JP2022125844A - 尿素処理装置及び処理方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ユースポイントに供給される処理水のＴＯＣ値の上昇を抑制することができる尿素処理装置及び尿素処理方法を提供すること。【解決手段】被処理水中の尿素を処理する尿素処理装置であって、前記被処理水中の尿素が処理される第１の反応槽と、前記第１の反応槽又は前記第１の反応槽に接続し前記第１の反応槽に前記被処理水を供給する第１の配管に接続され、前記被処理水に臭化物塩及び塩素系酸化剤を添加する第１の添加手段と、前記第１の反応槽で処理された第１の処理水中に残存する尿素が処理される第２の反応槽と、前記第２の反応槽又は前記第２の反応槽に接続し前記第２の反応槽に前記第１の処理水を供給する第２の配管に接続され、前記第１の処理水に塩素系酸化剤又は鉱酸の少なくとも一方を添加する第２の添加手段と、を備える尿素処理装置及び当該装置を使用する尿素処理方法。【選択図】図１
Description
本発明は、尿素処理装置及び処理方法に関し、特に純水製造プロセスにおける尿素処理装置及び処理方法に関する。
水道水や地下水、工業用水などの原水から純水を製造するために用いられる純水製造装置は、例えば、逆浸透膜装置、イオン交換装置、紫外線酸化装置などを組み合わせて構成される。原水中に尿素が含まれる場合、尿素は、逆浸透膜装置、イオン交換装置及び紫外線酸化装置のいずれによっても除去することが難しい物質であり、生成された純水に尿素が残留することにより、その純水のＴＯＣ（全有機炭素；ｔｏｔａｌ ｏｒｇａｎｉｃ ｃａｒｂｏｎ）濃度が上昇する。半導体製造などの用途のために特に純度が高い純水、すなわち超純水を製造する場合などには、得られる超純水におけるＴＯＣ濃度の上限値が厳しく設定されているので、原水から尿素を除去する工程が必要となる。
特許文献１には、次亜臭素酸塩を生成する薬剤を原水に加えて反応槽に供給し、反応槽内で次亜臭素酸塩により尿素を分解除去する方法が開示されている。
一般的に尿素分解反応は反応に時間を要するため、反応槽での滞留時間が長くなるようにする必要がある。このような尿素処理方法（処理装置）において、反応槽内で尿素が分解しきれずに反応槽の後段に流出した場合、その時点で原水にさらに次亜臭素酸塩を生成する薬剤を追加投入しても、尿素が除去された処理水が得られるまでにはタイムラグが発生する。その間、ユースポイントにはＴＯＣ値が上昇した処理水が供給されてしまうという問題がある。
したがって、本発明の目的は、ユースポイントにＴＯＣ値が上昇した処理水が供給されることを抑制することができる尿素処理装置及び尿素処理方法を提供することにある。
したがって、本発明の目的は、ユースポイントにＴＯＣ値が上昇した処理水が供給されることを抑制することができる尿素処理装置及び尿素処理方法を提供することにある。
本発明は、以下の［１］から［１０］の構成からなる。
[１] 被処理水中の尿素を処理する尿素処理装置であって、
前記被処理水中の尿素が処理される第１の反応槽と、
前記第１の反応槽又は前記第１の反応槽に接続し前記第１の反応槽に前記被処理水を供給する第１の配管に接続され、前記被処理水に臭化物塩及び塩素系酸化剤を添加する第１の添加手段と、
前記第１の反応槽で処理された第１の処理水中に残存する尿素が処理される第２の反応槽と、
前記第２の反応槽又は前記第２の反応槽に接続し前記第２の反応槽に前記第１の処理水を供給する第２の配管に接続され、前記第１の処理水に塩素系酸化剤又は鉱酸の少なくとも一方を添加する第２の添加手段と、
を備える尿素処理装置。
[２] 前記第２の反応槽における前記第１の処理水の滞留時間が、前記第１の反応槽における前記被処理水の滞留時間より短い、前記[１]に記載の尿素処理装置。
[３] 前記第２の反応槽の後段に設けられ、前記第２の反応槽で処理された第２の処理水中のＴＯＣ濃度又は尿素濃度を監視するＴＯＣ計又は尿素計と、
前記第２の処理水中のＴＯＣ濃度又は尿素濃度に応じて、前記第１の添加手段及び／又は前記第２の添加手段からの添加量を制御する手段と、
を有する、前記[１]又は[２]に記載の尿素処理装置。
[４] 前記第２の反応槽の後段に設けられ、前記第２の処理水に含まれる酸化剤成分を還元する還元剤の添加手段を備えている、前記[１]から[３]に記載の尿素処理装置。
［５］ 前記[１]から[４]に記載の尿素処理装置と、
前記の尿素処理装置の後段に設けられ、前記尿素処理装置で処理された水が供給されるイオン交換装置と、
前記イオン交換装置の後段に設けられ、前記イオン交換装置で処理された水が供給される逆浸透膜装置とを備える純水製造システム。
［６］ 被処理水中の尿素を処理する尿素処理方法であって、
前記被処理水に、尿素分解剤として臭化物塩及び塩素系酸化剤を添加して前記尿素を処理する第１の処理工程と、
前記第１の処理工程で得られた第１の処理水に、尿素分解剤として、塩素系酸化剤又は鉱酸の少なくとも一方を添加して、前記第１の処理水中に残存する尿素を処理する第２の処理工程と、
を有する尿素処理方法。
［７］ 前記第２の処理工程の処理時間が前記第１の処理工程の処理時間より短い、前記［６］に記載の尿素処理方法。
［８］ 前記第２の処理工程で得られた第２の処理水中のＴＯＣ又は尿素濃度を測定する測定工程と、
前記第２の処理水中のＴＯＣ又は尿素濃度に応じて、前記第１の処理工程及び／又は第２の処理工程における尿素分解剤の添加量を制御する添加量制御工程と、
を有する前記［６］又は［７］に記載の尿素処理方法。
［９］ 前記第２の処理水に含まれる酸化剤成分を還元する還元工程を有する、前記［６］から［８］に記載の尿素処理方法。
［１０］ 前記［６］から［９］に記載の尿素処理方法を前処理工程として備える、純水製造方法。
[１] 被処理水中の尿素を処理する尿素処理装置であって、
前記被処理水中の尿素が処理される第１の反応槽と、
前記第１の反応槽又は前記第１の反応槽に接続し前記第１の反応槽に前記被処理水を供給する第１の配管に接続され、前記被処理水に臭化物塩及び塩素系酸化剤を添加する第１の添加手段と、
前記第１の反応槽で処理された第１の処理水中に残存する尿素が処理される第２の反応槽と、
前記第２の反応槽又は前記第２の反応槽に接続し前記第２の反応槽に前記第１の処理水を供給する第２の配管に接続され、前記第１の処理水に塩素系酸化剤又は鉱酸の少なくとも一方を添加する第２の添加手段と、
を備える尿素処理装置。
[２] 前記第２の反応槽における前記第１の処理水の滞留時間が、前記第１の反応槽における前記被処理水の滞留時間より短い、前記[１]に記載の尿素処理装置。
[３] 前記第２の反応槽の後段に設けられ、前記第２の反応槽で処理された第２の処理水中のＴＯＣ濃度又は尿素濃度を監視するＴＯＣ計又は尿素計と、
