JP4110822B2 - 水処理方法およびその装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、下水道のオゾンによる水処理方法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
オゾンはそれ自身が持つ強力な酸化力で水中に溶解している溶存性の有害物質を酸化除去する作用があり、上水のみならず下水やプール水等各種用水の処理に採用されている。
下水処理分野において、処理水を河川や海に放流する際、通常は放流直前に塩素消毒が行われている。塩素による消毒方式は残留塩素により効果が持続する反面、放流水域での水生生物や水産資源等への影響に対する懸念や、塩素消毒特有のトリハロメタン等の有害副生成物の生成が問題となる場合がある。このように水辺環境の保全や資源としての処理水の活用に対する意識の高まりに呼応して、放流水域の水質、美観保全のための色や臭いの除去、再利用での水質の安全性・快適性確保のための消毒、色度、臭気、発泡性物質の除去等を必要とする事例が増加しており、このような場合にオゾンの有する処理機能が有効となっている。
従来の下水処理施設におけるオゾン処理設備を図３に示す。
図３は下水二次処理水の一部を再生水としてトイレや修景・親水用途に利用する場合のオゾン処理設備を示している。図において、１は被処理水である二次処理水、２は揚水ポンプ、３は砂ろ過装置、４はオゾン反応槽、５はオゾン発生装置、６はオゾン化ガス、７は散気装置、８はろ過処理水、９はオゾン処理水、１０は排オゾンガス、１１は排風機、１２は消泡塔、１３はオゾン分解塔である。二次処理水１の一部を揚水ポンプ２で砂ろ過装置３等に導入して浮遊物を除去した後、オゾン反応槽４内に送水される。ここでは、オゾン発生装置５により生成されたオゾン化ガス６が、オゾン反応槽底部に設置された散気装置７によって微細化され、ろ過処理水８と接触・混合し水中に溶解される。この際、効率良くオゾンを水中に溶解させるため、オゾン反応槽の水深は５ｍ程度に設定される。水中にオゾンが溶解すると一定時間オゾン反応槽４内に滞留し、この間に大腸菌等の殺菌や除去対象となる有機物等が酸化分解される。この後、オゾン処理水９はトイレや修景・親水用水として利用される。オゾン反応槽は一般にオゾン反応時間が１０〜２０分に設定されることが多いため、二次処理水の最大水量を１０〜２０分間滞留できる容量に設定される。
また、ろ過処理水中に溶解せずにオゾン反応槽の上部空間に気液分離された排オゾンガス１０は、排風機１１により吸引される。このときオゾン反応槽の上部空間は負圧状態となるため、排オゾンガスを含むミスト中に微量含まれる界面活性剤等により泡が生じやすくなる。この泡はオゾン分解処理に悪影響を及ぼすため、消泡塔１２内でシャワーにより泡を取り除いた後、オゾン分解塔１３に送られてオゾンが分解され無害化される。
下水二次処理水の全量をオゾン処理する場合も同様の処理工程であるが、ろ過装置やオゾン反応槽等の設備はそれに見合った規模に拡大する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の水処理方法においては、下水二次処理水の一部はオゾン処理され高質な処理水として再生されるが、オゾン処理されない大部分の処理水は従来通り塩素消毒後放流されるため、色や悪臭については充分に除去されていないことが多く、塩素による有害副生成物の問題もあるため、放流水域の水質の向上にはつながらない。
また、オゾン処理水中の溶存オゾンは、オゾン反応槽内に滞留する時間、すなわち充分に設定されたオゾン反応時間を過ぎた後も水中に残存したまま再生水供給配管に送水されるため、処理に必要なオゾン量に対して過剰になる場合がある。
さらに、散気装置によるオゾン溶解方式では、５ｍ程度の水深と気液分離のための空間が必要であるため、オゾン反応槽の高さが６ｍ程度になってしまうとともに、１０〜２０分程のオゾン反応時間に対応した容積が必要であるため、大型の構造物となってしまう。また、散気装置によるオゾン溶解方式については、一般に排風機や消泡塔にかかる設備費や電力費等が付随することになる。
下水二次処理水の全量をオゾン処理する場合については、放流水域の水質が改善することは期待できるが、設置スペースや設備費あるいは電力費が莫大なものになることは否めない。
このように、従来のオゾン処理方法は、塩素代替方式としては水質改善に充分な効力を発揮するものの、設置スペースの問題や、建設費やあるいは電力費等が高価なものになり、設備導入の妨げとなっていた。
