(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
揮発性有機化合物を含む廃水を，充填層を内蔵した蒸発缶内に，前記充填層の下部又はこれより低い部分より導入して充填層の上部又はこれより高い部分から排出することによって適宜液深さに溜めるようにし，この溜めた廃水を，前記蒸発缶内における減圧度と廃水の温度との設定にて，その水面下のうち前記充填層の上面より低い部分において沸騰することを特徴とする廃水中の揮発性有機化合物を分離する方法。
【請求項２】
前記請求項１の記載において，前記蒸発缶内における廃水の水面下のうち前記充填層の上面より低い部分に，前記蒸発缶内における水蒸気及び不凝縮性ガスの一部を圧縮して吹き込むか，又は，加熱用の蒸気を吹き込むか，或いは，廃水の水面下のうち前記充填層の上面より低い部分における廃水を電気ヒーター等の加熱手段にて加熱することを特徴とする廃水中の揮発性有機化合物を分離する方法。
【請求項３】
前記請求項１又は２の記載において，前記蒸発缶内の廃水の水面から排出される処理済廃水の一部を，超音波を照射して，前記蒸発缶内の上部に散布することを特徴とする廃水中の揮発性有機化合物を分離する方法。
【請求項４】
内部に充填層を設けた蒸発缶を備え，この蒸発缶内に，揮発性有機化合物を含む廃水を，前記充填層の下部又はこれより低い部分より導入して充填層の上部又はこれより高い部分から排出することによって適宜液深さに溜めるように構成し，更に，前記蒸発缶内をこれに溜めた廃水をその水面より低い水中の部分において沸騰するように減圧にする真空ポンプを備えていることを特徴とする廃水中の揮発性有機化合物を分離する装置。
【請求項５】
前記請求項４の記載において，前記蒸発缶内における廃水の水面下のうち前記充填層の上面より低い部分に，前記蒸発缶内における水蒸気及び不凝縮性ガスの一部を圧縮して吹き込む手段か，又は，加熱用の蒸気を吹き込む手段か，或いは，前記水面より低い水中の部分における廃水を加熱する加熱手段を備えていることを特徴とする廃水中の揮発性有機化合物を分離する装置。
【請求項６】
前記請求項４又は５の記載において，前記蒸発缶内の廃水の水面から排出される処理済廃水の一部を，超音波を照射して，前記蒸発缶内の上部に散布する手段を備えていることを特徴とする廃水中の揮発性有機化合物を分離する装置。
【請求項７】
前記請求項４〜６のいずれかの記載において，前記蒸発缶内への廃水供給管路に設けた間接熱交換型の給水加熱器と，前記蒸発缶内で発生した水蒸気の圧縮機を備えて，前記圧縮機で圧縮した水蒸気を前記給水加熱器に供給して，前記蒸発缶内に導入される廃水を加熱するように構成したことを特徴とする廃水中の揮発性有機化合物を分離する装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，地下水又は産業廃水等の廃水にトリクロロエチレン又はテトラクロロエチレン等のような揮発性有機化合物を含んでいる場合に，この揮発性有機化合物を，廃水から分離する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来，地下水又は産業廃水等の廃水の処理に際して，これに含まれているトリクロロエチレン又はテトラクロロエチレン等のような揮発性有機化合物を，前記廃水から分離するには，この廃水に対して空気等の気体を吹き込むというバブリング（曝気）を行い，廃水中における揮発性有機化合物を，この廃水に吹き込んだ気体中に揮発させることにより，廃水から分離するという方法が採用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし，このバブリング方法においては，揮発性有機化合物のからの分離率を高くすることのために，廃水に対して吹き込むバブリング気体の量を多くしなければならず，多量の気体を取り扱うために，装置全体の大型化を避けることができないばかりか，空気を圧送するブロワーの大型化による騒音及び消費電力の増大を招来するという問題がある。
【０００４】
