JP2004174325A - 水処理装置および水処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】水中に溶けた有害化学物質、汚染物質、汚泥等の有機物の無害化処理を効率よく行なう。
【解決手段】水処理装置を構成する流水管路内に、上流側から絞り部、のど部およびディフューザ部からなるベンチュリ管４を設置した水処理装置において、前記ベンチュリ管４の絞り部入り口から上流側に向けて、該入り口内径の３倍以上の距離離れた位置に、酸化姓溶液注入口５を設け、前記ベンチュリ管ののど部の静圧が飽和水蒸気圧以下となり、のど部から下流側にキャビテーションが発生するような条件で運転することを特徴とする水処理方法。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、水中に溶けた有害化学物質、汚染物質などの物質を分解して無害化したり、汚泥等の有機物を処理するために使用される水処理装置および水処理方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来から水中に溶けた有害化学物質、汚染物質などの物質を分解して無害化したり、汚泥等の有機物を処理するために使用される水処理装置がある（例えば、特許文献１。）。この装置は、連続的に効率よく水等の液体や廃液等の被処理液の処理を行うためのものであり、図６に示すように構成されている。
【０００３】
この装置には、水等の液体や廃液等の被処理液２１が流入する液体流入部２２が設けられており、この液体流入部２２の下流側に連続して設けられた流体流路の一部はベンチュリ管で絞られ、この絞り部２３の下流側には、徐々に管路が広がる広がり部２４が設けられている。
【０００４】
また、絞り部（のど部）２３のわずかに下流側には、廃液処理用のオゾン等の気体を流入させる気体流入口２５が設けられ、広がり部２４の下流側に、緩急を繰り返す勾配に形成されて、上から下へ流体が流れる加圧混合流路２６が設けられている。加圧混合流路２６の出口または下流に、出口側の絞り部であるノズル孔２７が設けられ、このノズル孔２７から処理済液が排出される。
【０００５】
この水処理装置においては、絞り部２３のわずか下流側に設けられた気体流入口２５から、気体（オゾン）を流れの中に流入させ、流れが遅くなる広がり部２４で、気体と液体を混合させつつ流入した気体を、液体中に加圧溶解させ、さらに、加圧混合流路２６の流路上部を気体が流れ、流路下部に液体が流れる状態にして、気液の接触面積が広いものとなるようにしている。
【０００６】
また、この上から下に流れ落ちる加圧混合流路２６の出口又は下流側に、ノズル孔２７により出口側絞り部を設けることにより、この加圧混合流路２６内部の静圧を高め、反応や溶解効率を高めることができるようになっている。
【０００７】
さらに、流入口より流出口が低くなっているため、上記加圧混合流路２６内において、気液混合流が滞る形になるため、密度の大きい液体の方が気体よりも流出が容易になる。そのため、気体が液体より多く滞り、加圧混合流路２６に流入する気液混合流の気体の割合が低くても、上記加圧混合流路２６内では気体の割合が高くなる。
【０００８】
また、この水処理装置は、加圧混合流路２６に流入する気液混合流の気体の割合が低くても、上記加圧混合流路２６内では気体の割合が高くなり、被処理液に対する気体による処理効率が高くなるというものである。
【０００９】
【特許文献１】
特許第２５７４７３６号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の水処理装置には、次のような問題点がある。
（１）ベンチュリ管ののど部からわずか下流側の広がり部（ディフューザ部）において、気体であるオゾンを注入しているので、オゾンの気泡が低圧であるのど部において成長し、圧力が上昇するディフューザ部において崩壊するまでの間に、処理対象となる液体と接触する時間が十分とれない。換言すれば、オゾンが気液界面から処理対象である液体中に、十分拡散するのに必要な時間がとれないということになる。
（２）ベンチュリ管のど部で発生し、ディフューザ部で崩壊するキャビテーション気泡は、非常に多くの気泡群から構成されており、これらの相互作用により、ベンチュリ管出口では数多くの微細気泡となる。ところが、従来の水処理装置では、キャビテーション気泡が崩壊段階に入る部分からオゾン気泡を注入しているため、過大なサイズのオゾン気泡が注入されてしまう。このことはオゾン気泡と処理対象液体との気液界面の面積が小さくなることを意味し、オゾンによる酸化処理の効率を低下させる原因となる。
（３）気泡崩壊部であるディフューザ部の近傍において、オゾン気泡を注入するので、キャビテーション気泡が崩壊する際の気泡内圧力および温度を低下させてしまい、キャビテーション気泡崩壊時に気泡内部およびその周辺で発生する高温および高圧による処理の効率を低下させる。
【００１１】
この発明は、従来技術の上述のような問題点を解消するためになされたものであり、処理効率を向上させることのできる水処理装置および水処理方法を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る水処理装置は、水処理装置を構成する流水管路内に、上流側から絞り部、のど部およびディフューザ部からなるベンチュリ管を設置した水処理装置において、前記ベンチュリ管よりも上流側に酸化性溶液注入口を設けたものである。
【００１３】
また、前記酸化性溶液注入口の設置位置は、前記ベンチュリ管の絞り部入り口から上流側に向けて、該入り口内径の３倍以上の距離離れた位置であるものである。
【００１４】
また、この発明に係る水処理方法は、上記水処理装置を使用した水処理方法であって、前記ベンチュリ管ののど部の静圧が飽和水蒸気圧以下となり、のど部から下流側にキャビテーションが発生するような条件で運転するものである。
【００１５】
この発明に係る水処理装置は、ベンチュリ管と酸化性溶液を用いて水中に含まれる有害物質や有機物を分解するための装置であり、ベンチュリ管の上流側で酸化性溶液を注入して、ベンチュリ管ののど部から下流側に発生するキャビテーションにより、有害物質や有機物を分解する。
【００１６】
この水処理装置において、酸化性溶液の注入口を、ベンチュリ管の絞り部入り口から上流側に向けて、入り口内径の３倍以上の距離離れた位置に設けたのは、酸化力が強いＯＨラジカルを生成させ、さらに主にＯ_２やＯ_３からなる微細なキャビテーション気泡核を多数発生させる効果のある過酸化水素水のような酸化性溶液を、キャビテーションが発生するベンチュリ管のど部に達するまでに、管内で均一に拡散させることができるからである。
【００１７】
また、この発明に係る水処理方法において、ベンチュリ管ののど部の静圧が飽和水蒸気圧以下となり、のど部から下流側にキャビテーションが発生するような条件で運転するようにしたのは、被処理水中に含まれていた微細な数多くのキャビテーション気泡核が、のど部の低圧に曝されて急激に成長することができるからである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図１は本発明の水処理装置の第一の実施の形態を示す構成図である。この水処理装置は、被処理水を貯留する被処理水貯留タンク１と、被処理水を被処理水貯留タンク１を中心として回流させるための回流用配管２と、回流用配管２の途中に設けられた送水用ポンプ３、ベンチュリ管４、過酸化水素水供給装置５、流量計６と、ベンチュリ管４の前後に設けた圧力計７と、過酸化水素水供給装置５の過酸化水素水を、回流用配管２内に配管内圧に逆らって注入するための圧縮空気源８および調圧弁９とから構成されている。
【００１９】
ベンチュリ管４は、図２の詳細図に示すように、絞り部１１、のど部１２およびディフューザ部１３とから構成されている。そして、のど部１２の長さＬは、のど部１２の直径ｄの３倍以上の長さとなっている。
【００２０】
そして、ベンチュリ管４の上流側配管２の、絞り部１１の入り口１１ａから絞り部１１入り口１１ａの直径Ｄの３倍以上離れた位置に、過酸化水素水（Ｈ_２Ｏ_２）を注入する過酸化水素水供給装置５の注入口５ａが設けられている。
【００２１】
次に、上述した本発明の水処理装置を使用した水処理方法を説明する。被処理水貯留タンク１の被処理水を、送水用ポンプ３により、回流用配管２内を回流させる。そして、過酸化水素水供給装置５の注入口５ａから、酸化力が強いＯＨラジカルを生成させ、さらに主にＯ_２やＯ_３からなる微細なキャビテーション気泡核を多数発生させることのできる過酸化水素水（Ｈ_２Ｏ_２）を、被処理水中に圧力をかけて注入する。
【００２２】
このようにすることにより、注入された過酸化水素水は、キャビテーションが発生するベンチュリ管４のど部１２に達するまでに、配管２内で均一に拡散する。
【００２３】
配管２内を上流からベンチュリ管４に入ってくる被処理水は、ベンチュリ管４に流入すると、絞り部１１における流速の急上昇に伴って静圧が急激に低下する。
【００２４】
そして、この部分の静圧が飽和水蒸気圧以下に低下すると、被処理水中に含まれていた微細な数多くのキャビテーション気泡核は、のど部１２の低圧に曝されて急激に成長する。のど部１２の平行部の長さＬを、のど部１２の直径ｄの３倍以上の長さ取ることにより、キャビテーション気泡と被処理水中に溶解している有害化学物質との接触時間を長く取ることができる。
【００２５】
さらに、ディフューザ部１３における流速の低下に伴う急激な圧力上昇により、成長したキャビテーション気泡は急激に崩壊する。
【００２６】
水溶液中に含まれる有害物質のうち、揮発性のあるものは、キャビテーション気泡の成長過程において、気泡と液体の気液界面を通して気泡中に取り込まれ、キャビテーション気泡崩壊時に発生する高温・高圧とＯＨラジカルの作用によって分解される。
【００２７】
また、揮発性のない物質は、気泡中にはあまり取り込まれず、気液界面で高温、高圧に曝されることによって、分解されるものと考えられる。
【００２８】
さらに、有機物等の分子量の大きい物質や、細胞膜等を持つ大腸菌などの微生物は、キャビテーション気泡が近傍で崩壊することによる大きな乱れや衝撃圧、専断力、高温と、酸化力が強いＯＨラジカルの作用などで破壊・分解され、低分子化や可溶化されるとともに、死滅に至るものと考えられる。
【００２９】
本発明の第一の実施の形態で説明した水処理装置を使用して、ダイオキシン前駆体である揮発性有害化学物質、ｍ−クロロフェノールの分解実験を実施した。そのときの実験開始からの経過時間と被処理水中のｍ−クロロフェノールの濃度（ｍｇ／ｌ）との関係を、図３のグラフに示す。
【００３０】
図３から、揮発性のあるｍ−クロロフェノールは、気泡に取り込まれるため、急速に分解されることが分かる。
【００３１】
また、環境ホルモンの一種であるノニルフェノールを、アルコールに溶かして水溶液化したものを水処理し、残留濃度分析した。そのときの実験開始からの経過時間と被処理水溶液中のノニルフェノールの濃度（μｍｇ／ｌ）との関係を図４のグラフに示す。
【００３２】
図４から分かるように、この場合、気泡表面近傍の反応のみに限定されると考えられるので、分解速度はｍ−クロロフェノールに比べて少し遅い。
【００３３】
図５は本発明の水処理装置の第二の実施の形態を示す構成図である。この水処理装置は、第一の実施の形態の水処理装置の構成に加えて、貯留タンク１上部の気相部分に導圧配管１５を設け、他端を調圧弁１６を介して圧縮空気源１７に接続したものである。
【００３４】
このようにすることによって、系全体にかかる圧力を増加させ、キャビテーション気泡崩壊時の気泡内の圧力と温度を、大幅に上昇させることができるので、処理効率を高めることができる。
【００３５】
なお、本発明の実施の形態の説明においては、酸化性溶液として過酸化水素水を例にとって説明したが、他の酸化性溶液を使用しても、同様な効果が期待できるのは論をまたない。
【００３６】
【発明の効果】
本発明により、水中に溶けた有害化学物質、汚染物質などの物質を分解して無害化したり、汚泥等の有機物を処理する作業を効率よく、かつ低コストで行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の水処理装置の第一の実施の形態を示す構成図である。
【図２】水処理装置を構成するベンチュリ管の詳細図である。
【図３】経過時間と被処理水中のｍ−クロロフェノールの濃度との関係を示すグラフである。
【図４】経過時間と被処理水溶液中のノニルフェノールの濃度との関係を示すグラフである。
【図５】本発明の水処理装置の第二の実施の形態を示す構成図である。
【図６】従来の水処理装置を示す構成図である。
【符号の説明】
１ 被処理水貯留タンク
２ 回流用配管
３ 送水用ポンプ
４ ベンチュリ管
５ 過酸化水素供給装置
６ 流量計
７ 圧力計
８ 圧縮空気源
９ 調圧弁
１１ 絞り部
１２ のど部
１３ ディフューザ部
１５ 導圧配管
１６ 調圧弁
１７ 圧縮空気源

Claims (3)

1. 水処理装置を構成する流水管路内に、上流側から絞り部、のど部およびディフューザ部からなるベンチュリ管を設置した水処理装置において、前記ベンチュリ管よりも上流側に酸化性溶液注入口を設けたことを特徴とする水処理装置。
2. 前記酸化性溶液注入口の設置位置は、前記ベンチュリ管の絞り部入り口から上流側に向けて、該入り口内径の３倍以上の距離離れた位置であることを特徴とする請求項１に記載の水処理装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の水処理装置を使用した水処理方法であって、前記ベンチュリ管ののど部の静圧が飽和水蒸気圧以下となり、のど部から下流側にキャビテーションが発生するような条件で運転することを特徴とする水処理方法。

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