JP3668071B2 - 排水を消毒する方法及び装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排水(drainage)を消毒する方法及び装置に関し、特に、雨水(rainwater)で希釈された下水(sewage)を消毒する方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
下水処理場(sewage works)にて、下水は、砂等を除去するための沈砂池、浮遊固体(suspended solid;SS)を除去するための固液分離処理、活性汚泥処理、次いで、消毒をこの順序で経て、河川、湖沼、港湾、沿岸海域等の公共用水域(public water)に放流されている。
【０００３】
そして、消毒としては、一般的には、塩素ガスや、塩素系消毒剤で消毒することが一般的である。下水、屎尿、産業排水等には、感染症の源になる病原菌が含まれることがあるからである。一般的には、塩素系消毒剤が添加され、１ｍｌ当たりの大腸菌群数３０００個以下にしている。なお、塩素系消毒剤を添加しないで、紫外線照射やオゾン添加が行われる場合もあるが、設備が膨大になるため用途が限られている。
【０００４】
「合流式下水道」(combined sewer)は、家庭汚水及び産業排水と、雨水とを同一管に捕集して下水処理場へ送る方式であり、下水処理場にて前述の処理が行われる。降雨量が多い場合には、下水処理場で処理可能な量を越える雨水混入下水が流入するおそれがあるため、雨水吐出室、ポンプ場等の（雨天時）下水排除施設から公共用水域に放流される。最近、河川等等の公共用水域の景観を守るために、下水排除施設にスクリーンを設けて粗大ゴミ、浮遊物等の流出を防止する技術が検討され始めた。しかしながら、下水排除施設から放流される排除水中に数万〜数十万含まれる大腸菌群の消毒技術に関する検討は行われていなかった。
【０００５】
一方、「分流式下水道」(separated sewer)は、家庭汚水及び産業排水と、雨水とを別の管に捕集し、家庭汚水及び産業排水を下水処理場へ送り、雨水を越流水として放流する方式である。分流式下水道越流水(separated sewer overflow)は、本来、雨水のみが含まれるはずである。しかし、現実には、大量の雨が降ったときなどには、大量の雨水が下水道を流れ、このときに、道路などの地表面に存在する汚濁物や、下水道内に堆積したヘドロも一緒に流してしまう。従って、分流式下水道の越流水(separated sewer overflow)にも、地表面に存在する汚濁物及びヘドロに起因する大腸菌が含まれる。何れの場合にも、越流水中の大腸菌群数が放流規制値（３０００CFU/ｍｌ以下）を超えることがあり、消毒をすることが所望される。ここで、CFUとは、コロニー形成単位（colony forming unit）を意味する。
【０００６】
塩素系消毒剤は、紫外線照射やオゾン殺菌に比べて、設備が簡潔であり、汚れの状態に対して適用性が高いなど、利点が多い。
しかし、通常の下水処理に適用された技術を雨天時下水処理に転用すると次の問題点が生じる。まず、雨天時下水には、アンモニア、アミンが共存するため、下記式（１）に代表される化学反応が生じ、活性塩素がクロラミンに変化し、殺菌効果がｌ／１０以下に低下する。従って、病原菌の数は、変わらなくてもアンモニアやアミンが存在すると、塩素系消毒剤の添加量を増大させる必要がある。
【０００７】
【化１】
ＮＨ₄ ⁺＋ＨＣｌＯ→ＮＨ₂Ｃｌ＋Ｈ₂Ｏ＋Ｈ⁺ （１）
また、塩素系消毒剤を用いるときの消毒時間は１５分以上必要であるので（“下水道施設計画・設計指針と解説”参照）、雨天時下水と塩素系消毒剤を混和し、１５分以上滞留させる混和槽が必要となる。しかし、（雨天時）下水排除施設にはそのような混和槽を設置できる空間的余裕がない。
【０００８】
そこで、雨天時下水処理には、消毒時間が短い消毒剤、及び、その混合方法が求められる。
Purdue University及びGreat Lakes Chemical Companyの研究者が著者の論文、 即ち、J.E. Alleman, J.E. Etzel, D.E. Gendron, J.C. Conley, W.F. McCoy,及びA.J. Hein 「臭素系殺菌の性能」(Bromine-Based Disinfection Performance)には、塩素化臭素(bromine chloride, BrCl)、臭素（bromide, Ｂｒ₂）、ブロモクロロジメチルヒダントイン（ＢＣＤＭＨ）を、大腸菌群等の細菌を含む模擬排水に添加するという実験室スケールの実験を報告している。模擬排水には、低濃度のアンモニア（２ｍｇ／Ｌ）を含むｐＨ７．２の水、又は、高濃度のアンモニア（２０ｍｇ／Ｌ）を含むｐＨ８．２の水が用いられている。細菌としては、大腸菌、Pseudomonas、Streptococcus faccalisが用いられている。しかし、模擬排水に有機物が含まれていることまでは記載されていない。
