JP2018164892A

JP2018164892A - 酸化処理装置

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Publication number: JP2018164892A
Application number: JP2017063487A
Authority: JP
Inventors: 典之藤本; Noriyuki Fujimoto
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Environment Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Environment Co Ltd
Priority date: 2017-03-28
Filing date: 2017-03-28
Publication date: 2018-10-25
Anticipated expiration: 2037-03-28
Also published as: JP6875168B2

Abstract

【課題】本発明の課題は、酸化処理により有機物を分解する酸化処理装置において、有機物の除去率を維持しつつ、装置を簡略化することである。【解決手段】上記課題を解決するために、酸化により有機物を分解する酸化処理装置において、凝集剤を添加して有機物の凝集物を形成する凝集処理部と、酸化処理により有機物を分解する酸化処理部と、を備え、前記凝集処理部で処理された凝集処理液を前記酸化処理部に供給し、前記有機物の凝集物を含有する状態で前記有機物を分解することを特徴とする、酸化処理装置を提供する。これにより、酸化処理により有機物を分解する酸化処理装置において、有機物の除去率を維持しつつ、装置を簡略化することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、有機物を酸化処理することにより分解する酸化処理装置に関するものである。更に詳しくは、本発明は、生物処理工程では分解しにくい難分解性物質を、酸化処理することにより分解する酸化処理装置に関するものである。また、本発明は、酸化処理により有機物を分解する酸化処理の前処理装置に関するものである。

下水処理場、食品工場等から発生する有機性廃水の処理として、生物処理工程では分解しにくい難分解性物質をフェントン処理により酸化分解する方法が知られている。フェントン処理により難分解性物質を酸化分解する方法では、一般的に、フェントン処理の前段において凝集処理及び沈殿処理を行い、凝集物を除去した上澄み液についてフェントン処理を行っている。

例えば、特許文献１には、フミン酸、フルボ酸等の生物難分解性有機物質を含む廃水の処理方法として、フェントン試薬を用いてフミン酸を除去する方法が記載されている。また、この方法では、フェントン試薬による酸化処理を行う反応槽の前段に、第１凝集槽及び第１沈殿槽を設けており、第１沈殿槽において凝集物を除去した上澄み液をフェントン処理に適用している。

特開昭５９−４２０９９号公報

酸化処理による有機性廃水等の処理では、酸化処理の前段に凝集槽及び沈殿槽を設けることにより、有機物の除去率を向上している。一方で、装置の構成が増え、装置が粗大化するという問題が生じている。
そこで、本発明の課題は、酸化処理により有機物を分解する酸化処理装置において、有機物の除去率を維持しつつ、装置を簡略化することである。

本発明者は、上記の課題について鋭意検討した結果、酸化処理の前段の凝集処理において、有機物の凝集物を除去せずに凝集物を含有する状態のまま酸化処理を行ったところ、凝集物を除去した後に酸化処理する従来の酸化処理方法と同等以上の有機物の除去率を示すことを見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、以下の酸化処理装置及び酸化処理の前処理装置である。

上記課題を解決するための本発明の酸化処理装置は、酸化により有機物を分解する酸化処理装置であって、凝集剤を添加して有機物の凝集物を形成する凝集処理部と、酸化処理により有機物を分解する酸化処理部と、を備え、前記凝集処理部で処理された凝集処理液を前記酸化処理部に供給し、前記有機物の凝集物を含有する状態で前記有機物を分解することを特徴とする。

この酸化処理装置によれば、酸化処理の前段の凝集処理において、凝集物を除去せず、そのまま有機物の凝集物を含有する状態で酸化処理する。そのため、凝集沈殿槽等の凝集物を除去する構成が不要となり、装置の簡略化、省スペース化、設備費の削減が可能となる。また、酸化処理にかかる作業工数が減るため、作業日数、作業コストも削減することができる。
また、この酸化処理では、凝集物を除去した後に酸化処理を行う従来の方法と同等以上の有機物の除去率を達成するという効果を奏する。

更に、本発明の酸化処理装置の一実施態様としては、酸化処理部は、促進酸化処理により酸化処理を行うことを特徴とする。
この特徴によれば、促進酸化処理により発生するヒドロキシラジカルが強い酸化力を有するため、有機物の分解力が高まり、より有機物の除去率が向上するという効果を奏する。

更に、本発明の酸化処理装置の一実施態様としては、酸化処理部は、フェントン処理により酸化処理を行うことを特徴とする。
この特徴によれば、本発明の有機物の除去率が向上するという効果をより発揮し、更に、試薬として過酸化水素と二価の鉄イオンを使用すればよいため、オゾンや紫外線等の他の酸化手段と比べて、簡易的な装置で実施することができる。

