JP5888596B2 - 流体浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、反応槽の中で、浄化対象流体と酸化剤との混合流体を加熱及び加圧しながら、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。

従来より、し尿、下水、集落廃水、家畜糞尿、食品工場廃水などの廃水を浄化する方法としては、活性汚泥を用いた生物処理を行う方法が一般的に用いられてきた。ところが、この方法では、活性汚泥中の微生物の活動を妨げる高濃度有機溶剤廃水をそのままの濃度で処理したり、生物分解ができないプラスチック微粒子を含む廃水を処理したりすることができなかった。また、有機性の浮遊物質（Suspended Solids）を多く含む廃水では、活性汚泥の増殖が盛んになって、エアレーション量や余剰汚泥処理量の増加によるコストアップを引き起こすことから、予め浮遊物質を篩いや凝集沈殿などの物理化学的処理で除去しておく必要があった。

一方、近年、廃水と空気等の酸化剤との混合流体を加熱及び加圧しながら混合流体中の有機物を酸化分解して廃水を浄化する流体浄化装置の開発が行われるようになった。この種の流体浄化装置では、反応槽の中で廃水と酸化剤との混合流体を加熱及び加圧することで、混合流体中の有機物を化学的に酸化分解する。このような酸化分解においては、生物処理では不可能であった高濃度有機溶剤廃水やプラスチック微粒子含有廃水でも、浄化することができる。また、有機性の浮遊物質を多量に含む廃水であっても、多量の浮遊物質をほぼ完全に酸化分解して、その殆どを、水と、窒素ガスと、二酸化炭素とに分解することができる。

しかしながら、この種の流体浄化装置においては、処理前の廃水を反応槽に送るための原水搬送管が炭化した有機物によって詰まり易いという問題があった。具体的には、処理前流体搬送管としての原水搬送管は、処理前の廃水と、酸化剤とのうち、廃水だけを反応槽に向けて送るものであり、反応槽に直接接続されるか、あるいは、廃水を酸化剤と合流させるための中継管を介して反応槽に接続される。何れの接続であっても、高温に加熱される反応槽からの熱伝導によってかなりの高温になる。すると、原水搬送管の中で、廃水中の有機物が酸素のない状態で加熱されて炭化して、管内を詰まらせてしまうのある。

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、炭化した有機物による処理前流体搬送管（例えば原水搬送管）の詰まりの発生を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。

上記目的を達成するために、本発明は、浄化対象流体と、酸化剤との混合流体を加熱及び加圧しながら、浄化対象流体中の有機物を酸化反応によって分解して浄化対象流体を浄化する反応槽と、浄化対象流体及び酸化剤のうち、浄化対象流体だけを前記反応槽に向けて送るために、前記反応槽に直接あるいは中継管を介して接続される浄化前流体搬送管とを備える流体浄化装置において、前記浄化前流体搬送管の管基体の内周面に、前記管基体よりも熱伝導率の低い断熱層を設け、且つ、前記浄化前流体搬送管の外面を冷却する冷却手段として、前記外面の熱を熱交換媒体に伝達させて前記外面を冷却した後、前記熱交換媒体を熱エネルギー利用設備に搬送する熱交換手段を設けたことを特徴とするものである。

本発明においては、反応槽からの熱伝導によって高温になった処理前流体搬送管の管基体と、処理前流体搬送管の中に存在する浄化対象流体との間に、管基体よりも熱伝導率の低い断熱層を介在させることで、介在させない場合に比べて、管基体から浄化対象流体への熱伝導を抑える。これにより、処理前流体搬送管の中で浄化対象流体の温度をより低く維持することで、浄化対象流体中の有機物の炭化を抑える。よって、従来に比べて、炭化した有機物による処理前流体搬送管の詰まりの発生を抑えることができる。

実施形態に係る流体浄化装置を示す概略構成図。 同流体浄化装置の反応槽の内筒を示す斜視図。 同反応槽を示す縦断面図。 同反応槽を示す分解断面図。 同反応槽に挿入される挿入管を示す拡大縦断面図。 変形例に係る流体浄化装置の反応槽を示す縦断面図。

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、原水圧力計４、原水入口弁５、酸化剤圧送ポンプ６、酸化剤圧力計７、酸化剤入口弁８、第１熱交換器９、第１熱媒体タンク１０、第１熱交換ポンプ１１、出口圧力計１２、出口弁１３、気液分離器１４、反応槽２０、反応槽温度計２４、第２熱媒体タンク３０、第２熱交換ポンプ３１、第２熱交換器３２、原水搬送管温度計３３、図示しない制御部などを備えている。

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、酸化剤圧送ポンプ６、第１熱交換ポンプ１１、第２熱交換ポンプ３１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。

原水圧力計４、酸化剤圧力計７、出口圧力計１２はそれぞれ、圧力の検知結果に応じた値の電圧を出力する。また、反応槽温度計２４、原水搬送管温度計３３はそれぞれ、温度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。

原水タンク１には、分子量の比較的大きな有機物を含む浄化対象流体たる廃水Ｗが未浄化の状態で貯留されている。廃水Ｗは、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。

