JP5331238B1 - 加圧型オゾン溶解処理装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】簡素な装置構成により、高い溶存濃度のオゾン水を調製でき、廃オゾンが少なく、水質浄化処理等で高い処理効率が得られる加圧型オゾン溶解処理装置を提供する。
【解決手段】密閉型のオゾン溶解処理槽１と、オゾン発生器２と、被処理水Ｗを加圧送給するポンプ３とを備え、ポンプ３の吸入側にオゾン注入管路４が接続され、ポンプ３の吐出側管路３２がオゾン溶解処理槽１内に延設され、オゾン溶解処理槽１内に周囲が隔絶されて一箇所に流通口１２を有する圧力溶解室１１を備え、流通口１２の中央部に臨んで吐出側管路３２の先端の噴射ノズル５が開口し、ポンプ３の吸込み力によってオゾン注入管路４からオゾンが混入された被処理水Ｗが噴射ノズル５より流通口１２を通して圧力溶解室１１内へ噴入され、この噴入で加圧された圧力溶解室１１内でオゾンが水中に溶解し、生成したオゾン溶解水が流通口１２の周辺部より流出するように構成されてなる。
【選択図】図３
【解決手段】密閉型のオゾン溶解処理槽１と、オゾン発生器２と、被処理水Ｗを加圧送給するポンプ３とを備え、ポンプ３の吸入側にオゾン注入管路４が接続され、ポンプ３の吐出側管路３２がオゾン溶解処理槽１内に延設され、オゾン溶解処理槽１内に周囲が隔絶されて一箇所に流通口１２を有する圧力溶解室１１を備え、流通口１２の中央部に臨んで吐出側管路３２の先端の噴射ノズル５が開口し、ポンプ３の吸込み力によってオゾン注入管路４からオゾンが混入された被処理水Ｗが噴射ノズル５より流通口１２を通して圧力溶解室１１内へ噴入され、この噴入で加圧された圧力溶解室１１内でオゾンが水中に溶解し、生成したオゾン溶解水が流通口１２の周辺部より流出するように構成されてなる。
【選択図】図３
Description
本発明は、高濃度オゾン溶解水の生成ならびにオゾンによる水質浄化に用いる加圧型オゾン溶解処理装置に関する。
オゾンには強い酸化力に基づく殺菌、脱色、脱臭作用があることが一般的に知られており、既にクリーニングや上下水道の浄化処理、工業廃水処理、湖沼河川の水質浄化等にオゾンが利用されている。また、オゾンをナノバブルやマイクロバブルの如き微細気泡として水中に含有させた洗浄液も様々な分野で使用されている。しかるに、オゾンの上記作用は実際には水中に溶解した状態で発揮され、気泡形態で生じるものではないから、該作用を増大する上でオゾンの溶存濃度を高めることが重要となる。
従来、オゾン水の生成には、送水管路の途中又は末端にベンチュリー管を設け、その絞り部分で発生する負圧を利用し、オゾン発生器で発生したオゾン含有ガスを水中に注入して微細気泡を生成させるベンチュリー管方式が多用されている（例えば、特許文献１〜３等）。一方、オゾン等の気体溶解装置として、気体と液体との混合物をポンプによって密閉タンク内へ加圧送給し、該密閉タンク内の加圧下で気体の溶解を促進するようにしたものも提案されている（例えば、特許文献４〜６）。
しかるに、前記従来のベンチュリー管方式では、オゾンを微細気泡として水中に多量に保留できても、一次側の注入部に対して二次側を加圧状態にできないため、オゾンの溶解率自体は２０％程度と低く、高濃度のオゾン溶解水が得られない上に、未溶解分として多量に生じる廃オゾンの無害化に要する設備及び処理コストが高く付くという問題があった。また、前記従来の気体溶解装置をオゾンの溶解に適用した場合、密閉タンク内の加圧下でオゾンの溶解がある程度は促進されるものの充分とは言えず、水質浄化等の処理効率を高める上で更にオゾン溶存濃度を高くすることが望まれている。
本発明は、上述の事情に鑑みて、簡素な装置構成により、極めて高い溶存濃度のオゾン水を調製できると共に、廃オゾンの生成が少なく、水質浄化処理や廃水処理等に適用した場合に高い処理効率を達成できる加圧型オゾン溶解処理装置を提供することを目的としている。
