(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２５４ｎｍ波長の紫外線ランプを有する反応塔と、酸素富化ガスからオゾンを発生させるオゾン発生器と、前記オゾン発生器により発生したオゾンを前記反応塔内の被処理水中へ吹き込む手段とを有する水処理装置において、前記反応塔に被処理水の循環ラインを設けると共に、この循環ラインの途中に１８５ｎｍ波長の紫外線ランプを有する紫外線処理塔を設けたことを特徴とする水処理装置。
【請求項２】
２５４ｎｍ波長の紫外線ランプを有する反応塔に被処理水を導入し、一方、オゾン発生器により酸素富化ガスからオゾンを発生させ、このオゾンを前記反応塔内の被処理水中に吹き込むと共に、１８５ｎｍ波長の紫外線ランプを有する紫外線処理塔を途中に有する被処理水の循環ラインに前記反応塔内の被処理水を循環させることを特徴とする水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水処理装置及び水処理方法に関する技術分野に属し、特には、排水中の環境ホルモン・ダイオキシン等の難分解性環境微量有害物質を分解して除去するための水処理装置及び水処理方法に関する技術分野に属するものである。
【０００２】
【従来の技術】
オゾンと紫外線とを併用した系において水中の有機物を促進酸化法により分解して除去処理する技術（以下、オゾン／紫外線併用系促進酸化処理技術）は、浄水及び下水処理分野における高度処理技術として知られており、近年では、最終処分場侵出水中に含まれているダイオキシン類の分解処理技術として有望視されている。
【０００３】
このようなオゾン／紫外線併用系促進酸化処理技術としては、例えば、特開平７−１０８２８５号公報や特開平１０−５２６９３号公報に記載されたものがあるが、以下の方式のものが一般的である（図１）。
【０００４】
図１に示す如く、空気あるいは酸素富化ガスをオゾナイザー（オゾン発生器）へ送り込み、オゾンを発生させる。このオゾンを散気装置を用いて、１８５ｎｍ波長あるいは２５４ｎｍ波長の紫外線ランプを有する反応塔の内部の被処理水中に吹き込む。
【０００５】
そうすると、紫外線ランプが２５４ｎｍ波長の紫外線ランプである場合には、上記の吹き込まれたオゾンが紫外線〔ＵＶ(254) 〕と下記（１）式のように反応し、更に（２）式のような反応が起こり、これにより、ヒドロキシラジカルが発生する。
【０００６】
紫外線ランプが１８５ｎｍ波長の紫外線ランプである場合には、紫外線〔ＵＶ(185) 〕が溶存酸素と下記（３）式のように反応し、オゾンが発生すると共に、紫外線が水と下記（４）式のように反応し、ヒドロキシラジカルが発生する。また、１８５ｎｍ波長の紫外線ランプは１８５ｎｍ波長の紫外線を発生するだけでなく、同時に２５４ｎｍ波長の紫外線も発生するため、（３）式で発生したオゾンより、さらに（１）、（２）式の反応でヒドロキシラジカル（ＯＨ. ）が発生する。
【０００７】
これらの反応で発生したヒドロキシラジカルにより、被処理水中の環境ホルモン・ダイオキシン等の難分解性環境微量有害物質が分解される。
【０００８】
Ｏ3 ＋ＵＶ(254) →Ｏ2 ＋Ｏ(1Ｄ）  --------（１）
Ｏ(1Ｄ）＋Ｈ2 Ｏ→２ＯＨ.         --------（２）
３Ｏ2 ＋ＵＶ(185) →２Ｏ3         --------（３）
Ｈ2 Ｏ＋ＵＶ(185) →ＯＨ. ＋Ｈ.   --------（４）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
酸素富化ガスから発生させたオゾンを水中に吹き込むと、溶存酸素濃度も高くなり、例えば水温１５℃の場合にはオゾンの飽和濃度は２５．９ｍｇ／Ｌであるのに対し、酸素の飽和濃度は４８ｍｇ／Ｌとなる。このような豊富な溶存酸素よりヒドロキシラジカルを発生させることができれば、環境ホルモン・ダイオキシン等の難分解性環境微量有害物質の分解効率を更に向上させることができる。即ち、このような豊富な溶存酸素をオゾンに変換させることができれば、このオゾンより大量のヒドロキシラジカルを発生させることができ、それにより難分解性環境微量有害物質の分解効率を高めることができる。
【００１０】
ところが、前記従来のオゾン／紫外線併用系促進酸化処理技術では、このような豊富な溶存酸素の大部分はオゾンに変換されず、ヒドロキシラジカルを発生させることなく、被処理水と共に排出されてしまう。この詳細を以下説明する。
【００１１】
