JP2001347266A

JP2001347266A - 水処理装置

Info

Publication number: JP2001347266A
Application number: JP2000168344A
Authority: JP
Inventors: Kazunori Sato; 一教佐藤; Tadaaki Mizoguchi; 忠昭溝口; Kazunori Fujita; 一紀藤田
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2000-06-06
Filing date: 2000-06-06
Publication date: 2001-12-18

Abstract

(57)【要約】【課題】キャビテーションの作用によって水中の不純
物等を分解処理する水処理装置の騒音を低減する。【解決手段】両端が閉塞された内筒３と、この内筒の
少なくとも筒状部の外周を取り囲んで設けられた外容器
５と、前記内筒の筒端から筒軸に沿って挿入されたノズ
ル７と、このノズルに処理対象である水９を供給する被
処理水供給手段１１と、前記内筒の周壁に形成された複
数の通孔４７，４９と、前記外容器に連通された処理水
の排出口３１とを有して構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水処理装置に係
り、特にキャビテーションの作用によって水中の不純物
等を分解する水処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】地下水の汚染物質であるトリクロロエチ
レンやテトラクロロエチレンのような、水中に溶解して
いる有害な有機化合物を、キャビテーションの作用によ
って無害な物質に分解することが考案されている。ま
た、キャビテーションの作用によって、病原性大腸菌
や、耐塩素系の病原性微生物であり原虫の一種であるク
リプトスポリジウムの細胞を破壊して、有害な菌や微生
物を死滅させることもできることがわかっている。

【０００３】このようなキャビテーションを発生させる
手段として、超音波法や、攪拌羽根のようなロータを水
中において高速回転させる方法が知られているが、水中
に、水をジェット状に噴出すると、連続的かつ強度の強
いキャビテーションを簡単に発生させることができる。
例えば、水を貯留する容器状のリアクタ内にノズルを設
置して、ここからポンプによって高圧に加圧された水を
ジェット状に噴出させることによって、ジェット内に強
力なキャビテーションを発生させることができる。この
ようにすると、ノズルの形状や噴出孔の径、またはポン
プの吐出圧力を調整することによって、処理量に応じて
キャビテーションの強度を簡単に制御することができ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述したような、水を
ジェット状に噴出してキャビテーションを発生させる水
処理装置においては、騒音が大きいという問題がある。
このような騒音は、装置の処理能力を高めようとしてキ
ャビテーションの強度を上げると、これに伴って増大し
てしまう。また、容器状のリアクタは、その中にジェッ
トが噴出されると音響的共鳴体としてはたらき、騒音を
助長してしまうこともある。

【０００５】上記の問題を鑑み、本発明の課題は、キャ
ビテーションを利用した水処理装置の騒音を低減するこ
とにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、水処理装置
を、両端が閉塞された内筒と、前記内筒の少なくとも筒
状部の外周を取り囲んで設けられた外容器と、前記内筒
の筒端から筒軸に沿って挿入されたノズルと、前記ノズ
ルに処理対象である水を供給する被処理水供給手段と、
前記内筒の周壁に形成された複数の通孔と、前記外容器
に連通された処理水の排出口とを有して構成することに
より、上記の課題を解決する。

【０００７】このようにすると、処理対象である水は、
ノズルから内筒内にジェット状に噴出され、キャビテー
ションが発生する。このキャビテーションにより、処理
対象水中の不純物や菌などの微生物を死滅させる。キャ
ビテーションを発生させる噴流の一部は、内筒の周壁に
設けた複数の通孔を通って外容器に噴出する。その結
果、内筒が共鳴体にならないから、騒音が低減される。

【０００８】また、噴流と内筒および外容器の各壁面と
の衝突や、通孔を通じる水の流れによって、内筒と外容
器の内部における水の流動は複雑に干渉しあうことにな
る。ジェットによって発生した圧力波と、内筒および外
容器の内壁において反射した圧力波との干渉も発生す
る。これらの作用によって内筒と外容器の内部における
水の圧力変動が低減されて消音効果が得られ、騒音が低
減される。

