JPH1110171A - 廃水処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】オゾンと過酸化水素とを併用した汚濁物質処理
方法において、添加オゾンを有効に利用し処理コストの
低減をはかる。 【解決手段】廃水にオゾンを添加して処理する第１工程
と、第１工程で処理された被処理水にオゾンおよび過酸
化水素を添加して処理する第２工程とからなる廃水処理
方法であって、第１工程出口側の被処理水中の溶存オゾ
ン濃度が所定の値に維持されるように、第１工程に添加
するオゾン量を制御し、かつ、第２工程出口側の被処理
水中の溶存オゾン濃度が所定の値に維持されるように、
第２工程に添加するオゾン量を制御する。被処理水中の
溶存オゾン濃度は０．１〜１０ｍｇ／リットルが好適で
ある。下水、廃棄物埋立地浸出水の二次処理水などのＢ
ＯＤやＣＯＤなどの低減、浄化に好適に用いられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、オゾンおよび過酸
化水素を利用する廃水処理方法に関する。さらに詳しく
は、下水またはし尿の二次処理水、産業排水または廃棄
物埋立地浸出水またはこれらの二次処理水などを、オゾ
ンおよび過酸化水素を用いて処理する廃水処理方法に関
する。なお、本発明において「処理」の語は、廃水の浄
化の意であり、廃水を消毒、殺菌、脱色、脱臭、あるい
は廃水中の有機物の分解、透明度の改善、ＢＯＤ、ＣＯ
Ｄの低減を行う操作をいう。

【０００２】

【従来の技術】近年、廃水を浄化して再利用することの
重要性が増している。再利用の一環として従来の窒素・
りんの除去を目的とした高度処理に加え、脱臭、脱色、
殺菌、微量汚染物質の除去などを目的とした処理方法の
導入が進められている。具体的には、活性炭処理、オゾ
ン処理、膜処理などの処理方法が実施されている。これ
らの処理方法のうち、活性炭処理は有機性の汚濁物質の
吸着除去は可能であるが殺菌作用はなく、活性炭の交換
が必要である。オゾン処理は脱色、脱臭、殺菌効果は優
れているが、汚濁物質の分解機能が低い。膜処理は水処
理という観点からは優れているが、廃棄物を副生すると
いう問題がある。

【０００３】そこで、特公昭６０−６７１８号公報、特
公昭６０−４１９９９号公報、特開昭５８−５５０８８
号公報などには、前記処理方法の問題点を総合的に解決
する手段として、廃水にオゾンと過酸化水素とを添加
し、処理する方法が記載されている。記載の処理方法
は、オゾンと過酸化水素とを廃水中に添加することによ
り非常に酸化力の強いＯＨラジカルを生成させ、生成し
たＯＨラジカルをもって廃水を処理するものである。Ｏ
Ｈラジカルは、オゾンよりも強力な酸化剤であり、オゾ
ン単独では分解できない廃水中の汚濁成分を分解除去す
ることが可能である。脱臭、脱色、殺菌効果が優れてい
る上、二次的な廃棄物も発生しない、効果的な処理方法
である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記のオゾン
と過酸化水素とを併用する廃水処理方法は、強力な酸化
作用を有し、他の方法では処理の難しい汚濁物質をクリ
ーンに処理できる極めて優れた特徴を有する反面、添加
した高価な酸化剤、とくにオゾンを十分に利用していな
かったので、処理コストが高くなる欠点があり、広く利
用されるに至っていない。さらに、処理後何等かの手段
を講じなければ、オゾンが処理水中に残留するという点
も問題であった。本発明者は、オゾンと過酸化水素とを
併用した強力な酸化力を活かして多くの汚濁物質を処理
するとともに、添加する高価なオゾンをできるだけ有効
に利用して処理コストの低減をはかることを課題とし
て、本発明を完成したのである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者が研究の結果、
被処理水中の汚濁物質の濃度や種類に影響される値であ
るが、被処理水中のオゾン濃度と過酸化水素濃度、なか
でもオゾン濃度が酸化剤の有効利用に大きく影響するこ
とが明らかになった。すなわち、オゾン添加量と溶存オ
ゾン濃度との間に一定の線形関係が成立すること、溶存
オゾン濃度を一定水準に維持すれば、オゾンの利用効率
が上昇し、安定した処理が可能であることを見出した。

