(57)【要約】【課題】水の浄化処理において不純物である有機物を効率良く分解処理する。【解決手段】処理水１３中の酸化剤２８に紫外線照射をする促進酸化工程で紫外線照射と共にエアレーションを行う。エアレーションの気泡によって、紫外線照射による強力な酸化作用を持つヒドロキシラジカル２９が多量に効率良く生成され広範囲に拡散されて、多量の有機物を効率良く分解できる。また、促進酸化工程の後段に活性炭処理工程を置くことにより、エアレーション時に含有した酸素により活性炭処理工程の活性炭の長寿命化ができると共に、促進酸化工程で使用した酸化剤２８の還元処理を併せて行うことができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
紫外線光源の付近の処理水中でエアレーションを行う促進酸化槽を有する水処理装置。
【請求項２】
前記促進酸化槽の前記処理水に酸化剤としてオゾンが添加されている請求項１に記載の水処理装置。
【請求項３】
前記促進酸化槽の前記処理水に酸化剤として塩素、次亜塩素酸ソーダ、および過酸化水素のうちの少なくともひとつが添加されている請求項１に記載の水処理装置。
【請求項４】
前記エアレーションに使用する気体にオゾンを含む請求項１に記載の水処理装置。
【請求項５】
前記促進酸化槽の後段に活性炭処理槽を設けた請求項１に記載の水処理装置。
【請求項６】
前記活性炭処理槽の活性炭中に微生物を有する請求項５に記載の水処理装置。
【請求項７】
前記活性炭処理槽にて前記促進酸化槽で添加された酸化剤を還元処理する請求項５または請求項６に記載の水処理装置。
【請求項８】
前記活性炭処理槽の後段にＲＯ膜分離装置を設けた請求項７に記載の水処理装置。
【請求項９】
前記活性炭処理槽の後段で前記ＲＯ膜分離装置の前段に、ＭＦ膜分離装置またはＵＦ膜分離装置を設けた請求項８に記載の水処理装置。
【請求項１０】
前記促進酸化槽の前段に砂ろ過槽を設けた請求項５または請求項８に記載の水処理装置。
【請求項１１】
前記紫外線光源は鉛直方向に長い形状の請求項１に記載の水処理装置。
【請求項１２】
前記紫外線光源は上から吊るされている請求項１または請求項１１に記載の水処理装置。
【請求項１３】
前記紫外線光源は水平方向に長い形状の請求項１に記載の水処理装置。
【請求項１４】
前記エアレーションの気体が前記紫外線光源の表面近傍を通過する請求項１、請求項１１および請求項１３のいずれか一項に記載の水処理装置。
【請求項１５】
前記エアレーション用の噴出孔が前記紫外線光源の真下に位置する請求項１、請求項１１および請求項１３のいずれか一項に記載の水処理装置。
【請求項１６】
前記エアレーション用の噴出孔が前記紫外線光源の側表面の真下に位置する請求項１１または請求項１３に記載の水処理装置。
【請求項１７】
前記エアレーション用の噴出孔を有する散気管と前記紫外線光源とが平行である請求項１３に記載の水処理装置。
【請求項１８】
前記促進酸化槽は側面として円筒形の壁面を有し、処理水を導出する導出口を有し、前記導出口は前記壁面に対し、斜めに取り付けられている請求項１に記載の水処理装置。
【請求項１９】
前記活性炭処理槽は排気弁を有する請求項５に記載の水処理装置。
【請求項２０】
前記活性炭処理槽は前記処理水の表面層を前記砂ろ過槽に戻す請求項１０に記載の水処理装置。
【請求項２１】
前記促進酸化槽の後段で前記活性炭処理槽の前段に処理水を滞留させるタンクを設けた請求項５に記載の水処理装置。
【請求項２２】
処理水はフミン類を含む地下水および有機性廃水である請求項１に記載の水処理装置。
【請求項２３】
前記促進酸化槽の後段に活性炭処理槽を設けた請求項２２に記載の水処理装置。
【請求項２４】
前記活性炭処理槽の後段に、ＭＦ膜分離装置またはＵＦ膜分離装置を設けた請求項２３に記載の水処理装置。
【請求項２５】
前記促進酸化槽の前段にＭＦ膜分離装置またはＵＦ膜分離装置を設けた請求項２２に記載の水処理装置。
【請求項２６】
前記促進酸化槽の後段に活性炭処理槽を設け、前記活性炭処理槽の排水を前記ＭＦ膜分離装置または前記ＵＦ膜分離装置に戻す請求項２５に記載の水処理装置。
【請求項２７】
前記ＭＦ膜分離装置または前記ＵＦ膜分離装置の膜表面に微生物を有する請求項２４から請求項２６のいずれか一項に記載の水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水処理装置に関し、特にフミン類を含む地下水および有機性廃水の処理水を原水としＲＯ膜装置を用いて純水製造および工業用水として回収することを目的とした促進酸化処理（ＡＯＰ）装置およびその周辺装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
