(57)【要約】【課題】起動時における装置の安全性を確保しつつ、安定して処理対象流体の燃焼に移行できる流体処理装置を提供する。【解決手段】原水入り口弁１２を開け、原水タンクＡを選択して、有機物を含まない水を原水供給ポンプ９で反応槽４へ圧送する。温度が安定してきたら原水タンクＡに起動用有機物としてのメタノールを追加し、起動時の初期濃度に調節する。メタノール水溶液の濃度を段階的に高めるとともに原水予熱器１３の出力を相対的に下げていく。メタノール水溶液の濃度が目標濃度になったら反応槽４への供給を原水タンクＡから処理対象流体が収容された廃水タンクＢに切り替える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理対象流体と酸化剤との混合流体中の有機物を酸化反応によって分解し、前記処理対象流体を処理するための反応槽と、
前記反応槽内の反応温度を検知する反応温度検知手段と、
前記処理対象流体を前記反応槽に導入する前に加熱する加熱手段と、
前記処理対象流体の濃度を調節する濃度調節手段と、
前記反応温度検知手段からの検知情報に基づいて前記加熱手段と前記濃度調節手段とを制御し、前記反応温度を一定の範囲に保ちながら、前記処理対象流体の濃度を定常運転を行うための所定の値に向けて段階的に高めるとともに、前記加熱手段の出力を相対的に下げていく起動時制御を行う制御手段と、
を有する流体処理装置。
【請求項２】
処理対象流体と酸化剤との混合流体中の有機物を酸化反応によって分解し、前記処理対象流体を処理するための反応槽と、
前記反応槽内の反応温度を検知する反応温度検知手段と、
前記処理対象流体及び起動用有機物水溶液を前記反応槽に導入する前に加熱する加熱手段と、
前記処理対象流体の濃度を調節する濃度調節手段と、
前記起動用有機物水溶液を前記反応槽に供給する手段と、
前記起動用有機物水溶液の濃度を調節する濃度調節手段と、
前記反応温度検知手段からの検知情報に基づいて前記加熱手段と前記起動用有機物水溶液の濃度を調節する濃度調節手段とを制御し、前記反応温度を一定の範囲に保ちながら、前記起動用有機物水溶液の濃度を定常運転を行うための所定の値に向けて段階的に高めるとともに、前記加熱手段の出力を相対的に下げていく起動時制御を行う制御手段と、
を有する流体処理装置。
【請求項３】
請求項２に記載の流体処理装置において、
前記起動用有機物水溶液の有機物が、濃度と、完全に酸化分解したときの発熱量との関係が知られている既知のものである流体処理装置。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の流体処理装置において、
前記起動用有機物水溶液中の有機物の濃度又は前記加熱手段の出力値が定常運転を行うための所定の値になったら、前記制御手段は、前記反応槽に供給する流体を前記起動用有機物水溶液から前記処理対象流体に切り替える流体処理装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つに記載の流体処理装置において、
前記制御手段は、前記反応温度を一定の範囲にするために予め求められた、前記処理対象流体又は前記起動用有機物水溶液の流量と、前記処理対象流体又は前記起動用有機物水溶液の濃度と、前記加熱手段の出力値との関係式もしくはデータテーブルに基づいて制御を行う流体処理装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１つに記載の流体処理装置において、
前記反応温度を一定の範囲にするための上限と下限とが設定され、
前記制御手段は、前記反応温度が前記上限もしくは前記下限を超えそうになると判断したら、前記加熱手段の出力値を調節して前記反応温度を一定の範囲に保つように制御する流体処理装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１つに記載の流体処理装置において、
前記酸化剤の供給量を調節する酸化剤流量調節手段を有し、前記制御手段は、起動時に前記反応温度の温度上昇率が所定の温度上昇率となるように、酸化剤流量調節手段を制御して前記酸化剤の流量を下げていく流体処理装置。
【請求項８】
請求項７に記載の流体処理装置において、
起動時には前記酸化剤を定常運転時よりも過剰に供給する流体処理装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１つに記載の流体処理装置において、
前記処理対象流体を微粒子化して前記反応槽内に導入する噴射ノズルを有している流体処理装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１つに記載の流体処理装置において、
前記反応槽内に、酸化反応を促進させるための触媒部材が設けられている流体処理装置。
【請求項１１】
低濃度の起動用有機物水溶液を加熱して、酸化剤とともに反応槽に供給し、前記反応槽内で酸化反応を開始し、前記反応槽内の温度を昇温させる燃焼開始プロセスと、
前記反応槽内の温度が一定の範囲になるように、前記起動用有機物水溶液中の有機物の濃度を段階的に高めるとともに、前記加熱温度を相対的に下げていく濃度変更プロセスと、
を有する流体処理装置の起動方法。
【請求項１２】
請求項１１記載の流体処理装置の起動方法において、
前記有機物の濃度又は前記加熱温度が定常運転を行うための所定の値になったら、前記起動用有機物水溶液から、同等レベルの発熱量になるように有機物濃度に調整した処理対象流体に切り替える供給流体切り替えプロセスを有する流体処理装置の起動方法。
【請求項１３】
起動用有機物水溶液を加熱し、酸化剤とともに反応槽に供給して酸化反応を開始し、前記反応槽内が定常運転を行うための所定の圧力、温度になったら前記起動用有機物水溶液を処理対象流体に切り替える流体処理装置の起動方法において、
前記起動用有機物水溶液中の有機物の濃度を低濃度から段階的に高めていく流体処理装置の起動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体処理装置及び流体処理装置の起動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ダイオキシン類、ＰＣＢ（ポリ塩化ビフェニル）などの難分解物質や、し尿、下水、家畜糞尿、食品工場からの排水などの有機系の処理対象流体を分解、無害化して処理する流体処理装置が知られている。
例えば、超臨界水と酸化剤とを用いて、有機物を含む処理対象流体を酸化反応させて二酸化炭素、水、無機塩などの無害な物質に変換する流体処理装置が知られている。
水の臨界温度以上に加熱され、水の臨界圧力よりも低い圧力の高温高圧水（過熱水蒸気）に酸化剤を加えた流体を反応槽内で触媒に接触させて酸化反応を促進させる流体処理装置も知られている。
【０００３】
この種の流体処理装置では、起動時には、反応槽内が処理対象流体中の有機物が完全に酸化分解される定常運転での温度になるまで昇温させる過程が必要であり、この昇温過程では酸化分解の理想的な条件が揃っていない。
理想的な条件が揃っていない昇温過程で処理対象流体が反応槽に導入されると、未分解物や副生成物が系外に排出される問題が生じる。
【０００４】
この問題に対処すべく、特許文献１には、未分解のまま系外に排出されても環境汚染等の問題が生じない有害性のない有機化合物による起動時昇温用有機物を酸化剤及び超臨界水の存在下に供給し、反応槽内が所定の温度になったら供給流体を処理対象流体に切り替える起動方法が開示されている。
起動時昇温用有機物としては、例えば、イソプロピルアルコール等のアルコール類が挙げられている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
