JP2009112953A

JP2009112953A - 水処理方法及び水処理装置

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Publication number: JP2009112953A
Application number: JP2007289397A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Kamata; 博之鎌田
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2007-11-07
Filing date: 2007-11-07
Publication date: 2009-05-28

Abstract

【課題】有機物の酸化分解効率を高めることができ、オゾンが未反応のまま気体として大気中に放出されてしまうのを極力少なく抑え得る水処理方法及び水処理装置を提供する。
【解決手段】有機物を含む排水を浄化する水処理装置であって、有機物を含む水中に気泡径２０μｍ未満のオゾンの微細気泡Ｂを生じさせる気泡発生器１０と、オゾンの微細気泡Ｂを含む排水が接触流通することでその排水に含まれる有機物を分解する酸化触媒５を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、排水に含まれる有機物を分解除去してこの排水を浄化するのに用いられる水処理方法及び水処理装置に関するものである。

従来において、水の浄化処理方法、例えば、有機物を含む排水の浄化処理方法には、大別して次亜塩素酸（ＮａＣｌＯ）や過酸化水素水（Ｈ_２Ｏ_２）を酸化剤として排水中に吹き込んで有機物を酸化分解する化学的処理方法と、活性炭を吸着剤として用いて排水中の有機物を吸着する物理的処理方法とがある。
前者の化学的処理方法では、酸化剤を過剰に使用すると、処理後の排水中に酸化剤が残留してしまい、この残留した酸化剤の処理が必要であるのに加えて、酸化剤が大気中に放出された場合に危険物質になり兼ねないという問題がある。

一方、後者の物理的処理方法では、安価であるとは言えない吸着剤としての活性炭の定期的な交換が必要であり、ランニングコストが高くついてしまうという問題があるうえ、活性炭では吸着できない有機物が排水中に含まれていた場合には、未吸着の有機物が環境中に排出されてしまうという問題がある。
このように、従来の水処理方法では、いずれの場合も処理のレベルが高いとは言い難く、近年において、環境や安全に対するリスク管理が高まるなか、有機物を含む排水処理（水処理）の高レベル化が求められている。

この水処理の高レベル化を図るべく提案されたものとして、高い酸化作用や殺菌作用や脱臭作用を有するオゾン（Ｏ_３）を用いて水中の有機物を処理する方法があり、例えば、
排水にオゾンガスを吹き込みながら紫外線を照射して、排水を連続的に浄化処理する水処理方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
また、これと同じくオゾンの高い酸化作用を用いて水中の有機物を処理する方法として、オゾンガスの吹き込みに加えて触媒層を設置することで、有機物の酸化を促進させる方法（例えば、特許文献２参照）や、オゾン含有ガスと排水とを向流接触させることで、有機物の分解効率を上げる方法（例えば、特許文献３参照）が提案されている。
特開昭58-104693号特開2000-157986号特開平6-114387号

しかしながら、上記した従来の水処理方法において、有機物の酸化分解効率を高くするために、いずれも多量のオゾンを水中に吹き込むようにしているので、オゾンが未反応のまま気体として大気中に放出されてしまう虞を有しているという問題があり、この問題を解決することが従来の課題となっていた。
本発明は、上述した従来の課題に着目してなされたもので、例えば、排水に含まれる有機物を分解除去してこの排水を浄化するに際して、有機物の酸化分解効率を高めることができるのは勿論のこと、使用するオゾンが未反応のまま気体として大気中に放出されてしまうのを極力少なく抑えることが可能である水処理方法及び水処理装置を提供することを目的としている。

ここで、図５に示す純水中における微細気泡のサイズと上昇速度との関係を表すグラフからも判るように、気泡径が２０μm未満の微細な気泡は非常に安定であり、上昇速度が２００μm／ｓ以下となって、長時間滞留することができるので、十分に酸化反応が期待できる。このことから、本発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、オゾンを含むガス（空気）をナノバブル化して水中に含ませることで、未反応のまま大気中に放出されてしまうのを抑え得ることを見出した。

すなわち、本発明の請求項１に係る発明は、有機物を含む水を浄化する水処理方法であって、前記有機物を含む水中に気泡径２０μｍ未満のオゾンの微細気泡を生じさせた後、
前記オゾンの微細気泡を含む水を酸化触媒に接触流通させて前記有機物を分解する構成としたことを特徴としており、この水処理方法の構成を前述の従来の課題を解決するための手段としている。

