(57)【要約】【課題】化学薬品や触媒を用いずに、安価で環境に悪影響を与えることがない汚染物質含有廃水の処理方法および処理装置をえることにある。【解決手段】汚染物質含有廃水を貯える処理槽２と、この処理槽２内の汚染物質含有廃水Ａに超音波を照射する超音波照射装置３と、上記処理槽２に多孔質粒子粉末を添加する多孔質粒子粉末供給装置４を備えた処理装置を用い、汚染物質含有廃水に、細孔の平均内径が０．５〜１０μｍである多孔質粒子粉末を加え、これに超音波を照射する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚染物質含有廃水に、細孔の平均内径が０．５〜１０μｍである多孔質粒子粉末を加え、これに超音波を照射することを特徴とする汚染物質含有廃水の処理方法。
【請求項２】
多孔質粒子粉末の添加量が０．４〜０．６ｗｔ％であることを特徴とする請求項１記載の汚染物質含有廃水の処理方法。
【請求項３】
多孔質粒子粉末が石炭灰であることを特徴とする請求項１記載の汚染物質含有廃水の処理方法。
【請求項４】
超音波の周波数が１００〜５００ｋＨｚであることを特徴とする請求項１記載の汚染物質含有廃水の処理方法。
【請求項５】
汚染物質含有廃水を貯える処理槽と、この処理槽内の汚染物質含有廃水に超音波を照射する超音波照射装置と、上記処理槽に多孔質粒子粉末を添加する多孔質粒子粉末供給装置を備えたことを特徴とする汚染物質含有廃水の処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、有機性や還元性の汚染物質が含まれた廃水を浄化する処理方法および処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
このような廃水の処理方法として、廃水に超音波を照射して汚染物質を分解して浄化する方法が知られている。この処理方法は、超音波照射によって水中の汚染物質がキャビティーション効果により分解されることを利用したものであり、このような方法に関しては、多数の特許出願がなされている。
【０００３】
キャビティーション効果とは、超音波を水中に照射することで音圧の低いところで溶存ガスや蒸気の気泡が発生、膨張し、音圧の高いことろではその気泡が圧縮される。この膨張と圧縮を繰り返していくうちに、気泡が臨界径に達し、ついには気泡が圧壊される。この圧壊時の断熱圧縮により数千度、数百気圧という高温高圧反応場が発生し、水酸基ラジカルが発生し、これによって水中の汚染物質が分解されるものである。
【０００４】
さらに、汚染物質の分解を促進する目的のために、オゾン、過酸化水素などの酸化剤、酸化チタン光触媒などの触媒を添加して共存させた状態で超音波を照射する複合型超音波利用技術が開発され、多くの特許出願がなされている。
【０００５】
しかしながら、これらの複合型超音波利用技術にあっては、毒性の高い強酸化性の化学薬品や高価な触媒を大量に使用するため、環境に悪影響を与える恐れがあり、処理コストが嵩む問題があった。
【特許文献１】特開平２−２１２２７５号公報
【特許文献２】特開平３−２９５４９７号公報
【特許文献３】特開平５−２２８４８０号公報
【特許文献４】特開平８−５０３２５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
よって、本発明における課題は、化学薬品や触媒を用いずに、安価で環境に悪影響を与えることがない汚染物質含有廃水の処理方法および処理装置を得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる課題を解決するため、
請求項１にかかる発明は、汚染物質含有廃水に、細孔の平均内径が０．５〜１０μｍである多孔質粒子粉末を加え、これに超音波を照射することを特徴とする汚染物質含有廃水の処理方法である。
【０００８】
請求項２にかかる発明は、多孔質粒子粉末の添加量が０．４〜０．６ｗｔ％であることを特徴とする請求項１記載の汚染物質含有廃水の処理方法である。
請求項３にかかる発明は、多孔質粒子粉末が石炭灰であることを特徴とする請求項１記載の汚染物質含有廃水の処理方法である。
請求項４にかかる発明は、超音波の周波数が１００〜５００ｋＨｚであることを特徴とする請求項１記載の汚染物質含有廃水の処理方法である。
【０００９】
