JP2005144352A - High-speed ozone catalytic reaction apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、上下水道、し尿、産業排水、農畜産排水、河川水、湖沼水や、ゴミ埋立地浸出水等の排水中に含まれる着色や臭気等の原因となる有機物、ダイオキシン類あるいは環境ホルモン等の有害有機物を高効率に除去する処理方法として有用な、オゾン接触反応装置に関するものである。 The present invention relates to organic substances, dioxins, or environmental hormones that cause coloring or odor contained in water and sewage, human waste, industrial wastewater, agricultural and livestock wastewater, river water, lake water, waste landfill leachate, etc. The present invention relates to an ozone contact reaction apparatus useful as a treatment method for removing harmful organic substances such as those with high efficiency.
処理原水中の汚濁負荷の原因となる有機成分の処理には、オゾンの利用による酸化分解処理が行われており、一般には被処理水中にオゾン含有ガスを吹き込んで処理を行っている。
また、産業排水やゴミ埋立地浸出水等に含まれるダイオキシン類を含む環境ホルモン物質等の難分解性有機物に対する効果的な除去処理方式として、オゾンと触媒、紫外線、あるいは過酸化水素を併用する促進酸化処理が普及しつつある。これはオゾンよりもさらに強力な酸化力をもつ活性ラジカル種を利用するもので、ヒドロキシラジカルが代表的なラジカル種として挙げられる。
金属酸化触媒にはMnO2が多く採用されており、その一例として、反応塔の内部に固定したMnO2担持セラミックス充填層の下方からオゾン含有ガスを散気しつつ、上方から処理原水を供給し、MnO2担持セラミックス充填層を通過させてオゾンと接触・反応させる。この後、反応塔の底部から処理水を取り出すといった装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
また、オゾン含有ガスや被処理水と接触する表面積をできるだけ大きくしつつ、触媒の目詰まりをなくすために、MnO2担持セラミックス充填層の形状を櫛歯状や蓮根状に加工する等の工夫がなされているものもある(例えば、特許文献2参照)。
なお、ヒドロキシラジカルはオゾンが金属酸化触媒との接触時に分解する過程で生じるものであり、水中のオゾン濃度が高いほどヒドロキシラジカルの生成量が多いことが知られている。このため、水中のオゾン濃度を高めることは、促進酸化処理を行う上で重要な課題となっている。
In addition, as an effective removal treatment method for persistent organic substances such as environmental hormone substances including dioxins contained in industrial wastewater and landfill leachate, promotion of combined use of ozone and catalyst, ultraviolet rays or hydrogen peroxide Oxidation treatment is becoming widespread. This uses an active radical species having a stronger oxidizing power than ozone, and a hydroxyl radical is a typical radical species.
MnO 2 is often used as the metal oxidation catalyst, and as an example, raw material water is supplied from above while the ozone-containing gas is diffused from below the MnO 2 supported ceramic packed bed fixed inside the reaction tower. Then, it is passed through the MnO 2 -supported ceramic packed layer and contacted and reacted with ozone. Thereafter, an apparatus has been proposed in which treated water is taken out from the bottom of the reaction tower (see, for example, Patent Document 1).
In addition, in order to eliminate the clogging of the catalyst while making the surface area in contact with the ozone-containing gas and the water to be treated as large as possible, there are some ideas such as processing the shape of the MnO 2 supported ceramic packed layer into a comb-like shape or a lotus root Some have been made (see, for example, Patent Document 2).
It is known that hydroxy radicals are generated in the process of ozone decomposing at the time of contact with a metal oxidation catalyst, and the amount of hydroxy radicals generated is higher as the ozone concentration in water is higher. For this reason, raising the ozone concentration in water has become an important issue in performing accelerated oxidation treatment.
ところが、上記従来のオゾン含有ガスを反応塔内に散気してMnO2担持セラミックス充填層で被処理水と接触させる処理方式では次のような問題がある。
このような反応塔は、オゾンを水中に効率良く溶解するために、4〜6m程度の水深をとって接触時間を確保しており、通常、オゾン反応時間は10分以上に設定されている。さらに、MnO2担持セラミックス充填層を固定するためのスペースが必要となるため大型の構造体となっている場合が多い。
また、このような反応塔では、オゾンの溶解に比較的長い時間を要するため、オゾンの消費や自己分解による減衰の影響を受け、触媒接触時に高い水中オゾン濃度を得ることが困難である。このため、ヒドロキシラジカルの生成効率が必ずしも良好ではなく、高い反応効率が得られない。このような状況から、触媒接触時の水中オゾン濃度およびヒドロキシラジカルの生成能を高め、処理効率を向上するためには、大量のオゾンを添加しなければならないといった課題がある。
また、触媒の劣化や損耗の際には、反応塔を開封して触媒充填層を全量新品と交換する必要があるため、交換に要するコストや作業性等、メンテナンス上の問題が懸念される。
そこで、本発明は、小型で反応効率が高く、メンテナンスが容易なオゾン接触反応装置を提供することを目的とする。
However, the conventional treatment method in which the conventional ozone-containing gas is diffused into the reaction tower and brought into contact with the water to be treated in the MnO 2 -supported ceramic packed bed has the following problems.
