(57)【要約】【課題】有機フッ素化合物を含有する被処理水をより合理的に処理でき、かつ処理効率を格段に向上できる水処理装置および水処理方法を提供する。【解決手段】この水処理装置では、シーケンサ３は、流入水泡レベル感知部９が被処理水の水面４０に生じた泡の高さにより検出した被処理水の有機フッ素化合物濃度に応じて、４台のナノバブル発生機３１〜３４のうちの運転させるナノバブル発生機の台数を制御する。よって、ナノバブルが有する強力な酸化分解力を充分に利用してナノバブル発生分解部１０内の被処理水が含有する有機フッ素化合物を分解処理できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機フッ素化合物を含有する被処理水が導入される処理水槽と、
上記有機フッ素化合物を含有する被処理水の有機フッ素化合物濃度を検出する濃度検出部と、
上記処理水槽内の上記被処理水にナノバブルを発生させる複数台のナノバブル発生機と、
上記濃度検出部が検出した被処理水の有機フッ素化合物濃度に応じて、上記複数台のナノバブル発生機のうちの運転させるナノバブル発生機の台数を制御する制御部とを備えることを特徴とする水処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載の水処理装置において、
上記濃度検出部は、
上記処理水槽における被処理水中に気泡を発生させ上記被処理水の水面に生じる泡の高さを検出することによって上記被処理水の有機フッ素化合物濃度を検出することを特徴とする水処理装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の水処理装置において、
上記ナノバブル発生機は、上記被処理水にオゾンナノバブルを発生させるオゾンナノバブル発生機であることを特徴とする水処理装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１つに記載の水処理装置において、
上記ナノバブル発生機は気液混合循環ポンプを有し、
上記制御部は、
上記濃度検出部が検出した被処理水の有機フッ素化合物濃度に応じて、上記複数台のナノバブル発生機のうちの運転させるナノバブル発生機の台数を制御すると共にこの運転させるナノバブル発生機の上記気液混合循環ポンプの回転数をインバータ制御することを特徴とする水処理装置。
【請求項５】
請求項２から４のいずれか１つに記載の水処理装置において、
上記処理水槽は、
上記有機フッ素化合物を含有する被処理水が導入される上記濃度検出部と、
上記濃度検出部から上記被処理水が導入されると共に上記ナノバブル発生機からナノバブルが導入されるナノバブル発生分解部と、
上記ナノバブル発生分解部から導入される被処理水の水面に生じる泡の高さを検出することによって上記被処理水の有機フッ素化合物濃度を検出する中間水泡レベル感知部とを有することを特徴とする水処理装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１つに記載の水処理装置において、
活性炭吸着塔を上記処理水槽の後段に設置したことを特徴とする水処理装置。
【請求項７】
請求項１から５のいずれか１つに記載の水処理装置において、
イオン交換塔を上記処理水槽の後段に設置したことを特徴とする水処理装置。
【請求項８】
請求項１から５のいずれか１つに記載の水処理装置において、
キレート樹脂塔を上記処理水槽の後段に設置したことを特徴とする水処理装置。
【請求項９】
請求項６から８のいずれか１つに記載の水処理装置において、
上記処理水槽と上記活性炭吸着塔,イオン交換塔,キレート樹脂塔のうちのいずれか１つとの間に設置された水配管と、
上記水配管に設置されたバルブとを備え、
上記制御部は、
上記中間水泡レベル感知部が検出した上記泡の高さに応じて、上記水配管に設置されたバルブを開閉することを特徴とする水処理装置。
【請求項１０】
請求項６から９のいずれか１つに記載の水処理装置において、
上記処理水槽と上記活性炭吸着塔,イオン交換塔,キレート樹脂塔のうちのいずれか１つとの間に設置されていると共にポバール樹脂が充填されたポバール樹脂槽を備え、
上記処理水槽からの処理水が上記ポバール樹脂槽に導入され、上記ポバール樹脂槽からの処理水が上記活性炭吸着塔,イオン交換塔,キレート樹脂塔のうちのいずれか１つに導入されることを特徴とする水処理装置。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか１つに記載の水処理装置において、
上記濃度検出部が検出できる上記有機フッ素化合物濃度の段階数と同じ台数だけ上記ナノバブル発生機を備えることを特徴とする水処理装置。
【請求項１２】
請求項６から１１のいずれか１つに記載の水処理装置において、
上記処理水槽からの処理水が導入されると共にナノバブル発生機が設置されたポンプピットを備え、
上記ポンプピットにおいて上記ナノバブル発生機が発生するナノバブルで酸化処理した処理水を上記活性炭吸着塔,イオン交換塔,キレート樹脂塔のうちのいずれか１つに導入することを特徴とする水処理装置。
【請求項１３】
請求項６から９のいずれか１つに記載の水処理装置において、
上記制御部は、シーケンス制御を行うシーケンサであることを特徴とする水処理装置。
【請求項１４】
請求項１から１３のいずれか１つに記載の水処理装置において、
上記被処理水が、生物処理後の被処理水であることを特徴とする水処理装置。
【請求項１５】
請求項１から１３のいずれか１つに記載の水処理装置において、
上記被処理水が、排水処理後の被処理水であることを特徴とする水処理装置。
【請求項１６】
請求項１から１５のいずれか１つに記載の水処理装置において、
上記処理水槽の後段に紫外線反応塔を設置したことを特徴とする水処理装置。
【請求項１７】
処理水槽内に導入された被処理水の有機フッ素化合物の濃度に応じて、上記処理水槽内に導入された被処理水にナノバブルを発生させるナノバブル発生機の運転台数を制御することを特徴とする水処理方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の水処理方法において、
上記処理水槽における被処理水中に気泡を発生させ上記被処理水の水面に生じる泡の高さを検出することによって上記被処理水の有機フッ素化合物濃度を検出することを特徴とする水処理方法。
【請求項１９】
請求項１７または１８に記載の水処理方法において、
上記処理水槽からの処理水を活性炭吸着塔で処理し、
上記活性炭吸着塔の活性炭を活性炭再生工場において９００℃以上で再生することを特徴とする水処理方法。
【請求項２０】
請求項１７または１８に記載の水処理方法において、
上記処理水槽からの処理水を活性炭吸着塔で処理し、
上記活性炭吸着塔の内部に水中ポンプを設置し、この水中ポンプで上記活性炭吸着塔内に注水しながら上記活性炭吸着塔から活性炭を取り出し、取り出した活性炭を脱水した後、９００℃以上で再生することを特徴とする水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、被処理水中の有機フッ素化合物を、その濃度に合わせてナノバブル量を確保して円滑に有機フッ素化合物を分解処理できる水処理装置および水処理方法に関する。また、この発明は、具体的一例では微量残存している有機フッ素化合物を活性炭にて確実に処理する水処理装置および水処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロナノバブルやナノバブルを用いた水処理方法や水処理装置が開発されている。すなわち、マイクロナノバブルやナノバブルが有する微生物活性化作用や、マイクロナノバブルやナノバブルが有するフリーラジカル起因の酸化作用による有機物および汚濁物の酸化による水処理方法や水処理装置が開発されている。
【０００３】
