(57)【要約】【課題】  オゾン処理に過酸化水素を組み合わせた促進酸化処理において、ヒドラキシラジカルの生成効率を従来より高める。【解決手段】  被処理水にオゾンを注入するエジェクタ４により、過酸化水素を同時注入する。エジェクタ４の上流側で過酸化水素を注入する場合、注入された過酸化水素がエジェクタ４に到達までに単独で有機物質と反応して消費されるため、オゾンに対する過酸化水素の混合比率が不正確になる。エジェクタ４の下流側で過酸化水素を注入する場合は、先に注入されたオゾンが過酸化水素と反応を始めるまでの間に単独で有機物質と反応して消費されるため、やはり前記混合比率が不正確になる。エジェクタ４でオゾンと同時に過酸化水素を注入することにより、それぞれの単独消費が避けられる。その結果、前記混合比率が正確になり、適正比率が得られる。また、エジェクタ４内で両者が強力に攪拌される。これらのため、ヒドラキシラジカルが効率的に生成される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エジェクタを用いて被処理水にオゾンを注入する水処理方法において、オゾンを注入するエジェクタにより、前記被処理水に過酸化水素を注入することを特徴とする水処理方法。
【請求項２】
被処理水を加圧してエジェクタに流通させる被処理水流通系統と、前記エジェクタにオゾンを供給するオゾン供給系統と、前記エジェクタに過酸化水素を供給する過酸化水素供給系統とを具備することを特徴とする水処理装置。
【請求項３】
被処理水にオゾンを注入するために使用するエジェクタであり、負圧混合部に２以上の注入剤吸い込み口を有することを特徴とする水処理用エジェクタ。
【請求項４】
２以上の注入剤吸い込み口のうちのうちの少なくとも一つはオゾン吸い込み口であり、別の少なくとも一つは過酸化水素吸い込み口である請求項３に記載の水処理用エジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オゾンを使用する水処理方法及び装置並びにその水処理に使用されるエジェクタに関し、更に詳しくは、過酸化水素を併用する促進酸化処理による水処理方法及び装置並びにその水処理に使用されるエジェクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、オゾン単独で処理困難な物質（ＣＯＤ，ダイオキシン類などの難分解性成分）が含まれる排水（最終処分場浸出水、焼却炉排ガス洗浄排水等）が多数ある。このような処理困難な物質を含有する有機排水の処理方法としては、オゾン処理に過酸化水素を組み合わせた促進酸化処理の実用化が進んでいる。
【０００３】
オゾン処理に過酸化水素を組み合わせた促進酸化処理では、オゾンより酸化力が大きいヒドロキシラジカルが生成し、これによって処理困難な物質も効率的に分解される。水処理システムとしては、エジェクタを用いて被処理水にオゾンを注入するものが高効率とされており、そのエジェクタの上流側又は下流側で過酸化水素を注入するのが通例である（特許文献１，２参照）
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１１４８５号公報
【０００５】
【特許文献２】特開２００２−７９２４７号公報
【０００６】
このような促進酸化処理では、できるだけ多くのヒドロキシラジカルを生成することが要求される。ところが、これまでの促進酸化処理では、オゾン注入量と過酸化水素注入量から推定される量よりも少ないヒドロキシラジカルしか生成されないことが判明した。
【０００７】
なお、出願人はダイオキシン類の低減を目的とした高性能の促進酸化処理システムやプール水の処理を目的とした小型の促進酸化処理システムの納入を終えているが、いずれのシステムでも、過酸化水素の注入は、エジェクタの上流側に配置された気液分離反応槽で行っている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、オゾン処理に過酸化水素を組み合わせた促進酸化処理において、ヒドロキシラジカルの生成効率を従来より高めることができる水処理方法及び装置並びに水処理用エジェクタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前述したとおり、オゾン注入にエジェクタを用いる促進酸化処理システムでは、エジェクタの上流側又は下流側で過酸化水素の注入が行われる。具体的には、エジェクタの上流側又は下流側のタンクで注入が行われる。なぜなら、配管での注入は水圧のために困難であり、ポンプによる強制注入も気泡が侵入して難しいため、タンクで注入を行わざるを得ないからである。本発明者はこのような過酸化水素の注入ポイントについて詳細な検討を行った結果、ヒドロキシラジカルが最も効率よく生成する注入ポイント、及び実装置で容易に注入可能となる注入装置に関し、次のような知見を得た。