Such a reaction tower secures a contact time by taking a water depth of about 4 to 6 m in order to efficiently dissolve ozone in water, and the ozone reaction time is usually set to 10 minutes or more. Furthermore, since a space for fixing the MnO 2 -supporting ceramic packed layer is required, the structure is often a large structure.
Further, in such a reaction tower, since it takes a relatively long time to dissolve ozone, it is difficult to obtain a high ozone concentration in water when contacting the catalyst due to the influence of ozone consumption and attenuation due to self-decomposition. For this reason, the production | generation efficiency of a hydroxyl radical is not necessarily favorable, and high reaction efficiency is not obtained. From such a situation, there is a problem that a large amount of ozone must be added in order to increase the ozone concentration in water and the ability to generate hydroxy radicals when contacting the catalyst and to improve the treatment efficiency.
Further, when the catalyst is deteriorated or worn out, it is necessary to open the reaction tower and replace the entire catalyst packed bed with a new one. Therefore, there are concerns about maintenance problems such as cost and workability required for replacement.
Accordingly, an object of the present invention is to provide an ozone contact reaction apparatus that is small in size, has high reaction efficiency, and is easy to maintain.
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したものである。
請求項1に記載の高速オゾン接触反応装置は、被処理水通水管の中途部に配設して被処理水中にオゾン含有ガスを吸引・注入する機構を有するエゼクタと、その後段の管内部に金属酸化物触媒を担持した無機素材からなるエレメントを配列または充填してなるミキサーとからなるものである。
請求項2に記載の高速オゾン接触反応装置は、前記エレメントを電動手段により回転または振動させるものである。
請求項3に記載の高速オゾン接触反応装置は、前記エレメントの形状を、翼状、三次元網目状、スパイラル状、リング状、粒状、ペレット状のいずれかとし、単一または複数の形状のものを同一サイズあるいは大小組み合わせて配列または充填するものである。
請求項4に記載の高速オゾン接触反応装置は、前記エレメントの表面状態を多孔質または粗面に形成するものである。
In order to solve the above problems, the present invention is configured as follows.
The high-speed ozone contact reaction apparatus according to
The high-speed ozone contact reaction apparatus according to claim 2 rotates or vibrates the element by electric means.
The high-speed ozone contact reaction apparatus according to
The high-speed ozone contact reaction apparatus according to
請求項1に記載の発明によると、通水管の中途部に設けたエゼクタと、その後段の管内部に金属酸化物触媒を担持した無機素材からなるエレメントを配列または充填したミキサーとを設けたので、通常の配管の取りまわしと同様にスペースを取らず、コンパクトであると同時に滞留部分のない均一な押し出し流れとなる。また、ミキサーによりオゾンと被処理水の混合・攪拌効率が良好となるので反応効率がより向上するとともに装置全体の大幅な小型化ができる。また、メンテナンス時は配管からミキサー部分だけを取り外して新品と交換することが可能であるため、交換作業が容易になる。
請求項2に記載の発明によると、エレメントを電動手段によって回転や振動させるので、せん断あるいは攪拌されたオゾン含有ガスは微細な気泡となり、接触面積が増大して反応効率がさらに向上する。
請求項3に記載の発明によると、エレメントの形状を特定したので、被処理水の所要流速、水質等に応じて最適な混合・攪拌構造を選択することができ、かつ反応効率の向上に寄与することができる。
請求項4に記載の発明によると、エレメントの表面を多孔質または粗面にしているので、金属酸化物触媒がエレメントの無機基材から磨耗や剥離等により減少することを防止できるとともに、接触面積の増大による反応効率の向上にもつながる。
According to the first aspect of the present invention, the ejector provided in the middle part of the water pipe and the mixer in which the elements made of the inorganic material carrying the metal oxide catalyst are arranged or filled in the subsequent pipe are provided. As with normal piping, it does not take up space and is compact and at the same time has a uniform extrusion flow with no stagnation. Further, the mixing and stirring efficiency of ozone and water to be treated is improved by the mixer, so that the reaction efficiency is further improved and the entire apparatus can be greatly reduced in size. Further, at the time of maintenance, it is possible to remove only the mixer portion from the pipe and replace it with a new one, so that the replacement work becomes easy.