しかしながら、マイクロナノバブルやナノバブルを被処理水に含有させるだけでは、処理が不充分である処理対象水(被処理水)も存在している事実が各種処理実験により判明した。すなわち、有機フッ素化合物としてのＰＦＯＳ(パーフルオロオクタスルホン酸)やＰＦＯＡ(パーフルオロオクタン酸)が被処理水中に存在していると、この被処理水は強力な酸化作用等特別の条件がないかぎり、微生物による分解処理が困難な状況になる。
【０００４】
一方で、各種工場においては排水中に有機フッ素化合物としてのＰＦＯＳやＰＦＯＡをｐｐｔのレベルで含有しているところもあり、工場のリスクマネージメントの観点から、これらの有機フッ素化合物を確実に処理することが求められている。
【０００５】
上記有機フッ素化合物を確実に処理するためには、排水全量を焼却することが考えられるが、排水量が大きいことから、コストや焼却する際の燃料使用の観点から得策な方法ではない。
【０００６】
一方、排水の全量を活性炭に通水して、排水中の有機フッ素化合物を活性炭に吸着させて処理することも考えられるが、この場合、活性炭の寿命が短くなり、破過するまでの時間が短く、経済的な排水処理システムとは言えない。
【０００７】
ところで、従来技術としてのナノバブルの利用方法および装置が、特開２００４−１２１９６２号公報(特許文献１)に記載されている。この従来技術では、ナノバブルが有する浮力の減少,表面積の増加,表面活性の増大,局所高圧場の生成,静電分極の実現による界面活性作用と殺菌作用などの特性を活用したものである。この従来技術では、より具体的にはそれらが相互に関連することによって、汚れ成分の吸着機能,物体表面の高速洗浄機能,殺菌機能を発揮して各種物体を高機能,低環境負荷で洗浄することができ、汚濁水の浄化を行うことができることを開示している。
【０００８】
また、従来技術としてのナノ気泡の生成方法が、特開２００３−３３４５４８号公報(特許文献２)に記載されている。この従来技術の方法は、液体中において、(1)液体の一部を分解しガス化する工程、(2)液体中で超音波を印加する工程、または、(3)液体の一部を分解しガス化する工程および超音波を印加する工程から構成されていることを開示している。
【０００９】
また、従来技術としてのオゾンマイクロバブルを利用する廃液の処理装置が、特開２００４−３２１９５９号公報(特許文献３)に記載されている。この従来技術では、オゾン発生装置より生成されたオゾンガスをマイクロバブル発生装置に供給し、処理槽の下部から抜き出された廃液を加圧ポンプを介して上記マイクロバブル発生装置に供給している。また、この従来技術では、生成されたオゾンマイクロバブルをガス吹き出しパイプの開口部より上記処理槽内の廃液中に通気することを開示している。
【００１０】
また、別の従来技術として、水処理における活性炭吸着処理が知られている。水処理で活性炭を使用することで、大部分が炭素から構成された多孔質の物質である活性炭の微細な孔に多くの有機物を吸着する性質を利用している。
【００１１】
しかし、活性炭を利用する場合、この活性炭に多くの有機物を吸着するので、吸着の後は活性炭を取り替える必要がある。
【００１２】
具体的には、難分解性有機フッ素化合物含有水には有機物を含有している場合が多く、最終的に有機フッ素化合物を活性炭吸着する場合、上記有機物有機物が活性炭の寿命を短くするだけでなく、有機フッ素化合物の活性炭吸着を有機物が阻害している課題がある。
【００１３】
また、一般的な広い意味での有機フッ素化合物の処理に関する課題としては、有機フッ素化合物における化学構造式である炭素とフッ素の結合は安定しているが故に強酸の中でも分解しない。それ故、この有機フッ素化合物は、環境中に放出されて世界中を巡り、果てには世界中のあらゆる生物に濃縮されてきた。例えば、一例として北極熊、アザラシ、鯨からも有機フッ素化合物が検出されて国際的環境汚染として問題となっている。
【００１４】
しかしながら、この有機フッ素化合物は安定的な化学物質であるので、微生物による分解が困難であるから、有機フッ素化合物を含有している液体を１０００℃以上で焼却する処理方法しか存在していない。この焼却による処理方法は、唯一の処理方法であるが、液体量が多い場合には燃料も多く使用し、二酸化炭素の増加による地球温暖化の問題もあり、合理的処理方法ではない。
【００１５】
また、最近では水道水、地下水等の微量有機フッ素化合物に対する処理も求められているが合理的かつ経済的な処理が実現できていない。
【００１６】
そして、最近の総合的な情報として、被処理水中の有機フッ素化合物の処理としては活性炭吸着による処理が有効であるが、活性炭の取替え頻度の増大によるコスト増や破過した活性炭のセメント工場での燃料としての焼却処分によるコスト増という問題があることが判明してきた。
【００１７】
このように、従来から、マイクロナノバブルやナノバブルを利用した水処理方法や水処理装置が知られているものの、ＰＦＯＳやＰＦＯＡ等の難分解性化学物質である有機フッ素化合物を含有する被処理水に対して、より合理的かつ処理効率が格段に向上する水処理方法や水処理装置を実現できていなかった。
【特許文献１】特開２００４−１２１９６２号公報
【特許文献２】特開２００３−３３４５４８号公報
【特許文献３】特開２００４−３２１９５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
そこで、この発明の課題は、有機フッ素化合物を含有する被処理水をより合理的に処理でき、かつ処理効率を格段に向上できる水処理装置および水処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記課題を解決するため、この発明の水処理装置は、有機フッ素化合物を含有する被処理水が導入される処理水槽と、
上記有機フッ素化合物を含有する被処理水の有機フッ素化合物濃度を検出する濃度検出部と、
上記処理水槽内の上記被処理水にナノバブルを発生させる複数台のナノバブル発生機と、
上記濃度検出部が検出した被処理水の有機フッ素化合物濃度に応じて、上記複数台のナノバブル発生機のうちの運転させるナノバブル発生機の台数を制御する制御部とを備えることを特徴としている。
【００２０】
この発明の水処理装置によれば、上記制御部は、上記濃度検出部が検出した被処理水の有機フッ素化合物濃度に応じて、上記複数台のナノバブル発生機のうちの運転させるナノバブル発生機の台数を制御する。よって、ナノバブルが有する強力な酸化分解力を充分に利用でき、上記処理水槽内の被処理水が含有する有機フッ素化合物を分解処理できる。また、上記制御部により、上記被処理水中の有機フッ素化合物の濃度に合わせて、上記ナノバブル発生機の運転台数を制御するので、有機フッ素化合物を効率良く処理できる。よって、処理効率がよく、かつ省エネルギー運転でもって有機フッ素化合物を分解処理できる。
【００２１】
また、一実施形態の水処理装置では、上記濃度検出部は、上記処理水槽における被処理水中に気泡を発生させ上記被処理水の水面に生じる泡の高さを検出することによって上記被処理水の有機フッ素化合物濃度を検出する。
【００２２】
この実施形態の水処理装置によれば、上記被処理水の水面に生じる泡の高さを検出することによって上記被処理水の有機フッ素化合物の概略の濃度を即座に検出できる。よって、上記被処理水の有機フッ素化合物濃度の変化に即座に対応して、ナノバブル発生機の運転台数を最適化でき、ランニングコストの低減を図れる。また、有機フッ素化合物の濃度を検出するための計装機器のイニシャルコストを低減できる。
【００２３】
また、一実施形態の水処理装置では、上記ナノバブル発生機は、上記被処理水にオゾンナノバブルを発生させるオゾンナノバブル発生機である。
【００２４】
この実施形態の水処理装置によれば、オゾンナノバブル発生機が発生するオゾンナノバブルは、ナノバブルの強力な酸化力とオゾンの酸化力とが合算した酸化力を発揮でき、有機フッ素化合物を酸化分解することができる。
【００２５】
