(57)【要約】【課題】  被処理水とオゾンを効率よく接触させ、使用するオゾンの量が少なくて済み、小さな反応槽にても処理できる水処理方法及び水処理装置を提供することを目的としている。【解決手段】  水処理装置１には、反応槽２とオゾンガス供給装置３が設けられており、反応槽２では、その底面部２ｂにオゾンガス供給装置３から供給されたオゾンを含むガスをオゾンガス供給管４を介して気泡５として被処理水６に混合、接触させるためのディフューザ（散気管）７が設けられ、さらに、反応槽２の壁面２ｗには、被処理水６の液面６ｓが接触する位置に、オゾンの被処理水への溶解性を向上させる手段である壁面部材８が取り付けられている。これにより、被処理水中の臭気物質を効率よく処理できる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理水中にオゾンを含むガスの気泡を混合して処理する水処理方法において、前記オゾンの前記被処理水への溶解性を向上させる手段を備えたことを特徴とする水処理方法。
【請求項２】
オゾンの被処理水への溶解性を向上させる手段が、垂直面に対して傾斜角を持って設けられた前記オゾンを含むガスの気泡の流れを下方に誘導する壁面部材によるものであることを特徴とする請求項１に記載の水処理方法。
【請求項３】
オゾンの被処理水への溶解性を向上させる手段が、前記被処理水中の前記オゾンを含むガスの気泡を破砕するものであることを特徴とする請求項１に記載の水処理方法。
【請求項４】
オゾンを含むガスを供給するオゾンガス供給装置と、
被処理水に前記オゾンガス供給装置から供給された前記オゾンを含むガスを混合し、前記被処理水を処理するための反応槽と、
前記反応槽内に設置され、前記オゾンの前記被処理水への溶解性を向上させる手段と、
を備えたことを特徴とする水処理装置。
【請求項５】
オゾンの被処理水への溶解性を向上させる手段が、前記被処理水の液面が接触する位置に、垂直面に対して傾斜角を持って設けられた壁面部材であることを特徴とする請求項４に記載の水処理装置。
【請求項６】
壁面部材が曲面を有することを特徴とする請求項５に記載の水処理装置。
【請求項７】
オゾンの被処理水への溶解性を向上させる手段が、前記被処理水の液面あるいは液中に設置され、前記オゾンを含むガスの気泡を破砕、小さくする破泡部材であることを特徴とする請求項４に記載の水処理装置。
【請求項８】
破泡部材が被処理水の液面に設置された複数の浮体であることを特徴とする請求項７に記載の水処理装置。
【請求項９】
破泡部材が被処理水の液中に設置された網目状構造体であることを特徴とする請求項７に記載の水処理装置。
【請求項１０】
浮体もしくは網目状構造体の少なくとも一部に超音波素子を取り付けたことを特徴とする請求項８または請求項９に記載の水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、上水の原水や下水の処理水等を処理対象水とする水処理方法及び水処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、水道水の水質改善を目的として原水からカビ臭等の異臭を除去するために、反応槽内にオゾンを含む気泡を供給し、溶解接触させることによって処理する方法が知られている（例えば、非特許文献１を参照。）。また、オゾン処理を実施する浄水場における反応槽の形状についての設計指針としては、オゾン吸収効率が良いとされる水深が４〜６ｍが適切とされている（例えば、非特許文献２を参照。）。
【０００３】
従来の水処理装置においては、例えば、ディフューザ（散気管）によりオゾンガスを注入し、被処理水と接触溶解させて、吸収効率を高めるために、オゾン接触槽内における流路断面積が、槽内に注入したオゾンガスの気泡流動方向に沿って段階的、あるいは連続的に漸次縮小するように構成し、オゾン接触槽の槽内全長域でその流路の単位断面積当たりの気液接触面積を略同等に保って、装置全体で高いオゾン吸収率を維持できるようにしている。（例えば、特許文献１を参照。）。
【非特許文献１】米内伸一著「オゾン利用による水の蘇生技術」、サンユー出版、ｐ２１０、１９９７年
【非特許文献２】「浄水場ガイドライン」、財団法人水道技術研究センター、ｐ１０５、２０００年
【特許文献１】特開２００３−３３４４３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来のオゾンを含む気泡による水処理方法では、効率よく被処理水にオゾンを溶解接触させるために、オゾン接触槽を流路断面積が漸次縮小した形状のものにする必要があり、オゾン接触槽の構造を変更しなければならない。このため、既に設置されている水処理設備に対してはそのまま適用することが出来ず、オゾン接触槽の大幅な変更とともに水処理設備全体の変更が必要であるという問題があった。
【０００５】
