(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内管上部から流入する被処理水にオゾン化ガスを吹き込み、該被処理水を該オゾン化ガスとともに該内管内を降下させた後、該内管とそれを囲う外管との空間内を上昇させる過程で、該被処理水中の除去対象物質をオゾンと反応させて除去するとともに、該被処理水を該外管の上部を囲むように設けられた越流槽へ越流させた後、該越流槽に設けられた処理水流出管より流出させるオゾン接触反応槽において、
該被処理水を該外管の上部から越流槽へ越流される過程で、該越流槽に越流する該被処理水へ紫外線、放射線あるいはレーザ光の何れか一つを照射する照射装置を該越流槽内に備えることを特徴とするオゾン接触反応槽。
【請求項２】
請求項１に記載のオゾン接触反応槽において、
該被処理水を該外管の上部から越流槽へ越流させる過程で、越流する該被処理水が外管の外壁面を薄層状で流れ落ちるように、該越流槽に囲まれた部分の外管の外壁に、該被処理水が越流する上端より末広がり状もしくは末しぼまり状に傾斜を与えたことを特徴とするオゾン接触反応槽。
【請求項３】
請求項１または２に記載のオゾン接触反応槽において、
該越流槽に囲まれた部分の外管の外壁表面に、酸化チタン、酸化亜鉛、三酸化タングステン、ニッケル塩およびコバルト塩の少なくとも一種、または一種以上の材質からなる触媒を被覆したことを特徴とするオゾン接触反応槽。
【請求項４】
請求項１、２または３に記載のオゾン接触反応槽において、該越流槽に設けられた照射装置から照射される紫外線、放射線もしくはレーザ光の照射面積を拡大するために、該越流槽に囲まれた外管の上端から該外管の外壁表面に沿って薄層状で越流する流水に落差を与えたことを特徴とするオゾン接触反応槽。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、浄水処理、排水処理、産業排水処理等の水処理に用いられるオゾン接触反応槽に関し、詳しくは、処理対象水にオゾンを溶解させて、オゾンと難反応物質等の除去対象物質との酸化反応処理を行う二重管型のオゾン接触反応槽に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５は、従来の二重管型オゾン接触反応槽であり、例えば、米国特許番号４５７２８２１に記載されている。同図において、１は被処理水、２は被処理水流入管、３はオゾン化ガス、４はオゾン化ガス吹き込み管、５は被処理水流入管２の先端部分である内管、６は内管５を覆う外管、７はオゾン化ガスによって酸化処理された処理水、８は処理水流出管、９は酸化反応によって排出される排ガス、１０は排ガス取り出し管、１１は外管５の上端から越流するオゾンによる酸化処理水を受ける越流槽である。
【０００３】
この二重管型オゾン接触反応槽は、主に垂直円筒型で有底の外管６と、外管６内に挿入され、その底部を開口した垂直円筒型の内管５とで構成され、内管５内と、内管５と外管６との間の空間がオゾン接触反応槽となっている。オゾン化ガス吹き込み管４から吹き込まれるオゾン化ガス３は、オゾン発生装置から送り込まれる。オゾン化ガス３は、内管５の上部に設けたオゾン化ガス吹き込み管４を介して、自然流下あるいはポンプ等によって、被処理水流入管２から送られる被処理水１中に吹き込まれる。被処理水１はオゾン化ガス３とともに気液二相流となって内管５内を下降し、この間にオゾンが被処理水１に高効率で溶解する。そして、被処理水１と溶解しきれなかったオゾン化ガス３は内管５の下端開口部を経由して内管５と外管６の間にある空間内を上昇する。こうして、内管５内および内管５と外管６の間にある空間を通過する間に、溶解したオゾンによって有機物を中心とする除去対象物質が酸化分解されて除去される。被処理水１は外管１の上部から越流槽１１へ越流させた後、越流槽１１に設けられた処理水流出管８より槽外に流出する。また、越流槽１１内の排ガス９は排ガス取り出し管１０を経由して排気されている。
