(57)【要約】【課題】試薬としての過酸化水素を必要とせずに、酸化力の強いＯＨラジカルを生成し、水中の難分解性の物質を酸化分解する。【解決手段】実施形態の水処理システムは、水処理装置と、水処理装置に被処理水を供給する給水ポンプと、オゾンガス及び酸素ガスを含有するオゾン含有ガスを生成するオゾン生成装置と、直流電力を供給する直流電源と、を備え、水処理装置は、被処理水が導入される導入側拡径部、導入側拡径部に連設されオゾン含有ガスが導入される導入開口が側壁に設けられたノズル部及び前記ノズル部に連設され前記オゾン含有ガスが混合された前記被処理水が導出される導出側拡径部を有するエジェクタ部と、エジェクタ部の下流側に設けられ、導出された前記オゾン含有ガスが混合された被処理水を電気分解するために直流電力が供給される電気分解用電極が配置された電気分解部と、を備える。【選択図】図１
2019089003.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水処理装置と、
前記水処理装置に被処理水を供給する給水ポンプと、
オゾンガス及び酸素ガスを含有するオゾン含有ガスを生成するオゾン生成装置と、
直流電力を供給する直流電源と、
を備え、
前記水処理装置は、被処理水が導入される導入側拡径部、前記導入側拡径部に連設され前記オゾン含有ガスが導入される導入開口が側壁に設けられたノズル部及び前記ノズル部に連設され前記オゾン含有ガスが混合された前記被処理水が導出される導出側拡径部を有するエジェクタ部と、前記エジェクタ部の下流側に設けられ、前記導出された前記オゾン含有ガスが混合された前記被処理水を電気分解するために前記直流電力が供給される電気分解用電極が配置された電気分解部と、を備えた、
水処理システム。
【請求項２】
複数の前記水処理装置を備え、
複数の前記水処理装置は、前記給水ポンプの下流に直列に接続されている、
請求項１記載の水処理システム。
【請求項３】
複数の前記水処理装置を備え、
複数の前記水処理装置は、前記給水ポンプの下流に並列に接続されている、
請求項１記載の水処理システム。
【請求項４】
前記電気分解用電極は、径の異なる複数の孔がランダムに配置された平板状電極として構成されている、
請求項１乃至請求項３のいずれか一項記載の水処理システム。
【請求項５】
前記電気分解用電極は、連通孔を有する多孔質材料で形成されている３次元電極として構成されている、
請求項１乃至請求項３のいずれか一項記載の水処理システム。
【請求項６】
前記電気分解用電極を構成するカソード電極は、
電極芯材と、
前記電極芯材に積層された多孔質炭素層と、
前記多孔質炭素層の表面にコーティングにより形成された疎水層と、を備えた、
請求項１乃至請求項３のいずれか一項記載の水処理システム。
【請求項７】
前記電気分解用電極は、アノード電極とカソード電極とで構成される電極対を複数対備えている、
請求項１乃至請求項６のいずれか一項記載の水処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、水処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、上水、下水、産業排水、プールなどの分野で、水中の有機物の酸化分解、殺菌、脱臭等の処理のためにオゾンが用いられている。しかしながら、オゾンによる酸化でも、親水化、低分子化はできても無機化することはできない。また、ダイオキシンや１，４−ジオキサン等の難分解性有機物は分解できない。
【０００３】
したがって、上述のような水中の難分解性有機物を分解するに際しては、オゾンよりも酸化力の強いＯＨラジカルを用い、酸化分解する促進酸化処理法が提案されている。
この促進酸化処理法において、ＯＨラジカルを生成する方法の一つとして、過酸化水素含有水にオゾンを添加する方法が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００２−５３１７０４号公報
【特許文献２】特開２０１０−１３７１５１号公報
【特許文献３】特開２０１３−１０８１０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、オゾンと過酸化水素を用いる場合、劇物に相当する過酸化水素の貯留設備、注入設備を設ける必要があり、安全面で厳しい管理が必要となるという問題があった。
