被処理水の処理方法及び処理装置
【課題】より低コスト・低エネルギー・省資源で被処理水中に含まれる有機化合物を促進分解処理することが出来るとともに、作業が安全で、環境負荷を低減した処理方法及び処理装置を提供することを目的としている。
【解決手段】有機化合物が含まれるpHが9未満の被処理水を反応槽A1内に貯めるとともに、この反応槽A1内の被処理水に鉄粉供給装置A2を用いて還元鉄粉を供給し、撹拌装置によって還元鉄粉を分散させるとともに、空気を被処理水にバブリングして、被処理水中でヒドロキシラジカルを発生させて被処理水に溶存している有機化合物を促進酸化して分解理するようにした。
【解決手段】有機化合物が含まれるpHが9未満の被処理水を反応槽A1内に貯めるとともに、この反応槽A1内の被処理水に鉄粉供給装置A2を用いて還元鉄粉を供給し、撹拌装置によって還元鉄粉を分散させるとともに、空気を被処理水にバブリングして、被処理水中でヒドロキシラジカルを発生させて被処理水に溶存している有機化合物を促進酸化して分解理するようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、廃水などの被処理水中に含まれる有機化合物を促進酸化分解処理する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来から、例えば地下水汚染の浄化に 酸化力の強いフェントン反応が利用されている。
すなわち、フェントン反応は、強酸環境下で過酸化水素に第1鉄イオンを作用させてヒドロキシラジカルを発生させ、このヒドロキシラジカルによって有機化合物を促進酸化分解するもので、酸化力が強く、従来の生物処理では分解が困難な難生分解性有機化合物の処理への応用が特長である。
また、このフェントン反応を用いた染色排水の高度脱色処理や、塗装業界での廃水処理など、水処理応用実施例は少ないものの存在した。さらに、製紙排水でインク等の難生分解性有機化合物を含む廃水の処理方法として、従来の反応槽に廃水を貯留して促進酸化する方式に替わって、廃水の連続通水を可能とするフェントン反応処理技術も存在する(特許文献1)。
また、過酸化水素を含み、酸を添加するなどして酸性に保持された被処理水中に上記第1鉄イオンの供給源として鉄粉を供給する方法が提案されている(特許文献2〜5)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特許第4173706号公報
【特許文献2】特開2006‐239507号公報
【特許文献3】特開平3‐101893号公報
【特許文献4】特開2001‐286876号公報
【特許文献5】特開2003‐300083号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、上記先に提案された鉄粉を用いる方法においては、酸化剤としての過酸化水素添加が不可欠であり、処理コストの低減が不十分である。しかも、過酸化水素は、酸化力が強いため、作業中に直接触れると危険であるとともに、余剰の過酸化水素が河川に流出した場合、生物にも影響を与えるという問題がある。また、先に提案されたいずれの方法においても、反応を強酸環境下で行うことが必要とされ、例えば、被処理水がアルカリ性であれば硫酸・塩酸等を加えて強酸環境に整えて促進酸化分解工程を進めた後、再度pH調整をして中性に戻し排水する手間が存在した。
【0005】
本発明は、上記事情に鑑みて、より低コスト・低エネルギー・省資源で被処理水中に含まれる有機化合物を促進酸化分解処理することが出来るとともに、作業が安全で、環境負荷を低減した処理方法及び処理装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記目的を達成するために、本発明にかかる被処理水の処理方法(以下、「本発明の処理方法」と記す)は、還元鉄粉が混合され、かつ、pHが9未満である有機化合物を含む被処理水中に酸素を供給し、被処理水中でヒドロキシラジカルを発生させて被処理水に溶存している有機化合物を促進酸化分解することを特徴としている。
【0007】
本発明の処理方法において、被処理水のpHは9未満に限定されるが、その理由は、被処理水のアルカリ性が強くなると、酸化皮膜の形成により還元鉄粉表面からの第一鉄イオンの溶出が極端に減り、促進酸化分解が進まないためである。
なお、被処理水のpHは、9未満であればよく、酸性でも処理は可能であるが、有機化合物の分解速度が遅くなるため、pH6以上9未満の中性域が好ましく、pH7〜8.5がより好ましい。
【0008】
したがって、被処理水のpHがアルカリ性である場合は、被処理水のpH調整を予め行う必要がある。
なお、被処理水のpHが酸性であれば、酸素供給開始後、酸性のバッファーを加えなければ、第一鉄イオンの溶出により、被処理水のpHが中性域に移行してゆき、その後pHが中性域に保持されるので、特にpH調整をしなくてもよいが、あまり酸性が強いと、中性域になるまでに時間がかかるため、pH3未満の酸性域であれば、予めpH調整しておくことが好ましい。
