JP2009022881A - 上水道水の処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アンモニア濃度が低い被処理水にあっても、オゾンで有効に有機物を分解しながら臭素酸の発生を有効に抑制する。
【解決手段】上水道水の処理装置は、被処理水にオゾンを添加するオゾン供給装置２を備える。さらに、処理装置は、オゾン供給装置２に加えて、被処理水にチオ硫酸ナトリウムを添加するチオ硫酸ナトリウム供給装置３を備える。処理装置は、オゾンとチオ硫酸ナトリウムとで被処理水を処理して臭素酸の発生を抑制する。
【選択図】図１

Description

本発明は、上水道水の処理装置に関し、とくに、オゾン処理によって生成される臭素酸の発生を抑制する上水道水の処理装置に関する。

上水道水は、異物を除去した被処理水にオゾンを供給し、オゾンで有機物を分解するオゾン処理を行っている。オゾン処理は、上水道水の好ましい処理方法ではあるが、被処理水の臭素濃度が高いと、オゾンが臭素を酸化して臭素酸を発生させる。臭素酸は発ガン性がある物質として、上水道水に含まれる濃度が０．０１ｐｐｍに制限されている。臭素酸の発生量は、オゾンの供給量を少なくして減少できる。ただ、オゾンの供給量を少なくすと、被処理水に含まれる有機物を好ましい状態に処理できなくなる。とくに、被処理水の水質が低下した状態で、十分に有機物を分解できなくなる。

この弊害を解消することを目的として、被処理水に含まれるアンモニア濃度を測定し、アンモニア濃度でオゾンの供給量をコントロールするオゾン処理装置が開発されている。（特許文献１参照）
特開２００７−１１７８４９号公報

特許文献１の公報は、臭気物質濃度が高い処理水が流入したとき、あるいは渇水などにより被処理水の水質が悪化したときなどに、被処理水のアンモニア濃度に対応するようにオゾン注入率を高くして、臭素酸濃度を規定値以内に抑制しながら、高いオゾン注入効果を確保し、良好な水質の水道水を生成する装置を記載している。この装置は、被処理水のアンモニア濃度に応じて、オゾン供給装置で生成されるオゾンの濃度を制御して、被処理水中の臭素酸を抑制している。

この装置は、オゾン供給装置から供給されるオゾン化空気によって、被処理水に含まれる臭化物イオンが酸化されて次亜臭素酸イオンとする。この次亜臭素酸イオンと被処理水中に含まれているアンモニアとを反応させて、臭素酸の生成を抑制する。アンモニアと臭素酸を反応させて、臭素酸の生成を抑制するので、被処理水中のアンモニア濃度が高いときはオゾン注入率を高くする。この装置は、被処理水のアンモニア濃度が高いときにオゾン供給量を多くして、オゾンでもって上水道水の水質を改善する。

以上の装置は、被処理水に含まれるアンモニアを利用して臭素酸の発生を抑制するので、被処理水のアンモニア濃度が低い状態で、臭素酸の発生を効果的に抑制できない。それは、アンモニアを利用して臭素酸の発生を抑制するからである。被処理水は、アンモニア濃度と臭素濃度と有機物濃度とが常に特定の比率にはない。アンモニア濃度が低く、臭素濃度と有機物濃度が高い被処理水にあっては、アンモニアで臭素酸の発生を効果的に抑制できない。

本発明は、さらにこの欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、アンモニア濃度が低い被処理水にあってもオゾンで有効に有機物を分解しながら臭素酸の発生を有効に抑制できる上水道水の処理装置を提供することにある。

本発明の上水道水の処理装置は、前述の目的を達成するために以下の構成を備える。
上水道水の処理装置は、被処理水にオゾンを添加するオゾン供給装置２を備える。さらに、処理装置は、オゾン供給装置２に加えて、被処理水にチオ硫酸ナトリウムを添加するチオ硫酸ナトリウム供給装置３を備える。処理装置は、オゾンとチオ硫酸ナトリウムとで被処理水を処理して臭素酸の発生を抑制する。

