JPH09234474A - 水処理方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 使用した過酸化水素およびオゾン単位量当り
の処理効率を向上する。 【解決手段】 被処理水１リットル当り０．１ないし８
０ｍｇの範囲内の適度の過酸化水素濃度を維持しなが
ら、被処理水中にオゾン含有気体を吹込む。大量の水処
理を行う際には、流通式反応装置を用い、反応装置の入
口側から被処理水を供給し、被処理水の流通方向に過酸
化水素を分割添加して濃度を適度に保ち、かつ、過酸化
水素を含む被処理水中にオゾン含有気体を吹込んで処理
する。オゾン含有気体中のオゾン量は、１リットル当り
５０ｍｇ以上がよい。下水、廃棄物埋立地浸出水の二次
処理水などのＢＯＤやＣＯＤなどの低減、浄化に用い
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、過酸化水素および
オゾンを利用する水の処理方法および処理装置に関す
る。さらに詳しくは、本発明は、下水またはし尿の二次
処理水、産業排水または廃棄物埋立地浸出水またはこれ
らの二次処理水などを処理して消毒、殺菌、脱色、脱
臭、有機物の分解、ＢＯＤやＣＯＤを低減などを実施す
る、いわゆる廃水の高度処理方法に関する。なお、本発
明において「処理」の語は、水の浄化の意であり、水を
消毒、殺菌、脱色、あるいは水中の有機物の分解、ＢＯ
Ｄ・ＣＯＤの低減を行う操作をいう。

【０００２】

【従来の技術】廃水の高度処理方法としては、オゾン酸
化法、生物分解法、膜ろ過法、紫外線照射法、活性炭吸
着法、塩素法、鉄−過酸化水素法（フェントン法）など
を単独または組み合わせて実施する技術があげられる。
これらの技術はそれぞれ特徴を有し、処理の目的によっ
て処理方法が選択される。例えば、廃水の高度処理の目
的が殺菌及び脱色である場合には、生物処理法や活性炭
吸着法を単独で用いることは行われず、オゾン酸化法、
膜ろ過法、紫外線照射法、塩素法、フェントン法が単独
で、もしくは組み合わせて用いられることになる。

【０００３】しかし、いずれの技術も単独で消毒、殺
菌、脱色、脱臭、透明度の改善、有害物質の分解、ＢＯ
Ｄ・ＣＯＤの低減を行うことは不可能であり、単独では
全く効果がないか、もしくはコスト的に高価であるなど
の問題点を有している。これに対し、消毒、殺菌、脱
色、脱臭、透明度の改善、有害物質の分解、ＢＯＤ・Ｃ
ＯＤの低減を同時に行うことの可能な高度処理技術とし
て、特公昭６０−６７１８号公報、特開昭５５−１４９
６８８号公報や特開昭５８−５５０８８号公報記載の技
術をあげることができる。これらは、廃水のオゾン処理
を行う際に過酸化水素を添加することにより、強力な酸
化力を有するＯＨラジカルを生成させて廃水処理を行お
うとするものである。

【０００４】このオゾンと過酸化水素を併用する方法
は、強力な酸化剤であるＯＨラジカルを用いて廃水中の
汚濁成分を酸化分解するものである。ＯＨラジカルは、
オゾンよりも強力な酸化剤であり、オゾン単独では分解
できなかった廃水中の汚濁成分をも分解除去することが
可能である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の公報に
記載されている方法ではオゾンや過酸化水素の添加量が
多く、必ずしも効率的に処理が行われているとはいえな
かった。本発明は前記の課題を解決するために研究の結
果、完成されたものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者は研究の結果、
過酸化水素の添加量には、被処理水の性状やオゾンの注
入方式によって異なる最適値が存在すること、すなわち
過酸化水素の添加量は大きすぎても小さすぎても期待さ
れる被処理水の処理が行われないことを見出だした。さ
らに処理を行う過程で過酸化水素は消費されることか
ら、上述の知見と合わせて、過酸化水素の添加方式とし
ては、過酸化水素は一回で全量を添加する方式ではな
く、複数回に分割して添加、もしくは連続的に添加する
方式を用いることにより、効率的な処理を行うことが可
能なことを見出した。本発明は上記知見をもとに完成さ
れたものである。すなわち、前記の課題は、被処理水１
リットル当り０．１ないし８０ｍｇの過酸化水素が常時
含まれるように過酸化水素を添加しながら、被処理水中
にオゾン含有気体を吹込むことを特徴とする水処理方法
によって解決される。

