JPH0466190A - オゾンを使用して還元性窒素を分解することによる水処理方法及び該処理方法を使用した水処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （３−１１産業上の利用分野 本発明は河川水、湖沼水、地下水、産業排水、生活排水
等をオゾンを使用して処理する際、通常分解することの
出来ない還元性窒素を、効率よ（分解する水処理方法と
、これを実用化するための水処理装置に関するものであ
る。

（３−２１従来の技術 人の社会生活においても、産業活動においても水は欠（
ことの出来ないもので、その大部分が上水、工業用水、
井水として供給されている。またこれらの水源は河川、
湖沼、井戸、降雨等である。

これらの水源は、近年来社会活動や産業活動の活発化に
伴って、汚染度が増大し、また汚染の内容も複雑化して
いる。

これら汚染している原水の処理には濾過を主とした物理
的処理と、種々の薬品を使用した化学的処理がある。化
学的処理に使用される薬品のうち主となるものは塩素で
、特に塩素処理は上水道では最大の効果を持っている。

塩素は価格が安く、酸化力は強力であり、還元性の窒素
化合物を含む殆どすべての汚染物質を酸化分解すること
が出来、また殺菌力が強くその持続性も大きいので、不
可欠の薬品である。

塩素を上水の原水に使用する際に２つの使用法がある。

その１つは原水中に含有されている諸物質を酸化分解す
る目的で、最初に原水中に注入する方法で、前塩素処理
と言われるものである。もう１つのものはこの処理水を
沈澱濾過した後、給水直前に殺菌のために少量の塩素を
加えるもので、後塩素処理と言われるものである。以前
のように原水の汚染度が低い場合には、前塩素処理は不
要であり、殺菌を主とした後塩素処理が本来の塩素処理
であると言える。

然しなから上述したように原水の水質が悪化しているの
で、前塩素処理が必要となり、またその際の塩素注入量
も増大しており、その増大に伴って、原水中に塩素と反
応してトリへロメタンやクロラミンのような人体に有害
な塩素化合物が生成することが注目されるようになって
いる。

原水中の汚染物質のうちアンモニアのような還元性窒素
を分解するには多量の塩素が必要で、理論的には窒素量
の７．６倍、実際的には約１０倍の塩素が必要であり、
それだけ前記した有害物質の生成も多くなる。

以上述べた原水の塩素処理の欠点を解消するために、原
水をあらかじめ活性炭処理や生物処理をする方法が採用
されている。このような方法によれば前記した有害物質
の一部または全部を除（ことが出来るので、塩素処理の
欠陥を軽減することが出来る。また従来欧米で古くから
使用されているオゾンによる水処理が近年日本でも検討
され既に広い分野で利用されるようになっている。

オゾンも塩素と同様に有効な酸化剤であり、塩素と同様
な利用が考えられる。然しながら詳細に検討するとこの
２つの酸化剤の間には次に示すような大きな差が見られ
る。

即ちその１つはオゾンは塩素よりも酸化力が強く、塩素
と反応して有害物質を作る成分を分解してしまう、従っ
てオゾンで前処理をすれば、後で塩素を加えても有害物
質は生成しない。

もう１つの差はオゾンは還元性窒素を分解することが出
来ないことである。従ってオゾンは殺菌だけに使用する
か、または前処理に使用するならば、−塩素との併用と
言うことになる。後者の場合にはオゾンで諸物質を分解
し、残存した還元性窒素は塩素で分解することになる。

上記から明らかなようにオゾンは極めて有効な水処理剤
であるが、還元性窒素を処理出来ないのが欠点である。

この欠点を補う１つの方法として接触曝気方式の生物処
理によって還元性窒素を除去するものが利用されている
が、対象の水温が１０℃以下になると生物の活性が低下
し、処理効果が劣化する欠点が見られる。もう１つの方
法として活性炭による処理があるが、大幅にコストが嵩
むという欠点が見られる。

従って決定的な還元性窒素の分解法を見出すことが出来
ないので、塩素処理に頼らなければならないのが現状で
あった。

以上従来の水処理技術は主として上水道の処理について
述べたが、産業排水、生活排水等の下水道処理において
も、または遊泳用プールの循環水の処理にも同様なこと
が言える。

