JPWO2018021551A1 - 廃水処理装置及び廃水処理方法 - Google Patents

Abstract

廃水処理装置は、オゾンを供給するオゾン発生器と、オゾン発生器から供給されるオゾンを廃水に混合してオゾン混合廃水を供給する混合器と、オゾン混合廃水を流通させると共にオゾン混合廃水におけるオゾン酸化を進行させ、オゾンが消費された廃水を排出するオゾン酸化部と、オゾン酸化部から排出される廃水を微生物によって生物処理する生物処理部と、オゾン酸化部から排出される廃水に生物処理部の微生物を阻害する量のオゾンが残存しないように、混合器で廃水に混合するオゾン量を調整する調整装置とを有する。

Description

本開示は、オゾン酸化反応及び微生物を使用する生物処理を利用して、産業廃水の高度な処理を実施可能な廃水処理装置及び廃水処理方法に関する。

産業廃水（化学工業、農業、印刷工場及び染色工場等からの排水）には、大量の難分解性有機汚染物質が含まれ、従来の生物処理プロセスにおいては、生物処理の末端水には難分解性有機汚染物質が未だ残留する。従って、産業廃水の生物処理末端水は、排出基準に達しないため、都市排水処理場へ導入した後に、汚染物質が除去しきれず、都市排水処理場に悪影響を及ぼす。このように、高度に汚染された産業廃水の処理は、現在の産業廃水の処理が直面する全世界的且つ重要な課題である。

工業廃水の末端排水の生物処理による生分解性は、廃水によって極端に異なり、生物処理を直接使用して処理することは難しい。実際的な戦略において、現在主に利用されている処理プロセスは、凝固沈降、吸着、化学的酸化を含む高度な処理である。

工業廃水の高度な廃水処理を実現するために、酸化反応や紫外線による光化学反応を組み合わせて廃水を処理する技術が提案されている。特開２０１５−１２８７５１号公報（下記特許文献１）には、酸化処理であるフェントン処理と、生物処理とを組み合わせた排水処理が記載される。

又、オゾン酸化は、工業廃水の生物処理による末端水の高度処理において、より一般的な技術である。しかし、オゾン酸化技術を単独で使用する場合、屡々、産業廃水の高度処理を実現するには、処理費用が高くなる。このため、処理コストを低減するために、オゾン酸化技術と生物処理との組み合わせについて研究が行われている。特開２０１５−２２６８８９号公報（下記特許文献２）には、酸化剤を導入してアミン系有機化合物を分解する酸化処理と、生物処理とを組み合わせたアミン系有機化合物を含む液体の処理が開示され、酸化剤としてオゾンを利用することが記載される。

特開２０１５−１２８７５１号公報 特開２０１５−２２６８８９号公報

しかし、上記特許文献１において利用されるフェントン処理は、工程数が多くなるため、手間がかかる。一方、上記特許文献２において利用されるオゾン酸化処理は、水へのオゾンの溶解度が低く、オゾンの酸化能力が弱いために、ガスおよび液体間の物質移動速度が遅い、オゾン利用効率が低いなどの欠点がある。又、特許文献２において、オゾン酸化処理は後続の生物処理と大きく異なるｐＨにおいて実施されるため、生物処理への移行持にｐＨを調整する工程が必要であり、処理費用が増加する。更に、未使用のオゾンが廃水から排出されることによっても、オゾンの利用効率が低くなる。

又、上記の何れの排水処理においても、好気性微生物による処理を活性化するために曝気が行われる。しかし、排水の曝気には動力を必要とし、消費エネルギーの観点から、曝気を用いずに廃水処理を行えることが望ましい。

本開示は、上述した問題点に鑑みて成され、オゾン酸化による廃水処理の利点を享受しつつ生物処理への阻害を防止して、廃水処理費用の削減及び簡便なプロセスによる良好な処理を実現可能な廃水処理装置及び廃水処理方法を提供することを課題とする。

本開示の一態様によれば、廃水処理装置は、オゾンを供給するオゾン発生器と、前記オゾン発生器から供給されるオゾンを廃水に混合してオゾン混合廃水を供給する混合器と、前記オゾン混合廃水を流通させると共にオゾン混合廃水におけるオゾン酸化を進行させ、オゾンが消費された廃水を排出するオゾン酸化部と、生物処理用の微生物を有し、前記オゾン酸化部から排出される廃水を前記微生物によって生物処理する生物処理部と、前記オゾン酸化部から排出される廃水に前記生物処理部の微生物を阻害する量のオゾンが残存しないように、前記混合器で廃水に混合するオゾン量を調整する調整装置とを有することを要旨とする。

前記調整装置は、前記オゾン酸化部から排出される廃水のオゾン量を測定する測定器と、前記混合器によって廃水に混合されるオゾン量を調節可能な調節弁とを有し、前記調節弁は、廃水のオゾン量が前記微生物を阻害する水準未満であるように、前記測定器による測定に基づいて調整されると好適である。

前記廃水処理装置は、更に、前記オゾン酸化部から排出される廃水にオゾンが残存する時に、前記生物処理部への廃水の供給を回避するための逃し経路と、前記測定器による測定に基づいて、廃水のオゾン量が前記微生物を阻害する水準以上である時に、前記生物処理部への廃水の供給を停止する制御弁とを有するように構成するとよい。前記逃し経路は、前記オゾン酸化部から排出される廃水を前記混合器へ供給可能な還流路であってよく、前記生物処理部への廃水の供給が前記制御弁によって停止された時に前記還流路を廃水が流通する。

前記混合器は、気泡発生器を有し、前記オゾン混合廃水には気泡の状態でオゾンが分散されると好適である。前記気泡発生器は、気泡の直径が１０〜５０μｍの微細気泡を発生するマイクロバブル発生器であるとよい。又、前記オゾン酸化部は、オゾン酸化反応を促進する触媒を有すると良く、前記オゾン酸化部は、前記触媒が担持される複数の触媒床が鉛直方向に積層される多段構造に構成され、前記オゾン混合廃水が、前記オゾン酸化部の底部から導入されて前記オゾン酸化部の頂部へ向かって上昇する間に前記複数の触媒床を順次通過するように構成することができる。

前記生物処理部内の水位が前記オゾン酸化部内の水位より低くなるように、前記生物処理部及び前記オゾン酸化部の高さに高低差を設け、前記高低差による重力作用を利用して前記オゾン酸化部の廃水が前記生物処理部へ供給可能なように構成すると、稼動エネルギー削減の点で好ましい。更に、前記オゾン酸化部から排出される廃水にオゾンが残存する時に、前記オゾン酸化部から排出される廃水に残存するオゾンを分解するオゾン分解装置を有するとよい。

