特許 6862680 水処理システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6862680

(24)【登録日】2021年4月5日

(45)【発行日】2021年4月21日

(54)【発明の名称】水処理システム

(51)【国際特許分類】

   C02F 1/28 20060101AFI20210412BHJP

   B01J 20/34 20060101ALI20210412BHJP

   B01J 20/20 20060101ALI20210412BHJP

   C02F 1/04 20060101ALI20210412BHJP

   D03D 1/00 20060101ALI20210412BHJP

   D04B 1/14 20060101ALI20210412BHJP

   C02F 1/72 20060101ALI20210412BHJP

【ＦＩ】

   C02F1/28 D

   C02F1/28 F

   B01J20/34 B

   B01J20/20 B

   C02F1/04 D

   D03D1/00 Z

   D04B1/14

   C02F1/72 Z

【請求項の数】7

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2016-97893(P2016-97893)

(22)【出願日】2016年5月16日

(65)【公開番号】特開2017-205684(P2017-205684A)

(43)【公開日】2017年11月24日

【審査請求日】2019年4月24日

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000003160

【氏名又は名称】東洋紡株式会社

(72)【発明者】

【氏名】河野 大樹

(72)【発明者】

【氏名】杉浦 勉

(72)【発明者】

【氏名】板山 繁

【審査官】 目代 博茂

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−２１７８３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５８−２１３６１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０３−１５３５１５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０２Ｆ１／００−１／７８

Ｂ０１Ｊ２０／００−２０／３４

Ｄ０４Ｂ１／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

有機化合物を含有する被処理水から、当該有機化合物を除去および無害化する水処理システムであって、
吸着素子が充填された槽であり、導入された前記被処理水から前記有機化合物を当該吸着素子に吸着させて処理水を排出する処理槽と、
前記吸着素子から付着水を脱水して除去するために前記処理槽にガスを通気させるガス通気部と、
前記吸着素子から前記有機化合物を脱着するために前記処理槽に水蒸気を通気させる水蒸気通気部と、
前記吸着素子から脱着された前記有機化合物を含有する脱着ガスを前記被処理水より前記有機化合物の濃度が高い濃縮水に濃縮する濃縮部と、
前記濃縮部から排出された濃縮水中の前記有機化合物を分解する分解処理装置と、を備え、
前記吸着素子は、繊維束から成る活性炭素繊維の構造体を含み、当該構造体が編物であることを特徴とする水処理システム。

【請求項2】

前記繊維束の直径が、１００〜６００μｍであることを特徴とする請求項１に記載の水処理システム。

【請求項3】

前記分解処理装置からの排出水を前記吸着素子に吸着させるルートを備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の水処理システム。

【請求項4】

前記吸着素子から除去した付着水を前記吸着素子に吸着させるルートを備えたことを徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の水処理システム。

【請求項5】

前記構造体が、フライス編による編物であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の水処理システム。

【請求項6】

前記分解処理装置が、前記濃縮水を曝気処理して前記有機化合物を揮発させて曝気ガスとして排出させる曝気装置と、前記曝気ガスを燃焼するガス燃焼装置とを備えていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の水処理システム。

【請求項7】

前記分解処理装置が、フェントン法、促進酸化法、および電気分解法のいずれか１つを用いて前記濃縮水を処理する処理装置であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項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、有機化合物を含有する水（被処理水、原水）から有機化合物を除去して浄化する装置に関し、特に各種工場、研究施設の排水、最終処分場の浸出水、地下水等から有機溶剤等の有機化合物を除去する装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

有機化合物などを含有する水を浄化する装置として、例えば特許文献１記載の吸脱着式の水処理装置が知られている。この水処理装置は、吸着素子に有機化合物を含有する水を通流させて有機化合物を吸着させる吸着工程と、その後有機化合物を吸着した吸着素子にガスを供給して吸着素子に付着する付着水を除去するパージ（脱水）工程と、高温の加熱ガスを供給して吸着素子に吸着された有機化合物を脱離させて吸着素子を再生する脱着工程とを実施し、これらの工程を繰返し行うことで、吸着素子を再生しながら、基本的に吸着素子の交換なしに、連続的に水の浄化ができる。

【0003】

特許文献１の水処理装置において、吸着素子に吸着除去された有機化合物は、再生時に吸着素子から脱離され、有機化合物を含んだガス（脱着ガス）として排出される。ここで、脱着媒体（加熱ガス）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、有機化合物を高濃度に含有した濃縮水として回収できるので、濃縮装置としても機能する（例えば、特許文献２および特許文献３）。さらに、濃縮水は燃焼装置や湿式酸化分解装置などの二次処理装置で二次処理され、有機化合物は無害化し、水処理システムとして完結する。

【0004】

水処理システムに上記濃縮装置を使用することで、被処理水を減容化し有機化合物濃度を縮減できるので、被処理水を直接、二次処理装置で処理する場合と比較して、システムの大型化を防ぎ省エネルギーに水処理が可能となる効果がある。このようなシステムにおいては、より濃縮倍率の高い濃縮装置を配置することによって、上記の効果が高まる。