本発明の請求項２の上水道水の処理装置は、チオ硫酸ナトリウム供給装置３がチオ硫酸ナトリウムを添加した被処理水に、オゾン供給装置２がオゾンを供給する。

本発明の請求項３の上水道水の処理装置は、被処理水に含まれる臭素濃度を検出する濃度センサ４を備え、チオ硫酸ナトリウム供給装置３が、濃度センサ４で検出する臭素濃度でチオ硫酸ナトリウムの供給量をコントロールする。

本発明の請求項４の上水道水の処理装置は、チオ硫酸ナトリウム供給装置３が、被処理水をキャビテーション状態に撹拌しながらチオ硫酸ナトリウムを供給するキャビテーション攪拌機５を備える。

本発明の請求項５の上水道水の処理装置は、オゾン供給装置２が、被処理水をキャビテーション状態に攪拌しながらオゾンを供給するキャビテーション攪拌機５を備える。

本発明の請求項６の上水道水の処理装置は、チオ硫酸ナトリウム供給装置３が、被処理水を噴射しながらチオ硫酸ナトリウムを供給するエジェクター２０を備える。

本発明の請求項７の上水道水の処理装置は、オゾン供給装置２が、被処理水にオゾンを供給する気泡発生器２５を備える。

本発明の上水道水の処理装置は、アンモニア濃度が低い被処理水にあっても、オゾンで有効に有機物を分解しながら臭素酸の発生を有効に抑制できる。それは、本発明の処理装置が、オゾン供給装置に加えて、被処理水にチオ硫酸ナトリウムを添加するチオ硫酸ナトリウム供給装置を備えており、オゾンとチオ硫酸ナトリウムとで被処理水を処理するからである。オゾンと共に供給されるチオ硫酸ナトリウムは、以下の式で臭素と反応して臭素酸の発生を抑制する。
Ｎａ_２Ｓ_２Ｏ_３＋４Ｂｒ_２＋５Ｈ_２Ｏ→２ＮａＢｒ＋２Ｈ_２ＳＯ_４＋６ＨＢｒ
この式で示すように、被処理水に含まれる臭素は、臭化ナトリウムと臭化水素となり、オゾンによって臭素酸となるのを抑制できる。反応して発生する硫酸は極めて微量であることから、上水道水のｐＨなどを変化させることはない。また、臭化水素の発生量も少なく、また発ガン性があるともされない。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための上水道水の処理装置を例示するものであって、本発明は処理装置を以下のものに特定しない。

さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。

図１に示す上水道水の処理装置は、オゾン処理して上水道水となる被処理水をオゾン処理する処理槽１にオゾンを供給するオゾン供給装置２と、処理槽１の被処理水にチオ硫酸ナトリウムを供給して被処理水に含まれる臭素がオゾンに酸化されて臭素酸となるのを抑制するチオ硫酸ナトリウム供給装置３とを備える。さらに、図の処理装置は、被処理水に含まれる臭素濃度を検出する濃度センサ４を備える。

処理槽１は、堰７で複数の区画室８に区画している。この処理槽１は、ポンプ６で一定の流量で被処理水が供給され、供給される被処理水を順番に区画された区画室８に流して排出側の区画室８から排出する。処理装置は、キャビテーション攪拌機５を介して、流入側の区画室８に、被処理水をキャビテーション状態で攪拌しながらチオ硫酸ナトリウムを添加し、またオゾンを添加する。したがって、チオ硫酸ナトリウム供給装置３とオゾン供給装置２は、キャビテーション攪拌機５を備えている。

キャビテーション攪拌機５の断面図を図２に示す。この図に示すキャビテーション攪拌機５は、高速回転するインペラ１１を備えている。高速回転するインペラ１１は、キャビテーションを起こす状態で被処理水を吸入して排出する。インペラ１１は表面に中心から外周に伸びる凸条１１Ａを設けている。このインペラ１１は、モーター１２で高速回転されて、吸入した被処理水を半径方向に加速して排出する。ケーシング１０は、インペラ１１の中心にオ硫酸ナトリウム溶液やオゾン含有空気を供給するための注入路１５を設けている。このキャビテーション攪拌機５は、高速回転するインペラ１１でもって、その注入路１５から供給されるチオ硫酸ナトリウムやオゾン含有空気を、キャビテーション状態で、吸入する被処理水に添加して強制撹拌する。したがって、このキャビテーション攪拌機５を介してチオ硫酸ナトリウムを供給する処理装置は、チオ硫酸ナトリウムを効率よく臭素と反応できる。また、このキャビテーション攪拌機５を介してオゾンを供給する処理装置は、オゾンでもって被処理水に含まれる有機物を効率よく分解できる。

