JP2011212562A - 有機排水の処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】有機排水を浄化処理する際に、オゾンガスの注入量を減らしてランニングコストを抑制する。
【解決手段】オゾンガスの注入量に対するＢＯＤの変化量が減少して所定の目標値に達するまで有機排水にオゾンガスを注入する。処理された有機排水を好気的条件下で生物処理する。これら一連の処理を繰り返し行う。
【選択図】 図４

Description

本発明は、オゾン処理と生物処理とを組み合わせた有機排水の浄化処理方法に関する。

この種の有機排水の処理方法については、各種提案されている（特許文献１〜３等）。例えば、特許文献１には、オゾン処理した後、嫌気的条件と好気的条件の下で生物処理し、最後に過酸化水素の存在下でオゾン処理する方法が開示されている。また、特許文献２には、生物処理した後にコンパクトなオゾン処理を行って生物処理に有利な低分子の有機物を増加させ、その後更に生物処理を行う３段の排水処理方法が開示されている。

特許文献３には、オゾン処理と生物処理との間に紫外線照射を行うことが開示されている。紫外線の照射によってオゾンの酸化が促進され、オゾンが残ることなく酸素に分解されるので、後段の生物処理を効率よく行うことができる。

特開平７−９６２８６号公報 特開２００１−１９１０９３号公報 特開平１１−３３５９２号公報

オゾンには強力な有機物の分解能力があるため、オゾン処理は有機排水の処理に関して極めて有効な手段となっている。しかし、オゾン処理の場合、多量のオゾンガスを生成する必要があるため、生物処理等に比べてランニングコストが高くつくことが大きな障害となっている。

上述したように、経済性を考慮して、オゾン処理と生物処理等とを組み合わせた様々な処理方法が提案されてはいるが、ランニングコストの観点から見ると未だ不十分である。

そこで、本発明の目的は、処理全体で用いられるオゾン量をよりいっそう減らすことができ、ランニングコストを効果的に抑制できる有機排水の処理方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明では、所定の条件の下でオゾン処理と生物処理とを繰り返し行うようにした。

具体的には、本発明の有機排水の処理方法は、オゾンガスの注入量に対するＢＯＤの変化量が所定の目標値に達するまで有機排水にオゾンガスを注入する前処理工程と、前記前処理工程で処理された前記有機排水を好気的条件下で生物処理する本処理工程と、を含み、前記前処理工程及び前記本処理工程を繰り返し行うことを内容としている。

なお、ここでいう有機排水とは、少なくとも有機物の汚れを含む排水を意味し、本方法では、その有機物の汚れを浄化することを目的としている。特に生物処理では処理が難しく十分に浄化できない有機排水に好適であり、その一例としては、例えば、ゴミ浸出水や工場排水などがある。浄化とは、例えば、有機排水のＣＯＤ（化学的酸素要求量）が所定値以下に達するまで低下させることをいう。ＢＯＤとは、生物化学的酸素要求量（Ｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｏｘｙｇｅｎ Ｄｅｍａｎｄ）である。生物処理とは、微生物による有機物の分解作用を利用して有機排水中の有機物を除去する処理である。

この処理方法によれば、まず、前処理工程で有機排水にオゾンガスを注入することで、有機排水中に含まれる有機物を生物処理で分解し易い形態に変化させ、その有機物（易分解有機物）量を増やすことができる。その易分解有機物の増加はＢＯＤの増加と相関が認められるため、ＢＯＤを測定することで易分解有機物の生成効率を評価することができる。

さらに、オゾンガスの注入量を増やすと、経時的に易分解有機物の生成効率は低下する。すなわち、易分解有機物量が増加する反面、オゾンが易分解有機物を分解する量も増加するため、易分解有機物量は頭打ちになり、その後は減少傾向に転じる。そこで、易分解有機物の生成効率が大幅に低下する前にオゾンガスの注入を終了させる。換言すれば、オゾンの注入による易分解有機物の生成が効率よく行われている段階でオゾンガスの注入を終了させる。

この処理方法では、オゾンの注入は繰り返し行うことを前提としているので、例えば、最初のオゾン処理を途中で終了させても、以降のオゾン処理で補完できる。従って、オゾンガスの注入は、易分解有機物の生成効率等が大幅に低下する前であれば、特に厳密な時間管理を要さずに終了させることができる。

