JP2010022961A - Water treatment apparatus and method - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、難分解性の有機あるいは無機化合物を含有した水(一例としてPFOS(パーフルオロオクタンスルホン酸)、PFOA(パーフルオロオクタン酸)等の難分解性有機フッ素化合物を含有した水)を処理する水処理装置および水処理方法に関する。 The present invention treats water containing a hardly decomposable organic or inorganic compound (for example, water containing a hardly decomposable organic fluorine compound such as PFOS (perfluorooctane sulfonic acid), PFOA (perfluorooctanoic acid)). The present invention relates to a water treatment apparatus and a water treatment method.
従来より、PFOS、PFOA等の難分解性有機フッ素化合物含有水の処理方法としては、(1)燃料を消費し地球温暖化を助長することとなる燃焼方式、(2)高圧の超臨界方式が存在していた。この従来技術は、有機フッ素化合物濃度が高濃度で排水量が少ない場合が適合する。具体的排水量は、多くて1日数トンの場合が適合する。 Conventionally, methods for treating water containing refractory organic fluorine compounds such as PFOS and PFOA include (1) a combustion method that consumes fuel and promotes global warming, and (2) a high-pressure supercritical method. Existed. This conventional technique is suitable when the organic fluorine compound concentration is high and the amount of waste water is small. The specific amount of wastewater is suitable at most several tons per day.
これに対して、半導体工場から排出される有機フッ素化合物含有排水中の有機フッ素化合物濃度はppbレベルで濃度が低く、かつ排水量が1日あたり数十トンから数百トンであり排水量が多い。 On the other hand, the organic fluorine compound concentration in the organic fluorine compound-containing wastewater discharged from the semiconductor factory is low at the ppb level, and the amount of wastewater is several tens to hundreds of tons per day, and the amount of wastewater is large.
また、用水処理においても、河川水や湖水の有機フッ素化合物濃度は、排水の場合よりもさらに低く、かつ水量もさらに多いのが現実である。 In addition, in the water treatment, the concentration of organic fluorine compounds in river water and lake water is actually lower than in the case of drainage, and the amount of water is actually larger.
そして、ダイオキシン同様、国際的に有機フッ素化合物としてのパーフルオロオクタンスルホン酸(PFOS)やパーフルオロオクタン酸(PFOA)の環境汚染が問題化しつつある。 As with dioxins, environmental pollution of perfluorooctanesulfonic acid (PFOS) and perfluorooctanoic acid (PFOA) as organic fluorine compounds is becoming a problem internationally.
有機フッ素化合物は化学的に安定な水溶性の物質である。特に、上記有機フッ素化合物は、耐熱性および耐薬品性の観点から優れた性質を有することから、各種界面活性剤、半導体製造における反射防止膜等産業用材料として広く用いられている。 The organic fluorine compound is a chemically stable water-soluble substance. In particular, the organic fluorine compounds have excellent properties from the viewpoints of heat resistance and chemical resistance, and thus are widely used as industrial materials such as various surfactants and antireflection films in semiconductor production.
しかしながら、上記有機フッ素化合物は、化学的に安定な物質であるが故に微生物分解が困難である。よって、微生物分解がしにくい故、環境中に放出されると環境中に長く存在するため、環境汚染の問題となっている。例えば、上記有機フッ素化合物としてのパーフルオロオクタンスルホン酸(PFOS)やパーフルオロオクタン酸(PFOA)は、生態系での分解が進まないことから生態系への影響が懸念されている。すなわち、上記パーフルオロオクタンスルホン酸(PFOS)やパーフルオロオクタン酸(PFOA)は、化学的に安定なため、確実に熱分解させるためには、約1000℃以上の高温を必要とする。 However, since the organic fluorine compound is a chemically stable substance, microbial degradation is difficult. Therefore, since it is difficult to decompose microorganisms, it is a problem of environmental pollution because it exists in the environment for a long time when it is released into the environment. For example, perfluorooctane sulfonic acid (PFOS) and perfluorooctanoic acid (PFOA) as the organic fluorine compounds are concerned about the influence on the ecosystem because the decomposition in the ecosystem does not proceed. That is, the above-mentioned perfluorooctane sulfonic acid (PFOS) and perfluorooctanoic acid (PFOA) are chemically stable, and therefore require a high temperature of about 1000 ° C. or higher for reliable thermal decomposition.
一方、このPFOSやPFOAは、従来の微生物や従来の光触媒等による処理では分解が極めて困難なのである。 On the other hand, PFOS and PFOA are extremely difficult to decompose by treatment with conventional microorganisms or conventional photocatalysts.
ところで、従来技術としてのナノバブルの利用方法および装置が、特許文献1(特開2004−121962号公報)に記載されている。この従来技術は、ナノバブルが有する浮力の減少、表面積の増加、表面活性の増大、局所高圧場の生成、静電分極の実現による界面活性作用と殺菌作用などの特性を活用したものである。より具体的には、それらが相互に関連することによって、汚れ成分の吸着機能、物体表面の高速洗浄機能、殺菌機能によって各種物体を高機能、低環境負荷で洗浄することができ、汚濁水の浄化を行うことができることを開示している。 By the way, the utilization method and apparatus of the nanobubble as a prior art are described in patent document 1 (Unexamined-Japanese-Patent No. 2004-121962). This prior art utilizes characteristics such as a reduction in buoyancy, an increase in surface area, an increase in surface activity, generation of a local high-pressure field, and a surface active action and a bactericidal action by realizing electrostatic polarization. More specifically, by interlinking them, various objects can be washed with high functionality and low environmental load by the adsorption function of dirt components, the high-speed washing function of the object surface, and the sterilization function. It discloses that purification can be performed.
また、別の従来技術として、ナノ気泡の生成方法が、特許文献2(特開2003−334548号公報)に記載されている。この従来技術は、液体中において、(1)液体の一部を分解ガス化する工程、(2)液体中で超音波を印加する工程、または(3)液体の一部を分解ガス化する工程および超音波を印加する工程から構成されていることを開示している。 As another conventional technique, a method for generating nanobubbles is described in Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2003-334548). In this conventional technique, in a liquid, (1) a step of cracking and gasifying a part of the liquid, (2) a step of applying ultrasonic waves in the liquid, or (3) a step of cracking and gasifying a part of the liquid And a process of applying ultrasonic waves.
また、もう1つの従来技術として、オゾンマイクロバブルを利用する廃液の処理装置が、特許文献3(特開2004−321959号公報)に記載されている。この従来技術は、マイクロバブル発生装置にオゾン発生装置より生成されたオゾンガスと処理槽の下部から抜き出された廃液を加圧ポンプを介して供給している。また、生成されたオゾンマイクロバブルをガス吹き出しパイプの開口部より処理槽内の廃液中に通気することを開示している。 As another conventional technique, a waste liquid treatment apparatus using ozone microbubbles is described in Patent Document 3 (Japanese Patent Laid-Open No. 2004-321959). In this prior art, ozone gas generated from the ozone generator and waste liquid extracted from the lower part of the treatment tank are supplied to the microbubble generator via a pressure pump. It also discloses that the generated ozone microbubbles are vented into the waste liquid in the treatment tank through the opening of the gas blowing pipe.
ところで、各工場から排出される有機フッ素化合物含有排水や河川水、湖水中の有機フッ素化合物濃度は、低く、多量に存在している。 By the way, the concentration of organic fluorine compounds in organic fluorine compound-containing wastewater, river water, and lake water discharged from each factory is low and exists in large quantities.
上述の如く、従来技術として、(1)燃料を消費し地球温暖化を助長する燃焼処理方式、(2)高圧の超臨界方式の処理技術が存在しているが、それらは、有機フッ素化合物濃度が、高濃度で水量が少ない事例に対応する方式で、これらの従来技術で処理した場合、ランニングコストを低く抑えることができず、経済的に処理できない課題がある。また、これらの従来技術としての(1)燃料を消費し地球温暖化を助長する燃焼方式、(2)高圧の超臨界方式では、建設費が高い課題がある。 As mentioned above, there are (1) combustion treatment method that consumes fuel and promotes global warming, and (2) high-pressure supercritical treatment technology as conventional technologies. However, in a method corresponding to the case of high concentration and a small amount of water, when processing with these conventional techniques, there is a problem that the running cost cannot be kept low and cannot be economically processed. In addition, these conventional technologies (1) a combustion method that consumes fuel and promotes global warming, and (2) a high-pressure supercritical method have high construction costs.
また、排水処理や用水処理において、上記(1)、(2)と異なる活性炭吸着方式も存在するが、活性炭は、被処理水に有機物が存在すれば、全ての有機物を吸着して、破過し、活性炭を頻繁に取り替える必要がある課題もあった。すなわち、活性炭の交換に関係するランニングコストが高い課題がある。 In addition, there is an activated carbon adsorption method different from the above (1) and (2) in wastewater treatment and water treatment, but activated carbon adsorbs all organic matter and breakthrough if there is organic matter in the treated water. However, there is also a problem that the activated carbon needs to be replaced frequently. That is, there is a problem that the running cost related to replacement of activated carbon is high.
また、一般的知見であるが、有機フッ素化合物における化学構造式である炭素とフッ素の結合は、安定しているが故に強酸の中でも分解しないため、環境中に放出されて、世界中を巡り果てには、世界中のあらゆる生物に濃縮してきた。例えば、北極熊、アザラシ、鯨からも有機フッ素化合物が検出されて、国際的環境汚染として、問題となっている。 Moreover, as a general knowledge, the bond between carbon and fluorine, which is a chemical structural formula in organic fluorine compounds, is stable and does not decompose even in strong acids, so it is released into the environment and travels around the world. It has been concentrated in all living organisms around the world. For example, organic fluorine compounds have been detected in polar bears, seals, and whales, which has become a problem as an international environmental pollution.
このように、国際的な環境問題である有機フッ素化合物の人間を含めた生物濃縮を回避すべく、有機フッ素化合物等の難分解性の化合物を経済的、高効率で無害化できる処理技術が存在しない課題がある。
そこで、この発明の課題は、有機フッ素化合物等の難分解性の化合物を経済的かつ高効率で無害化できる水処理装置および水処理方法を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a water treatment apparatus and a water treatment method capable of economically and efficiently detoxifying a hardly decomposable compound such as an organic fluorine compound.
上記課題を解決するため、この発明の水処理装置は、難分解性化合物含有水が導入される水槽と、
上記水槽内の難分解性化合物含有水にナノバブルを吐出する気液混合気体せん断方式のナノバブル発生機と、
上記水槽において上記ナノバブルが有するラジカルによる酸化力でもって分解されてガス化された上記難分解性化合物の分解物を除去するガス除去部とを備えることを特徴としている。
In order to solve the above problems, the water treatment apparatus of the present invention includes a water tank into which water containing a hardly decomposable compound is introduced,
A gas-liquid mixed gas shearing nanobubble generator for discharging nanobubbles into the hardly decomposable compound-containing water in the water tank;
The water tank includes a gas removal unit that removes a decomposition product of the hardly decomposable compound that has been decomposed and gasified by oxidizing power of radicals of the nanobubbles.
この発明の水処理装置によれば、水槽に導入された難分解性化合物含有水に、気液混合気体せん断方式のナノバブル発生機からナノバブルを吐出させることで、上記ナノバブルが有するラジカルによる酸化力を利用して、難分解性化合物の強固な結合を分解し、低分子した分解物をガス化して除去できる。 According to the water treatment apparatus of the present invention, the nanobubbles are discharged from the gas-liquid mixed gas shearing nanobubble generator into the hardly decomposable compound-containing water introduced into the water tank, so that the oxidizing power by radicals of the nanobubbles is increased. By utilizing this, it is possible to decompose a strong bond of a hardly decomposable compound and to gasify and remove a low molecular decomposition product.
