JPH09117796A - 難分解性有機物の除去方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 複雑な構成のオゾン接触塔を要することなく
オゾン利用効率を向上させることができ、難分解性有機
物を効果的に除去できるようにする。 【解決手段】 原水をオゾン接触塔３と生物ろ床４に順
次導入して、原水中の難分解性有機物をオゾン酸化処理
と生物酸化処理により分解するに際し、生物ろ床４から
流出した生物処理水を分流し、オゾン接触塔３の流入部
へ返流して繰り返しオゾン酸化処理および生物酸化処理
する。これにより、オゾンと原水中のラジカル誘発物質
との反応により発生するＯＨラジカルを難分解性有機物
の酸化に最大限利用できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は排水などに含まれる
難分解性有機物の除去方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＣＯＤ等の難分解性有機物を含む排水な
どは、たとえば図８に示したように、オゾン接触塔１と
生物ろ床２に順次導入することにより処理している。す
なわち、原水をオゾン接触塔１へ導入して、原水中の難
分解性有機物をオゾン化ガスによりオゾン酸化処理して
生物分解性有機物や硝酸性窒素とし、オゾン接触塔１よ
り流出するオゾン処理水を生物ろ床２に導入して、オゾ
ン処理水中の生物分解性有機物や硝酸性窒素を嫌気的条
件下または好気的条件下で生物酸化処理により分解除去
している。

【０００３】また、図９に示したように、オゾン接触塔
１と生物ろ床２とを複数段設け、原水をこれらオゾン接
触塔１と生物ろ床２に順次導入する処理方法も行われて
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】オゾン酸化処理におい
ては、水中に溶解したオゾン分子は、被酸化性物質を直
接酸化する（直接酸化）とともに、ラジカル誘発物質と
反応してＯＨラジカルとなって被酸化性物質を酸化する
（ラジカル酸化）。直接酸化の場合、反応に選択性があ
るので、必ずしも全ての難分解性有機物を酸化できると
いうわけではない。一方、ラジカル酸化は、ＯＨラジカ
ルの酸化力が極めて強く物質選択性が小さいため、難分
解性有機物の酸化に有用であるだけでなく、反応時間が
短縮されるぶん反応塔の容積を小さくできるという利点
を有している。

【０００５】ただし、難分解性有機物を含む排水には、
ラジカル誘発物質が含まれるほか、ＯＨラジカルを分解
するスカベンジャー物質が多量に存在するので、ラジカ
ル酸化反応は、処理対象である難分解性有機物とスカベ
ンジャー物質との競合反応となる。したがって、原水中
にスカベンジャー物質が多いと、難分解性物質の酸化に
用いられるオゾンの割合が小さくなる。

【０００６】ここで、従来の方法は、図８を用いて説明
したようにオゾン接触塔１と生物ろ床２とに一過式で流
す方法、または図９を用いて説明したように複数段設け
たオゾン接触塔１と生物ろ床２とに一過式で流す方法で
ある。そのため、溶解したオゾンが原水中に含まれるラ
ジカル誘発物質と反応してＯＨラジカルが生成しても、
生成したＯＨラジカルは、上記したように物質選択性が
ほとんどないので、処理対象である難分解性有機物や、
その酸化により生成した生物易分解性有機物や、スカベ
ンジャー物質と反応してしまう。結果的に、オゾンが難
分解性有機物の酸化に用いられる割合は小さくなる。そ
のため、図１０のグラフに白四角で示したように、処理
水中ＣＯＤ（難分解性有機物量の指標）を小さくするた
めにはオゾン反応量（ｇ／ｍ³ ）を大きくする必要があ
り、同グラフに黒四角で示したように、オゾン反応が進
行するほどオゾン利用効率（オゾンの反応量ΔＯ₃ ／難
分解性有機物の除去量ΔＣＯＤ）が悪くなる。

【０００７】難分解性有機物の酸化の効率を高めるため
には、オゾン接触塔内において、オゾンとＯＨラジカル
の濃度が高く、生物易分解性有機物とスカベンジャー物
質の濃度が低くなるような条件を設定しなければならな
い。しかるに、図８に示した方法では、オゾン接触塔に
おけるスカベンジャー物質と生物易分解性有機物の濃度
が大きいため、オゾンとＯＨラジカルはそれらとの反応
に使われてしまう。図９に示した方法でも、第１段にお
いて、ＯＨラジカルがスカベンジャー物質により分解さ
れてしまう割合が大きく、後段では、原水中に含まれる
ラジカル誘発物質が生物酸化により低減されてＯＨラジ
カルが発生しにくくなるため、難分解性有機物の酸化に
必要なラジカル酸化が起こりにくくなる。そのため、反
応に時間がかかるし、発生したＯＨラジカルも反応の早
いスカベンジャー物質によって分解されてしまう割合が
大きい。

