JP2009255015A

JP2009255015A - 水処理装置および水処理方法

Info

Publication number: JP2009255015A
Application number: JP2008110039A
Authority: JP
Inventors: Kazuyuki Yamazaki; 和幸山嵜; Kazumi Nakajo; 数美中條; Koji Iwata; 耕治岩田
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2008-04-21
Filing date: 2008-04-21
Publication date: 2009-11-05

Abstract

【課題】有機フッ素化合物を含有する被処理水をより合理的に処理でき、かつ処理効率を格段に向上できる水処理装置および水処理方法を提供する。
【解決手段】この水処理装置は、シーケンサ３は、流入水泡レベル感知部９が被処理水の水面４０に生じた泡の高さにより検出した被処理水の有機フッ素化合物濃度に応じて、４台のナノバブル発生機３１〜３４のうちの運転させるナノバブル発生機の台数を制御する。よって、ナノバブルが有する強力な酸化分解力を充分に利用してナノバブル発生分解部１０内の被処理水が含有する有機フッ素化合物を分解処理できる。ｐＨ計７５が測定した上記被処理水のｐＨに基づいてｐＨ調整計７６で被処理水のｐＨを調整するので、処理水のｐＨを中性域(ｐＨ５.８〜８.６)にすることが可能である。
【選択図】図１

Description

この発明は、被処理水中の有機フッ素化合物の濃度に合わせてナノバブル量を確保して有機フッ素化合物を円滑に分解処理し、被処理水中に微量残存している有機フッ素化合物は活性炭にて確実に処理する水処理装置および水処理方法に関する。

マイクロナノバブルやナノバブルを用いた水処理方法や水処理装置が開発されている。すなわち、マイクロナノバブルやナノバブルが有する微生物活性化作用や、マイクロナノバブルやナノバブルが有するフリーラジカル起因の酸化作用による有機物および汚濁物の酸化による水処理方法や水処理装置が開発されている。

しかしながら、マイクロナノバブルやナノバブルを被処理水に含有させるだけでは、処理が不充分である処理対象水(被処理水)も存在している事実が各種処理実験により判明した。すなわち、有機フッ素化合物としてのＰＦＯＳ(パーフルオロオクタスルホン酸)やＰＦＯＡ(パーフルオロオクタン酸)が被処理水中に存在していると、この被処理水は強力な酸化作用等特別の条件がないかぎり、微生物による分解処理が困難な状況になる。

一方で、各種工場においては排水中に有機フッ素化合物としてのＰＦＯＳやＰＦＯＡをｐｐｔのレベルで含有しているところもあり、工場のリスクマネージメントの観点から、これらの有機フッ素化合物を確実に処理することが求められている。

一方、排水の全量を活性炭に通水して、排水中の有機フッ素化合物を活性炭に吸着させて処理することも考えられるが、この場合、活性炭の寿命が短くなり、破過するまでの時間が短く、経済的な排水処理システムとは言えない。

ところで、従来技術としてのナノバブルの利用方法および装置が、特開２００４−１２１９６２号公報(特許文献１)に記載されている。この従来技術では、ナノバブルが有する浮力の減少,表面積の増加,表面活性の増大,局所高圧場の生成,静電分極の実現による界面活性作用と殺菌作用などの特性を活用したものである。この従来技術では、より具体的にはそれらが相互に関連することによって、汚れ成分の吸着機能,物体表面の高速洗浄機能,殺菌機能を発揮して各種物体を高機能,低環境負荷で洗浄することができ、汚濁水の浄化を行うことができることを開示している。

また、従来技術としてのナノ気泡の生成方法が、特開２００３−３３４５４８号公報(特許文献２)に記載されている。この従来技術の方法は、液体中において、(1)液体の一部を分解しガス化する工程、(2)液体中で超音波を印加する工程、または、(3)液体の一部を分解しガス化する工程および超音波を印加する工程から構成されていることを開示している。

また、従来技術としてのオゾンマイクロバブルを利用する廃液の処理装置が、特開２００４−３２１９５９号公報(特許文献３)に記載されている。この従来技術では、オゾン発生装置より生成されたオゾンガスをマイクロバブル発生装置に供給し、処理槽の下部から抜き出された廃液を加圧ポンプを介して上記マイクロバブル発生装置に供給している。また、この従来技術では、生成されたオゾンマイクロバブルをガス吹き出しパイプの開口部より上記処理槽内の廃液中に通気することを開示している。

また、別の従来技術として、水処理における活性炭吸着処理が知られている。水処理で活性炭を使用することで、大部分が炭素から構成された多孔質の物質である活性炭の微細な孔に多くの有機物を吸着する性質を利用している。

しかし、活性炭を利用する場合、この活性炭に多くの有機物を吸着するので、吸着の後は活性炭を頻繁に取り替える必要があり、ランニングコストがかかっている。

具体的には、難分解性有機フッ素化合物含有水には有機物を含有している場合が多く、最終的に有機フッ素化合物を活性炭吸着する場合、上記有機物有機物が活性炭の寿命を短くするだけでなく、有機フッ素化合物の活性炭吸着を有機物が阻害している課題がある。

また、一般的な広い意味での有機フッ素化合物の処理に関する課題としては、有機フッ素化合物における化学構造式である炭素とフッ素の結合は安定しているが故に強酸の中でも分解しない。それ故、この有機フッ素化合物は、環境中に放出されて世界中を巡り、果てには世界中のあらゆる生物に濃縮されてきた。例えば、一例として北極熊、アザラシ、鯨からも有機フッ素化合物が検出されて国際的環境汚染として問題となっている。

しかしながら、この有機フッ素化合物は安定的な化学物質であるので、微生物による分解が困難であるから、有機フッ素化合物を含有している液体を１０００℃以上で焼却する処理方法しか存在していない。この焼却による処理方法は、唯一の処理方法であるが、液体量が多い場合には燃料も多く使用し、二酸化炭素の増加による地球温暖化の問題もあり、合理的処理方法ではない。

また、最近では水道水、地下水等の微量有機フッ素化合物に対する処理も求められているが合理的かつ経済的な処理が実現できていない。

そして、最近の総合的な情報として、被処理水中の有機フッ素化合物の処理としては活性炭吸着による処理が有効であるが、活性炭の取替え頻度の増大によるコスト増や破過した活性炭のセメント工場での燃料としての焼却処分によるコスト増という問題があることが判明してきた。また、活性炭吸着塔を多数設置した場合は水処理装置の建設費が高くなる問題もある。

このように、従来から、マイクロナノバブルやナノバブルを利用した水処理方法や水処理装置が知られているものの、ＰＦＯＳやＰＦＯＡ等の難分解性化学物質である有機フッ素化合物を含有する被処理水に対して、より合理的かつ処理効率が格段に向上する水処理方法や水処理装置を実現できていなかった。
特開２００４−１２１９６２号公報特開２００３−３３４５４８号公報特開２００４−３２１９５９号公報

そこで、この発明の課題は、有機フッ素化合物を含有する被処理水をより合理的に処理でき、かつ処理効率を格段に向上できる水処理装置および水処理方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明の水処理装置は、有機フッ素化合物を含有する被処理水が導入される処理水槽と、
上記有機フッ素化合物を含有する被処理水の有機フッ素化合物濃度を検出する濃度検出部と、
上記処理水槽内の上記被処理水にナノバブルを発生させる複数台のナノバブル発生機と、
上記濃度検出部が検出した被処理水の有機フッ素化合物濃度に応じて、上記複数台のナノバブル発生機のうちの運転させるナノバブル発生機の台数を制御する制御部と、
上記被処理水のｐＨを測定するｐＨ測定部と、
上記ｐＨ測定部が測定した上記被処理水のｐＨに基づいて、上記被処理水のｐＨを調整するｐＨ調整部とを備えることを特徴としている。

この発明の水処理装置によれば、上記制御部は、上記濃度検出部が検出した被処理水の有機フッ素化合物濃度に応じて、上記複数台のナノバブル発生機のうちの運転させるナノバブル発生機の台数を制御する。よって、ナノバブルが有する強力な酸化分解力を充分に利用でき、上記処理水槽内の被処理水が含有する有機フッ素化合物を合理的に分解処理できる。また、上記制御部により、上記被処理水中の有機フッ素化合物の濃度に合わせて、上記ナノバブル発生機の運転台数を制御するので、有機フッ素化合物を効率良く処理できる。よって、処理効率がよく、かつ省エネルギー運転でもって有機フッ素化合物を分解処理できる。

また、ナノバブルは強い酸化力を有しているので、被処理水中に窒素成分(Ｎ)やイオウ成分(Ｓ)が存在すると被処理水のｐＨが低下するが、上記ｐＨ測定部が測定した上記被処理水のｐＨに基づいて上記ｐＨ調整部で被処理水のｐＨを調整するので、処理水のｐＨを中性域(ｐＨ５.８〜８.６)にすることが可能である。また、上記ｐＨ調整部により、被処理水のｐＨが調整されるので、被処理水中に微生物が繁殖しやすい状況となり、被処理水の微生物処理を促進できる。

また、一実施形態の水処理装置では、上記濃度検出部は、
上記処理水槽における被処理水中に気泡を発生させ上記被処理水の水面に生じる泡の高さを検出することによって上記被処理水の有機フッ素化合物濃度を検出する。

