(57)【要約】【課題】次亜臭素酸化合物を安定した濃度で生成させ、次亜臭素酸化合物の消毒効果を迅速かつ効率的に利用でき、大量降雨時における大量の下水処理にも迅速に対応できる下水処理システムおよび下水処理方法を提供する。【解決手段】下水が流入、流出する処理流路１０と、前記処理流路１０に下流端２０ｂが接続された反応流路２０と、前記反応流路２０の上流端２０ａに接続された、次亜塩素酸化合物の水溶液を供給する次亜塩素酸供給装置３０および臭素化合物の水溶液を供給する臭化物供給装置４０とを備え、前記反応流路２０は、前記次亜塩素酸供給装置３０から供給された次亜塩素酸化合物の水溶液と前記臭化物供給装置４０から供給された臭素化合物の水溶液とを流路内を空気に触れさせずに流通させながら反応させて次亜臭素酸化合物を生成せしめる流路である下水処理システム。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
下水が、上流端から流入し下流端から流出する処理流路と、
前記処理流路に下流端が接続された反応流路と、
前記反応流路の上流端に接続された、次亜塩素酸化合物の水溶液を供給する次亜塩素酸供給装置および臭素化合物の水溶液を供給する臭化物供給装置とを備え、
前記反応流路は、前記次亜塩素酸供給装置から供給された次亜塩素酸化合物の水溶液と前記臭化物供給装置から供給された臭素化合物の水溶液とを流路内を空気に触れさせずに流通させながら反応させて次亜臭素酸化合物を生成せしめる流路である下水処理システム。
【請求項２】
前記処理流路の上流端から下流端までの処理流路長が、前記処理流路を流れる下水が１分間当たりに進む距離の１倍以上である、請求項１に記載の下水処理システム。
【請求項３】
前記処理流路の上流端から下流端までの処理流路長が、前記処理流路を流れる下水が１分間当たりに進む距離の１０倍以下である、請求項２に記載の下水処理システム。
【請求項４】
制御装置を備え、前記制御装置により、前記反応流路を流れる水溶液が１分間あたりに進む距離が、前記反応流路の上流端から下流端までの反応流路長に対して１／２〜１／１５倍に制御される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の下水処理システム。
【請求項５】
制御装置を備え、前記制御装置により、前記処理流路を流れる下水の１Ｌに対して、有効塩素量換算で０．４〜８ｍｇの次亜臭素酸化合物が供給されるように制御される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の下水処理システム。
【請求項６】
前記反応流路を流れる水溶液を空気に触れさせずに混合する混合装置が設けられた、請求項１〜５のいずれか一項に記載の下水処理システム。
【請求項７】
次亜塩素酸化合物の水溶液と臭素化合物の水溶液とを、空気に触れさせずに流路を流通させる間に反応させ、生成した次亜臭素酸化合物を下水に供給する下水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下水処理システム、および下水処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
大都市においては合流式の下水道が広く普及しており、各種排水や雨水は、下水として下水道を通じて下水処理場へ流入し、浄化および消毒処理が行われたうえで、公共水域である河川や海洋へ処理水として放流される。
しかし、雨水合流式の下水道においては、下水処理場の処理能力を超えた降雨があった際に、充分な浄化および消毒処理ができず、処理水として要求される水質基準を満たさないまま放流されてしまう場合があるという問題がある。
消毒処理の方法としては、薬剤を添加する方法が一般的であり、塩素系消毒剤、特に次亜塩素酸化合物である次亜塩素酸ナトリウム水溶液が広く用いられている。処理効率を高めるためには高い濃度の次亜塩素酸ナトリウムを消毒剤として用いることが考えられる。しかし、次亜塩素酸化合物の濃度を徒らに高くすると、下水中のアンモニア性窒素との反応により生じるクロラミンが環境に残留する影響が問題となる。
【０００３】
そのような状況下、下水処理場の処理能力を向上させるため、消毒効果が高く、より短時間で消毒処理でき、しかも残留性のある副生物を生じない次亜臭素酸化合物を用いた下水の処理方法が提案されている（特許文献１〜３）。
【０００４】
次亜塩素酸化合物と比較して、次亜臭素酸化合物は消毒効果がより高いことが知られているが、一般的に不安定な物質である。そのため、次亜臭素酸化合物による下水の処理方法においては、下水を処理する現場で次亜臭素酸化合物を生成させて用いている。
【０００５】
