(57)【要約】【課題】  オゾンの使用効率が高く、汚水中のバクテリアや有機性化学物質などの有機性汚濁物質を効率よく酸化処理することができ、かつ環境や健康への悪影響がなく、しかも高価な設備費や多額のランニングコストを要しない安価な汚水のオゾン酸化処理システムを提供する。【解決手段】  オゾンを用いて有機性汚濁物質を含む汚水を酸化処理する汚水のオゾン酸化処理システムにおいて、オゾンを含む気体の微細な気泡を汚水中に放散させ、複数の振動板を振動数２０〜７０Ｈｚで振動させて、汚水を攪拌しながらオゾンにより酸化処理する。  上記オゾンを含む気体の微細な気泡の大きさは５〜３００μｍであることが好ましい。また、上記オゾン酸化処理システムでは余剰汚泥を含む汚水を対象とすることができる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
オゾンを用いて有機性汚濁物質を含む汚水を酸化処理する汚水のオゾン酸化処理システムであって、オゾンを含む気体の微細な気泡を汚水中に放散させ、複数の振動板を振動数２０〜７０Ｈｚで振動させて、汚水を攪拌しながらオゾンにより酸化処理することを特徴とする汚水のオゾン酸化処理システム。
【請求項２】
オゾンを含む気体の微細な気泡の大きさが５〜３００μｍであることを特徴とする請求項１記載の汚水のオゾン酸化処理システム。
【請求項３】
汚水中に余剰汚泥が含まれることを特徴とする請求項１記載の汚水のオゾン酸化処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、汚水のオゾン酸化処理システムに関し、さらに詳しくは、有機性汚濁物質を含む汚水を、少量のオゾンで効率良く酸化処理することができ、かつ環境や健康への悪影響がない汚水のオゾン酸化処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来からも、バクテリアや有機性化学物質などの有機性汚濁物質を含有する汚水を、酸化力の強いオゾンを用いて、酸化分解して浄化する方法が種々提案されている。
【特許文献１】特開平６−１５２８２号公報
【特許文献２】実開平５−８０２９１号公報
【０００３】
これらの従来法における基本的構成は、無声放電などで生成するオゾンを含有した空気や酸素ガスを、処理すべき汚水中に配した散気管やエゼクターなどを介して、汚水中に気泡                                                                              として放散させ、同時にエゼクターの水流などによって、それらの気泡をできるだけ水に溶解させることを狙いとしている。すなわち、水に溶解したオゾンを汚水中のバクテリアや有機性化学物質などの有機性汚濁物質に作用させ、 オゾンのもつ極めて優れた酸化力によって、 殺菌または酸化分解する仕組みとなっている。
【０００４】
このような従来法の最大の問題点は、オゾンを含有した気泡がごく短時間で汚水液面に浮上し、大気中に放散してしまう割合が非常に高く、僅かな量のオゾンしか水に溶解できない、ということである。一般的にオゾンの水への溶解量は、 エゼクターなどで吹き込む量の数％程度とされており、生成したオゾンの大部分は、本来の目的に使われることなく、大気中に無駄に放散していることになる。また、オゾンはその一方で、健康に悪影響を与えるガスでもあり、このような大気中に放出されたオゾンを無害化する設備が必要となる場合が多い。従って、オゾンを水に溶解させて、それで汚水中のバクテリアや有機性化学物質などの有機性汚濁物質を酸化処理する従来法では、酸化処理に必要な量以上にオゾンを生成しなければならず、また、健康面への配慮から、排気設備などが不可欠となるなど、メンテナンスを含めた設備面でのコスト高およびランニングコスト増が避けられないという問題があった。
【０００５】