この実施形態の水処理装置によれば、上記被処理水の水面に生じる泡の高さを検出することによって上記被処理水の有機フッ素化合物の概略の濃度を即座に検出できる。よって、上記被処理水の有機フッ素化合物濃度の変化に即座に対応して、ナノバブル発生機の運転台数を最適化でき、ランニングコストの低減を図れる。また、有機フッ素化合物の濃度を検出するための計装機器のイニシャルコストを低減できる。また、上記ｐＨ調整部により、被処理水のｐＨが調整されるので、被処理水のｐＨを中性域に調整でき、上記被処理水の水面での泡の発泡状態を充分に確保できて、有機フッ素化合物濃度を検出し易くなる。

また、一実施形態の水処理装置では、上記ナノバブル発生機は、上記被処理水にオゾンナノバブルを発生させるオゾンナノバブル発生機である。

この実施形態の水処理装置によれば、オゾンナノバブル発生機が発生するオゾンナノバブルは、ナノバブルの強力な酸化力とオゾンの酸化力との相乗的な酸化力を発揮でき、有機フッ素化合物を強力に酸化分解できる。

また、一実施形態の水処理装置では、上記ナノバブル発生機は気液混合循環ポンプを有し、上記制御部は、
上記濃度検出部が検出した被処理水の有機フッ素化合物濃度に応じて、上記複数台のナノバブル発生機のうちの運転させるナノバブル発生機の台数を制御すると共にこの運転させるナノバブル発生機の上記気液混合循環ポンプの回転数をインバータ制御する。

この実施形態の水処理装置によれば、ナノバブル発生機を構成する気液混合循環ポンプのモーターをインバータ制御することによって、ナノバブル発生能力をより高精度で制御でき、効率的で省エネルギーなナノバブル発生機の運転制御が可能となる。

また、一実施形態の水処理装置では、上記処理水槽は、
上記有機フッ素化合物を含有する被処理水が導入される上記濃度検出部と、
上記濃度検出部から上記被処理水が導入されると共に上記ナノバブル発生機からナノバブルが導入されるナノバブル発生分解部と、
上記ナノバブル発生分解部から導入される被処理水の水面に生じる泡の高さを検出することによって上記被処理水の有機フッ素化合物濃度を検出する中間水泡レベル感知部とを有する。

この実施形態の水処理装置によれば、上記中間水泡レベル感知部によって、上記ナノバブル発生分解部での上記被処理水中の有機フッ素化合物の分解レベルを検知できる。

また、一実施形態の水処理装置では、上記処理水槽からの処理水が導入され、上記処理水と共に活性炭を流動させる活性炭流動槽を備える。

この実施形態の水処理装置によれば、上記活性炭流動槽内で流動している活性炭により、被処理水中の微量の有機フッ素化合物を処理できる。

また、一実施形態の水処理装置では、上記処理水槽からの処理水が導入され、上記処理水と共にイオン交換樹脂を流動させるイオン交換樹脂流動槽を備える。

この実施形態の水処理装置によれば、上記イオン交換樹脂流動槽において、被処理中の特定の有機フッ素化合物の中でも末端がイオンに解離している対象物を選択的にイオン交換できる。すなわち、特定の有機フッ素化合物を処理できる。

また、一実施形態の水処理装置では、上記処理水槽からの処理水が導入され、上記処理水と共にキレート樹脂を流動させるキレート樹脂流動槽を備える。

この実施形態の水処理装置によれば、上記キレート樹脂流動槽において、被処理中の特定の有機フッ素化合物の中でも末端がイオンに解離している対象物を選択的にキレートとして捕捉でき、特定の有機フッ素化合物を処理できる。

また、一実施形態の水処理装置では、上記処理水槽と上記活性炭流動槽,イオン交換樹脂流動槽,キレート樹脂流動槽のうちのいずれか１つとの間に設置された水配管と、
上記水配管に設置されたバルブとを備え、
上記制御部は、
上記中間水泡レベル感知部が検出した上記泡の高さに応じて、上記水配管に設置されたバルブを開閉する。

この実施形態の水処理装置によれば、上記処理水槽においてナノバブルで有機フッ素化合物を酸化分解した上で、上記処理水槽による有機フッ素化合物の分解レベルに応じて、上記水配管に設置されたバルブを開けて、上記活性炭流動槽,イオン交換樹脂流動槽,キレート樹脂流動槽のうちのいずれかにより、未分解の有機フッ素化合物を処理できる。よって、有機フッ素化合物の除去率を高くすることができる。

また、一実施形態の水処理装置では、上記処理水槽と上記活性炭流動槽,イオン交換樹脂流動槽,キレート樹脂流動槽のうちのいずれか１つとの間に設置されていると共にポバール樹脂が充填されたポバール樹脂槽を備え、上記処理水槽からの処理水が上記ポバール樹脂槽に導入され、上記ポバール樹脂槽からの処理水が上記活性炭流動槽,イオン交換樹脂流動槽,キレート樹脂流動槽のうちのいずれか１つに導入される。

この実施形態の水処理装置によれば、上記処理水槽からの処理水中の有機物をポバール樹脂に繁殖した微生物で処理することができる。このため、上記活性炭流動槽の活性炭の破過までの時間を延長でき、上記イオン交換樹脂流動槽のイオン交換樹脂,キレート樹脂流動槽のキレート樹脂の寿命を延長できる。

また、一実施形態の水処理装置では、上記処理水槽は、上記濃度検出部が検出できる上記有機フッ素化合物濃度の段階数と同じ台数だけ上記ナノバブル発生機を備える。

この実施形態の水処理装置によれば、上記ナノバブル発生機の台数を上記濃度検出部が検出できる上記有機フッ素化合物濃度の段階数と一致させている。よって、制御部により、上記被処理水中の有機フッ素化合物の濃度に合致したナノバブル発生機の運転台数を選択し、処理水槽における被処理水の有機フッ素化合物の濃度に応じたナノバブルを発生でき、上記有機フッ素化合物をナノバブルで合理的に処理できる。

また、一実施形態の水処理装置では、上記活性炭流動槽,上記イオン交換樹脂流動槽,上記キレート樹脂流動槽のうちのいずれか１つの槽内の処理水にナノバブルを発生させるナノバブル発生機を備える。

この実施形態の水処理装置によれば、上記活性炭流動槽,上記イオン交換樹脂流動槽,上記キレート樹脂流動槽における被処理水にナノバブルを発生させることで、有機物や勇気フッ素化合物の酸化分解処理がなされ、上記各流動槽における活性炭,イオン交換樹脂,キレート樹脂の寿命を延ばすことができる。

また、一実施形態の水処理装置では、上記制御部は、シーケンス制御を行うシーケンサである。

この実施形態の水処理装置によれば、シーケンサによりナノバブル発生機等の各機器を合理的にシーケンス制御することができ、細かい運転管理ができ、処理性能の向上と省エネルギーを達成できる。

また、一実施形態の水処理装置では、上記被処理水が、生物処理後の被処理水である。

この実施形態の水処理装置によれば、上記被処理水が、生物処理後の被処理水であるので、微生物で処理されて、水質の向上および水質の安定化が実施された後の被処理水が処理水槽に導入される。よって、上記処理水槽からの処理水の安定的な水質を確保できる。

また、一実施形態の水処理装置では、上記被処理水が、排水処理後の被処理水である。

この実施形態の水処理装置によれば、上記被処理水が、排水処理後の被処理水であるので、排水処理により水質の向上および水質の安定化が実施された後の被処理水が処理水槽に導入される。よって、上記処理水槽からの処理水の安定的な水質を確保できる。

また、一実施形態の水処理装置では、上記活性炭流動槽,イオン交換樹脂流動槽,キレート樹脂流動槽のいずれか１つの後段に紫外線反応塔を設置した。

この実施形態の水処理装置によれば、上記後段の紫外線反応塔において上記処理水に紫外線を照射して酸化処理でき、処理水の水質向上を図れる。上記紫外線反応塔は、活性炭吸着塔とは異なり、破過した活性炭を取り替えるといった作業が不要である。

また、一実施形態の水処理装置では、上記ｐＨ測定部は、上記中間水泡レベル感知部からの被処理水のｐＨを測定し、上記ｐＨ調整部は、上記中間水泡レベル感知部での被処理水のｐＨを調整する。

この実施形態の水処理装置によれば、上記ｐＨ調整部により、上記中間水泡レベル感知部での被処理水のｐＨを調整するので、上記中間水泡レベル感知部での被処理水のｐＨを中性領域に調整可能になる。よって、この中間水泡レベル感知部における泡の発泡状態を、この中間水泡レベル感知部における被処理水の有機フッ素化合物濃度に比例した感知し易い状態にすることができる。

また、一実施形態の水処理装置では、上記ｐＨ調整部は、上記中間水泡レベル感知部での被処理水のｐＨを６〜８の範囲内に調整する。

この実施形態の水処理装置によれば、上記ｐＨ調整部は、上記中間水泡レベル感知部での被処理水をｐＨ６〜８にｐＨ調整するので、上記中間水泡レベル感知部での泡の発泡状態を、この中間水泡レベル感知部における被処理水の有機フッ素化合物濃度に比例した感知し易い状態にすることができる。

