JP7234680B2

JP7234680B2 - 水処理装置

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Publication number: JP7234680B2
Application number: JP2019026852A
Authority: JP
Inventors: 宏明大原; 絢音渡邊; 和之坂本
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2019-02-18
Filing date: 2019-02-18
Publication date: 2023-03-08
Anticipated expiration: 2039-02-18
Also published as: JP2020131100A

Description

本開示は、水処理装置に関する。

排水に含まれる難分解有機物、油脂、タンパク質等の対象物を分解する技術として、排水にオゾンを供給する技術が広く利用されている（例えば、特許文献１）。このような技術では、オゾンによって対象物が酸化分解される。

特開２００８－９３６０１号公報

しかし、上記特許文献１のような排水浄化技術において、オゾンは排水と一度接触した後、反応せずに外部に排気されてしまう。オゾンの生成に要するコストは高いため、外部に排気される未反応のオゾンを低減する技術の開発が希求されている。

本開示は、このような課題に鑑み、外部に排気される未反応のオゾンを低減することが可能な水処理装置の提供を目的とする。

上記課題を解決するために、本開示の一態様に係る水処理装置は、排水を収容する第１の反応槽および第２の反応槽と、第１の反応槽にオゾンを供給するオゾン供給部と、第１の反応槽の上部と第２の反応槽とを通気可能に接続する排気管と、第１の反応槽に排水を供給する第１排水供給部と、第１排水供給部とは別体であり、第２の反応槽に排水を供給する第２排水供給部と、第１の反応槽の下部と外部とを通水可能に接続する第１排水管と、第２の反応槽の下部と外部とを通水可能に接続する第２排水管と、を備える。

また、排気管は、第１の反応槽の上部と第２の反応槽の下部とを接続してもよい。

本開示によれば、外部に排気される未反応のオゾンを低減することが可能となる。

第１の実施形態の水処理装置を説明する図である。変形例の水処理装置を説明する図である。第２の実施形態の水処理装置を説明する図である。

以下に添付図面を参照しながら、本開示の実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本開示を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本開示に直接関係のない要素は図示を省略する。

［第１の実施形態：水処理装置１００］
図１は、第１の実施形態の水処理装置１００を説明する図である。図１に示すように、水処理装置１００は、反応槽１１０Ａ～１１０Ｃと、排水管１１２Ａ～１１２Ｃと、排気管１１４Ａ～１１４Ｃと、排水供給部１２０と、オゾン供給部１３０と、オゾン分解部１４０とを含む。なお、図１中、実線の矢印は、排水の流れを示す。また、図１中、破線の矢印は、処理ガスの流れを示す。

反応槽１１０Ａ～１１０Ｃは、排水（廃水）を一時的に収容する。排水は、難分解有機物、油脂、タンパク質等の対象物を含む。難分解有機物は、例えば、抗がん剤である。

排水管１１２Ａは、反応槽１１０Ａの下部と外部（例えば、河川等）とを通水可能に接続する。排水管１１２Ａは、反応槽１１０Ａ内の排水を外部に導く。排水管１１２Ｂは、反応槽１１０Ｂ（第２の反応槽）の下部と、反応槽１１０Ａ（第１の反応槽）の上部とを通水可能に接続する。排水管１１２Ｂは、反応槽１１０Ｂ内の排水を反応槽１１０Ａに導く。排水管１１２Ｃは、反応槽１１０Ｃの下部と、反応槽１１０Ｂの上部とを通水可能に接続する。排水管１１２Ｃは、反応槽１１０Ｃ内の排水を反応槽１１０Ｂに導く。

