(57)【要約】 【課題】  難分解性有機物質を含む汚染水を効率よく無害化する。【解決手段】本発明に係る汚染水の処理装置１は、汚染水が貯留される調整槽２と、オゾン発生装置３と、該オゾン発生装置の出力側が接続されたオゾン溶解装置４と、該オゾン溶解装置の出力側が接続された紫外線照射装置５と、該紫外線照射装置の下流側に配置された酸化槽６と、好気性リアクタとして生物膜濾過装置１０とを備え、難分解性有機物質を含む汚染水と紫外線照射装置５で生成されたＯＨラジカル溶解水とを酸化槽６内で混合することで、難分解性有機物質を易分解性物質に分解する１次処理を行うことができるように構成してあるとともに、酸化槽６からの１次処理水を生物膜濾過装置１０に送り込むことにより、該生物膜濾過装置内の好気性微生物で１次処理水内の易分解性物質を二酸化炭素、水その他の無害物質に分解することができるようになっている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の水にオゾンを溶解してなるオゾン溶解水に紫外線を照射してＯＨラジカルを発生させるとともに該ＯＨラジカルが溶解したＯＨラジカル溶解水を、所定の汚染物質を含んだ汚染水に混合することにより、前記汚染物質を酸化分解する汚染水の処理方法において、
前記ＯＨラジカル溶解水を前記汚染水に混合する１次処理工程の後、該１次処理工程で生じた１次処理水を微生物に接触させることにより、該１次処理水に含まれている１次処理物質を微生物分解する２次処理を行うことを特徴とする汚染水の処理方法。
【請求項２】
前記汚染物質を、ダイオキシン類、環境ホルモン、多環芳香族炭化水素（PAHs）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）等の難分解性有機物質、前記１次処理物質を易分解性物質とする請求項１記載の汚染水の処理方法。
【請求項３】
前記オゾン溶解水を生成する際、前記オゾンが混合されたオゾン混合水を２〜５ｋｇ／ｃｍ2の圧力で加圧する請求項１又は請求項２記載の汚染水の処理方法。
【請求項４】
前記圧力を、２〜５ｋｇ／ｃｍ2に代えて、３〜４ｋｇ／ｃｍ2とする請求項３記載の汚染水の処理方法。
【請求項５】
前記２次処理工程の際、空気中の成分比率よりも高い成分比率で酸素が含まれている高濃度酸素含有気体を水に混合して酸素混合水を生成するとともに該酸素混合水を所定の圧力で加圧して酸素溶解水とし、該酸素溶解水を減圧して酸素微細気泡が生成してなる微細気泡水を前記１次処理水とともに前記微生物に接触させる請求項１又は請求項２記載の汚染水の処理方法。
【請求項６】
前記圧力を２〜５ｋｇ／ｃｍ2とする請求項５記載の汚染水の処理方法。
【請求項７】
前記圧力を、２〜５ｋｇ／ｃｍ2に代えて、３〜４ｋｇ／ｃｍ2とする請求項６記載の汚染水の処理方法。
【請求項８】
前記２次処理で生成された２次処理水を前記オゾン又は前記酸素が溶解される水として還流させる請求項１乃至請求項７のいずれか一記載の汚染水の処理方法。
【請求項９】
所定の汚染物質を含んだ汚染水が貯留される調整槽と、オゾン発生装置と、該オゾン発生装置の出力側と所定の水供給手段とが接続されたオゾン溶解装置と、該オゾン溶解装置の出力側が接続された紫外線照射装置と、前記調整槽と連通接続され前記紫外線照射装置の出力側が接続された酸化槽とからなる汚染水の処理装置において、
前記酸化槽を好気性バイオリアクターの入力側に連通接続したことを特徴とする汚染水の処理装置。
【請求項１０】
前記汚染物質を、ダイオキシン類、環境ホルモン、多環芳香族炭化水素（PAHs）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）等の難分解性有機物質とした請求項９記載の汚染水の処理装置。
【請求項１１】
前記オゾン溶解装置を、所定の液液混合器を介して入力側が前記水供給手段に連通接続された加圧ポンプと、該加圧ポンプの出力側が入力側に接続され出力側が前記紫外線照射装置の入力側に接続されたオゾン溶解タンクと、前記加圧ポンプと前記オゾン溶解タンクとを結ぶ加圧ラインから分岐された循環ラインに配置された流量調節バルブ及び流量計と、その下流側に配置された気液混合器とで構成し、前記気液混合器の出力側を前記液液混合器の吸引側に接続するとともに前記オゾン発生装置の出力側を前記気液混合器の吸引側に接続し、前記紫外線照射装置の下流側に減圧弁を設けた請求項９又は請求項１０記載の汚染水の処理装置。
【請求項１２】
空気中の成分比率よりも高い成分比率で酸素が含まれている高濃度酸素含有気体を水に混合して酸素混合水を生成するとともに該酸素混合水を所定の圧力で加圧して酸素溶解水を生成可能な酸素水生成装置を備えるとともに、該酸素水生成装置の出力側を所定の減圧弁を介して前記好気性バイオリアクターの入力側に接続した請求項９又は請求項１０記載の汚染水の処理装置。
【請求項１３】
前記好気性バイオリアクターを生物膜濾過装置で構成した請求項１２記載の汚染水の処理装置。
【請求項１４】
前記酸素水生成装置を、所定の液液混合器を介して入力側が前記水供給手段に連通接続された加圧ポンプと、該加圧ポンプの出力側が入力側に接続され出力側が前記好気性バイオリアクターの入力側に接続された酸素溶解タンクと、前記加圧ポンプと前記酸素溶解タンクとを結ぶ加圧ラインから分岐された循環ラインに配置された流量調節バルブ及び流量計と、その下流側に配置された気液混合器とで構成し、前記気液混合器の出力側を前記液液混合器の吸引側に接続するとともに前記気液混合器の吸引側から、空気中の成分比率よりも高い成分比率で酸素が含まれている高濃度酸素含有気体を吸引するように構成した請求項１２又は請求項１３記載の汚染水の処理装置。
【請求項１５】