地下水などには難分解性の有機物が含まれている。この有機物は色度成分となり見た目に黄ばんでいるなどの原因となる。この原水を最終的に純水などにする水処理においては、単に色度成分を取るだけではなく、この有機物を根本的に分解除去しなければならない。この色度成分の原因となる有機物はフミン類と呼ばれているものが多い。フミン類は化合物として特定されず、分子量が数千から数万と大きなフミン酸類と、数千から数百の分子量のフルボ酸とに分けられる。フルボ酸は凝集処理では除去されにくく凝集沈殿やろ過処理では除去できない。また、活性炭では吸着されるが、再遊離が比較的早期に発生したり、活性炭槽内で微生物による腐敗による水質悪化が起こったりすることがある。後段にＲＯ：Ｒｅｖｅｒｓｅ  Ｏｓｍｏｓｉｓ  Ｍｅｍｂｒａｎｅ（逆浸透膜）による浄化装置がある場合は、このフミン類がＲＯ膜に付着してトラブルを引き起こす一因となる。また有機性廃水回収においては排水に残存する界面活性剤などの微生物による難分解性有機物などがフミン酸同様にＲＯ膜への付着トラブルを引き起こすケースが多い。最近ではＲＯ膜の低圧化により膜材質は合成有機膜となり、表面電荷を帯びたものが主流となりつつある。この表面電位の関係によりフルボ酸などのコロイド状物質はますますＲＯ膜表面に付着しやすく、洗浄で回復することが困難な膜汚染の原因となっている。
【０００３】
上記の問題に対し、従来、色々な改善がなされている。フミン類を含む地下水のＲＯ膜前処理の現状について以下に概説する。
【０００４】
凝集処理法は凝集沈殿あるいは加圧浮上による固形化分離後に砂ろ過し、活性炭に吸着する方法である。しかし、この方法では色度成分は、最終的に活性炭での吸着処理に頼る結果となり前述のごとく、再遊離あるいは活性炭槽内でフミン質の腐敗などのトラブルが少なくない。その一方、触媒で酸化しろ過する方法は、脱色はできるが、フミン類の除去はしていないため、根本的な解決になっていない。また、ろ過に活性炭を組み合わせる方法も同様に、最終的に有機物を完全に分解するには至らない。イオン交換法は、砂ろ過後にアニオン樹脂によるイオン交換処理をするものであるが、樹脂が有機汚染を受けやすく、交換容量の早期低下を招き、採取量の低下という結果を招くおそれがある。以上のようにどの方法も一長一短であり、根本解決には至らない。
【０００５】
なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【特許文献１】特開平７−２８４７９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決し、フミン類であるフミン酸類とフルボ酸とを非常に高い効率で分解し、有機物を含んだ原水から純度の高い純水や超純水などを生成する。特に、ＲＯ膜に目詰まりを発生させずに処理水をろ過させるのに適した水処理装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は促進酸化（ＡＯＰ：Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｏｘｉｄｉｔｉｏｎ  Ｐｒｏｃｅｓｓ）の水処理槽を有する。促進酸化槽の中には、酸化を促進するための紫外線光源を持っている。更に紫外線光源の付近の処理水の中にエアレーションを行っている。エアレーションとは、水中に気体を供給し気泡を発生させるものである。
【０００８】
促進酸化処理では紫外線と各種の酸化剤が組み合わされて、酸化作用を促進し各種の有機物を分解する。酸化剤としては、オゾン、塩素、過酸化水素、などが用いられる。これらの酸化剤は、紫外線を浴びて強力な酸化作用を持つヒドロキシラジカルを生成する。しかし、この反応を起こさせる紫外線の有効透過距離は一般に短い。一般的に紫外線は水中で大きく減衰する。例えば、濁った海水中では約２ｃｍで透過率が５０％に落ちてしまう。工業用水では約３ｃｍで透過率が５０％に落ちてしまう。澄んだ海水でも７ｃｍ程度で透過率は５０％に落ちてしまう。地下水を原水とする処理でも、上記の酸化作用に有効な紫外線の有効距離は実質数ｃｍ程度と予測される。即ち、通常は紫外線光源のすぐ近傍でしか促進酸化反応による有機物分解は起こらない。これでは非常に効率が悪い。
【０００９】
本発明では、この紫外線光源の付近にエアレーションで気泡を発生させ、このエアレーションで紫外線光源の付近の処理水を攪拌し、拡散させる。つまり、紫外線と酸化剤にて酸化が促進された処理水は拡散する。故に、替わりに新たに未だ酸化が促進されていない処理水が紫外線光源の近傍に接近し、これに紫外線が充分照射され酸化が促進される。そしてエアレーションで拡散される。このような入れ替えの過程が繰り返され、より多くの処理水が促進酸化され、有機物が分解される。
【００１０】
また、同時に、紫外線光源の付近にエアレーションで気泡を発生させることにより、紫外線光源の付近の活性化された酸化剤も攪拌され、拡散する。そこで紫外線光源から比較的遠くの処理水も、この活性化された酸化剤で促進酸化される。即ち広い範囲での促進酸化が行われることになり、有機物の分解が更に促進される。
