JPWO2010013677A1 - 有機物含有水の処理方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
開閉弁１ａ、５ａを開とし、開閉弁３ａ、１２ａを閉として、原水を原水供給配管１に通水する。酸素供給配管２の開閉弁２ａを開弁し、原水供給配管１内の原水に酸素を供給する。有機物及び酸素を含有する原水は、原水供給配管１を通って触媒充填カラム４に流入し、水素を吸着させた白金族金属触媒４ａと接触する。このように、原水中の有機物と白金族金属触媒４ａとを、溶存酸素と、金属触媒に吸着している水素の存在下で接触させるため、被処理水中の有機物を低消費エネルギーで簡便かつ高効率にて除去することができる。
Description
本発明は有機物含有水の処理方法及び装置に係り、特に被処理水中の有機物を金属触媒によって除去する方法及び装置に関する。
電子部品の洗浄ないし表面処理のために、高濃度の薬液や洗剤が用いられており、それを濯ぐために大量の純水が用いられている。そして、純水の水質向上や排水の再利用率の向上のために、高度な水処理技術の開発が望まれている。
超純水製造工程において被処理水中のＴＯＣ（全有機炭素）成分を除去する方法としては、生物処理又は物理化学処理が広く行われている。
例えば、有機物含有排水を生物処理してＴＯＣ成分を除去した後、生物処理水を逆浸透膜（ＲＯ膜）処理して浄化する方法がある（例えば、特許文献１）。
また、物理化学的処理としては、次の（１）〜（３）の方法などがある。
（１）有機物含有排水を直接ＲＯ膜分離装置に通水して有機物を除去する方法
（２）有機物含有排水に酸化剤を添加して有機物を加熱分解する方法
（３）有機物含有排水に紫外線（ＵＶ）を照射して有機物を分解する方法（例えば、特許文献２）
などがある。
（１）有機物含有排水を直接ＲＯ膜分離装置に通水して有機物を除去する方法
（２）有機物含有排水に酸化剤を添加して有機物を加熱分解する方法
（３）有機物含有排水に紫外線（ＵＶ）を照射して有機物を分解する方法（例えば、特許文献２）
などがある。
特許文献１のように、有機物含有排水を生物処理してＲＯ膜分離装置に通水する方法では、微生物による有機物除去で生成する生物代謝物によりＲＯ膜の膜面が閉塞され、膜のフラックスが低下するという問題がある。また、ＲＯ膜分離装置の給水ポンプの消費電力も大きい。
上記の（１）〜（３）の方法は、いずれもエネルギー消費量が多いという問題がある。
（１）の方法では、ＲＯ膜分離装置の給水のための加圧ポンプの駆動電力が大きい。有機物含有排水を直接ＲＯ膜分離装置に通水する場合、この有機物含有排水のＴＯＣ濃度が高いため、ＲＯ膜分離装置内でバイオファイリングが生じ易い。また、有機物含有排水中の有機物が、分子量の小さい窒素化合物（尿素など）に代表される難分解性有機物である場合には、除去効率が極端に悪い。
（２）の方法では、加熱分解装置において、酸化剤が添加された有機物含有排水を蒸気等で加熱する際に、多量の熱エネルギーを必要とする。
（３）の方法では、多量のＵＶ照射電力を必要とする。なお、このＵＶ照射にあっても、有機物含有排水中の有機物が難分解性有機物である場合に、分解効率が極端に悪い。
特開２００２−３３６８８６号
特開２００７−１８５５８７号
本発明は、被処理水中の有機物を低消費エネルギーにて除去することができる有機物含有水の処理方法及び装置を提供することを目的とする。
第１態様の本発明の有機物含有水の処理方法は、有機物を含有する被処理水を白金族金属触媒に接触させ、該有機物を除去することを特徴とするものである。
第２態様の有機物含有水の処理方法は、第１態様において、該白金族金属触媒が水素を吸着していることを特徴とする。
第３態様の有機物含有水の処理方法は、第２態様において、該被処理水が溶存酸素を含有していることを特徴とする。
第４態様の有機物含有水の処理方法は、第２態様又は第３態様において、該白金族金属触媒に水素を供給して水素を吸着させる水素吸着工程と、この水素を吸着させた該白金族金属触媒に該被処理水を接触させて有機物を除去する有機物除去工程とを交互に実施することを特徴とする。
第５態様の有機物含有水の処理方法は、第４態様において、該白金族金属触媒を収容した反応容器を複数個用い、一部の反応容器で水素吸着工程を行っているときに他の反応容器で有機物除去工程を行うことを特徴とする。
第６態様の有機物含有水の処理方法は、第１態様ないし第５態様のいずれかの態様において、該白金族金属触媒が白金族金属の微粒子よりなることを特徴とする。
第７態様の有機物含有水の処理方法は、第６態様において、該白金族金属の微粒子が担体に担持されていることを特徴とする。
