JP6910883B2

JP6910883B2 - 汚染水の曝気処理方法および汚染水の曝気処理装置

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Publication number: JP6910883B2
Application number: JP2017153769A
Authority: JP
Inventors: 靖史浅井; 石渡　寛之; 寛之石渡; 英史日下
Original assignee: Nishimatsu Construction Co Ltd
Current assignee: Nishimatsu Construction Co Ltd
Priority date: 2017-08-09
Filing date: 2017-08-09
Publication date: 2021-07-28
Anticipated expiration: 2037-08-09
Also published as: JP2019030847A

Description

本発明は、アルコール類、環状エーテルなどの親水性溶媒で汚染された汚染水の曝気処理方法および汚染水の曝気処理装置に関し、特に典型的な難分解性物質である1,4-ジオキサン（1,4−dioxane；Ｃ₄Ｈ₈Ｏ₂）、ＴＨＦ(tetrahydrofuran；Ｃ₄Ｈ₈Ｏ)、その他の非プロトン溶媒で汚染された汚染水の曝気処理に適した汚染水の曝気処理方法および汚染水の曝気処理装置に関する。

従来、一般に地下水がＶＯＣ（揮発性有機化合物）に汚染されたときの汚染対策としては、汚染土壌・地下水を原位置で浄化する方法、汚染土壌ガスを抽出する方法、汚染地下水を揚水し浄化する方法、汚染土壌を掘削除去する方法などが挙げられる。

このうち、汚染地下水を揚水し浄化する方法では、ＶＯＣ汚染水を揚水し水槽に貯めて、水槽内に設置した散気管やエゼクターポンプでＶＯＣ汚染水をバブリング（気泡サイズが１ｍｍ以上）して気液接触浄化（曝気処理）することが行われてきた。

図５は、その一例を示す曝気処理装置であり、ＶＯＣ汚染の地下水を揚水し、揚水したＶＯＣ汚染水を原水槽１に貯留し、ポンプ２で原水槽１内のＶＯＣ汚染水を曝気槽３に送水する。曝気槽３内に設置された吸気管５を有するエゼクター４は、ＶＯＣ汚染水をバブリングして汚染水からＶＯＣを揮発脱離させる。次いで、気液分離槽６が曝気槽３内の上部に溜まる脱離揮発したＶＯＣを含む空気を導入し気液分離し、さらに、活性炭吸着塔７が気液分離後の空気を導入して活性炭に触れさせＶＯＣを活性炭に吸着させる。次いで、ブロア８が活性炭処理後のＶＯＣが除去された空気をＶＯＣ管理施設に送気する。また、曝気槽３に隣接する排水ピット９がＶＯＣを揮発脱離された後の汚染水の溢流水を受け入れ、排水ピット９内に設置されたポンプ１０がＶＯＣを揮発脱離された汚染水を濁水処理設備１１に送水する。

特許文献１に示すＶＯＣ汚染地下水の揚水曝気処理装置は、地下揚水井に連設した原水流入管からＶＯＣ汚染の地下水を揚水し、揚水した地下水を小型で複数連結された曝気水槽体に貯留し、各曝気水槽体毎に設置した曝気ブロアから曝気水槽体内に貯留されるＶＯＣ汚染の地下水に対して曝気用空気を送り込んで地下水を曝気処理し、次いで、曝気処理した地下水を活性炭吸着槽体に通流させて地下水に含まれるＶＯＣを活性炭に吸着させ、汚染濃度を減少させる構成である。

ＶＯＣ汚染の地下水の汚染物質が典型的な難分解性物質である1,4-ジオキサンやＴＨＦである場合には、その分解処理が生物処理では難しく、また、砂ろ過、加圧浮上、凝集沈殿などの固液分離でも処理できず、活性炭処理においても吸着効率があまり良くない。1,4-ジオキサンは、曝気処理による気液分離が困難であることから、図５に示す曝気処理装置や特許文献１に示す曝気処理装置では、たとえ低濃度の汚染水であっても適用できず、現状では、1,4-ジオキサンやＴＨＦを分解除去する方法として、酸化剤、オゾン、またはＵＶ照射を併用する促進酸化処理法が採用される。汚染水の促進酸化処理法として、例えば特許文献２に示すものがある。

特許文献２に示す汚水の処理方法は、ｐＨを酸性として過酸化水素を添加した原水に対し、原水の流れ方向の順にｐＨ調整剤、過酸化水素を供給し、原水中に含まれる鉄（II）イオンと過酸化水素を反応させた後に被処理水をオゾンおよび紫外線供給設備を備えた反応槽の下方部に供給し、反応槽内の被処理水である原水を過酸化水素とオゾンガスに紫外線を照射することにより生ずる［・ＯＨ］により処理する。その結果、［・ＯＨ］の生成を高めて、原水に接触するので、原水中に含まれている有機塩素化合物等の脱塩素反応し、また、廃オゾンガス濃度が減少する。廃オゾンガスが反応槽の頂部より排出する。原水中に含まれる物質が1,4-ジオキサンやＴＨＦである場合にも同様に分解処理される。