排気管１１４Ａは、反応槽１１０Ａの上部（例えば、上面）と、反応槽１１０Ｂの下部（例えば、底面）とを通気可能に接続する。排気管１１４Ａは、反応槽１１０Ａ内に滞留した処理ガスを反応槽１１０Ｂに導く。排気管１１４Ｂは、反応槽１１０Ｂの上部（例えば、上面）と、反応槽１１０Ｃの下部（例えば、底面）とを通気可能に接続する。排気管１１４Ｂは、反応槽１１０Ｂ内に滞留した処理ガスを反応槽１１０Ｃに導く。排気管１１４Ｃは、反応槽１１０Ｃの上部（例えば、上面）と、後述するオゾン分解部１４０とを通気可能に接続する。排気管１１４Ｃは、反応槽１１０Ｃ内に滞留した処理ガスをオゾン分解部１４０に導く。

排水供給部１２０は、反応槽１１０Ｃに排水を供給する。本実施形態において、排水供給部１２０は、排出管１２２と、ポンプ１２４とを含む。排出管１２２は、不図示の排水の供給源と、反応槽１１０Ｃとを接続する。ポンプ１２４は、排出管１２２に設けられる。ポンプ１２４は、吸入側が排水の供給源に接続される。ポンプ１２４は、吐出側が反応槽１１０Ｃに接続される。

したがって、排水供給部１２０によって、まず、反応槽１１０Ｃに排水が供給される。そして、反応槽１１０Ｃに供給された排水は、排水管１１２Ｃを通じて反応槽１１０Ｂに供給される。続いて、反応槽１１０Ｂに供給された排水は、排水管１１２Ｂを通じて反応槽１１０Ａに供給される。そして、反応槽１１０Ａに供給された排水は、排水管１１２Ａを通じて外部に排出される。つまり、排水は、反応槽１１０Ｃ、反応槽１１０Ｂ、反応槽１１０Ａの順で通過する。

オゾン供給部１３０は、反応槽１１０Ａに処理ガスを供給する。処理ガスは、オゾンを含むガスである。本実施形態において、オゾン供給部１３０は、酸素供給源１５０と、第１送気管１５２と、ポンプ１５４と、オゾン発生部１６０と、第２送気管１６２とを含む。

酸素供給源１５０は、酸素を生成する装置（例えば、ＰＳＡ（Pressure Swing Adsorption）装置）、または、酸素を貯留する容器（例えば、酸素ボンベ）である。

第１送気管１５２は、酸素供給源１５０とオゾン発生部１６０とを接続する。ポンプ１５４は、第１送気管１５２に設けられる。ポンプ１５４は、吸入側が酸素供給源１５０に接続される。ポンプ１５４は、吐出側がオゾン発生部１６０に接続される。したがって、ポンプ１５４は、第１送気管１５２を通じ、酸素供給源１５０からオゾン発生部１６０に酸素を供給する。

オゾン発生部１６０は、例えば、オゾナイザである。オゾン発生部１６０において、放電環境下に酸素が曝されることにより、オゾンを含む処理ガス生成される。

第２送気管１６２は、オゾン発生部１６０と、反応槽１１０Ａの下部（例えば、底面）とを接続する。したがって、オゾン発生部１６０によって生成された処理ガスは、第２送気管１６２を通じて、反応槽１１０Ａに供給される。そして、反応槽１１０Ａに供給された処理ガスは、排気管１１４Ａを通じて反応槽１１０Ｂに供給される。続いて、反応槽１１０Ｂに供給された処理ガスは、排気管１１４Ｂを通じて反応槽１１０Ｃに供給される。そして、反応槽１１０Ｃに供給された処理ガスは、排気管１１４Ｃを通じてオゾン分解部１４０に供給される。つまり、処理ガスは、反応槽１１０Ａ、反応槽１１０Ｂ、反応槽１１０Ｃの順で通過する。

そうすると、反応槽１１０Ａ～１１０Ｃ内に収容された（通過する）排水がオゾンと接触する。これにより、排水に含まれる対象物は、オゾンにより分解される。

オゾン分解部１４０は、例えば、デオゾナイザである。オゾン分解部１４０は、排気管１１４Ｃを通じて、反応槽１１０Ｃから導かれた処理ガスに含まれるオゾンを分解する。オゾン分解部１４０によってオゾンが分解されたガスは、大気に放出される。

