(57)【要約】【課題】高真空と多周波数超音波と噴流衝撃エネルギーに光触媒による強い酸化力と紫外光線によりオゾンを発生させ、それらの相乗作用を利用した高度の脱臭殺菌の連続処理の可能なコンパクトな連続処理型の脱臭殺菌装置の提供【解決の手段】光触媒を坦持した鋼板を内面に設けた、気密型タンクの真空負圧力により、外気を紫外線照射装置内に吸引し、生成するオゾンを被処理水中に放散し、更に高い振動数の超音波エネルギーを付与し、有機化合物を水中で直接分解する反応と更に光触媒面に高速噴流される事により水中の物質を圧縮吸着させ、真空環境下で瞬間断熱膨張を促し光酸化反応速度を増速する手段との相乗効果により、生成する無臭ガスと殺菌された処理水を交互に連続して製造する２塔一対型のシステムにより脱臭と殺菌を果たす【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部の給水ポンプより給水される被処理水に真空と超音波と噴流衝撃によるエネルギーを付与し、更に光触媒と紫外線とオゾンによる光酸化を加え、水中の揮発性有機化合物及び難分解性有機塩素化合物を分解処理する２塔の本体装置タンクを交互に運転して連続処理する事を特徴とする真空超音波噴流光酸化の一体型の脱臭・殺菌装置。
【請求項２】
前記記載の本体装置タンクは光触媒を担持した鋼板面を内部表面とし、被処理水が給水口より単位時間に所定量だけ導入されて、残ったタンク内の空間の上部に、複数のノーズルを備えた噴射装置とタンク内の被処理水を吸引循環する循環ポンプを外部に設け、被処理水を光触媒面に噴射衝突させ水中の有機化合物を光酸化分解、脱臭・殺菌処理する事を特徴とする請求項１記載の真空超音波噴流光酸化の一体型の脱臭・殺菌装置。
【請求項３】
前記記載の光触媒を担持した鋼板面を内部表面とした本体装置タンクは内部に透明の石英ガラス管により所定の間隔を保って紫外線ランプを覆い、その隙間に送気する空気量の制御によりオゾンの生成量を制御する複数の縦長の紫外線照明装置を設け、更にこの照射する紫外線エネルギが常時光触媒を励起し、循環噴射装置により光触媒面に被処理水を噴射圧着させることにより、被処理水中の有機化合物を連続して迅速に酸化分解する事により脱臭と殺菌を同時に大量に処理する事を特徴とする請求項２記載の真空超音波噴流光酸化の一体型の脱臭・殺菌装置
【請求項４】
前記記載の本体装置タンクに於いて、多周波数超音波エネルギを被処理水に付与する振動板を該タンク底板に備え有機物を分解し、脱臭・殺菌に適する高い振動数から水中の気体を分離除去するに適する低振動数と高真空状態になるように時限装置により切り変えて処理する多周波数超音波を備えた事を特徴とした請求項３記載の真空超音波噴流光酸化一体型の脱臭・殺菌装置。
【請求項５】
前記記載の本体装置タンクに於いて、内壁面に直角に噴射される噴流が衝突して起こす上向きの分流を上蓋中央部内面にもうけた短管状の案内翼により下向流とし、タンク縦軸と平行に添って設けた縦長の紫外線発光ランプに添って下向きの流に変え紫外線の２５３．７ｎｍの光エネルギーの力でオゾンを分解し、スウパーオキシドイオンを生成させ被処理水中の有機化合物と良く反応させ、更に被処理水を循環噴流により光触媒面に噴射衝突させて被処理水中の気体と共に光酸化させオゾンの酸性臭も脱臭除去する事を特徴とする請求項４記載の真空超音波噴流光酸化一体型の脱臭・殺菌装置。
【請求項６】
前記脱臭・殺菌装置は２塔の本体タンク装置を一対となし、被処理水の処理作業工程を給水・光酸化脱臭・殺菌の一連に区切った工程と処理水の排水工程の２工程に区分し、２塔の本体装置の作業工程を一区切りずらす事により、真空・給水排水・超音波の各装置を兼用して２塔の連続処理を提供する前記記載の真空超音波噴流光酸化一体型の脱臭・殺菌装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は汚染された地下水や工場排水中に溶解する揮発性有機化合物や難分解性有機塩素化合物を分解し、且つ、水中の微生物を高度に減菌することによる脱臭と殺菌に関するもので、例えば、トリハロメタン・トリクロロエチレン・テトラクロロエチレン・ダイオキシン等の有害物質で汚染された地下水・工場排水等を薬品を用いないで分解し、無害なガス成分に変え水から分離し汚染水を無害な水に修復する、脱臭と殺菌を同時に実施する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】水中の有機化合物を除去する為に高いタワーの上部から水を散水し下部から空気ガスを送り込んで、水中の揮発性有機物を空気ガス中に移動拡散し、これを活性炭素に吸着処理する方法は広く使用されている。その他、吸着方法ではシリカゲルもよく用いられている。
