(57)【要約】【課題】ポンプや貯水槽等が不要で、維持費が安く小型の汚水処理装置を得る。【解決手段】本発明の汚水処理装置は、ろ過装置３４と、オゾン発生装置９と、オゾン溶解装置１９と、オゾン反応塔８と、排オゾン処理装置１７からなるオゾン処理設備とで構成され、ろ過装置３４の前段にオゾン処理設備を配置し、ろ材３３に金属酸化物触媒を担持した触媒添加ろ材２５を混入するとともに、ろ過装置３４のろ材洗浄ガス２６中にオゾンを混合する。また、金属酸化物触媒の成分を、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、セリウム、タングステン、銅、銀、金、白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウムおよびイリジウムの少なくとも１つとしてもよい。また、ろ材洗浄ガス２６に排オゾンガス回収装置２０で回収された排オゾンガス１６を用いてもよい。また、オゾン溶解装置を、インライン式としてもよい。【選択図】    図１
2005000847.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
砂または無機材料などからなるろ材を充填したろ過装置と、
オゾン発生装置、オゾンを被処理水中に溶解するオゾン溶解装置、前記被処理水と前記オゾンを一定時間滞留させて反応させるオゾン反応塔および前記被処理水に未溶解の前記オゾンを分解して無害化する排オゾン処理装置からなるオゾン処理設備とで構成される汚水処理装置において、
前記ろ過装置の前段に前記オゾン処理設備を配置し、前記ろ材に金属酸化物触媒を担持した触媒添加ろ材を混入するとともに、前記ろ過装置のろ材洗浄ガス中にオゾンを混合することを特徴とする汚水処理装置。
【請求項２】
前記金属酸化物触媒の成分は、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、セリウム、タングステン、銅、銀、金、白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウムおよびイリジウムのすくなくとも１つからなることを特徴とする請求項１記載の汚水処理装置。
【請求項３】
前記オゾン反応塔に未反応のオゾンガスを回収する排オゾンガス回収装置を設け、前記排オゾンガス回収装置で回収された排オゾンガスを前記ろ材洗浄ガスに用いることを特徴とする請求項１または２記載の汚水処理装置。
【請求項４】
前記オゾン溶解装置は、インライン式とすることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の汚水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、上下水道や、し尿、産業排水、農畜産排水、ゴミ埋立地浸出水等の排水に含まれる環境ホルモン等の有害有機物の処理方法として有用な、ろ過とオゾンと水処理用触媒を用いた汚水処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
砂ろ過装置とオゾン処理設備を組み合わせた汚水処理方式は、高質な処理水を得るための高度な処理方法として幅広く採用されている。このような設備では一般に、砂ろ過処理を前段に、オゾン処理を後段に配備することが多い。
砂ろ過装置はＳＳ（浮遊物）を除去することを目的とするものであるが、オゾン処理の前段でＳＳを除去することにより、ＳＳによるオゾンの無駄な消費を避けることを考慮したものでもある。
一方、オゾン処理設備は、強力な酸化力を持つオゾンを水中に溶解し、水中の有機物と反応させて酸化分解することを目的とするもので、殺菌、脱色、脱臭等に効果がある。
従来の汚水処理方法として、砂ろ過装置を併用したものおよび酸化触媒を併用したものについて述べる。
先ず、砂ろ過装置とオゾン処理設備を併用した方法について説明する。汚水処理装置の概略を図２に示す。
