JP2003211173A

JP2003211173A - 水処理方法及び装置並びに光化学反応液体処理装置

Info

Publication number: JP2003211173A
Application number: JP2002017379A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Tsuchisada; 正明土定
Original assignee: RINKAI KK
Current assignee: RINKAI KK
Priority date: 2002-01-25
Filing date: 2002-01-25
Publication date: 2003-07-29

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】原水を効率よくオゾン処理できる水処理方法
及び装置を提供する。【解決手段】原水とオゾンガスを充填塔で向流接触さ
せ、原水に含まれる芳香族やダイオキシン類のベンゼン
環、シクロヘキサン環、デカリン環などを開鎖、脱臭、
脱色、消毒し、充填塔下部にある貯留槽内で無色になっ
た処理水に、未処理の原水を注入し、未反応のオゾンを
分解させる。或いは充填塔からの処理水に過酸化水素を
添加並びに紫外線を照射し、未反応のオゾン及び（又
は）過酸化水素から瞬時に高濃度のヒドロキシラジカル
を生成し、オゾンだけではなかなか酸化されない低炭素
数のカルボン酸をも迅速に酸化分解し、ＣＯＤ_Mn、ＴＯ
Ｃを低減させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、汲み上げ使用され
る地下水のような用水や各種排水などの処理前の原水を
オゾンを用いて処理する水処理方法及び水処理装置に関
し、さらには該水処理に利用できる光化学反応利用の液
体処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術とその問題点】先ず、水処理に関係する全
有機炭素（ＴＯＣ）と化学的酸素要求量（ＣＯＤ）の測
定についの従来技術について説明する。ＴＯＣの測定
は、水溶液中の有機物を燃焼させ、生じる炭酸ガス量か
ら水溶液に含まれている全有機炭素量を求めるものであ
り、該有機物燃焼方法として、乾式酸化法と湿式酸化法
がある。乾式酸化法は、酸化力が強力で、ほとんどの有
機物を酸化するのに対し、湿式酸化法は酸化力が弱く、
特にアルキルベンゼンスルホン酸（炭素数１７から２
０）、フミン酸（炭素数数百から数万）など、１分子中
の炭素数の多いカルボン酸が含まれる場合には酸化に長
時間を要するので、正確に測定できないという問題があ
る。酸化力の強い乾式酸化法は、ＪＩＳ−Ｋ０１０１工
業用水試験法や、厚生省上水試験法に採用されている。

【０００３】湿式酸化法には、ＵＶ酸化剤併用酸化―Ｎ
ＤＩＲ（非分散型赤外線ガス分析計）式、酸化―ＮＤＩ
Ｒ法、ＵＶ酸化―導電率法がある。これらの中では、Ｕ
Ｖ酸化剤併用酸化法の酸化力が最も強く、厚生省上水試
験法に採用されている。この試験法では、酸化剤として
過硫酸カリウム水溶液と酸素ガスを併用しており、酸化
剤としてオゾンと過酸化水素を併用するＵＶオゾン酸化
促進法と同様に、ヒドロキシラジカルによる酸化法を用
いている。ＵＶ酸化法は、酸素ガスと紫外線を使用する
方法で、最も酸化力が弱いが、試薬が不要なことから、
オンライン監視に適している。

【０００４】ＣＯＤの測定は、水溶液中の有機物を酸化
剤とともに加熱し、水溶液中の有機物を酸化するために
必要な酸素量を求める方法であり、酸化剤として重クロ
ム酸カリウムを使用する方法と、過マンガン酸カリウム
を使用する方法がある。重クロム酸カリウム法は、酸化
力が強く、全有機物の９５％から１００％が酸化される
のに対し、過マンガン酸カリウム法は物質によって選択
性があり、シュウ酸では１００％酸化されるが、尿素で
は０．１％しか酸化されない。ベンゼン環を持つカルボ
ン酸に対しては、安息香酸で２．４％、サリチル酸で９
５％が酸化される。

【０００５】水中の有機物を酸化剤で処理すると、一つ
の有機物分子が直ちに二酸化炭素になるのではなく、有
機物→アルコール→アルデヒド（ケトン）→カルボン酸
→二酸化炭素の順に徐々に酸化される。どこまで酸化で
きるかは酸化剤の酸化力によって異なり、単にＣＯＤ_Mn
（過マンガン酸カリウム法を用いて測定した場合のＣＯ
Ｄ）を下げるだけなら、非力な酸化剤でも可能である
が、二酸化炭素まで酸化してＴＯＣを完全に除去するた
めには、高濃度で強力な酸化剤が必要になる。

【０００６】各種有機物の水溶液を、常温のオゾンで４
０分から１８０分間、散気処理すると、ＴＯＣが最大で
６５％程度減少するが、過マンガン酸カリウムと同様に
物質による選択性がある。有機酸に対しては、炭素数の
大きなフミン酸で６５％、アミノ酸で５０％、炭素数の
小さいタンニン酸で３６％減少するが、酢酸は減少しな
い。ＴＯＣが減少することは、有機炭素が無機炭素であ
る二酸化炭素にまで酸化されることを意味している。前
述したＵＶ酸化剤併用酸化法によるＴＯＣ測定では、炭
素数の大きなカルボン酸の酸化に長時間を要するという
傾向があったが、オゾン酸化法では、炭素数の大きなカ
ルボン酸ほどＴＯＣ除去率が高いという傾向がある。こ
のことは、オゾンは有機物分子中のカルボキシル基を酸
化する能力は弱いが、充分な量のオゾンがあれば、その
他の有機炭素結合を短時間でカルボン酸まで酸化し、生
じたカルボン酸も徐々に酸化分解して無機炭素化できる
ことを示している。芳香族でも４０％程度のＴＯＣが減
少する。芳香族のＴＯＣが減少することは、ベンゼン環
を持つ有機化合物に含まれる有機炭素原子の約４０％が
二酸化炭素まで分解されることを意味している。このほ
かに、ジオスミン（カビ臭）の骨格であるデカリン環、
２−メチルイソボルネオール（カビ臭）の骨格であるシ
クロヘキサン環も短時間で酸化分解されることが判明し
ている。このことは、オゾンはまず、二重結合や官能基
と反応してこれらを酸化分解するが、これらの含有量が
低い場合には環状の飽和結合（一重結合）とも反応する
ことを示している。

【０００７】各種有機物の水溶液を、オゾンより酸化力
の強いヒドロキシラジカルで処理すると、ＴＯＣの５４
％から９４％が減少し、カルボキシル基を持つ酢酸ナト
リウムで７０％、プロピオン酸ナトリウムで８３％のＴ
ＯＣが減少する。このことは、酢酸ナトリウムを構成す
る炭素２原子のうち、平均１．４原子が無機化されたこ
とを示しており、残っている炭素は炭素数１個のカルボ
ン酸であるギ酸と推定できる。同様に、プロピオン酸ナ
トリウムを構成する炭素３原子のうち、平均２．５原子
が無機化されたことを示しており、残っている炭素は同
じくギ酸と推定できる。どちらも、分子を構成する原子
として残っているのは１原子以下である。このことは、
オゾン単体ではなかなか酸化できない酢酸やギ酸（カル
ボン酸）も、ヒドロキシラジカルにより無機炭素である
二酸化炭素まで酸化分解されることを意味している。オ
ゾン単体処理でカルボン酸が酸化され、ＴＯＣが減少す
るのは、オゾンと水が反応して生じたヒドロキシラジカ
ルなど様々な活性酸素によるものである。

【０００８】ベンゼン環とカルボキシル基からなる安息
香酸ナトリウムもヒドロキシラジカルによりＴＯＣの７
５％が減少する。安息香酸を構成する炭素７原子のう
ち、平均５．３原子が無機化され、残っている１．７原
子は、ギ酸、酢酸、シュウ酸などとして存在していると
推定できる。ヒドロキシラジカルが有機物分子中の炭素
原子を酸化して二酸化炭素にするためには、少なくとも
炭素数の２倍程度のヒドロキシラジカルと衝突する必要
がある。したがって、炭素数の大きな有機物でも充分な
濃度のヒドロキシラジカルがあれば、すべてのＴＯＣが
無機化されると推定できる。次表にヒドロキシラジカル
酸化による１分子中の炭素数の減少を示す。表中の不足
酸素数は、有機物１分子を完全に酸化するために不足し
ている酸素原子数を示しており、不足酸素数１２以上、
炭素数４以上の大きな有機物では、２個から３個の炭素
原子がアセトアルデヒド、酢酸、シュウ酸などとして残
存しており、不足酸素数８以下、炭素数３以下の小さな
有機物では、ホルムアルデヒドやギ酸として残存してい
るものと考えられる。有機物炭素数残存炭素数減少炭素数減少率不足酸素数メチルイソフ゛チルケトン６２．７３．３５４％１７安息香酸ナトリウム７１．８５．２７５％１５フェノール６１．３４．７７８％１４ｓ−ブタノール４１．２２．８６９％１２ｔ−ブタノール４１．１２．９７３％１２ｎ−ブタノール４１．１２．９７３％１２アセトン３１．０２．０６８％８２−メトキシエタノール３０．３２．７９０％８エタノールアミン２０．２１．８９０％７．５フ゜ロヒ゜オン酸ナトリウム３０．５２．５８３％７エタノール２０．４１．６７８％６酢酸ナトリウム２０．６１．４７０％４メタノール１０．１０．９９４％３（以上、株式会社光琳平成８年２月１０日発行の「オゾンの基礎と応用」より算出）上記の反応において、ヒドロキシラジカルの原料として
過酸化水素とオゾンを使用すると、数１０分程度の反応
時間が必要になり、処理速度が遅く、効率が悪い。過酸
化水素又はオゾンに充分な強度の紫外線を照射すると、
瞬時にヒドロキシラジカルが生じる。ヒドロキシラジカ
ルによる酸化分解反応は、生じるヒドロキシラジカルの
濃度が高い程、短時間で完了する。オゾンは溶解度が小
さいため、高濃度のオゾンガスを用いても、紫外線によ
ってオゾン水から生じるヒドロキシラジカルの濃度が低
く、より高濃度のヒドロキシラジカルを作るためには、
過酸化水素のほうが適している。

【０００９】次に活性酸素の選択性について説明する。
水中におけるオゾンの反応には２種類あり、オゾン分子
と有機物分子が直接反応し、二重結合やベンゼン環、シ
クロヘキサン環、デカリン環、窒素又は硫黄を含む官能
基を酸化して、脱臭、脱色する反応と、オゾン分子が水
分子と反応し、生じたヒドロキシラジカルなどの活性酸
素が、カルボン酸などの有機物と反応して無機化する間
接反応である。