【発明の効果】
【００１１】
この構成により、本発明の水処理装置は、より多くの処理水が促進酸化されるので、有機物であるフミン酸類とフルボ酸の分解が効率良く進み、純度の高い純水や超純水を得ることが容易となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１における水処理装置について図面を参照しながら説明する。
【００１３】
図１は、本発明の実施の形態１における水処理装置全体の構成ブロック図である。図１において、地下水などの原水１１は、砂ろ過槽１２に導入される。砂ろ過槽１２は、簡単に言うと砂利３８の層の上に砂３７の層が敷いてある。砂ろ過された原水１１は、後段の促進酸化槽１５に導入される。砂ろ過槽１２の直前に原水１１に酸化剤、殺菌剤、凝集剤を添加する酸化剤添加装置１４ａが設置されている。
【００１４】
酸化剤兼殺菌剤として、次亜塩素酸ソーダやオゾンを添加する。凝集剤としてＰＡＣ（ポリ塩化アルミニウム）や硫酸バンド（硫酸アルミニウム）を添加する。これらの添加剤により、砂ろ過槽１２でより多くの不純物を捕捉ろ過することができる。また、酸化剤は、後に説明する促進酸化槽１５での反応にも寄与する。
【００１５】
砂ろ過以降の処理される水を処理水１３と呼ぶことにする。処理水１３が促進酸化槽１５に導入される手前に、酸化剤２８の添加をする酸化剤添加装置１４が設置されている。促進酸化槽１５には、中に紫外線光源２３が設置されている。紫外線光源２３からは紫外線が処理水１３に放射される。更に、促進酸化槽１５には底面１５ａにエアレーション用の気体２７の噴出孔が多数設けられ、気体２７を噴出する。促進酸化槽１５の後段には、活性炭処理槽１６が設けられている。
【００１６】
処理水１３は、促進酸化槽１５から、この活性炭処理槽１６に導入される。活性炭処理槽１６には、活性炭３１が充填されている。更に、活性炭処理槽１６の後段にＲＯ膜分離装置１７が設けられている。ＲＯ膜分離装置１７では、逆浸透膜（ＲＯ膜３３）が設けられており、活性炭処理槽１６から導入された処理水１３はこのＲＯ膜３３を通過する。通過した処理水１３は精製水１８となる。
【００１７】
次に、水処理のプロセスを説明する。原水１１は、ＰＡＣなどの凝集剤と次亜塩素酸ソーダなどの殺菌および酸化を目的として加えた後砂ろ過槽１２に入る。砂ろ過槽１２は懸濁物質となる大きな固形物などをろ過する。この時点では、黄ばんだ色などの原因となる細かい有機物であるフミン酸類やフルボ酸は除去されない。
【００１８】
次に、処理水１３は促進酸化槽１５に導入される。その導入時に、酸化剤添加装置１４から酸化剤２８が添加される。酸化剤２８として、次亜塩素酸ソーダ、過酸化水素、過マンガン酸カリ、オゾンなどが添加される。このとき、塩素なら、約０．０５ｐｐｍ〜５ｐｐｍ添加される。次亜塩素酸ソーダなら、残留塩素として約０．０５ｐｐｍ〜５ｐｐｍ添加される。過酸化水素なら、約０．０５ｐｐｍ〜５０ｐｐｍ添加される。オゾンなら、約０．０５ｐｐｍ〜５ｐｐｍ添加される。
【００１９】
これらの酸化剤２８に、促進酸化槽の中の紫外線光源２３から紫外線が照射されると、強力な酸化作用を持つヒドロキシラジカル２９（ＨＯ・）が生成する。紫外線を照射したときのヒドロキシラジカル２９の発生のメカニズムについては、オゾンの場合は、
Ｏ３＋ｈν→Ｏ２＋Ｏ・
Ｏ・＋Ｈ２Ｏ→２ＨＯ・
Ｏ３＋Ｈ２Ｏ＋ｈν→ＨＯＯＨ＋Ｏ２
ＨＯＯＨ＋ｈν→２ＨＯ・
という反応で表される。
【００２０】
紫外線を照射したときのヒドロキシラジカル２９の発生のメカニズムについては、塩素の場合は、
Ｃｌ２＋Ｈ２Ｏ→ＨＣｌＯ＋ＨＣｌ
ＨＣｌＯ＋ｈν→ＨＯ・＋Ｃｌ−
という反応で表される。
【００２１】
紫外線を照射したときのヒドロキシラジカル２９の発生のメカニズムについては、過酸化水素の場合は、
Ｈ２Ｏ２＋ｈν→２ＨＯ・
という反応で表される。
【００２２】
ヒドロキシラジカル２９は、酸化還元電位が＋２．８５ｅＶで、フッ素に匹敵するような強い酸化力を持っている。多量の酸化剤２８を使用し、充分な紫外線照射により多量のヒドロキシラジカル２９を発生させると、殆どの有機物をＨ２ＯとＣＯ２までに分解し、無機化することが可能である。このような作用により、促進酸化槽１５の中で有機物が分解される。このときに、促進酸化槽１５の中に気体２７を入れて気泡を発生させるエアレーションを行っている。このエアレーションにより、ヒドロキシラジカル２９が拡散し、促進酸化槽１５の中での有機物の分解が更に促進される。このメカニズムについては、後で詳述する。
【００２３】
促進酸化槽１５で有機物が細かく分解された処理水１３は、後段の活性炭処理槽１６に導入される。活性炭処理槽１６はＳＶ（空塔速度）が２〜２０である。ＳＶとは活性炭１ｍ３あたりに１時間に何倍の水を通すかを表した数値である。
【００２４】
