JP2010069385A - 水処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】オゾンの溶解効率が高く、圧力損失が小さく、オゾン処理に要するイニシャルコスト、ランニングコストをともに低減する。
【解決手段】オゾン含有気体を発生させるオゾン発生装置１２-1，１２-2と、このオゾン発生装置から発生したオゾン含有気体を導入してオゾン槽５内に微小気泡を発生させる微小気泡発生装置１３-1，１３-2とを備え、オゾン含有気体の微小気泡によってオゾン槽５に導入された被処理水をオゾン処理する水処理装置において、前記微小気泡発生装置は、オゾン槽５内に配置され、中空円板状に形成された気泡注入部と、この気泡注入部の少なくとも上面の所定箇所に穿設された複数個の気泡注入孔と、前記気泡注入部を軸支すると共にモータの回転力を受けて回転する回転軸と、前記オゾン発生装置から発生されたオゾンを前記気泡注入部に導入するガス供給管とを少なくとも備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、オゾン発生装置からのオゾン含有気体を微細気泡として被処理水中に発生させる微小気泡発生装置を設けた水処理装置に関する。

近年、オゾン処理によって水を浄化する浄水場が多く設置されている。オゾン処理は、オゾンの持つ強力な酸化力を利用し、原水水質の悪化に伴うカビ臭や着色の対策、塩素消毒過程で発生する発ガン性物質であるトリハロメタン（THMs；Trihalomethanes 以下、THMsとも称する）の前駆物質の低減を目的としている。オゾンの特徴は、フミン酸、フルボ酸などのTHMs生成能を有する生物由来性有機物や、水質を悪化させる原因物質であるアンモニア態窒素や陰イオン界面活性剤を酸化分解し低減させること、耐塩素性を有する病原性微生物であるクリプトスポリジウムパルブム（Cryptosporidium parvum）の不活化に有効であること、自己分解反応を起こし最終的に酸素に分解されることなどがある。

しかしながら、浄水場においてオゾン処理設備を導入する際の建設コストは高額である。また、オゾンは、空気中の酸素、あるいは酸素ガスそのものに電圧を加えて生成するため、発生コストを要する。そのため、費用対効果の点から中小規模の浄水場では導入が進みにくいのが現状である。

そこで、オゾン処理の代わりに、臭気物質や難分解性有機物を吸着除去するため、粉末活性炭を大量に注入しているケースもある。反面、粉末活性炭の大量使用は、処理コストが増大するばかりでなく、汚泥の量が増大することにもなる。このように大量の粉末活性炭による汚泥量の増大等を考慮すると、オゾン処理が最も適切な処理方法である浄水場も存在する。

一方、排オゾンはそのままでは捨てることはできない。水中に溶解しきれなかった排オゾンを活性炭を用いて吸着処理する排オゾン処理装置が知られている。しかし、この種の排オゾン処理装置では、活性炭に含まれる炭素とオゾンが酸化分解反応して、次第に活性炭が減量してしまう。さらに、オゾン処理後の被処理水にはオゾンが溶け込んでおり、オゾンによって低分子化された有機物や消毒副生成物等を吸着処理するため、破過状態になると活性炭の入替を行わなければならない。

図２４は従来の浄水場におけるオゾン処理装置を伴う水処理装置を示している。

このオゾン処理設備を伴う水処理装置は、オゾン処理装置１０１と、このオゾン処理装置１０１の前段に設けられ、オゾン処理前のプロセスである凝集沈殿処理における処理水が一時的に貯留される凝集沈殿処理槽１０２と、オゾン処理装置１０１の後段に設けられた活性炭吸着装置１０３と、凝集沈殿処理槽１０２内の処理水をオゾン処理装置１０１へ送水する送水ポンプ１０４とを備えている。

オゾン処理装置１０１は、導入された原水のオゾン処理を実行するオゾン槽１０５と、排オゾン処理装置１０６とを備えている。また、オゾン槽１０５は、第１のオゾン接触槽１０７と、第１のオゾン接触槽１０７に隣接配置された第２のオゾン接触槽１０８と、第２のオゾン接触槽１０８に隣接配置されたオゾン滞留槽１０９とを備えている。さらに、オゾン処理装置１０１には、オゾン発生装置１１０と、このオゾン発生装置１１０で発生したオゾン含有気体（気泡１１１）をそれぞれ第１のオゾン接触槽１０７および第２のオゾン接触槽１０８の各底面側から各槽内に散気する散気装置１１２，１１３とが付設されている。さらに、排オゾン処理装置１０６には活性炭吸着棟１１４が設けられている。散気装置１１２，１１３から各槽内に散気されたオゾンの内、水中に溶け切らずに出てきた排オゾンは排オゾン処理装置１０６に供給され、活性炭吸着棟１１４によって吸着処理がされて外部に排出されないようになっている。また、オゾン処理後の処理水中に含まれるオゾン処理で分解された有機物等は活性炭吸着装置１０３による活性炭の吸着で水中から除去されている。現在、オゾン処理後には活性炭処理設備を設けることが義務付けられている。

オゾンの生成に要する電力費用を削減するには、オゾンの注入量を減少させる必要がある。したがってオゾンの溶解効率を向上させるのが効果的で、その手法に、オゾンガスを微小な気泡として注入するという方法がある。近年、マイクロバブルと呼ばれる微小な気泡を利用した水処理方法の研究が進んでおり、オゾンを微小気泡として用いることで、より少ないオゾン量でオゾン処理を行うことができると考えられている。オゾン微細気泡を使用した水処理設備としては特許文献２に記載のものがある。