また、一実施形態の水処理装置では、上記ナノバブル発生機は気液混合循環ポンプを有し、
上記制御部は、
上記濃度検出部が検出した被処理水の有機フッ素化合物濃度に応じて、上記複数台のナノバブル発生機のうちの運転させるナノバブル発生機の台数を制御すると共にこの運転させるナノバブル発生機の上記気液混合循環ポンプの回転数をインバータ制御する。
【００２６】
この実施形態の水処理装置によれば、ナノバブル発生機を構成する気液混合循環ポンプのモーターをインバータ制御することによって、ナノバブル発生能力をより高精度で制御でき、効率的で省エネルギーなナノバブル発生機の運転制御が可能となる。
【００２７】
また、一実施形態の水処理装置では、上記処理水槽は、
上記有機フッ素化合物を含有する被処理水が導入される上記濃度検出部と、
上記濃度検出部から上記被処理水が導入されると共に上記ナノバブル発生機からナノバブルが導入されるナノバブル発生分解部と、
上記ナノバブル発生分解部から導入される被処理水の水面に生じる泡の高さを検出することによって上記被処理水の有機フッ素化合物濃度を検出する中間水泡レベル感知部とを有する。
【００２８】
この実施形態の水処理装置によれば、上記中間水泡レベル感知部によって、上記ナノバブル発生分解部での上記被処理水中の有機フッ素化合物の分解レベルを検知できる。
【００２９】
また、一実施形態の水処理装置では、活性炭吸着塔を上記処理水槽の後段に設置した。
【００３０】
この実施形態の水処理装置によれば、上記処理水槽からの処理水を、さらに活性炭吸着塔に導入して、上記処理水中の有機フッ素化合物を上記活性炭吸着塔で最終的に吸着処理できる。
【００３１】
また、一実施形態の水処理装置では、イオン交換塔を上記処理水槽の後段に設置した。
【００３２】
この実施形態の水処理装置によれば、上記処理水槽からの処理水を、さらにイオン交換塔に導入して、上記処理水中の有機フッ素化合物を上記イオン交換塔で最終的に処理できる。このイオン交換塔では、処理対象物質を選択的に処理することが可能である。
【００３３】
また、一実施形態の水処理装置では、キレート樹脂塔を上記処理水槽の後段に設置した。
【００３４】
この実施形態の水処理装置によれば、上記処理水槽からの処理水を、さらにキレート樹脂塔に導入して、上記処理水中の有機フッ素化合物を上記キレート樹脂塔で最終的に処理できる。このキレート樹脂塔では、処理対象物質を選択的に処理することが可能である。
【００３５】
また、一実施形態の水処理装置では、上記処理水槽と上記活性炭吸着塔,イオン交換塔,キレート樹脂塔のうちのいずれか１つとの間に設置された水配管と、
上記水配管に設置されたバルブとを備え、
上記制御部は、
上記中間水泡レベル感知部が検出した上記泡の高さに応じて、上記水配管に設置されたバルブを開閉する。
【００３６】
この実施形態の水処理装置によれば、上記処理水槽においてナノバブルで有機フッ素化合物を酸化分解した上で、上記処理水槽による有機フッ素化合物の分解レベルに応じて、上記水配管に設置されたバルブを開けて、上記活性炭吸着塔,イオン交換塔,キレート樹脂塔のうちのいずれかにより、未分解の有機フッ素化合物を処理できる。よって、有機フッ素化合物の除去率を高くすることができる。
【００３７】
また、一実施形態の水処理装置では、上記処理水槽と上記活性炭吸着塔,イオン交換塔,キレート樹脂塔のうちのいずれか１つとの間に設置されていると共にポバール樹脂が充填されたポバール樹脂槽を備え、
上記処理水槽からの処理水が上記ポバール樹脂槽に導入され、上記ポバール樹脂槽からの処理水が上記活性炭吸着塔,イオン交換塔,キレート樹脂塔のうちのいずれか１つに導入される。
【００３８】
この実施形態の水処理装置によれば、上記処理水槽と上記活性炭吸着塔,イオン交換塔,キレート樹脂塔のうちのいずれか１つとの間にポバール樹脂槽を設置している。よって、上記処理水槽からの処理水中の有機物をポバール樹脂に繁殖した微生物で処理することができる。このため、上記活性炭吸着塔の活性炭の破過までの時間を延長でき、上記イオン交換塔のイオン交換樹脂,キレート樹脂塔のキレート樹脂の寿命を延長できる。
【００３９】
また、一実施形態の水処理装置では、上記濃度検出部が検出できる上記有機フッ素化合物濃度の段階数と同じ台数だけ上記ナノバブル発生機を備える。
【００４０】
この実施形態の水処理装置によれば、上記ナノバブル発生機の台数を上記濃度検出部が検出できる上記有機フッ素化合物濃度の段階数と一致している。よって、制御部により、上記被処理水中の有機フッ素化合物の濃度に合致したナノバブル発生機の運転台数を選択し、処理水槽における被処理水の有機フッ素化合物の濃度に応じたナノバブルを発生でき、上記有機フッ素化合物をナノバブルで合理的に処理できる。
【００４１】
また、一実施形態の水処理装置では、上記処理水槽からの処理水が導入されると共にナノバブル発生機が設置されたポンプピットを備え、上記ポンプピットにおいて上記ナノバブル発生機が発生するナノバブルで酸化処理した処理水を上記活性炭吸着塔,イオン交換塔,キレート樹脂塔のうちのいずれか１つに導入する。
【００４２】
この実施形態の水処理装置によれば、上記活性炭吸着塔,イオン交換塔,キレート樹脂塔の前段のポンプピットにおいて、ナノバブルで有機フッ素化合物を酸化分解できる。このポンプピットの後段で未分解の有機フッ素化合物が微量残っていても、最後の活性炭吸着塔,イオン交換塔,キレート樹脂塔のうちのいずれか１つで残存した有機フッ素化合物を処理できる。よって、有機フッ素化合物を高度に処理でき、高い除去率で有機フッ素化合物を除去できる。
【００４３】
また、一実施形態の水処理装置では、上記制御部は、シーケンス制御を行うシーケンサである。
【００４４】
この実施形態の水処理装置によれば、シーケンサによりナノバブル発生機等の各機器を合理的にシーケンス制御することができ、細かい運転管理ができ、処理性能の向上と省エネルギーを達成できる。
【００４５】
また、一実施形態の水処理装置では、上記被処理水が、生物処理後の被処理水である。
【００４６】
この実施形態の水処理装置によれば、上記被処理水が、生物処理後の被処理水であるので、微生物で処理されて、水質の向上および水質の安定化が実施された後の被処理水が処理水槽に導入される。よって、上記処理水槽からの処理水の安定的な水質を確保できる。
【００４７】
また、一実施形態の水処理装置では、上記被処理水が、排水処理後の被処理水である。
【００４８】
この実施形態の水処理装置によれば、上記被処理水が、排水処理後の被処理水であるので、排水処理により水質の向上および水質の安定化が実施された後の被処理水が処理水槽に導入される。よって、上記処理水槽からの処理水の安定的な水質を確保できる。
【００４９】
また、一実施形態の水処理装置では、上記処理水槽の後段に紫外線反応塔を設置した。
【００５０】
この実施形態の水処理装置によれば、上記処理水槽からの処理水を上記紫外線反応塔に導入し、この紫外線反応塔において上記処理水に紫外線を照射して酸化処理できる。上記紫外線反応塔は、活性炭吸着塔とは異なり、破過した活性炭を取り替えるといった作業が不要である。
【００５１】
また、一実施形態の水処理方法では、処理水槽内に導入された被処理水の有機フッ素化合物の濃度に応じて、上記処理水槽内に導入された被処理水にナノバブルを発生させるナノバブル発生機の運転台数を制御する。
【００５２】
また、一実施形態の水処理方法では、上記処理水槽における被処理水中に気泡を発生させ上記被処理水の水面に生じる泡の高さを検出することによって上記被処理水の有機フッ素化合物濃度を検出する。
【００５３】
また、一実施形態の水処理方法では、上記処理水槽からの処理水を活性炭吸着塔で処理し、上記活性炭吸着塔の活性炭を活性炭再生工場において９００℃以上で再生する。
【００５４】