【０００９】
特開平４−１５６９９４号公報には、冷却水へ殺菌剤を注入する方法が記載されている。殺菌剤としては、オゾンと臭素イオンとの酸化還元反応により、次亜臭素酸イオンを生成することが記載されている。しかし、冷却水には、アンモニアは含まれていない。
【００１０】
特開平１１−４７７５５号公報には、ヒダントイン系化合物を有効成分とするスライムコントロール剤及び方法が記載されている。パルプ工場、製紙工場において使用する用水にスライムコントロール剤が用いられる。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の一側面では、ＨＯＸ（式中、Ｘは臭素原子又はヨウ素原子である）を生成することができ、かつ、臭素原子又はヨウ素原子を含む消毒剤を水に混合して、消毒水を得る工程と、前記消毒水を、有機物と、アンモニア又はアンモニウムイオンとを含む排水に添加して、消毒する工程と、を含む、排水を消毒する方法が提供される。
【００１２】
本発明において、前記排水中の全有機物炭素（total organic carbon）が、５ｍｇ／ｌ以上であることが好ましい。前記排水中のアンモニウムイオン濃度が、１ｍｇ／ｌ以上であることが好ましい。
【００１３】
前記排水が、雨水を含むことが好ましい。前記排水が、雨水で希釈された下水を含むことが好ましい。
また、前記消毒剤が、他の環と縮合していてもよい、窒素原子又は硫黄原子からなるヘテロ原子、１〜４個を含む、４〜１０員複素環を含むことが好ましい。更に、前記複素環が、式−Ｎ（Ｘ）−Ｃ（＝Ｏ）−で示される基（式中、Ｘは臭素原子又はヨウ素原子を含む。）を環骨格に含むことが好ましい。更にまた、消毒剤が固体であり、消毒水を得る工程が、前記消毒剤を前記排水に溶解させる工程を含むことが好ましい。
【００１４】
前記消毒水中の消毒剤の濃度が、活性塩素濃度に換算して、１００ｍｇ／ｌ ａｓ Ｃｌ〜１０ｇ／ｌ ａｓ Ｃｌであることが好ましい。
前記排水中の消毒剤の添加濃度が、活性塩素濃度に換算して、０．５ｍｇ／ｌａｓ Ｃｌ〜２５ｍｇ／ｌ ａｓ Ｃｌであることが好ましい。
【００１５】
前記添加工程が、前記消毒水を前記排水の水面下に導入させる工程を含むことが好ましい。更に、消毒された排水を公共用水域に放流する工程を更に含むことが好ましい。
【００１６】
本発明の他の側面では、消毒剤と排水とから消毒水を製造する装置と、
排水中の砂を除去するための沈砂池と、
前記消毒水を沈砂池に導入するための第１流路と、
を有し、前記排水が前記沈砂池に滞留中に消毒される、排水を消毒する装置が提供される。
【００１７】
本発明において、前記消毒水製造装置は、消毒剤貯留装置と、前記消毒剤を前記排水に添加する装置と、前記消毒剤と前記排水とを混合する装置とを有することが好ましい。また、前記沈砂池が２以上の沈砂部を有し、前記第１流路は、各々の沈砂部に消毒水を導入するための分配槽を有することが好ましい。
【００１８】
前記第１流路は、前記消毒水を前記排水の水面下に導入するための添加装置に連結されていることが好ましい。
消毒された排水を公共用水域に放流することができるように貯留するための貯留池又は放流水路を更に含むことが好ましい。
【００１９】
前記貯留池又は放流水路に、消毒された排水の水質を検査するための計測器が設けられていることが好ましい。
前記沈砂池中の排水の一部を前記消毒水製造装置に導入するための第２流路を更に有することが好ましい。
【００２０】
前記消毒剤が、ＨＯＸ（式中、Ｘは臭素原子又はヨウ素原子である）を生成することができ、かつ、臭素原子又はヨウ素原子を含むことが好ましい。
前記消毒剤が、他の環と縮合していてもよい、窒素原子又は硫黄原子からなるヘテロ原子、１〜４個を含む、４〜１０員複素環を含むことが好ましい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の一側面では、有機物と、アンモニア又はアンモニウムイオンとを含む排水が消毒される。
【００２２】
例えば、合流式下水道では、生下水及び雨水が混合して下水道を流れる。そして、このように両者が混合した雨天時下水、特に、下水処理場で未だ処理されていない雨天時下水が、本発明の方法で消毒される。
【００２３】
分流式下水道では、生下水の下水道と雨水の下水道とが別れている方式であり、雨水用下水道を流れる雨天時下水が、本発明の方法で消毒される。
排水中の有機物の含有量としては、例えば、この排水には、全有機物炭素（total organic carbon）が、５ｍｇ／ｌ以上であってもよく、１０ｍｇ／ｌ以上であってもよく、３０ｍｇ／ｌ以上であってもよく、５０ｍｇ／ｌ以上であってもよい。合流式下水でも、分流式下水でも、一般的には、全有機物炭素（total organic carbon）が、５ｍｇ／ｌ以上である。
【００２４】