ここで、マイクロバブルとは、直径数μｍ〜数百μｍ程度の微小な気泡を指す。水中では表面が負電荷に帯電しており、表面積が大きく、気泡内部の圧力が高いことなどの特徴を有している。このマイクロバブルは、気体を高い溶解効率で液中に溶け込ませたり、長く液中に残存したり、固形物（汚濁物）の表面に付着し気泡の浮上とともに分離させたりすることによって、様々な効果を得ることができる。これらの性質を利用し、環境浄化、水処理、医療分野など幅広い分野での応用が期待されている。

一般に、マイクロバブルを発生させる方法として、細孔（フィルタ）法、加圧溶解法、衝撃波法、旋回法、超音波法などがある。例えば、特許文献１を参照。

また、オゾンの酸化力を高める手段のひとつとして、促進酸化法がある。オゾンはフッ素に次ぐ強力な酸化剤であり、その酸化にはオゾン自身が行う直接酸化と、加水分解によって次々と引き起こされる連鎖反応の過程で放出されるヒドロキシルラジカル（以下、・OHとする）などのフリーラジカルによる間接酸化がある。一般に、・OHは通常のオゾンの1,000倍の酸化力を持つといわれている。促進酸化法は、オゾンなどの酸化剤に紫外線を照射したり、超音波による振動を与えたり、あるいは過酸化水素などの酸化剤や光触媒などの触媒を添加することによって・OHなどのラジカル種を意図的に発生させる手法である。ラジカル種の働きにより、分解反応速度の増加と、それに伴うオゾン消費量の低減だけでなく、一般的な酸化分解では困難な環境ホルモン等の難分解性物質を分解できる。

促進酸化法を取り入れたオゾン処理技術としては、例えば、特許文献２のようなものがある。オゾン処理を行う反応槽として配管型反応槽を用い、入口、出口の双方に紫外線ランプなどの促進酸化技術を付加したものである。入口側では促進酸化技術によるオゾン酸化反応の促進、出口側では液中に残存した排オゾンの自己分解を促し、酸素へと変換する水処理装置である。オゾンの反応効率を高めるだけでなく、後段の排オゾン処理に要する活性炭のランニングコスト削減を見込むことができる。
特開２００７−２１３９３号公報

しかしながら、上述した従来のオゾン処理設備においては以下のような課題があった。

第１に、既存の浄水処理設備にオゾン処理設備を新たに導入する場合、設置スペースが確保できないといった問題がある。

第２に、オゾンは自身の生成に電力を消費し、かつ排オゾン処理装置や活性炭処理設備を必要とするため、イニシャルコスト、ランニングコストが掛かる。

第３に、オゾンのランニングコストを削減するには、オゾンの消費量を低減させる必要がある。その解決手段のひとつとして、特許文献１に記載の装置のように、オゾンを微小化し微小気泡として注入することで溶解効率を向上し、排オゾンとして捨てられるオゾン量を減少させる手法が挙げられる。さらにオゾンの溶解効率が向上すると、オゾン処理設備の小型化につながる。

しかしながら、微小気泡発生方法のなかでも旋回流法や加圧溶解法では、１台あたりの微小気泡発生量が少なく、エネルギー損失も大きい。浄水場への適用を考えた場合、設置台数を増やす必要があったり、過剰のエネルギーを消費したりといった問題がある。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、大量の微小気泡を低動力で提供できる微小気泡発生装置を浄水場のオゾン処理に適用することによって、オゾンの溶解効率が高く、圧力損失が小さく、オゾン処理に要するイニシャルコスト、ランニングコストをともに低減できる水処理装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために本発明は、オゾン含有気体を発生させるオゾン発生装置と、このオゾン発生装置から発生したオゾン含有気体を導入して前記オゾン槽内に微小気泡を発生させる微小気泡発生装置とを備え、オゾン含有気体の微小気泡によってオゾン槽内に導入された被処理水をオゾン処理する水処理装置において、前記微小気泡発生装置は、前記オゾン槽内に配置され、中空円板状に形成された気泡注入部と、この気泡注入部の少なくとも上面の所定箇所に穿設された複数個の気泡注入孔と、前記気泡注入部を軸支すると共にモータの回転力を受けて回転する回転軸と、前記オゾン発生装置から発生されたオゾンを前記気泡注入部に導入するガス供給管と、を少なくとも備え、オゾン発生装置からのオゾン含有気体をガス供給管を介して気泡注入部に導き、気泡注入部に穿設された気泡注入孔から出た気泡を、気泡注入部を回転させることで生じた剪断力で引きちぎり、オゾン含有気体の微小気泡をオゾン槽内に発生させること特徴としている。

本発明によれば、大量の微小気泡を低動力で提供できる微小気泡発生装置を浄水場のオゾン処理に適用することによって、オゾンの溶解効率が高く、圧力損失が小さく、オゾン処理に要するイニシャルコスト、ランニングコストをともに低減することができる。

〈第１の実施形態〉
《全体構成》
図１は本発明に係る水処理装置の第１の実施形態を示す構成図である。

同図に示す水処理装置は、オゾン処理装置１と、このオゾン処理装置１の前段に設けられ、オゾン処理前のプロセスである凝集沈殿処理における処理水が一時的に貯留される凝集沈殿処理槽２と、オゾン処理装置１の後段に設けられた活性炭吸着装置３と、凝集沈殿処理槽２内の処理水をオゾン処理装置１へ送水する送水ポンプ４とを備えている。

オゾン処理装置１は、導入された原水のオゾン処理を実行するオゾン槽５と、排オゾン処理装置６とを備えている。また、オゾン槽５は、第１のオゾン接触槽７と、第１のオゾン接触槽７に隣接配置された第２のオゾン接触槽８と、第２のオゾン接触槽８に隣接配置されたオゾン滞留槽９とを備えている。第１のオゾン接触槽７と第２のオゾン接触槽８との間は隔壁１０により、第２のオゾン接触槽８とオゾン滞留槽９との間は隔壁１１によりそれぞれ仕切られている。

