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JP3548493B2 - Wastewater treatment method - Google Patents
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排水を浄化処理する方法に関するものである。詳細には、有機および/または無機の被酸化性物質を含有する排水を、固体触媒を用いて酸素含有ガスの供給下で湿式酸化処理する方法に関し、殊に再生処理を適宜実施することによって処理性能が低下した固体触媒を効果的に再生し、長期間安定的に排水を処理することのできる方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
有機や無機の被酸化性物質を含有する排水を処理する方法としては、例えば生物学的処理法や湿式酸化法などが知られている。このうち生物学的処理法は、排水中の被酸化性物質を分解するのに長時間を要し、しかも低濃度のものしか処理できないので、排水が高濃度の被酸化性物質を含む場合、適切な濃度に希釈する必要があり、これらの為に処理施設の設備面積が広大になるという欠点を有する。また、使用する微生物は気温等の影響を大きく受けるため、安定した運転を続けることは困難であった。
【0003】
一方、湿式酸化法は、高温・高圧下、酸素の存在下で排水を処理し、排水中の被酸化性物質を酸化および/または分解処理(以下、「酸化・分解処理」と略記することもある)する方法である。この方法において、反応速度を速め且つ反応条件を緩和する手段として、例えば酸化物を用いた触媒やこれら酸化物と貴金属元素等を組み合わせた触媒を使用する触媒湿式酸化法等が提案されている。
【0004】
しかしながら、この方法で排水中に含有する種々の被酸化性物質を酸化・分解処理して排水を浄化するには、170℃以上の処理温度で処理する必要があり、このため処理圧力も1MPa(Gauge)を越える圧力が必要であることが多かった。例えば、特開平11−347574号には、チタニアに白金を担持した触媒を用い、170℃の処理温度下で酢酸を湿式酸化処理する方法が記載されているが、この技術では依然として比較的高温の処理条件が必要であり、更に170℃未満の低温・低圧条件で高度処理が可能な排水の処理方法の開発が望まれている。
【0005】
こうしたことから本発明者らも、新規触媒および新規処理方法について従来から検討してきた。その結果、より反応条件を緩和できる手段の1つとして、活性炭を含有した固体触媒を用いた場合には、170℃未満の低温・低圧の処理条件下で、有機や無機の被酸化性物質に対して特異的に高活性であることを確認できた。
【0006】
ところで、活性炭を含有した固体触媒を用いた場合には、従来の湿式酸化条件下では活性炭自身が燃焼するという問題が有り、長期間安定的に活性炭を湿式酸化用触媒として使用することは不可能であった。そこで本発明者らは、活性炭を含有する固体触媒を用いて処理した後の排ガス中の酸素濃度を0〜5%に維持することで活性炭自身の燃焼を抑制し、効率良く排水を処理できることを見出し、その技術的意義が認められたので先に出願している(特願平12−5198号)。
【0007】
こうした技術の開発によって、有機および/または無機の被酸化性物質を含有する排水を低温・低圧条件下でも高度に処理することが可能となった。しかしながら、近年では更なる長期間の触媒の高活性維持および排水の高度処理が望まれているのも事実である。例えば、排水が難分解性の被酸化性物質を含有する場合、排水の高度処理を実現する為には、処理温度条件を比較的高温とする必要がある。このような場合には、活性炭を含有する触媒の耐久性は低下する傾向にある。また、活性炭は排水中の被酸化性物質を吸着する性質を有するが、吸着した被酸化性物質の分解速度が非常に遅い場合、触媒の酸化・分解処理活性が次第に低下するという問題もある。更に、排水の処理を長期間行なった場合、装置トラブルや運転ミスなどの排水処理上のトラブルから、活性炭を含有する触媒の活性を失活させることも予想される。こうしたことから、活性の低下した活性炭含有触媒の活性を再活性化する、優れた方法の開発が望まれている。
【0008】
このような問題を解決する為に、これまでにもいくつかの触媒再生方法が提案されている。例えば、特公平3−66018号には、触媒を塩酸、硝酸、リン酸、酢酸およびプロピオン酸よりなる群から選ばれる少なくとも1種を含む酸水溶液を用いた酸洗処理と、ヒドラジン水和物、ホルムアルデヒド、水素化ホウ素ナトリウム、水素化アルミニウムリチウム、酒石酸ナトリウム、ブドウ糖、ギ酸カリウムおよびギ酸ナトリウムよりなる群から選ばれる少なくとも1種を含む水溶液を用いた液相還元処理、或は水素および/または一酸化炭素を含む気体の還元剤を用いた気相還元処理とを組み合わせた方法が提案されている。
【0009】
しかしながら、この方法の還元処理は、活性炭を含有する触媒の活性を回復するには十分ではなく、逆に触媒の活性劣化を引き起こす恐れもあった。また水素や一酸化炭素などのガスを用いた還元処理は、触媒を実際の排水処理装置に充填したままの状態で実施することは困難で、実際に行うには、触媒を反応塔内から抜き出して還元処理専用の還元焼成炉等を用いる必要があり、事実上、実施不可能であった。また、特公平4−45214号には、触媒をギ酸および/またはシュウ酸を含む水溶液に40〜85℃で接触させた後、加熱処理することでギ酸および/またはシュウ酸を分解させ、触媒の還元処理を行なう方法が提案されている。しかしながら、こうした触媒再生法も、活性炭を含有する触媒の活性を回復するには十分ではなく、逆に触媒の活性劣化や装置材質の腐食を引き起こす場合もあった。
【0010】
一方、特開平9−10602号には、過剰酸素による酸化によって活性の低下した固体触媒を、硫酸アンモニウム、塩化アンモニウムおよび炭酸アンモニウムよりなる群から選ばれたるなくとも1種のアンモニウム塩、またはそのアンモニウム塩とアンモニアを含有し、且つpHが3〜10である再生液を用いて、実質的に酸素非供給下で、触媒に接触させることにより触媒の再生を行なう方法が提案されている。この方法は、活性炭を含有する触媒の再生に対して若干の効果は認められるものの、更なる効果的な方法の実現が望まれている。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、有機および/または無機の被酸化性物質を含有する排水を、比較的低温・低圧である170℃未満の処理温度、該排水が液相を保持する圧力下で、活性炭を含有する固体触媒を用いて酸化・分解処理するに際し、酸化・分解処理活性の低下した固体触媒を効果的に再生することによって、長期間安定的に排水を浄化することのできる排水の処理方法を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成し得た本発明の排水の処理方法とは、排水中に含まれる有機および/または無機の被酸化性物質を、触媒を用いて酸化および/または分解処理する排水の処理方法において、50℃以上170℃未満の処理温度、該排水が液相保持する圧力下で、酸素含有ガスを供給して活性炭を含有する触媒を用いて排水を処理すると共に、易分解性の被酸化性物質を含有する触媒再生液を固体触媒に供給し、55℃以上200℃未満の温度で前記固体触媒を再生しつつ操業する点に要旨を有するものである。
【0013】
本発明方法を実施するに当たり、前記触媒再生液が触媒層出口で残留するようにして操業することが好ましい。また固体触媒の再生処理温度は、排水処理温度より5〜100℃高い温度であることが望ましい。本発明で用いる触媒再生液としては、アルコール類を含有する液が挙げられる。更に、活性炭を含有する固体触媒を用いて排水を処理した後の排気ガス中の酸素濃度を0〜5vol%の範囲に維持して操業することが望ましい。
【0014】
本発明方法では、触媒再生液を触媒層に供給した際に、酸素含有ガスまたは酸素非含有ガスを供給し、これら供給ガス中の酸素量が、[供給ガス中の酸素量]/[触媒再生液の処理効率が最大になるときの触媒再生液の酸素消費量]=0〜1.3の範囲となるように設定することが望ましい。また、本発明では、前記固体触媒を充填した触媒層における気液の流通方法が、気液下向並流であることが望ましい。
【0015】
尚、本発明で用いる固体触媒は、基本的に活性炭を含有するものであるが、更にPt,Pd,Rh,Ru,Ir,AgおよびAuよりなる群から選択される1種以上の元素を含有するものであることが望ましい。
【0016】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、50℃以上170℃未満の湿式酸化処理条件下、活性炭を含有する固体触媒を用いて被酸化性物質を酸化・分解処理するに際し、酸化・分解性能が低下した固体触媒を効果的に再生することのできる方法について種々検討を重ねた。その結果、易分解性の被酸化性物質を含有する触媒再生液を固体触媒に供給し、55℃以上200℃未満の温度で前記固体触媒を再生しつつ操業すれば、上記目的が見事に達成されることを見出し、本発明を完成した。また、より効果的には、前記触媒再生液が触媒層出口で残留するようにして操業すれば良いことも見出した。
【0017】
本発明方法で触媒を再生するに当たり、上記の様に「易分解性の被酸化性物質を含有する触媒再生液を固体触媒に供給する」ことが必要であり、また「触媒再生液が触媒層出口で残留するようにする」ことがより好ましいのであるが、まずこの点について説明する。触媒の活性が低下する原因としては、次のことが挙げられる。その第1として、湿式酸化処理で気相中の酸素および触媒表面に吸着した酸素の影響により、触媒が酸化されることであり、特に活性炭が酸化を受けやすいものと予想される。また第2に、長期間処理を実施すると、排水中に含有されるような難分解性の被酸化性物質が触媒活性点を覆い、触媒活性が低下することが考えられる。
【0018】
本発明では、触媒再生液を触媒と接触させて処理を行なうことで触媒を改質し、しかも触媒に吸着した上記物質を脱離し易くする効果が発揮される。即ち、酸素含有ガスの非供給下もしくは不足条件下では、例えば触媒再生液が熱分解して生成した物質により、触媒上に吸着したものを分解等し、脱離し易くするものと考えられる。また、酸素含有ガス供給下では、易分解性の触媒再生液は酸化反応し易いため、触媒反応を促進させる効果を有するものと考えられる。これにより触媒上に吸着した難分解性の被酸化性物質も同時に酸化・分解処理され易くなると考えられる。またこうした効果を十分に発揮させる為には、「触媒再生液が触媒層出口で残留するようにする」程度の触媒再生液を供給することが好ましく、残留しない程度の供給量では上記効果が十分に発揮され難くなる。また、こうした構成を採用することによって、易分解性の触媒再生液が触媒を保護し、多少高温の再生処理条件であっても触媒の活性低下を防ぎ、むしろ触媒の処理を行って触媒の活性向上を促進するものと考えられる。
【0019】
尚、触媒再生液が触媒層出口において残留しない条件においても、固体触媒層の大部分で触媒再生液の易分解性物質と固体触媒が接触できる場合には、或る程度の活性向上を図ることができるものである。これは、固体触媒層の触媒全部を再生せずとも、易分解性物質の供給程度に応じた量の触媒を再生することで、排水の処理効率の向上を図ることができるためである。
【0020】
本発明で用いる固体触媒は、少なくとも活性炭を触媒成分として含有するものであれば良い。また、活性炭の種類については、特に限定されるものではなく、例えば、木炭、ヤシガラ炭、石炭、コークス、ピート、リグナイト、ピッチ等を原料とするものが挙げられ、またアクリロニトリル系活性炭素繊維やフェノール系活性炭素繊維、セルロース系活性炭素繊維、ピッチ系活性炭素繊維等の炭素繊維系の活性炭であっても良い。また、固体触媒の形状についても、球状、粒状、ペレット状、リング状、破砕状、ハニカム状等、様々な形状のものが使用可能である。
【0021】
本発明では、活性炭のみからなる固体触媒を用いても、被酸化性物質の種類や濃度によっては、それを酸化・分解処理するのに必要な酸化活性を示すものとなるが、本発明で用いる固体触媒としては、Pt、Pd、Rh、Ru、Ir、AgおよびAuよりなる群から選択される1種以上の元素をさらに含有することも有効であり、これによって触媒活性をより高めた触媒とすることができる。これにより、排水中に含まれる被酸化性物質の酸化・分解処理効率を向上することができると共に、処理温度を更に下げることができるので望ましい。これらの元素の含有量は特に限定されないが、固体触媒中に好ましくは0.01〜5質量%、より好ましくは0.05〜2質量%の割合で含有されていることが望ましい。また上記固体触媒には、チタン、ジルコニウム、アルミニウム、ケイ素、鉄、マンガン、クロム、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、セリウム、プラセオジウム、テルルおよびビスマスよりなる群から選ばれる1種以上の元素を含有させることもできる。
【0022】
本発明で対象とする「被酸化性物質」とは、酸化・分解処理によって浄化できる有機および/または無機の化合物を意味し、また有機化合物、硫黄化合物、窒素化合物等とも表現することができ、更には特に限定されるものではないが、有機ハロゲン化合物や有機燐化合物などであっても良い。具体的には、例えばメタノール、エタノール、アセトアルデヒド、ギ酸、アセトン、酢酸、プロピオン酸、テトラヒドロフラン(THF)、フェノール等の有機化合物;アンモニア、ヒドラジン、亜硝酸イオン、ジメチルホルムアミド(DMF)、ピリジン等の窒素化合物;チオ硫酸イオン、硫化ナトリウム、ジメチルスルホキシド、アルキルベンゼンスルホン酸塩等の硫黄化合物、等を挙げることができる。これらは、水中に溶解していても、また懸濁物質として存在していても良い。
【0023】
本発明方法では、基本的に50℃以上170℃未満の温度で排水の処理を行なうものであるが、この温度が50℃未満であると、有機および/または無機の被酸化性物質の酸化・分解処理を効率的に行なうことが困難になる。この処理温度は、好ましくは80℃を超える温度とするのが良く、より好ましくは100℃を超える温度であり、更に好ましくは110℃を超える温度とするのが良い。尚、処理温度が110℃以下であっても、メタノール、ギ酸、ホルムアルデヒド等の有機化合物の高度処理は可能であるが、炭素数2以上の有機化合物の高度処理の為には、100℃を超える反応温度が必要である場合が多い。この処理温度が170℃以上であると、活性炭自身の燃焼が生じやすくなるため実用的でなくなる。こうしたことから、処理温度は好ましくは160℃以下とするのが良く、より好ましくは150℃以下、更に好ましくは140℃以下とするのが良い。
【0024】
一方、排水を処理する際の圧力は、上記処理温度において排水が液相を保持する圧力であれば良いが、通常は大気圧から1MPa(Gauge)程度である。例えば処理温度が50〜90℃の場合には、排水は大気圧下においても液相状態であることが多いため、経済性の観点から大気圧下でも良いが、処理効率を向上させるためには加圧することが好ましい。また、処理温度が95℃を超える場合には、大気圧下では排水が気化することが多いため、0.2〜1MPa(Gauge)程度に加圧することが好ましい。但し、1MPa(Gauge)を超える圧力は、経済性の観点から好ましくない。また処理圧力を上げた場合、処理温度を上げた場合と同じく、活性炭自身の燃焼の問題も生じ易くなる。更に、触媒の活性低下を生じることもある。
【0025】
本発明で用いる触媒再生液は、易分解性の被酸化性物質を含有している液であれば特に限定されるものではない。具体的には、易分解性の被酸化性物質とは、50℃以上170℃未満の湿式酸化処理条件下、活性炭を含有する固体触媒を用いて容易に酸化・分解処理される物質であれば良い。この物質は、50℃以上140℃未満の条件で容易に酸化・分解処理される物質であることが好ましく、50℃以上120℃未満の条件で容易に酸化・分解処理される物質であることがより好ましく、50℃以上100℃未満の条件で容易に酸化・分解処理される物質であることが更に好ましく、50℃以上90℃未満の条件で容易に酸化・分解処理される物質であることが最も好ましい。
【0026】
