廃水処理装置および方法
【課題】実操業で排出される様々な有機物を含む大量の廃水を極めて効率的に処理できる廃水処理装置を提供する。
【解決手段】有機物を含む廃水を処理する処理タンク１と、上記処理タンク１内の廃水中の有機物をオゾンの作用により酸化させてカルボニル化合物にするオゾン酸化手段と、上記オゾン酸化手段で得られたカルボニル化合物を金属イオンで沈殿させて分離する固液分離手段と、上記オゾン酸化手段におけるオゾンの酸化反応を紫外線照射により促進する紫外線照射手段４とを備えている。これにより有機物を分解するのではなく、オゾン酸化によってカルボニル化合物にしたものを金属イオンによるキレート反応で沈殿させて固液分離を行うことにより、従来の分解処理に比べ、オゾン消費を大幅に削減し、処理時間を大幅に短縮することができる。
【解決手段】有機物を含む廃水を処理する処理タンク１と、上記処理タンク１内の廃水中の有機物をオゾンの作用により酸化させてカルボニル化合物にするオゾン酸化手段と、上記オゾン酸化手段で得られたカルボニル化合物を金属イオンで沈殿させて分離する固液分離手段と、上記オゾン酸化手段におけるオゾンの酸化反応を紫外線照射により促進する紫外線照射手段４とを備えている。これにより有機物を分解するのではなく、オゾン酸化によってカルボニル化合物にしたものを金属イオンによるキレート反応で沈殿させて固液分離を行うことにより、従来の分解処理に比べ、オゾン消費を大幅に削減し、処理時間を大幅に短縮することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機物を含む廃水を短時間で効率よく処理できる廃水処理装置および方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
産業の発達にともない、工場・店舗などから排出される廃水は多様化しており、電子部品の洗浄廃液をはじめ、機械油や塗料を含んだ廃液、厨房の油脂廃液、洗濯排水など、極めて多岐に渡っている。これらのうちの多くは、量の違いはあるものの何らかの有機物を含んでいる。このため、廃水中の有機物の処理に設備やエネルギー、コストを掛けることを余儀なくされている。
【０００３】
廃水中の有機物を処理する方法として、オゾンが利用できることは広く知られている。例えば、非特許文献１（山田春美；新版オゾン利用の新技術、サンユー書房、ｐ．５１〜８９，（１９９３））にも記載されているように、有機物は、オゾンそのものによる酸化力とオゾンが自己分解した際に生じるＯＨラジカルと反応することにより、酸化・分解される。分解された有機物は、物質によって様々なプロセスを経るものの、最終的にはＣＯ２およびＨ２Ｏとなり廃水中から消失する。
【０００４】
また、この酸化分解反応を促進する方法として、紫外線照射を併用する方法も知られている。
【０００５】
例えば、非特許文献２（吉崎耕大；排水汚水処理技術集成、ＮＴＳ出版，ｐ．３４８〜３５８，（２００７））に記載されているように、紫外線を用いることで、ＯＨラジカルの生成を促進することができる。ＯＨラジカルはオゾン分子よりも酸化力が強く、酸化分解が促進される。また、紫外線自体も有機物を光分解するため、有機物の分解がより促進される。
【０００６】
一方、特許文献１（特開２００４−２３７２６６）は、有機物を含む廃水の処理方法について開示されている。
【０００７】
特許文献１では、有機物がＣＯ２およびＨ２Ｏまで完全に分解されるには、長時間を費やして大量のオゾンを消費しなければならないことから、有機物を完全分解させずに有機酸になるまでオゾンで酸化し、この有機酸をカルシウムイオン等を水中に投与することによりキレート形成させて沈殿除去することにより処理を効率化することが開示されている。
【０００８】
また、特許文献２（特開２００３−２０２３９６）および特許文献３（特開２００１−２３２３８３）には、オゾンとカルシウムを併用する廃水の処理方法が開示されている。
【０００９】
特許文献２には、有機酸であるシュウ酸をカルシウムイオンを添加して沈殿させて処理するにあたって、酸素ガスを吹き込みながら紫外線を照射して酸素をオゾンに変換し、そのオゾンを利用してシュウ酸の一部を分解することにより、沈殿物の発生を抑制することが開示されている。
【００１０】
特許文献３には、有機物をオゾンで分解する際の触媒としてＭｎＯ２を使用し、カルシウム成分を添加することにより、ＭｎＯ２の触媒作用を活性化することにより処理を効率化することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００４−２３７２６６号公報
【特許文献２】特開２００３−２０２３９６号公報
【特許文献３】特開２００１−２３２３８３号公報
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】山田春美；新版オゾン利用の新技術、サンユー書房、ｐ．５１〜８９，（１９９３）
【非特許文献２】吉崎耕大；排水汚水処理技術集成、ＮＴＳ出版，ｐ．３４８〜３５８，（２００７）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
特許文献１は、有機物を完全分解させずに有機酸になるまでオゾンで酸化し、この有機酸をカルシウムイオン等を水中に投与することによりキレート形成させて沈殿除去することにより処理を効率化するものである。しかし、特許文献１に開示された技術は、あくまで基本概念にとどまり、ここに開示された基本概念だけで、実際の廃水処理を工業的に実施しようとしても、現実的でない。
【００１４】
特許文献２は、原子力発電所の一次冷却水配管等に付着する放射性腐食生成物の化学除染法である「ＣＯＲＤ法」で用いられる除染液の主成分であるシュウ酸の処理に特化したものである。このシュウ酸に起因する沈殿物を減容化するために、まずはオゾンでシュウ酸の一部を分解してから、カルシウムおよびアルカリ性物質を添加し、分解しなかった残りのシュウ酸と金属イオンを沈殿させるものである。従って、実操業で排出される分子量の大きな有機物を含有する廃水を大量に処理できるものではない。
【００１５】
特許文献３は、オゾンによる酸化反応の促進剤としてＭｎＯ２触媒を利用するものである。ＭｎＯ２触媒によりヒドロキシラジカル（ＯＨ・）を発生させ、オゾンより強力に有機性廃水を酸化分解する。このＭｎＯ２による触媒作用を活性化させるためにカルシウムを添加し、有機物の完全分解時間を短縮させるものである。ところが、文献にも記載されているように、原水で３０ｍｇ／Ｌ程度のＣＯＤを１０ｍｇ／Ｌ程度まで低減させることしかできない。したがって、実操業で排出されるＣＯＤ値が高い廃水を大量に処理できるものではない。
【００１６】
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、実操業で排出される様々な有機物を含む大量の廃水を極めて効率的に処理できる廃水処理装置および方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的を達成するため、本発明の廃水処理装置は、有機物を含む廃水を処理する処理タンクと、
上記処理タンク内の廃水中の有機物をオゾンの作用により酸化させてカルボニル化合物にするオゾン酸化手段と、
上記オゾン酸化手段で得られたカルボニル化合物を金属イオンで沈殿させて分離する固液分離手段と、
上記オゾン酸化手段におけるオゾンの酸化反応を紫外線照射により促進する紫外線照射手段とを備えたことを要旨とする。
【００１８】
上記目的を達成するため、本発明の廃水処理方法は、廃水中の有機物をオゾンの作用により酸化させてカルボニル化合物にするオゾン酸化工程と、
