JP5557230B2 - Method for treating estrogen-containing water - Google Patents
Method for treating estrogen-containing water Download PDFInfo
- Publication number
- JP5557230B2 JP5557230B2 JP2009116693A JP2009116693A JP5557230B2 JP 5557230 B2 JP5557230 B2 JP 5557230B2 JP 2009116693 A JP2009116693 A JP 2009116693A JP 2009116693 A JP2009116693 A JP 2009116693A JP 5557230 B2 JP5557230 B2 JP 5557230B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- water
- reaction
- hydrogen peroxide
- radicals
- treated
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Treatment Of Water By Oxidation Or Reduction (AREA)
Description
本発明は、エストロゲン含有水の処理方法に関する。すなわち、廃水等の被処理水に含有されたエストロゲンを、フェントン法に基づき酸化,分解する処理方法に関するものである。 The present invention relates to a method for treating estrogen-containing water. That is, the present invention relates to a treatment method for oxidizing and decomposing estrogen contained in water to be treated such as waste water based on the Fenton method.
《技術的背景》
エストロゲンは、代表的には女性の卵巣から分泌される女性ホルモン,発情ホルモンとして知られている。そして、エストラジオール,エストロン,エストリオール等の人由来のエストロゲンが、代表的であるが、その他の家畜由来の天然エストロゲンや、ピル等の合成された人工的エストロゲンも、その範疇にある。
さてエストロゲンは、不用分が尿等として体外排泄されるが、その下水や廃水、これらが流入する河川水,湖水,地下水,下水処理場流入水,下水処理場放流水,浄水場取入水等々について、最近その残留,混入,検出が、相次いで報告されている。
そして、係る水系では魚の雌化現象が確認される等、生物の雌化現象が懸念される状況にある。すなわちエストロゲン、特に生物学的活性作用の強いエストラジオールは、いわゆる内分泌性攪乱物質と並んで、人体,生態系,環境等への悪影響が、懸念され始めている状況にある。
《Technical background》
Estrogens are known as female and estrus hormones that are typically secreted from female ovaries. And estrogen derived from humans such as estradiol, estrone and estriol is typical, but natural estrogen derived from other livestock and synthesized artificial estrogen such as pill are also in its category.
Well, estrogen is excreted out of the body as urine, etc., but sewage and wastewater, river water, lake water, groundwater, sewage treatment plant inflow water, sewage treatment plant discharge water, water treatment plant intake water, etc. Recently, its residue, contamination and detection have been reported one after another.
In such an aqueous system, there is a concern about the feminization phenomenon of organisms, such as the confirmation of the feminization phenomenon of fish. That is, estrogen, particularly estradiol, which has a strong biological activity, is in a situation where there are concerns about adverse effects on the human body, ecosystem, environment, etc. along with so-called endocrine disruptors.
《従来技術》
これに対し、有効な処理技術,浄化技術は、現状では未だ確立されていない。この種の下水や廃水,その他の水系中に含有されたエストロゲンの処理ニーズは、今後高まると予測されるが、その高分子有機構造の難分解性等に起因して、効率的な処理技術は未だ確立されていない。この種のエストロゲン処理技術としては、次の技術が把握されうるに過ぎない。
すなわち、活性汚泥処理法,その他の微生物処理法(下水処理場設備として代表的)や、燃焼法,その他の熱処理法や、過酸化水素や放射線照射による酸化分解法や、産業廃棄物としての処理法、等が提案されているに過ぎない。又、過酸化水素と鉄塩にてOHラジカルを生成して、エストロゲンを酸化分解するフェントン法も提案されている。
<Conventional technology>
On the other hand, effective treatment technology and purification technology have not been established yet. The need for processing estrogen contained in sewage, wastewater, and other water systems is expected to increase in the future, but due to the persistent nature of the polymer organic structure, efficient processing technology is not available. Not yet established. As this kind of estrogen treatment technology, only the following technology can be grasped.
In other words, activated sludge treatment method, other microbial treatment methods (typical as sewage treatment plant equipment), combustion method, other heat treatment methods, oxidative decomposition method by hydrogen peroxide and radiation irradiation, treatment as industrial waste Laws, etc. are only proposed. A Fenton method has also been proposed in which OH radicals are generated with hydrogen peroxide and an iron salt to oxidatively decompose estrogen.
《先行技術文献情報》
次の特許文献1,2は微生物処理法に関し、特許文献3は熱処理法に関する。
The following
《問題点について》
ところで、上述したこの種従来例については、次の問題が指摘されていた。
まず、微生物処理法,熱処理法,酸化分解法等については、まず、処理の確実性や処理性能に問題が指摘されており、エストロゲンの処理率,分解率,除去率が低かった。又、大規模設備や多大なエネルギー消費を伴い、イニシャルコストやランニングコストを始め、制御の複雑さや処理の安定性にも、問題が指摘されていた。産業廃棄物処理法は、周知のように運搬や処理にコストが嵩み、イニシャルコストに問題があった。
従来のフェントン法については、処理性能やランニングコスト(薬品使用コスト)等に、問題が指摘されていた。例えば、過酸化水素が処理途中で水と酸素に分解され易く、OHラジカルの生成効率が悪いと共に、これをカバーすべく過酸化水素が多量に過剰添加されており、その残存処理コストつまり中和剤による後処理コストも嵩んでいた。
About the problem
By the way, the following problems have been pointed out for this type of conventional example.
First, regarding the microbial treatment method, heat treatment method, oxidative decomposition method, etc., firstly, problems have been pointed out in the certainty of treatment and treatment performance, and the estrogen treatment rate, degradation rate, and removal rate were low. In addition, with large-scale equipment and enormous energy consumption, problems have been pointed out in terms of initial cost and running cost, as well as control complexity and processing stability. As is well known, the industrial waste treatment method has a high cost for transportation and treatment, and has a problem in initial cost.
With respect to the conventional Fenton method, problems have been pointed out in terms of processing performance and running cost (chemical use cost). For example, hydrogen peroxide is easily decomposed into water and oxygen during the treatment, and the generation efficiency of OH radicals is poor, and a large amount of hydrogen peroxide is excessively added to cover this. The post-processing cost by the agent was also increased.
《本発明について》
本発明のエストロゲン含有水の処理方法は、このような実情に鑑み、上記従来例の課題を解決すべくなされたものである。
そして本発明は、第1に、OHラジカルが、効率的に大量に生成され、もってエストロゲンを、確実に酸化,分解することができ、第2に、しかもこれが、ランニングコスト,後処理コスト,制御の容易性,処理の安定性,イニシャルコスト、等にも優れて実現される、エストロゲン含有水の処理方法を、提案することを目的とする。
<< About the present invention >>
The treatment method for estrogen-containing water of the present invention has been made in order to solve the above-described problems of the conventional examples in view of such circumstances.
According to the present invention, firstly, a large amount of OH radicals can be efficiently generated, so that estrogen can be reliably oxidized and decomposed, and secondly, it has running costs, post-processing costs, and control. The purpose is to propose a method for treating estrogen-containing water, which is realized with excellent ease of treatment, stability of treatment, initial cost, and the like.
《請求項について》
このような課題を解決する本発明の技術的手段は、次の請求項1のとおりである。
請求項1のエストロゲン含有水の処理方法は、被処理水に含有されたエストロゲンを、フェントン法の処理プロセスに基づき酸化,分解する。
該エストロゲンは、ホルモン作用を有するステロイド骨格の有機化合物よりなる。そして、該エストロゲンを含有した該被処理水に対し、過酸化水素と2価の鉄イオン溶液とpH調整剤とが添加される。
<About Claim>
The technical means of the present invention for solving such a problem is as follows.
The method for treating estrogen-containing water according to claim 1 oxidizes and decomposes estrogen contained in the water to be treated based on the treatment process of the Fenton method.
The estrogen is composed of an organic compound having a steroid skeleton having a hormonal action. Then, hydrogen peroxide, a divalent iron ion solution, and a pH adjuster are added to the water to be treated containing the estrogen.
そして過酸化水素は、処理槽において、反応当初に全量添加される。
2価の鉄イオンは、該処理槽において、過酸化水素の添加後に間欠的に複数サイクル繰り返して分割添加され、もって、下記にて生成されるOHラジカルが余って水に戻り,浪費される反応を回避すべく機能する。
pH調整剤は、まずpH調整槽において、該処理槽に供給される被処理水を対象に酸pH調整剤が添加され、又、過酸化水素の添加後の該処理槽において、2価の鉄イオンの分割添加毎にpHが低下し酸性度が過度に上がるので、その都度アルカリpH調整剤が添加される。
もってpH調整剤は、被処理水をpH3〜pH5の弱酸性に常時維持して、2価の鉄イオンの過酸化水素への電子供与機能を促進させると共に、過酸化水素が水と酸素に分解,浪費される反応を抑制すべく機能する。
Then, the entire amount of hydrogen peroxide is added to the treatment tank at the beginning of the reaction.
In the treatment tank, divalent iron ions are intermittently added repeatedly in a plurality of cycles after the addition of hydrogen peroxide, so that the OH radicals generated below return to water and are wasted. It works to avoid.
As for the pH adjuster, an acid pH adjuster is first added to the water to be treated supplied to the treatment tank in the pH adjustment tank, and divalent iron is added in the treatment tank after the addition of hydrogen peroxide. Since pH decreases and acidity increases excessively at every ion addition, an alkaline pH adjuster is added each time.
Therefore, the pH adjuster constantly maintains the water to be treated at a weak acidity of
過酸化水素および2価の鉄イオンの添加量は、反応式に基づく反応理論値を基準として、より多目に実際に準備される必要モル数が算出されるようになっている。
もってまず、被処理水中に含有されたエストロゲンの具体的含有量から、OHラジカルの反応理論値のモル数が基準として得られ、次に、OHラジカルの実際の必要モル数が、この基準より多目に算出され、更に、このOHラジカルの必要モル数から、OHラジカルの生成物質である過酸化水素および2価の鉄イオンの反応理論値のモル数が、基準として得られ、そして、過酸化水素および2価の鉄イオンの実際に準備される必要モル数が、この基準より多目に算出される。
過酸化水素および2価の鉄イオンの添加タイミングは、過酸化水素については、使い尽くされて該処理槽の被処理水中から過酸化水素がなくなった時であり、2価の鉄イオンについては、前回分割添加されたものが使い尽くされて、該処理槽の被処理水中から2価の鉄イオンがなくなった時である。
The amount of hydrogen peroxide and divalent iron ions added is calculated based on the theoretical reaction value based on the reaction formula.
First, from the specific content of estrogen contained in the water to be treated, the number of moles of the theoretical reaction value of OH radical is obtained as a standard, and then the actual required number of moles of OH radical is larger than this standard. Further calculated from the required number of moles of OH radicals, the theoretical number of moles of reaction of hydrogen peroxide and divalent iron ions, which are OH radical products, is obtained as a reference, and peroxidation The required number of moles of hydrogen and divalent iron ions that are actually prepared is calculated from this criterion.
The addition timing of hydrogen peroxide and divalent iron ions is when hydrogen peroxide is used up and hydrogen peroxide is exhausted from the water to be treated in the treatment tank. This is a time when divalent iron ions disappear from the water to be treated in the treatment tank after the previously added portion is used up.
