JP2002018491A

JP2002018491A - キャビテーション式有害物処理装置

Info

Publication number: JP2002018491A
Application number: JP2000209153A
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: 2000-07-11
Filing date: 2000-07-11
Publication date: 2002-01-22

Abstract

(57)【要約】【課題】固体を含む処理対象物中の有害物をキャビ
テーションによって処理する。【解決手段】反応容器３と、反応容器内に挿入され、
加圧液体が供給されるキャビテーション発生用ノズル５
と、反応容器内に固体を含む処理対象物を導入するノズ
ル７とを備える。キャビテーション発生用ノズルから反
応容器内に加圧液体を噴出するとキャビテーションが発
生し、キャビテーションが発生している噴流部に処理対
象物をノズルから導入して固体を含む処理対象物を処理
することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、キャビテーション
の効果を利用して、有害化合物等の分解処理および病原
菌等の有害微生物の殺滅処理（以下、有害物処理と総称
する。）を行なうキャビテーション式有害物処理装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】液体中で発生するキャビテーションの効
果によって、有害な化合物等を分解し、また、病原菌等
の有害微生物を殺滅することが考案されている。例え
ば、水中に溶解しているトリクロロエチレンやテトラク
ロロエチレンといった有機化合物を、水中のキャビテー
ションの効果によって無害な物質に分解することができ
る。また、水中の病原性大腸菌や、耐塩素性の病原性微
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
胞を破壊して殺滅することができる。

【０００３】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液中で高速
回転させる方法が知られているが、液体中に高速のジェ
ットを噴出すると、強度が高くかつ連続したキャビテー
ションを簡単に発生させることができる。例えば、水を
プランジャポンプや遠心ポンプによって、400ないし700
kgf/cm²程度の高圧に加圧し、周知のノズルによって水中
にジェットとして噴出すると、簡単に激しいキャビテー
ションを発生させることができ、また、キャビテーショ
ンの強度や処理量を、ノズルの噴出孔径やポンプの吐出
圧力によって簡単に調整することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】固体を処理対象とし、
あるいはキャビテーションが発生しにくい液体を処理対
象として、キャビテーション式処理装置によって有害物
処理を行なうことが要望されている。

【０００５】しかし、固体の処理対象物を液体に混入し
てキャビテーションノズルから噴出すると、ノズルが閉
塞してしまうという問題がある。また、この固体が微細
な粒子であっても、ノズルの噴出孔が磨耗するという問
題がある。例えば、汚泥のような固体粒子を含む液体を
ノズルから噴出して処理すると、汚泥に含まれる固体粒
子の作用によってノズル噴出孔が激しく磨耗してしま
う。噴出孔が磨耗すると、噴出流量特性や、発生するキ
ャビテーションの強度が変化するので、処理能力を維持
できなくなるおそれがある。これに対し、ノズルから液
体を噴出する際の圧力を、例えば20kgf/cm²程度まで低
くすれば、噴出孔の磨耗は抑制できるものの、発生する
キャビテーションの強度が低下するので、十分な処理能
力を確保できなくなってしまう。

【０００６】上記の問題に鑑み、本発明の第１の課題
は、固体を含む処理対象物中の有害物をキャビテーショ
ンによって処理することにある。

【０００７】一方、蒸気圧が低い、すなわち、沸点が高
い液体や、気体含有量が低い液体、あるいはトムズ効果
を生ずる高分子溶液等に含まれる有害物を処理する場
合、これらの液体をジェットとして噴出してもキャビテ
ーションが発生しにくく、また、キャビテーションが発
生したとしても強度が低いので、有害物の分解または殺
滅効果が低いという問題がある。

【０００８】上記の問題に鑑み、本発明の第２の課題
は、キャビテーションの発生を助長することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記第１の課題を解決す
るため、本発明は、反応容器と、反応容器内に挿入さ
れ、加圧液体が供給されるキャビテーション発生用ノズ
ルと、反応容器内に固体を含む処理対象物を導入するノ
ズルとを備えることを特徴とする。

