JP2018083157A - 有機廃水の処理方法及び有機廃水の処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡便な装置で低コストに実施することが可能で、有機廃水中の有機物質の分解効率に優れた有機廃水の処理方法及び処理装置を提供する。【解決手段】有機廃水の処理方法は、有機物質が水中に溶解又は分散した有機廃水を分解処理する方法であって、一対の対向する超音波振動子１２，１３と、超音波振動子１２，１３の間に配置された紫外線源１４とを有する処理槽１１内で、紫外線源１４の近傍の有機廃水に、酸素及び／又はオゾンを含む気体の気泡又は該気泡が分散した水を供給しながら超音波及び紫外線を照射し、有機物質の少なくとも一部を分解する工程を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、有機廃水中の有機物質を、低コストで効率よく分解可能な有機廃水の処理方法及び有機廃水の処理装置に関する。

金属等の切削加工の際には、切削工具と被削物との摩擦の低減及び冷却、加工面の洗浄等の目的で、研削油が用いられている。過去には、コスト及び性能面で優れている塩素系研削油が広く用いられていたが、短鎖塩素化パラフィンの発がん性のリスク、廃油処理時のダイオキシン発生の問題があることに加え、揮発性有機物質（ＶＯＣ）の排出規制に対応する必要があることから使用されなくなり、近年は、鉱物油等の油を、水溶性有機溶媒や界面活性剤等を用いて水中に溶解または分散させた水溶性切削油が用いられている。また、切削油以外に、塗料や離型剤等についても、水溶性化が進んでいる。それに伴い、これらの水溶性組成物を使用する現場からの廃水や液体廃棄物に占める有機廃水（有機物質が水中に溶解又は分散した廃水をいう。）の割合が増加している。

有機物質として、油分を多く含む有機廃水の処理には、水と油分の比重差に基づく浮上分離等により、油分を除去した後に、活性汚泥法等の生物処理を行う処理方法が従来から用いられてきた。しかし、水溶性塗料及び水溶性切削油等において、油分がエマルジョンを形成していたり、界面活性剤と共存していたり、水と水溶性有機溶媒との混合溶媒中に溶解していたりするため、浮上分離が困難であると共に、鉱物油等の難分解性の有機物質が用いられている場合が多いため、生物処理による分解処理によっても、有機物質を十分に分解できないという問題がある。

さらに、これらの有機廃水は、凝集処理や、難分解性有機物質の除去に従来用いられているオゾンやフェントン試薬等の酸化剤による処理によっても、含まれる有機物質を十分に分解できない。特に、炭化水素系化合物の酸化分解が不十分な場合、両親媒性の脂肪族カルボン酸が生成し、泡が発生したり、エマルジョンを生成したりすることにより、処理がより困難になる場合がある。

かかる事情に鑑みて、有機廃水を加熱処理して、水又は有機物質を蒸発させることにより両者を分離する方法が提案されている。例えば、特許文献１には、加熱された筒体と、この筒体の内壁面に液状廃棄物を注ぐための注水部とを備え、液状廃棄物に含有される水分を蒸発させて前記液状廃棄物から水分を分離することを特徴とする液状廃棄物処理装置が開示されている。また、特許文献２には、排水を加熱し水分を蒸発させ、排水に含有している有機物質質を蒸発乾固させ、水分から固体として分離することを特徴とする排水処理方法が開示されている。

特開２００１−９４４４号公報 特開２００９−２２００４７号公報

しかしながら、特許文献１、２に記載の方法は、蒸発させた水又は有機物質の凝結設備が必要となるため、装置が大がかりになると共に、多大なエネルギーを必要とする。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、簡便な装置で低コストに実施することが可能で、有機廃水中の有機物質の分解効率に優れた有機廃水の処理方法及び処理装置を提供することを目的とする。

前記目的に沿う本発明の第１の態様は、有機物質が水中に溶解又は分散した有機廃水を分解処理する方法であって、一対の対向する超音波振動子と、前記超音波振動子の間に配置された紫外線源とを有する処理槽内で、前記紫外線源の近傍の前記有機廃水に、酸素及び／又はオゾンを含む気体の気泡又は該気泡が分散した水を供給しながら超音波及び紫外線を照射し、前記有機物質の少なくとも一部を分解する工程を有する有機廃水の処理方法を提供することにより上記課題を解決するものである。

