JP2017104849A - 汚染水処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】汚染水の処理の効率を向上させること。【解決手段】本発明である汚染水処理装置は、紫外線ランプと光触媒とを備えることにより、収容した液体中にヒドロキシルラジカルを生成するヒドロキシルラジカル生成装置と、微細気泡を発生させ、この微細気泡をヒドロキシルラジカル生成装置内の液体中に流入する微細気泡発生装置と、汚染水を溜める汚染水槽と、を備える。そして、上記ヒドロキシルラジカル生成装置は、ヒドロキシルラジカル及び微細気泡を含む液体を、前記汚染水槽に流入させ、上記汚染水槽は、さらに、溜められた汚染水に浸された状態で当該汚染水槽内に配置される正負の電極からなる電極ユニットを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、汚染水処理装置にかかり、特に、ヒドロキシルラジカルを利用して汚染水を処理する装置に関する。

汚染水中の揮発性有機化合物などの汚染物質を水槽中において除去する方法として、促進酸化処理法がある。この促進酸化処理法は、酸化力が強い活性酸素の一つであるヒドロキシルラジカル（ＯＨ・）を用いて、汚染水中の汚染物質を分解除去する方法である。

ここで、汚染水の処理に用いるヒドロキシルラジカル（ＯＨ・）の生成方法の一例が、特許文献１に開示されている。特許文献１に示すように、ヒドロキシルラジカルを生成する方法は種々あるが、例えば、紫外線を光触媒に当てることで生成することができる。

特開２０１３−２０８５３８号公報

上記ヒドロキシルラジカル（ＯＨ・）は、活性酸素のなかでも最も反応性が高く、最も酸化力が強いものである。しかしながら、反応性が高いことから、通常の環境下では長時間存在することはできず、生成後に速やかに消滅してしまう、という性質がある。

このため、ヒドロキシルラジカルを用いて汚染水を処理する際には、より効率的な処理が望まれる。例えば、汚染水槽内における汚染水処理の効率化や、ヒドロキシルラジカルの生成効率の向上などが望まれる。

以上より、本発明の目的は、上述した課題である、汚染水の処理の効率を向上させることにある。

本発明の一形態である汚染水処理装置は、
紫外線ランプと光触媒とを備えることにより、収容した液体中にヒドロキシルラジカルを生成するヒドロキシルラジカル生成装置と、
微細気泡を発生させ、この微細気泡を前記ヒドロキシルラジカル生成装置内の液体中に流入する微細気泡発生装置と、
汚染水を溜める汚染水槽と、を備え、
前記ヒドロキシルラジカル生成装置は、ヒドロキシルラジカル及び微細気泡を含む液体を、前記汚染水槽に流入させ、
前記汚染水槽は、さらに、溜められた汚染水に浸された状態で当該汚染水槽内に配置される正負の電極からなる電極ユニットを備える、
という構成をとる。

上記発明によると、まず、ヒドロキシルラジカル生成装置では、紫外線ランプから紫外線が光触媒に照射され、ヒドロキシルラジカルを発生する。このとき、ヒドロキシルラジカル生成装置では、微細気泡発生装置から微細気泡が流入されることで、かかる微細気泡によって紫外線が乱反射し、ヒドロキシルラジカルの発生効率が高まる。そして、ヒドロキシルラジカル生成装置から、ヒドロキシルラジカルと微細気泡とを含む液体が汚染水槽に流入し、汚染水にヒドロキシルラジカルと微細気泡とが混合される。これにより、ヒドロキシルラジカルの反応性と酸化力により、汚染水中の汚染物質が分解除去されるよう反応する。さらに、微細気泡の圧力や弾けたときの衝撃によって汚染水の分解反応が促進される。これに加え、汚染水槽内に設けられた電極ユニットによる電気分解により、さらに汚染水の分解反応の促進を図ることができる。

また、上記汚染水処理装置では、
前記ヒドロキシルラジカル生成装置は、さらに、収容した液体に浸される複数の正極及び複数の負極からなる電極を備える、
という構成をとる。