また、一実施形態の水処理装置は、上記難分解性化合物が有機化合物である。 In one embodiment, the hardly decomposable compound is an organic compound.
この実施形態の水処理装置によれば、ナノバブルが有するラジカルによる酸化力を利用して、難分解性有機化合物の強固な結合を分解し、低分子した分解物をガス化して除去することができる。 According to the water treatment apparatus of this embodiment, it is possible to decompose strong bonds of hardly decomposable organic compounds and gasify and remove low molecular decomposition products by utilizing the oxidizing power of radicals possessed by nanobubbles. .
また、一実施形態の水処理装置は、上記難分解性化合物が有機フッ素化合物であり、
上記有機フッ素化合物含有水が導入される前段部水槽と、
上記前段部水槽内の有機フッ素化合物含有水にナノバブルを吐出する気液混合気体せん断方式の第1のナノバブル発生機と、
上記前段部水槽からの処理水が導入される後段部水槽と、
上記後段部水槽内の有機フッ素化合物含有水にナノバブルを吐出する気液混合気体せん断方式の第2のナノバブル発生機と、
上記後段部水槽において上記ナノバブルが有するラジカルによる酸化力でもって分解された上記有機フッ素化合物のガス化した分解物を吸着,除去するガス除去部とを備える。
In one embodiment of the water treatment apparatus, the hardly decomposable compound is an organic fluorine compound,
A pre-stage water tank into which the organic fluorine compound-containing water is introduced;
A first nanobubble generator of a gas-liquid mixed gas shearing system that discharges nanobubbles to the organic fluorine compound-containing water in the front stage water tank;
A rear water tank into which treated water from the front water tank is introduced;
A second nanobubble generator of a gas-liquid mixed gas shearing system that discharges nanobubbles to the organic fluorine compound-containing water in the rear water tank;
A gas removal unit that adsorbs and removes the gasified decomposition product of the organic fluorine compound decomposed by the oxidizing power of radicals of the nanobubbles in the rear water tank.
この実施形態の水処理装置によれば、上記前段部水槽と後段部水槽の2段階のナノバブル処理でもって、炭素とフッ素が強固に結合している有機フッ素化合物含有水中の有機フッ素化合物を確実に分解して吸着,除去できる。 According to the water treatment apparatus of this embodiment, the organic fluorine compound in the water containing the organic fluorine compound in which carbon and fluorine are firmly bonded can be reliably obtained by the two-stage nanobubble treatment of the front water tank and the rear water tank. It can be decomposed and adsorbed and removed.
また、一実施形態の水処理装置は、上記有機フッ素化合物含有水は、PFOS(パーフルオロオクタンスルホン酸)またはPFOA(パーフルオロオクタン酸)の少なくとも一方を含有している。 In one embodiment, the organic fluorine compound-containing water contains at least one of PFOS (perfluorooctane sulfonic acid) or PFOA (perfluorooctanoic acid).
この実施形態の水処理装置によれば、炭素とフッ素が強固に結合しているPFOS(パーフルオロオクタンスルホン酸)やPFOA(パーフルオロオクタン酸)等の難分解性有機フッ素化合物を分解して無害化できる。 According to the water treatment apparatus of this embodiment, the non-decomposable organic fluorine compound such as PFOS (perfluorooctane sulfonic acid) and PFOA (perfluorooctanoic acid) in which carbon and fluorine are firmly bonded is decomposed and harmless. Can be
また、一実施形態の水処理装置では、上記ナノバブル発生機は、3段階の気液混合気体せん断部を有する。 Moreover, in the water treatment apparatus of one Embodiment, the said nano bubble generator has a three-stage gas-liquid mixed-gas shearing part.
この実施形態の水処理装置によれば、上記ナノバブル発生機が3段階の気液混合気体せん断部から構成されているので、マイクロバブルをさらにせん断して、多量のナノバブルを製造できる。 According to the water treatment apparatus of this embodiment, since the nanobubble generator is composed of a three-stage gas-liquid mixed gas shearing section, a large amount of nanobubbles can be produced by further shearing the microbubbles.
また、一実施形態の水処理装置では、上記前段部水槽の上に配置されていると共に上記前段部水槽からのナノバブルが導入されてカルシウムイオンを上記前段部水槽に滴下させるカルシウムイオン溶出部と、
上記前段部水槽から処理水が導入されると共に上記処理水を上記後段部水槽に導入する沈澱槽と、
上記後段部水槽の上に配置されていると共に上記ナノバブルにより有機フッ素化合物を分解することによって発生するガスを吸着剤により吸着処理するガス吸着部とを備えた。
Moreover, in the water treatment apparatus of one embodiment, a calcium ion elution part that is disposed on the front stage water tank and nanobubbles from the front stage water tank are introduced to cause calcium ions to drip into the front stage water tank,
A settling tank in which treated water is introduced from the front water tank and the treated water is introduced into the rear water tank;
And a gas adsorbing part that is disposed on the rear water tank and that adsorbs a gas generated by decomposing the organic fluorine compound with the nanobubbles using an adsorbent.
この実施形態の水処理装置によれば、上記前段部水槽にてナノバブルにより分解した分解物に含まれるフッ素イオンや硫酸イオンに、上記カルシウムイオン溶出部から滴下させたカルシウムイオンを反応させてフッ化カルシウム,硫酸カルシウムとして次の沈澱槽に沈澱させて除去できる。また、上記後段部水槽でナノバブルにより分解しガス化した低分子の分解物をガス吸着部で吸着,除去できる。 According to the water treatment apparatus of this embodiment, the fluoride ions and sulfate ions contained in the decomposition product decomposed by the nanobubbles in the preceding stage water tank are reacted with the calcium ions dropped from the calcium ion elution portion to fluorinate. Calcium and calcium sulfate can be precipitated and removed in the next settling tank. Moreover, the low-molecular decomposition products decomposed and gasified by the nanobubbles in the latter-stage water tank can be adsorbed and removed by the gas adsorption unit.
また、一実施形態の水処理装置では、上記前段部水槽と上記カルシウムイオン溶出部との間に空気を供給する空気供給部を備えた。 Moreover, in the water treatment apparatus of one Embodiment, the air supply part which supplies air between the said front part water tank and the said calcium ion elution part was provided.
この実施形態の水処理装置によれば、上記空気供給部から上記前段部水槽と上記カルシウムイオン溶出部との間に空気を供給することで、上記前段部水槽の液面付近に発生した飽和蒸気(分解により発生するガスによる飽和蒸気)に常時新鮮な空気を供給して飽和状態をなくすることができる。これによって、上記ナノバブルによる分解を促進できる。 According to the water treatment device of this embodiment, saturated steam generated near the liquid surface of the front-stage water tank by supplying air from the air supply section between the front-stage water tank and the calcium ion elution section. It is possible to eliminate the saturation state by always supplying fresh air to (saturated steam generated by decomposition). Thereby, the decomposition | disassembly by the said nano bubble can be accelerated | stimulated.
また、一実施形態の水処理装置では、上記ガス吸着部の吸着剤が活性炭である。 Moreover, in the water treatment apparatus of one Embodiment, the adsorbent of the said gas adsorption part is activated carbon.
この実施形態の水処理装置によれば、上記後段部水槽でナノバブルによる分解で発生したガスを上記吸着剤としての活性炭で効率よく吸着処理できる。 According to the water treatment apparatus of this embodiment, the gas generated by the decomposition by the nanobubbles in the rear water tank can be efficiently adsorbed with the activated carbon as the adsorbent.
また、一実施形態の水処理装置では、上記ナノバブル発生機は、
電動ニードルバルブにより気体を導入可能な第1気体せん断部を有する気液混合循環ポンプと、
上記第1気体せん断部からマイクロバブルが導入される第2気体せん断部と、
上記第2気体せん断部からナノバブルが導入される第3気体せん断部とを有する。
Moreover, in the water treatment apparatus of one embodiment, the nanobubble generator is
A gas-liquid mixing circulation pump having a first gas shearing part capable of introducing gas by an electric needle valve;
A second gas shearing part into which microbubbles are introduced from the first gas shearing part;
A third gas shearing part into which nanobubbles are introduced from the second gas shearing part.
この実施形態の水処理装置によれば、上記第1気体せん断部で製造したマイクロバブルの一部を上記第2気体せん断部でナノバブルにでき、最終的に第3気体せん断部でナノバブルを多量に製造できる。 According to the water treatment device of this embodiment, a part of the microbubbles manufactured in the first gas shearing part can be turned into nanobubbles in the second gas shearing part, and finally a large amount of nanobubbles are produced in the third gas shearing part. Can be manufactured.
また、一実施形態の水処理装置では、上記電動ニードルバルブから上記第1気体せん断部に1.2リットル/分以下で空気を導入する。 Moreover, in the water treatment apparatus of one Embodiment, air is introduce | transduced into the said 1st gas shear part from the said electric needle valve at 1.2 liter / min or less.
この実施形態の水処理装置によれば、上記第1気体せん断部に導入する空気量を1.2リットル/分以下とすることで、結果的に第3気体せん断部から多量のナノバブルを製造できる。なお、上記第1気体せん断部に導入する空気量が1.2リットル/分を超えると、結果的に第3気体せん断部から吐出するマイクロバブルの割合が増加する。 According to the water treatment apparatus of this embodiment, a large amount of nanobubbles can be produced from the third gas shearing portion by setting the amount of air introduced into the first gas shearing portion to 1.2 liters / minute or less. . If the amount of air introduced into the first gas shearing portion exceeds 1.2 liters / minute, the proportion of microbubbles discharged from the third gas shearing portion increases as a result.
また、一実施形態の水処理装置では、上記第1気体せん断部は、形状が楕円形もしくは真円形で、かつ内部に2本以上の溝が形成されている。 Moreover, in the water treatment apparatus of one Embodiment, the said 1st gas shearing part is an ellipse or a perfect circle shape, and the 2 or more groove | channel is formed in the inside.
この実施形態の水処理装置によれば、上記第1気体せん断部による空気のせん断を合理的にしかも安定的に行えて、マイクロバブルを多量に製造できる。 According to the water treatment apparatus of this embodiment, the air shearing by the first gas shearing portion can be rationally and stably performed, and a large amount of microbubbles can be produced.
また、一実施形態の水処理装置では、上記溝の深さが、0.3mm〜0.6mm、溝幅が0.8mm以内である。 Moreover, in the water treatment apparatus of one Embodiment, the depth of the said groove | channel is 0.3 mm-0.6 mm, and a groove width is less than 0.8 mm.
この実施形態の水処理装置によれば、上記第1気体せん断部による空気のせん断を合理的にしかも安定的に行えて、マイクロバブルを多量に製造できる。 According to the water treatment apparatus of this embodiment, the air shearing by the first gas shearing portion can be rationally and stably performed, and a large amount of microbubbles can be produced.
また、一実施形態の水処理装置では、上記気液混合循環ポンプは、吐出配管の内径が吸い込み配管の内径よりも小さい。 Moreover, in the water treatment apparatus of one Embodiment, the said gas-liquid mixing circulation pump has the internal diameter of discharge piping smaller than the internal diameter of suction piping.
この実施形態の水処理装置によれば、上記第1気体せん断部による空気のせん断を合理的にしかも安定的に行えて、マイクロバブルを多量に製造できる。 According to the water treatment apparatus of this embodiment, the air shearing by the first gas shearing portion can be rationally and stably performed, and a large amount of microbubbles can be produced.
