JP2011189240A - サイクロン型水処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で、必要なオゾン量も軽減して水処理処理を行なう。
【解決手段】被処理水導入管１から導入される被処理水が内部で旋回するサイクロン型反応槽３と、オゾンの気泡を発生して被処理水に混入させるオゾン発生装置２と、サイクロン型反応槽から処理水を排出する処理水排出管４と、処理水排出管４の外周部に配置され、サイクロン型反応槽３内を旋回する被処理水に超音波を照射する第１超音波照射手段５ａとを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、オゾンを利用して上水、下水、産業排水等の被処理水を処理するサイクロン型水処理装置に関する。

従来、水処理の際に、被処理水にオゾンを注入して被処理水に含まれる処理対象物質を酸化分解して、脱臭、脱色、難分解性有機物の易分解化、および、殺菌等をする技術があった（例えば、特許文献１参照）。オゾンは、強い酸化力を有するため、水処理には有用である。これに対し、オゾンを大量に発生するためには、オゾン発生設備を大きくする必要があるとともに、オゾンの発生電力も大きくなる。また、大量にオゾンを利用した場合、水処理後に排出されるオゾンも大量になり、排オゾン対策も必要になる。

したがって、従来のオゾンを使用する水処理装置では、水処理装置が複雑化したり、大型化したりする問題があった。また、水処理装置が大型化したり、オゾンを大量に使用する結果、水処理に必要なコストも増大する問題があった。

また、水処理の際に、ヒドロキシラジカル等のラジカル種を利用して被処理水に含まれる処理対象物質を酸化分解する技術もあった。ヒドロキシラジカル等のラジカル種は、オゾンの数千倍の酸化力を示すとされているが、不安定な物質であり、水中に長期間残存できない。

したがって、ラジカル種を使用する水処理装置では、酸化効果を得るためにラジカル種と処理対象物質とを効果的に接触させる必要があった。例えば、ヒドロキシラジカルと処理対象物質とを効果的に接触させるためには、ヒドロキシラジカルを多く供給する必要がある等の問題があった。

特開２００５−５８８４７号公報

上述したように、従来の技術では、大量のオゾンを利用して酸化するために、設備が大型化したりコストも増大する問題があった。また、ラジカル種を利用する場合にも、大量のラジカル種を必要とするために、ラジカル種を多く供給しなければならない問題があった。

本発明は、上記課題に鑑み、簡単な構成で、必要なオゾン量も軽減して水処理を行なうサイクロン型水処理装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明は、被処理水導入管から導入される被処理水が内部で旋回するサイクロン型反応槽と、オゾンの気泡を発生して被処理水に混入させるオゾン発生装置と、前記サイクロン型反応槽から処理水を排出する処理水排出管と、前記処理水排出管の外周部に配置され、前記サイクロン型反応槽内を旋回する被処理水に超音波を照射する第１超音波照射手段とを備える。

本発明は、簡単な構成で、必要なオゾン量も軽減して水処理を行なうことができる。

第１の実施形態に係るサイクロン型水処理装置を説明する断面図である。 第２の実施形態に係るサイクロン型水処理装置を説明する断面図である。 第３の実施形態に係るサイクロン型水処理装置を説明する断面図である。 第４の実施形態に係るサイクロン型水処理装置を説明する断面図である。

以下に、図面を用いて本発明の各実施形態に係るサイクロン型水処理装置について説明する。以下で説明するサイクロン型水処理装置は、上水、下水、産業排水等の排水、廃棄物埋立地の浸出水等を被処理水として導入されると、その被処理水に含まれる処理対象物質である難分解性有機物（例えば、ウィルス、微生物、トリハロメタン等）を、オゾンを利用して処理する水処理装置である。以下の説明において、各実施形態で同一の構成には同一の符号を付して重複する説明を省略する。

〈第１の実施形態〉
図１に示すように、本発明の第１の実施形態に係るサイクロン型水処理装置１０ａは、被処理水導入管１から導入される被処理水が内部で旋回するサイクロン型反応槽３と、オゾンの気泡を発生して被処理水に混入させるオゾン発生装置２と、サイクロン型反応槽３からオゾン処理された処理水を排出する処理水排出管４と、処理水排出管４の外周部に配置され、サイクロン型反応槽３内を旋回する被処理水に超音波を照射する第１超音波振動子５ａとを備えている。

図示を省略するが、オゾン発生装置２は、例えば、オゾンガスを蓄積する蓄積手段と、蓄積手段で蓄積するオゾンガスを送出するポンプと、送出されたオゾンガスを気泡として被処理水導入管１の被処理水に供給する気泡発生手段とを備えている。ここで、オゾン発生装置２の構成や気泡発生手段等の具体的構成は限定されず、オゾンの気泡を被処理水に導入することができる構成であればよい。