前記第２の処理水中のＴＯＣ濃度又は尿素濃度に応じて、前記第１の添加手段及び／又は前記第２の添加手段からの添加量を制御する手段と、
を有する、前記[１]又は[２]に記載の尿素処理装置。
[４] 前記第２の反応槽の後段に設けられ、前記第２の処理水に含まれる酸化剤成分を還元する還元剤の添加手段を備えている、前記[１]から[３]に記載の尿素処理装置。
［５］ 前記[１]から[４]に記載の尿素処理装置と、
前記の尿素処理装置の後段に設けられ、前記尿素処理装置で処理された水が供給されるイオン交換装置と、
前記イオン交換装置の後段に設けられ、前記イオン交換装置で処理された水が供給される逆浸透膜装置とを備える純水製造システム。
［６］ 被処理水中の尿素を処理する尿素処理方法であって、
前記被処理水に、尿素分解剤として臭化物塩及び塩素系酸化剤を添加して前記尿素を処理する第１の処理工程と、
前記第１の処理工程で得られた第１の処理水に、尿素分解剤として、塩素系酸化剤又は鉱酸の少なくとも一方を添加して、前記第１の処理水中に残存する尿素を処理する第２の処理工程と、
を有する尿素処理方法。
［７］ 前記第２の処理工程の処理時間が前記第１の処理工程の処理時間より短い、前記［６］に記載の尿素処理方法。
［８］ 前記第２の処理工程で得られた第２の処理水中のＴＯＣ又は尿素濃度を測定する測定工程と、
前記第２の処理水中のＴＯＣ又は尿素濃度に応じて、前記第１の処理工程及び／又は第２の処理工程における尿素分解剤の添加量を制御する添加量制御工程と、
を有する前記［６］又は［７］に記載の尿素処理方法。
［９］ 前記第２の処理水に含まれる酸化剤成分を還元する還元工程を有する、前記［６］から［８］に記載の尿素処理方法。
［１０］ 前記［６］から［９］に記載の尿素処理方法を前処理工程として備える、純水製造方法。
本発明によれば、ユースポイントにＴＯＣ値が上昇した処理水が供給されることを抑制することができる尿素処理装置及び尿素処理方法を提供することができる。
本発明者は、上記問題点を解決すべく検討した結果、以下の知見を得た。
次亜臭素酸イオンを生成して被処理水中の尿素を分解して処理水を得る尿素処理工程を２ヶ所設置し、１工程目で尿素が流出する傾向がみられた場合、２工程目でさらに尿素分解剤（塩素系酸化剤又は酸）を追加注入し尿素を除去することで、最適な薬剤量で常時、尿素が除去された処理水を供給することができることを知見したものである。以下、本発明について、先ず、尿素処理方法について説明し、次に当該処理方法を実施し得る尿素処理装置について説明する。
次亜臭素酸イオンを生成して被処理水中の尿素を分解して処理水を得る尿素処理工程を２ヶ所設置し、１工程目で尿素が流出する傾向がみられた場合、２工程目でさらに尿素分解剤（塩素系酸化剤又は酸）を追加注入し尿素を除去することで、最適な薬剤量で常時、尿素が除去された処理水を供給することができることを知見したものである。以下、本発明について、先ず、尿素処理方法について説明し、次に当該処理方法を実施し得る尿素処理装置について説明する。
本発明の尿素処理方法は、被処理水中の尿素を処理する尿素処理方法に関する。この尿素処理方法は、次の２つの工程を有する。
・第１の処理工程：被処理水に、尿素分解剤として臭化物塩及び塩素系酸化剤を添加して前記尿素を処理する工程。
・第２の処理工程：前記第１の処理工程で得られた第１の処理水に、尿素分解剤として塩素系酸化剤又は鉱酸の少なくとも一方を添加して、前記第１の処理水中に残存する尿素を処理する工程。
本発明では、２つの処理工程を行うことが重要であり、２つの処理工程は連続していても、連続していなくてもよい。また２つの処理工程の間には、次亜臭素酸を消費する設備(活性炭塔など)が設置されていない限り、処理水をろ過する工程、例えば、後述する二層式砂ろ過器(マルチメディアフィルター：ＭＭＦ)によるろ過工程を有してもよい。
・第１の処理工程：被処理水に、尿素分解剤として臭化物塩及び塩素系酸化剤を添加して前記尿素を処理する工程。
・第２の処理工程：前記第１の処理工程で得られた第１の処理水に、尿素分解剤として塩素系酸化剤又は鉱酸の少なくとも一方を添加して、前記第１の処理水中に残存する尿素を処理する工程。
本発明では、２つの処理工程を行うことが重要であり、２つの処理工程は連続していても、連続していなくてもよい。また２つの処理工程の間には、次亜臭素酸を消費する設備(活性炭塔など)が設置されていない限り、処理水をろ過する工程、例えば、後述する二層式砂ろ過器(マルチメディアフィルター：ＭＭＦ)によるろ過工程を有してもよい。
第１の処理工程は、その前段において、被処理水に次亜臭素酸を生成する尿素分解剤（以下、単に「薬剤」ともいう）を添加する。被処理水としては、尿素を含む水を適宜用いることができ、例えば工業用水、市水、井水等の純水製造用の原水を適宜用いることができる。被処理水中に尿素は、例えば２～５００μｇ／Ｌ程度含まれる。次亜臭素酸を生成する薬剤としては、臭化物塩及び塩素系酸化剤を添加する。臭化物塩は水溶性のものであることが好ましく、例えば臭化ナトリウム（ＮａＢｒ）が用いられる。塩素系酸化剤としては、例えば次亜塩素酸塩、特に次亜塩素酸ナトリウム（ＮａＣｌＯ）が用いられる。
尿素を含む被処理水に上記薬剤を添加すると被処理水中の尿素が選択的に酸化される尿素分解反応により除去され第１の処理水が得られる。
この尿素分解反応は、以下の反応に基づいている。
ＮａＢｒ＋ＮａＣｌＯ→ＮａＢｒＯ＋ＮａＣｌ
ＣＯ（ＮＨ２）２＋３ＮａＢｒＯ→３ＮａＢｒ＋Ｎ２＋２Ｈ２Ｏ＋ＣＯ２
第１の処理工程は、被処理水を常温（例えば２０℃程度）、常圧（例えば１気圧程度）、ｐＨ７程度に調整し、０．５～２４時間程度反応させることで行うことができる。
臭化物塩、塩素系酸化剤の添加量は、被処理水中の尿素の濃度に応じて適宜設定されるものであり特に制限されないが、第１の被処理水中の尿素の濃度が、１μｇ／Ｌ以下となるように添加することが好ましく、通常、臭化物塩１～５ｍｇ／Ｌ程度及び塩素系酸化剤１～１０ｍｇ／Ｌ程度である。
尿素を含む被処理水に上記薬剤を添加すると被処理水中の尿素が選択的に酸化される尿素分解反応により除去され第１の処理水が得られる。
この尿素分解反応は、以下の反応に基づいている。
ＮａＢｒ＋ＮａＣｌＯ→ＮａＢｒＯ＋ＮａＣｌ
ＣＯ（ＮＨ２）２＋３ＮａＢｒＯ→３ＮａＢｒ＋Ｎ２＋２Ｈ２Ｏ＋ＣＯ２
第１の処理工程は、被処理水を常温（例えば２０℃程度）、常圧（例えば１気圧程度）、ｐＨ７程度に調整し、０．５～２４時間程度反応させることで行うことができる。
臭化物塩、塩素系酸化剤の添加量は、被処理水中の尿素の濃度に応じて適宜設定されるものであり特に制限されないが、第１の被処理水中の尿素の濃度が、１μｇ／Ｌ以下となるように添加することが好ましく、通常、臭化物塩１～５ｍｇ／Ｌ程度及び塩素系酸化剤１～１０ｍｇ／Ｌ程度である。
