(57)【要約】【課題】酸素含有ガスの混入量の最適値からの変動を抑制し、酸素含有ガスの廃水への混入に係わる無駄な動力を削減し、酸化処理済廃水のＣＯＤ濃度を安定化させる。【解決手段】処理対象廃水Ｘに所定量の酸素含有ガスを混合した状態で触媒によって酸化処理する触媒湿式酸化装置において、処理対象廃水ＸのＣＯＤ濃度を測定するＣＯＤ測定手段１と、処理対象廃水Ｘに混合させる酸素含有ガスの供給量を調節する酸素含有ガス調節手段７と、ＣＯＤ測定手段１のＣＯＤ濃度に基づいて、処理対象廃水Ｘに対する酸化処理済廃水Ｘ´のＣＯＤ低減率が最大となるように前記酸素含有ガス調節手段７を最適制御する制御手段１４とを具備する。【選択図】　　　　　　図１
2004017003.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理対象廃水（Ｘ）に所定量の酸素含有ガスを混合した状態で触媒によって酸化処理する触媒湿式酸化装置において、
前記処理対象廃水（Ｘ）のＣＯＤ濃度を測定するＣＯＤ測定手段（１）と、
前記処理対象廃水（Ｘ）に混合させる前記酸素含有ガスの供給量を調節する酸素含有ガス調節手段（７）と、
前記ＣＯＤ測定手段（１）のＣＯＤ濃度に基づいて、前記処理対象廃水（Ｘ）に対する酸化処理済廃水（Ｘ´）のＣＯＤ低減率が最大となるように前記酸素含有ガス調節手段（７）を最適制御する制御手段（１４）と
を具備することを特徴とする触媒湿式酸化装置。
【請求項２】
前記酸化処理済廃水（Ｘ´）に含まれる余剰酸素量を検出する酸素検出手段（１３）をさらに備え、前記制御手段（１４）は前記酸素検出手段（１３）によって検出された余剰酸素量と前記ＣＯＤ濃度に基づいて前記酸素含有ガス調節手段（７）を最適制御することを特徴とする請求項１記載の触媒湿式酸化装置。
【請求項３】
前記制御手段（１４）は、ＣＯＤ濃度とＣＯＤ低減率を最大とする単位酸素含有ガス量との関係を予め記憶し、前記ＣＯＤ測定手段（１）からＣＯＤ濃度が入力されると、当該ＣＯＤ濃度を前記関係に当てはめることによって前記酸素含有ガスの量を算出することを特徴とする請求項１または２記載の触媒湿式酸化装置。
【請求項４】
前記ＣＯＤ測定手段（１）は、前記処理対象廃水（Ｘ）に照射した紫外線の透過量に基づいてＣＯＤ濃度を測定することを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の触媒湿式酸化装置。
【請求項５】
処理対象廃水（Ｘ）に所定量の酸素含有ガスを混合した状態で触媒のよって酸化処理する触媒湿式酸化方法において、
前記処理対象廃水（Ｘ）について測定されたＣＯＤ濃度に基づいて前記処理対象廃水（Ｘ）に対する酸化処理済廃水（Ｘ´）のＣＯＤ低減率が最大となるように酸素含有ガスの量を設定することを特徴とする触媒湿式方法。
【請求項６】
前記酸化処理済廃水（Ｘ´）について検出された余剰酸素量と前記処理対象廃水（Ｘ）について測定されたＣＯＤ濃度とに基づいて前記処理対象廃水（Ｘ）に対する酸化処理済廃水（Ｘ´）のＣＯＤ低減率が最大となるように前記酸素含有ガスの量を設定することを特徴とする請求項５記載の触媒湿式酸化方法。
【請求項７】
前記ＣＯＤ濃度とＣＯＤ低減率を最大とする単位酸素含有ガス量との関係に前記ＣＯＤ濃度を当てはめることによって前記酸素含有ガスの量を算出することを特徴とする請求項５または６記載の触媒湿式酸化方法。
【請求項８】
