(57)【要約】【課題】原水に含まれるアンモニアの処理において、使用する塩素量を低減することができる水処理装置及び水処理方法を提供する。【解決手段】原水に含まれるアンモニアの処理において、原水の一部を分岐して原水中のアンモニアを生物酸化処理し、その生物処理水と残りの原水とを合わせた後に塩素酸化処理及び紫外線照射処理を行い、原水中のアンモニア態窒素濃度に応じて上記分岐する水量比を調整することによって、使用する塩素量を低減することができる水処理装置及び水処理方法を提供することができる。【選択図】図１
2007319816.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原水に含まれるアンモニアの処理を行う水処理装置であって、
原水のアンモニア態窒素濃度を測定するアンモニア濃度測定手段と、
原水を分岐し、前記原水中のアンモニア態窒素濃度に応じて前記分岐する水量比を調整する水量調整手段と、
前記分岐された一方の原水を生物酸化処理する生物酸化処理手段と、
前記生物酸化処理された生物処理水と、前記原水の残りとを混合する混合槽と、
前記混合された混合水に塩素剤を添加する塩素剤添加手段と、
前記塩素剤を添加した塩素処理水に紫外線を照射する紫外線照射手段と、
を有することを特徴とする水処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載の水処理装置であって、
前記水量調整手段により、前記原水中のアンモニア態窒素濃度が５．０ｍｇ／Ｌ以上１０ｍｇ／Ｌ未満の場合は、前記生物酸化処理を行う水量が全処理水の５０〜８０容量％に、前記原水中のアンモニア態窒素濃度が１０ｍｇ／Ｌ以上１５ｍｇ／Ｌ以下の場合は、前記生物酸化処理を行う水量が全処理水の３０〜５０容量％に調整されることを特徴とする水処理装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の水処理装置であって、
前記紫外線を照射した紫外線処理水をろ過するろ過手段と、
前記ろ過手段の上流側の処理水に凝集剤を添加する凝集剤添加手段と、
をさらに有することを特徴とする水処理装置。
【請求項４】
原水に含まれるアンモニアの処理を行う水処理方法であって、
原水を分岐し、前記原水中のアンモニア態窒素濃度に応じて前記分岐する水量比を調整する水量調整工程と、
前記分岐された一方の原水を生物酸化処理する生物酸化処理工程と、
前記生物酸化処理された生物処理水と、前記原水の残りとを混合する混合工程と、
前記混合された混合水に塩素剤を添加する塩素剤添加工程と、
前記塩素剤を添加した塩素処理水に紫外線を照射する紫外線照射工程と、
を含むことを特徴とする水処理方法。
【請求項５】
請求項４に記載の水処理方法であって、
前記水量調整工程において、前記原水中のアンモニア態窒素濃度が５．０ｍｇ／Ｌ以上１０ｍｇ／Ｌ未満の場合は、前記生物酸化処理を行う水量を全処理水の５０〜８０容量％に、前記原水中のアンモニア態窒素濃度が１０ｍｇ／Ｌ以上１５ｍｇ／Ｌ以下の場合は、前記生物酸化処理を行う水量を全処理水の３０〜５０容量％に調整することを特徴とする水処理方法。
【請求項６】
請求項４または５に記載の水処理装置であって、
前記紫外線を照射した紫外線処理水をろ過するろ過工程と、
前記ろ過工程の上流側の処理水に凝集剤を添加する凝集剤添加工程と、
をさらに含むことを特徴とする水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、浄水処理、環境浄化、工業用水処理、下水処理、排水処理等において、原水に含まれるアンモニアの処理を行う水処理装置及び水処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
飲料用原水や排水中にアンモニアが存在する場合、その処理方法として、塩素剤による酸化処理（塩素酸化処理）、生物酸化処理、ストリッピング処理等がある。また、過酸化水素等の酸化剤を排水に添加し、紫外線を照射してアンモニアを硝酸へ酸化する方法も知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
それらの中でも、次亜塩素酸ナトリウム等を用いた下記式で表される塩素酸化処理が多く用いられているが、アンモニアを完全に塩素酸化処理して分解し窒素にするためには、アンモニアと塩素との濃度比が１：１０程度となるような塩素が必要である。
２ＮＨ３  ＋  ３ＮａＯＣｌ  →  Ｎ２  ＋  ３ＨＣｌ  ＋  ３ＮａＯＨ
【０００４】
また、アンモニアと塩素を濃度比１：５程度で反応させると、クロラミン（モノクロラミン：ＮＨ２Ｃｌ及びジクロラミン：ＮＨＣｌ２）が生成することが知られている。