【０００６】
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、試薬としての過酸化水素を必要とせずに、酸化力の強いＯＨラジカルを生成し、水中の難分解性の物質を酸化分解することが可能な水処理システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態の水処理システムは、水処理装置と、水処理装置に被処理水を供給する給水ポンプと、オゾンガス及び酸素ガスを含有するオゾン含有ガスを生成するオゾン生成装置と、直流電力を供給する直流電源と、を備え、水処理装置は、被処理水が導入される導入側拡径部、導入側拡径部に連設されオゾン含有ガスが導入される導入開口が側壁に設けられたノズル部及び前記ノズル部に連設され前記オゾン含有ガスが混合された前記被処理水が導出される導出側拡径部を有するエジェクタ部と、エジェクタ部の下流側に設けられ、導出された前記オゾン含有ガスが混合された被処理水を電気分解するために直流電力が供給される電気分解用電極が配置された電気分解部と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、第１実施形態の水処理システムの概要構成ブロック図である。
【図２】図２は、水処理ユニットの外観斜視図である。
【図３】図３は、水処理ユニットの断面概略図である。
【図４】図４は、電気分解用電極群の構成例の説明図である。
【図５】図５は、複数対の電極で電気分解用電極群を構成した場合の構成例の説明図である。
【図６】図６は、第２実施形態の実施形態の水処理システムの概要構成ブロック図である。
【図７】図７は、第３実施形態の実施形態の水処理システムの概要構成ブロック図である。
【図８】図８は、実施形態の第１変形例の電極の説明図である。
【図９】図９は、実施形態の第２変形例の電極の説明図である。
【図１０】図１０は、実施形態の第３変形例の電極の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
次に実施形態について図面を参照して説明する。
［１］第１実施形態
図１は、第１実施形態の水処理システムの概要構成ブロック図である。
水処理システム１０は、加圧状態で被処理水ＬＱを供給する給水ポンプ１１と、上流側既設配管１２と、下流側既設配管１３と、上流側既設配管１２と下流側既設配管１３との間に設置された水処理ユニット１４と、水処理ユニット１４のオゾン供給管１５を介して発生したオゾン（Ｏ３）を供給するオゾン発生装置１６と、を備えている。
【００１０】
ここで、オゾン発生装置１６は、原料ガスとしての酸素又は乾燥空気に放電し、オゾンガスを発生させ、オゾンガスを含むオゾン含有ガス（＝Ｏ３＋Ｏ２あるいは、Ｏ３＋Ｏ２＋Ｎ２）として供給する。
【００１１】
図２は、水処理ユニットの外観斜視図である。
図３は、水処理ユニットの断面概略図である。
水処理ユニット１４は、胴部２１と、ボルト固定用の孔２２がそれぞれ複数設けられた一対のフランジ２３、２４と、胴部２１のフランジ２３寄りに設けられたオゾン供給管１５と、を備えている。
【００１２】
胴部２１内のフランジ２３側（図２中、上部側）には、流路径が徐々に狭くなり、再び流路径が徐々に拡がるとともに、流路径が最も狭くなった部分にオゾン供給管１５のオゾン供給用開口１５Ａが配置されたエジェクタ部２５と、後述する電極（あるいは電極群）が配置され、過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）を生成するための電気分解部２６と、を備えている。
エジェクタ部２５は、導入側拡径部２５Ａと、ノズル部２５Ｂと、導出側拡径部２５Ｃと、を備えている。
【００１３】
ここで、水処理ユニット１４の処理原理について説明する。
給水ポンプ１１により加圧された状態の被処理水ＬＱが水処理ユニット１４のエジェクト部２５に供給されると、エジェクト部２５の流路径は導入側拡径部２５Ａからノズル部２５Ｂに向かって徐々に狭くなるため、被処理水ＬＱの速度（流速）は徐々に早くなる。
