JPH02227186A - 廃水の浄化方法 - Google Patents
廃水の浄化方法Info
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- JPH02227186A JPH02227186A JP1142165A JP14216589A JPH02227186A JP H02227186 A JPH02227186 A JP H02227186A JP 1142165 A JP1142165 A JP 1142165A JP 14216589 A JP14216589 A JP 14216589A JP H02227186 A JPH02227186 A JP H02227186A
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- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
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Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明は、廃水の浄化方法に関するものである。
詳しく述べると、化学的酸素要求物質(以下、COD成
分という)を含む廃水の湿式酸化による浄化方法に関す
るものである。さらに詳しく述べると、COD成分であ
る有害な被酸化性の有機物または無機物(以下、不純物
質ということもある)を含有する廃水を分子状酸素の存
在下に湿式酸化することにより、これら有機物を無害な
二酸化炭素、水、窒素等に変換せしめ、廃水を浄化する
に有効な方法に関するものである。
分という)を含む廃水の湿式酸化による浄化方法に関す
るものである。さらに詳しく述べると、COD成分であ
る有害な被酸化性の有機物または無機物(以下、不純物
質ということもある)を含有する廃水を分子状酸素の存
在下に湿式酸化することにより、これら有機物を無害な
二酸化炭素、水、窒素等に変換せしめ、廃水を浄化する
に有効な方法に関するものである。
(従来の技術)
廃水の処理法には、活性汚泥法と呼ばれる生物化学的方
法とチンマーマン法と呼ばれる湿式酸化法が知られてい
る。
法とチンマーマン法と呼ばれる湿式酸化法が知られてい
る。
湿式酸化法には、反応速度を速めるため各種の酸化触媒
を使用する方法が提案されている。また、湿式酸化法に
おいては、無触媒法および有触媒法にかかわらず、反応
器としては、単管円筒型反応塔が用いられている。
を使用する方法が提案されている。また、湿式酸化法に
おいては、無触媒法および有触媒法にかかわらず、反応
器としては、単管円筒型反応塔が用いられている。
前記の活性汚泥法は有機物の分解に長時間を要し、しか
も藻類、バクテリアの生育に適した濃度に廃水を稀釈す
ることが必要であるために、活性汚泥処理施設の設置面
積が広大になる欠点がある。
も藻類、バクテリアの生育に適した濃度に廃水を稀釈す
ることが必要であるために、活性汚泥処理施設の設置面
積が広大になる欠点がある。
さらに、近年、特に都市部においては生育した余剰汚泥
の取扱いに真人な処理費を要している。−方、チンマー
マン法は有機物を含む水溶液に対して圧力20〜200
気圧、温度200°〜370℃で空気を導入し、有機物
を酸化分解する方法であるが、この方法は反応速度が遅
く、分解に長時間を要するために大きな反応器を必要と
し、またその材質に高度な耐久性を要求されるために、
装置の設備費および運転費等において経済的に問題があ
る。また、反応熱により反応温度が上昇すると反応器内
で液相を保持出来なくなるため、COD成分が高濃度の
高発熱量を持つ廃水を処理出来な・いという欠点もある
。また、この方法において、反応速度を速めることを目
的として、各種の酸化触媒を使用する方法が提案されて
いる。触媒を使用した場合、従来の処理方法では、反応
器における反応熱の除熱を考慮したものはないため、特
に高濃度の廃水を処理する場合には、従来の湿式酸化法
による処理方法では発熱量が著しく増すために、液温が
上昇して液相が保持出来なくなり、廃水を稀釈すること
によって発熱量を制御しなければならないが、これは処
理水量の増加をまねく問題がある。また、たとえCOD
成分が低濃度の廃水で発熱量が小さい場合でも、発熱に
より液温か上昇するので廃水を液相に保持させるために
反応圧を過剰に高める必要があり、装置の設備費および
運転費等において経済的に問題がある。
の取扱いに真人な処理費を要している。−方、チンマー
マン法は有機物を含む水溶液に対して圧力20〜200
気圧、温度200°〜370℃で空気を導入し、有機物
を酸化分解する方法であるが、この方法は反応速度が遅
く、分解に長時間を要するために大きな反応器を必要と
し、またその材質に高度な耐久性を要求されるために、
装置の設備費および運転費等において経済的に問題があ
る。また、反応熱により反応温度が上昇すると反応器内
で液相を保持出来なくなるため、COD成分が高濃度の
高発熱量を持つ廃水を処理出来な・いという欠点もある
。また、この方法において、反応速度を速めることを目
的として、各種の酸化触媒を使用する方法が提案されて
いる。触媒を使用した場合、従来の処理方法では、反応
器における反応熱の除熱を考慮したものはないため、特
に高濃度の廃水を処理する場合には、従来の湿式酸化法
による処理方法では発熱量が著しく増すために、液温が
上昇して液相が保持出来なくなり、廃水を稀釈すること
によって発熱量を制御しなければならないが、これは処
理水量の増加をまねく問題がある。また、たとえCOD
成分が低濃度の廃水で発熱量が小さい場合でも、発熱に
より液温か上昇するので廃水を液相に保持させるために
反応圧を過剰に高める必要があり、装置の設備費および
運転費等において経済的に問題がある。
(発明の目的)
したがって、本発明の目的は、廃水の改良された浄化方
