JP2008194558A - 水処理システム及び水処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】過酸化水素水の注入や紫外線の照射を行うという操作を伴うことなくOHラジカルを生成して促進酸化処理を行う水処理システムおよび水処理方法を提供する。
【解決手段】水処理設備１に被処理水が導入され、この導入された被処理水に対しオゾン注入設備２からオゾンを注入してオゾン処理を行う。この水処理設備１内のオゾンが注入された被処理水に対し、自己加圧により消滅し、その際ＯＨラジカルを生成する微細気泡を微細気泡注入設備３から注入し、混入させる、生成されたＯＨラジカルにより促進酸化処理を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、上下水道用原水、下水の二次処理水、産業排水或いは廃棄物埋立地の浸出水など被処理水に対してオゾンを注入してオゾン処理を行う水処理システム及び水処理方法に関する。

近年、上水用の水源である河川・湖沼に、フミン質、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が含まれていることが指摘されている。これらの物質の中には微量ではあるが生物に対し有害であり、水中から除去するか分解処理を行う必要がある物質も多数存在する。また、河川の下流側ではさらに汚染が進んでおり、上流側に位置する下水処理場の放流水を再度浄水場の原水として利用している地域もある。また、これらの河川では有機塩素系の洗剤、農薬、更には合成洗剤、染料など種々の化学物質の混入も確認されている。また、産業・生活廃棄物埋立地からの浸出水による水道水源をはじめとする水環境の汚染にも十分な注意が必要な状況下にあるといえる。

最近ではこのような水環境の汚染を受けて浄水場における水質基準が見直され、これまで以上に水質の管理が厳しいものとなっている。このような背景のもとに、水環境保全技術、浄水高度処理技術、および下水の高度処理技術の研究開発が活発に行われており、活性炭による処理、膜処理、オゾン処理、促進酸化処理、紫外線処理、生物学的な処理などの技術開発が行われている。

それらの中に、有機物の酸化分解を高い割合で行うことができる処理として有望とされている技術として、オゾンと過酸化水素水又はオゾンと紫外線、或いはオゾンと過酸化水素水と紫外線とを組み合わせた促進酸化処理(AOP、Advanced Oxidation Process)がある。促進酸化処理におけるオゾンや酸化促進剤および紫外線照射の制御方法についても多くの手法が考え出されている。酸化促進剤としては主に過酸化水素水が用いられることが多い。促進酸化処理では、オゾンよりも酸化力の強いＯＨラジカルと呼ばれるラジカル種を水中に生成させ、このＯＨラジカルを用いて酸化分解処理を行う。近年問題となっている、環境ホルモンや難分解性物質の分解も可能であり、高度な水処理技術として有望である。

促進酸化処理に関する技術や酸化促進剤の制御においては、ＴＯＣ除去量に対して過酸化水を添加しオゾン処理の後段ほど過酸化水素の添加量を減らしていく手法がある（例えば、特許文献１参照）。また、ＵＶを用いた促進酸化処理に関する制御としては、オゾン処理の後段にＵＶ装置を設置し、ＵＶ強度計や溶存オゾン濃度計を用いてＵＶ照射を制御する手法がある（例えば、特許文献２参照）。

このような過酸化水素水や紫外線を用いた促進酸化処理を行うには、過酸化水素水の注入設備や、紫外線の照射設備をオゾン処理設備に併設する必要がある。過酸化水素水は人体に有害であり適切な管理が要求される薬品であるため十分な安全対策を行う必要がある。ＵＶを照射して促進酸化処理を行う場合、ＵＶの照射線量にＯＨラジカルの生成量は影響を受け、設備が大きくなるほど適切なＵＶ照射を行うことは難しくなる。

上述した促進酸化法以外では、微細気泡（マイクロバブル）を用いた魚介類などの畜養に利用する水などの殺菌と浄化に利用する方法や（例えば、特許文献３参照）や、長時間水中にオゾンを残留させるためのオゾンガスを用いた微細気泡の製造方法に関するもの（例えば、特許文献４参照）などが開発されている。

