(57)【要約】【課題】反応槽２０の熱伸縮による疲労を従来よりも抑えることができる流体浄化装置を提供する。【解決手段】浄化対象流体及び酸化剤を混合しながら自らの長手方向に送る過程で、浄化対象流体中の有機物を酸化分解するための反応槽２０と、有機物の酸化分解を促進するために反応槽２０の中に配設された触媒とを備える流体浄化装置において、反応槽２０内での流体搬送方向における触媒の触媒能を下流側から上流側に向かうにつれて低くした（第１触媒２６ｂ＜第２触媒２７ｂ＜第３触媒２８ｂ）。【選択図】図２
2013255905.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自らの内部に受け入れた浄化対象流体及び酸化剤を混合しながら自らの先端側から後端側に向けて送る過程で、前記浄化対象流体中の有機物を酸化分解して前記浄化対象流体を浄化するための反応槽と、有機物の酸化分解を促進するために前記反応槽の中に配設された触媒とを備える流体浄化装置において、
前記反応槽内での流体搬送方向における前記触媒の触媒能を下流側から上流側に向かうにつれて低くしたことを特徴とする流体浄化装置。
【請求項２】
請求項１の流体浄化装置において、
前記触媒の単位長さあたりの表面積を、前記流体搬送方向の下流側から上流側に向かうにつれて小さくしたことで、前記触媒能を下流側から上流側に向かうにつれて低くしたことを特徴とする流体浄化装置。
【請求項３】
請求項２の流体浄化装置において、
前記触媒として、基材と、これの表面に被覆された触媒材料からなる触媒層とを具備するものを用いたことを特徴とする流体浄化装置。
【請求項４】
請求項１の流体浄化装置において、
前記触媒として、前記流体搬送方向の下流側から上流側に向かうにつれてより触媒能の低い種類の触媒材料を並べたものを用いたことで、前記触媒能を下流側から上流側に向かうにつれて低くしたことを特徴とする流体浄化装置。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れかの流体浄化装置において、
前記触媒を触媒収容器の中に収容して前記触媒収容器と一体的に前記反応槽に対して着脱可能にしたことを特徴とする流体浄化装置。
【請求項６】
請求項５の流体浄化装置において、
互いに前記表面積の異なる触媒、あるいは、互いに触媒材料の種類が異なる触媒を、互いに異なる前記触媒収容器に収容してそれぞれ前記反応槽に対して個別に着脱するようにしたことを特徴とする流体浄化装置。
【請求項７】
請求項５又は６の流体浄化装置において、
前記触媒収容器として、ステンレス、ニッケル、アルミナ、ジルコニアのうち、少なくとも何れか１つを含むものを用いたことを特徴とする流体浄化装置。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れかの流体浄化装置において、
前記触媒として、触媒材料がＲｕ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｅ、Ｔｉ及びＭｎのうち、少なくとも何れか１つを含む化合物からなるものを用いたことを特徴とする流体浄化装置。
【請求項９】
請求項１乃至８の何れかの流体浄化装置において、
前記反応槽として、Ｔｉ、Ｔａ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｈ、及びＰｄのうち、少なくとも何れか１つを含む合金からなる耐食層が内側に被覆されたものを用いたことを特徴とする流体浄化装置。
【請求項１０】
請求項９の流体浄化装置において、
前記反応槽の基材として、ステンレス、ニッケル、又はそれらの少なくとも１つを含む合金、からなるものを用いたことを特徴とする流体浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機物の酸化分解を促進する触媒が配設された反応槽の中で、浄化対象流体及び酸化剤を混合しながら反応槽の先端側から後端側に向けて送る過程で、浄化対象流体中の有機物を酸化分解して浄化対象流体を浄化する流体浄化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の流体浄化装置としては、特許文献１に記載のものが知られている。この流体浄化装置は、処理対象流体としての廃水を反応槽の中で酸化剤と混合した状態で、水の臨界温度（３７４℃）以上の温度まで加熱するとともに、水の臨界圧力（２２ＭＰａ）以上の圧力で加圧することで、廃水を超臨界状態にする。