また、本発明の請求項２に係る水処理方法では、前記酸化触媒に接触流通した水を逆流させて、再び前記酸化触媒に接触流通させる構成としている。
さらに、本発明の請求項３に係る水処理方法では、前記酸化触媒に、これとは別の酸化触媒を直列に接続し、これら二つの酸化触媒のうちの一方の酸化触媒から他方の酸化触媒にかけて前記オゾンの微細気泡を含む水を順次接触流通させる構成としている。

さらにまた、本発明の請求項４に係る水処理方法では、前記酸化触媒に、これとは別の酸化触媒を直列に接続し、これら二つの酸化触媒のうちの一方の酸化触媒から他方の酸化触媒にかけて前記オゾンの微細気泡を含む水を順次接触流通させる処理と、前記二つの酸化触媒のうちの他方の酸化触媒から一方の酸化触媒にかけて前記オゾンの微細気泡を含む水を順次接触流通させる処理とを適宜選択して行う構成としている。

一方、本発明の請求項５に係る発明は、有機物を含む水を浄化する水処理装置であって、前記有機物を含む水中に気泡径２０μｍ未満のオゾンの微細気泡を生じさせる気泡発生器と、前記オゾンの微細気泡を含む水が接触流通することでその水に含まれる有機物を分解する酸化触媒を備えている構成としている。
また、本発明の請求項６に係る水処理装置では、前記酸化触媒に接触流通した水を逆流させて、再び前記酸化触媒に接触流通させる戻し機構を備えている構成としている。

さらに、本発明の請求項７に係る水処理装置では、前記酸化触媒に、これとは別の酸化触媒を直列に接続した構成としている。
さらにまた、本発明の請求項８に係る水処理装置では、前記酸化触媒に、これとは別の酸化触媒を直列に接続し、これら二つの酸化触媒のうちの一方の酸化触媒から他方の酸化触媒にかけて前記オゾンの微細気泡を含む水を順次接触流通させる一方の処理流路と、前記二つの酸化触媒のうちの他方の酸化触媒から一方の酸化触媒にかけて前記オゾンの微細気泡を含む水を順次接触流通させる他方の処理流路とを切り替える切替バルブを設けた構成としている。

本発明に係る水処理方法及び水処理装置において、酸化触媒としては例えば白金を用いることができ、圧損の小さいハニカム型の触媒を用いることが望ましい。

本発明の請求項１に係る水処理方法及び請求項５に係る水処理装置では、水の中に微細な気泡のオゾンを生じさせるようにしているので、通常のオゾンガスを水中に吹き込んだ場合に比べて、オゾンの持つ高酸化力を安定して維持することが可能である。
また、オゾンが未反応のまま気体として大気中に放出されるのを極力少なく抑えることができるため、水中の有機物の酸化効率を向上させることができる。

さらに、オゾンを微細な気泡としているので、水の中のオゾン量が増え、これに伴って、オゾンの表面積が増加して酸化触媒との接触面積が大きくなり、その結果、有機物の酸化効率のより一層の向上を実現することが可能である。
本発明の請求項２に係る水処理方法及び請求項６に係る水処理装置では、上記した構成としていることから、酸化触媒を通過した未反応のオゾンの微細な気泡を用いて、酸化触媒の表面に徐々に付着した有機物のスケールを除去することができ、その結果、酸化触媒を長期間使用することができることとなって、処理コストの低減を実現することが可能である。

本発明の請求項３に係る水処理方法及び請求項７に係る水処理装置では、二つの酸化触媒のうちの一方の酸化触媒から他方の酸化触媒にかけてオゾンの微細気泡を含む水を順次接触流通させることで、水中に残留した未反応のオゾンを消滅させることができる。
本発明の請求項４に係る水処理方法及び請求項８に係る水処理装置では、上記した構成としたから、一方の酸化触媒からの処理及び他方の酸化触媒からの処理の二つの処理を交互に行うように成すことで、酸化触媒の表面に付着した有機物のスケールを分解することができると共に、水中に残留した未反応のオゾンを消滅させることができる。

以下、本発明に係る水処理方法及び水処理装置を図面に基づいて説明する。
図１及び図２は、本発明に係る水処理装置の一実施形態を示しており、図１に示すように、この水処理装置１は、有機物を含む排水を高圧で導く配管２上に配置されて排水中に気泡径１μｍ未満のオゾンの微細気泡を生じさせる気泡発生器１０と、この気泡発生器１０と配管３を介して連通する触媒容器４を備えており、触媒容器４には、配管３を介して導入されるオゾンの微細気泡を含む排水が接触流通することでその有機物を分解する酸化触媒５が収容してある。

