汚水処理方法
【課題】汚水中に含まれる有害成分を分解する方法を利用した、高性能で低コストな汚水処理技術を提供する。特に、水中の有機性および無機性のうちの少なくともいずれか一方の汚濁でＢＯＤやＣＯＤとして河川や海水の富栄養化や貧酸素水の発生原因となる有害成分を分解するのに有効であり、具体的には工場排水、下水処理、し尿処理、農業排水、洗浄排水、生活排水等の浄化槽や処理場に適用できる。
【解決手段】汚水１Ａ中にオゾンを、平均粒径１００μｍ未満のマイクロバブル２Ｄとして供給し、このオゾンのマイクロバブル２Ｄを含む汚水１Ａに超音波を照射してマイクロバブル２Ｄを圧壊させる。マイクロバブル２Ｄの圧壊により、活性な水酸基ラジカルが発生し、有害成分を効率よく分解できる。
【解決手段】汚水１Ａ中にオゾンを、平均粒径１００μｍ未満のマイクロバブル２Ｄとして供給し、このオゾンのマイクロバブル２Ｄを含む汚水１Ａに超音波を照射してマイクロバブル２Ｄを圧壊させる。マイクロバブル２Ｄの圧壊により、活性な水酸基ラジカルが発生し、有害成分を効率よく分解できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば工場排水や家庭排水など、有機性および無機性の汚濁でＢＯＤ（Biochemical Oxygen Demand：生物化学的酸素要求量）やＣＯＤ（Chemical Oxygen Demand：化学的酸素要求量）として河川や海水などの富栄養化や貧酸素水の発生原因となる有害成分を含有する汚水を浄化処理する汚水処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、工場や家庭からの排水中に含まれる有機物・栄養塩による富栄養化が原因となり、例えば東京湾、伊勢湾、瀬戸内海等の閉鎖性海域などにおいて、赤潮や青潮（貧酸素水塊の湧昇流）が発生して問題となってから、水質汚濁防止法により水質総量規制制度が導入され、汚濁負荷の低減が計られて来ている。
しかしながら、現在第６次の水質総量規制が施行されつつあるものの、赤潮は東京湾や伊勢湾において年間５０件程度、瀬戸内海で年間１００件程度発生しており、青潮も東京湾で年間数件発生が続いている状況である。これらの問題に対し、今後も水質総量規制は対象の拡大・規制の強化がなされていくと予想される。
【０００３】
従来の排水処理技術として、生物処理（活性汚泥）、凝集沈澱、砂ろ過等が使用されてきた。これらの技術では不十分な場合には、高度排水処理として、活性炭、イオン交換、オゾン酸化、紫外線酸化等が適用されてきたが、水質規制の強化に対し性能が不足もしくは設備費や運転費が高騰してしまうという状況であった。
近年、例えば特開２００４−１８８２３９号公報に記載されているように、酸化性溶液を加えた水をベンチュリー管に通してマイクロバブルを発生させ、さらに超音波で圧壊して分解する方法が提案されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１８８２３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特開２００４−１８８２３９号公報に記載のような従来の方法では、ベンチュリー管により製造されたマイクロバブルはサイズが１００μｍ以上と大きいため、超音波によるマイクロバブルの圧壊が起こりにくく、また超音波の照射方法や周波数等が最適化されておらず、有害成分の分解速度は十分とは言えなかった。
【０００６】
本発明の目的は、近年の水質規制の強化に対応できる、水中に含まれる有害成分を分解する方法を利用した、高性能で低コストな排水処理技術を提供することにある。本発明は特に、水中の有機性および無機性のうちの少なくともいずれか一方の汚濁でＢＯＤやＣＯＤとして例えば河川や海水の富栄養化や貧酸素水の発生原因となる有害成分を分解するのに有効であり、具体的には工場排水、下水処理、し尿処理、農業排水、洗浄排水、生活排水等の浄化槽や処理場に適用できる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に記載の汚水処理方法は、汚水中に、オゾンを平均粒径１００μｍ未満のマイクロバブルとして供給し、このオゾンのマイクロバブルが供給された前記汚水に超音波を照射して、前記マイクロバブルを圧壊させることを特徴とする。
この発明では、平均粒径１００μｍ未満のマイクロバブルとしてオゾンを供給し、オゾンの汚水中への溶解速度を高め、この汚水に超音波を照射することでマイクロバブルの圧壊が起こり易くなる。
このことにより、活性なラジカルの生成を促進でき、汚水中の有機性および無機性のうちの少なくともいずれか一方の汚濁でＢＯＤやＣＯＤとして例えば河川や海水の富栄養化や貧酸素水の発生原因となる有害成分を、効率よく生成したラジカルにより分解反応を向上させて効率よく分解し、効率的な汚水の浄化処理ができる。
ここで、オゾンは、マイクロバブルの平均粒径が１００μｍ未満、好ましくは６０μｍ以下で供給させる。すなわち、マイクロバブルの粒径が小さくなると、表面積が増加し、浮上速度が減少し、オゾンガスの溶解速度が増加して、オゾンの利用効率を向上できる。さらに、平均粒径が１００μｍ未満、特に６０μｍを下回るとマイナス帯電が大きくなり、斥力によるマイクロバブル同士の合体防止、異物質吸着と言った現象が発生し、さらに超音波等の急速加圧で圧壊し易くなる。この超音波等による急速加圧で圧壊した際に、マイクロバブル内のオゾンガスが断熱圧縮により瞬間的に１０００℃以上の高温になり、活性な水酸基ラジカル（・ＯＨ）が発生して、有害成分の熱分解や酸化分解を引き起こすと推定する。
なお、本発明におけるオゾン発生装置は、公知の各種装置・方法を利用できる。例えば、無声放電、電子線、放射線、紫外線、化学反応、電解法等があるが、工業的には、原料ガスに空気あるいは酸素を使用する無声放電法が有利である。また、汚水中にオゾンを供給する方法としては、ポンプ等で直接汚水中に供給する等、公知の各種方法を用いることができる。