先ず下水道処理において、還元性窒素の多い原水に対し
ては、従来活性汚泥による生物処理が主体であるが、大
量の処理は汚泥の処分方法等に問題があり、また前記し
たと同様に低水温時には処理効果が劣化する欠点がある
。また結合塩素が殆ど検出されなくなる不連続点を超え
る塩素量を加える不連続点塩素処理は水温に影響されな
い確実な方法であるが、大量の塩素が必要であるために
単独で使用するには経済的に不利であり、また有害物質
の生成の可能性が大きい。

下水道処理においてこの還元性窒素の処理が不確実であ
るときには処理水が放流される河川水や湖沼水が汚染さ
れ、また富栄養化するためにアオコ等のプランクトンが
発生し、水が酸欠状態となって水中生物の生態に恋影響
を与え、更にまたこの水を取水して上水とする際にその
処理に困難性を与える等、多（の問題が生ずる。

遊泳用のプールの水も人体から排泄される汗、垢等によ
って汚染され、その中には多くの還元性窒素が含まれて
いる。この水は殺菌浄化処理の上書循環されるが、この
処理にオゾンを使用すれば、還元性窒素の処理ができず
、また塩素を使用するときは結合塩素の作用で目に痛み
を生ずるという欠点があった。

ｆ３−３１発明が解決しようとする問題点本発明は以上
述べた水の処理方法の従来の欠点を解消し、人体に有害
な物質を生成しゃすい塩素を使用することなく、オゾン
と反応して還元性窒素を分解する物質を生成する化学薬
品を使用し、オゾンによって、殺菌および還元性窒素の
分解を同時に行ない得るような水処理方法および実際に
その方法を実施できる水処理装置を提供しようとするも
のである。

（３−４１問題点を解決するための手段およびその作用 出願人等が本発明を完成するに当たっては、次の各点に
着眼した。即ち還元性窒素を分解することのできるのは
ハロゲン族元素の塩素と臭素のみである。また各ハロゲ
ンイオンのうちでオゾンによる酸化でハロゲン元素に戻
るのは臭素イオンと沃素イオンであり、塩素イオンはオ
ゾンによる酸化で塩素に戻ることはない。従って、触媒
的な作用を果たしてオゾンによる還元性窒素の分解を可
能ならしめるものは臭素イオンのみである。

本発明は以上の着眼点に基づいてなされたものであり、
還元性窒素を含む水の処理法を次のようにすることによ
って前記した問題点を解決しているのである。即ちそれ
はアンモニア等の還元性窒素を含有する河川水、湖沼水
、地下水、産業排水、生活排水等の原水に適当量の臭化
アルカリを加え、オゾンガスまたはオゾン含有水を注入
することにより原水中の還元性窒素の全部または一部を
分解することを特徴とする水処理方法である。

また本発明はこの水処理方法を実際に有効に利用し得る
ように次に示すような水処理装置も提示している。即ち
それは還元性窒素の処理設備と、該設備に臭化アルカリ
液を定量的に供給する手段と、オゾンガスまたはオゾン
含有水を前記設備内に注入して原水と接触させる手段と
、処理後所定時間経過後、所定場所において残存する還
元性窒素を測定する濃度計とを有する水処理装置である
。

次に以上述べた水処理方法の作用を反応式に基いて説明
する。中性または弱アルカリ性下では次のように、オゾ
ンは臭化アルカリと反応して次亜臭素酸アルカリを発生
する。

Ｏｘ＋Ｂｒ−−ＢｒＯ−＋Ｏｘ　　　　　　　・・・ｆ
ｌ）原水中のアンモニア（ＮＨｉｌ　（還元性窒素の代
表的なものである）は弱アルカリ性では還元性を示し、
下記の（２）式に従って上記（１１式の反応で生成した
次亜臭素酸と反応する。

２ＮＨｚ＋　３ＢｒＯ−−＊Ｎ、＋３Ｂｒ−＋　３Ｈ＊
０　　・・・（２１この（２）式でＮＨ，と反応したＢ
ｒ０−はアンモニアを窒素にまで酸化分解した後、ｆｌ
１式の臭素イオンに戻る。したがって引続いてオゾンを
供給すれば、臭素は次の変化を繰返すことになる。

