JPS5939198B2 - 排水のオゾン処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、し尿二次処理水、下水二次処理水、家畜糞尿
処理水等のように着色物質もしくはＣＯＤ成分又は着色
物質と病原菌を含む排水をオゾンで処理する装置に関す
る。

近年、産業排水などによる河川、海洋の汚染は環境保全
、水資源確保から深刻な問題となっている。

このため放流水質に対する規制も年々強化される傾向に
あり、重金属イオン、毒物混入の規制のみにとどまらず
、し尿処理水、下水処理水、家畜糞尿処理水などもより
高度の排水処理が望まれている。

これら人間、家畜の糞、尿は活性汚泥処理を行なっても
、フミン酸、ムコ多糖類、朋汁酸化物などの黄色から茶
褐色系の色を持ち、大腸菌群で代表される伝染しやすい
病原菌を含んでいる。

これら処理水はＣＯＤ、ＢＯＤの値が低くとも、河川海
洋へ放流すれば着色による視覚公害だけでなく、水道用
原水の河川、レジャー水域に病原菌が拡散される。

現在、し尿処理場、下水処理場では放流前に塩素注入に
よる滅菌処理を行なっているが、この程度の塩素では細
菌数は減少しても、黄色あるいは茶褐色系の色は除くこ
とができない。

これら処理水から、更に有機性窒素、リン、ＣＯＤ成分
などの除去、特に視覚公害の面から脱色を目的とした高
度処理の開発がせまられている。

着色排水の脱色には活性炭吸着、光酸化、オゾン処理な
どの方法がある。

活性炭吸着は比較的除去効果は大きいが、吸着物質の選
択性は弱く、高分子量物質吸着による破過時間の短縮、
活性炭層の目詰まりなどが起り最適操作の難かしさと吸
着飽和後の活性炭再生の問題がある。

光酸化方式では塩素あるいは次亜塩素酸塩を添加後、光
照射により水中で発生期酸素を生成させ脱色を行なうが
、これら薬品の添加とｐＨ調節も必要で操作が複雑であ
る。

オゾン処理は、オゾンの強力な酸化力で脱色、脱臭、汚
染物質の酸化だけでなく、下水、し尿処理水に含まれる
病原菌の殺菌、特にビールスの不活性化も行なうことが
できるため、近年、これら排水の処理に利用されはじめ
ている。

オゾンは空気を原料として電力のみで連続的に発生させ
ることができ、オゾン濃度の調節も放電電圧または放電
周波数の変化によって容易に操作することができる。

また、オゾンを排水に対して過剰に注入しても、残留性
が弱く、自己分解により酸素に戻るので経済的に不利に
なることはあっても、他に害を及ぼすことがなく、最適
の処理方法である。

このようにオゾンによるし尿処理は、電源操作のみで行
なえるため連続通水処理が可能となる。

しかしオゾン処理による効果を殺菌性、ＣＯＤ除去など
で求めるには、高度な細菌培養装置と時間を必要とし、
ＣＯＤ測定についても手分析では１検体４５分から１時
間の分析時間がかかる。

このため水質変動に対応したオゾン処理は簡単にはでき
ない。

またオゾン処理は、貯水式で行なう回分方式より時間遅
れの極めて大きなフィードバック制御となり、短時間の
水質変動に対して最適な処理は困難であった。

これは、オゾンが空気原料で１％（重量）、酸素原料で
も約２％しか得られず、排水処理に利用する場合は、排
水中へのオゾンの溶解と汚染物質との反応を促進するた
め、ディフューザーあるいはインジェクターによる気液
接触面積の増加を行ない、接触時間をとらねばならず、
このため比較的大きなオゾン処理槽が必要となり、更に
オゾンの溶解度を増すため液深をできるだけ深くし加圧
した条件で操作されるためである。

し尿、下水二次処理水は活性汚泥法による生物酸化処理
を受けた後、沈殿上澄液として放出される。

この二次処理水を高度処理する場合、一般には凝集済を
添加し、濁度成分および溶存有機物の高分子物質などを
凝集剤のフロックにより吸着除去し、この上澄液をオゾ
ン処理する。

オゾン処理はオゾン反応槽上部より処理すべき原水を入
れ、オゾン含有気体は反応槽底部のディフューザーより
細かい気泡として注入し、水とは向流接触を行なわせる
。

未反応オゾンを含む排気は反応槽上部から排出させ、ま
たオゾン処理水は反応槽底部からとり出す。

前処理として凝集沈殿を行なっても、多少の濁度成分が
オゾン反応槽へ流入するが、これら濁度成分はオゾンを
含有する多数の気泡上昇によって泡沫分離と同様に反応
槽上部に集められ排気とともに消泡基へ導かれる。