そこで、本発明の目的は有害副生成物の生成が問題となる消毒用塩素の量を大幅に削減するとともに、二次処理水の色や悪臭あるいはＣＯＤを低減して安全な水質を維持し、かつ従来のオゾン処理設備に対して設置スペースをとらず、建設費および電力費を低廉化する水処理方法およびその装置を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、本発明はつぎの構成にしている。
請求項１記載の水処理方法は、被処理水をオゾン処理する工程と、前記被処理水を下水処理の最終段における既設の塩素混和池に導入して塩素により殺菌する工程とを含む水処理方法において、 前記塩素混和池の下流部分より取水して前記オゾン処理工程に送水し、オゾン処理し未溶解の排オゾンガスを除去したオゾン処理水を前記塩素混和池の上流部に還流し、前記塩素混和池内でオゾン未処理水と前記オゾン処理水中の溶存オゾンとを反応させるものである。
請求項２記載の水処理方法は、オゾン発生装置、オゾン溶解装置、オゾン反応槽、気液分離装置、排オゾン処理装置とからなるオゾン処理装置と、前記オゾン処理装置の前段に配置され被処理水を取水する揚水ポンプと、前記揚水ポンプの揚水量を測定する水量センサと、オゾンガスの配管系統またはオゾン処理水のオゾン濃度を計測するオゾンモニタと、前記水量センサおよびオゾンモニタのデータを入力し、揚水ポンプおよびオゾン発生装置の運転出力を制御するコントローラとを備えた水処理装置において、
前記オゾン処理装置は、下水処理工程の最終段における既設の塩素混和池の下流部分から取水してオゾン処理し、未溶解の排オゾンガスを除去したオゾン処理水を前記塩素混和池の上流部に還流し、前記塩素混和池内でオゾン未処理水と前記オゾン処理水中の溶存オゾンとを反応させるようにしたものである。
請求項３記載の水処理装置は、前記オゾン処理装置が前記気液分離装置と前記排オゾン処理装置とを接続する排オゾンガス送気管から分岐して前記揚水ポンプの前段に接続する余剰オゾン再注入管が設けられ、かつ前記余剰オゾン再注入管に余剰オゾン注入量調整弁が設置されるとともに、前記オゾン溶解装置の前段に、第２の気液分離器を設置したものである。
【０００５】
請求項１から２の構成によれば、既設の塩素混和池をオゾン反応槽として併用するため、大規模なオゾン処理設備や建物は不要になる。したがって、オゾン処理設備の設置スペースが少なく、建設費および電力費の低廉化が可能となる。塩素混和池内では、充分なオゾン反応時間がとれるため、返送されたオゾン処理水中の溶存オゾンがオゾン未処理水と反応する。したがって、被処理水全量をオゾン処理でき、脱色・脱臭、ＣＯＤが低減された良質で安全な処理水ができる。塩素とオゾンを併用させることにより残留塩素濃度を低い値に押さえることができるため、塩素の注入量を大幅に削減できる。
請求項３記載の構成によれば、ろ過処理水中に溶解せずにオゾン反応槽の被処理水と分離された排オゾンガスを再溶解するため、オゾン溶解効率が向上するとともに、排オゾン分解塔で処理されるオゾン量が減少するため、排オゾン処理にかかる費用が低廉化する。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて詳述する。
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態を図１に示す。
図１は第１の実施形態を示す水処理方法の概略図である。同一部品には同一符号を付しており、従来と同じ部品の説明は省略している。図１に示すように、揚水ポンプ２の後段にエゼクタまたはエゼクタとラインミキサからなるオゾン溶解装置１４を配設する。エゼクタ後段にラインミキサを配設することでオゾン溶解効率向上に寄与することができる。またエゼクタとオゾン発生装置５は発生オゾンガス供給管１５を介して接続される。オゾン溶解装置１４の後段にはオゾン反応槽４を設置し、その上部には気液分離器１５が設置され、気液分離器１６と排オゾン処理装置１７は排オゾンガス送気管１８で接続される。本構成においてオゾン処理循環系は塩素混和池１９内の下流部から取水し、塩素混和池１９内の上流部に返送する循環系となっている。また、揚水ポンプの二次側には水量センサ２０が、発生オゾンガス供給管１５および排オゾンガス送気管の中途部には気相中のオゾン濃度を測定する気相オゾンモニタ２１が、オゾン溶解装置１４もしくはオゾン反応槽４の二次側の水配管中途部には液相中のオゾン濃度を測定する溶存オゾンモニタ２２がそれぞれ配設されている。なお、塩素混和池１９の前段または後段には処理水量を監視する水位計等の処理水流量計や、放流水中の有機物汚濁量や残留塩素濃度等を測定する水質分析計等の計測器２３が設けられている。