【０００６】そこで本発明は、前記の課題を解決する手
段として、廃水にオゾンを添加して処理する第１工程
と、第１工程で処理された被処理水にオゾンおよび過酸
化水素を添加して処理する第２工程とからなる廃水処理
方法であって、第１工程出口側の被処理水中の溶存オゾ
ン濃度が所定の値に維持されるように、第１工程に添加
するオゾン量を制御することを特徴とする廃水処理方法
を提供する。また、廃水にオゾンを添加して処理する第
１工程と、第１工程で処理された被処理水にオゾンおよ
び過酸化水素を添加して処理する第２工程とからなる廃
水処理方法であって、第２工程出口側の被処理水中の溶
存オゾン濃度が所定の値に維持されるように、第２工程
に添加するオゾン量を制御することを特徴とする廃水処
理方法を提供する。さらに、前記の２つの廃水処理方法
を組み合わせることにより、廃水にオゾンを添加して処
理する第１工程と、第１工程で処理された被処理水にオ
ゾンおよび過酸化水素を添加して処理する第２工程とか
らなる廃水処理方法であって、第１工程出口側の被処理
水中の溶存オゾン濃度が所定の値に維持されるように、
第１工程に添加するオゾン量を制御し、かつ、第２工程
出口側の被処理水中の溶存オゾン濃度が所定の値に維持
されるように、第２工程に添加するオゾン量を制御する
ことを特徴とする廃水処理方法を提供する。通常、被処
理水中の溶存オゾン濃度は０．１〜１０ｍｇ／リットル
が好適であって、この濃度範囲になるように、添加する
オゾン量を制御することが好ましい。また、これらの廃
水処理方法において、第２工程で処理された被処理水を
ばっ気し被処理水中の残存するオゾンおよび過酸化水素
を除去するとよい。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明の廃水処理方法を具体的に
詳しく説明する。本発明においては、はじめ第１工程に
おいて廃水にオゾンを単独で添加して処理し、さらに得
られた被処理水を第２工程でオゾンと過酸化水素とを併
用して処理する。この間、第１工程および／または第２
工程出口の被処理水中の溶存オゾン濃度を検出して、所
定の溶存オゾン濃度を維持するように第１工程および／
または第２工程に添加するオゾン量を制御することによ
り、汚濁物質を効率的に酸化分解することができる。な
お、オゾンは同伴気体とともに廃水または被処理水に注
入、添加する。

【０００８】本発明は、オゾンと過酸化水素とが反応し
て発生するＯＨラジカルにより、被処理水中の汚濁物質
の分解を行うものであるが、他方、ＯＨラジカルはオゾ
ンや過酸化水素と反応してその強い酸化力を消失する。
すなわち、オゾンや過酸化水素の濃度が低すぎるとＯＨ
ラジカルの発生は少なく、逆にオゾンや過酸化水素の濃
度が高すぎると、発生したＯＨラジカルが汚濁物質を酸
化することなくオゾンや過酸化水素と反応して消失し、
いずれの場合にも期待する処理が行われない。ＯＨラジ
カルとオゾンとの反応速度は、オゾンが気相から液相へ
移動する速度に比べて非常に早いため、通常、被処理水
中の溶存オゾン濃度は低い状態になっており、液相中の
溶存オゾンが処理を阻害することは少なく、むしろ液相
中の溶存オゾン濃度が低すぎるために処理反応が進行し
ない場合が多い。

