JP5671892B2

JP5671892B2 - 廃液処理装置

Info

Publication number: JP5671892B2
Application number: JP2010196133A
Authority: JP
Inventors: 村田　省蔵; 省蔵村田; 綾宇津木; 典晃岡田; 秀之宮澤; 近藤　浩; 浩近藤; 章悟鈴木
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2010-09-01
Filing date: 2010-09-01
Publication date: 2015-02-18
Anticipated expiration: 2030-09-01
Also published as: JP2012050937A

Description

本発明は、廃液処理装置に関する。

従来、廃液を処理する方法としては、焼却処理、生物処理等の方法が知られている。しかしながら、焼却処理は、前処理の脱水や固形分凝集において、エネルギーや薬品が必要となり、不完全燃焼によりダイオキシン類が発生するという問題があった。また、生物処理は、処理時間が長く、処理後に発生する活性汚泥が新たな廃棄物となるという問題があった。

そこで、亜臨界水、過熱水蒸気、超臨界水等の熱水中で廃液を処理する方法が知られている。

特許文献１には、電力用トランスやコンデンサなどの電力機器に含まれるＰＣＢを無害化処理するＰＣＢ処理方法が開示されている。このＰＣＢ処理方法は、電力用トランス或いはコンデンサなどの電力機器の構成材を分割破砕する工程と、分割破砕した破砕片からＰＣＢに汚染された紙、木或いは樹脂などの有機廃棄物を他の構成材から分離して取り出す工程と、取り出した有機廃棄物を水熱分解処理または超臨界水酸化処理する工程を含む。

一方、特許文献２には、金属管からなる液体加熱管の内部に原料液体を流し、該原料液体を液体加熱管の外部より加熱して超臨界流体を生成するための加熱装置が開示されている。このとき、加熱手段としては、電熱線をらせん状に巻いたヒータが用いられている。

しかしながら、所定の温度まで昇温するのに必要な時間が長くなると共に、消費電力が大きくなるという問題がある。

本発明は、上記従来技術が有する問題に鑑み、所定の温度まで昇温するのに必要な時間を短くすると共に、消費電力を小さくすることが可能な廃液処理装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、水及び有機物を含む廃液を処理する廃液処理装置であって、前記水を亜臨界水、過熱水蒸気又は超臨界水に変化させると共に、前記有機物を酸化させる反応器と、前記反応器に前記廃液を供給する廃液供給手段と、前記反応器に酸化剤を供給する酸化剤供給手段と、前記反応器を加熱する加熱手段を有し、前記加熱手段は、前記反応器を内部に収容する減圧容器と、前記減圧容器内を減圧する減圧手段と、前記減圧容器の外部から前記反応器に赤外線又は可視光線を照射する光照射手段を有し、前記減圧容器は、石英又は蛍石を含むことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の廃液処理装置において、前記減圧容器は、前記光照射手段により照射された赤外線又は可視光線の光路を含む領域のみが石英又は蛍石を含むことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の廃液処理装置において、前記光照射手段は、前記反応器に赤外線を照射することを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の廃液処理装置において、前記加熱手段は、前記光照射手段により照射された赤外線又は可視光線を反射して前記反応器に照射する反射部材をさらに有することを特徴とする。

本発明によれば、所定の温度まで昇温するのに必要な時間を短くすると共に、消費電力を小さくすることが可能な廃液処理装置を提供することができる。

本発明の廃液処理装置の一例を示す図である。図１の加熱部を示す断面図である。

次に、本発明を実施するための形態を図面と共に説明する。

図１に、本発明の廃液処理装置の一例を示す。水及び有機物を含む廃液２１ａを処理する廃液処理装置１００は、水を亜臨界水、過熱水蒸気又は超臨界水に変化させると共に、有機物を酸化させる反応器１０と、反応器１０に廃液２１ａを供給する廃液供給部２０と、反応器１０に過酸化水素水３１ａを供給する過酸化水素水供給部３０と、反応器１０を加熱する加熱部４０と、反応器１０から排出された有機物が酸化した廃液と熱交換する熱交換器５０と、反応器１０から排出された有機物が酸化した廃液を気液分離する気液分離部６０を有する。