【0009】
上記還元鉄粉としては、特に限定されないが、その粒径が500μm以下のものを用いることが好ましく、特に40μm以下の粒子を存在させることが好ましい。すなわち、還元鉄粉の粒径が大きすぎると、撹拌機などで強く撹拌しないと、還元鉄粉がすぐに沈降してしまい、反応が進みつらくなるおそれがある。一方、撹拌機で強い撹拌を行わせようとした場合、大容量の撹拌機が必要になり、設備コストやエネルギーコストが大きくなるおそれがある。したがって、還元鉄粉の粒径を小さくして沈降せず長時間浮遊させるようにすることが好ましい。
【0010】
還元鉄粉の添加量は、特に限定されないが、被処理水中に0.1〜10[g/L]含まれていることが好ましい。
また、本発明で用いられる還元鉄粉は、特に限定されないが、例えば、ミルスケール還元鉄粉法、鉱石還元鉄粉法で製造されたものが挙げられる。
【0011】
被処理水中に供給される酸素の量は、特に限定されないが、0.2〜2 [L/min・L-被処理水]となるようにすることが好ましい。
また、被処理水中への酸素の供給方法は、特に限定されないが、反応速度を考慮すると、できるだけ細かい気泡にしてバブリングすることが好ましい。
【0012】
本発明の処理方法において、酸素は、純水な酸素のみを供給しても構わないし、空気などの酸素を含む混合気体の形で供給しても構わない。また、例えば、揮発性有機化合物(VOC)と酸素とを含む排ガスを、被処理水中に吹き込み、揮発性有機化合物を被処理水中に溶解させて被処理水中の有機化合物と同時に分解処理するようにしてもよい。
【発明の効果】
【0013】
本発明の処理方法は、以上のように、還元鉄粉が混合され、かつ、pHが9未満である有機化合物を含む被処理水中に酸素を供給し、被処理水中でヒドロキシラジカルを発生させて被処理水に溶存している有機化合物を促進酸化分解するようにした。すなわち、過酸化水素非添加状態で、かつ、pH9未満で有機化合物を促進酸化分解処理するようにした。したがって、過酸化水素を使用することがないので、処理コストを低減できるとともに、作業が安全で、環境負荷を低減することができる。また、pH9未満で処理されるので、還元鉄粉からの第一鉄イオンの溶出を少なく抑えることができ、結果としてスラッジの発生を少なく抑えることができる。しかも、処理済み水も中性域に保たれているので、水酸化鉄等のスラッジ吸着の中和再調整が不要となる。また、還元鉄粉の添加により、被処理水中の金属イオンが還元鉄粉に吸着され無機物の同時処理が進む。そして、既存設備更新にあたっては、従来のpH中和設備など殆どの付帯設備が利用でき、設置コストを抑える事が可能である。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】本発明の処理方法に用いる処理装置の1例を模式的に説明する図である。
【図2】実施例1で測定したオレンジIIの濃度の経時変化、及びTOC(全有機炭素量)の経時変化をあらわすグラフである。
【図3】実施例1で測定した鉄イオン濃度(Fe2++Fe3+)の経時変化、及びpHの経時変化をあらわすグラフである。
【図4】実施例2で測定したオレンジIIの濃度の経時変化、及びTOC(全有機炭素量)の経時変化をあらわすグラフである。
【図5】実施例2で測定した鉄イオン濃度(Fe2++Fe3+)の経時変化、及びpHの経時変化をあらわすグラフである。
【図6】実施例3で測定したオレンジIIの濃度の経時変化、及びTOC(全有機炭素量)の経時変化をあらわすグラフである。
【図7】実施例3で測定した鉄イオン濃度(Fe2++Fe3+)の経時変化、及びpHの経時変化をあらわすグラフである。
【図8】実施例4で測定したオレンジIIの濃度の経時変化、及びTOC(全有機炭素量)の経時変化をあらわすグラフである。
【図9】実施例4で測定した鉄イオン濃度(Fe2++Fe3+)の経時変化、及びpHの経時変化をあらわすグラフである。
【図10】比較例1で測定したオレンジIIの濃度の経時変化、及びTOC(全有機炭素量)の経時変化をあらわすグラフである。
【図11】比較例1で測定した鉄イオン濃度(Fe2++Fe3+)の経時変化、及びpHの経時変化をあらわすグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下に、本発明を、その実施の形態をあらわす図面を参照しつつ詳しく説明する。
図1は、本発明の処理方法を実施する処理装置の1例を模式的にあらわしている。
【0016】
図1に示すように、この処理装置Aは、反応槽A1と、鉄粉供給装置A2と、沈殿分離槽A3とを備えている。