本発明の第１の態様に係る有機廃水の処理方法において、前記酸素及び／又はオゾンを含む気体の気泡が、マイクロバブルであってもよい。

本発明の第１の態様に係る有機廃水の処理方法において、前記有機廃水が、水溶性切削油を含むものであってもよい。

本発明の第２の態様は、有機物質が水中に溶解又は分散した有機廃水を処理する処理槽と、前記処理槽の内部に互いに対向するように設けられた一対の超音波振動子と、前記超音波振動子の間に配置された紫外線源と、前記紫外線源の近傍に、酸素及び／又はオゾンを含む気体の気泡又は該気泡が分散した水を供給する含酸素気泡供給手段を有することを特徴とする有機廃水の処理装置を提供することにより上記課題を解決するものである。

本発明の第２の態様に係る有機廃水の処理装置において、前記酸素及び／又はオゾンを含む気体のマイクロバブルを発生させるマイクロバブル発生手段を更に有していてもよい。

本発明に係る有機廃水の処理方法及び処理装置を用いた場合、超音波及び紫外線の照射並びに酸素及び／又はオゾンを含む気体の気泡の供給を組み合わせることにより、油状の有機物質がエマルジョンを形成していたり、界面活性剤と共存していたりするため、従来の生物処理に適しない有機廃水中の有機物質であっても効率よく酸化分解することができる。また、有機物質の大部分を、二酸化炭素と水にまで分解できるため、処理水の発泡やエマルジョンの生成の原因となる界面活性剤や、分解の中間生成物である脂肪酸等を効率よく分解できる。したがって、必要に応じて、油水分離や吸着材を用いた後処理等と組み合わせることにより、有機廃水中の有機物質をほぼ完全に除去できる。

特に、酸素及び／又はオゾンを含む気体の気泡がマイクロバブルである場合には、表面積が大きくなると共に、水中で安定に存在するので、紫外線照射による、単位体積あたりの酸素からの酸素活性種の生成量を増大させることができる。

また、本発明に係る有機廃水の処理方法及び処理装置によると、有機廃水の処理に大がかりな設備が不要となると共に、有機廃水の処理コストを大幅に低減できる。特に、水溶性切削油の洗浄装置等の有機廃水の処理に、本発明に係る有機廃水の処理方法及び処理装置を適用した場合、洗浄装置に組み込むことも可能であり、処理水を洗浄水としてリサイクル使用することも可能となる。

本発明の第１の実施の形態に係る有機廃水の処理装置を示す概略図である。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。図１に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る有機廃水の処理装置１０は、有機物質が水中に溶解又は分散した有機廃水を処理するための装置であり、有機廃水を処理する処理槽１１と、処理槽１１の内部に互いに対向するように設けられた一対の超音波振動子１２、１３と、超音波振動子１２、１３の間に配置された紫外線ランプ（紫外線源の一例）１４と、紫外線ランプ１４の近傍に、酸素及び／又はオゾンを含む気体のマイクロバブル（気泡の一例）が分散した水を供給する含酸素気泡供給手段１５を有している。

本実施の形態に係る有機廃水の処理装置１０において、含酸素気泡供給手段１５は、酸素及び／又はオゾンを含む気体と水とを混合し、酸素及び／又はオゾンを含む気体のマイクロバブルを発生させるマイクロバブル発生手段１６と、マイクロバブルが分散した水を紫外線ランプ１４の近傍に供給するためのポンプ１７を更に有している。

処理槽１１は、内部に収容した有機廃水に含まれる有機物質を分解処理するための槽状の容器で、その形状、大きさには特に制限がなく、有機廃水の処理装置１０の設置場所、設置スペースの大きさ及び形状、有機廃水の単位時間あたりの処理量等に応じて、任意の形状及び大きさを選択できる。処理槽１１の材質についても、有機廃水に含まれる有機物質や、有機物質の分解処理時に用いられる紫外線、超音波、酸素活性種に対する十分な耐久性を有する限りにおいて、特に制限はない。

処理槽１１の内部には、互いに対向するように配置された一対の超音波振動子１２、１３が設けられている。超音波振動子１２、１３の形状、大きさ及び間隔に特に制限はなく、処理槽１１の大きさ及び形状等に応じて、適当な大きさ及び形状のものを適宜選択して用いることができる。好ましい超音波振動子１２、１３の形状としては、矩形の板状のものが挙げられ、これを互いに平行に対向するように、処理槽１１の内部に所定の間隔で配置されていてもよい。超音波振動子１２、１３の周波数及び出力にも特に制限はなく、有機廃水に含まれる有機物質の種類及び含有量、処理槽１１の大きさ、有機廃水の単位時間あたりの処理量等に応じて、適宜選択することができる。超音波の周波数は、好ましくは１２０から２００ＫＨｚである。

