JPH08299971A

JPH08299971A - 分離注入式オゾン接触方法

Info

Publication number: JPH08299971A
Application number: JP23059095A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Kato; 康弘加藤; Takayuki Morioka; 崇行森岡; Ryutaro Takahashi; 龍太郎高橋
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1995-03-06
Filing date: 1995-09-08
Publication date: 1996-11-19

Abstract

(57)【要約】【目的】オゾン溶解効率を高め、設備コスト、運転コス
トを低減させる。【構成】原水を二つの流路に分岐し、一方の流路を流れ
る原水にのみオゾンを注入して溶解させ、この水を他方
の流路を流れる原水と再び合流させて混合し、この混合
流を滞留槽に送り、ここで一定時間滞留させた後、処理
水として系外に排出するという分離注入式オゾン接触方
法を行なうに当たり、原水供給ポンプを用いて、その吸
い込み側にオゾンを注入し、また超音波発振装置を付加
して配管に振動を与えるなど、高濃度オゾンの気液混合
流が得やすくなり、装置も簡単なので、低コストで高効
率の水処理が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はオゾンを用いて水中の殺
菌，脱臭，有機物などの酸化を行なう水処理の分離注入
式オゾン接触方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、オゾンがフッ素に次いで強力な酸
化力を有するという特徴を利用して、オゾンを水中に散
気することにより、殺菌，脱色，脱臭，有機物もしくは
無機物の酸化除去などを行なう水処理が広く行なわれて
いる。とくに、都市近郊の水道では、取水源に起因する
異臭味の被害が広がっており、オゾンの持つ強力な酸化
力は、この異臭味を除去するのに大きな効果を発揮する
ことから、オゾンと活性炭を用いた高度処理の導入が進
められている。

【０００３】このようなオゾンと、オゾンによって処理
される水（以下、原水とする）中の有機物とを反応させ
るオゾン処理装置は、主として電気エネルギーからオゾ
ンを発生させるオゾン発生装置，原水を供給する送水ポ
ンプ，反応を進行させる反応槽，反応槽から未反応のま
ま排出される排オゾンを分解する排オゾン処理設備から
構成されており、原水とオゾンの接触方式は、一般に反
応槽下部からオゾンを気泡として吹き出す気泡塔方式が
用いられている。最近は殆どが気泡塔内で原水を反応槽
頂部から供給し、オゾンガスと対向させる向流接触方式
を用いており、大規模な浄水場などでは、複数の向流接
触池を直列に接続した横流式向流多段接触池が用いられ
ている。

【０００４】図３は横流式向流多段接触池を、これに
付属する諸装置を含めて、その要部構成を示した模式図
である。図３において、オゾン接触池１内に、数個の仕
切り板２が設けられており、図３には水の流れを矢印で
示しているが、原水３はオゾン接触池１の一端の導入口
４から流入し、オゾン接触池１内を流下し仕切り板２の
間を上昇して、再び流下するという流れを繰り返し、最
後にオゾン接触池１の他端の排出口５から、処理水６と
して取り出される。

【０００５】そして、オゾン接触池１外部のオゾン発生
装置７で生成したオゾンガスを、オゾン接触池１の底部
から導入し、散気装置８により微細な気泡９として原水
３と接触させる。こりとき注入したオゾンのうち、未反
応のオゾンは排オゾン処理設備１０により分解し、大気
中に放出される。これらのオゾン処理装置は、原水に対
して酸化反応を十分に行なうだけの接触時間が必要であ
る。そのため、処理水量が多いときは、容積の大きなオ
ゾン接触池が必要になり、多くの給水人口を抱える都市
近郊部の浄水場などに導入する場合には、大規模な設備
が必要となる。大規模な設備が必要になるというのは、
経済性の点から好ましいことではなく、オゾンを用いる
水処理装置の導入を阻む大きな要因となるので、オゾン
処理装置には、高いオゾン吸収率、および十分な有機物
の除去効率が求められる。

【０００６】ここで、オゾン吸収率とは、注入したオゾ
ンガスのうち、反応槽内で原水に溶解もしくは分解し、
消費されたオゾンの割合であり、下記の式で表わされ
る。

【０００７】

【数１】また、除去効率とは、反応槽内で分解除去される原水中
の水質汚濁物質の割合であって、下式で表わされる。代
表的な水質汚濁物質として臭気物質などが挙げられる。

