JP4172415B2 - 汚染水の多段処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、有害な汚染物質で汚染された地下水などの汚染水から、汚染物質を分解除去する汚染水の処理装置に関する。

近年、地下水などの汚染が問題になっているが、その原因となる主な汚染物質として、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、１,２−ジクロロエタン、１,１−ジクロロエチレン、１,２−ジクロロエチレン、１,１,１−トリクロロエタン、１,１,２−トリクロロエタン、ジクロロメタン、パラジクロロベンゼン、１,２−ジクロロプロパン、クロロホルム、ベンゼン、トルエン、キシレン、四塩化炭素、ホルムアルデヒドなどの揮発性有機化合物が挙げられる。

上記した有機塩素化合物などの揮発性汚染物質を含む土壌を修復する方法として、いわゆる揚水曝気法が一般に広く行われている。この揚水曝気法は、揮発性汚染物質を含んだ地下水をポンプで揚水し、これに空気を効率よく接触させて揮発性汚染物質を気相に移行させることにより、汚染された地下水を浄化して土壌に戻す方法である。

しかし、揚水曝気法は汚染物質を分解して無害化する技術ではないので、揮発性汚染物質を含む気相の後処理が必要である。この気相の後処理としては、化学的に分解処理する場合もあるが、その過程で発生した有毒な副生物や酸性ガスの処理装置などが必要となり、装置の大型化及び設備費を含めた浄化コストの上昇を招く。そのため、活性炭に吸着させる方法を用いるのが一般的であるが、活性炭は破過する前に新品と交換する必要があるため、交換する活性炭の費用に加えて、その作業のための労務コストがかかり、交換頻度が高くなればなるほど費用が増大するという問題がある。また、この方法では揮発性の汚染物しか処理できないという問題もある。

一方、汚染水中の汚染物質を水相中にて除去する方法として、促進酸化処理法がある。この促進酸化処理方法は、オゾン、過酸化水素、紫外線などを併用し、酸化力が強いヒドロキシルラジカルを生成させて、汚染水中の有害な汚染物質を分解除去する方法であり、特にオゾンと紫外線を組み合わせた方法はよく知られている。また、汚染水中の揮発性汚染物質の濃度が高くなると１段のみの処理では不十分であり、特にオゾンはオゾン発生器から生成する濃度に限界があるため、多段に反応槽を設けて処理することが有効とされている。

かかる多段処理として、例えば、特開昭５２−２２３５５号公報には、多段に設けた反応槽にｐＨ９〜１１の処理水を上部から供給する一方、反応槽の底部にオゾンを供給し、処理水が槽内を流下する過程で紫外線照射装置から紫外線を照射することで連続処理する方法が記載されている。また、特開平６−２６９７７３号公報には、処理水に紫外線を照射すると共に酸化剤を注入するに際して、複数箇所から酸化剤を注入する処理方法が記載されている。

上記の多段処理では、各槽間の処理水の移送をポンプで行うが、経済的に見合う範囲で全てのポンプを同じ流量に保つのは困難であるため、全ての槽の液面レベルが一定になるように、センサーで液面を感知してポンプのＯＮ・ＯＦＦを繰り返すことになる。しかし、ポンプのＯＮ・ＯＦＦにより全ての槽の液面レベルを維持する方法では、ＯＮ・ＯＦＦが頻繁になるとスイッチの接点が劣化しやすいうえ、制御が煩雑になるため装置コストを増加させる要因となっていた。

また、上記公報記載の処理方法では、オゾンの混合方法として混合効率の悪い散気管方式を用いるか、酸化剤として汚染水に混ぜやすい液体状の過酸化水素水を用いているため、多段処理であっても汚染物質の分解除去効率は満足できるものではなかった。しかも、ポンプがＯＮ・ＯＦＦを繰り返す状態では、仮に加圧混合方式であってもオゾンの混合効率が大きく低下し、汚染物質の分解除去効率も低下してしまうという問題もあった。

