(57)【要約】      （修正有）【課題】微量のトリクロロエチレン等の揮発性有機化合物で汚染された地下水等の汚染水浄化方法及び装置の提供。【解決手段】接線方向に水流入口１２を設けた円筒状の旋回流形成容器１１の底部中央部に流体噴出口１３を備え、先端の空気吸引口１５が前記流体噴出口１３に対峙するように配置された空気吸引管１４とを具備する吸引気泡発生装置２を微量の揮発性有機化合物で汚染された水が貯留された水槽の水中に配置し、該水槽中の汚染水を該水流入口と接続する循環配管により吸引気泡発生装置に循環供給することにより、繰り返し曝気を行い、汚染水中の揮発性有機化合物を除去する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
接線方向に水流入口を設けた円筒状の旋回流形成容器の底部中央部に流体噴出口を備え、先端の空気吸引口が前記流体噴出口に対峙するように配置された空気吸引管とを具備する吸引気泡発生装置を揮発性有機化合物で汚染された水中に配置し、該水流入口に揮発性有機化合物で汚染された水を供給して吸引気泡発生装置の空気吸引管から空気を吸引し、該水と吸引された空気とを前記流体噴出口から該水中に噴出して該水と空気を接触攪拌し、その接触後に該水から分離する空気中に揮発性有機化合物を同伴除去し、更に分離後の該水を該水流入口に循環供給することを特徴とする揮発性有機化合物で汚染された水の浄化方法。
【請求項２】
揮発性有機化合物がジクロロメタン、四塩化炭素、１，２−ジクロロエタン、１，１−ジクロロエチレン、シス−１，２−ジクロロエチレン、１，１，１−トリクロロエタン、１，１，２−トリクロロエタン、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、ベンゼン又は１，３−ジクロロプロペンである請求項１に記載の水の浄化方法。
【請求項３】
循環供給する途中において、紫外線によって揮発性有機化合物を分解する請求項１又は２に記載の水の浄化方法。
【請求項４】
吸引気泡発生装置の流体噴出口を水面から１ｍ以内に設置する請求項１、２又は３に記載の水の浄化方法。
【請求項５】
接線方向に水流入口を設けた円筒状の旋回流形成容器の底部中央部に流体噴出口を備え、先端の空気吸引口が前記流体噴出口に対峙するように配置された空気吸引管とを具備する吸引気泡発生装置と、該気泡発生装置を水中に配置した水槽と、該水槽と該水流入口と接続する循環配管とを具備することを特徴とする揮発性有機化合物で汚染された水の浄化装置。
【請求項６】
循環配管の途中に紫外線分解装置を備えた請求項５に記載の水の浄化装置。
【請求項７】
紫外線分解装置が低圧水銀ランプ又はエキシマランプである請求項６に記載の水の浄化装置。
【請求項８】
吸引気泡発生装置は、その流体噴出口が水面から１ｍ以内に位置するように配置される請求項５、６又は７記載の水の浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、トリクロロエチレン等の揮発性有機化合物で汚染された水の浄化方法及び浄化装置に関する。より詳しくは、微量のトリクロロエチレン等の揮発性有機化合物で汚染された地下水等の汚染水中に空気を供給して曝気することにより浄化する方法及び装置に関する。また、紫外線分解処理を併用することでより効率的に浄化することができる方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
河川や湖沼の水浄化、あるいは生活排水等の汚水の浄化を行う方法として古くから被処理液中の好気性微生物による生物酸化作用を利用することが行われており、その微生物の活性化のために被処理水中に空気の微細気泡を送り込むことも従前から行われている。そのための微細気泡発生装置には、細孔を有する散気管、多孔板、あるいは回転翼等の各種構造のものが従前から利用されている。
【０００３】
その散気管あるいは多孔板を用いて気泡を発生させる装置では、気体は細孔を通過して水中に供給されるが、使用するにしたがって細孔は次第に狭くなり、ついには閉塞が起こり、気泡サイズのバラツキあるいは気泡発生率の低下が発生し、気泡の供給が不安定になり、また気泡発生量に制約もある。さらに、攪拌作用が不充分であり限られた容量の処理液に対しては有効であるものの、湖沼等の大容量の液処理は不可能である。
【０００４】
また、回転翼等を用いる機械的方法による気泡発生装置は、回転する翼により導入された気体を細分化して気泡発生するものであり、消費エネルギーが大きく、気泡サイズのバラツキも大きいという欠点がある。本発明者らは、これら問題点を解消すべく、サイズ１ｍｍ以下の気泡を大量に発生できること、並びに該気泡と処理液との混和率及び接触効率を向上させること等を目的として、液体の旋回流を形成し、その旋回流により発生した負圧を利用するエアレーターと通称する吸引型気泡発生装置を提案した（特開平１０−２３０１５０号公報）。
