CN101254973B - 液体处理方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种通过回收、再利用未溶解气体从而提高水处理性能且经济性的液体处理方法及装置。具备：将用泵(11)供给的水和气体混合的气体混合器(7)、与气体混合器(7)连接并将未溶解的气泡分离的气液分离器(8)、与气液分离器(8)连接的减压喷嘴(12)、与减压喷嘴(12)连接并流入被处理水的接触槽(5)、用于使由气液分离器(8)分离的未溶解的气泡返回气体混合器(7)的流路。

Description

液体处理方法及装置

技术领域

本发明涉及使用了气泡的液体处理方法及其装置。

背景技术

使用了臭氧的液体处理方法中，如[非专利文献1]所述，注入到被处理水中的臭氧由被处理水含有的还原性物质消耗，用臭氧反应设备注入的臭氧内、没有溶解在被处理水中而到达水面的气泡中的臭氧在空气中扩散，在排臭氧处理装置中被分解。从而，注入到反应槽设备中的臭氧量除了用于实现目标水质所必需的臭氧量以外，还必须加上由还原性物质的氧化所消耗的臭氧量及没有溶解而被废弃的臭氧量。

用于水处理的臭氧处理系统除了臭氧反应设备以外，还由前处理设备、后处理设备、臭氧产生设备及排臭氧处理设备等构成。整个系统的耗电中，臭氧产生设备的耗电所占的比例最大，从而，要提高处理系统的经济性，臭氧产生量的降低、也就是臭氧利用率的提高是必要的。具体地说，上述被处理水中的还原性物质的降低、臭氧溶解效率的提高、即排臭氧量的降低是有效的。

在此，所谓微细气泡，是直径约50微米以下的气泡，根据[非专利文献2]，一般来说，这个区域的气泡随着气泡内气体向周围液相的溶入而直径减小，从而，基于表面张力的效果而使内部成为高压、高温，破灭时产生OH基等氧化力高的游离基和压力波。另外，由于比表面积大、上升速度小，从而，气体在液体中的溶解度高。

从而，在水处理中使用臭氧等具有氧化力的气体的微细气泡时，除了溶解气体的氧化力以外，还考虑到由于微细气泡破灭时产生的压力波和基等氧化力而使细胞壁、细胞膜、细胞质等物理性破坏的可能性。

作为利用臭氧等的气泡进行水处理的现有技术，如[专利文献1]所述，揭示了一种方法是从设置在臭氧接触槽内的散气管直接注入臭氧，那时从接触槽的上部空间将含有未溶解、未利用的臭氧的气体回收。将其回收气体和作为臭氧原料气体注入到臭氧产生器的富氧气体的一部分混合，导入最初沉淀池和曝气槽等水处理工序的被处理水中。

另外，[专利文献2]揭示的方法是在臭氧水生成装置中，将从流出的臭氧水上方回收的气体压缩·干燥后，作为臭氧产生器的臭氧原料气体加以利用。[专利文献3]揭示的方法是将气体作为粗大气泡混合后用泵加压，其后，通过减压喷嘴向接触槽注入，由此将注入气体进行微细气泡化，向接触槽注入。

还有，所谓水处理，指的是通过注入具有氧化力的试剂和气体，或利用光·电磁波等照射、过滤等，将被处理水中的有机物和微生物等过滤或氧化分解等从而去除的工序。

专利文献1：特开2004-122105号公报

专利文献2：特开平9-285794号公报

专利文献3：特开2003-117365号公报

非专利文献1：「臭氧手册」日本臭氧协会，2004年

非专利文献2：「水的特性和新利用技术」株式会社エヌ·テイ一·エス，142-146页，2004年

[专利文献1]、[专利文献2]所述的方法中，臭氧的注入使用散气管，从而，气泡直径达到毫米径以上，溶解效率低，根据「新版臭氧利用新技术」、三▲ゆう书店，要获得臭氧吸收效率90％左右以上，需要约5m的水深，存在设备小型化困难的问题。