サイクロン型反応槽３は、導入される被処理水を遠心力を用いて内部に旋回流を発生させる形状である。サイクロン型反応槽３は、例えば、図１に示すように、上部が円筒形状で中間部が漏斗形状であって、下部に中間部から流入される処理水が衝突する底面を有する形状である。このサイクロン型反応槽３は、流入する被処理水が内部で旋回するように、上部の内壁側に被処理水導入管１が接続されている。サイクロン型反応槽３では、被処理水導入管１を介して流入した被処理水は内部で旋回し、旋回しながら円筒形状の上部から漏斗形状の中間部へ進んで下部の底面に衝突する。サイクロン型反応槽３で底面に衝突した被処理水は、オゾンによって処理対象物質が処理されている。そのため、サイクロン型反応槽３は、衝突で発生した動力（反発力）を利用して底面に衝突した被処理水を、処理水排出管４を介して処理水としてサイクロン型水処理装置１０ａの外部に排出する。

第１超音波振動子５ａは、例えば、処理水排出管４の外周に沿って設置され、被処理水に超音波を照射する。第１超音波振動子５ａの形状及び位置は限定されないが、サイクロン型反応槽３における被処理水の旋回を阻害しない形状及び位置であることが望ましい。

上述した構成のサイクロン型反応槽３に被処理水が導入されると、遠心分離作用によって中心部に集まった被処理水に含まれるオゾンの気泡の一部は、第１超音波振動子５ａから発生した超音波が照射されて圧壊し、オゾンよりも酸化力の強いヒドロキシラジカルが生成される。ヒドロキシラジカルは即座に、処理対象物質と反応し、処理対象物質を酸化分解する。

第１超音波振動子５ａから発生した超音波が照射されてもヒドロキシラジカルに変換されずに被処理水中に残ったオゾンの気泡は、超音波の照射によって微細化されてオゾンの微細気泡となる。ここで生成される微細気泡は、例えば、μｍオーダーのマイクロバブルは、ｎｍオーダーのナノバブルである。微細化されたオゾンの気泡は、比表面積が大きく気液間の移動が促進されることから、効率的に被処理水中に溶解し、その結果、被処理対象物質を酸化分解しやすくなる。

また、サイズの大きい気泡はサイクロン型反応槽３内で中心に集まりやすいが、微細化されたオゾンの気泡は周囲と水との密度差が小さくなって、サイクロン型反応槽３における旋回流から受ける遠心力が弱まり、槽内で外周部（内壁側）へ移動しやすくなる。そのため、オゾンの微細気泡はサイクロン型反応槽３内に均一に分布し、サイクロン型反応槽３内全体での反応性を向上することができる。その結果、微細気泡にするほうが、処理に必要なオゾン量を低減することができる。

上述したように、本発明の第１の実施形態に係るサイクロン型水処理装置１０ａでは、第１超音波振動子５ａによってオゾンの気泡に超音波を照射することで、オゾンの気泡を圧壊し、ヒドロキシラジカルを生成することができる。このようにして生成されたヒドロキシラジカルによって、処理対象物質の酸化分解を促進することができる。このとき、ヒドロキシラジカルは、処理対象物質を含む処理水中で生成されるため、処理対象物質に効果的に接触させることができる。

また、第１の実施形態に係るサイクロン型水処理装置１０ａでは、ヒドロキシラジカルにならなかった残りのオゾンは、超音波の照射によって微細化される。このようにして微細化されたオゾンの気泡は被処理水に効率的に溶解されるため、処理対象物質の酸化分解を促進することができる。

さらに、第１の実施形態に係るサイクロン型水処理装置１０ａでは、簡単な設備で上述したようにヒドロキシラジカルの生成やオゾンの気泡の微細化によって、効果的に被処理対象物質の酸化分解することができるため、必要なオゾンの量を低減することができる。また、設備や、電力発生、排オゾン等も容易にすることでコストの低減にも繋がる。

〈第２の実施形態〉
図２に示すように、本発明の第２の実施形態に係るサイクロン型水処理装置１０ｂは、図１を用いて上述した第１の実施形態に係るサイクロン型水処理装置１０ａと比較して、サイクロン型反応槽３内の処理水排出管４とサイクロン型反応槽３の内壁との間に、紫外線ランプユニット６を備えている点で異なる。図示は省略するが、この紫外線ランプユニット６は、紫外線ランプと、被紫外線ランプを被処理水中で保護する保護管とを備えている。