【０００８】

【数２】一般に、このオゾン吸収率および除去効率が高い程、オ
ゾン反応槽の処理効率が良いとされている。

【０００９】また、オゾンが水中に溶解する際のオゾン
移動量は、総括物質移動容量係数（Ｋ_L・ａ）と、水中
の飽和オゾン濃度と、溶存しているオゾン濃度の差（濃
度勾配）とが主な要因である。この飽和オゾン濃度は、
ガス中のオゾン濃度とオゾン分配係数に依存することが
知られている。近年、このオゾン溶解効率を高めるとい
う観点から、高濃度オゾンの有効性が注目されており、
その検討が各方面で進められている。

【００１０】しかし、一般の浄水場などでオゾンを用い
た水処理を行なう場合、そのオゾン注入量は原水１Ｌ当
たり１〜３ｍｇに設定される。また、通常は、空気を原
料とするオゾン発生器を用いているので、発生オゾンガ
ス濃度は約２０ｍｇ／Ｌとなり、原水流量に対するオゾ
ンガス流量は、１／２０〜３／２０の値を示す。一方、
オゾン発生器に関して、最近は酸素を原料とする高濃度
オゾン発生器の開発が進み、従来の空気原料と同程度に
オゾン発生コストが低減されている。また、先述のよう
に、気相中から液相中へのオゾン移動効率は、注入する
オゾンガス濃度に大きく依存するため、物質移動の観点
からは、オゾンガス濃度が高くなるのは大変望ましいこ
とである。

【００１１】ただ、オゾン接触池の水理特性（気液流動
様式）から見ると、高濃度化したオゾンの注入率が一定
のとき、オゾン風量が減少するのは好ましくないことで
ある。それは、前述の横流式向流多段接触池の場合、オ
ゾン接触池内は、元来完全混合という水理特性を持って
いるが、オゾンガス濃度が高くなり、オゾンガス風量が
少なくなると、気泡の上昇による混合および攪拌効果が
低下し、短絡流や死水域が発生するようになるからであ
り、このことに関しては、本発明者らも実験的に確認し
ており、原水流量に対するオゾンガス流量が１／１００
以下（気液比≧１００）になると、混合不良が発生する
ことがわかった。

【００１２】そこで、本発明者らは、大規模なオゾン浄
水処理設備を用いるに当たり、高濃度オゾンガスに適し
たオゾン接触方法を見出し、これを特願平７−６７９５
号により出願中である。図４は本発明らが出願中の分離
注入式オゾン接触方法が適用される水処理装置の要部構
成を示した模式図であり、図３と共通する部分を同一符
号で表わしてある。以下、図４を参照して、この装置の
構成とともに、オゾンを用いた浄水処理過程について説
明する。

【００１３】図４において、この装置は系内にいずれも
点線で囲ったオゾン溶解部１１と滞留部１２とを有し、
これら二つの部分に配管流路を分岐して、原水３を流す
ようにしてある。まず原水３は導入口１３から系内に流
れ込み、例えばバルブを用いた分岐点１４でオゾン溶解
部１１側へ分流され、オゾン溶解装置１５に達し、ここ
でオゾン発生装置７から送られるオゾンガスが注入さ
れ、混合される。このオゾン溶解装置１５には、通常の
気泡塔またはエゼクタなどの混合装置が用いられる。ま
た、オゾン溶解部１１側への分岐水量は、その原水３の
水質や、設備全体の処理規模を勘案して任意に定めるこ
とができるが、オゾン溶解部１１側への分岐水量を少な
くすることが可能であれば、その分オゾン溶解装置１５
に対する負荷が少なくなり、設備コストの低減に寄与す
る。