前記好気性バイオリアクター又は前記生物膜濾過装置の出力側に浄水槽を連通接続するとともに該浄水槽を前記水供給手段とする請求項９乃至請求項１４のいずれか一記載の汚染水の処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工場排水等に含まれる難分解性環境汚染物質を分解処理する汚染水の処理装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ダイオキシン類、環境ホルモン、多環芳香族炭化水素（PAHs）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）といった物質は、これらを分解できる微生物が自然界に存在しないために、分解されることなく環境汚染物質として蓄積されていくことが多く、かかる難分解性汚染物質を無害化する処理技術の開発が急務となっている。
【０００３】
難分解性の汚染物質を分解する技術の一つとして、ＯＨラジカル（ヒドロキシルラジカル）を用いた廃水処理法が知られている。かかるＯＨラジカルは、オゾンと紫外線との反応によって生成され、その強い酸化力で難分解性汚染物質を分解する。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１９０９８７号公報
【特許文献２】特開２０００−２６３０７１号公報
【非特許文献１】NEDO（ネド）技術開発機構、[平成１８年１１月６日検索]、インターネット＜URL : http://www.nedo.go.jp/expo2005/ecodrain/c04.html＞
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、オゾンは、水に対する溶解度が低いため、これを溶解した水に紫外線を照射しても、十分な量のＯＨラジカルを発生させることができず、その結果、難分解性汚染物質の分解効率が悪いという問題を生じていた。
【０００６】
ちなみに、非特許文献１によれば、ＯＨラジカルの生成量を高めて難分解性汚染物質の分解効率を向上させる試みがなされており、通常のオゾンより高濃度のオゾンを溶解させることによって、ヒドロキシルラジカルの生成を促進させることができるとの開示があるものの、いかにしてオゾンを高濃度で溶解させるかという点については開示されていない。
【０００７】
加えて、特許文献２には、オゾンを加圧供給ポンプ２で原水に供給することでオゾン濃度を高める点が開示されているが、廃水である原水には浮遊物が多いために濁度が高く、かかる光透過率が小さい水に紫外線照射装置３で紫外線を照射したところで、紫外線照射率の低下が激しく、ＯＨラジカルを十分に発生させることなどできない。
【０００８】
また、オゾン発生装置や紫外線照射装置を用いた水処理法は、大量の廃水処理に適用した場合、設備コストや運転コストが大きくなって不経済になるという問題も生じていた。
【０００９】
また、透明性の高い水、例えば水道水にオゾンを溶解させ、かかるオゾン溶解水に紫外線を照射したならば、紫外線の強度低下を防止することはできるが、オゾン溶解度が本来低いために、ＯＨラジカルを十分に発生させることができないという問題は依然として解決されないままである。
【００１０】
のみならず、最終処理せねばならない水量は、処理対象である汚染水あるいは廃水の量にオゾン溶解水が加わることとなり、おのずと設備規模が大きくなるという問題も生じていた。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、難分解性有機物質を含む汚染水を効率よく無害化することが可能な汚染水の処理装置及び方法を提供することを目的とする。
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明に係る汚染水の処理方法は請求項１に記載したように、所定の水にオゾンを溶解してなるオゾン溶解水に紫外線を照射してＯＨラジカルを発生させるとともに該ＯＨラジカルが溶解したＯＨラジカル溶解水を、所定の汚染物質を含んだ汚染水に混合することにより、前記汚染物質を酸化分解する汚染水の処理方法において、
【００１３】
前記ＯＨラジカル溶解水を前記汚染水に混合する１次処理工程の後、該１次処理工程で生じた１次処理水を微生物に接触させることにより、該１次処理水に含まれている１次処理物質を微生物分解する２次処理を行うものである。
【００１４】
また、本発明にかかる汚染水の処理方法は、前記汚染物質を、ダイオキシン類、環境ホルモン、多環芳香族炭化水素（PAHs）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）等の難分解性有機物質、前記１次処理物質を易分解性物質とするものである。
【００１５】
また、本発明に係る汚染水の処理方法は、前記オゾン溶解水を生成する際、前記オゾンが混合されたオゾン混合水を２〜５ｋｇ／ｃｍ2の圧力で加圧するものである。
【００１６】
また、本発明に係る汚染水の処理方法は、前記圧力を、２〜５ｋｇ／ｃｍ2に代えて、３〜４ｋｇ／ｃｍ2とするものである。
【００１７】
また、本発明に係る汚染水の処理方法は、前記２次処理工程の際、空気中の成分比率よりも高い成分比率で酸素が含まれている高濃度酸素含有気体を水に混合して酸素混合水を生成するとともに該酸素混合水を所定の圧力で加圧して酸素溶解水とし、該酸素溶解水を減圧して酸素微細気泡が生成してなる微細気泡水を前記１次処理水とともに前記微生物に接触させるものである。
【００１８】
また、本発明に係る汚染水の処理方法は、前記圧力を２〜５ｋｇ／ｃｍ2とするものである。
【００１９】
また、本発明に係る汚染水の処理方法は、前記圧力を、２〜５ｋｇ／ｃｍ2に代えて、３〜４ｋｇ／ｃｍ2とするものである。