【００１０】このようにすると、加圧液体は、反応容器
内の液体中にキャビテーション発生用ノズルからジェッ
トとして噴出される。ジェット内およびその周囲におい
ては、非定常かつ強力な乱れや渦が生じ、これらの作用
によってキャビテーションが発生する。キャビテーショ
ンが発生しているジェット噴流部にノズルから処理対象
物が導入されると、キャビテーションの作用によって処
理対象物中の有害物が処理される。キャビテーション発
生用ノズルに固体の処理対象物を供給しないので、同ノ
ズルの閉塞や磨耗の問題を解決できる。これによって、
長期間にわたって安定して固体有害物の分解または殺滅
作用を維持することができる。

【００１１】また、上述したキャビテーション式有害物
処理装置において有害物の分解または殺滅効果を高める
ため、反応容器内から処理液を抜き出して液体と固体と
に分離し、固体を処理対象物を導入するノズルに戻し、
液体をキャビテーション発生用のノズルに戻して循環処
理することが好ましい。これによれば、十分な有害物の
分解または殺滅効果が得られるまで、処理対象物を繰り
返しキャビテーションによって処理することができる。
また、液体も循環させてキャビテーション発生用として
再利用できる。

【００１２】また、上記第２の課題を解決するため、本
発明は、反応容器と、反応容器に挿入され、処理対象物
を含む加圧液体が供給されるキャビテーション発生用ノ
ズルと、キャビテーション発生用ノズルから噴出される
液体の噴流部に気体が溶解された液体を供給するノズル
とを備えることを特徴とする。これによれば、加圧液体
がジェットとして噴出される噴流中に、ノズルから気体
が溶解された液体が供給されると、液体中に気泡が発生
し、これがキャビテーション核として働いてキャビテー
ションの発生を助長する。つまり、キャビテーションを
発生しにくい処理対象液であってもキャビテーションを
発生させることができ、有害物の分解または殺滅処理を
行なうことができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明を適用してなるキャ
ビテーション式有害物処理装置の第１の実施形態であっ
て、固体を含む処理対象物中の有害物を分解または殺滅
処理するのに好適なキャビテーション式有害物処理装置
について説明する。図１は、本実施形態のキャビテーシ
ョン式有害物処理装置の構成を示す図である。図２は、
図１のキャビテーション式有害物処理装置の、ノズル噴
出孔部の断面図である。図３は、図１のキャビテーショ
ン式有害物処理装置の動作時のキャビテーションジェッ
トの状態を示す模式図である。

【００１４】図１に示すように、キャビテーション式有
害物処理装置１は、円筒容器状の反応容器であるリアク
タ３と、リアクタ３の一方の端面から挿入されたキャビ
テーション発生用のノズル５と、ノズル５の先端付近に
おいてリアクタ３内に挿入され、処理対象物導入用のノ
ズルを有するフィーダ７とを有してなる。

【００１５】ノズル５は、噴出方向をリアクタ３の筒軸
に向け、リアクタ３の端面の略中心に挿入固定されてい
る。図２に示すように、ノズル５は、その突端に円柱状
の胴部９を有してなり、胴部７の先端面を釣鐘状に凹ま
せて凹部９が形成されている。凹部９の中心部に噴出孔
１１が、胴部９と略同軸に形成されている。また、胴部
９の内部を貫いて、噴出孔１１に連通する水供給口１３
が形成されている。水供給口１３は、噴出孔１１に対し
て拡径されて同軸に形成され、その噴出孔１１側の先端
部はテーパ状に絞り込まれて形成され、このテーパの先
端部において噴出孔１１と連通している。また、フィー
ダ７は、固体または固体を含んだ液体を、リアクタ３の
中に導入するためのノズルを有してなり、その導入方向
はノズル５の噴出孔１１の方向、すなわちノズル５から
噴出されるジェットの噴出方向と交わるように設けられ
ている。また、ノズル５の噴出方向と、フィーダ７から
の供給方向は、鋭角をなして交わるように配置されてい
る。フィーダ７はリアクタ３に以下のようにして固定さ
れている。すなわち、リアクタ３の側壁の、ノズル５の
先端部付近に、開口１５が設けられ、その周縁部からフ
ィーダ７装着用の台座として円筒部１７がリアクタ３の
外側に突出してリアクタ３と開口１５を介して連通する
ように形成されている。円筒部１７の先端部はその筒軸
と交差する円盤状の端面によって閉塞され、この端面か
らフィーダ７が円筒部１７の筒軸に沿って挿入固定され
ている。円筒部１７の筒軸は、円筒部１７の先端側がリ
アクタ３の径方向に対し、ノズル５が挿入されている端
面側に傾くよう角度をつけて配置され、その結果フィー
ダ７からの処理対象物の導入方向は、ノズル５から噴出
されるジェットの噴出方向と鋭角をなして交差するよう
になっている。

