专利名称：水处理装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种水处理装置，以净水和废水或地下水及工业废水等为对象。更详细地说，涉及一种将例如臭氧等氧化剂和紫外线照射并用而使被处理水高度净化处理的水处理装置。
背景技术：
并用臭氧等氧化剂和紫外线照射的水处理装置，是利用通过紫外线照射臭氧等氧化剂而生成的羟基自由基等的自由基物质，使被处理水中的有机氯化合物等处理对象物进行分解。
作为这样的水处理装置，以前，有人提出使臭氧气体相对流入圆筒型反应槽的被处理水进行扩散，再用紫外线灯照射紫外线，由此使被处理水中的处理对象物分解，作为流出水排出。
现有的水处理装置一般具有在圆筒型或长方体型等水槽的中央设置紫外线灯的结构。另外，作为混合氧化剂的方式，一般是在使被处理水流入的水槽中设置扩散装置等，使臭氧气体作为气泡在被处理水中分散，使臭氧混合并溶解(例如参照特许文献1特开平5-192673号公报)。
但是，这样现有的水处理装置由于使用扩散装置作为混合氧化剂的方式，故对气泡直径的控制是有限的，不能增大气液界面面积。为此，臭氧的溶解速度慢，短时间内不能高效率地分解处理对象物质。
另外，现有的水处理装置由于在圆筒型或长方体型等水槽的中央设置紫外线灯，在远离紫外线灯的区域，被处理水不能得到处理所必要的紫外线强度，处理对象物质的分解率低。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而完成的，目的在于提供一种可以将氧化剂高速而且高效率地溶解在被处理水中、高分解率地处理处理对象物质的水处理装置。
本发明涉及的水处理装置包括紫外线照射部和氧化剂混合部，其中紫外线照射部形成长管状，容纳沿轴线延伸的紫外线照射装置，使被处理水在内周面和紫外线照射装置的空间流通；氧化剂混合部，与紫外线照射部的上游邻接设置，使氧化剂混合在被处理水中，紫外线照射装置向混合有氧化剂的被处理水照射紫外线，使被处理水中的处理对象物质进行分解。
图1是说明本发明的水处理装置的实施形态1的装置结构的示意图。
图2是说明实施形态1的水处理装置的效果的特性图。
图3是说明介由具有弯曲部的配管和异径配管接头连接喷射器于配管型反应器的水处理装置的装置结构的示意图。
图4是说明介由异径配管接头连接喷射器于配管型反应器的水处理装置的装置结构的示意图。
图5是说明本发明的水处理装置的实施形态2的装置结构的示意图。
图6是说明实施形态2的水处理装置的效果的特性图。
图7是说明本发明的水处理装置的实施形态3的装置结构的示意图。
图8是说明本发明实施形态3的水处理装置的效果的特性图。
图9是说明本发明实施形态4的水处理装置的效果的特性图。
图10是说明本发明实施形态5的水处理装置的效果的特性图。
图11是说明本发明的水处理装置实施形态6的装置结构的特性图。
图12是说明实施形态6的水处理装置的效果的特性图。
图13是说明实施形态7的水处理装置的效果的特性图。
图14是说明实施形态8的水处理装置的效果的特性图。
图15是说明实施形态9的水处理装置的效果的特性图。
图16是说明实施形态10的水处理装置的效果的特性图。
图17是说明实施形态11的水处理装置的效果的特性图。
图18是说明实施形态12的水处理装置的效果的特性图。
图19是说明实施形态13的水处理装置的效果的特性图。
图20是说明实施形态13的水处理装置的效果的特性图。
符号说明1配管型反应器、1a内壁面、2紫外线灯、3灯套管、3a紫外线照射面、4被处理水、5废臭氧气体排出配管、6被处理水流入配管、7处理水流出配管、8臭氧配管、10紫外线照射装置、15锥形障碍物(锥形)、17微细气泡发生装置、18a，18b配管(循环流路)、19泵(循环流路)、20压缩部、22氧化剂抽吸口、23小径部(最小断面积部)、24大径部(大通路部)、25第1锥形部(锥形部)、26大径部、27第2锥形部、30紫外线照射部、40臭氧发生器、50紫外线灯电源、60氧化剂混合部、101，102，103，104水处理装置。
具体实施例方式
实施形态1图1是说明本发明的水处理装置的实施形态1的装置构成的示意图。图1中，本实施形态的水处理装置101包括紫外线照射部30和氧化剂混合部60，其中紫外线照射部30容纳紫外线照射装置10，同时使被处理水4流通，向被处理水4照射紫外线，使被处理水4中的处理对象物质分解；氧化剂混合部60与紫外线照射部30邻接设置，向被处理水4中混合氧化剂。
在长圆筒状的配管型反应器1的内部，沿中心轴设置着紫外线照射装置10。紫外线照射装置10由大致棒状的紫外线灯2和围绕其的灯套管3构成。灯套管3形成圆筒状，设置在配管型反应器1和紫外线灯2的之间，具有全长覆盖紫外线灯2的长度。灯套管3的外壁面形成使紫外线灯2的紫外线照射在配管型反应器1的内壁面1a上的紫外线照射面3a。利用配管型反应器1、紫外线灯2以及灯套管3，构成紫外线照射部30。紫外线灯2介由电线12与紫外线灯电源50进行电连接。