また、一実施形態の水処理方法では、処理水槽内に導入された被処理水の有機フッ素化合物の濃度に応じて、上記処理水槽内に導入された被処理水にナノバブルを発生させるナノバブル発生機の運転台数を制御し、
上記被処理水のｐＨを測定し、
上記測定した上記被処理水のｐＨに基づいて、上記被処理水のｐＨを調整する。

また、一実施形態の水処理方法では、上記処理水槽における被処理水中に気泡を発生させ上記被処理水の水面に生じる泡の高さを検出することによって上記被処理水の有機フッ素化合物濃度を検出する。

また、一実施形態の水処理方法では、上記処理水槽からの処理水を、この処理水と共に活性炭を流動させる活性炭流動槽で処理し、
上記活性炭流動槽の活性炭を活性炭再生工場において９００℃以上で再生する。

この実施形態の水処理方法によれば、有機フッ素化合物を吸着した活性炭を９００℃以上で再生するので、大部分の有機フッ素化合物を分解処理できる。また、上記再生した活性炭は再利用可能であるから、再度水処理に使用でき、活性炭をリサイクルできる。

また、一実施形態の水処理方法では、上記活性炭流動槽に付属して設置していて上記活性炭を流動させる循環ポンプを用いて、上記活性炭流動槽の活性炭を活性炭脱水槽に導入し、
上記活性炭脱水槽で上記活性炭を脱水した後、上記活性炭脱水槽から上記活性炭を取り出し、上記活性炭を活性炭再生工場に持ち込んで、９００℃以上で再生する。

この実施形態の水処理方法によれば、脱水した活性炭を活性炭脱水槽から容易に取り出すことができる。また、有機フッ素化合物を吸着した活性炭を９００℃以上で再生することで、大部分の有機フッ素化合物を分解処理でき、活性炭を再利用可能になるので、再度水処理に使用でき活性炭をリサイクルできる。

この発明の水処理装置によれば、制御部は、濃度検出部が検出した被処理水の有機フッ素化合物濃度に応じて、上記複数台のナノバブル発生機のうちの運転させるナノバブル発生機の台数を制御する。よって、ナノバブルが有する強力な酸化分解力を充分に利用でき、上記処理水槽内の被処理水が含有する有機フッ素化合物を合理的に分解処理できる。また、上記制御部により、上記被処理水中の有機フッ素化合物の濃度に合わせて、上記ナノバブル発生機の運転台数を制御するので、有機フッ素化合物を効率良く処理できる。よって、処理効率がよく、かつ省エネルギー運転でもって有機フッ素化合物を分解処理できる。

以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。

(第１の実施の形態)
図１は本発明の水処理装置の第１実施形態を模式的に示す図である。この第１実施形態の水処理装置は、大略、被処理水が導入される処理水槽としての泡レベル感知・分解槽１２と活性炭流動槽６０から構成されている。

図１において、符号１は流入水配管であり、被処理水としての排水が、流入水配管１を経由して、泡レベル感知・分解槽１２に導入される。なお、流入水としては、排水である場合もあれば、上水,下水,地下水である場合も当然ある。また、排水としては、各種様々であり例えば各種工場排水,生活排水,工場排水処理水などの難分解性化学物質を含む排水である場合も当然存在する。なお、図１において、符号４０は水面である。

そして、泡レベル感知・分解槽１２は、濃度検出部としての流入水泡レベル感知部９と、ナノバブル発生分解部１０と、中間水泡レベル感知部１１から構成されている。この泡レベル感知・分解槽１２において、流入水泡レベル感知部９とナノバブル発生分解部１０とは仕切り板１３で区分されており、流入水泡レベル感知部９と中間水泡レベル感知部１１とは仕切り板１４で区分されている。仕切り板１３,１４は流通孔１３Ａ,１４Ａを有している。

上記泡レベル感知・分解槽１２は、ナノバブルが強力な酸化作用を示す関係から、ステンレス製、ライニングしたコンクリート、またはポリエチレン等樹脂から製作することが必要である。この第１実施形態では、泡レベル感知・分解槽１２としてステンレス製のものを採用した。

上記泡レベル感知・分解槽１２が備える濃度検出部としての流入水泡レベル感知部９は、上部に第１レベル計２が配置され、下部にはブロワー２０と空気配管１７で接続されている第１散気管１６が設置されている。空気配管１７はバルブ１８を有する。また、第１散気管１６は、気泡１５を多数吐出して、流入水泡レベル感知部９の水面上に泡を発生している。泡を発生する場合は、当然のこととして、泡の成分が流入水に含有されていることが条件となる。泡の成分としては、一般的に各種界面活性剤やＰＦＯＳ(パーフルオロオクタスルホン酸)、ＰＦＯＡ(パーフルオロオクタン酸)等の各種有機フッ素化合物が該当する。

泡は水を含んでいるので、この泡は第１レベル計２の電極棒４〜８で通電して、泡のレベル計としての役目を充分果たすことができる。このことは、実験により何度も確認した。

よって、この第１レベル計２で、各種界面活性剤やＰＦＯＳ,ＰＦＯＡ等の各種有機フッ素化合物の濃度と相関関係にある泡の高さ(レベル)を感知することで、上記濃度を検知することになる。

この第１実施形態では、流入水泡レベル感知部９の上部に設置してある第１レベル計２の電極棒は、合計５本設置されており、１番長い電極棒は、アース棒４である。２番目に長い電極棒は最低レベル棒５であり、以下、低レベル棒６、高レベル棒７、最高レベル棒８の順に電極棒の長さが短くなる。なお、アース棒４におけるアースは電極棒として機能上必要な部品である。

上記流入水泡レベル感知部９内の流入水において、泡が発生しない場合は、最高レベル棒８〜最低レベル棒５のいずれも泡を感知しない。また、泡が発生しても、泡の高さが最低レベル棒５まで到達しない場合は、ナノバブル発生分解部１０に設置されている４台の第１〜第４ナノバブル発生機３１〜３４は１台も運転されない状況となる。すなわち、被処理水中に泡の原因となる各種界面活性剤やＰＦＯＳ、ＰＦＯＡ等の各種有機フッ素化合物が含有されていないことになる。

ここで、従来は、各種界面活性剤やＰＦＯＳ、ＰＦＯＡ等の各種有機フッ素化合物の測定器は存在していなく、相当長い日数をかけて、分析している状況である。

このため、この実施形態では、簡便法として、第１散気管１６から吐出する気泡１５に起因する泡の高さを第１レベル計２で計測し、各種界面活性剤やＰＦＯＳ,ＰＦＯＡ等の各種有機フッ素化合物の濃度に置き換えている。よって、この第１レベル計２の最低レベル棒５まで泡が到達した場合は、第１レベル計２からの第１泡レベル検知信号を受けた制御部としてのシーケンサ３が信号線２１に第１制御信号を出力し、この第１制御信号により第１ナノバブル発生機３１が運転されることになる。

また、３番目に長い電極棒である低レベル棒６まで泡が到達した場合は、第１レベル計２から第２泡レベル検知信号を受けた制御部としてのシーケンサ３が信号線２１に第２制御信号を出力し、この第２制御信号により、第１ナノバブル発生機３１と第２ナノバブル発生機３２が運転されることになる。

次に、４番目に長い電極棒(言い換えれば２番目に短い電極棒)は、高レベル７まで泡が到達した場合は、第１レベル計２から第３泡レベル検知信号を受けた制御部としてのシーケンサ３が信号線２１に第３制御信号を出力し、この第３制御信号により、第１ナノバブル発生機３１,第２ナノバブル発生機３２および第３ナノバブル発生機３３の合計３台のナノバブル発生機が運転されることになる。

そして、最も短い電極棒である最高レベル棒８まで泡が到達した場合は、第１レベル計２から第４泡レベル検知信号を受けた制御部としてのシーケンサ３が信号線２１に第４制御信号を出力し、この第４制御信号により、第１ナノバブル発生機３１,第２ナノバブル発生機３２,第３ナノバブル発生機３３および第４ナノバブル発生機３４の合計４台のナノバブル発生機が運転されることになる。

次に、上記流入水泡レベル感知部９で、第１散気管１６より吐出する気泡１５により、泡を発生した被処理水は、オーバーフローで仕切り板１３の流通孔１３Ａを通過し、ナノバブル発生分解部１０に導入される。

なお、この実施形態では、第１ナノバブル発生機３１、第２ナノバブル発生機３２、第３ナノバブル発生機３３、および第４ナノバブル発生機３４の部品構成や仕様はすべて同仕様であり、同じ仕様のナノバブル発生機が並列に４台設置されている。そして、上述のように、第１レベル計２,シーケンサ３による制御信号が信号線２１を経由して４台のナノバブル発生機３１〜３４に伝送されて、流入水泡レベル感知部９における泡の高さに応じて、ナノバブル発生機の稼動台数が制御されることになる。