図において、１は被処理水、３は砂ろ過装置、５はろ過水槽、８はオゾン反応塔、９はオゾン発生装置である。被処理水１は生物処理や沈降処理等、一連の排水処理を経た汚水であり、原水ポンプ２により砂ろ過装置３に導入される。砂ろ過装置３では、通常は０．３〜２．０ｍｍ程度の粒子径を持つ石英質のろ過砂４が充填されており、ろ過方式によってはアンスラサイトや粒径の異なる砂・砂利を数段に積層する場合もある。被処理水１は砂ろ過装置３を経た時点で、ＳＳが除去され、ろ過水槽５に一旦貯水される。ろ過水６はろ過水ポンプ７によりオゾン反応塔８に送水されてオゾン処理される。通常のオゾン処理では、散気によるオゾン溶解方式が採用されることが多い。ここでは、オゾン発生装置９により生成されたオゾンガス１０が、オゾン反応塔底部に設置されたオゾン溶解装置（ディフューザ）１１によって微細気泡化され、ろ過水６と接触・混合して水中に溶解し、有機物との反応が進行する。なお、オゾン発生装置９は酸素原料方式の場合、空気圧縮機１２とＰＳＡ方式等による酸素生成機１３と無声放電方式等によるオゾン発生機１４から構成される。水中にオゾンが溶解すると、ろ過水６は一定時間オゾン反応塔８内に滞留し、この間に除去対象となる大腸菌等の殺菌や有機物等が酸化分解されて清浄なオゾン処理水１５となる。以上の反応に寄与せず、オゾン反応塔８の上部空間に残留した排オゾンガス１６は、排オゾン処理装置１７において無害化され大気中に排気される。
次にもう一つの酸化触媒を併用した方法について説明する。産業排水やゴミ埋立地浸出水等に含まれる難分解性有機物や、ダイオキシン等を含む環境ホルモン類に対する効果的な除去処理方式として、オゾンと酸化触媒を併用した促進酸化処理が知られている。これはオゾンと酸化触媒との接触により生じ、オゾンよりもさらに強力な酸化力をもつ活性ラジカル種を利用するもので、ＯＨラジカルが代表的なラジカル種として挙げられる。酸化触媒としてはマンガン酸化物がその代表例である。その利用例について、図３により説明する。
オゾン反応塔８の内部に、マンガン酸化物等をセラミック等の構造体表面に担持させた触媒充填層１８が固定されている。このようなオゾン反応塔８において、触媒充填層１８の下部からオゾンガス１０が供給されている。有機性成分を含むろ過水６はオゾン反応塔８の上部から供給され、触媒充填層１８を通過する間に触媒成分およびオゾンガスと接触し、オゾンと触媒作用によるさらに強力なＯＨラジカルとの反応により有機性成分は分解される（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２１６７５２
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の処理方式では、ろ過水６を一旦ろ過水槽５に貯水した後、新たにポンプアップしてオゾン処理されることが多く、それに係わる設備・維持費用や所要スペース等、オゾン処理の導入を妨げる一因となっている。
また、一般にオゾン処理を実施する前の被処理水１は、凝集・沈降処理等によりある程度のＳＳは除去されており、１０ｍｇ／Ｌ以下程度まで低減されている場合が多い。すなわちこの時点で、ＳＳによるオゾンの消費量は少なく、前ろ過を実施する重要性は小さい。
オゾン反応塔８の内部に触媒充填層１８を固定した方式については、触媒充填層１８の成形が難しい割に被処理水１との接触面積が小さいため、触媒充填層１８の容量を大きくする必要がある。この結果、触媒充填層１８に係るコストの上昇およびオゾン反応塔８の大型化が避けられない。触媒が劣化したり損耗したときには運転を停止し、触媒充填層１８を全量新品と交換する必要があり、メンテナンス上の問題が懸念される。
また、有機成分を捕捉する作用が小さいため、オゾン反応塔８内における通過時間で反応時間が決まってしまい、分解に要する充分な反応時間が確保できない等の問題があった。
さらには、オゾン発生装置９によって生成されたオゾンガス１０を被処理水１中に添加した場合、１００％の生成オゾンを消費してしまうことは困難であり、一般には散気によるオゾンの消費効率は７０％〜９０％程度である。すなわち１０〜３０％のオゾンは排オゾンガス１６となり、排オゾン処理装置１７で無害化する必要がある。この結果、オゾンを発生するために投入した電力の一部が無効となるばかりではなく、排オゾン処理に要する付帯設備や排オゾン処理コストが無視できないものになっている。