第８態様の有機物含有水の処理方法は、第３態様ないし第７態様のいずれか１項において、該被処理水中の溶存酸素濃度が１ｐｐｂ〜１００ｐｐｂであることを特徴とする。
第９態様の有機物含有水の処理方法は、第１態様ないし第８態様のいずれかの態様において、該被処理水を該白金族金属触媒に接触させた後、この水をアニオン交換樹脂及びカチオン交換樹脂の少なくとも一方と接触させることを特徴とする。
第１０態様の有機物含有水の処理方法は、第９態様において、該被処理水を該白金族金属触媒に接触させた後、この水を脱気処理し、次いで、この脱気処理水をアニオン交換樹脂及びカチオン交換樹脂の少なくとも一方と接触させることを特徴とする。
第１１態様の有機物含有水の処理方法は、第１態様ないし第１０態様のいずれかの態様において、被処理水が超純水製造用の被処理水であることを特徴とする。
第１２態様の有機物含有水の処理装置は、有機物及び溶存酸素を含有する被処理水を、水素を吸着している白金族金属触媒に接触させて有機物を除去する装置であって、それぞれ白金族金属触媒を収容した複数個の反応容器と、該反応容器に被処理水を供給する給水手段と、該反応容器に水素を供給する水素供給手段と、該反応容器への被処理水の供給と水素の供給とを切り替える切替手段とを有しており、該切替手段は、水素を供給して水素吸着工程を行わせる反応容器を順次に切り替えるものであって、且つ水素吸着工程を行っている反応容器以外の反応容器に対して被処理水を供給して有機物除去工程を行わせるように構成されていることを特徴とするものである。
第１３態様の有機物含有水の処理装置は、第１２態様において、前記反応容器から流出した処理水が導入される、アニオン交換樹脂及びカチオン交換樹脂の少なくとも一方を有するイオン交換手段を備えたことを特徴とする。
第１４態様の有機物含有水の処理装置は、第１３態様において、前記反応容器から流出した処理水が導入される脱気装置を備えており、該脱気装置からの脱気処理水が前記イオン交換手段に導入されることを特徴とする。
本発明の有機物含有水の処理方法及び装置にあっては、有機物を含有する被処理水を、白金族金属触媒に接触させ、白金族金属触媒の触媒作用によって該有機物を除去するため、有機物を低エネルギーにて簡便に除去することができる。この有機物含有水の処理方法及び装置では、ＲＯ膜処理やＵＶ照射処理が不要とされ、エネルギー消費量が少ない。
本発明において、白金族金属触媒が水素を吸着しており、被処理水が溶存酸素を含有していると、有機物の除去効率が向上する。なお、被処理水中の溶存酸素濃度は１ｐｐｂ以上であることが好ましい。
本発明の有機物含有水の処理方法において、白金族金属触媒に水素を供給して水素を吸着させる水素吸着工程と、この水素を吸着させた白金族金属触媒に被処理水を接触させて有機物を除去させる有機物除去工程とを交互に実施することが好ましい。これにより、白金族金属触媒に十分に水素を吸着させ、有機物除去効率を高くすることができる。
また、本発明において、白金族金属触媒を複数個の反応容器に収容し、一部の反応容器で水素吸着工程を行っている間に、他の反応容器で有機物除去工程を行い、且つ、この水素吸着工程を行う反応容器を順次に切り替えるようにしてもよい。このようにすれば、被処理水中の有機物の除去処理を連続的に実施することができる。
この白金族金属触媒は、白金族金属の微粒子よりなるものであってもよい。この白金族金属微粒子は担体の表面に担持されてもよい。また、白金族金属触媒は、セラミックボール等の基体に白金等の白金族の金属の被膜をめっき等により形成したものでもよい。
本発明では、被処理水を白金族金属触媒に接触させた後、この水をアニオン交換樹脂及びカチオン交換樹脂の少なくとも一方のイオン交換樹脂と接触させてもよい。このようにすれば、ＴＯＣの分解によって生成した有機酸がイオン交換樹脂によって吸着除去される。また、イオン交換樹脂と接触させる前に、白金族金属触媒で処理した水の脱気処理を行ってもよい。これにより、有機物の分解等によって生じた炭酸ガスが除去されるので、アニオン交換樹脂に対する炭酸イオン負荷が軽減される。
本発明は超純水を製造するための原水、例えば、市水、井水、表流水や、半導体又は電子部品等の製図工程からの排水など、を処理する場合に好適である。本発明は、有機物濃度がＴＯＣとして１〜１０００ｐｐｂ特に１〜５０ｐｐｂ程度の原水の処理に好適である。
以下に図面を参照して本発明の有機物含有水の処理方法及び装置の実施の形態を詳細に説明する。
［第１の実施の形態：第１図］
第１図は本発明の有機物含有水の処理方法及び装置の実施の形態を示す系統図である。第１図において、閉状態の開閉弁は黒塗りとし、開状態の開閉弁は白ヌキとされている。先ず処理装置の構成を説明する。