上記オゾン酸化工程で得られたカルボニル化合物を金属イオンで沈殿させて分離する固液分離工程とを備え、
上記オゾン酸化工程におけるオゾンの酸化反応を紫外線照射により促進することを要旨とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明は、廃水中の有機物をオゾンの作用により酸化させてカルボニル化合物にするオゾン酸化と、上記オゾン酸化で得られたカルボニル化合物を金属イオンで沈殿させて固液分離する際、上記オゾン酸化におけるオゾンの酸化反応を紫外線照射により促進する。
このように、有機物を完全分解するのではなく、オゾン酸化によってカルボニル化合物にまで酸化したものを金属イオンによるキレート反応で沈殿させて固液分離を行う。したがって、従来の完全分解する処理に比べ、オゾン消費を大幅に削減することができる。しかも、紫外線照射によってオゾンの酸化反応を促進するので、処理時間を大幅に短縮することができる。したがって、実操業の廃水のように高いＣＯＤ値で大量の工業用廃水でも、短時間で排出限度以下に処理することが可能となるのである。
【００２０】
本発明において、上記紫外線照射手段は、処理タンク内の廃水を循環させる循環路において、筒状の流路を形成する紫外線透過性の二重管構造の内部に紫外線ランプを配置した場合には、
廃液を循環させながら紫外線照射することができ、紫外線によるオゾン酸化反応の促進を極めて効率よく行うことができる。
【００２１】
本発明において、上記固液分離手段は、金属イオン源を粉末もしくはスラリーで廃水に供給する金属イオン供給部と、処理タンク内の廃水を攪拌および／または循環させて沈殿物を生成するキレート反応を促進する反応促進部とを備えて構成されている場合には、
金属イオンを廃液に対して容易に供給するとともにスムーズに拡散させ、液質が均一化されて沈殿物の生成を速やかに行って処理時間の短縮に貢献する。
【００２２】
本発明において、上記オゾン酸化手段は、オゾン発生器と、処理タンク内および／または循環路の廃水とオゾンを接触させるための気液接触部とを備えて構成されている場合には、
オゾン酸化による有機物のカルボニル化合物への酸化反応を、容易かつスムーズに行ない、沈殿物の生成を速やかに行って処理時間の短縮に貢献する。
【００２３】
本発明において、上記固液分離工程は、金属イオン源として酸化カルシウムを使用する場合には、
安価に錯体形成金属イオンを供給するとともにｐＨコントロールもでき、キレート反応を促進して処理効率をさらに向上させることができる。
【００２４】
本発明において、上記紫外線照射を、ある程度の固液分離を進行させた段階で開始する場合には、
ある程度固液分離が進んで廃液中の気泡や固形分による濁りが無い状態で紫外線照射することで、未反応オゾンや有機物の反応がより効果的に行え、照射効率が向上する。
【００２５】
本発明において、紫外線照射は、循環路において固液分離した液体に対して紫外線照射する場合には、
固形分を分離したあとの濁りが少ない廃液に紫外線照射でき、紫外線の照射効率がよくなる。
【００２６】
本発明において、紫外線照射は、供給したオゾンを処理タンクで気液分離した液体に対して紫外線照射する場合には、
気泡による濁りが無い状態で紫外線照射でき、紫外線の照射効率がよくなる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１実施形態の廃水処理装置の全体構成を示す図である。
【図２】紫外線照射手段の具体的構成を示す図である。
【図３】固液分離装置の具体的構成を示す図である。
【図４】上記廃水処理装置の運転状態を説明する図である。
【図５】本発明の第２実施形態の廃水処理装置の全体構成を示す図である。
【図６】実施例の処理結果を示す線図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
つぎに、本発明を実施するための形態を説明する。
【００２９】
図１は、本発明の第１実施形態の廃水処理装置の全体構成を示す概略図である。
【００３０】
この装置は、有機物を含む廃水を処理する処理タンク１と、上記処理タンク１内の廃水中の有機物をオゾンの作用により酸化させてカルボニル化合物にするオゾン酸化を行うためのオゾン供給装置２と、上記オゾン酸化で得られたカルボニル化合物を金属イオンで沈殿させ、それを分離する固液分離装置３と、上記オゾン酸化におけるオゾンの酸化反応を紫外線照射により促進する紫外線照射手段４とを備えている。
【００３１】
上記処理タンク１は、処理すべき廃液を導入する廃液導入路１１、導入された廃液を循環させる循環路１２、処理された処理液を排出する処理液排出路１３が、それぞれ連通している。処理タンク１の下部には、循環路１２と処理液排出路１３に共通して処理タンク１内の液体を導出する導出路１４が接続されている。また廃液導入路１１、循環路１２、処理液排出路１３に共通するとともに導出路１４に連通するよう共通流路１５が設けられている。この共通流路１５には、液を圧送する圧送ポンプ１６が設けられている。上記圧送ポンプ１６は、廃液導入路１１を介して処理タンク１に廃液を導入し、循環路１２により処理中の廃液を循環させ、処理済みの処理液を処理液排出路１３を介して排出する際に駆動される。
【００３２】
上記循環路１２には、オゾン供給装置２、紫外線照射手段４、固液分離装置３が設けられている。
【００３３】
上記オゾン供給装置２は、この例では、オゾン発生器２５と気液混合器２６を備えて構成され、本発明のオゾン酸化手段として機能する。オゾン発生器２５で発生したオゾンを、循環路１２の途中に設けた気液混合器２６に供給し、循環路１２を循環する廃水に対してオゾンを供給するようになっている。
【００３４】
オゾンの供給により廃液中の有機物をカルボニル化合物にまで酸化するオゾン酸化を行う。
【００３５】
上記オゾン発生器２５は、濃縮した酸素ガスを原料とし、石英二重管の間で高電圧をかけて放電させることでオゾンを発生する装置を使用することができる。具体的には、例えば、ＡｉｒＴｒｅｅオゾンテクノロジー株式会社製、型番Ｖ−８０等を使用することができる。オゾン発生器２５に原料として供給する酸素ガスは、後の気液混合の際に、オゾンが高濃度であるほど処理効率が高くなるため、酸素純度の高いもの、すなわち酸素濃度９０％以上のものが望ましい。
【００３６】
気液混合器２６としては、エジェクター、エアターボミキサー等を使用することができる。具体的には、エジェクター（株式会社ＩＢＳ製、型番２８３）等を使用することができる。このような気液混合器２６は、処理効率とコストのバランスにより選定され、処理対象の有機物の含有量が高濃度であれば気泡径が大きくても処理は進むが、低濃度になれば気泡径が小さい方がオゾン使用量に対して効率的に処理ができる。一般に気泡を微細化できる気液混合器ほどコストがかかるため、処理レベルに応じて適宜に機器を選定すればよい。
【００３７】
図２は、紫外線照射手段４の詳細を説明する断面図である。
【００３８】
上記紫外線照射手段４は、処理タンク１内の廃水を循環させる循環路１２において、筒状の流路３０を形成する紫外線透過性の二重管構造の内部に紫外線ランプ３１を配置したものである。
【００３９】
この例では、循環路１２における気液混合器２６の前後に分岐循環路２７が設けられ、気液混合器２６と並設するように紫外線照射手段４が設けられている。
【００４０】