法を提供することにある。
法を提供することにある。
本発明の他の目的は、COD成分である有害な被酸化性
の有機物または無機物を含む廃水を分子状酸素の存在下
に湿式酸化することにより、これらの物質を無害な二酸
化炭素、水、窒素等に変換せしめ、廃水を浄化するに有
効な方法を提供することにある。
の有機物または無機物を含む廃水を分子状酸素の存在下
に湿式酸化することにより、これらの物質を無害な二酸
化炭素、水、窒素等に変換せしめ、廃水を浄化するに有
効な方法を提供することにある。
(発明の概要)
これらの諸口的は、複数本の内管と、該内管の外側を伝
熱媒体が流通してなる胴体とよりなる熱交換器型反応器
の内管に廃水を流通させ、該廃水の流れに分子状酸素含
有ガスを供給して該廃水と接触させることにより該廃水
中に含まれる不純物質を湿式酸化することよりなる廃水
の浄化方法により達成される。
熱媒体が流通してなる胴体とよりなる熱交換器型反応器
の内管に廃水を流通させ、該廃水の流れに分子状酸素含
有ガスを供給して該廃水と接触させることにより該廃水
中に含まれる不純物質を湿式酸化することよりなる廃水
の浄化方法により達成される。
従来の単管円筒型反応塔を用いた無触媒での湿式酸化法
(チンマーマン法)では、前記問題点でも指摘してきた
ように、反応熱の除熱を考慮していないためにCOD成
分が高濃度の廃水を処理することは出来なかった。実際
に高濃度の廃水を用いると発熱量が大きいため、反応塔
内で液温か著しく上昇し、水がすべて気相へ移行して反
応できなくなる。また、この湿式酸化反応は反応温度が
上昇するに従って反応速度が増加するため昇温量が大き
いと反応が加速し、制御が困難となる。
(チンマーマン法)では、前記問題点でも指摘してきた
ように、反応熱の除熱を考慮していないためにCOD成
分が高濃度の廃水を処理することは出来なかった。実際
に高濃度の廃水を用いると発熱量が大きいため、反応塔
内で液温か著しく上昇し、水がすべて気相へ移行して反
応できなくなる。また、この湿式酸化反応は反応温度が
上昇するに従って反応速度が増加するため昇温量が大き
いと反応が加速し、制御が困難となる。
そこで、我々は、鋭意研究を重ねた結果、反応熱の除去
が充分に行なわれるような構造を持つ反応器として熱交
換器型反応器を使用することにより優れた効果が得られ
ることを見出したのである。
が充分に行なわれるような構造を持つ反応器として熱交
換器型反応器を使用することにより優れた効果が得られ
ることを見出したのである。
この熱交換器型の反応器自体は、種々の気相酸化反応に
おいてはよく用いられている反応器の形式であるが、湿
式酸化法においては採用されておらず、さらに熱交換器
型反応器と単管円筒型反応器とを組み合わせた反応装置
は、湿式酸化法においては全く採用されていない。しか
しながら、我々は、湿式酸化反応器として熱交換器型反
応器を用いることが、以下に述べるような廃水処理能力
の著しい向上をもたらすことを見出した。
おいてはよく用いられている反応器の形式であるが、湿
式酸化法においては採用されておらず、さらに熱交換器
型反応器と単管円筒型反応器とを組み合わせた反応装置
は、湿式酸化法においては全く採用されていない。しか
しながら、我々は、湿式酸化反応器として熱交換器型反
応器を用いることが、以下に述べるような廃水処理能力
の著しい向上をもたらすことを見出した。
まず、この熱交換器型の反応器を用いることで、従来の
単管円筒型反応器では処理が不可能であった高濃度の廃
水も除熱が十分に行われるため、過剰な圧力をかけるこ
となく簡単に処理できるようになる。したがって、対象
廃水のCOD濃度の上限を従来の8%から20%以上に
まで高めることができる。また、低濃度の廃水で発熱量
が小さい場合でも発熱による液温の上昇を考慮して反応
圧を過剰に高める必要があったのが不要になる。また、
廃水中のCoDI度および廃水量に応じて、冷却用熱交
換器内の伝熱媒体量を調節等によって除熱量を増減し、
きめ細かく制御できる。
単管円筒型反応器では処理が不可能であった高濃度の廃
水も除熱が十分に行われるため、過剰な圧力をかけるこ
となく簡単に処理できるようになる。したがって、対象
廃水のCOD濃度の上限を従来の8%から20%以上に
まで高めることができる。また、低濃度の廃水で発熱量
が小さい場合でも発熱による液温の上昇を考慮して反応
圧を過剰に高める必要があったのが不要になる。また、
廃水中のCoDI度および廃水量に応じて、冷却用熱交
換器内の伝熱媒体量を調節等によって除熱量を増減し、
きめ細かく制御できる。
さらに、反応器内で回収した反応熱を熱媒を経て蒸気発
生ボイラを用いてスチームとして回収したり廃水の予熱
等に有効に熱回収することも可能となり、装置の運転費
、設備費等で大幅に経費を削減することができる。また
、湿式酸化反応においては、温度上昇により反応速度が
速くなるが、反面液相を保持するための圧力も高めてや
らねばならない、従来の反応器では入口部の温度は低(
、反応による発熱で出口部の温度が高くなっていたので
、液相を保持するために最も高温部にあわせて圧力設定
していた。そのため圧力に比して反応器の前半での温度
が低く、反応率も低かった。それに対し本発明者らは熱
交換器型反応器を用いることにより、反応器全体を予め
設定した一定温度にコントロールでき、不要な過剰圧を
かけることなく、反応器全体において一定の反応速度で
効率よく反応させられることを見出した。
生ボイラを用いてスチームとして回収したり廃水の予熱
等に有効に熱回収することも可能となり、装置の運転費
、設備費等で大幅に経費を削減することができる。また
、湿式酸化反応においては、温度上昇により反応速度が
速くなるが、反面液相を保持するための圧力も高めてや
らねばならない、従来の反応器では入口部の温度は低(
、反応による発熱で出口部の温度が高くなっていたので
、液相を保持するために最も高温部にあわせて圧力設定
