JP2006272081A - 超高度水処理方法及びそれに用いる水処理システム - Google Patents

Abstract

【課題】 ＢＯＤをほとんど増加させることなく、難生物分解性物質、ＣＯＤ、菌類を著しく低減させ得るうえ、被処理水が水質変動した場合であっても水質変動が極めて小さく、一定の良範囲に水質が維持された安定した処理水を得ることができ、しかも被処理水の水質にかかわらず少量のオゾン及び過酸化水素での処理が可能で、効率的に低ランニングコストで操業することができる水処理方法及び水処理システムを提供する。
【解決手段】 被処理水に対して、オゾン及び過酸化水素を供給する促進酸化処理を少なくとも行う水処理方法であって、該促進酸化処理において、被処理水中の溶存過酸化水素濃度を一定範囲に制御することを特徴とする超高度水処理方法、及びそれに用いる水処理システム。
【選択図】 図１

Description

本発明は、超高度水処理方法及びそれに用いる水処理システムに関する。さらに詳しくは、下水二次処理水などの被処理水中の生物学的酸素要求量（以下、「ＢＯＤ」という）をほとんど増加させることなく、化学的酸素要求量（以下、「ＣＯＤ」という）、難生物分解性物質、菌類などを著しく低減させ、安全で水質変動が極めて少ない安定した処理水を確実に得るための水処理方法、及びそれに用いる水処理システムに関する。

なお、本発明において「水処理」とは「水浄化」を意味し、被処理水を消毒、殺菌、脱色などする操作や、被処理水中のＣＯＤ、ＢＯＤ、難生物分解性物質、菌類などの低減や有機物の分解、透明度の改善などを行う操作をいう。

近年、水資源は有限なものであることから、廃水を浄化して再利用することの重要性が再認識されてきている。一方、上水道水源では微量汚染物質による汚染が問題となっており、従来の窒素やリンの除去を目的とした高度処理に加え、脱臭、脱色、殺菌、微量汚染物質の除去を目的とした処理方法の導入が検討され、例えば活性炭処理、オゾン処理、膜処理などの実用化が進められている。

しかしながら、前記活性炭処理では有機性汚濁物質に対する吸着除去は可能であるが、殺菌作用がなく、しかも活性炭の交換が必要である。また前記オゾン処理は脱臭、脱色、殺菌効果には優れているものの、汚濁物質の分解機能に劣る。さらに膜処理は水処理という観点では比較的優れた方法であるが、多量の廃棄物を生じるといった問題がある。

これら従来の処理方法の問題点を解決する手段の１つとして、例えばオゾン処理工程と、生物処理工程と、オゾン、過酸化水素などを組み合わせた活性種により処理する改質工程とで順次処理する生物難分解性有機物含有廃水の処理方法が提案されている（特許文献１参照）。かかる処理方法を採用した場合は、例えば従来のオゾン処理のみの場合と比較して、種々の構造を有する難生物分解性物質を含有した廃水であっても高度に処理することができ、しかも脱臭、脱色、殺菌作用を有し、膜処理時のように多量の廃棄物を生じることもない。

しかしながら、前記生物難分解性有機物含有廃水の処理方法の場合、オゾン処理工程や改質工程の際に注入するオゾン及び過酸化水素の量は、処理前の対象とする廃水の水質に基づいてあらかじめ一定量に決定されてしまう。そうすると、各処理工程を施す間に該廃水が水質変動を起こすにもかかわらず、その変動に応じてオゾン及び過酸化水素の注入量を調整することができない。したがって、廃水中にオゾン及び過酸化水素が必要以上に多量に注入されてランニングコストが高くなったり、あるいは充分に処理されない廃水が排出されたり、さらには処理水の水質が廃水の水質変動に伴って変化してしまい、一定水準範囲内の安定した水質の処理水が得られないといった問題がある。

そこで前記のごとき廃水の水質変動に伴う処理水の水質変動の問題を解決すべく、例えばオゾン及び過酸化水素を添加する処理に先立ち、オゾン添加量と被処理水中の溶存オゾン濃度との関係から溶存オゾン濃度の基準値と測定値との差を検討し、かかる差と溶存オゾン濃度の目標値との関係を調べ、溶存オゾン濃度に対する好適な過酸化水素添加量を設定した後、溶存オゾン濃度の目標値に応じてオゾンを添加し、さらに溶存オゾン濃度及び過酸化水素添加量を制御する水処理方法が提案されている（特許文献２参照）。かかる水処理方法によれば、あらかじめ各種関係式から算出した値を利用してオゾン及び過酸化水素にて処理することから、確かに水質変動が比較的少なく、ほぼ一定の範囲に維持された処理水を得ることが可能である。

しかしながら前記水処理方法では、被処理水中の汚濁物質濃度が低い廃水を処理するときには、それに合わせて溶存オゾン濃度が低くなるように調整するので、オゾン注入量及びそれに応じた過酸化水素添加量を共に少なくすることが可能であるものの、逆に被処理水中の汚濁物質濃度が高い廃水を処理するときには、それに合わせて溶存オゾン濃度が高くなるように調整するため、オゾン注入量及び過酸化水素添加量を共に極端に多くしなければならない。したがって、かかる水処理方法を採用した場合には、被処理水の水質によっては多量のオゾン及び過酸化水素が必要であり、非効率的でランニングコストも上昇してしまうといった問題がある。
特開平１０−１９２８９２号公報 特開２００１−９８４号公報

前記のごとく、従来のいずれの方法にも、被処理水の水質変動に伴う水質変動が大きく、一定の良範囲に水質が維持された安定した処理水を得ることができないといった課題や、被処理水の水質によっては少量のオゾン及び過酸化水素で処理することができず、非効率的でランニングコストの削減ができないなどの課題が依然残されている。

