JP2006224065A - 廃水処理方法及びその装置 - Google Patents

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正明 松原
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Abstract

【課題】 難分解性COD成分を含有する色度の高い着色廃水について、予め脱色せずにそのまま促進酸化処理(オゾン添加と紫外線照射の併用)する場合に比べて少ない使用電力量にて、排水基準を満たすように難分解性COD成分が除去された処理水を得ることができる廃水処理方法及びその装置を提供すること。
【解決手段】 難分解性COD成分を含有する着色廃水にオゾン処理を施して、前記着色廃水を所定の色度まで脱色するオゾン処理工程と、このオゾン処理による色度を低下させた前記着色廃水にオゾン添加と紫外線照射の併用による促進酸化処理を施す促進酸化処理工程とを有する廃水処理方法である。
【選択図】 なし

Description

本発明は、難分解性COD成分を含有する色度の高い着色廃水について、予め脱色せずにそのまま促進酸化処理(オゾン添加と紫外線照射の併用)する場合に比べて少ない使用電力量にて、排水基準を満たすように難分解性COD成分が除去された処理水を得ることができるようにした廃水処理方法及びその装置に関するものである。
周知のように、CODは化学的酸素要求量のことであり、廃水の汚れ具合を表す指標であって廃水中に含まれる有機物の量に相当する。そして、難分解性COD成分は、通常の生物処理単独では除去処理することが困難な有機物(生物処理後に残存するCOD成分)を意味する。
さて、着色廃水の脱色処理や、廃水中の難分解性COD成分の除去のために、オゾン処理や促進酸化処理が行われている。オゾン処理は、オゾンの持つ酸化力を利用して酸化分解を行って難分解性COD成分や色度成分を除去する処理である。また、促進酸化処理は、オゾンと紫外線との反応、あるいは、オゾンと過酸化水素との反応で生成するOHラジカル(ヒドロキシラジカル)の酸化力を利用して有機物を酸化分解して、難分解性COD成分や色度成分を除去する処理である。OHラジカルは、オゾンよりも酸化力が強いという特徴があり、難分解性COD成分の分解に有効なものである。なお、促進酸化処理時にオゾンと併用するものとして、前述のように紫外線、又は過酸化水素があるが、過酸化水素よりも紫外線を用いた方がOHラジカルの発生量が多い。
従来、産業排水や生活排水などの廃水を促進酸化処理する促進酸化処理装置として、例えば、特開2002−361272号公報には、オゾン注入領域、紫外線照射領域及び反応領域の3つの領域を有する処理槽を備えた装置が提案されている。また、特開2002−307083号公報には、オゾン散布領域と紫外線照射領域との2つの領域を有する酸化処理ユニットを、複数段連結した装置が提案されている。
オゾンと紫外線を併用する促進酸化処理は、難分解性COD成分の除去に有効であるものの、オゾン発生装置に加えて紫外線照射装置も必要なため、電力コストが高くなる。そこで、前述した従来の促進酸化処理装置では、オゾン注入領域でオゾンを溶け込ませ、紫外線照射領域でOHラジカルを発生させ、紫外線照射領域又は反応領域でOHラジカルによる有機物分解を行わせるように3つの領域に分割した構成とすることにより、有機物を酸化分解する反応を効率化するようにしている。
ところが、前述した従来の促進酸化処理装置では、難分解性COD成分を含有し、色度の高い(390nm吸光度法にて色度500度程度以上)着色廃水を対象とした場合、紫外線照射領域に色度の高い廃水が流入し、紫外線が色成分で遮られて透過せずに色成分に吸収され、紫外線の到達距離が短くなり、OHラジカルの発生効率が極端に低下するという問題がある。
特開2002−361272号公報(段落[0015]、図1) 特開2002−307083号公報(段落[0015]、図1)
そこで、本発明の課題は、難分解性COD成分を含有する色度の高い着色廃水について、促進酸化処理において前記着色廃水の色度が高いことに起因するOHラジカルの発生効率の低下を防ぐことができ、予め脱色せずにそのまま促進酸化処理(オゾン添加と紫外線照射の併用)する場合に比べて少ない使用電力量にて、排水基準を満たすように難分解性COD成分が除去された処理水を得ることができる廃水処理方法及びその装置を提供することにある。
