JP4684064B2 - 促進酸化水処理方法および装置 - Google Patents

Description

この発明は、オゾンガスおよび過酸化水素を併用して水中の難分解性物質の酸化分解を行う促進酸化水処理方法と装置、特に、オゾンガスおよび過酸化水素の注入制御方法および装置に関する。

オゾンは強力な酸化力を有し、オゾンガスを水中に散気することにより殺菌、脱色、脱臭、有機物もしくは無機物の酸化除去等を行う水処理が広く行われている。特に、都市近郊の水道では、取水源に起因する異臭味の被害が広がっており、先に述べたオゾンの持つ強力な酸化力はこの異臭味除去に大きな効果を発揮することから、オゾン及び活性炭を用いた高度処理の導入が進められている。

また、近年では、特に難分解性物質の分解を目的に、より酸化力を高めた促進酸化法が用いられている。促進酸化法とは、オゾンと紫外線照射、過酸化水素添加などを組合せることで、オゾンの自己分解を促進し、その際に発生するヒドロキシラジカル（ＯＨラジカル）の生成を促進することで、より酸化力を高め、オゾン単独では分解困難な物質の分解を効率的に行う手法である。

本願発明者等は、オゾンと過酸化水素を併用した促進酸化処理において、経済的、かつ効率的なオゾンガスおよび過酸化水素の注入制御方法を見出し、関連技術に関して特許出願している（例えば、特願２００５−１０２８６４号参照）。その基本構成は、オゾンガスと被処理水を接触させるオゾン接触槽の後段に、オゾンガスおよび過酸化水素を混合・注入する促進酸化処理槽を直列に配し、前段のオゾン接触槽における溶存オゾン濃度値に応じて、後段の促進酸化処理槽へのオゾン注入量および過酸化水素注入量を制御することを特徴とする。その基本構成は、後述する本願発明の促進酸化水処理方法を実施するための装置（図１）と、制御装置におけるオゾンガスおよび過酸化水素の注入制御機能を除いて略同一である。

ところで、オゾン処理は、発がん性物質とされる臭素酸イオンを生成する問題がある。そこで、2004年4月から施行された水質基準によれば、飲料水中の臭素酸イオン濃度の最大許容限度が定められ、その許容限度は10μg/Lと規定された。オゾンガス、過酸化水素併用型の促進酸化処理方法においては、オゾン難分解性物質の除去を効果的に行なうことができると共に、オゾンガスと過酸化水素の注入量によっては、前記臭素酸イオンの生成を抑制することができる（例えば、特許文献１および２参照）。

例えば、特許文献１には下記のような記載が認められる。即ち、その段落番号[0007]の項には、「臭素酸塩は最近、推定発癌物質に指定され、U.S.E.P.Aは飲料水について最大レベルを10μg/Lとした」旨記載され、段落番号[0009]の項には、「残留オゾン濃度を最小にし、過酸化水素濃度を最大にして臭素酸塩の形成を抑制する」旨記載され、段落番号[0043]の項には、「オゾンガスおよび過酸化水素は、H₂O₂/O₃の全モル比の約0.1〜10の間で、0.5〜6.0の範囲で導入すること」、さらに段落番号[0044]の項には、「残留オゾン濃度を最小にして、次亜臭素酸塩形成を制御する」旨記載されている。

特許文献２にも、特許文献１と同様に、「U.S.E.P.Aが飲料水について臭素酸塩の最大レベルを10μg/Lとした」ことを背景として、「H₂O₂/O₃のモル比を約0.1〜10の間とする」旨の記載がある（請求項４参照）。なお、前記臭素酸塩は、カチオン種（K,Na,Mg等）により種々の塩類が存在することになるが、水中では解離してイオンとして存在するので、前記最大レベル10μg/Lは、臭素酸イオン濃度ベースの値である。
特表２００１−５１６６３３号公報 特表２００２−５１４１３４号公報

しかしながら、上記特許文献１および２に開示されたオゾンガスと過酸化水素の注入制御方法は、「オゾンガスと過酸化水素とを、被処理水流内に加圧混合する方式の促進酸化処理装置」を対象としており、前記図１の構成を備える促進酸化処理装置、即ち、「オゾン接触槽の後段に、促進酸化処理槽を直列に配した構成を有する促進酸化処理装置」に適用して最適な制御方法であるか否かは未知である。

さらに、上記方式の違いの問題の他に下記のような問題がある。即ち、前記臭素酸塩の形成を抑制することを目的とした促進酸化処理の制御方法のみではトリハロメタン生成能(THMFP)を高める場合がある。トリハロメタンも臭素酸塩と同様に、発がん性物質であり、その低減が望まれる。被処理水（原水）の水質によっては、臭素酸塩よりもトリハロメタンの低減が重視される場合がある。

この発明は、上記のような点に鑑みてなされたもので、この発明の課題は、臭素酸の生成を抑制しつつ被処理水のオゾン難分解性物質を除去し、かつ、原水の水質によっては、トリハロメタン生成能(THMFP)の低減を図った促進酸化水処理方法および装置を提供することにある。

