(57)【要約】【課題】生活排水、工業排水、トイレ排水、養豚場・養鶏場排水等の有害物含有排水を単純な工程により、短時間で高効率で確実に無害化処理する。特に、排水処理が難しかったダイオキシン、ＰＣＢ、ＶＯＣなどの有害化合物を含む排水を完全無害化する。【解決手段】生活排水、工業排水、トイレ排水、養豚場・養鶏場排水等の有害物含有排水を、触媒を配置した６００℃以上に加熱したチャンバー内に噴霧して含有有害物を熱分解・燃焼する。有害物含有排水の中の可燃性有機物含有量が少ない際に、アルコールを添加することが好ましい。【選択図】　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
生活排水、工業排水、トイレ排水、養豚場・養鶏場排水等の有害物含有排水を、６００℃以上に加熱したチャンバー内に噴霧して含有有害物を熱分解・燃焼することを特徴とする排水の無害化処理法。
【請求項２】
有害物が、可燃性有機物を含むものであることを特徴とする請求項１記載の排水の無害化処理法。
【請求項３】
チャンバーの加熱方法が、燃料の燃焼による加熱方法、電気的加熱方法、磁気的加熱方法、マイクロ波照射による加熱方法又は光線の照射による加熱方法のいずれか１種又は２種以上によることを特徴とする請求項１又は２に記載の排水の無害化処理法。
【請求項４】
燃料の燃焼による加熱方法が、液体燃料、気体燃料又は水電解ガスのいずれか１種又は２種以上の燃料の燃焼によるものであることを特徴とする請求項３記載の排水の無害化処理法。
【請求項５】
チャンバーの中に、触媒を配置することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の排水の無害化処理法。
【請求項６】
触媒が、金属触媒又はセラミック触媒あるいは金属触媒とセラミック触媒からなることを特徴とする請求項５記載の排水の無害化処理法。
【請求項７】
有害物含有排水の中の可燃性有機物含有量が少ない際に、アルコールを添加することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の排水の無害化処理法。
【請求項８】
可燃性有機物含有量が少ない有害物含有排水１００容量部に対するアルコールの添加量が１〜１０容量部であることを特徴とする請求項７に記載の排水の無害化処理法。
【請求項９】
有害物が、有機塩素化合物、有機ヒ素化合物、青酸化合物又は有機金属化合物から選ばれる１種又は２種以上のものであることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の排水の無害化処理法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】生活排水、工業排水、トイレ排水、養豚場・養鶏場排水等の有害物含有排水の高効率な無害化処理法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来生活排水、工業排水、トイレ排水、養豚場、養鶏場排水等はＢＯＤ、ＣＯＤが高いので活性汚泥法、散水ろ床法、接触ろ床法等微生物処理が大半である。
しかし微生物処理は時間が掛かり、しかも冬季には微生物の動きが鈍り完全処理が出来ず、河川汚染の原因となっている。しかもこの処理ではダイオキシン、ＰＣＢ、ＶＯＣなどの有機塩素化合物系有害物の無害化処理は至難であった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来の微生物による方法では日数が掛かり、従って広大な面積の処理層が必要で、また微生物処理では汚泥が増えるので、その焼却処理にもコストが掛かる。また排水中にはダイオキシンやＰＣＢのように微生物処理では短時間で分解できないものも存在する。
そこで、本発明では従来の排水処理では時間が掛かり、コストが高くなること、ＢＯＤ、ＣＯＤが高く微生物処理では処理しきれないこと、ダイオキシン、ＰＣＢなど有機塩素化合物系有害物質の分解が難しいこと等を解決する方法を提供する。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明者は鋭意研究の結果、上記課題を下記構成の発明により解決した。