【００１０】
オゾンも過酸化水素も単独で酸化力を有し、被処理水中の有機物質と反応して消費される。このため、エジェクタの上流側のタンクで過酸化水素を注入する場合は、注入された過酸化水素がエジェクタに至るまでの間に被処理水中の有機物質と反応して消費されてしまう。反対に、エジェクタの下流側のタンクで過酸化水素を注入する場合は、エジェクタで注入されたオゾンが過酸化水素注入ポイントに至るまでの間に被処理水中の有機物質と反応して消費されてしまう。その結果、いずれの場合も、オゾンに対する過酸化水素の混合比率が不正確になる。
【００１１】
促進酸化処理におけるヒドロキシラジカルの生成では、オゾンに対する過酸化水素の混合比率が重要であり、過酸化水素が少なすぎる場合も多すぎる場合もヒドロキシラジカル量は減少する。即ち、過酸化水素は、ヒドロキシラジカルの生成源であると同時に、ヒドロキシラジカルにより消費されるラジカルスカベンジャーでもある。このため、過酸化水素が少なすぎる場合にヒドロキシラジカル量が減少するのは勿論のこと、多すぎる場合もヒドロキシラジカルが余剰の過酸化水素と反応するためにヒドロキシラジカル量が減少し、その結果として、オゾンに対する過酸化水素の混合比率には最適値が存在することになるのである。
【００１２】
これらの理由のため、オゾンと過酸化水素の注入形態としては、両者の無効消費がなく最適比率の確保が容易な同時注入が効果的となり、その同時注入ポイントとしては、負圧による吸い込みが行われるエジェクタが効率的であることが判明した。ちなみに、エジェクタの上流側又は下流側のタンクで過酸化水素の注入を行う従来の促進酸化処理の場合は、注入されたオゾンや過酸化水素が混合するまでに無効消費されるため、最適比率が得られず、ヒドロキシラジカルの生成量の減少が避けられないことになる。
【００１３】
本発明の水処理方法及び装置並びに水処理用エジェクタは、かかる知見を基礎として完成されたものであり、その水処理方法は、エジェクタを用いて被処理水にオゾンを注入する水処理方法において、オゾンを注入するエジェクタにより、前記被処理水に過酸化水素を注入するものである。
【００１４】
また、本発明の水処理装置は、被処理水を加圧してエジェクタに流通させる被処理水流通系統と、前記エジェクタにオゾンを供給するオゾン供給系統と、前記エジェクタに過酸化水素を供給する過酸化水素供給系統とを具備するものである。
【００１５】
また、本発明の水処理用エジェクタは、被処理水にオゾンを注入するために使用するエジェクタであり、負圧混合部に２以上の注入剤吸い込み口を有するものである。
【００１６】
ここで、２以上の注入剤吸い込み口のうちの少なくとも一つはオゾン吸い込み口であり、別の少なくとも一つは過酸化水素吸い込み口である。
【００１７】
本発明では、オゾンを注入するエジェクタで過酸化水素が同時注入される。エジェクタでは、吸い込み注入が行われるので、過酸化水素の同時注入も技術的には容易であり、エジェクタでの同時注入では両者の攪拌が十分に行われる利点もある。このようなエジェクタでの同時注入と十分な攪拌とにより、オゾンや過酸化水素の無効消費が抑制され、両者の有効利用と混合比率の正確な管理の結果、ヒドロキシラジカルの生成効率が上がる。
【００１８】
また、エジェクタでの注入は、ポンプによる押し込みではなく吸い込みであるので、水圧が高い配管へ注入を行わなくてもよく、高出力ポンプが不要になる。また、過酸化水素は放置していると気泡が発生し、押し込みの場合はこの気泡でエア噛みが起こるので、実装置では配管への押し込み注入は困難であるが、エジェクタでの注入では問題がない。
【００１９】
オゾンの注入量は０．１〜３０００ｍｇ／Ｌが好ましく、最終処分場浸出水のダイオキシン類分解目的の場合は５０〜３００ｍｇ／Ｌが好ましい。これが少な過ぎると処理効果が不十分となり、多過ぎる場合は経済性が悪化する。
【００２０】
オゾンに対する過酸化水素の混合比率は０．０５〜１０の範囲内で選択するのが好ましく、ダイオキシン類を対象とする場合は０．０５〜１の範囲内で選択するのが好ましい。この範囲内に存在する最適比率に対して、混合比率が小さ過ぎても大き過ぎてもヒドロキシラジカルの生成効率が低下することは前述したとおりである。なお、最適比率に関しては、被処理水の水質、対象物質により固有の最適比率が存在するので、ラボテストによりその被処理水に合った最適比率を見つけ出し、設計を行うことにより、その最適比率か実現される。
【００２１】
使用するオゾンガスとしては、同じオゾン注入率の場合、高い方がガス量が少なくてすみ、水へのオゾンの溶解効率が向上するので、オゾン濃度が１２０ｇ／Ｎｍ3 以上の高濃度オゾンガスが好ましい。ガス量が少ない場合は、エジェクタによる過酸化水素の吸い込みも安定する。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の水処理方法は、オゾン処理に過酸化水素を組み合わせた促進酸化処理において、オゾンを注入するエジェクタで過酸化水素を同時的に注入することにより、ヒドロキシラジカルの生成効率を従来より高めることができ、処理効率を高めることができる。
【００２３】
本発明の水処理装置は、被処理水を加圧してエジェクタに流通させる被処理水流通系統と、前記エジェクタにオゾンを供給するオゾン供給系統と、前記エジェクタに過酸化水素を供給する過酸化水素供給系統とを具備し、エジェクタでオゾンと過酸化水素を同時的に注入することにより、ヒドロキシラジカルの生成効率を従来より高めることができ、処理効率を高めることができる。
【００２４】
本発明の水処理用エジェクタは、負圧混合部に２以上の注入剤吸い込み口を有することにより、オゾンと過酸化水素の同時的な注入を可能にしている。これにより、ヒドロキシラジカルの生成効率を従来より高めることができ、処理効率を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の一実施形態を示す水処理装置の構成図、図２は同水処理装置に使用されたエジェクタの断面図である。
【００２６】
本実施形態では、ダイオキシン類などの難分解性有害物質を含む被処理水をオゾン、過酸化水素及び紫外線照射により処理する３元系の促進酸化処理システムである。その被処理水は、図１に示すように、先ず気液分離反応槽１に導入される。気液分離反応槽１は堰２により上流部と下流部に分離されており、被処理水は気液分離槽１の下流部に導入される。
【００２７】
気液分離槽１の下流部に導入された被処理水は、循環ポンプ３により加圧されてスリーブ状のエジェクタ４に送られる。エジェクタ４は、図２に示すように、入側から出側へかけて連設された、先絞りの絞り部４１、ストレートな負圧混合部４２及びスロート部４３、並びに先拡がりの拡大部４４を有しており、負圧混合部４２で、二つの吸い込み部４５，４６を通して外部の気体や液体を吸い込むことができ、また、吸い込んだ流体を、絞り部４１を通ってきた被処理水に十分に混合させることができる構成になっている。
【００２８】
二つの吸い込み部４５，４６は、負圧混合部４２を挟む対称２位置に、負圧混合部４２に連通するように、エジェクタ４を半径方向に貫通して設けられている。一方の吸い込み部４５はオゾン吸い込み部であり、オゾン発生装置８と接続されている。他方の吸い込み部４６は過酸化水素の吸い込み部であり、過酸化水素注入装置９と接続されている。いずれの吸い込み部も配管と接続するための口金がねじ込まれる口金装着部を兼ねている。
【００２９】
エジェクタ４に送られた被処理水は、その負圧混合部４２を通過するときにオゾン及び過酸化水素を同時注入される。エジェクタ４を通過した被処理水は、次にＵＶ反応塔１０に送られる。ＵＶ反応塔１０は紫外線ランプ１１を内蔵しており、当該反応塔を下から上へ長手方向に通過する被処理水に紫外線を照射する。ＵＶ反応塔１０を通過した被処理水は、気液分離槽１の上流部に戻される。そして、この被処理水が気液分離槽１の上流部から処理水として抜き出される。
【００３０】
本実施形態では、被処理水がエジェクタ４を通過するときに、オゾン発生装置８で発生したオゾンガスがその被処理水に注入される。また、過酸化水素注入装置９により過酸化水素が同時注入される。オゾンと過酸化水素が共存することにより、非常に反応性に富むヒドロキシラジカル（ＯＨ・）が生成される（化学式１）。
【００３１】
【化１】
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【００３２】
エジェクタ４の上流側で過酸化水素を注入する場合、注入された過酸化水素がエジェクタ４に到達までに単独で有機物質やその還元正物質等と反応して消費されるため、オゾンに対する過酸化水素の混合比率が不正確になる。エジェクタ４の下流側で過酸化水素を注入する場合は、先に注入されたオゾンが過酸化水素と反応を始めるまでの間に単独で有機物質やその還元正物質等と反応して消費されるため、やはりオゾンに対する過酸化水素の混合比率が不正確になる。しかるに、エジェクタ４でオゾンと同時に過酸化水素が注入されることにより、それぞれの単独消費が避けられるため、前記混合比率が正確になり、適正比率が得られる。また、エジェクタ４内で両者が強力に攪拌される。これらのため、ヒドロキシラジカルが効率的に生成される。
【００３３】
生成されたヒドロキシラジカルは、被処理水中の有機物資（ＲＨ）と反応して有機ラジカル（Ｒ・）を生成する。生成した有機ラジカル（Ｒ・）はオゾンとの反応により酸化生成物となる。かくして、被処理水中の有機物質がヒドロキシラジカルにより分解処理される（化学式２）。多量のヒドロキシラジカルが生成されることにより、有機物質の分解効率が上がる。
【００３４】
【化２】
2005118642.tif 000004
【００３５】