そして、超臨界状態の廃水中の有機物を速やかに酸化分解することで、廃水を浄化する。反応槽の中には、有機物の酸化分解を促進する触媒が配設されている。この触媒により、難分解性の有機物であっても良好に酸化分解することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、この流体浄化装置においては、反応槽の流体搬送方向における上流側部分が下流側部分に比べてかなり高温になって、伸縮による金属疲労を引き起こし易いという問題があった。具体的には、反応槽の先端部では、外部から圧送されてくる廃水と酸化剤（例えば空気）とが加熱及び加圧されて超臨界状態になって混ざり合うことで、廃水中の有機物の酸化分解が急速に始まる。廃水中の有機物濃度が高濃度であると、反応槽の流体搬送方向における上流側の領域において有機物の酸化分解反応が集中して起こることから、反応槽の上流側部分が下流側部分に比べてかなり高温になってしまうのである。
【０００４】
なお、特許文献１の流体浄化装置は、反応槽の内部で廃水を加熱及び加圧して超臨界状態にするものであるが、廃水を亜臨界状態あるいは加熱高温蒸気状態にする構成であっても、反応槽の先端部で有機物の酸化分解が集中して先端部が特に高温になるおそれがある。
【０００５】
本発明は、以上の背景に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、反応槽の熱伸縮による疲労を従来よりも抑えることができる流体浄化装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は、自らの内部に受け入れた浄化対象流体及び酸化剤を混合しながら自らの先端側から後端側に向けて送る過程で、前記浄化対象流体中の有機物を酸化分解して前記浄化対象流体を浄化するための反応槽と、有機物の酸化分解を促進するために前記反応槽の中に配設された触媒とを備える流体浄化装置において、前記反応槽内での流体搬送方向における前記触媒の触媒能を下流側から上流側に向かうにつれて低くしたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明において、反応槽の流体搬送方向における上流側部分では、下流側部分に比べて触媒の触媒能が低くなることで、上流側部分で酸化分解される有機物の量が従来よりも減って上流側部分の発熱量が減少する。この一方で、反応槽の流体搬送方向における下流側部分では、上流側部分に比べて触媒の触媒能が高くなることで、下流側部分で酸化分解される有機物の量が従来よりも増えて下流側部分の発熱量が増加する。このようにして、反応槽の上流側部分と下流側部分とで発熱量の均一化を図って上流側部分の昇温温度を従来よりも低くすることで、反応槽の熱伸縮による疲労を従来よりも抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態に係る流体浄化装置を示す概略構成図。
【図２】同流体浄化装置の反応槽を示す縦断面図。
【図３】同反応槽を示す分解斜視図。
【図４】実験１における流体温度と反応槽内位置との関係を示すグラフ。
【図５】実験２における流体温度と反応槽内位置との関係を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明を適用した流体浄化装置の一実施形態について説明する。
まず、実施形態に係る流体浄化装置の基本的な構成について説明する。図１は、実施形態に係る流体浄化装置を示す概略構成図である。実施形態に係る流体浄化装置は、原水タンク１、攪拌機２、原水供給ポンプ３、原水入口弁４、酸化剤予備加熱器５、酸化剤圧送ポンプ６、酸化剤タンク７、酸化剤入口弁８、合流部９、合流部温度計１０、熱交換器１１、出口圧力計１２、出口弁１３、気液分離器１４、反応槽２０、図示しない制御部などを備えている。
【００１０】
制御部は、漏電ブレーカー、マグネットスイッチ、サーマルリレーなどの組み合わせからなる給電回路を、攪拌機２、原水供給ポンプ３、予備加熱器５、酸化剤圧送ポンプ６、酸化剤熱交換器１１にそれぞれ個別に対応する分だけ有している。そして、プログラマブルシーケンサーからの制御信号によって給電回路のマグネットスイッチをオンオフすることで、それら機器に対する電源のオンオフを個別に制御する。
【００１１】