そうすることで、注入するオゾンガスをほとんど無駄なく有機排水に作用させることができ、結果としてランニングコストを抑制することができる。オゾンガスの易分解有機物の生成効率の低下に伴い、オゾンガスの注入量に対するＢＯＤの変化量も減少するので、目標値はそのＢＯＤの変化量を利用して設定すればよい。

前処理工程によって有機排水中の酸素や易分解有機物の濃度が増加するため、続いて好気的条件の下で生物処理を行うことで、生物処理を促進させることができる。なお、生物処理は、オゾン処理に比べてランニングコストは低額であるので、必要に応じてその処理方法や処理時間を選択すればよい。

本処理工程で有機排水の浄化が進むと易分解有機物量が減少するので、再度、前処理工程を行い、易分解有機物の高い生成効率が維持されている間に、具体的にはＢＯＤが所定の目標値に達するまでオゾンガスを注入する。そうすると、残存する有機物が分解され、新たに易分解有機物が生成されてその量が増加する。オゾン処理によって生物処理では分解できない有機物も易分解有機物に分解されるし、オゾンガスもほとんど無駄なく有機排水に作用させることができる。

そうして、生物処理を行えば、先と同様に増加した酸素や易分解有機物量によって効率のよい生物処理を行うことができる。後は、求める有機排水の浄化レベルに達するまで、前処理工程と本処理工程とを繰り返し実行すればよい。

このように、これら一連の処理を繰り返し行うことで、オゾンガスを無駄なく使用しながら、生物処理を促進させることができるので、処理全体で用いられるオゾン量を限界近くまで減らすことができ、ランニングコストを効果的に抑制することが可能になる。また、一連の処理を繰り返し行うことで、設備全体のサイズを小さくできる利点もある。

特に、前記目標値は、オゾンガスの注入初期における前記変化量の５０〜２０％の範囲内に設定するのが好ましい。

オゾンガスの注入初期における前記変化量の５０〜２０％の範囲内に目標値を設定すれば、安定的に、オゾンによる高い分解効率が維持されている状態でオゾンガスの注入を終わらせることができるので、注入したオゾンガスのほとんどを無駄なく有機排水に作用させることができる。

更には、前記前処理工程では、前記有機排水にオゾンガスを注入する処理とともに、前記有機排水中に水酸基ラジカルを生成する強化処理が行われ、これら処理が繰り返し行われるようにするのが好ましい。

そうすれば、水酸基ラジカルはオゾンガスよりも酸化力が強いので、有機物の分解をよりいっそう促進させることができる。その結果、オゾンガスの注入量を減らすことができ、処理全体としてのランニングコストをよりいっそう抑制できる。強化処理としては、例えば、紫外線の照射や過酸化水素の添加等の水酸基ラジカルを発生させる処理が挙げられる。

更には、前記前処理工程及び前記本処理工程と組み合わせて、少なくとも次亜塩素酸及び過酸化水素のいずれか１つを前記有機排水に添加する工程を含むのが好ましい。特に、前処理工程の予備工程とするのがより好ましい。

次亜塩素酸や過酸化水素は、オゾンガスに比べて有機物の分解力は弱いものの、ランニングコストはオゾンガスに比べて少ない。従って、有機排水に含まれる比較的分解され易い有機物を次亜塩素酸等で事前に分解、除去しておくことで、オゾンガスの分解負担を軽減できるので、オゾンガスの注入量を減らすことができ、処理全体としてのランニングコストを抑制できる。

以上説明したように、本発明の有機排水の処理方法によれば、処理全体で用いられるオゾン量を効率よく減らすことができるので、ランニングコストを効果的に抑制できる。

本実施形態における処理装置の構成を示す模式図である。 処理の過程を示す模式図である。 ＢＯＤとオゾンガスの注入量との関係を模式的に示すグラフである。 一連の処理でのオゾンガスの注入量とＣＯＤとの関係を模式的に示すグラフである。 実施例におけるオゾン処理の試験装置を示す模式図である。 実施例における一連の処理でのオゾンガスの注入量とＣＯＤとの関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。ただし、以下の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物あるいはその用途を制限するものではない。

図１に、本実施形態におけるバッチ式の処理装置を示す。この処理装置には、オゾン処理を行うオゾン処理槽１と、生物処理を行う生物処理槽２とが備えられている。

オゾン処理槽１は、有機排水を貯留することができ、上面に開閉可能な蓋を有する密閉容器である。オゾン処理槽１の内部における底側には、オゾンガスを気泡状にして有機排水中に放出するガス注入装置３が設けられている。このガス注入装置３にはＰＳＡ型のオゾン発生装置４が接続されていて、オゾン発生装置４によって所定濃度に調整されたオゾンガスが所定流量でガス注入装置３に供給される。オゾン処理槽１の上部には、ヘッドスペースに溜まるオゾン含有ガスを安全に排気する排気装置５が備えられている。