【０００９】したがって、廃水または被処理水に添加す
るオゾン量が汚濁物質量に対して少な過ぎると、オゾン
は被処理水中で汚濁物質との反応により消費され、溶存
オゾン濃度を高く維持することができなくなり、過酸化
水素と接触してＯＨラジカルを生成する機会がなくな
る。この結果、オゾン単独による処理とほとんど効果は
変らないか、もしくは過酸化水素による反応が阻害され
る。そこで、廃水処理の初期段階においては、むしろオ
ゾンを単独で用い所要の残存オゾン濃度が維持できるよ
うになるまで処理を行うことが効率よく処理するための
条件となる。逆に、廃水中の汚濁物質が少な過ぎると、
被処理水中の残存オゾン濃度が高くなってオゾンが吸収
されにくくなり、添加したオゾンが使用されないで無駄
に排出される割合が多くなり、オゾンの利用効率が低下
することになるので、被処理水中に過酸化水素を添加し
てＯＨラジカルを発生させ処理した方が有利である。

【００１０】一方、過酸化水素は液状で被処理水に添加
することができるので濃度調整は容易であるが、濃度が
高すぎると汚濁物質の酸化反応が阻害されるる。しか
し、被処理水中の汚濁物質濃度が変動しても、汚濁物質
に対する過酸化水素の最適な添加量の変化は比較的小さ
いので、過酸化水素の添加量を一定としてもその一定値
が最適値に近い値であれば、オゾンを十分に供給さえす
れば処理はほぼ適切に行われる。

【００１１】以上の知見から、廃水にオゾンを単独で添
加して汚濁物質を処理する第１工程と被処理水にオゾン
と過酸化水素の両方を添加する第２工程とを有する廃水
処理方法において、工程出口の被処理水中の残存オゾン
濃度を監視し、所要の濃度範囲に維持するようオゾン添
加量を制御することにより、オゾン添加量を処理すべき
廃水または被処理水中の汚濁物質濃度の変化に追随させ
た、効率的な処理を行うことが可能になる。オゾン添加
量の制御は、被処理水中の残存オゾン濃度を検出し、あ
らかじめ実験や経験から求められた、廃水中の汚濁物質
の濃度や種類によって定まる目標値に従って制御すると
よい。第２工程では、残存オゾン濃度を検出することに
より、ＯＨラジカルの発生量を一定化することが可能に
なり、廃水浄化の目標水準に対し、安定化した処理がで
きる。

【００１２】溶存オゾン濃度の具体的な目標値は、処理
対象物質の種類や濃度、共存物質の種類や濃度、処理装
置、気体液体接触状況などにより一概に規定することは
難しいので、実験的、経験的に決めることが好ましい。
一般的には第１工程の出口で、０．１ないし１０ｍｇ／
リットル、好ましくは０．７ないし７ｍｇ／リットルで
ある。０．１ｍｇ／リットル以下では溶存するオゾン濃
度が低すぎて第２工程での処理が十分に行えず、また、
１０ｍｇ／リットル以上になるまでオゾンを添加すれ
ば、通常、無駄に消費されるオゾンが多くなる。また、
第２工程の出口では、０．１ないし２ｍｇ／リットル、
好ましくは０．３ないし１ｍｇの範囲。に維持するとよ
い。０．１ｍｇ／リットル以下では制御が困難になり、
２ｍｇ／リットル以上では無駄な余剰オゾンが系外に放
出されることになる。前記の手段によってオゾン添加量
を制御すれば、過酸化水素濃度を制御するだけでは処理
の困難な高濃度の汚濁物質を含む被処理水を処理でき、
また従来のように被処理水の濃度の変動範囲をすべてカ
バーできる量のオゾンを一律に添加することによるオゾ
ンの無駄な消費を防止することができる。

【００１３】オゾン添加量の制御は同伴気体を含む全体
のガス量を制御することにより行っても、気体中のオゾ
ン濃度を調整することにより行ってもよい。さらに、オ
ゾン発生器自体を調整してオゾンの発生量を制御しても
よい。一般的にはガス流量を制御する方が簡便である。
被処理水中の溶存オゾン濃度や排ガス中の余剰オゾン濃
度は、応答速度を速くするために瞬時に測定できること
が望ましく、紫外線吸収式濃度計などを使用することが
できる。

【００１４】オゾンの添加方式にとくに制限はなく、た
とえば散気式、エジェクター式を採用することができ
る。ただ汚濁物質濃度が高い場合にはオゾンを気泡塔一
基で吸収させるには限界があるため、処理装置を多段に
組むことが好ましい。オゾン溶解槽での被処理水の滞留
時間は、通常１〜６０分の範囲内、好ましくは５〜２５
分程度である。