また、オゾン処理前後の蛍光強度を用いてその変化率でオゾン注入制御を行う方法についても開発されている（例えば、特許文献５参照）。
特開平８−２６７０７７号公報 特開２０００−５１８７５号公報 特開２００５−１１０５５２号公報 特開２００５−２４６２９３号公報 特開２００５‐３０５３２８号公報

上述したように、促進酸化処理が適切に行われれば有機物質や臭気物質を高い割合で分解することができる。しかしながら従来のオゾン処理に加えて、過酸化水素水の注入や紫外線の照射を行うという操作が加わるため、システムが複雑化することが考えられる。

本発明の目的は、過酸化水素水の注入や紫外線の照射を行うという操作を伴うことなくＯＨラジカルを生成して促進酸化処理を行う水処理システムおよび水処理方法を提供することにある。

本発明による水処理システムは、被処理水が導入され、この導入された被処理水に対しオゾン注入設備からオゾンを注入してオゾン処理を行う水処理設備と、この水処理設備内のオゾンが注入された被処理水に対し、自己加圧により消滅し、その際ＯＨラジカルを生成する微細気泡を注入し、混入させる微細気泡注入設備とを備えたことを特徴とする。

本発明では、微細気泡注入設備は、１００μｍ以下の気泡径を有する微細気泡を被処理水に注入する。

また、本発明では、水処理設備に導入される前の被処理水の蛍光強度を測定する第１蛍光分析計、及び前記水処理設備に導入されてオゾン処理を受けた後の処理水の蛍光強度を測定する第２蛍光分析計と、この第２蛍光分析計の測定値を前記第１蛍光分析計の測定値で除算して求まる蛍光強度の残存率が目標値となるように前記オゾン注入設備のオゾン注入率を調整するオゾン注入制御装置とをさらに備えている。

また、本発明では、微細気泡注入設備は、微細気泡を発生させるために、酸素、空気、窒素、アルゴン、オゾン化酸素、オゾン化空気のいずれか一つ、またはそれらを混合したガスを用いることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の水処理システム。

また、本発明では、水処理設備には、被処理水が流入する入口付近に微細気泡の注入個所が設けられている。

また、本発明では、第１および第２の蛍光分析計は、３４０〜３５０ｎｍの波長範囲内にある特定波長の励起光を使用し、４２０〜４３０ｎｍの波長範囲内にある特定波長の蛍光強度を測定する。

さらに、本発明では、波長２５０ｎｍ〜２６０ｎｍの紫外線吸光光度計を用いてオゾンによる有機物の分解を観測し、その結果によりオゾン注入設備のオゾン注入率を調整するオゾン注入制御装置を備えている。

また、本発明の水処理方法は、水処理設備に導入された被処理水に対しオゾン注入設備からオゾンを注入してオゾン処理を行うと共に、この水処理設備内のオゾンが注入された被処理水に対し、自己加圧により消滅し、その際にＯＨラジカルを生成する微細気泡を注入し、混入させることを特徴とする。

本発明によれば、オゾン処理が行われている反応槽の中に、酸素などから作った微細気泡を混入し、それらが消滅する過程で生成されるＯＨラジカルにより酸化分解処理を行い、かつそのＯＨラジカルを促進剤として、通常のオゾン処理におけるＯＨラジカルの生成量を増大させるので、過酸化水素水の注入や紫外線の照射を行うという操作を伴うことなく、ＯＨラジカルによる促進酸化処理を行うことができる。

以下、本発明による水処理システム及び水処理方法の一実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。

図１は、この実施の形態による水処理システムの全体構成を示しており、浄水場における一般的なオゾン処理設備を例としている。図1において、１は水処理設備で、オゾン注入設備２及び微細気泡注入設備３が付設されている。水処理設備１の上流側には、凝集沈でん処理水槽１０が設置されている。４は第１蛍光分析計で、凝集沈でん処理水槽１０に設けられ、水処理設備１に導入される被処理水の蛍光強度を検出する。５は第２蛍光分析計で、水処理設備１の出口近くに設けられ、この水処理設備１に導入された後の処理水の蛍光強度を検出する。６はオゾン注入制御装置で、第１蛍光分析計４および第２蛍光分析計５からの検出信号の入力に基づきオゾン発生装置７を制御する。