另外，[专利文献3]所述的方法中，作为粗大气泡注入的气体内，经由泵后段的加压部没有溶解的气体，以粗大气泡的状态通过减压喷嘴，混杂着生成的微细气泡向接触槽流入，从而，如上所述，存在毫米径气泡溶解效率低的问题。另外，通过减压喷嘴后，若粗大气泡和微细气泡接触，则存在微细气泡与粗大气泡合成一体、溶解效率高的微细气泡的含有率降低的可能性。另外，即使为了提高臭氧吸收效率而将该微细气泡和粗大气泡的混入水注入到能够增加滞留时间的下降流的接触槽中，也存在利用上升速度大的粗大气泡产生的上升流中伴随着微细气泡、到达水面的微细气泡向空气中扩散的可能性。

发明内容

本发明的第一目的在于，提供通过将用管路回收的粗大气泡向微细气泡生成工序再混合、或向接触槽直接注入，从而能够提高臭氧的利用效率、提高水处理性能的液体处理方法及装置。

本发明的第二目的在于，提供通过回收、再利用未溶解气体从而提高水处理性能且经济性的液体处理方法及装置。

为了实现上述目的，本发明的液体处理方法及装置，是将气体混合到水中，加压、溶解混合的气体，将溶解有气体的水减压使其产生微细气泡，并具备使微细气泡和被处理水接触进行反应的接触槽，将加压溶解时未溶解的气体回收，再利用回收的气体。微细气泡的生成可以采用加压·剪切方法、回旋流方式等。

另外，具备将回收的气体与被处理水混合、或注入接触槽的流路，流路中具备调节回收的气体流量的调节装置。这些流量可以通过设置滞留回收气体的容器，利用在容器和混合装置、或容器和向接触槽注入的注入装置之间的流路中设置的减压阀和溢流阀维持滞留槽内的压力，由此进行调节。接触槽中，回收气体的注入位置在不与微细气泡混合的部位为好，以防止气泡合成一体。使用臭氧时，为了预先去除被处理水中的臭氧消耗物质，可以在气泡含有水的注入位置的上游部注入回收气体。另外，向气体混合器注入之际，可以向臭氧产生器前段作为臭氧原料气体注入。

另外，被处理水可以从接触槽抽取，再返回接触槽，气泡种类可以采用除臭氧以外的具有氧化力的气体。另外，为了控制各个注入流量，设置掌握流入泵中的二相流的气液比的装置，根据其测量值·计算值，控制气体向混合装置的流量，使其在泵的容许上限以下。

发明效果

根据本发明，能够提高将气体溶解进行利用的液体处理装置的水处理性能和经济性。

附图说明

图1是本发明的实施例1的液体处理装置的构成图。

图2是实施例1的变形例的液体处理装置的构成图。

图3是实施例1的变形例的液体处理工序的构成图。

图4是说明实施例1的生成微细气泡的工序的模式图。

图5是说明实施例1的生成微细气泡的工序的模式图。

图6是关于实施例1的臭氧利用效率提高进行说明的图。

图7是关于实施例1的臭氧利用效率提高进行说明的图。

图8是关于实施例1的臭氧利用效率提高进行说明的图。

图9是本发明的实施例2的液体处理装置的构成图。

图10是本发明的实施例3的液体处理装置的构成图。

图11是本发明的实施例4的液体处理装置的构成图。

图中，1、3-被处理水，2-气体，4-处理水，5-接触槽，6、9、10、13、32、40-流路，7-气体混合器，8-气液分离器，11-泵，12-减压喷嘴，14-缓冲箱，15-减压阀，16-溢流阀，21-控制器，22-流量计，23、24、25-流量调节阀，30-富氧气体生成器，31-富氧空气，33-臭氧生成器，41、42-注入位置，43-隔板。

具体实施方式

参照附图，说明本发明的实施例1～实施例4。

图1是实施例1的液体处理装置的构成图。本实施例中作为气泡采用微细气泡。还有，也可以是比微细气泡的定义大、直径几百μm左右的气泡，虽然在定量上差，不过认为可获得同样的效果。