さらに、図２のキャビテーション攪拌機５は、被処理水の排出路１６を永久磁石１３で強磁界としている。永久磁石１３は、インペラ１１とこのインペラ１１と対向する固定子１４との対向面に固定されて、被処理水の排出路１６を強磁界としている。このキャビテーション攪拌機５は、被処理水とチオ硫酸ナトリウムやオゾンとをキャビテーション状態で攪拌しながら、強磁界に通過させる。このため、チオ硫酸ナトリウムが速やかに臭素との反応し、またオゾンで有機物を効率よく分解できる。ただし、本発明の処理装置は、必ずしも被処理水をキャビテーション状態としてチオ硫酸ナトリウムやオゾンを供給する必要はなく、また強磁界に通過させる必要もない。

図３に示す処理装置は、チオ硫酸ナトリウム供給装置３が、被処理水を噴射しながらチオ硫酸ナトリウムを供給するエジェクター２０を備える。図に示すエジェクター２０は、処理槽１の底部に配置された水中ポンプ２１と、この水中ポンプ２１から供給される被処理水を噴射するノズル２２とを備える。このノズル２２には、チオ硫酸ナトリウム溶液を供給するための注入部２３を設けており、この注入部２３から供給されるチオ硫酸ナトリウムを、ノズル２２から噴射される被処理水に添加している。このエジェクター２０は、水中ポンプ２１から供給される被処理水にチオ硫酸ナトリウムを添加しながら、ノズル２２の先端から処理槽１の内部に勢いよく被処理水を噴射して強制撹拌する。したがって、このチオ硫酸ナトリウム供給装置３も、チオ硫酸ナトリウムを効率よく被処理水の臭素と反応できる。さらに、チオ硫酸ナトリウム供給装置は、チオ硫酸ナトリウムを処理槽の底部に供給し、被処理水を撹拌してチオ硫酸ナトリウムと臭素とを反応できる他の全ての構造が採用できる。

さらに、図３の処理装置は、オゾン供給装置２が、被処理水にオゾンを供給する気泡発生器２５を備える。この気泡発生器２５は、処理槽１の底部に配置された複数の散気管２６と、この散気管２６にオゾンを含む空気を供給するエアーポンプ２７とを備える。図の気泡発生器２５は、エアーポンプ２７に連結された供給管２８を処理槽１の底部に配管すると共に、この供給管２８に複数の散気管２６を連結している。図の気泡発生器２５は、供給管２８の両側に散気管２６を連結しており、処理槽１の区画室８の底部の全体に散気管２６を配置して、処理槽１の底面積に対する発泡部面積の割合を大きくしている。散気管２６は、その表面に、微細なエア吐出口（図示せず）を無数に開口しており、エアーポンプ２７から供給されるオゾンを含む空気をエア吐出口から吐出して、微細な気泡を発生させる。この気泡発生器２５は、処理槽１の底部の広い面積に配置された散気管２６から、オゾンを含む空気を微細な気泡の状態で噴射する。したがって、この処理装置は、気泡状態にバブリングされるオゾン空気でもって、被処理水の有機物を効率よく分解できる。さらに、オゾン供給装置は、気泡発生器として、処理槽の底部にオゾン空気を気泡状態にバブリングして発生させる他の全ての構造が採用できる。

チオ硫酸ナトリウム供給装置３は、処理槽１に設けている流入側の区画室８に、キャビテーション攪拌機５を介してチオ硫酸ナトリウムを供給する。チオ硫酸ナトリウムは、被処理水に含まれる臭素がオゾンで酸化されて臭素酸となるのを抑制する。チオ硫酸ナトリウム供給装置３は、処理槽１に供給される被処理水の流量に対して一定の割合でチオ硫酸ナトリウムを添加し、あるいは被処理水に含まれる臭素濃度に対応してチオ硫酸ナトリウムを添加する。臭素濃度でチオ硫酸ナトリウムを制御する処理装置は、処理槽１に流入される被処理水の臭素濃度を濃度センサ４で検出し、検出した臭素濃度でチオ硫酸ナトリウムの供給量をコントロールする。このチオ硫酸ナトリウム供給装置３は、被処理水の臭素濃度に比例して、チオ硫酸ナトリウムの添加量を多くする。

