水処理＞光酸化法/促進酸化法（AOP)による水処理



 


紫外線とオゾンを併用する「ＵＶ洗浄・ＵＶ表面処理処理技術」は、半導体・液晶等の電子部品製造工程において
ドライ式高度洗浄・改質技術として利用が広がっていますが、近年は｢光酸化法/AOP(促進酸化法)」として、
急速に水処理分野でも導入が進められています。




AOP(光酸化・促進酸化）

ＡＯＰ（Advanced Oxidation Process）：光酸化または促進酸化と訳されます。
促進酸化は、極めてクリーンで高いエネルギーを有する紫外線と、酸化剤を併用して、
より酸化力の強いヒドロキシラジカルを生成させる技術です。

他の水処理技術では処理が不可能か効率の低い、ダイオキシンなどの難分解有機化合物に対しても
処理が可能なため、近年実用化が急速に進んでいます。また高い殺菌力があり、低濃度まで高度処理ができると
共に、スラッジなどの残留物が出来ないことが光酸化水処理技術の特長です。

弊社の提携社がＵＶとオゾン併用の水処理装置を日本で初めて開発し、この技術を「ＵＶ/オゾン併用水処理技術」
と命名し、「ＵＺＯＮ」を商標として登録しました。その後の研究で紫外線が相乗効果を発揮するのはオゾンに限らず、
過酸化水素、次亜塩素酸や過マンガン酸カリのいずれの酸化剤とも反応して、それらを活性化し水の浄化力を高める
ことが判ったので、広い意味を込めて光酸化水処理技術と呼ぶようになりました。
またAdvanced Oxidation Processという英語も生まれ、促進酸化法と訳されて、特にオゾンの世界で広まっています。






光酸化法（ＡＯＰ）による水処理のメリット・特長


光酸化法は「低い濃度まで高度に処理ができる」ことが第一の特長で、水の再利用や循環処理に適します。

水処理では、対象となる水に含まれる汚染物の種類や濃度の範囲が大きく、ほとんど不純物を含まない超純水の
0.1PPM以下から10％を超えるような汚水まであります。このように範囲の広い汚染濃度に対し、一種類の方法で対処
できる水処理技術はありません。そのため水処理技術には多くの種類があり、それぞれが得意とする汚染濃度範囲が
あります。光酸化水処理技術は３次処理・高度処理に属し、競合する技術には、オゾン処理法、活性炭濾過法、ＵＦ膜や
逆浸透膜の膜分離法があります。高度水処理技術は高濃度の汚染には効率が悪いので、処理水は前処理で100PPM
以下まで落としておくことが要点です。代わりに光酸化法の浄化度は非常に高く、超純水の処理システムで使われている
TOC除去技術は光酸化法の最大の成功例で、TOD値を0.1以下に落とすことができます。　

膜分離法や活性炭濾過法と異なり、光酸化法は対象が有機化合物の場合はそれを酸化分解し、最終的には汚染物を
水、炭酸ガス、酸素などの分子にまで分解して消滅させます。（実際には、そこまで処理せず中間生成物で止め、後は
生物処理にかける事もあります。）


光酸化法の第２の特長は「スラッジなどの残留物ができない」ことで、環境保全の必要性から廃棄物規制が益々厳しくなる
時代に適した技術です。オゾン、過酸化水素、次亜塩素酸による反応は、酸素の活性種が関与する酸化反応です。
代表的な酸化剤ではフッ素が最大の酸化力を示しますが、これは水処理には使えません｡
オゾンその他の酸化剤にＵＶを照射すると分解が促進され、新たな活性種として酸化力第二位のヒドロキシラジカルが生じます。
ＵＶ照射による酸化剤分解の促進時間は平均数百倍と考えられ、実際の水処理での反応時間は10倍以上短縮できます。
また高いエネルギーを持ったＵＶは有機化合物の分子結合を切る事ができ、これらの要因が複合して、難分解性の有機物も
効率良く浄化できます。そのため光酸化法の第３の特長は「難分解性の有機性汚染物にも効果がある」事で、ダイオキシン類の
処理では、国内では最も高い実績を上げています。

活性炭や膜分離による高度水処理技術と異なり、紫外線やオゾンには強い殺菌力があるため、光酸化法で処理した水は、同時に
高度に殺菌処理されます。したがって光酸化法の第四の特長は「高い殺菌力がある」ことです。しかも塩素に比べ、危険なプール熱
や小児麻痺を起こすウイルス、AIDSウイルス、レジオネラ菌を殺す力が強いので、塩素への依存を緩める事ができますが、日本の法令
は 塩素に高く依存し残留塩素の規制値が高いので、光酸化法のメリットを最大に生かせないのが残念です。ちなみにオリンピックの
プールなどはＵＶ－ＯＺＯＮにより、塩素を全く使用しない殺菌管理がすでに行われています。





