JPH10225696A

JPH10225696A - 加圧式オゾン処理装置

Info

Publication number: JPH10225696A
Application number: JP3168997A
Authority: JP
Inventors: Masayoshi Kubota; 昌良久保田; Koji Kageyama; 晃治陰山; Toshikatsu Mori; 利克森; Shoji Watanabe; 昭二渡辺; Kenichi Soma; 憲一相馬; Tetsuro Haga; 鉄郎芳賀; Masamitsu Nakazawa; 正光中沢
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-02-17
Filing date: 1997-02-17
Publication date: 1998-08-25

Abstract

(57)【要約】【課題】加圧下で、オリフィスアトマイザからオゾンガ
ス混合水を噴射して、オゾンガスを微細気泡とすること
でオゾン吸収率を高め、酸化反応を加速して処理する。【解決手段】被処理水の導入管１１の加圧ポンプ３の吸
い込み側にエゼクタ２を設けオゾンガスを吸引して混合
する手段，オゾン混合水を加圧ポンプ３で圧入してオリ
フィスアトマイザ４から溶解槽１に噴射してオゾンガス
を微細気泡とする手段，噴射されたオゾン混合水が滞留
する内槽１ａを具備した溶解槽１からなる加圧式オゾン
処理装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は加圧式オゾン処理装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】高度浄水処理システムにおけるオゾン処
理は、例えば、「オゾン利用水処理技術」（宗宮功，公
害対策技術同好会，１９８９年５月）に詳述のように、
オゾン接触池での向流接触の他、Ｕチューブ型オゾン反
応槽が知られている。しかし、前者のオゾン接触池方式
は、接触池の上部から垂下された隔壁で区切られた接触
室に対象水を上部から溢流させて下向流とし、接触室下
部に設置した散気管からオゾン化ガスを気泡で吹き込み
向流接触させ、垂下隔壁下端を潜り接触池底面から立ち
上げた隔壁に沿って上向流として次のオゾン接触室に溢
流させる。通常２回以上はオゾン接触させるが、オゾン
吸収率は８５〜９０％程度（接触池水深６ｍ，接触時間
５〜６分）で、接触槽の設置面積が大である。Ｕチュー
ブ型オゾン反応槽は２０〜３０ｍ長さの反応槽に内管を
配置して構成する。内管への通水とともに内管上部から
オゾン化ガスを注入し、混合しながら下降流中にオゾン
処理を行い、内管下端から内管と外管の間を上昇して外
管上部からオゾン処理水として流出させる。この方法は
オゾン反応槽の設置面積を大幅減少でき、水深２０〜３
０ｍの水圧（２〜３kg.ｆ／cm²）がかかり、オゾン吸収
率が前者より５〜１０％向上するといわれる。両者はオ
ゾン接触槽の設置面積が大きい，高いなど一長一短があ
る。このため、例えば、特開平7−275873 号公報（従来
例１）に改良型のＵチューブ型オゾン反応槽として、水
圧を内管下端に絞り弁を設置して加圧ポンプにより加圧
し、オゾン反応槽長さ５〜６ｍで、従来のＵチューブ型
オゾン反応槽と同等のオゾン吸収率を得ている。

【０００３】一方、オゾン化ガスの吸収率を高める手段
として加圧溶解方法が提案されている。例えば、特開昭
52−3571号公報（従来例２）は、オゾン接触槽の中間よ
りポンプで取水し、ポンプ吐出側のエゼクタによりオゾ
ンガスを吸引して混合し、接触槽に圧送して噴射し吸収
させる。特開昭53−95178 号公報（従来例３）は、オゾ
ン反応塔の一部処理水を取り出し、ポンプ加圧後、イン
ジェクタでオゾン化空気を添加して反応塔に環流する。
さらに、特開昭62−226801号公報（従来例４）は、オゾ
ン化ガスを０.５mm 以下の微細気泡にして懸濁させ、遠
心ポンプで圧力保持槽に加圧供給し、所定時間保持する
吸収方法。特開平6−64904号公報（従来例５）は、原水
のポンプ吸引側にオゾンガスを注入して、アキュムレー
タ兼用加圧オゾン溶解槽に圧送して加圧オゾン水を製造
する。これらの、従来例はいずれも加圧手段はポンプに
よる圧入で、従来例１及び従来例４と５はポンプ吸引
側、従来例２と３はポンプ吐出側にエゼクタ等を設置し
てオゾンガスを注入する方法である。前者は、ポンプの
吸引側で気液混合は容易であるが、ポンプにキャビテー
ションを起こさせていることになり、ポンプ性能が落ち
る等の問題がある。後者の場合、現状の無声放電による
オゾン発生の圧力には限界があり、一般にオゾンガス圧
力はせいぜい１.０kg.ｆ／cm²以下であるため、ポンプ
の圧入側が高圧である場合、加圧ポンプの圧力，流量な
どの条件において所定のオゾンガス量を吸引できるエゼ
クタ等を製作することは困難で、オゾンガスを注入する
ことが難しい。また、気体の微細化については、エゼク
タで原水と混合し、ディフューザから噴射する。あるい
は、エゼクタから注入されたオゾン化ガスの気泡をポン
プ回転翼で切断して微細化している。従来例４及び特開
平7−194952 号公報（従来例６）は、ノズルから噴射し
て微細化させている。従来例４はエゼクタの代わりにノ
ズルを用い、微細気泡懸濁液をポンプで溶解槽に圧入し
ている。