特許文献１では、金属元素の臭化物と次亜塩素酸若しくはその塩とを反応させて次亜臭素酸化合物を生成させているが、反応には一定の時間を要するため、反応容器（次亜臭素酸塩発生装置）内で次亜臭素酸塩消毒液を生成させたあと、被処理排水が流入する沈砂池へ、消毒液供給配管を用いて供給している。この態様では、生成させた次亜臭素酸化合物が不安定であるためその分解を制御できず、安定した濃度で排水に供給することが困難であった。
【０００６】
また、急な降雨等に対応するためには、消毒剤を速やかに生成させる必要がある。そこで特許文献２では、次亜塩素酸を発生する化合物と臭化物イオンを発生する化合物とから、次亜臭素酸を生成する反応を促進するため、その反応を特定の有機酸の存在下で行うことが開示されている。しかし、大量の下水を処理する場合には次亜臭素酸化合物の必要量も大きくなり、それに伴って有機酸の必要量も大きくなるため、コスト面で不利である。
【０００７】
また、特許文献３では、次亜臭素酸を生成できる１−ブロモ−３−クロロ−５，５−ジメチルヒダントイン（以下、「ＢＣＤＭＨ」と言う。）等の消毒剤を用いて下水の消毒処理を行うことが提案されている。ＢＣＤＭＨは固体として長期的な保存が可能で、下水との接触時間が短くとも消毒効果が顕著である点から優れた消毒剤である。しかし、価格が高価であり、コスト面で不利である。また、固体であるため、その供給装置に不具合が生じた際の不具合の解消は容易ではない。さらに、ＢＣＤＭＨの加水分解により生じる５，５−ジメチルヒダントインは水への溶解度が低く、未溶解の５，５−ジメチルヒダントインが大量に生成するとの問題点を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−１２４２５号公報
【特許文献２】特許第４３９８１６１号公報
【特許文献３】特許第３６６８０７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、次亜臭素酸化合物を安定した濃度で迅速に下水に供給可能な下水処理システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、以下の構成を有する。
［１］下水が、上流端から流入し下流端から流出する処理流路と、
前記処理流路に下流端が接続された反応流路と、
前記反応流路の上流端に接続された、次亜塩素酸化合物の水溶液を供給する次亜塩素酸供給装置および臭素化合物の水溶液を供給する臭化物供給装置とを備え、
前記反応流路は、前記次亜塩素酸供給装置から供給された次亜塩素酸化合物の水溶液と前記臭化物供給装置から供給された臭素化合物の水溶液とを流路内を空気に触れさせずに流通させながら反応させて次亜臭素酸化合物を生成せしめる流路である下水処理システム。
［２］前記処理流路の上流端から下流端までの処理流路長が、前記処理流路を流れる下水が１分間当たりに進む距離の１倍以上である、［１］に記載の下水処理システム。
［３］前記処理流路の上流端から下流端までの処理流路長が、前記処理流路を流れる下水が１分間当たりに進む距離の１０倍以下である、［２］に記載の下水処理システム。
［４］制御装置を備え、前記制御装置により、前記反応流路を流れる水溶液が１分間あたりに進む距離が、前記反応流路の上流端から下流端までの反応流路長に対して１／２〜１／１５倍に制御される、［１］〜［３］のいずれか一項に記載の下水処理システム。
［５］制御装置を備え、前記制御装置により、前記処理流路を流れる下水の１Ｌに対して、有効塩素量換算で０．４〜８ｍｇの次亜臭素酸化合物が供給されるように制御される、［１］〜［４］のいずれか一項に記載の下水処理システム。
［６］前記反応流路を流れる水溶液を空気に触れさせずに混合する混合装置が設けられた、［１］〜［５］のいずれか一項に記載の下水処理システム。
［７］次亜塩素酸化合物の水溶液と臭素化合物の水溶液とを、空気に触れさせずに流路を流通させる間に反応させ、生成した次亜臭素酸化合物を下水に供給する下水処理方法。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の下水処理システムおよび下水処理方法によれば、反応に一定の時間を要する次亜塩素酸化合物の水溶液と臭素化合物の水溶液とを、反応流路内を空気に触れさせずに流通させながら反応させるため、次亜臭素酸化合物を安定した濃度で生成させることができる。また、次亜臭素酸化合物の生成後、ただちに下水と次亜臭素酸化合物とを接触させることができるため、次亜臭素酸化合物の消毒効果を迅速かつ効率的に利用できる。そのため、大量降雨時における大量の下水処理にも迅速に対応できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の下水処理システムの一態様を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の下水処理システムおよび下水処理方法について説明する。以下の実施の形態は、本発明を説明するための単なる例示であって、本発明をこの実施の形態にのみ限定することは意図されない。本発明は、その趣旨を逸脱しない限り、様々な形態で実施することが可能である。
