(57)【要約】本発明は、病原菌、及び分解が困難であり、難分解性物質、内分泌物質、におい物質、染料で成る群から選ばれる物質の両方を含有する水、特に、廃水及び飲料水を、オゾン供給及び紫外線照射によって処理する方法に関する。本発明の方法は、ａ）オゾンを濃度０．１〜１５ｇ／ｍ３で添加し；及びｂ）紫外線を、２００〜３００ｎｍの波長及び５０〜２，０００Ｊ／ｍ２の線量で照射する段階を包含する。【選択図】図１
2005502457.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
病原菌と、難分解性物質、内分泌物質、におい物質、染料でなる群から選ばれる分解が困難な少なくとも１つの物質とが同時に存在する水、特に、廃水又は飲料水を、オゾンの供給及び紫外線照射によって処理する方法において、ａ）オゾンを濃度０．１〜１５ｇ／ｍ３で添加し；ｂ）水を脱気し；ｃ）脱気した水に、波長２００〜３００ｎｍの紫外線を線量５０〜２，０００Ｊ／ｍ２で照射することを特徴とする水の処理法。
【請求項２】
オゾンの添加を、濃度２．５〜１０ｇ／ｍ３、特に、約５ｇ／ｍ３で行うことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
紫外線照射を、波長２５４ｎｍを有する低圧線源からの放射線によって行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
紫外線照射を、線量１００〜１，０００Ｊ／ｍ２で行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
紫外線照射を、線量２５０〜４００Ｊ／ｍ２で行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
オゾン添加ａ）前の水が、２５４ｎｍにおいて、清浄な水の紫外線透過度に関して５０％未満の低減された紫外線透過度を示すものであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の方法を実施するための装置において、予じめ処理した水の入口；該入口から下流で水にオゾンを供給する供給装置を有するオゾン製造装置；前記供給装置から下流に配置された紫外線殺菌装置；出口を備えたことを特徴とする水の処理装置。
【請求項８】
脱気装置を、供給装置と紫外線殺菌装置との間に、流れ方向で設けたことを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項９】
濾過システム、特に、砂濾過システムを、供給装置と紫外線殺菌装置との間に、流れ方向で設けたことを特徴とする請求項７又は８に記載の装置。
【請求項１０】
飲料水又は廃水中の含有物質の含量を低減させるための請求項７〜９のいずれかに記載の装置の使用。
【請求項１１】
含有物質が、クロロフェノール化合物、フタレート化合物、殺虫剤、フェノール化合物、塩素化芳香族化合物、有機スズ化合物、ダイオキシン、フラン化合物、天然又は天然物同一ホルモン、薬物、化粧品を含む群から選ばれるものであることを特徴とする請求項１０に記載の使用。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、水、特に、廃水又は飲料水を処理する方法に関する。
【０００２】
都市廃水及び産業廃水は、これらを受容体に導入する前に、通常、生物学的処理プラントにおいて処理される。生物学的処理プラントは、いくつかの段階からなり、多くの場合、主な段階は、いわゆる活性汚泥段階である。下水汚泥はポスト処理段階において分離される。ただし、廃水を砂／砂利濾過に供することもある。このようにして処理された廃水は、一般に、その中に含有される残留物及び微生物の濃度に関する所望の制限値が達成されている。
【０００３】
しかし、上記の廃水処理が不充分である場合、例えば、細菌の数に関して、より過大な要求が課される場合、分解が困難な有機物質を含有している場合、臭気がある及び着色している場合がある。このような場合、処理された廃水が、入浴用の水に導入される又は農業における灌漑用に使用される場合には、さらに処理することが要求される。
【０００４】
現在では、廃水中に含有される病原菌（細菌、ウイルス、単細胞生物）のみを低減させるため、廃水を紫外線で殺菌することが一般的に行われている。しかし、この殺菌は、分解が困難な物質、におい物質及び染料の除去には適していない。さらに、紫外線照射装置の殺菌能力は、放射線のいくつかが水自体に既に吸収されているため、廃水が濁っている場合には、低減される。
