JP2004344833A

JP2004344833A - オゾン水処理装置

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Publication number: JP2004344833A
Application number: JP2003147191A
Authority: JP
Inventors: Tsuyoshi Oishi; 強大石
Original assignee: ORIENTAL KIDEN KK
Current assignee: ORIENTAL KIDEN KK
Priority date: 2003-05-26
Filing date: 2003-05-26
Publication date: 2004-12-09
Anticipated expiration: 2023-05-26
Also published as: JP4271991B2

Abstract

【課題】処理対象水にオゾンを効率よく溶存させ、凝集剤を用いることなく、溶存基質を除去する。
【解決手段】二相流気液混合ポンプ３によってオゾン含有気泡が混入されて吐出される処理対象水を、気液接触管４に導き、吐出圧を維持したままオゾン含有気泡を微細化する。気泡が微細化された処理対象水をラジカル反応槽５に導き、吐出圧を維持したまま所定時間だけ滞留させることにより、オゾン含有ガスを溶存させるとともに、オゾンをヒドロキシラジカルに変化させる。これをスカム浮上槽６に導いて減圧することにより、ヒドロキシラジカルによって酸化し、凝集した処理対象水中の基質をスカムとして浮上させ、除去する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、処理対象水にオゾンを効率よく溶存させるオゾン水処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
殺菌力を持った水を製造する装置として、処理対象水にオゾンを混合するオゾン水製造装置が知られている（下記特許文献１）。
【０００３】
この装置は、ハウジング内に設置された混合手段により導入した処理対象水とオゾンとの混合流体を混合させるとともに、加圧手段によって加圧するように構成されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−２２７５２９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のオゾン水製造装置では、大気圧下の体積比でオゾンをせいぜい５％程度しか混入させることができず、改良の余地があった。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、処理対象水にオゾンを効率よく溶存させることのできるオゾン水処理装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明にかかるオゾン水処理装置は、処理対象水およびオゾン含有ガスが供給され、前記処理対象水にオゾン含有気泡を混入して大気圧以上の吐出圧で吐出する二相流気液混合ポンプと、前記二相流気液混合ポンプから吐出される前記処理対象水が導入され、前記吐出圧を維持したまま、導入された前記処理対象水中に混入されている前記オゾン含有気泡を微細化する気液接触管と、前記気液接触管を通過した前記処理対象水が導入され、前記吐出圧を維持したまま、導入された前記処理対象水を所定時間だけ滞留させることにより、前記オゾン含有ガスを前記処理対象水中に溶存させるとともに、前記オゾン含有ガスに含まれるオゾンをヒドロキシラジカルに変化させるラジカル反応槽と、を備えたことを特徴とするものである。
【０００８】
このようなオゾン水処理装置によると、二相流気液混合ポンプによって処理対象水中に混入されたオゾン含有気泡が気液接触管によって微細化されるため、二相流気液混合ポンプに対するオゾン含有気泡の微細化の要求が抑えることができ、これにより、二相流気液混合ポンプにおいてより多くのオゾン含有気泡を処理対象水に混入することができる。
【０００９】
そして、ラジカル反応槽においては、二相流気液混合ポンプの吐出圧という高圧条件を維持したまま処理対象水を所定時間だけ滞留させるため、微細気泡として処理対象水に混入されたオゾンを効率的に処理対象水中に溶存させ、さらにヒドロキシラジカルに変化させることができる。
【００１０】
したがって、処理対象水自体に含まれる基質等を無機化し、細菌等が含まれている場合にはこれを殺菌することができる。
【００１１】
また、得られた処理対象水をヒドロキシラジカルによる高い殺菌力を持った洗浄水等として利用することもできる。この際、大気圧以上の高圧の処理対象水が得られるため、別途のポンプ等によらずに容易に得られた処理対象水を配送することができ、配送圧を得るためのポンプの弁等がヒドロキシラジカルによって損傷するトラブル等を未然に防止することができる。
【００１２】
また、このようなオゾン水処理装置においては、前記二相流気液混合ポンプは、ポンプケーシングと、前記ポンプケーシング内に前記処理対象水を導入する処理対象水供給口と、前記ポンプケーシング内に前記オゾン含有ガスを導入するオゾン含有ガス供給口と、前記ポンプケーシング内に設けられたインペラと、前記インペラを回転駆動する回転駆動手段と、を備え、前記インペラは、前記処理対象水供給口および前記オゾン含有ガス供給口を負圧にして前記処理対象水および前記オゾン含有ガスをポンプケーシング内に吸い込んで混合するとともに、吸い込まれたオゾン含有ガスからなる粗大気泡を前記オゾン含有気泡に破砕して前記処理対象水を混濁化するように構成されていることが望ましい。
