(57)【要約】      （修正有）【課題】有機物質を高効率に除去できると共に、湿式酸化分解装置にかかるコストを低減させる水処理システムの提供。【解決手段】有機物質を含有する被処理水から有機物質を除去して被処理水を清浄化する水処理システムであって、有機物質を含有する被処理水を接触させて有機物質を吸着し、水蒸気を接触させて吸着した有機物質を脱着する吸着素子１１１，１２１を含み、吸着素子に有機溶剤を含有する被処理水を供給して有機物質を吸着素子に吸着させて処理水として排出する吸着工程と、吸着素子に水蒸気を供給して有機物質を吸着素子から脱着させて、液化凝縮させ、被処理水中の有機物質濃度よりも高濃度の有機物質を含有する水を濃縮水として排出する脱着工程を交互に実施する水処理装置１００と、有機物質を水中で酸化分解する湿式酸化分解装置２００を備え、水処理装置から排出された濃縮水が、湿式酸化分解装置へ供給される水処理システム。【選択図】図３
2017000992.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機物質を含有する被処理水から有機物質を除去することで被処理水を清浄化する水処理システムであって、
有機物質を含有する被処理水を接触させることで有機物質を吸着し、水蒸気を接触させることで吸着した有機物質を脱着する吸着素子を含み、前記吸着素子に前記有機物質を含有する被処理水を供給することで有機物質を前記吸着素子に吸着させて処理水として排出する吸着工程と、前記吸着素子に水蒸気を供給することで有機物質を前記吸着素子から脱着させて、液化凝縮させ、前記被処理水中の有機物質濃度よりも高濃度の有機物質を含有する水を濃縮水として排出する脱着工程を交互に実施する水処理装置と、
有機物質を水中で酸化分解する湿式酸化分解装置を備え、
前記水処理装置から排出された濃縮水が、前記湿式酸化分解装置へ供給され、水処理されるように構成されることを特徴とする水処理システム。
【請求項２】
前記水処理装置は、前記吸着素子に付着した水を除去してこれを除去水として排出する請求項１に記載の水処理システム。
【請求項３】
前記吸着素子に付着した水の除去に水蒸気を使用する請求項２に記載の水処理システム。
【請求項４】
前記水処理装置から排出された除去水が、被処理水として前記水処理装置に再度供給されるように構成された請求項２または３に記載の水処理システム。
【請求項５】
前記湿式酸化分解装置の処理水が、被処理水として前記水処理装置に再度供給されるように構成された請求項１〜４のいずれかに記載の水処理システム。
【請求項６】
前記吸着素子が、活性炭、活性炭素繊維およびゼオライトからなる群から選ばれる少なくとも１の部材を含んでいる請求項１〜５のいずれかに記載の水処理システム。
【請求項７】
前記湿式酸化分解装置が、フェントン法、促進酸化法および電気分解法のいずれかを用いた湿式酸化分解装置である請求項１〜６のいずれかに記載の水処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機物質を含有する被処理水から有機物質を除去することで被処理水を清浄化する水処理システムに関し、特に、各種工場や研究施設等から排出される有機物質を含有する産業被処理水から有機物質を効率的に除去することで産業被処理水を清浄化する水処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、水中の有機物質の処理方法として、湿式酸化分解装置が広く一般的に知られている。この処理方法は、過酸化水素と鉄を使用したフェントン法、オゾンと紫外線や過酸化水素などを併用した促進酸化法、水へ強制的に電圧をかける電気分解法などであり、何れも反応によって生成したラジカル類によって水中の有機物質は酸化分解される。
【０００３】
一例として、促進酸化法によるオゾン添加量と有機物質濃度の低減傾向の一例を図１に示す。図１の通り、処理開始初期においては、有機物質の低減量が多いが、以後、低減量は小さくなる傾向を示す。図１をもとに処理効率(分解率)と必要電力の関係の一例を図２に示す。図１の傾向を受けて、高効率に処理するに応じて膨大に電力が掛る問題があった。
