JPH11221581A - 酸化分解処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 オゾン酸化と紫外線照射とを併用して被処理
流体を酸化分解処理する酸化分解処理装置を省スペース
で効率の良いものとする。 【解決手段】 被処理流体に紫外線を照射する前に、ま
たは紫外線を照射しながら、酸素及び／またはオゾンを
含むガスと被処理流体とを撹拌混合するために、さら
に、水素含有ガスと被処理流体とを撹拌混合するため
に、混合流体が流通可能なパイプ内に複数の抵抗体を配
した静止型混合器を設ける。特に、混合器を、被処理流
体が内部を流通するパイプの中心部に棒状の紫外線ラン
プを同軸的に配置すると共に、該紫外線ランプとパイプ
との間の間隙に複数の抵抗体を配設したものとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、オゾン酸化と紫外
線照射とを併用して被処理流体を酸化分解処理する酸化
分解処理装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】被処理流体中にオゾンを吹き込んでオゾ
ンの酸化力で流体に含まれる有害成分や臭気成分の分解
処理、あるいは殺菌・減菌処理等を行うオゾン酸化処理
装置が広く利用されているが、このオゾン酸化処理に紫
外線照射を組み込んで酸化力を増大するようにした酸化
分解処理装置が知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来のオゾ
ン酸化と紫外線照射とを併用した酸化分解処理装置は、
単に被処理流体中にオゾンを吹き込むだけで、混入オゾ
ンの反応効率が低いため、所要の酸化反応を行うために
装置が大型化したり、ランニングコストが高くなったり
する等の問題があった。

【０００４】本発明は、このような従来技術の問題点を
解消するために、アクア・エコ協同組合並びにこれを組
織する出願人各者の協力を得て案出されたものであり、
その主な目的は、省スペースで効率の良い酸化分解処理
装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】このような目的を果たす
ために、本発明においては、オゾン酸化と紫外線照射と
を併用して被処理流体を酸化分解処理する酸化分解処理
装置の構成を、被処理流体に紫外線を照射する前に、ま
たは紫外線を照射しながら、酸素及び／またはオゾンを
含むガスと被処理流体とを撹拌混合するべく、混合流体
が流通可能なパイプ内に複数の抵抗体を配した静止型混
合器を設けたものとした。これによると、酸素及び／ま
たはオゾンを含むガスの被処理流体中への拡散が促進さ
れ、省スペースで効率の良い酸化分解処理が可能とな
る。特に、被処理流体が液体の場合に、酸素及び／また
はオゾンを含むガスの気泡が微細化され、気液接触効率
を大幅に高めることができる。しかも、抵抗体による乱
流により攪拌作用を得るため、煩雑な可動機構が不要で
あり、小型化を図ると共に運転コストの上昇を抑えるこ
とができ、さらにメンテナンス性に優れたものとするこ
とができる。なお、被処理流体に混合するガスは処理効
率を高める上でオゾンを多量に含むものが望ましいが、
紫外線照射により酸素がオゾン化されることから、空気
等の酸素含有ガスでもオゾン酸化反応を行うことが可能
である。

【０００６】また、オゾン酸化と紫外線照射とを併用し
て被処理流体を酸化分解処理する酸化分解処理装置の構
成を、被処理流体に紫外線を照射する前に、または紫外
線を照射しながら、水素含有ガスと被処理流体とを撹拌
混合するべく、混合流体が流通可能なパイプ内に複数の
抵抗体を配した静止型混合器を設けたものとする。これ
によると、混合器内で水素含有ガスと被処理流体との混
合物が激しく攪拌されることで水素が被処理流体中に拡
散・溶解して、オゾン並びに紫外線による酸化分解反応
に寄与するヒドロラジカルを大量に生成することがで
き、酸化分解処理の効率を大幅に向上させることができ
る。これは、特に水素の溶解し難い水を被処理流体とす
る水処理で大きな効果がある。この場合、酸素及び／ま
たはオゾンを含むガスと水素含有ガスとを被処理流体に
別々に混入して、オゾンと水素との急激な反応を抑制す
ることが望ましく、双方のガスに対応した複数の混合器
を直列に設けてガスを段階的に混入したり、あるいは複
数の混合器を並列に複数設けて両方のガスを別々に混入
した後に互いに合流させた上で紫外線照射を行うように
したりすると良い。

