JP2006281000A - 水中の微量有害物質低減化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 処理対象水の紫外線透過率を上げることにより、紫外線と過酸化水素による処理効率を安定化できる水中の微量有害物質低減化装置を提供する。
【解決手段】 処理対象水にオゾンを注入してオゾンにより紫外線吸光物質を酸化分解するオゾン処理設備２１と、オゾン処理設備２１を経たオゾン処理水に過酸化水素を注入する過酸化水素注入設備２２と、過酸化水素を含むオゾン処理水に紫外線を照射し、生成する水酸化ラジカルでオゾン処理水中の有害物質を酸化分解する紫外線照射設備２３を備えた。
【選択図】 図１

Description

本発明は水中の微量有害物質低減化装置に関し、上水、下水、埋立浸出水、不法投棄現場浸出水、地下水、池水、湖沼水、河川水、雨水排水等の水中に含まれるＤＸＮｓ、ＰＣＢ、農薬、有機ヒ素、ビスフェノール、１，４−ジオキサン、内分泌撹乱物質等の微量有害物質を除去する技術に係るものである。

従来、環境水中に残存している微量有害物質の多くは生物難分解性であり、生物処理と分離を主体とする従来の水処理方法では除去しきれないものが多く、その一例として１，４−ジオキサンが挙げられる。この１，４−ジオキサンは発ガン性が知られる物質であり、平成１６年度より水道水質基準で規制された物質であるが、従来の生物処理や凝集沈殿処理、活性炭処理ではほとんど除去できない。このため、微量有害物質を除去する方法として、オゾン処理や、紫外線とオゾンを組み合わせた処理といった物理化学的処理方法が用いられている。

現在、実用化されている物理化学的処理方法は、オゾンを単独で使用するもの、オゾンと紫外線を組み合わせて用いるもの、オゾンと過酸化水素を組み合わせて用いるものや、過酸化水素と塩化第二鉄を組み合わせて用いる（フェントン反応）ものが主である。

しかし、オゾンを使用する処理方法はオゾンを発生させるためのコストが高いことが問題であり、フェントン反応を利用するものは汚泥の発生量が多くてランニングコストが高くなることが問題である。また、コストが安く、かつ汚泥の発生のない物理化学的処理方法として紫外線と過酸化水素を組み合わせて用いる方法がある。

特許文献１には、過酸化水素と紫外線照射による下水の酸化分解処理を行う水処理装置が記載されている。これは、図９に示すように、混合用タンク１と紫外線反応槽２に大別されている。タンク１には下水の汚染水３が連続的に供給され、過酸化水素４はローラーポンプ５ａにより設定された一定流量が注入される。タンク内にはｐＨ計６が配置されており、常にタンク内混合液のｐＨを測定し、制御装置７により予め設定したｐＨ値の設定値に合致するまでｐＨ調整液８の注入量をローラーポンプ５ｂで調整する。

後段の紫外線反応槽２には紫外線ランプ９が槽の中心に配置されており、周囲を石英管１０で囲ってランプを汚染水から隔離している。前段の混合液は反応槽の下部に入り、反応槽の側壁と石英管の間を通り、紫外線照射で分解除去されて後に上部から処理水１１として排出される。

また、特許文献２には、有機物を含有するｐＨの値が高い汚水を処理する汚水処理装置が記載されている。これは、ｐＨが９〜１１程度の浸出水などの原水をオゾン反応槽でオゾンを含有する空気に曝気接触させるものであり、オゾンが瞬時に自己分解してヒドロキシラジカルを生成し、難分解性有機物などの有機物を酸化分解し、続いて過酸化水素反応槽で過酸化水素を添加し、溶存オゾンの分解により生成するヒドロキシラジカルで有機物を酸化分解し、紫外線反応槽で紫外線を照射する。
特開平９−７５９５７号公報 特開２０００−１７６４６８号公報

上述した紫外線と過酸化水素を組み合わせた処理方法における紫外線と過酸化水素の反応原理を以下に説明する。
過酸化水素は紫外線を吸収して水酸化ラジカル（ＯＨラジカル）を生成する。この反応は、紫外線とオゾンによるラジカル発生よりもコスト面で非常に効率がよい。水酸化ラジカルは微量有害物質と反応して原理的には微量有害物質を水と二酸化炭素にまで分解できる。

しかし、処理対象水の紫外線透過率に因って処理効率が極端に変動するために安定な処理ができず、紫外線が透過しない処理対象水に対しては、水酸化ラジカルが生成しないので、微量有害物質を分解することができない。