【００１４】次に、オゾン溶解装置１５から出た原水３
（オゾン混合原水）は、導入口１３から入って分岐点１
４でオゾン溶解部１１側へ進まずに配管内を直進する原
水３と合流点１６で合流混合し、邪魔板やラインミキサ
ーなどの混合装置１７に到り、混合性を確保するが、こ
の混合装置１７は状況に応じ必ずしも必要としない。次
いで、合流混合した原水３は、滞留部１２に流入する
が、滞留部１２は図３に示したオゾン接触池１とほぼ同
様の構造を持つ滞留槽からなっており、この槽内に複数
個の仕切り板２を設置して、上下迂流構造とすることに
より、滞留部１２における水の流れを均一にし、短絡流
の発生を抑制している。

【００１５】かくして、オゾンを混合した原水３は、滞
留部１２で一定時間滞留した後、排出口１８から処理水
６として系外に送り出すことができる。排オゾン処理設
備１０に関しては、既に述べたのと同様である。滞留部
１２（滞留槽）の滞留時間は、有機物などの分解反応を
進行させるだけの時間が必要であり、例えば臭気物質な
どを除去する場合は、約１０〜２０分に設定される。し
たがって、滞留部１２は処理水量に応じてその容積も大
きくなるが、図３に示す横流式向流多段接触池の場合と
異なり、オゾン散気装置８を設置することなく、極めて
簡素な構造であり製作コストを低く、しかも原水３とオ
ゾンの混合不良を起こすことなく、常に気液比を大きく
保ち、高い有機物の除去率を得ることができる。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、分離注
入式オゾン接触方法は、オゾンを用いる大規模な浄水処
理設備に対して、高濃度オゾンガスに適した方法である
が、本発明者らのその後の研究により、なお改善すべき
余地のあることがわかった。それは、分離注入式オゾン
接触方法に用いられるオゾン溶解装置には、さらに高い
オゾン溶解効率が求められ、同時に、従来の横流式オゾ
ン接触池などに比べて、設備コストや運転コストを低減
させることも必要となるからである。

【００１７】種々のオゾン接触方法を比較してみると、
気泡塔式はオゾン注入動力は少なくて済むが、十分な溶
解効率を得るためには、ある程度の接触時間、および反
応塔水深が必要であり、設備コストが高く、設置面積や
高さに関して利点が少なく、また、加圧ポンプやエゼク
タなどを用いる方法では、反応塔などの設備コストを低
く抑えることはできるが、原水にある程度の流速および
圧力を与える必要があるので、経常運転時の動力費がか
かり、大規模な処理設備には適していない。

【００１８】したがって、種々のオゾン処理設備に適用
し、設備コストや運転コストを低減させるには、分離注
入式オゾン接触方法に期待する所が大きい。本発明は上
述の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、分離
注入式オゾン接触方法に原水供給ポンプを用い、オゾン
溶解効率を高めるとともに、設備コスト、運転コストを
低減させるオゾン接触方法を提供することにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明は、本発明者らが特願平７−６７９５号に
より出願中の分離注入式オゾン接触方法を一部変更した
ものであり、原水を二つの流路に分岐し、原水供給ポン
プを用いて原水を流すオゾン溶解部を形成した一方の流
路にオゾンを注入して溶解させ、この水を他方の流路を
流れる原水と再び合流させて混合し、この混合流を複数
個の仕切り板を有する槽からなる滞留部に送り、ここで
上下迂回流として一定時間滞留させた後、処理水を取り
出す一連の工程を行なう際に、原水供給ポンプの吸い込
み側にオゾンを注入することにし、また原水供給ポンプ
の吐出側と原水合流点の間の配管に、超音波発振装置を
付加して、オゾンガス気泡が会合するのを抑制するもの
である。

【００２０】

【作用】上記のように、本発明ではオゾン溶解部に原水
供給ポンプを用い、オゾンガスを原水供給ポンプの吸い
込み側から注入しており、高濃度オゾンは原水への溶解
速度が速く、注入風量も少なくなるので気液比が大きく
なり、気液混合流が得やすく、注入されたオゾンガスが
配管内を気液混合流として流れて行く間に、オゾンの溶
解（気相から液相への移行）が完了する。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の方法を実施例に基づき説明す
る。図１は本発明による分離注入式オゾン接触方法が適
用される水処理装置の要部構成を示す模式図であり、図
４と共通する部分を同一符号で表わしてある。図１に示
す装置の構成は、基本的に図４に示したものと同じであ
り、異なる点は、オゾン溶解装置１５を原水供給ポンプ
１９に置き換えたことのみである。したがって、ここで
は本発明に係わる要点のみを述べる。