また、一実施形態の水処理装置では、上記気液混合循環ポンプは、上記気液混合循環ポンプのポンプ出力が最大値に達した時点以降に、気体取り込みを開始する。 Moreover, in the water treatment apparatus of one Embodiment, the said gas-liquid mixing circulating pump starts gas intake after the pump output of the said gas-liquid mixing circulating pump reaches the maximum value.
この実施形態の水処理装置によれば、上記気液混合循環ポンプのキャビテーションによる損傷を防ぐことができる。すなわち、気体(空気)が液体中に存在する状態でポンプを運転するとキャビテーションを起こし、ポンプの損傷が発生することがある。 According to the water treatment apparatus of this embodiment, damage due to cavitation of the gas-liquid mixing circulation pump can be prevented. That is, if the pump is operated in a state where gas (air) is present in the liquid, cavitation may occur and the pump may be damaged.
また、一実施形態の水処理装置では、上記気液混合循環ポンプは、運転開始から60秒以上経過してから気体取り込みを開始する。 Moreover, in the water treatment apparatus of one Embodiment, the said gas-liquid mixing circulation pump starts gas intake after 60 second or more has passed since the operation start.
この実施形態の水処理装置によれば、運転開始から60秒以上経過してから気体取り込みを開始することで、上記気液混合循環ポンプのキャビテーションによる損傷を防ぐことができる。 According to the water treatment apparatus of this embodiment, damage due to cavitation of the gas-liquid mixing circulation pump can be prevented by starting gas uptake after 60 seconds or more have elapsed from the start of operation.
また、一実施形態の水処理装置では、上記電動ニードルバルブから上記第1気体せん断部へ気体を流入させる気体流入管は、上記第1気体せん断部のマイクロバブル発生部側面に対する入射角が18°となるように配置されている。 Moreover, in the water treatment apparatus of one embodiment, the gas inflow pipe for flowing gas from the electric needle valve to the first gas shearing portion has an incident angle of 18 ° with respect to the side surface of the microbubble generating portion of the first gas shearing portion. It is arranged to become.
この実施形態の水処理装置によれば、上記第1気体せん断部による空気のせん断を合理的にしかも安定的に行えて、マイクロバブルを多量に製造できる。 According to the water treatment apparatus of this embodiment, the air shearing by the first gas shearing portion can be rationally and stably performed, and a large amount of microbubbles can be produced.
また、一実施形態の水処理装置では、上記第1気体せん断部を構成する材料の厚さを6mmから12mmとした。 Moreover, in the water treatment apparatus of one Embodiment, the thickness of the material which comprises the said 1st gas shearing part was 6 mm to 12 mm.
この実施形態の水処理装置によれば、上記第1気体せん断部の材料厚さを6mmから12mmとすることで、運動エネルギーを外部に逃がさないようにし、その結果として、空気のせん断を合理的にしかも安定的に行えてマイクロバブルを多量に製造できる。 According to the water treatment apparatus of this embodiment, by setting the material thickness of the first gas shearing part to 6 mm to 12 mm, kinetic energy is not released to the outside, and as a result, shearing of air is rational. In addition, it is possible to stably produce a large amount of microbubbles.
また、一実施形態の水処理装置では、上記ナノバブル発生機に供給する気体をオゾンとした。 Moreover, in the water treatment apparatus of one Embodiment, the gas supplied to the said nano bubble generator was made into ozone.
この実施形態の水処理装置によれば、上記ナノバブル発生機に供給する気体がオゾンであるからオゾンナノバブルを製造できて、難分解性有機フッ素化合物を強力な酸化作用で酸化分解できる。 According to the water treatment apparatus of this embodiment, since the gas supplied to the nanobubble generator is ozone, ozone nanobubbles can be produced, and refractory organic fluorine compounds can be oxidatively decomposed with a strong oxidizing action.
また、一実施形態の水処理装置では、上記ナノバブル発生機に供給する気体を酸素ガスとした。 In one embodiment, the gas supplied to the nanobubble generator is oxygen gas.
この実施形態の水処理装置によれば、上記ナノバブル発生機が、空気よりも酸化力がある酸素ガスによるナノバブルを発生させ、酸素ガスナノバブルでもって難分解性有機フッ素化合物を酸化作用で酸化分解できる。 According to the water treatment apparatus of this embodiment, the nanobubble generator can generate nanobubbles by oxygen gas that has an oxidizing power than air, and can oxidize and decompose hardly decomposable organic fluorine compounds by oxidation action with oxygen gas nanobubbles. .
また、一実施形態の水処理方法では、難分解性化合物含有水にナノバブルを吐出させて混合し、
上記ナノバブルが有するラジカルによる酸化力を利用して、上記難分解性化合物の強固な結合を分解し、この分解による分解物をガス化して除去する。
Moreover, in the water treatment method of one embodiment, nanobubbles are discharged and mixed in the hardly decomposable compound-containing water,
Utilizing the oxidizing power of the radicals possessed by the nanobubbles, the strong bonds of the hardly decomposable compound are decomposed, and the decomposition products by the decomposition are gasified and removed.
この実施形態の水処理方法によれば、ナノバブルが有するラジカルによる酸化力を利用して、難分解性化合物の強固な結合を分解し、低分子した分解物をガス化して除去できる。 According to the water treatment method of this embodiment, the strong bond of a hardly decomposable compound can be decomposed using the oxidizing power of radicals possessed by nanobubbles, and the low molecular decomposition product can be gasified and removed.
また、一実施形態の水処理方法では、上記難分解性化合物が有機化合物である。 In one embodiment of the water treatment method, the hardly decomposable compound is an organic compound.
この実施形態の水処理方法によれば、ナノバブルが有するラジカルによる酸化力を利用して、難分解性有機化合物の強固な結合を分解し、低分子した分解物をガス化して除去できる。 According to the water treatment method of this embodiment, the strong bond of the hardly decomposable organic compound can be decomposed using the oxidizing power of radicals possessed by the nanobubbles, and the low molecular decomposition product can be gasified and removed.
また、一実施形態の水処理方法では、上記難分解性化合物が有機フッ素化合物であり、
上記有機フッ素化合物含有水にナノバブルを吐出させて混合し、上記ナノバブルが有するラジカルによる酸化力を利用して、上記有機フッ素化合物の炭素とフッ素の強固な結合を分解し、この分解による分解物をガス化して除去する第1の処理と、
上記第1の処理後の処理水にナノバブルを吐出させて混合し、上記ナノバブルが有するラジカルによる酸化力を利用して、上記有機フッ素化合物の炭素とフッ素の強固な結合を分解し、この分解による分解物をガス化して除去する第2の処理とを行う。
In one embodiment of the water treatment method, the hardly decomposable compound is an organic fluorine compound,
Nanobubbles are discharged and mixed into the organic fluorine compound-containing water, and the strong bond between carbon and fluorine of the organic fluorine compound is decomposed using the oxidizing power of the radicals of the nanobubbles, A first process for gasification and removal;
The nanobubbles are discharged and mixed in the treated water after the first treatment, and the strong bond between carbon and fluorine of the organic fluorine compound is decomposed using the oxidizing power of the radicals of the nanobubbles. A second treatment for removing the decomposition product by gasification is performed.
この実施形態の水処理方法によれば、上記第1,第2の2段階のナノバブルによる分解処理でもって、炭素とフッ素が強固に結合している有機フッ素化合物含有水中の有機フッ素化合物を分解して無害化できる。 According to the water treatment method of this embodiment, the organic fluorine compound in the organic fluorine compound-containing water in which carbon and fluorine are firmly bonded is decomposed by the decomposition treatment using the first and second nanobubbles. Can be detoxified.
また、一実施形態の水処理方法では、上記第1の処理において、上記分解物の硫酸イオンをカルシウムイオンと反応させて除去する。 Moreover, in the water treatment method of one embodiment, in the first treatment, sulfate ions of the decomposition product are reacted with calcium ions and removed.
この実施形態の水処理方法によれば、上記分解物の硫酸イオンをカルシウムイオンと反応させて、硫酸カルシウムとして除去できる。 According to the water treatment method of this embodiment, the sulfate ions of the decomposition product can be reacted with calcium ions to be removed as calcium sulfate.
また、一実施形態の水処理方法では、炭酸カルシウム鉱物にナノバブルを含む水滴を滴下させて、上記カルシウムイオンを溶出させる。 In one embodiment of the water treatment method, a water droplet containing nanobubbles is dropped on a calcium carbonate mineral to elute the calcium ions.
この実施形態の水処理方法によれば、ナノバブルの酸化力で炭酸カルシウム鉱物からカルシウムイオンを微量溶出させて利用できる。 According to the water treatment method of this embodiment, a small amount of calcium ions can be eluted from the calcium carbonate mineral with the oxidizing power of nanobubbles.
また、一実施形態の水処理方法では、上記炭酸カルシウム鉱物にナノバブルを含む水滴を滴下させて、この炭酸カルシウム鉱物の表面上で、ガス化した低分子有機フッ素化合物をさらに低分子に分解する。 Moreover, in the water treatment method of one embodiment, water droplets containing nanobubbles are dropped on the calcium carbonate mineral, and the gasified low-molecular organic fluorine compound is further decomposed into low molecules on the surface of the calcium carbonate mineral.
この実施形態の水処理方法によれば、PFC(パーフルオロカーボン)等の低分子有機フッ素化合物をさらに上記炭酸カルシウム鉱物表面上で低分子に分解し無害化できる。 According to the water treatment method of this embodiment, a low molecular organic fluorine compound such as PFC (perfluorocarbon) can be further decomposed into low molecules on the surface of the calcium carbonate mineral and rendered harmless.
また、一実施形態の水処理方法では、上記炭酸カルシウム鉱物から溶出したカルシウムイオンと、上記低分子有機フッ素化合物が分解して生成したフッ素イオンとを反応させて、フッ化カルシウムの沈澱物とする。 In one embodiment of the water treatment method, calcium ions eluted from the calcium carbonate mineral are reacted with fluorine ions generated by decomposition of the low molecular organic fluorine compound to form a precipitate of calcium fluoride. .
この実施形態の水処理方法によれば、上記低分子有機フッ素化合物が分解して生成されるフッ素イオンを上記炭酸カルシウム鉱物から溶出したカルシウムイオンと反応させて、フッ化カルシウムの沈澱物として無害化できる。 According to the water treatment method of this embodiment, fluorine ions produced by decomposition of the low molecular organic fluorine compound are reacted with calcium ions eluted from the calcium carbonate mineral to render them harmless as calcium fluoride precipitates. it can.
また、一実施形態の水処理方法では、上記炭酸カルシウム鉱物から溶出したカルシウムイオンと、上記低分子有機フッ素化合物がナノバブルの存在下で分解して生成したフッ素イオンとを反応させて、フッ化カルシウムのフロックを作り、このフッ化カルシウムのフロックを沈澱槽に沈澱させる。 In one embodiment of the water treatment method, calcium fluoride eluted from the calcium carbonate mineral is reacted with fluorine ions generated by the decomposition of the low-molecular organic fluorine compound in the presence of nanobubbles to produce calcium fluoride. The floc of calcium fluoride is precipitated in a settling tank.
この実施形態の水処理方法によれば、上記低分子有機フッ素化合物をナノバブルの存在下で分解することによって生成されるフッ素イオンを上記カルシウムイオンと反応させて、フッ化カルシウムのフロックを作り、沈殿槽にて沈澱物として、無害化処理できる。 According to the water treatment method of this embodiment, fluorine ions generated by decomposing the low-molecular-weight organic fluorine compound in the presence of nanobubbles are reacted with the calcium ions to form calcium fluoride flocs and precipitate. It can be detoxified as a precipitate in the tank.