そして、OHラジカルの生成反応に関しては、過酸化水素が2価の鉄イオンにて分割添加の都度還元されて、OHラジカルが生成されるフェントン主反応のほか、更に、過酸化水素の還元反応にて生成された水酸化イオンが、2価の鉄イオンの酸化反応にて生成された3価の鉄イオンにて酸化されて、OHラジカルが生成され、又、生成されたOHラジカルが、更に被処理水の水と反応して、新たなOHラジカルと水とを生成する反応が連鎖的に繰り返され、又、2価の鉄イオンの酸化反応にて生成される3価の鉄イオンと過酸化水素とが反応して、少なくとも新たなOHラジカルを生成する反応が連鎖的に繰り返され、 かつ、このような主反応および付随的,副次的,連鎖的3反応共に、被処理水が上記弱酸性雰囲気に維持されていることが条件となると共に、該処理槽内で過酸化水素が使い尽くされた時にOHラジカルの生成が終了する。
もって、被処理水に含有されたエストロゲンが、このように生成されたOHラジカルにて酸化,分解されて、水,酸素,二酸化炭素の低分子化合物に無機化されること、を特徴とする。
As for the OH radical production reaction, hydrogen peroxide is reduced with divalent iron ions each time it is added in a divided manner, and in addition to the Fenton main reaction, in which OH radicals are produced, the hydrogen peroxide is further reduced. The generated hydroxide ions are oxidized by trivalent iron ions generated by the oxidation reaction of divalent iron ions to generate OH radicals, and the generated OH radicals are further covered. The reaction of reacting with the water of the treated water to generate new OH radicals and water is repeated in a chain, and the trivalent iron ions and peroxidation produced by the oxidation reaction of the divalent iron ions. The reaction of reacting with hydrogen to generate at least new OH radicals is repeated in a chain, and the water to be treated is weak in both the main reaction and the incidental, secondary and chained three reactions. Maintain an acidic atmosphere When the hydrogen peroxide is exhausted in the treatment tank, the generation of OH radicals is completed.
Thus, the estrogen contained in the water to be treated is oxidized and decomposed by the OH radicals thus generated, and is mineralized into a low molecular weight compound of water, oxygen, and carbon dioxide.
《作用等について》
本発明は、このような手段よりなるので、次のようになる。
(1)エストラジオール,エストロン,エストリオール等のエストロゲンを含有した被処理水は、処理装置に供給され、もって、フェントン法に基づく処理方法により、エストロゲンが酸化,分解される。
(2)処理装置は、被処理水供給手段,処理槽,後処理槽、等を備えている。処理槽には、過酸化水素添加手段,鉄イオン添加手段,pH調整手段等が、付設されている。
(3)そして被処理水は、処理槽に供給されるが、その前にpH調整手段から硫酸等が添加されて、pH4程度の弱酸性とされる。
(4)処理槽では、供給された被処理水に対して、まず、過酸化水素添加手段から過酸化水素が全量添加される。
(5)それから、鉄イオン添加手段から2価の鉄イオン溶液が分割添加されるが、その分割添加毎に、pH調整手段からカセイソーダ等が添加されて、被処理水の弱酸性が維持される。
(6)そこで処理槽内では、まず第1に、2価の鉄イオンを触媒として、過酸化水素がOHラジカルを生成する。なお、この生成反応では鉄イオンが分割添加されるので、OHラジカルそして鉄イオンを浪費する反応が起こる虞はない。又、弱酸性雰囲気なので、鉄イオンの触媒機能が促進され、もって過酸化水素が水と酸素に分解,浪費されることも回避される。
(7)OHラジカルは、第2に、上記反応にて生成された3価の鉄イオンと水酸化イオンの反応によっても、生成可能である。
(8)OHラジカルは、更に第3に、上記反応により生成されたOHラジカルが、被処理水等の水と反応することによっても、第4に、上記反応により生成された3価の鉄イオンと過酸化水素が反応することによっても、それぞれ、連鎖的に繰り返して新たに生成される。
(9)処理槽内では、このような連鎖反応により、大量のOHラジカルが効率的に生成される。そして、このように生成されたOHラジカルの強力な酸化力により、被処理水中に含有されたエストロゲンは、確実に酸化,分解され、もって、水,酸素,二酸化炭素等の低分子化合物に無機化される。
(10)被処理水は、このように処理された後、処理槽を経由して外部排水される。
(11)そして、この処理方法では、フェントン試薬等の添加量が、反応理論値から容易に算出されると共に、構成も比較的簡単であり、安定的処理が容易に可能である。
(12)さてそこで、本発明の処理方法は、次の効果を発揮する。
<About the action>
Since the present invention comprises such means, the following is achieved.
(1) The water to be treated containing estrogen such as estradiol, estrone, estriol is supplied to the treatment apparatus, and thus the estrogen is oxidized and decomposed by the treatment method based on the Fenton method.
(2) The treatment apparatus includes a water to be treated supply means, a treatment tank, a post-treatment tank, and the like. The treatment tank is provided with hydrogen peroxide addition means, iron ion addition means, pH adjustment means, and the like.
(3) And the water to be treated is supplied to the treatment tank, but before that, sulfuric acid or the like is added from the pH adjusting means to make it weakly acidic at about pH 4.
(4) In the treatment tank, all the hydrogen peroxide is first added from the hydrogen peroxide addition means to the treated water supplied.
(5) Then, a divalent iron ion solution is dividedly added from the iron ion adding means, and for each divided addition, caustic soda or the like is added from the pH adjusting means, and the weak acidity of the water to be treated is maintained. .
(6) In the treatment tank, first, hydrogen peroxide generates OH radicals using divalent iron ions as a catalyst. In this production reaction, iron ions are dividedly added, so that there is no possibility of a reaction that wastes OH radicals and iron ions. In addition, since the atmosphere is weakly acidic, the catalytic function of iron ions is promoted, so that hydrogen peroxide is not decomposed or wasted into water and oxygen.
(7) Secondly, OH radicals can also be generated by the reaction of trivalent iron ions and hydroxide ions generated by the above reaction.
(8) Thirdly, OH radicals can be obtained by reacting OH radicals generated by the above reaction with water such as water to be treated, and fourthly, trivalent iron ions generated by the above reaction. Also, hydrogen peroxide reacts with each other to generate new ones in a chain.
(9) In the treatment tank, a large amount of OH radicals are efficiently generated by such a chain reaction. The estrogen contained in the water to be treated is surely oxidized and decomposed by the strong oxidizing power of the OH radicals generated in this way, so that it becomes mineralized into low molecular weight compounds such as water, oxygen and carbon dioxide. Is done.
(10) The treated water is treated as described above, and then drained outside through the treatment tank.
(11) In this processing method, the addition amount of the Fenton reagent and the like can be easily calculated from the theoretical reaction value, the configuration is relatively simple, and stable processing is easily possible.
(12) Now, the treatment method of the present invention exhibits the following effects.
《第1の効果》
第1に、OHラジカルが、効率的に大量に生成され、もってエストロゲンを確実に酸化,分解することができる。
すなわち、本発明の処理方法では、まずa.被処理水の弱酸性維持,過酸化水素の全量添加,2価の鉄イオンの分割添加等により、OHラジカルが効率良く生成される。しかもb.OHラジカルは、3価の鉄イオンと水酸化イオンとの反応や、生成されたOHラジカルの水との反応や、3価の鉄イオンの過酸化水素との反応等によっても、連鎖的に繰り返し高効率で大量に生成される。
これらa,bにより、本発明では、連鎖反応により大量に生成されるOHラジカルにより、廃水等の被処理水に混入,含有されていたエストラジオール等のエストロゲンが、高い処理性能のもとで確実に酸化,分解,除去されるようになる。被処理水は、確実に浄化処理,無害化処理される。
<< First effect >>
First, OH radicals are efficiently produced in large quantities, so that estrogens can be reliably oxidized and decomposed.
That is, in the processing method of the present invention, first, a. OH radicals are efficiently generated by maintaining the weak acidity of the water to be treated, adding all of the hydrogen peroxide, split addition of divalent iron ions, and the like. And b. The OH radical repeats in a chain by the reaction of trivalent iron ions and hydroxide ions, the reaction of the generated OH radicals with water, the reaction of trivalent iron ions with hydrogen peroxide, etc. Produced in large quantities with high efficiency.
With these a and b, in the present invention, the oestrogen such as estradiol mixed and contained in the water to be treated such as waste water by the OH radical generated in a large amount by the chain reaction is ensured under high treatment performance. Oxidized, decomposed and removed. The treated water is surely purified and detoxified.
《第2の効果》
第2に、しかもこのようなエストロゲンの酸化,分解は、ランニングコスト,後処理コスト,制御の容易性,処理の安定性,イニシャルコスト等にも優れて実現される。
すなわち、本発明の処理方法では、まずa.前述したこの種従来例のフェントン法のように、過酸化水素が水と酸素に分解,浪費されることがなく、過剰に多量の過酸化水素を添加する必要もなく、フェントン試薬等の薬品使用コスト、そしてランニングコストが低減される。
b.この種従来例フェントン法のように、過酸化水素が過剰添加されることもなく、処理後の被処理水は過酸化水素の残存含有量が少なく、中和剤による後処理コストも低減される。
c.エストロゲンの含有量に対応した過酸化水素の添加量や、過酸化水素の添加量に見合った2価の鉄イオンの添加量や、pH調整剤の添加量等は、反応理論値から容易に算出され、必要モル数が得られる。もって、過不足のない適量の薬品添加制御が容易であり、自動制御も可能となり、例えば、2価の鉄イオンが余剰に残存したり不足したりする事態は発生せず、処理も安定化する。
d.前述した各種従来例の処理(微生物処理法,熱処理法,酸化分解法等)に比べ、構成が簡単容易であり、この面からも、処理の安定性に優れると共に、設備コスト等のイニシャルコスト、エネルギー消費コスト等のランニングコスト、その他の諸コストも低減される。勿論、産業廃棄物処理法と比較しても、同様である。
本発明の処理方法は、これらa,b,c,dの各面から、本格的処理,大規模処理,大容量処理等へのスケールアップ適用、つまり実用化への道が開ける。例えば、本発明の処理方法を実施することにより、エストラジオール等のエストロゲンを含有した下水や廃水の浄化が、容易に可能となる。
このように、この種従来例に存した課題がすべて解決される等、本発明の発揮する効果は、顕著にして大なるものがある。
<< Second effect >>
Secondly, such oxidation and decomposition of estrogen is realized with excellent running cost, post-processing cost, ease of control, stability of processing, initial cost, and the like.
That is, in the processing method of the present invention, first, a. Like the Fenton method of this type, the hydrogen peroxide is not decomposed and wasted into water and oxygen, and it is not necessary to add an excessive amount of hydrogen peroxide. Cost and running cost are reduced.
b. Like this conventional Fenton method, hydrogen peroxide is not added excessively, the water to be treated after treatment has a small residual content of hydrogen peroxide, and the post-treatment cost by the neutralizing agent is also reduced. .
c. The amount of hydrogen peroxide added corresponding to the content of estrogen, the amount of divalent iron ions added corresponding to the amount of hydrogen peroxide added, the amount of pH adjuster added, etc. can be easily calculated from theoretical reaction values. And the required number of moles is obtained. Therefore, it is easy to control the addition of an appropriate amount of chemicals without excess and deficiency, and automatic control is possible. For example, there is no situation where divalent iron ions remain or run short, and the processing is stabilized. .
d. Compared to the above-described conventional treatments (microorganism treatment method, heat treatment method, oxidative decomposition method, etc.), the configuration is simple and easy. From this aspect, the treatment stability is excellent and the initial cost such as equipment cost, Running costs such as energy consumption costs and other various costs are also reduced. Of course, the same applies to the industrial waste treatment method.