【０００５】
さらに、オゾンの添加による殺菌では、酸化によって、上記の難分解性物質、におい物質及び染料が低減されることも知られている。しかし、所望の難分解性物質及び微生物の両方の低減を達成するためには、比較的高いオゾン濃度、例えば、１Ｌ当たりオゾン２０ｍｇが必要である。このようなオゾンの添加には、高価な設備及び操作コストが必要である。
【０００６】
効果的な廃水処理を行うための第３の可能は方法は膜濾過であるが、この方法も、上記の条件下では、設備及び操作コストの点で、オゾン処理よりも数倍高価である。
【０００７】
他の水、例えば、飲料水の場合にも、同様の状況が考えられる。処理を必要とするほどの濃度で含有されている微生物に加えて、塩素化炭化水素又は芳香族炭化水素の如き分解が困難な物質が、飲料水に含有されている場合には、これら物質を分解するには、低コストで有効な紫外線殺菌では不充分である。このような状況において、オゾン添加が紫外線殺菌に加えられるが、これは上記の高コストの問題点を生ずる。
【０００８】
オゾン及び紫外線によって廃水を処理する各種の方法は、下記の刊行物からも知られている。
【０００９】
ヨーロッパ特許第０６９６２５８号公報には、殺菌のために紫外光が使用される水処理ユニットが開示されている。これによれば、光源として、非常に短い波長の放射線が水の中に入ることができ、オゾンが紫外線源の直近で形成されるようなものが指定されている。期待されるオゾン濃度は低く、ｍｇ／ｍ３程度の範囲である。空気中において、紫外線によってオゾンを製造するために必要なエネルギー支出（約４０ｋＷｈ／オゾンｋｇ）は、電気放電によってオゾンを発生させる（約７ｋＷｈ／オゾンｋｇ）場合よりも大きい。また、紫外線による水中でのオゾンの直接発生は、空気中の場合よりも効果的ではない。従って、装置は、エネルギー支出の点から及び都市の処理プラント又は飲料水供給プラントにおいての使用には不適である。
【００１０】
国際公開第ＷＯ ９７／３６８２５号公報には同様な装置が開示されている。ここでも、紫外線による光化学プロセスによって、数ｍｇ／ｍ３程度の範囲の濃度でオゾンが発生されている。オゾン製造に関する限り、このプラントは、都市プラントの規模では経済的に作動されない。
【００１１】
ドイツ国特許公開第２６１８３３８号公報には、水性媒体中で有機抗生物質を酸化する装置が開示されている。このプラントでは、方法の目的は有機物質の完全な酸化にあり、このため、非常に高いオゾン濃度、例えば、８６０ｇ／ｍ３が使用される。水性媒体は、相互に結合された数個の浴内でオゾンによって処理され、オゾンは、浴を通って、向流として導かれる。ただし、発明の１具体例では、最後の浴において、さらに、酸化効果を強化する紫外線照射が行われている。
【００１２】
紫外線の作用は、オゾンの導入から生ずる気泡の存在下では、ガスフリーの媒体中よりも効果的に吸収されるため、この配置では、紫外光の作用は最適度合まで使用されない。さらに、オゾンは、高濃度の分子基準であっても紫外光によって分解され、紫外線照射なしの場合よりも、より遅い段階において、より低い濃度で存在する。水相における紫外光の照射によるオゾンの分解は、国際的には、オゾンを活性化する（ラジカルへの変換）ために使用されている。ついで、これらのラジカルは、より迅速なさらなる分解を行う。しかし、実際の廃水では、効果（ラジカル反応による改善された分解）は、２次反応と重複する。このため、オゾン及び紫外線の最適作用に関する限り、このシステムも不利であり、経済的な大規模操作には適していない。
【００１３】
ドイツ国特許公開第１９５０９０６６号公報には、水のオゾン処理のための装置及び方法が開示されている。この方法では、水中におけるオゾン濃度は示されていない。水中の残留オゾンを全て分解する紫外線発生器がオゾン処理の出口に設けられている。処理された水の脱気が、紫外線照射後において、流れ方向で行われる。ここでも、照射時点において水がなお気泡を含有しているため、紫外線照射はその完全な効果を達成できない。
【００１４】
オゾン濃度数１００ｇ／ｍ３の基準において、Ｈ２Ｏ２の添加及び紫外線発生器による照射を併用して操作することによる水中の有機物質を酸化する方法も、ドイツ国特許第３８８４８０８号公報には、開示されている。これらの方法においても、オゾン処理の間に、水が照射を受けるため、紫外線照射は最大の効果を達成することができない。上記のように、一方では、照射効果のため、時期尚早のオゾン分解を生じ、他方、水中に気泡の形で含有されるガスのため、紫外線透過における減少を生ずる。ここでは、各種の化学−物理プロセス（オゾン反応、Ｈ２Ｏ２による活性化オゾン反応／しがいせんによる活性化オゾン反応）が同時に使用され、個々のプロセスの効率は、最適度合では使用されず、２次及び交差反応によって低減される。