【０００４】
また、オゾン接触反応槽は、水中に溶解したオゾンと除去対象物質との反応に要する時間を確保するために、その内容積は必要な滞留時間が得られるように構成されている。従って、除去対象物質が難反応物質である場合は、反応に要する長い停滞時間を必要とするので、大きな内容積の接触槽が形成される。
【０００５】
また、このような二重管型オゾン接触反応槽は、施工上の簡便性や前後のプロセスの水位高低上のバランスをとるために、通常円形断面形状であり、その大部分が地中に埋設されている。
【０００６】
一般的に被処理水中の溶解性有機物等の除去対象物とオゾンとの反応は、▲１▼オゾンによる直接反応と、▲２▼オゾンが分解して生成したＯＨラジカル（水酸基，−ＯＨ）による間接反応との２つに分類される。ＯＨラジカルは、オゾン分子より酸化還元電位が高く、オゾンによる直接反応では処理できない難分解性の除去対象物質を酸化することが可能である。そこで、ＯＨラジカルの生成を促進してオゾンによる酸化力を強めるために補助的な手段を備えるオゾン接触反応槽が、例えば特開平５−２２８４９６号公報等に開示されている。このオゾン接触反応槽は、被処理水に紫外線を照射しながらオゾンによる酸化反応（オゾン反応）を行ったり、触媒と接触させながらオゾン反応を行ったり、あるいは過酸化水素を注入しながらオゾン反応を行ったりする、いわゆる促進オゾン反応処理法である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図５の二重管型のオゾン接触反応槽では、処理水中の除去対象物質を除去する際の大部分がオゾンによる直接反応によって行われている。そのために、除去対象物が難分解性物質である場合には、酸化処理時間を長く設定するために、被処理水の滞留時間を長くする必要があるので、オゾン接触反応槽が大型化し、敷地面積や建設費の増大を招く欠点がある。
【０００８】
一方、ＯＨラジカルの生成を促してオゾンの酸化力を強める促進酸化処理方法では、以下のような問題があった。先ず、紫外線とオゾンを併用する場合は、照射した紫外線が被処理水の深さ（厚み）に比例して被処理水に吸収される。従って、ＯＨラジカルの生成に寄与する紫外線は全照射量の極一部となり、ＯＨラジカルの生成効率が悪いという欠点があった。
【０００９】
また、触媒とオゾンを併用する場合には、ＯＨラジカルの生成効率が低く、触媒とオゾンを含む被処理水との接触時間を長くする必要性から装置溶積が大きくなるという問題があった。さらにまた、紫外線と触媒とオゾンとを併用して光触媒反応により、ＯＨラジカルを生成する場合には、照射した紫外線の大半が被処理水に吸収されてしまうために、ＯＨラジカルの生成効率が悪く、経済的でなく、装置容積が大きくなる欠点があった。
【００１０】
また、過酸化水素とオゾンとを併用する場合は、注入する過酸化水素の費用がかさむという欠点と、国内の浄水処理では、安全性の面から現在過酸化水素の使用が認可されていない問題があるために、浄水処理における酸化処理が効果的に成し得ない欠点がある。
【００１１】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、放射線、紫外線およびレーザ光等の光触媒反応を用いたオゾン接触反応槽を提供することを目的とするものである。
さらに、本発明は、オゾン接触反応槽を小型化することができるとともに、オゾン接触反応を促進させることができるオゾン接触反応槽を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を達成するためになされたものであり、請求項１の発明は、内管上部から流入する被処理水にオゾン化ガスを吹き込み、該被処理水を該オゾン化ガスとともに該内管内を降下させた後、該内管とそれを囲う外管との空間内を上昇させる過程で、前記被処理水中の除去対象物質をオゾンと反応させて除去するとともに、該被処理水を該外管の上部を囲むように設けられた越流槽へ越流させた後、該越流槽に設けられた処理水流出管より流出させるオゾン接触反応槽において、