例えば、過熱水蒸気と呼ばれる条件下で、触媒を用いて燃焼反応を起こす方式の流体処理装置では、反応温度が比較的低く、反応槽もその温度に対応するような耐熱容器で作られている。
これは、超臨界水と酸化剤とを用いて処理する方式での大型化、高コスト化に対する優位性となっている。
起動時昇温用有機物を加熱して気相となる条件で反応槽に導入すると、有機物の濃度が高いと一気に反応が進むため、反応槽内の温度が急上昇し、危険であるという問題があった。
【０００６】
本発明は、このような現状に鑑みてなされたものであり、起動時における装置の安全性を確保しつつ、安定して処理対象流体の燃焼に移行できる流体処理装置の提供を、その主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の流体処理装置は、処理対象流体と酸化剤との混合流体中の有機物を酸化反応によって分解し、前記処理対象流体を処理するための反応槽と、前記反応槽内の反応温度を検知する反応温度検知手段と、前記処理対象流体を前記反応槽に導入する前に加熱する加熱手段と、前記処理対象流体の濃度を調節する濃度調節手段と、前記反応温度検知手段からの検知情報に基づいて前記加熱手段と前記濃度調節手段を制御し、前記反応温度を一定の範囲に保ちながら、前記処理対象流体の濃度を定常運転を行うための所定の値に向けて段階的に高めるとともに、前記加熱手段の出力を相対的に下げていく起動時制御を行う制御手段と、を有する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、起動時における装置の安全性を確保しつつ、安定して処理対象流体の燃焼に移行できる流体処理装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る流体処理装置の概要構成図である。
【図２】濃度調節手段の構成を示す図である。
【図３】メタノール水溶液の濃度と予熱温度及びヒータ出力との関係を示す特性図である。
【図４】起動時制御のデータテーブルを示す図で、（ａ）は特性線図として表示した図、（ｂ）は実験値間の対応関係を示す図である。
【図５】起動時制御の工程を示すフローチャートである。
【図６】運転時の進行状態を示す概念図である。
【図７】メタノール水溶液から廃水への切り替えタイミングを示すヒータ出力のグラフである。
【図８】起動時制御の概念図である。
【図９】第４の実施形態における噴射ノズルの構成を示す要部断面図である。
【図１０】図９のＣ−Ｃ線での概要断面図である。
【図１１】第４の実施形態における起動時制御の工程を示すフローチャートである。
【図１２】燃焼開始時に空気流量調整モードを実行した場合の優位性を示す実験特性図である。
【図１３】噴射ノズルを有する場合の効果を示す図で、（ａ）は反応槽内の温度センサの設置位置を示す図、（ｂ）は温度差を示す特性図である。
【図１４】実施例における運転時の反応温度等の変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を図を参照して説明する。図１乃至図８に第１の実施形態を示す。
図１に基づいて、本実施形態に係る流体処理装置（処理システム）の全体構成の概要を説明する。
流体処理装置１は、処理対象流体供給部２と、酸化剤供給部３と、反応槽４と、熱交換部５と、固形分離部６と、気液分離部７と、制御手段としての制御装置８とを備えている。以下、各構成について具体的に説明する。
【００１１】
処理対象流体供給部２は、原水タンクＢを有しており、原水タンクＢには、有機物を含む処理対象流体Ｗが、有機物濃度が調整された状態で貯留されている。処理対象流体は、原水供給ポンプ９によって反応槽４に向けて圧送される。
処理対象流体Ｗは圧送される過程で、原水圧力計１０で圧力を検知されるとともに、原水流量計１１で流量を検知される。処理対象流体Ｗは原水供給ポンプ９で流量を調整可能となっている。
【００１２】
原水流量計１１の下流側には原水入口弁１２が設けられている。原水入口弁１２は、逆止弁の役割を担っており、原水供給ポンプ９から送り出される処理対象流体Ｗについて、原水供給ポンプ側から反応槽側への流れを許容する一方で、逆方向の流れを阻止する。
原水入口弁１２を通過した処理対象流体Ｗは、処理対象流体Ｗの流路を囲むように配置された加熱手段としての原水予熱器１３によって予備加熱が可能となっている。
原水予熱器１３は、処理対象流体及び後述する起動用有機物水溶液を反応槽４に導入する前に加熱する加熱手段である。
原水予熱器１３の下流側には原水予熱器出口温度計１４が設けられている。
【００１３】
原水タンクＢの近傍には、別の原水タンクＡが配置されており、弁１５を切り替えて、処理対象流体の供給流路に、原水タンクＡと原水タンクＢのどちらか一方からの流体を供給できるようになっている。
原水タンクＡ、Ｂにはそれぞれ、撹拌機１６が設けられている。処理対象流体Ｗは撹拌機１６で撹拌されることで、処理対象流体中に含まれる浮遊物質ＳＳ（Suspended solids）が均等に分散せしめられ、有機物濃度の均一化が図られる。
後述する濃度調節のため、原水タンクにメタノール（ＭｅＯＨ）や水が注入されても撹拌機１６により均一に混合される。
【００１４】
酸化剤供給部３は、コンプレッサからなる酸化剤圧送ポンプ１７を有している。酸化剤圧送ポンプ１７は、酸化剤として取り込んだ空気１８を、処理対象流体の圧力と同程度の圧力まで圧縮しながら、反応槽４に向けて送り出す。
空気は圧送される過程で、酸化剤圧力計１９で圧力を検知されるとともに、酸化剤流量計２０で流量を検知される。
酸化剤流量計２０の下流側に配置された酸化剤流量調節手段としての酸化剤入口弁２１は流量調節弁を兼ねており、その開度で酸化剤の流量を調節可能となっている。
酸化剤入口弁２１は、逆止弁の役割を担っており、酸化剤圧送ポンプ１７から圧送されてくる空気について、酸化剤圧送ポンプ側から反応槽側への流れを許容する一方で、逆方向の流れを阻止する。
【００１５】
酸化剤入口弁２１を通過した空気は、空気の流路を囲むように配置された酸化剤予熱器２２によって予備加熱が可能となっている。酸化剤予熱器２２の下流には、酸化剤予熱器出口温度計２３が設けられている。
原水予熱器１３を通過した処理対象流体と、酸化剤予熱器２２を通過した空気は個別に反応槽内に導入され、反応槽内で合流する。
処理対象流体の圧送圧力や、空気の圧送圧力は、反応槽内の圧力とほぼ同じになるように調整される。より正確には、後述する噴射ノズルを搭載する場合には、ノズルの前後で圧力損失（差圧）が発生するため、上流側が差圧分高い圧力となる。
【００１６】
本実施形態では、処理対象流体と空気とが反応槽内で合流する構成としたが、反応槽に入る前に合流するようにしてもよい。
【００１７】
酸化剤圧送ポンプ１７の駆動による空気の圧送量は、処理対象流体Ｗ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、処理対象流体のＴＯＣ（全有機炭素：Total Organic Carbon）、全窒素（ＴＮ）、全リン（ＴＰ）など、処理対象流体Ｗ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る。
具体的には、有機物の完全酸化に必要な酸素量の１．０倍〜３．０倍（好ましくは、１．２倍〜１．５倍）の酸素量が投入されるように設定される。
酸化剤としては、空気の他、酸素、液体酸素、オゾン、過酸化水素水のうちの何れか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ができる。
【００１８】