【０００４】
一方、吸着材を用いて吸着による有機物質の除去（吸着工程）と吸着材の再生（脱着工程）を交互に行うことで、高効率で安定的に除去できる水処理装置が検討されている（例えば、特許文献１）。この水処理装置は、水の連続浄化を実現し、基本的には吸着材の交換が必要なく、有機物質を高効率で安定的に除去することができる。
【０００５】
活性炭素繊維を吸着材として使用した場合、活性炭素繊維は吸着速度が速いので、高効率に有機物質を除去できる特性をもつことが知られている。前記水処理装置において、吸着除去された有機物質は、再生時に吸着材から脱離され、有機物質を含んだガス（脱着ガス）として排出されるが、脱着媒体に水蒸気を使用した場合、脱着ガスを液化凝縮することで、有機物質を高濃度に含有した濃縮水として回収できるので、濃縮装置としての機能も保持する（例えば、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−０５５７１２号公報
【特許文献２】特開２０１４−２１７８３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記技術の課題を背景になされたもので、水中の有機物質を高効率に処理できると共に、湿式酸化分解装置にかかる電力コストを低減させる水処理システムを提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、上記課題を解決するため、鋭意検討した結果、ついに本発明を完成するに到った。すなわち本発明は、以下の通りである。
（１）有機物質を含有する被処理水から有機物質を除去することで被処理水を清浄化する水処理システムであって、
有機物質を含有する被処理水を接触させることで有機物質を吸着し、水蒸気を接触させることで吸着した有機物質を脱着する吸着素子を含み、前記吸着素子に前記有機物質を含有する被処理水を供給することで有機物質を前記吸着素子に吸着させて処理水として排出する吸着工程と、前記吸着素子に水蒸気を供給することで有機物質を前記吸着素子から脱着させて、液化凝縮させ、前記被処理水中の有機物質濃度よりも高濃度の有機物質を含有する水を濃縮水として排出する脱着工程を交互に実施する水処理装置と、
有機物質を水中で酸化分解する湿式酸化分解装置を備え、
前記水処理装置から排出された濃縮水が、前記湿式酸化分解装置へ供給され、水処理されるように構成されることを特徴とする水処理システム。
（２）前記水処理装置は、前記吸着素子に付着した水を除去してこれを除去水として排出する（１）に記載の水処理システム。
（３）前記吸着素子に付着した水の除去に水蒸気を使用する（２）に記載の水処理システム。
（４）前記水処理装置から排出された除去水が、被処理水として前記水処理装置に再度供給されるように構成された（２）または（３）に記載の水処理システム。
（５）前記湿式酸化分解装置の処理水が、被処理水として前記水処理装置に再度供給されるように構成された（１）〜（４）のいずれかに記載の水処理システム。
（６）前記吸着素子が、活性炭、活性炭素繊維およびゼオライトからなる群から選ばれる少なくとも１の部材を含んでいる（１）〜（５）のいずれかに記載の水処理システム。
（７）前記湿式酸化分解装置が、フェントン法、促進酸化法および電気分解法のいずれかを用いた湿式酸化分解装置である（１）〜（６）のいずれかに記載の水処理システム。
【発明の効果】
【０００９】
本発明による水処理システムは、水処理装置にて、被処理水中の有機物質を高効率に除去するとともに、被処理水を減容化し、有機物質濃度の濃縮された水（濃縮水）とし、それを湿式酸化分解処理させることで、低コストで効率的に水処理ができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】促進酸化法によるオゾン添加量と有機物質濃度の低減傾向の一例である。
【図２】促進酸化法の処理効率(分解率)と必要電力の関係の一例である。
【図３】本発明を実施するための形態の一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について、図を参照して詳細に説明する。なお、以下に示す図の実施の形態においては、同一または対応する部分については、適宜省略し、その説明についても繰り返さないことにする。
