JP2007021408A - 水処理装置及び方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 本発明による水処理装置(1)は、汚染物質及び濁りを含む原水にオゾンを注入するオゾン注入部(6)と、オゾン注入部(6)の下流側に接続された紫外線反応部(8)と、紫外線反応部(8)の下流側に接続された膜分離部(16)とを有する。紫外線反応部(8)では、オゾンを注入した原水に紫外線を照射することにより、汚染物質を分解して、原水を中間処理水にする。膜分離部(16)は、中間処理水を濾過する膜(14)を有し、それにより濁りを除去する。
【選択図】 図1
Description
このように構成された促進酸化処理装置では、オゾン発生装置により発生させたオゾンガスを、エジェクターによって原水中に溶解させ、オゾンが溶解した原水に紫外線を照射すると、オゾンよりも酸化力の強いラジカル種(OHラジカル)が生成される。このOHラジカルにより、オゾンで処理できなかった難分解性の汚染物質などが分解される。
例えば、紫外線とオゾンによりトリクロロエチレンなどの有機塩素化合物を分解する方法(特許文献1参照)、オゾン、過酸化水素などと組み合わせた処理方法(特許文献2参照)、オゾン処理と過酸化水素水注入(または紫外線照射)とを併用して被処理水中の難分解性物質を分解する水処理方法(特許文献3参照)、被処理水にオゾンを注入しながら、紫外線を用いて被処理水中のオゾンをラジカル種化させ、被処理水中の難分解性物質を分解する水処理方法(特許文献4参照)等が知られている。
また、促進酸化処理装置において、紫外線強度が低下すると、処理水中の溶存オゾン濃度が大きくなり、処理水は飲料水に適さない。
一方、膜処理は、濁りを除去することは可能であるが、色素や、農薬、ダイオキシン、環境ホルモンなどの難分解性の汚染物質を除去することはできない。
また、膜処理装置に用いられる精密濾過膜(MF)、限外濾過膜(UF)は、上述したように、ファウリング(閉塞)を引き起こすことがある。ファウリングが起こると、差圧を上昇させなければならないので、差圧の上昇を防止するために、定期的な薬液洗浄等を行うことが必要である。特に有機物の多い液は、ファウリングを起こしやすく、メンテナンスコスト及び膜交換コストの上昇を招いていた。
また、本発明は、原水の難分解性の汚染物質及び濁りを低コストで除去することができると共に、処理水の溶存オゾン濃度を低く維持することができる水処理装置及び方法を提供することにある。
このように構成された水処理装置では、オゾン注入部によって原水に注入されたオゾンは、紫外線反応部において紫外線で照射されることによって、強い酸化力を有するOHラジカルに変換される。このOHラジカルにより、原水中の難分解性汚染物質を分解し、原水を中間処理水にする。中間処理水の濁りは、膜分離部の膜を通過する際に除去される。また、原水中に含まれる金属イオン、たとえばFe、Mn、Caイオンが、OHラジカルの強い酸化力によって不溶性の酸化物となるので、かかる金属イオンを不溶性酸化物として膜分離部によって除去することができる。かくして、本発明による水処理装置は、上水・排水等の処理において、オゾン処理に比べ短時間で、色度・臭気・溶存微量有機成分を分解できるだけでなく、濁り成分も除去することができる。
原水中の溶存オゾン濃度が0.05mg/literよりも低いと、有機成分の分解性が低くなる。また、原水中の溶存オゾン濃度が100mg/literよりも高いと、オゾン発生コストが高く不経済である。また、処理水のオゾン濃度を0.05mg/liter未満に維持することにより、処理水を飲料水に使用することも可能である。
追加の処理部は、例えば、中間処理水と気体とを分離する気液分離槽、溶解性の物質を分解するための反応槽、紫外線照射後にOHラジカルに変換されなかったオゾンの滞留時間を長くして汚染物質の分解を促進させる反応槽等である。
本発明の実施形態において、好ましくは、更に、紫外線の照射が停止したこと、又は、紫外線反応部内の紫外線透過量が減少したことを検出可能であるコントローラと、コントローラに接続され且つ膜分離部の上流側直前における中間処理水の溶存オゾン濃度を検出するオゾン濃度センサと、を有し、オゾン注入部は、コントローラに接続されたオゾン発生装置を有し、コントローラは、紫外線の照射が停止したこと、又は、紫外線反応部内の紫外線透過量が減少したことを検出したとき、膜分離部の上流側直前における中間処理水の溶存オゾン濃度が0.05mg/liter未満に維持されるようにオゾン発生装置を制御する。