实施例1的液体处理装置，由与流入被处理水1的流路6连接、将由流路17导入的气体2与被处理水1混合的气体混合器7，与气体混合器7连接、将用气体混合器7与气体混合的被处理水1供给的泵11，与泵11连接、分离未溶解的气泡的气液分离器8，与气液分离器8连接、对被处理水1进行减压的减压喷嘴12，与减压喷嘴12连接的接触槽5构成。在此，被处理水1可以是其他系统的水。

接触槽5由沿垂直方向设置的壁19分为第一槽50和第二槽51，第一槽50和第二槽51在2个壁19间连通，被处理水3从第一槽50下方通过2个壁19间流到第二槽51。

减压喷嘴12和接触槽5的第一槽50的底部连接，在接触槽5的上部设置被处理水3的流入口和处理水的流出口。由气液分离器8分离的气泡的一部分经由流路9流入到流路17，剩余气泡经由流路10流入到接触槽5的第二槽51底部的散气部18。

流入到流路6的被处理水1经由气体混合器7与气体2混合后，利用泵11加压，一部分气体溶解在被处理水中。未溶解的气体形成气泡，与被处理水一起流入到气液分离器8。在气液分离器8中，气泡被分离、回收。分离了气泡的被处理水在减压喷嘴12中被减压，经过减压发泡生成微细气泡。

含有微细气泡的被处理水，注入到接触槽5。另一方面，由气液分离器8回收的一部分气泡通过流路9与气体2一起经由气体混合器7混合到流路6的被处理水1中。剩余气泡通过流路10从接触槽5的散气部18流入到槽内。流入到接触槽5的被处理水3与含有微细气泡的被处理水1混合，利用被处理水1中溶解气体的氧化力进行处理后，作为处理水4流出。被处理水1及气体2的流量根据被处理水3的流量设定。

在此，将由气液分离器8回收的气体向接触槽5注入时，若向存在微细气泡的槽注入，则由于是注入的气体的气泡直径大的气泡，从而上升速度快，伴随液相产生上升流。其结果是有缩短微细气泡的滞留时间、或与微细气泡合成一体的可能性，因此从流路10注入的气体是注入到不存在微细气泡的槽中。另外，气液分离器8使用在检测接触槽5的水位而设定的水位范围内动作的开闭阀。

图2表示图1的变形例。图2所示的例中，在接触槽5的底部连接流路13，将流路13与流路6连接。

从接触槽5向流路13抽取的被处理水1经过气体混合器7、泵11、气液分离器8、减压喷嘴12的生成微细气泡的工序再注入到接触槽5中。此时，若从注入位置的下游侧抽水，则在注入位置和抽水位置之间微细气泡的含量增加，从而，气体采用臭氧时，溶解臭氧浓度局部变高。其结果是能够期待依存于溶解臭氧浓度的被处理水中的有机物分解效果等的提高。

图3表示图1的变形例。图3所示的例中，在气液分离器8上连接缓冲箱14，在连接缓冲箱14和流路17的流路9上设置减压阀15，在连接缓冲箱14和散气部18的流路10上设置溢流阀16。

由气液分离器8分离的气体在缓冲箱14中滞留，利用安装在缓冲箱14上的减压阀15而减压的气体，流向气体混合器7，从缓冲箱14出来的气体经由溢流阀16向接触槽5供给。此时，缓冲箱14内的压力被维持在规定的范围，从而，流入到气体混合器7的回收气体的流量被调节在规定的范围。

利用图4及图5说明本实施例1的生成微细气泡的工序。图4是表示在图1所示的气体混合器7到减压喷嘴12的生成微细气泡的工序中、不设置气液分离器8时的气体状态的模式图。如图4下方所示，经由气体混合器7混入的气体2以直径比较大的毫米径气泡(以下称为粗大气泡)的状态向泵11流入，被加压使得一部分成为溶解气体，没有溶解的气体作为粗大气体留下，成为粗大气泡和溶解气体的混合状态。通过减压喷嘴12后，被减压的溶解气体作为微细气泡析出，不过，也残留粗大气泡，粗大气泡和微细气泡混杂在一起。