本発明は前記課題を解決すべくなされたものであり、被処理水に対して、オゾン及び過酸化水素を供給する促進酸化処理（１ａ）を少なくとも行う水処理方法であって、該促進酸化処理（１ａ）において、被処理水中の溶存過酸化水素濃度を一定範囲に制御することを特徴とする超高度水処理方法に関する。また、該促進酸化処理（１ａ）のための促進酸化処理槽を少なくとも備えた水処理システムであって、該促進酸化処理槽に、被処理水中の溶存過酸化水素濃度を測定し、一定範囲に正確に制御するための溶存過酸化水素濃度測定部が備えられたことを特徴とする、超高度水処理方法に用いる水処理システムに関する。

このように被処理水に対して促進酸化処理（１ａ）を行い、かつ該促進酸化処理（１ａ）において被処理水中の溶存過酸化水素濃度を一定範囲に制御することにより、種々の難生物分解性物質を含有した被処理水を高度に処理し、また被処理水中のＢＯＤをほとんど増加させることなく、ＣＯＤ、菌類などを著しく低減させることができるほか、被処理水が水質変動した場合であっても、水質変動が極めて小さく、一定の良範囲に水質が維持された安定した処理水を得ることができる。しかも被処理水の水質にかかわらず、少量のオゾンや過酸化水素での処理が可能で、効率的に低ランニングコストで水処理システムを操業することができるといった優れた効果が同時に発現される。

前記促進酸化処理（１ａ）の後に、生物処理槽にて微生物により有機物を分解する生物処理を行うと、被処理水に含有される易生物分解性物質が充分に分解されることから、あらかじめ行う促進酸化処理（１ａ）でのオゾン注入量や過酸化水素添加量をさらに少量にすることが可能であり、またオゾンによってＢＯＤが多少増加した場合であっても、かかるＢＯＤは充分に低減される。

また生物処理の後に、促進酸化処理槽にてオゾン及び過酸化水素を供給する促進酸化処理（１ｂ）をさらに行い、該促進酸化処理（１ｂ）においても、被処理水中の溶存過酸化水素濃度を溶存過酸化水素濃度測定部にて測定し、一定範囲に制御すると、前記促進酸化処理（１ａ）において溶存過酸化水素濃度を制御したことによる効果がより向上する。

本発明の超高度水処理方法及びそれを用いた水処理システムによれば、被処理水中のＢＯＤをほとんど増加させることなく、難生物分解性物質、ＣＯＤ、菌類などを著しく低減させることができるほか、被処理水が水質変動した場合であっても、水質変動が極めて小さく、一定の良範囲に水質が維持された安定した処理水を得ることができる。しかも被処理水の水質にかかわらず少量のオゾン及び過酸化水素での処理が可能で、効率的に低ランニングコストで操業することができるといった優れた効果が同時に発現される。

本発明の超高度水処理方法は、被処理水に対して、オゾン及び過酸化水素を供給する促進酸化処理（１ａ）を少なくとも行い、該促進酸化処理（１ａ）において、被処理水中の溶存過酸化水素濃度を一定範囲に制御することを特徴とするものである。なお本発明の対象となる「被処理水」には特に限定がないが、例えば下水二次処理水、河川水、地下水、湖沼、工場排水、農業排水、最終処分場浸出水、ゴミ処理排水といった水処理を要するものをいい、本発明の超高度水処理方法及び水処理システムは、水浄化の必要性及び得られる処理水の利用性がより高い下水二次処理水の水処理に特に好適である。また特に限定がないが、例えばＣＯＤ_Mnが、５〜１５ｍｇ／Ｌ程度の被処理水を対象とすることが可能である。

以下に本発明の超高度水処理方法及びこれに用いる水処理システムの実施態様を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る、超高度水処理方法に用いる水処理システムを示す模式図である。図１において、１ａは被処理水に促進酸化処理（１ａ）を施す促進酸化処理槽、４ａは該促進酸化処理槽１ａに備えられた溶存過酸化水素濃度測定部である。

まず被処理水槽５内の被処理水Ａは、ポンプ５１にて促進酸化処理槽１ａへ移送される。次に促進酸化処理槽１ａへ移送された被処理水Ａに対して、酸素発生器７よりオゾン発生器８を経たオゾンＢ１を供給し、過酸化水素タンク９のポンプ９１ａにて過酸化水素Ｃ１の水溶液を供給する。これらオゾンＢ１及び過酸化水素Ｃ１の供給により、被処理水Ａ中の溶存オゾンと過酸化水素とが反応して強力な酸化剤であるヒドロキシルラジカル（以下、「ＯＨラジカル」という）が発生し、該ＯＨラジカルの強い酸化力により被処理水Ａ中の難生物分解性物質などの汚濁物質が分解され、ＣＯＤ、菌類などが低減される。なおかかるオゾンＢ１は、図１及び以下に説明する図２〜図４に示すように、酸素発生器７からオゾン発生器８を経て供給されてもよいが、これら酸素発生器７及びオゾン発生器８を経ずに直接供給する手段によって供給されてもよく、オゾンＢ１の供給方法は限定されない。

オゾンＢ１及び過酸化水素Ｃ１が供給される被処理水Ａ中の溶存過酸化水素濃度は、促進酸化処理槽１ａに備えられた溶存過酸化水素濃度測定部４ａにて測定して一定範囲に制御する。このように、促進酸化処理槽１ａにて促進酸化処理を施す際に被処理水Ａ中の溶存過酸化水素濃度を測定し、一定範囲に制御することが本発明の大きな特徴の１つであり、かかる溶存過酸化水素濃度の正確な制御により、被処理水Ａが水質変動した場合であっても、水質変動が極めて小さく、一定の良範囲に水質が維持された安定した処理水を得ることができる。

溶存過酸化水素濃度の制御範囲は、被処理水Ａの水質及び目標とする処理水の水質に応じて適宜決定することが好ましいが、溶存過酸化水素濃度が高すぎる場合には、発生したＯＨラジカルが汚濁物質の分解やＣＯＤ、菌類などの低減効果を発現する前に溶存過酸化水素と反応して消失してしまい、充分な効果が得られないおそれがあるので、該溶存過酸化水素濃度は０．５ｍｇ／Ｌ以下、さらには０．３ｍｇ／Ｌ以下、特に０．２ｍｇ／Ｌ以下に制御することが好ましい。また溶存過酸化水素濃度があまりにも低い場合には、ＯＨラジカルの発生が少なく、やはり汚濁物質の分解やＣＯＤ、菌類などの低減が不充分になるおそれがあるので、該溶存過酸化水素濃度は０．００１ｍｇ／Ｌ以上、さらには０．００２ｍｇ／Ｌ以上に制御することが好ましい。