出口圧力計１２は、圧力の検知結果に応じた値の電圧を出力する。また、合流部温度計１０は、合流部９内で合流した酸化剤と廃水との混合流体の温度を検知してその検知結果に応じた電圧を出力する。また、後述する第１温度計２１、第２温度計２２、第３温度計２３、第４温度計２４、第５温度計２５はそれぞれ、反応槽２０内の混合流体の温度を検知してその検知結果に応じた電圧を出力する。それらの測定機器から出力される電圧は、それぞれ図示しないＡ／Ｄコンバーターによって個別にデジタルデータに変換された後、センシングデータとしてプログラマブルシーケンサーに入力される。プログラマブルシーケンサーは、それらのセンシングデータに基づいて、各種の機器の駆動を制御する。
【００１２】
原水タンク１には、分子量の比較的大きな有機物を含む廃水が未処理の状態で貯留されている。廃水、有機溶剤廃水、製紙工程で生ずる製紙廃水、及びトナー製造工程で生ずるトナー製造廃水のうち、少なくとも何れか１つからなるものである。製紙廃水やトナー製造廃水には、難分解性の有機物が含まれている可能性がある。
【００１３】
攪拌機２は、浄化対象流体としての廃水を撹拌することで、廃水中に含まれる浮遊物質（Suspended solids）を均等に分散せしめて、有機物濃度の均一化を図っている。原水タンク１内の廃水は、高圧ポンプからなる原水供給ポンプ３によって連続的に圧送されて、原水入口弁４を介して合流部９に高圧流入する。原水入口弁４は、逆止弁の役割を担っており、原水供給ポンプ３から圧送されてくる廃水について、原水供給ポンプ３側から合流部９側への流れを許容する一方で、逆方向の流れを阻止する。
【００１４】
酸化剤圧送ポンプ６は、酸化剤タンク７に貯留されている酸化剤たる過酸化水素水を吸い込んで、廃水の流入圧力と同程度の圧力まで圧縮しながら、酸化剤入口弁８を介して合流部９に向けて送り込む。酸化剤圧送ポンプ６から高圧で送り出された過酸化水素水は、酸化剤入口弁８と酸化剤予備加熱器５とを介して合流部に進入する。
【００１５】
酸化剤入口弁８は、逆止弁の役割を担っており、酸化剤圧送ポンプ６から送られてくる過酸化水素水について、酸化剤圧送ポンプ６側から合流部９側への流れを許容する一方で、逆方向の流れを阻止する。酸化剤入口弁８を経由した過酸化水素水は、酸化剤予備加熱器５によって予備加熱されてから合流部９に進入する。
【００１６】
合流部９で合流した過酸化水素水と廃水との混合流体は、反応槽２０に進入する。酸化剤圧送ポンプ６の駆動による過酸化水素水の圧送量は、廃水中の有機物を完全に酸化させるのに必要となる化学量論的な酸素量に基づいて決定されている。より詳しくは、廃水のＣＯＤ（Chemical Oxygen Demand）、全窒素（ＴＮ）、全リン（ＴＰ）など、廃水中の有機物濃度、窒素濃度、リン濃度などに基づいて、有機物の完全酸化に必要な酸素量が算出され、その結果に基づいて、過酸化水素水の圧送量が設定されている。
【００１７】
過酸化水素水の流入量の設定は作業員によって行われるが、廃水中に含まれる有機物の種類が経時で安定しており、濁度、光透過度、電気伝導度、比重などの物性と、前述の酸素量との相関関係が比較的良好である場合には、その物性をセンサー等で検知した結果に基づいて、前述の制御範囲を自動で補正する処理を実施するように、プログラマブルシーケンサーを構成してもよい。酸化剤としては、過酸化水素水の他、空気、酸素ガス、オゾンガスの何れか１つ、あるいは、それらの２種類以上を混合したもの、を用いることも可能である。
【００１８】
反応槽２０の外側には、反応槽２０を加熱するためのヒーター３０が配設されている。反応槽２０内に圧送された混合流体は、ヒーター３０によって加熱されることで昇温することに加えて、有機物が酸化分解されることによる発熱によっても昇温する。廃水が有機物を高濃度に含むものである場合、多量の有機物が酸化分解される際の多量の発熱だけで、混合流体が所望の温度まで昇温することもある。この場合、装置の立ち上げ時のみ、ヒーター３０による加熱を行い、酸化分解が開始された後には、ヒーター３０に対する電源をオフにすることができる。
【００１９】
反応槽２０内の混合流体に加える圧力としては、０．５〜３０Ｍｐａ（望ましくは５〜３０Ｍｐａ）の範囲を例示することができる。反応槽２０内の圧力は、後述する出口弁１３によって調整される。出口弁１３は、反応槽２０内の圧力が閾値よりも高くなると、自動で弁を開いて反応槽２０内の混合流体を外部に排出することで、反応槽２０内の圧力を閾値付近に維持する。
【００２０】
反応槽２０内の混合流体の温度としては、１００〜７００℃（望ましくは２００〜５５０℃）を例示することができる。温度の調整は、ヒーター３０のオンオフによって行われる。温度及び圧力の条件として、温度＝３７４．２℃以上、且つ、圧力＝２１．８ＭＰａ以上を採用した場合、水の臨界温度や臨界圧力をそれぞれ超え、且つ空気の臨界温度や臨界圧力もそれぞれ超える状態であるため、混合流体が液体と気体との中間的な性質を帯びる超臨界流体になる。かかる超臨界流体中では、有機物が良好に超臨界流体に溶解するとともに、空気に良好に接触することから、有機物の酸化分解が急激に進行する。