反応槽内の混合流体に加える圧力としては、０．５〜３０ＭＰａ（望ましくは５〜１５ＭＰａ）の範囲を例示することができる。
反応槽内の圧力は、後述する出口弁３５によって調整される。出口弁３５は、反応槽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内の混合流体を外部に排出することで、反応槽内の圧力を閾値付近に維持する。
反応槽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。
【００１９】
反応槽内の混合流体は、原水予熱器１３及び酸化剤予熱器２２による加熱と、有機物が酸化分解されることによる発熱によって昇温する。
処理対象流体Ｗ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、原水予熱器１３及び酸化剤予熱器２２による加熱を行い、酸化分解が開始された後には、これらへの通電を小さくすることができる。
加熱する温度の調整は、原水予熱器１３、酸化剤予熱器２２の出力調整によって行われる。
【００２０】
反応槽４は、一端側に導入口２４を、他端側に排出口２５を有し、処理対象流体と酸化剤とを加熱及び加圧状態下で混合し、処理対象流体中の有機物を酸化反応によって分解し、処理対象流体を処理するためのものである。
反応槽４は、高温と高圧を維持して、反応時間を確保する空間を備えている。
導入口２４としては、処理対象流体Ｗを反応槽内に導入するための処理対象流体流入管２４ａと、処理対象流体流入管２４ａ内に挿入され、空気１８を反応槽内に導入するための小径の酸化剤流入管２４ｂとからなる２重管構造を有している。酸化剤流入管２４ｂと処理対象流体流入管２４ａとの内外の位置関係は逆でもよい。効率よく混合できれば他の構造でもよい。
【００２１】
混合流体は、反応槽内をその長手方向に沿って上方から下方に向けて移動する。反応槽内を下方に移動した混合流体は、有機物がほぼ完全に酸化分解された状態になり、処理された混合流体として排出口２５から排出される。
反応槽４は外筒と、これの内側に密着して収納される内筒とによる２重構造になっている。
【００２２】
処理対象流体の種類によっては、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発生して、内筒の内壁を強い酸性下におくことがある。
このため、内筒には、耐食性に優れたチタン（Ｔｉ）からなる筒が採用されている。チタンからなるものに代えて、Ｔａ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｈ、又はＰｄからなるものを用いてもよい。また、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ものを用いてもよい。
【００２３】
これに対し、外筒は、ステンレス（ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６）、インコネル６２５など、強度に優れた金属材からなる筒である。高圧に耐え得るように、外筒の厚みは内筒よりも肉厚になっている。
外筒と内筒との熱膨張係数が大きく違う場合は、外筒と内筒の間に隙間を設けて内筒の内部と同じ圧力になるように、隙間に均圧水を充填させる圧力バランス型と呼ばれる構造にしてもよい。
【００２４】
反応槽４内には、触媒部材２６が設けられている。特に、過熱水蒸気の条件下で、処理目的が有機物の完全分解である場合には、触媒を設けると効果的である。分解されない有機物やアンモニア態窒素が残っていても、酸化分解を促進し、完全に処理することができるからである。
ここでは、触媒部材２６として内筒よりも少し小径の円筒部材を例示している。円筒状の基材に触媒物質からなる触媒層を被覆して形成されている。あるいは、触媒部材は反応槽の内周面に層状ないし膜状に形成してもよい。
【００２５】
触媒は、少なくともその表面が有機物の酸化分解を促進する触媒物質からなるものである。かかる触媒物質としては、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｅ、Ｔｉ、Ｍｎの何れか、あるいはそれらのうちの少なくとも１つを含む化合物を例示することができる。
但し、従来の充填式などと比較して、表面積はどうしても小さくなるので、処理対象流体の有機物に対する触媒能が高いものを選択するとよい。
【００２６】
触媒部材２６の基材の材料としては、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏにおける少なくとも何れか１つを含む合金を例示することができる。さらにはＴｉ、Ｔａ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｚｒ、Ｖにおける何れか１つか、何れか１つを含む合金、あるいはセラミック、石英ガラスなどを例示することができる。
これらの中から、必要な条件、すなわち、コストや加工性、選択した触媒物質の被覆のしやすさ、機械強度、反応条件における耐熱性、耐食性を考慮して選択すればよい。
【００２７】
反応槽４から出た処理済み流体は、熱交換部５の熱交換器２７に流入する。熱交換部５には熱媒体タンク２８が設けられており、熱媒体タンク２８には熱交換流体ＴＦが貯留されている。熱交換流体ＴＦは熱交換ポンプ２９で熱交換器２７に供給される。
熱交換器２７の下流直後には、処理済み流体の温度を検知する熱交換器出口温度計３０が設けられ、熱交換器出口温度計３０による検知結果が所定の数値範囲内に維持されるように、熱交換ポンプ２９の駆動が制御される。
熱交換器出口温度計３０の下流には、熱交換器出口圧力計３１が設けられている。
熱交換器２７を通過して熱せられた熱交換流体ＴＦは、パイプを通って熱エネルギー利用設備に送られる。
【００２８】
熱エネルギー利用設備の一例として、発電機を例示することができる。発電機では、熱せられたことによって圧力が高まっ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。
処理済みの流体は熱交換器２７で熱を奪われるため、その水分が冷却されて超臨界状態、あるいは過熱蒸気状態から液体状態に態様が変化し、液体状態で固形分離部６に入る。
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が変化する。
【００２９】
固形分離部６は、第１分離系統３２と、第２分離系統３３とを有している。第１分離系統３２は、第１分岐弁、第１分離フィルタ、第１ドレン弁等から構成されている。
第２分離系統３３も同様に、第２分岐弁、第２分離フィルタ、第２ドレン弁等から構成されている。
反応槽内で析出した固形物としての酸化物は、第１分離フィルタ又は第２分離フィルタにより補足される。
【００３０】
第１分離系統と第２分離系統とは、交互に使用されるようになっている。すなわち、第１分離系統が使用される場合には、第２分離系統の各弁が閉じられ、第２分離系統が使用される場合には、第１分離系統の各弁が閉じられる。
第１分離フィルタ又は第２分離フィルタが詰まると、出口圧力計３４で計測される圧力が変化するため、これに基づいて第１分離フィルタ又は第２分離フィルタの洗浄、あるいは交換が行われる。
【００３１】
気液分離部７は、出口弁３５や気液分離器３６等を有している。固形分離部６を通り過ぎた処理済み流体は、最終的に気液分離器３６によって処理液としての処理水３７と気体３８とに分離される。処理水３７は処理水タンク３９に貯留される。
気液分離器３６によって分離された気体３８は、その組成がガスクロマトグラフ（ＧＣ）４０によって検知される。