促進酸化処理槽１ａに備えられた溶存過酸化水素濃度測定部４ａとしては、溶存過酸化水素濃度の測定が容易であり、より正確に一定範囲に制御することが可能であるという点から、例えば溶存過酸化水素濃度計が好適に用いられる。

溶存過酸化水素濃度計としては、例えば酸性過マンガン酸カリウム滴定方式の濃度計、紫外線透過吸収方式の濃度計、ヨウ素電量滴定方式（逆滴定方式）の濃度計などがあげられるが、精度及び取り扱い性に優れる点から酸性過マンガン酸カリウム滴定方式の濃度計が好ましい。ただしこの場合、被処理水Ａ中のオゾンも測定濃度に影響を及ぼすことがあるので、ばっ気するなどして被処理水Ａ中のオゾンを除去してから測定に供することが望ましい。また溶存過酸化水素濃度は、被処理水を採取してからモニタリングするまでの距離や被処理水の水量などによって変化する場合があるので、かかる溶存過酸化水素濃度計としては、例えば検出部及び制御部を有し、促進酸化処理槽１ａと検出部とを接続することによって被処理水Ａ中の溶存過酸化水素濃度を連続的に測定し得るもの、あるいは連続的に促進酸化処理槽１ａより検出部に被処理水Ａを導入させ得るものなどが好適に用いられる。また被処理水の流量、水温や使用時の湿度といった溶存過酸化水素濃度計の使用環境は、用いる濃度計の適用範囲に応じて適宜調整することが好ましい。

なお本実施態様においては、前記溶存過酸化水素濃度計以外の手段を溶存過酸化水素濃度測定部４ａとして用いることもできる。

前記のごとく促進酸化処理（１ａ）にて被処理水Ａ中の溶存過酸化水素濃度を一定範囲に制御するには、例えば被処理水Ａへの過酸化水素添加量を調整する方法を好適に採用することができる。

被処理水Ａへの過酸化水素添加量は溶存過酸化水素濃度の制御範囲や後述するオゾン注入量に応じて適宜調整されるが、汚濁物質の分解やＣＯＤ、菌類などの低減効果の発現に充分なＯＨラジカル発生量を得るには、０．０３ｍｇ／Ｌ以上、さらには０．０５ｍｇ／Ｌ以上とすることが好ましい。また過酸化水素添加量が多すぎると、ＯＨラジカルとの反応が促進され、その結果ＯＨラジカルが無為に消失してしまう傾向があるので、被処理水Ａへの過酸化水素添加量は１ｍｇ／Ｌ以下、さらには０．９ｍｇ／Ｌ以下とすることが好ましい。

また被処理水Ａへのオゾン注入量も溶存過酸化水素濃度の制御範囲や前記過酸化水素添加量に応じて適宜調整されるが、やはり汚濁物質の分解やＣＯＤ、菌類などの低減効果の発現に充分なＯＨラジカル発生量を得るには、１ｍｇ／Ｌ以上、さらには３ｍｇ／Ｌ以上とすることが好ましい。またオゾン注入量が多すぎると、ＯＨラジカルとの反応が促進され、その結果ＯＨラジカルが無為に消失してしまう傾向があるので、被処理水Ａへのオゾン注入量は１０ｍｇ／Ｌ以下、さらには８ｍｇ／Ｌ以下とすることが好ましい。なおかかるオゾン注入量の調整は、オゾンガス濃度及び／又はオゾンガス流量の調整により行うことができる。

なお被処理水Ａ中の溶存過酸化水素濃度を過酸化水素添加量を調整することにより一定範囲に制御する場合には、過酸化水素添加量と併せてオゾン注入量も同時に調整する方法を採用してもよい。

促進酸化処理槽１ａにおける被処理水Ａの促進酸化処理条件は、被処理水Ａ中の溶存過酸化水素濃度が一定範囲に制御され、所望の効果が充分に発現される限り特に限定がなく、被処理水Ａの水質や目的とする処理水の水質などに応じて適宜変更することができるが、例えば促進酸化処理時間（滞留時間）は１〜２０分間程度、さらには５〜１５分間程度であることが好ましい。また促進酸化処理槽は多段とすることによって、同じオゾン注入量、過酸化水素添加量であっても、より高い効果が得られる。

かくして促進酸化処理槽１ａにて促進酸化処理が施され、処理水槽１１に移送された処理水Ｄは、種々目的に応じて再利用される。

なお前記促進酸化処理（１ａ）にて用いられたオゾンの一部は、促進酸化処理槽１ａから排オゾン分解装置１０に移送されて分解された後、ポンプ１０１にてシステム外へと排出される。

本発明の超高度水処理方法では前記第１の実施形態のごとく、少なくとも促進酸化処理（１ａ）が行われるが、該促進酸化処理（１ａ）の後に、微生物により有機物を分解する生物処理を行うことができる。かかる生物処理を行う場合の実施態様を図面に基づいて説明する。

図２は、本発明の第２の実施形態に係る、超高度水処理方法に用いる水処理システムを示す模式図である。図２において、１ａは被処理水に促進酸化処理（１ａ）を施す促進酸化処理槽、４ａは該促進酸化処理槽１ａに備えられた溶存過酸化水素濃度測定部、２は被処理水に生物処理を施す生物処理槽である。

このように促進酸化処理（１ａ）の後に生物処理を行った場合には、促進酸化処理（１ａ）にてＯＨラジカルが発生し、被処理水中の難生物分解性物質が、生物処理にて微生物に分解され易い易生物分解性物質にあらかじめ分解され、生物処理にて微生物による有機物の分解が充分に進行するという大きな利点がある。また後の生物処理にて易生物分解性物質の分解が行われることから、促進酸化処理（１ａ）では有機物を分解してしまうのではなく、有機物の易生物分解性を高めればよいので、オゾン注入量や過酸化水素添加量を低減させることができるという利点もある。また同時に、かかる生物処理によって被処理水ＡのＢＯＤも低減され、生物処理に先立って行われた促進酸化処理（１ａ）で用いたオゾンによってＢＯＤが増加した場合であっても、かかるＢＯＤは充分に低減され得る。