【００１２】
図３は、本発明の実施の形態における水処理システムのシステム構成図の１つである。図３に示すように、本実施の形態における水処理システムは、水処理装置１００と湿式酸化分解装置２００とを主として備えている。
【００１３】
水処理装置１００は、吸着素子としての吸着材１１１、１２１がそれぞれ収容された第１処理槽１１０および第２処理槽１２０を有している。吸着材１１１、１２１は、被処理水を接触させることで被処理水に含有される有機物質を吸着する。したがって、水処理装置１００においては、吸着材１１１、１２１に有機物質を含有する被処理水を供給することで有機物質が吸着材１１１、１２１によって吸着され、これにより被処理水が清浄化されて処理水として排出されることになる。吸着材１１１、１２１は、供給される被処理水よりも少ない量の水蒸気を接触させることで吸着した有機物質が脱着される。第１処理槽１１０および第２処理槽１２０から排出される水蒸気と脱着された有機物質は、凝縮器１３０によって冷却凝縮されて、濃縮水として水処理装置１００外へ排出される。
【００１４】
第１処理槽１１０および第２処理槽１２０には、被処理水（原水）の供給ライン、処理水の排出ライン、水蒸気の供給ライン、濃縮水の排出ラインの配管が接続されており、各ラインにはバルブ等を用いて各処理槽に対して接続／非接続状態に切替えられる流路切替手段が接続された構成となっている。第１処理槽１１０と第２処理槽１２０とは、上述したバルブの開閉を操作することによって、交互に吸着槽および脱着槽として機能する。第１処理槽１１０が吸着槽として機能している場合には、第２処理槽１２０は脱着槽として機能する。具体的には、被処理水（原水）が第１処理槽１１０へ供給され、処理水が第１処理槽１１０から排出されるように流路が確保される場合は、第２処理槽１２０は水蒸気が供給され、濃縮水が第２処理槽１２０から排出される流路構成となる。本実施の形態における水処理装置１００においては、吸着槽と脱着槽とが経時的に交互に切り替わるように構成されている。
【００１５】
水処理装置１００は、図３に示す装置構成とし、吸着槽から脱着槽に切替わった際に、吸着材１１１、１２１に付着する水分を除去（脱水）して除去水として排出してから、水蒸気供給による脱着を開始する装置の方が好ましい。吸着材１１１、１２１の付着水を事前に除去してから水蒸気脱着を行う方が、濃縮水量を減容化でき濃縮倍率を高めることができるからである。付着水の除去手段は、自重抜き、圧縮空気・窒素・水蒸気などの高圧ガスでの高速パージ、真空ポンプなどを用いた吸引などの手段が使用できるが、水蒸気による高速パージが好ましい。付着水の除去手段を別途付帯する必要がなく、高効率に付着水を除去でき、加えて吸着槽が加温されるため、濃縮倍率および脱着効率が高まるからである。なお、脱水に使用した水蒸気は付着水と接触した際に液化凝縮され、除去水の一部となる。
【００１６】
また、図示しないが、除去水は水処理装置１００に再度供給されるように構成される方が好ましい。除去水を他の水処理装置で別途処理する必要がなくなるからである。
【００１７】
吸着材１１１、１２１は、活性炭、活性炭素繊維およびゼオライトからなる群から選ばれる少なくとも１の部材を含むことが好ましい。吸着材１１１、１２１としては、粒状、粒体状、ハニカム状等の活性炭やゼオライトが利用されるが、活性炭素繊維を利用することがより好ましい。活性炭素繊維は、表面にミクロ孔を有する繊維状構造を有しているため、水との接触効率が高く、特に水中の有機物質の吸着速度が速くなり、他の吸着材に比べて極めて高い吸着効率を実現できる部材である。
【００１８】
吸着材１１１、１２１として利用可能な活性炭素繊維の物性や原材料は、特に限定しない。除去対象である有機物質に応じて適宜選定すれば良い。
【００１９】
水処理装置１００の脱着媒体である水蒸気の蒸気圧、温度等は特に限定しないが、使用する吸着材の耐熱温度や物性などに応じて適宜設定すれば良い。ただし、水処理装置に供給する被処理水の質量よりも少ない質量の水蒸気により脱着することが必要である。水蒸気の質量の方が多い場合、有機物質が濃縮されず、被処理水中の有機物質濃度よりも高濃度の有機物質を含有する濃縮水が得られない。