紫外線ランプユニット６の形状と、サイクロン型反応槽３内における紫外線ランプユニット６の配置位置は限定されないが、サイクロン型反応槽３内における被処理水の旋回を阻害しない形状及び位置であることが望ましい。図２に示す例では、２本の円筒形の紫外線ランプユニット６が、処理水排出管４を中心にして対称になる位置に配置されている。

第１超音波振動子５ａで微細化されたオゾンの気泡は、上述したように、サイクロン型反応槽３の中心から外側（内壁側）に移動する。このとき、第１超音波振動子５ａとサイクロン型反応槽３の内壁との間に紫外線ランプユニット６を配置することで、サイクロン型反応槽３の中心から外側に移動するオゾンの微細気泡に紫外線が照射されて、微細気泡からヒドロキシラジカルを発生させることができ、処理対象物質の酸化を促進することができる。

上述したように、本発明の第２の実施形態に係るサイクロン型水処理装置１０ｂでは、第１の実施形態に係るサイクロン型水処理装置１０ａと同様にヒドロキシラジカルの生成とオゾン気泡の微細化によって処理対象物質の酸化分解を効果的にするとともに、必要なオゾンの量を低減することができる。

また、第２の実施形態に係るサイクロン型水処理装置１０ｂでは、オゾンの微細気泡に紫外線を照射してヒドロキシラジカルを生成することができる。そのため、ヒドロキシラジカルの生成量を増加し、処理対象物質の酸化分解をさらに効果的にすることができ、必要なオゾンの量もさらに低減することができる。

〈第３の実施形態〉
図３に示すように、本発明の第３の実施形態に係るサイクロン型水処理装置１０ｃは、図２を用いて上述した第２の実施形態に係るサイクロン型水処理装置１０ｂと比較して、サイクロン型反応槽３の内壁に第２超音波振動子５ｂを備えている点で異なる。第２超音波振動子５ｂの形状及び位置は限定されないが、サイクロン型反応槽３における被処理水の旋回を阻害しない形状及び位置であることが望ましい。

サイクロン型反応槽３内部では、オゾンの気泡の一部は、第１超音波振動子５ａによる超音波の照射によって圧壊し、オゾンより酸化力の強いヒドロキシラジカルとなる。このヒドロキシラジカルは、即座に被処理水中の処理対象物質を酸化分解する。また、サイクロン型反応槽３内部では、ヒドロキシラジカルに変換されなかったオゾンの気泡は、第１超音波振動子５ａによる超音波の照射によって微細化され、微細気泡となる。このオゾンの微細気泡は、効率的に比処理水中に溶解し、処理対象物質を酸化分解する。さらに、サイクロン型反応槽３内部では、オゾンの微細気泡は、紫外線ランプユニット６による紫外線の照射によって、ヒドロキシラジカルとなり、処理対象物質を酸化分解する。

これらに加え、第３の実施形態に係るサイクロン型水処理装置１０ｃのサイクロン型反応槽３の内部では、第２超音波振動子５ｂによって、被処理水中に残留するオゾンに超音波を照射して微細気泡を圧壊し、ヒドロキシラジカルを生成して酸化分解を促進する。また、被処理水中の微細気泡をヒドロキシラジカルにすることにより、紫外線照射の妨げとなる微細気泡を減少することができるため、紫外線照射率を向上させることができる。

上述したように、本発明の第３の実施形態に係るサイクロン型水処理装置１０ｃでは、第１の実施形態に係るサイクロン型水処理装置１０ａ及び第２の実施形態に係るサイクロン型水処理装置１０ｂと同様にヒドロキシラジカルの生成とオゾンの気泡の微細化によって処理対象物質の酸化分解を効果的にするとともに、必要なオゾンの量を低減することができる。

また、第３の実施形態に係るサイクロン型水処理装置１０ｃでは、オゾンの微細気泡に超音波を照射してヒドロキシラジカルを生成することができる。そのため、ヒドロキシラジカルの生成量を増加し、処理対象物質の酸化分解をさらに効果的にすることができ、必要なオゾンの量もさらに減少することができる。

さらに、第３の実施形態に係るサイクロン型水処理装置１０ｃでは、紫外線照射の妨げとなるオゾンの微細気泡をヒドロキシラジカルに変化させることで、紫外線の照射率が向上する。これにより、紫外線照射による処理対象物質の酸化分解を促進することができ、必要なオゾンの量もさらに低減することができる。