この場合、気泡発生器１０は、図２に概略的に示すように、円筒状本体１１を有しており、この円筒状本体１１の一端（図示左端）にガス管６を接続していると共に、他端（図示右端）を気泡放出口１１ａとして形成していて、円筒状本体１１の外周面に配管２を接線方向（周方向）に接続している。
この気泡発生器１０の円筒状本体１１に、ガス管６を介してオゾンガスが軸線方向に供給されると、供給されたオゾンガスはその勢いによって、排水で満たされた円筒状本体１１内に略柱状のガス柱Ｇを形成する。

一方、この状態において円筒状本体１１に、配管２を介して高圧の排水が接線方向に供給されると、排水はガス柱Ｇの回りに旋回流Ｇｒを生成する。
そして、この旋回流Ｇｒによってガス柱Ｇの先端が細かく分断されて微細な気泡Ｂが発生し、この発生した微細な気泡Ｂは、気泡放出口１１ａを通じて排水とともに円筒状本体１１から放出される。

つまり、この気泡発生器１０では、図示しないオゾンガス供給源からのオゾンガス及び高圧の排水を用いて、気泡径が２０μm未満の気泡Ｂを発生させて触媒容器４に供給するようになっている。
上記した水処理装置１を用いて、排水を浄化するに際しては、まず、気泡発生器１０の円筒状本体１１に、配管２を介して高圧の排水を接線方向に導入すると同時に、気泡発生器１０の円筒状本体１１に、配管６を介してオゾンガス供給源からのオゾンガスを軸線方向に供給すると、供給されたオゾンガスはその勢いによって、排水で満たされた円筒状本体１１内に略柱状のガス柱Ｇを形成し、これに伴って、排水はガス柱Ｇの回りに旋回流Ｇｒを生成する。
このようにして生じた旋回流Ｇｒによって、ガス柱Ｇの先端が細かく分断されて微細な気泡Ｂが発生し、この発生した微細な気泡Ｂが気泡放出口１１ａ及び配管３を介して排水とともに円筒状本体１１から排出され、これにより、気泡径が２０μm未満の気泡Ｂが触媒容器４に供給されることとなる。

次いで、このようにして微細な気泡Ｂが供給されている触媒容器４内において、オゾンの微細気泡Ｂを含む排水が酸化触媒５に接触流通すると、有機物が分解除去され、浄化された排水は、配管７を通して排水されることとなる。
この実施形態の水処理装置１では、排水の中に微細な気泡Ｂのオゾンを生じさせるようにしているので、通常のオゾンガスを水中に吹き込んだ場合に比べて、オゾンの持つ高酸化力を安定して維持することが可能である。

また、この実施形態の水処理装置１では、オゾンが未反応のまま気体として大気中に放出されるのを極力少なく抑えることができるため、排水中の有機物の酸化効率を向上させることができる。
さらに、この実施形態の水処理装置１では、オゾンを微細な気泡Ｂとしているので、排水中のオゾン量が増え、これに伴って、オゾンの表面積が増加して酸化触媒５との接触面積が大きくなり、その結果、有機物の酸化効率のより一層の向上を実現することが可能である。

上記した実施形態の水処理装置１では、有機物を分解除去した後の排水を配管７を通して排水するようにしているが、図１に仮想線で示すように、有機物を分解除去した後の排水を一旦蓄える貯水槽２１と、この貯水槽２１内の排水を再び触媒容器４に戻して酸化触媒５に接触流通させるポンプ２２を具備した戻し機構２０を設けた構成としてもよく、この場合には、酸化触媒５を通過した未反応のオゾンの微細な気泡Ｂを用いることで、酸化触媒５の表面に徐々に付着した有機物のスケールを除去することができ、その結果、酸化触媒５を長期間使用することができることとなって、処理コストの低減を実現することが可能である。

図３は、本発明に係る水処理装置の他の実施形態を示しており、図３に示すように、この水処理装置１が、先の実施形態の水処理装置１と相違するところは、酸化触媒５を収容した触媒容器４に、これとは別の酸化触媒３５を収容した触媒容器３４を直列に接続した点にあり、他の構成は先の実施形態の水処理装置１と同じである。
この実施形態の水処理装置１では、二つの酸化触媒５，３５のうちの一方の酸化触媒５から他方の酸化触媒３５にかけてオゾンの微細気泡Ｂを含む排水を順次接触流通させることで、排水中に残留した未反応のオゾンを消滅させることができる。

