JP6877132B2

JP6877132B2 - 浄水処理方法

Info

Publication number: JP6877132B2
Application number: JP2016240166A
Authority: JP
Inventors: 義教野嶋; 雄一根本; 直輝太田
Original assignee: Maezawa Industries Inc
Current assignee: Maezawa Industries Inc
Priority date: 2016-12-12
Filing date: 2016-12-12
Publication date: 2021-05-26
Anticipated expiration: 2036-12-12
Also published as: JP2018094489A

Description

本発明は、浄水処理方法に関し、詳しくは、水道水をはじめとする飲用水中のジクロロ酢酸及びトリクロロ酢酸の生成を抑制するための浄水処理方法に関する。

日本の浄水処理においては、塩素による消毒処理が義務づけられている。これに伴って、前駆物質となる有機物との反応により、消毒副生成物が生成することが知られている。消毒副生成物には毒性を有するものがあるため、２０１６年４月の段階で、水道法において基準が設けられている。これらの基準のうち、ジクロロ酢酸とトリクロロ酢酸の基準値は、２０１６年４月から、ジクロロ酢酸の基準値は０．０４ｍｇ／Ｌから０．０３ｍｇ／Ｌに、トリクロロ酢酸の基準値は０．２ｍｇ／Ｌから０．０３ｍｇ／Ｌにそれぞれ強化された。

基準の改正前には、消毒副生成物のうち、ブロモジクロロメタン、総トリハロメタンの基準超過のリスクが特に高く、その抑制に主眼を置いた浄水処理が行われる場合が多かった。しかし、基準の改正後においては、ジクロロ酢酸、トリクロロ酢酸の基準超のリスクが、これを上回る場合が増加している。このため、２０１６年４月以降の浄水処理においては、ジクロロ酢酸、トリクロロ酢酸の抑制を強化することが、特に求められている。

ジクロロ酢酸、トリクロロ酢酸を抑制する方法としては、トリハロメタンの場合と同様に、前駆物質である有機物を除去し、その後に塩素処理を行う方法が一般的に用いられている。具体的な手段としては、粉末活性炭処理、凝集剤の注入率増加、オゾン処理、粒状活性炭処理などが挙げられる（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００２−２６３６６８号公報

しかし、浄水処理の方法によっては、これらの適用が困難な場合がある。例えば、緩速ろ過処理、直接ろ過処理では、注入できる粉末活性炭や凝集剤の濃度に制約があり、十分な対策が困難なことがある。また、前塩素処理を行う必要がある場合には、塩素処理の前段での有機物除去が難しい。さらに、活性炭を使用する対策においては、設備コスト、運転コストが高額になるという問題がある。

そこで本発明は、広範な浄水処理方法に適用が可能で、ジクロロ酢酸及びトリクロロ酢酸の生成を低コストで抑制することができる浄水処理方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明の浄水処理方法は、ジクロロ酢酸及びトリクロロ酢酸の生成を抑制するための浄水処理方法において、原水に臭化物イオン又はヨウ化物イオンを添加して混和した後に、塩素処理を行うことを特徴としている。

さらに、本発明の浄水処理方法において、前記臭化物イオンの添加は、臭化カリウム、臭化ナトリウム、臭化マグネシウム、臭化カルシウムのいずれか一つを含む臭化物塩水溶液を使用することが好ましく、前記ヨウ化物イオンの添加は、ヨウ化カリウム、ヨウ化ナトリウム、ヨウ化マグネシウム、ヨウ化カルシウムのいずれか一つを含むヨウ化物塩水溶液を使用することが好ましい。

本発明の浄水処理方法によれば、塩素処理を行う前に原水中に添加された臭化物イオン又はヨウ化物イオンの存在により、塩素処理を行う際のジクロロ酢酸及びトリクロロ酢酸の生成を抑制することができる。

本発明の浄水処理方法の実験例における臭化物イオン濃度と溶解性有機炭素（ＤＯＣ）とジクロロ酢酸生成能及びトリクロロ酢酸生成能との関係の一例を示す図である。本発明の浄水処理方法の実験例における臭化物イオン濃度と溶解性有機炭素（ＤＯＣ）と総トリハロメタン生成能及びブロモジクロロメタン生成能との関係の一例を示す図である。

ジクロロ酢酸は、ジハロ酢酸の一成分であり、トリクロロ酢酸は、トリハロ酢酸の一成分である。塩素処理によって生成するジハロ酢酸及びトリハロ酢酸におけるジクロロ酢酸とトリクロロ酢酸との比率は、共存する臭化物イオンの濃度によって変化する。共存する臭化物イオンの濃度が高いほど、ジクロロ酢酸及びトリクロロ酢酸の生成比率は低下する。