また、易分解性物質を含有する水溶液のpHは中性であることが望ましく、酸性やアルカリ性では装置や触媒に対して腐食や劣化の原因となるので望ましくない。こうした触媒再生液としては、例えばアルコール類を含有する液であることが望ましい。具体的には、メタノール、エタノール、プロパノール等を含有する液を挙げることができ、またグリコールやグリセリンを含有する液であっても良い。また効果的には、炭素数1〜4のアルコール類がその易分解性等から望ましく、より好ましくはメタノール、エタノール、プロパノールであり、最も好ましくはメタノールである。従って、通常の処理対象排水がメタノールなどを含有したものであっても良いし、更に排水にメタノールなどを加えたものであってもよい。但し、触媒再生液としてはこれだけに限定されるものではなく、種々の易分解性物質を含有する水溶液を使用することができる。例えば、アセトアルデヒド、アセトン、テトラヒドロフラン、フェノール等の有機物や、亜硫酸ナトリウム、重亜硫酸ナトルウムなどの無機物を使用することができる。
【0027】
本発明において、触媒再生液の濃度は、特に限定されるものではないが、COD(Cr)濃度が0.1〜50g/リットルであることが好ましく、より好ましくは0.5〜30g/リットルである。この濃度が0.1g/リットル未満では触媒再生液による再生効果が低くなる。一方、50g/リットルを超えると触媒再生液用の被酸化性物質が多く必要となりコスト高となるため、好ましくない。
【0028】
また、本発明において触媒層出口での触媒再生液の濃度は、特に限定されるものではなく、触媒再生液が残留する程度の状態であれば触媒再生の効果が高く得られるものであるが、好ましくは触媒層出口でのCOD(Cr)濃度が0.05〜50g/リットルであることが良く、より好ましくは0.1〜30g/リットルである。この濃度が0.05g/リットル未満では触媒層出口付近での再生効果が低くなる。一方50g/リットルを超えると、コスト高となるだけでなく、再生液の後処理が煩雑となるため、好ましくない。
【0029】
本発明において、触媒再生液の供給方法は特に限定されるものではないが、例えば後記図1に示す排水供給ポンプ5により加熱器に送られる。その後、加熱された触媒再生液は反応塔1に供給され、固体触媒の再生処理を行なうことになる。触媒層での空間速度は、特に限定されるものではなく、通常の排水処理条件と同等であればよいが、通常触媒層あたりの空間速度を0.1hr−1〜10hr−1、より好ましくは0.1hr−1〜5hr−1、更に好ましくは0.1hr−1〜3hr−1となるようにすれば良い。空間速度が0.1hr−1未満の場合、再生処理に時間がかかり、実用的でない。また、逆に10hr−1を超える場合には、再生液の量が多く必要となり好ましくない。
【0030】
尚、本発明を実施する為の装置において、反応塔の数、種類、形状等は特に限定されるものではなく、通常の湿式酸化処理に用いられる単管式の反応塔や多管式の反応塔などを用いることができる。また複数の反応塔を設置し、反応塔を直列または並列にすることで、酸化・分解性能の低下した触媒から随時再生処理を実施することもできる。
【0031】
本発明において、触媒を充填した触媒層における気液の流通方法は、特に限定されるものではないが、より好ましい方法としては、気液下向並流で流す方法が挙げられる。気液を下向きに並流で流すことで、気液の接触効率が向上して酸素の溶解量が増加すること、および液と触媒の接触効率が向上するため、処理効率が向上するものと考えられる。また、気液を並流に流すと、触媒層入口部分で被酸化性物質を多量に含有する液と酸素濃度の高いガスが接触するため、活性炭自身の燃焼を抑制するものと考えられる。
【0032】
また、本発明で固体触媒を再生処理するに際して、触媒を充填した触媒層における気液の流通方法は、特に限定されるものではない。しかしながら好ましい方法としては、排水処理での気液の流通方向と同じにすることである。排水処理での気液の流通方向と同じにすることで操作性などの面でより容易に実施することができる。このため、好ましい方法としては、後記図1に示す様な気液下向並流で流す方法が挙げられる。また、後記図2に示す様な気液上向並流で流すこともできるし、流動層式であっても良い。また、気液向流で流すこともできるが、気液並流の方が望ましいものである。気液を並流で流すと、触媒層入口部分で被酸化性物質を多量に含有する液と酸素濃度の高いガスが接触するため、活性炭自身の燃焼を抑制するものと考えられる。
【0033】
また本発明において、触媒層にガスを供給せずに触媒再生液のみを供給し、装置の立ち上げおよび停止を実施することもできるが、ガスを供給しなかった場合には圧力の制御が困難であることが多く、そのときの圧力変化により触媒に悪影響を及ぼすことが多い。このような場合、触媒層の後方よりガスを供給し、装置内の圧力を維持することで、安定した圧力制御が可能となるだけでなく、酸素が触媒層に供給されないため触媒の活性低下を効果的に抑制することができるものである。尚、本発明は湿式酸化法での排水の処理方法に関するものであるため、この場合のガスは排水処理に使用する酸素含有ガスを使用することが、操作性および経済性などの点で望ましい。
【0034】
本発明に係る排水の処理方法では、排水処理装置の固体触媒層の形式を流動層式(流動床式)とすることもできる。固体触媒を用いた湿式酸化処理において、本発明に係る活性炭を含有する触媒を用いた場合、従来の固体触媒を使用した場合と比較して、より容易に流動層式の排水処理装置を採用することができる。流動層式の排水処理装置では、反応によるホットスポットを生じ難いことから、固定層式(固定床式)の装置と比較してより高濃度の排水処理が可能である。また活性炭を含有する触媒の劣化を生じ易い排水においても、その装置の特性から処理が容易となる。これは、流動層式の排水処理装置では、劣化した廃触媒を抜き出しつつ、新触媒もしくはリサイクルした触媒を追加することが可能となるためである。従来、固体触媒を用いた湿式酸化処理では、触媒劣化の原因として、固体触媒中の活性成分が固定床の後方に移動する問題があった。この問題に関しても流動層式の装置では、固体触媒自身が移動することから解決できるものである。また流動層式とした場合、固定層式で通常採用する固体触媒よりも粒径の小さなものを採用することができ、より気液との接触効率も向上できることから、処理性能も向上できる。また流動層式とした場合、固定層式では処理困難であった若干の固形物を含有する排水においても、反応塔が閉塞する問題を生じ難いことから処理可能になり、処理可能な対象排水の範囲をより広げることができるものである。
【0035】
この流動層式の装置とした場合、特に限定されるものではないが、反応塔は1塔であっても良いし、複数塔であっても良く、操作性および設備費の面からは1塔の方が望ましい。また、特に限定されるものではないが、反応塔内部は1室であっても良いが、複数室(多段)に分割されている方がより処理性能が向上し、また運転の制御面からも望ましい。
【0036】
本発明における活性炭を含有する触媒の物性値は、特に限定されるものではないが、好ましくは0.1〜10μmの細孔径を有する該細孔の容積の総和が0.1〜0.8ml/gで、且つ比表面積が100〜2,500m/gのものが良い。また、0.1〜10μmの細孔径を有する該細孔の容積の総和が0.15〜0.7ml/gのものがより望ましく、更に望ましくは0.2〜0.6ml/gのものである。また比表面積が、500〜2,000m/gのものがより望ましく、更に望ましくは800〜1,700m/gのものであり、最も望ましくは900〜1,500m/gのものである。これらの規定理由は、下記の通りである。
【0037】
本発明の排水の湿式酸化処理では、マクロ孔である0.1〜10μmの触媒細孔径が、排水中に含有される被酸化性物質や酸素の拡散に大きく影響する。このため、0.1〜10μmの細孔径が多い触媒では、被酸化性物質や酸素の拡散が容易になるので、反応が進行し易くなる。即ち、低温・低圧での処理効率が向上する。これに対して、0.1〜10μmの細孔径が少ない触媒では、被酸化性物質や酸素の拡散が悪い。このため、被酸化性物質の触媒活性点への吸着が生し難くなり、効率良く反応が進まなくなるばかりか、酸素が被酸化性物質の分解に効率良く使用されず、余剰酸素で活性炭自身が燃焼し易くなる。一方、0.1〜10μmの細孔径が非常に多い触媒では、触媒の機械的強度が低下する問題が生じる。このため、0.1〜10μmの細孔径を有する該細孔径容積の総和が、上記範囲の細孔容積を有する触媒が望ましいものである。
【0038】
また触媒の比表面積は、大きいものほど排水中に含有される被化性物質の吸着が増加し、これに伴って排水の処理効率が向上する傾向がある。このため、比表面積が小さい触媒は望ましくないものである。但し、触媒の比表面積が非常に大きい触媒では、触媒の機械的強度が低下する問題を生じる。こうしたことから、触媒の比表面積が、上記の範囲の値を有する触媒が望ましいものである。
【0039】
一般に活性炭は、酸化処理もしくは還元処理などの処理を実施すると、表面に極性基が導入されたり、逆に除去され、その物性値が著しく変化することが知られている。同様に、本発明に係る触媒においても、触媒中の極性基量に応じて、その触媒性能が著しく変化するものである。特にこの極性基量と触媒活性の関係は、排水中の処理対象成分(被酸化性物質)によって大きく変化する。例えば、処理対象成分(被酸化性物質)が有機物やアニオン性の無機物の場合では、活性炭を含有する触媒中の極性基量が少なく、疎水性の高い触媒(活性炭)である必要がある。このため、触媒は還元処理されたものほど高活性を示す傾向がある。逆にアンモニアやヒドラジンのようなカチオン性の無機物の場合では、活性炭を含有する触媒中の極性基量が多いものである必要がある。このため、触媒は酸化処理されたものほど高活性を示す場合がある。
【0040】
これらの理由としては、処理対象成分の触媒への吸着され易さが大きく影響しているものと考えられる。活性炭を含有する触媒中の極性基の多くは、水酸基やカルボキシル基などの含酸素官能基である。従って、本発明における活性炭を含有する触媒では、特に限定されるものではないが、触媒中の酸素量/炭素量(以下、O/C比とも記載する)が、触媒中の極性基量と相関関係にある。このため、極性基量の少ない触媒はO/C比が小さく、逆に極性基量の多い触媒はO/C比が大きいものである。また本発明に係る触媒は、処理対象成分に対する好ましい触媒と好ましくない触媒をO/C比で分類することができる。具体的に例示するならば、処理対象成分(被酸化性物質)が有機物やアニオン性の無機物の場合に望ましい触媒は、O/C比が0〜0.12であり、より望ましくは0〜0.10であり、更に望ましくは0〜0.08である。逆に処理対象成分(被酸化性物質)がアンモニアやヒドラジンのようなカチオン性の無機物の場合に望ましい触媒は、O/C比が0.08〜0.30であり、より望ましくは0.10〜0.25であり、更に望ましくは0.12〜0.20である。但し、あまりO/C比の大きい触媒は、触媒の機械的強度が低下する問題を生じるものである。
【0041】
上記のように、本発明における活性炭を含有する触媒は、特に限定するものではないが、触媒を製造するにあたり触媒に各種処理を実施し、各種処理目的に合わせたO/C比にすることが望ましい。具体的には、触媒中のO/C比を小さくし、極性基量の少ない触媒とするには、各種の還元処理を触媒に実施することが望ましい。例えば、水素を用いた気相還元や亜硫酸ナトリウムやヒドラジンなどの還元物質を用いた液相還元による方法が挙げられる。この処理によって、触媒の活性成分が還元および/または活性炭(活性炭表面)が水素化され、有機物やアニオン性の無機物に対して高活性な触媒を製造できると考えられる。また活性炭を製造する工程で通常行われる各種賦活処理で実施することもできる。例えば、高温で水蒸気、炭酸ガス、窒素ガスと接触させることによって実施することもできる。逆に、触媒中のO/C比を大きくし、極性基量の多い触媒とするには、各種の酸化処理を触媒に実施することが望ましい。例えば、酸素含有ガスやオゾン、NOxなどの各種ガスを用いて酸化処理する気相酸化や過酸化水素、オゾン水溶液、臭素水、過マンガン酸塩、重クロム酸塩、次亜塩素酸塩、硝酸、リン酸などの薬品を用いた液相酸化による方法が挙げられる。この処理によって、触媒の活性成分が酸化および/または活性炭(活性炭表面)に含酸素官能基のような極性基が導入され、アンモニアやヒドラジンのようなカチオン性の無機物に対して高活性な触媒を製造できると考えられる。また、本発明における活性炭を含有する触媒には、ニトロ化やスルホン化、アミノ化などの処理やアルカリ金属化合物による処理なども実施することができる。
【0042】
上記のように、本発明における活性炭を含有する触媒では、処理対象成分(被酸化性物質)に対する吸着性能に優れた触媒が、触媒活性の高い触媒となる傾向がある。このため、本発明における活性炭を含有する触媒の物性値として、処理対象成分(被酸化性物質)に対する吸着性能を挙げることもできる。例えば、排水中の処理対象成分(被酸化性物質)が有機物の場合には、その有機物自身の吸着性能は勿論、その有機物が酸化・分解処理されて生成する被酸化性物質の吸着性能を挙げることもできる。更に、炭素数2以上の有機物が処理対象成分である場合、特に限定されるものではないが、一般に酢酸が湿式酸化処理後に処理液中に残留し易い。このため、酢酸の吸着性能に優れた活性炭を用いて作成した触媒が、有機物に対する触媒活性の高い触媒となる傾向がある。逆に処理対象成分(被酸化性物質)がアンモニアやヒドラジンのようなカチオン性の無機物の場合には、アンモニアの吸着性能に優れた活性炭を用いて作成した触媒が、これらに対して触媒活性の高い触媒となる傾向がある。また、特に限定されるものではないが、処理対象成分に対する吸着性能の優れた触媒に使用した活性炭は、処理対象成分に対する吸着性能の優れた活性炭である傾向がある。このため、本発明に係る触媒を製造するにあたり、使用する活性炭には、処理対象成分に対する吸着性能の優れた活性炭を使用することが望ましい。
【0043】
本発明において、「吸着性能に優れる」とは、例えば、ある特定の条件下、活性炭の単位量当たりの対象成分の飽和吸着量で表し、この量が多いものほど吸着性能に優れるものである。また、ある特定の条件下、活性炭の単位量当たりの対象成分の吸着速度で表し、この速度が早いものほど吸着性能に優れるものである。この吸着速度には初期の吸着速度で表すこともできれば、任意後の吸着速度で表すこともでき、特に限定されるものではない。しかしながら好ましくは、初期の吸着速度で表すことであり、特にこの初期の吸着速度が速い活性炭を使用した場合、触媒の活性が高く、また触媒化した際に吸着性能に優れる触媒となる傾向がある。
【0044】
本発明における活性炭を含有する触媒は、上記のような種々の物性値によって規定することができる。しかし、上記に記載しなかったこの他の各種物性値で、本発明に係る活性炭を含有する触媒の範囲が限定されるものではない。この他の各種物性値としては、例えば、各種官能基量、灰分や不純物の量、炭素の構造形態、酸性度、マクロ孔以外(メソ孔、ミクロ孔、サブミクロ孔)の細孔容積量やその比率、また外部比表面積や内部比表面積の値やその比率に関するものなどがある。
【0045】
本発明方法を実施することによって排出された使用済み触媒再生液は、易分解性の被酸化性物質を含有していることが多いことから、河川、海等に直接放出することは好ましくないことが多い。従って、使用済みの触媒再生液を排水タンクに戻し、触媒再生液またはこの触媒再生液と排水を共に湿式酸化処理し、浄化することが好ましく、また触媒再生液を繰り返し使用することも好ましい。また後処理として生物処理、化学的処理を実施してから、河川、海等に直接放流するようにしても良い。
【0046】
本発明における再生処理は、55℃以上200℃未満の温度範囲で実施する必要がある。再生処理温度が55℃未満である場合、触媒再生液による再生効果が十分に得られにくくなる。こうした観点からすると、触媒再生温度は好ましくは80℃以上とするのが良く、より好ましくは100℃以上、更に好ましくは120℃以上とするのが良い。一方、触媒再生温度が170℃以上となると活性炭自身の燃焼が生じやすくなるため長期間の処理は好ましくないが、一時的に再生処理を実施する場合においては、200℃未満であれば高い再生の効果が認められる。尚、再生時においては、触媒再生液は液相を保持していることが望ましい。また、触媒再生温度が200℃以上になると活性炭の燃焼が生じるため一時的な処理であっても好ましくない。こうした観点から、触媒再生温度の上限は好ましくは170℃未満であり、より好ましくは160℃未満、さらに好ましくは150℃未満とするのが良い。
