(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
過酸化水素分解触媒を充填した反応塔内に過酸化水素含有排水を上向流で通水し、過酸化水素を酸素と水に分解する処理装置において、前記過酸化水素分解触媒は反応塔内において上下方向に複数層に分割されて配置されているとともに、少なくとも最下方の触媒層で発生した酸素ガスをそれより上方の触媒層に接触させることなく反応塔外に排出するガス抜き管であって、集水口およびガス抜き口が設けられた触媒支持板の前記ガス抜き口に下端部が接続されているガス抜き管が反応塔内に設置されていることを特徴とする過酸化水素含有排水処理装置。
【請求項２】
各触媒層で発生したガスをそれぞれそれより上方の触媒層に接触させることなく反応塔外に排出するガス抜き管であって、集水口およびガス抜き口が設けられた触媒支持板の前記ガス抜き口に下端部が接続されているガス抜き管が反応塔内に設置されていることを特徴とする請求項１に記載の過酸化水素含有排水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造排水、食品容器洗浄排水といった各種過酸化水素含有排水の処理装置に関し、さらに詳述すると、触媒を用いて排水中に含まれる過酸化水素を分解する処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
過酸化水素は洗浄効果、殺菌効果に優れ、かつ反応後は酸素と水に分解するクリーンな薬品であるため、広く製造工程における洗浄剤、殺菌剤として使用されている。例えば、半導体装置の製造工場では、様々な工程で過酸化水素がウエハの洗浄に用いられている。
【０００３】
洗浄、殺菌に用いられた過酸化水素は、製造工程から廃液（過酸化水素含有排水）として排出される。この廃液は殺菌力を持つこと、ＣＯＤの原因物質になることから、直接公共用水域に放流することは好ましくない。
【０００４】
従来、過酸化水素含有排水の処理方法としては、亜硫酸ナトリウムなどの還元剤やペルオキシダーゼなどの酵素剤を用いた処理が行われてきたが、これらの方法は薬品使用量が多く、ランニングコストが高いことなどが問題であった。
【０００５】
一方、活性炭、マンガン担持触媒、白金担持触媒などの還元触媒を用いて過酸化水素を還元する手法が知られている。排水中の過酸化水素は上記還元触媒と接触することによって酸素と水に分解される。このような還元触媒による処理手法を用いることにより、過酸化水素含有排水の処理に要するランニングコストを安く抑えることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
還元触媒を用いた過酸化水素含有排水の処理は、前述した利点を有するものであるが、この処理では還元剤、酵素剤を用いた処理に比べ、処理設備が大がかりになるという問題があった。そのため、還元触媒を用いた過酸化水素含有排水の処理においては、処理設備スペースの縮小、設置導入にかかる設備費の低減などが求められていた。
【０００７】
本発明は、前述した事情に鑑みてなされたもので、過酸化水素分解触媒（還元触媒）を用いた過酸化水素含有排水の処理装置であって、装置の小型化、設備費の低減を図ることができる処理装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前述した目的を達成するために、下記▲１▼〜▲４▼に述べる検討を行った。
【０００９】
▲１▼触媒を利用した反応系では、一般に、触媒と反応対象物（本発明では水中の過酸化水素）との接触効率を向上させることにより、反応効率が高まり、結果として装置の小型化、設備費の低減が可能となる。
【００１０】
▲２▼一方、還元触媒を用いた過酸化水素含有排水処理装置では、触媒を充填した反応塔に過酸化水素含有排水を上向流または下向流で連続的に通水し、反応塔上部または下部から処理水を得るのが一般的である。ただし、高濃度の過酸化水素を分解処理する場合、多量の酸素ガスが発生し、それが気泡となって充填層内に閉じ込められるという現象が起こるため、装置構造の簡易性、システムの安全性の観点から、反応塔上部からのガス放出が容易な上向流を選択する方が望ましい。
【００１１】
▲３▼しかし、過酸化水素分解時に生じる酸素ガスの気泡は、触媒と過酸化水素の接触効率を低下させ、結果として処理装置の反応効率を低下させると考えられる。特に高濃度の過酸化水素を含有する排水を処理する場合、先に述べた理由により上向流式の反応塔の採用が望ましいが、発生した酸素ガスの気泡が触媒層内を上昇する過程で、気泡が触媒と排水との接触を妨げるものと推定される。
【００１２】