【００１０】２メチルイソボルネオールやジオスミン
（カビ臭）、及びベンゼン環（芳香臭）、硫黄、窒素、
水酸基、カルボニル基を含む臭気性有機物や、染料、各
種合成インク、胆汁色素のビリルビン、尿色素のウロビ
リン、腐葉土色素のフミン質など二重結合を含む有色有
機物は、オゾンとの反応性が高く、脱臭、脱色などの酸
化反応は比較的速い。通常、散気法によるオゾン分子と
有機物の直接反応の場合、脱臭反応では１分以内、脱色
反応では５分以内で完了する。オゾン分子と有機物の直
接反応は、本来、不可逆瞬時反応と見なせるが、散気法
では、オゾン気泡の近傍でしか反応しないので、オゾン
分子と水槽中の全有機物分子が水中拡散によって接触す
るためには、数分程度の反応時間を必要とする。オゾン
ガス量を増やせば、時間を短縮できるが、オゾンの浪費
も多くなる。

【００１１】オゾン分子が水と反応してヒドロキシラジ
カルなどの活性酸素を生じる自己分解反応は遅く、した
がってオゾン単独処理によるカルボン酸の間接酸化はか
なり遅い反応となっている。ヒドロキシラジカル自身が
有機物と反応する速度定数は、オゾンが有機物と反応す
る速度定数と比較して約１００万倍であり、常温のオゾ
ン分解で１０日かかる反応が、同モル濃度のヒドロキシ
ラジカル反応では１秒以内で完了する。トリクロロエチ
レン（炭素数２）を数秒で分解する装置も実用化されて
いる。

【００１２】一方、オゾンがベンゼンを開鎖分解して、
ギ酸、酢酸、シュウ酸など低分子量のカルボン酸を生じ
させるのに対し、ヒドロキシラジカルはベンゼンと反応
し、先ずフェノールを生じさせる。フェノールは、ヒド
ロキシラジカルにより酸化分解され、そのＴＯＣの７８
％が減少する。このことはフェノールを構成する炭素６
原子のうち、平均４．７原子が無機化されたことを示し
ており、残っている１．３原子は、７０％がギ酸など、
３０％が酢酸などとして存在していると推定できる。

【００１３】以上より、炭素数の大きな有機物を、ヒド
ロキシラジカルによって直接分解するためには、充分な
量のヒドロキシラジカルと、充分な反応時間が必要であ
る。湿式酸化法において炭素数の多いアルキルベンゼン
スルホン酸やフミン酸などのカルボン酸の酸化に長時間
を要するのは、生じるヒドロキシラジカルの濃度が低い
ことに原因がある。これら炭素数の大きな有機物は、ま
ずオゾン処理により、ギ酸、酢酸、シュウ酸など、炭素
数３以下の低分子にまで酸化分解し、その後、高濃度の
ヒドロキシラジカルで処理すれば、前記段落〔００１
１〕で示したように数十秒程度の短時間で効率的に酸化
分解することができる。後述する従来型の酸化促進装置
では、有機物をヒドロキシラジカルだけで処理している
ため、原水成分と濃度によっては、充分な反応時間とし
て数１０分から数時間の滞留時間が必要であり、反応槽
を大型化しなければならない。反応槽を小さくすると、
充分な反応時間を確保できず、処理性能が低くなり、処
理能力が下がる。

【００１４】ダイオキシン類や有機系環境ホルモンの多
くは２つのベンゼン環からなり、１分子中の炭素数は１
２原子であるから、ヒドロキシラジカルだけで完全に分
解するためには、２４分子程度のヒドロキシラジカルと
接触する必要があり、充分な量のヒドロキシラジカル
と、充分な反応時間が必要となる。一度、ベンゼン環が
開鎖されれば、ダイオキシン類ではなくなり、より低毒
性の有機塩素化合物になるので、単に、ダイオキシン等
価毒性濃度や、環境ホルモン濃度を下げるだけならば、
オゾンやヒドロキシラジカルによる数秒程度の反応で実
現することはできる。しかし、ダイオキシン類などの有
機塩素化合物を酸化分解したときに生成されるクロロギ
酸、クロロ酢酸、ギ酸、シュウ酸などはすべて有害物質
であり、特に水道法水質基準では、ジクロロ酢酸とトリ
クロロ酢酸を監視項目として規定している。したがっ
て、中途半端に処理して放流すると、水系を汚染し、生
態系を損傷する。

【００１５】ミシシッピ川の水で行われた３０分間のオ
ゾン散気処理試験（原水ＴＯＣ２．６ｍｇ／Ｌから３．
７ｍｇ／Ｌに対し、オゾン注入率２．１ｍｇ／Ｌから
４．３ｍｇ／Ｌ）の結果によれば、処理水中には、ケト
ン、アルデヒド、カルボン酸などが、原水の２倍から３
倍の濃度で検出されている。特にカルボン酸の濃度は、
他の有機物より高濃度で検出されている。検出されたカ
ルボン酸は、酪酸（炭素数４）、コハク酸（炭素数
４）、テレフタル酸（炭素数８）など４０種類、アルデ
ヒドは、ホルムアルデヒド（炭素数１）、アセトアルデ
ヒド（炭素数２）、ベンズアルデヒド（炭素数７）など
１８種類、ケトンは、アセトン（炭素数３）など１０種
類などが検出された。処理水中のこれら有機物、特にカ
ルボン酸の濃度が、原水中の濃度より高い濃度で検出さ
れたことは、より大きな有機分子がオゾン処理によって
酸化分解され、その一部がアルデヒドやケトンを経由し
て、カルボン酸になったことを意味している。この試験
結果において、特に処理水中のカルボン酸の濃度が高い
こと、及び前記段落〔０００６〕で示したように、オゾ
ン処理によってＴＯＣが減少することは、高濃度のオゾ
ン処理を行えば、有機炭素の大半を短時間でカルボン酸
まで酸化できるが、カルボン酸を酸化するには長時間を
要することを示している。

【００１６】ここで従来の水処理の具体例について見て
みる。近年、オゾナイザ（オゾン発生器）の性能が向上
し、電力料金の値下げもあって高濃度のオゾンを低コス
トで発生させることが可能になり、排水処理にもオゾン
を使用することが可能になってきたが、オゾンによる水
処理は浄水の殺菌から研究が出発したため、処理装置の
基本は反応槽（処理槽）内の原水にオゾンを気泡として
散気する方法のままであった。

【００１７】一般的に反応塔乃至気泡塔と呼ばれている
反応槽の部分では、原水中に散気されたオゾン気泡が、
周辺の原水を同伴して上昇するため、反応塔の中心部で
は原水の上昇流が生じ、辺縁部では逆に下降流が生じ
る。その結果、塔内は水とオゾンガスの混合状態にな
り、塔内の原水はほぼ均一なオゾン濃度となる。そして
このようにほぼ均一なオゾン濃度となった水の中を高濃
度のオゾン気泡が上昇する場合、塔下部の散気管からオ
ゾンガスが出た直後では、オゾンガス濃度が高いのでオ
ゾンガスが原水に吸収されるが、塔上部ではオゾンガス
濃度が低くなるのでほとんど吸収されない。そのため、
１段の反応塔乃至気泡塔で吸収されるオゾンは７０％程
度であり、吸収率が低いという問題があった。

【００１８】ディープシャフト法などを用いれば、接触
時間を長くすることはできるが、オゾンガスと原水が並
流接触するため、吸収効率は低い。

【００１９】日本初の千葉県水道局のオゾン処理設備で
は２段の気泡塔を直列に接続し、オゾンと原水を向流接
触させているが、２段の気泡塔ではオゾンを完全に近い
状態まで吸収することはできない。また、１段目の気泡
塔からの廃オゾンを次段の気泡塔に送気するためには余
分なコンプレッサが必要であるが、湿りオゾンに耐性の
あるコンプレッサは高価である。

【００２０】オゾンの吸収率を高めるためには、反応槽
中に充填物を充填して装置内の原水中のオゾン気泡の上
昇による原水とオゾンガスとの混合を抑制し、オゾン気
泡と原水を向流接触させることにより、オゾン気泡の上
昇速度を遅らせ、オゾン気泡が原水と接触する時間を長
くすることが必要である。しかし、充分な接触時間を確
保するために水深を深くすると、オゾナイザに対する背
圧（水圧）が高くなるため、ガス吐出圧の高いコンプレ
ッサが必要になり、オゾナイザの耐圧も高いものが必要
になり、高価になる。また、無声放電式オゾナイザの場
合、背圧が高くなると単位時間あたりのオゾン発生量が
減少するので、高価なオゾナイザが、その持てる能力を
充分に発揮することができないという重大な問題があ
る。

【００２１】このような工夫を行っても、気泡塔におけ
るオゾンの吸収効率は９５％程度であり、水処理に供さ
れた後の排ガス中にはいまだ数百ｐｐｍ程度の有害な濃
度のオゾンが含まれているため、触媒などで分解する必
要がある。また、高濃度のオゾンガスと接触した原水か
らは、オゾンが気散するため、これを活性炭などで除去
する必要がある。このようにして、オゾナイザから発生
したオゾンの５％から３０％以上が触媒や活性炭で浪費
されるため、ランニングコストが高く、余分な機材も必
要となり、触媒塔設置のための広いスペースを必要とす
る。

【００２２】気泡塔におけるガス側の接触時間、すなわ
ち気泡の水に対する接触時間が短いのは、直径数ｍｍの
気泡に働く浮力によって、気泡が秒速１メートル程度の
高速で上昇するためであり、かかる気泡の高速上昇は接
触時間を長くするためには水深を深くしなければならな
いという装置構造故にかえって招くこととなってしま
う。気泡径を１ｍｍ以下まで小さくすることによって、
上昇速度は遅くなるが、逆に処理した水中に気泡が混入
し、気液分離が困難になる。したがって、ガス側の接触
時間を充分に長くするためには、オゾンガスに浮力が作
用しない装置が必要である。実際に、廃オゾンの脱臭装
置や、オゾン水製造装置には、充填物を装填した充填塔
が多数使用されている。原水をスプレー供給するスプレ
ー塔でもオゾンガスに浮力は作用しないが、原水のスプ
レーによって塔内のオゾンガスが混合されるので、オゾ
ン吸収効率は低い。