特開２０１４−１２４５４３号公報、図１特開２００１−１２１１６３号公報、００２０、００２１、図１

図５に示す曝気処理装置は、大量の汚染水へ対応しようとすると、水槽が大型化してしまうという問題点があった。詳述すると、汚染水の浄化効率は処理水槽内の汚染水曝気処理の均一性に大きく依存するが、曝気槽全体の均一な撹拌が困難であることから、単一の曝気系統では汚染水曝気処理の均一性確保が困難であり、大型化した水槽ではそれが顕著となるという問題点があった。

特許文献１に開示された曝気処理装置は、水槽を曝気による汚染水曝気処理の均一性確保が可能な大きさまで小型化し、各水槽に対応して曝気ブロアを設けて曝気する構成であり、図５に示す曝気処理装置に関する上記問題点を解消することができる。しかしながら、特許文献１に開示された曝気処理装置は、設備系統が複雑となり、単一の大型水槽で汚染水の浄化処理を行う場合に比べて、より広い設置場所が必要となるという問題点があった。

特許文献２に開示された汚水の処理方法は、装置にオゾン発生器及び紫外線ランプを必要とし、曝気処理方法に比べエネルギーコストが高くつくという問題点があった。そこで、1,4-ジオキサンおよびＴＨＦの地下水汚染の浄化に対応できる、エネルギーコストの低い曝気処理装置が望まれていた。

本発明は、上述のような問題点を解決するためになされたもので、親水性溶媒で汚染された汚染水を小型な曝気処理槽を用いかつ大きなエネルギーを必要としないで効果的に浄化することができる汚染水の曝気処理方法および汚染水の曝気処理装置を提供することを目的としている。

本発明者らは、従来曝気処理では浄化が困難で酸化促進分解処理方法が適用されていた1,4-ジオキサンまたはＴＨＦを含む汚染水を曝気処理できることを目標とし、大きなエネルギーを必要としない常温での曝気処理について試行錯誤した結果、界面活性剤を添加しないでミリバブルではなくマイクロバブルによる曝気と酸化剤添加という条件の下で曝気処理を行うと汚染水中の1,4-ジオキサンまたはＴＨＦが、曝気除去可能な中間生成物又は最終生成物に分解移行することを確認し、本発明を完成したものである。なお、本発明の浄化対象は、目標とした1,4-ジオキサンまたはＴＨＦで汚染された汚染水のほか、その他の環状エーテルやアルコール類などの親水性溶媒で汚染された汚染水の曝気処理にも適用することができる。

本発明に係る汚染水の曝気処理方法は、上記目的達成のため、密閉状の曝気槽に、1,4-ジオキサンおよびＴＨＦのいずれかの親水性溶媒で汚染された汚染水を貯留し、前記汚染水にマイクロバブルを注入することにより曝気を行うとともに、曝気の前にまたは曝気中に酸化剤を添加することにより前記汚染水に含まれる前記親水性溶媒の酸化を促進し、前記汚染水中に産生する中間生成物又は最終生成物を前記マイクロバブルにより前記曝気槽内の上部に浮上させ、中間生成物又は最終生成物を含むガスを前記曝気槽外に排出し前記汚染水の浄化を促進する構成である。

本発明に係る汚染水の曝気処理方法は、前記マイクロバブルが、２０μｍφないし１ｍｍφ未満が中心のサイズ分布を有する気泡群であることが望ましい。

本発明に係る汚染水の曝気処理方法は、前記酸化剤が、過硫酸ナトリウムであることが望ましい。

本発明に係る汚染水の曝気処理方法は、前記マイクロバブルの注入が、微細多孔管である内側管と、前記内側管を貫挿し管両端を支持する外側管と、を有する気液混合構造のマイクロバブル発生器により行うものであって、循環ポンプで前記曝気槽内の汚染水を前記内側管内に一端より流入させるとともに、前記外側管内に圧縮空気を圧送することにより前記圧縮空気を前記内側管の微細多孔を通して前記内側管内に導入し前記内側管内を通流する前記汚染水中に注入して懸濁液として前記内側管内に他端より流出させて前記曝気槽内の汚染水の曝気を行う構成であることが望ましい。

本発明に係る汚染水の曝気処理方法は、前記曝気槽に貯留した汚染水を、２５℃から３５℃の範囲に設定することが望ましい。

本発明に係る汚染水の曝気処理装置は、上記目的達成のため、1,4-ジオキサンおよびＴＨＦのいずれかの親水性溶媒で汚染された汚染水を曝気により浄化する汚染水の曝気処理装置であって、密閉状の曝気槽を有し、前記曝気槽には、1,4-ジオキサンおよびＴＨＦで汚染された汚染水を槽内に導入する汚染導入管と、前記曝気槽内に貯留される汚染水に酸化剤を添加する酸化剤注入管と、曝気処理後に前記曝気槽内に残る浄化が進んだ処理済水を排出する処理済水排出口と、曝気処理により産生する前記曝気槽内に上部に中間生成物又は最終生成物を含むガスを排出するガス排出口と、前記曝気槽に貯留される汚染水にマイクロバブルを注入するマイクロバブル発生装置と、を備えた構成である。