前記処理対象廃水（Ｘ）に紫外線を照射し、前記紫外線の透過量に基づいてＣＯＤ濃度を測定することを特徴とする請求項５〜７いずれかに記載の触媒湿式酸化方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、対象物を触媒を用いて酸化処理する触媒湿式酸化装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、触媒湿式酸化装置は、対象物に空気等の酸素含有ガスを混入させた状態とし、触媒によって酸化処理する装置である。このような触媒湿式酸化装置は、廃水を対象物とする酸化処理に利用される。
【０００３】
例えば，特開平６−２７７６８０号公報には、このような触媒湿式酸化装置を用いた廃水の酸化処理技術の１つとして、廃水の処理結果に基づいて廃水への酸素含有ガスの混入量を最適にコントロールする技術が開示されている。すなわち、この技術は、過剰な酸素含有ガスを廃水に混入させた場合に、廃水の酸化処理によって生成されたガス中に酸化反応に寄与しなかった酸素（余剰酸素）が含まれる点に着目し、当該余剰酸素の量に基づいて酸素含有ガスの混入量を制御することにより廃水の酸化処理に必要最小限の酸素含有ガスを廃水に混入させるものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記特開平６−２７７６８０号公報の技術は、廃水の処理結果に基づいて廃水への酸素含有ガスの混入量を最適にコントロールするものなので、酸素含有ガスの混入量を十分に最適制御することができない。すなわち、酸化反応にある程度の時間を要するために、余剰酸素の検出結果に基づいて酸素含有ガスの混入量を制御したのでは、いわゆる「制御遅れ」が生じて酸素含有ガスの混入量が本来の最適値から大きく変動する。この結果、酸素含有ガスを廃水に混入させる供給装置に無駄な動力を与えなければいけなかったり、あるいは酸化処理後の廃水（酸化処理済廃水）のＣＯＤ濃度が変動するという問題が生じる。
【０００５】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、以下の点を目的とするものである。
（１）酸素含有ガスの混入量の最適値からの変動を抑制する。
（２）酸素含有ガスの廃水への混入に係わる無駄な動力を削減する。
（３）酸化処理済廃水のＣＯＤ濃度を安定化させる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、処理対象廃水に所定量の酸素含有ガスを混合した状態で触媒によって酸化処理する触媒湿式酸化装置において、上記処理対象廃水のＣＯＤ濃度を測定するＣＯＤ測定手段と、上記処理対象廃水に混合させる上記酸素含有ガスの供給量を調節する酸素含有ガス調節手段と、上記ＣＯＤ測定手段のＣＯＤ濃度に基づいて、上記処理対象廃水に対する酸化処理済廃水のＣＯＤ低減率が最大となるように上記酸素含有ガス調節手段を最適制御する制御手段とを具備するという手段を採用する。
すなわち、本第１の手段によれば、処理対象廃水に混合させる酸素含有ガスの供給量は、酸化処理前の処理対象廃水のＣＯＤ濃度に基づいてフィードフォワード制御される。
【０００７】
触媒湿式酸化装置に係わる第２の手段として、上記第１の手段において、上記酸化処理済廃水に含まれる余剰酸素量を検出する酸素検出手段をさらに備え、上記制御手段は前記酸素検出手段によって検出された余剰酸素量と上記ＣＯＤ濃度に基づいて上記酸素含有ガス調節手段を最適制御するという手段を採用する。
すなわち、本第２の手段によれば、処理対象廃水に混合させる酸素含有ガスの供給量は、酸化処理前の処理対象廃水のＣＯＤ濃度に基づいてフィードフォワード制御されると共に、酸化処理済廃水の余剰酸素量に基づいてフィードバック制御される。
【０００８】
