JPH11104632A - 水浄化装置及び水浄化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高出力の低圧紫外線ランプを用いることによ
り、被浄化水中に存在する無用な有機物を効率よく且つ
大きい処理能力で分解、除去することが出来る。 【解決手段】 内部が円筒形状の第１反応容器３と、こ
の第１反応容器３の中心鉛直軸に沿って設けられたＵＶ
ランプ７と、この第１反応容器内外周の所定の個所に被
浄化水を周方向に帯状に吹き込みさせる吹込ノズル８
と、中心鉛直軸近傍の下から被浄化水を抜き出してオゾ
ンを溶解させ吹込ノズル８に循環させる溶解循環手段１
０とを備え、更に、第１反応容器３の中間浄化水を導入
する第２反応容器１８と、この第２反応容器１８の中心
鉛直軸に沿って設けられたＵＶランプ７と、中心鉛直軸
近傍下方で気体を撒気させて導入された中間浄化水を循
環させる循環手段２１と、中間浄化水中の残りの有機物
を分解し、除去した浄化水を流出させる抜出手段２５と
を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被浄化水中に存在
する無用な有機物を効率よく分解、除去する水浄化装置
及び水浄化方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】水中でオゾンに紫外線を照射して酸化力
の極めて強いヒドロキシラジカル（以下「ＯＨ・」とも
記す）を発生させ、それによって水中に存在する無用な
有機物を効率よく酸化分解し、殺菌又は工場排水の脱色
等、特にＣＯＤ、ＢＯＤ、ＴＯＣ（全有機炭素含量）等
の値を減少させる水浄化装置又は水浄化方法としては、
多種のものが提案又は実用化されており、その総てが縦
長の一つの反応筒の中で、その中心軸上乃至これに沿っ
て直管状の紫外線ランプを配置し、反応筒の底部から微
細気泡状のオゾン含有ガスを吹き込みつつ、又はオゾン
を前以て溶解した後に、その被浄化水を反応筒の下部又
は上部から連続的に導入し、紫外線を照射しながら浄化
するものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記水
浄化装置又は水浄化方法は、その総てが光源として低出
力の低圧紫外線ランプを用いているため、大量の水を処
理しようとすると、紫外線ランプを多数使用せねばなら
ず、多数の紫外線ランプを装着した複雑な構造の、従っ
て取り扱いが不便で高価なものを用いるか、或は少数の
紫外線ランプを装着したものを多数必要とする等の問題
が有った。

【０００４】一方、使用する紫外線ランプの本数を少な
くするために高出力の低圧紫外線ランプを用いる試みも
なされているが、効率が悪く実用性に乏しかった。

【０００５】本発明の課題は、被浄化水を浄化する水浄
化装置又は水浄化方法において、被浄化水中に存在する
無用な有機物を効率よく分解、除去することが出来、且
つ処理能力の大きいことである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、水中でオゾン
に紫外線を照射して酸化力の極めて強いＯＨ・を発生さ
せ、それによって水中に存在する無用な有機物を効率よ
く酸化分解し、殺菌又は工場排水の脱色等、特にＣＯ
Ｄ、ＢＯＤ、ＴＯＣ（全有機炭素含量）等の値を減少す
る水浄化装置又は水浄化方法であって、例えば一本の高
出力ランプを用いて従来の低出力ランプを装着したもの
の十乃至二十数倍の処理能力を有する効率の良い水浄化
装置又は水浄化方法を提供する。