また、オゾンと有機性汚濁物質との反応性を高めるために、オゾンを微細気泡化し、例えばプロペラなどの回転子によって攪拌させ、オゾンの微細気泡を効率良く、有機性汚濁物質に酸化反応させようとする提案がなれている。
【特許文献３】特開平８−１３２０９９号公報
【特許文献４】特開２０００−１８９９８１号公報
【０００６】
このような特許文献３〜４に記載の方法では、ある程度の段階まで、攪拌によって微細気泡の浮力に勝る流れを作りことが可能であるが、乱流ではない一方向の流れのため、気泡と有機性汚濁物質との接触頻度が格段に低いという問題もあった。また、高速攪拌では、空気を巻き込んだり、槽構造が円形に限定されるという問題もあった。さらに、回転に必要な動力は、回転体の大きさとともに大きくなり、前記特許文献３〜４に記載の方法は、大規模の槽内を高速に攪拌するには適しているとは言えなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決し、オゾンの使用効率が高く、汚水中のバクテリアや有機性化学物質などの有機性汚濁物質を効率よく酸化処理することができ、かつ環境や健康への悪影響がなく、しかも高価な設備費や多額のランニングコストを要しない安価な汚水のオゾン酸化処理システム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】
【０００８】
本発明は、オゾンを用いてバクテリアや有機性化学物質などの有機性汚濁物質を含む汚水を酸化処理するシステムにおいて、オゾンを含む気体の微細な気泡を汚水中に放散させ、複数の振動板を振動数２０〜７０Ｈｚで振動させて、汚水を攪拌しながらオゾンにより酸化処理することによって、オゾンの使用効率が高く、汚水中のバクテリアや有機性化学物質などの有機性汚濁物質を効率よく酸化処理することができ、かつ環境や健康への悪影響がなく、しかも高価な設備費や多額のランニングコストを要しない安価なオゾン酸化処理システムを提供し、前記課題を解決したものである。
【０００９】
本発明では、前記課題を解決するために、 ２つの技術を盛り込んでいる。その１つはオゾンの微細気泡化である。同量のオゾンを水中に効率よく溶解させるには、気泡の総表面積を大きくすることが有利であり、 オゾンの気泡を微細化することによって、これを実現できるからである。
【００１０】
また、オゾンの気泡の微細化の効果は、それだけにとどまらず、表面張力の関係で、気泡の気液界面に凝集するバクテリアや有機性化学物質などの有機性汚濁物質に気泡のオゾンが直接作用する頻度が飛躍的に高まり、 溶存オゾンの酸化作用だけでなく、ガス状態のオゾンも有機性汚濁物質の酸化分解に寄与することが判明した。
【００１１】
上記ガス状態のオゾンの有機性汚濁物質の酸化処理に寄与する割合は、相対的に低いため、 これを更に高める第２の対策として、本発明では、複数の振動板の振動を利用した攪拌技術を導入している。この目的は高速の乱流を作り出すことであって、微細気泡が短時間で汚水表面に浮上することなく、 汚水中の滞留時間を飛躍的に長くすることにある。この高速乱流により生ずる流れは微細気泡自身の浮力よりも大きいので、 気泡は長時間、汚水中を上下左右あらゆるところを、あたかも縣濁粒子のように移動し、 汚水中の有機性汚濁物質と接触する頻度が飛躍的に向上する。
【００１２】
従って、本発明では、上記２つの改良策の導入により、生成したオゾンを大気中に散逸させることなく、微細気泡表面で直接酸化作用に寄与させる割合を飛躍的に増大させ、生成オゾンをほぼ１００％有効利用することが可能となる。その結果、 従来法での課題であったオゾンの使用効率の低さと、それに起因する設備コスト、環境や健康への問題が解決でき、ユーザーの求める、安価で安全なオゾン酸化処理システムの提供が可能となる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、オゾンの使用効率が高く、汚水中の有機性汚濁物質を効率よく酸化処理することができ、かつ環境や健康に悪影響を及ぼすことなく、しかも高価な設備費や多額のランニングコストを要しない安価な汚水のオゾン酸化処理システムを提供することができる。