【０００８】本発明は上記問題を解決するもので、複雑
な構成のオゾン接触塔を要することなくオゾン利用効率
を向上させることができ、難分解性有機物を効果的に除
去できるようにすることを目的とする。

【０００９】具体的には、本発明は、オゾン接触塔にお
けるスカベンジャー物質と生物易分解性有機物の濃度を
低く保ち、その影響を極力小さくして、オゾンとラジカ
ル誘発物質との反応により発生するＯＨラジカルを難分
解性有機物の酸化に最大限利用できるようにすることを
目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の難分解性有機物
の除去方法は、原水をオゾン接触塔と生物ろ床に順次導
入して、原水中の難分解性有機物をオゾン酸化処理と生
物酸化処理により分解する難分解性有機物の除去方法に
おいて、生物ろ床から流出した生物処理水を分流し、オ
ゾン接触塔の流入部へ返流して繰り返しオゾン酸化処理
および生物酸化処理するようにしたものである。

【００１１】また本発明の難分解性有機物の除去方法
は、原水をＵＶ照射装置を備えたオゾンＵＶ接触塔と生
物ろ床に順次導入して、原水中の難分解性有機物をオゾ
ンＵＶ酸化処理と生物酸化処理とにより分解する難分解
性有機物の除去方法において、生物ろ床から流出した生
物処理水を分流し、オゾンＵＶ接触塔の流入部へ返流し
て繰り返しオゾンＵＶ酸化処理および生物酸化処理する
ようにしたものである。

【００１２】また本発明の難分解性有機物の除去方法
は、原水をオゾンラジカル発生触媒を充填したオゾン触
媒接触塔と生物ろ床に順次導入して、原水中の難分解性
有機物をオゾン触媒酸化処理と生物酸化処理とにより分
解する難分解性有機物の除去方法において、生物ろ床か
ら流出した生物処理水を分流し、オゾン触媒接触塔の流
入部へ返流して繰り返しオゾン触媒酸化処理および生物
酸化処理するようにしたものである。

【００１３】オゾン接触塔は、底部に配した散気管から
オゾン化ガスを散気する構造のもの、エゼクタ式のオゾ
ン注入装置を備えたＵチューブ型オゾン接触塔などを用
いることができる。

【００１４】生物ろ床は、好気的条件にするか、あるい
は嫌気的条件にして必要に応じ水素供与体としてのメタ
ノール添加等を行うことにより、有機物だけでなく窒素
化合物をも除去することができる。したがって、好気的
ろ床、嫌気的ろ床、および単一槽内に好気的領域と嫌気
的領域とを有する生物ろ床などを用いることができる。

【００１５】上記した第１の構成によれば、原水は順
次、オゾン接触塔と生物ろ床とに流入し、その処理水が
循環されて再びオゾン接触塔と生物ろ床とに流入するこ
とが繰返される。この結果、単一のオゾン接触塔と生物
ろ床とにおいて、難分解性有機物が効果的に除去され
る。この処理方法による有機物の反応、挙動はおよそ以
下のようになる。

【００１６】１）原水中に含まれる多重不飽和結合また
はベンゼン環結合を持つオゾン易分解性の有機物は、流
入と同時に分解されて、生物易分解性の有機物へと変換
される。したがって、オゾン接触塔におけるオゾン易分
解性の有機物の濃度は小さくなる。

【００１７】２）原水中のフミン酸やフミン質といった
生物難分解性の有機物は、オゾンおよびＯＨラジカルに
より生物易分解性の有機物へと変換される。この点にお
いて、これらの有機物はラジカルスカベンジャーである
が、一方ではこれらの有機物は低濃度でラジカル誘発物
質となる。

【００１８】上記した第１の構成の循環式オゾン酸化処
理方法では、後段の生物酸化処理によりフミン酸やフミ
ン質が除去された水が循環されるので、オゾン接触塔内
でのフミン酸やフミン質の濃度は低くなり、これらの物
質は、ラジカルを効率的に発生させるラジカル誘発物質
として働き、ラジカルスカベンジャーとしての働きは小
さくなる。