していた。そのため圧力に比して反応器の前半での温度
が低く、反応率も低かった。それに対し本発明者らは熱
交換器型反応器を用いることにより、反応器全体を予め
設定した一定温度にコントロールでき、不要な過剰圧を
かけることなく、反応器全体において一定の反応速度で
効率よく反応させられることを見出した。
本発明において用いられる反応器は、胴体と、該胴体内
に設けられた複数本の内管とよりなり、該胴体と該内管
との間の空間を伝熱媒体が流通するように構成された多
管円筒式熱交換器型反応器である。この形式では、反応
器の型式を単純化でき、設計およびメンテナンスを容易
にするとともに、腐食性物質を含む可能性のある廃水を
内管内のみを通すことにより高腐食性材料の使用部分を
減らすことができ、反応器のコストを削減することがで
きる。
に設けられた複数本の内管とよりなり、該胴体と該内管
との間の空間を伝熱媒体が流通するように構成された多
管円筒式熱交換器型反応器である。この形式では、反応
器の型式を単純化でき、設計およびメンテナンスを容易
にするとともに、腐食性物質を含む可能性のある廃水を
内管内のみを通すことにより高腐食性材料の使用部分を
減らすことができ、反応器のコストを削減することがで
きる。
この多管円筒式を特徴とする熱交換器型反応器は、水平
管型と垂直管型とに大別されるが、本発明においては、
気液の接触効率の面から考えると垂直管型の方がより好
ましいと考えられる。また、多管円筒式を特徴とする熱
交換器型反応器を管束構造から分類すると固定管板式、
U字管式、遊動頭式の3種が考えられるが、いずれの形
式でもその効果は発揮しうる。さらには、内管内に流す
該廃水と胴側に流す伝熱媒体との流れの方向は向流と並
流の2種の方法が考えられるが、いずれの方法でもよい
、胴側に流す伝熱媒体としては、水、水蒸気、熱媒オイ
ル、溶融塩等が考えられるが、いずれを用いてもよい。
管型と垂直管型とに大別されるが、本発明においては、
気液の接触効率の面から考えると垂直管型の方がより好
ましいと考えられる。また、多管円筒式を特徴とする熱
交換器型反応器を管束構造から分類すると固定管板式、
U字管式、遊動頭式の3種が考えられるが、いずれの形
式でもその効果は発揮しうる。さらには、内管内に流す
該廃水と胴側に流す伝熱媒体との流れの方向は向流と並
流の2種の方法が考えられるが、いずれの方法でもよい
、胴側に流す伝熱媒体としては、水、水蒸気、熱媒オイ
ル、溶融塩等が考えられるが、いずれを用いてもよい。
また、伝熱媒体の循環速度および温度は、廃水のCOD
濃度により適宜選択される。
濃度により適宜選択される。
本発明において用いられる反応器の内管の内径は1lO
x100a、好ましくは15〜80mmである。すなわ
ち、該内径が10mm未満では、反応器の構造が複雑に
なるばかりでなく、熱交換器型反応器を用いて除熱する
利点に対して、反応器のコスト増による不利益の方が大
きくなるために好ましくない。一方、該内径が100m
mを越えると、該内管内部、特に中心部での発熱に対し
て除熱効率が低下するうえに、該内管内部での分子状酸
素含有ガス供給に関して偏流が起りやすくなり、気液接
触効率が低下するために反応率の低下を招くことになる
からである。内管の本数は、該内管の内径、処理すべき
廃水の流量等により依存するが、複数本が必要である。
x100a、好ましくは15〜80mmである。すなわ
ち、該内径が10mm未満では、反応器の構造が複雑に
なるばかりでなく、熱交換器型反応器を用いて除熱する
利点に対して、反応器のコスト増による不利益の方が大
きくなるために好ましくない。一方、該内径が100m
mを越えると、該内管内部、特に中心部での発熱に対し
て除熱効率が低下するうえに、該内管内部での分子状酸
素含有ガス供給に関して偏流が起りやすくなり、気液接
触効率が低下するために反応率の低下を招くことになる
からである。内管の本数は、該内管の内径、処理すべき
廃水の流量等により依存するが、複数本が必要である。
さらに、本発明は、該廃水の湿式酸化にともない発熱量
が廃水11あたり20kcaj!を越える廃水を処理す
ることを特徴とする。20kcaj!未満の発熱量であ
っても、効果は充分得られるが、熱交換器型反応器を用
いて除熱をするメリットに対して反応器のコスト増によ
るデメリットが大きくなるため、本発明方法を採用する
必要性が低くなる。また、反応器の温度コントロールに
よる効果を上げ除熱によるメリットを生かすためには、
発熱量が廃水11あたり5Qkcafを越える廃水が好
ましく、より好ましくは発熱量が廃水12あたり100
kcajl!を越える廃水を処理することによって反応
熱の熱回収量も大きくなり、さらにこの熱交換器型反応
器の利点が見い出される。また、本発明の熱交換型反応
器を用いると供給廃水の温度が反応温度より低い場合に
も、反応管入口側において熱媒によって加熱されすみや
かに所定温度に達する。これは反応器の使用効率1反応
効率を高めるとともに予熱用熱交の負荷を減らし、装置
コストの低減にも役立つ。
が廃水11あたり20kcaj!を越える廃水を処理す
ることを特徴とする。20kcaj!未満の発熱量であ
っても、効果は充分得られるが、熱交換器型反応器を用
いて除熱をするメリットに対して反応器のコスト増によ
るデメリットが大きくなるため、本発明方法を採用する
必要性が低くなる。また、反応器の温度コントロールに
よる効果を上げ除熱によるメリットを生かすためには、
発熱量が廃水11あたり5Qkcafを越える廃水が好
ましく、より好ましくは発熱量が廃水12あたり100
kcajl!を越える廃水を処理することによって反応
熱の熱回収量も大きくなり、さらにこの熱交換器型反応
器の利点が見い出される。また、本発明の熱交換型反応
器を用いると供給廃水の温度が反応温度より低い場合に
も、反応管入口側において熱媒によって加熱されすみや
かに所定温度に達する。これは反応器の使用効率1反応
効率を高めるとともに予熱用熱交の負荷を減らし、装置