另一方面，图5是图1所示的气体混合器7到减压喷嘴12的生成微细气泡的工序，由于设置有气液分离器8，因此利用流路6途中的气液分离器8回收在加压部没有溶解的粗大气泡。其结果是，图4中在减压喷嘴12后段作为粗大气泡流出的气体，若作为回收气体与注入气体混合再注入，则能够期待注入气体微细气泡化的比例的提高，可将回收气体利用于曝气等其他用途。另外，在减压喷嘴12后段粗大气泡不与微细气泡混杂，从而，能够回避微细气泡向粗大气泡合成一体。

根据本实施例1，能够增加向接触槽流入的微细气泡量。另外，气体使用臭氧时的臭氧利用效率提高。

在图1所示的气体2中使用臭氧、将生成的臭氧微细气泡注入到接触槽5中与被处理水混合的水处理设备的情况中，实现要求的处理性能所需的溶解臭氧量由被处理水的水质、即还原性物质的浓度等决定，必要的臭氧注入量依存于臭氧的吸收效率。臭氧吸收效率是臭氧注入时的气泡直径越小越增加。本实施例的情况中，由于微细气泡的比例增加，从而，臭氧吸收效率提高。另外，通过将回收的气体再混合到被处理水1中、或直接注入到接触槽5中，从而能够进一步提高臭氧的利用效率。

关于本实施例的臭氧利用效率提高利用图6～图8进行说明。图6是没有设置气液分离器8、不进行气体回收时的例子，横轴表示处理工序，纵轴表示注入的臭氧的状态。如图6所示，注入的臭氧气体经过加压溶解、减压工序，分为粗大气泡和微细气泡并向接触槽5流入，随着粗大气泡和微细气泡各自的臭氧吸收溶解而成为溶解气体，有助于水处理。未溶解的气体到达水面，向气相脱离。

图7表示设置气液分离器8、将回收的气体全部再混合的情况。回收的粗大气泡被再混合，再经过气泡生成工序，分为粗大气泡和微细气泡。通过反复这样，能够提高注入的气体的利用效率。而此时，流经气泡生成工序的流路6的气液二相流的气液比增加，有可能给泵11的稳定运转带来障碍。

图8表示超过可再混合的流量的回收气体向接触槽5直接注入的情况。此时，向接触槽5直接注入成为粗大气泡，不过与图6所示的情况不同，在减压喷嘴12后段不混杂存在微细气泡和粗大气泡，从而，微细气泡的生成率增加。因而，与不回收的情况相比，最终的臭氧吸收量增加。

如以上，本实施例中，作为整体注入的臭氧的吸收量增加，从而，臭氧的利用效率提高。因而，可降低臭氧生成量，能够降低臭氧生成器的耗电。另外，废弃的臭氧量减少，从而，能够将排臭氧装置小型化，能够降低排臭氧处理装置的耗电。

还有，微细气泡的气体也可以使用除臭氧以外的氯等具有氧化力的气体。另外，混合的气体的流量的上限值依存于泵11的容许气液比。气体混合器7在泵11后段时，在泵11中不流入气液二相流，从而，不是气液比的上限值，通过实验等从被处理水的水质和目标处理水水质求得必要的溶解气体量，还加上从溶解效率算出的不能利用的量，设定注入量即可。另外，气液分离器8也可以设置在减压喷嘴12的下游侧。

根据本实施例，在利用了微细气泡的液体处理装置中，通过回收·再利用未溶解的粗大气泡，从而，能够增加从注入气体生成的微细气泡的比例。另外，使用臭氧等具有氧化力的气体时，由于成为溶解效率高的微细气泡的气体比例增加、回收的粗大气泡再次被微细气泡化及再次注入到接触槽中而使气体的利用效率增加，从而，能够提高水处理性能及经济性。