ここで、第１蛍光分析計４及び第２蛍光分析計５は、３４０〜３５０ｎｍの波長範囲内にある特定波長の励起光を使用し、４２０〜４３０ｎｍの波長範囲内にある特定波長の蛍光強度を測定するものである。

以下に水処理設備１におけるオゾン処理について記述する。水処理設備１ではオゾン注入設備２からオゾンが注入されオゾン処理が行われる。オゾン処理される被処理水は凝集沈でん処理水槽１０から送水ポンプによって水処理設備１に送水され、水処理設備１内でオゾンと接触する。このオゾンとの接触によって被処理水中の有機物や臭気物質は分解される。

ここで、上記オゾン処理には、注入されたオゾン自身が有機物などと反応する反応経路と、オゾンがＯＨラジカルに変化して、ＯＨラジカルが有機物などを分解する反応経路との二つがある。酸化力としてはＯＨラジカルのほうがはるかに強く、難分解性物質などの分解においてはＯＨラジカルのほうが適している。このオゾンとＯＨラジカルの生成比率は被処理水のｐＨなどの水質に依存する。

従来の促進酸化処理では、過酸化水素水などの酸化促進剤を注入することによってＯＨラジカルの生成量を増大させている。また、オゾン処理中にＵＶを照射することによってもＯＨラジカルが生成する。

本発明では過酸化水素水の注入やＵＶの照射を行うことなくＯＨラジカルを生成する。すなわち、水処理設備１に、微細気泡注入設備３から１００μｍ以下の微細気泡を注入する。一般に、泡径が極度に小さい微細気泡は自己加圧により時間がたつと消滅してしまう。この際、短い時間において高温高圧の状態を生成し、ＯＨラジカルなどのフリーラジカルを水中に生成する。本発明においてはこのＯＨラジカルの生成を酸化分解処理に利用する。また、水処理設備１のオゾン反応槽に微細気泡を注入しＯＨラジカルを生成させることによって、オゾン注入設備２から注入されるオゾンからのＯＨラジカルの生成を促進させる。

この反応によって、従来、過酸化水素水やUVによってOHラジカルを生成していた方法とは別の方法で、処理水中にＯＨラジカルを生成させ促進酸化処理を行うことが可能となる。

なお、前述した従来例でも示すとおり、微細気泡を水中に注入して、自己加圧により消滅する際に生成するＯＨラジカルを利用する水処理技術は既に考えられている。本発明は、オゾン処理と組合わせることによって、ＯＨラジカルの生成量を増大させ相乗効果を図る水処理システムおよび水処理方法に関するものである。

次に、オゾン注入制御装置６におけるオゾン注入制御方法について記述する。蛍光強度の残存率は以下の式（１）により算出される。

蛍光強度残存率 ＝ 処理後蛍光強度 / 処理前蛍光強度 ・・・（１）
オゾン注入制御装置６には予め処理前蛍光強度と処理後蛍光強度の蛍光強度残存率が、促進酸化処理を行うことによっていくつになればいいのかという設定値を設定しておく。この設定値は原水の水質などを考慮して任意に変更することが可能である。図２は、通常のオゾン処理におけるオゾン注入率と蛍光強度残存率との関係を示すグラフである。蛍光強度の残存率はオゾン注入率に対して直線関係ではなく曲線を描く。これはオゾン注入が少ない段階からオゾンにより分解しやすい物質が速やかに分解され、その後、分解の遅い物質が徐々に分解されていくため図２のような曲線を描く。有機物質（トリハロメタン生成能）の低減やカビ臭の除去といったオゾン処理の目的を達成するためには、蛍光強度の減少は７割〜８割くらいが適切である。残存率としては２割から３割残るようにオゾンを注入するのが良い。