ガスクロマトグラフ４０により未分解の物質が検出された場合、ガスクロマトグラフからの出力信号を受けた制御装置８により警報が発せられる。
制御装置８は、Ｉ／Ｏインターフェース、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を備えたマイクロコンピュータである。
【００３２】
気液分離器３６によって分離された処理水３７は、そのＴＯＣ濃度がＴＯＣ分析装置４１によって検知される。
ＴＯＣ分析装置４１により、閾値を超える濃度の全有機炭素が検出された場合には、ＴＯＣ分析装置４１からの出力信号を受けた制御装置８により警報が発せられる。
【００３３】
正常に処理されれば、処理済みの水は、活性汚泥による生物処理では除去し切れないごく低分子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。
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。
限外濾過膜による濾過処理を施せば、ＬＳＩ(Large Scale Integration)洗浄液などに転用することも可能である。気液分離器３６によって分離されたガス（気体）は、二酸化炭素、窒素ガス、及び酸素を主成分とするものである。
【００３４】
制御装置８の詳細は後述するが、流量、圧力、温度に関する各計器類からの検知情報、ポンプ等の機器類からの運転状態情報等が入力される。
制御装置８はこれらの情報に基づいて、ポンプ、予熱器、流量調節弁、開閉弁などを制御する。
制御装置８には、さらに操作・表示用機器として図示しないタッチパネルが備えられ、温度、圧力、流量などの状態、異常発生時の警告や故障内容の表示と、設定値等の入力・変更が可能になっている。
異常発生時には、ポンプの駆動、ヒータの通電をオフにするなどして、また入口弁を閉じるなどして、制御装置８によりインターロック制御される。
異常内容としては、機器の故障、流路での詰り、漏れなどがあり、異常圧力、異常温度を制御装置８で判断し、タッチパネルで監視できるようになっている。
【００３５】
図１において、符号４２は熱交換器２７から熱エネルギー利用設備に向けて出る蒸気の温度を検知する蒸気温度計を、４３は反応槽４内の反応温度を検知する反応温度検知手段としての反応槽温度計を示している。
【００３６】
図２に基づいて処理対象流体の濃度を調節する濃度調節手段について説明する。
本実施形態では、原水タンクＡを起動用有機物水溶液タンク、原水タンクＢを処理対象流体タンク（以下、「廃水タンク」ともいう）として用いる。
起動用有機物としてはメタノールを例示することができる。これに限らず、水溶性であり、分解しやすく、重合しにくいような低分子で、かつ工業的に安価で入手できるものが好ましい。
酸化分解が行われない条件下や不十分な条件下、すなわち、起動時の昇温過程では、加熱された有機物の重合等により配管の閉塞やチャーリング（炭化）を起こす問題があることが知られており、この観点から重合しにくい有機物を用いる。
【００３７】
原水タンクＡ及び原水タンクＢの上流には、水（純水）タンク４４、所定濃度に調整された高濃度のメタノール水溶液タンク４５、処理対象流体用の廃水タンク４６の３つのタンクが配管で接続されている。タンク間には、個々に弁４７、送水ポンプ４８、流量計４９等が設けられている。
原水タンクＡ、Ｂともに、ＴＯＣ(Chemical Oxygen Demand)分析装置５０と細管で接続されており、それぞれサンプリングされた液が小型の送水ポンプで送られ、ＴＯＣ測定が行われる。
ＴＯＣ分析装置５０は、タンク内の有機物濃度を把握するための測定手段の一例であり、測定手段としては他にＣＯＤ計、カロリーメータ等を例示することができ、これらを併用してもよい。起動用有機物の種類に合わせて適宜選定することができる。
【００３８】
希釈工程やｐＨ調整工程を経てから、ＴＯＣ測定が行われる。
原水タンクＡと上流のタンク群との間には開閉弁５１が設けられ、廃水タンクＢと上流のタンク群との間には開閉弁５２が設けられている。
上記小型の送水ポンプとタンクとの間には細管の流路を開閉する弁５３が設けられている。
前述の通り、原水タンクＡ、廃水タンクＢにはそれぞれ撹拌機１６が設けられている。撹拌機１６により、処理対象流体中に含まれる浮遊物質ＳＳが均等に分散されるとともに、上流の純水タンク４４、メタノール水溶液タンク４５、廃水タンク４６から注入した流体がすばやく混合され、有機物濃度の均一化が図られる。
各タンクには、レベル計が備えられ、所定の水位に保つように制御されている。
【００３９】
純水タンク４４、メタノール水溶液タンク４５、廃水タンク４６、弁４７、送水ポンプ４８、流量計４９、開閉弁５１、５２及び制御装置８は、本実施形態における濃度調節手段を構成している。
【００４０】
主要な制御構成について説明すると、図１に示すように、反応槽温度計４３、原水予熱器出口温度計１４、酸化剤予熱器出口温度計２３、酸化剤流量計２０、原水流量計１１が制御装置８に接続されている。
これにより、反応温度、予熱温度、各流体の流量値が測定データとして制御装置８に入力される。
また、原水予熱器１３、酸化剤予熱器２２、酸化剤入り口弁２１、原水供給ポンプ９が制御装置８に接続されている。
制御装置８は入力信号に基づいて、予熱調節器等を介して原水予熱器１３、酸化剤予熱器２２の出力電流値（あるいは、通電のＯＮ／ＯＦＦ信号）、インバータを介しての原水供給ポンプの駆動周波数、酸化剤の流量調節のための開度設定信号を出力する。
【００４１】
図２では、原水タンクに注水される各流体の流量計４９、ＴＯＣ分析装置５０が制御装置８に接続されている。
これにより各流体の流量値、サンプリングされた原水タンク内の全有機炭素量が測定データとして制御装置８に入力される。
また、各送水ポンプ４８、原水タンク上流の開閉弁５１、５２と制御装置８とが接続され、制御装置８からは、送水ポンプ４８の起動／停止指令、開閉弁５１、５２の開閉指令が出力される。
【００４２】
以下に、原水タンクＡ、Ｂの濃度調整方法の一例について説明する。
原水タンクＡを使用する場合、起動用有機物水溶液を濃度調整する場合には、純水タンク４４とメタノール水溶液タンク４５とから、各送水ポンプを使って、それぞれ必要量を供給し、設定通りの濃度調節を行う。
原水タンクＡ内から、サンプリングした液をＴＯＣ分析装置５０に送り、必要に応じて、希釈やｐＨ調整をして、メタノール濃度を測定する。
レベル計でタンク内の残量を測定する。これは操作者が入力してもよい。
【００４３】
メタノール濃度を濃くしたい場合は高濃度のメタノール水溶液を、薄くしたい場合は水を追加する。
タンク内の量を増やしたい場合は、調整後のタンク内の濃度と同じになるように、水とともにメタノールを追加する。
【００４４】
原水タンクＢでは、各送水ポンプを使って、廃水タンク４６から廃水の供給を行い、必要量の水とメタノールを混合して、濃度調節を行う。
原水タンクＡと同様に、廃水タンクＢからサンプリングした液をＴＯＣ分析装置５０に送り、必要に応じて希釈やｐＨ調整をして、廃水中の全有機炭素量を測定し、この数値から廃水中の有機物濃度を算出する。
廃水は組成や濃度に変動があり、バラツキが存在するため、濃くしたい場合は高濃度のメタノール水溶液を、薄くしたい場合は水を追加する。
【００４５】
図３に、メタノール水溶液の濃度に対する原水予熱器１３の出力値（ヒータ出力）と予熱温度との関係の一例を示す。
起動用有機物をメタノールなどの既知のものとしているので、濃度が決まれば、完全に酸化分解したときの発熱量は正確に把握することができる。
また、ヒータ出力の他、伝熱効率、流量などが決まれば、原水予熱器１３からメタノール水溶液に加えられる熱エネルギーも把握することができる。