第１図は本発明の有機物含有水の処理方法及び装置の実施の形態を示す系統図である。第１図において、閉状態の開閉弁は黒塗りとし、開状態の開閉弁は白ヌキとされている。先ず処理装置の構成を説明する。
＜処理装置の構成＞
第１図の通り、開閉弁１ａを備えた原水供給配管１が、触媒充填カラム（反応容器）４の流入口に接続されている。原水供給配管１の途中には、開閉弁２ａを備えた酸素供給配管２と、開閉弁３ａを備えた水素供給配管３とが接続されている。
第１図の通り、開閉弁１ａを備えた原水供給配管１が、触媒充填カラム（反応容器）４の流入口に接続されている。原水供給配管１の途中には、開閉弁２ａを備えた酸素供給配管２と、開閉弁３ａを備えた水素供給配管３とが接続されている。
触媒充填カラム４内には、白金族金属触媒４ａが収容（本実施の形態では充填）されている。この白金族金属触媒４ａには、水素が吸着されている。触媒充填カラム４の詳細は後述する。
触媒充填カラム４の流出口が、開閉弁５ａを備えた流出配管５を介して脱気膜モジュール６の液相室６ａに接続されている。流出配管５の途中から、開閉弁１２ａを備えた抜出配管１２が分岐している。
脱気膜モジュール６は、気体透過膜６ｃによって液相室６ａと気相室６ｂに区画されている。気相室６ｂは、配管１０を介して真空ポンプ１１と接続されている。
気体透過膜６ｃは、酸素、窒素、二酸化炭素、水蒸気などの気体は透過するが水は透過しない膜であり、例えば、シリコーン系膜、ポリテトラフルオロエチレン系膜、ポリオレフィン系膜、ポリウレタン系膜などを用いることができる。
膜脱気モジュール６の減圧側（気相室６ｂ）の圧力は、５〜１０ｋＰａであることが好ましい。減圧側には若干の水蒸気が気体透過膜６ｃを透過して出てくるので、減圧側に窒素などの気体を流し、水分を除去して膜性能の低下を防ぐことが好ましい。減圧側の圧力が５ｋＰａ未満であると、気体透過膜６ｃを透過する水蒸気の量が過大となるおそれがある。減圧側の圧力が１０ｋＰａを超えると、気体の除去効率が低下するおそれがある。気相室６ｂの窒素などの気体の流量は、液相室６ａへの通水量の５〜２５体積％であることが好ましい。この膜脱気モジュール６を用いることにより、水中の溶存酸素及び水に溶解している二酸化炭素を除去することができる。
脱気膜モジュール６の液相室６ａは、配管７を介してイオン交換樹脂カラム８の流入口に接続されている。
イオン交換樹脂カラム８内にはイオン交換樹脂８ａが充填されている。イオン交換樹脂カラム８は、イオン交換樹脂８ａとして強酸性カチオン交換樹脂と強塩基性アニオン交換樹脂とをイオン負荷に応じて混合充填した非再生型混床式イオン交換装置であることが好ましい。混床式イオン交換装置により、水中のカチオンとアニオンが完全に除去されて、電気伝導率が極めて低い超純水を得ることができる。イオン交換樹脂カラム８において、残留有機物や、有機物の分解過程で生成する有機酸等も除去される。
イオン交換樹脂カラム８の流出口に、処理水配管９が接続されている。
＜触媒充填カラム４の構成＞
触媒充填カラム４に充填される白金族金属触媒４ａの白金族金属としては、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム及び白金を挙げることができる。これらの白金族金属は、１種を単独で用いることができ、２種以上を組み合わせて用いることもできる。また、２種以上の金属よりなる合金として用いることもできる。また、天然に産出される混合物の精製品を単体に分離することなく用いることもできる。これらの中で、白金、パラジウム、白金／パラジウム合金の単独又はこれらの２種以上の混合物は、触媒活性が強いので特に好適に用いることができる。
触媒充填カラム４に充填される白金族金属触媒４ａの白金族金属としては、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム及び白金を挙げることができる。これらの白金族金属は、１種を単独で用いることができ、２種以上を組み合わせて用いることもできる。また、２種以上の金属よりなる合金として用いることもできる。また、天然に産出される混合物の精製品を単体に分離することなく用いることもできる。これらの中で、白金、パラジウム、白金／パラジウム合金の単独又はこれらの２種以上の混合物は、触媒活性が強いので特に好適に用いることができる。
この白金族金属触媒４ａは、白金族金属の微粒子でもよく、白金族金属のナノコロイド粒子を担体の表面に担持させた金属担持触媒でもよい。また、白金族金属触媒は、セラミックボール等の基体に白金等の白金族の金属の被膜をめっき等により形成したものでもよい。