加熱部４０は、図２に示すように、赤外線又は可視光線を反応器１０に照射する光照射装置４１と、反応器１０を収容する減圧容器４２と、減圧手段としての、減圧容器４２内を減圧する真空ポンプ４３と、開閉弁４４と、反射部材としての、光照射装置４１により照射された赤外線又は可視光線を反射して反応器１０に照射する環状反射板４５と、筐体４６を有する。このとき、反応器１０及び減圧容器４２は、それぞれ円筒形状であり、二重管構造を形成している。なお、図２（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ正面断面図及び側面断面図である。

光照射装置４１としては、反応器１０を加熱することが可能な赤外線又は可視光線を照射することが可能であれば、特に限定されないが、ハロゲンランプ、短波長赤外線ヒーター、中波長赤外線ヒーター、キセノンショートアークランプ、キセノンフラッシュランプ、超高圧ＵＶランプ、高圧ＵＶランプ等が挙げられる。

光照射装置４１により反応器１０に照射される赤外線又は可視光線の光量は、通常、数〜数十ｍＷ／ｃｍ^２である。

減圧容器４２を構成する材料としては、赤外線又は可視光線を透過することが可能であれば、特に限定されないが、フリントガラス、サファイア、石英、蛍石等が挙げられる。中でも、赤外線又は可視光線の透過性に優れることから、石英、蛍石が好ましい。

減圧容器４２の赤外線又は可視光線の透過率は、通常、８５％以上である。減圧容器４２の赤外線又は可視光線の透過率が８５％未満であると、所定の温度まで昇温するのに必要な時間が長くなると共に、消費電力が大きくなることがある。

減圧容器４２は、光照射装置４１により照射された赤外線又は可視光線の光路を含む領域のみが赤外線又は可視光線を透過することが可能な材料から構成されていてもよい。

減圧容器４２の形状としては、真空ポンプ４３を用いて減圧することが可能であれば、特に限定されない。

真空ポンプ４３により減圧されている減圧容器４２内の圧力は、通常、１×１０^−３Ｐａ以下である。真空ポンプ４３により減圧されている減圧容器４２内の圧力が１×１０^−３Ｐａを超えると、所定の温度まで昇温するのに必要な時間が長くなると共に、消費電力が大きくなることがある。

減圧手段としては、減圧容器４２内を減圧することが可能であれば、真空ポンプ４３に限定されない。

なお、所定の温度まで昇温するのに必要な時間を短くすると共に、消費電力を小さくすることが可能であれば、減圧容器４２内を減圧しなくてもよい。

環状反射板４５を構成する材料としては、赤外線又は可視光線を反射することが可能であれば、特に限定されないが、反射率に優れるため、金メッキされているガラスが好ましい。

反射部材としては、光照射装置４１により照射された赤外線又は可視光線を反射して反応器１０に照射することが可能であれば、環状反射板４５に限定されない。

反応器１０は、有機物が酸化した廃液が排出される側の端部の近傍に、酸化触媒として、ＭｎＯ_２（不図示）が充填されている。

なお、ＭｎＯ_２の代わりに、Ｐｔ、Ｉｒ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｗ、ＰｄＯ、ＰｔＯ、ＰｔＯ_２、Ａｇ_２Ｏ、ＲｕＯ_２、ＣｕＯ、Ｃｏ_３Ｏ_４、ＮｉＯ、Ｆｅ_２Ｏ_３、Ｖ_２Ｏ５、Ｃｒ_２Ｏ_３、ＣｄＯ、ＣｅＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｈＯ_２等を用いてもよい。

反応器１０の内部の温度は、温度センサＴにより検知され、所定の温度になるように加熱部４０が制御される。

加熱部４０により加熱される反応器１０の内部の温度は、通常、１００〜７００℃であり、２００〜６００℃が好ましい。

廃液供給部２０は、廃液２１ａが貯蔵されているタンク２１と、廃液２１ａを圧縮してタンク２１から反応器１０に連続供給するプランジャーポンプ２２と、開閉弁２３を有する。このとき、タンク２１には、攪拌羽根２１ｂが設置されており、廃液２１ａを攪拌することができる。また、反応器１０に供給される廃液２１ａの圧力は、圧力センサＰ_１により検知され、所定の圧力になるようにプランジャーポンプ２２が制御される。