触媒湿式酸化装置に係わる第３の手段として、上記第１または第２の手段において、上記制御手段は、ＣＯＤ濃度とＣＯＤ低減率を最大とする単位酸素含有ガス量との関係を予め記憶し、上記ＣＯＤ測定手段からＣＯＤ濃度が入力されると、当該ＣＯＤ濃度を前記関係に当てはめることによって上記酸素含有ガスの量を算出するという手段を採用する。
すなわち、本第３の手段によれば、制御手段に予め記憶されたＣＯＤ濃度と単位酸素含有ガス量との関係、つまりフィードフォワード用の制御データに実測されたＣＯＤ濃度を当てはめることによって酸素含有ガスの量が算出される。
【０００９】
触媒湿式酸化装置に係わる第４の手段として、上記第１〜第３いずれかの手段において、上記ＣＯＤ測定手段は、上記処理対象廃水に照射した紫外線の透過量に基づいてＣＯＤ濃度を測定するという手段を採用する。
すなわち、本第４の手段によれば、処理対象廃水のＣＯＤ濃度は、ＣＯＤ測定手段から照射された紫外線の透過量を測ることによって測定される。
【００１０】
触媒湿式酸化方法に係わる第１の手段として、処理対象廃水に所定量の酸素含有ガスを混合した状態で触媒のよって酸化処理する触媒湿式酸化方法において、上記処理対象廃水について測定されたＣＯＤ濃度に基づいて上記処理対象廃水に対する酸化処理済廃水のＣＯＤ低減率が最大となるように酸素含有ガスの量を設定するという手段を採用する。
【００１１】
触媒湿式酸化方法に係わる第２の手段として、上記第１の手段において、上記酸化処理済廃水について検出された余剰酸素量と上記処理対象廃水について測定されたＣＯＤ濃度とに基づいて上記処理対象廃水に対する酸化処理済廃水のＣＯＤ低減率が最大となるように上記酸素含有ガスの量を設定するという手段を採用する。
【００１２】
触媒湿式酸化方法に係わる第３の手段として、上記第１または第２の手段において、上記ＣＯＤ濃度とＣＯＤ低減率を最大とする単位酸素含有ガス量との関係に上記ＣＯＤ濃度を当てはめることによって上記酸素含有ガスの量を算出するという手段を採用する。
【００１３】
触媒湿式酸化方法に係わる第４の手段にとして、上記第１〜第３いずれかの手段において、上記処理対象廃水に紫外線を照射し、上記紫外線の透過量に基づいてＣＯＤ濃度を測定するという手段を採用する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明に係わる触媒湿式酸化装置及び方法の一実施形態について説明する。
【００１５】
図１は本実施形態における触媒湿式酸化装置の処理系統図である。この図において、符号Ｘは処理対象廃水、１はＣＯＤ測定装置（ＣＯＤ測定手段）、２は流量計、３はポンプ、４は熱交換機、５は反応器、６はコンプレッサ、７は空気調節弁（酸素含有ガス調節手段）、８は気液分離器、９は圧力指示調節計、１０は液面指示調節計、１１は液体排出調節弁、１２は気体排出調節弁、１３は酸素濃度計（酸素検出手段）、また１４は制御装置（制御手段）である。
【００１６】
処理対象廃水Ｘは、各種の有機物や無機物を含んだ一般廃水であり、ＣＯＤ測定装置１、流量計２、ポンプ３及び熱交換機４を介して反応器５に供給される。ＣＯＤ測定装置１は、このような処理対象廃水ＸのＣＯＤ濃度（単位体積あたりの処理対象廃水Ｘに含まれる酸化処理対象物量）を一定のタイムインターバルで連続的に測定し制御装置１４に順次出力する。このＣＯＤ測定装置１は、例えば処理対象廃水Ｘに照射した紫外線の透過量を検出することによってＣＯＤ濃度を測定するものであり、一例として横河電気製の「ＵＶ４００Ｇ形　有機性汚濁物測定装置」がある。
【００１７】
