水処理装置及び水処理方法
【課題】有機物を含有する廃水や汚染水などの被処理水に含まれる有機物を効率的に分解することにより、後流の濾過装置における負荷を軽減することができ、しかも配管等の腐蝕を回避することができる水処理装置を提供する。
【解決手段】水処理装置１２は、有機物を含有する被処理水１５ａを所定の圧力に加圧する大口径流路２２、小口径流路２３及び加圧ポンプ２４と、加圧された被処理水１５ａにレーザ光２７を照射して所定温度に加熱するレーザ光源２５及び集光レンズ２６とを有し、レーザ光源２５から照射されたレーザ光２７を集光レンズ２６によって、加圧した被処理水１５ａが流通する小口径流路２３における該流路内の流路壁から離間した領域２９に集光させ、この領域２９内の廃水１５ａを加熱して超臨界水又は亜臨界水を生成させ、生成した超臨界水又は亜臨界水を用いて被処理水１５ａ中の有機物を分解する。
【解決手段】水処理装置１２は、有機物を含有する被処理水１５ａを所定の圧力に加圧する大口径流路２２、小口径流路２３及び加圧ポンプ２４と、加圧された被処理水１５ａにレーザ光２７を照射して所定温度に加熱するレーザ光源２５及び集光レンズ２６とを有し、レーザ光源２５から照射されたレーザ光２７を集光レンズ２６によって、加圧した被処理水１５ａが流通する小口径流路２３における該流路内の流路壁から離間した領域２９に集光させ、この領域２９内の廃水１５ａを加熱して超臨界水又は亜臨界水を生成させ、生成した超臨界水又は亜臨界水を用いて被処理水１５ａ中の有機物を分解する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃水や汚染水など有機物含有水に含まれる有機物を超臨界水又は亜臨界水で分解する水処理装置及び水処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造工場をはじめ、各種製造工場、事業所、集合住宅等から排出され様々な有機物やその他異物を含んだ廃水は、一般に、雨水と共に大型の下水処理施設で浄化され飲料水などに利用可能な上水に造水されて再利用されるが、例えば、都市部から遠く離れた一部の地域、発展途上国の内陸部等においては必要な浄化のための設備が整備されていない地方もあり、廃水の流入により或いはその他の理由により汚染された河川などの汚染水の使用を余儀なくされていることもある。
【０００３】
また、都市部や先進国においても、地震等の災害直後の一時期においては、飲料水を確保できない状況に陥る虞もある。従って、工場又は家庭の排水、雨水、その他汚染水等から上水を効率よく製造し且つ煩雑でない設備により実施できる造水技術の確立が望まれている。
【０００４】
ところで、従来の下水処理施設においては、例えば物理的処理と生物的処理を併用し、大規模な貯水槽において汚物等の比較的大きい固形物を沈殿除去した後（物理的処理）、活性汚泥処理（生物的処理）を行い、その後、例えば緩慢濾過、凝集剤を適用した急速濾過等によって固形物を取り除き、次いで、色又は臭いを取り除くためのエアレーション、粉末活性炭処理等の高度処理を行い、必要に応じてオゾン酸化、活性炭吸着処理等を施し、最終的に塩素による滅菌処理を施して上水を造水していた。
【０００５】
また、最近になって、下水中の有機廃棄物を分解する技術として、超臨界水又は亜臨界水を用いて有機物を分解処理する有機廃棄物の分解処理技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−１６５１４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の下水処理施設を適用した造水技術においては、生物処理後の被処理水に有機物等の固形物が相当量含まれているために濾過装置の負荷が高すぎて、処理できずに廃棄される水が、例えば全体の６０％程度を占めるという問題がある。また、超臨界水又は亜臨界水によって有機物を分解する有機廃棄物の分解処理技術においては、超臨界水又は亜臨界水との接触に起因する配管をはじめとする設備の腐蝕を回避するための特別の措置が必要となり、装置構成が複雑になるか又は処理工程が煩雑になるという問題がある。
【０００８】
本発明の課題は、廃水や汚染水などの有機物含有水に含まれる有機物をより効率よく分解することによって後流の濾過装置における負荷を軽減することができ、しかも配管をはじめとする設備の腐蝕を回避することができる水処理装置及び水処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、請求項１記載の水処理装置は、有機物を含有する被処理水を所定の圧力に加圧する加圧装置と、前記加圧装置によって加圧された前記被処理水を所定温度に加熱することにより超臨界水又は亜臨界水を生成させ、該超臨界水又は亜臨界水で前記被処理水に含有されている前記有機物を分解する加熱装置とを有し、前記加熱装置は、前記加圧装置によって加圧された前記被処理水に向けてレーザ光を照射するレーザ光照射装置と、該レーザ光照射装置から照射されたレーザ光を前記加圧された被処理水が流通する流路における該流路内の流路壁から離間した領域に集光させる集光レンズを備えていることを特徴とする。
【００１０】
請求項２記載の水処理装置は、請求項１記載の水処理装置において、前記加圧装置は、前記被処理水を大口径の流路から該大口径の流路よりも流路断面積が小さい小口径の流路へ導入することによって前記被処理水を加圧するものであることを特徴とする。
【００１１】
請求項３記載の水処理装置は、請求項２記載の水処理装置において、前記小口径の流路の流路壁の少なくとも一部は透明であり、前記レーザ光照射装置は前記透明の流路壁を介して前記小口径の流路内の領域に前記レーザ光を照射することを特徴とする。
【００１２】
請求項４記載の水処理装置は、請求項２又は３記載の水処理装置において、前記小口径の流路は二重管構造を有しており、内管と外管との間の空間部に真空断熱層が形成されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項５記載の水処理装置は、請求項２又は３記載の水処理装置において、前記小口径の流路は二重管構造を有しており、内管と外管との間の空間部に熱回収用の気体が流通していることを特徴とする。
【００１４】
請求項６記載の水処理装置は、請求項２又は３記載の水処理装置において、前記小口径の流路は二重管構造を有しており、内管と外管との間の空間部に空隙を有する充填材が充填されていることを特徴とする。
【００１５】
請求項７記載の水処理装置は、請求項２乃至６のいずれか１項に記載の水処理装置において、前記小口径の流路の前記レーザ光が照射される流路壁と対向する流路壁の、前記流路内側の流路壁面に熱反射板が配置されていることを特徴とする。
【００１６】
請求項８記載の水処理装置は、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の水処理装置において、前記所定の圧力は、１．５ＭＰａ乃至１００ＭＰａであり、前記所定の温度は、２００℃乃至５００℃であることを特徴とする。
【００１７】
請求項９記載の水処理装置は、請求項８記載の水処理装置において、前記所定の圧力は、１．５ＭＰａ乃至１００ＭＰａであり、前記所定の温度は、２００℃乃至３７４℃で、前記被処理水が液体の状態であることを特徴とする。
【００１８】
請求項１０記載の水処理装置は、請求項８記載の水処理装置において、前記所定の圧力は、２２ＭＰａ乃至１００ＭＰａであり、前記所定の温度は、３７４℃乃至５００℃であることを特徴とする。
【００１９】
上記課題を解決するために、請求項１１記載の水処理方法は、有機物を含有する被処理水を所定の圧力に加圧する加圧ステップと、前記加圧ステップによって加圧された被処理水を所定温度に加熱して超臨界水又は亜臨界水を生成させ、該超臨界水又は亜臨界水で前記有機物を分解する加熱ステップとを有し、前記加熱ステップは、前記加圧ステップによって加圧された前記被処理水に向けてレーザ光を照射するレーザ光照射ステップと、該レーザ光照射ステップで照射されたレーザ光を前記加圧された被処理水が流通する流路における該流路内の流路壁から離間した領域に集光させる集光ステップを備えていることを特徴とする。