【００１９】このため、オゾン接触塔内でのＯＨラジカ
ルの濃度は大きくなり、ＯＨラジカルが効率よく難分解
性有機物と反応する。したがって、従来の一過式オゾン
酸化処理方法のように、オゾン接触塔内でのフミン酸や
フミン質の濃度が大きいためにこれらがスカベンジャー
物質として働き、これらスカベンジャー物質とオゾンと
の反応が難分解性有機物とオゾンとの反応を卓越してし
まうことは防止される。

【００２０】３）極端にオゾン難分解性、生物難分解性
の物質、いいかえれば非分解性有機物はこの系では除去
不可能なので、系内において循環するだけで流出する。
つまり、上記した第１の構成によれば、１）に示したよ
うなオゾン易分解性の有機物、２）に示したような中程
度にオゾン難分解性の有機物が効率よく分解されること
になり、オゾン難分解性有機物の分解におけるオゾン利
用効率は従来より大きなものとなる。

【００２１】上記した第２あるいは第３の構成によれ
ば、ＵＶあるいはオゾンラジカル発生触媒によってＯＨ
ラジカルの発生量を増大することができ、これにより、
極端にオゾン難分解性、生物難分解性の物質、いいかえ
れば非分解性の有機物をも、オゾン接触塔内で分解した
り、生物易分解性物質に変換することができる。

【００２２】つまり、オゾン接触塔の内部で、オゾン易
分解性の有機物とオゾン難分解性の有機物がともに効率
よく分解されることになり、オゾン難分解性有機物の分
解におけるオゾンの利用効率はさらに大きくなる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照しながら説明する。図１は本発明の一実施形態の難
分解性有機物の除去方法が行われる水処理装置の全体構
成を示す。図１において、３は塔内で被処理水とオゾン
とが効率よく接触するように構成されたオゾン接触塔で
あり、４は槽内に生物活性炭など微生物が付着したろ材
層５を充填した生物ろ床である。

【００２４】オゾン接触塔３には、原水供給管６と後段
より循環水を循環返送する循環水供給管７とが上部に接
続し、塔外のオゾン発生機から導かれたオゾン供給管８
と、塔内でオゾン酸化処理したオゾン処理水を生物ろ床
４に送る送液管９とが底部に接続し、オゾン供給管８に
連通した散気管１０が塔内に設けられている。

【００２５】生物ろ床４には、オゾン接触塔３から導か
れた送液管９が上部に接続し、槽内で生物酸化処理した
生物処理水を後段に送る生物処理水管１１が底部に接続
している。

【００２６】生物処理水管１１は貯水槽１２に導かれて
貯水槽１２の内部に生物処理水を貯留するようになって
おり、前記した循環水供給管７はこの貯水槽１２の内部
に基端をおくとともに循環水ポンプ１３を介装してい
て、貯水槽１２内の生物処理水の一部を循環水として任
意の流量でオゾン接触塔３に返流する。１４は貯水槽１
２内の残りの生物処理水を処理水として流出させる処理
水管である。

【００２７】上記した構成による作用を説明する。オゾ
ン接触塔３の内部に、原水供給管６より原水を供給し、
循環水供給管７より循環水を循環返送するとともに、オ
ゾン供給管８より散気管１０を通じてオゾン化ガスを導
入する。

【００２８】これにより、原水および循環水からなる被
処理水とオゾン化ガスとが接触して被処理水中にオゾン
分子が溶解し、溶解したオゾンが被処理水中のオゾン易
分解性有機物を直接酸化してオゾン易分解性有機物の濃
度を減ずる。これと同時に、溶解したオゾンが被処理水
中のラジカル誘発物質と反応してＯＨラジカルを生じ、
生じたＯＨラジカルが被処理水中の難分解性有機物をラ
ジカル酸化して難分解性有機物の濃度を減ずる。

【００２９】そして、オゾン易分解性有機物および難分
解性有機物の酸化により生成した生物易分解性有機物を
含んだオゾン処理水が生物ろ床４に流入し、オゾン処理
水中の生物易分解性有機物は、オゾン化ガスが溶解した
溶存酸素が存在する好気的条件下で、ろ材層５に付着し
た微生物により摂取、酸化され、一部は炭酸ガスまで分
解される。生物ろ床４内の生物処理水は生物処理水管１
１によって貯水槽１２に送られる。