請求項５にかかる発明は、汚染物質含有廃水を貯える処理槽と、この処理槽内の汚染物質含有廃水に超音波を照射する超音波照射装置と、上記処理槽に多孔質粒子粉末を添加する多孔質粒子粉末供給装置を備えたことを特徴とする汚染物質含有廃水の処理装置である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明にあっては、排水中に石炭灰などの多孔質粒子を分散させて超音波を照射することにより、多孔質粒子の細孔内に保持されたガスがキャビティーションバブルの核となって、大量の水酸基ラジカルが生成する。この大量の水酸基ラジカルによって、汚染物質が分解される。このため、処理効率が大きく向上する。
【００１１】
また、石炭灰などの多孔質粒子粉末は、化学的に不活性であって、かつ安価であるので、環境に悪影響を与えることがなく、処理コストも安価となる。
特に、石炭灰は、火力発電所から大量に排出され、その多くが管理型産業廃棄物処分場で埋立処分されているが、この石炭灰の有効利用が期待できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は、本発明の処理装置の一例を示すものである。
汚染物質として、例えばフェノール、ベンゼンなどの炭化水素化合物およびそのハロゲン化物、メチレンブルーなどの染料系有機化合物、シアン化カリウムなどのシアン化合物、パラチオンなどの有機リン化合物、チウラム、シマジンなどの有機系農薬、ヒドラジン、ジチオン酸、クエン酸などのＣＯＤ成分等の有機性または還元性の化合物を含む廃水Ａが管１から処理槽２に送り込まれ、ここに貯えられる。
【００１３】
処理槽２は、ここに貯められた汚染物質含有廃水Ａを浄化処理するものであって、金属、強化プラスチック、コンクリートなどからなる水槽である。
この処理槽２の内部の底部には、超音波照射装置３が設けられ、処理槽２内の廃水Ａに超音波が照射されるようになっている。超音波照射装置３には、周知のものが用いられる。
【００１４】
処理槽２の上方には、多孔質粒子粉末（以下、粉末と略記することがある）を処理槽２内の廃水Ａに添加するための多孔質粒子粉末供給装置４が設けられている。
この多孔質粒子粉末供給装置４は、粉末を貯蔵するサイロ部４ａと、このサイロ部４ａの底部に設けられた計量投下部４ｂとから構成され、サイロ部４ａに貯蔵された粉末を、別途設置された制御装置等からの添加の指示信号等によって所定量落下させて処理槽２内に投入できるようになっている。
【００１５】
そして、処理槽２内に処理すべき廃水Ａが所定量貯えられたならば、多孔質粒子粉末供給装置４から所定量の粉末が廃水Ａに投入され、さらに超音波照射装置３が動作して超音波が廃水Ａに照射される。
【００１６】
ここで使用される粉末としては、石炭灰、火山礫粒子などが挙げられ、粒子の平均粒径が１０〜５００μｍ、好ましくは５０〜１００μｍのものが用いられる。粒子の平均粒径が１０μｍ未満では内部の細孔が小さくなり、キャビティーションバブルの核生成の効果が小さくなり、５００μｍを越えると水中での多孔質粒子の撹拌、対流が悪くなり、音響場に分散する粒子が減少し、キャビティーションの核が生成しなくなる。
【００１７】
また、多孔質粒子の細孔の内径は、０．５〜１０μｍ、好ましくは１〜５μｍとされ、内径が０．５μｍ未満では細孔内のガスが放出されにくくなり、核が生成しない。１０μｍを越えると細孔が大きすぎてキャビティーションが生成しない。
このため、多孔質粒子であっても、０．５μｍ未満の微細孔を有する粒子、例えばゼオライトなどでは効果が得られない。
【００１８】
また、粉末の添加量は、廃水量に対して、０．４〜０．６ｗｔ％とされ、０．４ｗｔ％未満、０．６ｗｔ％を越えると、後述の実験例からも汚染物質の分解率が低下する。これは、０．４ｗｔ％未満では、キャビティーション効果の増大が得られず、０．６ｗｔ％を越えると超音波が多孔質粒子に吸収、分散されてキャビティーションの生成が抑制されるものと考えられ、この濃度範囲では、大量の水酸基ラジカルが生成する。この添加量は、汚染物質の種類、濃度には無関係である。
【００１９】
超音波の周波数は、１００〜５００ｋＨｚの範囲が好適であり、１００ｋＨｚ未満ではキャビティーションの衝撃波は大きいものの断熱圧縮が小さいことからラジカルの生成量が少ない。５００ｋＨｚを越えるとキャビティーション自体の生成が困難となる。
超音波の出力は、処理槽２の容量によって左右されるが、容量１０ｍ３では、出力３〜３０ｋＷの範囲が好ましい。
処理時間は、３０〜６０分とすることが好ましい。
処理温度は、常温で十分である。超音波照射にともなって液温が３０〜５０℃に上昇するので、敢えて加熱する必要はない。
【００２０】
これにより廃水の処理が行われ、廃水に含まれている汚染物質が分解される。