攪拌機２は、原水タンク１内に貯留されている廃水Ｗ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る。原水タンク１内の廃水Ｗは、高圧ポンプからなる原水供給ポンプ３によって反応槽２０に向けて連続的に圧送される。原水入口弁５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Ｗについて、原水供給ポンプ３側から反応槽２０側への流れを許容する一方で、逆方向の流れを阻止する。

反応槽２０は、外筒２１と、これの内部に配設された内筒２２とによる二重筒構造になっている。原水入口弁５を通過した廃水Ｗは、原水搬送管１５と、後述する挿入管（図３の２６）を通って、反応槽２０の内筒２２の内部に流入する。

原水供給ポンプ３の駆動による廃水Ｗの流入圧力は、原水入口弁５よりも上流側に配設された原水圧力計４によって検知されて、センシングデータとして制御部のプログラマブルシーケンサーに入力される。原水供給ポンプ３が駆動しているときの廃水Ｗの流入圧力と、内筒２２内の圧力とは、ほぼ同じになる。プログラマブルシーケンサーは、原水供給ポンプ３を駆動しているときに原水圧力計４から送られてくる圧力の検知結果に基づいて、内筒２２内の圧力の適否を判断する。

コンプレッサーからなる酸化剤圧送ポンプ６は、酸化剤として取り込んだ空気を、廃水Ｗ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を介して反応槽２０に送り込む。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から圧送されてくる空気について、酸化剤圧送ポンプ６側から反応槽２０側への流れを許容する一方で、逆方向の流れを阻止する。

反応槽２０内に圧送された空気は、外筒２１と内筒２２との間にある筒間空間に進入した後、内筒２２における長手方向の入口付近に流入する。そして、後述する挿入管によって内筒２２内に送り込まれてくる廃水Ｗと混合されて混合流体になる。

酸化剤圧送ポンプ６の駆動による空気の流入圧力は、酸化剤入口弁８よりも上流側に配設された酸化剤圧力計７によって検知されて、センシングデータとして制御部のプログラマブルシーケンサーに入力される。酸化剤圧力計７が駆動しているときの空気の流入圧力と、反応槽２０内の圧力とは、ほぼ同じになる。プログラマブルシーケンサーは、酸化剤圧送ポンプ６を駆動しているときに酸化剤圧力計７から送られてくる圧力の検知結果にも基づいて、反応槽２０内の圧力の適否を判断する。

酸化剤圧送ポンプ６の駆動による空気の圧送量は、廃水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、廃水のＣＯＤ（Chemical Oxygen Demand）、全窒素（ＴＮ）、全リン（ＴＰ）など、廃水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、その結果に基づいて、空気の圧送量が設定されている。

空気の流入量の設定は作業員によって行われるが、廃水Ｗ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、空気の他、酸素ガス、オゾンガス、過酸化水素水の何れか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。内筒２２からの熱の放出を抑えるという観点からすると、空気、酸素ガス、オゾンガスなどの気体を用いることが好ましい。気体は、液体に比べて熱伝導率が低いことから、筒間空間内を気体で満たすことにより、気体を断熱材として機能させることができるからである。

図２に示されるように、内筒２２の外面には、内筒２２内の混合流体を加熱するためのヒーター２３が巻き付けられている。図２において、内筒２２内の混合流体は、ヒーター２３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、ヒーター２３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２３に対する電源をオフにすることができる。

内筒２２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。内筒２２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、内筒２２内の圧力が閾値よりも高くなると、自動で弁を開いて内筒２２内の混合流体を外部に排出することで、内筒２２内の圧力を閾値付近に維持する。出口弁１３に対する圧力の閾値の設定は、調整ネジ等の機構的な手段によって行われる。作業者は、出口圧力計１２による圧力測定結果に基づいて、調整ネジ等を調整する。なお、出口圧力計１２から送られてくる測定結果を閾値よりもわずかに低い値にするように、調整ネジ等を機械駆動によって自動で調整する制御を制御部に行わせるようにしてもよい。

内筒２２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、上述したヒーターのオンオフや、後述する第１熱交換器９の動作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。

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、内筒２２内で混合流体中の廃水を高温高圧蒸気にしてもよい。

内筒２２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から排出された後、急速に冷却且つ減圧されながら、気液分離器１４によって液体と気体とに分離される。

図３は、反応槽２０を示す縦断面図である。内筒２２は、酸に強いチタン（Ｔｉ）からなる筒である。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。

外筒２３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。反応槽２０の内部の圧力は、０．５〜３０ＭＰａ、望ましくは５〜３０ＭＰａという高圧に制御される。このような高圧に耐え得るように、外筒２３の厚みは肉厚になっている。これに対し、内筒２２は、耐圧性よりも耐食性が求められることから、優れた耐食性を発揮するチタンが材料として採用されている。