The processing method of the present invention opens the way to practical application, that is, scale-up application to full-scale processing, large-scale processing, large-capacity processing, and the like, from each of a, b, c, and d. For example, by performing the treatment method of the present invention, it becomes possible to easily purify sewage and wastewater containing estrogen such as estradiol.
As described above, the effects exerted by the present invention are remarkably large, such as all the problems existing in this type of conventional example are solved.
《図面について》
以下、本発明のエストロゲン含有水の処理方法を、図面に示した発明を実施するための最良の形態に基づいて、詳細に説明する。
図1は、本発明を実施するための最良の形態の説明に供し、構成フロー図である。
《About drawing》
Hereinafter, the method for treating estrogen-containing water of the present invention will be described in detail based on the best mode for carrying out the invention shown in the drawings.
FIG. 1 is a configuration flowchart for explaining the best mode for carrying out the present invention.
《エストロゲン1について》
まず、本発明の処理方法の処理対象であるエストロゲン1について説明する。
エストロゲン1は、ホルモン作用を有するステロイド骨格の有機化合物よりなり、エストラジオール,エストロン,エストリオール等が代表的である。
そして、女性の卵巣等から分泌され、女性ホルモン,発情ホルモンとして作用するが、不用分が尿等として体外排泄され、もって下水や廃水,その他の水系に残留,混入,含有されている可能性がある。
About
First,
It is secreted from female ovaries, etc., and acts as a female hormone and estrus hormone, but the waste is excreted from the body as urine, etc., and may remain, be mixed, or contained in sewage, wastewater, or other water systems. is there.
このようなエストロゲン1について、更に詳述する。エストロゲン(ESTROGEN)は、生物学的に女性ホルモン作用,発情ホルモン作用,卵胞(濾胞)ホルモン作用を有する、天然又は合成物質の総称として定義される。
そして、主として卵巣から分泌される(脊椎動物つまり哺乳類の卵巣の濾胞細胞で生成される)が、副腎その他からも分泌される。勿論、人間に限らず家畜,その他の動物からも分泌され、人畜由来のものが大部分であるが、ピル(経口避妊薬)の主成分となる合成された人工的なエストロゲン1も、その範疇に含まれる。
そしてエストロゲン1は、ホルモン作用を有するステロイド型骨格を持った高分子構造の有機化合物よりなる。すなわち、炭素六原子環つまり6員環(含.芳香環)3個よりなるフェナントレン型の有機構造に、炭素五原子環つまり5員環1個が付いた、ステロイド骨格よりなる。
And it is secreted mainly from the ovary (produced by follicular cells of vertebrates, that is, mammalian ovaries), but is also secreted by the adrenal gland and others. Of course, it is secreted not only by humans but also by domestic animals and other animals, and most of them are derived from human animals. include.
And
エストロゲン1の具体的内容を列挙すると、次の通り。
・エストラジオール(E2)(ESTRADIOL,C18H24O2)
・具体的にはα,βの立体異性体があり、活性の17β−エストラジオールと、17αエチニルエスラジオールとがある。
・エストロン(E1)(ESTRONE,C18H22O2)
・エストリオール(E3)(ESTRIOL,C18H24O3)
・エキリン,エキレニン,これらの代謝物
・化学的誘導体であるホモエストロン,ドワジノール等
なお、生物学的活性作用はエストラジオールが最も強く、エストロンの5〜10倍、エストリオールの10〜100倍程度となっている。エストラジオールが、最も人体,生態系,環境等への悪影響が懸念される物質と言える。
本発明は、下水や廃水,その他の水系の被処理水3に含有されたエストロゲン1を、その処理対象とする。
The specific contents of
Estradiol (E2) (ESTRADIOL, C 18 H 24 O 2)
-Specifically, there are α and β stereoisomers, and there are active 17β-estradiol and 17α ethinyl esladiol.
・ Estron (E1) (ESTRON, C 18 H 22 O 2 )
・ Estriol (E3) (ESTRIOL, C 18 H 24 O 3 )
・ Ekiline, echilenin, metabolites of these ・ Homoestrone, dwazinol, etc. which are chemical derivatives In addition, estradiol has the strongest biological activity, which is about 5 to 10 times that of estrone and 10 to 100 times that of estriol. ing. It can be said that estradiol is the substance with the greatest concern about adverse effects on the human body, ecosystem, and environment.
The present invention treats
《処理方法の概要》
本発明の処理方法は、被処理水3に含有されたエストロゲン1を、改良されたフェントン法の処理プロセスに基づいて、酸化,分解する。
すなわち、本発明の処理方法は、エストロゲン1の含有水を、被処理水3とする。そして、含有されたエストロゲン1を、フェントン試薬の過酸化水素(H2O2)と2価の鉄イオン(Fe2+)を用い、フェントン主反応で生成されたOHラジカル(・OH)や、このようなフェントン主反応の付随的,副次的,連鎖的反応にて生成されたOHラジカルにて酸化,分解し、もって水,二酸化炭素,その他の低分子化合物へと無機化する。
そして本発明は、処理槽4と、この処理槽4に付設された被処理水供給手段5,過酸化水素添加手段6,鉄イオン添加手段7,pH調整手段8とを、備えている。以下、これらについて詳細に説明する。
<Outline of processing method>
The treatment method of the present invention oxidizes and decomposes
That is, in the treatment method of the present invention, the
The present invention includes a treatment tank 4, a treated water supply means 5, a hydrogen peroxide addition means 6, an iron ion addition means 7, and a pH adjustment means 8 attached to the treatment tank 4. Hereinafter, these will be described in detail.
《被処理水供給手段5等について》
まず、被処理水供給手段5等について、説明する。被処理水供給手段5は、処理槽4に対し、エストロゲン1を含有した被処理水3を、処理対象として供給する。
すなわち、被処理水供給手段5の原水槽9には、被処理水3が導入されており、この原水槽9そしてpH調整槽10を経由して、処理槽4に被処理水3が供給される。原水槽9に導入される被処理水3は、必要に応じ予め粉塵汚泥除去,生物処理等の前処理が施されている。pH調整槽10では、付設されたpH調整手段8からpH調整剤が添加される。
このpH調整手段8は、被処理水供給手段5の原水槽9から処理槽4に供給される途中の被処理水3に対し、pH調整剤を添加して、被処理水3を所定の弱酸性に調整してから、処理槽4に供給する。すなわち、原水槽9からの被処理水3は、例えばpH6以上であることも多いので、これをpH5〜pH3程度、代表的にはpH4程度に調整すべく、pH調整剤として硫酸等の酸pH調整剤が用いられる。
このように事前にpH調整しておく理由は、後述するように、過酸化水素と2価の鉄イオンによるOHラジカルの生成反応が、所期の通り効率良く行われるようにする為、等々である。なお、上記pH調整槽10は、例えば、被処理水3の大容量処理,連続処理や、高濃度のエストロゲン1の処理、等の場合に使用される。
被処理水供給手段5等は、このようなっている。
<< About treated water supply means 5 etc. >>
First, the treated water supply means 5 and the like will be described. The treated water supply means 5 supplies the treated
That is, the treated
The pH adjusting means 8 adds a pH adjusting agent to the treated
The reason for adjusting the pH in advance in this way is that, as will be described later, in order to ensure that the OH radical production reaction with hydrogen peroxide and divalent iron ions is performed efficiently as expected. is there. In addition, the said
The treated water supply means 5 and the like are as described above.
《過酸化水素添加手段6について》
次に、処理槽4に付設された過酸化水素添加手段6について、説明する。過酸化水素添加手段6は、処理槽4の被処理水3に対し、その反応当初において、過酸化水素(H2O2)の水溶液を、フェントン試薬として全量添加する。過酸化水素は、OHラジカルの発生源となる。
過酸化水素の1回の反応当たりの添加量は、その被処理水3中に含有された処理対象のエストロゲン1の具体的含有量,濃度次第であるが、その反応理論値を基準として多目に算出された実際必要量(必要モル数)が、反応当初に一度に全量添加される。次回の添加は、処理槽4の被処理水3中から過酸化水素がなくなった時、つまり次の反応時であり、同様にその全量が添加されて行くことになる。なお、この明細書において全量添加とは、反応に必要な薬剤量を1回に100%全量一括添加すること、を意味する。
このように過酸化水素添加手段6から、過酸化水素が全量添加される。
<About hydrogen peroxide addition means 6>
Next, the hydrogen peroxide addition means 6 attached to the processing tank 4 will be described. The hydrogen peroxide addition means 6 adds a total amount of an aqueous solution of hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) to the treated
The amount of hydrogen peroxide added per reaction depends on the specific content and concentration of the
In this way, the entire amount of hydrogen peroxide is added from the hydrogen peroxide addition means 6.
《鉄イオン添加手段7について》
次に、処理槽4に付設された鉄イオン添加手段7について、説明する。鉄イオン添加手段7は、上述により過酸化水素が添加された後の処理槽4の被処理水3に対し、間欠的に複数サイクル繰り返して、2価の鉄イオン(Fe2+)溶液を、フェントン試薬として分割添加する。
すなわち、液中で2価の鉄イオンを生じる物質、例えば硫酸第一鉄7水和物(FeSO4・7H2O)が、このような鉄塩として代表的に使用されるが、その他の無水塩や含水塩、例えば塩化鉄(FeCl2)やその水和物も使用可能である。2価の鉄イオンは、過酸化水素のOHラジカル生成反応の触媒として機能する。鉄イオンの1回の反応当たりの添加量は、反応理論値を基準として、より多い実際必要量が算出されるが、例えば、過酸化水素の1モルに対し0.5モル程度とされる。
又、この鉄イオンは、複数回に分けて分割添加される。すなわち、1回の反応についての必要量が、全量添加されずに3〜7回程度に分けて、例えば5回に分けて順次添加される。各回毎の添加タイミングは、前回添加したものがなくなった段階で、次回分が添加される。このように、この明細書において分割添加とは、反応に必要な薬剤量を複数回に分けて添加すること、を意味する。
2価の鉄イオンを分割添加する理由は、次のa,b,cのとおり。まずa.もしも全量添加すると、後述する化学反応において、過酸化水素を反応物質とする原系から、OHラジカルを生成物質とする生成系へと向かう所期の正反応と同時に、OHラジカルを消費する無駄な反応が起こり易くなる。つまり、余ったOHラジカルが水に戻る反応が起こり易くなり、ロスが生じ、OHラジカル生成のために使用した鉄イオンが、無駄に消費されることになる。これに対し分割添加すると、このような反応が抑制され、鉄イオンの無駄も解消される。
又b.OHラジカルは、反応が激しいだけに存在時間が瞬間的,超短寿命であり、全量添加より分割添加した方が、その都度OHラジカルが生成されて、処理槽4内の被処理水3の隅々まで行き渡るようになる。もってその分、エストロゲン1の酸化,分解が確実化,効率化,迅速化される。
更にc.分割添加すると、全量添加に比し残存する過酸化水素が少なくなるので、その分、中和剤による後処理コストも低減される。
このように鉄イオン添加手段7から、2価の鉄イオン等が分割添加される。
<< About iron ion addition means 7 >>
Next, the iron ion addition means 7 attached to the processing tank 4 will be described. The iron ion adding means 7 intermittently repeats a plurality of cycles with respect to the water to be treated 3 of the treatment tank 4 after the addition of hydrogen peroxide as described above, thereby supplying a divalent iron ion (Fe 2+ ) solution to Fenton. Add in portions as reagents.