【００２１】
温度及び圧力の条件として、温度＝２００℃以上（望ましくは３７４．２℃以上）、且つ、圧力＝２１．８ＭＰａ未満（望ましくは１０ＭＰａ以上）の比較的高圧を採用して、反応槽２０内で混合流体中の廃水を高温高圧蒸気にしてもよい。
【００２２】
反応槽２０内においては、混合流体を高温且つ高圧の状態にすることで、混合流体中の有機物やアンモニア態窒素の酸化分解を促す。有機物やアンモニア態窒素が酸化分解された混合流体は、反応槽２０から処理水搬送管に排出される。この処理水搬送管には、熱交換器１１が装着されている。熱交換器１１は、処理水搬送管の外側を覆う外管を有しており、その外観と処理水搬送管との間の空間を水などの熱交換流体で満たしている。そして、処理水搬送管の外壁と熱交換流体との熱交換を行う。反応槽２０の運転時には、非常に高温の処理流体が処理水搬送管の内部に流れるため、処理水搬送管から熱交換器１１内の熱交換流体に熱が移動して、熱交換流体が熱せられる。熱交換器１１内における熱交換流体の搬送方向は、いわゆる向流型の熱交換を行うように、処理水搬送管内の液体の搬送方向とは逆方向になっている。即ち、出口弁１３側から反応槽２０側に向けて熱交換流体を送っている。これは、図示しない熱媒体タンク内の熱交換流体を吸引しながら熱交換器１１に送る熱交換ポンプによって行われる。
【００２３】
熱交換器１１を通過して熱せられた熱交換流体は、図示しないパイプを通って発電機に送られる。発電機では、熱せられたことによって圧力を高めている熱交換流体を液体から気体の状態にするときに発生する気流によってタービンを回転させることで発電が行われる。
【００２４】
処理水搬送管の末端付近には、図示しない出口温度計と、出口圧力計１２と、出口弁１３とが順に配設されている。出口温度計は、処理水搬送管内の流体の温度を検知して、その検知結果を制御部のプログラマブルシーケンサーに出力する。プログラマブルシーケンサーは、出口温度計による検知結果を所定の上限温度以下にするように、熱交換ポンプの駆動を制御する。具体的には、出口温度計による検知結果が所定の上限温度に達したときには、熱交換ポンプの駆動量を増加して熱交換器１１への熱交換流体の供給量を増やすことで、熱交換器１１による冷却機能を高める。これにより、液体を上限温度以下の温度にした状態で、熱交換器１１に流入させるようにする。
【００２５】
また、熱交換器１１の近傍には、熱交換器９を通った直後の熱交換流体の温度を検知する図示しない熱交換温度計が設けられている。熱交換器１１を通った直後の熱交換流体の温度は、所定の下限温度以上であることが望ましい。そこで、制御部のプログラマブルシーケンサーは、熱交換温度計による検知結果を所定の下限温度以下にするように、熱交換ポンプの駆動を制御する。具体的には、熱交換温度計による検知結果が所定の下限温度まで低下したときには、熱交換ポンプの駆動量を減少させて熱交換器１１への熱交換流体の供給量を低下させる。これにより、熱交換器１１を通った直後の熱交換流体の温度を上昇させるようにする。但し、出口温度計による検知結果に基づく熱交換ポンプの駆動量の調整が、熱交換温度計による検知結果に基づく熱交換ポンプの駆動量の調整よりも優先して行われる。このため、出口温度計による検知結果が所定の上限温度以上になっており、且つ、熱交換温度計による検知結果が所定の下限温度以下になっている場合には、前者の検知結果による駆動量の調整が優先されて、駆動量が増やされる。
【００２６】
廃水中の有機物濃度が比較的高い場合には、有機物の酸化分解によって多量の熱が発生する。このため、運転初期にはヒーター３０を作動させるものの、有機物の酸化分解が開始された後には、有機物の酸化分解によって発生する熱により、廃水と過酸化水素水との混合流体の温度を、所望の温度まで自然に昇温することができるようになる場合もある。反応槽２０は、内部の混合流体の温度を流体搬送方向の上流側から下流側に向けて順に検知する第１温度計２１、第２温度計２２、第３温度計２３、第４温度計２４、第５温度計２５を有している。制御部のプログラマブルシーケンサーは、それら温度計による検知結果が、所定の温度よりも高くなった場合には、加熱手段としてのヒーター３０をオフにする。これにより、無駄なエネルギーの消費を抑えることができる。