（１）生活排水、工業排水、トイレ排水、養豚場・養鶏場排水等の有害物含有排水を、６００℃以上、好ましくは６００〜１３００℃に加熱したチャンバー内に噴霧して含有有害物を熱分解・燃焼することを特徴とする排水の無害化処理法。
（２）有害物が、可燃性有機物を含むものであることを特徴とする前項（１）に記載の排水の無害化処理法。
（３）チャンバーの加熱方法が、燃料の燃焼による加熱方法、電気的加熱方法、磁気的加熱方法、マイクロ波照射による加熱方法又は光線の照射による加熱方法のいずれか１種又は２種以上によることを特徴とする前項（２）記載の排水の無害化処理法。
（４）燃料の燃焼による加熱方法が、液体燃料、気体燃料又は水電解ガスのいずれか１種又は２種以上の燃料の燃焼によるものであることを特徴とする前項（３）記載の排水の無害化処理法。
（５）チャンバーの中に、触媒を配置することを特徴とする前項（１）〜（４）のいずれか１項に記載の排水の無害化処理法。
（６）触媒が、金属触媒又はセラミック触媒あるいは金属触媒とセラミック触媒からなることを特徴とする前項（５）記載の排水の無害化処理法。
（７）有害物含有排水の中の可燃性有機物含有量が少ない際に、チャンバー内の中にアルコールを添加することを特徴とする前項（１）〜（６）のいずれか１項に記載の排水の無害化処理法。
（８）可燃性有機物含有量が少ない有害物含有排水１００容量部に対するアルコールの添加量が１〜１０容量部であり、かつアルコールがメチルアルコールであることを特徴とする前項（７）に記載の排水の無害化処理法。
（９）有害物が、有機塩素化合物、有機ヒ素化合物、青酸化合物又は有機金属化合物から選ばれる１種又は２種以上のものであることを特徴とする前項（１）〜（８）に記載の排水の無害化処理法。
【０００５】
【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１〜図３は本発明を実施するための各種燃焼炉の断面説明図（ただし図３（Ｂ）は横断面図）であり、図中符号１は炉体、２は炉内空間（チャンバー）、３は金属触媒、３’はセラミック触媒（格子状積上成形体）、３”は触媒コーティング層、４は排水噴霧ノズル、５は燃料噴霧ノズル、６は燃焼ガス排出口である。
また、７は高周波加熱コイル、８は三相アーク加熱電極、９は排ガス温度及びＣＯ濃度測定点である。
【０００６】
本発明を実施するに当たって、まず図１〜図３に示すごとき断面の燃焼炉を用意する。
これらの燃焼炉の炉体１は、少なくとも１０００℃以上の耐火性の材料で構成され、例えば外側壁は金属製でもよいが、炉壁は耐火レンガ、セラミックファイバ、キャスタブル耐火物等のセラミック材料で構成されることが好ましい。
炉体１の形状は図１〜図３に示すごとく、入口、出口があれば特に規制はないが、出口は狭めてエネルギーの放散を防ぐ形とすることが好ましい。
まず、この炉体１を燃料噴霧ノズル５からアルコール等の燃料を噴霧し点火・燃焼してチャンバー２内を６００℃以上に加熱してから、被処理対象物の排水を排水噴霧ノズル４からチャンバー２に噴霧する。噴霧量はチャンバー２の大きさや排水に含有する有機物の量によって変わる。
加熱の方法は、燃料として灯油や重油、アルコール等の液体燃料、液化天然ガス、水電解ガス、水素ガス等のガス燃料等を使用する方法、また電熱加熱、アーク加熱など電気的加熱方法、マグネトロン、レーザー光など磁気マイクロ波・光学的方法などが採用される。
【０００７】
噴霧された排水は加熱されたチャンバー２の中で燃焼し、有機物は主にＣＯ２とＨ２Ｏになる。ダイオキシン、ＰＣＢはＣＯ２、Ｈ２Ｏ、ＨＣｌ等に分解され、金属成分は主に金属酸化物として系外へ出る。
そのため排水中に金属成分を含む場合は炉体１の形は図３（Ａ）に示すごとく出口を下につけ、金属酸化物は炉体１の外に出て不燃性残滓として回収できる構成としてもよい。