このように、この実施形態の水処理装置によれば、上記シーケンサ３は、上記濃度検出部としての流入水泡レベル感知部９が検出した被処理水の有機フッ素化合物濃度に応じて、上記４台のナノバブル発生機３１〜３４のうちの運転させるナノバブル発生機の台数を制御する。よって、ナノバブルが有する強力な酸化分解力を充分に利用でき、上記ナノバブル発生分解部１０内の被処理水が含有する有機フッ素化合物を分解処理できる。また、上記シーケンサ３により、上記被処理水中の有機フッ素化合物の濃度に合わせて、上記ナノバブル発生機３１〜３４の運転台数を制御するので、有機フッ素化合物を効率良く処理できる。よって、処理効率がよく、かつ省エネルギー運転でもって有機フッ素化合物を分解処理できる。

上記４台のナノバブル発生機は全て同じ仕様であり、第１ナノバブル発生機３１,第２ナノバブル発生機３２,第３ナノバブル発生機３３,第４ナノバブル発生機３４の主要部分は、泡レベル感知・分解槽１２の水槽外に設置されている。上記第１〜第４ナノバブル発生機３１〜３４は、それぞれ、第１気体せん断部２９を有する気液混合循環ポンプ３０と第２気体せん断部２６と第３気体せん断部２３と電動ニードルバルブ２８および第１,第２,第３気体せん断部２９,２６,２３を連結する水配管２５を有する。

この第１〜第４ナノバブル発生機３１〜３４は、ナノバブルを泡レベル感知・分解槽１２の水槽内の下方から上方向に吐出して、バブル流２４を発生している。この第１〜第４ナノバブル発生機３１〜３４の各気液混合循環ポンプ３０には吸い込み配管５７が接続されており、この吸い込み配管５７は中間水泡レベル感知部１１に接続されている。また、各ナノバブル発生機３１〜３４は電動ニードルバルブ２８へ自動的に空気を吸い込むための空気配管２７を有している。

上記吸い込み配管５７は、中間水泡レベル感知部１１内の水質が改善された被処理水を４台のナノバブル発生機３１〜３４に供給する共通吸込み配管である。そして、第１〜第４ナノバブル発生機３１〜３４では、第３気体せん断部２３からナノバブルが吐出することにより、ナノバブルに起因する不安定なフリーラジカルが大量に発生する。この不安定なフリーラジカルは、安定化するために流入水中の有機物である界面活性剤や有機フッ素化合物中の電子を奪いとって、被処理水中の界面活性剤や有機フッ素化合物を強力に酸化分解する。その結果、上記界面活性剤や有機フッ素化合物が分解されることになる。

また、ナノバブルは水中に長く持続することにより、被処理水に長く含有されることになり、ナノバブルによる作用が長時間持続する。このナノバブルによる作用の具体的な持続時間は、２ヶ月程度以上である。

上述したように、第１ナノバブル発生機３１は、気液混合循環ポンプ３０,第１気体せん断部２９,第２気体せん断部２６,第３気体せん断部２３,電動ニードルバルブ２８とそれらを連結する配管すなわち吸い込み配管５７や水バブル配管２５や空気配管２７から構成されている。

第１ナノバブル発生機３１において、ナノバブルは、大略、第１段階と第２段階を経て製造される。この第１段階について簡単に説明する。第１気体せん断部２９において、流体力学的に圧力を制御し、負圧形成部分から気体を吸入し、高速流体運動させて負圧部を形成し、マイクロバブルを発生させる。ここで、上記負圧形成部分とは、第１気体せん断部２９の出口付近における内外の気液二相流体の旋回速度差により発生する。この回転速度は５００〜６００回転/秒である。また、上記負圧部とは、気体,液体混合物中で、周りと比較して圧力が小さな領域を意味する。より解り易く簡単に説明すると、水と空気を効果的に自給,混合,溶解し、圧送することにより、マイクロバブル白濁水を製造することが、第１段階である。

続いて、第２段階について、簡単に説明する。第２気体せん断部２６と第３気体せん断部２３において、高速流体運動させて負圧部を形成する。そして、第２気体せん断部２６と第３気体せん断部２３に水バブル配管を通じてマイクロバブルを導入し、流体運動としてせん断することによって、マイクロバブルからナノバブルを発生させることになる。

次に、上記第１段階と第２段階をより詳細に説明する。

(ナノバブル発生機での第１段階)
ナノバブル発生機３１で使用している気液混合循環ポンプ３０は、揚程４０ｍ以上(すなわち、４ｋｇ/ｃｍ^２の高圧)の高揚程のポンプである。すなわち、第１気体せん断部２９を有する気液混合循環ポンプ３０としては、高揚程のポンプであり、かつトルクが安定している２ポールのポンプを選定することが望ましい。ちなみに、ポンプには２ポールのものと４ポールのものとがあり４ポールのポンプよりも２ポールのポンプの方がトルクが安定している。また、上記高揚程のポンプとしての気液混合循環ポンプ３０は、一般的にはインバーターと呼ばれている回転数制御器で回転数が制御されて、気液混合循環ポンプ３０の圧力を目的にあった圧力としている。上記気液混合循環ポンプ３０を目的にあった圧力とすることで、バブルサイズが揃ったマイクロバブルを製造できる。

ここで、第１気体せん断部２９を有する気液混合循環ポンプ３０のマイクロバブル発生のメカニズムを説明する。第１気体せん断部２９において、マイクロバブルを発生させるために、先ず、液体および気体の混相旋回流を発生させ、第１気体せん断部２９の中心部に高速旋回させる気体空洞部を形成させる。次に、この気体空洞部を圧力で竜巻状に細くして、より高速で旋回する回転せん断流を発生させる。マイナス圧(負圧)を利用して上記気体空洞部に気体としての空気を自動的に供給させる。さらに、上記気体空洞部を切断,粉砕しながら混相流を回転させる。この切断,粉砕は、第１気体せん断部２９の出口付近における内外の気液二相流体の旋回速度差により起きる。その時の回転速度は、５００〜６００回転/秒である。すなわち、第１気体せん断部２９において、流体力学的に圧力を制御することで、負圧形成部分から気体を吸入し、高揚程ポンプで高速流体運動させて、負圧部を形成し、マイクロバブルを発生させる。より解り易く簡単に説明すると、高揚程ポンプで水と空気を効果的に自給,混合,溶解し圧送することにより、マイクロバブル白濁水を製造することが、第１段階である。なお、上述の如く、気液混合循環ポンプ３０は、シーケンサ３からの制御信号により運転が制御されている。

（ナノバブル発生機での第２段階）
第１気体せん断部２９を有する気液混合循環ポンプ３０で発生させたマイクロバブルを第２気体せん断部２６に液体配管を通じて圧送する。ここで、第２気体せん断部２６と第３気体せん断部２３においては、上記第１段階における第１気体せん断部２９よりさらに配管サイズを細くし、かつ高速流体運動させて、気体空洞部を竜巻状に細くしてより高速で旋回する回転せん断流を発生させる。これにより、マイクロバブルからナノバブルが発生すると同時に、超高温の極限反応場が形成される。

ナノバブル発生機において、第２気体せん断部２６と第３気体せん断部２３を設置している理由は、気体せん断部が１段階だけの場合よりも、気体せん断部を２段階とする方がナノバブル発生量が多量であるからである。すなわち、超高温の極限反応場が形成されると、局部的に高温高圧状態となり、不安定なフリーラジカルが多量に生じる。このフリーラジカルは、前述の如く、安定化するために電子を奪う性質があると同時に、発生すると強力な酸化分解作用や熱を発生する性質がある。

次に、上記した第１段階での高速流体運動について説明する。第１気体せん断部２９において、マイクロバブルを発生させるために、まず、高速流体運動として、ポンプのインペラと呼ばれている羽を超高速で回転させて、液体および気体の混相旋回流を発生させ、第１気体せん断部２９の中心部に高速旋回させる気体空洞部を形成させる。次に、この気体空洞部を圧力で竜巻状に細くして、より高速で旋回する回転せん断流を発生させる。この気体空洞部に気体としての空気を自給させる。さらに、気体空洞部を切断,粉砕しながら混相流を回転する。この切断,粉砕は、第１気体せん断部２９の出口付近における内外の気液二相流体の旋回速度差により起きる。上記回転の速度は、５００〜６００回転/秒であることが判明している。また、第１気体せん断部２９を構成する金属の厚みが薄いと、気液混合循環ポンプ３０が運転されることにより、振動が発生し、流体運動エネルギーが振動として外部に伝播して逃げ、そのことが、必要な高速流動運動すなわち、高速旋回とせん断エネルギーを低下させる。

以上が、ナノバブル発生機３１によるナノバブル発生メカニズムである。なお、ナノバブル発生機３１は、市販されているものならば、メーカーを限定するものではなく、ここでは、具体的一例として株式会社協和機設のバビタスＨＹＫ型である商品を採用した。

ここで、４種類のバブルについて説明する。

(1) 通常のバブル(気泡)は水の中を上昇して、ついには表面でパンとはじけて消滅する。

(2) マイクロバブルは、発生時において１０〜数１０ミクロン(μｍ)の気泡径を有し、発生後に収縮運動によりマイクロナノバブルになる。

(3) マイクロナノバブルは、１０μｍ〜数１００ｎｍ前後の直径を有する気泡である。

(4) ナノバブルは、数１００ｎｍ以下の直径を有する気泡である。

次に、ナノバブル発生分解部１０から仕切り板１４の流通孔１４Ａを通ってオーバーフローで出た被処理水は、中間水泡レベル感知部１１に導入される。

この中間水泡レベル感知部１１では、水槽外の上部に第２レベル計３５が設置され、水槽内下部には、空気配管２２でバルブ１９を経由してブロワー２０に接続された第２散気管３９が設置されている。この第２レベル計３５にて被処理水中の泡の発生状態を監視している。すなわち、この中間水泡レベル感知部１１では、ナノバブルにより泡の成分である界面活性剤や有機フッ素化合物が分解されたか否かを確認できる水槽となっている。