又、本開示の一態様によれば、廃水処理方法は、オゾンを供給するオゾン発生と、前記オゾン発生で供給されるオゾンを廃水に混合してオゾン混合廃水を供給する混合調製と、前記オゾン混合廃水においてオゾン酸化を進行させ、オゾンが消費された廃水を排出するオゾン酸化処理と、前記オゾン酸化処理の後の廃水を微生物で生物処理する生物処理とを有し、前記オゾン酸化処理から排出される廃水に前記生物処理の微生物を阻害する量のオゾンが残存しないように、前記混合調製で廃水に混合するオゾン量を調整することを要旨とする。

前記混合調製において適正な量のオゾンが廃水に混合されるように、前記オゾン酸化処理へ供給される廃水の流量及び廃水の水質に応じて、廃水に混合するオゾンの比率を調整すると良い。難分解性有機物質を含む産業廃水を処理する高度処理に適用するのに好適である。

本開示によれば、オゾン利用率を改善し、酸化性を強化して、難分解性化学物質の除去効率が改善された廃水処理装置の提供が可能であり、又、オゾン反応後に生成する溶存酸素を利用して、曝気を行わなくても生物処理に十分な酸素を供給することができるので、廃水処理に要する操業費用が軽減される。

本開示に係る廃水処理装置の基本構成を示す概略構成図である。 図１の基本構成に基づく廃水処理装置の一実施形態を示す概略構成図である。 廃水処理装置の他の実施形態を示す概略構成図である。 本開示に係る廃水処理装置の一部の変形例を示す概略図である。 本開示に係る廃水処理装置の一部の他の変形例を示す概略図である。

以下に、本開示の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。尚、実施形態において示す寸法、材料、その他、具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。又、本願明細書及び図面において、実質的に同一の機能及び構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

産業廃水は、高濃度の有機汚染物質を含むので、生物処理単独で浄化すると、微生物に過大な負荷がかかる。又、産業廃水は、微生物にとって難分解性の有機物質を多く含むので、十分な浄化は困難で、難分解性有機物質が残存し得る。一方、化学処理であるオゾン酸化は、難分解性のより大きい有機物分子を小さい有機物分子に分解できるので、産業廃水にオゾン酸化技術を適用して有機汚染物質の一部を除去することにより、産業廃水の生分解性を改善可能であり、生物処理における微生物への負荷を低減することができる。特に、アミノ基、クロロ基、ニトロ基、スルホ基等を有する化合物やエーテル化合物、不飽和化合物、芳香族化合物、環状化合物などの分解又は低分子化に、オゾン酸化は有効であり、例えば、ニトロ基を有する芳香族化合物を飽和炭化水素とアンモニア態窒素に分解することができる。本開示では、混合器を用いて混合調製されるオゾン混合廃水（オゾンを廃水に分散させた混合物）を、オゾン酸化部に導入してオゾン酸化反応を進行させ（オゾン酸化処理）、この後、オゾンが消費された廃水を生物槽内の微生物によって生物処理する。但し、オゾンは、微生物の生育や活動を阻害して生物処理の進行を困難にするので、オゾン酸化処理を施した廃水に伴って未利用の残存オゾンが生物処理に導入されることを回避する必要がある。

図１に示す廃水処理装置は、オゾン発生器１、マイクロバブル発生器２、吸入ポンプ３、オゾン酸化部４及び生物処理部５を有する。マイクロバブル発生器２は、オゾンと廃水の混合器として機能し、オゾンを微細なマイクロバブルの形態で廃水中に分散させる。オゾン酸化部４は、気密圧力容器として構成されて、内部にオゾン酸化反応用の不均一触媒が担持された複数の触媒床Ｃを有し、複数の触媒床Ｃが鉛直方向に積層される多段構造に構成されている。生物処理部５の内部には、表面に生物膜を有する複数の生物床Ｂが配置されて多段構造に構成される。

図１の廃水処理装置において、オゾン発生器１は、純酸素を原料としてオゾンを生成し、オゾンは、マイクロバブル発生器２に導入される。同時に、吸入ポンプ３の駆動によって圧送される廃水も、マイクロバブル発生器２に供給されてオゾンと混合される。マイクロバブル発生器２において、オゾンがマイクロバブルの状態で分散したオゾン混合廃水が調製される。オゾン混合廃水は、オゾン酸化部４へ底部入口から流入する。供給されるオゾン混合廃水は、オゾン酸化部４の底部から頂部へ向かって上昇し、その間に複数の触媒床Ｃを順次通過して、触媒との接触によってオゾン酸化が促進される。オゾン酸化部４内の廃水は、圧力下で排出することができる。オゾン酸化反応によってオゾンが消費されると酸素が生成し、水溶性が高い酸素は、溶存酸素として廃水中に含まれる。マイクロバブル発生器２とオゾン酸化部４とを廃水が循環し、その間に、吸入ポンプ３から供給される排水量に対応してオゾン酸化部４から廃水が排出されて、生物処理部５へ供給される。生物処理部５に供給される廃水は、生物処理部５の底部から頂部へ向かって上昇し、その間に生物床Ｂを通過する。生物処理部５に供給される廃水は、高濃度の溶存酸素を含んでいるので、微生物による好気性反応が進行する。処理が進行するにつれて酸素が消費され、生物処理を経た処理後水は、生物処理部５の上端から排出される。

オゾンは、微生物を阻害して生物処理の進行を困難にするので、オゾン酸化処理を施した廃水にオゾンが残存する場合は、生物処理部５への導入を回避する必要がある。本開示で提案する廃水処理装置及び廃水処理方法においては、そのような観点に基づく改良も含んでおり、廃水処理の条件設定、及び、その変更を容易に実行でき、処理操作の自動制御をも可能である。廃水処理装置は、廃水に混合されるオゾン量を調整する調整装置を有し、オゾン酸化反応を進行させるオゾン酸化部においてオゾンが消費された廃水に、生物処理の微生物を阻害する量のオゾンが残存しないように、廃水へのオゾン混合量が調整される。従って、混合器によって調製されるオゾン混合廃水は、廃水に混合するオゾン量が適正に調整され、混合廃水におけるオゾン酸化反応をオゾン酸化部において進行させ（オゾン酸化処理）、この後、オゾンが消費された廃水を微生物によって生物処理する際に、生物処理の微生物を阻害する量のオゾンは残存しない。オゾン混合量の調整に際して、オゾン酸化処理から排出される廃水に微生物を阻害する量のオゾンが残存する時には、逃し経路を利用して生物処理部への廃水の供給を回避して、微生物を残存オゾンから保護する。図１の構成においては、オゾン酸化部４の頂部から廃水をマイクロバブル発生器２へ還流させることが可能である。廃水の水質が変動しない場合は、このオゾン量の調整によって安定的に廃水処理を継続することが可能である。更に、水質変動や処理条件の変更に応じて、上記のような調整が繰り返され、逃し経路を利用して、生物処理への廃水の供給を制御することができる。つまり、オゾン酸化処理後の廃水にオゾンが残存する時は、生物処理の微生物が残存するオゾンによって阻害されないように、生物処理への廃水の供給は抑えられる。上記制御を根幹として、廃水の好適な処理条件の決定、及び、決定された処理条件で安定的に廃水処理が継続される間の監視及び条件変更に関する改善が加えられる。逃し経路は、オゾン酸化部から排出される廃水を混合器へ直接供給可能な還流路として構成できる。或いは、逃し経路は、オゾン酸化部から排出される廃水を、廃水源を介して間接的に前記混合器へ供給可能なように構成される還流路であってもよい。

