JP2537586B2

JP2537586B2 - 有機物の高度処理方法とその装置

Info

Publication number: JP2537586B2
Application number: JP4158876A
Authority: JP
Inventors: 良行菅原; 範晴星
Original assignee: NISHIHARA KANKYO EISEI KENKYUSHO KK
Current assignee: NISHIHARA KANKYO EISEI KENKYUSHO KK
Priority date: 1992-05-27
Filing date: 1992-05-27
Publication date: 1996-09-25
Anticipated expiration: 2011-09-25
Also published as: JPH05329488A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、水処理施設での被処理
水の高度な浄化処理方法とその装置に関し、特に、上水
や下水等の水処理施設において既に２次処理を済ませた
処理水について、そこに含まれる難分解質である有機物
の含有度をさらに低減する有機物高度処理に関する。

【０００２】

【従来の技術】雨水、雪解け水、さらには、これらを基
にした噴流水、等の形で地上に見られる用水の源である
が、近年における生活環境の高度化に伴って、そこから
排出される生活、並びに工場廃水も著しい増加を見せた
ことにより、生活用水や工場用水の採取に際してはこれ
らの影響を無視することは不可能であるばかりか、一方
においては工業生産規模の拡大に伴って、大量の用水を
確保しなければならないという課題にも迫られているこ
とから、広く一般に、水の再利用は絶対の課題として取
り上げられていて、各種の試みがなされてきている。

【０００３】特に、用水中に存在する有機物について
は、規制の度合いが益々強化される方向にあるため、そ
の含有する有機物をいかにして除去して行くかについて
も数々の研究報告がなされている。

【０００４】沈殿処理を主体とした１次処理に次いで、
２次処理としての物理化学的な処理や生物化学的な処理
が考案実施されているものの、環境保全や用水の再利用
等の目的に合致させての用水確保としては不充分である
場合が多く、より高度に浄化された水質の用水を入手す
るための高度な浄化処理、すなわち、一般に言う３次処
理が必要になってきている。

【０００５】以上に述べたように、高度に浄化された水
質の用水を入手する必要に迫られていることから、高度
に浄化された水質の用水を大量に入手することを目的と
して、現実に数々の方法が用いられている。

【０００６】すなわち、凝集沈殿処理、活性炭吸着処
理、オゾン処理、過酸化水素処理、紫外線処理、イオン
交換処理、電気透析処理、逆浸透膜処理等がこれであっ
て、有機物を含んだ用水を高度に浄化しようとする場合
には、単にこれらの単独手段を用いるのみで無く、これ
らの単独技術の幾つかを組み合わせた手段の用いられる
ことが多くなってきている。

【０００７】特に、微生物を用いての生物化学的な処理
を施して得た後の、有機物濃度の低い低有機物濃度の処
理水を、さらに高度に浄化する場合の処理方法として
は、オゾンや過酸化水素による低有機物濃度の処理水へ
の酸化処理方法を適用すると共に、低有機物濃度の処理
水への紫外線照射処理を併用させることが有効である。

【０００８】この場合、オゾンや過酸化水素による低有
機物濃度の処理水への酸化処理方法としては、低有機物
濃度の処理水に酸化剤としてのオゾンや過酸化水素を直
接投入して実施するものであり、また、低有機物濃度の
処理水への紫外線照射処理は低有機物濃度の処理水中に
浸漬された紫外線発生用ランプから照射される紫外線に
よって低有機物濃度の処理水中に含まれる難分解性有機
物の分解動作を促進させようとするものである。

