JPH11347576A - 水処理方法及び水処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】オゾンおよび過酸化水素の利用効率を高め、操
業費を削減する。 【解決手段】被処理水の酸化還元電位を被処理水の流れ
方向に少なくとも２か所で測定し、測定した値をもとに
添加するオゾン量を制御する。酸化還元電位測定位置の
上流側と下流側との被処理水の平均流通所要時間は０．
５分以上、上流側の酸化還元電位が下流側の酸化還元電
位よりも高くなるように添加するオゾン量を制御すると
よい。流通槽式水処理装置の場合、上流側の酸化還元電
位の測定端を最終処理槽出口近傍に設けておくことが望
ましい。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、浄化に好適に用いられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、オゾンおよび過酸
化水素を利用する水処理方法及び水処理装置に関する。
さらに詳しくは、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、透明度の改善、ＢＯＤやＣＯＤを低減などを実施す
る水処理方法および水処理装置に関する。なお、本発明
において「処理」および「水処理」の語は、水の浄化の
意であり、水を消毒、殺菌、脱色、脱臭、あるいは水中
の有機物の分解、透明度の改善、ＢＯＤ・ＣＯＤの低減
を行う操作をいう。

【０００２】

【従来の技術】近年、水資源はエネルギーと同じく有限
とされ、廃水の再利用の重要性が認識されつつある。ま
た一方では、水道水源の微量汚染物質による汚染が問題
となり、従来の窒素・りんの除去を目的とした高度処理
に加えて、脱臭、脱色、殺菌、微量汚染物質の除去など
を目的とした処理方法の導入が進められている。

【０００３】このような社会状況において、水の再利用
や微量汚染物質の除去などの方法として活性炭処理、オ
ゾン処理、膜処理などの実用化が進められている。しか
し、活性炭処理では有機性の汚濁物質の吸着除去は可能
であるが殺菌作用はなく、また活性炭の交換も必要にな
る。オゾン処理は脱色、脱臭、殺菌効果は優れている
が、汚濁物質の分解効果は低い。膜処理は水処理という
観点からは優れているが、廃棄物を発生するという問題
点を有している。

【０００４】前記の処理方法に対し、特公昭６０−６７
１８号公報や特公昭６０−４１９９９号公報には、上記
の問題点を総合的に解決する処理方法として、オゾンお
よび過酸化水素を廃水に添加して処理する方法が記載さ
れている。前記の処理方法は、オゾンおよび過酸化水素
を廃水中に添加することによって非常に酸化力の強いＯ
Ｈラジカルを生成させ、このＯＨラジカルをもって廃水
を処理しようとするものである。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、汚濁物質の分解効率が高く、脱臭、脱色、殺菌効果
が優れているうえ二次的な廃棄物も発生しない、効果的
な処理方法である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、オゾンと過酸
化水素を併用する方法は、強力な酸化作用を有する利点
がある半面、これらの高価な酸化剤を必ずしも効率よく
利用することができず、コストの高い処理手段であっ
た。そこで本願発明者らは、さきに液中のオゾン濃度を
測定してオゾンの添加量を制御する方法を発明し、特願
平９−１７０１２４号において発明の内容を開示してい
るが、オゾン濃度の測定器が高価であるという問題があ
った。そこで本発明者はさらに研究した結果、オゾンと
過酸化水素とを併用した強力な酸化作用を活かして汚濁
物質を処理すると共に、添加する酸化剤を余すところな
く有効に利用することのできる本発明を完成したのであ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明を図面を参照して
説明する。まず、本発明者は、水溶液中の過酸化水素濃
度が低い領域ではオゾンは高濃度で存在することができ
るが、過酸化水素濃度の高い領域では低濃度でしか存在
できないこと、およびオゾンと過酸化水素とを併用して
水処理するには、両者の濃度がともに低い場合に、最も
効率よく処理できることを見出だした。図１は水溶液中
の過酸化水素濃度に対する最高可溶オゾン濃度を示す。
Ａの範囲はオゾンが高濃度で存在できる領域、Ｃはオゾ
ンが低濃度でしか存在できない領域、Ｂはオゾンおよび
過酸化水素の濃度がともに比較的低く水処理に好適な領
域である。