オゾンを用いる場合は、処理装置をコンパクトにし、かつ十分な処理性能を出すために高濃度オゾン発生機を用いる必要がある。しかし、そのオゾン発生機が非常に高価で、またオゾンを発生させるためのランニングコスト（電気代、オゾン発生機メンテナンス代）も高くなる。また、高濃度オゾンを用いることによって、オゾン耐性の高い水槽（チタン製やハステロイ製）が必要となり、その製作費用は高価であった。

本発明は上記した課題を解決するものであり、処理対象水の紫外線透過率を上げることにより、紫外線と過酸化水素による処理効率を安定化できる水中の微量有害物質低減化装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の水中の微量有害物質低減化装置は、処理対象水にオゾンを注入してオゾンにより紫外線吸光物質を酸化分解する紫外線透過率向上手段と、紫外線透過率向上手段を経たオゾン処理水に過酸化水素を注入する過酸化水素注入手段と、過酸化水素を含むオゾン処理水に紫外線を照射し、生成する水酸化ラジカルでオゾン処理水中の有害物質を酸化分解する紫外線照射分解手段を備えたものである。

また、紫外線透過率向上手段へ導入する処理対象水に、紫外線照射分解手段を経た処理水を希釈水として注入する希釈水注入手段を備えたものである。
上記した構成により、前段の紫外線透過率向上手段において、オゾンが処理対象水に含まれた紫外線吸光物質であるフミン質等の着色成分を酸化分解することで、処理対象水の紫外線透過率、特に波長２５４ｎｍの紫外線の透過率を上げる。

オゾンの注入率は処理対象水の吸光度Ｅ２５４を指標として設定する。ここで吸光度Ｅ２５４の定義は波長２５４ｎｍの紫外線の吸光度ｌｏｇ（１００／Ｔ）とする。Ｔは波長２５４ｎｍの紫外線の透過率（％）である。

紫外線透過率向上手段での処理は、処理対象水の紫外線透過率の向上を目的とするので、高濃度のオゾンを供給するための高濃度オゾン発生機は必ずしも必要でない。
後段の紫外線照射分解手段では、過酸化水素注入手段により過酸化水素を注入されたオゾン処理水に紫外線ランプ等によって波長２５４ｎｍの紫外線を照射する。紫外線照射分解手段におけるオゾン処理水はその紫外線透過率が前段の紫外線透過率向上手段での処理によって向上しているので、過酸化水素が紫外線を吸収して水酸化ラジカル（ＯＨラジカル）を生成する反応が効率良く行われる。よって、紫外線透過率の向上によって水酸化ラジカルによる有害物質（処理対象水中に微量に含まれた微量有害物質）の酸化分解除去処理を安定して行うことができる。

また、紫外線透過率向上手段へ導入する処理対象水に、紫外線照射分解手段を経た処理水を希釈水として注入することにより、処理対象水の吸光度が低下し、紫外線透過率が向上する。

以上のように本発明によれば、オゾン注入によって処理対象水の紫外線透過率を向上させることにより、過酸化水素と紫外線を組み合わせて行う水酸化ラジカルによる有害物資の酸化分解除去処理を安定して効率良く行うことができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１において、微量有害物質低減化装置は、上水、下水、埋立浸出水、不法投棄現場浸出水、地下水、池水、湖沼水、河川水、雨水排水等を処理対象水とし、処理対象水に含まれるＤＸＮｓ、ＰＣＢ、農薬、有機ヒ素、ビスフェノール、１，４−ジオキサン、内分泌撹乱物質等の微量有害物質を除去して処理水とするものであり、紫外線透過率向上手段をなすオゾン処理設備２１と、過酸化水素注入手段をなす過酸化水素注入設備２２と、紫外線照射分解手段をなす紫外線照射設備２３を備えている。

本実施の形態において、処理対象水はＳＳ（ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ ｓｏｌｉｄ）濃度が２０ｍｇ／Ｌ以下であることが望ましい。これはＳＳ成分の多くが紫外線を吸収してしまい、水酸化ラジカルの生成を阻む作用を起こすからである。このため、オゾン処理設備２１の前段に必要に応じて前処理設備として凝集沈殿処理槽および砂ろ過処理槽、もしくは凝集膜処理槽を設ける。

オゾン処理設備２１は、処理対象水が流入系２０を通して流入するオゾン処理槽２４と、オゾン処理槽２４の内部に配置する散気装置２５と、オゾン処理槽２４に連通するオゾン処理水配管２６の途中に介装する紫外線透過率モニター（Ｅ２５４モニター）２７を備えており、散気装置２５はオゾン供給配管２８を介してオゾン発生機（図示省略）に接続している。

