(57)【要約】【課題】過剰なオゾン曝気風量を抑制し、ランニングコストを低減することができる排水処理方法。【解決手段】オゾンの存在下にて電気分解を行うことによって発生するＯＨラジカルを利用する排水処理方法において、排水中にオゾンを供給しながら排水の電気分解を行いＯＨラジカルを発生させるオゾン／電解工程と、オゾン／電解工程にて発生した次亜塩素酸含有液の一部を、オゾン／電解工程の上流に戻す循環工程と、を有する排水処理方法を提供する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排水中にオゾンを供給しながら前記排水の電気分解を行いＯＨラジカルを発生させるオゾン／電解工程と、
前記オゾン／電解工程にて発生した次亜塩素酸含有液の一部を、前記オゾン／電解工程の上流に戻す循環工程と、を有することを特徴とする排水処理方法。
【請求項２】
前記オゾン／電解工程にて発生した余剰オゾンを、前記オゾン／電解工程の上流に供給することを特徴とする請求項１に記載の排水処理方法。
【請求項３】
前記排水に塩化物イオンを含む液体を導入することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の排水処理方法。
【請求項４】
排水中にＯＨラジカルを発生させて前記ＯＨラジカルにより排水処理を行う排水処理装置であって、
前記排水が導入される排水処理槽にオゾンを供給するオゾン供給装置と、
前記オゾン供給装置によって形成されるオゾン曝気域に配置され、前記排水の電気分解を行う電極と、
前記排水処理槽にて発生した次亜塩素酸含有液の一部を、前記排水処理槽の上流に戻す循環ラインと、を有することを特徴とする排水処理装置。
【請求項５】
前記排水処理槽にて発生した余剰オゾンを、前記排水処理槽の上流に戻す余剰オゾンラインを有することを特徴とする請求項４に記載の排水処理装置。
【請求項６】
前記循環ラインと前記余剰オゾンラインのうち少なくとも一方は、前記排水処理槽の上流側に設けられた接触槽に接続されていることを特徴とする請求項５に記載の排水処理装置。
【請求項７】
前記排水処理槽に塩化物イオンを含む液体を導入する塩化物イオンラインを有することを特徴とする請求項４から請求項６のいずれか一項に記載の排水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排水処理方法及び排水処理装置に関し、詳しくは、オゾンの存在下にて電気分解を行うことによって発生するＯＨラジカルを利用する排水処理方法及び排水処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水中の有機物を除去する方法では活性汚泥法に代表されるような微生物作用を利用する方法が用いられるが、生物処理では生物難分解性有機物の分解が困難となる。そのため、特許文献１に記載されているようなＯＨラジカルを利用した方法が開発された。
この方法では、生物処理液に対してオゾンで曝気を行いながら浸漬電極に直流を印加することでＯＨラジカルを発生させて難分解性有機物の分解処理を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４６６２３２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記方法には以下に説明するような課題が存在する。
生物処理後の生物難分解性有機物を含んだ処理液が対象となる場合、発生させるＯＨラジカルは酸化力が大きく、選択性が乏しいため、オゾンで分解可能な物質にも反応してしまう。
【０００５】
ＯＨラジカルがオゾンでも分解可能な物質と反応してしまうと、処理液性状を向上させるためには、過剰なＯＨラジカルの発生が必要となる。これにより、ＯＨラジカルの発生量を増やす必要が生じるため、オゾン曝気風量が大きくなり、ランニングコストが増加する。また、オゾン曝気風量を大きくすると廃オゾン量が大きくなり、廃オゾン処理装置の劣化が早くなる。
【０００６】