チオ硫酸ナトリウムは、以下の式で示すように臭素に反応して、臭素を臭化ナトリウムと、硫酸と、臭化水素に変化させる。
Ｎａ_２Ｓ_２Ｏ_３＋４Ｂｒ_２＋５Ｈ_２Ｏ→２ＮａＢｒ＋２Ｈ_２ＳＯ_４＋６ＨＢｒ
この式から１モルのチオ硫酸ナトリウム（Ｎａ_２Ｓ_２Ｏ_３）は４モルの臭素（４Ｂｒ_２）と反応する。チオ硫酸ナトリウムの分子量は１５８、臭素の分子量は１６０であるから、１モルに相当する１５８ｇのチオ硫酸ナトリウムが、４モルに相当する６４０ｇの臭素と反応する。したがって、全てのチオ硫酸ナトリウムが臭素に反応するとすれば、理論的には６４０ｇの臭素に対して、１５８ｇのチオ硫酸ナトリウムを添加して臭素酸の発生を抑制できる。したがって、臭素濃度を０．６４ｐｐｍとする被処理水に、濃度が０．１５８ｐｐｍとなるようにチオ硫酸ナトリウムを添加して臭素酸の発生を抑制できる。このことから、チオ硫酸ナトリウムは、約４倍の重量の臭素と反応する。しかしながら、現実には全てのチオ硫酸ナトリウムを残らず臭素と反応させることは難しい。このため、臭素酸の発生を効果的に抑制するために、チオ硫酸ナトリウムの添加量は、被処理水に含まれる臭素の２倍以上、好ましくは１０倍以上、さらに好ましくは２０倍以上とする。キャビテーション攪拌機５を介してチオ硫酸ナトリウムを被処理水に供給する処理装置は、チオ硫酸ナトリウムと臭素との反応性を向上できることから、チオ硫酸ナトリウムの添加量を少なくして、臭素酸の発生をより効果的に抑制できる。

オゾン供給装置２は、キャビテーション攪拌機５を介して被処理水にオゾンを供給する。オゾン供給装置２は、チオ硫酸ナトリウムが添加された被処理水にオゾンを供給する。この処理装置は、臭素をチオ硫酸ナトリウムと反応させて臭化ナトリウムと臭化水素とした後オゾンを添加するので、臭素酸の発生をより効果的に抑制できる。ただ、本発明の処理装置は、チオ硫酸ナトリウムとオゾンとを一緒に被処理水に添加することもでき、また、オゾンを添加した被処理水にチオ硫酸ナトリウムを添加することもできる。

オゾン供給装置２は、たとえば処理槽１に供給される被処理水１リットルに対して、０．６ｍｇ〜１ｍｇの割合でオゾンを供給する。ただし、被処理水の有機物濃度によってオゾンの供給量を被処理水１リットルに対して、０．５ｍｇ〜５ｍｇにコントロールすることもできる。また、オゾン供給装置２は、季節によってオゾンの供給量をコントロールすることもできる。

チオ硫酸ナトリウムを添加して、臭素酸の発生が抑制される状態を図３に示す。この図は、臭素を含む被処理水にオゾンを添加し、チオ硫酸ナトリウムを添加する状態と添加しない状態とで臭素酸の生成量が変化する特性を示している。この図の曲線ＡとＢは、チオ硫酸ナトリウムを添加して臭素酸の発生が抑制される状態を示し、曲線Ｃはチオ硫酸ナトリウムを添加しないで、オゾンを添加して臭素酸が増加する状態を示している。この図は、臭素濃度を０．７５ｐｐｍとする１０００リットルの被処理水に、５ｍｇ／時間の割合でオゾンを供給して、臭素酸の発生量を測定する状態を示している。