【００１４】
すなわち、本発明では、オゾンの使用効率が高いので、オゾンの使用量が少なくて済み、また、汚水中の有機性汚濁物質を効率よく酸化処理することができるので、汚水の浄化効率が高くなる。また、本発明では、生成したオゾンを大気中に散逸させることが少ないので、環境や健康に悪影響を及ぼすことがなく、また、オゾンの有効利用に加えて、排気設備なども不要になるので、高価な設備や多額のランニングコストを要することなく、汚水を酸化処理することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明においては、振動板の振動数を２０〜７０Ｈｚの範囲で振動させることが必要である。振動板の振動数をこの範囲に設定すれば、オゾン酸化処理槽の水面を乱さず、オゾンを大気中に放出することなく、オゾンと汚水中の有機性汚濁物質との反応効率を高めることができる。振動板の材質やサイズは、攪拌するオゾン酸化処理槽の大きさにあわせて適宜選択することができるが、機械的強度や耐食性に問題が発生しない材質であればよく、振動板の長さは、おおむねオゾン酸化処理槽の長さの１／３〜１／４（これは片側壁面にのみ振動板設置の場合であり、両壁面に振動板を設置する場合はその半分程度）が好ましい。その厚みも振動時の耐久性に問題ないものであれば構わない。また、振動板の枚数や振幅についても、汚水の性状や槽構造により、適宜選択すればよいが、振動板の振幅は１〜２０ｍｍ程度が適している。
【００１６】
本発明において、オゾンを含む気体の微細な気泡の大きさは５μｍ〜３００μｍであることが好ましい。上記気泡の大きさをこの範囲内に調整することにより、浮力を小さくし、大気中への放出量を減らすと共に、少ないエネルギーで、汚水を浄化できる。この気泡の大きさのより好ましい範囲は２０μｍ〜１００μｍである。このようなオゾンを含む気体の気泡の大きさは、例えば、次のような方法で制御できる。後記の実施例に示すように、水中に導入するガスを、モーターの回転羽根で水と共に高速専断しつつ攪拌する方法では、回転羽根の形状や回転数、導入ガス量などで制御することができる。また、その気泡の大きさは、例えば、顕微鏡用目盛板とファイバースコープ式の実態顕微鏡で、焦点近傍を通過する気泡の撮影像によって測定することができる。
【００１７】
また、本発明のオゾン酸化処理システムでは、余剰汚泥が含まれる汚水を対象にすると、余剰汚泥の可溶化率を少ないエネルギーで高めることができ、効果的である。
【００１８】
次に、本発明により、有機性汚濁物質などを含有する汚水を、オゾンを用いて酸化処理する際の好適な実施形態について、図１を用いて説明する。
【００１９】
図１において、有機性汚濁物質を含む汚水１はオゾン酸化処理槽２に貯留される。オゾンはオゾン発生装置３で生成したオゾンを含む空気または酸素ガスとして、微細気泡化装置４に導かれ、そこで、微細気泡にされ、その微細気泡化装置４からオゾン酸化処理槽２中の汚水１に微細な気泡として放散される。その際、気泡の大きさは５μｍ〜３００μｍの大きさに調整しておくことが好ましい。そして、前記オゾン酸化処理槽２の一方またはそれと対向する壁面には、複数の振動板５とそれを駆動するモーター６から構成される攪拌装置７が取り付けられており、上記振動板５の振動によって、オゾン酸化処理槽２内の汚水１には効率良く高速乱流が発生する。上記複数の振動板５は、図示のように、オゾン酸化処理槽２の壁面から汚水１にほぼ直角に取り付けられた複数の板で構成され、本発明において、この振動板５の振動数は２０〜７０Ｈｚに制御している。
【００２０】
微細気泡化装置４からオゾン酸化処理槽２内の汚水１中に放散された微細気泡は、その大きさが極めて小さいので、 それ自身の浮力より遥かに強い攪拌で生ずる乱流によって、 オゾン酸化処理槽２内を上下左右に移動しつづける。
【００２１】