前記従来のオゾン／紫外線併用系促進酸化処理技術では、紫外線ランプは反応塔内に挿入されて設けられており、この紫外線ランプには１８５ｎｍ波長あるいは２５４ｎｍ波長の紫外線ランプのいずれかが用いられる。
【００１２】
上記紫外線ランプとして１８５ｎｍ波長の紫外線ランプが用いられる場合、前記（３）式の反応で、溶存酸素よりオゾンを発生させることができ、そして、このオゾンより、前記（１）、（２）式の反応でヒドロキシラジカルを発生させることができる。しかし、１８５ｎｍ波長の紫外線〔ＵＶ(185) 〕の水中での到達距離は１０ｍｍ以下であるため、紫外線ランプの表面近傍でしか前記（３）式及び（４）式の反応は進まず、このため、溶存酸素の大部分はＵＶ(185) によってオゾンに変換されることなく、被処理水と共に排出されてしまう。
【００１３】
上記紫外線ランプとして２５４ｎｍ波長の紫外線ランプが用いられる場合、２５４ｎｍ波長の紫外線〔ＵＶ(254) 〕はＵＶ(185) に比べて水中での到達距離が大きく、数倍以上の距離を透過するが、ＵＶ(254) は溶存酸素を励起させることができず、溶存酸素をオゾンに変換することができないため、溶存酸素は反応には用いられず（オゾンに変換されることなく）、被処理水と共に排出されてしまう。
【００１４】
そこで、この解決策として、反応塔をＵＶ(185) が反応塔内壁に到達する程度にまで細長くすることが考えられるが、そのようにした場合は反応塔の容積が非常に小さいものとなってしまい、反応塔内でのオゾンとの反応時間も非常に短くなる。また、反応塔は被処理水の水質変動を吸収する役目もあるため、ある程度の容量が必要である。これらの点から、反応塔を上記の如く細長くすることは現実的な解決策とはならない。
【００１５】
本発明は、このような事情に着目してなされたものであって、その目的は、前記従来のオゾン／紫外線併用系促進酸化処理技術では利用されずに排出されていた溶存酸素をオゾンに変換させることができ、このオゾンよりヒドロキシラジカルを発生させることができ、ひいては環境ホルモン・ダイオキシン等の難分解性環境微量有害物質の分解効率を更に向上させることができる水処理装置及び水処理方法を提供しようとするものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明に係る水処理装置及び水処理方法は、請求項１記載の水処理装置、請求項２記載の水処理方法としており、それは次のような構成としたものである。
【００１７】
即ち、請求項１記載の水処理装置は、２５４ｎｍ波長の紫外線ランプを有する反応塔と、酸素富化ガスからオゾンを発生させるオゾン発生器と、前記オゾン発生器により発生したオゾンを前記反応塔内の被処理水中へ吹き込む手段とを有する水処理装置において、前記反応塔に被処理水の循環ラインを設けると共に、この循環ラインの途中に１８５ｎｍ波長の紫外線ランプを有する紫外線処理塔を設けたことを特徴とする水処理装置である（第１発明）。
【００１８】
請求項２記載の水処理方法は、２５４ｎｍ波長の紫外線ランプを有する反応塔に被処理水を導入し、一方、オゾン発生器により酸素富化ガスからオゾンを発生させ、このオゾンを前記反応塔内の被処理水中に吹き込むと共に、１８５ｎｍ波長の紫外線ランプを有する紫外線処理塔を途中に有する被処理水の循環ラインに前記反応塔内の被処理水を循環させることを特徴とする水処理方法である（第２発明）。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明は、例えば次のような形態で実施する。
図２に示す如く、２５４ｎｍ波長の紫外線ランプを有する反応塔に、被処理水の循環ラインを設けると共に、この循環ラインの途中に１８５ｎｍ波長の紫外線ランプを有する紫外線処理塔を設ける。一方、酸素ＰＳＡと、酸素富化ガスからオゾンを発生させるオゾン発生器（オゾナイザー）とを管接続し、このオゾン発生器からオゾンを前記反応塔内の被処理水中へ吹き込む手段を設ける。そうすると、本発明に係る水処理装置が得られる。
【００２０】
上記水処理装置の反応塔に被処理水を導入し、一方、オゾン発生器により酸素富化ガスからオゾンを発生させ、このオゾンを前記反応塔内の被処理水中に吹き込むと共に、被処理水の循環ラインに前記反応塔内の被処理水を循環させる。このような形態で本発明が実施される。
【００２１】
以下、本発明について主にその作用効果を説明する。
【００２２】