臭化物塩、塩素系酸化剤の添加方法としては、次亜臭素酸イオンの生成を促す形態であれば特に制限はなく、それぞれの注入配管を被処理水の送水配管に設置して添加する方法や、ラインミキサーや混合反応槽等の混合器を併用する方法などを用いることができる。
続く、第２の処理工程は、その前段にて、第１の処理工程で得られた第１の処理水に薬剤として塩素系酸化剤又は鉱酸を添加する。塩素系酸化剤及び鉱酸は少なくとも一方を添加すればよく、いずれか一方を添加しても両方を添加しても構わない。塩素系酸化剤としては、第１の処理工程と同様、例えば次亜塩素酸塩、特に次亜塩素酸ナトリウム（ＮａＣｌＯ）が用いられる。酸としては、例えば、塩酸（ＨＣｌ）、硝酸（ＨＮＯ３）、リン酸（Ｈ３ＰＯ４）、硫酸（Ｈ２ＳＯ４）が用いられる。
第１の処理水に、例えば、塩素系酸化剤として、第１の処理工程と同様に、次亜塩素酸ナトリウム（ＮａＣｌＯ）を添加する場合は、第１の処理工程と同様の反応により、第１の処理水中の残存尿素が除去され、第２の処理水が得られる。
また、第１の処理水に、鉱酸として、ＨＣｌを添加する場合並びに塩素系酸化剤及び鉱酸を添加する場合も、第１の処理水中のｐＨが変化するだけで、第１の処理工程と同様の反応により、第１の処理水中の残存尿素が除去され、第２の処理水が得られる。
また、第１の処理水に、鉱酸として、ＨＣｌを添加する場合並びに塩素系酸化剤及び鉱酸を添加する場合も、第１の処理水中のｐＨが変化するだけで、第１の処理工程と同様の反応により、第１の処理水中の残存尿素が除去され、第２の処理水が得られる。
第１の処理水に、尿素分解剤として塩素系酸化剤及び／又は鉱酸を添加することにより第２の処理水が得られる。
第２の処理工程は、常温（例えば２０℃程度）、常圧（例えば１気圧程度）に調整した第１の処理水に塩素系酸化剤及び／又は鉱酸を添加することにより行われる。
第２の処理工程において、第１の処理水に塩素系酸化剤を添加する場合は、遊離残留塩素濃度が好ましくは１～１０ｍｇ／Ｌとなるように添加する。
また第２の処理工程において、第１の処理水に鉱酸を添加しｐＨを調整する場合は、ｐＨ４～６の条件下にすることが好ましい。被処理水のｐＨが４未満では、上記した薬剤の添加に起因して次亜臭素酸イオンがガス化する弊害がある。反対に被処理水のｐＨが１０を超えると尿素の処理能力は向上するが、塩類負荷を増す結果となるので好ましくないので上記範囲とされる。
さらに第２の処理工程に塩素系酸化剤と鉱酸を併用する場合は、上記の塩素系酸化剤と鉱酸の添加量がそれぞれ上記の範囲となるように添加することが好ましい。すなわち、遊離残留塩素濃度が１～１０ｍｇ／Ｌとなるように塩素系酸化剤を添加し、鉱酸をｐＨ４～６の条件下となるように添加することが好ましい。
第２の処理工程は、常温（例えば２０℃程度）、常圧（例えば１気圧程度）に調整した第１の処理水に塩素系酸化剤及び／又は鉱酸を添加することにより行われる。
第２の処理工程において、第１の処理水に塩素系酸化剤を添加する場合は、遊離残留塩素濃度が好ましくは１～１０ｍｇ／Ｌとなるように添加する。
また第２の処理工程において、第１の処理水に鉱酸を添加しｐＨを調整する場合は、ｐＨ４～６の条件下にすることが好ましい。被処理水のｐＨが４未満では、上記した薬剤の添加に起因して次亜臭素酸イオンがガス化する弊害がある。反対に被処理水のｐＨが１０を超えると尿素の処理能力は向上するが、塩類負荷を増す結果となるので好ましくないので上記範囲とされる。
さらに第２の処理工程に塩素系酸化剤と鉱酸を併用する場合は、上記の塩素系酸化剤と鉱酸の添加量がそれぞれ上記の範囲となるように添加することが好ましい。すなわち、遊離残留塩素濃度が１～１０ｍｇ／Ｌとなるように塩素系酸化剤を添加し、鉱酸をｐＨ４～６の条件下となるように添加することが好ましい。
塩素系酸化剤及び／又は酸の添加方法としては、第１の処理工程と同様、それぞれの注入配管を被処理水の送水配管に設置して添加する方法や、ラインミキサーや混合反応槽等の混合器を併用する方法などを用いることができる。
本発明の尿素処理方法では、第２の処理工程の処理時間が第１の処理工程の処理時間より短いことが好ましい。第１の処理工程の処理時間よりも第２の処理工程の処理時間を短くすることで、迅速に尿素が除去された処理水を供給することができる。
具体的には、第１の処理工程の処理時間：第２の処理工程の処理時間を２：１～６０：１とすることが好ましい。
具体的には、第１の処理工程の処理時間：第２の処理工程の処理時間を２：１～６０：１とすることが好ましい。
また本発明の尿素処理方法では、処理水中のＴＯＣ又は尿素濃度を監視することにより、第１の処理工程及び／又は第２の処理工程における薬剤の添加量を制御することが好ましい。具体的には、
第２の処理工程で得られた第２の処理水中のＴＯＣ又は尿素濃度を測定する測定工程と、第２の処理水中のＴＯＣ又は尿素濃度に応じて、第１の処理工程及び／又は第２の処理工程における尿素分解剤の添加量を制御する添加量制御工程と、
を有することが好ましい。
少なくとも第２の処理工程の後段に、第２の処理水中のＴＯＣ濃度又は尿素濃度を測定して監視する工程、例えば、第２の処理工程の後段に、ＴＯＣ計又は尿素計（測定装置）を設置し、処理水中のＴＯＣ濃度又は尿素濃度の変化を測定して監視することで、第２の処理水中のＴＯＣ又は尿素濃度に応じて、第２の処理工程における薬剤の添加量、さらに、第１の処理工程における薬剤の添加量を制御することができる。
ＴＯＣ計又は尿素計の設置による、第２の処理水中のＴＯＣ濃度又は尿素濃度の変化を監視する工程は、上述の如く、少なくとも、第２の処理工程の後段に設ける必要があるが、尿素のリークを早く察知でき、ろ過器もしくはろ過水槽（第２の処理工程を実行する設備）での薬剤添加が迅速に行える点から、第２の処理工程の後段だけでなく、第１の処理工程の後段にも設けることが好ましい。
第２の処理工程で得られた第２の処理水中のＴＯＣ又は尿素濃度を測定する測定工程と、第２の処理水中のＴＯＣ又は尿素濃度に応じて、第１の処理工程及び／又は第２の処理工程における尿素分解剤の添加量を制御する添加量制御工程と、
を有することが好ましい。
少なくとも第２の処理工程の後段に、第２の処理水中のＴＯＣ濃度又は尿素濃度を測定して監視する工程、例えば、第２の処理工程の後段に、ＴＯＣ計又は尿素計（測定装置）を設置し、処理水中のＴＯＣ濃度又は尿素濃度の変化を測定して監視することで、第２の処理水中のＴＯＣ又は尿素濃度に応じて、第２の処理工程における薬剤の添加量、さらに、第１の処理工程における薬剤の添加量を制御することができる。