Ｂｒ−−Ｉ　Ｂｒ０−　−Ｉ　Ｂｒ−−４Ｂｒ０−この
変化のうちＢｒ−→Ｂｒ０−はオゾンによって行なわれ
、Ｂｒ０−　→Ｂｒ−は還元性窒素を分解するときに生
ずる。自明のようにｆｌ）の反応はＢｒ−がある限りオ
ゾンを供給すれば継続するが、Ｂｒ−がなくなれば、オ
ゾンを供給しても反応は起こらない。

然しなからＮＨ，があれば式（２）によってＢｒ−が補
給されるので、（１１の反応は継続し、ＮＨ３がなくな
れば反応は終息する。即ち、この反応の状況は試料液中
のＮＨ，濃度を監視することによって知ることができる
。

従って、選択的に還元性窒素を測定する電極法や、滴定
法、比色法でＮＨ，＝０の点を求め、そこでオゾンの供
給を止めれば、完全な還元性窒素の分解処理ができる。

勿論適当な点でオゾンの供給を止めることによって、還
元性窒素を１００１分解することなく、例えば７０％の
分解を目標にして反応を止めるような処理をすることも
可能である。

（３−５１実施例 本発明の効果を確認するために基礎的な試験を行なった
。第１図はその試験装置の略図である。

同図においてガラス製の容器１（容積１００ｍ１　）に
は原水に臭化カリウム溶液を加えた混合液２が入れられ
ており、オゾン発生機３によって発生したオゾン４は配
管５によって容器ｌの下部に置かれているガラス球フィ
ルター６から混合液中に放出される。

オゾンガス注入前と注入後の濃度を滴定法で測定し、そ
の結果を原水の窒素濃度と、処理後の窒素分解率に直し
て表示した。試験は下水の原水としてＦＡ準的なもの（
窒素濃度１０ｐｐｍ）、汚染度の大きい河川水（窒素濃
度２ｐｐｍ）、汚染度の中程度の河川水（窒素濃度０．
５ｐｐｍ）について臭素イオン濃度を種々に変えて行な
った。その結果を第１表乃至第３表に示した。

第１表 第３表 第２表 （注）オゾンの供給は７．６３−ｇ／ｌ　　のオゾンを
含有する空気を２５０■ｌ／分の割合で注入して行なわ
れた。この場合の原水中のオゾン濃度は５ｆ１１）腸程
度と推定される。

この試験装置では混合液に対するオゾンの拡散が必ずし
も十分な状態で行なわれているとは言えない、従って、
前記した反応式ｆｉ＋に示す次の反０３＋　Ｂｒ−＝　
Ｂｒ０−＋　Ｏｘ 応の反応効率は良い状態であるとは言えない。これに対
して（２）式にに示す次の反応は素早く進行２ＮＨｚ＋
　３ＢｒＯ−−Ｎｚ＋　３Ｂｒ−＋　３Ｈ２０している
と考えられるので、オゾンの注入方法を改善することに
よって、窒素分解率は上記表に比べて大きく向上すると
か考えられる。

この結果からも明らかなように本発明に係る方法を使用
すれば、上水の原水中に含まれている還元性窒素を１０
０％近（分解することは容易である。前記したように還
元性窒素以外の汚染物質に対するオゾンの酸化力および
殺菌力は塩素と同等またはそれ以上と見られるので、塩
素を使用しない上水の原水処理が可能であり、塩素使用
に伴う人体に有害な物質の生成等の欠点を解消すること
ができる。

本発明に係る処理法では処理水中に数十ｐｐ−程度以下
の臭化アルカリ（例えばＫＢｒ　）が残留するが、臭化
アルカリは無害な物質で、海水中には通常６０ｐｐｍ程
度含有されており、残留量は通常この海水中の濃度を超
えないので、健康上も、味覚上も全く問題になることは
ない。

遊泳用プールの循環水は汚染が進行したものでも窒素濃
度１ｐｐｍ以下と考えられるので、前記同様に本発明に
係る処理法によって、塩素を使用することなく浄化処理
が可能である。この場合もプール水中には数十ｐｐ■程
度以下の臭化アルカリが残留するが、無害であり、目を
刺激することもない。