原水供給ポンプ（図１の３）によって反応槽２０に向けて圧送される廃水Ｗは、原水入口弁（図１の５）を経由した後、原水入口弁の出口側に接続されている原水搬送管１５に進入する。浄化前流体搬送管としての原水搬送管１５は、入口継手１７により、反応槽２０の入口側に挿入されている挿入管２６に接続される。原水搬送管１５から反応槽２０内に送られた廃水Ｗは、反応槽２０において、挿入管２６を通って内筒２２内に流入する。そして、内筒２０内をその長手方向に沿って鉛直方向上方から下方に向けて移動する。

一方、酸化剤導入ポンプ（図１の６）によって反応槽２０内に圧送された空気Ａは、外筒２１と内筒２２との間の筒間空間に流入する。そして、筒間空間をその長手方向に沿って鉛直方向下方から上方に向けて移動する。内筒２２は、その上端に、筒断面の中心線を中心とし、且つ筒内径とほぼ同じ径の上端開口を有している。廃水Ｗを内筒２２内に導入するための挿入管２６の先端部は、この上端開口を通じて内筒２２内に挿入されている。挿入管２６の先端部の外径は、内筒２２の内径よりも遙かに小さいため、内筒２２内においては、挿入管２６の外周面と、内筒２２の内周面との間に間隙が形成されている。外筒２１と内筒２２との間の筒間空間の上端まで移動した空気Ａは、内筒２２の上方に回り込みながら、その隙間を通って内筒２２内に進入する。

内筒２２内は、高圧であることに加えて、高温になっている。その温度は、１００〜７００℃、望ましくは２００〜５５０℃である。流体浄化装置の運転が開始されるときには、内筒２２内の廃水Ｗと空気Ａとの混合流体は、圧力がかけられているが、温度はそれほど高くなっていない。そこで、運転開始時には、プログラマブルシーケンサーがヒーター（図２の２３）を発熱させて、内筒２２内の混合流体の温度を２００〜５５０℃まで昇温させる。

内筒２２内において有機物の酸化分解が開始され、内筒２２内の混合流体の温度が高温に維持されるようになると、内筒２２と外筒２１との間の筒間空間内で、内筒２２の外周面やヒーター（２３）に接触しながら鉛直方向下方から上方に向けて移動する空気Ａが、内筒２２の外周面やヒーターからの熱伝導によって予備加熱されながら、内筒２２内に流入するようになる。

内筒２２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発生して、内筒２２の内壁を強い酸性下におくことがある。このため、内筒２２には、耐食性に優れたチタンからなる筒が採用されているのである。但し、チタンは非常に高価な材料であるため、内筒２２の厚みを高圧に耐え得る値まで大きくすると、非常にコスト高になってしまう。そこで、内筒２２の外側に外筒２１を配設し、チタンよりも安価なステンレス等からなる外筒２１によって必要な耐圧性を発揮させるようにしている。内筒２２と外筒２１との間の筒間空間の圧力は圧送される空気Ａによって内筒２２内の圧力とほぼ同じ値になるため、肉薄のチタンからなる内筒２２に対しては、大きな圧力がかからないようになっている。

内筒２２の長手方向における全域のうち、流体搬送方向の下流側の領域（下端側の領域）には、ハニカム構造状の触媒２５が複数の管状空間を内筒２２の筒軸線方向に沿わせる姿勢で配設されている。この触媒２５は、廃水Ｗ中に含まれている有機物やアンモニア態窒素の酸化分解を促進する材料からなる。かかる材料としては、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｅ、Ｔｉ又はＭｎを例示することができる。また、それらのうち、少なくとも何れか１つを含む化合物でもよい。廃水Ｗ中に含まれる有機物の殆どは、内筒２２の長手方向における前半の領域で酸化分解されるが、前半の領域を通過しても酸化分解されない有機物やアンモニア態窒素は、この触媒２５によって酸化分解が促進される。かかる構成では、難分解性の有機物が廃水Ｗ中に含まれていても、それを良好に酸化分解することができる。また、アンモニア態窒素が廃水Ｗ中に多量に含まれていても、それを良好に酸化分解することができる。

内筒２２の下端部で移動した混合流体（Ｗ＋Ａ）は、有機物や無機化合物がほぼ完全に酸化分解された状態になっている。内筒２２における下端部には、出口継手１８を介して、浄化流体搬送管１６が接続されている。有機物の酸化分解によって浄化された混合流体は、この浄化流体搬送管１６に進入する。

浄化流体搬送管１６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。浄化流体搬送管１６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。

処理水は、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。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、二酸化炭素及び窒素ガスを主成分とするものである。

図１において、浄化流体搬送管１６の外面には、第１熱交換器９が装着されている。第１熱交換器９の本体は、浄化流体搬送管１６の外面を覆う外管で構成され、外管と浄化流体搬送管１６の外面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、浄化流体搬送管１６の外面と熱交換流体との熱交換を行う。反応槽２０の運転時には、非常に高温の液体が浄化流体搬送管１６の内部に流れるため、浄化流体搬送管１６から第１熱交換器９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。第１熱交換器９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、浄化流体搬送管１６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、熱媒体タンク１０内の熱交換流体を吸引しながら第１熱交換器９に送る第１熱交換ポンプ１１によって行われる。第１熱交換器９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熱エネルギー利用設備に送られる。熱エネルギー利用施設の一例として、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。