【００２７】
処理水搬送管内では、浄化された混合流体中の水分が冷却されて、超臨界状態、あるいは高温高圧蒸気状態、から液体状態に態様を変化させる。一方、混合流体中の酸素や窒素は、超臨界状態から気体状態に態様を変化させる。処理水搬送管を通り過ぎた混合流体は、気液分離器１４によって処理水とガスとに分離され、処理液は処理液タンクに貯留される。また、ガスは大気中に放出される。
【００２８】
処理水は、活性汚泥による生物処理では除去し切れないフェノールなどの難分解性の有機物もほぼ完全に酸化分解されたものであるため、浮遊物質や有機物は殆ど含まれていない。酸化し切れなかったごく僅かな無機物が含まれているだけである。そのままの状態でも、用途によっては工業用水として再利用することが可能である。また、限外濾過膜による濾過処理を施せば、ＬＳＩ洗浄液などに転用することも可能である。気液分離器１４によって分離されたガスは、二酸化炭素、窒素、及び酸素ガスを主成分とするものである。
【００２９】
次に、実施形態に係る流体浄化装置の特徴的な構成について説明する。
図２は、反応槽２０を示す縦断面図である。図中矢印Ａ方向は、反応槽２０内で流体が進む流体搬送方向を示している。反応槽２０の流体搬送方向の上流側端部には、フランジによって流入管１６が接続されている。この流入管１６の図示しない領域（上流側端部）は、合流部９になっている。また、反応槽２０の流体搬送方向の下流側端部には、フランジによって処理水搬送管１７が接続されている。反応槽２０内で処理された処理流体は、反応槽２０内から処理水搬送管１７に排出される。
【００３０】
反応槽２０内には、第１触媒カートリッジ２６、第２触媒カートリッジ２７、第３触媒カートリッジ２８が流体搬送方向の上流側から下流側に向けて順に並んでいる。流入管１６から反応槽２０内に進入した混合流体（廃水＋過酸化水素水）は、加熱及び加圧されながら、第１触媒カートリッジ２６、第２触媒カートリッジ２７、第３触媒カートリッジ２８を順に通過する。この過程で、有機物やアンモニア態窒素が徐々に酸化分解していく。
【００３１】
図３は、反応槽２０を示す分解斜視図である。反応槽２０の槽本体２０ａは、円筒状の形状をしており、流体搬送方向（図中矢印Ａ方向）の上流側端部、下流側端部にそれぞれフランジが設けられている。槽本体２０ａから流入管１６又は処理水搬送管１７の何れか一方を取り外すことで、槽本体２０ａ内に挿入されている第１触媒カートリッジ２６、第２触媒カートリッジ２７、及び第３触媒カートリッジ２８を槽本体２６ａ内から取り出すことが可能になる。第１触媒カートリッジ２６は、円筒状の第１触媒収容器２６ａと、これの中に充填された第１触媒２６ｂとを具備している。また、第２触媒カートリッジ２７は、円筒状の第２触媒収容器２７ａと、これの中に充填された第２触媒２７ｂとを具備している。また、第３触媒カートリッジ２７は、円筒状の第３触媒収容器２８ａと、これの中に充填された第３触媒２８ｂとを具備している。
【００３２】
第１触媒収容器２６ａ、第２触媒収容器２７ａ、第３触媒収容器２８ａはそれぞれ、ステンレス、ニッケル、アルミナ、ジルコニアのうち、少なくとも何れか１つを含む合金からなる。槽本体２０ａ内では、有機塩化物のクロロ基に由来する塩酸や、アミノ酸等のスルホニル基に由来する硫酸が中間生成物として発生して、混合流体が強い酸性になる。このため、各触媒収容器として、耐食性に優れた前述のような合金からなるものを用いている。これにより、各触媒収容器の腐食を抑えることができる。
【００３３】
３つの触媒カートリッジ（２６、２７、２８）においては、それぞれ、触媒（２６ｂ、２７ｂ、２８ｂ）を触媒収容器（２６ａ、２７ａ、２８ａ）の中に収容して触媒収容器と一体的に反応槽２０の槽本体２０ａに対して着脱可能にしている。かかる構成では、複雑な形状の触媒であっても、それを触媒収容器の中に収めたことで、それを容易且つ安全に槽本体２０ａに着脱することができる。
【００３４】
第１触媒２６ｂ、第２触媒２７ｂ、第３触媒２８ｂはそれぞれ、複数の管状空間をその長手方向と直交する方向に並べた並列管構造を具備しており、その長手方向を流体搬送方向（図中矢印Ａ方向）に沿わせる姿勢で触媒収容器（２６ａ、２７ａ、２８ａ）内に配設されている。管状空間の壁を構成している管壁が、触媒として機能しており、その管壁は、金属からなる基材と、これの表面に被覆された触媒材料からなる触媒層とからなっている。管壁の触媒層に混合流体が接触しながら移動することで、混合流体中の有機物の酸化分解が促される。管状空間の密度は、第１触媒２６ｂ、第２触媒２７ｂ、第３触媒２８ｂの順で高くなっていることから、触媒の流体搬送方向における単位面積あたりの表面積は、その順で大きくなっている。よって、実施形態に係る流体浄化装置では、触媒の単位長さあたりの表面積が、流体搬送方向の下流側から上流側に向かうにつれて小さくなっている。これにより、反応槽２０内での流体搬送方向における触媒の触媒能が下流側から上流側に向かうにつれて低くなっている。