該被処理水を該外管の上部から越流槽へ越流される過程で、該越流槽に越流する該被処理水へ紫外線、放射線あるいはレーザ光の何れか一つを照射する照射装置を該越流槽内に備えることを特徴とするオゾン接触反応槽である。この発明では、外管上端から越流する被処理水が薄層状に流れ落ちる際に、紫外線、放射線あるいはレーザ光を照射することで、被処理水による光の吸収が低減して、照射された光がＯＨラジカルの生成に有効に寄与する。生成されたＯＨラジカルは、被処理水中に溶解したオゾンで除去できなかった難反応物質と反応して、これを酸化反応による分解除去することができる。
【００１３】
また、請求項２の発明は、請求項１に記載のオゾン接触反応槽において、
該被処理水を該外管の上部から越流槽へ越流させる過程で、越流する該被処理水が外管の外壁面を薄層状に流れ落ちるように、該越流槽に囲まれた部分の外管の外壁に、該被処理水が越流する上端より末広がり状もしくは末しぼまり状に傾斜を与えたことを特徴とするオゾン接触反応槽である。この発明では、このような形状とすることで、外管の上端から越流槽に流れ落ちる被処理水は外壁表面を流れる流水を、より確実に薄層状とすることができるので、紫外線を照射した際の被処理水による紫外線の吸収量が低減し、紫外線によるＯＨラジカルが効率よく生成される。
【００１４】
また、請求項３の発明は、請求項１または２に記載のオゾン接触反応槽において、
該越流槽に囲まれた部分の外管の外壁表面に、酸化チタン、酸化亜鉛、三酸化タングステン、ニッケル塩およびコバルト塩の少なくとも一種、または一種以上の材質からなる触媒を被覆したことを特徴とするオゾン接触反応槽である。この発明では、光触媒反応を利用したＯＨラジカルの生成が可能となる。被処理水への光の吸収量を低下させることができ、触媒表面に到達する光量が大きくなり、光触媒反応によるＯＨラジカルの生成量が増大してＯＨラジカルによる酸化反応による除去処理が高効率で行われる。
【００１５】
また、請求項４の発明は、請求項１、２または３に記載のオゾン接触反応槽において、
該越流槽に設けられた照射装置から照射される紫外線、放射線もしくはレーザ光の照射面積を拡大するために、該越流槽に囲まれた外管の上端から該外管の外壁表面に沿って薄層状で越流する流水に落差を与えたことを特徴とするオゾン接触反応槽である。この発明では、光触媒反応によるＯＨラジカルの生成が効率よく成し得るので、難反応物質の除去性能が一層改善される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るオゾン接触反応槽の実施形態について、図面を参照して説明する。図１〜図４は、本実施形態の概略を示す断面図であり、同一部分には同一符号が付与されている。
【００１７】
（実施形態１）
図１は、本発明に係るオゾン接触反応槽の一実施形態を示している。同図において、１は被処理水、２は被処理水流入管、３はオゾン化ガス、４はオゾン化ガス吹き込み管、５は被処理水流入管２の先端部分である内管、６は内管５を覆う外管、７は処理水、８は処理水流出管、９は排ガス、１０は排ガス取り出し管、１１ａは外管６の被処理水が越流する上部を囲む越流槽、１２は越流槽１１ａの内壁に設けられた照射装置である。照射装置１２は、二重管型オゾン接触反応槽の越流槽１１ａ内に配置され、紫外線、放射線あるいはレーザ光の何れかを照射する。内管５と外管６は円筒状であり、照射装置１２は、越流槽１１ａ内を紫外線で充満させることが容易であるので、紫外線照射装置が好ましい。
【００１８】
