JP3602802B2 - 光酸化反応装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は光酸化反応装置に関し、特に、たとえば用水および廃水などの原水中の汚濁物質を分解する光酸化反応装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
この発明の背景となる従来の脱臭装置の一例が実用新案登録第3065849号登録実用新案公報に開示されている。この公報に開示されている脱臭装置は、ガスを洗浄しガス中のにおいを吸収して取り除く洗浄水が循環して供給されるスクラバーと、そのスクラバーに接続され、その洗浄水中の汚濁物質を分解するための光酸化処理手段とを含む。この光酸化処理手段は、そのスクラバーに循環して供給される洗浄水に酸化剤を供給するための酸化剤供給手段と、その洗浄水にオゾンを供給するためのオゾン供給手段と、その洗浄水、酸化剤およびオゾンに紫外線を照射するための紫外線照射手段とを含む。
この脱臭装置では、スクラバーにおいて、ガスが洗浄水で洗浄され、ガス中のにおいが洗浄水で吸収されて取り除かれる。さらに、この脱臭装置では、スクラバーに循環して供給される洗浄水中の汚濁物質が、酸化剤供給手段およびオゾン供給手段でその洗浄水に酸化剤およびオゾンを供給するとともに紫外線照射手段でその洗浄水、酸化剤およびオゾンに紫外線を照射することによって分解される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上述の従来の技術では洗浄水などの用水中の汚濁物質を分解することはできるが、用水および廃水などの原水中の汚濁物質を効率よく分解することができることが望まれている。
【0004】
それゆえに、この発明の主たる目的は、用水および廃水などの原水中の汚濁物質を効率よく分解することができる光酸化反応装置を提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
この発明にかかる光酸化反応装置は、紫外線−オゾン反応塔内において紫外線照射手段で原水に紫外線を照射することによって、原水中の汚濁物質を分解する光酸化反応装置であって、紫外線−オゾン反応塔は中空円柱状の容器を含み、容器の中心軸部に配置された保護管内に紫外線照射手段が配置され、容器の下部に第1の吸水口が形成され、容器の中間部に第1の吸水口の略真上に第2の吸水口が形成され、容器の第1の吸水口および第2の吸水口の中間部で且つ第1の吸水口および第2の吸水口の略反対側に第1の排水口が形成され、容器の第2の吸水口より上部で且つ第1の排水口の略真上に、原水を排出するための第2の排水口が形成され、第1の排水口が管により循環ポンプおよびオゾンを供給するエゼクターを介して第2の吸水口に接続され、第1の吸水口から容器に供給された原水が、循環ポンプにより第1の排水口から第2の吸水口に循環され、紫外線−オゾン反応塔に原水を供給する管が、第1の吸水口に接続され、紫外線−オゾン反応塔に供給される原水に酸化剤を供給するための酸化剤供給手段が原水を供給する管に接続され、紫外線−オゾン反応塔に供給される酸化剤を含んだ原水にオゾンを供給するためのオゾン供給手段がエゼクターに接続され、紫外線−オゾン反応塔内において原水、酸化剤およびオゾンが紫外線照射手段の周囲を螺旋状に流れるように、第1の吸水口、第2の吸水口、第1の排水口および第2の排水口が、容器の中心軸部の外側に向くように形成された、光酸化反応装置である。
この場合、オゾン供給手段は、たとえば、紫外線照射手段の近傍に空気を供給するための空気供給手段を含み、空気供給手段で供給された空気に紫外線照射手段で紫外線を照射してオゾンを発生する。
また、この発明にかかる光酸化反応装置は、紫外線−オゾン反応塔に接続され、紫外線−オゾン反応塔から排水される原水中に残留する汚濁物質を紫外線−オゾン反応塔から送られてくるラジカルで分解するラジカル反応塔を含むことが好ましい。この場合、ラジカル反応塔は、たとえば、紫外線−オゾン反応塔から排水される原水中に残留する汚濁物質を吸着剤で一旦吸着してラジカルで分解する。