【０００９】また、内筒の周壁に設ける複数の通孔は、
ノズルから噴出される水の噴流の進行方向に沿った圧力
分布のピーク部付近に設けることが好ましい。つまり、
圧力分布のピーク部は、キャビテーションが強力に発生
するので、強力な騒音源となりやすいが、その部分に複
数の通孔を設けることによって、効率よく消音効果を得
ることができる。

【００１０】また、内筒の周壁の設ける複数の通孔は、
ノズルから噴出される水の噴流の進行方向に沿った圧力
分布のピーク部から離れた反ノズル側に設けてもよい。
これによれば、内筒が音響的共鳴体として作用し騒音の
発生を助長してしまうことを防げる。また、上述した噴
流の圧力分布のピーク部の付近に形成された通孔と組み
合わせて用いることが好ましい。

【００１１】また、内筒の中に、ノズルの噴出孔に対向
する位置に邪魔板を設けることが好ましい。これによれ
ば、ノズルから噴出された噴流と、邪魔板とが衝突する
ときの衝撃によって、一層激しいキャビテーションを発
生させることができ、不純物の分解効果を向上すること
ができる。また、このような邪魔板は、噴流の進行方向
に沿った圧力分布のピーク部付近に配置すると、キャビ
テーションの発生効果が一層高くなるのでより好まし
い。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明を適用してなる水処
理装置の実施形態を説明する。はじめに、第１の実施形
態について、図１および図２を参照して説明する。図１
は、本発明を適用してなる水処理装置の第１の実施形態
の構成を示す図である。図２は、図１の水処理装置のノ
ズル部断面図である。

【００１３】本実施形態の水処理装置は、処理対象であ
る水の中に含まれている有機塩素化合物や、病原菌等の
不純物を分解するためのものである。図１に示すよう
に、この装置は、円筒容器状の内筒であるリアクタ３
と、リアクタ３の外周に設けられた外容器であるジャケ
ット５と、リアクタ３に挿入して設けられたノズル７と
を有して構成されている。

【００１４】リアクタ３は、円管状胴部の両端面を塞い
で形成されている。このリアクタ３の一方の端面に、リ
アクタ３の筒軸方向に沿ってノズル７が挿入されてい
る。ジャケット５は、リアクタ３の外周面を包囲する大
径の円筒状の胴部を有し、その両端はリングプレート状
の端板によりリアクタ３との隙間を閉塞して形成されて
いる。

【００１５】リアクタ３の胴部の壁面には、リアクタ３
からジャケット５に連通して開口する上流側の通孔４７
および下流側の通孔４９が、それぞれ複数ずつ設けられ
ている。通孔４７および通孔４９は、それぞれ円筒３の
周方向に沿って配置されている。通孔４７はノズル７側
の端面に近い上流側に設けられ、通孔４９はその反対側
の端面に近い下流側に設けられている。

【００１６】ノズル７の噴出孔８は、リアクタ３の長手
方向、すなわち筒状部の筒軸方向に向けて形成されてい
る。図２に示すように、噴出孔８はノズル７の先端部を
釣鐘状に凹ませて形成された凹部３９の中央部に開口
し、ノズル７の内部に水を供給するために形成された通
孔４１と連通している。

【００１７】また、リアクタ３の内部に、ノズル７と対
向する邪魔板であるターゲットプレート４３が形成され
ている。ターゲットプレート４３は、通孔４７よりわず
かにノズルから離れた下流側に位置して設けられてい
る。ターゲットプレート４３は、リアクタ３の内径より
もやや径の小さい円板であり、その外周縁とリアクタ３
の内周壁との間には、適当な隙間が設けられている。そ
して、ターゲットプレート４３を支持するステー４５
が、リアクタ３のノズル７と反対側の端面から挿入さ
れ、リアクタ３の長手方向に沿って延材して、且つター
ゲットプレート４３の位置を可変に設けられている。

