JP6167685B2 - 排水処理システム - Google Patents

Description

本発明は、有機物質を含有する排水から有機物質を除去することで当該排水を正常化する排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排水から有機物質を効率的に除去することで当該排水を清浄化する排水処理システムに関する。

従来、排水中から有機物質の除去方法として、有機物質含有排水を吸着素子に通液吸着させ、吸着された有機物質を加熱ガスにて吸着素子から脱着し、この吸着と脱着とを連続的に繰り返して実施しできる手段を用いて排水処理するとともに、脱着の際に排出された有機物質を含むガスを後処理装置へ導入して処理する連続吸脱着式排水処理装置が有効であることが知られている。後処理装置としては、触媒燃焼装置などの酸化分解処理装置（燃焼装置）などが知られている。また、上記連続吸脱着式排水処理装置の処理効率を高めるためなどの目的で、曝気槽などを上記連続吸脱着式排水処理装置の前段に接続して、前処理する方法も有効であることが知られている（例えば、特許文献１〜３）。

曝気槽と連続吸脱着式排水処理装置と燃焼装置とを組み合わせた排水処理システムのフローの一例を図１に示す。有機物質を含む排水を曝気槽に通水し、ガスと接触させて曝気処理することにより、有機物質を揮発除去した一次処理水を排出する。一次処理水は、排水を接触させることで有機物質を吸着処理して、加熱ガスを接触させることによって有機物質を脱着処理する吸着素子を含む連続吸脱着式排水処理装置に導入されて、連続的な吸着処理と脱着処理の繰り返し（連続吸脱着）によって有機物質を除去し、清浄化された二次処理水として排出される。曝気槽および連続吸脱着式排水処理装置から排出される曝気ガスおよび脱着ガスは混合され、混合排ガスとして燃焼装置に導入され後処理される。混合排ガスは、熱交換器を通過することで加熱された後、燃焼炉に導入されてガス中の有機物質が酸化分解され、清浄化された分解ガスを排出する。分解ガスは熱交換器を通過し、大気中に放出される。

図１では、燃焼炉での有機物質の酸化分解時に発生する酸化熱を熱交換器にて熱回収しているため、燃焼炉に供給される有機物質濃度によって、回収される熱量が決定される。燃焼炉に供給される有機物質濃度が低ければ、熱回収できる熱量が少なくなり、装置全体で消費されるエネルギー量が増大する。

図１の排水処理システムにおいて、燃焼炉に供給される有機物質濃度は、曝気槽および連続吸脱着式排水処理装置の操作条件が一定の場合には、これらの装置にて処理する排水量や排水中の有機物質濃度によって決定される。一方、図１の排水処理システム以外の処理装置おいても言及できるが、一定の処理性能を確保するために、装置の操作条件は、基本的には排水量や排水中の有機物質濃度等の最大値を用いて設計される。しかし、実際に排水処理システムへ供給される排水量や排水中の有機物質濃度は変動することが多く、特に設計時の有機物質濃度よりも低い濃度にて有機物質が排水処理システムへ供給された場合には、前記の理由にて装置で消費されるエネルギー量が増大し、実際のエネルギー量が設計時のエネルギー消費量よりも上回ることがしばしば起きる問題があった。

さらに、燃焼装置で処理できる燃焼温度には限界がある。例えば、触媒燃焼装置を燃焼装置として使用した場合、使用される触媒の使用温度には限界がある。一般的によく使用される白金触媒の使用上限温度は約５３０℃以下であり、これ以上の温度では触媒性能低下（熱劣化）が起きる。これは、上述で説明した通り、排ガス中の有機物質濃度によって触媒上で発生する酸化熱が決定し、触媒温度が上昇するためである。触媒燃焼装置以外においても、例えば、直接燃焼装置ならば装置構成に使用する部材や、蓄熱式直接燃焼装置ならば使用する蓄熱材などによって使用温度に限界がある。

図１の排水処理システムにおいては、上述にて説明した通り、何らかの原因により、一時的に混合排ガス中の有機物質濃度が設計値以上となり、燃焼温度が増大して使用限界温度以上になる場合がある。このような場合、燃焼装置に外気取入れダンパーなどの外気希釈手段を設けて、燃焼装置に供給される有機物質濃度を下げる方策が一般的に行われているが、設計値以上に排水量や排水中の有機物質濃度となることが稀（例えば数回／年程度）であるとすると、ダンパーの動作不良が発生しやすい。このような動作不良が生じた場合、熱暴走等の危険性が生じる問題がある。また、ガス温度を下げても急激な酸化反応を抑制することは困難であり、部材（例えば、触媒燃焼装置を燃焼装置として使用した場合は触媒）の寿命を低下させる問題もあった。

特開２００６−５５７１２号公報 特開２００６−５５７１３号公報 特開２０１２−４０５３４号公報

本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものである。すなわち、有機物質を含んだ排水を曝気槽、連続吸脱着式排水処理装置および燃焼装置を組合わせた排水処理システムで処理する場合において、設計値よりも排水負荷量が変動した場合においても、処理性能を維持しながら、消費エネルギー量を削減でき、なおかつ安全に安定的に排水処理できる排水処理システムを提供する。