【0005】

特許文献２や特許文献３などの濃縮装置では、脱着工程前に脱水を行い、吸着素子に付着する付着水を除去している。この脱水工程によって、吸着素子の付着水の脱離に必要な水蒸気量が減り、濃縮水に混入する付着水量が減るので濃縮倍率が高まる。そのため、付着水の脱水効率を向上することができれば、濃縮倍率が高まると言える。

【0006】

ここで、特許文献１〜３に開示の装置では、吸着速度が速く、高効率に有機化合物を除去できる活性炭素繊維を好適な吸着素子として使用している。本出願人らは、吸着素子として用いられる繊維径を太くした活性炭素繊維の不織布を開発し（特許文献４）、上述の水処理装置に適用することで、脱水効率の向上を可能としている（特許文献５）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特許第４５１２９９３号

【特許文献2】特開２０１４−２１７８３３

【特許文献3】特願２０１５−１２０１６２

【特許文献4】特許第５２５０７１７号

【特許文献5】特開２０１３−１１１５５１

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

上記のように、特許文献５より、不織布を構成する活性炭素繊維をより太くすることが、脱水効率が高まり、結果として濃縮倍率を向上させるに有効な手段と言える。しかし、特許文献４より、活性炭素繊維径を４０μｍを超えて太くすると、繊維が交絡せず、強度低下が起き、吸着素子として組織構造を保持しにくいことがわかる。そのため、活性炭素繊維径を４０μｍを超えて太くした吸着素子を用いると、上述の濃縮装置の処理槽への充填時や吸脱着操作の繰返しによって破損や繊維の脱落などの問題が発生することがある。

【0009】

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、破損や繊維の脱落が抑制され、濃縮倍率の向上が可能な吸着素子が充填された濃縮装置を備え、より小型で省エネルギーにて水処理が可能な水処理システムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明者らは鋭意検討した結果、以下に示す手段により、上記課題を解決できることを見出し、本発明に到達した。すなわち本発明は以下の構成からなる。

【0011】

１．有機化合物を含有する被処理水から、当該有機化合物を除去および無害化する水処理システムであって、
有機化合物を含有する被処理水を、繊維束から成る活性炭素繊維の構造体を含む吸着素子に通流させて、該吸着素子に前記有機化合物を吸着させて処理水を排出する吸着工程と、前記吸着素子にガスを通気させて、前記吸着素子の付着水を除去する脱水工程と、前記吸着素子に水蒸気を通気させて前記吸着素子に吸着された前記有機化合物を脱着した後凝縮し、前記被処理水よりも前記有機化合物の濃度が高い濃縮水を排出する脱着工程と、を繰返し実行する濃縮装置と、前記濃縮装置から排出された濃縮水中の前記有機化合物を分解する分解処理装置と、を備えたことを特徴とする水処理システム。
２．有機化合物を含有する被処理水から、当該有機化合物を除去および無害化する水処理システムであって、吸着材が充填された槽であり、導入された前記被処理水から前記有機化合物を当該吸着材に吸着させて処理水を排出する処理槽と、前記吸着素子から付着水を除去するために前記処理槽にガスを通気させるガス通気部と、前記吸着素子から前記有機化合物を脱着するために前記処理槽に水蒸気を通気させる水蒸気通気部と、前記吸着素子から脱着された前記有機化合物を含有する脱着ガスを前記被処理水よりも前記有機化合物の濃度が高い濃縮水に濃縮する濃縮部と、前記濃縮部から排出された濃縮水中の前記有機化合物を分解する分解処理装置と、を備え、前記吸着素子は、繊維束から成る活性炭素繊維の構造体を含む、ことを特徴とする水処理システム。
３．前記繊維束の径が、１００〜６００μｍである前記１または２に記載の水処理システム。
４．前記分解処理装置からの排出水を前記吸着素子に吸着させるルートを備えたことを特徴とする前記１から３のいずか１つに記載の水処理システム。
５．前記吸着素子から除去した付着水を、再度、前期吸着素子に吸着させるルートを備えた前記１まから４のいずれか１つに記載の水処理システム。
６．前記構造体が、織物または編物であることを特徴とする前記１から５のいずれか１つに記載の水処理システム。
７．前記構造体が、フライス編による編物であることを特徴とする前記１から５のいずれか１つに記載の水処理システム。
８．前記分解処理装置が、前記濃縮水を曝気処理して前記有機化合物を揮発させて曝気ガスとして排出させる曝気装置と、前記曝気ガスを燃焼するガス燃焼装置とを備えていることを特徴とする前記１から７のいずれか１つに記載の水処理システム。
９．前記分解処理装置が、フェントン法、促進酸化法、電気分解法のいずれか１つを用いて前記濃縮水を処理する処理装置であることを特徴とする前記１から７のいずれか１つに記載の水処理システム。

【発明の効果】

【0012】

本発明の上記構成によれば、吸着素子の破損や繊維の脱落を抑制し、吸着素子としての構造を保持でき、濃縮装置の濃縮倍率を向上できる。よって、濃縮水を処理する分解処理装置（二次処理装置）をより小型化でき、分解処理にかかるエネルギーを低減することができる、水処理システムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の実施の一形態の水処理システムの構成を示す図である。

