(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部が、オゾンガスを直接導入する又は排水に予めオゾンガスを導入して得られた混合液を送り込む機構を備えた第一次オゾン反応槽、生物処理槽及び生物処理槽を経た処理水にオゾンガスを導入する機構を備えた第二次オゾン反応槽に区画されたタンクを有する排水処理装置であって、２つの仕切板がタンク中に設置され、各仕切板はタンク底部からタンク天井に向かって延びており、この２つの仕切板が第一次オゾン反応槽、生物処理槽及び第二次オゾン反応槽に区画し、各反応槽で処理された処理水が各仕切板を越えて隣接する反応槽に順に流れるように仕切板とタンク天井との間に隙間が設けられ、導入口が第一次オゾン反応槽に設置され、第二次オゾン反応槽での処理が完了した処理完了水を外部に送り出すための排出口が第二次オゾン反応槽に設けられている、ことを特徴とする排水の高度処理装置。
【請求項２】
第二次オゾン反応槽には、オゾンガスを注入するために該反応槽から処理水を取り出す取水口と、オゾンガスを注入した後の処理水を該反応槽に戻すための導入口とが設置されている請求項１に記載の処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排水の高度処理方法及び高度処理装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
工場排水、生活排水等の排水は、従来より活性汚泥法に代表される生物処理方法によって処理されている。活性汚泥法は、ランニングコストの面では有利であるものの、微生物の分解能力に依存するという弱点がある。このため、排水中の難分解性の有機物を処理することができず、処理水に有機物が残存した状態となる。このような処理水は、ＢＯＤ値を５ｍｇ／Ｌ以下に低減できても、ＣＯＤ値が２０〜５０ｍｇ／Ｌと高く、環境保全という点は十分なものとは言えない。
【０００３】
この場合、後段の高度処理方法としてオゾンで酸化する方法があるが、それは脱色を目的とするものにすぎず、ＣＯＤ値の低減効果は２〜３割程度であり、未だ満足できる数値ではない。
【０００４】
また、活性炭を用いる方法もあるが、活性炭により排水を処理できる量は少なく、実用的でない。例えば、排水１ｋｇを処理しようとすれば５０ｇの活性炭が必要となるため、活性炭を頻繁に交換しなければならず、維持費が高くなる。また、たとえ十分な量の活性炭を用いたとしても、残留ＣＯＤ成分に対する活性炭の吸着能力が不十分であり、所望のＣＯＤ低減効果は期待できない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
これに対し、オゾン処理部と粒状濾材充填層からなる処理工程を複数段配列させ、処理対象水をオゾン処理部と粒状濾材充填層の順に交互に流通させてオゾン処理→生物処理→を複数段繰り返して行うことを特徴とする水の浄化方法が知られている（特開平５−８４５００号）。
【０００６】
しかし、この方法では、オゾンによるＣＯＤ低減効果はせいぜい２０〜３０％程度にとどまり、それ以上の効果は期待できない。
【０００７】
原水導入部及び処理水排出部を備える生物処理手段と、該生物処理手段から排出される処理水の一部を該原水導入部に循環する循環手段とを備える排水処理装置において、該循環手段又は処理水排出部に、難生物分解性のＣＯＤ成分を物理化学的に酸化するための酸化処理手段を設けたことを特徴とする排水処理装置が提案されている（特開平９−７０５９７号）。
【０００８】
しかし、かかる排水処理装置では、処理水の一部を酸化処理して原水に返送する循環率を大きくしようとすると、生物処理槽を大きくしなければならなくなり、コストの上昇につながる。また、その循環率を小さくすると、オゾン酸化処理されない排水の比率が高くなるため、オゾン酸化による効果が低減するという問題がある。
【０００９】
被処理排水をオゾンと向流接触させた後、生物処理する方法において、オゾンと接触した後のオゾン処理水に、前記被処理排水の一部を添加することを特徴とする排水の処理方法が知られている（特開平６−９１２９９号）。
【００１０】
しかし、この処理方法においては、オゾン酸化後の処理水中に残留するオゾンを分解する目的で、オゾン酸化を受けない原水の一部とオゾン酸化後の処理水を混合することを前提としてるため、オゾン酸化を受けない原水は十分なオゾン酸化が受けられないという欠点がある。
