专利名称：利用臭氧化处理水的方法以及相关的处理装置的制作方法
在污水处理设备中进行水处理(在一定程度上清除尘埃物质)，或在生产设备中进行废水处理已采用了各种措施，以便防止由于河水污染而引起在饮用水处理设备中异味物质或三卤甲烷(一种致癌物质)进入饮用水，或防止由人类生活污水引起的河水污染。
日本专利申请第55-34160号公开揭示一种通过臭氧化进行水处理的装置，在该装置中，通过臭氧和空气的混合，在气体/液体接触塔中实现氧化，对处理水进行有效处理。日本专利申请第63-93396号中公开揭示的一种水处理装置中，污水在一个容器中通过注入臭氧经受氧化，并通过管状薄膜过滤器过滤，成为无害水。
在通常的处理方法中，如果是槽式臭氧反应器，其深度是5至6米(底部相当于0.5-0.6kg/cm2·G)，而臭氧反应时间大约是10分钟，如果是罐式，臭氧发生器的最佳排放压力是0.7-1.0kg/cm2·G，所以，在两种反应器中，都使大约1kg/cm2·G的臭氧气体与处理水混合，以便进行臭氧化。因此，构制臭氧反应器的费用高达装置费用的3至4倍。
另一方面，由于臭氧进入处理水的溶解反应定律是根据在液体中的亨利定律(压力＝亨利常数×臭氧浓度)进行的，压力越高，对处理水的溶解反应越快。所以一直期望一种能廉价地完成增压臭氧化的方法。另外，关于中空薄膜过滤器，实际上已经确定了气孔尺寸，所以根据输入压力过滤量增加，为此需要单独设置增加压力的泵，这样导致成本的增加。
本发明的一个目的是提供一种增压式臭氧水处理装置和方法，它能实现装置的小型化和减少总成本，其基础是增加罐式臭氧反应器的压力以促进氧化，并为增加净化处理量，在输出端提供过滤器。
在增压式臭氧水处理装置和方法中，使用臭氧发生器的最佳输送压力，由臭氧气体压气机将一种物质注入臭氧反应器中，通过处理水压缩机增压以促进氧化，并在获得洁净水的输出端设置过滤装置。
根据本发明的实施例，能获得下述效果。
(1)通过通常的臭氧发生器的最佳压力引起臭氧气体的产生，压迫臭氧气体并注入臭氧反应器，在这之后增加处理水压力。所以能通过亨利定律迅速地促进氧化，以便迅速地分解在处理水中含有的有害物质。因此，臭氧反应器能小型化并使构制臭氧反应器的花费最小。当通过过滤装置实际上清除有害物质时，由于过滤薄膜的输入压力高，它们能被有效地过滤，净化处理能达到较高程度。这就省去了土木工程工作，例如挖掘，基本上提供了小而廉价的装置。
(2)在清除有害物质后，处理后水的不同质量可以同时通过各种过滤器(例如MF过滤器、UF过滤器和NF过滤器)的组合来获得。所以可以通过相同的处理装置来获得处理水，这样，就能获得不同功用的洁净水处理装置。
(3)臭氧气体和处理水的增压过程，臭氧反应时间和过滤时间能通过单独的控制部分进行程序控制，所以操作控制简单，并增加单位时间的过滤水量。
(4)臭氧反应器可以分成若干部分，并可以通过减压阀进行朝向过滤装置方向的增压。所以，可以缩短净化时间和增加过滤水量，这就导致降低总成本。
(5)根据本发明，将压缩臭氧气体的压气机、排水装置，贮存处理水的处理水容器和压缩臭氧气体的装置连接于臭氧反应器上、下设置的多个连接孔就可以立即构成臭氧水处理装置。所以，与通常的臭氧水处理装置相比较，省去了土木工程建筑工作，基本上提供一种小而价廉的装置。
在本发明中，处理水增压器8的传动阀8a从左向右移动，就升高臭氧反应器6的内压P2，并在时段T3保持这种状态，因此可以缩短使处理水变成洁净水的时间，例如，从不使用处理水增压器的大约10分钟缩短到3分钟，实现臭氧反应器6的小型化和提高洁净水的生产数量。
下面是本发明的附图
图1是显示根据本发明一个实施例的臭氧水处理装置的整个结构的示意图。
图2是图1中的控制部分控制方法的时间曲线说明图。
图3是说明图1和图2的控制部分控制方法的框图。
图4是具有多个臭氧反应器的另一实施例的示意图。
图5是图4的控制部分控制方法的时间曲线说明图。
现在将参照图1至图3说明增压式臭氧水处理装置和方法，图1是本发明的整个结构的示意图。