【００１３】
このようにすると、二相流気液混合ポンプにおいて、オゾン含有気泡をある程度小さくしながら、より多くのオゾン含有気泡を処理対象水に混入することができる。
【００１４】
また、このようなオゾン水処理装置においては、前記二相流気液混合ポンプは、大気圧下における体積比で、前記処理対象水に対して５％以上の前記オゾン含有ガスをオゾン含有気泡として混入することが望ましい。
【００１５】
このようにすると、従来以上に多くのオゾンを処理対象水に混入することができる。
【００１６】
また、このようなオゾン水処理装置においては、前記二相流気液混合ポンプの吐出圧は、０．２ＭＰａ以上であることが望ましい。
【００１７】
このようにすると、微細気泡として処理対象水に混入されたオゾンを効率的に処理対象水中に溶存させることができる。
【００１８】
また、このようなオゾン水処理装置においては、前記気液接触管における処理対象水の滞留時間は、１秒以上、３秒以下であることが望ましい。
【００１９】
このようにすると、二相流気液混合ポンプによって処理対象水中に混入されたオゾン含有気泡を十分に微細化することができる。
【００２０】
また、このようなオゾン水処理装置においては、前記気液接触管は、処理対象水の流れ方向についての流路長が６００ｍｍ以上、１８００ｍｍ以下であることが望ましい。
【００２１】
このようにすると、二相流気液混合ポンプによって処理対象水中に混入されたオゾン含有気泡を十分に微細化することができる。
【００２２】
また、このようなオゾン水処理装置においては、前記ラジカル反応槽における前記処理対象水の滞留時間は、２分以上、５分以下であることが望ましい。
【００２３】
このようにすると、処理対象水に溶存したオゾンの多くを確実にヒドロキシラジカルに変化させることができるとともに、処理対象水中に含まれる基質がヒドロキシラジカルによって酸化され、ラジカル反応槽内においてスカムとして浮上してしまうことを防止することができる。
【００２４】
また、このようなオゾン水処理装置においては、前記ラジカル反応槽内の圧力を検出する圧力検出手段と、検出された前記ラジカル反応槽内の圧力に応じて前記二相流気液混合ポンプの駆動を制御するポンプ駆動制御手段を備えることが望ましい。
【００２５】
このようにすると、二相流気液混合ポンプ、気液接触管およびラジカル反応槽の各圧力を適正に維持して、多くのオゾンを効率的に処理対象水中に溶存させ、さらにヒドロキシラジカルに変化させることができる。
【００２６】
また、このようなオゾン水処理装置においては、前記ラジカル反応槽において前記処理対象水から分離したオゾンガスを収集して前記二相流気液混合ポンプに再供給する循環経路を備えたことが望ましい。
【００２７】
このようにすると、処理対象水に混入されながら処理対象水に溶存しなかったオゾンを再利用することができる。
【００２８】
また、このようなオゾン水処理装置においては、前記ラジカル反応槽を通過した前記処理対象水が導入され、前記処理対象水中に含有される基質を前記処理対象水中に溶存した前記ヒドロキシラジカルによって酸化し、凝集させるとともに、導入された前記処理対象水を減圧することにより、前記処理対象水中に溶存している前記オゾン含有ガスを気泡化し、凝集した前記基質をスカムとして浮上させるスカム浮上槽を備えることが望ましい。
【００２９】
このようにすると、特に凝集剤等を用いることなく、処理対象水自体に溶存させたオゾン含有ガスにより、処理対象水に含まれる基質をスカムとして浮上分離させることができるため、浄水処理や排水処理等の様々な用途において、環境問題の観点からも好適に使用することができる。
【００３０】
また、このようなオゾン水処理装置においては、前記スカム浮上槽は、導入された前記処理対象水を大気圧に減圧することが望ましい。
【００３１】
このようにすると、スカム浮上槽を簡素に構成することができる。
【００３２】
また、このようなオゾン水処理装置においては、前記スカム浮上槽における前記処理対象水の滞留時間が３０分以上、６０分以下であることが望ましい。
【００３３】
このようにすると、処理対象水に含まれる基質に対する凝集作用およびスカム浮上作用を必要十分に得ることができる。
【００３４】
また、このようなオゾン水処理装置においては、前記スカム浮上槽において前記処理対象水から分離したオゾンガスを収集して前記二相流気液混合ポンプに再供給する循環経路を備えたことが望ましい。
【００３５】
このようにすると、処理対象水の酸化処理等に寄与しなかったオゾンを再利用することができる。
【００３６】
また、このようなオゾン水処理装置においては、前記スカム浮上槽における酸化電位を検出する酸化電位検出手段と、検出された酸化電位に応じて前記二相流気液混合ポンプにおけるオゾンの混合率を制御するオゾン混入率制御手段と、
を備えたことが望ましい。
【００３７】
このようにすると、処理対象水の処理に求められる適切なオゾン量に応じて処理対象水にオゾンを混入させることができるため、オゾンの過剰供給を未然に防止して効率的に処理を行うことができる。
【００３８】
また、このようなオゾン水処理装置においては、前記スカム浮上槽において浮上した前記スカムを収集するスカム収集部を備えたことが望ましい。
【００３９】
このようにすると、浮上分離したスカムをスカム浮上槽から除去することができる。
【００４０】
また、このようなオゾン水処理装置においては、前記スカム収集部により収集されたスカムを脱水する脱水処理部を備えたことが望ましい。
【００４１】