【００１５】オゾンは、無声放電法をはじめ種々の方式
のオゾン発生器を利用して供給でき、特別の制限はな
い。しかし、気体中に含まれているオゾンの濃度が高い
ほど被処理水中へのオゾンの溶解が促進されるので、気
体１リットル中に少なくとも２０ｍｇ、好ましくは５０
ｍｇ以上オゾンを含有させるとよい。１００ｍｇ以上含
まれておればさらに好ましい。オゾンの媒体になる気体
としては空気、酸素富化空気やその他の気体を用いるこ
とができる。供給するオゾンガスの気泡の平均径は、被
処理水の性状にもよるが、一般的に、１〜１００００μ
ｍまでの範囲が好ましく、とくに１０〜１０００μｍの
範囲が気液接触面積が大きい割に分散エネルギーの消費
量が小さく好適である。オゾンを含有する排ガスを、前
処理として廃水に添加することもできる。

【００１６】本発明の水処理方法において、オゾン添加
量の制御に加えて過酸化水素の添加量を制御することに
より、オゾン添加量のみを制御する場合と比較して効率
的な処理および一層精密な制御が可能になる。被処理水
中に添加する過酸化水素の濃度は、被処理水に含まれる
処理対象物質や共存物質の種類、濃度、処理装置、使用
するオゾン量および気液接触状況などにより一概に規定
できないが、通常、被処理水１リットル当り、０．１〜
１００ｍｇ、好ましくは０．５〜５０ｍｇの範囲内であ
る。一般に被処理水中の過酸化水素濃度には最適値が存
在するので、実験的、経験的に過酸化水素の最適添加量
を求めるとよい。

【００１７】また、過酸化水素の添加方式にとくに制限
はないが、局所的にせよ高濃度ではＯＨラジカルによる
処理反応が阻害されるため、過酸化水素の注入口を複数
に分割するか、低濃度で複数回に分割して添加するか、
連続的に添加するか、もしくは十分に攪拌される状態で
添加することが好ましい。被処理水とオゾン含有気体と
の接触面積は大きい程、たとえばオゾン含有気体の気泡
が小さいほど最適な過酸化水素添加量が大きくなる傾向
がある。

【００１８】添加する過酸化水素は市販の過酸化水素水
を用いても、過酸化水素製造装置から直接供給してもよ
い。水酸化ナトリウム水溶液を電解液として電解製造し
た過酸化水素水を用いることもできる。被処理水に添加
する過酸化水素水の濃度に特に制限はなく、添加量、ポ
ンプ性能などを勘案して制御しやすい濃度にすればよ
い。処理温度は、被処理水が液相を保持範囲であればよ
いが、通常は常温で行う。被処理水の温度が高いほど反
応速度が早くなる利点はあるが、オゾン、過酸化水素の
自己分解の比率も大きくなるため、処理に見合った最適
な温度を適宜設定すればよい。

【００１９】本発明の具体的な実施形態を図面を参照し
て説明する。図１は連続多槽方式の廃水処理例を模式的
に示した図である。廃水は配管６からポンプ３によって
第１工程の反応槽１ａに送入される。オゾンは同伴気体
とともに配管７から流量調節計５ａを通り反応槽１ａに
注入される。反応槽１ａの出口側ではオゾン濃度計４ａ
を取り付けて溶存オゾン濃度を測定し、測定値が所定値
になるように、注入オゾン量を流量調節計５ａにより制
御している。反応槽１ａにおいて処理された被処理水は
配管８から供給される過酸化水素水とともに、第２工程
の反応槽１ｂに導入される。反応槽１ｂの出口側ではオ
ゾン濃度計４ｂを取り付けて溶存オゾン濃度を測定し、
測定値が所定値になるように注入オゾン量を流量調節計
５ｂにより制御している。反応槽１ｂにおいて処理され
た被処理水は、滞留槽２に導入され配管９から吹き込ま
れる空気でばっ気され処理水として取り出される。ま
た、第１工程、第２工程の反応槽１ａ、１ｂ、ならびに
滞留槽２から排出された排ガスは、配管１０によりオゾ
ン処理器（不図示）に送られ、放出される。

