JP2002224668A - 紫外線照射式水質浄化装置および水質浄化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 気泡によって紫外線の光強度が減衰したり、
透過範囲が狭められたりすることなく、十分な反応時間
を確保して効率的に被分解物を分解できる紫外線照射式
水質浄化装置を提供すること。 【解決手段】 反応槽内の被処理液に紫外線を照射する
ことにより、被処理液中の被分解物を分解して浄化する
紫外線照射式水質浄化装置であって、前記反応槽は、被
処理液中に導入された気体を気泡として上昇させるとと
もに、気体を被処理液中に溶解させる溶解部と、該溶解
部と連通しつつ、紫外線照射により被分解物質の分解を
行う紫外線照射部、とを有し、前記溶解部における前記
気泡の上昇力を利用して、被処理液に前記溶解部と前記
紫外線照射部とを循環する回流を形成可能にしたことを
特徴とする、紫外線照射式水質浄化装置および水質浄化
方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、化学工
業、食品加工業などの工場排水、下水、侵出水、貯水
槽、農林水産業関連の廃水等を対象とした水質浄化処理
に利用できる紫外線照射式水質浄化装置および水質浄化
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、紫外線照射式の水質浄化装置は、
図４に概要を示すように、紫外線ランプを内蔵した反応
槽１０に、散気機構としての散気ノズル１５を通じてオ
ゾンガス１３等の気体を導入する方式が一般的に採用さ
れてきた。すなわち、従来型の紫外線照射式水質浄化装
置１００では、中心部に円筒状の紫外線ランプ７を、ま
た、反応槽１０の内壁面に必要に応じて光触媒９を備
え、オゾンガス１３等の気体は反応槽１０下部に設けら
れた散気ノズル１５から導入されて、反応槽１０内を上
昇していく構成となっている。図４からわかるように、
紫外線照射式水質浄化装置１００では、紫外線ランプ７
と光触媒９との間をオゾンガス１３等の気泡が上昇して
いくことになり、被処理液４０に紫外線を照射する場所
とオゾン等の気体を溶解させる場所とは区別されていな
い。このため、図４のような構成では、紫外線ランプ７
の近傍に気泡３０が散在して滞留する現象が生じ、気泡
３０によって紫外線が散乱、吸収されて光強度が減衰
し、透過範囲が狭められてしまうという問題があった。
その結果、紫外線照射による被分解物の分解反応の効率
が低下するとともに、光触媒９への十分な光到達強度が
得られにくくなり、光触媒性能を十分に発揮できないお
それがある。さらに、紫外線とオゾンとの反応によって
オゾンラジカルを生成させるには、ガス状（気泡状態）
より液体に溶解した分子状のオゾンの方がラジカル生成
率がよいにもかかわらず、従来型の水質浄化装置１００
では、気泡３０に直接紫外線を照射するため、添加オゾ
ン量に対するラジカル生成率が低く、分解反応における
オゾンの利用効率が悪かった。しかも、気泡３０に直接
紫外線を照射すると、気泡３０中のオゾンが分解してし
まうため、オゾンの損失を招き、分解反応に寄与できる
オゾンが減少してしまうという問題があった。

【０００３】また、図４の装置では、被処理液４０は導
入口１１から導入され、排出口１９から排出されるが、
被処理液４０中に含まれる有機物等の被分解物の分解反
応の時間を十分に確保するためには、反応槽１０を大型
化するか、あるいは反応槽１０外部に排出口１９から導
入口１１を結ぶ循環用の経路を別途付設して再処理を図
る必要があり、装置の小型化や簡素化と、エネルギー効
率の向上を図る上で妨げとなっていた。

【０００４】一方、特開２０００−２０２４７１号公報
には、汚水をオゾン含有気体またはオゾン含有気体及び
過酸化水素により処理する第一処理工程と、（Ａ）紫外
線、（Ｂ）紫外線及びオゾン含有気体、（Ｃ）紫外線及
び過酸化水素、または（Ｄ）紫外線及びオゾン含有気体
及び過酸化水素により処理する第二処理工程に分けて処
理を行う内分泌撹乱物質もしくは発ガン性物質を含有す
る汚水の処理方法の発明が開示されている。