このようにすると、スカムの水分含有量を調整して、発酵や焼却等のスカムの後処理を容易に行うことができる。
【００４２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面を参照しながら説明する。
【００４３】
図１は、本発明の一実施形態にかかるオゾン水処理装置の全体構成説明図である。図２は、このオゾン水処理装置が備える各機器の配置を示す正面図、図３は、同平面図である。
【００４４】
この実施形態は、下水等の汚水を処理対象水として処理するオゾン水処理装置１を例としている。
【００４５】
図１に示すように、このオゾン水処理装置１は、オゾン発生機２と、二相流気液混合ポンプ３と、気液接触管（気液接触塔）４と、ラジカル反応槽（オゾン反応槽）５と、スカム浮上槽６と、脱水機７と、排オゾン塔８と、運転コントローラ９を備えている。以下、各部について順に説明する。
【００４６】
（オゾン発生器）
オゾン発生器２は、原料空気からオゾンを含むオゾン含有ガスを生成するものである。このオゾン発生機２としては、図１に示したチラーユニットを備えた構成など、公知の種々の構成のものを採用することができる。具体的には、たとえば、原料空気から、まず、たとえば酸素９５％、窒素５％の濃縮酸素ガスを生成し、このガス中で放電を行うことによって、酸素の一部をオゾンに化学変化させることによりオゾン含有ガスを生成する構成を挙げることができる。このオゾン含有ガスにおけるオゾンの量は、たとえば体積率で３．８％程度である。
【００４７】
この実施形態のオゾン発生器２は、後述するように、生成するオゾン含有ガスにおけるオゾン量（濃度）を所定の範囲で制御することができるようになっている。
【００４８】
（二相流気液混合ポンプ）
二相流気液混合ポンプ３は、図示しない原水槽等から供給される処理対象水（汚水）に、前記オゾン発生器２から供給されるオゾン含有ガスを混入するものである。
【００４９】
図４は、この二相流気液混合ポンプおよび気液接触管の正面図である。
【００５０】
図４に示すように、この二相流気液混合ポンプ３は、ポンプケーシング３１と、前記原水槽等からポンプケーシング３１内に処理対象水を導入する処理対象水供給口３２と、前記オゾン発生器２からポンプケーシング３１内にオゾン含有ガスを導入するオゾン含有ガス供給口３３と、ポンプケーシング３１内に設けられたインペラ３４と、インペラ３４を回転駆動する回転駆動モータ（回転駆動手段）３５と、処理対象水とオゾン含有ガスの混合流体を吐出する吐出口３６とを備えている。
【００５１】
インペラ３４は、回転駆動モータ３５により回転駆動されることによって、処理対象水供給口３２およびその反対側のオゾン含有ガス供給口３３の両方を負圧にして処理対象水およびオゾン含有ガスをポンプケーシング３１内に吸い込んで混合するとともに、吸い込まれたオゾン含有ガスからなる粗大気泡をオゾン含有気泡に破砕して処理対象水を混濁化するように構成されている。
【００５２】
このような構成により、この二相流気液混合ポンプ３は、オゾン含有気泡を混入した処理対象水を大気圧以上の吐出圧で吐出することができるようになっている。具体的には、０．２ＭＰａ以上で、０．４ＭＰａ以下程度の吐出圧を得ることができる。
【００５３】
また、この二相流気液混合ポンプ３は、大気圧下における体積比で、処理対象水に対して５％以上のオゾン含有ガスをオゾン含有気泡として処理対象水中に混入することができる。最大で大気圧下の体積比で２３％程度のオゾン含有ガスを混入することができる。そして、このように２３％程度のオゾン含有ガスを混入するときであっても、ポンプキャビテーションによる不連続回転を生じることなく、０．２〜０．４ＭＰａ程度の吐出圧が実現できるものとなっている。
【００５４】
この二相流気液混合ポンプ３の具体的性能の例としては、最小の二相流気液混合事例として、ポンプサクション口径５０ｍｍ、吐出口径３２ｍｍ、駆動モータ２．２ｋＷ、吐出圧力０．３５ＭＰａであって、処理対象水流量１２ｍ^３／ｈｒ、オゾン含有ガスの混入量（ポンプの吸入量）は２．４ｍ^３／ｈｒを挙げることができる。
【００５５】
なお、この二相流気液混合ポンプ３は、処理対象水中に体積比で５％以上の大量のオゾン含有ガスを混入することができるが、後述するように、混入されるオゾン含有気泡はそのままではまもなく互いに合体して浮上してしまう程度に粗く、安定性に欠けるものであってもよい。
【００５６】
（気液接触管）
気液接触管４は、二相流気液混合ポンプ３から吐出される処理対象水中に混入されているオゾン含有気泡を微細化するものである。
【００５７】
この気液接触管４は、図４に示すように、二相流気液混合ポンプ３の吐出直後に配置されている。具体的には、気液接触管４の下端部の導入管４１のフランジ部４１１が二相流気液混合ポンプ３の吐出口３６のフランジ部３６１にボルト結合によって直結している。
【００５８】
図５は、気液接触管４の内部構造を示す構成説明図である。この図５に示すように、気液接触管４は、内部を密閉状態に維持する外殻をなす外筒部４２を備えている。
【００５９】
外筒部４２は、その上端部および下端部が球面状に窄まっており、下端部には上記導入管４１が接続されている。この導入管４１の上端面は塞き止め板４１３によって閉塞されており、導入管４１に入った処理対象水は、その上側周面に設けられた導入開口４１２…から外筒部４２内の全体に拡がる流れを形成しながら吐出される。
【００６０】