前述の課題を解決するため、この発明は、被処理水に対して、オゾン接触槽においてオゾンガスと接触・混合してオゾン処理を行った後、促進酸化処理槽においてオゾンガスおよび過酸化水素を混合・注入して促進酸化処理を行う促進酸化水処理方法において、前記オゾン接触槽へのオゾンガスの注入量は、オゾン接触槽出口における溶存オゾン濃度値が０．９５mg/L以下の予め設定した範囲内の値となるように制御し、さらに前記促進酸化処理槽への過酸化水素の注入量は、前記促進酸化処理工程におけるオゾンガス注入量に対して予め定めたモル比率（H₂O₂/O₃モル比率）となるように制御し、かつ前記H₂O₂/O₃モル比率は２以上とすることを特徴とする（請求項１）。

また、装置の発明としては、下記請求項２の発明が好ましい。即ち、前記請求項１に記載の促進酸化水処理方法を実施する装置であって、オゾン接触槽と、その後段に設けた促進酸化処理槽と、オゾン接触槽出口に設けた溶存オゾン濃度監視装置と、オゾン発生装置と、過酸化水素注入装置と、オゾンガスおよび過酸化水素注入量制御手段とを備えるものとする（請求項２）。

即ち、本発明は、臭素酸の生成が水質基準を満たす程度にオゾン接触槽出口の溶存オゾン濃度を決定した上で、さらに促進酸化処理槽への過酸化水素とオゾンの注入比を所定の値とすることにより、臭素酸イオン生成の抑制とオゾン難分解性物質の除去を行ない、かつ、トリハロメタン生成能(THMFP)の低減を図ることを特徴とする。詳細は後述する。

この発明によれば、臭素酸の生成を抑制しつつ被処理水のオゾン難分解性物質を除去し、かつ、原水の水質に応じてトリハロメタン生成能(THMFP)の低減を図ることが可能となり、従来と同様の溶存オゾンフィードバック制御を基本にしながら、最適なオゾン注入制御、および過酸化水素注入制御が可能となる。

図１ないし図６に基づき、本発明の実施例について以下に述べる。図１は、本発明の実施例に関わる促進酸化水処理装置のシステム系統図を示す。図１において、１は被処理水の導入口、２はオゾン接触槽、３はオゾン発生装置、４は散気装置（１）、５は促進酸化処理槽、６は散気装置（２）、７は過酸化水素注入装置、８は処理水の排出口、９は制御装置、１０は溶存オゾン濃度監視装置を示す。

図１において、被処理水は自然流下あるいはポンプ送水により導入口１からオゾン接触槽２内に導入され、オゾン発生装置３において発生するオゾンガスはオゾン散気装置（１）４を経て１段目のオゾン接触槽２内に導入される。オゾン接触槽２内において被処理水中の有機成分はある程度分解され、同時に未反応のオゾンが残留オゾンとして検出される。

オゾン接触槽２から流出した反応後の被処理水は、後段の促進酸化処理槽５に導入され、散気装置（２）６から供給されたオゾンと、過酸化水素注入装置７により注入された過酸化水素と反応する。促進酸化処理槽５内で難分解性成分の分解を進行させた後、図示しない生物活性炭塔等で残留している過酸化水素を分解し、高度処理水として排出口８から系外に排水される。

このとき、制御装置９では、オゾン接触槽２出口に設けられた溶存オゾン濃度監視装置１０の値を検出することで、オゾン接触槽２へのオゾン注入量を制御すると同時に、促進酸化処理槽５に供給されるオゾンガス注入量を制御し、さらに、過酸化水素注入量がこのオゾンガス注入量とあらかじめ設定された注入比率になるように過酸化水素注入装置７を制御する。なお、前記注入比率は、H₂O₂/O₃モル比率が２以上となるように制御する。さらに、オゾン接触槽２へのオゾンガスの注入量は、オゾン接触槽出口における溶存オゾン濃度値が０．９５mg/L以下となるように制御する。

次に、図２〜６に基づき、オゾン注入量や過酸化水素注入量等の制御に関わる実施例について述べる。図２はオゾン接触槽出口の溶存オゾン濃度（mg/L）と臭素酸イオン濃度（μg/L）との関係を示す図、図３はオゾン接触槽出口の溶存オゾン濃度（mg/L）とTHMFP低減率（％）との関係を示す図である。図４は、図３におけるオゾン接触槽出口の溶存オゾン濃度が0mg/Lの時のオゾン注入率（mg/L）とTHMFP低減率（％）との関係を示す図である。すなわち、水質によって溶存オゾン濃度が検出されるオゾン注入率は異なるが、あるオゾン注入率までは、オゾンで分解される成分の方が多く存在するため、溶存オゾンとしては残らずにすべてオゾンが消費される状態となる。この注入されたオゾンがすべて消費されて溶存オゾン濃度が0 mg/Lとなる状態での、オゾン注入率とTHMFP低減率の関係を表したものである。図５は、促進酸化処理槽におけるH₂O₂/O₃のモル比とオゾン難分解性物質である1,4-ジオキサン除去率（％）との関係を示す図、図６は促進酸化処理槽におけるH₂O₂/O₃のモル比と臭素酸イオン濃度（μg/L）との関係を示す図である。