【０００７】本発明者等は、高出力ランプを用いて高い
照度でオゾンを含む被浄化水を照射した場合と、低出力
紫外線ランプを用いた場合とについて、反応系内の成分
組成の経時変化を詳細に比較検討した。その結果、ラン
プ出力の強さに応じた光の到達距離に見合った大きさの
反応筒を用いようとしても、オゾンによる紫外線の吸収
率が非常に高いために、反応槽を激しく撹拌して総ての
水がランプ表面に近づけるようにしない限り、紫外線ラ
ンプ表面の極く近傍のオゾンしかＯＨ・の生成による水
浄化反応に使われず、紫外線ランプ出力の強化は装置の
スケールアップにそのまま寄与しないこと、更に、高い
紫外線照度は高濃度のオゾンから高濃度のＯＨ・を生成
させるために、そのＯＨ・は有機物と出会ってそれを酸
化分解するよりもＯＨ・同士で出会ってＨ₂Ｏ₂に変化す
る割合が増大するために分解効率は低下すること等が分
かった。

【０００８】これらの知見に基づき、オゾンが分解した
後の有機物分解反応は紫外線によるＨ₂Ｏ₂のＯＨ・への
変化という遅い反応を経由することになるから、その反
応に適した、均一に撹拌しながら照射する浄化装置乃至
浄化方法が必要なことを勘案し、鋭意工夫・検討を重ね
た結果、本発明に到達した。即ち、供給される被浄化水
中に含ませたオゾンに紫外線を照射して前記被浄化水中
に含まれる有機物を分解し、除去して流出させる水浄化
装置において、内部が円筒形状の反応容器と、該反応容
器の中心鉛直軸に沿って設けられた紫外線ランプと、前
記被浄化水を前記反応容器内周の周方向に吹き込みさせ
る吹込手段と、前記中心鉛直軸近傍の下から前記被浄化
水を抜き出してオゾンを溶解させ前記吹込手段に循環さ
せる溶解循環手段とを備えた第一反応槽と、該第一反応
槽で処理した中間浄化水を前記中心鉛直軸近傍の流出口
を介して導入する第二反応槽とからなり、該第二反応槽
は該反応槽の中心鉛直軸に沿って設けられた紫外線ラン
プと、前記導入された中間浄化水を循環させる循環手段
と、前記中間浄化水中の残りの有機物を分解し、除去し
た浄化水を流出させる抜出手段とを備えたことである。

【０００９】第一反応槽では被浄化水を反応容器内周の
周方向に吹き込みさせる吹込手段を備えたことにより、
被浄化水は内部が円筒形状の反応容器内周の周方向に吹
き込みされる。更に、中心鉛直軸近傍から被浄化水を抜
き出し、オゾンを溶解させてから上記吹込手段に循環さ
せる溶解循環手段により、被浄化水は当初反応容器内周
に沿って移動し、徐々に中心鉛直軸の紫外線ランプの周
囲をスパイラル状に移動乃至旋回しながら次第に紫外線
ランプに近づく。その過程で被浄化水中の有害な有機物
は分解される。

【００１０】上記分解反応が行なわれる第一反応槽は、
オゾンを含む被浄化水の全体が紫外線ランプの近傍を通
過するようにした構造で、被浄化水は反応容器中心鉛直
軸の紫外線ランプの遠い所から導入され、紫外線ランプ
の周囲をスパイラル状に循環しながら次第に紫外線ラン
プに近づく。このため、反応容器に導入されたばかりで
高濃度のオゾンを含む被浄化水は、当初ランプから遠く
て照度が弱い紫外線に照射されて低濃度のＯＨ・を生成
するから、Ｈ₂Ｏ₂への変化の割合は少なく、効率良く有
機物と出会ってそれを分解し、これによって次第に低濃
度になるオゾン水は、次第に紫外線を吸収しなくなるか
ら光を遠くまで透過するようになるので、反応槽を大き
くしても反応槽の容積を有効に使うことが出来る。その
上、紫外線ランプに近づくに従って照度は高くなって
も、オゾン濃度は低くなっているので低濃度のＯＨ・し
か生成しないから、Ｈ₂Ｏ₂の生成も遅く、有機物分解反
応を効率よく進めることが出来る。

