(57)【要約】【課題】従来のオゾンを利用した浄化処理において、処理液中に溶存している不純物又は不要物質が除去されていなかった点を効果的に除去できるようにすること。【解決手段】液体の浄化処理方法は、液体をオゾンにより浄化処理する方法であって、内部に紫外線ランプが配設された処理タンク内に所要量の被処理液体を収納し、前記処理タンク内の底部側からオゾンと空気との混合気体を微細気泡群の状態に順次曝気させて連続的に供給して被処理液体を攪拌させながら接触させ、該順次曝気させた微細気泡群に紫外線を照射して微細気泡群に含まれるオゾンから発生期酸素と活性酸素を順次生成させ、その順次生成された発生期酸素と活性酸素と攪拌されている被処理液体との繰り返しの接触によって不純物を酸化還元、殺菌又は結合して除去するものであり、処理タンク内で、被処理液体に対してオゾンを含む微細気泡群を順次曝気させて被処理液体を攪拌すると共に、紫外線ランプから紫外線を照射させて微細気泡群のオゾンから効率よく活性酸素等を生成させ不純物と反応させて分離除去することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体をオゾンにより浄化処理する方法であって、
内部に紫外線ランプが配設された処理タンク内に所要量の被処理液体を収納し、
前記処理タンク内の底部側からオゾンと空気との混合気体を微細気泡群の状態に順次曝気させて連続的に供給して被処理液体を攪拌させながら接触させ、
該順次曝気させた微細気泡群に紫外線を照射して微細気泡群に含まれるオゾンから発生期酸素と活性酸素を順次生成させ、
その順次生成された発生期酸素と活性酸素と攪拌されている被処理液体との繰り返しの接触によって不純物を酸化還元、殺菌又は結合して除去すること
を特徴とする液体の浄化処理方法。
【請求項２】
処理タンク内に微細気泡群をガイドし、且つ被処理水を対流させるために
通水性を有する内部処理筒を設けたこと
を特徴とする請求項１に記載の液体の浄化処理方法。
【請求項３】
被処理液体が、
飲料水、工業用水、軽油、重油または廃油であること
を特徴とする請求項１または２に記載の液体の浄化処理方法。
【請求項４】
微細気泡の大きさが５０〜２００μｍの範囲であること
を特徴とする請求項１または２に記載の液体の浄化処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、紫外線を利用して、例えば、飲料水、工業用水、軽油、重油または廃油等の液体を浄化処理する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の液体、特に、水を処理する方法としては、オゾンを水中に曝気すると共に、紫外線等を照射して水中の有害物質を促進酸化法により分解して除去する方法等が公知である。
【０００３】
例えば、水中に溶存する酸素を増加させて、水の浄化、殺菌を行おうとするものであって、水中にオゾン、またはオゾンと空気との混合気体を吹き込んで気泡を形成し、この気泡に紫外線２４０〜３１０ｎｍを照射してオゾンを一重項酸素に生成し、次に可視光線６００〜６５０ｎｍ、近赤外線１２００〜１３００ｎｍ若しくはレーザ光を各々単独あるいは同時あるいは順次照射し励起された一重項酸素の電磁波の誘導放出による基底状態酸素への遷移を利用した水中への溶存酸素生成方法が公知になっている（特許文献１参照）。
【０００４】
このように処理することで、汚染されている水中の殺菌を行って浄化すると共に、溶存酸素を多くして魚介類の養殖に寄与できるばかりでなく、工業用水等を浄化するというものである。
【０００５】
また、例えば、２５４ｎｍ波長の紫外線ランプを有する反応塔に被処理水を導入し、一方、オゾン発生器により酸素富化ガスからオゾンを発生させ、このオゾンを前記反応塔内の被処理水中に吹き込むと共に、１８５ｎｍ波長の紫外線ランプを有する紫外線処理塔を途中に有する被処理水の循環ラインに前記反応塔内の被処理水を循環させる水処理方法が公知になっている（特許文献２参照）。
【０００６】