外筒部４２の上端部には内筒部４３が接続されている。この内筒部４３は外筒部４２の下部近くまで延びており、その周面に多数の微細孔４３１…が形成された微細孔管となっている。導入管４１から外筒部４２内に拡がった処理対象水は外筒部４２を上向きに流れ、内筒部４３の微細孔４３１…を通過して内筒部４３内に抜け、内筒部４３の上部から排出される。そして、処理対象水に含まれれるオゾン含有気泡は、内筒部４３の微細孔４３１を通過する際に機械的に破砕されて、微細気泡となる。
【００６１】
この気液接触管４は、その内部において、二相流気液混合ポンプ３の吐出圧を維持したまま、処理対象水を所定時間だけ滞留させてから通過させるようになっている。具体的には、この実施形態では、気液接触管４における処理対象水の滞留時間は２秒に設定されており、これにより、混合が多面であり、より微細化気泡が実現でき、後述するラジカル反応に適した微細なオゾン含有気泡が実現できるようになっている。なお、気液接触管４における滞留時間は、混合性が直線上とならないために１秒以上であることが好適であり、また気泡の膨張性が始まらないために３秒以下であることが好適である。
【００６２】
また、この実施形態では、気液接触管４は、処理対象水の流れ方向についての流路長が１２００ｍｍになるように構成されており、この流路長を上記所定の滞留時間をかけて通過することで、後述するラジカル反応に適したオゾン含有気泡の微細化が実現できるようになっている。この作用を得るために気液接触管４の流路長は６００ｍｍ以上、１８００ｍｍ以下であることが好適である。
【００６３】
なお、装置の規模により求められる処理対象水の流量に対しては、気液接触管４の断面サイズで対応し、流路長および滞留時間は上記各範囲内に設定することが、好適なオゾン含有気泡の微細化のためには好ましい。
【００６４】
また、こうして二相流気液混合ポンプ３から吐出直後にオゾン含有気泡が微細化され、オゾン含有気泡が処理対象水中で安定して存在できるようになるため、二相流気液混合ポンプ３において処理対象水中に混入されるオゾン含有気泡が粗く安定性に欠けるものであることを許容することができる。ひいては、二相流気液混合ポンプ３に、気泡サイズが粗くてもより大量のオゾン含有ガスを混入することができるものを採用することが可能となる。
【００６５】
次の表１は、求められる処理対象水の水量に対して、オゾン発生器２、二相流気液混合ポンプ３および気液接触管４の能力及びサイズを設定した例である。
【００６６】
【表１】

【００６７】
（ラジカル反応槽）
ラジカル反応槽（オゾン反応槽）５は、気液接触管４を通過した処理対象水が導入され、オゾン含有ガスを処理対象水中に溶存させ、処理対象水中に溶存したオゾンをヒドロキシラジカル（・ＯＨ）に変化させるものである。
【００６８】
このヒドロキシラジカルは、オゾンの酸化電圧２．０７Ｖよりも高い２．８５Ｖの酸化電位を有し、高い酸化力により、酸化促進、殺菌、基質を構成している高分子を低分子化する作用、凝集作用、難分解物を易分解性物に変質させる作用等の各種作用を発揮するものである。
【００６９】
図６は、ラジカル反応槽５の内部構造を示す構成説明図である。この図６に示すように、ラジカル反応槽５は、密閉状態の外殻５１を備えており、その内部において、二相流気液混合ポンプ４の吐出圧が維持されるようになっている。すなわち、このラジカル反応槽５内は、０．２〜０．４ＭＰａの高圧が維持されている。
【００７０】
このラジカル反応槽５の側壁上部には導入管５２が貫通しており、気液接触管４を通過した処理対象水がラジカル反応槽５の内部に導入されるようになっている。ラジカル反応槽５の水平断面のほぼ中央には内筒部５３が立設されており、導入管５２はこの内筒部５３内に処理対象水を導くようになっている。この内筒管５３の下端部はラジカル反応槽５の底部近傍で開口しており、この開口５３１から処理対象水をラジカル反応槽５内に開放するようになっている。
【００７１】
また、このラジカル反応槽５から処理対象水を排出する排出管５４は、前記内筒管５３の下端とほぼ同じ高さ位置で開口し、ここからラジカル反応槽５外に処理対象水を排出するようになっている。
【００７２】
このラジカル反応槽５は、導入された処理対象水が所定時間だけ滞留してから排出される大きさ（容量）に設定されている。
【００７３】
この処理対象水の滞留時間（ＨＲＴ）は、導入された処理対象水において、オゾン含有気泡のほとんどを処理対象水中に溶存させるとともに、処理対象水中に溶存したオゾンの大部分をヒドロキシラジカル（・ＯＨ）に変化させるための時間である。上述した気液接触管４によってオゾン含有気泡は十分に微細化されており、また、二相流気液混合ポンプ３の吐出圧という高圧が維持されているため、十分に速いヒドロキシラジカルへの変化速度を得ることができる。
【００７４】
具体的には、ラジカル反応槽５において２分以上の処理対象水の滞留時間が設定され、これにより二相流気液混合ポンプ３において混入されたオゾン含有ガスに含まれるオゾンの９０〜９５％を水中に溶け込ませることができ、溶け込んだオゾンのほぼ１００％をヒドロキシラジカル（・ＯＨ）に変化させることができるようになっている。なお、ヒドロキシラジカルによる殺菌作用はほぼ１分以内に完了するため、ラジカル反応槽５での滞留時間を経た処理対象水は十分に殺菌が完了したものとなっている。
【００７５】
一方、ラジカル反応槽５における処理対象水の滞留時間が長すぎると、処理対象水中の基質が凝集し、処理対象水中の気泡等によってスカム浮上を生じてしまうため、好ましくない。そこで具体的には、ラジカル反応槽５における処理対象水の滞留時間は、５分以下に設定されている。
【００７６】
なお、従来のオゾン水処理装置のように処理対象水に混入できるオゾン量が少ないと、ヒドロキシラジカルへの反応時間として５分以上を要し、ラジカル反応槽においてスカム浮上を招いてしまうという問題が生じるものである。