紫外線ランプ３１を紫外線透過性の内筒３２で覆い、外筒３３との間に筒状の流路３０を形成する。筒状の流路３０の前後は蓋３４で覆われている。これにより、紫外線ランプ３１により処理液に対して紫外線を内側から照射する構造となっている。このような紫外線照射手段４としては、例えば流水型殺菌装置（ＤＮライティング社製、型番２００ＵＡ）などが挙げられるが、他には上水道用ＵＶ消毒装置なども用いることができる。
【００４１】
この紫外線照射により、オゾン供給装置２で供給されたオゾンによるオゾン酸化反応を促進し、排水中の有機物のカルボニル化合物への酸化を促進する。
【００４２】
本発明の固液分離手段として、金属イオン源を粉末もしくはスラリーで廃水に供給する金属イオン供給部２１、固液分離装置３、処理タンク１内の廃水を攪拌および／または循環させて沈殿物を生成するキレート反応を促進する反応促進部とを備えて構成されている。
【００４３】
金属イオン供給部２１は処理タンク１に接続されている。金属イオンを廃液に供給することにより、上述したオゾン酸化で得られたカルボニル化合物をキレート反応で沈殿させ、固液分離するようにしている。金属イオン供給部２１は、図示しない供給タンク、供給路２２および供給ポンプ２３を備えて構成されている。
【００４４】
キレート反応に用いられるカチオンはＣａの他にＭｇやＡｌなどがあり、上記金属イオン源としては、廃液に溶解して金属イオンを供給しうるものであれば、各種の物質を適用することができる。特に、Ｃａ、Ｍｇ、Ａｌは、錯体を形成するうえで液への着色が少ないため、紫外線照射処理を行う本実施形態では有効に用いることができる。これらのカチオンの源となる物質としては、例えば、酸化カルシウム、水酸化カルシウム、酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム等をあげることができる。
【００４５】
金属イオン源として特に酸化カルシウムを使用するのが好ましい。酸化カルシウムは、安価であり、かつ水溶液がアルカリ性となるため、好適に用いられる。キレート反応がアルカリ性で効率よく作用するためである。また、供給のし易さと処理液への拡散の観点から、酸化カルシウム等はスラリーで供給するのが好ましい。スラリーは、水道水１Ｌに対して酸化カルシウム等の粉末を１００ｇの割合で投入し、撹伴速度３００ｒｐｍで常時撹伴することで調整することができる。
【００４６】
上記処理タンク１には、排ガスを排出する排ガス路１７、処理中の廃液のｐＨを検知するｐＨ計１８、処理タンク１内の気相のオゾン濃度を検知するオゾン濃度計１９が設けられている。
【００４７】
上記処理タンク１は、酸化カルシウム等の拡散と気液分離の役割を果たし、水流による旋回流で廃液を攪拌するよう設計している。このとき、循環ポンプとしての圧送ポンプ１６による廃液の圧送により、処理タンク１内の廃液を循環して水流を作り、攪拌するようになっている。この攪拌作用を行う廃液の循環構造が、本発明の反応促進部として機能する。
【００４８】
固液分離装置３は、上記循環路１２において、上記オゾン供給装置２および紫外線照射手段４の上流側に設けられている。この固液分離装置３は、金属イオン供給部２１による金属イオンの供給により、オゾン酸化で得られたカルボニル化合物をキレート反応させて得られた沈殿物を液体から分離するものである。
【００４９】
図３は固液分離装置３の具体例である。
【００５０】
図３（Ａ）は、バッグフィルタ３６により沈殿物をろ過して固液分離するものである。バッグフィルタ３６は、反応沈殿物などの固形分を捕捉し、有機固形分の拡散によるオゾン酸化効率の悪化防止と紫外線照射時の縣濁を防止する。ここで用いるフィルタは５μｍ程度のものであって、例えば、ＳＭＣ株式会社製、型番ＦＧＦＳＩＡ−２０−Ｅ００５Ｂを使用することができる。バッグフィルタ３６以外にも、マイクロメッシュフィルタなどを用いても良い。これらのフィルタは、例えば、５系統を並列に組み、ろ過前後の差圧が大きくなってろ過効率が落ちたときに、別系統に切り替えるようにすることもできる。切り替えた後、目詰まりしている系統についてはフィルタを新品に交換する。
【００５１】
図３（Ｂ）は、沈殿槽３７とろ過槽３８を備え、沈殿槽３７に一旦貯留した廃液に凝集剤を投入して沈殿物をフロックとして集める。その上澄みを循環路１２に戻すとともに、集めたフロックはメッシュでろ過してろ液を循環路１２に戻す。
例えば、処理開始後、処理タンク１から適量（具体的には処理液量の１／１０）を沈殿槽３７に移し、沈殿槽３７ヘ凝集剤を適量投入し、攪拌機で１０００ｒｐｍ以上の回転速度にて急速攪拌を数分間（２〜３分間）行い、凝集剤を液中へ拡散させる。つぎに、フロックを成長させるため回転速度を３００ｒｐｍとし、数分間（２〜３分間）攪拌する。攪拌後、適度な時間（今回の規模では１０分間）静置し、フロックを沈降させる。その後、沈殿槽３７の底に溜まったフロックを沈殿槽３７に受けた液量の１／１００の液量とともに２５０μｍのメッシュの金網を張ったろ過槽３８に落とし、フロックと液を固液分離する。固液分離された液はポンプで処理タンク１ヘ戻す。この工程を定期的（具体的には２０分毎）に繰り返し、固液分離を行う。
【００５２】
図３（Ｃ）は、遠心分離槽３９と、ろ過槽３８を備え、遠心分離で分離された液を循環路１２に戻すとともに、集めた沈殿物はろ過材でろ過してろ液を循環路１２に戻す。
【００５３】
処理液排出路１３には、ファイナルフィルタ４１を設け、万一、上流部の固液分離装置３で除去し切れなかった固形分があった場合に、それを捕集するものである。ここで用いるファイナルフィルタ４１としては、例えば、メッシュ開口が１μｍ程度のものであって、例えば、工業用フィルタ（ＳＭＣ株式会社製、型番ＦＧＤＣＡ−０３−Ｂ００１Ｂ）などを用いることができ、他にはマイクロメッシュフィルタなどを用いても良い。
【００５４】
この例では、循環路１２における固液分離装置３の下流に紫外線照射手段４を配置し、紫外線照射を、循環路において固液分離した液体に対して紫外線照射するため、固形分を分離したあとの濁りが少ない廃液に紫外線照射でき、紫外線の照射効率がよくなる。また、紫外線照射手段４をオゾン供給装置２と並列に配置し、オゾン等を処理タンク１で気液分離した液体を循環させる途中で紫外線照射しているので、気泡による濁りが無い状態で紫外線照射でき、紫外線の照射効率がよくなる。
【００５５】
図４は、上述した廃水処理装置を用いて処理方法を行う状態を説明する図である。
【００５６】
図４（Ａ）は、廃液を導入する状態である。圧送ポンプ１６を動作させ、共通流路１５および廃液導入路１１から処理タンク１ヘ廃液を一定量まで注入する。
【００５７】
図４（Ｂ）は、オゾンの供給によるオゾン酸化と、オゾン酸化で得られたカルボニル化合物をキレート反応させて固液分離する状態である。
処理タンク１の廃液は、導出路１４から導出され、共通流路１５、循環路１２を介して再び処理タンク１に戻ることを繰り返して循環する。
このとき、オゾン供給装置２により、循環する廃液にオゾンが供給され、廃液中の有機物がオゾン酸化されてカルボニル化合物になる。
カルボニル化合物をキレート反応させるための金属イオンは、金属イオン供給部２１により酸化カルシウムによって供給される。
キレート反応で生成した金属錯体の沈殿物は、固液分離装置３で固液分離され、液体だけが循環路１２を介して処理タンク１に戻る。
処理タンクでは、気液分離されて未反応のオゾンや酸素ガス等の排ガスが排ガス路１７から排出される。
【００５８】
このとき、ＣａＯスラリーはｐＨのコントロールおよびキレート反応に必要なカチオンを供給するために投入しているが、過度に供給すると固液分離装置３への負担が大きくなるためｐＨ９〜１１程度になるよう投入量を供給ポンプのＯＮ／ＯＦＦ制御で調整するのが好ましい。また、ｐＨのコントロールは、オゾンによる酸化により酸性になる液をキレート反応に有利であるアルカリ性に保つためにＣａＯの投入量で調整していて、固液分離装置３への負担とのバランスからｐＨ１０程度で保持するようにしている。