【０００７】さらに、オゾンと過酸化水素とが存在する
水において、過酸化水素濃度が比較的高い場合には酸化
還元電位は経時的に変化することがないか、上昇するか
であるが、溶存オゾン濃度が比較的高い場合、図１にお
いてＡの範囲では経時的に酸化還元電位が低下すること
を見出だした。これはオゾンと過酸化水素とが共存する
際に特有の現象であり、種々のラジカル反応がおこるこ
とにより、オゾンが消費されることによるものである。
本発明はこれらの本発明者が見出した事実をもとに完成
することができたものであって、被処理水の酸化還元電
位を少なくとも２か所で測定し、その測定値によって添
加するオゾン量を制御するのである。

【０００８】すなわち本発明は、前記の課題を解決する
ために、オゾンを被処理水に添加して溶解させ、かつ過
酸化水素を添加する水処理方法であって、被処理水の酸
化還元電位を被処理水の流れ方向に少なくとも２か所で
測定し、測定した値をもとに添加するオゾン量を制御す
ることを特徴とする水処理方法を提供する。本発明にお
いて、酸化還元電位を測定する最も上流側と最も下流側
との間における被処理水の平均流通所要時間が少なくと
も０．５分であって、上流側の酸化還元電位が下流側の
酸化還元電位よりも高くなるように添加するオゾン量を
制御することが好ましい。

【０００９】また、本発明は、オゾンを被処理水に添加
して溶解させ、かつ過酸化水素を添加する流通式水処理
装置であって、被処理水の流れ方向に少なくとも２か所
の被処理水の測定端が設けられ、測定した酸化還元電位
の差により添加するオゾン量の制御をすることを特徴と
する水処理装置を提供する。流通式水処理装置が１槽ま
たは多槽流通式の場合、上流側の酸化還元電位の測定端
を最終処理槽出口近傍に設けておくことが望ましい。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明を具体的に詳しく説明す
る。本発明は、被処理水の酸化還元電位を、被処理水の
流通方向に２か所で測定し、測定した値、とくに両測定
値の差をもとに添加するオゾン量を制御し、汚濁物質を
効率的に酸化分解する。

【００１１】さて、被処理水中にオゾンと過酸化水素と
を溶存させると、オゾンと過酸化水素とが接触、反応し
てＯＨラジカルが発生し、発生したＯＨラジカルによ
り、被処理水中の汚濁物質が分解されるのであるが、Ｏ
Ｈラジカルはオゾンや過酸化水素と反応してその強い酸
化力を消失する。すなわち、オゾンや過酸化水素の濃度
が低すぎるとＯＨラジカルの発生は少なく、逆にオゾン
や過酸化水素の濃度が高すぎると、発生したＯＨラジカ
ルが汚濁物質を酸化することなくオゾンや過酸化水素と
反応して消失し、いずれの場合にも期待する処理が行わ
れない。ＯＨラジカルとオゾンとの反応速度は、オゾン
が気相から液相へ移動する速度に比べて非常に早いた
め、通常、被処理水中の溶存オゾン濃度は低い状態にな
っており、液相中の溶存オゾンが処理を阻害することは
少なく、むしろ液相中の溶存オゾン濃度が低すぎるため
に処理反応が進行しない場合が多い。

【００１２】このため、被処理水に一定量のオゾンガス
を注入する際には次のような事態が発生する。すなわ
ち、被処理水中の汚濁物質濃度が高過ぎる場合には、オ
ゾンは被処理水中で汚濁物質との反応により減少し、溶
存オゾン濃度を高く維持することができなくなり、過酸
化水素と接触、反応してＯＨラジカルを生成する機会が
低くなる。したがって、オゾン単独による処理とほとん
ど効果は変らないか、もしくは過酸化水素による反応の
阻害が発生する。逆に、被処理水中の汚濁物質濃度が低
過ぎる場合は、オゾンの被処理水中の溶存濃度が高く維
持されてオゾンが吸収されにくくなり、注入したオゾン
ガスが使用されずに排出される割合が多くなって、オゾ
ンを非常に低い効率で利用することになるか、もしくは
無駄に消費することになる。