白金族金属のナノコロイド粒子を製造する方法に特に制限はなく、例えば、金属塩還元反応法、燃焼法などを挙げることができる。これらの中で、金属塩還元反応法は、製造が容易であり、安定した品質の金属ナノコロイド粒子を得ることができるので好適に用いることができる。金属塩還元反応法による場合、例えば、白金などの白金族金属の塩化物、硝酸塩、硫酸塩、金属錯化物などの０.１〜０.４ｍｍｏｌ／Ｌ水溶液に、アルコール、クエン酸又はその塩、ギ酸、アセトン、アセトアルデヒドなどの還元剤を白金族金属に対して４〜２０当量倍添加し、１〜３時間煮沸することにより、白金族金属のナノコロイド粒子を製造することができる。また、例えば、ポリビニルピロリドン水溶液に、ヘキサクロロ白金酸、ヘキサクロロ白金酸カリウムなどを１〜２ｍｍｏｌ／Ｌ溶解し、エタノールなどの還元剤を加え、窒素雰囲気下で２〜３時間加熱還流することにより、白金ナノコロイド粒子を製造することができる。
白金族金属のナノコロイド粒子の重量平均粒子径は好ましくは１〜５０ｎｍであり、より好ましくは１.２〜２０ｎｍであり、さらに好ましくは１.４〜５ｎｍである。金属ナノコロイド粒子の重量平均粒子径が１ｎｍ未満であると、ＴＯＣの分解除去に対する触媒活性が低下するおそれがある。金属ナノコロイド粒子の重量平均粒子径が５０ｎｍを超えると、ナノコロイド粒子の比表面積が小さくなって、ＴＯＣの分解除去に対する触媒活性が低下するおそれがある。
白金族金属のナノコロイド粒子を担持させる担体に特に制限はなく、例えば、マグネシア、チタニア、アルミナ、シリカ−アルミナ、ジルコニア、活性炭、ゼオライト、ケイソウ土、イオン交換樹脂などを挙げることができる。これらの中で、アニオン交換樹脂を特に好適に用いることができる。白金族金属のナノコロイド粒子は電気二重層を有し、負に帯電しているので、アニオン交換樹脂に安定に担持されて剥離しにくい。このアニオン交換樹脂は、スチレン−ジビニルベンゼン共重合体を母体とした強塩基性アニオン交換樹脂であることが好ましく、特にゲル型樹脂であることがより好ましい。アニオン交換樹脂の交換基は、ＯＨ形であることが好ましい。
アニオン交換樹脂等の担体への白金族金属のナノコロイド粒子の担持量は、０.０１〜０.２重量％であることが好ましく、０.０４〜０.１重量％であることがより好ましい。金属ナノコロイド粒子の担持量が０.０１重量％未満であると、有機物の分解除去に対する触媒活性が不足するおそれがある。金属ナノコロイド粒子の担持量は０.２重量％以下で有機物の分解除去に対して十分な触媒活性が発現し、通常は０.２重量％を超える金属ナノコロイド粒子を担持させる必要はない。また、金属ナノコロイド粒子の担持量が増加すると、水中への金属の溶出のおそれも大きくなる。
＜有機物除去工程＞
次に、被処理水中の有機物（ＴＯＣ成分）を除去する有機物除去工程について説明する。
次に、被処理水中の有機物（ＴＯＣ成分）を除去する有機物除去工程について説明する。
第１図に示す装置において、開閉弁１ａ、５ａを開とし、開閉弁３ａ、１２ａを閉として、原水を原水供給配管１に通水する。
原水中の溶存酸素濃度が低い場合には、酸素供給配管２の開閉弁２ａを開弁し、原水供給配管１内の原水に酸素を供給する。この酸素の供給量は、原水中の有機物の分解反応を十分に進行させ得る程度であることが好ましい。具体的には、原水中の溶存酸素と酸素供給配管２から供給される酸素とを合計したモル濃度が、原水中の有機物の炭素のモル濃度の１倍以上であることが好ましく、有機物除去反応を十分に進行させるためには５倍以上であることがより好ましい。触媒充填カラム４内に導入される水の溶存酸素濃度は１ｐｐｂ以上例えば１〜１００ｐｐｂ特に５〜５０ｐｐｂが好ましい。
有機物及び溶存酸素を含有する原水は、原水供給配管１を通って触媒充填カラム４に流入し、水素を吸着させた白金族金属触媒４ａと接触する。これにより、水素及び酸素の共存下で原水中の有機物と白金族金属触媒とが接触し、有機物が効率よく分解除去される。白金族金属触媒４ａが、白金族金属のノナノコロイド粒子を０．０１〜０．２重量％担持させたアニオン交換樹脂である場合、触媒充填カラム４への通水速度（ＳＶ）は、１０〜５００ｈｒ−１特に５０〜３００ｈｒ−１程度が好適である。
水素及び酸素の共存下に白金族金属触媒４ａの触媒作用で有機物が効率よく分解除去される理由は以下の通りであると推測される。
即ち、白金族金属触媒の存在下で、白金族金属触媒に吸着した水素と原水中の酸素とが結合し、白金族金属触媒表面に電子の偏在が生じる。