以上説明したように、本実施形態の水処理装置１００は、オゾン供給部１３０および排気管１１４Ａ、１１４Ｂを備える。したがって、処理ガスは、まず、反応槽１１０Ａに供給され、続いて、反応槽１１０Ａを通過した処理ガスが反応槽１１０Ｂに供給される。同様に、反応槽１１０Ｂを通過した処理ガスは、反応槽１１０Ｃに供給される。これにより、水処理装置１００は、反応槽１１０Ａから排気され、未だオゾンが残存している処理ガスで、反応槽１１０Ｂ内の排水に含まれる対象物を分解することができる。同様に、水処理装置１００は、反応槽１１０Ｂから排気され、未だオゾンが残存している処理ガスで、反応槽１１０Ｃ内の排水に含まれる対象物を分解することができる。

つまり、水処理装置１００は、反応槽１１０Ａ～１１０Ｃにおいてオゾンを消費した後、外部に排気することができる。したがって、オゾンと水とを一度接触させた後、外部に排気する従来技術と比較して、水処理装置１００は、外部に排気されてしまう未反応のオゾンを低減することが可能となる。つまり、水処理装置１００は、オゾンを効率よく利用して、排水を浄化することができる。

また、上記したように、排気管１１４Ａは、反応槽１１０Ａの上部と、反応槽１１０Ｂの下部とを接続する。同様に、排気管１１４Ｂは、反応槽１１０Ｂの上部と、反応槽１１０Ｃの下部とを接続する。また、第２送気管１６２は、オゾン発生部１６０と、反応槽１１０Ａの下部とを接続する。これにより、水処理装置１００は、反応槽１１０Ａ～１１０Ｃ内において、処理ガスと排水との接触距離（接触時間）を長くすることができる。したがって、水処理装置１００は、オゾンによる対象物の分解効率を向上させることが可能となる。

また、上記したように、水処理装置１００は、排水管１１２Ｂ、１１２Ｃを備える。つまり、排水は、反応槽１１０Ｃ、反応槽１１０Ｂ、１１０Ａをこの順で通過する。また、排水は、反応槽１１０Ｃ～１１０Ａを流れる過程でオゾンに曝される。したがって、水処理装置１００は、排水の滞留時間（排水とオゾンとの接触時間）を長くすることができる。これにより、水処理装置１００は、オゾンによる分解時間が相対的に長い対象物を含む排水を浄化することが可能となる。

また、上記したように、水処理装置１００が排水管１１２Ｂ、１１２Ｃを備え、排水供給部１２０は反応槽１１０Ｃに排水を供給する。つまり、水処理装置１００は、相対的に後段の反応槽１１０Ａにオゾンの含有量が相対的に多い処理ガスを供給し、相対的に前段の反応槽１１０Ｂにオゾンの含有量が相対的に少ない処理ガスを供給する。同様に、水処理装置１００は、相対的に後段の反応槽１１０Ｂにオゾンの含有量が相対的に多い処理ガスを供給し、相対的に前段の反応槽１１０Ｃにオゾンの含有量が相対的に少ない処理ガスを供給する。これにより、水処理装置１００は、反応槽１１０Ａにおいて、オゾンの含有量が相対的に多い処理ガスでなければ分解できない対象物を分解することが可能となる。また、水処理装置１００は、反応槽１１０Ｂにおいて、オゾンの含有量が相対的に少ない処理ガスであっても分解可能な対象物を分解することができる。同様に、水処理装置１００は、反応槽１１０Ｃにおいて、オゾンの含有量が相対的にさらに少ない処理ガスであっても分解可能な対象物を分解することができる。

［変形例：水処理装置２００］
上記実施形態において、反応槽１１０Ｃ、反応槽１１０Ｂ、反応槽１１０Ａの順で排水が通過する場合を例に挙げた。しかし、反応槽１１０Ａ～１１０Ｃに対する排水の通過順に限定はない。