本発明は、上述のような問題点を解決するためになされたものであり、現有の水処理設備をそのまま利用し、反応槽（オゾン接触槽）に大幅な変更を加えることなく、被処理水とオゾンを効率よく接触させ、使用するオゾンの量が少なくて済み、小さな反応槽にても処理できる水処理方法及び水処理装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の水処理方法は、被処理水中にオゾンを含むガスの気泡を混合して処理する水処理方法において、オゾンの被処理水への溶解性を向上させる手段を備えたことを特徴とする。この課題解決手段によれば、オゾンを効率よく利用して、被処理水中の臭気物質を処理することができる水処理方法を提供することができる。
【０００７】
また、上記課題を解決するために、本発明の水処理装置は、オゾンを含むガスを供給するオゾンガス供給装置と、被処理水にオゾンガス供給装置から供給されたオゾンを含むガスを混合し、被処理水を処理するための反応槽と、反応槽内に設置され、オゾンの被処理水への溶解性を向上させる手段と、を備えたことを特徴とする。この課題解決手段によれば、オゾンを効率よく利用して、被処理水中の臭気物質を処理することができる水処理装置を提供することができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、反応槽にオゾンの被処理水への溶解性を向上させる手段を備えたことにより、被処理水対するオゾン吸収率を向上させ、オゾンの外部に放出される量を抑制し、被処理水中に含まれる臭気物質を効率よく処理できる水処理方法及び水処理装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態における水処理方法及び水処理装置の構成と動作について、図を参照しながら説明する。
【００１０】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における水処理装置を示す概略断面図である。
図１に示すように、水処理装置１には、反応槽２とオゾンガス供給装置３が設けられており、反応槽２では、その底面部２ｂにオゾンガス供給装置３から供給されたオゾンを含むガスをオゾンガス供給管４を介して気泡５として被処理水６に混合、接触させるためのディフューザ（散気管）７が設けられ、さらに、反応槽２の壁面２ｗには、被処理水６の液面６ｓが接触する位置に、オゾンの被処理水への溶解性を向上させる手段である壁面部材８が垂直面２ｖに対して傾斜角θを持って取り付けられている。また、反応槽２の気相からオゾンを処理する排オゾン処理装置９が設置されている。
【００１１】
一般的に、被処理水中に含まれる臭気物質の量は変化する。このため、オゾンを含むガスの気泡を利用して水を浄化するためには、被処理水に含まれる臭気物質を除去するために、余裕を見積もって処理に必要な量以上のオゾンを供給する必要がある。オゾンを含む気泡を過剰に供給することから余剰の気泡が被処理水液面から放出される。オゾン供給量に対して被処理水液面を抜けて消費されなかったオゾン量を差し引き、オゾン供給量で除した値は「オゾン吸収率」と呼ばれ、反応槽の処理効率を示す値として用いられる。この余剰なオゾンは臭気物質との反応に消費されず無駄となってしまう。
【００１２】
本発明では、オゾンを無駄なく効率よく利用するため被処理水液面から過剰なオゾンが放出される量を低減するため、被処理水液面に達したオゾンを含有する気泡を還流もしくは破砕、小さくし、被処理水中に再度溶解させて、オゾンの被処理水への溶解性を向上させる手段を設けている。オゾンを含有する気泡は小さくすることにより被処理水に溶解しやすくなる。これにより、オゾンの使用量は従来方法よりも少なくなり、処理効率を上げられるため必要な反応槽の深さも浅くて済み、水処理装置も小型化できる。
【００１３】
次に、実施の形態１の水処理装置を用いた水処理方法の動作について、図１、図２および図３を参照して説明する。
図１に示すように、まず、水処理装置１の反応槽２に被処理水６が導入され、これに対してオゾン供給装置３から供給されたオゾンを含むガスが反応槽２の底部２ａからディフューザ（散気管）７を介して気泡５として供給され、この気泡５の流れ５ｆは被処理水６の流れ６ｆに対向して、上昇しながら被処理水６と溶解接触することにより気泡５内のオゾンと臭気物質とが反応して分解され、臭気が除去される。ここで、反応しなかった余剰のオゾンを含む気泡５は被処理水６の液面６ｓに達する。このとき、垂直面２ｖに対して傾斜角θを持つ壁面部材８により気泡５は被処理水６の下方に誘導され、被処理水６中に戻される。これにより気泡５は被処理水６と再度接触する機会を得、気泡５に含まれるオゾンにより被処理水６中の臭気物質とが反応することにより処理される。オゾンと被処理水６が接触するためには一定の距離すなわち反応槽２に所定の深さが必要であることから、気泡５を壁面部材８により被処理水６に戻すことにより浅い深さの反応槽２でも間に合う。また、被処理水６の液面６ｓから放出される気泡５のオゾン濃度が減ることから「オゾン吸収率」も向上し、放出されるオゾンの処理も少なくて済む。この結果として、水処理に投入するオゾンの量も少なくすることができ、効率のよい水処理装置が得られる。