【０００５】しかし、特開２０００−２０２４７１号公
報に記載の汚水の処理方法において、第一処理工程と第
二処理工程とを区分する主な目的は、第一処理工程にお
けるオゾンの作用により汚水の透過率を向上させるこ
と、および導入するオゾンの有効利用を図ることにあ
る。従って、気泡によって紫外線の光強度が減衰し、透
過範囲が狭められる問題や、光触媒性能が低下する問題
点は、依然改善されていない。また、この特開２０００
−２０２４７１号公報の汚水処理方法では、反応槽内に
おける被分解物の分解反応時間を確保するために装置外
部に配管を設け、ポンプで循環させる構成が採用されて
おり、装置の簡素化やエネルギー効率の向上を図ること
は考慮されていない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、気泡
によって紫外線の光強度が減衰したり、透過範囲が狭め
られたりすることなく、しかも、十分な反応時間を確保
して効率的に被分解物を分解できる紫外線照射式水質浄
化装置を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１に記載の紫外線照射式水質浄化装置の発明
は、反応槽内の被処理液に紫外線を照射することによ
り、被処理液中の被分解物を分解して浄化する紫外線照
射式水質浄化装置であって、前記反応槽は、被処理液中
に導入された気体を気泡として上昇させるとともに、気
体を被処理液中に溶解させる溶解部と、該溶解部と連通
しつつ、紫外線照射により被分解物質の分解を行う紫外
線照射部、とを有し、前記溶解部における前記気泡の上
昇力を利用して、被処理液に前記溶解部と前記紫外線照
射部とを循環する回流を形成可能にしたことを特徴とす
る。この紫外線照射式水質浄化装置の発明によれば、第
一に反応槽内を溶解部と紫外線照射部とを明確に区別し
たので、導入気体の気泡によって紫外線の光強度が減退
したり、透過距離が低下したりするという問題がない。
また、溶解状態の分子状オゾンによって効率良くラジカ
ルが生成し、分解反応に寄与する。さらに、紫外線は直
接気泡には照射されないので、オゾン等の物質が紫外線
の作用で分解することはなく、損失を抑え、有効利用で
きる。第二に、溶解部における気泡の上昇力を利用して
自然な循環回流を形成できるようにしたので、被分解物
の分解のために十分な反応時間を確保できるとともに、
別途配管やポンプ等を設けなくても、被処理液の循環処
理が可能であり、装置の簡素化や、エネルギー消費の抑
制、低コスト処理を図る上で有利である。

【０００８】また、請求項２に記載の紫外線照射式水質
浄化装置の発明は、請求項１において、前記反応槽は、
前記紫外線照射部の周囲に前記溶解部を配設した二槽構
造とし、該紫外線照射部と該溶解部とを隔壁により区分
するとともに、該隔壁の上部および下部に、一つないし
複数の連通口をそれぞれ設けたことを特徴とする。この
特徴によれば、隔壁を介して紫外線照射部の周囲に溶解
部を配設した二槽構造としたので、装置を小型化するこ
とが可能になる。

【０００９】また、請求項３に記載の紫外線照射式水質
浄化装置の発明は、請求項２において、前記連通口のう
ち下部の連通口に、該連通口を通じて溶解部から紫外線
照射部へ前記気泡が流入することを防止する規制手段を
設けたことを特徴とする。この特徴によれば、下部の連
通口に規制手段を設けたので、気泡が紫外線照射部に流
入することなく、溶解部内を上昇してスムーズな循環流
が形成される。

【００１０】また、請求項４に記載の紫外線照射式水質
浄化装置の発明は、請求項２または３において、紫外線
照射部に光触媒を配設したことを特徴とする。この特徴
によれば、紫外線照射部に光触媒を設けたため、紫外線
照射された光触媒によって分解反応がいっそう効率良く
進行する。しかも、紫外線は気泡によって遮られること
がないため、必要な照射強度を維持することができ、光
触媒によるラジカル生成が効率よく行われ、分解反応に
寄与する。