本発明の実施形態において、好ましくは、更に、紫外線の照射が停止したこと、又は、紫外線反応部内の紫外線透過量が減少したことを検出可能であるコントローラを有し、オゾン注入部は、コントローラに接続されたオゾン発生装置を有し、コントローラは、紫外線の照射が停止したこと、又は、紫外線反応部内の紫外線透過量が減少したことを検出したとき、オゾン発生装置を停止させる。
このように構成された水処理装置では、OHラジカルの生成に影響を与えるスケーリング等が早期に検出されるので、スケーリングへの対処を迅速に行うことができ、その結果、処理水の水質、特に、溶存オゾン濃度を安定的に維持することができる。
通常、オゾン処理の場合には、原水とオゾンとの接触時間を適宜とるケースがほとんどであるが、本発明の場合、オゾンを溶解させる、即ち、注入するのに要する時間は必要であるが、照射される紫外線によりオゾンから強い酸化力を有するOHラジカルを生じさせるので、原水とOHラジカルとの接触時間をオゾン処理に比べ短くできる。また、OHラジカルが強い酸化力を有しているため、必要とされるオゾン量を削減することができると共に、処理後の溶存オゾン濃度を低減させることもできる。それと同時に、排オゾン量も削減することができる。
また、本発明の水処理装置及び方法によれば、原水の難分解性の汚染物質及び濁りを低コストで除去することができると共に、処理水の溶存オゾン濃度を低く維持することができる。
水処理装置1は、汚染物質及び濁りを含む原水を受入れて貯蔵する原水槽2と、原水槽2内の原水を下流側に送出する原水送出装置4である原水用ポンプと、送出された原水にオゾンを注入するオゾン注入部6と、オゾン注入部6の下流側に接続され且つオゾンが注入された原水に紫外線を照射することにより汚染物質を分解して、原水を中間処理水にする紫外線反応装置8と、紫外線反応装置8の下流側に配置され且つ紫外線反応装置8によって処理された中間処理水と気体とを分離する気液分離槽10と、気液分離槽10の下流側に配置され且つ気液分離槽10からの中間処理水を下流側に送出する中間処理水送出装置12である中間処理水用ポンプと、送出された中間処理水を濾過する膜14を有する膜分離装置16と、膜分離装置16によって濾過された処理水を排出する排出部18とを有している。
紫外線反応装置8は、石英ガラス又は透明フッ素で形成された内管24及び外管26を有する2重管構造になっている。内管24の内側には、紫外線ランプ又は紫外線発光素子(LED)等の紫外線源28が配置され、オゾンを溶解させた原水が、内管24と外管26との間を下方から上方に流れるように構成されている。紫外線の波長は、OHラジカルへの変換効率が高い250nm前後であることが好ましい。紫外線の出力は、流入する原水の流量及び有機成分(TOC)濃度により適宜設定される。
紫外線反応塔8、気液分離槽10及び膜分離装置16には、ドレン50が設けられている。
汚染物質及び濁りを含み且つ原水槽2に貯蔵された原水を、原水用ポンプ4によってオゾン注入部6に送出する。オゾン発生装置20によって発生させたオゾンを、オゾン溶解装置22によって原水に溶解させる。原水に溶解されるオゾン濃度は、原水中に含有する有機成分濃度(TOC濃度)により異なるが、好ましくは、0.05〜100mg/liter、更に好ましくは、0.1〜10mg/literである。
オゾンが溶解された原水は、紫外線反応装置8に流入し、紫外線の照射を受ける。それにより、原水中のオゾンが、OHラジカルに変換される。このOHラジカルにより、原水中の溶解物質が分解・除去され、中間処理水になる。OHラジカルは、オゾンよりも酸化力が強いので、従来のオゾン処理で分解できなかった難分解性汚染物質も分解される。
中間処理水は、気液分離槽10に送られ、OHラジカルに変換されなかったオゾンが、排オゾン処理装置36に送られ処理される。オゾンが除去された中間処理水のオゾン濃度は、0.05mg/literであることが好ましい。
中間処理水は、中間処理水用ポンプ12によって、膜分離装置16に送られる。膜分離装置16によって、比較的粒径の大きな物質が濾過され、即ち、固液分離され、濁りが除去される。
コントローラ48が、紫外線反応装置8’、8''内の光センサ32又は紫外センサ34により、紫外線透過率の所定の低下を検出したら、上述した紫外線源28が通電状態にないときと同様、原水用ポンプ4、中間処理水用ポンプ12、及び/又はオゾン発生装置20を停止させるのがよい。水処理装置1を停止させた後、紫外線反応装置8’、8''内を洗浄する。また、多くの場合、紫外線反応装置8’、8''においてスケーリングが生じている場合、その後段に位置する膜分離装置16でもスケーリングが生じているおそれがある。そのため、紫外線反応装置8’、8''の薬液洗浄と同時に、膜分離装置16の薬液洗浄を行うことが好ましい。
