(57)【要約】【課題】水溶液中の難分解性化合物を効率よく除去することが可能な水処理装置を提供する。【解決手段】原水槽２に貯められた被処理水を処理する水処理装置であって、処理水槽６３と、被処理水を原水槽２から処理水槽６３に移送するポンプ３と、処理水槽６３内にナノバブル含有水を吐出するナノバブル含有水吐出部６１と、処理水槽６３内の被処理水の水面上に存在する気体を流動させるために、気流を発生させる送風部１７と、気体中に含まれる、処理水槽６３内において被処理水から生じたガスを吸着するための吸着部３２・３３・３４と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原水槽に貯められた被処理水を処理する水処理装置であって、
処理水槽と、
前記被処理水を前記原水槽から前記処理水槽に移送する被処理水移送手段と、
前記処理水槽内にナノバブル含有水を吐出するナノバブル含有水吐出手段と、
前記処理水槽内の前記被処理水の水面上に存在する気体を流動させるために、気流を発生させる送風手段と、
前記気体中に含まれる、前記処理水槽内において前記被処理水から生じたガスを吸着するための吸着手段と、を備えることを特徴とする水処理装置。
【請求項２】
前記処理水槽内の前記被処理水の水面を蓋うとともに、前記水面との間に空間を形成するように蓋が設けられており、
前記蓋には、前記送風手段によって発生した気流を前記空間内に導入するための導入口と、前記空間内の気流を前記空間外に放出するための放出口とが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の水処理装置。
【請求項３】
前記吸着手段は、前記空間内に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の水処理装置。
【請求項４】
前記導入口から前記放出口に至る前記気流の経路上には、前記吸着手段が複数設けられていることを特徴とする請求項３に記載の水処理装置。
【請求項５】
前記吸着手段は、活性炭、キレート樹脂、イオン交換樹脂またはゼオライトであることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の水処理装置。
【請求項６】
前記被処理水が、有機フッ素化合物を含有しており、
前記吸着手段が、有機フッ素化合物の分解物を吸着することを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の水処理装置。
【請求項７】
前記有機フッ素化合物が、パーフルオロオクタンスルホン酸、パーフルオロオクタン酸、パーフルオロアルキルスルホン酸、パーフルオロオクタンスルホン酸フルオリド、およびパーフルオロオクタンスルホン酸フルオリド誘導体からなる群より選ばれる一種以上の有機フッ素化合物であることを特徴とする請求項６に記載の水処理装置。
【請求項８】
前記被処理水移送手段が、前記処理水槽内に前記被処理水を吐出することを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の水処理装置。
【請求項９】
前記処理水槽内の前記被処理水をろ過する急速ろ過塔と、
前記急速ろ過塔においてろ過された前記被処理水を吸着処理する活性炭吸着塔と、をさらに備えていることを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の水処理装置。
【請求項１０】
前記処理水槽内の前記被処理水をろ過する急速ろ過塔と、
前記急速ろ過塔においてろ過された前記被処理水をイオン交換処理するイオン交換樹脂塔と、をさらに備えていることを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の水処理装置。
【請求項１１】
ポリビニルアルコール担体が充填されているポリビニルアルコール槽をさらに備えており、
前記ポリビニルアルコール槽は、自槽内を曝気する曝気手段を備え、前記処理水槽内の前記被処理水が導入されることを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の水処理装置。
【請求項１２】
前記ポリビニルアルコール槽内の前記被処理水をろ過する急速ろ過塔と、
前記急速ろ過塔においてろ過された前記被処理水を吸着処理する活性炭吸着塔と、をさらに備えていることを特徴とする請求項１１に記載の水処理装置。
【請求項１３】
前記ポリビニルアルコール槽内の前記被処理水をろ過する急速ろ過塔と、
前記急速ろ過塔においてろ過された前記被処理水をイオン交換処理するイオン交換樹脂塔と、をさらに備えていることを特徴とする請求項１１に記載の水処理装置。
【請求項１４】
前記ナノバブル含有水吐出手段は、下記１）〜３）を備えるものであることを特徴とする請求項１〜１３の何れか１項に記載の水処理装置。
１）液体と気体とを混合およびせん断してマイクロバブル含有水を作製する第１気体せん断部
２）前記マイクロバブル含有水を更にせん断してナノバブル含有水を作製する第２気体せん断部
３）前記ナノバブル含有水を更にせん断して多量のナノバブルを含むナノバブル含有水を作製する第３気体せん断部
【請求項１５】
前記第１気体せん断部に対して１．２リットル／分以下にて前記気体を供給するための気体量調節手段を備えることを特徴とする請求項１４に記載の水処理装置。
【請求項１６】
前記第１気体せん断部の内部の横断面は、楕円形または真円形であり、
前記第１気体せん断部の内部表面には、２本以上の溝が設けられていることを特徴とする請求項１４または１５に記載の水処理装置。
【請求項１７】
前記溝の深さは、０．３ｍｍ〜０．６ｍｍであり、
前記溝の幅は、０．８ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１６に記載の水処理装置。
【請求項１８】
前記第１気体せん断部では、第１配管を介して前記液体が供給されるとともに、第２配管を介して前記マイクロバブル含有水が吐出され、
前記第１配管の内腔の横断面の面積は、前記第２配管の内腔の横断面の面積よりも大きいことを特徴とする請求項１４〜１７の何れか１項に記載の水処理装置。
【請求項１９】
前記第１気体せん断部は、気体と液体とを混合するためのポンプを備え、
前記ポンプ内への前記気体の取り込みは、前記ポンプの出力が最大値に達した時点以降に行われることを特徴とする請求項１４〜１８の何れか１項に記載の水処理装置。
【請求項２０】
前記第１気体せん断部は、気体と液体とを混合するためのポンプを備え、
前記ポンプ内への前記気体の取り込みは、前記ポンプの動作開始時から６０秒後以降に行われることを特徴とする請求項１４〜１９の何れか１項に記載の水処理装置。
【請求項２１】
前記第１気体せん断部の内部には、第３配管を介して前記気体が供給され、
前記第３配管は、前記第１気体せん断部の内側面に対して１８度の角度をなすように、前記第１気体せん断部に接続されていることを特徴とする請求項１４〜２０の何れか１項に記載の水処理装置。
【請求項２２】
前記第１気体せん断部の隔壁の厚さは、６ｍｍ〜１２ｍｍであることを特徴とする請求項１４〜２１の何れか１項に記載の水処理装置。
【請求項２３】
前記気体として、酸素またはオゾンを前記第１気体せん断部に供給するための気体選択手段が備えられていることを特徴とする請求項１４〜２２の何れか１項に記載の水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水処理装置に関するものであり、特に、バブルを利用した水処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ダイオキシン、有機フッ素化合物（例えば、パーフルオロオクタンスルホン酸（ＰＦＯＳ）またはパーフルオロオクタン酸（ＰＦＯＡ）等）などは化学的に安定な物質であって、耐熱性および耐薬品性（例えば、耐酸性）に優れている。それゆえ、これら難分解性化合物は、界面活性剤、または半導体製造における反射防止膜等の産業用材料として広く用いられている。
【０００３】
しかしながら、これら難分解性化合物が広く用いられれば用いられるほど、難分解性化合物が自然界に放出される可能性が増加する。
【０００４】
上述したように、難分解性化合物は化学的に安定な物質であるが故に、一度自然界に放出されれば、深刻な環境汚染の原因となり得る。例えば、北極熊、アザラシおよび鯨の体内から上述したような難分解性化合物が検出されており、難分解性化合物による環境汚染が国際的に深刻化しつつある。
【０００５】
それゆえ、環境汚染を防止するために、産業用材料としてこれらの難分解性化合物を用いる工場からの排水を適切に処理するための水処理技術の開発が進められている。また、用水処理において、河川水等に残存するこれらの難分解性化合物を除去する水処理技術も同時に求められている。
【０００６】
例えば、従来から、ＰＦＯＳ、ＰＦＯＡ等の難分解性化合物を含有する排水の水処理技術としては、燃料を用いて水溶液のままで難分解性化合物を燃焼する燃焼方式、または水溶液に対して高圧をかけることによって水溶液中の化合物を分解する超臨界方式が用いられている。
【０００７】