【０００７】大量の水処理を実施する際には、流通式反
応装置を用い、反応装置の入口側から被処理水を供給
し、被処理水１リットル当り０．１ないし８０ｍｇの過
酸化水素が常時含まれるように、過酸化水素を分割添加
し、かつ、過酸化水素含有被処理水中にオゾン含有気体
を吹込んで被処理水を処理し、処理水を出口側から取り
出すことを特徴とする水処理方法が好適である。オゾン
含有気体についても、過酸化水素と同様に分割して吹き
込むこともできる。

【０００８】また、本発明は、入口側から被処理水を供
給し、被処理水１リットル当り０．１ないし８０ｍｇの
過酸化水素が含まれるように、被処理水の流通方向に過
酸化水素を分割添加し、かつ、過酸化水素含有被処理水
にオゾン含有気体を一度にまたは分割して吹込んで被処
理水を処理し、処理水を出口側から取り出す流通式反応
装置であって、少なくとも連続する４槽を設けて連続的
に反応させることを特徴とする水処理装置を提供する。
さらに、過酸化水素を含む被処理水とオゾン含有気体と
を向流または並流に接触させる流通式気液接触水処理装
置であって、過酸化水素の添加口が被処理水の流通方向
に分割して設けられていることを特徴とする水処理装置
を提供する。この水処理装置において、オゾン含有気体
の吹込口を、被処理水の流通方向に複数に分割して設け
ることもできる。図５に概略を示したのは、少なくとも
４槽からなる連続反応槽の水処理装置であって、各反応
槽（４１ａないし４１ｄ）には、それぞれ所要量のオゾ
ン含有気体を吹き込む手段（４６）と所要量の過酸化水
素水添加手段（４４）とが設けられている水処理装置で
ある。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明を具体的に詳しく説明す
る。本発明を実施するに際し、被処理水中に含ませる過
酸化水素の濃度は、被処理水中に含まれる処理対象物質
の種類や濃度、共存物質の種類や濃度、処理装置、使用
するオゾン量および気液接触状況などにより一概に規定
できないが、通常、被処理水１リットル当り、０．１ｍ
ｇから８０ｍｇの範囲内である。一般的に被処理水中の
過酸化水素濃度には最適値が存在し、その値よりも小さ
すぎても大きすぎても処理効率は低くなる。なお、ここ
で処理効率とは、被処理水の処理前後の水質汚濁指標を
用いて、 処理効率＝（１−Ｃ／Ｃ₀ ）×１００ ただし、Ｃ： 処理水の水質汚濁指標 Ｃ₀ ：被処理水の水質汚濁指標 と表される。また、水質汚濁指標としては、色度、ＣＯ
Ｄ、ＢＯＤ、ＴＯＣなど様々なものが用いられる。

