JP5135157B2 - 排水の浄化方法 - Google Patents

Description

この発明は、工業系排水その他の各種排水の浄化方法に関するものである。

従来より、工業系排水その他の各種排水に次亜塩素酸ナトリウムを加えることにより、排水中に汚れ成分として含有される被酸化物質（有機化合物や無機化合物）を分解する浄化処理が行われている（例えば特許文献１）。
前記排水に添加する次亜塩素酸ナトリウムの量が少なすぎるとCOD（化学的酸素要求量）を十分に低減することができず浄化が不完全となり、逆に多すぎると排水中の残留塩素濃度が高くなって河川や下水などに放流すると魚介類に悪影響を与えることとなりまた排水を再利用する場合の障害要因ともなる。
すなわち、排水に対する次亜塩素酸ナトリウムの添加量は排水のCODを低減するために必要十分な量が好ましいので、排水のCODを把握する必要がある。
ここで、CODを分析するためにJIS規格に係る方法（100℃における過マンガン酸カリウムによる酸素要求量）があるが、この方法は手間と時間が結構かかるという問題があった。
特開２００３−２５１３５５号公報

そこでこの発明は、従来よりも簡易な手段でCODなどの排水の汚れ度合の評価指標を把握することができる排水の浄化方法を提供しようとするものである。

前記課題を解決するためこの発明では次のような技術的手段を講じている。
(１)この発明の排水の浄化方法は、排水を浄化すべき反応槽に次亜ハロゲン酸を供給することによって排水中の汚れ成分を分解すると共に、前記反応槽内の残留塩素濃度によって排水の汚れ度合の評価指標を推測するようにしたことを特徴とする。

ここで、前記排水として工場系排水、飲食店系排水、一般家庭系排水、汚染土壌系排水、塗装工場その他のＶＯＣガスをスクラバー（scrubber、排ガス洗浄装置）により水中に置換した排水、プール水、浴場水などを例示することができ、何らかの浄化をする必要がある水は全て含まれるものであって、必ずしも捨てるものに限られるものではなく、工場系排水などのように浄化して再利用するものやプール水や浴場水のように浄化しつつ循環利用するものなども含まれるものとする。
前記排水中の汚れ成分として、通常の有機成分（ホルムアルデヒドなど）や、ベンゼン、トルエン、ダイオキシン類、PCBなどの難分解性有機化合物、人体の皮膚表面などから溶出した汚れ成分、またアンモニア性窒素その他の無機成分を例示することができる。
前記排水の汚れ度合の評価指標として、既述のCODの他に、BODやTOC、アンモニア性窒素などを例示することができる。

前記次亜ハロゲン酸として、次亜塩素酸や次亜臭素酸を例示することができる。次亜ハロゲン酸（オゾン単体処理よりも分解力に富む）によって排水中の汚れ成分は分解されて微細化され究極的には二酸化炭素や窒素ガスに行き着き、CODやBOD、TOC、アンモニア性窒素が低減されて清浄化される。ここで、前記次亜ハロゲン酸を電気分解して活性ラジカル種（OH・ラジカル、活性酸素、活性オゾン）を発生させた状態で供給するとより分解能に優れたものとなる。また、次亜ハロゲン酸として市販の次亜塩素酸ナトリウム水溶液を使用する他に、食塩や臭化ナトリウムの共存下で水を電気分解することによって次亜塩素酸や次亜臭素酸を生成させた水溶液を使用することができる。

本発明者は、詳細なデータ採取とその内容の解析・検討の積み重ねによって反応槽内の排水の残留塩素濃度とＣＯＤとの間には相関関係があることを把握した。
例えば、或る液晶工場の排水（有機成分DMSOその他が含有される）の密閉槽内での浄化処理テストにおいて、反応槽内の残留塩素濃度が220ppm前後に維持される状況下では供給された排水（供給時COD 50ppm）のCODは20分で20ppm前後に収束（動的平衡状態）し、同残留塩素濃度が240ppm前後に維持される状況下では供給された同排水のCODは20分で１0ppm前後に収束した。また前記排水の他の浄化処理テストでは、反応槽内の残留塩素濃度が200ppm前後に維持される状況下では供給された排水（供給時COD
100ppm）のCODは20分で70ppm前後に収束（動的平衡状態）し、同残留塩素濃度が300ppm前後に維持される状況下では供給された同排水のCODは20分で40ppm前後に収束した。