在紫外线照射部30的上游侧连接着流入被处理水的被处理水流入配管6。另外，在紫外线照射部30的下游侧连接着流出处理后的处理水的处理水流出配管7和废臭氧气体排出配管5。
在紫外线照射部30和被处理水流入配管6之间形成有压缩配管的一部分形成的压缩部20。该压缩部20上形成着抽吸氧化剂的氧化剂抽吸口22。氧化剂抽吸口22介由臭氧配管8和臭氧发生器40连通。压缩部20、氧化剂抽吸口22、臭氧配管8、臭氧发生器40构成向被处理水中混合氧化剂的氧化剂混合部60。
压缩部20具有压缩至规定断面积的最小断面积部。并且由圆锥状的第2锥形部27和圆锥状的第1锥形部25构成，其中，圆锥状的第2锥形部27从与被处理水流入配管6连接的大径部26到小径部(最小断面积部)23的直径依次减小；圆锥状的第1锥形部25从小径部(最小断面积部)23到与配管型反应器1连接的大径部(大通路部)24的直径依次增大。上述氧化剂抽吸口22形成于具有最小断面积的小径部(最小断面积部)23。
第1锥形部25的锥形角度φ1可以从3度到175度之间选择，优选5度到90度，更优选10度到20度，本实施形态中使用15度。另一方面，第2锥形部27的锥形角度φ2从3度到175度之间选择，本实施形态中使用30度。另外在本实施形态的氧化剂混合部60中不一定需要第2锥形部27。也就是说，只要是具有压缩成规定断面积的小径部(最小断面积部)23和锥形状的第1锥形部25，就可以得到规定的效果，该第1锥形部25从该小径部(最小断面积部)23扩展到和紫外线照射部30同粗的大通路部24，从小径部(最小断面积部)23上游的部分，被处理水流入配管6上也可以做成和小径部(最小断面积部)23具有同径粗的没有变化的直线状配管。
下面对操作流程进行说明。首先使被处理水介由被处理水流入配管6流入配管型反应器1。利用压缩部20，介由氧化剂吸口22和臭氧配管8，由臭氧发生器40生成的臭氧气体被吸至流入的被处理水4，在被处理水4中生成大量的臭氧气体的微细气泡。微细气泡中的臭氧气体通过向液相移动，形成溶存臭氧，通过该溶存臭氧和介由电线12从紫外线灯电源50施加电压而点灯的紫外线灯2照射的紫外线的反应，生成氧化性强的羟基自由基。该羟基自由基使被处理水中的处理对象物质发生氧化分解，净化的处理水由处理水流出配管7排出。未完全溶解于被处理水中的臭氧气体也就是废臭氧气体介由废臭氧气体排出配管5向系统外排出。
这样，因为本实施形态所示的装置是一种从配管型反应器1的压缩部20强力抽吸混合臭氧气体的结构，与现有的使用扩散装置抽吸臭氧气体的装置相比，可以减小臭氧气体气泡的直径，这样增加气液界面积，故可以加速臭氧向液相中溶解。也就是说，通过加速生成羟基自由基，可以高速、高效地分解处理对象物质。
再有，连接有配管型反应器1的压缩部20，具有如上所述从小径部(最小断面积部)23到与配管型反应器1连接的大径部(大通路部)24依次增大直径的圆锥状的第1锥形部25，这样，压缩部20的下游的流路没有急剧扩大等，而是光滑地形成，可以抑制气泡集合产生的气泡直径增大，使小直径气泡状态持续，结果气液界面积变大，可以促进臭氧向液相的溶解。也就是说，通过加速羟基自由基的生成，可以高速而且高效率地分解处理对象物质。
图2是说明本发明的实施形态的水处理装置的效果的特性图。配管型反应器1的容积设定为5L、被处理水流量为3L/min(被处理水滞留时间1.67分)、被处理水的TOC(总有机碳)浓度为10mg/L、臭氧气体流量为1.5L/min、臭氧气体浓度为200g/m3(N)、紫外线灯输出为110W，进行水处理，实验结果求得配管型反应器内的总物质移动系数KLa和处理对象的有机物的分解率的关系。总物质移动系数KLa是显示臭氧溶解速度的指标，用每单位体积的气液界面积a和物质移动速度KL的积表示。也就是，气液界面积a越大，总物质移动系数KLa越大。
本发明人的实验结果如图2的标绘所示，总物质移动系数KLa越大，也就是气液界面积越大，有机物分解率越增加。
取代本实施形态水处理装置的氧化剂混合部60，设置现有水处理装置中使用的扩散装置的水处理装置的实验结果以圈A显示于图2中。扩散装置的代表性物质-扩散板的孔径等不同，总物质移动系数KLa不同，故对多种扩散板进行实验，结果表明即使总物质移动系数KLa大，达到200左右，在这样的总物质移动系数KLa的范围内，有机物也不太分解。
图3是用于比较确认本发明实施形态的水处理装置101的效果的实验中使用的水处理装置的示意图，显示介由具有弯曲部的配管32和异径配管接头33将喷射器90连接在紫外线照射部31的水处理装置的装置构成。图3的水处理装置200是取代本实施形态的紫外线照射部30、使用紫外线照射部31的装置。该紫外线照射部31的结构和本实施形态的紫外线照射部30相同，但紫外线照射部的配管直径是和现有技术中安装的特开平5-192673号公报的反应槽相同的直径。也就是说，使紫外线照射部的配管直径与现有装置相当。另外，喷射器90是现有技术中一般使用的装置。取代本实施形态的水处理装置101的氧化剂混合部60，在具有弯曲部的配管32和被处理水流入的被处理水流入配管34之间设置与现有装置相同的喷射器90。就喷射器90的形状来讲，使用上游侧圆锥部的锥形角度为30度、紫外线照射部31侧的圆锥部的锥形角度为15度。