【００２２】原水３は導入口１３から装置系内に流入
し、分岐点１４でオゾン溶解部１１側への流路と滞留部
１２側への流路に分岐する。分岐された原水３のうち、
滞留部１２側の流れは、図示してない前段の処理工程
（例えば凝集沈殿池）からの自然流下流量により決定さ
れるが、オゾン溶解部１１側の流れは、原水供給ポンプ
１９により維持される。

【００２３】オゾン発生装置７から発生したオゾンガス
は、原水供給ポンプ１９の吸い込み側で、オゾン注入点
２０から原水３に供給する。通常、オゾン発生装置７か
ら発生したオゾンガスは、約１．６Ｋｇ／ｃｍ²の排圧
を持っており、原水供給ポンプ１９の吸い込み側は若干
負圧になっていることから、オゾンガスは原水３の流れ
に逆らうことなく注入が行なわれる。原水供給ポンプ１
９の吸い込み側にオゾンガスを供給すると、ポンプ流
量，吐出圧が低下するが、用いるオゾンガス濃度を高く
し、オゾンガス風量を少なくすることにより、オゾン溶
解部１１側の流れを安定にすることができる。また、オ
ゾンガス風量を少なくすることにより、オゾンガスは原
水３と気液混合流となって、原水供給ポンプ１９および
配管内を流れ、オゾンの溶解、即ち気相から液相への移
行が進む。

【００２４】その後は、図４で説明したと同様の経過を
辿り、オゾン溶解部１１側を流れた原水３は、合流点１
６で再び滞留部１２側の原水３と混合し、滞留部１２の
滞留槽で一定時間滞留した後、排出口１８から系外に排
出され、未反応の排オゾンは、排オゾン処理設備１０に
より分解される。以上、本発明の方法によれば、オゾン
は元来空気に比べて水への溶解が速く、オゾンの高濃度
化によりさらに溶解速度が大きくなる効果とも相まっ
て、原水供給ポンプ１９の出口側に溶解タンクなどを設
けることなく、十分な溶解効率が得られる。また、ここ
で用いる原水供給ポンプ１９は、従来のような加圧ポン
プやエゼクタポンプのような動力は必要とせず、自然流
下流速があるから、設備コスト，運転コストともに小さ
くて済ますことができる。

【００２５】ところで、前述のように分離注入式オゾン
接触池で用いられるオゾン溶解装置には、高いオゾン溶
解効率が求められるが、このオゾン溶解効率を向上させ
るには、先に述べた総括物質移動容量係数（Ｋ_L・ａ）
が重要となる。このうちａは原水中に気泡として混合さ
れたオゾンガスの気液接触面積（単位断面積当たり）を
表わしている。そしてａの値は注入されるオゾンガス流
量が一定であれば、そのオゾンガスの一つ一つの気泡が
小さいほど、即ち、オゾンガス気泡の個数が多いほど値
が大きくなり、結果としてのオゾン溶解効率は向上す
る。

【００２６】図１に示した分離注入式オゾン接触池のオ
ゾン注入方法では、オゾン溶解装置として原水供給ポン
プ１９の吸い込み側にオゾンガスを注入するため、注入
されたオゾンガス気泡は、ポンプ内で強力にせん断・混
合されることにより、気泡は小さくなり、一時的にａの
値は高くなるが、その後ポンプと吐出側から気液混合流
として吐出され、配管内を流れて行く間に、気泡は配管
内の中央部に集約されて会合し、最終的な気泡径は大き
くなってしまう。これは配管内部の流速分布によるもの
であり、管壁部分よりも配管中央部の流速の方が速いた
め、気泡が配管中央部に引き寄せられ、会合してしまう
ためと考えられる。

【００２７】気泡径が大きくなると、前述のａの値は小
さくなり、結果的に接触池のオゾン溶解効率は低下す
る。そこで、分離注入式オゾン接触池におけるオゾン移
動効率を高く保つためには、配管内で気泡が会合、合一
するのを防止する方法が必要となる。図２は上述の点を
考慮してなされた水処理装置の要部構成を示す模式図で
あり、図１と共通する部分を同一符号で表わしてある。