排水のアンモニウムイオン濃度が、１ｍｇ／ｌ以上であってもよく、１０ｍｇ／ｌ以上であってもよい。排水中にアンモニウムイオンが含まれているときには、活性臭素又は活性ヨウ素がＮＨ₂Ｘ、ＮＨＸ₂等（式中、Ｘは臭素原子又はヨウ素原子を意味する。）に変化する。しかし、ブロモアミン（ＮＨ₂Ｂｒ）の場合には、次亜臭素酸と同程度の消毒効果を維持するため、効果的に消毒することができる。合流式下水では、一般的には、アンモニウムイオン濃度が、１ｍｇ／ｌ以上である。また、分流式下水では、降雨直後のファーストフラッシュ(first flush)と呼ばれる越流水では、アンモニウムイオン濃度が１ｍｇ／ｌ以上であることが多い。
【００２５】
本発明の一側面では、排水は、雨水で希釈された下水を主対象とするが、分流式下水道による雨水を対象にしてもよい。更に、下水、し尿、若しくは、産業排水、又は、これらの処理水など、有機物とアンモニア又はアミンを含む水を、本発明の方法で処理してもよい。
【００２６】
本発明の一側面では、被処理水には、大腸菌を含んでいる。このような水は、特に消毒をする必要が高いからである。合流式下水には、一般的には、大腸菌も含まれている。また、分流式雨水にも、大腸菌が含まれていることが多い。
【００２７】
本発明の一側面では、ＨＯＸ（式中、Ｘは臭素原子又はヨウ素原子である）を生成することができ、かつ、臭素原子又はヨウ素原子を含む消毒剤が用いられ、好ましくは、次亜臭素酸（ＨＯＢｒ）を生成することができ、かつ、臭素原子を含む消毒剤が用いられる。塩素系消毒剤と比べて、上記の臭素系消毒剤又はヨウ素系消毒剤は、消毒時間が短いことが特徴である。例えば、臭素系消毒剤などでは、数十秒から数分の消毒ができる。また、次亜ハロゲン酸（ＨＯＸ、式中、Ｘは臭素原子又はヨウ素原子である）は天然で容易に分解するので、排水に残存した次亜ハロゲン酸を分解処理するための装置を設ける必要がない。これに対して、塩素系消毒剤では、活性塩素が下水中のアンモニアと反応し、クロラミンを形成し、殺菌力を低下させるため、（雨天時）下水排除施設の滞留時間内で消毒することは困難である。また、クロラミンの残留性が高いため、分解処理するための装置を設ける必要がある。
【００２８】
本発明で好適に用いられる消毒剤としては、例えば、ヒダントイン類、シアヌール酸類、イソチアゾロン類、ε−カプロラクタム類、フタールイミド類、ピロリドン類、アクリドン類、ウラシル類、スクシンイミド類、バルビツール酸類、クレアチニン類、ジオキソピペラジン類、ウラゾール類、グリシン無水物類、ω−ヘプタラクタム類、マレイン酸ヒドラジド類、マレイン酸イミド類、オクタラクタム類、オキシインドール類などが挙げられる。
【００２９】
ヒダントイン類(hydantoins)は、例えば、式（ＩＩ）で示される。
【００３０】
【化２】

【００３１】
式中、Ｘ¹及びＸ²は、それぞれ、同一又は異なって、独立して、塩素原子、臭素原子又はヨウ素原子であり、ただし、Ｘ¹及びＸ²の何れかは、臭素原子又はヨウ素原子であり；
Ｒ¹及びＲ²は、それぞれ、同一又は異なって、独立して、水素原子又は炭素数１０以下の低級アルキル基であり、好ましくは、水素原子又は炭素数６以下の低級アルキル基であり、更に好ましくは、水素原子又は炭素数３以下の低級アルキル基である。
【００３２】
ヒダントイン類としては、例えば、１−ブロモ−３−クロロ−５，５−ジメチルヒダントイン（式（Ｉ）で示される化合物：ＢＣＤＭＨ）が挙げられる。ブロモクロロジメチルヒダントインは、高い安定性を有し、直射日光を避ければ数年間、活性を維持することができる。ＢＣＤＭＨは固体であり、解離することによって次亜臭素酸イオンが生成し、高い消毒効果を発揮する。
【００３３】
シアヌール酸類(cyanuric acids)は、例えば、式（ＩＩＩ）で示される。
式中、Ｒ¹、Ｒ²及びＲ³は、それぞれ、同一又は異なって、独立して、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、水酸基、水素原子又は炭素数１０以下の低級アルキル基であり、但し、Ｒ¹、Ｒ²及びＲ³の少なくとも一つは、臭素原子又はヨウ素原子である。低級アルキル基は、炭素数６以下が更に好ましく、炭素数３以下が更に好ましい。
【００３４】
イソチアゾロン類(isothiazolon)は、例えば、式（ＩＶ）で示される。
式中、Ｘは、臭素原子又はヨウ素原子であり；
Ｒ¹及びＲ²は、それぞれ、同一又は異なって、独立して、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、水素原子又は炭素数１０以下の低級アルキル基である。低級アルキル基は、炭素数６以下が更に好ましく、炭素数３以下が更に好ましい。
【００３５】
例えば、５−クロロ−２−メチル−４−イソチアゾリン−３−オンが好ましい。
ε−カプロラクタム類（ε-caprolactams）は、例えば、式（Ｖ）で示される。式中、Ｘは、臭素原子又はヨウ素原子である。
【００３６】
フタールイミド類(phtalimides)は、例えば、式（ＶＩ）で示される。式中、Ｘは、臭素原子又はヨウ素原子である。