【００１１】また、請求項５に記載の紫外線照射式水質
浄化装置の発明は、請求項４において、光触媒を前記隔
壁の紫外線照射部側の壁面に設け、かつ、紫外線照射ラ
ンプを紫外線照射部の中央に配置したことを特徴とす
る。この特徴によれば、紫外線照射部中央の紫外線照射
ランプから、その周囲の紫外線照射部へ放射状にむらの
ない照射が可能になるとともに、光触媒表面へも均一に
紫外線を照射できる。

【００１２】また、請求項６に記載の紫外線照射式水質
浄化装置の発明は、請求項１から５のいずれか１項にお
いて、反応槽より上流側に被処理液への気体の溶解促進
手段を設けたことを特徴とする。この特徴によれば、被
処理水とオゾンガス等の気体は混合手段によって十分に
混合されるので、オゾンの溶解量を高めることができ、
溶解部内でのオゾンによる酸化分解反応を一層効率的に
行うことができる。

【００１３】請求項７に記載の紫外線照射式水質浄化装
置の発明は、請求項１から６のいずれか１項において、
溶解部の下部に被処理液の導入口を、紫外線照射部の下
部に被処理液の排出口を、および、溶解部の上部に排気
口を、それぞれ設けたことを特徴とする。この特徴によ
れば、溶解部における気泡の上昇力を生かしつつ、被処
理液の導入から、循環、排出に至るスムーズな流れが形
成されるので、被分解物の連続的な浄化処理が可能にな
る。

【００１４】請求項８に記載の水質浄化方法の発明は、
被処理液に紫外線を照射することにより、被処理液中の
被分解物を分解して浄化する水質浄化方法であって、被
処理液中にオゾンを導入して気泡として上昇させ、オゾ
ンを被処理液中に溶解させるとともに、オゾンによる被
分解物の酸化分解を行う第一工程と、被処理液に紫外線
を照射して、紫外線と、オゾンおよび／または光触媒の
作用により被分解物の酸化分解を行う第二工程とを含
み、前記第一工程と前記第二工程とを異なる場所で行う
とともに、前記気泡の上昇力を利用して被処理液に循環
流を形成させて、第二工程で処理された被処理液の一部
を再度第一工程で処理するようにしたことを特徴とす
る。

【００１５】この水質浄化方法の発明によれば、被処理
液中にオゾンを導入して気泡として上昇させるとともに
被分解物の酸化分解を行う第一工程と、被処理液に紫外
線を照射して、被分解物の酸化分解を行う第二工程とを
異なる場所で行うため、導入気体の気泡によって紫外線
の光強度が減退したり、透過距離が低下したりするとい
う問題がなく、紫外線の作用でオゾン等の物質に損失が
生じることもない。また、気泡の上昇力を利用して被処
理液に循環流を形成させ、第二工程で処理された被処理
液の一部を再度第一工程で処理するようにしたので、被
分解物の分解のために十分な反応時間を確保できる上、
循環のためにポンプ等の動力を設けなくてもよくなり、
エネルギー消費を抑制とコストの低減が可能になる。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１は、本発明紫外線照射式水質
浄化装置１の一実施形態の断面構造を説明する図であ
る。この紫外線照射式水質浄化装置１は、オゾンによる
酸化反応、溶解オゾンと紫外線による作用および紫外線
と光触媒との作用によって、被処理液中の被分解物を分
解、除去するものであり、例えば、トリクロロエチレ
ン、テトラクロロエチレン、ダイオキシン類等の有機塩
素化合物や、ニューコクシンなどの色素等を含む廃水の
処理に好適に利用できるものである。