【０００９】しかしながら、オゾンや過酸化水素を低有
機物濃度の処理水へ酸化剤として投入すると共に、低有
機物濃度の処理水中に浸漬された紫外線発生用ランプか
ら照射される紫外線によって低有機物濃度の処理水中に
含まれる難分解性有機物の分解動作を促進させようとす
ると、紫外線発生用ランプを低有機物濃度の処理水中に
浸漬して置かねばならず、この場合、低有機物濃度の処
理水中に浸漬された紫外線発生用ランプ表面が処理水に
より汚染され、折角の紫外線照射による難分解性有機物
の分解動作の促進効率を低下させてしまうばかりか、紫
外線発生用ランプの破損事故を招きやすいという課題を
残している。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の課題
を解決して、物理化学的処理や生物化学的処理である２
次処理を経た３次処理が施されようとしている被処理水
中に存在する低濃度の有機物を安全かつ効率良く分解す
るための有機物の高度処理方法とその装置を開示するこ
とを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明による有機物の高
度処理方法は、オゾンを含む空気に紫外線を照射して活
性酸素を生成させ、有機物を含む被処理水に前記活性酸
素を短時間の間に接触させ、被処理水中に含まれている
有機物を分解することを特徴とする。

【００１２】さらに、空気に照射する紫外線の波長を２
５４ｎｍ近傍の波長とすることを特徴とする。

【００１３】また、本発明の有機物の高度処理装置は、
オゾンを含む空気を供給する手段と、前記オゾンを含む
空気に紫外線を照射して活性酸素を生成させる手段と、
前記紫外線の波長を調整する手段と、有機物を含む被処
理水に前記活性酸素を短時間の間に接触させる手段とを
具備したことを特徴とする。

【００１４】

【作用】本発明者は、上記の課題を解決して、３次処理
が施されようとしている被処理水中に存在する低濃度の
有機物を安全かつ効率良く分解するための有機物の高度
処理方法とその装置を開示するため、鋭意研究した結
果、オゾン分子は酸素３原子からなるものであって、そ
の殺菌力および酸化力が極めて高い気体であって、か
つ、反応後は酸素に復帰し、他の酸化剤に比べて後処理
の必要がないという非常に優れた特性があること、ま
た、水に対する溶解性は酸素よりも高いという不安定溶
液のよい例であること、有機物を効率良く分解するため
には強力な酸化剤が必要であり、現在知られている酸化
剤の中では、ヒドロキシラジカルが最も強力な酸化剤の
一つであり、さらに、ヒドロキシラジカルはオゾンが紫
外線によって分解、生成された原子状の酸素すなわち活
性酸素が水と化合して生成されたものであることの知見
のもとに、オゾンを含む空気に紫外線を照射して活性酸
素を生成させ、この場合に生成した活性酸素を短時間の
間に有機物を含む被処理水に接触させて被処理水中に含
まれている有機物を分解することにより有機物高度処理
が行え、この時、空気に照射する紫外線の波長を２５４
ｎｍ近傍の波長とすることで課題が解決されることを見
出だし、本発明に至った。

【００１５】有機物を効率的に分解するためには強力な
酸化剤を利用することが必要であるが、現在知られてい
る酸化剤の中でも、オゾンを紫外線の照射によって分解
し、生成させて得た活性酸素を水と反応させることによ
って生成させるヒドロキシラジカルは最も強力な酸化剤
の一つである。

【００１６】本発明で、オゾンを含む空気に紫外線を照
射しているのは、オゾンを含む空気に紫外線を照射する
ことによって、先ず活性度の高い活性酸素を生成させ、
さらに、この活性酸素を水と反応させることにより、強
力な酸化剤であるヒドロキシラジカルを生成させ、この
ヒドロキシラジカルの酸化力の強度を利用して、有機物
を含む被処理水中に含まれている有機物を分解させるた
めである。

【００１７】オゾンを含む空気に紫外線（主波長２５４
ｎｍ）を照射すると、式１によって、原子状酸素Ｏ（ ¹
Ｄ）が発生し、式２によって、ヒドロキシラジカルが発
生する。

