作成： 2000/10/30 新井英彦
データ番号 ：010211
エアロゾル化した廃水の電子ビーム・オゾン併用処理
目的 ：電子ビーム照射による廃水処理技術の開発と実用化
放射線の種別 ：電子
放射線源 ：電子加速器(0.3 MeV, 15 kW)
線量（率） ：1 - 4 kGy
利用施設名 ：EB accelerator of Institute of Physical Chemistry of Russian Academy of Sciences
照射条件 ：空気中、室温、エアロゾル化後照射
応用分野 ：下水処理、染色工場排水処理、ごみ集積場浸出水処理、家畜飼育場排水処理
概要 ：
Pikaevらは、ポンプにより下水を照射室に噴出させエアロゾル化した後、0.3 MeV、15 kWの低エネルギー電子ビームを照射する処理方法を開発し、下水処理のパイロット試験を行った。同時に、照射により空気中に生成するオゾンを照射室に循環させ処理に有効利用した。本処理法により下水中のCOD、BOD、SS、全微生物数等が著しく減少した。経済的にも従来の塩素殺菌・生物処理法に拮抗できる。
詳細説明 ：
作本と宮田が1984年に放射線とオゾンを組み合わせて廃水処理する方法が有効であることを発表(参考資料1)して以来、様々な廃水等の処理へのこの併用方法の適用が検討された。オーストリアのGehringerらは、トリクロロエチレン等に汚染された地下水の浄化にこの併用方法が有効であることを示した(参考資料2)。
著者ら(Pikaevら)は、この方法の有効性に着目するとともに、経済性を高めるため低エネルギー電子加速器を使用してオゾン併用法による都市下水処理のパイロット試験を行った。
Pikaevらは、ポンプにより撒布ノズルから下水を照射室に噴出させエアロゾル化した後、0.3 MeV、15 kWの低エネルギー電子加速器からの電子ビームを照射する方法を開発した。また、同時に照射により空気中に生成したオゾンを照射室に循環させ副生するオゾンの有効利用も図った。
彼らの開発した下水処理システムの模式図を図1に示す。
図1 Scheme of pilot plant for combined electron-beam and ozone treatment of municipal wastewater in the aerosol flow（原論文1より引用。 Reprinted from Radiat. Phys. Chem.,Vol.49,No.1,pp.155-157,1997, A. K. Pikaev, E. A. Podzorova and O. M. Makhtin , Combined electron-beam and ozone treatment of wastewater in the aerosol flow, with permission from Elsevier Science.）
1は廃水貯槽、 2がポンプ、3が撒布ノズル、4が照射室、5が電子加速器、6がブローアー(空気中に生成したオゾンを照射室に循環させる)、7は電源、8はコントロール盤、9が照射済み下水を排出するためのポンプである。
彼らは、この装置をある小都市の下水処理場に設置してパイロット試験を行った。その処理能力は、500 m3/day、電力消費量は58 kW、装置設置面積40 m2、空気供給量288 L/s、下水流速9.65 m/s、照射室におけるフローの深さ9 cmである。
照射処理とともに、浮遊固形物質(SS)が凝集し照射室の底に沈殿した。この沈殿物は、照射済み下水により除去された。
表1に1.3 kGy照射前後における下水の水質を示す(但し、照射後の水質は照射後12時間経過後に沈殿物を除去した後の値)。
表1 Parameters of unirradiated and irradiated (dose 1.3 kGy) municipal wastewater in the aerosol flow（原論文1より引用。 Reprinted from Radiat. Phys. Chem.,Vol.49,No.1,pp.155-157,1997, A. K. Pikaev, E. A. Podzorova and O. M. Makhtin , Combined electron-beam and ozone treatment of wastewater in the aerosol flow, with permission from Elsevier Science.）
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Parameter Before irradiation After irradiation Requiremennts of Russian
State Standards,not more
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Color Dark-gray Colorless ---
Color index,degree 161 20 20
Odor,force 4-5 No 2
Transparency(cm) 1.3 20 ---
Suspended solids(mg/dm3)156 <5 ---
pH 6.5-8.5 6.5-8.5 6-9
COD(mg/dm3) 120 10 ---
BOD5(mg/dm3) 40 3.5 ---
Hardness total(mg/dm3) 8.5 3.3 ---
Sulfates(mg/dm3) 256 11 500
Iron(mg/dm3) 1.3 0.1 0.3
Chlorides(mg/dm3) 64 17 350
Ammonia(mg/dm3) 13.8 5.1 ---
Phosphates(mg/dm3) 14 6.4 ---
Petrochemicals(mg/dm3) 0.8 NO ---
Synthetic surfactants 0.14 NO ---
(mg/dm3)
Total number of microbes 105 1 3