【００１１】更に、上記水浄化装置において、前記吹込
手段は、前記反応容器内周の所定の箇所に設けられ前記
被浄化水を周方向に帯状に吹き込みさせる吹込ノズルで
ある。この吹込ノズルにより確実に被浄化水を反応容器
の内周に沿って層流の帯状に吹き込み、スパイラル状に
移動乃至旋回させることを、簡便な構造で行なうことが
出来る。

【００１２】第二反応槽に導入された中間浄化水は、循
環手段によって循環されつつ、第一反応槽で生成したＨ
₂Ｏ₂は第二反応槽に備えられた紫外線ランプから発生す
る紫外線によって照射され、緩やかに分解してＯＨ・と
なり、これによって中間浄化水中の残りの有機物を酸
化、分解する。

【００１３】そして、前記の循環手段は、前記中心鉛直
軸近傍に設けられ気体を撒気させてエアリフト方式によ
り前記中間浄化水を循環させるものであり、中間浄化水
は中心鉛直軸上の紫外線ランプを中心とするドーナツ状
に循環させられるので、均一な紫外線照射を受ける。

【００１４】要するに上記水浄化方法の特徴は、供給さ
れる被浄化水中にオゾンを含ませて、これに紫外線を照
射して前記被浄化水中に含まれる有機物を分解し、除去
して流出させる水浄化方法において、前記オゾンを含む
被浄化水及び紫外線から直接生成するヒドロキシラジカ
ル（ＯＨ・）によって有機物を分解する第１の水浄化工
程と、主として前記ヒドロキシラジカルから生成する過
酸化水素と紫外線、及びオゾンを含む水と紫外線から生
成するヒドロキシラジカルによって前記第１の水浄化工
程で前記被浄化水を浄化した中間浄化水中の残りの有機
物を分解する第２の水浄化工程とを含むことである。

【００１５】更に、上記水浄化方法の特徴は、前記第１
の水浄化工程では、前記オゾンを含む被浄化水を紫外線
ランプから遠い箇所に導入し、該紫外線ランプの周囲を
スパイラル状に循環させながら次第に該紫外線ランプに
近づけさせ、前記第２の水浄化工程では、前記第１の水
浄化工程で浄化された中間浄化水を出来るだけ均一に前
記紫外線ランプの照射する紫外線に当るように循環させ
ることである。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の水浄化装置及び水
浄化方法の実施の形態の例を図面に基づいて具体的に説
明する。

【００１７】図１は、本発明に係る水浄化装置の一実施
の形態を示す系統図、図２は、図１の I−I 線断面図で
ある。本実施の形態の水浄化装置１は、ポンプ６又は重
力式で供給される被浄化水３９中に含ませたオゾンに紫
外線を照射して被浄化水３９中に含まれる有機物を分解
し、除去して流出させるもので、第一反応槽２と第二反
応槽１７を主要部とする。即ち、第一反応槽２は、内部
が円筒形状の反応容器である第１反応容器３と、この第
１反応容器の中心鉛直軸４に沿って設けられたＵＶラン
プ（又は紫外線ランプ）７と、被浄化水３９を第１反応
容器内周５の周方向に吹き込みさせる吹込手段としての
吹込ノズル８と、中心鉛直軸４近傍から被浄化水を抜き
出してオゾンを溶解させ吹込ノズル８に循環させる溶解
循環手段１０とを備えている。

【００１８】図２に示すように、第１反応容器３は、少
なくとも内側形状が円筒形で、中心部にＵＶランプ７を
挿入するための保護管３０が設けられている。勿論、保
護管３０は紫外線を透過する材質で形成されている。吹
込ノズル８は、第１反応容器３内周の所定の箇所に設け
られ、被浄化水３９を周方向に帯状に吹き込みさせるも
のである。更に、図１に示すように、吹込ノズル８は、
第１反応容器３の高さ寸法にできる限り近い寸法で縦方
向に設けられ、その中間位置又は下端に被浄化水３９を
導入する導入口８ａと、図２に示すように縦方向全長に
渡って均等な速度で帯状に吹き出すように開口したスリ
ット８ｂとが設けられている。尚、本実施の形態におい
ては、吹込ノズル８は一つであるが、円周方向に適宜複
数設けることも出来る。