本発明者等は上記課題を解決するため、鋭意研究した結果、遂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排水から有機物質を除去することで排水を清浄化する排水処理システムであって、
有機物質を含有する排水へガスを接触させて、曝気処理することで、排水中から有機物質を揮発除去させ、有機物質を含有する曝気ガスを排出させる曝気装置と、
前記曝気装置に接続され、有機物質を含有する排水を接触させることで有機物質を吸着し、加熱ガス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、前記吸着素子に排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し、前記吸着素子に加熱ガス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有機物質を含有する脱着ガスとして排出し、前記吸着素子の脱着処理が完了した部分を、吸着処理を行なう部分に移行させるとともに前記吸着素子の吸着処理が完了した部分を、脱着処理を行なう部分に移行させる操作を繰り返し実施できる手段を有した連続吸脱着式排水処理装置と、
前記曝気装置および前記連続吸脱着式排水処理装置に接続され、前記曝気装置および連続吸脱着式排水処理装置から排出された有機物質を含有する曝気ガスと脱着ガスの混合排ガスを入口ガスとし、燃焼させて酸化分解した分解ガスを出口ガスして排出する燃焼装置とを、
備えた排水処理システムであって、
前記燃焼装置の入口ガス温度、出口ガス温度、または入口・出口ガスの温度差を検知し、それに応じて、前記連続吸脱着式排水処理装置へ供給するガスの風量と吸脱着繰り返し周期を調整する手段が具備された、
ことを特徴とする排水処理システム。
（２）前記連続吸脱着式排水処理装置は、前記吸着素子にパージガスを吹き付けることで前記吸着素子に付着した余剰の排水を吹き飛ばしてこれを除去排水として排出する（１）に記載の排水処理システム。
（３）前記連続吸脱着式排水処理装置から排出された除去排水が、排水として前記排水処理装置に再度供給されるように構成された（２）に記載の排水処理システム。
（４）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）から（３）のいずれかに記載の排水処理システム。
（５）前記連続吸脱着式排水処理装置へ供給するガスの風量を調整する方法として、前記燃焼装置の入口ガス温度、出口ガス温度、または入口・出口ガスの温度差が所定温度よりも低い場合には、前記連続吸脱着式排水処理装置へ供給するガスの風量を少なくする（１）から（４）のいずれかに記載の排水処理システム。
（６）前記連続吸脱着式排水処理装置へ供給するガスの風量を少なくする際に、ガスの通風時間を長くして、吸着処理と脱着処理の周期時間を長くする（５）に記載の排水処理システム。
（７）前記連続吸脱着式排水処理装置へ供給するガスの風量を調整する方法として、前記燃焼装置の入口ガス温度、出口ガス温度、または入口・出口ガスの温度差が所定温度よりも高い場合には、前記連続吸脱着式排水処理装置へ供給するガスの風量を多くする（１）から（４）のいずれかに記載の排水処理システム。
（８）前記連続吸脱着式排水処理装置へ供給するガスの風量を多くする際に、ガスの通風時間を短くして、吸着処理と脱着処理の周期時間を短くする（７）に記載の排水処理システム。
（９）前記曝気装置が、前記燃焼装置の入口ガス温度、出口ガス温度、または入口・出口ガスの温度差を検知し、それに応じて、前記曝気装置へ供給するガスの風量を調整する手段が具備された（１）から（８）のいずれかに記載の排水処理システム。
（１０）前記曝気装置へ供給するガスの風量を調整する方法として、前記燃焼装置の入口ガス温度、出口ガス温度、または入口・出口ガスの温度差が所定温度よりも低い場合には、前記曝気装置へ供給するガスの風量を少なくし、所定温度より高い場合には、風量を多くする（９）に記載の排水処理システム。

本発明の排水処理システムは、有機物質を含んだ排水処理において、曝気槽および連続吸脱着式排水処理装置にて排水処理し、両装置から発生する排ガスを燃焼装置にて処理する排水処理システムに関し、排水システムに導入される排水量および排水中の有機物質濃度が設計値よりも低く変動する場合に生じる消費エネルギーの増加を防ぎ、また、燃焼装置で処理できる温度の上限を超えた場合、安全に対処する機能を有するものである。

曝気槽と連続吸脱着式排水処理装置と燃焼装置とを組み合わせた従来の排水処理システムフローである。 連続吸脱着式排水処理装置の吸脱着繰り返し周期である１周期あたりの脱着時間と、脱着完了に必要な加熱ガスの風量の関係図である。 排水負荷量と一定の処理性能を確保するために必要な連続吸脱着式排水処理装置の吸脱着繰り返し周期の関係図である。 排水負荷量と燃焼装置の出口ガス温度との関係図である。 本発明の実施の形態における排水処理システムのシステム構成図である 排水負荷量と一定の処理性能を確保するために必要な供給曝気ガス風量の関係図である。 本発明の実施の形態における排水処理システムにおいて利用可能なさらに他の連続吸脱着式排水処理装置の例を示す模式図である。 本発明の実施の形態における排水処理システムにおいて利用可能なさらに他の連続吸脱着式排水処理装置の例を示す模式図である。