【００１６】以下、上述したキャビテーション式有害物
処理装置によって、含水固体粒子群からなり、汚染物質
を含む活性汚泥中の有害物を分解または殺滅して浄化処
理する際の動作について説明する。まず、リアクタ３に
は、予め水を貯留しておく。そして水タンク１９に貯え
られた水２１を、プランジャポンプ２３によって所定の
圧力、例えば400kgf/cm²まで加圧された高圧水とし、ノ
ズル５に供給する。高圧水はノズル５の噴出孔１１にお
いて縮流され加速されて、リアクタ３中の水中へ高速の
ジェット２５として噴出される。ジェット２５が、リア
クタ３内の水中に噴出されると、ジェット２５の内部お
よび周囲においては非定常かつ強力な乱れが生じ、圧力
変動や流速の差に起因する強いせん断力が水中に生じる
ことによって渦が発生する。このような乱れ、圧力変
動、渦等の作用によって、ジェット２５の内部および周
囲において、キャビテーションが発生する。

【００１７】そして、処理対象である活性汚泥２７を、
フィーダ７によって、リアクタ３内に供給する。このと
き、フィーダ７の供給方向は、上述したようにノズル５
の噴出方向と交差するように配置されているので、活性
汚泥２７はジェット２５に向けて供給されることにな
る。図３に示すように、ジェット２５に向けて供給され
た活性汚泥２７は、ジェット２５に巻き込まれ、水と活
性汚泥とが混合された状態の混合領域２９が形成され、
この中では非常に強力なキャビテーションが発生する。
キャビテーションの作用によって、活性汚泥中の化合物
等は分解され、微生物は殺滅されて活性汚泥は浄化さ
れ、排出管３１からリアクタ３内の水とともに排出され
て処理は完了する。

【００１８】以下、本実施形態によって得られる効果に
ついて説明する。本実施形態によれば、ノズル５から水
を噴出してリアクタ３内にキャビテーションを発生さ
せ、キャビテーションの発生した噴流部にフィーダ７か
ら固体を供給することによって、固体の処理対象物に含
まれる有害物をキャビテーションの作用によって処理す
ることができる。また、ノズル５に固体が供給されない
ので、噴出孔１１が閉塞したり、磨耗が促進されること
がなく、長期間にわたって安定した分解または殺滅効果
を維持することができる。

【００１９】さらに、従来技術に対して処理量も増加す
ることがわかっている。本実施形態と、既存のキャビテ
ーション式有害物処理装置において処理対象の固体を水
とを混合してノズルからリアクタ内に噴出した場合の比
較試験結果によれば、従来技術の処理量を１００とする
と、本実施形態では１４４にまで処理量が増大すること
が実証されている。