処理後の廃水は、管５を通って、処理槽２の下流に配置された沈殿槽６に送られここで静置されて、分散している多孔質粒子を沈降させて分離する。上澄液は、処理水として管７から系外に排出される。
【００２１】
沈殿槽６の底部に堆積した多孔質粒子粉末は、必要に応じて、管８から抜き出され、弁９を介して多孔質粒子粉末供給装置４へ返送されるようになっており、さらには弁１０、管１１を介して系外に排出されるようにもなっている。
【００２２】
このような汚染物質含有廃水の処理方法にあっては、水中への超音波照射によって発生するキャビティーションの核が、多孔質粒子の存在によって大幅に増加し、これによって大量の水酸基ラジカルが生成し、汚染物質の分解効率が大きく向上する。
【００２３】
また、多孔質粒子粉末は化学的に不活性であるので、環境に悪影響を与えることがない。また、多孔質粒子粉末は安価に入手できるので、処理コストも安価に抑えられ、特に石炭灰を用いれば、これをほとんど無料で入手でき、極めて安価に処理を実施できる。
【００２４】
以下、実験例を示す。
（例１）
汚染物質含有廃水として、濃度１０ｐｐｍのフェノール水溶液を用いた。この水溶液１リットルをガラスビーカーに入れた。ビーカーの外側底部に超音波照射装置を置き、水溶液に対して周波数２００ｋＨｚの超音波を出力３００Ｗで照射した。また、平均粒径７５μｍ、細孔の平均径３．０μｍの石炭灰を０．５ｗｔ％となるように添加した。超音波照射時間を６０分とした。フェノール水溶液の水温は２５℃とした。
【００２５】
以上の条件で処理を行い、フェノールの分解速度定数を求めた。
比較のために、超音波を照射しただけの場合、石炭灰を添加して単に撹拌しただけの場合についても分解速度定数を求めた。
結果を図２に示す。
【００２６】
図２に示したように、超音波の照射のみでも分解は起こるが、石炭灰を添加すると、その分解速度定数は２倍以上になった。石炭灰の添加のみでは全く効果がないこと明らかになった。
【００２７】
（例２）
例１において、石炭灰の添加量を０．０〜１．５ｗｔ％の範囲で変化させた。この場合の分解速度定数の変化を図３に示す。
図３の結果から、石炭灰の添加量が０．０〜０．４ｗｔ％までは添加量の増加に比例して分解速度定数は上昇したが、０．４〜０．６ｗｔ％の添加量をピークにそれ以上添加しても分解速度定数は増加せず、逆に減少していった。これは、過剰な石炭灰の添加により、超音波が石炭灰に吸収、分散され、キャビティーションの生成が抑制されたものと考えられる。これより、石炭灰の最適添加量は０．４〜０．６ｗｔ％であることが明らかになった。
【００２８】
（例３）
例１において、石炭灰以外の粒子粉末として、鉄粒、ガラスビーズ、アルミナ、ゼオライト、カオリンをそれぞれ０．５ｗｔ％添加して、それぞれの分解速度定数を求めた。
結果を図４に示す。
【００２９】
図４の結果から、石炭灰の効果が最も大きいことがわかる。これは石炭灰の適度の多孔性によるものである。ゼオライトは代表的に多孔質粒子であるが、細孔の内径がサブミクロンオーダーであり、キャビティーションの核生成には、狭すぎるものと思われる。
【００３０】
これに対して、石炭灰は、その細孔の内径が０．５〜１０μｍであるので、細孔に十分な空気が保持され、この空気が音圧の変動で容易に水中に放出されることから、キャビティーションの核生成に適していると思われる。
【００３１】
（例４）
例１において、汚染物質含有廃水として、濃度６．４ｐｐｍのメチレンブルー水溶液を用いた以外は、同様にして処理を行って分解速度定数を求めた。比較のため、超音波照射のみの場合、石炭灰を添加して機械撹拌を行った場合についても分解速度定数を求めた。
結果を図５に示す。
【００３２】
図５の結果から、超音波の照射のみでも分解が起こるが、石炭灰を添加すると分解速度定数は２倍以上になった。石炭灰の添加のみではほとんど分解がなされなかった。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の汚染物質含有廃水の処理装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】実験例１の結果を示す図表である。
【図３】実験例２の結果を示す図表である。
【図４】実験例３の結果を示す図表である。
【図５】実験例４の結果を示す図表である。
【符号の説明】
【００３４】
２・・処理槽、３・・超音波照射装置、４・・多孔質粒子粉末供給装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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