オゾン注入制御装置６では入力された処理前の蛍光強度と設定された蛍光強度残存率を基に処理後の蛍光強度の目標値が算出される。よって算出される処理後の蛍光強度の目標値を設定値とし、処理後の蛍光強度が設定値となるようにオゾン発生装置７を制御する。すなわち、オゾン注入制御装置６は、第２蛍光分析計の測定値を前記第１蛍光分析計の測定値で除算して求まる蛍光強度の残存率が目標値となるようにオゾン注入設備２によるオゾン注入率を調整する。実際には、水処理設備１においてはＯＨラジカルによる促進酸化処理が行われており、オゾン単独で処理が行われているときよりも、同じ割合で蛍光強度を減少させるまでに必要とするオゾン注入率は小さくなるはずである。

次に、微細気泡注入設備３における微細気泡の注入に関して記述する。１００μg/L以下の微細気泡はマイクロバブルと呼ばれ、ｎｍ（ナノメートル）のオーダーになるとナノバブルと呼ばれる。マイクロバブルの発生方法や発生装置については多数の技術がある。すなわち、マイクロバブルの発生方法には、旋回流を用いるもの、キャビテーションの技術を利用するもの、多孔質フィルターを利用するものなどがある。本発明では発生方法については限定せず、水処理設備１内のオゾン処理槽の中にマイクロバブルを混入させて、そのマイクロバブルが消滅するときに発生するＯＨラジカルを用いる。

微細気泡は微細気泡注入設備３から水処理設備１内の被処理水中に混入されるが、その混入位置は、水処理設備１における被処理水の入口のポイントが望ましい。微細気泡が混入した被処理水は、オゾン注入設備２から注入されるオゾンと接触して、被処理水中の有機物質などが分解される。これと同時に、また同箇所において、微細気泡は自己加圧によって消滅しＯＨラジカルを生成する。このＯＨラジカルの存在が、オゾン注入設備２から注入されるオゾンのＯＨラジカルへの変化を促進する作用も併せ持つ。

なお、微細気泡化するためのガスは、酸素、空気、窒素、アルゴン、オゾン化酸素、オゾン化空気などが用いられるが、処理性の問題とコスト的な観点から選択することとなる。

従来、促進酸化処理を行うと、オゾン注入制御の制御指標として用いられる溶存オゾン濃度が検出されなくなるので、原水の水質変動などに併せてオゾン注入を制御することは困難であった。上記の構成では、オゾン注入率を促進酸化処理前後の蛍光強度の残存率が一定になるように調整するので、溶存オゾン濃度が検出されない条件の下でも、ある一定の分解率で、流入する有機物質を分解することができる。さらに微細気泡の消滅に伴うＯＨラジカルを用いて酸化分解を行うことによって、難分解性有機物の分解も行うことができる。

上記構成では、有機物の分解を観測する手法として蛍光強度を例に挙げたが、紫外線吸光度によっても有機物の分解を観測する構成とすることも可能である。すなわち、波長２５０ｎｍ〜２６０ｎｍの紫外線吸光光度計を用いてオゾンによる有機物の分解を観測し、その結果によりオゾン注入設備２のオゾン注入率をオゾン注入制御装置６で調整するようにしてもよい。

また図１では、水処理設備１において、オゾンが注入されるオゾン接触槽および反応時間を確保するための滞留槽が１池のみ設けられているが、本発明における水処理設備１の形状はこれに限定されるものではなく、オゾン接触槽が２池、３池あってもよい。この場合はオゾンが注入される各池において微細気泡が注入される構成となる構成例も含む。

次に、本発明の他の実施の形態について図３により説明する。図３の水処理システムにおいては、前記実施の形態に対して水処理設備１の形状が異なる。すなわち、図３の水処理設備１におけるオゾン接触方式はUチューブ方式といわれるもので、被処理水は一旦水深の深い装置の底部にまで通水し、その後、上向きに上昇する。オゾンは被処理水が装置の底部に下向きに流れている箇所で注入される。オゾンは被処理水と共に装置の底部に流れていく過程で、水の圧力が上昇するため効率よく水に溶け込み有機物質などの分解を行うことができる。このUチューブ方式は設置スペースが小さくてすむという利点もある。