【００２０】次に、本発明を適用してなるキャビテーシ
ョン式有害物処理装置の第２の実施形態であって、第１
の実施形態と同じく、固体を含む処理対象物中の有害物
を分解または殺滅するのに好適なキャビテーション式有
害物処理装置について説明する。以下、第１の実施形態
において説明した物と略同じ物については、第１の実施
形態と同じ参照番号を付して表わす。図４は本実施形態
のキャビテーション式有害物処理装置の構成を示す図で
ある。キャビテーション式有害物処理装置１ａは、円筒
容器状のリアクタ３ａと、リアクタ３ａの一方の端面か
ら挿入されたキャビテーション発生用のノズル５と、ノ
ズル５の噴出孔付近のリアクタ３ａの側壁から挿入され
た処理対象物導入用のノズルを有してなるフィーダ７ａ
とを備えて構成されている。固体を含む処理対象物をリ
アクタ３ａ内に供給するフィーダ７ａは、第１の実施形
態と異なり、リアクタ３ａの側壁に直接挿入されてい
る。また、フィーダ７ａからの処理対象物の供給方向
は、ノズル５から噴出されるジェット２５の進行方向
と、ノズル５の先端付近で直交するように配置されてい
る。また、本実施形態においては、リアクタ３ａからの
排出管３１は、周知の脱水機３３につながれている。

【００２１】以下、本実施形態のキャビテーション式有
害物処理装置を使用して、汚泥を処理する際の動作につ
いて説明する。本実施形態においては、汚泥は予めリア
クタ３ａ内に貯留された水の中に入れられている。水タ
ンク１９に貯えられている水２１は、プランジャポンプ
２３において加圧され、ノズル５に供給される。ノズル
５は、供給された高圧水を、ジェット２５としてリアク
タ３ａの中に噴出する。ジェット２５の中や周囲では、
第１の実施形態と同様にキャビテーションが発生し、ジ
ェット２５の周囲の水中に含まれる汚泥はジェット２５
に巻き込まれる。そして、ジェット２５内において、キ
ャビテーションの効果によって汚泥中の化合物等は分解
され、微生物は殺滅される。

【００２２】また、リアクタ３ａ内に滞留している汚泥
および汚泥を浄化した後の固体（以下、再処理対象物と
いう。）の一部は、水とともに排水管３１を介しリアク
タ３ａから排出され、固液分離手段の一種である周知の
脱水機３３に送られる。脱水機３３において脱水分離さ
れた固体物は、搬送管３５によってフィーダ７ａに搬送
され、フィーダ７ａからリアクタ３ａの中に戻される。
上述したようにフィーダ７ａからの再処理対象物の供給
方向は、ジェット２５の進行方向と交差するようになっ
ているので、フィーダ７ａから供給された再処理対象物
３７は、ジェット２５に巻き込まれる。ジェット２５の
内部において再処理対象物３７と水は混合され、強力な
キャビテーションが発生する。そして、このキャビテー
ションの効果によって、再処理対象物３７の中に残留し
ている化合物等および微生物は、リアクタ３ａ内の水中
に残留している汚泥中の化合物等および微生物とともに
分解または殺滅される。

【００２３】一方、上述した脱水機３３において再処理
対象物から分離された水は、配管３９によって循環水タ
ンク４１に送られ、その後循環ポンプ４３によって水タ
ンク１９へ戻され、キャビテーション発生用の水として
再利用される。なお、脱水機において分離された水中に
は、分離しきれなかった固体が残留していることがある
ので、循環ポンプ４３の入口には固体を取り除くスクリ
ーンが設けられている。

【００２４】上述した第２の実施形態によれば、第1の
実施形態の効果に加え、十分な分解または殺滅効果が得
られるまで、処理対象物をリアクタ３ａから、脱水機３
３およびフィーダ７ａを経てリアクタ３ａまで循環させ
て繰り返し処理することができ、有害物の分解または殺
滅効果を高めることができる。また、脱水機３３におい
て分離された水も、再度ノズル５から噴出されるように
循環させて再利用しているので、基本的に運転中外部か
ら水を補給する必要がない。つまり、本実施形態は、準
バッチ式のクローズド循環系を構成している。