【００２０】
また、本発明に係る汚染水の処理方法は、前記２次処理で生成された２次処理水を前記オゾン又は前記酸素が溶解される水として還流させるものである。
【００２１】
また、本発明に係る汚染水の処理装置は請求項９に記載したように、所定の汚染物質を含んだ汚染水が貯留される調整槽と、オゾン発生装置と、該オゾン発生装置の出力側と所定の水供給手段とが接続されたオゾン溶解装置と、該オゾン溶解装置の出力側が接続された紫外線照射装置と、前記調整槽と連通接続され前記紫外線照射装置の出力側が接続された酸化槽とからなる汚染水の処理装置において、
【００２２】
前記酸化槽を好気性バイオリアクターの入力側に連通接続したものである。
【００２３】
また、本発明に係る汚染水の処理装置は、前記汚染物質を、ダイオキシン類、環境ホルモン、多環芳香族炭化水素（PAHs）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）等の難分解性有機物質としたものである。
【００２４】
また、本発明に係る汚染水の処理装置は、前記オゾン溶解装置を、所定の液液混合器を介して入力側が前記水供給手段に連通接続された加圧ポンプと、該加圧ポンプの出力側が入力側に接続され出力側が前記紫外線照射装置の入力側に接続されたオゾン溶解タンクと、前記加圧ポンプと前記オゾン溶解タンクとを結ぶ加圧ラインから分岐された循環ラインに配置された流量調節バルブ及び流量計と、その下流側に配置された気液混合器とで構成し、前記気液混合器の出力側を前記液液混合器の吸引側に接続するとともに前記オゾン発生装置の出力側を前記気液混合器の吸引側に接続し、前記紫外線照射装置の下流側に減圧弁を設けたものである。
【００２５】
また、本発明に係る汚染水の処理装置は、空気中の成分比率よりも高い成分比率で酸素が含まれている高濃度酸素含有気体を水に混合して酸素混合水を生成するとともに該酸素混合水を所定の圧力で加圧して酸素溶解水を生成可能な酸素水生成装置を備えるとともに、該酸素水生成装置の出力側を所定の減圧弁を介して前記好気性バイオリアクターの入力側に接続したものである。
【００２６】
また、本発明に係る汚染水の処理装置は、前記好気性バイオリアクターを生物膜濾過装置で構成したものである。
【００２７】
また、本発明に係る汚染水の処理装置は、前記酸素水生成装置を、所定の液液混合器を介して入力側が前記水供給手段に連通接続された加圧ポンプと、該加圧ポンプの出力側が入力側に接続され出力側が前記好気性バイオリアクターの入力側に接続された酸素溶解タンクと、前記加圧ポンプと前記酸素溶解タンクとを結ぶ加圧ラインから分岐された循環ラインに配置された流量調節バルブ及び流量計と、その下流側に配置された気液混合器とで構成し、前記気液混合器の出力側を前記液液混合器の吸引側に接続するとともに前記気液混合器の吸引側から、空気中の成分比率よりも高い成分比率で酸素が含まれている高濃度酸素含有気体を吸引するように構成したものである。
【００２８】
また、本発明に係る汚染水の処理装置は、前記好気性バイオリアクターの出力側に浄水槽を連通接続するとともに該浄水槽を前記水供給手段とするものである。
【００２９】
本発明に係る汚染水の処理装置及び方法においては、まず、オゾン発生装置で発生させたオゾンを、オゾン溶解装置で所定の水に溶解することで、オゾン溶解水を生成する。
【００３０】
一方、汚染水を調整槽に貯留しておく。
【００３１】
次に、紫外線照射装置でオゾン溶解水に紫外線を照射し、ＯＨラジカルを発生させた後、ＯＨラジカルが溶解したＯＨラジカル溶解水を酸化槽内で上述した汚染水と混合することにより、汚染物質を酸化分解する（１次処理）。
【００３２】
本発明においては、ＯＨラジカル溶解水を汚染水に混合する１次処理工程の後、該１次処理工程で生じた１次処理水を、好気性バイオリアクターに通水して微生物に接触させることにより、該１次処理水に含まれている１次処理物質を微生物分解する（２次処理）。
【００３３】
このようにすると、汚染物質は、１次処理においてＯＨラジカルによる酸化作用を受け、分子量が小さい１次処理物質へといったん分解された後、２次処理において１次処理物質が微生物によって二酸化炭素、水等の無害物質へと生分解される。
【００３４】
したがって、好気性微生物に対するＢＯＤ負荷量が低下し、かくして、好気性バイオリアクターのコンパクト化と処理操作の簡易化を図ることが可能となる。
【００３５】
汚染物質は、ＯＨラジカルによって酸化分解が可能なあらゆる物質を包摂するものとし、有機排水全般に本発明を広く適用することが可能であるが、かかる汚染物質を、ダイオキシン類、環境ホルモン、多環芳香族炭化水素（PAHs）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）等の難分解性有機物質とし、前記１次処理物質を易分解性物質としたならば、微生物による分解処理が困難な難分解性有機物質であっても、効率よくかつ確実に無害物質へと分解することが可能となる。
【００３６】
オゾンは、水道、貯水槽等で構成されてなる水供給手段から供給された水に大気圧で溶解させるようにしてもかまわないが、水に対するオゾンの溶解度が本来低いため、オゾン溶解水を生成する際、オゾンが混合されたオゾン混合水を２〜５ｋｇ／ｃｍ2の圧力で加圧するのが望ましく、さらには３〜４ｋｇ／ｃｍ2とするのが望ましい。
【００３７】
このように加圧ポンプによってオゾン濃度を高めることにより、紫外線照射装置でのＯＨラジカルの生成量を大幅に向上させることが可能となる。
【００３８】