この発明の水処理装置によれば、水槽に導入された難分解性化合物含有水に、気液混合気体せん断方式のナノバブル発生機からナノバブルを吐出させることで、上記ナノバブルが有するラジカルによる酸化力を利用して、難分解性化合物の強固な結合を分解し、低分子した分解物をガス化して除去できる。 According to the water treatment apparatus of the present invention, the nanobubbles are discharged from the gas-liquid mixed gas shearing nanobubble generator into the hardly decomposable compound-containing water introduced into the water tank, so that the oxidizing power by radicals of the nanobubbles is increased. By utilizing this, it is possible to decompose a strong bond of a hardly decomposable compound and to gasify and remove a low molecular decomposition product.
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the illustrated embodiments.
(第1の実施の形態)
図1は、本発明の水処理装置の第1実施形態を模式的に示す図である。
(First embodiment)
Drawing 1 is a figure showing typically a 1st embodiment of a water treatment equipment of the present invention.
図1において、符号1は、流入配管であり、有機フッ素化合物含有水が流入配管1を通って前段分解部水槽42に流入する。この有機フッ素化合物含有水としては、各工場より排水される有機フッ素化合物含有排水と、有機フッ素化合物を微量含有している一般河川水や一般湖水の水等が該当する。
In FIG. 1,
この第1実施形態の水処理装置が備えるナノバブル処理装置3は、大略、ナノバブル処理装置3の上部をなすカルシウムイオン溶出部21、分解物ガス吸着部66と下部の前段分解部水槽42、後段分解部水槽43から構成されている。
The
そして、流入水がポンプ等で圧送されてくる場合、前段分解部水槽42内において水流15を発生し、この水流15は、第1ナノバブル発生機2から吐出するナノバブル流13と合流し、前段分解部水槽42の下部に傾斜壁40が設置されていることより、前段分解部水槽42内を撹拌する水の流れとなる。
And when inflow water is pumped with a pump etc., the
上記ナノバブル処理装置3の下部をなす前段分解部水槽42と後段分解部水槽43の外部には、第1ナノバブル発生機2と第2ナノバブル発生機86が設置されている。また、ナノバブル処理装置3の上部をなすカルシウムイオン溶出部21の下部には、新鮮空気を常時取り入れるためのファン17が設置されている。
A
そして、カルシウムイオン溶出部21には、カルシウムイオンの供給源としての炭酸カルシウム鉱物が、下部炭酸カルシウム鉱物32、中間部炭酸カルシウム鉱物33、上部炭酸カルシウム鉱物34として、3段に充填されている。また、それら炭酸カルシウム鉱物32、33、34を取り出したり、入れたりする上部取出口24、中間部取出口23、下部取出口22が、上部カルシウムイオン溶出部21に設置されている。また、下部炭酸カルシウム鉱物32、中間部炭酸カルシウム鉱物33、上部炭酸カルシウム鉱物34は、それぞれの収容容器である下部収容容器29、中間部収容容器30、上部収容容器31に収容される。また、それら収容容器29、30、31は、下部固定穴あき台26、中間部穴あき台27、上部穴あき台28の上にそれぞれ設置されている。
The calcium
各収容容器29〜31と穴あき台26〜28には、無数の穴が開いているので、1次分解物ガス38と新鮮空気流39との混合ガスは、スムーズにカルシウムイオン溶出部21内を上昇して、ダクト47内に導入されることになる。そして、1次分解物ガス38となって、分解ガス吸着部66に導入される。
Since each container 29-31 and the perforated bases 26-28 have innumerable holes, the mixed gas of the primary
また、カルシウムイオン溶出部21の上部には、散水ノズル45が取り付けられた散水水配管46が設置され、後段分解部水槽43のナノバブルを含む洗浄水を散水ポンプ80を運転することによって、カルシウムイオン溶出部21内にナノバブル含有水滴82として散水している。なお、散水水配管46の端部はフランジ44で溶出部21内に固定されている。
Further, on the upper part of the calcium
ナノバブルは、特徴として酸化力と洗浄力を有しているので、カルシウムイオン溶出部21内に3段に設置充填された炭酸カルシウム鉱物32,33,34からカルシウムイオンを溶出させて、前段分解部水槽42内に滴下させる。このカルシウムイオンは、PFOS(パーフルオロオクタンスルホン酸)が分解することによって発生する硫酸イオンと反応して硫酸カルシウムフロック53を形成する。この前段分解部水槽42内で形成された硫酸カルシウムフロック53は、水流65と共に仕切板50から沈澱槽51に流入し、上澄液と沈澱物とが固液分離され、上澄液は、後段分解部水槽43に流入する。
Since nanobubbles have an oxidizing power and a detergency as a characteristic, calcium ions are eluted from
一方、硫酸カルシウムフロック53は、その比重により、また沈澱槽傾斜壁64の傾斜により、沈澱槽51の下部に沈澱して、一定時間後、排水バルブ52を開けることにより、系外に排水される。
On the other hand, the
一方、ナノバブルは、特徴として酸化力と洗浄力を有しているので、低分子の有機フッ素化合物としてのPFC(パーフルオロカーボン)をさらに分解して、一部フッ素イオンまで分解する。このフッ素イオンは、溶出したカルシウムイオンと反応して、フッ化カルシウムの沈澱物を形成することになる。これにより、PFCの処理も可能となる。 On the other hand, since nanobubbles have an oxidizing power and a cleaning power as characteristics, PFC (perfluorocarbon) as a low molecular weight organic fluorine compound is further decomposed to partially decompose into fluorine ions. This fluoride ion reacts with the eluted calcium ion to form a precipitate of calcium fluoride. Thereby, PFC processing is also possible.
上記形成されたフッ化カルシウムの沈澱物は、沈澱槽51で沈澱し、上記硫酸カルシウムの沈殿物と同様、排水バルブ52より排水される。沈澱槽51では、固液分離がなされ、硫酸カルシウムやフッ化カルシウムが除去された上澄液としての被処理水は、後段分解部水槽43に流入する。この後段分解部水槽43には、第2ナノバブル発生機86が設置されている。この第2ナノバブル発生機86は、被処理水にナノバブルを吐出してナノバブル含有水としている。
The formed calcium fluoride precipitate is precipitated in the
次に、さらに前段分解部水槽42と後段分解部水槽43での処理状況を詳細に説明する。前段分解部水槽42に導入された有機フッ素化合物含有水中のPFOS、PFOA等は、第1ナノバブル発生機2から吐出するナノバブルによって、酸化分解される。このPFOS、PFOA等は化学的に安定な物質であり、その構造からして炭素とフッ素の構造は、従来の方法では、分解できない化合物と考えられていた。
Next, the processing state in the front | former stage decomposition | disassembly
しかし、ナノバブルが生成するラジカルによる酸化作用により、時間をかければ、ナノバブルで分解することが判明した。ラジカルは、通常、反応性が高いために、生成するとすぐに他の原子や分子との間で酸化反応を起こし、安定な分子やイオンになる。 However, it has been found that the nanobubbles can be decomposed over time by the oxidizing action of the radicals generated by the nanobubbles. Since radicals are usually highly reactive, as soon as they are generated, they undergo an oxidation reaction with other atoms and molecules to become stable molecules and ions.
次に、第1ナノバブル発生機2のメカニズムを詳細に説明する。
Next, the mechanism of the
第1ナノバブル発生機2は、気液混合循環ポンプ5、第1気体せん断部6、第2気体せん断部8、第3気体せん断部12、電動ニードルバルブ11とそれらを連結する配管7,9,10および吸込配管4から構成されている。ナノバブルは、大きくは、第1段階と第2段階を経て、第3段階で製造される。
The
この第1段階について、簡単に説明する。第1気体せん断部6において、流体力学的に圧力を制御し、負圧形成部分から気体を吸入し、高速流体運動させて、負圧部を形成し、マイクロバブルを発生させる。より解り易く簡単に説明すると、水と空気を効果的に自給,混合,溶解し、圧送することにより、マイクロバブル白濁水を製造することが、第1段階である。 This first stage will be briefly described. In the first gas shearing section 6, the pressure is controlled hydrodynamically, the gas is sucked from the negative pressure forming part, and the fluid is moved at a high speed to form the negative pressure part, and microbubbles are generated. To make it easier to understand, the first step is to produce microbubble cloudy water by effectively self-sufficiency, mixing, dissolving and pumping water and air.
続いて、第2段階について、簡単に説明する。第2気体せん断部8と第3気体せん断部12において、高速流体運動させて負圧部を形成し、マイクロバブルを発生させる。また、第2気体せん断部8と第3気体せん断部12に、第1気体せん断部6から水配管7を通じてマイクロバブル白濁水導入し、流体運動としてせん断することによって、マイクロバブルからナノバブルを発生させることになる。
Next, the second stage will be briefly described. In the 2nd gas shear part 8 and the 3rd
さらに、上記第1段階と第2段階をより詳細に説明する。 Further, the first stage and the second stage will be described in more detail.
(第1段階)
第1ナノバブル発生機2に使用している気液混合循環ポンプ5は、揚程40m以上(すなわち4kg/cm2の高圧)の高揚程のポンプである。ここでは、第1気体せん断部6を有する気液混合循環ポンプ5は高揚程のポンプであり、かつトルクが安定している2ポールのものを選定することが必要である。ポンプには、2ポールのものと4ポールのものがあり、2ポールのポンプの方がトルクは安定している。
(First stage)
The gas-liquid mixing circulation pump 5 used in the
また、気液混合循環ポンプ5は圧力の制御が必要で、この高揚程のポンプの回転数を回転数制御器(一般的にはインバーターと呼ばれている)で目的にあった圧力としている。この目的にあった圧力とすることで、バブルサイズが纏まったマイクロバブルを製造できる。 Further, the gas-liquid mixing circulation pump 5 needs to control the pressure, and the rotational speed of this high-lift pump is set to a desired pressure by a rotational speed controller (generally called an inverter). By setting the pressure to this purpose, microbubbles with a combined bubble size can be manufactured.
ここで、第1気体せん断部6を有する気液混合循環ポンプ5のマイクロバブル発生のメカニズムを説明する。この第1気体せん断部6においてマイクロバブルを発生させるために、液体および気体の混相旋回流を発生させ、第1気体せん断部6の中心部に高速旋回させる気体空洞部を形成させる。次に、この空洞部を圧力で竜巻状に細くして、より高速で旋回する回転せん断流を発生させる。この空洞部に気体としての空気を、マイナス圧(負圧)を利用して自動的に供給させ、さらに、切断,粉砕しながら混相流を回転させる。なお、上記気体に替えて、オゾン、炭酸ガス、窒素ガス、酸素ガスとする場合もあるが、本発明では、単に空気とした。なお、目的によって、他の気体を選定する場合がある。 Here, the mechanism of microbubble generation in the gas-liquid mixing circulation pump 5 having the first gas shearing part 6 will be described. In order to generate microbubbles in the first gas shearing section 6, a mixed-phase swirling flow of liquid and gas is generated, and a gas cavity that is swirled at a high speed is formed at the center of the first gas shearing section 6. Next, the hollow portion is thinned into a tornado shape with pressure to generate a rotating shear flow that swirls at a higher speed. Air as a gas is automatically supplied to the cavity using a negative pressure (negative pressure), and the mixed phase flow is rotated while being cut and pulverized. Note that ozone, carbon dioxide gas, nitrogen gas, and oxygen gas may be used instead of the gas, but in the present invention, it is simply air. Other gases may be selected depending on the purpose.