【0047】
本発明は排水処理温度を、50℃以上170℃未満で実施するものであるが、触媒再生温度を上記排水処理温度(通常の排水処理温度)よりも5〜100℃高い温度で処理することで、高い再生効果を得ることができるので好ましい。また、上記排水処理温度より10〜60℃高い温度で再生処理を行なえば、より高い再生効果を得ることができ、上記排水処理温度より15〜40℃高い再生処理温度では更に好ましい結果が得られる。
【0048】
但し、長期間の処理で活性炭に吸着した被酸化性物質を分解するには、より高い再生温度が必要なときもある。こうした観点から、触媒の再生処理を行なうに際して、再生温度を変化させることも有効である。即ち、再生処理温度を上記の範囲内で、再生の初期に温度を通常の排水処理温度より20〜100℃高い温度とし、再生の終期には温度を下げる様にして再生処理を行なうことも有効である。この場合に、再生の初期に通常の排水処理温度よりも上げる温度は、25〜80℃高い温度であることがより好ましく、更に好ましくは30〜60℃程度高い温度とするのが良い。
【0049】
本発明における再生時の処理圧力は、触媒再生液が液相を保持する圧力であれば良い。再生時の処理圧力を過大に上げた場合、処理温度を上げた場合と同じく活性炭自身の燃焼も生じやすくなる。また触媒の活性低下を生じることもある。このため、加圧する際には後記図1に示す様に湿式酸化処理装置(反応塔1)の出口側に圧力調節弁12を設け、反応塔1内で排水が液相を保持できるように、処理条件に応じて所定の圧力となる様に適宜調節することが望ましい。
【0050】
また処理性能および触媒の耐久性を向上するためには、この処理圧力の変動を±20%以内、より好ましくは±10%以内、更に好ましくは±5%以内に制御することが望ましい。また、再生時間は特に限定されるものではないが、1〜100時間程度で適宜選択され、好ましくは3〜50時間、より好ましくは5〜24時間程度である。
【0051】
本発明における再生処理は、酸素含有の供給下または非供給下で実施してもよいが、再生処理後の排気ガス中の酸素濃度は、0〜5vol%の範囲に維持することが望ましい。この酸素濃度を0〜5vol%とすることで、触媒の再生効果がより一層顕著なものとなる。一方、排ガス中の酸素濃度が5vol%を超えると、過剰酸素による活性炭の燃焼を生じるため好ましくはない。従って、好ましくは酸素の不足した状態で処理することである。こうした観点から、排気ガス中の酸素濃度が0vol%に近いほど望ましく、最も好ましくは酸素の残存しない0vol%である。このため、排気ガス中の酸素濃度は、好ましくは0〜4vol%、より好ましくは0〜2vol%、更に好ましくは0〜1vol%程度の範囲に維持するのが良い。即ち、装置を運転する上で装置内の圧力を維持することができるのであれば、触媒活性の再生は、供給酸素量の少ないほど望ましいものである。但し、供給ガス量があまりに少ないと、触媒再生液と触媒の接触性に問題を生じ、効果が低減することもある。
【0052】
本発明において、排気ガス中の酸素濃度を0〜5vol%の範囲に維持するには、後記図1、2に示す様に排気ガス中の酸素濃度を、酸素濃度計16を用いて測定し、この測定値に基づいて酸素含有ガスの供給量を酸素含有ガス流量調節弁9によって調節または制御する様にすれば良い。排気ガス中の酸素濃度を測定する為に用いる酸素濃度計は、通常酸素の測定に使用できるものであればいずれでもよく、市販の酸素濃度計を用いることができる。この様な酸素濃度計としては、例えばジルコニアの酸素センサーを用いた酸素濃度計、酸素ダンベル式酸素濃度計、ガスクロマトグラフ等が挙げられ、これらはその使用方法により特に限定されるものではない。また酸素含有ガスの供給量を調節もしくは制御する方法も特に限定されるものではなく、例えば前記流量制御弁9によって調節もしくは制御できるが、他の手段であっても良いことは勿論である。
【0053】
尚、本発明において「排気ガス中の酸素濃度」とは、活性炭を含有する固体触媒を再生処理した直後の気相中における酸素濃度のことを意味し、通常は後記図1に示す様に再生処理後の気液を気液分離処理した際に発生する排気ガス中の酸素濃度のことである。
【0054】
本発明における再生処理は、酸素含有ガスの供給下もしくは非供給下のどちらでも実施できるが、少量の酸素含有ガスの供給下に実施することが望ましい。少量の酸素含有ガスを供給することで、触媒再生液と触媒の接触性が向上し、より触媒の再生性が向上するものとなる。また処理圧力をある程度維持するためにも、少量のガスを供給することが望ましい。更に、酸素含有ガスの変わりに窒素ガスなどの不活性ガスや、酸素を含有してないガスを用いることもできる。但し、本発明は湿式酸化法での排水の処理方法に関するものであるため、排水処理に使用する酸素含有ガスを使用することが、操作性および経済性などの点で望ましい。
【0055】
本発明においては、再生処理時に排気ガス中の酸素濃度を0〜5vol%の範囲に維持して操業することが好ましいが、その為の好ましい具体的制御手段としては、[供給ガス中の酸素量]/[触媒再生液の処理効率が最大になるときの触媒再生液の酸素要求量](以下、この比の値を「D値」と呼ぶことがある)=0〜1.3の範囲となる様に設定することが挙げられる。即ち、上記の比で示されるD値が0〜1.3の範囲となる様に例えばガスの供給量を調節もしくは制御することによって、触媒を効果的に再生することができるのである。尚、[供給ガス中の酸素量]を以下、酸素供給量と呼ぶことがある。
【0056】
本発明においては、触媒再生液が易分解性の被酸化性物質を含むものであるので、上記D値が1.0〜1.3程度になると上記被酸化性物質が触媒層出口側においても残存しないことがある。また、酸素供給量が上記D値で1.0以上、特に1.3よりも大きくなると、触媒再生液の酸化・分解処理に要する酸素量よりも多くなるので、過剰酸素による活性炭自身の燃焼が生じ易くなる。こうした観点から、上記D値は、0〜0.8程度であることが好ましく、より好ましくは0〜0.6程度であり、更に好ましくは0〜0.4程度とするのが良い。
【0057】
但し、長期間の処理で活性炭に吸着した被酸化性物質を分解するのに、過剰量の空気が必要なときもある。このため、触媒の再生処理を行なうに当たり、酸素供給量を変化させることも有効である。この場合、再生の初期には酸素供給量を上記D値で1.0〜1.3となる程度とし、再生の終期には上記D値で0〜1.0程度、好ましくは0〜0.8程度、より好ましくは0〜0.6程度、更に好ましくは0〜0.4程度の酸素供給量とするのが良い。
【0058】
本発明における、この[触媒再生液の処理効率が最大になるときの触媒再生液の酸素消費量]とは、再生処理温度、処理圧力、LHSV、気流の流通方式、使用する触媒などの再生処理条件を一定にした状態で、酸素供給量のみを変化させた場合、触媒再生液の処理効率が最大となるときの触媒再生液の酸素消費量のことである。すなわち、上記D値は、再生処理を実施する温度で酸素供給量を変化させ、このときの触媒再生液の処理効率をもとに算出するものである。但し、触媒再生液中の被酸化性物質の多くが易分解性物質である場合、処理温度が多少変化しても処理効率は変化しないことが多い。このような場合、触媒再生液の処理効率は、酸素供給量だけに依存することが多い。このため酸素供給量が一定の場合、再生処理温度が変化しても、上記のD値は変化しないことが多い。
【0059】
従って、このD値は、触媒の再生処理を行なうに当たり、酸素供給量の過剰率の指標となる。具体的に例示するならば、ある任意の再生処理条件下、酸素供給量を変化させて触媒再生液により固体触媒を再生処理したときの化学的酸素要求量(COD(Cr))処理効率が最大で90%であった場合、酸素含有ガスのO2/COD(Cr)=0.9の割合で供給されたならば、上記D値は1.0である。また、酸素含有ガスがO2/COD=1.0の割合で供給されたならば、D値は1.11である。但し、このD値の分母である「触媒再生液の処理効率が最大となるときの触媒再生液の酸素消費量」は、「触媒再生液の処理効率が最大となるときの供給ガス中の酸素量」と同量とは限らない。即ち、「D値の分母」と「触媒再生液の処理効率が最大になるときの酸素供給量」が、同量とは限らない。先に例示した酸素供給量がO2/COD(Cr)=0.9のときに、COD(Cr)の処理効率が90%で最大であったならば、酸素供給量と「D値の分母」は同量である。しかし、酸素供給量がO2/COD(Cr)=2.0のときに、COD(Cr)処理効率が90%で最大の場合もある。このときのD値は、2.22である。
【0060】
本発明に係る[触媒再生液の処理効率が最大となるときの触媒再生液の酸素要求量]で記載される「触媒再生液の処理効率」とは、例えば触媒再生液のCOD処理効率、TOC処理効率、窒素処理効率、BOD処理効率、TOD処理効率もしくは特定物質の処理効率など、触媒再生液に応じて種々の処理効率を採用することができ、特に限定されるものではない。しかしながら、触媒再生液は、易分解性の被酸化性物質を含有しており、なおかつこの場合、酸素の消費量が特に重要であるから、触媒再生液のCOD処理効率で表記することが望ましい。
【0061】
本発明において「酸化・分解処理」とは、酢酸を二酸化炭素と水にする酸化分解処理、酢酸を二酸化炭素とメタンにする脱炭酸分解処理、尿素をアンモニアと二酸化炭素にする加水分解処理、アンモニアやヒドラジンを窒素ガスと水にする酸化分解処理、ジメチルスルホキシドを二酸化炭素、水、硫酸イオンなどの灰分にする酸化および酸化分解処理、ジメチルスルホキシドをジメチルスルホンやメタンスルホン酸にする酸化処理などが例示され、即ち易分解性の被酸化性物質を窒素ガス、二酸化炭素、水、灰分などにまで分解する処理や、難分解性の有機物や窒素化合物を低分子量化する分解処理、もしくは酸化する酸化処理など種々の酸化および/または分解を含む意味である。
【0062】
本発明の適用される処理対象排水の種類は特に限定されず、例えば化学プラント、電子部品製造設備、食品加工設備、金属加工設備、金属メッキ設備、印刷製版設備、写真設備等の各種産業プラントからの排水や、さらに火力発電や原子力発電などの発電設備等からの排水でもよい。具体的にはEOG製造設備、メタノール、エタノール、高級アルコールなどのアルコール製造設備からの排水、特にアクリル酸、アクリル酸エステル、メタクリル酸、メタクリル酸エステル等の脂肪族カルボン酸やそのエステル、あるいはテレフタル酸、テレフタル酸エステル等の芳香族カルボン酸もしくは芳香族カルボン酸エステルの製造プロセスから排出される有機物含有排水が例示される。また、アミン、イミン、アンモニア、ヒドラジン等の窒素化合物を含有している排水でも良い。また、チオ硫酸イオンや硫化物イオン、ジメチルスルホキシド等のイオウ化合物を含有している排水でも良い。また下水やし尿等の生活排水であっても良い。或は、ダイオキシン類やフロン類、フタル酸ジエチルヘキシル、ノニルフェノールなどの有機ハロゲン化合物や環境ホルモン化合物等の有害物質を含有している排水でも良い。
【0063】
以下、実施例によって本発明の作用効果をより具体的に示すが、下記実施例は本発明を限定する性質のものではなく、前・後記の趣旨に逸脱しない範囲で変更することはいずれも本発明の技術範囲に含まれるものである。
【0064】
【実施例】
実施例1〜5
図1に示す装置を使用し、まず通常の排水処理を実施した。反応塔1は、直径26mmφ、長さ3,000mmの円筒状であり、その内部に活性炭と白金を主成分とし、白金を0.3質量%含有する4mmφのペレット状の固体触媒を1リットル(390g)、触媒層長1880mmH充填した。また、通常の処理対象排水は、脂肪酸カルボン酸および脂肪族カルボン酸エステル製造設備から排出された排水で、アルコール、アルデヒド、カルボン酸など炭素数2以上の有機化合物を含有し、COD(Cr)が15,000mg/リットル、pHは2.8であった。また、全TOC成分中の53%が酢酸であった。
【0065】
排水供給源(図示せず)から送られてきた排水は、排水供給ライン6を通じて排水供給ポンプ5によって1リットル/hの流量で昇圧フィードした後、加熱器3で120℃に加熱し、反応塔1の上部より供給し気液下向並流で処理した。このとき、加熱器3によって加熱された排水は、反応器1の気液入口側の圧力計PIで圧力を測定した。また空気(酸素含有ガス)を酸素含有ガス供給ライン8から導入し、コンプレッサー7で昇圧した後、この空気を酸素含有ガス流量調節弁9によって供給量を調整しつつ加熱器3の手前で排水に供給した。
【0066】
反応塔1では、電気ヒーター2を用いて120℃に保温し、この反応塔1内に充填された前記固体触媒を排水(および空気)が上方から下方に通過する際に、排水中に含まれる被酸化性物質が酸化・分解処理されることになる。排水が酸化・分解処理された後の処理液は、反応塔1の底部から排出された後、処理ライン10を経て冷却器4で冷却し、圧力制御弁12から解圧して排出し、気液分離器11で気液分離した。尚、前記圧力制御弁12では、圧力コントローラーPCで反応塔1内の圧力を検出し、反応塔1内の圧力が0.6MPa(Gauge)となる様に制御した。
【0067】
気液分離器11において、気液分離器11内の排気ガス中の酸素濃度を、酸素濃度計16を用いて測定し、排気ガスはガス排出ライン13から排出した。また気液分離器中の処理液は、液面コントローラーLCを用いて液面の高さを検出し、一定の液面高さとなる様に処理液排出ポンプ14を制御した。そして、処理液排出ポンプ14から排出された処理液は、処理液排出ライン15を経て排出し、この処理液を随時サンプリングしてCOD(Cr)濃度を測定した。
【0068】
まず、運転開始から50時間、排気ガス中の酸素濃度が0.5%となるように空気供給量を制御した。その結果、50時間経過後のCOD(Cr)処理効率は94%であった。
【0069】
次に、50〜100時間経過後まで、気液分離中の排気ガスの酸素濃度が10%となるように空気を供給し、触媒活性が低下するようにした。更に、100〜150時間経過後まで、再度、排気ガス酸素濃度が0.5%となるように空気供給量を制御した。150時間経過後のCOD(Cr)処理効率は66%に低下していた。
【0070】
(再生処理過程)
上記において、COD(Cr)処理効率が94%から66%に低下した該触媒に対して、以下に記載する各々の再生処理を実施した。
【0071】
再生処理の方法は、排水供給ポンプ5によって触媒再生液1リットル/hの流量で昇圧フィードした後、加熱器3で140℃に加熱して反応塔1の上部より再生液を供給し、気液下向並流で流した。この再生処理に用いた触媒再生液は、メタノールを約10g/リットル含有した液であり、COD(Cr)15g/リットルであった。また、空気を酸素含有ガス供給ライン8より導入し、コンプレッサー7で昇圧した後、下記表1に示す各々の量で酸素含有ガス(空気)を加熱器3の手前で再生液に供給した。
【0072】
触媒層を通過した再生液は、冷却器4で冷却した後、圧力制御弁12から解圧して排出し、気液分離器11で気液分離した。尚、圧力制御弁12は、圧力コントローラーPCで圧力を検出し、0.6MPa(Gauge)の圧力を保持するように制御した。
【0073】
この再生処理は各々のテストとも5時間実施し、その後、先の排水処理条件と同じ条件で排水の処理を再度50時間実施した。再生処理時における再生液の残存量および排水処理時の排水の処理効率は、各々下記表1に記載した。
【0074】
尚、実施例5では、再生処理時に酸素含有ガスに代えて窒素ガスを供給した。このときの窒素ガスの供給量は、実施例2で供給した酸素含有ガスの供給量と同じにした。
【0075】
【表1】

Figure 0003548493
【0076】
実施例6〜9、比較例1
再生時の処理温度を下記表2に示した値にした以外は、実施例2と同じ触媒、同じ処理方法、同じ処理条件、同じ装置を用いて実施例2に準じて再生処理を行なった。この結果を下記表2に併記する。尚、実施例8は、処理温度を160℃としたため、処理圧力を0.9MPa(Gauge)とした。また、比較例1は、処理温度を220℃としたため、処理圧力を2.5MPa(Gauge)とした。
【0077】
【表2】
Figure 0003548493
【0078】
実施例10〜15
再生時の処理時間を下記表3に示した値にした以外は、実施例2と同じ触媒、同じ処理方法、同じ処理条件、同じ装置を用いて実施例2に準じて再生処理を行なった。この結果を下記表3に併記する。尚、実施例14および15では、再生処理温度を125℃として実施例8に準じて再生処理を行なった。