この実施形態の水処理方法によれば、上記活性炭吸着塔の活性炭を活性炭再生工場において９００℃以上で再生するので、上記活性炭に付着した有機フッ素化合物の殆どを分解処理できる。そして、上記活性炭をリサイクル使用できる。
【００５５】
また、一実施形態の水処理方法では、上記処理水槽からの処理水を活性炭吸着塔で処理し、
上記活性炭吸着塔の内部に水中ポンプを設置し、この水中ポンプで上記活性炭吸着塔内に注水しながら上記活性炭吸着塔から活性炭を取り出し、取り出した活性炭を脱水した後、９００℃以上で再生する。
【００５６】
この実施形態の水処理方法によれば、上記活性炭吸着塔から水と共に活性炭を容易に取り出すことができ、また、上記活性炭に吸着した有機フッ素化合物の大部分を分解することができる。
【発明の効果】
【００５７】
この発明の水処理装置によれば、制御部は濃度検出部が検出した被処理水の有機フッ素化合物濃度に応じて、上記複数台のナノバブル発生機のうちの運転させるナノバブル発生機の台数を制御する。よって、この発明によれば、ナノバブルが有する強力な酸化分解力を充分に利用でき、処理水槽内の被処理水が含有する有機フッ素化合物を分解処理できる。また、上記制御部により、上記被処理水中の有機フッ素化合物の濃度に合わせて、上記ナノバブル発生機の運転台数を制御するので、有機フッ素化合物を効率良く処理できる。よって、処理効率が良くかつ省エネルギー運転によって有機フッ素化合物を分解処理できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５８】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００５９】
(第１の実施の形態)
図１はこの発明の水処理装置の第１実施形態を模式的に示す図である。この第１実施形態の水処理装置は、大略、被処理水が導入される処理水槽としての泡レベル感知・分解槽１２と活性炭吸着塔４９から構成されている。
【００６０】
図１において、符号１は流入水配管であり、被処理水としての排水が、流入水配管１を経由して、泡レベル感知・分解槽１２に導入される。なお、流入水としては、排水である場合もあれば、上水、下水、地下水である場合も当然ある。また、排水としては、各種様々であり、例えば各種工場排水,生活排水,工場排水処理水などの難分解性化学物質を含む排水である場合も当然存在する。なお、図１において、符号４０は水面である。
【００６１】
そして、上記泡レベル感知・分解槽１２は、濃度検出部としての流入水泡レベル感知部９と、ナノバブル発生分解部１０と、中間水泡レベル感知部１１から構成されている。この泡レベル感知・分解槽１２において、流入水泡レベル感知部９とナノバブル発生分解部１０とは仕切り板１３で区分されており、流入水泡レベル感知部９と中間水泡レベル感知部１１とは仕切り板１４で区分されている。仕切り板１３,１４は流通孔１３Ａ,１４Ａを有している。
【００６２】
上記泡レベル感知・分解槽１２は、ナノバブルが強力な酸化作用を示す関係から、ステンレス製、ライニングしたコンクリート、またはポリエチレン等樹脂から製作することが望ましい。この第１実施形態では、泡レベル感知・分解槽１２としてステンレス製のものを採用した。
【００６３】
上記泡レベル感知・分解槽１２が備える濃度検出部としての流入水泡レベル感知部９では、上部に第１レベル計２が設置され、下部にはブロワー２０と空気配管１７で接続されている第１散気管１６が設置されている。空気配管１７はバルブ１８を有する。また、第１散気管１６は、気泡１５を多数吐出して、流入水泡レベル感知部９の水面上に泡を発生している。泡を発生する場合は、当然のこととして、泡の成分が流入水に含有されていることが条件となる。泡の成分としては、一般的に各種界面活性剤やＰＦＯＳ(パーフルオロオクタスルホン酸)、ＰＦＯＡ(パーフルオロオクタン酸)等の各種有機フッ素化合物が該当する。
【００６４】
泡は水を含んでいるので、この泡は第１レベル計２の電極棒４〜８に接触することで通電し、泡のレベル計としての役目を充分果たすことができる。このことは、実験により何度も確認した。よって、この第１レベル計２で、各種界面活性剤やＰＦＯＳ,ＰＦＯＡ等の各種有機フッ素化合物の濃度と相関関係にある泡の高さ(レベル)を感知することで、上記濃度を検知することになる。
【００６５】
この第１実施形態では、上記流入水泡レベル感知部９の上部に設置してある第１レベル計２の電極棒は、合計５本設置されており、１番長い電極棒はアース棒４である。２番目に長い電極棒は最低レベル棒５であり、以下、低レベル棒６、高レベル棒７、最高レベル棒８の順に電極棒の長さが短くなる。なお、アース棒４におけるアースは電極棒として機能上必要な部品である。
【００６６】
上記流入水泡レベル感知部９内の流入水において、泡が発生しない場合は、最高レベル棒８〜最低レベル棒５のいずれも泡を感知しない。また、泡が発生した場合でも、泡の高さ(レベル)が最低レベル棒５まで到達しない場合は、ナノバブル発生分解部１０の第１〜第４ナノバブル発生機３１〜３４は１台も運転されない状況となる。すなわち、被処理水中に泡の原因となる各種界面活性剤やＰＦＯＳ、ＰＦＯＡ等の各種有機フッ素化合物が含有されていないことになる。
【００６７】
ここで、従来では、各種界面活性剤やＰＦＯＳ、ＰＦＯＡ等の各種有機フッ素化合物の濃度測定器は存在していなく、相当長い日数をかけて、分析している状況である。
【００６８】
このため、この実施形態では、簡便法として、第１散気管１６から吐出する気泡１５に起因する泡の高さを第１レベル計２で計測し、各種界面活性剤やＰＦＯＳ,ＰＦＯＡ等の各種有機フッ素化合物の濃度に置き換えている。よって、この第１レベル計２の最低レベル棒５まで泡が到達した場合は、第１レベル計２からの第１泡レベル検知信号を受けた制御部としてのシーケンサ３が信号線２１に第１制御信号を出力し、この第１制御信号により第１ナノバブル発生機３１が運転されることになる。
【００６９】
また、３番目に長い電極棒である低レベル棒６まで泡が到達した場合は、第１レベル計２から第２泡レベル検知信号を受けた制御部としてのシーケンサ３が信号線２１に第２制御信号を出力し、この第２制御信号により、第１ナノバブル発生機３１と第２ナノバブル発生機３２が運転されることになる。
【００７０】
次に、４番目に長い電極棒(言い換えれば２番目に短い電極棒)である高レベル棒７まで泡が到達した場合は、第１レベル計２から第３泡レベル検知信号を受けた制御部としてのシーケンサ３が信号線２１に第３制御信号を出力し、この第３制御信号により、第１ナノバブル発生機３１、第２ナノバブル発生機３２および第３ナノバブル発生機３３の合計３台のナノバブル発生機が運転されることになる。
【００７１】
そして、最も短い電極棒である最高レベル棒８まで泡が到達した場合は、第１レベル計２から第４泡レベル検知信号を受けた制御部としてのシーケンサ３が信号線２１に第４制御信号を出力し、この第４制御信号により、第１ナノバブル発生機３１、第２ナノバブル発生機３２、第３ナノバブル発生機３３、および第４ナノバブル発生機３４の合計４台のナノバブル発生機が運転されることになる。
【００７２】
次に、上記流入水泡レベル感知部９で、第１散気管１６より吐出する気泡１５により、泡を発生した被処理水は、オーバーフローで仕切り板１３の流通孔１３Ａを通過し、ナノバブル発生分解部１０に導入される。
【００７３】
なお、この実施形態では、第１ナノバブル発生機３１、第２ナノバブル発生機３２、第３ナノバブル発生機３３、および第４ナノバブル発生機３４の部品構成や仕様はすべて同仕様であり、同じ仕様のナノバブル発生機が、並列に４台設置されている。そして、上述のように、第１レベル計２,シーケンサ３による制御信号が信号線２１を経由して４台のナノバブル発生機３１〜３４に伝送されて、流入水泡レベル感知部９における泡の高さに応じて、ナノバブル発生機の稼動台数が制御されることになる。
【００７４】
