(57)【要約】【課題】  小型で反応効率が高く、メンテナンスが容易なオゾン接触反応装置を得る。【解決手段】  本発明のオゾン接触反応装置は、被処理水通水管の中途部に配設して被処理水２中にオゾン含有ガス３を吸引・注入する機構を有するエゼクタ１と、その後段の管内部に金属酸化物触媒６を担持した無機素材からなるエレメント４を配列または充填したミキサー５とを備えたものである。  また、ミキサー５は、エレメント４を回転または振動させる電動手段を備えたものである。また、エレメント４は、翼状、三次元網目状、スパイラル状、リング状、粒状、ペレット状のいずれかの少なくとも一つの形状のものを備えている。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理水の通水管の中途部に配設して前記被処理水中にオゾン含有ガスを吸引・注入する機構を有するエゼクタと、その後段の管内部に金属酸化物触媒を担持した無機素材からなるエレメントを配列または充填してなるミキサーからなることを特徴とする高速オゾン接触反応装置。
【請求項２】
前記ミキサーは、前記エレメントを回転または振動させる電動手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の高速オゾン接触反応装置。
【請求項３】
前記エレメントは、翼状、三次元網目状、スパイラル状、リング状、粒状、ペレット状のいずれかの少なくとも一つの形状のものを備えたことを特徴とする請求項１および２記載の高速オゾン接触反応装置。
【請求項４】
前記エレメントは、多孔質または粗面に形成された表面状態を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の高速オゾン接触反応装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、上下水道、し尿、産業排水、農畜産排水、河川水、湖沼水や、ゴミ埋立地浸出水等の排水中に含まれる着色や臭気等の原因となる有機物、ダイオキシン類あるいは環境ホルモン等の有害有機物を高効率に除去する処理方法として有用な、オゾン接触反応装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
処理原水中の汚濁負荷の原因となる有機成分の処理には、オゾンの利用による酸化分解処理が行われており、一般には被処理水中にオゾン含有ガスを吹き込んで処理を行っている。
また、産業排水やゴミ埋立地浸出水等に含まれるダイオキシン類を含む環境ホルモン物質等の難分解性有機物に対する効果的な除去処理方式として、オゾンと触媒、紫外線、あるいは過酸化水素を併用する促進酸化処理が普及しつつある。これはオゾンよりもさらに強力な酸化力をもつ活性ラジカル種を利用するもので、ヒドロキシラジカルが代表的なラジカル種として挙げられる。
金属酸化触媒にはMnO2が多く採用されており、その一例として、反応塔の内部に固定したMnO2担持セラミックス充填層の下方からオゾン含有ガスを散気しつつ、上方から処理原水を供給し、MnO2担持セラミックス充填層を通過させてオゾンと接触・反応させる。この後、反応塔の底部から処理水を取り出すといった装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
また、オゾン含有ガスや被処理水と接触する表面積をできるだけ大きくしつつ、触媒の目詰まりをなくすために、MnO2担持セラミックス充填層の形状を櫛歯状や蓮根状に加工する等の工夫がなされているものもある（例えば、特許文献２参照）。
なお、ヒドロキシラジカルはオゾンが金属酸化触媒との接触時に分解する過程で生じるものであり、水中のオゾン濃度が高いほどヒドロキシラジカルの生成量が多いことが知られている。このため、水中のオゾン濃度を高めることは、促進酸化処理を行う上で重要な課題となっている。
【特許文献１】特開平９−２５３６７２号公報
【特許文献２】特開２００１−２９７８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところが、上記従来のオゾン含有ガスを反応塔内に散気してMnO2担持セラミックス充填層で被処理水と接触させる処理方式では次のような問題がある。
このような反応塔は、オゾンを水中に効率良く溶解するために、４〜６ｍ程度の水深をとって接触時間を確保しており、通常、オゾン反応時間は１０分以上に設定されている。さらに、MnO2担持セラミックス充填層を固定するためのスペースが必要となるため大型の構造体となっている場合が多い。
また、このような反応塔では、オゾンの溶解に比較的長い時間を要するため、オゾンの消費や自己分解による減衰の影響を受け、触媒接触時に高い水中オゾン濃度を得ることが困難である。このため、ヒドロキシラジカルの生成効率が必ずしも良好ではなく、高い反応効率が得られない。このような状況から、触媒接触時の水中オゾン濃度およびヒドロキシラジカルの生成能を高め、処理効率を向上するためには、大量のオゾンを添加しなければならないといった課題がある。