まず被処理水槽５内の被処理水Ａは、図１の模式図にて示した第１の実施形態の水処理システムと同様に、ポンプ５１にて促進酸化処理槽１ａへ移送される。

促進酸化処理槽１ａへ移送された被処理水Ａに対して、必要に応じて酸素発生器７からオゾン発生器を経て、オゾンＢ１を供給し、過酸化水素タンク９のポンプ９１ａから過酸化水素Ｃ１の水溶液を供給する。かかる促進酸化処理槽１ａ内の被処理水Ａ中の溶存過酸化水素濃度は、溶存過酸化水素濃度測定部４ａにて測定して一定範囲に制御する。

促進酸化処理槽１ａにて促進酸化処理（１ａ）が施された被処理水Ａは、生物処理槽２へ移送される。該生物処理槽２では微生物による被処理水Ａ中の有機物の分解が行われ、主に被処理水Ａに含有される易生物分解性物質が分解される。また同時に、かかる生物処理によって被処理水ＡのＢＯＤも充分に低減され得る。

生物処理の方法には特に限定がないが、例えば生物活性炭処理法、好気性ろ床法、活性汚泥処理法などを採用することができる。

生物活性炭処理法は、生物活性炭粒子と被処理水とを接触させる方法であり、活性炭の吸着作用とともに、活性炭層内に増殖した微生物により有機物を分解させ、ＢＯＤを除去するものである。生物活性炭粒子と被処理水とを接触させる方式として、固定層方式と流動層方式とがある。該生物活性炭処理法では、活性炭層周囲の浮遊微生物によって被処理水中の溶存有機物が直接的に生分解されるとともに、付着微生物によって活性炭に吸着した有機物の生分解が行われ、活性炭が再生される。なお活性炭のかわりに、骨炭などの吸着性能や微生物増殖に適した充填材を使用することも可能である。

好気性ろ床法は、内部にろ材を充填した生物膜ろ過方式の好気性ろ床を用いる方法であり、移動床式方法と固定床式方法とがある。ろ材としては、例えば多孔質セラミックなどがあげられ、該ろ材表面の好気性微生物により有機物を分解させ、ＢＯＤを除去するものである。

活性汚泥処理法は、多種の微生物を含んだ活性汚泥を利用する方法であり、生物処理槽内の被処理水を活性汚泥と撹拌、ばっ気して被処理水中の有機物を酸化分解させるものである。処理物を分離、沈殿させて上澄水を得た後の生成汚泥の一部は、返送汚泥として生物処理槽に送られ、槽内汚泥の微生物濃度の調整に用いられる。

これら生物処理の方法のなかでも、有機物の分解効果及びＢＯＤの低減効果が大きく、操作が容易であるという点から、生物活性炭処理法が好適に採用される。なお生物処理に用いることができる微生物として、通常、例えば従属栄養細菌、硝化菌、大腸菌、原生動物、ワムシ類、貧毛類、線虫類などがあげられるが、本発明において、微生物としては被処理水の水質や処理方法に適したものが自然に順養されていく場合が多い。

生物処理槽２における被処理水Ａの生物処理条件は、充分な処理効果が得られる限り特に限定がなく、被処理水Ａの水質や目的とする処理水の水質、用いる微生物の活性適用温度などに応じて適宜変更することができるが、例えば生物処理時間（滞留時間）は１〜３０分間程度、さらには５〜２５分間程度であることが好ましい。

なお生物処理槽２では微生物の増殖による目詰まりを防止するために、通常逆洗が行われる。

かくして生物処理槽２にて生物処理が施され、処理水槽１１に移送された処理水Ｄは、種々目的に応じて再利用される。なお必要に応じて、処理水槽１１中の処理水Ｄをポンプ１１１にて生物処理槽２へ移送し、生物処理槽２内の逆洗を行ってもよい。

本実施態様の一例として、前記第２の実施形態のごとく促進酸化処理（１ａ）の後に生物処理が行われるが、該生物処理の後に、オゾン及び過酸化水素を供給する促進酸化処理（１ｂ）をさらに行うことができる。かかる促進酸化処理（１ｂ）を行う場合の実施態様を図面に基づいて説明する。

図３は、本発明の第３の実施形態に係る、超高度水処理方法に用いる水処理システムを示す模式図である。図３において、１ａは被処理水に促進酸化処理（１ａ）を施す促進酸化処理槽、４ａは該促進酸化処理槽１ａに備えられた溶存過酸化水素濃度測定部、２は被処理水に生物処理を施す生物処理槽、１ｂは被処理水に促進酸化処理（１ｂ）を施す促進酸化処理槽、４ｂは該促進酸化処理槽１ｂに備えられた溶存過酸化水素濃度測定部である。

まず被処理水槽５内の被処理水Ａは、図２の模式図にて示した第２の実施形態の水処理システムと同様に、ポンプ５１にて促進酸化処理槽１ａへ移送される。

促進酸化処理槽１ａへ移送された被処理水Ａに対して、必要に応じて酸素発生器７からオゾン発生器８を経て、オゾンＢ１を供給し、過酸化水素タンク９のポンプ９１ａから過酸化水素Ｃ１の水溶液を供給する。かかる促進酸化処理槽１ａ内の被処理水Ａ中の溶存過酸化水素濃度は、溶存過酸化水素濃度測定部４ａにて測定して一定範囲に制御する。