そして未反応オゾンは排オゾン分解塔で分解され、消泡
液は活性汚泥あるいは凝集沈殿の前段に加えられる。

安定した活性汚泥処理が行なわれ沈殿上澄液に濁度成分
が少ない場合は、直接オゾン処理も可能である。

微生物としての細菌の大部分は凝集剤のフロック内にと
り込まれるが、オゾン反応槽でも濁度成分として泡沫で
分離され、オゾンの強力な酸化力によって殺菌される。

しかしこの殺菌効果は、原水中にオゾンと反応しゃすい
溶存物質が多く存在すると、細菌との接触前にオゾンが
消費されてしまうので、十分な効果が現われないことも
ある。

本発明は上述の実情に鑑み、し尿二次処理水、下水二次
処理水、家畜糞尿処理水等のように着色物質もしくはＣ
ＯＤ成分又は着色物質と病原菌を含む排水を、特定の光
の透過率もしくは吸光度を用いて迅速に推定し、オゾン
処理を完全に行わさせる排水のオゾン処理装置を提供す
ることを目的とする。

以下に本発明の一実施例を詳細に説明する。

し尿など動物からの排泄物もしくは活性汚泥法に利用さ
れている微生物の代謝生成物は、全て黄色から茶褐色系
の色を有し、短波長に強く、長波長側に裾の長い吸収ス
ペクトルを示している。

オゾンとの接触により全波長域の吸光度は減少するが、
特に長波長側の減少が大きいことがわかった。

これら吸収スペクトルにおいて、波長２４０ｍμ以下で
は溶存有機物質だけでなく、例えば硝酸イオンなどの無
機物質の強い吸収があり、２６０ｍμ近くでは無色でも
不飽和二重結合を有する溶存有機物質、更に溶存オゾン
による吸収も現われる。

可視部において赤、青などの染料は４００ｍμ以上の長
波長側にも吸収を持っているが、し尿などに起因する吸
収は、この長波長側には小さなものしか得られない。

このため、これら排水の脱色度合を調べるには３００〜
５００ｍμの光の吸収を用いる方法が、他の共存物質に
最も妨害されず正確な測定ができる。

波長３００〜５００ｍμの透過率あるいは吸光度は、Ｋ
２ＰｔＣｌ６．ＣＯＣｌ２の色度標準溶液で検量線を作
製するか、もしくは肉眼で色度標準溶液と合わせた処理
水で作製してもよい。

また濁度成分の混入により色度測定は変動を受けるが、
オゾン処理と同時に泡沫の分離を行なえばオゾン処理水
の色度測定は安定して行なえ、これによってオゾン注入
量を制御できることになる。

実験例 １ 活性汚泥法による養豚糞尿処理水を対象にオゾン処理を
行なった。

洗気ビンに４００ＴＩＬｌの処理水を入れ、オゾン濃度
１２１１９／ｌのオゾン化空気を１１／−の流量で注入
し、オゾン処理５分、１０分、１５分間行ない紫外可視
吸収スペクトルを１０ｒＩｔ７ＩＬセルで測定し、オゾ
ン接触前の排水と比較した。

第１図は紫外吸収スペクトル変化を示し、第２図は可視
吸収スペクトルを示す。

各波長における吸光度減少率は第３図に示す。

実験例 ２ し尿二次処理水を対象に、ディフューザーを有する内径
１９０ｍｍ、高さ４０００ｍｍの透明アクリル樹脂の反
応槽を用い、向流方式でオゾン処理を行ない、処理水の
色度とＣＯＤの変化を測定し、第４図の結果を得た。

同図中Ａは正常時、Ｂは過曝気時の二次処理水を示す。

ともにオゾン処理により、色度の減少と同時にＣＯＤ除
去が進み色度２０以上ではＣＯＤと色度によい相関性が
得られ、色度によるＣＯＤ推定が行なえることがわかっ
た。

し尿二次処理水においては、正常時と亜硝酸イオンの増
加する過曝気時で異なる相関関係ではあるが、色度５０
でＣＯＤ３０ｐｐｍの点で交わる結果が得られた。

これによりオゾン処理によって色度５０を目標に処理水
側の測定を行ない、オゾン注入量を増減するフィードバ
ック方式を用いれば、ＣＯＤ３０ｐｐｍのオゾン処理水
が連続的に得られる。

なお、これらのオゾン処理でＣＯＤ除去と脱色が十分に
進めば大腸菌群は完全に殺菌されていることも確認でき
た。

過曝気時においては、ＣＯＤが高く色度の低い二次処理
水となるが、本発明を採用すれば、これら水質変動にも
対応した最適処理ができる。

これらオゾン消費量の比較的大きな排水では、オゾン添
加量を多くするため排水に対してオゾン含有気体の注入
量を多くしなげればならないが、その反面、気泡の静か
な上昇は期待できず、気泡が排水を激しく攪拌してしま
うため、反応槽上部に入る原水の一部が十分なオゾンの
接触を受けず、処理水とともに排出されてしまう。