本発明の浄水処理方法は、前記現象を利用したものである。塩素処理の前に、臭化物イオンを添加し、混和することで、有機物の除去を強化することなく、ジクロロ酢酸及びトリクロロ酢酸を低減することが可能となる。

ジハロ酢酸は、ジクロロ酢酸、ブロモクロロ酢酸、ジブロモ酢酸の三物質より成る。共存する臭化物イオンの濃度が高い場合、臭素を含むハロ酢酸の生成比率が増加し、臭素を含まないジクロロ酢酸の生成比率は低下する。

トリハロ酢酸は、トリクロロ酢酸、ブロモジクロロ酢酸、ジブロモクロロ酢酸、トリブロモ酢酸の四物質より成る。共存する臭化物イオンの濃度が高い場合、臭素を含むハロ酢酸の生成比率が増加し、臭素を含まないトリクロロ酢酸の生成比率は低下する。

図１に、溶解性有機炭素（ＤＯＣ）とジクロロ酢酸生成能（線Ａ）及びトリクロロ酢酸生成能（線Ｂ）との比率が、ＤＯＣと臭化物イオンとの比率によって、どのように変化するかについて、実験データの一例を示す。この図１から、同一のＤＯＣ条件で、臭化物イオン濃度が変化した場合における、ジクロロ酢酸生成能及びトリクロロ酢酸生成能の挙動がわかる。

図１の例では、臭化物イオン濃度／ＤＯＣを０．０５ｍｇ／ｍｇから０．１０ｍｇ／ｍｇに変化させることで、ジクロロ酢酸／ＤＯＣ及びトリクロロ酢酸／ＤＯＣの値が、５０％程度低下するものと予測された。ＤＯＣが２．０ｍｇ／Ｌの水に対して塩素処理を行う場合を想定すると、臭化物イオン濃度が０．１０ｍｇ／Ｌの条件では、ジクロロ酢酸生成能は０．０１０ｍｇ／Ｌ、トリクロロ酢酸生成能は０．０１２ｍｇ／Ｌとなるが、臭化物イオン０．１０ｍｇ／Ｌを添加して、臭化物イオン濃度を０．２０ｍｇ／Ｌとすることで、ジクロロ酢酸生成能は０．００５ｍｇ／Ｌ、トリクロロ酢酸生成能は０．００６ｍｇ／Ｌに抑制可能となる。

ジクロロ酢酸生成能及びトリクロロ酢酸生成能は、被処理水のサンプルに塩素を添加し、２４時間後のジクロロ酢酸及びトリクロロ酢酸の濃度をそれぞれ測定した指標である。浄水場において、塩素注入点より後段でも、有機物の除去を行う場合、ジクロロ酢酸やトリクロロ酢酸が生成する前に、前駆物質や中間体が除去されることから、処理水におけるジクロロ酢酸、トリクロロ酢酸の濃度は、それらの生成能よりも低くなる。ただし、生成比率低下の効果については、維持されることが確認されている。

臭化物イオンの添加は、臭化物塩の水溶液を注入することによって実施する。前述のとおり、臭化物イオン濃度の添加率は、０．１０ｍｇ／Ｌ程度でも十分な効果を発揮する。臭化物塩としては、臭化カリウム、臭化ナトリウム、臭化マグネシウム、臭化カルシウムなどが使用できる。水道法の水質基準には、臭化物イオンは含まれないため、添加には問題がない。ナトリウム、マグネシウム、カルシウムには水質基準が存在するが、臭化物イオンとして０．１０ｍｇ／Ｌ程度の注入率であれば、その影響は非常に小さい。

本発明法の原理は、塩素と置換するハロゲンを添加することであるから、臭化物イオンの代わりにヨウ化物イオンを使用しても、同様の効果が期待できる。その場合、添加するヨウ化物塩としては、ヨウ化カリウム、ヨウ化ナトリウム、ヨウ化マグネシウム、ヨウ化カルシウムなどが使用できる。水道法の水質基準には、ヨウ化物イオンは含まれない。

図２に、臭化物イオンの添加によるトリハロメタン生成能への影響について、実験データの一例を示す。同じＤＯＣ条件に対して、臭化物イオン濃度が上昇しても、ブロモジクロロメタン生成能（線Ｃ）及び総トリハロメタン生成能（線Ｄ）は上昇しなかった。したがって、臭化物イオンを添加しても、トリハロメタンのリスクは上昇しないことがわかる。