ピロリドン類(pyrrolidones)は、例えば、式（ＶＩＩ）で示される。式中、Ｘは、臭素原子又はヨウ素原子である。
【００３７】
アクリドン類(acrydones)は、例えば、式（ＶＩＩＩ）で示される。式中、Ｘは、臭素原子又はヨウ素原子である。
ウラシル類(uracils)は、例えば、式（ＩＸ）で示される。
【００３８】
式中、Ｘ¹及びＸ²は、それぞれ、同一又は異なって、独立して、塩素原子、臭素原子又はヨウ素原子であり、ただし、Ｘ¹及びＸ²の何れかは、臭素原子又はヨウ素原子であり；
Ｒ¹は、水素原子、炭素数１０以下の低級アルキル基、アミノ基又はニトロ基である。低級アルキル基は、炭素数６以下であることが好ましく、炭素数３以下であることが更に好ましい。
【００３９】
Ｒ²及びＲ³は、それぞれ、同一又は異なって、独立して、水素原子又は炭素数１０以下の低級アルキル基であり、好ましくは、水素原子又は炭素数６以下の低級アルキル基であり、更に好ましくは、水素原子又は炭素数３以下の低級アルキル基である。
【００４０】
スクシンイミド類(succinimides)は、例えば、式（Ｘ）で示される。式中、Ｘは、臭素原子又はヨウ素原子である。
【００４１】
【化３】

【００４２】
バルビツール酸類(barbituric acids)は、例えば、式（ＸＩ）で示される。
式中、Ｘ¹及びＸ²は、それぞれ、同一又は異なって、独立して、塩素原子、臭素原子又はヨウ素原子であり、ただし、Ｘ¹及びＸ²の何れかは、臭素原子又はヨウ素原子であり；
Ｒ¹及びＲ²は、それぞれ、同一又は異なって、独立して、水素原子又は炭素数１０以下の低級アルキル基であり、好ましくは、水素原子又は炭素数６以下の低級アルキル基であり、更に好ましくは、水素原子又は炭素数３以下の低級アルキル基である。
【００４３】
クレアチニン類(creatinines)は、例えば、式（ＸＩＩ）で示される。
式中、Ｘは、臭素原子又はヨウ素原子であり；
Ｒは、水素原子又は炭素数１０以下の低級アルキル基であり、好ましくは、水素原子又は炭素数６以下の低級アルキル基であり、更に好ましくは、水素原子又は炭素数３以下の低級アルキル基である。
【００４４】
ジオキソピペラジン類(dioxopiperazines)は、例えば、式（ＸＩＩＩ）で示される。
式中、Ｘ¹及びＸ²は、それぞれ、同一又は異なって、独立して、塩素原子、臭素原子又はヨウ素原子であり、ただし、Ｘ¹及びＸ²の何れかは、臭素原子又はヨウ素原子である。
【００４５】
ウラゾール類(urazoles)は、例えば、式（ＸＩＶ）で示される。
式中、Ｘ¹及びＸ²は、それぞれ、同一又は異なって、独立して、塩素原子、臭素原子又はヨウ素原子であり、ただし、Ｘ¹及びＸ²の何れかは、臭素原子又はヨウ素原子であり；
Ｒ¹、Ｒ²及びＲ³は、それぞれ、同一又は異なって、独立して、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、水素原子又は炭素数１０以下の低級アルキル基であり、Ｒ¹、Ｒ²及びＲ³の何れかは、臭素原子又はヨウ素原子である。低級アルキル基は、炭素数６以下が好ましく、炭素数３以下が更に好ましい。
【００４６】
グリシン無水物類(glycine anhydrides)は、例えば、式（ＸＶ）で示される。
式中、Ｘ¹及びＸ²は、それぞれ、同一又は異なって、独立して、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、水素原子又は炭素数１０以下の低級アルキル基であり、Ｘ¹及びＸ²の何れかは、臭素原子又はヨウ素原子である。低級アルキル基は、炭素数６以下が好ましく、炭素数３以下が更に好ましい。
【００４７】
ω−ヘプタラクタム類（ω−heptalactams）は、例えば、式（ＸＶＩ）で示される。式中、Ｘは、臭素原子又はヨウ素原子である。
マレイン酸ヒドラジド類(maleic acid hydrazides)は、例えば、式（ＸＶＩＩ）で示される。
【００４８】
式中、Ｘ¹及びＸ²は、それぞれ、同一又は異なって、独立して、塩素原子、臭素原子又はヨウ素原子であり、ただし、Ｘ¹及びＸ²の何れかは、臭素原子又はヨウ素原子である。
【００４９】
マレイン酸イミド類(maleimides)は、例えば、式（ＸＶＩＩＩ）で示される。式中、Ｘは、臭素原子又はヨウ素原子である。
【００５０】
【化４】

【００５１】
オクタラクタム類(octalactams)は、例えば、式（ＸＩＸ）で示される。式中、Ｘは、臭素原子又はヨウ素原子である。
オキシインドール類(oxindoles)は、例えば、式（ＸＸ）で示される。式中、Ｘは、臭素原子又はヨウ素原子である。
【００５２】
本発明で用いることができる消毒剤は、上記式（Ｉ）〜（ＸＸ）に示されるように、窒素原子又は硫黄原子を含む、４〜１０員複素環を含むことが好ましく、５〜９員複素環を含むことが更に好ましい。複素環は、１〜４個のヘテロ原子を含むことが好ましく、１〜３個のヘテロ原子を含むことが更に好ましい。ヘテロ原子は、窒素原子又は硫黄原子である。
【００５３】