流量計２は、反応器５に供給される処理対象廃水Ｘの流量を測定し制御装置１４に順次出力する。ポンプ３は、処理対象廃水Ｘを反応器５に送り込むためのものであり、上記流量を規定する。熱交換機４は、処理対象廃水Ｘと反応器５から排出された酸化処理済液Ｘ´との熱交換用に設けられている。
【００１８】
このような熱交換機４とポンプ３との間においては、図示するように、処理対象廃水Ｘにコンプレッサ６によって加圧された圧縮空気が空気調節弁７を介して混合されるようになっている。すなわち、反応器５には、処理対象廃水Ｘに酸素含有ガスである空気が所定の割合で混合されたものが順次供給される。空気調節弁７は、制御装置１４から入力される制御信号に基づいて処理対象廃水Ｘに混合する空気の量つまり空気混合量を調節する。反応器５は、内部に酸化分解用の触媒が充填されており、処理対象廃水Ｘと空気との気液混合水を触媒の作用によって酸化分解する。
【００１９】
このような反応器５により酸化分解された酸化処理済廃水Ｘ´は、上記熱交換機４を介して気液分離器８に供給される。気液分離器８は、酸化処理済廃水Ｘ´を液体成分と気体成分とに分離するものである。液体成分は、液体排出調節弁１１を介して気液分離器８から外部に排出され、気体成分は、気体排出調節弁１２を介して気液分離器８から外部に排出される。
【００２０】
上記気液分離器８と熱交換機４との間には圧力指示調節計９が設けられている。この圧力指示調節計９は、酸化処置済廃水Ｘ´の圧力を検出し、この検出値に基づいて液体排出弁１１の開口度を自動調節する。また、上記気液分離器８には液面指示調節計１０が備えられている。この液面指示調節計１０は、気液分離器８内の酸化処理済廃水Ｘ´の液面を検出し、その検出値に基づいて液体排出調節弁１１の開口度を自動調節する。さらに、上記気体成分の排出経路には酸素濃度計１３が設けられている。この酸素濃度計１３は、気体成分中に含まれる酸素の濃度（余剰酸素量）を連続的に測定して制御装置１４に出力する。
【００２１】
制御装置１４は、上記ＣＯＤ測定装置１から入力される処理対象廃水ＸのＣＯＤ濃度、流量計２から入力される処理対象廃水Ｘの流量及び酸素濃度計１３から入力される余剰酸素量に基づいて、酸素含有ガス調節手段である空気調節弁７の開口度つまり処理対象廃水Ｘの空気混合量を制御するものである。制御装置１４の詳細な制御作動については後述するが、反応器５内では処理対象廃水Ｘが空気中の酸素によって酸化分解され、ＣＯＤ値（処理対象廃水Ｘの酸化処理対象物の量）が低下した状態の酸化処理済廃水Ｘ´が反応器５から排出される。制御装置１４は、このＣＯＤ値の低減率（ＣＯＤ低減率）が最大となるように空気調節弁７つまり空気混合量を最適制御する。
【００２２】
このような制御装置１４内には、上記ＣＯＤ濃度とＣＯＤ低減率を最大とする単位空気量（単位酸素含有ガス量）との関係（ＣＯＤ濃度と単位空気量との関係）が制御データとして記憶されている。ここで、ＣＯＤ濃度とは処理対象廃水Ｘの単位体積あたりのＣＯＤ値を表しており、単位空気量とは単位体積あたりの処理対象廃水Ｘに混合させる空気の量を表している。このＣＯＤ濃度と単位空気量との関係をグラフに表したのが図２（ａ）である。この図２（ａ）におけるＣＯＤ濃度の範囲は処理対象廃水ＸのＣＯＤ濃度が取り得る範囲である。この図が示すように任意のＣＯＤ濃度に対し単位空気量が決定される。制御装置１４は、ＣＯＤ測定装置１から入力されたＣＯＤ濃度をこのＣＯＤ濃度と単位空気量との関係に当てはめることによって単位体積あたりの処理対象廃水Ｘに含有させる空気の量を算出する。
【００２３】