That is, substances that generate divalent iron ions in the liquid, such as ferrous sulfate heptahydrate (FeSO 4 · 7H 2 O), are typically used as such iron salts, but other anhydrous Salts and hydrated salts such as iron chloride (FeCl 2 ) and hydrates thereof can also be used. The divalent iron ion functions as a catalyst for the OH radical generation reaction of hydrogen peroxide. The amount of iron ion added per reaction is calculated based on the theoretical reaction value, but a larger actual required amount is, for example, about 0.5 mol per 1 mol of hydrogen peroxide.
Moreover, this iron ion is divided and added in multiple times. That is, the necessary amount for one reaction is not added in the whole amount, but is divided into about 3 to 7 times, for example, 5 times, and is added sequentially. As for the addition timing for each time, the next time is added at the stage where the previous addition is gone. Thus, in this specification, divided addition means that the amount of drug necessary for the reaction is added in multiple portions.
The reason why the divalent iron ions are added separately is as follows: a, b, c. First a. If the total amount is added, in the chemical reaction to be described later, the OH radical is wasted at the same time as the intended positive reaction from the original system using hydrogen peroxide as a reactant to the production system using OH radical as a product. Reaction is likely to occur. That is, a reaction in which surplus OH radicals return to water easily occurs, loss occurs, and iron ions used for generating OH radicals are wasted. On the other hand, when the addition is divided, such a reaction is suppressed and the waste of iron ions is eliminated.
B. OH radicals have a very short reaction time due to their intense reaction, and have a very short life. When the total amount is added in a divided manner, OH radicals are generated each time, and the corner of the treated
C. When the addition is divided, the remaining hydrogen peroxide is smaller than the total addition, and accordingly, the post-treatment cost by the neutralizing agent is reduced accordingly.
In this way, divalent iron ions and the like are dividedly added from the iron
《pH調整手段8について》
次に、処理槽4に付設されたpH調整手段8について、説明する。pH調整手段8は、前述したように被処理水供給手段5から処理槽4に供給される前の被処理水3、および処理槽4に供給された後の被処理水3に対し、pH調整剤を添加して、被処理水3を例えばpH4程度の弱酸性に維持する。
すなわちpH調整手段8は、過酸化水素の添加前には、硫酸(H2SO4)等の酸pH調整剤を添加し、過酸化水素の添加後は、上述した鉄イオンの添加毎に、カセイソーダ(NaOH)等のアルカリpH調整剤を添加する。
被処理水3を、pH3〜pH5程度代表的にはpH4程度に維持する理由は、次のa,b,cのとおり。a.後述するように、所期の反応を阻害する過酸化水素の水と酸素への無駄な分解反応を、抑制すべく機能する。b.2価の鉄イオンの過酸化水素への電子供与を、促進すべく機能する。c.後述する付随的,副次的,連鎖的に繰り返されるOHラジカル生成反応を、促進し確実化すべく機能する。これらa,b,cにより、OHラジカルの生成が、効率良く進行するようになる。
これに対し、まず、被処理水供給手段5の原水槽9からの被処理水3は、例えばpH6以上であることが多いので、前述したようにpH調整槽10において、pH調整手段8から例えば硫酸が添加されて、例えば4程度にpH調整される。そして事後、処理槽4において、2価の鉄イオンが添加されると、そのままでは被処理水3のpHが例えば2.8程度まで低下し酸性度が過度に上がるので、2価の鉄イオンの分割添加毎にその都度、例えばカセイソーダが添加されて、例えばpH4程度へと被処理水3がpH調整される。
pH調整手段8は、このようになっている。
<About pH adjusting means 8>
Next, the pH adjusting means 8 attached to the processing tank 4 will be described. The pH adjusting means 8 adjusts the pH of the water to be treated 3 before being supplied from the water to be treated supplying
That is, the pH adjusting means 8 adds an acid pH adjuster such as sulfuric acid (H 2 SO 4 ) before the addition of hydrogen peroxide, and after the addition of hydrogen peroxide, An alkaline pH adjuster such as caustic soda (NaOH) is added.
The reasons for maintaining the water to be treated 3 at about
On the other hand, first, the treated
The pH adjusting means 8 is as described above.
《処理槽4における反応(OHラジカルの生成:その1)》
次に、処理槽4内における化学反応(OHラジカルの生成:その1)について、説明する。この処理方法において、処理槽4内では、まず第1に、被処理水3が攪拌,流下されると共に、添加された過酸化水素が、触媒として添加された2価の鉄イオンにて還元されて、OHラジカルを生成する。
このようなOHラジカルの生成について、更に詳述する。処理槽4内では、次の化1,化2の反応式(化3の反応式)に基づき、OHラジカルが生成される。これがフェントン主反応である。
<< Reaction in Treatment Tank 4 (OH Radical Generation: Part 1) >>
Next, the chemical reaction (generation of OH radicals: part 1) in the treatment tank 4 will be described. In this treatment method, first, in the treatment tank 4, the water to be treated 3 is stirred and flowed down, and the added hydrogen peroxide is reduced with divalent iron ions added as a catalyst. OH radicals are generated.
The generation of such OH radicals will be further described in detail. In the treatment tank 4, OH radicals are generated based on the following
これらについて、更に詳述する。このフェントン主反応では、上記化1の反応式において、鉄イオン添加手段7から順次分割添加される2価の鉄イオン(Fe2+)は、被処理水3が例えばpH4程度の弱酸性雰囲気に維持されているので容易に、触媒として上記化2の反応式の過酸化水素(H2O2)に対し、順次電子(e−)を供与すると共に、自己は酸化して3価の鉄イオン(Fe3+)となる。
そこで、化2の反応式において、過酸化水素添加手段6から最初に全量添加された過酸化水素は、化1の反応式に基づき電子が順次供与され、もってその都度、OHラジカル(・OH)と水酸化イオン(OH−)が生成される。化1と化2の反応式をまとめて合成すると、上記化3の反応式となる。
ところで、このような反応に際し、前述したように被処理水3が弱酸性雰囲気に維持されているので、過酸化水素が水と酸素に分解され、浪費されてしまうことは抑制される。これに対し、もしも弱酸性雰囲気に維持されないと、次の化4の反応式により、過酸化水素が、発生期の酸素(O)を発生しつつ水分子(H2O)になり、所期の化2(化3)の反応式によりOHラジカルを生成することなく、浪費されてしまうことになる。なお、この発生期の酸素は、その酸化対象がない場合、酸素分子(O2)となって系外にでる。
処理槽4内では、まず第1に、このようなフェントン主反応により、OHラジカルが生成される。
These will be further described in detail. In this Fenton main reaction, the divalent iron ions (Fe 2+ ) sequentially added from the iron ion addition means 7 in the reaction formula of the
Therefore, in the reaction formula of
By the way, in such a reaction, since the to-
In the treatment tank 4, first, OH radicals are generated by such a Fenton main reaction.
《処理槽4における反応(OHラジカルの生成:その2)》
次に、処理槽4内における化学反応(OHラジカルの生成:その2)について、説明する。処理槽4では、第2に、次の化5,化6の反応式によっても、OHラジカル(・OH)を生成可能である。
すなわち、処理槽4内では、まず第1に、前記化3(化1,化2)の反応式のフェントン主反応により、OHラジカルが生成されるが、これと共に第2に、次の化5,化6の反応式によっても、付随的,副次的,連鎖的にOHラジカルを生成可能である。
<< Reaction in treatment tank 4 (generation of OH radicals: 2) >>
Next, the chemical reaction (generation of OH radical: part 2) in the treatment tank 4 will be described. Secondly, in the treatment tank 4, OH radicals (.OH) can be generated also by the following
That is, in the treatment tank 4, first of all, OH radicals are generated by the Fenton main reaction in the reaction formula of the chemical formula 3 (
これについて、更に詳述する。処理槽4内では、過酸化水素の還元反応にて生成された水酸化イオン(OH−)が、2価の鉄イオンの酸化反応にて生成された3価の鉄イオン(Fe3+)にて酸化されて、OHラジカル(・OH)を生成する。
すなわち、前記化1の反応式で生成された3価の鉄イオンは、前記化2の反応式で生成された水酸化イオンから、上記化5,化6の反応式により、電子(e−)を奪ってOHラジカルを生成させ、自らは2価の鉄イオンに還元されて戻る。このように、化3(化1,化2)の反応式のみならず、化5,化6の反応式が、連鎖的にバランス良く起こるようにすると、OHラジカルが、より効率的に生成される。
処理槽4内では、第2に、このような反応によって、OHラジカルを生成可能である。
This will be further described in detail. In the treatment tank 4, the hydroxide ions (OH − ) generated by the reduction reaction of hydrogen peroxide are converted into trivalent iron ions (Fe 3+ ) generated by the oxidation reaction of divalent iron ions. Oxidized to generate OH radicals (.OH).
That is, the trivalent iron ion generated by the
Secondly, in the treatment tank 4, OH radicals can be generated by such a reaction.
《処理槽4における反応(OHラジカルの生成:その3)》
次に、処理槽4内における化学反応(OHラジカルの生成:その3)について、説明する。処理槽4では、上述した第1,第2に加え、更に第3の反応によっても、付随的,副次的,連鎖的に、新たなOHラジカルが生成される。
すなわち、前記化3(化1,化2)や前記化5,化6の反応式にて生成されたOHラジカルが、被処理水3等の水と反応して、新たなOHラジカルと水とを生成する反応が、次の化7,化8の反応式により、連鎖的に繰り返される。
<< Reaction in Treatment Tank 4 (Generation of OH radical: Part 3) >>
Next, the chemical reaction (generation of OH radicals: part 3) in the treatment tank 4 will be described. In the treatment tank 4, in addition to the first and second described above, new OH radicals are generated incidentally, secondary, and chained by the third reaction.
That is, the OH radicals generated in the reaction formulas of Chemical Formula 3 (
これらについて、更に詳述する。まずOHラジカルは、中性〜アルカリ性雰囲気下では、水分子から水素原子を引き抜いてこれを酸化し、酸素分子を発生せしめると共に、自身は還元されて水分子に帰す。
これに対し酸性雰囲気下では、上記化7の反応式により、OHラジカル(・OH)は、水分子(H2O)から電子(e−)を引き抜き、自身は水酸化イオン(OH−)になるが、この引き抜き反応が、水分子をラジカル分裂させ活性化させて、新たなOHラジカル(・OH)とプロトン(H+)を生成させる。生成された水酸化イオンとプロトンは、上記化8の反応式にて、新たな水(H2O)を生成して消滅する。
処理槽4の被処理水3は、弱酸性雰囲気に維持されているので、このようにして、新たなOHラジカルが生成されるが、更にこのように生成されたOHラジカルを基に、再びこのような一連の反応が連鎖的に起き、事後も同様に連鎖的に繰り返される。
つまり、前記化3等の反応式にてOHラジカルが一旦生成されると、これを開始反応,反応開始剤として、事後は連鎖的反応により、半永続的にOHラジカルが得られることになる。エストロゲン1の酸化,分解過程において消費された分を除いたOHラジカルが、プロトンの連鎖的な生成・消滅と共存的に、生成・消滅を繰り返す。OHラジカルは超短寿命であることに鑑み、このような繰り返し生成の意義は大きい。
処理槽4内では、第3に、このような反応によっても、OHラジカルが生成される。
These will be further described in detail. First, in a neutral to alkaline atmosphere, OH radicals extract hydrogen atoms from water molecules and oxidize them to generate oxygen molecules, and are themselves reduced to water molecules.