本発明の特徴は、排水処理システムにおける連続吸脱着式排水処理装置において、燃焼装置の排ガス温度に対応させて、曝気ガスと脱着ガスの混合ガスの有機物質濃度を調整するために、吸着素子に供給するガスの風量と吸脱着繰り返し周期を調整することにある。
本発明に至った理由は、次の３点の特性を見出し、装置へ応用したものである。
１．連続吸脱着式排水処理装置の吸脱着繰り返し周期が長い程、脱着の完了に必要な加熱ガスの風量は少なくて済む。
２．連続吸脱着式排水処理装置に供給される排水量と排水中の有機物質濃度の積で定義される排水負荷量が低い程、一定の処理性能を確保するための吸脱着繰り返し周期を長くすることができる。
３．燃焼装置の出口ガス温度、入口ガスと出口ガスの温度差は、排水量と排水中の有機物質濃度の積で定義される実質的排水負荷量を表すものである。

図２は、連続吸脱着式排水処理装置の吸脱着繰り返し周期である１周期あたりの脱着時間（脱着完了時間）と、脱着完了に必要な加熱ガスの風量の関係を表したものである。ただし、単位吸着材に与える排水負荷量は一定量であることを前提条件とした場合である。吸脱着繰り返し周期が長い程、脱着完了に必要な加熱ガスの風量は少なくなることがわかる。

図３は、排水負荷量と一定の処理性能を確保するために必要な連続吸脱着式排水処理装置の吸脱着繰り返し周期の関係を表したものである。ただし、連続吸脱着式排水処理装置は最大排水負荷量に対して設計されることを前提条件とした場合である。この場合、排水負荷量が低い程、吸着素子の吸着飽和に達するまでの時間が長くなるので、一定の処理性能（例えば処理水中の有機物質濃度）を確保するために必要な吸脱着繰り返し周期は長くなる。

図４は、排水負荷量と燃焼装置の出口ガス温度との関係を表したものである。ただし、燃焼装置へ供給する排ガスの風量および燃焼温度は一定であるとした場合である。図１に示す通り、曝気槽および連続吸脱着式排水処理装置にて、排水中の有機物質は高効率に除去され、混合排ガスとして燃焼装置へ供給されることになる。また、上述の通り、燃焼装置の入口ガスの有機物質濃度によって、燃焼装置の出口ガス温度は決定される。よって、燃焼装置の出口ガス温度は、実質的排水負荷量を表すことがわかる。特に図示しないが、燃焼装置の入口ガスと出口ガスの温度差を燃焼装置の出口ガス温度の代わりに指標にとっても、同様の説明ができる。

本発明はこれらの知見をもとになされたものである。図５は、本発明の実施の形態における排水処理システムのシステム構成図である。

図５に基づき本発明を説明する。
排水は、曝気槽１００へ送られ、気泡を発生させる曝気装置１１１にて曝気処理されて、揮発性の高い有機物質は水中から除去され、処理済みの排水は一次処理水として排出される。排水から揮発除去された有機物質は、曝気槽１００から排出される曝気ガスに含有されて、曝気槽から排出される。

一次処理水は、連続吸脱着式排水処理装置２００へ送られる。連続吸脱着式排水処理装置２００は、吸着素子としての吸着材２１１、２２１がそれぞれ収容された第１処理槽２１０および第２処理槽２２０を有している。吸着材２１１、２２１は、排水を通水させることで一次処理水に含有される有機物質を吸着し、二次処理水として排出する。また、加熱ガスを通風させることで吸着した有機物質を脱着し、有機物質を含有する脱着ガスとして排出する。

第１処理槽２１０と第２処理槽２２０は、バルブＶ２０１〜Ｖ２０８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。例えば、第１処理槽２１０が吸着槽として機能している場合には、第２処理槽２２０が脱着槽として機能し、第１処理槽２１０が脱着槽として機能している場合には、第２処理槽２２０が吸着槽として機能するようにバルブＶ２０１〜Ｖ２０８が開閉し、加えて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。以上の装置構成により、連続吸脱着式排水処理装置２００にて、排水処理されて一次処理水を清浄化する。

連続吸脱着式排水処理装置２００の脱着槽においては、Ｖ２０９およびＶ２１０を開閉操作などの手段を用いて、加熱ガスを通風する前にパージガスを吸着材に通風させ、吸着材の付着水をパージ除去させるパージ処理することが好ましい。付着水を除去させることで、吸着材の脱着効率が高まるからである。また、除去した付着水は、Ｖ２１１およびＶ２１２を開閉操作などの手段を用いて、連続吸脱着式排水処理装置２００の入口に返送することがより好ましい。付着水は十分に有機物質が除去されていない場合があり、この場合、除去した付着水を別途、排水処理する必要がなくなるからである。

曝気装置１１１に供給されるガスは、窒素、圧縮空気、水蒸気、その他のガスが考えられるが、経済性を考慮して外気が好ましい。その場合、ガス供給器１２０より外気を供給するなどが一例として考えられる。また、連続吸脱着式排水処理装置２００へ供給する加熱ガスやパージガスも、窒素、圧縮空気、水蒸気、その他のガスが考えられるが、経済性を考慮して外気が好ましい。その場合、ガス供給器２４０より外気を供給し、加熱器２３０で外気を加温するなどが一例として考えられる。

吸着材２１１、２２１は、活性炭、活性炭素繊維またはゼオライトからなる群から選ばれる少なくとも１部材を含む部材にて構成されている。好適には、吸着材２１１、２２１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、より好適には、活性炭素繊維が利用される。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、他の吸着素子に比べて極めて高い吸着効率を実現できる部材である。