【００１３】一方、過酸化水素は液状で被処理水に添加
することができるため濃度調整は容易であるが、濃度が
高い場合には汚濁物質の酸化反応を阻害することにな
る。ただし、被処理水中の汚濁物質濃度が変動しても、
汚濁物質に対する過酸化水素の最適な添加量の変化は比
較的小さいので、過酸化水素の添加量を一定としてもそ
の一定値が最適値に近い値であれば、オゾンを十分に供
給さえすれば処理はほぼ適切に行われる。

【００１４】以上の知見から、オゾン添加量を被処理水
中の汚濁物質濃度の変化に追随させることにより効率的
な処理を行うことが可能になる。本発明においてオゾン
添加量の制御は、被処理水の酸化還元電位を被処理水の
流れ方向に少なくとも２か所で行ない、その差を測定す
ることによって行われる。オゾンが過剰な条件では、被
処理水の酸化還元電位は被処理水中に残存するオゾンが
自己分解もしくは被処理水中の物質と反応して経時的に
低下し、また過酸化水素が過剰な条件では被処理水中の
ラジカル反応により過酸化水素を生成して酸化還元電位
が経時的に上昇、もしくは反応が終結して一定の値をと
ることになる。従って、被処理水の酸化還元電位を、流
通方向に経過時間の異なる２か所において測定し、その
差が一定の範囲内になるようにオゾン添加量を制御すれ
ば、オゾンおよび過酸化水素濃度が適切な条件下で処理
が行われることになる。

【００１５】実際には、２か所において測定された酸化
還元電位の差の最適値は、被処理水の水質、酸化還元電
位を測定する場所によって異なるため、実験的、経験的
に求めることになるが、通常は１ｍＶ〜１００ｍＶの範
囲内、好ましくは５ｍＶ〜５０ｍＶの範囲内である。酸
化還元電位の差が１ｍＶ以下では過酸化水素が過剰で経
時的に酸化還元電位が変化しない場合との差がつきにく
く、誤動作を招くおそれがあり、また酸化還元電位が１
００ｍＶ以上ではオゾンが大量に被処理水中に残留する
ことになる。また、酸化還元電位の測定は、最も上流側
と最も下流側との間における被処理水の平均流通所要時
間が、０．５分以上の位置で行うことが望ましい。例え
ば、１槽または多層流通式反応装置を用いる場合には、
上流側の酸化還元電位の測定端を処理槽出口直近に、下
流側の測定端を処理槽出口から被処理水の平均流通所要
時間が０．５分以上の位置に設けるとよい。２つの酸化
還元電位を測定する位置が少なくとも０．５分以上離れ
ている場所でなければ、２か所の酸化還元電位の差が小
さく制御に使用することが困難になることが多い。オゾ
ン添加量を制御することにより、被処理水の濃度の変動
範囲をすべてカバーできる量のオゾンを一律に添加する
ことによるオゾンの無駄な消費を防止することができる
とともに、オゾンを一定量添加した場合よりも高効率な
処理を行うことが可能になる。

【００１６】オゾン添加量の制御は、ガス量を制御する
ことにより行っても、オゾン濃度を制御することにより
行ってもよい。さらに、オゾン発生器自体の制御を行う
ことによって、オゾンの発生量を制御してもよい。ただ
し、現実にはガス流量を制御する方が簡便なことが多
い。被処理水中の酸化還元電位の測定器は、市販の酸化
還元電位測定計の中から適宜に選択して用いることがで
きる。