【００２０】
請求項１２記載の水処理方法は、請求項１１記載の水処理方法において、前記加圧ステップは、前記被処理水を大口径の流路から該大口径の流路よりも流路断面積が小さい小口径の流路へ導入することによって前記被処理水を加圧することを特徴とする。
【００２１】
請求項１３記載の水処理方法は、請求項１２記載の水処理方法において、前記小口径の流路の流路壁の一部は透明であり、前記レーザ光照射ステップは前記透明の流路壁を介して前記流路内の領域に前記レーザ光を照射することを特徴とする。
【００２２】
請求項１４記載の水処理方法は、請求項１２又は１３記載の水処理方法において、前記小口径の流路は二重管構造を有しており、内管と外管との間の空間部に気体を流通させて前記内管から放出される熱を回収する熱回収ステップを有することを特徴とする。
【００２３】
請求項１５記載の水処理方法は、請求項１１乃至１４のいずれか１項に記載の水処理方法において、前記所定の圧力は、１．５ＭＰａ乃至１００ＭＰａであり、前記所定の温度は、２００℃乃至５００℃であることを特徴とする。
【００２４】
請求項１６記載の水処理方法は、請求項１５記載の水処理方法において、前記所定の圧力は、１．５ＭＰａ乃至１００ＭＰａであり、前記所定の温度は、２００℃乃至３７４℃で、前記被処理水が液体の状態であることを特徴とする。
【００２５】
請求項１７記載の水処理方法は、請求項１５記載の水処理方法において、前記所定の圧力は、２２ＭＰａ乃至１００ＭＰａであり、前記所定の温度は、３７４℃乃至５００℃であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、廃水や汚染水などの有機物含有水に含まれる有機物をより効率的に分解することによって後流の濾過装置における負荷を軽減することができ、しかも配管をはじめとする設備の腐蝕を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】造水システムの一例を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る水処理装置の要部を示す説明図であり、図２（Ａ）は、その構成図、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る水処理方法を示すフローチャートである。
【図４】超臨界水及び亜臨界水の生成条件を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る水処理装置の変形例の要部である被処理水流路の断面図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る水処理装置の他の変形例の要部である被処理水流路の断面図であり、図６（Ａ）は被処理水導入時、図６（Ｂ）は被処理水加圧時、図６（Ｃ）は被処理水加熱（レーザ光照射）時、図６（Ｄ）は、被処理水排出時を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２９】
本発明の水処理装置は、廃水や汚染水などの有機物を含有する被処理水を所定の圧力に加圧する加圧装置と、加圧装置によって加圧された被処理水を所定温度に加熱して超臨界水又は亜臨界水を生成させ、該超臨界水又は亜臨界水で被処理水中の有機物を分解する加熱装置を有するものであり、下水、工場排水、生活排水、雨水等若しくはこれらが混合した廃水、或いはこれらの水が混入若しくは他の原因により汚染された河川などの汚染水から上水を製造する造水システムの一部を構成する。
【００３０】
図１は、造水システムの一例を示すブロック図である。
【００３１】
図１において、この造水システム１０は、被処理水１５中の大きな固形物を分解又は分離して処理負荷が均等化するように調整する汚水拡散槽１１と、該汚水拡散槽１１の出口液を加熱加圧して超臨界水又は亜臨界水を生成させ、該超臨界水又は亜臨界水で被処理水中の有機物を分解する水処理装置１２と、該水処理装置１２の出口液に含まれ前記水処理装置１２で分解された分解残留物を濾別する逆浸透膜装置１３と、該逆浸透膜装置１３の出口液に、例えばプラズマ処理を施して上水１６を製造する飲料水処理装置１４とから主として構成されている。分解残留物には、排水処理装置１２で分解され微細な固形物の状態となったものの他、分子レベルまで分解されたものがクラスター状に集まったもの、あるいは大きなサイズの分子も含まれる。
【００３２】
図２は、本発明の実施の形態に係る水処理装置の要部を示す説明図であり、図２（Ａ）は、その構成図、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【００３３】
図２（Ａ）において、この水処理装置１２は、処理対象である有機物含有被処理水（以下、単に「被処理水」ともいう。）１５ａを大口径の流路２２から小口径の流路２３に導入して加圧する加圧ポンプ２４を有する。小口径の流路２３は、透明で、且つ耐熱性に優れた、例えば石英ガラスで構成されている。
【００３４】
大口径の流路２２から小口径の流路２３に導入された被処理水１５ａは加圧ポンプ２４によって、例えば、２５ＭＰａ乃至４０ＭＰａに加圧される。加圧された被処理水１５ａが流通する小口径の流路２３とは空間を隔てた位置にレーザ光照射装置としてのレーザ光源２５が配置されている。レーザ光源２５は小口径の流路２３を流通する被処理水１５ａに向けてレーザ光２７を照射する。レーザ光源２５と小口径の流路２３との間には集光レンズ２６が配置されている。集光レンズ２６はレーザ光源２５から照射されたレーザ光２７を集光して小口径の流路２３の流路壁から離間した流路２３内の領域２９（図２（Ｂ）参照）に照射する。
【００３５】
レーザ光の照射を受けた高圧の被処理水１５ａは、高温高圧、例えば３００℃乃至４００℃、２５ＭＰａ乃至４０ＭＰａとなり、被処理水１５ａ中の水成分から超臨界水又は亜臨界水が生成する。このようにして超臨界水又は亜臨界水となった被処理水１５ａは、被処理水１５ａに含有されている有機物を分解する。小口径の流路２３の後流には減圧装置２８が設けられており、有機物が分解された処理後の被処理水１５ｂは、小口径の流路２３から減圧装置２８に流入し、ここで、処理後の被処理水１５ｂの圧力が回収される。
【００３６】
以下に、このような構成の水処理装置を用いて実行される本発明の実施の形態に係る水処理方法について説明する。本水処理は、造水システム（図１）における逆浸透膜装置１３による濾過処理の前処理として位置づけられるものであり、図示しない造水システム１０の制御部におけるメモリに格納された水処理用のプログラムに従って同制御部におけるＣＰＵに実行させることもできる。
【００３７】
図３は、本発明の実施の形態に係る水処理方法を示すフローチャートである。
【００３８】
図３において、被処理水を処理する際は、先ず、汚水拡散槽１１（図１参照）で拡散させ、処理負荷が均等になるように調整した被処理水１５ａを水処理装置１２（図２）に導入し（ステップＳ１）、加圧ポンプ２４を用いて大口径の流路２２を経て小口径の流路２３に流入させ、これによって廃水１５ａを所定圧力、例えば２５ＭＰａ乃至４０ＭＰａに加圧する（ステップＳ２）。
【００３９】
次いで、小口径の流路２３を流通する加圧された被処理水１５ａに向けてレーザ光源２５からレーザ光２７を照射し（ステップＳ３）、該レーザ光２７を集光レンズ２６によって集光させ、透明の流路壁を介して、例えば、図２（Ｂ）に示したように小口径の流路２３の流路壁から離間した流路２３内の領域２９に照射して３００℃乃至４００℃に加熱し、これによって被処理水１５ａ中の水成分から超臨界水又は亜臨界水を生成し（ステップＳ４）、超臨界水又は亜臨界水となった被処理水１５ａを用いて被処理水１５ａ中の有機物を分解する（ステップＳ５）。
【００４０】
このとき、超臨界水は、有機物をＣＯ２に分解し、亜臨界水は有機物をメタン（ＣＨ４）ガスと微小なアミノ酸に分解する。
【００４１】