【００１１】
このように、いずれの装置又は方法においても、低コストで効率的に排水のＣＯＤ及びＴＯＣを低減させるためにはさらなる技術改良が必要である。
【００１２】
従って、本発明の主な目的は、より効率的に排水のＣＯＤ及びＴＯＣをともに低減させる方法及び装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、かかる従来技術の問題点に鑑みて鋭意研究を重ねた結果、特定の工程からなる方法により上記目的を達成できることを見出し、ついに本発明を完成するに至った。
【００１４】
すなわち、本発明は、下記の排水の高度処理方法及び高度処理装置に係る。
【００１５】
１．（１）排水にオゾンガスを注入してオゾン処理を行う第一工程、（２）オゾン処理された処理水を生物処理する第二工程及び（３）生物処理された処理水にオゾンガスを注入してオゾン処理を行う第三工程を有することを特徴とする排水の高度処理方法。
【００１６】
２．第一工程の排水のＣＯＤが２５ｍｇ／Ｌ以上である前記項１記載の高度処理方法。
【００１７】
３．第一工程及び第三工程の少なくとも一方の工程における排水及び／又は処理水のｐＨを７．５以上とする前記項１又は２に記載の高度処理方法。
【００１８】
４．オゾン処理が、第一工程及び第二工程のみで行われる前記項１〜３のいずれかに記載の高度処理方法。
【００１９】
５．（１）排水にオゾンガスを注入してオゾン処理を行う第一次オゾン反応槽、（２）オゾン処理された処理水を生物処理する生物処理槽及び（３）生物処理された処理水にオゾンガスを注入してオゾン処理を行う第二次オゾン反応槽を有し、オゾン反応槽としては上記第一次オゾン反応槽及び第二次オゾン反応槽のみであることを特徴とする排水の高度処理装置。
【００２０】
６．内部が第一次オゾン反応槽、生物処理槽及び第二次オゾン反応槽に区画されたタンクを有する排水処理装置であって、
２つの仕切板がタンク中に設置され、各仕切板はタンク底部からタンク天井に向かって延びており、この２つの仕切板が第一次オゾン反応槽、生物処理槽及び第二次オゾン反応槽に区画し、
各反応槽で処理された処理水が各仕切板を越えて隣接する反応槽に順に流れるように仕切板とタンク天井との間に隙間が設けられ、
オゾンガス及び排水を含む混合液が導入できる導入口が第一次オゾン反応槽に設置され、
第二次オゾン反応槽での処理が完了した処理完了水を外部に送り出すための排出口が第二次オゾン反応槽に設けられている、
ことを特徴とする排水の高度処理装置。
【００２１】
【発明の実施の形態】
１．排水の高度処理方法
本発明の排水の高度処理方法は、（１）排水にオゾンガスを注入してオゾン処理（第一次オゾン処理）を行う第一工程、（２）第一次オゾン処理された処理水を生物処理する第二工程及び（３）生物処理された処理水にオゾンガスを注入してオゾン処理（第二次オゾン処理）を行う第三工程を有することを特徴とする。
（１）第一工程
第一工程では、排水にオゾンガスを注入して第一次オゾン処理を行う。本発明では、排水（原水）としては、工場排水、生活排水等のいずれにも適用できる。例えば、生活排水と工場排水を含む排水を一次処理（活性汚泥処理）されたものを本発明の排水として適用できる。特に、本発明方法は、ＣＯＤが２０ｐｐｍ以上、好ましくは２５ｐｐｍ以上、より好ましくは２５〜３０ｐｐｍの排水に好適である。
【００２２】
オゾンガスは、放電法によるオゾンガス、電解法によるオゾンガス等のいずれも使用することができる。これらは、公知のオゾン発生装置で生成させることができる。排水に注入するオゾンガスのオゾン濃度は限定的ではないが、通常は２０〜２００ｇ／ｍ3程度とすれば良い。
【００２３】
オゾンガスの注入方法は特に限定されず、例えばエジェクタによる混合、散気管等によるバブリング等の公知の方法に従って行うことができる。オゾンガスの注入量は、処理すべき排水の種類、排水の流量等に応じて適宜設定すれば良いが、通常は５〜５０ｍｇ／ｈ程度の範囲内とすれば良い。
【００２４】