ここで、微細気泡は微細気泡注入装置３から水処理設備１の入り口に注入され、被処理水の流れに乗り装置の底部まで送られる。装置の底部に流れていくに連れて微細気泡の周りの圧力が高くなるので、微細気泡の自己加圧現象が加速され、微細気泡が消滅しＯＨラジカルを生成する。また、同じく注入されるオゾンも微細気泡によって生成したＯＨラジカルに促進されてＯＨラジカルへと変化し、強い酸化力で酸化分解処理を行う。

この実施の形態においても、水処理装置１に導入される被処理水の蛍光強度は第１蛍光分析計４により検出されるようになっている。同様に、オゾン反応後の処理水の蛍光強度は蛍光分析計５において検出される。したがって、オゾン注入制御装置６は、第１蛍光分析計４と第２蛍光分析計５からの検出信号の入力に基づき、オゾン注入率が予め設定された蛍光強度の残存率を目標値となるようにオゾン発生装置７を制御する。このようにしてUチューブ方式においても微細気泡を用いた促進酸化処理を効果的に行うことができる。

本発明方法は、水処理設備１に導入された被処理水に対しオゾン注入設備２からオゾンを注入してオゾン処理を行うと共に、この水処理設備１内のオゾンが注入された被処理水に対し、微細気泡注入設備３により微細気泡を注入し、混入させる。この微細気泡は自己加圧により消滅し、その際にＯＨラジカルを生成する。したがってオゾン自体による酸化処理に加え、ＯＨラジカルによる促進酸化処理が行われることにより、難分解性物質を含め、効率よく分解処理することができる。

本発明による水処理システムの一実施の形態を示す全体構成図である。 同上一実施の形態におけるオゾン注入率と蛍光強度残存率との関係を示す特性図である。 本発明の他の実施の形態を示す全体構成図である。

符号の説明

１ 水処理設備
２ オゾン注入設備
３ 微細気泡注入設備
４ 第１蛍光分析計
５ 第２蛍光分析計
６ オゾン注入制御装置

Claims (8)

1. 被処理水が導入され、この導入された被処理水に対しオゾン注入設備からオゾンを注入してオゾン処理を行う水処理設備と、
   この水処理設備内のオゾンが注入された被処理水に対し、自己加圧により消滅し、その際ＯＨラジカルを生成する微細気泡を注入し、混入させる微細気泡注入設備と
   を備えたことを特徴とする水処理システム。
2. 微細気泡注入設備は、１００μｍ以下の気泡径を有する微細気泡を被処理水に注入することを特徴とする請求項１に記載の水処理システム。
3. 水処理設備に導入される前の被処理水の蛍光強度を測定する第１蛍光分析計、及び前記水処理設備に導入されてオゾン処理を受けた後の処理水の蛍光強度を測定する第２蛍光分析計と、
   この第２蛍光分析計の測定値を前記第１蛍光分析計の測定値で除算して求まる蛍光強度の残存率が目標値となるように前記オゾン注入設備のオゾン注入率を調整するオゾン注入制御装置と
   をさらに備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の水処理システム。
4. 微細気泡注入設備は、微細気泡を発生させるために、酸素、空気、窒素、アルゴン、オゾン化酸素、オゾン化空気のいずれか一つ、またはそれらを混合したガスを用いることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の水処理システム。
5. 水処理設備には、被処理水が流入する入口付近に微細気泡の注入個所が設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の水処理システム。
6. 第１および第２の蛍光分析計は、３４０〜３５０ｎｍの波長範囲内にある特定波長の励起光を使用し、４２０〜４３０ｎｍの波長範囲内にある特定波長の蛍光強度を測定することを特徴とする請求項３に記載の水処理システム。
7. 波長２５０ｎｍ〜２６０ｎｍの紫外線吸光光度計を用いてオゾンによる有機物の分解を観測し、その結果によりオゾン注入設備のオゾン注入率を調整するオゾン注入制御装置を備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の水処理システム。
8. 水処理設備に導入された被処理水に対しオゾン注入設備からオゾンを注入してオゾン処理を行うと共に、この水処理設備内のオゾンが注入された被処理水に対し、自己加圧により消滅し、その際にＯＨラジカルを生成する微細気泡を注入し、混入させることを特徴とする水処理方法。

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