反応槽A1は、図示していないが、反応槽A1内の被処理水に反応槽A1の底に配置された散気部から空気を細かい泡状にしてバブリングし、反応槽A1内の被処理水中に空気中の酸素を供給する酸素供給装置及び反応槽A1内の被処理水を撹拌する撹拌装置を備えていて、有機化合物を含み必要に応じてpH中和調整を行ったpHが9未満の被処理水(以下、「1次処理水」と記す)を一旦貯めるようになっているとともに、この反応槽A1内で有機化合物が分解処理された処理水(以下、「2次処理水」と記す)を、沈殿分離槽A3に送ることができるようになっている。
【0017】
鉄粉供給装置A2は、反応槽A1内に所定量の被処理水が貯まった状態で、スクリューコンベア等を用いて粒径が500μm以下の還元鉄粉を反応槽A1内に供給するようになっている。
沈殿分離槽A3は、反応槽A1での処理によって得られた2次処理水が反応槽A1から投入されるとともに、凝集剤が添加されて2次処理水中の懸濁成分が凝集沈殿されるようになっている。
【0018】
つぎに、上記処理装置Aを用いた本発明の処理方法について詳しく説明する。
まず、反応槽A1に所定量の有機化合物を含み必要に応じてpH中和調整を行った、pHが9未満の1次処理水を貯めるとともに、撹拌装置及びバブリング装置を稼動させて1次処理水を撹拌するとともに、1次処理水中に空気を細かい泡状態で供給する。
【0019】
また、反応槽A1に供給される1次処理水は、あらかじめ中性域のpH9未満に調整されず、反応槽A1内でpH9未満に調整されても構わないし、例えば、前工程で生物処理しておいても構わない。また、1次処理水がpH9未満であれば、酸性を保つようにバッファーなどのpH調整剤を加えて酸性を維持しようとしない限り、被処理水が反応槽A1への供給時に酸性であっても、還元鉄粉から溶出する第一鉄イオンの作用によってpHが中性域に移行し、そのまま、あるいは少しのアルカリの添加で、ほぼpH8付近に保持される。
【0020】
つぎに、鉄粉供給装置A2から鉄粉を反応槽A1内に供給するとともに、1次処理水に空気をバブリングしながら撹拌装置で1次処理水を撹拌する。
バブリング及び撹拌を、予め設定された時間(1次処理水中に含まれる有機物の濃度や種類に応じて経験的に求められた時間)続けて、1次処理水中に含まれる有機物を分解処理したのち、得られた2次処理水を沈殿分離槽A3に移し、凝集剤を添加して懸濁成分を凝集させて沈殿分離する。
【0021】
上記の有機物の処理方法は、1次処理水に還元鉄粉を添加するとともに、1次処理水をバブリングするだけであるので、すなわち、有機化合物の分解処理に一般のフェントン反応と異なり過酸化水素を全く添加していないので、1次処理水の処理コストが低減できるとともに、安全で環境負荷を低減することができる。しかも、中性域で行うことによって第一鉄イオンの溶出を極力抑えることができ、スラッジ発生量を低減できる。また、還元鉄粉として粒径40μm以下のものを含むと、反応槽A1の底から酸素を細かい泡にして供給したので、反応槽A1に供給された微小粒径の還元鉄粉がすぐに沈降することなく、被処理水中にうまく分散された状態で浮遊する。したがって、還元鉄粉の各粒子の周面が殆ど被処理水に接触した状態となり、より効率よく促進酸化反応が進行する。また、撹拌機による被処理水の撹拌もそれほど大きな撹拌力を加える必要がない。
【0022】
また、被処理水のpHが中性域であれば、処理済み水も中性域に保たれているので、水酸化鉄等のスラッジ吸着の中和再調整が不要となる。
さらに、還元鉄粉は多孔質になっているので、被処理水中の金属イオンを吸着することができる。したがって、上記有機化合物の分解処理だけでなく、無機物の同時処理をおこなうことができる。
また、この処理方法によれば、従来の水処理装置の、pH中和設備など殆どの付帯設備が利用でき、従来の水処理装置を少し改造するだけで本発明の処理装置を得ることができ、設置コストを抑えることが可能である。
【0023】
本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではない。例えば、上記の実施の形態では、1次処理水と還元鉄粉を別々に反応槽に投入するようにしていたが、被処理水にあらかじめ還元鉄粉を混ぜたのちに、反応槽に供給されるようにしてもよい。
【0024】
以下に、本発明の具体的な実施例を比較例とともに説明する。
【0025】
(実施例1)
反応槽として直径7cmの円筒形をした耐熱ガラス製の気泡塔を作製し、有機化合物としてのオレンジII(アゾ色素)が60mg/リットル含まれた2リットルの被処理水を、気泡塔に貯めるとともに、粒径500μm以下の還元鉄粉を含む還元鉄粉試薬1g/リットルの割合で、被処理水に投入した。そして、気泡塔の底から空気を4リットル/分の割合で気泡塔内の処理水中にバブリングするとともに、撹拌しながら処理を行い、処理水中のオレンジIIの濃度の経時変化、TOC(全有機炭素量)の経時変化、鉄イオン濃度(Fe2+、Fe3+)、pHの経時変化を調べ、その結果を図2・図3に示した。
なお、オレンジIIの濃度は、分光光度法を用いて測定した。TOCは、燃焼酸化触媒方式のTOC計を用いて測定した。鉄イオン濃度は、1,10−フェナントロリン法を用いて測定した。