【図2】本発明の実施の一形態の濃縮装置に用いる吸着素子における（ａ）編物の組織構造の例、（ｂ）織物の組織構造の例を示す図である。

【図3】本発明の実施の一形態の水処理システムが備える分解処理装置の一例を示す図である。

【図4】本発明の実施の一形態の水処理システムが備える分解処理装置の別の一例を示す図である。

【図5】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示すグラフである。

【図6】促進酸化法の処理効率（分解率）と必要電力の関係の一例を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0014】

本発明の実施形態について詳細に説明する。
本発明にかかる水処理システムは、有機化合物を含有する被処理水から、当該有機化合物を除去および無害化する水処理システムであり、濃縮装置と分解処理装置とを備えている。

【0015】

本発明に係る濃縮装置は、有機化合物を含有する被処理水を、繊維束から成る活性炭素繊維の構造体を含む吸着素子に通流させて、該吸着素子に前記有機化合物を吸着させて処理水を排出する吸着工程と、前記吸着素子にガスを通気させて、前記吸着素子の付着水を除去する脱水工程と、前記吸着素子に水蒸気を通気させて前記吸着素子に吸着された前記有機化合物を脱着した後凝縮し、前記被処理水よりも前記有機化合物の濃度が高い濃縮水を排出する脱着工程と、を繰返し実行する装置である。この構成により、吸着素子の交換無しに、水処理を連続的に行うことができる。

【0016】

また、本発明に係る濃縮装置は、以下の構成と言うこともできる。本発明に係る濃縮装置は、吸着材が充填された槽であり、導入された前記被処理水から前記有機化合物を当該吸着材に吸着させて処理水を排出する処理槽と、前記吸着素子から付着水を除去するために前記処理槽にガスを通気させるガス通気部と、前記吸着素子から前記有機化合物を脱着するために前記処理槽に水蒸気を通気させる水蒸気通気部と、前記吸着素子から脱着された前記有機化合物を含有する脱着ガスを前記被処理水よりも前記有機化合物の濃度が高い濃縮水に濃縮する濃縮部と、を備えた装置である。

【0017】

好ましい濃縮装置の構造としては、吸着素子を複数備えており、吸着工程と脱水工程と脱着工程とをダンパー等にて切替操作を行い、吸着、脱水、脱着を連続的に行う濃縮装置である。また、吸着素子が回転可能に構成されており、吸着工程で有機化合物を吸着した吸着素子の部位が、吸着素子の回転により、脱水、脱着工程へ移動する構造を有する濃縮装置も好ましい装置の構造である。

【0018】

本発明に係る分解処理装置は、濃縮装置から排出された濃縮水中の前記有機化合物を分解する装置である。一例としては、有機化合物質を含有する水を曝気処理し有機化合物を揮発させて曝気ガスとして排出させる曝気装置と、前記曝気ガスを燃焼するガス燃焼装置とを備えた処理装置である。別の例としては、フェントン法、促進酸化法、および電気分解法の少なくとも１つを用いて有機化合物質を含有する水を処理する湿式酸化分解装置である。分解処理装置によって、水中の有機化合物は分解され、水を清浄化できる。

【0019】

そこで、本実施形態では、以下に、本発明に係る濃縮装置の一例として、図１に示すダンパー切替方式の濃縮装置１００について説明する。また、本発明に係る分解処理装置の一例として、図３に示す曝気装置２１０とガス燃焼装置２２０とで構成される分解処理装置２００Ａ、および図４に示す促進酸化法を用いた湿式酸化分解装置である分化処理装置２００Ｂについて説明する。

【0020】

図１は、本発明の実施の一形態の水処理システム３００の構成を示している。図１に示すように、水処理システムは、濃縮装置１００と分解処理装置２００とを備えている。

【0021】

図１に示すように、濃縮装置１００は、それぞれ吸着素子１１、１２が充填された第１処理槽１０および第２処理槽２０を有している。処理槽の数は限定されない。第１処理槽１０および第２処理槽２０にはダンパーや弁（バルブＶ１〜Ｖ１２）等が取付けられており、吸着工程、脱水工程および脱着工程は、これらのダンパーや弁等の開閉操作を行うことで流路を切替える制御にて実行される。

【0022】

吸着素子１１、１２は、被処理水（原水）を接触させることで被処理水に含有される有機化合物を吸着する。濃縮装置１００では、第１処理槽１０に被処理水を被処理水導入ラインＬ１から供給することで有機化合物が吸着素子１１に吸着され、これにより被処理水が清浄化されて処理水排出ラインＬ２を通して処理水として排出される。同様に、第１処理槽２０に被処理水を被処理水導入ラインＬ１から供給することで有機化合物が吸着素子１２に吸着され、これにより被処理水が清浄化されて処理水排出ラインＬ２を通して処理水として排出される。

【0023】

濃縮装置１００は、吸着工程後に吸着素子１１，１２に付着した付着水をガスの通流により除去する脱水工程を実施する。第１処理槽１０および第２処理槽２０には、ガス供給ラインＬ５よりガスの通流が流通される。付着水をガスの通流により除去することにより、その後の加熱ガスによる有機化合物の脱着が容易になる。