このように、この実施形態の水処理装置によれば、上記シーケンサ３は、上記濃度検出部としての流入水泡レベル感知部９が検出した被処理水の有機フッ素化合物濃度に応じて、上記４台のナノバブル発生機３１〜３４のうちの運転させるナノバブル発生機の台数を制御する。よって、ナノバブルが有する強力な酸化分解力を充分に利用でき、上記ナノバブル発生分解部１０内の被処理水が含有する有機フッ素化合物を分解処理できる。また、上記シーケンサ３により、上記被処理水中の有機フッ素化合物の濃度に合わせて、上記ナノバブル発生機３１〜３４の運転台数を制御するので、有機フッ素化合物を効率良く処理できる。よって、処理効率がよく、かつ省エネルギー運転でもって有機フッ素化合物を分解処理できる。
【００７５】
上記４台の第１〜第４ナノバブル発生機３１〜３４は全て同じ仕様であり、第１ナノバブル発生機３１,第２ナノバブル発生機３２,第３ナノバブル発生機３３,第４ナノバブル発生機３４の主要部分は、泡レベル感知・分解槽１２の水槽外に設置されている。上記ナノバブル発生機３１〜３４は、それぞれ、第１気体せん断部２９を有する気液混合循環ポンプ３０と第２気体せん断部２６と第３気体せん断部２３と電動ニードルバルブ２８および第１〜第３気体せん断部２３を連結する水バブル配管２５を有する。
【００７６】
この第１〜第４ナノバブル発生機３１〜３４は、ナノバブルを泡レベル感知・分解槽１２の水槽内の下方から上方向に吐出して、バブル流２４を発生している。この第１〜第４ナノバブル発生機３１〜３４の各気液混合循環ポンプ３０には吸い込み配管５７が接続されており、この吸い込み配管５７は中間水泡レベル感知部１１に接続されている。また、各ナノバブル発生機３１〜３４は電動ニードルバルブ２８へ自動的に空気を吸い込むための空気配管２７を有している。
【００７７】
上記吸い込み配管５７は、中間水泡レベル感知部１１内の水質が改善された被処理水を４台のナノバブル発生機３１〜３４に供給する共通吸込み配管である。そして、第１〜第４ナノバブル発生機３１〜３４では、第３気体せん断部２３からナノバブルが吐出することにより、ナノバブルに起因する不安定なフリーラジカルが大量に発生する。この不安定なフリーラジカルは、安定化するために流入水中の有機物である界面活性剤や有機フッ素化合物中の電子を奪いとって、被処理水中の界面活性剤や有機フッ素化合物を強力に酸化分解する。その結果、上記界面活性剤や有機フッ素化合物が分解されることになる。
【００７８】
また、ナノバブルは水中に長く持続することにより、被処理水に長く含有されることになり、ナノバブルによる作用が長時間持続する。このナノバブルによる作用の具体的な持続時間は、２ヶ月程度以上である。
【００７９】
上述した様に、第１ナノバブル発生機３１は、気液混合循環ポンプ３０,第１気体せん断部２９,第２気体せん断部２６,第３気体せん断部２３,電動ニードルバルブ２８とそれらを連結する配管すなわち吸い込み配管５７や水バブル配管や空気配管２７から構成されている。
【００８０】
第１ナノバブル発生機３１において、ナノバブルは、大略、第１段階と第２段階を経て製造される。この第１段階について簡単に説明する。第１気体せん断部２９において、流体力学的に圧力を制御し、負圧形成部分から気体を吸入し、高速流体運動させて負圧部を形成し、マイクロバブルを発生させる。ここで、上記負圧形成部分とは、第１気体せん断部２９の出口付近における内外の気液二相流体の旋回速度差により発生する。この回転速度は５００〜６００回転/秒である。また、上記負圧部とは、気体,液体混合物中で、周りと比較して圧力が小さな領域を意味する。より解り易く簡単に説明すると、水と空気を効果的に自給,混合,溶解し、圧送することにより、マイクロバブル白濁水を製造することが、第１段階である。
【００８１】
続いて、第２段階について、簡単に説明する。第２気体せん断部２６と第３気体せん断部２３において、高速流体運動させて負圧部を形成する。そして、第２気体せん断部２６と第３気体せん断部２３に水バブル配管を通じてマイクロバブルを導入し、流体運動としてせん断することによって、マイクロバブルからナノバブルを発生させることになる。
【００８２】
次に、上記第１段階と第２段階をより詳細に説明する。
【００８３】
(ナノバブル発生機での第１段階)
ナノバブル発生機３１で使用している気液混合循環ポンプ３０は、揚程４０ｍ以上(すなわち、４ｋｇ/ｃｍ２の高圧)の高揚程のポンプである。すなわち、第１気体せん断部２９を有する気液混合循環ポンプ３０としては、高揚程のポンプであり、かつトルクが安定している２ポールのポンプを選定することが望ましい。ちなみに、ポンプには、２ポールのものと４ポールのものとがあり、４ポールのポンプよりも２ポールのポンプの方がトルクが安定している。また、上記高揚程のポンプとしての気液混合循環ポンプ３０は、一般的にはインバータと呼ばれている回転数制御器で回転数が制御されて、気液混合循環ポンプ３０の圧力を目的にあった圧力としている。上記気液混合循環ポンプ３０を目的にあった圧力とすることで、バブルサイズが揃ったマイクロバブルを製造できる。
【００８４】
ここで、第１気体せん断部２９を有する気液混合循環ポンプ３０のマイクロバブル発生のメカニズムを説明する。第１気体せん断部２９において、マイクロバブルを発生させるために、先ず、液体および気体の混相旋回流を発生させ、第１気体せん断部２９の中心部に高速旋回させる気体空洞部を形成させる。次に、この気体空洞部を圧力で竜巻状に細くして、より高速で旋回する回転せん断流を発生させる。マイナス圧(負圧)を利用して上記気体空洞部に気体としての空気を自動的に供給させる。さらに、上記気体空洞部を切断,粉砕しながら混相流を回転させる。この切断,粉砕は、第１気体せん断部２９の出口付近における内外の気液二相流体の旋回速度差により起きる。その時の回転速度は、５００〜６００回転/秒である。すなわち、第１気体せん断部２９において、流体力学的に圧力を制御することで、負圧形成部分から気体を吸入し、高揚程ポンプで高速流体運動させて、負圧部を形成し、マイクロバブルを発生させる。より解り易く簡単に説明すると、高揚程ポンプで水と空気を効果的に自給,混合,溶解し圧送することにより、マイクロバブル白濁水を製造することが、第１段階である。
【００８５】
なお、上述の如く、気液混合循環ポンプ３０は、シーケンサ３からの制御信号により運転が制御されている。
【００８６】
(ナノバブル発生機での第２段階)
第１気体せん断部２９を有する気液混合循環ポンプ３０で発生させたマイクロバブルを第２気体せん断部２６に液体配管を通じて圧送する。ここで、第２気体せん断部２６と第３気体せん断部２３においては、上記第１段階における第１気体せん断部２９よりさらに配管サイズを細くし、かつ高速流体運動させて、気体空洞部を竜巻状に細くしてより高速で旋回する回転せん断流を発生させる。これにより、マイクロバブルからナノバブルが発生すると同時に、超高温の極限反応場が形成される。
【００８７】
ナノバブル発生機において、第２気体せん断部２６と第３気体せん断部２３を設置している理由は、気体せん断部が１段階だけの場合よりも、気体せん断部を２段階とする方がナノバブル発生量が多量であるからである。すなわち、超高温の極限反応場が形成されると、局部的に高温高圧状態となり、不安定なフリーラジカルが多量に生じる。このフリーラジカルは、前述の如く、安定化するために電子を奪う性質があると同時に、発生すると強力な酸化分解作用や熱を発生する性質がある。
【００８８】