【００１９】溶解循環手段１０は、第１反応容器３の中
心部寄りに設けられた抜出口１２と、この抜出口１２か
ら浄化中の被浄化水を抜き出すと共に、オゾン（Ｏ₃）
４１を強制的に溶解させて吹込ノズル８に循環させるポ
ンプ１３と、これらをつなぐ循環配管とを有する。

【００２０】更に、本実施の形態の水浄化装置１は、第
二反応槽１７を有し、この槽は、第１反応容器３で被浄
化水３９が反応した中間浄化水４０を第１反応容器３の
中心鉛直軸と共通の中心鉛直軸４近傍の流出口である開
口部１５を介して導入する別の反応容器としての第２反
応容器１８と、中心鉛直軸４に沿って設けられ第１反応
容器３の中心鉛直軸に沿って設けられたＵＶランプと共
通のＵＶランプ７と、導入された中間浄化水４０を循環
させる循環手段２１と、中間浄化水４０中の残りの有機
物を分解し、除去した浄化水４２を流出させる抜出手段
２５とを備えている。

【００２１】第２反応容器１８は、第１反応容器３と同
じく、少なくとも内側形状が円筒形で、中心部にＵＶラ
ンプ７を挿入するための保護管３０が設けられている。
勿論、保護管３０は紫外線を透過する材質で形成されて
いる。第２反応容器１８の上面には排気孔３１が設けら
れている。

【００２２】循環手段２１は、中心鉛直軸４近傍に環状
撒気管２２が設けられ気体（空気）４３を撒気させて中
間浄化水４０を第２反応容器１８の中でドーナツ状に循
環させるものである。環状撒気管２２には、その円周方
向に適宜気体４３を撒気させる図示していない撒気孔が
設けられている。

【００２３】抜出手段２５は、第２反応容器１８内のド
ーナツ状循環流の略中心部から抜き出す抜出口２６と、
抜き出した浄化水４２を溢流口２７から溢流させて貯め
る溢流タンク２８と、これらを接続する配管とを有す
る。抜出口２６は、第１反応容器３と第２反応容器１８
との隔壁３５の外周部の第一反応槽側、例えば位置３７
辺りに取り付けられても良い。

【００２４】以上の構造を有する本実施の形態の水浄化
装置１は、次のように作用する。即ち、被処理水３９
は、ポンプ６により供給されるが、溶解循環手段１０に
より、途中でオゾン溶解及び循環用ポンプ１３を経てオ
ゾンを強制溶解される。更に、被浄化水３９は、吹込ノ
ズル８により第１反応容器３の内周に沿って帯状に吹き
込まれ、当初第１反応容器３内周に沿って移動し、徐々
に中心鉛直軸のＵＶランプ７の周囲をスパイラル状に移
動乃至旋回しながら次第にＵＶランプ７に近づく。その
間に、溶解していたオゾンはＯＨ・となり、その一部は
有機物の分解に使われ、残りはＨ₂Ｏ₂に変化する。

【００２５】この際、被浄化水の大部分は、第１反応容
器３の底部ＵＶランプ７に近い抜出口１２から抜き出さ
れ、他の一部は溶け残った少量のオゾンと大部分の酸素
の泡と共に開口部１５を通って第２反応容器１８に移行
する。抜出口１２から抜き出された被浄化水はポンプ１
３によって再びオゾンを溶解されて導入口８ａを介して
第１反応容器３内に導入され循環される。