図２は、変形例の水処理装置２００を説明する図である。図２に示すように、水処理装置２００は、反応槽１１０Ａ～１１０Ｃと、排水管２１２Ａ～２１２Ｃと、排気管１１４Ａ～１１４Ｃと、排水供給部２２０と、オゾン供給部１３０と、オゾン分解部１４０とを含む。なお、図２中、実線の矢印は、排水の流れを示す。また、図２中、破線の矢印は、処理ガスの流れを示す。

なお、上記水処理装置１００と実質的に等しい構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。

排水管２１２Ａは、反応槽１１０Ａの下部と、反応槽１１０Ｂの上部とを通水可能に接続する。排水管２１２Ｂは、反応槽１１０Ｂの下部と、反応槽１１０Ｃの上部とを通水可能に接続する。排水管２１２Ｃは、反応槽１１０Ｃの下部と外部（例えば、河川等）とを通水可能に接続する。

排水供給部２２０は、反応槽１１０Ａに排水を供給する。変形例において、排水供給部２２０は、排出管２２２と、ポンプ２２４とを含む。排出管２２２は、不図示の排水の供給源と、反応槽１１０Ａとを接続する。ポンプ２２４は、排出管２２２に設けられる。ポンプ２２４は、吸入側が排水の供給源に接続される。ポンプ２２４は、吐出側が反応槽１１０Ａに接続される。

したがって、排水供給部２２０によって、まず、反応槽１１０Ａに排水が供給される。そして、反応槽１１０Ａに供給された排水は、排水管２１２Ａを通じて反応槽１１０Ｂに供給される。続いて、反応槽１１０Ｂに供給された排水は、排水管２１２Ｂを通じて反応槽１１０Ｃに供給される。そして、反応槽１１０Ｃに供給された排水は、排水管２１２Ｃを通じて外部に排出される。つまり、排水は、反応槽１１０Ａ、反応槽１１０Ｂ、反応槽１１０Ｃの順で通過する。

以上説明したように、変形例の水処理装置２００は、水処理装置１００と同様に、オゾン供給部１３０および排気管１１４Ａ、１１４Ｂを備える。これにより、水処理装置２００は、反応槽１１０Ａ～１１０Ｃにおいてオゾンを消費した後、外部に排気することができる。したがって、オゾンと水とを一度接触させた後、外部に排気する従来技術と比較して、水処理装置２００は、外部に排気されてしまう未反応のオゾンを低減することが可能となる。

［第２の実施形態：水処理装置３００］
図３は、第２の実施形態の水処理装置３００を説明する図である。図３に示すように、水処理装置３００は、反応槽１１０Ａ～１１０Ｃと、排水管３１２Ａ～３１２Ｃと、排気管１１４Ａ～１１４Ｃと、排水供給部３２０Ａ～３２０Ｃと、オゾン供給部１３０と、オゾン分解部１４０とを含む。なお、図３中、実線の矢印は、排水の流れを示す。また、図３中、破線の矢印は、処理ガスの流れを示す。

排水管３１２Ａは、反応槽１１０Ａの下部と外部（例えば、河川等）とを通水可能に接続する。排水管３１２Ｂは、反応槽１１０Ｂの下部と、排水管３１２Ａとを通水可能に接続する。排水管３１２Ｃは、反応槽１１０Ｃの下部と、排水管３１２Ａとを通水可能に接続する。

排水供給部３２０Ａは、反応槽１１０Ａに排水を供給する。第２の実施形態において、排水供給部３２０Ａは、排出管３２２Ａと、ポンプ３２４Ａとを含む。排出管３２２Ａは、不図示の排水の供給源と、反応槽１１０Ａとを接続する。ポンプ３２４Ａは、排出管３２２Ａに設けられる。ポンプ３２４Ａは、吸入側が排水の供給源に接続される。ポンプ３２４Ａは、吐出側が反応槽１１０Ａに接続される。