図４は、本発明に係る水処理装置のさらに他の実施形態を示しており、図４に示すように、この水処理装置１では、酸化触媒５を収容した触媒容器４に、これとは別の酸化触媒４５を収容した触媒容器４４を直列に接続し、これら二つの酸化触媒５，４５のうちの一方の酸化触媒５から他方の酸化触媒４５にかけてオゾンの微細気泡Ｂを含む排水を順次接触流通させる実線で示す一方の処理流路４２と、二つの酸化触媒５，４５のうちの他方の酸化触媒４５から一方の酸化触媒５にかけてオゾンの微細気泡Ｂを含む排水を順次接触流通させる破線で示す他方の処理流路４３とを切り替える切替バルブ４６を設けた構成としている。

この実施形態の水処理装置１では、一方の処理流路４２と他方の処理流路４３とを切替バルブ４６の操作により切り替えて、一方の酸化触媒５からの処理及び他方の酸化触媒４５からの処理の二つの処理を交互に行うように成すことで、酸化触媒５，４５の各表面に付着した有機物のスケールを分解することができると共に、排水中に残留した未反応のオゾンを消滅させることができる。

なお、上記した実施態様では、気泡発生器１０が旋回流式である場合を示したが、撹拌式であってもよい。

本発明に係る水処理装置の一実施形態を簡略的に示す構成説明図である。図１に示した水処理装置の気泡発生器を簡略的に示す断面説明図（ａ）及び側面説明図（ｂ）である。本発明に係る水処理装置の他の実施形態を簡略的に示す構成説明図である。本発明に係る水処理装置のさらに他の実施形態を簡略的に示す構成説明図である。純水中における微細気泡のサイズと上昇速度との関係を示すグラフである。

符号の説明

１水処理装置
５酸化触媒（一方の酸化触媒）
１０気泡発生器
２０戻し機構
３５，４５酸化触媒（他方の酸化触媒）
４２一方の処理流路
４３他方の処理流路
４６切替バルブ
Ｂ微細な気泡

Claims

有機物を含む水を浄化する水処理方法であって、
前記有機物を含む水中に気泡径２０μｍ未満のオゾンの微細気泡を生じさせた後、
前記オゾンの微細気泡を含む水を酸化触媒に接触流通させて前記有機物を分解する
ことを特徴とする水処理方法。
前記酸化触媒に接触流通した水を逆流させて、再び前記酸化触媒に接触流通させる請求項１に記載の水処理方法。
前記酸化触媒に、これとは別の酸化触媒を直列に接続し、これら二つの酸化触媒のうちの一方の酸化触媒から他方の酸化触媒にかけて前記オゾンの微細気泡を含む水を順次接触流通させる請求項１に記載の水処理方法。
前記酸化触媒に、これとは別の酸化触媒を直列に接続し、これら二つの酸化触媒のうちの一方の酸化触媒から他方の酸化触媒にかけて前記オゾンの微細気泡を含む水を順次接触流通させる処理と、前記二つの酸化触媒のうちの他方の酸化触媒から一方の酸化触媒にかけて前記オゾンの微細気泡を含む水を順次接触流通させる処理とを適宜選択して行う請求項１に記載の水処理方法。
有機物を含む水を浄化する水処理装置であって、
前記有機物を含む水中に気泡径２０μｍ未満のオゾンの微細気泡を生じさせる気泡発生器と、
前記オゾンの微細気泡を含む水が接触流通することでその水に含まれる有機物を分解する酸化触媒を備えている
ことを特徴とする水処理装置。
前記酸化触媒に接触流通した水を逆流させて、再び前記酸化触媒に接触流通させる戻し機構を備えている請求項５に記載の水処理装置。
前記酸化触媒に、これとは別の酸化触媒を直列に接続した請求項５に記載の水処理装置。
前記酸化触媒に、これとは別の酸化触媒を直列に接続し、これら二つの酸化触媒のうちの一方の酸化触媒から他方の酸化触媒にかけて前記オゾンの微細気泡を含む水を順次接触流通させる一方の処理流路と、前記二つの酸化触媒のうちの他方の酸化触媒から一方の酸化触媒にかけて前記オゾンの微細気泡を含む水を順次接触流通させる他方の処理流路とを切り替える切替バルブを設けた請求項５に記載の水処理装置。