[实施例2]

利用图9说明本发明的实施例2。本实施例与图1所示实施例同样构成，不过，本实施例中，在流路6上设置被处理水1的流量调节阀23、在流路17上设置流量调节阀24、在流路9上设置流量调节阀25、在被处理水3的流路上设置流量计22。流量计22的测量值反馈给控制器21，利用控制器21控制流量调节阀23、24、25。

本实施例中，可调节回收气体的流量。若经由接触槽5处理的被处理水3的流量变化，则获得要求水质所需的气体的必要量变化，被处理水1的流量、从流路9再混合的气体的流量也随之变化。

控制器21根据利用流量计22检测到的被处理水3的流量，算出被处理水1的流量、气体2的流量，调节被处理水1的流量调节阀23、气体2的流量调节阀24。控制器21调节在流路9上设置的流量调节阀25以使不超过气体混合器7的容许气液比的上限值。

其结果是，即使接触槽5中的被处理水3的流量变化，也通过控制气体2相对于被处理水3的注入比而获得预先求出的最大气体利用效率。

还有，若与实施例1的图3同样设置缓冲箱14，则回收气体的流量变动得以缓和，再混合或向接触槽5注入的流量稳定。另外，可以在流路10上设置止回阀，也可以设置测量气体混合器7中的气液比的装置，根据其测定值调节流量调节阀24使其成为规定的气液比。

根据本实施例，在利用了微细气泡的水处理装置中，即使被处理水的流量变化时也能够稳定地以最大的气体利用效率进行运转。

[实施例3]

利用图10说明本发明的实施例3。本实施例与图1所示的实施例同样构成，不过，本实施例中，在气体混合器7上连接生成氧浓度高的富氧空气的富氧气体生成部30和生成臭氧的臭氧生成器33。取而代之，没有设置流路10和散气部18。

实施例1中，是将回收气体直接向混合装置再混合，不过，气体使用臭氧时，回收气体氧浓度高，具有能够作为臭氧生成器的原料气体利用的可能性。本实施例中，是将回收气体注入到臭氧生成器的前段。此时的生成臭氧主要由氧和臭氧构成，回收气体除了臭氧以外还含有大量氧。

图10中，由气液分离器8回收的气体流经流路32，与从富氧气体生成部30向臭氧生成器33供给的富氧空气31合流。其结果是，能够降低由富氧气体生成部30生成的富氧空气量，从而，能够降低富氧气体生成部的耗电量。还有，回收气体含有水分，从而，可以在混合的前段实施干燥处理。

根据本实施例，由于在使用了臭氧的水处理装置中，可有效地利用回收气体中的氧，从而能够提高经济性。

[实施例4]

利用图11说明本发明的实施例4。本实施例与实施例1同样构成，不过，本实施例中，在减压喷嘴12与接触槽5底部连接的接触槽5的第一槽的微细气泡注入位置41的上部设置散气部18，散气部18和气液分离器8由流路40连接。在散气部18和微细气泡流入位置41之间设置隔板43，以使微细气泡尽量不上升。

实施例1中，将回收气体直接向接触槽流入时，是注入到不存在微细气泡的槽中，不过若在注入微细气泡的位置的上游侧注入回收气体，则具有能够促进利用微细气泡进行处理的效果的可能性。本实施例中，将回收气体注入到接触槽的微细气泡注入位置的上方。

本实施例中，气体使用臭氧。被处理水1流入流路6，含有微细气泡并注入到接触槽5的第一槽的下部。另一方面，由气液分离器8回收的气体，从流路40、从位于接触槽5的第一槽的微细气泡流入位置41上方的回收气体的注入位置42注入，与被处理水3混合。其结果是，被处理水3中含有的还原性物质利用从注入位置42注入的臭氧，一部分被分解，在下游侧，被处理水3与微细气泡混合。此时，被处理水3中的消耗物质减少，从而，与将回收的气体注入到微细气泡注入后的槽的情况相比，能够提高与微细气泡混合的部分中的溶解臭氧浓度，能够提高水处理性能。