【００３５】
かかる構成において、反応槽２０の流体搬送方向における上流側部分では、中流部分や下流側部分に比べて触媒の触媒能が低くなることで、上流側部分で酸化分解される有機物の量が従来よりも減って上流側部分の発熱量が減少する。この一方で、反応槽２０の流体搬送方向における中流部分や下流側部分では、上流側部分に比べて触媒の触媒能が高くなることで、中流部分や下流側部分で酸化分解される有機物の量が従来よりも増えて中流部分や下流側部分の発熱量が増加する。このようにして、反応槽２０の上流側部分と中流部分と下流側部分とで発熱量の均一化を図って上流側部分の昇温温度を従来よりも低くすることで、反応槽２０の熱伸縮による疲労を従来よりも抑えることができる。
【００３６】
なお、反応槽２０内において、流体搬送方向の全域に触媒を配設した例について説明したが、上流側の領域には触媒を配設せずに、中流領域や下流領域だけに触媒を配設してもよい。
【００３７】
上述したように、第１触媒２６ｂ、第２触媒２７ｂ、第３触媒２８ｂは、金属からなる基材と、これの表面に被覆された触媒材料からなる触媒層とからなっている。かかる構成では、金属からなる基材により、触媒の骨格をなす管壁の形状を精度よく加工することで、触媒の表面積を容易且つ正確に調整することができる。
【００３８】
また、３つの触媒カートリッジにおいては、互いに表面積の異なる第１触媒２６ｂ、２７ｂ、２８ｂを、互いに異なる触媒収容器（２６ａ、２７ａ、２８ａ）に収容してそれぞれ槽本体２０ａに対して個別に着脱するようになっている。かかる構成では、それぞれの触媒を汚れや劣化の度合いに応じてそれぞれ容易に個別交換することができる。
【００３９】
第１触媒２６ｂ、第２触媒２７ｂ、第３触媒２８ｂにおいて、触媒層の触媒材料としては、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｅ、Ｔｉ及びＭｎのうち、少なくとも何れか１つを含む化合物からなるものを用いている。かかる構成では、その化合部により、有機物やアンモニア態窒素の酸化分解を良好に促すことができる。
【００４０】
反応槽２０の槽本体２０ａとしては、その筒状構造の内周面に、Ｔｉ、Ｔａ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｈ、及びＰｄのうち、少なくとも何れか１つを含む合金からなる耐食層を被覆したものを用いている。この耐食層により、有機物の酸化分解産物である塩酸や硫酸が発生しても、槽本体２０ａの内壁の腐食を長期間に渡って抑えることができる。
【００４１】
槽本体２０ａにおいて、その筒状構造の骨格をなす基材としては、ステンレス、ニッケル、又はそれらの少なくとも１つを含む合金、からなるものを用いている。かかる構成では、高温高圧の条件で使用する槽本体２０ａについて、所望の耐熱性及び耐圧性を発揮させることができる。
【００４２】
次に、本発明者らが行った実験について説明する。
本発明者らは、実施形態に係る流体浄化装置と同様の構成の流体浄化実験装置を用意した。そして、この流体浄化実験装置を用いて、実験廃水の浄化試験を行った。なお、反応槽２０としては、全長が２４０［ｍｍ］であるものを用いた。そして、第１温度計２１、第２温度計２２、第３温度計２３、第４温度計２４、第５温度計２５を、反応槽２０の上流端（入口）から２０、７０、１２０、１７０、２２０［ｍｍ］の位置に設置した。
［実験１］
実験廃水として、メタノール水溶液を用意した。また、酸化剤として、過酸化水素水を用意した。そして、まず、原水タンク１や酸化剤タンク７に純水を入れて、原水供給ポンプ３、酸化剤圧送ポンプ６によってそれぞれ純水を混合部９に圧送した。そして、混合部９から反応槽２０内に純水を送りながら出口弁１３の圧調整ネジを調整して、反応槽２０内を純水で満たすとともに、反応槽２０内の圧力を１０［ＭＰａ］まで高めた。その後、ヒーター３０の電源を入れて、反応槽２０内の純水の温度を４００［℃］まで上昇させた。次に、酸化剤タンク７内の純水を酸化剤としての過酸化水素水に入れ替えて、過酸化水素水を混合部９よりも上流側で酸化剤予備加熱器５によって予備加熱しながら反応槽２０内に圧送した。