また、上記汚染水処理装置では、
前記ヒドロキシルラジカル生成装置は、前記液体を収容する容器の内面が鏡面にて形成されている、
という構成をとる。

また、上記汚染水処理装置では、
前記ヒドロキシルラジカル生成装置内に設けられた前記紫外線ランプと前記光触媒と前記電極とは、同一方向に沿って伸びて所定の長さに形状されており、それぞれが所定の間隔をあけて並列に配置されている、
という構成をとる。

上記構成によると、ヒドロキシルラジカル生成装置の電極を複数本の正極及び負極で構成することで、水の電気分解を促進させてヒドロキシルラジカルの発生効率を高めることができる。また、電極、紫外線ランプ、光触媒を長い部材で形成し、相互に並列に配置することで、ヒドロキシルラジカルの発生効率を高めることができる。さらに、ヒドロキシルラジカル生成装置の容器の内面を鏡面で形成することで、容器内で紫外線が反射し、ヒドロキシルラジカル発生効率を高めることができる。

また、上記汚染水処理装置では、
前記微細気泡発生装置は、オゾンガスによる微細気泡を発生させる、
という構成をとる。

また、上記汚染水処理装置では、
前記微細気泡発生装置は、外径が６０〜３００ｎｍの微細気泡を発生させる、
という構成をとる。

上記構成によると、ヒドロキシルラジカル生成装置にオゾンガスの微細気泡が流入されることで、微細気泡による紫外線の乱反射によってヒドロキシルラジカルの発生効率を高めると共に、紫外線とオゾンガスとの反応によって、さらにヒドロキシルラジカルの発生効率を高めることができる。また、微細気泡をナノサイズとすることで、さらに紫外線を乱反射させると共に紫外線との反応を高め、ヒドロキシルラジカルの発生効率を高めることができる。

また、上記汚染水処理装置では、
前記電極ユニットは、前記汚染水槽内の底部に配置される、
という構成をとる。

また、上記汚染水処理装置では、
前記電極ユニットは、平面上に配置された複数の負の電極からなる負電極ユニットと、平面上に配置された複数の正の電極からなる正電極ユニットとが、上下に重なって形成されている、
という構成をとる。

上記構成によると、汚染水槽の底面に電極ユニットを配置することで、汚染水槽内の上方で、分解された汚染物質の除去作業や除去装置の設置が容易となる。また、電極ユニットを正電極と負電極との積層構造とすることで、電気分解の促進を図ることができると共に、設置が容易となる。

また、上記汚染水処理装置では、
微細気泡を発生させ、この微細気泡を前記汚染水槽内の汚染水中に流入する第二の微細気泡発生装置を備えた、
という構成をとる。

また、上記汚染水処理装置では、
前記微細気泡発生装置と前記第二の微細気泡発生装置とは、１つの装置にて構成されている、
という構成をとる。

上記構成によると、汚染水槽内の汚染水中に流入された微細気泡は、マイナス帯電していることにより、プラス電荷の汚染物質に吸着して分離効果の促進を図ることができる。また、ヒドロキシルラジカル生成装置に微細気泡を流入する微細気泡発生装置で、汚染水槽にも微細気泡を流入させることで、１つの装置を効率的に利用することができ、コストの低減を図ることができる。

また、上記汚染水処理装置では、
超音波を発生させ、前記ヒドロキシルラジカル生成装置内の液体に超音波を印加する超音波発生装置を備えた、
という構成をとる。

上記構成によると、ヒドロキシルラジカル生成装置内の液体に流入された微細気泡に超音波が印加され、かかる微細気泡をさらに微細化させることができる。これにより、微細気泡による紫外線の乱反射の増加や、紫外線とオゾンガスとの反応によって、さらにヒドロキシルラジカルの発生効率を高めることができる。