そして、この発明によれば、従来のオゾン／紫外線併用系促進酸化処理技術では利用されずに排出されていた溶存酸素をオゾンに変換させることができ、このオゾンよりヒドロキシラジカルを発生させることができ、ひいては環境ホルモン・ダイオキシン等の難分解性環境微量有害物質の分解効率を大幅に向上させることができるというものである。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１１−１１４５８８（第２〜４頁、図１）
【特許文献２】
特開２００２−２１０４７９（第２〜４頁、図１）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記特許文献１に記載の発明においては、水中に形成したオゾンを含む気泡に紫外線を照射してオゾンを一重項酸素に生成すること、次に、可視光線、近赤外線若しくはレーザ光のいずれかを照射することが要件であり、それによって一重項酸素を基底状態酸素にして水中に溶存させるというものであるが、実際に処理しようとする水を収納する浄化塔において、下部から上部に水を流動させ、その途中に紫外線ランプと二段のハロゲンランプとが配設され、複数段において光の照射処理を行って溶存酸素を増やし、且つ殺菌を行っているが、溶存する有機物等の不純物について、浄化塔では除去されることなく、そのまま流動吐出させており、実質的に浄化処理がなされていないという問題点を有している。
【０００９】
また、前記特許文献２に記載の発明においては、紫外線ランプを有する反応塔の上部から被処理水を導入すると共に、底部側からオゾンを被処理水中に吹き込み、更に、反応塔の上部と底部間に循環ラインを設けてその途中に紫外線ランプを有する紫外線処理塔を設け、反応塔と紫外線処理塔との間を被処理水を循環させることで、一方においてはオゾンから他方においては処理水からヒドロキシラジカルを発生させることで、環境ホルモン・ダイオキシン等の難分解性環境微量有害物質の分解効率を大幅に向上させるというものであるが、被処理水中に溶存している有機物等の不純物について、反応塔では除去されることなく、そのまま反応塔の底部から流動吐出させており、やはり、実質的な浄化処理がなされていないという問題点を有している。
【００１０】
従って、従来の浄化処理においては、処理液中に溶存している不純物又は不要物質を効果的に除去することに解決しなければならない課題を有している。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記した従来例の課題を解決する具体的手段として本発明は、液体をオゾンにより浄化処理する方法であって、内部に紫外線ランプが配設された処理タンク内に所要量の被処理液体を収納し、前記処理タンク内の底部側からオゾンと空気との混合気体を微細気泡群の状態に順次曝気させて連続的に供給して被処理液体を攪拌させながら接触させ、該順次曝気させた微細気泡群に紫外線を照射して微細気泡群に含まれるオゾンから発生期酸素と活性酸素を順次生成させ、その順次生成された発生期酸素と活性酸素と攪拌されている被処理液体との繰り返しの接触によって不純物を酸化還元、殺菌又は結合して除去することを特徴とする液体の浄化処理方法を提供するものである。
【００１２】
この発明において、処理タンク内に微細気泡群をガイドし、且つ被処理水を対流させるために通水性を有する内部処理筒を設けたこと；被処理液体が、飲料水、工業用水、軽油または重油であること；及び微細気泡の大きさが５０〜２００μｍの範囲であることを付加的な要件として含むものである。
【００１３】
本発明に係る液体の浄化処理方法は、処理タンク内の内部処理筒内で、被処理液体に対してオゾンを含む微細気泡群を順次曝気させて被処理液体を攪拌させながら接触させると共に、紫外線ランプから紫外線を照射させて微細気泡群に含まれるオゾンから効率よく活性酸素等を生成させて被処理液体に含まれる不純物と反応させて分離することができ、しかも、処理タンク内で分離した不純物を除去して浄化したクリーンな液体を取り出すことができるのである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を具体的な実施の形態に基づいて詳しく説明する。