例えば、ＳＶ２の場合は２倍で接触時間は３０分である。ＳＶ２０の場合は２０倍で３分となる。活性炭処理槽１６では、有機物が活性炭３１に吸着する。また、この活性炭３１には微生物３２が増殖している。この微生物３２が細孔内に捕捉された有機物を分解する。これにより、活性炭３１の再生が行われ活性炭３１の寿命が計算値より長くなる傾向にある。
【００２５】
促進酸化槽１５でオゾンなどを添加した場合は、難分解性の有機物が低分子化され、易分解性の有機物になる。加えてエアレーションにより水中の溶存酸素が充分に補給されることになる。結果、活性炭処理槽１６内では活性炭３１内に生育する微生物３２に溶存酸素が充分に供給され、微生物３２の活性が高くなり、捕捉有機物も多量に分解されるため活性炭３１の寿命が長くなる。
【００２６】
また、活性炭３１には物質を還元する触媒として働く作用がある。つまり、オゾンを酸素にしたり、次亜塩素酸ソーダを分解し塩化ナトリウムにしたりする。故に、促進酸化槽１５から持ち込まれた上記のような酸化剤２８は、活性炭処理槽１６にて、活性炭３１の触媒還元作用により無毒化される。即ち、促進酸化槽１５と活性炭処理槽１６との組み合わせにより、特別な酸化剤２８の還元処理を省略できるという効果を有している。
【００２７】
活性炭処理槽１６にて有機物が殆ど除去された処理水１３は、後段のＲＯ膜分離装置１７に導入される。もしフミン類を多量に含んだ処理水１３なら、このフミン類がＲＯ膜３３に付着して目詰まりするトラブルを引き起こす。特に、最近の合成有機膜では、表面電荷を帯び、この表面電位の関係によりフルボ酸などのコロイド状物質はＲＯ膜３３表面に付着しやすく、洗浄で回復することが不可能な膜の汚染の原因となる。しかし、本実施の形態の水処理装置では、促進酸化槽１５で充分に有機物を分解し、その後段の活性炭処理槽１６で有機物の吸着と更なる分解をしているため、ＲＯ膜３３にコロイド状物質が付着することが非常に少なく、ＲＯ膜３３の長寿命化と多量の水処理とを可能にする。
【００２８】
図２は、本発明の実施の形態１における促進酸化槽１５の正面断面図である。図２において、処理水１３は促進酸化槽１５に下部の導入口２１から導入される。促進酸化槽１５から後段の活性炭処理槽１６への導出は、促進酸化槽１５の上部の導出口２２から行われる。導入口２１のある下から徐々に処理水１３が入れ替わっていくとすると、ほぼ１分〜１０分で処理水１３は入れ替わるように設定している。
【００２９】
促進酸化槽１５の導入口２１の手前には、酸化剤添加装置１４が設置されている。酸化剤添加装置１４からは、処理水１３に酸化剤２８が一定量ずつ添加されている。酸化剤２８としては、オゾン水、次亜塩素酸ソーダ、過酸化水素、過マンガン酸カリウムなどが添加される。前処理のろ過水中に充分な酸化剤、例えば次亜塩素酸ソーダなどが残存している場合はこの装置は設置されない場合もあるし、設置されていても運転は見合わせる場合もある。
【００３０】
促進酸化槽１５の天井１５ｂ部分からは、紫外線光源２３が複数本吊り下げられている。紫外線光源２３は表面がガラス製の概略円柱形のもので、直径が約１５ｍｍ〜７０ｍｍ、長さが約３００ｍｍ〜２２００ｍｍのものである。即ち、紫外線光源２３が鉛直方向に長い形状で設置されている。紫外線光源２３からは、波長４００ｎｍ以下の紫外線が放射されている。各紫外線ランプは５Ｗ／ｍ３／ｈ〜５０Ｗ／ｍ３／ｈのランプ出力を有している。この紫外線が添加された酸化剤２８であるオゾンに当たり、酸化剤２８はヒドロキシラジカル２９を発生させる。しかし、水中では紫外線が直ぐに減衰してしまうので、ヒドロキシラジカル２９が高濃度で存在する領域は、エアレーションのない状態では、紫外線光源２３の表面近傍の数ｃｍの狭い範囲に限られる。
【００３１】
促進酸化槽１５の底面１５ａ部分に、エアレーションの気体２７の噴出孔２５を有する管状の散気管２４が複数本設置されている。噴出孔２５から空気を主成分とする気体２７が定常的に噴出している。噴出するエアー量は５ＮＬ／分〜２５ＮＬ／分である。噴出孔２５の構造を図３に示す。図３（ａ）は噴出孔２５を設けた散気管２４の上面図、図３（ｂ）は散気管２４の底面図、図３（ｃ）は散気管２４の断面図である。管状の散気管２４は促進酸化槽１５の底面１５ａ側に噴出孔２５を有している。噴出孔２５の直径は２ｍｍ〜６ｍｍである。図３に見るように、噴出孔２５は真下にあるのではなく、中心から少し左または右にずらしてある。そしてずらし方は左右が互い違いになるようにしている。このようにすることで、気泡が安定して広範囲に供給される。
【００３２】
噴出した気体２７は気泡として処理水１３の中を上昇し、紫外線光源２３の側表面２３ａの近傍を紫外線光源２３に沿って上昇する。噴出孔２５の一部は、気体２７が紫外線光源２３に沿って上昇するように、紫外線光源２３の真下に位置している。処理水１３の表面から出た気体２７は、気体排出口３０から排出される。
【００３３】
