(57)【要約】【課題】  浄化率が高く、二次公害が発生せず、しかも、ダイオキシンや農薬や環境ホルモン等の分解除去も十分にできて、設置のために広いスペースを必要としない水処理装置を提供する。【解決手段】  汚濁水浄化ラインに、浄化の対象となる汚濁原水に対して好適な浄化作用を有する有効微生物を予め検索して、培養し、これを吸着物質16に吸着させて保持する反応槽14, 15と、上記汚濁原水を、該反応槽14, 15中に散水噴射して流過させるための散水噴射装置18…と、を設けて、第１段処理水31を得て、その後、光触媒反応とオゾンによる酸化処理を反応塔54内にて、同時に行って第２段処理水50を得る。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚濁原水を微生物にて浄化して透明度を高める第１段処理工程と、該第１段処理工程にて浄化された第１段処理水をオゾン及び／又は紫外線による酸化処理及び光触媒反応にて浄化する第２段処理工程とを、連続的に行うことを特徴とする水処理方法。
【請求項２】
浄化の対象となる汚濁原水に対して浄化作用を有する有効微生物を予め吸着物質に吸着させて該吸着物質を散水噴射反応槽内に保持して上記汚濁原水を該反応槽中に散水噴射して流過させて浄化して上記汚濁原水の透明度を高める第１段処理工程と、
紫外線によって生じたオゾン及び／又は紫外線による酸化処理と、同一光源から発せられる上記紫外線を酸化チタンに照射させる光触媒反応とを、同時併行して進行させる反応塔内に於て、上記第１段処理工程にて浄化された第１段処理水を浄化する第２段処理工程とを、連続的に行うことを特徴とする水処理方法。
【請求項３】
汚濁原水を微生物にて浄化する第１段処理装置と、
該第１段処理装置にて浄化された第１段処理水を、同一光源から発せられる紫外線によって、オゾン酸化処理及び光触媒反応を行わして、浄化する第２段処理装置とを、
具備することを特徴とする水処理装置。
【請求項４】
第２段処理装置は、空気が流れる中空管と、該中空管に挿入された紫外線ランプと、該中空管が挿入されると共に上記第１段処理水が下部から上方へ流れる反応塔本体と、該反応塔本体の内部の下部へ上記紫外線ランプからの紫外線によって上記中空管内に生じたオゾンを含む空気を噴出する曝気部と、上記紫外線ランプからの紫外線を受けて光触媒反応を行うように上記反応塔本体の内面に付設された酸化チタン層状体とを、具備する請求項３記載の水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水処理方法及び水処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、高濃度汚水（汚濁原水）を微生物にて浄化する技術は、色々、提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１１−１８８３８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上述の従来の浄化方法のみでは、微量汚染物質の除去が不十分であったり、有機物の分解がやや不十分であったり、ダイオキシンや農薬や環境ホルモン等の（無機）化学物質の分解除去が不十分であった。あるいは、脱臭や脱色や殺菌に関しても不十分であった。
そこで、本発明は、能率良く、微量汚染物質、ダイオキシン、農薬、環境ホルモンを十分に分解除去可能な、しかも脱臭や脱色及び殺菌も十分に行うことのできる、水処理方法及び水処理装置を、提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記目的を達成するために、本発明に係る水処理方法は、汚濁原水を微生物にて浄化して高負荷を減少させ透明度を高める第１段処理工程と、該第１段処理工程にて浄化された第１段処理水をオゾン及び／又は紫外線（光）による酸化処理及び光触媒反応にて浄化する第２段処理工程とを、連続的に行う方法である。