本発明における第１の実施の形態は、浄化する液体として、例えば、河川の水または地下水を飲料水または工業用水として浄化する方法について説明する。一概に河川の水または地下水といっても、地域によって様々であり、そのまま飲料水として利用できる場合と、種々の有機物等の不純物が溶存又は混入して汚染され工業用水にもならない場合がある。本発明は、このような汚染されている液体を対象として浄化処理する方法なのである。
【００１５】
まず、図１に示した浄化処理に使用される浄化装置は、被処理液体が収納される処理タンク１と、オゾン発生装置２とから構成されており、処理タンク１内には底部の台座部３を介して内部処理筒４が配設され、該内部処理筒４の上部には蓋部材５が配設され、該蓋部材５の中央部には紫外線ランプ６が垂下状態に取り付けられて内部処理筒４内に垂下配設されている。
【００１６】
この場合の内部処理筒４は、例えば、ステンレスのパンチングメタル板または網体で形成されていて液体が自由に通過できるものであり、その底部に気泡発生部材であるディフューザ７が設けられている。なお、内部処理筒４は、ディフューザ７によって発生させた気泡を概ねガイドして上昇させると共に、気泡の上昇に伴って内部の被処理液体に対流を生じさせて、全体を万遍なく攪拌して処理するためと蓋部材５の取り付けのためであり、例えば、処理タンク１の底部側面にディフーザ７が取り付けられ側面からの気泡の噴射で被処理液体に対流を生じさせるようにでき、且つ蓋部材５を適宜の支持手段により取り付けることができれば、内部処理筒４は必ずしも必要としないこともある。
【００１７】
処理タンク１の側面には、内部処理筒４の上端部レベルと下端部レベルにそれぞれ排水バルブ８、９が設けられると共に、処理タンク１の底部寄りに排水バルブ１０が設けられる。
【００１８】
前記オゾン発生装置２は、その内部が仕切壁１１によってポンプ室１２とオゾン室１３とに仕切られており、ポンプ室１２にはエアーポンプ１４が装備され、外気を取り入れてオゾン室１３に供給できるようになっている。そして、オゾン室１３には蓋部材１５が着脱自在に密閉施蓋されており、該蓋部材１５の中央部に紫外線ランプ１６が垂下状態で取り付けられ、該紫外線ランプ１６がオゾン室１３内に配設されている。なお、オゾン室１３に供給される空気は、フィルターを介してクリーンにされたものである。
【００１９】
そして、このオゾン室１３と前記処理タンク１内の内部処理筒４の底部に配設したディフューザ７とがパイプ１７により連結されており、オゾン室１３で生成されたオゾンを含む空気がパイプ１７及びディフューザ７を介して処理タンク１内に供給される構成になっている。因みに、前記処理タンク１内に設けられる紫外線ランプ６の波長は２５３．７ｎｍであり、オゾン室１３に設けられた紫外線ランプ１６の波長は１８４．９ｎｍである。
【００２０】
このように構成された処理装置の処理タンク１内に、被処理液体である不純物を含んだ水、即ち被処理水２０を所要量、例えば、内部処理筒４の上端部まで達する量を収納し、紫外線ランプ６を点灯させると共に、オゾン発生装置２内の紫外線ランプ１６も点灯させ、エアーポンプ１４を駆動させてオゾン室１３内に空気を送り込み、該空気はオゾン室１３内で紫外線ランプ１６の照射によって大半がオゾンに生成変換される。
【００２１】
オゾン室１３で生成されたオゾンと空気の混合気体がパイプ１７を介してディフューザ７に供給され、該ディフューザ７によって微細気泡群に曝気されて内部処理筒４内に供給される。この場合に、微細気泡は直径が１ｍｍ以下で、好ましくは５０〜２００μｍの範囲のものであって、被処理水２０中に曝気させた時に気泡群が略乳化状態に視認できる程度に微細なものにする。なお、微細気泡を発生させる装置として、例えば、市販品のＭＢＴ−２０型ユニット（株式会社丸八ポンプ製作所製）を使用した。
【００２２】
このオゾンと空気の混合気体は、微細気泡群に曝気された状態で内部処理筒４内を上昇するが、その間に紫外線ランプ６の照射を受け、気泡中のオゾンは、発生期酸素と活性酸素を生成する。この時に、微細気泡群は極めて小径であるので接触面積が大きくなり且つ上昇速度が比較的遅くなるので、それによって被処理水２０との接触時間及び紫外線照射時間が長く行われ、効率の良い反応処理が可能になるのである。