その後、１時間経過した時点で、原水タンク１内の純水を実験廃水としてのメタノール水溶液に入れ替えて、メタノールの酸化分解処理を開始した。このとき、混合部９において、メタノール水溶液と過酸化水素水との混合流体におけるメタノール濃度が８［ｗｔ％］になり、混合流体を反応槽（２０）内に２０秒間滞留させ、且つ、過酸化水素水から発生する酸素量をメタノールの完全酸化分解に必要な化学量論量の１．５倍にする条件で、過酸化水素水及びメタノール水溶液を混合部９に圧送した。このような条件でメタノール水溶液を反応槽２０内で酸化分解しながら、反応槽２０から排出された処理流体を気液分離して処理水を得た。処理水のメタノール濃度を測定したところ、ほぼゼロであった。各種の温度計によって反応槽２０内の温度が４５０［℃］付近まで上昇したのを確認した後、ヒーター３０の電源をオフして、ヒーター３０による加熱を停止させた。その後も、メタノールが酸化分解するのに伴って発熱することにより、反応槽２０内の温度が低下していかないことを確認した。
【００４３】
メタノール水溶液の圧送を開始してから２時間が経過した時点で、各温度計によって反応槽２０内の温度を測定した。この結果を図４に示す。図示のように、メタノール水溶液の圧送を開始する直前のタイミングである処理開始前には、反応槽２０内の各位置における流体温度はそれぞれ４００［℃］になっていた。ヒーター３０によって４００［℃］になるように均一に加熱していたので当然の結果である。これに対し、２時間経過後には、各位置の流体温度が４５０［℃］まで上昇している。メタノールの酸化分解に伴う発熱により、加熱手段で加熱しなくても流体の温度が４５０［℃］まで自然に上昇したのである。注目すべき点は、各位置（２０、７０、１２０、１７０、２２０ｍｍ）の流体温度が何れも４５０［℃］で安定していることである。これは、反応槽２０の長手方向（流体搬送方向）において、メタノールの酸化分解反応が均一に起こったことを裏付けている。
【００４４】
［実験２］
流体浄化実験装置の反応槽２０内から、第１触媒カートリッジ２６、第２触媒カートリッジ２７、及び第３触媒カートリッジ２８を取り出した。そして、反応槽２０内に、新品の３つの第３触媒カートリッジ２８をセットした。つまり、互いに触媒の表面積が同じである３つの第３触媒カートリッジ２８を並べて配設したのである。
【００４５】
実験１と同様にして、メタノール水溶液の酸化分解試験を行った。反応槽２０の各位置における温度の測定結果を図５に示す。図示のように、処理開始から２時間後には、反応槽２０の入口に最も近い第１位置（入口から２０ｍｍ地点）では、流体の温度が５２０［℃］まで上昇した。また、入口に対して２番目に近い第２位置（入口から７０ｍｍ地点）では、流体の温度が５００［℃］まで上昇した。これに対し、第３位置、第４位置、第５位置（入口から１２０ｍｍ地点、１７０ｍｍ地点、２２０ｍｍ地点）では、流体の温度が４００［℃］付近であった。これは、メタノールの酸化分解反応が反応槽２０の下流側の領域よりも上流側の領域で活発に行われた結果、上流側の領域の温度が下流側の領域よりも高くなったことを裏付けている。この結果から、下流側から上流側に向かうにつれて触媒の表面積を小さくすることで（実験１）、メタノールの酸化分解反応量の均一化を図り得ることが立証された。
【００４６】
以上に説明したものは一例であり、本発明は、次の態様毎に特有の効果を奏する。
［態様Ａ］
態様Ａは、自らの内部に受け入れた浄化対象流体及び酸化剤を混合しながら自らの先端側から後端側に向けて送る過程で、前記浄化対象流体中の有機物を酸化分解して前記浄化対象流体を浄化するための反応槽（例えば反応槽２０）と、有機物の酸化分解を促進するために前記反応槽の中に配設された触媒（例えば第１触媒２６ｂ、第２触媒２７ｂ、第３触媒２８ｂ）とを備える流体浄化装置において、前記反応槽内での流体搬送方向における前記触媒の触媒能を下流側から上流側に向かうにつれて低くしたことを特徴とするものである。
【００４７】
［態様Ｂ］
態様Ｂは、態様Ａにおいて、前記触媒の単位長さあたりの表面積を、前記流体搬送方向の下流側から上流側に向かうにつれて小さくしたことで、前記触媒能を下流側から上流側に向かうにつれて低くしたことを特徴とするものである。かかる構成では、流体搬送方向において、触媒の表面積を異ならせることで、触媒の触媒能を容易且つ正確に調整することができる。
【００４８】
［態様Ｃ］