前記相関関係から、反応槽内の残留塩素濃度が高く維持されると供給された排水のＣＯＤは低く推移する傾向が存在し、逆に同残留塩素濃度が低く維持されると供給された排水のＣＯＤは高く推移する傾向が存在することが把握された。この傾向には反応槽内における残留塩素と汚れ成分との遭遇率が関与していると考えられるものであり、残留塩素濃度が高い環境に排水が供給されると前記遭遇率が高くなることによってCODはより多く低減される結果となる。逆に、残留塩素濃度が低い環境に排水が供給されると、前記遭遇率が低くなることによってCODはあまり低減されない結果となる。
また、排水の種類（含有成分の種類や濃度が相違する）や浄化処理の条件（反応槽内の状況が異なる）によって、残留塩素濃度とCODの相関関係の具体的な数値は前述の通り相違することも把握された。この相違は、処理態様の相違により汚れ成分の被分解能が異なることに起因するものと考えられる。

そして、前記相関関係などから反応槽中の残留塩素濃度を通じて排水の汚れ度合の評価指標を推測できることを想到したものであり、予め浄化対象の排水について上記相関関係の内容を事前に把握しておくことによって（この段階でJIS準拠のCOD等との照合を行っておく）、実際の排水の浄化処理中にはJIS準拠の手間のかかるＣＯＤ分析を行わなくても、或る程度簡易に測定可能な残留塩素濃度によって反応槽内の排水のＣＯＤを推測することができる。

（２）前記反応槽内の残留塩素濃度の濃度制御を行うことによって排水の汚れ度合の評価指標をコントロールするようにしてもよい。つまり、残留塩素濃度を指針としその濃度制御を行うことによって、実際の目的とする排水の汚れ度合の評価指標を所定の濃度にコントロールし、排水の浄化処理の制御をすることができる。
具体的には、排水の浄化処理中に反応槽では供給される排水の汚れ成分を分解していくために残留塩素（有効塩素）が消費されていくが、消費される分の残留塩素を補充しつつ反応槽内が所定の適正な残留塩素濃度に維持されるように濃度制御し、反応槽内の汚れ成分と残留塩素との遭遇率を適宜に調整することにより、汚れ度合の評価指標（COD等）をコントロールすることができる。

例えば、反応槽内の残留塩素濃度を高めに設定すると汚れ成分と残留塩素との遭遇率が高い確率となり、汚れ度合の評価指標は低めの濃度にコントロールされる。逆に、反応槽内の残留塩素濃度を低めに設定すると汚れ成分と残留塩素との遭遇率が低い確率となり、汚れ度合の評価指標は高めの濃度にコントロールされる。

(３) 前記排水と次亜ハロゲン酸を反応槽に連続的（間欠的に連続供給する場合や一定時間毎に連続供給する場合も含む）に供給するようにしてもよい。
このように構成すると、排水の浄化をバッチ式ではなく反応槽に連続的に供給しつつ排出していくことにより行うことができるので、単位時間当たりの排水処理量を分割減量化し、反応槽及びその他の付帯設備をコンパクトなサイズにして省スペースとすることができる。

（４）前記反応槽内の残留塩素濃度が設定濃度よりも低いときは次亜ハロゲン酸の供給量を増加し、設定濃度よりも高いときは次亜ハロゲン酸の供給量を減少すべく制御するようにしてもよい。すなわち、既述のように事前に排水の残留塩素濃度と汚れ度合の評価指標との相関関係を把握しておくと共に（JIS準拠のCOD等との照合を行う）、排水の汚れ度合の評価指標の適正な濃度（その後の放流や再利用の用途に合わせて設定）に対応させて、これと相関関係にある残留塩素濃度に設定しておく。