【００２５】本実施形態においては、ポンプ４３にスク
リーンを設けて対処してとはいえ、循環される水から固
体分を完全に除去することは困難であり、その結果わず
かに固体分が残留した水をノズル５から再度噴出するこ
とになる。このため、固体分の影響によって、水のみを
噴出する第１の実施形態に比較すると、ややノズル噴出
孔の磨耗量が多くなる。ちなみに、第１および第２の実
施形態について、ノズルの使用耐久寿命時間について試
験を行なったところ、第１の実施形態における使用耐久
寿命時間を100とすると、第２の実施形態においては81
という結果が得られた。しかしながら、第1の実施形態
における寿命が非常に長いことに鑑み、第２の実施形態
のレベルであっても、実用上問題ないと考えられる。

【００２６】次に、本発明を適用してなるキャビテーシ
ョン式有害物処理装置の第３の実施形態であって、キャ
ビテーションが発生しにくい液体中の有害物を分解また
は殺滅するのに好適なキャビテーション式有害物処理装
置について説明する。図５は、本実施形態のキャビテー
ション式有害物処理装置の構成を示す図である。図６
は、図５のキャビテーション式有害物処理装置の動作時
のキャビテーションジェットの状態を示す模式図であ
る。図５に示すように、キャビテーション式有害物処理
装置１ｂは、円筒容器状のリアクタ３ｂと、リアクタ３
ｂの一方の端面から挿入されたキャビテーション発生用
のノズル５と、ノズル５の先端付近においてリアクタ３
ｂの側部より挿入された水ノズル４５とを有して構成さ
れている。リアクタ３ｂは、上述した第１の実施形態の
リアクタ３と同様の形状であるが、水ノズル４５がフィ
ーダ７の代わりに設けられている。水ノズル４５は、リ
アクタ３ｂの中に水流を供給するものであるが、ノズル
５と異なり、キャビテーションを発生させるほど高速の
ジェットを噴出するものである必要はない。第１の実施
形態におけるノズル５とフィーダ７との関係と同様に、
水ノズル４５からの水流の導入方向は、ノズル５から噴
出されるジェットの進行方向と鋭角をなして交わるよう
に配置されている。

【００２７】以下、本実施形態のキャビテーション式有
害物処理装置を用いて、キャビテーションが発生しにく
い液体であって、化合物等または微生物を含む汚染液体
を処理する際の動作について説明する。タンク１９ｂに
貯留された汚染液体４７は、プランジャポンプ２３にお
いて加圧されてノズル５に供給され、ジェット４９とし
てリアクタ３ｂの中の噴出される。一方、水ノズル４５
は、外部より水を供給され、水流５１をリアクタ３ｂの
中に供給する。図６に示すように、水流５１は、リアク
タ３ｂの中において、汚染液体からなるジェット４９に
巻き込まれる。そして、ジェット４９内で、汚染液体と
水とは混合され、水溶液またはエマルジョン状の混合物
となる。そして、水中に溶解していた気体が気泡とな
り、これがキャビテーション核となって強力なキャビテ
ーションが発生し、キャビテーションジェット５３が形
成される。また、水と汚染液体がエマルジョン状に混合
されている場合には、水と汚染液体との界面にも気泡が
トラップされ、この気泡もキャビテーション核として働
く。このキャビテーションの効果によって、汚染液体中
の化合物等は分解され、微生物は殺滅されて、汚染液体
は浄化処理される。また、キャビテーションの作用によ
って、水と汚染液体とのエマルジョン混合は一層助長さ
れる。その後、リアクタ３ｂ内に貯留している処理済み
の汚染液体と水は、排出管３１から排出され、処理は完
了する。

【００２８】本実施形態によれば、処理対象の液体から
なるジェットの中に水を混合することによって、キャビ
テーション核として作用する気泡がジェット中に供給さ
れるので、キャビテーションの発生を助長することがで
きる。このため、処理対象の液体がキャビテーションを
発生しにくいものであっても強力なキャビテーションを
発生させることができ、分解または殺滅効果を高めるこ
とができる。また、従来キャビテーション式有害物処理
装置を使用できなかった液体を処理することができるよ
うになり、処理対象液体の範囲が拡大される。