ＮＨ３  ＋  ＮａＯＣｌ  →  ＮＨ２Ｃｌ  ＋  ＮａＯＨ
ＮＨ３  ＋  ２ＮａＯＣｌ  →  ＮＨＣｌ２  ＋  ２ＮａＯＨ
【０００５】
これに対して、生物酸化処理では、原水中のアンモニアは生物によって硝酸ないし亜硝酸に酸化される。例えば非特許文献１には、地下水（深井戸）を原水とする飲料水の製造において、生物酸化処理後に除鉄除マンガンろ過（塩素＋凝集剤）を行うことが記載されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平７−１５５７７３号公報
【非特許文献１】水道施設設計指針２０００
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の通り、アンモニアを完全に塩素酸化処理するためには、濃度比でアンモニアの１０倍程度と大量の塩素が必要であり、処理水中の残留塩素量が増加するという問題があった。一方、塩素酸化処理に使用する塩素の添加量を低減すると、クロラミンが生成し、アンモニアを完全に分解することができなかった。
【０００８】
また、アンモニアを含む原水を生物酸化処理する場合、原水中のアンモニアが高濃度（例えば、１０ｍｇ／Ｌ以上）であると、生物処理水中に含まれる硝酸及び亜硝酸の量が増え、水質基準値を超える可能性が高い。
【０００９】
本発明は、原水に含まれるアンモニアの処理において、使用する塩素量を低減することができる水処理装置及び水処理方法である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、原水に含まれるアンモニアの処理を行う水処理装置であって、原水のアンモニア態窒素濃度を測定するアンモニア濃度測定手段と、原水を分岐し、前記原水中のアンモニア態窒素濃度に応じて前記分岐する水量比を調整する水量調整手段と、前記分岐された一方の原水を生物酸化処理する生物酸化処理手段と、前記生物酸化処理された生物処理水と、前記原水の残りとを混合する混合槽と、前記混合された混合水に塩素剤を添加する塩素剤添加手段と、前記塩素剤を添加した塩素処理水に紫外線を照射する紫外線照射手段と、を有する。
【００１１】
また、前記水処理装置において、前記水量調整手段により、前記原水中のアンモニア態窒素濃度が５．０ｍｇ／Ｌ以上１０ｍｇ／Ｌ未満の場合は、前記生物酸化処理を行う水量が全処理水の５０〜８０容量％に、前記原水中のアンモニア態窒素濃度が１０ｍｇ／Ｌ以上１５ｍｇ／Ｌ以下の場合は、前記生物酸化処理を行う水量が全処理水の３０〜５０容量％に調整されることが好ましい。
【００１２】
また、前記水処理装置において、前記紫外線を照射した紫外線処理水をろ過するろ過手段と、前記ろ過手段の上流側の処理水に凝集剤を添加する凝集剤添加手段と、をさらに有することが好ましい。
【００１３】
また、本発明は、原水に含まれるアンモニアの処理を行う水処理方法であって、原水を分岐し、前記原水中のアンモニア態窒素濃度に応じて前記分岐する水量比を調整する水量調整工程と、前記分岐された一方の原水を生物酸化処理する生物酸化処理工程と、前記生物酸化処理された生物処理水と、前記原水の残りとを混合する混合工程と、前記混合された混合水に塩素剤を添加する塩素剤添加工程と、前記塩素剤を添加した塩素処理水に紫外線を照射する紫外線照射工程と、を含む。
【００１４】
また、前記水処理方法において、前記水量調整工程において、前記原水中のアンモニア態窒素濃度が５．０ｍｇ／Ｌ以上１０ｍｇ／Ｌ未満の場合は、前記生物酸化処理を行う水量を全処理水の５０〜８０容量％に、前記原水中のアンモニア態窒素濃度が１０ｍｇ／Ｌ以上１５ｍｇ／Ｌ以下の場合は、前記生物酸化処理を行う水量を全処理水の３０〜５０容量％に調整することが好ましい。
【００１５】
また、前記水処理方法において、前記紫外線を照射した紫外線処理水をろ過するろ過工程と、前記ろ過工程の上流側の処理水に凝集剤を添加する凝集剤添加工程と、をさらに含むことが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明では、原水に含まれるアンモニアの処理において、原水の一部を分岐して原水中のアンモニアを生物酸化処理し、その生物処理水と残りの原水とを合わせた後に塩素酸化処理及び紫外線照射処理を行い、原水中のアンモニア態窒素濃度に応じて上記分岐する水量比を調整することによって、使用する塩素量を低減することができる水処理装置及び水処理方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００１８】
