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水処理装置 - 東陶機器株式会社
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発明の名称 水処理装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−232359(P2001−232359A)
公開日 平成13年8月28日(2001.8.28)
出願番号 特願2000−43338(P2000−43338)
出願日 平成12年2月21日(2000.2.21)
代理人
発明者 坂元 健二 / 常田 昌広 / 大島 功治 / 遠藤 慎良 / 安藤 茂 / 原賀 久人
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 反応容器と、反応空間へのガス供給手段と、該反応容器内に配置された少なくとも1つ以上の紫外線ランプと、被処理水供給手段と被処理水取り出し口と、ガス供給口及び取り出し口とを備えた水処理装置において、被処理水を紫外線反応空間に霧状態に供給することを特徴とする水処理装置。
【請求項2】 前記被処理水供給手段が前記紫外線ランプに水がかからないように被処理水を吐出することを特徴とする請求項1記載の水処理装置。
【請求項3】 前記反応容器が密閉系であり、供給ガスのガス濃度を制御する制御部を設けたことを特徴とする請求項1、2記載の水処理装置。
【請求項4】 前記紫外線照射装置から照射される紫外線が185nm以下の紫外光を含んでいることを特徴とする請求項1から3記載の水処理装置。
【請求項5】 前記紫外線ランプがエキシマランプであることを特徴とする請求項1から4記載の水処理装置。
【請求項6】 処理水からオゾンを除去する手段を設けたことを特徴とする請求項1〜5記載の水処理装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、有機化合物の分解方法とその装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、水質汚染または大気汚染を起こす水中の有機化合物の処理方法として、活性炭吸着処理、凝集沈殿処理、フェントン反応を利用したフェントン処理、オゾンの酸化力を利用したオゾン処理が知られている。また、特開平10―216716のように光化学的反応あるいは、化学反応によってヒドロキシラジカル等の活性種を発生させ、有機物を酸化分解する紫外線分解処理も知られている。
【0003】ところで、光化学的反応を用いた有機化合物を処理する従来技術としては、紫外線照射のみで有機物を分解する紫外線分解法や、オゾンと紫外線の併用処理による複合酸化法による有機物の分解が知られている。ここで、紫外線分解法とはエネルギー的に高い185nmのような真空紫外線を処理水に照射することにより有機物のC-C等の結合を切断し有機物を分解する方法である。またオゾンと紫外線を用いた複合酸化法とは、紫外線の分解力に加え、オゾンの酸化力による分解力とオゾンが紫外線により分解されて生成するより酸化力の強い活性種による分解力を併用して有機物を分解する方法である。
【発明が解決しようとする課題】
【0004】しかしながら、紫外線分解法を用いる場合は以下のような問題がある。紫外線分解法では通常エネルギー的に高い波長200nm以下の真空紫外線を用いる。一方紫外線は水中を透過する過程で有機物や水そのものを分解しつつ自らはこれらに吸収されてしまう。その吸収程度は真空紫外線では大きなものとなる。従って、通常ランプ表面でしか有機物が分解されず、被処理水全体に効果的に紫外線を照射することは特別な工夫が必要である。そのために、別途攪拌機を備えて被処理水を攪拌することも考えられるが、機構が複雑になるとともに、十分な効果も期待できない。また複合酸化法においてはオゾン自体の酸化力と、紫外線を照射することによりオゾンが分解されて生成する活性種を利用して有機物の分解を行っているが、オゾンガスと接触している部分しかその効果がないため、オゾンガス注入量を増やしても処理水との接触面積が小さければ、酸化分解反応が効率よく進まず、紫外線と未反応のオゾンガス、すなわち廃オゾンガスが増加して、オゾン注入量あたりの有機塩素化合物の分解効率が悪化するという欠点があった。また処理水がオゾン処理されているため、処理水中にはオゾンが溶解している。このため処理水からオゾン臭等が発生したり、また処理水が酸化腐食性を伴ってしまうという問題があった。また紫外線酸化法、複合酸化法ともに、処理水がランプ保護管と接するため、長期間の使用においてランプ保護管表面にスケール等が付着し、紫外線の透過率が下がり有機物の分解効率が低下するといった問題があった。