【0079】
【表3】
Figure 0003548493
【0080】
実施例16〜22
メタノールを含有する触媒再生液のCOD(Cr)濃度を下記表4に示した値にした以外は、実施例2に準じた方法で再生処理を行なった。この結果を下記表4に併記する。尚、実施例20および21では、再生処理時間を24時間として実施例11に準じて再生処理を行なった。また、酸素含有ガス(空気)の供給量は、いずれもO/COD(Cr)=0.5であった。更に、実施例22では、再生時間5時間で、酸素含有ガス(空気)の供給量をO/COD(Cr)=0.2に変更して処理を行なった。
【0081】
【表4】
Figure 0003548493
【0082】
実施例23〜27
触媒再生液として、エタノール、プロパノール、アセトン、テトラヒドロフランの夫々を、COD(Cr)で15g/リットル相当を含有する液を使用する以外は、実施例2と同じ触媒、同じ処理方法、同じ処理条件、同じ装置を用いて実施例2に準じて再生処理を行なった。この結果を、下記表5に示す。また、実施例24では、脂肪酸カルボン酸および脂肪酸カルボン酸エステル製造設備から排出された炭素数1〜4のアルコール類を多く含有する排水を用いて再生処理を行なった。排水の濃度は、COD(Cr)23g/リットルであった。尚、酸素含有ガス(空気)の供給量は、O/COD(Cr)=0.5であった。
【0083】
【表5】
Figure 0003548493
【0084】
比較例2,3
酸素含有ガスの供給量を下記表6に示した値にした以外は、実施例2と同じ触媒、同じ処理方法、同じ処理条件、同じ装置を用いて実施例2に準じて再生処理を行なった。その結果を、下記表6に示す。
【0085】
【表6】
Figure 0003548493
【0086】
実施例28
図2に示す装置を使用した。図2に示した装置における基本構成は、前記図1に示した装置と類似し、対応する部分には同一の参照符号を付してある。この図2に示した装置では、加熱器3によって加熱された排水が、反応塔21(22は電気ヒーター)の底部から供給されると共に、酸化・分解処理された後の廃水は、反応塔21の上部から排出される様に構成されたものである。即ち、図2に示した反応塔21は、触媒層における気液の流通方式が気液上向並流のものである。
【0087】
そして、実施例1と同じ要領(同じ排水、同じ処理方法、同じ処理条件)で排水の処理を実施した。50時間経過後のCOD(Cr)処理効率は87%であった。引き続き、実施例2と同じ処理方法、同じ処理条件で、実施例2に準じて触媒の再生処理を行なった。その結果を、下記表7に示す。尚、酸素含有ガス(空気)の供給量は、O/COD(Cr)=0.5であった。
【0088】
【表7】
Figure 0003548493
【0089】
実施例29
再生処理時間が0〜1時間までは160℃、1〜3時間までは125℃で実施した以外は、実施例2と同じ触媒、同じ処理方法、同じ処理条件、同じ装置で実施例2に準じて再生処理を行なった。その結果を、下記表8に示す。
【0090】
【表8】
Figure 0003548493
【0091】
実施例30,31
実施例1に示した図1と同じ装置を使用し、排水処理を実施した。反応塔1の内部には、活性炭とパラジウムを主成分とし、パラジウムを0.6質量%含有する3mmφのペレット状の固体触媒を1リットル(420g)、1880mmH充填した。また、処理に供した排水は、発電設備から排出された排水で、硫安とナトリウムイオンと炭酸イオンを含有する排水であった。また、排水中のアンモニア濃度は、4,200mg/リットル、pH7.8であった。
【0092】
該排水は、排水供給ポンプ5によって1リットル/hの流量で昇圧フィードした後、加熱器3で130℃に加熱し、反応塔1の上部より供給して気液下向並流で処理した。また、空気を酸素含有ガス供給ライン8から導入し、コンプレッサー7で昇圧した後、この空気を酸素含有ガス流量調節弁9によって供給量を調整しつつ加熱器3の手前で排水に供給した。
【0093】
反応塔1では、電気ヒーター2を用いて130℃に保温し、酸化・分解処理を実施した。処理液は、冷却器4で冷却した後、圧力制御弁12から解圧して排出し、気液分離器11で気液分離した。尚、前記圧力制御弁12では、圧力コントローラーPCで反応塔1内の圧力を検出し、反応塔1内の圧力が0.9MPa(Gauge)となる様に制御した。また、気液分離器11内の排気ガス中の酸素濃度を、酸素濃度計16を用いて測定し、また気液分離器中の処理液のアンモニアの処理効率を求めた。
【0094】
まず、運転開始から50時間、排気ガス中の酸素濃度が0.5%となるように空気供給量を制御した。その結果、反応開始から50時間経過後のアンモニアの処理効率は95%であった。
【0095】
次に、50〜100時間経過後まで、気液分離中の排気ガスの酸素濃度が10%となるように空気を供給し、触媒活性が低下するようにした。更に、100〜150時間経過後まで、再度、排気ガス酸素濃度が0.5%となるように空気供給量を制御した。150時間経過後のアンモニアの処理効率は54%に低下していた。
【0096】
(再生処理過程)
上記において、アンモニアの処理効率が95%から54%に低下した触媒に対して、以下に記載する再生処理を実施した。
【0097】
再生処理の方法は、排水供給ポンプ5によって触媒再生液1リットル/hの流量で昇圧フィードした後、加熱器3で150℃に加熱して反応塔1の上部より再生液を供給し、気液下向並流で流した。尚、この再生処理に用いた触媒再生液は、メタノールを約8g/リットル含有した液であり、COD(Cr)12g/リットルであった。また、空気を酸素含有ガス供給ライン8より導入し、コンプレッサー7で昇圧した後、下記表9に示す各々の量で酸素含有ガス(空気)を加熱器3の手前で再生液に供給した。触媒層を通過した再生液は、冷却器4で冷却した後、圧力制御弁12から解圧して排出し、気液分離器11で気液分離した。尚、圧力制御弁12は圧力コントローラーPCで圧力を検出し、0.9MPa(Gauge)の圧力を保持する様に制御した。
【0098】
この再生処理を7時間実施し、その後、先の排水処理条件と同じ条件で、排水の処理を再度50時間実施した。その結果を、下記表9に示す。
【0099】
【表9】
Figure 0003548493
【0100】
【発明の効果】
本発明は以上の様に構成されており、性能が低下した触媒を効果的に再生することができ、固体触媒の耐久性を飛躍的に向上させることができる様になった。また、本発明によって長時間安定的に排水を浄化することができるようになり、排水の処理費を低く抑えることができることになる。
【0101】
また、本発明が基本的に採用している湿式酸化法による排水の処理方法は、排水の処理設備および排水の処理費を安価にでき、しかも高度に排水を処理することができる優れた処理方法である。従って、こうした湿式酸化法において本発明の再生による効果を付加することによって、その方法による効果を著しいものとすることができる。
【0102】
更に、本発明によって処理した排水の処理液は、他の用途にも用水として再利用することができ、資源のリサイクルとの面からも優れており、これによってコストダウンを図れると共に、資源を有効に活用できる、等の効果も期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を実施する為に構成される装置の一構成例を示す概略説明図である。
【図2】本発明を実施する為に構成される装置の他の構成例を示す概略説明図である。
【符号の説明】
1,21 反応塔
2,22 電気ヒーター
3 加熱器
4 冷却器
5 排水供給ポンプ
6 排水供給ライン
7 コンプレッサー
8 酸素含有ガス供給ライン
9 酸素含有ガス流量調節弁
10 処理液ライン
11 気液分離器
12 圧力制御弁
13 ガス排出ライン
14 処理液排出ポンプ
15 処理液排出ライン
16 酸素濃度計[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for purifying wastewater. More specifically, the present invention relates to a method for wet-oxidizing waste water containing organic and / or inorganic oxidizable substances using a solid catalyst while supplying an oxygen-containing gas, and in particular, treating the waste water by appropriately performing a regeneration treatment. The present invention relates to a method capable of effectively regenerating a solid catalyst having reduced performance and treating wastewater stably for a long period of time.
[0002]
[Prior art]
As a method of treating wastewater containing an organic or inorganic oxidizable substance, for example, a biological treatment method or a wet oxidation method is known. Of these, biological treatment requires a long time to decompose oxidizable substances in wastewater, and can only treat low-concentration substances, so when wastewater contains high-concentration oxidizable substances, It is necessary to dilute to an appropriate concentration, which has the disadvantage that the equipment area of the processing facility becomes large. Moreover, since the microorganisms used are greatly affected by the temperature and the like, it has been difficult to maintain stable operation.
[0003]
On the other hand, in the wet oxidation method, wastewater is treated under high temperature and high pressure in the presence of oxygen, and oxidizable substances in the wastewater are oxidized and / or decomposed (hereinafter, also referred to as “oxidation / decomposition treatment”). There is a method. In this method, as a means for increasing the reaction rate and relaxing the reaction conditions, for example, a catalyst wet oxidation method using a catalyst using an oxide or a catalyst combining these oxides with a noble metal element has been proposed.
[0004]
However, in order to purify the wastewater by oxidizing and decomposing various oxidizable substances contained in the wastewater by this method, it is necessary to treat the wastewater at a treatment temperature of 170 ° C. or more, and therefore, the treatment pressure is also 1 MPa ( Gauge) was often required. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-347574 describes a method in which acetic acid is wet-oxidized at a processing temperature of 170 ° C. using a catalyst in which platinum is supported on titania. There is a need for treatment conditions, and further development of a wastewater treatment method capable of advanced treatment under low-temperature and low-pressure conditions of less than 170 ° C is desired.
[0005]
For these reasons, the present inventors have conventionally studied a new catalyst and a new treatment method. As a result, as one of the means to further reduce the reaction conditions, when a solid catalyst containing activated carbon is used, organic and inorganic oxidizable substances can be reduced under low-temperature and low-pressure processing conditions of less than 170 ° C. The specific activity was confirmed to be high.
[0006]
By the way, when a solid catalyst containing activated carbon is used, there is a problem that the activated carbon itself burns under the conventional wet oxidation conditions, and it is impossible to use the activated carbon as a wet oxidation catalyst stably for a long time. Met. Therefore, the present inventors have proposed that by maintaining the oxygen concentration in the exhaust gas after treatment using a solid catalyst containing activated carbon at 0 to 5%, combustion of the activated carbon itself can be suppressed, and wastewater can be treated efficiently. Since the headline and its technical significance were recognized, the application was filed earlier (Japanese Patent Application No. 12-5198).
