JPH06206084A - 下降溶解型水処理装置のオゾンガス注入方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】下降溶解型オゾン反応槽の水深に依存すること
なく、高いオゾン溶解効率を得る。 【構成】下降溶解型オゾン反応槽に注入すオゾンガスと
して、被処理水に対するオゾンガスの体積を少なくとも
１／３０（気液比３０以上）に保ち、３０〜２００ｍｇ
／Ｌの高濃度オゾンガスを注入することにより、飽和オ
ゾン濃度と溶存オゾン濃度の濃度勾配が大きく、より多
くのオゾンが水中へ移動することが可能となるので、反
応槽の水深が大きくなるように多大の設備費をかけなく
ても、効果的に高いオゾン吸収率を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、オゾンの持つ強力な酸
化作用を利用して、水中の殺菌，脱臭，または有機物な
どの除去を行なう下降溶解型水処理装置のオゾンガスの
注入方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、オゾンがフッ素に次いで強力な酸
化作用を有するという特徴を利用して、オゾンを水中に
散気することにより、殺菌，脱臭，または有機物などの
除去を行なう水処理方法が広く行なわれている。とく
に、都市近郊の水道では、取水源に起因する異臭味の被
害が広がっており、オゾンの持つ強力な酸化作用は、こ
の異臭味の除去に大きな効果を発揮することから、オゾ
ンおよび活性炭を用いた高度処理の導入が進められてい
る。

【０００３】このようなオゾンとオゾンによって処理さ
れる水（以下、被処理水とする）とを反応させる水処理
装置は、主として、電気エネルギーからオゾンを発生さ
せるオゾン発生装置，被処理水を供給する送水ポンプ，
反応を進行させる反応槽，反応槽から未反応のまま排出
される排オゾンを分解する排オゾン処理設備からなって
おり、反応槽の形状により、一般に次のような方式が知
られている。まず回分式では、オゾンをエジェクタによ
って反応槽に吹き込むエジェクタ方式、もしくは反応槽
下部からオゾンを気泡として吹き出させる気泡塔方式が
あり、連続式では、気泡塔内において被処理水とオゾン
ガスを下部から連続的に供給する並列接触方式、被処理
水を頂部から供給しオゾンガスと対向させる向流接触方
式などがある。

【０００４】これらのオゾンを用いた水処理装置は、被
処理水に対して酸化反応を十分に行なうだけの接触時間
が必要であるから、被処理水が大量の場合は、容積の大
きいオゾン反応槽を設けなければならず、多くの給水人
口を抱える都市近郊の浄水場などに導入する装置は、よ
り大規模な設備となってしまう。大規模な設備が必要に
なるというのは、経済性の点からも好ましいことではな
く、オゾンによる水処理装置の導入を阻む大きな要因と
なるので、オゾン反応槽では高いオゾン吸収率および十
分な除去効率が得られることが望まれている。

【０００５】ここで、オゾン吸収率とは、注入したオゾ
ンガスのうち、反応槽内で被処理水に溶解または分解し
消費されたオゾンの割合であり、下式で表わされる。 一般に、このオゾン吸収率が高い程、オゾン反応槽の処
理効率が良いとされている。

【０００６】また、オゾンが水中に溶解する際のオゾン
移動量は、総括物質移動量係数（Ｋ _La）と、水中の飽和
オゾン濃度と溶存しているオゾン濃度の差（濃度勾配）
とが主な要因である。飽和オゾン濃度は、オゾンガス中
のオゾン濃度と、オゾン分配係数に依存することがわか
っており、反応槽の水深圧を利用して、オゾン溶解効率
を高めるという観点から、反応槽の水深をできるだけ大
きくとるのが望ましい。しかし、前述の向流接触方式
は、反応槽の水深圧に対抗してオゾンガスを吹き込まな
くてはならないので、実際の反応槽の水深は６ｍが限界
である。

【０００７】これに対して、オゾンを用いた下降溶解型
の水処理装置が開発されており、図３はその要部の構成
を示す模式図である。図３において、矢印は水の流れ方
向を表わし、この下降溶解型水処理装置は、反応槽１の
導入口２から送水ポンプ３により被処理水４を導入し、
同時にオゾン発生装置５で発生させたオゾンガスを、散
気装置６を用いて下降溶解部７に吹き込む。被処理水４
はオゾンガスとの混合流となって、下降溶解部７を流下
し、さらに反応槽１底部で一体となって接続されている
上昇部８を経て、排出口９から処理水１０として反応槽
１の外へ配水される。注入されたオゾンガスのうち、未
反応のガスは排オゾン処理設備１１により分解し放出さ
れる。図３中の１２は散気したオゾンガスの気泡を表わ
す。