また，従来のバブリング方法においては，廃水から分離した揮発性有機化合物は，当該揮発性有機化合物を廃水が分離することのために吹き込んだ多量の気体によって希釈されることにより，前記廃水からの排出気体に含まれる揮発性有機化合物の濃度は極めて低くなるから，この濃度が極めて低い揮発性有機化合物を分解処理することがきわめて厄介になり，これに大きな装置と多大のランニングコストとが必要であるという問題もあった。
【０００５】
本発明は，廃水に含まれている揮発性有機化合物を廃水から分離することを，装置の大型化を招来することなく，高い分離効率で確実にできるようにした方法を提供することを技術的課題とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この技術的課題を達成するため本発明の方法は，請求項１に記載したように，
「揮発性有機化合物を含む廃水を，充填層を内蔵した蒸発缶内に，前記充填層の下部又はこれより低い部分より導入して充填層の上部又はこれより高い部分から排出することによって適宜液深さに溜めるようにし，この溜めた廃水を，前記蒸発缶内における減圧度と廃水の温度との設定にて，その水面下のうち前記充填層の上面より低い部分において沸騰する。」
ことを特徴としている。
【０００７】
また，本発明の装置は，請求項４に記載したように，
「内部に充填層を設けた蒸発缶を備え，この蒸発缶内に，揮発性有機化合物を含む廃水を，前記充填層の下部又はこれより低い部分より導入して充填層の上部又はこれより高い部分から排出することによって適宜液深さに溜めるように構成し，更に，前記蒸発缶内をこれに溜めた廃水をその水面より低い水中の部分において沸騰するように減圧にする真空ポンプを備えている。」
ことを特徴としている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下，本発明の実施の形態を，図面について説明する。
【０００９】
図１は第１の実施の形態を示す。
【００１０】
この図において，符号１は，減圧式の蒸発缶を，符号２は，供給ポンプ３より送られて来るトリクロロエチレン又はテトラクロロエチレン等のような揮発性有機化合物を含む廃水を前記蒸発缶１に供給する廃水供給管路を各々示し，前記蒸発缶１内の底部には，前記廃水供給管路２より送られてくる廃水を噴出するノズル４が設けられ，また，蒸発缶１には，前記ノズル４より適宜高さＨだけ高い部位に，処理済廃水の排出口５が設けられ，これにより，前記蒸発缶１内に，廃水Ａを所定の液深さＨだけ常時蓄えられるように構成され，且つ，この蒸発缶１には，前記所定の液深さＨに蓄えた廃水Ａに対して超音波を照射するための超音波発信手段６が設けられている。
【００１１】
前記廃水供給管路２の途中には，間接熱交換型の給水加熱器７が設けられ，この給水加熱器７に，前記蒸発缶１内での沸騰・蒸発で発生した水蒸気及び不凝縮性ガスをダクト９を介して電動モータにて回転駆動されるブロワー等の圧縮機８に吸引して圧縮したのちダクト１０を介して導入することにより，前記廃水供給管路２を通って蒸発缶１に送られる廃水を加熱（給水加熱）する。この給水加熱器７における凝縮水及び不凝縮性ガスを，気液分離室１１に導入し，このうち凝縮水を管路１２を介して取り出す一方，不凝縮性ガスを，管路１２′を介して液封式の真空ポンプ１３にて吸引することにより，前記蒸発缶１内を大気圧以下の減圧に保持するか，或いは，前記給水加熱器７における凝縮水及び不凝縮性ガス，又は不凝縮性ガスのみを，前記気液分離室１１を通過することなく，二点鎖線で示す管路１２″を介して液封式の真空ポンプ１３にて吸引することにより，前記蒸発缶１内を大気圧以下の減圧に保持する。
【００１２】
この場合において，前記蒸発缶１内における減圧度と，廃水が蒸発缶１内に流入するときの温度とを適宜設定することによって，前記蒸発缶１内に所定液深さＨに蓄えた廃水Ａが，その水面Ａ′より低い水中の部分，好ましくは水面Ａ′より最も深い位置のノズル４の部分において沸騰するように構成する。
【００１３】
また，前記圧縮機８で圧縮された蒸気及び不凝縮性ガスの一部をダクト１４より取り出して，これを，前記蒸発缶１内に底部にノズル１５から吹き込むように構成する。