【０００５】
この気泡発生装置は、図２に図示するように接線方向に水流入口を設けた円筒状の旋回流形成容器の底部中央部に流体噴出口を備え、先端の空気吸引口が前記流体噴出口に対峙するように配置された空気吸引管とを具備するものであり、該水流入口に水を供給して吸引型気泡発生装置の空気吸引管から空気を吸引し、該水と吸引された空気とを前記流体噴出口から該水中に噴出することにより小さいサイズの気泡を大量に発生させるができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者らが開発した、先の気泡発生装置は、前述したことからわかるように微生物の活性化のために空気の微細気泡を水中に送り込むものであるから、もっぱら酸素を水中に溶存させることを狙いとするものである。このようなことから、前記気泡発生装置については、その利用分野が限られていたことから、本発明者らは、その利用の拡大を図るべく、各種の試みを行った。
【０００７】
その際、本発明者らが所属する企業が各種の水処理及び排水処理技術を研究開発していることから、この優れた特性を持つ吸引型気泡発生装置に関し、生活排水等の汚染度の高い水の浄化に限ることなく、微量の不純物を含有する水の浄化に活用することを試みることにした。そこで、各種の微量不純物で汚染されている水の浄化に利用することに関し、鋭意研究開発に努めた。
【０００８】
その結果、前記気泡発生装置を利用する際に、特有の工夫をすることで半導体製造工場等が立地する工場及びその周辺で問題になる微量のトリクロロエチレン等の揮発性有機化合物で汚染された水の浄化に好適に利用できること及び水質規制の環境基準を達成できることが判明した。したがって、本発明は、本発明者らが開発した吸引気泡発生装置を使用して微量の揮発性有機化合物で汚染された水を浄化する技術を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記目的を達成する揮発性有機化合物で汚染された水の浄化方法及び浄化装置を提供するものであり、該水の浄化方法は、接線方向に水流入口を設けた円筒状の旋回流形成容器の底部中央部に流体噴出口を備え、先端の空気吸引口が前記流体噴出口に対峙するように配置された空気吸引管とを具備する吸引気泡発生装置を揮発性有機化合物で汚染された水中に配置し、該水流入口に揮発性有機化合物で汚染された水を供給して吸引気泡発生装置の空気吸引管から空気を吸引し、該水と吸引された空気とを前記流体噴出口から該水中に噴出して該水と空気を接触攪拌し、その接触後に該水から分離する空気中に揮発性有機化合物を同伴除去し、更に接触後の該水を該水流入口に循環供給することを特徴とするものである。
【００１０】
また、該水の浄化装置は、接線方向に水流入口を設けた円筒状の旋回流形成容器の底部中央部に流体噴出口を備え、先端の空気吸引口が前記流体噴出口に対峙するように配置された空気吸引管とを具備する吸引気泡発生装置と、該気泡発生装置を水中に配置した水槽と、該水槽と該水流入口と接続する循環配管とを具備することを特徴とするものである。さらに、本発明の浄化方法及び浄化装置では、該接触後に該水流入口に循環する経路の途中に紫外線分解装置を設置し、揮発性有機化合物の揮散と紫外線分解との併用により、高度に水を浄化できることを特徴とするものである。
【００１１】
そして、本発明の浄化方法及び浄化装置では、空気吸引管から空気を吸引して、水と吸引された空気とを前記流体噴出口から水中に噴出して水と空気を接触させる吸引気泡発生装置を使用し、そこにトリクロロエチレン等の揮発性有機化合物で汚染された水を繰り返し循環供給することで比較的短時間で該水を浄化することができるものである。特に本発明では、半導体工場あるいはその周辺等で問題となる漏洩浸透したトリクロロエチレン等の揮発性有機化合物で汚染された地下水を環境基準に適合する程度に浄化することができる。
【００１２】
また、本発明では、散気管あるいは多孔板を用いて気泡を発生させる装置の場合のように気泡を発生させる装置を水中深く位置させることなく揮発性有機化合物を環境基準に適合する程度に完全に水中から除去できることが判明している。その結果、本発明では気泡発生装置を設置する水槽の水深を浅くすることができ、浄化装置全体を小型化することができる。さらに、本発明では、この気泡発生による曝気と、紫外線分解処理とを併用することにより効率的に浄化することを可能とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明するが、この図面は好適な実施の形態を示すものであって、本発明はこれによって何ら限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載によって特定されるものであることはいうまでもない。図１は、本発明の好適な実施の形態である、紫外線分解装置４を備えたトリクロロエチレン等の揮発性有機化合物で汚染された水の浄化装置１を図示するものである。