そこで、本発明はポンプや貯水槽等の設備が不要で、維持費用が安く小型の汚水処理装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、請求項１に記載の本発明は、砂または無機材料などからなるろ材を充填したろ過装置と、オゾン発生装置、オゾンを被処理水中に溶解するオゾン溶解装置、前記被処理水と前記オゾンを一定時間滞留させて反応させるオゾン反応塔および前記被処理水に未溶解の前記オゾンを分解して無害化する排オゾン処理装置からなるオゾン処理設備とで構成される汚水処理装置において、前記ろ過装置の前段に前記オゾン処理設備を配置し、前記ろ材に金属酸化物触媒を担持した触媒添加ろ材を混入するとともに、前記ろ過装置のろ材洗浄ガス中にオゾンを混合するものである。
請求項１記載の汚水処理装置によれば、触媒が劣化した時は、ろ過装置の下部からろ材と一緒に任意量を抜いて、上部から補充するだけで良い。したがって、運転中の交換が可能であり、メンテナンスも容易である。さらに、ろ過装置の基本性能であるＳＳや有機成分の捕捉により、触媒添加ろ材表面に付着した有機成分は充分な反応時間が確保されるため、有機成分の酸化分解効果が高まる。これにより、ろ過装置は浮遊物の捕捉と、難分解性有機物を分解する役割を兼ねることができる。
また洗浄ガス中にオゾンを混入することで、触媒作用により還元されて触媒性能が低下したマンガン触媒は、オゾンの強力な酸化力および空気中の酸素によりもとの二酸化マンガンに再生され、触媒機能の再生機能を向上させることができる。同時にろ材をオゾンで洗浄するため、ろ材全体が清浄化される。
請求項２に記載の本発明は、前記金属酸化物触媒の成分を、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、セリウム、タングステン、銅、銀、金、白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウムおよびイリジウムのすくなくとも１つからなるものとしたものである。
請求項２によれば、触媒性能の向上、性能の長期安定化、成形性の向上、原料コストの低減ができる。また、異種特性を利用することにより、複数の種類からなる除去対象物質に対して選択的に分解反応を行う等の手段をとることができる。
請求項３に記載の本発明は、前記オゾン反応塔に未反応のオゾンガスを回収する排オゾンガス回収装置を設け、前期排オゾンガス回収装置で回収された排オゾンガスを前記ろ材洗浄ガスに用いるものである。
請求項３によれば、排オゾンガスをろ材の洗浄用に再利用するため、分解処理が必要な余剰オゾンが減る。これにより、オゾン発生のために投入した電力を有効に利用できるとともに、排オゾン処理に要していた付帯設備やコストが削減される。
請求項４に記載の本発明は、前記オゾン溶解装置は、インライン式とする。
請求項４記載の汚水処理装置によれば、オゾン処理設備とろ過装置を配管で連結するだけで連続通水が可能であり、従来のような処理装置間の貯水槽や配水設備が省略できる。既設のろ過装置があれば、導入に伴う周辺設備の増設や改良が殆どなく、オゾン処理設備の導入が容易である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図１は本発明の実施例を示す汚水処理装置の概略図である。
同一部品には同一符号を付してその説明を省略する。
図において、本実施例のオゾン処理設備は、オゾン発生装置９と、オゾンを被処理水中に溶解するオゾン溶解装置（エゼクタ）１９と、被処理水とオゾンを一定時間滞留させて反応させるオゾン反応塔８で構成されている。オゾン溶解装置（エゼクタ）１９にはインラインでのオゾン溶解が可能な方式を採用する。オゾン反応塔８は０．３ＭＰａ以下の耐圧性を有する加圧可能な容器とし、その上部にはガス抜き弁等、加圧下での気液分離が可能な排オゾンガス回収装置２０を設置してある。