しかしながら、例えば、半導体工場などから排出される有機フッ素化合物含有排水中の有機フッ素化合物の濃度は、ｐｐｂオーダーであって濃度が低く、かつ排水量が１日あたり数十トン〜数百トンと非常に多い。この場合、上記従来の方法では、排水を処理しきれないのが現状である。
【０００８】
また、用水処理においても、河川水や湖水の有機フッ素化合物濃度は、排水の場合よりもさらに低く、水量も多いため、処理は非常に困難である。
【０００９】
ところで、近年、小さな直径を有する気泡（バブル）には様々な作用効果があることが明らかになりつつあり、現在、このような気泡を作製する技術およびその効果に対する研究が進みつつある。そして、気泡を用いて、様々な有機物を分解しようとする試みもなされている。
【００１０】
上記気泡は、その直径に応じて、マイクロバブル、マイクロナノバブルおよびナノバブルに分類することができる。具体的には、マイクロバブルは、その発生時において１０μｍ〜数十μｍの直径を有する気泡であり、マイクロナノバブルは、その発生時において数百ｎｍ〜１０μｍの直径を有する気泡であり、ナノバブルは、その発生時において数百ｎｍ以下の直径を有する気泡である。なお、マイクロバブルは、発生後の収縮運動によって、その一部がマイクロナノバブルに変化することがある。また、ナノバブルは、長期に渡って液体中に存在することができるという性質を有している。
【００１１】
例えば、従来から、様々なナノバブルの利用方法、およびナノバブルを利用した各種装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。より具体的には、特許文献１には、ナノバブルが、浮力の減少、表面積の増加、表面活性の増大、局所高圧場の生成、または静電分極の実現によって、界面活性作用および殺菌作用を示すことが記載されている。更に、特許文献１には、ナノバブルが有する界面活性作用および殺菌作用を用いて、各種物体を洗浄する技術および汚濁水を浄化する技術が記載されている。更に、特許文献１には、ナノバブルを用いて生体の疲労を回復する方法が記載されている。なお、特許文献１では、水を電気分解するとともに、当該水に超音波振動を加えることによって、ナノバブルを作製している。
【００１２】
また、従来から、液体を原料としてナノバブルを作製する方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。上記作製方法は、液体中において、１）上記液体の一部を分解ガス化する工程、２）上記液体に超音波を印加する工程、または３）上記液体の一部を分解ガス化する工程および上記液体に超音波を印加する工程、からなるものである。なお、液体の一部を分解ガス化する工程として、電気分解法または光分解法を用いることができることが記載されている。
【００１３】
また、従来から、オゾンガスからなるマイクロバブル（オゾンマイクロバブル）を利用する廃液処理装置が用いられている（例えば、特許文献３参照）。上記廃液処理装置では、オゾン発生装置によって作製されたオゾンガスと廃液とを、加圧ポンプを用いて混合することによって、オゾンガスからなるマイクロバブルを作製している。そして、当該マイクロバブルが廃液中の有機物と反応することによって、廃液中の有機物が酸化分解される。
【特許文献１】特開２００４−１２１９６２号公報（平成１６年４月２２日公開）
【特許文献２】特開２００３−３３４５４８号公報（平成１５年１１月２５日公開）
【特許文献３】特開２００４−３２１９５９号公報（平成１６年１１月１８日公開）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、上記従来のバブルを利用した水処理技術では、水溶液中の難分解性化合物を効率よく除去できないという問題点を有している。
【００１５】
具体的には、上記従来のバブルを利用した方法では、難分解性化合物を分解できないという問題点を有している。
【００１６】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、水溶液中の難分解性化合物を効率よく除去することが可能な水処理技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明者らは、上記課題に鑑み鋭意検討した結果、以下の１）〜４）を見出し、本発明を完成させるに至った。つまり、
１）難分解性化合物（例えば、有機フッ素化合物など）をナノバブルの酸化力を利用して分解すると、炭素数が少なくなった分解物（例えば、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６、Ｃ７など）がガス化して、当該ガスが気相中に放出されること、
２）難分解性化合物をナノバブルの酸化力を利用して効率的に分解するには、ガス化した分解物を液相（水面）表面から効率よく除去する必要があること。つまり、液相（水面）表面にガス化した分解物が充満すると、難分解性化合物の分解が抑制されること、
３）ガス化した各種分解物は、活性炭などによって効率よく吸着されること、
４）水処理装置の処理水槽を上部と下部とに分けて構成し、下部をナノバブルによって難分解性化合物を分解する領域、上部をガス化した分解物を効率よく除去する領域とすれば、難分解性化合物の分解効率が上昇するとともに、処理水槽を小型化できること。
【００１８】
本発明の水処理装置は、上記課題を解決するために、原水槽に貯められた被処理水を処理する水処理装置であって、処理水槽と、前記被処理水を前記原水槽から前記処理水槽に移送する被処理水移送手段と、前記処理水槽内にナノバブル含有水を吐出するナノバブル含有水吐出手段と、前記処理水槽内の前記被処理水の水面上に存在する気体を流動させるために、気流を発生させる送風手段と、前記気体中に含まれる、前記処理水槽内において前記被処理水から生じたガスを吸着するための吸着手段と、を備えることを特徴としている。
【００１９】
上記構成によれば、原水槽に貯められた、難分解性化合物を含んでいる処理すべき被処理水は、必要に応じて前記処理水槽に移送され、ナノバブルによって発生するラジカルが有する酸化力によって、被処理水中の難分解性化合物が分解される。なお、当該酸化力であれば、炭素原子とフッ素原子との間の結合をも分解することができる。分解された難分解性化合物はガス化して、水槽内の被処理水の水面近傍の気体中に放出されることになる。このとき、難分解性化合物の分解物が水面近傍に滞留すれば、難分解性化合物の分解反応が抑制される。しかしながら、上記構成によれば、送風手段によって水面近傍に滞留しようとする分解物を拡散することができるので、難分解性化合物の分解反応を促進することができる。そして、さらに上記構成によれば、吸着手段によって難分解性化合物の分解物であるガスを吸着することができるので、更に効果的に前記分解物が水面近傍に滞留することを防止することができるとともに、難分解性化合物の分解物が自然界に放出されることを防止することができる。
【００２０】
本発明の水処理装置では、前記処理水槽内の難分解性化合物含有水の水面を蓋うとともに、前記水面との間に空間を形成するように蓋が設けられており、前記蓋には、前記送風手段によって発生した気流を前記空間内に導入するための導入口と、前記空間内の気流を前記空間外に放出するための放出口とが設けられていることが好ましい。
【００２１】
上記構成によれば、上記空間中を導入口から放出口に向かって気流が流れることになる。つまり、上記構成によれば、送風手段によって発生した気流の方向を一定にすることができる。そして、一定の方向に整然と流れる気流によって、ガス化した難分解性化合物の分解物を拡散できるので、分解物の拡散効果を上げることができる。そして、その結果、難分解性化合物の分解反応を、より促進することができる。
【００２２】
本発明の水処理装置では、前記吸着手段は、前記空間内に設けられていることが好ましい。
【００２３】
上記構成によれば、上記空間内に吸着手段が設けられているので、より効果的にガス化した分解物を吸着手段に吸着させることができる。そして、その結果、更に効果的に分解物が水面近傍に滞留することを防止することができるとともに、分解物が自然界に放出されることを防止することができる。
【００２４】
本発明の水処理装置では、前記導入口から前記放出口に至る前記気流の経路上には、前記吸着手段が複数設けられていることが好ましい。
【００２５】
上記構成によれば、気流が導入口から放出口に至るまでの間に、吸着手段と気流中に含まれる分解物とが、複数回接触することになる。その結果、より効果的にガス化した分解物を吸着手段に吸着させることができる。
【００２６】
本発明の水処理装置では、前記吸着手段は、活性炭、キレート樹脂、イオン交換樹脂またはゼオライトであることが好ましい。
【００２７】
上記構成によれば、吸着手段によって、より強力に難分解性化合物の分解物であるガスを吸着することができる。また、上記吸着手段は様々な物質を吸着することができるので、様々な種類の難分解性化合物を処理することができる。また、特に、活性炭は、フッ素などに対する耐性も高いので、長期間、分解物を吸着することができる。
【００２８】
本発明の水処理装置では、前記被処理水が、有機フッ素化合物を含有しており、前記吸着手段が、有機フッ素化合物の分解物を吸着してもよい。
【００２９】
上記構成によれば、有機フッ素化合物含有水のような従来の方法では処理することが困難であった被処理水を、より効果的に処理して無害化することができる。