ダイオキシン、ＰＣＢは通常の燃焼ではなかなか分解しないが、排水を燃焼する本発明の場合は水蒸気酸化（水熱酸化）の形となり、ダイオキシン、ＰＣＢの骨核となっているベンゼン環が分解されるのでダイオキシン、ＰＣＢは残らない（この場合、過熱水蒸気がベンゼン環の二重結合に作用して、分解すると考えられる）。
このダイオキシン、ＰＣＢの分解の際に、触媒を介在、例えばチャンバー２内に白金コイル製の金属触媒３を配置（図１（Ａ）〜（Ｃ））すると更に完全に分解される。特に金属触媒としての白金コイルやセラミック触媒３’としての酸化チタンや酸化ジルコニウムの焼結物成形体（図２：格子状に積み上げた成形体）を介在・使用することが好ましい。なお触媒は、図３（Ａ）、（Ｂ）に示すごとく、炉内壁にコーティング層３’’として形成したものであってもよい。
従って本発明によれば従来の微生物処理法では時間も掛かり、コストも掛かったＢＯＤ、ＣＯＤの高い排水や難分解性のダイオキシンやＰＣＢを含む排水を高効率で、かつ低コストで燃焼し、無害化処理できる。
また、本発明では生活排水、工業排水、トイレ排水、養豚場排水、養鶏場排水の他、懸濁物、スラッジ、ヘドロ、食品処理排水、有機塩素化合物、重金属化合物、青酸化合物、農薬、有機金属化合物などの有害物含有液状態もチャンバー中に噴霧することにより無害化処理できる。
【０００８】
本発明の排水の無害化処理法を具体的に説明すると、
まず、排水中の金属片、ガラス片、プラスチック片、岩石片、紙、布、糸など噴霧ノズルに目詰まりを生じさせる可能性のある夾雑物をストレーナー等で除去し、濃度の濃い場合は洗浄水などで薄め、薄い場合は廃油やメタノール等を加えてＢＯＤ＋（有機性の）ＣＯＤを５〜３０％程度含有する排水に調整する。
その排水を攪拌均質化し、（必要があれば界面活性剤を加えエマルジョン化する）６００℃以上に加熱されたチャンバー２の中に噴霧する。
６００℃以上に加熱するには重油や灯油、アルコール等の液体燃料、液化天然ガス、水電解ガス（ブラウンガス）、都市ガス等の気体燃料、電熱・アーク等の電気的方法、マグネトロン、マイクロ波、レーザーなど磁気光学的方法等が使用される。
チャンバー２中に、噴霧された排水の微粒子は急に６００℃以上に加熱され、水蒸気微爆発を起こすので排水中の有機物は更に細かく分散され、爆発の衝撃で排水の有機物は酸化され易い状態となり最終的にＣＯ２、Ｈ２Ｏに酸化される。チャンバー内で水蒸気微爆発しても一方の出口は開いており、危険性は全くない。この時ダイオキシンやＰＣＢが含まれていても水蒸気微爆発により酸化され易い状態となり、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ及びＨＣｌ等に分解される。特にチャンバー２の中に金属触媒３の白金コイルか酸化チタン、酸化ジルコニウム等のセラミック触媒（格子状積み上げ成形体３’、コーティング層３”）があると更に反応が急速・完全に進行する。
しかもこの方法では水蒸気の密度が高い状態での反応なので、ダイオキシンやＰＣＢの基体となっているベンゼン環が水蒸気と反応して分解し、（水性ガス類似反応でベンゼン環の二重結合が分解する）反応は更に完全となる。
【０００９】
本発明の方法により、ダイオキシン、ＰＣＢのごとき有機塩素化合物系有害物が分解するかどうか試験するために、後記実施例において、排水にジクロロベンゼンを加えて分解燃焼させた。
ジクロロベンゼンを２分子合わせればＰＣＢとなるので、ジクロロベンゼンをＰＣＢの代わりに選んで試験を行った。
また、排ガス中のダイオキシンの分析は時間が掛かるので、ＣＯ濃度を測定してダイオキシン濃度を推定することとした。
ＣＯ濃度とダイオキシン濃度の相関関係を示したのが図４（「廃棄物の処理技術」志垣政信編著、オーム社発行、第３版、平成１２年１０月２０日発行、ｐ１０１）である。
これによるとＣＯ濃度０〜１ｐｐｍでダイオキシン濃度は１ｎｇ／Ｎｍ３以下となることが判る。
【００１０】