【００１４】
この汚染水の浄化装置１は、吸引気泡発生装置２を備える水槽３と、紫外線分解装置本体４ａ及び収納カラム４ｂからなる紫外線分解装置４とを具備し、かつ水槽３と紫外線分解装置４との間及び紫外線分解装置４と吸引気泡発生装置２との間には、それぞれ配管５、６を備え、かつ該配管５の途中にはポンプ７を備えることにより、吸引気泡発生装置２には、該装置から噴出された水槽３内にある汚染水が循環供給されるようになっている。
【００１５】
その吸引気泡発生装置２は、図２に図示されたとおりの構造となっており、それは円筒状の旋回流形成容器１１の円筒状部の接線方向に水流入口１２、底部中央部に流体噴出口１３、かつ先端の空気吸引口１５が前記流体噴出口１３に対峙するように配置された空気吸引管１４とを備えている。該気泡発生装置は、前記のとおりの構造となっており、ポンプ７を駆動することにより水槽３内の汚染水が配管５、６を介して水流入口１２に循環供給される。
【００１６】
その水流入口１２に循環供給される汚染水は、旋回流形成容器の円筒状部の接線方向に導入され、器壁に沿って移動しながら水流入口とは反対側の中央部に設けられた流体噴出口１３方向に向かう旋回流が形成された後、流体噴出口１３から水槽３内に存在する汚染水中に噴出される。その際、該容器内には、この旋回流により負圧が発生し、空気吸引口１５と流体噴出口１３との間には、空気芯が形成される構造となっている。
【００１７】
このような構造とすることにより該流体噴出口１３から、該噴出口１３の下側に存在する水中に該供給される水と吸引された空気とが噴出し、両者が攪拌しながら接触する。本発明では、水槽３内の汚染された水が繰り返し吸引気泡発生装置２に供給され、新たに吸引された空気と繰り返し接触することにより、水中に溶存するトリクロロエチレン等の揮発性有機化合物は曝気後水から分離する空気に同伴されて次第に放出される。その結果、汚染された水中の揮発性有機化合物を環境基準以下に低減できることも判明した。
【００１８】
前記した吸引気泡発生装置２の水槽内の設置位置については、流体噴出口１３が水面から１ｍ以内が好ましい。１ｍを超えるとトリクロロエチレン等の揮発性有機化合物の除去性能が低下することが判明したからである。このことは本発明の一つの特徴点であり、これにより吸引気泡発生装置２を水槽内の浅い位置に設置することができ、水の浄化装置全体を小型化できる長所がある。それに対して、散気管あるいは多孔板を用いた場合においては、本発明より除去性能が劣り、かつその性能を向上させるには、水面からより深い位置に設置させる必要があり、その結果浄化装置全体が大型化することになる。
【００１９】
本発明で使用する吸引気泡発生装置については、図２に図示された構造に限定されるものではなく、旋回流形成容器に供給された水により該容器内に旋回流が形成され、その旋回流により負圧が発生して、空気が吸引され、その吸引された空気により、該容器から噴出する水の噴出口との間に、空気芯が形成されて水と空気とが接触攪拌できる構造のものであれば特に限定されることなく、各種構造のものが採用可能である。
【００２０】
例えば、本発明者が最近開発し、特許出願した（特願２００２−８６０８７）流体搬送装置がある。それは接触性能をより向上させた吸引気泡発生装置であり好ましく使用できる。その流体搬送装置は、両端部に端板を有する円筒状の旋回流発生容器と、その円筒状部の接線方向に設けた液体流入口と、一側端板の中央部に設けられ、他側端板に設けられた流体噴出開口に向かって延びる流体吸引管と、他側端板の中央部に設けられた流体噴出開口とを有し、該開口は、流体の移動方向における中央部が最も狭く、流入側と流出側が広くなっており、かつ該開口の流体移動方向中央の断面形状が前記最狭部から前記両側に向かって次第に拡大する形状であって、連続した曲線となっていることを特徴とするものである。
【００２１】
図１に図示された浄化装置においては、水槽３と吸引気泡発生装置２との汚染水循環経路の途中には、紫外線分解装置４が設置されているものの、本発明ではこの紫外線分解装置４の存在は必要不可欠とするものではない。しかしながら、この分解装置４が存在することにより曝気による揮発性有機化合物除去のみでなく、紫外線分解による該物質の除去も行うことができ、効率的に揮発性有機化合物を除去することができる。