本発明に係る汚染水の曝気処理装置は、前記マイクロバブル発生装置が、前記曝気槽内に１つまたは複数設置され、微細多孔管である内側管と、前記内側管を貫挿し管両端を支持する外側管と、を有するマイクロバブル発生器と、前記曝気槽内の汚染水を前記内側管内に一端より流入させる循環ポンプと、前記外側管内に圧縮空気を圧送することにより空気圧送装置と、を備え、前記外側管内に圧送した前記圧縮空気を前記内側管の微細多孔を通して前記内側管内に導入し前記内側管内を通流する前記汚染水中に注入して懸濁液となるよう気液混合して前記内側管内に他端より流出させて前記曝気槽内の汚染水の曝気を行う構成であることが好ましい。

本発明に係る汚染水の曝気処理装置は、前記曝気槽に貯留した汚染水を、所要温度に加熱するヒータを備えた構成であることが好ましい。

本発明によれば、親水性溶媒で汚染された汚染水を小型な曝気処理槽を用いかつ大きなエネルギーを必要としないで効果的に浄化することができる汚染水の曝気処理方法および汚染水の曝気処理装置を提供することができる。

本発明の実施の形態に係る汚染水の曝気処理装置の概略の模式図である。本発明の実施の形態に係る汚染水の曝気処理装置のマイクロバブル発生器の概略の縦断面図である。本発明の実施の形態の汚染水の曝気処理方法に係り、汚染水の汚水物質が1,4-ジオキサンであるときの実施例１と比較例１-４を示すグラフである。本発明の実施の形態の汚染水の曝気処理方法に係り、汚染水の汚水物質がＴＨＦであるときの実施例２と比較例５を示すグラフである。従来例に係る汚染水の曝気処理装置の概略の模式図である。

以下、本発明を実施するための形態を、図面を用いて説明する。

［第１の実施の形態］
先ず、図面を参照して本発明の実施の形態に係る汚染水の曝気処理装置について説明し、次いで、汚染水の曝気処理装置を参照して本発明の実施の形態に係る汚染水の曝気処理方法について説明する。

図１に示すように、本実施の形態に係る汚染水の曝気処理装置２０は、酸化剤貯留槽２１と、曝気槽２２と、濁水処理槽２３と、オフガス処理槽２４と、を備えている。これらの槽２１〜２４はいずれも密閉構造のタンクである。

酸化剤貯留槽２１には、酸化剤として、過硫酸ナトリウム（ペルオキソ二硫酸ナトリウム；Peroxydisulfuric acid；Ｎａ₂Ｓ₂Ｏ₈）、過炭酸ナトリウム（２Ｎａ₂ＣＯ₃・３Ｈ₂Ｏ₂）、あるいはオゾン（Ｏ₃）のいずれか１種類を貯留する。後述する実施例および比較例では過硫酸ナトリウムを選択し酸化剤貯留槽２１に貯留した。酸化剤貯留槽２１は、図示しない給液口を有し、ここから酸化剤を給液する。

酸化剤貯留槽２１内の底部には酸化剤を送り出す酸化剤給送ポンプ４３が設置される。この実施の形態では、酸化剤給送ポンプ４３は、液漏れを回避するため酸化剤貯留槽２１内に設けられている。酸化剤給送ポンプ４３の吐出口と接続された酸化剤給送パイプ４４は、酸化剤貯留槽２１を貫通し、外部で図示しない逆止弁および自動弁（例えば電磁弁または電動弁）が介在され、管外端が曝気槽２２の酸化剤注入管２７に接続されている。

酸化剤給送ポンプ４３は、定量ポンプが用いられ、曝気開始時に、曝気槽２２に貯留される汚染水の量に対応した所要量を給液するように制御される。酸化剤貯留槽２１外の図示しない自動弁は、酸化剤給送ポンプ４３の稼動に連動して開閉制御される。なお、酸化剤給送ポンプ４３を定量ポンプとしないで、代わりに酸化剤貯留槽２１外に流量計を備えて酸化剤給送ポンプ４３の給液量を制御してもよい。

曝気槽２２は、汚染導入管２５と、一対のバルブ取出口２６と、酸化剤注入管２７と、ガス排出口２８と、処理済水排出口２９と、圧縮空気取入口３０と、を有する。汚染導入管２５と酸化剤注入管２７は、管内端が曝気槽２２内に貯留する汚染水の液面レベルよりも所要寸法下方まで垂下している。ガス排出口２８は、曝気槽２２の上面部に設けられている。

汚染導入管２５は、アルコール類（例えばメタノール，エタノール）、環状エーテル類（例えば1,4-ジオキサンまたはＴＨＦ）等の親水性溶媒で汚染された地下水である汚染水を汲み上げる揚水ポンプ５５と管路５６で接続されている。なお、以下の説明では、特に難分解性の1,4-ジオキサンおよびＴＨＦで汚染された汚染水について述べる。揚水ポンプ５５は、スイッチオンされると汚染水である地下水を汲み上げるよう稼動して、地下水を曝気槽２２に貯留していき、曝気槽２２の壁面に設けられた図示しない液面レベルセンサに基づいて液面検出信号により稼動停止するようになっている。