上記目的を達成するための手段を図面の参照符号を付して示せば、請求項１の発明に係る加圧型オゾン溶解処理装置は、内部を密閉空間１０とするオゾン溶解処理槽１と、オゾン発生源（オゾン発生器２）と、該オゾン溶解処理槽１内へ被処理水Ｗを加圧送給するポンプ３とを備え、ポンプ３の吸入側にオゾン発生源に繋がるオゾン注入管路４が接続されると共に、該ポンプ３の吐出側管路３２がオゾン溶解処理槽１内に延設され、オゾン溶解処理槽１内に周囲が隔絶された圧力溶解室１１を備え、該圧力溶解室１１の一箇所に流通口１２が形成され、この流通口１２の中央部に臨んで吐出側管路３２の先端の噴射ノズル５が開口し、ポンプ３の吸込み力によってオゾン注入管路４からオゾンが被処理水Ｗに混入され、このオゾン気泡を含む被処理水Ｗが噴射ノズル５より流通口１２を通して圧力溶解室１１内へ噴入され、この噴入によって周囲よりも加圧された該圧力溶解室１１内でオゾンが水中に溶解すると共に、該圧力溶解室１１内で生成したオゾン溶解水が流通口１２の周辺部より流出するように構成され、圧力溶解室１１は、一方の中央に流通口１２を有して対向する方形の両端壁（下壁１１ａ，上壁１１ｂ）と四周側壁１１ｃとで角箱型をなす構成としている。
請求項２の発明は、上記請求項１の加圧型オゾン溶解処理装置において、圧力溶解室１１の流通口１２は、一端側１２ａが該圧力溶解室１１内へ突出した短筒状をなす構成としている。
請求項３の発明は、上記請求項１又は２の加圧型オゾン溶解処理装置において、オゾン溶解処理槽１内に、一端側を流通口１２を通して圧力溶解室１１に連通して、他端側に流出口１３ａを有する筒状の撹拌室１３が周囲を隔絶して配置すると共に、該撹拌室１３内に噴射ノズル５の基部寄り位置で吐出側管路３２の周囲に固着された邪魔板１４を有し、圧力溶解室１１から流出するオゾン溶解水が該邪魔板１４の周縁部と撹拌室１４の内周面との間を通過して流出口１３ａより当該撹拌室１３の外側（泡分離室１５）へ流出するように構成されてなる。
請求項４の発明は、上記請求項３の加圧型オゾン溶解処理装置において、圧力溶解室１１が流通口１２を下向きにしてオゾン溶解処理槽１内の上部に配置し、この圧力溶解室１１の下に縦円筒状の撹拌室１３が連設され、該撹拌室１３の周囲に上方に開放した環状の泡分離室１５が形成されると共に、該泡分離室１５の外周とオゾン溶解処理槽１の内周との間に、オゾン溶解処理槽１内の頂部側空間１０ａと底部側空間１０ｂとを連通する環状下降流路１６が形成され、オゾン溶解処理槽１の頂部に脱気口１７を備え、該オゾン溶解処理槽１の底部側に絞り弁Ｖ１付きの導出口１８を有してなる構成としている。
請求項５の発明は、上記請求項４の加圧型オゾン溶解処理装置において、撹拌室１３の下部周面に複数の流出口１３ａを備え、これら流出口１３ａの流出方向が半径方向に対して斜めになることで、流出液が泡分離室１５内で旋回上昇流を生成するように構成されてなる。
請求項６の発明は、上記請求項５の加圧型オゾン溶解処理装置において、環状下降流路１６内の複数箇所に、上下方向に沿う邪魔板１９が設けられてなる構成としている。
請求項７の発明は、上記請求項４〜６の何れかの加圧型オゾン溶解処理装置において、ポンプ３の供給管路（吐出側管路３２）内と泡分離室１５内の一方又は両方に薬液Ｍを注入する薬液注入管路６０を備えてなる構成としている。
次に、本発明の効果について、図面の参照符号を付して説明する。まず、請求項１の発明に係る加圧型オゾン溶解処理装置によれば、ポンプ３の吸込み力によってオゾン注入管路４からオゾンが被処理水Ｗに混入され、このオゾン気泡を含む被処理水Ｗが該ポンプ３によってオゾン溶解処理槽１内へ加圧送給されるため、該オゾン溶解処理槽１内は加圧状態になる。しかして、オゾン気泡を含む被処理水Ｗはポンプ３の吐出側管路３２の先端の噴射ノズル５よりオゾン溶解処理槽１内の圧力溶解室１１内へ噴入されるが、該圧力溶解室１１の流通口１２が一箇所であり、その中央部より噴入した被処理水Ｗの高速流が圧力溶解室１１内の対向壁面（上壁１１ｂ）に当たって周辺側へ放射状に拡散し、更に該流通口１２側へ収束して合流し、該流通口１２の周辺部より流出することになる。