【０００８】
そして、本発明では、前記オゾンのマイクロバブルは、前記オゾンガスを流出するガス出口を有する回転羽根と、この回転羽根の周囲に前記回転羽根を覆う状態に配設された網状体とを備えたマイクロバブル発生器を用いて、前記汚水に供給される構成とすることが好ましい。
この発明では、ガス出口から流出するオゾンガスはオゾンバブルとして汚水中に供給され、オゾンバブルは回転する回転羽根にて一部が剪断されるとともに回転羽根の回転による水流でオゾンバブルが網状体に衝突して、特に平均粒径が５０μｍ以下の微細なマイクロバブルを発生する。さらに、回転羽根の回転による攪拌にて汚水全体にマイクロバブルを供給し、汚水の滞留を防止できる。
このことにより、簡単な構成で、消費電力が低く、効率よく微細なマイクロバブルとしてオゾンを供給でき、効率よく汚水を浄化処理できる。
【０００９】
また、本発明では、前記オゾンのマイクロバブルは、オゾンガスを前記汚水中に曝気するオゾンガス供給手段と、前記曝気されたオゾンガスの気泡および前記汚水の渦流状の混相流を形成させて前記気泡を微細化するスタティックミキサーとを備えたマイクロバブル発生器を用いて、前記汚水に供給される構成とすることが好ましい。
この発明では、オゾンガス供給手段にてオゾンガスが汚水中に曝気されて生成した気泡であるオゾンバブルは、スタティックミキサーの作動により、汚水と渦流状の混相流となり、混相流の渦流と、混相流がスタティックミキサー内の障害物と衝突して、特に平均粒径が５０ミクロン以下に微細化され、ボイド率（気泡密度）を高くできる。さらに、スタティックミキサーによる攪拌にて汚水全体にマイクロバブルを供給し、汚水の滞留を防止できる。
このことにより、効率よく微細なマイクロバブルとしてオゾンを供給でき、効率よく汚水を浄化処理できる。
【００１０】
さらに、本発明では、前記照射する超音波は、周波数が２０ｋＨｚ以上１５０ｋＨｚ以下、好ましくは２０ｋＨｚ以上１００ｋＨｚ以下、より好ましくは２０ｋＨｚ以上４０ｋＨｚ以下である構成とすることが好ましい。
この発明では、超音波は周波数が低い方がキャビテーションが激しく、バブルの圧壊も起きやすくなり、２０ｋＨｚ以上１００ｋＨｚ以下、特に２０ｋＨｚ以上４０ｋＨｚ以下の周波数範囲ではより顕著な分解促進効果が見られる。なお、２０ｋＨｚ以下でも効果は出るが、可聴域に入ってしまいすさまじい騒音となるので、実用性は低い。
【００１１】
そして、本発明では、前記超音波は、前記汚水に超音波を照射する方向が互いに交差して共振により振幅が増大する状態に配設された複数の発振子を用いて照射される構成とすることが好ましい。
この発明では、超音波を照射する発振子を複数使用し、これら発振子の超音波を照射する方向が互いに交差する状態に配設することで、一つの超音波と他の超音波との共振が起こり、汚水中を伝わる超音波の振幅が増大し、マイクロバブルが圧壊し易くなる。
このことにより、より効率よく汚水を浄化処理できる。
【００１２】
また、本発明では、前記汚水に前記超音波を照射する発振子と、この発振子における照射側に位置して軸方向が照射方向に略沿う状態に前記汚水中に配設され前記発振子から照射される前記超音波の推進力により前記汚水を軸方向で流通させる略筒状のドラフトチューブと、を用い、前記超音波を前記汚水に照射する構成とすることが好ましい。
この発明では、汚水に超音波を照射する発振子の近傍、すなわち発振子における照射側に位置して軸方向が照射方向に略沿う状態に略筒状のドラフトチューブを配設し、超音波の反射による拡散防止が得られるとともに、超音波による推進力により汚水の循環が得られ、マイクロバブルが汚水全体に行き渡り、マイクロバブルの圧壊が生じやすくなる。
このことにより、より効率よく汚水を浄化処理できる。
ここで、ドラフトチューブの内径は、発振子の直径以上で発振子の直径の２倍以下の範囲が好ましい。また、ドラフトチューブの長さ寸法は、１０ｃｍ以上が好ましい。さらに、ドラフトチューブは、発振子から１ｃｍ以上２ｃｍ以下の距離に配設されることが好ましい。
ドラフトチューブの内径は、超音波の散乱や減衰を防止するため、あまり大きくなることは好ましくない。例えば、周波数８０ｋＨｚの超音波の波長は２ｃｍであり、２０ｋＨｚでは７．５ｃｍである。そして、ドラフトチューブで反射した超音波が共振するポイントは半波長の整数倍の位置であることから、この位置をドラフトチューブ内に収める構成に設計することが好ましい。なお、ドラフトチューブと発振子との距離が１ｃｍより短くなると、汚水の循環が損なわれるおそれがあるので、あまり近づけすぎないように配設することが好ましい。
【００１３】
さらに、本発明では、前記汚水に前記超音波を照射する発振子と、前記発振子における照射側に位置して前記汚水中に配設され内面側に前記発振子から照射される前記超音波を反射して前記超音波を所定の焦点に収束する状態に反射させる曲面状の反射面を有した略筒状の反射収束鏡と、を用い、前記超音波を前記汚水に照射する構成とすることが好ましい。
この発明では、汚水に超音波を照射する発振子の近傍、すなわち発振子における照射側に位置した前記汚水中に、内面側に超音波を反射して所定の焦点に収束させる曲面状の反射面を有した略筒状の反射収束鏡を配設することで、超音波との共振が起こり、汚水中を伝わる超音波の振幅が増大し、マイクロバブルが圧壊し易くなる。
このことにより、より効率よく汚水の浄化処理が得られる。
なお、反射面は、例えば複数の発振子から照射された超音波を焦点に収束させる構成では、放物線形状とすることが好適である。この構成では、反射収束鏡の放物線の形状や配設位置は、複数の発振子から照射される超音波が散乱せず、また汚水の循環を損なわない構成に適宜設計すればよい。
【００１４】