曝気槽２２内には、マイクロバブル発生装置が備えられている。この実施の形態のマイクロバブル発生装置は、槽内底部に設置されたマイクロバブル発生ユニット３１および循環ポンプ３４と、槽外に設置された絞り弁３６および空気圧縮機４１を備えている。なお、マイクロバブル発生装置は、循環ポンプと、吸気管を有しマイクロバブルを発生させるエゼクターとで構成されてもよい。

マイクロバブル発生ユニット３１は、複数の、この実施の形態では６個のマイクロバブル発生器３２を有する。マイクロバブル発生ユニット３１は、ユニット枠３１ａと、ユニット枠３１ａ内の底部に横設された大径のヘッダーパイプ３１ｂと、ヘッダーパイプ３１ｂの上面に設けられた６個の分岐管３１ｃと、各分岐管３１ｃに接続された循環汚染水取入管３２ｄを有し立ち上がるマイクロバブル発生器３２と、を有する。

６個のマイクロバブル発生器３２は、いずれも同一の構成であり、微細多孔管である内側管３２ａと、内側管３２ａの両端を支持する外側管３２ｂと、を有する。

内側管３２ａは、例えば、マイクロ／ナノポーラスを有するセラミック多孔膜（シラス多孔質ガラス膜）からなる微細多孔管である。外側管３２ｂは、内側管３２ａとの間の筒状空間の両端を密閉状態に閉じて内側管３２ａを支持し、一側に圧縮空気導入口３２ｃを有する。圧縮空気導入口３２ｃは、圧縮空気取入れ管４２を介し圧縮空気取入口３０と接続されている。圧縮空気取入口３０は、空気圧縮機４１と接続されている。

したがって、空気圧縮機４１で外気が取り込まれ、例えば２〜３気圧の高圧に圧縮される高圧空気は、６個のマイクロバブル発生器３２の各外側管３２ｂに設けられた圧縮空気導入口３２ｃから外側管３２ｂと内側管３２ａとの間の筒状空間に流入し、さらに内側管３２ａの微細多孔を通流し内側管３２ａ内に流入するようになっている。

内側管３２ａを構成するセラミック多孔膜（ＳＰＧ）に形成される孔径は、１ｍｍφ＞孔径＞０．０２μｍφの関係となるものが好ましく、さらに、０．８ｍｍφ＞孔径＞０．０２μｍφの関係となるものが一層好ましい。これにより、圧縮空気を内側管３２ａの微細多孔よりマイクロ／ナノサイズの微細気泡となって内側管３２ａ内に導入することができる。マイクロ／ナノサイズの微細気泡は、具体的には、２０μｍφないし１ｍｍφ未満が中心のサイズ分布を有する気泡群である。

曝気槽２２内に設けられた循環ポンプ３４は、吐出側が、管路３５と、一対のバルブ取出口２６の外端同士の間に介設された流量調整用の手動式の絞り弁３６と、管路３７とを介してヘッダーパイプ３１ｂの導水口に接続されている。循環ポンプ３４は、曝気槽２２内の汚染水を、ヘッダーパイプ３１ｂを介して６個の分岐管３１ｃの内側管３２ａの下端より内部へ通流させるようになっている。

したがって、曝気槽２２は、内側管３２ａ内に一端より汚染水を流入させるとともに、外側管３２ｂ内に（曝気槽２２外から）圧縮空気を圧送することにより圧縮空気を内側管３２ａの微細多孔より内側管３２ａ内に導入して内側管３２ａ内を通流する汚染水中に懸濁状態に流入させる気液混合構造である。これにより、各マイクロバブル発生器３２は、内側管３２ａの全周面にわたり開孔されている微細多孔を通流し内側管３２ａ内に流入する圧縮空気をマイクロ／ナノサイズの微細気泡（マイクロバブル）にして、内側管３２ａ内を下端から上端に向かって通流する汚染水に万遍なく注入させてマイクロバブル懸濁水を生成し曝気を行うようになっている。

曝気槽２２は、槽内に貯留した汚染水を温度制御可能に加熱するヒータ３８を槽内の底部に備えている。ヒータ３８は、補助的に備えられるもので、汚染物質によっては省エネルギー運転で曝気効果が得られるときにはヒータ３８を加熱しない。ヒータ３８は、遠赤外線ヒータや電熱コイル等のいずれであってもよい。なお、槽壁の一部を熱伝導率が高いＣｕ等の金属板で構成し、その外面にヒータ３８を密着して設けてもよい。

曝気槽２２は、槽内の底部に処理済水排出ポンプ３９を備えている。処理済水排出ポンプ３９の吐出口と処理済水排出口２９の内端とが処理済水排出管４０で接続され、処理済水排出口２９の外端に逆止弁４５、仕切弁４６を介して処理済水送出管４７が接続され、処理済水送出管４７の他端が濁水処理槽２３内に連通接続されている。処理済水排出ポンプ３９は、曝気槽２２での曝気終了の後に稼働され、汚染濃度が低下した汚染水を濁水処理槽２３に給送するようになっている。