【００１４】
＜下水処理システム＞
図１は、本発明の下水処理システムの一態様を示す模式図である。以下、図１を参照し、実施形態（以下、「本実施形態」とも言う。）を示して本発明を説明する。
【００１５】
下水処理システム１は、下水が処理される処理流路１０、次亜臭素酸化合物が生成される反応流路２０、ならびに次亜塩素酸供給装置３０および臭化物供給装置４０を備える。
【００１６】
（処理流路）
処理流路１０は、下水流入路６０（本発明の下水処理システムには含まれない。）を通じて下水が上流端１０ａから流入し、処理された下水が下流端１０ｂから流出する流路である。
処理流路１０の下流端１０ｂは公共水域７０（本発明の下水処理システムには含まれない。）に接続されており、処理流路１０で処理された下水は、河川や海洋を含む公共水域７０に放流されるようになっている。
【００１７】
処理流路１０の上流端１０ａから、処理流路１０の下流端１０ｂまでの距離（以下、「処理流路長」と言う。）は、処理流路１０を流れる下水が公共水域７０に至るまでに処理が行われるために充分な距離を有している必要がある。
処理流路長としては、処理流路１０を流れる下水が１分間当たりに進む距離の１倍以上であることが好ましく、２倍以上がより好ましく、３倍以上がさらに好ましい。処理流路長が前記下限値以上であれば、下水と反応流路２０から供給された次亜臭素酸化合物とが接触し、公共水域７０に放流されるまでの時間を充分にとることができる。
処理流路長が、処理流路１０を流れる下水が１分間当たりに進む距離の１倍である場合、下水と反応流路２０から供給された次亜臭素酸化合物とが接触し、公共水域７０に放流されるまでの時間は１分間である。
【００１８】
また、処理流路長は、処理流路１０を流れる下水が１分間当たりに進む距離の１０倍以下であることが好ましく、８倍以下がより好ましく、５倍以下がさらに好ましい。処理流路長が前記上限値以下であれば、下水処理システムが必要とするスペースが小さくて済む。
【００１９】
処理流路長として好ましくは、処理流路１０を流れる下水が１分間当たりに進む距離の１倍以上１０倍以下であり、１倍以上８倍以下がより好ましく、１倍以上５倍以下がさらに好ましい。
【００２０】
図１において処理流路１０は直線的な流路となっているが、途中で曲がっていたり、曲線的な流路であったりしてもよい。
また、たとえば、下水流入路６０から流入する下水が沈砂池に供給され、沈砂池に設けられたポンプ等を通じ、貯留池や放流梁に運ばれ、処理された下水が公共水域７０に放流される場合等においては、処理流路１０は、沈砂池、貯留池、放流梁等の設備を兼ねていてもよい。
この場合、後述の反応流路２０内で生成した次亜臭素酸化合物は、沈砂池に供給されてもよいし、貯留池や放流梁に供給されてもよい。当該設備において、反応流路２０からの次亜臭素酸化合物の供給点が、処理流路１０の上流端１０ａとなる。
【００２１】
（反応流路）
反応流路２０は、下流端２０ｂが処理流路１０の上流端１０ａに接続された流路である。反応流路２０の上流端２０ａには、後述の次亜塩素酸供給装置３０および臭化物供給装置４０が接続されている。反応流路２０は、次亜塩素酸供給装置３０から供給された次亜塩素酸化合物の水溶液と前記臭化物供給装置４０から供給された臭素化合物の水溶液とを、反応流路内を空気に触れさせずに流通させながら反応させて次亜臭素酸化合物を生成せしめる流路である。反応流路２０内で生成した次亜臭素酸化合物は、下流端２０ｂから処理流路１０に供給される。
【００２２】
前述のように、次亜塩素酸化合物と臭素化合物とが次亜臭素酸化合物を生成する反応には一定の時間を要する。したがって、反応流路２０の上流端２０ａから下流端２０ｂまでの距離（以下、「反応流路長」と言う。）は、次亜塩素酸化合物と臭素化合物の反応が充分に進行するために充分な距離を有している必要がある。
反応流路長としては、反応流路２０を流れる水溶液が１分間あたりに進む距離の２〜１５倍であることが好ましい。
ある態様としては、５〜１５倍であることがより好ましく、５〜１２倍であることがさらに好ましく、５〜１０倍であることが特に好ましい。反応流路長が、反応流路２０を流れる水溶液が１分間あたりに進む距離に対して前記範囲内にあれば、次亜塩素酸化合物と臭素化合物とが反応して生成する次亜臭素酸化合物の量を最大化できる。
また、別の態様としては、２〜１０倍であることがより好ましく、２〜８倍であることがさらに好ましく、２〜５倍であることが特に好ましい。反応流路長が、反応流路２０を流れる水溶液が１分間あたりに進む距離に対して前記範囲内にあれば、次亜塩素酸化合物と臭素化合物との反応を充分に進行させつつ、反応流路を短くすることにより設置面積を小さくでき、設置コストを抑えられる。