また、触媒の劣化や損耗の際には、反応塔を開封して触媒充填層を全量新品と交換する必要があるため、交換に要するコストや作業性等、メンテナンス上の問題が懸念される。
そこで、本発明は、小型で反応効率が高く、メンテナンスが容易なオゾン接触反応装置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】
【０００４】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したものである。
請求項１に記載の高速オゾン接触反応装置は、被処理水通水管の中途部に配設して被処理水中にオゾン含有ガスを吸引・注入する機構を有するエゼクタと、その後段の管内部に金属酸化物触媒を担持した無機素材からなるエレメントを配列または充填してなるミキサーとからなるものである。
請求項２に記載の高速オゾン接触反応装置は、前記エレメントを電動手段により回転または振動させるものである。
請求項３に記載の高速オゾン接触反応装置は、前記エレメントの形状を、翼状、三次元網目状、スパイラル状、リング状、粒状、ペレット状のいずれかとし、単一または複数の形状のものを同一サイズあるいは大小組み合わせて配列または充填するものである。
請求項４に記載の高速オゾン接触反応装置は、前記エレメントの表面状態を多孔質または粗面に形成するものである。
【発明の効果】
【０００５】
請求項１に記載の発明によると、通水管の中途部に設けたエゼクタと、その後段の管内部に金属酸化物触媒を担持した無機素材からなるエレメントを配列または充填したミキサーとを設けたので、通常の配管の取りまわしと同様にスペースを取らず、コンパクトであると同時に滞留部分のない均一な押し出し流れとなる。また、ミキサーによりオゾンと被処理水の混合・攪拌効率が良好となるので反応効率がより向上するとともに装置全体の大幅な小型化ができる。また、メンテナンス時は配管からミキサー部分だけを取り外して新品と交換することが可能であるため、交換作業が容易になる。
請求項２に記載の発明によると、エレメントを電動手段によって回転や振動させるので、せん断あるいは攪拌されたオゾン含有ガスは微細な気泡となり、接触面積が増大して反応効率がさらに向上する。
請求項３に記載の発明によると、エレメントの形状を特定したので、被処理水の所要流速、水質等に応じて最適な混合・攪拌構造を選択することができ、かつ反応効率の向上に寄与することができる。
請求項４に記載の発明によると、エレメントの表面を多孔質または粗面にしているので、金属酸化物触媒がエレメントの無機基材から磨耗や剥離等により減少することを防止できるとともに、接触面積の増大による反応効率の向上にもつながる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【０００７】
図１は、本発明の実施例１を示す高速オゾン接触反応装置の側断面図である。図において、１はエゼクタ、２は被処理水、３はオゾン含有ガス、４はミキサー、５は処理水である。本オゾン接触反応装置は、ミキサー４を通水管の中途部に配管の一部として配設したものである。ミキサー４の構造は、図２に示すように翼状のエレメント４１と管体４２とからなる。図２（ａ）は図１のＡ−Ａ‘線における正断面図、図２（ｂ）は側断面図である。エレメント４１は、図３に拡大断面を示すように、セラミックス他の無機材からなる基材４１ａと、その表面に担持した触媒４１ｂからなっている。触媒４１ｂは、ＭｎＯ２の金属酸化物を焼成または蒸着等により設けている。
【０００８】
つぎに、動作について説明する。
有害有機物を含む被処理水２がエゼクタ１に導入されると、オゾン含有ガス３が内部に吸引されて被処理水２と混合される。この段階においてほぼ気液平衡に達した濃度のオゾン水が得られる。なお、オゾンの添加量はＣＯＤや色度等の除去対象物の水質に応じて最適な条件を設定することができる。
気液混合流体はエゼクタ１を通過後、ミキサー４の内部に配送される。ここで、被処理水２は、翼状に形成したエレメント４１により、気液混合流体を効率良く混合・攪拌あるいはせん断される。そして、オゾン水とエレメント４１表面の金属酸化物の触媒４１ｂとの接触によりヒドロキシラジカルが発現して有機物の分解反応に寄与する。また、触媒４１ｂは有機物による還元反応およびオゾンによる再生反応を繰り返すといった反応メカニズムにより連続的に有害有機物の除去が進行する。浄化された処理水７は後段で気液分離や排ガス処理等が行われた後、放流あるいは再生水として各種用途に利用される。
本実施例によれば次のような効果が得られる。
エゼクタは通水管の一部として配設することができ、管の中途部からオゾンを注入して瞬時に被処理水中に溶解するため、オゾンの消費や自己分解によるオゾン濃度の減衰の影響を受けにくく、高濃度のオゾン水を生成することができる。またその直後に配設したミキサーもエゼクタと同様にインライン中に配設することができコンパクトな構造となっている。