ここで、圧力下限値を２、望ましくは３ｋｇ／ｃｍ2としたのは、それ以上低いと、オゾンを高い濃度で溶解させることができないからであり、圧力上限値を５、望ましくは４としたのは、コストパフォーマンスが低下するからである。
【００３９】
オゾン溶解装置としては例えば、所定の液液混合器を介して入力側が前記水供給手段に連通接続された加圧ポンプと、該加圧ポンプの出力側が入力側に接続され出力側が前記紫外線照射装置の入力側に接続されたオゾン溶解タンクと、前記加圧ポンプと前記オゾン溶解タンクとを結ぶ加圧ラインから分岐された循環ラインに配置された流量調節バルブ及び流量計と、その下流側に配置された気液混合器とで構成し、前記気液混合器の出力側を前記液液混合器の吸引側に接続するとともに前記オゾン発生装置の出力側を前記気液混合器の吸引側に接続し、前記紫外線照射装置の下流側に減圧弁を設けて構成することができる。
【００４０】
ここで、紫外線照射装置の下流側に減圧弁を設けてあるため、加圧ポンプによるオゾン溶解装置内の圧力は、紫外線照射装置内でもそのまま維持される。
【００４１】
そのため、紫外線照射装置内でのオゾン気泡の発生による紫外線照射率の低下を未然に防止することが可能となり、オゾン濃度の増加と相まって、ＯＨラジカルの発生量を著しく向上させることができる。
【００４２】
好気性バイオリアクター内の微生物活性を高めるべく、酸素、栄養塩等の供給は適宜行えばよいが、空気中の成分比率よりも高い成分比率で酸素が含まれている高濃度酸素含有気体を水に混合して酸素混合水を生成するとともに該酸素混合水を所定の圧力で加圧して酸素溶解水を生成可能な酸素水生成装置を備えるとともに、該酸素水生成装置の出力側を所定の減圧弁を介して前記好気性バイオリアクターの入力側に接続することにより、２次処理工程の際、酸素微細気泡が生成してなる微細気泡水を１次処理水とともに微生物に接触させるようにしたならば、微生物への酸素供給が増加して微生物活性が高くなり、２次処理における生分解の効率が著しく向上する。
【００４３】
好気性バイオリアクターとしてどのような方式のものを採用するかは任意であるが、かかる好気性バイオリアクターを生物膜濾過装置で構成したならば、好気性微生物マスと接触したときに酸素微細気泡が自壊し、その内部に包含されていた濃縮酸素は、１次処理水及び好気性微生物マスの混合液中に瞬間的にかつ高圧で放出される。そのため、酸素微細気泡との付着によって好気性微生物の酸化反応が妨げられる懸念がなくなる。
【００４４】
酸素溶解水を生成する際、酸素が混合された酸素混合水を２〜５ｋｇ／ｃｍ2の圧力で加圧するのが望ましく、さらには３〜４ｋｇ／ｃｍ2とするのが望ましい。
【００４５】
このように加圧ポンプによって酸素濃度を高めることにより、好気性バイオリアクター内での微生物活性を大幅に向上させることが可能となる。
【００４６】
ここで、圧力下限値を２、望ましくは３ｋｇ／ｃｍ2としたのは、それ以上低いと、酸素を高い濃度で溶解させることができないからであり、圧力上限値を５、望ましくは４としたのは、コストパフォーマンスが低下するからである。
【００４７】
ここで、酸素水生成装置の出力側を所定の減圧弁を介して好気性バイオリアクターの入力側に接続することにより、２次処理工程の際、酸素水生成装置で生成された酸素溶解水を好気性バイオリアクター内で減圧し、酸素微細気泡が生成してなる微細気泡水を１次処理水とともに微生物に接触させるようにしてある。
【００４８】
そのため、酸素微細気泡は、好気性微生物マスと接触してときに自壊し、その内部に包含されていた濃縮酸素は、１次処理水及び好気性微生物マスの混合液中に瞬間的にかつ高圧で放出されることとなり、かくして高い酸素吸収速度で好気性微生物マスに酸素が吸収され、好気性微生物マスの生理活性化を増進することが可能となる。
【００４９】
一方、破壊されない酸素微細気泡は、長時間にわたってリアクタ混合液に存在し、徐々に混合液に溶解する。このため、混合液の溶存酸素量は、長時間高いレベルに保持される。
【００５０】
空気中の成分比率よりも高い成分比率で酸素が含まれている高濃度酸素含有気体とは、空気を除外する概念である一方、成分比率が空気よりも大きな場合をすべて包摂する概念であって、純酸素を含むものである。
【００５１】
好気性バイオリアクターとしてどのような形式のものを採用するかは任意であるが、好気性生物マスマイクロが接触付着したときの浮上膜形成による様々な微生物障害を回避するため、浮上膜発生防止可能な生物膜濾過装置を採用するのが望ましい。
【００５２】
酸素微細気泡は、その気泡径によって、マイクロバブル、マイクロナノバブル及びナノバブルに分類され、実施形態においては主としてマイクロナノバブルを対象として説明するが、本発明においては、他の大きさの微細気泡をすべて含むものとする。
【００５３】
酸素水生成装置としては例えば、所定の液液混合器を介して入力側が前記水供給手段に連通接続された加圧ポンプと、該加圧ポンプの出力側が入力側に接続され出力側が前記好気性バイオリアクターの入力側に接続された酸素溶解タンクと、前記加圧ポンプと前記酸素溶解タンクとを結ぶ加圧ラインから分岐された循環ラインに配置された流量調節バルブ及び流量計と、その下流側に配置された気液混合器とで構成し、前記気液混合器の出力側を前記液液混合器の吸引側に接続するとともに前記気液混合器の吸引側から、空気中の成分比率よりも高い成分比率で酸素が含まれている高濃度酸素含有気体を吸引するように構成することができる。
【００５４】
オゾン又は酸素を溶解させる水を供給するための水供給手段は、例えば水道とすることができるが、好気性バイオリアクターの出力側に浄水槽を連通接続するとともに該浄水槽を水供給手段とすることにより、上述した２次処理で生成された２次処理水をオゾン又は酸素が溶解される水として還流させるのが望ましい。
【００５５】