つぎに、本実施形態の動作について述べる。塩素混和池１４の下流部から、全処理水量に対して１０〜５０％の割合で揚水ポンプ１により取水した被処理水はオゾン溶解装置１４により、オゾン発生装置５で生成されたオゾン化ガスと混合攪拌される。このとき、オゾン溶解装置の特性上、被処理水とオゾン化ガスの体積比〔Ｌ／Ｇ〕比が１０以上になるように設定することが好ましい。オゾンと混合された被処理水は一定時間オゾン反応槽４で滞留し、この間に大腸菌等の殺菌や除去対象となる有機物等が酸化分解される。被処理水中に溶解せず、気液分離装置１６で気液分離された排オゾンガスは後段の排オゾン処理装置１７において分解され、無害化された後大気中へ排出される。排オゾンガスを含む少量のミストは、排オゾン処理装置１７の下部または気液分離装置１６と排オゾン処理装置１７の中途部からドレインとして排出する。オゾン反応槽４から塩素混和池１９前段に返送されるオゾン処理水中には、オゾンが溶存しており、塩素混和池流入水と混合されて希釈されるが、混合水中に残存した溶存オゾンが一定時間作用し、有機物等との酸化分解が進行して、殺菌、脱臭、脱色、ＣＯＤの低減等に寄与する。なお、下水道設計指針では塩素混和装置における塩素接触時間が計画１日最大汚水量に対して１５分以上にする必要があることが述べられており、実際には２０〜４０分程度になっている場合が多いことから、オゾン反応時間としては充分な時間をとることができる。その後処理場外部の河川や海に放流される。また、この処理水の一部を再生水として諸用途に利用する場合には、ろ過処理を行うだけで浮遊物やＢＯＤ物質等が除去され、トイレの雑用水や修景・親水用水として利用することができる。オゾン注入量については、各オゾンモニタやオゾン処理水量を監視してオゾン注入率や排オゾンガス濃度が一定になるように、コントローラ２４でＰＩＤ等の演算を行い、オゾン発生出力のフィードバック制御を行うことができる。また、塩素混和池の水中に一定のオゾンが残存するように、オゾン溶解装置もしくはオゾン反応槽の後段や、塩素混和池に設置された溶存オゾンモニタから得られる計測値を監視することで、溶存オゾン濃度を一定にするようなオゾン注入量制御を行っても良い。さらに、塩素混和池前段または後段に設置された処理水流量計や、放流水中の有機物汚濁量や、残留塩素濃度等を測定する水質分析計等の計測器から得られる計測値をもとに制御システムを構成し、オゾン発生出力あるいは揚水ポンプ出力のフィードバック制御を行うことも可能である。本実施形態によれば、既設の塩素混和池をオゾン反応槽として兼用するため、大規模なオゾン反応槽をはじめとするオゾン溶解設備は不要になる。また、エゼクタの採用により排オゾンガスは加圧状態で排オゾン分解槽に送気されるため、排風機や消泡塔等の設備およびそれらの運転に要する費用が削除される。さらには、オゾン反応槽から塩素混和池の上流部に返送されるオゾン処理水中に溶存するオゾンは、塩素混和池で合流された二次処理水と混合されて作用すると共に、塩素混和池で充分なオゾン反応時間をとることにより、二次処理水全量をオゾン処理することになるため、脱色・脱臭、ＣＯＤが低減された良質で安全な処理水を河川や海域に放流することができる。また、塩素とオゾンを併用することで、塩素が環境に影響を及ぼさない程度に残留塩素濃度を低い値に安定して保持できるようになるため、塩素の注入量は大幅に削減できるとともに、残留性の乏しいオゾンに対して塩素を一定濃度残留させることにより、細菌類の繁殖を押さえることができる。
処理水をろ過して再生水に利用する場合においても、塩素が一定の低い値で残留しているため、細菌類の繁殖防止にも効果がある。この設備は既設の塩素混和池等を併用しているため、大規模な構造物などの建築がなく、従来のオゾン処理設備に対して設置スペースをとらず、建設費および電力費の低廉化が可能となる。なお、オゾンガスを直接塩素混和池内に曝気するのではなく、オゾン処理循環過程で排オゾンガスとオゾン処理水を分離した後、塩素混和池に返送するとともに、必要最小限のオゾン注入量になるように、各種制御手段によりオゾン発生出力や揚水ポンプ出力のフィードバック制御を行うため、効率の良いオゾン処理を行うと共に、塩素混和池周辺において有毒なオゾンガスによる人的被害はない。
【０００７】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態を図２に示す。図において、２５は余剰オゾン再注入管、２６は余剰オゾン注入量調整弁、２７は第２の気液分離装置である。
気液分離装置１６から排オゾン処理装置１７までの排オゾンガス送気管１８中途部から分岐して揚水ポンプ２の前段に余剰オゾン再注入管２５を接続し、その中途部に余剰オゾン注入量調整弁２６を配設する。また、オゾン溶解装置１４の前段に、第２の気液分離装置２７を設置する。