なお、第１熱交換器９を通過した熱交換流体の一部を分岐パイプによって原水タンク１の付近まで搬送して、廃水Ｗの予備加熱に利用してもよい。

浄化流体搬送管１６における出口弁１３の近傍には、浄化流体搬送管１６の温度、又は浄化流体搬送管１６内の液体の温度を検知する図示しない出口温度計が設けられている。制御部の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が所定の数値範囲内に維持されるように、第１熱交換ポンプ１１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、第１熱交換ポンプ１１の駆動量を増加して第１熱交換器９への熱交換流体の供給量を増やすことで、第１熱交換器９による冷却機能を高める。これに対し、出口温度計による検知結果が所定の下限温度に達したときには、第１熱交換ポンプ１１の駆動量を減少させて第１熱交換器９への熱交換流体の供給量を減らすことで、第１熱交換器９による冷却機能を低下させる。かかる構成では、熱交換量を適切に調整して浄化流体搬送管１６内の液体の温度を一定範囲に維持することができる。なお、第１熱交換器９を、浄化流体搬送管１６に取り付けることに加えて、あるいは代えて、反応槽２０の外筒２１に取り付けてもよい。

廃水Ｗ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２３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Ｗと空気Ａ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。そこで、制御部のプログラマブルシーケンサーは、外筒２１の温度を検知する温度計２４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２３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。

図４は、反応槽（２０）を示す分解断面図である。同図において、外筒２１の長手方向における廃水受入側においては、外筒２１の外径よりも外径の小さな筒状の入口側接続部２１ａが設けられている。この入口側接続部２１ａには、挿入管２６を挿入するための管挿入貫通口２１ｃが筒軸線方向に貫通するように設けられている。挿入管２６は、外筒２１の外側からこの内筒挿入貫通口２１ｃに挿入され、外筒２１の内側においてその先端部を内筒２２内に挿入している（図３参照）。

外筒２１の下端付近の側壁には、酸化剤たる空気を外筒２１と内筒２２との間の筒間空間に受け入れるための酸化剤受入開口２１ｅが設けられている。また、外筒２１の下端部には、外筒２１の外径よりも小さな外径の筒状の排出側接続部２１ｂが設けられている。この排出側接続部２１ｂには、内筒２２を挿入するための内筒挿入貫通口２１ｄが設けられている。また、内筒２２の長手方向における全域のうち、外筒２１の外側に位置している領域には、筒外周面から法線方向に突出する突出部２２ａが筒外周面の全周に渡って設けられている。内筒挿入貫通口２１ｄに挿入された内筒２２は、外筒２１の外側で自らの突出部２２ａが外筒２１の排出側接続部２１ｂに向けて押さえ付けられることで、外筒２１の排出側接続部２１ｂに片持ち支持されている。

かかる構成では、ステンレスからなる外筒２１と、チタンからなる内筒２２とがそれぞれ加熱された状態で、それぞれの線膨張係数の差に起因して、内筒挿入貫通口２１ｄの内壁と、内筒２２の下端部の外周面とが離間して両者間に間隙が形成されても、外筒２１の外側では、内筒２２の突出部２２ａが押さえ付け手段たる出口継手１８によって外筒軸線方向に沿って外筒２１の排出側接続部２１ｂに押さえ付けられている。このように、熱膨張中の内筒２２や、熱膨張後の内筒２２を、内筒２２や、外筒２１の排出側接続部２１ｂに設けられた内筒挿入貫通口２１ｄの径変化にかかわらず、出口継手１８によって外筒２１の排出側接続部２１ｂに押さえ付け続けることで、排出側接続部２１ｂに対して内筒２２を片持ち支持させ続けることができる。よって、内筒２２を長期間に渡って外筒２１の排出側接続部２１ｂに片持ち支持させることができる。

廃水Ｗを内筒２２内に流入するために外筒２１の受入側接続部２１ａに設けられた管挿入貫通口２１ｃに挿入された挿入管２６の長手方向における全域のうち、外筒２１の外側に位置する領域には、管外周面から法線方向に突出する突出部ａが管外周面の全周に渡って延在する姿勢で設けられている。外筒２１の受入側壁の管挿入貫通口２１ｃに挿入された挿入管２６は、外筒２１の外側で突出部が外筒２１の受入側壁に向けて押さえ付けられることで、外筒２１の受入側接続部２１ａに片持ち支持されている。かかる構成では、ステンレスからなる外筒２１と、チタンなどの耐食性金属からなる挿入管２６との線膨張係数の差に起因して、外筒２１の外周面と管挿入貫通口２１ｃの内壁とが離間して両者間に間隙が形成されても、外筒２１の外側では、挿入管２６の突出部を外筒２１の受入側接続部２１ａに押さえ続ける。よって、挿入管２６を長期間に渡って外筒２１の受入側接続部２１ａに片持ち支持させることができる。