【００１４】
なお，前記液封式の真空ポンプ１３における液封用液体として，前記廃水に含まれているトリクロロエチレン又はテトラクロロエチレン等のように揮発性有機化合物が溶解する可溶性の液体，例えば，水又はエチレングリコール等を使用し，この液封式真空ポンプ１３から排出される気液を，大気への気体放出管路１６を備えた気液分離容器１７内に導入し，気体を前記気体放出管路１６より大気中に放出する一方，液体，つまり，液封用液体を，超音波発信手段１８を備えた分解容器１９内に導入して，この分解容器１９内において前記超音波発信手段１８による超音波を照射し，次いで，前記分解容器１９内における液封用液体を，循環ポンプ２０にて汲み出し，次いで，前記廃水供給管路２に設けた間接熱交換型の副給水加熱器２１に供給してこの副給水加熱器２１から前記液封式真空ポンプ１３の吸い込み側に戻すという循環を繰り返すように構成する。つまり，前記液封式真空ポンプ１３に対する液封用液体が，液封式真空ポンプ１３から気液分離容器１７，分解容器１９及び副給水加熱器２１を経て再び液封式真空ポンプ１３に戻る循環管路に構成する。
【００１５】
この構成において，トリクロロエチレン又はテトラクロロエチレン等のような揮発性有機化合物を含む廃水は，廃水供給管路２に設けた二つの給水加熱器７，２１によって給水加熱されたのち減圧に保持された蒸発缶１内に入り，ここで沸騰することにより，この廃水の一部が水蒸気になると同時に，この廃水中に含まれている揮発性有機化合物は，水の沸騰と同時に揮発し気体になって廃水から分離するから，前記蒸発缶１内には，水蒸気，及び前記揮発性有機化合物の気体と空気等とを含む不凝縮性ガスが発生する一方，この蒸発缶１内で揮発性有機化合物を分離したあとの処理済廃水は，排出口５からポンプ２２にて汲み出される。
【００１６】
ところで，本発明者達は，図３に示すように，底面に超音波発信手段３１を備えた密閉容器３０内に，揮発性有機化合物としてトリクロロエチレンを含む廃水を，所定の液深さＨだけ入れ，この状態で，
(i).密閉容器３０内の廃水に対して，超音波発信手段３１により周波数２．３ＭＨｚで２０Ｗの超音波を照射する場合（実験１）。
(ii)．前記密閉容器３０内の廃水の温度を３０℃にして，密閉容器３０内を真空ポンプ３２の吸引にて減圧度３５ｔｏｒｒにする場合（実験２）。
(iii) ．前記密閉容器３０内の廃水の温度を３０℃に，密閉容器３０内を真空ポンプ３２の吸引にて減圧度３５ｔｏｒｒにして，前記廃水に，超音波発信手段３１により周波数２．３ＭＨｚで２０Ｗの超音波を照射する場合（実験３）。
(iv)．前記密閉容器３０内の廃水の温度を４３．５℃に，密閉容器３０内を真空ポンプ３２の吸引にて減圧度４１ｔｏｒｒにすることにより，廃水を，その水面より低い水中の部分において沸騰する場合（実験４）。
(v) ．前記密閉容器３０内の廃水の温度を４８℃に，密閉容器３０内を真空ポンプ３２の吸引にて減圧度５０ｔｏｒｒにすることにより，廃水を，その水面より低い水中の部分において沸騰・蒸発しながら，前記廃水に，超音波発信手段３１により周波数２．３ＭＨｚで２０Ｗの超音波を照射する場合（実験５）。
の各々について，廃水におけるトリクロロエチレン濃度（ｐｐｍ）を，各処理時間ごとに測定する実験を行った結果は，表１の通りであった。
【００１７】
【表１】
0004043199.tif 000002
【００１８】
すなわち，廃水を入れた密閉容器３０内を，実験２のように，単に大気以下に減圧するだけでは，前記廃水中のトリクロロエチレンを廃水から殆ど分離することができず，また，実験１のように，前記密閉容器３０内の廃水に対して超音波を照射すること，更には，前記実験１と実験２とを併用することでは，トリクロロエチレンの廃水からの分離率をさほど向上することができないのであった。
【００１９】
これに対し，前記密閉容器３０内における廃水を，実験４のように，その水面より低い水中の部分において沸騰するようにした場合には，トリクロロエチレンの廃水からの分離率を大幅に向上できたのであり，しかも，このように，廃水をその水面から液深さが深い部分より沸騰することに，超音波の照射を併用することにより，前記トリクロロエチレンの廃水からの分離率を更に向上できるのであった。