また、本発明では、前記反射収束鏡は、前記発振子から照射される前記超音波を反射して前記超音波が収束して振幅が増幅する焦点位置が前記発振子の表面に位置する状態に楕円球面状に湾曲する反射面を有した略筒状に形成された構成とすることが好ましい。
この発明では、反射収束鏡の反射面を、発振子から照射された超音波が発振子の表面に位置する焦点位置に収束して振幅が増幅する状態に楕円球面状に湾曲形成しているので、超音波は他方の焦点位置に収束されて増幅することとなり、マイクロバブルの圧壊が生じやすくなる。
このことにより、より効率よく汚水の浄化処理が得られる。
ここで、楕円球面状の反射面となる反射収束鏡は、楕円球の短径が発振子の直径の２〜３倍、長径は上述の共振ポイントに合わせて設定することが好ましい。共振ポイントを反射収束鏡の内側に収め、さらに焦点に一致させることが好ましい。なお、周波数８０ｋＨｚの超音波（波長２ｃｍ）の場合、比較的に距離が短いため、容易に共振ポイントに設置させるべく、楕円球形状の設置高さを微調整する機構を設けることが好ましい。
【００１５】
そして、本発明では、前記オゾンのマイクロバブルが供給された前記汚水を反復流路内に蛇行流通させ、流通方向に対して交差する方向に前記超音波を照射する構成とすることが好ましい。
この発明では、マイクロバブルが供給された汚水を反復流路内に蛇行流通させつつ、流通方向に対して交差する方法すなわち側方から超音波を照射させて、マイクロバブルを圧壊させる。
このことにより、マイクロバブルが超音波に照射される時間を容易に長期化でき、十分にマイクロバブルを圧壊でき、より効率よく十分な汚水の浄化処理が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
〔第一実施形態〕
以下、本発明の第一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の第一実施形態に係る、水中の有害成分を分解する方法を実施するための装置（以下、汚水処理装置と呼ぶ）を示した模式図である。なお、この図１は、後述する実施例１で使用した装置の概略図でもある。図２は、マイクロバブル発生器の概略構成を示す斜視図である。
【００１７】
（汚水処理装置の構成）
図１において、１０は汚水処理装置であり、この汚水処理装置１０は、汚水１Ａに含まれる有機物、栄養塩、し尿、生活廃水等の有害成分を分解する機能を持つ。このような汚水処理装置１０は、汚水１Ａを貯留する処理槽１と、汚水１Ａにオゾンを供給するオゾンガス供給ライン２と、オゾンガス供給ライン２に接続された回転羽根３と、回転羽根３を囲む網状体としての金網４と、回転羽根３を回転させるモーターＭと、発振子である超音波発振子５と、を備えている。
回転羽根３と、回転羽根３を囲む金網４とで、図２に示すマイクロバブル２Ｄを発生させるマイクロバブル発生器２０を構成する。なお、図１は、説明の都合上、マイクロバブル２Ｄを極めて大きな気泡状として記述する。
【００１８】
処理槽１には、汚水１Ａを流入する図示しない流入口と、処理した汚水１Ａを槽外へ流出させる図示しない流出口とを有している。なお、処理槽１は、説明の都合上、上面を開放する箱形状に示すが、密閉構造として汚水１Ａ中の揮発成分の拡散防止やバブリングしたオゾンを回収する構成を設けるとよい。
オゾンガス供給ライン２は、オゾンを発生するオゾン発生器２Ａと、このオゾン発生器２Ａで発生したオゾンを汚水１Ａ中にバブリング（曝気）させるための配管などの供給ライン２Ｂと、を備えている。
回転羽根３は、図２に示すように、端部にガス出口３Ａを開口形成した略筒状の回転軸３Ｂと、この回転軸３Ｂの外周面に略放射状に設けられた複数の羽根部３Ｃと、を有している。回転軸３Ｂは、モーターＭの出力軸Ｍ１に連結されて回転されるとともに、オゾンガス供給ライン２の供給ライン２Ｂが回転自在に連結され、供給されるオゾンガスをガス出口３Ａから噴出可能となっている。なお、図１は、説明の都合上、出力軸Ｍ１と供給ライン２Ｂとをそれぞれ独立して回転羽根３に供給する状態を示す。
金網４は、回転羽根３の回転軌跡に対応し回転羽根３を囲む状態に略円筒形状に形成されている。この金網４は、腐蝕しにくいステンレスなどの耐蝕性部材、あるいは耐蝕性に表面処理されたものなどが好ましい。なお、金網に限らず、例えば骨組み部材に漁網などのような樹脂製ネットを設けたものなどとしてもよい。そして、網目としては、回転羽根３の羽根部３Ｃの枚数、回転速度、発生させたいマイクロバブルの平均粒径に応じて適宜設定されるが、あまり細かすぎるとオゾンガスの供給圧を高く設定する必要があり、あまり粗すぎるとオゾンの気泡が十分に微細化されずにマイクロバブルの粒径分布が広くなってしまう不都合があるので、適宜設定する。また、例えば、回転羽根３の周囲に位置する部分のみに網状とし、軸方向となる上下面は塞いだ形状とするなどしてもよい。また、網状体としては、パンチングメタルなど、鋼板に複数の微細な孔を設けたものなどとしてもよい。
【００１９】
（汚水処理の動作）
まず、モーターＭを回転駆動させて回転羽根３を回転させ、処理槽１内に貯留する有害成分を含む汚水１Ａを攪拌させる。さらに、オゾン発生器２Ａを動作させオゾンガスを供給ライン２Ｂを介して回転羽根３に供給する。また、超音波発振子５を作動させ、２０ｋＨｚ以上１５０ｋＨｚ以下、好ましくは４０ｋＨｚ以上１００ｋＨｚ以下の超音波を発生させて、汚水１Ａを超音波振動させる。
このオゾンガスの供給により、回転羽根３の回転軸３Ｂのガス出口３Ａからオゾンガスが曝気される。この曝気されたオゾンガスは、比較的に粗大な気泡として汚水１Ａに供給されるが、回転する回転羽根３により生じる汚水１Ａの水流や金網４への衝突により、金網４外へ平均粒径が１００μｍ未満、好ましくは６０μｍ以下のマイクロバブル２Ｄとして大量に供給される。