【００２３】
したがって、反応流路２０を流れる水溶液が１分間あたりに進む距離は、反応流路長の１／２〜１／１５倍であることが好ましい。ある態様としては、１／５〜１／１５倍であることがより好ましく、１／５〜１／１２倍がさらに好ましく、１／５〜１／１０倍が特に好ましい。また、別の態様としては、１／２〜１／１０倍であることがより好ましく、１／２〜１／８倍であることがさらに好ましく、１／２〜１／５倍であることが特に好ましい。
反応流路２０を流れる水溶液が１分間あたりに進む距離は、たとえば、反応流路２０を流れる水溶液の流量の制御や、反応流路２０の管径などによって調整できる。
反応流路２０を流れる水溶液が１分間あたりに進む距離が、反応流路長の１／５倍である場合、次亜塩素酸供給装置３０から水溶液として供給された次亜塩素酸化合物と前記臭化物供給装置４０から水溶液として供給された臭素化合物とが反応を開始し、処理流路１０に供給されるまでの時間は５分間である。
【００２４】
なお、本発明において「反応流路を流れる水溶液」とは、反応流路内を流れる、次亜塩素酸化合物、臭素化合物、次亜臭素酸化合物の少なくとも一つを含む水溶液を意味する。
【００２５】
後記試験例に示すように、次亜臭素酸化合物は空気との接触により急激に分解するため、本発明において、次亜臭素酸化合物の生成に当たっては空気と接触させない。そのため、反応流路２０は上流端および下流端以外が閉じられた空間とされていることが必要である。また、反応流路２０内に空気層がない状態で水溶液を流通させることが必要である。
反応流路内に空気層がない状態で水溶液を流通させる方法としては、たとえば、反応流路２０の上流端２０ａの位置に対して、反応流路２０の下流端２０ｂの位置を高い位置として、反応流路２０中の空気層を押し出しながら水溶液を流通させる方法が挙げられる。なお、不可避的な溶存空気が水溶液中に含まれていることは差し支えない。
【００２６】
反応流路２０は、次亜塩素酸供給装置３０から水溶液として供給された次亜塩素酸化合物と臭化物供給装置４０から水溶液として供給された臭素化合物との反応を促進するため、反応流路２０を流れる水溶液を空気に触れさせずに混合する混合装置２２（図１には図示していない。）を備えていてもよい。
混合装置２２としては、ラインミキサー、スタティックミキサー等の公知の撹拌装置を採用することができる。
混合装置２２は、反応流路２０内のどの位置に備えられていてもよいが、より早い段階で撹拌による反応の促進効果を得られる点で、反応流路２０の上流端２０ａと下流端２０ｂの中間点より上流側に備えられることが好ましい。
【００２７】
（次亜塩素酸供給装置）
次亜塩素酸供給装置３０は、反応流路２０に次亜塩素酸化合物の水溶液を供給する供給装置である。
【００２８】
次亜塩素酸化合物としては、次亜塩素酸ナトリウム、次亜塩素酸カリウム、次亜塩素酸カルシウム等を挙げることができ、後述の臭素化合物との反応性の点、および安価に入手できる点から次亜塩素酸ナトリウムが好ましい。
【００２９】
本実施形態における次亜塩素酸供給装置３０は、次亜塩素酸貯留槽３２と、次亜塩素酸添加流路３６と、次亜塩素酸添加流路３６に設けられた次亜塩素酸添加ポンプ３４とで構成されている。
次亜塩素酸添加ポンプ３４としては、ダイヤフラム式やスネーク式等の定量性を持ったポンプを用いることが好ましい。
【００３０】
次亜塩素酸貯留槽３２の液面レベルと反応流路２０の上流端２０ａの高さに充分な差を設けられる場合には、次亜塩素酸添加ポンプ３４に代えて、流量の制御が可能な自動弁を使用することもできる。
【００３１】
次亜塩素酸化合物の水溶液の有効塩素濃度は、長期保管により低下する可能性があり、次亜塩素酸貯留槽３２に貯留された次亜塩素酸化合物の水溶液の有効塩素濃度は変動しうる。したがって、連続測定式の有効塩素濃度計と次亜塩素酸添加ポンプ３４または上記の自動弁とを連動させて、反応流路２０への次亜塩素酸化合物の水溶液の供給量を制御することもできる。
【００３２】
（臭化物供給装置）
臭化物供給装置４０は、反応流路２０に臭素化合物の水溶液を供給する供給装置である。
【００３３】
臭素化合物としては、臭化ナトリウム、臭化カリウムを含むアルカリ金属臭化物、臭化マグネシウム、臭化カルシウムを含むアルカリ土類金属臭化物等を挙げることができ、次亜塩素酸化合物との反応性の点、および安価に入手できる点から臭化ナトリウムが好ましい。
【００３４】
本実施形態における臭化物供給装置４０は、臭化物貯留槽４２と、臭化物添加流路４６と、臭化物添加流路４６に設けられた臭化物添加ポンプ４４とで構成されている。
臭化物添加ポンプ４４としては、次亜塩素酸添加ポンプ３４と同様のものが使用できる。    
【００３５】