On the other hand, in an acidic atmosphere, the OH radical (.OH) withdraws electrons (e − ) from water molecules (H 2 O) according to the above reaction formula (7) and converts itself into hydroxide ions (OH − ). However, this abstraction reaction radically splits and activates water molecules to generate new OH radicals (.OH) and protons (H + ). The generated hydroxide ions and protons disappear by generating new water (H 2 O) in the reaction formula of the
Since the
That is, once OH radicals are generated by the reaction formulas such as
Thirdly, in the treatment tank 4, OH radicals are also generated by such a reaction.
《処理槽4における反応(OHラジカルの生成:その4)》
次に、処理槽4内における化学反応(OHラジカルの生成:その4)について、説明する。処理槽4では、上述した第1,第2,第3に加え、更に第4に、次の反応によっても付随的,副次的,連続的に、新たにOHラジカルが生成される。
すなわち、2価の鉄イオンの酸化反応にて生成される3価の鉄イオンと、過酸化水素とが反応して、新たにOHラジカル等を生成する反応が、次の化9,化10の反応式(化11の反応式)により、連鎖的に繰り返される。
<< Reaction in Treatment Tank 4 (OH Radical Generation: Part 4) >>
Next, the chemical reaction (generation of OH radical: part 4) in the treatment tank 4 will be described. In the treatment tank 4, in addition to the first, second, and third described above, OH radicals are newly generated incidentally, subsidiaryly, and continuously by the following reaction.
That is, the reaction in which trivalent iron ions generated by the oxidation reaction of divalent iron ions react with hydrogen peroxide to newly generate OH radicals or the like is represented by the following
これらについて、更に詳述する。前記化3(化1)の反応式で生成された3価の鉄イオ
ン(Fe3+)が、過酸化水素(H2O2)と上記化9の反応式により反応し、もって、3価の鉄イオンが2価の鉄イオン(Fe2+)に還元されると共に、酸素分子が電子と結合して生じたイオンであるスーパーオキシドアニオン(・O2 −)が生成される。
そして、上記化10の反応式により、このラジカルなスーパーオキシドアニオンが、過酸化水素と反応して、OHラジカル(・OH)を生成可能である。化9と化10の反応式をまとめて合成すると、化11の反応式が得られる。
このように、前記化3(化2)の反応式にてOHラジカル生成の源泉となっていた過酸化水素が残ってさえいれば、(エストロゲン1の酸化,分解過程で、OHラジカルが、例え消費され尽くされてしまった場合においても、余剰に過酸化水素が残存してさえいれば、)その過酸化水素を基に、新たなOHラジカルが、連鎖的に半永続的に生成され続けられることになる。OHラジカルは超短寿命であることに鑑み、このような生成継続の意義は大きい。
但し、化11(化9,化10)の反応式が確実に起こるためには、過酸化水素が水と溶存酸素に分解(前記化4の反応式を参照)しない程度の弱酸性雰囲気まで、pH調整手段8にてカセイソーダ等を処理槽4の被処理水3に加える等、pH操作が必要であり、pH値をアルカリ側に移動させておくことが必要である。
更に、化11(化9)の反応式で生じた2価の鉄イオンは、pHを下げるが、上述により弱酸性雰囲気で安定存在する過酸化水素との共存を図るべく、必要なpH操作を実施しておけば、前記化3等の反応式のフェントン主反応により、OHラジカルの生成も見込める。
処理槽3内では、第4に、このような反応によっても、OHラジカルが生成される。
These will be further described in detail. The trivalent iron ion (Fe 3+ ) generated by the reaction formula of Chemical Formula 3 (Chemical Formula 1) reacts with hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) by the reaction formula of
Then, according to the reaction formula of the
Thus, as long as hydrogen peroxide that was the source of OH radical generation in the reaction formula of Chemical Formula 3 (Chemical Formula 2) remains (for example, in the process of oxidation and decomposition of
However, in order to ensure that the reaction formula of Chemical Formula 11 (
Furthermore, although the divalent iron ion generated by the reaction formula of Chemical Formula 11 (Chemical Formula 9) lowers the pH, the necessary pH operation is performed in order to coexist with hydrogen peroxide that is stably present in the weakly acidic atmosphere as described above. If carried out, the generation of OH radicals can be expected by the Fenton main reaction of the reaction formula such as
In the
《処理槽4における反応(エストロゲン1の酸化,分解)》
次に、OHラジカルによるエストロゲン1の酸化,分解,無機化について説明する。この処理方法において、処理槽4内では、被処理水3に含有されたエストロゲン1が、このようにフェントン主反応,その他にて生成されたOHラジカルの関与により、酸化,分解,無機化される。
これらについて、更に詳細に説明する。OHラジカルつまりヒドロキシラジカル(・OH)は、周知のごとく強力な酸化力を備えている。つまり、活性酸素種として他に類を見ない極めて強力な電子(e−)の奪取力,酸化力,つまり活性力,分解力を有しており、ラジカルで反応性に富んでいる。なお反応が激しいだけに、その存在時間は、ほんの瞬間的で寿命の短い化学種でもある。
さてそこで、水相分散したOHラジカルは、被処理水3中に含有されたエストロゲン1を酸化し、遂には分解してしまう。OHラジカルは、エストロゲン1の高分子有機構造や、その分解過程の中間体の有機構造について、酸化や付加の連鎖プロセスを辿り、もって、その炭素連鎖,有機結合,分子結合を順次切断,分解,分断して、最終的には無機の低分子化合物へと、酸化,分解,無機化してしまう。
<< Reaction in treatment tank 4 (oxidation and decomposition of estrogen 1) >>
Next, oxidation, decomposition and mineralization of
These will be described in more detail. The OH radical, that is, the hydroxy radical (.OH) has a strong oxidizing power as is well known. That is, it has an extremely strong electron (e − ) deprivation ability, oxidation ability, that is, activation ability and decomposition ability, which is unparalleled as an active oxygen species, and is highly reactive with radicals. In addition, since the reaction is intense, its existence time is a very short-lived chemical species.
Now, the OH radicals dispersed in the water phase oxidize the
このようなOHラジカルによる酸化,分解の基本理論については、次のとおり。すなわち、処理対象,分解対象であるエストロゲン1や分解過程の中間体の有機構造について、次の反応が繰り返される。
まずOHラジカルは、分解対象の水酸基(−OH)の水素原子(H)を奪って酸化し、自身は水(H2O)に回帰し、水酸基(−OH)の酸素原子(O)を二重結合化(=O)する。
又、OHラジカルは、分解対象の炭化水素(含酸素炭化水素、例えば末端のアルデヒド基−CHO)の水素原子(H)を奪って酸化し、自身は水に回帰し、炭素原子(C−)の不対電子に引き続くOHラジカルが和合する。もって水酸基(−OH)が再生され、上述した反応が繰り返される。
なお、このようにしてOHラジカルが、分解対象の水素原子(H)を奪い尽くし酸化し尽くした場合は、次のようになる。すなわち、引き続くOHラジカルが、水分子(H2O)から水素原子(H)を奪って酸化し、OHラジカル自身は水に回帰し、酸素分子(O2)を発生させつつ、水素ラジカル(H++e−)を生成する。そしてこの水素ラジカルが、水素原子(H)を奪い尽くされた分解対象を、還元,水素化する。もって、炭化水素が再生されて、上述した反応が繰り返される。
このような基本理論に基づき、処理対象,分解対象のエストロゲン1は、水,酸素,二酸化炭素等の低分子化合物に、酸化,分解,無機化される。
The basic theory of oxidation and decomposition by such OH radicals is as follows. That is, the following reaction is repeated for the organic structure of
First, the OH radical deprives the hydrogen atom (H) of the hydroxyl group (—OH) to be decomposed and oxidizes, and returns itself to water (H 2 O), and then converts the oxygen atom (O) of the hydroxyl group (—OH) into two. Double bond (= O).
Further, the OH radical oxidizes by depriving the hydrogen atom (H) of the hydrocarbon to be decomposed (oxygen-containing hydrocarbon, for example, terminal aldehyde group -CHO), and returns itself to water, and the carbon atom (C-) The OH radicals following the unpaired electrons are compatible. Thus, the hydroxyl group (-OH) is regenerated and the above-described reaction is repeated.
In the case where the OH radicals thus deplete the hydrogen atoms (H) to be decomposed and are oxidized, the following occurs. That is, the subsequent OH radical deprives the hydrogen molecule (H 2 O) from the hydrogen atom (H) and oxidizes, and the OH radical itself returns to water, generating an oxygen molecule (O 2 ) while generating the hydrogen radical (H 2 O). + + E − ) is generated. And this hydrogen radical reduces and hydrogenates the decomposition | disassembly object from which the hydrogen atom (H) was exhausted. Thus, the hydrocarbon is regenerated and the above-described reaction is repeated.
Based on such a basic theory, the
《後処理槽11について》
次に、後処理槽11について説明する。以上述べた処理槽4には、後処理槽11が付設されている。そして、この後処理槽11に、前述によりエストロゲン1が酸化,分解された後の被処理水3が、処理槽4から排出され、必要な処理が施されて外部排水される。
このような後処理槽11について、更に詳述する。図示例の後処理槽11は、中和槽12,凝集槽13,貯留槽14,脱水槽15,処理水槽16等を、下流に向け順に備えている。
まず処理槽4から、含有されたエストロゲン1の酸化,分解,無機化処理が済んだ被処理水3が、処理槽4から後処理槽11の中和槽12に排出される。中和槽12では、このような被処理水3に対し、カセイソーダ等のpH調整剤が添加され、もって無機凝集剤への最適pHへと調整される。なお、被処理水3中に僅かでも過酸化水素が残留している場合には、水質汚濁を回避すべくカタラーゼ等の中和剤が添加される。
次に凝集槽13では、中和層12から流入した被処理水3に対し、無機凝集剤として、例えばポリ塩化アルミニウム(PAC,Al2(OH)nCl6−n)や、塩化第二鉄(FeCl3)が、添加されて攪拌される。もって、被処理水3中のリン系イオン(例えば燐酸イオンH2PO4 ―)が、アルミニウムイオン(Al3+)や3価の鉄イオン(Fe3+)とコロイド状の錯体17をなし、凝集化,沈殿,沈積して、分離,除去可能となる。
なお、被処理水3中にフェントン法にて発生した3価の鉄イオンの残存量が多い場合は、この鉄イオンが無機凝集剤として機能するので、上記無機凝集剤の添加は不要である。これに対し、高分子凝集剤として例えばアニオンを添加し、もって錯体17の一層の凝集化,フロック化を図るようにしてもよい。
それから被処理水3は、図示例では、このような凝集槽13から、貯留槽14を経由して脱水槽15へと供給される。脱水槽15では、例えばF/P式脱水機により、沈殿,汚泥化した被処理水3固液分離され、フロック化,脱水ケーキ化した錯体17が、コンテナ18へと分離,貯留された後、除去処分される。
そして、このように浄化された被処理水3は、処理水槽16にて更に浄化されると共に、外部放流に適したpH値に調整されたてから、外部放流される。
後処理槽11は、このようになっている。
<< About the
Next, the
Such a
First, the
Next, in the
In addition, when there is much residual amount of the trivalent iron ion which generate | occur | produced by the Fenton method in the to-
Then, the
And the to-
The
《作用等》
本発明のエストロゲン1含有水の処理方法は、以上説明したように構成されている。そこで、以下のようになる。
(1)エストロゲン1を含有した廃水等の被処理水3は、処理装置2へと供給される。エストロゲン1としては、エストラジオール,エストロン,エストリオール,その他が考えられるが、特に、生物学的活性作用が強いエストラジオールが、その代表例である。
そして処理装置2を使用し、フェントン法の処理プロセスに基づく処理方法により、混入していたエストロゲン1を酸化,分解し、もって被処理水3を浄化する。
《Action etc.》
The method for treating estrogen 1-containing water of the present invention is configured as described above. Therefore, it becomes as follows.