【００２９】また、本実施形態においては、水ノズルか
らリアクタ内に水流を導入しているが、気体が溶解され
ている液体であれば、水に限らず任意の液体を導入して
もよい。

【００３０】また、前記第１ないし第３の実施形態にお
いて、上述したようなノズルに代えて、図８に示すよう
なノズルを使用することもできる。図８は、ノズルの噴
出孔部の断面図である。ノズル５５は、円管状の胴部５
７の端面を円板部５９によって塞いで形成され、円板部
５９の中心に、胴部５７の筒軸方向に沿った通孔である
噴出孔６１が設けられている。胴部５７の内側に、高圧
に加圧された水６３を供給すると、水６３は噴出孔６１
において加速され、ジェット６５として噴出される。こ
のとき、噴出孔６１の内部において強い縮流６７が発生
し、このため水中に溶解していた気泡は気泡６９とな
る。気泡６９は、ジェット６５の中でキャビテーション
核として作用し、キャビテーションの発生を促進する。
このようなノズルを用いると、一層強力なキャビテーシ
ョンを発生して有害物の分解または殺滅効果を向上する
ことができるが、図２のノズルに比べて圧力損失は大き
い。また、固体を噴出した際に噴出孔が磨耗しやすいの
で、第１の実施形態のように、液体のみを噴出する場合
に適している。

【００３１】

【発明の効果】本発明によれば、固体を含む処理対象物
中の有害物をキャビテーションによって処理することが
できる。

【００３２】また、キャビテーションの発生を助長する
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キャビテーション式有害
物処理装置の第１の実施形態の構成を示す図である。

【図２】図１のキャビテーション式有害物処理装置のノ
ズルの噴出孔部断面図である。

【図３】図１のキャビテーション式有害物処理装置の動
作時のキャビテーションジェットの状態を示す模式図で
ある。

【図４】本発明を適用してなるキャビテーション式有害
物処理装置の第２の実施形態の構成を示す図である。

【図５】本発明を適用してなるキャビテーション式有害
物処理装置の第３の実施形態の構成を示す図である。

【図６】図５のキャビテーション式有害物処理装置の動
作時のキャビテーションジェットの状態を示す模式図で
ある。

【図７】本発明のキャビテーション式有害物処理装置に
適用可能なノズルの一例の噴出孔部断面図である。

【符号の説明】

１キャビテーション式有害物処理装置３リアクタ５ノズル７フィーダ１９水タンク２１水２３プランジャポンプ２５ジェット２７活性汚泥３１排出管

───────────────────────────────────────────────────── 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） 2E191 BA12 BD11 4D037 AA11 AB03 AB14 BA26 BB03 4D059 AA03 BJ08 BJ16 BK13 BK30 4G075 AA13 AA37 BD09 BD15 BD24 CA05 DA02 EB01 EC01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】反応容器と、前記反応容器内に挿入さ
れ、加圧液体が供給されるキャビテーション発生用のノ
ズルと、前記反応容器内に固体を含む処理対象物を導入
するノズルとを備えてなるキャビテーション式有害物処
理装置。
【請求項２】前記反応容器内から抽出された液体と固
体とを分離する固液分離手段が設けられ、分離された固
体を前記処理対象物を導入するノズルに供給し、分離さ
れた液体を前記キャビテーション発生用のノズルに供給
することを特徴とする請求項１に記載のキャビテーショ
ン式有害物処理装置。
【請求項３】反応容器と、前記反応容器に挿入され、
処理対象物を含む加圧液体が供給されるキャビテーショ
ン発生用ノズルと、前記キャビテーション発生用ノズル
から噴出される前記液体の噴流部に気体が溶解された液
体を供給するノズルとを備えてなるキャビテーション式
有害物処理装置。