濁水処理槽２３は、槽内の底部に排水管４９と接続された排水ポンプ４８を備えている。排水ポンプ４８は、濁水処理槽２３で所要時間濁水処理が行われた後に稼働され、濁水浄化処理済水を排水管４９を介してＶＯＣ管理施設へ送水するようになっている。

曝気槽２２内の汚染水には界面活性剤を添加しない。マイクロバブル発生器３２からも界面活性剤を添加しない。これにより、マイクロバブル懸濁水出口３２ｅから排出されるマイクロバブルは集まりやすく１ｍｍφサイズ以上の大きなバブルになって液面に速く浮上する。汚染物質が曝気されて産生する中間生成物（例えばアセトアルデヒド）、最終分解物はガスとともに液面から離れる。

曝気槽２２とオフガス処理槽２４とは送気管５０で接続されている。送気管５０は、曝気槽２２内の上面部に設けられたガス排出口２８とオフガス処理槽２４の側面下部に設けられたオフガス導入口５１とを連通接続している。曝気槽２２内の上部空間部に産生する中間生成物、最終分解物を含むガスは、ブロア５４によって誘引され、送気管５０を通してオフガス導入口５１よりオフガス処理槽２４の側面下部に流入するようになっている。

オフガス処理槽２４は、この実施の形態では、活性炭フィルタ５２を有しており、上方への流れるガスを活性炭フィルタ５２に触れさせて、ガスに含まれる中間生成物又は最終生成物を活性炭フィルタ５２に吸着させるようになっている。活性炭フィルタ５２に中間生成物又は最終生成物を吸着されたオフガス処理槽２４内の上部空間に到達する清浄ガスはオフガス処理槽２４内の上部空間に連通接続した清浄ガス送出管５３を通りブロア５４によりＶＯＣ管理施設へ送気される。なお、オフガス処理槽２４は、活性炭吸着処理に限定されるものでなく、ＵＶ光またはオゾンにより処理、または熱処理の少なくともいずれか１つによる処理を行うようになっていればよい。

続いて、上記構成の汚染水の曝気処理装置の作用について説明する。
まず、揚水ポンプ５５を稼働し、1,4-ジオキサン、ＴＨＦ、その他の非プロトン溶媒で汚染された汚染水である地下水を揚水し、この汚染水を密閉状の曝気槽２２に所定の液面レベルに達するよう貯留する。汚染水の曝気槽２２への貯留途中で酸化剤給送ポンプ４３を稼働し、酸化剤貯留槽２１内に貯留された酸化剤の所定量を曝気槽２２に注液する。これにより、曝気開始前に酸化剤が汚染水中のアルコール類、環状エーテルなどの親水性溶媒に万遍なく混ざり合う。

次に、曝気槽２２に貯留した汚染水の水温が例えば１８℃である場合には、ヒータ３８を加熱して汚染水の水温を２５℃になるように加熱するのが好ましい。なお、この加熱は必要的ではなく、冬季で汚染水の水温が低い場合に加熱すれば足りる。

次に、循環ポンプ３４および空気圧縮機４１を稼働する。循環ポンプ３４の稼働により、曝気槽２２内の酸化剤を含む汚染水がヘッダーパイプ３１ｂを通り、６個のマイクロバブル発生器３２の各内側管３２ａの下端より内部を通流し上端より流出するとともに、空気圧縮機４１の稼働により、外気が取り込まれ高圧空気となり、当該高圧空気が、６個のマイクロバブル発生器３２の各外側管３２ｂに設けられた圧縮空気導入口３２ｃより外側管３２ｂと内側管３２ａとの筒状空間に流入し、さらに内側管３２ａの微細多孔を通る際に２０μｍφないし１ｍｍφ未満が中心のサイズ分布を有する気泡群のマイクロバブルとなる。

そして、当該マイクロバブルが内側管３２ａ内を通流する酸化剤を含む汚染水中に注入され、懸濁状態になって内側管３２ａの上端より流出する。これによって、水温が２５℃の汚染水が酸化剤とマイクロバブルとによる曝気作用を受けることになり、汚染水中のアルコール類、環状エーテルなどの親水性溶媒が分解され中間生成物、最終中間生成物に変化する。

汚染水には界面活性剤を添加しないから、内側管３２ａの上端より流出するマイクロバブルは、直ぐに集まって大きなミリバブルとなり、水中を長く漂うことなく水面に向かって比較的速い速度で上昇し、中間生成物、最終中間生成物がミリバブル，マイクロバブルの表面に付着して曝気槽２２内の上部空間部に移行する。

次いで、空気圧縮機４１で生成された高圧空気が連続して供給されるから、曝気槽２２内の上部空間部に移行した中間生成物、最終中間生成物を含むガスは、ブロア５４により誘引され、送気管５０を通流しオフガス導入口５１よりオフガス処理槽２４内の底部に流入する。オフガス処理槽２４内に流入するガスは、ブロア５４により摩擦抵抗体である活性炭フィルタ５２を通流し、中間生成物、最終中間生成物が活性炭フィルタ５２に吸着され、浄化されたガスとなってブロア５４によりＶＯＣ管理施設へ送気される。