上記空気の切断,粉砕は、装置出口付近における内,外の気液二相流体の旋回速度差により起きる。その時の回転速度は、500〜600回転/秒である。すなわち、第1気体せん断部6において、流体力学的に圧力を制御することで、負圧形成部分から気体を吸入し、高揚程ポンプで高速流体運動させて、負圧部を形成し、有用物質含有マイクロバブルを発生させる。より解り易く簡単に説明すると、高揚程ポンプで水と空気を効果的に自給,混合,溶解し、圧送することにより、マイクロバブル白濁水を製造することが、第1段階である。 The above air cutting and pulverization occurs due to the difference in swirling speed between the inner and outer gas-liquid two-phase fluids near the outlet of the apparatus. The rotation speed at that time is 500 to 600 rotations / second. That is, in the first gas shearing section 6, the pressure is hydrodynamically controlled so that the gas is sucked from the negative pressure forming portion and is moved at high speed by the high lift pump to form the negative pressure portion. Contain microbubbles. To explain more easily and simply, the first step is to produce micro-bubble cloudy water by effectively self-suppliing, mixing, dissolving and pumping water and air with a high head pump.
なお、気液混合循環ポンプ5の運転はシーケンサー(図示せず)からの信号により設定,制御している。また、第1気体せん断部6の内部形状は、一例として楕円形であるが、最大の効果が出る形状は真円形であり、更に内部摩擦を小さくするためにここでは鏡面仕上げとしている。また、第1気体せん断部6の内部に流体の旋回乱流を制御するために溝深さ0.3mm〜0.6mm、溝幅0.8mm以内の溝を設けている。 The operation of the gas-liquid mixing circulation pump 5 is set and controlled by a signal from a sequencer (not shown). In addition, the internal shape of the first gas shearing portion 6 is an oval as an example, but the shape that produces the maximum effect is a perfect circle, and in order to further reduce the internal friction, a mirror finish is used here. Further, a groove having a groove depth of 0.3 mm to 0.6 mm and a groove width of 0.8 mm or less is provided in the first gas shearing part 6 in order to control the swirling turbulent flow of the fluid.
(第2段階)
次に、第1ナノバブル発生機2での第2段階を説明する。この第2段階では、第1気体せん断部6を有する気液混合循環ポンプ5で発生させたマイクロバブルを、第2気体せん断部8に水配管を通じて圧送する。この際、第2気体せん断部8と第3気体せん断部12においては、前述の第1段階の後、さらに配管サイズを細くし、高速流体運動させて、気体空洞部を竜巻状に細くして、より高速で旋回する回転せん断流を発生させる。これにより、マイクロバブルからナノバブルが発生すると同時に、超高温の極限反応場が形成される。ここで、第2気体せん断部8と第3気体せん断部12を構成している理由は、ナノバブル量をより多く発生させるためには1段階の気体せん断部を構成するよりも、3段階の気体せん断部を構成する方がナノバブル発生量を多量にすることができるからである。
(Second stage)
Next, the second stage in the
上述した超高温の極限反応場が形成されると、局部的に高温高圧状態となり、不安定なフリーラジカル(別名ラジカル)ができ、酸化作用を示すと同時に熱を発生する。なお、第2気体せん断部8と第3気体せん断部12はステンレス鋼製のものが一般であり、その形状は、楕円形、好ましくは真円形である。また、第2気体せん断部8と第3気体せん断部12には小孔が開いているがその吐出口径は、4mm〜9mmが最適である。
When the above-described ultra-high temperature extreme reaction field is formed, a local high-temperature and high-pressure state is created, unstable free radicals (also called radicals) are generated, and heat is generated at the same time as it exhibits an oxidizing action. The second gas shearing portion 8 and the third
次に、上記した第1段階での高速流体運動について説明する。すなわち、第1気体せん断部6において、マイクロバブルを発生させるために、まず「高速流体運動」として、ポンプのインペラと呼ばれている羽を超高速で回転させて、液体および気体の混相旋回流を発生させ、第1気体せん断部6の中心部に高速旋回させる気体空洞部を形成させる。次に、この空洞部を圧力で竜巻状に細くして、より高速で旋回する回転せん断流を発生させる。この空洞部に気体としての空気(オゾン、炭酸ガス、窒素ガス、酸素ガスの場合もある。)を自給させる。さらに、切断,粉砕しながら混相流を回転する。この切断,粉砕は、装置出口付近における内外の気液二相流体の旋回速度差により起きる。上記回転速度は、500〜600回転/秒であることが判明している。 Next, the high speed fluid motion in the first stage will be described. That is, in order to generate microbubbles in the first gas shearing section 6, first, as “high-speed fluid motion”, a wing called an impeller of a pump is rotated at an ultrahigh speed, and a mixed phase swirl flow of liquid and gas And a gas cavity is formed in the central portion of the first gas shearing portion 6 to rotate at high speed. Next, the hollow portion is thinned into a tornado shape with pressure to generate a rotating shear flow that swirls at a higher speed. Air (gas, ozone, carbon dioxide, nitrogen gas, oxygen gas in some cases) as a gas is self-supplied in the cavity. Furthermore, the multiphase flow is rotated while cutting and crushing. This cutting and pulverization occurs due to the difference in the swirling speed of the gas-liquid two-phase fluid inside and outside the vicinity of the apparatus outlet. It has been found that the rotational speed is 500 to 600 revolutions / second.
また、第1気体せん断部6を構成する金属の厚みが薄いと、気液混合循環ポンプ5が運転されることにより、振動が発生し、流体運動エネルギーが振動として外部に伝播して逃げ、そのことが、必要な高速流動運動すなわち、高速旋回とせん断エネルギーを低下させる。このため、第1気体せん断部6を構成する金属の厚みは、6mm〜12mmの範囲が好ましい。 Further, if the metal constituting the first gas shearing portion 6 is thin, vibration is generated by operating the gas-liquid mixing circulation pump 5, and fluid kinetic energy propagates outside as vibration and escapes. This reduces the required high velocity flow motion, i.e., high speed swirl and shear energy. For this reason, the thickness of the metal which comprises the 1st gas shearing part 6 has the preferable range of 6 mm-12 mm.
次に、「流体運動としてせん断すること」について、説明する。すなわち、第1気体せん断部6を有する気液混合循環ポンプ5で発生させたマイクロバブルを、第2気体せん断部8と第3気体せん断部12に水配管を通じて圧送する際、第2気体せん断部8と第3気体せん断部12においては、第1段階後さらに、配管サイズを細くし、かつ高速流体運動させて、上記気体空洞部を竜巻状に細くしてより高速で旋回する回転せん断流を発生させる。
Next, “shearing as a fluid motion” will be described. That is, when the microbubbles generated by the gas-liquid mixing circulation pump 5 having the first gas shearing part 6 are pumped to the second gas shearing part 8 and the third
次に、「負圧形成部分」について、説明する。この負圧形成部分とは、装置出口付近における内外の気液二相流体の旋回速度差により発生する。上記したように、回転速度は、500〜600回転/秒である。また、次に「負圧部」について説明する。「負圧部」とは、気体と液体の混合物中で、周りと比較して圧力が小さな領域を意味する。 Next, the “negative pressure forming portion” will be described. This negative pressure forming portion is generated by the difference in the swirling speed of the gas-liquid two-phase fluid inside and outside in the vicinity of the apparatus outlet. As described above, the rotation speed is 500 to 600 rotations / second. Next, the “negative pressure part” will be described. The “negative pressure part” means a region in the gas and liquid mixture where the pressure is smaller than the surroundings.
以上が、第1ナノバブル発生機2における動作のメカニズムである。なお、第2ナノバブル発生機86の動作メカニズムも第1ナノバブル発生機2の動作メカニズムと全く同様である。
The above is the mechanism of operation in the
なお、上記第1ナノバブル発生機2を基本的に構成している気液混合循環ポンプ5、第1気体せん断部6、第2気体せん断部8と第3気体せん断部12のセットは、市販されているものを採用できるが、メーカーを限定するものではない。ここでは、具体的一例として、株式会社 協和機設の商品(具体的商品名 バビダスHYK型)を採用した。
In addition, the set of the gas-liquid mixing circulation pump 5, the 1st gas shearing part 6, the 2nd gas shearing part 8, and the 3rd
ここで、4種類のバブルについて説明する。 Here, four types of bubbles will be described.
(1) 通常のバブル(気泡)は水の中を上昇して、ついには表面でパンとはじけて消滅する。 (1) A normal bubble (bubble) rises in the water and finally disappears by popping on the surface.
(2) マイクロバブルは、発生時において10〜数10ミクロン(μm)の気泡径を有し、発生後に収縮運動によりマイクロナノバブルになる。 (2) Microbubbles have a bubble diameter of 10 to several tens of microns (μm) at the time of generation, and become micronanobubbles by contraction movement after generation.
(3) マイクロナノバブルは、10μm〜数100nm前後の直径を有する気泡である。 (3) Micro-nano bubbles are bubbles having a diameter of about 10 μm to several 100 nm.
(4) ナノバブルは、数100nm以下の直径を有する気泡である。 (4) Nanobubbles are bubbles having a diameter of several hundred nm or less.