尚、微生物を阻害するオゾン濃度は、使用する微生物の種類及び生育状態やオゾンとの接触時間等によって変動し、接触時間が長ければ、微生物は低いオゾン濃度で阻害される。例えば、活性汚泥を用いたバッチ処理における短時間接触では、２０ｍｇＯ₃／ｇＳＳ程度まで硝化活性が維持され、他方、活性汚泥のオゾン馴養及び優先育種による微生物を用いた連続処理においては、６ｍｇＯ₃／ｇＳＳ程度まで影響が殆ど無い。従って、微生物を阻害するオゾン濃度の水準は、予め、使用する微生物におけるオゾン耐性を調べて設定される。

廃水のオゾン量が微生物を阻害する水準以上である時には、オゾンの混合量を低下させる必要がある。オゾンの混合量を調整する調整装置として、オゾン酸化部から排出される廃水のオゾン量を測定する測定器と、オゾン発生器から混合器に供給されて廃水に混合されるオゾンの量を調節可能な調節弁が設けられる。調節弁は、測定器による廃水のオゾン量の測定値に基づいて、廃水に混合されるオゾン量が減少するように制御される。この際、廃水のオゾン量の測定値と微生物を阻害する水準とのオゾン濃度の差に対応して、混合器におけるオゾンの混合比率を低下させると、混合器におけるオゾンの混合比率を効率的に適正値に近づけることができ、調整に要する時間を短縮することができる。

生物処理部への廃水の供給を回避する場合、オゾン酸化処理後の廃水の状況に応じて廃水の供給を停止可能な制御弁を用いて、生物処理への廃水の供給を抑える制御を行うことができる。具体的には、オゾン酸化部から排出される廃水のオゾン量を測定器を用いて測定し、その測定値に基づいて、廃水のオゾン量が微生物を阻害する水準以上である時に、制御弁によって生物処理部への廃水の供給を停止する。廃水に溶解するオゾンは、比較的短時間で分解するが、少量のオゾンでも微生物を阻害し得るので、従来の廃水処理技術においては、オゾンの大気への放出を促進するバブリング等が利用されている。本開示においては、廃水のオゾン濃度が微生物を阻害する水準にある時のみ、生物処理への供給を回避すればよい。生物処理へ供給されない廃水については、廃水の供給先が切り換えられ、還流路を通じて、直接又は廃水源を介して間接的に、混合器へ供給可能である。還流される廃水は、再度、オゾン混合廃水に調製されて、オゾン酸化処理が繰り返される。廃水の供給切り換えでは、オゾン酸化部と生物処理部の間に、流通を断続可能な開閉弁を設けて、これが閉止される時に廃水の供給が停止するように同期的に動作させると良い。或いは、逃し経路（還流路）を、オゾン酸化部から廃水を排出する流路から分岐するように構成し、分岐点に方向制御弁を設けて連通する流路を切り換えてもよい。変形例として、オゾン酸化部から廃水を排出する流路から分岐させる逃し経路をバイパス路Ｌ６‘として構成して、バイパス路にオゾン分解装置Ｄを設置することができる（図４参照）。オゾン酸化部から排出される廃水は、切替弁Ｖ１９によって一時的に生物処理部への供給から回避され、廃水に残存するオゾンはオゾン分解装置によって分解される。この廃水は、生物処理部へ供給することができる。オゾン分解装置は、吸着分解法、加熱分解法、アルミナやシリカ等を利用する接触分解法等の何れの方式であってもよい。加熱分解法によるオゾン分解装置Ｄ’を用いる場合、図５のように流路Ｌ６上に設置して、オゾン計Ｓ６におけるオゾンの検出によって分解を行うように構成してもよい。

廃水のオゾン酸化において、有機汚染物質量が多いと、オゾン酸化に要するオゾン量は増加する。しかし、過剰のオゾンは、オゾン酸化後の廃水の残存オゾン量を増加させ、又、オゾン酸化におけるオゾンの利用効率も低下する。有機汚染物質濃度の指標としてＣＯＤ（化学的酸素要求量）を用いた評価においては、オゾン／ＣＯＤの比率が０．６７程度以下であるようにオゾンを廃水に混合すると、９７．５％程度以上のオゾン利用効率を達成することができ、オゾン酸化後の廃水に残存するオゾン量も少なくなる。従って、廃水へのオゾン混合比率は、処理対象とする廃水のＣＯＤに応じて適宜調整され、オゾン／ＣＯＤの比率が０．６７ｍｇ／ｍｇ程度以下、好ましくは０．５０ｍｇ／ｍｇ程度以下に設定するのが良い。

但し、混合されるオゾンが不足すると、オゾンの利用効率は高くても、難分解性有機汚染物質が十分に分解されず、後続の生物処理における微生物の負荷が増大する可能性がある。このようなことから、最適なオゾンの混合比率は、概して、オゾン／ＣＯＤの比率が０．４０ｍｇ／ｍｇ前後となるような比率となる。より精密に最適な混合比率を設定するには、オゾン／ＣＯＤの比率が多少高くなるような比率、例えば、０．４ｍｇ／ｍｇより多少大きくなるような混合比率を初期値として設定して廃水処理を試行し、オゾン酸化後の廃水における残存オゾン濃度が、微生物を阻害する水準以上の値から水準未満に低下するように、オゾンの混合比率を徐々に或いは段階的に低下させると良い。或いは、オゾンの混合比率を低い値から徐々に上昇して、残存オゾンが検出された段階で、残存オゾン濃度が微生物を阻害する水準運未満になるように混合比率を決定しても良い。

オゾンの適正な混合比率は、廃水中の有機汚染物質に占める難分解性有機物質の割合によって変動し得る。オゾン酸化処理においては、基本的に、少なくとも廃水中の難分解性有機物質が分解されれば良く、この点に関しては、オゾンの混合比率は、概して、オゾン／ＣＯＤの比率が３ｍｇ／ｍｇ程度以下になる範囲に設定することができ、ＣＯＤが過度に高い廃水は、必要に応じて、処理後廃水等を用いて予め希釈するとよい。従って、簡易的には、廃水の水質（例えば、ＣＯＤ）及びオゾン酸化処理に供給される廃水の流量に応じて、オゾンの混合比率が上述の適正な範囲になるようにオゾンの供給流量を調整すればよい。適正な混合比率でオゾン酸化を行った廃水では、難分解性有機物質が満足に分解されて、後続の生物処理における微生物の負荷が低減されるので、生物処理における微生物が易分解性有機物質を良好に消費する。オゾン酸化によって、概して、ＣＯＤ換算で２０〜３０％程度の除去率で有機汚染物質の分解除去を達成できる。