促進酸化処理槽１ａにて促進酸化処理（１ａ）が施された被処理水Ａは、生物処理槽２へ移送され、生物処理が施される。

つぎに例えば第２の実施態様と同様にして促進酸化処理（１ａ）及び生物処理が施された被処理水Ａは、生物処理槽２から促進酸化処理槽１ｂへと移送される。促進酸化処理槽１ｂへ移送された被処理水Ａに対して、酸素発生器７からオゾン発生器８を経てオゾンＢ２を供給し、過酸化水素タンク９のポンプ９１ｂにて過酸化水素Ｃ２の水溶液を供給する。これらオゾンＢ２及び過酸化水素Ｃ２の供給により、促進酸化処理（１ａ）の場合と同様に、被処理水Ａ中の溶存オゾンと過酸化水素とが反応して強力な酸化剤であるＯＨラジカルが発生し、該ＯＨラジカルの強い酸化力により被処理水Ａ中の汚濁物質がさらに分解され、ＣＯＤ、菌類がさらに低減される。このように、促進酸化処理（１ａ）に加えて促進酸化処理（１ｂ）を行った場合には、難生物分解性物質、ＣＯＤ、菌類などのさらなる低減効果が発現されるという利点がある。なおかかるオゾンＢ２は、図３及び以下に説明する図４に示すように、酸素発生器７からオゾン発生器８を経て供給されてもよいが、これら酸素発生器７及びオゾン発生器８を経ずに直接供給する手段によって供給されてもよく、オゾンＢ２の供給方法は限定されない。

オゾンＢ２及び過酸化水素Ｃ２が供給される促進酸化処理槽１ｂ内の被処理水Ａ中の溶存過酸化水素濃度は、溶存過酸化水素濃度測定部４ｂにて測定して一定範囲に制御する。このように促進酸化処理槽１ｂにて促進酸化処理を施す際に被処理水Ａ中の溶存過酸化水素濃度を測定し、一定範囲に正確に制御すると、被処理水Ａが水質変動した場合であっても水質変動が極めて小さく、促進酸化処理（１ａ）のみにて溶存過酸化水素濃度を一定範囲に制御した場合よりも、より一定の良範囲に水質が維持されたさらに安定した処理水を得ることができる。

促進酸化処理（１ｂ）での溶存過酸化水素濃度の制御範囲は、生物処理後の被処理水Ａの水質及び目標とする処理水の水質に応じて適宜決定することが好ましいが、促進酸化処理（１ａ）と同様に、溶存過酸化水素濃度が高すぎる場合には、発生したＯＨラジカルが汚濁物質の分解やＣＯＤ、菌類などの低減効果を発現する前に溶存オゾンと反応して消失してしまい、充分な効果が得られないおそれがあるので、該溶存過酸化水素濃度は０．５ｍｇ／Ｌ以下、さらには０．３ｍｇ／Ｌ以下、特に０．２ｍｇ／Ｌ以下に制御することが好ましい。また溶存過酸化水素濃度があまりにも低い場合には、ＯＨラジカルの発生が少なく、やはり汚濁物質の分解やＣＯＤ、菌類などの低減が不充分になるおそれがあるので、該溶存過酸化水素濃度は０．００１ｍｇ／Ｌ以上、さらには０．００２ｍｇ／Ｌ以上に制御することが好ましい。

なお促進酸化処理槽１ｂに備える溶存過酸化水素濃度測定部４ｂとしては、溶存過酸化水素濃度の測定が容易であり、より正確に一定範囲に制御することが可能であるという点から、やはり前記溶存過酸化水素濃度測定部４ａとして例示された溶存過酸化水素濃度計が好適に用いられる。また溶存過酸化水素濃度計のなかでも、同様に精度及び取り扱い性の点から酸性過マンガン酸カリウム滴定方式の濃度計が好ましい。ただしこの場合、被処理水Ａ中のオゾンも測定濃度に影響を及ぼすことがあるので、ばっ気するなどして被処理水Ａ中のオゾンを除去してから測定に供することが望ましい。また溶存過酸化水素濃度は、被処理水を採取してからモニタリングするまでの距離や被処理水の水量などによって変化する場合があるので、かかる溶存過酸化水素濃度計としては、例えば検出部及び制御部を有し、促進酸化処理槽１ｂと検出部とを接続することによって被処理水Ａ中の溶存過酸化水素濃度を連続的に測定し得るもの、あるいは連続的に促進酸化処理槽１ｂより検出部に被処理水Ａを導入させ得るものなどが好適に用いられる。また被処理水の流量、水温や使用時の湿度といった溶存過酸化水素濃度計の使用環境も、用いる濃度計の適用範囲に応じて適宜調整することが好ましい。

なお本実施態様においては、前記促進酸化処理（１ａ）の場合と同様に、溶存過酸化水素濃度計以外の手段を溶存過酸化水素濃度測定部４ｂとして用いることもできる。またかかる溶存過酸化水素濃度測定部４ｂは、溶存過酸化水素濃度測定部４ａと同一であってもよく、異なっていてもよい。

前記のごとく促進酸化処理（１ｂ）にて被処理水Ａ中の溶存過酸化水素濃度を一定範囲に制御するには、例えば被処理水Ａへの過酸化水素添加量を調整する方法を好適に採用することができる。

被処理水Ａへの過酸化水素添加量は溶存過酸化水素濃度の制御範囲や後述するオゾン注入量に応じて適宜調整されるが、汚濁物質の分解やＣＯＤ、菌類などの低減効果の発現に充分なＯＨラジカル発生量を得るには、０．０１ｍｇ／Ｌ以上、さらには０．０２ｍｇ／Ｌ以上とすることが好ましい。また過酸化水素添加量が多すぎると、ＯＨラジカルとの反応が促進され、その結果ＯＨラジカルが無為に消失してしまう傾向があるので、被処理水Ａへの過酸化水素添加量は０．８ｍｇ／Ｌ以下、さらには０．７ｍｇ／Ｌ以下とすることが好ましい。