特開昭５２−２２３５５号公報 特開平６−２６９７７３号公報

本発明は、このような従来の問題点に鑑み、オゾンと紫外線を併用して汚染水を多段処理する際に、汚染水供給用のポンプのＯＮ・ＯＦＦを繰り返すことなく全ての槽の液面をそれぞれ一定レベルに維持することができ、また投入したオゾンを効率よく汚染水に混合して、汚染水中の汚染物質を効率良く分解除去することができると共に、装置の制御が簡便で且つ装置への負荷が少なく、経済性の高い汚染水の多段処理装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、原水槽から連続的に供給される汚染水にオゾンを混合した後、紫外線を照射して汚染物質を分解除去する汚染水の処理装置であって、汚染水にオゾンを混合するオゾン混合装置と、オゾンを混合した汚染水に紫外線を照射する紫外線照射装置と、紫外線照射を受けた汚染水から残存気体を分離する気液分離槽とからなる分解処理手段が少なくとも２組以上直列に連結されていて、各分解処理手段の気液分離槽からの汚染水の流出口が該槽内への汚染水の流入口より上方に位置し、各分解処理手段における汚染水の流出流量が流入流量より小さく、且つ流出流量と流入流量の差分の汚染水が原水槽又は前段分解処理手段の気液分離槽に返流されることを特徴とするものである。

上記本発明の汚染水の多段処理装置においては、前記原水槽及び気液分離槽への後段分解処理手段からの汚染水の返流口が、該槽内の液面より下方にあることが好ましい。また、前記各分解処理手段のオゾン混合装置が、汚染水を紫外線照射装置に供給するためのポンプを兼ねたエジェクター方式又はターボミキシング方式による加圧混合式ポンプであることが好ましい。

本発明によれば、オゾンと紫外線を併用した汚染水の多段処理において、各槽に汚染水を供給するポンプを常時運転しながら、全ての槽の液面をそれぞれ常に一定レベルに維持することができる。従って、装置の制御が簡便で且つ装置への負荷が少なく、経済性の高い汚染水の多段処理装置を提供することができる。しかも、汚染水を供給するポンプとして加圧混合式ポンプを使用すれば、その常時運転と相俟って、同時にオゾンを効率よく汚染水に混合でき、汚染水中の汚染物質を効率良く分解除去することができる。

本発明の汚染水の多段処理装置について、図面を参照して説明する。図１に示す多段処理装置は、汚染水を貯留する原水槽１を備えると共に、汚染水の供給ポンプと汚染水へのオゾン混合装置とを兼ねる加圧混合式ポンプ２ａと、オゾンを混合した汚染水に紫外線を照射する紫外線照射装置３ａと、紫外線照射を受けた汚染水中の残存気体を分離する気液分離槽４ａとからなる第１段の分解処理手段と、同じく加圧混合式ポンプ２ｂと、紫外線照射装置３ｂと、気液分離槽４ｂとからなる第２段の分解処理手段とが、２組直列に連結されている。そして、最終的に処理された汚染水は、第２段の気液分離槽４ｂから排水ポンプ５により系外に排出されるようになっている。

この多段処理装置では、オゾンを汚染水に混合させるオゾン混合装置として、エジェクター方式やターボミキシング方式などによる加圧混合式ポンプ、例えば渦流ポンプを使用している。加圧混合式ポンプは、気液混合と同時に加圧ができるため、汚染水を連続的に移送する供給ポンプであると同時に、オゾン混合装置として使用でき、給散気菅方式などと比較してオゾン混合効率が高く、特に装置規模が小さい場合に混合効率の差が大きくなるため優れている。ただし、汚染水の供給ポンプとは別に、オゾン混合装置を設けることもできる。