【0024】

脱水工程で供給するガスは、空気、窒素、不活性ガス、水蒸気などが挙げられるが、特に限定しない。脱水工程で排出される付着水は、戻水返却ラインＬ６より濃縮装置１００入口の被処理水に戻すことが好ましい。かかる方法によれば、工程数を省略でき、効率的だからである。

【0025】

濃縮装置１００は、脱水工程後に吸着素子１１，１２に吸着した有機化合物を水蒸気の通流により脱着する脱着工程を実施する。第１処理槽１０および第２処理槽２０には、加熱ガス供給ラインＬ３より水蒸気が通流される。

【0026】

脱着工程で供給される水蒸気は、水蒸気もしくは水蒸気を加熱した過熱水蒸気などが挙げられる。脱着工程にて脱着された有機化合物は水蒸気と混合されて脱着ガスとして脱着ガス排出ラインＬ４を通じて、冷却器３０へ供給される。

【0027】

冷却器３０は脱着ガスを冷却する装置である。脱着ガスは冷却器３０にて冷却されて液化凝縮され、吸着素子１１，１２から脱着した有機化合物を含む水（濃縮水）として、濃縮装置１００から濃縮水排出ラインＬ７を通じて排出される。冷却器３０の冷却方式は特に限定しないが、例えば、冷媒（冷却水、冷水など）を使用して間接的に脱着ガスを冷却する方式を用いることができる。濃縮装置１００から濃縮水排出ラインＬ７を通じて排出された濃縮水は、分解処理装置２００に供給されて処理される。分解処理装置２００の例については後段で詳細に説明する。分解処理装置２００からの排水は返水ラインＬ８に濃縮装置１００入口の被処理水に戻してもよい。

【0028】

濃縮装置１００では、吸着素子が複数（ここでは２つ）の処理槽に分割して充填され、吸着工程を行う処理槽（吸着槽）と脱水および脱着工程を行う処理槽（脱着槽）とを交互に切替える構成となっている。しかし、例えば、処理槽を単槽とし、脱水および脱着工程中は被処理水を一時的にタンクなどに貯水し、次の吸着工程に一時貯水された被処理水も併せて吸着処理する構成であってもよい。

【0029】

吸着素子１１，１２は、繊維束から成る活性炭素繊維の構造体を有する。吸着素子１１，１２は、性能面から活性炭素繊維を用いる。つまり、活性炭素繊維は表面にミクロ孔を有することと構造であることで、水との接触効率が高く、特に水中の有機化合物の吸着速度が速くなり、他の吸着材に比べて、極めて高い除去効率を発現できる。

【0030】

吸着素子１１，１２に用いる繊維束から成る活性炭素繊維の構造体は、原料である繊維を、後述する構造体に加工し、炭化・賦活して得ることができる。

【0031】

吸着素子１１，１２に用いる繊維束から成る活性炭素繊維の構造体の原料となる繊維は、特に限定されるものではないが、フェノール系繊維、セルロース系繊維、アクリロニトリル系繊維、ピッチ系繊維が好ましい。中でもフェノール系繊維がさらに好ましい。炭化・賦活後の活性炭素繊維の収率が高く、繊維強度が強いからである。

【0032】

前記フェノール系繊維としては、フェノール樹脂に脂肪酸アミド類、リン酸エステル類、セルロース類よりなる群から選択される少なくとも１種の化合物（配合物）を混合した混合物を紡糸して得られるフェノール系繊維を原糸としてもよい。さらに繊維強度が高まるからである。

【0033】

繊維束から成る活性炭素繊維の構造体は、糸で形成された組織構造体であるのが好ましい。編物もしくは織物であるのがより好ましい。均一に繊維が交絡された不織布と比較して、糸で形成された組織構造のため、吸着素子内の活性炭素繊維の適度に粗密構造をとり、尚且つ規則正しく活性炭素繊維が配列する構造をとるので、低圧損となり、結果として脱水効率が高くなるからである。さらに編物が好ましい。同じ長さの経糸と緯糸の交錯によって格子状の組織構造が形成される織物と比較して、縦もしくは横方向に糸を編んで組織構造を形成する編物の方が、上述した粗密構造をとりやすいので、より低圧損で脱水効率が高くなるからである。繊維束から成る活性炭素繊維の構造体は、上記に限定されず、例えば、糸を固めてシート状にしたものであってもよい。

【0034】

繊維束から成る活性炭素繊維の構造体が織物である場合、織物の組織は、一重組織、重ね組織、添毛組織、からみ組織など挙げられ、特に限定されるものではない。織物の例を図２の（ｂ）に示す。

【0035】

繊維束から成る活性炭素繊維の構造体が編物である場合、編物の組織構造は、フライス編（ゴム編）、天竺編（平編）、両面編（パール編）に分類されるニットの他、タック、ウェルトも含むよこ編、デンビー編、コード編、アトラス編などを含むたて編、またこれらの編組織を複合した編物（例えば、フライスとタック編を複合した両畦編など、が挙げられる。特に限定されるものではないが、フライス編が好ましい。適度な粗密構造をとるからである。編物の例を図２の（ａ）に示す。