【００３０】
本発明の水処理装置では、前記有機フッ素化合物が、パーフルオロオクタンスルホン酸、パーフルオロオクタン酸、パーフルオロアルキルスルホン酸、パーフルオロオクタンスルホン酸フルオリド、およびパーフルオロオクタンスルホン酸フルオリド誘導体からなる群より選ばれる一種以上の有機フッ素化合物であってもよい。
【００３１】
上記構成によれば、有機フッ素化合物の中でも特に処理が困難であったパーフルオロオクタンスルホン酸、パーフルオロオクタン酸、パーフルオロアルキルスルホン酸、パーフルオロオクタンスルホン酸フルオリド、およびパーフルオロオクタンスルホン酸フルオリド誘導体についても、より効果的に処理して無害化することができる。
【００３２】
本発明の水処理装置では、前記被処理水移送手段が、前記処理水槽内に前記被処理水を吐出することが好ましい。
【００３３】
上記の構成によれば、前記被処理水移送手段がポンプ等を備えており、前記処理水槽内に前記被処理水を吐出することによって、前記処理水槽内に水流を生じさせ、効率よく攪拌することができる。そして、その結果、難分解性化合物の分解反応を、より促進することができる。
【００３４】
本発明の水処理装置では、前記処理水槽内の前記被処理水をろ過する急速ろ過塔と、前記急速ろ過塔においてろ過された前記被処理水を吸着処理する活性炭吸着塔と、をさらに備えていてもよい。
【００３５】
上記構成によれば、前記急速ろ過塔において、前記被処理水中の浮遊物を除去することができ、さらに前記活性炭吸着塔において、前記処理水槽において分解できなかった微量の難分解性化合物を吸着処理することができる。そして、その結果、被処理水をより高度に処理することができる。
【００３６】
本発明の水処理装置では、前記処理水槽内の前記被処理水をろ過する急速ろ過塔と、前記急速ろ過塔においてろ過された前記被処理水をイオン交換処理するイオン交換樹脂塔と、をさらに備えていてもよい。
【００３７】
上記構成によれば、前記急速ろ過塔において、前記被処理水中の浮遊物を除去することができ、さらに前記イオン交換樹脂塔において、前記処理水槽において分解できなかった微量の難分解性化合物をイオン交換処理することができる。そして、その結果、被処理水をより高度に処理することができる。
【００３８】
本発明の水処理装置では、ポリビニルアルコール担体が充填されているポリビニルアルコール槽をさらに備えており、前記ポリビニルアルコール槽は、自槽内を曝気する曝気手段を備え、前記処理水槽内の前記被処理水が導入されていてもよい。さらに、前記ポリビニルアルコール槽内の前記被処理水をろ過する急速ろ過塔と、前記急速ろ過塔においてろ過された前記被処理水を吸着処理する活性炭吸着塔、または、前記急速ろ過塔においてろ過された前記被処理水をイオン交換処理するイオン交換樹脂塔と、をさらに備えていてもよい。
【００３９】
上記構成によれば、ポリビニルアルコール槽内が、曝気され、微生物の固定化に好適なポリビニルアルコール担体が充填されているために、微生物を容易に繁殖させて前記被処理水中の難分解性物質を生物学的に分解処理することが可能である。なお、ナノバブルは持続時間が長いために、前記処理水槽に導入されたナノバブルは、前記ポリビニルアルコール槽にまでもたらされ、これによって、前記生物学的な分解処理をさらに好適に行うことができる。また、急速ろ過塔、活性炭吸着塔、またはイオン交換樹脂塔をさらに備えることによって、前記被処理水のさらなる処理が可能となる。
【００４０】
本発明の水処理装置では、前記ナノバブル含有水吐出手段は、下記１）〜３）を備えるものであることが好ましい。つまり、
１）液体と気体とを混合およびせん断してマイクロバブル含有水を作製する第１気体せん断部
２）前記マイクロバブル含有水を更にせん断してナノバブル含有水を作製する第２気体せん断部
３）前記ナノバブル含有水を更にせん断して多量のナノバブルを含むナノバブル含有水を作製する第３気体せん断部。
【００４１】
上記構成によれば、多量のナノバブルを含むナノバブル含有水を作製することができる。換言すれば、多量のラジカルを発生させることができる。そして、多量のラジカルを発生させることができれば、より強力に難分解性化合物を酸化分解することができる。そして、その結果、上記構成によれば、より効果的に難分解性化合物を除去することができる。
【００４２】
本発明の水処理装置では、前記第１気体せん断部に対して１．２リットル／分以下にて前記気体を供給するための気体量調節手段を備えることが好ましい。
【００４３】
上記構成によれば、多量のナノバブルを作製することができる。なお、１．２リットル／分よりも多く気体を供給すれば、マイクロバブルの量が多くなる。そして、マイクロバブルの量が多くなれば、発生するラジカルの量が減少し、その結果、難分解性化合物の処理効果が低下する。
【００４４】
本発明の水処理装置では、前記第１気体せん断部の内部の横断面は、楕円形または真円形であり、前記第１気体せん断部の内部表面には、２本以上の溝が設けられていることが好ましい。
【００４５】
上記構成によれば、第１気体せん断部の内部の横断面の形状が、楕円形または真円形であるので、気体と液体との混合物は、上記第１気体せん断部の内部表面に沿って回転運動を行うことができる。つまり、旋回乱流が起こらないような状態で、上記第１気体せん断部の内部にて、気体と液体との混合物を高速にて回転運動させることができる。その結果、効率よく気体をせん断することができるので、第１気体せん断部にて、多量のマイクロバブルを作製することができる。そして、第１気体せん断部にて多量のマイクロバブルを作製することができれば、第２気体せん断部にて、当該マイクロバブルから多量のナノバブルを作製することができる。
【００４６】
また、上記構成によれば、第１気体せん断部の内部表面に溝を形成することによって、上記第１気体せん断部の内部にて気体と液体との混合物を回転運動させた場合に、旋回乱流が生じることを防止することができる。その結果、第１気体せん断部にて、多量のマイクロバブルを作製することができる。そして、第１気体せん断部にて多量のマイクロバブルを作製することができれば、第２気体せん断部にて、当該マイクロバブルから多量のナノバブルを作製することができる。
【００４７】
本発明の水処理装置では、前記溝の深さは、０．３ｍｍ〜０．６ｍｍであり、前記溝の幅は、０．８ｍｍ以下であることが好ましい。
【００４８】
上記構成によれば、より確実に旋回乱流が生じることを防止することができる。
【００４９】
本発明の水処理装置では、前記第１気体せん断部では、第１配管を介して前記液体が供給されるとともに、第２配管を介して前記マイクロバブル含有水が吐出され、前記第１配管の内腔の横断面の面積は、前記第２配管の内腔の横断面の面積よりも大きいことが好ましい。
【００５０】
上記構成によれば、多量のマイクロバブルを作製することができるとともに、当該マイクロバブルを用いて多量のナノバブルを作製することができる。一般的に上記第１気体せん断部にて安定にマイクロバブルを作製するためには、上記第１気体せん断部からのマイクロバブル含有水の吐出圧力を高める必要がある。そこで、液体を上記第１気体せん断部に供給するための第１配管の内腔における横断面の面積を、マイクロバブル含有水を上記第１気体せん断部から吐出するための第２配管の内腔における横断面の面積よりも大きくすれば（換言すれば、上記マイクロバブル含有水の吐出口を上記液体の供給口よりも小さくすれば）、上記第１気体せん断部からのマイクロバブル含有水の吐出圧力を高めることができる。その結果、上記第１気体せん断部にて多量のマイクロバブルを作製することができる。そして、第１気体せん断部にて多量のマイクロバブルを作製することができれば、当該マイクロバブルを用いて、第２気体せん断部にて多量のナノバブルを作製することができる。
【００５１】
本発明の水処理装置では、前記第１気体せん断部は、気体と液体とを混合するためのポンプを備え、前記ポンプ内への前記気体の取り込みは、前記ポンプの出力が最大値に達した時点以降に行われることが好ましい。
【００５２】
上記構成によれば、上記ポンプが気体によって損傷することを防止することができる。つまり、キャビテーションの発生によるポンプの損傷を防止することができる。その結果、上記第１気体せん断部において、多量のマイクロバブルを作製することができる。そして、上記第２気体せん断部にて、当該多量のマイクロバブルから多量のナノバブルを作製することができる。
【００５３】
本発明の水処理装置では、前記第１気体せん断部は、気体と液体とを混合するためのポンプを備え、前記ポンプ内への前記気体の取り込みは、前記ポンプの動作開始時から６０秒後以降に行われることが好ましい。
【００５４】
上記構成によれば、上記ポンプの出力が確実に最大値に達しているので、上記第１気体せん断部にて多量のマイクロバブルを作製することができるとともに、上記第２気体せん断部にて多量のナノバブルを作製することができる。
【００５５】
本発明の水処理装置では、前記第１気体せん断部の内部には、第３配管を介して前記気体が供給され、前記第３配管は、前記第１気体せん断部の内側面に対して１８度の角度（換言すれば、第１気体せん断部の内側面への入射角度が１８度）をなすように、前記第１気体せん断部に接続されていることが好ましい。なお、上記１８度の値は入射最適角度であって、入射角度が略１８度であればよい。具体的には、上記入射角度は、１７度〜１９度であることが好ましい。