【０００３】難分解性有機塩素化合物を高熱により熱分解させ、これを上記記載の吸着剤に吸収させ処理する方法も使用されている。
【０００４】小規模的無声放電又は紫外線ランプを用い生成するオゾンにより有機物を分解殺菌する方法も知られている。
【０００５】地下水中に混在する揮発性有機化合物の処理には曝気と吸着を組合わせ非分解のまま処理する方法と直接分解する化学的分解法の外に生物分解による方法も良く知られている。其のほか、化学的処理では酸化剤を地下水に直接注入する方法も最近米国で用いられたが、薬品の量と管理に問題を残している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】オゾンの強力な酸化分解力には、優れた殺菌効果のあることは衆知であるが、酸性臭の有害ガスを伴ない、病院等では人間に害の及ぼさない夜間のみの使用に限る等の使用制限の為、一般性に欠けている。二酸化チタン光触媒が光を吸着して活性化したり反応物を吸着したり、二酸化チタン光触媒が光照射を受けると酸素Ｏ２を吸着する事や有機物や一酸化炭素ＣＯがあると吸着した酸素で光酸化し二酸化炭素になる事は、昔から知られていたが、光触媒上で分子に解離吸着現象を誘導し得なかった事などに起因して、それらの迅速な反応処理が出来なかったいため、処理量が少なく、一般的に実用化されなかった。
【０００７】揮発性有機化合物或は難分解性有機塩素化合物を処理する方法は数多く考案されているが、特に水中に混在する、それらの処理には環境保全の見地から未だ特定できる安全な方法はなく、例えば、現在実績の多い曝気吸着法についての一般的評価では、広い設置面積を要し、市街地の工場跡地又は工場の排水処理では大風量の排気ガスの排出と吸着剤の産業廃棄物の処理の面で社会的に困難な問題が発生するため、敬遠視されて来ている。　従って、地球規模の環境保全の見地からしても、無薬品、無害型で産業廃棄物を出さないで処理する装置の必要性が高く、本発明の解決すべき課題は、無薬品型で、産業廃棄物になる中空糸膜のような濾過膜や吸着剤を用いないで、排気ガスも無害で少量で済む、高度の脱臭・殺菌処理を同時に処理し、設置面積の少ないコンパクト装置の開発にある。
【０００８】
【課題を解決する為の手段】上述の課題を解決するため、本発明に係わる脱臭殺菌装置は特公開２０００，３２５７０２．特公開２００１，２４６３６３にて開示している薬物を使用する事なく真空と超音波エネルギーを被処理水に付与し、それにより発生するキャビテイを含んだ被処理水を外部に設けた循環ポンプにより加圧し、真空ポンプにより減圧された本体装置タンクの内壁に噴射装置のノーズルから高速噴射する手段により気泡をタンク内壁面で高速圧縮し減圧タンク内で瞬間断熱膨張させ水中の微生物を破壊する手段と気体を水から分離する手段は、上記記載の特許公報の技術であるが、その技術を大気中で難分解性有機塩素化合物を分解するのに適するように技術を拡張するものである。即ち、超音波は、大気中での実験の結果から難分解性有機塩素化合物を分解するに適する振動数２００ｋＨｚ，超音波強度は　６ｗ／ｃｍ２　にパワアップし、最終工程ではキャビテイションにより気泡か発生し易い４０ｋＨｚの周波数バンドに可変できる多周波数超音波ダイナモを装備して有機化合物の分解と超音波による機械的殺菌をする事を特徴としている。
【０００９】更に、本発明の好ましい一つの態様では、真空ポンプにより減圧されている本体装置タンクに於いて、特種石英ガラス製のガラス管で所定の隙間を保って低圧水銀ランプを覆って構成される隙間に空気を送気し空気中の酸素から直接オゾンを生成し、紫外線照射装置の末端からオゾンを被処理水中に放散させるように紫外線照射装置を本体装置タンク内に満たされている水中に直立して設け、且つ、本体装置タンク内を真空ポンプにより減圧する事により吸引される空気量を制御し、生成されるオゾン量を目的に適する濃度に制御する事で、過剰のオゾン生成を防止する無害化を特徴としている。