次いで、有機物が分解された処理後の被処理水１５ｂを減圧装置２８に導入し、ここで被処理水１５ｂの圧力を低減して有機物の分解によって生成したＣＯ２、メタン（ＣＨ４）等のガス成分を分離し（ステップＳ６）、その後、処理後の被処理水１５ｂを後流の逆浸透膜装置１３（図１参照）に導入して処理後の被処理水１５ｂ中に残留する分解残留物を分離する（ステップＳ７）。次いで、分解残留物が分離された処理後の被処理水１５ｂをそのさらに後流の飲料水処理装置１４（図１）に導入し、ここで、例えばプラズマを用いた飲料水処理を施して飲料水としての上水を調製し（ステップＳ８）、一連の水処理を終了する。
【００４２】
図３の水処理によれば、有機物を含有する被処理水１５ａを加圧、加熱して超臨界水又は亜臨界水を生成させ、該超臨界水又は亜臨界水によって被処理水１５ａに含まれる有機物を分解するようにしたので、後流の逆浸透膜装置１３における負荷が軽減し、結果として、上水の精製効率が高くなり、廃水や汚水などである被処理水１５ａをほぼ完全に上水１６としてリサイクルすることができる。
【００４３】
また、超臨界水又は亜臨界水は酸化力が強く、被処理水１５ａ中の有機物を強力に分解する一方、これに接触する容器、配管、シール部等の設備を腐蝕させる原因ともなるが、本実施の形態によれば、レーザ光源２５から照射されたレーザ光２７を集光レンズ２６によって集光させ、小口径の流路２３の流路壁から離間した流路２３内の領域２９に局所的に照射して流路壁から離間した流路２３内の領域２９内で超臨界水又は亜臨界水を生成して有機物を分解すると共に、その後、直ちに減圧装置２８に導入して減圧するようにしたので、発生した超臨界水又は亜臨界水が流路２３の壁面をはじめとする設備部材に接触することがない。このため、配管をはじめとする設備の腐蝕を未然に防止することができる。
【００４４】
また、本実施の形態によれば、被処理水１５ａを連続的に大口径の流路２２から小口径の流路２３に導入して加圧し、レーザ光２７を連続的に照射して有機物を連続的に分解することができ、大容量の処理装置へのスケールアップも容易である。
【００４５】
図４は、超臨界水及び亜臨界水の生成条件を示す図である。超臨界水とは圧力２２ＭＰａ以上且つ温度が３７４℃以上の水の状態を指し、亜臨界水とは超臨界状態以下の圧力または温度の液体の水を指す。
【００４６】
本実施の形態においては、有機物を含有する被処理水１５ａを２２ＭＰａ以上の圧力をかけながら３７４℃以上に加熱、又は液体状態を保つような適切な圧力をかけながら２００℃以上に加熱する。これによって、被処理水１５ａ中の水成分から超臨界水又は亜臨界水を生成させ、超臨界水又は亜臨界水となった被処理水１５ａを用いて被処理水１５ａに含まれる有機物を分解除去することができる。なお、前述の通り、被処理水は超臨界状態以下の圧力において亜臨界水となりうるが、実効的に亜臨界水となるためには２００℃以上の温度において液体である必要があり、そのため、亜臨界水であるためには１．５ＭＰａ以上の圧力とする必要がある。また、超臨界状態であるためには原理的には圧力及び温度の上限は無い。しかしながら、実用上の観点から、本願技術の効果を得るためには１００ＭＰａ以下の圧力及び５００℃以下の温度でよい。
【００４７】
本実施の形態において、水処理装置１２の出口液を逆浸透膜装置１３で処理した際に濾別された分解残留物濃度の高い被処理水１５ｂを再度水処理装置１２の入口に戻して循環処理することもできる。
【００４８】
また、本実施の形態において、有機物が分解された処理後の被処理水１５ｂが有する圧力は減圧装置２８で回収される。圧力回収装置としては、例えばターボチャージャーが適用される。本実施の形態では、ターボチャージャーは、減圧装置２８内に配された一方の羽根車と、該羽根車の回転軸に対して同軸で連結され、且つ加圧ポンプ２４内に配された他方の羽根車とからなり、例えば、減圧装置２８において流体を高圧から低圧に減圧する際、圧力差を利用して流体の流れを形成させ、その流れによって一方の羽根車を回転させ、他方の羽根車を回転させることによって、被処理水１５ａを流路２２から流路２３へ流入させる。
【００４９】
本実施の形態において、減圧装置２８によって圧力が回収され、圧力が低下した被処理水１５ｂからガス成分が放出される。ガス成分には、加圧の際に被処理水１５ａに溶融した大気の成分のほか、固形物を分解した際に発生した分解生成物としてのガスも含まれる。ガス成分を放出した処理後の被処理水１５ｂは、有機物が分解した微小なアミノ酸を含む水であり、例えば肥料として好適な利用価値を有する。
【００５０】
本実施の形態において、小口径の流路２３の長さは、例えば１ｍ程度であり、小口径の流路２３におけるレーザ光２７が照射される流路壁と対向する流路壁の、流路内側の流路壁面に熱反射板を配置させることが好ましい。これによって、小口径の流路２３からの熱の放散を防止することができる。
【００５１】
本実施の形態において、水処理装置１２の出口液である処理後の被処理水１５ｂは、後流の逆浸透膜装置１３に流入して分解残留物が分離されるが、超臨界水又は亜臨界水によって有機物の大部分が分解されているので、逆浸透膜装置１３における負荷が低減し、詰まり等のトラブルが生じることはない。
【００５２】
次に本発明の実施の形態に係る水処理装置の変形例について説明する。
【００５３】
図５は、本発明の実施の形態に係る水処理装置の変形例の要部である被処理水流路の断面図である。この被処理水流路は図２の大口径の被処理水流路２２と、該大口径の被処理水流路２２に連結された小口径の被処理水流路２３に相当する加圧装置である。
【００５４】
図５において、この被処理水流路５０は内径が大口径から小口径に順次縮径するテーパ状の内管５１と、該内管５１を覆うように同心円状に設けられた外管５２とから主として構成された二重管構造を呈している。
【００５５】
テーパ状の内管５１の内壁面には、複数のバッフル板５４が、例えば等間隔に設けられている。従って、被処理水１５ａは、バッフル板５４によって速やかな流通が阻害され、内管５１内を蛇行するように流通する。これによって、内管５１における被処理水１５ａの滞留時間が長くなり、有機物の分解が促進される。
【００５６】
このような構成の被処理水流路５０を備えた水処理装置において、内管５１の大口径側から被処理水１５ａを導入し、図示省略した加圧ポンプによって小口径側に押し出すことによって加圧し、以下、上述の実施の形態と同様にして、加圧された被処理水１５ａが流通する内管５１の小口径側における流路壁から離間した流路５１内の領域（図２（Ｂ）参照）にレーザ光を照射してその領域のみに超臨界水又は亜臨界水を生成し、以下同様にして廃水１５ａに含まれる有機物を分解する。
【００５７】
本実施の形態の変形例によれば、加圧された被処理水１５ａが流通する内管５１の小口径側における流路内の流路壁から離間した領域のみにレーザ光を照射して超臨界水又は亜臨界水を生成し、該超臨界水又は亜臨界水によって被処理水１５ａに含まれる有機物を分解するようにしたので、上記実施の形態と同様、後流の濾過装置における負荷を軽減することができると共に、配管をはじめとする設備の腐蝕を防止することができる。
【００５８】
本実施の形態の変形例において、二重管構造を形成する内管５１と外管５２との間の空間５３を、１．３３×１０−２Ｐａ（１×１０−４Ｔｏｒｒ）乃至１．３３×１０２Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）程度に減圧された真空断熱層とすることが好ましい、これによって内管５１からの熱の放散によるエネルギー損失を低減することができる。また、内管５１と外管５２との間の空間５３を真空断熱層とする代わりに、空間５３に空隙率の大きい充填材を充填することもできる。これによって、テーパ状の内管５１から熱の輻射を防止して断熱効果を向上させることができる。
【００５９】
本実施の形態の変形例において、内管５１及び外管５２における少なくともレーザ光照射部分をそれぞれ透明で高強度の材料、例えば石英ガラスで構成することが好ましく、これによって、レーザ光源から被処理水１５ａに向かって照射されるレーザ光の減衰を回避することができる。
