JP7360815B2 - オゾン接触反応槽 - Google Patents

Description

本発明は、オゾン接触反応槽に関し、詳しくは、被処理水中に注入したオゾン（オゾン含有ガス）をオゾン処理水から分離する気液分離部を備えたオゾン接触反応槽に関する。

各種水処理、特に上水の高度浄水処理に用いられているオゾン接触反応槽として、流下管内に流入する被処理水中にオゾンガス、通常は、無声放電によって酸素の一部をオゾン化したオゾン含有酸素を注入し、オゾンガスを同伴した被処理水が下降流路内を下降することによる水圧の上昇を利用して被処理水中にオゾンを溶解させ、溶解したオゾンで被処理水中の有機化合物などの除去対象物質を酸化、分解して除去する効果を促進させるものが知られている。

このようなオゾン接触反応槽の具体例として、図４に示すように、下端の折り返し部で連通した金属やコンクリート製の内管１１と外管１２とからなる二重管の内管１１内を下降流路１３、内管１１と外管１２との間を上昇流路１４とし、内管１１の上端部に被処理水流入部１５とオゾン注入部１６とを設けるとともに、外管１２の上端部を囲むようにして気液分離部１７を設けた二重管構造のオゾン接触反応槽が用いられている（例えば、特許文献１参照。）。通常、このオゾン接触反応槽の後段には、気液分離部１７で分離したオゾン処理水をろ過処理するための活性炭吸着池１８が設けられており、気液分離部１７の処理水流出部１９から流出したオゾン処理水のろ過処理が行われ、気液分離部１７で分離したオゾン含有ガスは、ガス排出部２０からガス処理部に排出されてオゾンの無害化が行われる。

特許第３６４８３５２号公報

前記特許文献１に記載された気液分離部１７は、外管１２の上端を越流堰１７ａとして利用し、上昇流路１４を上昇してきた過飽和オゾン処理水（外部から気泡として視認できる気泡（ミリバブル）とオゾン含有ガスが過剰に溶解したオゾン処理水）を越流堰１７ａの上端から気液分離部１７の下部に設けられた処理水貯留部１７ｂに貯まっているオゾン処理水に落下させるようにしているため、オゾン処理水中に混在するミリバブルと落下により過飽和から解放されて発生した微細気泡（マイクロバブル）とが大量に混入していた。さらに、落下した新たなオゾン処理水によって気泡の上昇が阻害されてしまい、オゾン処理水中の終末速度が遅いマイクロバブルが浮上・消滅せず、過飽和オゾン処理水に混在した状態で活性炭吸着池１８に送られてしまう。

このため、活性炭吸着池１８内で活性炭間の間隙を流れる際にオゾン処理水中のマイクロバブルがその間隙にトラップされ、さらに過飽和状態のオゾン処理水が供給されることによってマイクロバブルの成長を助長し、活性炭層内に気泡層が発生することがあった。活性炭層内で気泡層が発生すると、活性炭吸着池１８におけるろ過抵抗が増大し、活性炭吸着池１８の損失水頭を上昇させる要因となっていた。このため、水処理を中断して活性炭吸着池１８の脱気工程を行わなければならないという問題があった。

そこで本発明は、気液分離部におけるオゾン処理水と微細気泡との分離を効果的に行うことができ、後段での処理に悪影響を及ぼすことがない気液分離部、特に、活性炭吸着池での気泡層の発生を防止することができるオゾン接触反応槽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、本発明のオゾン接触反応槽は、被処理水が下降する下降流路を形成する内管と、該下降流路の下端に連通して被処理水が上昇する上昇流路を前記内管との間に形成する外管と、該上昇流路の上端に設けられた気液分離部とを備え、前記下降流路の上端部に被処理水の流入部及びオゾンの注入部が設けられ、前記気液分離部の下部に処理水貯留部を介して後段の活性炭吸着池に送出する処理水流出部が、上部にガス排出部がそれぞれ設けられたオゾン接触反応槽において、前記気液分離部の底部から突設する前記外管の上端を越流堰として形成し、前記越流堰を越えて落下するオゾン処理水が衝突するリング状の処理水衝突部材を前記外管の外面に一体的に設け、前記処理水衝突部材の上面の高さが処理水貯留部内の水面に対して面一に設定され、前記処理水衝突部材の外周部が前記気液分離部の内周面との間に流下部となる空間を設けるとともに、前記処理水衝突部材の上面が水平方向に配置されていることを特徴としている。

さらに、前記処理水衝突部材が、コンクリートで形成されていること、あるいは、金属板で形成されていること、あるいは、金属製多孔板で形成されていることを特徴としている。