実施例ではジクロロベンゼン２００ｐｐｍが添加されていたが、白金触媒により完全に分解燃焼し、ＣＯは零となった。一方白金触媒がないとＣＯが１５〜２１ｐｐｍ残りダイオキシンの痕跡が残ることが判った。
また、実施例３ではジクロロベンゼン１２５ｐｐｍ添加したが、メタノールを加えたので完全燃焼しＣＯは零となってダイオキシンは１ｎｇ／Ｎｍ３以下となった。
しかしメタノールを加えなかった比較例では排水は完全燃焼せずＣＯ１８０〜２３５ｐｐｍであって、かなりのダイオキシンが発生していることが判った。
【００１１】
［実施例１］：
排水としてＢＯＤ１１５，０００ｐｐｍ含有の排水（排水成分：メタノール、トリエチルアミン、アルキルフェノール、アセトン等）を使用して無害化処理した。図２に示すチャンバー２（容積２８Ｌ）中に、灯油（７Ｌ／Ｈ）を噴霧し、十分な酸素を供給しながら燃焼させて、チャンバー２内温度を上昇させ、次いで排水を噴霧した。
実施例１及び比較例１を表１に示す。実施例１では図２のごとく酸化触媒としてＴｉＯ２焼結体の格子状積み上げ成形体３’をチャンバー２の中に配置し、比較例１では成形体３’は入れないで（触媒配置なし）、他の条件は全く同じで燃焼状態を比較した。
【００１２】
【表１】
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【００１３】
（考察）：　表１の結果からみて、燃料噴霧ノズル５（灯油バーナー）でチャンバー２を加熱するとき、ＴｉＯ２酸化触媒３’は昇温速度に大きな差は出なかった。しかし排水をノズル４から噴霧するとＴｉＯ２触媒３’を配置した場合、排水中の有機物が燃焼し、１分後に温度は１６０℃程上昇した。他方ＴｉＯ２触媒を配置しない比較例１においては、温度はやや下降した。この結果において、ＴｉＯ２触媒入りの実施例１で排ガス中ＣＯ濃度が零ということは排ガスが完全に燃焼していることを示し、ＣＯ＝０ｐｐｍはダイオキシンが１ｎｇ／Ｎｍ３以下であることを示している。
一方比較例１の触媒なしではＣＯ濃度は１３０〜１６０ｐｐｍとなり、ダイオキシン除去は不十分という結果となった。
【００１４】
［実施例２］：
排水としてメタノール２０％、水８０％（容量比）、ジクロロベンゼン２００ｐｐｍの排水を使用した無害化処理法の実施例２及び比較例２を表２に示す。
実施例２では図１（Ａ）に示すごとく白金コイルの金属触媒３をチャンバー２の中に入れ、比較例２では同金属触媒３を入れず、他の条件は全く同一条件で燃焼状態を比較した。
【００１５】
【表２】
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【００１６】
（考察）：　実施例２では加熱燃料としてメタノールを用い、チャンバー２の中に白金コイルの金属触媒３を入れ、比較例２では同金属触媒３の入らない状態で試験した。メタノールは発熱量が灯油の約１／２なので酸素ガスを同時に追加供給した。　表２に示すごとく、メタノール燃焼でも白金触媒の効果が現れ、温度の上がり方も白金触媒のない方に比べやや早くＣＯ濃度も低くなった。１５分後排水噴霧を行ったところ、白金触媒入りではチャンバー出口温度で１１８８℃〜１２６９℃迄上がったが、白金触媒のない場合は９２３℃〜８９０℃とやや下がり気味であって、２００℃前後の温度差が生ずることが判った。
【００１７】
実施例２、比較例２ともにジクロロベンゼン２００ｐｐｍを添加していたが、実施例２では白金触媒があったのでＣＯ濃度は零となった。一方比較例２は白金触媒がなかったので完全燃焼せず、ＣＯは１５〜２１ｐｐｍとなり多少ダイオキシン生成が認められた。
【００１８】
［実施例３］：
実施例１の排水４０リットルに水４０リットルを加えてＢＯＤ５７，５００ｐｐｍの排水８０リットルとし、さらにこの排水にＰＣＢ類似物質としてジクロロベンゼン１０グラムをターシャリブチルアルコール１００ｍｌに溶解して加えた（ジクロロベンゼン濃度１２５ｐｐｍ）。これを１／２に分け、一方にメタノール４リットルを加えこれを実施例３の試験排水とし、他方はメタノールを加えずそのまま使用して比較例３の試験排水とした。加熱は灯油バーナーを使用した。
【００１９】