上記図２（ａ）に示されたＣＯＤ濃度と単位空気量との関係は、図２（ｂ）に示すグラフ、つまり空気比とＣＯＤ低減率との関係を示す実験結果から導き出されたものである。空気比とは、処理対象廃水Ｘを完全に酸化処理するために必要な理論空気量と処理対象廃水Ｘに実際混合する空気量との比である。この図２（ｂ）において、グラフＡは処理対象廃水ＸのＣＯＤ濃度が３７６０ｐｐｍの場合における空気比とＣＯＤ低減率との関係を示し、グラフＢは処理対象廃水ＸのＣＯＤ濃度が５７８０ｐｐｍの場合における空気比とＣＯＤ低減率との関係を示し、さらにグラフＣは処理対象廃水ＸのＣＯＤ濃度が９５００ｐｐｍの場合における空気比とＣＯＤ低減率との関係を示している。
【００２４】
これら各グラフＡ〜Ｃの相互比較から容易に解るように、ＣＯＤ低減率を最大とする空気比は、処理対象廃水ＸのＣＯＤ濃度の変化に対して直線的に比例変化するのではなく、当該ＣＯＤ濃度に対して非直線関係にある。また、上記単位空気量は、このような空気比に直線的に比例する関係にあるので、よって上記図２（ａ）に示したように処理対象廃水ＸのＣＯＤ濃度に対して非直線関係にある。したがって、処理対象廃水ＸのＣＯＤ濃度に基づいてＣＯＤ低減率を最大とする単位空気量を求めるためには、実験によって当該単位空気量とＣＯＤ濃度との関係（非直線関係）を予め求め、この非直線関係に実際に測定された処理対象廃水ＸのＣＯＤ濃度を当てはめることによって単位空気量を求める必要がある。上記図２（ａ）に示したグラフ、すなわち制御データは、このような実験の結果に基づいて導き出されたものである。
【００２５】
次に、本実施形態における触媒湿式酸化装置の動作を説明する。
【００２６】
上述した構成から解るように、本触媒湿式酸化装置はフィードフォワード制御系とフィードバック制御系とを備えている。すなわち、ＣＯＤ測定装置１から入力される処理対象廃水ＸのＣＯＤ濃度と流量計２から入力される処理対象廃水Ｘの流量とに基づいて空気調節弁７の開口度（つまり空気混合量）を調節する系がフィードフォワード制御系であり、酸素濃度計１３から入力される余剰酸素量に基づいて空気調節弁７の開口度を調節する系がフィードバック制御系である。
【００２７】
ここで、フィードフォワード制御系のみを機能させた場合、ＣＯＤ濃度と流量とが精度良く測定され、かつ制御装置１４に予め記憶されるＣＯＤ濃度と単位空気量との関係が精度の良い実験結果に基づくものであれば、時々刻々と変化する処理対象廃水ＸのＣＯＤ濃度に対してＣＯＤ低減率を最大に維持するように空気混合量を最適制御することができる。しかしながら、本触媒湿式酸化装置では、制御系の異常に対する信頼性の確保等にも配慮した結果、フィードフォワード制御系とフィードバック制御系とを併用する制御系を採用した。
【００２８】
フィードフォワード制御系及びフィードバック制御系の個々の役割としては、フィードバック制御系によって空気混合量を主に最適制御し、このフィードバック制御系の「制御遅れ」に起因する空気混合量の最適値に対する偏差をフィードバック制御系に比較して応答速度の速いフィードフォワード制御系によって補助的に補正する。この結果、処理対象廃水Ｘに実際に混合される空気混合量は、ＣＯＤ低減率を最大化する最小空気量をより忠実に維持するものとなる。
【００２９】
すなわち、制御装置１４は、酸素濃度計１３から入力される酸素濃度に対して、当該酸素濃度が「ゼロ」を維持するように、つまり必要最小限の空気混合量でＣＯＤ低減率を最大化させるように空気調節弁７の開口度をフィードバック制御する。この一方、制御装置１４は、ＣＯＤ測定装置１から入力される処理対象廃水ＸのＣＯＤ濃度を予め記憶したＣＯＤ濃度と単位空気量との関係に当てはめることによりＣＯＤ低減率を最大とする単位空気量を求めると、当該単位空気量に流量計２から入力される処理対象廃水Ｘの流量とを掛け合わせることによって当該流量に見合った空気混合量を算出する。この空気混合量はフィードフォワード制御系における操作量であり、処理対象廃水Ｘの実際のＣＯＤ濃度に応答性良く追従するので、上記空気混合量の最適値に対する偏差を効果的に縮小補正する。