この結果、白金族金属触媒表面の電子が粗の部分に尿素等の有機物の有する非共有電子対が結合（吸着）していると推測される。
そして、続いて水素を供給することで、酸素が水素と接触して水になる際に、非共有電子対の結合が切れて有機物が金属触媒上から脱離し元の状態に戻る。このように有機物の吸着、脱離を繰り返すことで、有機物が分解され、原水から除去されるものと考えられる。
この結果、白金族金属触媒表面の電子が粗の部分に尿素等の有機物の有する非共有電子対が結合（吸着）していると推測される。
そして、続いて水素を供給することで、酸素が水素と接触して水になる際に、非共有電子対の結合が切れて有機物が金属触媒上から脱離し元の状態に戻る。このように有機物の吸着、脱離を繰り返すことで、有機物が分解され、原水から除去されるものと考えられる。
このようにして有機物が除去された水は、配管５を通って脱気膜モジュール６の液相室６ａに流入し、二酸化炭素、酸素、窒素等のガスが除去される。
この脱気膜モジュール６で脱気された脱気処理水は、配管７を通ってイオン交換樹脂カラム８に流入する。このイオン交換樹脂カラム８内のイオン交換樹脂８ａにより、脱気処理水中に含有される未分解の有機物や有機物の分解過程で生じる有機酸等が吸着除去される。イオン交換処理水は、配管９から系外に排出される。
＜水素吸着工程＞
上記の有機物除去工程を継続することにより、触媒充填カラム４内の白金族金属触媒４ａの水素吸着量が少なくなった場合、水素吸着工程を実施する。
上記の有機物除去工程を継続することにより、触媒充填カラム４内の白金族金属触媒４ａの水素吸着量が少なくなった場合、水素吸着工程を実施する。
白金族金属触媒の水素吸着量が少なくなったか否かは、例えば、触媒充填カラム４への流入水及び流出水の溶存酸素濃度を測定し、この濃度差が所定値以下であるか否かによって判定することができる。即ち、触媒充填カラム４の流入水の溶存酸素濃度と流出水の溶存酸素濃度との差が所定値以下であれば、水素吸着量が十分であるため溶存酸素が水素との反応で除去されており、逆に所定値を超える場合は、水素吸着量が不足している。
水素吸着工程の実施に際しては、第１図に示す弁開閉状態において、先ず開閉弁１ａ、２ａを閉弁し、触媒充填カラム４内の水を排出した後、開閉弁５ａを閉とする。
次いで、開閉弁３ａを開とし、水素を配管３及び配管１を介して触媒充填カラム４内に導入しカラム４内の白金族金属触媒４ａに水素を吸着させる。このとき、開閉弁１２ａを閉とし、触媒充填カラム４内を加圧して水素の吸着を促進してもよい。また、開閉弁１２ａを開とし、カラム４からの水素を配管１２より排出するようにして、触媒充填カラム４内に水素を流通させてもよい。
十分に水素を白金族金属触媒４ａに吸着させた後、開閉弁３ａを閉、開閉弁１ａ、２ａ及び１２ａを開として触媒充填カラム４内を原水で満たす。次いで、開閉弁１２ａを閉、開閉弁５ａを開として第１図の弁開閉状態とし、有機物除去工程に復帰する。
上記の実施の形態は本発明の一例であり、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。
例えば、水素吸着工程を省略し、白金族金属触媒４ａの水素吸着量が少なくなったときに、白金族金属触媒４ａを新品に交換してもよい。
上記水素吸着工程で触媒充填カラム４に水素ガスを供給した後に該水素ガスを抜き出す手間を省略するために、水素供給配管３から水素ガスに代えて水素水を供給してもよい。この水素水としては、処理水配管９からの処理水や該処理水よりもＴＯＣ濃度の低い水に水素を溶解させたものなどが用いられる。
酸素供給配管２から、酸素ガスに代えて酸素水を供給してもよい。この酸素水としては、処理水配管９からの処理水や該処理水よりもＴＯＣ濃度の低い水に酸素を溶解させたものなどが用いられる。
［第２の実施の形態：第２図］
第２図は本発明の有機物含有水の処理方法及び装置の別の実施の形態を示す系統図である。第２図において、閉状態の開閉弁は黒塗りとし、開状態の開閉弁は白ヌキとされている。
第２図は本発明の有機物含有水の処理方法及び装置の別の実施の形態を示す系統図である。第２図において、閉状態の開閉弁は黒塗りとし、開状態の開閉弁は白ヌキとされている。
本実施の形態は、２機の触媒充填カラムを並列に設置し、これら触媒充填カラムの水素吸着工程を実施するタイミングを異ならせることにより、被処理水の処理を連続して実施し得るようにしたものである。
＜処理装置の構成＞
原水供給配管２０が、開閉弁２１ａを備えた分岐管２１と開閉弁２２ａを備えた分岐管２２とに分岐している。分岐管２１，２２が触媒充填カラム４１，４２の流入口に接続されている。原水供給配管２０の途中部分に、開閉弁２３ａを備えた酸素水配管２３の一端側が接続され、該配管２３の他端側が酸素溶解膜モジュール５０の液相室５０ａに接続されている。