原水槽１に貯留された汚染水は、まず第１段の分解処理手段において、送水管を通して第１段のオゾン混合装置である加圧混合式ポンプ２ａに導入され、加圧下で汚染水にオゾンが混合される。オゾンが混合された汚染水は、加圧混合式ポンプ２ａから第１段の紫外線照射装置３ａに送られて紫外線が照射される。この紫外線照射によりヒドロキシルラジカル等の活性なラジカルが生成され、汚染水中の汚染物質が分解除去される。紫外線照射装置３ａを出た汚染水は第１段の気液分離槽４ａに導入され、更に汚染物質の分解除去が進行すると共に、液中に残存する気体が気相に移行して分離される。

このように第１段の分解処理手段での処理が終了した汚染水は、更に第２段の分解処理手段に供給され、上記と同様に第２段の加圧混合式ポンプ２ｂ、第２段の紫外線照射装置３ｂ、第２段の気液分離槽４ｂで順次処理される。最終的に処理の終了した汚染水は、そのまま第２段の気液分離槽４ｂから排水ポンプ５により系外に排水されるか、吸着剤等で２次処理された後に系外に排水される。また、第１段及び第２段の気液分離槽４ａ、４ｂからの排ガスは、通常の排ガス処理を行った後に大気中に放出される。

上記の多段処理装置では、第１段及び第２段の各分解処理手段における汚染水の流出流量が流入流量より小さく設定されている。即ち、第１段の加圧混合式ポンプ２ａの流量よりも第２段の加圧混合式ポンプ２ｂの流量を小さくすることで、第１段の気液分離槽４ａにおける汚染水の流出流量を流入流量より小さくする。同様に、第２段の加圧混合式ポンプ２ｂの流量よりも排水ポンプ５の流量を小さくすることで、第２段の気液分離槽４ｂにおける汚染水の流出流量を流入流量より小さくする。その結果、第１段及び第２段の気液分離槽４ａ、４ｂでは流出流量より流入流量の方が多くなるが、この流出流量と流入流量の差に相当する汚染水は、第１段の気液分離槽４ａから原水槽１に、あるいは第２段の気液分離槽４ｂから第１段の気液分離槽４ａに、それぞれオーバーフロー等によって返流される。

このような流量操作のみによって、汚染水を移送供給するためのポンプ、具体的には加圧混合式ポンプ２ａ、２ｂを常時運転しながら、第１段及び第２段の気液分離槽４ａ、４ｂの液面をそれぞれ常に一定レベルに維持することができる。従って、レベルセンサー等により液面を感知してポンプのＯＮ・ＯＦＦを繰り返したり、精密に流量をコントロールできる高価なポンプや制御装置を設置したりする必要がなく、これらの制御にかかる装置コストを大幅に削減することができる。また、オゾン混合装置である加圧混合式ポンプ２ａ、２ｂは停止することがないので、オゾンを常に適正な混合効率で汚染水に混合することができると同時に、無駄にオゾンを消費することもない。

また、上記の多段処理装置では、第１段及び第２段の各分解処理手段の気液分離槽からの汚染水の流出口が、その気液分離槽内への汚染水の流入口より上方に位置している。即ち、第１段の気液分離槽４ａにおいては、気液分離した汚染水を排出する送水管の流出口７ａは液面より下方であって、且つ第１段の紫外線照射装置３ａから汚染水を導入する送水管の流入口６ａよりも上方に設置してある。第２段の気液分離槽４ｂにおいても同様に、気液分離した汚染水の流出口７ｂは液面より下方であって、且つ第２段の紫外線照射装置３ｂからの汚染水の流入口６ｂよりも上方に位置している。

このように各気液分離槽４ａ、４ｂにおける汚染水の流出口７ａ、７ｂを流入口６ａ、６ｂよりも上方に配置することによって、槽内での汚染水の流れが下から上に流れるためプラグ流（全ての分子が同じ時間で排出される仮想的な流れ）に近づき、流れが均一になって汚染物質の滞留時間に差がなくなるので、汚染物質の分解処理が均一に且つ安定して行われる。また、汚染水が各気液分離槽４ａ、４ｂ内を下から上に流れる間に、加圧混合式ポンプ２ａ、２ｂで汚染水に溶解しきれなかった気体オゾンの溶解が水圧によって促進される。これにより活性なラジカルの生成並びに酸化力が高まり、汚染物質の分解除去率が向上すると同時に、気液分離後の排ガス中のオゾン濃度も減少するので、後処理への負荷を低減させることができる。