ＴＯＣ計又は尿素計の設置による、第２の処理水中のＴＯＣ濃度又は尿素濃度の変化を監視する工程は、上述の如く、少なくとも、第２の処理工程の後段に設ける必要があるが、尿素のリークを早く察知でき、ろ過器もしくはろ過水槽（第２の処理工程を実行する設備）での薬剤添加が迅速に行える点から、第２の処理工程の後段だけでなく、第１の処理工程の後段にも設けることが好ましい。
処理水中の残存尿素だけではなく、次亜臭素酸を生成する薬剤も純水製造システムに対する負荷となるので、薬剤投入量は少なければ少ない方が良い。本実施形態に係る発明によれば、処理水中の尿素濃度を定量して尿素処理の必要性を判断し、処理が必要な場合は適切な量の薬剤を投入することができるため、反応槽からの尿素リークを抑制しつつ、純水製造システムに対する負荷を軽減することができる。さらに、第２の処理工程の処理時間は短く設定することができるので、出口管理の制御が追従し易い。第２処理工程における出口管理の制御は例えば以下のとおりである。
（１）ＴＯＣ濃度又は尿素濃度の上昇傾向（経時的な変化／傾き）を検知して、ＴＯＣ濃度又は尿素濃度の上昇傾向に関するデータを機械学習装置に備えられた学習アルゴリズムに入力する。
（２）学習アルゴリズムは、入力されたデータに基づき、「所定の濃度を超えないようにするために薬剤添加をする必要があるか否か」を機械学習的に判断し、機械学習装置は「薬剤添加の要否」を示すデータを出力する。
（３）機械学習的な判断に基づき薬剤添加する必要があると判断される場合は、薬剤添加量を算出し、機械学習装置は「薬剤添加の要否」を示すデータに加えて、「薬剤添加量」を示すデータを出力する。
以上により、第２の処理工程において、ＴＯＣ濃度又は尿素濃度の管理値に達する前に薬剤の添加量を制御できる。
（１）ＴＯＣ濃度又は尿素濃度の上昇傾向（経時的な変化／傾き）を検知して、ＴＯＣ濃度又は尿素濃度の上昇傾向に関するデータを機械学習装置に備えられた学習アルゴリズムに入力する。
（２）学習アルゴリズムは、入力されたデータに基づき、「所定の濃度を超えないようにするために薬剤添加をする必要があるか否か」を機械学習的に判断し、機械学習装置は「薬剤添加の要否」を示すデータを出力する。
（３）機械学習的な判断に基づき薬剤添加する必要があると判断される場合は、薬剤添加量を算出し、機械学習装置は「薬剤添加の要否」を示すデータに加えて、「薬剤添加量」を示すデータを出力する。
以上により、第２の処理工程において、ＴＯＣ濃度又は尿素濃度の管理値に達する前に薬剤の添加量を制御できる。
さらに第２の処理工程の後段には、処理水に残存する酸化剤成分を還元するために還元処理工程を設けることが好ましい。還元処理工程は、処理水中のＴＯＣ濃度又は尿素濃度を監視する工程の前段又は後段の何れに設けても好ましいが、ＴＯＣ濃度又は尿素濃度の検出精度などの観点から、処理水中のＴＯＣ濃度又は尿素濃度を監視する工程の前段に設けることが好ましい。ここで使用される還元剤としては、過酸化水素等を用いることができる。
以下、本発明の尿素処理方法を実施するための尿素処理装置の一例について図面を用いて説明する。なお、図１等では、本発明に係る尿素処理方法を一系列のシステムで実施する場合の尿素処理装置について記載しているが、これに限定されず、本発明に係る尿素処理方法は、複数系列の尿素処理装置（システム）で実施されてもよい。
図１に示す処理装置１０は、直列に配置された２つの反応槽を備えている。上流側の反応槽（第１の反応槽２０）と下流側の反応槽（第２の反応槽２５）は第２の配管２３で接続されている。第１の反応槽２０の入口には、第１の反応槽２０に被処理水を供給する第１の配管（原水供給配管）２２が接続され、第１の配管２２には、被処理水に臭化物塩及び塩素系酸化剤を添加する第１の添加手段２１が接続されている。第１の添加手段２１は、臭化物塩及び塩素系酸化剤を混合したものを被処理水に添加するように構成されていても良いし、臭化物塩及び塩素系酸化剤をそれぞれ被処理水に添加するように構成されていても良い。臭化物塩としては臭化ナトリウム（ＮａＢｒ）、塩素系酸化剤としては次亜塩素酸ナトリウム（ＮａＣｌＯ）が挙げられる。第１の反応槽２０と第２の反応槽２５とは第２の配管２３により接続され、第２の配管２３は、第１の反応槽で処理された処理水を第２の反応槽２５に供給する。第２の配管２３には、塩素系酸化剤又は鉱酸の少なくとも一方を添加する第２の添加手段２４が接続されている。第２の反応槽２５には、処理水を排出する第３の配管２６が接続されている。
第１の添加手段２１により臭化物塩及び塩素系酸化剤が添加された処理水は、第１の配管２２から第１の反応槽２０に供給され、第１の反応槽２０内で被処理水中の尿素が処理される。得られた処理水は、第１の反応槽２０から第２の配管２３を介して排出される。第２の配管２３を介して第１の反応槽２０から排出された処理水には、第２の反応槽２５に供給される過程で、その途中で、第２の添加手段２４から塩素系酸化剤又は鉱酸の少なくとも一方が添加される。第２の反応槽２５内では、第１の反応槽２０で処理された処理水中に残存する尿素が処理され、第３の配管２６を介して第２の反応槽２５から処理水が排出される。
また各反応槽には、適宜、不図示の撹拌機構が設けられていてもよい。撹拌機構は、撹拌機、水中ポンプあるいは曝気装置などによって構成される。
図１に示す処理装置１０は、直列に配置された２つの反応槽を備えている。上流側の反応槽（第１の反応槽２０）と下流側の反応槽（第２の反応槽２５）は第２の配管２３で接続されている。第１の反応槽２０の入口には、第１の反応槽２０に被処理水を供給する第１の配管（原水供給配管）２２が接続され、第１の配管２２には、被処理水に臭化物塩及び塩素系酸化剤を添加する第１の添加手段２１が接続されている。第１の添加手段２１は、臭化物塩及び塩素系酸化剤を混合したものを被処理水に添加するように構成されていても良いし、臭化物塩及び塩素系酸化剤をそれぞれ被処理水に添加するように構成されていても良い。臭化物塩としては臭化ナトリウム（ＮａＢｒ）、塩素系酸化剤としては次亜塩素酸ナトリウム（ＮａＣｌＯ）が挙げられる。第１の反応槽２０と第２の反応槽２５とは第２の配管２３により接続され、第２の配管２３は、第１の反応槽で処理された処理水を第２の反応槽２５に供給する。第２の配管２３には、塩素系酸化剤又は鉱酸の少なくとも一方を添加する第２の添加手段２４が接続されている。第２の反応槽２５には、処理水を排出する第３の配管２６が接続されている。
第１の添加手段２１により臭化物塩及び塩素系酸化剤が添加された処理水は、第１の配管２２から第１の反応槽２０に供給され、第１の反応槽２０内で被処理水中の尿素が処理される。得られた処理水は、第１の反応槽２０から第２の配管２３を介して排出される。第２の配管２３を介して第１の反応槽２０から排出された処理水には、第２の反応槽２５に供給される過程で、その途中で、第２の添加手段２４から塩素系酸化剤又は鉱酸の少なくとも一方が添加される。第２の反応槽２５内では、第１の反応槽２０で処理された処理水中に残存する尿素が処理され、第３の配管２６を介して第２の反応槽２５から処理水が排出される。