上記の曝気処理が例えば２時間ほど行われると、曝気槽２２内の汚染水は、アルコール類、環状エーテルなどの親水性溶媒の残留量を大幅に減じることになり、循環ポンプ３４および空気圧縮機４１の稼動が停止され、ヒータ３８の加熱が停止される。

次いで、処理済水排出ポンプ３９が稼動され、処理済水排出ポンプ３９により曝気槽２２内の汚染水が濁水処理槽２３に移される。濁水処理槽２３で汚染水を一定時間濁水処理して浄水とした後、排水ポンプ４８が稼動され、排水ポンプ４８により濁水処理槽２３内の浄水がＶＯＣ管理施設へ送水される。

以上のように、本実施の形態に係る汚染水の曝気処理方法は、密閉状の曝気槽２２に、アルコール類、環状エーテルなどの親水性溶媒で汚染された汚染水を貯留し、汚染水にマイクロバブルを注入することにより曝気を行うとともに、曝気の前にまたは曝気中に酸化剤を添加することにより汚染水に含まれる親水性溶媒酸化を促進し、前記汚染水中に産生する中間生成物又は最終生成物をマイクロバブルにより曝気槽２２内の上部に浮上させ、中間生成物又は最終生成物を含むガスを曝気槽２２外に排出し汚染水の浄化を促進し、曝気槽２２内の上部に産生する酸化物を含むガスを曝気槽２２外のオフガス処理槽２４に導入してオフガス処理する構成である。

本実施の形態に係る汚染水の曝気処理方法は、特に、典型的な難分解性物質である1,4-ジオキサン（1,4−dioxane；Ｃ₄Ｈ₈Ｏ₂）、ＴＨＦ(tetrahydrofuran；Ｃ₄Ｈ₈Ｏ)、その他の非プロトン溶媒で汚染された汚染水の曝気処理に適している。

構成について既述したように、汚染水に注入するマイクロバブルは、２０μｍφないし１ｍｍφ未満が中心のサイズ分布を有する気泡群である。また汚染水に添加する酸化剤は、過硫酸ナトリウムが第一選択であり、代替としては過炭酸ナトリウム、あるいはオゾン（Ｏ3）のいずれかが選択される。

マイクロバブルの注入は、曝気槽２２内に設置された微細多孔管である内側管３２ａと、内側管３２ａを貫挿し管両端を支持する外側管３２ｂと、を有する気液混合構造の１つまたは複数のマイクロバブル発生器３２により行うものであって、曝気槽２２内に設置する循環ポンプ３４で内側管３２ａ内に一端（下端）より汚染水を流入させるとともに、外側管３２ｂ内に（曝気槽２２外から）圧縮空気を圧送することにより圧縮空気を内側管３２ａの多孔より内側管３２ａ内に導入して内側管３２ａ内を通流する汚染水中に懸濁状態に流入させる。なお、曝気槽２２内にマイクロバブルが注入できればよく、内側管３２ａと外側管３２ｂとの気液混合構造のマイクロバブル発生器３２に限定されるものではない。曝気槽２２内の汚染水中に浸漬されるよう外気が供給される中空体が設置され、中空体の上面部が、内側管３２ａと同様にマイクロバブルを生成する微細多孔を有するセラミックで構成されてもよい。

本実施の形態に係る汚染水の曝気処理方法は、汚染水に注入するバブルがマイクロバブルであることに加え、汚染水に酸化剤を添加することにより汚染水を加熱することなく、アルコール類だけでなく、特に典型的な難分解性物質である1,4-ジオキサン、ＴＨＦ、その他の非プロトン溶媒を中間生成物や最終生成物に効果的に分解できるという優れた曝気効果が得られる。具体的には、1,4-ジオキサンの中間物質として揮発性の高いアセトアルデヒド（CH₃CHO）を中心に、その他酢酸（CH₃COOH），グリコールアルデヒド（C₂H₄O₂），グリコール酸（C₂H₄O₃）などが産生される。最終生成物としては二酸化炭素，水素イオンが産生される。本実施の形態に係る汚染水の曝気処理装置は、超小型のマイクロバブル発生器３２により懸濁状態に気液混合を行うので、曝気槽２２を小型にすることができ、装置全体を小型化できる。

より好ましくは、曝気効果の促進のため、汚染物質が1,4-ジオキサンのとき、ヒータ３８で汚染水を３５℃に加熱する。

以下は、1,4-ジオキサンで汚染された汚染水について実験を行った。図３に示すグラフは、縦軸に、曝気槽２２に貯留された試験用の汚染水中の1,4-ジオキサンの残存率（Ｃ／Ｃ_０）を目盛り、横軸メモリに、処理時間（ｍｉｎ）を目盛って、曝気効果を示したものである。