そして、次に、第1ナノバブル発生機2は、上記したように、前段分解部水槽42内にナノバブルを吐出させて、ナノバブル流13を形成する。形成されたナノバブル流13とポンプ等からの吐出水である水流15が合流して、大きな水流となって、前段分解部水槽42内を撹拌することになる。
Next, as described above, the
そして、前段分解部水槽42内が撹拌されることにより、被処理水中の有機フッ素化合物(PFOS、PFOA等)がナノバブルの酸化作用により、分解されて低分子の有機フッ素化合物(CF3(CF2)3H等多数)になる。この低分子の有機フッ素化合物(CF3(CF2)3H等多数)は、結果として、ガス化して分解部水槽42の水面25近くまで上昇する。
Then, the inside of the pre-stage decomposition
また、前段分解部水槽42の水面25近くの気相の状態が飽和蒸気状態(気液両相が共存する状態や飽和蒸気が存在する状態)であれば、被処理水中の有機フッ素化合物(PFOS,PFOA等)はナノバブルが存在していても分解されにくくて低分子の有機フッ素化合物(CF3(CF2)3H等多数)に変化しにくくなる現象が起る。この現象は、数度行なった実験により判明した。すなわち、分解物ガス38が発生しにくい状態となる。このことは、稀な現象であるが、実験で確認することができた。
In addition, if the state of the gas phase near the
逆に、ファン17の稼動により、吸込み口16から吐出ダクト18とフランジ部19を経由して絶えず新鮮空気が導入されて、前段分解部水槽42の水面25近くの気相の状態が、前段分解部水槽42の水面25近くで飽和蒸気状態(気液両相が共存する状態)ではない状態(すなわち、新鮮空気で換気されている状態)であれば、分解物ガス38はよく発生する。つまり、被処理水中の有機フッ素化合物(PFOS、PFOA等)は、上記ナノバブルが存在する状態で酸化分解されて低分子の有機フッ素化合物(CF3(CF2)3H等多数)に変化する。そして、このCF3(CF2)3H等多数の低分子有機フッ素化合物は連続的にガス化して1次分解物ガス38となる。
On the contrary, by the operation of the
そして、また、炭酸カルシウム鉱物である上部炭酸カルシウム鉱物34、中間部炭酸カルシウム鉱物33、下部炭酸カルシウム鉱物32上においては、ナノバブルの存在下、低分子の有機フッ素化合物(CF3(CF2)3H等多数)はナノバブルのラジカルによる酸化作用で酸化分解されて、一部フッ素イオンとなる。そして、このフッ素イオンは、炭酸カルシウム鉱物32,33,34から溶出するカルシウムイオンと反応して、フッ化カルシウムとなる。このフッ化カルシウムとなる現象は、前段分解部水槽42の水槽内でも起きる反応である。
Further, on the upper
また、後段分解部水槽43には、第2ナノバブル発生機86が設置され、被処理水にナノバブルを吐出してナノバブル流63を形成すると共に、ナノバブル含有水を作製している。この第2ナノバブル発生機86は、前述の第1ナノバブル発生機2と同様の構造であり、気液混合循環ポンプ55、第1気体せん断部56、第2気体せん断部58、第3気体せん断部62、電動ニードルバルブ61とそれらを連結する配管57,59,60および吸込配管54から構成されている。
Further, a
次に、さらに後段分解部水槽43の状況を詳細に説明する。前段分解部水槽42から沈澱槽51を経て、後段分解部水槽43に導入された処理水に残存している有機フッ素化合物含有水中の微量PFOS、PFOA等は、第2ナノバブル発生機86から吐出するナノバブルによって、酸化分解される。このPFOS、PFOA等は化学的に安定な物質であり、その構造からして炭素とフッ素の構造は、従来の方法では、分解できない化合物と考えられていた。
Next, the situation of the rear decomposition
しかし、このような難分解性の化合物であってもナノバブルが生成するラジカルによる酸化作用により、時間をかければ、ナノバブルで分解することが可能であることが判明した。ラジカルは、通常反応性が高いために、生成するとすぐに他の原子や分子との間で酸化反応を起こし、安定な分子やイオンになる。よって、後段分解部水槽43で微量PFOS、PFOA等についても、第2ナノバブル発生機86より吐出するナノバブルによって、酸化分解され、2次分解物ガス85が発生する。この発生した2次分解物ガス85は、ダクト47より導入される1次分解物ガス38と合流して、下部固定穴あき台70、中間部固定穴あき台71、上部固定穴あき台72の上にそれぞれ設置されている下部活性炭収容容器73内の下部活性炭76、中間部活性炭収容容器74内の下部活性炭76、上部活性炭収容容器75内の上部活性炭78に3段階で吸着処理されることになる。そして、発生した2次分解物ガス85は確実に分解処理されて、排気煙突35から処理ガス84として排出される。
However, it has been found that even such a hardly decomposable compound can be decomposed with nanobubbles over time due to the oxidizing action of radicals generated by nanobubbles. Since radicals are usually highly reactive, as soon as they are generated, they undergo an oxidation reaction with other atoms and molecules to become stable molecules and ions. Therefore, the trace amount PFOS, PFOA, and the like in the rear decomposition
このように、この実施形態によれば、有機フッ素化合物をナノバブルの酸化力を利用して、液中にて前段分解部水槽42と後段分解部水槽43の2段階で分解することで、有機フッ素化合物をより確実に分解できて、炭素数が少なくなった分解物をガス化できる。また、上記有機フッ素化合物をナノバブルの酸化力を利用して分解した分解物としてのガスをファン17による送風でもって液相(水面)表面から常時除去することにより上記分解をより効率的にすることができた。また、液相中の分解物としての硫酸イオンは、カルシウムイオンと反応させて硫酸カルシウムフロック53として沈澱,除去できると同時に、分解物としての各種ガスは活性炭76〜78に効率よく吸着して除去できる。また、この実施形態では、微量硫酸イオンの処理に際し、炭酸カルシウム鉱物32〜34にナノバブル含有水を散水ノズル45から散水して、炭酸カルシウム鉱物からカルシウムイオンを効率的に溶出させて、硫酸イオンとの反応に有効利用している。
As described above, according to this embodiment, the organic fluorine compound is decomposed in two stages in the liquid by using the oxidizing power of the nanobubble in the first decomposition
なお、上記したように下部活性炭76、中間部活性炭77、上部活性炭78は、それぞれの収容容器である下部活性炭収容容器73、中間部活性炭収容容器74、上部活性炭収容容器75に収容され設置されている。ここでは、下部活性炭76、中間部活性炭77、上部活性炭78の具体的一例として、クラレケミカル株式会社の球状活性炭クラレコール(商品名)を採用した。
As described above, the lower activated
そして、それぞれの収容容器である下部活性炭収容容器73、中間部活性炭収容容器74、上部活性炭収容容器75は、それぞれの固定穴あき台である下部固定穴あき台70、中間部固定穴あき台71、上部固定穴あき台72に設置されている。各固定穴あき台70〜72は、各固定穴あき台70〜72の下部で発生したガスが、各固定穴あき台70〜72を通過して上部の多数の活性炭76〜78に吸着され易い構造である。すなわち、各活性炭収容容器73〜75と各固定穴あき台70〜72は、発生したガスが各活性炭76〜78と効率よく接触するように多数の小さな穴があいている。
The lower activated
そして、破過状態すなわち寿命が来た活性炭76、77、78は、各収容容器73、74、75と共にそれぞれの取出口である下部取出口67、中間部取出口68、上部取出口69から容易に取り出されて、新品の活性炭と取り替えられることになる。この下部取出口67、中間部取出口68、上部取出口69は、フランジ蓋をボルトで締結した構造であり、このボルトを緩めてフランジ蓋を取り外すことで、活性炭収容容器73〜75を容易に取り出すことができる。そして、使用済の活性炭は、セメント工場に持ち込まれて、燃料汚泥として、有効利用されることとなる。
The activated
尚、上記実施形態では、被処理水となる難分解性化合物含有水をPFOS、PFOA等を含有する有機フッ素化合物含有水としたが、他の有機化合物含有水もしくは無機化合物含有水としてもよい。 In the above embodiment, the hardly decomposable compound-containing water to be treated water is an organic fluorine compound-containing water containing PFOS, PFOA, etc., but may be other organic compound-containing water or inorganic compound-containing water.
(第2の実施の形態)
次に、図2に本発明の水処理装置の第2実施形態を示す。この図2に示す第2実施形態の水処理装置は、前述の第1実施形態と比較して、第1ナノバブル発生機2に自動的に吸い込まれる気体を空気に替えて、オゾンガスとしている点だけが、前述の第1実施形態と異なっている。よって、この第2実施形態では、前述の第1実施形態と同じ部分については同じ符号を付けて詳細説明を省略し、前述の第1実施形態と異なる部分を説明する。
(Second embodiment)
Next, FIG. 2 shows a second embodiment of the water treatment apparatus of the present invention. The water treatment apparatus according to the second embodiment shown in FIG. 2 is different from the first embodiment described above only in that the gas automatically sucked into the
この第2実施形態では、第1ナノバブル発生機2に自動的に吸い込まれる気体がオゾンガスである空気よりもオゾンガスの方が酸化力はあるので、第1ナノバブル発生機2からオゾンナノバブルを吐出させて、被処理水中の処理対象物を酸化分解できる。このオゾンナノバブルは、水中で1ヶ月以上と長く酸化力を維持できる。これに対して、他のオゾンバブルでは、水中に滞留する持続時間がより短時間である。この第2実施形態によれば、酸化力があるオゾンを、さらにラジカルによる酸化力があるナノバブルとしたオゾンナノバブルによって、相乗的に酸化力が増強されて、被処理水中の処理対象物を酸化分解することができる。
In this second embodiment, since ozone gas has an oxidizing power rather than air in which the gas automatically sucked into the
(第3の実施の形態)
次に、図3に本発明の水処理装置の第3実施形態を示す。この第3実施形態は、第1ナノバブル発生機2に自動的に吸い込む気体を空気に替えて酸素ガスとしている点のみが、前述の第1実施形態と異なっている。よって、この第3実施形態では、前述の第1実施形態と同じ部分については同じ符号を付けて詳細説明を省略し、前述の第1実施形態と異なる部分を説明する。
(Third embodiment)
Next, FIG. 3 shows a third embodiment of the water treatment apparatus of the present invention. The third embodiment is different from the first embodiment described above only in that the gas automatically sucked into the
この第3実施形態では、第1ナノバブル発生機2が自動的に吸い込む気体を酸素ガスとしている。空気よりも酸素ガスの方が、酸化力があるので、第1ナノバブル発生機2から酸素ナノバブルを吐出させることにより、被処理水中の処理対象物をより効果的に酸化分解することができる。また、生物としての微生物培養や魚介類等を飼育する場合には、空気よりも酸素ガス単独の方が有効となる。
In the third embodiment, the gas automatically sucked by the
また、酸素は、オゾンと異なって生物に対する有害性が少ないので、微生物培養や魚介類等を飼育する場合は酸素ナノバブルが有効となる。結論として、生物に対しては、空気ナノバブルやオゾンナノバブルに比べて酸素ナノバブルの方が有効である。 In addition, oxygen is less harmful to living organisms, unlike ozone, and oxygen nanobubbles are effective when breeding microorganism cultures, seafood, and the like. In conclusion, oxygen nanobubbles are more effective for living organisms than air nanobubbles or ozone nanobubbles.