(1) The treated
Then, the
(2)さて、この処理装置2は、被処理水供給手段5の原水槽9,pH調整槽10,処理槽4,後処理槽11等を、順に備えている。pH調整槽10には、pH調整手段8が付設されている。処理槽4には、過酸化水素添加手段6,鉄イオン添加手段7,pH調整手段8等が、付設されている。
(2) The
(3)そして被処理水3は、まず、被処理水供給手段5の原水槽9から、処理槽4に供給される。なお被処理水3は、処理槽4に供給される前に、pH調整槽10において、pH調整手段8から例えば硫酸等の酸pH調整剤が添加され、もってpH3〜pH5例えばpH4程度の弱酸性とされる。
(3) The treated
(4)処理槽4に供給された被処理水3には、まず、過酸化水素添加手段6から過酸化水素の水溶液が、添加される。過酸化水素は、反応当初に全量添加される。 (4) First, an aqueous solution of hydrogen peroxide is added from the hydrogen peroxide addition means 6 to the water to be treated 3 supplied to the treatment tank 4. The total amount of hydrogen peroxide is added at the beginning of the reaction.
(5)この処理槽4では、このように過酸化水素が添加された後、被処理水3に対して、鉄イオン添加手段7から2価の鉄イオン溶液が、添加される。この添加は、過酸化水素添加後の反応中において、分割添加により複数回に分けて間欠的に、複数サイクル繰り返して行われる。
又、このような鉄イオンの分割添加毎に、pH調整手段8から例えばカセイソーダ等のアルカリpH調整剤が添加され、もって、被処理水3は常時、例えばpH4程度の弱酸性を維持する。つまり被処理水3は、OHラジカル生成に最適なpHへと調整される。
(5) In this treatment tank 4, after the hydrogen peroxide is added in this way, a divalent iron ion solution is added from the iron ion addition means 7 to the water to be treated 3. This addition is performed by repeating a plurality of cycles intermittently divided into a plurality of times by divided addition during the reaction after the addition of hydrogen peroxide.
Moreover, for every divided addition of iron ions, an alkaline pH adjuster such as caustic soda is added from the pH adjusting means 8, so that the
(6)さてそこで、処理槽4内では、次の第1,第2,第3,第4の反応に基づき、OHラジカルが生成される。
第1に、上述により全量添加された過酸化水素が、触媒として分割添加される2価の鉄イオンにて、分割添加の都度還元されて、OHラジカルを生成する。すなわち、前記化3(化1,化2)の反応式のフェントン主反応により、2価の鉄イオンが、過酸化水素に電子を供与して3価の鉄イオンになり、電子を供与された過酸化水素が、OHラジカルを生成する。
なお、このOHラジカルの生成は、2価の鉄イオンが分割添加されるので、OHラジカルそして2価の鉄イオンが浪費される反応が起こる虞もなく、分割添加の都度、無駄なく効率良く実施される。これに加え、このOHラジカルの生成は、pH4程度の弱酸性雰囲気に維持されていることによって、一段と効率良く確実に実施される。すなわち、弱酸雰囲気下であることにより、まず、2価の鉄イオンの電子供与が促進されると共に、更に過酸化水素が、前記化4の反応式により水と酸素に分解,浪費される反応が抑制,回避され、能力いっぱいのOHラジカルを生成するようになる。
(6) Now, in the treatment tank 4, OH radicals are generated based on the following first, second, third and fourth reactions.
First, the total amount of hydrogen peroxide added as described above is reduced by divalent iron ions added in portions as a catalyst, and OH radicals are generated each time the addition is performed. That is, by the Fenton main reaction in the reaction formula of Chemical Formula 3 (
The generation of OH radicals is carried out efficiently without waste, since there is no risk of wasteful reaction of OH radicals and divalent iron ions because divalent iron ions are added in portions. Is done. In addition to this, the generation of OH radicals is more efficiently and reliably performed by being maintained in a weakly acidic atmosphere having a pH of about 4. That is, under the weak acid atmosphere, first, electron donation of divalent iron ions is promoted, and further, hydrogen peroxide is decomposed into water and oxygen by the reaction formula (4) and is wasted. Suppressed and avoided, generating full-capacity OH radicals.
(7)第2に、OHラジカルは、処理槽4内で2価の鉄イオンの酸化反応にて生成された3価の鉄イオンにて、過酸化水素の還元反応にて生成された水酸化イオンが、酸化されることによっても生成可能である。
すなわちOHラジカルは、前記化3(化1,化2)の反応式で生成された3価の鉄イオンと水酸化イオンとに基づき、前記化5,化6の反応式によっても生成可能であり、この面からも、OHラジカルが効率良く生成される。なおこのOHラジカルも、鉄イオンの分割添加の都度、連鎖的にそれぞれ生成される。
(7) Second, OH radicals are hydroxylated by a reduction reaction of hydrogen peroxide with trivalent iron ions generated by an oxidation reaction of divalent iron ions in the treatment tank 4. Ions can also be generated by oxidation.
That is, OH radicals can be generated by the reaction formulas of
(8)OHラジカルは、上述した第1,第2に加え、更に次の第3,第4によっても生成される。つまり、上記(6)のフェントン主反応以外でも、付随的,副次的,連鎖的反応によって、効率良く生成され続ける。
第3に、前記化3の反応式等により生成されたOHラジカルが、前記化7,化8の反応式により被処理水3等の水と反応することにより、新たなOHラジカルが連鎖的に繰り返し生成される。
第4に、前記化3(化1)の反応式で生成された3価の鉄イオンと、過酸化水素とが、前記化11(化9,化10)の反応式により反応することによっても、新たなOHラジカルが、連鎖的に繰り返し生成される。
なお、これら第1,第2,第3,第4のOHラジカルの生成は、処理槽4内でフェントン試薬の過酸化水素が使い尽くされてなくなった時に、終了する。
(8) In addition to the first and second described above, OH radicals are also generated by the following third and fourth. That is, other than the Fenton main reaction of (6) above, it continues to be efficiently generated by incidental, secondary, and chain reactions.
Thirdly, OH radicals generated by the reaction formula of the
Fourthly, the trivalent iron ion generated by the reaction formula of Chemical Formula 3 (Chemical Formula 1) and hydrogen peroxide react by the reaction formula of Chemical Formula 11 (
Note that the generation of the first, second, third, and fourth OH radicals ends when the hydrogen peroxide of the Fenton reagent is exhausted in the processing tank 4.
(9)さて、このようにして大量に生成されたOHラジカルは、極めて強力な酸化力を備えている。そこで処理槽4内では、被処理水3中に含有されたエストラジオール等のエストロゲン1は、このOHラジカルにて酸化,分解され、もって低分子化合物へと無機化されてしまう。
エストロゲン1は、難分離性の有機化合物ではあるが、大量のOHラジカルの連鎖的な付加や酸化反応により、水,酸素,二酸化炭素等の低分子化合物へと、高い処理率,分解率,除去率のもとで確実に無機化されてしまう。
(9) Now, the OH radicals produced in large quantities in this way have an extremely strong oxidizing power. Therefore, in the treatment tank 4, the
Although
(10)被処理水3は、含有されていたエストロゲン1が、このように水,酸素,二酸化炭素等に無機化され、もって処理槽4から後処理槽11へと排出される。図示の後処理槽11は、中和槽12,沈殿槽13,凝集沈殿槽14,濾過槽15,pH調整槽16,処理水槽17、等を備えている。
なお過酸化水素は、前述によりOHラジカル生成に関し、無駄なく有効使用されるので、処理後の残存量は僅かであり、中和槽12における中和剤の使用も、極く僅か又は皆無となる。そして被処理水3は、後処理槽11を経由することにより、排水可能な状態に調整されて、外部排水される。
(10) The
Since hydrogen peroxide is effectively used without waste for the generation of OH radicals as described above, the remaining amount after the treatment is small, and the use of the neutralizing agent in the
(11)この処理方法では、上述したように、フェントン法の処理プロセス等に基づき、被処理水3に含有されたエストロゲン1を無機化するが、これは容易に実現される。
すなわち、過酸化水素,2価の鉄イオン,pH調整剤等のフェントン試薬等の薬品添加量は、反応理論値から実際必要量が容易に算出され、反応理論値と同量か多目の例えば数倍程度が、実際必要量として添加され、もって添加量の最適化が実現される。
又、この処理装置2は、処理槽4を中心に、原水槽9や後処理槽11が配設されると共に、過酸化水素添加手段6,鉄イオン添加手段7,pH調整手段8等が付設された構成よりなる。つまり、この処理方法では、比較的簡単な構成の処理装置2が用いられており、安定的な処理が可能である。
本発明の作用等は、このようになっている。
(11) In this treatment method, as described above, the
That is, the amount of chemicals added such as hydrogen peroxide, divalent iron ions, and Fenton's reagent such as a pH adjuster is easily calculated from the theoretical reaction value, and is the same as or larger than the theoretical reaction value. Several times as much as the actual required amount is added, and thus the addition amount is optimized.
The
The operation of the present invention is as described above.
次に、本発明の実施例1について、説明する。
この実施例1では、本発明のエストロゲン1含有水の処理方法に関し、酸化,分解の反応プロセスについて、説明する。
すなわち、処理槽4における反応(エストロゲン1の酸化,分解)と題して前述した所に関し、エストロゲン1の代表例であるエストラジオールについて、その酸化,分解反応プロセスの1例を、理論的に検証する。
被処理水3中に含有されたエストラジオールは、その酸化,分解過程の中間体の有機構造をも含め、以下に詳述する化13〜化20に示した反応式の連鎖プロセス(1)〜(11)を辿ることにより、順次、OHラジカル(・OH)が関与して酸化や付加されると共に、水等の低分子化合物が派生,生成,遊離されて行く。水(H2O),二酸化炭素(CO2),酸素(O2)等の低分子化合物に、分解,無機化されてしまう。
なお、化13〜化20記載の各反応式においては、原則として、上段に化学式を記載すると共に、下段にその構造式を記載した。
因に、エストロゲン1の代表例の構造式(示性式)は、下記化12のとおり。化12中の(1)は、エストロン(E1)(C18H22O2)を、(2)は、以下に述べるエストラジオール(E2)(C18H24O2)を、(3)は、エストリオール(E3)(C18H24O3)を、それぞれ示す。
Next, Example 1 of the present invention will be described.
In this Example 1, the reaction process of oxidation and decomposition will be described with respect to the method for treating estrogen 1-containing water of the present invention.