吸着材２１１、２２１として利用可能な活性炭素繊維の物性は、特に限定されるものではないが、ＢＥＴ比表面積が７００〜２０００ｍ^２／ｇ、細孔容積が０．４〜０．９ｃｍ^３／ｇ、平均細孔径が１７〜１８Åのものが好ましい。これは、ＢＥＴ比表面積が７００ｍ^２／ｇ未満、細孔容積が０．４ｍ^３／ｇ未満、平均細孔径が１７Å未満のものでは、有機物質の吸着量が低くなるためであり、またＢＥＴ比表面積が２０００ｍ^２／ｇを超え、細孔容積が０．９ｍ^３／ｇを超え、平均細孔径が１８Åを超えるのものでは、細孔径が大きくなることで分子量の小さな物質等の吸着能力が低下したり、強度が弱くなったり、素材のコストが高くなって経済的に不利になったりするためである。

燃焼装置３００は、曝気槽１００から排出される曝気ガスおよび連続吸脱着式排水処理装置２００から排出される脱着ガスの混合排ガスを燃焼させて酸化分解させるための装置である。混合排ガスは、熱交換器３１０に導入されて後述する分解ガスと熱交換されて加熱された後、燃焼炉３２０へ導入される。燃焼炉では所定温度にて燃焼し、混合排ガス中の有機物質は酸化分解され、分解ガスを排出する。分解ガスは、熱交換器３１０および熱交換器３３０を通過後、清浄ガスとして大気放出される。熱交換器３３０については、連続吸脱着式排水処理装置２００の加熱ガスの予熱を目的とした機器であり、ガス供給器２４０から供給されたガスと分解ガスを熱交換してガスが加熱されて、脱着槽へ供給される。

燃焼装置３００としては、特にその種類が限定されるものではないが、例えばガスを６５０〜８００℃の高温で直接的に燃焼させて有機物質を酸化分解させる直接燃焼装置や、白金触媒等を利用してガスを触媒酸化反応させて有機物質を酸化分解する触媒燃焼装置、蓄熱体を利用して熱回収を行ないつつ経済的に有機物質の直接酸化分解を行なう蓄熱式直接燃焼装置、白金触媒等と蓄熱体とを組み合わせて効率的にガスを触媒酸化反応させて有機物質を酸化分解する蓄熱式触媒燃焼装置等を使用することが可能である。当該燃焼装置３００を用いてガスを燃焼、酸化反応させることにより、有機物質は完全に分解される。

本発明においては、燃焼炉３２０の出口ガス温度を検知して、燃焼炉の出口ガスを所定温度に調整できるよう、連続吸脱着式排水処理装置２００のガス供給器２４０の供給風量および吸脱着繰り返し周期を変更できる制御構成が好ましい。例えば、燃焼炉３２０の出口に温度計３２１を設置して、出口ガス温度を測定し、調整器３２２を用いて所定ガス温度になるように、連続吸脱着式排水処理装置に信号を伝達できる手段を付帯し、次にガス供給器２４０としてブロワーを用いた場合、調整器３２２から伝達された信号をもとにモーターの回転数を調整してガスの供給風量を調整し、ガスの供給風量は風量計２４１を用いて測定して、ガスの供給風量に応じた吸脱着繰り返し周期を決定し、決定された周期に応じてバルブＶ２０１〜Ｖ２０８の開閉周期を変更できる図示しない手段を付帯させて制御する機構が挙げられる。排水負荷量が設計値より低減した場合、燃焼炉３２０の出口ガス温度が所定値以下に低下する。この場合、ガス供給器２４０のガスの供給風量を下げ、吸脱着繰り返し周期を長くすることで、排水処理性能を維持したまま、混合排ガス中の有機物質濃度は上昇するので、燃焼炉３２０の出口ガス温度が上昇し、燃焼炉３２０の燃焼温度に必要な消費エネルギー量を削減することができる。また、混合排ガス中の有機物質濃度が所定濃度より増大して、燃焼炉３２０の出口ガス温度が所定値以上に増加した場合、ガス供給器２４０のガスの供給風量を上げ、吸脱着繰り返し周期を短くすることで、排水処理性能を維持したまま、混合排ガス中の有機物質濃度は低下するので、燃焼炉３２０の出口ガス温度が低下し、燃焼炉３２０の使用限界温度を超えることなく処理を継続させることができる。ガス供給器２４０のガスの供給風量と吸脱着繰り返し周期の数値は、燃焼炉３２０の出口ガス温度に対して比例制御したり、燃焼炉３２０の所定出口ガス温度に対して段階的に設定された操作条件に変更制御する等の調整方法があるが、特に限定しない。また、燃焼炉３２０の入口ガス温度、入口・出口ガス温度差、熱交換器３１０の出口ガス温度および熱交換器３２０の出口ガス温度などを検知して、同様の制御を行っても良い。また、上述の機器や使用方法などの制御に用いた手段は、一例であり、これに限定されるものではない。なお、上述の連続吸脱着式排水処置装置へ供給するガスとは、吸着素子に吸着された有機物質を脱着するために吸着素子に供給する加熱ガスを意味するだけでなく、パージ処理を実施するシステムにおいてはパージガスも含むガスを意味する。すなわち、パージガスにおいても、吸着素子に吸着された有機物質を脱着するために吸着素子に供給する加熱ガスと同様の風量調整を行なうことで、パージ処理中において、同様の効果を得ることが可能であるからである。