【0036】

吸着素子１１，１２に用いる繊維束から成る活性炭素繊維の構造体における繊維束の太さは、１００〜６００μｍが好ましい。１００μｍ未満の場合、繊維束の強度が低下し、吸着材として組織構造を保持できない可能性が生じ、６００μｍを超えると、より粗密構造をとるので、吸着工程時に被処理水のショートパスが生じるなどの吸着性能が低下する可能性があるからである。ここで、繊維束の太さは、構造体のＳＥＭ写真を用いて、複数個所の直径（太さ）の測定から求めることができる。他の方法にて計測してもよい。

【0037】

また、繊維束として糸を用いる場合、糸は所定の番手の一本の糸で形成される単糸や、二本以上の単糸を撚って形成される撚糸などが挙げられるが、上記の繊維束から成る活性炭素繊維の構造体における繊維束の太さに収まれば、特に限定しない。また、原料の糸の繊度は、綿繊度で４０番手単糸〜５番手単糸、またその繊度に相当する撚糸（２０番手双糸など）が想定されるが、炭化・賦活によって、糸径が収縮するため、原料の繊度は、活性炭素繊維の構造体として、好適な糸径の範囲となる繊度であればよい。

【0038】

吸着素子１１，１２に用いる繊維束から成る活性炭素繊維の構造体の上記以外の物性は特に限定されるものではないが、ＢＥＴ比表面積が９００〜２５００ｍ^２／ｇで、細孔容積が０．４〜０．９ｃｍ^３／ｇで平均細孔経が１４〜１８Åのものが好ましい。ＢＥＴ比表面積が９００ｍ^２／ｇ未満、細孔容積が０．４ｃｍ^３／ｇ未満、細孔径が１４Å未満では、有機化合物の吸着量が低くなる。ＢＥＴ比表面積が２５００ｍ^２／ｇを超え、細孔容積が０．９ｃｍ^３／ｇを超え、細孔径が１８Åを超えると、細孔径が大きくなることで、有機化合物の吸着能力が低下したり、吸着素子の強度が弱くなったり、また素材のコストが高くなったりと、経済的では無くなる。

【0039】

濃縮装置１００が処理する被処理水に含まれる有機化合物は、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、ポリ塩化ジベンゾパラジオキシン (PCDD)、ポリ塩化ジベンゾフラン (PCDF)、ダイオキシン様ポリ塩化ビフェニル (DL-PCB)などのダイオキシン類、テトラサイクリン、オセルタミビル、リン酸オセルタミビル、ベザフィブラート、トリクロサンなどの抗生物質、ベザフィブラート、フェノフィブラートなどの抗脂血症剤成分、ジクロフェナク、サリチル酸、アセトアミノフェンなどの解熱鎮痛剤成分、カルバマゼピンなどの抗てんかん剤成分、フミン酸、フルボ酸などのフミン物質、ヘキサメチレンテトラミン、ジオスミン、２−メチルイソボルネオールなどが、一例として挙げられる。本実施形態の濃縮装置１００が処理する被処理水に含まれる有機化合物は、これらのうちの１種類あるいは複数種類であってもよい。

【0040】

図３および図４は、それぞれ、水処理システム３００が備えた分解処理装置２００の一例である、分解処理装置２００Ａ、分解処理装置２００Ｂを示す構成図である。

【0041】

図３に示すように、分解処理装置２００Ａは、曝気装置２１とガス燃焼装置２２とを備えている。濃縮装置１００から排出される濃縮水を曝気装置２１で曝気して有機化合物をガス化させ、ガス燃焼装置で燃焼することで有機化合物を分解する処理装置である。

【0042】

曝気装置２１は、濃縮装置１００から排出された、濃縮水排出ラインＬ７を通して供給される濃縮水を処理するための装置であり、曝気槽２１１と曝気槽２１１へ気泡ガスを供給するガス供給器２１２を有している。曝気槽２１１では、供給された濃縮水がガス供給器２１２から発生する気泡と接触し、濃縮水中の有機化合物がガスへ移行する。曝気槽２１１は、有機化合物濃度が低減された水（曝気水）と有機化合物を含んだ曝気ガスとを排出する。曝気水は、返水ラインＬ８を通して濃縮装置１００の被処理水として再供給する構成が好ましい。

【0043】

ガス燃焼装置２２は、曝気装置２１から排出された曝気ガスを処理するための装置である。ガス燃焼装置２２は、熱交換器２２１と加熱炉２２２とを備えている。曝気槽２１から排出された曝気ガスは曝気ガス排出ライン９Ｌを通ってガス燃焼装置２２に供給され、曝気ガスは熱交換器２２１にて熱交換により予熱され、加熱炉２２２にて所定温度にてガス中の有機化合物を酸化分解することで清浄化された処理ガスを清浄ガス排出ラインＬ１０から排出する。処理ガスは熱交換器２２１を通過して曝気ガスと熱交換された後、装置外へ排出される。