泡の成分が充分に分解されていない場合は、被処理水は、中間水泡レベル感知部１１から次工程の活性炭流動槽６０に導入されて処理されることになる。

具体的には、中間水泡レベル感知部１１における被処理水中に界面活性剤や有機フッ素化合物が一定濃度以上残留していれば、第２散気管３９より吐出する気泡３８により泡が発生して、中間水泡レベル感知部１１を上昇して、第２レベル計３５の高レベル棒３７まで到達する。なお、この第２レベル計３５はアース棒３６を有する。このアース棒３６は、電極棒としての高レベル棒３７の機能上必要な部品である。

そして、発生した泡が、第２レベル計３５の高レベル棒３７にまで到達した場合は、第２レベル計３５がその泡を感知して、その感知信号を制御部としてのシーケンサ３に送る。すると、このシーケンサ３から信号線４３へ制御信号が送出されて、第１電動バルブ４１が閉、第２電動バルブ４４が開となり、被処理水が中間水泡レベル感知部１１から水配管４５を通って活性炭流動槽６０に導入される。

図１に示すように、この活性炭流動槽６０は、上部が開放され、下部がすり鉢状の水槽である。すなわち、この活性炭流動槽６０の下部はホッパー部６６より構成され、活性炭流動槽６０内を流動する活性炭６５は比重が１より大きいので、ホッパー部６６に自然に集まることになる。この活性炭流動槽６０の上部にｐＨ計７５が設置されている。また、活性炭流動槽６０の下部のホッパー部６６の最下部に活性炭吸込管８６が配置され、この活性炭吸込管８６の上方に第３散気管６３が配置されている。この活性炭吸込管８６は、吸込配管６８で活性炭流動循環ポンプ６７に連結されており、この活性炭流動循環ポンプ６７は、吐出配管６９で第３電動バルブ７０と第４電動バルブ７１とに連結されている。

この第３電動バルブ７０を開くことで、活性炭流動槽６０内に充填した活性炭６５を下部の活性炭吸込管８６から吸い込んで吐出配管６９を通して活性炭流動循環ポンプ６７でより効率的に循環させることができる。つまり、制御部としてのシーケンサ３からの制御信号によって、第３電動バルブ７０を開とし、かつ、第４電動バルブ７１を閉とし、活性炭流動循環ポンプ６７を運転することで、活性炭流動槽６０内の活性炭６５が循環,流動する。なお、符号７４は水流を表している。

そして、活性炭６５が寿命に達する、すなわち、活性炭６５が破過した場合は、第３電動バルブ７０を閉とし、かつ、第４電動バルブ７１を開とする条件で、破過した活性炭６５は活性炭スラー配管８０を経由して、活性炭脱水槽８１に移送される。この活性炭脱水槽８１では、水と活性炭６５とが分離され、活性炭６５が脱水される。上記第３,第４電動バルブ７０,７１は、シーケンサ３からの制御信号によって開,閉が制御される。

上記活性炭脱水槽８１は、その側面に活性炭抜出マンホール８２が設置され、かつ内部には、底面に近い部分に一定の高さ上の距離をおいて、活性炭と水を分離するためのメッシュ８３が設置されている。このメッシュ８３は、活性炭６５は通過させないが水は通過させる網である。このメッシュ８３を通過した水は、排水配管８４を経由して活性炭流動槽６０に排水される。脱水後の活性炭６５は、一定量溜まった後、活性炭抜出マンホール８２から抜き出されることになる。この抜き出された活性炭６５は、有機フッ素化合物を吸着しているので、セメント工場に輸送されて、石炭と同様にセメント製造時の燃料の一部として利用される。また、上記活性炭６５を再生する場合には、上記抜き出された活性炭６５は活性炭メーカーに輸送されて、９００℃以上で再生され、活性炭６５が吸着した有機フッ素化合物は大部分が分解され、再生された活性炭６５は、再び活性炭流動槽６０に充填される。

この活性炭流動槽６０内の活性炭６５は、ブロワー２０に接続した散気管６３から吐出する空気によって撹拌されて、被処理水と効率的に接触すると同時に、活性炭流動循環ポンプ６７が運転されることによって、活性炭流動槽６０内を活性炭６５が流動することを、より効率的に推進することになる。さらに詳細に述べると、第３電動バルブ７０が開、第４電動バルブ７１が閉の条件下で、活性炭流動槽６０に付属して設置された活性炭流動循環ポンプ６７を稼動させることで、活性炭流動槽６０内の活性炭６５を循環させることになる。

なお、活性炭流動槽６０内にはバッフル板７３が配置されている。この活性炭流動槽６０において、活性炭６５で処理された処理水は、バッフル板７３で区画されて活性炭６５が入り込み難くなっている領域を経て、処理水配管５９から導出される。

また、活性炭流動槽６０の上部にはｐＨ測定部としてのｐＨ計７５が配置され、さらに上方には、上記ｐＨ計７５に電気的に接続されたｐＨ調整部としてのｐＨ調節計７６が配置されている。このｐＨ計７５は上記活性炭流動槽６０内の被処理水のｐＨを計測する。そして、このｐＨ計７５からｐＨ検出信号を受けたｐＨ調節計７６がシーケンサ３にｐＨ調節信号を送る。その結果、シーケンサ３は、上記ｐＨ調節信号に基づいて、苛性ソーダタンク７７に付属している苛性ソーダ定量ポンプ７８のオン,オフを制御する。

すなわち、上記ナノバブル発生分解部１０において、被処理水中に窒素成分やイオウ成分が存在すると、それらがナノバブルにより強力に酸化されて、硝酸イオンや硫酸イオンが増加して、被処理水のｐＨが低下する。その場合、ｐＨ計７５からのｐＨ検出信号を受けたｐＨ調節計７６がシーケンサ３にｐＨ調節信号を送る。すると、シーケンサ３は、苛性ソーダタンク７７に付属している苛性ソーダ定量ポンプ７８をオンさせ、苛性ソーダタンク７７から苛性ソーダ配管７９を経由して苛性ソーダがナノバブル発生分解部１０に添加される。その結果、ナノバブル発生分解部１０において被処理水の中和が実施される。このナノバブル発生分解部１０においては、第３気体せん断部２３からナノバブルが吐出していることで、バブル流２４が発生して水槽内を撹拌しているので、添加された苛性ソーダは被処理水に充分に混合され、中和が進行する。例えば、上記被処理水のｐＨを中性域(ｐＨ５.８〜８.６)にすることが可能である。また、上記ｐＨ調整計７６により、被処理水のｐＨが調整されるので、被処理水中に微生物が繁殖し易い状況となり、被処理水の微生物処理を促進できる。また、ｐＨ調整計７６によって、中間水泡レベル感知部１１での被処理水をｐＨ６〜８にｐＨ調整することで、中間水泡レベル感知部１１での泡の発泡状態をこの中間水泡レベル感知部１１における被処理水の有機フッ素化合物濃度に比例した感知し易い状態にすることができる。

なお、活性炭流動槽６０には、クラレケミカル株式会社の球状活性炭(商品名クラレコールＳＷ)を充填した。この球状活性炭(商品名クラレコールＳＷ)は、石炭を原料とする球状活性炭である。

一方、中間水泡レベル感知部１１における泡が発生しないか、泡が多少発生しても、第２レベル計３５の高レベル棒３７まで到達しない場合は、その状態を上記第２レベル計３５が感知して、その感知信号を制御部としてのシーケンサ３に送り、シーケンサ３は第１電動バルブ４１を開、第２電動バルブ４４を閉とする制御を行う。これにより、被処理水は、処理水配管４２を経て、処理水となる。

なお、上記実施形態では、４台の第１〜第４ナノバブル発生機３１〜３４を同じ仕様としたが、各ナノバブル発生機３１〜３４は異なる仕様のものであってもよい。また、上記ナノバブル発生分解部１０に設置するナノバブル発生機の台数は４台に限らないことは勿論である。もっとも、この実施形態のように、上記ナノバブル発生機の台数を上記第１レベル計２が検出できる泡の高さ(レベル)の段階数と一致させることで、上記被処理水中の有機フッ素化合物の濃度に合致したナノバブル発生機の運転台数を選択できる。よって、ナノバブル発生分解部１０における被処理水の有機フッ素化合物の濃度に応じたナノバブルを発生できて上記有機フッ素化合物をナノバブルで合理的に処理できる。