従って、圧力溶解室１１内では、噴射ノズル５から噴入する高速流の圧力と、流出側が該高速流の流入する同じ流通口１２になって絞られることとで周囲よりも格段に高い加圧状態になり、この高い加圧状態下で上記の拡散から収束に至る激しい流れによって強い擾乱作用を受けるため、水中に微細気泡として存在していたオゾンの水中への溶解が著しく促進され、高濃度のオゾン溶解水が生成する。
そして、ポンプ３より送給する被処理水Ｗが浄化対象とする有機物や重金属成分等を含む水である場合、圧力溶解室１１を出てオゾン溶解処理槽１の導出口１８へ至る過程で、高濃度に溶解しているオゾンによる強い酸化力が働くことから、有機物が効率よく分解され、確実な殺菌効果が得られ、更にオゾン溶解処理槽１内が加圧状態であることで有機物の凝集も促進されると共に、その凝集沈殿物に重金属成分が取り込まれるため、高能率で高度の浄化処理を行える。特に、有機物が動植物プランクトンである場合、圧力溶解室１１の流通口１２から流出した瞬間に、減圧作用で細胞が内部から破壊される。また、被処理水Ｗが水道水や精製水である場合、圧力溶解室１１で生成した高濃度のオゾン溶解水をオゾン溶解処理槽１の導出口から取り出し、殺菌、脱色、脱臭等を必要とする様々な用途に好適に使用できる。
また本発明によれば、圧力溶解室１１が一方の端壁（下壁１１ａ）の中央に流通口１２を有する角箱型をなすから、流通口１２の中央部から噴入して他方の端壁（上壁１１ｂ）に当たって周辺側へ放射状に拡散する被処理水Ｗの流れが角箱として空間的に拡がった各隅部に向かって分流し、その各隅部で両側からの分流が衝突することで更に強い擾乱作用を受け、もってオゾンの水中への溶解がより促進される。
請求項２の発明によれば、圧力溶解室１１の流通口１２が一端側１２ａを当該圧力溶解室１１内へ突出した短筒状をなすから、該圧力溶解室１１内から外部への流出抵抗が増大し、もって該圧力溶解室１１内がより高い加圧状態になる。
請求項３の発明によれば、圧力溶解室１１の流通口１２から撹拌室１３内に入ったオゾン溶解水は、邪魔板１４に当たって周辺側へ放射状に拡散し、該邪魔板１４の周縁部と撹拌室１３の内周面との間の狭まった環状流通部を通過して流出口１３ａへ向かうから、該撹拌室１３内で強い撹拌作用を受ける。従って、被処理水Ｗが有機物を含む水である場合、撹拌室１３において有機物や重金属成分等とオゾンとの接触による反応が促進され、有機物の分解とそれに伴う殺菌作用が効率よく進行し、高い浄化能率が得られる。また、被処理水Ｗが水道水や精製水である場合、撹拌室１３において更にオゾンの溶解が継続し、より高濃度のオゾン溶解水が生成する。
請求項４の発明によれば、圧力溶解室１１の流通口１２から下向きに放出されたオゾン溶解水が撹拌室１３内を下降して下端側の流出口１３ａから泡分離室１５へ入り、この泡分離室１５内を上昇する過程で、溶け残った微細気泡が合体して大きな泡となって浮上分離し、溶解処理槽１内の頂部側空間１０ａの最上部に集積するが、その集積したガス成分を脱気口１７から排出することより、溶解処理槽１内を水で満たすことができる。一方、ガス成分を離脱した処理水は、頂部側空間１０ａから環状下降流路１６を下降して底部側空間１０ｂへ入り、導出口１８より外部へ導出される。しかして、導出口１８には絞り弁Ｖ１が介在しているから、その絞り度合によって溶解処理槽１内の圧力を任意に設定することができる。
請求項５の発明によれば、撹拌室１３の下部周面に設けた複数の流出口１３ａの流出方向が半径方向に対して斜めになり、その流出液が泡分離室１５内で旋回上昇流を生成するから、泡分離室１５内の上部で分離した泡が中央に集まり、もって脱気口１７からのガス成分の排出が容易になる。