【００２２】
本発明において除去の対象となる  揮発性有機化合物としては、水中に存在できる揮発性の有機化合物であれば特に制限されるものではなく、ジクロロメタン、四塩化炭素、１，２−ジクロロエタン、１，１−ジクロロエチレン、シス−１，２−ジクロロエチレン、１，１，１−トリクロロエタン、１，１，２−トリクロロエタン、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、ベンゼン又は１，３−ジクロロプロペン等が例示できる。それら有機化合物が水中に含有される形態についても特に制限はなく、単独含有されていてもよいし、勿論２以上の複数が混合した状態で含有されていてもよい。
【００２３】
その汚染水中における含有量については、地下水中に含有されるような微量であれば特に制限されることはなく、地下水中に通常含有されている数ｍｇ／Ｌから数十ｍｇ／Ｌの範囲の低濃度であれば問題無く処理可能である。また、紫外線分解装置本体としては紫外線を照射することにより、各種揮発性有機化合物を水中にて分解できるものであれば特に制限されることなく使用可能であり、低圧水銀ランプあるいはエキシマランプ等が例示できる。
【００２４】
また、曝気後水と分離した空気は水槽３外に配管９により放出されるが、その空気中には、微量のトリクロロエチレン等の揮発性有機化合物が含有されており、この有機化合物の大気中への放出は回避するのが好ましく、そのためには、図１に図示されたところの活性炭を用いた吸着装置８等の気体中から揮発有機化合物を分離除去できる各種の装置が利用でき、それには活性炭による吸着以外に、紫外線分解等が例示できる。なお、この図示された浄化装置には循環水量測定のための流量計（ＦＩ１）及び吸引される空気量測定のための流量計（ＦＩ２）が付設されている。
【００２５】
【実施例】
以下に、本発明に関し実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明は、この実施例によって何等限定されるものではなく、特許請求の範囲によって特定されるものであることはいうまでもない。
この実施例では、図１に図示される構造を有する装置をそのままの状態あるいはその一部を変更した状態で使用して揮発性有機化合物で汚染された水の浄化を行った。
【００２６】
［実施例１］
この実施例１では、吸引気泡発生装置単独使用、紫外線分解装置単独使用、及び吸引気泡発生装置と紫外線分解装置との併用の三つの場合に関しトリクロロエチレン（ＴＣＥ）を含有する汚染水のＴＣＥの除去性能試験を行った。いずれの試験においても図１に示す基本構造を有する浄化装置を使用した。
【００２７】
各試験条件は表１に示すとおりであり、気泡発生装置を設置する水槽についてはカラム長１ｍのものを用い、ＴＣＥ濃度１ｍｇ／Ｌ及び１０ｍｇ／Ｌの２種の濃度の試験汚染水について浄化試験を行った。なお、この表における循環流量及びエアー吸引量は、それぞれ流量計ＦＩ１及びＦＩ２による測定値である。また、紫外線分解装置単独使用による試験については実施例ではなく、比較例である。
【００２８】
【表１】
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【００２９】
それらの試験においては、吸引気泡発生装置と紫外線分解装置との併用の場合には、図１の装置をそのまま使用した。しかし、吸引気泡発生装置単独使用の場合には、紫外線分解装置４を点燈させないで使用した。また紫外線分解装置単独使用の場合には、吸引気泡発生装置２を取外し水槽３のみとした状態で使用し、それぞれ汚染水を循環して汚染水の浄化を行った。
【００３０】
それらの浄化試験の結果は図３に示すとおりである。この図からＴＣＥ濃度１ｍｇ／Ｌの汚染水の際には、吸引気泡発生装置単独使用、紫外線分解装置単独使用、両装置の併用のいずれの場合にも、３０分以内の浄化処理で環境基準を達成でき、この逆の順で短時間で浄化できることもわかる。さらに、ＴＣＥの濃度が１０ｍｇ／Ｌの汚染水の際には、吸引気泡発生装置と紫外線分解装置とを併用した場合には１時間以内に環境基準を達成できることがわかる。
【００３１】
また、ＴＣＥの濃度が１０ｍｇ／Ｌの汚染水の場合には、吸引気泡発生装置単独使用の方が、紫外線分解装置単独使用より、ＴＣＥ除去性能に優れていることもわかる。これらのことからすると、吸引気泡発生装置と紫外線分解装置とを単純に併用するのではなく、ＴＣＥの濃度が１０ｍｇ／Ｌの程度の高濃度の際には、吸引気泡発生装置をもっぱら使用し、ＴＣＥの濃度が低下してきてから、紫外線分解装置を使用するのが効率的であることがわかる。
【００３２】