特に、本実施形態では、２台のオゾン発生装置１２-1，１２-2と、オゾン発生装置１２-1，１２-2で発生したオゾン含有気体を導入してオゾン含有気体の微小気泡５２を第１のオゾン接触槽７および第２のオゾン接触槽８の各底面側から各槽内に発生させる２台の微小気泡発生装置１３-1，１３-2とが設けられている。微小気泡装置の詳細については後述する。

また、排オゾン処理装置６には活性炭吸着棟１４が設けられている。微小気泡発生装置１３-1，１３-2から各槽内に発生された微小気泡のオゾンの内、水中に溶け切らずに出てきた排オゾンは排オゾン処理装置６に供給され、活性炭吸着棟１４によって吸着処理がされて外部に排出されないようになっている。また、オゾン処理後の処理水中に含まれるオゾン処理で分解された有機物等は活性炭吸着装置３による活性炭の吸着で水中から除去されている。

《微小気泡発生装置の説明》
次に、本願発明に適用される微小気泡発生装置について、図２〜図１５を用いて詳述する。

図２〜図１５に示す微小気泡発生装置は、剪断法を用いた装置である。この装置は、円板に空けた細孔から出た気泡を、円板を回転させることで生じた剪断力で引きちぎり、微小気泡を発生させるもので、従来法に比べ、大量の微小気泡を低圧力損失で発生できることを特徴とする。この微小気泡発生装置の利用により、微小気泡発生装置の設置台数の削減や、省電力化を可能とする。

図２は、微小気泡発生装置の第１の構成例を示している。この微小気泡発生装置は、水槽５１内に微小気泡５２を注入する気泡注入部５３と、この気泡注入部５３にオゾンガスを供給するガス供給管５４と、気泡注入部５３をベルト５５を介して回転駆動させるモータ５６と、モータ５６の回転軸に取り付けられたプーリ５７と、気泡注入部５３を回転可能に軸支する回転軸５８と、この回転軸５８に取り付けられモータ５６からの駆動力をベルト５５を介して受けて回転軸５８を回転させるプーリ５９とを備えている。

図３に示すように、気泡注入部５３は、中空の円板状に形成されており、その上面６０には複数の気泡注入孔６１が穿設配置されている。この気泡注入孔６１は回転軸５８から一定以上の距離を持つように配置されている。すなわち、回転軸５８の中心部付近には気泡注入孔６１を設けない領域６２が存在することとなる。

このように構成された微小気泡発生装置において、ガス供給管５４を介してオゾン発生装置（図示せず）からオゾンガスが供給されると、気泡注入部５３から被処理水で満たされた水槽５１中に気泡が注入される。このとき、モータ５６の回転力がプーリ５７→ベルト５５→プーリ５９を介して回転軸５８に伝達されており、円板状の気泡注入部５３は高速で回転する。その際、気泡注入部５３から水槽５１中に注入される気泡が大気泡に成長する前に回転による剪断によって引きちぎられ、強制的に気泡注入孔６１より離脱させることで微小気泡５２として水中に放散されることとなる。

気泡注入部５３から気泡が流体中に注入されるとき、周りの流体から受ける剪断力によって、気泡の径が変化する。つまり、回転数が高くなり、気泡注入孔６１における周速度が大きくなるほど、剪断力が大きくなるため、気泡径は小径化する。この性質を小規模の試験装置を用いて実験的に検証した結果を図４に示す。図４に示すように、気泡注入孔６１における周速度が６ｍ／ｓ以下の条件においては周速度が大きくなるに連れて発生する気泡の平均径が小さくなることが分かる。この性質を利用することにより、発生気泡の径を変えることができる。

また、周速度が６ｍ／ｓ以上の条件においては、周速度が変化しても、発生する気泡の径は約０．２ｍｍの一定値となる。気泡注入孔６１における周速度は気泡注入部５３の回転の角速度と回転軸５８と気泡注入孔６１の距離の積で表されるため、気泡注入孔６１における角速度が６ｍ／ｓ以上となるため、全ての気泡注入孔６１から発生する気泡の平均径が約０．２ｍｍとなり、気泡注入部５３から発生する気泡の径の分布が小さく、径の揃った気泡を発生させることが可能となる。

図４は、気泡注入孔６１の径と発生する気泡の平均径との関係を実験的に調べた結果を示している。この結果によれば、角速度が６ｍ／ｓの条件においては、気泡注入孔６１の径が小さくなるに連れて、発生する気泡の平均径も小さくなるが、角速度が６ｍ／ｓ以上の条件においては、気泡注入孔６１の径が発生する気泡の平均径に与える影響が無くなり、約０．２ｍｍで一定となる。この性質により、気泡注入孔６１を微小気泡発生装置の気泡注入孔６１としては大きい１ｍｍとしても、約０．２ｍｍ径の気泡を発生させることが可能となる。気泡注入孔６１を大きくすると、気泡注入孔６１における圧力損失を低減されることが可能となり、気泡注入に用いるブロワ、コンプレッサの動力を削減することが可能となる。

また、図５は、口径１．０ｍｍの気泡注入孔６１が４ヶ所で、気体流量を変化させたときの気泡注入孔６１における角速度と発生する気泡の平均径の関係を示している。

この関係から理解できるように、気体流量が増えて、１リットル／分に達すると、回転数を上昇させても、微細な気泡を発生できないことが示されている。この傾向から、微細の気泡を発生されるためには、気体流量が制限値以下になっていることが必要であることが分かる。図６は、口径１．０ｍｍの気泡注入孔６１を８ヶ所に増やし、かつ気体流量を変化させたときの気泡注入孔６１における角速度と発生する気泡の平均径の関係を示している。気泡注入孔６１が８ヶ所の条件では、４ヶ所の条件で微細気泡を発生させることが出来なかった２リットル／分の流量においても、微細気泡を発生させることができることが確認された。これらの結果より、気泡注入孔６１の数を増やすことで、気泡径を小さく保ったまま、空気流量の制限値を増加可能なことが理解できる。図７は隣り合う気泡注入孔６１の間隔を示すピッチＰ（図３参照）と発生する気泡の平均気泡径との関係を示している。この関係から、気泡注入孔６１のピッチＰが１５ｍｍ以下の条件において、発生する気泡の平均気泡径が著しく大きくなることが分かった。