本実施形態の二重管型オゾン接触反応槽は、垂直円筒型で有底の外管６と、外管６内に挿入され、その底部が開口した垂直円筒型の内管５と、外管６の上部を囲う越流槽１１ａと、越流槽１１ａ内に設けられた照射装置１２と、内管２に挿入されたオゾン化ガス吹き込み管４とから構成されている。その内管５内と、内管５と外管６との間の空間がオゾン接触反応槽である。オゾン化ガス吹き込み管４から吹き込まれるオゾン化ガスは、オゾン発生装置（図示なし）から送り込まれる。オゾン発生装置は、外部から送られた気体中に含まれる酸素の少なくとも一部をオゾンとしたオゾン化ガス３が生成される。オゾン化ガス３は、内管５の上部に設けたオゾン化ガス吹き込み管４を経て、自然流下あるいはポンプ等によって、被処理水流入管２から送られる被処理水１中に吹き込まれる。被処理水１はオゾン化ガス３とともに気液二相流となって内管５内を下降し、この間にオゾンが被処理水１に高効率で溶解する。そして、被処理水１と溶解しきれなかったオゾン化ガス３は内管５の下端開口部を経由して内管５と外管６の間にある空間内を上昇する。外管６の上端から越流する酸化処理水に対しては、照射装置１２から紫外線を照射して、酸化処理水にＯＨラジカルを生成して、ＯＨラジカルの酸化作用によって難反応性物質を酸化して分解除去している。外管６の上端から越流する酸化処理水は、越流槽１１ａに薄層状に落下し、この流水に十分に紫外線を照射し得る程度に落差Ｌが保たれている。照射装置１２により、この薄層状の流水に紫外線を照射して、ＯＨラジカルを生成して被処理水中の難反応性物質との反応が速やかに行われるので、ＯＨラジカルによる酸化反応によって、有機性の除去対象物を酸化分解することができる。そして、被処理水１は外管６の上部から越流槽１１ａに越流させ、越流槽１１ａに設けられた処理水流出管８より槽外に流出する。また、越流槽１１ａ内の排ガス９は排ガス取り出し管１０を経由して排気される。
【００１９】
上記のように、本実施形態では、オゾン化ガスが溶解した被処理水が内管５内および内管５と外管６の間にある空間を通過する間に、被処理水に溶解したオゾンと生成されたＯＨラジカルによって有機物を中心とする除去対象物質が酸化反応よって分解除去される。さらに、外管６の上端部から越流槽１１ｂに越流する薄層状の流水に紫外線等を照射して、ＯＨラジカルを生成して難反応性物質を酸化反応により分解している。このように、オゾンによる酸化反応処理によって、被処理水中の除去対象物を分解処理した後に、越流する薄層状の水流に対して照射装置１２から紫外線を照射することで、紫外線の被処理水１への吸収量が低減できるので、ＯＨラジカルによる酸化作用によって難反応性物質の除去処理を効率よく行うことができる。無論、オゾンによる酸化反応処理では、被処理水の殺菌、除色、除臭、あるいは被処理水中の除鉄、除マンガン等がなされることは明らかである。
【００２０】
（実施形態２）
図２は、本発明の他の実施形態の概要を示す断面図である。同図の実施形態では、図１の実施形態に加えて、越流槽１１ｂで囲われた外管６の外壁に、外管６の上端から末広がり状に傾斜したテーパ状の外壁１３が形成されている。外管６の上端から越流する被処理水１は、末広がり状に傾斜したテーパ状の外壁１３面を薄層状に水流が流下する。従って、この薄層状の流水へ照射装置１２から紫外線を照射することによって、紫外線が被処理水に殆ど吸収されることなく、被処理水中にＯＨラジカルを効率的に生成させることができる。紫外線照射によって生成されるＯＨラジカルによる酸化作用により、難反応性物質の除去処理が効率的になし得る。
【００２１】
（実施形態３）