图4是用于比较确认本实施形态的水处理装置101效果的实验中使用的水处理装置的示意图，显示水处理装置201的装置结构，介由短直线形状的配管35和异径配管接头33，将和图3相同的喷射器90连接在和图3的水处理装置200相同的紫外线照射部31上。喷射器90设在短直线形状的配管35和被处理水流入的被处理水流入配管34之间。喷射器90使用和图3的水处理装置200相同的。
将图3和图4的水处理装置的实验结果作为圈B～D显示于图2中。比较这些结果和圈A显示的结果，总物质移动系数KLa稍变大，有机物分解率也稍增加。也就是说，使用喷射器90比使用扩散板，可以减小臭氧气体的气泡直径，有机物分解率也增加。虽然如此，有机物分解率依然不是高水准，本发明人对进一步提高总物质移动系数KLa从而增加有机物分解率的方法进行了探索研究。
结果发现，只连接喷射器90，气泡在喷射器90的下游马上集合，气泡直径增大。如图2圈B～D所示，尽管在任何场合下的喷射器90之后，气泡都以小状态存在，但是进入反应槽之前气泡集合，形成和扩散筒场合几乎相同的气泡直径。
特别如图3所示，由于配置有喷射器90的结构在配管32的弯曲部急速形成气泡集合，认为圈B比圈C和圈D的总物质移动系数KLa小。另外，所述圈C和圈D是图4中显示的相同结构的水处理装置，但是喷射器90的出口直径De不同，分别设定为紫外线照射部31的配管直径Dh的0.1倍、0.3倍。任何场合下都有在喷射器90和紫外线照射部31之间流路急剧扩大的位置，为此气液的流动状态紊乱，气泡形成集合。之所以出口直径更小的圈C一方的总物质移动系数KLa小，一般认为是由于该急剧扩大的程度大所致。
为了解决这样的问题，本发明人考虑了图1所示结构的水处理装置。图2的圈E是图1所示结构的水处理装置101的实验结果。圈E所示的结果和圈B～D的场合相比，总物质移动系数KLa、有机分解率都远远地增大。这是因为通过做成邻接配管型反应器1设置压缩部20的结构，压缩部20的下游流路光滑，可使压缩部20处形成的小径气泡不集合，送至紫外线照射部30，气液界面积大大增加。并且可以确证在图1所示结构的水处理装置101中，可以在2分以下的极短时间内使作为处理对象物质的有机物高效率地分解。
本实施形态1中，显示使用紫外线灯2作为紫外线照射装置10，利用另外的实验证实也可以使用LED或光纤维照射紫外线，得到相同的效果。
本实施形态1中，使用圆筒状也就是断面圆形的结构作为配管型反应器1，利用另外的实验证实，也可以使用断面为圆形以外的形状，得到相同的效果。
实施形态2图5是说明本发明的水处理装置的实施形态2的装置构成的示意图。图5中，在本实施形态的水处理装置102上，灯套管3的上游侧的端部安装着锥形障碍物(以下也称为锥形)。其它的结构和实施形态1相同。
下面说明操作流程。首先被处理水介由被处理水流入配管6导入配管型反应器1。利用压缩部20抽吸臭氧气体，在被处理水中4中生成大量的臭氧气体的微细气泡。这时微细气泡流过配管型反应器1的内壁和锥形15的间隙，到达紫外线灯2的附近。在紫外线灯2的附近，利用从气泡向液相移动的溶存臭氧和介由电线12从紫外线灯电源50施加电压而点灯的紫外线灯2照射的紫外线之间的反应，生成氧化性强的羟基自由基。该羟基自由基使被处理水中的处理对象物质氧化分解，净化的处理水由处理水流出配管7排出。未完全溶解在被处理水中的臭氧气体也就是废臭氧气体介由废臭氧气体排出配管5向系统外排出。
这样，通过在灯套管3的底部设置锥形15，包含在配管型反应器1的压缩部20生成的小径气泡的被处理水冲击灯套管3的底部，使流动状态紊乱，由此可以防止气泡集合而使气泡直径增大，所以紫外线照射部的气液界面积更大。也就是说，在实施形态1的效果基础上，使处理对象物质的分解率更高。
图6用于说明该效果，在求得图2所示的总物质移动系数KLa和处理对象的有机物的分解率的关系的实验结果中，附加有安装锥形15的场合的实验结果(图中记为圈F)。实验中使用的水处理装置102，使用图1的水处理装置101中安装有锥形15的装置。锥形15的锥形角度为15度，也就是使用和第1锥形部25相同锥形角的装置。如图6所示，通过安装锥形15，与实施形态1所示的场合(圈E)相比，总物质移动系数KLa稍变大，有机物分解率也达到95％以上。
在本实施形态2中，显示使用紫外线灯2的装置作为紫外线照射装置10，利用其它实验证实，也可以使用LED或光纤维照射紫外线，得到相同的效果。