(第4の実施の形態)
次に、図4に本発明の水処理装置の第4実施形態を示す。この第4実施形態は、第1ナノバブル発生機2と第2ナノバブル発生機86が自動的に吸い込む気体が、空気に替えてオゾンガスとした点のみが、前述の第1実施形態と異なっている。よって、この第4実施形態では、前述の第1実施形態と同じ部分については、同じ符号を付けて、詳細説明を省略し、前述の第1実施形態と異なる部分を説明する。
(Fourth embodiment)
Next, FIG. 4 shows a fourth embodiment of the water treatment apparatus of the present invention. This fourth embodiment is different from the first embodiment described above only in that the gas automatically sucked by the
この第4実施形態では、第1ナノバブル発生機2と第2ナノバブル発生機86に自動的に吸い込まれる気体を、両方ともオゾンガスとしている。空気よりもオゾンガスの方が酸化力があるので、第1ナノバブル発生機2と第2ナノバブル発生機86の両方からオゾンナノバブルを吐出させることによって、被処理水中の処理対象物をより効果的に酸化分解できる。このオゾンナノバブルは、水中で、1ヶ月以上と長く酸化力を維持できる。これに対して、他のオゾンバブルでは、水中に滞留する持続時間がより短時間である。この第4実施形態によれば、酸化力があるオゾンを、さらにラジカルによる酸化力があるナノバブルとしたオゾンナノバブルによって、相乗的に酸化力が増強されて、被処理水中の処理対象物を酸化分解することができる。
In the fourth embodiment, the gas automatically sucked into the
(実験例)
図1の第1実施形態の水処理装置に対応した、有機フッ素化合物PFOSのナノバブル処理装置3としての回分式実験装置を製作した。この実験装置では、ナノバブル処理装置3における前段分解部水槽42の容量を約1m3とし、沈澱槽51を含む後段分解部水槽43の容量を約1m3とし、カルシウム溶出部21の容量を約1.5m3とし、分解ガス吸着部66の容量を約1.5m3とした。
(Experimental example)
A batch-type experimental apparatus was manufactured as the
この実験装置の回分式とは、水処理を連続式で行うのではなく、単位水量ごとに回分式で処理する方式である。具体的には、前段分解部水槽42と後段分解部水槽43の合計容量が約2m3であるから、PFOS含有被処理水を2m3ごとに処理する内容である。
The batch system of this experimental apparatus is a system in which the water treatment is not performed continuously, but is performed batchwise for each unit amount of water. Specifically, since the total capacity of the front-stage decomposition
そして、気液混合循環ポンプ5および気液混合循環ポンプ55の電動機がそれぞれ3.7KWから構成される第1ナノバブル発生機2および第2ナノバブル発生機86としては、株式会社協和機設のHYK型をそれぞれ選定した。
The
また、新鮮空気をカルシウムイオン溶出部21に常時供給するため、ファン17としてテラル株式会社のシロッコファンCLF5−RS型0.75KWを選定した。そして、この実験装置の前段分解部水槽42、続いて後段分解部水槽43に流入水として、工業用水を投入し、その後、PFOSの試薬を添加した。結果として、前段分解部水槽42および後段分解部水槽43のそれぞれの容量1m3すなわち合計容量2m3に対し、2m3の工業用水を導入した後、導入を停止し、前段分解部水槽42および後段分解部水槽43のPFOS濃度が6000ppbとなるように散水ポンプ80を運転して撹拌,調整した。
Moreover, in order to always supply fresh air to the calcium
前段分解部水槽42および沈澱槽51を含む後段分解部水槽43の合計容量約2m3に対し、PFOS濃度が全体として、平均6000ppbとなるには、2m3×6000ppb=12gのPFOSを合計投入し撹拌したことになる。当然のことであるが、投入した工業用水は、2m3である。
For the total capacity of about 2 m 3 of the rear decomposition
そして、回分式で処理した。すなわち、第1ナノバブル発生機2と第2ナノバブル発生機86を運転して、投入直後と6日後の測定データを比較した。より具体的には、液相としての後段分解部水槽43の各項目濃度と、気相としての分解ガス吸着部66の排気煙突35での各項目濃度とを比較した。
And it processed by the batch type. That is, the
尚、分解ガス吸着部66での条件では、活性炭を充填した場合と、活性炭を 全く充填しない場合の測定も実施した。その結果を以下に示す。
In addition, under the conditions in the cracked
(1) 液相としての後段分解部水槽43での分析結果
PFOSの投入直後は、PFOS濃度が5700ppb、総フッ素量が4600ppb、遊離硫酸イオンが1ppbであった。これに対して、上記投入の6日後では、PFOS濃度が240ppb、総フッ素量が580ppb、遊離硫酸イオンが22ppbであった。
(1) Analysis results in the latter stage decomposition
(2) 気相としての分解ガス吸着部66の排気煙突35の分析結果(分解ガス吸着部66に活性炭を充填しない場合)
この場合、PFOSの投入直後は、大気(気相)PFOS濃度が0.02ppbであり、分解物高度分析(GC−MS(ガスクロマトグラフ‐質量分析)測定)の結果、分解物は0であった。これに対して、上記投入の6日後では、大気(気相)PFOS濃度が0.02ppbであり、分解物高度分析(GC−MS測定)の結果、分解物としてCF3(CF2)3H、CF3(CF2)4H等多数確認された。
(2) Analysis result of the
In this case, immediately after the introduction of PFOS, the atmospheric (gas phase) PFOS concentration was 0.02 ppb, and as a result of advanced decomposition analysis (GC-MS (gas chromatograph-mass spectrometry) measurement), the decomposition product was 0. . On the other hand, after 6 days from the introduction, the atmospheric (gas phase) PFOS concentration was 0.02 ppb, and as a result of the advanced decomposition analysis (GC-MS measurement), CF 3 (CF 2 ) 3 H as a decomposition product was obtained. , CF 3 (CF 2 ) 4 H and many others were confirmed.
(3) 気相としての分解ガス吸着部66の排気煙突35の分析結果(分解ガス吸着部66に活性炭を充填した場合)
この場合、PFOSの投入直後は、大気(気相)PFOS濃度が0.04ppbであり、分解物定性試験の結果、分解物は0であった。これに対して、上記投入の6日後では、大気(気相)PFOS濃度が0.01ppbであり、分解物定性試験の結果、分解物は確認できなかった。
(3) Analysis result of the
In this case, immediately after the introduction of PFOS, the atmospheric (gas phase) PFOS concentration was 0.04 ppb, and as a result of the decomposition product qualitative test, the decomposition product was 0. On the other hand, after 6 days from the introduction, the atmospheric (gas phase) PFOS concentration was 0.01 ppb, and as a result of the decomposition product qualitative test, no decomposition product could be confirmed.
上記(1)の実験データから判断して、次の(a),(b)のことが判明した。 Judging from the experimental data of (1) above, the following (a) and (b) were found.
(a) 有機フッ素化合物PFOSは、液相のPFOS濃度と総フッ素量から判断して、減少しているので、分解している。 (a) The organic fluorine compound PFOS is decomposed because it decreases as judged from the PFOS concentration in the liquid phase and the total fluorine amount.
(b) 遊離硫酸イオンは、有機フッ素化合物PFOSの分解物で検出できているので、有機フッ素化合物PFOSは分解が証明された。つまり、有機フッ素化合物PFOS(C8F17SO3H)が分解されて遊離硫酸イオン(SO4イオン)となった。 (b) Since the free sulfate ion was detected as a decomposition product of the organic fluorine compound PFOS, the decomposition of the organic fluorine compound PFOS was proved. That is, the organic fluorine compound PFOS (C 8 F 17 SO 3 H) was decomposed into free sulfate ions (SO 4 ions).
また、上記(2)の活性炭を充填しない場合の実験データから判断して、次の(c)のことが判明した。 Judging from the experimental data when the activated carbon of (2) is not filled, the following (c) was found.
(c) 有機フッ素化合物PFOSは、分解されて、気相から分解物CF3(CF2)3H、CF3(CF2)4H等が多数検出された。 (c) The organic fluorine compound PFOS was decomposed, and a large number of decomposition products CF 3 (CF 2 ) 3 H, CF 3 (CF 2 ) 4 H, and the like were detected from the gas phase.
また、上記(3)の活性炭を充填した場合の実験データから判断して、次の(d),(e)のことが判明した。 Further, the following (d) and (e) were found from the experimental data when the activated carbon of (3) was filled.
(d) 有機フッ素化合物PFOSは、気相から高濃度PFOSが検出されていないので、PFOSミストとして飛散していない。 (d) The organic fluorine compound PFOS is not scattered as a PFOS mist because a high concentration PFOS is not detected from the gas phase.
(e) 排気煙突35から分解物CF3(CF2)3H、CF3(CF2)4H等が検出されていないので、分解物は活性炭に吸着された。
(e) Since the decomposition products CF 3 (CF 2 ) 3 H, CF 3 (CF 2 ) 4 H, and the like were not detected from the
1 流入配管
2 第1ナノバブル発生機
3 ナノバブル処理装置
4 吸込み配管
5 気液混合循環ポンプ
6 第1気体せん断部
7 水配管
8 第2気体せん断部
9 水配管
10 空気配管
11 電動ニードルバルブ
12 第3気体せん断部
13 ナノバブル流
14 水配管
15 水流
16 吸込み口
17 ファン
18 吐出ダクト
19 ダクトフランジ
20 分解部
21 カルシウムイオン溶出部
22 下部取出口
23 中間部取出口
24 上部取出口
25 水面
26 下部固定穴あき台
27 中間部固定穴あき台
28 上部固定穴あき台
29 下部炭カル収納容器
30 中間部炭カル収納容器
31 上部炭カル収納容器
32 下部炭酸カルシウム鉱物
33 中間部炭酸カルシウム鉱物
34 上部炭酸カルシウム鉱物
35 排気煙突
36 流出水配管
37 処理ガス
38 1次分解物ガス
39 新鮮空気流
40 傾斜壁
41 吸着箱
42 前段分解部水槽
43 後段分解部水槽
44 フランジ
45 散水ノズル
46 散水水配管
47 ダクト
48 傾斜板
49 分解ガス
50 仕切り板
51 沈澱槽
52 排水バルブ
53 硫酸カルシウムフロック
54 吸込み配管
55 気液混合循環ポンプ
56 第1気体せん断部
57 水配管
58 第2気体せん断部
59 水配管
60 空気配管
61 電動ニードルバルブ
62 第3気体せん断部
63 ナノバブル流
64 沈澱槽傾斜壁
65 水流
66 分解ガス吸着部
67 下部取出口
68 中間部取出口
69 上部取出口
70 下部固定穴あき台
71 中間部固定穴あき台
72 上部固定穴あき台
73 下部活性炭収納容器
74 中間部活性炭収納容器
75 上部活性炭収納容器
76 下部活性炭
77 中間部活性炭
78 上部活性炭
79 傾斜壁
80 散水ポンプ
81 吸込み配管
82 ナノバブル含有水滴
83 水流
84 処理ガス
85 2次分解物ガス
86 第2ナノバブル発生機
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Inflow piping 2 1st nano bubble generator 3 Nano bubble processing apparatus 4 Suction piping 5 Gas-liquid mixing circulation pump 6 1st gas shearing part 7 Water piping 8 2nd gas shearing part 9 Water piping 10 Air piping 11 Electric needle valve 12 3rd Gas shear part 13 Nano bubble flow 14 Water pipe 15 Water flow 16 Suction port 17 Fan 18 Discharge duct 19 Duct flange 20 Decomposition unit 21 Calcium ion elution unit 22 Lower outlet 23 Middle outlet 24 Upper outlet 25 Water surface 26 Lower fixed hole Table 27 Middle fixed hole perforated base 28 Upper fixed hole perforated base 29 Lower charcoal storage container 30 Middle charcoal storage container 31 Upper charcoal storage container 32 Lower calcium carbonate mineral 33 Intermediate calcium carbonate mineral 34 Upper calcium carbonate mineral 35 Exhaust chimney 36 Outflow water piping 37 Process gas 38 Primary decomposition product gas 39 Fresh Airflow 40 Inclined wall 41 Adsorption box 42 Front decomposition unit water tank 43 Rear decomposition unit water tank 44 Flange 45 Sprinkling nozzle 46 Sprinkling water pipe 47 Duct 48 Inclined plate 49 Decomposed gas 50 Partition plate 51 Precipitation tank 52 Drain valve 53 Calcium sulfate flock 54 Suction pipe 55 Gas-liquid mixing circulation pump 56 First gas shearing part 57 Water pipe 58 Second gas shearing part 59 Water pipe 60 Air pipe 61 Electric needle valve 62 Third gas shearing part 63 Nano bubble flow 64 Sedimentation tank inclined wall 65 Water flow 66 Decomposition gas Suction part 67 Lower outlet 68 Middle outlet 69 Upper outlet 70 Lower fixed hole base 71 Intermediate fixed hole base 72 Upper fixed hole base 73 Lower activated carbon storage container 74 Intermediate activated carbon storage container 75 Upper activated carbon storage container 76 Lower activated carbon 77 Middle activated carbon 78 Upper activated carbon 79 Inclined wall 80 Sprinkling Pump 81 Suction piping 82 Water droplets 83 containing nano bubbles 83 Water flow 84 Process gas 85 Secondary decomposition product gas 86 Second nano bubble generator
Claims (27)
上記水槽内の難分解性化合物含有水にナノバブルを吐出する気液混合気体せん断方式のナノバブル発生機と、
上記水槽において上記ナノバブルが有するラジカルによる酸化力でもって分解されてガス化された上記難分解性化合物の分解物を除去するガス除去部とを備えることを特徴とする水処理装置。 A water tank into which water containing a hardly decomposable compound is introduced;
A gas-liquid mixed gas shearing nanobubble generator for discharging nanobubbles into the hardly decomposable compound-containing water in the water tank;
A water treatment apparatus comprising: a gas removal unit that removes a decomposition product of the hardly decomposable compound that has been decomposed and gasified by oxidizing power of radicals of the nanobubbles in the water tank.