また、本発明において、混合排ガス中の有機物質濃度は、曝気槽１００の供給風量によっても調整ができる。これは、上述の特性以外に、曝気槽において、排水量と排水中の有機物質濃度の積である排水負荷量が低い程、一定の処理性能を確保するために必要な供給曝気ガス風量を低減することができる曝気特性があり、装置に応用できるからである。

図６は、排水負荷量と一定の処理性能を確保するために必要な供給曝気ガス風量の関係図である。ただし、曝気槽の有効曝気容量、曝気温度は一定である場合である。排水負荷量が低い程、少ない有効曝気容量で一定の処理性能を得ることができる。しかし、有効曝気容量は装置設計上、変更できないので、排水負荷量が低い場合は、必要以上の排水滞留時間で曝気処理されことになる。よって、供給曝気ガス風量を下げる等の曝気効率を下げても、一定の処理性能を確保することはできる。

以上の曝気特性により、燃焼炉３２０の出口ガス温度に応じて、上述の連続吸脱着式排水処理装置におけるガス供給器２４０のガスの供給風量と同様に、供給曝気ガス風量を調整することができる。例えば、燃焼炉３２０の出口に温度計３２１を設置して、出口ガス温度を測定し、調整器３２２を用いて所定温度になるように、曝気装置１１１に信号を伝達できる手段を付帯し、次にガス供給器１２０としてブロワーを用いた場合、調整器３２２から伝達された信号をもとにモーターの回転数を調整して供給曝気ガス風量を調整し、供給曝気ガス風量は風量計１３０を用いて測定して制御する機構が挙げられる。排水負荷量が設計値より低減した場合、燃焼炉３２０の出口ガス温度が所定値以下に低下する。この場合、ガス供給器１２０の供給曝気ガス風量を下げても、一定の処理性能に必要な排水滞留時間が増えるので、排水処理性能を維持したまま、混合排ガス中の有機物質濃度は上昇し、燃焼炉３２０の出口ガス温度が上昇し、燃焼炉３２０の燃焼温度に必要な消費エネルギー量を削減することができる。また、混合ガス中の有機物質濃度が所定濃度より増大し、燃焼炉３２０の出口ガス温度が所定値以上になった場合、ガス供給器１２０の供給曝気ガス風量を上げることで、混合排ガス中の有機物質濃度は低下するので、燃焼炉３２０の出口ガス温度が低下し、燃焼炉３２０の使用限界温度以下で処理を継続させることができる。ガス供給器１２０の供給曝気ガス風量の数値は、燃焼炉３２０の出口ガス温度に対して比例制御したり、燃焼炉３２０の所定出口ガス温度に対して段階的に設定された制御する等の調整方法があるが、特に限定しない。また、燃焼炉３２０の入口ガス温度、入口・出口ガス温度差、熱交換器３１０の出口ガス温度および熱交換器３２０の出口ガス温度などを検知して、同様の制御を行っても良い。また、上述の機器や使用方法などの制御に用いた手段は、一例であり、これに限定されるものではない。また、説明した曝気装置１１１の制御は、上述の連続吸脱着式排水処理装置２００との制御と組み合わせても良いし、一方の装置を固定供給ガス風量として、一方の装置のみ制御をかけるなどしても良い。

また、上述の本実施の形態における排水処理システムとすることにより、排水量や排水中の有機物質濃度が設計値以下に変動した場合においても、燃焼装置の消費エネルギーを抑えることが可能となり、設計値以上に変動した場合においても、安全になおかつ燃焼装置の部材等を劣化させることなく、運転を継続することができる。

また、上述の本実施の形態における排水処理システムにおいては、第１処理槽２１０および第２処理槽２２０が吸着槽および脱着槽に交互に入れ替わる構成の排水処理装置２００を採用した場合を例示して説明を行なったが、これとは異なる構成の連続吸脱着式排水処理装置を採用してもよい。以下に、その例を図７および図８を参照して説明する。

図７および図８は、本実施の形態における排水処理システムにおいて利用可能な他の連続吸脱着式排水処理装置の例を示す模式図である。なお、これら図７および図８においては、連続吸脱着式排水処理装置に具備される吸着材および当該吸着材近傍に配置される構成要素のみを図示し、その他の構成要素の図示は省略している。

図７は、円柱状の外形を有する吸着材２５０を利用した場合を示している。図７に示すように、円柱状の外形を有する吸着材２５０を利用する場合には、軸方向に流体が流動可能となるように構成された吸着材２５０の軸中心に回転軸２６１を設け、この回転軸２６１をアクチュエータ等によって回転駆動する。そして、吸着材２５０の軸方向の両端面に近接して、吸着材２５０の一部を吸着処理を行なうための部分（図７において符号２５１で示す部分）として利用し、吸着材２５０の他の一部を脱着処理を行なうための部分（図２において符号２５２で示す部分）として利用する。すなわち、吸着材２５０の符号２５１で示す部分には、軸方向の一方から一次処理水が導入され、軸方向の他方から一次処理水が導出されることになり、吸着材２５０の符号２５２で示す部分には、軸方向の一方から加熱ガスが導入され、軸方向の他方から脱着ガスが導出されることになる。