図２から明らかなように、臭素酸イオンはオゾン処理によって生成するが、溶存オゾン濃度が低いところではほとんど生成しないことが判る。また、図３から、THMFP低減率は溶存オゾン濃度が検出できるか否かというオゾンの注入である程度低減する。図４から、溶存オゾン濃度が0mg/Lであっても、オゾン注入率が高いほど、すなわち、被処理水中に注入されたオゾンが、被処理中のオゾン分解に必要な適量が注入された状態の時、THMFP低減率は高くなる。これは、被処理水中の有機物成分にTHMFPを示す成分がある程度含まれているため、残留オゾンは0mg/Lではあるが、THMFPは低減されていると考えられる。つまり、溶存オゾン濃度が検出されるか否かという程度に制御することが望ましい。

次に、図５について述べる。オゾン、過酸化水素併用型の促進酸化処理においては、オゾン難分解性物質、例えば1,4-ジオキサンの除去に効果があり、オゾン注入率に対する過酸化水素注入率（注入比率：H₂O₂/O₃ ここでは、mol濃度の比率で定義する）が、H₂O₂/O₃=0.5以上でオゾン処理よりも効果があることが、図５から判る。従って、図５からは、H₂O₂/O₃のモル比は、少なくとも、0.5以上であることが望ましい。

次に、図６について述べる。図６は、促進酸化処理槽におけるH₂O₂/O₃のモル比と臭素酸イオン濃度（μg/L）との関係を示すが、図６によれば、H₂O₂/O₃=0.5においては、その前後のモル比に比較して、臭素酸イオン濃度（μg/L）が極めて高い値を示し、臭素酸イオンの生成を抑制するためにはH₂O₂/O₃=2以上が望ましい。

上記のように、H₂O₂/O₃=2以上とした場合、促進酸化処理槽における臭素酸イオン濃度（μg/L）は、２μg/Lとなる。そこで、飲料水中の臭素酸イオン濃度の最大許容限度10μg/L以下を満足するために、オゾン接触槽出口において許容される臭素酸イオン濃度は、８μg/Lである。これを満たすためには、図２から、オゾン接触槽出口の溶存オゾン濃度を０．９５mg/L以下とする必要がある。

さらに、トリハロメタンを低減する点からも、図３ないし図４から溶存オゾン濃度は０．９５mg/L以下とする必要がある。

上記により、臭素酸イオンの生成抑制、オゾン難分解性物質の分解、さらにはTHMFPの低減を目的とする最適なオゾン注入制御および過酸化水素注入制御が可能となる。

本発明の実施例に関わる促進酸化水処理装置のシステム系統図。 オゾン接触槽出口の溶存オゾン濃度と臭素酸イオン濃度との関係を示す図。 オゾン接触槽出口の溶存オゾン濃度とTHMFP低減率との関係を示す図。 オゾン接触槽出口の溶存オゾン濃度が0mg/Lの時のオゾン注入率とTHMFP低減率との関係を示す図。 促進酸化処理槽におけるH₂O₂/O₃のモル比と1,4-ジオキサン除去率との関係を示す図。 促進酸化処理槽におけるH₂O₂/O₃のモル比と臭素酸イオン濃度との関係を示す図。

符号の説明

１ 導入口、２ オゾン接触槽、３ オゾン発生装置、４ 散気装置（１）、５ 促進酸化処理槽、６ 散気装置（２）、７ 過酸化水素注入装置、８ 排出口、９ 制御装置、１０ 溶存オゾン濃度監視装置。

Claims (2)

1. 被処理水に対して、オゾン接触槽においてオゾンガスと接触・混合してオゾン処理を行った後、促進酸化処理槽においてオゾンガスおよび過酸化水素を混合・注入して促進酸化処理を行う促進酸化水処理方法において、
   前記オゾン接触槽へのオゾンガスの注入量は、オゾン接触槽出口における溶存オゾン濃度値が０．９５mg/L以下の予め設定した範囲内の値となるように制御し、さらに前記促進酸化処理槽への過酸化水素の注入量は、前記促進酸化処理工程におけるオゾンガス注入量に対して予め定めたモル比率（H₂O₂/O₃モル比率）となるように制御し、かつ前記H₂O₂/O₃モル比率は２以上とすることを特徴とする促進酸化水処理方法。
2. 請求項１に記載の促進酸化水処理方法を実施する装置であって、オゾン接触槽と、その後段に設けた促進酸化処理槽と、オゾン接触槽出口に設けた溶存オゾン濃度監視装置と、オゾン発生装置と、過酸化水素注入装置と、オゾンガスおよび過酸化水素注入量制御手段とを備えることを特徴とする促進酸化水処理装置。
   
   

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