この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、過剰なオゾン曝気風量を抑制し、ランニングコストを低減することができる排水処理方法及び排水処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第一の態様によれば、排水処理方法は、排水中にオゾンを供給しながら前記排水の電気分解を行いＯＨラジカルを発生させるオゾン／電解工程と、前記オゾン／電解工程にて発生した次亜塩素酸含有液の一部を、前記オゾン／電解工程の上流に戻す循環工程と、を有することを特徴とする。
【０００８】
上記構成によれば、オゾン／電解工程よりも上流側にて次亜塩素酸含有液で分解可能な物質が分解処理されるため、オゾン／電解工程において発生させるＯＨラジカルを効率的に利用することが可能となる。
また、オゾン／電解工程で過剰なＯＨラジカルが不要となるため、過剰なオゾン曝気風量が不要となり、ランニングコストを低減することができる。
【０００９】
上記排水処理方法において、前記オゾン／電解工程にて発生した余剰オゾンを、前記オゾン／電解工程の上流に供給してもよい。
【００１０】
上記構成によれば、オゾン／電解工程よりも上流側にて余剰オゾンで分解可能な物質が分解処理されるため、オゾン／電解工程において発生させるＯＨラジカルを効率的に利用することが可能となる。
【００１１】
上記排水処理方法において、前記排水に塩化物イオンを含む液体を導入してもよい。
【００１２】
本発明の第二の態様によれば、排水処理装置は、排水中にＯＨラジカルを発生させて前記ＯＨラジカルにより排水処理を行う排水処理装置であって、前記排水が導入される排水処理槽にオゾンを供給するオゾン供給装置と、前記オゾン供給装置によって形成されるオゾン曝気域に配置され、前記排水の電気分解を行う電極と、前記排水処理槽にて発生した次亜塩素酸含有液の一部を、前記排水処理槽の上流に戻す循環ラインと、を有することを特徴とする。
【００１３】
上記構成によれば、排水処理槽よりも上流側にて次亜塩素酸含有液で分解可能な物質が分解処理されるため、排水処理槽において発生させるＯＨラジカルを効率的に利用することが可能となる。
また、排水処理槽で過剰なＯＨラジカルが不要となるため、過剰なオゾン曝気風量が不要となり、ランニングコストを低減することができる。
【００１４】
上記排水処理装置において、前記排水処理槽にて発生した余剰オゾンを、前記排水処理槽の上流に戻す余剰オゾンラインを有する構成としてもよい。
【００１５】
上記構成によれば、排水処理槽よりも上流側にて余剰オゾンで分解可能な物質が分解処理されるため、排水処理槽において発生させるＯＨラジカルを効率的に利用することが可能となる。
【００１６】
上記排水処理装置において、前記循環ラインと前記余剰オゾンラインのうち少なくとも一方は、前記排水処理槽の上流側に設けられた接触槽に接続されている構成としてもよい。
上記構成によれば、次亜塩素酸含有液と余剰オゾンのうち少なくとも一方が接触槽にて単独で処理に使用されることによって、次亜塩素酸含有液と余剰オゾンの処理効率を向上させることができる。
【００１７】
上記排水処理装置において、前記排水処理槽に塩化物イオンを含む液体を導入する塩化物イオンラインを有する構成としてもよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、オゾン／電解工程において発生させるＯＨラジカルを効率的に利用することが可能となり、排水処理におけるランニングコストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態の排水処理システムの系統図である。
【図２】本発明の実施形態の排水処理システムにおける生物難分解性有機物処理部の構成図である。
【図３】本発明の実施形態の変形例の排水処理システムの系統図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態に係る排水処理システム１（排水処理装置）について図面を参照して詳細に説明する。