【００５６】
上記構成によれば、入射角度が１８度であることによって気体と液体との効率の良い高速せん断が起こり、多量のマイクロバブルを作製することができる。すなわち、上記第１気体せん断部によって多量のマイクロバブルを作製することができる。そして、当該マイクロバブルを用いれば、第２気体せん断部にて多量のナノバブルを作製することができる。
【００５７】
本発明の水処理装置では、前記第１気体せん断部の隔壁の厚さは、６ｍｍ〜１２ｍｍであることが好ましい。
【００５８】
上記構成によれば、第１気体せん断部の隔壁が厚く形成されているので、第１気体せん断部が振動することがない。つまり、第１気体せん断部の内部にて気体と液体との混合物が旋回しても、それによって第１気体せん断部が振動することがない。したがって、第１気体せん断部の内部で旋回している上記混合物の運動エネルギーが、振動として外部（例えば、外部気体）に伝播して失われることがないので、上記混合物を高速で回転運動させることができる。その結果、上記第１気体せん断部にて、効率よくマイクロバブルを作製することができる。
【００５９】
本発明の水処理装置では、前記気体として、酸素またはオゾンを前記第１気体せん断部に供給するための気体選択手段が備えられていることが好ましい。
【００６０】
上記構成によれば、空気と比較して更に多量のラジカルを発生させることができるので、難分解性化合物を更に強力に酸化分解することができる。そして、その結果、より効果的に難分解性化合物を除去することができる。
【発明の効果】
【００６１】
本発明の水処理装置は、以上のように、原水槽に貯められた被処理水を処理する水処理装置であって、処理水槽と、前記被処理水を前記原水槽から前記処理水槽に移送する被処理水移送手段と、前記処理水槽内にナノバブル含有水を吐出するナノバブル含有水吐出手段と、前記処理水槽内の前記被処理水の水面上に存在する気体を流動させるために、気流を発生させる送風手段と、前記気体中に含まれる、前記処理水槽内において前記被処理水から生じたガスを吸着するための吸着手段と、を備えるものである。
【００６２】
それゆえ、原水槽に貯められた被処理水を処理する水処理装置において、ナノバブルによって多量のラジカルを発生させ、当該ラジカルによって、強力に被処理水中の難分解性化合物を酸化分解することができるという効果を奏する。
【００６３】
また、酸化分解によって生じた分解物はガス化するが、当該ガス化した分解物を効果的に除去することができるので、酸化分解反応の進行が抑制されることを防ぐことができるという効果を奏する。換言すれば、酸化分解反応を促進することができるという効果を奏する。
【００６４】
また、除去された分解物は吸着手段によって回収されるので、分解物が自然界に放出されて環境汚染を生じることを防ぐことができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６５】
〔第１実施形態〕
本発明の一実施形態（第１実施形態）について図１に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【００６６】
本実施の形態の水処理装置は、被処理水が導入される原水槽２と、被処理水を処理する処理部６２とを備えている。処理部６２の下部には、ナノバブルによって難分解性化合物を分解する分解部２０が設けられ、処理部６２の上部には、分解部２０にて分解された後にガス化する分解物を吸着する吸着部２１が設けられている。
【００６７】
原水槽２には、配管１を介して被処理水が導入されている。なお、本実施の形態の水処理装置が処理すべき被処理水は特に限定されないが、例えば、有機フッ素化合物を含有する被処理水であることが好ましい。例えば、工場などから排水される有機フッ素化合物含有水、河川の水、または湖の水などを挙げることができるがこれらに限定されない。また、当該液体に含まれる有機フッ素化合物も特に限定されない。例えば、パーフルオロオクタンスルホン酸、パーフルオロオクタン酸、パーフルオロアルキルスルホン酸、パーフルオロオクタンスルホン酸フルオリド、およびパーフルオロオクタンスルホン酸フルオリド誘導体を挙げることができる。
【００６８】
次に、分解部２０および吸着部２１のそれぞれについて詳しく説明する。
【００６９】
（分解部２０）
上記分解部２０は、難分解性化合物を分解する場である処理水槽６３、およびナノバブル含有水を作製するとともに当該ナノバブル含有水を処理水槽６３内に吐出するナノバブル含有水吐出部６１（ナノバブル含有水吐出手段）を備えている。
【００７０】
本実施の形態の水処理装置では、原水槽２内の被処理水が、ポンプ（被処理水移送手段）３によって、水流１５となって水槽４２内へ導入される。水流１５は、処理水槽６３内を攪拌する。
【００７１】
処理水槽６３には、上述したように被処理水が導入されるとともに、後述するナノバブル含有水吐出部６１によってナノバブル含有水が吐出される。そして、処理水槽６３内においてナノバブルによってラジカルが発生し、当該ラジカルによって被処理水中の難分解性化合物が酸化分解されることになる。例えば、ＰＦＯＳおよびＰＦＯＡなどは安定な物質であることが知られているが、本実施の形態の水処理装置であれば、これらの物質をも酸化分解することができる。そして、本願発明者らは、酸化分解反応によって生じる分解物が、処理水槽６３内の被処理水の水面からガス化して大気中に放出されることを見出した。つまり、図１に示すように、分解物は、ガス３８として水面から放出される。なお、当該ガス３８としては、例えば、ＣＦ３（ＣＦ２）ｎＨ（ｎ＝３、４、５、６）、ＣＦ３（ＣＦ２）ｍＣＯＯＣＨ３（ｍ＝５、６）などを挙げることができる。
【００７２】
処理水槽６３の具体的な構成としては特に限定されず、適宜公知の水槽を用いることが可能である。なお、処理水槽６３の底部には傾斜壁４０が設けられていることが好ましい。上記構成によれば、ナノバブル含有水の吐出圧のみによって、処理水槽６３内の難分解性化合物含有水をより効果的に攪拌することができる。そして、その結果、難分解性化合物の酸化分解反応をより促進することができる。なお、処理水槽６３の底面と傾斜壁４０とがなす角度は特に限定されないが、例えば、３０度〜６０度であることが好ましく、４０度〜５０度であることがより好ましく、４５度であることが最も好ましい。
【００７３】
次いで、ナノバブル含有水吐出部６１について説明する。
【００７４】
上記ナノバブル含有水吐出部６１は、配管４（第１配管）、配管７（第２配管）、配管９、配管１０（第３配管）、電動ニードルバルブ１１（気体量調節手段）、気液混合循環ポンプ５（ポンプ）を有する第１気体せん断部６、第２気体せん断部８、および第３気体せん断部１２を備えている。
【００７５】
上記第１気体せん断部６には配管４および配管１０が接続されている。そして、上記配管４を介して第１気体せん断部６に液体が供給されるとともに、上記配管１０を介して第１気体せん断部６に気体が供給される。そして、上記第１気体せん断部６の中で上記液体と上記気体とが混合およびせん断されて、その結果、マイクロバブル含有水が作製される。
【００７６】
上記第１気体せん断部６に供給される液体としては特に限定されないが、例えば、処理水槽６３内の被処理水を用いることが好ましい。上記構成であれば、本実施の形態の水処理装置を小さく設計することができる。
【００７７】
また、上記第１気体せん断部６に供給される気体としては、特に限定されないが、例えば、空気、オゾンまたは酸素であることが好ましい。また、上記気体は、オゾンまたは酸素であることが更に好ましい。上記構成であれば空気よりも多量のラジカルを発生させることができるので、より効果的に難分解性化合物を酸化分解することができる。なお、この場合には、配管１０の電動ニードルバルブ１１側の末端に、各気体を貯蔵し得るタンク（気体選択手段）を設けることが好ましい。なお、上記タンクの具体的な構成としては特に限定されず、適宜公知のタンクを用いることが可能である。
【００７８】
上記第１気体せん断部６内への液体の供給は、気液混合循環ポンプ５を動作させることによって行われる。また、上記第１気体せん断部６内への気体の供給、および気体の供給量の調節は、電動ニードルバルブ１１の開閉動作によって調節され得る。
【００７９】
上記電動ニードルバルブ１１の開閉動作のタイミングは特に限定されない。例えば、まず上記気液混合循環ポンプ５の運転を開始することによって上記第１気体せん断部６内に液体を導入するとともに当該液体を攪拌させる。その後、上記気液混合循環ポンプ５の出力が最大値に達した時点以降に上記電動ニードルバルブ１１を開いて、これによって上記第１気体せん断部６内に気体を供給することが好ましい。また、上記気液混合循環ポンプ５の運転を開始してから６０秒後以降に上記電動ニードルバルブ１１を開いて、これによって上記第１気体せん断部６内に気体を供給することが、より好ましい。
【００８０】
上記気液混合循環ポンプ５の運転開始時に上記電動ニードルバルブ１１を開くことも可能であるが、この場合、気液混合循環ポンプ５がキャビテーション現象を起し、その結果、気液混合循環ポンプ５が損傷する恐れがある。しかしながら、上記構成であれば、気液混合循環ポンプ５がキャビテーション現象を起すことを防止することができるので、その結果、気液混合循環ポンプ５が破損することを防ぐことができる。