これは回分式操作より連続式操作になると、反応の完結
度は悪くなり、反応槽の容積効率は低下し、更にこの気
泡による攪拌により完全混合型の反応槽に近くなる。

このためオゾン反応槽は断面積を小さくし、液深の深い
ものがよく、できるだけ多くの槽を直列につないで処理
すれば回分式と同じ処理効果が得られる。

しかし設備コストが高くなり、処理操作も複雑となるた
め実施されにくい。

本発明のオゾン処理装置は、少なくとも２個のオゾン反
応槽を用い、第１槽から第２槽へ移る中間点の処理水色
度を求めて第１槽および第２槽のオゾン注入量を制御す
る方式で、水質変化の比較的機しい場合でも、殺菌はも
とより、色度、ＣＯＤの最適除去を行なうことを特徴と
する。

なおオゾン反応槽に流入する原水の色度を求め、オゾン
注入量を制御するフィードフォア一方式も考えられるが
、前述したようにし尿二次処理水では正常時と過曝気時
では色度は大きく変わり、オゾン注入量が設定できなく
なる。

更に原水側では濁度による測定値の変動と微生物による
スライムが色度測定のセルを汚してしまうため、連続通
水による測定法では煩雑なメンテナンスが必要となる。

しかし本発明を採用することによって、第１槽目のオゾ
ン含有気体の気液接触による殺菌のため、スライムの発
生は防止され、濁度成分は泡沫の分離により除かれてい
るため透過率もしくは吸光度を用いた色度測定が正確に
でき、第１槽のオゾン反応槽を流入と同時に通過した原
水の一部でも、第２槽の反応槽で処理することができる
。

ここで第１槽と第２槽のオゾン含有気体の注入量は同じ
でも異なっていてもよいが、オゾン注入量制御は泡沫分
離の効果もあるため、気体の流量変化ではなく、オゾン
発生器の放電電圧あるいは放電周波数の変化によってオ
ゾン濃度を変えた方がよ（ゝ。

第５図において、１は第１のオゾン反応槽、２は第２の
オゾン反応槽、３は第１から第２のオゾン反応槽へ処理
水を送る導入管、４は原水の導入管、５はオゾン処理水
の排出管、６はオゾン発生器、７はオゾン発生器の発生
量の制御する装置、８はオゾン含有気体を送る導入管、
９はオゾン含有気体を被処理水に細かく分散させるディ
ヒユーザ、１０は未反応オゾンを含む排気と泡沫を消泡
基と排オゾン分解塔へ導く管、１１は被処理水の色度を
測定する波長３００〜５００ｍμを用いた光度計、１２
は一部のオゾン処理水を光度計１１に導入する分岐管、
１３は光度計１１に設定した値から外れたときに信号を
オゾン発生器の発生量を制御する装置７に送信する装置
、濁度成分あるいは細菌と着色物質を含むＣＯＤ値の高
い原水は第１のオゾン反応槽１でオゾン処理され、はと
んどの濁度成分は泡沫として除去され、第２のオゾン反
応槽２へ送られる。

このとき１部の処理水を光度計１１に導き、このオゾン
処理水の色度な波長３００〜５００ｍμで設定した透過
率もしくは吸光度で求め、オゾン注入量の過不足を信号
として送り、オゾン発生器６のオゾン発生量を制御する
。

第１と第２のオゾン反応槽１，２に対するオゾン注入量
の割合いに応じて、中間点の色度を設定すればよく、例
えば第４図の線Ａ、Ｂの交点以上の色度に合わせること
ができる。

すなわち、最終オゾン処理水の色度を、中間点の色度で
推定することになるので、測定範囲を高い色度に合わせ
ることができ、最終オゾン処理水の色度を求める方法よ
り、光度計の汚れによる影響を受は難くなるという長所
を有している。

これにより時間遅れの大きなオゾン反応槽に対して最適
なオゾン注入量の制御ができ、水質の大きな変動に対し
ても安定した処理が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実験結果を示す曲線図、第２図は本発
明の実験結果を示す曲線図、第３図は第１図と第２図か
ら得られた結果よりオゾン処理時間に対し吸光度の減少
率を示す線図、第４図はし尿二次処理水のオゾン処理に
おいて色度とＣＯＤの関係を示す線図、第５図は本発明
の一実施例を示す系統説明図である。 １．２・・・・・・反応槽、６・・・・・・オゾン発生
器、９・・・・・・ディヒユーザ、１１・・・・・・光
度計。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ し尿二次処理水、下水二次処理水、家畜糞尿処理水
   等の排水に含まれる着色物質もしくはＣＯＤ成分をオゾ
   ンで処理するものにおいて、上記排水を導入しかつこれ
   にオゾンを注入して反応を行なう直列に接続された少な
   くとも２個の反応槽と、これら２個の反応槽の間の連通
   部に設けられ波長３００〜５００ｍμの光の透過率もし
   くは吸光度によってこの連通部における排水の色度を得
   る装置と、この装置からの色度に対応した信号によりこ
   の色度な設定範囲にすべくオゾン注入量もしくはオゾン
   発生量が制御されるオゾン発生装置とを備えた排水のオ
   ゾン処理装置。