排出側接続部２１ｂと浄化流体搬送管１６とを連結させる出口継手１８の内壁には、耐食層１８ａが設けられている。これにより、浄化済みの混合流体に継手の基材を直接接触させることによる出口継手１８の腐食を回避することができる。なお、出口継手１８や入口継手１７として、カップリング方式のものを用いた例について説明したが、フランジ方式のものを用いてもよい。

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。
内筒２２内の混合流体が、有機物の酸化分解に伴う自らの発熱や、ヒーター（図２の２３）による加熱などによって高温になると、やがてその熱が筒間空間の空気を介して外筒２１に伝わるため、外筒２１も高温になる。そして、外筒２１に接続されている入口継手１７や原水搬送管１５も、外筒２１からの熱伝導によって高温になる。すると、原水搬送管１５や入口継手１７の内部で、廃水Ｗ中の有機物が酸素のない状態で加熱されて炭化して、管内や継手内を詰まらせ易くなってしまう。

そこで、実施形態に係る流体浄化装置においては、管や継手の内周面を断熱層で被覆している。具体的には、原水搬送管１５は、管基体１５ａと、これの内周面に被覆された断熱層１５ｂとを有している。管基体１５ａは、ステンレス、鉄、アルミ等の金属材料からなるものである。これに対し、断熱層１５ｂは、セラミック、セラミックウール、ガラスウール、又はそれらを組み合わせた材料からなり、その熱伝導率が管基体１５ａよりも遙かに低くなっている。

また、原水搬送管１５と外筒２１の受入側接続部２１ａとを連結させるための入口継手１７は、基体１７ａと、これの内周面に被覆された断熱層１７ｂとを有している。基体１７ａは、ステンレス、鉄、アルミ等の金属材料からなるものである。これに対し、断熱層１７ｂは、セラミック、セラミックウール、ガラスウール、又はそれらを組み合わせた材料からなり、その熱伝導率が基体１７ａよりも遙かに低くなっている。

かかる構成においては、外筒２１からの熱伝導によって高温になった入口継手１７や原水搬送管１５の内部で、高温の基体（１５ａ、１７ａ）と、廃水Ｗとの間に、基体よりも熱伝導率の低い断熱層（１５ｂ、１７ｂ）を介在させることで、介在させない場合に比べて、基体から廃水Ｗへの熱伝導を抑える。これにより、入口継手１７や原水搬送管１５の中で廃水Ｗの温度をより低く維持することで、廃水Ｗの有機物の炭化を抑える。よって、従来に比べて、炭化した有機物による入口継手１７や原水搬送管１５の詰まりの発生を抑えることができる。

図５は、挿入管２６を示す拡大縦断面図である。挿入管２６は、チタン等の耐食性に優れた金属材料からなる管基体２６ａと、断熱中空層２６ｂと、内層体２６ｃと、後端断熱パッキン２６ｄと、先端断熱パッキン２６ｅとを有している。管基体２６ａの長手方向の後端には、管外周面から全周に渡って法線方向に突出する突出部が形成されている。この突出部が、入口継手（１７）によって外筒（２１）の受入側接続部（２１ａ）に押さえ付けられる。また、管基体２６ａの先端には、管内周面から全周に渡ってリング状に突出する内側リング部が形成されている。

挿入管２６の内層体２６ｃは、管基体２６ａよりも小さな径になっており、且つ管基体２６ａとほぼ同様の形状になっている。管基体２６ａと同様に、後端に設けられた突出部と、先端に設けられた内側リング部とを有している。管基体２６ａの内部に挿入された内層体２６ｃは、入口継手（１７）により、その突出部が管基体２６ａの突出部に押し付けられるとともに、その内側リング部が管基体２６ａの内側リング部に押し付けられる。

管基体２６ａの内側においては、管基体２６ａの内周面と、内層体２６ｃの外周面との間に間隙が形成され、この間隙が、断熱中空層２６ｂになっている。断熱中空層２６ｂ内には、空気が存在しており、この空気が断熱効果を発揮する。

管基体２６ａの後端の突出部と、内層体２６ｃの後端の突出部との間には、リング状の後端断熱パッキン２６ｄが介在している。この後端断熱パッキン２６ｄは、セラミック、セラミックウール、ガラスウール、又はそれらを組み合わせた材料からなり、管基体２６ａの突出部から、内層体２６ｃの突出部への熱伝導を抑える役割を担っている。

また、管基体２６ａの先端の内側リング部と、内層体２６ｃの先端の内側リング部との間には、リング状の先端断熱パッキン２６ｅが介在している。この先端断熱パッキン２６ｅは、後端断熱パッキン２６ｄと同じ材料からなり、管基体２６ａの突出部から、内層体２６ｃの突出部への熱伝導を抑える役割を担っている。

挿入管２６の内部には、内筒（２２）内に流入する前の廃水が入っているが、この廃水は、たとえ反応槽の外部で予備加熱されるにしても、有機物を炭化させるほど高温にはなっていない。よって、挿入管２６の半径方向の最内側に存在している内層体２６ｃは、廃水からの熱伝導を受けたとしても、それによってかなりの高温になることはない。