図2から、処理開始(反応開始)から60分で、オレンジIIがほぼ分解されるとともに、TOCが75%減少していることがよくわかる。また、図3から、pHが中性域にほぼ安定していることがよくわかる。
【0026】
(実施例2)
処理水のオレンジII濃度を600mg/リットルとするとともに、処理水に投入する鉄粉量を10g/リットルとした以外は、実施例1と同様にして処理水中のオレンジIIの濃度の経時変化、TOC(全有機炭素量)の経時変化、鉄イオン濃度(Fe2++Fe3+)、pHの経時変化を調べ、その結果を図4・図5に示した。
図4から、処理開始(反応開始)から60分で、オレンジIIがほぼ分解されるとともに、TOCが85%減少していることがよくわかる。
【0027】
(実施例3)
バッファーとしてのリン酸を加え、pHを3付近に保つようにした以外は、上記実施例1と同様にして処理水中のオレンジIIの濃度の経時変化、TOC(全有機炭素量)の経時変化、鉄イオン濃度(Fe2++Fe3+)、pHの経時変化を調べ、その結果を図6・図7に示した。
図6から、被処理水が酸性になっていると、オレンジIIの分解はある程度進むものの、TOC(全有機炭素量)は急激には減少せず、分解速度が遅いことがわかる。
【0028】
(実施例4)
被処理水の初期pHを3として、その後はバッファーを加えずに処理した以外は、上記比較例1と同様にして処理水中のオレンジIIの濃度の経時変化、TOC(全有機炭素量)の経時変化、鉄イオン濃度(Fe2++Fe3+)、pHの経時変化を調べ、その結果を図8・図9に示した。
図8から、リン酸などのバッファーを加えない限り、バブリングをはじめると、ほぼ鉄がイオン化(溶出)しプロトンが還元されることによってpHが中性に近づき、それに伴い有機物の分解速度が増すことがわかる。
【0029】
(比較例1)
空気のバブリングに代えて、窒素をバブリングさせた以外は、上記比較例1と同様にして処理水中のオレンジIIの濃度の経時変化、TOC(全有機炭素量)の経時変化、鉄イオン濃度(Fe2++Fe3+)、pHの経時変化を調べ、その結果を図10・図11に示した。
図10から、窒素のバブリングにより脱気した場合、つまり、溶存酸素がないと、有機化合物の分解が殆ど進まないことがよくわかる。すなわち、本発明の処理方法は、酸素が被処理水中に供給されることによって、被処理水中の溶存酸素量が増加し、過酸化水素を添加しなくても、この溶存酸素の還元作用で過酸化水素が生成した結果、フェントン反応により、被処理水中で有機化合物を分解するものと考えられる。
【符号の説明】
【0030】
A 処理装置
A1 反応槽
A2 鉄粉供給装置
A3 沈殿分離槽
【技術分野】
【0001】
本発明は、廃水などの被処理水中に含まれる有機化合物を促進酸化分解処理する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来から、例えば地下水汚染の浄化に 酸化力の強いフェントン反応が利用されている。
すなわち、フェントン反応は、強酸環境下で過酸化水素に第1鉄イオンを作用させてヒドロキシラジカルを発生させ、このヒドロキシラジカルによって有機化合物を促進酸化分解するもので、酸化力が強く、従来の生物処理では分解が困難な難生分解性有機化合物の処理への応用が特長である。
また、このフェントン反応を用いた染色排水の高度脱色処理や、塗装業界での廃水処理など、水処理応用実施例は少ないものの存在した。さらに、製紙排水でインク等の難生分解性有機化合物を含む廃水の処理方法として、従来の反応槽に廃水を貯留して促進酸化する方式に替わって、廃水の連続通水を可能とするフェントン反応処理技術も存在する(特許文献1)。
また、過酸化水素を含み、酸を添加するなどして酸性に保持された被処理水中に上記第1鉄イオンの供給源として鉄粉を供給する方法が提案されている(特許文献2〜5)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特許第4173706号公報
【特許文献2】特開2006‐239507号公報
【特許文献3】特開平3‐101893号公報
【特許文献4】特開2001‐286876号公報
【特許文献5】特開2003‐300083号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、上記先に提案された鉄粉を用いる方法においては、酸化剤としての過酸化水素添加が不可欠であり、処理コストの低減が不十分である。しかも、過酸化水素は、酸化力が強いため、作業中に直接触れると危険であるとともに、余剰の過酸化水素が河川に流出した場合、生物にも影響を与えるという問題がある。また、先に提案されたいずれの方法においても、反応を強酸環境下で行うことが必要とされ、例えば、被処理水がアルカリ性であれば硫酸・塩酸等を加えて強酸環境に整えて促進酸化分解工程を進めた後、再度pH調整をして中性に戻し排水する手間が存在した。