また各反応槽には、適宜、不図示の撹拌機構が設けられていてもよい。撹拌機構は、撹拌機、水中ポンプあるいは曝気装置などによって構成される。
第２の反応槽２５の後段には、処理水中のＴＯＣ濃度又は尿素濃度を監視するＴＯＣ計又は尿素計２８が設けられており、ＴＯＣ濃度又は尿素濃度に応じて、第１の反応槽の添加手段２１及び／又は第２の反応槽の添加手段２４を制御し（図１中の一点鎖線参照）、薬剤の添加量を制御することができる。
さらに第２の反応槽２５の後段には、処理水に含まれる酸化剤成分を還元する還元剤、例えば、過酸化水素の添加手段２７が備えられている。還元剤としては過酸化水素、亜硫酸ナトリウム等を用いることができる。過酸化水素は後段設備へのイオン負荷を上げることなく酸化剤成分を還元できるので、好ましい。還元剤の添加手段２７はＴＯＣ計又は尿素計２８の前段又は後段の何れに配置されてもよいが、ＴＯＣ濃度又は尿素濃度の検出精度、ＴＯＣ濃度又は尿素濃度で検出する前の前処理装置の劣化防止の観点から、ＴＯＣ計又は尿素計の前段に配置することが好ましい。
さらに第２の反応槽２５の後段には、処理水に含まれる酸化剤成分を還元する還元剤、例えば、過酸化水素の添加手段２７が備えられている。還元剤としては過酸化水素、亜硫酸ナトリウム等を用いることができる。過酸化水素は後段設備へのイオン負荷を上げることなく酸化剤成分を還元できるので、好ましい。還元剤の添加手段２７はＴＯＣ計又は尿素計２８の前段又は後段の何れに配置されてもよいが、ＴＯＣ濃度又は尿素濃度の検出精度、ＴＯＣ濃度又は尿素濃度で検出する前の前処理装置の劣化防止の観点から、ＴＯＣ計又は尿素計の前段に配置することが好ましい。
第２の反応槽２５における被処理水の滞留時間（第２の処理工程における処理時間）は、第１の反応槽２０における被処理水の滞留時間（第１の処理工程における処理時間）より短いことが好ましい。反応槽における被処理水の滞留時間の調整は、例えば、第２の反応槽２５の容量を第１の反応槽２０の容量より小さくすることにより調整することができる。この場合、第１の反応槽２０の容量：第２の反応槽２５の容量を２：１～６０：１とすることが好ましい。なお、第２の反応槽２５は、既存のろ過器もしくは原水槽、その両方を利用してもよく、尿素分解反応が進行するのであれば、プラグフローでも構わない。
図２（ａ）ないし（ｃ）に示すように、第１の反応槽２０の後段には、濁質成分の濾過目的で、二層式砂ろ過器(マルチメディアフィルター：ＭＭＦ)が設置されていてもよい。ＭＭＦ３３では、定期的に逆洗処理及びリンス処理が行われる。逆洗処理で使用される逆洗水やリンス処理で使用されるリンス水は、第２の反応槽２５以降の水質の良い水を供給源（不図示）として用いることができる。リンス処理によりＭＭＦ３３から排出された水（リンス排水）のうち、不図示の水質計により、水質を判断し、比較的水質の良い水（リンス排水）を、図２（ａ）に示すように、リンス戻り水として戻り配管（第４の配管）２９を介して第１の反応槽２０に戻し、水質が良くない水は不図示の配管より廃棄する。なお、リンス戻り水の流量は不図示の流量計により取得する。第４の配管２９を流れるリンス戻り水には、臭化物塩及び塩素系酸化剤、例えば、臭化ナトリウム（ＮａＢｒ）及び次亜塩素酸ナトリウム（ＮａＣｌＯ）などの薬剤を添加することができる。この際、薬剤を含むリンス戻り水の混合には、例えば、不図示のラインミキサ－を使用することができる。薬剤の添加量（薬注量）は、第４の配管２９に不図示の残塩計を設置して決めることができる。つまり、配管２２から第１の反応槽２０に供給される被処理水が、配管２２から流入しない場合は、リンス戻り水のみの水量に合わせて薬注量を制御し、また配管２２から流入する場合は、リンス戻り水に加えて、配管２２からの流量に合わせて薬注量を制御できるようにすることができる。
また図２（ａ）に示すように、鉱酸及び／又は次亜塩素酸、例えば、塩酸（ＨＣｌ）及び／又は次亜塩素酸ナトリウム（ＮａＣｌＯ）などの薬剤は、ＭＭＦの前段で添加してもよく、ＭＭＦの前段と第２の反応層の前段の両方で添加してもよい。
また図２（ａ）に示すように、鉱酸及び／又は次亜塩素酸、例えば、塩酸（ＨＣｌ）及び／又は次亜塩素酸ナトリウム（ＮａＣｌＯ）などの薬剤は、ＭＭＦの前段で添加してもよく、ＭＭＦの前段と第２の反応層の前段の両方で添加してもよい。
また図２（ｂ）に示すように、第１の反応槽２０からＭＭＦ３３に送る配管の一部を分岐させて、第１の反応槽２０への戻り配管（第５の配管３０）を形成してもよい。
第１の反応槽２０の後段に設置されたＭＭＦ３３は、故障、メンテナンス等を考慮し、通常、複数機設置され、稼働していないＭＭＦ３３が存在する場合がある。この場合、第１の反応槽２０からＭＭＦ３３に送る配管から分岐して第１の反応槽２０に接続する配管のうち、第１の反応槽２０から稼働していないＭＭＦ３３に送る配管から分岐する配管を第１の反応槽２０への戻り配管（第５の配管３０）とすることができる。この第５の配管に薬剤を添加することもできる。この際、薬剤を含むリンス水の混合は、例えば、不図示のラインミキサーを使用して混合することができる。薬注量は、第５の配管に不図示の残塩計を設置して薬注量を決めることができる。つまり、リンス戻り水などの水量に合わせて薬注量を制御できるようにすることができる。
このような第５の配管３０を設けることで、ＭＭＦ３３による逆洗処理によりリンス水が発生しない場合であっても、薬剤を添加することができる。
また図２（ｂ）に示すように、鉱酸及び／又は次亜塩素酸、例えば、塩酸（ＨＣｌ）及び／又は次亜塩素酸ナトリウム（ＮａＣｌＯ）などの薬剤は、ＭＭＦ３３の前段で添加してもよく、ＭＭＦの前段と第２の反応層の前段の両方で添加してもよい。
第１の反応槽２０の後段に設置されたＭＭＦ３３は、故障、メンテナンス等を考慮し、通常、複数機設置され、稼働していないＭＭＦ３３が存在する場合がある。この場合、第１の反応槽２０からＭＭＦ３３に送る配管から分岐して第１の反応槽２０に接続する配管のうち、第１の反応槽２０から稼働していないＭＭＦ３３に送る配管から分岐する配管を第１の反応槽２０への戻り配管（第５の配管３０）とすることができる。この第５の配管に薬剤を添加することもできる。この際、薬剤を含むリンス水の混合は、例えば、不図示のラインミキサーを使用して混合することができる。薬注量は、第５の配管に不図示の残塩計を設置して薬注量を決めることができる。つまり、リンス戻り水などの水量に合わせて薬注量を制御できるようにすることができる。