【００２０】
このように，廃水をその水面より低い水中の部分において沸騰することによってトリクロロエチレンの分離率を大幅に向上できることの理由は，以下によるものと考えられる。
【００２１】
すなわち，廃水に含まれているトリクロロエチレンは，廃水の沸騰によって発生する蒸気の気泡側に集まり，この蒸気の気泡が破裂するときに気相に移行（気化）して廃水から分離するのであるが，廃水の沸騰が，廃水の水面，又は水面の近傍においてのみで行われているときには，この沸騰にて発生する蒸気の気泡が廃水に対して接触する時間がきわめて短く，従って，この蒸気の気泡に集まるトリクロロエチレンが少ないので，トリクロロエチレンの分離率は低い。
【００２２】
これに対し，前記廃水の沸騰を，当該廃水の水面より低い水中の部分において行うようにした場合には，前記沸騰による蒸気の気泡は，廃水中のうち水面より低い水中の部分において発生し，この蒸気の気泡が水面に向かって上昇する。その上昇の途中において，この蒸気の気泡に，廃水中におけるトリクロロエチレンが多く集まり，徐々に気泡内に蒸発して気泡が大きくなる。そして，前記蒸気の気泡が，水面において破裂するとき，この蒸気の気泡に集まっているトリクロロエチレンが気相の移行（気化）して廃水から分離するものである。
【００２３】
そこで，本発明は，前記図１に示す実施の形態の装置において明らかにしたように，減圧に保持した蒸発缶１内に廃水を，その底部におけるノズル４から供給したのち，これよりも適宜高さＨだけ高い部位に設けた排出口５から排出することによって，前記蒸発缶１内に廃水Ａを所定の液深さＨだけ常時蓄えて，この廃水Ａを，前記蒸発缶１内における真空ポンプ１３による減圧度と廃水が蒸発缶１内に流入するときの温度とを適宜設定することにより，その水面Ａ′より低い水中の部分において沸騰するようにしたのであり，この廃水Ａの水面Ａ′より低い水中の部分における沸騰により，この廃水Ａ中の揮発性有機化合物を気化して廃水Ａから分離することを，高い分離率で行うことができるのである。
【００２４】
また，前記蒸発缶１内に所定の液深さＨに溜めた廃水Ａを，その水面Ａ′より低い水中の部分において沸騰することに加えて，この廃水Ａに対して，超音波発信手段１７にて超音波を照射することにより，沸騰で発生した蒸気の気泡を微細化することができ，この蒸気の気泡の微細化により，廃水Ａとの接触面積が増加し，これに多くの揮発性有機化合物を集めることができるから，前記揮発性有機化合物の廃水からの分離率を更に向上できるのである。
【００２５】
更にまた，前記蒸発缶１内に所定の液深さＨに溜めた廃水Ａを，その水面Ａ′より低い水中の部分において沸騰することに加えて，この廃水Ａにおける水面Ａ′より低い水中の部分に，前記蒸発缶１内おける水蒸気及び不凝縮性ガスを前記ブロワー等の圧縮機８で圧縮したのちその一部を吹き込むことにより，前記廃水Ａにおける液深さが深い部分での沸騰をより促進できるとともに，蒸気の気泡の微細化及び増加を図ることができるから，前記揮発性有機化合物の廃水からの分離率を更に向上できるのである。
【００２６】
このように，蒸発缶１内おける水蒸気及び不凝縮性ガスを前記ブロワー等の圧縮機８で圧縮したのちその一部を，蒸発缶１内における廃水Ａのうち水面Ａ′より低い水中の部分に吹き込むことに代えて，或いは，これに加えて，ボイラーから送られて来る加熱用蒸気を，廃水Ａのうち水面Ａ′より低い水中の部分に吹き込むか，蒸発缶１内における底部に電熱ヒーターを設けることにより，廃水の水面Ａ′より低い水中の部分における沸騰をより活発にすることによっても，分離率を向上できる。
【００２７】
その上，本実施の形態の場合，前記蒸発缶１から排出口５に繋がるポンプ２２にて汲み出した処理済廃水の一部を，管路２３より取り出し，これを，前記蒸発缶１内の上部に設けた散布ノズル２４から，当該散布ノズル２４に設けられている超音波発信手段（図示せず）に超音波を照射したのち散布するように構成することにより，前記処理済廃水中に残存している揮発性有機化合物を，超音波の照射と，散布による蒸発とで分離できるから，前記揮発性有機化合物の廃水からの分離率を更に向上できるのである。