【００１７】図１において、反応槽１０は、中心に紫外
線ランプ７が配置され、その周囲を囲むように内筒壁３
が、さらにその外側に外筒壁５が配備された筒状の二槽
構造となっている。紫外線ランプ７としては既知の構成
のものを利用でき、必要により紫外線ランプ７の周囲に
保護部材（図示せず）を配備してもよい。反応槽１０の
中心に設置された紫外線ランプ７と内筒壁３の間は、主
として紫外線照射による分解反応を行う紫外線照射部６
０形成し、また、内筒壁３と外筒壁５の間は主としてオ
ゾン等の気体を溶解させる溶解部５０を形成している。
つまり、溶解部５０と紫外線照射部６０との間は、隔壁
としての内筒壁３により区分されており、内筒壁３の上
部および下部には、溶解部５０と紫外線照射部６０とを
結ぶ連通口として、それぞれスリット２１が設けられて
いる。スリット２１は上下それぞれ４ないし８個程度を
周方向に設けることができる。下部に設けられたスリッ
ト２１には、斜め方向に伸びる板状の傾斜壁２３が溶解
部５０内に突出するように襟状に設けられている。この
傾斜壁２３は、気泡３０の規制部材として作用するもの
で、溶解部５０内を上昇する気泡３０が、下側のスリッ
ト２１から紫外線照射部６０内に混入することを防ぎ、
意図せぬ流れの形成を防止する役割を果たす。

【００１８】導入口１１は、反応槽１０の下部において
溶解部５０に連通するようにして設けられ、排出口１９
は紫外線照射部６０の底部に設けられている。また排気
口１７は、溶解部５０の上部に設けられている。後記す
る図２に示すように、被処理液４０は、反応槽１０の下
部に設けられた導入口１１から反応槽内の溶解部５０に
導入され、紫外線照射部６０の下部に設けられた排出口
１９から排出される。

【００１９】溶解部５０の下部には、散気機構としての
散気ノズル１５が周方向に配備されており、ここからオ
ゾンガス１３等の気体を散気させる。

【００２０】内筒壁３の紫外線照射部６０側の壁内面に
は、紫外線ランプ７に対向するように光触媒９が配設さ
れている。ここで、光触媒９としては、例えば酸化チタ
ン等を用いることができる。酸化チタンとしては、ルチ
ル型の結晶構造を持つものも使用可能であるが、高い光
触媒活性を有するアナターゼ型またはブルッカイト型の
結晶構造を持つ酸化チタンを使用することが好ましい。

【００２１】図２は、図１の装置によって実際に被処理
液４０を浄化している状態を説明するものであり、図
中、矢印は被処理液４０等の流体の流れ方向を示す。被
処理液４０は導入口１１から溶解部５０内に導入され
る。溶解部５０内の被処理液４０には、散気ノズル１５
より噴出されるオゾンガス１３の気泡３０の上昇に伴っ
て、図２の上方向への流れが形成され、内筒壁３上部の
スリット２１から紫外線照射部６０へ流入する。紫外線
照射部６０へ流入した被処理液４０は、紫外線ランプ７
から紫外線を照射されながら流下していく。紫外線照射
部６０を流下した被処理液４０の一部は、内筒壁３下部
のスリット２１を介して再度溶解部５０へ流入し、他の
部分は排出口１９より装置外へ排出される。このよう
に、反応槽１０内の溶解部５０と紫外線照射部６０の間
に循環流が形成されることによって、反応槽１０内にお
ける滞留時間が長くなり、十分な分解が行われる。

【００２２】溶解部５０内を気泡３０として上昇したオ
ゾンガス１３は、被処理液４０の液面８０を越えて溶解
部５０の上部空間に放出され、さらに排気口１７を通じ
て反応槽１０外へ排出される。このように、排気口１７
を上部に設けることにより、余分なオゾンガス１３等の
気体を円滑に排気できる。また、排気口１７から排出さ
れたオゾンガス１３は、必要に応じて循環再使用するこ
とも可能である。これは、従来型の装置と異なり、図１
の装置では気泡３０に直接紫外線を照射しないので、オ
ゾン等の成分が紫外線の作用によって分解されず、損失
なく有効に再利用できるためである。

【００２３】次に、図１および図２の紫外線照射式浄化
装置１における浄化機構について説明する。溶解部５０
においては、散気ノズル１５より散気されたオゾンガス
１３が被処理液４０中を上昇しつつ溶解していく。溶解
したオゾンガス１３は、被処理液４０中に含まれる被分
解物と反応して酸化分解を起こさせる。このように、溶
解部５０は、オゾンガス１３の溶解と、オゾンガス１３
による酸化分解反応を行う部分である。