また、上記汚染水処理装置では、
超音波を発生させ、前記汚染水槽内の汚染水に超音波を印加する第二の超音波発生装置を備えた、
という構成をとる。

上記構成によると、汚染水に超音波が印加されることにより、超音波の振動によって汚染物質の分離を促進させることができる。

本発明は、以上のように構成されることにより、汚染水槽における汚染水の処理の効率化や、ヒドロキシルラジカルの生成効率の向上を図ることができる。

本発明の第１の実施形態における汚染水処理装置の全体構成の概略を示すブロック図である。 反応槽内に配置された電極ユニットの構成を示す図である。 ヒドロキシルラジカル生成装置の構成を示す図である。 本発明の第２の実施形態における汚染水処理装置の全体構成の概略を示すブロック図である。

＜実施形態１＞
本発明の第１の実施形態を、図１乃至図３を参照して説明する。図１は、汚染水処理装置の全体構成の概略を示すブロック図である。図２は、反応槽内に配置された電極ユニットの構成を示す図である。図３は、ヒドロキシルラジカル生成装置の構成を示す図である。

図１に示すように、本発明における汚染水処理装置は、ヒドロキシルラジカル生成装置１と、バブル発生装置２（微細気泡発生装置）と、反応槽３（汚染水槽）と、を備えている。また、反応槽３内には、電極ユニット４が設けられている。反応槽３には、汚染水３０が溜められており、ヒドロキシルラジカル生成装置１からヒドロキシルラジカルとバブル（微細気泡）とを含んだ液体が流入される。これにより、反応槽３では、酸化力が強いヒドロキシルラジカル（ＯＨ・）を用いて、汚染水中の汚染物質を分解除去する。以下、汚染水処理装置の各構成について詳述する。

まず、反応槽３について説明する。反応槽３は、排水などの汚染水３０を溜める汚染水槽である。なお、反応槽３からは、汚染水３０が、必要に応じて、バブル発生装置２やヒドロキシルラジカル生成装置１に流入される。また、反応槽３には、後述するように、ヒドロキシルラジカル生成装置１からヒドロキシルラジカル及びバブルを含む液体が流入される。

また、図１に示すように、反応槽３の底部には、正負の電極からなる電極ユニット４が配置されている。この電極ユニット４は、図２に示すように、２つのユニットが上下に重なった２段構造となっている。上段には、ほぼ同一平面上に複数本の棒状の負の電極が配置された負電極ユニット４１が配置されている。また、下段には、ほぼ同一平面上に複数本の棒状の正の電極が配置された正電極ユニット４２が配置されている。

そして、この電極ユニット４は、反応槽３内に溜められた汚染水３０に浸されることとなる。なお、電極ユニット４は、必ずしも反応槽３内において、底部に配置されることに限定されず、いかなる場所に配置されてもよい。また、図２では、個々の電極が円柱棒状である場合を例示したが、電極はいかなる形状であってもよい。

次に、バブル発生装置２について説明する。バブル発生装置２は、微細気泡を発生させ、この微細気泡をヒドロキシルラジカル生成装置１内の液体中に流入させる装置（微細気泡発生装置）である。このとき、バブル発生装置２は、発生させた微細気泡を直接、ヒドロキシルラジカル生成装置１内の液体内に流入させてもよい。あるいは、バブル発生装置２は、反応槽３からの汚染水３０や水などの液体を受け入れて、当該液体中に微細気泡であるバブルを発生させ、当該バブルを含む液体をヒドロキシルラジカル生成装置１内の液体内に流入させてもよい。

バブル発生装置２によって発生させる微細気泡は、例えば、オゾンガスによる気泡である。そして、その大きさは、例えば、外径が６０〜３００ｎｍである。なお、バブル発生装置２が発生させる微細気泡は、上述したガスによるものに限定されず、ガスの気泡の大きさも上記の大きさに限定されない。

次に、図３を参照して、ヒドロキシルラジカル生成装置１の構成について説明する。なお、図３では、説明の便宜上、一部の構成を省略していたり、視認できない構成を透過させて図示している。