【0044】

ガス燃焼装置２２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、曝気ガスを６５０〜８００℃の高温で直接的に酸化分解させる直接燃焼装置、白金触媒等を利用して曝気ガスを触媒酸化反応させて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曝気ガスを触媒酸化反応させて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。

【0045】

図４は、分解処理装置２００の別の一例である分解装置２００Ｂの構成を示す図である。分解処理装置２００Ｂは、濃縮装置１００から排出される濃縮水を装置内で発生させたラジカル類によって水中の有機化合物を酸化分解する、促進酸化法を用いた湿式酸化分解装置である。

【0046】

図４に示すように、分解装置２００Ｂは反応槽３１を備えている。さらに、ラジカル類を発生させる機器としてオゾン発生器３２、紫外線ランプ３３、薬剤供給器３４のうち、１つ以上を備える。
ここでいう薬剤は過酸化水素などの酸化剤である。反応槽３１では、オゾン、薬剤、紫外線などが供給されることで、水中にヒドロキシラジカルなどのラジカル類が発生し、濃縮水中の有機化合物はラジカル類と酸化反応することで分解され、有機化合物濃度が低減された水を排出する。詳しくは説明しないが、フェントン法、電気分解法を用いた装置もラジカル類を発せさせて水中の有機化合物を酸化分解する湿式酸化分解装置である。

【0047】

分解処理装置２００Ｂにて処理されて有機化合物濃度が低減された水（分解水）は、返水ラインＬ８を通して濃縮装置１００の被処理水として再供給する構成が好ましい。

【0048】

図５は、オゾン添加量に対する有機化合物濃度の低減傾向の一例を示すグラフである。図５に示す通り、処理開始初期においては、有機化合物の低減量が多いが、有機化合物濃度の低減に伴い、低減量は小さくなる傾向を示すことが知られている。図５を基に、処理効率（分解率）と必要電力の関係の一例を図６に示す。図５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必要となる。これは、曝気装置２１についても同様の傾向示すことが知られている。そのため、高効率（例えば、９９．９％以上の除去効率）に有機化合物を処理する場合は、分解処理装置２００，２００Ａ，２００Ｂの除去効率を高めるよりも、濃縮装置１００にて吸着処理した方が効率的である。
従って、分解処理装置２００，２００Ａ，２００Ｂの処理水（曝気水、分解水）は、濃縮装置１００へ供給される被処理水と同等の有機化合物濃度まで除去できる処理効率でよく、高除去効率に処理する必要はない。

【0049】

図１から６を用いて説明した以上の本実施形態では、説明の簡略のため、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示していないが、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。

【0050】

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】

【0051】

以下に実施例を示し、本発明をより具体的に説明する。後段で説明する実施例および比較例についての各測定は、下記の方法により行った。

【0052】

（繊維束の太さ）
繊維束太さ（直径）は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて撮影を行い、ＳＥＭ画像に映し出された多数の繊維束からランダムに１００本の繊維束を選び、繊維束直径を測定し、その平均を繊維束の直径とした。

【0053】

（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。

【0054】

（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。

【0055】

（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（ｍ^２／ｇ）

【0056】

（有機化合物濃度）
装置入口・出口の水中の有機化合物濃度は、ガスクロマトグラフ法により分析し測定した。

【0057】

（付着水分量）
付着水分量は、脱水操作後の吸着材の重量を測定し、以下の式で求めた。
付着水分量（ｇ／ｇ）＝脱水操作後の吸着材重量（ｇ）／絶乾時の吸着材重量（ｇ）

【0058】

［実施例１］
本実施例１では、水処理システム３００として、図１に示す濃縮装置１００と、図３に示す曝気装置２１およびガス燃焼装置２２で構成された分解処理装置２００Ａと、を備えたシステムを構成した。さらに、本実施例１では、分解処理装置２００Ａにおいて、ガス処理装置２２として触媒酸化装置、触媒として白金を使用し、加熱は電気ヒーターを使用した。

【0059】

まず、フェノール系繊維を用いた綿繊度２０番手の糸を使用したフライス編を炭化および賦活処理して、糸径（繊維束の直径）２５０μｍの糸（繊維束）であり、比表面積１５００ｍ^２／ｇの活性炭素繊維シート（繊維束から成る活性炭素繊維の構造体）を作製した。この活性炭素繊維シート２０ｋｇを積層した吸着素子を２つ作製し、図１に示す濃縮装置１００の処理槽１０，２０それぞれに設置した。なお、活性炭素繊維シートの細孔容積は、０．６０ｃｍ^３／ｇであり、平均細孔径は、１５Åであった。

【0060】

吸着工程では、５００ｍｇ／ｌのイソプロピルアルコールを含む原水を３０００Ｌ／ｈで導入した。その際の処理水のイソプロピルアルコール濃度は、０．５ｍｇ／Ｌ以下であり、９９．９％以上の除去が可能な良好な結果であった。

【0061】

次に、脱水工程では、０．１ＭＰａの水蒸気を供給し、吸着素子に付着する水分を脱水除去し、原水へ返送した。その際の付着水分量は、後段の表１に示す通り１．８ｇ／ｇであった。