当打开原料气体量调节阀2，将原料气体供应到臭氧发生器1，并通过变流器板(inventer board)3使臭氧发生器1内的电极辉光放电时，原料气体形成臭氧气体G。排放压力调整到产生臭氧最佳效果的0.7至1kg/cm2·G，气体经由单向阀4a充满臭氧气体压气机5，然后关闭原料气体量调节阀2，以便使变流器板3停止并停止产生臭氧，即只在原料气体量调节阀2操作期间进行辉光放电以产生臭氧。当图1中的传动阀5a向右移动而压缩臭氧气体时，单向阀4a使打关闭的单向阀4b打开，将臭氧注入臭氧反应器6。此时，处理水已经通过单向阀4c从处理水容器7注入臭氧反应器6，其道理是因为处理水容器的水面高于臭氧反应器6的顶部，因而由于重力作用使处理水注入臭氧反应器6。
另一方面，在处理水增压器8中，当图1中的传动阀8a向右移动时，臭氧反应器6内的水压上升。由传动阀8a行程造成压缩的容积，由于帕斯卡原理，促使容器内的压力上升。当容器内的压力值确定时，就可得到传动阀8a的被压缩的容积部分，就可确定处理水增压器8的大小。即使臭氧反应器6的水压升高，由于有单向阀4b和4c，处理水不会回流。水压是通过水压表9测定并输入控制部分10的。
当从“关”到“开”操作电动阀11的(S1)或(S2)时，在臭氧反应器6中经受增压氧化的处理水被输送到过滤装置12A、12B，过滤后又输送到净化容器13。在图1中提供两种过滤装置12A和12B。作为过滤器的种类，MF过滤器具有1-0.1μm的气孔尺寸，UF过滤器具有0.1-0.01μm的气孔尺寸，NF过滤器具有0.01-0.001μm的气孔尺寸，这些过滤器实际的清除范围是不同的。当过滤装置12A安装有MF过滤器，而过滤装置12B安装有UF过滤器或NF过滤器时，在过滤的输出端上，净化容器将分成13A和13B。因此，可以得到净化质量不同的处理水，以便用于不同的使用目的，例如饮用水和洗涤水等等。
下文将通过图2中显示的程序操作叙述控制部分10的控制方法。在图2中，纵坐标轴表示压力P(kg/cm2·G)，横坐标轴表示时间T。
(1)当处理水从处理水容器7通过单向阀4c注入臭氧反应器6时，传动阀5a在臭氧气体压气机5内向右移动，使在臭氧气体压气机内已充满的臭氧气体增压，在时段T1行程从0至F.S(全程)，以便使内压P1从1.0升至6.0kg/cm2·G。因为臭氧如图1所示通过单向阀4b注入臭氧反应器6，所以在容器内的内压P1将使压力P＝P1。臭氧在臭氧反应器6的处理水中上升。
(2)臭氧在处理水中从底上升到水面的时间及延迟时间τ过后，控制部分10使变流器板3转到开(操作)，传动阀5a从右向左进行回程(F.S→O)，以便臭氧气体从臭氧发生器1通过单向阀4a进入臭氧气体压气机5，结果导致P1＝1kg/cm2·G。然后，变流器板3转到“关”，以便通过原料气体量调节阀2停止臭氧气体的供应。这是开始阶段到上述(1)的阶段。在这一阶段中，臭氧气体能一直供应到臭氧反应器6内。
(3)在延迟时间τ开始时，控制部分10使处理水增压器8的传动阀8a从左向右移动，增压的气体在时段T2内行程从O至F.S，因此，内压P2从6kg/cm2·G升到11kg/cm2·G，结果导致P＝P2的状况。单向阀4b和4c防止压力对臭氧气体压气机5和处理水容器7起作用，这一内压P2在时段T3得到保持，因此，由于亨利定律，在处理水中上升的臭氧泡沫增压(P2)，以便产生良好的氧化反应。所以，将处理水变成净化水需要的时间，可以从以前需要的大约10分钟缩短到大约3分钟。时间从10分钟缩短到3分钟可使臭氧反应器6小型化，并增加净化水的生产量。
(4)在时段T3后的时段T4中，控制部分10使处理水增压器8的传动阀8a从右向左移动，致使回程(FS→S)，结果使压力P2降到P3。在压力P2行程FS时，过滤器12A、12B向外压，呈现灰尘停留在过滤器内的状态。在这种状态下，压力降到P3，回程S使向外压的过滤器12A、12B转到向内压，以便清除停留在12A、12B内的灰尘。
(5)在时段T5中，当从将电动阀11从“关”设定为“开”时，在过滤装置12中对处理水增压，开始过滤，将水输送到净化容器13，结果压力P3从4kg/cm2·G下降到1kg/cm2·G，如图中单点划线所示，但这是在一指数函数内。然后，如果压力调整到1kg/cm2·G，而不是P＝0kg/cm2·G，用以节省过滤过程所需的时间，那么，传动阀8a回程(S→O)并回到原来位置。