図３は、本発明の他の実施形態の概要を示す断面図である。同図の実施形態では、図２の実施形態に加えて、越流槽１１ｂで囲まれた外管６の上端より末広がり状に傾斜したテーパ状の外壁１３の表面に触媒層１４が設けられている。触媒層１４は、酸化チタン、酸化亜鉛、三酸化タングステン、ニッケル塩およびコバルト塩等の触媒を少なくとも一種、またはそれらの一種を混合したもの、またはそれらの一種以上を混合した材質によって形成されている。このようなテーパ状の外壁１３の表面に触媒層１４が形成されることで、オゾンおよびＯＨラジカルと被処理水中の難反応性物質との酸化反応処理が促進されている。さらに、外管６の上端開口部から触媒層１４の表面を経て、越流槽１１ｂに流下する薄層状の水流に対して、越流槽１１ｂに設けられた照射装置１２から紫外線を照射することで、紫外線の被処理水１への吸収量が低減し、ＯＨラジカルの生成が効率よくなされ、光触媒反応を利用したＯＨラジカルによる難反応性物質の分解除去処理が効率的に行われる。触媒層１４は被処理水との接触を十分に取るために、必要な落差Ｌが設けられている。また、図１の実施形態においても外管６の外壁面に触媒層１４を形成して、同様の効果を期待することができる。
【００２２】
（実施形態４）
図４は、本発明の他の実施形態の概要を示す断面図である。同図の実施形態では、外管６の上端部６ａが上端から末しぼまり状に傾斜したテーパ状の外壁６ａが形成されている。他の形状は、図１の実施形態と同様であるので、その詳細説明は省略する。外管６の外壁６ａを越流する被処理水は、末しぼまり状に傾斜したテーパ状の外管６の外壁６ａを安定した薄層状の水流として流下するために、この水流に対して、照射装置１２から紫外線を照射することで、被処理水による紫外線の吸収を抑制することができ、ＯＨラジカルを効率よく生成することができるので、被処理水中の難反応物質の酸化処理による分離除去処理性能を向上させることができる。
【００２３】
無論、越流層１１ａ〜１１ｃ内の照射装置１２は、紫外線以外に、Ｘ線等の放射線やレーザ光を照射してもよく、例えば、レーザ照射装置のレーザ管は越流層１１ａ〜１１ｃ内に設け、その駆動装置や制御装置等は照射装置１２外に設けてもよい。なお、紫外線、放射線を照射する照射装置の場合であっても同様である。
【００２４】
【発明の効果】
上述に記載のように、本発明によれば、外管上端から越流する被処理水を薄層状に流下させて、この被処理水に紫外線等を照射して、被処理水中にＯＨラジカルを効率よく生成して、オゾン処理された酸化処理水に対して、ＯＨラジカルによる酸化反応によって難反応性物質の除去処理を高効率になし得る利点がある。
【００２５】
また、外管上端から越流する被処理水を薄層状とし、必要な落差を与えることで、被処理水と触媒層との接触が十分に行われ、しかも光触媒反応によって被処理水中の難反応性物質の酸化反応による分解除去処理が効果的になし得る利点がある。
【００２６】
また、被処理水の難反応性物質の酸化反応による分解除去処理が高効率でなされるので、従来のオゾン接触反応槽より小型化、特に深さ方向の形状を小さくすることができる利点があり、建設費を低減できる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るオゾン接触反応槽の一実施形態を示す断面図である。
【図２】本発明に係るオゾン接触反応槽の他の実施形態を示す断面図である。
【図３】本発明に係るオゾン接触反応槽の他の実施形態を示す断面図である。
【図４】本発明に係るオゾン接触反応槽の他の実施形態を示す断面図である。
【図５】従来のオゾン接触反応槽の一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
２  被処理水流入管
４  オゾン化ガス吹き込み管
５  内管
６  外管
６ａ  上端部
８  処理水流出管
１０  排ガス取り出し管
１１ａ〜１１ｃ  越流槽
１２  照射装置
１３  外壁
１４  触媒層
【図１】
0003648352.tif 000002
【図２】
0003648352.tif 000003
【図３】
0003648352.tif 000004
【図４】
0003648352.tif 000005
【図５】
0003648352.tif 000006