【００１０】過酸化水素濃度の最適値は、処理対象物質
の種類や濃度、共存物質の種類や濃度、処理装置、使用
するオゾン量および気液接触状況などにより変化する。
本発明では、過酸化水素濃度の最適値が、供給する被処
理液の特性によって変わり、あるいは処理の進行に伴っ
て変化するので、例えば実験と経験によって各要因と最
適値との関係を求め、その結果に応じて回分処理であれ
ば時間の経過とともに、流通処理であればその位置によ
って、被処理液中の過酸化水素濃度を適宜に調整するの
である。従って、本発明における前記の過酸化水素の濃
度範囲は、必要条件ではあるが個々のケースの十分条件
ではなくなることがあり、ときに前記濃度範囲に較べ最
適濃度範囲が狭くなることがある。通常、被処理水中に
ＯＨラジカルと反応する物質が多いと最適な過酸化水素
濃度が大きくなる傾向があり、過酸化水素の消費量も大
きい。したがって一般的に、汚染の進行した廃水ほど最
適過酸化水素濃度が大きく、廃水中の汚染物質が少ない
ほど小さくなる傾向がある。処理の初期段階では最適過
酸化水素濃度が大きく、進行した段階では小さくなる。
添加する過酸化水素は市販の過酸化水素水を用いても、
過酸化水素製造装置から直接供給してもよい。水酸化ナ
トリウム水溶液を電解液として電解製造した過酸化水素
水溶液を用いることもできる。

【００１１】オゾンは、通常、オゾン発生器を利用して
供給するが、供給形式や方法に制限はない。しかし、気
体１リットル中に含まれているオゾンの濃度が高いほど
処理液中へのオゾンの溶解が促進されるので、少なくと
も気体１リットル中に２０ｍｇ、好ましくは５０ｍｇ以
上含有させるとよい。１００ｍｇ以上含まれておればさ
らに好ましい。オゾンの媒体になる気体としては空気、
酸素富化空気やその他の気体を用いることができる。

【００１２】本発明における被処理水とオゾン含有気体
との接触面積は大きい程、たとえばオゾン含有気体の気
泡が小さいほど最適な過酸化水素添加量が大きくなる傾
向がある。なお、処理装置内の被処理水とオゾン含有気
体との気液接触状態によっては、あらかじめ処理水にオ
ゾンを溶解させた後、過酸化水素を添加した方が、高い
処理効率を得られる場合がある。このような場合には過
酸化水素を添加する前に適量のオゾンを被処理水中に注
入しておくことができる。被処理水の処理温度はとくに
限定されないが、特殊な場合を除いて常温で実施するこ
とができる。処理温度が高いと反応速度が速くなる利点
があるが、温度を上昇させるためのエネルギーに較べて
期待される効果が得られない場合もある。本発明の水処
理方法は回分処理または連続処理のいずれでも採用する
ことができる。

【００１３】本発明の具体的な実施形態例を図面を参照
して説明する。まず、図１は回分処理の例を模式的に示
した図であって、処理槽１に被処理液配管２から被処理
液を投入した後、処理槽１中の被処理液が所定の過酸化
水素濃度を維持するように配管３から過酸化水素水を連
続的または間欠的に添加する。一方、オゾン含有気体配
管４から散気管５を介して被処理液中にオゾンを実質的
に連続して吹き込み、含まれている不純物を分解除去す
る。気液接触を促進するために撹拌機６を利用するとよ
い。所要の処理レベルに達した後、処理液は配管７から
取り出す。具体例を実施例１に示した。

【００１４】つぎに、連続処理の例を図３ないし図５に
模式的に示した。図３は、過酸化水素水を４カ所に分割
して供給する流通式反応器２１を利用した実施形態例で
ある。被処理水は配管２２から塔形の反応器２１底部に
送入される。オゾン含有気体は、配管２４から供給さ
れ、散気管２５により気泡状に分散して被処理液中に吹
き込まれる。被処理水の性状にもよるが、一般的に気泡
の平均径は、１μｍから１００００μｍまでの範囲が好
ましく、とくに１０μｍないし１０００μｍの範囲が気
液接触面積が大きい割に分散エネルギーの消費量が小さ
く好適である。散気方式に特別の制限はなく、図中の散
気管を用いた方式の他にもポンプによる気液混合方法な
ど、様々な方式が適用できる。

【００１５】供給するオゾン含有気体中のオゾン量は、
被処理水の性状、処理量、被処理物濃度、過酸化水素供
給量、反応器２１の形状、気体の分散状況などの影響を
受け、一概に規定できないが、排気管２７から排出され
る気体中のオゾン濃度が、供給する気体中のオゾン濃度
の１０％を超えないように、かつ、被処理水中に移行す
るオゾン量ができるだけ多くなるように設定することが
望ましい。