この気体２７の気泡の動きによって、紫外線光源２３の表面近くの処理水１３およびヒドロキシラジカル２９は攪拌され、拡散される。つまり、紫外線と酸化剤２８により発生したヒドロキシラジカル２９は促進酸化槽１５内に拡散する。他方、紫外線光源２３付近には未だ未反応の酸化剤２８を含む水に入れ替わることになる。故に、新たに未だ酸化が促進されていない処理水１３が紫外線光源２３の近傍に接近し、これに紫外線が充分照射されヒドロキシラジカル化が促進される。そしてエアレーションで促進酸化槽１５内に拡散されたヒドロキシラジカル２９は水中の有機物と充分な反応時間を確保できるようになる。即ち広い範囲での促進酸化が行われることになり、広い範囲で有機物の分解が促進される。このような過程が繰り返され、より多くの処理水１３が促進酸化され、有機物が分解されることになる。
【００３４】
本実施の形態では、紫外線光源２３が鉛直に吊るされており、紫外線光源２３の長手方向が鉛直方向に設置されている。この配置により、気泡は紫外線光源２３の側表面２３ａに沿って上昇するときに、紫外線光源２３で進路を邪魔されることもないので、気泡は速い速度で上昇する。この気泡の動きによるエアリフト効果により処理水１３の拡散は大きくなり、促進酸化が更に効率的になる。
【００３５】
また、気体２７は紫外線光源２３の側表面２３ａに沿って動くので、気泡が側表面２３ａに強く当たることがないので、紫外線光源２３が割れて破損するおそれもない。
【００３６】
このとき、エアレーションの気体２７の中にオゾンを混ぜたものを使用すると、更に良い効果が得られる。オゾンは酸化剤２８であり、紫外線が照射されるとヒドロキシラジカル２９を発生する。この促進酸化槽１５の中では、エアレーションの気体２７は紫外線光源２３の近傍を通るので、そこでヒドロキシラジカル２９を発生する。これが有機物を強力な酸化力で分解することになる。
【００３７】
更に、エアレーションによる後段の活性炭処理槽１６への良い効果も生まれる。通常はエアレーションに空気を使用する。空気は酸素を含んでいる。この酸素がエアレーションにより処理水１３に一部溶け込む。溶け込んだ酸素は、次段の活性炭処理槽１６に送られる。活性炭処理槽１６には微生物３２が存在する。処理水１３中に溶存酸素が充分にあると、活性炭処理槽１６での微生物３２の活性も高くなる。微生物３２の活性が高くなると、それだけ有機物の分解が活発になり、浄化効率が向上する。
【００３８】
なお、酸素を溶融させ微生物３２を活性化させるために活性炭処理槽１６にエアレーションを設置することはできない。処理水１３を攪拌すると活性炭３１全体が汚染されてしまうからである。即ち、活性炭処理槽１６に充分酸素を供給しようとするなら、本実施の形態のように活性炭処理槽１６の前段で酸素を供給しなければならない。本実施の形態は、活性炭処理槽１６の前段にエアレーションがあることが、後段の活性炭処理槽１６に相乗的に良い効果を与えている。
【００３９】
酸化剤２８としてオゾンを使用した場合も、上記に述べたことと同様、活性炭処理槽１６への良い効果を生む。オゾンを加えたときの化学反応は、先に述べたように、
Ｏ３＋ｈν→Ｏ２＋Ｏ・
Ｏ・＋Ｈ２Ｏ→２ＨＯ・
Ｏ３＋Ｈ２Ｏ＋ｈν→ＨＯＯＨ＋Ｏ２
ＨＯＯＨ＋ｈν→２ＨＯ・
となり、酸素が発生する。この酸素が処理水１３に加わり、後段の活性炭処理槽１６に送られ、微生物３２を活性化し、有機物の処理効率を向上させる。
【００４０】
なお、砂ろ過槽１２は、促進酸化槽１５の前段にあるが、この砂ろ過槽１２で懸濁した原水の固形物が除去され透明度が増すことにより、その後段の促進酸化槽１５での紫外線の到達距離が長くなるという効果を持っている。
【００４１】
実施の形態１において、エアレーションの噴出孔２５は紫外線光源２３の真下に位置するものを挙げたが、目的は、紫外線光源２３の表面近傍の処理水１３をエアレーションで動かすことにある。紫外線光源２３が太い場合は、噴出孔２５は、その真下ではなく、紫外線光源２３の側表面２３ａの真下に配置するほうが好ましい。側表面２３ａ近傍を気泡が速いスピードで駆け上がることにより、処理水１３を強く攪拌し水を拡散させる効果が大きくなる。
【００４２】
エアレーションで促進酸化槽１５に導入された気体２７は、最終は、促進酸化槽１５から排気しなければならないが、実際は処理水１３の表面近くで処理水１３と混ざり合って泡の状態になっている。図４は、本発明の実施の形態１における促進酸化槽１５の上面断面図である。特に天井１５ｂ近くにある導出口２２の付近の断面図である。促進酸化槽１５の天井１５ｂ近くの側面である壁面１５ｃにある導出口２２から、この泡混じりの処理水１３が、後段の活性炭処理槽１６に導出される。一般的には導出口２２は、壁面１５ｃに直角に接続する。しかし、本発明の実施の形態１では、導出口２２を促進酸化槽１５の壁面１５ｃに直角に接続するのではなく、斜めに接続している。そこで、導出される処理水１３には、促進酸化槽１５の壁面１５ｃに対して斜めの流れ３５が発生する。この流れ３５により、天井１５ｂ近くに溜まった泡混じりの処理水１３に渦流３６が発生し、天井１５ｂ近くにある処理水１３が順次導出される。従って、処理水１３の一部が異常に長時間にわたって促進酸化槽１５内に滞留することを防ぐ効果がある。同時に気体２７も泡として排出される。接続する導出口２２の中心線の斜めの角度は、円筒形の促進酸化槽１５の壁面１５ｃに対して、なるべく接線方向に近いほうが好ましい。