請求項６の発明によれば、泡分離室１５より旋回上昇流として頂部側空間１０ａに至った処理水が旋回しつつ環状下降流路１６を下降する過程で、上下方向に沿う邪魔板１９によって流れを乱されるから、この環状下降流路１６内で更に残存する気泡の分離が進み、導出口１８から殆ど微細気泡を含まない処理水を導出できる。
請求項７の発明によれば、加圧型オゾン溶解処理装置を有機物や重金属成分等を含む水の浄化処理に適用する際、その被処理水Ｗの含有成分に対応して浄化を促進させる薬液Ｍを薬液注入管路６０から注入することにより、浄化効率を高めることができる。
以下に、本発明に係る加圧型オゾン溶解処理装置について、図面を参照して具体的に説明する。図１で示す一実施形態の加圧型オゾン溶解処理装置において、１は頂部が凸曲面をなす縦円筒形で内部を密閉空間１０とするオゾン溶解処理槽、２はオゾン発生器、３は貯留槽７内の被処理水Ｗを吸入側管路３１を介して吸入して吐出側管路３２よりオゾン溶解処理槽１内へ加圧送給するポンプ、３ａは該ポンプ３の駆動モーター、４は該ポンプ３の吸入側に接続されたオゾン注入管路、６は薬液タンク、６０は該薬液タンク６に繋がる薬液注入管路、１１はオゾン溶解処理槽に設けられた圧力溶解室、１３は該圧力溶解室１１の下方に連設された縦円筒状の撹拌室、１５は該撹拌室１３の外側に設けられた環状の泡分離室、１６は泡分離室１５の外周面とオゾン溶解処理槽１の内周面との間に構成される環状下降流路、１７はオゾン溶解処理槽１の頂部中央に設けた脱気口、１８はオゾン溶解処理槽１の底部側方に設けた導出口である。
図２及び図３に示すように、オゾン溶解処理槽１は、その内部の頂部側空間１０ａと底部側空間１０ｂとの間が、内外の円筒状隔壁１ａ，１ｂで隔絶されて、中央の撹拌室１３と中間の泡分離室１５と外側の環状下降流路１６とからなる同心の三重筒構造をなすと共に、撹拌室１３及び泡分離室１５の底部が水平隔壁１ｃによって底部側空間１０ｂから隔絶されている。また、圧力溶解室１１は、中央に流通口１２を設けた正方形の下壁１１ａと、これに対向する正方形の上壁１１ｂと、四周の周壁１１ｃとで角箱型になっている。そして、流通口１２は短円筒状をなし、その一端側１２ａが圧力溶解室１１内へ突出している。
撹拌室１３は、上端側で流通口１２を介して圧力溶解室１１に連通すると共に、下端側で複数（図では２つ）の流出口１３ａを介して泡分離室１５の下部に連通している。なお、各流出口１３ａは、該撹拌室１３の下部周面から外側へ半径方向に対して角度をもって突出した筒部より構成され、これによって流出方向が半径方向に対して斜めになるように設定されている。また、泡分離室１５は、上方に開放してオゾン溶解処理槽１内の頂部側空間１０ａに連通している。
ポンプ３の吐出側管路３２は、オゾン溶解処理槽１内の底部側空間１０ｂに水平に突入し、該底部側空間１０ｂの中心位置で上方へ曲折して水平隔壁１ｃを貫通し、撹拌室１３内で軸線方向に沿って立ち上がると共に、その上端の縮径した噴射ノズル５が流通口１２の下方で該流通口１２の中心に臨んで開放している。そして、この噴射ノズル５の基部側の周囲には円板状の邪魔板１４が固着されており、該邪魔板１４の周縁と撹拌室１３の内周面との間が狭まった環状流通部を形成している。
一方、オゾン溶解処理槽１の底部側の導出口１８には絞り弁Ｖ１が介装されており、該絞り弁Ｖ１の絞り度合によって内圧を任意に設定できるようになっている。なお、該オゾン溶解処理槽１の頂部には内圧を表示する圧力計８が付設され、また脱気口１７には開閉弁Ｖ２が介装されている。更に、オゾン溶解処理槽１の内周面の径方向両側には、上下方向に沿う帯板状の邪魔板１９が固着され、各邪魔板１９の位置で環状下降流路１６の幅が略１／２に狭められている。
薬液注入管路６０は下流側が各々開閉弁Ｖ３，Ｖ４を介在した２流路６１，６２に分岐しており、流路６１がポンプ３の吐出側管路３２に接続されると共に、流路６２がオゾン溶解処理槽１内に突入して泡分離室１５に接続されている。また、オゾン注入管路４にはオゾン注入方向を吐出側管路３２側へ規制する逆止弁ＣＶが介装されている。
