JP4261955B2 - 水浄化方法およびその装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば船舶のバラスト水、プールや風呂の循環水等の被処理水を浄化する際に用いられる水浄化方法およびその装置に係り、特に被処理水を送給過程で処理することができる水浄化方法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、大きな水タンク内で、凝集剤や好気性菌，嫌気性菌，さらにはオゾン等を用い時間をかけて汚水を浄化する方法は汎く知られており、この方法を用いた浄化設備は、例えば浄水場やその他で実用化されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来の水浄化方法は、流れが全くないか、あるいは非常に流速の遅い湖沼や浄水場等に適用した場合には、一定の効果が期待できることが確認されているが、大量でしかも流速が速い汚水や海水等の殺菌浄化に適用した場合には、充分な殺菌浄化効果が得られないという問題がある。
【０００４】
本発明は、かかる現況に鑑みなされたもので、流れが全くないか、あるいは非常に流速の遅い場合はもとより、大量でしかも流速が速い被処理水であっても、確実に浄化処理することができる水浄化方法およびその装置を提供するにある。
【０００５】
本発明の他の目的は、オゾン単独で使用した場合に比較して、オゾンによるＣＯＤ等の有害物質や被処理水中の微生物，細菌，バクテリア等（以下、単に微生物等と称す）の殺菌，浄化効果を向上させ、オゾンの使用量を低減することができるようにすることにある。
【０００６】
本発明の他の目的は、紫外線を単独で使用した場合に比較して、その殺菌，浄化効果を向上させることができるようにすることにある。
【０００７】
本発明の他の目的は、水タンク等の特別な処理設備を設けることなく被処理水を浄化処理することができ、スペースに余裕がない既存のプラント等にも容易に適用することができるようにすることにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、タンク等の処理設備が既にある場合には、この処理設備を利用して水浄化を効率的に行なうことができるようにすることにある。
【０００９】
本発明の他の目的は、オゾンによる殺菌，浄化効果を、より向上させることができるようにすることにある。
【００１０】
本発明のさらに他の目的は、紫外線の照射による殺菌，浄化効果を、より向上させることができるようにすることにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため本発明は、被処理水が存在する処理領域内に、ボイラーからの１００℃以上の蒸気を加圧下に注入して気泡群を形成し、前記蒸気の注入と同時にオゾンを注入し、前記気泡群の気泡を被処理水によって急冷して崩壊させ、この気泡崩壊の際に生じる衝撃波および前記注入したオゾンにより被処理水の微生物を死滅又は不活性化することを特徴とする。
【００１２】
ところで、処理領域内に蒸気を注入すると、被処理水中に気泡群が生成されることになるが、これらの気泡群は、被処理水により急冷されて崩壊する。そしてその際に発生する非平衡局所場の物理化学作用により、被処理水中の微生物等が死滅，不活性化するとともに、有害化学物質が分解されて水質が浄化される。
【００１３】
本発明はまた、蒸気の注入と同時または相前後してオゾンを注入するようにしたことを特徴とする。そしてこれにより、気泡群の崩壊に伴なう衝撃波によってオゾンが微細化，活性化され、被処理水への溶解が促進されるとともに、オゾンがより酸化力の強いヒドロキシラジカルに変換され、オゾンによる有害物質や微生物等の殺菌，浄化効果の向上が図られる。
【００１４】
本発明はまた、蒸気の注入と同時または相前後して紫外線を照射するようにしたことを特徴とする。そしてこれにより、紫外線を単独で使用した場合よりも、その殺菌，浄化効果を向上させることが可能となる。
【００１５】
本発明はまた、処理領域を、被処理水が送給される配管としたことを特徴とする。そしてこれにより、水タンク等の特別な処理設備を設けることなく、被処理水を浄化処理することが可能となる。
【００１６】
本発明はまた、処理領域を、被処理水が一時滞留するタンクとしたことを特徴とする。そしてこれにより、タンク等の処理設備が既にある場合には、この処理設備を利用して水浄化を効率的に行なうことが可能となる。
【００１７】
本発明はまた、蒸気とオゾンとを用いる場合に、注入された蒸気にオゾンが巻き込まれるようにしたことを特徴とする。そしてこれにより、オゾンの微細化，活性化がより促進され、オゾンの殺菌，浄化効果をより向上させることが可能となる。