これらの合計が、混合流体を室温から反応温度に加熱するのに必要な熱エネルギーとしてなり、下記の式（１）で算出される。
【００４６】
ここでは、処理流量１０ｋｇ／ｈ、圧力１０ＭＰａ、分解率１００％、かつ反応槽までの放熱を考慮して計算している。
室温から反応温度に加熱するのに必要な熱エネルギー＝予熱器からメタノール水溶液に加えられる熱エネルギー＋メタノールが完全に酸化分解したときの発熱量×分解率・・・・（１）
なお、この算出は一例にすぎず、ヒータ自体の容量、効率、流体の流量、有機物の種類（反応熱）、放熱条件等によって異なるため、それらの条件に合わせて、算出、もしくは測定する必要がある。
【００４７】
また予熱方法、反応器構造等の条件によっては、簡単な式で表せないケースが存在する。この場合は、図４に示すように、予め実験等により流量毎のメタノールの濃度とヒータ出力とのデータテーブルを作成し、これを制御テーブルとして使用することが望ましい。
図４（ａ）はデータをグラフで示したものである。
【００４８】
図５は、昇圧から廃水燃焼までの起動時の処理を示すフローチャート、図６は起動時の燃焼開始から廃水へ切り替えるまでの運転プロフィールを示す図である。
図５に示すように、制御装置８は、まず、酸化剤入り口弁２１を開け、酸化剤圧送ポンプ１７からの圧縮空気を反応槽４へ送り、反応槽など系全体の圧力を所定圧力まで昇圧する制御を行う（Ｓ１）。
次に、廃水側の流量を原水供給ポンプ９に設定し、原水入り口弁１２を開け、原水タンクＡを選択して、メタノール水溶液ではなく、有機物を含まない水を原水供給ポンプ９で反応槽４へ圧送する。すなわち、水注入を行う（Ｓ２）。
【００４９】
全体の圧力、空気及び廃水流量が安定してきたら、酸化剤予熱器２２及び原水予熱器１３を所定の起動時温度まで昇温させる。
例として、圧力１０ＭＰａのときに、理論的には約３１０℃を超えるあたりで気相になるので、所定の起動時温度は３２０〜４５０℃程度とする。
図６に示すように、反応槽４内は、常温からある勾配をもって温度上昇が見られ、やがて一定の温度となる。
温度が安定してきたか否かを判断し（Ｓ４）、安定してきたと判断したら原水タンクＡにメタノールを追加し（起動用有機物水溶液の注水）、起動時の初期濃度に調節する（Ｓ５）。
上記の起動時温度に合わせて、メタノールの初期濃度としては１〜５ｗｔ％を例示することができる。撹拌機１６により濃度ムラがないように原水タンクＡ内の濃度を均一化する。
【００５０】
反応槽４にメタノール水溶液が到達すると、空気と混合され、酸化分解（燃焼）が始まる。燃焼が開始すると、ヒータ出力（加熱温度）を変えていないのに反応槽内の温度上昇が見られる（燃焼開始プロセス）。
制御装置８は反応槽温度計４３からの出力信号で燃焼開始したか否かを判断する（Ｓ６）。このとき、初期濃度が高いほど、温度上昇幅は大きい値を示す。
反応槽４内が、所定の温度（例；４５０〜５００℃。但し、触媒の種類等による）になるように、原水予熱器１３の出力が微調節される。
通常は、初期は反応槽４が温まっていないので、放熱分が大きく、十分温まるまでは、ゆっくりとした上昇が続く。図６ではこの上昇を表していない。
【００５１】
反応槽４内の温度が安定した後、原水タンクＡ内のメタノール水溶液の濃度変更と、原水予熱器１３の出力変更を開始する（Ｓ７、Ｓ８）。
このとき、図４に示したように、メタノール濃度とヒータ出力との関係を予め把握しておき、データテーブル（あるいは関係式）として、制御装置８のメモリに記憶しておき、そのデータテーブル（あるいは関係式）に基づいて、それぞれ設定するようにする。
必要な原水予熱器１３の出力は、廃水の有機物濃度と処理量（流量）で、目標とする反応温度や圧力条件で決まってくる。
図４に示すように、反応温度と圧力の組み合わせ毎に、処理流量とメタノール濃度に対する予熱出力（ヒータ出力）が示されている。なお、実際には、図中の文字列（ａ１、ｂ１１、ｃ１、ｄ１等）が具体的な数値に置き換わる。
【００５２】
濃度変更プロセスでは、濃度と予熱温度はどちらを入力側（検知）、出力側（操作）としてもよいが、図５の例では、有機物濃度を検知して必要な予熱出力を決定し、原水予熱器１３の出力を変更する操作を行う。
有機物濃度の検知方法は、濃度変更の指令値そのものを検知濃度としてもよいし、ゆっくり上昇させるのであれば、測定の遅れが無視できるのでＴＯＣ等の測定値でもよい。
あるいは、タイミングを検知して、タイミングに合わせて濃度と予熱出力のそれぞれを変更するという方法でもよい。
図６に示すように、理想条件では反応槽４内の温度が一定となる。すなわち、点線で示す一定の許容範囲内に入る。
【００５３】
図５では示していないが、濃度変更時の空気流量（供給量）は、起動用有機物水溶液の有機物濃度に合わせて変更する必要がある。
有機物濃度に合わせて変更するときは、制御装置８から酸化剤入口弁２１に開度の指令が送られる。
【００５４】
制御装置８は、メタノール水溶液の濃度が定常運転を行うための所定の値（目標濃度）になったか否かを判断し（Ｓ９）、目標濃度になったら反応槽４への供給を原水タンクＡから廃水タンクＢに切り替える。すなわち、起動用有機物水溶液としてのメタノール水溶液から処理対象流体としての廃水に切り替える（Ｓ１０）。
図６のＳ２等は、図５のステップ番号に対応している。
【００５５】
図５のＳ７における起動用有機物水溶液の濃度変更の設定方法について説明する。
本実施形態では、メタノール水溶液の濃度を段階的に高めていくときの変更対象（制御対象）を、予熱温度ではなくヒータ出力としている。
図３にヒータ出力と予熱温度との関係の一例を示した。但し、処理対象流体の種類や、流量、ヒータの仕様等により異なってくる。
【００５６】
本実施形態では、制御装置８は、メタノール水溶液の濃度を段階的に高めるとともに、原水予熱器１３の出力を相対的に下げていく起動時制御を行う。
メタノール水溶液は、燃焼開始時の気相状態から、廃水切り替え時の液相まで変化する。
予熱温度は水の潜熱を通過する。このとき、潜熱の領域（図３中の濃度４．５ｗｔ％〜９．５ｗｔ％あたり）では、温度変化が起きなくなる。
【００５７】
よって、制御対象を予熱温度としてしまうと、潜熱の間はメタノールの濃度を変えても予熱温度は同じ目標値になってしまい、ヒータ出力が一つに定まらない。
このため予熱の過多（熱暴走）や不足（失火）を引き起こす問題が生じる。
例えば、メタノール濃度８ｗｔ％に対しては、約１１ｋＷのヒータ出力で十分であるが、出力が約８−１７ｋＷでも予熱温度は変わらないため、１１ｋＷに定めることができない。
すなわち、昇温中を含め、予熱温度変更中に、予熱出口温度（原水予熱器出口温度）が潜熱を通過するときは、予熱出口温度を制御対象としたヒータ制御は行わないようにする。
予熱温度ではなく、ヒータ出力をコントロールすることで、過度にヒータ出力を変化させることなく、水の潜熱の通過をスムーズに行うことができる。
【００５８】
また、本実施形態では、メタノール水溶液の濃度変更は細かなステップで変更するようにしている。
例えば予熱温度が一定の場合、流量や温度域等の条件によるが、メタノール濃度が１ｗｔ%変わるだけで、反応槽内の温度は約５０〜１００℃も急上昇する場合がある。
この問題に対処すべく、本実施形態では、反応温度を一定ないし一定の範囲に維持するような、メタノール濃度とヒータ出力の関係の精度、すなわち、データテーブル又は関係式の精度を高めておき、予熱温度を燃焼開始時の温度から、廃水を流せる温度以下まで下がるように、ヒータ出力を一定の割合でゆっくり下げていく。
同時に、ヒータ出力の変化に合わせて、原水タンクＡのメタノール濃度の変更を、より細かなステップで行うことで、反応槽内の温度変化のショックの少ないスムーズな変更が可能となる。