臭化物貯留槽４２の液面レベルと反応流路２０の上流端２０ａの高さに充分な差を設けられる場合には、臭化物添加ポンプ４４に代えて、流量の制御が可能な自動弁を使用することもできる。
【００３６】
（制御装置）
本発明の下水処理システムは制御装置を備えていてもよい。制御装置５０は、下水処理システム１の全体または一部を制御することができる。
制御装置５０は、反応流路２０を流れる水溶液が１分間あたりに進む距離を制御するため、次亜塩素酸供給装置３０から反応流路２０に供給される次亜塩素酸化合物の水溶液および臭化物供給装置４０から反応流路２０に供給される臭素化合物の水溶液の供給量を制御できる。
【００３７】
また、制御装置５０は、反応流路２０に供給される次亜塩素酸化合物と臭素化合物のモル比を制御するためにも、次亜塩素酸供給装置３０から反応流路２０に供給される次亜塩素酸化合物の水溶液および臭化物供給装置４０から反応流路２０に供給される臭素化合物の水溶液の供給量を制御する。
反応流路２０に供給される次亜塩素酸化合物に対する臭素化合物のモル比は、１〜２に制御されることが好ましく、１．２〜１．８に制御されることがより好ましく、１．４〜１．６に制御されることがさらに好ましい。反応流路２０に供給される次亜塩素酸化合物に対する臭素化合物のモル比が前記下限値以上であれば、次亜塩素酸化合物のほぼ全量を次亜臭素酸化合物に変換することができる。反応流路２０に供給される次亜塩素酸化合物に対する臭素化合物のモル比が前記上限値以下であれば、過剰な臭素化合物の使用を抑制できる。
【００３８】
下水流入路６０を通じて処理流路１０に流入する下水の量は、下水流入路６０の上流域における降雨量等に応じて変化する可能性がある。特に大量降雨時には、大量の下水が下水流入路６０に流入し、その結果、大量の下水が処理流路１０に流入する。反応流路２０から処理流路１０に供給される次亜臭素酸化合物の量は、下水流入路６０を通じて処理流路１０に流入する下水の量に応じて制御されることが好ましい。
【００３９】
反応流路２０から処理流路１０に供給される次亜臭素酸化合物は、処理流路１０を流れる下水の１Ｌに対して、有効塩素量換算で０．４〜８ｍｇに制御されることが好ましく、０．５〜７ｍｇに制御されることがより好ましく、０．８〜６ｍｇに制御されることがさらに好ましい。反応流路２０から処理流路１０に供給される次亜臭素酸化合物が、処理流路１０を流れる下水の１Ｌに対して、前記下限値以上であれば、充分な下水処理効果が得られる。反応流路２０から処理流路１０に供給される次亜臭素酸化合物が、処理流路１０を流れる下水の１Ｌに対して、前記上限値以下であれば、過剰な次亜塩素酸化合物および臭素化合物の使用を抑制できる。
なお、処理流路１０に下水を供給する下水流入路６０は、いわゆる下水管に接続され、下水管から流入する下水を処理流路１０に供給することが想定できる。下水管の管壁には、下水流量の増減、すなわち下水の水面が上下することにより、有機廃棄物を含む多くの汚泥が残存している場合がある。このような場合に、多量の降雨等による下水流量の急な増加があると、下水管の管壁に残存する汚泥が洗い流されることにより、下水中の消毒対象物濃度が一時的に上昇する場合がある。その場合には、反応流路２０から処理流路１０に供給される次亜臭素酸化合物の量は、前述の量を超え、たとえば有効塩素量換算で８ｍｇ〜２０ｍｇに制御されることもある。しかし、下水管の管壁に残存する汚泥が洗い流されたあと等、下水中の消毒対象物濃度が定常状態に戻れば、反応流路２０から処理流路１０に供給される次亜臭素酸化合物の量は前述の量に制御される。
また、処理流路１０を流れる下水とは、下水流入路６０から処理流路１０に流入する下水と、反応流路２０から処理流路１０に流入する次亜臭素酸化合物を含む水溶液とを合わせたものを意味する。
【００４０】
反応流路２０から処理流路１０に供給される次亜臭素酸化合物の、処理流路１０を流れる下水の１Ｌに対する有効塩素量換算での当該量は、反応流路２０に供給される次亜塩素酸化合物に対する臭素化合物のモル比が１以上であれば、反応流路２０の上流端２０ａにおいて次亜塩素酸化合物と臭素化合物とが反応を開始する前の混合物中の次亜塩素酸化合物の有効塩素濃度から求められる。
【００４１】
反応流路２０から処理流路１０に供給される次亜臭素酸化合物の量は、次亜塩素酸供給装置３０から反応流路２０に供給される次亜塩素酸化合物の水溶液および臭化物供給装置４０から反応流路２０に供給される臭素化合物の水溶液の供給量を制御することにより調整できる。ただし、下水流入路６０を通じて処理流路１０に流入する下水の量が小さい場合など、反応流路２０から処理流路１０に供給される次亜臭素酸化合物の量が適切になるように上記供給量を小さくすると、反応流路２０を流れる水溶液が１分間あたりに進む距離を、上述した好ましい範囲に調整できない場合がある。その場合、反応流路２０を流れる水溶液が１分間あたりに進む距離を確保するためには、反応流路２０から処理流路１０に供給される水溶液中の次亜臭素酸化合物の濃度を低くしなければならない。