[0007]
The development of such technology has made it possible to treat wastewater containing organic and / or inorganic oxidizable substances to a high degree even at low temperatures and low pressures. However, in recent years, it is a fact that it has been desired to maintain the activity of the catalyst for a longer period of time and to treat the wastewater more efficiently. For example, when the wastewater contains a hardly decomposable oxidizable substance, the treatment temperature condition needs to be relatively high in order to realize advanced treatment of the wastewater. In such a case, the durability of the catalyst containing activated carbon tends to decrease. Activated carbon also has the property of adsorbing oxidizable substances in wastewater. However, if the rate of decomposition of the adsorbed oxidizable substances is extremely slow, there is also a problem that the oxidation / decomposition treatment activity of the catalyst gradually decreases. Further, when the wastewater treatment is performed for a long period of time, it is expected that the activity of the catalyst containing the activated carbon is deactivated due to troubles in the wastewater treatment such as equipment troubles and operation errors. For these reasons, there is a demand for the development of an excellent method for reactivating the activity of an activated carbon-containing catalyst whose activity has decreased.
[0008]
In order to solve such a problem, several catalyst regeneration methods have been proposed so far. For example, Japanese Patent Publication No. 3-66018 discloses an acid washing treatment using an acid aqueous solution containing at least one selected from the group consisting of hydrochloric acid, nitric acid, phosphoric acid, acetic acid and propionic acid, and hydrazine hydrate. Liquid phase reduction using an aqueous solution containing at least one selected from the group consisting of formaldehyde, sodium borohydride, lithium aluminum hydride, sodium tartrate, glucose, potassium formate and sodium formate, or hydrogen and / or monoxide A method has been proposed which combines with a gas phase reduction treatment using a carbon-containing gas reducing agent.
[0009]
However, the reduction treatment of this method is not sufficient to restore the activity of the catalyst containing activated carbon, and on the contrary, there is a possibility that the activity of the catalyst may be deteriorated. In addition, it is difficult to carry out the reduction treatment using a gas such as hydrogen or carbon monoxide while the catalyst is filled in an actual wastewater treatment device. Therefore, it is necessary to use a reduction firing furnace or the like dedicated to the reduction treatment, which is practically impossible. Further, Japanese Patent Publication No. 4-45214 discloses that after contacting a catalyst with an aqueous solution containing formic acid and / or oxalic acid at 40 to 85 ° C., heat treatment is performed to decompose formic acid and / or oxalic acid, and to form a catalyst. A method for performing a reduction process has been proposed. However, such a catalyst regeneration method is not enough to recover the activity of the catalyst containing activated carbon, and on the contrary, it may cause deterioration of the activity of the catalyst or corrosion of the material of the apparatus.
[0010]
On the other hand, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-10602 discloses that at least one ammonium salt selected from the group consisting of ammonium sulfate, ammonium chloride and ammonium carbonate, or an ammonium salt thereof, is used as a solid catalyst whose activity has been reduced by oxidation with excess oxygen. There has been proposed a method of regenerating a catalyst by using a regenerant containing ammonia and ammonia and having a pH of 3 to 10 and contacting the catalyst substantially without supplying oxygen. Although this method has some effects on the regeneration of a catalyst containing activated carbon, it is desired to realize a more effective method.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of such a situation, and an object of the present invention is to treat wastewater containing organic and / or inorganic oxidizable substances at a relatively low temperature and low pressure of less than 170 ° C. When oxidizing and decomposing using a solid catalyst containing activated carbon at a temperature and a pressure at which the wastewater retains a liquid phase, the solid catalyst having a reduced oxidizing and decomposing activity is effectively regenerated. It is an object of the present invention to provide a wastewater treatment method capable of purifying wastewater stably for a period.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The wastewater treatment method of the present invention that can achieve the above object is a wastewater treatment method in which organic and / or inorganic oxidizable substances contained in the wastewater are oxidized and / or decomposed using a catalyst. At a treatment temperature of 50 ° C. or more and less than 170 ° C. and a pressure at which the waste water maintains a liquid phase, the waste water is treated using a catalyst containing activated carbon by supplying an oxygen-containing gas, and is easily decomposable and oxidizable. The gist lies in supplying a catalyst regenerating solution containing a substance to a solid catalyst and operating the solid catalyst while regenerating the solid catalyst at a temperature of 55 ° C. or more and less than 200 ° C.
[0013]
In carrying out the method of the present invention, the operation is preferably performed such that the catalyst regenerating liquid remains at the outlet of the catalyst layer. Further, it is desirable that the regeneration treatment temperature of the solid catalyst is a temperature higher by 5 to 100 ° C. than the wastewater treatment temperature. Examples of the catalyst regeneration solution used in the present invention include a solution containing alcohols. Furthermore, it is desirable to operate while maintaining the oxygen concentration in the exhaust gas after treating the wastewater using a solid catalyst containing activated carbon in the range of 0 to 5 vol%.
[0014]
In the method of the present invention, when the catalyst regenerating solution is supplied to the catalyst layer, an oxygen-containing gas or a non-oxygen-containing gas is supplied, and the amount of oxygen in these supply gases is [oxygen in supply gas] / [regeneration of catalyst]. Oxygen in the catalyst regenerating liquid when the liquid processing efficiency is maximizedconsumptionAmount] is desirably set to be in the range of 0 to 1.3. In the present invention, it is preferable that the gas-liquid distribution method in the catalyst layer filled with the solid catalyst is a gas-liquid downward cocurrent flow.
[0015]
The solid catalyst used in the present invention basically contains activated carbon, and further contains one or more elements selected from the group consisting of Pt, Pd, Rh, Ru, Ir, Ag and Au. It is desirable that
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The inventors of the present invention oxidize and decompose an oxidizable substance using a solid catalyst containing activated carbon under a wet oxidation treatment condition of 50 ° C. or more and less than 170 ° C. Various studies have been made on a method capable of effective reproduction. As a result, if the catalyst regenerating solution containing the easily decomposable oxidizable substance is supplied to the solid catalyst, and the solid catalyst is operated while regenerating the solid catalyst at a temperature of 55 ° C. or more and less than 200 ° C., the above-mentioned object is excellently achieved. The present invention was completed. It has also been found that it is more effective to operate the catalyst regenerating solution so that the catalyst regenerating solution remains at the outlet of the catalyst layer.
[0017]
In regenerating a catalyst by the method of the present invention, it is necessary to “supply a catalyst regenerating solution containing a readily decomposable oxidizable substance to a solid catalyst” as described above. It is more preferable to make it remain at the exit, but this point will be described first. The causes of the decrease in the activity of the catalyst include the following. The first is that the catalyst is oxidized by the influence of oxygen in the gas phase and oxygen adsorbed on the catalyst surface in the wet oxidation treatment, and it is expected that activated carbon is particularly susceptible to oxidation. Secondly, when the treatment is performed for a long period of time, it is conceivable that the hardly decomposable oxidizable substance contained in the wastewater covers the catalytically active sites and the catalytic activity is reduced.
[0018]
In the present invention, the catalyst is reformed by bringing the catalyst regenerating solution into contact with the catalyst to perform the treatment, and furthermore, the effect of facilitating the desorption of the substance adsorbed on the catalyst is exhibited. That is, it is considered that under the condition where the oxygen-containing gas is not supplied or under the shortage condition, for example, the substance adsorbed on the catalyst is decomposed and easily desorbed by a substance generated by thermal decomposition of the catalyst regenerating solution. Further, under the supply of an oxygen-containing gas, the easily decomposable catalyst regenerating solution easily undergoes an oxidation reaction, and is considered to have an effect of promoting the catalytic reaction. Thus, it is considered that the hardly decomposable oxidizable substance adsorbed on the catalyst is easily oxidized and decomposed at the same time. Further, in order to sufficiently exhibit such effects, it is preferable to supply a catalyst regenerating solution of such a degree that “the catalyst regenerating solution remains at the outlet of the catalyst layer”. It is difficult to be displayed. In addition, by adopting such a structure, the easily decomposable catalyst regenerating solution protects the catalyst, preventing the catalyst activity from decreasing even under somewhat high-temperature regenerating treatment conditions. It is thought to promote improvement.
[0019]
Even if the catalyst regenerating solution does not remain at the exit of the catalyst layer, if the easily decomposable substance of the catalyst regenerating solution can contact the solid catalyst in most of the solid catalyst layer, the activity should be improved to some extent. Can be done. This is because the regeneration efficiency of wastewater can be improved by regenerating an amount of the catalyst corresponding to the degree of supply of the easily decomposable substance without regenerating the entire catalyst in the solid catalyst layer.
[0020]
The solid catalyst used in the present invention only needs to contain at least activated carbon as a catalyst component. The type of the activated carbon is not particularly limited, and examples thereof include those made from charcoal, coconut shell charcoal, coal, coke, peat, lignite, pitch, and the like, and acrylonitrile-based activated carbon fibers and phenol. Activated carbon fibers such as activated carbon fibers, activated carbon fibers, activated carbon fibers, and activated carbon fibers based on pitch may be used. Regarding the shape of the solid catalyst, various shapes such as a spherical shape, a granular shape, a pellet shape, a ring shape, a crushed shape, and a honeycomb shape can be used.
[0021]
In the present invention, even if a solid catalyst consisting only of activated carbon is used, depending on the type and concentration of the oxidizable substance, the substance exhibits the oxidizing activity necessary for oxidizing and decomposing it, but is used in the present invention. As the solid catalyst, it is also effective to further contain at least one element selected from the group consisting of Pt, Pd, Rh, Ru, Ir, Ag, and Au. can do. This is desirable because the efficiency of oxidizing and decomposing the oxidizable substance contained in the wastewater can be improved and the processing temperature can be further reduced. The content of these elements is not particularly limited, but is desirably contained in the solid catalyst at a ratio of preferably 0.01 to 5% by mass, more preferably 0.05 to 2% by mass. The solid catalyst contains at least one element selected from the group consisting of titanium, zirconium, aluminum, silicon, iron, manganese, chromium, cobalt, nickel, copper, zinc, cerium, praseodymium, tellurium and bismuth. You can also.
[0022]
The “oxidizable substance” targeted in the present invention means an organic and / or inorganic compound that can be purified by oxidation / decomposition treatment, and can also be expressed as an organic compound, a sulfur compound, a nitrogen compound, and the like. Furthermore, although not particularly limited, organic halogen compounds and organic phosphorus compounds may be used. Specifically, for example, organic compounds such as methanol, ethanol, acetaldehyde, formic acid, acetone, acetic acid, propionic acid, tetrahydrofuran (THF) and phenol; nitrogen such as ammonia, hydrazine, nitrite, dimethylformamide (DMF) and pyridine Compounds: Sulfur compounds such as thiosulfate ion, sodium sulfide, dimethyl sulfoxide, and alkylbenzene sulfonate, and the like. These may be dissolved in water or may be present as suspended substances.
[0023]
In the method of the present invention, wastewater is basically treated at a temperature of 50 ° C. or higher and lower than 170 ° C. If the temperature is lower than 50 ° C., the oxidation and oxidation of organic and / or inorganic oxidizable substances is prevented. It becomes difficult to perform the decomposition process efficiently. The treatment temperature is preferably higher than 80 ° C, more preferably higher than 100 ° C, and further preferably higher than 110 ° C. Even when the treatment temperature is 110 ° C. or less, advanced treatment of organic compounds such as methanol, formic acid, and formaldehyde is possible, but for advanced treatment of organic compounds having 2 or more carbon atoms, the treatment temperature exceeds 100 ° C. Often a reaction temperature is required. If the treatment temperature is 170 ° C. or higher, the combustion of the activated carbon itself is likely to occur, which is not practical. For this reason, the processing temperature is preferably set to 160 ° C. or lower, more preferably 150 ° C. or lower, and further preferably 140 ° C. or lower.
[0024]
On the other hand, the pressure at which the wastewater is treated may be any pressure at which the wastewater retains a liquid phase at the treatment temperature described above, but is usually from atmospheric pressure to about 1 MPa (Gauge). For example, when the treatment temperature is 50 to 90 ° C., the wastewater is often in a liquid phase even at atmospheric pressure, and therefore may be at atmospheric pressure from the viewpoint of economy, but in order to improve the treatment efficiency, It is preferable to apply pressure. Further, when the treatment temperature exceeds 95 ° C., the wastewater often evaporates under the atmospheric pressure. Therefore, it is preferable to pressurize to about 0.2 to 1 MPa (Gauge). However, a pressure exceeding 1 MPa (Gauge) is not preferable from the viewpoint of economy. In addition, when the processing pressure is increased, as in the case where the processing temperature is increased, the problem of combustion of the activated carbon itself is likely to occur. Further, the activity of the catalyst may be reduced.
[0025]
The catalyst regeneration liquid used in the present invention is not particularly limited as long as it contains a readily decomposable oxidizable substance. Specifically, an easily decomposable oxidizable substance is a substance that can be easily oxidized and decomposed using a solid catalyst containing activated carbon under wet oxidation treatment conditions of 50 ° C. or more and less than 170 ° C. good. This substance is preferably a substance that is easily oxidized and decomposed at a temperature of 50 ° C. or more and less than 140 ° C., and is a substance that is easily oxidized or decomposed at a temperature of 50 ° C. or more and less than 120 ° C. More preferably, it is a substance that is easily oxidized and decomposed under the condition of 50 ° C. or more and less than 100 ° C., and is a substance that is easily oxidized or decomposed under the condition of 50 ° C. or more and less than 90 ° C. Most preferred.
[0026]
Further, the pH of the aqueous solution containing the easily decomposable substance is desirably neutral, and the acidity or alkalinity is not desirable because it causes corrosion and deterioration of the apparatus and the catalyst. Such a catalyst regenerating liquid is desirably a liquid containing, for example, alcohols. Specifically, a liquid containing methanol, ethanol, propanol and the like can be mentioned, and a liquid containing glycol and glycerin may be used. Effectively, alcohols having 1 to 4 carbon atoms are desirable in view of their easy decomposability and the like, more preferably methanol, ethanol, and propanol, and most preferably methanol. Therefore, the normal wastewater to be treated may contain methanol or the like, or may further contain methanol or the like in the wastewater. However, the catalyst regeneration liquid is not limited to this, and an aqueous solution containing various easily decomposable substances can be used. For example, organic substances such as acetaldehyde, acetone, tetrahydrofuran, and phenol, and inorganic substances such as sodium sulfite and sodium bisulfite can be used.
[0027]
In the present invention, the concentration of the catalyst regenerating solution is not particularly limited, but the COD (Cr) concentration is preferably 0.1 to 50 g / l, more preferably 0.5 to 30 g / l. is there. If this concentration is less than 0.1 g / liter, the regeneration effect of the catalyst regeneration liquid will be low. On the other hand, if it exceeds 50 g / l, a large amount of oxidizable substances for the catalyst regenerating solution will be required and the cost will increase, which is not preferable.
[0028]
In the present invention, the concentration of the catalyst regenerating solution at the outlet of the catalyst layer is not particularly limited, and a high catalyst regenerating effect can be obtained as long as the catalyst regenerating solution remains. Preferably, the COD (Cr) concentration at the outlet of the catalyst layer is 0.05 to 50 g / l, more preferably 0.1 to 30 g / l. If this concentration is less than 0.05 g / liter, the regeneration effect near the catalyst layer outlet will be low. On the other hand, if it exceeds 50 g / liter, not only the cost is increased but also the post-treatment of the regenerating solution becomes complicated, which is not preferable.