原水供給配管２０が、開閉弁２１ａを備えた分岐管２１と開閉弁２２ａを備えた分岐管２２とに分岐している。分岐管２１，２２が触媒充填カラム４１，４２の流入口に接続されている。原水供給配管２０の途中部分に、開閉弁２３ａを備えた酸素水配管２３の一端側が接続され、該配管２３の他端側が酸素溶解膜モジュール５０の液相室５０ａに接続されている。
酸素溶解膜モジュール５０は、気体透過膜５０ｃによって液相室５０ａと気相室５０ｂに区画されている。気相室５０ｂには、酸素ガス供給配管５１と、真空ポンプ５３を備えた排出配管５２が接続されている。液相室５０ａには、給水配管５４が接続されている液相室５０ａには、上記の通り開閉弁２３ａを備えた酸素水配管２３が接続されている。給水配管５４には、後述する処理水配管９からの処理水又は該処理水よりもＴＯＣ濃度の低い水が供給される。
以下の通り、酸素溶解膜モジュール５０により酸素水が製造される。
酸素ガス供給配管５１から気相室５０ｂに酸素ガスが供給されると共に、給水配管５４から液相室５０ａに水が供給される。気相室５０ｂ内に供給された酸素ガスの一部が、気体透過膜５０ｃを透過して液相室５０ａ内の水に溶解する。気相室５０ｂ内の酸素ガスの残部が、液相室５０ａから気体透過膜５０ｃを透過してきた水蒸気やその凝縮水と共に、真空ポンプ５３に吸引されて排出配管５２から排出される。この液相室５０ａ内の酸素水が、酸素水配管２３を介して原水供給配管２０に供給される。
酸素ガス供給配管５１から気相室５０ｂに酸素ガスが供給されると共に、給水配管５４から液相室５０ａに水が供給される。気相室５０ｂ内に供給された酸素ガスの一部が、気体透過膜５０ｃを透過して液相室５０ａ内の水に溶解する。気相室５０ｂ内の酸素ガスの残部が、液相室５０ａから気体透過膜５０ｃを透過してきた水蒸気やその凝縮水と共に、真空ポンプ５３に吸引されて排出配管５２から排出される。この液相室５０ａ内の酸素水が、酸素水配管２３を介して原水供給配管２０に供給される。
水素溶解膜モジュール６０内が、気体透過膜６０ｃによって液相室６０ａと気相室６０ｂに区画されている。気相室６０ｂには、水素ガス供給配管６１と、排出配管６２が接続されている。液相室６０ａには、給水配管６４と、水素水配管３０が接続されている。水素水配管３０は、開閉弁３１ａを備えた分岐管３１と開閉弁３２ａを備えた分岐管３２とに分岐している。分岐管３１，３２が、原水供給配管２０の分岐管２１，２２に接続されている。給水配管６４には、後述する処理水配管９からの処理水又は該処理水よりもＴＯＣ濃度の低い水が供給される。
以下の通り、水素溶解膜モジュール６０により水素水が製造される。
水素ガス供給配管６１から気相室６０ｂに水素ガスが供給されると共に、給水配管６４から液相室６０ａに水が供給される。気相室６０ｂ内に供給された水素ガスの一部が、気体透過膜６０ｃを透過して液相室６０ａ内の水に溶解する。気相室６０ｂ内の水素ガスの残部が、液相室６０ａから気体透過膜６０ｃを透過してきた水蒸気やその凝縮水と共に排出配管６２から排出される。この液相室６０ａ内の水素水が、水素水配管３０及び分岐管３１，３２を介して原水供給配管２０の分岐管２１，２２に供給される。
水素ガス供給配管６１から気相室６０ｂに水素ガスが供給されると共に、給水配管６４から液相室６０ａに水が供給される。気相室６０ｂ内に供給された水素ガスの一部が、気体透過膜６０ｃを透過して液相室６０ａ内の水に溶解する。気相室６０ｂ内の水素ガスの残部が、液相室６０ａから気体透過膜６０ｃを透過してきた水蒸気やその凝縮水と共に排出配管６２から排出される。この液相室６０ａ内の水素水が、水素水配管３０及び分岐管３１，３２を介して原水供給配管２０の分岐管２１，２２に供給される。
触媒充填カラム４１，４２の流出口に流出配管４３，４４の一端側が接続されている。流出配管４３，４４の他端側は合流して配管４５となっている。配管４５の先端が、脱気膜モジュール６の気相室６ａに接続されている。
触媒充填カラム４１，４２の構成は第１図の触媒充填カラム４と同様である。
流出配管４３，４４はそれぞれ開閉弁４３ａ，４４ａを備えている。流出配管４３，４４の開閉弁４３ａ，４４ａよりも上流側に、それぞれ開閉弁４６ａ，４７ａを備えた抜出配管４６，４７が接続されている。
脱気膜モジュール６及びそれよりも下流側の構成は第１図における構成と同じであり、同一機能を奏する部材に同一符号を付してある。
次に、このように構成された処理装置を用いた運転例について説明する。
＜触媒充填カラム４１に原水を通水する運転例＞