本発明では、排水及び／又は処理水のｐＨを７．５以上、特に８以上に設定することが望ましい。このようなｐＨ調整を行うことによって、オゾン処理をより効果的に行うことができる。また、かかるｐＨ調整により、残留オゾンの自己分解を促進させることもできるため、次工程の生物処理層への残留オゾンの混入をより確実に抑制ないしは防止できる。その結果、特にオゾン分解処理を施さなくても生物処理をより有効に行うことができる。ｐＨ調整は、例えば水酸化ナトリウム（苛性ソーダ）、水酸化カリウム等のアルカリを使用すれば良い。これらは、そのまま又は水溶液の形態で添加することができる。これらアルカリの添加量、添加方法等は、排水の種類・処理量、装置の形式等に応じて適宜決定することができる。
（２）第二工程
第二工程では、第一次オゾン処理された処理水を生物処理する。生物処理の方法は、生物分解反応によってＴＯＣの低減効果が得られる限り特に限定されず、公知の生物処理方法・操作条件に従って行えば良い。例えば、公知の生物反応槽（生物分解槽）を用いることにより実施できる。生物反応槽では、多孔質材料を充填した充填層に処理水を流通させることによって生物処理が行われる。多孔質材料（材質）としては、例えばセラミックス、樹脂類等を挙げることができる。多孔質材料の形状は限定的でなく、例えば粒状（ボール状）、管状、ひも状等の各種の形態から材質等に応じて適宜選ぶことができる。
【００２５】
第二工程では、必要に応じて生物反応槽中の処理水が充填層を効率的に通過できるように循環させることが好ましい。例えば、生物反応槽の底部近辺にバブリング装置を設置し、空気等を供給することによって実施することができる。
（３）第三工程
第三工程では、生物処理された処理水にオゾンガスを注入して第二次オゾン処理を行う。第二次オゾン処理は、第一次オゾン処理と同様にすれば良い。
【００２６】
第三工程においても、第一工程と同様、処理水のｐＨを７．５以上、特に８以上に設定することが望ましい。かかるｐＨ調整により、オゾン処理をより効果的に行うことができる。第三工程を終了した後、所定の処理完了水が得られる。
【００２７】
本発明の高度処理方法で得られる処理完了水は、導入する排水の種類、状態等にもよるが、条件によってはＣＯＤ８ｐｐｍ以下（好ましくは７ｐｐｍ以下）、ＴＯＣ１５ｐｐｍ以下（好ましくは１０ｐｐｍ以下）まで低減させることができる。特に、ＣＯＤを導入する排水の６０％以上（好ましくは７０％以上）もカットすることが可能である。
２．排水の高度処理装置
本発明の排水の高度処理装置は、（１）排水にオゾンガスを注入してオゾン処理を行う第一次オゾン反応槽、（２）オゾン処理された処理水を生物処理する生物処理槽及び（３）生物処理された処理水にオゾンガスを注入してオゾン処理を行う第二次オゾン反応槽を有し、オゾン反応槽としては上記第一次オゾン反応槽及び第二次オゾン反応槽のみであることを特徴とする。
【００２８】
本発明装置では、オゾン反応槽としては上記第一次オゾン反応槽及び第二次オゾン反応槽のみであり、これら以外のオゾン反応槽を必要としない。
【００２９】
また、本発明装置は、第一次オゾン反応槽、生物処理槽及び第二次オゾン反応槽は、別々に構成されていても良いし、後記の実施例にも示すように一体的に構成されていても良い。各反応槽を別々に構成する場合は、各反応槽を配管等で接続すれば良い。また、各反応槽を一体的に構成する場合は、例えば１つの容器に仕切板（隔壁）を設けて３つに区画し、それぞれを順に第一次オゾン反応槽、生物処理槽及び第二次オゾン反応槽とすれば良い。各反応槽で処理された処理水は、例えば仕切板を越えて隣接する反応槽に順に流れ込めるように設計すれば良い。また、さらに未溶解オゾンガスが隣接する反応槽に混入しないように別の仕切板を設けることもできる。
【００３０】
第一次オゾン反応槽は、排水とオゾンガスを含む混合水をオゾン処理するものである。反応槽の形式は排水とオゾンガスとのオゾン反応をさせることができれば特に制限されない。従って、排水にオゾンガスを導入する地点も、反応槽中に直接導入する方式であっても良いし、あるいは排水に予めオゾンガスを導入した後、得られた混合液を反応槽に送り込む方式であって良い。前者の方式の場合は、例えば排水を送り込む配管が反応槽に設置され、オゾンガスを放出する散気管を反応槽内部に備えた構成を採用することができる。後者の場合は、例えばオゾンガスを導入するためのエジェクタ等が排水用配管に設置され、そこで排水に導入されたオゾンガスとの混合液を導入できるように上記配管が反応槽に接続された構成を採ることができる。また、後者の場合には、上記混合液を反応槽に送り込むためのポンプを設置することもできる。