【００１５】
最後に、国際公開第ＷＯ ９４／１１３０７号公報には、処理チャンバーにおいて、オゾン及び紫外線の作用下、貯蔵物に廃水を噴霧する方法が開示されている。この方法は、廃水をポンプ送給し、加圧下で噴霧しなければならないため、非常に高価である。有効性は、消費するエネルギーの効率の点では、処理すべき廃水をポンプ送給し、圧力下で噴霧することが高価であるだけでなく、紫外線も最適度合では使用されないため、比較的低い。高いエネルギー支出のため、このような方法は、高度汚染廃水には、経済的に適していない。
【００１６】
従って、本発明の目的は、低い設備及び操作コストで、良好かつ信頼できる処理能力を達成できる、分解が困難な物質及び病原菌の両方を含有する水の処理方法を提供することにある。
【００１７】
この目的は、請求項１に記載の特徴を持つ方法によって達成される。
【００１８】
本発明による方法では、処理すべき水へのオゾンの供給及び紫外線照射の両方が行われる。本発明によれば、供給されるオゾンの濃度は、０．１〜１５ｇ／ｍ３の範囲内であり、紫外線の線量は、５０〜２００Ｊ／ｍ２であり、紫外線の波長は、２００〜３００ｎｍの範囲内である。両反応を独立して行い、これにより、オゾン及び紫外線の製造に使用するエネルギーの効率を改善するために、２つの段階の間に、処理すべき水の脱気を行う。
【００１９】
この方法によれば、高度に汚染された廃水であっても処理が可能であり、難分解性物質が多量分解され、水中の病原菌の数が減少される。
【００２０】
併用を行わない方法と比べて、この方法では、難分解性物質、におい物質及び染料も減少されるとの紫外線照射単独の場合以上の利点が得られる。これは、紫外線照射単独では可能ではない。
【００２１】
単にオゾンを添加して、上記難分解性物質を分解し、殺菌を行うことができる場合とは、難分解性物質、におい物質及び染料の分解が、微生物によって高度に汚染されている水又は廃水の殺菌には充分ではないようなオゾン濃度を使用して既に達成されている場合である。直列に接続した紫外線照射が、低減されたオゾン濃度の低い殺菌作用を補充する。
【００２２】
オゾンの添加は、好ましくは、濃度５〜１０ｇ／ｍ３で行われる。紫外線照射に使用される波長は、好ましくは、２５４ｎｍであり、水銀低圧ガス放電ラジエーターによって発生される。
【００２３】
紫外線照射の線量は、好ましくは、１００〜１，０００Ｊ／ｍ２、特に、２５０〜４００Ｊ／ｍ２である。
【００２４】
上記の方法は、主に、飲料水又は廃水中の含有物質を減少させるために有利に使用される。
【００２５】
オゾン添加と紫外線照射との間に、濾過段階、例えば、砂／砂利濾過の段階を設ける場合には、特に有利である。濾過段階は、他の吸着フィルター、例えば、活性炭フィルターでもよい。
【００２６】
この方法は、この方法のオゾン添加段階の前の時点で、約２５４ｎｍの適切な紫外線波長において、５０％未満の低減された紫外線透過度を示す水に関しての使用が特に有利である。ここで、蒸留水における２５４ｎｍでの透過度が１００％として定義される。
【００２７】
さらに、本発明は、請求項１〜６のいずれかに記載の方法を実施するための装置において、予じめ処理した水の入口；該入口の下流で水にオゾンを供給する供給装置を有するオゾン製造装置；脱気装置；前記供給装置から下流に配置された紫外線殺菌装置；及び出口を備えた装置に関する。
【００２８】
本発明による方法は、この装置によっては有利に行われる。オゾン製造装置のため、紫外線殺菌装置から下流において、廃水流へのオゾンのより正確な投与を行うことができ、これにより、オゾンは、初めに、染料又は乳白物の酸化分解のため、処理すべき廃水の紫外線透過度を改善でき、従って、紫外線殺菌装置は、改善された廃水の透明度のため、より効果的に作動できる。脱気装置は、例えば、オゾンが供給されないベースン又はタンクとして積極的に設けられ、ここに保持される間に過剰のガスが吸収又は除去される。攪拌機、真空等の手段により、脱気を活発に行うこともできる。
【００２９】
オゾン供給及び紫外線殺菌を併用しない装置と比べて、本発明の装置は、より低い設備コスト及びより低い操作コストで作動される。
【００３０】