これら発生したマイクロバブル２Ｄは、回転羽根３の回転による水流により汚水１Ａ全体に分散される。さらに、マイクロバブル２Ｄは、超音波発振子５から照射される超音波のエネルギーを受けて圧壊する。この圧壊の際、活性な水酸基（ＯＨ）ラジカルが発生し、汚水１Ａの有害成分は熱分解や酸化分解されて無害化、もしくは有害性を著しく低減させる。
【００２０】
（第一実施形態の作用効果）
上述したように、上記実施形態では、平均粒径１００μｍ未満のマイクロバブル２Ｄとしてオゾンを供給し、オゾンの汚水１Ａ中への溶解速度を高めるとともに、この汚水１Ａに超音波を照射することでマイクロバブル２Ｄの圧壊を起こり易くしている。
このため、活性な水酸基ラジカルの生成を促進でき、汚水１Ａ中の有機性および無機性のうちの少なくともいずれか一方の汚濁でＢＯＤやＣＯＤとして例えば河川や海水の富栄養化や貧酸素水の発生原因となる有害成分を、効率よく生成した水酸基ラジカルにより分解反応を向上させて効率よく分解でき、効率的に汚水１Ａを浄化処理できる。
【００２１】
また、ガス出口３Ａから流出するオゾンガスは比較的に粗大な気泡であるオゾンバブルとして汚水１Ａ中に供給され、オゾンバブルは回転する回転羽根３にて一部が剪断されるとともに回転羽根３の回転による水流でオゾンバブルが金網４に衝突して、特に平均粒径が５０μｍ以下の微細なマイクロバブル２Ｄを発生させている。さらに、回転羽根３の回転による攪拌にて汚水１Ａ全体にマイクロバブル２Ｄを供給し、汚水１Ａの滞留を防止している。
このため、簡単な構成で、消費電力が低く、効率よく微細なマイクロバブル２Ｄとしてオゾンを供給でき、効率よく汚水１Ａを浄化処理できる。
【００２２】
さらに、照射する超音波の周波数を２０ｋＨｚ以上１５０ｋＨｚ以下、好ましくは４０ｋＨｚ以上１００ｋＨｚ以下に設定している。
このため、オゾンのマイクロバブル２Ｄの固有周波数に近い超音波となり、マイクロバブル２Ｄの圧壊が起きやすくなり、効率よく発生する水酸基ラジカルにより、効率よく汚水１Ａを浄化処理できる。
【００２３】
なお、上記第一実施形態において、図１に示すように、回転軸３Ｂからオゾンガスを噴出する構成に限らず、供給ライン２Ｂの端部をガス出口３Ａとして、金網内で開口し回転羽根３の回転に干渉しない位置に配設し、オゾンをバブリングしてもよい。
また、上記第一実施形態において、汚水１Ａは、バッチ処理に限らず、徐々に未処理の汚水１Ａを処理槽１へ供給させるとともに、オーバーフローする分を処理した処理水として系外へ流出させる連続処理としてもよい。
【００２４】
〔第二実施形態〕
以下、本発明の第二実施形態を図面に基づいて説明する。
図３は、本発明の第二実施形態に係る、汚水処理装置を示す模式図である。なお、この図３は、後述する実施例２ないし実施例４で使用した装置の概略図でもある。
そして、第一実施形態と同一の構成については、説明を省略または簡略化する。
【００２５】
（汚水処理装置の構成）
図３において、３０は汚水処理装置であり、この汚水処理装置３０は、第一実施形態と同様の処理槽１、オゾンガス供給ライン２、回転羽根３、金網４およびモーターＭと、超音波発振子５と、超音波処理槽６と、を備えている。
超音波処理槽６は、処理槽１と同様に、汚水１Ａを貯留可能に構成されている。そして、超音波処理槽６は、処理槽１内に貯留する汚水１Ａが流通循環可能に、循環経路７を介して処理槽１に接続されている。循環経路７は、循環ポンプ７Ａを有し処理槽１内に貯留する汚水１Ａを超音波処理槽６へ流入させる送出ライン７Ｂと、超音波処理槽６内に貯留する汚水１Ａを処理槽１へ返送する返送ライン７Ｃと、を備えている。
また、超音波処理槽６には、超音波発振子５が設けられている。そして、超音波発振子５は、処理槽１から超音波処理槽６内に流入されマイクロバブル２Ｄが混在する汚水１Ａに超音波を照射する。
【００２６】
（汚水処理の動作）
第一実施形態と同一の処理は、省略する。
この第二実施形態の汚水処理装置３０では、超音波発振子５を作動させるとともに、循環経路７の循環ポンプ７Ａを作動させる。この循環ポンプ７Ａの作動により、処理槽１でマイクロバブル２Ｄが供給された汚水１Ａが送出ライン７Ｂを介して超音波処理槽６内に流入される。
そして、超音波発振子５から照射される超音波によりマイクロバブル２Ｄを圧壊させ、汚水１Ａを浄化処理する。
【００２７】
（第二実施形態の作用効果）
この第二実施形態の構成によれば、処理槽１と超音波処理槽６とを上下方向に位置する状態に配置させることも可能であることから、例えば敷地面積が狭い場合などでも適用できる。さらには、処理する量が少なく処理槽１の容量を比較的に小さく設計する必要があり、超音波発振子５と、オゾンガス供給ライン２やモーターＭとの配置干渉が生じるような場合でも、別槽構成であることから、設計の自由度が得られる。
【００２８】
〔第三実施形態〕
以下、本発明の第三実施形態を図面に基づいて説明する。
図４は、本発明の第三実施形態に係る、汚水処理装置を示す模式図である。なお、この図４は、後述する実施例５で使用した装置の概略図でもある。
そして、第一実施形態および第二実施形態と同一の構成については、説明を省略または簡略化する。
【００２９】
この図４に示す第三実施形態の汚水処理装置４０は、図３に示す第二実施形態の汚水処理装置３０における超音波処理槽６に複数の超音波発振子５を設けたものである。
これら超音波発振子５は、それぞれが超音波を照射する方向が交差、例えば直交する状態に超音波処理槽６に配設されている。
この図４に示す汚水処理装置４０では、複数の超音波発振子５から照射される超音波は、共振により汚水１Ａ中を伝わる超音波の振幅が増大し、マイクロバブル２Ｄの圧壊効率が向上する。このことにより、汚水１Ａへの超音波エネルギーの増大により、効率よくマイクロバブル２Ｄが圧壊され、より高度に汚水１Ａを浄化処理できる。
なお、超音波処理槽６に複数の超音波発振子５を設けたが、例えば第一実施形態のように、超音波処理槽６を用いず処理槽１に複数の超音波発振子５を設けてもよい。