That is, regarding the place described above as the reaction (oxidation and decomposition of estrogen 1) in the treatment tank 4, one example of the oxidation and decomposition reaction process is theoretically verified for estradiol which is a typical example of
The estradiol contained in the water to be treated 3 includes the chain structure (1) to (1) of the reaction formula shown in the following
In addition, in each reaction formula described in
Incidentally, the structural formula (schematic formula) of a typical example of
さて、酸化,分解プロセスの初期段階については、次のとおり。まず、処理対象である出発物質のエストラジオールは、下記化13〜化16に示した反応式の連鎖プロセス(1)〜(4)を辿ることにより、OHラジカルによる酸化反応や付加反応が順次進行して行き、水、更にプロセス(4)では二酸化炭素や酸素等が、順次派生,生成,遊離されて行く。
すなわち、OHラジカルは、エストラジオールや分解過程の中間体の有機構造等の分解対象について、その水酸基(−OH)の水素原子(H)を奪って酸化し、自身は水に回帰すると共に、水酸基の酸素原子(O)を二重結合化(=O)する。
又、OHラジカルは、分解対象の炭化水素の水素原子(H)を奪って酸化し、自身は水に回帰すると共に、炭素原子(C−)の不対電子に引き続くOHラジカルが和合する。もって水酸基が再生されて、上述した反応が繰り返される。
The initial stages of the oxidation and decomposition process are as follows. First, estradiol, which is a starting material to be processed, sequentially undergoes oxidation processes and addition reactions by OH radicals by following the chain processes (1) to (4) of the reaction formulas shown in the following
That is, the OH radical oxidizes by taking away the hydrogen atom (H) of the hydroxyl group (—OH) of the decomposition target such as estradiol and the organic structure of the intermediate of the decomposition process, and returns itself to water. An oxygen atom (O) is double-bonded (= O).
Also, the OH radicals deprive the hydrogen atoms (H) of the hydrocarbons to be decomposed and oxidize, and return themselves to water, and the OH radicals following the unpaired electrons of the carbon atoms (C-) are compatible. Thus, the hydroxyl group is regenerated and the above-described reaction is repeated.
さて、このような初期段階の後、次の段階へと進む。すなわち、上記化13〜化16の反応式の連鎖プロセス(1)〜(4)の後、下記化17〜化20の反応式の連鎖プロセス(5)〜(11)を辿ることになる。
まず、下記化17のプロセス(5)−1では、OHラジカルが、水分子(H2O)から水素原子(H)を奪って酸化し、自身は水に回帰すると共に、酸素分子(O2)を発生しつつ、水素ラジカル(H++e−)を生成する。
そこで、前記化16のプロセス(4)において、残基本体から切断,生成されたO=C=C=Oは、次の下記化17のプロセス(5)−2において、上述により生成された水素ラジカルにて還元されて、ホルムアルデヒド(HCHO)となる。そして、下記化17のプロセス(5)−3において、このホルムアルデヒドは、OHラジカルにより二酸化炭素と水に酸化,分解されてしまう。
他方、前記化16のプロセス(4)の残基本体は、まず化17のプロセス(6)を経由した後、下記化18〜化20のプロセス(7)〜(10)を辿り、それぞれの残基について、OHラジカルによる酸化反応や付加反応が順次進行して行く。又これに伴い、水や二酸化炭素が、派生,生成,遊離される。
そして、下記化20のプロセス(11)に至り、最終的残基として生成されたシュウ酸(C2H2O4)も、OHラジカルにて酸化され、もってすべて水や二酸化炭素に帰すに至る。
Now, after such an initial stage, the process proceeds to the next stage. That is, after the chain processes (1) to (4) of the reaction formulas of the
First, in the process (5) -1 of the following
Therefore, in the process (4) of the
On the other hand, the residue body of the process (4) of the
Then, the following chemical process 20 (11) is reached, and oxalic acid (C 2 H 2 O 4 ) produced as a final residue is also oxidized by OH radicals, and all of which is attributed to water and carbon dioxide. .
上記化21は、前記化13〜化20の連鎖プロセス(1)〜(11)の総括反応式である。この化21の総括反応式では、1モルのエストラジオールは、理論上、110モルのOHラジカルにより、18モルの二酸化炭素と、4.5モルの酸素と、67モルの水とに、無機化される。
なおOHラジカルは、反応理論値としては、上記したように110モルを準備すれば良いが、実際必要量としては、その数倍程度準備される。OHラジカルの生成物質である過酸化水素や2価の鉄イオン等についても、同様である。
実施例1については、以上のとおり。
The chemical formula 21 is a general reaction formula of the chain processes (1) to (11) of the
As for the OH radical, the theoretical reaction value may be 110 mol as described above, but the actual required amount is prepared several times as much. The same applies to hydrogen peroxide, divalent iron ions, and the like, which are OH radical products.
About Example 1, it is as above.
次に、本発明の実施例2について、説明する。
この実施例2では、本発明のエストロゲン1含有水の処理方法に関し、その実験結果について説明する。
すなわち、この実験では、エストロゲン1の代表例であるエストラジオール(C18H24O2)、具体的にはその活性異性体の17β−エストラジオールを含有した被処理水3を、まずサンプル1(原水)として、常温下で処理槽4に供給した。そして各薬品を、サンプル2−1,2−2,2−3,2−4,2−5毎に、添加量を適宜変えつつ所定順序で添加した。
まず、この実験の手順については、次のとおり。すなわち、まず被処理水3を本発明のフェントン法にて処理した後に、錯体17をPAC添加により凝集,沈殿,除去して、固液分離し(後処理槽11に関し前述した所を参照)、もって、得られた濾液状の被処理水3を、実験の分析対象,評価対象とした。
次に、この実験のテスト条件については、次のとおり。すなわち、フェントン法のOHラジカルの発生源となる過酸化水素、触媒となる硫酸第一鉄、pH調整用の硫酸やカセイソーダ、凝集用のPAC等々、各薬品の添加量については、次の表1,表2のとおり。
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
In Example 2, the experimental results of the method for treating
That is, in this experiment, estradiol (C 18 H 24 O 2 ), which is a typical example of
First, the procedure of this experiment is as follows. That is, first, the water to be treated 3 is treated by the Fenton method of the present invention, and then the complex 17 is aggregated, precipitated and removed by adding PAC, and solid-liquid separation is performed (see the above-mentioned place regarding the post-treatment tank 11). Thus, the filtrated water to be treated 3 was used as an analysis object and an evaluation object in the experiment.
Next, the test conditions for this experiment are as follows. That is, the amount of each chemical added, such as hydrogen peroxide as a source of generation of OH radicals in the Fenton method, ferrous sulfate as a catalyst, sulfuric acid or caustic soda for pH adjustment, PAC for aggregation, etc. is shown in Table 1 below. , As shown in Table 2.
さて、このような表1,表2のテスト条件のもとで実験した所、下記の表3,表4に示したテスト結果が得られた。
すなわち、分析対象の被処理水3中に含有された17β−エストラジオールの含有量、その他の分析項目を、フェントン処理前のサンプル1(原水)と、本発明によるフェントン処理後のサンプル2−1,2−2,2−3,2−4,2−5とについて、それぞれ計測した結果、次の表3,表4のテスト結果が得られた。
なお、各分析項目毎の計測,分析方法については、次のとおり。
・水 温:JIS K0102 12(ガラス製棒状温度計)
・pH :JIS K0102 12.1(ガラス電極法)
・COD−Cr(二クロム酸カリウムによる酸素消費量)
:JIS K0102 20(二クロム酸カリウム酸化法)
(酸素換算)
・COD−Mn(100℃における過マンガン酸カリウムによる酸素消費量)
:JIS K0102 17(100℃における過マンガン酸カリウム滴定法)
(酸素換算)
・TOC(全有機体炭素)
:JIS K0102 22.1(燃焼酸化−赤外線式TOC分析法)
(C換算)
・電気伝導率:JIS K0102 13.1(電極法)
・17β−エストラジオール
:固相抽出 高速液体クロマトグラフ質量分析法
・ギ 酸:イオンクロマトグラフ法
・酢 酸:ガスクロマトグラフ(FID)法
・シュウ酸:イオンクロマトグラフ法
When the experiment was conducted under the test conditions shown in Tables 1 and 2, the test results shown in Tables 3 and 4 below were obtained.
That is, the content of 17β-estradiol contained in the water to be treated 3 to be analyzed and other analysis items are as follows: Sample 1 (raw water) before Fenton treatment, Sample 2-1 after Fenton treatment according to the present invention As a result of measuring each of 2-2, 2-3, 2-4, and 2-5, the test results shown in Tables 3 and 4 were obtained.
The measurement and analysis methods for each analysis item are as follows.
・ Water temperature: JIS K0102 12 (glass rod thermometer)
-PH: JIS K0102 12.1 (glass electrode method)
・ COD-Cr (Oxygen consumption by potassium dichromate)
: JIS K0102 20 (potassium dichromate oxidation method)
(Oxygen conversion)
COD-Mn (oxygen consumption by potassium permanganate at 100 ° C)
: JIS K0102 17 (potassium permanganate titration method at 100 ° C.)
(Oxygen conversion)
・ TOC (total organic carbon)
: JIS K0102 22.1 (combustion oxidation-infrared TOC analysis method)
(C conversion)
-Electrical conductivity: JIS K0102 13.1 (electrode method)
17β-estradiol: solid phase extraction high performance liquid chromatograph mass spectrometry method formic acid: ion chromatograph method acetic acid: gas chromatograph (FID) method oxalic acid: ion chromatograph method
この実験では、この表3,表4に示したテスト結果により、次の点がデータ的に確認された。
すなわち、本発明のフェントン法で処理したサンプル2−1,2−2,2−3,2−4,2−5によると、エストロゲン1の代表例である17β−エストラジオールは、OHラジカルにより、二酸化炭素,酸素,水へと酸化,分解,無機化されてしまい、被処理水3中には殆ど存在しなくなったことが、データ的に確認,評価された。
このことは、COD−Cr,COD−Mn,TOC等のデータ値減少や、電気伝導率のデータ値増加等によっても、裏付けられた。
なお、蟻酸(HCOOH),酢酸(CH3COOH),シュウ酸(C2H2O4)等の低級脂肪酸については、反応過程での生成可能性も考えられるので、分析項目とした。その結果は、サンプル2−4,2−5でのシュウ酸の検出例を除き、データ値不検出となり、この面からも、上述したOHラジカルによる水等への酸化,分解,無機化が、裏付けられた。
実施例2については、以上のとおり。
In this experiment, the following points were confirmed by data from the test results shown in Tables 3 and 4.
That is, according to Samples 2-1, 2-2, 2-3, 2-4, and 2-5 treated by the Fenton method of the present invention, 17β-estradiol, which is a typical example of
This was supported by a decrease in data values of COD-Cr, COD-Mn, TOC, etc., an increase in the electrical conductivity data value, and the like.
It should be noted that lower fatty acids such as formic acid (HCOOH), acetic acid (CH 3 COOH), and oxalic acid (C 2 H 2 O 4 ) were considered as analysis items because they could be generated in the reaction process. As a result, data values were not detected except in the detection examples of oxalic acid in Samples 2-4 and 2-5. From this aspect, the oxidation, decomposition, and mineralization of water by the OH radical described above were performed. It was supported.
About Example 2, it is as above.