【００５９】
図４（Ｃ）は、紫外線照射を開始した状態である。
図４（Ｂ）の状態である程度有機物の除去を進めたところで、上述した処理を続けながら、分岐循環路２７を介して紫外線照射手段４に廃液を流し、紫外線を照射する。
【００６０】
図４（Ｄ）は、有機物濃度が排出基準値以下となって廃液処理を終了し、処理液を排出する状態である。処理タンク１内の処理液を、導出路１４、共通流路１５および処理液排出路１３を介して排出する。このとき、処理液がファイナルフィルタ４１を通過することにより、除去しきれなかった固形分が捕集される。
なお、排出基準は放流する際の排出規制や自家で再利用する場合等の状況に応じて決定する。
【００６１】
図５は、本発明の第２実施形態の廃水処理装置を示す。
【００６２】
この例は、基本的には第１実施形態と同様であるが、オゾン供給装置２の構成を少し変更したものである。オゾン発生器２５で発生したオゾンは、循環路１２に設けた加圧溶解装置４３により廃液中に加圧溶解し、オゾンが加圧溶解された廃液を処理タンク１に戻す際に、旋回ノズル４５により、マイクロナノバブルを発生させながら旋回流を起こすようになっている。それに加え、オゾン発生器２５で発生したオゾンを、オゾン供給路４６を介してバブリング器４４により処理タンク１内にバブリングさせて供給するようになっている。この実施形態でも、上記第１実施形態と同様の作用効果を奏する。
【００６３】
以上のように、本技術は、有機物をオゾンで酸化し、カルボニル化合物まで酸化させたものを、金属カチオンでキレート錯体として析出させ、処理タンクで気液分離し、固形分はフィルタで濾し取り、ろ液に紫外線照射（ＯＨラジカルによる反応の促進と光分解による有機物の分解効果）する。このように、廃水中の有機物除去のためにオゾン酸化、キレート反応、紫外線処理を効果的に組み合わせた装置であり、処理時間の短縮およびオゾン使用量の削減に効果のあるものとなっている。
【実施例】
【００６４】
実施例として電子部品洗浄廃水を処理した。金属イオン源として酸化カルシウムを使用し、上述した装置により上述した手順で処理を行った。
〔処理条件〕
処理液量 １６０Ｌ
気液混合器 コアキシャルミキサ
循環液量 ８０Ｌ／ｍｉｎ
酸素−オゾン混合ガス量：１５Ｌ／ｍｉｎ
オゾンガス濃度 ８０ｇ／Ｎｍ３
【００６５】
図６および表１は、上記処理における処理時間に応じてＣＯＤが低下する状態を示す。
【００６６】
【表１】
【００６７】
この例では、洗浄の際に純水などで薄められた洗浄剤に含まれる有機物が処理対象となる。排出される廃水のＣＯＤは１７１６ｍｇ／Ｌであり、前述の処理工程にて処理を実施したところ、処理開始後、４時間までのＣＯＤが高い状況では、酸化された有機物とキレート反応の核になるＣａイオンが効率的に反応し、ＣＯＤが急激に低下する。以後、有機物が無くなるまで緩やかにキレート反応による有機物除去が進行する。ろ過回収した沈殿物のＣ濃度を測定したところ、原液のＴＯＣ相当のＣ量が含まれていたことから、有機物はキレート反応により固液分離できているものと見られる。（但し、例に挙げた処理液の沈殿物の分析ではなく、別の日に処理したときのマテリアルバランスであり、その際の処理は、処理が途中になっているので具体例には挙げにくい）
【００６８】
なお、ＣＯＤ分析は、ＴＯＡ ＤＫＫ社製簡易式ＣＯＤ計ＣＯＤ−６０Ａを使用した。この分析計は、電量滴定方式で、試薬１に存在するＦｅ（iii）を定電流電解によりＦｅ（ii）に還元し、生成したＦｅ（ii）と試薬２の過マンガン酸カリウムが反応する。最終的に残存している過マンガン酸カリウムが完全にＦｅ（ii）と反応し終わった時点を滴定終点として求め、それまでに要した電気量から濃度計算している。
【００６９】
以上のように、本実施形態では、つぎの効果が得られた。
・キレート反応を利用することにより、完全分解に比べて処理時間の短縮とオゾン消費量の削減が図れた。
・酸化カルシウムのスラリーを使用することで、安価に錯体形成金属イオンの供給とｐＨコントロールができる。
・気液分離、固液分離後に紫外線照射することで照射効率が良くなった。
・循環ポンプにより水流を作ることで液質が均一化され、効率よく反応が進んだ。
【００７０】
総合的には、ＣＯＤ １７１６ｍｇ／Ｌ程度の廃水も、１２時間で１０ｍｇ／Ｌ以下に抑える事が可能となり、さらに２２時間で１ｍｇ／Ｌ以下を達成することができ、実際の工業的プロセスや工場廃水にあるような、高いＣＯＤ値や大量の工業用廃水でも、比較的短時間で処理することが可能となった。
【符号の説明】
【００７１】
１：処理タンク
２：オゾン供給装置
３：固液分離装置
４：紫外線照射手段
１１：廃液導入路
１２：循環路
１３：処理液排出路
１４：導出路
１５：共通流路
１６：圧送ポンプ
１７：排ガス路
１８：ｐＨ計
１９：オゾン濃度計
２１：金属イオン供給部
２２：供給路
２３：供給ポンプ
２５：オゾン発生器
２６：気液混合器
２７：分岐循環路
３０：筒状の流路
３１：紫外線ランプ
３２：内筒
３３：外筒
３４：蓋
３６：バッグフィルタ
３７：沈殿槽
３８：ろ過槽
３９：遠心分離槽
４１：ファイナルフィルタ
４３：加圧溶解装置
４４：バブリング器
４５：旋回ノズル
４６：オゾン供給路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機物を含む廃水を短時間で効率よく処理できる廃水処理装置および方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
産業の発達にともない、工場・店舗などから排出される廃水は多様化しており、電子部品の洗浄廃液をはじめ、機械油や塗料を含んだ廃液、厨房の油脂廃液、洗濯排水など、極めて多岐に渡っている。これらのうちの多くは、量の違いはあるものの何らかの有機物を含んでいる。このため、廃水中の有機物の処理に設備やエネルギー、コストを掛けることを余儀なくされている。
【０００３】
廃水中の有機物を処理する方法として、オゾンが利用できることは広く知られている。例えば、非特許文献１（山田春美；新版オゾン利用の新技術、サンユー書房、ｐ．５１〜８９，（１９９３））にも記載されているように、有機物は、オゾンそのものによる酸化力とオゾンが自己分解した際に生じるＯＨラジカルと反応することにより、酸化・分解される。分解された有機物は、物質によって様々なプロセスを経るものの、最終的にはＣＯ２およびＨ２Ｏとなり廃水中から消失する。
【０００４】
また、この酸化分解反応を促進する方法として、紫外線照射を併用する方法も知られている。
【０００５】
例えば、非特許文献２（吉崎耕大；排水汚水処理技術集成、ＮＴＳ出版，ｐ．３４８〜３５８，（２００７））に記載されているように、紫外線を用いることで、ＯＨラジカルの生成を促進することができる。ＯＨラジカルはオゾン分子よりも酸化力が強く、酸化分解が促進される。また、紫外線自体も有機物を光分解するため、有機物の分解がより促進される。
【０００６】
一方、特許文献１（特開２００４−２３７２６６）は、有機物を含む廃水の処理方法について開示されている。
【０００７】
特許文献１では、有機物がＣＯ２およびＨ２Ｏまで完全に分解されるには、長時間を費やして大量のオゾンを消費しなければならないことから、有機物を完全分解させずに有機酸になるまでオゾンで酸化し、この有機酸をカルシウムイオン等を水中に投与することによりキレート形成させて沈殿除去することにより処理を効率化することが開示されている。