このような第５の配管３０を設けることで、ＭＭＦ３３による逆洗処理によりリンス水が発生しない場合であっても、薬剤を添加することができる。
また図２（ｂ）に示すように、鉱酸及び／又は次亜塩素酸、例えば、塩酸（ＨＣｌ）及び／又は次亜塩素酸ナトリウム（ＮａＣｌＯ）などの薬剤は、ＭＭＦ３３の前段で添加してもよく、ＭＭＦの前段と第２の反応層の前段の両方で添加してもよい。
さらに図２（ｃ）に示すように、前述の第４の配管２９、もしくは、第５の配管３０に薬剤を添加し、さらに被処理水を送液する第１の配管２２に合流させることで、被処理水が第１の反応槽２０に流入した際に確実に薬注されるようにすることができる。薬注量は、第４の配管又は第５の配管に不図示の残塩計を設置して薬注量を決めることができる。つまり、リンス戻り水などの水量に合わせて薬注を制御できるようにすることができる。
また図２（ｃ）に示すように、鉱酸及び／又は次亜塩素酸、例えば、塩酸（ＨＣｌ）及び／又は次亜塩素酸ナトリウム（ＮａＣｌＯ）などの薬剤は、ＭＭＦ３３の前段で添加してもよく、ＭＭＦ３３の前段と第２の反応層２５の前段の両方で添加してもよい。
また図２（ｃ）に示すように、鉱酸及び／又は次亜塩素酸、例えば、塩酸（ＨＣｌ）及び／又は次亜塩素酸ナトリウム（ＮａＣｌＯ）などの薬剤は、ＭＭＦ３３の前段で添加してもよく、ＭＭＦ３３の前段と第２の反応層２５の前段の両方で添加してもよい。
さらに図２（ａ）ないし（ｃ）に示すように、第２の反応槽の後段には、第２の処理水に含まれる酸化剤成分を除去するための手段として、前述の酸化剤成分を還元する還元剤の添加手段とは別に、活性炭塔３４を設けることが好ましい。活性炭塔３４を設けることにより、下流のＲＯ膜の劣化を防ぐことなどができる。
以上説明したＭＭＦ３３を設けた場合において、リンス排水の一部を戻りリンス水として用いる態様について説明したが、図２（ａ）ないし（ｃ）では、本発明に係る尿素処理方法を一系列のシステムで実施しているため、リンス開始のタイミングと原水供給のタイミングを合わせる必要がある。その場合は、リンスが終了するまで(薬注が終わるまで)は反応槽に水を貯めて後段に流さないことが好ましい。なお、本発明に係る尿素処理方法を複数系列のシステムで実施する場合は、他の系列で得られたリンス水を用いることができるため、リンス開始のタイミングと原水供給のタイミングを合わせる必要はない。
本発明の処理装置において、第１の反応槽２０への薬剤添加（薬注）のタイミングは原水供給配管（第１の配管）２２に設けられた、不図示の自動弁開閉と連動させることもできる。例えば、原水が流入するとき(原水流入のポンプがONになった時)に、臭化物塩及び塩素系酸化剤の薬注を開始し、原水流入が停止したとき(原水流入のポンプがOFFになった時)に、臭化物塩及び塩素系酸化剤の薬注を停止することができる。
以上説明した本発明の処理装置及び処理方法は、例えば、水道水や地下水、工業用水などの原水から純水を製造するために用いられる純水製造システムにおける前処理方法及び処理装置として好適であるほか、水使用量削減目的などのために用いられる、排水回収水からTOCを除去する処理装置及びシステムに適用することも可能である。
（純水製造システム）
本発明に基づく処理装置は、純水製造のための前処理装置として用いることができる。図５は、本発明に基づく尿素処理装置を組み込んだ純水製造システムを示している。図示される純水製造システムは、原水から一次純水を製造するものであって、原水が供給される直列２段に設けられた熱交換器（ＨＥＸ）５１，５２と、下流側の熱交換器５２から排出される原水が被処理水として供給される尿素処理装置１０と、ろ過器５３と、活性炭装置（ＡＣＦ）５４と、イオン交換装置５５と、逆浸透膜装置（ＲＯ）５６と、を備えている。尿素処理装置１０としては、例えば、図１に示す尿素処理装置１０が用いられる。ろ過器５３、活性炭装置５４及びイオン交換装置５５は、この順で、尿素処理装置１０の出口に接続されている。イオン交換装置５５は、その入口側から、カチオン交換樹脂塔（ＣＥＲ）、脱炭酸塔（ＤＧ）及びアニオン交換樹脂塔（ＡＥＲ）を配置したものである。イオン交換装置５５から排出される水は、上流側の熱交換器５１に供給されて原水を昇温する熱源として用いられ、その後、逆浸透膜装置５６に供給される。逆浸透膜装置５６からは一次純水が排出される。結局、図５に示す純水製造システムでは、ろ過器５３、活性炭装置５４、イオン交換装置５５及び逆浸透膜装置５６からなる純水製造システムに対する前処理装置として、尿素処理装置１０が設けられていることになる。
また図５に示す純水製造システムでは、尿素処理装置１０の後段に接続されるろ過装置５３を第２の反応層として用いることが可能である。
もちろん、尿素処理装置１０の後段に設けられる純水製造システムの構成は、図５に示したものに限定されるものではない。
本発明に基づく処理装置は、純水製造のための前処理装置として用いることができる。図５は、本発明に基づく尿素処理装置を組み込んだ純水製造システムを示している。図示される純水製造システムは、原水から一次純水を製造するものであって、原水が供給される直列２段に設けられた熱交換器（ＨＥＸ）５１，５２と、下流側の熱交換器５２から排出される原水が被処理水として供給される尿素処理装置１０と、ろ過器５３と、活性炭装置（ＡＣＦ）５４と、イオン交換装置５５と、逆浸透膜装置（ＲＯ）５６と、を備えている。尿素処理装置１０としては、例えば、図１に示す尿素処理装置１０が用いられる。ろ過器５３、活性炭装置５４及びイオン交換装置５５は、この順で、尿素処理装置１０の出口に接続されている。イオン交換装置５５は、その入口側から、カチオン交換樹脂塔（ＣＥＲ）、脱炭酸塔（ＤＧ）及びアニオン交換樹脂塔（ＡＥＲ）を配置したものである。イオン交換装置５５から排出される水は、上流側の熱交換器５１に供給されて原水を昇温する熱源として用いられ、その後、逆浸透膜装置５６に供給される。逆浸透膜装置５６からは一次純水が排出される。結局、図５に示す純水製造システムでは、ろ過器５３、活性炭装置５４、イオン交換装置５５及び逆浸透膜装置５６からなる純水製造システムに対する前処理装置として、尿素処理装置１０が設けられていることになる。
また図５に示す純水製造システムでは、尿素処理装置１０の後段に接続されるろ過装置５３を第２の反応層として用いることが可能である。
もちろん、尿素処理装置１０の後段に設けられる純水製造システムの構成は、図５に示したものに限定されるものではない。