【００４３】
（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２における促進酸化槽１５の正面断面図である。図５において、図２と同じ機能の構成要素には同じ符号を付している。処理水１３は促進酸化槽１５に下部の導入口２１から導入される。促進酸化槽１５から後段の活性炭処理槽１６への導出は、促進酸化槽１５の上部の導出口２２から行われる。
【００４４】
促進酸化槽１５の導入口２１の手前には、酸化剤添加装置１４が設置されている。酸化剤添加装置１４からは、処理水１３に酸化剤２８が添加されている。促進酸化槽１５の天井１５ｂ部分からは、紫外線光源２３が複数本吊り下げられている。紫外線光源２３は表面がガラス製の概略円柱形のもので、直径が約１５ｍｍ〜７０ｍｍ、長さが約３００ｍｍ〜２２００ｍｍのものである。図２の構成と異なるところは、紫外線光源２３が水平方向に長い形状で設置されていることである。図５では、紫外線光源２３は、紙面に垂直方向に長い形状をしている。
【００４５】
促進酸化槽１５の底面１５ａ部分に、エアレーションの気体２７の噴出孔２５を有する散気管２４が複数本設置されている。図５では図２と同様に、散気管２４は紙面に垂直方向に長く伸びている。図５に見るように、散気管２４と紫外線光源２３とは、ほぼ平行になっており、紫外線光源２３の真下に散気管２４が位置している。
【００４６】
噴出孔２５から空気を主成分とする気体２７が噴出している。噴出した気体２７は気泡として処理水１３の中を上昇し、多くの気泡は、紫外線光源２３の側表面２３ａに当たる。そこで、気体２７の気泡は拡散され、紫外線光源２３より上の処理水１３全体に広がる（気体２７ａ）。この気泡の動きによって、紫外線光源２３の表面近くで発生したヒドロキシラジカル２９は攪拌され、紫外線光源２３より上の処理水１３全体に広がる（ヒドロキシラジカル２９ａ）。つまり、紫外線と酸化剤２８にてヒドロキシラジカル２９は促進酸化槽１５内に拡散し、この活性化された酸化剤２８で促進酸化される。即ち広い範囲での促進酸化が行われることになり、広い範囲で有機物の分解が促進される。
【００４７】
（実施の形態３）
促進酸化槽１５内で生じたエアレーションの気体２７は、気体排出口３０から排出される。しかし、エアレーションによって処理水１３は表面が泡立っており、その泡を含んだ処理水１３が導出口２２から、後段の活性炭処理槽１６に送られる。即ち、処理水１３と一緒に気体２７も後段の活性炭処理槽１６に送られる。そこで、活性炭処理槽１６にも排気が必要となる。図６（ａ）は、活性炭処理槽１６の上部部分の正面断面図である。活性炭処理槽１６の中の処理水１３ａは水位が活性炭３１より上まであり、その液面１３ｂは活性炭処理槽１６の天井までほぼ到達しようとしている。天井には排気口４０があり、その真下に球状のフロート４２が処理水１３ａの液面１３ｂに浮いている。球状のフロート４２は、処理水１３ａに浮いて中心線４２ｃに沿って上下する。水位が低いと、フロート４２は排気口４０から離れ、気体２７が排気口４０から外に放出される。水位が高くなってくると、フロート４２が排気口４０に接し、口を塞ぐことにより、気体２７も処理水１３ａも外に放出されない。このことで、活性炭処理槽１６から気体２７だけを外に放出し、処理水１３ａがこぼれ出ることを防止することができる。フロート４２が排気弁の役目をしている。上記は、フロートを使用した単純な一例であるが、実際はフロートを用いたもう少し複雑な構造のものが多い。原理として、フロートが浮き上がると排気弁が閉じるという機構は同じである。
【００４８】
（実施の形態４）
活性炭処理槽１６からの排気の他の実施の形態を説明する。図６（ｂ）は、活性炭処理槽１６の上部部分の正面断面図である。図６（ｂ）に示す実施の形態が、図６（ａ）に示す実施の形態と異なるところは、フロート４２の替わりに、液面計４４と排気弁４３とを設置したことである。水位が低いと、液面計４４がそれを検出し、排気弁４３を開く。水位が高くなってくると、液面計４４がそれを検出し、排気弁４３を閉じる。この制御によって、活性炭処理槽１６から気体２７だけを外に放出し、処理水１３がこぼれ出ることを防止することができる。
【００４９】
（実施の形態５）