[0029]
In the present invention, the method of supplying the catalyst regenerating solution is not particularly limited, but is sent to the heater by, for example, a drainage supply pump 5 shown in FIG. After that, the heated catalyst regenerating liquid is supplied to the reaction tower 1, and the solid catalyst is regenerated. The space velocity in the catalyst layer is not particularly limited, and may be the same as the ordinary wastewater treatment conditions, but the space velocity per catalyst layer is usually 0.1 hr.-1~ 10hr-1, More preferably 0.1 hr-1~ 5hr-1, More preferably 0.1 hr-1~ 3hr-1What is necessary is just to make it. Space velocity is 0.1hr-1If it is less than this, it takes a long time for the reproduction process, which is not practical. Conversely, 10 hr-1If it exceeds, the amount of the regenerating solution is required to be large, which is not preferable.
[0030]
In the apparatus for carrying out the present invention, the number, type, shape, and the like of the reaction towers are not particularly limited, and may be a single-tube reaction tower or a multi-tube reaction used in ordinary wet oxidation treatment. A tower or the like can be used. In addition, by installing a plurality of reaction towers and arranging the reaction towers in series or in parallel, it is also possible to carry out a regeneration treatment as needed from a catalyst having reduced oxidation / decomposition performance.
[0031]
In the present invention, the method of flowing gas and liquid in the catalyst layer filled with the catalyst is not particularly limited, but a more preferable method is a method of flowing gas and liquid downward in parallel. It is thought that by flowing gas and liquid in a parallel flow downward, the gas-liquid contact efficiency is improved and the amount of dissolved oxygen is increased, and the contact efficiency between the liquid and the catalyst is improved, so that the processing efficiency is considered to be improved. Can be Further, when gas-liquid is caused to flow in parallel, the liquid containing a large amount of the oxidizable substance comes into contact with the gas having a high oxygen concentration at the inlet of the catalyst layer, so that the combustion of the activated carbon itself is considered to be suppressed.
[0032]
Further, when the solid catalyst is regenerated in the present invention, the method of gas-liquid circulation in the catalyst layer filled with the catalyst is not particularly limited. However, a preferred method is to make it the same as the gas-liquid flow direction in the wastewater treatment. By making the flow direction the same as the gas-liquid flow direction in the wastewater treatment, it can be more easily implemented in terms of operability and the like. For this reason, as a preferable method, a method of flowing in a gas-liquid downward co-current flow as shown in FIG. Further, gas-liquid upward flow as shown in FIG. 2 to be described later can be performed, or a fluidized bed type can be used. In addition, it is possible to flow in the gas-liquid countercurrent, but the gas-liquid cocurrent is more preferable. It is considered that when the gas-liquid flows in parallel, the liquid containing a large amount of the oxidizable substance comes into contact with the gas having a high oxygen concentration at the inlet of the catalyst layer, so that the combustion of the activated carbon itself is suppressed.
[0033]
Further, in the present invention, it is possible to start and stop the apparatus by supplying only the catalyst regenerating liquid without supplying gas to the catalyst layer, but it is difficult to control the pressure if no gas is supplied. The pressure change at that time often has a bad influence on the catalyst. In such a case, by supplying gas from the rear of the catalyst layer and maintaining the pressure in the apparatus, not only stable pressure control is possible, but also the activity of the catalyst is reduced because oxygen is not supplied to the catalyst layer. It can be suppressed effectively. Since the present invention relates to a method for treating wastewater by the wet oxidation method, it is desirable to use an oxygen-containing gas used for wastewater treatment in this case in terms of operability and economy.
[0034]
In the wastewater treatment method according to the present invention, the type of the solid catalyst layer of the wastewater treatment device may be a fluidized bed type (fluidized bed type). In the wet oxidation treatment using the solid catalyst, when the catalyst containing the activated carbon according to the present invention is used, a fluidized bed type wastewater treatment apparatus is more easily adopted than in the case where a conventional solid catalyst is used. be able to. The fluidized-bed type wastewater treatment apparatus is less likely to generate a hot spot due to the reaction, and thus can perform a higher-concentration wastewater treatment than a fixed-bed type (fixed-bed type) apparatus. In addition, the treatment of waste water, which tends to cause deterioration of the catalyst containing activated carbon, is facilitated by the characteristics of the apparatus. This is because it is possible to add a new catalyst or a recycled catalyst while extracting the deteriorated waste catalyst in the fluidized bed type wastewater treatment apparatus. Conventionally, in a wet oxidation treatment using a solid catalyst, as a cause of catalyst deterioration, there has been a problem that an active component in the solid catalyst moves behind a fixed bed. This problem can also be solved in a fluidized bed apparatus because the solid catalyst itself moves. In the case of a fluidized bed system, a catalyst having a smaller particle size than a solid catalyst generally employed in a fixed bed system can be employed, and the contact efficiency with gas and liquid can be further improved, so that the processing performance can be improved. In the case of a fluidized bed type, even wastewater containing a small amount of solids, which was difficult to treat in a fixed bed type, can be treated because the problem of clogging of the reaction tower hardly occurs. The range can be further expanded.
[0035]
In the case of this fluidized bed type apparatus, although not particularly limited, the number of reaction towers may be one or plural, and from the viewpoint of operability and equipment cost, one reaction tower may be used. Is more desirable. Further, although not particularly limited, the inside of the reaction tower may be one chamber, but the division into a plurality of chambers (multistage) improves the processing performance more, and also from the viewpoint of operation control. desirable.
[0036]
The physical property value of the catalyst containing activated carbon in the present invention is not particularly limited, but preferably, the total volume of the pores having a pore diameter of 0.1 to 10 μm is 0.1 to 0.8 ml /. g and the specific surface area is 100 to 2,500 m2/ G is good. Further, the total volume of the pores having a pore diameter of 0.1 to 10 μm is more preferably 0.15 to 0.7 ml / g, and further preferably 0.2 to 0.6 ml / g. is there. The specific surface area is 500-2,000m2/ G, more preferably 800 to 1,700 m2/ G, most preferably from 900 to 1,500 m2/ G. The reasons for these provisions are as follows.
[0037]
In the wet oxidation treatment of wastewater of the present invention, the macropore diameter of the catalyst pores of 0.1 to 10 μm greatly affects the diffusion of oxidizable substances and oxygen contained in the wastewater. For this reason, in a catalyst having a large pore diameter of 0.1 to 10 μm, the oxidation of the oxidizable substance and oxygen becomes easy, so that the reaction easily proceeds. That is, the processing efficiency at low temperature and low pressure is improved. In contrast, a catalyst having a small pore diameter of 0.1 to 10 μm has poor diffusion of oxidizable substances and oxygen. This makes it difficult for the oxidizable substance to be adsorbed to the catalytically active sites, and the reaction does not proceed efficiently. In addition, oxygen is not efficiently used for the decomposition of the oxidizable substance, and the activated carbon itself is generated by excess oxygen. It becomes easy to burn. On the other hand, in the case of a catalyst having a very large pore diameter of 0.1 to 10 μm, there is a problem that the mechanical strength of the catalyst is reduced. For this reason, a catalyst having a total pore volume in the above range having a pore diameter of 0.1 to 10 μm is desirable.
[0038]
In addition, the larger the specific surface area of the catalyst, the more the adsorption of the substance to be contained in the wastewater increases, and accordingly, the treatment efficiency of the wastewater tends to improve. For this reason, a catalyst having a small specific surface area is undesirable. However, in the case of a catalyst having a very large specific surface area, the mechanical strength of the catalyst is reduced. Therefore, a catalyst having a specific surface area of the catalyst within the above-mentioned range is desirable.
[0039]
In general, it is known that, when activated carbon is subjected to a treatment such as an oxidation treatment or a reduction treatment, a polar group is introduced into the surface or, conversely, is removed, and the physical properties thereof are significantly changed. Similarly, also in the catalyst according to the present invention, the catalytic performance significantly changes according to the amount of the polar group in the catalyst. In particular, the relationship between the amount of the polar group and the catalytic activity varies greatly depending on the component to be treated (oxidizable substance) in the wastewater. For example, when the component to be treated (oxidizable substance) is an organic substance or an anionic inorganic substance, the catalyst containing activated carbon needs to have a small amount of polar groups and a highly hydrophobic catalyst (activated carbon). For this reason, the catalyst which has been subjected to the reduction treatment tends to show higher activity. Conversely, in the case of a cationic inorganic substance such as ammonia or hydrazine, the amount of polar groups in the catalyst containing activated carbon needs to be large. Therefore, the more the catalyst is oxidized, the higher the activity may be.
[0040]
It is considered that the reason for this is that the ease with which the component to be treated is adsorbed on the catalyst has a large effect. Many of the polar groups in catalysts containing activated carbon are oxygen-containing functional groups such as hydroxyl groups and carboxyl groups. Therefore, in the catalyst containing activated carbon in the present invention, although not particularly limited, the amount of oxygen / the amount of carbon (hereinafter also referred to as O / C ratio) in the catalyst is correlated with the amount of the polar group in the catalyst. In a relationship. Therefore, a catalyst having a small amount of polar group has a small O / C ratio, and a catalyst having a large amount of polar group has a large O / C ratio. Further, in the catalyst according to the present invention, a preferable catalyst and an unfavorable catalyst for the component to be treated can be classified by O / C ratio. More specifically, when the component to be treated (oxidizable substance) is an organic substance or an anionic inorganic substance, a desirable catalyst has an O / C ratio of 0 to 0.12, and more preferably 0 to 0. .10, and more preferably 0 to 0.08. Conversely, when the component to be treated (oxidizable substance) is a cationic inorganic substance such as ammonia or hydrazine, a catalyst having an O / C ratio of 0.08 to 0.30, more preferably 0.10 To 0.25, and more preferably 0.12 to 0.20. However, a catalyst having an excessively large O / C ratio causes a problem that the mechanical strength of the catalyst is reduced.
[0041]
As described above, the catalyst containing activated carbon in the present invention is not particularly limited, but in producing the catalyst, the catalyst may be subjected to various treatments so as to have an O / C ratio suitable for various treatment purposes. desirable. Specifically, in order to reduce the O / C ratio in the catalyst and reduce the amount of the polar group, the catalyst is preferably subjected to various reduction treatments. For example, a method using a gas phase reduction using hydrogen or a liquid phase reduction using a reducing substance such as sodium sulfite or hydrazine may be used. By this treatment, it is considered that the active component of the catalyst is reduced and / or the activated carbon (the activated carbon surface) is hydrogenated, so that a catalyst highly active against organic substances and anionic inorganic substances can be produced. It can also be carried out by various activation treatments usually performed in the step of producing activated carbon. For example, it can be carried out by contacting with steam, carbon dioxide, or nitrogen gas at a high temperature. Conversely, in order to increase the O / C ratio in the catalyst and increase the amount of the polar group, it is desirable to perform various oxidation treatments on the catalyst. For example, gas-phase oxidation or oxidation using various gases such as oxygen-containing gas, ozone, and NOx, hydrogen peroxide, ozone aqueous solution, bromine water, permanganate, dichromate, hypochlorite, nitric acid And a method by liquid phase oxidation using a chemical such as phosphoric acid. By this treatment, the active component of the catalyst is oxidized and / or a polar group such as an oxygen-containing functional group is introduced into the activated carbon (activated carbon surface), and a catalyst having a high activity against cationic inorganic substances such as ammonia and hydrazine is obtained. It is thought that it can be manufactured. In addition, the catalyst containing activated carbon in the present invention may be subjected to treatment such as nitration, sulfonation, or amination, or treatment with an alkali metal compound.
[0042]
As described above, in the catalyst containing activated carbon in the present invention, a catalyst excellent in adsorption performance for a component to be treated (oxidizable substance) tends to be a catalyst having high catalytic activity. For this reason, the physical property value of the catalyst containing activated carbon in the present invention may include the adsorption performance for the component to be treated (oxidizable substance). For example, when the component to be treated (oxidizable substance) in the wastewater is an organic substance, not only the adsorption performance of the organic substance itself but also the adsorption performance of the oxidizable substance generated by oxidizing and decomposing the organic substance are mentioned. You can also. Furthermore, when an organic substance having 2 or more carbon atoms is the component to be treated, the acetic acid is generally, but not limited to, easily remaining in the treatment liquid after the wet oxidation treatment. Therefore, a catalyst prepared using activated carbon having excellent acetic acid adsorption performance tends to be a catalyst having high catalytic activity for organic substances. Conversely, when the component to be treated (oxidizable substance) is a cationic inorganic substance such as ammonia or hydrazine, a catalyst prepared using activated carbon having excellent ammonia adsorption performance has a catalytic activity against them. It tends to be a high catalyst. Further, although not particularly limited, activated carbon used for a catalyst having excellent adsorption performance for a component to be treated tends to be an activated carbon having excellent adsorption performance for a component to be treated. For this reason, in producing the catalyst according to the present invention, it is desirable to use, as the activated carbon to be used, activated carbon having excellent adsorption performance for the component to be treated.
[0043]
In the present invention, “excellent in adsorption performance” means, for example, the saturation adsorption amount of a target component per unit amount of activated carbon under a specific condition, and the larger the amount, the better the adsorption performance. In addition, it is represented by an adsorption rate of a target component per unit amount of activated carbon under a specific condition, and the higher the rate, the better the adsorption performance. This adsorption speed can be expressed by an initial adsorption speed or an arbitrary post-adsorption speed, and is not particularly limited. However, preferably, it is expressed by the initial adsorption rate. Particularly, when activated carbon having a high initial adsorption rate is used, the activity of the catalyst is high, and when it is converted to a catalyst, the catalyst tends to have excellent adsorption performance. .
[0044]
The catalyst containing activated carbon in the present invention can be defined by various physical properties as described above. However, the range of other physical properties not described above does not limit the range of the activated carbon-containing catalyst according to the present invention. Other various physical property values include, for example, the amount of various functional groups, the amount of ash and impurities, the structural form of carbon, the acidity, the volume of pores other than macropores (mesopores, micropores, submicropores), and the like. There are ratios, values of the external specific surface area and the internal specific surface area, and those relating to the ratio.
[0045]
Since the spent catalyst regenerating solution discharged by performing the method of the present invention often contains easily decomposable oxidizable substances, it is not preferable to directly release the regenerated solution into rivers, the sea, and the like. There are many. Therefore, it is preferable that the used catalyst regenerating solution is returned to the drain tank, the catalyst regenerating solution or the catalyst regenerating solution and the waste water are both subjected to wet oxidation treatment and purified, and it is also preferable to repeatedly use the catalyst regenerating solution. After the biological treatment or the chemical treatment is performed as the post-treatment, the water may be directly discharged to a river, the sea, or the like.