そして、残留塩素濃度が設定濃度よりも低く維持されている状況では汚れ成分は十分には低減されていないことが推定されるので、残留塩素濃度が設定濃度まで上昇するように反応槽への次亜ハロゲン酸の供給量を増加させるように制御する。逆に、残留塩素濃度が設定濃度よりも高く維持されている状況では汚れ成分は十分に低減されていることが推定されるが、残留塩素濃度が高すぎるとその後の放流や再利用に障害が生じるので、残留塩素濃度が設定濃度まで低下するように反応槽への次亜ハロゲン酸の供給量を減少させるように制御する。このように、反応槽への次亜ハロゲン酸の供給量の増減の制御によって排水の浄化処理の管理を行うことができる。

（５）前記反応槽内の残留塩素濃度が設定濃度よりも低いときは排水の供給量を減少し、設定濃度よりも高いときは排水の供給量を増加すべく制御するようにしてもよい。このように構成しても、排水の浄化処理の管理を行うことができる。ここでは前述のような反応槽への次亜ハロゲン酸の供給量の増減の制御ではなく、排水の供給量の増減の制御によって排水の浄化処理の管理を行うことができる。
排水の反応槽は密閉状態で浄化処理を行うことが好ましい。このようにすると、排水中から気化した塩素ガスを排水中に再溶解させて利用することができる。
（６）上記（１）項に記載の排水の浄化方法は、排水の汚れ度合の評価指標の推測方法として把握することができる。
すなわち、この汚れ度合の評価指標の推測方法は、被測定水を浄化すべき測定槽に次亜ハロゲン酸を供給することによって被測定水中の汚れ成分を分解すると共に、前記測定槽内の残留塩素濃度によって被測定水の汚れ度合の評価指標を推測するようにしたことを特徴とする。
ここで、上記（１）項の排水の浄化方法の用語の対応関係は、被測定水（排水）を浄化すべき測定槽（反応槽）に次亜ハロゲン酸を供給することによって被測定水（排水）中の汚れ成分を分解すると共に、前記測定槽（反応槽）内の残留塩素濃度によって被測定水（排水）の汚れ度合の評価指標を推測するようにした、となる。

この発明は上述のような構成であり、次の効果を有する。
実際の排水の浄化処理中にはJIS準拠の手間のかかるＣＯＤ分析を行わなくても、或る程度簡易に測定可能な残留塩素濃度によって反応槽内の排水のＣＯＤを推測することができるので、従来よりも簡易な手段で排水の汚れ度合の評価指標を把握することができる排水の浄化方法を提供することができる。

以下、この発明の実施の形態を説明する。
図１に示すように、この実施形態の排水の浄化方法は、排水を浄化すべき反応槽１（密閉槽）に次亜ハロゲン酸２（次亜塩素酸）を供給することにより、排水貯留槽３から供給される排水４中の汚れ成分を分解する。前記排水４と次亜塩素酸とはポンプPによって連続的に反応槽１に供給される。そして、前記反応槽１内の残留塩素濃度によって排水の汚れ度合の評価指標（COD、BOD、TOC、アンモニア性窒素など）を推測するようにしている。
ここで、排水４と次亜塩素酸の供給開始時には、反応槽１に酸化分解剤たる次亜塩素酸水溶液を予め貯留しておく。また、反応槽１に連続的に供給する次亜塩素酸は電解機構５により電気分解するようにしており、活性ラジカル種が発生して浄化力が高い状態となっている。