【００２８】
次に，図２は，第２の実施の形態における蒸発缶１′を示す。
【００２９】
この第２の実施の形態は，その蒸発缶１′の内部に，ラシヒリング等の充填材を投入した充填層２５を設け，この充填層２５の下部又はこの充填層２５の下側の部分に，廃水供給管路２′からの廃水をノズル４′より供給し，この廃水を，前記充填層２５より上部又はこれより高い部位に設けた排出口５′から排出することにより，前記蒸発缶１内に，廃水Ａを所定の液深さＨだけ常時蓄えるように構成され，且つ，この蒸発缶１′に所定の液深さＨに溜められる廃水Ａを，前記図１に示す実施の形態の場合と同様に，前記蒸発缶１′内における減圧度と廃水が蒸発缶１′内に流入するときの温度とを適宜設定することにより，その水面Ａ′より低い水面下のうち前記充填層２５の上面より低い部分において沸騰する一方，蒸発缶１内における水蒸気及び不凝縮性ガスを，前記第１の実施の形態の場合と同様にダクト９′を介してブロワー等の圧縮機に吸引するように構成したものである。なお，その他の構成は，前記第１の実施の形態と同じである。
【００３０】
この構成において，廃水Ａの水面Ａ′より低い水面下のうち前記充填層２５の上面より低い部分での沸騰で発生したのち水面Ａ′に浮上する蒸気の気泡は，前記充填層２２を通過するときにおいて，気泡面積が増大し，且つ，急浮上することなく滞留することにより，当該蒸気の気泡が水面に浮上するまでの時間が長くなり，従って，廃水との接触時間が長くなるから，この蒸気の気泡により多くの揮発性有機化合物を集めることができる。
【００３１】
一方，前記蒸発缶１′内の廃水Ａにおける揮発性有機化合物の濃度は，液深さが深い水中の部分での沸騰により水面Ａ′において最も低くなるが，水面Ａ′における揮発性有機化合物濃度の低い廃水は，前記液深さが深い部分における蒸気の気泡が水面Ａ′に浮上することで発生する対流現象のために，水面より深い部分に混合されることになるから，前記排出口５′からは，揮発性有機化合物濃度が最も低い濃度の廃水を排出することができないことになる。
【００３２】
しかし，前記したように，充填層２５を設けた場合には，この充填層２５の存在によって，前記対流現象を抑制することができるから，前記排出口５′からは，廃水Ａのうちその水面Ａ′の部分における低濃度の廃水のみを排出することができる。
【００３３】
従って，この第２の実施の形態によると，充填層２５の存在によって，前記蒸気の気泡が水面Ａ′に浮上するまでの時間が長くなりこれに多くの揮発性有機化合物を集めることができること，及び対流現象の抑制にて水面Ａ′の部分における低濃度の廃水を排出できることとが相俟って，揮発性有機化合物の分離率を，前記第１の実施の形態の場合よりも向上できるのであり，もちろん，この第２の実施の形態に，前記第１の実施の形態と同様に，超音波の照射，及び圧縮した水蒸気及び不凝縮性ガスの吹き込み，並びに，処理済廃水の蒸発缶内への散布のうち少なくとも一つ以上を適用することができる。
【００３４】
なお，前記蒸発缶内１における水蒸気及び不凝縮性ガスは，給水加熱器７に入り，前記蒸発缶１に供給される廃水を加熱（給水加熱）したのち気液分離室１１に入り，凝縮水は管路１２を介して取り出される一方，不凝縮性ガスは管路１２′を介して液封式の真空ポンプ１３に吸引される。或いは，前記給水加熱器７における凝縮水及び不凝縮性ガス，又は不凝縮性ガスのみは，二点鎖線で管路１２″を介して液封式の真空ポンプ１３に吸引される。
【００３５】
この液封式真空ポンプ１３に吸引された不凝縮性ガスは，当該液封式真空ポンプ１３に対する液封用液体に混合されることにより，前記液封式真空ポンプ１３から排出される液封用液体には，前記不凝縮性ガス中における気体の揮発性有機化合物が高い濃度で溶解する。
【００３６】