［実施例２］
この実施例では、吸引気泡発生装置の設置位置の除去性能に与える影響を調査すべく、吸引気泡発生装置の水面からの設置深度を色々と変えてＴＣＥの除去試験を行った。その試験条件は表２に示すとおりである。また、その試験結果は図４に示すとおりである。なお、この試験では、図１における装置を実施例１における吸引気泡発生装置単独使用の場合と同様の状態にして使用した。
【００３３】
【表２】
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【００３４】
この試験結果によれば、ＴＣＥの濃度が１０ｍｇ／Ｌの汚染水の際には、水深０．１５ｍ、０．８０ｍ及び１．５０ｍのいずれの位置に設置した場合にも６０分以内に環境基準が達成できることがわる。しかしながら、水深０．１５ｍ及び０．８０ｍに設置した場合には両者とも３０分で環境基準が達成できるものの、水深１．５０ｍと深い位置に設置した場合には、気泡が水面まで到達するには時間がかかり、水と接触する機会が増加するにもかかわらず、ＴＣＥの除去性能が低下していることになる。
【００３５】
さらに、実施例１と実施例２の結果を対比すると、ＴＣＥの濃度は両者とも約１０ｍｇ／Ｌでほぼ同一であり、しかも設置位置が水深０．７０ｍと０．８０ｍで近似しているにもかかわらず、実施例２では、４５分で環境基準を達成しているのに対し、実施例１では６０分経過しても環境基準が達成していないこともわかる。この点に関し両実施例の試験条件を対比すると、実施例２の循環流量が実施例１のそれに比し約１．７倍に増加し、その結果エア吸引量が１．４倍に増加しており、このエア吸引量の増加に伴ってＴＣＥの除去性能が向上することがわかる。
【００３６】
また、前記した前者の結果が発生した原因についてみると、それは解明できているわけではないが、前記のような現象からして、本発明者としては、吸引気泡発生装置を水面下の深い位置に設置した場合には気泡中に放散したＴＣＥが気泡の上昇中に再溶解するのではないかと推測している。なお、この点に関し更なる検討を行うべく、比較のために吸引気泡発生装置に代え散気管を使用して同様にＴＣＥの除去試験を行った。
【００３７】
その結果、散気管を使用した場合には、設置深度が深くなるほどＴＣＥの除去性能が良好になり、浅い位置に設置した場合には、環境基準を達成するには吸引気泡発生装置を使用した場合とは異なり時間がかることがわかった。特に０．１５ｍの位置に設置した場合には１時間近い時間を要し、ＴＣＥを短時間で除去するには深い水槽が必要となることがわかった。そのため散気管を使用した場合には、本発明のように短時間で環境基準を達成するには装置が大型化しなければならないという短所がある。
【００３８】
【発明の効果】
本発明の浄化方法及び浄化装置では、空気吸引管から空気を吸引して、水と吸引された空気とを前記流体噴出口から水中に噴出して水と空気を接触させる吸引気泡発生装置を使用し、トリクロロエチレン等の揮発性有機化合物で汚染された水を繰り返し循環することで比較的短時間で該水を浄化することができる。特に本発明では、半導体工場あるいはその周辺等で問題となる漏洩浸透したトリクロロエチレン等の揮発性有機化合物で汚染された地下水を環境基準に適合する程度に浄化することができる。
【００３９】
また、本発明では、散気管あるいは多孔板を用いて気泡を発生させる装置の場合のように、気泡を発生させる装置を水中深く位置させることなく、揮発性有機化合物を水中から除去できる。その結果、本発明では気泡発生装置を設置する水槽の水深を浅くすることができ、浄化装置全体を小型化することができる。さらに、本発明では、この気泡発生による曝気と、紫外線分解処理とを併用することにより効率的に浄化することを可能とする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の浄化装置における好適な実施の形態の図示。
【図２】本発明で浄化装置で使用する吸引気泡発生装置の一例の図示。
【図３】本発明の実施例１による浄化試験結果の図示。
【図４】本発明の実施例２による吸引気泡発生装置設置深度が揮発性有機化合物除去性能に与える影響に関する浄化試験結果の図示。
【符号の説明】
１    浄化装置
２    吸引気泡発生装置
３    水槽
４    紫外線分解装置
７    ポンプ
１１    旋回流形成容器
１２    水流入口
１３    流体噴出口
１４    空気吸引管
１５    空気吸引口
【図１】
2004255289.tif 000005
【図２】
2004255289.tif 000006
【図３】
2004255289.tif 000007
【図４】
2004255289.tif 000008