また被処理水Ａへのオゾン注入量も溶存過酸化水素濃度の制御範囲や前記過酸化水素添加量に応じて適宜調整されるが、やはり汚濁物質の分解やＣＯＤ、菌類などの低減効果の発現に充分なＯＨラジカル発生量を得るには、０．５ｍｇ／Ｌ以上、さらには１ｍｇ／Ｌ以上とすることが好ましい。またオゾン注入量が多すぎると、ＯＨラジカルとの反応が促進され、その結果ＯＨラジカルが無為に消失してしまう傾向があるので、被処理水Ａへのオゾン注入量は７ｍｇ／Ｌ以下、さらには６．５ｍｇ／Ｌ以下とすることが好ましい。なおかかるオゾン注入量の調整も、前記促進酸化処理（１ａ）の場合と同様に、オゾンガス濃度及び／又はオゾンガス流量の調整により行うことができる。

なお被処理水Ａ中の溶存過酸化水素濃度を過酸化水素添加量を調整することにより一定範囲に制御する場合には、過酸化水素添加量と併せてオゾン注入量も同時に調整する方法を採用してもよい。前記促進酸化処理（１ａ）にてすでに促進酸化処理が一度施されていることを考慮すると、かかる促進酸化処理（１ｂ）にて用いるオゾン及び過酸化水素が、促進酸化処理（１ａ）における各々の量よりも少量であっても、汚濁物質の分解効果やＣＯＤ、菌類などの低減効果は充分に発現され得る。また促進酸化処理（１ｂ）におけるオゾン注入量及び過酸化水素添加量は、促進酸化処理（１ａ）における各々の量とは別に独立して、オゾン発生器８あるいは該オゾン発生器８に接続したオゾンガス流量調整器（図示せず）や、過酸化水素タンク９のポンプ９１ｂにて調整されている。

促進酸化処理槽１ｂにおける被処理水Ａの促進酸化処理条件は、被処理水Ａ中の溶存過酸化水素濃度が一定範囲に制御され、所望の効果が充分に発現される限り特に限定がなく、被処理水Ａの水質や目的とする処理水の水質などに応じて適宜変更することができるが、例えば促進酸化処理時間（滞留時間）は１〜２０分間程度、さらには５〜１５分間程度であることが好ましい。また促進酸化処理槽は多段とすることによって、同じオゾン注入量、過酸化水素添加量であっても、より高い効果が得られる。

なお前記促進酸化処理（１ｂ）にて用いられたオゾンの一部は、促進酸化処理槽１ｂから排オゾン分解装置１０に移送されて分解された後、ポンプ１０１からシステム外へと排出される。

促進酸化処理槽１ｂにて前記のごとく促進酸化処理（１ｂ）が施され、処理水槽１１に移送された処理水Ｄは、種々目的に応じて再利用される。なお必要に応じて、処理水槽１１中の処理水Ｄをポンプ１１１にて生物処理槽２へ移送し、生物処理槽２内の逆洗を行ってもよい。

さらに本発明の超高度水処理方法の一実施態様として、促進酸化処理（１ａ）の前に砂ろ過処理を行うことができる。かかる砂ろ過処理を行う場合の一実施態様を図面に基づいて説明する。

図４は、本発明の第４の実施形態に係る、超高度水処理方法にて用いる水処理システムを示す模式図である。図４において、１ａは被処理水に促進酸化処理（１ａ）を施す促進酸化処理槽、４ａは該促進酸化処理槽１ａに備えられた溶存過酸化水素濃度測定部、２は被処理水に生物処理を施す生物処理槽、１ｂは被処理水に促進酸化処理（１ｂ）を施す促進酸化処理槽、４ｂは該促進酸化処理槽１ｂに備えられた溶存過酸化水素濃度測定部、３は被処理水に砂ろ過処理を施す砂ろ過器である。かかる図４では促進酸化処理（１ａ）に加えて生物処理及び促進酸化処理（１ｂ）も行う場合の水処理システムの模式図を示しているが、砂ろ過処理、促進酸化処理（１ａ）を順次行い、生物処理及び促進酸化処理（１ｂ）を行わないことも可能であり、また砂ろ過処理、促進酸化処理（１ａ）、生物処理を順次行い、促進酸化処理（１ｂ）を行わないことも勿論可能である。

まず被処理水槽５内の被処理水Ａは、ポンプ５１にてスタティックミキサ６へ移送され、該スタティックミキサ６から砂ろ過器３へ移送される。かかる砂ろ過器３では被処理水Ａ中に含まれる浮遊物質、リンなどがあらかじめ除去されたり、ＢＯＤがあらかじめ低減される。このような砂ろ過処理により、後の促進酸化処理（１ａ）や促進酸化処理（１ｂ）でのＯＨラジカルの必要量を低減させることができ、オゾンや過酸化水素の使用量をより少量とすることが可能である。

なお被処理水Ａをそのまま砂ろ過処理に供すると濁りが漏出する場合があるので、前処理として凝集剤を添加し、スタティックミキサ６内で凝集剤と被処理水Ａとを混合して被処理水Ａ中に含まれるフロックを肥大化させ、砂ろ過処理に供することが好ましい。

前記凝集剤には無機系凝集剤と有機系凝集剤とがある。無機系凝集剤としては、例えば硫酸アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム（以下、「ＰＡＣ」という）などのアルミニウム系凝集剤や鉄系凝集剤があげられ、また有機系凝集剤としては、例えばポリアクリルアミド系高分子凝集剤などがあげられる。これらのなかでも、凝集効果や取り扱い性に優れる点から、ＰＡＣが好適に用いられる。なおかかる凝集剤は、その効果の発現を考慮して通常５〜２５ｍｇ／Ｌ程度を被処理水Ａに添加することが好ましい。

砂ろ過処理に用いられる砂ろ過器３には特に限定がないが、例えば上向流移床型砂ろ過器などが例示され、ろ床上にろ過砂利層及びろ過砂層が順次積層されたものが通常用いられる。かかるろ過砂としては、不純物や扁平、脆弱な砂を多く含まず、石英質が多く、堅い均等なものが好ましい。また例えば有効径が０．８〜２．５ｍｍ程度、均等係数が１．５程度以下のろ過砂を好適に用いることができる。

