(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
紫外線−オゾン反応塔内において紫外線照射手段で原水に紫外線を照射することによって、前記原水中の汚濁物質を分解する光酸化反応装置であって、
前記紫外線−オゾン反応塔は中空円柱状の容器を含み、
前記容器の中心軸部に配置された保護管内に前記紫外線照射手段が配置され、
前記容器の下部に第１の吸水口が形成され、
前記容器の中間部に前記第１の吸水口の略真上に第２の吸水口が形成され、
前記容器の前記第１の吸水口および前記第２の吸水口の中間部で且つ前記第１の吸水口および前記第２の吸水口の略反対側に第１の排水口が形成され、
前記容器の前記第２の吸水口より上部で且つ第１の排水口の略真上に、前記原水を排出するための第２の排水口が形成され、
前記第１の排水口が管により循環ポンプおよびオゾンを供給するエゼクターを介して前記第２の吸水口に接続され、
前記第１の吸水口から容器に供給された前記原水が、前記循環ポンプにより第１の排水口から第２の吸水口に循環され、
前記紫外線−オゾン反応塔に前記原水を供給する管が、前記第１の吸水口に接続され、
前記紫外線−オゾン反応塔に供給される前記原水に酸化剤を供給するための酸化剤供給手段が前記原水を供給する管に接続され、
前記紫外線−オゾン反応塔に供給される前記酸化剤を含んだ前記原水に前記オゾンを供給するためのオゾン供給手段が前記エゼクターに接続され、
前記紫外線−オゾン反応塔内において前記原水、前記酸化剤および前記オゾンが前記紫外線照射手段の周囲を螺旋状に流れるように、前記第１の吸水口、前記第２の吸水口、前記第１の排水口および前記第２の排水口が、前記容器の前記中心軸部の外側に向くように形成された、光酸化反応装置。
【請求項２】
前記オゾン供給手段は、前記紫外線照射手段の近傍に空気を供給するための空気供給手段を含み、
前記空気供給手段で供給された空気に前記紫外線照射手段で紫外線を照射して前記オゾンを発生する、請求項１に記載の光酸化反応装置。
【請求項３】
前記紫外線−オゾン反応塔に接続され、前記紫外線−オゾン反応塔から排水される原水中に残留する汚濁物質を前記紫外線−オゾン反応塔から送られてくるラジカルで分解するラジカル反応塔を含む、請求項１または請求項２に記載の光酸化反応装置。
【請求項４】
前記ラジカル反応塔は、前記紫外線−オゾン反応塔から排水される原水中に残留する汚濁物質を吸着剤で一旦吸着して前記ラジカルで分解する請求項３に記載の光酸化反応装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は光酸化反応装置に関し、特に、たとえば用水および廃水などの原水中の汚濁物質を分解する光酸化反応装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この発明の背景となる従来の脱臭装置の一例が実用新案登録第３０６５８４９号登録実用新案公報に開示されている。この公報に開示されている脱臭装置は、ガスを洗浄しガス中のにおいを吸収して取り除く洗浄水が循環して供給されるスクラバーと、そのスクラバーに接続され、その洗浄水中の汚濁物質を分解するための光酸化処理手段とを含む。この光酸化処理手段は、そのスクラバーに循環して供給される洗浄水に酸化剤を供給するための酸化剤供給手段と、その洗浄水にオゾンを供給するためのオゾン供給手段と、その洗浄水、酸化剤およびオゾンに紫外線を照射するための紫外線照射手段とを含む。
この脱臭装置では、スクラバーにおいて、ガスが洗浄水で洗浄され、ガス中のにおいが洗浄水で吸収されて取り除かれる。さらに、この脱臭装置では、スクラバーに循環して供給される洗浄水中の汚濁物質が、酸化剤供給手段およびオゾン供給手段でその洗浄水に酸化剤およびオゾンを供給するとともに紫外線照射手段でその洗浄水、酸化剤およびオゾンに紫外線を照射することによって分解される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述の従来の技術では洗浄水などの用水中の汚濁物質を分解することはできるが、用水および廃水などの原水中の汚濁物質を効率よく分解することができることが望まれている。