【００６０】
本実施の形態の変形例において、内管５１と外管５２との間の空間５３に熱回収用ガスを流通させて、内管５１から放散される熱を回収することもできる。このとき、熱回収用ガスとしては、例えば、窒素（Ｎ２）、代替フロン、ＣＯ２等を用いることができ、その圧力は、０．１ＭＰａ乃至５ＭＰａ程度に維持される。
【００６１】
本実施の形態の変形例において、外管５２の内壁面に、例えば金属からなる熱反射板を配置し、これによって熱損失を低減することもできる。
【００６２】
次に、本発明の実施の形態に係る水処理装置の他の変形例について説明する。
【００６３】
図６は、本発明の実施の形態に係る水処理装置の他の変形例の要部である被処理水流路の断面図であり、図６（Ａ）は被処理水導入時、図６（Ｂ）は被処理水加圧時、図６（Ｃ）は被処理水加熱（レーザ光照射）時、図６（Ｄ）は、被処理水排出時を示す図である。この被処理水流路は、図２の大口径の被処理水流路２２と、該大口径の被処理水流路２２に連結された小口径の被処理水流路２３と同様、被処理水１５ａを所定の圧力に加圧する加圧装置である。
【００６４】
図６において、この被処理水流路６０は、自動車のロータリーエンジンの原理を適用したものであり、真ん中がくびれた楕円形のケース６１と、該楕円形のケース６１内で回転する略三角形状のロータ６２とから主として構成されている。
【００６５】
このような構成の被処理水流路６０を有する水処理装置において、ロータ６２を回転してケース６１内へ被処理水１５ａを導入し（図６（Ａ））、ロータ６２及びケース６１の間で被処理水１５ａを圧縮して加圧し（図６（Ｂ））、その後、ケース６１から離間したケース６１内の領域のみにおいて加圧された被処理水１５ａへレーザ光２７を照射することによって被処理水１５ａを加熱して高温高圧状態で超臨界水又は亜臨界水を生成させ、該超臨界水又は亜臨界水によって被処理水１５ａ中の有機物を分解する（図６（Ｃ））。その後、有機物が分解した処理後の被処理水１５ｂをケース６１から排出する（図６（Ｄ））。図６（Ａ）乃至図６（Ｄ）の一連の処理はロータ６２を一回転させる間に行われる。
【００６６】
本実施の形態の他の変形例によれば、被処理水１５ａを加圧するためにロータリーエンジンの原理を採用したので、上述の実施の形態の効果に加え、被処理水１５ａを効率よく加圧することができ、最終的に、被処理水１５ａに含まれる有機物を連続的に、且つ効率よく分解処理することができる。
【００６７】
また、本実施の形態の他の変形例によれば、ロータ６２が概ね三角形であるため１回転する間に被処理水１５ａを３回加圧することができ、レーザ光を３回照射して超臨界水又は亜臨界水を３回生成することができるので、被処理水１５ａ中の有機物を高効率で分解、処理することができる。
【００６８】
本実施の形態の他の変形例において、ケース６１における少なくともレーザ光照射部分を透明の材料、例えば石英ガラスで構成することが好ましい。これによってレーザ光源２５から照射され、集光レンズ２６によって集光されたレーザ光２７を減衰させることなくケース６１の壁面から離間したケース内の領域に集光させてその領域内に超臨界水又は亜臨界水を生成することができる。
【００６９】
また、本実施の形態の他の変形例において、ローラ６２の回転数を高めることによって被処理水１５ａの処理速度を容易により高めることもできる。
【００７０】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明は、上記各実施の形態に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００７１】
１２ 水処理装置
１５、１５ａ 有機物含有被処理水
１５ｂ 処理後の被処理水
２２ 大口径の流路
２３ 小口径の流路
２４ 加圧ポンプ
２５ レーザ光源
２６ 集光レンズ
２７ レーザ光
２８ 減圧装置
２９ 流路壁から離間した流路内の領域
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃水や汚染水など有機物含有水に含まれる有機物を超臨界水又は亜臨界水で分解する水処理装置及び水処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造工場をはじめ、各種製造工場、事業所、集合住宅等から排出され様々な有機物やその他異物を含んだ廃水は、一般に、雨水と共に大型の下水処理施設で浄化され飲料水などに利用可能な上水に造水されて再利用されるが、例えば、都市部から遠く離れた一部の地域、発展途上国の内陸部等においては必要な浄化のための設備が整備されていない地方もあり、廃水の流入により或いはその他の理由により汚染された河川などの汚染水の使用を余儀なくされていることもある。
【０００３】
また、都市部や先進国においても、地震等の災害直後の一時期においては、飲料水を確保できない状況に陥る虞もある。従って、工場又は家庭の排水、雨水、その他汚染水等から上水を効率よく製造し且つ煩雑でない設備により実施できる造水技術の確立が望まれている。
【０００４】
ところで、従来の下水処理施設においては、例えば物理的処理と生物的処理を併用し、大規模な貯水槽において汚物等の比較的大きい固形物を沈殿除去した後（物理的処理）、活性汚泥処理（生物的処理）を行い、その後、例えば緩慢濾過、凝集剤を適用した急速濾過等によって固形物を取り除き、次いで、色又は臭いを取り除くためのエアレーション、粉末活性炭処理等の高度処理を行い、必要に応じてオゾン酸化、活性炭吸着処理等を施し、最終的に塩素による滅菌処理を施して上水を造水していた。
【０００５】
また、最近になって、下水中の有機廃棄物を分解する技術として、超臨界水又は亜臨界水を用いて有機物を分解処理する有機廃棄物の分解処理技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−１６５１４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の下水処理施設を適用した造水技術においては、生物処理後の被処理水に有機物等の固形物が相当量含まれているために濾過装置の負荷が高すぎて、処理できずに廃棄される水が、例えば全体の６０％程度を占めるという問題がある。また、超臨界水又は亜臨界水によって有機物を分解する有機廃棄物の分解処理技術においては、超臨界水又は亜臨界水との接触に起因する配管をはじめとする設備の腐蝕を回避するための特別の措置が必要となり、装置構成が複雑になるか又は処理工程が煩雑になるという問題がある。
【０００８】
本発明の課題は、廃水や汚染水などの有機物含有水に含まれる有機物をより効率よく分解することによって後流の濾過装置における負荷を軽減することができ、しかも配管をはじめとする設備の腐蝕を回避することができる水処理装置及び水処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、請求項１記載の水処理装置は、有機物を含有する被処理水を所定の圧力に加圧する加圧装置と、前記加圧装置によって加圧された前記被処理水を所定温度に加熱することにより超臨界水又は亜臨界水を生成させ、該超臨界水又は亜臨界水で前記被処理水に含有されている前記有機物を分解する加熱装置とを有し、前記加熱装置は、前記加圧装置によって加圧された前記被処理水に向けてレーザ光を照射するレーザ光照射装置と、該レーザ光照射装置から照射されたレーザ光を前記加圧された被処理水が流通する流路における該流路内の流路壁から離間した領域に集光させる集光レンズを備えていることを特徴とする。
【００１０】
請求項２記載の水処理装置は、請求項１記載の水処理装置において、前記加圧装置は、前記被処理水を大口径の流路から該大口径の流路よりも流路断面積が小さい小口径の流路へ導入することによって前記被処理水を加圧するものであることを特徴とする。
【００１１】
請求項３記載の水処理装置は、請求項２記載の水処理装置において、前記小口径の流路の流路壁の少なくとも一部は透明であり、前記レーザ光照射装置は前記透明の流路壁を介して前記小口径の流路内の領域に前記レーザ光を照射することを特徴とする。