【００１７】オゾンの添加方式としては散気式、エジェ
クター式などのような形態でも適用できとくに限定され
ない。ただし、汚濁物質濃度が高い場合にはオゾンを気
泡塔一基で吸収させるには限界があるので、処理槽を多
段に組むことが好ましい。オゾン溶解槽での被処理水の
滞留時間は、通常１〜６０分の範囲内、好ましくは５〜
２５分程度である。

【００１８】オゾンは、通常、無声放電法など種々の方
式の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被処理水中へのオゾンの溶
解が促進されるので、気体１リットル中に少なくとも２
０ｍｇ、好ましくは５０ｍｇ以上オゾンを含有させると
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。また、処理槽から
排出されるオゾン含有の排ガスを、前処理として被処理
水に吹込むこともできる。供給するオゾンガスの気泡の
平均径は、被処理水の性状にもよるが、一般的に、１〜
１００００μｍまでの範囲が好ましく、とくに１０〜１
０００μｍ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。

【００１９】本発明の水処理方法において、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、０．１〜１００ｍｇ、好ましくは０．５〜５０ｍｇ
の範囲内である。一般に、被処理水中の過酸化水素濃度
には最適値が存在するため、実験的に過酸化水素の最適
添加量を求めるとよい。

【００２０】また、過酸化水素の添加方式はとくに限定
されないが、高濃度ではＯＨラジカルによる処理反応が
阻害されるため、過酸化水素の注入口を複数に分割する
か、低濃度で複数回に分割して添加するか、連続的に添
加するか、もしくは十分に攪拌される状態で添加するこ
とが好ましい。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。

【００２１】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。被処理水に
混合する際に用いる過酸化水素溶液中の過酸化水素濃度
については特に規定はされないが、過酸化水素添加量、
ポンプ性能などによって制御しやすい濃度にすればよ
い。

【００２２】処理温度は、被処理水が液相を保持してい
ればとくに限定されず、通常は常温で行う。被処理水の
温度が高いほど反応速度が早くなる利点はあるが、オゾ
ン、過酸化水素の自己分解の比率も大きくなるため、処
理に見合った最適な温度を適宜設定すればよい。

【００２３】本発明の具体的な実施形態例として、１槽
流通式処理装置のフローシートを図２に示す。被処理水
は、配管２から処理槽１に連続的に供給される。さらに
処理槽１には配管３を経て過酸化水素水が供給され、散
気管５からは配管４により供給されるオゾン含有気体が
気泡になって被処理水中に吹き込まれる。処理槽出口近
傍に上流側の酸化還元電位測定器６ａが、前記６ａの位
置から下流側、被処理水の平均流通所要時間が０．５分
以上の位置に下流側の酸化還元電位測定器６ｂが設けら
れている。酸化還元電位測定器６ａの測定値が酸化還元
電位測定器６ｂの測定値よりも所定の範囲内で高くなる
ように、演算器７を介してオゾン含有気体流量調節弁８
が操作され、添加するオゾン量を最適に制御している。

【００２４】

【実施例】以下実施例をあげて本発明の実施例を説明す
る。実施例および比較例において、処理効率は処理前後
の水質汚濁指標を用いて、次式により求めた。 処理効率＝（１−Ｃ／Ｃ₀ ）×１００ ただし、Ｃ： 被処理水の処理後の水質汚濁指標 Ｃ₀ ：被処理水の処理前の水質汚濁指標 なお、水質汚濁指標としては、目的により、ＣＯＤ、Ｂ
ＯＤ、ＴＯＣなど様々なものが用いられる。

【００２５】実施例１〜４ ビーカに純水５００ｍｌを入れ、オゾンガスを吹き込ん
で溶存オゾン濃度を２ｍｇ／ｌとし、オゾンガスの吹き
込みを停止すると同時に、モデル廃水として１ｍｇ／ｌ
の酢酸溶液５００ｍｌおよび所定量の過酸化水素を添加
して酸化還元電位を測定した。各実施例における条件お
よび１０分経過後の溶存オゾン濃度、過酸化水素濃度お
よびＴＯＣ除去率を表１に、酸化還元電位の経時変化を
図３に示した。

