JP2011212511A - 被処理水の処理方法及び処理装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】有機化合物が含まれるpHが9未満の被処理水を反応槽A1内に貯めるとともに、この反応槽A1内の被処理水に鉄粉供給装置A2を用いて還元鉄粉を供給し、撹拌装置によって還元鉄粉を分散させるとともに、空気を被処理水にバブリングして、被処理水中でヒドロキシラジカルを発生させて被処理水に溶存している有機化合物を促進酸化して分解理するようにした。
【選択図】 図1
Description
すなわち、フェントン反応は、強酸環境下で過酸化水素に第1鉄イオンを作用させてヒドロキシラジカルを発生させ、このヒドロキシラジカルによって有機化合物を促進酸化分解するもので、酸化力が強く、従来の生物処理では分解が困難な難生分解性有機化合物の処理への応用が特長である。
また、このフェントン反応を用いた染色排水の高度脱色処理や、塗装業界での廃水処理など、水処理応用実施例は少ないものの存在した。さらに、製紙排水でインク等の難生分解性有機化合物を含む廃水の処理方法として、従来の反応槽に廃水を貯留して促進酸化する方式に替わって、廃水の連続通水を可能とするフェントン反応処理技術も存在する(特許文献1)。
また、過酸化水素を含み、酸を添加するなどして酸性に保持された被処理水中に上記第1鉄イオンの供給源として鉄粉を供給する方法が提案されている(特許文献2〜5)。
なお、被処理水のpHは、9未満であればよく、酸性でも処理は可能であるが、有機化合物の分解速度が遅くなるため、pH6以上9未満の中性域が好ましく、pH7〜8.5がより好ましい。
なお、被処理水のpHが酸性であれば、酸素供給開始後、酸性のバッファーを加えなければ、第一鉄イオンの溶出により、被処理水のpHが中性域に移行してゆき、その後pHが中性域に保持されるので、特にpH調整をしなくてもよいが、あまり酸性が強いと、中性域になるまでに時間がかかるため、pH3未満の酸性域であれば、予めpH調整しておくことが好ましい。
また、本発明で用いられる還元鉄粉は、特に限定されないが、例えば、ミルスケール還元鉄粉法、鉱石還元鉄粉法で製造されたものが挙げられる。
また、被処理水中への酸素の供給方法は、特に限定されないが、反応速度を考慮すると、できるだけ細かい気泡にしてバブリングすることが好ましい。
図1は、本発明の処理方法を実施する処理装置の1例を模式的にあらわしている。
反応槽A1は、図示していないが、反応槽A1内の被処理水に反応槽A1の底に配置された散気部から空気を細かい泡状にしてバブリングし、反応槽A1内の被処理水中に空気中の酸素を供給する酸素供給装置及び反応槽A1内の被処理水を撹拌する撹拌装置を備えていて、有機化合物を含み必要に応じてpH中和調整を行ったpHが9未満の被処理水(以下、「1次処理水」と記す)を一旦貯めるようになっているとともに、この反応槽A1内で有機化合物が分解処理された処理水(以下、「2次処理水」と記す)を、沈殿分離槽A3に送ることができるようになっている。
沈殿分離槽A3は、反応槽A1での処理によって得られた2次処理水が反応槽A1から投入されるとともに、凝集剤が添加されて2次処理水中の懸濁成分が凝集沈殿されるようになっている。
まず、反応槽A1に所定量の有機化合物を含み必要に応じてpH中和調整を行った、pHが9未満の1次処理水を貯めるとともに、撹拌装置及びバブリング装置を稼動させて1次処理水を撹拌するとともに、1次処理水中に空気を細かい泡状態で供給する。
バブリング及び撹拌を、予め設定された時間(1次処理水中に含まれる有機物の濃度や種類に応じて経験的に求められた時間)続けて、1次処理水中に含まれる有機物を分解処理したのち、得られた2次処理水を沈殿分離槽A3に移し、凝集剤を添加して懸濁成分を凝集させて沈殿分離する。
さらに、還元鉄粉は多孔質になっているので、被処理水中の金属イオンを吸着することができる。したがって、上記有機化合物の分解処理だけでなく、無機物の同時処理をおこなうことができる。
また、この処理方法によれば、従来の水処理装置の、pH中和設備など殆どの付帯設備が利用でき、従来の水処理装置を少し改造するだけで本発明の処理装置を得ることができ、設置コストを抑えることが可能である。
反応槽として直径7cmの円筒形をした耐熱ガラス製の気泡塔を作製し、有機化合物としてのオレンジII(アゾ色素)が60mg/リットル含まれた2リットルの被処理水を、気泡塔に貯めるとともに、粒径500μm以下の還元鉄粉を含む還元鉄粉試薬1g/リットルの割合で、被処理水に投入した。そして、気泡塔の底から空気を4リットル/分の割合で気泡塔内の処理水中にバブリングするとともに、撹拌しながら処理を行い、処理水中のオレンジIIの濃度の経時変化、TOC(全有機炭素量)の経時変化、鉄イオン濃度(Fe2+、Fe3+)、pHの経時変化を調べ、その結果を図2・図3に示した。