また、上記第１レベル計２が検出した上記泡の高さ(レベル)に応じて、上記ナノバブル発生機の台数だけでなく上記ナノバブル発生機の気液混合循環ポンプ３０の回転数をインバータ制御することによって、ナノバブル発生能力をより高精度で制御でき、効率的で省エネルギーなナノバブル発生機の運転制御が可能となる。また、上記第１実施形態において、上記泡レベル感知・分解槽１２の中間水泡レベル感知部１１と活性炭流動槽６０との間にポバール樹脂槽を設置し、泡レベル感知・分解槽１２からの処理水中の有機物をポバール樹脂槽のポバール樹脂に繁殖した微生物で処理してもよい。これにより、上記活性炭流動槽６０の活性炭の破過までの時間を延長できる。また、上記実施形態において、上記活性炭流動槽６０の後段に紫外線反応塔を設置してもよい。この紫外線反応塔に上記活性炭流動槽６０からの処理水を導入し、この紫外線反応塔において上記処理水に紫外線を照射して酸化処理できる。上記紫外線反応塔は、活性炭流動槽６０とは異なり、破過した活性炭を取り替えるといった作業が不要である。

(第２の実施の形態)
次に、図２に本発明の第２実施形態を示す。この第２実施形態は、第５ナノバブル発生機８７が活性炭流動槽６０に外付けで設置されている点のみが、前述の第１実施形態と異なっている。よって、この第２実施形態では、前述の第１実施形態と同じ部分については、同じ符号を付けて詳細な説明を省略し、前述の第１実施形態と異なる部分を説明する。

この第２実施形態は、前述の第１実施形態における活性炭流動槽６０の外部に第５ナノバブル発生機８７が設置されているので、泡レベル感知・分解槽１２から活性炭流動槽６０に導入された被処理水に対して、上記第５ナノバブル発生機８７が発生するナノバブルを再度吐出させている。なお、ここでは一例として、第５ナノバブル発生機８７の機器構成は、第１ナノバブル発生機３１と全く同様であるが、第５ナノバブル発生機８７の機器構成を第１ナノバブル発生機３１と異なるものとしてもかまわない。

上記活性炭流動槽６０に第５ナノバブル発生機８７を設置した目的は、ナノバブルの強力な有機物酸化分解力を活用することである。すなわち、ナノバブルの強力な酸化力により、活性炭流動槽６０に充填されている活性炭６５に対する界面活性剤や有機フッ素化合物等有機物による処理負荷を減少させている。

また、別の目的として、第５ナノバブル発生機８７から吐出したナノバブルは、水中に長く持続するので、活性炭流動槽６０に充填されている活性炭６５に繁殖する微生物をより活性化できる。よって、活性炭６５が吸着した界面活性剤や有機フッ素化合物を、今度は微生物分解することになる。そのことにより、活性炭６５の寿命すなわち、破過時間を延ばすことができる。

(第３の実施の形態)
次に、図３に本発明の第３実施形態を示す。この第３実施形態は、前述の第１実施形態におけるナノバブル発生分解部１０の水槽に収容籠５１を設置しこの収容籠５１の中に活性炭５２を充填している点だけが、前述の第１実施形態と異なる。よって、この第３実施形態では、前述の第１実施形態と同じ部分については、同じ符号を付けて詳細説明を省略し、前述の第１実施形態とは異なる部分を説明する。

この第３実施形態は、前述の第１実施形態におけるナノバブル発生分解部１０の水槽内に収容籠５１を設置しこの収容籠５１の中に活性炭５２を充填している。したがって、ナノバブル発生分解部１０において、収容籠５１の中の活性炭５２が、被処理水中の界面活性剤や有機フッ素化合物等有機物を吸着する。一方で、ナノバブル発生分解部１０において、ナノバブルが有するフリーラジカルによって、界面活性剤や有機フッ素化合物等の有機物が酸化分解されることになる。すなわち、ナノバブルは活性炭５２の多くの細孔に入り込み、活性炭５２が吸着した上記界面活性剤や有機フッ素化合物等有機物を酸化分解することになる。

よって、この第３実施形態では、前述の第１実施形態と比較して、ナノバブル発生分解部１０による処理能力を向上させることができる。

(第４の実施の形態)
次に、図４に本発明の第４実施形態を示す。この第４実施形態は、前述の第１実施形態におけるナノバブル発生分解部１０の水槽に収容籠５１を設置し、この収容籠５１の中に備長炭５３を充填している点だけが、前述の第１実施形態と異なっている。よって、この第４実施形態では、前述の第１実施形態と同じ部分については、同じ符号を付けて詳細説明を省略し、前述の第１実施形態と異なる部分を説明する。

この第４実施形態では、前述の第１実施形態におけるナノバブル発生分解部１０の水槽に、収容籠５１を設置し、この収容籠５１の中に備長炭５３を充填している。したがって、この第４実施形態では、ナノバブル発生分解部１０において、収容籠５１の中の備長炭５３が、活性炭５２より吸着能力が弱いものの、被処理水中の一部の界面活性剤や有機フッ素化合物等有機物を吸着する。一方で、ナノバブル発生分解部１０において、ナノバブルが有するフリーラジカルによって、界面活性剤や有機フッ素化合物等有機物が酸化分解されることになる。すなわち、ナノバブルは備長炭５３の多くの細孔に入り込み、備長炭５３が吸着した上記界面活性剤や有機フッ素化合物等有機物を酸化分解することになる。

よって、この第４実施形態は、前述の第１実施形態と比較して、ナノバブル発生分解部１０による処理能力を向上できる。

(第５の実施の形態)
次に、図５に本発明の第５実施形態を示す。この第５実施形態は、前述の第１実施形態における活性炭６５が、イオン交換樹脂８５に置き換えられている点が前述の第１実施形態と異なっている。これに伴い、この第５実施形態では、前述の第１実施形態の活性炭流動槽６０,活性炭脱水槽８１がイオン交換樹脂流動槽９０,イオン交換樹脂脱水槽９１になる。また、活性炭流動循環ポンプ６７,活性炭抜出マンホール８２はイオン交換樹脂流動ポンプ９２,イオン交換樹脂抜出マンホール９３になる。よって、この第５実施形態では、前述の第１実施形態と同じ部分については、同じ符号を付けて詳細説明を省略し、前述の第１実施形態と異なる部分を主として説明する。

上述の如く、この第５実施形態では、前述した第１実施形態における活性炭６５がイオン交換樹脂８５に置き換えられている。前述の第１実施形態においては、活性炭流動槽６０に充填されている活性炭６５が、一般的に全ての界面活性剤や全ての有機フッ素化合物等有機物を吸着することとなる。

一方、場合によっては、一部特定の界面活性剤や有機フッ素化合物等有機物を処理したい場合もある。２００８年の時点では、例えば有機フッ素化合物のうち、ＰＦＯＳのみが国際的な会議で議論されている。したがって、２００８年の現時点では、ＰＦＯＳの無害化処理が求められている。その場合、ＰＦＯＳを選択的にイオン交換する樹脂を用いて、選択的にＰＦＯＳを処理することが可能な実施形態が、この第５実施形態である。

この第５実施形態では、第３電動バルブ７０を開くことで、イオン交換樹脂流動槽９０内に充填したイオン交換樹脂８５を下部のイオン交換樹脂吸込管９４から吸い込んで吐出配管６９を通して、流動循環ポンプ６７でイオン交換樹脂流動槽９０内のイオン交換樹脂８５をより効率的に循環させることができる。つまり、制御部としてのシーケンサ３からの制御信号によって、第３電動バルブ７０を開とし、かつ、第４電動バルブ７１を閉とし、流動循環ポンプ９２を運転することで、イオン交換樹脂流動槽９０内のイオン交換樹脂８５が循環,流動する。

そして、この第５実施形態では、イオン交換樹脂流動槽９０内のイオン交換能力がなくなったイオン交換樹脂８５は、イオン交換樹脂流動槽９０内の下部に設置されているイオン交換樹脂吸込管９４からポンプ９２,配管９５を経由して、イオン交換樹脂脱水槽９１に導入され、脱水されて、イオン交換樹脂抜出マンホール９３から抜き出され、外部のイオン交換樹脂再生工場で再生されることになる。

(第６の実施の形態)
次に、図６に本発明の第６実施形態を示す。この第６実施形態は、前述の第１実施形態における活性炭流動槽６０の活性炭６５がキレート樹脂８８に置き換えられている点が前述の第１実施形態と異なっている。これに伴い、この第６実施形態では、前述の第１実施形態の活性炭流動槽６０,活性炭脱水槽８１がキレート樹脂流動槽１００,キレート樹脂脱水槽１０１になる。また、活性炭流動循環ポンプ６７,活性炭抜出マンホール８２はキレート樹脂流動ポンプ１０２,キレート樹脂抜出マンホール１０３になる。よって、この第６実施形態では、前述の第１実施形態と同じ部分については、同じ符号を付けて詳細説明を省略し、前述の第１実施形態と異なる部分を主として説明する。

この第６実施形態が備えるキレート樹脂流動槽１００内のキレート樹脂８８は、イオンを捕捉する樹脂である。前述の第５実施形態のイオン交換樹脂８５はイオンを交換する樹脂である。これに対し、キレート樹脂８８は、特に特定のイオンに対して、選択的に目的イオンを捕捉することになる。すなわち、キレート樹脂８８は、イオン交換樹脂８５におけるイオン交換基の代わりに、金属イオンとキレート(錯体)を作る官能基を有する樹脂である。

この第６実施形態は、前述の第１実施形態における活性炭６５がキレート樹脂８８に置き換えられている。前述の第１実施形態の活性炭流動槽６０の活性炭６５は、一般的に全ての界面活性剤や全ての有機フッ素化合物等有機物を吸着する。