【００８１】
上記電動ニードルバルブ１１を開くことによって上記第１気体せん断部６内に供給される気体の量は特に限定されない。例えば、上記第１気体せん断部６に対して、１．２リットル／分以下にて気体を供給することが好ましい。上記構成であれば、効率よく多量のナノバブル含有水を作製することができる。
【００８２】
図１に示すように、第１気体せん断部６には配管１０を介して気体が供給される。上記配管１０を１気体せん断部６へ接続させる場合、上記第１気体せん断部６上における配管１０の接続位置、および上記第１気体せん断部６に対する配管１０の接続角度等は特に限定されない。
【００８３】
例えば、図７に、横断面の形状が円である場合の第１気体せん断部６の横断面を示す。なお、図７における矢印は、気体と液体との混合物（マイクロバブル含有水）の回転運動（旋回運動）の方向を示している。このとき、図７に示すように、配管１０は上記第１気体せん断部６の側面に接続されるとともに、上記第１気体せん断部６の内側面（換言すれば、第１気体せん断部６の内面に対する接線）に対して略１８度の角度をなすように接続されることが好ましい。換言すれば、配管１０の接続箇所における局所を考えた場合、配管１０は、上記混合物の運動方向に対して１８度の角度をなすように第１気体せん断部６の内側面に接続されることが好ましい。
【００８４】
マイクロバブルを効率的に作製するためには、効率的に気体をせん断する必要がある。このとき、液体を超高速回転させて負圧部を形成し、当該負圧部に気体を導入する。そして、気体と液体との回転速度の差により、効率的に気体をせん断させている。この場合、上記入射角度が１８度であるときが、最も気体のせん断効率が高く、それゆえ、最も多くのマイクロバブルを作製することができる。
【００８５】
次いで、ナノバブル含有水吐出部６１によってナノバブル含有水が作製される工程について更に詳細に説明する。なお、ナノバブル含有水は、大まかに言えば２つの工程（第１気体せん断工程および第２気体せん断工程）を経て製造される。以下に、第１気体せん断工程および第２気体せん断工程について説明する。
【００８６】
＜第１気体せん断工程＞
第１気体せん断工程では、気体と液体とから、マイクロバブル含有水が作製される。
【００８７】
第１気体せん断工程では、上記第１気体せん断部６において、気液混合循環ポンプ５を用いて気体と液体との混合物の圧力が流体力学的に制御されるとともに、負圧部に対して気体が吸入される。なお、「負圧部」とは、気体と液体との混合物の中で周りと比較して圧力が小さな領域を意図する。そして、上記混合物を高速流体運動させて負圧部を形成しながら気体をせん断することによって、微細なマイクロバブルを発生させる。換言すれば、液体と気体とを効果的に自給混合するとともに、圧送する。これによって、より微細なマイクロバブルを含有するマイクロバブル含有水を形成することができる。
【００８８】
上記気液混合循環ポンプ５としては特に限定されないが、揚程４０ｍ以上（４ｋｇ/ｃｍ２の圧力）の高揚程のポンプであることが好ましい。また、気液混合循環ポンプ５としてはトルクが安定している２ポールのポンプを用いることが好ましい。上記構成によれば、第１気体せん断部６内のマイクロバブル含有水に対して所望の圧力を加えることが可能であり、その結果、マイクロバブル含有水に含まれるマイクロバブルをより微細にせん断することができる。
【００８９】
また、気液混合循環ポンプ５では、ポンプの圧力が制御されていることが好ましい。例えば、気液混合循環ポンプ５の回転数が、インバーター等の回転制御部（図示せず）によって制御されていることが好ましい。なお、上記回転制御部は、更にシーケンサー（図示せず）によって制御され得る。上記構成によれば、上記第１気体せん断部６の中のマイクロバブル含有水に対して所望の圧力を加えることが可能となり、その結果、マイクロバブル含有水に含まれるマイクロバブルを所望のサイズに揃えることができる。
【００９０】
上記第１気体せん断部６の材料は特に限定されないが、ステンレス、プラスチック、または樹脂であることが好ましい。上記材料の中では、ステンレスが最も好ましい。上記構成によれば、マイクロバブル含有水中に不純物が混入することを防止することができるとともに、第１気体せん断部６が振動することを防止することができる。
【００９１】
また、上記第１気体せん断部６の厚さ（隔壁の厚さ）は特に限定されないが、６ｍｍ〜１２ｍｍであることが好ましい。一般的に、第１気体せん断部６の厚さが薄ければ、第１気体せん断部６中のマイクロバブル含有水の運動によって、第１気体せん断部６が振動する。つまり、マイクロバブル含有水の運動エネルギーが振動として外部に伝播して失われるので、マイクロバブル含有水の高速流動運動が低下し、その結果、せん断エネルギーが低下する。しかしながら、上記構成によれば、第１気体せん断部６の振動を防ぐことかできるので、効率よくマイクロバブルを作製することができる。
【００９２】
次いで、気液混合循環ポンプ５を有する第１気体せん断部６がマイクロバブルを発生させるメカニズムについて更に詳細に説明する。
【００９３】
まず、上記第１気体せん断部６において、マイクロバブル含有水の構成成分である液体と気体とからなる混相旋回流を発生させる。具体的には、インペラと呼ばれる羽を超高速で回転させて、液体と気体とからなる混相旋回流を発生させる。このとき、第１気体せん断部６の中心部には、高速旋回する気体空洞部が形成される。
【００９４】
次いで、上記気体空洞部を圧力によって竜巻状に細くして、より高速で旋回する回転せん断流を発生させる。このとき、上記気体空洞部に対しては、当該気体空洞部の負圧を利用して、気体を自動的に供給させる。そして、さらにマイクロバブルを切断・粉砕しながら混相旋回流を回転させる。なお、上記切断・粉砕は、第１気体せん断部６の出口内外における気液二相流体の回転速度の差によって生じる。なお、上記回転速度の差は、５００〜６００回転／秒であることが好ましい。
【００９５】
すなわち、第１気体せん断部６において、気液混合循環ポンプ５によってマイクロバブル含有水を高速流体運動させることによって負圧部を形成するとともに、流体力学的にマイクロバブル含有水の圧力を制御することによって上記負圧部に対して気体を供給している。その結果、第１気体せん断部６では、マイクロバブルを発生させることができる。換言すれば、気液混合循環ポンプ５を用いて液体と気体とを効果的に自給混合しながら圧送することによりマイクロバブル含有水を製造することができる。
【００９６】
上記第１気体せん断部６の内腔の横断面の形状は特に限定されないが、楕円形であることが好ましく、真円形であることが最も好ましい。また、上記第１気体せん断部６の内腔表面は、鏡面仕上げによって形成されていることが好ましい。上記構成によれば、第１気体せん断部６の内部表面の摩擦が小さいので、気体と液体との混合物を高速旋回させることができるとともに、気体を効率良くせん断することができる。その結果、多くの微細なマイクロバブルを発生させることができるとともに、最終的に多くのナノバブルを発生させることができる。
【００９７】
また、第１気体せん断部６の内部表面（内腔表面）には、溝が設けられていることが好ましい。また、上記溝の数は特に限定されないが、２本以上設けられていることが好ましい。また、上記溝は、第１気体せん断部６の内部表面上に形成された凹形状を有するものであればよく、その形状は特に限定されない。例えば、上記溝は、深さ略０．３ｍｍ〜０．６ｍｍ、幅略０．８ｍｍ以下であることが好ましい。上記構成によれば、第１気体せん断部６内の液体と気体との混合物の旋回乱流の発生を制御することができるので、多くの微細なマイクロバブルを発生させることができるとともに、最終的に多くのナノバブルを発生させることができる。
【００９８】
また、上記第１気体せん断部６へは、配管４を介して液体が供給され、配管７を介してマイクロバブル含有水が吐出されている。このとき、上記液体を供給する配管（配管４）の内腔の横断面の面積は、マイクロバブル含有水を吐出する配管（配管７）の内腔の横断面の面積よりも大きいことが好ましい。上記構成によれば、マイクロバブル含有水の吐出圧力を高めることができるので、安定的にマイクロバブルを発生させることができる。
【００９９】
＜第２気体せん断工程＞
第２気体せん断工程では、上記第１気体せん断工程にて作製されたマイクロバブル含有水からナノバブル含有水が作製される。更に詳細には、上記第１気体せん断部６によって作製されたマイクロバブル含有水を第２気体せん断部８にて更にせん断して、これによって、ナノバブル含有水を作製している。
【０１００】
なお、必要に応じて第３気体せん断部１２を更に備えることができる。第３気体せん断部１２を備えれば、第２気体せん断部８によって作製されたナノバブルの大きさを更に小さくすることができるとともに、ナノバブルの量を増加させることができる。
【０１０１】