【００２３】
水中で生成された発生期酸素は、水（Ｈ２Ｏ）の水素引き抜き反応を起こして、ヒドロキシラジカル（・ＯＨ）を生成する。また、活性酸素は、水（Ｈ２Ｏ）との相互作用により基底状態酸素（Ｏ２）になる。
【００２４】
要するに、発生期酸素と活性酸素とによる反応で、一重項の酸素（’Ｏ２）；過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）；ヒドロキシラジカル（・ＯＨ）（水酸基）；スーパーオキシド（Ｏ２ー）が生成され、特に、ヒドロキシラジカルは、極めて反応性の高いラジカルで、最初に出くわした分子と反応し、電子を受け取ってＯＨーになり易い活性酸素であり、細胞のアミノ酸残基を酸化させる働きがある。また、過酸化水素は、微量ながらも常に生体内に存在する活性酸素種で、強い殺菌力はないが細胞膜を通過することができ生体内に微量に存在する金属イオンと反応し、そこで水酸基（・ＯＨ）を生じさせて殺菌作用に関与するものであり、これらによって有機物の細胞成分を酸化させ、酸素障害を引き起こして水中に存在する細菌を死滅させるのである。
【００２５】
更に、水中で生成された発生期酸素による水の水素引き抜き反応から、有機物（細菌やその死骸、蛋白質等による汚れ等）に付いた水素や水から水素を引き抜き、新しい水（Ｈ２Ｏ）を生成したり、ラジカル連鎖反応を起こして新しい酸素を生成する。
【００２６】
従って、処理タンク１の内部処理筒４内に供給されたオゾンと空気の混合気体は、微細気泡群に曝気された状態で上昇することで被処理水２０は必然的に矢印ａで示したように対流を生じて攪拌され、順次供給される微細気泡群中のオゾンは紫外線ランプ６の照射を受けて上記した反応を起こすので、攪拌されている中で被処理水２０中の有機物、蛋白質、アンモニア等の酸化分解、有害菌、病原菌、ウイルス等の殺菌、消臭を順次行って水の浄化がなされるのである。また、上昇した微細気泡群は直ぐに大気中に放出されることなく、内部処理筒４の上部に設けた蓋部材５によって、放出が抑制されており、それによって被処理水２０との接触が長く維持され残留イオンが無くなるのである。
【００２７】
そして、酸化分解された物質（フロッグ又はスカム）の軽量なものは、気泡と共に上昇して被処理水２０の水面に浮遊し、重くなったものは、処理タンク１の底部に沈殿するようになるのであり、所要時間処理後に水面の浮遊物は排水バルブ８を開いて排出除去し、処理された被処理水２０は排水バルブ９を開いて取り出し、底部に溜まったスカムは排水バルブ１０を開いて、底部に残っている被処理水２０を攪拌させながら外部に取り出せば良いのである。
【００２８】
この場合の所用時間処理後というのは、被処理水の汚れ具合と量とによって異なるものであり、実験の例を示すと、例えば、２００リットル入りの処理タンクを用いた実験装置によって、多摩川の下流域（丸子橋近傍）で採取した略１８０リットルの水に毎分約０．５ｍ３のオゾンと空気の混合気体を供給して処理したところ、略３０分で水の透明度が著しく高くなり、臭気もほとんど無くなった。そして、水の表面には僅かなフロッグが確認され、底部にも沈殿した僅かなスカムが確認された。
【００２９】
従って、汚れの度合いが少なければ同じ量であっても、又は処理量が少なければ、もっと少ない時間で処理できるし、これとは逆に汚れの度合いが多ければ同じ量であってもそれだけ処理時間が掛かることになるのである。
【００３０】
いずれにしても、このように処理された水は、処理される前の汚れの度合いにもよるが、ほとんど無害な状態に浄化されており、飲料水、工業用水等に利用できると共に、工業排水の場合には、無害な状態にして環境を汚染することなく排水することができるのである。
【００３１】
次に、第２の実施の形態としては、例えば、処理液体として燃料用の軽油について説明する。処理に使用する処理装置としては、前記第１の実施の形態と略同一のものが使用され、同様の処理方法が遂行される。
【００３２】