【００１４】
そして、エジェクタ部２５の流路径が最も狭くなったノズル部２５Ｂ、すなわち、オゾン供給管１５のオゾン供給用開口１５Ａが配置された部分において最も被処理水ＬＱの流速が早くなり、ベンチュリ効果により減圧状態となる。
【００１５】
したがって、オゾン発生装置１６から供給されたオゾン含有ガスＯＧは、エジェクタ部２５のノズル部２５Ｂ内に引き込まれることとなる。
【００１６】
そして、エジェクタ部２５の流路径が徐々に拡がる導出側拡径部２５Ｃに至ると流速の低下及び水圧の上昇が急激に生じるため乱流が発生し、被処理水ＬＱとオゾン含有ガスＯＧとは、激しく混合される。
【００１７】
そしてほぼ均一に混合された被処理水ＬＱとオゾン含有ガスとは、電気分解部２６に到り、電気分解部２６に配置された電極により（１）式に従ってオゾン含有ガスＯＧからオゾン含有ガスＯＧに含まれる酸素ガスを原料として過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）を生成する。
Ｏ２＋２Ｈ＋＋２ｅ−→Ｈ２Ｏ２      …（１）
【００１８】
そして、生成された過酸化水素は、被処理水ＬＱ中の溶存オゾンと反応し、酸化力の強いＯＨラジカルが生成される。
その後、生成されたＯＨラジカルは、被処理水ＬＱ中に含まれる水中化合物成分（処理対象成分）と反応し、難分解性の水中化合物成分も分解が進む。
難分解性の水中化合物成分の分解に伴って、過酸化水素は消費され、溶存オゾンも消費されていくこととなる。
【００１９】
しかしながら、オゾン含有ガスＯＧの供給は継続しているので、被処理水ＬＱには、継続して新たに溶解するオゾンＯ３が存在し、過酸化水素も継続して生成される。
したがって、水処理に必要とされる溶存オゾン濃度及び過酸化水素濃度を維持することができ、継続して被処理水ＬＱの促進酸化処理が行える。
【００２０】
ところで、上述したようにエジェクタ部２５の流路径が徐々に拡がる導出側拡径部２５Ｃに至ると流速の低下及び水圧の上昇が急激に生じるため、図３に示すように、乱流ＲＦが発生し、被処理水ＬＱとオゾン含有ガスＯＧとは、激しく混合されることとなっているが、電気分解部２６においても過酸化水素が均一に分布していることが望まれる。
このため、電気分解部２６において設けられる電気分解用の電極についても、発生した乱流を可能な限り邪魔しないような構成が望まれる。
【００２１】
以下、電気分解部２６において設けられる電気分解用の電極について詳細に説明する。
図３に示すように電気分解部２６の電気分解用電極群２７は、エジェクタ部２５の導出側拡径部２５Ｃの直後に配置され、外部の直流電源２８から電気分解用の直流電流が供給されている。
【００２２】
図４は、電気分解用電極群の構成例の説明図である。
電気分解部２６の電気分解用電極群２７は、板状のアノード電極３１Ａ及びカソード電極３１Ｋを備えている。
【００２３】
図４に示すように、アノード電極３１Ａとカソード電極３１Ｋとの間は、十分な空間が確保されているので、導出側拡径部２５Ｃにおいて生じる乱流ＲＦを妨げることはないが、オゾン含有ガスＯＧに含まれる酸素ガスを原料として過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）を生成するのは、アノード電極３１Ａのみであるので過酸化水素の発生効率が向上しない、ひいては、ＯＨラジカルの発生効率が向上しない虞がある。
【００２４】
図５は、複数対の電極で電気分解用電極群を構成した場合の構成例の説明図である。
図５に示すように、アノード電極３１Ａ１〜３１Ａ３と、カソード電極３１Ｋ１〜３１Ｋ３を交互に配置して、複数の電極対で電気分解部２６の電気分解用電極群２７を構成している。
【００２５】
この場合においては、電極対間（例えば、アノード電極３１Ａ１とカソード電極３１Ｋ１）毎に電気分解することができ、ＯＨラジカルの発生効率の向上が期待できる。
以上の説明のように、第１実施形態によれば、ＯＨラジカルを効率よく生成し、水中の難分解性の物質を酸化分解反応させることができる。
【００２６】
［２］第２実施形態
上記第１実施形態においては、水処理ユニット１４を上流側既設配管１２と下流側既設配管１３との間に一つ設置していたが、本第２実施形態においては、二つの水処理ユニット１４を直列接続した点が異なっている。