更に、本発明の酸化処理装置の一実施態様としては、凝集処理部は、ｐＨ６以下で有機物の凝集物を形成することを特徴とする。
凝集処理部のｐＨを６以下に調整することにより、フェントン処理における酸化処理が促進され、有機物の除去率がより高まるという効果を奏する。

更に、本発明の酸化処理装置の一実施態様としては、凝集剤は、無機凝集剤であることを特徴とする。
高分子凝集剤等の有機系の凝集剤では、後段の酸化処理部により酸化分解される恐れがある。しかし、無機凝集剤を使用することにより、後段の酸化処理部において、凝集剤が酸化分解される恐れがないため、酸化処理部における凝集状態を安定化することができる。

更に、本発明の酸化処理装置の一実施態様としては、有機物は、生物難分解性有機物質であることを特徴とする。
本発明の酸化処理装置は、生物難分解性有機物質を分解することができるため、生物難分解性有機物質を含有する被処理液の処理に好適に利用することができる。

本発明の酸化処理の前処理装置は、酸化により有機物を分解する酸化処理の前処理装置であって、凝集剤を添加して有機物の凝集物を形成する凝集処理部を備え、前記凝集処理部で処理された凝集処理液を、前記有機物の凝集物を含有する状態で酸化処理装置に供給することを特徴とする。
この前処理装置によれば、既設の酸化処理装置の前段に設けることにより、有機物の除去率を向上することができる。

本発明によれば、酸化処理の前段の凝集処理において、凝集物を除去せずに、有機物の凝集物を含有する状態で酸化処理するため、凝集沈殿槽等の凝集物を除去する構成が不要となり、装置の簡略化、省スペース化、設備費の削減が可能となる。また、酸化処理にかかる作業工数が減るため、作業日数、作業コストも削減することができる。

本発明の実施例１の酸化処理装置の構成を説明するブロック図である。実施例及び比較例の酸化処理装置による処理における全有機炭素（ＴＯＣ）の除去率を表すグラフである。本発明の実施例１の酸化処理装置の凝集処理部のｐＨと、処理水の化学的酸素要求量（ＣＯＤＭｎ）の濃度の関係を表すグラフである。

以下に、本発明の酸化処理装置、酸化処理の前処理装置について説明する。なお、本発明の酸化処理装置及び酸化処理の前処理装置についての説明は、これに対応する酸化処理方法及び酸化処理の前処理方法も開示するものとする。

［酸化処理装置］
本発明の酸化処理装置は、酸化により有機物を分解する処理に利用するための装置であり、例えば、下水処理場、食品工場等から発生する有機性廃水の有機物の分解処理に利用される他、染色排水の脱色処理や、悪臭成分を含む産業排水の脱臭処理や、ダイオキシン、ポリ塩化ビフェニル等の有害物質の無害化処理等にも利用することができる。

酸化処理装置は、特に制限されないが、生物処理工程では分解しにくい生物難分解性有機物質の分解に利用することが好ましい。生物難分解性有機物質の分解に効果的に利用するという観点から、酸化処理装置の前段に生物処理部を設けることが好ましい。前段の生物処理部を設けることにより、残留する生物難分解性有機物質を効果的に酸化処理装置で分解することができる。

本発明の酸化処理装置は、酸化により有機物を分解する酸化処理装置であって、凝集剤を添加して有機物の凝集物を形成する凝集処理部と、酸化処理により有機物を分解する酸化処理部と、を備え、前記凝集処理部で処理された凝集処理液を前記酸化処理部に供給し、前記有機物の凝集物を含有する状態で前記有機物を分解することを特徴とするものである。すなわち、凝集処理部により有機物の凝集剤を形成した後、沈殿等の固液分離処理を行わずに、そのまま酸化処理部で酸化処理を行うものである。これによると、凝集物を除去した後に、酸化処理を行うという従来の処理方法と同等以上の全有機炭素（ＴＯＣ）の除去率を維持しつつ、装置を簡略化できるという効果を奏する。

本発明の酸化処理装置の作用について検討すると、ラジカルスカベンジャーとして働く一部の有機物が、凝集することにより、ラジカルスカベンジャーとして機能しなくなり、酸化処理による他の有機物の分解が促進されていると推察している。これにより、生物難分解性有機物質の分解する量が増加し、全有機炭素（ＴＯＣ）の低下に寄与すると思われる。