本発明のオゾン接触反応槽によれば、越流堰を越えて落下するオゾン処理水が処理水衝突部材に衝突する際のエネルギーによって処理水の過飽和が解消される他、落下したオゾン処理水が水中に流入しないため、マイクロバブルが気泡として存在しにくくなることから、気泡がほとんど存在しない状態のオゾン処理水を得ることができる。したがって、後段の活性炭吸着池内で気泡層を生じることがなくなり、損失水頭の上昇を防止できる。

本発明のオゾン接触反応槽の第１形態例を示す要部の断面図である。 本発明のオゾン接触反応槽の第２形態例を示す要部の断面図である。 本発明のオゾン接触反応槽の第３形態例を示す要部の断面図である。 従来のオゾン接触反応槽の一例を示す系統図である。

図１は、本発明のオゾン接触反応槽の第１形態例を示す要部の断面図である。なお、以下の説明において、前記図４に示したオゾン接触反応槽の構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

本形態例に示すオゾン接触反応槽２１は、基本的に従来と同様の構成を有しており、内管１１と外管１２とからなる二重管の上部に、外管１２の上端部を囲むようにして気液分離部１７が設けられている。内管１１の上部は、気液分離部１７の天板を貫通し、上端部に、被処理水流入部１５とオゾン注入部１６とが設けられている。

気液分離部１７は、外管１２と同軸の円筒状に形成されており、底板には、気泡を分離したオゾン処理水を抜き出して後段の設備、例えば活性炭吸着池（図示せず）に送出するための処理水流出部１９が設けられるとともに、天板には、分離した気体（オゾン含有ガス）を抜き出してオゾン無害化処理設備に送出するためのガス排出部２０が設けられている。なお、処理水流出部１９の直後には、処理水貯留部１７ｂに貯まる処理水の水面を一定に保持するための堰などが設けられている。

そして、外管１２の上部外周には、外管１２の上端に形成された越流堰１７ａを越えて落下する過飽和オゾン処理水２２を衝突させるための処理水衝突部材２３が設けられている。この処理水衝突部材２３は、コンクリートによってリング状に外管１２と一体的に形成されたもので、内周部が外管１２の外周面に接しており、外周部と気液分離部１７の内周面との間には、流下部２４となる空間が設けられている。また、処理水衝突部材２３の上面は、気液分離部下部の処理水貯留部１７ｂに貯まる処理水の水面に対して面一になるように、水平方向に配置されている。

このオゾン接触反応槽２１において、内管１１の上部で被処理水中に注入されたオゾン含有ガスは、内管１１内の下降流路１３を１０ｍ以上下方まで流下する際の圧力上昇によって水中に圧入されて溶解し、被処理水中の除去対象物質がオゾンと反応して酸化され、分解、除去される。その後、内管１１と外管１２との間の上昇流路１４を上昇する際の圧力低下に伴い、不安定な過飽和状態となり、上昇流路を流れる際の衝撃でミリバブルと過飽和オゾン処理水とが混在した状態となる。大径の気泡、例えば、外部から気泡として視認できるミリバブル（気泡粒径１００μｍ以上）は、自身の浮上力によって上昇流路１４の上端で浮上・消滅し、気体となってガス排出部２０から排出される。このとき、水への溶解度の観点から、オゾン含有ガス中の酸素は、オゾンよりも溶解した状態では不安定であり、酸素が気泡を生成する主たる要因となっている。

一方、マイクロバブル（気泡粒径１～１００μｍ程度）は、一部が再溶解して消滅し、他の一部が成長して浮上・消滅するが、大部分の気泡は越流堰１７ａを越え、処理水衝突部材２３に向かって落下する。処理水衝突部材２３の上面に落下した過飽和オゾン処理水２２は、処理水衝突部材２３に衝突する際のエネルギーによって過飽和状態が解放され、処理水衝突部材２３の上面に水面がなく、落下した過飽和オゾン処理水２２が水中に流入しないため、マイクロバブルが気泡として存在しにくくなり、前記ミリバブル以上の気泡と同様にしてオゾン処理水中から排出される。

これにより、処理水貯留部１７ｂには、マイクロバブルが低減したオゾン処理水が貯留された状態になる。このようにして、後段の活性炭吸着池内で気泡層を発生させる大きな原因となるマイクロバブルをオゾン処理水中から排除することにより、活性炭吸着池での気泡層の発生を防止して、損失水頭の上昇を防止できる。したがって、活性炭吸着池の脱気工程を行う必要がなくなり、水処理効率の向上が図れる。

一方、外部からは存在が視認できないウルトラファインバブル（気泡粒径１μｍ以下）は、オゾン処理水中に分散した状態のまま処理水流出部１８から流出していくが、水中に停滞しているため、活性炭吸着池内で気泡層を発生させることはない。