この場合は循環水であるから一度臭化アルカアリを投入
すれば、水の入替えの場合を除いて臭化アルカリの補給
は不要である。

前記試験から明らかなように産業排水、生活排水等の下
水の原水に対しても本発明に係る水処理方法はきわめて
有効である。特に後記するように本発明に係る水処理装
置は、簡単で塩素等の毒性ガスを使用する必要がないた
めに、工場等の末端の排出源に設置する排水処理装置と
しては最適と考えられる。

次に図面に基づいて本発明に係る水処理装置の実施例に
ついて説明する。第２図は上水道の処理施設Ａ中に本発
明に係る水処理装置Ｂ（図中２点鎖線で囲んだ部分）を
設置した例を示した系統図である。同図において上水の
水源１１からの原水は処理施設Ａの混和池１２、沈澱池
１３を経て砂濾過装置１４に送られ、浮遊物質（ＳＳ）
その他の不純物が除去された後に水処理装置Ｂに送られ
る。

水処理装置Ｂは砂濾過装置１４から原水が送られてくる
窒素処理設備１５と、オゾンを発生してこの処理設備１
５に注入するオゾン発生機１６と、臭化アルカリ液を定
量的に処理設備１５に供給する臭化アルカリ供給設備１
７と、処理設備１５の上部に装着され、処理設備の排気
中に含まれる残留オゾンを分解して大気中に放出するオ
ゾン分解ｔ？ｉ１８と１図示していないが、残存する還
元性窒素を測定する濃度計とから構成されている。

水処理装置Ｂで処理された処理水は活性炭濾過装置１９
、配水池２０を経て家庭等に配水される。必要に応じて
、活性炭濾過装置１９と配水池２０との間に殺菌用の塩
素が注入される。

第３図は排水の処理施設Ｃ中に本発明に係る水処理装置
Ｂ（図中２点鎖線で囲んだ部分）を設置した例を示した
系統図である。同図において、排水の原水は沈砂池２１
．最初沈澱池２２、曝気槽２３を経て、最終沈澱池２４
に送られ、浮遊物質（ＳＳ）その他の不純物が除去され
た後に水処理装置Ｂに送られる。

水処理装置Ｂは前記したものと同様に窒素処理設備１５
、オゾン発生機１６、臭化アルカリ供給設備１７、オゾ
ン分解塔１８と図外の濃度計とから構成されているが、
排水処理の場合には、その種類によっては窒素処理設備
１５中で発泡することがあるので、図示のように窒素処
理設備とオゾン分解塔との間に消泡基２６を設置し、排
気に処理水を掛けて泡を消すようにすることが望まれる
。処理水２７は窒素処理設備１５の下方から排出され放
流されまたは再利用される。

第４図はプールの浄化施設り中に本発明に係る水処理装
置Ｂ（図中２点鎖線で囲んだ部分）を設置した例を示し
た系統図である。同図において、プール２８の水は水処
理装置Ｂ、濾過槽２９を経て浄化された後、プールに再
循環される。また上水は一旦受水槽３０に貯められた後
に水処理装置Ｂ、濾過槽２９を経てプール２８に送られ
る。

水処理装置Ｂが窒素処理設備１５、オゾン発生機１６、
臭化アルカリ供給設備１７、オゾン分解塔１８と図外の
濃度計とから構成されていることは前２例と同様である
。この例の場合、プールの循環水が既に水処理装置Ｂの
処理を受けたものであれば、その中に本発明に係る水処
理方法を実施するのに充分な臭化アルカリが残存してい
るので更に加える必要はない。また上水が充分に奇麗な
場合には水処理装置Ｂを稼動させることなくプールに給
水して差支えないことは言うまでもない。

以上述べた３つの実施例のいずれの場合にも、その装置
に処理水の中の還元性窒素の含有量を測定する濃度計の
指示に基づいて原水の流量、臭化アルカリ液の供給量、
オゾンの供給量を自動的にコントロールする制御機構を
付属させることは可能であり、そのようにすればこの装
置の運転管理が非常に容易になることは当然である。

［３−６１発明の効果 本発明は臭化アルカリの触媒的作用を利用して還元性窒
素をオゾンによって分解することによって、次に示すよ
うな極めて優れた効果を有するものである。