図１に示すように、本実施形態の排水処理システム１は、上流側より順に、生物処理槽２と、沈殿槽３と、混和槽４と、凝集沈殿槽５と、砂ろ過塔６と、生物難分解性有機物処理部７と、活性炭吸着塔８と、を有している。排水処理システム１は、例えば下水処理、屎尿処理、畜産排水処理、水産食品加工排水処理、洗浄排水処理、工場排水処理、湖水浄化処理等に有効に適用できる。
【００２１】
生物処理槽２には、図示しない排水排出施設から排出される有機化合物を含有する排水が導入され、以下、排水は下流側の処理設備に送られる。
生物処理槽２は、排水に含まれる有機物及びアンモニア態（アンモニア窒素系）を生物学的に処理する槽である。
沈殿槽３は、排水に含まれるＳＳ成分を固液分離する槽である。
混和槽４は、排水に凝集剤（硫酸バンド、高分子ポリマーなど）を添加し、混和する槽である。
凝集沈殿槽５は、混和槽４にて添加された凝集剤によって凝集された成分を凝集沈殿処理する槽である。
砂ろ過塔６は、凝集沈殿槽５において分離できなかった微量な固形成分（ＳＳ成分）を除去する槽である。
生物難分解性有機物処理部７は、ＯＨラジカルにより、排水中の生物難分解性有機物を処理する部位である。生物難分解性有機物処理部７については後に詳述する。
活性炭吸着塔８は、活性炭を用いて排水中の着色成分を除去する処理装置である。
【００２２】
図２に示すように、生物難分解性有機物処理部７は、砂ろ過塔６から排出された排水が導入される接触槽９と、ＯＨラジカル処理槽１０とを有している。
ＯＨラジカル処理槽１０は、オゾン存在下にて電気分解を行うことによって発生するＯＨラジカルを用いて排水を処理する槽である。ＯＨラジカル処理槽１０は、鉛直上下方向を長手方向とする縦長状の槽である。
接触槽９も、ＯＨラジカル処理槽１０と同様に、鉛直上下方向を長手方向とする縦長状とされている。
【００２３】
ＯＨラジカル処理槽１０の下部には排水入口１１が設けられており、ＯＨラジカル処理槽１０の上部には排水出口１２が設けている。排水入口１１には上流側の接触槽９から排出される排水が導入され、排水出口１２から排出される排水は下流側の活性炭吸着塔８に導入される。
【００２４】
ＯＨラジカル処理槽１０の内部には、陽極と陰極からなる板状の電極対１３が多数本、槽内全域にわたって設置されている。電極対１３は、低電圧（例えば１０〜２０Ｖ）で電極間の排水に所定の電流密度が得られるように構成されている。
【００２５】
電極対１３には直流電圧を印加する直流安定化電源１５が接続されている。電極対１３と直流安定化電源１５との間には、電極対１３間の電圧、電流、抵抗値などを監視する図示しないマルチメータが設けられている。
ＯＨラジカル処理槽１０の底部にはオゾン供給管１７を介してオゾン供給装置１６（オゾナイザー）が接続されている。これにより、オゾン供給装置１６で発生させたオゾンがＯＨラジカル処理槽１０内に供給されて、ＯＨラジカル処理槽１０内の排水がオゾン曝気される。即ち、ＯＨラジカル処理槽１０に導入された排水には、オゾン曝気域が形成される。
【００２６】
ＯＨラジカル処理槽１０と同様に、接触槽９の底部にはオゾン供給管１７が接続されており、オゾン供給管１７を通じてオゾン供給装置１６で発生させたオゾンが接触槽９内に供給される。
接触槽９の上部には、廃オゾン（オゾン排ガス）を排出するための廃オゾンライン２３が設けられている。廃オゾンライン２３は、廃オゾンを分解する機能を有する廃オゾン処理装置２４（オゾン分解器）と接続されている。
【００２７】
また、ＯＨラジカル処理槽１０には、塩化物イオンライン２２を介して塩化物イオン源として塩化物イオンを含む液体である塩化ナトリウム水溶液を供給する塩化物イオン供給装置２１が接続されている。なお、塩化物イオンライン２２を介して導入される液体は、塩化物イオンを含む液体であればよく塩化ナトリウム水溶液に限ることはない。例えば海水を塩化物イオンライン２２から導入する構成としてもよい。
【００２８】
ここで、ＯＨラジカル処理槽１０における化学反応について説明する。ＯＨラジカル処理槽１０では、槽内の電極間に所定電圧が印加され、所定の電流密度となるように電流が供給される。電流密度は０．２〜１０ｍＡ／ｃｍ２になるように直流安定化電源１５の電力制御がなされている。そして、排水中に元々含有される、あるいは上記塩化物イオン供給装置２１から供給された塩化物イオンに対し、陽極では、数式（１）の電極反応により塩素（Ｃｌ２）が発生する。