【０００４】
それゆえに、この発明の主たる目的は、用水および廃水などの原水中の汚濁物質を効率よく分解することができる光酸化反応装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明にかかる光酸化反応装置は、紫外線−オゾン反応塔内において紫外線照射手段で原水に紫外線を照射することによって、原水中の汚濁物質を分解する光酸化反応装置であって、紫外線−オゾン反応塔は中空円柱状の容器を含み、容器の中心軸部に配置された保護管内に紫外線照射手段が配置され、容器の下部に第１の吸水口が形成され、容器の中間部に第１の吸水口の略真上に第２の吸水口が形成され、容器の第１の吸水口および第２の吸水口の中間部で且つ第１の吸水口および第２の吸水口の略反対側に第１の排水口が形成され、容器の第２の吸水口より上部で且つ第１の排水口の略真上に、原水を排出するための第２の排水口が形成され、第１の排水口が管により循環ポンプおよびオゾンを供給するエゼクターを介して第２の吸水口に接続され、第１の吸水口から容器に供給された原水が、循環ポンプにより第１の排水口から第２の吸水口に循環され、紫外線−オゾン反応塔に原水を供給する管が、第１の吸水口に接続され、紫外線−オゾン反応塔に供給される原水に酸化剤を供給するための酸化剤供給手段が原水を供給する管に接続され、紫外線−オゾン反応塔に供給される酸化剤を含んだ原水にオゾンを供給するためのオゾン供給手段がエゼクターに接続され、紫外線−オゾン反応塔内において原水、酸化剤およびオゾンが紫外線照射手段の周囲を螺旋状に流れるように、第１の吸水口、第２の吸水口、第１の排水口および第２の排水口が、容器の中心軸部の外側に向くように形成された、光酸化反応装置である。
この場合、オゾン供給手段は、たとえば、紫外線照射手段の近傍に空気を供給するための空気供給手段を含み、空気供給手段で供給された空気に紫外線照射手段で紫外線を照射してオゾンを発生する。
また、この発明にかかる光酸化反応装置は、紫外線−オゾン反応塔に接続され、紫外線−オゾン反応塔から排水される原水中に残留する汚濁物質を紫外線−オゾン反応塔から送られてくるラジカルで分解するラジカル反応塔を含むことが好ましい。この場合、ラジカル反応塔は、たとえば、紫外線−オゾン反応塔から排水される原水中に残留する汚濁物質を吸着剤で一旦吸着してラジカルで分解する。
【０００６】
この発明にかかる光酸化反応装置では、原水に酸化剤およびオゾンを供給し、原水、酸化剤およびオゾンに紫外線−オゾン反応塔内において紫外線照射手段で紫外線を照射することによって、原水中の汚濁物質が分解される。この場合、まず、原水に、たとえば酸化剤供給手段から酸化剤を供給することによって得られた、原水および酸化剤の混合水が、第１の吸水口より供給される。更に、酸化剤を含んだ原水に、たとえばオゾン供給手段からエゼクターを介してオゾンが供給され、第２の吸水口より酸化剤およびオゾンを含んだ原水が供給される。さらに、この発明にかかる光酸化反応装置では、上記の方法により第１の吸水口および第２の吸水口より供給される原水、酸化剤およびオゾンが、紫外線−オゾン反応塔内において紫外線照射手段の周囲を螺旋状に流れるため、原水などを螺旋状に流さない場合に比べて、紫外線による原水、酸化剤およびオゾンの分解反応のための接触時間が長くなり、結果、原水中の汚濁物質を分解する効率がよくなる。
また、この発明にかかる光酸化反応装置では、ラジカル反応塔を含む場合には、原水中に残留する汚濁物質がたとえば吸着剤で一旦吸着されてラジカルで分解される結果、原水中の汚濁物質はほとんど分解される。
【０００７】