（凝集処理部）
本発明の凝集処理部は、凝集剤を添加して有機物の凝集物を形成するための構成である。凝集剤としては、特に制限されず、無機凝集剤、高分子凝集剤のいずれでもよい。無機凝集剤としては、例えば、ポリ硫酸第二鉄、塩化第二鉄、ポリシリカ鉄、硫酸アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム等が挙げられ、高分子凝集剤としては、ポリアミノアルキルメタクリレート、ポリエチレンイミン、ハロゲン化ポリジアリルアンモニウム、キトサン、尿素−ホルマリン樹脂等のカチオン性高分子凝集剤、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリアクリルアミド部分加水分解物、部分スルホメチル化ポリアクリルアミド、ポリ（２−アクリルアミド）−２−メチルプロパン硫酸塩等のアニオン性高分子凝集剤、ポリアクリルアミド、ポリエチレンオキシド等のノニオン性高分子凝集剤、アクリルアミドとアミノアルキルメタクリレートとアクリル酸ナトリウムの共重合体等の両性高分子凝集剤が挙げられる。後段の酸化処理部による酸化分解の恐れがなく、凝集状態を良好に維持することができることから、無機凝集剤を使用することが好ましい。

凝集処理部のｐＨは、６以下又は８以上であることが好ましく、６以下であることがより好ましく、２〜５であることが特に好ましい。凝集処理部のｐＨをこの範囲に調整することにより、優れた有機物の除去効果が認められる。

また、酸化処理部において、フェントン処理を使用する場合には、凝集処理部におけるｐＨは、６以下であることが好ましく、２〜５であることがより好ましい。凝集処理部のｐＨを６以下とすることにより、フェントン処理の前にｐＨを調整する必要がない、あるいは、わずかなｐＨ調整でフェントン処理を行うことができる。

（酸化処理部）
本発明の酸化処理部は、有機物の凝集物を含有する状態で、酸化により有機物を分解するための構成である。酸化処理は、有機物を分解できる酸化処理であれば、どのような処理でもよく、例えば、過酸化水素、次亜塩素酸、硝酸、ハロゲン、過マンガン酸塩、クロム酸等の酸化剤による酸化処理、紫外線照射による酸化処理、オゾンによる酸化処理等が挙げられる。

また、本発明の酸化処理部では、より強い酸化力を備えた促進酸化処理により酸化処理を行うことが好ましい。促進酸化処理とは、過酸化水素、オゾン、紫外線、超音波、電子ビーム等の組み合わせによりヒドロキシラジカルを生成し、その強力な酸化力により水中の有機物を分解する処理である。促進酸化処理により、生物難分解性有機物質の分解をより促進することができる。

促進酸化処理としては、例えば、フェントン処理法、オゾン過酸化水素法、オゾン／紫外線法、紫外線／過酸化水素法等が挙げられる。簡素な装置で、強力な酸化力を得られるという観点から、フェントン処理法を使用することが好ましい。

フェントン処理とは、過酸化水素と二価の鉄イオンを添加することにより、ヒドロキシラジカルを生成する方法である。フェントン処理の反応式を以下の式（１）に示す。この反応により生成したヒドロキシラジカル（・ＯＨ）により、強力な酸化力が発揮され有機物の分解を促進する。
Ｆｅ^２＋＋Ｈ_２Ｏ_２ → Ｆｅ^３＋＋・ＯＨ＋ＯＨ⁻ 式（１）

フェントン処理時のｐＨは、好ましくは２〜６であり、より好ましくは、２〜５である。この範囲とすることにより、より強力な酸化力を発揮することができる。

［前処理装置］
本発明の酸化処理の前処理装置は、酸化により有機物を分解する酸化処理の前処理装置であって、凝集剤を添加して有機物の凝集物を形成する凝集処理部を備え、前記凝集処理部で処理された凝集処理液を、前記有機物の凝集物を含有する状態で酸化処理装置に供給することを特徴とするものである。すなわち、この前処理装置とは、本発明の酸化処理装置の凝集処理部に相当するものであって、酸化処理装置による有機物の分解を促進するものである。この前処理装置を、既設の酸化処理装置の前段に設けることにより、既設の酸化処理装置における有機物の除去率を向上することができる。

図１に示す実施例１、比較例１及び比較例２の酸化処理装置を用いて、有機性廃水の酸化処理を実施した。実施例１の酸化処理装置１は、被処理水Ｗ０に凝集剤を添加して凝集処理を行う凝集処理部２、酸化により有機物を分解する酸化処理部３、酸化処理部３で処理された酸化処理液に含有する沈殿物を固液分離する沈殿処理部４を備えた装置である。そして、実施例１の酸化処理装置１は、凝集処理部２で形成された有機物の凝集物を含有した状態で、酸化処理部３に供給されるように構成されている。

被処理水Ｗ０としては、生物処理を施した有機性廃水を用い、凝集処理部２に添加した凝集剤は、無機凝集剤として塩化第二鉄（ＦｅＣｌ_３）を用いた。また、酸化処理部３では、酸化処理としてフェントン処理を行った。