オゾン処理設備の後段には、運転と同時にろ材３３を連続で洗浄することのできる移床式上向流方式のろ過装置３４を配置する。ろ過装置３４は導入管２１、エアリフト管２２、洗浄筒２３、ろ材洗浄ガス排気管２４等で構成されている。ろ材３３には粒径を０．６ｍｍ前後に調整したろ過砂４と、ろ過砂４の表面に二酸化マンガン触媒を添着した触媒添加ろ材２５とを、処理水質に応じて任意の割合で混合する。ろ過装置３４上部にあるろ材洗浄ガス排気管２４は排オゾン処理装置１７に通じている。
また、排オゾンガス１６を回収して、ろ材洗浄ガス２６として利用するため、酸素生成機１３から排出される排ガス２７を回収して圧力・流量調整が可能な排ガス回収装置２８を設置する。その後段に排オゾンガス吸引ノズル２９を配設して、ろ材洗浄ガス供給管３０に接続し、排オゾンガス吸引ノズル２９の吸引側と排オゾンガス回収装置２０を接続した。
この実施の形態の動作について説明する。
原水ポンプ２で圧送された被処理水１と、オゾン発生装置９で生成されたオゾンガス１０がオゾン溶解装置（エゼクタ）１９で混合される。被処理水１とオゾンガス１０の混合流体は一定時間オゾン反応塔８内に滞留し、この間に大腸菌等の殺菌や有機物等の酸化分解反応がおこる。オゾン処理を経た被処理水１は、導入管２１を通りろ過装置３４内に流入する。被処理水１がろ材３３間を上昇する間に懸濁物が捕捉される。このとき、被処理水１中に溶存したオゾンと触媒添加ろ材２５の接触によりＯＨラジカル等のラジカル類が生成し、このラジカルが汚濁物質と反応する。このとき強力な酸化力により、汚濁物質は水や無機塩類まで酸化分解され、ダイオキシン等においては脱塩素化反応が生じて無害化される。
このようにＳＳが除去され、無害化されて清浄な水質になった処理水３１は、ろ過装置３４の上部から流出し、トイレ等の雑用水や修景・親水用水として再利用が可能になる。
一方、排ガス回収装置２８で回収された酸素生成機１３から排出する排ガス２７は、排オゾンガス吸引ノズル２９を通過する際、吸引された排オゾンガス１６と混合されてろ材洗浄ガス２６となり、ろ材洗浄ガス供給管３０を通過してエアリフト管２２の下部に注入される。
ここで、汚れたろ材３３は吹き込まれたろ材洗浄ガス２６に導かれて、エアリフト管２２内部を上昇する。水、ろ材３３、ろ材洗浄ガス２６はそれぞれ異なった速度で上昇するため、捕捉された懸濁物はろ材３３から分離し、洗浄排水３２として排出される。このとき、砂および触媒表面に付着した有機物やスケールはろ材洗浄ガス２６中のオゾンにより除去されて、さらにきれいに洗浄される。同時に、オゾンの強力な酸化力および空気中の酸素により、劣化した触媒が再生される。なお、洗浄排水３２中の有機物もオゾンと二酸化マンガン触媒との作用により低分子化されているため、回収後の処理が容易になり、環境負荷が軽減される。
ろ材３３の洗浄で消費されて低濃度化されたオゾンを含むろ材洗浄ガス２６は、ろ材洗浄ガス排気管２４を経て、排オゾン処理装置１７で無害化されてから大気中に排気される。
この実施の形態によれば、次のような効果が得られる。
エゼクタ等のインライン式オゾン溶解装置１９を採用することにより、オゾン反応塔８内部を加圧することが可能になるので、後段にろ過装置３４を直接接続することができる。これにより、ポンプや貯水槽等の設備が不要になるため、設備の導入が容易になるとともに、維持費用やスペース等の削減が可能になる。
また、ろ材３３の表面に二酸化マンガン触媒を添着した触媒添加ろ材２５を、ろ材３３と混合して使用するため、導入に伴う改良が殆どない。すなわち、既存のろ過装置を殆ど改良することなく利用することができ、触媒量が減少した場合には通常のろ材３３と同じ要領で補填作業を行えばよい。触媒が劣化した際にも交換が容易になる等、メンテナンスは極めて良好になる。固形構造体に金属触媒を担持させたものに比べて、粒子状であるため表面積が大きく、触媒量は少量で良い。それに加え、触媒添加ろ材２５自体が懸濁物の捕捉作用を有するので、有機成分との反応時間は充分に確保できる。さらに、ろ材洗浄ガス２６にオゾンを混合するので、ろ材３３がオゾンで洗浄されて清浄化するとともに触媒の再生にも寄与することができる。また、排オゾンガス１６を回収して再利用するため、分解処理が必要なオゾンが減り、排オゾン処理に要する費用が低減する。そればかりではなく、洗浄排水３２中の有機物が低分子化されるため、環境負荷の軽減にも役立つ。