オゾンは、一般的な気液混合器を用いて廃水に混合することができる。オゾンの溶解を促進するには、細分化、及び、加圧供給が有効である。従って、オゾン混合廃水の調製において、気泡発生器を用いてオゾンを気泡化し、微細気泡の形態で廃水に分散させると好ましい。オゾンの気泡化は、気液剪断方式で気体と液体とを混合するミキサーや、微小吐出口から液中に気体を噴出する発泡装置、流動液体中にガスを直接導入するインラインミキサー（スタティックミキサー）などを用いて実施可能であり、このような器具や装置から適宜選択して利用して良い。反応制御や精密管理の観点から、気泡の大きさにバラツキが少ないことが好ましい。又、気泡が小さと、容積当たりの気液接触面積が大きくなって水へ溶解し易くなると共に、気泡の浮上速度が小さく水中の滞留時間を長くすることが可能であるので、オゾンの利用効率を高めるのが容易である。このようなことから、マイクロバブル発生器を混合器として利用すると好都合である。マイクロバブルは、通常、１０〜５０μｍ程度の直径を有する微細な気泡を意味する。上述のように、マイクロバブルは、気体−液体間の物質移動速度および移動効率を著しく改善できる。従って、マイクロバブル発生器を用いたオゾンの供給は、オゾン酸化処理におけるオゾンの物質移動及び利用効率を高め、その有効性を大幅に向上させることができる。

オゾンは、二重結合、活性化した芳香族基、アミノ基、含硫黄基等を有する有機化合物と反応し易く、反応によってヒドロキシラジカルを生成するので、産業廃水においては相対的にオゾン酸化が進行し易い。しかし、効率的に廃水処理を進行するには、オゾン酸化反応を促進することが好ましい。オゾン酸化は、過酸化水素の添加、紫外線照射、又は、触媒の共存によって促進され、これらによってオゾンから生成するヒドロキシラジカル又はオゾニドイオンが、酸化促進に寄与する。従って、オゾン酸化処理において上記のような促進手段を利用すると、処理効率が向上し、処理時間を短縮することができるので、工業廃水の高度処理に有用である。特に、触媒の使用は、廃水処理の長期継続における処理費用の削減に有効である。触媒には、均一触媒及び不均一触媒があるが、不均一触媒を利用すると、廃水と接触した触媒の分離が容易である。このようなことから、オゾン酸化部に不均一触媒を担持した触媒床を設置すると有利である。

オゾン酸化の不均一触媒としては、金属酸化物、金属担持酸化物、白金族金属、ゼオライト、活性炭などがある。金属酸化物としては、例えば、Ｆｅ₂Ｏ₃、ＣｏＯ、ＭｏＯ₃、ＭｎＯ₂、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂等が挙げられ、金属担持酸化物としては、例えば、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｐｂ、Ｒｕ、Ｐｔ、Ｐｄ等の金属をシリカゲルやチタニア等の酸化物に担持したものが挙げられる。

オゾン酸化反応によってオゾンが消費されると酸素が生じ、水溶性が高い酸素は、溶存酸素として廃水中に含まれる。つまり、オゾンの利用効率の向上によって、生物処理部へ供給される廃水の溶存酸素濃度が高まるので、廃水への曝気を行わずに微生物による好気性処理を進行させることが可能になる。本開示においては、オゾン酸化処理後の廃水に微生物を阻害するオゾンが残存する時に生物処理への廃水の供給を抑える制御機構が設けられるので、生物処理の微生物が阻害されない範囲で最大限のオゾンを供給して、生物処理へ供給される廃水の溶存酸素濃度を高めることが可能である。この利点は、マイクロバブルとしてのオゾン供給や、オゾン酸化を促進する触媒の利用によって更に強化される。本開示の技術においては、オゾン酸化処理後の廃水として、溶存酸素（ＤＯ）濃度が２０ｍｇ／Ｌ程度以上の廃水を生物処理に供給することができる。これは、通常の曝気によって得られる濃度（最大８ｍｇ／Ｌ程度）に比べて十分に大きい。従って、生物処理において曝気は不要であるので、曝気に伴うエネルギー消費を排除でき、廃水処理の費用を削減することができる。しかも、高濃度の酸素が供給されることによって、生物処理における好気性微生物の充填量を増加して処理効率を高めることが可能であり、この点においても有利である。

生物処理は、有機廃水の生物処理に一般的に利用される好気性微生物を用いて進行することができ、例えば、活性汚泥を構成する好気性微生物が挙げられる。オゾンから生成する酸素の利用によって、曝気をせずに廃水の好気処理を行うことができる。好気処理によって、アミン等の窒素成分は、アンモニア態窒素、硝酸態窒素に変換され、炭素成分は二酸化炭素及び水に変換され、硫黄成分は硫酸塩に変換される。活性汚泥法の処理においては、好気性生物処理の後に、貧酸素状態において嫌気性生物処理が進行する。生物処理に用いる微生物が同様の嫌気性微生物（又は、好気性及び嫌気性の両性質を有する微生物）を含む場合、好気処理及び嫌気処理を行うことが可能であり、その場合、硝酸態窒素は、窒素ガスに変換される。

廃水を連続的に処理する観点から、生物処理において、廃水と微生物との接触及び分離を効率的に行うために、生物膜を利用した処理が行われる。生物膜は、回転生物接触法、散水濾床法、接触酸化法、好気性濾床法などの方法に従って、微生物を担体に担持させることによって形成される。多孔質体や繊維材料等を担体として用いて、微生物を表面に形成した担体によって生物床を形成して使用することができる。複数の生物床からなる多段構造に生物処理部を構成すると効率的である。担体として層状の繊維材料を用いてフィルター状に形成される生物床（生物フィルター）は簡便に取り扱うことができる。

このようにして、オゾン酸化処理と生物処理とを組み合わせて、生物処理における微生物が阻害されないようにオゾン酸化処理後の廃水の供給を制御することによって、産業廃水を安定的且つ継続的に処理することができる。オゾン酸化におけるオゾン利用率が高く、オゾンの酸化能力を活かして効率的に難分解性有機物質を分解することができ、オゾンから生成する高濃度の酸素を活かして生物処理を効率的に進行させることができる。

上述のような廃水処理を実施できる廃水処理装置の一実施形態を、図面を参照して以下に記載する。図２に示す廃水処理装置１０は、オゾン発生器１、マイクロバブル発生器２、吸入ポンプ３、オゾン酸化部４及び生物処理部５を有する。この実施形態では、混合器としてマイクロバブル発生器２を採用しているが、これに限定されず、一般的な気−液混合器であっても良い。オゾン酸化部４は、気密圧力容器として構成されて、内部にオゾン酸化反応用の不均一触媒が担持された複数の触媒床Ｃを有し、複数の触媒床Ｃが鉛直方向に積層される多段構造に構成されている。生物処理部５の内部には、表面に生物膜を有する生物床Ｂが配置される。廃水Ｗは、廃水槽６（廃水源）に貯留され、生物処理部５から排出される処理後水Ｗ’は、処理後水槽７に貯留される。