この液封用液体を，気液分離容器１７内に導き，ここで，前記液封用液体に溶解していない空気等の気体を気体放出管路１６から大気中に放出するように分離したのち，分離容器１９内に導き，この分離容器１９内で液封用液体に対して，超音波発信手段１８にて超音波を照射することにより，前記液封用液体に溶解している揮発性有機化合物を，水，炭酸ガス及び塩酸等の最終分解化合物に分解する。
【００３７】
このようにして，前記分離容器１９内において揮発性有機化合物の分解した後の液封用液体は，これに前記超音波を照射する場合におけるエネルギーにて発生する熱，及び，前記液封式真空ポンプ１３の箇所でエネルギーにて発生する熱によってその温度が上昇しているから，これを，前記蒸発缶１への廃水供給管路２中に設けられている副給水加熱器２１に導いて，前記蒸発缶１に供給される廃水を給水加熱するというように熱回収したのち，前記液封式真空ポンプ１３に戻して，当該液封式真空ポンプ１３に対する液封用液体に繰り返して使用するのである。
【００３８】
なお，前記大気への気体放出管路１６の途中には，活性炭等によるガス浄化器２６，又は，ガスを触媒の存在のもとで燃焼するという二次燃焼式のガス浄化器を設けて，揮発性有機化合物を大気中に放出しないように構成している。
【００３９】
また，前記液封式真空ポンプ１３に対する液封用液体としては，水を使用することができるが，この水に変えて，前記揮発性有機化合物を溶解することができ，且つ，１００℃よりも高い沸点を有する可溶性の液体，例えば，エチレングリコールを使用することにより，この液封用液体が蒸発等による消費される量を少なくできるとともに，この液封用液体を，高い濃度の塩素有機化合物を含む水溶液として取り出すことができる。
【００４０】
一方，液封用液体として水を使用した場合には，この液封用液体として循環する水の一部を，管路２６より取り出し，この水を超音波発信手段（図示せず）を備えた分解器２７にて超音波を照射して，これに溶解している揮発性有機化合物を分解したのち，管路２８より系外に排出するか，或いは，前記管路２６より取り出した水を，二点鎖線で示す管路２９を介して前記蒸発缶１に供給される廃水に混合するように構成する。
【００４１】
また，前記の実施の形態は，蒸発缶１，１′において廃水から気化して分離した揮発性有機化合物を，液封式真空ポンプ１３に対する液封用液体に溶解したのち，超音波の照射にて分解する場合であったが，廃水から気化して分離した揮発性有機化合物は，前記以外の分解手段，例えば，紫外線の照射にて分解するようにしても良い。
【００４２】
【発明の作用・効果】
このように，本発明によると，廃水に含まれている揮発性有機化合物を廃水から分離することを，従来のバブリングでなく，水中で沸騰するという極く簡単な方法が高い分離率で分離することができるから，装置の大幅に小型化できるとともに，騒音及び消費電力の低減を達成できる効果を有する。
【００４３】
また，本発明は，揮発性有機化合物の分離が，廃水を水中で沸騰することであるために，揮発性有機化合物を高い濃度のガスとして廃水から分離できるから，この分離した揮発性有機化合物を分解することが，前記従来の場合よりも簡単にできるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示すフローシートである。
【図２】本発明の第２の実施の形態を示すフローシートである。
【図３】実験装置を示す縦断正面図である。
【符号の説明】
１，１′                  蒸発缶
２，２′                  廃水供給管路
４，４′                  ノズル
５，５′                  処理済廃水の排出口
６                        超音波発信手段
７                        給水加熱器
８                        圧縮機
２４                      散布ノズル
２５                      充填層
【図１】
0004043199.tif 000003
【図２】
0004043199.tif 000004
【図３】
0004043199.tif 000005