上記構成の加圧型オゾン溶解処理装置では、ポンプ３の吸込み力によってオゾン注入管路４からオゾンガスが被処理水Ｗに混入され、このオゾン気泡を含む被処理水Ｗが該ポンプ３によってオゾン溶解処理槽１内へ連続的に加圧送給されるため、該オゾン溶解処理槽１内は加圧状態になる。なお、この加圧状態は、例えば、ポンプ３の揚力を０．５ＭＰａ程度として、導出口１８の絞り弁Ｖ１の開度調節により、圧力計８で計測される内圧が０．１〜０．４ＭＰａとなるように調整される。
そして、加圧供給されるオゾン気泡を含む被処理水Ｗは、吐出側管路３２の先端の噴射ノズル５から流通口１２の中心に向けて噴射され、高速流として圧力溶解室１１内に噴入する。しかるに、該流通口１２が一箇所で圧力溶解室１１の入口と出口を兼用しているため、図３の矢印で示すように、その中央部より噴入した高速流は圧力溶解室１１内の上壁１１ｂに当たって周辺側へ放射状に拡散し、更に該流通口１２側へ収束して合流し、該流通口１２の周辺部より流出することになる。加えて、圧力溶解室１１が下壁１１ａの中央に流通口１２を有する角箱型をなすから、該流通口１２から噴入して上壁１１ｂに当たって周辺側へ拡散する被処理水Ｗの流れは、図２の矢印で示すように、空間的に拡がった各隅部に向かって分流し、その各隅部で両側からの分流が衝突し、次いで対角線方向に沿って流通口１２へ向かう形になる。
従って、圧力溶解室１１内では、噴入する高速流の圧力に加え、流出側が同じ流通口１２で絞られ、且つ該流通口１２が短円筒状で一端側１２ａを当該圧力溶解室１１内へ突出しているために大きな流出抵抗を生じるから、周囲よりも格段に高い加圧状態になる上、噴入した被処理水Ｗが高い加圧状態下で上記の拡散から流通口１２への収束に至る激しい流れによって強い擾乱作用を受けることになり、もって水中に微細気泡として存在していたオゾンの水中への溶解が著しく促進され、高濃度のオゾン溶解水が生成する。なお、噴射ノズル５から噴射する被処理水Ｗの流速は、通常８〜１５ｍ／秒程度に設定される。
かくして圧力溶解室１１内で生成した高濃度のオゾン溶解水は、流通口１２より撹拌室１３へ流入し、該撹拌室１３内を下降して流出口１３ａより泡分離室１５へ流入し、該泡分離室１５内を上昇して頂部側空間１０ａへ至り、更に頂部側空間１０ａから環状下降流路１６を通って底部側空間１０ｂへ流入し、導出口１８より外部へ導出される。
ここで、被処理水Ｗが浄化対象とする有機物や重金属成分等を含む水である場合、圧力溶解室１１から撹拌室１３内に流入した際に、邪魔板１４に当たって周辺側へ放射状に拡散し、該邪魔板１４の周縁部と撹拌室１３の内周面との間の狭まった環状流通部を通過するから、該撹拌室１３内で強い撹拌作用を受ける。従って、該撹拌室１３を通過する過程で、高濃度に溶解しているオゾンと有機物との接触による反応が急速に進行し、オゾンの強い酸化力によって有機物が能率よく分解される。そして、分解された有機物は、フロック状に凝集、沈殿する。
なお、有機物が動植物プランクトンである場合、圧力溶解室１１の流通口１２から撹拌室１３へ流出した瞬間に、減圧作用で細胞が内部から破壊される。例えば、被処理水Ｗが池や湖沼等のアオコで汚濁した水であるとき、まず圧力溶解室１１内で強い擾乱作用を受けてアオコを形成していた群体が個々の植物プランクトン（シアノバクテリア）に分離し、次いで流通口１２から撹拌室１３へ流出した際、該植物プランクトンの細胞が圧力溶解室１１内での加圧後の急な減圧によって破裂する形で死滅することになる。
次に、該撹拌室１３の流出口１３ａから泡分離室１５内へ流出する際、流出方向が半径方向に対して斜めになっているために旋回流となる。そして、該泡分離室１５内を旋回しつつ上昇する過程で、溶け残った微細気泡が合体して大きな泡となって浮上分離し、その気泡が溶解処理槽１内の頂部側空間１０ａの中央の最上部に集積し、また有機物が残存する場合にはその分解反応も進行する。頂部側空間１０ａの最上部に集積するガス成分は脱気口１７から排出でき、もって溶解処理槽１内を水で満たすことができる。