［比較例１］
図３に示すグラフ中に示す比較例１の線図は、●印に沿った概略の線図を示す。比較例１は、試験用の汚染水として、1,4-ジオキサンで汚染された汚染水を作り、水温を２５℃として汚染水に酸化剤（過硫酸ナトリウム、以下同じ）を添加せず、マイクロバブル（20μmφないし1mmφ未満が中心のサイズ分布を有する気泡群、以下同じ）だけを注入して曝気処理を行った結果を示すもので、処理時間が経過しても1,4-ジオキサンの残存率（Ｃ／Ｃ_０）に殆ど変化がない。すなわち、曝気効果の高いといわれるマイクロバブルを用いたとしても、水温２５℃では曝気効果が得られていないことを示す。

［比較例２および比較例３］
図３に示すグラフ中に示す比較例２の線図と比較例３の線図は、−印または△印に沿った概略の線図であり、略同一の線引きになるので一つの線図で示している。比較例２は、試験用の汚染水として、1,4-ジオキサンで汚染された汚染水を作り、水温を２５℃として汚染水に酸化剤を所定量添加し、マイクロバブルでない従来式の曝気気泡（気泡径が１ｍｍφ以上の大きさのミリバブルが中心）を注入して曝気処理を行った結果を示すもので、２時間の処理時間経過時で1,4-ジオキサンの残存率（Ｃ／Ｃ_０）が２０％減少した。比較例３は、比較例１の追加条件として水温を３５℃まで昇温した時の結果を示すもので、比較例２とほぼ同じ1,4-ジオキサンの残存率（Ｃ／Ｃ_０）となった。以上のことから、水温２５℃で従来式の曝気気泡を用いた時の酸化剤による曝気効果の上乗せは、曝気気泡をマイクロバブル化したうえで水温３５℃に昇温させることでも達成されるということに理解される。同じ効果であれば、操作の多い後者（比較例３）が選択肢としては不利である。

［比較例４］
図３に示すグラフ中に示す比較例４の線図は、□印に沿った概略の線図である。比較例４は、比較例１の追加条件として水温を５５℃にまで昇温した時の結果を示す。比較例４は、１時間の処理時間経過時、および２時間の処理時間経過時でそれぞれ比較例３の場合に比べ、1,4-ジオキサンの残存率（Ｃ／Ｃ_０）が２倍以上減少した。

比較例１と比較例３と比較例４は、いずれもマイクロバブルを注入して曝気処理を行っており、水温が２５℃のときは曝気効果が得られず、水温が３５℃のときは1,4-ジオキサンの残存率（Ｃ／Ｃ_０）が２時間の処理時間経過時に２０％弱となる曝気効果が得られ、水温が５５℃のときは1,4-ジオキサンの残存率（Ｃ／Ｃ_０）が２時間の処理時間経過時に４５％となる大きな曝気効果が得られることが分かった。しかしながら、一般的に、水温を高めて曝気効果を追求する戦略は、汚染水に対する昇温操作のエネルギー効率が悪く、ランニングコストの高騰を招きやすい。

［実施例１］
図３に示すグラフ中に示す実施例１の線図は、×印に沿った概略の線図である。実施例１は、比較例１の追加条件として汚染水に酸化剤を所定量添加した時の結果である。

実施例１は、１時間もしくは２時間の処理時間経過時に得られる1,4-ジオキサンの残存率（Ｃ／Ｃ０）の減少量で、比較例４には及ばないものの、比較例２や３に比較すると明確に改善している。

すなわち、汚染水の水温を３５℃や５５℃等といった常温以上に昇温させずとも、２５℃で汚染水に酸化剤を添加し、ここに曝気気泡のマイクロバブル化を併用すれば、比較例２，比較例３を大きく上回る実用的な曝気効果が得られることが分かった。実施例１は、エネルギー効率の悪い汚染水の昇温操作を積極的に必要としないのでランニングコスト面で有利といえる。

なお、図３に示さないが、前記の知見を踏まえると、実施例１の追加条件として水温を３５℃まで昇温すれば、曝気効果はさらに顕著に向上すると考えられる。曝気効果の追求とランニングコストとのトレードオフで検討すべき問題であるが、水温３５℃程度に昇温することは比較的容易な操作であって、技術的範囲からは排除するものではない。

次に、ＴＨＦ（テトラヒドロフラン）で汚染された汚染水について実験を行った。図４に示すグラフは、縦軸に、試験用の汚染水中の1,4-ジオキサンの残存率（Ｃ／Ｃ_０）を目盛り、横軸メモリに、処理時間（ｍｉｎ）を目盛って、曝気効果を示したものである。

［比較例５］
図４に示すグラフ中に示す比較例５の線図は、●印に沿った概略の線図を示す。比較例５は、試験用の汚染水として、ＴＨＦで汚染された汚染水を作り、水温を２５℃に保ち、汚染水に酸化剤を添加しないで、マイクロバブルを注入して曝気処理を行った結果を示すもので、処理時間の経過とともにＴＨＦの残存率（Ｃ／Ｃ_０）が少なくなり、８０分の処理時間経過時の値は残存率が４０％まで大きく減少し、1,4-ジオキサンの場合と異なり、曝気気泡のマイクロバブル化のみで曝気効果に大きな影響を与えることが分かった。