【０００８】
また、特許文献２（特開２００３−２０２３９６）および特許文献３（特開２００１−２３２３８３）には、オゾンとカルシウムを併用する廃水の処理方法が開示されている。
【０００９】
特許文献２には、有機酸であるシュウ酸をカルシウムイオンを添加して沈殿させて処理するにあたって、酸素ガスを吹き込みながら紫外線を照射して酸素をオゾンに変換し、そのオゾンを利用してシュウ酸の一部を分解することにより、沈殿物の発生を抑制することが開示されている。
【００１０】
特許文献３には、有機物をオゾンで分解する際の触媒としてＭｎＯ２を使用し、カルシウム成分を添加することにより、ＭｎＯ２の触媒作用を活性化することにより処理を効率化することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００４−２３７２６６号公報
【特許文献２】特開２００３−２０２３９６号公報
【特許文献３】特開２００１−２３２３８３号公報
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】山田春美；新版オゾン利用の新技術、サンユー書房、ｐ．５１〜８９，（１９９３）
【非特許文献２】吉崎耕大；排水汚水処理技術集成、ＮＴＳ出版，ｐ．３４８〜３５８，（２００７）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
特許文献１は、有機物を完全分解させずに有機酸になるまでオゾンで酸化し、この有機酸をカルシウムイオン等を水中に投与することによりキレート形成させて沈殿除去することにより処理を効率化するものである。しかし、特許文献１に開示された技術は、あくまで基本概念にとどまり、ここに開示された基本概念だけで、実際の廃水処理を工業的に実施しようとしても、現実的でない。
【００１４】
特許文献２は、原子力発電所の一次冷却水配管等に付着する放射性腐食生成物の化学除染法である「ＣＯＲＤ法」で用いられる除染液の主成分であるシュウ酸の処理に特化したものである。このシュウ酸に起因する沈殿物を減容化するために、まずはオゾンでシュウ酸の一部を分解してから、カルシウムおよびアルカリ性物質を添加し、分解しなかった残りのシュウ酸と金属イオンを沈殿させるものである。従って、実操業で排出される分子量の大きな有機物を含有する廃水を大量に処理できるものではない。
【００１５】
特許文献３は、オゾンによる酸化反応の促進剤としてＭｎＯ２触媒を利用するものである。ＭｎＯ２触媒によりヒドロキシラジカル（ＯＨ・）を発生させ、オゾンより強力に有機性廃水を酸化分解する。このＭｎＯ２による触媒作用を活性化させるためにカルシウムを添加し、有機物の完全分解時間を短縮させるものである。ところが、文献にも記載されているように、原水で３０ｍｇ／Ｌ程度のＣＯＤを１０ｍｇ／Ｌ程度まで低減させることしかできない。したがって、実操業で排出されるＣＯＤ値が高い廃水を大量に処理できるものではない。
【００１６】
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、実操業で排出される様々な有機物を含む大量の廃水を極めて効率的に処理できる廃水処理装置および方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的を達成するため、本発明の廃水処理装置は、有機物を含む廃水を処理する処理タンクと、
上記処理タンク内の廃水中の有機物をオゾンの作用により酸化させてカルボニル化合物にするオゾン酸化手段と、
上記オゾン酸化手段で得られたカルボニル化合物を金属イオンで沈殿させて分離する固液分離手段と、
上記オゾン酸化手段におけるオゾンの酸化反応を紫外線照射により促進する紫外線照射手段とを備えたことを要旨とする。
【００１８】
上記目的を達成するため、本発明の廃水処理方法は、廃水中の有機物をオゾンの作用により酸化させてカルボニル化合物にするオゾン酸化工程と、
上記オゾン酸化工程で得られたカルボニル化合物を金属イオンで沈殿させて分離する固液分離工程とを備え、
上記オゾン酸化工程におけるオゾンの酸化反応を紫外線照射により促進することを要旨とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明は、廃水中の有機物をオゾンの作用により酸化させてカルボニル化合物にするオゾン酸化と、上記オゾン酸化で得られたカルボニル化合物を金属イオンで沈殿させて固液分離する際、上記オゾン酸化におけるオゾンの酸化反応を紫外線照射により促進する。
このように、有機物を完全分解するのではなく、オゾン酸化によってカルボニル化合物にまで酸化したものを金属イオンによるキレート反応で沈殿させて固液分離を行う。したがって、従来の完全分解する処理に比べ、オゾン消費を大幅に削減することができる。しかも、紫外線照射によってオゾンの酸化反応を促進するので、処理時間を大幅に短縮することができる。したがって、実操業の廃水のように高いＣＯＤ値で大量の工業用廃水でも、短時間で排出限度以下に処理することが可能となるのである。
【００２０】
本発明において、上記紫外線照射手段は、処理タンク内の廃水を循環させる循環路において、筒状の流路を形成する紫外線透過性の二重管構造の内部に紫外線ランプを配置した場合には、
廃液を循環させながら紫外線照射することができ、紫外線によるオゾン酸化反応の促進を極めて効率よく行うことができる。
【００２１】
本発明において、上記固液分離手段は、金属イオン源を粉末もしくはスラリーで廃水に供給する金属イオン供給部と、処理タンク内の廃水を攪拌および／または循環させて沈殿物を生成するキレート反応を促進する反応促進部とを備えて構成されている場合には、
金属イオンを廃液に対して容易に供給するとともにスムーズに拡散させ、液質が均一化されて沈殿物の生成を速やかに行って処理時間の短縮に貢献する。
【００２２】
本発明において、上記オゾン酸化手段は、オゾン発生器と、処理タンク内および／または循環路の廃水とオゾンを接触させるための気液接触部とを備えて構成されている場合には、
オゾン酸化による有機物のカルボニル化合物への酸化反応を、容易かつスムーズに行ない、沈殿物の生成を速やかに行って処理時間の短縮に貢献する。
【００２３】
本発明において、上記固液分離工程は、金属イオン源として酸化カルシウムを使用する場合には、
安価に錯体形成金属イオンを供給するとともにｐＨコントロールもでき、キレート反応を促進して処理効率をさらに向上させることができる。
【００２４】
本発明において、上記紫外線照射を、ある程度の固液分離を進行させた段階で開始する場合には、
ある程度固液分離が進んで廃液中の気泡や固形分による濁りが無い状態で紫外線照射することで、未反応オゾンや有機物の反応がより効果的に行え、照射効率が向上する。
【００２５】
本発明において、紫外線照射は、循環路において固液分離した液体に対して紫外線照射する場合には、
固形分を分離したあとの濁りが少ない廃液に紫外線照射でき、紫外線の照射効率がよくなる。
【００２６】
本発明において、紫外線照射は、供給したオゾンを処理タンクで気液分離した液体に対して紫外線照射する場合には、
気泡による濁りが無い状態で紫外線照射でき、紫外線の照射効率がよくなる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１実施形態の廃水処理装置の全体構成を示す図である。
【図２】紫外線照射手段の具体的構成を示す図である。
【図３】固液分離装置の具体的構成を示す図である。
【図４】上記廃水処理装置の運転状態を説明する図である。
【図５】本発明の第２実施形態の廃水処理装置の全体構成を示す図である。