【００１０】更に、本発明の一つの好ましい態様では、本装置タンクの内壁面に、紫外線で励起される二酸化チタンの光触媒を担持したステンレス鋼板の光触媒面に高速で被処理水を噴射することにより、循環水中の有機物を高速で搬送圧着し、酸化分解反応速度を圧着力と被処理水を連続して光触媒面に運搬し、直接スウパーオキサイドイオンを生成させ、迅速に多量に処理しうる事を特徴としている。
【００１１】更に、本発明の好ましい一つの態様では、本装置タンク内の仮想中心軸の上部空間部に設けた噴射装置から周囲の内壁面に噴射される噴流の一部が処理水を随伴して、上部上蓋の裏面に添うて中心部に集まる、その中心部の上蓋裏面に真空ホンプに通ずる通気口を設け、この口を囲んで短管状の案内翼短管を熔着し、中心に集まる被処理水を下向きに導く事により、装置タンク内の仮想中心軸に添い垂直に設けた、紫外線照射ランプ面に添うて被処理水を下向きに導き、被処理水中の酸素を紫外線１８４．９ｎｍにより効果的にオゾンに変え、更に紫外線の発する２５３．７ｎｍの光線によりオゾンを分解させ活性酸素を生成し水中の有機化合物を効果的に光酸化させる事を特徴としている。
【００１２】本発明の更に好ましい態様では、本体装置タンク内に垂直に設けられた紫外線照射ランプにより光触媒は常時４００ｎｍ以下の波長の短い紫外線によりＥ（ｅｖ）＝１２４０／λｎｍの光で常時励起し、其の結果、触媒面は常時化学吸着反応に適する触媒状態に維持される。従って、光触媒面に噴射される被処理水は、分子分解し解離吸着を起こし、原子状の水素や酸素を造り、強力な酸化力を呈し、被処理水中の有機物と気体を常時分解処理する。この光酸化分解反応を、全周囲に亙つて連続噴射する事により被処理水と揮発性ガス成分を同時に処理する手段を特徴としている。
【００１３】本発明の好ましい態様によれば、給水口から本体タンクに導入する定量の被処理水をＶ（ｌ）とし、タンク内に設けた紫外線ランプに送気する空気量をＬ（ｌ）／ｍｉｎ、紫外線ランプのオゾン生成能力を０．３ｍｇ／ｌ（空気１ｌ当たり）とすると毎分のオゾン生成量を０．３Ｌｍｇ／ｍｉｎとなる。これをＶ（ｌ）の被処理水に混和させると、水中のオゾン濃度は０．３Ｌ／Ｖ（ｍｇ／ｌ）となる。この手段によって一定の水量Ｖ（ｌ）中のオゾン濃度を送気する空気量Ｌ（ｌ）を制御することにより任意のオゾン濃度に制御可能となる。而して、既に実験の結果水中のオゾン濃度を０．４ｍｇ／ｌに制御すると殺菌効果の高いことは良く知られているが、然し、連続処理をする水処理装置の中で一定のオゾン濃度を維持し連続して殺菌処理する方法は未だ知られていない。本発明では所定の量の被処理水を給水しながら、本体タンクに真空負圧を作動させると真空ポンプの排気速度に比例した空気を紫外線照射ランプの二重になったガラス管の隙間に導入することになり、任意のオゾン濃度に制御可能なユニークな発明である。
【００１４】本発明では上述のように光触媒を担持した面を内面としたタンク内に常時点灯型の紫外線照射装置と噴射装置を備えた本体タンク装置を２塔設け、に、この２塔のタンクは、外部に第１塔と第２塔と夫れ夫れ交互運転によりに共有して使用する真空ポンプ装置と超音波ジエネレーターと給水ポンプと循環ポンプ装置と排水ポンプとを共有して設け、それぞれのタイミングに併せて切り替えて操作運転に供する回路別の配管を設け、常時減圧状態におかれた２塔のタンクは処理工程に適した真空度に真空破壊用の電磁弁（制御装置のシーケンサーにより制御されている）により制御される管路を備え、斯くの如くに構成された第１のタンクで行う処理工程の内訳を給水と超音波照射と循環噴流を伴った光酸化処理と脱気（排気）の５つの独立した作業を一連の処理工程、Ａ工程とし、その工程の終了と同時にシーケンサーに組込んだ時限装置により、切替えられる排水工程をＢ工程として、第一塔が排水のＢ工程に移ると同時に第２塔のタンクを第１の処理工程の作業順序に応じＡ工程より運転開始する運転方法において、Ａ工程に要する時分とＢ工程に要する時分を等しい時分になるように設定すると、第１塔と第２塔を連続して交互運転する事が可能となる。ここに希望する完全な反応処理に要する時間を計画設定し、この時分に合わせた排水時分を設定すると、完全な反応処理をする事の出来る連続型脱臭殺菌装置を提供するものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