開閉弁を第２図に示す開閉状態にする。具体的には、開閉弁２１ａ，２３ａ，３２ａ，４３ａを開とし、開閉弁２２ａ，３１ａ，４４ａ，４６ａ，４７ａを閉とする。
開閉弁を第２図に示す開閉状態にする。具体的には、開閉弁２１ａ，２３ａ，３２ａ，４３ａを開とし、開閉弁２２ａ，３１ａ，４４ａ，４６ａ，４７ａを閉とする。
これにより、次に説明する通り、触媒充填カラム４１によって原水が処理されると共に、触媒充填カラム４２内の白金族金属触媒４２ａに、水素が吸蔵される。
原水の処理
原水は、原水供給配管２０内を通り、酸素溶解膜モジュール５０からの酸素水が配管２３より供給された後、分岐管２１を通って触媒充填カラム４１に供給される。
原水は、原水供給配管２０内を通り、酸素溶解膜モジュール５０からの酸素水が配管２３より供給された後、分岐管２１を通って触媒充填カラム４１に供給される。
これにより、水素及び酸素の共存下で原水中の有機物とカラム４１内の金属触媒４１ａとが接触し、有機物が効率よく分解除去される。
有機物が除去された水は、配管４３，４５を通って脱気膜モジュール６の液相室６ａに流入し、二酸化炭素、酸素、窒素等のガスが除去される。
この脱気膜モジュール６で脱気された脱気処理水は、配管７を通ってイオン交換樹脂カラム８に流入し、未分解の有機物や有機物の分解過程で生じる有機酸等がカラム８内のイオン交換樹脂８ａに吸着除去される。処理水は、処理水配管９から系外に排出される。
水素の吸蔵
水素溶解膜モジュール６０で製造された水素水が、水素水配管３０及び配管３２を通って触媒充填カラム４２に流入する。これにより、カラム４２内の白金族金属触媒４２ａに水素が吸着する。
水素溶解膜モジュール６０で製造された水素水が、水素水配管３０及び配管３２を通って触媒充填カラム４２に流入する。これにより、カラム４２内の白金族金属触媒４２ａに水素が吸着する。
＜触媒充填カラム４２に原水を通水する運転例＞
上記の運転例を継続することにより、触媒充填カラム４１内の白金族金属触媒４１ａの水素吸着量が少なくなった場合、次の通り、原水の供給先を触媒充填カラム４１から触媒充填カラム４２に切り替えると共に、触媒充填カラム４１内の白金族金属触媒４１ａに水素を吸着させる。
上記の運転例を継続することにより、触媒充填カラム４１内の白金族金属触媒４１ａの水素吸着量が少なくなった場合、次の通り、原水の供給先を触媒充填カラム４１から触媒充填カラム４２に切り替えると共に、触媒充填カラム４１内の白金族金属触媒４１ａに水素を吸着させる。
即ち、第２図の弁開閉状態において、開閉弁３２ａを閉とし、開閉弁２２ａを開として、触媒充填カラム４２内を原水で満たした後、開閉弁４４ａを開とする。これにより、触媒充填カラム４２に原水が通水されて処理される。
また、開閉弁２１ａ，４３ａを閉とし、開閉弁４６ａを開として、触媒充填カラム４１内の水を配管４６から排出する。次いで、開閉弁４６ａを閉とし、開閉弁３１ａを開として、触媒充填カラム４１内に水素水を供給し、水素をカラム４１内の白金族金属触媒４１ａに吸着させる。
本実施の形態によると、触媒充填カラム４１と触媒充填カラム４２の水素吸着処理のタイミングを異ならせることにより、原水の処理を連続的に実施することが可能である。
即ち、触媒充填カラム４１に原水を通水して原水の処理を行うと共に、触媒充填カラム４２に水素水を供給して白金族金属触媒４２ａへの水素吸着処理を行い、その後、開閉弁の開閉により原水と水素水の流路を切り替え、触媒充填カラム４１に水素水を供給して白金族金属触媒４１ａへの水素吸着処理を行うと共に、触媒充填カラム４２に原水を通水して原水の処理を行う。このように、原水の処理を行う触媒充填カラムと、水素吸着処理を行う触媒充填カラムとを交互に切り替えることにより、原水の連続処理が可能となる。
なお、第２図では、触媒充填カラムを２機用いているが、３機以上の触媒充填カラムを並列に配置して、原水処理と水素吸着処理とを切り替えて連続処理を行うこともできる。
以下に実施例及び比較例を用いて本発明を詳細に説明する。
［実施例１］
第１図の装置を用い、以下の条件で原水の処理を行った。
第１図の装置を用い、以下の条件で原水の処理を行った。
白金族金属触媒（触媒樹脂）：栗田工業（株）製「ナノセイバー」（白金
ナノコロイド担持樹脂）、３６０ｍＬ
脱気膜モジュール：セルガード社製「リキセルＧ４２０」
イオン交換樹脂：栗田工業（株）製強塩基性アニオン交換樹脂「ＫＲ−Ｕ
Ａ１」２２１．５ｍＬと栗田工業（株）製強酸性カチオ
ン交換樹脂「ＫＲ−ＵＣ１」１３８．５ｍＬとの混合樹脂
水量：０．７２Ｌ／ｍｉｎ
ナノコロイド担持樹脂）、３６０ｍＬ
脱気膜モジュール：セルガード社製「リキセルＧ４２０」