即ち、処理タンク１に所要量の軽油を投入し、紫外線ランプ６を点灯させると共に、オゾン発生装置２内の紫外線ランプ１６も点灯させ、エアーポンプ１４を駆動させてオゾン室１３内に空気を送り込み、該空気はオゾン室１３内で紫外線ランプ１６の照射によって大半がオゾンに生成変換される。
【００３３】
そして、オゾン室１３で生成されたオゾンと空気の混合気体がパイプ１７を介してディフューザ７に供給され、該ディフューザ７によって微細気泡群に曝気されて内部処理筒４内に供給される。
【００３４】
このオゾンと空気の混合気体は、微細気泡群に曝気された状態で内部処理筒４内を上昇するが、その間に紫外線ランプ６の照射を受け、気泡中のオゾンは、発生期酸素と活性酸素を生成する。
【００３５】
軽油の成分としては、パラフィン、シクロパラフィン、芳香族等の各種炭化水素混合物であり、その炭化水素は４価の炭素原子同士が、鎖状又は環状につながって有機化合物の炭素骨格をつくり、その炭素骨格を形づくる各炭素原子の余った原子核に水素原子が結合したものであるが、その外に１％程度の硫黄（Ｓ）及び若干の不純物が混入している。
【００３６】
そこで、処理タンク１の内部処理筒４内に供給されたオゾンと空気の混合気体は、微細気泡群に曝気された状態で上昇することで軽油は必然的に攪拌され、順次供給される微細気泡群中のオゾンは紫外線ランプ６の照射を受けて上記した反応を起こすので、攪拌されている中で軽油中の不純物は酸化されてフロッグ状となって浮上し、硫黄とオゾンの一重項の酸素（’Ｏ２）が結合しスカム状になって沈殿する。
【００３７】
そして、所要時間処理後に水面の浮遊物はバルブ８を開いて排出除去し、処理された軽油はバルブ９を開いて取り出し、底部に溜まったスカムはバルブ１０を開いて、底部に残っている軽油と一緒に攪拌させながら外部に取り出せば良いのである。そして、フロッグ及びスカムを含む軽油については、その後フィルターで濾過して使用するか、又はいわゆる灯油として利用できるのである。
【００３８】
このように処理された軽油を例えば、ディーゼルエンジン搭載の車両用燃料として使用した場合に、排煙中のＣＯ２と煤の量が著しく少なくなるのであり、燃料として環境汚染に与える影響が軽減されるのである。また、この第２の実施の形態では、軽油を対象にして説明したが、これに限定されず、例えば、灯油、重油であっても、当然のこととして浄化処理できるのである。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る液体の浄化処理方法は、液体をオゾンにより浄化処理する方法であって、内部に紫外線ランプが配設された処理タンク内に所要量の被処理液体を収納し、前記処理タンク内の底部側からオゾンと空気との混合気体を微細気泡群の状態に順次曝気させて連続的に供給して被処理液体を攪拌させながら接触させ、該順次曝気させた微細気泡群に紫外線を照射して微細気泡群に含まれるオゾンから発生期酸素と活性酸素を順次生成させ、その順次生成された発生期酸素と活性酸素と攪拌されている被処理液体との繰り返しの接触によって不純物を酸化還元、殺菌又は結合して除去するものであり、処理タンク内で、被処理液体に対してオゾンを含む微細気泡群を順次曝気させて被処理液体を攪拌しながら接触させると共に、紫外線ランプから紫外線を照射させて微細気泡群のオゾンから効率よく活性酸素等を生成させ不純物と反応させて分離することができ、しかも、処理タンク内で分離した不純物を除去して浄化したクリーンな液体を取り出すことができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る液体の浄化処理方法を実施する処理装置を略示的に示した説明図である。
【符号の説明】
１  処理タンク
２  オゾン発生装置
３  台座部
４  内部処理筒
５、１５  蓋部材
６、１６  紫外線ランプ
７  ディフューザ
８、９、１０  排水バルブ
１１  仕切壁
１２  ポンプ室
１３    オゾン室
１４  エアーポンプ
１７  パイプ
２０  被処理液体（水）
ａ  液体の攪拌方向を示す矢印
【図１】
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