【0005】
本発明は、上記事情に鑑みて、より低コスト・低エネルギー・省資源で被処理水中に含まれる有機化合物を促進酸化分解処理することが出来るとともに、作業が安全で、環境負荷を低減した処理方法及び処理装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記目的を達成するために、本発明にかかる被処理水の処理方法(以下、「本発明の処理方法」と記す)は、還元鉄粉が混合され、かつ、pHが9未満である有機化合物を含む被処理水中に酸素を供給し、被処理水中でヒドロキシラジカルを発生させて被処理水に溶存している有機化合物を促進酸化分解することを特徴としている。
【0007】
本発明の処理方法において、被処理水のpHは9未満に限定されるが、その理由は、被処理水のアルカリ性が強くなると、酸化皮膜の形成により還元鉄粉表面からの第一鉄イオンの溶出が極端に減り、促進酸化分解が進まないためである。
なお、被処理水のpHは、9未満であればよく、酸性でも処理は可能であるが、有機化合物の分解速度が遅くなるため、pH6以上9未満の中性域が好ましく、pH7〜8.5がより好ましい。
【0008】
したがって、被処理水のpHがアルカリ性である場合は、被処理水のpH調整を予め行う必要がある。
なお、被処理水のpHが酸性であれば、酸素供給開始後、酸性のバッファーを加えなければ、第一鉄イオンの溶出により、被処理水のpHが中性域に移行してゆき、その後pHが中性域に保持されるので、特にpH調整をしなくてもよいが、あまり酸性が強いと、中性域になるまでに時間がかかるため、pH3未満の酸性域であれば、予めpH調整しておくことが好ましい。
【0009】
上記還元鉄粉としては、特に限定されないが、その粒径が500μm以下のものを用いることが好ましく、特に40μm以下の粒子を存在させることが好ましい。すなわち、還元鉄粉の粒径が大きすぎると、撹拌機などで強く撹拌しないと、還元鉄粉がすぐに沈降してしまい、反応が進みつらくなるおそれがある。一方、撹拌機で強い撹拌を行わせようとした場合、大容量の撹拌機が必要になり、設備コストやエネルギーコストが大きくなるおそれがある。したがって、還元鉄粉の粒径を小さくして沈降せず長時間浮遊させるようにすることが好ましい。
【0010】
還元鉄粉の添加量は、特に限定されないが、被処理水中に0.1〜10[g/L]含まれていることが好ましい。
また、本発明で用いられる還元鉄粉は、特に限定されないが、例えば、ミルスケール還元鉄粉法、鉱石還元鉄粉法で製造されたものが挙げられる。
【0011】
被処理水中に供給される酸素の量は、特に限定されないが、0.2〜2 [L/min・L-被処理水]となるようにすることが好ましい。
また、被処理水中への酸素の供給方法は、特に限定されないが、反応速度を考慮すると、できるだけ細かい気泡にしてバブリングすることが好ましい。
【0012】
本発明の処理方法において、酸素は、純水な酸素のみを供給しても構わないし、空気などの酸素を含む混合気体の形で供給しても構わない。また、例えば、揮発性有機化合物(VOC)と酸素とを含む排ガスを、被処理水中に吹き込み、揮発性有機化合物を被処理水中に溶解させて被処理水中の有機化合物と同時に分解処理するようにしてもよい。
【発明の効果】
【0013】
本発明の処理方法は、以上のように、還元鉄粉が混合され、かつ、pHが9未満である有機化合物を含む被処理水中に酸素を供給し、被処理水中でヒドロキシラジカルを発生させて被処理水に溶存している有機化合物を促進酸化分解するようにした。すなわち、過酸化水素非添加状態で、かつ、pH9未満で有機化合物を促進酸化分解処理するようにした。したがって、過酸化水素を使用することがないので、処理コストを低減できるとともに、作業が安全で、環境負荷を低減することができる。また、pH9未満で処理されるので、還元鉄粉からの第一鉄イオンの溶出を少なく抑えることができ、結果としてスラッジの発生を少なく抑えることができる。しかも、処理済み水も中性域に保たれているので、水酸化鉄等のスラッジ吸着の中和再調整が不要となる。また、還元鉄粉の添加により、被処理水中の金属イオンが還元鉄粉に吸着され無機物の同時処理が進む。そして、既存設備更新にあたっては、従来のpH中和設備など殆どの付帯設備が利用でき、設置コストを抑える事が可能である。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】本発明の処理方法に用いる処理装置の1例を模式的に説明する図である。
【図2】実施例1で測定したオレンジIIの濃度の経時変化、及びTOC(全有機炭素量)の経時変化をあらわすグラフである。
【図3】実施例1で測定した鉄イオン濃度(Fe2++Fe3+)の経時変化、及びpHの経時変化をあらわすグラフである。
【図4】実施例2で測定したオレンジIIの濃度の経時変化、及びTOC(全有機炭素量)の経時変化をあらわすグラフである。