【００３０】
〔第四実施形態〕
以下、本発明の第四実施形態を図面に基づいて説明する。
図５は、本発明の第四実施形態に係る、汚水処理装置を示す模式図である。なお、この図５は、後述する実施例６で使用した装置の概略図でもある。
そして、第一実施形態ないし第三実施形態と同一の構成については、説明を省略または簡略化する。
【００３１】
この図５に示す第四実施形態の汚水処理装置５０は、図１に示す第一実施形態の汚水処理装置３０に、ドラフトチューブ８を設けたものである。
このドラフトチューブ８は、超音波発振子５の照射側に位置して軸方向が照射方向に略沿う状態に処理槽１内に配設されている。このドラフトチューブ８は、内径が超音波発振子５の直径以上で超音波発振子５の直径の２倍以下の範囲が好ましい。また、ドラフトチューブ８の長さ寸法は、１０ｃｍ以上が好ましい。さらに、ドラフトチューブ８は、超音波発振子５から１ｃｍ以上２ｃｍ以下の距離に配設されることが好ましい。
ここで、ドラフトチューブの内径は、超音波の散乱や減衰を防止するため、あまり大きくなることは好ましくない。例えば、周波数８０ｋＨｚの超音波の波長は２ｃｍであり、２０ｋＨｚでは７．５ｃｍである。そして、ドラフトチューブ８で反射した超音波が共振するポイントは半波長の整数倍の位置であることから、この位置をドラフトチューブ８内に収める構成に設計することが好ましい。なお、ドラフトチューブ８と超音波発振子５との距離が１ｃｍより短くなると、汚水１Ａの循環が損なわれるおそれがあるので、あまり近づけすぎないように配設することが好ましい。
この図５に示す汚水処理装置５０では、ドラフトチューブ８により、超音波発振子５から照射される超音波は、汚水１Ａ全体に拡散せずにドラフトチューブ８内の汚水１Ａに高い超音波エネルギー密度で照射することとなり、効率よくマイクロバブル２Ｄが圧壊される。さらには、超音波エネルギーが拡散しにくいため、その超音波の推進力により処理槽１内の汚水１Ａの循環を強くすることができる。
このことにより、ドラフトチューブ８を設ける簡単な構成で、より効率よく高度に汚水１Ａを浄化処理できる。
【００３２】
〔第五実施形態〕
以下、本発明の第五実施形態を図面に基づいて説明する。
図６は、本発明の第五実施形態に係る、汚水処理装置を示す模式図である。なお、この図６は、後述する実施例７で使用した装置の概略図でもある。
そして、第一実施形態ないし第四実施形態と同一の構成については、説明を省略または簡略化する。
【００３３】
この図６に示す第五実施形態の汚水処理装置６０は、図３に示す第二実施形態の汚水処理装置３０に、超音波を反射させて所定の焦点位置で収束させる反射収束鏡である楕円球反射収束鏡９を設けたものである。
この楕円球反射収束鏡９は、略円筒状である略楕円球面形状に形成され、超音波発振子５の照射側に位置して超音波処理槽６内に配設されている。この楕円球反射収束鏡９は、超音波を反射して所定の焦点である第一焦点９Ａに収束させる曲面状である楕円球面状の反射面９Ｂを内面側に有している。そして、楕円球反射収束鏡９は、超音波が超音波発振子５の表面に第二焦点９Ｃが位置するように構成されている。
ここで、楕円球反射収束鏡９は、楕円球の短径が超音波発振子５の直径の２〜３倍、長径が第四実施形態で説明した共振ポイントに合わせて設定することが好ましい。共振ポイントを楕円球反射収束鏡９の内側に収め、さらに第一焦点９Ａに一致させることが好ましい。なお、周波数８０ｋＨｚの超音波（波長２ｃｍ）の場合、比較的に距離が短いため、容易に共振ポイントに設置させるべく、楕円球形状の設置高さを微調整する機構を設けることが好ましい。
この図６に示す汚水処理装置６０では、楕円球反射収束鏡９により、超音波発振子５から照射される超音波は、第二焦点９Ｃが超音波発振子５の表面に位置するので、第一焦点９Ａで収束されて振幅が増大し、楕円球反射収束鏡９の内側で超音波エネルギー密度が高くなり、効率よくマイクロバブル２Ｄが圧壊される。さらには、超音波エネルギーが拡散しにくいため、その超音波の推進力により超音波処理槽６内の汚水１Ａの循環を強くすることができ、超音波処理槽６内に攪拌装置などを設けずとも汚水１Ａの滞留を防止できる。
このことにより、楕円球反射収束鏡９を設ける簡単な構成で、より効率よく高度に汚水１Ａを浄化処理できる。
【００３４】
〔第六実施形態〕
以下、本発明の第六実施形態を図面に基づいて説明する。
図７は、本発明の第六実施形態に係る、汚水処理装置を示す模式図である。なお、この図７は、後述する実施例８で使用した装置の概略図でもある。
そして、第一実施形態ないし第五実施形態と同一の構成については、説明を省略または簡略化する。
【００３５】
この図７に示す第六実施形態の汚水処理装置７０は、図６に示す第五実施形態の汚水処理装置６０の楕円球反射収束鏡９に代えて反射収束鏡である放射状反射収束鏡９０を用いるとともに、超音波発振子５を複数設けた構成である。
放射状反射収束鏡９０は、略円筒状である略裁頭円筒形に形成され、超音波処理槽６の同一面に複数配設した超音波発振子５の照射側に位置して超音波処理槽６内に配設されている。この放射状反射収束鏡９０は、複数の超音波発振子５から照射される超音波を反射して所定の焦点９０Ａに収束させる曲面状である放射線形状に湾曲する反射面である湾曲反射面９０Ｂを内面側に有している。なお、この放射状反射収束鏡９０についても、第五実施形態と同様に、超音波の推進力による超音波処理槽６内の汚水１Ａの循環を損なわないように、拡開する側の縁が超音波処理槽６から離間する状態に配設することが好ましい。
この図７に示す汚水処理装置７０でも、図６に示す汚水処理装置６０と同様に、焦点９０Ａで超音波が収束して振幅が増大し、放射状反射収束鏡９０の内側で超音波エネルギー密度が高くなり、効率よくマイクロバブル２Ｄを圧壊できるとともに、超音波エネルギーの拡散防止による超音波の推進力により超音波処理槽６内の汚水１Ａの循環を強くすることができる。したがって、放射状反射収束鏡９０を設ける簡単な構成で、より効率よく高度に汚水１Ａを浄化処理できる。