複素環の環骨格には、式−Ｎ（Ｘ）−で示される基（Ｘは、塩素原子、臭素原子又はヨウ素原子であり、好ましくは、臭素原子又はヨウ素原子であり、更に好ましくは、臭素原子である。）を含むことが好ましい。
【００５４】
式（ＸＸＩ）で示されるように、複素環Ａの環骨格には、式−Ｎ（Ｘ）−Ｃ（＝Ｏ）−で示される基（式中、Ｘは臭素原子又はヨウ素原子を含む。）を含むことが更に好ましい。この構造の場合には、特に、次亜ハロゲン酸を生成し易いからである。
【００５５】
【化５】

【００５６】
複素環は、上記式（ＶＩ）、（ＶＩＩＩ）、（ＸＸ）で示されるように、他の環、例えば、ベンゼン環のような芳香族環と縮合していてもよい。
本発明の一側面では、所定の消毒剤を水に混合する工程を含む。本発明では、（雨天時）下水排除施設で消毒剤を排水に添加してもよい。例えば、（雨天時）下水排除施設に流入する下水管渠で添加しても良いし、沈砂池、特に、沈砂池の流入部で添加してもよいし、雨水排除ポンプ井で添加してもよいし、雨水排除ポンプ流入管内で添加してもよい。即ち、これらの何れでもよく、１ヶ所に限らず、数ヶ所に分けて添加することができる。
【００５７】
あるいは、（雨天時）下水排除施設に、排水が流れる主流路と、主流路から分岐するバイパス流路とを設け、このバイパス流路に消毒槽を設置してもよい。この消毒槽にて、消毒剤を排水に添加し、消毒剤を排水に溶解させてもよい。
【００５８】
消毒剤を添加する場所が雨水排除ポンプの流入側であれば、ポンプ内の撹拌力によって、消毒剤と雨天時下水との混合が十分行われるため、好ましい。また、消毒剤を沈砂池流入部で添加すれば、沈砂池での滞留時間を反応時間に利用することができるので好ましい。
【００５９】
本発明で用いられる消毒剤は、室温で固体である場合が多い。固体の消毒剤を排水に直接、添加したときには、溶解していない固体が排水とともに放流され、公共用水域で水棲生物に悪影響を与える危険がある。そこで、消毒剤が固体であるときには、消毒剤を水に溶解させて消毒水にして、排水に添加することが好ましい。溶解方法は特に限定しないが、エジェクターによる水流撹拌、流路撹拌、混合装置を設けた溶解槽のいずれでもよい。
【００６０】
例えば、消毒剤の飽和溶解濃度に対して、１重量％以上、好ましくは１０重量％以上、更に好ましくは２０重量％以上の消毒剤が溶解している消毒水を用いても良い。もっとも、消毒剤が固体であるときでも、添加した消毒剤の全てを水に溶解させる必要はなく、消毒水中に固体の消毒剤が残留していてもよい。
【００６１】
一方、消毒剤が室温で液体である場合であっても、少量の液体を多量の排水に添加したときには、両者が混合するのには若干の時間がかかり、必ずしも均一に混合しない。そこで、消毒剤を水に添加してから、排水に添加することが好ましい。
【００６２】
消毒水の濃度は、活性塩素濃度に換算して、１００ｍｇ／ｌ ａｓ Ｃｌ〜１０ｇ／ｌ ａｓ Ｃｌであることが好ましく、２００ｍｇ／ｌ ａｓ Ｃｌ〜２ｇ／ｌ ａｓ Ｃｌであることが更に好ましい。消毒水の濃度が、１００ｍｇ／ｌ ａｓ Ｃｌより小さい場合には、消毒水の添加量が多量になるばかりでなく、希釈水によって消毒剤が消費される場合もあるので、殺菌が十分でないおそれがある。一方、消毒水の濃度が、１０ｇ／ｌ ａｓ Ｃｌより大きい場合には、消毒剤と排水との混合が不充分となり、消毒効果が低減する。
【００６３】
消毒水添加量は、消毒水中の消毒剤の濃度、降雨量、排水の水質等に依存し、一般には、降雨量、即ち、排水の量及び水質の増加に対応して、消毒水添加量が増加する。しかし、本発明の一実施態様では、雨水が増すことによって流入水質の汚濁度が減じる。したがって、本発明の一実施態様では、雨水が増え、流入水量が３倍になったとしても、消毒水又は消毒剤の添加量を３倍にする必要はない。したがって、あらかじめビーカテスト等で流入水質における最適添加量を見出し、その値に流入水量を乗じて消毒水又は消毒剤添加量を定めるのが合理的である。
【００６４】
流入水質の把握については、濁度もしくは電気伝導度を測定することにより、雨水の混入状態を把握することができる。この指標であれば、オンタイム検出が可能である。これらの指標以外には、降雨パターン、雨天時下水中の粒子性状、ＳＳ含有量、化学的酸素要求量（ＣＯＤ、Chemical Oxygen Demand)、生物学的酸素要求量（ＢＯＤ、Biological Oxygen Demand）等を用いることができ、これらの指標を任意に組み合わせても良い。また、流入水量については、様々な流量計を利用してもよいが、雨水排除ポンプの稼動台数・負荷状況から割り出してもかまわない。
【００６５】
次いで、上記消毒水を、所定の排水に添加して、消毒する。例えば、消毒水槽中の消毒水をバイパス流路を介して、メイン流路に導入させる。
排水が、下水、屎尿、又は、産業排水等の場合には、通常、排水中の消毒剤の添加濃度が、活性塩素濃度に換算して、０．５〜２５ｍｇ／ｌ ａｓ Ｃｌであることが好ましく、１〜１５ｍｇ／ｌ ａｓ Ｃｌであることが更に好ましい。消毒剤の添加濃度は、消毒水中の消毒剤の濃度及び量、並びに、排水の量から計算することができる。消毒剤の添加濃度は、排水中で消毒剤が消費される前の値である。