【図5】実施例2で測定した鉄イオン濃度(Fe2++Fe3+)の経時変化、及びpHの経時変化をあらわすグラフである。
【図6】実施例3で測定したオレンジIIの濃度の経時変化、及びTOC(全有機炭素量)の経時変化をあらわすグラフである。
【図7】実施例3で測定した鉄イオン濃度(Fe2++Fe3+)の経時変化、及びpHの経時変化をあらわすグラフである。
【図8】実施例4で測定したオレンジIIの濃度の経時変化、及びTOC(全有機炭素量)の経時変化をあらわすグラフである。
【図9】実施例4で測定した鉄イオン濃度(Fe2++Fe3+)の経時変化、及びpHの経時変化をあらわすグラフである。
【図10】比較例1で測定したオレンジIIの濃度の経時変化、及びTOC(全有機炭素量)の経時変化をあらわすグラフである。
【図11】比較例1で測定した鉄イオン濃度(Fe2++Fe3+)の経時変化、及びpHの経時変化をあらわすグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下に、本発明を、その実施の形態をあらわす図面を参照しつつ詳しく説明する。
図1は、本発明の処理方法を実施する処理装置の1例を模式的にあらわしている。
【0016】
図1に示すように、この処理装置Aは、反応槽A1と、鉄粉供給装置A2と、沈殿分離槽A3とを備えている。
反応槽A1は、図示していないが、反応槽A1内の被処理水に反応槽A1の底に配置された散気部から空気を細かい泡状にしてバブリングし、反応槽A1内の被処理水中に空気中の酸素を供給する酸素供給装置及び反応槽A1内の被処理水を撹拌する撹拌装置を備えていて、有機化合物を含み必要に応じてpH中和調整を行ったpHが9未満の被処理水(以下、「1次処理水」と記す)を一旦貯めるようになっているとともに、この反応槽A1内で有機化合物が分解処理された処理水(以下、「2次処理水」と記す)を、沈殿分離槽A3に送ることができるようになっている。
【0017】
鉄粉供給装置A2は、反応槽A1内に所定量の被処理水が貯まった状態で、スクリューコンベア等を用いて粒径が500μm以下の還元鉄粉を反応槽A1内に供給するようになっている。
沈殿分離槽A3は、反応槽A1での処理によって得られた2次処理水が反応槽A1から投入されるとともに、凝集剤が添加されて2次処理水中の懸濁成分が凝集沈殿されるようになっている。
【0018】
つぎに、上記処理装置Aを用いた本発明の処理方法について詳しく説明する。
まず、反応槽A1に所定量の有機化合物を含み必要に応じてpH中和調整を行った、pHが9未満の1次処理水を貯めるとともに、撹拌装置及びバブリング装置を稼動させて1次処理水を撹拌するとともに、1次処理水中に空気を細かい泡状態で供給する。
【0019】
また、反応槽A1に供給される1次処理水は、あらかじめ中性域のpH9未満に調整されず、反応槽A1内でpH9未満に調整されても構わないし、例えば、前工程で生物処理しておいても構わない。また、1次処理水がpH9未満であれば、酸性を保つようにバッファーなどのpH調整剤を加えて酸性を維持しようとしない限り、被処理水が反応槽A1への供給時に酸性であっても、還元鉄粉から溶出する第一鉄イオンの作用によってpHが中性域に移行し、そのまま、あるいは少しのアルカリの添加で、ほぼpH8付近に保持される。
【0020】
つぎに、鉄粉供給装置A2から鉄粉を反応槽A1内に供給するとともに、1次処理水に空気をバブリングしながら撹拌装置で1次処理水を撹拌する。
バブリング及び撹拌を、予め設定された時間(1次処理水中に含まれる有機物の濃度や種類に応じて経験的に求められた時間)続けて、1次処理水中に含まれる有機物を分解処理したのち、得られた2次処理水を沈殿分離槽A3に移し、凝集剤を添加して懸濁成分を凝集させて沈殿分離する。
【0021】
上記の有機物の処理方法は、1次処理水に還元鉄粉を添加するとともに、1次処理水をバブリングするだけであるので、すなわち、有機化合物の分解処理に一般のフェントン反応と異なり過酸化水素を全く添加していないので、1次処理水の処理コストが低減できるとともに、安全で環境負荷を低減することができる。しかも、中性域で行うことによって第一鉄イオンの溶出を極力抑えることができ、スラッジ発生量を低減できる。また、還元鉄粉として粒径40μm以下のものを含むと、反応槽A1の底から酸素を細かい泡にして供給したので、反応槽A1に供給された微小粒径の還元鉄粉がすぐに沈降することなく、被処理水中にうまく分散された状態で浮遊する。したがって、還元鉄粉の各粒子の周面が殆ど被処理水に接触した状態となり、より効率よく促進酸化反応が進行する。また、撹拌機による被処理水の撹拌もそれほど大きな撹拌力を加える必要がない。
【0022】
また、被処理水のpHが中性域であれば、処理済み水も中性域に保たれているので、水酸化鉄等のスラッジ吸着の中和再調整が不要となる。
さらに、還元鉄粉は多孔質になっているので、被処理水中の金属イオンを吸着することができる。したがって、上記有機化合物の分解処理だけでなく、無機物の同時処理をおこなうことができる。