【００３０】上記した作用をさらに詳細に説明する。前
述したように、原水中には様々な物質が含まれており、
オゾン易分解性有機物や生物分解性有機物やラジカルス
カベンジャーやラジカル誘発物質の濃度も大きい。一
方、オゾン接触塔３におけるオゾン酸化と生物ろ床４に
おける生物酸化とを経た後にオゾン接触塔３に循環返送
される循環水中にはこれらの物質の濃度は極端に低く、
循環水中に含まれる有機物の中にオゾン難分解性有機物
が占める割合は大きい。

【００３１】このような原水と循環水とがオゾン接触塔
３において混合されるので、原水中にフミン酸やフミン
質といった物質の濃度が高い場合も濃度が低減され、そ
のラジカルスカベンジャーとしての働きは抑制されてラ
ジカル誘発物質としての効果が発揮されるようになり、
溶解したオゾン分子から発生するＯＨラジカルの濃度が
大きくなる。その結果、効率的なオゾン直接酸化とラジ
カル酸化とが行われ、オゾン難分解性有機物も効果的に
酸化される。

【００３２】したがって、上記したような方法において
は、従来のオゾン酸化・生物酸化多段処理の欠点、すな
わち、ＯＨラジカルを効率的に生成させるのが困難であ
り、ＯＨラジカルが生成した場合もラジカルスカベンジ
ャーにより消費されてしまうため、ラジカル酸化を有効
に生じさせるのが容易でないという不都合を解消でき
る。よって、オゾン難分解性有機物の分解におけるオゾ
ン利用効率は従来より大きなものとなる。

【００３３】図２は各処理過程の水に含まれる易分解性
有機物と難分解性有機物と非分解性有機物の量を従来の
方法と比較して示したグラフである。（原水＋循環水）
は原水と循環水との混合比を１：９とした。本発明の循
環式法では、従来の一過式法に比べて難分解性有機物の
除去効率が向上している。

【００３４】図３はオゾン接触塔内におけるオゾン消費
物質レベルを従来の方法と比較して示したグラフであ
る。レベルはオゾン当量比（ｍｇＯ／ｍｇＯ）を意味す
る。本発明の循環式法では、従来の一過式法に比べて、
スカベンジャーや易分解ＣＯＤのレベルが低く、難分解
ＣＯＤのレベルが高くなっている。

【００３５】なお、上記したオゾン接触塔３では、底部
に設けた散気管１０からオゾン化ガスを散気するととも
に、水流の向きを下向流としたが、原水供給管６と循環
水供給管７とをオゾン接触塔３の下部に接続して水流の
向きを上向流としてもよい。

【００３６】あるいは、図４に示したように、エゼクタ
式オゾン注入手段１５を備えた２重管型（Ｕチューブ
型）オゾン接触塔１６を用いることによって、オゾンの
溶解効率を高めることができる。９ａ，９ｂはそれぞ
れ、オゾン処理水を循環するオゾン処理水循環管、オゾ
ン処理水循環ポンプである。原水供給管６と循環水供給
管７は、図示したようにオゾン接触塔１６の上部に接続
してもよいし、あるいはオゾン接触塔１６の下部に接続
してもよい。

【００３７】また、図１においては、水流の向きを下向
流とした生物ろ床４を示したが、送液管９を生物ろ床４
の下部に接続し、生物処理水管１１を生物ろ床４の上部
に接続して水流の向きを上向流としてもよい。

【００３８】あるいは、図５に示したように、２つのろ
材層１７，１８の間に曝気装置１９を設けて、一つの塔
内に嫌気領域と好気領域とを存在させた生物ろ床２０を
用いることもできる。このように、好気的な条件ととも
に嫌気的条件が達成されるようにすれば、有機物以外に
窒素化合物を除去することができる。

【００３９】図６は本発明の他の実施形態の難分解性有
機物の除去方法が行なわれる水処理装置の全体構成を示
し、この水処理装置は、オゾン接触塔３の内部にＵＶ照
射装置２１を設けた以外は図１に示したものと同様の構
成を有している。

【００４０】オゾン接触塔３の内部にオゾン化ガスを導
入しつつ、ＵＶ照射装置２１によりＵＶを照射すると、
オゾン化ガスより被処理水中に溶解したオゾンからのＯ
Ｈラジカルの発生が促進されて、ＯＨラジカルの濃度が
大きくなる。その結果、極端にオゾン難分解性の有機物
をも分解することができ、難分解性有機物の分解におけ
るオゾン利用効率は著しく高まる。

【００４１】図７は本発明のさらに他の実施形態の難分
解性有機物の除去方法が行なわれる水処理装置の全体構
成を示し、この水処理装置は、オゾン接触塔３の内部に
ラジカル発生触媒２２を充填した以外は図１に示したも
のと同様の構成を有している。