【００１８】

【式１】Ｏ₃ ＋ｈν → Ｏ（ ¹Ｄ）＋Ｏ₂

【００１９】

【式２】Ｏ（ ¹Ｄ）＋Ｈ² Ｏ → ２ＯＨ^*

【００２０】この場合、オゾンはほぼ完全に分解され
る。

【００２１】本発明で、オゾンを含む空気に照射する紫
外線の波長を２５４ｎｍ近傍に限定したのは、次の理由
による。すなわち、紫外線発生用ランプとして一般に利
用されている低圧水銀ランプを使用した際には、波長が
２５４ｎｍ近傍の紫外線が主体となって照射されるもの
の、波長が１８５ｎｍ近傍の紫外線も従属的に照射され
ることになる。しかし、オゾンを含む空気に紫外線を照
射して活性酸素を生成させる場合に、従属的とは言え、
波長が１８５ｎｍ近傍の紫外線が照射されてしまうと、
波長が１８５ｎｍ近傍の紫外線は空気と反応してオゾン
を生成させることになり、この場合に生成したオゾン
が、それまでに折角生成していた活性酸素と結び付いて
酸素ガスを生成させることになり、オゾンを含む空気に
紫外線を照射して得ようとする活性酸素の所定量の確保
を困難にしてしまうのである。

【００２２】また、本発明で、活性酸素を生成させる手
段によって生成された活性酸素を短時間の間に有機物を
含む被処理水に接触させることを規定したのは、オゾン
を含む空気に紫外線を照射した際に得られる活性酸素の
寿命が極めて短く、単純に酸素分子を構成してしまうこ
とも充分に予測されるので、生成させた活性酸素は出来
るだけ速やかに有機物を含む被処理水に接触させること
としたものである。

【００２３】さらに、本発明では紫外線発生用ランプを
有機物を含む被処理水から隔離して設けることとした
が、紫外線発生用ランプを有機物を含む被処理水中に浸
漬した場合には、紫外線発生用ランプの表面が汚染物に
より被覆されやすくなるため、汚染物により被覆されて
しまった場合の活性酸素の生成効率の低下につながるこ
とを避けるためのものであると共に、紫外線発生用ラン
プの破損に伴う各種の危険性を避けるためのものでもあ
る。

【００２４】

【実施例】図面に基づき本発明の実施例について以下に
詳述する。

【００２５】［実施例１］図１には、本発明の一実施例
に係る有機物高度処理装置の概略構成図が示されてい
る。

【００２６】図１に示す有機物高度処理装置は、送風手
段としてのブロワー１０と、オゾン発生器１２と、活性
ガス生成手段としての紫外線ランプ１４及び紫外線反応
器１６とを含む。なお、前記紫外線反応器１６は円柱型
に形成されており密閉構造となっている。また、前記紫
外線反応器１６にはガスの流入口Ａ及び流出口Ｂが設け
られ、前記紫外線ランプ１４は、ガス流入口Ａからガス
流出口Ｂにわたって伸びるように、紫外線反応器１６内
に設置されている。

【００２７】そして、前記ブロワー１０によってオゾン
発生器１２へ空気が送り込まれ、オゾンが発生する。さ
らに、オゾンを含む空気はガス流入口Ａから前記紫外線
反応器１６へ送り込まれ、紫外線ランプ１４から発光さ
れる紫外線が、オゾンを含む空気に照射され、活性ガス
である原子状酸素Ｏ（ ¹Ｄ）が生成される。そして、前
記原子状酸素を被処理水１８が充填された反応槽２０内
にガス流出口Ｂ及び入口Ｃから投入し、被処理水１８と
接触させるようになっている。

【００２８】前記装置において、オゾン発生器により生
成されたオゾンを含む空気を、その内部に紫外線発生用
の２５Ｗの低圧水銀ランプが設置されてある紫外線反応
器１６に送り込み、オゾンを含む空気を活性酸素に変換
し、有機物を含む被処理水（下水の２次処理水）１８の
中に前記活性酸素を変換後およそ１秒という短時間の間
に導入し、時間の推移による有機物を含む被処理水中の
全有機性炭素（ＴＯＣ）の量を測定したところ、活性酸
素の水中導入時間が２０分の場合に全有機性炭素の量は
処理前の水中から採取された全有機性炭素の量と比較し
て５１％も減少した値が示された。