(6)之后，程序返回到上述的(1)，并重复操作，因此，经过“臭氧化+过滤”的处理水周期性地贮存到纯净水容器13中。
在图4的结构示意图中，臭氧反应器6至少分成两套或更多，并设置有电动阀11的S3和减压阀14。
图5是图2所示控制部分10的控制方法的时间图。即在增压至P2后，当电动阀11的S3从“关”调至“开”时，压力P2通过减压阀14降至P3′，臭氧反应器6B的压力是P3′。过滤器12A和12B立即增压，开始过滤，并输送到净化容器13。
当越过过滤时段T5后，压力P3′下降，待过滤处理水减少。在图4中，如果过滤装置12包括两套相同类型的过滤装置12A和12B(例如只使用MF过滤器)，并将过滤水输送到净化容器13，那么，过滤处理量增加，这就可以在如图1所示的过滤处理水的质量分开的情况和如图3所示的过滤处理水量增加的情况之间加以选择。
在图2中，时段T4可以省去，使增压情况P2＝P3。作为这种情况的效果，会出现一个缺陷，由于过滤薄膜的再生反向冲洗性能，当进口压力太高时，使重复反向冲洗是困难的。然而，由于可随意选用的一个过滤器的使用中，在短期内可使过滤量增加，P2＝P3的情况可用来增加过滤处理水量。
权利要求
1.增压式臭氧水处理装置，包括设在臭氧反应器下部、压缩臭氧气体的压气机，以及设在臭氧反应器上部，贮存的处理水的处理水容器；为水和臭氧气体增压的装置，其中，增压式臭氧水处理的方法的特征是包括以下步骤将处理水从处理水容器供应到臭氧反应器；在压气器中对臭氧气体增压；将增压的臭氧气体供应到臭氧反应器；在增压器中压迫臭氧气体时，在一定的时间内，对在臭氧反应器内上升的臭氧气体加压。
2.增压式臭氧水处理装置，其特征在于包括控制部分，它顺序地重复以下步骤将预定量的处理水从处理水容器供应到臭氧反应器后关闭阀；当通过移劝臭氧压气机内的第一传动阀增压时，将臭氧压气机中的臭氧气体供应到臭氧反应器内的处理水中，通过移动增压器内的第二传动阀，使所述第一传动阀返回到它的原来位置，将通过第二传动阀增加的压力供应到臭氧反应器中，在预定时间内，排出通过混合臭氧气体和处理水所获得的处理后的水；打开阀，以便使预定量的处理水从处理水容器供应到臭氧反应器。
3.根据权利要求2所述的增压式臭氧水处理装置，其特征在于它包括在臭氧反应器的下部和上部设置多个连接孔，连接到各个下部连接孔的压缩臭氧气体的压气机，排水部分，连接到各个所述上部连接孔的贮存处理水的处理水容器，对处理水和臭氧气体增压的装置。
4.根据权利要求2至3中的任一项所述的增压式臭氧水处理的方法和装置，其特征在于多种过滤装置设置在所述排水部分的一侧。
5.根据权利要求2至4中的任一项所述的增压式臭氧水处理装置，其特征在于在预定时间之后，通过所述控制部分减少在臭氧反应器中的洁净水的压力，并通过排水部分的过滤装置排出洁净水。
6.根据权利要求2至5中的任一项所述的增压式臭氧水处理的方法和装置，其特征在于减压阀设置在两套臭氧反应器之间，而多个过滤装置设置在臭氧反应器的末端一侧。
7.增压式臭氧水处理装置，其特征在于包括在臭氧反应器的下部和上部设置的多个连接孔；连接到各个下部连接孔的压缩臭氧气体的压气机；排水部分；连接到各个所述上部连接孔的贮存处理水的处理水容器；对处理水和臭氧气体增压的增压装置。
全文摘要
在普通饮用水处理方法中的臭氧反应器中,由于使用臭氧发生器的最佳输出压力,它需要用臭氧气体净化处理水的时间。臭氧发生器(1)中的臭氧气体贮进臭氧气体压气机(5)后被压缩,不断输进臭氧反应器(6),并通过处理水增压器(8)立即增压,从而迅速促进臭氧的氧化作用,结果,由于在臭氧反应器中的处理水和臭氧被增压,氧化速率较高,与不使用处理水增压器的装置相比,净化处理水的时间可以缩短,臭氧反应器可以小型化。
文档编号C02F1/44GK1190646SQ9810443
公开日1998年8月19日 申请日期1998年2月13日 优先权日1997年2月14日
发明者山下正幸, 后藤高志, 盐野繁男, 中泽正光, 小松直人 申请人:株式会社日立制作所