【0006】
この発明にかかる光酸化反応装置では、原水に酸化剤およびオゾンを供給し、原水、酸化剤およびオゾンに紫外線−オゾン反応塔内において紫外線照射手段で紫外線を照射することによって、原水中の汚濁物質が分解される。この場合、まず、原水に、たとえば酸化剤供給手段から酸化剤を供給することによって得られた、原水および酸化剤の混合水が、第1の吸水口より供給される。更に、酸化剤を含んだ原水に、たとえばオゾン供給手段からエゼクターを介してオゾンが供給され、第2の吸水口より酸化剤およびオゾンを含んだ原水が供給される。さらに、この発明にかかる光酸化反応装置では、上記の方法により第1の吸水口および第2の吸水口より供給される原水、酸化剤およびオゾンが、紫外線−オゾン反応塔内において紫外線照射手段の周囲を螺旋状に流れるため、原水などを螺旋状に流さない場合に比べて、紫外線による原水、酸化剤およびオゾンの分解反応のための接触時間が長くなり、結果、原水中の汚濁物質を分解する効率がよくなる。
また、この発明にかかる光酸化反応装置では、ラジカル反応塔を含む場合には、原水中に残留する汚濁物質がたとえば吸着剤で一旦吸着されてラジカルで分解される結果、原水中の汚濁物質はほとんど分解される。
【0007】
この発明の上述の目的、その他の目的、特徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明の実施の形態の詳細な説明から一層明らかとなろう。
【0008】
【発明の実施の形態】
図1はこの発明にかかる光酸化反応装置の一例を示す斜視図であり、図2はその光酸化反応装置の紫外線−オゾン反応塔の要部を示す図解図であり、図3はその紫外線−オゾン反応塔を上から見た図解図である。図1に示す光酸化反応装置10は原水ポンプ12を含む。原水ポンプ12は、たとえば用水および廃水などの原水を吸込むとともに吐出すためのものである。原水ポンプ12の吸込口には、吸水管14の一端が接続される。この吸水管14の他端は、たとえば原水槽中の原水に漬けられる。原水ポンプ12の吐出口は、バルブ16および流量計18を介して、T字管20の一端に接続される。なお、原水ポンプ12の吐出口、バルブ16、流量計18およびT字管20は適当な管を介して接続されるが、これと同様に、後述する各部なども適当な管を介して接続される。
【0009】
T字管20の中間部には、酸化剤供給手段として、酸化剤タンク30が、注入用ポンプ32および逆止弁34を介して接続される。この場合、酸化剤タンク30は注入ポンプ32の吸込口に接続され、注入ポンプ32の吐出口が逆止弁34を介してT字管20の中間部に接続される。また、酸化剤タンク30には、たとえば次亜塩素酸ソーダなどの酸化剤が溜められる。なお、酸化剤としては、次亜塩素酸ソーダ以外にオゾン、過酸化水素、塩素、過マンガン酸カリウムなどが用いられ得る。
【0010】
T字管20の他端は、紫外線−オゾン反応塔40に接続される。紫外線−オゾン反応塔40は、たとえば中空円柱状の容器42を含む。容器42の下部には、第1の吸水口44aが形成される。そして、T字管20は、紫外線−オゾン反応塔40の第1の吸水口44aに接続される。
【0011】
また、紫外線−オゾン反応塔40の容器42には、第1の吸水口44a以外に、第2の吸水口44b、第1の排水口46aおよび第2の排水口46bが形成される。この場合、第2の吸水口44bは、容器42の下端から約1/3の高さの中間部であって第1の吸水口44aの真上に形成される。また、第1の排水口46aは、容器42の第1の吸水口44aと第2の吸水口44bとの間の高さの中間部であって第1の吸水口44aおよび第2の吸水口44bのほぼ反対側に形成される。さらに、第2の排水口46bは、容器42の上部であって第1の排水口46aの真上に形成される。また、原水などが容器42中で第1の吸水口44aおよび第2の吸水口44bから第1の排水口46aおよび第2の排水口46bまで後述する保護管60の周囲を螺旋状に流れ、かつ、図3に示すように上から見た場合に後述する保護管60の周囲を反時計方向に回転して流れるように、第1の吸水口44a、第2の吸水口44b、第1の排水口46aおよび第2の排水口46bが、容器42の中心軸部の外側に向くように形成される。