【００１２】
請求項４記載の水処理装置は、請求項２又は３記載の水処理装置において、前記小口径の流路は二重管構造を有しており、内管と外管との間の空間部に真空断熱層が形成されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項５記載の水処理装置は、請求項２又は３記載の水処理装置において、前記小口径の流路は二重管構造を有しており、内管と外管との間の空間部に熱回収用の気体が流通していることを特徴とする。
【００１４】
請求項６記載の水処理装置は、請求項２又は３記載の水処理装置において、前記小口径の流路は二重管構造を有しており、内管と外管との間の空間部に空隙を有する充填材が充填されていることを特徴とする。
【００１５】
請求項７記載の水処理装置は、請求項２乃至６のいずれか１項に記載の水処理装置において、前記小口径の流路の前記レーザ光が照射される流路壁と対向する流路壁の、前記流路内側の流路壁面に熱反射板が配置されていることを特徴とする。
【００１６】
請求項８記載の水処理装置は、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の水処理装置において、前記所定の圧力は、１．５ＭＰａ乃至１００ＭＰａであり、前記所定の温度は、２００℃乃至５００℃であることを特徴とする。
【００１７】
請求項９記載の水処理装置は、請求項８記載の水処理装置において、前記所定の圧力は、１．５ＭＰａ乃至１００ＭＰａであり、前記所定の温度は、２００℃乃至３７４℃で、前記被処理水が液体の状態であることを特徴とする。
【００１８】
請求項１０記載の水処理装置は、請求項８記載の水処理装置において、前記所定の圧力は、２２ＭＰａ乃至１００ＭＰａであり、前記所定の温度は、３７４℃乃至５００℃であることを特徴とする。
【００１９】
上記課題を解決するために、請求項１１記載の水処理方法は、有機物を含有する被処理水を所定の圧力に加圧する加圧ステップと、前記加圧ステップによって加圧された被処理水を所定温度に加熱して超臨界水又は亜臨界水を生成させ、該超臨界水又は亜臨界水で前記有機物を分解する加熱ステップとを有し、前記加熱ステップは、前記加圧ステップによって加圧された前記被処理水に向けてレーザ光を照射するレーザ光照射ステップと、該レーザ光照射ステップで照射されたレーザ光を前記加圧された被処理水が流通する流路における該流路内の流路壁から離間した領域に集光させる集光ステップを備えていることを特徴とする。
【００２０】
請求項１２記載の水処理方法は、請求項１１記載の水処理方法において、前記加圧ステップは、前記被処理水を大口径の流路から該大口径の流路よりも流路断面積が小さい小口径の流路へ導入することによって前記被処理水を加圧することを特徴とする。
【００２１】
請求項１３記載の水処理方法は、請求項１２記載の水処理方法において、前記小口径の流路の流路壁の一部は透明であり、前記レーザ光照射ステップは前記透明の流路壁を介して前記流路内の領域に前記レーザ光を照射することを特徴とする。
【００２２】
請求項１４記載の水処理方法は、請求項１２又は１３記載の水処理方法において、前記小口径の流路は二重管構造を有しており、内管と外管との間の空間部に気体を流通させて前記内管から放出される熱を回収する熱回収ステップを有することを特徴とする。
【００２３】
請求項１５記載の水処理方法は、請求項１１乃至１４のいずれか１項に記載の水処理方法において、前記所定の圧力は、１．５ＭＰａ乃至１００ＭＰａであり、前記所定の温度は、２００℃乃至５００℃であることを特徴とする。
【００２４】
請求項１６記載の水処理方法は、請求項１５記載の水処理方法において、前記所定の圧力は、１．５ＭＰａ乃至１００ＭＰａであり、前記所定の温度は、２００℃乃至３７４℃で、前記被処理水が液体の状態であることを特徴とする。
【００２５】
請求項１７記載の水処理方法は、請求項１５記載の水処理方法において、前記所定の圧力は、２２ＭＰａ乃至１００ＭＰａであり、前記所定の温度は、３７４℃乃至５００℃であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、廃水や汚染水などの有機物含有水に含まれる有機物をより効率的に分解することによって後流の濾過装置における負荷を軽減することができ、しかも配管をはじめとする設備の腐蝕を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】造水システムの一例を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る水処理装置の要部を示す説明図であり、図２（Ａ）は、その構成図、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る水処理方法を示すフローチャートである。
【図４】超臨界水及び亜臨界水の生成条件を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る水処理装置の変形例の要部である被処理水流路の断面図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る水処理装置の他の変形例の要部である被処理水流路の断面図であり、図６（Ａ）は被処理水導入時、図６（Ｂ）は被処理水加圧時、図６（Ｃ）は被処理水加熱（レーザ光照射）時、図６（Ｄ）は、被処理水排出時を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２９】
本発明の水処理装置は、廃水や汚染水などの有機物を含有する被処理水を所定の圧力に加圧する加圧装置と、加圧装置によって加圧された被処理水を所定温度に加熱して超臨界水又は亜臨界水を生成させ、該超臨界水又は亜臨界水で被処理水中の有機物を分解する加熱装置を有するものであり、下水、工場排水、生活排水、雨水等若しくはこれらが混合した廃水、或いはこれらの水が混入若しくは他の原因により汚染された河川などの汚染水から上水を製造する造水システムの一部を構成する。
【００３０】
図１は、造水システムの一例を示すブロック図である。
【００３１】
図１において、この造水システム１０は、被処理水１５中の大きな固形物を分解又は分離して処理負荷が均等化するように調整する汚水拡散槽１１と、該汚水拡散槽１１の出口液を加熱加圧して超臨界水又は亜臨界水を生成させ、該超臨界水又は亜臨界水で被処理水中の有機物を分解する水処理装置１２と、該水処理装置１２の出口液に含まれ前記水処理装置１２で分解された分解残留物を濾別する逆浸透膜装置１３と、該逆浸透膜装置１３の出口液に、例えばプラズマ処理を施して上水１６を製造する飲料水処理装置１４とから主として構成されている。分解残留物には、排水処理装置１２で分解され微細な固形物の状態となったものの他、分子レベルまで分解されたものがクラスター状に集まったもの、あるいは大きなサイズの分子も含まれる。
【００３２】
図２は、本発明の実施の形態に係る水処理装置の要部を示す説明図であり、図２（Ａ）は、その構成図、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【００３３】
図２（Ａ）において、この水処理装置１２は、処理対象である有機物含有被処理水（以下、単に「被処理水」ともいう。）１５ａを大口径の流路２２から小口径の流路２３に導入して加圧する加圧ポンプ２４を有する。小口径の流路２３は、透明で、且つ耐熱性に優れた、例えば石英ガラスで構成されている。
【００３４】
大口径の流路２２から小口径の流路２３に導入された被処理水１５ａは加圧ポンプ２４によって、例えば、２５ＭＰａ乃至４０ＭＰａに加圧される。加圧された被処理水１５ａが流通する小口径の流路２３とは空間を隔てた位置にレーザ光照射装置としてのレーザ光源２５が配置されている。レーザ光源２５は小口径の流路２３を流通する被処理水１５ａに向けてレーザ光２７を照射する。レーザ光源２５と小口径の流路２３との間には集光レンズ２６が配置されている。集光レンズ２６はレーザ光源２５から照射されたレーザ光２７を集光して小口径の流路２３の流路壁から離間した流路２３内の領域２９（図２（Ｂ）参照）に照射する。