【００１８】以下、このような水処理装置の動作につい
て説明する。処理対象である汚染水２１は、汚染水域１
９から配管２５を通してポンプ２３によって汲み上げら
れ、配管２７を介してフィードタンク１３に送入され
る。そしてフィードタンク１３内の汚染水９は、配管１
５を介して高圧ポンプ１１に導かれ、高圧ポンプ１１に
よって、例えば500kgf/cm²の高圧に加圧される。

【００１９】加圧された汚染水は、配管１７を介してノ
ズル７に供給され、その噴出孔８において減圧加速さ
れ、リアクタ３内の水１の中に、ジェット５１として噴
出される。ジェット５１の内部および周辺においてはキ
ャビテーションが発生し、そのキャビテーションの作用
によって、汚染水中に含まれる有害化合物、病原菌また
は原虫等の不純物が分解され、または破壊されて処理さ
れる。

【００２０】また、図２に示すように、噴出孔８の周囲
には、ジェット５１の影響によって凹部３９の内側に沿
って旋回する循環渦５３が形成される。循環渦５３は、
それによって生じる圧力変動およびキャビテーション核
となり得る気泡核を、周囲水から供給する作用によっ
て、キャビテーションの発生を助長する。

【００２１】また、ジェット５１は、ターゲットプレー
ト４３に衝突して向きを変え、ターゲットプレート４３
の表面に沿って放射状に外側に進行する壁面噴流５５が
形成される。このとき、ジェット５１がターゲットプレ
ート４３に衝突するときのエネルギーによってもキャビ
テーションが発生する。このようなキャビテーションも
上述したような不純物の分解効果を発揮する。

【００２２】また、リアクタ３内の水１の一部は、リア
クタ通孔４７および４９からジャケット５の内部に噴出
する。そして、リアクタ３およびジャケット５の内部に
おいて処理された水は、それぞれ配管２９および３１か
ら排出される。そして、不純物等が十分に分解されてい
る場合には、切替弁３３から配管３５に送入されて汚染
水域１９に還流され、分解処理は終了する。一方、水中
の不純物等の分解が不十分である場合には、切替弁３３
から配管３７を介してフィードタンク１３に送入され
て、リアクタ３に再循環させられ、再びキャビテーショ
ンによる分解処理を受けることになる。

【００２３】また、本発明を適用してなる水処理装置の
第２の実施形態の構成を、図３を参照して説明する。以
下、第１実施形態と同一の機能構成を有する部品には同
一の参照番号を付して説明を省略する。本実施形態は上
述した第１の実施形態と類似した構成を有し、リアクタ
３からジャケット５に連通する通孔のうち、ノズル７か
ら離れた下流側の通孔４９が設けられていない点を除
き、構成および動作は略同一である。

【００２４】以下、上記の実施形態によって得られる効
果について説明する。まず、これらの実施形態によれ
ば、ノズル７からリアクタ３の中にジェット状に噴出さ
れた処理対象である水の一部は、リアクタ３の内圧によ
って、通孔４７または通孔４９を通ってジャケット５の
中に噴出する。また、通孔４７からは、ターゲットプレ
ート４３に沿った壁面噴流５５の慣性力によっても水が
噴出する。このようにすることによって、リアクタ３が
共鳴状態となることを防ぎ、騒音が低減される。

【００２５】また、これらの噴流とリアクタ３およびジ
ャケット５内の各壁面との衝突や、通孔４７または４９
を通じる水の流れによって、リアクタ３とジャケット５
の内部における水の流動は複雑に干渉しあうことにな
る。また、ジェットから発生した圧力波と、リアクタ３
およびジャケット５の内壁において反射した圧力波との
干渉も発生する。そして、これらの干渉の作用によって
リアクタ３およびジャケット５における水の圧力変動が
低減されて消音効果が得られ、騒音が大幅に低減され
る。また、壁面噴流５５の一部がキャビテーションジェ
ットの状態において通孔４７からジャケット５内へ噴出
するときに、キャビテーションの騒音が通孔により減衰
され、これによっても騒音が低減される。