本発明者らは、アンモニアを含む原水を生物酸化処理する場合、原水中のアンモニアが高濃度（例えば、１０ｍｇ／Ｌ以上）であると、生物処理水中に含まれる硝酸及び亜硝酸の量が増え、全量を生物処理することができないことから、原水の一部をバイパスして生物処理を行い、その生物処理水と残りの原水とを混合した後に塩素酸化処理する方法（ブレンド処理）を検討した。しかし、このようなブレンド処理を行っても、原水中のアンモニア濃度によっては、塩素酸化処理する水量比が多くなり、多量の塩素の添加により、塩化物イオン（Ｃｌ−）や蒸発残留物が増加して水道水質基準値を超える場合がある。
【００１９】
また、塩素酸化により原水中のアンモニアの処理を行う場合、使用する塩素の添加量を低減すると、クロラミン（モノクロラミン：ＮＨ２Ｃｌ及びジクロラミン：ＮＨＣｌ２）が生成する。そこで、そのクロラミンを何らかの方法で分解すれば、使用する塩素の添加量を低減した上で、アンモニアを完全に分解することができる。
【００２０】
そこで、本発明者らはさらに検討したところ、原水の一部を分岐（バイパス）する際に、原水中のアンモニア態窒素濃度に応じて分岐する水量比を調整した上で、原水の一部について生物処理を行い、その生物処理水と残りの原水とを混合した後に塩素の添加量を低減して塩素酸化処理し、さらに紫外線照射処理を行うことで、使用する塩素の添加量を低減した上で、アンモニアをほぼ完全に分解することができることがわかった。
【００２１】
本発明の実施形態に係る水処理装置の一例を図１に示し、その構成について説明する。本実施形態に係る水処理装置１は、生物酸化処理手段である生物ろ過装置１０と、アンモニア濃度測定手段であるアンモニア濃度測定器１１と、生物ろ過洗浄水槽１２と、混合槽１４と、塩素剤添加手段である塩素剤添加装置１６と、凝集剤添加手段である凝集剤添加装置１８と、紫外線照射手段である紫外線照射装置２０と、ろ過手段である凝集ろ過装置２２と、凝集ろ過洗浄水槽２４と、を備える。
【００２２】
水処理装置１において、生物ろ過装置１０の上部には、原水流入管２６の一端が接続され、他端はバルブ７６、揚水ポンプ２８を介して、深井戸等の原水源３０等に接続されている。また、原水流入管２６は分岐して、バルブ７４を介して混合槽１４の上部に接続されている。この原水流入管２６及びバルブ７４が水量調整手段として機能する。原水流入管２６には、アンモニア濃度測定器１１が接続されている。生物ろ過装置１０の下部には、生物処理水流出管３２の一端がバルブ６６を介して接続され、他端は生物ろ過洗浄水槽１２の上部に接続されている。生物ろ過洗浄水槽１２の上部には、生物処理水流出管３４の一端が接続され、他端は混合槽１４の上部に接続されている。混合槽１４の上部には、塩素剤注入ポンプ３６を介して塩素剤貯槽３８が、凝集剤注入ポンプ４０を介して凝集剤貯槽４２がそれぞれ接続されている。また、混合槽１４には撹拌手段である撹拌機４４が設置されている。混合槽１４の下部は塩素処理水流出管４６によりポンプ４８を介して紫外線照射装置２０の入口と接続され、紫外線照射装置２０の出口は紫外線処理水流出管５０により凝集ろ過装置２２の上部に接続されている。凝集ろ過装置２２の下部は、凝集ろ過水流出管５２によりバルブ７８を介して凝集ろ過洗浄水槽２４の上部に接続され、凝集ろ過洗浄水槽２４の上部は処理水槽（図示せず）等と接続されている。また、生物ろ過装置１０の下部には、曝気空気管５４の一端が接続され、他端はバルブ５６を介してブロワ５８と接続されている。生物ろ過洗浄水槽１２の下部には、逆洗配管６０の一端が逆洗ポンプ６２、バルブ６４を介して接続され、他端は生物ろ過装置１０の下部に接続されている。凝集ろ過洗浄水槽２４の下部には、逆洗配管６８の一端が逆洗ポンプ７０、バルブ７２を介して接続され、他端は凝集ろ過装置２２の下部に接続されている。紫外線処理水流出管５０の途中には第２塩素剤貯槽８０が第２塩素剤注入ポンプ８２を介して接続されている。
【００２３】
次に、本実施形態に係る水処理装置１の動作及び水処理方法について説明する。深井戸水等の原水（被処理水）は深井戸等の原水源３０から揚水ポンプ２８により汲み上げられる。原水のアンモニア態窒素濃度は、原水流入管２６においてアンモニア濃度測定器１１により測定される。原水は、原水流入管２６において一部が分岐され、その分岐量が原水のアンモニア態窒素濃度に応じてバルブ７４により調整された上で、所定量の分岐された一方の原水が生物ろ過装置１０に送られ、残りの原水が混合槽１４に送られる（水量調整工程）。ここで図示しない制御部（制御手段）によってバルブ７４を操作して分岐する水量比を制御してもよい。そして、生物ろ過装置１０に送液された原水は曝気されながら下向流で生物酸化処理され、原水中のアンモニアが亜硝酸ないし硝酸に酸化される（生物酸化処理工程）。そして、その生物処理水は、生物ろ過洗浄水槽１２を経由して混合槽１４に送液され、残りの原水と混合される（混合工程）。生物処理水は一部逆洗水として生物ろ過装置１０の逆洗に使用されてもよい。