【００３５】
レーザ光の照射を受けた高圧の被処理水１５ａは、高温高圧、例えば３００℃乃至４００℃、２５ＭＰａ乃至４０ＭＰａとなり、被処理水１５ａ中の水成分から超臨界水又は亜臨界水が生成する。このようにして超臨界水又は亜臨界水となった被処理水１５ａは、被処理水１５ａに含有されている有機物を分解する。小口径の流路２３の後流には減圧装置２８が設けられており、有機物が分解された処理後の被処理水１５ｂは、小口径の流路２３から減圧装置２８に流入し、ここで、処理後の被処理水１５ｂの圧力が回収される。
【００３６】
以下に、このような構成の水処理装置を用いて実行される本発明の実施の形態に係る水処理方法について説明する。本水処理は、造水システム（図１）における逆浸透膜装置１３による濾過処理の前処理として位置づけられるものであり、図示しない造水システム１０の制御部におけるメモリに格納された水処理用のプログラムに従って同制御部におけるＣＰＵに実行させることもできる。
【００３７】
図３は、本発明の実施の形態に係る水処理方法を示すフローチャートである。
【００３８】
図３において、被処理水を処理する際は、先ず、汚水拡散槽１１（図１参照）で拡散させ、処理負荷が均等になるように調整した被処理水１５ａを水処理装置１２（図２）に導入し（ステップＳ１）、加圧ポンプ２４を用いて大口径の流路２２を経て小口径の流路２３に流入させ、これによって廃水１５ａを所定圧力、例えば２５ＭＰａ乃至４０ＭＰａに加圧する（ステップＳ２）。
【００３９】
次いで、小口径の流路２３を流通する加圧された被処理水１５ａに向けてレーザ光源２５からレーザ光２７を照射し（ステップＳ３）、該レーザ光２７を集光レンズ２６によって集光させ、透明の流路壁を介して、例えば、図２（Ｂ）に示したように小口径の流路２３の流路壁から離間した流路２３内の領域２９に照射して３００℃乃至４００℃に加熱し、これによって被処理水１５ａ中の水成分から超臨界水又は亜臨界水を生成し（ステップＳ４）、超臨界水又は亜臨界水となった被処理水１５ａを用いて被処理水１５ａ中の有機物を分解する（ステップＳ５）。
【００４０】
このとき、超臨界水は、有機物をＣＯ２に分解し、亜臨界水は有機物をメタン（ＣＨ４）ガスと微小なアミノ酸に分解する。
【００４１】
次いで、有機物が分解された処理後の被処理水１５ｂを減圧装置２８に導入し、ここで被処理水１５ｂの圧力を低減して有機物の分解によって生成したＣＯ２、メタン（ＣＨ４）等のガス成分を分離し（ステップＳ６）、その後、処理後の被処理水１５ｂを後流の逆浸透膜装置１３（図１参照）に導入して処理後の被処理水１５ｂ中に残留する分解残留物を分離する（ステップＳ７）。次いで、分解残留物が分離された処理後の被処理水１５ｂをそのさらに後流の飲料水処理装置１４（図１）に導入し、ここで、例えばプラズマを用いた飲料水処理を施して飲料水としての上水を調製し（ステップＳ８）、一連の水処理を終了する。
【００４２】
図３の水処理によれば、有機物を含有する被処理水１５ａを加圧、加熱して超臨界水又は亜臨界水を生成させ、該超臨界水又は亜臨界水によって被処理水１５ａに含まれる有機物を分解するようにしたので、後流の逆浸透膜装置１３における負荷が軽減し、結果として、上水の精製効率が高くなり、廃水や汚水などである被処理水１５ａをほぼ完全に上水１６としてリサイクルすることができる。
【００４３】
また、超臨界水又は亜臨界水は酸化力が強く、被処理水１５ａ中の有機物を強力に分解する一方、これに接触する容器、配管、シール部等の設備を腐蝕させる原因ともなるが、本実施の形態によれば、レーザ光源２５から照射されたレーザ光２７を集光レンズ２６によって集光させ、小口径の流路２３の流路壁から離間した流路２３内の領域２９に局所的に照射して流路壁から離間した流路２３内の領域２９内で超臨界水又は亜臨界水を生成して有機物を分解すると共に、その後、直ちに減圧装置２８に導入して減圧するようにしたので、発生した超臨界水又は亜臨界水が流路２３の壁面をはじめとする設備部材に接触することがない。このため、配管をはじめとする設備の腐蝕を未然に防止することができる。
【００４４】
また、本実施の形態によれば、被処理水１５ａを連続的に大口径の流路２２から小口径の流路２３に導入して加圧し、レーザ光２７を連続的に照射して有機物を連続的に分解することができ、大容量の処理装置へのスケールアップも容易である。
【００４５】
図４は、超臨界水及び亜臨界水の生成条件を示す図である。超臨界水とは圧力２２ＭＰａ以上且つ温度が３７４℃以上の水の状態を指し、亜臨界水とは超臨界状態以下の圧力または温度の液体の水を指す。
【００４６】
本実施の形態においては、有機物を含有する被処理水１５ａを２２ＭＰａ以上の圧力をかけながら３７４℃以上に加熱、又は液体状態を保つような適切な圧力をかけながら２００℃以上に加熱する。これによって、被処理水１５ａ中の水成分から超臨界水又は亜臨界水を生成させ、超臨界水又は亜臨界水となった被処理水１５ａを用いて被処理水１５ａに含まれる有機物を分解除去することができる。なお、前述の通り、被処理水は超臨界状態以下の圧力において亜臨界水となりうるが、実効的に亜臨界水となるためには２００℃以上の温度において液体である必要があり、そのため、亜臨界水であるためには１．５ＭＰａ以上の圧力とする必要がある。また、超臨界状態であるためには原理的には圧力及び温度の上限は無い。しかしながら、実用上の観点から、本願技術の効果を得るためには１００ＭＰａ以下の圧力及び５００℃以下の温度でよい。
【００４７】
本実施の形態において、水処理装置１２の出口液を逆浸透膜装置１３で処理した際に濾別された分解残留物濃度の高い被処理水１５ｂを再度水処理装置１２の入口に戻して循環処理することもできる。
【００４８】
また、本実施の形態において、有機物が分解された処理後の被処理水１５ｂが有する圧力は減圧装置２８で回収される。圧力回収装置としては、例えばターボチャージャーが適用される。本実施の形態では、ターボチャージャーは、減圧装置２８内に配された一方の羽根車と、該羽根車の回転軸に対して同軸で連結され、且つ加圧ポンプ２４内に配された他方の羽根車とからなり、例えば、減圧装置２８において流体を高圧から低圧に減圧する際、圧力差を利用して流体の流れを形成させ、その流れによって一方の羽根車を回転させ、他方の羽根車を回転させることによって、被処理水１５ａを流路２２から流路２３へ流入させる。
【００４９】
本実施の形態において、減圧装置２８によって圧力が回収され、圧力が低下した被処理水１５ｂからガス成分が放出される。ガス成分には、加圧の際に被処理水１５ａに溶融した大気の成分のほか、固形物を分解した際に発生した分解生成物としてのガスも含まれる。ガス成分を放出した処理後の被処理水１５ｂは、有機物が分解した微小なアミノ酸を含む水であり、例えば肥料として好適な利用価値を有する。
【００５０】
本実施の形態において、小口径の流路２３の長さは、例えば１ｍ程度であり、小口径の流路２３におけるレーザ光２７が照射される流路壁と対向する流路壁の、流路内側の流路壁面に熱反射板を配置させることが好ましい。これによって、小口径の流路２３からの熱の放散を防止することができる。
【００５１】
本実施の形態において、水処理装置１２の出口液である処理後の被処理水１５ｂは、後流の逆浸透膜装置１３に流入して分解残留物が分離されるが、超臨界水又は亜臨界水によって有機物の大部分が分解されているので、逆浸透膜装置１３における負荷が低減し、詰まり等のトラブルが生じることはない。
【００５２】
次に本発明の実施の形態に係る水処理装置の変形例について説明する。
【００５３】
図５は、本発明の実施の形態に係る水処理装置の変形例の要部である被処理水流路の断面図である。この被処理水流路は図２の大口径の被処理水流路２２と、該大口径の被処理水流路２２に連結された小口径の被処理水流路２３に相当する加圧装置である。
【００５４】