【０００７】これに加えて、前記混合器は、被処理流体
が内部を流通するパイプの中心部に棒状の紫外線ランプ
を同軸的に配置すると共に、該紫外線ランプと前記パイ
プとの間の間隙に複数の抵抗体を配設した紫外線照射混
合器であり、酸素及び／またはオゾンを含むガスあるい
は水素含有ガスと被処理流体とを撹拌混合しつつ紫外線
照射を行うものとすると良い。これによると、混合処理
と紫外線照射処理とを同時並行的に行うことができ、設
置スペースの削減並びにコストの低減を図ることができ
る。しかも、抵抗体による攪拌作用により流通流体が一
様に紫外線ランプの近傍を通過するようになり、減衰の
大きな短波長（例えば１８４．９ｎｍ）の紫外線を流通
流体に均一に照射することが可能となり、極めて強い分
解力を安定にかつ効率良く得ることができる。

【０００８】この場合、抵抗体の表面に二酸化チタン等
の光触媒材料をコーティングしたり、あるいは抵抗体全
体を光触媒材料で形成したりして、流体に接触する抵抗
体の少なくとも表面部分を光触媒材料で形成すると好ま
しく、このようにすると、光触媒の表面で紫外線による
光化学反応が活性化され、紫外線処理の効率を格段に高
めることができる。なお、パイプ自体あるいはその内周
面部分を光触媒材料で形成するようにしても良いが、流
体と光触媒との接触効率を高める上では抵抗体の方が効
果的である。

【０００９】さらに、被処理流体が内部を流通する筒状
容器の中心部に棒状の紫外線ランプを配置すると共に、
該紫外線ランプと前記筒状容器との間の空室を紫外線透
過材料で形成した隔壁で内外２室に仕切り、内側の小室
に空気を、外側の小室に被処理流体を流通させるように
した紫外線照射器を設けると良い。これによると、無声
放電によるオゾン発生器を用いることなく比較的多量の
オゾンを生成し、同時にオゾン酸化と紫外線照射との併
用処理を行うことが可能となり、低負荷運転時のランニ
ングコストを低減すると共に装置の小型化を図ることが
できる。

【００１０】特に、水処理を行う場合には、オゾン酸化
並びに紫外線照射がなされた被処理水を一時的に貯留す
ると共にガス抜きを行う緩衝タンクと、該緩衝タンクか
ら引き抜かれた被処理水から懸濁質を沈殿分離する沈殿
分離槽とを設けたものとすると良い。これによると、酸
化分解処理により生成した反応ガスや懸濁質を分離する
ことができると共に、大気圧に開放された沈殿分離槽と
の間に介装された緩衝タンクにより、上流側の紫外線照
射混合器や静止型混合器内を所要の圧力に安定に保持す
ることができる。

【００１１】その上、前記の複数の抵抗体は共に、前記
パイプの内周面から中心部に向けて板状に突出されたも
のであり、下流側に傾斜した状態で互いに接触しないよ
うに軸線方向に所定の間隔をおき、かつパイプの周方向
に順次所定角度ずつずらして設けられていると好まし
い。これによると、導入流体がショートパスすることな
く抵抗体のいずれかに衝突して分散され、パイプ内に強
力な乱流が発生して流体が激しく攪拌されるため、効果
的な攪拌混合が可能となる。そして、比較的単純な形状
であるため製作が容易であり、製造コストの上昇を抑え
ることができる。しかも、目詰まりし難いため、繊維質
や固形物等が混入した液体の殺菌等の処理も可能にな
る。このような抵抗体を有する紫外線照射混合器として
は、本件発明者が先に特願平９−３５４８４５号にて提
案した紫外線照射装置が好適である。また、同様の抵抗
体を有する静止型混合器としては、本件発明者が先に提
案して特開平６−２２６０７０号公報にて開示されたハ
の字ラインミキサーが好適である。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下に添付の図面を参照して本発
明の構成を詳細に説明する。

【００１３】図１は、本発明が適用された汚水処理装置
を示している。この汚水処理装置は、水の電気分解によ
り水素ガス並びに酸素ガスを発生する水電解器１と、こ
の水電解器１からの酸素ガスを濃縮貯蔵する酸素濃縮器
２と、無声放電により酸素ガスをオゾン化するオゾン発
生器３と、このオゾン発生器３からのオゾン含有ガス並
びにポンプ４から圧送される被処理水の気液混合物を攪
拌・混合する混合器５と、コンプレッサ６からの空気に
紫外線を照射してこれに含まれる酸素をオゾン化すると
同時にオゾンが混入された混合器５からの被処理液に紫
外線を照射する紫外線照射器７と、この紫外線照射器７
を経た被処理水と水電解器１からの水素ガスとの気液混
合物を攪拌・混合しつつ紫外線を照射する紫外線照射混
合器８と、オゾン酸化並びに紫外線照射がなされた被処
理水を一時的に貯留すると共に上端のエア抜き弁９でガ
ス抜きを行う緩衝タンク１０と、所要の時間滞留させて
被処理水から懸濁質を沈殿分離する沈殿分離槽１１とを
有している。