スケーリングなどによる紫外線透過率の低下の時期を検出することができるので、薬液による洗浄のタイミングの決定を適切に行うことができ、原水への紫外線照射強度を適切に維持することができる。その結果、水処理装置1全体の運転を安定化させることができる。
色度26units(APHA法準拠)及び有機成分(TOC)濃度2.4mg/literの生物処理水(原水)を、図1に示す本発明による水処理装置1で処理した。オゾン発生装置20で発生させたオゾンを、原水用ポンプ4の圧力により作動するエジェクター22によって原水に溶解し、紫外線反応塔8に2.6liter/minで流入させた。この時、オゾン発生装置20(住友精密工業(株)製)で発生させたオゾンガスの濃度は10g/m3であり、オゾンガスの吹き込み量は0.5liter/minであった。また、紫外線反応塔8の上流側直前の原水中のオゾン濃度は0.25mg/literであった。紫外線反応塔は約5literの容積を有し、その処理時間は、約2minであった。
紫外線反応塔8によって処理された中間処理水を気液分離槽10に流入させ、気液分離後、中間処理水用ポンプ12によって膜分離装置16に送出して濾過した。膜分離装置16の膜モジュール14(三菱レイヨン・エンジニアリング株式会社製の10インチモジュール)は、孔径0.1μmのPE製であり、膜面積は3.74m2であった。濾過方法は、デッドエンド濾過法を採用した。膜分離装置16の上流側と下流側との差圧は、13kPaであった。
得られた処理水の水質は、色度3units(APHA法準拠)であり、有機成分濃度(TOC濃度)1.8mg/literであった。100時間連続運転したあとにおいても、上記差圧は13kPaであり、特に差圧の上昇は見られなかった。また膜分離装置16に流入する中間処理水のオゾン濃度を0.05mg/liter未満に抑えることができた。それにより、使用した膜モジュールの強度は、初期値(400g/fil)を維持したままであった。
実施例1の装置の紫外線反応塔8の代わりに、図2に示す変形例の紫外線反応塔8’を用いて水処理を行った。紫外線反応塔8'は、紫外線ランプ28より発せられた紫外線で発光する発光剤30と、発光剤30によって発光した光を検出する光センサ32とを有している。
実施例1と同様に連続運転したところ、半年程度で光センサ32の値が低下し、紫外線反応塔8’内での紫外線透過量が低下したので、紫外線反応塔8’への給水及び膜分離装置16への中間処理水の供給を自動で停止させた。その際、膜分離装置16へ流入する中間処理水の溶存オゾン濃度をオゾン濃度センサ44で計測した。連続運転初期において0.03mg/literであったオゾン濃度が0.10mg/literを示していた。すぐに、紫外線反応塔8’及び膜分離装置16をクエン酸で薬液洗浄し、その廃液を紫外線反応塔8’及び膜分離装置16のドレンより排出した。紫外線透過量が連続運転初期の量に戻ったことを確認した上で、水処理装置1を再運転した。膜分離装置16に流入する中間処理水中の溶存オゾン濃度が0.05mg/liter未満となった。この結果、膜14の2次側の処理水にオゾンの流出などを起こすことなく、目標レベルの処理水質にすることができた。
実施例1の装置の紫外線反応塔8の代わりに、図3に示す変形例の紫外線反応塔8''を用いて水処理を行った。紫外線反応塔8''は、紫外線センサ34を有している。
実施例1と同様に連続運転したところ、紫外線反応塔8''内の紫外線透過量が徐々に低下した。その際のオゾン濃度モニター14による中間処理水内の溶存オゾン濃度は、0.3mg/literを示した。原水中に含まれるリン酸カルシウムが原因で、紫外線反応塔8''でスケーリングを起こしていると考えられたので、水処理装置1を停止させ、紫外線反応塔8''及び膜分離装置16を、実施例2と同様、薬液洗浄した。それにより、初期の紫外線透過量に戻すことができた。薬液洗浄後、再運転を行い、膜14の2次側の処理水にオゾンの流出などを起こすことなく、目標レベルの処理水質にすることができた。