ここで、図７に示す連続吸脱着式排水処理装置においては、吸着材２５０が回転軸２６１を回転中心として図中矢印Ａ方向に所定の速度で回転する。これにより、吸着材２５０の吸着処理が完了した部分は脱着処理を行なうゾーンへと移動するとともに、吸着材２５０の脱着処理が完了した部分は吸着処理を行なうゾーンへと移動することになる。したがって、当該連続吸脱着式排水処理装置においては、同時に吸着処理と脱着処理とが行なわれることになり、連続的に清浄化処理を行なうことが可能となる。

また、図８は、円筒状の外形を有する吸着材２７０を利用した場合を示している。図８に示すように、円筒状の外形を有する吸着材２７０を利用する場合には、径方向に流体が流動可能となるように、例えば金属製の枠体２８５によって囲われた単位吸着ユニット２７５を周方向に複数並べて円筒状とし、これを図示しないアクチュエータ等によって軸中心に回転駆動する。そして、吸着材２７０に近接して、吸着材２７０の単位吸着ユニットの一部を吸着処理を行なうための部分（図８において符号２７１で示す部分）として利用し、単位吸着ユニットの他の一部を脱着処理を行なうための部分（図８において符号２７２で示す部分）として利用する。すなわち、吸着材２７０の符号２７１で示す単位吸着ユニットには、径方向外側から一次処理水が導入され、径方向内側に向けて二次処理水が導出されて軸方向の一方に向けて排出されることになり、吸着材２７０の符号２７２で示す単位吸着ユニットには、導入管２８１を介して径方向内側から加熱ガスが導入され、径方向外側に向けて脱着ガスが導出されて導出管２８２を介して排出されることになる。

ここで、図８に示す連続吸脱着式排水処理装置においては、吸着材２７０が軸中心に図中矢印Ａ方向に所定の速度で段階的に回転する。これにより、吸着材２７０の吸着処理が完了した単位吸着ユニットは脱着処理を行なうゾーンへと移動するとともに、吸着材２７０の脱着処理が完了した単位吸着ユニットは吸着処理を行なうゾーンへと移動することになる。したがって、当該連続吸脱着式排水処理装置においては、同時に吸着処理と脱着処理とが行なわれることになり、連続的に清浄化処理を行なうことが可能となる。

なお、図７および図８に示す如くの形状の吸着材２５０、２７０を利用する場合には、当該吸着材２５０、２７０を、粒状物を充填したものや繊維状物を充填したもので構成することとしてもよいが、ハニカム状の構造を有するもので構成するとなおよい。これは、吸着材２５０、２７０をハニカム状の構造を有するもので構成することにより、圧力損失を極めて低く抑えることが可能となって処理能力が増大するとともに、ゴミ等の固形物による目詰まりの発生も比較的低く抑えることができるためである。

図７および図８に示す連続吸脱着式排水処理装置おいては、燃焼装置３００における燃焼炉３２０の出口ガス温度に対して、同様に供給ガス風量を調整できるものとし、吸脱着繰り返し周期の調整は、図７に示す連続吸脱着式排水処理装置においては回転軸２６１、図８に示す連続吸脱着式排水処理装置おいては図示しないアクチュエータ等の回転数を変更することが好ましい。

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全て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。

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。

以下、実施例によりさらに本発明を詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
なお、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（ｍ^２／ｇ）を求めた。

（処理条件および設計条件）
本発明の実施例の説明にあたり、１，４−ジオキサン１０００ｍｇ／ｌ、アセトアルデヒド１４０００ｍｇ／ｌの排水（原水）濃度、供給原水量１０ｌ／ｌとした場合の処理条件において、排水中の１，４−ジオキサンおよびアセトアルデヒド除去率は、共に９９％、混合排ガス中の１，４−ジオキサンおよびアセトアルデヒド除去率は共に９９％の処理性能を確保できる排水処理システムの設計条件を以下に示す。排水処理システムの構成は、図５に示すフローとし、燃焼装置として触媒燃焼装置を用いることとした。曝気槽は、曝気温度６０℃、供給曝気ガス風量１００ｌ／ｍｉｎ、滞留時間２ｈとした。連続吸脱着式排水処理装置は、連続吸脱着式排水処理装置の吸着材としてＢＥＴ比表面積１６５０ｍ^２／ｇの活性炭素繊維とし、供給パージガス風量および供給加熱ガス風量は５００ｌ／ｍｉｎ、加熱ガスの温度は１３０℃、パージ時間は５ｍｉｎ、脱着時間は５５ｍｉｎ（吸着時間は６０ｍｉｎ）として吸脱着繰り返し周期とした。触媒燃焼装置は、原ガスを曝気ガスおよび脱着ガスの混合排ガスとし、風量６００ｌ／ｍｉｎ、燃焼炉に白金触媒を設置し、電気ヒーターを用いて燃焼温度３５０℃とした。表１に示す通り、この設計条件における触媒出口ガス温度は４６２℃、電気ヒーターの消費電力は０．０３ｋｗである。