本実施の形態において、オゾン処理槽２４は必ずしも槽体である必要はなく、オゾンと処理対象水を混合することができ、吸光度を低減しうるだけの滞留時間が確保できる形態のものであればよい。例えば、マイクロバブル発生機等を使用して処理槽形状をコンパクト化することも可能である。また、オゾン処理槽２４におけるオゾン処理は後述するように、処理対象水の紫外線透過率を上げることを目的とするので、オゾン発生機として高濃度オゾン発生機を必ずしも必要としない。

オゾンの注入率は処理対象水の吸光度Ｅ２５４を指標として設定する。ここでＥ２５４の定義は波長２５４ｎｍの紫外線の吸光度ｌｏｇ（１００／Ｔ）とする。Ｔは波長２５４ｎｍの紫外線の透過率（％）である。

過酸化水素注入設備２２は、オゾン処理水配管２６の途中に介装したラインミキサー２９と、ラインミキサー２９に過酸化水素を供給する過酸化水素供給配管３０を備え、過酸化水素供給配管３０は過酸化水素供給源（図示省略）に連通している。

紫外線照射設備２３は、オゾン処理水配管２６が連通する紫外線照射槽３１と、紫外線照射槽３１の内部に配置する紫外線ランプ３２を備えており、紫外線ランプ３２は波長２５４ｎｍの紫外線を主として照射し、処理水が流出系３３へ流出する。

以下、上記した構成における作用を説明する。オゾン処理設備２１では、オゾン供給配管２８により供給するオゾンを散気装置２５から散気して、オゾン処理槽２４に導入した処理対象水にオゾンを所定の注入率で注入し、オゾンにより紫外線吸光物質であるフミン質等の着色成分を酸化分解する。

本実施の形態では、紫外線透過率モニター２７でオゾン処理水の紫外線透過率を監視し、紫外線透過率から求まるオゾン処理水のＥ２５４が０．１（±０．１）以下となるように、オゾン注入率を制御する。

このオゾン処理により、処理対象水の紫外線透過率、特に波長２５４ｎｍの紫外線の透過率を上げる。図５はオゾン注入率に対するＴＯＣ（全有機炭素濃度）とＥ２５４の残存率の変化の一例を示すものである。図５において、オゾン注入率が１０ｍｇ／ＬまでのＥ２５４の減少速度は、ＴＯＣと比較して非常に早い。すなわち、Ｅ２５４を低減させるには低いオゾン注入率でも可能であることを示しており、本実施の形態において、処理対象水の紫外線透過率の向上のためには、必ずしも高濃度オゾンは必要でない。

過酸化水素注入設備２２では、オゾン処理槽２４のオゾン処理によって紫外線透過率が向上したオゾン処理水を、オゾン処理水配管２６を通してラインミキサー２９に供給し、過酸化水素供給配管３０により供給する過酸化水素を所定の注入率でオゾン処理水へ注入し、過酸化水素を含むオゾン処理水を紫外線照射槽３１へ供給する。

紫外線照射設備２３では、紫外線照射槽３１へ導入した過酸化水素を含むオゾン処理水に紫外線ランプ３２から波長２５４ｎｍの紫外線を主として照射する。オゾン処理水中の過酸化水素は紫外線を吸収して水酸化ラジカル（ＯＨラジカル）を生成し、水酸化ラジカルが微量有害物質を酸化分解する。

この際に、紫外線照射槽３１におけるオゾン処理水はその紫外線透過率が前段のオゾン処理設備２１での処理によって向上しているので、過酸化水素が紫外線を吸収して水酸化ラジカル（ＯＨラジカル）を生成する反応が効率良く行われる。

図６は吸光度Ｅ２５４と過酸化水素残存率の関係を示すものであり、紫外線照射槽３１の単位槽容積当たりの紫外線照度３００Ｗ／ｍ^３、紫外線照射槽３１における滞留時間２ｈｒ、過酸化水素注入率２００ｍｇ／Ｌとしたものである。

図６において、オゾン処理水のＥ２５４が０．１以上である場合に、過酸化水素残存率が急上昇する。このため、過酸化水素に紫外線を有効に作用させるには、オゾン処理水のＥ２５４を０．１以下とすることが重要であり、オゾン処理設備２１においてオゾン処理水のＥ２５４が０．１（±０．１）以下となるようにオゾン注入率を制御する。

よって、オゾン処理設備２１における処理対象水の紫外線透過率の向上、つまりＥ２５４を０．１（±０．１）以下とすることによって、紫外線照射設備２３における水酸化ラジカルによる微量有害物質の酸化分解除去処理を安定して効果的に行うことができる。