本实施形态2中，显示使用锥形15的装置作为避免气泡冲突的装置，利用其它实验证实，也可以改进紫外线照射装置10的形状，将灯套管3的底部成型成锥形15那样的形状等，得到与本实施形态所示的相同的效果。
本实施形态2中，使用圆筒型也就是断面为圆形的装置作为配管型反应器1，利用其它实验证实，也可以采用断面为圆形以外的形状，得到相同的效果。
实施形态3图7是说明本发明的水处理装置的实施形态3的装置构成的示意图。图7中，本实施形态的水处理装置103在紫外线照射部30的上游侧设有微细气泡发生装置17。微细气泡发生装置17的表面形成有图中未显示的微细臭氧气体喷出口。微细气泡发生装置17受微细气泡发生装置电源55经电线13供给的电力驱动，从臭氧气体喷出口喷出由臭氧发生器40介由臭氧配管8供给的臭氧气体。在紫外线照射部30的上游侧还连接着流入被处理水的被处理水流入配管16。
其它的构成和实施形态1相同。
下面说明操作流程。首先被处理水介由被处理水流入配管16流入配管型反应器1。在臭氧发生器40中生成的臭氧气体介由臭氧配管8送至微细气泡发生装置17中，利用微细气泡发生装置17生成的小径气泡，分散在流入配管型反应器1的被处理水中。微细气泡中的臭氧气体通过移动至液相，形成溶存臭氧，通过该溶存臭氧和介由电线12从紫外线灯电源50施加电压而点灯的紫外线灯2照射的紫外线发生反应，生成氧化性强的羟基自由基。羟基自由基使被处理水中的处理对象物质氧化分解，净化的处理水从处理水流出配管7排出。未完全溶解在被处理水中的臭氧气体即废臭氧气体，介由废臭氧气体排出配管5向系统外排出。
这样，因为本实施形态3所示的装置使用微细气泡发生装置17作为氧化剂混合装置，故与现有装置使用扩散装置抽吸臭氧气体相比，可以减小臭氧气体气泡的直径，这样增加气液界面积，故可以加速臭氧向液相溶解。也就是说，通过加速生成羟基自由基，得到与实施形态1相同的效果。
图8用于说明该效果，是在求得图2所示的配管型反应器内的总物质移动系数KLa和处理对象的有机物分解率的关系的实验结果中，附加取代压缩部而设有微细气泡发生装置作为氧化剂混合装置的场合的实验结果(图中标记为圈G)。如图8所示，使用微细气泡发生装置的场合的总物质移动系数KLa和有机物分解率几乎和实施形态1所示的场合(圈E)相同，使用微细气泡发生装置的本实施形态可以说和实施形态1具有同等的效果。
在本实施形态3中，显示使用紫外线灯2的装置作为紫外线照射装置10，利用其它实验证实也可以使用LED或光纤维照射紫外线，得到相同的效果。
本实施形态3中，使用圆筒型也就是断面为圆形的装置作为配管型反应器1，利用其它实验证实，也可以使用圆形以外的形状的断面，得到相同的效果。
实施形态4本实施形态4说明的水处理装置具有和实施形态1相同的装置结构，但图1中所示的水处理装置101的压缩部20的小径部(最小断面积部)23到紫外线灯套管3的压缩部20侧端部的距离为50cm以下，特别优选20cm以下。
图9显示研究实施形态1的图1所示的水处理装置101的压缩部20的小径部(最小断面积部)23到紫外线灯套管3的压缩部20侧端部的距离D1和有机物分解率关系的实验结果。另外实验条件和实施形态1说明的图2的实验条件相同。
如图9所示，距离D1越小，有机物分解率越高。这是因为从混合臭氧气体之后，到照射足够强度的紫外线的距离短时，可以在气泡集合体增大气泡直径之前，使微细气泡到达紫外线灯2附近。也就是说，在臭氧溶解速度快的状态下，可以加速臭氧和紫外线反应生成羟基自由基。如图9所示，距离D1为50cm时，有机物分解率为90％，20cm时，有机物分解率为97.5％以上，为了高效分解有机物，距离D1为50cm以下，优选20cm以下。
如上所述，在本实施形态4中，由于将从实施形态1的图1所示的水处理装置101的压缩部20的小径部(最小断面积部)23到紫外线灯套管3的压缩部20侧端部的距离设定为0.001cm以上，50cm以下，特别优选设定为20cm以下，故处理对象有机物的分解率高。
实施形态5本实施形态5说明的水处理装置具有和实施形态1相同的装置结构，但图1所示的水处理装置101的压缩部20的小径部(最小断面积部)23到紫外线强度为100W/cm2以上的区域的距离为50cm以下，特别优选设定为20cm以下。
图10显示研究实施形态1的图1所示的水处理装置101的压缩部20的小径部(最小断面积部)23到紫外线强度为100W/cm2以上的区域的距离D2和有机物分解率关系的实验结果。另外实验条件和实施形态1说明的图2的实验条件相同。
如图10所示，距离D2越小，有机物分解率越高。这是因为混合臭氧气体之后，照射足够强度的紫外线的距离短时，可以在气泡集合体增大气泡直径之前，使微细气泡到达紫外线灯附近。也就是说，在臭氧溶解速度快时，可以加速臭氧和紫外线反应生成羟基自由基。如图10所示，距离D2为50cm时，有机物分解率为90％，为20cm时，有机物分解率为95％以上，为了高效分解有机物，距离D2为50cm以下，优选20cm以下。
