JP2001070960A

JP2001070960A - 水処理方法及び装置

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Publication number: JP2001070960A
Application number: JP24693799A
Authority: JP
Inventors: Masabumi Matsumoto; 正文松本
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 1999-09-01
Filing date: 1999-09-01
Publication date: 2001-03-21

Abstract

(57)【要約】【課題】オゾン酸化分解における触媒作用が有効で、
かつ触媒コストを下げる。【解決手段】被処理水が通流される反応槽３と、該反
応槽にオゾンを供給するオゾン発生装置６とを備えた水
処理装置において、前記反応槽内にスラグを原料として
形成された触媒層４を設け、スラグとしてSiO₂を主成分
とし、少なくとも触媒作用が有効なMgOを含む高炉スラ
グ、転炉スラグ、焼却灰溶融スラグの少なくとも１つを
用いることにより、廃棄処分に苦慮しているスラグを有
効利用し、これにより触媒コストを下げる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、オゾンを用いた水
処理方法及び装置に係り、特にオゾンによる分解反応を
促進させる触媒を用いた水処理技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】オゾンを用いた水処理は、上水道及び簡
易水道のほか、下水道、浸出排水、産業排水などの浄化
処理に広く適用されている。ここで、浸出排水とは、都
市ごみなどの廃棄処分場の地中内に布設された防水シー
トにより集めた浸出水をいう。

【０００３】これらの水処理においては、環境を考慮し
て高度の浄化処理が要望されている。このような高度の
浄化処理法の1つとして、COD成分、臭気成分、着色成分
などを除去することができるオゾン処理が良く知られて
いる。

【０００４】しかし、ダイオキシン類、ビスフェノール
A、ノニフェノール、農薬などの有機物は分解し難いた
め、オゾン単独の処理では十分に分解除去できない。そ
こで、このような難分解性有機物を処理するため、オゾ
ンガス処理に紫外線照射と過酸化水素などを併用する水
処理法が提案されている（例えば、特開平11-33567号公
報、特開平11-33593号公報、特開平11-42486号公報、特
開平11-42487号公報）。ところが、被処理水が懸濁状態
の場合は紫外線の透過性が極度に低下するため、分解効
率が低下するという性能上の問題がある他、紫外線ラン
プの汚れの清浄などの保守、及び構造上の欠点があると
されている。また、過酸化水素水を用いる場合は、試薬
を用いるため運転コストが高くなってしまう問題があ
る。

【０００５】一方、オゾンによる酸化分解反応を促進さ
せる触媒を用いる方法が提案されている。例えば、特開
平5-503242号公報には、活性炭、アルミナ、シリカ組成
の触媒を用いることが提案されている。特開平5-220489
号公報には、活性炭の担体にシリカや貴金属を担持させ
た触媒が提案されている。特許第2883009号には、MnO ₂
を触媒とすることが提案されている。特開平8-80489号
公報には、マンガンイオンを触媒として利用することが
記載されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のような触媒の存
在下でオゾン処理する従来の技術は、COD成分、臭気成
分、着色成分などはもとより、ダイオキシン類、ビスフ
ェノールA、ノニフェノール、農薬などの難分解性有機
物の酸化分解処理に有効である。

【０００７】しかし、活性炭、アルミナ、シリカ組成の
触媒は、オゾンの酸化分解反応における触媒としての効
果が不明である。また、貴金属を担持させた触媒は、触
媒のコストが高くなり、下水、浸出排水、産業排水など
の浄化処理には適用し難い。また、オゾン酸化分解にお
けるMnO₂やマンガンイオンなどの触媒作用は、他の金
属、例えば銅、コバルト、ニッケル、亜鉛、マグネシウ
ムに比べて低く、ほとんど効果が認められないことが知
られている（水処理技術、Vol.33、No.6、1992、第283
頁）。