(cell/cm3)
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*After removal of the precipitate formed during 12h after electron-beam treatment
照射処理により著しい水質の改善がみられた。すなわち、下水の色は、灰色が照射後無色になり、また、照射により浮遊固形物質(SS)は、156 mg/dm3から5 mg/dm3に、化学的酸素要求量(COD)は120 mg/dm3から10 mg/dm3、生物化学的酸素要求量(BOD)は、40 mg/dm3から3.5 mg/dm3、全微生物数 100,000 個/cm3は1個/cm3にそれぞれ減少した。また、石油化合物および合成洗剤も照射処理後は検出されなくなった。
CODは、線量とともに減少し、照射後12時間経過後に沈殿物を除去した後の値は、さらに減少した。後者におけるCOD除去のG値は16 分子/100eVとなった。このように大きなG値が得られたのは、併用したオゾンが有機物質と反応するとともに、水和電子などをOHラジカルに変換したためである。
表2に彼らが行った予備的な処理コスト試算結果を示す。
表2 Preliminary economic evaluation of combined electron-beam and ozone treatment of municipal wastewater (by 1 January 1995)（原論文1より引用。 Reprinted from Radiat. Phys. Chem.,Vol.49,No.1,pp.155-157,1997, A. K. Pikaev, E. A. Podzorova and O. M. Makhtin , Combined electron-beam and ozone treatment of wastewater in the aerosol flow, with permission from Elsevier Science.）
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Cost
Process (roubles/m3)
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Convenional purification(total) 4880
Chlorination+use of biopond 1220
Electron-beam treatment (after removal of mechanical admixtures by sand filter)
to decrease COD value from 1390
500 to 30 mg/dm3
The same to decrease the COD value from 150 to 30 mg/dm3 810
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a 1U.S.dollar was equal to 4100 roubles.
この結果は、本処理方法が、従来の方法(塩素殺菌と生物処理法)と拮抗できることを示している。
彼らが試験を行った小都市の1日の下水排出量は、7000 m3/dayである。したがって、本方法でこの全量を処理するには、上記15 kW加速器14台(各15 kW)かもしくは105 kW加速器が2台必要となる。
コメント ：
下水をエアロゾル化後に照射する方法のため、低エネルギー電子ビームにより水処理を行うことができる点が優れている。エアロゾル化にエネルギーが必要であるが、噴水のように自噴式エアロゾル化法を採用すれば、この問題は解決されよう。また、照射により空気中に生成したオゾンの利用による処理効果の改善も著しい。小規模の廃水などの浄化に利用できる方法である。
原論文１ Data source 1：
Combined electron-beam and ozone treatment of wastewater in the aerosol flow
A. K. Pikaev, E. A. Podzorova and O. M. Makhtin
Institute of Physical Chemistry of Russian Academy of Sciences, Leninsky Prospect 31, Moscow 117915, Russia
Radiat.Phys.Chem.,Vol.49,No.1,pp.155-157,1997
参考資料１ Reference 1：
Treatment of waste water by a combined technique of radiation and conventional method
A. Sakumoto and T. Miyata
Japan Atomic Energy Research Institute
Radiat. Phys. Chem., Vol. 24, No.1, pp. 99-115, 1984
参考資料２ Reference 2：
Ozone-electron beam treatment for groundwater remediation
P. Gehringer, H. Schweiler, and H. Fiedler
Austrian Research Centre Seibesdorf
Radiat. Phys. Chem., Vol. 46, No.4-6, pp. 1075-1078, 1995
キーワード：電子ビーム、エアロゾル、オゾン、併用法、廃水、パイロット試験、化学的酸素要求量、COD
Electron beam, Aerosol, Ozone, Combined method, Wastewater, Pilot test, Chemical oxygen demand, COD
分類コード：010502, 010505