反応流路２０から処理流路１０に供給される水溶液中の次亜臭素酸化合物の濃度を低くする方法としては、次亜塩素酸供給装置３０から反応流路２０に供給される次亜塩素酸化合物の水溶液および臭化物供給装置４０から反応流路２０に供給される臭素化合物の水溶液の一方または両方を、反応流路２０に供給する前に希釈することも考えられるが、反応流路２０に希釈水を供給してもよい。
希釈水としては、上水または処理流路１０にて処理された下水を使用できる。また、希釈水として下水流入路６０から流入する下水や、処理流路１０における処理が進行中の下水を用いることもできる。
反応流路２０に希釈水を供給する場合、反応流路２０の上流端２０ａと下流端２０ｂの中間点より上流側で供給されることが好ましく、反応流路２０の上流端２０ａから供給されてもよい。
また、次亜塩素酸供給装置３０から反応流路２０に供給される次亜塩素酸化合物の水溶液および臭化物供給装置４０から反応流路２０に供給される臭素化合物の水溶液の一方または両方を、反応流路２０に供給する前に希釈する場合、希釈水は、次亜塩素酸添加流路３６および臭化物添加流路４６の一方または両方に供給されてもよい。この場合、希釈水の供給点は、次亜塩素酸添加ポンプ３４または臭化物添加ポンプ４４の上流であっても、下流であっても、その両方であってもよい。
【００４２】
＜作用機序＞
本発明の下水処理システムによれば、水溶液として供給される次亜塩素酸化合物と臭素化合物とを、反応流路内を流通させながら反応させて次亜臭素酸化合物を生成させ、ただちに処理流路に供給できる。
また、次亜塩素酸化合物と臭素化合物とを流路内で空気との接触を避けて反応させることにより、生成した次亜臭素酸化合物の分解を抑制できる。
また、次亜塩素酸化合物と臭素化合物とを反応流路内を流通させながら反応させることにより、反応に一定時間を要する次亜塩素酸化合物と臭素化合物とを充分に反応させることができ、かつ、生成した次亜臭素酸化合物は、ただちに処理流路に供給できる。そのため、次亜臭素酸化合物を安定した濃度で処理流路に供給でき、かつ、次亜臭素酸化合物の消毒効果を迅速かつ効率的に利用できる。
【００４３】
本発明の下水処理システムによれば、下水処理システムの上流域で降雨があった際には、その降雨の状況から下水処理システムに流入する下水の量をあらかじめ予想し、その下水が下水流入路から流入して本発明の下水処理システムに到達する時間に合わせて、反応流路から処理流路に次亜臭素酸化合物を供給するタイミングおよび反応流路から処理流路に供給される次亜臭素酸化合物の量を制御できる。そのため、大量降雨時における大量の下水処理にも迅速に対応できる。
【実施例】
【００４４】
以下に、例および参照例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの例に限定されない。
【００４５】
実験例Ａ：次亜臭素酸化合物の空気との接触による分解
〔例Ａ１〕
有効塩素濃度５質量％の次亜塩素酸ナトリウム水溶液の０．１ｍＬを、１００ｍＬのメスフラスコを用いて蒸留水で希釈し、およそ５０ｐｐｍの次亜塩素酸ナトリウム水溶液（以下、「Ｉ液」と言う。）を得た。Ｉ液の１．０〜１．５ｍＬを分光光度計セルに加えた。
およそ０．４ｇの臭化ナトリウムを、１００ｍＬのメスフラスコを用いて蒸留水に溶解し、さらにこの水溶液の１ｍＬを５０ｍＬのメスフラスコを用いて蒸留水で希釈して、およそ８０ｐｐｍの臭化ナトリウム水溶液（以下、「ＩＩ液」と言う。）を得た。Ｉ液の１．０〜１．５ｍＬが入った分光光度計セルに、ＩＩ液を、Ｉ液とほぼ同量加え、次亜臭素酸ナトリウムの生成反応を開始させた。
当該分光光度計セルを分光光度計にセットし、波長３３０ｎｍ（次亜臭素酸ナトリウムの極大吸収波長）にて、その後３０分経過時までの吸光度を経時的に測定した。
上記試験における吸光度の経時変化を表１に示す。
【００４６】
〔例Ａ２〕
例Ａ１と同様に、Ｉ液とＩＩ液を混合したセルを分光光度計にセットし、波長３３０ｎｍにて、その後１５分経過時までの吸光度を経時的に測定した。そして、１５分経過時の吸光度を測定したあと、ボルテックスミキサーを用いて１分間、溶液を振り混ぜ、空気との接触を促した。２０分経過時、２６分経過時、３２分経過時の吸光度を測定したあとにも、上記と同様にしてボルテックスミキサーを用いて溶液を振り混ぜ、その後、３８分経過時の吸光度を測定した。
上記試験における吸光度の経時変化を表１に示す。
【００４７】
【表１】
2017104860.tif 000003
【００４８】