【0012】
紫外線−オゾン反応塔40の第1の排水口46aは、循環ポンプ50の吸込口に接続される。循環ポンプ50の吐出口は、エゼクター52の一端に接続される。エゼクター52の他端は、バルブ54を介して、紫外線−オゾン反応塔40の第2の吸水口44bに接続される。エゼクター52は、その一端にたとえば原水を供給すると、その他端からその原水を吐出すとともに、その中間部に吸引力を発生させるものである。すなわち、エゼクター52は、その一端から他端に原水などを通過する際に発生する差圧を利用して、その中間部に吸引力を発生させるものである。
【0013】
紫外線−オゾン反応塔40の容器42の内部の中心軸部には、たとえば石英製ガラスからなる中空円柱状の保護管60の上端部を除く大部分が垂直方向に配置される。この保護管60の内部には、紫外線照射手段として特定波長の紫外線を放射する水銀ランプ62が垂直方向に配置される。この水銀ランプ62は、電源ケーブル64およびコネクタ66を介して、電源68に接続される。
【0014】
保護管60の上端には、オゾン供給手段に含まれる空気供給手段としての管70を介して、フィルター72が接続される。さらに、保護管60には、別の管74の一端が接続される。この場合、管74は、その一端が保護管60の内部の下部に位置するように配置される。この管74の他端は、逆止弁76を介して、エゼクター52の中間部に接続される。
【0015】
紫外線−オゾン反応塔40の第2の排水口46bは、ラジカル反応塔80に接続される。ラジカル反応塔80は、たとえば中空円柱状の容器82を含む。容器82には、その上端に吸水口84が形成され、その下端に排水口86が形成される。そして、紫外線−オゾン反応塔40の第2の排水口46bは、ラジカル反応塔80の吸水口84に、管88を介して接続される。なお、この管88は、比較的短いほうが、紫外線−オゾン反応塔40からラジカル反応塔80に原水やラジカルなどを効率よく送ることができる点で好ましい。また、容器82の内部には、汚濁物質を吸着するたとえば活性炭などの吸着剤90が充填されている。さらに、容器82の排水口86には排水管92の一端が接続される。
【0016】
この光酸化反応装置10では、原水が、吸水管14、原水ポンプ12、バルブ16、流量計18、T字管20および第1の吸水口44aを介して、紫外線−オゾン反応塔40の容器42中に送られる。
【0017】
また、この光酸化反応装置10では、酸化剤タンク30中の酸化剤が、注入用ポンプ32、逆止弁34、T字管20および第1の吸水口44aを介して、容器42中の原水に供給される。
【0018】
さらに、この光酸化反応装置10では、エゼクター52の吸引力によって、空気がフィルター72および管70を介して保護管60内に供給される。保護管60内の空気に水銀ランプ62で紫外線を照射することによって、オゾンが生成される。そのオゾンは、管74、逆止弁76、エゼクター52、バルブ54および第2の吸水口44bを介して、容器42中の原水に供給される。
【0019】
また、この光酸化反応装置10では、水銀ランプ62で紫外線が容器42中の原水、酸化剤およびオゾンに照射される。それによって、原水中の汚濁物質が分解される。この場合、酸化剤の供給、オゾンの供給および紫外線の照射の相乗効果によって、酸化剤による原水中の汚濁物質を分解する反応エネルギーと、オゾンによる原水中の汚濁物質を分解する反応エネルギーと、紫外線の照射による原水中の汚濁物質を分解する光エネルギーとが、約10倍〜約10000倍に増加する。つまり、紫外線は、高い光エネルギーを有しているので、直接汚濁物質を分解するだけでなく、水分子と酸化剤を分解して各種のラジカルを生成する。このラジカルとは、高い酸化還元電位を持ち、酸化剤および水が、紫外線の分解で生成するものを特にヒドロキシラジカルという。このヒドロキシラジカルは、フッ素に次ぐ高い酸化還元電位を持ち、汚濁物質の分解除去に有効に働く。このラジカルは、酸化剤のみでも生成するが、紫外線下では、酸化剤単独と比べ、反応速度は加速され、相乗効果によりオゾンの場合、約10倍〜約10000倍に加速される。したがって、この光酸化反応装置10では、原水中の汚濁物質を分解することができる。