【００１４】紫外線照射器７は、空気中の酸素のオゾン
化と被処理液への紫外線照射とを同一の光源で行えるよ
うにしたものであり、筒状容器１３の中心部に紫外線ラ
ンプ１４が同軸的に配置され、この紫外線ランプ１４と
容器１３の内壁面との間の空室が、紫外線透過材料で形
成された隔壁１５で内外２室に仕切られ、隔壁１５を挟
んで内側の小室にコンプレッサ６からの空気が導入さ
れ、外側の小室に混合器５からのオゾンを含んだ被処理
液が導入されるようになっている。なお、被処理水の濁
度が低く、低負荷運転を行う場合には、水電解器１を停
止して、紫外線照射器７の発生するオゾンのみで酸化分
解処理を行うものとすれば良い。

【００１５】沈殿分離槽１１は、２つの仕切壁１６によ
り内部が３室に分割されており、緩衝タンク１０からの
被処理水が図中右側の側壁の下部に設けられた導入管１
７から導入されて各室を順次流通し、図中左側の小室に
設けられたトラフ１８から上澄水が回収されるようにな
っている。導入管１７や仕切壁１６の下部の連絡管１９
は、各室への流入口並びに流出口を上向きに開口させた
状態で設けられている。

【００１６】紫外線照射混合器８は、図２に詳しく示す
ように、略扇形状をなす複数の抵抗体２１ａ〜２１ｈが
内周面に設けられた円形断面をなすパイプ２２と、この
パイプ２２の両端に接合されたＴ字管２３と、このＴ字
管２３の一端に接合された安定器等が内蔵された制御ユ
ニット２４と、この制御ユニット２４から延出されて、
保護ガラス管２５に覆われた状態でＴ字管２３を通って
パイプ２２の中心部に挿設された紫外線放電管２６と、
パイプ２２の周囲に配置された紫外線放電管２７とを有
しており、処理すべき流体がＴ字管２３の入口２８から
導入されてパイプ２２の他端側の出口２９から回収され
るようになっている。なお、図２はパイプ２２を一部省
略して示しており、抵抗体２１ａ〜２１ｈと同様の抵抗
体が全長に渡って設けられている。

【００１７】抵抗体２１ａ〜２１ｈとパイプ２２とは、
石英ガラス材料にて一体に形成されており、パイプ２２
の外側の紫外線放電管２７からの紫外線を透過可能なよ
うになっている。この外側の紫外線放電管２７は、パイ
プ２２内の流体に略均等に紫外線を照射可能なように、
パイプ２２の軸線に平行に配置され、その周方向に等間
隔をおいて複数設けられている。抵抗体２１ａ〜２１ｈ
の表面には二酸化チタン等の光触媒材料によるコーティ
ングが施されている。

【００１８】パイプ２２の内部に配置される紫外線放電
管２６は、短波長の紫外線を放射するものであり、例え
ば波長１８４．９ｎｍの紫外線を放射する水銀ランプが
用いられる。他方、外部に配置される紫外線放電管２７
は、長波長の紫外線を放射するものであり、例えば波長
２５３．７ｎｍ以上の紫外線を放射する水銀ランプが用
いられる。これにより、保護ガラス管２５とパイプ２２
との間の間隙を流通する流体に対して波長の異なる２種
類の紫外線が照射される。なお、両紫外線放電管２６・
２７には、この他、処理の目的に応じて水素や希ガス入
り放電管等の各種の紫外線ランプを適宜選択すれば良
い。

【００１９】保護ガラス管２５は、内部の紫外線放電管
２６の発する紫外線を透過可能な所要の紫外線透過性を
有するガラス材料で形成されている。Ｔ字管２３には、
流通流体に対して化学的に安定な物性を有する材料、例
えばステンレス鋼で形成されたものが用いられる。

【００２０】抵抗体２１ａ〜２１ｈは、外周側から中心
部に向けて細くなった略扇形をなす板状のものであり、
下流側に向けて所定の角度で傾斜した状態でパイプ２２
の内周面から突設され、その先端縁は保護ガラス管２５
の外周面に沿って弧状に形成されている。この抵抗体２
１ａ〜２１ｈのパイプ２２の軸線に対する傾斜角度は、
用途に応じて適宜設定すれば良いが、４５°前後が適当
である。