一方、挿入管２６の半径方向の再外側に存在している管基体２６ａの外周面は、内筒（２２）内の高温の混合流体と直接接触するため、混合流体からの熱伝導によって混合流体とほぼ同じ温度の高温になる。このような高温になる管基体２６ａに対して、断熱層を被覆すると、管基体２６ａと断熱層との線膨張係数の大きな差から、断熱層がすぐに管基体２６ａから脱落してしまう。そこで、本実施形態では、混合流体とほぼ同じ温度まで加熱されてしまう挿入管２６については、管基体２６ａに断熱層を被覆するのではなく、管基体２６ａと内層体２６ｃとの間にリング状の断熱パッキン（２６ｄ、２６ｅ）を挟み込んだり、両者間に断熱中空層２６ｂを介在させたりしている。

管基体２６ａと内層体２６ｃとの間には、空気からなる断熱中空層２６ｂや、断熱効果の高い材料からなる断熱パッキンが介在しており、両者を直接接触させていないので、管基体２６ａから内層体２６ｃへの熱伝導が抑えられる。これにより、挿入管２６内の廃水の温度を比較的低温に維持することで、挿入管２６の廃水中における有機物の炭化の発生を抑える。よって、炭化した有機物による挿入管２６の発生を抑えることができる。

図３において、原水搬送管１５や挿入管２６は、入口継手１７により、鉛直方向に延在する姿勢で反応槽２０に接続されている。かかる構成では、反応槽２０に対する廃水の給送を停止している状態で、原水搬送管１５や挿入管２６内の廃水中の有機性浮遊物質を、管の長手方向に沿って鉛直方向上方から下方に移動させて管先端部（鉛直方向下端部）に重力移動させる。重力移動によって管内壁に向けて重力移動させることがないので、管内壁に接触した有機性浮遊物質の管内壁からの熱伝導による炭化の発生を抑えることができる。

図１において、原水搬送管１５の外面には、冷却手段であるとともに、熱交換手段でもある第２熱交換器３２が装着されている。第２熱交換器３２の本体は、原水搬送管１５の外面を覆う外管で構成され、外管と原水搬送管１５の外面との間の空間を水などの熱交換流体で満たしている。反応槽２０からの熱伝導によって昇温した原水搬送管１５は、第２熱交換器３２を利用した熱交換によって冷却される。これにより、原水搬送管１５の管基体の温度上昇を抑えることによっても、炭化した有機物による原水搬送管１５の詰まりの発生を抑えることができる。

第２熱交換器３２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、原水搬送管１５内の廃水の搬送方向とは逆方向になっている。熱交換流体の給送は、第２熱媒体タンク３０内の熱交換流体を吸引しながら第２熱交換器３２に送る第２熱交換ポンプ３１によって行われる。第２熱交換器３２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熱エネルギー利用設備に送られる。

原水搬送管１５には、原水搬送管１５の外面の温度を検知する原水搬送管温度計３３が固定されている。制御部のプログラマブルシーケンサーは、原水搬送管温度計３３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、第２熱交換ポンプ３１の駆動を制御する。具体的には、原水搬送管温度計３３による検知結果が所定の上限温度に達したときには、第２熱交換ポンプ３１の駆動量を増加して第２熱交換器３２への熱交換流体の供給量を増やすことで、第２熱交換器３２による原水搬送管１５の冷却機能を高める。これに対し、原水搬送管温度計３３による検知結果が所定の下限温度に達したときには、第２熱交換ポンプ３１の駆動量を減少させて第２熱交換器３２への熱交換流体の供給量を減らすことで、第２熱交換器３２による原水搬送管１５の冷却機能を低下させる。かかる構成では、熱交換量を適切に調整して原水搬送管１５の温度を一定範囲に維持することができる。

原水タンク１内の廃水Ｗに、予備加熱ヒータ−３５を浸けて廃水Ｗを予備加熱してもよい。浄化前流体予備加熱手段としての予備加熱ヒータ−３５は、１００［℃］弱という比較的低い温度で発熱して、廃水Ｗを有機物の炭化の生じない９０［℃］程度の温度まで、ゆっくりと予備加熱する。廃水Ｗを予備加熱しておくことで、反応槽２０内で廃水Ｗを所望の温度まで昇温せしめるまでの時間を短縮することができる。

図６は、変形例に係る流体浄化装置の反応槽２０を示す縦断面図である。この反応槽２０は、内筒を有しておらず、外筒２１だけからなる単層構造になっている。外筒２１の受入側接続部２１ａには、原水搬送管１５ではなく、中継管３６が、入口継手１７によって接続されている。

中継管３６は、反応槽２０と同様に鉛直方向に延在する主管部３６ａと、水平方向に延在する姿勢で主管部３６ａに接続している支管部３６ｂとを有している。また、主管部３６ａの上端には、酸化剤搬送管３７が主管継手３８によって連結されている。酸化剤搬送管３７は、酸化剤圧送ポンプ（６）によって圧送される空気Ａを、反応槽２０に向けて送るためのものである。