【0062】

次に、脱着工程では、０．１ＭＰａの水蒸気を供給した。脱着されたイソプロピルアルコールと水蒸気とは冷却器３０にて液化凝縮され、濃縮水として回収した。その際の濃縮水量は１２０Ｌ／ｈ、イソプロピルアルコール濃度は１２５００ｍｇ／Ｌであり、原水に対して２５倍に濃縮されたことがわかった。なお、各処理槽は、脱着工程が完了した後、再び吸着工程へ移行して繰り返し処理を実施した。また、各処理槽は交互に脱着工程と吸着工程とを実施した。

【0063】

次に、回収した濃縮水を図３に示す分解処理装置２００Ａに供給して処理した。濃縮水を、水蒸気を使用して６０℃加温された曝気槽２１１へ供給し、曝気処理された曝気水として回収した。その際の曝気水のイソプロピルアルコール濃度は５００ｍｇ／Ｌ以下であった。また、曝気水は濃縮装置１００の原水に返送した。

【0064】

曝気ガスはガス燃焼装置２２に供給されて３００℃に加熱された後、触媒によって酸化分解され、清浄空気として排出された。

【0065】

一連の処理を、１００時間実施した。１００時間においても出口イソプロピルアルコール濃度は、０．５ｍｇ／Ｌ以下であり、安定して除去できる結果であった。後段の表１に示す通り、濃縮装置１００の脱着に必要な水蒸気量は１０５ｋｇ／ｈ、曝気装置２１の加温に必要な水蒸気量は２８ｋｇ／ｈ、ガス燃焼装置２２の加熱に必要な電気ヒーターの使用電力量は２０ｋｗであった。

【0066】

［実施例２］
本実施例２では、水処理システム３００として、図１に示す濃縮装置１００と、図４に示す促進酸化法を使用した促進酸化装置である分解処理装置２００Ｂとを備えたシステムを構成した。また、本実施形態２では、分解処理装置２００Ｂは、反応槽３１に加え、オゾン発生器３２および過酸化水素使用した薬剤供給器３４を備えた装置として構成した。

【0067】

まず、フェノール系繊維を用いた綿繊度２０番手の糸を使用したフライス編を炭化および賦活処理して、糸径（繊維束の直径）２５０μｍの糸（繊維束）であり、比表面積１５００ｍ^２／ｇの活性炭素繊維シート（繊維束から成る活性炭素繊維の構造体）を作製した。この活性炭素繊維シート２０ｋｇを積層した吸着素子を２つ作成し、図１の濃縮装置１００の処理槽１０，２０それぞれに設置した。なお、活性炭素繊維シートの細孔容積は、０．６０ｃｍ^３／ｇであり、平均細孔径１５Åであった。

【0068】

吸着工程では、５ｍｇ／lの１，４−ジオキサンを含む原水を８０００Ｌ／ｈで導入した。その際の出口１，４−ジオキサン濃度は、０．０５ｍｇ／Ｌ以下であり、９９．９％以上の除去が可能な良好な結果であった。

【0069】

次に、脱水工程では、０．１ＭＰａの水蒸気を供給し、吸着素子に付着する水分を脱水除去し、原水へ返送した。その際の付着水分量は、後段の表１に示す通り１．８ｇ／ｇであった。

【0070】

次に、脱着工程では、０．１ＭＰａの水蒸気を供給した。脱着された１，４−ジオキサンと水蒸気とは冷却器３０にて液化凝縮され、濃縮水として回収した。その際の濃縮水量は１２０Ｌ／ｈ、１，４−ジオキサン濃度は３３０ｍｇ／Ｌ以上であり、原水に対して６５倍以上に濃縮されたことがわかった。なお、各処理槽は、脱着工程が完了した後、再び吸着工程へ移行して繰り返し処理を実施した。また、各処理槽は交互に脱着工程と吸着工程とを実施した。

【0071】

次に、回収した濃縮水を図４に示す分解処理装置２００Ｂへ供給して処理した。分解処理装置２００Ｂの、オゾン発生器３２からオゾン、および薬剤供給器３４から過酸化水素を反応槽３１へ供給し、濃縮水中の有機化合物を酸化分解し、分解水として回収した。回収した分解水中の１，４−ジオキサン濃度は５ｍｇ／Ｌ以下であった。回収した分解水は濃縮装置１００の原水へ返送した。

【0072】

一連の処理を、１００時間実施した。１００時間においても出口１，４−ジオキサン濃度は、０．０５ｍｇ／Ｌ以下であり、安定して除去できる結果であった。後段の表１に示す通り、濃縮装置１００の脱着に使用する水蒸気量は１０５ｋｇ／ｈ、実施例２の分解処理装置２００Ｂのオゾン発生に必要な電力は０．６ｋｗであった。