【００２４】紫外線照射部６０には、溶解部５０内を上
昇した被処理液４０が、上部のスリット２１を介して流
れ込み下降流を形成して流下する。この紫外線照射部６
０には、気泡３０がほとんど存在しないので、紫外線ラ
ンプ７からの紫外線は、気泡３０によって散乱すること
なく被処理液４０中を通過し、対面の光触媒９に到達す
る。よって、この紫外線照射部６０では、紫外線と溶解
オゾンとの作用および／または紫外線照射された光触媒
９の作用によって、オゾンラジカルやヒドロキシラジカ
ルが効率良く生成し、これらの生成ラジカルの作用によ
って、被処理液４０中に含まれる被分解物の酸化分解反
応が進行する。このように紫外線照射部６０は、紫外線
と溶解オゾンおよび／または光触媒によって酸化分解反
応を行う部分である。

【００２５】紫外線照射部６０を下降した被処理液４０
の一部は、内筒下部にあるスリット２１を通って溶解部
５０に再度流入する。このように被処理液４０は内筒壁
３の上下のスリット２１を通過することで、反応槽１０
内を循環しながら紫外線、オゾンおよび光触媒による作
用を受けて被分解物の酸化分解が図られる。

【００２６】処理された被処理液４０は、溶解部５０に
再流入するものを除き、紫外線照射部６０の下部に設け
られた排出口１９から排出され、回収される。

【００２７】図３は、本発明の別の実施形態の紫外線照
射式水質浄化装置２を説明する図面である。この例で
は、導入口１１よりも上流位置に溶解促進手段としての
ラインミキサー７０を配備してあり、さらにその上流位
置において被処理液４０にオゾンガス１３を導入してい
る。つまり、この紫外線照射式水質浄化装置２では、導
入口１１が、被処理液４０の導入と散気機構の二つの役
割を兼ねていることになる。また、図３の水質浄化装置
２において、導入口１１から被処理液４０とオゾンガス
１３との混合物を導入する際に、加圧等の手段により一
定の流速を与えることによって円筒状外筒壁内面の接線
方向に導入することにより、一旦、被処理液４０が溶解
部５０の下部を周方向に旋回するような流れを形成させ
つつ、気泡３０の上昇力によって徐々に溶解部５０内を
上昇していく螺旋状の上昇流を形成させることも可能で
ある。

【００２８】図３のような構成とすることによって、被
処理液４０とオゾンガス１３は、溶解促進手段としての
ラインミキサー７０において十分に混合されるので、オ
ゾンの溶解量を高めることができ、溶解部５０内でのオ
ゾンによる酸化分解反応を一層効率的に行うことができ
る。なお、図３において他の構成は、図１（図２）と同
様であるため、同一の構成には同一の符号を付して説明
を省略する。

【００２９】試験例図１に示した本発明の紫外線照射式
水質浄化装置を用い、酢酸ナトリウムを含む被処理液を
処理し、総有機炭素量（ＴＯＣ）を測定することによっ
て、水質浄化性能を試験した。また、比較のため、図４
に示す従来型の装置においても同様の条件で処理を行っ
た。その結果を図５に示す。図５から明らかなように、
本発明水質浄化装置は、従来型の水質浄化装置に比べて
酢酸ナトリウムの分解速度が大きく、処理効率が良いこ
とが示された。

【００３０】

【発明の効果】本発明によれば、反応槽内を溶解部と紫
外線照射部とに区別したので、導入気体の気泡によって
紫外線の光強度が減退したり、透過距離が低下したりす
ることはなく、オゾン等の物質が紫外線の作用で分解す
ることも防止できる。また、溶解部における気泡の上昇
力を利用して自然な循環回流を形成できるようにしたの
で、被分解物の分解のために十分な反応時間を確保でき
るとともに、循環のために配管やポンプ等を設置しなく
てもよいため、エネルギー消費を抑制し、低コストの処
理を実現する上で有利である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明紫外線照射式水質浄化装置の一実施形
態を示す図面。