ヒドロキシルラジカル生成装置１は、外形が、所定の長さを有する円筒状のシリンダー１０にて形成されている。図示していないが、実際に使用される際には、シリンダー１０の上面と底面とが塞がれることとなる。なお、シリンダー１０は、必ずしも円筒形状であることに限定されず、他の形状でもよく、内部に液体を収容する空間部を有するものであればよい。

シリンダー１０は、壁面が外側層１０ａと内側層１０ｂとの２層構造で形成されている。内側層１０ｂが透明なガラス層であり、外側層１０ａは内面側つまりガラス層との接触面が鏡面加工されている。

シリンダー１０の内部つまり円筒体の内部には、まず、中央に、紫外線ランプ１１が配置される。紫外線ランプ１１は、シリンダー１０の長手方向に伸びて所定の長さを有して形成されている。また、シリンダー１０の内部には、紫外線ランプ１１を中心としたその周囲に、光触媒として１本の棒状の酸化チタン（ＴｉＯ_２）１２が配置されている。なお、シリンダー１０内に配置される光触媒は、酸化チタンであることに限定されず、他の部材であってもよい。

そして、上記酸化チタン１２と同様に、紫外線ランプ１１を中心としたその周囲には、複数本（図３では６本）の棒状の正極及び負極の電極棒１３が配置されている（図３で酸化チタン１２以外の棒状体）。酸化チタン１２と電極棒１３とは、紫外線ランプ１１と同様にシリンダー１０の長手方向に伸びて所定の長さを有して形成されており、例えば、これらはほぼ同じ長さで形成されている。

このとき、シリンダー１０の内部の紫外線ランプ１１と酸化チタン１２と電極棒１３とは、相互に密接せず、所定の間隔をあけて並列に配置されている。例えば、酸化チタン１２と電極棒１３は、紫外線ランプ１１を中心として所定の距離だけ離れた同心円上に、等間隔で配置されている。ただし、シリンダー１０の内部の構成の配置は、必ずしも上述した配置であることに限定されず、いかなる配置であってもよい。

また、シリンダー１０の内部には、反応層３からの汚染水３０や、水などの液体が収容される。このとき、液体には、上述した紫外線ランプ１１、酸化チタン１２、電極棒１３が浸ることとなる。紫外線ランプ１１、酸化チタン１２、電極棒１３は、それぞれ長手方向に沿った全体が、液体に浸されることが望ましいが、長手方向の一部分だけが浸されてもよい。

上記構成により、シリンダー１０内では、まず、紫外線ランプ１１から紫外線が酸化チタン１２に照射され、ヒドロキシルラジカルが発生する。これに加え、シリンダー１０には、バブル発生装置２から上述したバブルが流入される。すると、シリンダー１０内では、紫外線ランプ１１から紫外線がオゾンのバブルに照射され、紫外線とオゾンとの反応によりヒドロキシルラジカルの発生効率が高まる。また、電極棒１３による水の電気分解によってもヒドロキシルラジカルが発生し、より発生効率が高まる。

さらに、シリンダー１０内には、多くのバブルが存在しているため、かかるバブルがレンズの役割を果たして紫外線が乱反射する。これに加え、シリンダー１０の内面側（外側層１０ａの内面）が鏡面であるため、やはり紫外線がシリンダー１０内に反射する。このように紫外線の反射によっても、ヒドロキシルラジカルの発生効率が高まる。また、紫外線ランプ１１、酸化チタン１２、電極棒１３が長い部材で相互に並列に配置されているため、かかる構造によってもヒドロキシルラジカルの発生効率が高まる。

そして、ヒドロキシルラジカル生成装置１は、上述したように発生されたヒドロキシルラジカルとバブルとを含んだ液体を、反応槽３に流出する。反応槽３では、まず、ヒドロキシルラジカルの反応性、酸化力により、汚染水３０中の汚染物質が分解除去されるよう反応する。また、バブルの圧力や弾けるときの衝撃によって汚染水３０の分解反応の促進を図ることができる。