オゾン発生器１は、流路Ｌ１を通じてマイクロバブル発生器２に接続され、マイクロバブル発生器２は、流路Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４を通じて吸入ポンプ３と接続され、更に、流路Ｌ５によってオゾン酸化部４の底部入口に接続される。オゾン酸化部４の上端は、流路Ｌ６によって生物処理部５の底部に接続される。

オゾン発生器１は、純酸素を原料としてオゾンを生成し、オゾンは、流路Ｌ１を通じてマイクロバブル発生器２に導入される。同時に、吸入ポンプ３の駆動によって流路Ｌ２から圧送される廃水Ｗも、流路Ｌ３，Ｌ４を通じてマイクロバブル発生器２に供給されてオゾンと混合される。マイクロバブル発生器２において、オゾンがマイクロバブルの状態で分散したオゾン混合廃水が調製される。オゾン混合廃水は、流路Ｌ５を通じて底部入口からオゾン酸化部４へ流入する。又、オゾン酸化部４内の触媒床Ｃより上部の空間と流路Ｌ４とを連通する流路Ｌ７が設けられ、流路Ｌ７を通じてオゾン酸化部４からマイクロバブル発生器２へ廃水が還流可能に構成される。つまり、流路Ｌ７は、オゾン酸化部４からマイクロバブル発生器２へ直接廃水を還流させる還流路として機能する。

流路Ｌ２上には、廃水Ｗの流量を調節可能な流量調節弁Ｖ１、廃水Ｗを濾過するフィルターＦ１、廃水Ｗの流量を検出する流量計Ｓ１、及び、廃水Ｗの逆流を防止するための一方向弁Ｖ２が設置される。流量調節弁Ｖ１は、流量計Ｓ１と電気的に接続され、流量計Ｓ１の検出流量に基づいて流路Ｌ２における流量を所望の流量に調整可能に構成される。流路Ｌ１上には、流量調節弁Ｖ３、流量計Ｓ２、圧力センサーＳ３及び逆流防止用の一方向弁Ｖ４が設置される。流量調節弁Ｖ３は、流量計Ｓ２と電気的に接続され、流量計Ｓ２の検出流量に基づいて流路Ｌ１におけるオゾンの流量を調整可能に構成される。又、流路Ｌ３上には、流量調節弁Ｖ５及び流量計Ｓ４が設けられ、これらは電気的に接続されて、流量計Ｓ４が検出する流量に基づいて、廃水槽６からマイクロバブル発生器２へ供給される廃水Ｗの流量が流量調節弁Ｖ５によって調整される。流路Ｌ４には、フィルターＦ３、開閉弁Ｖ１７及び流量計Ｓ４’が設置され、流量計Ｓ４’によって流路Ｌ４の流量は監視可能である。流路Ｌ５上には、流量計Ｓ４及び開閉弁Ｖ６が設置される。流路Ｌ６上には開閉弁Ｖ７及びフィルターＦ２が設置され、オゾン酸化部４から生物処理部５への廃水の供給及び停止を切り換え可能に構成される。又、流路Ｌ７上には開閉弁Ｖ８及び一方向弁Ｖ１２が設置され、オゾン酸化部４からマイクロバブル発生器２への廃水の還流及び遮断を切り換え可能に構成される。尚、流路Ｌ３上に開閉弁Ｖ９が設置され、マイクロバブル発生器２への廃水Ｗの供給を開閉弁Ｖ９によって制御可能である。

上記構成において、開閉弁Ｖ６，Ｖ９，Ｖ１７を開放して、吸入ポンプ３を駆動させると共に、オゾン発生器１及びマイクロバブル発生器２を作動させると、初期設定の混合比率に従った流量で廃水Ｗ及びオゾンがマイクロバブル発生器２に供給され、オゾン混合廃水がオゾン酸化部４の底部入口から導入される。供給されるオゾン混合廃水は、オゾン酸化部４の底部から頂部へ向かって上昇し、その間に複数の触媒床Ｃを順次通過して、触媒との接触によってオゾン酸化が促進される。オゾン酸化部４内の廃水は、圧力下で流路Ｌ６又は流路Ｌ７を通じて排出することができる。オゾン酸化部４内の圧力は、頂部に設置される圧力センサーＳ１１によって監視される。

オゾン酸化部４内の触媒床Ｃの上方には、触媒床Ｃを通過した廃水のオゾン量を測定する測定器として、オゾン計Ｓ６が設置され、残存オゾンが検出される。オゾン計Ｓ６は、開閉弁Ｖ７，Ｖ９と電気的に接続され、検出する廃水の残存オゾン量が、生物処理部５の微生物を阻害する水準にある場合は、開閉弁Ｖ７，Ｖ９を閉鎖して、オゾン酸化部４からマイクロバブル発生器２へ廃水が還流し、マイクロバブル発生器２とオゾン酸化部４とを循環する。これと共に、流路Ｌ１の流量調節弁Ｖ３を制御して、マイクロバブル発生器２へ供給されるオゾンの流量が減少するように調整する。つまり、オゾン計Ｓ６及び流量調節弁Ｖ３は、廃水に混合するオゾン量を調整する調整装置を構成し、オゾン酸化後の廃水に微生物を阻害する量のオゾンが残存しないように、オゾンの混合割合が調整される。流量調節弁Ｖ３の制御によるオゾン流量の変更量は、オゾン計Ｓ６の検出値と水準値との差に応じて減少させるか、或いは、段階的に一定流量を減少させると良い。尚、廃水へのオゾンの混合割合は、オゾン発生器１におけるオゾンの生成速度、又は、原料である酸素の供給速度を変更することによっても調整可能であるので、上述の調整装置は、流量調節弁Ｖ３の代わりに、オゾン発生器の信号制御、或いは、酸素源の供給流量を調整する調整弁を利用して構成してもよい。オゾン計Ｓ６による残存オゾンの検出量が、微生物を阻害する水準未満である場合は、開閉弁Ｖ７，Ｖ９を開放して、これにより、廃水槽６から供給される廃水量に対応して、オゾン酸化部４から廃水が排出され、オゾン酸化部４から生物処理部５の底部へ廃水が供給される。従って、廃水の水質が変動しなければ、この状態が定常状態となり、廃水のオゾン酸化処理及び生物処理が安定的に継続される。オゾン酸化部４から排出される廃水には、微生物を阻害するような量のオゾンは残存しない。尚、図２におけるオゾン計Ｓ６は、廃水の溶存オゾンを測定するが、廃水上の気相のオゾン濃度を測定するオゾン計であってもよく、気相のオゾン濃度から廃水のオゾン濃度に換算可能である。