【００１６】一方、過酸化水素水は、４カ所に設けられ
た供給配管２３a 〜d から分割して反応器２１内の被処
理液に添加される。各供給配管から添加する過酸化水素
の最適量は、ごく一般的には、被処理水１リットル当た
り０．１ないし８０ｍｇ、好ましくは０．５ないし５０
ｍｇの範囲を目途に、被処理水の特性などをもとに、経
験や試行実験を行って決めることが多い。勿論、反応器
２１に送入する前に過酸化水素の一部を添加しておくこ
ともできる。

【００１７】図４は、塔形の流通式反応器を利用した他
の実施形態例である。被処理水およびオゾン含有気体は
図３に例示したと同様にして反応器３１底部および散気
管３６から供給される。反応器３１中に軸方向に複数
の、本例では４つの小開口３４a 〜d を有する過酸化水
素水供給管３３が挿入されて上下方向に取り付けられて
いる。過酸化水素は各小開口３４a 〜d から被処理液中
に添加される。流通式反応器は上述の例に限られず、気
液接触に好ましい方式であれば、気泡塔、充填塔、管式
など各種の反応器形式を条件によって選択することがで
きるし、被処理液とオゾン含有気体との流通方向は並
流、向流のいずれでもよい。

【００１８】図５は、過酸化水素およびオゾン含有気体
を分割して添加し、吹き込む、連続多槽方式を利用した
連続処理の実施形態例である。高レベルの処理を目的に
する場合には、４槽以上用いることが望ましい。ポンプ
４３を用いて被処理液配管４２から反応槽４１a に供給
された被処理水は、溢流またはポンプ（不図示）などを
利用して被処理水配管４７を通り、順次反応槽４１ｂ，
４１c ，４１d へと流れる。各反応槽４１a 〜d にはそ
れぞれオゾン含有気体を吹き込むための散気管４６、過
酸化水素水の供給配管４４が取り付けられ、所要量のオ
ゾンおよび過酸化水素を各反応器に供給することができ
る。また、本発明においては、例えば、排気管２７、３
８、４９から排出される排ガス中に含有されるオゾンを
分解もしくは除去するために、被処理水と接触させても
よい。

【００１９】

【実施例】以下実施例をあげて本発明の各種実施形態を
説明する。 実施例１ 図１記載と同じ回分形式の実験装置を用い、廃棄物埋立
地浸出水二次処理水を被処理水とする本発明の実験を行
った。被処理水を処理槽１に入れ、被処理水中の過酸化
水素濃度が１ｍｇ／リットルを維持するように配管３か
ら過酸化水素水を補給しながら、１リットル当り１００
ｍｇのオゾンを含む空気を散気管５から被処理水中に吹
込んだ。攪拌機６にはマグネチックスターラを使用し
た。なお、実験は室温で行い、また、散気管の気孔径は
３０μｍのものを用いた。実験終了時までの被処理水１
リットル当たりの過酸化水素の総添加量は３２ｍｇであ
った。経過時間ごとに被処理液中のＣＯＤを測定し水質
汚濁指標として用いた。処理時間とＣＯＤを水質汚濁指
標とする処理効率（以下、ＣＯＤ処理効率という）との
関係を図２に示す。

【００２０】実施例２ 実施例１に用いた実験装置を用い、実施例１と同様の実
験を行った。ただし、被処理水中の過酸化水素濃度が５
ｍｇ／リットルを維持するように過酸化水素水を補給し
ながら実験した。実験終了時までの被処理水１リットル
当たりの過酸化水素の総添加量は９０ｍｇであった。処
理時間とＣＯＤ処理効率との関係を図２に示す。

【００２１】比較例１ 実施例１に用いた実験装置を用い、実施例１と同様の実
験を行った。ただし、実験開始時に被処理水１リットル
当り９０ｍｇの過酸化水素を一度に添加した。実験中に
は過酸化水素を添加しないでオゾン含有気体を吹込んで
行った。処理時間とＣＯＤ処理効率との関係を図２に示
す。