熱交換器５１，５２について説明する。次亜臭素酸による尿素の分解反応は、反応温度を高めた方が速く進行する。そのため、熱交換器５１，５２は、被処理水を加温するために設けられている。上流側の熱交換器５１に対しては、イオン交換装置５５から排出される水が熱源として供給される。イオン交換装置５５から排出される水は、尿素処理装置１０からの処理水をろ過器５３、活性炭装置５４及びイオン交換装置５５に通水して得られる水であり、尿素処理装置１０の前段で加温されていることによって温度が高められたものであるが、これだけでは尿素処理装置１０に供給される被処理水の温度を所定の温度まで昇温させることは難しい。そこで、下流側の熱交換器５２には、より高温の熱源からの熱媒が供給されており、これによって尿素処理装置１０に対して被処理水として供給される原水の温度を所定の温度にまで昇温させている。
図５に示した純水製造システムでは、イオン交換装置５５から排出されて逆浸透膜装置５６に供給される前の水を熱交換器５１に対して熱源として供給しているが、尿素処理装置１０の後段に設けられる純水製造システムのどの部分を流れる水を熱交換器５１に供給させるかは、純水製造システムの構成などに応じて適宜に定めることができる。例えば、純水製造システムにおいて活性炭装置が設けられる場合には、活性炭装置よりも後段を流れる水を熱交換器５１に供給する構成とすれば、活性炭装置に供給される水は加温された状態であるので、生物活性炭の活性を高めることができる。逆に、活性炭装置よりも前段を流れる水を熱交換器５１に供給する構成としたときは、活性炭装置の入口での水温が低下しているので、活性炭装置における吸着量を大きくすることができる。純水製造システム内に凝集槽が設けられる場合には、尿素処理装置１０から排出される加温された水が凝集槽に供給されるようにすることにより、低水温による凝集不良を抑制することができる。
原水から純水を製造する純水製造システムでは、その入口部分に、原水を一時的に貯留するタンクを配置し、純水製造システムへの原水の供給量を平滑化することが一般的である。図５に示す純水製造システムでは、処理装置１０内の反応槽２０が、原水を一時的に貯留するタンクとしての機能も果たすので、原水を一時的に貯留するタンクを別途に設ける必要がなくなる。
以下、実施例と比較例により、本発明をさらに詳しく説明する。
（実施例１）
図３に示す処理装置１１を組み立てた。相模原市水に尿素を添加して濃度５０μｇ／Ｌになるように調製し、これを被処理水とした。
被処理水をｐＨ７、水温２０℃に調整し、３００Ｌの容量を有する第１の反応槽２０に流速７５Ｌ／ｈｒ で供給し、第１の反応槽３１の前段で、臭化ナトリウム２ｍｇ／Ｌ及び次亜塩素酸ナトリウム２．２ｍｇ／Ｌを添加し４時間尿素分解を行い、その処理水を７５Ｌの容量を有する第２の反応槽３２に供給し、第２の反応槽３２の前段で、塩酸を添加してｐＨ６に調整し１時間尿素分解を行った。
第１の反応槽３１の出口水を１００ｍｌ分取し、酸化剤が無くなるまで過酸化水素を添加し、処理水の尿素濃度を分析したところ、この時の処理水中の尿素濃度は３．８μｇ／Ｌであった。同様に第２の反応槽３２の出口水を１００ｍｌ分取し、過酸化水素を添加したところ、この時の処理水中の尿素濃度は、＜１μｇ／Ｌであった。
なお、被処理水および処理水中の尿素濃度はＬＣ－ＭＳ分析にて定量した。
図３に示す処理装置１１を組み立てた。相模原市水に尿素を添加して濃度５０μｇ／Ｌになるように調製し、これを被処理水とした。
被処理水をｐＨ７、水温２０℃に調整し、３００Ｌの容量を有する第１の反応槽２０に流速７５Ｌ／ｈｒ で供給し、第１の反応槽３１の前段で、臭化ナトリウム２ｍｇ／Ｌ及び次亜塩素酸ナトリウム２．２ｍｇ／Ｌを添加し４時間尿素分解を行い、その処理水を７５Ｌの容量を有する第２の反応槽３２に供給し、第２の反応槽３２の前段で、塩酸を添加してｐＨ６に調整し１時間尿素分解を行った。
第１の反応槽３１の出口水を１００ｍｌ分取し、酸化剤が無くなるまで過酸化水素を添加し、処理水の尿素濃度を分析したところ、この時の処理水中の尿素濃度は３．８μｇ／Ｌであった。同様に第２の反応槽３２の出口水を１００ｍｌ分取し、過酸化水素を添加したところ、この時の処理水中の尿素濃度は、＜１μｇ／Ｌであった。
なお、被処理水および処理水中の尿素濃度はＬＣ－ＭＳ分析にて定量した。
（実施例２）
第２の反応槽３１の前段で塩酸の代わりに次亜塩素酸ナトリウムを添加する以外は、実施例１と同様の試験を実施した。第２の反応槽３２の前段における次亜塩素酸ナトリウムの添加は、処理液中の残留塩素濃度が４．４ｍｇ／Ｌになるように、次亜塩素酸ナトリウムを４ｍｇ／Ｌ添加した。第１の反応槽３１から排出された処理水中の尿素濃度は３．８μｇ／Ｌであった。第２の反応槽３２から排出された処理水中の尿素濃度は１．４μｇ／Ｌであった。
第２の反応槽３１の前段で塩酸の代わりに次亜塩素酸ナトリウムを添加する以外は、実施例１と同様の試験を実施した。第２の反応槽３２の前段における次亜塩素酸ナトリウムの添加は、処理液中の残留塩素濃度が４．４ｍｇ／Ｌになるように、次亜塩素酸ナトリウムを４ｍｇ／Ｌ添加した。第１の反応槽３１から排出された処理水中の尿素濃度は３．８μｇ／Ｌであった。第２の反応槽３２から排出された処理水中の尿素濃度は１．４μｇ／Ｌであった。
（実施例３）
第２の反応槽３２の前段で塩酸と次亜塩素酸ナトリウムの両方を添加する以外は、実施例１と同様の試験を実施した。第２の反応槽３２の前段における塩酸と次亜塩素酸ナトリウムの添加は、塩酸を添加してｐＨ６に調整後、処理液中の残留塩素濃度が４．４ｍｇ／Ｌになるように、次亜塩素酸ナトリウムを４ｍｇ／Ｌ添加した。第１の反応槽３１から排出された処理水中の尿素濃度は３．８μｇ／Ｌであった。第２の反応槽３２から排出された処理水中の尿素濃度は＜１μｇ／Ｌであった。
第２の反応槽３２の前段で塩酸と次亜塩素酸ナトリウムの両方を添加する以外は、実施例１と同様の試験を実施した。第２の反応槽３２の前段における塩酸と次亜塩素酸ナトリウムの添加は、塩酸を添加してｐＨ６に調整後、処理液中の残留塩素濃度が４．４ｍｇ／Ｌになるように、次亜塩素酸ナトリウムを４ｍｇ／Ｌ添加した。第１の反応槽３１から排出された処理水中の尿素濃度は３．８μｇ／Ｌであった。第２の反応槽３２から排出された処理水中の尿素濃度は＜１μｇ／Ｌであった。
（比較例１）
図４に示す処理装置１２を組み立てた。相模原市水に尿素を添加して濃度５０μｇ／Ｌになるように調製し、これを被処理水とした。
被処理水をｐＨ７、水温２０℃に調整し、３７５Ｌの容量を有する反応槽４０に流速７５Ｌ／ｈで供給し、反応槽４０の前段で、臭化ナトリウム２ｍｇ／Ｌ、次亜塩素酸ナトリウム２．２ｍｇ／Ｌを添加し５時間尿素分解を行った。
反応槽４０の出口水を１００ｍｌ分取し、酸化剤が無くなるまで過酸化水素を添加し、処理水の尿素濃度を分析したところ、た、この時の処理水中の尿素濃度は２．０μｇ／Ｌであった。
図４に示す処理装置１２を組み立てた。相模原市水に尿素を添加して濃度５０μｇ／Ｌになるように調製し、これを被処理水とした。