この排水の浄化方法では、事前に行う浄化処理テストにより反応槽１内の排水の残留塩素濃度とＣＯＤとの間の相関関係を把握しておく。すなわち、このテスト段階でJIS準拠のCOD等との照合を行っておく。
その結果、反応槽１に供給する排水４のCODを50ppmに調整した場合、反応槽１内の残留塩素濃度が20分後に220ppm前後に維持されていた状況下では排水のCODは20ppm前後であり、同残留塩素濃度が20分後に240ppm前後に維持されていた状況下では同排水のCODは１0ppm前後であった（動的平衡状態）。また、反応槽１に供給する排水４のCODを100ppmに調整した場合、反応槽１内の残留塩素濃度が20分後に200ppm前後に維持されていた状況下では排水のCODは70ppm前後であり、同残留塩素濃度が20分後に300ppm前後に維持されていた状況下では同排水のCODは40ppm前後であった（動的平衡状態）。

このように浄化処理テストにより排水の残留塩素濃度とＣＯＤとの間の相関関係を事前に把握しておき、前記相関関係から実際の排水の浄化処理時の反応槽１中の残留塩素濃度を通じて排水の汚れ度合の評価指標（ＣＯＤ）を推測する。つまり、実際の排水の浄化処理中にはJIS準拠の手間のかかるＣＯＤ分析を行わなくても、或る程度簡易に測定可能な残留塩素濃度によって反応槽１内の排水のＣＯＤを推測することができ、従来よりも簡易な手段で排水の汚れ度合の評価指標（ＣＯＤ）を把握することができる。他の観点からすると、この排水の浄化方法は汚れ度合の評価指標の推測方法として把握することができる。

そして実際の排水の浄化処理の際、排水４のCODを100ppmに調製して反応槽１に供給した場合、反応槽１内の残留塩素濃度を測定して200ppm前後に維持されていたら該槽中の排水のCODは70ppm前後であると推測できる。また、反応槽１内の残留塩素濃度を測定して300ppm前後に維持されていたら、該槽中の排水のCODは40ppm前後であると推測できる。さらに、反応槽１内の残留塩素濃度を測定して前記200ppmと300ppmの中間の250ppm前後に維持されていたら、該槽中の排水のCODは前記70ppmと40ppmの中間の55ppm前後であると推測できる。つまり排水の浄化処理中に手間がかかるCODの測定を行わなくても、反応槽１の残留塩素濃度によって排水のCODを推測することができる。

この排水の浄化方法では、反応槽１の残留塩素濃度によって排水のCODを推測する上に、さらに前記残留塩素濃度の濃度制御を行うことによって排水の汚れ度合の評価指標（COD）をコントロールするようにしている。すなわち、残留塩素濃度を指針としその濃度制御を行うことによって、実際の目的とする排水の汚れ度合の評価指標（COD）を所望にコントロールして排水の浄化処理の制御を行うことができる。
この制御のため、浄化処理後の放流や再利用などの用途に合わせて排水の汚れ度合の評価指標（COD）の適正値を予め設定し、前記CODの適正値と相関関係がある反応槽１内の残留塩素濃度の設定すべき値を既述のテスト結果から把握し、実際の排水の浄化処理の際には前記残留塩素濃度の設定値が維持されるように制御すると排水の汚れ度合の評価指標（COD）は所望にコントロールされることとなる。

ここで、反応槽１内の残留塩素濃度を相対的に高めに設定すると汚れ成分と残留塩素との遭遇率が高い確率となり、汚れ度合の評価指標（COD）は低めの濃度にコントロールされる。逆に、反応槽１内の残留塩素濃度を相対的に低めに設定すると汚れ成分と残留塩素との遭遇率が低い確率となり、汚れ度合の評価指標（COD）は高めの濃度にコントロールされる。
例えば、或る工場系排水では反応槽１内の残留塩素濃度を4000ppm以上に設定すると、同槽内の排水のCODが5ppm以下となるように浄化された。すなわち、排水のCODが5ppm以下となるようにコントロールしようとすると、反応槽１の残留塩素濃度を4000ppm以上に設定し、この濃度が維持されるように制御すればよい。ここで、反応槽１に排水が供給されるとほぼ瞬時（ほぼ５分以内）に汚れ成分が分解されるものと把握された。