前記の課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。
請求項1の発明は、難分解性COD成分を含有する着色廃水にオゾン処理を施して、前記着色廃水を所定の色度まで脱色するオゾン処理工程と、このオゾン処理による色度を低下させた前記着色廃水にオゾン添加と紫外線照射の併用による促進酸化処理を施す促進酸化処理工程とを有することを特徴とする廃水処理方法である。
請求項2の発明は、請求項1記載の廃水処理方法において、前記オゾン処理工程によって前記着色廃水の色度を初期色度の10〜40%の範囲にまで低下させることを特徴とするものである。
請求項3の発明は、請求項2記載の廃水処理方法において、オゾン処理工程によって着色廃水の色度を初期色度の20〜30%の範囲にまで低下させることを特徴とする廃水処理方法である。
請求項4の発明は、請求項1〜3のいずれか1項に記載の廃水処理方法において、オゾン反応槽において前記オゾン処理工程を実施すること、前記オゾン反応槽からオゾン処理による色度を低下させた着色廃水が供給される促進酸化反応槽において前記促進酸化処理工程を実施することを特徴とするものである。
請求項5の発明は、請求項1〜3のいずれか1項に記載の廃水処理方法において、反応槽において紫外線照射手段を作動させない状態で前記オゾン処理工程を実施すること、前記反応槽において前記紫外線照射手段を作動させて前記促進酸化処理工程を実施することを特徴とするものである。
請求項6の発明は、被処理水として難分解性COD成分を含有する着色廃水が供給されるオゾン反応槽と、前記オゾン反応槽内の被処理水にオゾンを添加するための放電式オゾン発生装置と、前記オゾン反応槽内のオゾン処理による脱色された被処理水の色度が設定値に保持されるようにオゾン反応槽への被処理水流入量及び/又はオゾン供給量を制御する制御装置と、前記オゾン反応槽からオゾン処理による色度を低下させた被処理水が供給される促進酸化反応槽と、前記促進酸化反応槽内の被処理水にオゾンを添加するための放電式オゾン発生装置と、前記促進酸化反応槽内に設置され、促進酸化処理を行うための紫外線ランプと、を備えたことを特徴とする廃水処理装置である。
請求項7の発明は、被処理水として難分解性COD成分を含有する着色廃水が供給される反応槽と、前記反応槽内の被処理水にオゾンを添加するための放電式オゾン発生装置と、前記反応槽内に設置された紫外線ランプと、前記反応槽内の被処理水の色度が設定値まで低下してから促進酸化処理を行うべく前記紫外線ランプを点灯させる制御手段と、を備えたことを特徴とする廃水処理装置である。
本発明の廃水処理方法又は廃水処理装置は、難分解性COD成分を含有する着色廃水にオゾン処理を施して前記着色廃水を所定の色度まで脱色し、しかる後、このオゾン処理による色度を低下させた着色廃水にオゾン添加と紫外線照射の併用による促進酸化処理を施すようにしている。したがって、オゾン処理によって着色廃水を所定の色度まで脱色しておくことで、促進酸化処理において、紫外線が着色廃水の色成分で遮られて紫外線の到達距離が短くなってOHラジカルの発生効率が低下することがなくて、その結果、予め脱色せずにそのまま促進酸化処理する場合に比べて少ない使用電力量にて、排水基準を満たすように難分解性COD成分が除去された処理水を得ることができる。
本発明の方法又は装置では、難分解性COD成分を含有する着色廃水(以下、被処理水ともいう)について、オゾン処理工程によって被処理水の相対色度を10〜40%の範囲にまで低下させることがよい。ここで、相対色度=(オゾン処理後の色度/初期色度)×100%である。相対色度が10〜40%の範囲を上回る場合は、オゾン処理による脱色が十分でなく、促進酸化処理において紫外線が着色廃水の色成分で遮られてOHラジカルの発生効率が低下することになり、促進酸化処理でのオゾン発生及び紫外線照射に要する使用電力量の増加によって、全体として廃水処理に要する使用電力量が増加する。一方、相対色度を10〜40%の範囲より低くする場合は、オゾン処理での脱色が容易でなく大量のオゾンが必要となることによる使用電力量の増加によって、全体として廃水処理に要する使用電力量が増加する。よって、オゾン処理後の被処理水の相対色度は、10〜40%の範囲であり、より好ましくは20〜30%の範囲である。