【００３６】
〔第七実施形態〕
以下、本発明の第七実施形態を図面に基づいて説明する。
図８は、本発明の第七実施形態に係る、汚水処理装置を示す模式図である。なお、この図８は、後述する実施例９で使用した装置の概略図でもある。
そして、第一実施形態ないし第六実施形態と同一の構成については、説明を省略または簡略化する。
【００３７】
この図８に示す第七実施形態の汚水処理装置８０は、図３に示す第二実施形態の汚水処理装置３０における超音波処理槽６に複数の仕切板６Ｅを設けて汚水１Ａを超音波処理槽６内で蛇行流通させるとともに、流通する汚水１Ａに超音波を照射する超音波発振子５を複数設けたものである。
超音波処理槽６は、複数の仕切板６Ｅが略平行に交互に櫛状となるように複数設けられ、階層状に構成されている。この階層は、２層以上すなわち送出ライン７Ｂから流入した汚水１Ａが返送ライン７Ｃにて返送されるまでに１往復蛇行流通する状態に反復流路を構成している。なお、超音波処理槽６は、鉛直方向に階層する構成に限らず、水平方向で仕切られる構成としてもよい。さらに、仕切板６Ｅは、平面構成に限らず、例えば波形状や鋸歯状に折曲する構成とするなど、汚水１Ａが蛇行流通するいずれの反復流路の構成とすることができる。そして、超音波処理槽６には、仕切板６Ｅ間に位置する状態に、複数の超音波発振子５が設けられている。これら超音波発振子５は、仕切板６Ｅ間を流通する流通方向に対して側方から超音波を照射する状態に配設される。
この図８に示す汚水処理装置８０では、仕切板６Ｅにより、処理槽１と循環される汚水１Ａが超音波処理槽６内を超音波が照射されつつ蛇行流通することとなり、蛇行流通による乱流混合と超音波振動とにより、マイクロバブル２Ｄを効率よく圧壊できる。したがって、より高度に汚水１Ａを浄化処理できる。
【００３８】
〔第八実施形態〕
以下、本発明の第八実施形態を図面に基づいて説明する。
図９は、本発明の第八実施形態に係る、汚水処理装置を示す模式図である。なお、この図９は、後述する実施例１０で使用した装置の概略図でもある。
そして、第一実施形態ないし第七実施形態と同一の構成については、説明を省略または簡略化する。
【００３９】
この図９に示す第八実施形態の汚水処理装置１００は、図１に示す第一実施形態の汚水処理装置１０におけるマイクロバブル発生器２０として、スタティックミキサー１１０を備えたマイクロバブル発生器としての循環型マイクロバブル発生器１２０を用いたものである。
循環型マイクロバブル発生器１２０は、循環ポンプ７Ａを有し両端が処理槽１に接続された配管である循環ライン１２１と、この循環ライン１２１中に設けられ流通する汚水１Ａに乱流を生じさせるスタティックミキサー１１０と、を備えている。そして、循環ライン１２１には、汚水１Ａの流通方向における循環ポンプ７Ａより上流側に位置して、オゾンガス供給ライン２の供給ライン２Ｂが接続されている。なお、オゾンの供給位置として、スタティックミキサー１１０の上流側であれば、循環ポンプ７Ａより下流側でもよい。
この図９に示す汚水処理装置１００では、循環ポンプ７Ａの駆動により、処理槽１内の汚水１Ａが循環ライン１２１を流通して処理槽１へと循環され、循環途中で供給ライン２Ｂからオゾンガスが曝気される。この曝気により比較的に粗大な気泡のオゾンバブルを混合する汚水１Ａは、循環ポンプ７Ａを流過する際にある程度微細化され、さらに動作するスタティックミキサー１１０を流過する際に、スタティックミキサー１１０内の障害物（例えば内部の棒状もしくは板状の突起物）と衝突して、平均粒径１００μｍ未満、特に６０μｍ以下のマイクロバブル２Ｄに微細化され、処理槽１内に流入する。そして、処理槽１内に流入された汚水１Ａ中のマイクロバブル２Ｄは、超音波発振子５から照射される超音波により圧壊される。このマイクロバブル２Ｄの圧壊により活性な水酸基ラジカルが発生し、汚水１Ａが十分に浄化処理される。
【実施例】
【００４０】
以下、各種装置構成を用いて汚水の浄化処理を実施した結果について説明する。
（実施例１）
処理装置として、図１に示す汚水処理装置１０を用いた。
処理条件は、水８リットルを処理槽１に流入し、マイクロバブル発生器２０の回転羽根３を３０００ｒｐｍで回転させ、オゾンを０．１１２ｍｍｏｌ／分で供給した。マイクロバブルは、平均粒径が約５０μｍであった。
ホーン式の超音波発振子５から、周波数２５ｋＨｚで水に超音波を照射した。
この後、有害成分に擬したメチレンブルーを濃度０．１ｍｍｏｌ／Ｌとなる条件で添加した。なお、このメチレンブルーを添加した時点を汚水処理開始時とした。
汚水処理開始後、１０分おきにメチレンブルー水溶液を採取し、ガスクロマトグラフィーで残存するメチレンブルーの濃度を測定した。そして、汚水処理開始時のメチレンブルー量を１００％として、残存率を算出した。
【００４１】
（実施例２）
処理装置として、図３に示す汚水処理装置３０を用いた。
処理条件としては、実施例１における超音波発振子５を洗浄槽式とした以外は実施例１と同様に実施した。
【００４２】
（実施例３）
処理装置として、図３に示す汚水処理装置３０を用いた。
処理条件としては、実施例１における超音波発振子５を洗浄槽式とし、超音波の周波数を４０ｋＨｚとした以外は実施例１と同様に実施した。
【００４３】
（実施例４）
処理装置として、図３に示す汚水処理装置３０を用いた。
処理条件としては、実施例１における超音波発振子５を洗浄槽式とし、超音波の周波数を１００ｋＨｚとした以外は実施例１と同様に実施した。
【００４４】
（実施例５）
処理装置として、図４に示す汚水処理装置４０を用いた。
処理条件としては、実施例１における超音波発振子５をホーン式と洗浄槽式との組み合わせとした以外は実施例１と同様に実施した。
【００４５】
（実施例６）