臭化物イオンの添加に伴って、オゾン処理による臭素酸生成のリスクが高まるため、オゾン処理を導入している浄水場では、臭化物イオンの添加は、オゾン処理の後段で、溶存オゾンが十分に少なくなってから、好ましくはゼロとなってから行うことが好ましい。また、臭化物イオン濃度が高い条件では、紫外線の照射で臭素酸が生成する場合がある。そのため、紫外線処理を行う場合には、臭化物イオンの添加は、紫外線処理の後段で行うことが望ましい。また、紫外線の強い地域において、沈澱池、緩速ろ過池を有する場合には、臭化物イオンの添加は、その後段とすることが望ましい。

図１に示すように、０．１０ｍｇ／Ｌ程度の臭化物イオンを、塩素処理の前段で添加し、混和することで、塩素処理で生成するジクロロ酢酸及びトリクロロ酢酸の濃度を５０％程度低減できる。ただし、臭化物イオン注入率とジクロロ酢酸及びトリクロロ酢酸の生成抑制効果との関係は、原水の水質条件の影響をある程度受けることがある。また、図１から明らかなように、臭化物イオンの添加率を高めれば、ジクロロ酢酸、トリクロロ酢酸の生成抑制効果はさらに高まる。

図１及び図２の関係が成立している場合について、ＤＯＣ及び臭化物イオンの添加率と、ジクロロ酢酸及びトリクロロ酢酸の生成抑制効果との関係を整理した。原水の臭化物イオン濃度が０．０１ｍｇ／Ｌと非常に低い条件で、臭化物イオン添加の効果についてシミュレーションを行ったところ、表１及び表２に示す結果が得られた。表１は、ジクロロ酢酸生成能、トリクロロ酢酸生成能の予測値であり、表２は、その予測値が水道法の水質基準に占める割合である。

本発明の浄水処理方法の実施に際しては、通常の一般的な浄水処理設備に加えて、臭化物塩水溶液を注入する臭化物イオン注入設備と、塩素処理の前段に設ける臭化物イオン混和槽とを設ければよい。臭化物イオン注入設備は、臭化物塩の溶解槽、臭化物塩水溶液の貯留槽、臭化物水溶液の注入ポンプを備える。臭化物塩水溶液の貯留槽は、臭化物塩の溶解槽と兼用としてもよい。また、専用の臭化物イオン混和槽を設ける代わりに、既設の薬品混和槽を利用することも可能である。

臭化物イオンの添加率は０．１０ｍｇ／Ｌ前後で十分である。臭化物イオン注入設備の規模については、使用する臭化物塩水溶液の濃度に応じて決定すればよい。臭化物イオンの注入率の制御に関しては、注入率を常時一定に保つ方法、臭化物イオン濃度が低下した場合にのみ注入を行う方法、臭化物イオンが低下し、かつ、有機物濃度が高まった場合にのみ注入を行う方法がある。水質相互間の相関が高い場合には、臭化物イオン濃度の代替指標として、塩化物イオン濃度や電気伝導度を使用することができる。有機物濃度の監視には、紫外部吸光度計、ＴＯＣ計などが使用できる。

臭化物塩水溶液の混和槽は、十分な残留塩素が生じる塩素処理を行う前段に設置する必要がある。小規模な浄水処理で、専用の混和槽を設けることが困難な場合は、管内注入を行うことも可能である。また、塩素の混和と臭化物塩水溶液の混和とを同一の槽で行う場合においても、混和位置を適宜に設定することにより、確実性は多少低下するが、ジクロロ酢酸及びトリクロロ酢酸の生成抑制効果は期待できる。

前述のとおり、オゾン処理、紫外線処理を行う場合、強い紫外線の照射が予測される場合には、臭化物イオンの添加及び塩素処理は、これらの後段とすることが望ましい。

なお、ここまでは、主として臭化物イオンを例示して説明したが臭化物イオンに代えてヨウ化物イオンを使用しても、同様のジクロロ酢酸及びトリクロロ酢酸の生成抑制効果が期待できる。

Ａ…ジクロロ酢酸生成能、Ｂ…トリクロロ酢酸生成能、Ｃ…ブロモジクロロメタン生成能、Ｄ…総トリハロメタン生成能

Claims

ジクロロ酢酸及びトリクロロ酢酸の生成を抑制するための浄水処理方法において、原水に臭化物イオン又はヨウ化物イオンを添加して混和した後に、塩素処理を行うことを特徴とする浄水処理方法。
前記臭化物イオンの添加は、臭化カリウム、臭化ナトリウム、臭化マグネシウム、臭化カルシウムのいずれか一つを含む臭化物塩水溶液を使用することを特徴とする請求項１記載の浄水処理方法。
前記ヨウ化物イオンの添加は、ヨウ化カリウム、ヨウ化ナトリウム、ヨウ化マグネシウム、ヨウ化カルシウムのいずれか一つを含むヨウ化物塩水溶液を使用することを特徴とする請求項１記載の浄水処理方法。