【００５９】
具体的には、図３に示すように、流量２０ｋｇ／ｈとして、メタノール濃度を４ｗｔ％から１２ｗｔ％まで変更するのに８ｈ（時間）程度要する場合には、メタノール濃度の変更速度を０．２ｗｔ％／１０分、ヒータ出力の変更速度を０．３ｋＷ／１０分とする段階的な変更制御を行う。
この変更にあたっては、原水タンク内の濃度を調節してから、反応槽もしくは原水予熱器１３の出口に到達するまでの時間を考慮して、タイミングを設定する必要がある。
例えば、原水タンク内の濃度を調節してから、反応槽もしくは原水予熱器１３の出口に到達するまでに５分かかる場合には、５分前には原水タンク内の濃度調節が終了していることとなる。
【００６０】
この遅れは、予備試験等で流量毎に把握することができる。さらに、ヒータ出力を変更したときに、目標の予熱温度（潜熱）が十分追従できる速度で、変更する必要がある。
例えば、選定した原水予熱器の熱容量が大きい場合には、また特別な強制冷却を行わない場合には、温度を下げる場合に、廃水流量に左右され、流量が少ないケースでは、温度低下速度が遅くなることを考慮する。
【００６１】
図５のＳ１０における廃水切り替えの方法について説明する。
図７に示すように、原水予熱器１３の温度（ヒータ出力）が、所定温度、すなわち廃水を流しても閉塞やチャーリングを起こさない温度（値）にまで下がったら、メタノール水溶液から廃水に切り替える（供給流体切り替えプロセス）。
メタノール水溶液と廃水とでは含まれる有機物の種類が異なるため、ＴＯＣ計等で測定した濃度を同等レベルに合わせておいても、酸化分解したときの発熱量が異なる。
このため、予め廃水タンク内の発熱量をカロリーメータ等で測っておき、切り替え前の高濃度メタノールの発熱量と一致するように、メタノール、水で調整しておくとよい。
実際には、カロリーメータで測定できるのは有機系固形物の発熱量になるため、蒸発する有機物を含む場合は、予めその成分と発熱量を把握し、加算する必要がある。
【００６２】
図８に示すように、廃水に切り替えた後は、反応槽内の温度を反応槽温度計４３で検知して、原水予熱器１３の出力を微調整するフィードバック制御に切り替える。
制御装置８に備えられた温度コントローラ５５は、燃焼時は、廃水タンクＢの処理対象流体Ｗの濃度、組成比の変動に対応して、反応温度を一定にするように原水予熱器１３の出力を制御する。
起動時は、温度コントローラ５５は、廃水タンクＢの濃度を検知し、予め求められた濃度とヒータ出力との関係のデータテーブル又は関係式に合わせて原水予熱器１３の出力を可変する。データテーブル又は関係式は制御装置８のＲＯＭに格納されている。
制御装置８が兼ねる濃度コントローラ５６は、廃水タンクＢの濃度を検知し、水、メタノール、廃液のいずれかを追加して濃度を変更する。
【００６３】
本実施形態における流体処理装置の処理は以下の条件下で行われる。
温度及び圧力の条件として、温度＝３７４．２℃以上、且つ、圧力＝２２．１ＭＰａ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となる。
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。
あるいは、上記の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＝２２．１ＭＰａ未満（望ましくは１０ＭＰａ以上）あるいは、反応温度における飽和蒸気以下の比較的高圧を採用して、反応槽内で混合流体中の処理対象流体を過熱水蒸気にしてもよい。
【００６４】
以下に、第２の実施形態を説明する。
上記実施形態の高濃度化プロセスにおいて、起動用のメタノール水溶液のタンク内の濃度調整、予熱の効率等にずれが生じたときには、反応温度が所望の温度よりも下がりすぎることや、上がりすぎることが考えられる。
ずれが生じたときは、微調整するのが好ましい。ここでは、濃度もしくはヒータ出力の変更のタイミングで補正する方法を示す。
【００６５】
反応温度に上限と下限が設定され、制御装置８は反応槽温度計４３の検知情報に基づいて反応温度の振れを監視する。制御装置８が上限を超えそうになると判断したら、目標温度に下がるまで、メタノール水溶液の濃度変更を行わず、ヒータ出力のみを下げる補正制御を加える。
逆に下限を超えそうになると判断したら、ヒータ出力の低下を行わず、メタノール水溶液の濃度変更のみを行うというような補正制御を加える。
【００６６】
このようにすることで、濃度調整や予熱効率等にずれが生じたときでも、熱暴走を起こさないことと、燃焼停止（失火）させないことは当然だが、できるだけ完全燃焼の状態を続けながら、濃度変更、予熱変更を行うことが可能となる。
【００６７】
次に、第３の実施形態（廃水切り替えの他例）を説明する。
前述の通り、原水予熱器１３の温度が所定温度まで下がったら、原水タンクＡから廃水タンクＢに切り替え、メタノールから廃水に切り替える。
メタノール水溶液から廃水への切り替えを行うにあたり、一度に切り替えてもよいが、最終のメタノール水溶液から、段階的に廃水に切り替えることも可能である。
この場合は、図２の構成において原水供給ポンプ９を１機追加し、原水タンクＡからの流量と廃水タンクＢからの流量の合計を変えずに、原水タンクＡから廃水タンクＢへと流量の比率を徐々に変更していく方法が例示できる。
【００６８】
この場合、原水タンクＡと原水入り口弁１２との間に、原水タンクＡの専用ポンプと、原水タンクＡの専用流量計、廃水タンクＢと原水入り口弁１２との間に、排水タンクＢの専用ポンプと、廃水タンクＢの専用流量計がそれぞれ必要になる。
あるいは、原水タンクＡと同じ濃度となるように、廃水タンクＢにもメタノール水溶液を作成しておき、その中に、徐々に廃液タンクからの廃液を追加するという手法でもよい。この場合は、図２の構成を変えずに対応できる。
【００６９】
図９乃至図１４に基づいて第４の実施形態を説明する。第１の実施形態と同一部分は同一符号で示し、既にした構成上及び機能上の説明は適宜省略する。
本実施形態では、図９に示すように、処理対象流体Ｗを微粒子化して反応槽４内に導入する噴射ノズル５５を有している。
噴射ノズル５５は、処理対象流体流入管としての処理対象流体吐出部材５６と、高圧の圧縮空気Ａを噴射する酸化剤流入管としての酸化剤噴射部材５７とを有している。
処理対象流体吐出部材５６は酸化剤噴射部材５７の外側を周方向全体に亘って囲むように設けられており、ノズル５５は２重管構造となっている。
【００７０】
処理対象流体吐出部材５６は、反応槽４の上面としての上蓋４ａの穴に挿入されて固定される円筒状の固定筒部５８と、上蓋４ａの内面側にネジ等の結合手段５９により着脱自在に設けられた位置決め部６０とから構成されている。
管状の酸化剤噴射部材５７は固定筒部５８の上面を貫通して固定筒部５８内に挿入されている。
【００７１】
位置決め部６０は、内径が一定の円筒部６０ａと、内径が下方に向かって徐々に小さくなる円錐部６０ｂとからなり、円錐部６０ｂの下端中心部には処理対象流体を吐出する円形の吐出口６０ｃが形成されている。
吐出口６０ｃ自体は円形であるが、吐出口６０ｃの中心に酸化剤噴射部材５７が位置するので、実質的には吐出口６０ｃは円環状となる。
【００７２】
処理対象流体吐出部材５６は、固定筒部５８から吐出口６０ｃまでの全体に亘って処理対象流体の流れに差圧が生じない流路形状を有している。
位置決め部６０の内径は固定筒部５８の内径よりも広く、吐出口６０ｃの径は固定筒部５８や位置決め部６０の内径よりも小さくなっており、処理対象流体吐出部材５６の全体において内径が変化する形状となっているが、オリフィスのように差圧を生じさせる寸法関係とはなっていない。
【００７３】