[0046]
The regeneration treatment in the present invention needs to be performed in a temperature range of 55 ° C. or more and less than 200 ° C. When the temperature of the regeneration treatment is lower than 55 ° C., it is difficult to sufficiently obtain the regeneration effect of the catalyst regeneration liquid. From such a viewpoint, the catalyst regeneration temperature is preferably 80 ° C. or higher, more preferably 100 ° C. or higher, and further preferably 120 ° C. or higher. On the other hand, when the catalyst regeneration temperature is 170 ° C. or more, the combustion of the activated carbon itself is likely to occur, so long-term treatment is not preferable. The effect is recognized. At the time of regeneration, it is desirable that the catalyst regeneration liquid keeps a liquid phase. Further, when the catalyst regeneration temperature is 200 ° C. or higher, combustion of activated carbon occurs, so that even a temporary treatment is not preferable. From such a viewpoint, the upper limit of the catalyst regeneration temperature is preferably lower than 170 ° C, more preferably lower than 160 ° C, and further preferably lower than 150 ° C.
[0047]
The present invention is carried out at a wastewater treatment temperature of 50 ° C. or more and less than 170 ° C., but by treating the catalyst at a temperature 5 to 100 ° C. higher than the wastewater treatment temperature (normal wastewater treatment temperature). It is preferable because a high reproduction effect can be obtained. Further, if the regeneration treatment is performed at a temperature higher by 10 to 60 ° C. than the waste water treatment temperature, a higher regeneration effect can be obtained, and a more favorable result can be obtained at a regeneration treatment temperature higher by 15 to 40 ° C. than the above waste water treatment temperature. .
[0048]
However, a higher regeneration temperature may be required in order to decompose the oxidizable substance adsorbed on the activated carbon in the long-term treatment. From such a viewpoint, it is also effective to change the regeneration temperature when performing the catalyst regeneration treatment. That is, it is also effective to perform the regeneration treatment by setting the temperature of the regeneration treatment within the above range at a temperature 20 to 100 ° C. higher than the normal wastewater treatment temperature at the beginning of regeneration and lowering the temperature at the end of regeneration. It is. In this case, the temperature which is higher than the normal wastewater treatment temperature at the beginning of the regeneration is more preferably a temperature higher by 25 to 80 ° C, and further preferably a temperature higher by about 30 to 60 ° C.
[0049]
The processing pressure at the time of regeneration in the present invention may be a pressure at which the catalyst regenerating liquid maintains a liquid phase. When the processing pressure at the time of regeneration is excessively increased, the combustion of the activated carbon itself is likely to occur as in the case where the processing temperature is increased. Also, the activity of the catalyst may be reduced. For this reason, when pressurizing, as shown in FIG. 1 described below, a pressure control valve 12 is provided at the outlet side of the wet oxidation treatment apparatus (reaction tower 1) so that the wastewater can maintain a liquid phase in the reaction tower 1. It is desirable to appropriately adjust the pressure to a predetermined value according to the processing conditions.
[0050]
In order to improve the processing performance and the durability of the catalyst, it is desirable to control the fluctuation of the processing pressure within ± 20%, more preferably within ± 10%, and further preferably within ± 5%. The reproduction time is not particularly limited, but is appropriately selected from about 1 to 100 hours, preferably 3 to 50 hours, more preferably about 5 to 24 hours.
[0051]
The regeneration treatment in the present invention may be carried out with or without supply of oxygen, but it is desirable to maintain the oxygen concentration in the exhaust gas after the regeneration treatment in the range of 0 to 5 vol%. By setting the oxygen concentration to 0 to 5 vol%, the regenerating effect of the catalyst becomes more remarkable. On the other hand, if the oxygen concentration in the exhaust gas exceeds 5 vol%, combustion of the activated carbon due to excess oxygen is not preferred. Therefore, it is preferable to perform the treatment in a state where oxygen is insufficient. From such a viewpoint, it is desirable that the oxygen concentration in the exhaust gas be closer to 0 vol%, and most preferably 0 vol% in which no oxygen remains. Therefore, the oxygen concentration in the exhaust gas is preferably maintained in the range of 0 to 4 vol%, more preferably 0 to 2 vol%, and still more preferably 0 to 1 vol%. In other words, as long as the pressure inside the device can be maintained during the operation of the device, the regeneration of the catalytic activity is more desirable as the amount of supplied oxygen is smaller. However, if the supplied gas amount is too small, a problem may occur in the contact between the catalyst regenerating solution and the catalyst, and the effect may be reduced.
[0052]
In the present invention, in order to maintain the oxygen concentration in the exhaust gas in the range of 0 to 5 vol%, the oxygen concentration in the exhaust gas is measured using an oxygen concentration meter 16 as shown in FIGS. The supply amount of the oxygen-containing gas may be adjusted or controlled by the oxygen-containing gas flow control valve 9 based on the measured value. The oxygen concentration meter used for measuring the oxygen concentration in the exhaust gas may be any one that can be used for ordinary oxygen measurement, and a commercially available oxygen concentration meter can be used. Examples of such an oxygen concentration meter include an oxygen concentration meter using an oxygen sensor of zirconia, an oxygen dumbbell-type oxygen concentration meter, a gas chromatograph, and the like, and these are not particularly limited by the method of use. The method of adjusting or controlling the supply amount of the oxygen-containing gas is not particularly limited. For example, the method can be adjusted or controlled by the flow rate control valve 9, but it is needless to say that other means may be used.
[0053]
In the present invention, “oxygen concentration in exhaust gas” means the oxygen concentration in the gas phase immediately after the regenerating treatment of the solid catalyst containing activated carbon, and is usually performed as shown in FIG. Oxygen concentration in exhaust gas generated when gas-liquid separation processing is performed on gas-liquid after processing.
[0054]
The regeneration treatment in the present invention can be carried out with or without supply of an oxygen-containing gas, but is preferably carried out with a small amount of oxygen-containing gas supplied. By supplying a small amount of the oxygen-containing gas, the contact between the catalyst regenerating liquid and the catalyst is improved, and the regenerating property of the catalyst is further improved. In order to maintain the processing pressure to some extent, it is desirable to supply a small amount of gas. Further, an inert gas such as a nitrogen gas or a gas containing no oxygen can be used instead of the oxygen-containing gas. However, since the present invention relates to a method for treating wastewater by the wet oxidation method, it is desirable to use an oxygen-containing gas used for wastewater treatment in terms of operability, economy, and the like.
[0055]
In the present invention, it is preferable to operate while maintaining the oxygen concentration in the exhaust gas in the range of 0 to 5 vol% during the regeneration treatment. ] / [Oxygen demand of the catalyst regenerating solution when the treatment efficiency of the catalyst regenerating solution is maximized] (hereinafter, the value of this ratio may be referred to as “D value”) = 0 to 1.3. The setting is made as follows. That is, the catalyst can be effectively regenerated by, for example, adjusting or controlling the gas supply amount so that the D value represented by the above ratio is in the range of 0 to 1.3. Note that the [amount of oxygen in the supply gas] may be hereinafter referred to as an oxygen supply amount.
[0056]
In the present invention, since the catalyst regenerating solution contains a readily decomposable oxidizable substance, the oxidizable substance does not remain at the catalyst layer outlet side when the D value is about 1.0 to 1.3. Sometimes. Further, when the oxygen supply amount is 1.0 or more in the above D value, especially larger than 1.3, the amount of oxygen required for the oxidation / decomposition treatment of the catalyst regenerating liquid is larger than that of the activated carbon. It is easy to occur. From such a viewpoint, the D value is preferably about 0 to 0.8, more preferably about 0 to 0.6, and further preferably about 0 to 0.4.
[0057]
However, an excessive amount of air may be required to decompose the oxidizable substance adsorbed on the activated carbon in a long-term treatment. For this reason, it is also effective to change the oxygen supply amount in performing the catalyst regeneration treatment. In this case, at the beginning of the regeneration, the oxygen supply amount is set to the above-mentioned D value of about 1.0 to 1.3, and at the end of the regeneration, the above-mentioned D value is about 0 to 1.0, preferably 0 to 0.1. The oxygen supply amount is preferably about 8, more preferably about 0 to 0.6, and still more preferably about 0 to 0.4.
[0058]
In the present invention, the [oxygen of the catalyst regenerating solution when the treatment efficiency of the catalyst regenerating solution is maximized]consumptionAmount] means the processing efficiency of the catalyst regenerating liquid when only the oxygen supply amount is changed while the regeneration processing conditions such as the regeneration processing temperature, the processing pressure, the LHSV, the air flow system, and the catalyst used are kept constant. Of the catalyst regenerant when the pressure is maximumconsumptionIt is about quantity. That is, the D value is calculated by changing the oxygen supply amount at the temperature at which the regeneration process is performed and based on the treatment efficiency of the catalyst regeneration solution at this time. However, when most of the oxidizable substances in the catalyst regenerating solution are easily decomposable substances, the processing efficiency often does not change even if the processing temperature slightly changes. In such a case, the treatment efficiency of the catalyst regeneration solution often depends only on the oxygen supply amount. For this reason, when the oxygen supply amount is constant, the D value often does not change even when the regeneration processing temperature changes.
[0059]
Therefore, this D value is an index of the excess rate of the oxygen supply amount in performing the catalyst regeneration treatment. More specifically, the chemical oxygen demand (COD (Cr)) treatment efficiency when the solid catalyst is regenerated by the catalyst regenerating solution while changing the oxygen supply amount under an arbitrary regeneration treatment condition is the maximum. Is 90%, the oxygen-containing gas O 2TwoIf supplied at a rate of /COD(Cr)=0.9, the D value is 1.0. Also, if the oxygen-containing gas is OTwoIf supplied at a rate of /COD=1.0, the D value is 1.11. However, the denominator of this D value is “Oxygen of the catalyst regenerating solution when the treatment efficiency of the catalyst regenerating solution is maximized.consumptionThe "amount" is not necessarily the same as the "amount of oxygen in the supply gas when the treatment efficiency of the catalyst regenerating liquid is maximized". That is, the “denominator of the D value” and the “oxygen supply amount when the processing efficiency of the catalyst regenerating liquid is maximized” are not necessarily the same. When the oxygen supply amount exemplified above is OTwoIf the processing efficiency of COD (Cr) is 90% and the maximum when /COD(Cr)=0.9, the oxygen supply amount and the "denominator of D value" are the same. However, if the oxygen supply is OTwoWhen /COD(Cr)=2.0, the COD (Cr) processing efficiency may be 90% and the maximum. The D value at this time is 2.22.
[0060]
The “treatment efficiency of the catalyst regenerating solution” described in “the required amount of oxygen of the catalyst regenerating solution when the treating efficiency of the catalyst regenerating solution is maximized” according to the present invention is, for example, the COD treatment efficiency of the catalyst regenerating solution, TOC Various treatment efficiencies such as treatment efficiency, nitrogen treatment efficiency, BOD treatment efficiency, TOD treatment efficiency, or treatment efficiency of a specific substance can be employed depending on the catalyst regenerating solution, and are not particularly limited. However, the catalyst regenerating solution contains a readily decomposable oxidizable substance, and in this case, since the consumption of oxygen is particularly important, it is desirable to express the COD treatment efficiency of the catalyst regenerating solution.
[0061]
In the present invention, "oxidation / decomposition treatment" refers to oxidative decomposition treatment for converting acetic acid to carbon dioxide and water, decarboxylation treatment for converting acetic acid to carbon dioxide and methane, hydrolysis treatment for converting urea to ammonia and carbon dioxide, and ammonia. Decomposition treatment to convert dimethylsulfoxide and hydrazine into nitrogen gas and water, oxidation and oxidative decomposition treatment to convert dimethylsulfoxide to ash such as carbon dioxide, water, sulfate ions, and oxidation treatment to convert dimethylsulfoxide to dimethylsulfone and methanesulfonic acid In other words, the process of decomposing easily decomposable oxidizable substances into nitrogen gas, carbon dioxide, water, ash, etc., the process of decomposing hardly decomposable organic substances and nitrogen compounds into low molecular weight, or the oxidation process of oxidizing The meaning includes various oxidations and / or decompositions.
[0062]
The type of wastewater to be treated to which the present invention is applied is not particularly limited, for example, from various industrial plants such as chemical plants, electronic component manufacturing equipment, food processing equipment, metal processing equipment, metal plating equipment, printing and plate making equipment, and photographic equipment. Or waste water from power generation facilities such as thermal power generation and nuclear power generation. Specifically, wastewater from EOG production equipment, alcohol production equipment such as methanol, ethanol, and higher alcohols, particularly aliphatic carboxylic acids and esters thereof such as acrylic acid, acrylic acid ester, methacrylic acid and methacrylic acid ester, or terephthalic acid And organic matter-containing wastewater discharged from a process for producing an aromatic carboxylic acid or an aromatic carboxylic acid ester such as terephthalic acid ester. Further, waste water containing nitrogen compounds such as amine, imine, ammonia, and hydrazine may be used. In addition, wastewater containing sulfur compounds such as thiosulfate ions, sulfide ions, and dimethyl sulfoxide may be used. It may also be domestic wastewater such as sewage or human waste. Alternatively, wastewater containing harmful substances such as organic halogen compounds such as dioxins and fluorocarbons, diethylhexyl phthalate, and nonylphenol, and environmental hormone compounds may be used.
[0063]
Hereinafter, the operation and effect of the present invention will be more specifically described with reference to Examples. However, the following Examples do not limit the present invention. It is included in the technical scope of the invention.
[0064]
【Example】
Examples 1 to 5
First, ordinary wastewater treatment was performed using the apparatus shown in FIG. The reaction tower 1 has a cylindrical shape with a diameter of 26 mmφ and a length of 3,000 mm, in which 1 liter of a 4 mmφ pellet-shaped solid catalyst containing activated carbon and platinum as main components and containing 0.3% by mass of platinum is contained. 390 g) and a catalyst layer length of 1880 mmH. The usual wastewater to be treated is wastewater discharged from a fatty acid carboxylic acid and aliphatic carboxylic acid ester production facility and contains organic compounds having 2 or more carbon atoms such as alcohols, aldehydes, and carboxylic acids, and COD (Cr) is reduced. 15,000 mg / liter, pH 2.8. Also, 53% of the total TOC component was acetic acid.
[0065]
Wastewater sent from a wastewater supply source (not shown) is fed through a wastewater supply line 6 at a flow rate of 1 liter / h by a wastewater supply pump 5 and then heated to 120 ° C. by a heater 3 to form a reaction tower. 1 and processed in a gas-liquid downward cocurrent flow. At this time, the pressure of the waste water heated by the heater 3 was measured by the pressure gauge PI on the gas-liquid inlet side of the reactor 1. After air (oxygen-containing gas) is introduced from the oxygen-containing gas supply line 8 and the pressure is increased by the compressor 7, the air is drained before the heater 3 while the supply amount is adjusted by the oxygen-containing gas flow control valve 9. Supplied.