オゾン処理槽１の下端には排水口が形成されており、この排水口に循環配管６の一端が接続されている。循環配管６の他端はオゾン処理槽１の内部における上側に導入されている。循環配管６の途中には、循環ポンプ７とＵＶ装置８が設置されている。循環配管６の下端部には外部に通じる排水配管９が接続されている。

循環配管６の上端部には２方切替弁１１が設けられている。その２方切替弁１１の一方の流路に循環配管６が接続され、他方の流路に生物処理槽２に送水する送水配管１２が接続されている。なお、符号１３は電磁開閉弁を示し、符号１４はサンプリングポートを示している。

生物処理槽２は、上面が開放された開放容器であり、その内部の底側には、空気を気泡状にして貯留された有機排水に放出する第２ガス注入装置１５が設けられている。この第２ガス注入装置１５には空気供給装置１６が接続されていて、この空気供給装置１６によって所定流量の空気が第２ガス注入装置１５に供給される。

生物処理槽２の下端にも排水口が形成されており、この排水口にリターン配管１７の一端が接続されている。リターン配管１７の他端はオゾン処理槽１の内部における上側に導入されている。リターン配管１７の途中には第２循環ポンプ１８が設置されている。リターン配管１７の下端部にも外部に通じる第２排水配管１９が接続されている。

この処理装置は、制御装置２１によって制御されている。例えば、オゾン発生装置４やＵＶ装置８、循環ポンプ７、第２循環ポンプ１８，２方切替弁１１、電磁開閉弁１３等の作動タイミングはこの制御装置２１によって総合的に制御されている。また、制御装置２１には、所定のデータを入力することができ、それによってこれら各機器の作動タイミングを設定することができる。

次に、この処理装置を用いた場合における有機排水の処理方法について説明する。

（予備工程）
本工程では、次亜塩素酸や過酸化水素を有機排水に添加する。例えば、図１に示すように、オゾン処理槽１に有機排水を導入し、貯留する。そこに所定量の次亜塩素酸等を添加した後、循環ポンプ７を作動させ、有機排水と次亜塩素酸等を混合する。

そうすることで、有機排水中に含まれる比較的分解し易い有機物を分解することができるので、次の前処理工程におけるオゾンの処理負担を軽減することができる。

（前処理工程）
本工程では、オゾンによる易分解有機物の生成効率が大幅に低下する前まで、有機排水にオゾンガスを注入する。具体的には、オゾンガスの注入量に対するＢＯＤの変化量が減少して所定の目標値に達するまで有機排水にオゾンガスを注入することができる。なお、本工程の目的は有機物の浄化ではなく、有機排水に含まれる易分解有機物量を増加させることにある。

有機排水が循環している状態で、オゾン発生装置４を作動させ、ガス注入装置３を通じて有機排水中にオゾンガスを放出させる。そうすることで、有機排水中にオゾンガスが満遍なく分散され、有機排水に含まれる有機物はオゾンガスの作用によって分解（変化）する。その際、生物処理では分解され難い有機物が易分解有機物に変化するため、微生物の栄養源が増加して生物処理に有利になるとともにＢＯＤが増加する。

また、オゾンガスの注入と同時にＵＶ装置８も作動させる（強化処理）。オゾンガスが含まれる有機排水に対して紫外線を照射することで、有機排水に水酸基ラジカルが生成される。水酸基ラジカルの酸化力はオゾンよりも強力であるため、よりいっそう有機物の分解を促進することができる。前処理工程の期間中は、有機排水に対してオゾンガスの注入と紫外線の照射とが繰り返し行われる。

オゾンガスの注入開始から定期的に有機排水をサンプリングしてそのＢＯＤを測定する。ただし、ＢＯＤの正確な測定には時間を要する。簡易な測定方法も存在するが、それでも結果が得られるまでに３０分程度は必要である。従って、最初の前処理工程では、例えば、ＢＯＤの結果に基づかず、易分解有機物の高い生成効率が維持されている間にＢＯＤを測定すればよい。最初の前処理工程で有機排水の有機物の分解が不十分であっても、その後に繰り返す前処理工程で分解できるからである。例えば、後述する試験結果に基づけば、最初の前処理工程でのオゾンガスの注入量は暫定的に４００ｍｇ／Ｌに設定することができる。