■　上水の処理に使用する塩素の量を極めて少なくする
ことが可能であるので、上水中にトリへロメタンやクロ
ラミン等の有害物質が生成することを防ぐことができ、
またおいしい水を供給することができる。

■　上水の処理に使用する塩素量、活性炭の量を大幅に
減らすことができるので、上水の処理費を低減すること
ができる。

■　家庭排水や工場排水中に含有されている還元性窒素
を容易に除去することができるので、河川、湖沼等の汚
濁、富栄養化およびそれに伴うアオコ等の発生、生物の
生態系に対する悪影響等を防ぐことができる。

■　排水処理に使用する塩素量、活性汚泥量を減らすこ
とができるので排水処理費用を大幅に低減することがで
きる。

■　プールの水の中に含まれる還元性窒素を容易に除去
することができ、しかも処理水が目に痛みを与えない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の効果を確認するための基礎的な試験装
置の略図、第２図は上水道の処理施設中に本発明に係る
水処理装置を設置した例を示した系統図、第３図は排水
の処理施設中に本発明に係る水処理装置を設置した例を
示した系統図、第４図はプールの浄化施設中に本発明に
係る水処理装置を設置した例を示した系統図である。 Ａ・・・上水道の処理施設 Ｂ　・ Ｃ・ Ｄ　・ ｌ　・ ３　・ ５　・ ６　・ １３　・ １５　・ １６　・ ｌ　７　・ ｌ　８　・ １９　・ ２０　・ ２２　・ ２４　・ ２８　・ ３０　・ 水処理装置 排水の処理施設 プールの浄化施設 ガラス製容器　２・・・混合液 オゾン発生機　４・・・オゾン 配管 ガラス球フィルター 水源　　　　１２・・・混和池 沈澱池　　　１４・・・砂濾過装置 窒素処理設備 オゾン発生機 臭化アアルカリ供給設備 オゾン分解塔 活性炭濾過装置 配水池　　　２１・・・沈砂池 最初沈澱池　２３・・・曝気槽 最終沈澱池　２５・・・砂濾過装置 消泡基　　　２７・・・処理水 プール　　　２９・・・濾過槽 受水槽

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）アンモニア等の還元性窒素を含有する河川水、湖
   沼水、地下水、産業排水、生活排水等の原水に適当量の
   臭化アルカリを加え、オゾンガスまたはオゾン含有水を
   注入することにより原水中の還元性窒素の全部または一
   部を分解することを特徴とする水処理方法。（２）前記
   原水は河川水、湖沼水、地下水等の上水用の原水で、２
   ｐｐｍ以下の還元性窒素を含み、前記オゾンガスまたは
   オゾン含有水によるオゾンは原水中の濃度が５ｐｐｍ程
   度になるように注入され、処理水中の還元性窒素の含有
   量を原水の１／５以下とすることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項に記載の水処理方法。 （３）前記原水は産業排水、生活排水等の原水で、２０
   ｐｐｍ以下の還元性窒素を含み、前記オゾンガスまたは
   オゾン含有水によるオゾンは原水中の濃度が５ｐｐｍ程
   度になるように注入され、処理水中の還元性窒素の含有
   量を原水の１／３以下とすることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項に記載の水処理方法。 （４）前記原水は遊泳用プールの循環水で、１ｐｐｍ以
   下の還元性窒素を含み、前記オゾンガスまたはオゾン含
   有水によるオゾンは原水中の濃度が５ｐｐｍ程度になる
   ように注入され、処理水中の還元性窒素の含有量を原水
   の１／５以下とすることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項に記載の水処理方法。 （５）還元性窒素の処理設備と、該設備に臭化アルカリ
   液を定量的に供給する手段と、オゾンガスまたはオゾン
   含有水を前記設備内に注入して原水と接触させる手段と
   、処理後所定時間経過後、所定場所において残存する還
   元性窒素を測定する濃度計とを有する特許請求の範囲第
   １項に記載の水処理方法を使用した水処理装置。 （６）前記各構成要素に加えて、前記濃度計の指示によ
   って、前記原水の流量、前記臭化アルカリ液の供給量お
   よび前記オゾンの供給量をコントロールする制御機構を
   有することを特徴とする特許請求の範囲第５項に記載の
   水処理装置。