【図６】実施例の処理結果を示す線図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
つぎに、本発明を実施するための形態を説明する。
【００２９】
図１は、本発明の第１実施形態の廃水処理装置の全体構成を示す概略図である。
【００３０】
この装置は、有機物を含む廃水を処理する処理タンク１と、上記処理タンク１内の廃水中の有機物をオゾンの作用により酸化させてカルボニル化合物にするオゾン酸化を行うためのオゾン供給装置２と、上記オゾン酸化で得られたカルボニル化合物を金属イオンで沈殿させ、それを分離する固液分離装置３と、上記オゾン酸化におけるオゾンの酸化反応を紫外線照射により促進する紫外線照射手段４とを備えている。
【００３１】
上記処理タンク１は、処理すべき廃液を導入する廃液導入路１１、導入された廃液を循環させる循環路１２、処理された処理液を排出する処理液排出路１３が、それぞれ連通している。処理タンク１の下部には、循環路１２と処理液排出路１３に共通して処理タンク１内の液体を導出する導出路１４が接続されている。また廃液導入路１１、循環路１２、処理液排出路１３に共通するとともに導出路１４に連通するよう共通流路１５が設けられている。この共通流路１５には、液を圧送する圧送ポンプ１６が設けられている。上記圧送ポンプ１６は、廃液導入路１１を介して処理タンク１に廃液を導入し、循環路１２により処理中の廃液を循環させ、処理済みの処理液を処理液排出路１３を介して排出する際に駆動される。
【００３２】
上記循環路１２には、オゾン供給装置２、紫外線照射手段４、固液分離装置３が設けられている。
【００３３】
上記オゾン供給装置２は、この例では、オゾン発生器２５と気液混合器２６を備えて構成され、本発明のオゾン酸化手段として機能する。オゾン発生器２５で発生したオゾンを、循環路１２の途中に設けた気液混合器２６に供給し、循環路１２を循環する廃水に対してオゾンを供給するようになっている。
【００３４】
オゾンの供給により廃液中の有機物をカルボニル化合物にまで酸化するオゾン酸化を行う。
【００３５】
上記オゾン発生器２５は、濃縮した酸素ガスを原料とし、石英二重管の間で高電圧をかけて放電させることでオゾンを発生する装置を使用することができる。具体的には、例えば、ＡｉｒＴｒｅｅオゾンテクノロジー株式会社製、型番Ｖ−８０等を使用することができる。オゾン発生器２５に原料として供給する酸素ガスは、後の気液混合の際に、オゾンが高濃度であるほど処理効率が高くなるため、酸素純度の高いもの、すなわち酸素濃度９０％以上のものが望ましい。
【００３６】
気液混合器２６としては、エジェクター、エアターボミキサー等を使用することができる。具体的には、エジェクター（株式会社ＩＢＳ製、型番２８３）等を使用することができる。このような気液混合器２６は、処理効率とコストのバランスにより選定され、処理対象の有機物の含有量が高濃度であれば気泡径が大きくても処理は進むが、低濃度になれば気泡径が小さい方がオゾン使用量に対して効率的に処理ができる。一般に気泡を微細化できる気液混合器ほどコストがかかるため、処理レベルに応じて適宜に機器を選定すればよい。
【００３７】
図２は、紫外線照射手段４の詳細を説明する断面図である。
【００３８】
上記紫外線照射手段４は、処理タンク１内の廃水を循環させる循環路１２において、筒状の流路３０を形成する紫外線透過性の二重管構造の内部に紫外線ランプ３１を配置したものである。
【００３９】
この例では、循環路１２における気液混合器２６の前後に分岐循環路２７が設けられ、気液混合器２６と並設するように紫外線照射手段４が設けられている。
【００４０】
紫外線ランプ３１を紫外線透過性の内筒３２で覆い、外筒３３との間に筒状の流路３０を形成する。筒状の流路３０の前後は蓋３４で覆われている。これにより、紫外線ランプ３１により処理液に対して紫外線を内側から照射する構造となっている。このような紫外線照射手段４としては、例えば流水型殺菌装置（ＤＮライティング社製、型番２００ＵＡ）などが挙げられるが、他には上水道用ＵＶ消毒装置なども用いることができる。
【００４１】
この紫外線照射により、オゾン供給装置２で供給されたオゾンによるオゾン酸化反応を促進し、排水中の有機物のカルボニル化合物への酸化を促進する。
【００４２】
本発明の固液分離手段として、金属イオン源を粉末もしくはスラリーで廃水に供給する金属イオン供給部２１、固液分離装置３、処理タンク１内の廃水を攪拌および／または循環させて沈殿物を生成するキレート反応を促進する反応促進部とを備えて構成されている。
【００４３】
金属イオン供給部２１は処理タンク１に接続されている。金属イオンを廃液に供給することにより、上述したオゾン酸化で得られたカルボニル化合物をキレート反応で沈殿させ、固液分離するようにしている。金属イオン供給部２１は、図示しない供給タンク、供給路２２および供給ポンプ２３を備えて構成されている。
【００４４】
キレート反応に用いられるカチオンはＣａの他にＭｇやＡｌなどがあり、上記金属イオン源としては、廃液に溶解して金属イオンを供給しうるものであれば、各種の物質を適用することができる。特に、Ｃａ、Ｍｇ、Ａｌは、錯体を形成するうえで液への着色が少ないため、紫外線照射処理を行う本実施形態では有効に用いることができる。これらのカチオンの源となる物質としては、例えば、酸化カルシウム、水酸化カルシウム、酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム等をあげることができる。
【００４５】
金属イオン源として特に酸化カルシウムを使用するのが好ましい。酸化カルシウムは、安価であり、かつ水溶液がアルカリ性となるため、好適に用いられる。キレート反応がアルカリ性で効率よく作用するためである。また、供給のし易さと処理液への拡散の観点から、酸化カルシウム等はスラリーで供給するのが好ましい。スラリーは、水道水１Ｌに対して酸化カルシウム等の粉末を１００ｇの割合で投入し、撹伴速度３００ｒｐｍで常時撹伴することで調整することができる。
【００４６】
上記処理タンク１には、排ガスを排出する排ガス路１７、処理中の廃液のｐＨを検知するｐＨ計１８、処理タンク１内の気相のオゾン濃度を検知するオゾン濃度計１９が設けられている。
【００４７】
上記処理タンク１は、酸化カルシウム等の拡散と気液分離の役割を果たし、水流による旋回流で廃液を攪拌するよう設計している。このとき、循環ポンプとしての圧送ポンプ１６による廃液の圧送により、処理タンク１内の廃液を循環して水流を作り、攪拌するようになっている。この攪拌作用を行う廃液の循環構造が、本発明の反応促進部として機能する。
【００４８】
固液分離装置３は、上記循環路１２において、上記オゾン供給装置２および紫外線照射手段４の上流側に設けられている。この固液分離装置３は、金属イオン供給部２１による金属イオンの供給により、オゾン酸化で得られたカルボニル化合物をキレート反応させて得られた沈殿物を液体から分離するものである。
【００４９】
図３は固液分離装置３の具体例である。
【００５０】
図３（Ａ）は、バッグフィルタ３６により沈殿物をろ過して固液分離するものである。バッグフィルタ３６は、反応沈殿物などの固形分を捕捉し、有機固形分の拡散によるオゾン酸化効率の悪化防止と紫外線照射時の縣濁を防止する。ここで用いるフィルタは５μｍ程度のものであって、例えば、ＳＭＣ株式会社製、型番ＦＧＦＳＩＡ−２０−Ｅ００５Ｂを使用することができる。バッグフィルタ３６以外にも、マイクロメッシュフィルタなどを用いても良い。これらのフィルタは、例えば、５系統を並列に組み、ろ過前後の差圧が大きくなってろ過効率が落ちたときに、別系統に切り替えるようにすることもできる。切り替えた後、目詰まりしている系統についてはフィルタを新品に交換する。