生物処理部５に供給される廃水は、生物処理部５の底部から頂部へ向かって上昇し、その間に生物床Ｂを通過する。生物処理部５に供給される廃水は、高濃度の溶存酸素を含んでいるので、微生物による好気性反応が進行する。処理が進行するにつれて酸素が消費される。従って、生物処理部５において利用する微生物が嫌気性微生物を含む場合は、酸素が消尽されると、微生物の反応が嫌気性反応に切り替わる。その場合、生物床の下部においては常に好気性生物処理が進行するのに対し、上部においては、貧酸素化に応じて嫌気性生物処理が進行し得る。生物処理を経た処理後水Ｗ’は、生物処理部５の上端から流路Ｌ８を通じて処理後水槽７へ排出される。

廃水処理装置１０は、更に、処理後水槽７と流路Ｌ３，Ｌ４とを接続する流路Ｌ９を有し、流路Ｌ９上には、ポンプ８、流量調節弁Ｖ１０、フィルターＦ４、流量計Ｓ７及び一方向弁Ｖ１１が設けられ、処理後水槽７の処理後水Ｗ’を流路Ｌ９及び流路Ｌ３，Ｌ４を通じてマイクロバブル発生器２へ還流することができる。流量調節弁Ｖ１０は、流量計Ｓ７と電気的に接続されて、流量計Ｓ４が検出する流量に基づいて制御され、マイクロバブル発生器２へ供給される処理後水Ｗ’の流量は、流量調節弁Ｖ５によって調整可能である。廃水Ｗの有機汚染物質濃度が極度に高く、生物処理に支障を生じる畏れがある場合には、処理後水Ｗ’を用いて廃水Ｗを適度に希釈することにより、支障なくオゾン酸化処理及び生物処理を遂行することができる。廃水ＷのＣＯＤ測定値に基づいて、処理後水Ｗ’の還流の要否を決定すると良い。又、生物処理後の廃水のＣＯＤ測定値が、排水基準を満たさない場合に、廃水の再処理が可能なように、流路Ｌ８から分岐して廃水を廃水槽６へ供給する分岐路を設けてもよい。

生物処理部５及びオゾン酸化部４は、高さに高低差が設けられ、生物処理部５内の水位がオゾン酸化部４内の水位より低くなるので、ポンプ等の動力を使用せずに、水位の高低差による重力作用を利用してオゾン酸化部４の廃水を生物処理部５へ供給可能である。オゾン酸化部４の上部には液面を検出する水位計Ｓ８が設置され、オゾン酸化部４から廃水を排出する際にオゾン酸化部４内の廃水の液面が一定レベルに維持されるように管理される。

廃水槽６及び処理後水槽７には、水位計Ｓ９，Ｓ１０が各々設置される。水位計Ｓ９，Ｓ１０の検出に基づいて、廃水Ｗの廃水槽６への導入、及び、処理後水Ｗ’の処理後水槽７からの排出が管理され、廃水Ｗの補充及び処理後水Ｗ’の排出が適宜行われて水位が維持される。装置の各流路、オゾン酸化部４及び生物処理部５の各々から排水するために、開閉弁Ｖ１３，Ｖ１４，Ｖ１５，Ｖ１６，Ｖ１７，Ｖ１８が設置され、廃水処理後にはこれらの開閉弁を開放し、必要に応じて、装置の点検、修理等を行うことができる。処理の開始時にはこれらの開閉弁を閉止する。

上述の廃水処理装置においては、オゾンがマイクロバブルの形態で供給されることにより、オゾンの気−液間物質移動が向上し、分解及び反応の速度が改善される。又、オゾンが廃水に滞留する時間が長いので、オゾンの利用効率が格段に高く、未利用で廃水外に放出される気相オゾンが減少する。又、触媒を用いたオゾン酸化によってヒドロキシフリーラジカルが生成して、難分解性有機汚染物質を分解し易くなるので、廃水の生分解性が改善される。又、オゾンの反応性の向上により、廃水の溶存酸素濃度が高くなり、生物処理における好気性処理の効率が向上する。

オゾンは、酸素への紫外線照射又は放電によって生成するので、上記オゾン発生器１は、市販の酸素発生装置を利用して構成可能である。酸素発生装置は、吸着分離（ＰＳＡ）式、酸素富化膜式、深冷分離式などの濃縮方式による装置であり、何れの方式のものであってもよい。酸素発生装置において空気から分離濃縮される酸素がオゾンの原料として使用される。酸素発生装置において発生させる酸素量を変更することによって、オゾン発生器１から供給するオゾン量の調整が可能である。オゾン発生量（つまり、オゾン供給量）は、処理される廃水の水量及び水質に応じて決定することができる。或いは、酸素発生装置の代わりに、液体酸素タンクや、酸素ボンベを集結させたカードル等の貯蔵酸素を酸素供給源として利用してオゾンを発生しても良い。

上記マイクロバブル発生器２は、ＯＨＲ気液混合マニフォールド技術を採用した気液混合器であり、大規模用途に適しているという利点を有する。気体−水の体積比を１：１０に制御し、プレチューブ圧力を０．３ＭＰａより大きく設定して、直径が５０μｍ未満のマイクロバブルを安定して生成することができる。マイクロバブル発生器２は、他のバブル発生器やインラインミキサー等の他の混合器に代えても良い。

上記オゾン酸化部４は、作動圧力が０．０５ＭＰａ未満の気密耐圧容器で構成され、オゾン酸化部４内は、防食処理される。上記実施形態では、オゾン酸化触媒が使用され、粒子状のオゾン酸化触媒が各段に充填された多段構造の触媒床Ｃが槽内に配置されている。オゾン酸化触媒は、入手可能な様々な粒子状の不均一触媒から適宜選択して使用することができ、使用するオゾン酸化触媒に応じて触媒の充填量及び床高さ等の条件を決定することができる。

オゾン酸化部４における処理時間は、廃水の水質に応じて設定され、概して、１時間以内である。オゾン酸化処理による難分解性有機物質の減少によって、廃水のＢＯＤ／ＣＯＤ値は増加し（ＢＯＤ：生物化学的酸素要求量）、処理後の廃水におけるＢＯＤ／ＣＯＤ値は、０．３を超え、溶存酸素濃度は２０ｍｇ／Ｌを超える。オゾン酸化を経た廃水（廃水／空気混合物）は、液位の高低差によって生物処理部５の底部に導入され、動力は使用しない。