図８は微小気泡発生装置の第２の構成例を示している。この例は、気泡注入部５３が、所定の空隙を有して対向配置された２枚の円板６３，６４と、２枚の円板６３，６４の空隙内の円周部分に形成された小径ノズル６５により構成されていることを特徴としている。

このように構成された微小気泡発生装置においては、オゾン含有気体６６は小径ノズル６５から水槽５１中に注入される。この小径ノズル６５を円周部分に備えた円板が回転駆動されると、このときに働く剪断力によってオゾン含有気体６６は引きちぎられて微小気泡５２となる。また、気泡注入孔６１は全て同一円周上に設けられているため、ほぼ均質な気泡が生成される。

この例によれば、同一円周上に並べて配置された微小径のノズル６５から気泡が注入され、また注入時に働く剪断力に寄って、均質な微小気泡５２を発生されることができる。

図９は、微小気泡発生装置の第３の構成例を示している。この例では気泡注入部５３の側面が多孔質体６７で構成されている。

このように構成された微小気泡発生装置において、気体はガス供給管５４から供給されて円板の側面に形成された多孔質体６７から放出されるが、モータ５６によって多孔質体６７は回転を与えられる。多孔質体６７は孔径が円板に機械加工で穿設された孔に比べ、均質ではないものの、数μｍの微小な孔径のものを製作することが可能であるため、微小気泡５２を発生させるためには、より有効なものとなる。

図１０は、微小気泡発生装置の第４の構成例を示している。第４の構成例では、気泡注入部５３の上部に衝突板６８を設けるように構成している。

このように構成された微小発生装置において、オゾン含有気体はガス供給管５４から供給され、回転を与えられた気泡注入部５３より液体中に注入される。このとき、気泡注入部５３より発生された微小気泡５２は、気泡注入部５３と同期して回転している上部の衝突板６８に衝突する。気泡注入部５３により発生された微小気泡５２が衝突板６８に衝突することにより、さらに回転する衝突板６８からの剪断力が加わることによって、より微小な気泡を発生させることができる。

図１１は、微小気泡発生装置の第５の構成例を示している。この構成例では、気泡注入部５３の上面側に邪魔板６９を配設することを特徴としている。

この構成例では、ガス供給管５４によって供給された気体が、モータ５６によって回転駆動される気泡注入部５３から微小気泡５２が水槽５１内に注入されるが、このとき、邪魔板６９に衝突することによって微小気泡５２が回転軸中心に集まるのを防止することができる。

邪魔板６９によって微小気泡５２は水槽の中心部に集まることを防ぐことで、水槽中の循環流が均一に発生され、より効率良く微小気泡５２を発生させることができる。

図１２は第６の構成例を示している。ガス供給管５４によって供給された気体が、モータ５６によってプーリ５９を介して回転を与えられ気泡注入部５３から、微小気泡５２が水槽５１に注入されるが、このとき、邪魔板６９に衝突する。この邪魔板６９は、邪魔板震動源７０によって、振動が与えられており、振動する邪魔板６９に接触することによってさらに気泡を小径化する。

この構成例では、回転力によって微小気泡５２は中心に集まり合体する性質を有するものの、邪魔板６９により微小気泡５２が中心部に集まることを防ぐことができる。また、合体した気泡を再び分裂させることにより、効率良く微小気泡５２を発生させることができる。

図１３は第７の構成例を示している。

この構成の特徴は、気泡注入部５３を多孔質カバー７１で覆うようにした点にある。

気泡注入部５３から注入された気泡は、回転によって小径化し、この小径化した気泡は、多孔質カバー７１を通過して水槽中に放出される。

このように、多孔質カバー７１によって回転する気泡注入部５３を覆うことによって、異物等が回転部分へ接触するのを防止できる。

図１４は第８の構成例を示している。

この構成例は、気泡注入部５３の上面側に所定の空隙を有して衝突板７２を設けると共に、気泡注入部５３と衝突板７２との空隙の外縁部分に柱状の気泡破砕部７３を複数本設けたことを特徴としている。

この場合、オゾン含有気体はガス供給管５４から供給され、回転を与えられた気泡注入部５３より液体中に注入されるが、気泡注入部５３より発生した微小気泡５２は、気泡注入部５３と同期して回転している上部の衝突板７２に衝突し、空隙の外縁部分に向かって流れていく。そして、外縁部分に設けられた気泡破砕部７３に衝突した後、水槽５１中に放出される。

この構成例によれば、気泡注入部５３より発生した微小気泡５２が、気泡破砕部７３に衝突して分裂することで、より一層微小な気泡５２を発生させることができる。

図１５は第９の構成例を示している。

この構成例では、気泡注入部５３において、気泡注入孔６１を設けない領域６２（図３参照）に翼７４を設けることを特徴としている。

気泡注入部５３の回転に伴って、翼７４により、気泡注入部５３の表面に中心から外側に向かう流れが誘起される。この流れにより気泡注入孔６１からの気泡の離脱が促進される。