イオン交換樹脂：栗田工業（株）製強塩基性アニオン交換樹脂「ＫＲ−Ｕ
Ａ１」２２１．５ｍＬと栗田工業（株）製強酸性カチオ
ン交換樹脂「ＫＲ−ＵＣ１」１３８．５ｍＬとの混合樹脂
水量：０．７２Ｌ／ｍｉｎ
原水としては、尿素を超純水に３ｐｐｂ（炭素換算濃度）溶解させた合成排水を用いた。
酸素供給配管２の開閉弁２ａ及び水素供給配管３の開閉弁３ａは閉とし、原水には酸素及び水素を供給しなかった。
触媒充填カラム４の入口における原水の溶存酸素濃度は２０ｐｐｂであった。
金属触媒には、予め水素を吸着させておいた。
イオン交換樹脂カラム８の出口配管９内の処理水のＴＯＣ濃度を測定した結果、１ｐｐｂ以下であった。
［比較例１］
触媒充填カラム４に代えて低圧ＵＶランプ装置（日本フォトサイエンス社製「ＡＺ−２６」）を用い、原水の水量を５Ｌ／ｍｉｎとしたこと以外は実施例１と同様にして、原水の処理を行った。
触媒充填カラム４に代えて低圧ＵＶランプ装置（日本フォトサイエンス社製「ＡＺ−２６」）を用い、原水の水量を５Ｌ／ｍｉｎとしたこと以外は実施例１と同様にして、原水の処理を行った。
イオン交換樹脂カラム８の出口配管９内の処理水のＴＯＣ濃度を測定した結果、３ｐｐｂであり、尿素は全く分解されなかった。
本発明を特定の態様を用いて詳細に説明したが、本発明の意図と範囲を離れることなく様々な変更が可能であることは当業者に明らかである。
なお、本出願は、２００８年７月２８日付で出願された日本特許出願（特願２００８−１９３６２６）に基づいており、その全体が引用により援用される。
Claims (14)
- 有機物を含有する被処理水を白金族金属触媒に接触させ、該有機物を除去することを特徴とする有機物含有水の処理方法。
- 請求項１において、該白金族金属触媒が水素を吸着していることを特徴とする有機物含有水の処理方法。
- 請求項２において、該被処理水が溶存酸素を含有していることを特徴とする有機物含有水の処理方法。
- 請求項２において、該白金族金属触媒に水素を供給して水素を吸着させる水素吸着工程と、この水素を吸着させた該白金族金属触媒に該被処理水を接触させて有機物を除去する有機物除去工程とを交互に実施することを特徴とする有機物含有水の処理方法。
- 請求項４において、該白金族金属触媒を収容した反応容器を複数個用い、一部の反応容器で水素吸着工程を行っているときに他の反応容器で有機物除去工程を行うことを特徴とする有機物含有水の処理方法。
- 請求項１において、該白金族金属触媒が白金族金属の微粒子よりなることを特徴とする有機物含有水の処理方法。
- 請求項６において、該白金族金属触媒の微粒子が担体に担持されていることを特徴とする有機物含有水の処理方法。
- 請求項３において、該被処理水中の溶存酸素濃度が１ｐｐｂ〜１００ｐｐｂであることを特徴とする有機物含有水の処理方法。
- 請求項１において、該被処理水を該白金族金属触媒に接触させた後、この水をアニオン交換樹脂及びカチオン交換樹脂の少なくとも一方と接触させることを特徴とする有機物含有水の処理方法。
- 請求項９において、該被処理水を該白金族金属触媒に接触させた後、この水を脱気処理し、次いで、この脱気処理水をアニオン交換樹脂及びカチオン交換樹脂の少なくとも一方と接触させることを特徴とする有機物含有水の処理方法。
- 請求項１において、被処理水が超純水製造用の被処理水であることを特徴とする有機物含有水の処理方法。
- 有機物及び溶存酸素を含有する被処理水を、水素を吸着している白金族金属触媒に接触させて有機物を除去する装置であって、
それぞれ白金族金属触媒を収容した複数個の反応容器と、
該反応容器に被処理水を供給する給水手段と、
該反応容器に水素を供給する水素供給手段と、
該反応容器への被処理水の供給と水素の供給とを切り替える切替手段と
を有しており、
該切替手段は、水素を供給して水素吸着工程を行わせる反応容器を順次に切り替えるものであって、且つ水素吸着工程を行っている反応容器以外の反応容器に対して被処理水を供給して有機物除去工程を行わせるように構成されていることを特徴とする有機物含有水の処理装置。 - 請求項１２において、前記反応容器から流出した処理水が導入される、アニオン交換樹脂及びカチオン交換樹脂の少なくとも一方を有するイオン交換手段を備えたことを特徴とする有機物含有水の処理装置。
- 請求項１３において、前記反応容器から流出した処理水が導入される脱気装置を備えており、
該脱気装置からの脱気処理水が前記イオン交換手段に導入されることを特徴とする有機物含有水の処理装置。
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