另外，微细气泡伴随着被处理水3的下降流，大部分向第二槽移动，不过，为了降低在第一槽中上升到水面的微细气泡量，在微细气泡的注入位置和回收气体的注入位置之间设置具有狭隘流路的隔板43。具体地说，设置沿垂直方向设有单一或多个孔的隔板。

根据本实施例，在使用了臭氧的水处理装置中，通过在被处理水与微细气泡混合之前，利用回收气体预先降低作为臭氧消耗物质的还原性物质、及提高用臭氧微细气泡处理之际的溶解臭氧浓度，从而能够提高水处理性能。

Claims (7)

1.一种液体处理装置，具备：

将气体混合到水中的气体混合器；

将利用该气体混合器混合了气体的水加压的泵；

将利用该泵加压的水中未溶解的气泡回收的回收装置；

用于使利用该回收装置回收的气泡依次经过在回收装置上连接的缓冲箱和在连接缓冲箱和第一流路的第二流路上设置的减压阀返回所述气体混合器的包括所述第一流路和所述第二流路的流路；

设有溢流阀，并且连接缓冲箱和散气部的第三流路；和

在由沿垂直方向设置的壁划分为第一槽和第二槽且所述第一槽和所述第二槽在两个所述壁之间连通的接触槽的所述第二槽的底部与该第三流路连通并向被处理水散气的所述散气部，

使回收了所述未溶解的气泡的水经由减压喷嘴流入到流入被处理水的接触槽的由所述壁划分的所述第一槽的底部，使溶解的气体或该微细气泡与被处理水接触进行反应。

2.根据权利要求1所述的液体处理装置，其中，

所述水是抽取所述接触槽内的被处理水的抽取水，并具备使该抽取水流向所述气体混合器的流路。

3.根据权利要求1或2所述的液体处理装置，其中，

具备测量流入到所述接触槽中的被处理水的流量的流量计，并具备流量调节阀，该流量调节阀根据用该流量计测量出的被处理水的流量，调节所述回收装置中回收的气体流量、向所述气体混合器供给的气体流量、向所述接触槽散气的流量中的至少一个。

4.根据权利要求1或2所述的液体处理装置，其中，

作为所述气体采用具有氧化力的气体。

5.根据权利要求1或2所述的液体处理装置，其中，

将所述回收的气体扩散到所述接触槽的被处理水中的所述散气部的位置是回收了所述未溶解的气泡的水注入到所述接触槽中的位置的下游侧。

6.一种液体处理方法，利用气体混合器将气体混合到水中，将利用该气体混合器混合了气体的水用泵加压来溶解混合的气体，利用回收装置回收用该泵加压的水中未溶解的气泡，通过包括第一流路和第二流路的流路使该回收装置回收的气泡依次经过在回收装置上连接的缓冲箱和在连接缓冲箱和所述第一流路的所述第二流路上设置的减压阀返回所述气体混合器，对通过设有溢流阀并且连接缓冲箱和散气部的第三流路而在接触槽内的被处理水中回收的气泡的一部分，在由沿垂直方向设置的壁划分为第一槽和第二槽且所述第一槽和所述第二槽在两个所述壁之间连通的接触槽的所述第二槽的底部，利用与该第三流路连通的所述散气部向被处理水进行散气，将由所述回收装置回收了未溶解的气泡的水用减压喷嘴减压，并使其流入到流入被处理水的接触槽的由所述壁划分的所述第一槽的底部，使溶解的气体或该微细气泡与被处理水接触并进行反应。

7.根据权利要求6所述的液体处理方法，其中，

利用流量计测量流入到所述接触槽中的被处理水的流量，根据所述流量计测量出的被处理水的流量，用流量调节阀调节所述回收装置中回收的气体流量、向所述气体混合器供给的气体流量、向所述接触槽中散气的流量中的至少一个。

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