更に頂部側空間１０ａから環状下降流路１６を下降する過程では、泡分離室１５より継続する旋回流が上下方向に沿う邪魔板１９によって乱されるから、更に残存する気泡の分離と残存有機物の分解が進む。また、オゾン溶解処理槽１内が全体的に加圧状態であることで有機物の凝集も促進されると共に、その凝集沈殿物に重金属成分が取り込まれる。従って、環状下降流路１６を通って底部側空間１０ｂに至った処理水は、殆ど微細気泡を含まず、且つ有機物の分解に伴う殺菌、消臭、脱色作用を受けた状態で導出口１８より導出される。この処理水のオゾン溶存濃度は、オゾンが有機物の分解で消費されるので、ゼロあるいは僅少になっている。なお、被処理水Ｗの有機物濃度が高い場合は、導出口１８から貯留槽７へ至る還流管路を設け、該導出口１８を出た処理水を貯留槽７へ戻す循環方式で連続的にオゾン溶解処理槽１を通過させることで、高度の浄化処理を行える。
しかして、この加圧型オゾン溶解処理装置では、上述のように水の浄化処理に適用する場合に、その被処理水Ｗの含有成分に対応して浄化を促進させる薬液Ｍを、ダイヤフラム式等の送液ポンプＰにより、薬液タンク６から薬液注入管路６０及び分岐流路６１，６２の一方又は両方を通して、ポンプ３の吐出側管路３２内と泡分離室１５内の一方又は両方に注入することができる。このような薬液としては、特に限定されないが、過酸化水素水、塩化第一鉄の如き２価鉄塩の水溶液、ポリ塩化アルミニウム水溶液等が挙げられる。すなわち、該過酸化水素は溶存オゾンと協働して酸化力を高めるため、被処理水Ｗに過酸化水素を注入することにより、有機物の分解能率が更に向上することになる。また、被処理水Ｗに２価の鉄(II)が含まれる場合、溶存オゾンによって鉄(III)酸化物の沈殿が生成するが、ヒ素等の重金属が鉄の一部と置換する形で酸化物沈殿に取り込まれ、もって処理水Ｗ中の重金属が除去される。更に、ポリ塩化アルミニウムは凝集剤として作用する。
一方、被処理水Ｗが水道水や精製水である場合、圧力溶解室１１で生成した高濃度のオゾン溶解水が撹拌室１３を通過する過程で、更にオゾンの溶解が継続し、より高濃度のオゾン溶解水が生成する。そして、該撹拌室１３から泡分離室１５へ流入すれば、前記同様に旋回上昇流として頂部側空間１０ａへ移動する過程で、溶け残った微細気泡が合体して浮上分離し、更に環状下降流路１６を下降する際にも残存する気泡の分離が進行する。従って、最終的に底部側空間１０ｂに至った処理水は、殆ど微細気泡を含まない非常に高濃度のオゾン溶解水となるから、導出口１８から導出して殺菌、脱色、脱臭等を必要とする様々な用途に好適に使用できる。
上記の被処理水Ｗが水道水や精製水である場合の最終的に得られるオゾン溶解水は、オゾン濃度を平均的に３ｍｇ／Ｌ以上、最高５ｍｇ／Ｌ程度という高濃度とすることが可能である。また、この加圧型オゾン溶解処理装置によれば、環境水中生態系に影響のない自然界放出時３％までのオゾン投入量という前提で、オゾン注入管路４からの供給オゾン量に対して８５％以上、最高９０％のオゾンを処理水Ｗ中に溶解でき、もって廃オゾンの生成が非常に少なくなり、その分解処理に要する設備及び費用が低減されるという利点がある。
なお、本発明の加圧型オゾン溶解処理装置は、基本的には、密閉型のオゾン溶解処理槽１と、オゾン発生器２と、被処理水Ｗを加圧送給するポンプ３とを備え、ポンプ３の吸入側にオゾン注入管路４が接続され、オゾン溶解処理槽１内に周囲が隔絶された圧力溶解室１１を備え、該ポンプ３の吐出側管路３２の先端の噴射ノズル５が圧力溶解室１１の一箇所に設けた流通口１２の中央部に臨んで開口した構造を備えるものであればよい。特に当該処理装置を高濃度オゾン溶解水の生成のみに利用する場合、実施形態におけるオゾン溶解処理槽１内の撹拌室１３及び泡分離室１５を省略した構成や、泡分離室１５のみを省略した構成でも差し支えなく、これら省略構成ではオゾン溶解処理槽１を横型にすることも可能である。また、撹拌室１３内には、例示した上部の邪魔板１４と共に、中央部や下部にも邪魔板を設けてもよい。更に、環状下降流路１６内の邪魔板１９は、その設置数を種々変更できると共に、内周側に固着してもよく、また当該処理装置を高濃度オゾン溶解水の生成のみ用いる場合には省略できる。その他、細部構成については実施形態以外に種々設計変更可能である。