実施例1と同様に連続運転したところ、紫外線反応塔8から排出された中間処理水の溶存オゾン濃度が0.25mg/literとなった。排水部18へのオゾンの流出を防ぐために、紫外線反応塔8から排出された中間処理水の溶存オゾン濃度が0.05mg/liter未満となるように、オゾン発生装置20のオゾン吹き込み量をコントローラ48により自動で調整した。紫外線ランプ28に異常が見られず、原水中のリン酸カルシウムなどでスケーリングを引き起こしたと考えられたので、水処理装置1を停止させ、紫外線反応塔8及び膜分離装置16を、実施例2と同様、薬液洗浄した。それにより、初期の紫外線透過量に戻すことができた。運転を再開し、所定のオゾン量を吹き込むことによって原水を紫外線で処理し、目標レベルの処理水質にすることができた。
上述した実施形態では、紫外線反応装置だけによって溶解性の物質を分解したが、紫外線反応装置8と気液分離槽10との間に、溶解性の物質を分解するための反応槽を追加の処理部として設けてもよい。反応槽は、例えば、紫外線反応塔で分解できない又は残留した溶解性の物質(分解の過程で生じた比較的低分子量の炭化水素、アルデヒド類、ケトン類、あるいはOHラジカルの生成過程でわずかに生じた過酸化水素等)を除去する触媒、イオン交換樹脂、活性炭等を含むことができる。
また、分解性能を高めるために、紫外線反応装置8でOHラジカルに変換できるオゾンの量よりも過剰なオゾンをオゾン注入装置によって注入して反応を促進させ、膜分離装置16の手前に、オゾンを除去する曝気装置を設けて、過剰なオゾンを除去してもよい。
また、紫外線反応装置8の出口における水質等に応じて適宜反応槽を追加してもよい。
6 オゾン注入装置
8 紫外線反応装置
10 気液分離槽
14 膜
16 膜分離装置
20 オゾン発生装置
30 発光剤
32 光センサ
34 紫外線センサ
46 オゾン濃度モニター
48 コントローラ
Claims (8)
- 汚染物質及び濁りを含む原水にオゾンを注入するオゾン注入部と、
前記オゾン注入部の下流側に接続され、且つ、オゾンを注入した原水に紫外線を照射することにより汚染物質を分解して、原水を中間処理水にする紫外線反応部と、
前記紫外線反応部の下流側に接続され、中間処理水を濾過する膜を有する膜分離部と、を有することを特徴とする水処理装置。 - 前記紫外線反応部の上流側における原水中の溶存オゾン濃度が0.05〜100mg/literの範囲にあり、前記膜分離部の上流側における中間処理水中の溶存オゾン濃度が0.05mg/liter未満である、請求項1に記載の水処理装置。
- 前記紫外線反応部と前記膜分離部との間に追加の処理部が接続される、請求項1又は2に記載の水処理装置。
- 更に、紫外線の照射が停止したこと、又は、前記紫外線反応部内の紫外線透過量が減少したことを検出可能なコントローラを有し、
前記コントローラは、紫外線の照射が停止したこと、又は、前記紫外線反応部内の紫外線透過量が減少したことを検出したとき、前記膜への流入を閉鎖して前記膜による固液分離を停止させる、請求項1〜3のいずれか1項に記載の水処理装置。 - 更に、紫外線の照射が停止したこと、又は、前記紫外線反応部内の紫外線透過量が減少したことを検出可能であるコントローラと、
前記コントローラに接続され且つ前記膜分離部の上流側直前における中間処理水の溶存オゾン濃度を検出するオゾン濃度検出器と、を有し、
前記オゾン注入部は、前記コントローラに接続されたオゾン発生装置を有し、
前記コントローラは、紫外線の照射が停止したこと、又は、前記紫外線反応部内の紫外線透過量が減少したことを検出したとき、前記膜分離部の上流側直前における中間処理水の溶存オゾン濃度が0.05mg/liter未満に維持されるように前記オゾン発生装置を制御する、請求項1〜3のいずれか1項に記載の水処理装置。 - 更に、紫外線の照射が停止したこと、又は、前記紫外線反応部内の紫外線透過量が減少したことを検出可能であるコントローラを有し、
前記オゾン注入部は、前記コントローラに接続されたオゾン発生装置を有し、
前記コントローラは、紫外線の照射が停止したこと、又は、前記紫外線反応部内の紫外線透過量が減少したことを検出したとき、前記オゾン発生装置を停止させる、請求項1〜3のいずれか1項に記載の水処理装置。 - 前記膜分離部の膜の材質がポリアクリロニトリル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、又はセルロースである、請求項1〜7のいずれか1項に記載の水処理装置。
- 汚染物質及び濁りを有する原水にオゾンを注入する工程と、
オゾンが注入された原水に紫外線を照射して、オゾンをラジカル種に変換し、ラジカル種によって汚染物質を分解して、原水を中間処理水にする工程と、
中間処理水を膜によって濾過して、濁りを除去する工程と、を有することを特徴とする水処理方法。
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