【００２６】ここで、図４に、ノズル７の噴出孔８から
噴出されるジェット５１の進行方向に沿った騒音の音圧
レベルと、キャビテーションの衝撃圧の分布とをそれぞ
れ模式的に示す。同図に示すように、キャビテーション
の衝撃圧分布は、ノズル付近に第１のピークＰ_Ｐ１を持
ち、その下流側に第１のピークＰ_Ｐ１よりも比較的なだ
らかな第２のピークＰ_Ｐ２を持つことがわかっている。
一方、騒音音圧レベルは、上述した衝撃圧の第２のピー
クＰ_Ｐ２付近に、それが最大となるピークＰ_Ｎがあるこ
とがわかっている。このため、通孔４７は、ノズル７か
ら噴出されるジェット５１の進行方向に沿った圧力分布
の、第２のピークＰ_Ｐ２の付近に形成することが好まし
い。この付近では騒音音圧レベルが最大となるので、こ
の付近に通孔４７を設けることによって、効率よく消音
効果を得ることができる。また、このような通孔４７
は、キャビテーションからの騒音の伝播経路を分断する
役割も果たす。

【００２７】また、第１の実施形態のように、ジェット
５１の進行方向に沿った圧力分布の第２のピーク部より
も、ノズル７から離れた下流側の位置にも通孔４９を形
成することが好ましい。これによれば、リアクタ３内が
音響的共鳴体として作用して騒音の発生を助長してしま
うことを防ぎ、騒音をより一層低減できるので好まし
い。

【００２８】一方、ジェット５１に対向するターゲット
プレート４３を設けることによって、ジェット５１がタ
ーゲットプレート４３に衝突するときの衝撃によってキ
ャビテーションの発生が助長される。その結果、不純物
等の分解効果が向上する。このターゲットプレート４３
は、上述した衝撃圧の第２のピークＰ_Ｐ２付近に配置す
ると、キャビテーションの発生効果が高まるので、不純
物等の分解効果が向上し好ましい。

【００２９】次に、上述した効果を実証するため、第１
および第２の実施形態の水処理装置と、既存の水処理装
置との比較試験の結果について説明する。比較例の水処
理装置は、リアクタと、リアクタ内に噴出孔を位置して
設けられたノズルと、このノズルに対向して設けられた
ターゲットプレートとを有してなり、上述したジャケッ
トを持たないキャビテーションジェット式水処理装置で
ある。

【００３０】先ず、騒音に関しては、既存の水処理装置
においては128dBという非常に激しい騒音を発生し、イ
ヤーマフ等の防音具の装着が必要な状態であったが、第
1の実施形態においては65dB、第２の実施形態において
は77dBに低減され、騒音が著しく低減されることが実証
された。

【００３１】一方、不純物の分解効果に関しては、比較
例の水処理装置におけるトリクロロエチレンの分解率を
100とすると、第1の実施形態においては97、第２の実施
形態においては106という結果が得られた。これは、デ
ータの誤差や、ばらつきを考慮すると、略同一とみなせ
る範囲であると考えられ、騒音を大幅に低減しながらも
分解効果を犠牲にしていないことが示されている。

【００３２】以上のように、これらの実施形態によれ
ば、水処理装置の騒音を大幅に低減することができる。
これによって、施工時における近隣の環境が大幅に改善
される。また、従来は実施できなかった市街地や夜間に
おける施工が可能となるので、工期の短縮が図れる。ま
た、従来騒音の関係上キャビテーション式の水処理装置
を使用できなかった用途にも適用することができる。さ
らに、騒音に伴なう作業者の負担や不快感も低減され
る。