オゾン供給及び紫外線殺菌の組合せの有利な効果は、これら２つの段階の間に、濾過、特に、砂濾過、又は砂／砂利濾過を設ける場合に、さらに増大される。分解が困難な物質の酸化分解のため、これら物質は、部分的に分解生成物に変換され、これら生成物は濾過システムによって効果的に保持される。この処置は、分解生成物の濃度及びその後の紫外線殺菌に有利な紫外線範囲（ここで、良好な伝導のため、オゾンによる前処理と同時に、紫外線システムは、より効果的に作動される）における水の透過性の両方の点で、水の質を改善するものである。
【００３１】
本発明によれば、上記装置は、飲料水又は廃水中における含有物質の含量を低減するためにも使用される。この場合、含有物質はクロロフェノール化合物、フタレート化合物、殺虫剤、フェノール化合物、塩素化芳香族化合物、有機スズ化合物、ダイオキシン、フラン化合物、天然又は天然物同一ホルモン、薬物、化粧品よりなる群から選ばれる。
【００３２】
次に、本発明の実施態様を、図面を参照して以下に記載する。
【００３３】
図１は、本発明による水処理装置及び本発明による方法を実施するための装置の構造を、従来の処理プラントに直列に接続されたものとして、ブロックダイアグラムにおいて示す。この装置では、処理プラントの活性汚泥段階における生物学的処理システムの出口から水を取出す。この取出した水について、後処理１を行う。後処理された廃水（許容されないほど高濃度の難分解性物質及び病原菌の両方を含有する）は後処理システムから取出され、両方の水に導入されるか、又は農業区域を灌漑するために使用される。このため、オゾン発生器３からのオゾンの供給手段２が、後処理の下流に設けられている。ここで、オゾンの供給が約５ｇ（オゾン）／１ｍ３（水）の濃度で行われる。この濃度は、難分解性物質、におい物質及び染料の低減、及び紫外線範囲における廃水の透過性の改善に適するものである。しかし、病原菌の数を所望のレベルに低減させるためには適していない。
【００３４】
廃水の流れにおいて、砂／砂利濾過４がオゾンの供給手段２に直列に接続されている。この濾過システムにおいて、オゾンの供給による酸化分解を受けた難分解性物質の分解生成物である粒状物が廃水流から除去される。この砂／砂利濾過の後方には、２５４ｎｍの紫外線を発生する低圧紫外線発生器を有する紫外線殺菌装置５（線量約２５０〜４００Ｊ／ｍ２を与える）が設けられている。
【００３５】
紫外線殺菌段階の後、廃水は、全く問題なく、処理プラントの出口に放出され、ここで、周囲環境に放出される。初めに廃水中に含有されていた難分解性物質及び微生物は、オゾンの供給及び紫外線照射によって、効果的に低減されている。
【００３６】
加えて、この実施態様では、砂／砂利濾過４の後に、オゾンの第２供給部位６が設けてあり、濾過システム４を通過する物質又は微生物の後処理を行うことができる。
【００３７】
他のオプションとして、この実施態様では、濾過４の前の供給部位７及び濾過４の後の供給部位８において、Ｈ２Ｏ２の投与が行われる。Ｈ２Ｏ２は、非常に分解が困難な物質が存在する場合にも、オゾンの作用を改善するために供給される。これは、例えば、飽和炭化水素化合物に該当する。
【００３８】
図２は、都市の処理プラントからの廃水を２段階のオゾン処理によって処理することを予定するプラントを示す。
【００３９】
特に、図２は、処理されるべき水（被処理水）のためにポンプ１０が配置された後処理１を示す。ポンプ１０は、水を第１処理チャンバー１１に供給する。このチャンバーには、供給手段２を介して、オゾンが導入される。オゾンは気泡の形で上昇し、一方、被処理水は、向流として下降し、接続パイプ１２に入る。この接続パイプ１２から、予熱された水が、第２処理チャンバー１３に供給される。このチャンバーにも、供給部位６を介してオゾンが供給される。チャンバー１１及び１３の頂部で放出されたオゾン含有ガスは、残留濃度に応じて、弁１４を介して、又は残留オゾン分解装置１５を介して放出される。オゾンによる２つの段階において処理された廃水は、パイプ１６を通って、脱気装置１７（この実施態様では、貯蔵タンクとして設計されている）に供給される。ここで、残留する気泡が完全に分離される。ついで、脱気された水は、ポンプ１８及びパイプ１９を介して紫外線照射装置５に供給される。ここで、チャンバー１１及び１３における２段階オゾン処理の後の廃水では、濁度が大いに低減されているため、及び紫外線の透過を妨げる気泡が、廃水中に全く残留しないため、約２５４ｎｍの波長の紫外線が最適に機能を発揮できる。