【００１８】
本発明はまた、蒸気注入処理された被処理水に、紫外線を照射するようにしたことを特徴とする。そしてこれにより、死滅，不活性化した微生物に紫外線が照射されることになり、紫外線による殺菌，浄化を効率的に行なうことが可能となる。
【００１９】
本発明はさらに、蒸気により微細気泡化されたオゾンガスを含有する被処理水に、紫外線を照射するようにしたことを特徴とする。そしてこれにより、紫外線による殺菌，浄化効果を、より向上させることが可能となる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る水浄化装置を示すもので、図中、符号１は、船舶のバラストタンク（図示せず）からのバラスト水２を船外に排出するためのバラスト配管であり、このバラスト配管１には、バラストポンプ３が設けられ、このバラストポンプ３の上流側位置には、オゾンを注入するためのオゾン注入管４および蒸気を注入するための蒸気注入管５がそれぞれ接続されている。そして、バラストタンクからのバラスト水２は、バラスト配管１内を送給される間に、前記各注入管４，５から注入されるオゾンおよび蒸気により殺菌，浄化され、浄化水６として船外に排出されるようになっている。
【００２１】
次に、本実施の形態の作用について説明する。
バラスト水２の浄化処理に際しては、バラストポンプ３を起動して、バラストタンク内のバラスト水２をバラスト配管１を介し船外に排出する。そしてその際に、オゾン注入管４からオゾンを注入するとともに、このオゾン注入と同時あるいは相前後して、蒸気注入管５から蒸気を注入する。すると、オゾンと蒸気との相乗効果により、有害物質の分解や微生物等の殺菌，浄化が効果的に行なわれ、バラスト配管１内を流れるバラスト水２が確実に浄化処理される。そして、処理後の浄化水６は船外に排出される。
【００２２】
以下、このオゾンと蒸気との相乗効果を、図２を参照して詳細に説明する。
オゾン注入管４から、バラスト水２中にオゾン１１を注入すると、バラスト水２中の微生物等の細胞膜が、注入されたオゾンにより攻撃されてダメージを受ける。図中、符号１２が、ダメージを受けた微生物等を示している。
【００２３】
一方、蒸気注入管５から、バラスト水２中に蒸気１３を注入すると、注入された蒸気１３は、バラスト水２中で拡大して、バラスト水２中に気泡群が生成される。図中、符号１４が、生成された気泡を示している。
【００２４】
この気泡１４は、バラスト水２で急冷されて崩壊し、気相反応場１６と液相反応場１７とからなる非平衡局所場１５が発生する。そして、この非平衡局所場１５の物理化学作用により、バラスト水２中の微生物等が死滅，不活性化するとともに、有害化学物質が分解されて水質が浄化される。
【００２５】
また、前記気泡１４が崩壊すると、衝撃波１８が発生することになるが、この衝撃波１８により、オゾン１１が微細化，活性化され、バラスト水２中への溶解が促進される。図中、符号１９は、溶解が促進されたオゾンを示している。また、微生物等は、前記衝撃波１８により物理的に破壊される。図中、符号２０は、物理的に破壊された微生物等を示している。
【００２６】
また、前記オゾン１１は、前記衝撃波１８により、より酸化力の強いヒドロキシラジカル２１に変換され、このヒドロキシラジカル２１により、微生物等は化学的に殺菌されるとともに、有害化学物質は分解される。図中、符号２２は、化学的に殺菌された微生物等を示し、また図中、符号２３は、分解された有害化学物質を示している。
【００２７】
以上の総合作用により、流速の速いバラスト水２であっても、短い搬送距離の間に確実に浄化処理され、浄化水６として船外に排出される。
【００２８】
しかして、オゾン１１と蒸気１３とを同時に用いることにより、流速の速いバラスト水２を大量に浄化処理することができる。このため、バラスト配管１にオゾン注入管４および蒸気注入管５を接続するだけで装置が完成し、特別な処理設備を必要としない。また、オゾンの使用量を低減できるので、オゾン発生装置の小型化および使用電力の節減も可能となる。
【００２９】
また、蒸気については、船舶では主要設備または付帯設備として、ボイラーを設置しているのが通例であるので、このボイラーからの蒸気を用いることで、新たにボイラーを設置する必要がない。このため、オゾン発生装置の小型化と相俟って、大幅なコスト削減が可能となる。
【００３０】
なお、前記実施の第１の実施の形態においては、蒸気とオゾンとの両方を用いて浄化水６を得る場合について説明したが、後に詳述する実施例からも明らかなように、蒸気のみでも所期の水浄化効果は得られる。このため、蒸気のみをバラスト水２に注入して浄化水６を得るようにしてもよい。
【００３１】