また、この処理方法によれば、従来の水処理装置の、pH中和設備など殆どの付帯設備が利用でき、従来の水処理装置を少し改造するだけで本発明の処理装置を得ることができ、設置コストを抑えることが可能である。
【0023】
本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではない。例えば、上記の実施の形態では、1次処理水と還元鉄粉を別々に反応槽に投入するようにしていたが、被処理水にあらかじめ還元鉄粉を混ぜたのちに、反応槽に供給されるようにしてもよい。
【0024】
以下に、本発明の具体的な実施例を比較例とともに説明する。
【0025】
(実施例1)
反応槽として直径7cmの円筒形をした耐熱ガラス製の気泡塔を作製し、有機化合物としてのオレンジII(アゾ色素)が60mg/リットル含まれた2リットルの被処理水を、気泡塔に貯めるとともに、粒径500μm以下の還元鉄粉を含む還元鉄粉試薬1g/リットルの割合で、被処理水に投入した。そして、気泡塔の底から空気を4リットル/分の割合で気泡塔内の処理水中にバブリングするとともに、撹拌しながら処理を行い、処理水中のオレンジIIの濃度の経時変化、TOC(全有機炭素量)の経時変化、鉄イオン濃度(Fe2+、Fe3+)、pHの経時変化を調べ、その結果を図2・図3に示した。
なお、オレンジIIの濃度は、分光光度法を用いて測定した。TOCは、燃焼酸化触媒方式のTOC計を用いて測定した。鉄イオン濃度は、1,10−フェナントロリン法を用いて測定した。
図2から、処理開始(反応開始)から60分で、オレンジIIがほぼ分解されるとともに、TOCが75%減少していることがよくわかる。また、図3から、pHが中性域にほぼ安定していることがよくわかる。
【0026】
(実施例2)
処理水のオレンジII濃度を600mg/リットルとするとともに、処理水に投入する鉄粉量を10g/リットルとした以外は、実施例1と同様にして処理水中のオレンジIIの濃度の経時変化、TOC(全有機炭素量)の経時変化、鉄イオン濃度(Fe2++Fe3+)、pHの経時変化を調べ、その結果を図4・図5に示した。
図4から、処理開始(反応開始)から60分で、オレンジIIがほぼ分解されるとともに、TOCが85%減少していることがよくわかる。
【0027】
(実施例3)
バッファーとしてのリン酸を加え、pHを3付近に保つようにした以外は、上記実施例1と同様にして処理水中のオレンジIIの濃度の経時変化、TOC(全有機炭素量)の経時変化、鉄イオン濃度(Fe2++Fe3+)、pHの経時変化を調べ、その結果を図6・図7に示した。
図6から、被処理水が酸性になっていると、オレンジIIの分解はある程度進むものの、TOC(全有機炭素量)は急激には減少せず、分解速度が遅いことがわかる。
【0028】
(実施例4)
被処理水の初期pHを3として、その後はバッファーを加えずに処理した以外は、上記比較例1と同様にして処理水中のオレンジIIの濃度の経時変化、TOC(全有機炭素量)の経時変化、鉄イオン濃度(Fe2++Fe3+)、pHの経時変化を調べ、その結果を図8・図9に示した。
図8から、リン酸などのバッファーを加えない限り、バブリングをはじめると、ほぼ鉄がイオン化(溶出)しプロトンが還元されることによってpHが中性に近づき、それに伴い有機物の分解速度が増すことがわかる。
【0029】
(比較例1)
空気のバブリングに代えて、窒素をバブリングさせた以外は、上記比較例1と同様にして処理水中のオレンジIIの濃度の経時変化、TOC(全有機炭素量)の経時変化、鉄イオン濃度(Fe2++Fe3+)、pHの経時変化を調べ、その結果を図10・図11に示した。
図10から、窒素のバブリングにより脱気した場合、つまり、溶存酸素がないと、有機化合物の分解が殆ど進まないことがよくわかる。すなわち、本発明の処理方法は、酸素が被処理水中に供給されることによって、被処理水中の溶存酸素量が増加し、過酸化水素を添加しなくても、この溶存酸素の還元作用で過酸化水素が生成した結果、フェントン反応により、被処理水中で有機化合物を分解するものと考えられる。
【符号の説明】
【0030】
A 処理装置
A1 反応槽
A2 鉄粉供給装置
A3 沈殿分離槽
【特許請求の範囲】
【請求項1】
還元鉄粉が混合され、かつ、pHが9未満である有機化合物を含む被処理水中に酸素を供給し、被処理水中でヒドロキシラジカルを発生させて被処理水に溶存している有機化合物を促進酸化して分解することを特徴とする被処理水の処理方法。
【請求項2】
請求項1に記載の被処理水の処理方法において、還元鉄粉の粒径が、500μm以下であることを特徴とする被処理水の処理方法。
【請求項3】
請求項1または請求項2に記載の被処理水の処理方法において、被処理水中に酸素をバブリングし、バブリングによって生じた気泡を、被処理水中の還元鉄粉に接触させながら還元鉄粉を分散浮遊させることを特徴とする被処理水の処理方法。
