JP2014240043A - 水処理システム - Google Patents

Abstract

【課題】水処理システム稼働後、気体を噴き出す部分である散気筒または散気板に付着する無機物・有機物などの影響による目詰まりを抑制し、気液混合効率を向上する。【解決手段】実施形態の水処理システムの混合液体生成装置は、供給されたオゾンガスを気泡状にして搬送用液体に混合したオゾン混合液体を生成し、被処理水が収納された処理水槽内に配置された配管を介してオゾン混合液体を前記処理水槽内に供給し、被処理水と接触させる。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、水処理システムに関する。

一般の水処理システムにおいて気体を液体に混合する場合、被処理水を導入する槽構造底部に設置した散気装置（散気筒もしくは散気板および配管）から混合すべき気体を大気圧以上の圧力で微細気泡として供給し、被処理水中に混合する気液二相混合を行っていた。
これにより、被処理水への気体の溶解やその結果としてのさまざまな化学反応処理を行う。一般的な気液混合は、ガスホールドアップ時間を延長させるため微細な気泡で、かつ、気体と被処理水がぶつかり合うよう向流で混合される。

特開２０１０−２２９６１号公報

しかしながら、従来技術においては、水処理システム稼働後、気体を噴き出す部分である散気筒または散気板に付着する無機物・有機物などの影響による目詰まりから、気体を送気するための圧力上昇による消費電力の増加や、気泡径の増大に起因する気液接触面積の減少とガスホールドアップ時間の短縮により、気液混合効率の顕著な低下が生じていた。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、無機物・有機物などの影響による目詰まりを抑制し、気液混合効率を向上することが可能な水処理システムを提供することを目的としている。

実施形態の水処理システムの混合液体生成装置は、供給されたオゾンガスを気泡状にして搬送用液体に混合したオゾン混合液体を生成し、被処理水が収納された処理水槽内に配置された配管を介してオゾン混合液体を処理水槽内に供給し、被処理水と接触させる。

図１は、第１実施形態の水処理システムの概要構成ブロック図である。 図２は、第１実施形態における処理水槽内の配管配置説明の平面図である。 図３は、第２実施形態の水処理システムの概要構成ブロック図である。 図４は、第２実施形態の変形例の説明図である。 図５は、第３実施形態のノズル部の概要構成平面図である。

次に実施形態について図面を参照して説明する。
［１］第１実施形態
図１は、第１実施形態の水処理システムの概要構成ブロック図である。
図２は、第１実施形態における処理水槽内の配管配置説明の平面図である。

水処理システム１０は、原料ガスとしての空気を取り込むブロア１１と、原料ガスである空気に放電し、オゾンガスを発生させるオゾン発生装置１２と、搬送用液体としての上水を供給する給水ポンプ１３と、供給された上水（搬送用液体）に供給されたオゾンガスをマイクロバブル状として混合したマイクロバブル液（オゾンマイクロバブル液）を生成し、処理水槽１４内に設置されている配管１５を介して被処理水１６内に供給する混合液体生成装置としてのマイクロバブル液生成装置１７と、を備えている。

上記構成において、オゾンガスをマイクロバブル状にするための方法としては、例えば、液体の渦流の中にオゾンガスを巻き込み、その渦流を高速旋回させて剪断力によりオゾンガスをマイクロバブル状にする気液二相流旋回法を用いる。

次に、第１実施形態の詳細説明に先立ち、従来技術における課題及び本第１実施形態における対応について説明する。
従来の水処理システムにおいて、被処理水にオゾンガスを混合するために、処理水槽内に配置された配管の先端部分に気泡を発生させる散気筒または散気板が設けられていた。

この散気筒または散気板は、気体を噴き出す部分である給気孔に付着する無機物・有機物などの影響による目詰まりから、気体を送気するための圧力上昇による消費電力の増加や、気泡径の増大に起因する気液接触面積の減少とガスホールドアップ時間の短縮により、気液混合効率の顕著な低下が生じる。これを改善するため、散気筒または散気板を定期的に交換または酸洗浄や焼成による再生を行う必要があった。

そこで、本第１実施形態においては、散気筒または散気板の給気孔の目詰まりを根本的に解決するために、散気筒及び散気板を設けない構成を採用している。

すなわち、被処理水に対し、処理用の気体（ガス）を供給するのではなく、処理用の気体を含む液体（オゾンマイクロバブル液）を直接配管（あるいは配管に接続したノズル）の液体供給口（給液孔）から供給する構成を採っているので、散気筒または散気板の給気孔の径と比較して液体供給口（給液孔）の径が大きい点及び液体供給口（給液孔）を流れる液体の流量が大きい点で、散気筒または散気板の給気孔に比較して液体供給口（給液孔）の目詰まりが発生する虞は少なくなっている。