反応器１０に供給される廃液２１ａの圧力は、通常、１〜５０ＭＰａであり、５〜３５ＭＰａが好ましい。

過酸化水素水供給部３０は、過酸化水素水３１ａが貯蔵されているタンク３１と、過酸化水素水３１ａを廃液が供給される圧力以上に圧縮してタンク３１から反応器１０に連続供給するシリンジポンプ３２と、開閉弁３３を有する。このとき、反応器１０に供給される過酸化水素水３１ａの圧力は、圧力センサＰ_２により検知され、所定の圧力になるようにシリンジポンプ３２が制御される。

以上のようにして、反応器１０では、廃液供給部２０から供給された廃液２１ａと、過酸化水素水供給部３０から導入された過酸化水素水３１ａが混合される。次に、加熱部４０により加熱されて、廃液２１ａ及び過酸化水素水３１ａに含まれる水が亜臨界水、過熱水蒸気又は超臨界水に変化されると共に、廃液２１ａに含まれる有機物が酸化されて低分子化される。さらに、低分子化された有機物は、ＭｎＯ_２の触媒作用により完全酸化される。

熱交換器５０には、水（不図示）が貯蔵されているため、反応器１０から排出された有機物が酸化した廃液が水と熱交換することにより、水蒸気が発生する。

気液分離部６０は、熱交換器５０から排出された有機物が酸化した廃液を大気圧まで減圧する背圧弁６１と、減圧された有機物が酸化した廃液を気液分離する気液分離器６２を有する。このとき、気液分離器６２は、減圧された有機物が酸化した廃液を、無機酸等を僅かに含む水と、二酸化炭素ガス、窒素ガス等を含む気体に分離し、無機酸等を僅かに含む水が回収される。無機酸等を僅かに含む水は、水質基準を確認した後、工業用水として再利用される。

なお、反応器１０に過酸化水素水３１ａを供給する過酸化水素水供給部３０の代わりに、反応器１０に空気を供給する空気供給部、反応器１０にオゾンを供給するオゾン供給部等を用いてもよい。

以下、本発明を実施例に基づいて、具体的に説明する。

［実施例１］
廃液処理装置１００を用いて、８質量％メタノール水溶液を処理した。このとき、光照射装置４１として、波長が０．８〜１μｍの近赤外線を照射するハロゲンランプ、減圧容器４２を構成する材料として、石英、環状反射板４５を構成する材料として、金メッキされているガラスを用いた。また、反応器１０の有機物が酸化した廃液が排出される側の端部の近傍にＭｎＯ_２５ｇを充填した。

まず、開閉弁２３及び３２を閉じた状態で、開閉弁４４を開き、真空ポンプ４３を用いて減圧容器４２内の圧力を１×１０^−３Ｐａに減圧した。次に、加熱部４０を用いて、内部の温度が４００℃になるまで反応器１０を加熱した。その結果、内部の温度が４００℃になるまで昇温するのに必要な時間は３分間であり、消費電力を小さくすることができた。

次に、開閉弁２３及び３２を開き、プランジャーポンプ２２を用いて、８質量％メタノール水溶液を１０ＭＰａで反応器１０に供給すると共に、シリンジポンプ３２を用いて、過酸化水素水３１ａを１０ＭＰａで反応器１０に供給した。このとき、反応器１０に供給される８質量％メタノール水溶液に対する過酸化水素水３１ａの質量比を３０％とし、８質量％メタノール水溶液及び過酸化水素水３１ａの反応器１０における滞留時間を１分間とした。

次に、反応器１０から排出された有機物が酸化した廃液は、熱交換器５０に貯蔵されている水と熱交換することにより瞬時に２５℃に冷却された。さらに、冷却された有機物が酸化した廃液は、背圧弁６１により減圧された後、気液分離器６２により液体成分と気体成分に分離された。