更に、各気液分離槽４ａ、４ｂに汚染水を供給する送水管の流入口６ａ、６ｂが液面より下方に配置してあるので、汚染水が槽内の汚染水中に流入して液面を荒らすことがない。従って、汚染水が液面の上方から槽内に投入された場合と比較して、汚染水の飛散が減少するため、その飛沫による槽の汚れや腐食などを防ぐことができる。

また、一般に、汚染物質としてテトラクロロエチレンなどの揮発性有機塩素化合物が含まれる場合、特に原水槽１のヘッドスペースに揮発性有機化合物が滞留しやすい。一方、気液分離槽４ａ、４ｂのヘッドスペースには未溶解のオゾンが滞留することがあるため、この気相中のオゾンが原水槽のヘッドスペースに流入すると、揮発性有機化合物と反応して局所的に塩酸ミストを発生させ、原水槽１を腐食させることがある。

このような場合、図１に示すように、原水槽１及び気液分離槽４ａ、４ｂへの後段分解処理手段からの汚染水の返流口８ａ、８ｂを槽内の液面より下方に配置することによって、気液分離槽４ａ、４ｂのヘッドスペースにある気体中のオゾンが原水槽１に流れ込むことを防止できるので、揮発性有機化合物との反応による塩酸ミストの発生をなくし、原水槽1の腐食を防ぐことができる。

本発明に係わる汚染水の多段処理装置の一実施例を示す構成図である。

符号の説明

１ 原水槽
２ａ、２ｂ 加圧混合式ポンプ
３ａ、３ｂ 紫外線照射装置
４ａ、４ｂ 気液分離槽
５ 排水ポンプ
６ａ、６ｂ 流入口
７ａ、７ｂ 流出口
８ａ、８ｂ 返流口

Claims (3)

1. 原水槽から連続的に供給される汚染水にオゾンを混合した後、紫外線を照射して汚染物質を分解除去する汚染水の処理装置であって、汚染水にオゾンを混合するオゾン混合装置と、オゾン混合装置から流入した汚染水に紫外線を照射する紫外線照射装置と、紫外線照射装置から流入した汚染水から残存気体を分離する気液分離槽とからなる分解処理手段が少なくとも２組以上直列に連結されていて、各分解処理手段の気液分離槽は当該分解処理手段の紫外線照射装置から汚染水が流入する流入口と、該気液分離槽から後段分解処理手段のオゾン混合装置に汚染水が流出する流出口又は系外への汚染水の流出口を有すると共に、各分解処理手段の気液分離槽における汚染水の流出口は流入口よりも上方に位置し、各分解処理手段における汚染水の流出流量が流入流量より小さく、且つ流出流量と流入流量の差分の汚染水が各分解処理手段の気液分離槽から原水槽又は前段分解処理手段の気液分離槽に返流されることを特徴とする汚染水の多段処理装置。
2. 前記各分解処理手段における汚染水の流出流量と流入流量の差分の汚染水は、当該分解処理手段の気液分離槽の上部からオーバーフローして、原水槽及び前段分解処理手段の気液分離槽内の液面より下方にある返流口から該原水槽及び該気液分離槽内に返流されることを特徴とする、請求項１に記載の汚染水の多段処理装置。
   
3. 前記各分解処理手段のオゾン混合装置が、汚染水を紫外線照射装置に供給するためのポンプを兼ねたエジェクター方式又はターボミキシング方式による加圧混合式ポンプであることを特徴とする、請求項１又は２に記載の汚染水の多段処理装置。
   
   
   

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