【００２７】
図６は、第２実施形態の実施形態の水処理システムの概要構成ブロック図である。
図６において、図１の第１実施形態と同様の部分については、同一の符号を付すものとし、その詳細な説明を援用するものとする。
【００２８】
第２実施形態の水処理システム１０Ａは、下流側既設配管１３に代えて第１下流側配管１３−１及び第２下流側配管１３−２を設け、上流側既設配管１２と第１下流側配管１３−１との間及び第１下流側配管１３−１と第２下流側配管１３−２との間にそれぞれ水処理ユニット１４を設け、二つの水処理ユニット１４を直列接続している。
【００２９】
この場合において、水処理ユニット１４は、第１実施形態と同様の動作を行うが、下流側の水処理ユニット１４側の方が供給される被処理水ＬＱの圧力がより低くなるので、必要な圧力となるように給水ポンプ１１における圧力あるいは対応するオゾン発せ装置１６のオゾン含有ガスＯＧの圧力を調整するのが好ましい。
【００３０】
本第２実施形態によれば、被処理水ＬＱに対し、より多くの過酸化水素水、ひいては、ＯＨラジカルを供給できるので、水中のより多くの難分解性の物質を酸化分解反応させることができる。
【００３１】
［３］第３実施形態
上記第２実施形態においては、二つの水処理ユニット１４を直列接続していたが、本第３実施形態は、二つの水処理ユニット１４を並列接続した点が異なっている。
図７は、第３実施形態の実施形態の水処理システムの概要構成ブロック図である。
図７においても、図１の第１実施形態と同様の部分については、同一の符号を付すものとし、その詳細な説明を援用するものとする。
【００３２】
第３実施形態の水処理システム１０Ｂは、上流側既設配管１２に代えて、第１上流側配管１２−１１、この第１上流側配管１２−１１から分岐した第２上流側配管１２−１２を設けている。
さらに、下流側既設配管１３に代えて、第１下流側配管１３−１１、この第１下流側配管１３−１１から分岐した第２下流側配管１３−１２を設けている。
【００３３】
そして、第１上流側配管１２−１１と第１下流側配管１３−１１との間に一方の水処理ユニット１４を設け、第２上流側配管１２−１２と第２下流側配管１３−１２との間に他方の水処理ユニット１４を設けている。
【００３４】
本第３実施形態においては、二つの水処理ユニット１４に印加される水圧はほぼ同等であるが、給水ポンプ１１の給水能力（給水容量）が第２実施形態の場合よりも大きく要求されるので、これを満たす必要がある。
【００３５】
本第３実施形態によっても、被処理水ＬＱの圧力を増加させることなく、より多くの過酸化水素水、ひいては、ＯＨラジカルを供給できるので、水中のより多くの難分解性の物質を酸化分解反応させることができる。
【００３６】
［４］実施形態の変形例
［４．１］第１変形例
上記各実施形態においては、電気分解用電極として、平板電極を用いていたが、本第１変形例は、乱流の整流を抑制し、より実効的なＯＨラジカルの発生効率の向上を図るための変形例である。
【００３７】
本第１変形例の説明においては、電極の構造にのみ着目し、その配置については、各実施形態の説明を援用するものとする。
【００３８】
図８は、実施形態の第１変形例の電極の説明図である。
実施形態の第１変形例の電極は、複数の径が異なる孔がランダムに配置された多孔平板電極として構成され、アノード電極３１Ａ１１とカソード電極３１Ｋ１１とで電極対を構成している。
【００３９】
このような構成を採ることにより、アノード電極３１Ａ１１とカソード電極３１Ｋ１１との間を流れて通過する被処理水ＬＱの流れもランダムな乱流となり、ＯＨラジカルの発生効率を向上することができる。
【００４０】
また、図５に示した複数の電極対を本第１変形例の複数の径が異なる孔がランダムに配置された多孔平板電極としてのアノード電極３１Ａ１１とカソード電極３１Ｋ１１とで複数の電極対を構成すれば、流路抵抗が大きく増加しない範囲内において電極数の増加に比例してＯＨラジカルの発生効率を向上することができる。
【００４１】
［４．２］第２変形例
上記各実施形態においては、平板状の電極を用いていたが、本第２変形例は、３次元形状を有する電極を用いた場合の実施形態である。