このように、翼７４により誘起された流れが気泡注入孔６１からの気泡の離脱を促進させることで、より微小な気泡を発生させることができる。

《第１の実施形態の作用》
次に、上述のような微細気泡発生装置を備えた本実施形態の作用を説明する。

第１の実施の形態において、凝集沈殿処理槽２内の被処理水は、送水ポンプ４を介して第１のオゾン接触槽７へ送水される。

第１のオゾン発生装置１２-1で生成されたオゾン含有気体は、第１のオゾン接触槽７の底部に設けられた第１の微小気泡発生装置１３-1により微小気泡５２となり、被処理水中へ注入される。注入された微小気泡５２は被処理水中で酸化分解され、次第に溶解していく。オゾン発生装置１２-1で生成されたオゾン含有気体は、第１のオゾン接触槽７に連続した水槽である第２のオゾン接触槽８の底部に設けられた第２の微小気泡発生装置１３-2の回転する中空の円板に設けられた気泡注入孔６１（図３参照）から水中に吹き込まれることにより微小気泡５２となり、被処理水中へ注入される。注入された微小気泡５２は、さらにオゾン酸化分解反応を進め、次第に溶解していく。第２のオゾン接触槽８に連続した水槽であるオゾン滞留槽９は、酸化分解に要する反応時間を稼ぐための水槽である。オゾン槽５の後段には活性炭吸着装置３が設けられ、被処理水中に溶解しているオゾンや、残存している酸化分解後の有機物等、例えば臭素酸、アルデヒド類等の消毒副生成物を吸着除去する。また、オゾン槽５において、第１の微小気泡発生装置１３-1及び第２の微小気泡発生装置１３-2から注入され、酸化分解に消費されず、かつ被処理水に溶解しきれなかったオゾンは、上部に設置された排オゾン処理装置６に回収され、吸着処理される。

《第１の実施形態の効果》
本実施の形態によれば、第１の微小気泡発生装置１３-1及び第２の微小気泡発生装置１３-2は、従来の散気方式におけるブロアに相当する気体量を、微小気泡５２として供給することができ、大量のオゾン微小気泡５２を第１のオゾン接触槽７及び第２のオゾン接触槽８に注入することができる。オゾンを微小化することで、オゾンの酸化分解効率と溶解効率は向上し、オゾン注入量の低減が可能になる。その結果、オゾン槽５の小型化や微小気泡発生装置の設置台数の削減、オゾン生成に伴う電力量の削減につながる。オゾン槽５がコンパクトになると、設置スペースの問題からオゾン設備導入が困難であった施設にも、導入が容易になり、建設コストの削減にもつながる。さらに酸化分解に使用されず、かつ液中に溶解しきれなかった排オゾンとして放出されるオゾン量も低減でき、活性炭吸着棟１４の負荷を低減し、活性炭の添加や入換に伴うランニングコストの低減につながる。

上述の微小気泡発生装置は、気泡発生の際の圧力損失が少なく、気泡注入に伴う過剰な電力消費を抑えることができる。

また、第１のオゾン接触槽７に比べ、第２のオゾン接触槽８では、被処理水の酸化分解反応が進行しているため、第２の微小気泡発生装置１３-2の微小気泡注入量を低減させるか、あるいはオゾン発生装置１２-2のオゾン濃度を低減させることができる。このように、第１の微小気泡発生装置１３-1及び第２の微小気泡発生装置１３-2の微小気泡注入量、あるいは第１のオゾン発生装置１２-1及び第２のオゾン発生装置１２-2のオゾン濃度を、被処理水の水質に応じてコントロールすることができる。

なお、第１のオゾン発生装置１２-1及び第２のオゾン発生装置１２-2は、オゾンを生成し、気体を加圧して第１の微小気泡発生装置１３-1及第２の微小気泡発生装置１３-2に給気できるものであれば、どのような形態であっても良い。

また、河川やダムなどの取水水質により被処理水の水質は変動する。したがって変動を考慮し、第１の微小気泡発生装置１３-1及第２の微小気泡発生装置１３-2を同槽内に複数設置しても良い。

〈第２の実施形態〉
次に、本発明に係る微小気泡を用いた水処理装置の第２の実施形態を図１６を用いて説明する。なお、第１の実施形態と同一構成部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

《構成》
第２の実施形態は、第１のオゾン接触槽７の底部に設けられ微小気泡５２を注入する２台の微小気泡発生装置１６-1，１６-2、第２のオゾン接触槽８の底部に設けられ微小気泡５２を注入する２台の微小気泡発生装置１６-3，１６-4と、これらの微小気泡発生装置１６-1〜１６-4に発生したオゾン含有気体を送るオゾン発生装置１５-1，１５-2，１５-3，１５-4と、排オゾン処理装置６で回収された排オゾンの一部を微小気泡発生装置１６-4に送気するオゾン送気管１７とを備えている。その他の構成は第１の実施形態と同様である。

《作用》
本実施の形態において、第１のオゾン接触槽７は分解反応の初期段階であり、処理すべき物質が被処理水中に多く存在し、高濃度のオゾン注入が必要となる。第２のオゾン接触槽８では分解反応の中期段階にあたり、第１のオゾン接触槽７に比べ処理すべき物質の残存量が少ないことから、低濃度のオゾン注入で良い。分解に使用されず、被処理水中に溶解しきれなかったオゾンは、水中を上昇し気中に放出され排オゾンとなる。排オゾン処理装置６に回収された排オゾンは、オゾン送気管１７を介して第２のオゾン接触槽８に注入される微小気泡として利用する。

《効果》
排オゾンを再び微小気泡として第２のオゾン接触槽８に注入することで、排オゾン中のオゾン濃度が低減し、活性炭吸着棟１４中の活性炭が延命し、ランニングコストの低減につながる。さらに、オゾン発生装置１５-4が生成するオゾン量を低減でき、オゾン生成に伴う電力消費を抑えることができる。