酸化剤噴射部材５７は、円筒部６０ａに設けられた位置調整用の４つのスペーサ６１で支持されることにより、噴射口５７ｃが吐出口６０ｃの中心に位置し、且つ、矢印Ｅで示す噴射方向における吐出口６０ｃの先端と噴射口５７ｃの先端とが一致するように設定される。
すなわち、酸化剤噴射部材５７はスペーサ６１群によって、処理対象流体吐出部材５６に対する径方向の位置と、上下方向の位置とを同時に位置決めされる。
【００７４】
図１０に示すように、スペーサ６１は円筒部６０ａに形成されたキー溝６０ａ−１に基端部を挿入して片持ち状態で固定されており、各スペーサ６１の自由端には傾斜面６１ａが形成されている。
図９に示すように、酸化剤噴射部材５７は、流路断面積が大きい導入部５７ａと、流路断面積が導入部５７ａよりも小さい噴射部５７ｂとからなり、噴射部５７ｂの下端（噴射方向先端）が噴射口５７ｃとなっている。
導入部５７ａと噴射部５７ｂの境目には傾斜面５７ｄが形成されており、傾斜面５７ｄがスペーサ６１群の傾斜面６１ａに当接することにより、上下方向の位置決めがなされる。
各スペーサ６１の自由端で囲まれる空間に噴射部５７ｂが挿入されることにより、径方向の位置決めがなされる。
本実施形態ではスペーサ６１を４つ設けて位置決めする構成としたが、３つのスペーサ６１で位置決めする構成としてもよい。
【００７５】
このように、酸化剤噴射部材５７を細幅のスペーサ６１で支持して位置決めすることにより、処理対象流体吐出部材５６内で処理対象流体の流れをできるだけ阻害せずに、処理対象流体の微粒子化に大きく影響する酸化剤の噴射口５７ｃと処理対象流体の吐出口６０ｃとの位置決めを高精度且つ容易に行うことができる。
結合手段５９を、例えばネジの回転量により上下方向の位置調整ができる構成とすれば、噴射口５７ｃと吐出口６０ｃとの間の磨耗等による経時的な位置ずれを修正できる。
【００７６】
上記のように、噴射ノズル５５の構造としては、２重管構造の場合は、噴射口５７ｃの開口面積を小さくして酸化剤側を高速で噴射し、処理対象流体側は端に吐出するようにして空気の噴射に衝突するような案内構造を例示することができる。
処理対象流体を内側から吐出させ、外側から噴射する空気で微粒子化する構成としてもよい。
ノズルの材質は、耐熱性、防食性が求められ、インコネル６２５等を例示することができる。
処理対象流体と酸化剤は噴射ノズルによって反応槽内に噴射され、両者が効率よく混合される。
また、処理対象流体が液相で投入されるような場合には、液滴が十分に微粒子化されるために、処理対象流体中の水分が蒸発するまでの時間が短縮される。
すなわち、噴射ノズル５５によって処理対象流体を微粒子化することにより、処理対象流体の状態が気相から液相までのいずれでも、反応槽内の燃焼時の流体温度がムラなく均一になりやすいという効果がある。
【００７７】
噴射ノズル５５による処理対象流体の微粒子化は、後述する起動時の濃度変更プロセスにおいても、重要な影響を与える。噴射の攪拌効果によって温度ムラがなくなるため、安定した温度検知ができ、結果として制御しやすいプロセスになる。
さらに、予熱温度が下がって処理対象流体を液相で導入する条件下では、その効果が顕著になる。主な効果は２つあり、１つは、より加熱出力が低い高濃度の条件まで、燃焼を安定維持して移行することができるため、切り替え後の処理対象流体中の有機物濃度に関して、適用できる濃度条件の幅を広げることができることである。
２つ目は、液滴が混ざっても、燃焼が開始しやすくなるため、噴射ノズルのないときに比べて、より潜熱近傍の予熱出力が低い状態（高濃度の条件）でも燃焼開始が可能になることである。
【００７８】
噴射ノズルを用いると、メタノールの初期濃度としては１〜９ｗｔ％を例示することができる。
本実施形態では、制御装置８は、起動時に反応温度の温度上昇率が所定の温度上昇率となるように、酸化剤流量調節手段としての酸化剤入口弁２１を制御して酸化剤の流量を下げていく制御を実行する。
すなわち、制御装置８は、反応槽４内の反応温度を検知する反応槽温度計４３の入力データを元に、燃焼開始時（水からメタノールへの切り替え時）に、反応温度が所定の温度上昇率になるように、反応槽４への空気の供給量を、酸化剤入口弁２１によって段階的に変更するように制御する。
【００７９】
図１１は、昇圧から廃水燃焼までの起動時の処理を示すフローチャートである。
図５と異なる点は、図５のＳ６とＳ７の間に空気流量変更のフローが追加されることである。図５と異なる部分について説明する。
制御装置８は、まず、流量や温度など各初期値を設定する（Ｓ１）。この初期値設定は図５のフローでも行われる。
起動用有機物水溶液の注水（Ｓ６）では、起動時温度に合わせて、メタノールの初期濃度としては１〜９ｗｔ％を例示することができる。
【００８０】
メタノール水溶液の注水のタイミングに合わせて、空気流量の変更を行う（Ｓ７）。起動時（燃焼開始前）の空気流量は、通常運転時が１．２〜１．５倍相当であるならば、それ以上の３〜５倍程度の過剰な供給量に設定しておく。
燃焼が開始されたことが確認されたら、制御装置８は空気流量調整モードを実行する（Ｓ９）。制御装置８は、反応槽温度計４３の測定値から温度上昇率を計算し、温度上昇率が所定の値を超えないように、空気流量を徐々に絞っていく。
【００８１】
所定の温度上昇率として、１００℃／ｈ程度を例示することができる。なお温度上昇率は、装置の構造や耐熱特性等を加味して設定すればよい。
次に、空気流量が所定の目標流量値になったか否かを判断し（Ｓ１０）、所定の目標流量値になったら、反応槽４内が所定の温度（例；４５０〜５００℃。但し、触媒の種類等による）になるように、原水予熱器１３の出力が微調節される。
【００８２】
図１２に、燃焼開始時の空気流量変更と空気流量調整モードからなるプロセスがない場合とある場合とで、比較した反応槽内の温度の上昇の様子の一実験例を示す。
上記プロセスがない場合には、メタノールが到達したと同時に燃焼が開始し、温度は急上昇し、その後ゆっくりとした上昇に移る。
一方、上記プロセスがある場合には、空気流量が過剰に流れるように変更されたと同時に、反応槽内の温度に下降がみられる。続けて燃焼が開始されると、ゆっくりとした上昇に移る。
このようにして、上記プロセスの有無により、温度上昇率に違いが出る。
【００８３】
空気流量の変更作用としては、次のように考えられる。
有機物が酸化分解される際の発熱により、混合流体の温度は昇温し、反応温度として検知される。このとき、酸化剤を通常の流量以上に投入すると、酸化分解に寄与しない余剰の酸化剤はその反応熱を吸熱するため、結果的に検知される混合流体の温度の到達点は下がる。
したがって、燃焼開始時に余剰酸化剤を作用させれば、急激な温度上昇は緩和され、所定の上昇率になるように段階的に変更することで温度上昇の勾配を緩やかにすることができる。温度上昇が緩やかになるため、より高めの濃度から燃焼を開始させることができる。
【００８４】
以上より、燃焼開始時の初期濃度が高いほど、温度上昇幅は大きい値を示すが、空気流量調節モードを搭載することで、濃度変更や加熱手段の出力変更よりも操作が簡単であり、ある濃度開始時の空気流量調節時間＜低濃度からある濃度に予熱出力で変更する時間の条件を満たせば、起動時間を短縮することができる。
【００８５】
図１３（ａ）に示すように、反応槽４内に多点式の温度センサ６２を複数設置し、起動時（燃焼開始プロセス）における噴射ノズルの有無の影響を調べた。実験条件は以下の通りである。
【００８６】
＜実験条件＞
・噴射ノズル        ；有り、無し
・起動用有機物水溶液；メタノール水溶液（４ｗｔ％→１２ｗｔ％）
・酸化剤          ；空気
・予熱温度        ；空気側は４００℃
廃水側は起動時３４０℃から徐々に低下させる