コストの低減にも役立つ。
また、本発明において、該廃水11当りの発熱量が60
0kcafを越える場合には、該反応器の内管の内径が
10〜30mmのものを用いることが好ましい。これは
、該廃水12当りの発熱量が600kcaj!を越える
場合には、内管内径が30閣を越える内管を有する反応
器を用いると、内管内部での発熱量が除熱量に比して大
きくなるために、反応が暴走しやすく、反応の継続が困
難となるためである。この場合には、内径が10〜30
閣の内管を有する反応器を用いて反応管内部での蓄熱を
防ぐことが必要である。
0kcafを越える場合には、該反応器の内管の内径が
10〜30mmのものを用いることが好ましい。これは
、該廃水12当りの発熱量が600kcaj!を越える
場合には、内管内径が30閣を越える内管を有する反応
器を用いると、内管内部での発熱量が除熱量に比して大
きくなるために、反応が暴走しやすく、反応の継続が困
難となるためである。この場合には、内径が10〜30
閣の内管を有する反応器を用いて反応管内部での蓄熱を
防ぐことが必要である。
さらに、本発明において使用される熱交換器型反応器の
内管内に触媒を充填した場合には、触媒による反応速度
の向上がもたらす局所的に発生する反応熱の除熱に、特
にこの形式の反応管が優れており、反応器をコンパクト
にできるなど、さらに好ましい方向へもっていくことが
可能である。
内管内に触媒を充填した場合には、触媒による反応速度
の向上がもたらす局所的に発生する反応熱の除熱に、特
にこの形式の反応管が優れており、反応器をコンパクト
にできるなど、さらに好ましい方向へもっていくことが
可能である。
使用する触媒としては、アルミナ、活性炭、シリカ−ア
ルミナ、ジルコニア、チタニア、ケイソウ土、シリカ−
チタニア、シリカ−ジルコニア、チタニア−ジルコニア
等の担体に、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、タン
グステン、銅、セリウム、銀、金、白金、パラジウム、
ロジウム、ルテニウムおよびイリジウム等の金属または
その水に不溶性または難溶性の化合物を担持したものが
用いられ、形状としては、ベレット状、球状、ハニカム
状などが採用される。
ルミナ、ジルコニア、チタニア、ケイソウ土、シリカ−
チタニア、シリカ−ジルコニア、チタニア−ジルコニア
等の担体に、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、タン
グステン、銅、セリウム、銀、金、白金、パラジウム、
ロジウム、ルテニウムおよびイリジウム等の金属または
その水に不溶性または難溶性の化合物を担持したものが
用いられ、形状としては、ベレット状、球状、ハニカム
状などが採用される。
さらに、本発明は該湿式酸化が120〜370℃の範囲
の温度および該廃水が液相を保持する圧力下に遂行され
ることが好ましいが、これは水の臨界温度が370℃で
あり、液相を保持するためにはこの温度に保持する必要
がある。また、廃水中の無機性物質の析出を抑えるため
にも、廃水が蒸発して気体とならないように液相を保持
する圧力を設定する必要がある。
の温度および該廃水が液相を保持する圧力下に遂行され
ることが好ましいが、これは水の臨界温度が370℃で
あり、液相を保持するためにはこの温度に保持する必要
がある。また、廃水中の無機性物質の析出を抑えるため
にも、廃水が蒸発して気体とならないように液相を保持
する圧力を設定する必要がある。
さらに、本発明方法においては、各反応管(内管)の下
部に各々ガス供給ノズルを備えたガス供給装置を有する
多管円筒式熱交換器型反応器を用い、各ガス供給ノズル
の圧力損失が0.05 kg/cm”以上であることが
望ましい。ここに、各ガス供給ノズルの圧力損失とは、
各ノズルへのガス供給分岐よりノズル出口までのガス流
通下で生じる差圧のことである。
部に各々ガス供給ノズルを備えたガス供給装置を有する
多管円筒式熱交換器型反応器を用い、各ガス供給ノズル
の圧力損失が0.05 kg/cm”以上であることが
望ましい。ここに、各ガス供給ノズルの圧力損失とは、
各ノズルへのガス供給分岐よりノズル出口までのガス流
通下で生じる差圧のことである。
前記多管式熱交換器型反応器を用いた場合、各反応管内
に廃水および分子状酸素含有ガスを等量ずつ供給するこ
とが重要となるが、従来の方法では、単一の供給口から
廃水および分子状酸素含有ガスを供給しているものがほ
とんどで、各反応管内に等量ずつ供給することが出来ず
、その結果偏流がおこり全体としての処理効率が低下し
てしまうのが現状であった。更に触媒を用いて高処理効
率を目標とする系においても各反応管内に等量ずつ廃水
および分子状酸素含有ガスを供給するためには、各反応
管の触媒充填時の圧力損失を極めて厳しい範囲で制御す
る必要があり、もしこれが充分になされなければ反応器
内で偏流がおこり、処理効率の大幅な低下をまねくこと
になる。なお、分子状酸素含有ガスとしては、空気、純
酸素、酸素富化空気等がある。
に廃水および分子状酸素含有ガスを等量ずつ供給するこ
とが重要となるが、従来の方法では、単一の供給口から
廃水および分子状酸素含有ガスを供給しているものがほ
とんどで、各反応管内に等量ずつ供給することが出来ず
、その結果偏流がおこり全体としての処理効率が低下し
てしまうのが現状であった。更に触媒を用いて高処理効
率を目標とする系においても各反応管内に等量ずつ廃水
および分子状酸素含有ガスを供給するためには、各反応
管の触媒充填時の圧力損失を極めて厳しい範囲で制御す
る必要があり、もしこれが充分になされなければ反応器
内で偏流がおこり、処理効率の大幅な低下をまねくこと
になる。なお、分子状酸素含有ガスとしては、空気、純
酸素、酸素富化空気等がある。
本発明によれば多管式熱交換器型反応器は、各反応管の
下部に各々ガス供給ノズルを設けることにより、酸素含