（本処理工程）
本工程では、前処理工程で処理された有機排水を好気的条件下で生物処理する。まず、制御装置２１によって２方切替弁１１が送水配管１２側に切り替えられ、有機排水が生物処理槽２に送水される。

図２に示すように、生物処理槽２に有機排水が貯留された後、空気供給装置１６が作動し、第２ガス注入装置１５を通じて有機排水中に空気が放出され、曝気処理が行われる。そして、生物処理を促進させるために、有機排水に微生物製剤等を添加する。有機排水中には、前処理工程によって溶存酸素や易分解有機物量が増加しているので、微生物による有機物の分解作用を効果的に発揮させることができ、有機排水の浄化をよりいっそう促進することができる。

生物処理の場合、オゾン処理に比べてランニングコストはほとんどかからないので、例えば、数日等、長期間実施することができる。従って、この生物処理の期間を利用すれば、有機排水のＢＯＤも正確に求めることができる。

図３に、ＢＯＤとオゾンガスの注入量（累積値）との関係を示す。同図に示すように、ＢＯＤは、オゾンガスの注入量初期は、ほぼ直線状に増加するが、その後は注入量が増加するに従って逓減する。すなわち、オゾンガスの注入量がある程度を超えると、ＢＯＤの変化量（Δｙ／Δｘ、グラフの傾き）が減少し、それと共に、オゾンガスによる易分解有機物の生成効率も低下する。

そこで、同図に示すように、オゾンによる易分解有機物の生成効率が大幅に低下する前の所定の段階でオゾンガスの注入を終了させる。具体的には、オゾンガスの注入量に対するＢＯＤの変化量を求め、その値がオゾンによる高い分解効率が維持されている間の所定の目標値に到達した時点でオゾンガスの注入を終了すればよい。

目標値としては、例えば、オゾンガスの注入初期における変化量から減少し、その変化量に対して５０〜２０％の変化量となる範囲内で設定するのが好ましい。変化量が減少しても注入初期から半減していない状態では、生成される易分解有機物量が少なくて生物処理を効果的に行うことができないおそれがあり、変化量が減少して注入初期の２０％の値を下回るようになると、易分解有機物量が頭打ちあるいは減少傾向に転じることによって非効率となるおそれがある。それに対し、変化量が注入初期の５０〜２０％の値の範囲内であれば、オゾンによる高い易分解有機物の生成効率が維持されている適切なタイミングで安定してオゾンガスの注入を終了させることができる。

（第２の前処理工程等）
生物処理が十分に行われた後、第２循環ポンプ１８を作動させ、リターン配管１７を通じて有機排水を再度、オゾン処理槽１に返水する。そして、上述した前処理工程と同様にオゾン処理を行い、設定した所定の目標値に達するまで有機排水にオゾンガスを注入する。続いて上述した本処理工程と同様に生物処理を行う。

後は、目標とする浄化レベルに達するまで、これら一連の処理を繰り返し実行する。そうして、目標の浄化レベルに達した時に、排水配管９か第２排水配管１９のいずれかから浄化した有機排水を排水すればよい。

図４に、これら一連の処理を繰り返し行った場合における、オゾンガスの注入量（累積値）と浄化レベルを示すＣＯＤ（化学的酸素要求量）との関係を示す（実線）。２点鎖線は、その比較例としてオゾン処理のみを行った場合を示している。同図中、Ａの部分が前処理工程、Ｂの部分が本処理工程である。

同図に示すように、本実施形態の処理方法によれば、各前処理工程で同程度に高いオゾンの浄化効率が得られ（ＣＯＤの変化量がほぼ一定）、本処理工程でも効率のよい生物処理を行うことができるので、処理全体でのオゾンガスの注入量を減少させることができ、ランニングコストを効果的に抑制することができる。

＜実施例＞
図５に示すようなオゾン処理の試験装置を構成した。同図中、３１はオゾン処理槽、３２はＵＶ装置、３３はガス注入装置、３４は循環ポンプ、３５はＰＳＡ型のオゾン発生装置、３６はオゾン濃度計、３７はオゾン分解器、３８は流量計、３９はオゾンガス用の配管、４０は有機排水用の配管である。オゾン処理はこの試験装置を用いて上述した前処理工程と同様の処理を行った。生物処理は、エアレーションができる処理槽を別途設け、有機排水を移し替えることによって上述した本処理工程と同様の処理を行った。