【0005】本発明は従来技術の有するこのような問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、保護管にスケールが付着することによる分解効率の低下が無く、効率的に被処理水に紫外線を照射することができる。しかも攪拌機等の特別な機器を必要とせずに被処理水を実質的に霧状にすることにより、処理水全体に紫外線を照射する事ができ、同時に供給する反応ガスと被処理水の接触面積が大になるため、効果的に有機物の分解を行うことができる水の浄化方法および水処理装置を提供することである。
【課題を解決するための手段および作用・効果】
【0006】上記目的を解決するために反応容器と、反応空間へのガス供給手段と、該反応容器内に配置された少なくとも1つ以上の紫外線ランプと、被処理水供給手段と被処理水取り出し口と、ガス供給口及び取り出し口とを備えた水処理装置において、被処理水を紫外線反応空間に霧状態に供給することを特徴とする。
【0007】このことにより、供給ガスとして、有機物を酸化分解する作用のあるオゾン等の反応ガスを供給する場合、液体の全表面積が著しく増し、気液接触面積が極めて大きくなるため反応ガスと被処理水の接触面積が飛躍的に増大し、反応ガスによる有機物分解効率が良くなる。また、被処理水の含有有機物によっては難分解性のものもあり、反応ガスによる化学反応では分解できず、紫外線による分解でしか有機物を処理できない場合がある。このような場合は、供給されるオゾン等の反応ガスは紫外線の透過率を下げるだけの存在になってしまう。よって、供給ガスとして反応ガスではなく、紫外線の透過を妨げない不活性ガスをを供給することで最適な紫外線による分解条件を確立できる。さらに、供給ガスとして反応ガス、不活性ガスのどちらを用いる場合に置いても、被処理水が霧状となって、紫外線反応空間を移動するため、紫外線による処理作用が被処理水の全体にわたって発揮され、特に被処理水の攪拌等の特別な機構を必要としない、という効果を奏する。
【0008】また、前記被処理水供給手段が前記反応容器の内面の少なくとも一部方向に被処理水を吐出するようにした。
【0009】このことにより、被処理水が紫外線ランプの保護管と接することがなく、被処理水の汚れにより保護管にスケールが付着し、紫外線の透過率が下がり、有機物分解効率が下がることがない。さらに、ランプ保護管の定期的洗浄の必要がない、という効果を奏する。
【0010】また、好ましくは前記反応容器が密閉系であり、供給ガスのガス濃度を制御する制御部を設けたほうがよい。
【0011】通常、被処理水の有機物濃度によって、供給される反応ガスが消費される割合は変化する。上記構成にすることにより、処理水の有機物濃度によって反応ガスのガス濃度を制御することで、未反応ガス、すなわち廃ガスを減らすことができ、処理コストの低減効果を奏することができる。
【0012】さらに好ましくは前記紫外線照射装置から照射される紫外線が185nm以下の紫外光を含むようにしたほうが良い。
【0013】波長185nmはオゾン線として知られており、185nm以下の紫外線が大気中の酸素と反応するとオゾンガスを生成する。通常紫外線処理で併用される反応ガスとしてはオゾンガスが用いられるが、このことより紫外線照射装置から照射される紫外線が185nm以下の紫外光を含むことで反応ガスがオゾンでなく、空気を供給ガスとして用いても空気中に酸素が含有しているため、オゾンガスを容易に生成することができ、処理コストの低減効果を奏する。また、紫外線は波長が短くなるほど光子のエネルギーが高く、波長185(nm)以下の光子のエネルギーはオゾンよりも酸化力が高く、有機化合物中の分解しにくいC=C等の結合を用意に切断することができる。このことより、波長185(nm)以下の紫外線を含むことにより反応ガスによる酸化と紫外光による直接酸化分解の両方の効果をえることができ、効率よく有機物を分解することができる。
【0014】またさらに好ましくは 前記紫外線ランプにエキシマランプを用いたほうがよい。
【0015】通常紫外線を用いた水処理として低圧水銀ランプが用いられる。(特開平11−77032)。しかし低圧水銀ランプからの有機物分解に寄与する真空紫外光の出力は微量であり、紫外線による分解効果が十分に望めない。ここで、図3に同一消費電力による低圧水銀ランプとエキシマランプの紫外線の波長と紫外線強度との関係を示す。この図よりエキシマランプを用いることで有機物分解に寄与する真空紫外線領域の紫外光を効率よく高出力で放射することができることがわかる。このことより紫外線ランプにエキシマランプを用いることで、紫外線による分解効果を十分に発揮させることができる。