UV/AOP装置の構成

[光源]
UV/AOPでは、酸化剤を分解して、より酸化力の強いヒドロキシラジカルを生成させるために
300nm以下の短波長ＵＶが必要です。そのため光源は主発光波長が184.9nmと253.7nmの低圧水銀ランプを利用します。
高圧水銀ランプ、中圧水銀ランプやフラッシュランプなどの光源は、高い輝度が得られるものの、電力効率が悪いため
下水放流水の殺菌を除いては低圧ランプへシフトしている傾向にあります。


[適合酸化剤]
UV/AOPで、ヒドロキシラジカルの生成に利用する酸化剤との組合わせは、下記にあげる5種類があり、
コスト、反応効率などを考慮して選択されます。

①水の光分解による生成
②オゾンの光分解による生成
③過酸化水素の光分解による生成
④次亜塩素酸塩の光分解による生成
⑤光触媒の活性作用による生成

紫外線単独処理（水の光分解）は、効率が低いため超純水の微量TOC処理を除いて、ほとんど利用されず、
大部分はオゾンや塩素などの酸化剤と併用した形態で利用されています。


光酸化法による、水処理装置のカタログは こちらからご覧いただけます。
・電話による お問い合わせ： ０４５－５４３－９４３７　（マリオネットワーク 環境事業部門）
・メールはこちらから＞　■ＵＶに関するお問い合わせ (項目付き） 　■お問い合せ （簡易版：メール起動のみ）




UV/AOPの有効適用範囲

図-1にUV/AOPの有効適用範囲と他の処理技術の特性を比較して示します。
UV/AOPは、幅広い領域で適用可能ですが、希薄な濃度領域での適用が最適です。






UV/AOPの適用における注意事項

UV/AOPの適用にあたっては上図-1のように、その長所を理解して適用します。
また検討段階においては以下の要件に十分注意してください。


[紫外線の透過特性]
UV/AOP（殺菌も含む）は、紫外線が水中を透過して酸化剤や目的の汚濁物（微生物のDNAも含む）に
吸収されなければ反応が起こりません。

したがって紫外線に対する透過特性は、反応槽の大きさやランプの配列とその間隔を決める重要なファクターになります。
殺菌が目的の場合は、僅かでもショートパスさせて生存菌を逃がすと、後段の配管等での繁殖によって再汚染されるため、
反応槽内壁面（ランプから最遠距離）照度を高く設定する必要があります。

それに対して有機汚濁物などの浄化では、効率とコストと処理時間の全てが重要視されるので、紫外線は可能な限り高い
吸収率で利用されなければならず、反応槽の大きさやランプの配列とその間隔は殺菌目的とは異なり、その都度適正な設計が
必要です。


[妨害物質の前処理]
SSなどの浮遊成分は紫外線の透過性を大きく阻害します。
その他、炭酸イオンなどは発生したヒドロキシラジカルを無効消費する妨害物質となるので、事前に除去する必要があります。
また、妨害物質でなくとも、高濃度汚濁物の処理は効率が悪いため、事前に適した技術で濃度を低下させることにより、全体の
浄化効率を高めることができます。


[異種技術との併用]
前述の前段処理はもちろん、後段に活性炭塔やイオン交換樹脂塔などを利用すると、併用効果によってさらに高度、かつ効率の
よい複合処理が可能になります。特に活性炭吸着との併用はその効果の高いことが知られています。

 





実用化動向と実施例の紹介

1　最近のトピックス
UV/AOPは、トリハロメタン、PCB、ダイオキシン、有機砒素など難分解性で毒性の強い有機化合物の分解除去に
特に優れています。

紫外線とオゾンを併用した水中ダイオキシン分解装置は、滋賀県犬山町や埼玉県さいたま市他、全国的に
UV/AOP式ダイオキシン処理設備が採用されつつあります。

光源はいずれも低圧水銀ランプが採用されています。地下水の高濃度有機砒素汚染が世界的に問題になっていますが、
茨城県神栖町では環境省が高濃度有機砒素汚染地下水の調査を進めています。ここでも浄化技術は紫外線とオゾンガス
によるものが中心となっています。

さらに、2005年3月から愛知県で開催された愛知万博において、NEDO（独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構）が
紫外線とオゾンを併用した、省エネ型高度水処理技術として実証運転しました。
装置の一部を写真-1に示しますが、システムのフロー図や処理効果など詳しいことはNEDOのホームページを参考にしてください。
写真‐１　UV/AOP実施事例（NEDOホームページより）

2　用水における実用化動向

高い精度が求められる製品の製造工程で必要とされる水の純度は、年々高度なものが要求されていきます。
その最も代表的なものは、超純水製造におけるTOC分解です。その処理オーダーは数μg/Lの領域まで要求されています。
用水に用いられる地下水の処理においても、その実用例は多数にのぼります。