[0066]
In the reaction tower 1, the temperature is kept at 120 ° C. by using the electric heater 2, and the solid catalyst filled in the reaction tower 1 is included in the wastewater when the wastewater (and air) passes from above to below. The oxidizable substance is oxidized and decomposed. The treatment liquid after the wastewater has been oxidized and decomposed is discharged from the bottom of the reaction tower 1, cooled through the processing line 10 by the cooler 4, decompressed from the pressure control valve 12 and discharged, and Gas-liquid separation was performed by the separator 11. In the pressure control valve 12, the pressure in the reaction tower 1 was detected by the pressure controller PC, and the pressure in the reaction tower 1 was controlled to be 0.6 MPa (Gauge).
[0067]
In the gas-liquid separator 11, the oxygen concentration in the exhaust gas in the gas-liquid separator 11 was measured using an oxygen concentration meter 16, and the exhaust gas was discharged from a gas discharge line 13. The level of the processing liquid in the gas-liquid separator was detected using a liquid level controller LC, and the processing liquid discharge pump 14 was controlled so as to have a constant liquid level. The processing liquid discharged from the processing liquid discharge pump 14 was discharged through a processing liquid discharge line 15, and the processing liquid was sampled as needed to measure the COD (Cr) concentration.
[0068]
First, the air supply amount was controlled such that the oxygen concentration in the exhaust gas became 0.5% for 50 hours from the start of operation. As a result, the COD (Cr) treatment efficiency after 50 hours had passed was 94%.
[0069]
Next, until after 50 to 100 hours, air was supplied so that the oxygen concentration of the exhaust gas during the gas-liquid separation became 10%, so that the catalytic activity was reduced. Further, the air supply amount was controlled again until the exhaust gas oxygen concentration became 0.5% until 100 to 150 hours had elapsed. After 150 hours, the COD (Cr) treatment efficiency was reduced to 66%.
[0070]
(Reproduction process)
In the above, each of the following regeneration treatments was performed on the catalyst whose COD (Cr) treatment efficiency was reduced from 94% to 66%.
[0071]
The method of the regeneration treatment is as follows. After the pressure is fed at a flow rate of 1 liter / h of the catalyst regeneration liquid by the drainage supply pump 5, the regeneration liquid is supplied from the upper part of the reaction tower 1 by heating to 140 ° C. It flowed in a downward parallel flow. The catalyst regenerating solution used for this regenerating treatment was a solution containing about 10 g / l of methanol and 15 g / l of COD (Cr). After air was introduced from the oxygen-containing gas supply line 8 and the pressure was increased by the compressor 7, oxygen-containing gas (air) was supplied to the regenerating solution before the heater 3 in the respective amounts shown in Table 1 below.
[0072]
The regenerated liquid that passed through the catalyst layer was cooled by the cooler 4, released from the pressure control valve 12 and discharged, and separated into gas and liquid by the gas-liquid separator 11. In addition, the pressure control valve 12 detected the pressure with the pressure controller PC, and controlled so that the pressure of 0.6 MPa (Gauge) was maintained.
[0073]
This regeneration treatment was carried out for 5 hours in each test, and then the wastewater treatment was carried out again for 50 hours under the same conditions as the above wastewater treatment. The residual amount of the regenerating solution during the regeneration treatment and the treatment efficiency of the wastewater during the wastewater treatment are shown in Table 1 below.
[0074]
In Example 5, nitrogen gas was supplied in place of the oxygen-containing gas during the regeneration treatment. The supply amount of the nitrogen gas at this time was the same as the supply amount of the oxygen-containing gas supplied in Example 2.
[0075]
[Table 1]
Figure 0003548493
[0076]
Examples 6 to 9, Comparative Example 1
A regeneration process was performed according to Example 2, using the same catalyst, the same processing method, the same processing conditions, and the same apparatus as in Example 2, except that the processing temperature during regeneration was set to the values shown in Table 2 below. The results are shown in Table 2 below. In Example 8, since the processing temperature was 160 ° C., the processing pressure was 0.9 MPa (Gauge). In Comparative Example 1, since the processing temperature was 220 ° C., the processing pressure was 2.5 MPa (Gauge).
[0077]
[Table 2]
Figure 0003548493
[0078]
Examples 10 to 15
A regeneration process was performed according to Example 2 using the same catalyst, the same processing method, the same processing conditions, and the same apparatus as in Example 2, except that the processing time during regeneration was set to the values shown in Table 3 below. The results are shown in Table 3 below. In Examples 14 and 15, the regeneration process was performed according to Example 8 with the regeneration process temperature set to 125 ° C.
[0079]
[Table 3]
Figure 0003548493
[0080]
Examples 16 to 22
The regeneration treatment was performed in the same manner as in Example 2 except that the COD (Cr) concentration of the catalyst regeneration solution containing methanol was changed to the value shown in Table 4 below. The results are shown in Table 4 below. In Examples 20 and 21, the reproduction processing was performed according to Example 11 with the reproduction processing time set to 24 hours. The supply amount of the oxygen-containing gas (air) is O2/COD(Cr)=0.5. Furthermore, in Example 22, the supply amount of the oxygen-containing gas (air) was changed to O with a regeneration time of 5 hours.2/ COD (Cr) = 0.2
[0081]
[Table 4]
Figure 0003548493
[0082]
Examples 23 to 27
The same catalyst, the same processing method, and the same processing conditions as in Example 2 were used, except that ethanol, propanol, acetone, and tetrahydrofuran were used as the catalyst regenerating liquid, each containing 15 g / liter of COD (Cr). Using the same apparatus, a regenerating process was performed according to Example 2. The results are shown in Table 5 below. In Example 24, the regeneration treatment was performed using wastewater containing a large amount of alcohols having 1 to 4 carbon atoms discharged from the fatty acid carboxylic acid and fatty acid carboxylic acid ester production equipment. The concentration of the wastewater was 23 g / liter of COD (Cr). The supply amount of the oxygen-containing gas (air) is O2/COD(Cr)=0.5.
[0083]
[Table 5]
Figure 0003548493
[0084]
Comparative Examples 2 and 3
The regeneration treatment was performed according to Example 2 using the same catalyst, the same processing method, the same processing conditions, and the same apparatus as in Example 2, except that the supply amount of the oxygen-containing gas was set to the value shown in Table 6 below. . The results are shown in Table 6 below.
[0085]
[Table 6]
Figure 0003548493
[0086]
Example 28
The apparatus shown in FIG. 2 was used. The basic configuration of the apparatus shown in FIG. 2 is similar to that of the apparatus shown in FIG. 1, and corresponding parts are denoted by the same reference numerals. In the apparatus shown in FIG. 2, the wastewater heated by the heater 3 is supplied from the bottom of the reaction tower 21 (22 is an electric heater), and the wastewater after the oxidation and decomposition treatment is supplied to the reaction tower 21. It is configured to be discharged from the upper part of. That is, in the reaction tower 21 shown in FIG. 2, the gas-liquid circulation system in the catalyst layer is of the gas-liquid upward co-current flow type.
[0087]
Then, the wastewater was treated in the same manner as in Example 1 (the same wastewater, the same treatment method, and the same treatment conditions). The COD (Cr) treatment efficiency after 50 hours had passed was 87%. Subsequently, a catalyst regeneration treatment was carried out in the same manner as in Example 2 under the same treatment conditions as in Example 2. The results are shown in Table 7 below. The supply amount of the oxygen-containing gas (air) is O2/COD(Cr)=0.5.
[0088]
[Table 7]
Figure 0003548493
[0089]
Example 29
According to Example 2, using the same catalyst, the same processing method, the same processing conditions, and the same apparatus as Example 2, except that the regeneration processing time was 160 ° C for 0 to 1 hour and 125 ° C for 1 to 3 hours. To perform the reproduction process. The results are shown in Table 8 below.
[0090]
[Table 8]
Figure 0003548493
[0091]
Examples 30 and 31
Drainage treatment was performed using the same apparatus as in FIG. 1 shown in Example 1. The inside of the reaction tower 1 was filled with 1 liter (420 g) of 1880 mmH of a 3 mmφ pellet-shaped solid catalyst containing activated carbon and palladium as main components and containing 0.6% by mass of palladium. The wastewater subjected to the treatment was wastewater discharged from the power generation equipment, and was wastewater containing ammonium sulfate, sodium ions and carbonate ions. Further, the concentration of ammonia in the waste water was 4,200 mg / liter, and the pH was 7.8.
[0092]
The wastewater was fed under pressure at a flow rate of 1 liter / h by a wastewater supply pump 5, heated to 130 ° C. by a heater 3, supplied from the upper part of the reaction tower 1, and treated in a gas-liquid downward cocurrent manner. After air was introduced from the oxygen-containing gas supply line 8 and the pressure was increased by the compressor 7, this air was supplied to the drainage before the heater 3 while adjusting the supply amount by the oxygen-containing gas flow rate control valve 9.
[0093]
In the reaction tower 1, the temperature was kept at 130 ° C. using the electric heater 2, and the oxidation and decomposition treatment was performed. After the treatment liquid was cooled by the cooler 4, the pressure was released from the pressure control valve 12, discharged, and separated by the gas-liquid separator 11. In the pressure control valve 12, the pressure in the reaction tower 1 was detected by the pressure controller PC, and the pressure in the reaction tower 1 was controlled to be 0.9 MPa (Gauge). Further, the oxygen concentration in the exhaust gas in the gas-liquid separator 11 was measured using the oxygen concentration meter 16, and the processing efficiency of ammonia in the processing liquid in the gas-liquid separator was determined.
[0094]
First, the air supply amount was controlled such that the oxygen concentration in the exhaust gas became 0.5% for 50 hours from the start of operation. As a result, the treatment efficiency of ammonia 50 hours after the start of the reaction was 95%.
[0095]
Next, until after 50 to 100 hours, air was supplied so that the oxygen concentration of the exhaust gas during the gas-liquid separation became 10%, so that the catalytic activity was reduced. Further, the air supply amount was controlled again until the exhaust gas oxygen concentration became 0.5% until 100 to 150 hours had elapsed. After 150 hours, the treatment efficiency of ammonia was reduced to 54%.
[0096]
(Reproduction process)
In the above, the regeneration treatment described below was performed on the catalyst whose ammonia treatment efficiency was reduced from 95% to 54%.
[0097]
The method of the regeneration treatment is as follows. After the pressure is fed at a flow rate of 1 liter / h of the catalyst regenerating solution by the drainage supply pump 5, the regenerating solution is supplied from the upper part of the reaction tower 1 by heating to 150 ° C. by the heater 3. It flowed in a downward parallel flow. The catalyst regenerating solution used for this regenerating treatment was a solution containing about 8 g / l of methanol, and 12 g / l of COD (Cr). After air was introduced from the oxygen-containing gas supply line 8 and the pressure was increased by the compressor 7, the oxygen-containing gas (air) was supplied to the regenerating liquid before the heater 3 in the respective amounts shown in Table 9 below. The regenerated liquid that passed through the catalyst layer was cooled by the cooler 4, released from the pressure control valve 12 and discharged, and separated into gas and liquid by the gas-liquid separator 11. The pressure control valve 12 detects the pressure with a pressure controller PC and controls the pressure to maintain a pressure of 0.9 MPa (Gauge).
[0098]
This regeneration treatment was performed for 7 hours, and then the wastewater treatment was performed again for 50 hours under the same conditions as the above wastewater treatment. The results are shown in Table 9 below.
[0099]
[Table 9]
Figure 0003548493
[0100]
【The invention's effect】
The present invention is configured as described above, and can effectively regenerate a catalyst whose performance has been reduced, and can dramatically improve the durability of a solid catalyst. Further, according to the present invention, it becomes possible to stably purify wastewater for a long time, and it is possible to reduce wastewater treatment costs.
[0101]
Further, the method for treating wastewater by the wet oxidation method which is basically adopted by the present invention is an excellent treatment method capable of reducing the cost of treating wastewater and the cost of treating wastewater, and also capable of treating wastewater to a high degree. It is. Therefore, by adding the effect of the regeneration of the present invention to such a wet oxidation method, the effect of the method can be remarkable.
[0102]
Furthermore, the treated liquid of wastewater treated according to the present invention can be reused as water for other uses, and is excellent in terms of resource recycling, thereby reducing costs and using resources efficiently. It can also be used for other purposes.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic explanatory view showing one configuration example of an apparatus configured to carry out the present invention.
FIG. 2 is a schematic explanatory view showing another configuration example of an apparatus configured to carry out the present invention.
[Explanation of symbols]
1,21 reaction tower
2,22 electric heater
3 heater
4 Cooler
5 Drainage supply pump
6 Drainage supply line
7 Compressor
8 Oxygen-containing gas supply line
9 Oxygen-containing gas flow control valve
10 Treatment liquid line
11 Gas-liquid separator
12 Pressure control valve
13 Gas discharge line
14 Treatment liquid discharge pump
15 Treatment liquid discharge line
16 Oxygen concentration meter

Claims (4)

排水中に含まれる有機および/または無機の被酸化性物質を、触媒を用いて酸化および/または分解処理する排水の処理方法において、50℃以上170℃未満の処理温度、該排水が液相保持する圧力下で、酸素含有ガスを供給して活性炭を含有する触媒を用いて排水を処理すると共に、アルコール類を含有する触媒再生液を固体触媒に供給し、排水処理温度より5〜100℃高い温度で前記固体触媒を再生しつつ操業することを特徴とする排水の処理方法。In a method for treating wastewater in which organic and / or inorganic oxidizable substances contained in the wastewater are oxidized and / or decomposed by using a catalyst, a treatment temperature of 50 ° C or more and less than 170 ° C, and the wastewater retains a liquid phase Under the pressure of, an oxygen-containing gas is supplied to treat wastewater using a catalyst containing activated carbon , and a catalyst regenerating solution containing alcohols is supplied to a solid catalyst, and the temperature is 5 to 100 ° C. higher than the wastewater treatment temperature. A method for treating wastewater, comprising operating while regenerating the solid catalyst at a temperature. 前記触媒再生液が触媒層入り口で残留するようにして操業する請求項1に記載の方法。The method according to claim 1, wherein the operation is performed such that the catalyst regenerating liquid remains at the entrance of the catalyst layer. 触媒再生時の排気ガス中の酸素濃度を0〜5%volの範囲に維持するものである請求項1または2に記載の方法。3. The method according to claim 1, wherein the oxygen concentration in the exhaust gas at the time of catalyst regeneration is maintained in the range of 0 to 5% vol. 触媒再生液を触媒層に供給する際に、酸素含有ガスまたは酸素非含有ガスを供給し、これら供給ガス中の酸素量が、[供給ガス中の酸素量]/[触媒再生液の処理効率が最大となるときの触媒再生液の酸素消費量]=0〜1.3の範囲となるように設定する請求項1〜3のいずれかに記載の方法。When the catalyst regenerating solution is supplied to the catalyst layer, an oxygen-containing gas or a non-oxygen-containing gas is supplied, and the amount of oxygen in the supplied gas is [oxygen amount in the supplied gas] / [the processing efficiency of the catalyst regenerating solution is reduced. The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the oxygen consumption of the catalyst regenerating solution at the maximum is set to be in the range of 0 to 1.3.
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