この攪拌によりオゾン酸化処理槽２内に長時間滞留するオゾンの微細気泡からは、溶存オゾンが効率良く供給されると共に、オゾン含有気泡と有機性汚濁物質との直接接触頻度の高まりや、気泡への有機性汚濁物質の付着などによって、気泡自身の酸化力が直接的に有機性汚濁物質に作用することになる。その結果、生成したオゾンはほぼ１００％が汚水中の有機性汚濁物質の酸化に消費され、 外部へ漏れ出すことがほとんどない。なお、図１は本発明の汚水のオゾン酸化処理システムの処理プロセスを模式的に示すものであって、微細気泡も視認しやすいように大きく図示されているが、この微細気泡は前記のように５μｍ〜３００μｍ程度の大きさを好ましいとしているものであって、実際には、他の部材などに比べてはるかに小さいものである。
【００２２】
前記した従来技術では、一般に水中に溶解したオゾンの酸化力を使う方法であったが、 本発明では、水中に溶解したオゾンの酸化処理への寄与はもちろん、それ以外に、前記のように、微細気泡中のオゾンが直接酸化処理に寄与するので、 オゾンによる酸化処理の速度は一層迅速化される。すなわち、本発明によれば、オゾンのほぼ１００％有効利用のほかに、 高速乱流による被酸化物（有機性汚濁物質）との接触頻度の向上により、酸化処理が迅速化する。これは、溶存オゾンより、ガスのまま存在するオゾンの方が、長寿命であって、その効果が顕在化することによるものと考えられる。
【実施例】
【００２３】
次に、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。ただし、本発明はそれらの実施例に限定されるものではない。
【００２４】
実施例１
この実施例１では、オゾン酸化処理する汚水として、パラクロロフェノールを含む水を選んでいるが、これは、次の理由に基づいている。
塩素化合物の中でパラクロロフェノールなどのクロロフェノール類は、有機合成などで多用される材料であるが、難分解性であり、また毒性もあるため、 それを含む汚水は一般の生物処理ではほとんど浄化できない。しかし、この難分解性化学物質含有汚水でも、オゾンによって酸化処理すれば、そのオゾン酸化によって低分子化するので、オゾン酸化処理に続いて生物処理すれば、 浄化が可能になる。すなわち、クロロフェノール類の生物処理浄化は、通常は期待できないが、オゾン酸化処理と組み合わせれば、オゾン酸化処理によって低分子化することで、生分解性が得られるようになり、通常の生物処理が可能になる。この実施例１では、それを明らかにする。
【００２５】
この実施例１では、オゾン酸化処理する汚水としてパラクロロフェノールを８０ｍｇ／リットル含む水を選び、それをオゾン酸化処理槽に１５リットル注入し、オゾン発生装置で生成した濃度８０００ｐｐｍのオゾン含有酸素ガスを、微細気泡発生装置（野村電子社製）を通して、大きさが５０μｍから１００μｍの微細な気泡を発生させ、それをオゾン酸化処理槽内の汚水に毎分０．５リットル導入した。それと同時に振動板を作動させ、１０分間攪拌を行った後に微細気泡の供給と攪拌を停止した。振動板としては、大きさが幅６０ｍｍ、長さ１２０ｍｍ、厚さ５ｍｍのステンレス鋼（ＳＵＳ）板を用いた。また、振動板は、水深２００ｍｍの矩形型のオゾン酸化処理槽内に４枚設置し、振動数は５０Ｈｚ、振幅は６ｍｍとした。
【００２６】
次に上記のようにオゾン酸化処理した汚水を生物処理法により曝気処理した。すなわち、三角フラスコに上記オゾン酸化処理した汚水を入れ、それに栄養塩類を添加した中に、活性汚泥を加えて、攪拌しながら曝気した。使用した活性汚泥のＭＬＳＳは３５００ｍｇ／リットルで、３日間曝気処理した後、濾過した水のＣＯＤを計測した。その結果を後記の表１に示す。
【００２７】
実施例２
オゾン発生装置で生成した濃度８０００ｐｐｍのオゾン含有酸素ガスを、散気管を通して、オゾン酸化処理槽内の汚水に毎分０．５リットル放散した以外は、実施例１と同様にオゾン酸化処理およびそれに続く生物処理を行った。上記のように散気管を通して放散した気泡の大きさは１ｍｍ〜２ｍｍであった。そして、上記のようにオゾン酸化処理およびそれに続く生物処理を行った水のＣＯＤを測定した。その結果を後記の表１に示す。