【００２４】
本実施形態では、原水中のアンモニア態窒素濃度に応じて上記分岐する水量比を制御する。生物酸化処理によってアンモニアが亜硝酸ないし硝酸に酸化されるが、健康影響等の観点から飲料水として利用する場合、これらの物質は窒素濃度として水道水質基準値である１０ｍｇ／Ｌ以下とすることが望まれる。当然ながら、窒素濃度が低ければ低いほど健康へのリスクを低減することができるが、経済性との兼ね合いから、例えば、水道水質基準値の８０％未満、好ましくは５０％未満を目標として浄水処理が実施される。本実施形態においては、原水中のアンモニア態窒素濃度に応じて、全処理水量に対する生物処理量の割合を最終的な処理水中の亜硝酸ないし硝酸態窒素濃度が８．０ｍｇ／Ｌ未満、好ましくは５．０ｍｇ／Ｌ未満となるように変化させることが望ましい。原水中のアンモニア態窒素濃度の変動により生物処理の処理水量が変化するが、アンモニア態窒素濃度が増加したときには生物処理の水量を減らし、アンモニア態窒素濃度が減少したときに水量を増加させるため単位容積単位時間当たりのアンモニア態窒素濃度は大きく変化することはない。従って、生物処理水の水質は比較的安定したものとなる。
【００２５】
具体的には、原水中のアンモニア態窒素濃度が１０ｍｇ／Ｌ未満、好ましくは５．０ｍｇ／Ｌ以上１０ｍｇ／Ｌ未満の場合は、生物処理を行う水量を全処理水の５０〜８０容量％の範囲、好ましくは５０〜６０容量％の範囲とし、原水中のアンモニア態窒素濃度が１０ｍｇ／Ｌ以上、好ましくは１０ｍｇ／Ｌ以上１５ｍｇ／Ｌ以下の場合は、生物処理を行う水量を全処理水の３０〜５０容量％の範囲、好ましくは３０〜４０容量％の範囲とすることが望ましい。原水中のアンモニア態窒素濃度が１０ｍｇ／Ｌ以上のときに、上記範囲以外で処理を行うと、生物処理水中に含まれる硝酸及び亜硝酸の量が増え、水質基準値を超える可能性が高い。
【００２６】
アンモニア濃度測定器１１としては、原水中のアンモニア態窒素濃度を測定することができるものであればよく特に制限はないが、例えば、導電率計、イオン電極、ガス吸収吸光光度計等が挙げられる。
【００２７】
生物ろ過装置１０での生物酸化処理において、亜硝酸菌により溶存酸素を利用してアンモニアが亜硝酸に酸化され、さらに亜硝酸の一部あるいは全部が硝酸菌によって硝酸に酸化される。なお、アンモニアを亜硝酸に酸化する菌としては、ニトロソモナス（Nitorosomonas sp.）、ニトロソコッカス（Nitrosococus sp.）等の亜硝酸菌が挙げられる。また、亜硝酸を硝酸に酸化する菌としては、ニトロバクター（Nitrobacter sp.）等の硝化菌が挙げられる。
【００２８】
次に、塩素剤貯槽３８から塩素剤注入ポンプ３６により塩素剤が混合槽１４内で混合された混合水に注入され、撹拌機４４により撹拌されながら、原水の塩素酸化処理が行われる（塩素剤添加工程）。塩素酸化処理の反応時間としては３分〜１０分程度とすればよい。また、混合槽１４では、塩素剤添加とともに、凝集剤貯槽４２から凝集剤注入ポンプ４０により凝集剤が添加される（凝集剤添加工程）。塩素剤の塩素の働きにより、アンモニアの分解の他に滅菌と金属の酸化がなされ、凝集剤の働きにより不溶化した金属や粘土成分、生物の残骸を含む有機物が凝集される。なお、目的とする処理水の水質によっては（例えば、飲料水用途以外の場合）凝集剤添加工程及び後述する凝集ろ過工程を省略してもよい。また、凝集剤の添加は紫外線照射工程の後でもよい。
【００２９】
塩素剤としては、塩素ガス、次亜塩素酸ナトリウム、液化塩素、クロラミン、二酸化塩素等を用いることができるが、次亜塩素酸ナトリウム、液化塩素を用いることが好ましく、次亜塩素酸ナトリウムを用いることがより好ましい。次亜塩素酸ナトリウム等を使用した塩素剤添加工程における塩素注入率は、紫外線照射装置２０の出口において残留塩素濃度が０．１ｍｇ／Ｌ〜１．０ｍｇ／Ｌとなるように調整を行うことが好ましい。
【００３０】
凝集剤としては、アルミニウム塩、鉄塩等の無機系凝集剤等を使用することができる。具体的には、ポリ塩化アルミニウム凝集剤（ＰＡＣ）、鉄と無機アニオンポリマである重合ケイ酸（シリカ）とを組み合わせた鉄−シリカ無機高分子凝集剤（ＰＳＩ）等が挙げられる。凝集剤の添加量は、例えばＰＡＣの場合、５ｍｇ／Ｌ〜３０ｍｇ／Ｌの範囲である。
【００３１】
さらに、凝集剤を添加する際、撹拌機４４により急速に混合水と凝集剤とを混合することにより、より確実な凝集がなされる。急速撹拌速度とは例えば１００〜５００（１／ｓｅｃ）の範囲である。