【０００４】これらの、オゾンガス加圧溶解装置はオゾ
ン溶解水を製造し、そのオゾン溶解水を用いて被処理水
を処理する方法がとられている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】気体の液体への溶解は
ヘンリーの法則から圧力が高いほど溶解しやすいことは
知られている。また、気体と液体の接触面積を増やして
溶解しやすくするため、気泡を微細化することが一般に
行われる。従来技術も、オゾン化ガスの吸収率を高める
手段として、オゾン化ガスの微細化及び加圧下での溶解
方法を目的としている。

【０００６】１）上記の従来例は、いずれも加圧手段が
加圧ポンプによる圧入で、従来例１及び従来例４と５は
ポンプ吸引側、従来例２と３はポンプ吐出側にエゼクタ
等を設置してオゾンガスを注入する方法である。前者
は、ポンプの吸引側で気液混合は容易であるが、ポンプ
にキャビテーションを起こさせていることになり、ポン
プ性能が落ちる等の問題がある。後者の場合、現状の無
声放電によるオゾン発生の圧力には限界があり、一般に
オゾンガス圧力はせいぜい１.０kg.ｆ／cm²以下である
ため、ポンプ吐出側が高圧である場合、加圧ポンプの圧
力，流量などの条件において所定のオゾンガス量を吸引
できるエゼクタ等を製作することが難しく、エゼクタ等
からオゾンガスを注入することが困難である。

【０００７】２）気体を微細化する手段は、エゼクタを
加圧ポンプの吸込み側かまたは吐出側に設置することに
より、前者はエゼクタで気体を混合した原水をポンプ回
転翼により剪断、後者はエゼクタで気体を混合しディフ
ューザから噴射するとしている。

【０００８】本発明の目的は、加圧下でオゾンガスを微
細化することにより効率的に被処理水へのオゾン吸収率
を高め、被処理水とオゾンの酸化反応を加速して処理す
ることにより滞留時間を短縮、すなわち接触槽の小型化
及び設置面積を減少させる処理装置を提供することにあ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は被処理水を導入する導入管の加圧ポンプ吸
引側に設置したエゼクタからオゾンガスを吸引し、溶解
槽への導入管路に設置したオリフィスアトマイザからオ
ゾンガス混合水を加圧ポンプで溶解槽に圧入してオゾン
ガスを微細気泡にして噴射することにより、加圧下での
オゾン吸収率を高め、対象とする被処理水との反応を加
速して処理することを特徴としている。また、溶解槽は
オゾンガスと被処理水が任意の時間接触する容積の内槽
を有する構成にし、内槽に接続された導入管から噴射さ
れた微細気泡のオゾン混合水が、内槽において任意の時
間接触反応して処理水として溢流する時に未溶解のガス
が分離するような装置構成にした高速処理装置を提供
し、さらにオゾン吸収率の高いオゾン水が得られること
を特徴とする。