【０００８】この下降溶解型水処理装置では、被処理水
４とオゾンガスが反応槽１の頂部から同時に反応槽１内
に導入されるので、水深圧に対抗してオゾンガスを吹き
込む必要がなく、向流接触方式より大きな水深を持つ反
応槽１の設計が可能である。実際には、５０〜１００ｍ
の水深を有する反応槽１が得られており、そのオゾン吸
収率は９５％以上を示し、向流接触方式のオゾン吸収率
が約８０〜９０％であるのに比べて大きく上回ってい
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、以上の下降溶
解型の水処理装置にも次のような問題がある。浄水場で
飲料水のオゾン処理を行なう場合、そのオゾン注入率
は、通常１〜３ｍｇ／Ｌに設定され、これは一定濃度の
オゾンガスの吹き込み量を調節することにより行なわれ
る。普通は濃度２０ｍｇ／Ｌ程度のオゾンガスを用いる
ために、気液比は５〜２０の値を示す。ここで気液比と
は、オゾンガス体積１に対する被処理水体積である。本
発明者らは、上記の条件下における下降溶解型オゾン反
応槽と、向流式オゾン反応槽の特性を、実験およびシミ
ュレーションにより比較した結果、次のことが判明し
た。

【００１０】図４は水深６ｍの反応槽の注入率に対する
オゾン吸収率の変化を示す線図であり、○でプロットし
た線が向流式オゾン反応槽を表わし、●でプロットした
線が下降溶解型オゾン反応槽を表わしており、各点にお
けるオゾンガス濃度（ｍｇ／Ｌ）の値を書き入れてあ
る。また、このときの気液比の値は１０で一定である。
図４から明らかなように、各注入率でオゾン吸収率は、
向流式オゾン反応槽の方が、下降溶解型オゾン反応槽よ
り高いことを示している。また、注入率を変化させて
も、オゾン吸収率は殆ど変化しないことがわかる。即
ち、前に述べた従来の浄水処理の条件下では、下降溶解
型オゾン反応槽の特性が得られず、その優位性を確保す
るためには、水深を大きくしなければならないのであ
る。

【００１１】しかし、オゾン反応槽の水深を大きくとる
には、それが可能な施工技術を要し、さらに地下利用が
かなり進んでいるわが国の都市近郊には適用し難いとい
う問題がある。したがって、下降溶解型オゾン反応槽を
種々の浄水処理設備に適用するために、反応槽の水深を
大きくすることなく、向流式オゾン反応槽より高いオゾ
ン溶解効率が得られる水処理方法を実現することが望ま
れる。

【００１２】本発明は上述の点に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、反応槽の水深に依存することなく、
向流式水処理装置に比べて、高いオゾン溶解効率を得る
ことが可能な下降溶解型水処理装置のオゾンガス注入方
法を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明のオゾンガス注入方法は、下降溶解型オゾ
ン反応槽に注入すオゾンガスとして、被処理水に対する
オゾンガスの体積を少なくとも１／３０（気液比３０以
上）に保ち、３０〜２００ｍｇ／Ｌの高濃度オゾンガス
を用いることである。

【００１４】

【作用】以上のように、オゾンガスの濃度を高くし、そ
の注入量を少なくしたために、下降溶解型オゾン反応槽
の水深が６ｍ程度であっても、飽和オゾン濃度と溶存オ
ゾン濃度の濃度勾配が大きく、より多くのオゾンが水中
へ移動することが可能となり、高いオゾン吸収率を得る
ことができる。

【００１５】

【実施例】本発明者らは、下降溶解型水処理装置のオゾ
ンによる水処理方法について、実験およびシミュレーシ
ョンによる検討を重ねた結果、反応槽の水深を大きくと
ることなく、従来の向流式より高いオゾン溶解効率が得
られる方法を見出すことができた。以下、本発明を実施
例に基づき説明する。

【００１６】図１は本発明が適用される下降溶解型水処
理装置の要部構成を示す模式図であり、図３と共通する
部分を同一符号で表わしてある。図１に示す装置の構成
と水処理工程は、基本的に図３と同じであるから、細部
の説明を省略するが、本発明の水処理方法が従来と異な
るのは、従来のように一定濃度のオゾンガスの風量を制
御するのではなく、常に気液比を３０以上に保ち、注入
率に応じてオゾンガスの濃度を変化させるようにした点
にある。したがって、気液比３０以上を確保し、注入率
を１〜３ｍｇ／Ｌにするためには、必然的に注入するオ
ゾンガスの濃度は３０〜２００ｍｇ／Ｌの高濃度オゾン
ガスを用いることになる。そこで本発明の方法が適用さ
れる図１の装置は、その構成に関して図３に示したオゾ
ン発生装置５の代わりに、高濃度オゾン発生装置５ａを
用いている。オゾンガス濃度３０は、注入率１ｍｇ／Ｌ
に相当し、これ以下では実用性がなく、オゾンガス濃度
２００ｍｇ／Ｌは、高濃度オゾン発生装置５ａの実用的
限界である。