また、浄化の対象となる汚濁原水に対して浄化作用を有する有効微生物を予め吸着物質に吸着させて該吸着物質を散水噴射反応槽内に保持して上記汚濁原水を該反応槽中に散水噴射して流過させて浄化して上記汚濁原水の透明度を高めかつ高負荷を減少させる第１段処理工程と、紫外線によって生じたオゾン及び／又は紫外線（光）による酸化処理と、同一光源から発せられる上記紫外線を酸化チタンに照射させる光触媒反応とを、同時併行して進行させる反応塔内に於て、上記第１段処理工程にて浄化された第１段処理水を浄化する第２段処理工程とを、連続的に行う方法である。
【０００５】
また、本発明に係る水処理装置は、汚濁原水を微生物にて浄化する第１段処理装置と、該第１段処理装置にて浄化された第１段処理水を、同一光源から発せられる紫外線によって、オゾン酸化処理及び光触媒反応を行わして、浄化する第２段処理装置とを、具備する。
また、第２段処理装置は、空気が流れる中空管と、該中空管に挿入された紫外線ランプと、該中空管が挿入されると共に上記第１段処理水が下部から上方へ流れる反応塔本体と、該反応塔本体の内部の下部へ上記紫外線ランプからの紫外線によって上記中空管内に生じたオゾンを含む空気を噴出する曝気部と、上記紫外線ランプからの紫外線を受けて光触媒反応を行うように上記反応塔本体の内面に付設された酸化チタン層状体とを、具備する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明は、次のような著大な効果を奏する。
第１段処理工程にて、汚濁原水を効率良く浄化でき、これによって透明度が高まって、第２段処理工程にては、光触媒のための光線（紫外線）が十分に透過して光触媒反応が促進され、同時に、オゾンによる酸化処理も行われて、十分な水処理が行われる。つまり、第１段処理工程にて微生物による汚濁有機物を分解浄化し、続いて、第２段処理工程にて光酸化と光触媒で残存有機物と、さらには化学物質（ダイオキシンや農薬等）の分解除去をも行って、十分に水の浄化を行うことができる。連続的に第１・第２段の処理工程を行うので、能率的であるといえる。
【０００７】
また、オゾン酸化処理と光触媒反応に同一光源を用いることで、装置のコンパクト化を図り得て合理的であり、処理反応も促進される。しかも、汚濁原水を（第１段処理工程にて）透明度を高めてから、上記同一光源からの紫外線にて照射するので、その光エネルギーは一層有効に活用される。
特に、微量汚染物質を十分に除去できると共に、有機物を十分に分解して、ダイオキシンや農薬や環境ホルモン等の（無機）化学物質をも十分に分解除去できる。しかも、脱臭や脱色や殺菌までも容易に行い得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態を示す図面に基づき、本発明を詳説する。
図１と図２と図３は、本発明の第１の実施の形態を示す。図１は基本的な構成説明図であり、図２は要部断面正面図であり、図３は要部断面平面図である。
図１に於て、１は、汚濁原水を取込み、砂等の比較的大きな異物を沈澱させるための沈砂槽で、内部に仕切板や堰等を設けている。２は、沈砂槽１から導入した汚濁原水を一時貯留するための原水槽である。なお、５は、汚濁原水を濾過するためのフィルターを内蔵した細目スクリーンである。
３は、原水槽２から導入した汚濁原水のｐＨや温度等を調整するための調整槽であり、４は、ｐＨや温度等の調整を行うための測定器、６は、曝気を行うためのエアパイプで、ブロア７と接続されている。
【０００９】