【０００８】本発明が解決しようとする課題は、オゾン
酸化分解における触媒作用が有効で、かつ触媒コストを
下げることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】オゾンを用いた水処理に
おいては、オゾンが分解して発生する酸素ラジカル（O
・）、及びオゾンの作用により水（H₂O）が分解して発生
するヒドロキシルラジカル（HO・）及び酸素ラジカル（O
・）は酸化力が強く、被処理水中に含まれる有機物など
の被処理物を直接酸化分解して除去することが知られて
いる。また、このオゾンの分解反応は、触媒の存在によ
り促進され、特にマグネシウムは触媒作用が効果的であ
ることが知られている。

【００１０】一方、高炉などから排出されるスラグや、
廃棄物焼却炉から排出される焼却灰を溶融した焼却灰溶
融スラグは、その最終的な処分法について苦慮してい
る。

【００１１】そこで、本発明は、処理に苦慮している高
炉スラグや焼却灰溶融スラグには、酸化マグネシウム
（MgO）などのマグネシウム成分が含まれており、その
マグネシウム成分はオゾンの酸素ラジカルの分解触媒又
はヒドロキシルラジカルの転換触媒として有効であるこ
とに鑑み、これらのスラグをオゾンの分解反応の触媒と
して用いることにより、触媒コストを下げることを可能
にしたのである。

【００１２】特に、スラグは一般に多孔質であり、表面
に小さな孔が多数存在するから、スラグ表面に微量の被
処理物質が吸着されて、かつ濃縮されるから、効率良く
ラジカル反応による酸化分解が行われることになる。

【００１３】スラグとしては、高炉スラグや焼却灰溶融
スラグの他に、転炉スラグなどの熔錬をはじめ、炉で金
属を溶融するときに溶剤の添加により生成される人工的
な混合物、金属の融解、製錬できる金属分の多いスラグ
をも含み、これら各種のスラグを単体又は組み合わせて
用いてもよい。また、一般に、スラグはSiO₂を主成分と
し、少なくともMgOを含んでいることが望ましい。

【００１４】本発明に係る水処理装置は、反応槽に被処
理水を通流するとともに、オゾン発生装置から反応槽に
オゾンを供給するようにし、その反応槽内に上記のスラ
グを原料として形成された触媒の充填層を設けることを
特徴とする。触媒の形状は、触媒作用の適性、成形性、
等を考慮して適宜最適なものを採用することが好まし
い。

【００１５】

【実施の形態】以下、本発明の実施形態を説明する。図
1に本発明の水処理方法を適用してなるオゾン水処理装
置の構成図を示す。図示のように、原水槽１に処理対象
の被処理水が流入され、一旦貯留される。原水槽１内の
被処理水は、ポンプ2により吸引されて反応槽3の頂部か
ら反応槽3内に供給される。反応槽3内にはスラグを原料
とする触媒が充填された触媒層4が設けられている。こ
の反応槽3の下部に流路を介して処理水槽５が連結され
ており、反応槽3により処理された処理水が一旦貯留さ
れ、必要に応じて系外に流出されるようになっている。
反応槽3の下部又は底部に、図示していない散気ノズル
を介して、オゾン発生装置6からオゾンが反応槽内に微
細なオゾンの気泡として注入されるようになっている。

【００１６】触媒層4に充填する触媒は、本実施形態で
は高炉スラグを原料として成形された成形物用いられて
いる。高炉スラグ触媒の組成の一例を表１に示すが、こ
れに限られるものではなく、MgOとしてのマグネシウム
成分が2〜10％含有し、担体としての機能を有するSiO₂
が20〜40％含有するものが好ましい。SiO₂は反応に係る
電子又はイオンの電荷の移動を助ける導電体として作用
するものと思われる。