次に、上記した第１段階での高速流体運動について説明する。第１気体せん断部２９において、マイクロバブルを発生させるために、まず、高速流体運動として、ポンプのインペラと呼ばれている羽を超高速で回転させて、液体および気体の混相旋回流を発生させ、第１気体せん断部２９の中心部に高速旋回させる気体空洞部を形成させる。次に、この気体空洞部を圧力で竜巻状に細くして、より高速で旋回する回転せん断流を発生させる。この気体空洞部に気体としての空気を自給させる。さらに、気体空洞部を切断,粉砕しながら混相流を回転する。この切断,粉砕は、第１気体せん断部２９の出口付近における内外の気液二相流体の旋回速度差により起きる。上記回転の速度は、５００〜６００回転/秒であることが判明している。また、第１気体せん断部２９を構成する金属の厚みが薄いと、気液混合循環ポンプ３０が運転されることにより、振動が発生し、流体運動エネルギーが、振動として外部に伝播して逃げ、そのことが、必要な高速流動運動すなわち、高速旋回とせん断エネルギーを低下させる。
【００８９】
以上が、ナノバブル発生機３１によるナノバブル発生メカニズムである。なお、ナノバブル発生機３１は、市販されているものならば、メーカーを限定するものではなく、ここでは、具体的一例として株式会社協和機設のバビタスＨＹＫ型である商品を採用した。
【００９０】
ここで、４種類のバブルについて説明する。
【００９１】
(1) 通常のバブル(気泡)は水の中を上昇して、ついには表面でパンとはじけて消滅する。
【００９２】
(2) マイクロバブルは、発生時において１０〜数１０ミクロン(μｍ)の気泡径を有し、発生後に収縮運動によりマイクロナノバブルになる。
【００９３】
(3) マイクロナノバブルは、１０μｍ〜数１００ｎｍ前後の直径を有する気泡である。
【００９４】
(4) ナノバブルは、数１００ｎｍ以下の直径を有する気泡である。
【００９５】
次に、ナノバブル発生分解部１０から仕切り板１４の流通孔１４Ａを通ってオーバーフローで出た被処理水は、中間水泡レベル感知部１１に導入される。
【００９６】
この中間水泡レベル感知部１１では、水槽外の上部に第２レベル計３５が設置され、水槽内下部には第２散気管３９が設置されている。上記第２レベル計３５にて被処理水中の泡の発生状態を監視している。すなわち、この中間水泡レベル感知部１１では、ナノバブルにより泡の成分である界面活性剤や有機フッ素化合物が分解されたか否かを確認できる水槽となっている。泡の成分が充分に分解されていない場合は、被処理水は、中間水泡レベル感知部１１から次工程の活性炭吸着塔４９に導入されて処理され、処理水配管５９から送出されることになる。
【００９７】
より具体的には、ブロワー２０からバルブ１９,空気配管２２を経由して第２散気管３９から吐出する気泡３８により、被処理水中に界面活性剤や有機フッ素化合物が一定濃度以上残留していれば、泡が発生して、中間水泡レベル感知部１１内を上昇して、泡レベルが第２レベル計３５の電極棒としての高レベル棒３７まで到達する。なお、第２レベル計３５はアース棒３６を有する。アース棒３６は、電極棒としての高レベル棒３７の機能上必要な部品である。
【００９８】
そして、発生した泡が、第２レベル計３５の高レベル棒３７にまで到達した場合は、第２レベル計３５が泡を感知して、その感知信号を制御部としてのシーケンサ３に送り、このシーケンサ３から信号線４３へ制御信号が送出されて、第１電動バルブ４１が閉、第２電動バルブ４４が開となり、被処理水が、中間水泡レベル感知部１１から水配管４５を通ってポンプピット４６に導入される。このポンプピット４６には、移送ポンプ４７が設置されている。この移送ポンプ４７は、シーケンサ３からの制御信号によって、上記第２電動バルブ４４が開となった時点から一定時間をおいて運転される。移送ポンプ４７は、被処理水をポンプピット４６から水配管４８を経由して活性炭吸着塔４９に移送する。この活性炭吸着塔４９には、活性炭の一例として、クラレケミカル株式会社の球状活性炭(商品名クラレコール ＳＷ)を充填した。この球状活性炭(商品名クラレコール ＳＷ)は石炭を原料とする球状活性炭である。なお、この活性炭吸着塔４９の活性炭は外部の活性炭再生工場に移送されて再生される。この活性炭再生工場では、上記活性炭吸着塔４９の活性炭を活性炭再生工場において９００℃以上で再生するので、上記活性炭に付着した有機フッ素化合物の殆どを分解処理でき、上記活性炭をリサイクル使用できる。なお、上記活性炭吸着塔４９の内部に水中ポンプを設置し、この水中ポンプで活性炭吸着塔４９内に注水しながら活性炭吸着塔４９から活性炭を取り出し、取り出した活性炭を脱水した後、９００℃以上で再生してもよい。
【００９９】
このポンプピット４６からの被処理水を活性炭吸着塔４９に通水することにより、上記被処理水中の未分解の界面活性剤や有機フッ素化合物は活性炭に吸着されて確実に吸着処理されることになる。一方、中間水泡レベル感知部１１において泡が発生しないか、泡が多少発生しても、第２レベル計３５の高レベル棒３７まで到達しない場合は、その泡が発生していないか泡発生が少ない状態を第２レベル計３５が感知して、この感知信号をシーケンサ３に送る。そして、シーケンサ３は信号線４３を経由して制御信号を第１,第２電動バルブ４１,４４に送出し、第１電動バルブ４１を開とし、第２電動バルブ４４を閉とする。これにより、被処理水は、中間水泡レベル感知部１１から処理水配管４２から処理水として送出される。
【０１００】
したがって、この実施形態によれば、上記処理水槽である泡レベル感知・分解槽１２においてナノバブルで有機フッ素化合物を酸化分解した上で、上記泡レベル感知・分解槽１２による有機フッ素化合物の分解レベルに応じて、上記水配管４５に設置された第２電動バルブ４４を開けて、上記活性炭吸着塔４９により、未分解の有機フッ素化合物を吸着処理できる。よって、有機フッ素化合物の除去率を高くすることができる。
【０１０１】
なお、上記実施形態では、４台の第１〜第４ナノバブル発生機３１〜３４を同じ仕様としたが、各ナノバブル発生機３１〜３４は異なる仕様のものであってもよい。また、上記ナノバブル発生分解部１０に設置するナノバブル発生機の台数は４台に限らないことは勿論である。もっとも、この実施形態のように、上記ナノバブル発生機の台数を上記第１レベル計２が検出できる泡の高さ(レベル)の段階数と一致させることで、上記被処理水中の有機フッ素化合物の濃度に合致したナノバブル発生機の運転台数を選択できる。よって、ナノバブル発生分解部１０における被処理水の有機フッ素化合物の濃度に応じたナノバブルを発生できて上記有機フッ素化合物をナノバブルで合理的に処理できる。
【０１０２】
また、上記第１レベル計２が検出した上記泡の高さ(レベル)に応じて、上記ナノバブル発生機の台数だけでなく上記ナノバブル発生機の気液混合循環ポンプ３０の回転数をインバータ制御することによって、ナノバブル発生能力をより高精度で制御でき、効率的で省エネルギーなナノバブル発生機の運転制御が可能となる。また、上記第１実施形態において、上記泡レベル感知・分解槽１２の中間水泡レベル感知部１１と活性炭吸着塔４９との間にポバール樹脂槽を設置し、泡レベル感知・分解槽１２からの処理水中の有機物をポバール樹脂槽のポバール樹脂に繁殖した微生物で処理してもよい。これにより、上記活性炭吸着塔４９の活性炭の破過までの時間を延長できる。また、上記実施形態において、上記活性炭吸着塔４９に替えて、紫外線反応塔を設置してもよい。この紫外線反応塔に泡レベル感知・分解槽１２からの処理水を導入し、この紫外線反応塔において上記処理水に紫外線を照射して酸化処理できる。上記紫外線反応塔は、活性炭吸着塔とは異なり、破過した活性炭を取り替えるといった作業が不要である。
【０１０３】
(第２の実施の形態)
次に、図２にこの発明の水処理装置の第２実施形態を示す。この第２実施形態は、前述の第１実施形態におけるポンプピット４６に第５ナノバブル発生機５０を設置した点のみが、前述の第１実施形態と異なっている。よって、この第２実施形態では、前述の第１施形態と同じ部分については、同じ符号を付けて詳細説明を省略し、前述の第１実施形態と異なる部分を主に説明する。
【０１０４】