図1は本発明の一実施形態による廃水処理装置を示す構成図である。
この廃水処理装置は、難分解性COD成分を含有する着色廃水を連続処理にて処理する装置である。図1において、1は被処理水として難分解性COD成分を含有する着色廃水が供給されるオゾン反応槽、2はポンプ3を有してオゾン反応槽1に被処理水を連続的に供給する被処理水供給ラインである。オゾン反応槽1内の底部にオゾン散気装置4が配置されており、このオゾン散気装置4が、オゾン反応槽1の外部に設置されている放電式オゾン発生装置5に流量調節弁6を介して連絡されている。
7はオゾン反応槽1内の被処理水(槽内水)の色度を側色する色度計であり、8は制御装置である。制御装置8は、色度計7による色度測定結果に基づいて、オゾン反応槽1内のオゾン処理による脱色された被処理水の色度が予め定められた設定値に保持されるようにオゾン反応槽1への被処理水流入量及び/又はオゾン供給量を加減制御するものである。被処理水流入量の制御はポンプ3の回転数を増減する指令を与えることで行い、オゾン供給量の制御は流量調節弁6の開度を調節する指令を与えることで行うようになっている。
なお、オゾン反応槽1に供給される被処理水の色度変動が小さい場合には、被処理水流入量とオゾン供給量については、予め、流入する被処理水の色度を設定値まで脱色しうる被処理水流入量とオゾン供給量の条件を実験により求めて決めておき、前記実験で定めておいた被処理水流入量とオゾン供給量になるように制御装置8を設定しておくようにしてもよい。
9はオゾン反応槽1からオゾン処理による色度を低下させた被処理水が供給される促進酸化反応槽である。10は促進酸化反応槽9内に設置された紫外線ランプ、11は紫外線ランプ電源である。また、促進酸化反応槽9内の底部に配置されたオゾン散気装置12が、流量調節弁13を介して前記の放電式オゾン発生装置5に連絡されている。14はオゾン反応槽1と促進酸化反応槽9において発生する排オゾン(反応後に残存する未反応オゾン)を処理するための排オゾン処理装置である。この排オゾンを有効利用するために、放電式オゾン発生装置5によるオゾン供給ラインに戻すようにしてもよい。
次に、このように構成される廃水処理装置によって実施される廃水処理方法について説明する。難分解性COD成分を含有する着色廃水である被処理水は、ポンプ3により連続的にオゾン反応槽1に送られ、オゾン反応槽1においてオゾン処理される。このオゾン処理では、制御装置8により、色度計7による色度測定結果に基づいて、オゾン反応槽1内のオゾン処理による脱色された被処理水の相対色度が10〜40%の範囲において予め定められた色度設定値に保持されるようにオゾン反応槽1への被処理水流入量及び/又はオゾン供給量が加減制御される。
そして、オゾン反応槽1において前記色度設定値の色度まで脱色された槽内水(被処理水)は、オゾン反応槽1への被処理水流入分だけ促進酸化反応槽9に流入し、促進酸化反応槽9において促進酸化処理される。促進酸化反応槽9では、オゾンと紫外線ランプ10による紫外線との反応によってOHラジカルが発生して、難分解性COD成分が酸化分解される。このとき、促進酸化反応槽9に流入する被処理水は、促進酸化処理開始に際しその色度がオゾン反応槽1でのオゾン処理によって前記色度設定値にまで脱色されているので、促進酸化処理において、紫外線が色成分で遮られて紫外線の到達距離が短くなってOHラジカルの発生効率が低下するようなことなく、排水基準を満たすように難分解性COD成分が除去された処理水を得ることができる。この処理水は、促進酸化反応槽9からオーバーフローにより連続的に導出されるようになっている。
このように、難分解性COD成分を含有する色度の高い着色廃水について、連続処理にて処理するに際し、促進酸化処理において前記着色廃水の色度が高いことに起因するOHラジカルの発生効率の低下を防ぐことができ、予め脱色せずにそのまま促進酸化処理する場合に比べて少ない使用電力量にて、排水基準を満たすように難分解性COD成分が除去された処理水を得ることができる。
図2は本発明の別の実施形態による廃水処理装置を示す構成図である。