８，９は調整された原水を浄化のために曝気させる曝気槽、10，11は、曝気槽８，９の底部に配設されたポンプ、12，13は、曝気を行うためのエアパイプである。14，15は、曝気槽８，９の直上位置に配設された散水噴射濾床式バイオリアクターと称される反応槽（散水噴射反応槽）で、その内部には、吸着物質担体として、例えば、多孔質の黒雲母流紋岩16…が投入・堆積されており、その底部には、多数の細孔を有する濾床17が敷設されている。一方、曝気槽８，９の上部には、ポンプ10，11に接続された散水用ノズル（散水装置）18…が多く配設されている。なお、吸着物質としては、上記黒雲母流紋岩16の他に、石英粗面岩，活性炭，木炭，カキ殻，サンゴ砂，セラミックス，ナイロン綱，黒雲母花崗岩，流紋岩，花崗岩を用いても良い。このとき、二種以上を適宜組合せても良い。
【００１０】
上述の黒雲母流紋岩16…には、浄化の対象となる汚濁原水に対して、好適な浄化作用を有する有効微生物（分解有効菌）が吸着・保持されている。その有効微生物は、予め、浄化の対象となる汚濁原水を採取して、その汚濁原水に対して好適な浄化作用を有するものが作成又は検索され、好気的、嫌気的等をも勘案して、別途、培養槽等で効率よく培養・育生されたものであり、例えば、シュードモナス、バシルス、アシネトバクター，プロテアバクテリア，フラボバクテリア，コリネバクテリア，アクチノバクテリア，サイトファーガ，ノカルデイア，アルカリジェネス，クロモバクテリア，ニトロソモナス，ニトロバクター，ゾーグレア等がある。なお、これらを二種以上を適宜組合せても良い。
【００１１】
従って、散水噴射用ノズル18…から散水噴射された原水は、バイオリアクターとしての多孔質の流紋岩16…を流過する際に、その中に含まれている汚濁物質が有効微生物によって効率よく分解・浄化された後、濾床17を経て、直下に配置されている曝気槽８，９に落下する。この曝気槽８，９では、常時、エアパイプ12，13によって曝気が行われており、汚濁物質が分解されやすい状態とされ、ポンプ10，11で吸い上げられて、散水噴射・濾過の循環が繰り返し行われて浄化が重ねられ、所定の浄化率に達した後に、その原水は、下流側に配設されている循環槽19に流下し、さらに沈降槽20にて異物を沈降させた後に、放流される。なお、図１中、24は曝気のオン・オフを操作するための開閉弁である。
【００１２】
そして、最終段の沈降槽20の底部には、還流用のポンプ21が設けられており、一点鎖線で示す還流ライン25によって、原水槽２及び調整槽３又は曝気槽８，９に還流させることにより、その還流水中に含まれている有効微生物を再度の浄化のために使用し、無駄な流失を防ぐことができる。このような還流操作によって、分解効率を、常時、安定に保持することができ、浄化率を顕著に向上させることができる。また、三方切換弁27を操作することによって、一点鎖線で示す還流ライン25を二点鎖線で示す還流ライン26と接続し、最終段の沈降槽20の未分解物及び分解菌を原水槽２又は調整槽３，曝気槽８に還流させることにより、より一層の浄化を図ることもできる。
【００１３】
このような循環を伴う散水反応槽14，15を用いた汚濁水処理方法では、その汚濁原水に対して好適な浄化作用を有する有効微生物（分解有効菌）を、予め、検索（特定）又は作成して浄化処理を行うので、無駄がなく、効率の高い浄化を行うことができ、汚濁原水を浄化してその透明度を十分に高めることができる。言い換えれば、オーダーメイドの有効微生物を活用している。図１の左半分にて示した上述の微生物によって浄化して透明度を高める工程を、「第１段処理工程」Ａと呼ぶこととする。このような第１段処理工程Ａに於ける浄化率の向上により、従来は（浄化率が低いために）大量に発生していた余剰汚泥が著しく減少し、産業廃処理のための装置が不要となる。また、余剰汚泥を処理する場合（脱水、乾燥、焼却、取引等）においては、大幅な経費節減となる。しかも、薬液を使用しないので、二次公害がないことも大きな利点である。なお、導入した有効微生物は、浄化後は、自己分解して自然消滅し、公害は一切ない。