この第２実施形態は、上記ポンプピット４６に第５ナノバブル発生機５０が設置されている。この第２実施形態では、泡レベル感知・分解槽１２を出た被処理水をポンプピット４６で受けて、第５ナノバブル発生機５０により被処理水に再度ナノバブルを吐出させている。第５ナノバブル発生機５０の機器構成は、第１ナノバブル発生機３１と全く同様である。この第５ナノバブル発生機５０は、活性炭吸着塔４９に対する界面活性剤や有機フッ素化合物等有機物負荷を減少させるための設備である。すなわち、この第５ナノバブル発生機５０が発生するナノバブルが有するフリーラジカルによって分解界面活性剤や有機フッ素化合物等有機物が酸化分解されることになる。
【０１０５】
また、別の効果として、第５ナノバブル発生機５０より吐出したナノバブルは水中に長く持続するので、活性炭吸着塔４９の活性炭に繁殖する微生物をより活性化して、活性炭が吸着した界面活性剤や有機フッ素化合物を今度は微生物分解することになる。このことにより、活性炭の寿命すなわち、破過時間を延ばすことができる。
【０１０６】
なお、この第２実施形態では、第５ナノバブル発生機５０は、前述の第１実施形態におけるナノバブル発生機３１〜３４と同じ構成,仕様としたが構成,仕様が異なるものを用いてもよい。
【０１０７】
(第３の実施の形態)
次に、図３にこの発明の水処理装置の第３実施形態を示す。この第３実施形態は、前述の第１実施形態におけるナノバブル発生分解部１０の水槽内に収容籠５１を設置し、この収容籠５１の中に活性炭５２を充填している点のみが、前述の第１実施形態と異なっている。よって、この第３実施形態では、前述の第１実施形態と同じ部分については、同じ符号を付けて詳細説明を省略し、前述の第１実施形態と異なる部分を主に説明する。
【０１０８】
この第３実施形態は、前述の第１実施形態におけるナノバブル発生分解部１０の水槽内に収容籠５１を設置し、収容籠５１の中に活性炭５２を充填している。したがって、この第３実施形態では、収容籠５１の中の活性炭５２が界面活性剤や有機フッ素化合物等有機物を吸着しながら、一方でナノバブルが有するフリーラジカルによって界面活性剤や有機フッ素化合物等有機物が酸化分解されることになる。すなわち、ナノバブルは、活性炭５２の多くの細孔に入り込み、活性炭５２が吸着した上記界面活性剤や有機フッ素化合物等有機物を酸化分解することになる。よって、この第３実施形態では、前述の第１実施形態と比較して、ナノバブル発生分解部１０の処理能力を向上できる。
【０１０９】
(第４の実施の形態)
次に、図４にこの発明の水処理装置の第４実施形態を示す。この第４実施形態は、前述の第１実施形態におけるナノバブル発生分解部１０の水槽内に収容籠５１を設置し、この収容籠５１の中に備長炭５３を充填している点のみが前述の第１実施形態と異なっている。よって、この第４実施形態では、前述の第１実施形態と同じ部分については、同じ符号を付けて、詳細説明を省略して前述の第１実施形態と異なる部分を主に説明する。
【０１１０】
この第４実施形態では、前述の第１実施形態におけるナノバブル発生分解部１０の水槽内に収容籠５１を設置し収容籠５１の中に備長炭５３を充填している。したがって、この第４実施形態では、収容籠５１の中の備長炭５３は活性炭５２より吸着能力が弱いが、一部の界面活性剤や有機フッ素化合物等有機物を吸着しながら、一方でナノバブルが有するフリーラジカルによって、界面活性剤や有機フッ素化合物等有機物が酸化分解されることになる。すなわち、ナノバブルは備長炭５３の多くの細孔に入り込み、備長炭５３が吸着した上記界面活性剤や有機フッ素化合物等有機物を酸化分解することになる。よって、この第４実施形態は、前述の第１実施形態と比較して、ナノバブル発生分解部１０の処理能力を向上できる。
【０１１１】
(第５の実施の形態)
次に、図５にこの発明の水処理装置の第５実施形態を示す。この第５実施形態は、前述の第１実施形態における活性炭吸着塔４９がイオン交換塔５４に置き換えられている点のみが、前述の第１実施形態と異なっている。よって、この第５実施形態では、前述の第１実施形態と同じ部分については、同じ符号を付けて詳細説明を省略し、前述の第１実施形態と異なる部分を説明する。
【０１１２】
この第５実施形態では、前述の第１実施形態における活性炭吸着塔４９がイオン交換塔５４に置き換えられている。活性炭吸着塔４９の活性炭は一般的に全ての界面活性剤や全ての有機フッ素化合物等有機物を吸着する。しかし、場合によっては、一部特定の界面活性剤や有機フッ素化合物等有機物を処理したい場合もある。例えば、２００８年の時点で有機フッ素化合物のうちのＰＦＯＳのみが国際的な会議で活発に使用禁止すべきかどうか議論されている。したがって、現時点ではＰＦＯＳの無害化処理が求められている。それ故、この第５実施形態は、ＰＦＯＳを選択的にイオン交換する樹脂で、ＰＦＯＳを選択的に処理可能な実施形態である。そして、イオン交換能力がなくなったイオン交換塔５４のイオン交換樹脂は外部のイオン交換樹脂再生工場で再生されることになる。
【０１１３】
(第６の実施の形態)
次に、図６にこの発明の水処理装置の第６実施形態を示す。この第６実施形態では、前述の第１実施形態における活性炭吸着塔４９がキレート樹脂塔５８に置き換えられている点のみが、前述の第１実施形態と異なっている。よって、この第６実施形態では、前述の第１実施形態と同じ部分については同じ符号を付けて詳細説明を省略し、前述の第１実施形態と異なる部分を説明する。
【０１１４】
この第６実施形態では、前述の第１実施形態における活性炭吸着塔４９が、キレート樹脂塔５８に置き換えられている。キレート樹脂塔５８のキレート樹脂もイオン交換樹脂と同様にイオン交換する樹脂であるが、特に特定のイオンを目的イオンとして選択的に目的イオンとイオン交換する樹脂である。
【０１１５】
前述の第１実施形態が有する活性炭吸着塔４９の活性炭は、一般的に全ての界面活性剤や全ての有機フッ素化合物等有機物を吸着するが、場合によっては、一部特定の界面活性剤や有機フッ素化合物等有機物を処理したい場合もある。２００８年の時点では、例えば有機フッ素化合物のうち、ＰＦＯＳのみが国際的な会議では議論されている。取りあえず２００８年の時点では、ＰＦＯＳの無害化処理が求められている。その場合、ＰＦＯＳを選択的にイオン交換する樹脂を捜し出して対応することが可能とした実施形態がこの第６実施形態である。この第６実施形態では、イオン交換能力がなくなったキレート樹脂塔５８のキレート樹脂は外部のキレート樹脂再生工場で再生されることになる。
【０１１６】
(第７の実施の形態)
次に、図７にこの発明の水処理装置の第７実施形態を示す。この第７実施形態は、活性炭吸着塔４９で破過した活性炭がセメント工場に搬入されてセメント製造時の燃料に使用されている点だけが、前述の第１実施形態と異なる。よって、この第７実施形態では、前述の第１実施形態と同じ部分については同じ符号を付けて詳細説明を省略し、前述の第１実施形態と異なる部分を説明する。
【０１１７】
前述の第１実施形態では活性炭吸着塔４９の活性炭が工場外部の活性炭再生工場に移送されて再生されているのに対して、この第７実施形態では、活性炭吸着塔４９で破過した活性炭をセメント工場でのセメント製造時の燃料にされ、最大燃焼温度が１４００℃となる。これにより、活性炭が吸着した界面活性剤や有機フッ素化合物を完全に分解することができる。
【０１１８】
(第８の実施の形態)
次に図８にこの発明の水処理装置の第８実施形態を示す。この第８実施形態では、前述の第１実施形態における４台の各ナノバブル発生機３１〜３４に導入する気体を空気に替えて、オゾン発生機５６からのオゾンとした点だけが、前述の第１実施形態と異なる。よって、この第８実施形態では、前述の第１実施形態と同じ部分については、同じ符号を付けて詳細説明を省略し、前述の第１実施形態と異なる部分を説明する。
【０１１９】
この第８実施形態では、オゾン発生機５６からのオゾンを、バルブ５５付き配管から各ナノバブル発生機３１〜３４の空気配管２７に導入できる。したがって、各ナノバブル発生機３１〜３４ではオゾンナノバブルを発生でき、このオゾンナノバブルにより被処理水中の界面活性剤や有機フッ素化合物などの対象物質に対する酸化力が格段に増加する。なお、上記オゾン発生機としては、各種メーカーがあり、被処理水の有機物濃度や基質に合わせて選定すればよい。