【００１０】そこで、発明者らは、ポンプ吸い込み側ま
たは吐出側にエゼクタを設けて空気を注入する、両者の
方法について大気圧下の水槽に空気混合水を噴射する実
験を行い、気泡状態を観察した。その結果、高度浄水処
理におけるオゾン処理の細孔径５０μの散気管による気
泡（気泡径約３〜５mm）に較べ１mm程度と僅かに小さい
程度であった。さらに、気泡微細化実験で、空気混合水
を大気圧の水槽に噴射する際、市販のセラミックノズル
（公称液滴１００μ）を給水管先端に取り付け噴射する
方法を試みた。この場合、ノズルの抵抗があるためポン
プ吸い込み側にエゼクタを設置し、送水量に対して１０
％の空気を注入して混合し、ポンプによりノズルから水
槽に噴射した。その結果、目視観察であるが良好な微細
気泡が得られた。しかし、ノズル部でスチームハンマの
ような現象を起こし、ノズル及び給水管が振動した。ま
た、良好な微細気泡を発生させるには、かなりのポンプ
圧力を要し、ノズルの設計，選定が難しい。

【００１１】本発明は、微細気泡を発生させるため種々
検討した結果、オリフィスミキサーに着目したものであ
る。ガス−液あるいは液−液を管路中で混合する装置と
して化学工業、特に石油精製の分野で管路に設けたオリ
フィスにより混合を行うオリフィス接触器が用いられ
る。混合性能に関する定量的なデータはあまり見受けら
れないが、大まかには管路における圧力損失によって設
計する。しかし、精度を要しないため有効な混合を与え
るのに２kg/cm²程度で十分であるといわれている。発明
者らが行った実験で使用した加圧ポンプ（市販の渦巻き
ポンプ）は通水量に対して空気量２０％程度までの注入
であれば、数気圧までは十分加圧通水が可能である。好
ましくは約１０％以下であれば加圧通水に問題はなかっ
た。したがって、溶解オゾン濃度はオゾン発生器のオゾ
ン濃度を制御する方が容易で有利である。微細気泡発生
の通水条件は、管路流速が８〜１１ｍ／秒の範囲で、オ
リフィス穴径ｄ／管路径Ｄ比が、好ましくは０.４。こ
の条件で、加圧ポンプでオリフィスアトマイザとして水
槽に噴射すると、良好な微細気泡が得られることを確認
した。オリフィスアトマイザでは混合気泡がオリフィス
板で剪断されるためスチームハンマのような現象はみら
れず、効率よく処理できた。

【００１２】この結果を基に、本発明は加圧下の溶解槽
へオゾン混合水をオリフィスアトマイザにより噴射し、
オゾンガスを微細気泡とすることで、オゾン吸収率を高
め、対象とする被処理水の酸化反応を加速する高速高度
浄水処理装置を提供することにある。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基
づき詳細に説明する。

【００１４】図１は本発明による実施例を示す。内槽１
ａを有するオゾン溶解槽１，導入管１１にエゼクタ２，
加圧ポンプ３及びオリフィスアトマイザ４がオゾン溶解
槽１に向かって直列に配置して、内槽１ａに配管した装
置構成からなる。オゾン溶解槽下部に配管された処理水
管１２には調圧弁１２ｂにより圧力調整し、流量調整弁
１３で所定流量に設定された処理水を流出させる。ま
た、オゾン溶解槽上部から配管された排気管２１にはリ
リーフ弁２１ｂ，オゾン溶解槽内を予圧するためコンプ
レッサ（図示なし）からの配管２２が設置されている。
実施例では、圧力設定を４kg／cm²とした。

【００１５】以下、この構成の加圧反応式水処理装置の
作動について説明する。予め、所定水量を有する溶解槽
１をコンプレッサにより配管２２からの空気により設定
圧力に予圧しておく。被処理水１０は、加圧ポンプ３の
吸引側に設置されたエゼクタ２から図示していないが、
オゾン発生器で生成されたオゾン化ガス２０を吸引して
オゾンガス混合水となり加圧ポンプ３からオリフィスア
トマイザ４を経てオゾン溶解槽１の内槽１ａに圧入して
噴射する。図示では、オゾン溶解槽への導入管は一箇所
として示しているが、加圧ポンプから分岐して複数配管
することも可能である。また、オゾン溶解槽は円筒と
し、内槽１ａには接線方向に配管して内槽下方に旋回流
で噴射することが好ましい。内槽１ａに旋回流で噴射さ
れたオゾンガス混合水はオゾンガスが微細気泡となるた
め気泡上昇速度は遅く、水との接触時間を確保できるこ
とから、オゾンの気相から液相への拡散が促進でき、効
率よく吸収させることができる。さらに、液相のオゾン
が旋回流により撹拌されることから、被処理水中の有機
物などとの酸化反応が促進される。実施例では、気液比
＝０.１(オゾンガス流量／処理水量）とし、管路流速１
０ｍ／秒，オリフィス穴径ｄ／管路径Ｄ比＝０.４，オ
ゾン注入率約５.０mg／ｌの条件で、内槽の滞留時間１
〜５分に変化させ、その時の排気ガスのオゾン濃度を測
定した。その結果、滞留時間１分で排気オゾン濃度は
０.１mg／ｌ以下となり、オゾン吸収率は９８％であ
り、吸収速度が早いことを確認した。