如上所述，由于从实施形态1的图1所示的水处理装置101的压缩部20的小径部(最小断面积部)23到紫外线强度为100W/cm2以上的区域的距离为0.001cm以上，50cm以下，特别优选设定在20cm以下，故处理对象有机物的分解率高。
实施形态6图11是说明本发明的水处理装置的实施形态6的装置构成的示意图。图11中，本实施形态的水处理装置104，还设有使通过紫外线照射部30后的处理水返回至压缩部20的小径部(最小断面积部)23的上游的循环流路。循环流路包括从处理水流出配管7分支的配管18a、与被处理水流入配管16连接的配管18b、配管18a和配管18b之间设置的泵19。
其它构成和实施形态1相同。
下面说明操作流程。首先被处理水介由被处理水流入配管6导入配管型反应器1。利用压缩部20抽吸臭氧气体，被处理水中大量生成臭氧气体的微细气泡。微细气泡中的臭氧气体通过向液相移动，形成溶存臭氧，通过该溶存臭氧和介由电线12从紫外线灯电源50施加电压而点灯的紫外线灯2照射的紫外线发生反应，生成氧化性强的羟基自由基。羟基自由基使被处理水中的处理对象物质氧化分解，净化的处理水由处理水流出配管7排出，但是其一部分通过泵19介由配管18a和配管18b返回到压缩部20近前。这样，由于增加通过压缩部20的液体流量，故进一步加大从氧化剂抽吸口22抽吸混合臭氧气体的力。也就是说，通过更强力气液混合使臭氧气体的气泡直径变小，可以加速臭氧向液相的溶解。因而在实施形态1的效果基础上，使处理对象物质的分解率更高。
图12用于说明该效果，是在求得图2所示的配管型反应器内的总物质移动系数KLa和处理对象的有机物分解率的关系的实验结果中，附加以循环流量6L/min抽出本实施形态6说明的流出水、向压缩部的上游返回的循环的实验结果(图中记为圈H)。如图10所示，通过循环，与实施形态1所示的场合(圈E)相比，总物质移动系数KLa变大，有机物分解率也达到95％以上。
发明人通过实验确认，通过将循环流量设为被处理水流量的50％以上，优选设定为100％以上，使压缩部20的臭氧气体吸引力显著增大。
在本实施形态6中，显示使用紫外线灯2的装置作为紫外线照射装置10，利用其它实验证实，也可以使用LED或光纤维照射紫外线，得到相同的效果。
本实施形态6中，使用圆筒型也就是断面为圆形的装置作为配管型反应器1，利用其它实验证实，断面也可以是圆形以外的形状，得到相同的效果。
本实施形态6中，显示将从处理水流出配管7流出的一部分处理水抽去的实例，利用其它实验证实，也可以从配管型反应器1直接抽去处理水，得到大致相同的效果。
本实施形态6中，显示将抽去的处理水返回到压缩部20近前的实例，但利用其它实验证实只要是压缩部20的上游，就可以返回至任何位置，具有相同的效果。
实施形态7本实施形态7说明的水处理装置具有和实施形态1相同的装置结构，但确定配管型反应器1的直径，以使照射在图1所示的水处理装置101的紫外线照射部30的配管型反应器1的内壁面1a上的紫外线的紫外线强度即内壁面紫外线强度为30W/m2以上，优选100W/m2以上。
图13显示下述研究的实验结果以实施形态1的图1所示的配管型反应器1的配管径作为参数，使被处理水的配管型反应器内滞留时间为5分、被处理水的TOC浓度为10mg/L、G/L(臭氧气体流量和被处理水流量的比)为0.5、臭氧气体浓度为200g/m3(N)、紫外线灯输出为110W进行水处理，研究壁面上的紫外线强度Ih和有机物分解率的关系。如图13所示，Ih越大，有机物分解率越高，Ih在30W/m2以下，有机物分解率非常低。由图13可知，为了高效率地分解有机物，将Ih设定为30W/m2以上，优选100W/m2以上。
如上所述，本实施形态7中，由于为了使照射至实施形态1的图1所示的水处理装置101的紫外线照射部30的配管型反应器1的内壁面1a的紫外线的紫外线强度即内壁面紫外线强度达到30W/m2以上，优选100W/m2以上，100000W/m2以下，确定配管型反应器1的直径，所以处理对象有机物的分解率高。
实施形态8本实施形态8说明的水处理装置具有和实施形态1相同的装置结构，确定配管型反应器1的直径，以使照射在实施形态1的图1所示的水处理装置101的紫外线照射部30的配管型反应器1的内壁面1a的紫外线的紫外线强度即内壁面紫外线强度为紫外线照射装置10在紫外线照射面3a上的紫外线强度的10％以上，优选30％以上。
图14显示下述研究的实验结果以实施形态1的图1所示的配管型反应器1的配管径作为参数，使被处理水的配管型反应器内滞留时间为5分、被处理水的TOC浓度为10mg/L、G/L(臭氧气体流量和被处理水流量的比)为0.5、臭氧气体浓度为200g/m3(N)、紫外线灯输出为110W、40W、10W进行水处理，研究壁面上的紫外线强度和灯套管表面上的紫外线强度的比率Ri与有机物分解率的关系。如图14所示，与紫外线灯输出无关，Ri越大，有机物分解率越高，Ri在10％以下时，有机物分解率非常低。由图14可知，为了高效率地分解有机物，使Ri为10％以上，优选30％以上。