According to the second aspect of the present invention, since the element is rotated or vibrated by the electric means, the sheared or stirred ozone-containing gas becomes fine bubbles, the contact area is increased, and the reaction efficiency is further improved.
According to the invention described in
According to the invention described in
以下、本発明の実施形態を図に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施例1を示す高速オゾン接触反応装置の側断面図である。図において、1はエゼクタ、2は被処理水、3はオゾン含有ガス、4はミキサー、5は処理水である。本オゾン接触反応装置は、ミキサー4を通水管の中途部に配管の一部として配設したものである。ミキサー4の構造は、図2に示すように翼状のエレメント41と管体42とからなる。図2(a)は図1のA−A‘線における正断面図、図2(b)は側断面図である。エレメント41は、図3に拡大断面を示すように、セラミックス他の無機材からなる基材41aと、その表面に担持した触媒41bからなっている。触媒41bは、MnO2の金属酸化物を焼成または蒸着等により設けている。
FIG. 1 is a side sectional view of a high-speed ozone contact reaction apparatus showing Example 1 of the present invention. In the figure, 1 is an ejector, 2 is water to be treated, 3 is an ozone-containing gas, 4 is a mixer, and 5 is treated water. This ozone contact reaction apparatus is provided as a part of piping in the middle part of the
つぎに、動作について説明する。
有害有機物を含む被処理水2がエゼクタ1に導入されると、オゾン含有ガス3が内部に吸引されて被処理水2と混合される。この段階においてほぼ気液平衡に達した濃度のオゾン水が得られる。なお、オゾンの添加量はCODや色度等の除去対象物の水質に応じて最適な条件を設定することができる。
気液混合流体はエゼクタ1を通過後、ミキサー4の内部に配送される。ここで、被処理水2は、翼状に形成したエレメント41により、気液混合流体を効率良く混合・攪拌あるいはせん断される。そして、オゾン水とエレメント41表面の金属酸化物の触媒41bとの接触によりヒドロキシラジカルが発現して有機物の分解反応に寄与する。また、触媒41bは有機物による還元反応およびオゾンによる再生反応を繰り返すといった反応メカニズムにより連続的に有害有機物の除去が進行する。浄化された処理水7は後段で気液分離や排ガス処理等が行われた後、放流あるいは再生水として各種用途に利用される。
本実施例によれば次のような効果が得られる。
エゼクタは通水管の一部として配設することができ、管の中途部からオゾンを注入して瞬時に被処理水中に溶解するため、オゾンの消費や自己分解によるオゾン濃度の減衰の影響を受けにくく、高濃度のオゾン水を生成することができる。またその直後に配設したミキサーもエゼクタと同様にインライン中に配設することができコンパクトな構造となっている。
このような元来ラインミキサーの持つガスを細かい気泡に分散させて接触界面積を増加させる作用により、オゾンの溶解効率を高める効果に加え、エレメントの金属酸化触媒面において被処理水および水中に溶解したオゾンとの接触によりヒドロキシラジカルが生成して、反応が強力に促進される。
この結果、接触反応装置がコンパクトになるばかりでなく、オゾン添加量を減少することが可能となり、装置全体が小型化するに伴い、コストの軽減が実現できる。
また、被処理水の汚濁の程度、処理条件、処理の規模に応じて、任意のエレメントが配備されたミキサーを複数台連結することもできる。さらには切換弁を設けて複数方向に分岐することが容易に実現できるため、触媒やミキサーの劣化や損耗時も装置を停止させることなく容易に交換することができる。
さらに、残留オゾンガスとの接触面積を増大させるようにエレメントの形状を構成すれば、残留オゾンガスも金属触媒と接触して低濃度化されるため、排出ガス中のオゾンの分解処理が容易になる。
なお、被処理物は水等の液体のみではなく、汚染ガスや汚染ガスと水蒸気を混合した流体においても同様の処理が可能である。
なお、本実施例ではエレメント41として、翼状のものを用いたが、図4に示すような三次元網目状のものを用いてもよい。さらに、触媒41bの金属酸化物としては、マンガンのみではなく、チタン、鉄、コバルト、ニッケル、セリウム、タングステン、銅、銀、金、白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウムおよびイリジウムの中から選ばれた少なくとも一つを選んでも良い。
Next, the operation will be described.
When the water to be treated 2 containing harmful organic substances is introduced into the
The gas-liquid mixed fluid is delivered into the
According to the present embodiment, the following effects can be obtained.