【００６６】
被処理水が下水、尿尿、産業排水等の場合、これらの被処理水は、一般的に大腸菌群が１０⁴〜１０⁷ＣＦＵ／ｍＬの範囲で含まれるが、消毒剤の上記添加量により、確実に速やかに通常、１分程度で被処理水に対する殺菌を行うことができる。
【００６７】
図１は、本発明の方法の一実施形態を説明する概略説明図である。
雨天時下水が、メイン流路から沈砂池１０に流れこんでいる。そして、沈砂池１０には、流入部１２と、互いに平行して配置されている沈砂部１４ａ、１４ｂ、１４ｃとが含まれる。雨天時下水は、流入部１２から沈砂部１４ａ、１４ｂ、１４ｃに流れ込むことができる。
【００６８】
沈砂池１０の出口には、排除ポンプ１６が配置されており、排除ポンプ１６は消毒された雨天時下水を放流水路１７に移動させる。次いで、放流水路１７中の雨天時下水について、残留ハロゲン検出器、濁度計、電気伝導度計などの計測器１８で計測する。残留ハロゲン検出器は、次亜臭素酸等の活性ハロゲンの残留濃度を測定する。このように、残留ハロゲン検出器は、通常、沈砂池出口から放流口の手前の間に配置されることが好ましい。
【００６９】
残留ハロゲン検出器で検出した活性ハロゲン濃度がＬＣ₅₀値（例えば、ＢＣＤＭＨの場合には、活性塩素（Ｃｌ₂）換算で、０．４ｍｇ/ｌ）以上の場合には、ＬＣ₅₀値以下になるように、望ましくはＬＣ₅₀値の１／２（例えば、ＢＣＤＭＨの場合には、活性塩素（Ｃｌ₂）換算で０．２ｍｇ/ｌ）以上の場合には、ＬＣ₅₀値の１／２以下になるように、消毒剤又は消毒水の供給量を減らすか、もしくは一時的に遮断する。これにより、公共用水域中の水棲生物に与える悪影響を軽減することができる。
【００７０】
そして、これらの計測値及び大腸菌群数が所定の放流基準を満たしていることを確認して、河川等の公共用水域に放流される。
公共用水域(public water)には、河川、湖沼、港湾、沿岸海域、公共溝渠、かんがい用水路、及び、その他の公共の用に供される水域または水路が含まれる。しかし、公共用水域には、下水道、特に、下流に終末処理場を有する下水道は含まれない。
【００７１】
図１の実施態様では、沈砂池１０の流入部１２にバイパス流路２０が接続している。沈砂池１０の流入部１２に流れ込んだ雨天時下水の一部が、バイパス流路２０に導入される。そして、この雨天時下水には、消毒剤が添加されて、消毒水に変換して、再び、沈砂池１０に戻される。
【００７２】
沈砂池１０の流入部１２には、汲み上げポンプ１３が配置されている。流入部１２の雨天時下水の一部は、汲み上げポンプ１３によってバイパス流路２０に揚水される。一方、流入部１２の雨天時下水の他の部分は、沈砂部１４ａ、１４ｂ、１４ｃに流入する。
【００７３】
バイパス流路２０には、一対の自動スクリーン２２ａ、２２ｂ、流量計２３、消毒剤添加装置３０、溶解装置４０、ポンプ４６及び分配槽４８がこの順序に配置されている。自動スクリーン２２ａ、２２ｂは互いに並列に配置されている。
【００７４】
消毒剤添加装置３０は、消毒剤３９を貯蔵するためのホッパー３２と、消毒剤３９を供給するための供給機３４と、消毒剤を流路に排出するためのエジェクター３６とを有する。
【００７５】
消毒剤が添加された雨天時下水は、装置４０に導かれる。装置４０は、消毒剤が固体のときには、消毒剤を雨天時下水に溶解するものである。消毒剤が液体のときには、消毒剤を雨天時下水に混合するものである。装置４０は、槽４１を有し、図１の実施態様では、槽４１は攪拌槽４１ａと貯留槽４１ｂに分かれている。もっとも、このように２槽に分ける必要はない。
【００７６】
攪拌槽４１ａには、水位計４２及び排水を攪拌するための攪拌機４４が設けられている。攪拌機４４は、例えば、モータ４４ａと、モータ４４ａに連結した軸４４ｂと、軸に固定された羽根、インペラー等の攪拌具４４ｃとを有する。攪拌槽４１ａ内の排水は、攪拌機４４で攪拌され、排水中の固体の消毒剤を溶解することができる。貯留槽４１ａでオーバフローした排水が、貯留槽４１ｂに移送される。
【００７７】
固体の消毒剤の溶解度が小さいときには、溶解装置４０を設けることが好ましい。一方、固体の消毒剤の溶解度が大きいときには、流路中で速やかに消毒剤が溶解するので、必ずしも溶解装置は必要でない。
【００７８】
装置４０で得られた消毒水は、好ましくは、ポンプ４６により、流路４７を介して、沈砂池１０に導かれる。消毒水は、図１に示されるように、直接、沈砂池１０に導かれても良いし、図２に示されるように、分配槽４８を介して、沈砂池１０に導かれても良い。
【００７９】
即ち、図２では、流路４７に、分配槽４８が設けられている。図２では、説明の便宜上、沈砂池１０の沈砂部１４ａ、１４ｂ、１４ｃを図示し、流入部１２は省略されている。
【００８０】
消毒水は、図１に示されるように、沈砂池１０の流入部１２に導かれても良いし、図２に示されるように、沈砂池１０の沈砂部１４ａ、１４ｂ、１４ｃの各々の上流に導入されてもよい。