（有機物質除去効果）
各装置の入出の１，４−ジオキサン、アセトアルデヒド濃度をガスクロマトグラフ法により定量した。排水処理における各有機物質の除去率は、１００−（二次処理水中の各有機物質濃度／原水中の各有機物質濃度）×１００とし、ガス処理における各有機物質の除去率は、１００−（分解ガス中の各有機物質濃度／原ガス中の各有機物質濃度）×１００とした。

［比較例１]
上述の設計条件において、本発明における制御を導入しなかった場合、設計条件記載の処理条件から、１，４−ジオキサン６００ｍｇ／ｌ、アセトアルデヒド６０００ｍｇ／ｌに原水濃度を低減させた処理条件に変更すると、表１に示す通り、触媒出口ガス温度が４１５℃となり、電気ヒーターの消費電力は０．４７ｋｗと設計条件よりも消費エネルギーが１５倍以上必要となった。

［比較例２］
上述の設計条件において、本発明における制御を導入しなかった場合、設計条件記載の処理条件から、５ｌ／ｈに供給原水量を低減させ、１，４−ジオキサン１００ｍｇ／ｌ、アセトアルデヒド２０００ｍｇ／ｌに原水濃度を低減させた処理条件に変更すると、表１に示す通り、触媒出口ガス温度が３６９℃となり、電気ヒーターの消費電力は０．９１ｋｗと設計条件よりも消費エネルギーが３０倍以上必要となった。

［実施例１］
上述の設計条件において、触媒出口ガス温度４１５℃以下に低下した場合は、供給パージガス風量および供給加熱ガス風量を３００ｌ／ｍｉｎとし、パージ時間は５ｍｉｎ、脱着時間は９５ｍｉｎ（吸着時間は１００ｍｉｎ）の吸脱着繰り返し周期の操作条件に調整する制御を導入した。設計条件記載の排水処理条件から、１，４−ジオキサン６００ｍｇ／ｌ、アセトアルデヒド６０００ｍｇ／ｌに原水濃度を低減させた排水処理条件に変更すると、触媒出口ガス温度が４１５℃となるが、上述の制御が働き、混合排ガス風量が減って、混合排ガス中の１，４−ジオキサンおよびアセトアルデヒドの濃度が濃縮されるので、表１に示す通り、触媒出口ガス温度は４４８℃まで上昇し、電気ヒーターの消費電力は０．１０ｋｗと比較例１と比較して７８％以上低減された。

［実施例２］
上述の設計条件において、触媒出口ガス温度３７０℃以下に低減した場合は、供給パージガス風量および供給加熱ガス風量を１８０ｌ／ｍｉｎとし、パージ時間は５ｍｉｎ、脱着時間は９５ｍｉｎ（吸着時間は９０ｍｉｎ）の吸脱着繰り返し周期とし、供給曝気ガス風量を２５ｌ／ｌに操作条件を調整する制御を導入した。設計条件記載の排水処理条件から、５ｌ／ｈに供給原水量を低減させ、１，４−ジオキサン１００ｍｇ／ｌ、アセトアルデヒド２０００ｍｇ／ｌに原水濃度を低減させた排水処理条件に変更すると、触媒出口ガス温度が３６９℃となるが、上述の制御が働き、混合排ガス風量が減って、混合排ガス中の１，４−ジオキサンおよびアセトアルデヒドの濃度が濃縮されるので、表１に示す通り、触媒出口ガス温度は４０６℃まで上昇し、電気ヒーターの消費電力は０．１９ｋｗと比較例２と比較して８０％以上低減された。

［実施例３］
上述の設計条件において、実施例１の制御内容に加えて、触媒出口ガス温度５１５℃以上に増加した場合は、供給パージガス風量および供給加熱ガス風量を５００ｌ／ｍｉｎとし、パージ時間は５ｍｉｎ、脱着時間は５５ｍｉｎ（吸着時間は６０ｍｉｎ）の吸脱着繰り返し周期に操作条件を調整する制御を導入した。実施例１の排水処理条件および操作条件から、１，４−ジオキサン１０００ｍｇ／ｌ、アセトアルデヒド１４０００ｍｇ／ｌの原水濃度に増大させた排水処理条件に変更すると、触媒出口ガス温度が５１５℃以上となり、触媒の耐熱温度まで近づくが、上述の制御が働き、混合排ガス風量が増えて、混合排ガス中の１，４−ジオキサンおよびアセトアルデヒドの濃度が希釈されるので、触媒出口ガス温度は４６２℃、電気ヒーターの消費電力は０．０１ｋｗと設計条件と同様の消費エネルギー量になるだけでなく、触媒の熱劣化による性能低下も防ぐことができた。

［実施例４］
上述の設計条件において、実施例２の制御内容に加えて、触媒出口ガス温度５１５℃以上に増加した場合は、供給パージガス風量および供給加熱ガス風量を５００ｌ／ｍｉｎとし、パージ時間は５ｍｉｎ、脱着時間は５５ｍｉｎ（吸着時間は６０ｍｉｎ）の吸脱着繰り返し周期とし、供給曝気ガス風量を１００ｌ／ｌに操作条件を調整する制御を導入した。実施例２の排水処理条件および操作条件から、供給原水量１０ｌ／ｈ、１，４−ジオキサン１０００ｍｇ／ｌ、アセトアルデヒド１４０００ｍｇ／ｌの原水濃度に増大させた排水処理条件に変更すると、触媒出口ガス温度が５１５℃以上となり、触媒の耐熱温度まで近づくが、上述の制御が働き、混合排ガス風量が増えて、混合排ガス中の１，４−ジオキサンおよびアセトアルデヒドの濃度が希釈されるので、触媒出口ガス温度は４６３℃、電気ヒーターの消費電力は０．０１ｋｗと設計条件と同様の消費エネルギー量になるだけでなく、触媒の熱劣化による性能低下も防ぐことができた。