処理装置として、図５に示す汚水処理装置５０を用いた。
処理条件としては、実施例１における超音波発振子５近傍にドラフトチューブ８を設置した以外は実施例１と同様に実施した。
【００４６】
（実施例７）
処理装置として、図６に示す汚水処理装置６０を用いた。
処理条件としては、実施例１における超音波発振子５を洗浄槽式とし、超音波発振子５の上方に楕円球反射収束鏡９を設置した以外は実施例１と同様に実施した。
【００４７】
（実施例８）
処理装置として、図７に示す汚水処理装置７０を用いた。
処理条件としては、実施例１における超音波発振子５を洗浄槽式とし、超音波発振子５の上方に放射状反射収束鏡９０を設置した以外は実施例１と同様に実施した。
【００４８】
（実施例９）
処理装置として、図８に示す汚水処理装置８０を用いた。
処理条件としては、実施例１における超音波発振子５を洗浄槽式とし、超音波の照射部分を階層状の反復流路とした以外は実施例１と同様に実施した。
【００４９】
（実施例１０）
処理装置として、図９に示す汚水処理装置１００を用いた。
処理条件としては、実施例１における超音波の周波数を、８０ｋＨｚとし、マイクロバブル２Ｄの発生として平均粒径が５０μｍとなるようにスタティックミキサー１１０を動作させた以外は実施例１と同様に実施した。
【００５０】
（実施例１１）
処理装置として、図１に示す汚水処理装置１０を用いた。
処理条件は、水８リットルを処理槽１に流入し、マイクロバブル発生器２０の回転羽根３を３０００ｒｐｍで回転させ、オゾンを０．１１２ｍｍｏｌ／分で供給した。マイクロバブルは、平均粒径が約５０μｍであった。
ホーン式の超音波発振子５から、周波数２０ｋＨｚで水に超音波を照射した。
この後、有害成分に擬したメチレンブルーを濃度０．１ｍｍｏｌ／Ｌとなる条件で添加した。なお、このメチレンブルーを添加した時点を汚水処理開始時とした。
汚水処理開始後、１０分おきにメチレンブルー水溶液を採取し、ガスクロマトグラフィーで残存するメチレンブルーの濃度を測定した。そして、汚水処理開始時のメチレンブルー量を１００％として、残存率を算出した。
【００５１】
（比較例１）
処理装置として、図１に示す汚水処理装置１０を用いた。
処理条件としては、実施例１における超音波照射を実施しない条件以外は、実施例１と同様に実施した。
【００５２】
（比較例２）
処理装置として、図１に示す汚水処理装置１０を用いた。
処理条件としては、マイクロバブル発生器２０を動作させず、一般的に使用されている散気管からオゾンを曝気した以外は、実施例１と同様に実施した。なお、この比較例２におけるオゾンバブルの平均粒径は、約８００μｍであった。
【００５３】
（結果）
実施例１〜１１および比較例１，２の残存率の結果を、図１０ないし図１４に示す。
図１０に示すように、実施例１と比較例１，２との比較より、実施例１では超音波の照射が分解を促進していることが分かる。
そして、実施例１と実施例２との結果から、ホーン式の周波数２５ｋＨｚより、図３に示す超音波処理槽６を用いる方式で２５ｋＨｚの方が、分解促進効果が高いことが分かる。
さらに、実施例３と実施例１０との比較より、回転羽根３を用いる構成より、スタティックミキサー１１０を用いるマイクロバブル発生方法の方が、分解促進効果が高いことが分かる。
【００５４】
また、図１１に示すように、実施例２ないし実施例４の比較より、超音波の周波数が、２５ｋＨｚ＞４０ｋＨｚ＞１００ｋＨｚの順で、分解促進効果が高いことが分かる。
さらに、図１２に示すように、実施例１，５，６の比較より、超音波発振子５を２基（ホーン式＋槽式）設ける構成＞ドラフトチューブ８を用いる構成の順で、分解促進効果が高いことが分かる。
また、図１３に示すように、実施例２，７〜９の比較により、楕円球反射収束鏡９＞放射状反射収束鏡９０＞蛇行流路となる階層構造の順で、分解促進効果が高いことが分かる。
なお、周波数２５ｋＨｚの超音波で処理した実施例１と周波数２０ｋＨｚの超音波で処理した実施例１１とでは、図１０および図１４に示すように、有害物質の残存率に差異はほとんど認められず、同等の高い分解促進効果があることが認められる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の第一実施形態に係る汚水処理装置を示した模式図である。
【図２】上記第一実施形態におけるマイクロバブル発生器の概略構成を示す斜視図である。
【図３】本発明の第二実施形態に係る汚水処理装置を示す模式図である。
【図４】本発明の第三実施形態に係る汚水処理装置を示す模式図である。
【図５】本発明の第四実施形態に係る汚水処理装置を示す模式図である。
【図６】本発明の第五実施形態に係る汚水処理装置を示す模式図である。
【図７】本発明の第六実施形態に係る汚水処理装置を示す模式図である。
【図８】本発明の第七実施形態に係る汚水処理装置を示す模式図である。
【図９】本発明の第八実施形態に係る汚水処理装置を示す模式図である。
【図１０】本発明における汚水処理の結果として有害物質の残存率を示すグラフである。
【図１１】本発明における汚水処理の結果として有害物質の残存率を示すグラフである。
【図１２】本発明における汚水処理の結果として有害物質の残存率を示すグラフである。
【図１３】本発明における汚水処理の結果として有害物質の残存率を示すグラフである。
【図１４】本発明における汚水処理の結果として有害物質の残存率を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５６】
１０，３０，４０，５０，６０，７０，８０，１００…汚水処理装置
１Ａ…汚水
２……オゾンガス供給ライン
２Ｄ…マイクロバブル
３……回転羽根
３Ａ…ガス出口
４……網状体としての金網
５……超音波発振子
８……ドラフトチューブ
９……反射収束鏡である楕円球反射収束鏡
９Ａ…焦点である第一焦点
９Ｂ…反射面