このようにすれば、２次処理水を減容化することが可能になり、滅菌等の最終処理を行うための設備規模を大幅に縮小することが可能となる。なお、オゾン溶解プロセスにおいて、２次処理水の透明度が落ちて紫外線照射率が低下するようであれば、水供給手段を浄水槽から水道に適宜切り替えるようにすればよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５６】
以下、本発明に係る汚染水の処理装置及び方法の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。なお、従来技術と実質的に同一の部品等については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００５７】
図１は、本実施形態に係る汚染水の処理装置を示した図である。同図でわかるように、本実施形態に係る汚染水の処理装置１は、工場廃水、汚泥、浚渫泥土等の汚染水が貯留される調整槽２とその上流側に配置された沈砂槽７とを備えており、該沈砂槽を介して調整槽２内に貯留される汚染水には、汚染物質としての難分解性有機物質が混入している。難分解性有機物質としては例えば、ダイオキシン類、環境ホルモン、多環芳香族炭化水素（PAHs）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）が該当する。
【００５８】
沈砂槽７は、汚染水に混入している粗大物や土砂粗粒分を予め除去することができるようになっている。
【００５９】
処理装置１は、オゾン発生装置３と、該オゾン発生装置の出力側が接続されたオゾン溶解装置４と、該オゾン溶解装置の出力側が接続された紫外線照射装置５と、該紫外線照射装置の下流側に配置された酸化槽６とを備える。
【００６０】
紫外線照射装置５は、オゾン発生装置３で生成されたオゾンに紫外線を照射することによってＯＨラジカル（ヒドロキシルラジカル）を生成し、ＯＨラジカル溶解水として酸化槽６に供給できるようになっている。
【００６１】
酸化槽６には、減圧弁４１を介して紫外線照射装置５の出力側が接続されるとともに調整槽２内に設けられたポンプ９からの圧送管が接続された混合装置８を設置してあり、難分解性有機物質を含む汚染水と紫外線照射装置５で生成されたＯＨラジカル溶解水とを酸化槽６内で混合することで、難分解性有機物質を、１次処理物質としての易分解性物質に分解する１次処理を行うことができるように構成してある。
【００６２】
処理装置１は、好気性バイオリアクターとして生物膜濾過装置１０を備えており、該生物膜濾過装置の入力側を混合器１２を介して酸化槽６内に設置されたポンプ１１に接続してあり、酸化槽６からの１次処理水を生物膜濾過装置１０に送り込むことにより、該生物膜濾過装置内の好気性微生物で１次処理水内の易分解性物質を二酸化炭素、水その他の無害物質に分解することができるようになっている。
【００６３】
生物膜濾過装置１０は、１次処理水の接触酸化及び濾過の両作用を組み合わせた装置であって、生物膜層と該生物膜層の上方に配置された濾過層とから構成してある。
【００６４】
生物膜層は例えば、層厚が３ｍ、平均粒径が５〜１０ｍｍ程度の比較的大きな充填材層を配置して構成することが可能であり、充填材表面に形成された好気性微生物膜による有機物の生物学的酸化分解作用によって、１次処理水中のＢＯＤ基質を除去することができるようになっている。
【００６５】
濾過層は例えば、層厚が２ｍ、平均粒径が２ｍｍの濾過材で構成することが可能であり、脱離生物膜切片と排水中の浮遊物質を濾過分離することができるようになっている。
【００６６】
生物膜濾過装置１０の出力側には浄水槽１３を連通接続してあり、上述したように微生物分解処理された水を２次処理水として浄水槽１３に貯留することができるようになっている。
【００６７】
ここで、浄水槽１３内でＢＯＤ基質が除去されＢＯＤが低下した２次処理水は、該浄水槽の下流側に配置された滅菌槽１５で滅菌された後、河川等に放流されるが、オゾン溶解装置４に連通接続されたポンプ１４によって、２次処理水をオゾン溶解装置４に圧送するようになっており、浄水槽１３は、オゾン溶解装置４に水を供給する水供給手段として機能する。
【００６８】
図２は、オゾン溶解装置４を示したものである。同図でわかるように、オゾン溶解装置４は、オゾン発生装置３から供給されるオゾンを、浄水槽１３から供給される２次処理水に混合してオゾン溶解タンク２６でオゾン溶解水を生成した後、オゾン溶解タンク２６の出力側が連通接続された紫外線照射装置５にオゾン溶解水を送り出すようになっているが、オゾン溶解装置４は、入力側が浄水槽１３のポンプ１４に接続された液液混合器としてのエジェクタ２１と、該エジェクタの出力側に入力側が接続された加圧ポンプ２２と、該加圧ポンプとその出力側に接続されたオゾン溶解タンク２６との間を結ぶ加圧ラインから分岐された循環ラインに設けられた流量調節バルブ２４及び流量計２５と、該流量計の出力側が入力側に接続された気液混合器としてのエジェクタ２３とを備えており、エジェクタ２３の吸引側を上述したオゾン発生装置３に連通接続してあるとともに、エジェクタ２３の出力側をエジェクタ２１の吸引側に連通接続してある。
【００６９】
また、上述した加圧ライン上であって循環ラインへの分岐点からオゾン溶解タンク２６との間には、流量調節バルブ２７及び流量計２８を設けてあり、浄水槽１３から還流させる２次処理水の水量を調節できるように構成してある。
【００７０】