なお、本実施例では、ろ材３３に砂を用い、触媒として二酸化マンガンを用いたが、これに限らず、ろ材はセラミックとして、触媒にマンガン、鉄、コバルト、ニッケル、セリウム、タングステン、銅、銀、金、白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウムおよびイリジウムを添加したものを用いてもよい。
【０００７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば次の効果がある。
（１）ろ過装置の前段にオゾン処理設備を配置し、ろ過装置のろ材充填層中に、砂または無機材料表面に金属酸化物触媒を担持した触媒添加ろ材を混入するとともに、ろ過装置のろ材洗浄ガス中にオゾンを混合したので、オゾン処理設備とろ過装置を配管で連結するだけで連続通水が可能であり、従来のような処理装置間の貯水槽や配水設備が省略できる。既設のろ過装置があれば、導入に伴う周辺設備の増設や改良が殆どなく、オゾン処理設備の導入が容易になる。
また、触媒添加ろ材は粒状であるため、充填量は少量で良く、ろ過装置内のろ材充填層中に混入するだけで良い。このため、オゾン反応塔自体は小型化することができる。触媒が劣化した時は、上部から補充するだけで良いので、運転中の交換が可能であり、メンテナンスも容易になる。
また、洗浄ガス中にオゾンを混入することで、触媒性能が低下しても、オゾンの強力な酸化力および空気中の酸素により再生され、触媒機能の再生機能を向上させることができる。
（２）金属酸化物触媒の成分を、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、セリウム、タングステン、銅、銀、金、白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウムおよびイリジウムとしたので、触媒性能の向上、性能の長期安定化、成形性の向上、原料コストの低減等が可能である。また、異種特性を利用することにより、複数の種類からなる除去対象物質に対して選択的に分解反応を行う等の手段をとることができる。
（３）オゾン反応塔に未反応のオゾンガスを回収する排オゾンガス回収装置を設け、排オゾンガス回収装置で回収された排オゾンガスをろ材洗浄ガスに用いるので、分解処理が必要な余剰オゾンが減少し、オゾン発生のために投入した電力を有効に利用できるとともに、排オゾン処理に要していた付帯設備やコストが削減できるという効果がある。
（４）オゾン溶解装置をエゼクタ等のインライン式とすることにより、オゾン反応塔内部を加圧することが可能になるので、後段にろ過装置を直接接続することができる。これにより、ポンプや貯水槽の設備が不要になるため、設備の導入が容易になるとともに、維持費用やスペース等が削減できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す汚水処理装置の概略図。
【図２】従来の汚水処理装置を示す概略図。
【図３】従来の他の汚水処理装置を示す概略図。
【符号の説明】
１    被処理水
２    原水ポンプ
３    砂ろ過装置
４    ろ過砂
５    ろ過水槽
６    ろ過水
７    ろ過水ポンプ
８    オゾン反応塔
９    オゾン発生装置
１０  オゾンガス
１１  オゾン溶解装置（ディフューザ）
１２  空気圧縮機
１３  酸素生成機
１４  オゾン発生機
１５  オゾン処理水
１６  排オゾンガス
１７  排オゾン処理装置
１８  触媒充填層
１９  オゾン溶解装置（エゼクタ）
２０  排オゾンガス回収装置
２１  導入管
２２  エアリフト管
２３  洗浄筒
２４  ろ材洗浄ガス排気管
２５  触媒添加ろ材
２６  ろ材洗浄ガス
２７  排ガス
２８  排ガス回収装置
２９  排オゾンガス吸引ノズル
３０  ろ材洗浄ガス供給管
３１  処理水
３２  洗浄排水
３３  ろ材
３４  ろ過装置
【図１】
2005000847.tif 000003
【図２】
2005000847.tif 000004
【図３】
2005000847.tif 000005