本実施形態の動作は、排オゾンガスの一部を揚水ポンプ２の一次側（吸引側）に再注入し、第２の気液分離器２７で溶解しなかったオゾンガスを分離し、排オゾン処理装置２７で処理をする。なお、被処理水とオゾンガスの体積比〔Ｌ／Ｇ〕比が１０以上になるように設定する場合、揚水ポンプ２がガスの吸引により空運転することは起こりにくいが、非効率的な運転を行わないように、余剰オゾン注入量調整弁２６で余剰オゾンガスの注入量を調整する。
本実施形態によれば、ろ過処理水中に溶解せずにオゾン反応槽の被処理水と分離された排オゾンガスを再溶解するため、オゾン溶解効率が向上するとともに、排オゾン分解塔で処理されるオゾン量が減少するため、排オゾン処理にかかる費用が低廉化する。
なお、本実施例では、下水処理を中心に述べたが、これに限らず、上水の処理にも適用できる。
【０００８】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によればつぎの効果がある。
既設の塩素混和池の下流部分より取水してオゾン処理し、オゾン処理したオゾン処理水を塩素混和池の上流部に還流し、塩素混和池をオゾン反応槽として併用したので、大規模なオゾン処理設備や建物は必要なく小型の設備ですむ。したがって、オゾン処理設備の設置スペースが少なく、建設費および電力費の低廉化が可能となる。また、塩素混和池内では、充分なオゾン反応時間がとれるため、被処理水の全量をオゾン処理できる。したがって、脱色・脱臭、ＣＯＤが低減された良質で安全な処理水ができる。また、塩素とオゾンを併用させることにより残留塩素濃度を低い値に押さえることができるため、塩素の注入量を大幅に削減できる。
また、余剰オゾンを揚水ポンプの前段に再注入するようにしたので、オゾン溶解効率が向上するとともに、排オゾン分解塔で処理されるオゾン量が減少し、排オゾン処理費用が低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示す水処理装置の概略図
【図２】本発明の第２の実施例を示す水処理装置の概略図
【図３】従来の水処理装置の概略図
【符号の説明】
１ 二次処理水
２ 揚水ポンプ
３ 砂ろ過装置
４ オゾン反応槽
５ オゾン発生装置
６ オゾン化ガス
７ 散気装置
８ ろ過処理水
９ オゾン処理水
１０ 排オゾンガス
１１ 排風機
１２ 消泡塔
１３ オゾン分解塔
１４ オゾン溶解装置
１５ 発生オゾンガス供給管
１６ 気液分離装置
１７ 排オゾン処理装置
１８ 排オゾンガス送気管
１９ 塩素混和池
２０ 水量センサ
２１ 気相オゾンモニタ
２２ 溶存オゾンモニタ
２３ 計測器
２４ コントローラ
２５ 余剰オゾン再注入管
２６ 余剰オゾン注入量調整弁
２７ 第２の気液分離装置

Claims (3)

1. 被処理水をオゾン処理する工程と、前記被処理水を下水処理の最終段における既設の塩素混和池に導入して塩素により殺菌する工程とを含む水処理方法において、
   前記塩素混和池の下流部分より取水して前記オゾン処理工程に送水し、オゾン処理し未溶解の排オゾンガスを除去したオゾン処理水を前記塩素混和池の上流部に還流し、前記塩素混和池内でオゾン未処理水と前記オゾン処理水中の溶存オゾンとを反応させることを特徴とする水処理方法。
2. オゾン発生装置、オゾン溶解装置、オゾン反応槽、気液分離装置、排オゾン処理装置とからなるオゾン処理装置と、前記オゾン処理装置の前段に配置され被処理水を取水する揚水ポンプと、前記揚水ポンプの揚水量を測定する水量センサと、オゾンガスの配管系統またはオゾン処理水のオゾン濃度を計測するオゾンモニタと、前記水量センサおよびオゾンモニタのデータを入力し、揚水ポンプおよびオゾン発生装置の運転出力を制御するコントローラとを備えた水処理装置において、
   前記オゾン処理装置は、下水処理工程の最終段における既設の塩素混和池の下流部分から取水してオゾン処理し、未溶解の排オゾンガスを除去したオゾン処理水を前記塩素混和池の上流部に還流し、前記塩素混和池内でオゾン未処理水と前記オゾン処理水中の溶存オゾンとを反応させるようにしたものであることを特徴とする水処理装置。
3. 前記オゾン処理装置は、前記気液分離装置と前記排オゾン処理装置とを接続する排オゾンガス送気管から分岐して前記揚水ポンプの前段に接続する余剰オゾン再注入管が設けられ、かつ前記余剰オゾン再注入管に余剰オゾン注入量調整弁が設置されるとともに、前記オゾン溶解装置の前段に、第２の気液分離器を設置したものであることを特徴とする請求項２記載の水処理装置。

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