【０１２０】
(第９の実施の形態)
次に図９にこの発明の水処理装置の第９実施形態を示す。この第９実施形態は、前述の第１実施形態における被処理水としての流入水を生物処理後の被処理水としている点のみが、前述の第１実施形態と異なっている。よって、この第９実施形態では、前述の第１実施形態と同じ部分については、同じ符号を付けて、詳細説明を省略し前述の第１実施形態と異なる部分を説明する。
【０１２１】
この第９実施形態では、被処理水としての流入水を生物処理後の被処理水としている。したがって、この第９実施形態では、最初に微生物処理設備による前段の生物処理でもって、微生物により分解し易い有機物は前処理され、続いて、分解し難い物質対応設備として、後段設備(泡レベル感知・分解槽１２,活性炭吸着塔４９)が必要となる。つまり、この後段設備としての泡レベル感知・分解槽１２での酸化分解処理や活性炭吸着塔４９での吸着処理が行われる。
【０１２２】
この第９実施形態では、前段での微生物処理設備による前処理が行われるので、後段に被処理水が流入してくる際には、被処理水の水質も向上し、かつ大きな変動もなく、水質的には安定した状態となっている。したがって、この第９実施形態によれば、泡レベル感知・分解槽１２での酸化分解処理や活性炭吸着塔４９での酸化分解処理を効率的に実施できる。
【０１２３】
(第１０の実施の形態)
次に図１０にこの発明の水処理装置の第１０実施形態を示す。この第１０実施形態は、前述の第１実施形態における被処理水としての流入水を、排水処理後の被処理水としている点のみが、前述の第１実施形態と異なっている。よって、この第１０実施形態では、前述の第１実施形態と同じ部分については同じ符号を付けて詳細説明を省略し、前述の第１実施形態と異なる部分を説明する。
【０１２４】
この第１０実施形態では、前述の第１実施形態における被処理水としての流入水を排水処理後の被処理水としている。よって、この第１０実施形態では、被処理水に対して最初に排水処理設備による排水処理が行われている。よって、この排水処理設備により処理し易い物質は、予め前段の排水処理設備で前処理され、続いて、分解し難い物質対応としての後段の水処理設備(泡レベル感知・分解槽１２,活性炭吸着塔４９)による処理が行われる。すなわち、後段排水処理設備としての泡レベル感知・分解槽１２での酸化分解処理や活性炭吸着塔４９での吸着処理が行われる。
【０１２５】
この第１０実施形態では、被処理水に対して前段の排水処理設備による前処理が行われるので、後段に被処理水が流入して来る際には、被処理水の水質も向上し、かつ大きな変動もなく、水質的には安定した状態となっている。したがって、この第１０実施形態では、泡レベル感知・分解槽１２での酸化分解処理や活性炭吸着塔４９での酸化分解処理が効率的に実施されることになる。
【０１２６】
(実験例)
図１の第１実施形態の水処理装置に対応する実験装置を製作した。この実験装置における流入水泡レベル感知部９の水槽容量を０.３ｍ３とし、ナノバブル発生分解部１０の水槽容量を１.０ｍ３とし、中間水泡レベル感知部１１の水槽容量を０.２ｍ３とした。すなわち、泡レベル感知・分解槽１２の容量を、合計で１.５ｍ３とした。そして、ナノバブル発生分解部１０にナノバブル発生機３１,ナノバブル発生機３２,ナノバブル発生機３３,ナノバブル発生機３４を設置した。各ナノバブル発生機３１〜３４としては株式会社協和機設のバビタスＨＹＫ−３２を選定した。このバビタスＨＹＫ−３２の気液混合循環ポンプ３０の動力は３.７ｋｗであった。そして、これらナノバブル発生機３１,３２,３３,３４における第３気体せん断部２３をナノバブル発生分解部１０の水槽底部の合計４ヶ所に固定した。この第３気体せん断部２３および第２気体せん断部２６は材質をステンレスとした。
【０１２７】
また、流入水泡レベル感知部９の第１散気管１６と中間水泡レベル感知部１１の第２散気管３９から吐出する空気を、泡レベル感知・分解槽１２の外部に設置した小型のルーツブロワーから供給した。この小型のルーツブロワーとしては株式会社アンレットのＢＳ３２型を選定した。このＢＳ３２型の電動機は０.７５ＫＷであった。また、ポンプピット４６の容量を０.５ｍ３とし、活性炭吸着塔４９の容量を０.２ｍ３とした。そして、活性炭吸着塔４９にはクラレケミカル株式会社の球状活性炭(商品名クラレコールＳＷ)を充填した。
【０１２８】
そして、流入水として有機フッ素化合物を含有した排水を導入して１ヶ月間の試運転を実施した。上記流入水としての有機フッ素化合物を含有した排水は、半導体工場から排出される有機フッ素化合物含有排水を選定し、流入水配管１のところで採水した流入水の有機フッ素化合物としてのＰＦＯＡ濃度と活性炭処理水配管５９における処理水のＰＦＯＡ濃度とを測定した。この測定の結果、流入水配管１のところで採水した流入水のＰＦＯＡ濃度が３２ｐｐｂであるのに対して、活性炭処理水配管５９における処理水のＰＦＯＡ濃度は、０.１６ｐｐｂであった。また、この１ヶ月間の試運転において、この実験装置は、自動運転で運用し自動運転でのナノバブル発生機の運転状況は大部分の日数が２台運転で、時として１台運転の時も存在していた。
【図面の簡単な説明】
【０１２９】
【図１】この発明の水処理装置の第１実施形態を模式的に示す図である。
【図２】この発明の水処理装置の第２実施形態を模式的に示す図である。
【図３】この発明の水処理装置の第３実施形態を模式的に示す図である。
【図４】この発明の水処理装置の第４実施形態を模式的に示す図である。
【図５】この発明の水処理装置の第５実施形態を模式的に示す図である。
【図６】この発明の水処理装置の第６実施形態を模式的に示す図である。
【図７】この発明の水処理装置の第７実施形態を模式的に示す図である。
【図８】この発明の水処理装置の第８実施形態を模式的に示す図である。
【図９】この発明の水処理装置の第９実施形態を模式的に示す図である。
【図１０】この発明の水処理装置の第１０実施形態を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【０１３０】
１  流入水配管
２  第１レベル計
３  シーケンサ
４  アース棒
５  最低レベル棒
６  低レベル棒
７  高レベル棒
８  最高レベル棒
９  流入水泡レベル感知部
１０  ナノバブル発生分解部
１１  中間水泡レベル感知部
１２  泡レベル感知・分解槽
１３、１４  仕切り板
１３Ａ、１４Ａ  流通孔
１５  気泡
１６  第１散気管
１７  空気配管
１８、１９  バルブ
２０  ブロワー
２１  信号線
２２  空気配管
２３  第３気体せん断部
２４  バブル流
２５  水バブル配管
２６  第２気体せん断部
２７  空気配管
２８  電動ニードルバルブ
２９  第１気体せん断部
３０  気液混合循環ポンプ
３１  第１ナノバブル発生機
３２  第２ナノバブル発生機
３３  第３ナノバブル発生機
３４  第４ナノバブル発生機
３５  第２レベル計
３６  アース棒
３７  高レベル棒
３８  気泡
３９  第２散気管
４０  水面  
４１  第１電動バルブ
４２  処理水配管
４３  信号線
４４  第２電動バルブ
４５  水配管
４６  ポンプピット
４７  移送ポンプ
４８  水配管
４９  活性炭吸着塔
５０  第５ナノバブル発生機
５１  収容籠
５２  活性炭
５３  備長炭
５４  イオン交換塔
５５  バルブ
５６  オゾン発生機
５７  吸い込み配管
５８  キレート樹脂塔
５９  活性炭処理水配管
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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