図３は、本発明の第２の実施の形態を示すもので、オゾン注入管４を蒸気注入管５に近接して配置し、オゾン注入管４からバラスト水２中に注入されたオゾン１１が、蒸気注入管５からバラスト水２中に注入された蒸気１３に巻き込まれるようにしたものである。
なお、その他の点については、前記第１の実施の形態と同一構成となっており、作用も同一である。
【００３２】
しかして、蒸気注入管５からバラスト水２中に蒸気１３を注入すると、蒸気１３の気泡が崩壊することに伴ない、蒸気注入管５の下流側には、図３に示すように、衝撃波発生領域３１が形成されることになる。このため、オゾン注入管４からバラスト水２中に注入されたオゾン１１が、蒸気１３に巻き込まれるようにすると、蒸気１３の気泡崩壊に伴なう衝撃波により、オゾン１１の気泡も、迅速に微細化，活性化されることになる。図３中において、符号３２は、前記衝撃波によって微細化されたオゾン微細気泡流を示している。
【００３３】
このように、オゾン１１が微細化されると、オゾン１１のバラスト水２中への溶解が促進され、オゾン１１による水浄化効果を向上させることができる。
【００３４】
図４は、本発明の第３の実施の形態を示すもので、前記第２の実施の形態におけるオゾン微細気泡流３２中に、紫外線ランプ４１を配設し、蒸気注入管５からの蒸気１３の注入と同時あるいは相前後して、オゾン微細気泡流３２中に紫外線４２を照射できるようにしたものである。
なお、その他の点については、前記第２の実施の形態と同一構成となっており、作用も同一である。
【００３５】
しかして、バラスト水２中に紫外線４２が照射されることになるので、水浄化効果をより向上させることができる。しかも、紫外線４２は、オゾン微細気泡流３２中に照射されることになるので、蒸気１３およびオゾン１１でダメージを受けた微生物等に紫外線４２が照射されることになり、紫外線４２による水浄化効率を向上させることができる。
【００３６】
なお、前記各実施の形態においては、船舶のバラスト水２の浄化処理を例に採って説明したが、上水場や下水場の水処理，プールや温泉等の水処理，工場や畜産施設等の廃水処理，水産加工の海水浄化処理，貯水池や貯水タンクの循環水の処理あるいは湖沼等の浄化処理にも同様に適用でき、同様の効果が期待できる。
【００３７】
【実施例】
（第１実施例）
本発明者等は、図１に示す水浄化装置を用い、船舶のバラスト水２の浄化実験を行なった。
なお、オゾン注入率は０．０５ｍｇ／リットル（バラスト水１リットル当たりオゾンを０．０５ｍｇ注入）、蒸気注入率は０．１２ｇ／リットル（バラスト水１リットル当たり蒸気を０．１２ｇ注入）とした。
【００３８】
その結果、植物プランクトン，有殻渦鞭毛藻，動物プランクトン等の海洋生物にダメージ（運動停止，鞭毛脱落，色素脱色等生物の生態状況に影響）が現われ、充分な浄化処理が可能であることが確認された。
【００３９】
なお、比較例として、オゾンのみを用いてバラスト水２の浄化実験を行なった処、前記同様の浄化効果を得るために必要なオゾン注入率は１ｍｇ／リットルであり、蒸気との併用により、オゾン使用量を１／２０に低減できることも確認された。
【００４０】
（第２実施例）
本発明者等はまた、図３に示す水浄化装置を用い、蒸気注入管５からの圧力０．５５〜０．６５ＭＰａ、温度１００〜１１０℃の蒸気１３を、２０ｋｇ／ｈの注入率でバラスト水２中に注入し、その下流側に、どの程度の衝撃波発生領域３１が形成されるのかを確認する実験を行なった。
【００４１】
その結果、蒸気注入管５の軸心を中心線として、直径１００ｍｍ，長さ２００ｍｍのラグビーボール状をなす衝撃波発生領域３１が形成されることが確認された。
【００４２】
（第３実施例）
本発明者等はまた、動物性プランクトンの一種であるアルテミアを２０個体／ｃｃ含む８０リットルの海水を用意し、これをタンク内に投入して、以下の４種類の実験を行なった。
（実験１）
前記タンク内に、第２実施例と同一条件で蒸気のみを注入した。
（実験２）
実験１にプラスして、オゾンを０．７ｇ／ｈの注入率で注入した。
（実験３）
実験１にプラスして、２０ｗの紫外線ランプを用い紫外線を照射した。
（実験４）
実験２にプラスして、２０ｗの紫外線ランプを用い紫外線を照射した。
【００４３】
前記４種類の実験を行なって、アルテミアの処理率（死亡，ダメージ有り）を測定した処、以下に示す表１の結果を得た。
【００４４】
【表１】

【００４５】