【００２６】実施例５ 酢酸溶液を被処理水として処理する実験を行った。使用
した実験装置は、図２に示されているのと基本的に同じ
であった。本実施例においては、酸化還元電位測定器６
ａおよび６ｂを用いて酸化還元電位を測定し、６ａと６
ｂとの電位差が５ｍＶになるように演算器７により流量
調節弁８の開度を調節してオゾンガス量を制御した。な
お、被処理液が６ａから６ｂに流れる平均所要時間は１
分であった。過酸化水素濃度を３ｍｇ／ｌに保持し、被
処理水濃度を次のように一定時間ごとに変えて処理し
た。

【００２７】 実験開始〜２時間 １０ｍｇ／ｌ酢酸溶液 ２〜４時間 ５ｍｇ／ｌ酢酸溶液 ４〜６時間 １５ｍｇ／ｌ酢酸溶液 ６〜８時間 １０ｍｇ／ｌ酢酸溶液 この間、一定時間ごとにＴＯＣ濃度、オゾン添加量を測
定した。図４にＴＯＣ濃度を水質汚濁指標とする処理効
率（以下、ＴＯＣ処理効率という）と処理時間との関係
を、図５にオゾン添加量と処理時間との関係を、初期量
（オゾン添加量３０ｍｇ／ｌ）に対する重量％で示し
た。

【００２８】比較例１ 実施例１で用いたのと同じ実験装置を用い、実施例１と
同様にして、ただし、吹き込むオゾン量を一定にして同
じ被処理水を処理した。結果を図４および図５に実施例
５とともに示した。

【００２９】

【表１】

【００３０】

【発明の効果】本発明を利用すれば、被処理水の濃度変
化に対応して、効率的な処理が常時可能になり、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
上する。オゾンおよび過酸化水素の添加量を削減するこ
とができ、ランニングコストを低く抑えることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】溶存オゾン濃度と過酸化水素濃度との関係

【図２】本発明の流通処理形態例の模式図（実施例５、
比較例１）

【図３】酸化還元電位の経時変化の例（実施例１〜４）

【図４】実施例５および比較例１におけるＴＯＣ処理効
率

【図５】実施例５および比較例１におけるオゾン添加量

【符号の説明】

１：処理槽 ２：被処理水配管 ３：過酸化水素水配管 ４：オゾン含有気体
配管 ５：散気管 ６ａ，６ｂ：酸化還
元電位測定器 ７：演算器 ８：オゾン含有気体
流量調節弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｃ０２Ｆ 1/50 ５４０ Ｃ０２Ｆ 1/50 ５４０Ａ ５５０ ５５０Ｃ ５５０Ｌ 1/72 1/72 Ｚ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】オゾンを被処理水に添加して溶解させ、か
   つ過酸化水素を添加する水処理方法であって、被処理水
   の酸化還元電位を被処理水の流れ方向に少なくとも２か
   所で測定し、測定した値をもとに添加するオゾン量を制
   御することを特徴とする水処理方法。
2. 【請求項２】オゾンを被処理水に添加して溶解させ、か
   つ過酸化水素を添加する流通式水処理装置であって、被
   処理水の流れ方向に少なくとも２か所の被処理水の測定
   端が設けられ、測定した酸化還元電位の差により添加す
   るオゾン量の制御することを特徴とする水処理装置。
3. 【請求項３】酸化還元電位を測定する最も上流側と最も
   下流側との間における被処理水の平均流通所要時間が少
   なくとも０．５分であって、上流側の酸化還元電位が下
   流側の酸化還元電位よりも高くなるように添加するオゾ
   ン量を制御することを特徴とする請求項１記載の水処理
   方法。
4. 【請求項４】流通式水処理装置が１槽または多槽流通式
   であって、上流側の酸化還元電位の測定端が最終処理槽
   出口近傍に設けられていることを特徴とする請求項３記
   載の水処理装置。