排水供給部３２０Ｂは、反応槽１１０Ｂに排水を供給する。第２の実施形態において、排水供給部３２０Ｂは、排出管３２２Ｂと、ポンプ３２４Ｂとを含む。排出管３２２Ｂは、不図示の排水の供給源と、反応槽１１０Ｂとを接続する。ポンプ３２４Ｂは、排出管３２２Ｂに設けられる。ポンプ３２４Ｂは、吸入側が排水の供給源に接続される。ポンプ３２４Ｂは、吐出側が反応槽１１０Ｂに接続される。

排水供給部３２０Ｃは、反応槽１１０Ｃに排水を供給する。第２の実施形態において、排水供給部３２０Ｃは、排出管３２２Ｃと、ポンプ３２４Ｃとを含む。排出管３２２Ｃは、不図示の排水の供給源と、反応槽１１０Ｃとを接続する。ポンプ３２４Ｃは、排出管３２２Ｃに設けられる。ポンプ３２４Ｃは、吸入側が排水の供給源に接続される。ポンプ３２４Ｃは、吐出側が反応槽１１０Ｃに接続される。

したがって、排水供給部３２０Ａによって反応槽１１０Ａに供給された排水は、排水管３１２Ａを通じて外部に排出される。また、排水供給部３２０Ｂによって反応槽１１０Ｂに供給された排水は、排水管３１２Ｂ、３１２Ａを通じて外部に排出される。同様に、排水供給部３２０Ｃによって反応槽１１０Ｃに供給された排水は、排水管３１２Ｃ、３１２Ａを通じて外部に排出される。

以上説明したように、第２の実施形態の水処理装置３００は、オゾン供給部１３０および排気管１１４Ａ、１１４Ｂを備える。これにより、水処理装置３００は、反応槽１１０Ａ～１１０Ｃにおいてオゾンを消費した後、外部に排気することができる。したがって、オゾンと水とを一度接触させた後、外部に排気する従来技術と比較して、水処理装置３００は、外部に排気されてしまう未反応のオゾンを低減することが可能となる。

また、水処理装置３００は、排水供給部３２０Ａ～３２０Ｃを備える。したがって、水処理装置３００は、オゾンによる分解時間が相対的に短い対象物を含む排水を大量に浄化することができる。

［実施例］
排気管で接続された反応槽Ａ、反応槽Ｂを用いて試験を行った（実施例）。また、反応槽Ａのみを用いて試験を行った（比較例）。反応槽Ａおよび反応槽Ｂの容量は、５００ｍＬとした。また、実施例において、反応槽Ａおよび反応槽Ｂそれぞれに２５０ｍＬの水を収容した。比較例において、反応槽Ａに２５０ｍＬの水を収容した。また、実施例および比較例において反応槽Ａに処理ガスを供給した。そして、処理ガスの供給を開始してから所定時間経過後の水中のオゾンの濃度を測定した。

処理ガス中のオゾンの濃度を１４ｇ／Ｎｍ^３とした場合、比較例では、反応槽Ａに収容された水中のオゾンの濃度は、１５分経過後において２．４ｍｇ／Ｌであった。また、実施例では、反応槽Ｂに収容された水中のオゾンの濃度は、２２分経過後において２．６ｍｇ／Ｌであった。なお、実施例では、反応槽Ａに処理ガスを供給しているため、反応槽Ａに収容された水中のオゾンの濃度は、反応槽Ｂの濃度（２．６ｍｇ／Ｌ）以上であると推測される。

処理ガス中のオゾンの濃度を５５ｇ／Ｎｍ^３とした場合、比較例では、反応槽Ａに収容された水中のオゾンの濃度は、１６分経過後において１０．３ｍｇ／Ｌであった。また、実施例では、反応槽Ｂに収容された水中のオゾンの濃度は、２５分経過後において９．９ｍｇ／Ｌであった。なお、実施例では、反応槽Ａに処理ガスを供給しているため、反応槽Ａに収容された水中のオゾンの濃度は、反応槽Ｂの濃度（９．９ｍｇ／Ｌ）以上であると推測される。