【００３２】
次に、混合槽１４において塩素酸化処理された塩素処理水は、ポンプ４８により紫外線照射装置２０へと送液され、紫外線照射処理が行われる（紫外線照射工程）。紫外線照射工程では、塩素処理水に紫外線が照射され、塩素酸化処理により生成したクロラミン（モノクロラミン：ＮＨ２Ｃｌ及びジクロラミン：ＮＨＣｌ２）が分解される。
【００３３】
照射する紫外線の波長としては、クロラミンが分解し易い波長を含むものであれば特に制限はない。モノクロラミンは主に２５０ｎｍ付近の紫外線、ジクロラミンは２２０ｎｍもしくは２９０ｎｍ付近の紫外線を照射することにより分解されることが知られている（例えば、大瀧ら、「土木学会第４５回年次学術講演会要旨集」、平成２年９月、ｐ．９００−９０１参照）。そこで、モノクロラミンとジクロラミンの生成割合に応じて、２５０ｎｍ付近の紫外線、及び２２０ｎｍもしくは２９０ｎｍ付近の紫外線のうち１つあるいは両方を照射すればよい。
【００３４】
紫外線ランプとしては、例えば、水銀ランプ、アマルガムランプ、キセノンランプ等を使用することができる。水銀ランプは、ランプ内への水銀蒸気の封入圧により、低圧、中圧、高圧に分類され、それぞれ紫外線の波長分布が異なるため、目的の波長に応じて選択すればよい。
【００３５】
紫外線照射装置２０により照射される紫外線の照射量は、クロラミンを分解することができればよく、特に制限はないが、１０ｍＪ／ｃｍ２〜２００ｍＪ／ｃｍ２の範囲であることが好ましく、５０ｍＪ／ｃｍ２〜１００ｍＪ／ｃｍ２の範囲であることがより好ましい。
【００３６】
紫外線照射処理が行われた紫外線処理水は、紫外線処理水流出管５０を通って、凝集ろ過装置２２に送液される。上記の通り凝集剤の働きにより不溶化した金属や粘土成分、生物の残骸を含む有機物が凝集されるが、その凝集物が凝集ろ過装置２２においてマンガン砂等によって固液分離されることにより清澄な処理水（凝集ろ過水）となる（ろ過工程）。処理水は凝集ろ過洗浄水槽２４を経由して処理水槽等に放出される。処理水は、飲料水に使用される場合などは、この後に粒状活性炭ろ過処理等が行われるのが一般的である。また、処理水は一部逆洗水として凝集ろ過装置２２の逆洗に使用されてもよい。
【００３７】
なお、紫外線照射装置２０から凝集ろ過装置２２への送液前に、紫外線処理水流出管５０に接続された第２塩素剤注入ポンプ８２により第２塩素剤貯槽８０から塩素剤が添加されてもよい。これにより、処理水に未分解のアンモニアが残留している場合に、確実にアンモニアを分解することができる。なお、第２塩素剤注入ポンプ８２及び第２塩素剤貯槽８０は、塩素剤注入ポンプ３６及び塩素剤貯３８と兼用しても良い。また、第２塩素剤注入ポンプ８２による塩素剤の注入は、紫外線処理水流出管５０の位置に限らず、凝集ろ過水流出管５２の位置で行われてもよい。
【００３８】
以上のように、本実施形態に係る水処理装置及び水処理方法により、使用する塩素の添加量を低減した上で、アンモニアをほぼ完全に分解（処理水中のアンモニア態窒素濃度として、例えば０．０５ｍｇ／Ｌ以下）することができる。
【００３９】
本発明の他の実施形態に係る水処理装置の一例を図２に示し、その構成について説明する。本実施形態に係る水処理装置３は、上記水処理装置１の構成に加えて、原水のｐＨを調整するｐＨ調整手段であるｐＨ調整装置８４（ｐＨ調整剤注入ポンプ８８、ｐＨ調整剤貯槽９０）及びｐＨ測定装置８６とを備える。
【００４０】
水処理装置３において、混合槽１４の上部には、ｐＨ添加装置８４として、ｐＨ調整剤注入ポンプ８８を介してｐＨ調整剤貯槽９０がそれぞれ接続されている。また、混合槽１４にはｐＨ測定装置８６が設置されている。すなわち、混合槽１４は、原水のｐＨを７．５〜８．６の範囲に調整するｐＨ調整手段を備えている。
【００４１】
水処理装置３において、塩素剤添加工程の前に、ｐＨ調整剤貯槽９０からｐＨ調整剤注入ポンプ８８によりｐＨ調整剤が混合槽１４内の混合水に注入され、撹拌機４４により撹拌されながら、原水のｐＨが７．５〜８．６の範囲に調整される（ｐＨ調整工程）。このとき、ｐＨ測定装置８６により混合水のｐＨが測定され、その測定値に基づいて制御部（図示せず）等によりｐＨ調整剤注入ポンプ８８による注入量が制御されることが好ましい。本実施形態では、ｐＨ調整工程の後、上記のように塩素剤添加工程と、必要に応じて凝集剤添加工程と、紫外線照射工程と、必要に応じて凝集ろ過工程とが行われる。
【００４２】