【００４２】ラジカル発生触媒２２を充填したオゾン接
触塔３の内部にオゾン化ガスを導入すると、オゾン化ガ
スより被処理水中に溶解したオゾンはラジカル発生触媒
２２の表面に吸着され、局部的にオゾン濃度が高まると
ともに、ラジカル発生触媒２２の表面に存在する活性部
位の作用によりＯＨラジカルの発生が促進されて、ＯＨ
ラジカルの濃度が大きくなる。その結果、ラジカル発生
触媒２２の表面で効率的なラジカル酸化反応が生じ、難
分解性有機物の分解におけるオゾン利用効率は著しく高
まる。

【００４３】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、オゾン酸
化処理と生物酸化処理とを経た処理水をオゾン接触塔に
返流するようにしたので、ＯＨラジカルを効率的に生成
させることができるとともに、ラジカルスカベンジャー
の悪影響を低減することができ、これにより、発生した
ＯＨラジカルをオゾン難分解性有機物のラジカル酸化反
応に利用できる。この結果、難分解性有機物の分解にお
けるオゾン利用効率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の難分解性有機物の除去方
法が行われる水処理装置の全体構成を示した説明図であ
る。

【図２】同難分解性有機物の除去方法における各処理過
程の水に含まれる易分解性有機物と難分解性有機物と非
分解性有機物の量を、従来の難分解性有機物の除去方法
との比較において示したグラフである。

【図３】同難分解性有機物の除去方法におけるオゾン接
触塔内のオゾン消費物質レベルを、従来の難分解性有機
物の除去方法との比較において示したグラフである。

【図４】同難分解性有機物の除去方法が行われる水処理
装置に配置される他のオゾン接触塔の構成を示した説明
図である。

【図５】同難分解性有機物の除去方法が行われる水処理
装置に配置される他の生物ろ床の構成を示した説明図で
ある。

【図６】本発明の他の実施形態の難分解性有機物の除去
方法が行われる水処理装置の全体構成を示した説明図で
ある。

【図７】本発明のさらに他の実施形態の難分解性有機物
の除去方法が行われる水処理装置の全体構成を示した説
明図である。

【図８】従来の難分解性有機物の除去方法が行われる水
処理装置の全体構成を示した説明図である。

【図９】従来の難分解性有機物の除去方法が行われる他
の水処理装置の全体構成を示した説明図である。

【図１０】従来の難分解性有機物の除去方法におけるオ
ゾン反応量と処理水中ＣＯＤおよびオゾン利用効率との
関係を示したグラフである。

【符号の説明】

３ オゾン接触塔 ４ 生物ろ床 ６ 原水供給管 ８ オゾン供給管 ７ 循環水供給管 21 ＵＶ照射装置 22 オゾンラジカル発生触媒

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 南 宏和 大阪府大阪市浪速区敷津東一丁目２番47号 株式会社クボタ内 (72)発明者 吉崎 耕大 大阪府大阪市浪速区敷津東一丁目２番47号 株式会社クボタ内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 原水をオゾン接触塔と生物ろ床に順次導
   入して、原水中の難分解性有機物をオゾン酸化処理と生
   物酸化処理とにより分解する難分解性有機物の除去方法
   において、生物ろ床から流出した生物処理水を分流し、
   オゾン接触塔の流入部へ返流して繰り返しオゾン酸化処
   理および生物酸化処理することを特徴とする難分解性有
   機物の除去方法。
2. 【請求項２】 原水をＵＶ照射装置を備えたオゾンＵＶ
   接触塔と生物ろ床に順次導入して、原水中の難分解性有
   機物をオゾンＵＶ酸化処理と生物酸化処理とにより分解
   する難分解性有機物の除去方法において、生物ろ床から
   流出した生物処理水を分流し、オゾンＵＶ接触塔の流入
   部へ返流して繰り返しオゾンＵＶ酸化処理および生物酸
   化処理することを特徴とする難分解性有機物の除去方
   法。
3. 【請求項３】 原水をオゾンラジカル発生触媒を充填し
   たオゾン触媒接触塔と生物ろ床に順次導入して、原水中
   の難分解性有機物をオゾン触媒酸化処理と生物酸化処理
   とにより分解する難分解性有機物の除去方法において、
   生物ろ床から流出した生物処理水を分流し、オゾン触媒
   接触塔の流入部へ返流して繰り返しオゾン触媒酸化処理
   および生物酸化処理することを特徴とする難分解性有機
   物の除去方法。