図５において、この被処理水流路５０は内径が大口径から小口径に順次縮径するテーパ状の内管５１と、該内管５１を覆うように同心円状に設けられた外管５２とから主として構成された二重管構造を呈している。
【００５５】
テーパ状の内管５１の内壁面には、複数のバッフル板５４が、例えば等間隔に設けられている。従って、被処理水１５ａは、バッフル板５４によって速やかな流通が阻害され、内管５１内を蛇行するように流通する。これによって、内管５１における被処理水１５ａの滞留時間が長くなり、有機物の分解が促進される。
【００５６】
このような構成の被処理水流路５０を備えた水処理装置において、内管５１の大口径側から被処理水１５ａを導入し、図示省略した加圧ポンプによって小口径側に押し出すことによって加圧し、以下、上述の実施の形態と同様にして、加圧された被処理水１５ａが流通する内管５１の小口径側における流路壁から離間した流路５１内の領域（図２（Ｂ）参照）にレーザ光を照射してその領域のみに超臨界水又は亜臨界水を生成し、以下同様にして廃水１５ａに含まれる有機物を分解する。
【００５７】
本実施の形態の変形例によれば、加圧された被処理水１５ａが流通する内管５１の小口径側における流路内の流路壁から離間した領域のみにレーザ光を照射して超臨界水又は亜臨界水を生成し、該超臨界水又は亜臨界水によって被処理水１５ａに含まれる有機物を分解するようにしたので、上記実施の形態と同様、後流の濾過装置における負荷を軽減することができると共に、配管をはじめとする設備の腐蝕を防止することができる。
【００５８】
本実施の形態の変形例において、二重管構造を形成する内管５１と外管５２との間の空間５３を、１．３３×１０−２Ｐａ（１×１０−４Ｔｏｒｒ）乃至１．３３×１０２Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）程度に減圧された真空断熱層とすることが好ましい、これによって内管５１からの熱の放散によるエネルギー損失を低減することができる。また、内管５１と外管５２との間の空間５３を真空断熱層とする代わりに、空間５３に空隙率の大きい充填材を充填することもできる。これによって、テーパ状の内管５１から熱の輻射を防止して断熱効果を向上させることができる。
【００５９】
本実施の形態の変形例において、内管５１及び外管５２における少なくともレーザ光照射部分をそれぞれ透明で高強度の材料、例えば石英ガラスで構成することが好ましく、これによって、レーザ光源から被処理水１５ａに向かって照射されるレーザ光の減衰を回避することができる。
【００６０】
本実施の形態の変形例において、内管５１と外管５２との間の空間５３に熱回収用ガスを流通させて、内管５１から放散される熱を回収することもできる。このとき、熱回収用ガスとしては、例えば、窒素（Ｎ２）、代替フロン、ＣＯ２等を用いることができ、その圧力は、０．１ＭＰａ乃至５ＭＰａ程度に維持される。
【００６１】
本実施の形態の変形例において、外管５２の内壁面に、例えば金属からなる熱反射板を配置し、これによって熱損失を低減することもできる。
【００６２】
次に、本発明の実施の形態に係る水処理装置の他の変形例について説明する。
【００６３】
図６は、本発明の実施の形態に係る水処理装置の他の変形例の要部である被処理水流路の断面図であり、図６（Ａ）は被処理水導入時、図６（Ｂ）は被処理水加圧時、図６（Ｃ）は被処理水加熱（レーザ光照射）時、図６（Ｄ）は、被処理水排出時を示す図である。この被処理水流路は、図２の大口径の被処理水流路２２と、該大口径の被処理水流路２２に連結された小口径の被処理水流路２３と同様、被処理水１５ａを所定の圧力に加圧する加圧装置である。
【００６４】
図６において、この被処理水流路６０は、自動車のロータリーエンジンの原理を適用したものであり、真ん中がくびれた楕円形のケース６１と、該楕円形のケース６１内で回転する略三角形状のロータ６２とから主として構成されている。
【００６５】
このような構成の被処理水流路６０を有する水処理装置において、ロータ６２を回転してケース６１内へ被処理水１５ａを導入し（図６（Ａ））、ロータ６２及びケース６１の間で被処理水１５ａを圧縮して加圧し（図６（Ｂ））、その後、ケース６１から離間したケース６１内の領域のみにおいて加圧された被処理水１５ａへレーザ光２７を照射することによって被処理水１５ａを加熱して高温高圧状態で超臨界水又は亜臨界水を生成させ、該超臨界水又は亜臨界水によって被処理水１５ａ中の有機物を分解する（図６（Ｃ））。その後、有機物が分解した処理後の被処理水１５ｂをケース６１から排出する（図６（Ｄ））。図６（Ａ）乃至図６（Ｄ）の一連の処理はロータ６２を一回転させる間に行われる。
【００６６】
本実施の形態の他の変形例によれば、被処理水１５ａを加圧するためにロータリーエンジンの原理を採用したので、上述の実施の形態の効果に加え、被処理水１５ａを効率よく加圧することができ、最終的に、被処理水１５ａに含まれる有機物を連続的に、且つ効率よく分解処理することができる。
【００６７】
また、本実施の形態の他の変形例によれば、ロータ６２が概ね三角形であるため１回転する間に被処理水１５ａを３回加圧することができ、レーザ光を３回照射して超臨界水又は亜臨界水を３回生成することができるので、被処理水１５ａ中の有機物を高効率で分解、処理することができる。
【００６８】
本実施の形態の他の変形例において、ケース６１における少なくともレーザ光照射部分を透明の材料、例えば石英ガラスで構成することが好ましい。これによってレーザ光源２５から照射され、集光レンズ２６によって集光されたレーザ光２７を減衰させることなくケース６１の壁面から離間したケース内の領域に集光させてその領域内に超臨界水又は亜臨界水を生成することができる。
【００６９】
また、本実施の形態の他の変形例において、ローラ６２の回転数を高めることによって被処理水１５ａの処理速度を容易により高めることもできる。
【００７０】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明は、上記各実施の形態に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００７１】
１２ 水処理装置
１５、１５ａ 有機物含有被処理水
１５ｂ 処理後の被処理水
２２ 大口径の流路
２３ 小口径の流路
２４ 加圧ポンプ
２５ レーザ光源
２６ 集光レンズ
２７ レーザ光
２８ 減圧装置
２９ 流路壁から離間した流路内の領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機物を含有する被処理水を所定の圧力に加圧する加圧装置と、
前記加圧装置によって加圧された前記被処理水を所定温度に加熱することにより超臨界水又は亜臨界水を生成させ、該超臨界水又は亜臨界水で前記被処理水に含有されている前記有機物を分解する加熱装置とを有し、
前記加熱装置は、前記加圧装置によって加圧された前記被処理水に向けてレーザ光を照射するレーザ光照射装置と、該レーザ光照射装置から照射されたレーザ光を前記加圧された被処理水が流通する流路における該流路内の流路壁から離間した領域に集光させる集光レンズを備えていることを特徴とする水処理装置。
【請求項２】
前記加圧装置は、前記被処理水を大口径の流路から該大口径の流路よりも流路断面積が小さい小口径の流路へ導入することによって前記被処理水を加圧するものであることを特徴とする請求項１記載の水処理装置。
【請求項３】
前記小口径の流路の流路壁の少なくとも一部は透明であり、前記レーザ光照射装置は前記透明の流路壁を介して前記小口径の流路内の領域に前記レーザ光を照射することを特徴とする請求項２記載の水処理装置。
【請求項４】
前記小口径の流路は二重管構造を有しており、内管と外管との間の空間部に真空断熱層が形成されていることを特徴とする請求項２又は３記載の水処理装置。
【請求項５】
前記小口径の流路は二重管構造を有しており、内管と外管との間の空間部に熱回収用の気体が流通していることを特徴とする請求項２又は３記載の水処理装置。
【請求項６】