【００２３】高度水処理に向流接触充填塔を使用する方
法としては特公昭５４−２４２１６号公報記載のものが
ある。この方法では２段の充填塔を用いてオゾンを原水
にほぼ完全に吸収させているが、処理水に含まれるオゾ
ンは別途処理する必要がある。排ガス中のオゾンと被処
理水（原水）を充填塔で接触させて原水にオゾンを吸収
させる方法としては、特公平６−９４０３５号公報に記
載のものがあるが、下水処理用として充填物層の充填高
さを低く抑えているため原水のオゾン吸収量が少なく、
排ガス中には高濃度のオゾンが含まれており、これを別
途処理する必要がある。また気泡塔式接触槽内で水中に
オゾンを散気しているため処理水に含まれるオゾンも別
途処理する必要がある。

【００２４】紫外線を併用する酸化促進法を排水処理に
応用する場合の問題点は、原水の濁度と色度による紫外
線の減衰、オゾン気泡による紫外線の散乱及び原水中の
鉄分による紫外線ランプ保護管の汚れである。排水が上
水なみの透明度と色度の場合は、原水自体による紫外線
の減衰は少ないが、上水なみにきれいな排水は存在しな
い。また、紫外線ランプの周辺にオゾン気泡が存在する
と、ランプの周辺ではヒドロキシラジカルが生成される
が、紫外線は散乱されるので遠方まで届かず、充分な効
果を発揮することができない。酸化促進法で紫外線を使
用する場合は、あらかじめ原水の透明度を高め、脱色し
ておくことが必要であり、紫外線ランプの周辺には、紫
外線を散乱するような気泡を存在させないことも必要で
ある。また、紫外線ランプの保護管にはブラシクリーナ
ーなどが不可欠である。

【００２５】紫外線を併用する回分式酸化促進法として
は、特公平２−３８２７９号公報に記載のものがある。
この方法はオゾンガスと原水が並流で流れるため原水の
オゾンガス吸収率が低く、廃オゾンガスを処理する必要
がある。また、溶解オゾンからヒドロキシラジカルを生
成しているので、ラジカルの濃度が低く、ＣＯＤ_Mnの高
い排水には利用できない。更にオゾン気泡が紫外線を散
乱するのでランプの近傍でしかラジカルが生成されず、
反応効率も低い。

【００２６】過酸化水素と紫外線を併用する酸化促進法
としては、特公昭６１−２８３９５号公報に記載のもの
がある。この方法では、原水に過酸化水素を添加し、紫
外線照射とオゾン処理を行っている。原水に色度や濁度
がある場合には紫外線の届く範囲が狭くなるので、オゾ
ンを含む大量の処理液を反応槽内において下降流となる
ように循環させることにより原水を希釈するとともにオ
ゾン気泡の上昇速度を遅らせ、循環水中のオゾンと原水
中の過酸化水素からヒドロキシラジカルを生成してい
る。それでもオゾン気泡による紫外線の散乱により量子
効率は低い。この方法も処理水に含まれるオゾンを後処
理する必要がある。

【００２７】前記特公昭６１−２８３９５号公報記載の
方法のように一つの反応槽に紫外線ランプを設け、過酸
化水素とオゾンを同時に作用させる方法では、原水中の
色度成分や濁度成分、オゾン気泡が紫外線の到達距離を
短くするため、効率的な処理を行うことができず、水と
オゾン気泡の接触時間を大きくしたり、循環量を増やし
て透明度を高めるため反応槽が大型化し、ひいては処理
装置の設置のための大きいスペースや大きい電力が必要
になる。

【００２８】特開２００１―１４９９５７号公報記載の
方法のように、原水にまず過酸化水素を添加してからオ
ゾン処理する方法でも排ガスと処理水に含まれるオゾン
は別途、処理する必要がある。

【００２９】以上説明したように、従来のオゾン処理及
びオゾン酸化促進処理は、気泡塔式の原水及びオゾンガ
スの接触が原型となっているため、原水へのオゾンガス
の吸収効率が低く、未吸収の廃オゾンや処理水中の溶存
オゾンを触媒や活性炭で処理しなければならないため、
高価なオゾンが大量に浪費されている。また、従来のオ
ゾン酸化促進処理では、原水をヒドロキシラジカルで直
接酸化しているため、反応時間（滞留時間）に長時間を
要し、そのため装置が大型化し、ひいては装置設置スペ
ースが大きくなる。紫外線ランプの周辺にはオゾン気泡
があるため、紫外線が散乱され、遠方まで届かない。原
水の濁度や色度が高い場合には、紫外線が減衰され、遠
方まで届かない。したがって紫外線による効果はランプ
のごく近傍に限定されるので効率が低く、装置が大きい
わりには処理流量が少ない。

【００３０】

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、従来
のオゾンガスによる水処理と比較すると、原水を効率よ
くオゾン処理できる水処理方法及び装置を提供すること
を課題とする。また本発明は、原水をオゾン、過酸化水
素、紫外線照射を用いて効率よく処理できる水処理方法
及び装置を提供することを課題とする。さらに本発明
は、上記水処理にも利用でき、原水等の液体をフォトン
の量子効率を高めて処理できる光化学反応利用の光化学
反応液体処理装置を提供することを課題とする。

【００３１】

【課題を解決するための手段】本発明は前記課題を解決
するため次の水処理方法及び水処理装置、さらには光化
学反応液体処理装置を提供する。

【００３２】（１）第１の水処理方法及び装置 (1-1) 第１の水処理方法原水をオゾンを用いて処理する水処理方法であって、原
水とオゾンガスを充填物を充填した充填塔内で向流接触
させることにより該原水にオゾンガスを９９．９９９％
以上の高効率で吸収させて該原水の脱臭、脱色、消毒を
行い、該原水をオゾン水である処理水とする工程と、前
記充填塔下部に連設した貯留槽内に前記処理水を流入さ
せるとともに該貯留槽内の処理水に前記原水を添加して
該処理水中の未反応オゾンを分解する工程とを含む水処
理方法。 (1-2) 第１の水処理装置充填物を充填した充填塔と、前記充填塔の上部に原水を
供給する手段と、前記充填塔の下部にオゾンガスを供給
する手段と、前記充填塔の下部に連設された、前記充填
塔から流下する処理水の貯留槽と、前記貯留槽内処理水
に原水を添加する手段とを備えており、前記充填塔、原
水供給手段及びオゾンガス供給手段は、前記原水供給手
段から供給されて前記充填塔内を流下する原水に前記オ
ゾン供給手段から供給されるオゾンガスを向流接触させ
て該原水にオゾンガスを９９．９９９％以上の高効率で
吸収させ得るように設定される水処理装置。

【００３３】かかる第１の水処理方法及び装置による
と、オゾンガスが原水と接触する時間を充分に確保し、
オゾンの９９．９９９％以上を効率よく原水に吸収させ
るため、原水と必要量のオゾンガスを充填塔で向流接触
させ、原水に含まれる芳香族やダイオキシン類のベンゼ
ン環、シクロヘキサン環、デカリン環などを開鎖し、原
水を脱臭、脱色、消毒し、充填塔下部に連設した貯留槽
内へ流入させ、該貯留槽内で、実質上無色になった処理
水に未処理の原水の適量を注入し、該処理水中の未反応
のオゾンを分解させることができる。

【００３４】また、このように原水にオゾンの９９．９
９９％以上を吸収させるため、原水とオゾンガスとの接
触処理後の排ガス中のオゾン含有量は極めて低減され、
該排ガスをそのまま大気中へ放出することができる。ま
た、オゾンガスとの接触処理後の処理水中の未反応オゾ
ンについてはこれを未処理の原水の添加により簡単に分
解できる。水処理装置についてはコンパクトに形成する
ことができ、設置スペースを小さく抑えることができ
る。

【００３５】第１の水処理方法においては、前記貯留槽
内の処理水にその流れ方向において下流側から上流側へ
向け紫外線を照射してもよい。また第１の水処理装置に
おいては、前記貯留槽には、該貯留槽内の処理水にその
流れ方向において下流側から上流側に向けて紫外線を照
射する紫外線照射器を設置してもよい。かかる紫外線の
照射により処理水中のオゾンからヒドロキシラジカルを
生成し、ＣＯＤ_Mn除去率、ＴＯＣ除去率、ＴＯＸ除去
率、殺菌効果、処理速度及び処理能力を高めることがで
きる。かかる紫外線照射器としては例えば反射鏡付き紫
外線灯を採用できる。また、紫外線としては代表例とし
て２５３．７ｎｍのものを挙げることができる。

【００３６】（２）第２の水処理方法及び装置 (2-1) 第２の水処理方法原水を処理する水処理方法であって、原水とオゾンガス
を充填物を充填した充填塔内で向流接触させることによ
り該原水にオゾンガスを９９．９９９％以上の高効率で
吸収させて該原水の脱臭、脱色及び消毒を行い、該原水
をオゾン水である処理水とする工程と、前記充填塔下部
に連設した貯留槽内に前記処理水を流入させ、該貯留槽
内の処理水に過酸化水素を添加するとともに該貯留槽内
の処理水にその流れ方向において下流側から上流側へ向
けて紫外線を照射することで該処理水中のオゾン及び
（又は）過酸化水素からヒドロキシラジカルを生成し、
ＣＯＤ_Mn除去率、ＴＯＣ除去率、ＴＯＸ除去率、殺菌効
果、処理速度を高める水処理方法。 (2-2) 第２の水処理装置充填物を充填した充填塔と、前記充填塔の上部に原水を
供給する手段と、前記充填塔の下部にオゾンガスを供給
する手段と、前記充填塔の下部に連設された、前記充填
塔から流下する処理水の貯留槽と、前記貯留槽内処理水
に過酸化水素を添加する手段と、前記貯留槽内処理水に
その流れ方向において下流側から上流側に向けて紫外線
を照射する紫外線照射器とを備えており、前記充填塔、
原水供給手段及びオゾンガス供給手段は、前記原水供給
手段から供給されて前記充填塔内を流下する原水に前記
オゾン供給手段から供給されるオゾンガスを向流接触さ
せて該原水にオゾンガスを９９．９９９％以上の高効率
で吸収させ得るように設定される水処理装置。

【００３７】第２の装置における紫外線照射器について
も、例えば反射鏡付き紫外線灯を採用できる。第２の水
処理方法及び装置において過酸化水素の添加は貯留槽内
処理水の上層部に添加することが望ましい。第２の水処
理方法及び装置において用いる紫外線としては代表例と
して２５３．７ｎｍのものを挙げることができる。第２
の水処理方法及び装置によると、充填塔においては前記
第１の方法及び装置の場合と同様に原水をオゾン処理で
きる。