【００５１】
図３（Ｂ）は、沈殿槽３７とろ過槽３８を備え、沈殿槽３７に一旦貯留した廃液に凝集剤を投入して沈殿物をフロックとして集める。その上澄みを循環路１２に戻すとともに、集めたフロックはメッシュでろ過してろ液を循環路１２に戻す。
例えば、処理開始後、処理タンク１から適量（具体的には処理液量の１／１０）を沈殿槽３７に移し、沈殿槽３７ヘ凝集剤を適量投入し、攪拌機で１０００ｒｐｍ以上の回転速度にて急速攪拌を数分間（２〜３分間）行い、凝集剤を液中へ拡散させる。つぎに、フロックを成長させるため回転速度を３００ｒｐｍとし、数分間（２〜３分間）攪拌する。攪拌後、適度な時間（今回の規模では１０分間）静置し、フロックを沈降させる。その後、沈殿槽３７の底に溜まったフロックを沈殿槽３７に受けた液量の１／１００の液量とともに２５０μｍのメッシュの金網を張ったろ過槽３８に落とし、フロックと液を固液分離する。固液分離された液はポンプで処理タンク１ヘ戻す。この工程を定期的（具体的には２０分毎）に繰り返し、固液分離を行う。
【００５２】
図３（Ｃ）は、遠心分離槽３９と、ろ過槽３８を備え、遠心分離で分離された液を循環路１２に戻すとともに、集めた沈殿物はろ過材でろ過してろ液を循環路１２に戻す。
【００５３】
処理液排出路１３には、ファイナルフィルタ４１を設け、万一、上流部の固液分離装置３で除去し切れなかった固形分があった場合に、それを捕集するものである。ここで用いるファイナルフィルタ４１としては、例えば、メッシュ開口が１μｍ程度のものであって、例えば、工業用フィルタ（ＳＭＣ株式会社製、型番ＦＧＤＣＡ−０３−Ｂ００１Ｂ）などを用いることができ、他にはマイクロメッシュフィルタなどを用いても良い。
【００５４】
この例では、循環路１２における固液分離装置３の下流に紫外線照射手段４を配置し、紫外線照射を、循環路において固液分離した液体に対して紫外線照射するため、固形分を分離したあとの濁りが少ない廃液に紫外線照射でき、紫外線の照射効率がよくなる。また、紫外線照射手段４をオゾン供給装置２と並列に配置し、オゾン等を処理タンク１で気液分離した液体を循環させる途中で紫外線照射しているので、気泡による濁りが無い状態で紫外線照射でき、紫外線の照射効率がよくなる。
【００５５】
図４は、上述した廃水処理装置を用いて処理方法を行う状態を説明する図である。
【００５６】
図４（Ａ）は、廃液を導入する状態である。圧送ポンプ１６を動作させ、共通流路１５および廃液導入路１１から処理タンク１ヘ廃液を一定量まで注入する。
【００５７】
図４（Ｂ）は、オゾンの供給によるオゾン酸化と、オゾン酸化で得られたカルボニル化合物をキレート反応させて固液分離する状態である。
処理タンク１の廃液は、導出路１４から導出され、共通流路１５、循環路１２を介して再び処理タンク１に戻ることを繰り返して循環する。
このとき、オゾン供給装置２により、循環する廃液にオゾンが供給され、廃液中の有機物がオゾン酸化されてカルボニル化合物になる。
カルボニル化合物をキレート反応させるための金属イオンは、金属イオン供給部２１により酸化カルシウムによって供給される。
キレート反応で生成した金属錯体の沈殿物は、固液分離装置３で固液分離され、液体だけが循環路１２を介して処理タンク１に戻る。
処理タンクでは、気液分離されて未反応のオゾンや酸素ガス等の排ガスが排ガス路１７から排出される。
【００５８】
このとき、ＣａＯスラリーはｐＨのコントロールおよびキレート反応に必要なカチオンを供給するために投入しているが、過度に供給すると固液分離装置３への負担が大きくなるためｐＨ９〜１１程度になるよう投入量を供給ポンプのＯＮ／ＯＦＦ制御で調整するのが好ましい。また、ｐＨのコントロールは、オゾンによる酸化により酸性になる液をキレート反応に有利であるアルカリ性に保つためにＣａＯの投入量で調整していて、固液分離装置３への負担とのバランスからｐＨ１０程度で保持するようにしている。
【００５９】
図４（Ｃ）は、紫外線照射を開始した状態である。
図４（Ｂ）の状態である程度有機物の除去を進めたところで、上述した処理を続けながら、分岐循環路２７を介して紫外線照射手段４に廃液を流し、紫外線を照射する。
【００６０】
図４（Ｄ）は、有機物濃度が排出基準値以下となって廃液処理を終了し、処理液を排出する状態である。処理タンク１内の処理液を、導出路１４、共通流路１５および処理液排出路１３を介して排出する。このとき、処理液がファイナルフィルタ４１を通過することにより、除去しきれなかった固形分が捕集される。
なお、排出基準は放流する際の排出規制や自家で再利用する場合等の状況に応じて決定する。
【００６１】
図５は、本発明の第２実施形態の廃水処理装置を示す。
【００６２】
この例は、基本的には第１実施形態と同様であるが、オゾン供給装置２の構成を少し変更したものである。オゾン発生器２５で発生したオゾンは、循環路１２に設けた加圧溶解装置４３により廃液中に加圧溶解し、オゾンが加圧溶解された廃液を処理タンク１に戻す際に、旋回ノズル４５により、マイクロナノバブルを発生させながら旋回流を起こすようになっている。それに加え、オゾン発生器２５で発生したオゾンを、オゾン供給路４６を介してバブリング器４４により処理タンク１内にバブリングさせて供給するようになっている。この実施形態でも、上記第１実施形態と同様の作用効果を奏する。
【００６３】
以上のように、本技術は、有機物をオゾンで酸化し、カルボニル化合物まで酸化させたものを、金属カチオンでキレート錯体として析出させ、処理タンクで気液分離し、固形分はフィルタで濾し取り、ろ液に紫外線照射（ＯＨラジカルによる反応の促進と光分解による有機物の分解効果）する。このように、廃水中の有機物除去のためにオゾン酸化、キレート反応、紫外線処理を効果的に組み合わせた装置であり、処理時間の短縮およびオゾン使用量の削減に効果のあるものとなっている。
【実施例】
【００６４】
実施例として電子部品洗浄廃水を処理した。金属イオン源として酸化カルシウムを使用し、上述した装置により上述した手順で処理を行った。
〔処理条件〕
処理液量 １６０Ｌ
気液混合器 コアキシャルミキサ
循環液量 ８０Ｌ／ｍｉｎ
酸素−オゾン混合ガス量：１５Ｌ／ｍｉｎ
オゾンガス濃度 ８０ｇ／Ｎｍ３
【００６５】
図６および表１は、上記処理における処理時間に応じてＣＯＤが低下する状態を示す。
【００６６】
【表１】
【００６７】
この例では、洗浄の際に純水などで薄められた洗浄剤に含まれる有機物が処理対象となる。排出される廃水のＣＯＤは１７１６ｍｇ／Ｌであり、前述の処理工程にて処理を実施したところ、処理開始後、４時間までのＣＯＤが高い状況では、酸化された有機物とキレート反応の核になるＣａイオンが効率的に反応し、ＣＯＤが急激に低下する。以後、有機物が無くなるまで緩やかにキレート反応による有機物除去が進行する。ろ過回収した沈殿物のＣ濃度を測定したところ、原液のＴＯＣ相当のＣ量が含まれていたことから、有機物はキレート反応により固液分離できているものと見られる。（但し、例に挙げた処理液の沈殿物の分析ではなく、別の日に処理したときのマテリアルバランスであり、その際の処理は、処理が途中になっているので具体例には挙げにくい）
【００６８】
なお、ＣＯＤ分析は、ＴＯＡ ＤＫＫ社製簡易式ＣＯＤ計ＣＯＤ−６０Ａを使用した。この分析計は、電量滴定方式で、試薬１に存在するＦｅ（iii）を定電流電解によりＦｅ（ii）に還元し、生成したＦｅ（ii）と試薬２の過マンガン酸カリウムが反応する。最終的に残存している過マンガン酸カリウムが完全にＦｅ（ii）と反応し終わった時点を滴定終点として求め、それまでに要した電気量から濃度計算している。