このような元来ラインミキサーの持つガスを細かい気泡に分散させて接触界面積を増加させる作用により、オゾンの溶解効率を高める効果に加え、エレメントの金属酸化触媒面において被処理水および水中に溶解したオゾンとの接触によりヒドロキシラジカルが生成して、反応が強力に促進される。
この結果、接触反応装置がコンパクトになるばかりでなく、オゾン添加量を減少することが可能となり、装置全体が小型化するに伴い、コストの軽減が実現できる。
また、被処理水の汚濁の程度、処理条件、処理の規模に応じて、任意のエレメントが配備されたミキサーを複数台連結することもできる。さらには切換弁を設けて複数方向に分岐することが容易に実現できるため、触媒やミキサーの劣化や損耗時も装置を停止させることなく容易に交換することができる。
さらに、残留オゾンガスとの接触面積を増大させるようにエレメントの形状を構成すれば、残留オゾンガスも金属触媒と接触して低濃度化されるため、排出ガス中のオゾンの分解処理が容易になる。
なお、被処理物は水等の液体のみではなく、汚染ガスや汚染ガスと水蒸気を混合した流体においても同様の処理が可能である。
なお、本実施例ではエレメント４１として、翼状のものを用いたが、図４に示すような三次元網目状のものを用いてもよい。さらに、触媒４１ｂの金属酸化物としては、マンガンのみではなく、チタン、鉄、コバルト、ニッケル、セリウム、タングステン、銅、銀、金、白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウムおよびイリジウムの中から選ばれた少なくとも一つを選んでも良い。
【実施例２】
【０００９】
図５は、本発明の実施例２を示す高速オゾン接触反応装置の概略図で、（ａ）は側断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ‘線における正断面図である。図において、６は電動機、７は回転軸である。実施例１と同じ部分は説明を省略する。実施例１と異なるのは、翼状のエレメント４１を電動機６の回転軸７に取り付けて、高速で回転するようにした点である。
本実施例の動作は実施例１と同様であるが、エレメント４１を500rpm以上の高速で回転させることにより、被処理水２とオゾンの混合・攪拌効率が向上し、反応効率をさらに向上させることが可能である。また、エゼクタ１と実施例１におけるミキサー４の組み合わせによる混合・攪拌・せん断性能は水の流速に依存するが、水量の低下等によりこれらの性能を充分に満たすための流速が確保できない場合においても、安定した性能を得ることができる。本実施例の他の効果は、実施例１と同じである。
【実施例３】
【００１０】
図６は、本発明の実施例３を示す高速オゾン接触反応装置の側断面図である。
本実施例は、実施例１とエレメント４１の形状は同じであるが、管体４２の径がエゼクタ１の径より大きくしたものである。被処理水の水質やエレメントの形状あるいは特性等に応じて実施例１のエレメント４１の外径を単に大きくしてもよいし、形状の異なったエレメントを組み合せてもよい。これによりオゾン処理の効率がさらに高くなる効果がある。本実施例の他の効果は、実施例１と同じである。
なお、本実施形態では、エレメントとして、翼状のものおよび三次元網目状のものを用いたが、これに限らず、スパイラル状、リング状、粒状、ペレット状などのものを単独または組み合せて用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００１１】
本発明の高速オゾン接触反応装置は、被処理物として水等の液体のみではなく、汚染ガスや汚染ガスと水蒸気を混合した流体においても同様の処理が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施例１を示す高速オゾン接触反応装置の側断面図である。
【図２】図１のミキサーの拡大図で、（ａ）は図１Ａ−Ａ‘線における正断面図、（ｂ）は側断面図である。
【図３】図１のエレメントの拡大断面図である。
【図４】図１の他のミキサーの拡大図で、（ａ）は図１のＢ−Ｂ‘線における正断面図、（ｂ）は側断面図である。
【図５】本発明の実施例２を示す高速オゾン接触反応装置の概略図で、（ａ）は側断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ‘線における正断面図である。
【図６】本発明の実施例３を示す高速オゾン接触反応装置の側断面図である。
【符号の説明】
【００１３】
１  エゼクタ
２  被処理水
３  オゾン含有ガス
４  ミキサー
４１  エレメント
４１ａ  基材（セラミックス）
４１ｂ  触媒（金属酸化物）
４２  管体
５  処理水
６  電動機
７  回転軸
【図１】
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【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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