JPH08229580A - オゾン接触反応槽 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 汚染物質を処理、処分し、浄化する技術に関
するもので、工業的に利用可能な触媒を用いたオゾン処
理装置を提供する。 【構成】 被処理水１と、オゾン化空気３は気液二相流
の下降流となって内管５を降下し、内管５の開口から噴
出する。この時、形成された気泡（オゾン化空気）は微
細な気泡となり、被処理水中で高効率で溶解するととも
に、内管５に被覆した触媒の作用を受けて、被処理水と
被処理水に溶解したオゾンからラジカルが生成する。次
いで被処理水とオゾン化空気は反応槽６を上昇しながら
微細な気泡が被処理水を曝気し、オゾンの溶解が進み、
気液接触反応が起こる。と同時にラジカルの遊離基反応
が起こる。さらに反応槽６に被覆した触媒の作用を受
け、ラジカルが生成し、遊離基反応を促進する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は高度下水処理、下水、し
尿、など廃水から汚染物質を処理、処分し、浄化する技
術に関するもので、詳しくは被処理水中にオゾンを溶解
させ、汚染物質を除去する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、上水の殺菌、廃水処理等での脱
臭、脱色、有機物の酸化処理を目的として、被処理水中
にオゾンを溶解させて酸化処理する方法が行なわれてい
る。オゾン処理を行なうための装置の一つとして、二重
管型オゾン接触装置がある。図２は二重管型オゾン接触
装置を示したものである。図２において、１は被処理
水、２は被処理水導入管、３はオゾン化空気、４はオゾ
ン化空気吹込管、５は内筒管、６は外筒管、７は処理
水、８は処理水取り出し管、９は排オゾンガス、１０は
排オゾンガス排出管である。図２において、内筒管５上
部から圧入されたオゾン化空気は被処理水流入口の合流
部において気泡を形成する。形成された気泡は水流とと
もに内筒管５内を下降しながら、水流のせん断力により
破壊され、微細な気泡となりオゾンが液相へ溶解する。
次いで内筒管５底部に達した流れは外筒管６側を上昇
し、液相に溶解したオゾンが液相の中の汚染物質と接触
反応し、汚染物質が除去される。また気相の排オゾンは
排オゾンガス排出管１０から排気される。

【０００３】この場合において、微細化を伴った混合と
外筒管における微細化空気の曝気によって被処理水に対
するオゾンの溶解効率は高い。ところが、酸化反応速度
が小さいため、化学薬品の一部、不飽和結合を持たない
有機化合物等の難反応性物質は処理能力が低く、完全に
酸化されず、処理水中に残存していた。このような場
合、処理能力を高めるために、オゾンとの接触反応時間
を長くするため外筒管の容積を大きくする必要があっ
た。そのためには、外筒管の長さを長くする、もしくは
外筒管の内径を大きくしなければならず、建設費の増大
や短絡流の発生をまねいていた。

【０００４】水中の汚染物質とオゾンの反応には被処理
水中に溶解したオゾンによる直接のオゾン酸化とオゾン
と水から生成するラジカルの遊離基反応による酸化があ
る。この遊離基反応による酸化は強力で、反応速度が大
きく汚染物質の分解効率を高め、上下水道の殺菌、廃水
処理等に非常に有用である。しかし、ラジカルは生成速
度が遅いため、二重管型オゾン接触装置のような従来の
装置においてはラジカルの遊離基反応による酸化はほと
んど起こらず、直接のオゾン酸化が大部分であった。そ
のため、上記のような問題がおこっていた。

【０００５】上記問題を解決するために触媒を用いる技
術がある。二重管型オゾン接触装置の内管に触媒槽を設
けた装置が特開平５−１５８８４号公報に開示されてい
る。また、オゾン反応促進媒体である触媒として酸化
鉄、酸化チタン等を用いた装置または方法が特開平３−
２６３９３号公報、特開平３−３２７９５号公報、特開
平３−１４３５９４号公報、特開平４−２５６４９５号
公報に開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
５−１５８８４号公報に開示される技術等、内管に触媒
層を充填もしくは設けた技術は圧力損失が大きくなるた
め、理想的な押し出し流れが達成できずオゾン溶解効率
が低下する。あるいは不純物が含まれる被処理水をオゾ
ン処理した場合、不純物による閉塞が起きてしまう等の
課題がある。又その他の触媒を用いる方法、装置に関す
る技術についても、処理水中の触媒の残存、水処理にお
いて適応可能となるための準備処理費用が高価である等
の課題がある。このように実施レベルでの工業設備は現
在のところ存在していない。