促進酸化処理では、被処理水のｐＨが処理効率に影響を及ぼすとされている。即ち、化学式３のとおり、被処理水中の炭酸イオンはｐＨ９以上で解離により重炭酸イオンとなる。炭酸イオンも重炭酸イオンも、ラジカルにより消費されるラジカルスカベンジャーであるが、反応速度は炭酸イオンよりも重炭酸イオンの方が約１０倍速い。このため、ｐＨを９より小さくして重炭酸イオンの生成を抑え、ラジカルの消費を抑えることが望まれる。即ち、ラジカルの消費抑制の点からは、ｐＨは９より小さいことが望まれる。
【００３６】
【化３】
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【００３７】
一方、化学式１中の（１）式で示される過酸化水素の解離はアルカリ域で進み、酸性域では進行しない。このため、ラジカル生成の点からはアルカリ域、即ちｐＨ７以上が好ましいということになる。このような事情から、オゾンに過酸化水素を組み合わせた促進酸化処理での被処理水のｐＨは、一般には６．５〜８に管理するのが好ましいとされている。
【００３８】
ところが、エジェクタ４でオゾンと過酸化水素を同時注入する場合は、被処理水のｐＨが処理効率に影響を及ぼしにくいことが、本発明者による実験から確かめられている。その理由は定かでないが、一応次のようなことが推測される。ヒドロキシラジカルの生成、消費の反応速度は非常に速い。オゾン、過酸化水素及び被処理水が同一点で出会い、強制混合を受けると、ｐＨの影響が出る前に反応が終了してしまうことが推測される。
【実施例】
【００３９】
次に、比較試験結果を示し、本発明の効果を明らかにする。図３は試験装置の構成図、図４〜図６は試験結果を示すグラフである。
【００４０】
試験装置では、貯水タンク１２内の被処理水が循環ポンプ１３によりエジェクタ１４、反応塔１５を介して貯水タンク１２に循環する閉ループが形成されている。そして、本試験では、オゾンをエジェクタ１４により毎分、被処理水１リットル当たり２ｍｇ注入する。過酸化水素は、エジェクタ１４より上流側のＡ点、エジェクタ１４内のＢ点、反応塔１５より更に下流側のＣ点、貯水タンク１２内のＤ点で注入する。過酸化水素の注入量は毎分、被処理水１リットル当たり０．２ｍｇであり、オゾンに対する過酸化水素の注入比率は０．１である。
【００４１】
試験は被処理水を閉ループに循環させながら実施した。そして処理時間０、６０、１２０、２４０分でサンプリングポートより被処理水を抜き取り、被処理水中のＴＯＣを測定した。また、試験中、排オゾンガス濃度モニターにより排オゾン量を測定し、オゾンの吸収効率を測定した。
【００４２】
過酸化水素を前記Ａ〜Ｄ点で注入した場合のオゾン吸収効率を示したのが図４である。また、各注入形態におけるＴＯＣの経時的変化を示したのが図５である。両図から分かるように、オゾン吸収効率、処理効率ともに、エジェクタ１４内（Ｂ点）での同時注入が高い値となる。
【００４３】
また、エジェクタ１４内（Ｂ点）での注入（同時注入）、貯水タンク１２内（Ｄ点）での注入について、被処理水のｐＨの影響を示したのが図５（ａ）（ｂ）である。同時注入はタンク注入と比べて被処理水のｐＨの影響を殆ど受けないことが分かる。
【００４４】
前述の実施形態では、オゾン吸い込み口４５と過酸化水素吸い込み口４６を軸方向の同じ位置に設けたが、同じ負圧部内であれば軸方向で変位させて設けることもできる。また、周方向においても、必ずしも中心線を挟む対称位置に設ける必要はない。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の一実施形態を示す水処理装置の構成図である。
【図２】同水処理装置に使用されたエジェクタの断面図である。
【図３】試験装置の構成図である。
【図４】過酸化水素の注入ポイントがオゾン吸収効率に及ぼす影響を示すグラフである。
【図５】過酸化水素の注入ポイントが処理効率に及ぼす影響を示すグラフである。
【図６】被処理水のｐＨが処理効率に及ぼす影響を、同時注入とタンク注入の場合について示すグラフである。
【符号の説明】
【００４６】
１  気液分離反応槽
２  堰
３  循環ポンプ
４  エジェクタ
４２  負圧混合部
４５  オゾン吸い込み部
４６  過酸化水素吸い込み部
８  オゾン発生装置
９  過酸化水素注入装置
１０  ＵＶ反応塔
１１  紫外線ランプ
【図１】
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【図２】
2005118642.tif 000007
【図３】
2005118642.tif 000008
【図４】
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【図５】
2005118642.tif 000010
【図６】
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