▲４▼そこで、本発明者らは、発生した酸素ガスの気泡が触媒と過酸化水素との接触を阻害するのを防止する方法について検討を行った。その結果、過酸化水素含有排水を上向流にて処理する反応塔においては、反応塔内で触媒を上下方向に複数層に分割して配置するとともに、下方の触媒層で発生した酸素ガスの気泡を上方の触媒層に接触させることなく反応塔外に排出することにより、上方の触媒層では下方の触媒層で発生した酸素ガスの気泡の阻害を受けることなく触媒と過酸化水素の接触が生じ、結果として反応塔における過酸化水素除去率が向上することを見いだした。また、このとき酸素ガスの排出管を反応塔内に設置することにより、触媒層で発生した酸素ガスを良好に排出できることを見いだした。
【００１３】
本発明は、上述した知見に基づいてなされたもので、過酸化水素分解触媒を充填した反応塔内に過酸化水素含有排水を上向流で通水し、過酸化水素を酸素と水に分解する処理装置において、前記過酸化水素分解触媒は反応塔内において上下方向に複数層に分割されて配置されているとともに、少なくとも最下方の触媒層で発生した酸素ガスをそれより上方の触媒層に接触させることなく反応塔外に排出するガス抜き管であって、集水口およびガス抜き口が設けられた触媒支持板の前記ガス抜き口に下端部が接続されているガス抜き管が反応塔内に設置されていることを特徴とする過酸化水素含有排水処理装置を提供する。
【００１４】
この場合、過酸化水素分解触媒をいくつの層に分割するかは適宜決定できるが、通常は２層〜４層、特に２層に分割することが適当である。
【００１５】
また、本発明の処理装置では、最下方の触媒層での酸素ガス発生量が最も多いため、少なくとも最下方の触媒層で発生した酸素ガスの気泡を反応塔外に排出するガス抜き管を設けるものであるが、各触媒層で発生したガスをそれぞれ反応塔外に排出するガス抜き管を設けることがより適当である。
【００１６】
なお、ガス抜き管による酸素ガスの排出は、発生した酸素ガスの気泡が上方の触媒層で触媒と過酸化水素との接触を阻害するのを有効に防止できる程度に排出すればよい。したがって、必ずしも触媒層で発生したガスの全部を排出する必要はなく、一部を排出してもよい。
【００１７】
本発明において、過酸化水素分解触媒の種類に限定はなく、過酸化水素を還元して酸素と水に分解できるものであればいずれのものでもよい。過酸化水素分解触媒として、具体的には、白金、パラジウム、マンガン等の金属触媒や、活性炭等が挙げられる。また、活性炭、アルミナ、シリカ等からなる母体に白金、パラジウム、マンガン等の金属類を担持させた触媒を用いることもできる。
【００１８】
また、本発明において、上下方向に複数層に分割配置された各触媒層における触媒充填量は、排水中の過酸化水素濃度、排水の通水速度、目標とする過酸化水素除去率などを勘案してそれぞれ任意に設定することができる。また、各触媒層に種類の異なる触媒を充填することも可能である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明に係る過酸化水素含有排水処理装置の一実施形態を示す概略図である。図１において、２は反応塔、４は原水供給管、６は支持砂利層、８は下部触媒層、１０は上層触媒支持板、１２は支持砂利層、１４は上部触媒層、１６は処理水排出管、１８はガス排出口、２０はガス抜き管、２２はガス抜き管支持体を示す。この場合、支持砂利層１２および上部触媒層１４を支持する上層触媒支持板１０には、図２に示すように８つの集水口（コレクタースクリーン）２４および４つのガス抜き口２６が設けられており、各ガス抜き口２６にそれぞれガス抜き管２０の下端部が接続されている。すなわち、図示していないが、本装置では計４本のガス抜き管２０が設置されている。また、これらのガス抜き管２０は、上部触媒層１４を貫通して塔上部の処理水水面３０の上方で開口している。また、上層触媒支持板１０の下方には空間部３２が形成されている。
【００２０】
本装置では、触媒層を上下２層（下部触媒層８および上部触媒層１４）に分けた反応塔２に過酸化水素含有排水２８が塔下部の原水供給管４より供給される。反応塔中段には上部触媒層１４の支持板１０が設置され、この支持板１０の下方には空間部３２が形成されているとともに、この支持板１０には前記のように下部触媒層８より発生する酸素ガスを集気するためのガス抜き口２６が設けられている。ガス抜き口２６には塔上部へ向かうガス抜き管２０が接続され、このガス抜き管２０は下部触媒層８より発生した酸素ガスの一部または全部を上部触媒層１４の触媒と接触させることなく系外へ導く。また、反応塔中段の支持板１０にはガス抜き口２６とは別に排水を上部触媒層１４に導くための集水口２４が設けられており、発生ガスの一部または全部が除かれた排水は、この集水口２４を介して上部触媒層１４内に通水され、排水中の過酸化水素はさらに還元分解される。上部触媒層１４を通過した排水は塔上部の水面３０に達し、処理水排出管１６より反応塔外へ排出される。ガス抜き管２０を通って水面上方へ導かれた下部触媒層８からの酸素ガス、および上部触媒層１４からの酸素ガスは塔上部のガス排出口１８より反応塔外へ排出される。