２Ｃｌ−  →  Ｃｌ２↑  ＋  ２ｅ−  ・・・  （１）
また、陰極では、数式（２）の電極反応により水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）が発生する。
２Ｎａ＋  ＋  ２Ｈ２Ｏ  ＋２ｅ−  →  ２ＮａＯＨ  ＋  Ｈ２↑  ・・・  （２）
さらに、排水処理槽内の処理液中に発生したＣｌ２は数式（３）の溶液反応により次亜塩素酸ナトリウム（ＮａＣｌＯ）を生成する。
２ＮａＯＨ  ＋  Ｃｌ２  →  ＮａＣｌ  ＋  Ｈ２Ｏ  ＋  ＮａＣｌＯ・・・（３）
【００２９】
また、ＯＨラジカル処理槽１０では、オゾン供給装置１６により供給されるオゾンによりＯＨラジカルが発生する。
ＯＨラジカルは、以下のような反応を経て発生する。
Ｈ２Ｏ  →  Ｈ＋  ＋  ＯＨ−  （電気分解工程）  ・・・  （４）
ＯＨ−  ＋  Ｏ３  →  ・Ｏ３−  ＋  ・ＯＨ（オゾン接触工程）   ・・・（５）
ＯＨ−  ＋  Ｏ３→・Ｏ２−  ＋  ・ＯＯＨ  ・・・  （６）
・ＯＯＨ  ⇔  Ｈ＋  ＋  ・Ｏ２−  ・・・  （７）
Ｏ３  ＋  ・Ｏ２−  →  ・Ｏ３−  ＋  Ｏ２  ・・・  （８）
・Ｏ３−  ＋  Ｈ＋  →  ・Ｏ３Ｈ  ・・・  （９）
・Ｏ３Ｈ  →  ・ＯＨ  ＋  Ｏ２  ・・・  （１０）
【００３０】
また、電極上に吸着したオゾンは、数式（１１）のような反応で・Ｏ３−を生成する。ここで生成した・Ｏ３−は、数式（９）〜（１０）式の反応により、ＯＨラジカルを生成する。
Ｏ３  ＋  ｅ−  →  ・Ｏ３−  ・・・（１１）
【００３１】
上記した反応により生成したＯＨラジカルは酸化還元電位が２．８５Ｖと非常に強い酸化剤であり、大部分の生物難分解性有機物を分解・無機化することが可能である。オゾンがＯＨ−と反応あるいは、オゾンが電極上で直接電子を受け取っても生成するＯＨラジカルに違いはない。
【００３２】
また、ＯＨラジカル処理槽１０の排水出口１２には、上記した反応によって生成された次亜塩素酸含有液である次亜塩素酸ナトリウムを接触槽９の上流のラインに導入する循環ライン１９が設けられている。即ち、ＯＨラジカル処理槽１０から排出される排水である次亜塩素酸含有液が循環ライン１９を介して接触槽９に戻される。
【００３３】
また、ＯＨラジカル処理槽１０の上部には、ＯＨラジカル生成時に利用された余剰オゾン（廃オゾン）を接触槽９に導入する余剰オゾンライン２０が設けられている。余剰オゾンライン２０は、接触槽９の底部近傍に接続されている。即ち、余剰オゾンは、ＯＨラジカル処理槽１０の上部から余剰オゾンライン２０を介して排出され、接触槽９内の排水に吹き込まれる。
【００３４】
次に、本実施形態の排水処理装置を用いた排水処理システム１のフロー（排水処理方法）を説明する。
図示しない排水排出施設から排出される有機化合物を含有する排水は、生物処理槽２に導入され、有機物及びアンモニア態（アンモニア窒素系）が生物学的に分解される。次いで、排水内のＳＳ成分を固液分離する沈殿槽３を経て、混和槽４に送られ、凝集剤（硫酸バンド、高分子ポリマーなど）が添加され、混和される。凝集した成分は凝集沈殿槽５において凝集沈殿処理を行った後、凝集沈殿槽５において分離できなかった微量な固形成分（ＳＳ成分）を砂ろ過塔６で除去した後、生物難分解性有機物処理部７の接触槽９、及びＯＨラジカル処理槽１０に供給される。
【００３５】
まず、ＯＨラジカル処理槽１０における工程（オゾン／電解工程）から説明すると、排水に含まれる生物難分解性有機物は、ＯＨラジカルによって無機物にまで酸化分解される。ここで、処理に伴って発生した次亜塩素酸含有液は、循環ライン１９を介して接触槽９に導入される（循環工程）。さらに処理に伴って発生した余剰オゾンは余剰オゾンライン２０を介して接触槽９に吹き込まれる。
【００３６】