【００７７】
本実施形態のラジカル反応槽５には、内部の圧力を検出する圧力計（圧力検出手段）５５が設けられている。この圧力計５５によって検出されるラジカル反応槽５の圧力は、後述する運転コントローラ９に送られ、運転コントローラ９は、この圧力に応じて、二相流気液混合ポンプ３の駆動を制御し、このラジカル反応槽５および上述した気液接触管４等の圧力が適正に維持されるようになっている。
【００７８】
（スカム浮上槽）
スカム浮上槽６は、ラジカル反応槽５を通過した処理対象水に含有される基質を酸化、凝集させ、スカムとして浮上除去するものである。
【００７９】
図７は、スカム浮上槽６の内部構造を示す構成説明図である。この図７に示すように、スカム浮上槽６は、基質の処理等に利用されなかった排オゾン等が外部に漏れることを防止するため、内部を密閉可能な外殻６１を備えている。
【００８０】
この外殻６１の内部には、底部から立設され、天井面との間に隙間を有する仕切り壁６２が設けられており、スカム浮上槽６の下側空間を第１室６３と、第２室６４とに区分けしている。
【００８１】
第１室６３の下部には、上記ラジカル反応槽５を通過した処理対象水が導かれる導入管６５が接続されており、この第１室６３の水位が上昇すると、その上部の水が仕切り壁６２を越えて第２室に移動するようになっている。
【００８２】
このスカム浮上槽６では、ラジカル反応槽５で生成されたヒドロキシラジカルが酸化電位を有する基質にアタックし、無機化を進める。また、電位が定まらず高分子化している基質が低分子化され、同一凝集を形成する。
【００８３】
スカム浮上槽６の外殻６１は、上述したように反応に利用されなかった排オゾン等が外部に漏れることを防止するため密閉されているが、その内部圧力は大気圧となっている。すなわち、二相流気液混合ポンプ３の吐出圧が維持されていたラジカル反応槽５の圧力から減圧されるようになっている。このため、スカム浮上槽６では、処理対象水の内部に溶存していたオゾン含有ガスが気泡となって順次浮上する。オゾンの大部分はヒドロキシラジカルとなって酸化反応に消費されており、気泡となって浮上するオゾン含有ガスの大部分は酸素である。
【００８４】
ヒドロキシラジカルによって酸化され、凝集した基質（凝集物）は、このスカム浮上槽６で発現する気泡によって浮上する。
【００８５】
第２室６４には、その水面に浮かぶスカムを収集するスカム収集部６６を備えている。このスカム収集部６６は、水面高さに追従できる３つの浮力体６６１…に支えられた水中ポンプ６６２を備えており、水面に浮上したスカムを収集する。そして、収集したスカムをスカム排出管６６３を通してスカム浮上槽６外の脱水機７に排出するようになっている。
【００８６】
また、このスカム浮上槽６は、導入された処理対象水が所定時間だけ滞留してから排出される大きさ（容量）に設定されている。
【００８７】
この処理対象水の滞留時間（ＨＲＴ）は、処理対象水中に含有される基質を処理対象水中に溶存させたヒドロキシラジカルによって酸化し、凝集させるとともに、導入された処理対象水を減圧することにより、処理対象水中に溶存しているオゾン含有ガスを気泡化し、凝集した基質をスカムとして浮上させるための時間である。具体的には、このスカム浮上槽６では、第１室６３および第２室６４の滞留時間を合わせて、３０分以上、６０分以下の滞留時間を設定することが好ましい。この実施形態では、酸化電位がほぼ平衡となる４０分の処理対象水の滞留時間が設定されている。
【００８８】
第２室６４の水面に近い上部には、このスカム浮上槽６に所定時間滞留して処理が完了した水を、後工程の処理水槽等に順次排出する排出管６７１が設けられている。
【００８９】
また、第２室６４の底部近くには、このスカム浮上槽６で処理された処理対象水の一部を二相流気液混合ポンプ３に戻し、再度処理を行うための処理対象水循環経路６８１が設けられている。
【００９０】
また、スカム浮上槽６の第２室６４上方の天井部には、スカム浮上槽６から排出される排オゾン等の排ガスを排オゾン塔８に送る排オゾン排出管６７２が設けられている。
【００９１】
また、スカム浮上増６の第１室６３上方の天井部には、スカム浮上増６において処理対象水から分離したオゾンガスを収集して二相有機駅混合ポンプに再供給するためのオゾンガス循環経路６８２が設けられている。
【００９２】
また、スカム浮上槽６には、内部に滞留する処理対象水における酸化電位（ＯＲＰ：ＯｘｉｄａｔｉｏｎＲｅｄｕｃｔｉｏｎＰｏｔｅｎｔｉａｌ）を検出する酸化電位計６９（酸化電位検出手段）が設けられている。
【００９３】
この酸化電位計６９によって検出されるスカム浮上槽６内の酸化電位は、後述する運転コントローラ９に送られ、運転コントローラ９は、この酸化電位に応じて、オゾン発生器２において生成されるオゾン含有ガスのオゾン濃度を制御し、ひいては二相流気液混合ポンプ３における処理対象水に対するオゾンの混合率を制御して、このスカム浮上槽６における酸化電位が適正に維持されるようになっている。
【００９４】
また、このような酸化電位計６９を具備することによって、各処理工程における処理対象水の状態把握も容易となる。
【００９５】
（脱水機）
脱水機７は、スカム浮上槽６で水面に浮かび、スカム収集部６６で収集されたスカムを脱水処理する脱水処理部として機能するものである。スカム収集部６６で収集されたスカムは含水率が９７％程度もあるため、水分率を低下させて運搬、発酵、焼却などの扱いを容易にするためである。
【００９６】
図８は、脱水機７の内部構造を示す構成説明図である。この図８に示すように、脱水機７は、本体部７１と内筒部７２とドレン部７３と圧力計７４とエアーベント７５とを備えている。