処理装置１は、空気中の成分比率よりも高い成分比率で酸素が含まれている高濃度酸素含有気体、本実施形態では純酸素を水に混合して酸素混合水を生成するとともに、該酸素混合水を所定の圧力で加圧して酸素溶解水を生成可能な酸素水生成装置１６を備えるとともに、浄水槽１３内に設置したポンプ１７によって、２次処理水が酸素水生成装置１６に圧送されるようになっており、浄水槽１３は、酸素水生成装置１６に水を供給する水供給手段としても機能する。
【００７１】
図３は、酸素水生成装置１６を示したものである。同図でわかるように、酸素水生成装置１６は、酸素供給装置１９から供給される純酸素を、浄水槽１３から供給される２次処理水に混合して酸素溶解タンク３６で酸素溶解水を生成した後、酸素溶解タンク３６の出力側に接続された減圧弁４２及び混合器１２を介して、酸素微細気泡が生成してなる微細気泡水を生物膜濾過装置１０に送り込むようになっているが、酸素水生成装置１６は、入力側が浄水槽１３のポンプ１７に接続された液液混合器としてのエジェクタ３１と、該エジェクタの出力側に入力側が接続された加圧ポンプ３２と、該加圧ポンプとその出力側に接続された酸素溶解タンク３６との間を結ぶ加圧ラインから分岐された循環ラインに設けられた流量調節バルブ３４及び流量計３５と、該流量計の出力側が入力側に接続された気液混合器としてのエジェクタ３３とを備えており、エジェクタ３３の吸引側を上述した酸素供給装置１９に連通接続してあるとともに、エジェクタ３３の出力側をエジェクタ３１の吸引側に連通接続してある。
【００７２】
また、上述した加圧ライン上であって循環ラインへの分岐点と酸素溶解タンク３６との間には、流量調節バルブ３７及び流量計３８を設けてあり、浄水槽１３から還流させる２次処理水の水量を調節できるように構成してある。
【００７３】
本実施形態に係る汚染水の処理装置１を用いて汚染水内の難分解性有機物質を二酸化炭素、水等の無害物質に分解するには、まず、難分解性有機物質を含んだ汚染水を沈砂槽７に入れて粗大物や土砂粗粒分を除去した上、調整槽２に予め貯留しておく。
【００７４】
次に、オゾン発生装置３で発生させたオゾンを、オゾン溶解装置４で２次処理水に溶解することでオゾン溶解水を生成する。
【００７５】
次に、紫外線照射装置５でオゾン溶解水に紫外線を照射し、ＯＨラジカルを発生させた後、ＯＨラジカルが溶解したＯＨラジカル溶解水を酸化槽６内で上述した汚染水と混合することにより、難分解性有機物質を易分解性物質に分解する（１次処理）。
【００７６】
次に、１次処理工程で生じた１次処理水を、混合器１２を介して生物膜濾過装置１０に通水して微生物に接触させることにより、該１次処理水に含まれている易分解性物質を微生物分解する（２次処理）。
【００７７】
このようにすると、難分解性有機物質は、１次処理においてＯＨラジカルによる酸化作用を受けて易分解性物質にいったん分解された後、２次処理において易分解性物質が微生物によって二酸化炭素、水等の無害物質へと生分解される。
【００７８】
オゾン溶解装置４でオゾン溶解水を生成するにあたっては、浄水槽１３から供給される２次処理水にオゾン発生装置３から供給されるオゾンを混合し、これを加圧ポンプ２２で加圧することで、オゾンを高濃度で溶解できる状態のオゾン混合水とし、かかるオゾン混合水をオゾン溶解タンク２６に滞留させることで高濃度のオゾン溶解水を生成するが、オゾンは、２次処理水に直接混合するのではなく、加圧ポンプ２２とオゾン溶解タンク２６との間を結ぶ加圧ラインから循環ラインを分岐するとともに該循環ラインを流れる循環水の流量を流量調節バルブ２４で調整し、次いで、流量が調整された循環水にオゾンをエジェクタ２３でいったん混合した後、エジェクタ２１で２次処理水に混合する。
【００７９】
このようにすることで、加圧操作に影響されることなく、オゾン濃度を設定することが可能となる。
【００８０】
このとき、オゾン発生装置３内に設けられた流量計（図示せず）でオゾンの流量を監視するとともに流量計２５で循環水の流量を監視しながら、オゾンが所望の濃度で混合されるように、オゾン発生装置３内に設けられた流量調節バルブ（図示せず）及び流量調節バルブ２４を制御するとともに、オゾン混合水内のオゾンがすべて溶解するように、加圧ポンプ２２の圧力を設定する。
【００８１】
加圧ポンプ２２の圧力は、２〜５ｋｇ／ｃｍ2、望ましくは３〜４ｋｇ／ｃｍ2に設定するのがよい。
【００８２】
ここで、圧力下限値を２、望ましくは３ｋｇ／ｃｍ2としたのは、それ以上低いと、オゾンを十分に溶解させることができないからであり、圧力上限値を５、望ましくは４としたのは、コストパフォーマンスが低下するからである。
【００８３】
なお、オゾンの流量を一定の値に設定し、流量計２５で循環水の流量を監視しながら、オゾンが所望の濃度で混合されるように、流量調節バルブ２４だけを制御するようにしてもよいし、逆に、循環水の流量を一定の値に設定し、オゾン発生装置３内に設けられた流量計（図示せず）でオゾンの流量を監視しながら、オゾンが所望の濃度で混合されるように、オゾン発生装置３内に設けられた流量調節バルブ（図示せず）だけを制御するようにしてもかまわない。
【００８４】
加えて、処理装置１の試運転時において、オゾンが所望の濃度で混合されるように、オゾン発生装置３内におけるオゾンの流量及びオゾン溶解装置４内における循環水の流量を適切に定めることができるのであれば、通常運転時において、流量調節バルブ（図示せず）及び流量調節バルブ２４を制御する必要はない。
【００８５】
ここで、紫外線照射装置５の下流側に減圧弁４１を設けてあるため、加圧ポンプ２２によるオゾン溶解装置４内の圧力は、紫外線照射装置５内でもそのまま維持される。
【００８６】
そのため、紫外線照射装置５内でのオゾン気泡の発生による紫外線照射率の低下を未然に防止することが可能となり、オゾン濃度の増加と相まって、ＯＨラジカルの発生量を著しく向上させることができる。
【００８７】