この廃水処理装置は、難分解性COD成分を含有する着色廃水をバッチ処理にて処理する装置である。図2において、21は被処理水として難分解性COD成分を含有する着色廃水が供給される反応槽、22はポンプ23を有して反応槽21に被処理水を一定量毎に供給する被処理水供給ラインである。反応槽21内の底部にオゾン散気装置24が配置されており、このオゾン散気装置24が、反応槽21の外部に設置されている放電式オゾン発生装置25に流量調節弁26を介して連絡されている。
27は促進酸化反応槽9内に設置された紫外線照射手段としての紫外線ランプ、28は紫外線ランプ電源である。また、29は反応槽21内の被処理水(槽内水)の色度を側色する色度計、30は紫外線ランプ27を点灯させる制御手段としての制御装置である。制御装置30は、色度計29による色度測定結果に基づいて、反応槽21内の被処理水の色度が設定値まで低下してから促進酸化処理を行うべく紫外線ランプ27を点灯させ、予め定められた時間経過後、紫外線ランプ27を消灯させるものである。なお、反応槽21に供給される被処理水の色度変動が小さい場合には、予め、流入する被処理水の色度を設定値まで脱色しうるオゾン供給量とオゾン処理時間の運転条件を実験により求めて決めておき、前記実験で定めておいた運転条件によるオゾン処理後に紫外線ランプ27を点灯させるように制御装置30を設定しておくようにしてもよい。31は開閉弁32を有して処理水を取り出す処理水導出ラインである。また、33は反応槽21にて発生する排オゾンを処理するための排オゾン処理装置である。
次に、このように構成される廃水処理装置によって実施される廃水処理方法について説明する。まず、難分解性COD成分を含有する着色廃水である被処理水は、ポンプ23により一定量だけ反応槽21に送られ、紫外線ランプ27を非点灯状態で反応槽21においてオゾン処理される。そしてオゾン処理が進行し、制御装置30は、色度計29による色度測定結果から、反応槽21内のオゾン処理による脱色された被処理水の相対色度が10〜40%の範囲において予め定められた色度設定値になったことを知ると、促進酸化処理を行うべく紫外線ランプ27を点灯させる。
紫外線ランプ27が点灯すると、反応槽21内の被処理水(槽内水)に促進酸化処理が施されて、オゾンと紫外線ランプ27による紫外線との反応によってOHラジカルが発生して、難分解性COD成分が酸化分解される。このとき、反応槽21内の被処理水は、促進酸化処理開始に際しその色度が先のオゾン処理によって前記色度設定値にまで脱色されているので、促進酸化処理において、紫外線が色成分で遮られて紫外線の到達距離が短くなってOHラジカルの発生効率が低下するようなことなく、排水基準を満たすように難分解性COD成分が除去された処理水を得ることができる。そして、予め定められた時間経過後、紫外線ランプ27が消灯されて促進酸化処理が終了すると、開閉弁32が開かれて処理水が処理水導出ライン31から導出されて、処理の1サイクルが完了する。
このように、難分解性COD成分を含有する色度の高い着色廃水について、バッチ処理にて処理するに際し、促進酸化処理において前記着色廃水の色度が高いことに起因するOHラジカルの発生効率の低下を防ぐことができ、予め脱色せずにそのまま促進酸化処理する場合に比べて少ない使用電力量にて、排水基準を満たすように難分解性COD成分が除去された処理水を得ることができる。
前述した図2に示す構成の廃水処理装置を用いて、難分解性COD成分を含有する色度の高い着色廃水について、廃水処理を実施した。この実施例1の1〜実施例1の4での目標処理水質は、CODMn:100mg/L以下である。
被処理水として、4種類の廃水(廃水1〜4)を用いた。これらの廃水の水質は表1に示す通りである。これらの水質は、「下水試験方法1997年版、社団法人日本下水道協会」に従って分析した。
Figure 2006224065
表1において、廃水1と廃水3は、下水汚泥の嫌気性消化廃水を活性汚泥処理したものである。廃水2は、下水汚泥を熱処理した後のものであり、廃水4は、畜産排水の嫌気性消化廃水である。これらの廃水1〜4のいずれも、着色度合いが高く、難分解性CODMnが高濃度に含まれているものである。