この発明の上述の目的、その他の目的、特徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明の実施の形態の詳細な説明から一層明らかとなろう。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明にかかる光酸化反応装置の一例を示す斜視図であり、図２はその光酸化反応装置の紫外線−オゾン反応塔の要部を示す図解図であり、図３はその紫外線−オゾン反応塔を上から見た図解図である。図１に示す光酸化反応装置１０は原水ポンプ１２を含む。原水ポンプ１２は、たとえば用水および廃水などの原水を吸込むとともに吐出すためのものである。原水ポンプ１２の吸込口には、吸水管１４の一端が接続される。この吸水管１４の他端は、たとえば原水槽中の原水に漬けられる。原水ポンプ１２の吐出口は、バルブ１６および流量計１８を介して、Ｔ字管２０の一端に接続される。なお、原水ポンプ１２の吐出口、バルブ１６、流量計１８およびＴ字管２０は適当な管を介して接続されるが、これと同様に、後述する各部なども適当な管を介して接続される。
【０００９】
Ｔ字管２０の中間部には、酸化剤供給手段として、酸化剤タンク３０が、注入用ポンプ３２および逆止弁３４を介して接続される。この場合、酸化剤タンク３０は注入ポンプ３２の吸込口に接続され、注入ポンプ３２の吐出口が逆止弁３４を介してＴ字管２０の中間部に接続される。また、酸化剤タンク３０には、たとえば次亜塩素酸ソーダなどの酸化剤が溜められる。なお、酸化剤としては、次亜塩素酸ソーダ以外にオゾン、過酸化水素、塩素、過マンガン酸カリウムなどが用いられ得る。
【００１０】
Ｔ字管２０の他端は、紫外線−オゾン反応塔４０に接続される。紫外線−オゾン反応塔４０は、たとえば中空円柱状の容器４２を含む。容器４２の下部には、第１の吸水口４４ａが形成される。そして、Ｔ字管２０は、紫外線−オゾン反応塔４０の第１の吸水口４４ａに接続される。
【００１１】
また、紫外線−オゾン反応塔４０の容器４２には、第１の吸水口４４ａ以外に、第２の吸水口４４ｂ、第１の排水口４６ａおよび第２の排水口４６ｂが形成される。この場合、第２の吸水口４４ｂは、容器４２の下端から約１／３の高さの中間部であって第１の吸水口４４ａの真上に形成される。また、第１の排水口４６ａは、容器４２の第１の吸水口４４ａと第２の吸水口４４ｂとの間の高さの中間部であって第１の吸水口４４ａおよび第２の吸水口４４ｂのほぼ反対側に形成される。さらに、第２の排水口４６ｂは、容器４２の上部であって第１の排水口４６ａの真上に形成される。また、原水などが容器４２中で第１の吸水口４４ａおよび第２の吸水口４４ｂから第１の排水口４６ａおよび第２の排水口４６ｂまで後述する保護管６０の周囲を螺旋状に流れ、かつ、図３に示すように上から見た場合に後述する保護管６０の周囲を反時計方向に回転して流れるように、第１の吸水口４４ａ、第２の吸水口４４ｂ、第１の排水口４６ａおよび第２の排水口４６ｂが、容器４２の中心軸部の外側に向くように形成される。
【００１２】
紫外線−オゾン反応塔４０の第１の排水口４６ａは、循環ポンプ５０の吸込口に接続される。循環ポンプ５０の吐出口は、エゼクター５２の一端に接続される。エゼクター５２の他端は、バルブ５４を介して、紫外線−オゾン反応塔４０の第２の吸水口４４ｂに接続される。エゼクター５２は、その一端にたとえば原水を供給すると、その他端からその原水を吐出すとともに、その中間部に吸引力を発生させるものである。すなわち、エゼクター５２は、その一端から他端に原水などを通過する際に発生する差圧を利用して、その中間部に吸引力を発生させるものである。
【００１３】
紫外線−オゾン反応塔４０の容器４２の内部の中心軸部には、たとえば石英製ガラスからなる中空円柱状の保護管６０の上端部を除く大部分が垂直方向に配置される。この保護管６０の内部には、紫外線照射手段として特定波長の紫外線を放射する水銀ランプ６２が垂直方向に配置される。この水銀ランプ６２は、電源ケーブル６４およびコネクタ６６を介して、電源６８に接続される。
【００１４】
保護管６０の上端には、オゾン供給手段に含まれる空気供給手段としての管７０を介して、フィルター７２が接続される。さらに、保護管６０には、別の管７４の一端が接続される。この場合、管７４は、その一端が保護管６０の内部の下部に位置するように配置される。この管７４の他端は、逆止弁７６を介して、エゼクター５２の中間部に接続される。
【００１５】