【０００７】本発明は上記課題を解決するためになされ
たもので、オゾンの溶解・接触効率、分解効率の向上、
被処理水の槽滞留時間の短縮を図り、工業的に利用可能
な触媒を用いたオゾン処理装置を提供することを目的と
する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】課題を解決すべく、鋭意
研究を行なった結果、外筒管の内壁と内筒管の内外壁に
触媒膜を被覆することにより、効率よくオゾン処理が行
なえることを見出し、本発明を完成するに至った。

【０００９】すなわち、本発明のオゾン接触反応槽は、
内壁に触媒膜を被覆し、適当深さを有する反応槽と、触
媒膜を被覆し、前記反応槽内に垂下されて反応槽の底部
付近で開口する内管と、前記内管に連通して設けられた
被処理水導入管と、前記内管の上端に連通して設けられ
たオゾン化空気吹込管と、前記反応槽の上端付近に連通
して設けられた処理水取り出し管を備えている。

【００１０】本発明において、汚染物質とは廃水中の脱
臭、脱色、殺菌、酸化を行なう対象となる汚染、汚濁物
質であり、環境保全上除去されるべき物質であり、トリ
ハロメタン生成能、溶解有機物等が挙げられる。

【００１１】本発明において、用いられる触媒はオゾン
触媒として公知のものが用いられる。望ましくはオゾン
処理後、重金属の塩析がない触媒であり、例えば酸化チ
タン、酸化鉄、酸化亜鉛、三酸化タングステン、ニッケ
ル塩、コバルト塩が挙げられる。又、二つ以上の触媒を
用いる場合の組合せは特に限定しない。例えば、不均一
触媒である二酸化チタンと金属塩からなる均一系触媒を
組み合わせることも可能である。触媒形状、触媒膜被覆
方法に関しては高効率に接触する形状、被覆方法であれ
ば良く、公知の方法にて行なわれる。

【００１２】

【作用】効率よくオゾン処理を行なうためには、オゾン
の液相への充分な溶解と充分な接触反応が必要である。
上記構成により被処理水導入管から供給される被処理水
とオゾン化空気吹込管から供給されるオゾン化空気は気
液二相流の下降流となって内管を降下し、内管の開口か
ら噴出する。この時形成された気泡（オゾン化空気）は
微細な気泡となり、被処理水中で高効率で溶解するとと
もに、内管に被覆した触媒の作用を受けて、被処理水と
被処理水に溶解したオゾンからラジカルが生成する。次
いで被処理水とオゾン化空気は反応槽を上昇しながら微
細な気泡が被処理水を曝気し、オゾンの溶解が進み、気
液接触反応が起こる。と同時にラジカルの遊離基反応が
起こる。さらに反応槽に被覆した触媒の作用を受け、ラ
ジカルが生成し、遊離基反応を促進する。以上より、被
処理水中の有機物は溶解したオゾンによる直接のオゾン
酸化とラジカルの遊離基反応による酸化の両方を受け、
短時間で高効率に分解される。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図１は本発明の一実施例であるオゾン接触反応
槽を示したものである。図１において、図面に付した番
号１〜４および７〜１０は図２に付した番号と同じであ
るため、説明を省略する。なお、５は内管、６は反応
槽、１１はオゾン発生装置、１２は酸化チタン膜であ
る。また、本実施例において、内管として内筒管を、反
応槽として外筒管を用い、内管を内筒管と、反応槽を外
筒管と呼ぶ。図１において、外筒管６は内壁に酸化チタ
ン膜を被覆し、適当な深さを有している。内筒管５は外
筒管６内に垂下されて外筒管６の低部付近で開口してお
り、酸化チタンが内壁、外壁に被覆している。内筒管５
の上端にはオゾン化空気吹込管４が連通して設けられて
おり、オゾン化空気吹込管４の基端側にはオゾン発生装
置１１が設けられている。内筒管５の上端付近には被処
理水導入管２が連通して設けられている。さらに外筒管
６の上端付近には処理水取り出し管８および排オゾン排
出管１０が連通して設けられている。

【００１４】オゾン化空気吹込管４より圧入されたオゾ
ン化空気３は被処理水流入口において気泡を形成する。
形成された気泡は水流とともに内筒管５を気液二槽流と
なって下降しながら、水流のせん断力により破壊され、
微細な気泡となりオゾンが液相へ溶解する。と同時に被
処理水中に溶解したオゾン化空気と被処理水は内筒管５
を下降しながら、酸化チタンと接触し、触媒である酸化
チタンの作用によりラジカルが生成する。次いで内筒管
５底部に達した流れは外筒管６側を上向流となって上昇
する。この時、溶解したオゾンによる直接酸化とラジカ
ルの遊離基反応による酸化により、被処理水中の汚染物
質が除去される。処理された処理水は処理水取り出し管
８から次系へ流出する。また、反応に利用されなかった
オゾンは排オゾン排出管１０に導かれオゾン分解された
後、大気中へ排出される。尚、オゾン化空気吹込管４よ
り供給されるオゾンとしては排オゾンガス９を利用する
ことも可能である。