【００２２】実施例３ 図３に示したのと同じ形式の水処理装置を用い、本発明
の実験を行った。内径１００ｍｍ、液面までの高さ３０
００ｍｍの反応器２１を用い、底部に気孔径３０μｍの
散気管２５を、器壁には４本の過酸化水素水配管２３a
〜d をほぼ等間隔に取り付けた。この反応器に被処理液
配管２２から５０リットル／ｈｒの廃棄物埋立地浸出水
の二次処理水を供給し、過酸化水素水配管にはアルファ
ベットの順に、被処理水１リットル当たりそれぞれ５ｍ
ｇ、４ｍｇ、２ｍｇおよび１ｍｇの過酸化水素を過酸化
水素水として添加した。また、散気管からは、オゾン濃
度１００ｍｇ／リットルのオゾン含有気体を６０リット
ル／ｈｒの割合で被処理液中に吹き込み、被処理水を処
理した。その結果、ＣＯＤ処理効率として６５％を得る
ことができた。

【００２３】実施例４ 図４に示したのと同じ形式の処理装置を用い、本発明の
実験を行った。反応管大きさ、被処理水の供給量、オゾ
ンの吹込量などは実施例３と同様にした。ただし、過酸
化水素は、過酸化水素水配管３３から被処理水１リット
ル当たり１２ｍｇの過酸化水素を過酸化水素水として、
各小開口部３４ a〜d を経て等量ずつ被処理水中に添加
した。その結果、ＣＯＤ処理効率として６２％を得るこ
とができた。

【００２４】比較例２ 図４に示したのと同じ装置を用い、本発明と比較する実
験を行った。実施例４と同じ条件で廃棄物埋立地浸出水
の二次処理水を処理した。ただし、小開口部３４の上部
３口を閉鎖し、最下段の一カ所のみから被処理水１リッ
トル当たり１２ｍｇの過酸化水素を処理水中に添加し
た。その結果、得られたＣＯＤ処理効率は４１％にとど
まった。

【００２５】実施例５ 図５に示したのと同じ形式の４基の反応槽４１ a〜d か
らなる処理装置を用い、廃棄物埋立地浸出水の二次処理
水を処理した。使用した反応槽はいずれも同じ形状で内
径５０ｍｍ、液面までの高さ３０００ｍｍの溢流形であ
った。これに被処理水を５０リットル／ｈｒで流通さ
せ、各反応槽において、アルファベット順に被処理水１
リットル当たりそれぞれ５ｍｇ、４ｍｇ、２ｍｇおよび
１ｍｇの過酸化水素を過酸化水素水として添加した。ま
た、各反応槽において、オゾン濃度１００ｍｇ／リット
ルのオゾン含有気体を、被処理水１リットル当たりオゾ
ン３０ｍｇの割合で吹き込んだ。その結果、被処理水中
のＣＯＤ処理効率は７６％であった。

【００２６】実施例６ 図５に示したのと同じ形式の、ただし３基の反応槽から
なる処理装置を用い、廃棄物埋立地浸出水の二次処理水
を処理した。被処理水の供給量を実施例５の３／４と
し、各反応槽４１ a〜c にアルファベット順に被処理水
１リットル当たりそれぞれ６ｍｇ、４ｍｇおよび２ｍｇ
の過酸化水素を過酸化水素水として添加、さらに、各反
応槽において実施例５で用いたのと同じオゾン含有気体
を、被処理水１リットル当たりオゾン４０ｍｇの割合で
吹き込んだ。その結果、被処理水中のＣＯＤ処理効率は
５２％であった。