【００２０】
本発明の実施の形態では、二つの吸着材および処理槽を使用して説明したが、二つ以上の処理槽を用いて装置構成しても良い。また、図示しないが、一つの吸着材および処理槽を用いた装置構成でも良い。例えば、吸着材１１１、処理槽１１０からなる一つの処理槽を使用した場合、処理槽１１０が脱着槽として機能している場合には、原水を一時的に貯水し、脱着工程が完了後、吸着槽として機能している切り替えサイクルでも良い。
【００２１】
本発明の被処理水に含まれる有機物質は、特に限定されないが、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド、アクロレインなどのアルデヒド類、メチルエチルケトン、ジアセチル、メチルイソブチルケトン、アセトンなどのケトン類、１，４−ジオキサン、２−メチル−１，３−ジオキソラン、１，３−ジオキソラン、テトラヒドロフラン、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチルなどのエステル類、エタノール、ｎ−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、ブタノールなどのアルコール類、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコールなどのグリコール類、酢酸、プロピオン酸などの有機酸、フェノール類、トルエン、キシレン、シクロヘキサンなどの芳香族有機化合物、ジエチルエーテル、アリルグリシジルエーテルなどのエーテル類、アクリロニトリルなどの二トリル類、ジクロロメタン、１，２−ジクロロエタン、トリクロロエチレン、エピクロロヒドリンなどの塩素有機化合物、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、ジメチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミドの有機化合物などが例として挙げられる。
【００２２】
湿式酸化分解装置２００は、水処理装置１００から排出された濃縮水を処理するための装置であり、過酸化水素と鉄を使用したフェントン法、オゾンと紫外線や過酸化水素などを併用した促進酸化法、水へ強制的に電圧をかける電気分解法などの方法を用いた装置があり、何れも反応によって生成したラジカル類によって水中の有機物質は酸化分解する方式であれば特に限定しない。
【００２３】
湿式酸化分解装置２００から排出される分解水は水処理装置１００の被処理水として供給する構成が好ましい。上述記載の通り、湿式酸化分解装置は高効率（例えば、９９％以上の除去効率）に有機物質を処理させる場合は、湿式酸化分解装置２００の除去効率を高めるよりも、水処理装置１００にて吸着処理した方が効率的であるからである。従って、湿式酸化分解装置２００の処理水は、水処理装置１００へ供給される被処理水と同等の有機物質濃度まで除去できる処理効率で良く、高除去効率に処理する必要はない。
【００２４】
以上の図３に示す水処理システムにより、水処理装置１００は、被処理水から高効率に有機物質を除去するとともに、被処理水を濃縮して、湿式酸化分解装置２００の処理水量を減容化する装置として機能し、湿式酸化分解装置２００は、水処理装置１００の濃縮水中の有機物質をガス化することなく、直接被処理水レベルまで処理する後処理装置として装置として機能するので、水処理装置１００の後処理装置や湿式酸化分解装置２００が大型化やランニングコストが増大することを防止しつつ、高効率で安定的に水処理することが可能な水処理システムとすることができる。
【００２５】
以上において図３で説明した本発明の実施の形態の特徴的な構成は、相互に組み合わせることが可能である。
【００２６】
また、以上において説明した本発明の実施の形態においては、ポンプやファン等の流体搬送手段やストレージタンク等の流体貯留手段などの構成要素を特に示すことなく説明を行なったが、これら構成要素は必要に応じて適宜の位置に配置すればよい。
【００２７】