・圧力                ；１０ＭＰａ
・反応温度        ；４８０±２０℃
・滞留時間        ；約６０秒
・反応槽構造        ；外筒はインコネル製、内筒はチタン製。縦型の略円筒形。
・触媒部材        ；Ｐｄをめっきした、Ｔｉ製の円筒形。
【００８７】
図１３（ｂ）にその実験結果を示す。グラフの横軸は起動プロセスにおけるメタノール濃度、縦軸は反応槽内の温度差で、全温度測定点のうち、最大値と最小値との差で示している。
上記条件では、噴射ノズルがない場合は、メタノール濃度が６ｗｔ％を超えたところで温度差が急に大きくなる。一番温度の低い箇所は導入口の真下であり、一番高温部は反応槽４の外周側の上方であった。これは、予熱出力が下がり、導入口直下の水溶液の状態が、気相から液相が多い状態（大きな液滴を含む状態）になったと推察される。
一方、噴射ノズルを搭載すると、メタノール濃度を１２ｗｔ％まで変化させても、温度差は常に数１０℃の範囲におさまり、温度分布は極めて均一となる結果となった。
【００８８】
これらの結果から、噴射ノズルを用いることで、温度が均一になって、安定して温度検知でき、制御しやすいということがいえる。さらに、処理対象流体を液相で導入する条件下では、その効果が顕著になるため、より加熱出力が低い高濃度の条件まで移行することができる。
すなわち、切り替え後の処理対象流体中の有機物濃度に関して、適用できる濃度条件の幅を広げることができるようになる。
また、局所的に温度が高い状態を避けることができるため、より耐熱設計に余裕を持たせることが可能となるなど、多くの優れた効果をもたらす。
【００８９】
［実施例１］
図１、２で示した装置を用い、下記条件で運転を行った。濃度変更プロセスは第１の実施形態に記載した方法を採用した。
＜実験条件＞
・処理対象流体        ；モデル廃水としてＰＶＡ（ポリビニルアルコール）を主成分とした水溶液、１１．５ｗｔ％
・起動用有機物水溶液；メタノール水溶液（４ｗｔ％→１２ｗｔ％）
・酸化剤          ；空気
・予熱温度        ；空気側は４００℃
廃水側は起動時３４０℃→切替時、安定運転時１７０℃
・圧力                ；１０ＭＰａ
・反応温度        ；４８０±２０℃
・滞留時間        ；約６０秒
・反応槽構造        ；外筒はインコネル製、内筒はチタン製。縦型の略円筒形。
・触媒部材        ；Ｐｄをめっきした、円筒形Ｔｉ部材。
【００９０】
図１４に起動時の燃焼開始から廃水切り替えまでの運転プロフィールを示す。
０：００までに、昇圧、水注入、その後の昇温が終わっていて、１：００までは反応温度は一定であり、安定した状態にある。
点線Ａ部（１：３０〜２：００）の温度変化はタンクを水からメタノールに切り替えた後、反応器内にメタノールが到達したことを示している。
メタノール水溶液の濃度が低濃度（４ｗｔ％）のため、温度上昇は反応槽や周囲の配管類の耐熱温度を超えずに、安全な着火が可能であることが示されている。
燃焼開始以降は、反応槽内の温度が徐々に上昇し、やがてほぼ一定になる様子が見られる。反応槽の筐体は耐圧容器であり熱容量が大きいため、燃焼によって昇温するのに時間を要するからである。
【００９１】
ここで、比較例として、データテーブルに基づいて、８ｗｔ％相当の予熱出力に下げて、メタノール８ｗｔ％を注水したケースを挙げる。
この場合、メタノールに切り替えても、燃焼開始は起きない。理由は反応槽内に液相で入る比率が多くなるために、円筒形触媒へ接触せずに排出されてしまうことが考えられる。
仮に濃度は８ｗｔ％のまま維持しておき、気相になるまで予熱出力を上昇させれば、燃焼開始することが推定される。このとき、反応温度は一気に８００℃近くまで上昇すると推定され、容器の耐熱性能を超えてしまう虞がある。
【００９２】
反応槽の温度上昇（図１４では２９０℃から４５０℃に変化）により、制御装置８が燃焼開始を判断したら、徐々に送水するメタノールの濃度を高めていく。
メタノール濃度を高める方法としては、原水タンクＡ内の残量を検出して、目標濃度になるように、メタノールを追加する。
このとき、図２に示すように濃度は制御装置８により監視される。濃度にずれがあることが検知されると、水、またはメタノールの追加量を計算して、目標濃度に調整される。
図８に示すように、メタノール濃度に対するヒータ出力をデータテーブルに基づいて、設定する。これを繰り返すことにより、所定の濃度１２ｗｔ％まで高める。
【００９３】
図１４に示したように、４ｗｔ％→１２ｗｔ％（濃度差８ｗｔ％）にするのに、２：００〜１０：００（８ｈ）、平均で１ｗｔ％／ｈ費やしている。
実施例では、０．５ｗｔ％／３０ｍｉｎで切り替えたが、失火や熱暴走を引き起こすような、問題は発生しなかった。
また、上記条件で、段階的に濃度と予熱温度を変更しても、反応槽内の温度を一定範囲に保つことができる。
原水予熱器１３を通過した後の温度を予熱温度として示したが、このように潜熱領域（図１４の３：００〜７：００位の間、３００℃より少し上の温度で変化していない領域）では温度は一定になる。
すなわち、潜熱をまたぐような領域では、濃度を入力として予熱温度を制御対象にすることはふさわしくないことが示されている。
【００９４】
さらに、点線Ｂ部（１１：００）で廃水に切り替えたときに、大きな温度変化がなく、失火や熱暴走を起こさないことが確認できた。
廃水への切り替え方法としては、実施形態２で記述したように、原水タンクＡと同じ濃度となるように、廃水タンクＢにもメタノール水溶液を作成しておき、その中に、徐々に廃液タンクからの廃液を、送水した分と同量を追加するという手法を選択している。
【００９５】
［実施例２］
実施例１とは下記の２点で異なる。
・燃焼開始時に空気流量調節モードを備える
起動用有機物水溶液；メタノール水溶液（８ｗｔ％→１２ｗｔ％）
結果として、燃焼開始時に、約３００℃から５００℃近くまで上昇する。実施例１では、濃度変更の場合に、８ｗｔ％で開始する場合に、４〜８ｗｔ％まで４ｈかかっていた時間が、この約２００℃温度上昇させる時間を、２ｈに短縮することができる。
【００９６】
上記各実施形態では、処理対象流体とは別の起動用有機物水溶液を用いて起動時制御を行う例を示したが、条件によっては処理対象流体自体を起動用有機物水溶液として用いることも可能である。例えば、処理対象流体がチャーリングを起こしにくい組成の場合には、処理対象流体自体を起動用有機物水溶液として用いることができる。
【００９７】
以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、上述の説明で特に限定しない限り、特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
本発明の実施の形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を例示したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。
【符号の説明】
【００９８】
Ｗ  処理対象流体
４  反応槽
８  制御手段としての制御装置
１３  加熱手段としての原水予熱器
２６  触媒部材
４３  反応温度検知手段としての反応槽温度計
５５  噴射ノズル
【先行技術文献】
【特許文献】
【００９９】
【特許文献１】特許第３３４５２８５号公報
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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