廃水1〜4について、次の7種類の運転条件で廃水処理を行った。運転条件1(比較例)は、予め脱色せずにそのまま促進酸化処理のみを行うものである。運転条件2(比較例)は、オゾン処理で被処理水の色度を初期色度の50%にまで低下させた後に、促進酸化処理するものである(オゾン処理後の被処理水の相対色度50%)。運転条件3は、オゾン処理で被処理水の色度を初期色度の40%にまで低下させた後に、促進酸化処理するものである(オゾン処理後の被処理水の相対色度40%)。運転条件4は、オゾン処理で被処理水の色度を初期色度の30%にまで低下させた後に、促進酸化処理するものである(オゾン処理後の被処理水の相対色度30%)。運転条件5は、オゾン処理で被処理水の色度を初期色度の20%にまで低下させた後に、促進酸化処理するものである(オゾン処理後の被処理水の相対色度20%)。運転条件6は、オゾン処理で被処理水の色度を初期色度の10%にまで低下させた後に、促進酸化処理するものである(オゾン処理後の被処理水の相対色度10%)。そして、運転条件7(比較例)は、オゾン処理で被処理水の色度を初期色度の5%にまで低下させた後に、促進酸化処理するものである(オゾン処理後の被処理水の相対色度5%)。
そして、廃水1〜4について、前記の運転条件1〜7にて前記目標処理水質を達成するために必要な使用電力量を求めた。使用電力量は、オゾン発生に使用した電力量と紫外線照射に使用した電力量を合計したものであり、運転条件1(促進酸化処理のみ)における使用電力量を100として相対値で表した。なお、使用電力量については、オゾン処理開始から15〜30分毎に槽内の被処理水を採取しておいてそのCODMnを測定し、時間経過とCODMnとの関係を示すグラフを作成し、得られたグラフから被処理水のCODMnが100mg/L以下となったときの経過時間から、使用電力量を求めるようにした。結果を表2〜表5に示す。
Figure 2006224065
表2は、被処理水として廃水1を用いた実施例1の1の結果を示すものである。表2により、次のことが分かる。廃水1をその相対色度が10〜40%までオゾン処理し、しかる後に促進酸化処理するものでは、予め脱色せずにそのまま促進酸化処理する場合(運転条件1)に比べて、使用電力量を10%以上減らすことができた。特に運転条件4(相対色度30%)で、使用電力量削減効果が大きい。
Figure 2006224065
表3は、被処理水として廃水2を用いた実施例1の2の結果を示すものである。表3により、次のことが分かる。廃水2をその相対色度が10〜30%までオゾン処理し、しかる後に促進酸化処理するものでは、予め脱色せずにそのまま促進酸化処理する場合(運転条件1)に比べて、使用電力量を10%以上減らすことができた。特に運転条件5(相対色度20%)で、使用電力量削減効果が大きい。
Figure 2006224065
表4は、被処理水として廃水3を用いた実施例1の3の結果を示すものである。表4により、次のことが分かる。廃水3をその相対色度が20〜40%までオゾン処理し、しかる後に促進酸化処理するものでは、予め脱色せずにそのまま促進酸化処理する場合(運転条件1)に比べて、使用電力量を10%以上減らすことができた。特に運転条件4(相対色度30%)で、使用電力量削減効果が大きい。
Figure 2006224065
表5は、被処理水として廃水4を用いた実施例1の4の結果を示すものである。表5により、次のことが分かる。廃水4をその相対色度が10〜40%までオゾン処理し、しかる後に促進酸化処理するものでは、予め脱色せずにそのまま促進酸化処理する場合(運転条件1)に比べて、使用電力量を10%以上減らすことができた。特に運転条件4(相対色度30%)と運転条件5(相対色度20%)で、使用電力量削減効果が大きい。
このように、表2〜表5から分かるように、難分解性COD成分を含有する色度の高い着色廃水について、オゾン処理を施して色度を初期色度の10〜40%にまで低下させ、しかる後、促進酸化処理を施すことにより、予め脱色せずにそのまま促進酸化処理のみを施す場合に比べて使用電力量を削減できた。特に、電力コストが最も低くなる運転条件は、前記着色廃水をその相対色度が20〜30%までオゾン処理し、しかる後に促進酸化処理するものであった。