【００４２】
図９は、実施形態の第２変形例の電極の説明図である。
図９においては、黒色部分は、孔（開口部）である。
図９に示すように第２変形例のアノード電極３１Ａ２１あるいはカソード電極３１Ｋ２１は、３次元の多孔質形状（スポンジ状）をなしており、電極の表面積を維持しつつ、被処理水ＬＱの乱流も維持することが可能となっている。
【００４３】
このカソード電極３１Ｋ２１の表面は、過酸化水素の原料となる酸素ガスを表面に取り込みやすくするために疎水性であることが望ましい。したがって、例えば、電極芯材である多孔質状の炭素電極にテフロン（登録商標）系懸濁液（疎水性付与）及び導電性の炭素粉末をコーティング（ポーラス性付与）したもの等が用いられる。
【００４４】
本第２変形例によれば、アノード電極３１Ａ２１とカソード電極３１Ｋ２１との間を流れて通過する被処理水ＬＱの流れもランダムな乱流となり、ＯＨラジカルの発生効率を向上することができる。
【００４５】
［４．３］第３変形例
図１０は、実施形態の第３変形例の電極の説明図である。
図１０に示すように第３変形例のアノード電極３１Ａ３１あるいはカソード電極３１Ｋ３１は、それぞれ板状の電極ベース４１及び電極ベース４１上に立設された複数の棒状電極４２を備えており、それぞれ剣山状の形状をなしている。
【００４６】
ここで、アノード電極３１Ａ３１あるいはカソード電極３１Ｋ３１のそれぞれの棒状電極４２は、アノード電極３１Ａ３１及びカソード電極３１Ｋ３１を近接して対向配置した場合に、互いに干渉しない位置、かつ、ランダムな位置に配置されており、電極の表面積を維持しつつ、被処理水ＬＱの乱流も維持することが可能となっている。
【００４７】
このカソード電極３１Ｋ３１の表面は、第３実施形態のカソード電極３１Ｋ２１と同様に、過酸化水素の原料となる酸素ガスを表面に取り込みやすくするために疎水性であることが望ましい。したがって、例えば、電極芯材にテフロン（登録商標）系懸濁液（疎水性付与）及び導電性の炭素粉末をコーティング（ポーラス性付与）したもの等が用いられる。
【００４８】
本第３変形例によっても、アノード電極３１Ａ３１とカソード電極３１Ｋ３１との間を流れて通過する被処理水ＬＱの流れもランダムな乱流となり、ＯＨラジカルの発生効率を向上することができる。
［４．４］第４変形例
上記第２実施形態及び第３実施形態においては、給水ポンプ１１が一つの場合について説明したが、それぞれの水処理ユニット１４に対応する複数の給水ポンプを設けるように構成することも可能である。
【００４９】
［５］実施形態の効果
各実施形態によれば、試薬としての過酸化水素を用いることなく、簡易な構成で低コストの水処理システムを構築できる。
【００５０】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５１】
１０、１０Ａ、１０Ｂ  水処理システム
１１    給水ポンプ
１２    上流側既設配管
１２−１１    第１上流側配管
１２−１２    第２上流側配管
１３    下流側既設配管
１３−１、１３−１１    第１下流側配管
１３−２、１３−１２    第２下流側配管
１４    水処理ユニット
１５    オゾン供給管
１５Ａ  オゾン供給用開口
１６    オゾン発生装置
２１    胴部
２３    フランジ
２５    エジェクタ部
２５Ａ  導入側拡径部
２５Ｂ  ノズル部
２５Ｃ  導出側拡径部
２６    電気分解部
２７    電気分解用電極群
２８    直流電源
３１Ａ、３１Ａ１、３１Ａ１１、３１Ａ２１、３１Ａ３１  アノード電極
３１Ｋ、３１Ｋ１、３１Ｋ１１、３１Ｋ２１、３１Ｋ３１  カソード電極
４１    電極ベース
４２    棒状電極
ＬＱ    被処理水
ＯＧ    オゾン含有ガス
ＲＦ    乱流
【図１】
2019089003.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2019089003.tif 000009
【図８】
2019089003.tif 000010
【図９】
2019089003.tif 000011
【図１０】
2019089003.tif 000012