【００１４】
被処理水６の流れ６ｆと気泡５の力学的関係、気泡５からのガス溶解を考慮した、ＣＦＤ（Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ  Ｆｌｕｉｄ  Ｄｙｎａｍｉｃｓ）解析法を用いて気泡流をシミュレーションにより比較した。図２は、反応槽２に壁面部材８がない場合、図３は反応槽２に壁面部材８を取付けた場合におけるシミュレーション結果を図示したものである。ここで、（ａ）は断面図、（ｂ）は斜視図をそれぞれ示す。図２および図３のモデル範囲は、反応槽２とその前段と後段の含む反応槽２の一部分について示したものである。この解析対象モデルでは、反応槽２は一辺約６ｍの立法体、ディフューザ（散気管）の位置は全て反応槽の底から０．５ｍの高さ、被処理水６の流量は６，２５０ｍ３／ｈ、オゾンを含む気泡５の流量は４．３ｍ３／ｈ、噴出し面積はφ１８ｃｍ、ディフューザ（散気管）７の数は８枚とした。また、温度は２９３Ｋ、気泡中の構成オゾン濃度は１５ｗｔ％、酸素濃度は８５ｗｔ％、気泡の初期径は３ｍｍとした。壁面部材８により、被処理水６の流れ６ｆと気泡５の流れが変化し、液面６ｓに到達したオゾンを含む気泡５が再度溶解される。
【００１５】
数値解析には各種支配方程式の離散化に有限体積法（コントロールボリューム法、セル中心スキーム）を用いた。また、対流項は１次精度風上差分スキーム（ＵＤ）、拡散項は中心差分法、時間項は陰解法を用いた。数値解析手法として上記の各種支配方程式を解く際の解析アルゴリズムは、選択肢の中で定常解析に最適な手法、各種支配方程式をそれぞれ独立に解く分離解法（ＳＩＭＰＬＥ法）を用いた。乱流モデルは、時間平均モデルのｋ−ε乱流モデルを用い、壁面近傍には壁関数を用いた。また、ガスと流体（水）の界面における溶解挙動を解析し、気泡の存在を考慮した流れ場を解くために、気液二相流の計算に離散型二相流モデル（ラグランジュモデル）を用い、気泡内の溶解の現象を気液界面における気相から液相への質量移動として扱い、液中オゾンは拡散、消費させた。気泡は水の流れや浮力を受け、かつ気泡構成成分のオゾンと酸素の溶解によって体積を減少しながら浮上し、液面に達すると液面から消滅した。
【００１６】
壁面部材８がない場合における液面６ｓからのオゾン放出量と壁面部材８を取り付けた場合における液面６ｓからのオゾン放出量を解析した結果によると、壁面部材８がない場合の液面６ｓからのオゾンの放出量が３×−６ｋｇ／ｓであるのに対して、壁面部材８がある場合の液面６ｓからのオゾンの放出量が３×−７ｋｇ／ｓであった。このことから、被処理水６の液面６ｓから放出されるオゾンの量は、壁面部材８がない場合に比べて、壁面部材８がある場合には１／１０と大幅に減少した。液面６ｓから放出されるオゾン量は、被処理水６の流速、気泡５の径、反応槽２の大きさにも依存するが、いずれにしろ壁面部材８を設置した効果が認められ、オゾン吸収率が増加することが確認された。
【００１７】
このように、実施の形態１における水処理装置によると、壁面部材を反応槽に取り付けるという簡単な方法で、気泡を還流させ、被処理水の処理に回すことで、オゾンの利用効率が向上し、オゾンの使用量を減らすことができるという効果が期待できる。あるいは、オゾン吸収率が向上するため反応槽の深さを浅くすることができるので、反応槽を小型化できるという効果も期待することができる。
【００１８】
また、実施の形態１では壁面部材としては、平面を持つブロック材の壁面部材８を使用する場合について説明したが、図４に示すように、平板の平板壁面部材８ｂ、曲面を持つ曲面壁面部材８ｃ、あるいは気泡を停滞させるため表面抵抗を増大させた階段状の断面をもつ階段状壁面部材８ｄの形状のものであっても同様の効果を奏する。
【００１９】
実施の形態２
図５は、実施の形態２における水処理装置を示すもので、オゾンの被処理水への溶解性を向上させる手段の破泡部材として、複数の浮体１０を用い、被処理水６の液面６ｓ上に浮かせたものである。他の構成要素は、実施の形態１と同様であるので、説明を省略する。
【００２０】
浮体１０が被処理水６の液面６ｓに浮かぶように設置されているので、処理水量が変化し、液面６ｓが変動しても液面６ｓの変化に追従して上下し、被処理水６の液面６ｓに達したオゾンを含有する気泡５を、浮体１０の底面により物理的に抑えることによって、気泡５を液面６ｓ付近で停滞させ、気泡５を被処理水６に溶解させることによって、被処理水６に含まれる臭気物質をオゾンとの反応により処理するものである。被処理水６の流れ６ｆが速い場合には、流されて偏らないように浮体１０を壁面２ｗと係留綱１１で連結してもよく、被処理水６の流れ６ｆによって浮体１０が流されることがなく、液面６ｓ全体で同じように気泡５の液面６ｓ越えを抑制することができる。
【００２１】