超音波振動子１２、１３の間には、紫外線ランプ１４が配置されている。紫外線ランプの種類及び出力に特に制限はなく、処理槽１１の大きさ、有機廃水に含まれる有機物質の種類及び濃度、単位時間あたりの有機廃水の処理用等に応じて、所望の発光波長及び出力を有する紫外線ランプを適宜選択して用いることができる。紫外線ランプの具体例としては、低圧水銀灯、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、水銀キセノンランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ等が挙げられる。紫外線ランプ１４の本数、配置等は、処理槽１１の形状及び大きさ、照射面積、所望の光度等に応じて適宜選択される。また、紫外線ランプ１４は、紫外線に対する透過性を有する石英ガラス等からなる（図示しない）ケーシングに収容された状態で処理槽１１の内部に配置されていてもよい。この場合において、ケーシングは、例えば、紫外線ランプ１４を冷却するためのウォータージャケットを兼ねていてもよい。

有機廃水の処理装置１０は、紫外線ランプ１４の近傍に、酸素及び／又はオゾンを含む気体のマイクロバブルが分散した水を供給する含酸素気泡供給手段１５を有している。本実施の形態に係る有機廃水の処理装置１０において、含酸素気泡供給手段１５は、処理槽１１の外部で酸素及び／又はオゾンを含む気体と水とを混合させ、酸素及び／又はオゾンを含む気体のマイクロバブルが分散した水を生成するマイクロバブル発生手段１６と、マイクロバブル発生手段１６により生成したマイクロバブルが分散した水を紫外線ランプ１４の近傍に供給するためのポンプ１７とを有している。なお、マイクロバブル発生手段１６は、酸素及び／又はオゾンを含む気体のマイクロバブルを、処理槽１１の内部、好ましくは紫外線ランプ１４の近傍で生成させるように配置されていてもよい。

酸素及び／又はオゾンを含む気体としては、空気、純酸素又はオゾンを含む空気が挙げられる。オゾンを含む空気からマイクロバブルを生成する場合には、含酸素気泡供給手段１５は、更に図示しないオゾン発生手段を有している。

マイクロバブル発生手段１６としては、任意の公知のものを特に制限なく用いることができる。マイクロバブルの直径は、好ましくは５０μｍ以下である。

有機廃水の処理装置１０は、必要に応じて、分解されずに残った有機物質を処理後の有機廃水から分離するための油水分離装置や活性炭フィルター、油吸着樹脂等を更に有していてもよい。

有機廃水の処理装置１０は、例えば、切削加工装置で用いられる水溶性切削油の洗浄工程で発生する有機廃水の処理等のために、洗浄装置と組み合わせて用いることができる。この場合において、処理後の有機廃水は、洗浄工程で用いられる洗浄水として再利用することが可能であるため、洗浄水の使用量を低減できる。

本発明の第２の実施の形態に係る有機廃水の処理方法は、有機物質が水中に溶解又は分散した有機廃水を分解処理する方法であって、例えば、本発明の第１の実施の形態に係る有機廃水の処理装置１０を用いて実施することができる。この場合において、同実施の形態に係る有機廃水の処理方法は、一対の対向する超音波振動子１２、１３と、超音波振動子１２、１３の間に配置された紫外線ランプ１４とを有する処理槽１１内で、紫外線ランプ１４の近傍の有機廃水に、酸素及び／又はオゾンを含む気体の気泡又は該気泡が分散した水を供給しながら超音波及び紫外線を照射し、有機物質の少なくとも一部を分解する工程を有している。

本実施の形態に係る有機廃水の処理方法処理装置において、互いに対向するように一対の超音波振動子１２、１３が設けられ、その間に紫外線ランプ１４が配置された処理槽１１の内部に有機廃水を収容し、含酸素気泡供給手段１５を介して、紫外線ランプ１４の近傍に酸素及び／又はオゾンを含む気体の気泡（マイクロバブル）を供給しながら、超音波及び紫外線を照射する。この場合において、気泡に含まれる酸素に紫外線が照射されることにより、気泡の表面付近に反応性の高い酸素活性種が生成し、これにより有機廃水中の有機物質が効率よく酸化分解される。さらに、超音波照射と組み合わせることにより、キャビテーション気泡の生成及びその断熱圧縮に伴う局所的な高温場が形成され、有機物質の酸化分解が更に促進されると考えられる。

本実施の形態に係る有機廃水の処理方法の処理対象となる有機廃水の種類に特に制限はなく、有機物質が水中に溶解又は分散した任意の有機廃水について、本実施の形態に係る有機廃水の処理方法を適用できる。有機廃水の具体例としては、水溶性塗料、水溶性離型剤、水溶性切削油、洗浄剤等を含む廃水が挙げられる。