第１図は上記の連続処理する真空超音波噴流光酸化の一体型の脱臭殺菌装置の実施フロー例である。其の実施形態を第１図をもちいて説明する。第１図に於いて左側塔を第１塔右側の塔を第２の塔と便宜上定め、そして第１塔と第２塔とも同じ装備がなされている。　塔タンク外部装置として、真空ポンプ２，真空電磁弁１，第１塔の空気調整装置１０，第２塔空気調整装置１０’，第１塔真空圧力センサー１４，第２塔圧力センサー１４’，給水ホンプ１１，第１塔及び第２塔給水電磁弁４，及び４’、循環ポンプ８は共用、　第１塔及び第２塔吸引水管２７及び２７’，第１塔及び第２塔揚水配管２９，及び２９’第１塔及び第２塔吸引配管路と揚水配管路の切り替え電磁弁を夫れ夫れ８０と８１、第１塔と第２塔の排水電磁弁を夫れ夫れ５及び５’電磁弁付き排水ポンプ１２は共用とし、そして第１及び第２塔に共用して使用する多周波数超音波ダイナモを９とし、これの全てを本体装置タンクの外部に設けている。また第１、第２塔の本体装置タンク２２及び２２’は、光触媒を担持した鋼板２３及び２３’を内表面とし、給水口から所定量の被処理水を導入して残った空間上部に循環水の揚水配管２９及び２９’に接続されている複数の噴射ノーズルを備えた噴射装置１９及び１９’を設け、循環される被処理水を光触媒表面に高速で噴射衝突させる作用をなすように接続して設置している。更に、複数の紫外線照射装置７及び７’は紫外線発光部の縦長の低圧水銀ランプ管を特種石英ガラス管を用いて一定の隙間を保って覆い頭部に設けた空気取り入れのための電磁弁を第１塔では５０，及び第２塔では５０’とし、さらに　通電端子を夫れ夫れに備えて設け、本体タンク内に導入された被処理水に直立して縦にその端末を没して設置され、常時通電状態におかれる紫外線ランプの二重のガラス管の隙間に本体装置内を負圧状態にするとランプ上部の電磁弁５０が開の状態の時には空気を外部から吸引し、空気中の酸素の一部をオゾンに変換し端末の排気口６０，６０’から被処理水中に放散する構造をもった紫外線照射装置を備えている。また被処理水に放散されるオゾンが水と良く反応するように本体装置タンクの底板には多周波数超音波ダイナモ９からの電流により振動する振動子が設けられ、導入されて所定の水位になると水位計（８２，８３）からの信号指令により高い振動数で振動するためオゾンが水と混和し強い酸化作用を呈し、又更に、上述した実験のように高い超音波の振動数と強度で有機化合物の破壊作用をするようにシーケンサー（図示していない）により制御され、更に、一定の時分が経過すると、シーケンサーに設定した時限装置により低周波振動に切り替わり水中にキャビテイションを誘導して真空ポンプの排気により排出する工程に移動される制御を備えて構成する。
【００１６】上記のように第１・第２塔を一対にして交互に運転制御されている本体装置は、電源ＯＮにより真空装置と紫外線照射装置は第１塔、第２塔共もに常時作動状態に入る。続いて、第１塔ではＡ工程の給水工程から始まり所定の水深に達すると、レベルイウイッチ８２からの信号により超音波照射と循環噴流工程が開始される。又それと同時に空気調整電磁弁１０が開き、真空ポンプの排気により外気を前記紫外線照射装置を介して吸引しオゾンを生成し紫外線照射装置の端末から本体装置タンク内の被処理水に放散する。一方直接高い周和数の超音波振動が、上記工程と同時に付与されオゾンは水と良く混和されながら、常時照射されている紫外線２５３．７ｎｍの光線により分解されスウパーオキシドイオン・Ｏ２−又は・ＯＨラジカルを生成し、水中の揮発性有機化合物及び難分解性有機塩素化合物を直接光酸化しながら、超音波振動の機械的分解力との相乗作用により分解する。