【００１７】

【表1】このように構成される実施形態の動作を次に説明する。
反応槽3の上部から流入された被処理水は、触媒層4を通
流して反応槽３の下部から処理水槽5に排出される。一
方、オゾン発生装置6から反応槽3の下部に供給されるオ
ゾンは、散気ノズルによって細かな気泡となって、浮力
により上昇して触媒層4に供給される。その過程及び触
媒層4において、オゾンが分解されて酸素ラジカル（O
・）を発生するとともに、オゾンの作用により水（H₂O）
が分解してヒドロキシルラジカル（HO・）及び酸素ラジ
カル（O・）が発生する。この分解反応は高炉スラグから
形成された触媒中の主としてMgOの存在により促進さ
れ、特に、多くのヒドロキシルラジカルが発生される。
このヒドロキシルラジカルは、酸素ラジカルよりも酸化
力が強く、被処理水中に含まれる有機物などの被処理物
を直接酸化分解する分解反応を促進する。

【００１８】その結果、被処理水中に含まれるCOD成
分、臭気成分、着色成分などはもとより、ダイオキシン
類、ビスフェノールA、ノニフェノール、農薬などの難
分解性有機物等の被処理物質を、効果的に酸化分解して
被処理水を高度に浄化することができる。

【００１９】特に、高炉スラグは一般に多孔質であり、
表面に小さな孔が多数存在するから、スラグ表面に微量
の被処理物質が吸着され、かつ濃縮されるから、効率良
くラジカル反応による酸化分解が行われることになる。

【００２０】以上説明したように、上記実施形態によれ
ば、最終的な廃棄処分に苦慮している高炉スラグに酸化
マグネシウム（MgO）などのマグネシウム成分が含まれ
ていることに着眼し、オゾン水処理の触媒として有効利
用することにより、触媒コストを低減してオゾンによる
水処理の運転コストを下げることができるという効果が
ある。その結果、上水処理だけでなく、下水、浸出排
水、産業排水などの水処理分野にもオゾン水処理を広く
適用することが可能になる。

【００２１】上記実施形態では、高炉スラグを原材料と
する触媒を例にして説明したが、本発明はこれに限られ
るものではなく、転炉スラグ等、一般のスラグを適用で
きる。つまり、スラグは、周知のとおり、熔錬をはじ
め、炉で金属を溶融するときに溶剤の添加により意識的
に生成させる人工的な混合物であり、SiO₂を主成分とす
る。スラグは、鉱滓とも称され、非鉄金属製錬では「か
らみ」と呼び、金属の融解、製錬できる金属分の多い
「浮きかす」も広義のスラグである。

【００２２】また、最近は、廃棄物等を焼却した灰等の
不燃残渣を、溶融固化したものもスラグ（焼却灰等の溶
融スラグ）と称しており、この焼却灰溶融スラグも本発
明の触媒の原材料として用いることができる。

【００２３】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、オ
ゾン酸化分解における触媒作用が有効で、かつ触媒コス
トを下げることができるオゾンを用いた水処理方法及び
装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の水処理装置の構成図であ
る。

【符号の説明】

１原水槽２ポンプ３反応槽４触媒層５処理水槽６オゾン発生装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】触媒の存在下で被処理水にオゾンを作用
させて被処理水中に含まれる処理対象物を分解する水処
理法において、前記触媒に、スラグを用いることを特徴とする水処理方
法。
【請求項２】前記スラグは、高炉スラグ、転炉スラ
グ、焼却灰溶融スラグの少なくとも１つであることを特
徴とする請求項１に記載の水処理方法。
【請求項３】前記スラグは、SiO₂を主成分とし、少な
くともMgOを含んでいることを特徴とする請求項1又は2
に記載の水処理方法。
【請求項４】被処理水が通流される反応槽と、該反応
槽にオゾンを供給するオゾン発生装置とを備えた水処理
装置において、前記反応槽内にスラグを原料として形成
された触媒の充填層を設けたことを特徴とする水処理装
置。
【請求項５】前記スラグは、高炉スラグ、転炉スラ
グ、焼却灰溶融スラグの少なくとも１つであることを特
徴とする請求項４に記載の水処理装置。
【請求項６】前記スラグは、SiO₂を主成分とし、少な
くともMgOを含んでいることを特徴とする請求項４又は
５に記載の水処理装置。