【0073】

［比較例１］
フェノール系繊維であり、繊維径２０μｍ、比表面積１５００ｍ^２／ｇの不織布である活性炭素繊維シート２０ｋｇを積層した吸着素子を作成し、図１と同様の構成の濃縮装置に設置した。吸着工程では、５００ｍｇ／lのイソプロピルアルコールを含む原水を３０００Ｌ／ｈで導入した。その際の処理水のイソプロピルアルコール濃度は、０．５ｍｇ／Ｌ以下であり、９９．９％以上の除去が可能な良好な結果であった。

【0074】

次に、脱水工程では、０．１ＭＰａの水蒸気を供給し、吸着素子に付着する水分を脱水除去し、原水に返送した。その際の付着水分量は、後段の表２に示す通り２．４ｇ／ｇであった。

【0075】

次に、脱着工程では、０．１ＭＰａの水蒸気を供給した。脱着されたイソプロピルアルコールと水蒸気とは冷却器３０にて液化凝縮され、濃縮水として回収した。その際の濃縮水量は１７０Ｌ／ｈ、イソプロピルアルコール濃度は８８００ｍｇ／Lであり、原水に対して１７倍に濃縮されたことがわかった。なお、各処理槽は、脱着工程が完了した後、再び吸着工程へ移行して繰り返し処理を実施した。また、各処理槽は交互に脱着工程と吸着工程とを実施した。

【0076】

次に、濃縮水を、実施例１と同じ分解処理装置２００Ａにて処理したところ、実施例１と同様の処理性能であった。

【0077】

一連の処理を、１００時間実施した。１００時間においても出口イソプロピルアルコール濃度は、０．５ｍｇ／Ｌ以下であり、安定して除去できる結果であった。しかし、後段の表２に示す通り、比較例１の濃縮装置の脱着に必要な水蒸気量は１２５ｋｇ／ｈ、の曝気装置２１の加温に必要な水蒸気量は４０ｋｇ／ｈ、ガス燃焼装置２２の加熱に必要な電気ヒーターの使用電力量は２９ｋｗと、実施例１と比べて処理エネルギーが必要であった。

【0078】

［比較例２］
フェノール系繊維であり、繊維径２０μｍ、比表面積１５００ｍ^２／ｇの不織布である活性炭素繊維シート２０ｋｇを積層した吸着素子を作成し、図１と同様の構成の濃縮装置に設置した。吸着工程では、５ｍｇ／lの１，４−ジオキサンを含む原水を１５００Ｌ／ｈで導入した。その際の出口１，４−ジオキサン濃度は、０．０５ｍｇ／Ｌ以下であり、９９．９％以上の除去が可能な良好な結果であった。

【0079】

次に、脱水工程では、０．１ＭＰａの水蒸気を供給し、吸着素子に付着する水分を脱水除去した。その際の付着水分量は、後段の表２に示す通り２．４ｇ／ｇであった。

【0080】

次に、脱着工程では、０．１ＭＰａの水蒸気を供給した。脱着された１，４−ジオキサンと水蒸気とは冷却器にて液化凝縮され、濃縮水として回収した。その際の濃縮水量は１７０Ｌ／ｈ、１，４−ジオキサン濃度は２３５ｍｇ／Ｌであり、原水に対して４７倍に濃縮されたことがわかった。なお、各処理槽は、脱着工程が完了した後、再び吸着工程へ移行して繰り返し処理を実施した。また、各処理槽は交互に脱着工程と吸着工程とを実施した。

【0081】

次に、濃縮水を実施例２と同じ分解処理装置２００Ｂにて処理したところ、実施例２と同様の処理性能であった。

【0082】

一連の処理を、１００時間実施した。１００時間においても出口イソプロピルアルコール濃度は、０．５ｍｇ／Ｌ以下であり、安定して除去できる結果であった。しかし、後段の表２に示す通り、比較例２の濃縮装置の脱着に必要な水蒸気量は１２５ｋｇ／ｈ、湿式酸化分解装置３００のオゾン発生に必要な電力は１ｋｗと、実施例２と比べて処理エネルギーが必要であった。

【0083】

【表1】

【0084】

【表2】

【0085】

なお、上記開示した実施形態および各実施例はすべて例示であり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有効であり、特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内のすべての変更・修正・置き換え等を含むものである。

【産業上の利用可能性】

【0086】

本発明による濃縮装置は、各種工場や研究施設の排水、最終処分場の浸出水、地下水等から有機溶剤等の有機化合物を除去する装置に好適に利用することができ、産業界に大いに寄与できる。

【符号の説明】

【0087】

１０ 第１処理槽
２０ 第２処理槽
１１，１２ 吸着素子
２１ 曝気装置
２２ ガス燃焼装置
３１ 反応槽
１００ 濃縮装置
２００，２００Ａ，２００Ｂ 分解処理装置
３００ 水処理システム
Ｌ１ 被処理水導入ライン
Ｌ２ 処理水排出ライン
Ｌ３ 加熱ガス供給ライン
Ｌ４ 脱着ガス排出ライン
Ｌ５ ガス供給ライン
Ｌ６ 戻水返却ライン
Ｌ７ 濃縮水排出ライン
Ｌ８ 返水ライン
Ｌ９ 曝気ガス排出ライン
Ｌ１０ 清浄ガス排出ライン
Ｖ１〜Ｖ１２ バルブ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】