有機物質を含んだ排水処理において、曝気槽および連続吸脱着式排水処理装置にて排水処理し、両装置から発生する排ガスを燃焼装置にて処理する排水処理システムに関し、排水システムに導入される排水量および排水中の有機物質濃度が設計値よりも低く変動する場合に生じる消費エネルギーの増加を防ぎ、また、燃焼装置で処理できる温度の上限を超えた場合、安全に対処する機能を有するものであり、産業界に寄与すること大である。

１００ 曝気槽、１１１ 曝気装置、１２０ ガス供給器、１２１ 風量計、２００ 排水処理装置、２１０ 第１処理槽、２１１ 吸着材、２２０ 第２処理槽、２２１ 吸着材、２３０ 加熱器、２４０ ガス供給器、２４１ 風量計、２５０ 吸着材、２６１ 回転軸、２７０ 吸着材、２７５ 単位吸着ユニット、２８１ 導入管、２８２ 導出管、２８５ 枠体、３００ 燃焼装置、３１０ 熱交換器、３２０ 燃焼炉、３２１ 温度計、３２２ 調整器、３３０ 熱交換器、Ｖ２０１〜Ｖ２１２ バルブ。

Claims (9)

1. 有機物質を含有する排水から有機物質を除去することで排水を清浄化する排水処理システムであって、
   有機物質を含有する排水へガスを接触させて、曝気処理することで、排水中から有機物質を揮発除去させ、有機物質を含有する曝気ガスを排出させる曝気装置と、
   前記曝気装置に接続され、有機物質を含有する排水を接触させることで有機物質を吸着し、加熱ガス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、前記吸着素子に排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し、前記吸着素子に加熱ガス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有機物質を含有する脱着ガスとして排出し、前記吸着素子の脱着処理が完了した部分を、吸着処理を行なう部分に移行させるとともに前記吸着素子の吸着処理が完了した部分を、脱着処理を行なう部分に移行させる操作を繰り返し実施できる手段を有した連続吸脱着式排水処理装置と、
   前記曝気装置および前記連続吸脱着式排水処理装置に接続され、前記曝気装置および連続吸脱着式排水処理装置から排出された有機物質を含有する曝気ガスと脱着ガスの混合排ガスを入口ガスとし、燃焼させて酸化分解した分解ガスを出口ガスして排出する燃焼装置とを、
   備えた排水処理システムであって、
   前記燃焼装置の入口ガス温度、出口ガス温度、または入口・出口ガスの温度差を検知し、それに応じて、前記連続吸脱着式排水処理装置へ供給する加熱ガスの風量と吸脱着繰り返し周期を調整する手段が具備され、
   前記曝気装置が、前記燃焼装置の入口ガス温度、出口ガス温度、または入口・出口ガスの温度差を検知し、それに応じて、前記曝気装置へ供給するガスの風量を調整する手段が具備された、
   ことを特徴とする排水処理システム。
2. 前記連続吸脱着式排水処理装置は、前記吸着素子にパージガスを吹き付けることで前記吸着素子に付着した余剰の排水を吹き飛ばしてこれを除去排水として排出する請求項１に記載の排水処理システム。
3. 前記連続吸脱着式排水処理装置から排出された除去排水が、排水として前記排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に記載の排水処理システム。
4. 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から３のいずれか１項に記載の排水処理システム。
5. 前記連続吸脱着式排水処理装置へ供給するガスの風量を調整する方法として、前記燃焼装置の入口ガス温度、出口ガス温度、または入口・出口ガスの温度差が所定温度よりも低い場合には、前記連続吸脱着式排水処理装置へ供給するガスの風量を少なくする請求項１から４のいずれか１項に記載の排水処理システム。
6. 前記連続吸脱着式排水処理装置へ供給するガスの風量を少なくする際に、ガスの通風時間を長くして、吸着処理と脱着処理の周期時間を長くする請求項５に記載の排水処理システム。
7. 前記連続吸脱着式排水処理装置へ供給するガスの風量を調整する方法として、前記燃焼装置の入口ガス温度、出口ガス温度、または入口・出口ガスの温度差が所定温度よりも高い場合には、前記連続吸脱着式排水処理装置へ供給するガスの風量を多くする請求項１から４のいずれか１項に記載の排水処理システム。
8. 前記連続吸脱着式排水処理装置へ供給するガスの風量を多くする際に、ガスの通風時間を短くして、吸着処理と脱着処理の周期時間を短くする請求項７に記載の排水処理システム。
9. 前記曝気装置へ供給するガスの風量を調整する方法として、前記燃焼装置の入口ガス温度、出口ガス温度、または入口・出口ガスの温度差が所定温度よりも低い場合には、前記曝気装置へ供給するガスの風量を少なくし、所定温度より高い場合には、風量を多くする請求項１から８のいずれか１項に記載の排水処理システム。