表１からも明らかなように、蒸気のみでも、所期の水浄化効果が得られることが確認された。また、蒸気とオゾンとの併用により、極めて良好な水浄化効果が得られ、これに紫外線照射を加えることにより、水浄化効果をより向上させることができることも確認された。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、被処理水が存在する処理領域内に、蒸気を注入するようにしているので、被処理中に蒸気の気泡群が生成され、これらの気泡群は、被処理水により急冷されて崩壊する。そしてその際に発生する被平衡局所場の物理化学作用により、被処理水中の微生物等が死滅，不活性化するとともに、有害化学物質が分解されて水質が浄化される。
【００４７】
本発明はまた、蒸気の注入と同時または相前後してオゾンを注入するようにしているので、蒸気の気泡群の崩壊に伴なう衝撃波によってオゾンが微細化，活性化され、被処理水への溶解が促進されるとともに、オゾンがより酸化力の強いヒドロキシラジカルに変換され、オゾンによる有害物質や微生物等の殺菌，浄化効果の向上が図られる。
【００４８】
本発明はまた、蒸気の注入と同時または相前後して紫外線を照射するようにしているので、紫外線を単独で使用した場合よりも、その殺菌，浄化効果を向上させることができる。
【００４９】
本発明はまた、処理領域として、被処理水が送給される配管を用いるようにしているので、水タンク等の特別な処理設備を設けることなく、被処理水を浄化処理することができる。
【００５０】
本発明はまた、処理領域として、被処理水が一時滞留するタンクを用いるようにしているので、タンク等の処理設備が既にある場合には、この処理設備を利用して水浄化を効率的に行なうことができる。
【００５１】
本発明はまた、蒸気とオゾンとを用いる場合に、注入された蒸気にオゾンが巻き込まれるようにしているので、オゾンの微細化，活性化がより促進され、オゾンの殺菌，浄化効果をより向上させることができる。
【００５２】
本発明はまた、蒸気注入処理された被処理水に、紫外線を照射するようにしているので、死滅，不活性化した微生物に紫外線が照射されることになり、紫外線による殺菌，浄化を効率的に行なうことができる。
【００５３】
本発明はさらに、蒸気により微細気泡化されたオゾンガスを含有する被処理水に、紫外線を照射するようにしているので、紫外線による殺菌，浄化効果を、より向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る水浄化装置を示す構成図である。
【図２】図１の装置における水浄化のメカニズムを示す説明図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態を示す説明図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態を示す説明図である。
【符号の説明】
１ バラスト配管
２ バラスト水
３ バラストポンプ
４ オゾン注入管
５ 蒸気注入管
６ 浄化水
１１，１９ オゾン
１２，２０，２２ 微生物等
１３ 蒸気
１４ 気泡
１５ 非平衡局所場
１６ 気相反応場
１７ 液相反応場
１８ 衝撃波
２１ ヒドロキシラジカル
２３ 有害化学物質
３１ 衝撃波発生領域
３２ オゾン微細気泡流
４１ 紫外線ランプ
４２ 紫外線

Claims (7)

1. 被処理水が存在する処理領域内に、ボイラーからの１００℃以上の蒸気を加圧下に注入して気泡群を形成し、前記蒸気の注入と同時にオゾンを注入し、前記気泡群の気泡を被処理水によって急冷して崩壊させ、この気泡崩壊の際に生じる衝撃波および前記注入したオゾンにより被処理水の微生物を死滅又は不活性化することを特徴とする水浄化方法。
2. 蒸気の注入と同時に紫外線を照射することを特徴とする請求項１記載の水浄化方法。
3. 被処理水が存在する処理領域を含む装置と、ボイラーと、前記ボイラーからの１００℃以上の蒸気を加圧状態で処理領域内の被処理水に注入する蒸気注入手段と、被処理水に蒸気の注入と同時にオゾンを注入するオゾン注入手段とを備え、前記上記注入手段により被処理水中に蒸気を注入して気泡群を形成し、前記気泡群の気泡を被処理水によって急冷して崩壊させ、この気泡崩壊の際に生じる衝撃波および前記注入したオゾンにより被処理水の微生物を死滅又は不活性化することを特徴とする水浄化装置。
4. 処理領域は、被処理水が送給される配管であることを特徴とする請求項３記載の水浄化装置。
5. 処理領域は、被処理水が一時滞留するタンクであることを特徴とする請求項３記載の水浄化装置。
6. オゾン注入手段は、蒸気注入手段から注入される蒸気に、注入されたオゾンを巻き込むことが可能な位置に配されることを特徴とする請求項３記載の水浄化装置。
7. 被処理水に蒸気の注入と同時に紫外線を照射する紫外線照射手段を設けたことを特徴とする請求項３、４、５または６記載の水浄化装置。

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