上記実施形態において、生物処理部５としてバイオフィルター反応器を利用して、生物膜が表面に形成されたフィルター状の担体によって多段構造の生物床Ｂが構成されるが、これに限定されない。担体の構成材料は、生物処理用微生物の活動を阻害しない材料であれば良く、活性炭、セラミックス、鉱物、ウール等の各種動物繊維及び植物繊維、並びに、各種化学繊維等が挙げられる。鉱物としては、例えば、バーミキュライト、パーライト、ゼオライト等が挙げられ、砂利、溶岩砂、クロマイト砂やジルコン砂等の鋳型砂及びその代替人工砂であるムライト系人工砂（アルミナ−シリカ複合セラミック）なども使用可能である。粒子状の担体は充填材として、繊維性材料は層状のフィルターを形成して、生物床を構成することができる。成形加工可能な材料については、加工によって何れの形態にも利用可能である。生物床Ｂは、空隙率が０．４より大きくなるように形成するとよい。生物処理部５における処理時間（廃水の滞留時間）は、一般に３時間以上に設定することができる。但し、この処理時間の設定は、廃水のＣＯＤ値や処理部の容量等によって短縮可能である。曝気は不要であり、処理を経た水は、頂部から溢出水として排出される。一般的な廃水処理用の微生物である活性汚泥は、処理条件によって好気性処理及び嫌気性処理の何れも進行するので、そのような微生物群を用いて生物床Ｂを構成すると、同様に、酸素濃度の消耗によって好気性処理及び嫌気性処理を連続して進行することができる。これに関し、生物処理部５を好気性処理用と嫌気性処理用の２部に分割構成して、各処理に特化した微生物を各部において使用すると、生物処理の効率を高めることができる。特に、オゾン酸化部４から排出される廃水の高い溶存酸素濃度を活かして好気性処理の効率を改善することができる。このためには、生物処理部５における溶存酸素の消費動向を予め調べて、生物床Ｂの構成配分を決定すると良い。

このようにして、オゾン酸化部４におけるオゾンの利用効率を９９％以上に高めることができ、未利用の残存オゾンを実質的にゼロにすることができる。又、残存オゾンを含む廃水は生物処理部への供給を制限して微生物への影響を防止できるので、オゾンガス等に対するガス処理が不要である。難分解性有機物質の分解が進行して、生物処理に対する負荷が軽減されることにより、有機汚染物質の除去率は、ＣＯＤに基づいて、少なくとも３０％以上から５０％以下を達成できる。生物処理部の稼動において動力源を使用せず、動力費用を実質的に必要としない廃水処理装置が提供可能である。

図３は、廃水処理装置の他の実施形態を示す。図３の廃水処理装置１０’では、オゾン酸化部４から排出される廃水を廃水槽６（廃水源）へ還流する流路Ｌ７’として、逃し経路を構成している。この構成では、流路Ｌ３及び流路Ｌ４の流量は同一であるので、流路Ｌ４の流量計Ｓ４’は省略される。上記の点以外は図２と同様に構成されているので、その記載は省略する。

図３の廃水処理装置１０’においても、オゾン酸化処理後の廃水の状況に応じて、逃し経路を利用して、生物処理の微生物を残存オゾンから保護することができる。調整装置を用いて廃水に混合するオゾン量を調整する際に、オゾン酸化部４から排出される廃水にオゾンが残存する時には、流路Ｌ７，Ｌ７’を利用して、生物処理部５への廃水の供給を回避する。流路Ｌ７’を流れる廃水は、廃水槽６へ供給され、廃水槽６（廃水源）を介して間接的にマイクロバブル発生器２へ供給されて、オゾンが混合される。この間に、オゾンの混合量が適正化され、オゾン酸化部４から排出される廃水は生物処理部５へ供給される。この実施形態における廃水の供給制御では、廃水槽６の廃水は、マイクロバブル発生器２へ常時供給される。廃水がマイクロバブル発生器２とオゾン酸化部４とを循環する間に、廃水槽６から供給される廃水量に対応する量のオゾン酸化部４から排出される廃水の供給先が、オゾン残存量に応じて、廃水槽６又は生物処理部５の何れかに切り換えられる。従って、この切り換えに流路Ｌ３の開閉弁Ｖ９は関与しない。

尚、図２及び図３においては、開閉弁の切り換えによる廃水の供給制御を、開閉弁と流量計又はセンサーとの電気接続によって、自動的に実施可能であるように構成されるが、勿論、手動の切り換えに基づいて廃水の供給制御を行ってよい。廃水の水質が安定している場合、廃水処理装置における処理条件を決定した後には、廃水の供給制御は不要となる。

（処理例Ｅ１）
化学企業から排出される廃水の水質を調べたところ、ＣＯＤ濃度は約３００ｍｇ／Ｌ、ＢＯＤ／ＣＯＤ値は約０．０４であり、生分解性は極端に低かった。この廃水に対して、図１に示すような廃水処理装置を用いて、以下の処理を行った。尚、オゾン酸化部内に配置した触媒床は、活性炭によって構成し、生物処理部５の生物床は、好気性微生物の生物膜を表面に形成したバイオフィルターによって構成した。

マイクロバブル発生器における気体−水の容積比を１：１０に設定し、プレチューブ圧力を０．３ＭＰａ以上でマイクロバブルを発生することにより、直径が５０μｍ以下のオゾン気泡が分散した廃水を安定的に調製して、オゾン酸化部へ供給した（オゾン／ＣＯＤ＝２．６ｍｇ／ｍｇ）。オゾン酸化部における廃水の滞留時間を１時間に設定し、触媒床を通過した廃水の水質を調べたところ、ＣＯＤは約２００ｍｇ／Ｌに減少し、ＢＯＤ／ＣＯＤは０．３０に増加して、溶存酸素濃度は２３ｍｇ／Ｌを超えた。ＣＯＤ負荷除去は１．４６ｋｇ／（ｍ³・ｄ）であった。又、廃水のオゾン濃度は、約２．５ｍｇ／Ｌで、オゾン利用率は９５％を上回った。

この廃水を、そのまま生物処理部へ導入し、約６時間経過後に生物処理部から処理後水が溢出した。処理後水の水質を調べたところ、溶存酸素濃度は、１０ｍｇ／Ｌ以上であり、流出する処理後水のＣＯＤ濃度は安定して１００ｍｇ／Ｌ未満であった。

（処理例Ｅ２）
図２の装置を使用して、ＣＯＤが１３７ｍｇ／Ｌの廃水に対して以下の廃水処理を行った。尚、オゾン酸化部内に配置した触媒床は、活性炭によって構成し、生物処理部５の生物床は、好気性微生物の生物膜を表面に形成したバイオフィルターによって構成した。

オゾン／ＣＯＤの比率が０．４ｍｇ／ｍｇになるようなオゾンと廃水の混合比率で、マイクロバブル発生器２に廃水及びオゾンを供給してオゾン混合廃水を調製し、オゾン酸化部４へ供給した。オゾン酸化部４における廃水の滞留時間を１時間に設定し、触媒床Ｃを通過した廃水の水質を調べたところ、ＣＯＤは約９５ｍｇ／Ｌに減少し、溶存酸素濃度は２３．６ｍｇ／Ｌであった。廃水のオゾン濃度は、約１．５ｍｇ／Ｌで、オゾン利用率は９８％であった。

この廃水を、そのまま生物処理部５へ導入し、約６時間経過後に生物処理部５から処理後水が溢出した。処理後水のＣＯＤ濃度は７５ｍｇ／Ｌで、生物処理における有機物除去率はＣＯＤ基準で２１％であった。