前記小口径の流路は二重管構造を有しており、内管と外管との間の空間部に空隙を有する充填材が充填されていることを特徴とする請求項２又は３記載の水処理装置。
【請求項７】
前記小口径の流路の前記レーザ光が照射される流路壁と対向する流路壁の、前記流路内側の流路壁面に熱反射板が配置されていることを特徴とする請求項２乃至６のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項８】
前記所定の圧力は、１．５ＭＰａ乃至１００ＭＰａであり、前記所定の温度は、２００℃乃至５００℃であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項９】
前記所定の圧力は、１．５ＭＰａ乃至１００ＭＰａであり、前記所定の温度は、２００℃乃至３７４℃で、前記被処理水が液体の状態であることを特徴とする請求項８記載の水処理装置。
【請求項１０】
前記所定の圧力は、２２ＭＰａ乃至１００ＭＰａであり、前記所定の温度は、３７４℃乃至５００℃であることを特徴とする請求項８記載の水処理装置。
【請求項１１】
有機物を含有する被処理水を所定の圧力に加圧する加圧ステップと、
前記加圧ステップによって加圧された被処理水を所定温度に加熱して超臨界水又は亜臨界水を生成させ、該超臨界水又は亜臨界水で前記有機物を分解する加熱ステップとを有し、
前記加熱ステップは、前記加圧ステップによって加圧された前記被処理水に向けてレーザ光を照射するレーザ光照射ステップと、該レーザ光照射ステップで照射されたレーザ光を前記加圧された被処理水が流通する流路における該流路内の流路壁から離間した領域に集光させる集光ステップを備えていることを特徴とする水処理方法。
【請求項１２】
前記加圧ステップは、前記被処理水を大口径の流路から該大口径の流路よりも流路断面積が小さい小口径の流路へ導入することによって前記被処理水を加圧することを特徴とする請求項１１記載の水処理方法。
【請求項１３】
前記小口径の流路の流路壁の一部は透明であり、前記レーザ光照射ステップは前記透明の流路壁を介して前記流路内の領域に前記レーザ光を照射することを特徴とする請求項１２記載の水処理方法。
【請求項１４】
前記小口径の流路は二重管構造を有しており、内管と外管との間の空間部に気体を流通させて前記内管から放出される熱を回収する熱回収ステップを有することを特徴とする請求項１２又は１３記載の水処理方法。
【請求項１５】
前記所定の圧力は、１．５ＭＰａ乃至１００ＭＰａであり、前記所定の温度は、２００℃乃至５００℃であることを特徴とする請求項１１乃至１４のいずれか１項に記載の水処理方法。
【請求項１６】
前記所定の圧力は、１．５ＭＰａ乃至１００ＭＰａであり、前記所定の温度は、２００℃乃至３７４℃で、前記被処理水が液体の状態であることを特徴とする請求項１５記載の水処理方法。
【請求項１７】
前記所定の圧力は、２２ＭＰａ乃至１００ＭＰａであり、前記所定の温度は、３７４℃乃至５００℃であることを特徴とする請求項１５記載の水処理方法。
【請求項１】
有機物を含有する被処理水を所定の圧力に加圧する加圧装置と、
前記加圧装置によって加圧された前記被処理水を所定温度に加熱することにより超臨界水又は亜臨界水を生成させ、該超臨界水又は亜臨界水で前記被処理水に含有されている前記有機物を分解する加熱装置とを有し、
前記加熱装置は、前記加圧装置によって加圧された前記被処理水に向けてレーザ光を照射するレーザ光照射装置と、該レーザ光照射装置から照射されたレーザ光を前記加圧された被処理水が流通する流路における該流路内の流路壁から離間した領域に集光させる集光レンズを備えていることを特徴とする水処理装置。
【請求項２】
前記加圧装置は、前記被処理水を大口径の流路から該大口径の流路よりも流路断面積が小さい小口径の流路へ導入することによって前記被処理水を加圧するものであることを特徴とする請求項１記載の水処理装置。
【請求項３】
前記小口径の流路の流路壁の少なくとも一部は透明であり、前記レーザ光照射装置は前記透明の流路壁を介して前記小口径の流路内の領域に前記レーザ光を照射することを特徴とする請求項２記載の水処理装置。
【請求項４】
前記小口径の流路は二重管構造を有しており、内管と外管との間の空間部に真空断熱層が形成されていることを特徴とする請求項２又は３記載の水処理装置。
【請求項５】
前記小口径の流路は二重管構造を有しており、内管と外管との間の空間部に熱回収用の気体が流通していることを特徴とする請求項２又は３記載の水処理装置。
【請求項６】
前記小口径の流路は二重管構造を有しており、内管と外管との間の空間部に空隙を有する充填材が充填されていることを特徴とする請求項２又は３記載の水処理装置。
【請求項７】
前記小口径の流路の前記レーザ光が照射される流路壁と対向する流路壁の、前記流路内側の流路壁面に熱反射板が配置されていることを特徴とする請求項２乃至６のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項８】
前記所定の圧力は、１．５ＭＰａ乃至１００ＭＰａであり、前記所定の温度は、２００℃乃至５００℃であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項９】
前記所定の圧力は、１．５ＭＰａ乃至１００ＭＰａであり、前記所定の温度は、２００℃乃至３７４℃で、前記被処理水が液体の状態であることを特徴とする請求項８記載の水処理装置。
【請求項１０】
前記所定の圧力は、２２ＭＰａ乃至１００ＭＰａであり、前記所定の温度は、３７４℃乃至５００℃であることを特徴とする請求項８記載の水処理装置。
【請求項１１】
有機物を含有する被処理水を所定の圧力に加圧する加圧ステップと、
前記加圧ステップによって加圧された被処理水を所定温度に加熱して超臨界水又は亜臨界水を生成させ、該超臨界水又は亜臨界水で前記有機物を分解する加熱ステップとを有し、
前記加熱ステップは、前記加圧ステップによって加圧された前記被処理水に向けてレーザ光を照射するレーザ光照射ステップと、該レーザ光照射ステップで照射されたレーザ光を前記加圧された被処理水が流通する流路における該流路内の流路壁から離間した領域に集光させる集光ステップを備えていることを特徴とする水処理方法。
【請求項１２】
前記加圧ステップは、前記被処理水を大口径の流路から該大口径の流路よりも流路断面積が小さい小口径の流路へ導入することによって前記被処理水を加圧することを特徴とする請求項１１記載の水処理方法。
【請求項１３】
前記小口径の流路の流路壁の一部は透明であり、前記レーザ光照射ステップは前記透明の流路壁を介して前記流路内の領域に前記レーザ光を照射することを特徴とする請求項１２記載の水処理方法。
【請求項１４】
前記小口径の流路は二重管構造を有しており、内管と外管との間の空間部に気体を流通させて前記内管から放出される熱を回収する熱回収ステップを有することを特徴とする請求項１２又は１３記載の水処理方法。
【請求項１５】
前記所定の圧力は、１．５ＭＰａ乃至１００ＭＰａであり、前記所定の温度は、２００℃乃至５００℃であることを特徴とする請求項１１乃至１４のいずれか１項に記載の水処理方法。
【請求項１６】
前記所定の圧力は、１．５ＭＰａ乃至１００ＭＰａであり、前記所定の温度は、２００℃乃至３７４℃で、前記被処理水が液体の状態であることを特徴とする請求項１５記載の水処理方法。
【請求項１７】
前記所定の圧力は、２２ＭＰａ乃至１００ＭＰａであり、前記所定の温度は、３７４℃乃至５００℃であることを特徴とする請求項１５記載の水処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−８１４５３（Ｐ２０１２−８１４５３Ａ）
【公開日】平成２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２３１８６１（Ｐ２０１０−２３１８６１）
【出願日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
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