上記難分解性化合物が有機化合物であることを特徴とする水処理装置。 The water treatment apparatus according to claim 1,
The water treatment apparatus, wherein the hardly decomposable compound is an organic compound.
上記難分解性化合物が有機フッ素化合物であり、
上記有機フッ素化合物含有水が導入される前段部水槽と、
上記前段部水槽内の有機フッ素化合物含有水にナノバブルを吐出する気液混合気体せん断方式の第1のナノバブル発生機と、
上記前段部水槽からの処理水が導入される後段部水槽と、
上記後段部水槽内の有機フッ素化合物含有水にナノバブルを吐出する気液混合気体せん断方式の第2のナノバブル発生機と、
上記後段部水槽において上記ナノバブルが有するラジカルによる酸化力でもって分解された上記有機フッ素化合物のガス化した分解物を吸着,除去するガス除去部とを備えることを特徴とする水処理装置。 The water treatment device according to claim 2,
The hardly decomposable compound is an organic fluorine compound,
A pre-stage water tank into which the organic fluorine compound-containing water is introduced;
A first nanobubble generator of a gas-liquid mixed gas shearing system that discharges nanobubbles to the organic fluorine compound-containing water in the front stage water tank;
A rear water tank into which treated water from the front water tank is introduced;
A second nanobubble generator of a gas-liquid mixed gas shearing system that discharges nanobubbles to the organic fluorine compound-containing water in the rear water tank;
A water treatment apparatus comprising: a gas removing unit that adsorbs and removes the gasified decomposition product of the organic fluorine compound decomposed by the oxidizing power of radicals of the nanobubbles in the rear water tank.
上記有機フッ素化合物含有水は、
PFOSまたはPFOAの少なくとも一方を含有していることを特徴とする水処理装置。 The water treatment apparatus according to claim 3,
The organic fluorine compound-containing water is
A water treatment apparatus comprising at least one of PFOS and PFOA.
上記ナノバブル発生機は、3段階の気液混合気体せん断部を有することを特徴とする水処理装置。 In the water treatment apparatus according to any one of claims 1 to 4,
The nano-bubble generator has a three-stage gas-liquid mixed gas shearing section.
上記前段部水槽の上に配置されていると共に上記前段部水槽からのナノバブルが導入されてカルシウムイオンを上記前段部水槽に滴下させるカルシウムイオン溶出部と、
上記前段部水槽から処理水が導入されると共に上記処理水を上記後段部水槽に導入する沈澱槽と、
上記後段部水槽の上に配置されていると共に上記ナノバブルにより有機フッ素化合物を分解することによって発生するガスを吸着剤により吸着処理するガス吸着部とを備えたことを特徴とする水処理装置。 In the water treatment equipment according to any one of claims 3 to 5,
A calcium ion elution part that is arranged on the front stage water tank and into which nanobubbles from the front stage water tank are introduced to drop calcium ions into the front stage water tank,
A settling tank in which treated water is introduced from the front water tank and the treated water is introduced into the rear water tank;
A water treatment apparatus, comprising: a gas adsorbing portion that is disposed on the rear water tank and that adsorbs a gas generated by decomposing an organic fluorine compound with the nanobubbles using an adsorbent.
上記前段部水槽と上記カルシウムイオン溶出部との間に空気を供給する空気供給部を備えたことを特徴とする水処理装置。 The water treatment device according to claim 6,
A water treatment apparatus comprising an air supply unit for supplying air between the front-stage water tank and the calcium ion elution unit.
上記ガス吸着部の吸着剤が活性炭であることを特徴とする水処理装置。 The water treatment apparatus according to claim 6 or 7,
A water treatment apparatus, wherein the adsorbent of the gas adsorption unit is activated carbon.
上記ナノバブル発生機は、
電動ニードルバルブにより気体を導入可能な第1気体せん断部を有する気液混合循環ポンプと、
上記第1気体せん断部からマイクロバブルが導入される第2気体せん断部と、
上記第2気体せん断部からナノバブルが導入される第3気体せん断部とを有することを特徴とする水処理装置。 In the water treatment equipment according to any one of claims 1 to 8,
The nano bubble generator is
A gas-liquid mixing circulation pump having a first gas shearing part capable of introducing gas by an electric needle valve;
A second gas shearing part into which microbubbles are introduced from the first gas shearing part;
A water treatment apparatus comprising: a third gas shearing part into which nanobubbles are introduced from the second gas shearing part.
上記電動ニードルバルブから上記第1気体せん断部に1.2リットル/分以下で空気を導入することを特徴とする水処理装置。 The water treatment device according to claim 9,
A water treatment apparatus, wherein air is introduced from the electric needle valve to the first gas shearing portion at a rate of 1.2 liters / minute or less.
上記第1気体せん断部は、形状が楕円形もしくは真円形で、かつ内部に2本以上の溝が形成されていることを特徴とする水処理装置。 The water treatment device according to claim 9,
The said 1st gas shearing part is an elliptical shape or a perfect circle shape, and the 2 or more groove | channel is formed in the inside, The water treatment apparatus characterized by the above-mentioned.
上記溝の深さが、0.3mm〜0.6mm、溝幅が0.8mm以内であることを特徴とするナノバブル発生機を有する水処理装置。 The water treatment device according to claim 11,
A water treatment apparatus having a nanobubble generator, wherein the groove has a depth of 0.3 mm to 0.6 mm and a groove width of 0.8 mm or less.
上記気液混合循環ポンプは、吐出配管の内径が吸い込み配管の内径よりも小さいことを特徴とする水処理装置。 In the water treatment equipment according to any one of claims 9 to 12,
In the gas-liquid mixing circulation pump, the inner diameter of the discharge pipe is smaller than the inner diameter of the suction pipe.
上記気液混合循環ポンプは、上記気液混合循環ポンプのポンプ出力が最大値に達した時点以降に、気体取り込みを開始することを特徴とする水処理装置。 In the water treatment equipment according to any one of claims 9 to 13,
The water treatment apparatus, wherein the gas / liquid mixing / circulation pump starts gas intake after the pump output of the gas / liquid mixing / circulation pump reaches a maximum value.
上記気液混合循環ポンプは、運転開始から60秒以上経過してから気体取り込みを開始することを特徴とする水処理装置。 In the water treatment equipment according to any one of claims 9 to 13,
The gas-liquid mixing / circulation pump starts to take in gas after 60 seconds or more have elapsed from the start of operation.
上記電動ニードルバルブから上記第1気体せん断部へ気体を流入させる気体流入管は、上記第1気体せん断部のマイクロバブル発生部側面に対する入射角が18°となるように配置されていることを特徴とする水処理装置。 In the water treatment equipment according to any one of claims 9 to 15,
The gas inflow pipe for allowing the gas to flow from the electric needle valve to the first gas shearing portion is arranged so that an incident angle with respect to the side surface of the microbubble generating portion of the first gas shearing portion is 18 °. Water treatment equipment.
上記第1気体せん断部を構成する材料の厚さを6mmから12mmとしたことを特徴とする水処理装置。 In the water treatment equipment according to any one of claims 9 to 15,
A water treatment apparatus characterized in that the thickness of the material constituting the first gas shearing section is 6 mm to 12 mm.
上記ナノバブル発生機に供給する気体をオゾンとしたことを特徴とする水処理装置。 In the water treatment equipment according to any one of claims 1 to 17,
A water treatment apparatus characterized in that the gas supplied to the nanobubble generator is ozone.
上記ナノバブル発生機に供給する気体を酸素ガスとしたことを特徴とする水処理装置。 In the water treatment equipment according to any one of claims 1 to 17,
A water treatment apparatus characterized in that the gas supplied to the nanobubble generator is oxygen gas.
上記ナノバブルが有するラジカルによる酸化力を利用して、上記難分解性化合物の強固な結合を分解し、この分解による分解物をガス化して除去することを特徴とする水処理方法。 The nanobubbles are discharged into the water containing the hardly decomposable compound and mixed.
A water treatment method characterized by decomposing a strong bond of the hardly decomposable compound by utilizing the oxidizing power of radicals possessed by the nanobubble, and gasifying and removing a decomposition product by the decomposition.
上記難分解性化合物が有機化合物であることを特徴とする水処理方法。 The water treatment method according to claim 20,
The water treatment method, wherein the hardly decomposable compound is an organic compound.
上記難分解性化合物が有機フッ素化合物であり、
上記有機フッ素化合物含有水にナノバブルを吐出させて混合し、上記ナノバブルが有するラジカルによる酸化力を利用して、上記有機フッ素化合物の炭素とフッ素の強固な結合を分解し、この分解による分解物をガス化して除去する第1の処理と、
上記第1の処理後の処理水にナノバブルを吐出させて混合し、上記ナノバブルが有するラジカルによる酸化力を利用して、上記有機フッ素化合物の炭素とフッ素の強固な結合を分解し、この分解による分解物をガス化して除去する第2の処理とを行うことを特徴とする水処理方法。 The water treatment method according to claim 21, wherein
The hardly decomposable compound is an organic fluorine compound,
Nanobubbles are discharged and mixed into the organic fluorine compound-containing water, and the strong bond between carbon and fluorine of the organic fluorine compound is decomposed using the oxidizing power of the radicals of the nanobubbles, A first process for gasification and removal;
The nanobubbles are discharged and mixed in the treated water after the first treatment, and the strong bond between carbon and fluorine of the organic fluorine compound is decomposed using the oxidizing power of the radicals of the nanobubbles. The water treatment method characterized by performing the 2nd process which gasifies and removes a decomposition product.
上記第1の処理において、上記分解物の硫酸イオンをカルシウムイオンと反応させて除去することを特徴とする水処理方法。 The water treatment method according to claim 22,
In the first treatment, a sulfate treatment ion of the decomposition product is removed by reacting with calcium ions.
炭酸カルシウム鉱物にナノバブルを含む水滴を滴下させて、上記カルシウムイオンを溶出させることを特徴とする水処理方法。 The water treatment method according to claim 23,
A water treatment method, wherein a water droplet containing nanobubbles is dropped on a calcium carbonate mineral to elute the calcium ions.
上記炭酸カルシウム鉱物にナノバブルを含む水滴を滴下させて、この炭酸カルシウム鉱物の表面上で、ガス化した低分子有機フッ素化合物をさらに低分子に分解することを特徴とする水処理方法。 The water treatment method according to claim 24,
A water treatment method, wherein water droplets containing nanobubbles are dropped on the calcium carbonate mineral, and the gasified low molecular organic fluorine compound is further decomposed into low molecules on the surface of the calcium carbonate mineral.
上記炭酸カルシウム鉱物から溶出したカルシウムイオンと、上記低分子有機フッ素化合物が分解して生成したフッ素イオンとを反応させて、フッ化カルシウムの沈澱物とすることを特徴とする水処理方法。 The water treatment method according to claim 25,
A water treatment method characterized by reacting calcium ions eluted from the calcium carbonate mineral with fluorine ions generated by decomposition of the low-molecular-weight organic fluorine compound to form a precipitate of calcium fluoride.
上記炭酸カルシウム鉱物から溶出したカルシウムイオンと、上記低分子有機フッ素化合物がナノバブルの存在下で分解して生成したフッ素イオンとを反応させて、フッ化カルシウムのフロックを作り、このフッ化カルシウムのフロックを沈澱槽に沈澱させることを特徴とする水処理方法。 The water treatment method according to claim 25,
Calcium fluoride flocs are produced by reacting calcium ions eluted from the calcium carbonate mineral with fluorine ions generated by the decomposition of the low molecular weight organic fluorine compound in the presence of nanobubbles to form calcium fluoride flocs. A water treatment method characterized by precipitating water in a precipitation tank.
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