【００１４】
また、第１段処理工程Ａのための（図１の左半分の）装置───これを第１段処理装置30と呼ぶ───の構成が簡素であるため、安価、小規模で、設置のために広いスペースを要さないので、従来の装置に比べて、大幅なコストの削減が可能となる。しかも、予め、検索して、特定の培養した有効微生物を、適当な担体（多孔質吸着物質等）に担持させて、既設装置の曝気槽（反応槽）内に投入すればよく、設備を増加することなく、浄化能力をコスト安に強化（実質的な増設）することができる。
【００１５】
上述の第１段処理工程Ａは、図５のフローチャートに示す符号Ｓ１からＳ６までの工程を含む。つまり、予め汚濁原水を採取し（Ｓ１）、その汚濁原水に対して好適な浄化作用を有する有効微生物を検索（特定）又は作成し（Ｓ２）、その有効微生物を（好気的、嫌気的に）培養・育生して（Ｓ３）、バイオリアクターとして反応槽内に投入し（Ｓ４）、これを適当な担体に吸着・保持させ（Ｓ５）、その反応槽内で、汚濁原水を浄化処理する（Ｓ６）ものである。
【００１６】
ところで、本発明は上述した第１段処理工程Ａに引き続いて（連続的に）、第２段処理工程Ｚを行うものである。即ち、第１段処理工程Ａにて浄化され透明度も高められた第１段処理水31を、光酸化法及び光触媒法によって浄化する第２段処理工程Ｚにて浄化する。  図１の右半分及び図２と図３に示すように、上記第２段処理工程Ｚ（図５参照）を行うための第２段処理装置32は、主として、反応塔54をもって構成される。この第２段処理装置32（反応塔54）は、棒状の紫外線ランプ33と、この紫外線ランプ（以下ＵＶランプということもある）32が中心に挿入された（透明材から成る）中空管（ＵＶランプ保護管）34とを、備えており、この中空管34は上壁面34ａと下壁面34ｂと円筒壁面34ｃにて閉じられた縦細長状の透明な円筒体である。
【００１７】
35はコンプレッサー等のエアー源であり、配管36を中空管34の上壁面34ａに連通連結され、エアーを矢印37のように中空管34内へ供給し、空気は矢印37, 38のように一旦上から下方へ流れ、逆止弁38を有するオゾン供給配管39を介して、オゾンを含む空気は矢印40, 41, 42, 43と順次送られて、曝気部44から反応塔本体45の内部の下部へ噴出させる。
【００１８】
この反応塔本体45は、上記中空管34が天井壁45ａから軸心に沿って挿入されており、かつ、第１段処理水31が周壁45ｂの下部の注入孔46から供給（流入）され、下部から上方へ第１段処理水31が矢印47のように流れる。
中空管34の下壁面34ｂと、反応塔本体45の底壁45ｃとの間隔部に、前記曝気部44を配設し、この曝気部44から噴出するオゾンを含む空気が、中空管34と周壁45ｂの間の横断面ドーナツ状の反応室部48内を、矢印47の如く、上昇し、天井壁45ａに連結された吐出管49から、処理済みの水（第２段処理水）50が吐出されてゆく。
【００１９】
このように、ＵＶランプ33からの紫外線によって中空管34内にて生じたオゾンを含んだ空気を曝気部44から噴出して、第１処理水31に混合しつつ矢印47のように流して、オゾン酸化処理を行うが、このとき同時に、上記紫外線ランプ（ＵＶランプ）33からの紫外線を受けて光触媒反応を酸化チタン層状体51にて行って水の浄化を行う。
この酸化チタン層状体51は、例えば、反応塔本体45の周壁45ｂの内面に薄膜状に酸化チタンを付着形成したり、網状やフィルム状の酸化チタンを上記周壁45ｂの内面に付設する。
【００２０】
図３に示すように、同一光源Ｒとしての紫外線ランプ33から、放射方向に矢印52のように発せられる紫外線によって、オゾン酸化処理用のオゾンの発生、及び、酸化チタン層状体51に照射することで起こる光触媒反応が、同時に行われて、水の浄化処理が行われて、第２段処理水50となる。