アンモニアに塩素を反応させてクロラミンが生成する場合、反応時のｐＨにより、モノクロラミンとジクロラミンの生成割合が異なり、ｐＨ７．０前後では多少ジクロラミンが生成され、ｐＨ７．５前後ではわずかにジクロラミンが生成され、ｐＨ８．０以上ではほとんど全てモノクロラミンが生成される。そこで、アンモニアを含む混合水のｐＨを７．５〜８．６の範囲に調整することにより、塩素の添加量を低減して塩素酸化反応を行い、生成したモノクロラミンをモノクロラミンが分解し易い波長の紫外線で分解することにより、使用する塩素の添加量をさらに低減した上で、アンモニアをほぼ完全に分解することができる。
【００４３】
本実施形態に係る方法では、混合水のｐＨを７．５〜８．６の範囲に調整し、混合水のアンモニア態窒素濃度に応じて所定量の塩素剤を添加することにより、混合水中のアンモニウムイオンを塩素によりモノクロラミンとする。ｐＨが８．０未満であると、ジクロラミンがわずかに生成してしまう。また、ｐＨが８．６を超えると飲料水としての水質基準値を超えてしまうという問題がある。そこで、上記ｐＨは８．０〜８．５の範囲が好ましい。
【００４４】
ｐＨ調整剤としては、混合水が酸性の場合は、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸カリウム、水酸化カルシウム等の公知のアルカリが挙げられるが、水酸化ナトリウムが好ましい。また、アルカリは速やかに均一化させるために水溶液の状態で添加することが好ましい。また混合水がアルカリ性の場合は、硫酸、塩酸、りん酸等の公知の酸が挙げられるが、硫酸が好ましい。また、急激な中和反応を避けるため、アルカリあるいは酸は５％〜３０％、好ましくは１０％〜２０％の水溶液として添加することが好ましい。混合水のｐＨが７．５〜８．６の範囲である場合には、ここではｐＨ調整剤を添加しなくてもよい。原水が深井戸水の場合、ｐＨは通常６．５〜７．０程度であるので、ｐＨ調整剤として水酸化ナトリウム水溶液等のアルカリ水溶液が用いられる。
【００４５】
また、塩素剤添加工程においても、ｐＨ測定装置８６により塩素処理水のｐＨが測定され、その測定値に基づいて必要に応じて制御部等によりｐＨ調整剤注入ポンプ８８によるｐＨ調整剤の注入が行われ、混合水のｐＨが７．５〜８．６の範囲、好ましくは８．０〜８．５の範囲になるように調整されてもよい。
【００４６】
紫外線照射工程において照射する紫外線の波長としては、モノクロラミンが分解し易い２５０ｎｍ付近の波長を含むものが好ましい。このときの紫外線ランプとしては、２５０ｎｍ付近が主たる発光波長である低圧水銀ランプが好ましい。低圧水銀ランプは、ランプの消費電力が少なく、ランプの寿命が長いなどの特徴を有する。
【００４７】
以上のように、本実施形態に係る水処理装置及び水処理方法により、使用する塩素の添加量をさらに低減した上で、アンモニアをほぼ完全に分解することができる。
【００４８】
本実施形態に係る水処理装置及び水処理方法は、上水処理施設、下水処理施設、産業排水処理施設、産業用水処理施設等の各種処理工程において、上工水道水、下水、下水２次処理水、河川水、湖沼水、凝集沈殿上澄み水、各種工程中間水、各種回収水、各種廃水等の処理に使用することができる。
【実施例】
【００４９】
以下、実施例及び比較例を挙げ、本発明をより具体的に詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００５０】
＜実施例１＞
深井戸を原水とする用水処理施設にて、図１に示すパイロットプラントによる通水実験を行った。本実施例における運転条件を表１に示す。また、本実施例の処理フローにおける各工程での処理水質を表２に示す。全処理水量に占める生物処理水の比率は、５０容量％とした。実施例１における塩素添加量は、混合槽１４では結合塩素であるモノクロラミン濃度で４．０ｍｇ／Ｌとなるように２５ｍｇ／Ｌとし、凝集ろ過装置２２の前では凝集ろ過水中の遊離塩素濃度０．６ｍｇ／Ｌとなるように３．０ｍｇ／Ｌとし、合わせて２８ｍｇ／Ｌとした。なお、アンモニア態窒素濃度はＨＡイオン電極５０２５０（ＨＡＣＨ社製）を用いて、残留塩素濃度及び塩化物イオン濃度はポーラログラフ法により無試薬式遊離塩素計ＣＬＦ−１１１（東亜ディーケーケー社製）を用いて、蒸発残留物は蒸発乾燥法にてそれぞれ測定した。
【００５１】
＜実施例２＞
深井戸を原水とする用水処理施設にて、図２に示すパイロットプラントによる通水実験を行った。２０％水酸化ナトリウム水溶液を添加することにより生物処理水と原水とを混合した混合水のｐＨを８．０±０．１に調整した以外は、運転条件は実施例１と同じとした（表１）。本実施例の処理フローにおける各工程での処理水質を表３に示す。実施例２における塩素添加量は、混合槽１４では結合塩素であるモノクロラミン濃度で４．０ｍｇ／Ｌとなるように２２ｍｇ／Ｌとし、凝集ろ過装置２２の前では凝集ろ過水中の遊離塩素濃度０．６ｍｇ／Ｌとなるように２．０ｍｇ／Ｌとした。混合水のｐＨを８．０に調整することにより、塩素添加量を合わせて２４ｍｇ／Ｌとすることができた。