有ガスを等量ずつ各反応管に供給することができる。ま
た、これにより廃水も各ガス供給ノズルから発生するガ
スと同伴して各反応管に等量ずつ供給することが可能と
なるのである。
下部に各々ガス供給ノズルを設けることにより、酸素含
有ガスを等量ずつ各反応管に供給することができる。ま
た、これにより廃水も各ガス供給ノズルから発生するガ
スと同伴して各反応管に等量ずつ供給することが可能と
なるのである。
ガス供給ノズルより各反応管に等量ずつガスを供給する
ためには各ノズルの圧力損失は、0.05 kg/ c
+++ ”以上、好ましくは0.05〜2 kg/cm
” 、より好ましくは0.1〜1kg/cm”である。
ためには各ノズルの圧力損失は、0.05 kg/ c
+++ ”以上、好ましくは0.05〜2 kg/cm
” 、より好ましくは0.1〜1kg/cm”である。
それは、0、05 )cg/cm”未満の圧力損失では
、各ノズルより供給されるガス流量に差異ができ大きな
偏流が生じることになり、その結果等量ずつ各反応管に
ガスを供給することが困難となるためである。
、各ノズルより供給されるガス流量に差異ができ大きな
偏流が生じることになり、その結果等量ずつ各反応管に
ガスを供給することが困難となるためである。
さらに、本発明におけるガス供給装置の複数のノズル間
の圧力損失の差異は、40%以内、好ましくは25%以
内である。このノズル間の圧力損失の差異が40%を超
えれば等量ずつ各反応管にガスを供給することが難じく
なり、それに伴い廃水も等量ずつ同伴されず、その結果
、ガスおよび廃水、ともに偏流がおこりやすくなり処理
効率の低下をまねくことになる。
の圧力損失の差異は、40%以内、好ましくは25%以
内である。このノズル間の圧力損失の差異が40%を超
えれば等量ずつ各反応管にガスを供給することが難じく
なり、それに伴い廃水も等量ずつ同伴されず、その結果
、ガスおよび廃水、ともに偏流がおこりやすくなり処理
効率の低下をまねくことになる。
本発明のガス供給装置のノズルの形式は差圧がつく構造
のものであればよく、またガス供給装置のノズルへの気
体の供給は、放射状の配管、リング状の配管、小型の空
気溜りドラムなどのいずれを用いてもよい。
のものであればよく、またガス供給装置のノズルへの気
体の供給は、放射状の配管、リング状の配管、小型の空
気溜りドラムなどのいずれを用いてもよい。
本発明においては、1段目を多管円筒式熱交換器型反応
器を用い、かつ2段目を単管円筒式反応器を用いて湿式
酸化を行なうことによりさらに優れた効果が得られる。
器を用い、かつ2段目を単管円筒式反応器を用いて湿式
酸化を行なうことによりさらに優れた効果が得られる。
これは、本発明の湿式酸化反応は、大部分の反応が反応
器入口部分に近いところで起っており、反応熱の発生も
この部分に集中していることが我々により見出されたた
めである。すなわち、反応熱の除熱に必要な部分だけに
熱交換機能を有する反応器を用いて除熱を行ない、つい
で該熱交換器型反応器から排出した残りの発熱量の小さ
い廃水を、2段目の熱交換機能を有しない単管円筒式反
応器に導入することにより残りの反応を断熱的に進行さ
せようとしたものである。
器入口部分に近いところで起っており、反応熱の発生も
この部分に集中していることが我々により見出されたた
めである。すなわち、反応熱の除熱に必要な部分だけに
熱交換機能を有する反応器を用いて除熱を行ない、つい
で該熱交換器型反応器から排出した残りの発熱量の小さ
い廃水を、2段目の熱交換機能を有しない単管円筒式反
応器に導入することにより残りの反応を断熱的に進行さ
せようとしたものである。
このような構成にすることにより多管円筒式熱交換器型
反応器を小型化できるので、装置のコスト、設備費等を
低減することができるのである。
反応器を小型化できるので、装置のコスト、設備費等を
低減することができるのである。
1段目の湿式酸化反応に使用される多管円筒式熱交換器
型熱反応器については、すでに説明されているので、2
段目の反応に使用される単管円筒式反応器について説明
する。
型熱反応器については、すでに説明されているので、2
段目の反応に使用される単管円筒式反応器について説明
する。
該2段目の単管円筒型反応器としては、断熱型の反応器
が用いられる。該反応器は、水平管型と垂直管型とに大
別されるが、本発明においては、気液の接触効率の面か
ら考えると垂直管型の方がより好ましく、反応器の内径
は50〜2500mm+、特に150〜1500m、管
長は1〜20 m s特に1−10mが好ましく、これ
らの径および長さは上記1段目の反応器出口の残存廃水
COD濃度、目標反応率等に依存する。
が用いられる。該反応器は、水平管型と垂直管型とに大
別されるが、本発明においては、気液の接触効率の面か
ら考えると垂直管型の方がより好ましく、反応器の内径
は50〜2500mm+、特に150〜1500m、管
長は1〜20 m s特に1−10mが好ましく、これ
らの径および長さは上記1段目の反応器出口の残存廃水
COD濃度、目標反応率等に依存する。
該2段目の反応器も、1段目の反応器同様触媒を用いる
ことができ、該触媒の量は、廃水の濃度等により任意に
選択することができ、触媒の充填によって反応速度を向
上させ、反応器をコンパクトにできる。また、2段目に
おいては廃水の残り発熱量が小さいため、反応熱は問題
にならない。
ことができ、該触媒の量は、廃水の濃度等により任意に
選択することができ、触媒の充填によって反応速度を向
上させ、反応器をコンパクトにできる。また、2段目に
おいては廃水の残り発熱量が小さいため、反応熱は問題
にならない。
さらに、2段目入口での廃水は発熱量が小さいとはいえ
、廃水の分解が進むにつれて廃水中に難分解性物質の残
存および生成物が存在しており、分解に時間を要する、
したがって、好ましくは2段目の反応器入口部に空気吹
き込みノズルを設は空気を導入することで、廃水と空気
との接触効率が更に良くなり、反応を短時間に行わせる