前記砂ろ過器３における被処理水Ａの砂ろ過処理条件は、充分な処理効果が得られる限り特に限定がなく、被処理水Ａの水質や目的とする処理水の水質などに応じて適宜変更することができるが、例えばろ過速度は１００〜７００ｍ／日程度、さらには２００〜５００ｍ／日程度であることが好ましい。またかかる砂ろ過処理中には、ろ過砂の洗浄のために、５〜１５Ｌ／分（１０〜３０Ｌ／ｍ² ／分）程度の流量で空気を供給することが好ましい。

砂ろ過器３では、通常被処理水Ａのろ過と並行してろ床の洗浄が行われる。汚れたろ床は空気と水とで混合洗浄され、この後、逆洗排水から分離したろ床はろ過水と対向流で洗浄され、再びろ床面に戻る。

砂ろ過器３にて砂ろ過処理が施された被処理水Ａには、図３の模式図にて示した第３の実施形態の水処理システムと同様に、前記促進酸化処理槽１ａでの促進酸化処理（１ａ）、生物処理槽２での生物処理及び促進酸化処理槽１ｂでの促進酸化処理（１ｂ）が順次施され、処理水槽１１に移送された処理水Ｄは、種々目的に応じて再利用される。なお必要に応じて、処理水槽１１中の処理水Ｄをポンプ１１１にて生物処理槽２へ移送し、生物処理槽２内の逆洗を行ってもよい。

なお本発明の水処理システムにおいて、図１〜４の模式図には示していないが、システム全体が効率的かつ安全正確に連続操業されるように、溶存過酸化水素濃度測定部４ａ、４ｂ、被処理水槽５のポンプ５１、酸素発生器７、オゾン発生器８、過酸化水素タンク９のポンプ９１ａ、９１ｂ、排オゾン分解装置１０のポンプ１０１、処理水槽１１のポンプ１１１などはそれぞれが運転制御されている。

このように本発明によれば、種々の難生物分解性物質を含有した被処理水を高度に処理し、また被処理水中のＢＯＤをほとんど増加させることなく、ＣＯＤ、菌類なども著しく低減させることができ、被処理水が水質変動した場合であっても水質変動が極めて小さく、一定の良範囲に水質が維持された安定した処理水を得ることができる。しかも被処理水の水質にかかわらず少量のオゾン及び過酸化水素での処理が可能で、効率的に低ランニングコストで操業することができる。

次に本発明の超高度水処理方法及びそれに用いる水処理システムを以下の実施例に基づいてさらに具体的に説明するが、本発明はかかる実施例のみに限定されるものではない。

（実施例１）
図４の模式図に示す水処理システムにて下水二次処理水の処理を２０時間連続して行った。なお用いた下水二次処理水のＣＯＤ_Mnは平均１０ｍｇ／Ｌであった。また砂ろ過処理前に、凝集剤としてＰＡＣを下水二次処理水に１５ｍｇ／Ｌ添加した。

各処理の条件は以下のとおりである。
（Ｉ）砂ろ過処理
砂ろ過器：上向流移床型砂ろ過器
面積０．５ｍ²
ろ過砂：有効径約１〜２ｍｍ
均等係数約１．４以下
ろ過速度：３００ｍ／日
空気流量：７．５Ｌ／分（１５Ｌ／ｍ² ／分）

（II）促進酸化処理（１ａ）
促進酸化処理槽：容量３４０Ｌ
制御溶存過酸化水素濃度：０．１ｍｇ／Ｌ
溶存過酸化水素濃度測定部：酸性過マンガン酸カリウム滴定方式の溶存過酸化水素濃度計
（検出部が促進酸化処理槽と接続）
溶存過酸化水素濃度測定環境：下水二次処理水温度１８℃
過酸化水素添加量：０．７ｍｇ／Ｌ
オゾン注入量：溶存過酸化水素濃度が０．１ｍｇ／Ｌとなるように自動調整
（平均６ｍｇ／Ｌ）
滞留時間：１０分間

（III）生物処理
生物処理槽：容量６７０Ｌ
処理方法：生物活性炭処理法（固定層方式）
処理温度：下水二次処理水温度１８℃
滞留時間：２０分間

（IV）促進酸化処理（１ｂ）
促進酸化処理槽：容量３４０Ｌ
制御溶存過酸化水素濃度：０．１ｍｇ／Ｌ
溶存過酸化水素濃度測定部：酸性過マンガン酸カリウム滴定方式の溶存過酸化水素濃度計
（促進酸化処理（１ａ）と同じもの）
（検出部が促進酸化処理槽と接続）
溶存過酸化水素濃度測定環境：下水二次処理水温度１８℃
過酸化水素添加量：０．３ｍｇ／Ｌ
オゾン注入量：溶存過酸化水素濃度が０．１ｍｇ／Ｌとなるように自動調整
（平均６ｍｇ／Ｌ）
滞留時間：１０分間

処理水槽１１中の処理水及び被処理水槽５中の下水二次処理水それぞれについて、操業１時間ごとにＣＯＤ_Mnを測定した。その結果を図５のグラフに示す。図５において、イが各測定時間での処理水のＣＯＤ_Mnを示すグラフ、ニが各測定時間での下水二次処理水のＣＯＤ_Mnを示すグラフである。また図６のイのグラフには、各測定時間での、促進酸化処理（１ａ）及び促進酸化処理（１ｂ）における合計オゾン注入量を示す。

（実施例２）
促進酸化処理（１ｂ）において、溶存過酸化水素濃度制御を行わず、オゾン注入量を約１０ｍｇ／Ｌとしたほかは、実施例１と同様にして下水二次処理水の処理を行った。

処理水について実施例１と同様にして操業１時間ごとにＣＯＤ_Mnを測定した。その結果を図５のロのグラフに示す。また図６のロのグラフには、各測定時間での、促進酸化処理（１ａ）におけるオゾン注入量を示す。

（比較例１）
促進酸化処理（１ａ）及び促進酸化処理（１ｂ）において、いずれも溶存過酸化水素濃度制御を行わず、オゾン注入量を約１０ｍｇ／Ｌとしたほかは、実施例１と同様にして下水二次処理水の処理を行った。

処理水について実施例１と同様にして操業１時間ごとにＣＯＤ_Mnを測定した。その結果を図５のハのグラフに示す。また図６のハのグラフには、各測定時間での、促進酸化処理（１ａ）におけるオゾン注入量を示す。