【００２１】これらの抵抗体２１ａ〜２１ｈは、上流側
から第１・第２の抵抗体２１ａ・２１ｂ、第３・第４の
抵抗体２１ｃ・２１ｄといったように、隣り合う２つの
抵抗体が順次、ハ字形状に対をなして互いに対向する角
度位置に配置されている。例えば、図３に示すように、
第１・第２の両抵抗体２１ａ・２１ｂは上下に対向した
位置に配置されている。また、これらの第１・第２の両
抵抗体２１ａ・２１ｂは相互に異なる大きさに形成され
ている。すなわち、下流側の第２の抵抗体２１ｂが上流
側の第１の抵抗体２１ａより大きく形成されている。

【００２２】これと同様に第３・第４の両抵抗体２１ｃ
・２１ｄも、図４に示すように、相互に異なる大きさに
形成され、互いに対向する角度位置に配置されている
が、これらの抵抗体２１ｃ・２１ｄは、第１・第２の抵
抗体２１ａ・２１ｂに対して周方向に４５度ずれた位置
に配置されている。以下同様にして、互いに対向して対
をなす第５・第６の両抵抗体２１ｅ・２１ｆ、第７・第
８の両抵抗体２１ｇ・２１ｈが、周方向に４５度ずつず
らして配置されている。したがって、抵抗体２１ａ〜２
１ｈのうちの互いに対をなすものはその直前の対をなす
ものに対して前後に重なり合っている。なお、パイプ２
２の全長に渡って設けられた図２に示さない抵抗体も上
記と同様の配列規則に従って所定位置に配置される。

【００２３】このため、パイプ２２内に流体を導入する
と、上流側の第１の抵抗体２１ａに相対する流れはこの
抵抗体２１ａに衝突して左右に分散され、第１の抵抗体
２１ａに相対しない流れもショートパスすることなく次
の第２の抵抗体２１ｂか若しくは下流側の抵抗体２１ｃ
〜２１ｈのいずれかに衝突して周囲に分散されることに
なる。こうして抵抗体２１ａ〜２１ｈによる導入流体の
衝突と分散とが順次繰り返されると、パイプ２２内には
強力な乱流が発生して流体が激しく攪拌される。

【００２４】なお、ここでは、紫外線照射混合器８の抵
抗体２１ａ〜２１ｈとパイプ２２とを石英ガラスで形成
してパイプ２２の外部からの紫外線を透過可能に構成し
たが、この外部からの紫外線照射を省略する場合には、
パイプ２２並びに抵抗体２１ａ〜２１ｈをステンレス鋼
等、導入流体に対して化学的に安定な適宜な材料を用い
て形成すれば良い。

【００２５】混合器５は、図５に示すように、被処理流
体が内部を流通可能な円筒体３１の内周面に一対の抵抗
体３２・３３がハ字形状に流路中に突出形成されたエレ
メント３４からなっている。

【００２６】エレメント３４内部の抵抗体３２・３３は
共に、下流側に向けて傾斜した状態で設けられており、
一方の抵抗体３２は円筒体３１の中心線と交差するよう
に長尺に、他方の抵抗体３３は円筒体３１の中心線と交
差しないように短尺に形成され、図６に併せて示すよう
に、各々の先端部が前後に互いに重なり合っている。

【００２７】このエレメント３４は、軸線方向に同軸状
に複数個（例えば、８段）列んで図示しないケーシング
内に挿設されるが、このとき、図７中に想像線で示す直
前のエレメント３４に対して周方向に４５°ずらして配
置される。したがって、全体として一対の抵抗体３２・
３３が流向に沿って所定の間隔をおいて順次周方向に４
５°ずつずれて複数段設けられた構造が形成される。

【００２８】以上、本発明が適用された汚水処理装置に
ついて説明したが、本発明はこれに限定されるものでは
ない。本発明は、食品製造用上水等の殺菌・減菌処理は
もとより、有機物、有機塩素化合物、シアン、並びにア
ンモニア化合物を含む流体の酸化分解処理や、各種装置
から排出される排ガス等の脱臭や脱色にも適用可能であ
る。

【００２９】

【発明の効果】このように本発明によれば、省スペース
で効率の良い酸化分解処理が可能となり、装置の小型化
並びにコストの低減を図る上で極めて顕著な効果があ
る。特に、目詰まりし難いため、繊維質や固形物等が混
入した汚水の有機物分解並びに殺菌処理に適用すること
ができ、水処理装置を大幅に小型化することができる。
さらに、短波長の紫外線やヒドロラジカルの作用で極め
て強力な分解力が得られるため、近年特に問題化してい
るダイオキシン等の難分解性物質等の分解処理にも活用
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用された汚水処理装置の概略構成を
示す概念図。