また、個々の微小気泡発生装置１６-1〜１６-4の負荷が低減され、水処理装置の長寿命化が実現するとともに、より細かな制御が可能になる。

〈第３の実施形態〉
《構成》
図１７は本発明の第３の実施形態を示す構成図である。

第３の実施形態では、オゾン槽５の後段に新たに設けられたオゾン接触槽２０と、第１のオゾン接触槽７から被処理水を分岐させ、オゾン接触槽２０に送水する送水管２１及び送水ポンプ２２と、オゾン接触槽２０の底部に設置したオゾン発生装置２３と、オゾン発生装置２３からオゾン含有気体を導入して微小気泡を発生させる微小気泡発生装置２４と、オゾン接触槽２０内の被処理水を第１のオゾン接触槽７に返送して被処理水の循環経路を構成する返送管２５とを備えている。

《作用》
第１のでオゾン接触槽７内被処理水は送水管２１を介して新たに設けたオゾン接触槽２０に導入される。導入された被処理水は、微小気泡発生装置２４で生成された微小気泡によりオゾン処理がされた後、再び、第１のオゾン接触槽７へ返送管２５を介して返送される。このように、第１のオゾン接触槽７と新たに設けたオゾン接触槽２０との間で被処理水の循環経路が形成される。

なお、被処理水の水質状況に合わせ、第２のオゾン接触槽８とオゾン接触槽２０との間で被処理水の循環経路を形成しても良い。また、排オゾン処理装置６において回収した排オゾンを、微小気泡発生装置２４の給気として用いても良い。

第１の微小気泡発生装置１３-1及び第２の微小気泡発生装置１３-2の代わりに既存の散気装置を用い、微小気泡発生装置２４のみを用いても良い。

《効果》
循環作用により、オゾンの酸化分解効率や溶解効率が向上し、オゾン生成に要する電力量の削減につながる。さらに、個々のオゾン接触槽がコンパクトにでき、オゾン槽５の小型化につながり、オゾン処理設備全体の設置スペースを削減できる。また、新たにオゾン接触槽２０を設けることで、オゾン処理設備全体の滞留時間を稼ぐことができる。したがって取水量や取水水質の変動に伴う被処理水の変動に対応でき、細かい制御が可能になる。

排オゾンを有効活用することで、排オゾン処理装置６に回収される排オゾン量が低減できる。したがって活性炭吸着棟１４の活性炭を長期間使用でき、活性炭に伴うランニングコストの削減につながる。また、排オゾンを微小気泡発生装置２４の給気として用いることで、オゾン発生装置２３のオゾン生成に伴う電力消費を削減できる。

〈第４の実施形態〉
《構成》
図１８は本発明の第４の実施形態を示す構成図である。

第４の実施形態では、微小気泡発生装置２４に給気するオゾンを生成するオゾン発生装置２３が第１のオゾン接触槽７の水面より高い位置にくるように、新たに設けたオゾン接触槽２０を位置させている。その他の構成は図１７に示した第３の実施形態と同様である。

《作用》
第１のオゾン接触槽７の水面よりも高い位置にオゾン発生装置２３を設置することで、オゾン接触槽２０に第１のオゾン接触槽７の水頭圧がかからなくなるため、微小気泡発生装置２４における圧力が低下する。

《効果》
水頭圧の差を利用し、オゾン発生装置２３から、微小気泡発生装置２４の気泡発生部分までの送気に要するエネルギーを削減することができる。

〈第５の実施形態〉
《構成》
図１９は本発明の第５の実施形態を示す構成図である。

第５の実施形態では、オゾン槽５の前段に新たなオゾン接触槽２０を設けている。また、オゾン槽５の内部には、付加技術装置３０が設けられている。この付加技術装置３０は過酸化水素、紫外線ランプ、超音波による振動、光触媒のいずれかひとつ、あるいは複数の組合せが好適である。過酸化水素を用いる際は、別途薬品タンクを設け、オゾン槽５に注入する形態であっても良い。

《作用》
オゾン槽５の前段に新たなオゾン接触槽２０を設け、このオゾン接触槽２０によりあらかじめ被処理水にオゾンを溶解させる。オゾン槽５へ導水される被処理水には、既にオゾンが溶解しており、オゾン槽５内の付加技術装置３０により促進酸化反応が起こされる。さらにオゾン滞留槽９では、オゾンの自己分解反応が促進され、酸素へと変換される。

《効果》
オゾン槽５の前段に新たなオゾン接触槽２０を設けることで、あらかじめ被処理水にオゾンを溶解させることができる。これにより、オゾン槽５で起こる促進酸化反応の効率を向上させ、処理に必要なオゾン量を低減することができる。特に、付加技術装置３０として紫外線ランプを用いる場合、粗大気泡が残存している水では、紫外線が通過しづらいなどの問題があるが、第５の実施形態では、あらかじめ被処理水中にオゾンを溶解させておくことで、この問題を解決できる。

また、付加技術装置３０をオゾン槽５に設置することで、促進酸化反応が起こり、ラジカル種を発生させることができる。その結果、酸化分解が促進され、分解に要するオゾン量は低減できる。オゾン生成に伴う電力消費を抑え、オゾン槽５を小型化できる。さらに、排オゾンとして気中に放出されるオゾン量を低減でき、活性炭吸着棟１４のランニングコスト低減につながる。

さらに、付加技術装置３０をオゾン槽５を構成するオゾン滞留槽９に設置することで、オゾンの自己分解反応を誘発し、溶解しているオゾンを酸素へと変換できるため、後段の活性炭吸着装置３の負荷を低減でき、活性炭吸着処理に伴うランニングコストの低減を図ることができる。