紫外線−オゾン反応塔４０の第２の排水口４６ｂは、ラジカル反応塔８０に接続される。ラジカル反応塔８０は、たとえば中空円柱状の容器８２を含む。容器８２には、その上端に吸水口８４が形成され、その下端に排水口８６が形成される。そして、紫外線−オゾン反応塔４０の第２の排水口４６ｂは、ラジカル反応塔８０の吸水口８４に、管８８を介して接続される。なお、この管８８は、比較的短いほうが、紫外線−オゾン反応塔４０からラジカル反応塔８０に原水やラジカルなどを効率よく送ることができる点で好ましい。また、容器８２の内部には、汚濁物質を吸着するたとえば活性炭などの吸着剤９０が充填されている。さらに、容器８２の排水口８６には排水管９２の一端が接続される。
【００１６】
この光酸化反応装置１０では、原水が、吸水管１４、原水ポンプ１２、バルブ１６、流量計１８、Ｔ字管２０および第１の吸水口４４ａを介して、紫外線−オゾン反応塔４０の容器４２中に送られる。
【００１７】
また、この光酸化反応装置１０では、酸化剤タンク３０中の酸化剤が、注入用ポンプ３２、逆止弁３４、Ｔ字管２０および第１の吸水口４４ａを介して、容器４２中の原水に供給される。
【００１８】
さらに、この光酸化反応装置１０では、エゼクター５２の吸引力によって、空気がフィルター７２および管７０を介して保護管６０内に供給される。保護管６０内の空気に水銀ランプ６２で紫外線を照射することによって、オゾンが生成される。そのオゾンは、管７４、逆止弁７６、エゼクター５２、バルブ５４および第２の吸水口４４ｂを介して、容器４２中の原水に供給される。
【００１９】
また、この光酸化反応装置１０では、水銀ランプ６２で紫外線が容器４２中の原水、酸化剤およびオゾンに照射される。それによって、原水中の汚濁物質が分解される。この場合、酸化剤の供給、オゾンの供給および紫外線の照射の相乗効果によって、酸化剤による原水中の汚濁物質を分解する反応エネルギーと、オゾンによる原水中の汚濁物質を分解する反応エネルギーと、紫外線の照射による原水中の汚濁物質を分解する光エネルギーとが、約１０倍〜約１００００倍に増加する。つまり、紫外線は、高い光エネルギーを有しているので、直接汚濁物質を分解するだけでなく、水分子と酸化剤を分解して各種のラジカルを生成する。このラジカルとは、高い酸化還元電位を持ち、酸化剤および水が、紫外線の分解で生成するものを特にヒドロキシラジカルという。このヒドロキシラジカルは、フッ素に次ぐ高い酸化還元電位を持ち、汚濁物質の分解除去に有効に働く。このラジカルは、酸化剤のみでも生成するが、紫外線下では、酸化剤単独と比べ、反応速度は加速され、相乗効果によりオゾンの場合、約１０倍〜約１００００倍に加速される。したがって、この光酸化反応装置１０では、原水中の汚濁物質を分解することができる。
【００２０】
また、この光酸化反応装置１０では、原水ポンプ１２および循環ポンプ５０などによって、原水、酸化剤、オゾンおよびラジカルが、第１の排水口４６ａから循環ポンプ５０および第２の吸水口４４ｂなどを経て容器４２中に循環するとともに、容器４２中で第１の吸水口４４ａおよび第２の吸水口４４ｂから第１の排水口４６ａおよび第２の排水口４６ｂまで保護管６０の周囲を螺旋状に流れ、かつ、上から見た場合に保護管６０の周囲を反時計方向に回転して流れる。そのため、この光酸化反応装置１０では、原水などを容器中で螺旋状に流さない場合に比べて、原水、酸化剤、オゾンおよびラジカルの反応のための接触時間が長くなり、原水中の汚濁物質を分解する効率がよくなる。
【００２１】
さらに、この光酸化反応装置１０では、原水およびラジカルなどが、紫外線−オゾン反応塔４０から管８８を経てラジカル反応塔８０に送られる。ラジカル反応塔８０では、原水中に残留する汚濁物質が、容器８２内の吸着剤９０で一旦吸着されてラジカルで分解される。この結果、原水は、その中の汚濁物質がほとんど分解され、排水口９２から排水される。また、容器８２内の吸着剤９０は、汚濁物質を一時的に吸着するだけなので、汚濁物質を恒久的に吸着する場合に比べて、寿命が長い。
【００２２】