酸化槽６内で難分解性有機物質を易分解性物質に分解するにあたっては、汚染水及びＯＨラジカル溶解水を、酸化槽６内の攪拌装置（図示せず）によって例えば２時間程度攪拌する。
【００８８】
ここで、ＯＨラジカルによる低分子化の程度は、酸化槽６の槽内液のＢＯＤ／ＴＯＣ値によって知ることができるので、ＢＯＤ／ＴＯＣ値が０．５以上（生物学的易分解性の目安）となるように、オゾン発生装置３におけるオゾン必要量と、酸化槽６内の反応時間とをそれぞれ決定する。
【００８９】
例えばＰＶＡを含有する汚染水のＢＯＤ／ＴＯＣ値が０．５の場合、反応時間を２時間とすると、必要なオゾン必要量は、１．０〜１．２mg／ＴＯＣmgとなる。
【００９０】
１次処理水を生物膜濾過装置１０で生分解するにあたっては、該生物膜濾過装置内での溶存酸素濃度が２〜３ｍｇ／Ｌに維持されるよう、純酸素ガスを水に混合して酸素混合水とし、これを所定の圧力で加圧することで、高濃度の酸素が溶解してなる酸素溶解水を酸素水生成装置１６で生成し、これを減圧弁４２及び混合器１２を介して１次処理水とともに生物膜濾過装置１０に供給する。
【００９１】
このようにすると、生物膜濾過装置１０内では、好気性微生物の活性が高まり、生分解がより促進される。
【００９２】
すなわち、酸素水生成装置１６で生成された酸素溶解水は、減圧弁４２を通過した後、生物膜濾過装置１０内で減圧され、酸素微細気泡が生成してなる微細気泡水となり、かかる微細気泡水が１次処理水とともに微生物に接触する。
【００９３】
酸素微細気泡であるマイクロナノバブルが好気性微生物マスと接触すると、マイクロナノバブルは自壊し、内部に包含していた濃縮酸素は、１次処理水及び好気性微生物マスの混合液中に瞬間的にかつ高圧で放出される。
【００９４】
また、かかる放出は、放出酸素の分圧が水分圧より高いため、混合液の物理的条件にあまり影響されることはなく、また、酸素の水に移行する速度（酸素溶解速度）が大きい。したがって、好気性微生物マスの酸素吸収速度も大きくなり、好気性微生物マスの生理活性化を増進する。
【００９５】
一方、破壊されないマイクロナノバブルは、長時間にわたってリアクタ混合液に存在し、徐々に混合液に溶解する。このため、混合液の溶存酸素量は、長時間高いレベルに保持される。
【００９６】
したがって、酸素マイクロナノバブルの好気性微生物への酸素供給により、好気性微生物は生理活性を増進させ、１次処理水中の易分解性物質に対する分解能を高いレベルで維持することが可能となる。
【００９７】
酸素水生成装置１６で酸素溶解水を生成するにあたっては、浄水槽１３から供給される２次処理水に酸素供給装置１９から供給される酸素を混合し、これを加圧ポンプ３２で加圧することで、酸素を高濃度で溶解できる状態の酸素混合水とし、かかる酸素混合水を酸素溶解タンク３６に滞留させることで高濃度の酸素溶解水を生成するが、酸素は、２次処理水に直接混合するのではなく、加圧ポンプ３２と酸素溶解タンク３６との間を結ぶ加圧ラインから循環ラインを分岐するとともに該循環ラインを流れる循環水の流量を流量調節バルブ３４で調整し、次いで、流量が調整された循環水に酸素をエジェクタ３３でいったん混合した後、エジェクタ３１で２次処理水に混合する。
【００９８】
このようにすることで、加圧操作に影響されることなく、酸素濃度を設定することが可能となる。
【００９９】
このとき、酸素水生成装置１６内に設けられた流量計（図示せず）で酸素の流量を監視するとともに流量計３５で循環水の流量を監視しながら、酸素が所望の濃度で混合されるように、酸素水生成装置１６内に設けられた流量調節バルブ（図示せず）及び流量調節バルブ３４を制御するとともに、酸素混合水内の酸素がすべて溶解するように、加圧ポンプ３２の圧力を設定する。
【０１００】
加圧ポンプ３２の圧力は、２〜５ｋｇ／ｃｍ2、望ましくは３〜４ｋｇ／ｃｍ2に設定するのがよい。
【０１０１】
ここで、圧力下限値を２、望ましくは３ｋｇ／ｃｍ2としたのは、それ以上低いと、酸素を十分に溶解させることができないからであり、圧力上限値を５、望ましくは４としたのは、コストパフォーマンスが低下するからである。
【０１０２】
なお、酸素の流量を一定の値に設定し、流量計３５で循環水の流量を監視しながら、酸素が所望の濃度で混合されるように、流量調節バルブ３４だけを制御するようにしてもよいし、逆に、循環水の流量を一定の値に設定し、酸素供給装置１９内に設けられた流量計（図示せず）で酸素の流量を監視しながら、酸素が所望の濃度で混合されるように、酸素供給装置１９内に設けられた流量調節バルブ（図示せず）だけを制御するようにしてもかまわない。
【０１０３】
加えて、処理装置１の試運転時において、酸素が所望の濃度で混合されるように、酸素供給装置１９内における酸素の流量及び酸素水生成装置１６内における循環水の流量を適切に定めることができるのであれば、通常運転時において、流量調節バルブ（図示せず）及び流量調節バルブ３４を制御する必要はない。
【０１０４】
以上説明したように、本実施形態に係る汚染水の処理装置１及び方法によれば、難分解性有機物質は、１次処理においてＯＨラジカルによる酸化作用を受けて易分解性物質にいったん分解された後、２次処理において易分解性物質が微生物によって二酸化炭素、水等の無害物質へと生分解される。したがって、難分解性有機物質を効率よくかつ確実に無害物質へと分解することが可能となる。
【０１０５】
また、本実施形態に係る汚染水の処理装置１及び方法によれば、オゾン溶解水を生成する際、加圧ポンプ２２によってオゾン濃度を高めることにより、紫外線照射装置５でのＯＨラジカルの生成量を大幅に向上させることが可能となる。
【０１０６】
また、本実施形態に係る汚染水の処理装置１及び方法によれば、紫外線照射装置５の下流側に減圧弁４１を設けてあるため、加圧ポンプ２２によるオゾン溶解装置４内の圧力は、紫外線照射装置５内でもそのまま維持される。