【００１５】触媒として、アナタ−ス型酸化チタンを用
いた。しかしこれに限定されずルチル型、アナタ−ス
型、あるいはそれらの混合物のいずれであっても良い。
また、酸化チタン膜の作成は、四塩化チタンのアルコキ
シドからゾル−ゲル法によってゲルを作り、ディップコ
−ティング法によって管の内壁あるいは外壁にコ−トし
た後、５００℃で焼成して行なった。しかし、作成方法
に関しても特に限定はせず、例えば以下の様にして作成
することもできる。四塩化チタンのアルコキシドからゾ
ル−ゲル法によってゲルを作った後、ディップコ−ティ
ング法の代わりにスピンコティング法、塗布法などによ
って管の内壁あるいは外壁にコ−トした後、焼成して作
成する。または、チタン製の管を用いてガス炎などで加
熱酸化して、酸化チタンとする。または、ＣＶＤ法、Ｐ
ＶＤ法、スパッタリング法などによって管の内壁あるい
は外壁に酸化チタン膜を作成する。あるいは、超微粒子
の酸化チタンの懸濁液をディップコ−ティング法やスピ
ンコティング法、塗布法などによって管の内壁あるいは
外壁にコ−トした後、焼成して作成する。この時の焼成
温度としては５００℃程度が好ましい。

【００１６】上記方法に基づき、除去の対象としてトリ
ハロメタン生成能を用い、実験を行なった。除去率は９
０％以上であった。

【００１７】（比較例）比較例として触媒を用いず、図
２の二重管型オゾン接触装置を用いて実験を行なった。
実験条件等は実施例と同じである。除去率は６０〜７０
％であった。

【００１８】以上より、オゾン化空気および被処理水が
触媒に直接接触するために被処理水中に溶存する不飽和
結合を有する有機物は勿論のこと不飽和結合を持たない
有機物に対してもオゾン酸化反応が促進され、酸化反応
速度の向上が図れ、被処理水の滞留時間の短縮が図れ
た。また本実施例によれば、圧力損失も少なく、理想的
な押し出し流れが達成できる。さらに本実施例で用いた
酸化チタン膜は処理水中に触媒が残留することもなく、
触媒回収操作もいらず、処理水をそのまま次系に流出す
ることができる。

【００１９】尚、本発明は上水、下水、廃水処理のみな
らず、工場排水、特殊排水等の処理にも適用可能であ
る。

【００２０】

【発明の効果】本発明によれば、オゾン化空気のオゾン
が被処理水中に高効率で溶解するととに触媒の作用を受
けてラジカルが生成するので、被処理水中の汚染物質を
溶解したオゾンによる直接のオゾン酸化とオゾン遊離基
による酸化作用によって短時間でかつ高効率に酸化分解
することができ、オゾンによる処理効率を高めることが
できる。

【００２１】また理想的な押し出し流れが達成でき、短
絡流が発生しない。不純物による閉塞も起こらない。

【００２２】さらに、処理水中に触媒が残存することも
ないので、ろ過等の物理的分離、触媒回収操作という補
完工程が不要である。

【００２３】以上より、本発明により、工業的に利用可
能な触媒を用いたオゾン処理装置を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例におけるオゾン接触反応槽を
示す図である。

【図２】二重管型オゾン接触装置を示す図である。

【符号の説明】

１ 被処理水 ２ 被処理水導入管 ３ オゾン化空気 ４ オゾン化空気吹込管 ５ 内管 ６ 反応槽 ７ 処理水 ８ 処理水取り出し管 ９ 排オゾンガス １０ 排オゾン排出管 １１ オゾン発生装置 １２ 酸化チタン膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 辻 猛志 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 横田 治人 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 多田 淳司 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内壁に触媒膜を被覆し、適当深さを有す
   る反応槽と、触媒膜を被覆し、前記反応槽内に垂下され
   て反応槽の底部付近で開口する内管と、前記内管に連通
   して設けられた被処理水導入管と、前記内管の上端に連
   通して設けられたオゾン化空気吹込管と、前記反応槽の
   上端付近に連通して設けられた処理水取り出し管を備え
   たオゾン接触反応槽。