如上所述，本实施形态8和实施形态1具有相同的装置构成，由于为了使照射至实施形态1的图1所示的水处理装置101的紫外线照射部30的配管型反应器1的内壁面1a的紫外线的紫外线强度即内壁面紫外线强度达到紫外线照射装置10的紫外线照射面3a上的紫外线强度的10％以上，优选30％以上、100％以下，确定配管型反应器1的直径，所以处理对象有机物的分解率高。
实施形态9本实施形态9说明的水处理装置具有和实施形态1相同的装置结构，使图1所示的水处理装置101的配管型反应器1的配管半径为2cm以上、4cm以下，优选2cm以上、3cm以下。图15中显示在实施形态1的图1所示的水处理装置101中，使被处理水的TOC浓度为10mg/L、G/L(臭氧气体流量和被处理水流量的比)为0.5、臭氧气体浓度为200g/m3(N)或者50g/m3(N)、紫外线灯输出为110W时，研究配管型反应器1的配管半径和被处理水每单位体积的紫外线吸收量的关系的实验结果。如图15所示，在臭氧气体浓度为200g/m3(N)的场合，被处理水每单位体积的紫外线吸收量在配管型反应器的配管半径为2.5cm时达到最大。另外在臭氧气体浓度为50g/m3(N)的场合，配管半径为4.5cm时，紫外线吸收量达到最大。
每单位体积的紫外线吸收量这样在某个配管半径处取得最大值，是因为当配管半径过小时，不完全吸收紫外线，照射的紫外线形成浪费；相反当配管半径过大时，溶存在被处理水中的臭氧以及臭氧和紫外线反应体系中一定生成的副产物过氧化氢等吸收紫外线，紫外线不完全到达离开紫外线灯2的领域。臭氧气体浓度越高，被处理水每单位体积的紫外线吸收量最大的配管半径越小，这是因为臭氧浓度越高，溶存在被处理水中的臭氧浓度和副产物过氧化氢的浓度越高，越促进了紫外线的吸收。
由以上结果可知，在组合臭氧和紫外线的水处理装置中，可以得到这些至今未知的认识为了有效地使用照射的紫外线，配管半径设置成什么样的大小就可以，即紫外线照射的有效范围为多少。在臭氧浓度为200g/m3(N)左右的高浓度的场合，实施形态1的图1所示的配管型反应器的配管半径为2cm以上、4cm以下，优选为2cm以上、3cm以下。
如上所述，本实施形态9中，将实施形态1图1所示的配管型反应器1的配管半径设定为2cm以上、4cm以下，优选为2cm以上、3cm以下，可以有效地利用照射的紫外线，处理对象有机物的分解率高。
实施形态10本实施形态10说明的水处理装置具有和实施形态1相同的装置结构，但图1所示的水处理装置101的配管型反应器1的内壁面1a和紫外线照射装置10的紫外线照射面3a的距离为5mm以上、25mm以下，优选5mm以上、15mm以下。
图16中显示下述研究的实验结果在实施形态1的图1所示的水处理装置101中，使被处理水的TOC浓度为10mg/L、G/L(臭氧气体流量和被处理水流量的比)为0.5、臭氧气体浓度为200g/m3(N)或者50g/m3(N)、紫外线灯输出为110W时，研究配管型反应器1的内壁面1a到紫外线照射装置10的紫外线照射面3a的距离D和被处理水每单位体积的紫外线吸收量的关系。如图16所示，在臭氧气体浓度为200g/m3(N)的场合，被处理水每单位体积的紫外线吸收量在D为10mm时达到最大。另外在臭氧气体浓度为50g/m3(N)的场合，D为30mm时，紫外线吸收量达到最大。每单位体积的紫外线吸收量这样在某个配管半径即距离D达到最大值的原因和臭氧气体浓度越高，被处理水每单位体积的紫外线吸收量达到最大的配管半径即距离D越小的理由，如实施形态9所进行的说明。
由以上结果可知，在臭氧气体浓度为200g/m3(N)左右的高浓度的场合，实施形态1的图1所示的配管型反应器1的内壁面1a到紫外线照射装置10的紫外线照射面3a的距离为5mm以上、25mm以下，优选为5mm以上、15m以下。
如上所述，本实施形态10将实施形态1的图1所示的配管型反应器1的内壁面1a和紫外线照射装置10的紫外线照射面3a的距离设定为5mm以上、25mm以下，优选5mm以上、15mm以下，所以可以有效地利用照射的紫外线，处理对象有机物的分解率高。
实施形态11本实施形态11说明的水处理装置具有和实施形态1相同的装置结构，但图1所示的作为被水处理水流路的配管型反应器1的水力直径设定为10mm以上、50mm以下，优选10mm以上、30mm以下。
图17显示下述研究的实验结果在实施形态1的图1所示的水处理装置101中，使被处理水的TOC浓度为10mg/L、G/L(臭氧气体流量和被处理水流量的比)为0.5、臭氧气体浓度为200g/m3(N)或者50g/m3(N)、紫外线灯输出为110W时，研究配管型反应器1的水力直径D4和被处理水每单位体积的紫外线吸收量的关系。如图17所示，在臭氧气体浓度为200g/m3(N)的场合，被处理水每单位体积的紫外线吸收量在D4为20mm时达到最大。另外在臭氧气体浓度为50g/m3(N)的场合，D4为60mm时，紫外线吸收量达到最大。每单位体积的紫外线吸收量这样在某配管半径也就是水力直径取得最大值的原因和臭氧气体浓度越高，被处理水每单位体积的紫外线吸收量达到最大的配管半径也就是水力直径越小的理由，如实施形态9所进行的说明。