【００８１】
図２に示されるように、消毒水が、沈砂池１０の沈砂部１４ａ、１４ｂ、１４ｃの各々の上流に導入される場合には、分配槽４８において、消毒水を沈砂部１４ａ、１４ｂ、１４ｃの各々に導かれる消毒水を予め分配することが好ましい。
【００８２】
沈砂部１４ａ、１４ｂ、１４ｃでは、雨天時下水中に含まれている砂が沈降して除去される。同時に、雨天時下水と消毒水とが混合し、雨天時下水が消毒される。沈砂部１４ａ、１４ｂ、１４ｃでは、雨天時下水及び消毒水は、好ましくは、１秒〜３０分滞留し、更に好ましくは、１秒〜１５分滞留し、更になお好ましくは、１秒〜１０分滞留する。
【００８３】
図３に、消毒水を沈砂部に添加するための添加装置の一実施態様を示す。添加装置５０は、水平方向に伸びる管５２と、この管５２に連通し、消毒水を排水に導入する導入部を有する。管５２は、流路４９ａに連流し、図示されていない支持体で支えられている。導入部の一実施態様は、例えば、管５２から吊り下がる複数のホース５４である。ホースの開口端５６は、沈砂部１４ａの上流に位置し、かつ、水面下に位置することが好ましい。分配槽４８から分配された消毒水は、流路４９ａ、管５２、ホース５４をこの順序に流れて、沈砂部１４ａ中の排水１５に添加される。
【００８４】
ホース５４の開口端５６が沈砂部１４ａの排水１５の水面上に位置するときには、ホースの開口端５６から消毒水の飛沫が風等により、ミストを形成し、沈砂池１０の周囲の機器、特に電装機器を腐食させる危険がある。ホースの開口端５６は沈砂部１４ａ、１４ｂ、１４ｃの排水１５の水面下に配置されていることが好ましい。
【００８５】
管５２は、消毒水で腐食されない材質であることが好ましく、例えば、インコネル等の金属材料、ポリテトラフルオロエチレン、ポリ塩化ビニル等のプラスチック材料を用いることができる。管５２は、ホースを支えるのに十分な機械強度を有することが好ましい。剛性であることが好ましいが、柔軟であってもよい。
【００８６】
各々の管５２には、例えば、２〜２０本、好ましくは、２〜１０本、更に好ましくは、２〜６本のホースを吊り下げても良い。隣接する２本のホース間の間隔は、一定であることが好ましい。消毒水を排水に効率よく混合することができるからである。もっとも、隣接する２本のホース間の間隔が異なっていても良い。ホース５４は、柔軟であることが好ましいが、剛性であってもよい。
【００８７】
【実施例】
以下、本発明の実施例を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。下記の実施例では、図１〜３で示されるシステムで、排水の処理をした。
実施例１
大腸菌群を含む下水処理水を被処理水として、殺菌試験を行った。消毒剤としては、１−ブロモ−３−クロロ−５，５−ジメチルヒダントイン（以下、ＢＣＤＭＨという。）（実施例ｌ）及び次亜塩素酸ソーダ（比較例１）を用いた。消毒剤の濃度を変えて、大腸菌群に対する殺菌試験を行った。被処理水の水質を表１に、試験結果を表２に示す。
【００８８】
【表１】

【００８９】
【表２】

【００９０】
ＢＣＤＭＨは次亜塩素酸ソーダに比べ、１／２以下の濃度で殺菌効果を発揮し、１ｍｇ／L as Ｃｌの添加濃度で大腸菌群数を３０００ＣＦＵ／ｍＬ以下にすることができた。
【００９１】
ＢＣＤＭＨをlmg/L as Clで添加した条件でトリハロメタンは０．１ｍｇ／Ｌ以下であった。
尚、本明細書にて、消毒剤の添加率の表示は、臭素系消毒剤、塩素系消毒剤ともに活性塩素表示とし、活性塩素濃度に換算して「ｍｇ／Ｌ ａｓ Ｃl」と表示する。例えば、１ｇのＢＣＤＭＨを１ｌの排水に添加したときには、５４０ｍｇ／Ｌ ａｓ Ｃｌになる。
【００９２】
反応時間についても、ＢＣＤＭＨでは１分で十分な効果が認められたのに対し、次亜塩素酸ソーダでは、５分以上の時間が必要であった。
実施例２
水産加工排水を、凝集加圧浮上分離した後、更に、活性汚泥処理して得られた排水を被処理水とした。この被処理水に対して消毒剤添加濃度を変更し殺菌試験を行った。被処理水の水質を表３に試験結果を表４に示す。
【００９３】
【表３】

【００９４】
有機性窒素とは、アミンに加え、蛋白質等の有機性窒素全体としての値をいう。例えば、タンパク質の場合には、タンパク質中の窒素原子のみの量をいい、タンパク質中の炭素原子又は水素原子の量は含まれない。有機性窒素には、アンモニア、アンモニウムイオンのような無機窒素は含まれない。
【００９５】
【表４】

【００９６】
ＢＣＤＭＨは次並塩素酸ソーダに比べ、１／３以下の濃度で殺菌効果を発撰し、２．５mg/L as Clの添加濃度で大腸菌群数を３０００ＣＦＵ／ｍＬ以下にすることができた。
実施例３
図１〜３で示されるシステムで、排水の処理をした。その結果を表５にまとめる。
【００９７】
【表５】

【００９８】
＊１ Ａは、ＢＣＤＭＨ（有効ハロゲン濃度５４％）を示す。Ｂは、次亜塩素酸ナトリウム（有効ハロゲン濃度１０％）を示す。