本発明に係る水処理装置は、前述のように、２５４ｎｍ波長の紫外線ランプを有する反応塔と、酸素富化ガスからオゾンを発生させるオゾン発生器と、前記オゾン発生器により発生したオゾンを前記反応塔内の被処理水中へ吹き込む手段とを有する水処理装置において、前記反応塔に被処理水の循環ラインを設けると共に、この循環ラインの途中に１８５ｎｍ波長の紫外線ランプを有する紫外線処理塔を設けたことを特徴とする水処理装置である。
【００２３】
従って、２５４ｎｍ波長の紫外線ランプを有する反応塔において吹き込まれたオゾンよりヒドロキシラジカルが発生するだけでなく、循環ラインの途中に設けられた１８５ｎｍ波長の紫外線ランプを有する紫外線処理塔において溶存酸素をオゾンに変換させることができ、このオゾンよりヒドロキシラジカルを発生させることができ、更には、上記紫外線処理塔において水から直接ヒドロキシラジカルを発生させることができ、このため、環境ホルモン・ダイオキシン等の難分解性環境微量有害物質の分解効率を向上させることができる。この詳細を以下説明する。
【００２４】
２５４ｎｍ波長の紫外線ランプを有する反応塔に被処理水を導入し、一方、オゾン発生器により酸素富化ガスからオゾンを発生させ、このオゾンを前記反応塔内の被処理水中に吹き込むと、前記反応塔において、吹き込まれたオゾンがＵＶ(254) と下記（１）式のように反応し、更に（２）式のような反応が起こり、これにより、ヒドロキシラジカル（ＯＨ. ）が発生する。
【００２５】
一方、１８５ｎｍ波長の紫外線ランプを有する紫外線処理塔を途中に有する被処理水の循環ラインに前記反応塔内の被処理水を循環させると、前記紫外線処理塔において、ＵＶ(185) が溶存酸素と下記（３）式のように反応してオゾンが発生し、さらに、１８５ｎｍ波長の紫外線ランプはＵＶ(254) も発生するために下記（１）、（２）式の反応も進行してヒドロキシラジカルが発生する。また、ＵＶ(185) が水と下記（４）式のように反応してヒドロキシラジカルが発生する。
【００２６】
また、前記紫外線処理塔において発生したオゾンの中、この処理塔でのＵＶ(254) と反応せずに残ったオゾンは、前記反応塔に入り、この反応塔においてＵＶ(254) と下記（１）式のように反応し、更に（２）式のような反応が起こり、これにより、ヒドロキシラジカルが発生する。
【００２７】
Ｏ3 ＋ＵＶ(254) →Ｏ2 ＋Ｏ(1Ｄ）  --------（１）
Ｏ(1Ｄ）＋Ｈ2 Ｏ→２ＯＨ.         --------（２）
３Ｏ2 ＋ＵＶ(185) →２Ｏ3         --------（３）
Ｈ2 Ｏ＋ＵＶ(185) →ＯＨ. ＋Ｈ.   --------（４）
【００２８】
従って、２５４ｎｍ波長の紫外線ランプを有する反応塔において吹き込まれたオゾンよりヒドロキシラジカルが発生するだけでなく、循環ラインの途中に設けられた１８５ｎｍ波長の紫外線ランプを有する紫外線処理塔において溶存酸素をオゾンに変換させることができ、このオゾンより上記紫外線処理塔及び／又は反応塔においてヒドロキシラジカルを発生させることができ、更には、上記紫外線処理塔において水から直接ヒドロキシラジカルを発生させることができ、このため、環境ホルモン・ダイオキシン等の難分解性環境微量有害物質の分解効率を向上させることができる。このとき、循環ラインでの被処理水の循環に支障がない限り、紫外線処理塔を細長くしてもよいので、例えばＵＶ(185) が紫外線処理塔の内壁に到達する程度に細長くすることができ、このように細長くすると溶存酸素の大部分をＵＶ(185) によってオゾンに変換することができ、このオゾンより大量のヒドロキシラジカルを発生させることができるので、難分解性環境微量有害物質の分解効率を大幅に向上させることができる。
【００２９】
本発明に係る水処理方法は、２５４ｎｍ波長の紫外線ランプを有する反応塔に被処理水を導入し、一方、オゾン発生器により酸素富化ガスからオゾンを発生させ、このオゾンを前記反応塔内の被処理水中に吹き込むと共に、１８５ｎｍ波長の紫外線ランプを有する紫外線処理塔を途中に有する被処理水の循環ラインに前記反応塔内の被処理水を循環させることを特徴とする水処理方法である。従って、以上のことからわかる如く、前記従来のオゾン／紫外線併用系促進酸化処理技術では利用されずに排出されていた溶存酸素をオゾンに変換させることができ、このオゾンよりヒドロキシラジカルを発生させることができ、ひいては環境ホルモン・ダイオキシン等の難分解性環境微量有害物質の分解効率を更に向上させることができる。
【００３０】
【実施例】