【請求項4】
請求項1〜請求項3のいずれかに記載の被処理水の処理方法において、揮発性有機化合物と酸素とを含む排ガスを、被処理水中に吹き込みバブリングする事で、被処理水中の有機化合物と同時に前記揮発性有機化合物を分解処理することを特徴とする被処理水の処理方法。
【請求項5】
請求項1〜請求項4のいずれかに記載の被処理水の処理方法において、被処理水のpHを酸素供給前にpH調整することを特徴とする被処理水の処理方法。
【請求項6】
請求項1〜請求項5のいずれかに記載の被処理水の処理方法に用いる処理装置であって、
被処理水が貯められる反応槽と、
この反応槽に被処理水を供給する被処理水供給手段と、
前記反応槽中の被処理水及び反応槽に供給される前の被処理水の少なくともいずれかに還元鉄粉を供給する鉄粉供給手段と、
反応槽中の被処理水に酸素を供給する酸素供給手段を備えていることを特徴とする被処理水の処理装置。
【請求項7】
請求項6に記載の被処理水の処理装置において、酸素供給手段が、反応槽内の被処理水に酸素をバブリングする散気部を備えていることを特徴とする被処理水の処理装置。
【請求項8】
請求項6または請求項7に記載の被処理水の処理装置において、反応槽中の被処理水及び反応槽に供給される前の被処理水の少なくともいずれかをpH調整するpH調整手段を備えていることを特徴とする被処理水の処理装置。
【請求項9】
請求項6〜請求項8のいずれかに記載の被処理水の処理装置において、酸素供給手段が、酸素と、揮発性有機化合物とを含む排ガスを被処理水に供給することを特徴とする被処理水の処理装置。
【請求項1】
還元鉄粉が混合され、かつ、pHが9未満である有機化合物を含む被処理水中に酸素を供給し、被処理水中でヒドロキシラジカルを発生させて被処理水に溶存している有機化合物を促進酸化して分解することを特徴とする被処理水の処理方法。
【請求項2】
請求項1に記載の被処理水の処理方法において、還元鉄粉の粒径が、500μm以下であることを特徴とする被処理水の処理方法。
【請求項3】
請求項1または請求項2に記載の被処理水の処理方法において、被処理水中に酸素をバブリングし、バブリングによって生じた気泡を、被処理水中の還元鉄粉に接触させながら還元鉄粉を分散浮遊させることを特徴とする被処理水の処理方法。
【請求項4】
請求項1〜請求項3のいずれかに記載の被処理水の処理方法において、揮発性有機化合物と酸素とを含む排ガスを、被処理水中に吹き込みバブリングする事で、被処理水中の有機化合物と同時に前記揮発性有機化合物を分解処理することを特徴とする被処理水の処理方法。
【請求項5】
請求項1〜請求項4のいずれかに記載の被処理水の処理方法において、被処理水のpHを酸素供給前にpH調整することを特徴とする被処理水の処理方法。
【請求項6】
請求項1〜請求項5のいずれかに記載の被処理水の処理方法に用いる処理装置であって、
被処理水が貯められる反応槽と、
この反応槽に被処理水を供給する被処理水供給手段と、
前記反応槽中の被処理水及び反応槽に供給される前の被処理水の少なくともいずれかに還元鉄粉を供給する鉄粉供給手段と、
反応槽中の被処理水に酸素を供給する酸素供給手段を備えていることを特徴とする被処理水の処理装置。
【請求項7】
請求項6に記載の被処理水の処理装置において、酸素供給手段が、反応槽内の被処理水に酸素をバブリングする散気部を備えていることを特徴とする被処理水の処理装置。
【請求項8】
請求項6または請求項7に記載の被処理水の処理装置において、反応槽中の被処理水及び反応槽に供給される前の被処理水の少なくともいずれかをpH調整するpH調整手段を備えていることを特徴とする被処理水の処理装置。
【請求項9】
請求項6〜請求項8のいずれかに記載の被処理水の処理装置において、酸素供給手段が、酸素と、揮発性有機化合物とを含む排ガスを被処理水に供給することを特徴とする被処理水の処理装置。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【公開番号】特開2011−212511(P2011−212511A)
【公開日】平成23年10月27日(2011.10.27)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−80298(P2010−80298)
【出願日】平成22年3月31日(2010.3.31)
【出願人】(000002174)積水化学工業株式会社 (5,781)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成23年10月27日(2011.10.27)
【国際特許分類】
【出願日】平成22年3月31日(2010.3.31)
【出願人】(000002174)積水化学工業株式会社 (5,781)
【Fターム(参考)】
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