中継管３６の支管部３６ｂの先端には、原水搬送管１５が支管継手３９によって連結されている。原水搬送管１５内の廃水Ｗは、原水搬送管１５内から、支管継手３９と、支管部３６ｂとを経由してから、主管部３６ａ内に進入する。そして、主管部３６ａ内で空気Ａと混合された後、反応槽２０の中に送られる。廃水Ｗは、原水搬送管１５から、支管継手３９と支管部３６ｂとを経て主管部３６ａ内に進入するまでは、空気Ａと混合されておらず、酸素のない状態になっていることから、加熱されると、有機物の炭化を引き起こすおそれがある。

そこで、原水搬送管１５、支管継手３９、支管部３６ｂについてそれぞれ、基体の内周面に、断熱層（１５ｂ、３９ｂ、３６ｂ−１）を被覆している。これにより、原水搬送管１５、支管継手３９、支管部３６ｂのそれぞれの中において、空気Ａと混ざり合っていない状態の廃水Ｗの温度を比較的低温に維持して、有機物の炭化の発生を抑えている。

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、浄化対象流体（例えば、廃水Ｗ）と、酸化剤（例えば、空気Ａ）との混合流体を加熱及び加圧しながら、浄化対象流体中の有機物を酸化反応によって分解して浄化対象流体を浄化する反応槽（例えば、反応槽２０）と、浄化対象流体及び酸化剤のうち、浄化対象流体だけを前記反応槽に向けて送るために、前記反応槽に直接あるいは中継管（例えば、中継管３６）を介して接続される浄化前流体搬送管（例えば、原水搬送管１５）とを備える流体浄化装置において、前記浄化前流体搬送管の管基体（例えば、管基体１５ａ）の内周面に、前記管基体よりも熱伝導率の低い断熱層（例えば、断熱層１５ｂ）を設けたことを特徴とするものである。

［態様Ｂ］
態様Ｂは、態様Ａにおいて、前記浄化前流体搬送管に接続された状態で、前記反応槽の内部に挿入される内部挿入管（例えば、挿入管２６）を設けるとともに、前記内部挿入管の内壁に、管基体（例えば、管基体２６ａ）よりも熱伝導率の低い材料からなる断熱層（例えば、断熱中空層２６ｂ）を設けたことを特徴とするものである。かかる構成では、既に説明したように、炭化した有機物による内部挿入管の詰まりの発生を抑えることができる。

［態様Ｃ］
態様Ｃは、態様Ａ又はＢにおいて、前記浄化前流体搬送管と前記反応槽とを連結させる継手（例えば、入口継手１７）、あるいは、前記浄化前流体搬送管と前記中継管とを連結させる継手（例えば、入口継手）を設けるとともに、その継手の基体（例えば、基体１７ａ）の内周面に、前記基体よりも熱伝導率の低い断熱層（例えば、断熱層１７ｂ）を設けたことを特徴とするものである。かかる構成では、既に説明したように、炭化した有機物による継手の詰まりの発生を抑えることができる。

［態様Ｄ］
態様Ｄは、態様Ａ〜Ｃの何れかにおいて、前記浄化前流体搬送管の外面を冷却する冷却手段を設けたことを特徴とするものである。かかる構成では、冷却手段による冷却で浄化前流体搬送管の温度を比較的低温に維持することによっても、炭化した有機物による浄化前流体搬送管の詰まりの発生を抑えることができる。

［態様Ｅ］
態様Ｅは、態様Ｄにおいて、前記冷却手段として、前記外面の熱を熱交換媒体（例えば、熱交換流体）に伝達させて前記外面を冷却した後、前記熱交換媒体を熱エネルギー利用設備に搬送する熱交換手段（例えば、第２熱交換器３２）を用いたことを特徴とするものである。かかる構成では、浄化前流体搬送管の冷却によって得られた熱をエネルギーとして利用することができる。

［態様Ｆ］
態様Ｆは、態様Ａ又はＣの流体浄化装置において、前記浄化前流体搬送管を鉛直方向に延在させる姿勢で前記反応槽又は前記中継管に接続したことを特徴とするものである。かかる構成では、既に説明したように、浄化前流体搬送管の内部に存在する処理対象流体中の有機性浮遊物質を重力移動によって管内壁に向けて重力移動させることがないので、管内壁に接触した有機性浮遊物質の管内壁からの熱伝導による炭化の発生を抑えることができる。

［態様Ｇ］
態様Ｇは、態様Ａ〜Ｆの何れかにおいて、前記浄化前流体搬送管、前記内部挿入管又は前記継手の前記断熱層として、セラミック、セラミックウール、ガラスウール、又はそれらの組み合わせ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、セラミック、セラミックウール、又はガラスウールが低熱伝導率であることを利用して、浄化前流体搬送管又は継手から、内部の廃水への熱伝導を抑えることができる。