【0020】
また、この光酸化反応装置10では、原水ポンプ12および循環ポンプ50などによって、原水、酸化剤、オゾンおよびラジカルが、第1の排水口46aから循環ポンプ50および第2の吸水口44bなどを経て容器42中に循環するとともに、容器42中で第1の吸水口44aおよび第2の吸水口44bから第1の排水口46aおよび第2の排水口46bまで保護管60の周囲を螺旋状に流れ、かつ、上から見た場合に保護管60の周囲を反時計方向に回転して流れる。そのため、この光酸化反応装置10では、原水などを容器中で螺旋状に流さない場合に比べて、原水、酸化剤、オゾンおよびラジカルの反応のための接触時間が長くなり、原水中の汚濁物質を分解する効率がよくなる。
【0021】
さらに、この光酸化反応装置10では、原水およびラジカルなどが、紫外線−オゾン反応塔40から管88を経てラジカル反応塔80に送られる。ラジカル反応塔80では、原水中に残留する汚濁物質が、容器82内の吸着剤90で一旦吸着されてラジカルで分解される。この結果、原水は、その中の汚濁物質がほとんど分解され、排水口92から排水される。また、容器82内の吸着剤90は、汚濁物質を一時的に吸着するだけなので、汚濁物質を恒久的に吸着する場合に比べて、寿命が長い。
【0022】
発明者の実験によれば、簡易浄化式水洗トイレの廃水(原水)について、処理する前、光酸化反応装置10において第1の排水口46a、循環ポンプ50、エゼクター52、場バルブ52および第2の吸水口44bなどの循環ラインを取り除くとともにオゾン化空気を紫外線−オゾン反応塔40の容器42の下部に注入して原水などを容器42中で螺旋状に流さない比較例で処理した後におけるpH、BOD、CODおよびT−Nを測定した。
続いて、光酸化反応装置10おいて、酸化剤として、酸化剤タンク30に溜められた次亜塩素酸ソーダを使用し、オゾンとして、保護管60内において紫外線を照射して生成されたもの使用し、それらを容器42の中で原水とともに螺旋状に流すことで処理した後におけるpH、BOD、CODおよびT−Nを測定した。その結果を表1に示す。
【0023】
【表1】
【0024】
表1に示す結果より、光酸化反応装置10では、比較例と比べて、簡易浄化式水洗トイレの廃水(原水)中のpH、BOD、CODおよびT−Nを改善でき、その原水中の汚濁物質を分解する効率がよいことがわかる。
【0025】
さらに、馬場木材チップコースの廃水(原水)について、処理する前、上述の比較例で処理した後、および光酸化反応装置10で処理した後におけるpH、BOD、CODおよびT−Nを測定した。その結果を表2に示す。
【0026】
【表2】
【0027】
表2に示す結果より、光酸化反応装置10では、比較例と比べて、馬場木材チップコースの廃水(原水)中のpH、BOD、CODおよびT−Nも改善でき、その原水中の汚濁物質も分解する効率がよいことがわかる。
【0028】
また、この光酸化反応装置10では、循環ポンプ50およびエゼクター52などで空気やオゾンが供給されるので、外部に空気やオゾンを供給する専用のエアコンプレッサーやポンプが不要である。
【0029】
なお、上述の光酸化反応装置10で用いられる紫外線−オゾン反応塔40は単なる例示であって、この発明では他の構造の紫外線−オゾン反応塔40が用いられてもよい。たとえば、上述の光酸化反応装置10の紫外線−オゾン反応塔40において、原水などが上から見て反時計方向に回転して流れるが、上から見て時計方向に回転して流れるようにしてもよい。また、上述の光酸化反応装置10の紫外線−オゾン反応塔40において、第1の排水口46aおよび第2の吸水口44bなどの位置は、原水の水質や酸化剤などによって変更されてもよい。