【００１６】内槽１ａに旋回流で噴射された微細気泡の
混合水は、内槽を溢流するとき余剰のオゾンガスなど未
溶解ガスが分離して溶解槽上部に充満する。内槽を溢流
するオゾン溶解水である処理水は、溶解槽に配管された
処理水管１２の調圧弁１２ｂにより所定圧力に保持さ
れ、圧入水量による加圧されると流量調整弁１３で一定
流量に調整されて流出する。溶解反応槽上部に充満した
気体は、溶解槽上部の排気管２１の調圧弁２１ｂで圧力
一定に保持され、気泡混合水の圧入による余剰ガスによ
り加圧されると、排気して図示していないが排オゾン処
理装置で処理して排気される。したがって、溶解槽はア
キュムレータとして制御される。

【００１７】図２は本実施例の応用例を示す。加圧式オ
ゾン処理装置でオゾン処理された処理水を常圧の加圧浮
上分理槽に導く。オゾンは溶解槽で被処理水中の有機物
等の酸化反応に消費されるが、未反応オゾンあるいは酸
素等の気体が溶存しており、減圧するとこれらの気体が
微細気泡となり析出する。この時の気泡径は一般に数μ
ｍ程度といわれる。加圧浮上分離処理は、この微細気泡
の付着により懸濁物等を浮上して分離する。これによ
り、オゾン酸化反応による生成物等の分離が期待でき、
脱オゾン処理された処理水とすることができる。

【００１８】

【発明の効果】本発明によれば以下の効果がある。

【００１９】１）オリフィスアトマイザによりオゾンガ
スを微細気泡で加圧下の溶解槽に噴射することにより、
オゾンの吸収速度及び吸収率が大きくでき、被処理水中
の酸化対象物である有機物等の反応が加速されるため、
反応時間が大幅に短縮されることからオゾン接触槽の設
置面積が縮減できる。

【００２０】２）現状のオゾン発生器でのガス発生圧力
である１.０kg／cm²以下程度でも、加圧ポンプの吸い込
み側にエゼクタを設置することで、容易にオゾンガス注
入量を制御することが可能な加圧式オゾン処理装置であ
る。

【００２１】３）一般的な渦巻きポンプやタービンポン
プにより通水量の約１０％程度以下のオゾン注入量に制
御することで、数気圧には容易に加圧することが可能
で、特殊ポンプを選定する必要がない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の加圧式オゾン処理装置のシス
テムの系統図。

【図２】本発明の応用例の加圧式オゾン処理装置のシス
テムの系統図。

【符号の説明】

１…溶解槽、１ａ…内槽、２…エゼクタ、３…加圧ポン
プ、４…オリフィスアトマイザ、１０…被処理水、１１
…導入管、１２…処理水、１２ｂ…調圧弁、１３…流量
調整弁、２１…排気管、２１ｂ…リリーフ弁、２２…空
気配管。

フロントページの続き (72)発明者渡辺昭二茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者相馬憲一茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者芳賀鉄郎茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者中沢正光茨城県日立市国分町一丁目１番１号株式会社日立製作所国分工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被処理水を導入する導入管と、前記導入管
の加圧ポンプ吸引側に設置したエゼクタと、前記エゼク
タからオゾンガスを含む気体を吸引したオゾン混合水を
加圧して送液する加圧ポンプと、加圧状態でオゾンを溶
解させる溶解槽とからなるオゾン溶解装置において、前
記加圧ポンプの吐出側の前記導入管に設置したオリフィ
スアトマイザと、オゾン混合水が滞留する内槽を具備す
る溶解槽とを有し、前記オリフィスアトマイザからの導
入管を内槽に配管する構成としたことを特徴とする加圧
式オゾン処理装置。