【００２０】

【実施例】図１に記載の構成と同じ第１工程と第２工程
とからなる流通式の実験装置を用い、本発明の実験およ
び比較実験を行ったので、以下に実施例および比較例と
して説明する。実施例および比較例中の処理効率は、処
理前後の水質汚濁指標を用い次式により求めた。 処理効率（％）＝ ｛１−( Ｃ／Ｃ₀ ）｝×１００ ただし、Ｃ： 第２工程処理後の処理後の水質汚濁指標 Ｃ₀ ：第１工程供給水の水質汚濁指標 なお、水質汚濁指標にはＣＯＤ値を用いた。

【００２１】実施例１ 実情に合わせるために第１工程への供給水を経過時間と
ともに次の順序で調整し、汚濁物質濃度を変えつつ、１
０時間実験した。 実験開始−２時間 廃棄物埋立地の浸出水２次処理水を供給 ２−４時間 上記供給水を清水で２倍に希釈して供給 ４−６時間 上記供給水をさらに２倍に希釈して供給 ６−８時間 廃棄物埋立地の浸出水２次処理水を供給 ８−１０時間 上記供給水を清水で４倍に希釈して供給 実験中、第１工程出口側の処理水中の溶存オゾン濃度を
をオゾン濃度計４ａ（紫外線吸光度法）により測定し、
溶存オゾン濃度が２ｍｇ／リットルになるように流量調
節計５ａを用いオゾン添加量を制御して処理を行った。
この間、流量調節計５ｂでは流量を一定にして制御し
た。１時間ごとに第２工程出口側の被処理水中のＣＯＤ
およびオゾン添加量を測定した。測定結果から求めたＣ
ＯＤ処理効率（％）と経過時間（ｈｒ）との関係を図２
に、全オゾン添加量（初期量（全オゾン添加量８０ｍｇ
／リットル）に対する重量％で表示、以下同じ）と経過
時間（ｈｒ）との関係をで図３に示した。

【００２２】実施例２ 実施例１と同様に、ただし流量調節計５ａでは流量を一
定に制御し第２工程出口側の被処理水中の溶存オゾン濃
度をオゾン濃度計４ｂ（紫外線吸光度法）により測定
し、測定した溶存オゾン濃度が０．５ｍｇ／リットルに
なるように流量調節計５ｂを用いてオゾン添加量を制御
し、実験を行った。１時間ごとに第２工程出口側の被処
理水中のＣＯＤおよびオゾン添加量を測定した。実施例
１と同様に、測定結果から求めた処理効率と経過時間と
の関係を図２に、オゾン添加量と経過時間との関係をで
図３に示した。

【００２３】実施例３ 実施例１と同様に、ただしオゾン濃度計４ａおよびｂに
より第１および第２工程出口側の被処理水中のオゾン濃
度を測定し、溶存オゾン濃度が４ａで２ｍｇ／リット
ル、４ｂで０．５ｍｇ／リットルになるように流量調節
計５ａおよび５ｂを用いてオゾン添加量を制御し、実験
を行った。実施例１と同様にＣＯＤおよびオゾン添加量
を測定し、測定結果から求めた処理効率と経過時間との
関係を図２に、オゾン添加量と経過時間との関係をで図
３に示した。

【００２４】比較例１ 実施例１と同様に、ただし第１工程へのオゾン添加量も
一定に制御して実験を行った。実施例１と同様にＣＯＤ
およびオゾン添加量を測定し、測定結果から求めた処理
効率と経過時間との関係を図２に、オゾン添加量と経過
時間との関係をで図３に示した。

【００２５】比較例２ 実施例３と同様に、ただし、第１工程への供給廃水に過
酸化水素を３ｍｇ／リットルの割合で添加した。実施例
１と同様にＣＯＤおよびオゾン添加量を測定し、測定結
果から求めた処理効率と経過時間との関係を図２に、オ
ゾン添加量と経過時間との関係をで図３に示した。