以上の結果から、反応槽Ａに供給される処理ガス中のオゾンの濃度に拘わらず、未反応ガスによって反応槽Ｂの水中のオゾンの濃度を高めることができることが確認された。また、未反応ガスであっても、反応槽Ｂの水中のオゾンの濃度を、比較例の反応槽Ａと同等にできることが分かった。

以上、添付図面を参照しながら実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上述した第１の実施形態、第２の実施形態、および、変形例において、水処理装置１００、２００、３００が反応槽１１０Ａ～１１０Ｃを備える構成を例に挙げた。しかし、水処理装置１００、２００、３００は、少なくとも反応槽１１０Ａおよび反応槽Ｂを備えていればよい。この場合、水処理装置１００の排水供給部１２０は、反応槽１１０Ｂ（第２の反応槽）に排水を供給する。

また、上記第１の実施形態、第２の実施形態、および、変形例において、水処理装置１００、２００、３００は、オゾン分解部１４０を備える構成を例に挙げて説明した。しかし、オゾン分解部１４０は必須の構成ではない。

また、上記第１の実施形態、第２の実施形態、および、変形例において、排水供給部１２０、２２０、３２０Ａ～３２０Ｃとしてポンプ１２４、２２４、３２４Ａ～３２４Ｃを例に挙げた。しかし、排水供給部は、反応槽１１０Ａ～１１０Ｃに排水を供給することができれば構成に限定はない。例えば、排水供給部は、重力差で反応槽１１０Ａ～１１０Ｃに排水を供給する機構であってもよい。

また、上記第１の実施形態、第２の実施形態、および、変形例において、排気管１１４Ａは、反応槽１１０Ａの上部と、反応槽１１０Ｂの下部とを接続する場合を例に挙げた。同様に、排気管１１４Ｂは、反応槽１１０Ｂの上部と、反応槽１１０Ｃの下部とを接続する場合を例に挙げた。しかし、排気管１１４Ａ、１１４Ｂの接続箇所に限定はない。例えば、排気管１１４Ａは、反応槽１１０Ａの上部と、反応槽１１０Ｂとを通気可能に接続してもよい。また、排気管１１４Ｂは、反応槽１１０Ｂの上部と、反応槽１１０Ｃとを接続してもよい。

また、上記第１の実施形態、第２の実施形態、および、変形例において、オゾン供給部１３０は、酸素供給源１５０を備える構成を例に挙げた。しかし、オゾン供給部１３０は、酸素供給源１５０に代えて、空気供給源を備えてもよい。例えば、第１送気管１５２は、一端が開放されていてもよい。

また、オゾン供給部１３０は、粒径が１０００μｍ（マイクロバブル）の処理ガスを排水に供給してもよい。処理ガスをマイクロバブルとして排水に供給することにより、粒径が１０００μｍを上回る場合と比較して、処理ガスの比表面積が大きくなる。これにより、排水に対する処理ガス（オゾン）の溶解効率を向上させることができる。したがって、水処理装置１００、２００、３００は、排水中の対象物の分解効率を向上することが可能となる。

本開示は、水処理装置に利用することができる。

１００水処理装置
１１０Ａ反応槽（第１の反応槽）
１１０Ｂ反応槽（第２の反応槽）
１１２Ｂ排水管
１１４Ａ排気管
１２０排水供給部
１３０オゾン供給部
２００水処理装置
２１２Ａ排水管
３００水処理装置

Claims

排水を収容する第１の反応槽および第２の反応槽と、
前記第１の反応槽にオゾンを供給するオゾン供給部と、
前記第１の反応槽の上部と前記第２の反応槽とを通気可能に接続する排気管と、
前記第１の反応槽に前記排水を供給する第１排水供給部と、
前記第１排水供給部とは別体であり、前記第２の反応槽に前記排水を供給する第２排水供給部と、
前記第１の反応槽の下部と外部とを通水可能に接続する第１排水管と、
前記第２の反応槽の下部と外部とを通水可能に接続する第２排水管と、
を備える水処理装置。
前記排気管は、前記第１の反応槽の上部と前記第２の反応槽の下部とを接続する請求項１に記載の水処理装置。