【００９７】
内筒部７２は、本体７１内に設けられ、その周面が濾過フィルター７２１として構成されている。この濾過フィルター７２１は、図９に示すような三角形断面ワイヤーの集合体から構成され、図９（ａ）に示すように目づまりを軽減できるとともに、図９（ｂ）に示すように大きな逆洗効果が得られるようになっている。
【００９８】
本体部７１には、スカム浮上槽６のスカム収集部６６からスカムが送り込まれる受け入れ口７１１が接続されている。本体部７１内に送り込まれたスカムは、内筒部７２の濾過フィルター７２１によって濾過され、濾過水は内筒部７２に入って濾過水出口７２２から排出される。一方、濾過水が除去されて水分量が減少したスカムは本体部７１下部のドレン部７３のドレン出口７３１から排出される。
【００９９】
この脱水機７を経たスカム（汚泥）は、含水率が８０％程度となっている。この残る水分と炭素／窒素比（Ｃ／Ｎ比）を調整すれば発酵が容易となり、堆肥等の用途にも容易に活用することができる。
【０１００】
また、このオゾン水処理装置１によれば、凝集剤を用いることなく、処理対象水から基質を分離しているため、分離された基質（スカム）を堆肥等に利用するにあたっても植物成長の障害を与えてしまうことを防止することができる。
【０１０１】
（排オゾン塔）
排オゾン塔８は、スカム浮上槽６から排出された排オゾンを含む排ガスを無害化処理するものである。この排オゾン塔８としては、公知の各種処理器を採用すればよい。
【０１０２】
（運転コントローラ）
運転コントローラ９は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を備えたコンピュータから構成され、オゾン水処理装置１全体の動作を統括的に制御するものである。
【０１０３】
この運転コントローラ９は、ラジカル反応槽５に設けられた圧力計（圧力検出手段）５５の出力を受け、このラジカル反応槽５内の圧力に応じて二相流気液混合ポンプ３の駆動を制御するポンプ駆動制御手段として機能する。
【０１０４】
また、この運転コントローラ９は、スカム浮上槽６に設けられた酸化電位計（酸化電位検出手段）６９の出力を受け、このスカム浮上槽６における酸化電位に応じてオゾン発生機２によって生成されるオゾン含有ガスのオゾンの混合率を制御するオゾン混入率制御手段として機能する。
【０１０５】
また、この運転コントローラ９は、二相流気液混合ポンプ３等の駆動部分の運転状態を監視し、異常をもたらした場合には予め設定された管理本部に異常事態を伝達する通信機能を備えている。これにより、異常事態が生じた場合であっても、迅速に対応することができ、全国のどこでも設置が可能であるとともに、メンテナンスも容易に行うことができるものとなっている。
【０１０６】
（作用効果）
以上のように構成されたオゾン水処理装置１によると、二相流気液混合ポンプ３によって処理対象水中に混入されたオゾン含有気泡が気液接触管４によって微細化されるため、二相流気液混合ポンプ３に対するオゾン含有気泡の微細化の要求が抑えることができ、これにより、二相流気液混合ポンプ３においてより多くのオゾン含有気泡を処理対象水に混入することができる。
【０１０７】
そして、ラジカル反応槽５においては、二相流気液混合ポンプ３の吐出圧という高圧条件を維持したまま処理対象水を所定時間だけ滞留させるため、微細気泡として処理対象水に混入されたオゾンを効率的に処理対象水中に溶存させることができる。
【０１０８】
これは、オゾンガスを散気管で曝気させても０．０５ＭＰａにおいて３０％程度の溶解効率しかない得られないことと比較して非常に効率的である。
【０１０９】
また、処理対象水中に溶存したオゾンをさらにヒドロキシラジカルに変化させるため、このヒドロキシラジカルにより、処理対象水自体に含まれる基質等を無機化し、細菌等が含まれている場合にはこれを殺菌することができる。
【０１１０】
具体的には、処理対象水に含まれる基質のうち浮遊物質の６０％以上、ＢＯＤ・ＣＯＤの２５〜３０％を除去することができる。また、処理対象水中で粒状物質と結合している栄養塩類、疎水性成分、金属、ウイルス不活性、レジオネラ菌やクリプトスポリジュウムを含む微生物なども殺菌した上で除去することができ、有機体窒素の約１０〜２０％、リンの約１０％も除去することができる。
【０１１１】
また、特に凝集剤等を用いることなく、処理対象水自体に溶存させたオゾン含有ガスにより、処理対象水に含まれる基質をスカムとして浮上分離させることができるため、浄水処理や排水処理等の様々な用途において、環境問題の観点からも好適に使用することができる。
【０１１２】
また、このオゾン水処理装置１では０．１〜１００μｍの粒径範囲の有機物を効率的に除去し、微生物による分解が困難な難分解性の基質を微生物によって分解しやすい状態に変化させることができるため、汚水処理の一次処理装置として好適に用いることができ、後工程の生物分解処理における負荷を大幅に削減することができる。とくに、そのままでは微生物処理されない環境ホルモンに有効である。
【０１１３】
また、従来の浮上処理法では、処理対象水からスクリーンで粗大固形物を除去し、さらにｐＨ調整、凝集剤の添加、凝集剤反応、加圧、浮上処理という各処理段階を経るのが一般的であることに比較して、本実施形態にかかるオゾン水処理装置１では、簡素な設備で処理対象水から基質の浮上処理を実現することができる。
【０１１４】