したがって、従来においては、紫外線ランプを設置した水槽に高濃度のオゾンを注入する必要があったが、本発明においては、前段のオゾン処理設備２１において紫外線透過率の向上を目的としてオゾンを注入するので、オゾン注入率を従来の１／２から１／５に低減でき、かつ紫外線透過率の向上によって後段の紫外線照射設備２３において微量有害物質の酸化分解除去処理を安定して効果的に行うことができる。また、高濃度のオゾンを使用しないので、オゾン処理槽２４の材質をＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６、鋼板樹脂ライニング等と同程度の耐オゾン性を有する材質とすることができる。

さらに、紫外線と過酸化水素によるＯＨラジカルでの処理は、紫外線とオゾンによる処理に比べて、難分解性物質を分解するのに必要な処理コストを低減することができる。
図７は、ある対象物質を紫外線と過酸化水素で処理した場合の対象物質の残存率と過酸化水素注入率の関係を示しており、図８は、同対象物質を紫外線とオゾンで処理した場合の対象物質の残存率とオゾン注入率の関係を示している。

図７より、対象物質の濃度を１／１０にするのに必要な過酸化水素注入率は約８０ｍｇ／Ｌであり、図８より、対象物質の濃度を１／１０にするのに必要なオゾン注入率は約３００ｍｇ／Ｌである。過酸化水素は注入率において優位であるとともに、オゾンの入手コストは過酸化水素の入手コストに比して数倍の高さであり、難分解性物質を分解するのに必要な処理コストを低減することができる。

図２は本発明の他の実施の形態を示すものであり、希釈水注入手段として流出系３３から流入系２０へ至る循環配管３４を設けており、この循環配管３４によって、オゾン処理設備２１へ導入する処理対象水に、紫外線照射設備２３を経た処理水を希釈水として注入する。

この処理水を希釈水として処理対象水へ注入することにより、処理対象水の吸光度Ｅ２５４が低下し、紫外線透過率が向上する。この処理水の循環量は紫外線透過率モニター（Ｅ２５４モニター）２７で紫外線透過率を監視し、紫外線透過率から求まる吸光度Ｅ２５４を指標として自動的に制御することも可能である。

図３は本発明の他の実施の形態を示すものであり、先の実施の形態におけるオゾン処理槽２４に替えてマイクロバブル反応槽３５を採用した構成である。マイクロバブル反応槽３５はマイクロバブル発生機（図示省略）を備えており、オゾンを微小気泡として処理対象水へ注入することで、短い滞留時間（数秒から十数秒）で吸光度を低減しうるので、処理槽形状をコンパクト化することができる。

この構成においても、図４に示すように、希釈水注入手段として流出系３３から流入系２０へ至る循環配管３４を設けて、オゾン処理設備２１へ導入する処理対象水に、紫外線照射設備２３を経た処理水を希釈水として注入することも可能である。

本発明の実施の形態における水中の微量有害物質低減化装置を示す模式図 本発明の他の実施の形態における水中の微量有害物質低減化装置を示す模式図 本発明の他の実施の形態における水中の微量有害物質低減化装置を示す模式図 本発明の他の実施の形態における水中の微量有害物質低減化装置を示す模式図 オゾン注入率に対するＴＯＣ（全有機炭素濃度）とＥ２５４の残存率の関係を示すグラフ図 吸光度Ｅ２５４と過酸化水素残存率の関係を示すグラフ図 ある対象物質を紫外線と過酸化水素で処理した場合の対象物質の残存率と過酸化水素注入率の関係を示すグラフ図 同対象物質を紫外線とオゾンで処理した場合の対象物質の残存率とオゾン注入率の関係を示すグラフ図 従来の水処理装置の模式図

符号の説明

２０ 流入系
２１ オゾン処理設備
２２ 過酸化水素注入設備
２３ 紫外線照射設備
２４ オゾン処理槽
２５ 散気装置
２６ オゾン処理水配管
２７ 紫外線透過率モニター（Ｅ２５４モニター）
２８ オゾン供給配管
２９ ラインミキサー
３０ 過酸化水素供給配管
３１ 紫外線照射槽
３２ 紫外線ランプ
３３ 流出系
３４ 循環配管
３５ マイクロバブル反応槽

Claims (2)

1. 処理対象水にオゾンを注入してオゾンにより紫外線吸光物質を酸化分解する紫外線透過率向上手段と、紫外線透過率向上手段を経たオゾン処理水に過酸化水素を注入する過酸化水素注入手段と、過酸化水素を含むオゾン処理水に紫外線を照射し、生成する水酸化ラジカルでオゾン処理水中の有害物質を酸化分解する紫外線照射分解手段を備えたことを特徴とする水中の微量有害物質低減化装置。
2. 紫外線透過率向上手段へ導入する処理対象水に、紫外線照射分解手段を経た処理水を希釈水として注入する希釈水注入手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の水中の微量有害物質低減化装置。

Images