【００２６】第一反応槽２は、オゾンを含む被浄化水の
全体をＵＶランプ７の表面に向けて暫次近づかせるよう
に設計されており、被浄化水は第１反応容器３の中心鉛
直軸のＵＶランプ７から円筒型反応器の接線方向に導入
され、ＵＶランプ７の周囲をスパイラル状に循環しなが
ら次第にＵＶランプ７に近づく。このため、第１反応容
器３に導入されたばかりの被浄化水に含まれる高濃度の
オゾンはＵＶランプ７から遠くて照度が弱い紫外線で照
射されて低濃度のＯＨ・を生成するから、Ｈ₂Ｏ₂への変
化の割合は少なく、効率良く有機物と出会ってそれを分
解し、それによって次第に低濃度になるオゾン水は、次
第に紫外線を吸収しなくなるから光を遠くまで透過する
ようになり、大きくした反応槽の容積を有効に使うこと
が出来る。その上、ＵＶランプ７に近づくに従って照度
は高くなっても、オゾン濃度は低くなっているので低濃
度のＯＨ・しか生成しないから、Ｈ₂Ｏ₂の生成も遅く、
有機物分解反応を効率よく進めることが出来る。

【００２７】更に、第二反応槽１７に導入された中間浄
化水４０は、循環手段２１によって、同伴された気泡と
環状撤気管２２から撤気される補助空気の泡によるエリ
アリフト作用によりＵＶランプ７近傍の照度の高いとこ
ろを上昇し、その間に第一反応槽で生成したＨ₂Ｏ₂はＯ
Ｈ・に分解され、このＯＨ・が中間浄化水４０中の残存
する残りの有機物とが反応し分解する。循環手段２１に
よって分解残のＨ₂Ｏ₂を含む中間浄化水４０はドーナツ
状循環流となってＵＶ照度の強いところから弱いところ
に掛けて循環、滞留し、Ｈ₂Ｏ₂は殆ど分解し尽くされ、
最終抜出口２６を経て溢流口２７から溢流となって排出
され、気泡は排気孔３１から排出される。

【００２８】更に、本実施の形態の水浄化装置１は、溶
解したオゾンの濃度及びＵＶランプの照度から決定され
るそれぞれの最適平均滞留時間で、被浄化水が第一反応
槽２及び第二反応槽１７を通過するように、被浄化水処
理量に合わせて設計される。上記の例では、第一反応槽
２と第二反応槽１７を下上に配置してＵＶランプ保護管
を共用しているが、二槽に分離しても効果は同じであ
る。

【００２９】

【実施例】次に本発明の実施例を示す。図１、２の水浄
化装置において、第一反応槽２の直径１００ｃｍ、深さ
２５ｃｍ、第二反応槽１７の直径１００ｃｍ、深さ７５
ｃｍ、被処理水３９の流入量０．９ｍ³／ｈｒ、そのＴ
ＯＣ値２ｐｐｍ、低圧ＵＶランプ出力１．５ＫＷ、ポン
プ１３による循環速度３．４ｍ³／ｈｒの場合に溢流口
２７から溢流された処理完了の浄化水４２のＴＯＣは５
００ｐｐｂであった。

【００３０】図３は、比較例としての水浄化装置１００
の系統図である。水浄化装置１００は、図１、２の水浄
化装置１のような隔壁３５の無い反応槽で、被処理水１
０１をポンプ１０２によって反応槽１０５に供給する。
反応槽１０５に供給された被処理水１０１は、反応槽１
０５内を循環した後、上部寄りの流出口１０７から中間
浄化水１０８としてポンプ１０３によって抜き出され、
オゾン１０４を強制溶解されて再度流入口１０９から反
応槽１０５に供給され、反応槽１０５の中心部に配置さ
れたＵＶランプ１０６によって浄化される。この水浄化
装置１００の場合、同じ流速と循環速度で行なった反応
の結果、排出された浄化水のＴＯＣは、１．８ｐｐｍ
で、上記本実施の形態の水浄化装置１の値５００ｐｐｂ
に比べ格段に大きく、本実施の形態の水浄化装置１は、
水浄化装置１００に比べ被浄化水中の有機物を効率よく
分解、除去することがわかる。