活性炭処理槽１６に導入された処理水１３の処理方法について、他の実施の形態を説明する。図７は、本発明の実施の形態５における水処理装置全体の構成ブロック図である。基本的には図１で説明した実施の形態１と同様の構成である。実施の形態１と異なるところは、活性炭処理槽１６の上部に排出管４１を設け、活性炭処理槽１６の処理水１３の表面層を排出し、それを砂ろ過槽１２に戻していることである。促進酸化槽１５から活性炭処理槽１６に送られてくる処理水１３は、エアレーションによって多くの泡を含んでいる。従って、活性炭処理槽１６の処理水１３はその表面から深さ１０ｃｍぐらいまでの表面層が泡立っている。この処理水１３の表面層を除くことにより、活性炭処理槽１６内での泡立ちを少なくし、活性炭３１への泡による悪影響をなくすものである。しかも、活性炭処理槽１６から排出された処理水１３は、再度、砂ろ過槽１２に戻されるので、外部に放出されることなく、環境汚染を起こすことがない。
【００５０】
（実施の形態６）
活性炭処理槽１６に導入された処理水１３の処理方法について、更に他の実施の形態を説明する。図８は、本発明の実施の形態６における水処理装置全体の構成ブロック図である。基本的には図１で説明した実施の形態１と同様の構成である。実施の形態１と異なるところは、促進酸化槽１５の後段で活性炭処理槽１６の前段に液体と気体を分離するタンク４５を設けたことである。促進酸化槽１５から活性炭処理槽１６に送られてくる処理水１３は、エアレーションによって多くの泡を含んでいる。タンク４５内では、この処理水１３を後段の活性炭処理槽１６に送る前に、このタンク４５内で５分〜３０分滞留させる。この滞留時間の間に処理水１３中の泡は液体と気体に分離し、泡が消えてゆく。この分離された気体２７はタンク４５上部から外部に排出される。
【００５１】
（実施の形態７）
図９は、本発明の実施の形態７における水処理装置全体の構成ブロック図である。基本的には図１で説明した実施の形態１と同様の構成である。実施の形態１と異なるところは、活性炭処理槽１６の後段でＲＯ膜分離装置１７の前段にマイクロフィルター膜（ＭＦ膜）４７にて固形不純物の分離をするＭＦ膜分離装置４６を設けたことである。ＭＦ膜４７は、精密ろ過膜とも呼ばれる０．０１μｍ〜１０μｍの孔径を持つろ過膜である。砂ろ過槽１２で固形の不純物はろ過されるが、ほぼ１μｍぐらいの大きさ以上の固形物のろ過しか行えない。ＭＦ膜４７を持つＭＦ膜分離装置４６に処理水１３を通過させることにより、１μｍ以下の固形物もろ過し、後段のＲＯ膜３３への負担を軽くすることができる。また、同時に、活性炭処理槽１６で生じて後段の工程への処理水１３に流出する微細粒子もこのＭＦ膜４７にて除去することができるので、後段のＲＯ膜３３への負担を軽減することができる。
【００５２】
なお、このＭＦ膜分離装置４６の替わりに、ＵＦ膜を使用したＵＦ膜分離装置を用いても良い。ＵＦ膜は、ウルトラフィルトレーション膜あるいは限外ろ過膜とも呼ばれる２ｎｍ〜２００ｎｍの孔径を持つろ過膜である。ＭＦ膜、ＵＦ膜のどちらの膜を使用するにしても、砂ろ過では取れなかった細かい固形物を除去し、同時に活性炭処理槽１６に流出する微細粒子も除去し、後段のＲＯ膜３３の負担を軽減するという作用効果は同じである。
【００５３】
（実施の形態８）
図１０は、本発明の実施の形態８における水処理装置全体の構成ブロック図である。本実施の形態は、有機性廃水を原水１１として、その処理水１３をＲＯ膜を用いて純水製造や工業用水として回収するものである。先に述べた実施の形態と大きく異なるところは、砂ろ過槽１２の前段に生物処理槽４８を設けていることである。また、実施の形態７と同様に、活性炭処理槽１６の後段でＲＯ膜分離装置１７の前段にマイクロフィルター膜（ＭＦ膜）４７にて固形不純物の分離をするＭＦ膜分離装置４６を設けたことである。生物処理槽４８は活性汚泥や硝化細菌や脱窒細菌などの浮遊微生物を利用し、様々な有機物を酸化分解や吸収分離することで、有機性廃水を浄化する。このように、生物処理槽４８を用いることにより、原水１１が界面活性剤などの難分解性の有機物を含む有機性廃水でも、実施の形態１から実施の形態７で説明した処理方法を活用して水質浄化をすることができる。
【００５４】
このとき、処理水１３中に含有する有機物が非常に多いと、促進酸化槽１５や活性炭処理槽１６での微生物３２繁殖が活発となり処理水１３への流出が懸念される。その場合、活性炭処理槽１６の後段にＭＦ膜分離装置４６を設けることが効果的である。ＭＦ膜分離装置４６のＭＦ膜４７によりろ過され、処理水１３から除去される。
【００５５】
なお、上記のＭＦ膜４７を用いたＭＦ膜分離装置４６の替わりに、ＵＦ膜を用いたＵＦ膜分離装置を用いても同様の効果を奏する。
【００５６】
（実施の形態９）