次に、本発明の作用効果を確認するために行った実施例について説明する。
実施例１：インジゴカルミン水溶液の分解試験
図１に示す構造を有する有機廃水の処理装置（処理槽の容量：７０Ｌ、超音波振動子：周波数１２０ＫＨｚ、出力５００Ｗ、紫外線ランプ：出力３０Ｗ）を用いて、インジゴカルミン水溶液の分解試験を行った。インジゴカルミン水溶液（濃度：２５ｍｇ／Ｌ）を処理槽に収容し、紫外線及び超音波を照射しながら、紫外線ランプの近傍に（１）オゾンマイクロバブル又は（２）空気マイクロバブルを供給しながら、分解処理を行った。また、対照実験として、（３）超音波照射と空気マイクロバブルの供給のみ行った場合、（４）超音波照射と紫外線照射のみ行った場合、（５）紫外線照射とオゾンマイクロバブルの照射のみ行った場合についても同様の実験を行った。

４時間の分解処理後、上記（１）及び（２）の場合、インジゴカルミン水溶液は、青色から淡黄色に変化し、インジゴカルミンが分解されたことが確認された。また、処理実験前後の６１０ｎｍにおける吸光度の変化から、分解率を算出したところ、上記（１）から（５）の場合における分解率は、それぞれ、９１％、８４％、０％、７２％、７９％であった。以上の結果より、超音波及び紫外線照射と、空気又はオゾンマイクロバブルの供給とを全て組み合わせることにより、インジゴカルミンの分解率が増大することが確認された。

実施例２：界面活性剤含有水の分解試験
過酸化水素やフェントン試薬を用いた水溶切削油を含む有機廃水の分解試験において、界面活性剤が分解を受けにくいため、処理後の有機廃水に残留した界面活性剤が発泡を起こすことが後処理を困難にしていることに鑑みて、界面活性剤を含む水を用いて、実施例１の（１）と同様の条件下で、界面活性剤（ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム：１８ｍｇ／Ｌ）の分解試験を行った。分解処理後、界面活性剤が分解され、処理後の界面活性剤含有水が発泡を起こさないことが確認された。

実施例３：水溶性切削油希釈液の分解試験
油分濃度１４００ｍｇ／Ｌの水溶性切削油希釈液（ＭＩＹＡＧＡＷＡ １００ＳＷ−Ｒ、１０ｇを水７０Ｌで希釈）を用いて、実施例１の（１）と同様の条件下で分解試験を行った。更に、油吸着樹脂を充填したカートリッジ内に有機廃水を循環させることにより、油分の一部を吸収させた。分解処理後、油分濃度は、排出基準の５ｍｇ／Ｌ以下に低下しており、残存した界面活性剤による発泡も生じなかった。この結果より、分解処理後の水溶性切削油は、後処理を行うことなく排出できる程度に有機物質の分解除去が行われていることが確認された。

また、洗浄装置からの廃水の連続処理を想定し、１時間毎に水溶性切削油を１０ｇずつ追加し、有機廃水処理装置の連続運転を行った。上記と同様、有機廃水の処理装置内での分解処理に加え、油吸着樹脂を充填したカートリッジ内に有機廃水を循環させることにより、分解処理後の油分濃度は、洗浄水として再利用可能な水準である１５ｍｇ／Ｌ以下に維持されていることが確認された。

１０：有機廃水の処理装置
１１：処理槽
１２、１３：超音波振動子
１４：紫外線ランプ
１５：含酸素気泡供給手段
１６：マイクロバブル発生手段
１７：ポンプ

Claims (5)

1. 有機物質が水中に溶解又は分散した有機廃水を分解処理する方法であって、
   一対の対向する超音波振動子と、前記超音波振動子の間に配置された紫外線源とを有する処理槽内で、前記紫外線源の近傍の前記有機廃水に、酸素及び／又はオゾンを含む気体の気泡又は該気泡が分散した水を供給しながら超音波及び紫外線を照射し、前記有機物質の少なくとも一部を分解する工程を有する有機廃水の処理方法。
2. 前記酸素及び／又はオゾンを含む気体の気泡が、マイクロバブルであることを特徴とする請求項１に記載の有機廃水の処理方法。
3. 前記有機廃水が、水溶性切削油を含むものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の有機廃水の処理方法。
4. 有機物質が水中に溶解又は分散した有機廃水を処理する処理槽と、
   前記処理槽の内部に互いに対向するように設けられた一対の超音波振動子と、
   前記超音波振動子の間に配置された紫外線源と、
   前記紫外線源の近傍に、酸素及び／又はオゾンを含む気体の気泡又は該気泡が分散した水を供給する含酸素気泡供給手段を有することを特徴とする有機廃水の処理装置。
5. 前記酸素及び／又はオゾンを含む気体のマイクロバブルを発生させるマイクロバブル発生手段を更に有することを特徴とする請求項４に記載の有機廃水の処理装置。

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