【００２８】図２に示す装置の構成は、基本的に図１に
示したものと同じであるが、オゾン接触方法として異な
る点は、オゾン溶解部１１の近傍で、原水供給ポンプ１
９の吐出側と合流点１６との間に設置した超音波発振装
置２１を用いて、オゾンガス気泡を含む気液混合流に、
常に超音波による振動を与えていることである。ここで
使用する超音波発振装置２１の振動子には、比較的安価
なチタン酸バリウム系の磁気振動子などを用い、形状も
円筒形とすることにより、配管内に均一な振動を与える
ことができる。このようにすると、気泡は分散して会合
するのを抑制され、オゾンの気相から液相への移行を効
率よく進行させることができる。

【００２９】また、副次的な効果として、液体に超音波
を加えると、気泡の発生と圧壊が生じて局部的に高温と
なり、過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）を生ずる化学反応を起こ
すと言われており、オゾンと汚濁物質の反応で過酸化水
素を添加すると、酸化分解反応が促進されるということ
もあるので、通常のオゾン単独処理よりも反応性が向上
することも期待することができる。

【００３０】

【発明の効果】近年、オゾン発生器の性能が向上し、水
処理にも高濃度オゾンが用いられるようになってきた
が、高濃度オゾンを用いたとき、横流式向流多段接触池
は原水とオゾンの混合状態が悪く、下降溶解型水処理装
置は設備費が高いなどの点から、従来の方法をそのまま
利用するのは好ましくないので、高濃度オゾンに対応可
能な新規なオゾン注入方法を開発する必要があった。

【００３１】これに対して本発明者らは分離注入式オゾ
ン接触方法を、特願平７−６７９５号により出願中であ
るが、本発明ではその一部を改善し、オゾン溶解装置と
して原水供給ポンプを設け、オゾンガスを原水供給ポン
プの吸い込み側から注入することにし、さらにオゾン溶
解部と二つの流路の合流点の間に付加した超音波発振装
置により振動を与え、オゾンガス気泡が会合するのを抑
制するなど、高濃度オゾンの溶解速度が大きいことが活
用され、十分な溶解効率とともに装置も簡素化された上
に、ポンプの動力も小さくなるので設備費，運転費とも
に低減し、オゾンを用いる種々の水処理装置への適用範
囲を拡大するのみならず、オゾンによる水処理設備を新
規に導入する場合にも、極めて有効なオゾン接触方法と
して採用が期待される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法が適用される水処理装置の要部構
成を示す模式図

【図２】図１に超音波発振装置を付加した本発明の方法
が適用される水処理装置の要部構成を示す模式図

【図３】横流式向流多段接触池を用いた水処理装置の要
部構成を示す模式図

【図４】本発明者らが出願中の分離注入式オゾン接触方
法が適用される水処理装置の要部構成を示す模式図

【符号の説明】

１オゾン接触池２仕切り板３原水４導入口５排出口６処理水７オゾン発生装置８散気装置９気泡１０排オゾン処理設備１１オゾン溶解部１２滞留部１３導入口１４分岐点１５オゾン溶解装置１６合流点１７混合装置１８排出口１９原水供給ポンプ２０オゾン注入点２１超音波発振装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】配管系に導入した原水を二つの流路に分岐
し、原水供給ポンプを用いて原水を流すオゾン溶解部を
形成した一方の流路にオゾンを注入して溶解させ、この
水を他方の流路を流れる原水と再び合流させて混合し、
この混合流を複数個の仕切り板を有する槽からなる滞留
部に送り、ここで上下迂回流として一定時間滞留させた
後、処理水を取り出す分離注入式オゾン接触方法を行な
うに当たり、原水供給ポンプの吸い込み側にオゾンを注
入することを特徴とする分離注入式オゾン接触方法。
【請求項２】請求項１記載の方法を行なうに当たり、オ
ゾン溶解部近傍で、原水供給ポンプ吐出側と原水の合流
点の間の配管に取り付けた超音波発振装置を用いて、オ
ゾンガスの気泡が会合するのを抑制することを特徴とす
る分離注入式オゾン接触方法。