【0016】また、さらに好ましくは処理水からオゾンを除去する手段を設けたほうがよい。
【0017】通常オゾン処理された処理水にはオゾンが溶解している。このため処理水からオゾン臭等が発生したり、またオゾンによる酸化腐食性を伴ってしまう。上記構成を用いることによって半導体製造、飲料水等に用いる際に必要な純粋な水の供給ができる。
【発明の実施の形態】
【0018】以下に本発明の実施例を図1、図2に基づいて説明する。図1において1は原水タンクであり、2は送給管、3は同タンク中の被処理水を送給するためのポンプである。また4は本実施例の特徴的構成物である紫外線照射装置であり、5はオゾン除去装置、6、7は反応ガスとして用いる酸素、および不活性ガスとして用いる窒素ボンベ、8は供給ガスの反応ガス濃度を有機物濃度、種類に応じて制御する制御部である。また紫外線照射装置4の詳細は図2に拡大して示す。紫外線照射装置は一対の電極からなるピーク波長が172nmの紫外光を発するエキシマランプ9とランプ保護管10が配設された円筒状の密閉容器11と、この密閉容器11の上端に装着された被処理水を密閉容器内の内面の少なくとも一部方向に霧状に落下させる被処理水注水口12、また密閉容器11の底部には溜まった処理済の水を取り出すための被処理水取り出し口13から構成されている。一方、密閉容器11内へ酸素やオゾンを等、または酸素と窒素の混合ガス等の供給ガスを注入するために、密閉容器11上部にガス注入口14、ガスを循環させるために密閉容器11の底部にガス排出口15が形成されている。
【0019】ここで前記エキシマ紫外線ランプ9の特徴としてはエネルギー出力のほとんどが単一波長、たとえば172(nm)に集中しており、エネルギー強度が大であることが挙げられる。また波長200(nm)以下の紫外線は光子のエネルギーが強く有機化合物中のC=C、C-C、C-O、C-H、C-Cl等の結合を用意に切断できる。また酸素に185nm以下の紫外線を照射することにより、酸化力の強いオゾンを生成することができる。
【0020】次にかかる第一の実施例の動作について説明する。まず前記原水タンク1内の有機化合物を含んだ被処理水は前記ポンプ3の働きにより前記紫外線照射装置4内に流入する。また酸素ボンベ6および窒素ボンベ7からのガスは制御部8によって被処理水に応じた最適なガス濃度に調節され紫外線照射装置4内に流入される。ここで、紫外線照射装置4内において、被処理水は被処理水注入口12により密閉容器11内の内面の少なくとも一部方向に霧状に吐出される。その霧状に滴下された処理水に紫外線が照射され、供給ガスと、紫外線の効果により有機物は分解される。また処理済みの水は被処理水取り出し口13からオゾン除去装置5に導入され、処理水からオゾンは除去される。
【0021】ここで液体を霧状すなわち微粒化する方法としては、滴下によるもの、高速液流による微粒化、振動による微粒化、衝突流による微粒化など色々あるが、被処理水を霧状に落下させる目的を達するものであればどのような方式であってもよい。また微粒化した流体の粒径は自由落下する領域の粒径であれば、小さければ小さいほどよい。
【0022】また本実施例では紫外線ランプが1本装備されているが、本発明では少なくとも1本以上の紫外線ランプが装備されていればよい。
【0023】また本実施例ではその密閉容器が円筒状に形成されているが、本発明では特に円筒状に限定されることはない。たとえば、角筒状、円錐状、角錐状の側周面を有するものでもよい。
【0024】また本発明の実施例では供給ガスとして反応ガスとしての酸素、紫外線の透過を妨げないガスとしての窒素を例に挙げているが、反応ガスとしては有機物分解性のガスであれば酸素でなくオゾン等でもよい、また紫外線の透過を妨げないガスであれば窒素でなくアルゴン等の不活性ガスであってもよい。
【発明の効果】
【0025】以上詳細に説明したように本発明による水処理法によれば、被処理水と紫外線ランプの保護管が接することがないため、保護管にスケールが付着することによる分解効率の低下が無く、効率的に被処理水に紫外線を照射することができる。しかも攪拌機等の特別な機器を必要とせずに被処理水を実質的に霧状にすることにより、処理水全体に紫外線を照射する事ができ、同時に処理水が霧状であることから供給する反応ガスと被処理水の接触面積が大になるため、効果的に有機物の分解を行うことができる水の浄化方法および水処理装置を提供することができる。
【0026】また残留するオゾンを除去しているので、半導体製造、飲料水等に用いる際に必要な純粋な水の供給ができる。




 

 


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