【００２１】
本装置は、過酸化水素含有排水を上向流にて処理する装置において、反応塔内で触媒を上下方向に２層に分割して配置するとともに各層の間に空間部３２を形成し、下部触媒層８で発生した酸素ガスを上部触媒層１４に接触させることなく反応塔外に排出することにより、上部触媒層１４では下部触媒層８で発生した酸素ガスの阻害を受けることなく触媒と過酸化水素の接触が生じ、結果として反応塔における過酸化水素除去率が向上する。この場合、本装置では過酸化水素含有排水を上向流にて処理するので、発生した酸素ガスが各触媒層の上方に抜けやすい。また、発生した酸素ガスを排出するガス抜き管２０を反応塔内に設置してあるので、ガス抜き管を反応塔外に設置した場合、すなわちガス抜き管を反応塔の上部触媒層と下部触媒層との間の周壁部に外から接続した場合に較べ、下部触媒層で発生した酸素ガスが良好に系外に排出される。
【００２２】
なお、本装置では、支持板１０に設けるガス抜き口２６および集水口２４の数とその設置場所は、支持板の強度が十分保たれる範囲で任意に設定することができる。この場合、ガス抜き管ではガス上昇により水に対するエアリフト効果が生じるため、エアリフトにより支持板の下方の排水がガス抜き管を通って上部水面に達しないように配管径を設計する必要がある。また、集水口は上部触媒層の触媒が下方へ落下しないよう触媒の大きさよりも口径を小さくするか、あるいは網目状や櫛状のスクリーンを設置することが適当である。
【００２３】
【実施例】
以下に実験例を示す。図３および図４に示す実験装置により本発明の効果を検証した。すなわち、同一形状の反応塔をＡ、Ｂの２系列用意し、実験機Ａでは本発明による中段でのガス抜きを実施し、実験機Ｂではガス抜きを行わず、他の条件は全く同一にして模擬過酸化水素含有排水を通水した。実験機ＡおよびＢにおいて、４２は反応塔、４４は原水供給管、４６は下部触媒層、４８は上層触媒支持板、５０は上部触媒層、５２は処理水排出管、５４は支持板４８のガス抜き口に接続されたガス抜き管（実験機Ａのみに設置）、５６は支持板４８に形成された集水口を示す。また、実験機ＡおよびＢの仕様を下記に示す。
【００２４】
実験機Ａ
ガス抜き機構：あり
ガス抜き機構仕様
ガス抜き口：１個（支持板中央、口径１５ｍｍ）
実験機Ｂ
ガス抜き機構：なし
実験機ＡおよびＢの共通仕様
反応塔径：７０ｍｍ
使用過酸化水素分解触媒：マンガン担持触媒
触媒充填高：上下各５００ｍｍ
触媒充填量：上下各１９２ｍＬ
集水口：６個（口径２ｍｍ）
通水量：７７０ｍＬ／ｈｒ、１５４０ｍＬ／ｈｒ、３０８０ｍＬ／ｈｒ
通水速度：ＳＶ＝２／ｈｒ、４／ｈｒ、８／ｈｒ
模擬排水：過酸化水素濃度：２００００ｍｇ／Ｌ（純水に試薬の過酸化水素水溶液を溶解、水酸化ナトリウム水溶液にてｐＨ＝１０．５に調整）
【００２５】
上記比較実験により得られたそれぞれの実験機の処理水過酸化水素濃度および過酸化水素除去率を表１に示す。表１に示すように、実験機Ａの処理水過酸化水素濃度および過酸化水素除去率は実験機Ｂのそれらを各通水条件においてすべて上回った。すなわち、下部触媒層から生じた酸素ガスの一部または全部を上部触媒層に達しないよう反応塔中段から系外に導くことにより、同一の触媒量および通水条件において、処理水水質および過酸化水素除去率が向上することが確認された。
【００２６】
【表１】
0003894788.tif 000002
【００２７】
【発明の効果】
以上のように、本発明の過酸化水素含有排水処理装置は、過酸化水素分解触媒と過酸化水素との接触効率を高めて、装置の小型化、省スペース、設備費の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る過酸化水素含有排水処理装置の一実施形態を示す概略図である。
【図２】図１の装置の上層触媒支持板を示す平面図である。
【図３】実験例で用いた実験装置の概略図である。
【図４】実験例で用いた実験装置の概略図である。
【符号の説明】
２  反応塔
４  原水供給管
８  下部触媒層
１０  上層触媒支持板
１４  上部触媒層
１６  処理水排出管
１８  ガス排出口
２０  ガス抜き管
２４  集水口
２６  ガス抜き口
２８  過酸化水素含有排水
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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