被処理水をｐＨ７、水温２０℃に調整し、３７５Ｌの容量を有する反応槽４０に流速７５Ｌ／ｈで供給し、反応槽４０の前段で、臭化ナトリウム２ｍｇ／Ｌ、次亜塩素酸ナトリウム２．２ｍｇ／Ｌを添加し５時間尿素分解を行った。
反応槽４０の出口水を１００ｍｌ分取し、酸化剤が無くなるまで過酸化水素を添加し、処理水の尿素濃度を分析したところ、た、この時の処理水中の尿素濃度は２．０μｇ／Ｌであった。
（比較例２）
尿素分解反応から４時間経過後、反応槽４０内に、次亜塩素酸ナトリウムを残留塩素濃度が４．４ｍｇ／Ｌになるように追加で４ｍｇ／Ｌ添加する以外は比較例１と同様の試験を実施した。
尿素分解反応開始から５時間経過後（次亜塩素酸ナトリウムの追加から１時間経過後）、反応槽４０の出口水を１００ｍｌ分取し、酸化剤が無くなるまで過酸化水素を添加し、処理水の尿素濃度を分析したところ、この時の処理水中の尿素濃度は２．０μｇ／Ｌであった。
尿素分解反応から４時間経過後、反応槽４０内に、次亜塩素酸ナトリウムを残留塩素濃度が４．４ｍｇ／Ｌになるように追加で４ｍｇ／Ｌ添加する以外は比較例１と同様の試験を実施した。
尿素分解反応開始から５時間経過後（次亜塩素酸ナトリウムの追加から１時間経過後）、反応槽４０の出口水を１００ｍｌ分取し、酸化剤が無くなるまで過酸化水素を添加し、処理水の尿素濃度を分析したところ、この時の処理水中の尿素濃度は２．０μｇ／Ｌであった。
（比較例３）
第２の反応槽３０の前段で塩酸の代わりに臭化ナトリウムを２ｍｇ／Ｌ添加する以外は、実施例１と同様の試験を実施した。第１の反応槽２０から排出された処理水中の尿素濃度は３．８μｇ／Ｌであった。第２の反応槽３０から排出された処理水中の尿素濃度は３．８μｇ／Ｌであった。
以上の実施例１～３、及び比較例１～３の結果を表１にまとめて示す。
第２の反応槽３０の前段で塩酸の代わりに臭化ナトリウムを２ｍｇ／Ｌ添加する以外は、実施例１と同様の試験を実施した。第１の反応槽２０から排出された処理水中の尿素濃度は３．８μｇ／Ｌであった。第２の反応槽３０から排出された処理水中の尿素濃度は３．８μｇ／Ｌであった。
以上の実施例１～３、及び比較例１～３の結果を表１にまとめて示す。
以上の結果から、臭化物塩と塩素系酸化剤とを添加して尿素を分解する処理において、
尿素分解反応を２つの工程で行い、２つ目の工程で塩素系酸化剤及び又は酸を添加し、反応ｐＨおよび残留塩素濃度を調整することで安定した尿素分解処理ができることが確認できた。
尿素分解反応を２つの工程で行い、２つ目の工程で塩素系酸化剤及び又は酸を添加し、反応ｐＨおよび残留塩素濃度を調整することで安定した尿素分解処理ができることが確認できた。
１０ 本発明の尿素処理装置
１１ 実施例１～３及び比較例３の尿素処理装置
１２ 比較例１及び２の尿素処理装置
２０ 第１の反応槽
２１ 第１の添加手段
２２ 第１の配管
２３ 第２の配管
２４ 第２の添加手段
２５ 第２の反応槽
２６ 第３の配管
２７ 還元剤の添加手段
２８ ＴＯＣ計又は尿素計
２９ 第４の配管
３０ 第５の配管
３１ 第１の反応槽
３２ 第２の反応槽
３３ ＭＭＦ
３４ 活性炭塔
４０ 反応槽
５１、５２ 熱交換器
５３ ろ過器
５４ 活性炭装置
５５ イオン交換装置
５６ 逆浸透膜装置
１１ 実施例１～３及び比較例３の尿素処理装置
１２ 比較例１及び２の尿素処理装置
２０ 第１の反応槽
２１ 第１の添加手段
２２ 第１の配管
２３ 第２の配管
２４ 第２の添加手段
２５ 第２の反応槽
２６ 第３の配管
２７ 還元剤の添加手段
２８ ＴＯＣ計又は尿素計
２９ 第４の配管
３０ 第５の配管
３１ 第１の反応槽
３２ 第２の反応槽
３３ ＭＭＦ
３４ 活性炭塔
４０ 反応槽
５１、５２ 熱交換器
５３ ろ過器
５４ 活性炭装置
５５ イオン交換装置
５６ 逆浸透膜装置
Claims (10)
- 被処理水中の尿素を処理する尿素処理装置であって、
前記被処理水中の尿素が処理される第１の反応槽と、
前記第１の反応槽又は前記第１の反応槽に接続し前記第１の反応槽に前記被処理水を供給する第１の配管に接続され、前記被処理水に臭化物塩及び塩素系酸化剤を添加する第１の添加手段と、
前記第１の反応槽で処理された第１の処理水中に残存する尿素が処理される第２の反応槽と、
前記第２の反応槽又は前記第２の反応槽に接続し前記第２の反応槽に前記第１の処理水を供給する第２の配管に接続され、前記第１の処理水に塩素系酸化剤又は鉱酸の少なくとも一方を添加する第２の添加手段と、
を備える尿素処理装置。 - 前記第２の反応槽における前記第１の処理水の滞留時間が、前記第１の反応槽における前記被処理水の滞留時間より短い、請求項１に記載の尿素処理装置。
- 前記第２の反応槽の後段に設けられ、前記第２の反応槽で処理された第２の処理水中のＴＯＣ濃度又は尿素濃度を測定する測定装置と、
前記第２の処理水中のＴＯＣ濃度又は尿素濃度に応じて、前記第１の添加手段及び／又は前記第２の添加手段からの添加量を制御する手段と、
を有する、請求項１又は２に記載の尿素処理装置。 - 前記第２の反応槽の後段に設けられ、前記第２の処理水に含まれる酸化剤成分を還元する還元剤の添加手段を備えている、請求項１から３の何れか１項に記載の尿素処理装置。
- 請求項１から４の何れか１項に記載の尿素処理装置と、
前記の尿素処理装置の後段に設けられ、前記尿素処理装置で処理された水が供給されるイオン交換装置と、
前記イオン交換装置の後段に設けられ、前記イオン交換装置で処理された水が供給される逆浸透膜装置とを備える純水製造システム。 - 被処理水中の尿素を処理する尿素処理方法であって、
前記被処理水に、尿素分解剤として臭化物塩及び塩素系酸化剤を添加して前記尿素を処理する第１の処理工程と、
前記第１の処理工程で得られた第１の処理水に、尿素分解剤として塩素系酸化剤又は鉱酸の少なくとも一方を添加して、前記第１の処理水中に残存する尿素を処理する第２の処理工程と、
を有する尿素処理方法。 - 前記第２の処理工程の処理時間が前記第１の処理工程の処理時間より短い、請求項６に記載の尿素処理方法。
- 前記第２の処理工程で得られた第２の処理水中のＴＯＣ又は尿素濃度を測定する測定工程と、
前記第２の処理水中のＴＯＣ又は尿素濃度に応じて、前記第１の処理工程及び／又は第２の処理工程における尿素分解剤の添加量を制御する添加量制御工程と、
を有する請求項６又は７に記載の尿素処理方法。 - 前記第２の処理水に含まれる酸化剤成分を還元する還元工程を有する、請求項６から８の何れか１項に記載の尿素処理方法。
- 請求項６から９の何れか１項に記載の尿素処理方法を前処理工程として備える、純水製造方法。
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