チオ硫酸ナトリウムを添加しない被処理水の臭素酸濃度は、曲線Ｃで示すように、２０分後に０．８５ｐｐｍ（ｍｇ／リットル）、４０分後に０．９ｐｐｍ、６０分後に０．９４ｐｐｍとなる。これに対して、曲線Ａはチオ硫酸ナトリウムの添加量を３．４ｇ、曲線Ｂはチオ硫酸ナトリウムの添加量を４３ｇとする状態を示している。曲線Ａに示すように、チオ硫酸ナトリウムの添加量を３．４ｇとする被処理水は、３０分後の臭素酸の濃度が０．７６ｐｐｍ（ｍｇ／リットル）、６０分後の臭素酸の濃度が０．７３ｐｐｍに抑制される。また、曲線Ｂは４３ｇのチオ硫酸ナトリウムを添加して被処理水は、２０分後の臭素酸の濃度が０．００８ｐｐｍ（ｍｇ／リットル）と極めて少なくなる。臭素酸濃度の測定は、測定限界を０．００５ｐｐｍとすることから、ほとんど測定限界に近い値まで臭素酸が抑制される。このことから、本発明の処理装置は、チオ硫酸ナトリウムの添加量をコントロールすることで、臭素を含む被処理水にオゾンを供給しながら、臭素酸の発生を極めて効果的に抑制できる。

本発明の上水道水の処理装置は、臭素を含む上水道水にオゾンを供給して、オゾンで有機物を分解しながら、臭素がオゾンに酸化されて臭素酸となるのを有効に抑制して、臭素酸の濃度を低濃度する上水道水が得られる。

本発明の一実施例にかかる上水道水の処理装置の概略構成図である。 キャビテーション攪拌機の一例を示す断面図である。 本発明の他の実施例にかかる上水道水の処理装置の概略構成図である。 臭素酸の生成量が変化する特性を示すグラフである。

符号の説明

１…処理槽
２…オゾン供給装置
３…チオ硫酸ナトリウム供給装置
４…濃度センサ
５…キャビテーション攪拌機
６…ポンプ
７…堰
８…区画室
１０…ケーシング
１１…インペラ １１Ａ…凸条
１２…モーター
１３…永久磁石
１４…固定子
１５…注入路
１６…排出路
２０…エジェクター
２１…水中ポンプ
２２…ノズル
２３…注入部
２５…気泡発生器
２６…散気管
２７…エアーポンプ
２８…供給管

Claims (7)

1. 被処理水にオゾンを添加するオゾン供給装置(2)を備える上水道水の処理装置であって、オゾン供給装置(2)に加えて、被処理水にチオ硫酸ナトリウムを添加するチオ硫酸ナトリウム供給装置(3)を備え、オゾンとチオ硫酸ナトリウムとで被処理水を処理して臭素酸の発生を抑制するようにしてなる上水道水の処理装置。
2. オゾン供給装置(2)が、チオ硫酸ナトリウム供給装置(3)がチオ硫酸ナトリウムを添加した被処理水にオゾンを供給する請求項１に記載される上水道水の処理装置。
3. 被処理水に含まれる臭素濃度を検出する濃度センサ(4)を備え、前記チオ硫酸ナトリウム供給装置(3)が、濃度センサ(4)で検出する臭素濃度でチオ硫酸ナトリウムの供給量をコントロールする請求項１に記載される上水道水の処理装置。
4. チオ硫酸ナトリウム供給装置(3)が、被処理水をキャビテーション状態に撹拌しながらチオ硫酸ナトリウムを供給するキャビテーション攪拌機(5)を備える請求項１に記載される上水道水の処理装置。
5. オゾン供給装置(2)が、被処理水をキャビテーション状態に攪拌しながらオゾンを供給するキャビテーション攪拌機(5)を備える請求項１に記載される上水道水の処理装置。
6. チオ硫酸ナトリウム供給装置(3)が、被処理水を噴射しながらチオ硫酸ナトリウムを供給するエジェクター(20)を備える請求項１に記載される上水道水の処理装置。
7. オゾン供給装置(2)が、被処理水にオゾンを供給する気泡発生器(25)を備える請求項１に記載される上水道水の処理装置。

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