【００２６】実施例４ 実施例３の実験を開始してから８時間経過後に、滞留槽
２の前後の被処理水中の溶存オゾン濃度および過酸化水
素濃度を測定した。その結果、滞留槽２の前では溶存オ
ゾン濃度が０．５ｍｇ／リットル、過酸化水素濃度が
０．３ｍｇ／リットルであったのに対し、滞留槽２の後
では溶存オゾン濃度が０．１ｍｇ／リットル、過酸化水
素濃度が０．１ｍｇ／リットルであった。

【００２７】実施例５ 下水２次処理水を用いて、図１に示す装置において処理
テストを行った。ただし、溶存オゾン濃度計４ａにおけ
る溶存オゾン濃度が２ｍｇ／リットル、溶存オゾン濃度
計４ｂにおける溶存オゾン濃度が０．５ｍｇ／リットル
になるように流量調節計５ａ、５ｂをそれぞれ変化させ
た。第１工程、第２工程における被処理水１リットルあ
たりのオゾン添加量（ｍｇ／リットル）及びＣＯＤ処理
効率の経時変化（ｈｒ）を図４に示す。

【００２８】比較例３ 実施例５と同様の条件下において、ただし溶存オゾン濃
度計４ａおよび４ｂにおける検出値によって流量調節計
５ａ、５ｂの設定を変化させることなく、一定のオゾン
添加量（第１工程１５ｍｇ／リットル、第２工程１０ｍ
ｇ／リットル）とした。オゾン濃度計４ａおよび４ｂで
測定した溶存オゾン濃度（ｍｇ／リットル）、ＣＯＤ処
理効率の経時変化を図５に示す。

【００２９】

【発明の効果】本発明を利用すれば、被処理水の濃度変
化に対応して適量のオゾンを添加することが可能にな
り、オゾンによる処理効率が向上する。オゾンの添加量
を削減することができ、処理コストを低く抑えることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の流通処理形態例の模式図

【図２】ＣＯＤ処理効率と経過時間との関係

【図３】全オゾン添加量と経過時間との関係

【図４】オゾン添加量およびＣＯＤ処理効率と経過時間
との関係（実施例４）

【図５】溶存オゾン濃度およびＣＯＤ処理効率と経過時
間との関係（比較例３）

【符号の説明】

１：反応槽 （ａ：第１工程、ｂ：第２工程） ２：
滞留槽 ３：送水ポンプ ４：オゾン濃度計 ５：オゾン流
量調節計 ６：被処理水配管 ７：オゾン供給配管 ８：過酸
化水素水供給配管 ９：空気配管 １０：排ガス配管

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】廃水にオゾンを添加して処理する第１工程
   と、第１工程で処理された被処理水にオゾンおよび過酸
   化水素を添加して処理する第２工程とからなる廃水処理
   方法であって、第１工程出口側の被処理水中の溶存オゾ
   ン濃度が所定の値に維持されるように、第１工程に添加
   するオゾン量を制御することを特徴とする廃水処理方
   法。
2. 【請求項２】廃水にオゾンを添加して処理する第１工程
   と、第１工程で処理された被処理水にオゾンおよび過酸
   化水素を添加して処理する第２工程とからなる廃水処理
   方法であって、第２工程出口側の被処理水中の溶存オゾ
   ン濃度が所定の値に維持されるように、第２工程に添加
   するオゾン量を制御することを特徴とする廃水処理方
   法。
3. 【請求項３】廃水にオゾンを添加して処理する第１工程
   と、第１工程で処理された被処理水にオゾンおよび過酸
   化水素を添加して処理する第２工程とからなる廃水処理
   方法であって、第１工程出口側の被処理水中の溶存オゾ
   ン濃度が所定の値に維持されるように、第１工程に添加
   するオゾン量を制御し、かつ、第２工程出口側の被処理
   水中の溶存オゾン濃度が所定の値に維持されるように、
   第２工程に添加するオゾン量を制御することを特徴とす
   る廃水処理方法。
4. 【請求項４】第２工程で処理された被処理水をばっ気し
   て、被処理水中の溶存オゾンを除去することを特徴とす
   る、請求項１，２または３に記載の廃水処理方法。