このように、実施の形態２では、被処理水の処理量が変化し、被処理水の液面が変動しても、この変動に追従して、破泡部材である浮体が上下移動し、処理水量に関係なく、気泡の液面越えを抑制し、被処理水に溶解するオゾン量を増加させることができ、臭気物質を効率よく処理する効果を発揮することができる。
【００２２】
実施の形態３
図６は、実施の形態３における水処理装置を示すもので、オゾンの被処理水への溶解性を向上させる手段の破泡部材１２として、複数の浮体１０に超音波素子１３を取り付けたものを用い、被処理水６の液面６ｓ上に浮かせたものである。超音波素子１３は電源線１４により係留されている。他の構成要素は、実施の形態２と同様であるので、説明を省略する。
【００２３】
浮体１０が被処理水６の液面６ｓに浮かぶように設置されているので、処理水量が変化しても液面６ｓの変化に追従して上下し、被処理水６の液面６ｓ近くに来た気泡５は超音波素子１３から発生された超音波により破砕され、再度被処理水６中に溶解される。気泡５の径が小さくなることで表面積が増加し、溶解し易くなる。気泡５を破砕し、被処理水６に溶解させることによって被処理水６に含まれる臭気物質をオゾンとの反応効率を向上させて処理するものである。よって、液面６ｓから放出される気泡５中に含まれるオゾン量は減少する。破泡部材１２は、係留綱を兼ねた超音波素子１３を駆動させる電源線１４で繋がれており、被処理水６の流れ６ｆによって浮体１０が流されることがなく、液面６ｓ全体で同じように気泡５の液面６ｓ越えを抑制することができる。
【００２４】
このように、実施の形態３では、実施の形態２と同様、被処理水の処理量が変化し、被処理水の液面が変動しても、この変動に追従して、破泡部材である超音波素子が取り付けられた浮体が上下移動し、処理水量に関係なく、超音波により気泡を破砕し、被処理水に溶解するオゾン量を増加させることができ、臭気物質を効率よく処理する効果を発揮することができる。
【００２５】
実施の形態４
図７は、実施の形態４における水処理装置を示すもので、オゾンの被処理水への溶解性を向上させる手段として、網目状構造体１５を被処理水６の液中に設置して破泡部材としたものである。他の構成要素は、実施の形態２と同様であるので、説明を省略する。
【００２６】
被処理水６中を上昇してきた気泡５は、液中に設置した網目状構造体１５に物理的にひっかかって上昇を阻まれ、液中に滞留する時間が増大する。あるいは、網目状構造体１５により小さく破砕される。これらにより気泡５は被処理水６に溶解され易くなる。気泡５を被処理水６に溶解させることによって、オゾンの溶解度が向上し、被処理水６に含まれる臭気物質をオゾンとの反応効率を向上させて処理するものである。よって、液面６ｓから放出される気泡５中に含まれるオゾン量は減少する。
【００２７】
実施の形態４では、破泡部材として網目状構造体１５を一段設置する場合について説明したが、複数段設置しても構わない。網目状構造体を液中に設置したものであり、実施の形態３と同様に気泡を破砕、保持する効果が期待できる。また、網目状構造体１５に超音波素子を設置してもよい。これにより、液面を越える気泡に含有されるオゾン量が減少する。
【００２８】
このように、実施の形態４では、破泡部材を被処理水の液中に設置しているため、処理水量に関係なく、気泡の滞留する時間を増大させ、被処理水に溶解するオゾン量を増加させることができ、臭気物質を効率よく処理する効果を発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】実施の形態１における水処理装置を示す概略断面図である。
【図２】実施の形態１における水処理装置モデルの壁面部材がない場合の気泡流のシミュレーション結果を示す図である。
【図３】実施の形態１における水処理装置モデルの壁面部材を取り付け場合の気泡流のシミュレーション結果を示す図である。
【図４】実施の形態１における壁面部材の他の例を示す図である。
【図５】実施の形態２における水処理装置を示す概略断面図である。
【図６】実施の形態３における水処理装置を示す概略断面図である。
【図７】実施の形態４における水処理装置を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  水処理装置
２  反応槽
３  オゾンガス供給装置
５  気泡
６  被処理水
７  ディフューザ（散気管）
８  壁面部材
１０  浮体
１２  破泡部材
１３  超音波素子
１５  網目状構造体
１５  超音波素子
【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】
2009172517.tif 000007
【図６】
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【図７】
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