発明者の実験によれば、簡易浄化式水洗トイレの廃水（原水）について、処理する前、光酸化反応装置１０において第１の排水口４６ａ、循環ポンプ５０、エゼクター５２、場バルブ５２および第２の吸水口４４ｂなどの循環ラインを取り除くとともにオゾン化空気を紫外線−オゾン反応塔４０の容器４２の下部に注入して原水などを容器４２中で螺旋状に流さない比較例で処理した後におけるｐＨ、ＢＯＤ、ＣＯＤおよびＴ−Ｎを測定した。
続いて、光酸化反応装置１０おいて、酸化剤として、酸化剤タンク３０に溜められた次亜塩素酸ソーダを使用し、オゾンとして、保護管６０内において紫外線を照射して生成されたもの使用し、それらを容器４２の中で原水とともに螺旋状に流すことで処理した後におけるｐＨ、ＢＯＤ、ＣＯＤおよびＴ−Ｎを測定した。その結果を表１に示す。
【００２３】
【表１】
0003602802.tif 000002
【００２４】
表１に示す結果より、光酸化反応装置１０では、比較例と比べて、簡易浄化式水洗トイレの廃水（原水）中のｐＨ、ＢＯＤ、ＣＯＤおよびＴ−Ｎを改善でき、その原水中の汚濁物質を分解する効率がよいことがわかる。
【００２５】
さらに、馬場木材チップコースの廃水（原水）について、処理する前、上述の比較例で処理した後、および光酸化反応装置１０で処理した後におけるｐＨ、ＢＯＤ、ＣＯＤおよびＴ−Ｎを測定した。その結果を表２に示す。
【００２６】
【表２】
0003602802.tif 000003
【００２７】
表２に示す結果より、光酸化反応装置１０では、比較例と比べて、馬場木材チップコースの廃水（原水）中のｐＨ、ＢＯＤ、ＣＯＤおよびＴ−Ｎも改善でき、その原水中の汚濁物質も分解する効率がよいことがわかる。
【００２８】
また、この光酸化反応装置１０では、循環ポンプ５０およびエゼクター５２などで空気やオゾンが供給されるので、外部に空気やオゾンを供給する専用のエアコンプレッサーやポンプが不要である。
【００２９】
なお、上述の光酸化反応装置１０で用いられる紫外線−オゾン反応塔４０は単なる例示であって、この発明では他の構造の紫外線−オゾン反応塔４０が用いられてもよい。たとえば、上述の光酸化反応装置１０の紫外線−オゾン反応塔４０において、原水などが上から見て反時計方向に回転して流れるが、上から見て時計方向に回転して流れるようにしてもよい。また、上述の光酸化反応装置１０の紫外線−オゾン反応塔４０において、第１の排水口４６ａおよび第２の吸水口４４ｂなどの位置は、原水の水質や酸化剤などによって変更されてもよい。
【００３０】
また、この発明では、酸化剤供給手段、オゾン供給手段および紫外線照射手段についても、他の構造のものが用いられてもよい。
【００３１】
さらに、この発明では、ラジカル反応塔８０についても、他の構造のものが用いられてもよい。
【００３２】
【発明の効果】
この発明によれば、用水および廃水などの原水中の汚濁物質を効率よく分解することができる光酸化反応装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明にかかる光酸化反応装置の一例を示す斜視図である。
【図２】図１に示す光酸化反応装置の紫外線−オゾン反応塔の要部を示す図解図である。
【図３】図１に示す光酸化反応装置の紫外線−オゾン反応塔を上から見た図解図である。
【符号の説明】
１０  光酸化反応塔
１２  原水ポンプ
１４  吸水管
１６  バルブ
１８  流量計
２０  Ｔ字管
３０  酸化剤タンク
３２  注入ポンプ
３４  逆止弁
４０  紫外線−オゾン反応塔
４２  容器
４４ａ  第１の吸水口
４４ｂ  第２の吸水口
４６ａ  第１の排水口
４６ｂ  第２の排水口
５０  循環ポンプ
５２  エゼクター
５４  バルブ
６０  保護管
６２  水銀ランプ
６４  電源ケーブル
６６  コネクタ
６８  電源
７０  管
７２  フィルタ
７４  管
７６  逆止弁
８０  ラジカル反応塔
８２  容器
８４  吸水口
８６  排水口
８８  管
９０  吸着剤
９２  排水管
【図１】
0003602802.tif 000004
【図２】
0003602802.tif 000005
【図３】
0003602802.tif 000006