The ejector can be installed as a part of the water pipe, and since ozone is injected from the middle of the pipe and instantly dissolves in the treated water, it is affected by ozone consumption and ozone concentration attenuation due to self-decomposition. It is difficult to produce high-concentration ozone water. Also, the mixer disposed immediately after that can be disposed in-line like the ejector, and has a compact structure.
In addition to the effect of increasing ozone contact efficiency by dispersing the gas of the original line mixer into fine bubbles to increase the contact interface area, it dissolves in the water to be treated and water on the metal oxidation catalyst surface of the element. Hydroxy radicals are generated by contact with the ozone, and the reaction is strongly promoted.
As a result, not only the catalytic reaction apparatus becomes compact, but also the amount of ozone added can be reduced, and the cost can be reduced as the whole apparatus is downsized.
Further, a plurality of mixers provided with arbitrary elements can be connected in accordance with the degree of contamination of the water to be treated, the treatment conditions, and the scale of treatment. Furthermore, since it is possible to easily provide a switching valve to branch in a plurality of directions, it is possible to easily replace the catalyst and the mixer without stopping them even when the catalyst or the mixer is deteriorated or worn out.
Furthermore, if the shape of the element is configured so as to increase the contact area with the residual ozone gas, the residual ozone gas is also brought into contact with the metal catalyst to be reduced in concentration, so that the ozone in the exhaust gas can be easily decomposed.
Note that the object to be treated is not limited to liquids such as water, but the same treatment can be performed on a contaminated gas or a fluid obtained by mixing a contaminated gas and water vapor.
In this embodiment, a wing-shaped
図5は、本発明の実施例2を示す高速オゾン接触反応装置の概略図で、(a)は側断面図、(b)はB−B‘線における正断面図である。図において、6は電動機、7は回転軸である。実施例1と同じ部分は説明を省略する。実施例1と異なるのは、翼状のエレメント41を電動機6の回転軸7に取り付けて、高速で回転するようにした点である。
本実施例の動作は実施例1と同様であるが、エレメント41を500rpm以上の高速で回転させることにより、被処理水2とオゾンの混合・攪拌効率が向上し、反応効率をさらに向上させることが可能である。また、エゼクタ1と実施例1におけるミキサー4の組み合わせによる混合・攪拌・せん断性能は水の流速に依存するが、水量の低下等によりこれらの性能を充分に満たすための流速が確保できない場合においても、安定した性能を得ることができる。本実施例の他の効果は、実施例1と同じである。
5A and 5B are schematic views of a high-speed ozone catalytic reactor showing Example 2 of the present invention, where FIG. 5A is a side sectional view and FIG. 5B is a front sectional view taken along line BB ′. In the figure, 6 is an electric motor and 7 is a rotating shaft. Description of the same parts as those in the first embodiment is omitted. The difference from the first embodiment is that a wing-
The operation of this embodiment is the same as that of
図6は、本発明の実施例3を示す高速オゾン接触反応装置の側断面図である。
本実施例は、実施例1とエレメント41の形状は同じであるが、管体42の径がエゼクタ1の径より大きくしたものである。被処理水の水質やエレメントの形状あるいは特性等に応じて実施例1のエレメント41の外径を単に大きくしてもよいし、形状の異なったエレメントを組み合せてもよい。これによりオゾン処理の効率がさらに高くなる効果がある。本実施例の他の効果は、実施例1と同じである。
なお、本実施形態では、エレメントとして、翼状のものおよび三次元網目状のものを用いたが、これに限らず、スパイラル状、リング状、粒状、ペレット状などのものを単独または組み合せて用いてもよい。
FIG. 6 is a side cross-sectional view of a high-speed ozone catalytic reactor showing Example 3 of the present invention.
In the present embodiment, the shape of the
In this embodiment, the wing-shaped element and the three-dimensional mesh-shaped element are used as the element. However, the element is not limited to this, and elements such as a spiral shape, a ring shape, a granular shape, and a pellet shape may be used alone or in combination. Also good.
本発明の高速オゾン接触反応装置は、被処理物として水等の液体のみではなく、汚染ガスや汚染ガスと水蒸気を混合した流体においても同様の処理が可能である。 The high-speed ozone contact reaction apparatus of the present invention can perform the same treatment not only on a liquid such as water as an object to be treated but also on a contaminated gas or a fluid in which a contaminated gas and water vapor are mixed.
1 エゼクタ
2 被処理水
3 オゾン含有ガス
4 ミキサー
41 エレメント
41a 基材(セラミックス)
41b 触媒(金属酸化物)
42 管体
5 処理水
6 電動機
7 回転軸
DESCRIPTION OF
41b Catalyst (metal oxide)
42 Tube 5 Treated water 6 Electric motor 7 Rotating shaft
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