〔水質浄化試験〕
アオコが繁殖した湖水を被処理水Ｗとして採取し、その１６０Ｌ（水温２４．７７℃）を貯留槽に収容し、既述実施形態の加圧型オゾン溶解処理装置を用い、オゾン溶解処理槽の導出口を出た処理水を貯留槽へ戻すサイクルの連続循環方式で水質浄化処理を行った。なお、装置構成と処理条件は次のとおりである。
アオコが繁殖した湖水を被処理水Ｗとして採取し、その１６０Ｌ（水温２４．７７℃）を貯留槽に収容し、既述実施形態の加圧型オゾン溶解処理装置を用い、オゾン溶解処理槽の導出口を出た処理水を貯留槽へ戻すサイクルの連続循環方式で水質浄化処理を行った。なお、装置構成と処理条件は次のとおりである。
＜装置構成＞
貯留槽 ： 容量２４Ｌ
オゾン溶解処理槽： 高さ６０ｃｍ、径２０ｃｍ、槽容量１８．８Ｌ
圧力溶解室 ： 縦横１２ｃｍ、高さ５ｃｍの角箱型、流通口径３０ｍｍ
撹拌室 ： 上下長さ４５ｃｍ、内径１０ｃｍ、流出口（２本）の径１６ ｍｍ、邪魔板の径８ｃｍ
泡分離室 ： 上下長さ５０ｃｍ、内径１５ｃｍ
環状下降流路 ： 環状流路幅５ｃｍ、邪魔板の幅２．５ｃｍ
オゾン発生器 ： 石森製作所社製プラズマ放電管式オゾン発生器ＣＯ−101
ポンプ ： ニクニ社製渦流型ポンプ20ＮＰＤ−04（揚程0.35ＭＰａ）
噴射ノズル ： 口径８ｍｍ
貯留槽 ： 容量２４Ｌ
オゾン溶解処理槽： 高さ６０ｃｍ、径２０ｃｍ、槽容量１８．８Ｌ
圧力溶解室 ： 縦横１２ｃｍ、高さ５ｃｍの角箱型、流通口径３０ｍｍ
撹拌室 ： 上下長さ４５ｃｍ、内径１０ｃｍ、流出口（２本）の径１６ ｍｍ、邪魔板の径８ｃｍ
泡分離室 ： 上下長さ５０ｃｍ、内径１５ｃｍ
環状下降流路 ： 環状流路幅５ｃｍ、邪魔板の幅２．５ｃｍ
オゾン発生器 ： 石森製作所社製プラズマ放電管式オゾン発生器ＣＯ−101
ポンプ ： ニクニ社製渦流型ポンプ20ＮＰＤ−04（揚程0.35ＭＰａ）
噴射ノズル ： 口径８ｍｍ
＜処理条件＞
オゾン溶解処理槽の内圧 ： ０．３ＭＰａ
ポンプの送液速度 ： ２７Ｌ／分
被処理水の水温 ： ２４．７７℃
被処理水へのオゾン注入量： Ｏ3 として５ｇ／時
噴射ノズルの吐出流速 ： １０ｍ／秒
オゾン溶解処理槽の内圧 ： ０．３ＭＰａ
ポンプの送液速度 ： ２７Ｌ／分
被処理水の水温 ： ２４．７７℃
被処理水へのオゾン注入量： Ｏ3 として５ｇ／時
噴射ノズルの吐出流速 ： １０ｍ／秒
上記連続循環方式の水質浄化処理における処理前と所定の処理経過時間毎に、貯留槽内の被処理液を採取し、シアノバクテリア（藍藻の藍色細菌）数、クロロフィルα（葉緑素の一種）濃度、ｐＨ、溶存酸素を測定した。その結果を次の表１に示す。なお、シアノバクテリア及びクロロフィルαの計測には、米国Ｈａｃｈ社製の水質計（商品名ＨＹＤＲ−ＯＬＡＢ Ｄａｔａｓｏｎｄｅ５Ｘ）を使用した。なお、処理槽通過回数は、オゾン溶解処理槽の通過水量が処理水１６０Ｌ分に達した段階で１回としている。
上表の結果から、本発明の加圧型オゾン溶解処理装置によれば、アオコが繁殖した湖水を処理対象として、オゾン溶解処理槽を１回通過させただけでシアノバクテリアの約７０％及びクロロフィルαの約７５％が除去され、更に通過を続行することで除去が進行すると共に溶存酸素が増加し、８．４回通過でアノバクテリアの約９４％及びクロロフィルαの約９３％が除去されており、高能率で高度の浄化処理を行えることが判る。なお、処理前の被処理水は濁った濃い緑色を呈していたが、８．４回通過時点では無色透明になっていた。また、処理水のｐＨは微アルカリ域でほぼ安定している。