【表３】
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【００２０】
（考察）：　実施例３ではＢＯＤが低い場合でも、メタノールを添加して燃焼処理できる例を試験した。ＢＯＤ５７，５００ｐｐｍ、ジクロロベンゼン１２５ｐｐｍの排水にメタノール９％添加した場合（実施例３）と、そのまま噴霧した場合（比較例３）を試験した。この場合両方とも触媒は使用せず、メタノールの添加により分解燃焼できるかどうかを試験した。排水を噴霧した場合実施例３ではメタノールの効果で温度が上がり、水熱酸化によりＣＯが零となった。ジクロロベンゼンは完全に分解されたと思われる。しかしメタノールを入れない比較例３では温度が下がり、水熱酸化が進まず１８０〜２３５ｐｐｍのＣＯが検出された。メタノール添加しないとチャンバー出口温度が４００℃程度下がり、ダイオキシン分解が不充分となった。
【００２１】
［実施例４，５］
実施例３と同じ排水８０リットルを用意し、１／２に分け、一方にエタノール４リットルを加え（実施例４）、もう一方にプロパノール４リットルを加えて（実施例５）排水試験排水とした。
【００２２】
【表４】
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【００２３】
なお、表４において、加熱バーナの燃料は灯油で、その放出量は７リットル／ｈであった。また、排水ノズルからの排水（ＢＯＤ５７，５００ｐｐｍ、ジクロロベンゼン１２５ｐｐｍ）の放出量は２１リットル／ｈであった。
実施例３，４，５はＢＯＤ５７，５００ｐｐｍの排水にメタノール、エタノール、プロパノールを各々を９％（容量％）加えたもので、これらの比較は全くアルコールを加えなかった比較例３との対比となる。
（考察）：　実施例４では灯油でチャンバーを８７５℃に加熱してから排水を噴霧したもので、排水噴霧により温度は１７５℃上がって、ほぼ１０５０℃を維持した。排水噴霧後、安定した燃焼を３０分間経過後、灯油バーナ及び排水ノズルを止めた。実施例４では排水噴霧後、ＣＯは零となり、ダイオキシン１ｎｇ／Ｎｍ３以下となった。一方、比較例３では温度は下降、実施例４に比べて４００℃近く低くなった。ダイオキシン指数を示すＣＯ濃度も１８０〜２３５を示し、実施例４と顕著な差を示した。
実施例５では実施例４のエタノール添加の代わりにプロパノールを添加したが、ほぼメタノールと同じ傾向を示し、ダイオキシン発生を示すＣＯは零（ダイオキシン１ｎｇ／Ｎｍ３以下）となり、完全燃焼が実証された。
【００２４】
なお、上記においては、排水をチャンバー内に噴霧燃焼して処理しているが、固形の廃棄物を微粉砕して排水又は水に混合し、その混合液をチャンバー内に噴霧燃焼するようにしてもよい。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、有害物含有排水を単純な工程により、短時間で高効率で確実に無害化処理できる。
特に、排水処理が難しかったダイオキシン、ＰＣＢ、ＶＯＣなどの有害化合物を含む排水を完全無害化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施するための炉体の一形態の縦断面説明図。
【図２】本発明を実施するための炉体の一形態の縦断面説明図。
【図３】本発明を実施するための炉体の一形態の縦断面説明図（ただし、（Ｂ）図は横断面説明図）。
【図４】ＣＯ濃度とダイオキシン濃度の相関関係図。
【符号の説明】
１：炉体、
２：炉内空間（チャンバー）、
３：金属触媒、３’セラミック触媒の積上げ成形体、
３”触媒コーテイング層、
４：排水噴霧ノズル、
５：燃料噴霧ノズル、
６：燃料ガス出口、
７：高周波加熱コイル、
８：三相アーク加熱電極、
９：排ガス温度及びＣＯ濃度測定点
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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