図１１は、本発明の実施の形態９における水処理装置全体の構成ブロック図である。本実施の形態は、有機性廃水を原水１１として、その処理水１３を、ＲＯ膜を用いて純水製造や工業用水として回収するものである。実施の形態８とよく似た構成となっている。実施の形態８と異なるところは、活性炭処理槽１６の後段にＭＦ膜分離装置４６が存在せず、その替わりに生物処理槽４８と促進酸化槽１５との間にＭＦ膜４７を有するＭＦ膜分離装置４６が介在していることである。更に、活性炭処理槽１６から導出された処理水１３は、切替バルブ５０により、ＲＯ膜分離装置１７と排出管４１とのどちらかに切替えられ送水される構成となっている。排出管４１に送られた処理水１３は、タンク４９に一旦貯水され、その後ＭＦ膜分離装置４６に戻される。
【００５７】
有機性廃水は、含まれる有機物濃度が高い場合には、生物処理槽４８に流動担体方式、活性汚泥処理方式あるいは両者の併用方式などが用いられる。この場合固液分離に加圧型あるいは浸漬型膜ろ過を利用し沈殿分離槽と砂ろ過器を省略することができる。このＭＦ膜４７の浄化により、処理水１３の透明度が増し、後段の促進酸化槽１５での処理がより効率的になる。
【００５８】
促進酸化槽１５で処理された処理水１３は、次に、活性炭処理槽１６にて浄化される。その後、有機性廃水の汚濁度合いが少ないときには、活性炭処理槽１６から出てくる処理水１３について、切替バルブ５０は処理水１３をＲＯ膜分離装置１７に送水する。送水された処理水１３は、ＲＯ膜分離装置１７にて浄化処理され、精製水１８となって水処理装置から送出される。
【００５９】
活性炭処理槽１６での処理後、処理水１３の浄化度が未だ充分でない場合には、切替バルブ５０は、処理水１３を排出管４１に送る。排出管４１に送られた処理水１３は、タンク４９に一旦貯水される。その後ＭＦ膜分離装置４６に戻される。こうして、再度ＭＦ膜分離装置４６、促進酸化槽１５、活性炭処理槽１６を通過することにより、処理水１３は更に浄化される。その後、切替バルブ５０の切替えにより、処理水１３はＲＯ膜分離装置１７へ送水される。ＲＯ膜分離装置１７を通過した水は、精製水１８として水処理装置から取り出される。この処理水１３をＭＦ膜分離装置４６に再度戻す処理を行うことにより、排水の流入がない場合においても装置を停止させずに処理水１３を循環させ、ＡＯＰ処理をすることにより、一層効率良く水処理が可能となる。
【００６０】
なお、上記のＭＦ膜４７を用いたＭＦ膜分離装置４６の替わりに、ＵＦ膜を用いたＵＦ膜分離装置を用いても同様の効果を奏する。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明の水処理装置は、フミン質による色度の高い地下水や界面活性剤などを含む有機性廃水処理水からＲＯ膜を利用して、純水製造あるいは工業用水への回収をする場合に、ＲＯ膜に目詰まりを起こすことなく効率的に生成することができ有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の実施の形態１における水処理装置のブロック図
【図２】本発明の実施の形態１における促進酸化槽の正面断面図
【図３】本発明の実施の形態１における散気管の構造図
【図４】本発明の実施の形態１における促進酸化槽の上面断面図
【図５】本発明の実施の形態２における促進酸化槽の正面断面図
【図６】本発明の実施の形態３および４における活性炭処理槽の正面断面図
【図７】本発明の実施の形態５における水処理装置のブロック図
【図８】本発明の実施の形態６における水処理装置のブロック図
【図９】本発明の実施の形態７における水処理装置のブロック図
【図１０】本発明の実施の形態８における水処理装置のブロック図
【図１１】本発明の実施の形態９における水処理装置のブロック図
【符号の説明】
【００６３】
１１    原水
１２    砂ろ過槽
１３，１３ａ    処理水
１３ｂ    液面
１４，１４ａ    酸化剤添加装置
１５    促進酸化槽
１５ａ    底面
１５ｂ    天井
１５ｃ    壁面
１６    活性炭処理槽
１７    ＲＯ膜分離装置
１８    精製水
２１    導入口
２２    導出口
２３    紫外線光源
２３ａ    側表面
２４    散気管
２５    噴出孔
２７，２７ａ    気体
２８    酸化剤
２９，２９ａ    ヒドロキシラジカル
３１    活性炭
３２    微生物
３３    ＲＯ膜
３６    渦流
３７    砂
３８    砂利
４０    排気口
４１    排出管
４２    フロート
４２ｃ    中心線
４３    排気弁
４４    液面計
４５    タンク
４６    ＭＦ膜分離装置
４７    ＭＦ膜
４８    生物処理槽
４９    タンク
５０    切替バルブ
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
2009262122.tif 000010
【図９】
2009262122.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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