一方、処理チャンバー１１及び１３から空間的に分離された紫外線照射装置５は、処理チャンバー１１及び１３に供給されるオゾンを分解することはできず、このため、オゾンは、これらのチャンバーにおいて、そのすべての機能を発揮することが可能になる。これは、目的とする濃度１〜２０ｇ／ｍ３（水）において特に重要である。オゾンは、同時に、活性化反応を生ずることなく、最適度合で使用され、特異的には、特に廃水中では使用されない。供給されるオゾンは、一般に、所望の様式で反応し（有機成分の分解）、このようにして前処理された廃水は、紫外線システムにおいて、本質的に気泡が存在しない及び残留オゾンが存在しない状態で最終処理を受ける。供給されるオゾンが完全には反応しない場合には、残留する溶在オゾン（気泡なし）は、紫外線システムにおいて、さらに活性化される。
【００４０】
本発明による方法及び装置は、オゾンに関して紫外線照射の不利な影響を生ずることなく、オゾンがその機能を発揮することができるため、オゾン製造及び紫外線照射に消費するエネルギーの有効利用の点で最適化されている。このため、比較的低いオゾン濃度が得られる。一方、紫外線照射は、濁り及び気泡の不存在下において、透過性が紫外線処理の点でかなり改善されるため、特に効果的に使用される。
【００４１】
この結果、エネルギー使用の点で最適化され、従って、例えば、都市の廃水の分野において、特に大規模処理プラントに適する汚染水を処理するための方法及び装置が提供される。
【００４２】
上記の濃度及び強さでのオゾン供給及び紫外線照射の併用の有利な効果は、組み合わされた方法が、それらの効果の点で改善されているとの事実によるものである。一般に、２０ｇ／ｍ３よりもかなり低い濃度で使用される場合にも、オゾンは、難分解性物質、におい物質及び染料の分解を実質的に行う。さらに、上記の低い濃度においても、オゾンは、紫外線透過における改善を与える。紫外線照射単独では、難分解性物質の分解には不充分である。しかし、既にオゾンによって処理された水、及び導入されたオゾンの濃度が低いため、なお微生物を含有する水は確実に殺菌される。この場合、紫外線照射の出力は、透過性が改善されているため、オゾンによって処理されていない水と比べて、しばしば低減される。従って、これは相乗効果を与えるものであり、プラントを、単独のオゾン又は紫外線処理によって可能なものよりも、一般的に小型のものとして設計することが可能になる。技術的利点に加えて、この効果は、プラントを経済的に興味のあるものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】
廃水の分野において本発明による方法を実施するための装置を示す図である。
【図２】
２段階オゾン処理による図１による装置のブロック図である。
【符号の説明】
（１）後処理
（２）オゾンの供給手段
（３）オゾン発生器
（４）砂／砂利濾過
（５）紫外線殺菌装置
（６）オゾンの第２供給部位
（７）Ｈ２Ｏ２の供給部位
（８）Ｈ２Ｏ２の供給部位
（１０）ポンプ
（１１）第１処理チャンバー
（１２）接続パイプ
（１３）第２処理チャンバー
（１４）弁
（１５）残留オゾン分解装置
（１６）パイプ
（１７）脱気装置
（１８）ポンプ
（１９）パイプ
【図１】
2005502457.tif 000003
【図２】
2005502457.tif 000004
【国際公開パンフレット】
2005502457.tif 000005
2005502457.tif 000006
2005502457.tif 000007
2005502457.tif 000008
2005502457.tif 000009
2005502457.tif 000010
2005502457.tif 000011
2005502457.tif 000012
2005502457.tif 000013
2005502457.tif 000014
2005502457.tif 000015
2005502457.tif 000016
2005502457.tif 000017
2005502457.tif 000018
2005502457.tif 000019
2005502457.tif 000020
2005502457.tif 000021
2005502457.tif 000022
2005502457.tif 000023
【国際調査報告】
2005502457.tif 000024
2005502457.tif 000025
2005502457.tif 000026
2005502457.tif 000027
2005502457.tif 000028
2005502457.tif 000029