上記気液混合循環ポンプ５によって、マイクロバブル含有水が第１気体せん断部６から第２気体せん断部８へ、さらには第３気体せん断部１２へ圧送される。マイクロバブル含有水が第１気体せん断部６から第２気体せん断部８へ、さらには第３気体せん断部１２へと配管を介して圧送される場合には、マイクロバブル含有水が圧送される方向に向かって、徐々にまたは段階的に配管の直径が小さくなることが好ましい。上記構成によれば、マイクロバブル含有水をより高速で流体運動しながら竜巻状に細くすることができる。換言すれば、より高速で旋回する回転せん断流を発生させることができる。その結果、マイクロバブルからナノバブルを効率よく発生させることができるとともに、ナノバブル含有水中に超高温の極限反応場を形成することができる。
【０１０２】
上記極限反応場が形成されると、ナノバブル含有水が局部的に高温高圧状態となり、当該局所にて不安定なフリーラジカルができるとともに、同時に熱が発生される。フリーラジカルは不対電子を有する原子または分子であって、他の原子または分子から電子を奪い取って安定化しようとする。それゆえ、フリーラジカルを含むナノバブル含有水は、強い酸化力を示すことになる。したがって上記構成によれば、フリーラジカルの作用によって、有機物などを酸化分解することができる。
【０１０３】
また、第２気体せん断部８および第３気体せん断部１２は、ステンレス、プラスチック、または樹脂によって形成されていることが好ましい。
【０１０４】
また、第２気体せん断部８および第３気体せん断部１２の内腔の横断面の形状は、楕円形であることが好ましく、真円形であることが最も好ましい。上記構成によれば、第２気体せん断部８および第３気体せん断部１２の内部表面の抵抗（摩擦）が小さいので、マイクロバブル含有水を高速旋回させることができるとともに、マイクロバブル含有水を効率良くせん断することができ、その結果、多くのナノバブルを発生させることができる。
【０１０５】
また、第２気体せん断部８および第３気体せん断部１２には、小孔が開いていることが好ましい。上記小孔の開口の直径は特に限定されないが、４ｍｍ〜９ｍｍであることが好ましい。上記構成によれば、上記第２気体せん断部８および第３気体せん断部１２の内部におけるバブル含有水の旋回運動を制御することができる。つまり、上記構成によれば、上記第２気体せん断部８および第３気体せん断部１２の内部の旋回乱流の発生を制御することができる。その結果、第２気体せん断部８および第３気体せん断部１２によって、安定にナノバブルを発生させることができる。なお、上記小孔の具体的なサイズは、ポンプの吸引最大値、モーター出力値、およびポンプ吐出圧力値によって決定することも可能である。
【０１０６】
上述した気液混合循環ポンプ５、第１気体せん断部６、第２気体せん断部８および第３気体せん断部１２などの具体的な構成としては特に限定しないが、例えば市販のものを用いることが可能である。例えば、株式会社  協和機設社製のバビダスＨＹＫ型を用いることが可能であるが、これに限定されない。
【０１０７】
以上のようにして作製されたナノバブル含有水は水流１３となって、処理水槽６３内に吐出されることになる。そして、処理水槽６３内では難分解性化合物の酸化分解反応が進行する。そして、当該反応によって生じる分解物はガス化して後述する吸着部２１内へと拡散するとともに、当該吸着部２１内で吸着・除去されることになる。以下に、吸着部２１について説明する。
【０１０８】
（吸着部２１）
上記吸着部２１は、大まかに言えば、処理水槽６３内の被処理水の水面上に存在する気体を流動させるために気流を発生させる送風部１７（送風手段）、および被処理水中の難分解性化合物の分解物であるガス３８を吸着するための吸着部３２・３３・３４（吸着手段）を備えている。以下に、各構成について更に詳細に説明する。
【０１０９】
上記送風部１７は、被処理水の水面２５近傍に存在する大気を流動させ得るものであればよく、その具体的な構成は特に限定されない。例えば、送風部１７としては、市販の送風機を用いることが可能であるが、これに限定されない。処理水槽６３内の被処理水の水面２５近傍の気相が、蒸気にて飽和している状態に近ければ、被処理水中の難分解性化合物（例えば、ＰＦＯＳ、またはＰＦＯＡなど）は、たとえナノバブルが存在していても酸化分解され難い。しかしながら、上記構成であれば、水面２５近傍の気体を流動化させることができるので、酸化分解反応が抑制されることを防止することができる。
【０１１０】
上記吸着部３２・３３・３４は分解物を吸着できるものであればよく、その具体的な構成は特に限定されない。例えば、上記吸着部３２・３３・３４としては、活性炭、キレート樹脂、イオン交換樹脂またはゼオライトを用いることが好ましい。なお、上記吸着部３２・３３・３４として活性炭を用いる場合には、例えば、「クラレコール（登録商標）」（クラレケミカル株式会社製）を用いることが好ましい。また、図１では、３段の吸着部を用いているが、吸着部の数はこれに限定されない。吸着部の数は１つであってもよいし、複数であってもよい。換言すれば、複数の吸着層を形成するように吸着部を設けることも可能である。なお、ここでいう吸着層とは複数の吸着部の集団によってなる吸着性を有する層を意図する。なお、分解物をより確実に吸着することを考慮すれば、吸着部は複数設けられていることが好ましい。
【０１１１】
処理水槽６３内の被処理水の上には、当該被処理水の水面２５上を蓋うとともに、当該水面２５との間に空間を形成するように蓋６４が設けられていることが好ましい。そして、さらに当該蓋６４には、送風部１７によって発生した気流を上記空間内に導入するための導入口７０と、空間内の気流を空間外に放出するための放出口３５とが設けられていることが好ましい。上記構成によれば、上記空間内の気流の方向を一定にできるので、より効果的に被処理水の水面２５上に存在する気体を流動させることができる。
【０１１２】
上記導入口７０を設ける位置は特に限定されないが、例えば、蓋６４の側面であって、かつ、水槽４２内の被処理水の水面２５近くであることが好ましい。また、設けられる導入口７０の数も特に限定されず、１つであっても複数であってもよい。また、送風部１７によって発生した気流を被処理水に向かって送り込む具体的な方法および構成は特に限定されない。例えば、図１に示すように、吸気口１６を送風部１７に連結するとともに、当該送風部１７から蓋６４の側面に形成された導入口７０に向かって配管１８を伸ばせばよい。また、配管１８の設計の自由度を上げることを考慮して、フランジ１９を設けてもよい。これによって、蓋６４内の空間に、気流３９を容易に導入することができる。
【０１１３】
上記放出口３５を設ける位置は特に限定されないが、例えば、蓋６４の頂であることが好ましい。上記構成によれば、上記空間内の気流の方向を容易に制御することができる。また、設けられる放出口３５の数も特に限定されず、１つであっても複数であってもよい。
【０１１４】
本実施の形態の水処理装置では、上記吸着部３２・３３・３４は、上記蓋６４内の空間内に設けられることが好ましい。また、このとき、図１に示すように、導入口７０から放出口３５に至る気流の経路上には、吸着部が複数設けられていることが好ましい（例えば、吸着部３２、３３および３４参照）。つまり、導入口７０から放出口３５に向かって、複数の吸着層を形成するように、複数の吸着部が設けられていることが好ましい。上記構成によれば、分解物をより効率的に吸着することができるとともに、分解物が自然界に放出されることを防止することができる。
【０１１５】
例えば、図１では、蓋６４内の空間に下から順に、支持台２６、支持台２７および支持台２８が設けられており、各支持台上には、それぞれ、収容部２９、収容部３０および収容部３１が備えられている。そして、収容部２９、収容部３０および収容部３１には、それぞれ、吸着部３２、吸着部３３および吸着部３４が備えられている。
【０１１６】
支持台２６・２７・２８は各収容部を支持できる形状のものであればよく、具体的な構成は特に限定されないが、孔が設けられたものであることが好ましい。上記構成であれば、気流の流れを妨げることがないので、吸着部３２・３３・３４とガス３８とが効率よく接触することができる。そして、その結果、分解物をより効果的に吸着することができる。
【０１１７】
収容部２９・３０・３１は各吸着部を収容できる形状のものであればよく、具体的な構成は特に限定されないが、孔が設けられたものであることが好ましい。上記構成であれば、気流の流れを妨げることがないので、吸着部３２・３３・３４とガス３８とが効率よく接触することができる。そして、その結果、分解物をより効果的に吸着することができる。
【０１１８】
なお、本実施の形態の水処理装置では、蓋６４には取出口２２、取出口２３および取出口２４が備えられていることが好ましい。なお、上記取出口２２、取出口２３および取出口２４の具体的な構成は特に限定されないが、例えば、蓋６４の側面から、収容部を担持した状態で支持台を引き出すことができる構成であることが好ましい。上記構成によれば、各支持台を収容部とともに蓋６４の外に取り出すことができる。そして、その結果、容易に吸着部３２・３３・３４を交換することができる。
【０１１９】
以上のようにして分解物が除去された気体は、処理気体３８として、放出口３５を介して吸着部２１から外へ放出される。また、分解物が除去された後の処理水槽６３内の被処理水は、配管３６を介して分解部２０から水槽３７へと移送されたのち、処理（済）水として外へ放出される。
【０１２０】
〔第２実施形態〕
本発明の他の実施形態（第２実施形態）について図２に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【０１２１】