ことも可能となる。該2段目の反応器においては、熱交
換器型ではないことより、反応による発熱を考慮すると
該1段目反応器出口での廃水の残り発熱量は、廃水1リ
ットル当り20kcaj!未満であることが好ましい。
、廃水の分解が進むにつれて廃水中に難分解性物質の残
存および生成物が存在しており、分解に時間を要する、
したがって、好ましくは2段目の反応器入口部に空気吹
き込みノズルを設は空気を導入することで、廃水と空気
との接触効率が更に良くなり、反応を短時間に行わせる
ことも可能となる。該2段目の反応器においては、熱交
換器型ではないことより、反応による発熱を考慮すると
該1段目反応器出口での廃水の残り発熱量は、廃水1リ
ットル当り20kcaj!未満であることが好ましい。
次に、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明する。
なお、本発明は、これら実施例のみに限定されるもので
はない。
はない。
実施例1
第1図は、本発明による廃水の浄化方法を行なうための
装置の概略図であり、用いられる反応器1は、内径50
mmかつ長さ6mの反応管(内管)11の10本を胴体
12に内蔵してなり、該反応管11内には平均径5II
I11のペレット触媒(PL O,5wt%をチタニア
−ジルコニア担体に担持したもの)を触媒層長5mにな
るように充填された。また、反応管の下に空気分散板(
図示せず)を設けた。
装置の概略図であり、用いられる反応器1は、内径50
mmかつ長さ6mの反応管(内管)11の10本を胴体
12に内蔵してなり、該反応管11内には平均径5II
I11のペレット触媒(PL O,5wt%をチタニア
−ジルコニア担体に担持したもの)を触媒層長5mにな
るように充填された。また、反応管の下に空気分散板(
図示せず)を設けた。
まず、ライン13より送られてくるCOD(Cr)12
0g/1ffiの濃度で廃水11当り400 kcal
の発熱量を有する廃水を、廃水供給ポンプ7により熱交
換器5において予熱したのち、反応器lに供給した。一
方、ライン14から供給される空気をコンプレッサ6で
昇圧させたのち、反応器1の反応管ll内に供給し、該
反応器l内の内管の外側に循環ポンプ3によりライン1
5から伝熱媒体を供給して反応中に発生する反応熱の除
去を行ない、ついでライン16より排出させ、熱交換器
4においてライン17から供給される冷却水により伝熱
媒体の冷却と反応熱の熱回収を行なった。反応器1で処
理された廃水はライン18より排出され、熱交換器5で
冷却されたのち、気液分離器8へ供給され、ここで無害
なガスと水とに分離された。この気液分離器8において
は、液面コントローラLCにより液面を検出して液面制
御弁9を作動させて一定の液面を保持するとともに、圧
力コントローラPCにより圧力を検出して圧力制御弁1
0を作動させて一定の圧力を保持するように操作されて
いる。
0g/1ffiの濃度で廃水11当り400 kcal
の発熱量を有する廃水を、廃水供給ポンプ7により熱交
換器5において予熱したのち、反応器lに供給した。一
方、ライン14から供給される空気をコンプレッサ6で
昇圧させたのち、反応器1の反応管ll内に供給し、該
反応器l内の内管の外側に循環ポンプ3によりライン1
5から伝熱媒体を供給して反応中に発生する反応熱の除
去を行ない、ついでライン16より排出させ、熱交換器
4においてライン17から供給される冷却水により伝熱
媒体の冷却と反応熱の熱回収を行なった。反応器1で処
理された廃水はライン18より排出され、熱交換器5で
冷却されたのち、気液分離器8へ供給され、ここで無害
なガスと水とに分離された。この気液分離器8において
は、液面コントローラLCにより液面を検出して液面制
御弁9を作動させて一定の液面を保持するとともに、圧
力コントローラPCにより圧力を検出して圧力制御弁1
0を作動させて一定の圧力を保持するように操作されて
いる。
このときの反応器1内における処理条件は、反応温度2
50℃かつ反応圧カフ 5 kg/cm” ・Gであり
、反応管1本当りの廃水通過量151/hrおよび空気
量7.200 N l / hr (反応器全体で、廃
水量1504!/hrおよび空気量72 Nm3/hr
)であった。その結果、触媒層内最高温度は267℃か
つCOD反応率は99.4%であった。
50℃かつ反応圧カフ 5 kg/cm” ・Gであり
、反応管1本当りの廃水通過量151/hrおよび空気
量7.200 N l / hr (反応器全体で、廃
水量1504!/hrおよび空気量72 Nm3/hr
)であった。その結果、触媒層内最高温度は267℃か
つCOD反応率は99.4%であった。
比較例1
第2図は、単管円筒式反応器を使用したときの装置の概
略図であり、用いられる反応器21の内径は50III
Ilかつ管長は6mで管内には、平均粒径5鴫のペレッ
ト触媒(PL O,5wt%をチタニア−ジルコニア担
体に担持したもの)を触媒層長5mとなるようにして充
填され、前記単管円筒の外側は断熱材39で覆われてい
た。
略図であり、用いられる反応器21の内径は50III
Ilかつ管長は6mで管内には、平均粒径5鴫のペレッ
ト触媒(PL O,5wt%をチタニア−ジルコニア担
体に担持したもの)を触媒層長5mとなるようにして充
填され、前記単管円筒の外側は断熱材39で覆われてい
た。
コンプレッサ26で昇圧された空気が触媒を充填した除
熱機能を有しない単管円筒式反応器21の管内へ廃水を
導入して、空気と接触させて反応させ、ついで熱交換器
25を通過させて気液分離器28へ導き、該気液分離器
28内で無害なガスと水とに分離した。このときの触媒
層の温度分布を測定した。なお、処理すべき廃水等の諸
条件は、実施例1と同様であった。その結果、触媒層内
の最高温度は400℃に達し、反応の継続は困難であっ
た。
熱機能を有しない単管円筒式反応器21の管内へ廃水を
導入して、空気と接触させて反応させ、ついで熱交換器