【００５２】
＜比較例１＞
深井戸を原水とする用水処理施設にて、図３に示す従来のパイロットプラントによる通水実験を行った。図３に示す従来の装置では、原水は、原水源３０から揚水ポンプ２８により汲み上げられ、塩素剤及び凝集剤がライン添加された後、ラインミキサ９２を介して凝集ろ過装置２２に送液されて凝集物がマンガン砂によって固液分離されることにより凝集ろ過水となる。凝集ろ過水は凝集ろ過洗浄水槽２４を経由して処理水槽等に放出される。また、処理水は一部逆洗水として凝集ろ過装置２２の逆洗に使用される。本比較例における運転条件を表１に示す。また、本比較例の処理フローにおける各工程での処理水質を表４に示す。比較例１における塩素添加量は、凝集ろ過水中の遊離塩素濃度が０．６ｍｇ／Ｌとなるように８７ｍｇ／Ｌとした。
【００５３】
＜比較例２＞
塩素添加量を８０ｍｇ／Ｌとした以外は比較例１と同様にして処理を行った。比較例２の処理フローにおける各工程での処理水質を表５に示す。
【００５４】
実施例１，２及び比較例１，２では、凝集ろ過までしか処理を行っていないが、飲料水に使用する場合などは、この後に粒状活性炭ろ過処理等を行うのが一般的である。その場合、水道水質基準値の適用を受けるため、例えば蒸発残留物は５００ｍｇ／Ｌ以下とする必要がある。つまり、比較例１，２のような従来の処理フローでは、飲料水利用が困難であるが、実施例１，２の方法では飲料水利用が可能であることが分かる。なお、表２〜表５において、原水よりも凝集ろ過水の蒸発残留物濃度が増加しているのは、アンモニアや鉄、マンガン等の酸化のために添加した次亜塩素酸ナトリウムに由来するものである。
【００５５】
また、実施例１，２及び比較例１，２において、凝集ろ過装置の直径つまりろ過速度が異なるのは、実施例１，２の方法では生物ろ過により、鉄やマンガンの一部が除去され、凝集ろ過装置への懸濁物質の負荷が軽減されるため、より高いろ過速度でも安定運転が可能となるからである。ところで、実施例１，２において処理水の硝酸・亜硝酸態窒素濃度は、生物ろ過装置におけるアンモニアの硝化率が１００％であったことから、処理水量比５０％を掛けて、９．０ｍｇ／Ｌ×０．５＝４．５ｍｇ／Ｌであった。これは、水道水質基準値１０ｍｇ／Ｌの５０％未満であり、良好な水質とみなすことができる。
【００５６】
＜実施例３＞
深井戸を原水とする飲料水施設にて、図１に示すパイロットプラントによる通水実験を行った。この井水中のアンモニア態窒素濃度は８．４〜１２．６ｍｇ／Ｌ、時間最大変化量１．２ｍｇ／Ｌと比較的水質の変動が大きいものであった。凝集ろ過水中の亜硝酸態窒素濃度ないし硝酸態窒素濃度が５．０ｍｇ／Ｌ未満となるように、全処理水量に占める生物処理水の比率を５９容量％〜３９容量％と変化させたところ、生物処理における硝化率（アンモニアが亜硝酸または硝酸へ変化する割合）は常にほぼ１００％であった。すなわち、原水中のアンモニア態窒素濃度が８．４ｍｇ／Ｌの時は生物処理水量比を５９容量％とし、最終的な凝集ろ過水中の亜硝酸ないし硝酸態窒素濃度は８．４ｍｇ／Ｌ×５９％＝４．９６ｍｇ／Ｌとなり、原水中のアンモニア態窒素濃度が１２．６ｍｇ／Ｌの時は生物処理水量比を３９容量％とし、最終的な凝集ろ過水中の亜硝酸ないし硝酸態窒素濃度は１２．６ｍｇ／Ｌ×３９％＝４．９１ｍｇ／Ｌとなった。これは、水道水質基準値である１０ｍｇ／Ｌの５０％未満であり、良好な水質と見なすことができる。実施例３における塩素添加量は、原水中のアンモニア態窒素濃度が８．４ｍｇ／Ｌの時は混合槽１４では結合塩素であるモノクロラミン濃度で４．０ｍｇ／Ｌとなるように１７ｍｇ／Ｌとし、凝集ろ過装置２２の前では凝集ろ過水中の遊離塩素濃度０．６ｍｇ／Ｌとなるように２．０ｍｇ／Ｌとし、合わせて１９ｍｇ／Ｌとした。原水中のアンモニア態窒素濃度が１２．６ｍｇ／Ｌの時は混合槽１４では結合塩素であるモノクロラミン濃度で４．０ｍｇ／Ｌとなるように８２ｍｇ／Ｌとし、凝集ろ過装置２２の前では凝集ろ過水中の遊離塩素濃度０．６ｍｇ／Ｌとなるように３．０ｍｇ／Ｌとし、合わせて８５ｍｇ／Ｌとした。塩素添加量は合計１０４ｍｇ／Ｌであった。なお、混合水のｐＨは、原水中のアンモニア態窒素濃度が８．４ｍｇ／Ｌの時は７．８、原水中のアンモニア態窒素濃度が１２．６ｍｇ／Ｌの時は７．２であった。
【００５７】
＜比較例３＞