更に外設した循環ポンプにより被処理水は吸引加圧されタンク内の噴射装置１９より高速で光触媒面２３に臭気ガスを随伴して噴射されるため、水中のガス成分は圧縮され微細気泡中で高温となり、常時紫外線で触媒状態に励起されている光触媒面で光酸化を受る。而して、真空減圧状態の雰囲気の中で微細粒子が瞬間膨張を起こし、触媒面に圧縮吸着している有機化合物は分子分解され、解離吸着を起こし一酸化炭素を生成しながら光触媒面に生成している酸素と反応し炭酸ガスに変化する脱臭反応を起こす。この化学物理反応を循環ポンプにより、所定の時分に数度繰返し処理する、従来に例の無い高速光酸化反応を本体タンク全面に亙り達成する。続いてその一定の時分が経過すると、超音波によるキャビテイションを誘導する低周波振動に時限装置により切替えられ水中の気体成分はキヤビテイに捕捉され完全に脱気排出されるようになる。これまでに要する時分をｍ分とし、シーケンサーの時限装置により制御されて、第１塔はＢの排水処理工程に移り、これに要する時分を前記の工程に要した時分ｍと同じｍ分になるように排出ポンプの性能容量を選定する。又、このＢ工程の排出工程に移行されると同時に、第２塔か第１塔のＡ作業工程に続くＢ工程の順序に作業を繰り返す事により連続して被処理水を迅速に大量に処理する光酸化による連続型の脱臭殺菌装置を提供する。
【００１７】
【発明の効果】
水の殺菌と悪臭の脱臭を同時に実施する装置は、真空減圧環境の下、超音波エネルギーにより分離される気泡を含んだ水を、常時紫外線のエネルギーで励起している光触媒面に循環噴射を繰返し実施することで、有機化合物を確実に気泡と共に運搬圧縮し、これを真空状態で瞬間断熱膨張させなす発熱現象が分子の高速分解と解離吸着を誘起し、原子状の物質とする反応。更に、紫外線ランプ表面上に吸引する外気から直接オゾンを生成し、そのオゾンを水中に放散。そして超音波の高周波帯の振動により直接被処理水中の有機化合物と反応させるので、中間物質の生成を防ぎ、有機化合物で汚染された水の脱臭と殺菌を連続して迅速、且つ、大量処理を可能にするコンパクトな装置の提供による社会環境保全効果が大きい。
【００１８】又経済効果の観点からは、特に過密市街地域の工場跡地等に見られる汚染地下水の浄化、又ダイオキシン等で汚染された死蔵土地の表面土壌の修復を、其の浄化水による洗浄手段で可能にし、表土の入替え工事費用を省き、土地の再利用を可能にする経済効果の大きい装置の提供。
又飲料水、食品等の分野からは、０−１５７菌、大腸菌、サルモネラ菌、クリブトスポリジユーム等による感染を防止する装置の提供は、身じかな一般社会環境保護の上で重要な役割を果たし、更に、コンパクトで大量の被処理水を連続処理する本装置の提供は、工場排水の脱臭・殺菌による直接の浄化は、終末処理場の負荷を軽減し安全な河川放流を可能にしトリハロメタンのような発ガン性物質の生成を防ぎ、環境保全対策を支援する装置の提供で経済効果の高い装置である。
【図面の簡単な説明】
【第一図】本発明の好適な実施形態の一例を示す系統図である。
【符号の説明】
１　　　真空電磁弁
２　　　真空ポンプ
４　　　第１塔　給水電磁弁
４’　　第２塔　給水電磁弁
５　　　第１塔　排水電磁弁
５’　　第２塔　排水電磁弁
７　　　第１塔　紫外線照射装置
７’　　第２塔　紫外線照射装置
８　　　循環ポンプ
９　　　多周波数超音波ダイナモ
１０　　第１塔空気調整装置
１０’　第１塔空気調整装置
１１　　給水ポンプ
１２　　排水ポンプ
１４　　第１塔圧力センサー
１４’　第２塔圧力センサー
１９　　第１塔噴流装置
１９’　第２塔噴流装置
２２　　第１塔本体装置タンク
２２’　第２塔本体装置タンク
２３　　第１塔の光触媒を坦持した鋼板
２３’　第２塔の光触媒を坦持した鋼板
２６　　第１塔の振動子
２６’　第２塔の振動子
２７　　第１塔の吸引配管
２７’　第２塔の吸引配管
２９　　第１塔の揚水配管
２９’　第２塔の揚水配管
５０　　第１塔の紫外線照射装置頭部の空気取入れ用電磁弁
５０’　第２塔の紫外線照射装置頭部の空気取入れ用電磁弁
６０　　第１塔の紫外線照射装置端末のオゾン排出口
６０’　第２塔の紫外線照射装置端末のオゾン排出口
８０　　吸引水管路切替え電磁弁
８１　　揚水配管路切替え電磁弁
８２　　第１塔水位計
８３　　第２塔水位計
【図１】
2004066208.tif 000002