とくに、従来は基質の沈殿または浮上にポリ塩化アルミニウム、塩化鉄あるいは高分子の薬剤等を凝集剤として多量に用いなければならなかったのに対し、本実施形態にかかるオゾン処理装置では、凝集剤を使用しないので、ランニングコスト面で有利であるとともに、除去されたスカムの再利用にあたって環境へ与える影響を小さく抑えることができる。
【０１１５】
以上、本発明にかかるオゾン水処理装置を一実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、以下のように構成することもできる。
【０１１６】
（１）上記実施形態においては、下水処理を行う装置を例としたが、上水道用の原水の浄水装置にも適用することができる。
【０１１７】
また、ラジカル反応槽５を経た処理対象水をヒドロキシラジカルによる高い殺菌力のある洗浄水等として供給するオゾン水供給装置として利用することもできる。このような用途では、スカム浮上槽６は備えなくてもよい。具体的には、農業産品や漁獲類の殺菌水供給装置として好適に使用することができる。この場合、ラジカル反応槽５では大気圧以上の高圧が維持されており、高圧の処理対象水が得られるため、別途のポンプ等によらずに容易に得られた処理対象水を配送することができる。したがって、配送圧を得るためのポンプの弁等がヒドロキシラジカルによって損傷するトラブル等を未然に防止することができる。
【０１１８】
具体的に、上記実施形態の構成でオゾン殺菌水を製造する場合、市水を原水に用いた場合は約５分後から、殺菌やウイルス不活性に必要とする酸化電位６５０ｍＶ以上、１０００ｍＶ以下を備えた殺菌水の供給を行うことができる。
【０１１９】
（２）上記実施形態においては、気液接触管４の下部に処理対象水が供給されて上向きに流れるように構成したが、逆に上部から下向きに流れるように構成しても、あるいは水平方向に流れるように構成してもよい。また、気液接触管内の管状の微細孔管に対して処理対象水が外側から内側に抜けるように構成したが、逆に内側から外側に抜けるように構成してもよい。また、オゾン含有気泡を機械的に粉砕する構造として微細孔を有する管体（内筒管）を用いたが、多孔質のフィルターや板材等、処理対象水の流れを阻害する抵抗体であれば、種々の構成を採用することができる。
【０１２０】
（３）上記実施形態では、スカム浮上槽６に酸化電位計６９を設けたが、ラジカル反応槽５に酸化電位計を設け、この出力に応じて二相流気液混合ポンプ３へ供給するオゾン含有ガスのオゾン濃度等を制御するようにしてもよい。
【０１２１】
（４）上記実施形態では、スカム浮上槽６にのみオゾンガスの再循環経路６８２を設けたが、ラジカル反応槽５において処理対象水から分離したオゾンガスを収集して二相流気液混合ポンプ３に再供給する循環経路を設けてもよい。またラジカル反応槽５およびスカム浮上槽６の両方にオゾンガスの循環経路を設けてもよい。
【０１２２】
（５）上記実施形態では、スカム浮上槽６では処理対象水を大気圧に減圧するようにしたが、その前工程であるラジカル反応槽５よりも減圧されるのであれば、スカム浮上槽６の圧力は大気圧以上あるいは大気圧以下であってもよい。
【０１２３】
（６）上記実施形態では、スカム収集部６６を浮力体６６１…で支持される水中ポンプ６６２によって構成したが、水面に浮上したスカムを収集できる手段であればこれに限定されるものではなく、たとえば、水面に浮かんだスカムをかき集めるスクレーパー等によって構成してもよい。
【０１２４】
（７）上記実施形態では、オゾン水処理装置１が二相流気液混合ポンプ３にオゾン含有ガスを供給するオゾン発生器２を備えた構成としたが、遠隔地にあるオゾン発生源から配管等を介してオゾンの供給を受けるように構成してもよい。
【０１２５】
【発明の効果】
以上のように、本発明にかかるオゾン水処理装置によれば、二相流気液混合ポンプによって処理対象水中に混入されたオゾン含有気泡が気液接触管によって微細化されるため、二相流気液混合ポンプに対するオゾン含有気泡の微細化の要求が抑えることができ、これにより、二相流気液混合ポンプにおいてより多くのオゾン含有気泡を処理対象水に混入することができる。
【０１２６】
そして、ラジカル反応槽においては、二相流気液混合ポンプの吐出圧という高圧条件を維持したまま処理対象水を所定時間だけ滞留させるため、微細気泡として処理対象水に混入されたオゾンを効率的に処理対象水中に溶存させ、さらにヒドロキシラジカルに変化させることができる。
【０１２７】
したがって、処理対象水自体に含まれる基質等を無機化し、細菌等が含まれている場合にはこれを殺菌することができる。
【０１２８】
また、得られた処理対象水をヒドロキシラジカルによる高い殺菌力を持った洗浄水等として利用することもできる。この際、大気圧以上の高圧の処理対象水が得られるため、別途のポンプ等によらずに容易に得られた処理対象水を配送することができ、配送圧を得るためのポンプの弁等がヒドロキシラジカルによって損傷するトラブル等を未然に防止することができる。
【０１２９】
さらに、ラジカル反応槽を通過した処理対象水が導入され、処理対象水中に含有される基質をヒドロキシラジカルによって酸化し、凝集させるとともに、処理対象水を減圧することによりオゾン含有ガスを気泡化して、凝集した基質をスカムとして浮上させるスカム浮上槽を備えると、特に凝集剤等を用いることなく、処理対象水自体に溶存させたオゾン含有ガスにより、処理対象水に含まれる基質をスカムとして浮上分離させることができるため、浄水処理や排水処理等の様々な用途において、環境問題の観点からも好適に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかるオゾン水処理装置の全体構成説明図である。
【図２】オゾン水処理装置が備える各機器の配置を示す正面図である。