生物処理水量比を３９容量％の一定とし、原水中のアンモニア態窒素濃度に応じて生物処理水量を調整しなかった以外は、実施例３と同様にして処理を行った。原水中のアンモニア態窒素濃度が８．４ｍｇ／Ｌの時は、最終的な凝集ろ過水中の亜硝酸ないし硝酸態窒素濃度は８．４ｍｇ／Ｌ×３９％＝３．２８ｍｇ／Ｌとなり、原水中のアンモニア態窒素濃度が１２．６ｍｇ／Ｌの時は、最終的な凝集ろ過水中の亜硝酸ないし硝酸態窒素濃度は１２．６ｍｇ／Ｌ×３９％＝４．９１ｍｇ／Ｌとなった。しかし、比較例３における塩素添加量は、原水中のアンモニア態窒素濃度が８．４ｍｇ／Ｌの時は混合槽１４では２７ｍｇ／Ｌとし、凝集ろ過装置２２の前では２．０ｍｇ／Ｌとしたため、合わせて２９ｍｇ／Ｌとなった。原水中のアンモニア態窒素濃度が１２．６ｍｇ／Ｌの時は混合槽１４では８２ｍｇ／Ｌとし、凝集ろ過装置２２の前では３．０ｍｇ／Ｌとしたため、合わせて８５ｍｇ／Ｌとなった。塩素添加量は合計１１４ｍｇ／Ｌであり、実施例３に比べて増加した。なお、混合水のｐＨは、原水中のアンモニア態窒素濃度が８．４ｍｇ／Ｌの時は７．９、原水中のアンモニア態窒素濃度が１２．６ｍｇ／Ｌの時は７．２であった。
【００５８】
＜比較例４＞
生物処理水量比を５９容量％の一定とし、原水中のアンモニア態窒素濃度に応じて生物処理水量を調整しなかった以外は、実施例３と同様にして処理を行った。原水中のアンモニア態窒素濃度が８．４ｍｇ／Ｌの時は、最終的な凝集ろ過水中の亜硝酸ないし硝酸態窒素濃度は８．４ｍｇ／Ｌ×５９％＝４．９６ｍｇ／Ｌとなり、原水中のアンモニア態窒素濃度が１２．６ｍｇ／Ｌの時は、最終的な凝集ろ過水中の亜硝酸ないし硝酸態窒素濃度は１２．６ｍｇ／Ｌ×５９％＝７．４３ｍｇ／Ｌとなった。これは、水道水質基準値である１０ｍｇ／Ｌの５０％を上回るものであった。また、比較例４における塩素添加量は、原水中のアンモニア態窒素濃度が８．４ｍｇ／Ｌの時は混合槽１４では１７ｍｇ／Ｌとし、凝集ろ過装置２２の前では２．０ｍｇ／Ｌとしたため、合わせて１９ｍｇ／Ｌとなった。原水中のアンモニア態窒素濃度が１２．６ｍｇ／Ｌの時は混合槽１４では５５ｍｇ／Ｌとし、凝集ろ過装置２２の前では２．０ｍｇ／Ｌとしたため、合わせて５７ｍｇ／Ｌとなった。塩素添加量は合計７６ｍｇ／Ｌであった。なお、混合水のｐＨは、原水中のアンモニア態窒素濃度が８．４ｍｇ／Ｌの時は７．８、原水中のアンモニア態窒素濃度が１２．６ｍｇ／Ｌの時は７．０であった。
【００５９】
【表１】
2007319816.tif 000003
【００６０】
【表２】
2007319816.tif 000004
【００６１】
【表３】
2007319816.tif 000005
【００６２】
【表４】
2007319816.tif 000006
【００６３】
【表５】
2007319816.tif 000007
【００６４】
このように、実施例１〜３のようにアンモニアを塩素酸化処理する場合、塩素添加量を大幅（１／３〜１／２）に低減することができた。また、塩素使用量を低減できることから、飲料水用途の場合、Ｃｌ−濃度（基準値２００ｍｇ／Ｌ未満）、蒸発残留物（基準値５００ｍｇ／Ｌ未満）等の水質項目の改善を図ることができた。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の実施形態に係る水処理装置の一例の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係る水処理装置の他の例の概略構成を示す図である。
【図３】従来の水処理装置の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００６６】
１，３  水処理装置、１０  生物ろ過装置、１１  アンモニア濃度測定器、１２  生物ろ過洗浄水槽、１４  混合槽、１６  塩素剤添加装置、１８  凝集剤添加装置、２０  紫外線照射装置、２２  凝集ろ過装置、２４  凝集ろ過洗浄水槽、２６  原水流入管、２８  揚水ポンプ、３０  原水源、３２  生物処理水流出管、３４  生物処理水流出管、３６  塩素剤注入ポンプ、３８  塩素剤貯槽、４０  凝集剤注入ポンプ、４２  凝集剤貯槽、４４  撹拌機、４６  塩素処理水流出管、４８  ポンプ、５０  紫外線処理水流出管、５２  凝集ろ過水流出管、５４  曝気空気管、５６，６４，６６，７２，７４，７６，７８  バルブ、５８  ブロワ、６０，６８  逆洗配管、６２，７０  逆洗ポンプ、８０  第２塩素剤貯槽、８２  第２塩素剤注入ポンプ、８４  ｐＨ調整装置、８６  ｐＨ測定装置、８８  ｐＨ調整剤注入ポンプ、９０  ｐＨ調整剤貯槽、９２  ラインミキサ。
【図１】
2007319816.tif 000008
【図２】
2007319816.tif 000009
【図３】
2007319816.tif 000010