本実施の形態の水処理装置では、第１実施形態の水処理装置における水槽３７に移送ポンプ６４が設置され、被処理水を急速ろ過塔４３、続いて活性炭吸着塔４４にさらに導入して高度処理をしている。この点のみが、第１実施形態の水処理装置と異なっている。第１実施形態の水処理装置と同じ部分については、同じ符号を付けて詳細説明を省略する。第１実施形態の水処理装置と異なる部分のみ以下に説明する。
【０１２２】
本実施の形態の水処理装置では、被処理水を処理部６２で処理後、急速ろ過塔４３において、被処理水中の浮遊物質を除去し、活性炭吸着塔４４において、被処理水中の微量に残存している有機フッ素化合物を吸着処理している。これにより、被処理中の有機フッ素化合物を高度に処理することができる。なお、活性炭吸着塔４４から放出された被処理水は、水槽４５へと移送されたのち、処理（済）水として外へ放出される。
【０１２３】
〔第３実施形態〕
本発明の他の実施形態（第３実施形態）について図３に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【０１２４】
本実施の形態の水処理装置では、第２実施形態の水処理装置における活性炭吸着塔４４の代わりに、イオン交換樹脂塔４６が備えられている。この点のみが、第２実施形態の水処理装置と異なっている。第２実施形態の水処理装置と同じ部分については、同じ符号を付けて詳細説明を省略する。第２実施形態の水処理装置と異なる部分のみ以下に説明する。
【０１２５】
本実施の形態の水処理装置では、被処理水を処理部６２および急速ろ過塔４３において処理した後、イオン交換樹脂塔４６において、イオンとなっている有機フッ素化合物を選択的にイオン交換して、処理することができる。これにより、被処理中の有機フッ素化合物を高度に処理することができる。イオン交換樹脂塔４６は、イオン化している有機フッ素化合物を容易に処理することができる。例えば、パーフルオロオクタンスルホン酸は液相中において溶解してイオンとなっており、本実施の形態の水処理装置によって容易に処理することができる。ただし、活性炭のコストとイオン交換樹脂のコストを比較すると、イオン交換樹脂の方が高いため、処理するべき有機フッ素化合物を充分に検討して、採用するかどうかを決定するべきである。なお、イオン交換樹脂塔４６から放出された被処理水は、水槽４５へと移送されたのち、処理（済）水として外へ放出される。
【０１２６】
〔第４実施形態〕
本発明の他の実施形態（第４実施形態）について図４に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【０１２７】
本実施の形態の水処理装置では、第１実施形態の水処理装置における水槽３７の代わりに、ポリビニルアルコール槽４７が備えられている。この点のみが、第１実施形態の水処理装置と異なっている。第１実施形態の水処理装置と同じ部分については、同じ符号を付けて詳細説明を省略する。第１実施形態の水処理装置と異なる部分のみ以下に説明する。
【０１２８】
本実施の形態の水処理装置では、処理部６２において処理された被処理水が、さらにポリビニルアルコール槽４７において生物学的に処理されて、処理（済）水として外へ放出される。
【０１２９】
ポリビニルアルコール槽４７は、充填材としてポリビニルアルコール担体４８が充填されていると同時に、ポリビニルアルコール槽４７内を空気撹拌する為に、曝気設備（曝気手段）が設置されている。さらに、ポリビニルアルコール槽４７内の撹拌を円滑に進行させる目的で、傾斜壁５３がポリビニルアルコール槽４７内片面の下部に設置されている。
【０１３０】
曝気設備は、ブロワー５２と、曝気空気をポリビニルアルコール槽４７内に吐出する散気管５０と、ブロワー５２と散気管５０とを結ぶ空気配管５１とから構成される。ポリビニルアルコール槽４７内に吐出された曝気空気により、ポリビニルアルコール槽４７内に、水流４９が生じて空気攪拌される。充填材としてのポリビニルアルコール担体４８が空気攪拌されることにより、ポリビニルアルコール担体４８上に微生物が繁殖および固定化されて、被処理水中の有機物を微生物学的に分解処理する。なお、ポリビニルアルコール担体４８としては、例えば、株式会社クラレの商品名クラゲールを用いることができる。
【０１３１】
また、処理水槽６３においてナノバブル発生機６１が吐出したナノバブルは長く被処理水中に存続する。そのため、ポリビニルアルコール槽４７内の被処理水中にもナノバブルが含まれ、さらに被処理水中の有機フッ素化合物を酸化分解する。その結果、処理（済）水の水質を、第１実施形態の水処理装置よりも向上させることができる。
【０１３２】
〔第５実施形態〕
本発明の他の実施形態（第５実施形態）について図５に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【０１３３】
本実施の形態の水処理装置では、第４実施形態の水処理装置におけるポリビニルアルコール槽４７から被処理水が水槽５５に移送された後、水槽５５に設置された移送ポンプ５６によって、水配管５７を介して、被処理水が急速ろ過塔５８、続いて活性炭吸着塔５９にさらに導入されて高度処理がなされて処理（済）水となる。この点のみが、第４実施形態の水処理装置と異なっている。第４実施形態の水処理装置と同じ部分については、同じ符号を付けて詳細説明を省略する。第４実施形態の水処理装置と異なる部分のみ以下に説明する。
【０１３４】
第４実施形態の水処理装置では、ポリビニルアルコール槽４７が最終処理槽であったが、本実施の形態の水処理装置では、さらに水槽５５、急速ろ過塔５８、活性炭吸着塔５９が設置されており、処理がなされる。すなわち、ポリビニルアルコール槽４７で被処理水を生物学的に処理した後、水槽５５に被処理水を導入して、移送ポンプ５６で水配管５７を経由して急速ろ過塔５８に被処理水を圧送して、被処理水中の浮遊物質を急速ろ過塔５８で確実に徐去することができる。そして、被処理水中の浮遊物質が完全に除去された被処理水は、最終的に活性炭吸着塔５９に導入されて、微量に残存している有機フッ素化合物を吸着処理することができる。
【０１３５】
処理部６２、ポリビニルアルコール槽４７、急速ろ過塔５８および活性炭吸着塔５９における処理の組み合わせにより、活性炭の破過までの時間を長くすることができると同時に、被処理水中の有機フッ素化合物を経済的に処理することができる。
【０１３６】
〔第６実施形態〕
本発明の他の実施形態（第６実施形態）について図６に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【０１３７】
本実施の形態の水処理装置では、第５実施形態の水処理装置における活性炭吸着塔５９の代わりに、イオン交換樹脂塔６０が備えられている。この点のみが、第５実施形態の水処理装置と異なっている。第５実施形態の水処理装置と同じ部分については、同じ符号を付けて詳細説明を省略する。第５実施形態の水処理装置と異なる部分のみ以下に説明する。
【０１３８】
本実施の形態の水処理装置では、被処理水を処理部６２、ポリビニルアルコール槽４７、および急速ろ過塔５８において処理した後、イオン交換樹脂塔６０において、イオンとなっている有機フッ素化合物を選択的にイオン交換して、処理することができる。これにより、被処理中の有機フッ素化合物を高度に処理することができる。イオン交換樹脂塔６０は、イオン化している有機フッ素化合物を容易に処理することができる。例えば、パーフルオロオクタンスルホン酸は液相中において溶解してイオンとなっており、本実施の形態の水処理装置によって容易に処理することができる。ただし、活性炭のコストとイオン交換樹脂のコストを比較すると、イオン交換樹脂の方が高いため、処理するべき有機フッ素化合物を充分に検討して、採用するかどうかを決定するべきである。なお、被処理水は、イオン交換樹脂塔６０から処理（済）水として外へ放出される。
【実施例】
【０１３９】
〔実施例１〕
図１に基づいて、回分式の水処理装置を作製した。なお、「回分式」とは、連続して水処理を行うのではなく、単位水量ごとに水処理を行うことを意図する。
【０１４０】
このとき、原水槽２の容量を略０．３ｍ３、処理水槽６３の容量を略１ｍ３、蓋６４内の空間の体積を略１．５ｍ３とした。また、ナノバブル含有水吐出部６１としては、３．７ｋｗの気液混合循環ポンプ５を有するもの（株式会社協和機設製のＨＹＫ型）を用いた。
【０１４１】
蓋６４内の空間に新鮮な空気を常時供給するために、送風部１７としてファン（テラル株式会社製のシロッコファンＣＬＦ５−ＲＳ型０．７５ｋｗ）を用いた。
【０１４２】
なお、本実施例では、活性炭を用いた場合と活性炭を用いない場合との両方の構成について検討した。
【０１４３】
処理水槽６３内に導入する流入水としては工業用水を用い、処理水槽６３内に導入した後に、上記工業用水に対してＰＦＯＳを添加した。これによって、処理前の上記工業用水におけるＰＦＯＳ濃度を、約４０００ｐｐｂに調節した。つまり、この場合、合計４ｇのＰＦＯＳを、１ｍ３の上記工業用水に対して添加した。
【０１４４】
なお、本実施例の難分解性化合物除去装置では、ＰＦＯＳを含有する工業用水と空気とを用いてナノバブル含有水を作製した。
【０１４５】