【図３】同平面図である。
【図４】二相流気液混合ポンプおよび気液接触管の正面図である。
【図５】気液接触管の内部構造を示す構成説明図である。
【図６】ラジカル反応槽の内部構造を示す構成説明図である。
【図７】スカム浮上槽の内部構造を示す構成説明図である。
【図８】脱水機の内部構造を示す構成説明図である。
【図９】濾過フィルターの断面説明図である。
【符号の説明】
１オゾン水処理装置
２オゾン発生機
３二相流気液混合ポンプ
４気液接触管（気液接触塔）
５ラジカル反応槽（オゾン反応槽）
６スカム浮上槽
７脱水機
８排オゾン塔
９運転コントローラ

Claims

処理対象水およびオゾン含有ガスが供給され、前記処理対象水にオゾン含有気泡を混入して大気圧以上の吐出圧で吐出する二相流気液混合ポンプと、
前記二相流気液混合ポンプから吐出される前記処理対象水が導入され、前記吐出圧を維持したまま、導入された前記処理対象水中に混入されている前記オゾン含有気泡を微細化する気液接触管と、
前記気液接触管を通過した前記処理対象水が導入され、前記吐出圧を維持したまま、導入された前記処理対象水を所定時間だけ滞留させることにより、前記オゾン含有ガスを前記処理対象水中に溶存させるとともに、前記オゾン含有ガスに含まれるオゾンをヒドロキシラジカルに変化させるラジカル反応槽と、
を備えたことを特徴とするオゾン水処理装置。
前記二相流気液混合ポンプは、ポンプケーシングと、前記ポンプケーシング内に前記処理対象水を導入する処理対象水供給口と、前記ポンプケーシング内に前記オゾン含有ガスを導入するオゾン含有ガス供給口と、前記ポンプケーシング内に設けられたインペラと、前記インペラを回転駆動する回転駆動手段と、を備え、前記インペラは、前記処理対象水供給口および前記オゾン含有ガス供給口を負圧にして前記処理対象水および前記オゾン含有ガスをポンプケーシング内に吸い込んで混合するとともに、吸い込まれたオゾン含有ガスからなる粗大気泡を前記オゾン含有気泡に破砕して前記処理対象水を混濁化するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のオゾン水処理装置。
前記二相流気液混合ポンプは、大気圧下における体積比で、前記処理対象水に対して５％以上の前記オゾン含有ガスをオゾン含有気泡として混入することを特徴とする請求項１または２に記載のオゾン水処理装置。
前記二相流気液混合ポンプの吐出圧は、０．２ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のオゾン水処理装置。
前記気液接触管における処理対象水の滞留時間は、１秒以上、３秒以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のオゾン水処理装置。
前記気液接触管は、処理対象水の流れ方向についての流路長が６００ｍｍ以上、１８００ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のオゾン水処理装置。
前記ラジカル反応槽における前記処理対象水の滞留時間は、２分以上、５分以下であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のオゾン水処理装置。
前記ラジカル反応槽内の圧力を検出する圧力検出手段と、検出された前記ラジカル反応槽内の圧力に応じて前記二相流気液混合ポンプの駆動を制御するポンプ駆動制御手段を備えたことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のオゾン水処理装置。
前記ラジカル反応槽において前記処理対象水から分離したオゾンガスを収集して前記二相流気液混合ポンプに再供給する循環経路を備えたことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のオゾン水処理装置。
前記ラジカル反応槽を通過した前記処理対象水が導入され、前記処理対象水中に含有される基質を前記処理対象水中に溶存した前記ヒドロキシラジカルによって酸化し、凝集させるとともに、導入された前記処理対象水を減圧することにより、前記処理対象水中に溶存している前記オゾン含有ガスを気泡化し、凝集した前記基質をスカムとして浮上させるスカム浮上槽を備えたことを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載のオゾン水処理装置。
前記スカム浮上槽は、導入された前記処理対象水を大気圧に減圧することを特徴とする請求項１０に記載のオゾン水処理装置。
前記スカム浮上槽における前記処理対象水の滞留時間が３０分以上、６０分以下であることを特徴とする請求項１０または１１に記載のオゾン水処理装置。
前記スカム浮上槽において前記処理対象水から分離したオゾンガスを収集して前記二相流気液混合ポンプに再供給する循環経路を備えたことを特徴とする請求項１０〜１２のいずれかに記載のオゾン水処理装置。
前記スカム浮上槽における酸化電位を検出する酸化電位検出手段と、
検出された酸化電位に応じて前記二相流気液混合ポンプにおけるオゾンの混合率を制御するオゾン混入率制御手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１０〜１３のいずれかに記載のオゾン水処理装置。
前記スカム浮上槽において浮上した前記スカムを収集するスカム収集部を備えたことを特徴とする請求項１０〜１４のいずれかに記載のオゾン水処理装置。
前記スカム収集部により収集されたスカムを脱水する脱水処理部を備えたことを特徴とする請求項１５に記載のオゾン水処理装置。