なお、図４は他の実施の形態を示し、酸化チタン層状体53を、中空管34の外表面に付設しても良いことを例示する。このとき、周壁45ｂの内面の酸化チタン層状体51と併用しても好ましいことを図４に例示した。
また、図６に示す概略平面図に示す如く、第２段処理装置32が、複数個の反応塔54…を配設して、分岐配管55と合流配管56をもって接続し、第２段処理装置32の処理能力をアップして、第１段処理工程Ａの処理能力とバランス良く均等化させるも、望ましい。
なお、図１と図２に示した反応塔54内に、 (＋)(−) 電極から成るオゾン発生手段をさらに付加するも望ましい（図示省略）。
【００２１】
上述のように、本発明に係る水処理方法は、浄化の対象となる汚濁原水に対して浄化作用を有する有効微生物を予め吸着物質に吸着させて吸着物質16を散水噴射反応槽14, 15に保持して汚濁原水を反応槽14, 15中に散水噴射して流過させて浄化し、もって、汚濁原水の透明度を高めて、第１段処理水31を得る第１段処理工程Ａを備えると共に、紫外線52によって生じたオゾンによる酸化処理と、同一光源Ｒとしての紫外線ランプ33から発せられる上記紫外線52を、酸化チタンに照射させる光触媒反応とを、同時併行して進行させる反応塔54内に於て、第１段処理工程Ａにて浄化した第１段処理水31を連続的浄化させる第２段処理工程Ｚを具備する方法である。
【００２２】
上記第２段処理工程Ｚの酸化チタン光触媒反応について、追加説明すると、酸化チタンの特色は、励起電子のもつ還元力よりも、正孔のもつ酸化力が強力である点を活用している。触媒表面には吸着水と呼ばれる水が存在し、これが正孔によって酸化されると、酸化力の高いヒドロキシラジカルができる。このヒドロキシラジカルが有機化合物と反応する。酸素がある場合には、有機化合物の中間体のラジカルと酸素分子とがラジカル連鎖反応を起こし、酸素が消費される。そして、有機化合物は分解されて、最終的には二酸化炭素と水になる。
一方、対となる還元反応は空気中の酸素の還元であって、酸素は還元されやすい性質をもっているために、酸素がある場合には、水素の発生が起こる代わりに酸素の還元反応が進行する。酸素が還元されるとスーパーオキサイドアニオンができる。このスーパーオキサイドアニオンは、酸化反応の中間体に付いて過酸化物を形成したり、過酸化水素を経て水になる。有機化合物は水よりも酸化されやすいため、有機化合物の濃度が高くなると、正孔が有機化合物の酸化反応に使われる確率が高まって、キャリア同士の再結合の割合は減少する。このように正孔が十分消費される条件下では、還元サイトにおける酸素分子への電子の移行過程が、光触媒反応全体の律速段階になると言われている。このように、電子が酸素分子へ移行しやすいようにすることで、光触媒反応の効率を高めることができる。
【００２３】
しかも、本発明では、反応塔本体45の内部の反応室部48内には、曝気部44から噴出したオゾンや過酸化水素が多量に存在し、酸化チタン光触媒反応との併用によって、ＯＨラジカル（ヒドロキシラジカル）が生成されて、強力な酸化力と種々の有機物の分解処理反応が進む。
言い換えると本発明は、微量汚染物質を除去可能となり、有機物（特に難分解性有機物）の完全分解を行うことができ、二次廃棄物が発生せず、処理効果が（脱臭、脱色、殺菌、ＣＯＤやＴＯＤ低減等）複合的となって、優れた水処理方法（装置）であるといえる。
なお、図１に於て、一点鎖線で示した還流ライン25を省略してもよい場合もある。
また、図１に於て、前記好適性を有する微生物を貯蔵する微生物タンク60を設置し、配管61等によって原水槽２と調整槽３に導入するのも望ましい。また、栄養剤タンク62を設置して、必要に応じて栄養剤を、原水槽２と調整槽３に導入するのも好ましい。
【００２４】