酸化処理部３の具体的な処理方法としては、凝集処理部２から供給された凝集処理液をｐＨ調整槽に供給し、該凝集処理液のｐＨを３．５に調整した後、過酸化水素を投入した。続いて、過酸化水素を投入した凝集処理液を別の反応槽へ移送し、これに二価の鉄イオンを投入してヒドロキシラジカルを発生させた。その後、ヒドロキラジカルにより有機物を分解させた。
沈殿処理部４では、酸化処理部３で処理された酸化処理液に対して沈降分離を行い、その上澄み液を処理水Ｗ１として排出した。

比較例１の酸化処理装置は、実施例１の酸化処理装置１から凝集処理部２を除いた装置であり、比較例２の酸化処理装置は、実施例１の酸化処理装置１の凝集処理部２と酸化処理部３の間に沈殿処理部４’を備えた装置である。比較例２では、沈殿処理部４’の上澄み液を酸化処理装置３に供給した。その他の条件については、実施例１と同様に行い、比較例１の酸化処理装置で処理された処理水Ｗ２、比較例２の酸化処理装置で処理された処理水Ｗ３を得た。

次に、各処理水Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３について、全有機炭素（ＴＯＣ）を測定し、各実施例及び比較例における酸化処理における全有機炭素（ＴＯＣ）の除去率を算出した。その結果を、図２のグラフに示す。
図２を見ると、本発明の実施例１の酸化処理装置１を用いて処理した場合の全有機炭素（ＴＯＣ）の除去率は、５５％であった。これに対して、比較例１及び比較例２の酸化処理装置を用いて処理した結果は、４０％及び５３％であった。すなわち、実施例１の酸化処理装置１は、比較例２の酸化処理装置の沈殿処理部４’を省略したにも関わらず、同等以上の全有機炭素（ＴＯＣ）の除去率を示した。

次に、本発明の実施例１の酸化処理装置１を用いた処理方法において、凝集処理部２におけるｐＨを変えた場合の処理水Ｗ１の化学的酸素要求量（ＣＯＤＭｎ）の濃度を測定した。また、比較例１の酸化処理装置を用いて、前処理の凝集処理を行わない場合の処理水Ｗ３の化学的酸素要求量（ＣＯＤＭｎ）の濃度を測定した。凝集処理部２のｐＨと、得られた処理水Ｗ１の化学的酸素要求量（ＣＯＤＭｎ）の濃度の関係を図３に示す。なお、グラフ中の黒四角記号は、凝集処理を行った場合（実施例１）の処理水Ｗ１のデータであり、黒丸記号は、前処理の凝集処理を行わない場合（比較例１）の処理水Ｗ３のデータである。

図３を見ると、凝集処理部２におけるｐＨが６以下又は８以上の場合において、処理水Ｗ１のＣＯＤＭｎ濃度が大きく減少している。すなわち、凝集処理部２のｐＨを６以下又は８以上とすることにより、有機物の除去率がより向上するといえる。

本発明の酸化処理装置は、酸化により有機物を分解する処理に利用することができる。例えば、下水処理場、食品工場等から発生する有機性廃水の有機物の分解処理、染色排水の脱色処理、悪臭成分を含む産業排水の脱臭処理、ダイオキシン、ポリ塩化ビフェニル等の有害物質の無害化処理等に利用することができる。

１…酸化処理装置、２…凝集処理部、３…酸化処理部、４、４’…沈殿処理部、Ｗ０…被処理水、Ｗ１…実施例１の処理水、Ｗ２…比較例１の処理水、Ｗ３…比較例２の処理水

Claims

酸化により有機物を分解する酸化処理装置において、
凝集剤を添加して有機物の凝集物を形成する凝集処理部と、
酸化処理により有機物を分解する酸化処理部と、を備え、
前記凝集処理部で処理された凝集処理液を前記酸化処理部に供給し、前記有機物の凝集物を含有する状態で前記有機物を分解することを特徴とする、酸化処理装置。
前記酸化処理部は、促進酸化処理により酸化処理を行うことを特徴とする、請求項１に記載の酸化処理装置。
前記酸化処理部は、フェントン処理により酸化処理を行うことを特徴とする、請求項１に記載の酸化処理装置。
前記凝集処理部は、ｐＨ６以下で前記有機物の凝集物を形成することを特徴とする、請求項３に記載の酸化処理装置。
前記凝集剤は、無機凝集剤であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の酸化処理装置。
前記有機物は、生物難分解性有機物質であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の酸化処理装置。
酸化により有機物を分解する酸化処理の前処理装置であって、
凝集剤を添加して有機物の凝集物を形成する凝集処理部を備え、
前記凝集処理部で処理された凝集処理液を、前記有機物の凝集物を含有する状態で酸化処理装置に供給することを特徴とする、酸化処理の前処理装置。