【００３０】
ところで、圧力指示調節計９及び液面指示調節計１０は気液分離器８内の安定化を図っており、具体的には圧力指示調節計９は反応器５内の圧力値を所定値に合わせるように気体排出調節弁１３の開口度を調節し、液面指示調節器１０は気液分離器８内の液面を所定位置に合わせるように液体排出調節弁１１の開口度を調節する。
【００３１】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、以下のような変形例が考えられる。
（１）上記実施形態では、空気混合量を余剰酸素量に基づいて制御するようにフィードバック制御系を構成した。しかし、この余剰酸素量に代えて、酸化処理済廃水Ｘ´のＣＯＤ濃度に基づいて空気混合量をフィードバック制御することも考えられる。すなわち、酸化処理済廃水Ｘ´の液体成分のＣＯＤ濃度を測定する第２の測定手段を用意し、この第２のＣＯＤ測定装置から出力される液体成分のＣＯＤ濃度に基づいて空気混合量をフィードバック制御する。
【００３２】
（２）上記実施形態においてＣＯＤ測定装置１に処理対象廃水Ｘに照射した紫外線の透過量を検出することによってＣＯＤ濃度を測定するものを用いたが、超音波によってＣＯＤ濃度を測定するものでも良い。
【００３３】
（３）上記実施形態において酸素含有ガスに空気を用いたが例えばオゾンガスを用いても良い。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、処理対象廃水に所定量の酸素含有ガスを混合した状態で触媒によって酸化処理する触媒湿式酸化装置において、処理対象廃水のＣＯＤ濃度を測定するＣＯＤ測定手段と、処理対象廃水に供給する前記酸素含有ガスの供給量を調節する酸素含有ガス調節手段と、ＣＯＤ測定手段のＣＯＤ濃度に基づいて、処理対象廃水に対する酸化処理済廃水のＣＯＤ低減率が最大となるように上記酸素含有ガス調節手段を最適制御する制御手段とを具備する。すなわち、処理対象廃水のＣＯＤ濃度に基づいて酸素含有ガス調節手段をフィードフォワード制御するので、処理対象廃水のＣＯＤ濃度が上記処理対象廃水の発生状況の変化により刻々と変化しても処理対象廃水に最適な酸素含有ガス量を混合することができる。したがって、酸化処理対象廃水のＣＯＤ濃度を安定化させることが可能となり、また、酸素含有ガスの処理対象廃水への混入に係わる無駄な動力を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係わる触媒湿式酸化装置の処理系統図である。
【図２】本発明の一実施形態における制御データ及び当該制御データの根拠となる実験結果である。（ａ）はＣＯＤ濃度と単位空気量との関係グラフであり、（ｂ）は空気比とＣＯＤ低減率との関係グラフである。
【符号の説明】
１……ＣＯＤ測定装置（ＣＯＤ測定手段）
２……流量計
３……ポンプ
４……熱交換機
５……反応器
６……空気コンプレッサ
７……空気調節弁（酸素含有ガス調節手段）
８……気液分離器
９……圧力指示調節計
１０……液面指示調節計
１１……液体排出調節弁
１２……気体排出調節弁
１３……酸素濃度計（酸素検出手段）
１４……制御装置（制御手段）
Ｘ……処理対象廃水
Ｘ´……酸化処理済廃水
【図１】
2004017003.tif 000003
【図２】
2004017003.tif 000004