由以上结果可知，在臭氧气体浓度为200g/m3(N)左右的高浓度的场合，实施形态1的图1所示的配管型反应器1的水力直径为10mm以上、50mm以下，优选为10mm以上、30mm以下。
如上所述，本实施形态11将实施形态1的图1所示的配管型反应器1的水力直径设定为10mm以上、50mm以下，优选10mm以上、30mm以下，所以可以有效地利用照射的紫外线，处理对象有机物的分解率高。
实施形态12本实施形态12说明的水处理装置具有和实施形态1相同的装置结构，但从图1所示的配管型反应器1的内壁面1a到灯套管3的表面的距离D[m]和1000e{2.3(290h[O3G]+320[O3L]+1.86[H2O2])}/100/{2.3(290h[O3G]+320[O3L]+1.86[H2O2])}1.5[式1](这里，式1中的h为气体滞留量，[O3G]为气相臭氧浓度g/m3(N)，[O3L]为液相臭氧浓度mg/L(N)，[H2O2]为过氧化氢浓度mg/L(N))的积为0.01以上、0.1以下，优选0.03以上、0.07以下。
图18是下述研究的实验结果在实施形态1的图1所示的水处理装置101中，本发明人研究了为了能够组合整理吸收紫外线的臭氧或过氧化氢的浓度和气体滞留量代表的被处理水的气液混合程度而独立研究的指标E＝1000e{2.3(290h[O3G]+320[O3L]+1.86[H2O2])}/100/{2.3(290h[O3G]+320[O3L]+1.86[H2O2])}1.5[式1](这里，式1中的h为气体滞留量，[O3G]为气相臭氧浓度g/m3(N)，[O3L]为液相臭氧浓度mg/L(N)，[H2O2]为过氧化氢浓度mg/L(N))和被处理水每单位体积的紫外线吸收量的关系。实验在如下条件下进行被处理水的TOC浓度为10mg/L，G/L(臭氧气体流量和被处理水流量的比)为0.5，臭氧气体浓度为200g/m3(N)或50g/m3(N)，紫外线灯输出为110W。如图18所示，当臭氧气体浓度为200g/m3(N)时，每单位体积被处理水的紫外线吸收量在E为0.05时达到最大。另外，当臭氧气体浓度为50g/m3(N)时，E为0.25时，紫外线吸收量达到最大。由以上结果可知，当臭氧气体浓度为200g/m3(N)左右的高浓度时，E为0.01以上，0.1以下，优选0.03以上、0.07以下。
如上所示，本实施形态12由于使实施形态1的图1所示的配管型反应器1的内壁面1a到灯套管3的表面的距离D[m]和1000e{2.3(290h[O3G]+320[O3L+1.86[H2O2])}/100/{2.3(290h[O3G]+320[O3L]+1.86[H2O2])}1.5[式1](这里，式1中的h为气体滞留量，[O3G]为气相臭氧浓度g/m3(N)，[O3L]为液相臭氧浓度mg/L(N)，[H2O2]为过氧化氢浓度mg/L(N))的积为0.01以上、0.1以下、优选0.03以上、0.07以下，结果可以有效地利用照射的紫外线，处理对象有机物的分解率高。
实施形态13本实施形态13说明的水处理装置具有和实施形态1相同的装置结构，但由图1所示的臭氧发生器40供给的臭氧气体浓度设定为100g/m3(N)以上，优选150g/m3(N)以上。
图19是显示在实施形态1的图1所示的水处理装置101中，被处理水的TOC浓度为10mg/L、G/L(臭氧气体流量和被处理水流量的比)为0.5、紫外线灯输出为110W时的臭氧气体浓度和有机物分解率的关系的实验结果。如图19所示，臭氧气体浓度越高，有机物分解率越增加，在100g/m3(N)下，分解率达到80％。从图19所示的实验结果可知，作为实施状态1的图1所示的装置的运转条件，臭氧气体浓度为100g/m3(N)以上，优选150g/m3(N)以上。
图20是从图19所示的实验结果求得每单位有机物除去量的臭氧消耗量(ΔO3/ΔTOC)，显示和臭氧气体浓度的关系。图的纵轴以臭氧气体浓度100g/m3(N)时的ΔO3/ΔTOC为1进行标准化。
可知，如上所述，臭氧气体浓度越高，ΔO3/ΔTOC越小，越可以有效地处理。这是因为溶解在被处理水中的臭氧量越多，副产物过氧化氢和臭氧越发生反应，加速分解有机物的羟基自由基的生成。相反，一旦溶解的臭氧量少，则只有溶存臭氧生成过氧化氢的反应显示优势，不生成重要的羟基自由基。上述结果以前不清楚，只有本发明人着眼于上述问题，证实处理产生的过氧化氢发生积蓄时才发现。而且由图20显示的结果可知，在前述的臭氧浓度的范围即100g/m3(N)以上，优选150g/m3(N)以上处理时，ΔO3/ΔTOC小，可以高效率地进行处理。