この場合において、従来の水処理システムに本第１実施形態の構成を適用する場合には、既設の配管から散気筒または散気板を取り外してそのまま、配管にマイクロバブル液生成装置１７を接続する構成を採る。
これにより、設置コストを最低限に抑制することが出来る。

次に第１実施形態の動作を説明する。
まず、ブロア１１は、原料ガスとしての空気を取り込み、オゾン発生装置１２に供給する。
オゾン発生装置１２は、原料ガスである空気に放電し、オゾンガスを発生させて、マイクロバブル液生成装置１７に供給する。

これらと並行して、給水ポンプ１３は、搬送用液体としての上水をマイクロバブル液生成装置１７に供給する。
マイクロバブル液生成装置１７は、供給された上水（搬送用液体）に供給されたオゾンガスをマイクロバブル状として混合したマイクロバブル液を生成する。

そしてマイクロバブル液生成装置１７は、生成したマイクロバブル液を、処理水槽１４内に設置されている配管１５を介して被処理水１６内に供給する。
この結果、マイクロバブル液内のオゾンガスマイクロバブルは、上昇流を形成することとなる。

これに対し、処理水槽１４の入水口から供給された被処理水１６は、処理水槽１４内に形成された垂れ壁（隔壁）１４Ａにより、下降流１６Ｆを形成することとなり、マイクロバブル液と被処理水１６は、液−液向流混合することとなる。

したがって、オゾンガスマイクロバブルＯＭＢは、被処理水１６中の物質と反応することとなる。このとき、従来のように気泡を被処理水中に混合する方法と比較して、オゾンガスマイクロバブルを含むマイクロバブル液を液−液混合することにより、オゾンガスマイクロバブルＯＭＢのホールドアップ時間をより多く確保することができる。

さらにこの場合において、配管１５の開口１５Ａ、すなわち、給液孔の向きを気液向流とするため被処理水１６の流れと反対方向、一般的には上向きに噴き出すように配管１５を設置するのがより好ましい。

以上の説明は、一つの処理水槽１４について説明したが、実際には処理水槽１４は、直列に複数段（２段、３段、……）接続されて構成されている。そして、被処理水１６は、各処理水槽１４内で気液向流及び還流が形成されることにより、液−液混合が促進され、完全混合が図れる。

以上の説明のように、本第１実施形態によれば、ガスホールドアップ時間が短いがために、未反応のオゾンガス（気体）が水面上部の気相部に存在する従来の散気方法と比較して、未反応のオゾンガス量を低減することができ、処理の効率化が図れる。

この結果、処理用気体の供給に関する電気的エネルギーの削減および、未反応処理用気体の処理装置の削減など、機器、装置の容量削減が期待できる。
また目詰まりなどに起因するメンテナンス処理を抑制することが可能となる。

また、気体を注入する従来のガス量一定とする濃度制御に対して、液−液混合ではマイクロバブル液として供給するため、マイクロバブル液の量的制御を行うことで、制御性が向上する。

［２］第２実施形態
図３は、第２実施形態の水処理システムの概要構成ブロック図である。図３において、図１と同様の部分には、同一の符号を付すものとする。

水処理システム１０は、原料ガスとしての空気を取り込むブロア１１と、原料ガスである空気に放電し、オゾンガスを発生させるオゾン発生装置１２と、搬送用液体としての上水を供給する給水ポンプ１３と、供給された上水（搬送用液体）に供給されたオゾンガスをマイクロバブル状として混合したマイクロバブル液（オゾンマイクロバブル液）を生成し、処理水槽１４内に設置されている配管１５に設けられたノズル１８を介して被処理水１６内に供給するマイクロバブル液生成装置１７と、を備えている。

本第２実施形態においては、ノズル１８の給液孔１８Ａからマイクロバブル液を所望の方向、特に垂れ壁１４Ａの斜め方向への噴出が可能で、入水口から最短経路に近い経路で出水口へ向かう短絡流と、は逆の旋回流、すなわち、上昇流１６ＦＵを生じやすくすることができ、液−液混合の効率を向上させることができる。
ここで、処理水槽１４や垂れ壁１４Ａに対するノズル１８の噴出角度は、流体解析により任意に効果的な角度を選ぶことが可能である。

［２．１］第２実施形態の変形例
図４は、第２実施形態の変形例の説明図である。
上述のノズル１８として、図４に示すように、配管径より小さい開口径を有するものを接続し、ノズル１８開口部におけるマイクロバブル液の吐出速度を増加させ、処理水槽１４全体をより確実に撹拌することができるように構成することが可能である。
このような構成を採ることにより、マイクロバブル液を分散させる配管の数量を減らすことができる。

［３］第３実施形態
図５は、第３実施形態のノズル部の概要構成平面図である。
本第３実施形態は、マイクロバブル液を分散させる配管１５の供給口に、散水用スプリンクラーと同様の構成を有するノズルユニット１９を設けた点を特徴としている。