上記のように、例Ａ１においては、混合後、３３０ｎｍにおける吸光度が徐々に増加し、次亜臭素酸ナトリウムの生成を確認することができた。３３０ｎｍにおける吸光度の増加は、２分で最大値（１５分における０．１３０）のおよそ８０％に達し、５分程度でその増加は緩やかとなり、１５分を超えると、緩やかに減少した。
一方、例Ａ２においては、空気との接触を促したあとは、３３０ｎｍにおける吸光度が例Ａ１と比較して急激に低下し、３２分後には混合直後の吸光度を下回った。これにより、空気との接触を促す３回目の操作で、生成した次亜臭素酸ナトリウムはほぼ分解したものと考えられる。
【００４９】
例Ａ１の結果から、次亜塩素酸化合物と臭素化合物とから次亜臭素酸化合物を生成させる反応は、およそ５分で完了し、１５分を過ぎると徐々に次亜臭素酸化合物の分解が優位となるものと考えられた。また、この反応による次亜臭素酸化合物の生成は、２分で最大値のおよそ８０％に達し、充分に次亜臭素酸化合物が生成することが明らかとなった。すなわち、次亜臭素酸化合物を下水処理に用いる際には、次亜塩素酸化合物と臭素化合物の混合から２分以降１５分以内に下水に接触させることが好ましいことが明らかとなった。
なお、上記の反応を最大値のほぼ１００％まで進行させることを考慮すれば、次亜臭素酸化合物を下水処理に用いるにあたって、次亜塩素酸化合物と臭素化合物の混合から５分以降１５分以内に下水に接触させることが好ましいものと考えられる。その一方、反応流路の設置面積の制約やコストの観点とのバランスを取り、上記の反応を最大値の８０％程度以上進行させて次亜臭素酸化合物を下水処理に用いることを考えた場合には、次亜塩素酸化合物と臭素化合物の混合から２分以降５分以内に下水に接触させることが好ましい場合がある。
また、例Ａ２の結果から、次亜臭素酸化合物は空気との接触により、急激に分解するため、次亜臭素酸化合物の生成に当たっては、空気との接触を避けて生成させる必要性が明らかとなった。
【００５０】
実験例Ｂ：原料として使用する次亜塩素酸ナトリウム水溶液の有効塩素濃度、次亜塩素酸化合物と臭素化合物との反応時間、および大腸菌液に対する処理時間が、次亜臭素酸化合物の殺菌作用に対して与える影響
〔例Ｂ１〕
有効塩素濃度０．４ｍｇ／Ｌの次亜塩素酸ナトリウム水溶液の４．９５ｍＬを、１５ｍＬの遠沈管に分注し、次亜塩素酸ナトリウムの１．５倍モルの臭化ナトリウムを含む臭化ナトリウム水溶液の４．９５ｍＬを混合した。混合してから１分後に大腸菌液の０．１ｍＬを加えた。
大腸菌液は以下にしたがって調製した。大腸菌をＮｕｔｒｉｅｎｔ  ｂｒｏｔｈ培地で一晩、３７℃で培養した。遠心分離によって培養液から培地成分を除き、大腸菌を滅菌した生理食塩水に懸濁させ、大腸菌液を調製した。
次亜塩素酸ナトリウム水溶液と臭化ナトリウム水溶液の混合物に大腸菌液を加えて１分後に、０．０２５ｍｇ／Ｌのチオ硫酸ナトリウム水溶液の１ｍＬを加えて、残留する次亜臭素酸を中和した。
得られた混合物を滅菌した生理食塩水を用いて希釈し、Ｎｕｔｒｉｅｎｔ  ｂｒｏｔｈ培地に１００μＬ塗布した。３７℃で一晩培養し、形成されたコロニー数から大腸菌生菌数を算出した。その結果、大腸菌生菌数は２．８×１０５ＣＦＵ／ｍＬであった。
【００５１】
〔例Ｂ２〜例Ｂ４５〕
次亜塩素酸ナトリウム水溶液の有効塩素濃度（有効塩素濃度Ａ）、次亜塩素酸ナトリウム水溶液と臭化ナトリウム水溶液を混合してから大腸菌液を加えるまでの時間（反応時間Ｂ）、および大腸菌液を加えてからチオ硫酸ナトリウム水溶液を加えるまでの時間（処理時間Ｃ）を、それぞれ以下の表２〜４に示すように変更した以外は実施例１と同様にして、大腸菌生菌数を算出した。
その結果を表２〜４に示す。
【００５２】
【表２】
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【００５３】
【表３】
2017104860.tif 000005
【００５４】
【表４】
2017104860.tif 000006
【００５５】
〔参照例Ｂ１〕
有効塩素濃度１．０ｍｇ／Ｌの次亜塩素酸ナトリウム水溶液の４．９５ｍＬを、１５ｍＬの遠沈管に分注し、次亜塩素酸ナトリウムの１．５倍モルの臭化ナトリウムを含む臭化ナトリウム水溶液の４．９５ｍＬを混合した。混合開始から１分後に、０．０２５ｍｇ／Ｌのチオ硫酸ナトリウム水溶液の１ｍＬを加えて、生成した次亜臭素酸を中和し、次いで大腸菌液の０．１ｍＬを加えた。得られた混合物について、例Ｂ１の方法と同様にして大腸菌生菌数を算出した。その結果、大腸菌生菌数は３．９×１０７ＣＦＵ／ｍＬであった。
【００５６】
〔参照例Ｂ２〜参照例Ｂ５〕
次亜塩素酸ナトリウム水溶液と臭化ナトリウム水溶液を混合してからチオ硫酸ナトリウム水溶液を加えるまでの時間（反応時間Ｄ）を、以下の表５に示すように変更した以外は参照例Ｂ１と同様にして、大腸菌生菌数を算出した。
その結果を表５に示す。
【００５７】
【表５】
2017104860.tif 000007
【００５８】