如上所述，本实施形态13因为将实施形态1的图1所示的水处理装置101中臭氧发生器40产生的臭氧气体浓度设定为100g/m3(N)以上，优选150g/m3(N)以上、1000g/m3(N)以下，所以处理处理对象有机物的分解率高，臭氧消耗量少，结果可以高效地进行处理。
如上所述，本发明设有使被处理水流通的配管的上游混合氧化剂的氧化剂混合装置，设置向其下游照射紫外线的紫外线照射装置，故利用溶解在被处理水中的臭氧和紫外线的反应产生强氧化性的羟基自由基，结果处理对象物质可以氧化分解。
而且，因为本发明是一种从配管型反应器的压缩部强力地抽吸混合臭氧气体的结构，故与使用气体扩散装置吸收臭氧气体的现有装置相比，可以减小臭氧气体的气泡直径，由此增加气液界面面积，因此可以加速臭氧向液相的溶解。即通过加速生成羟基自由基，可以高速而且高效率地分解处理对象物质。
根据本发明，设于配管型反应器的压缩部的下游的流路没有急剧扩大等，而是光滑的，所以可以抑制气泡集合产生的气泡直径增大，维持气泡直径小的状态，结果由于气液界面面积增加，可以加速臭氧向液相的溶解。即通过加速生成羟基自由基，可以高速而且高效率地分解处理对象物质。
本发明涉及的水处理装置具有形成长管状、容纳沿轴线延伸的紫外线照射装置、使内周面和紫外线照射装置的空间流通被处理水的紫外线照射部；和与紫外线照射部的上游邻接设置、使被处理水中混合氧化剂的氧化剂混合部；紫外线照射装置向混合有氧化剂的被处理水照射紫外线，使被处理水中的处理对象物质分解。可以高速而且高效率地使氧化剂溶解在被处理水中，可以高分解率地处理对象物质。
权利要求
1.一种水处理装置，其特征在于，包括紫外线照射部和氧化剂混合部，其中，紫外线照射部形成长管状，容纳沿轴线延伸的紫外线照射装置，使内周面和所述紫外线照射装置的空间流通被处理水；氧化剂混合部与所述紫外线照射部的上游邻接设置，所述氧化剂混合部具有最小断面积部和圆锥部，其中，最小断面积部形成使氧化剂供给装置供给的氧化剂抽吸至被处理水的氧化剂抽吸口，同时压缩至规定的断面面积；圆锥部形成从所述最小断面积部扩展到和所述紫外线照射部相同粗细的大通路部的锥状。
2.如权利要求1所述的水处理装置，其特征在于，从所述最小断面积部至所述紫外线照射部的距离为50cm以下。
3.如权利要求1所述的水处理装置，其特征在于，从所述最小断面积部至紫外线强度为100W/m2以上的区域的距离为50cm以下。
4.如权利要求1所述的水处理装置，其特征在于，设有取出通过所述紫外线照射部后的处理水而使其返回至所述最小断面积部的上游的流路。
5.如权利要求1所述的水处理装置，其特征在于，设定所述紫外线照射部的直径，以使所述内周面上的紫外线强度为30W/m2以上。
6.如权利要求1所述的水处理装置，其特征在于，设定所述紫外线照射部的直径，以使所述内周面上的紫外线强度为所述紫外线照射装置的紫外线照射面上的紫外线强度的10％以上。
7.如权利要求1所述的水处理装置，其特征在于，所述紫外线照射部的直径为2cm以上、4cm以下。
8.如权利要求1所述的水处理装置，其特征在于，所述内周面和所述紫外线照射装置的紫外线照射面的距离为5mm以上、25mm以下。
9.如权利要求1所述的水处理装置，其特征在于，所述紫外线照射部的被处理水流路的水力直径为10mm以上、50mm以下。
10.如权利要求1所述的水处理装置，其特征在于，所述氧化剂为臭氧气体、含臭氧的气体、以及臭氧溶解在液体中的臭氧水中的任一种。
11.如权利要求10所述的水处理装置，其特征在于，所述内周面和所述紫外线照射装置的紫外线照射面的距离D与1000e{2.3(290h[O3G]+320[O3L]+1.86[H2O2])}/100/{2.3(290h[O3G]+320[O3L]+1.86[H2O2])}1.5(h气体滞留量，[O3G]气相臭氧浓度，[O3L]液相臭氧浓度，[H2O2]过氧化氢浓度)的积为0.01以上、0.1以下。
12.如权利要求10所述的水处理装置，其特征在于，所述臭氧气体的浓度为100g/m3(N)以上。
全文摘要
一种水处理装置，可以将氧化剂高速而且高效率地溶解在被处理水中，以高分解率处理处理对象物质。该水处理装置包括紫外线照射部30和氧化剂混合部60，其中紫外线照射部30形成长管状，容纳沿轴线延伸的紫外线照射装置10，使内周面1a和紫外线照射装置10的空间流通被处理水4；氧化剂混合部60与紫外线照射部30的上游邻接设置，使被处理水4与氧化剂混合；紫外线照射装置10向混合有氧化剂的被处理水4照射紫外线，使被处理水4中的处理对象物质分解。
文档编号C02F1/78GK1550456SQ20041004312
公开日2004年12月1日 申请日期2004年5月13日 优先权日2003年5月13日
发明者上村美贵, 古川诚司, 上山智嗣, 广辻淳二, 二, 司, 嗣 申请人:三菱电机株式会社