【図２】図１に示した紫外線照射混合器を示す斜視図。

【図３】図１に示したパイプを上流側から見た正面図。

【図４】図１に示したパイプを軸線に直交する平面で切
断して示す断面図。

【図５】図１に示した混合器に内蔵されるエレメントの
断面図。

【図６】図５に示したエレメントの正面図。

【図７】図５に示したエレメント相互の配置状況を説明
するための図６と同様な正面図である。

【符号の説明】

１ 水電解器 ２ 酸素濃縮器 ３ オゾン発生器 ４ ポンプ ５ 混合器 ６ コンプレッサ ７ 紫外線照射器 ８ 紫外線照射混合器 ９ エア抜き弁 １０ 緩衝タンク １１ 沈殿分離槽 １３ 容器 １４ 紫外線ランプ １５ 隔壁 １６ 仕切壁 １７ 導入管 １８ トラフ １９ 連絡管 ２１ａ〜２１ｈ 抵抗体 ２２ パイプ ２３ Ｔ字管 ２４ 制御ユニット ２５ 保護ガラス管 ２６・２７ 紫外線放電管 ２８ 入口 ２９ 出口 ３１ 円筒体 ３２・３３ 抵抗体 ３４ エレメント

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 598015800 杉山 健吾 静岡県静岡市瀬名川２丁目35番18号 (71)出願人 598015811 水野 一保 静岡県藤枝市平島6835番地の２ (71)出願人 598015822 井出 信次 静岡県清水市上原１丁目１番４号 (71)出願人 598015833 青木 隆知 静岡県庵原郡由比町由比131番地 (72)発明者 阪野 昇 埼玉県春日部市中央１−57−12 永島マン ション602号

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 オゾン酸化と紫外線照射とを併用して
   被処理流体を酸化分解処理する酸化分解処理装置であっ
   て、 被処理流体に紫外線を照射する前に、または紫外線を照
   射しながら、酸素及び／またはオゾンを含むガスと被処
   理流体とを撹拌混合するべく、混合流体が流通可能なパ
   イプ内に複数の抵抗体を配した静止型混合器を設けたこ
   とを特徴とする酸化分解処理装置。
2. 【請求項２】 オゾン酸化と紫外線照射とを併用して
   被処理流体を酸化分解処理する酸化分解処理装置であっ
   て、 被処理流体に紫外線を照射する前に、または紫外線を照
   射しながら、水素含有ガスと被処理流体とを撹拌混合す
   るべく、混合流体が流通可能なパイプ内に複数の抵抗体
   を配した静止型混合器を設けたことを特徴とする酸化分
   解処理装置。
3. 【請求項３】 前記混合器は、被処理流体が内部を流
   通するパイプの中心部に棒状の紫外線ランプを同軸的に
   配置すると共に、該紫外線ランプと前記パイプとの間の
   間隙に複数の抵抗体を配設した紫外線照射混合器である
   ことを特徴とする請求項１若しくは請求項２に記載の酸
   化分解処理装置。
4. 【請求項４】 被処理流体が内部を流通する筒状容器
   の中心部に棒状の紫外線ランプを配置すると共に、該紫
   外線ランプと前記筒状容器との間の空室を紫外線透過材
   料で形成した隔壁で内外２室に仕切り、内側の小室に空
   気を、外側の小室に被処理流体をそれぞれ流通させるよ
   うにした紫外線照射器を設けたことを特徴とする請求項
   １乃至請求項３のいずれかに記載の酸化分解処理装置。
5. 【請求項５】 水処理を行うものであり、オゾン酸化
   並びに紫外線照射がなされた被処理水を一時的に貯留す
   ると共にガス抜きを行う緩衝タンクと、該緩衝タンクか
   ら引き抜かれた被処理水から懸濁質を沈殿分離する沈殿
   分離槽とを設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項
   ４のいずれかに記載の酸化分解処理装置。
6. 【請求項６】 複数の前記抵抗体は共に、前記パイプ
   の内周面から中心部に向けて板状に突出されたものであ
   り、下流側に傾斜した状態で互いに接触しないように軸
   線方向に所定の間隔をおき、かつ前記パイプの周方向に
   順次所定角度ずつずらして設けられたことを特徴とする
   請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の酸化分解処理
   装置。