態様Ｃは、態様Ｂにおいて、前記触媒として、基材と、これの表面に被覆された触媒材料からなる触媒層とを具備するものを用いたことを特徴とするものである。かかる構成では、金属からなる基材により、触媒の骨格をなす管壁の形状を精度よく加工することで、触媒の表面積を容易且つ正確に調整することができる。
【００４９】
［態様Ｄ］
これまで、流体搬送方向において、触媒の表面積を異ならせることで触媒能を異ならせる態様について説明してきたが、次の態様Ｄのように、触媒の種類を異ならせることで触媒能を異ならせてもよい。即ち、態様Ｄは、態様Ａにおいて、前記触媒として、前記流体搬送方向の下流側から上流側に向かうにつれてより触媒能の低い種類の触媒材料を並べたものを用いたことで、前記触媒能を下流側から上流側に向かうにつれて低くしたことを特徴とするものである。かかる構成では、触媒の表面積を異ならせることなく触媒能を変化させることが可能であるため、触媒の表面積を厳密に調整する必要がない。このため、顆粒状の触媒粒を充填するといった簡単な構成を採用することができる。
【００５０】
なお、触媒材料の触媒能は、酸化分解の対象となる有機物の種類によって異なってくる。態様Ｄにおける触媒能は、浄化対象流体中に含まれている有機物のうち、最も高濃度に存在している有機物に対する触媒能である。例えば、メタンに対する触媒能と触媒材料との関係は、Ｐｄ＞Ｐｔ＞Ｃｏ＞Ｃｒ＞Ｍｎ＞Ｃｕ＞Ｃｅ＞Ｆｅ＞Ｖ＞Ｎｉ＞Ｍｏ＞Ｔｉとなる。
【００５１】
［態様Ｅ］
態様Ｅは、態様Ａ〜Ｄの何れかにおいて、前記触媒を触媒収容器（例えば第１触媒収容器２６ａ、第２触媒収容器２７ａ、第３触媒収容器２８ａ）の中に収容して前記触媒収容器と一体的に前記反応槽に対して着脱可能にしたことを特徴とするものである。かかる構成では、複雑な形状の触媒であっても、それを触媒収容器の中に収めたことで、それを容易且つ安全に反応槽に着脱することができる。
【００５２】
［態様Ｆ］
態様Ｆは、態様Ｅにおいて、互いに前記表面積の異なる触媒、あるいは、互いに触媒材料の種類が異なる触媒を、互いに異なる前記触媒収容器に収容してそれぞれ前記反応槽に対して個別に着脱するようにしたことを特徴とするものである。かかる構成では、互いに表面積の異なる触媒、あるいは、互いに触媒材料の種類が異なる触媒を、汚れや劣化の度合いに応じてそれぞれ容易に個別交換することができる。
【００５３】
［態様Ｇ］
態様Ｇは、態様Ｅ又はＦにおいて、前記触媒収容器として、ステンレス、ニッケル、アルミナ、ジルコニアのうち、少なくとも何れか１つを含むものを用いたことを特徴とするものである。かかる構成では、触媒収容器の腐食の発生を抑えることができる。
【００５４】
［態様Ｈ］
態様Ｈは、態様Ａ〜Ｇの何れかにおいて、前記触媒として、触媒材料がＲｕ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｅ、Ｔｉ及びＭｎのうち、少なくとも何れか１つを含む化合物からなるものを用いたことを特徴とするものである。かかる構成では、その化合部により、有機物やアンモニア態窒素の酸化分解を良好に促すことができる。
【００５５】
［態様Ｉ］
態様Ｉは、態様Ａ〜Ｈの何れかにおいて、前記反応槽として、Ｔｉ、Ｔａ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｈ、及びＰｄのうち、少なくとも何れか１つを含む合金からなる耐食層が内側に被覆されたものを用いたことを特徴とするものである。かかる構成では、その耐食層により、有機物の酸化分解産物である塩酸や硫酸が発生しても、反応槽の内壁の腐食を長期間に渡って抑えることができる。
【００５６】
［態様Ｊ］
態様Ｊは、態様Ｉにおいて、前記反応槽の基材として、ステンレス、ニッケル、又はそれらの少なくとも１つを含む合金、からなるものを用いたことを特徴とするものである。かかる構成では、高温高圧の条件で使用する反応槽について、所望の耐熱性及び耐圧性を発揮させることができる。
【符号の説明】
【００５７】
２０：反応槽
２６：第１触媒カートリッジ
２６ａ：第１触媒収容器
２６ｂ：第１触媒
２７：第２触媒カートリッジ
２７ａ：第２触媒収容器
２７ｂ：第２触媒
２８：第３触媒カートリッジ
２８ａ：第３触媒収容器
２８ｂ：第３触媒
【先行技術文献】
【特許文献】
【００５８】
【特許文献１】特開２００１−２０５２７９号公報
【図１】
2013255905.tif 000003
【図２】
2013255905.tif 000004
【図３】
2013255905.tif 000005
【図４】
2013255905.tif 000006
【図５】
2013255905.tif 000007