【００３１】
また、第一次オゾン反応槽には、必要に応じて未溶解オゾンガスを排気するための排気口を設けることもできる。排気口は、第一次オゾン反応槽の上部（頂部）に設置することが望ましい。
【００３２】
生物処理槽は、公知の生物処理槽又は生物反応槽と同様の形式を採用することができる。例えば、反応槽中に充填層が備え付けられた方式が好ましい。充填層には、前記１．で示したような多孔質材料が充填されている。
【００３３】
生物処理槽は、そこに導入された排水が充填層中を確実に通過できるように、バブリング装置等を設けて生物処理槽中で排水が循環できるようにすることが望ましい。バブリング装置では、例えば空気を送り込むことが好ましい。空気をバブリングすることによって、上記循環をより効果的に行うことができるほか、微生物による有機物の分解を促進させることが可能となる。
【００３４】
第二次オゾン反応槽は、生物処理槽を経た処理水とオゾンガスを含む処理水のオゾン反応を行わせるものである。反応槽の形式は処理水とオゾンガスとを反応させることができれば特に制限されず、前記の第一次オゾン反応槽と同様の構成を採用することができる。
【００３５】
また、第一次オゾン反応槽と同様、第二次オゾン反応槽にも、必要に応じて未溶解オゾンガスを排気するための排気口を設けることもできる。排気口は、第二次オゾン反応槽の上部（頂部）に設置することが望ましい。
【００３６】
第二次オゾン反応槽には、処理完了水を送り出すための配管、さらに必要により配管にポンプを設置する。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、より簡便な方法で効果的に排水のＣＯＤ及びＴＯＣをともに低減させることができる。
【００３８】
本発明では、オゾン反応処理工程（オゾン反応槽）を２回実施するだけで、排水のＣＯＤを効果的に低減することができる。特に、ＣＯＤが２５ｍｇ／Ｌ以上という高濃度ＣＯＤ排水を効果的に処理することができる。
【００３９】
また、従来技術と異なり、オゾン反応槽及び生物反応槽を多数繰り返して設置する必要がなく、あるいは系全体を循環させる必要等もないため、工程又は装置を簡略化することができる結果、処理能力の向上を図ることができる。
【００４０】
特に、本発明方法においては、第一工程及び第三工程の少なくとも一方の工程における排水及び／又は処理水のｐＨを７．５以上に制御する場合には、オゾン処理を効果的に行うことができる。さらに、残留オゾンの自己分解を促進させることもできる結果、特別のオゾン分解を施さなくても生物処理をいっそう効果的に実施することができる。
【００４１】
【実施例】
以下に実施例を示し、本発明の特徴を一層明確にする。但し、本発明の範囲は、実施例の範囲に限定されるものではない。
【００４２】
実施例１
（１）排水処理装置
図１に示すような排水処理装置で原水の排水処理を実施した。この排水処理装置（１）は、第一次オゾン反応槽（２）、生物反応槽（３）及び第二次オゾン反応槽（４）を基本構成とし、これらが一体的に構成されている。この装置は、タンク（５）中に２つの仕切板（６）（７）により３つに区分されている。各仕切板はタンク底部からタンク天井に向かってほぼ垂直に設けられている。タンク天井部においては、各反応槽で処理された排水が乗り越えられるように、タンク天井部と各仕切板（６）（７）との間に隙間がそれぞれ設けられている。
【００４３】
第一次オゾン反応槽には、オゾンガス及び排水の混合液の導入口（８）と、混合液を排水が流れる配管に循環させるために反応槽から取水する取水口（９）とが設置されている。オゾンガスの導入は、排水用配管の途中に設置されたエジェクタ（図示せず）によって実施される。オゾンガスが排水に導入された後の混合液は、第一次オゾン反応槽の底部付近に送り込めるようにポンプ（１０）が設けられている。第一次オゾン反応槽の天井部には未溶解オゾンガスを排出するための排気口（１１）を設置している。仕切板（１２）（１３）は、オゾン反応槽（気相部）における未反応オゾンガス（未溶解オゾンガス）を生物反応槽から隔離しながら取り出すために設けられている。
【００４４】