【００２９】この場合、オゾン発生器１２により生成さ
れたオゾンを含む空気中のオゾンの量は１０００ｃｃ中
におよそ１ｍｇの割合で生成されていて、その内部に紫
外線発生用の２５Ｗの低圧水銀ランプが設置されてある
紫外線反応器１６内（ガス流入口Ａからガス流出口Ｂ）
を上記のオゾンを含む空気が通過する時間は約１０秒間
であり、オゾンを含む空気が紫外線反応器１６のガス流
出口Ｂを離れて後に有機物を含む被処理水（入口Ｃ）の
中に導入されるまでの時間は１０秒以下で、典型的には
僅かに１秒でしかなかった。

【００３０】［実施例２］有機物を含む被処理水に代え
て、トリプトファンを含む蛋白質の酸加水分解により生
成された不溶性の顔料であるフミンを基に得られた酸性
有機物のフミン酸を純水に溶解させ、ＰＨを７に調整し
た溶液について上記の実施例１と同様に活性酸素の導入
処理を施したところ、その結果は、活性酸素の水中導入
時間が２０分の場合に全有機性炭素（フミン酸）の量は
処理前の水中から採取された全有機性炭素の量と比較し
て、全有機性炭素（フミン酸）の量が４８％も減少して
いることが認められた。

【００３１】また、同様にして活性酸素の導入処理を施
した水道水についての計測でも同じ様な結果が得られて
おり、本発明が微量有機物の除去に対して有効であるこ
とが示された。

【００３２】［比較例］上記の本発明の実施例２に対比
するため、オゾンを使用する以外は実施例２と同様にし
て処理したものについて計測された全有機性炭素（フミ
ン酸）の量は、上記の本発明による処理時間と同じ２０
分間の経過時間の後にも、僅かに１７％の除去率でしか
なかった。従って、本発明の実施による全有機性炭素
（フミン酸）の除去率は、実に３倍近い値を示している
ことがわかる。なお、実施例２と比較例の測定結果を図
２に示す。

【００３３】本実施例にては、紫外線反応塔の紫外線発
生源に低圧水銀ランプを用いたが、その波長が２５４ｎ
ｍ近傍である紫外線を発生させる光源であればレーザ光
源によっても充分と思われる。

【００３４】さらに、オゾンを含む空気に照射する紫外
線の照射時間並びにオゾンを含む空気に紫外線を照射し
て得た活性酸素を有機物が含まれる被処理水中に導入す
る導入時間については、有機物の種類やその含有量、さ
らには処理量によっても異なって来るものであることは
容易に推察される。

【００３５】

【発明の効果】以上に述べたように、本発明によるとき
は、２次処理してもなお溶液中に残存している微量有機
物の分解に効率の高い効果を上げることが確認されたと
共に、活性酸素を得るために照射する紫外線の確保に際
して、紫外線発生用ランプを溶液中に浸漬してその表面
を汚染させる恐れを無くし、さらに、溶液中でランプが
破損する危険も無くしたので、斯る処理方法を必要とす
る業界に寄与するところ大なるものがある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る有機物高度処理装置の概
略構成図である。

【図２】オゾンを含む空気に紫外線を照射して活性酸素
を生成させたものと、オゾンとのフミン酸分解性能を比
較するグラフである。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】オゾンを含む空気に紫外線を照射して活
性酸素を生成させ、有機物を含む被処理水に前記活性酸
素を短時間の間に接触させ、被処理水中に含まれている
有機物を分解することを特徴とする有機物の高度処理方
法。
【請求項２】空気に照射する紫外線の波長を２５４ｎ
ｍ近傍の波長とすることを特徴とする請求項１記載の有
機物の高度処理方法。
【請求項３】オゾンを含む空気を供給する手段と、前
記オゾンを含む空気に紫外線を照射して活性酸素を生成
させる手段と、前記紫外線の波長を調整する手段と、有
機物を含む被処理水に前記活性酸素を短時間の間に接触
させる手段とを具備したことを特徴とする有機物の高度
処理装置。