このように、今回開示した上記各実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではない。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって画定され、また特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
【実施例】
【００２８】
評価は下記の方法によりおこなった。
（ＢＥＴ比表面積）
ＢＥＴ比表面積は、液体窒素の沸点（−１９５．８℃）雰囲気下、相対圧力０．０〜０．１５の範囲で上昇させたときの試料への窒素吸着量を数点測定し、ＢＥＴプロットにより試料単位質量あたりの表面積（ｍ２／ｇ）を求めた。
（細孔容積）
細孔容積は、相対圧０．９５における窒素ガスの気体吸着法により測定した。
（平均細孔径）
平均細孔径は、以下の式で求めた。
ｄｐ＝４００００Ｖｐ／Ｓ（ただし、ｄｐ：平均細孔径（Å））
Ｖｐ：細孔容積（ｃｃ／ｇ）
Ｓ：ＢＥＴ比表面積（ｍ２／ｇ）
（有機物質除去効果）
被処理水（原水）は１，４−ジオキサン４００ｍｇ／Ｌ含む水とした。５００時間運転後の水処理装置１００、湿式酸化分解装置２００として促進酸化（以下、「ＡＯＰ」という）装置の入出の１，４−ジオキサン濃度を測定して除去効果を確認した。
（有機物質濃度評価）
各水をガスクロマトグラフ法により分析し測定した。
【００２９】
＜実施例１＞
システムとしては、図３に示す実施の形態を使用した。
水処理装置の吸着材として平均細孔径１７．２Å、ＢＥＴ比表面積２０５０ｍ２／ｇ、全細孔容積０．８７ｍ３／ｇの活性炭素繊維を使用した重量２０ｋｇの吸着素子を２個作成し、図３の水処理装置に設置して、被処理水を処理水量４０００Ｌ／ｈになるように導入し、処理水を得た。
【００３０】
次に、自重抜きで吸着材の付着水を除去（脱水）した後、除去水は原水へ返送した。次に０．１ＭＰａ、１２０℃の水蒸気を吸着材に供給し脱着した。脱着に使用した水蒸気および吸着材から脱着された１，４−ジオキサンは濃縮水として回収した。その際の処理水中の１，４−ジオキサン濃度は０．５ｍｇ／Ｌ以下であり、１，４−ジオキサンの除去率は９９．８％以上が可能であった。また、濃縮水は水量１４０Ｌ／ｈで２８倍以上に被処理水が濃縮された。
【００３１】
オゾン濃度１００ｍｇ／Ｌ、過酸化水素濃度１００ｍｇ／Ｌ添加条件で、水処理装置から排出された濃縮水をＡＯＰ装置へ導入し、ＡＯＰ処理水を得た。その際の出口濃度は、１，４−ジオキサン４００ｍｇ／Ｌ以下であった。ＡＯＰ処理水は水処理装置の原水へ返送した。使用電力は表１に示す通り１ｋｗ以下であった。
【００３２】
本実施例の水処理装置により浄化された水は、５００時間後でも９９．８％以上の効率で１，４−ジオキサンの処理が可能であった。水処理装置の濃縮水をＡＯＰ処理し、再度水処理装置にて１，４−ジオキサンを除去することで、低コスト、高効率で安定して処理ができた。
【００３３】
＜比較例１＞
実施例１の被処理水をオゾン濃度３５０ｍｇ／Ｌ、過酸化水素濃度１００ｍｇ／Ｌ添加条件で、水処理装置から排出された濃縮水をＡＯＰ装置へ導入し、ＡＯＰ処理水を得た。その際の出口濃度は、１，４−ジオキサン０．５ｍｇ／Ｌ以下であった。使用電力は表１に示す通り５０ｋｗであり、実施例の５０倍以上の電力を必要とした。
【００３４】
【表１】
2017000992.tif 000003
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明の水処理システムは、水処理装置にて、被処理水中の有機物質を高効率に除去するとともに、被処理水を減容化し、有機物質濃度の濃縮された水（濃縮水）とし、それを湿式酸化分解処理させることで、低コストで効率的に水処理ができるため産業界への寄与大である。
【符号の説明】
【００３６】
１００：水処理装置
１１０：第１処理槽
１１１：吸着材
１２０：第２処理槽
１２１：吸着材
１３０：凝縮器
２００：湿式酸化分解装置
【図１】
2017000992.tif 000004
【図２】
2017000992.tif 000005
【図３】
2017000992.tif 000006