【００２７】実施例７ 図５に示したのと同じ形式の、ただし２基の反応槽から
なる処理装置を用い、廃棄物埋立地浸出水の二次処理水
を処理した。被処理水の供給量を実施例５の１／２と
し、各反応槽４１ a〜b にアルファベット順に被処理水
１リットル当たりそれぞれ８ｍｇおよび４ｍｇの過酸化
水素を過酸化水素水として添加、さらに、各反応槽にお
いて実施例５で用いたのと同じオゾン含有気体を、被処
理水１リットル当たりオゾン６０ｍｇの割合で吹き込ん
だ。その結果、被処理水中のＣＯＤ処理効率は４３％で
あった。

【００２８】比較例３ 図５に示したのと同じ形式の、ただし１基の反応槽から
なる処理装置を用い、廃棄物埋立地浸出水の二次処理水
を処理した。被処理水の供給量を実施例５の１／４と
し、被処理水１リットル当たりそれぞれ１２ｍｇの過酸
化水素を過酸化水素水として添加、さらに、実施例５で
用いたのと同じオゾン含有気体を、被処理水１リットル
当たりオゾン１２０ｍｇの割合で吹き込んだ。その結
果、被処理水中のＣＯＤ処理効率は３５％にとどまっ
た。

【００２９】

【発明の効果】従来の過酸化水素とオゾンとを用いる水
処理方法に較べると、添加した単位量当りの過酸化水素
とオゾンによる処理効率が向上される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の回分処理形態例を模式的に示した図
（実施例１）。

【図２】ＣＯＤ処理効率と処理時間との関係（実施例
１，２、比較例１）。

【図３】本発明の連続処理形態例を模式的に示した図
（実施例３）。

【図４】本発明の連続処理形態例を模式的に示した図
（実施例４）。

【図５】本発明の多槽連続処理形態例を模式的に示した
図（実施例５）。

【符号の説明】

１：処理槽 ２：被処理液配管 ３：過酸化水素水
配管 ４：オゾン含有気体配管 ５：散気管 ６：攪拌機
（実施例１：マグネチックスターラ） ７：処理液排
出配管 ２１：反応器 ２２：被処理液配管 ２３a 〜d ：
過酸化水素水配管 ２４：オゾン含有気体配管 ２５：散気管 ２６：
処理液排出配管 ２７：排気管 ３１：反応器 ３２：被処理液配管 ３３：過酸化
水素水配管 ３４a 〜d ：小開口部 ３５：オゾン含有気体配管
３６：散気管 ３７：処理液排出配管 ３８：排気管 ４１a 〜d ：反応槽 ４２：被処理液配管 ４３：
ポンプ ４４：過酸化水素水配管 ４５：オゾン含有気体配管
４６：散気管 ４７：被処理液移行配管 ４８：処理液排出配管
４９：排気管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ０２Ｆ 1/50 ５３１ Ｃ０２Ｆ 1/50 ５３１Ｑ ５５０ ５５０Ｃ 1/78 ＺＡＢ 1/78 ＺＡＢ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被処理水１リットル当り０．１ないし８０
   ｍｇの範囲内の過酸化水素が含まれるように過酸化水素
   を添加しながら、被処理水中にオゾン含有気体を吹込む
   ことを特徴とする水処理方法。
2. 【請求項２】流通式反応装置を用い、反応装置の入口側
   から被処理水を供給し、被処理水１リットル当り０．１
   ないし８０ｍｇの過酸化水素が含まれるように、被処理
   水の流通方向に過酸化水素を分割添加し、かつ、過酸化
   水素含有被処理水にオゾン含有気体を一度にまたは分割
   して吹込んで被処理水を処理し、処理水を出口側から取
   り出すことを特徴とする水処理方法。
3. 【請求項３】入口側から被処理水を供給し、被処理水１
   リットル当り０．１ないし８０ｍｇの過酸化水素が含ま
   れるように、被処理水の流通方向に過酸化水素を分割添
   加し、かつ、過酸化水素含有被処理水にオゾン含有気体
   を一度にまたは分割して吹込んで被処理水を処理し、処
   理水を出口側から取り出す流通式反応装置であって、少
   なくとも連続する４槽を設けて連続的に反応させること
   を特徴とする水処理装置。