【０１０７】
そのため、紫外線照射装置５内でのオゾン気泡の発生による紫外線照射率の低下を未然に防止することが可能となり、オゾン濃度の増加と相まって、ＯＨラジカルの発生量を著しく向上させることができる。
【０１０８】
また、本実施形態に係る汚染水の処理装置１及び方法によれば、２次処理工程の際、純酸素からなる微細気泡を１次処理水とともに微生物に接触させるようにしたので、微生物への酸素供給が増加して酵素活性が高くなり、２次処理における生分解の効率が著しく向上する。
【０１０９】
また、本実施形態に係る汚染水の処理装置１及び方法によれば、酸素水生成装置１６の出力側を減圧弁４２及び混合器１２を介して生物膜濾過装置１０の入力側に接続することにより、２次処理工程の際、酸素微細気泡が生成されてなる微細気泡水が１次処理水とともに微生物に接触するように構成したので、酸素微細気泡は、好気性微生物マスと接触したときに自壊し、その内部に包含されていた濃縮酸素は、１次処理水及び好気性微生物マスの混合液中に瞬間的にかつ高圧で放出されることとなり、かくして高い酸素吸収速度で好気性微生物マスに酸素が吸収され、好気性微生物マスの生理活性化を増進することが可能となる。
【０１１０】
加えて、酸素微細気泡が好気性微生物に付着して該微生物の酸化反応が妨げられる懸念もない。
【０１１１】
また、本実施形態に係る汚染水の処理装置１及び方法によれば、浄水槽１３を水供給手段とし、２次処理で生成された２次処理水を、オゾンが溶解される水としてオゾン溶解装置４に還流させるとともに、酸素が溶解される水として酸素水生成装置１６に還流させるようにしたので、２次処理水を減容化することが可能になり、滅菌等の最終処理を行うための設備規模を大幅に縮小することが可能となる。
【０１１２】
本実施形態では、汚染物質を難分解性有機物質としたが、本発明はかかる物質に限定されるものではなく、有機排水全般に広く適用することができる。
【実施例】
【０１１３】
本実施形態に係る汚染水の処理装置１及び方法を、生物学的難分解性物質ＰＶＡを含有する綿布サイジング工場排水の処理に適用した。
【０１１４】
工場排水の水質は以下の通りである。
ＳＳ    ：  ４５８ｍｇ／Ｌ
ｐＨ    ：  ８．２
ＣＯＤ  ：  ３６５ｍｇ／Ｌ
ＢＯＤ  ：  ５１１ｍｇ／Ｌ
ＴＯＣ  ：１３４０ｍｇ／Ｌ
排水処理量：２ｍ3／時間、２４ｍ3／日
以下、処理結果である。
【０１１５】
［易分解化］
オゾン注入量  １ｍｇＯ3／Ｌ−排水量
反応時間：１時間  ＢＯＤ／ＴＯＣ=０．４３
オゾン注入量  １ｍｇＯ3／Ｌ−排水量
反応時間：２時間  ＢＯＤ／ＴＯＣ=０．５５
オゾン注入量  ２ｍｇＯ3／Ｌ−排水量
反応時間：１時間  ＢＯＤ／ＴＯＣ=０．６１
オゾン注入量  ２ｍｇＯ3／Ｌ−排水量
反応時間：２時間  ＢＯＤ／ＴＯＣ=０．６７
オゾン注入量  ４ｍｇＯ3／Ｌ−排水量
反応時間：１時間  ＢＯＤ／ＴＯＣ=０．７９
オゾン注入量  ４ｍｇＯ3／Ｌ−排水量
反応時間：２時間  ＢＯＤ／ＴＯＣ=０．８２
【０１１６】
［ＢＯＤ除去率］
ＢＯＤ／ＴＯＣ=０．４３  ＢＯＤ負荷１ｋｇ／ｍ3・日  ＢＯＤ除去率８２％  
ＢＯＤ／ＴＯＣ=０．４３  ＢＯＤ負荷３ｋｇ／ｍ3・日 ＢＯＤ除去率７４％
ＢＯＤ／ＴＯＣ=０．６１  ＢＯＤ負荷１ｋｇ／ｍ3・日  ＢＯＤ除去率８２％
ＢＯＤ／ＴＯＣ=０．６１  ＢＯＤ負荷３ｋｇ／ｍ3・日  ＢＯＤ除去率９３％
ＢＯＤ／ＴＯＣ=０．７９  ＢＯＤ負荷４ｋｇ／ｍ3・日  ＢＯＤ除去率９１％
ＢＯＤ／ＴＯＣ=０．８２  ＢＯＤ負荷４ｋｇ／ｍ3・日  ＢＯＤ除去率９６％
ここで、ＢＯＤ／ＴＯＣ値及びＢＯＤ除去率は、サンプル数各々２０の平均値である。 
【０１１７】
上記の結果、ＢＯＤ負荷４ｋｇ／ｍ3・日まで増加しても、ＢＯＤ／ＴＯＣ値の増加に伴い、ＢＯＤ除去率が上昇することがわかった。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【図１】本実施形態に係る汚染水の処理装置の概略図。
【図２】オゾン溶解装置４を示した図。
【図３】酸素水生成装置１６を示した図。
【符号の説明】
【０１１９】
１                            汚染水の処理装置
２                            調整槽
３                            オゾン発生装置
４                            オゾン溶解装置
５                            紫外線照射装置
６                            酸化槽
１０                          生物膜濾過装置（好気性バイオリアクター）
１３                          浄水槽
１６                          酸素水生成装置
２１                          エジェクタ（液液混合器）
２２                          加圧ポンプ
２３                          エジェクタ（気液混合器）
２４                          流量調節バルブ
２５                          流量計
２６                          オゾン溶解タンク
【図１】
2008126125.tif 000003
【図２】
2008126125.tif 000004
【図３】
2008126125.tif 000005