【００３８】第２の水処理方法及び装置においては貯留
槽内水に過酸化水素を添加するとともに紫外線を照射す
る。これにより未反応のオゾン及び（又は）過酸化水素
から瞬時に高濃度のヒドロキシラジカルを生成し、オゾ
ンだけではなかなか酸化されない低炭素数のカルボン酸
をも迅速に酸化分解し、ＣＯＤ_Mn、ＴＯＣを低減させる
ことができる。ＴＯＸについては有機炭素とハロゲンの
結合を強力な紫外線で分解し、低減させることができ
る。また、紫外線は貯留槽内水の流れ方向において下流
側から上流側に向け照射するので、紫外線は貯留槽内水
と向流接触し、これにより紫外線の接触効率（量子効
率）が高められ、それだけ処理速度が向上する。紫外線
照射をより有効ならしめるため、原水は予め砂ろ過器
や、凝集沈殿などでＳＳやコロイド成分を除去し、透明
度を高めておくことが望ましい。

【００３９】（３）光化学反応液体処理装置前記のように紫外線照射器を備えた貯留槽は、原理的に
みれば、光源からのフォトンを被処理液体の流れ方向に
おいて下流側から上流側へ照射して量子効率を高めた光
化学反応液体処理装置である。そこで本発明は、前記水
処理方法や装置にも利用できる次の光化学反応液体処理
装置も提供する。すなわち、光化学反応利用の液体処理
装置であり、光源からのフォトンを被処理液体にその流
れ方向において下流側から上流側へ向け照射することに
より量子効率を高めて光化学反応により液体処理する光
化学反応液体処理装置である。気泡発生を伴う光化学反
応処理を行うときには、できるだけ該気泡がフォトン照
射を妨げないようにするため、前記被処理液体を横向き
流で移動させつつ、前記フォトンを該横向き流における
下流側から上流側に向けて照射することが望ましい。

【００４０】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面を
参照して説明する。図１は本発明に係る水処理装置の１
例の概略構成を示している。図１に示す水処理装置Ａ
は、反応装置本体６を含んでいる。反応装置本体６は充
填塔６１とその下端部に連設した貯留槽６２を含んでい
る。充填塔６１には散水器６１１とその下方のガス分配
管（オゾンガス分配管）６１２が設置されており、これ
らが設置された領域に充填物６０が充填されている。従
って、散水器６１１とガス分配管６１２との間には充填
物６０が充填されている。充填物６０は多数の通水孔を
全面的に均一に形成した支持板６１３に支持されてい
る。貯留槽６２は該支持板の下方に連設されている。充
填物６０はについては後述するもの等を採用できる。

【００４１】一方、反応装置本体６の外部には原水槽２
が設置されており、この原水槽２には未処理の原水１が
供給される。原水槽２は給水ポンプ３及び給水量調整手
動弁４を介して前記の散水器６１１に配管接続されてい
る。槽２内の原水１は手動にて適当な開度に調整された
弁４を介してポンプ３により散水器６１１に供給され、
該散水器から下方へ、且つ、充填塔６１の断面積の略全
体にわたり略均一に散水される。また、反応装置本体６
の外部にはオゾナイザ（オゾン発生器）１０も設置され
ており、これは前記のガス分配管６１２に接続されてい
る。オゾナイザ１０で生成されたオゾンは分配管６１２
から上方へ、且つ、充填塔６１の断面積の略全体にわた
り略均一に放散される。

【００４２】かくして充填塔６１に供給された原水は充
填物６０に邪魔されながら緩やかに流下する一方、充填
塔６１に供給されたオゾンガスが充填物６０に邪魔され
ながら緩やかに上昇し、原水とオゾンガスが充分に向流
接触しあい、それによりオゾンを原水に９９．９９９％
以上の高効率で吸収させることが可能であり、オゾン気
泡の含有が充分抑制されたオゾン水（処理水）が得ら
れ、該処理水が貯留槽６２に流下する。

【００４３】給水ポンプ３から吐出された原水１はその
一部を貯留槽６２内処理水中の未反応オゾンを分解する
ために、処理水ＯＲＰ制御弁５を介して貯留槽６２の上
部へ供給できる。弁５については後ほど詳述する。貯留
槽６２の下部には貯留槽内の処理水９を排出する処理水
放流ポンプ７が配管接続されている。ポンプ７は貯留槽
水位制御弁８を介して貯留槽内処理水を放流すべき図示
省略の部位に配管接続される一方、原水槽水位制御弁１
４１を介して原水槽２にも配管接続されている。

【００４４】貯留槽６２には、さらに貯留槽水位制御部
１６が設けられている。制御部１６は、貯留槽６２に流
入してくる処理水９の水位を検出し、その水位が所定水
位以上に高くなると弁８を開き、所定水位より低いとき
は弁８を閉じて、貯留槽６２における水位を適切に維持
する。原水槽２にはさらに原水槽水位制御部１４が設け
られている。制御部１４は、原水槽２内の水位が所定水
位以上に高くなると弁１４１を閉じ、所定水位より低い
ときは弁１４１を開け、原水槽２内の水位を適切なもの
に維持する。

【００４５】処理水放流ポンプ７の吐出口の近傍配管に
処理水ＯＲＰ制御部１７が接続されている。制御部１７
は貯留槽６２から放出されてくる処理水９のＯＲＰ（酸
化還元電位）を検出し、該電位が水道水なみの安全な電
位範囲に維持されるように貯留槽６２への原水注入量を
制御すべく処理水ＯＲＰ制御弁５の開度をＰＩＤ自動制
御する。このように貯留槽６２内の処理水上層部に未処
理の原水１を適切量添加することで、該処理水中の未反
応オゾンを分解し、安全な処理水として放流することが
できる。

【００４６】充填塔６１の頂部には緊急遮断弁１１を含
むガス排出回路が接続されている。充填塔６１の頂部内
は空間になっており、ここに溜まるガスを該排出回路か
ら外部へ放出できる。ガス排出回路には、負圧防止のた
めの逆止弁１２も接続されている。貯留槽６２の頂部か
ら遮断弁１１に至る配管には排ガス中オゾン制御部１５
が接続されている。制御部１５は、充填塔６１の頂部か
ら外部へ排出されるガス中のオゾン濃度を検出し、その
濃度が厚生労働省によるオゾン設備指針の０．１ｐｐｍ
以下に維持されるように、オゾナイザ１０における放電
電圧をＰＩＤ自動制御する。また、排ガス中のオゾン濃
度が高くなりすぎると、緊急遮断弁１１を閉じ、オゾナ
イザ１０を停止させる。

【００４７】以上の説明から分かるように、原水槽２、
給水ポンプ３、手動弁４及び散水器６１１は充填塔６１
への原水供給手段を構成しているとともに、オゾナイザ
１０、ガス分配管６１２及びオゾナイザ１０を制御する
排ガス中オゾン制御部１５はオゾン供給手段を構成して
おり、これら手段と充填塔６１が、オゾンを原水に９
９．９９９％以上の高効率で吸収させることが可能に設
定されるのである。

【００４８】以上説明した水処理装置Ａは、主として、
各種排水や地下水の脱臭、脱色、ＣＯＤ_Mnの低減又は除
去、一般細菌の消毒、生物処理前の部分酸化、及び除
鉄、除マンガンのための酸化を目的とした比較的簡易な
装置である。図１に示す水処理装置Ａでは、オゾン単独
処理で芳香族のベンゼン環、シクロヘキサン環、デカリ
ン環などを開鎖分解するとともに、各種有機物を酸化分
解して脱臭、脱色することにより、アセトアルデヒドや
シュウ酸など、低炭素数のアルデヒドやカルボン酸にま
で酸化し、原水の臭気、色度、ＣＯＤ_Mnなどを、最大で
９０％分解できる。

【００４９】殺菌効果は後述する図２の水処理装置より
弱いが、大腸菌や赤痢菌などグラム陰性菌とウィルスは
殺菌できる。枯草菌、溶血性連鎖球菌、黄色ブドウ球菌
などグラム陽性菌の芽胞体やカビ胞子に対しては、繁殖
を抑制することができる。原水の成分と濃度、及び用途
によっては、処理水中に生じた重炭酸イオンなどを除去
するための後処理装置（図示せず）を付加すればよい。

【００５０】オゾナイザ１０からのガス濃度は、前記の
とおり充填塔排ガス中のオゾン濃度が厚生労働省のオゾ
ン設備指針の０．１ｐｐｍ以下になるようにオゾナイザ
の放電電圧によってＰＩＤ自動制御すればよい。

【００５１】また、前記のとおり、貯留槽６２出口にお
ける処理水の酸化還元電位（ＯＲＰ）が水道水なみの安
全な値（＋３００ｍＶから＋７７０ｍＶ）になるよう
に、貯留槽への原水の注入量をＰＩＤ自動制御すればよ
い。生物処理前の部分酸化を目的とする場合では低めの
許容ＯＲＰを設定し、殺菌を目的とする場合や、処理水
を河川に放流する場合は高めの許容ＯＲＰを設定すると
よい。ＯＲＰが異常に高い場合は、放流先の生態系まで
殺菌してしまうので、前記処理水ＯＲＰ制御部１７の指
示のもとに図示省略の警報器にて警報を発生し、さらに
上昇する場合は装置全体を緊急停止すればよい。

【００５２】充填塔６１では通水が急停止すると、高濃
度のオゾンガスが大気中に放出される。これを防止する
ため、充填塔６１への給水は常時連続供給とする。給水
ポンプ３が過負荷や漏電などで停止した場合には、排ガ
ス中のオゾン濃度が高くなるので、充填塔６１の頂部ガ
ス出口に接続した緊急遮断弁１１が制御部１５の指示の
もとに閉鎖される。これとともに、オゾナイザ１０も停
止する。原水槽２への原水流入量の変動に対しては、既
述したように、充填塔６１への給水量と原水槽２の水位
を維持するため、処理水９の一部を原水槽２に戻す。

【００５３】原水槽２と貯留槽６２における水位の制御
方法として、図１では水位制御部１４、１６と制御弁１
４１、８を示しているが、ボールタップやフロート式調
節弁を利用することもできる。

【００５４】以上説明した装置Ａによると、オゾンを無
駄に発生させることがなくなり、吐出圧の低いオゾナイ
ザ１０で効率的にオゾンを発生させ、最も経済的に高度
水処理を行うことが可能になる。（通常、無声放電式オ
ゾナイザは、３０ｋＰａから７０ｋＰａ程度で運転する
仕様になっているが、吐出圧が設計仕様圧力より低けれ
ばより放電しやすくなり、設計仕様値以上の高濃度オゾ
ンを発生させることができる。）また、排ガス中や処
理水中のオゾンを処理する付帯設備も不要となり、付帯
設備の維持管理も不要になる。したがって、装置設置面
積が少なく済み、ランニングコストも充分抑制できる。