また、プール、大衆浴場や景観・鑑賞用水などの循環系における適用事例も多くなっています。
UV/AOPによる処理では、主目的である殺菌に加え有機物の分解や透明度の向上、脱色などの作用も同時に行なわれ、
補給水量の低減による経費削減を図ることができるメリットもあります。

3　排水における実用化動向

環境保全が重視され、第5次水質総量規制が実施されるなど排水への規制が厳しくなり、既存の手法では対応できない場合も
増えつつある中、既設処理水の高度COD処理や高度脱色において効果をあげています。
また、一部のシアン化合物、有機溶剤、農薬、アンモニア性窒素などの特定の化合物を対象とした処理についてもその適用事例は
多数存在しています。最近の例ではバイオマス発電機の排水処理にもＡＯＰ装置を導入する提案を弊社では行っています。


写真-2、写真-3は、高度脱色、シアン化合物の分解を目的とした実用事例です。
写真‐2　高度脱色装置外観 写真‐3　特殊シアン分解装置外観

4　実施例

用水及び排水への適用について全国各地で様々な実績を積んでいます。
表-1に、それらの適用分野、業種、処理内容、実績数をまとめて示します。
表1 UV/AOP納入実績動向（2005年4月現在）
系統 適用分野 主な業種 処理内容 実績例
用水系 純水 電子産業、めっき工業 TOC分解 2
地下水 食品製造業、工業全般 高度酸化､脱色 34
景観用水 景観施設 藻類抑制、脱色 45
浴槽水 浴場 殺菌、有機物分解 44
プール水 プール 殺菌、有機物分解 45
中水 簡易トイレ、浄化槽施設 脱色､脱臭 12
排水系 排水 工業全般 高度COD処理 16
飲料水製造、染色業 高度脱色 9
めっき工業 シアン化合物 2
工業全般 その他 8




プール施設への光酸化法の導入

プール壁や床のタイルに生じるヌルヌルしたスライムを構成する成分の90％以上は微生物で、また水の透明度を悪くする原因の一つに、
細菌の死骸の蓄積があります。これらの原因を光酸化法は除くので、保守管理のエネルギーや補給水の削減にも寄与します。
光酸化法を利用したプール用水浄化システムでは濾過と塩素消毒に、光酸化反応槽と光活性反応槽（ＲＡＣ）を加えます。
光酸化循環ラインへは主循環ラインから20％の水量を分岐して流し、遊泳条件あるいは目標水質により適当に増減させます。
オーバーフロー・システムを加えると、補給水量は一段と節約できます。この方式ではプールの水を、紫外線・オゾンおよび滅菌用塩素も
酸化剤として活用して処理します。オゾンはＵＶランプで作り、そのオゾンと水中の塩素を活性化して水を浄化するヒドロキシラジカル等の
ラジカルを作ります。オゾン単独でプールの水を処理する場合、水中のオゾン濃度を0.4PPM、接触時間は4分以上必要ですが、紫外線
はオゾンの反応時間を10～104倍加速します。光酸化反応槽に続くＲＡＣでは、活性炭がＵＺＯＮから漏れてくる有機性汚濁物をトラップ
して、それにラジカルがアタックして分解します。






参考：紫外線応用による水処理の歴史
1940年にGE社他で紫外線による水処理（殺菌）の実用機が開発され、そこを起点にＵＶ技術の応用が始まり、
国内では70年代に入り、東レ㈱が塩素と紫外線を併用するAOP処理技術装置の商品化に成功しました。
画期的で優秀な装置でしたが、光源が高圧水銀ランプであったため電力効率が悪く、営業的には普及しませんでした。
その後、神奈川県工業試験場が染色排水の処理にオゾンと紫外線を併用するAOP技術を開発しましたが、これも
コスト面で実用化には至りませんでした。 （財）造水促進センターが1985年に、当時、汚濁の著しかった多摩川の水を
促進酸化法で浄化して工業用水を得る技術を開発し、光源には高圧水銀ランプより低圧水銀ランプの方が電力消費量の
点で有効であることを実証しました。しかし当時は工業用水が供給過剰状態でしたので、実用化には至りませんでした。

1986年に世界で初めてオランダのアムステルダムで「Ozone＋Ultraviolet　Water　Treatment」のタイトルで、
オゾン併用処理を中心としたAOP技術の国際会議が開催され、 1989年にはベルリンで同種の会議が開催されました。
両会議とも基礎的なものが主でしたが、数多くの発表がなされ、AOP技術に対する認識向上に寄与しました。
最近では、2004年に東京において「紫外線の水処理応用」のタイトルで国際会議が開かれ、殺菌技術が主でしたが
AOP技術についても実用的な発表があり、世界各国でその実用化が進んでいることが認識されることとなりました。