25を通過させて気液分離器28へ導き、該気液分離器
28内で無害なガスと水とに分離した。このときの触媒
層の温度分布を測定した。なお、処理すべき廃水等の諸
条件は、実施例1と同様であった。その結果、触媒層内
の最高温度は400℃に達し、反応の継続は困難であっ
た。
なお、第1図における部材を表わす符号に20をプラス
した符号は、第2図において第1図と同一部材を表わす
。
した符号は、第2図において第1図と同一部材を表わす
。
実施例2〜7
実施例1に準じて熱交換機能を有する反応器を用いて廃
水濃度および反応管径を換え、種々の条件下で実験を行
なった。反応条件、触媒層の最高温度およびCOD反応
率の結果は、第1表のとおりである。なお、同表におけ
る廃水量および空気量は、反応管1本当りのものである
。
水濃度および反応管径を換え、種々の条件下で実験を行
なった。反応条件、触媒層の最高温度およびCOD反応
率の結果は、第1表のとおりである。なお、同表におけ
る廃水量および空気量は、反応管1本当りのものである
。
実施例8
第3図は、本発明方法を行なうための他の装置を表わす
概略図であり、1段目に多管円筒式熱交換器型反応器を
用い、かつ2段目に単管円筒式反応器を用いたものであ
る。第1の熱交換器型反応器4−1aは、内径50Il
lI11かつ長さ4mの反応管(内管)51の10本を
胴体52に内蔵してなり、該反応管51内には、平均径
5龍のペレット触媒(PL O,5wt%をチタニア−
ジルコニア担体に担持したもの)が触媒層長3mになる
ように充填され、また第2の単管内筒式反応器41bは
、内径250mmかつ管長は2mで管内には平均粒径5
IMlのペレット触媒(PL O,5wt%をチタニア
−ジルコニア担体に担持したもの)を触媒層長1.2m
となるように充填され、前記単管円筒の外側は断熱材5
9で覆われていた。
概略図であり、1段目に多管円筒式熱交換器型反応器を
用い、かつ2段目に単管円筒式反応器を用いたものであ
る。第1の熱交換器型反応器4−1aは、内径50Il
lI11かつ長さ4mの反応管(内管)51の10本を
胴体52に内蔵してなり、該反応管51内には、平均径
5龍のペレット触媒(PL O,5wt%をチタニア−
ジルコニア担体に担持したもの)が触媒層長3mになる
ように充填され、また第2の単管内筒式反応器41bは
、内径250mmかつ管長は2mで管内には平均粒径5
IMlのペレット触媒(PL O,5wt%をチタニア
−ジルコニア担体に担持したもの)を触媒層長1.2m
となるように充填され、前記単管円筒の外側は断熱材5
9で覆われていた。
まず、ライン53より送られてくるC0D(Cr)12
0 g/lの濃度で廃水12当り400kcaj!の発
熱量を有する廃水を、廃水供給ポンプ47により熱交換
器45で予熱したのち、第1の反応器41aに供給した
。一方、ライン54から供給される空気をコンプレッサ
46で昇圧させたのち、第1の反応器41aの反応管5
1内に供給し、該反応器41a内の内管の外側に循環ポ
ンプ43よリライン55から伝熱媒体を供給して反応中
に発生する反応熱の除去を行ない、ついでライン56よ
り排出させ、熱交換器44においてライン57から供給
される冷却水により伝熱媒体の冷却と反応熱の熱回収を
行なった。第1の反応器41aで処理された廃水は、つ
いで第2の反応器41bへ供給されて処理されたのち、
廃水ライン58より排出され、熱交換器45で冷却され
たのち、気液分離器48へ供給され、ここで無害なガス
と水に分離される。この気液分離器48においては、液
面コントローラLCにより液面を検出して液面制御弁4
9を作動させて一定の液面を保持するとともに、圧力コ
ントローラPCにより圧力を検出して圧力制御弁50を
作動させて一定の圧力を保持するように操作されている
。
0 g/lの濃度で廃水12当り400kcaj!の発
熱量を有する廃水を、廃水供給ポンプ47により熱交換
器45で予熱したのち、第1の反応器41aに供給した
。一方、ライン54から供給される空気をコンプレッサ
46で昇圧させたのち、第1の反応器41aの反応管5
1内に供給し、該反応器41a内の内管の外側に循環ポ
ンプ43よリライン55から伝熱媒体を供給して反応中
に発生する反応熱の除去を行ない、ついでライン56よ
り排出させ、熱交換器44においてライン57から供給
される冷却水により伝熱媒体の冷却と反応熱の熱回収を
行なった。第1の反応器41aで処理された廃水は、つ
いで第2の反応器41bへ供給されて処理されたのち、
廃水ライン58より排出され、熱交換器45で冷却され
たのち、気液分離器48へ供給され、ここで無害なガス
と水に分離される。この気液分離器48においては、液
面コントローラLCにより液面を検出して液面制御弁4
9を作動させて一定の液面を保持するとともに、圧力コ
ントローラPCにより圧力を検出して圧力制御弁50を
作動させて一定の圧力を保持するように操作されている
。
このときの第1の反応器41aにおける反応温度は25
0℃、第2の反応器41bにおける反応温度は255℃
であり、また圧力は75kg/cmz・Gであり、第1
の反応器における反応管1本当りの廃水通過量は151
/hrおよび空気量7.20ONl/hr(反応器全体
で、廃水量1504!/hrお℃であり、また第2の反
応器41bの触媒層内最高温度は255℃であった。ま
た、COD反応率は、第1の反応器出口部で96%、ま
た第2の反応器出口部で99.5%であった。
0℃、第2の反応器41bにおける反応温度は255℃
であり、また圧力は75kg/cmz・Gであり、第1
の反応器における反応管1本当りの廃水通過量は151
/hrおよび空気量7.20ONl/hr(反応器全体
で、廃水量1504!/hrお℃であり、また第2の反
応器41bの触媒層内最高温度は255℃であった。ま
た、COD反応率は、第1の反応器出口部で96%、ま
た第2の反応器出口部で99.5%であった。
実施例9