一方で、場合によっては、一部特定の界面活性剤や有機フッ素化合物等有機物を処理したい場合もある。２００８年の現時点では、例えば有機フッ素化合物のうち、ＰＦＯＳのみが国際的な会議で議論されている。したがって、２００８年の現時点では、ＰＦＯＳの無害化処理が求められている。よって、ＰＦＯＳを選択的に捕捉するキレート樹脂で処理する実施形態が、この第６実施形態である。

この第６実施形態では、第３電動バルブ７０を開くことで、キレート樹脂流動槽１００内に充填したキレート樹脂１００を下部のイオン交換樹脂吸込管１０４から吸い込んで吐出配管６９を通して、流動循環ポンプ１０２でキレート樹脂流動槽１００内のキレート樹脂８８をより効率的に循環させることができる。つまり、制御部としてのシーケンサ３からの制御信号によって、第３電動バルブ７０を開とし、かつ、第４電動バルブ７１を閉とし、流動循環ポンプ１０２を運転することで、キレート樹脂流動槽１００内のキレート樹脂８８が循環,流動する。

そして、この第６実施形態では、キレート樹脂流動槽１００内のイオン捕捉能力がなくなったキレート樹脂８８は、キレート樹脂流動槽１００内の下部に設置されていキレート樹脂吸込管１０４からポンプ１０２,配管１０５を経由して、キレート樹脂脱水槽１０１に導入され、脱水されて、キレート樹脂抜出マンホール１０３から抜き出され、外部のキレート樹脂再生工場で再生されることになる。

(第７の実施の形態)
次に、図７に本発明の第７実施形態を示す。前述の第１実施形態における活性炭流動槽６０の活性炭６５が活性炭脱水槽８１から工場外部の活性炭再生工場に移送されて再生されている場合があるのに対して、この第７実施形態では、破過した活性炭６５は、専らセメント工場に搬入されて、セメント製造時の燃料に使用されている点のみが、前述の第１実施形態と異なっている。よって、この第７実施形態では、前述の第１実施形態と同じ部分については、同じ符号を付けて、詳細説明を省略する。

この第７実施形態では、上記破過した活性炭６５はセメント工場に搬入される。このセメント工場でのセメント製造時の最大燃焼温度が１４００℃となるので、活性炭６５が吸着した界面活性剤や有機フッ素化合物を完全に分解することができる。

(第８の実施の形態)
次に、図８に本発明の第８実施形態を示す。この第８実施形態では、４台のナノバブル発生機３１〜３４に導入する気体をオゾン発生機５６で発生させるオゾンとしている点が、前述の第１実施形態と異なる。前述の第１実施形態では、４台のナノバブル発生機３１〜３４に導入する気体を空気としていた。よって、この第８実施形態では、前述の第１実施形態と同じ部分については、同じ符号を付けて、詳細説明を省略し、前述の第１実施形態と異なる部分を説明する。

この第８実施形態では、４台のナノバブル発生機３１〜３４に導入する気体を空気に替えて、オゾン発生機５６からのオゾンとしている。したがって、この第８実施形態では、ナノバブル発生機３１〜３４からナノバブル発生分解部１０内に導入されるナノバブルはオゾンナノバブルとなる。したがって、被処理水中の界面活性剤や有機フッ素化合物などの対象物質に対する酸化力が格段に増加する。

また、オゾンナノバブルは水中に長く持続するので、活性炭流動槽６０においても、その酸化力が持続することになる。そして、被処理水中の界面活性剤や有機フッ素化合物などを酸化分解することになる。

尚、オゾン発生機５６は、各種メーカーのものがあり、被処理水の有機物濃度や基質に合わせて選定すれば良い。

(第９の実施の形態)
次に、図９に本発明の第９実施形態を示す。この第９実施形態は、流入水配管１に流入する被処理水を、生物処理後の被処理水としている点のみが、前述の第１実施形態と異なっている。よって、この第９実施形態では、前述の第１実施形態と同じ部分については、同じ符号を付けて詳細説明を省略し、前述の第１実施形態と異なる部分を説明する。

前述した第１実施形態では、被処理水を単に流入水としていたが、この第９実施形態では生物処理後の被処理水としている。したがって、この第９実施形態の水処理装置をなす泡レベル感知・分解槽１２の前段に、微生物処理設備が在る。よって、この前段の微生物処理設備でもって、微生物により分解し易い有機物が前処理され、続いて、分解し難い物質対応設備としての第９実施形態の水処理設備により被処理水中の有機フッ素化合物が処理されることとなる。

この後段設備としての第９実施形態は、泡レベル感知・分解槽１２での酸化分解処理や活性炭流動槽６０での活性炭６５による吸着処理が行われる。これにより、被処理水は、後段に被処理水が流入してくる際には前段での微生物処理設備でもって微生物で前処理されており、水質も向上しており、かつ大きな変動もなく、水質的には安定した状態となっている。

したがって、この第９実施形態によれば、泡レベル感知・分解槽１２での酸化分解処理、および、活性炭流動槽６０での酸化分解処理や活性炭吸着が効率的に実施されることになる。

(第１０の実施の形態)
次に、図１０に本発明の第１０実施形態を示す。この第１０実施形態では、流入水配管１に流入する被処理水を、排水処理後の被処理水としている点のみが、前述の第１実施形態と異なっている。よって、この第１０実施形態では、前述の第１実施形態と同じ部分については、同じ符号を付けて詳細説明を省略し、前述の第１実施形態と異なる部分を説明する。

前述した第１実施形態では、被処理水を単に流入水としていたが、この第１０実施形態では排水処理後の被処理水としている。したがって、第１０実施形態では、被処理水に対して最初に排水処理設備による排水処理が行われている。よって、この排水処理設備により処理し易い物質は、予め前段の排水処理設備で前処理され、続いて、分解し難い物質対応としての後段の水処理設備(泡レベル感知・分解槽１２,活性炭流動槽６０)による処理が行われる。すなわち、後段排水処理設備として、泡レベル感知・分解槽１２での酸化分解処理や活性炭流動槽６０での活性炭６５による吸着処理が行われる。

この第１０実施形態では、被処理水に対して前段に排水処理設備による前処理が行われるので、後段に被処理水が流入して来る際には、上記前処理により水質も向上しかつ大きな変動もなく、水質的には安定した状態となっている。したがって、この第１０実施形態では、泡レベル感知・分解槽１２での酸化分解処理や活性炭流動槽６０での活性炭６５による吸着処理が効率的に実施されることになる。

(実験例)
図１の第１実施形態の水処理装置に対応する実験装置を製作した。この実験装置における流入水泡レベル感知部９の水槽容量を０.３ｍ^３とし、ナノバブル発生分解部１０の水槽容量を１.０ｍ^３とし、中間水泡レベル感知部１１の容量を０.２ｍ^３とした。すなわち、泡レベル感知・分解槽１２の容量を、合計で１.５ｍ^３とした。そして、ナノバブル発生分解部１０にナノバブル発生機３１、ナノバブル発生機３２、ナノバブル発生機３３、ナノバブル発生機３４を設置した。各ナノバブル発生機３１〜３４としては、株式会社協和機設のバビタスＨＹＫ−３２を選定した。このバビタスＨＹＫ−３２の気液混合循環ポンプ３０の動力は３.７ｋｗであった。そして、これらナノバブル発生機３１,３２,３３,３４における第３気体せん断部２３をナノバブル発生分解部１０の底部の合計４ヶ所に固定した。この第３気体せん断部２３および第２気体せん断部２６は材質をステンレスとした。

また、流入水泡レベル感知部９の第１散気管１６と中間水泡レベル感知部１１の第２散気管３９から吐出する空気を、泡レベル感知・分解槽１２の外部に小型のルーツブロワーから供給した。この小型のルーツブロワーとしては、株式会社アンレットのＢＳ３２型を選定した。このＢＳ３２型の電動機は、０.７５ＫＷであった。また、活性炭流動槽６０の容量を１ｍ^３とした。そして、活性炭流動槽６０に、クラレケミカル株式会社の球状活性炭(商品名クラレコールＳＷ)を充填した。

そして、流入水として有機フッ素化合物を含有した排水を導入して１ケ月間の試運転を実施した。上記流入水としての有機フッ素化合物を含有した排水は、半導体工場から排出される有機フッ素化合物含有排水を選定した。そして、流入水配管１のところで採水した流入水の有機フッ素化合物としてのＰＦＯＡ濃度と活性炭処理水配管５９における処理水のＰＦＯＡ濃度を測定した。この測定の結果、流入水配管１のところで採水した流入水のＰＦＯＡ濃度が３６ｐｐｂに対し、活性炭処理水配管５９における処理水のＰＦＯＡ濃度は、０.１４ｐｐｂであった。また、この１ヶ月間の試運転において、この実験装置は、自動運転で運用し自動運転でのナノバブル発生機の運転状況は大部分の日数が運転台数が２台で、時として、１台運転の時も存在していた。