【００５５】図１に示すタイプの水処理装置の処理能力
は、最大処理量で４２ｍ³／ｈｒ（時間）にもすること
ができ、このとき、充填塔６１の内径は、０．９５ｍで
あり、単位断面積あたりの見掛けの公称処理能力は６０
ｍ³／ｍ²ｈｒである。装置接液部の材質としては、原
水中の塩素イオン濃度、硫化水素濃度等に応じて、ステ
ンレス、チタン、モネルなどを採用することができる。

【００５６】前記充填物６０の材質としては、ステンレ
ス、チタン、磁器（セラミック）などを採用でき、比表
面積が３００ｍ²／ｍ³以上でホールドアップ水量（滞
留させておくことができる水量）の多いのものを使用す
ることが望ましい。これは、オゾンを吸収しやすくする
とともに、充填塔内における原水の滞留時間を長くする
ためである。

【００５７】次に図１に示すタイプの水処理装置による
水処理の例について説明する。原水は大阪府下の染色工
場排水である。原水流量４２ｍ³／ｈｒ、原水ＣＯＤ _Mn
は１００ｍｇ−Ｏ／Ｌ、そのうちオゾン分解性のＣＯＤ
_Mn８０ｍｇ−Ｏ／Ｌを分解し、処理水のＣＯＤ_Mnを２０
ｍｇ−Ｏ／Ｌ以下とする。原水のｐＨは中性、ＴＯＣは
２５ｍｇ−Ｃ／Ｌ、オゾンガスの濃度は１５０ｇ／ｍ³
（７５，１００ｐｐｍ）、原水とオゾンガスの温度は２
０℃とする。

【００５８】原水中に含まれるオゾン分解性有機物の濃
度がＣＯＤ_Mn換算で８０ｍｇ―Ｏ／Ｌの場合、１Ｌ（１
リットル）の原水を処理するためには、最小で２倍の１
６０ｍｇ、最大で３倍の２４０ｍｇのオゾンが必要とな
る。これは、オゾンが有機物を徐々に酸化してカルボン
酸を生じるまでの複数の反応段階のうち、多くの段階で
オゾンを構成する３原子の酸素のうち、１原子だけが有
機物と反応し、残りの２原子は酸素となって水中に溶解
し、過飽和となってガス側に放散されるためである。し
たがって、安全サイドで設計するために必要なオゾン発
生量は、最大１０，０８０ｇ／ｈであり、ガス量は６７
ｍ³／ｈｒとなる。ブロワ、冷水塔を含むオゾナイザの
消費電力は１５４ｋＷ程度、据付配管工事を含む価格は
￥３５３，０００，０００程度である。２０℃における
オゾンの分配係数は、０．２７９であるから、充填塔か
ら流下する処理水には、飽和状態で４１．９ｇ／ｍ³の
オゾンが含まれている。原水のうち、Ｙｍ³／ｈｒが貯
留槽に流入するとしてオゾンの物質収支をとると、（４２―Ｙ）×４１．９＝Ｙ×（１００−２０）×３となり、６．２４ｍ³／ｈｒが貯留槽へ直接流入させる
べき原水量となる。これは、原水全量の約１５％であ
る。このとき、オゾン注入率は、２４０ｍｇ／Ｌ（リッ
トル）であり、前記段落〔００１５〕に記載のミシシッ
ピ川水域での試験と比べて約１００倍の高濃度であり、
ＴＯＣも約１０倍である。反応速度が両者の積に比例す
ると仮定すると、貯留槽内の滞留時間が３０分の１／１
０００（１．８秒）程度でも、原水中の有機物をアルデ
ヒド、ケトン、カルボン酸にまで酸化することができ
る。

【００５９】原水の脱臭、脱色、消毒などを目的とする
場合、オゾナイザは空気を原料とする無声放電式の中濃
度オゾナイザでも充分であるが、このクラスの大型機で
は、ＰＳＡ法による酸素を原料とするオゾナイザの方が
イニシャルコストもランニングコストも低くなる。充填
塔下部の貯留槽の容量は、平均滞留時間が５分程度とな
るように設計すればよく、図１に示すタイプの装置の場
合ならば、貯留槽の保有水量は３．５ｍ³である。

【００６０】オゾナイザからのオゾンガス濃度が、１５
０ｇ／ｍ³（７５，１００ｐｐｍ）の場合、充填塔頂部
出口のオゾン濃度を０．１ｐｐｍ以下にするために必要
な充填物６０の充填高さは、ＣＯＤ_Mn主成分の拡散係数
と濃度、及び充填物によって異なるが、１５ｍｍのセラ
ミック製ラシヒリングを用いる場合で０．９６ｍ程度で
ある。ホールドアップ水量から算出した原水側の滞留時
間は８秒、ガス側の滞留時間は４０秒となる。

【００６１】液側の接触時間は８秒と短く、通常の気泡
塔では芳香族ベンゼン環などの開鎖と脱臭しかできない
が、充填塔を使用すると原水が充填物の表面を薄膜とし
て流れながら、徐々に高濃度のオゾンガスと向流接触す
るので吸収効率が高く、水中のオゾン濃度が充分に高く
なる。前記段落〔００５８〕で示したように、液側の接
触時間としては１．８秒程度で、有機物をアルデヒド、
ケトン、カルボン酸にまで分解することが可能であり、
８秒はその４．４倍の接触時間に相当する。前記段落
〔０００６〕で述べたとおり、充分な濃度のオゾンがあ
れば、カルボキシル基以外の有機炭素結合を短時間で酸
化分解することができるので、充填塔では短い接触時間
でも脱色され、低炭素数のケトンとカルボン酸を生じ
る。塔上部に流入した高汚染濃度の原水は、まず希薄な
オゾンガスを化学反応吸収し、芳香族のベンゼン環、シ
クロヘキサン環、デカリン環が開鎖して脱臭され、つづ
いて脱色される。水中に吸収されたオゾンは反応によっ
て分解され、濃度が下がるので、気相中のオゾンが更に
吸収される。塔内を流下するとともに、水中の有機物濃
度が低くなり、オゾン濃度が徐々に高くなるので、引き
続いて、過剰なオゾンによってその他のＣＯＤ_Mnも酸化
分解され、低炭素数のケトンとカルボン酸が生じる。こ
のとき、反応で生じた酸素が過飽和になると発泡し、気
液界面ではじけるので排ガス中には原水ミストが同伴す
る。充填塔下部で、オゾンが直接酸化できる有機物が無
くなると、オゾンガスは物理吸収によって吸収される。
オゾンと水から生じるヒドロキシラジカルなどの活性酸
素の生成速度は無視できるほど遅いので、充填塔内で
は、主にオゾンと有機物の直接反応だけが進行する。し
たがって、充填塔内ではＣＯＤ_Mnは大きく減少するが、
ＴＯＣはほとんど減少しない。

【００６２】ガス側の接触時間を薬液による脱臭塔の接
触時間と比較する。通常、充填塔と薬液により臭気ガス
を化学反応吸収する場合、０．５から２秒程度の接触時
間で、臭気成分の５０％から９９％が除去される。した
がって、４０秒の接触時間では、少なくとも１，０５
０，０００分の１程度になる。したがって、ＣＯＤ_Mnを
含む洗浄液による化学反応吸収でオゾン濃度を０．１ｐ
ｐｍ以下にするには、充分な接触時間である。

【００６３】充填塔自体は、酸素の放散と水蒸気の蒸発
を伴う反応吸収塔として設計する。詳細な設計手順につ
いては説明を省略する。

【００６４】図１に示すタイプの装置ではガス流量が極
端に少ないため、充填塔の圧力損失が小さく、ガス側に
偏流を生じやすい。したがって、オゾンガスが均等に流
れるよう、ガス分配管のガス放出孔の配置と、それを採
用するならば再分散板（図示せず）の構造に留意して設
計すればよい。

【００６５】図２は本発明に係る水処理装置の他の例を
示している。図２に示す水処理装置Ｂは図１の水処理装
置Ａにおいて、原水１の一部を貯留槽６２内の処理水に
添加することに代えて、貯留槽６２内の処理水の上層部
に過酸化水素水タンク５１から注入ポンプ５２にて過酸
化水素水を添加できるようにし、さらに、貯留槽６２内
に紫外線照射器１８（反射鏡１８２付きの紫外線灯１８
１）を設置したものである。貯留槽６２は装置Ａのもの
より紫外線照射器の設置分大きく形成してある。

【００６６】貯留槽６２内の処理水の上層部への過酸化
水素の添加量は、過剰気味になされる。その理由は後ほ
どの説明で明らかになる。過酸化水素の添加量制御
は、処理水ＯＲＰ制御部１７により過酸化水素水注入ポ
ンプ５２の動作をＰＩＤ自動制御することで行う。

【００６７】紫外線照射器１８は、貯留槽６２内におけ
る処理水の流れに対向する方向（図２の例では処理水９
がポンプ７にて放流されるときの貯留槽６２内における
処理水９の流れ方向）に対向して、さらに換言すれば、
処理水の流れ方向における下流側から上流側に向けて、
紫外線を照射するように設置されている。紫外線照射器
１８により照射される紫外線は、それには限定されない
が、ここでは２５３．７ｎｍの強力なものである。

【００６８】以上の他は実質上装置Ａと同構成であり、
装置Ａにおける部品、部分塔と同じものについては装置
Ａと同じ参照符号を付してある。

【００６９】以上説明した水処理装置Ｂは、主に、ダイ
オキシン、ジベンゾフラン、ＰＣＢ、有機塩素溶剤、フ
タル酸エステル、農薬などの有害物質やいわゆる有機系
環境ホルモンの分解、及び生物処理後の生物難分解性Ｃ
ＯＤ_Mnの除去と完全といっても過言ではない又は略完全
な殺菌、リサイクルする超純水のＴＯＣ除去などを目的
としたきわめて高度な水処理装置である。

【００７０】装置Ｂでは、まず充填塔６１においてオゾ
ン単独処理でこれら有害物質の骨格であるベンゼン環を
開鎖分解するとともに、各種有機物を酸化分解して脱
臭、脱色し、より毒性の低いクロロギ酸、クロロ酢酸、
シュウ酸など、炭素数３以下のカルボン酸にまで酸化で
きる。その後、貯留槽６２においてオゾンよりも酸化力
の強いヒドロキシラジカルにより、低炭素数のカルボン
酸を迅速に酸化分解し、原水中のＣＯＤ_Mn、ＴＯＣを９
９％から９９．９％以上分解できる。クロロギ酸などに
含まれる炭素と塩素の結合は塩素が酸化剤であるため、
ヒドロキシラジカルで酸化分解することは困難である
が、その結合エネルギーより高いエネルギーを持つ紫外
線フォトンとの衝突によってかい離可能であり、これに
より塩素イオンとなるのでＴＯＸも除去される。

【００７１】このようにオゾンのほかに濃厚なヒドロキ
シラジカルと強力な紫外線を併用するので、殺菌効果が
極めて大きく、オゾンだけでは殺菌が難しいグラム陽性
菌の芽胞体やカビ胞子も９９．９％以上殺菌することが
できる。原水の成分と汚染濃度、及び用途によっては、
処理水中に生じた塩素イオンや重炭酸イオンなどを中和
したり、除去するための後処理装置（図示せず）を採用
すればよい。

【００７２】充填塔６１の処理能力、材質、断面積など
は装置Ａの場合と同様であるが、充填塔６１と貯留槽６
２の断面形状はここでは長方形である。装置Ｂでは、原
水１の全量を充填塔６１の上部に供給し、充填塔から流
下した処理水に過剰な過酸化水素を注入し、処理水中の
オゾンをヒドロキシラジカルとする。さらにオゾン処理
水に２５３．７ｎｍの強力な紫外線を照射することによ
り、未反応の過酸化水素とオゾンを瞬時に高濃度のヒド
ロキシラジカルとし、処理水中の低炭素数のカルボン酸
を迅速に酸化分解できる。原水１は、本例では予め砂ろ
過器（図示せず）などで除濁処理しておく。

【００７３】前記の紫外線照射器１８は、既述のとおり
反射境１８２を備えたオゾンレスタイプのもので、紫外
線灯１８１として高出力、長寿命の低圧水銀灯を使用し
ている。原水１は予めかじめ除濁されており、さらに充
填塔６１でオゾン処理されているので、貯留槽６２内部
の処理水は、ほぼ無色透明であり、少なくともオゾン気
泡は存在しないので、紫外線が遠方まで到達し、広範囲
に渡ってヒドロキシラジカルによる酸化反応が進行す
る。給水ポンプ３が過負荷や漏電などで停止した場合に
は、紫外線灯１８１の冷却が不可能になるので消灯し、
処理水の温度上昇を防止する。

【００７４】図２では、紫外線照射器１８として垂直設
置型の例を示しているが、水平設置型の紫外線照射器を
貯留槽下部に設置してもよい。この場合、装置Ｂは高さ
が高くなり、給水ポンプ３の揚程も高くなるが、装置Ｂ
の設置面積は全体として小さくなる。しかし、貯留槽６
２における処理が気泡発生を伴う光化学処理であるとき
は、発泡直後の気泡は直径が小さいため水中での浮上速
度が小さく、充填塔６１から流下する被処理水に同伴し
て下向きに流れ、下流の紫外線灯の周囲で紫外線を散乱
するので量子効率が低くなるだけでなく、処理水放流先
でガス気泡が分離され、放流された処理水が見た目に好
ましくない状態となる。

【００７５】オゾン水に紫外線（＜３１０ｎｍ）を照射
するとヒドロキシラジカルが生成される。また、オゾン
水に過酸化水素を注入するだけでもヒドロキシラジカル
は生成される。しかし、装置Ｂにおいて、オゾン処理水
中に含まれているＣＯＤ_Mnのうち、オゾン単体ではなか
なか分解できない低炭素数のカルボン酸の比率が高い場
合、充填塔６１から流下した処理水に含まれているオゾ
ンの濃度が低ければ、強力な紫外線を照射したり、単に
過剰な過酸化水素水を注入しただけでは、オゾンから生
じるヒドロキシラジカルの濃度も低く、オゾン処理水中
のＣＯＤ_Mn、ＴＯＣを充分に除去することはできない。
このような場合には、過酸化水素水を貯留槽内水の上層
部に過剰注入し、過酸化水素分子と紫外線フォトンを向
流接触させてヒドロキシラジカルを生成させ、ヒドロキ
シラジカルの濃度不足を補えばよい。そのため装置Ｂで
は、過剰な過酸化水素を貯留槽内水の上層部に添加する
ようにしている。紫外線フォトンと、未反応の過酸化水
素分子及びオゾンを向流接触させることで、接触効率
（量子効率）が高くなり、処理水中のオゾンと過酸化水
素から高濃度のヒドロキシラジカルを瞬時に生成するこ
とが可能になる。最終的に処理水中に含まれる残留ヒド
ロキシラジカルの濃度は、処理水ＯＲＰ制御部１７によ
る過酸化水素水注入量の調節により安全な値に保たれ
る。その設定値は、装置Ａについて説明したものと同様
でよい。

【００７６】ヒドロキシラジカルは分子量が１７であ
り、水分子より小さいために水中における拡散係数が大
きく、したがって、ヒドロキシラジカルが有機物と反応
する速度は、オゾンと有機物が直接反応する速度より速
い。一方、オゾンは分子量が４８、過酸化水素は分子量
が３４と大きいため、水中における拡散係数はどちらも
小さく、したがって、オゾンと過酸化水素からヒドロキ
シラジカルを生じる反応は、オゾンと水からヒドロキシ
ラジカルを生じる反応よりも遅い反応である。オゾン分
子や過酸化水素分子が紫外線フォトンと反応する場合、
フォトンの拡散速度は光速であるため、光量が充分に多
ければ、オゾン分子や過酸化水素分子の拡散速度と無関
係に、瞬時に反応して高濃度のヒドロキシラジカルが生
じる。高濃度のヒドロキシラジカルと低炭素数のカルボ
ン酸との反応は数十秒で完結する。

【００７７】上述したように、充填塔６１内では、主に
（ｉ）オゾン＋有機物による迅速な直接酸化が進行す
る。貯留槽６２内水の上槽部（該槽内の水流でいえば上
流側）では、（ｉｉ）オゾン＋水、（ｉｉｉ）オゾン＋
過酸化水素によって生じた低濃度のヒドロキシラジカル
などの活性酸素によるゆっくりとした間接酸化が進行す
る。貯留槽内水の下流側では、（ｉｖ）過酸化水素＋紫
外線、（ｖ）オゾン＋紫外線によって生じた高濃度のヒ
ドロキシラジカルによる迅速な間接酸化が進行する。さ
らに紫外線灯１８１の近傍では（ｖｉ）クロロカルボン
酸＋紫外線による脱塩素反応が進行する。したがって、
原水中の有機塩素化合物は、装置Ｂ内を通過する際、６
つの反応によって段階的に分解され、最終的に二酸化炭
素、水、塩素イオンにまで分解される。

【００７８】常温でヒドロキシラジカルより酸化力が強
い物質は、フッ素ガスのみである。したがって充分な濃
度のヒドロキシラジカルがあれば、ほとんどすべての有
機物を短時間で、特に炭素数３以下のカルボン酸ならば
数十秒以内で、完全に酸化分解することができる。

【００７９】このとき、原水中のＴＯＣ濃度やＭアルカ
リ度が高い場合、又は原水のｐＨが低い場合には、生じ
た二酸化炭素が過飽和となって発泡し、貯留槽６２内を
上昇し、オゾンガスに同伴されて、充填塔６１下部から
上昇し、排気ガス中に含まれて放出されるので、排ガス
中の炭酸ガス濃度が許容濃度（５０００ｐｐｍ）以下に
なるか否かの検討を行い、これを超える場合には、排ガ
スを図示省略の煙突に導き上空で拡散させる、或いは大
量の空気で希釈するなどの対策をとればよい。実際の検
討は原水中のＴＯＣ（乾式酸化法による）がすべて二酸
化炭素になると仮定して算出すれば安全サイドの設計と
なる。

【００８０】貯留槽６２内で炭酸ガス気泡が発生する場
合、生じた気泡は貯留槽内の水流における下流側から照
射される紫外線を散乱するので、貯留槽内上流側におけ
る照度は弱くなる。貯留槽内上流側では、オゾンと過酸
化水素の反応から酸素気泡も発生しており、紫外線を散
乱させる。したがって、貯留槽内上流側に照射される紫
外線量は少なくなり、特に気泡が集まる水面近傍では局
所的に量子効率が低下するが、貯留槽底部或いは下流側
（特に貯留槽内水流を横向き流とした場合の下流側領
域）にはほとんど気泡がないので、遠方まで紫外線が届
く。なお、水面近傍の気泡は紫外線を乱反射し、水面上
への紫外線漏洩が減少するので、全体的には量子効率を
高める効果がある。

【００８１】以上の説明から分かるように、いずれにし
ても装置Ｂにおける紫外線照射器１８を備えた貯留槽６
２は、いわば、光源からのフォトンを被処理液体の流れ
方向において下流側から上流側へ照射して量子効率を高
めた光化学反応液体処理装置である。

【００８２】次に図２に示すタイプの水処理装置による
水処理の例について説明する。原水は大阪府下の染色工
場排水である。原水流量４２ｍ³／ｈｒ（時間）、原水
ＣＯＤ_Mnは１００ｍｇ−Ｏ／Ｌ、そのうち、オゾン分解
性のＣＯＤ_Mn８０ｍｇ−Ｏ／Ｌと、ヒドロキシラジカル
分解性のＣＯＤ_Mn１９ｍｇ−Ｏ／Ｌを分解し、処理水の
ＣＯＤ_Mnを１ｍｇ−Ｏ／Ｌ以下とする。原水のｐＨは中
性、ＴＯＣは２５ｍｇ―Ｃ／Ｌ、オゾンガスの濃度は１
５０ｇ／ｍ³（７５，１００ｐｐｍ）、原水とオゾンガ
スの温度は２０℃とする。

【００８３】充填塔とオゾナイザの運転条件について
は、図１に示すタイプの装置の場合とほぼ同じである。
充填塔には、オゾン分解性のＣＯＤ_Mnが活性酸素換算で
３．３６ｋｇ／ｈｒ流入する。これを酸化するために
は、最大で３倍の１０．０８ｋｇ／ｈｒのオゾンが必要
である。２０℃におけるオゾンの分配係数は、０．２７
９であるから、充填塔から流下する処理水には、４１．
９ｇ／ｍ³のオゾンが含まれている。したがって処理水
とともに貯留槽に流下するオゾンは、１．７６ｋｇ（３
６．６モル）／ｈｒであり、オゾナイザに必要なオゾン
発生能力は、１１．８４ｋｇ／ｈｒ以上、ガス量は７９
ｍ³／ｈｒとなる。酸素原料の無声放電式オゾナイザの
場合、ブロワ、冷水塔を含む消費電力は１８０ｋＷ程度
である。

【００８４】オゾン処理水中のＣＯＤ_Mnは２０ｍｇ―Ｏ
／Ｌであり、これをヒドロキシラジカル処理して１ｍｇ
―Ｏ／Ｌ以下にする。したがって必要な活性酸素は７９
８ｇ／ｈｒとなり、モル数換算で４９．９モル／ｈｒの
ヒドロキシラジカルが必要となる。貯留槽内の上流側で
は、下流側の紫外線灯からの距離が遠いため、紫外線が
減衰しており、紫外線によるヒドロキシラジカルの生成
量は少なく、オゾンと水の反応、及びオゾンと過酸化水
素の反応によって、ほとんどの活性酸素が生成される。
オゾンと水の反応で生じる活性酸素には様々な種類があ
り、酸化力は強力であるが、定量的な予測が困難であ
り、主に過酸化水素とオゾンによる反応が生じるものと
仮定して計画すれば安全サイドの設計となる。この反応
では、まずオゾン１モルと過酸化水素１モルからヒドロ
キシラジカル（ＨＯ）１モルとヒドロペルオキシド（Ｈ
Ｏ₂）１モルが生成される。Ｏ₃ ＋Ｈ₂Ｏ₂ → ＨＯ＋ＨＯ₂ ＋Ｏ₂
↑ 生じたヒドロペルオキシドはヒドロキシラジカル、オゾ
ン、過酸化水素より酸化力が弱く、周囲の水は既にオゾ
ン処理されているのでほとんどＣＯＤ_Mnと反応すること
はなく、再結合して過酸化水素にもどる。ＨＯ₂ → （１／２）Ｈ₂Ｏ₂ ＋（１／
２）Ｏ₂↑ その結果、かかる二つの式より、次式が得られる。Ｏ₃ ＋（１／２）Ｈ₂Ｏ₂ → ＨＯ＋（３／
２）Ｏ₃↑ したがって、オゾン１モルを分解するために必要な過酸
化水素は０．５モルであり、１モルのヒドロキシラジカ
ルが生じる。貯留槽６２に流下するオゾン分子は３６．
６モル／ｈｒであるから、オゾンを分解するために必要
な過酸化水素は１８．３モル／ｈｒである。その結果、
生じたヒドロキシラジカル３６．６モルだけがＣＯＤ_Mn
と反応し、活性酸素１３．２モル／ｈｒ分のＣＯＤ_Mnが
残る。

【００８５】貯留槽内下流側においては、理論的には過
酸化水素１モルと紫外線フォトン１モルからヒドロキシ
ラジカル２モルが生成されるが、実際の反応では、生じ
たヒドロキシラジカルの約半分が再結合して過酸化水素
にもどる。Ｈ₂Ｏ₂ ＋ｈν → ２ＨＯＨＯ → （１／２）Ｈ₂Ｏ₂ 最終的には、１／２モルの過酸化水素分子と紫外線フォ
トン１モルが反応して１モルのヒドロキシラジカルが生
じる。（１／２）Ｈ₂Ｏ₂ ＋ｈν → ＨＯヒドロキシラジカルが過酸化水素にもどる割合は、周囲
の有機物濃度によって異なり、貯留槽内上流側で有機物
が過剰な場合には０％、貯留槽内下流側でヒドロキシラ
ジカルが過剰な場合は１００％が過酸化水素にもどる。
平均すれば、５０％のヒドロキシラジカルが過酸化水素
にもどる。したがって残りのＣＯＤ_Mn１３．２モル／ｈ
ｒを分解するために必要な過酸化水素は６．６２モル／
ｈｒ、紫外線フォトン数は１３．２モル／ｈｒとなる。
紫外線灯からの光を２５３．７ｎｍの単色光と仮定する
と、１フォトンの持つエネルギーは７．８３×１０^-19
Ｊであるから、紫外線灯から放射されるエネルギーは
６．２４×１０⁶Ｊ／ｈｒ以上、すなわち、１．７３ｋ
Ｗ以上の照射エネルギーが必要である。実際には、低圧
紫外線灯のＵＶ−Ｃエネルギー変換効率（３０％程度）
と劣化（７０％）を考慮し、紫外線灯の電極端で４．８
倍以上、約８．２６ｋＷの電力が必要である。過酸化水
素の注入量は、合わせて２４．９モル（０．８４８ｋ
ｇ）／ｈｒ以上となる。

【００８６】つぎに処理水の温度上昇について示す。紫
外線灯から放出されたフォトンは、最終的には熱エネル
ギーになり、紫外線灯の消費電力のすべてが熱エネルギ
ーになると仮定すると、８．２６ｋＪ／ｓのエネルギー
が４２，０００ｋｇ／ｈｒの原水に加えられる。原水の
比熱を４．２ｋＪ／ｋｇ℃とすると、そのエネルギーに
よる温度上昇は０．１７℃である。

【００８７】図２に示すタイプの装置による殺菌力につ
いて示す。貯留槽の縦断面の幅を０．９５ｍ、水深１ｍ
とすると断面積は０．９５ｍ²であるから、紫外線の平
均照度は、１．８３×１０⁵μＷ／ｃｍ²となり、紫外
線に強いといわれる枯草菌（グラム陽性菌）の芽胞体で
０．１２秒、さらに紫外線に強い黒カビの胞子でも１．
８秒で９９．９％殺菌される。実際の照射時間は５分程
度であるから、実質上完全に殺菌することができる。

【００８８】排ガス中の炭酸ガス濃度について示す。オ
ゾナイザから発生する同伴ガス流量は、７９ｍ³／ｈｒ
であり、原水中のＴＯＣがすべて二酸化炭素になると仮
定すると、生じる二酸化炭素は８７．５ｍｏｌ／ｈｒで
ある。したがって排ガス中の炭酸ガス濃度は２６，５０
０ｐｐｍとなり、許容濃度を超える。また、排ガスには
高濃度の酸素を含んでおり、支燃性があるので、ＰＳＡ
法の廃窒素ガスで希釈し、煙突などにより上空に排気す
る。

【００８９】つぎに、図２に示すタイプの装置による処
理コストを示す。オゾナイザ１０の消費電力を１８０ｋ
Ｗ、電力単価を基本料金も含めて、￥１１．９／ｋＷｈ
ｒ（関西電力高圧電力Ｂ年間平均値）とすると、電
気代が￥２，１４３／ｈｒとなる。オゾナイザの価格を
￥３５３，０００，０００程度、減価償却期間を１６
年、残存価を１０％とすると、時間償却費は￥２，２６
６／ｈｒとなる。したがってオゾン処理だけで￥４，４
０９／ｈｒ、原水１ｍ³あたり￥１０５．０となる。３
５％過酸化水素水の単価を１ｋｇあたり￥１００とする
と、原水１ｍ³あたりの薬品コストは￥５．８となる。
紫外線灯自体の消費電力を８．５ｋＷ（５００Ｗ×１７
本）とし、その電源装置の変換効率７０％を考慮すると
最終的な消費電力は１２．１ｋＷとなり、電気代は￥１
４４．５／ｈｒとなる。５００Ｗ紫外線ランプの寿命を
５０，０００時間、価格を１本２０万円とすると、１７
本のランプ代は、￥６８．０／ｈｒ、原水１ｍ³あたり
の電気代とランプ代の合計は、￥５．１となる。電力、
薬品、紫外線灯のコスト、オゾナイザの減価償却を合算
すると、￥１１５．８／ｍ³となる。水道料金に含まれ
る下水道使用料は、１ｍ³あたり￥１１９から￥２３４
（大阪市水道局）程度であるから、合理的な処理コスト
である。有機物の酸化分解に要するコストは、オゾン
処理よりもヒドロキシラジカル処理のほうが若干高いの
で、ヒドロキシラジカル処理の前にオゾン処理を行うこ
とにより、ランニングコストを低く抑えることができ
る。しかし、その差は小さく、最大で２０％程度であ
る。したがって、原水濃度が同じなら充填塔によるオゾ
ン処理でどこまでＣＯＤ_Mnを低減するかによって処理コ
ストに大差はない。一方、図２に示すタイプの装置によ
る処理コストは、原水のＣＯＤ _Mnにほぼ比例するので、
原水が清浄であるほど、低コストで処理することができ
る。図２に示すタイプの装置でＣＯＤ_Mn１ｍｇ−Ｏ／Ｌ
の原水を１ｍ³処理するコストは、約￥１．１６であ
る。

【００９０】図２に示すタイプの装置による処理に相当
する処理を、再生可能な石炭系活性炭と固定床式吸着塔
で処理する場合、再生炭の吸着量を１００ｇＣＯＤ_Mn／
ｋｇＡＣと仮定すると、原水１ｍ³を処理するためには
１ｋｇの再生炭が必要であり、そのコスト（ポンプと制
御回路の電力、活性炭交換の人件費は除く）は、約￥４
００となる。したがって、図２に示すタイプの装置で
は、活性炭処理法と比べて３分の１以下の低コストで処
理することができる。

【００９１】図１に示すタイプの装置で図２に示すタイ
プの装置と同じ原水の脱臭、脱色、消毒、ＣＯＤ_Mnの低
減又は除去を行う場合の処理コストは、上記のオゾナイ
ザの電力と原価償却だけになるので、原水１ｍ³あたり
の処理コスト（ポンプと制御回路の電力は除く）は￥９
７．６となる。図１に示すタイプの装置による処理コス
トは、原水のＣＯＤ_Mnにほぼ比例するので、原水が清浄
であるほど、低コストで処理することができる。図１に
示すタイプの装置でＣＯＤ_Mn１ｍｇ−Ｏ／Ｌの原水を１
ｍ³処理するコストは、約￥０．９７６である。また、
単に脱臭と脱色だけを目的とする場合は、ここまで高い
ＣＯＤ除去率は不要なので、さらに低コストで処理する
ことができる。図１に示すタイプの装置の場合、必要な
人件費はＯＲＰ制御部の電極液の補充程度であり、自動
洗浄校正機能付きのオゾン濃度制御計やＯＲＰ制御計を
使用すれば、通常運転中は無人で連続運転することがで
きる。

【００９２】本発明に係る水処理方法及び装置や光化学
反応液体処理装置の用途について示す。図１に示すタイ
プの装置は、主に排水と地下水の脱臭、脱色、ＣＯＤ_Mn
の低減又は除去、一般細菌の消毒、生物処理前の部分酸
化、及び除鉄除マンガン処理における原水の酸化が主た
る用途であり、プール、浴場、有機性廃棄物リサイクル
施設、染色工場、し尿処理場、製紙工場、養殖場などで
使用できる。