【図２】 図１の水質浄化装置の使用状態を説明する図
面。

【図３】 本発明紫外線照射式水質浄化装置の別の実施
形態を示す図面。

【図４】 従来技術の水質浄化装置を示す図面。

【図５】 試験例１の試験結果を示すグラフ図。

【符号の説明】

１、２ 紫外線照射式水質浄化装置 ３ 内筒壁 ５ 外筒壁 ７ 紫外線ランプ ９ 光触媒 １１ 導入口 １３ オゾンガス １５ 散気ノズル １７ 排気口 １９ 排出口 ２１ スリット ２３ 傾斜壁 ３０ 気泡 ４０ 被処理液 ５０ 溶解部 ６０ 紫外線照射部 ７０ ラインミキサー ８０ 液面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 阿部 一雄 東京都中央区築地５丁目６番４号 三井造 船株式会社内 Ｆターム(参考） 4D037 AA11 BA18 CA11 CA12 4D050 AA12 BB02 BC04 BC09 CA07

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 反応槽内の被処理液に紫外線を照射する
   ことにより、被処理液中の被分解物を分解して浄化する
   紫外線照射式水質浄化装置であって、前記反応槽は、 被処理液中に導入された気体を気泡として上昇させると
   ともに、気体を被処理液中に溶解させる溶解部と、 該溶解部と連通しつつ、紫外線照射により被分解物質の
   分解を行う紫外線照射部、とを有し、 前記溶解部における前記気泡の上昇力を利用して、被処
   理液に前記溶解部と前記紫外線照射部とを循環する回流
   を形成可能にしたことを特徴とする、 紫外線照射式水質浄化装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記反応槽は、前記
   紫外線照射部の周囲に前記溶解部を配設した二槽構造と
   し、該紫外線照射部と該溶解部とを隔壁により区分する
   とともに、該隔壁の上部および下部に、一つないし複数
   の連通口をそれぞれ設けたことを特徴とする、紫外線照
   射式水質浄化装置。
3. 【請求項３】 請求項２において、前記連通口のうち下
   部の連通口に、該連通口を通じて溶解部から紫外線照射
   部へ前記気泡が流入することを防止する規制手段を設け
   たことを特徴とする、紫外線照射式水質浄化装置。
4. 【請求項４】 請求項２または３において、紫外線照射
   部に光触媒を配設したことを特徴とする、紫外線照射式
   水質浄化装置。
5. 【請求項５】 請求項４において、前記光触媒を、前記
   隔壁の紫外線照射部側の壁面に設けるとともに、紫外線
   照射ランプを紫外線照射部の中央に配置したことを特徴
   とする、紫外線照射式水質浄化装置。
6. 【請求項６】 請求項１から５のいずれか１項におい
   て、反応槽より上流側に被処理液への気体の溶解促進手
   段を設けたことを特徴とする、紫外線照射式水質浄化装
   置。
7. 【請求項７】 請求項１から６のいずれか１項におい
   て、溶解部の下部に被処理液の導入口を、紫外線照射部
   の下部に被処理液の排出口を、および、溶解部の上部に
   排気口を、それぞれ設けたことを特徴とする紫外線照射
   式水質浄化装置。
8. 【請求項８】 被処理液に紫外線を照射することによ
   り、被処理液中の被分解物を分解して浄化する水質浄化
   方法であって、 被処理液中にオゾンを導入して気泡として上昇させ、オ
   ゾンを被処理液中に溶解させるとともに、オゾンによる
   被分解物の酸化分解を行う第一工程と、 被処理液に紫外線を照射して、紫外線と、オゾンおよび
   ／または光触媒の作用により被分解物の酸化分解を行う
   第二工程とを含み、 前記第一工程と前記第二工程とを異なる場所で行うとと
   もに、 前記気泡の上昇力を利用して被処理液に循環流を形成さ
   せて、第二工程で処理された被処理液の一部を再度第一
   工程で処理するようにしたことを特徴とする、 水質浄化方法。