【0030】
また、この発明では、酸化剤供給手段、オゾン供給手段および紫外線照射手段についても、他の構造のものが用いられてもよい。
【0031】
さらに、この発明では、ラジカル反応塔80についても、他の構造のものが用いられてもよい。
【0032】
【発明の効果】
この発明によれば、用水および廃水などの原水中の汚濁物質を効率よく分解することができる光酸化反応装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明にかかる光酸化反応装置の一例を示す斜視図である。
【図2】図1に示す光酸化反応装置の紫外線−オゾン反応塔の要部を示す図解図である。
【図3】図1に示す光酸化反応装置の紫外線−オゾン反応塔を上から見た図解図である。
【符号の説明】
10 光酸化反応塔
12 原水ポンプ
14 吸水管
16 バルブ
18 流量計
20 T字管
30 酸化剤タンク
32 注入ポンプ
34 逆止弁
40 紫外線−オゾン反応塔
42 容器
44a 第1の吸水口
44b 第2の吸水口
46a 第1の排水口
46b 第2の排水口
50 循環ポンプ
52 エゼクター
54 バルブ
60 保護管
62 水銀ランプ
64 電源ケーブル
66 コネクタ
68 電源
70 管
72 フィルタ
74 管
76 逆止弁
80 ラジカル反応塔
82 容器
84 吸水口
86 排水口
88 管
90 吸着剤
92 排水管
Claims (4)
- 紫外線−オゾン反応塔内において紫外線照射手段で原水に紫外線を照射することによって、前記原水中の汚濁物質を分解する光酸化反応装置であって、
前記紫外線−オゾン反応塔は中空円柱状の容器を含み、
前記容器の中心軸部に配置された保護管内に前記紫外線照射手段が配置され、
前記容器の下部に第1の吸水口が形成され、
前記容器の中間部に前記第1の吸水口の略真上に第2の吸水口が形成され、
前記容器の前記第1の吸水口および前記第2の吸水口の中間部で且つ前記第1の吸水口および前記第2の吸水口の略反対側に第1の排水口が形成され、
前記容器の前記第2の吸水口より上部で且つ第1の排水口の略真上に、前記原水を排出するための第2の排水口が形成され、
前記第1の排水口が管により循環ポンプおよびオゾンを供給するエゼクターを介して前記第2の吸水口に接続され、
前記第1の吸水口から容器に供給された前記原水が、前記循環ポンプにより第1の排水口から第2の吸水口に循環され、
前記紫外線−オゾン反応塔に前記原水を供給する管が、前記第1の吸水口に接続され、
前記紫外線−オゾン反応塔に供給される前記原水に酸化剤を供給するための酸化剤供給手段が前記原水を供給する管に接続され、
前記紫外線−オゾン反応塔に供給される前記酸化剤を含んだ前記原水に前記オゾンを供給するためのオゾン供給手段が前記エゼクターに接続され、
前記紫外線−オゾン反応塔内において前記原水、前記酸化剤および前記オゾンが前記紫外線照射手段の周囲を螺旋状に流れるように、前記第1の吸水口、前記第2の吸水口、前記第1の排水口および前記第2の排水口が、前記容器の前記中心軸部の外側に向くように形成された、光酸化反応装置。 - 前記オゾン供給手段は、前記紫外線照射手段の近傍に空気を供給するための空気供給手段を含み、
前記空気供給手段で供給された空気に前記紫外線照射手段で紫外線を照射して前記オゾンを発生する、請求項1に記載の光酸化反応装置。 - 前記紫外線−オゾン反応塔に接続され、前記紫外線−オゾン反応塔から排水される原水中に残留する汚濁物質を前記紫外線−オゾン反応塔から送られてくるラジカルで分解するラジカル反応塔を含む、請求項1または請求項2に記載の光酸化反応装置。
- 前記ラジカル反応塔は、前記紫外線−オゾン反応塔から排水される原水中に残留する汚濁物質を吸着剤で一旦吸着して前記ラジカルで分解する請求項3に記載の光酸化反応装置。
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