処理を開始する前と、処理を開始してから６日後とで、各種データを比較した。つまり、工業用水中に存在するＰＦＯＳの濃度、および放出口３５から放出される気体中に存在するＰＦＯＳの濃度を測定した。
【０１４６】
なお、工業用水中に存在するＰＦＯＳの濃度は、ＬＣ／ＭＳ／ＭＳ（液体クロマトグラフ−タンデム型質量分析計）によって測定した。また、気体中に存在するＰＦＯＳの濃度は、ＧＣ−ＭＳ（ガスクロマトグラフ質量分析計）によって測定した。また、分解物の高度分析および定性試験は、ＧＣ−ＭＳ（ガスクロマトグラフィー質量分析）によって行った。
【０１４７】
その結果を表１〜表３に示す。なお、表１は、工業用水中に存在するＰＦＯＳの濃度を示しており、表２は、活性炭を用いない場合の、気体中に存在するＰＦＯＳの濃度を示しており、表３は、活性炭を用いた場合の、気体中に存在するＰＦＯＳの濃度を示している。
【０１４８】
【表１】
2010029764.tif 000003
【０１４９】
【表２】
2010029764.tif 000004
【０１５０】
【表３】
2010029764.tif 000005
【０１５１】
表１〜表３から、以下のａ）〜ｅ）が明らかになった。
【０１５２】
ａ）液相中のＰＦＯＳの濃度と総フッ素量（液相中のフッ素分子の量）とは、処理を開始してから６日後には減少している。つまり、ＰＦＯＳの分解反応が進んでいることが明らかになった。
【０１５３】
ｂ）遊離硫酸イオンは、ＰＦＯＳの分解物として検出されるものであるから、このことからも、ＰＦＯＳの分解反応が進んでいることが明らかになった。
【０１５４】
ｃ）ＰＦＯＳが分解されて、気相中から分解物ＣＦ３（ＣＦ２）３Ｈ、ＣＦ３（ＣＦ２）４Ｈなどが多数検出された。このことからも、ＰＦＯＳの分解反応が進んでいることが明らかになった。
【０１５５】
ｄ）ＰＦＯＳは、気相中からは高濃度にては検出されていないので、ＰＦＯＳが単に霧状（ミスト）になって飛散しているわけではないことが明らかになった。
【０１５６】
ｅ）活性炭を用いた場合には、気相中から分解物ＣＦ３（ＣＦ２）３Ｈ、ＣＦ３（ＣＦ２）４Ｈなどが検出されていないので、分解物は活性炭に吸着されたことが明らかになった。
【０１５７】
なお、実施例１の対照として送風部１７を設けない難分解性化合物除去装置を作製した。なお、当該難分解性化合物除去装置は、送風部１７および活性炭を設けない以外は実施例１と同じ構成であるので、その詳細な説明は省略する。
【０１５８】
【表４】
2010029764.tif 000006
【０１５９】
表４から明らかなように、送風部１７および活性炭を設けない構成では、難分解性化合物の酸化分解反応が抑制されることが明らかになった。
【０１６０】
〔実施例２〕
図１に基づいて、回分式の水処理装置を作製した。
【０１６１】
このとき、原水槽２の容量を略０．３ｍ３、処理水槽６３の容量を略１ｍ３、蓋６４内の空間の体積を略１．５ｍ３とした。また、ナノバブル含有水吐出部６１としては、３．７ｋｗの気液混合循環ポンプ５を有するもの（株式会社協和機設製のＨＹＫ型）を用いた。
【０１６２】
蓋６４内の空間に新鮮な空気を常時供給するために、送風部１７としてファン（テラル株式会社製のシロッコファンＣＬＦ５−ＲＳ型０．７５ｋｗ）を用いた。
【０１６３】
なお、本実施例では、活性炭を用いた場合の構成について検討した。
【０１６４】
処理水槽６３内に導入する流入水としては工業用水を用い、処理水槽６３内に導入した後に、上記工業用水に対してアンモニア水を添加した。これによって、処理前の上記工業用水におけるアンモニア濃度を、容量１ｍ３の水槽４２において、６２３０ｐｐｂに調節した。
【０１６５】
なお、本実施例の難分解性化合物除去装置では、空気と上記工業用水とを用いてナノバブル含有水を作製した。
【０１６６】
処理を開始する前と、処理を開始してから６日後とで、各種データを比較した。つまり、工業用水中に存在するアンモニアの濃度、および放出口３５から放出される気体中に存在するアンモニアの濃度を測定した。
【０１６７】
なお、工業用水中のアンモニア、硝酸イオン、亜硝酸の濃度は、アンモニア電極方式によって測定した。また、気体中に存在するアンモニアの濃度は、光音響型高感度アンモニアガス濃度計によって測定した。また、分解物の高度分析および定性試験は、ＧＣ−ＭＳ（ガスクロマトグラフィー質量分析）によって行った。
【０１６８】
その結果を表５および表６に示す。なお、表５は、工業用水中に存在するアンモニアの濃度を示しており、表６は、活性炭を用いた場合の、気体中に存在するアンモニアの濃度を示している。
【０１６９】
【表５】
2010029764.tif 000007
【０１７０】
【表６】
2010029764.tif 000008
【０１７１】
表５および表６から、以下のｆ）〜ｈ）が明らかになった。
【０１７２】
ｆ）本実施例の難分解性化合物除去装置においても、アンモニアが酸化されてその濃度が低下するとともに、アンモニアが酸化されて生じる硝酸イオンおよび亜硝酸の濃度が上昇していることが明らかになった。
【０１７３】
ｇ）アンモニアは、気相中からは高濃度にては検出されていないので、アンモニアが単に霧状（ミスト）になって飛散しているわけではないことが明らかになった。
【０１７４】
ｈ）気相中の微量アンモニアは、活性炭に吸着されたことが明らかになった。
【０１７５】
〔実施例３〕
上記実施例１および実施例２においては、空気を用いてナノバブルを作製したが、本実施例では、酸素またはオゾンを用いてナノバブルを作製し、難分解性化合物の除去効果を確認した。
【０１７６】
なお、酸素またはオゾンを用いた以外は基本的に実施例１と同じであるので、その詳細な説明は省略する。酸素からなるナノバブルを作製する場合には、気液混合循環ポンプ５に酸素を供給した、また、オゾンからなるナノバブルを作製する場合には、気液混合循環ポンプ５にオゾンを供給した。
【０１７７】
オゾンを用いた場合の結果を表７に示し、酸素を用いた場合の結果を表８に示す。
【０１７８】
【表７】
2010029764.tif 000009
【０１７９】
【表８】
2010029764.tif 000010
【０１８０】
表７および表８からも明らかなように、酸素を用いた場合にもオゾンを用いた場合にも、共に、効果的に難分解性化合物を除去できていることが明らかになった。
【０１８１】
なお本発明は、以上説示した各構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態や実施例にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態や実施例についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１８２】
本発明は、工業用水、農業用水、生活用水等の用水処理装置および工業排水、農業排水、生活排水等の排水処理装置を製造する分野に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１８３】
【図１】本発明における水処理装置の実施の一形態（第１実施形態）を示す模式図である。
【図２】本発明における水処理装置の実施の一形態（第２実施形態）を示す模式図である。
【図３】本発明における水処理装置の実施の一形態（第３実施形態）を示す模式図である。
【図４】本発明における水処理装置の実施の一形態（第４実施形態）を示す模式図である。
【図５】本発明における水処理装置の実施の一形態（第５実施形態）を示す模式図である。
【図６】本発明における水処理装置の実施の一形態（第６実施形態）を示す模式図である。
【図７】本発明における水処理装置における、第１気体せん断部と配管との接続を示す模式図である。
【符号の説明】
【０１８４】
１・９・１８・３６  配管
２  原水槽
３  ポンプ
４  配管（第１配管）
５  気液混合循環ポンプ（ポンプ）
６  第１気体せん断部
７  配管（第２配管）
８  第２気体せん断部
１０  配管（第３配管）
１１  電動ニードルバルブ（気体量調節手段）
１２  第３気体せん断部
１３・１５  水流
１６  吸気口
１７  送風部（送風手段）
１９  フランジ
２０  分解部
２１  吸着部
２２・２３・２４  取出口
２５  水面
２６・２７・２８  支持台
２９・３０・３１  収容部
３２・３３・３４  吸着部
３５  放出口
３７・５５  水槽
３８  ガス
３９  気流
４０  傾斜壁
４１・５６  移送ポンプ
４２・５４・５７  水配管
４３・５８  急性ろ過塔
４４・５９  活性炭吸着塔
４６・６０  イオン交換樹脂塔
４７  ポリビニルアルコール槽
４８  ポリビニルアルコール担体
４９  水流
５０  散気管
５１  空気配管
５２  ブロワー
５３  傾斜壁
６１  ナノバブル含有水吐出部（ナノバブル含有水吐出手段）
６２  分離部
６３  処理水槽
６４  蓋
７０  導入口
【図１】
2010029764.tif 000011
【図２】
2010029764.tif 000012
【図３】
2010029764.tif 000013
【図４】
2010029764.tif 000014
【図５】
2010029764.tif 000015
【図６】
2010029764.tif 000016
【図７】
2010029764.tif 000017