接触槽９においては、生物難分解性有機物を含んだ排水に対して次亜塩素酸含有液及びオゾンで分解可能な生物難分解性有機物が分解処理される。次亜塩素酸含有液は、循環ライン１９を介してＯＨラジカル処理槽１０から導入されたものである。オゾンは、余剰オゾンライン２０を介してＯＨラジカル処理槽１０から導入されたものである。
このように、接触槽９にて生物難分解性有機物の一部が処理されることによって、接触槽９の下流側のＯＨラジカル処理槽１０には、次亜塩素酸含有液及びオゾンで分解可能な生物難分解性有機物は導入されることはない。
【００３７】
このＯＨラジカル処理工程を経た排水は、活性炭吸着塔８に送られ、排水中の着色成分が除去される。
一連の処理により排出基準を満たすまでに清浄になった排水は、処理排水として河川などに放流される。
【００３８】
上記実施形態によれば、ＯＨラジカル処理槽１０よりも上流側である接触槽９にて次亜塩素酸含有液で分解可能な物質が分解処理されるため、ＯＨラジカル処理槽１０において発生させるＯＨラジカルを効率的に利用することが可能となる。
即ち、ＯＨラジカル処理槽１０において、ＯＨラジカルが次亜塩素酸含有液及びオゾンで分解可能な生物難分解性有機物に反応することを抑制されるため、処理液性状を向上させるためにＯＨラジカルを過剰に供給する必要性を低減することができる。過剰なＯＨラジカルが不要となるため、過剰なオゾン曝気風量が不要となり、ランニングコストを低減することができる。
【００３９】
また、オゾン／電解処理工程にて発生する次亜塩素酸ナトリウムを有効活用することができる。
また、ＯＨラジカルを用いて排水処理を行うことによって、電解単独処理、オゾン単独処理では分解困難な生物難分解性有機物を除去することができる。
また、着色成分に無関係に有機物を処理できるので、生物難分解性有機物処理部７の下流で、着色成分の除去等に用いる活性炭吸着塔処理を行うことで、活性炭の交換頻度を抑制でき、充填剤の延命化が可能となる。
また、ＯＨラジカル処理槽から排出される廃オゾンが、接触槽９にて利用されて廃オゾンの排出が低減されるため、廃オゾン処理装置２４の延命化が可能となる。
【００４０】
また、次亜塩素酸含有液及び廃オゾンが接触槽９に導入されて、これらの処理物質が単独で処理に使用されるため、次亜塩素酸含有液と余剰オゾンの処理効率を向上させることができる。
【００４１】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはなく、クレームの範囲によってのみ限定される。
上記実施形態では、循環ライン１９を接触槽９の上流側に接続する構成としたが、ＯＨラジカル処理槽１０の上流側において、排水に次亜塩素酸含有液を供給できればこれに限ることはない。例えば、図３に示すように、循環ライン１９を生物処理槽２の上流側に接続するとともに、接触槽９を廃する構成としてもよい。即ち、接触槽９のような独立した槽を設けることなく、ＯＨラジカル処理槽１０の上流側にて排水に次亜塩素酸含有液を供給できればよい。
【００４２】
また、余剰オゾンライン２０は必ずしも設ける必要はなく、循環ライン１９にて供給される次亜塩素酸含有液のみを用いて、ＯＨラジカル処理槽１０上流の排水の処理を行う構成としてもよい。
また、接触槽９は、ＯＨラジカル処理槽１０の直前ではなく、例えば、生物処理槽２と沈殿槽３の間に設けてもよい。
【符号の説明】
【００４３】
１  排水処理システム
２  生物処理槽
３  沈殿槽
４  混和槽
５  凝集沈殿槽
６  砂ろ過塔
７  生物難分解性有機物処理部
８  活性炭吸着塔
９  接触槽
１０  ＯＨラジカル処理槽（排水処理槽）
１１  排水入口
１２  排水出口
１３  電極対
１５  直流安定化電源
１６  オゾン供給装置
１７  オゾン供給管
１９  循環ライン
２０  余剰オゾンライン
２１  塩化物イオン供給装置
２２  塩化物イオンライン
２３  廃オゾンライン
２４  廃オゾン処理装置
【図１】
2015139752.tif 000003
【図２】
2015139752.tif 000004
【図３】
2015139752.tif 000005