さらに、反応槽３に設けられた電極ユニット４による電気分解により、より汚染水３０の分解反応の促進を図る。このとき、電極ユニット４を反応槽４の底面に配置しているため、反応槽３の上方で、分解された汚染物質の除去作業や除去装置の設置が容易となる。

以上のように、本発明では、ヒドロキシルラジカルを用いて汚染水を処理する場合に、反応槽３内における汚染水の処理の効率化、及び、ヒドロキシルラジカルの生成効率の向上を図ることができる。このため、全体として汚染水の処理効率の向上を図ることができる。

＜実施形態２＞
次に、本発明の第２の実施形態を、図４を参照して説明する。図４は、汚染水処理装置の全体構成の概略を示すブロック図である。

本実施形態における汚染水処理装置は、上述した実施形態１のものとほぼ同様の構成を備えている。これに加え、本実施形態では、まず、反応槽３（汚染水槽）内の汚染水３０中に、バブル発生装置２からバブルを流入させるよう構成されている。つまり、バブル発生装置２は、符号２１に示すようにヒドロキシルラジカル生成装置１にバブルを流入させるよう接続されていることに加え、符号２２に示すように反応槽３にもバブルを流入させるよう接続されている。このとき、バブル発生装置２から反応槽３に流入させるバブルは、実施形態１と同様にオゾンのバブルであり、その大きさは、例えば、外径が６０〜３００ｎｍである。但し、反応槽３に流入されるバブルは、上述したガスによるものに限定されず、ガスの気泡の大きさも上記の大きさに限定されない。また、反応槽３には、上述したバブル発生装置２からバブルを流入させることに限定されず、別のバブル発生装置（第２の微細気泡発生装置）からバブルを流入させてもよい。

上記のように、反応槽３内の汚染水３０中にバブルを流入させることで、かかるバブルがマイナス帯電していることにより、プラス電荷の汚染物質に吸着して分離効果の促進を図ることができる。また、反応槽３にもバブルを流入させるために、ヒドロキシルラジカル生成装置１にバブルを流入するために設けたバブル発生装置２を共用することで、１つの装置を効率的に利用してコストの低減を図ることができる。

また、本実施形態では、ヒドロキシルラジカル生成装置１に超音波発生装置５１を備えている。この超音波発生装置５１は、超音波を発生させ、ヒドロキシルラジカル生成装置１内の液体に超音波を印加する。これにより、ヒドロキシルラジカル生成装置１内の液体中のバブルに超音波を印加することができ、かかるバブルをさらに微細化させることができる。これにより、バブルによる紫外線の乱反射の増加や、紫外線とオゾンとの反応の促進によって、さらにヒドロキシルラジカルの発生効率を高めることができる。なお、上記超音波発生装置５１は、ヒドロキシルラジカル生成装置１を構成する図１に示すようなシリンダー１０の側面やシリンダー１０内の底面などに設けられていてもよい。但し、超音波発生装置５１は、いかなる場所に設けられていてもよく、ヒドロキシルラジカル生成装置１に超音波を印加する構成であれば、いかなる構成であってもよい。

また、本実施形態では、反応槽３の底面に超音波発生装置５２（第二の超音波発生装置）を備えている。この超音波発生装置５２は、超音波を発生させ、反応槽３内の汚染水３０に超音波を印加する。これにより、汚染水３０に超音波を印加することができ、超音波の振動によって汚染水中の汚染物質の分離を促進させることができる。なお、上記超音波発生装置５２は、必ずしも反応槽３の底面に設けられている必要は無く、いかなる場所に設けられていてもよい。また、汚染水３０に超音波を印加する超音波発生装置５２は、上述したヒドロキシルラジカル生成装置１に対して超音波を印加する超音波発生装置５１と同一の装置であってもよい。これにより、装置構成を簡略化でき、コストの削減を図ることができる。

なお、上記では、ヒドロキシルラジカル生成装置１内の液体と、反応槽３内の汚染水３０と、にそれぞれ超音波を印加する構成を例示したが、本発明では、いずれか一方にのみ超音波を印加する構成であってもよい。