第4図に示すように、内径50mでかつ管長5mの反応
管71を胴体72内に10本内蔵してなる単管円筒式熱
交換器61の各反応管71内に、平均径511I11の
ペレット触媒(Pd O,5syt%をチタニア−ジル
コニア担体に担持したもの)を触媒層長が4mとなるよ
うに充填した。この反応器61に、ライン73よりC0
D(Cr)濃度100 g/lでかつ廃水12当り34
0kcalの発熱量を有する廃水を、1本の反応、管当
り16/!/hr供給した。一方、ライン79より空気
を各反応管1本当り6.400 N It / hrを
各ノズル80を通じて供給された0反応器度は250℃
1反応圧力は75kg/Cal”・Gであった。この反
応器61の反応管71の外側には、循環ポンプ63によ
り伝熱媒体が供給され、反応器の冷却に供されたのち、
ライン75より排出され、熱交換器64においてライン
77から供給される冷却水により熱回収が行なわれた。
管71を胴体72内に10本内蔵してなる単管円筒式熱
交換器61の各反応管71内に、平均径511I11の
ペレット触媒(Pd O,5syt%をチタニア−ジル
コニア担体に担持したもの)を触媒層長が4mとなるよ
うに充填した。この反応器61に、ライン73よりC0
D(Cr)濃度100 g/lでかつ廃水12当り34
0kcalの発熱量を有する廃水を、1本の反応、管当
り16/!/hr供給した。一方、ライン79より空気
を各反応管1本当り6.400 N It / hrを
各ノズル80を通じて供給された0反応器度は250℃
1反応圧力は75kg/Cal”・Gであった。この反
応器61の反応管71の外側には、循環ポンプ63によ
り伝熱媒体が供給され、反応器の冷却に供されたのち、
ライン75より排出され、熱交換器64においてライン
77から供給される冷却水により熱回収が行なわれた。
なお、使用されたガス供給ノズル80は、圧力損失が0
.15 kg/am” 、各ノズル間の圧力損失の差異
が18%であった。その結果、COD反応率は99.1
%に達していた。
.15 kg/am” 、各ノズル間の圧力損失の差異
が18%であった。その結果、COD反応率は99.1
%に達していた。
実施例10〜13
実施例9に準じて、ガス供給ノズル80の条件を変え、
その場合のCOD反応率を調べた結果を第2表に示す。
その場合のCOD反応率を調べた結果を第2表に示す。
実施例14〜18
実施例9に準じて、ガス供給ノズル80の条件及び廃水
濃度、反応管径を変え種々の条件下で実験を行なった。
濃度、反応管径を変え種々の条件下で実験を行なった。
ただし、反応管長6m、触媒層長5mとした。COD反
応率の結果を第2表に示す。
応率の結果を第2表に示す。
第1図は、本発明の一実施態様を示すフローシート、第
2図は従来法を示すフローシート、第3図は本発明の他
の実施態様を示すフローシート、第4図は、本発明のさ
らに他の実施態様を示すフローシートである。
2図は従来法を示すフローシート、第3図は本発明の他
の実施態様を示すフローシート、第4図は、本発明のさ
らに他の実施態様を示すフローシートである。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、複数本の内管と、該内管の外側を伝熱媒体が流通し
てなる胴体とよりなる熱交換器型反応器の内管に廃水を
流通させ、該廃水の流れに分子状酸素含有ガスを供給し
て該廃水と接触させることにより該廃水中に含まれる不
純物質を湿式酸化することよりなる廃水の浄化方法。 2、内管の内径が10〜100mmである請求項1に記
載の方法。 3、該廃水が該湿式酸化において少なくとも廃水1l当
り20kcalの発熱量を有するものである請求項1に
記載の方法。 4、該廃水の廃水1l当りの発熱量が600kcalを
越える場合に、該反応器の内管の内径が10〜30mm
である請求項3に記載の方法。 5、湿式酸化は触媒の存在下に行なわれる請求項1に記
載の方法。 6、湿式酸化は120〜370℃の温度でかつ該廃水が
液相を保持し得る圧力下で行なわれる請求項1に記載の
方法。 7、分子状酸素含有ガスが空気である請求項1で記載の
方法。 8、湿式酸化は各内管の下部に各々ガス供給ノズルを備
えたガス供給装置を有する熱交換器型反応器を用い、か
つ各ノズルの圧力損失が0.05kg/cm^2以上の
条件下に行なわれる請求項1に記載の方法。 9、各ノズル間の圧力損失の差異が40%以内である請
求項8に記載の方法。 10、湿式酸化は、最初に多管円筒式熱交換器型反応器
内で行なわれ、ついで単管円筒式非熱交換器型反応器内
で行なわれる請求項1に記載の方法。 11、多管円筒式熱交換器型反応器に供給される廃水が
、湿式酸化において少なくとも廃水1l当り20kca
lの発熱量を有するものである請求項10に記載の方法
。 12、多管円筒式熱交換器型反応器出口において、該廃
水がその1l当り20kcal未満の発熱量を有してな
る請求項11に記載の方法。
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JP63-138556 | 1988-06-07 | ||
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JP16881188 | 1988-07-08 | ||
JP63-279501 | 1988-11-07 | ||
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-
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- 1990-09-20 US US07/586,396 patent/US5158689A/en not_active Expired - Fee Related
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