前述した図1に示す構成の廃水処理装置を用いて、実施例1の1の廃水1と同じ廃水を用いて、連続処理による廃水処理を行った。この実施例2での目標処理水質は、CODMn:100mg/L以下である。また、オゾン反応槽における色度設定値は、廃水1の色度(1500度)の25%、すなわち、375度とした。
そして、オゾン反応槽において廃水1をその相対色度が25%となるようにオゾン処理を実施し、このオゾン反応槽からオゾン処理による色度を低下させた廃水1が供給される促進酸化反応槽において促進酸化処理を実施して、前記目標処理水質を達成するために必要な使用電力量を求めた。また、比較例として、予め脱色せずにそのまま促進酸化処理のみを実施して、前記目標処理水質を達成するために必要な使用電力量を求めた。使用電力量は、オゾン発生に使用した電力量と紫外線照射に使用した電力量を合計したものである。
その結果、比較例による使用電力量を100とする相対値で示すと、この実施例2による使用電力量は78であり、実施例2によると比較例に比べて使用電力量を大きく減らすことができた。
本発明の一実施形態による廃水処理装置を示す構成図である。 本発明の別の実施形態による廃水処理装置を示す構成図である。
符号の説明
1…オゾン反応槽
2…被処理水供給ライン
3…ポンプ
4,12…オゾン散気装置
5…放電式オゾン発生装置
6,13…流量調節弁
7…色度計
8…制御装置
9…促進酸化反応槽
10…紫外線ランプ
11…紫外線ランプ電源
14…排オゾン処理装置
21…反応槽
22…被処理水供給ライン
23…ポンプ
24…オゾン散気装置
25…放電式オゾン発生装置
26…流量調節弁
27…紫外線ランプ
28…紫外線ランプ電源
29…色度計
30…制御装置
31…処理水導出ライン
32…開閉弁
33…排オゾン処理装置

Claims (7)

  1. 難分解性COD成分を含有する着色廃水にオゾン処理を施して、前記着色廃水を所定の色度まで脱色するオゾン処理工程と、このオゾン処理による色度を低下させた前記着色廃水にオゾン添加と紫外線照射の併用による促進酸化処理を施す促進酸化処理工程とを有することを特徴とする廃水処理方法。
  2. 前記オゾン処理工程によって前記着色廃水の色度を初期色度の10〜40%の範囲にまで低下させることを特徴とする請求項1記載の廃水処理方法。
  3. 請求項2記載の廃水処理方法において、オゾン処理工程によって着色廃水の色度を初期色度の20〜30%の範囲にまで低下させることを特徴とする廃水処理方法。
  4. オゾン反応槽において前記オゾン処理工程を実施すること、前記オゾン反応槽からオゾン処理による色度を低下させた着色廃水が供給される促進酸化反応槽において前記促進酸化処理工程を実施することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の廃水処理方法。
  5. 反応槽において紫外線照射手段を作動させない状態で前記オゾン処理工程を実施すること、前記反応槽において前記紫外線照射手段を作動させて前記促進酸化処理工程を実施することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の廃水処理方法。
  6. 被処理水として難分解性COD成分を含有する着色廃水が供給されるオゾン反応槽と、前記オゾン反応槽内の被処理水にオゾンを添加するための放電式オゾン発生装置と、前記オゾン反応槽内のオゾン処理による脱色された被処理水の色度が設定値に保持されるようにオゾン反応槽への被処理水流入量及び/又はオゾン供給量を制御する制御装置と、前記オゾン反応槽からオゾン処理による色度を低下させた被処理水が供給される促進酸化反応槽と、前記促進酸化反応槽内の被処理水にオゾンを添加するための放電式オゾン発生装置と、前記促進酸化反応槽内に設置され、促進酸化処理を行うための紫外線ランプと、を備えたことを特徴とする廃水処理装置。
  7. 被処理水として難分解性COD成分を含有する着色廃水が供給される反応槽と、前記反応槽内の被処理水にオゾンを添加するための放電式オゾン発生装置と、前記反応槽内に設置された紫外線ランプと、前記反応槽内の被処理水の色度が設定値まで低下してから促進酸化処理を行うべく前記紫外線ランプを点灯させる制御手段と、を備えたことを特徴とする廃水処理装置。
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