図５及び図６の結果から以下のことが明らかである。
図５では、ニのグラフで示された下水二次処理水のＣＯＤ_Mnが測定時間によっては約６ｍｇ／Ｌもの範囲で大きく異なるにもかかわらず、イのグラフで示された実施例１の処理水のＣＯＤ_Mn及びロのグラフで示された実施例２の処理水のＣＯＤ_Mnは、測定時間に関係なく１ｍｇ／Ｌ程度の小さい差しかない。特にイのグラフで示された実施例１の場合は、測定時間による差は０．５ｍｇ／Ｌ程度の範囲であり、各測定時間でのＣＯＤ_Mnそのものも、約２ｍｇ／Ｌと極めて低い。

これに対して図５のハのグラフで示された比較例１の処理水のＣＯＤ_Mnは、下水二次処理水のＣＯＤ_Mnに応じて、測定時間によっては約１．５ｍｇ／Ｌもの範囲で大きく異なっている。しかも各測定時間でのＣＯＤ_Mnそのものも、約３〜５ｍｇ／Ｌまでしか低減していない。

また図６に示したように、実施例１及び２では溶存過酸化水素濃度が一定範囲となるようにオゾン注入量を調整しているので、オゾン注入量は各測定時間によって異なる。このオゾン注入量の多少は、図５のニのグラフに示した下水二次処理水のＣＯＤ_Mnに応じており、下水二次処理水のＣＯＤ_Mnが低い場合にはオゾン注入量をより少量に調整することが可能である。しかも過酸化水素添加量も促進酸化処理（１ａ）及び（１ｂ）を合わせても１．０ｍｇ／Ｌと極めて少量であり、過酸化水素添加量及びオゾン注入量いずれも少量範囲での処理が可能である。特にイのグラフで示された実施例１の場合には、促進酸化処理（１ａ）及び（１ｂ）を合わせても約５〜６．５ｍｇ／Ｌといったより少量範囲のオゾン注入量での処理が可能である。

これに対して図６のハのグラフで示された比較例１では、図５のニのグラフのように下水二次処理水のＣＯＤ_Mnが大きく異なっているにもかかわらず、オゾン注入量はいずれの時間においても約１０ｍｇ／Ｌと一定にしている。したがって、たとえ下水二次処理水のＣＯＤ_Mnが低くとも、高い場合と同様に多量のオゾンを要してしまう。しかも１０ｍｇ／Ｌといった多量のオゾンを常に用いているにもかかわらず、ＣＯＤ_Mnそのものも３〜５ｍｇ／Ｌ程度までしか低減していない。

このように、本発明の超高度水処理方法に従い、本発明の水処理システムを用いた実施例１及び２では、単に下水二次処理水のＣＯＤ_Mnを著しく低減させることができるだけでなく、下水二次処理水の水質が変動しても得られる処理水の水質は一定の良範囲に維持されており、しかも下水二次処理水の水質にかかわらず極めて少量の過酸化水素添加量及びオゾン注入量での処理が可能である。

本発明の超高度水処理方法及び水処理システムは、例えば下水二次処理水、河川水、地下水、湖沼、工場排水、農業排水、最終処分場浸出水、ゴミ処理排水といった被処理水の水処理に有効利用が可能である。

本発明の第１の実施形態に係る、超高度水処理方法にて用いる水処理システムを示す模式図 本発明の第２の実施形態に係る、超高度水処理方法にて用いる水処理システムを示す模式図 本発明の第３の実施形態に係る、超高度水処理方法にて用いる水処理システムを示す模式図 本発明の第４の実施形態に係る、超高度水処理方法にて用いる水処理システムを示す模式図 実施例１、２及び比較例１による、各測定時間での処理水及び下水二次処理水のＣＯＤ_Mnを示すグラフ 実施例１、２及び比較例１による、各測定時間での促進酸化処理（１ａ）におけるオゾン注入量を示すグラフ

符号の説明

１ａ、１ｂ 促進酸化処理槽
２ 生物処理槽
３ 砂ろ過器
４ａ、４ｂ 溶存過酸化水素濃度測定部
５ 被処理水槽
５１ ポンプ
６ スタティックミキサ
７ 酸素発生器
８ オゾン発生器
９ 過酸化水素タンク
９１ａ、９１ｂ ポンプ
１０ 排オゾン分解装置
１０１ ポンプ
１１ 処理水槽
１１１ ポンプ

Claims (6)

1. 被処理水に対して、オゾン及び過酸化水素を供給する促進酸化処理（１ａ）を少なくとも行う水処理方法であって、
   前記促進酸化処理（１ａ）において、被処理水中の溶存過酸化水素濃度を一定範囲に制御することを特徴とする超高度水処理方法。
2. 促進酸化処理（１ａ）の後に、微生物により有機物を分解する生物処理を行う、請求項１に記載の超高度水処理方法。
3. 生物処理の後に、オゾン及び過酸化水素を供給する促進酸化処理（１ｂ）を行い、該促進酸化処理（１ｂ）において、被処理水中の溶存過酸化水素濃度を一定範囲に制御する、請求項２に記載の超高度水処理方法。
4. 促進酸化処理（１ａ）のための促進酸化処理槽を少なくとも備えた水処理システムであって、
   前記促進酸化処理槽に、被処理水中の溶存過酸化水素濃度を測定し、一定範囲に正確に制御するための溶存過酸化水素濃度測定部が備えられたことを特徴とする、請求項１に記載の超高度水処理方法に用いる水処理システム。
5. 促進酸化処理槽の後段に、微生物により有機物を分解する生物処理のための生物処理槽が備えられた、請求項４に記載の水処理システム。
6. 生物処理槽の後段に、オゾン及び過酸化水素を供給する促進酸化処理（１ｂ）のための促進酸化処理槽が備えられ、該促進酸化処理槽に、被処理水中の溶存過酸化水素濃度を測定し、一定範囲に正確に制御するための溶存過酸化水素濃度測定部が備えられた、請求項５に記載の水処理システム。
   
   
   

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