【００９３】図２に示すタイプの装置の主たる用途は、
ダイオキシン、ジベンゾフラン、ＰＣＢ、環境ホルモ
ン、有機塩素溶剤、農薬などの酸化分解、及びＴＯＣの
除去であり、汚染地下水の浄化や、産業廃棄物処理施
設、病院や医療廃棄物処理施設、バイオ薬品工場、と殺
場、及びゴルフ場などの排水処理に使用できる。半導体
工場のリサイクル純水のように、原水に含まれているＴ
ＯＣとＣＯＤ_Mnが微量の場合には、オゾンと紫外線照射
のみで、充分なヒドロキシラジカルを生成することがで
きるので、処理システムを簡素化することが可能であ
る。この場合、電力だけで運転できるので、装置の維持
管理も容易になる。

【００９４】つぎに、図１に示すタイプの装置で脱色を
目的とする場合について、実液による分析方法を示す。
まず、原水の色度、ＣＯＤ_Mn、ｐＨ、Ｍアルカリ、ＯＲ
Ｐを測定し、原水２００ｍＬ（リットル）中のＣＯＤ_Mn
をすべて酸化するために必要な活性酸素量を算出し、必
要なオゾン量を算出する。つぎに、ガス洗浄瓶に原水２
００ｍＬをとり、オゾンガスを５分間通気する。排ガス
はよう化カリウム水溶液で吸収する。オゾンガスの濃度
と流量は、必要とされるオゾン量が５分以内に供給でき
る濃度と流量に設定する。５分経過後、通気を停止し、
直ちに原水２０ｍＬを加えて撹拌しオゾンを分解させ
る。５分間放置した後、処理水の色度、ＣＯＤ_Mn、ｐ
Ｈ、Ｍアルカリ、ＯＲＰを測定する。このとき、目的と
する色度以下になっていれば、後から添加する原水の量
を倍増して、同じ実験を行う。目的とする色度以上の場
合は、後から添加する原水の量を半減して、同じ実験を
行う。測定結果をグラフ化し、目標とする色度を達成す
るために最適な原水添加量を決定し、ＣＯＤ_Mnの変化及
び洗浄瓶の下流に設けたオゾン吸収瓶中のよう化カリウ
ム濃度の変化から必要なオゾン量を決定する。実装置に
おいて処理水を放流する場合は、処理水のｐＨと放流基
準を比較し、中和処理の必要性を判断することができ
る。また、処理液のＯＲＰが水道水なみの安全な範囲に
あることを確認する。条件を変更しても、５分間の通気
で目標とする色度を達成できない場合は、通気時間と放
置時間を２倍にして、同じ実験を行う。装置の目的が脱
色以外の場合でも手順は同様であり、色度の代わりに、
臭気、ＣＯＤ_Mn、細菌数などを測定すればよい。また、
当然のことであるが、実装置の設計に当たっては、水質
の悪化と、水温の季節変動なども考慮した分析と設計が
必要となる。

【００９５】図２に示すタイプの装置で全有機炭素（Ｔ
ＯＣ）除去を目的とする場合について、実液による分析
方法を示す。まず、原水のＴＯＣ、ＣＯＤ_Mn、ｐＨ、Ｍ
アルカリ、ＯＲＰを測定し、原水２００ｍＬ中のＴＯＣ
をすべて酸化するために必要な活性酸素量と、ＣＯＤ_Mn
をすべて酸化するために必要な活性酸素量を算出し、ど
ちらか多いほうに相当するオゾン量と過酸化水素量を算
出する。つぎに、ガス洗浄瓶に原水２００ｍＬをとり、
オゾンガスを５分間通気する。排ガスはよう化カリウム
水溶液で吸収する。オゾンガスの濃度と流量は、必要と
されるオゾン量が５分以内に供給できる濃度と流量に設
定する。５分経過後、通気を停止し、直ちに必要量の過
酸化水素水を加えて撹拌しオゾンを分解させる。５分間
放置した後、直ちに処理水のＴＯＣを測定する。このと
き、目的とするＴＯＣ以下になっていれば、紫外線の照
射は不要であるから、上記と同様にして、過酸化水素の
注入量を最適化すればよい。

【００９６】目的とするＴＯＣ以上となった場合は同じ
実験を繰り返し、過酸化水素を添加した後、前記構成の
光学反応液体処理装置に処理水を移し、紫外線を照射す
る。紫外線の照射時間は、先の実験で測定した処理水の
ＴＯＣと光学反応液体処理装置の紫外線照度から決定し
た時間とする。照射時間を増減して実験し、目標とする
ＴＯＣを５分以内で達成するために必要な紫外線照度を
決定する。装置の目的がＴＯＣ除去以外の場合でも手順
は同様であり、ＴＯＣの代わりに、ダイオキシン類等価
濃度、環境ホルモン濃度、有機塩素溶剤濃度、ＴＯＸな
どを測定すればよい。原水に有機塩素化合物が含まれて
いる場合には、最終の処理水のＣＯＤ_Mn、ｐＨ、Ｍアル
カリ、ＯＲＰのほかに、ジクロロ酢酸とトリクロロ酢酸
の濃度も測定しておく。これらが、水道水水質基準監視
項目暫定指針値以下となるように水処理を計画する。

【００９７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、原
水を効率よくオゾン処理できる水処理方法及び装置を提
供することができる。また本発明によれば、原水をオゾ
ン、過酸化水素、紫外線照射を用いて効率よく処理でき
る水処理方法及び装置を提供することができる。さらに
本発明によれば、上記水処理にも利用でき、原水等の液
体をフォトンの量子効率を高めて処理できる光化学反応
利用の光化学反応液体処理装置を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る水処理装置の１例を示す図であ
る。

【図２】本発明に係る水処理装置の他の例を示す図であ
る。

【符号の説明】

Ａ、Ｂ水処理装置１原水２原水槽３給水ポンプ４給水量調整手動弁５処理水ＯＲＰ制御弁５１過酸化水素タンク５２注入ポンプ６反応装置本体６１充填塔６０充填物６１１散水器６１２ガス分配器６１３充填物支持板６２貯留槽８貯留槽水位制御弁９処理水１０オゾナイザ１１緊急遮断弁１２逆止弁１４原水槽水位制御部１４１原水槽水位制御弁１５排ガス中オゾン制御部１６貯留槽水位制御部１７処理水ＯＲＰ制御部１８紫外線照射器１８１紫外線灯（紫外線ランプ）１８２反射鏡

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ０２Ｆ 1/32 Ｃ０２Ｆ 1/32 1/50 ５１０ 1/50 ５１０Ａ５２０５２０Ｐ５３１５３１Ｑ５３１Ｒ５４０５４０Ａ５５０５５０Ａ５５０Ｈ５６０５６０Ｃ 1/58 1/58 ＨＦターム(参考） 4D037 AA01 AA11 AB02 BA16 BA18 CA12 CA16 4D038 AA08 AB27 BA02 BA04 BB07 BB12 BB16 4D050 AA02 AA12 AB03 AB04 AB11 BB02 BB09 BC09 BD02 BD06 CA12 4G035 AA01 4G075 AA37 BA04 BA06 BD04 BD17 BD23 DA01 EA01 EB09 EE02 FB02 FB04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】原水をオゾンを用いて処理する水処理方法
であって、原水とオゾンガスを充填物を充填した充填塔内で向流接
触させることにより該原水にオゾンガスを９９．９９９
％以上の高効率で吸収させて該原水の脱臭、脱色、消毒
を行い、該原水をオゾン水である処理水とする工程と、前記充填塔下部に連設した貯留槽内に前記処理水を流入
させるとともに該貯留槽内の処理水に前記原水を添加し
て該処理水中の未反応オゾンを分解する工程とを含む水
処理方法。
【請求項２】前記貯留槽内の処理水にその流れ方向にお
いて下流側から上流側へ向け紫外線を照射することで該
処理水中のオゾン及び（又は）過酸化水素からヒドロキ
シラジカルを生成し、ＣＯＤ_Mn除去率、ＴＯＣ除去率、
ＴＯＸ除去率、殺菌効果、処理速度を高める請求項１記
載の水処理方法。
【請求項３】原水を処理する水処理方法であって、原水とオゾンガスを充填物を充填した充填塔内で向流接
触させることにより該原水にオゾンガスを９９．９９９
％以上の高効率で吸収させて該原水の脱臭、脱色及び消
毒を行い、該原水をオゾン水である処理水とする工程
と、前記充填塔下部に連設した貯留槽内に前記処理水を流入
させ、該貯留槽内の処理水に過酸化水素を添加するとと
もに該貯留槽内の処理水にその流れ方向において下流側
から上流側へ向けて紫外線を照射することで該処理水中
のオゾン及び（又は）過酸化水素からヒドロキシラジカ
ルを生成し、ＣＯＤ_Mn除去率、ＴＯＣ除去率、ＴＯＸ除
去率、殺菌効果、処理速度を高める水処理方法。
【請求項４】光化学反応利用の液体処理装置であり、
光源からのフォトンを被処理液体にその流れ方向におい
て下流側から上流側へ向け照射することにより量子効率
を高めて光化学反応により液体処理する光化学反応液体
処理装置。
【請求項５】請求項４記載の光化学反応液体処理装置
において、前記被処理液体を横向き流で移動させつつ、
前記フォトンを該横向き流における下流側から上流側に
向けて照射する光化学反応液体処理装置。
【請求項６】充填物を充填した充填塔と、前記充填塔の上部に原水を供給する手段と、前記充填塔の下部にオゾンガスを供給する手段と、前記充填塔の下部に連設された、前記充填塔から流下す
る処理水の貯留槽と、前記貯留槽内処理水に原水を添加
する手段とを備えており、前記充填塔、原水供給手段及びオゾンガス供給手段は、
前記原水供給手段から供給されて前記充填塔内を流下す
る原水に前記オゾン供給手段から供給されるオゾンガス
を向流接触させて該原水にオゾンガスを９９．９９９％
以上の高効率で吸収させ得るように設定される水処理装
置。
【請求項７】前記貯留槽に、該貯留槽内の処理水にその
流れ方向において下流側から上流側に向けて紫外線を照
射する紫外線照射器が設置されている請求項６記載の水
処理装置。
【請求項８】充填物を充填した充填塔と、前記充填塔の上部に原水を供給する手段と、前記充填塔の下部にオゾンガスを供給する手段と、前記充填塔の下部に連設された、前記充填塔から流下す
る処理水の貯留槽と、前記貯留槽内処理水に過酸化水素を添加する手段と、前記貯留槽内処理水にその流れ方向において下流側から
上流側に向けて紫外線を照射する紫外線照射器とを備え
ており、前記充填塔、原水供給手段及びオゾンガス供給手段は、
前記原水供給手段から供給されて前記充填塔内を流下す
る原水に前記オゾン供給手段から供給されるオゾンガス
を向流接触させて該原水にオゾンガスを９９．９９９％
以上の高効率で吸収させ得るように設定される水処理装
置。