本発明の実施例を以下説明する。尚、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
【００３１】
本発明の実施例に係る水処理装置を図２に示す。この水処理装置は、２５４ｎｍ波長の紫外線ランプを有する反応塔に、被処理水の循環ラインが設けられ、この循環ラインの途中に循環ポンプと１８５ｎｍ波長の紫外線ランプを有する紫外線処理塔とが設けられている。そして、前記反応塔外に酸素富化ガスからオゾンを発生させるオゾン発生器（オゾナイザー）が配置され、このオゾン発生器からオゾンを前記反応塔内の被処理水中へ吹き込む手段が設けられている。
【００３２】
尚、前記反応塔は、直径：Φ１００ｍｍ、高さ：１５００ｍｍであり、２５４ｎｍ波長の紫外線ランプは、直径：Φ３０ｍｍ、高さ：１０００ｍｍである。前記循環ラインは、紫外線処理塔以外の個所において直径：Φ１０−１２ｍｍである。前記紫外線処理塔は、直径：Φ６０ｍｍ、長さ：５００ｍｍであり、１８５ｎｍ波長の紫外線ランプは、直径：Φ４０ｍｍ、長さ：５００ｍｍである。この１８５ｎｍ波長の紫外線ランプと紫外線処理塔の内壁との間の距離は、１０ｍｍである。
【００３３】
上記水処理装置を用い、ダイオキシン模擬物質（ペンタクロロベンゼン）を含有する水を被処理水として、水処理を行った。この詳細を以下説明する。
【００３４】
上記水処理装置の２５４ｎｍ波長の紫外線ランプ及び１８５ｎｍ波長の紫外線ランプを点灯させ、反応塔に被処理水を導入し、一方、オゾン発生器により酸素富化ガスからオゾンを発生させ、このオゾンを前記反応塔内の被処理水中に吹き込むと共に、循環ポンプを作動させて被処理水の循環ラインに前記反応塔内の被処理水を循環させた。このとき、被処理水が処理水として反応塔から排出されるまでに被処理水を数回（３回以上）循環させた。そして、反応塔から排出された処理水について分析し、ペンタクロロベンゼンの分解速度定数を求めた。
【００３５】
また、比較のために、上記循環ラインの紫外線処理塔の紫外線ランプとして、上記実施例での１８５ｎｍ波長の紫外線ランプに代えて２５４ｎｍ波長の紫外線ランプを設け、この点を除き上記実施例の場合と同様の水処理装置（比較例１に係る水処理装置）を準備し、そして、この水処理装置を用い、上記実施例の場合と同様の被処理水について、同様の方法により水処理を行い、ペンタクロロベンゼンの分解速度定数を求めた。
【００３６】
また、上記循環ラインに紫外線処理塔を設けず、この点を除き上記実施例の場合と同様の水処理装置を準備した。即ち、図１に示す水処理装置において反応塔の紫外線ランプとして２５４ｎｍ波長の紫外線ランプを選択して設けたもの（比較例２に係る水処理装置）を準備した。そして、この水処理装置を用い、上記実施例の場合と同様の被処理水について、同様の方法により水処理を行い、ペンタクロロベンゼンの分解速度定数を求めた。
【００３７】
上記ペンタクロロベンゼンの分解速度定数の測定結果を表１に示す。実施例の場合、比較例２の場合に比べてペンタクロロベンゼンの分解速度定数が約２倍に上昇しており、分解効率が著しく向上している。これは、従来の場合よりも処理時間あるいは装置の大きさを約半分にすることができることを意味しており、本発明の効果が顕著であることを示している。
【００３８】
比較例１の場合、比較例２の場合に比べて分解効率が上昇しているが、その上昇の程度は約１．３倍である。実施例の場合、この比較例１の場合に比べても分解効率が高く、約１．５倍の向上が認められた。
【００３９】
【表１】
0004157682.tif 000002
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、従来のオゾン／紫外線併用系促進酸化処理技術では利用されずに排出されていた溶存酸素をオゾンに変換させることができ、このオゾンよりヒドロキシラジカルを発生させることができ、このため、従来のオゾン／紫外線併用系促進酸化処理技術の場合に比べて、大量のヒドロキシラジカルを発生させることができ、ひいては環境ホルモン・ダイオキシン等の難分解性環境微量有害物質の分解効率を大幅に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来の水処理装置の概要を示す模式図である。
【図２】  本発明の実施例に係る水処理装置の概要を示す模式図である。
【図１】
0004157682.tif 000003
【図２】
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