次に、実際の排水の浄化処理に際しては、反応槽１では供給される排水の汚れ成分（被酸化物質）を分解していくため残留塩素（有効塩素−次亜塩素酸や溶存塩素ガスなどの活性な塩素−のうち測定時点において残留している塩素）が消費されていくので、消費される分の残留塩素を補充しつつ反応槽１内が残留塩素濃度の設定値に維持されるように濃度制御し、汚れ度合の評価指標（COD）をコントロールする。
具体的には、残留塩素濃度が設定濃度よりも低いときは次亜ハロゲン酸２（次亜塩素酸）の供給量を増加し、設定濃度よりも高いときは次亜ハロゲン酸２（次亜塩素酸）の供給量を減少すべく制御する。

すなわち、残留塩素濃度が設定濃度よりも低く維持されている状況では汚れ成分は十分には低減されていないことが推定されるので、残留塩素濃度が設定濃度まで上昇するように反応槽１への次亜ハロゲン酸２の供給量を増加させるように制御する。逆に、残留塩素濃度が設定濃度よりも高く維持されている状況では汚れ成分は十分に低減されていることが推定されるが、残留塩素濃度が高すぎるとその後の放流や再利用に障害が生じるので、残留塩素濃度が設定濃度まで低下するように反応槽１への次亜ハロゲン酸２の供給量を減少させるように制御する。

このように、反応槽１への次亜ハロゲン酸２の供給量の増減の制御によって排水の浄化処理の管理を行うことができる。また他に、残留塩素濃度が設定濃度よりも低いときは排水４の供給量を減少し、設定濃度よりも高いときは排水４の供給量を増加すべく制御するようにしてもよい。このようにしても、排水の浄化処理の管理を行うことができる。すなわち前述のような反応槽１への次亜ハロゲン酸２の供給量の増減の制御ではなく、排水４の供給量の増減の制御によって排水の浄化処理の管理を行うことができる。
さらに、前記排水４と次亜ハロゲン酸２は、反応槽１に連続的に供給するようにしており、排水の浄化をバッチ式ではなく連続的に供給しつつ排出していくことにより行うことができるので、単位時間当たりの排水処理量を分割減量化し、反応槽１及びその他の付帯設備をコンパクトなサイズにして省スペースとすることができる。また、排水の反応槽１は密閉状態で浄化処理を行うようにしているので、排水中から気化した塩素ガスを排水中に再溶解させて浄化のために利用することができる。

そして、汚れ度合の評価指標（COD）が適正な濃度にコントロールされた排水について、必要に応じてさらにその残留塩素濃度を低減する処理（例えば還元剤たる重亜硫酸ソーダの添加など）を行って、その後の放流や再利用の工程に供給する。

従来よりも簡易な手段で排水の汚れ度合の評価指標（CODなど）を把握することができることによって、種々の排水の浄化処理の用途に適用することができる。

この発明の排水の浄化方法の実施形態を説明するシステム・フロー図。

符号の説明

１ 反応槽
２ 次亜ハロゲン酸
４ 排水

Claims (1)

1. 排水４を浄化すべき反応槽１に次亜ハロゲン酸２を供給することによって排水中の汚れ成分を分解すると共に、前記反応槽１内の残留塩素濃度によって汚れ成分の分解後の排水の汚れ度合の評価指標を推測するようにし、前記反応槽１内の残留塩素濃度の濃度制御を行うことによって排水の汚れ度合の評価指標をコントロールするようにし、前記排水４と次亜ハロゲン酸２を反応槽１に連続的に供給するようにし、前記反応槽１内の残留塩素濃度が設定濃度よりも低いときは次亜ハロゲン酸２の供給量を増加し、設定濃度よりも高いときは次亜ハロゲン酸２の供給量を減少すべく制御するようにし、前記反応槽１内の残留塩素濃度が設定濃度よりも低いときは排水４の供給量を減少し、設定濃度よりも高いときは排水４の供給量を増加すべく制御するようにし、前記排水の汚れ度合の評価指標をＣＯＤ又は／及びＢＯＤ又は／及びＴＯＣ又は／及びアンモニア性窒素としたことを特徴とする排水の浄化方法。