気液分離器６２により分離された液体成分と気体成分を分析したところ、ＴＯＣ基準で９９．９９９％の分解率が達成されていること、液体成分が水を含有すること、気体成分が二酸化炭素と水を含有することが確認された。

［実施例２］
減圧容器４２を構成する材料として、蛍石を用いた以外は、実施例１と同様にして、８質量％メタノール水溶液を処理した。その結果、内部の温度が４００℃になるまで昇温するのに必要な時間は３分間であり、消費電力を小さくすることができた。

［実施例３］
光照射装置４１として、波長が１．２μｍの近赤外線を照射する短波長赤外線ヒーターを用いた以外は、実施例１と同様にして、８質量％メタノール水溶液を処理した。その結果、内部の温度が４００℃になるまで昇温するのに必要な時間は３分間であり、消費電力を小さくすることができた。

［実施例４］
光照射装置４１として、波長が２．６μｍの近赤外線を照射する中波長赤外線ヒーターを用いた以外は、実施例１と同様にして、８質量％メタノール水溶液を処理した。その結果、内部の温度が４００℃になるまで昇温するのに必要な時間は３分間であり、消費電力を小さくすることができた。

［実施例５］
光照射装置４１として、波長が６０〜４００ｎｍの可視光線を照射するキセノンフラッシュランプを用いた以外は、実施例１と同様にして、８質量％メタノール水溶液を処理した。その結果、内部の温度が４００℃になるまで昇温するのに必要な時間は５分間であり、消費電力を小さくすることができた。

［実施例６］
真空ポンプ４３を用いて減圧容器４２を減圧しなかった以外は、実施例１と同様にして、８質量％メタノール水溶液を処理した。その結果、内部の温度が４００℃になるまで昇温するのに必要な時間は１５分間であり、消費電力を小さくすることができた。

［比較例１］
加熱部４０の代わりに、炉体としてのセラミクス成形品で覆われた管状電気炉を用いた以外は、実施例１と同様にして、８質量％メタノール水溶液を処理した。その結果、内部の温度が４００℃になるまで昇温するのに必要な時間は６０分間であり、消費電力が大きくなった。

１００廃液処理装置
１０反応器
２０廃液供給部
２１タンク
２１ａ廃液
２１ｂ撹拌羽根
２２プランジャーポンプ
２３開閉弁
３０過酸化水素水供給部
３１タンク
３１ａ過酸化水素水
３２シリンジポンプ
３３開閉弁
４０加熱部
４１光照射装置
４２減圧容器
４３真空ポンプ
４４開閉弁
４５環状反射板
４６筐体
５０熱交換器
６０気液分離部
６１背圧弁
６２気液分離器
Ｔ温度センサ
Ｐ_１、Ｐ_２圧力センサ

特開２００２−１４３８２５号公報特開２００１−１７８５１号公報

Claims

水及び有機物を含む廃液を処理する廃液処理装置であって、
前記水を亜臨界水、過熱水蒸気又は超臨界水に変化させると共に、前記有機物を酸化させる反応器と、前記反応器に前記廃液を供給する廃液供給手段と、前記反応器に酸化剤を供給する酸化剤供給手段と、前記反応器を加熱する加熱手段を有し、
前記加熱手段は、前記反応器を内部に収容する減圧容器と、前記減圧容器内を減圧する減圧手段と、前記減圧容器の外部から前記反応器に赤外線又は可視光線を照射する光照射手段を有し、
前記減圧容器は、石英又は蛍石を含むことを特徴とする廃液処理装置。
前記減圧容器は、前記光照射手段により照射された赤外線又は可視光線の光路を含む領域のみが石英又は蛍石を含むことを特徴とする請求項１に記載の廃液処理装置。
前記光照射手段は、前記反応器に赤外線を照射することを特徴とする請求項１又は２に記載の廃液処理装置。
前記加熱手段は、前記光照射手段により照射された赤外線又は可視光線を反射して前記反応器に照射する反射部材をさらに有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の廃液処理装置。