以上詳述したように、本発明の水処理方法は、汚濁原水を微生物にて浄化して透明度を高める第１段処理工程と、該第１段処理工程にて浄化された第１段処理水をオゾンによる酸化処理及び光触媒反応にて浄化する第２段処理工程とを、連続的に行うので、著しく能率良く汚濁原水の処理（浄化）を行い得る。
また、浄化の対象となる汚濁原水に対して浄化作用を有する有効微生物を予め吸着物質に吸着させて該吸着物質を散水噴射反応槽内に保持して上記汚濁原水を該反応槽中に散水噴射して流過させて浄化して上記汚濁原水の透明度を高める第１段処理工程と、紫外線によって生じたオゾンによる酸化処理と、同一光源から発せられる上記紫外線を酸化チタンに照射させる光触媒反応とを、同時併行して進行させる反応塔内に於て、上記第１段処理工程にて浄化された第１段処理水を浄化する第２段処理工程とを、連続的に行う方法であるので、第１段にて汚濁原水が透明となって、第２段の同一光源からの紫外線の照射が処理水内部まで十分に到達可能となり、かつ、酸化チタンにも十分に照射して、十分な光触媒反応が進行し、もって、微量汚染物質を除去でき、難分解性有機物をも十分に分解でき、二次廃棄物の発生も少なく、かつ、処理効果が、脱臭、脱色、殺菌、ＣＯＤやＴＯＣの低減等のように複合的・総合的である。
【００２５】
また、本発明に係る水処理装置は、汚濁原水を微生物にて浄化する第１段処理装置と、該第１段処理装置にて浄化された第１段処理水を、同一光源から発せられる紫外線によって、オゾン酸化処理及び光触媒反応を行わして、浄化する第２段処理装置とを、具備する構成であるので、第１段にて汚濁原水が透明となって、第２段の同一光源からの紫外線の照射が処理水内部まで十分に到達可能となり、かつ、酸化チタンにも十分に照射して、十分な光触媒反応が進行し、もって、微量汚染物質を除去でき、難分解性有機物をも十分に分解でき、二次廃棄物の発生も少なく、かつ、処理効果が、脱臭、脱色、殺菌、ＣＯＤやＴＯＣの低減等のように複合的・総合的である。
【００２６】
また、第２段処理装置は、空気が流れる中空管と、該中空管に挿入された紫外線ランプと、該中空管が挿入されると共に上記第１段処理水が下部から上方へ流れる反応塔本体と、該反応塔本体の内部の下部へ上記紫外線ランプからの紫外線によって上記中空管内に生じたオゾンを含む空気を噴出する曝気部と、上記紫外線ランプからの紫外線を受けて光触媒反応を行うように上記反応塔本体の内面に付設された酸化チタン層状体とを、具備するので、容積がコンパクトでありながら、優れた第２段処理能力（浄化作用）を発揮し、特に、紫外線ランプが共用されるので、オゾン酸化処理と光触媒反応とを、相互に相乗効果を与えながら、優れた浄化作用をなす。つまり、微量汚染物質を除去でき、難分解性有機物をも十分に分解でき、二次廃棄物の発生も少なく、かつ、処理効果が、脱臭、脱色、殺菌、ＣＯＤやＴＯＣの低減等のように複合的・総合的である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の水処理装置と水処理方法の実施の一形態を示す概略構成説明図である。
【図２】要部断面正面図である。
【図３】要部断面平面図である。
【図４】他の実施の形態を示す要部断面平面図である。
【図５】本発明の水処理方法の一例を示したフローチャート図である。
【図６】別の実施の形態を示す平面図である。
【符号の説明】
【００２８】
14，15  反応槽
16  吸着物質
30  第１段処理装置
31  第１段処理水
32  第２段処理装置
33  紫外線ランプ（ＵＶランプ）
34  中空室
44  曝気部
45  反応塔本体
51  酸化チタン層状体
54  反応塔
Ａ  第１段処理工程
Ｒ  同一光源
Ｚ  第２段処理工程
【図１】
2006175369.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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