【００１７】図２は、本発明における水処理方法につい
て、図４に倣って下降溶解型オゾン反応槽と、向流式オ
ゾン反応槽の特性を、実験およびシミュレーションによ
り比較した結果を示す線図であり、反応槽の水深６ｍの
とき、注入率を一定の１．５ｍｇ／Ｌとして、気液比と
オゾン吸収率の関係を表わすものである。図２も図４と
同様、●でプロットした線が下降溶解型オゾン反応槽を
示し、○でプロットした線が向流式オゾン反応槽を示し
ており、各点におけるオゾンガス濃度（ｍｇ／Ｌ）の値
を併記してある。

【００１８】図２からわかるように、オゾン吸収率は、
気液比が２０以下では向流式オゾン反応槽の方が高い
が、気液比が２０と３０の間で両曲線は交叉して、下降
溶解型オゾン反応槽の方がオゾン吸収率が高くなり、そ
れ以上気液比が大きくなるにつれて、下降溶解型オゾン
反応槽は向流式オゾン反応槽よりオゾン吸収率が増すよ
うになる。これは、オゾンが水中に移動する際の飽和オ
ゾン濃度と、溶存オゾン濃度との濃度勾配が大きくな
り、より多くのオゾンの水中への移動が可能になるから
である。

【００１９】以上のことから、下降溶解型オゾン反応槽
にオゾンを注入する際は、気液比を常に３０以上に保つ
ことにより、反応槽の水深が６ｍの場合においても、向
流式オゾン反応槽より高いオゾン吸収率を得ることがで
きる。

【００２０】

【発明の効果】下降溶解型オゾン反応槽を持つ水処理装
置は、向流式オゾン反応槽を持つ水処理装置と同程度の
水深の反応槽では、向流式に比べてオゾン吸収率が低い
ので、これを高めるためには、反応槽の水深を大きくし
なければならないという問題があったのに対し、本発明
のオゾンガス注入方法によれば、下降溶解型オゾン反応
槽に注入するオゾンガスの濃度を高く、その注入量を少
なくし、即ち、被処理水に対するオゾンガスの体積を少
なくとも１／３０（気液比３０以上）に保ち、３０〜２
００ｍｇ／Ｌの高濃度オゾンガスを用いるようにしたた
めに、下降溶解型オゾン反応槽の水深が向流式オゾン反
応槽と同じ６ｍ程度であっても、飽和オゾン濃度と溶存
オゾン濃度の濃度勾配が大きく、より多くのオゾンの水
中への移動が可能となり、高いオゾン吸収率が得られる
ので、とくに反応槽の水深を大きくする必要はなく、簡
単な方法で経済性よく効果的な水処理を実施することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法が適用される下降溶解型水処理装
置の要部構成を示す模式図

【図２】本発明の方法が適用される下降溶解型オゾン反
応槽と向流式オゾン反応槽との比較で気液比とオゾン吸
収率の関係を示した線図

【図３】従来の下降溶解型水処理装置の要部の構成を示
す模式図

【図４】従来の下降溶解型オゾン反応槽と向流式オゾン
反応槽との比較で注入率とオゾン吸収率の関係を示した
線図

【符号の説明】１ 反応槽 ２ 導入口 ３ 送水ポンプ ４ 被処理水 ５ オゾン発生装置 ５ａ 高濃度オゾン発生装置 ６ 散気装置 ７ 下降溶解部 ８ 上昇部 ９ 排出口 １０ 処理水 １１ 排オゾン処理設備 １２ 気泡

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中江 拓司 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】頂部から被処理水とオゾンガスを導入して
   気液混合下降流を発生させる下降溶解部と、この下降溶
   解部と底部で一体に結合する上昇部とを有する下降溶解
   型水処理装置に前記オゾンガスを注入する方法であっ
   て、前記被処理水に対する前記オゾンガスの体積を少な
   くとも１／３０（気液比３０以上）に保つことを特徴と
   する下降溶解型水処理装置のオゾンガス注入方法。
2. 【請求項２】請求項１記載の方法において、オゾンガス
   濃度を３０〜２００ｍｇ／Ｌとすることを特徴とする下
   降溶解型水処理装置のオゾンガス注入方法。
3. 【請求項３】請求項１または２記載の方法において、高
   濃度オゾン発生装置を用いることを特徴とする下降溶解
   型水処理装置のオゾンガス注入方法。