以上、添付図面を参照しながら本開示の実施形態について説明したが、本開示はこのような実施形態に限定されず、請求の範囲に記載された範疇において、当業者が想到し得る各種の変更例又は修正例についても当然に本開示の技術的範囲に属するものと理解される。

処理効率が良好な廃水の処理装置が提供され、産業廃水の処理技術の普及による環境汚染の防止等に貢献可能である。又、装置の稼動費用等の削減によって、資源の有効利用にも寄与することができる。

１ オゾン発生器
２ マイクロバブル発生器
３ 吸入ポンプ
４ オゾン酸化部
５ 生物処理部
６ 廃水槽
７ 処理後水槽
８ ポンプ
１０，１０’ 廃水処理装置
Ｖ１，Ｖ３，Ｖ５，Ｖ１０ 流量調節弁
Ｖ２，Ｖ４，Ｖ１１，Ｖ１２ 一方向弁
Ｖ６，Ｖ７，Ｖ８，Ｖ９ 開閉弁
Ｖ１３，Ｖ１４，Ｖ１５，Ｖ１６，Ｖ１７，Ｖ１８ 開閉弁
Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４ フィルター
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ７ 流量計
Ｓ３，Ｓ１１ 圧力センサー
Ｓ６ オゾン計
Ｓ８，Ｓ９，Ｓ１０ 水位計

しかし、上記特許文献１において利用されるフェントン処理は、工程数が多くなるため、手間がかかる。一方、上記特許文献２において利用されるオゾン酸化処理は、水へのオゾンの溶解度が低く、オゾンの酸化能力が弱いために、ガスおよび液体間の物質移動速度が遅い、オゾン利用効率が低いなどの欠点がある。又、特許文献２において、オゾン酸化処理は後続の生物処理と大きく異なるｐＨにおいて実施されるため、生物処理への移行時にｐＨを調整する工程が必要であり、処理費用が増加する。更に、未使用のオゾンが廃水から排出されることによっても、オゾンの利用効率が低くなる。

但し、混合されるオゾンが不足すると、オゾンの利用効率は高くても、難分解性有機汚染物質が十分に分解されず、後続の生物処理における微生物の負荷が増大する可能性がある。このようなことから、最適なオゾンの混合比率は、概して、オゾン／ＣＯＤの比率が０．４０ｍｇ／ｍｇ前後となるような比率となる。より精密に最適な混合比率を設定するには、オゾン／ＣＯＤの比率が多少高くなるような比率、例えば、０．４ｍｇ／ｍｇより多少大きくなるような混合比率を初期値として設定して廃水処理を試行し、オゾン酸化後の廃水における残存オゾン濃度が、微生物を阻害する水準以上の値から水準未満に低下するように、オゾンの混合比率を徐々に或いは段階的に低下させると良い。或いは、オゾンの混合比率を低い値から徐々に上昇して、残存オゾンが検出された段階で、残存オゾン濃度が微生物を阻害する水準未満になるように混合比率を決定しても良い。

Claims (13)

1. オゾンを供給するオゾン発生器と、
   前記オゾン発生器から供給されるオゾンを廃水に混合してオゾン混合廃水を供給する混合器と、
   前記オゾン混合廃水を流通させると共にオゾン混合廃水におけるオゾン酸化を進行させ、オゾンが消費された廃水を排出するオゾン酸化部と、
   生物処理用の微生物を有し、前記オゾン酸化部から排出される廃水を前記微生物によって生物処理する生物処理部と、
   前記オゾン酸化部から排出される廃水に前記生物処理部の微生物を阻害する量のオゾンが残存しないように、前記混合器で廃水に混合するオゾン量を調整する調整装置と
   を有する廃水処理装置。
2. 前記調整装置は、
   前記オゾン酸化部から排出される廃水のオゾン量を測定する測定器と、
   前記混合器によって廃水に混合されるオゾン量を調節可能な調節弁と
   を有し、前記調節弁は、廃水のオゾン量が前記微生物を阻害する水準未満であるように、前記測定器による測定に基づいて調整される請求項１に記載の廃水処理装置。
3. 更に、
   前記オゾン酸化部から排出される廃水にオゾンが残存する時に、前記生物処理部への廃水の供給を回避するための逃し経路と、
   前記測定器による測定に基づいて、廃水のオゾン量が前記微生物を阻害する水準以上である時に、前記生物処理部への廃水の供給を停止する制御弁と
   を有する請求項２に記載の廃水処理装置。
4. 前記逃し経路は、前記オゾン酸化部から排出される廃水を前記混合器へ供給可能な還流路であり、前記生物処理部への廃水の供給が前記制御弁によって停止された時に前記還流路を廃水が流通する請求項３に記載の廃水処理装置。
5. 前記混合器は、気泡発生器を有し、前記オゾン混合廃水には気泡の状態でオゾンが分散される請求項１〜４の何れか一項に記載の廃水処理装置。
6. 前記気泡発生器は、気泡の直径が１０〜５０μｍの微細気泡を発生するマイクロバブル発生器である請求項５に記載の廃水処理装置。
7. 前記オゾン酸化部は、オゾン酸化反応を促進する触媒を有する請求項１〜６の何れか一項に記載の廃水処理装置。
8. 前記オゾン酸化部は、前記触媒が担持される複数の触媒床が鉛直方向に積層される多段構造に構成され、前記オゾン混合廃水が、前記オゾン酸化部の底部から導入されて前記オゾン酸化部の頂部へ向かって上昇する間に前記複数の触媒床を順次通過するように構成される請求項７に記載の廃水処理装置。
9. 前記生物処理部内の水位が前記オゾン酸化部内の水位より低くなるように、前記生物処理部及び前記オゾン酸化部の高さに高低差を設け、前記高低差による重力作用を利用して前記オゾン酸化部の廃水が前記生物処理部へ供給可能なように構成される請求項７に記載の廃水処理装置。
10. 更に、前記オゾン酸化部から排出される廃水にオゾンが残存する時に、前記オゾン酸化部から排出される廃水に残存するオゾンを分解するオゾン分解装置を有する請求項２に記載の廃水処理装置。
11. オゾンを供給するオゾン発生と、
    前記オゾン発生で供給されるオゾンを廃水に混合してオゾン混合廃水を供給する混合調製と、
    前記オゾン混合廃水においてオゾン酸化を進行させ、オゾンが消費された廃水を排出するオゾン酸化処理と、
    前記オゾン酸化処理の後の廃水を微生物で生物処理する生物処理と
    を有し、前記オゾン酸化処理から排出される廃水に前記生物処理の微生物を阻害する量のオゾンが残存しないように、前記混合調製で廃水に混合するオゾン量を調整する廃水処理方法。
12. 前記混合調製において適正な量のオゾンが廃水に混合されるように、前記オゾン酸化処理へ供給される廃水の流量及び廃水の水質に応じて、廃水に混合するオゾンの比率を調整する請求項１１に記載の廃水処理方法。
13. 難分解性有機物質を含む産業廃水を処理する高度処理に適用される請求項１１又は１２に記載の廃水処理方法。

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