本発明の水処理装置の第１実施形態を模式的に示す図である。本発明の水処理装置の第２実施形態を模式的に示す図である。本発明の水処理装置の第３実施形態を模式的に示す図である。本発明の水処理装置の第４実施形態を模式的に示す図である。本発明の水処理装置の第５実施形態を模式的に示す図である。本発明の水処理装置の第６実施形態を模式的に示す図である。本発明の水処理装置の第７実施形態を模式的に示す図である。本発明の水処理装置の第８実施形態を模式的に示す図である。本発明の水処理装置の第９実施形態を模式的に示す図である。本発明の水処理装置の第１０実施形態を模式的に示す図である。

符号の説明

１流入水配管
２第１レベル計
３シーケンサ
４アース棒
５最低レベル棒
６低レベル棒
７高レベル棒
８最高レベル棒
９流入水泡レベル感知部
１０ナノバブル発生分解部
１１中間水泡レベル感知槽
１２泡レベル感知・分解槽
１３、１４仕切板
１３Ａ、１４Ａ流通孔
１５気泡
１６第１散気管
１７空気配管
１８、１９バルブ
２０ブロワー
２１信号線
２２空気配管
２３第３気体せん断部
２４バブル流
２５バブル配管
２６第２気体せん断部
２７空気配管
２８電動ニードルバルブ
２９第１気体せん断部
３０気液混合循環ポンプ
３１第１ナノバブル発生機
３２第２ナノバブル発生機
３３第３ナノバブル発生機
３４第４ナノバブル発生機
３５第２レベル計
３６アース棒
３７高レベル棒
３８気泡
３９第２散気管
４０水面
４１第１電動バルブ
４２処理水配管
４３信号線
４４第２電動バルブ
４５水配管
５１収容籠
５２活性炭
５３備長炭
５５バルブ
５６オゾン発生機
５７吸い込み配管
５９処理水配管
６０活性炭流動槽
６１バルブ
６３第３散気管
６４気泡
６５活性炭
６６ホッパー部
６７活性炭流動循環ポンプ
６８吸い込み配管
６９吐出配管
７０第３電動バルブ
７１第４電動バルブ
７２信号線
７３バッフル板
７４水流
７５ｐＨ計
７６ｐＨ調節計
７７苛性ソーダタンク
７８苛性ソーダ定量ポンプ
７９苛性ソーダ配管
８０活性炭スラリー配管
８１活性炭脱水槽
８２活性炭抜出マンホール
８３メッシュ
８４排水配管
８５イオン交換樹脂
８６活性炭吸込管
８７第５ナノバブル発生機
８８キレート樹脂

Claims

有機フッ素化合物を含有する被処理水が導入される処理水槽と、
上記有機フッ素化合物を含有する被処理水の有機フッ素化合物濃度を検出する濃度検出部と、
上記処理水槽内の上記被処理水にナノバブルを発生させる複数台のナノバブル発生機と、
上記濃度検出部が検出した被処理水の有機フッ素化合物濃度に応じて、上記複数台のナノバブル発生機のうちの運転させるナノバブル発生機の台数を制御する制御部と、
上記被処理水のｐＨを測定するｐＨ測定部と、
上記ｐＨ測定部が測定した上記被処理水のｐＨに基づいて、上記被処理水のｐＨを調整するｐＨ調整部とを備えることを特徴とする水処理装置。
請求項１に記載の水処理装置において、
上記濃度検出部は、
上記処理水槽における被処理水中に気泡を発生させ上記被処理水の水面に生じる泡の高さを検出することによって上記被処理水の有機フッ素化合物濃度を検出することを特徴とする水処理装置。
請求項１または２に記載の水処理装置において、
上記ナノバブル発生機は、上記被処理水にオゾンナノバブルを発生させるオゾンナノバブル発生機であることを特徴とする水処理装置。
請求項１から３のいずれか１つに記載の水処理装置において、
上記ナノバブル発生機は気液混合循環ポンプを有し、
上記制御部は、
上記濃度検出部が検出した被処理水の有機フッ素化合物濃度に応じて、上記複数台のナノバブル発生機のうちの運転させるナノバブル発生機の台数を制御すると共にこの運転させるナノバブル発生機の上記気液混合循環ポンプの回転数をインバータ制御することを特徴とする水処理装置。
請求項２から４のいずれか１つに記載の水処理装置において、
上記処理水槽は、
上記有機フッ素化合物を含有する被処理水が導入される上記濃度検出部と、
上記濃度検出部から上記被処理水が導入されると共に上記ナノバブル発生機からナノバブルが導入されるナノバブル発生分解部と、
上記ナノバブル発生分解部から導入される被処理水の水面に生じる泡の高さを検出することによって上記被処理水の有機フッ素化合物濃度を検出する中間水泡レベル感知部とを有することを特徴とする水処理装置。
請求項１から５のいずれか１つに記載の水処理装置において、
上記処理水槽からの処理水が導入され、上記処理水と共に活性炭を流動させる活性炭流動槽を備えることを特徴とする水処理装置。
請求項１から５のいずれか１つに記載の水処理装置において、
上記処理水槽からの処理水が導入され、上記処理水と共にイオン交換樹脂を流動させるイオン交換樹脂流動槽を備えることを特徴とする水処理装置。
請求項１から５のいずれか１つに記載の水処理装置において、
上記処理水槽からの処理水が導入され、上記処理水と共にキレート樹脂を流動させるキレート樹脂流動槽を備えることを特徴とする水処理装置。
請求項６から８のいずれか１つに記載の水処理装置において、
上記処理水槽と上記活性炭流動槽,イオン交換樹脂流動槽,キレート樹脂流動槽のうちのいずれか１つとの間に設置された水配管と、
上記水配管に設置されたバルブとを備え、
上記制御部は、
上記中間水泡レベル感知部が検出した上記泡の高さに応じて、上記水配管に設置されたバルブを開閉することを特徴とする水処理装置。
請求項６から９のいずれか１つに記載の水処理装置において、
上記処理水槽と上記活性炭流動槽,イオン交換樹脂流動槽,キレート樹脂流動槽のうちのいずれか１つとの間に設置されていると共にポバール樹脂が充填されたポバール樹脂槽を備え、
上記処理水槽からの処理水が上記ポバール樹脂槽に導入され、上記ポバール樹脂槽からの処理水が上記活性炭流動槽,イオン交換樹脂流動槽,キレート樹脂流動槽のうちのいずれか１つに導入されることを特徴とする水処理装置。
請求項１から１０のいずれか１つに記載の水処理装置において、
上記処理水槽は、上記濃度検出部が検出できる上記有機フッ素化合物濃度の段階数と同じ台数だけ上記ナノバブル発生機を備えることを特徴とする水処理装置。
請求項６から１１のいずれか１つに記載の水処理装置において、
上記活性炭流動槽,上記イオン交換樹脂流動槽,上記キレート樹脂流動槽のうちのいずれか１つの槽内の処理水にナノバブルを発生させるナノバブル発生機を備えることを特徴とする水処理装置。
請求項５から９のいずれか１つに記載の水処理装置において、
上記制御部は、シーケンス制御を行うシーケンサであることを特徴とする水処理装置。
請求項１から１３のいずれか１つに記載の水処理装置において、
上記被処理水が、生物処理後の被処理水であることを特徴とする水処理装置。
請求項１から１３のいずれか１つに記載の水処理装置において、
上記被処理水が、排水処理後の被処理水であることを特徴とする水処理装置。
請求項６から１５のいずれか１つに記載の水処理装置において、
上記活性炭流動槽,イオン交換樹脂流動槽,キレート樹脂流動槽のいずれか１つの後段に紫外線反応塔を設置したことを特徴とする水処理装置。
請求項５から１６のいずれか１つに記載の水処理装置において、
上記ｐＨ測定部は、上記中間水泡レベル感知部からの被処理水のｐＨを測定し、
上記ｐＨ調整部は、上記中間水泡レベル感知部での被処理水のｐＨを調整することを特徴とする水処理装置。
請求項１７に記載の水処理装置において、
上記ｐＨ調整部は、上記中間水泡レベル感知部での被処理水のｐＨを６〜８の範囲内に調整することを特徴とする水処理装置。
処理水槽内に導入された被処理水の有機フッ素化合物の濃度に応じて、上記処理水槽内に導入された被処理水にナノバブルを発生させるナノバブル発生機の運転台数を制御し、
上記被処理水のｐＨを測定し、
上記測定した上記被処理水のｐＨに基づいて、上記被処理水のｐＨを調整することを特徴とする水処理方法。
請求項１９に記載の水処理方法において、
上記処理水槽における被処理水中に気泡を発生させ上記被処理水の水面に生じる泡の高さを検出することによって上記被処理水の有機フッ素化合物濃度を検出することを特徴とする水処理方法。
請求項１９または２０に記載の水処理方法において、
上記処理水槽からの処理水を、この処理水と共に活性炭を流動させる活性炭流動槽で処理し、
上記活性炭流動槽の活性炭を活性炭再生工場において９００℃以上で再生することを特徴とする水処理方法。
請求項２１に記載の水処理方法において、
上記活性炭流動槽に付属して設置していて上記活性炭を流動させる循環ポンプを用いて、上記活性炭流動槽の活性炭を活性炭脱水槽に導入し、
上記活性炭脱水槽で上記活性炭を脱水した後、上記活性炭脱水槽から上記活性炭を取り出し、上記活性炭を活性炭再生工場に持ち込んで、９００℃以上で再生することを特徴とする水処理方法。