【００２８】
比較例１
オゾン含有気泡の発生・導入を散気管にて行い、それと同時に行う攪拌は回転羽により行った以外は、実施例１と同様にオゾン酸化処理を行った。そして、それに続く生物処理を実施例１と同様に行った。なお、散気管により発生させた気泡のサイズは２ｍｍ〜３ｍｍであった。そして、上記のようにオゾン酸化処理およびそれに続く生物処理した水のＣＯＤを測定した。その結果を後記の表１に示す。
【００２９】
比較例２
振動板の振動数を１００Ｈｚとした以外は、実施例１と同様にオゾン酸化処理およびそれに続く生物処理を行った。そして、上記のようにオゾン酸化処理およびそれに続く生物処理した水のＣＯＤを測定した。その結果を後記の表１に示す。
【００３０】
上記のように、表１には上記実施例１〜２および比較例１〜２でオゾン酸化処理およびそれに続く生物処理した後の水中のＣＯＤ（化学的酸素要求量）を示すが、表１には、それと共に原水（すなわち、処理の対象とした水）のＣＯＤについても示す。
【００３１】
【表１】
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【００３２】
表１に示す結果から明らかなように、実施例１〜２は、比較例１〜２に比べて、生物処理後のＣＯＤが少なく、汚水を効率よく浄化することができた。この結果から、パラクロロフェノールを含む汚水は、従来のオゾン酸化処理ではそれに続いて生物処理を行ってもこの程度の短時間では浄化できないが、本発明の構成にしたオゾン酸化処理と生物処理とを組み合わせることによって、効率良く浄化できることがわかる。これは、本発明のオゾン酸化処理が、 難分解性のパラクロロフェノールを効率良く低分子化して、生分解性物質に変えることができたことによるものと考えられる。これに対して、従来のオゾン酸化処理では、酸化分解反応の効率が低く、短時間処理では充分な生分解性が得られないため、 最終的なＣＯＤが高いままであった。また、実施例１と実施例２との対比から明らかなように、オゾンを含む気体の気泡サイズの大きさを５〜３００μｍに設定することにより、ＣＯＤをより少なくすることができる。
【００３３】
実施例３
この実施例３では、バクテリアなどが生息する汚水として、下水処理場から排出される余剰汚泥に対して本発明を実施した例を説明する。余剰汚泥とは、有機性廃水を微生物処理して浄化する下水処理場において、廃水処理後の上澄水を除いた水で、増殖したバクテテリアなどを質量比で０．６〜１．５％程度含んでいる、この余剰汚泥については、その排出量を減らす目的で、微生物学的に減容化する努力がなされていて、オゾンによる酸化処理は１つの有力な方法である。汚泥の減容化では、細胞膜を酸化して、細胞内容物を溶出させる、いわゆる可溶化によって、微生物による生分解性が促進される。従って、できるだけ効率良く、少ないオゾン吹込み量で可溶化させることが、求められる。
【００３４】
固形分濃度０．６％の余剰汚泥（以下、簡略化して「汚泥」という場合がある）をオゾン酸化処理槽に１５リットル導入し、実施例２と同様の微細気泡発生装置を通して、そのオゾン酸化処理槽内中の汚泥に気泡サイズが５０μｍから１００μｍのオゾン含有酸素ガスを、毎分０．５リットル放散させた。それと同時に上記オゾン酸化処理槽の内壁に設置された振動板を振動させ、５分間攪拌を行った後に微細気泡の供給を停止し、攪拌をさらに５分間行った。振動板は、大きさが幅６０ｍｍ、長さ１２０ｍｍ、厚さ５ｍｍのステンレス鋼板であり、また、振動板は水深２００ｍｍの矩形型のオゾン酸化槽内に４枚設置し、振動数は５０Ｈｚ、振幅は６ｍｍとした。そして、原水汚泥と上記処理後の水のＤＯＣ（溶解性有機炭素濃度）とＴＯＣ（全有機炭素濃度）を測定し、それらの比率（ＤＯＣ／ＴＯＣ）を求めた。
【００３５】
比較例３