［態様Ｈ］
態様Ｈは、態様Ａ〜Ｆの何れかにおいて、前記浄化前流体搬送管、前記内部挿入管又は前記継手の前記断熱層として、中空層を設けたことを特徴とするものである。かかる構成では、浄化前流体搬送管又は継手の内周面に被覆した断熱層を線膨張係数の大きな差による伸縮率の差で内周面から脱落させてしまうほど、浄化前流体搬送管、内部挿入管又は継手を高温にしてしまう場合であっても、脱落の生じない中空層により、長期間に渡って廃水と管又は継手との間を断熱することができる。

［態様Ｉ］
態様Ｉは、態様Ｅにおいて、前記外面の温度を検知する温度検知手段（例えば、原水搬送管温度計３３）と、前記温度検知手段による検知結果に基づいて、前記熱交換手段の熱交換媒体を前記熱エネルギー利用設備に搬送するためのポンプ（例えば、第２熱交換ポンプ３１）の駆動速度を制御する制御手段（例えば、プログラマブルシーケンサー）とを設けたことを特徴とするものである。かかる構成では、浄化前流体搬送管の温度を、一定範囲内に維持することができる。

［態様Ｊ］
態様Ｊは、態様Ｉにおいて、前記浄化前流体搬送管に導入する前の浄化対象流体を、前記反応槽内における混合流体の温度よりも低い温度まで予備加熱する浄化前流体予備加熱手段（例えば、予備加熱ヒーター３５）を設けたことを特徴とするものである。かかる構成では、処理対象流体の予備加熱により、反応槽内で処理対象流体を所望の温度まで昇温せしめるまでの時間を短縮することで、反応槽の小型化を図ることができる。

Ｗ：廃水（浄化対象流体）
Ａ：空気（酸化剤）
１５：原水搬送管（浄化前流体搬送管）
１５ａ：管基体
１５ｂ：断熱層
１７：入口継手（継手）
１７ａ：基体
１７ｂ：断熱層
２０：反応槽
２６：挿入管（内部挿入管）
２６ａ：管基体
２６ｂ：断熱中空層（中空層）
２６ｃ：内層体
２６ｄ：後端断熱パッキン
２６ｅ：先端断熱パッキン
３２：第２熱交換機（熱交換手段）
３３：原水搬送管温度計（温度検知手段）
３５：予備加熱ヒーター（予備加熱手段）
３６：中継管

特開２００１−１７０３３４号公報

Claims (8)

1. 浄化対象流体と、酸化剤との混合流体を加熱及び加圧しながら、浄化対象流体中の有機物を酸化反応によって分解して浄化対象流体を浄化する反応槽と、浄化対象流体及び酸化剤のうち、浄化対象流体だけを前記反応槽に向けて送るために、前記反応槽に直接あるいは中継管を介して接続される浄化前流体搬送管とを備える流体浄化装置において、
   前記浄化前流体搬送管の管基体の内周面に、前記管基体よりも熱伝導率の低い断熱層を設け、
   且つ、前記浄化前流体搬送管の外面を冷却する冷却手段として、前記外面の熱を熱交換媒体に伝達させて前記外面を冷却した後、前記熱交換媒体を熱エネルギー利用設備に搬送する熱交換手段を設けたことを特徴とする流体浄化装置。
2. 請求項１の流体浄化装置において、
   前記浄化前流体搬送管に接続された状態で、前記反応槽の内部に挿入される内部挿入管を設けるとともに、
   前記内部挿入管の内壁に、管基体よりも熱伝導率の低い材料からなる断熱層を設けたことを特徴とする流体浄化装置。
3. 請求項１又は２の流体浄化装置において、
   前記浄化前流体搬送管と前記反応槽とを連結させる継手、あるいは、前記浄化前流体搬送管と前記中継管とを連結させる継手を設けるとともに、その継手の基体の内周面に、前記基体よりも熱伝導率の低い断熱層を設けたことを特徴とする流体浄化装置。
4. 請求項１又は３の流体浄化装置において、
   前記浄化前流体搬送管を鉛直方向に延在させる姿勢で前記反応槽又は前記中継管に接続したことを特徴とする流体浄化装置。
5. 請求項１乃至４の何れかの流体浄化装置において、
   前記浄化前流体搬送管、前記内部挿入管又は前記継手の前記断熱層として、セラミック、セラミックウール、ガラスウール、又はそれらの組み合わせからなるものを用いたことを特徴とする流体浄化装置。
6. 請求項１乃至４の何れかの流体浄化装置において、
   前記浄化前流体搬送管、前記内部挿入管又は前記継手の前記断熱層として、中空層を設けたことを特徴とする流体浄化装置。
7. 請求項１乃至６の何れかの流体浄化装置において、
   前記外面の温度を検知する温度検知手段と、
   前記温度検知手段による検知結果に基づいて、前記熱交換手段の熱交換媒体を前記熱エネルギー利用設備に搬送するためのポンプの駆動速度を制御する制御手段とを設けたことを特徴とする液体浄化装置。
8. 請求項７の流体浄化装置において、
   前記浄化前流体搬送管に導入する前の浄化対象流体を、前記反応槽内における混合流体の温度よりも低い温度まで予備加熱する浄化前流体予備加熱手段を設けたことを特徴とする流体浄化装置。

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