なお、オレンジIIの濃度は、分光光度法を用いて測定した。TOCは、燃焼酸化触媒方式のTOC計を用いて測定した。鉄イオン濃度は、1,10−フェナントロリン法を用いて測定した。
図2から、処理開始(反応開始)から60分で、オレンジIIがほぼ分解されるとともに、TOCが75%減少していることがよくわかる。また、図3から、pHが中性域にほぼ安定していることがよくわかる。
処理水のオレンジII濃度を600mg/リットルとするとともに、処理水に投入する鉄粉量を10g/リットルとした以外は、実施例1と同様にして処理水中のオレンジIIの濃度の経時変化、TOC(全有機炭素量)の経時変化、鉄イオン濃度(Fe2++Fe3+)、pHの経時変化を調べ、その結果を図4・図5に示した。
図4から、処理開始(反応開始)から60分で、オレンジIIがほぼ分解されるとともに、TOCが85%減少していることがよくわかる。
バッファーとしてのリン酸を加え、pHを3付近に保つようにした以外は、上記実施例1と同様にして処理水中のオレンジIIの濃度の経時変化、TOC(全有機炭素量)の経時変化、鉄イオン濃度(Fe2++Fe3+)、pHの経時変化を調べ、その結果を図6・図7に示した。
図6から、被処理水が酸性になっていると、オレンジIIの分解はある程度進むものの、TOC(全有機炭素量)は急激には減少せず、分解速度が遅いことがわかる。
被処理水の初期pHを3として、その後はバッファーを加えずに処理した以外は、上記比較例1と同様にして処理水中のオレンジIIの濃度の経時変化、TOC(全有機炭素量)の経時変化、鉄イオン濃度(Fe2++Fe3+)、pHの経時変化を調べ、その結果を図8・図9に示した。
図8から、リン酸などのバッファーを加えない限り、バブリングをはじめると、ほぼ鉄がイオン化(溶出)しプロトンが還元されることによってpHが中性に近づき、それに伴い有機物の分解速度が増すことがわかる。
空気のバブリングに代えて、窒素をバブリングさせた以外は、上記比較例1と同様にして処理水中のオレンジIIの濃度の経時変化、TOC(全有機炭素量)の経時変化、鉄イオン濃度(Fe2++Fe3+)、pHの経時変化を調べ、その結果を図10・図11に示した。
図10から、窒素のバブリングにより脱気した場合、つまり、溶存酸素がないと、有機化合物の分解が殆ど進まないことがよくわかる。すなわち、本発明の処理方法は、酸素が被処理水中に供給されることによって、被処理水中の溶存酸素量が増加し、過酸化水素を添加しなくても、この溶存酸素の還元作用で過酸化水素が生成した結果、フェントン反応により、被処理水中で有機化合物を分解するものと考えられる。
A1 反応槽
A2 鉄粉供給装置
A3 沈殿分離槽
Claims (9)
- 還元鉄粉が混合され、かつ、pHが9未満である有機化合物を含む被処理水中に酸素を供給し、被処理水中でヒドロキシラジカルを発生させて被処理水に溶存している有機化合物を促進酸化して分解することを特徴とする被処理水の処理方法。
- 請求項1に記載の被処理水の処理方法において、還元鉄粉の粒径が、500μm以下であることを特徴とする被処理水の処理方法。
- 請求項1または請求項2に記載の被処理水の処理方法において、被処理水中に酸素をバブリングし、バブリングによって生じた気泡を、被処理水中の還元鉄粉に接触させながら還元鉄粉を分散浮遊させることを特徴とする被処理水の処理方法。
- 請求項1〜請求項3のいずれかに記載の被処理水の処理方法において、揮発性有機化合物と酸素とを含む排ガスを、被処理水中に吹き込みバブリングする事で、被処理水中の有機化合物と同時に前記揮発性有機化合物を分解処理することを特徴とする被処理水の処理方法。
- 請求項1〜請求項4のいずれかに記載の被処理水の処理方法において、被処理水のpHを酸素供給前にpH調整することを特徴とする被処理水の処理方法。
- 請求項1〜請求項5のいずれかに記載の被処理水の処理方法に用いる処理装置であって、
被処理水が貯められる反応槽と、
この反応槽に被処理水を供給する被処理水供給手段と、
前記反応槽中の被処理水及び反応槽に供給される前の被処理水の少なくともいずれかに還元鉄粉を供給する鉄粉供給手段と、
反応槽中の被処理水に酸素を供給する酸素供給手段を備えていることを特徴とする被処理水の処理装置。 - 請求項6に記載の被処理水の処理装置において、酸素供給手段が、反応槽内の被処理水に酸素をバブリングする散気部を備えていることを特徴とする被処理水の処理装置。
- 請求項6または請求項7に記載の被処理水の処理装置において、反応槽中の被処理水及び反応槽に供給される前の被処理水の少なくともいずれかをpH調整するpH調整手段を備えていることを特徴とする被処理水の処理装置。
- 請求項6〜請求項8のいずれかに記載の被処理水の処理装置において、酸素供給手段が、酸素と、揮発性有機化合物とを含む排ガスを被処理水に供給することを特徴とする被処理水の処理装置。
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