1 エストロゲン
2 処理装置
3 被処理水
4 処理槽
5 被処理水供給手段
6 過酸化水素添加手段
7 鉄イオン添加手段
8 pH調整手段
9 原水槽
10 pH調整槽
11 後処理槽
12 中和槽
13 凝集槽
14 貯留槽
15 脱水槽
16 処理水槽
17 錯体
18 コンテナ
DESCRIPTION OF
Claims (1)
該エストロゲンは、ホルモン作用を有するステロイド骨格の有機化合物よりなり、該エストロゲンを含有した該被処理水に対し、過酸化水素と2価の鉄イオン溶液とpH調整剤とが添加されると共に、
過酸化水素は、処理槽において、反応当初に全量添加され、
2価の鉄イオンは、該処理槽において、過酸化水素の添加後に間欠的に複数サイクル繰り返して分割添加され、もって、下記にて生成されるOHラジカルが余って水に戻り,浪費される反応を回避すべく機能し、
pH調整剤は、まずpH調整槽において、該処理槽に供給される被処理水を対象に酸pH調整剤が添加され、又、過酸化水素の添加後の該処理槽において、2価の鉄イオンの分割添加毎にpHが低下し酸性度が過度に上がるので、その都度アルカリpH調整剤が添加され、
もってpH調整剤は、被処理水をpH3〜pH5の弱酸性に常時維持して、2価の鉄イオンの過酸化水素への電子供与機能を促進させると共に、過酸化水素が水と酸素に分解,浪費される反応を抑制すべく機能し、
過酸化水素および2価の鉄イオンの添加量は、反応式に基づく反応理論値を基準として、より多目に実際に準備される必要モル数が算出されるようになっており、
もってまず、被処理水中に含有されたエストロゲンの具体的含有量から、OHラジカルの反応理論値のモル数が基準として得られ、次に、OHラジカルの実際の必要モル数が、この基準より多目に算出され、更に、このOHラジカルの必要モル数から、OHラジカルの生成物質である過酸化水素および2価の鉄イオンの反応理論値のモル数が、基準として得られ、そして、過酸化水素および2価の鉄イオンの実際に準備される必要モル数が、この基準より多目に算出され、
過酸化水素および2価の鉄イオンの添加タイミングは、過酸化水素については、使い尽くされて該処理槽の被処理水中から過酸化水素がなくなった時であり、2価の鉄イオンについては、前回分割添加されたものが使い尽くされて、該処理槽の被処理水中から2価の鉄イオンがなくなった時であり、
そして、OHラジカルの生成反応に関しては、過酸化水素が2価の鉄イオンにて分割添加の都度還元されて、OHラジカルが生成されるフェントン主反応のほか、更に、過酸化水素の還元反応にて生成された水酸化イオンが、2価の鉄イオンの酸化反応にて生成された3価の鉄イオンにて酸化されて、OHラジカルが生成され、又、生成されたOHラジカルが、更に被処理水の水と反応して、新たなOHラジカルと水とを生成する反応が連鎖的に繰り返され、又、2価の鉄イオンの酸化反応にて生成される3価の鉄イオンと過酸化水素とが反応して、少なくとも新たなOHラジカルを生成する反応が連鎖的に繰り返され、
かつ、このような主反応および付随的,副次的,連鎖的3反応共に、被処理水が上記弱酸性雰囲気に維持されていることが条件となると共に、該処理槽内で過酸化水素が使い尽くされた時にOHラジカルの生成が終了し、
もって、被処理水に含有されたエストロゲンが、このように生成されたOHラジカルにて酸化,分解されて、水,酸素,二酸化炭素の低分子化合物に無機化されること、を特徴とするエストロゲン含有水の処理方法。 A treatment method that oxidizes and decomposes estrogen contained in water to be treated based on the Fenton process.
The estrogen is composed of an organic compound having a steroid skeleton having a hormonal action, and hydrogen peroxide, a divalent iron ion solution, and a pH adjuster are added to the water to be treated containing the estrogen,
Hydrogen peroxide is added in the treatment tank at the beginning of the reaction,
In the treatment tank, divalent iron ions are intermittently added repeatedly in a plurality of cycles after the addition of hydrogen peroxide, so that the OH radicals generated below return to water and are wasted. Function to avoid
As for the pH adjuster, an acid pH adjuster is first added to the water to be treated supplied to the treatment tank in the pH adjustment tank, and divalent iron is added in the treatment tank after the addition of hydrogen peroxide. Since pH decreases and acidity increases excessively for each divided addition of ions, an alkaline pH adjuster is added each time,
Therefore, the pH adjuster constantly maintains the water to be treated at a weak acidity of pH 3 to pH 5 to promote the electron donating function of divalent iron ions to hydrogen peroxide, and hydrogen peroxide is decomposed into water and oxygen. , Function to suppress wasted reactions,
The amount of hydrogen peroxide and divalent iron ions added is calculated based on the theoretical reaction value based on the reaction formula, and the required number of moles actually prepared is more calculated.
First, from the specific content of estrogen contained in the water to be treated, the number of moles of the theoretical reaction value of OH radical is obtained as a standard, and then the actual required number of moles of OH radical is larger than this standard. Further calculated from the required number of moles of OH radicals, the theoretical number of moles of reaction of hydrogen peroxide and divalent iron ions, which are OH radical products, is obtained as a reference, and peroxidation The actual required number of moles of hydrogen and divalent iron ions to be prepared is calculated more than this standard,
The addition timing of hydrogen peroxide and divalent iron ions is when hydrogen peroxide is used up and hydrogen peroxide is exhausted from the water to be treated in the treatment tank. When the previously added portion is used up, the divalent iron ions disappear from the water to be treated in the treatment tank.
As for the OH radical production reaction, hydrogen peroxide is reduced with divalent iron ions each time it is added in a divided manner, and in addition to the Fenton main reaction, in which OH radicals are produced, the hydrogen peroxide is further reduced. The generated hydroxide ions are oxidized by trivalent iron ions generated by the oxidation reaction of divalent iron ions to generate OH radicals, and the generated OH radicals are further covered. The reaction of reacting with the water of the treated water to generate new OH radicals and water is repeated in a chain, and the trivalent iron ions and peroxidation produced by the oxidation reaction of the divalent iron ions. The reaction with hydrogen to generate at least new OH radicals is repeated in a chain,
In addition, both the main reaction and the incidental, secondary, and chain reactions are required to maintain the water to be treated in the weakly acidic atmosphere, and hydrogen peroxide is contained in the treatment tank. When used up, the generation of OH radicals ends,
Thus, the estrogen contained in the water to be treated is oxidized and decomposed by the OH radicals thus generated, and mineralized into a low molecular weight compound of water, oxygen, and carbon dioxide. Treatment method of contained water.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2009116693A JP5557230B2 (en) | 2008-05-15 | 2009-05-13 | Method for treating estrogen-containing water |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2008127950 | 2008-05-15 | ||
| JP2008127950 | 2008-05-15 | ||
| JP2009116693A JP5557230B2 (en) | 2008-05-15 | 2009-05-13 | Method for treating estrogen-containing water |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2009297708A JP2009297708A (en) | 2009-12-24 |
| JP5557230B2 true JP5557230B2 (en) | 2014-07-23 |
Family
ID=41545160
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2009116693A Expired - Fee Related JP5557230B2 (en) | 2008-05-15 | 2009-05-13 | Method for treating estrogen-containing water |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP5557230B2 (en) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102372356A (en) * | 2010-08-25 | 2012-03-14 | 中国石油化工集团公司 | Method for treating washing water generated by synthesizing 4,6-dinitroso-1,2,3-trichlorobenzene from 1,2,3-trichlorobenzene |
| CN102838229A (en) * | 2012-08-22 | 2012-12-26 | 青岛海安生物环保有限公司 | Method for treating alkali high-concentration organic waste water by using Fenton process |
| AU2013361526B2 (en) | 2012-12-19 | 2018-03-01 | Clear River Enviro, Llc | Apparatus for treating pharmaceutical waste |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004042011A (en) * | 2002-07-15 | 2004-02-12 | Toru Ueda | Early purification method and greening method of petroleum contaminated soil using quicklime |
| JP2005000801A (en) * | 2003-06-11 | 2005-01-06 | Hiroaki Hasegawa | Waste water treatment method |
-
2009
- 2009-05-13 JP JP2009116693A patent/JP5557230B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2009297708A (en) | 2009-12-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Asaithambi et al. | Removal of color, COD and determination of power consumption from landfill leachate wastewater using an electrochemical advanced oxidation processes | |
| Popat et al. | Mixed industrial wastewater treatment by combined electrochemical advanced oxidation and biological processes | |
| Babuponnusami et al. | Advanced oxidation of phenol: a comparison between Fenton, electro-Fenton, sono-electro-Fenton and photo-electro-Fenton processes | |
| Hermosilla et al. | Optimizing the treatment of landfill leachate by conventional Fenton and photo-Fenton processes | |
| Moussavi et al. | The investigation of degradation and mineralization of high concentrations of formaldehyde in an electro-Fenton process combined with the biodegradation | |
| Neyens et al. | A review of classic Fenton’s peroxidation as an advanced oxidation technique | |
| Neyens et al. | Pilot-scale peroxidation (H2O2) of sewage sludge | |
| Zhang et al. | Removal of COD from landfill leachate by electro-Fenton method | |
| Tokumura et al. | Photo-Fenton process for excess sludge disintegration | |
| Amr et al. | Pretreatment of stabilized leachate using ozone/persulfate oxidation process | |
| Yang et al. | Degradation of bisphenol A using ozone/persulfate process: kinetics and mechanism | |
| US4012321A (en) | Oxidation of refractory organics in aqueous waste streams by hydrogen peroxide and ultraviolet light | |
| Radwan et al. | Application of electro-Fenton process for treatment of water contaminated with benzene, toluene, and p-xylene (BTX) using affordable electrodes | |
| Gomez-Herrero et al. | Removal of imidazolium-based ionic liquid by coupling Fenton and biological oxidation | |
| CN102701502A (en) | Method for deeply treating aromatic nitro-compound wastewater through photo-assisted catalysis | |
| Muszyński et al. | Cosmetic wastewater treatment with combined light/Fe0/H2O2 process coupled with activated sludge | |
| Anglada et al. | Treatment of municipal landfill leachate by catalytic wet air oxidation: Assessment of the role of operating parameters by factorial design | |
| JP5557230B2 (en) | Method for treating estrogen-containing water | |
| JPH0975993A (en) | Treatment of organic matter-containing waste water and device therefor | |
| Masomboon et al. | Mineralization of 2, 6-dimethylaniline by photoelectro-Fenton process | |
| Peralta-Hernández et al. | Photo and solar Fenton processes for wastewater treatment | |
| Hu et al. | Effect of oxidized pyrite activating persulfate on the degradation of aniline aerofloat: Mechanism and degradation pathway | |
| JP2009255077A (en) | TREATMENT DEVICE AND TREATMENT METHOD FOR beta LACTAM BASED ANTIBIOTICS-CONTAINING WATER | |
| Zhang et al. | The effect of autochthonous metal ions and humic substances on landfill leachate ozonation: Reactive oxygen species and 3D fluorescence analysis | |
| JP5058922B2 (en) | Nonylphenol treatment method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20120312 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20120723 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20120814 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20121012 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20121012 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20130326 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20130527 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20130527 |
|
| A911 | Transfer of reconsideration by examiner before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20130617 |
|
| A912 | Removal of reconsideration by examiner before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912 Effective date: 20130809 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20140528 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5557230 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |