JP2004188240A - Water treatment apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、水処理装置、特に、水中に溶けた有害化学物質や汚染物質等の物質を分解して無害化したり、汚泥等の有機物を効率良く処理するため、および、病原性大腸菌等を滅菌処理するための水処理装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
水中に溶けた有害化学物質や汚染物質等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の従来水処理装置として、特許2574736号(特許文献1)に開示されたものがある。この従来水処理装置は、連続的に効率良く水や廃液等の被処理液の無害化処理を行うためのものである。以下、この従来水処理装置を、図面を参照しながら説明する。
【0003】
図3は、従来水処理装置を示す断面図である。
【0004】
図3に示すように、従来水処理装置は、水や廃液等の被処理液が流入する液体流入部21が設けられており、この液体流入部21の下流側の流体流路の一部がベンチュリ管22により絞られている。ベンチュリ管22には、上流側から絞り部22A、のど部22Bおよび広がり部22Cが形成されている。
【0005】
のど部22Bのわずかに下流側には、廃液処理用の酸化性気体の流入口23が設けられている。酸化性気体として、例えば、オゾンが使用される。以下、オゾンを例にとって説明する。広がり部22Cの下流側には、加圧混合流器24が設けられている。加圧混合流器24は、箱形に形成され、内部に水平流路25Aと垂直流路25Bとが交互に段階的に設けられた加圧混合流路25が形成されている。加庄混合流路25の出口には、ノズル孔26が設けられ、このノズル孔26から処理済液が加圧混合流器24外に排出されるように構成されている。
【0006】
この従来水処理装置においては、のど部22Bのわずか下流側に設けられた流入口23から、オゾンを被処理液の流れの中に流入させ、流れが遅くなる広がり部22Cで、オゾンと被処理液とを混合させつつ流入したオゾンを、被処理液中に加圧溶解させ、さらに、加圧混合流路25の流路上部を気体が流れ、流路下部を被処理液が流れる状態にして、オゾンと被処理液との接触面積を広くしている。
【0007】
また、被処理液が上から下に流れ落ちる加圧混合流路25の出口にノズル孔26を設けて、出口側絞り部を形成することにより、この加圧混合流路25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。
【0008】
さらに、被処理液流入口より被処理液流出口の方が低くなっているため、加圧混合流路25内において、オゾンと被処理液との混合流が滞る状態になる。従って、密度の大きい被処理液の方がオゾンよりも流出が容易になるので、オゾンが被処理液より多く加圧混合流路25内に滞る。従って、加圧混合流路25に流入するオゾンと被処理液との混合流のオゾンの割合が少なくても、加圧混合流路25内では、オゾンの割合が高くなる。この結果、オゾンによる被処理液の処理効率が高くなる。
【0009】
【特許文献1】特許2574736号号公報
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来水処理装置は、次のような問題点を有していた。
【0011】
(1)ベンチュリ管22ののど部22Bからわずかに下流側の広がり部22Cからオゾンを注入しているので、被処理液中の気泡が低圧であるのど部22Bにおいて成長し、圧力が上昇する広がり部22Cにおいて崩壊するまでの間の時間に比べて、オゾンが被処理液と接触する時間が短い。換言すれば、オゾンと被処理液との界面から被処理液中に、オゾンが十分拡散するのに必要な時間がとれない。
【0012】
(2)ベンチュリ管22の低圧となるのど部22Bで発生し、高圧となる広がり部22C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22の出口では、数多くの微細気泡となる。ところが、従来水処理装置では、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を注入しているので、広がり部22Cでのオゾンの気泡サイズは、前記微細気泡サイズに比べて過大となる。このことは、オゾン気泡と被処理液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が低下する原因となる。
【0013】
(3)気泡崩壊部である広がり部22Cの近傍においてオゾンを注入するので、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が低下する。従来水処理装置は、キャビテーション気泡崩壊時に生じる高温および高圧を利用して被処理液の酸化処理を行っているが、上記気泡内圧力および温度が低下によって、被処理液の酸化処理効率が低下する。
【0014】
従って、この発明の目的は、従来水処理装置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を提供することにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の発明は、被処理液が流れる流水管路に、上流側から絞り部、のど部および広がり部が形成されたベンチュリ管が取り付けられた水処理装置において、前記ベンチュリ管は、近接して複数本、直列に配置され、最上流側に配置された前記ベンチュリ管の前記絞り部の上流側に、酸化性溶液の注入口が設けられていることに特徴を有するものである。
【0016】
この発明によれば、ベンチュリ管の絞り部より上流側に、酸化性溶液の注入口を設け、前記注入口から被処理液に過酸化水素水等の酸化性溶液を注入することができるように構成されているので、上述した従来水処理装置に比べて、微細な気泡核を多数被処理液中に発生させることができ、且つ、酸化性溶液と被処理液との界面から被処理液中に、酸化性溶液が十分拡散するのに必要な時間が十分にとれる。
【0017】
また、酸化剤として酸化性溶液を使用することによって、オゾン等の気体状酸化剤に比べて、被処理液中への酸化剤の混入効率が高まり、その分、高い酸化処理効率が得られる。
【0018】
さらに、複数本のベンチュリ管を直列配置することによって、有害物質の分解効率が1つのベンチュリ管の場合に比べてさらに高くなる。
【0019】
請求項2記載の発明は、隣接する前記ベンチュリ管との間に、別の酸化性溶液の注入口が設けられていることに特徴を有するものである。
【0020】
この発明によれば、隣接する前記ベンチュリ管との間に、別の酸化性溶液の注入口を設けることによって、被処理液の酸化がさらに促進されるので、有害物質の分解効率をより高くすることができる。
【0021】
請求項3記載の発明は、前記注入口は、過酸化水素水の注入口であることに特徴を有するものである。
【0022】
この発明によれば、酸化性溶液として過酸化水素水を使用することによって、被処理液の酸化処理が容易に行える。
【0023】
【発明の実施の形態】
次に、この発明の水処理装置の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。
【0024】
図1は、この発明の水処理装置を示す概略断面図である。
【0025】
この発明の水処理装置は、ポンプ(図示せず)によって被処理水が送られる流水管路1の途中に、上流側ベンチュリ管2Aと下流側ベンチュリ管2Bとを互いに直列に配置したものから構成されている。
【0026】
流水管路1は、直管路1a、1bおよび1cを有している。上流側および下流側ベンチュリ管2Aおよび2Bは、それぞれ絞り部3a、のど部3bおよび広がり部3cから構成され、これらは上流側からこの順序で形成されている。
【0027】
上流側ベンチュリ管2Aよりも上流側の直管路1aには、酸化性溶液としての過酸化水素水の注入口4が設けられている。
【0028】
直管路1aと上流側ベンチュリ管2Aののど部3bとを結ぶ絞り部3aは、その最大径部が直管路1aの径と同じで、最小径部がのど部3bの径と同じであり、途中の径は、管路方向断面形状が1/4円弧となるような形状で縮径されている。すなわち、絞り部3aは、直管路1aとは直角に交わり、のど部3bとは滑らかに接続されている。直管路1bと下流側ベンチュリ管2Bとの接続も上流側ベンチュリ管2Aの場合と同様である。
【0029】
上流側ベンチュリ管2Aと下流側ベンチュリ管2Bとの間の直管路1bに、酸化性溶液としての過酸化水素水のさらに別の注入口5を設ければ、被処理液の酸化処理効果がさらに高まる。この場合、直管部1bの長さは、上流側ベンチュリ管2Aの広がり部3cの出口6において生成された微細気泡群が、再結合、合体しないような長さとするべきである。
【0030】
図1の水処理装置は、2本のベンチュリ管2を直列に配置したものであるが、3本以上のベンチュリ管を直列に配置しても良い。この場合も、各ベンチュリ管間の直管路に、酸化性溶液としての過酸化水素水の注入口を設けても良い。しかし、ベンチュリ管の本数が増加するほど、必要となる送水ポンプヘッドが増加し、送水に必要なエネルギーも増加するので、実用的には2〜3本程度が適切と考えられる。
【0031】
次に、上述した、この発明の水処理装置による水処理方法を、ベンチュリ管を2本直列に接続した場合を例にとって説明する。
【0032】
上流側ベンチュリ管2Aの絞り部3aの入口よりも上流側の直管路1aに設けた注入口4から、直管路1aを流れる被処理液中に、キャビテーション気泡核を生成し、OHラジカルや酸化力の強いオゾン等を発生させることができる過酸化水素水(H2O2)を、圧力をかけて注入する。
【0033】
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上流側ベンチュリ管2Aののど部3aに達するまでに管路内で均一に拡散する。
【0034】
上流側ベンチュリ管2Aに流入した被処理液は、絞り部3aにおける流速の急上昇に伴って静圧が急激に低下する。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、被処理液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3bの低圧に曝されて急激に成長する。
【0035】
のど部3bの平行部の長さ(L)は、のど部3bの直径dの3倍以上の長さ取ることが望ましい。これによりキャビテーション気泡と被処理液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からである。さらに、広がり部3c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。
【0036】
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。一方、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。
【0037】
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等の微生物は、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、高温と、酸化力が強いOHラジカルの作用等により破壊、分解され、低分子化や可溶化、死滅に至るものと考えられる。
【0038】
また、上流側ベンチュリ管2Aと下流側ベンチュリ管2Bとが直列に配置されているので、上流側ベンチュリ管2Aの入口圧力および出口圧力がベンチュリ管が1本の場合に比べて高くなる。従って、キャビテーション気泡の崩壊時に発生する高温、高圧が、ベンチュリ管が1本の場合に比べて高くなる。このことは理論計算により証明されている。この結果、有害物質の分解効率が高くなる。
【0039】
上流側ベンチュリ管2Aで発生し、成長、崩壊したキャビテーション気泡群は、上流側ベンチュリ管2Aの広がり部3cの出口6においては、無数の微細気泡群になっており、これらの微細気泡群が、下流側ベンチュリ管2Bに流入して、下流側ベンチュリ管2Bに対する新たな気泡核となる。
【0040】
従って、下流側ベンチュリ管2Bの流入口において存在するキャビテーション気泡核は、上流側ベンチュリ管2Aの流入口において存在するキャビテーション気泡核に比べて遥かに多く、この多量のキャビテーション気泡核が下流側ベンチュリ管2Bに流入して、上流側ベンチュリ管2Aと同じように、のど部3bで成長し、広がり部3cで崩壊する。
【0041】
このように、ベンチュリ管を2本直列に配置することによって、下流側ベンチュリ管2Bに流入する気泡核の数は、飛躍的に増大し、流体と気泡の気液界面の面積は、ベンチュリ管が1本の場合に比べて、飛躍的に増大する。この結果、水中に含まれる有害物質の処理効率も、ベンチュリ管が1本の場合に比較して、大幅に高まる。
【0042】
さらに、上流側ベンチュリ管2Aと下流側ベンチュリ管2Bとの間に過酸化水素水注入口5を設けることにより、さらに有害物質の処理効率を高めることができる。
【0043】
上述した、2本の本ベンチュリ管を設け、過酸化水素水の注入口を上流側ベンチュリ管の上流側のみに設けた水処理装置を使用して、揮発性のある有害化学物質であるm−クロロフェノールについて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、1本のベンチュリ管で同じ実験を行った場合の結果と比較して図2のグラフに示す。
【0044】
この場合、両者とも流水管路内を流れる被処理水の流量は、210(l/min)とし、上流側ベンチュリ管2Aの直管部1aから注入する過酸化水素水の量は、被処理水中の過酸化水素水の濃度が1000ppmになる量とした。
【0045】
図2から明らかなように、この発明の水処理装置を使用した方が、1本のベンチュリ管を使用した場合に比較して、m−クロロフェノールの分解が速く進んでいることが分かる。
【0046】
【発明の効果】
以上、説明したように、この発明によれば、被処理液が流れる流水管路にベンチュリ管が配置された水処理装置において、ベンチュリ管を近接して複数本、直列に配置し、最上流側に配置されたベンチュリ管の絞り部の上流側に、酸化性溶液の注入口を設けることによって、管路系の圧力損失が少なく、有害物質の優れた分解処理性能が得られ、且つ、短時間で高い分解処理が可能となるといった有用な効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の水処理装置を示す概略断面図である。
【図2】経過時間と被処理液中の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3】従来水処理装置を示す断面図である。
【符号の説明】
1:流水管路
1a、1b、1c:直管路
2A:上流側ベンチュリ管
2B:下流側ベンチュリ管
3a:絞り部
3b:のど部
3c:広がり部
4:過酸化水素水の注入口
5:過酸化水素水の注入口
6:ベンチュリ出口
21:液体流入部
22:ベンチュリ管
22A:絞り部
22B:のど部
22C:広がり部
23:酸化性気体の流入口
24:加圧混合流器
25:加圧混合流路
25A:水平流路
25B:垂直流路
26:ノズル孔[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a water treatment apparatus, in particular, for decomposing substances such as harmful chemical substances and pollutants dissolved in water to make them harmless, for efficiently treating organic substances such as sludge, and for sterilizing pathogenic Escherichia coli and the like. The present invention relates to a water treatment device for treating.
[0002]
[Prior art]
As a conventional water treatment apparatus for decomposing substances such as harmful chemical substances and pollutants dissolved in water to make them harmless, and treating organic substances such as sludge, there is one disclosed in Japanese Patent No. 2574736 (Patent Document 1). is there. This conventional water treatment apparatus is for continuously and efficiently detoxifying a liquid to be treated such as water or waste liquid. Hereinafter, this conventional water treatment apparatus will be described with reference to the drawings.
[0003]
FIG. 3 is a sectional view showing a conventional water treatment apparatus.
[0004]
As shown in FIG. 3, the conventional water treatment apparatus is provided with a
[0005]
An
[0006]
In this conventional water treatment apparatus, ozone is caused to flow into the flow of the liquid to be treated from an
[0007]
In addition, a
[0008]
Further, since the processing liquid outlet is lower than the processing liquid inlet, the mixed flow of ozone and the processing liquid is stagnant in the pressurized
[0009]
[Patent Document 1] Japanese Patent No. 2574736 [0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above-mentioned conventional water treatment apparatus has the following problems.
[0011]
(1) Since ozone is injected from the expanding
[0012]
(2) The cavitation bubbles generated in the low pressure throat portion 22B of the
[0013]
(3) Since ozone is injected in the vicinity of the expanding
[0014]
Therefore, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the conventional water treatment apparatus, and to provide a water treatment apparatus capable of improving the treatment efficiency.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
According to a first aspect of the present invention, in the water treatment apparatus, a venturi pipe having a throttle, a throat, and a divergent part is attached from an upstream side to a flowing water pipe through which the liquid to be treated flows. A plurality of oxidizing solution injection ports are provided on the upstream side of the throttle portion of the Venturi pipe arranged in series and arranged on the most upstream side.
[0016]
According to the present invention, an inlet for the oxidizing solution is provided on the upstream side of the throttle portion of the venturi tube, so that an oxidizing solution such as a hydrogen peroxide solution can be injected from the inlet into the liquid to be treated. As compared with the conventional water treatment apparatus described above, a large number of fine bubble nuclei can be generated in the liquid to be treated, and the nucleus in the liquid to be treated can be generated from the interface between the oxidizing solution and the liquid to be treated. In addition, sufficient time is required for the oxidizing solution to sufficiently diffuse.
[0017]
In addition, by using an oxidizing solution as the oxidizing agent, the mixing efficiency of the oxidizing agent into the liquid to be treated is higher than that of a gaseous oxidizing agent such as ozone, and accordingly, a higher oxidation treatment efficiency is obtained.
[0018]
Further, by arranging a plurality of Venturi tubes in series, the efficiency of decomposing harmful substances is further increased as compared with the case of a single Venturi tube.
[0019]
The invention according to claim 2 is characterized in that another inlet for an oxidizing solution is provided between the adjacent venturi tube.
[0020]
According to the present invention, by providing another inlet for the oxidizing solution between the adjacent Venturi tubes, the oxidation of the liquid to be treated is further promoted, so that the efficiency of decomposing harmful substances is further increased. be able to.
[0021]
The invention according to claim 3 is characterized in that the injection port is an injection port of a hydrogen peroxide solution.
[0022]
According to the present invention, by using a hydrogen peroxide solution as the oxidizing solution, the liquid to be treated can be easily oxidized.
[0023]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, an embodiment of the water treatment apparatus of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0024]
FIG. 1 is a schematic sectional view showing a water treatment apparatus of the present invention.
[0025]
The water treatment apparatus according to the present invention comprises an
[0026]
The flowing
[0027]
An inlet 4 for a hydrogen peroxide solution as an oxidizing solution is provided in the straight pipe line 1a on the upstream side of the
[0028]
The narrowed
[0029]
If another injection port 5 of hydrogen peroxide water as an oxidizing solution is provided in the
[0030]
Although the water treatment apparatus in FIG. 1 has two Venturi tubes 2 arranged in series, three or more Venturi tubes may be arranged in series. Also in this case, an injection port of a hydrogen peroxide solution as an oxidizing solution may be provided in a straight line between the venturi tubes. However, as the number of Venturi pipes increases, the required water supply pump head increases, and the energy required for water supply also increases. Therefore, about two to three pipes are considered practically appropriate.
[0031]
Next, the above-described water treatment method using the water treatment apparatus of the present invention will be described with reference to an example in which two Venturi tubes are connected in series.
[0032]
Cavitation bubble nuclei are generated in the liquid to be processed flowing through the straight pipe 1a from the injection port 4 provided in the straight pipe 1a upstream of the inlet of the
[0033]
By doing so, the injected hydrogen peroxide solution is uniformly diffused in the pipeline before reaching the
[0034]
The static pressure of the liquid to be treated that has flowed into the
[0035]
The length (L) of the parallel portion of the
[0036]
Among the harmful substances contained in the aqueous solution, volatile substances are taken into the bubbles through the gas-liquid interface between the bubbles and the liquid during the growth process of the cavitation bubbles, and the high temperature, high pressure and OH radicals generated when the cavitation bubbles collapse. Is decomposed by the action of On the other hand, non-volatile substances are considered to be decomposed when exposed to high temperature and high pressure at the gas-liquid interface, because they are not taken into the air bubbles much.
[0037]
In addition, microorganisms such as organic substances and other high molecular weight substances, and microorganisms such as Escherichia coli having cell membranes are destroyed by large turbulence caused by the collapse of cavitation bubbles in the vicinity, impact pressure, high temperatures, and the action of OH radicals with strong oxidizing power. It is considered to be decomposed, resulting in low molecular weight, solubilization, and death.
[0038]
Further, since the
[0039]
The cavitation bubble groups generated, grown and collapsed in the
[0040]
Accordingly, the number of cavitation bubble nuclei existing at the inlet of the downstream venturi tube 2B is much larger than the number of cavitation bubble nuclei existing at the inlet of the
[0041]
By arranging two Venturi tubes in series in this way, the number of bubble nuclei flowing into the downstream Venturi tube 2B increases dramatically, and the area of the gas-liquid interface between the fluid and the bubbles is reduced by the Venturi tube. The number increases dramatically compared to the case of one. As a result, the treatment efficiency of harmful substances contained in the water is significantly increased as compared with the case where one Venturi tube is used.
[0042]
Further, by providing the hydrogen peroxide solution inlet 5 between the
[0043]
By using the water treatment apparatus provided with the two Venturi pipes described above and the inlet of the hydrogen peroxide solution provided only on the upstream side of the Venturi pipe on the upstream side, the volatile harmful chemical substance m- Decomposition experiments were performed on chlorophenol. The relationship between the elapsed time from the start of the experiment and the concentration (mg / l) of m-chlorophenol in the water to be treated was compared with the results obtained when the same experiment was performed using a single Venturi tube. Is shown in the graph.
[0044]
In this case, in both cases, the flow rate of the water to be treated flowing in the flowing water pipe is 210 (l / min), and the amount of the hydrogen peroxide water injected from the straight pipe portion 1a of the
[0045]
As is clear from FIG. 2, the decomposition of m-chlorophenol proceeds faster when the water treatment apparatus of the present invention is used than when one Venturi tube is used.
[0046]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in a water treatment apparatus in which a Venturi pipe is arranged in a flowing water pipe through which a liquid to be treated flows, a plurality of Venturi pipes are arranged in close proximity to each other, By providing an oxidizing solution inlet on the upstream side of the throttle section of the Venturi tube arranged in the pipe, pressure loss in the pipeline system is small, excellent decomposition treatment performance of harmful substances is obtained, and And a useful effect of enabling high decomposition processing.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic sectional view showing a water treatment apparatus of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing the relationship between elapsed time and the concentration of m-chlorophenol in a liquid to be treated.
FIG. 3 is a sectional view showing a conventional water treatment apparatus.
[Explanation of symbols]
1: running
Claims (3)
前記ベンチュリ管は、近接して複数本、直列に配置され、最上流側に配置された前記ベンチュリ管の前記絞り部の上流側に、酸化性溶液の注入口が設けられていることを特徴とする水処理装置。In a water treatment apparatus in which a venturi pipe in which a narrowed portion, a throat portion, and a widened portion are formed from an upstream side is attached to a flowing water pipe through which a liquid to be treated flows,
A plurality of the venturi tubes are arranged in series in proximity to each other, and an inlet for an oxidizing solution is provided on the upstream side of the throttle portion of the venturi tube arranged at the most upstream side. Water treatment equipment.
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