【００３３】次に、本発明を適用してなる水処理装置の
第３および第４の実施形態について説明する。図５は、
第３の実施形態の水処理装置の構成図である。本実施形
態は、ターゲットプレート４３およびそれを支持するス
テー４５が設けられていないことを除いて第１の実施形
態と略同じである。これによれば、キャビテーションの
発生は主に自由噴流であるジェット５１の作用による。
このようにする場合は、分解能力を確保するため、例え
ば第１の実施形態において述べた先端部に凹部が形成さ
れたもののような、キャビテーションの発生を促進する
タイプのノズル７を適用することが特に好ましい。この
場合においても、ジェット５１の進行方向に沿った圧力
分布の２番目のピーク付近が騒音レベルのピークとなる
ので、開口４７をこのピーク付近に設けることが好まし
い。

【００３４】また、図６は、第４の実施形態の水処理装
置の構成図である。本実施形態は、ノズル７に近い上流
側の通孔４７が設けられていないことを除いて第１の実
施形態と略同じものである。このようにしても、リアク
タ３内における音響的な共鳴作用が崩れるので騒音は低
減されるが、上述した第１及び第２の実施形態と比較す
ると分解効果はやや劣る。

【００３５】以上説明した第１ないし第４の実施形態に
おいては、リアクタ３の形状を円筒状にしたものを示し
たが、円筒以外の形状、例えば断面が楕円、矩形、多角
形等の筒状であってもよい。

【００３６】また、リアクタ３から外容器であるジャケ
ット５まで連通する通孔は、上述した実施形態において
示したように周上に整列している必要はなく、適宜適当
な位置に配置してよい。

【００３７】また、上述した実施形態はいずれもリアク
タ３と連通する配管２９およびジャケット５と連通する
配管３１とを用いて処理済み水を排出する構成としてい
るが、ジャケットにのみ配管を設けて、ここから全ての
処理済み水を排出するようにしてもよい。

【００３８】

【発明の効果】本発明によれば、キャビテーションを利
用した水処理装置の騒音を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用してなる水処理装置の第１の実施
形態の構成図である。

【図２】図１の水処理装置のノズル部の断面図である。

【図３】本発明を適用してなる水処理装置の第２の実施
形態の構成図である。

【図４】図１の水処理装置のジェットの進行方向に沿っ
た騒音の音圧レベルと、キャビテーションの衝撃圧の分
布を模式的に示す図である。

【図５】本発明を適用してなる水処理装置の第３の実施
形態の構成図である。

【図６】本発明を適用してなる水処理装置の第４の実施
形態の構成図である。

【符号の説明】

１水３リアクタ５ジャケット７ノズル８噴出孔９汚染水１１高圧ポンプ１３フィードタンク１９汚染水域２１汚染水２３ポンプ４３ターゲットプレート４７通孔４９通孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者藤田一紀広島県呉市宝町３番36号バブコック日立株式会社呉研究所内Ｆターム(参考） 4D037 AA01 AB03 AB14 AB18 BA26 BB04 BB07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】両端が閉塞された内筒と、前記内筒の少
なくとも筒状部の外周を取り囲んで設けられた外容器
と、前記内筒の筒端から筒軸に沿って挿入されたノズル
と、前記ノズルに処理対象である水を供給する被処理水
供給手段と、前記内筒の周壁に形成された複数の通孔
と、前記外容器に連通された処理水の排出口とを有して
なる水処理装置。
【請求項２】前記通孔は、前記ノズルから噴出される
水の噴流の進行方向に沿った圧力分布のピーク部付近に
設けられていることを特徴とする請求項１に記載の水処
理装置。
【請求項３】前記通孔は、前記ノズルから噴出される
水の噴流の進行方向に沿った圧力分布のピーク部よりも
ノズルから離れた位置に設けられていることを特徴とす
る請求項１に記載の水処理装置。
【請求項４】前記内筒内に、前記ノズルの噴出孔に対
向する邪魔板が設けられていることを特徴とする請求項
１に記載の水処理装置。
【請求項５】前記邪魔板は、前記ノズルから噴出され
る水の噴流の進行方向に沿った圧力分布のピーク部付近
に配置されている請求項４に記載の水処理装置。