【００３１】

【発明の効果】本発明の水浄化装置及び水浄化方法によ
れば、被浄化水中に存在する無用な有機物を効率よく分
解、除去することが出来、且つ処理能力が大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る水浄化装置の一実施の形態を示す
系統図である。

【図２】図１の I−I 線断面図である。

【図３】比較例としての水浄化装置の系統図である。

【符号の説明】

１ 水浄化装置 ２ 第一反応槽 ３ 第１反応容器（反応容器） ４ 中心鉛直軸 ５ 内周 ７ ＵＶランプ（紫外線ランプ） ８ 吹込ノズル（吹込手段） １０ 溶解循環手段 １５ 開口部（流出口） １７ 第二反応槽 ２１ 循環手段 ２５ 抜出手段 ３９ 被浄化水 ４０ 中間浄化水 ４２ 浄化水

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 織方 郁映 東京都世田谷区砧８−８−23 (72)発明者 田中 順 埼玉県戸田市川岸１丁目４番９号 オルガ ノ株式会社総合研究所内 (72)発明者 田村 真紀夫 埼玉県戸田市川岸１丁目４番９号 オルガ ノ株式会社総合研究所内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 供給される被浄化水中に含ませたオゾン
   に紫外線を照射して前記被浄化水中に含まれる有機物を
   分解し、除去して流出させる水浄化装置において、内部
   が円筒形状の反応容器と、該反応容器の中心鉛直軸に沿
   って設けられた紫外線ランプと、前記被浄化水を前記反
   応容器内周の周方向に吹き込みさせる吹込手段と、前記
   中心鉛直軸近傍の下から前記被浄化水を抜き出してオゾ
   ンを溶解させ前記吹込手段に循環させる溶解循環手段と
   を備えた第一反応槽と、該第一反応槽を通過した中間浄
   化水を前記中心鉛直軸近傍の流出口を介して導入する第
   二反応槽とからなり、該第二反応槽は該反応槽の中心鉛
   直軸に沿って設けられた紫外線ランプと、前記導入され
   た中間浄化水を循環させる循環手段とを備え、更に前記
   第二反応槽の紫外線ランプと前記循環手段とによって前
   記中間浄化水中の残りの有機物を分解し、除去した浄化
   水を流出させる抜出手段とを備えたことを特徴とする水
   浄化装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記吹込手段は、前
   記反応容器内周の所定の箇所に設けられ前記被浄化水を
   周方向に帯状に吹き込みさせる吹込ノズルであることを
   特徴とする水浄化装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２において、前記循環手段
   は、前記中心鉛直軸近傍下方に設けられ気体を撒気させ
   て前記中間浄化水を循環させるものであることを特徴と
   する水浄化装置。
4. 【請求項４】 供給される被浄化水中に含ませたオゾン
   に紫外線を照射して前記被浄化水中に含まれる有機物を
   分解し、除去して流出させる水浄化方法において、前記
   オゾンを含む被浄化水及び紫外線から直接生成するヒド
   ロキシラジカル（ＯＨ・）によって有機物を分解する第
   １の水浄化工程と、主として前記ヒドロキシラジカルか
   ら生成する過酸化水素と紫外線、及びオゾンを含む水と
   紫外線から生成するヒドロキシラジカルによって前記第
   １の水浄化工程で前記被浄化水を処理した中間浄化水中
   の残りの有機物を分解する第２の水浄化工程とを含むこ
   とを特徴とする水浄化方法。
5. 【請求項５】 請求項４において、前記第１の水浄化工
   程は、前記オゾンを含む被浄化水を紫外線ランプから遠
   い箇所に導入し、該紫外線ランプの周囲をスパイラル状
   に循環させながら次第に該紫外線ランプに近づけさせ、
   前記第２の水浄化工程は、前記第１の水浄化工程で浄化
   された中間浄化水を出来るだけ均一に前記紫外線ランプ
   の照射する紫外線に当るように循環させることを特徴と
   する水浄化方法。