〈第６の実施形態〉
《構成》
図２０は本発明の第６の実施形態を示す構成図である。

第６の実施形態では、オゾン槽としての配管型反応槽３１と、この配管型反応槽３１内に酸化分解反応の進行段階に応じて微小気泡を注入する２台の微小気泡発生装置３２、３３と、微小気泡発生装置３２，３３にオゾン含有気体を送るオゾン発生装置３４，３５と、凝集沈殿処理槽２から送水ポンプ４によって分岐した被処理水を微小気泡発生装置３２，３３に供給する分岐管３６と、凝集沈殿処理槽２から送水ポンプ４によって分岐した被処理水を微小気泡発生装置３２のみに供給するか微小気泡発生装置３３にも供給するかを切り換える為の弁３７とを備えている。

《作用》
配管型反応槽３１は、オゾン槽５の役割、すなわち、第１のオゾン接触槽７、第２のオゾン接触槽８及びオゾン滞留槽９の役割を兼ねる。微小気泡発生装置３２及び微小気泡発生装置３３は、被処理水の状態に応じて適宜、弁３７を切り換えることにより、微小気泡によりオゾン処理され、配管型反応槽３１内に供給される。

《効果》
配管型反応槽３１を用いることで、設置スペースの削減が可能になる。従来の矩形構造に比べ配管型反応槽３１の鉛直方向の断面積は小さいため、微小気泡発生装置３２及び微小気泡発生装置３３でオゾンを溶解させた被処理水を注入することで、配管型反応槽３１を流れる被処理水に効率良くオゾンを注入することができる。これにより、処理に要するオゾン量の削減を図ることができる。

なお、分岐を設けず、配管型反応槽３１の壁面底部に直接、微小気泡発生装置３２及び微小気泡発生装置３３を配置しても良い。また、既存の施設にある配管を、配管型反応槽３１として利用しても良い。さらに、配管型反応槽３１に、前述した付加技術装置３０を設けるようにしても良い。さらに、微小気泡発生装置３２で発生した排オゾンを、後段の微小気泡発生装置３３の注入オゾンとして用いても良い。

〈第７の実施形態〉
《構成》
図２１は第７の実施形態を示している。なお、図１に示した第１の実施形態と同一構成部分には同一符号を付してその説明は省略する。

第７の実施形態では、図１に示したオゾン槽５を構成する第１のオゾン接触槽７と、第２のオゾン接触槽８と、オゾン滞留槽９とをそれぞれ独立の水槽で構成するとともに、第１のオゾン接触槽７からの排オゾンを第２の微小気泡発生装置１３-2の給気の一部として用いるために送気するオゾン送気管４０を備えている。

《作用》
第１のオゾン接触槽７ではオゾンの酸化分解反応を行い、第２のオゾン接触槽８ではさらに酸化分解反応を進める。第１のオゾン接触槽７の排オゾンは次段の水槽である第２のオゾン接触槽８の底面に設置された微小気泡発生装置１３-2の給気として用いられる。

《効果》
第７の実施形態によれば、それぞれ独立した接触槽７，８を用いることで、設置スペースの形状に依存することなく、多様な設置が可能となる。

なお、第１のオゾン接触槽７及び第２のオゾン接触槽８はこれに限らず、複数の水槽を連続して用いるようにしても良い。

〈第８の実施形態〉
《構成》
図２２は本発明の第８の実施形態を示している。なお、図１に示した第１の実施形態と同一構成部分には同一符号を付してその説明は省略する。

第８の実施形態では、微小気泡発生装置１３-1，１３-2を構成する中空円板状の気泡注入部５３（図３参照）の円周側に撹拌翼４３を設けている。

《作用》
第１の微小気泡発生装置１３-1及び第２の微小気泡発生装置１３-2を構成する気泡注入部５３に撹拌翼４３を取付けたことにより、気泡微小化時の回転によって、第１のオゾン接触槽７及び第２のオゾン接触槽８内の被処理水および微小気泡が撹拌され、反応が促進される。

《効果》
第８の実施形態によれば、オゾンによる反応が促進されることで、処理に要するオゾン量の低減が可能となる。

〈第９の実施形態〉
《構成》
図２３は本発明の第９の実施形態を示している。

上述した各実施の形態では、微小気泡発生装置（例えば、微小気泡発生装置１３-1，１３-2）はそれぞれ第１のオゾン接触槽７及び第２のオゾン接触槽８の底面側に設けられていた。

第９の実施形態では、微小気泡発生装置を構成する気泡注入部５３のみを水槽底面に水没させ、微小気泡発生装置を構成するその他の部分を微小気泡発生装置架台４４-１，４４-2に取り付けるようにしている。

《作用》
微小気泡発生装置４５-1及び微小気泡発生装置４５-2を、第１のオゾン接触槽７及び第２のオゾン接触槽８底部に設置した微小気泡発生装置架台４４-1，４４-2の上に設けることにより、気泡注入孔６１が設けられた中空の円板の回転軸５８およびオゾンを含んだ気体を供給するガス供給管５４を第１のオゾン接触槽７及び第２のオゾン接触槽８の液面から取出すことができる。このため、オゾン接触槽底部の貫通部が不要となる。また、中空の円板の回転源として水中で使用可能なモータ５６を用いることによっても、同様にオゾン接触槽底部の貫通部が不要となる。

《効果》
第１のオゾン接触槽７及び第２のオゾン接触槽８底部の貫通部が不要となるため、装置設置時の工事及びメンテナンスが簡略化することが可能になるとともに、貫通部を有する場合にその貫通部における摩擦によって生じる動力の損失をなくすことが可能になる。