以上、上記実施形態等を参照して本願発明を説明したが、本願発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明の範囲内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。

なお、本発明は、日本国にて２０１５年１２月９日に特許出願された特願２０１５−２４０２８８の特許出願に基づく優先権主張の利益を享受するものであり、当該特許出願に記載された内容は、全て本明細書に含まれるものとする。

１ ヒドロキシルラジカル生成装置
１０ シリンダー
１０ａ 外側層
１０ｂ 内側層
１１ 紫外線ランプ
１２ 酸化チタン
１３ 電極
２ バブル発生装置
３ 反応槽
３０ 汚染水
４ 電極ユニット
４１ 負電極ユニット
４２ 正電極ユニット
５１，５２ 超音波発生装置

Claims (12)

1. 紫外線ランプと光触媒とを備えることにより、収容した液体中にヒドロキシルラジカルを生成するヒドロキシルラジカル生成装置と、
   微細気泡を発生させ、この微細気泡を前記ヒドロキシルラジカル生成装置内の液体中に流入する微細気泡発生装置と、
   汚染水を溜める汚染水槽と、を備え、
   前記ヒドロキシルラジカル生成装置は、ヒドロキシルラジカル及び微細気泡を含む液体を、前記汚染水槽に流入させ、
   前記汚染水槽は、さらに、溜められた汚染水に浸された状態で当該汚染水槽内に配置される正負の電極からなる電極ユニットを備える、
   汚染水処理装置。
2. 請求項１に記載の汚染水処理装置であって、
   前記ヒドロキシルラジカル生成装置は、さらに、収容した液体に浸される複数の正極及び複数の負極からなる電極を備える、
   汚染水処理装置。
3. 請求項１又は２に記載の汚染水処理装置であって、
   前記ヒドロキシルラジカル生成装置は、前記液体を収容する容器の内面が鏡面にて形成されている、
   汚染水処理装置。
4. 請求項２に記載の汚染水処理装置であって、
   前記ヒドロキシルラジカル生成装置内に設けられた前記紫外線ランプと前記光触媒と前記電極とは、同一方向に沿って伸びて所定の長さに形状されており、それぞれが所定の間隔をあけて並列に配置されている、
   汚染水処理装置。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の汚染水処理装置であって、
   前記微細気泡発生装置は、オゾンガスによる微細気泡を発生させる、
   汚染水処理装置。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の汚染水処理装置であって、
   前記微細気泡発生装置は、外径が６０〜３００ｎｍの微細気泡を発生させる、
   汚染水処理装置。
7. 請求項１乃至６のいずれかに記載の汚染水処理装置であって、
   前記電極ユニットは、前記汚染水槽内の底部に配置される、
   汚染水処理装置。
8. 請求項１乃至７のいずれかに記載の汚染水処理装置であって、
   前記電極ユニットは、平面上に配置された複数の負の電極からなる負電極ユニットと、平面上に配置された複数の正の電極からなる正電極ユニットとが、上下に重なって形成されている、
   汚染水処理装置。
9. 請求項１乃至８のいずれかに記載の汚染水処理装置であって、
   微細気泡を発生させ、この微細気泡を前記汚染水槽内の汚染水中に流入する第二の微細気泡発生装置を備えた、
   汚染水処理装置。
10. 請求項９に記載の汚染水処理装置であって、
    前記微細気泡発生装置と前記第二の微細気泡発生装置とは、１つの装置にて構成されている、
    汚染水処理装置。
11. 請求項１乃至１０のいずれかに記載の汚染水処理装置であって、
    超音波を発生させ、前記ヒドロキシルラジカル生成装置内の液体に超音波を印加する超音波発生装置を備えた、
    汚染水処理装置。
12. 請求項１乃至１１のいずれかに記載の汚染水処理装置であって、
    超音波を発生させ、前記汚染水槽内の汚染水に超音波を印加する第二の超音波発生装置を備えた、
    汚染水処理装置。
    

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