【００６９】
以上のように、本実施形態では、つぎの効果が得られた。
・キレート反応を利用することにより、完全分解に比べて処理時間の短縮とオゾン消費量の削減が図れた。
・酸化カルシウムのスラリーを使用することで、安価に錯体形成金属イオンの供給とｐＨコントロールができる。
・気液分離、固液分離後に紫外線照射することで照射効率が良くなった。
・循環ポンプにより水流を作ることで液質が均一化され、効率よく反応が進んだ。
【００７０】
総合的には、ＣＯＤ １７１６ｍｇ／Ｌ程度の廃水も、１２時間で１０ｍｇ／Ｌ以下に抑える事が可能となり、さらに２２時間で１ｍｇ／Ｌ以下を達成することができ、実際の工業的プロセスや工場廃水にあるような、高いＣＯＤ値や大量の工業用廃水でも、比較的短時間で処理することが可能となった。
【符号の説明】
【００７１】
１：処理タンク
２：オゾン供給装置
３：固液分離装置
４：紫外線照射手段
１１：廃液導入路
１２：循環路
１３：処理液排出路
１４：導出路
１５：共通流路
１６：圧送ポンプ
１７：排ガス路
１８：ｐＨ計
１９：オゾン濃度計
２１：金属イオン供給部
２２：供給路
２３：供給ポンプ
２５：オゾン発生器
２６：気液混合器
２７：分岐循環路
３０：筒状の流路
３１：紫外線ランプ
３２：内筒
３３：外筒
３４：蓋
３６：バッグフィルタ
３７：沈殿槽
３８：ろ過槽
３９：遠心分離槽
４１：ファイナルフィルタ
４３：加圧溶解装置
４４：バブリング器
４５：旋回ノズル
４６：オゾン供給路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機物を含む廃水を処理する処理タンクと、
上記処理タンク内の廃水中の有機物をオゾンの作用により酸化させてカルボニル化合物にするオゾン酸化手段と、
上記オゾン酸化手段で得られたカルボニル化合物を金属イオンで沈殿させて分離する固液分離手段と、
上記オゾン酸化手段におけるオゾンの酸化反応を紫外線照射により促進する紫外線照射手段とを備えたことを特徴とする廃水処理装置。
【請求項２】
上記紫外線照射手段は、処理タンク内の廃水を循環させる循環路において、筒状の流路を形成する紫外線透過性の二重管構造の内部に紫外線ランプを配置した請求項１記載の廃水処理装置。
【請求項３】
上記固液分離手段は、金属イオン源を粉末もしくはスラリーで廃水に供給する金属イオン供給部と、処理タンク内の廃水を攪拌および／または循環させて沈殿物を生成するキレート反応を促進する反応促進部とを備えて構成されている請求項１または２記載の廃水処理装置。
【請求項４】
上記オゾン酸化手段は、オゾン発生器と、処理タンク内および／または循環路の廃水とオゾンを接触させるための気液接触部とを備えて構成されている請求項１〜３のいずれか一項に記載の廃水処理装置。
【請求項５】
紫外線照射手段は、循環路において固液分離した液体に対して紫外線照射する請求項２〜５のいずれか一項に記載の廃水処理装置。
【請求項６】
紫外線照射手段は、供給したオゾンを処理タンクで気液分離した液体に対して紫外線照射する請求項１〜６のいずれか一項に記載の廃水処理装置。
【請求項７】
廃水中の有機物をオゾンの作用により酸化させてカルボニル化合物にするオゾン酸化工程と、
上記オゾン酸化工程で得られたカルボニル化合物を金属イオンで沈殿させて分離する固液分離工程とを備え、
上記オゾン酸化工程におけるオゾンの酸化反応を紫外線照射により促進することを特徴とする廃水処理方法。
【請求項８】
上記固液分離工程は、金属イオン源として酸化カルシウムを使用する請求項７記載の廃水処理方法。
【請求項９】
上記紫外線照射を、ある程度の固液分離を進行させた段階で開始する請求項７または８記載の廃水処理方法。
【請求項１０】
紫外線照射は、循環路において固液分離した液体に対して紫外線照射する請求項２〜５のいずれか一項に記載の廃水処理方法。
【請求項１１】
紫外線照射は、供給したオゾンを処理タンクで気液分離した液体に対して紫外線照射する請求項１〜６のいずれか一項に記載の廃水処理方法。
【請求項１】
有機物を含む廃水を処理する処理タンクと、
上記処理タンク内の廃水中の有機物をオゾンの作用により酸化させてカルボニル化合物にするオゾン酸化手段と、
上記オゾン酸化手段で得られたカルボニル化合物を金属イオンで沈殿させて分離する固液分離手段と、
上記オゾン酸化手段におけるオゾンの酸化反応を紫外線照射により促進する紫外線照射手段とを備えたことを特徴とする廃水処理装置。
【請求項２】
上記紫外線照射手段は、処理タンク内の廃水を循環させる循環路において、筒状の流路を形成する紫外線透過性の二重管構造の内部に紫外線ランプを配置した請求項１記載の廃水処理装置。
【請求項３】
上記固液分離手段は、金属イオン源を粉末もしくはスラリーで廃水に供給する金属イオン供給部と、処理タンク内の廃水を攪拌および／または循環させて沈殿物を生成するキレート反応を促進する反応促進部とを備えて構成されている請求項１または２記載の廃水処理装置。
【請求項４】
上記オゾン酸化手段は、オゾン発生器と、処理タンク内および／または循環路の廃水とオゾンを接触させるための気液接触部とを備えて構成されている請求項１〜３のいずれか一項に記載の廃水処理装置。
【請求項５】
紫外線照射手段は、循環路において固液分離した液体に対して紫外線照射する請求項２〜５のいずれか一項に記載の廃水処理装置。
【請求項６】
紫外線照射手段は、供給したオゾンを処理タンクで気液分離した液体に対して紫外線照射する請求項１〜６のいずれか一項に記載の廃水処理装置。
【請求項７】
廃水中の有機物をオゾンの作用により酸化させてカルボニル化合物にするオゾン酸化工程と、
上記オゾン酸化工程で得られたカルボニル化合物を金属イオンで沈殿させて分離する固液分離工程とを備え、
上記オゾン酸化工程におけるオゾンの酸化反応を紫外線照射により促進することを特徴とする廃水処理方法。
【請求項８】
上記固液分離工程は、金属イオン源として酸化カルシウムを使用する請求項７記載の廃水処理方法。
【請求項９】
上記紫外線照射を、ある程度の固液分離を進行させた段階で開始する請求項７または８記載の廃水処理方法。
【請求項１０】
紫外線照射は、循環路において固液分離した液体に対して紫外線照射する請求項２〜５のいずれか一項に記載の廃水処理方法。
【請求項１１】
紫外線照射は、供給したオゾンを処理タンクで気液分離した液体に対して紫外線照射する請求項１〜６のいずれか一項に記載の廃水処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１７９５３８（Ｐ２０１２−１７９５３８Ａ）
【公開日】平成２４年９月２０日（２０１２．９．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４３４９４（Ｐ２０１１−４３４９４）
【出願日】平成２３年３月１日（２０１１．３．１）
【出願人】（０００１２６１１５）エア・ウォーター株式会社 (254)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月２０日（２０１２．９．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１日（２０１１．３．１）
【出願人】（０００１２６１１５）エア・ウォーター株式会社 (254)
【Ｆターム（参考）】
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