このノズルユニット１９は、図５に示すように、基台２０と、回転可能に基台２０に支持されたノズルベース部２１と、ノズルベース部２１上に配置された複数（図５では、３個）のノズルヘッド部２２と、を有している。

上記構成によれば、ノズルユニット１９は、気液向流の被処理水１６中で、ノズルヘッド部２２の先端部から、図５中、破線矢印で示す方向に高圧のマイクロバブル液を噴出することにより、ノズルベース部２１と複数のノズルヘッド部２２とが一体となって回転（旋回）するので、処理水槽１４全体においてマイクロバブル液を行き渡らせ、撹拌することができる。

［４］実施形態の変形例
［４．１］第１変形例
以上の説明では、マイクロバブル液を生成するに際し、上水（水道水等）を用いていたが、上水の一部あるいは上水に代えて被処理水の一部または全量を用いることでマイクロバブル液の生成に用いる上水量を削減することが出来、低コストな水処理システムを提供することが可能である。

［４．２］第２変形例
以上の説明においては、マイクロバブルの径を制御する方法については述べなかったが、オゾンガスをマイクロバブル状にするための方法として気液二相流旋回法を用いた場合、液体の供給量、供給圧力、オゾンガスの供給量、供給圧力などを可変し、制御することにより、発生するマイクロバブルの径を制御することが可能である。

そこで、オゾン混合液体を生成するに際し、オゾンガスのマイクロバブル径（気泡径）を適宜選択することにより、本来の消毒、殺菌等の効果に加えて、被処理水中の油分や浮遊物質を固液分離するように構成することも可能である。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０ 水処理システム
１１ ブロア
１２ オゾン発生装置
１３ 給水ポンプ
１４ 処理水槽
１４Ａ 垂れ壁（隔壁）
１５ 配管
１５Ａ 開口
１６ 被処理水
１６Ｆ 下降流
１６ＦＵ 上昇流
１７ マイクロバブル液生成装置（混合液体生成装置）
１８ ノズル
１８Ａ 給液孔
１９ ノズルユニット
２０ 基台
２１ ノズルベース部
２２ ノズルヘッド部
ＯＭＢ オゾンガスマイクロバブル

水処理システム１０は、原料ガスを取り込むブロア１１と、空気を含んだ原料ガス又は酸素を含んだ原料ガスに放電し、オゾンガスを発生させるオゾン発生装置１２と、搬送用液体としての上水を供給する給水ポンプ１３と、供給された上水（搬送用液体）に供給されたオゾンガスをマイクロバブル状として混合したマイクロバブル液（オゾンマイクロバブル液）を生成し、処理水槽１４内に設置されている配管１５を介して被処理水１６内に供給する混合液体生成装置としてのマイクロバブル液生成装置１７と、を備えている。

Claims (9)

1. 供給されたオゾンガスを気泡状にして搬送用液体に混合したオゾン混合液体を生成し、被処理水が収納された処理水槽内に配置された配管を介して前記オゾン混合液体を前記処理水槽内に供給し、前記被処理水と接触させる混合液体生成装置を備えた水処理システム。
2. 原料ガスからオゾンガスを生成し、前記混合液体生成装置に供給するオゾン生成装置
   を備えた請求項１記載の水処理システム。
3. 前記搬送用液体として、前記オゾン混合液体供給後の前記被処理水または外部から供給された上水を用いる、
   請求項１または請求項２記載の水処理システム。
4. 前記配管の複数の液体供給口にそれぞれノズルを設け、
   前記処理水槽内の被処理水が旋回流となるように前記ノズルの吐出口の向きが設定されている、
   請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の水処理システム。
5. 前記処理槽には、前記被処理水を下降流とするための隔壁が設けられており、
   前記混合液体生成装置は、前記配管を介して前記隔壁に向けて前記オゾン混合液体が上昇流となるように供給する、
   請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の水処理システム。
6. 前記配管は、前記オゾン混合液体を前記処理水槽内に供給する供給口が複数形成されており、
   前記供給口に設けられた複数のノズルを備えている、
   請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の水処理システム。
7. 前記配管は、前記オゾン混合液体を前記処理水槽内に供給する供給口が複数形成されており、
   前記供給口には、回転可能に基台に支持されたノズルベース部と、ノズルベース部上に配置されて、それぞれ前記オゾン混合液体を吐出する複数のノズルヘッド部を有するノズルユニットがそれぞれ設けられている、
   請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の水処理システム。
8. 前記混合液体生成装置は、前記オゾン混合液体中の前記オゾンガスの気泡径を制御する、
   請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の水処理システム。
9. 前記処理水槽内に配置された給気ヘッドを有する既設の給気用配管を、前記給気ヘッドを取り外して、前記配管として用いる、
   請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の水処理システム。

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