本発明に係る微小気泡発生装置を用いた水処理装置の第１の実施形態を示す構成図。 本発明に適用される微小気泡発生装置の一例を示す構成図。 本発明に適用される微小気泡発生装置の一例を示す構成図。 微小気泡発生装置の特性を示す説明図。 微小気泡発生装置の特性を示す説明図。 微小気泡発生装置の特性を示す説明図。 微小気泡発生装置の特性を示す説明図。 本発明に適用される微小気泡発生装置の第２の構成例を示す構成図。 本発明に適用される微小気泡発生装置の第３の構成例を示す構成図。 本発明に適用される微小気泡発生装置の第４の構成例を示す構成図。 本発明に適用される微小気泡発生装置の第５の構成例を示す構成図。 本発明に適用される微小気泡発生装置の第６の構成例を示す構成図。 本発明に適用される微小気泡発生装置の第７の構成他の例を示す構成図。 本発明に適用される微小気泡発生装置の第８の構成例を示す構成図。 本発明に適用される微小気泡発生装置の第９の構成例を示す構成図。 本発明に係る微小気泡発生装置を用いた水処理装置の第２の実施形態を示す構成図。 本発明に係る微小気泡発生装置を用いた水処理装置の第３の実施形態を示す構成図。 本発明に係る微小気泡発生装置を用いた水処理装置の第４の実施形態を示す構成図。 本発明に係る微小気泡発生装置を用いた水処理装置の第５の実施形態を示す構成図。 本発明に係る微小気泡発生装置を用いた水処理装置の第６の実施形態を示す構成図。 本発明に係る微小気泡発生装置を用いた水処理装置の第７の実施形態を示す構成図。 本発明に係る微小気泡発生装置を用いた水処理装置の第８の実施形態を示す構成図。 本発明に係る微小気泡発生装置を用いた水処理装置の第９の実施形態を示す構成図。 従来のオゾン処理設備を備えた水処理装置の一例を示す構成図。

符号の説明

１：オゾン処理装置
２：凝集沈殿処理槽
３：活性炭吸着装置
４：送水ポンプ
５：オゾン槽
６：排オゾン処理装置
７：第１のオゾン接触槽
８：第２のオゾン接触槽
９：オゾン滞留槽
１２-1，１２-2，１５-1，１５-2，１５-3，１５-4，２３，３４，３５：オゾン発生装置
１３-1，１３-2，１６-1，１６-2，１６-3，１６-4，２４，３２，３３：微小気泡発生装置
１４：活性炭吸着棟
１７：オゾン送気管
２０：オゾン接触槽
２１：送水管
２２：送水ポンプ
３０：付加技術装置
３１：配管型反応槽
４０：オゾン送気管
４３：撹拌翼
４４：微小気泡発生装置架台
５２：微小気泡
５３：気泡注入部
５４：ガス供給管
５６：モータ
５８：回転軸
６１：気泡注入孔

Claims (10)

1. オゾン含有気体を発生させるオゾン発生装置と、このオゾン発生装置から発生したオゾン含有気体を導入して前記オゾン槽内に微小気泡を発生させる微小気泡発生装置とを備え、オゾン含有気体の微小気泡によってオゾン槽内に導入された被処理水をオゾン処理する水処理装置において、
   前記微小気泡発生装置は、
   前記オゾン槽内に配置され、中空円板状に形成された気泡注入部と、
   この気泡注入部の少なくとも上面の所定箇所に穿設された複数個の気泡注入孔と、
   前記気泡注入部を軸支すると共にモータの回転力を受けて回転する回転軸と、
   前記オゾン発生装置から発生されたオゾンを前記気泡注入部に導入するガス供給管と、を少なくとも備え、
   オゾン発生装置からのオゾン含有気体をガス供給管を介して気泡注入部に導き、気泡注入部に穿設された気泡注入孔から出た気泡を、気泡注入部を回転させることで生じた剪断力で引きちぎり、オゾン含有気体の微小気泡をオゾン槽内に発生させる、
   こと特徴とする水処理装置。
2. 請求項１に記載の水処理装置において、
   前記オゾン槽は、直列に配置された複数のオゾン接触槽から構成され、各オゾン接触槽にそれぞれ前記微小気泡発生装置が配設されることを特徴とする水処理装置。
3. 請求項１または２に記載の水処理装置において、
   排オゾンを微小気泡発生装置の給気として用いることを特徴とする水処理装置。
4. 請求項１または２に記載の水処理装置において、
   前記オゾン槽の前段または後段に設けられたオゾン接触槽と、
   このオゾン接触槽内にオゾン発生装置から発生したオゾン含有気体を導入して微小気泡を発生させる微小気泡発生装置と、
   前記オゾン槽とオゾン接触槽との間で被処理水を循環させる循環経路と、
   を具備することを特徴とする水処理装置。
5. 請求項４に記載の水処理装置において、
   オゾン槽の後段に設けたオゾン接触槽中にオゾン含有の微小気泡を発生させる微小気泡発生装置はオゾン槽中の被処理水の水面よりも高い位置に設置されている、
   ことを特徴とする水処理装置。
6. 請求項１または２に記載の水処理装置において、
   前記オゾン槽の前段に設けられたオゾン接触槽と、
   前記オゾン槽に設置された付加技術装置と、
   を具備することを特徴とする水処理装置。
7. 請求項１乃至６の何れかに記載の水処理装置において、
   オゾン槽として配管型反応槽を用い、
   被処理水の水質に応じて微細気泡発生装置に供給されるオゾン注入量を変化させる、
   ことを特徴とする水処理装置。
8. 請求項１乃至６の何れかに記載の水処理装置において、
   複数の微小気泡発生装置を直列に設置することを特徴とする水処理装置。
9. 請求項１または２に記載の水処理装置において、
   中空円板状に形成された前記気泡注入部の周縁部に撹拌翼を設けたことを特徴とする水処理装置。
10. 請求項１または２に記載の水処理装置において、
    オゾン接触槽液面から回転軸およびオゾン含有気体の供給ラインを取出し、前記気泡注入部のみを水没させるように構成した、
    ことを特徴とする水処理装置。

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