参照例Ｂ１〜参照例Ｂ５においては、次亜臭素酸の中和後に大腸菌を加えている。したがって、これらは、処理前の大腸菌の生菌数を示している。その結果、処理前の大腸菌の生菌数はおよそ１〜４×１０７ＣＦＵ／ｍＬ（１０，０００，０００〜４０，０００，０００ＣＦＵ／ｍＬ）であった。
【００５９】
有効塩素濃度０．４ｍｇ／Ｌの次亜塩素酸ナトリウム水溶液を用いた例Ｂ１〜例Ｂ１５においては、反応時間Ｂおよび処理時間Ｃに関わらず大腸菌の生菌数は１．４×１０５〜１．５×１０６ＣＦＵ／ｍＬ（１４０，０００〜１，５００，０００ＣＦＵ／ｍＬ）であり、処理後の大腸菌の生菌数に著しい差は認められなかった。
なお、これらの例においては、有効塩素濃度０．４ｍｇ／Ｌの次亜塩素酸ナトリウム水溶液と同量の臭化ナトリウム水溶液を混合しているため、例Ｂ１〜例Ｂ１５における次亜塩素酸化合物と臭素化合物とが反応を開始する前の混合物中の次亜塩素酸の有効塩素濃度は０．２ｍｇ／Ｌである。また、これらの例においては、次亜塩素酸ナトリウム水溶液の４．９５ｍＬ、臭化ナトリウム水溶液の４．９５ｍＬ、および大腸菌液の０．１ｍＬを混合しているため、大腸菌液を含めた混合物１Ｌ中の次亜臭素酸化合物の量（処理流路１０を流れる下水の１Ｌ中の次亜臭素酸化合物の量に対応する。）は、有効塩素量換算で０．１９８ｍｇである。
【００６０】
有効塩素濃度１．０ｍｇ／Ｌの次亜塩素酸ナトリウム水溶液を用いた例Ｂ１６〜例Ｂ３０においては、例Ｂ１〜例Ｂ１５で認められた殺菌効果よりも、さらに高い殺菌効果が認められた。
反応時間Ｂが５分である例Ｂ１９〜例Ｂ２１において、反応時間Ｂが１分である例Ｂ１６〜例Ｂ１８よりも高い殺菌効果が認められた。これにより、次亜塩素酸化合物と臭素化合物との反応開始から下水との接触までには、５分程度の時間を必要とすることが分かった。
例Ｂ１９〜例Ｂ２１における殺菌効果は、反応時間Ｂが１５分である例Ｂ２２〜例Ｂ２４よりも高く、次亜塩素酸化合物と臭素化合物との反応開始から下水との接触までに１５分の時間を要すると、その殺菌効果が低下することが分かった。これは、生成した次亜臭素酸化合物が分解したことによるものと考えられる。
なお、これらの例においては、有効塩素濃度１．０ｍｇ／Ｌの次亜塩素酸ナトリウム水溶液と同量の臭化ナトリウム水溶液を混合しているため、例Ｂ１６〜例Ｂ３０における次亜塩素酸化合物と臭素化合物とが反応を開始する前の混合物中の次亜塩素酸の有効塩素濃度は０．５ｍｇ／Ｌである。また、これらの例においては、次亜塩素酸ナトリウム水溶液の４．９５ｍＬ、臭化ナトリウム水溶液の４．９５ｍＬ、および大腸菌液の０．１ｍＬを混合しているため、大腸菌液を含めた混合物１Ｌ中の次亜臭素酸化合物の量（処理流路１０を流れる下水の１Ｌ中の次亜臭素酸化合物の量に対応する。）は、有効塩素量換算で０．４９５ｍｇである。
例Ｂ１９〜例Ｂ２１における殺菌効果と、例Ｂ４〜例Ｂ６における殺菌効果の結果から、大腸菌液を含めた混合物１Ｌ中の次亜臭素酸化合物の量は、有効塩素量換算で０．４ｍｇ以上であることが必要であることが分かった。
【００６１】
有効塩素濃度２．０ｍｇ／Ｌの次亜塩素酸ナトリウム水溶液を用いた例Ｂ３１〜例Ｂ４５においては、例Ｂ１〜例Ｂ１５および例Ｂ１６〜例Ｂ３０で認められた殺菌効果よりも、さらに高い殺菌効果が認められた。例Ｂ１６〜例Ｂ３０と同様に、反応時間Ｂが５分である例Ｂ３４〜例Ｂ３６において、反応時間Ｂが１分である例Ｂ３１〜例Ｂ３３や反応時間Ｂが１５分である例Ｂ３７〜例Ｂ３９よりも高い殺菌効果が認められた。
例Ｂ３４〜例Ｂ３６においては、処理時間Ｃが１分である例Ｂ３４でも非常に高い殺菌効果が認められた。
なお、これらの例においては、有効塩素濃度２．０ｍｇ／Ｌの次亜塩素酸ナトリウム水溶液と同量の臭化ナトリウム水溶液を混合しているため、例Ｂ３１〜例Ｂ４５における次亜塩素酸化合物と臭素化合物とが反応を開始する前の混合物中の次亜塩素酸の有効塩素濃度は１．０ｍｇ／Ｌである。また、これらの例においては、次亜塩素酸ナトリウム水溶液の４．９５ｍＬ、臭化ナトリウム水溶液の４．９５ｍＬ、および大腸菌液の０．１ｍＬを混合しているため、大腸菌液を含めた混合物１Ｌ中の次亜臭素酸化合物の量（処理流路１０を流れる下水の１Ｌ中の次亜臭素酸化合物の量に対応する。）は、有効塩素量換算で０．９９ｍｇである。
【符号の説明】
【００６２】
１  下水処理システム
１０  処理流路
１０ａ  処理流路上流端
１０ｂ  処理流路下流端
２０  反応流路
２０ａ  反応流路上流端
２０ｂ  反応流路下流端
３０  次亜塩素酸供給装置
３２  次亜塩素酸貯留槽
３４  次亜塩素酸添加ポンプ
３６  次亜塩素酸添加流路
４０  臭化物供給装置
４２  臭化物貯留槽
４４  臭化物添加ポンプ
４６  臭化物添加流路
５０  制御装置
６０  下水流入路
７０  公共水域
【図１】
2017104860.tif 000008