１ オゾン溶解処理槽
１０ 密閉空間
１０ａ 頂部側空間
１０ｂ 底部側空間
１１ 圧力溶解室
１１ａ 下壁（端壁）
１１ｂ 上壁（端壁）
１１ｃ 四周側壁
１２ 流通口
１２ａ 一端側
１３ 撹拌室
１３ａ 流出口
１４ 邪魔板
１５ 泡分離室
１６ 環状下降流路
１７ 脱気口
１８ 導出口
１９ 邪魔板
２ オゾン発生器（オゾン発生源）
３ ポンプ
３１ 吸入側管路
３２ 吐出側管路
４ オゾン注入管路
５ 噴射ノズル
Ｍ 薬液
Ｖ１ 絞り弁
Ｗ 被処理水
１０ 密閉空間
１０ａ 頂部側空間
１０ｂ 底部側空間
１１ 圧力溶解室
１１ａ 下壁（端壁）
１１ｂ 上壁（端壁）
１１ｃ 四周側壁
１２ 流通口
１２ａ 一端側
１３ 撹拌室
１３ａ 流出口
１４ 邪魔板
１５ 泡分離室
１６ 環状下降流路
１７ 脱気口
１８ 導出口
１９ 邪魔板
２ オゾン発生器（オゾン発生源）
３ ポンプ
３１ 吸入側管路
３２ 吐出側管路
４ オゾン注入管路
５ 噴射ノズル
Ｍ 薬液
Ｖ１ 絞り弁
Ｗ 被処理水
Claims (7)
- 内部を密閉空間とするオゾン溶解処理槽と、オゾン発生源と、該オゾン溶解処理槽内へ被処理水を加圧送給するポンプとを備え、
前記ポンプの吸入側にオゾン発生源に繋がるオゾン注入管路が接続されると共に、該ポンプの吐出側管路が前記オゾン溶解処理槽内に延設され、
前記オゾン溶解処理槽内に周囲が隔絶された圧力溶解室を備え、該圧力溶解室の一箇所に流通口が形成され、この流通口の中央部に臨んで前記吐出側管路の先端の噴射ノズルが開口し、
前記ポンプの吸込み力によって前記オゾン注入管路からオゾンが被処理水に混入され、このオゾン気泡を含む被処理水が前記噴射ノズルより前記流通口を通して圧力溶解室内へ噴入され、この噴入によって周囲よりも加圧された該圧力溶解室内でオゾンが水中に溶解すると共に、該圧力溶解室内で生成したオゾン溶解水が前記流通口の周辺部より流出するように構成され、
前記圧力溶解室は、一方の中央に前記流通口を有して対向する方形の両端壁と四周側壁とで角箱型をなす加圧型オゾン溶解処理装置。 - 前記圧力溶解室の流通口は、一端側が該圧力溶解室内へ突出した短筒状をなす請求項１に記載の加圧型オゾン溶解処理装置。
- 前記オゾン溶解処理槽内に、一端側を前記流通口を通して前記圧力溶解室に連通して、他端側に流出口を有する筒状の撹拌室が周囲を隔絶して配置すると共に、該撹拌室内に前記噴射ノズルの基部寄り位置で前記吐出側管路の周囲に設けられた邪魔板を有し、
圧力溶解室から流出するオゾン溶解水が該邪魔板の周縁部と撹拌室の内周面との間を通過して前記流出口より当該撹拌室の外側へ流出するように構成されてなる請求項１又は２に記載の加圧型オゾン溶解処理装置。 - 前記圧力溶解室が前記流通口を下向きにしてオゾン溶解処理槽内の上部に配置し、この圧力溶解室の下に縦円筒状の前記撹拌室が連設され、該撹拌室の周囲に上方に開放した環状の泡分離室が形成されると共に、該泡分離室の外周とオゾン溶解処理槽の内周との間に、オゾン溶解処理槽内の頂部側空間と底部側空間とを連通する環状下降流路が形成され、オゾン溶解処理槽の頂部に脱気口を備え、該オゾン溶解処理槽の底部側に絞り弁付きの導出口を有してなる請求項３に記載の加圧型オゾン溶解処理装置。
- 前記撹拌室の下部周面に複数の前記流出口を備え、これら流出口の流出方向が半径方向に対して斜めになることで、流出液が前記泡分離室内で旋回上昇流を生成するように構成されてなる請求項４に記載の加圧型オゾン溶解処理装置。
- 前記環状下降流路内の複数箇所に、上下方向に沿う邪魔板が設けられてなる請求項５に記載の加圧型オゾン溶解処理装置。
- 前記ポンプの供給管路内と前記泡分離室内の一方又は両方に薬液を注入する薬液注入管路を備えてなる請求項４〜６の何れかに記載の加圧型オゾン溶解処理装置。
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