［実施例２］
図４に示すグラフ中に示す実施例２の線図は、×印に沿った概略の線図を示す。実施例２は、比較例５の追加条件として汚染水に酸化剤を添加した時の結果を示す。処理時間の経過とともにＴＨＦの残存率（Ｃ／Ｃ_０）が少なくなり、８０分の処理時間経過時の値は残存率が２５％まで大きく減少し、マイクロバブル化と酸化剤添加との相乗効果が示されている。

表１は、アセトアルデヒドとＴＨＦと1,4-ジオキサンについての誘電率と蒸気圧と分子量と沸点について示す。表１中、1,4-ジオキサンが曝気されて中間生成物であるアセトアルデヒドに変わる場合、1,4-ジオキサンの分子量８８．１、蒸気圧４０ｈPaがアセトアルデヒドの分子量４４．０６、蒸気圧９８７ｈPaに変わることを示している。

本発明によれば、親水性溶媒で汚染された汚染水を小型な曝気処理層槽を用いかつ大きなエネルギーを必要としないで効果的に浄化することができるという効果を有し、1,4-ジオキサンおよびＴＨＦで汚染された汚染水の曝気処理方法に有用である。

２０汚染水の曝気処理装置
２１酸化剤貯留槽
２２曝気槽
２４オフガス処理槽
２５汚染導入管
２７酸化剤注入管
２８ガス排出口
３１マイクロバブル発生ユニット（マイクロバブル発生装置）
３２マイクロバブル発生器
３２ａ内側管
３２ｂ外側管
３４循環ポンプ（マイクロバブル発生装置）
３８ヒータ
４１空気圧縮機（マイクロバブル発生装置）
４３酸化剤給送ポンプ

Claims

密閉状の曝気槽に、1,4-ジオキサンおよびＴＨＦのいずれかの親水性溶媒で汚染された汚染水を貯留し、前記汚染水にマイクロバブルを注入することにより曝気を行うとともに、曝気の前にまたは曝気中に酸化剤を添加することにより前記汚染水に含まれる親水性溶媒の酸化を促進し、前記汚染水中に産生する中間生成物又は最終生成物を前記マイクロバブルにより前記曝気槽内の上部に浮上させ、中間生成物又は最終生成物を含むガスを前記曝気槽外に排出し前記汚染水の浄化を促進することを特徴とする汚染水の曝気処理方法。
前記マイクロバブルは、２０μｍφないし１ｍｍφ未満が中心のサイズ分布を有する気泡群である請求項１に記載の汚染水の曝気処理方法。
前記酸化剤は、過硫酸ナトリウムである請求項１又は２のいずれか１項に記載の汚染水の曝気処理方法。
前記マイクロバブルの注入は、微細多孔管である内側管と、前記内側管を貫挿し管両端を支持する外側管と、を有する気液混合構造のマイクロバブル発生器により行うものであって、循環ポンプで前記曝気槽内の汚染水を前記内側管内に一端より流入させるとともに、前記外側管内に圧縮空気を圧送することにより前記圧縮空気を前記内側管の微細多孔を通して前記内側管内に導入し前記内側管内を通流する前記汚染水中に注入して懸濁液として前記内側管内に他端より流出させて前記曝気槽内の汚染水の曝気を行う請求項１ないし３のいずれか１項に記載の汚染水の曝気処理方法。
前記曝気槽に貯留した汚染水を、２５℃から３５℃の範囲に加熱する請求項１〜４に記載の汚染水の曝気処理方法。
1,4-ジオキサンおよびＴＨＦのいずれかの親水性溶媒で汚染された汚染水を曝気により浄化する汚染水の曝気処理装置であって、
密閉状の曝気槽を有し、
前記曝気槽には、
前記親水性溶媒で汚染された汚染水を槽内に導入する汚染導入管と、
前記曝気槽内に貯留される汚染水に酸化剤を添加する酸化剤注入管と、
曝気処理後に前記曝気槽内に残る浄化が進んだ処理済水を排出する処理済水排出口と、
曝気処理により産生する前記曝気槽内に上部に中間生成物又は最終生成物を含むガスを排出するガス排出口と、
前記曝気槽に貯留される汚染水にマイクロバブルを注入するマイクロバブル発生装置と、を備えたことを特徴とする汚染水の曝気処理装置。
前記マイクロバブル発生装置は、
前記曝気槽内に１つまたは複数設置され、微細多孔管である内側管と、前記内側管を貫挿し管両端を支持する外側管と、を有するマイクロバブル発生器と、
前記曝気槽内の汚染水を前記内側管内に一端より流入させる循環ポンプと、
前記外側管内に圧縮空気を圧送することにより空気圧送装置と、を備え、
前記外側管内に圧送した前記圧縮空気を前記内側管の微細多孔を通して前記内側管内に導入し前記内側管内を通流する前記汚染水中に注入して懸濁液となるよう気液混合して前記内側管内に他端より流出させて前記曝気槽内の汚染水の曝気を行う構成である請求項６に記載の汚染水の曝気処理装置。