なお、図３に示す例では、サイクロン型反応槽３の内部に紫外線ランプユニット６を設置しているが、紫外線ランプユニット６を設置しない場合であっても第１超音波振動子５ａと第２超音波振動子５ｂのみを有する構成であってもよい。第１超音波振動子５ａに加えて第２超音波振動子５ｂを有している場合には、第１超音波振動子５ａによってヒドロキシラジカルに変換されなかったオゾンの微細気泡が第２超音波振動子５ｂによってヒドロキシラジカルに変換されうるため、第１の実施形態に係るサイクロン型水処理装置１０ａよりも必要なオゾン量を低減することができる。

〈第４の実施形態〉
図４に示すように、本発明の第４の実施形態に係るサイクロン型水処理装置１０ｄは、被処理水導入管１から導入される被処理水が内部で旋回するサイクロン型反応槽３と、オゾンの気泡を発生して、サイクロン型反応槽３に導入する被処理水に混入させるオゾン発生装置２と、被処理水導入管１に設けられ、オゾンの気泡が混入された被処理水に超音波を照射する第３超音波振動子５ｃと、サイクロン型反応槽３から処理水を排出する処理水排出管４とを備えている。

すなわち、上述した各実施形態に係るサイクロン型水処理装置１０ａ〜１０ｃでは、サイクロン型反応槽３の内部に超音波振動子を設置しているのに対して、第４の実施形態に係るサイクロン型水処理装置１０ｄでは、被処理水導入管１に第３超音波振動子５ｃを設置している。

オゾンの気泡は、被処理水導入管１に設置された第３超音波振動子５ｃによってヒドロキシラジカルを発生し、又は、微細気泡として被処理水中に溶解された後で、後段の被処理水導入管１に導入される。

上述したように、本発明の第４の実施形態に係るサイクロン型水処理装置１０ｄでは、第１の実施形態に係るサイクロン型水処理装置１０ａと同様にヒドロキシラジカルの生成とオゾン気泡の微細化によって処理対象物質の酸化分解を効果的にするとともに、必要なオゾンの量を低減することができる。

なお、図４に示す例では、サイクロン型反応槽３の前段の被処理水導入管１のみに第３超音波振動子５ｃを設置しているが、被処理水導入管１に第３超音波振動子５ｃを設置する他、第１乃至第３の実施形態で上述した例のように、サイクロン型反応槽３の内部にも超音波振動子を設置してもよい。サイクロン型反応槽３の内部にも超音波振動子を有する場合、被処理水中の微細気泡をさらに微細化することができ、反応効率を向上することができるため、処理に必要なオゾン量をさらに減少することができる。

また、第２の実施形態で上述した例のように、サイクロン型反応槽３の内部に紫外線照射ユニットを設置してもよい。サイクロン型反応槽３の内部に紫外線ユニットを有する場合、被処理水中の微細気泡をヒドロキシラジカルにして、処理対象物質の酸化分解をさらに効果的にすることができ、必要なオゾンの量もさらに低減することができる。

１０ａ〜１０ｄ…サイクロン型水処理装置
１…被処理水導入管
２…オゾン発生装置
３…サイクロン型反応槽
４…処理水排出管
５ａ〜５ｃ…超音波振動子（超音波照射手段）
６…紫外線ランプユニット（紫外線照射手段）

Claims (4)

1. 被処理水導入管から導入される被処理水が内部で旋回するサイクロン型反応槽と、
   オゾンの気泡を発生して被処理水に混入させるオゾン発生装置と、
   前記サイクロン型反応槽から処理水を排出する処理水排出管と、
   前記処理水排出管の外周部に配置され、前記サイクロン型反応槽内を旋回する被処理水に超音波を照射する第１超音波照射手段と、
   を備えることを特徴とするサイクロン型水処理装置。
2. 前記サイクロン型反応槽の内壁と前記処理水排出管との間に配置され、当該サイクロン型反応槽内で旋回する被処理水に紫外線を照射する紫外線照射手段を備えることを特徴とする請求項１に記載のサイクロン型水処理装置。
3. 前記サイクロン型反応槽の内壁に配置され、前記サイクロン型反応槽内を旋回する被処理水に超音波を照射する第２超音波照射手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のサイクロン型水処理装置。
4. 被処理水導入管から導入される被処理水が内部で旋回するサイクロン型反応槽と、
   オゾンの気泡を発生して前記サイクロン型反応槽に導入する前段で被処理水に混入させるオゾン発生装置と、
   前記被処理水導入管に配置され、オゾンの気泡が混入された被処理水に超音波を照射する第３超音波照射手段と、
   前記サイクロン型反応槽から処理水を排出する処理水排出管と、
   を備えることを特徴とするサイクロン型水処理装置。

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