＊２ 塩素（Ｃｌ₂）換算での添加量［ｍｇ／ｌ］。
【００９９】
＊３ ＮＤは、検出せずを意味する。
ＲＵＮ１（下水量１２０ｍ³/hour）では、ＢＣＤＭＨ添加量１２ｍｇ/ｌで、大腸菌群数を３０００CFU/ｍｌ以下にすることができる。
【０１００】
ＲＵＮ２（下水量２５０ｍ³/hour）では、ＢＣＤＭＨ添加量１０ｍｇ/ｌでは消毒は十分であるが、残留ハロゲン濃度が０．７２ｍｇ/ｌであり、適切ではない
。ＢＣＤＭＨ添加量５ｍｇ/ｌで、大腸菌群数を３０００CFU/ｍｌ以下にすること
ができ、しかも残留ハロゲン濃度が０．０３ｍｇ/ｌであり、適切である。
【０１０１】
ＲＵＮ３（下水量５３０ｍ³/hour）は、降雨量が多い場合であり、ＢＣＤＭＨ添加量３〜４．５ｍｇ/ｌで適正な消毒が可能であった。なお、この時のＢＣＤＭＨが雨水排除下水と接触した時間を求めたところ、５０秒程度であり、極めて短時間で消毒することができた。
【０１０２】
ＲＵＮ４（下水道２５０ｍ³/hour）は塩素系消毒剤として次亜塩素酸ナトリウムを用いた比較例である。ＲＵＮ４では、次亜塩素酸ナトリウム添加量を６０ｍｇ/ｌとしても、大腸菌群数を３０００CFU/ｍｌ以下にすることができず、しかも残留ハロゲン濃度が１．５３ｍｇ/ｌとＬＣ₅₀値（具体的には、塩素（Ｃｌ₂）換算で、０．４ｍｇ/ｌ）よりも高く、不適切である。
【０１０３】
なお、ＲＵＮ１〜ＲＵＮ４のいずれの場合も、消毒剤添加量が０（ゼロ）の場合が、雨水排除処理場へ流入した雨天時下水の流入水質を示す。
【０１０４】
【発明の効果】
本発明では、雨天時下水等の排水を効率的に消毒することができる。また、残留ハロゲン濃度をＬＣ₅₀値以下の０．４ｍｇ/ｌ以下にしても消毒することが可能である。更に、残留ハロゲン濃度を検知することによって、残留ハロゲン濃度の管理値を超えた場合には、消毒剤又は消毒水の供給量を減じたり、遮断することができ、環境上の配慮ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の装置の一実施態様の説明図である。
【図２】図２は、本発明の装置の他の実施態様の部分の説明図である。
【図３】図３は、本発明に用いることができる装置の一実施態様の断面図である。
【符号の説明】
１０…沈砂池、１２…流入部、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ…沈砂部、１６…排除ポンプ、１７…放流水路、１８…計測器、２０…バイパス流路、２２ａ、２２ｂ…自動スクリーン、２３…流量計、３０…消毒剤添加装置、３２…ホッパー、３４…供給機、３６…エジェクター、３９…消毒剤、４０…溶解装置、４１…槽、４１ａ…攪拌槽４１ａ、４１ｂ…貯留槽、４２…水位計、４４…攪拌機、４６…ポンプ、４７…流路、４８…分配槽、４９ａ…流路、５０…添加装置、５２…管、５４…ホース、５６…開口端

Claims (7)

1. 有機物とアンモニア又はアンモニウムイオンと雨水とを含む、雨天時に合流式下水道の雨天時下水排除施設から公共用水域に放流される雨天時放流下水を消毒する方法であって、
   １−ブロモ−３−クロロ−５，５−ジメチルヒダントイン及び１，３−ジブロモ−５，５−ジメチルヒダントインからなる群から選択される化合物からなる固体消毒剤を水に添加・溶解して、消毒水を得る工程と、
   前記消毒水を前記下水に添加して消毒する工程と、
   を含む方法。
2. 前記下水への消毒剤の添加濃度が、活性塩素濃度に換算して、０．５mg/L as Cl〜２５mg/L as Clである請求項１に記載の方法。
3. 前記消毒剤を前記下水に添加することによって前記消毒水を得る請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記添加工程が、前記消毒水を前記下水の水面下に導入させる工程を含む、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
5. 有機物とアンモニア又はアンモニウムイオンと雨水とを含む、雨天時に合流式下水道の雨天時下水排除施設から公共用水域に放流される雨天時放流下水を消毒する装置であって、
   １−ブロモ−３−クロロ−５，５−ジメチルヒダントイン及び１，３−ジブロモ−５，５−ジメチルヒダントインからなる群から選択される化合物からなる固体消毒剤を貯留する消毒剤貯留装置と、
   前記固体消毒剤を水に添加・溶解して消毒水を製造する装置と、
   前記消毒水を、前記下水に添加する装置と、
   を有することを特徴とする装置。
6. 前記消毒水を製造する装置が、前記固体消毒剤を前記下水に添加・溶解するものである請求項５に記載の装置。
7. 固体消毒水を下水に添加・溶解する装置が、雨天時下水排除施設に流入する下水管渠、沈砂池の流入部、雨水排除ポンプ井、雨水排除ポンプ流入管のいずれか１以上に設置される請求項５又は６に記載の装置。

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