また、このような処理水衝突部材２３を設けることにより、越流堰１７ａを越えた新たなオゾン処理水が、処理水衝突部材２３の上面を外周方向に流れてスムーズに気液分離部１７の下部に貯まっているオゾン処理水の水面部分に流入するので、貯まっているオゾン処理水に複雑な流れを発生させることがなく、新たな気泡の発生も防止できる。

図２は、本発明のオゾン接触反応槽の第２形態例を示す要部の断面図である。本形態例では、内周部に外管１２の外径に対応した開口２５ａを有するリング形状の金属板、例えば鋼板で形成した処理水衝突部材２５を、気液分離部１７の下部に貯まるオゾン処理水の水面に対して面一になるように装着している。また、処理水衝突部材２５の下面と外管１２の外周面との間には、処理水衝突部材２５の強度を確保するための頬杖２５ｂを設けている。

このような金属製の処理水衝突部材２５を設けることによっても、前記第１形態例で示したコンクリート製の処理水衝突部材２３と同様の作用効果を得ることができ、処理水流出部１９から送出するオゾン処理水中の微細気泡（マイクロバブル）を排除することができる。

図３は、本発明のオゾン接触反応槽の第３形態例を示す要部の断面図である。本形態例では、多数の通孔２６ａを有する金属製多孔板を使用した処理水衝突部材２６を、気液分離部１７の下部に貯まるオゾン処理水の水面全体を覆うようにして設けている。越流堰１７ａを越えて落下する過飽和状態のオゾン処理水は、処理水衝突部材２６に衝突した際のエネルギーによってオゾン処理水中の過飽和が解消され、部材２６の上面に水面がなく、水中に流入しないため、微細気泡が生成されにくく、オゾン処理水は処理水衝突部材２６の多数の通孔２６ａを通過して気液分離部１７の下部に流下する。

処理水衝突部材２６における通孔２６ａの大きさは、表面張力によって処理水衝突部材２６の上にオゾン処理水が滞留することがなく、越流堰１７ａから落下したオゾン処理水に適度な衝突エネルギーを与えることができるように設定すればよく、落下したオゾン処理水が衝突する内周部分の通孔を小さく、外周部分の通孔を大きく形成して衝突エネルギーと流下性の適切化を図ることもできる。さらに、内周側に無孔板を、外周側に有孔板を配置することも可能である。

なお、オゾン接触反応槽の構造は、前記各例の構造に限るものではなく、各種構造を採用することができ、後段の設備も任意である。さらに、処理水衝突部材の上面でのオゾン処理水の滞留を防止するため、処理水衝突部材の上面に、越流堰側の基部から処理水貯留部の外周側先端に向かって僅かに傾斜した水勾配を設けることもできる。

１１…内管、１２…外管、１３…下降流路、１４…上昇流路、１５…被処理水流入部、１６…オゾン注入部、１７…気液分離部、１７ａ…越流堰、１７ｂ…処理水貯留部、１８…活性炭吸着池、１９…処理水流出部、２０…ガス排出部、２１…オゾン接触反応槽、２２…オゾン処理水、２３…処理水衝突部材、２４…流下部、２５…処理水衝突部材、２５ａ…開口、２５ｂ…頬杖、２６…処理水衝突部材、２６ａ…通孔

Claims (4)

1. 被処理水が下降する下降流路を形成する内管と、該下降流路の下端に連通して被処理水が上昇する上昇流路を前記内管との間に形成する外管と、該上昇流路の上端に設けられた気液分離部とを備え、前記下降流路の上端部に被処理水の流入部及びオゾンの注入部が設けられ、前記気液分離部の下部に処理水貯留部を介して後段の活性炭吸着池に送出する処理水流出部が、上部にガス排出部がそれぞれ設けられたオゾン接触反応槽において、
   前記気液分離部の底部から突設する前記外管の上端を越流堰として形成し、前記越流堰を越えて落下するオゾン処理水が衝突するリング状の処理水衝突部材を前記外管の外面に一体的に設け、
   前記処理水衝突部材の上面の高さが処理水貯留部内の水面に対して面一に設定され、
   前記処理水衝突部材の外周部が前記気液分離部の内周面との間に流下部となる空間を設けるとともに、前記処理水衝突部材の上面が水平方向に配置されていること
   を特徴とするオゾン接触反応槽。
2. 前記処理水衝突部材は、コンクリートで形成されていることを特徴とする請求項１記載のオゾン接触反応槽。
3. 前記処理水衝突部材は、金属板で形成されていることを特徴とする請求項１記載のオゾン接触反応槽。
4. 前記処理水衝突部材は、金属製多孔板で形成されていることを特徴とする請求項１記載のオゾン接触反応槽。

Images