生物反応槽（生物処理槽）には、充填層（１４）が備え付けられており、充填層中には多孔質セラミックス製ボール（図示せず）が複数装填されている。また、生物反応槽中で排水を循環させて充填層中を通過できるようにバブリング装置（１５）が生物反応槽の底部付近に設置されている。バブリング装置には、配管等を通じて空気が送り込まれる。
【００４５】
第二次オゾン反応槽には、オゾンガスをさらに注入するために反応槽から処理水を取り出す取水口（１６）と、オゾンガスを注入した後の処理水を反応槽に戻すための導入口（１７）とが設置されている。オゾンガスの導入は、取水口に接続された配管の途中に設置されたエジェクタ（図示せず）によって実施される。オゾンガスが処理水に導入された後の混合液は、第二次オゾン反応槽の上部付近に送り込めるようにポンプ（１８）が設けられている。第二次オゾン反応槽の天井部には未溶解オゾンガスを排出するための排気口（１９）が設置されている。仕切板（２０）（２１）は、オゾン反応槽（気相部）における未反応オゾンガス（未溶解オゾンガス）を生物反応槽から隔離しながら取り出すために設けられている。
（２）高度排水処理
上記のような排水処理装置を用いて排水（原水）の高度排水処理を実施した。原水としては、し尿及び生活雑排水を含む排水を合併処理槽で処理（一次処理）されたものを使用した。原水は、２０リットル／ｈｒの割合で導入され、エジェクタを介してオゾンガスが注入された後、ポンプにより第一次オゾン反応槽に送られる。上記オゾンガスは、４００ｍｇ／ｈｒで原水に注入される（オゾン注入率：２０ｐｐｍ）。
【００４６】
オゾンガスは、純水を電解して得られるオゾンガス（濃度：２００ｇ／ｍ3）を用いた。また、ポンプとしては、送水能力６０リットル／ｈｒであり、耐オゾン性のあるステンレス鋼製であり、シール部がフッ素樹脂からなるものを用いた。
【００４７】
本実施例では、原水に苛性ソーダを約７０ｐｐｍ注入することにより、第一オゾン反応槽の入口での原水のｐＨを約９付近になるように調整した。
【００４８】
第一次オゾン反応槽では、オゾンとの反応による処理が進行し、ＣＯＤ及びＴＯＣの低減が図られる。第一次オゾン反応槽で処理された後の第一次オゾン処理水のＣＯＤ及びＴＯＣを表１に示す。
【００４９】
【表１】
0004025972.tif 000002
【００５０】
次いで、第一オゾン処理水は、第一オゾン反応槽の仕切板（堰）を越えて生物処理層（生物分解槽）に入る。生物処理槽の充填層には、直径が約１０ｍｍの多孔質セラミックスボールが約２０リットル充填されている。また、生物処理槽の底部にバブリング装置を設け、そこから空気をバブリングすることにより、酸素を供給するとともに、処理水が充填部を通過するように循環させた。なお、第一オゾン処理水のｐＨは、生物分解槽に入るとｐＨ８となった。生物分解槽で処理された処理水のＴＯＣ及びＣＯＤを表１に示す。
【００５１】
生物分解槽での処理を終えた処理水は、仕切板を越えて第二オゾン反応槽に流れる。第二オゾン反応槽では、取水口から取水された上記処理水にオゾンガスが注入され、再び第二オゾン反応槽に戻される。ここでのオゾンガス注入量は、２００ｍｇ／ｈｒとした（オゾン注入率：１０ｐｐｍ）。また、第二オゾン処理槽では、苛性ソーダの注入は行わなかった。このように上記処理水を循環させながらオゾンとの反応により処理を行う。第二オゾン処理水のＴＯＣ及びＣＯＤを表１に示す。第二オゾン反応槽でオゾン処理された第二オゾン処理水（処理完了水）は、配管、ポンプ等を通じてユースポイント等に送り出される。
【００５２】
表１に示すように、原水をオゾン酸化しただけではＣＯＤが十分に低下しないが、生物処理槽で処理するとＴＯＣは原水の５０％まで低下し、有機物が良く分解されていることがわかる。ところが、生物分解処理後のＣＯＤは原水のＣＯＤの値に戻っている。この理由は未だ解明されていない。これに対し、さらなるオゾン処理として第二オゾン反応槽で処理することにより、ＴＯＣはもとより、ＣＯＤを７ｐｐｍ（原水の７０％のＣＯＤをカット）と大幅に低減できることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高度オゾン処理装置の概要を図である。
【図１】
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