オゾン供給方法と攪拌方法を従来技術とした以外は、実施例３と同様に固形分濃度０．６％の余剰汚泥を処理した。すなわち、回転羽根で汚泥を攪拌しながら、濃度８０００ｐｐｍのオゾン含有酸素ガスを散気管で０．５リットル／分オゾン酸化処理槽内の余剰汚泥に供給し、ガス供給２．５リットル、攪拌１０分の条件で、汚泥をオゾン酸化処理した。散気管により生成させた気泡の大きさは２ｍｍから３ｍｍであった。その後、実施例３と同様に処理後の水のＤＯＣとＴＯＣを測定し、それらの比率（ＤＯＣ／ＴＯＣ）を求めた。その結果を表２に示す。
【００３６】
表２には、上記のように、実施例３および比較例３で処理した水のＴＯＣ、ＤＯＣ、ＤＯＣ／ＴＯＣを示すが、この表２には、それらにあわせて、原汚泥（固形分濃度０．６％の余剰汚泥）のＴＯＣ、ＤＯＣ、ＤＯＣ／ＴＯＣについても示す。
【００３７】
【表２】
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【００３８】
表２に示すように、実施例３で処理した場合は、ＤＯＣ／ＴＯＣが０．９２と高く、汚泥中のＴＯＣの９２％がＤＯＣに変化していて、処理効率が高く、汚泥中のＴＯＣが効率よくＤＯＣに変化していた。
【００３９】
この結果から、本発明のオゾン酸化処理システムで処理した場合には、微生物の細胞膜がオゾンの酸化力によって破壊され、細胞質が水中に溶出する可溶化が極めて効率的に進行していることがわかる。これは、微細なオゾン含有気泡が、長時間汚泥中に滞留し、それらが効率よく溶存オゾンを生成すると共に、これまでのオゾン酸化処理では期待できなかった、高速攪拌により移動することで、ガス状のオゾンと被酸化物との接触頻度が飛躍的に高まった結果によるものと考えられる。なお、比較例３における処理過程では、散気管からの気泡が短時間のうちに酸化処理槽の水面に浮上し、その臭気が顕著であった。しかし、実施例３においては、オゾンの臭気は認められなかった。
【００４０】
実施例４
この実施例４では、有機性汚濁含有汚水として、生物処理後の家畜尿汚水を用い、そのオゾン酸化処理を行った。生物処理後の家畜尿汚水は、メタン硝化液と同様に、生物処理では除去できない茶褐色の色相を呈するため、 河川放流時には、これを脱色することが求められている。この色素成分は、微生物には難分解性の有機性高分子である。
【００４１】
生物処理後の家畜尿汚水（ＣＯＤ値：２４０ｍｇ／ｌ）１５リットルを原水として、オゾン酸化処理槽に導入した。前記実施例２と同様にオゾン発生装置で生成した濃度８０００ｐｐｍのオゾン含有酸素ガスを、実施例２で用いた微細気泡発生装置を通して、オゾン酸化処理槽内の汚水に毎分０．５リットル供給し、それと共に振動板を振動させ、５分間攪拌を行った後に微細気泡の供給を停止し、振動板の振動による攪拌のみをさらに５分間行った。このプロセスで液の色は徐々に脱色され、１０分間処理後にはほぼ透明化していた。処理後の汚水のＣＯＤ値は１５０ｍｇ／リットルと減少し、河川放流基準値（１６０ｍｇ／リットル）以下になっていた。
【００４２】
比較例４
上記実施例３の微細気泡発生装置をエゼクターに代え、実施例３と同一濃度のオゾンガスを１０分間オゾン酸化処理槽へ吹き込んだ。この場合、攪拌はエゼクターの発生する水流で行った。このオゾン酸化処理を１０分間行ったときのＣＯＤ値は２００ｍｇ／ｌであり、色もかなり残ったままであった。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の汚水のオゾン酸化処理システムの処理プロセスの概要を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００４４】
１  汚水
２  オゾン酸化処理槽
３  オゾン発生装置
４  微細気泡化装置
５  振動板
６  モータ
７  攪拌装置
【図１】
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