試験では、オゾンガスを４００ｍｇ／Ｌまで注入して生物処理を行う場合（実施例）、オゾンガスを８００ｍｇ／Ｌまで注入して生物処理を行う場合（比較例１）、オゾン処理のみを行う場合（比較例２）の３条件により、それぞれ有機排水を処理した。その他の条件は同じであり、処理する有機排水量は６Ｌとし、オゾンガスの濃度は１２０ｇ／ｍ³とした。有機排水の初期のＣＯＤは約３４０（ｍｇ／Ｌ）であり、これを１００（ｍｇ／Ｌ）まで浄化することとした。

その結果を、次の表１及び図６に示す。

実施例や比較例１は、比較例２と比べて浄化効率が高く、処理全体でのオゾンガスの注入量も少なかった。これは、生物処理を併用したこと等の相乗効果によると思われる。

また、実施例は、比較例１と比べても浄化効率は高く、処理全体でのオゾンガスの注入量も少なかった。詳しくは、実施例の方が比較例１に比べて生物処理での浄化効率が高かった。表１に示すように、オゾン処理終了時のＢＯＤは実施例よりも比較例１の方が小さかったことから、比較例１では、オゾンによる分解が進み過ぎて生物処理に有効な易分解有機物まで分解されてしまったものと思われる。

また、オゾンガスの注入量が４００〜８００ｍｇ／Ｌの間での浄化効率は、実施例の方が比較例１よりも優れていた。すなわち、比較例１では、オゾンによる分解が進み過ぎて、頭打ちあるいは減少傾向に転じているのに対し、実施例では、生物処理によって易分解有機物が分解され、有機排水が前処理工程の前と同じような状態に戻るため、そのグラフの傾きが示すように、２度目のオゾン処理の分解効率は１度目のオゾン処理の分解効率とほとんど違いはなく、効率よく浄化できている。

このように、オゾン処理と生物処理とを所定の条件の下で繰り返し行うことで、処理全体としてのオゾンガスの注入量を減らすことができ、ランニングコストを効果的に抑制することができるようになる。

なお、本発明にかかる有機排水の処理方法は、前記の実施形態に限定されず、それ以外の種々の構成をも包含する。

上記実施形態ではバッチ式の処理装置を例に説明したが、連続式の処理装置であってもよい。例えば、オゾン処理槽１と生物処理槽２とが繰り返し連続的に多段に接続された処理装置を設ければ、有機排水を連続的に処理することができる。

処理する有機排水の品質が安定している場合には、事前にその有機排水のＢＯＤの変化量を評価できるので、その場合には、最初の前処理工程から所定の目標値を用いてオゾン処理を行えばよい。

強化処理は、繰り返し行われる前処理工程の全てで行ってもよいし、部分的に行ってよい。

１ オゾン処理槽
２ 生物処理槽
３ ガス注入装置
４ オゾン発生装置
５ 排気装置
６ 循環配管
７ 循環ポンプ
８ ＵＶ装置
９ 排水配管
１２ 送水配管
１５ 第２ガス注入装置
１６ 空気供給装置
１７ リターン配管
１８ 第２循環ポンプ

Claims (4)

1. オゾンガスの注入量に対するＢＯＤの変化量が減少して所定の目標値に達するまで有機排水にオゾンガスを注入する前処理工程と、
   前記前処理工程で処理された前記有機排水を好気的条件下で生物処理する本処理工程と、を含み、
   前記前処理工程及び前記本処理工程を繰り返し行う有機排水の処理方法。
2. 請求項１に記載の有機排水の処理方法において、
   前記目標値が、オゾンガスの注入初期における前記変化量の５０〜２０％の範囲内に設定されている有機排水の処理方法。
3. 請求項１又は請求項２に記載の有機排水の処理方法において、
   前記前処理工程では、前記有機排水にオゾンガスを注入する処理とともに、前記有機排水中に水酸基ラジカルを生成する強化処理が行われ、これら処理が繰り返し行われる有機排水の処理方法。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の有機排水の処理方法において、
   前記前処理工程及び前記本処理工程と組み合わせて、少なくとも次亜塩素酸及び過酸化水素のいずれか１つを前記有機排水に添加する工程を更に含む有機排水の処理方法。

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