９Ｃ…焦点である第二焦点
９０……反射収束鏡である放射状反射収束鏡
９０Ａ…焦点
９０Ｂ…反射面である湾曲反射面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば工場排水や家庭排水など、有機性および無機性の汚濁でＢＯＤ（Biochemical Oxygen Demand：生物化学的酸素要求量）やＣＯＤ（Chemical Oxygen Demand：化学的酸素要求量）として河川や海水などの富栄養化や貧酸素水の発生原因となる有害成分を含有する汚水を浄化処理する汚水処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、工場や家庭からの排水中に含まれる有機物・栄養塩による富栄養化が原因となり、例えば東京湾、伊勢湾、瀬戸内海等の閉鎖性海域などにおいて、赤潮や青潮（貧酸素水塊の湧昇流）が発生して問題となってから、水質汚濁防止法により水質総量規制制度が導入され、汚濁負荷の低減が計られて来ている。
しかしながら、現在第６次の水質総量規制が施行されつつあるものの、赤潮は東京湾や伊勢湾において年間５０件程度、瀬戸内海で年間１００件程度発生しており、青潮も東京湾で年間数件発生が続いている状況である。これらの問題に対し、今後も水質総量規制は対象の拡大・規制の強化がなされていくと予想される。
【０００３】
従来の排水処理技術として、生物処理（活性汚泥）、凝集沈澱、砂ろ過等が使用されてきた。これらの技術では不十分な場合には、高度排水処理として、活性炭、イオン交換、オゾン酸化、紫外線酸化等が適用されてきたが、水質規制の強化に対し性能が不足もしくは設備費や運転費が高騰してしまうという状況であった。
近年、例えば特開２００４−１８８２３９号公報に記載されているように、酸化性溶液を加えた水をベンチュリー管に通してマイクロバブルを発生させ、さらに超音波で圧壊して分解する方法が提案されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１８８２３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特開２００４−１８８２３９号公報に記載のような従来の方法では、ベンチュリー管により製造されたマイクロバブルはサイズが１００μｍ以上と大きいため、超音波によるマイクロバブルの圧壊が起こりにくく、また超音波の照射方法や周波数等が最適化されておらず、有害成分の分解速度は十分とは言えなかった。
【０００６】
本発明の目的は、近年の水質規制の強化に対応できる、水中に含まれる有害成分を分解する方法を利用した、高性能で低コストな排水処理技術を提供することにある。本発明は特に、水中の有機性および無機性のうちの少なくともいずれか一方の汚濁でＢＯＤやＣＯＤとして例えば河川や海水の富栄養化や貧酸素水の発生原因となる有害成分を分解するのに有効であり、具体的には工場排水、下水処理、し尿処理、農業排水、洗浄排水、生活排水等の浄化槽や処理場に適用できる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に記載の汚水処理方法は、汚水中に、オゾンを平均粒径１００μｍ未満のマイクロバブルとして供給し、このオゾンのマイクロバブルが供給された前記汚水に超音波を照射して、前記マイクロバブルを圧壊させることを特徴とする。
この発明では、平均粒径１００μｍ未満のマイクロバブルとしてオゾンを供給し、オゾンの汚水中への溶解速度を高め、この汚水に超音波を照射することでマイクロバブルの圧壊が起こり易くなる。
このことにより、活性なラジカルの生成を促進でき、汚水中の有機性および無機性のうちの少なくともいずれか一方の汚濁でＢＯＤやＣＯＤとして例えば河川や海水の富栄養化や貧酸素水の発生原因となる有害成分を、効率よく生成したラジカルにより分解反応を向上させて効率よく分解し、効率的な汚水の浄化処理ができる。
ここで、オゾンは、マイクロバブルの平均粒径が１００μｍ未満、好ましくは６０μｍ以下で供給させる。すなわち、マイクロバブルの粒径が小さくなると、表面積が増加し、浮上速度が減少し、オゾンガスの溶解速度が増加して、オゾンの利用効率を向上できる。さらに、平均粒径が１００μｍ未満、特に６０μｍを下回るとマイナス帯電が大きくなり、斥力によるマイクロバブル同士の合体防止、異物質吸着と言った現象が発生し、さらに超音波等の急速加圧で圧壊し易くなる。この超音波等による急速加圧で圧壊した際に、マイクロバブル内のオゾンガスが断熱圧縮により瞬間的に１０００℃以上の高温になり、活性な水酸基ラジカル（・ＯＨ）が発生して、有害成分の熱分解や酸化分解を引き起こすと推定する。
なお、本発明におけるオゾン発生装置は、公知の各種装置・方法を利用できる。例えば、無声放電、電子線、放射線、紫外線、化学反応、電解法等があるが、工業的には、原料ガスに空気あるいは酸素を使用する無声放電法が有利である。また、汚水中にオゾンを供給する方法としては、ポンプ等で直接汚水中に供給する等、公知の各種方法を用いることができる。
【０００８】
そして、本発明では、前記オゾンのマイクロバブルは、前記オゾンガスを流出するガス出口を有する回転羽根と、この回転羽根の周囲に前記回転羽根を覆う状態に配設された網状体とを備えたマイクロバブル発生器を用いて、前記汚水に供給される構成とすることが好ましい。
この発明では、ガス出口から流出するオゾンガスはオゾンバブルとして汚水中に供給され、オゾンバブルは回転する回転羽根にて一部が剪断されるとともに回転羽根の回転による水流でオゾンバブルが網状体に衝突して、特に平均粒径が５０μｍ以下の微細なマイクロバブルを発生する。さらに、回転羽根の回転による攪拌にて汚水全体にマイクロバブルを供給し、汚水の滞留を防止できる。
このことにより、簡単な構成で、消費電力が低く、効率よく微細なマイクロバブルとしてオゾンを供給でき、効率よく汚水を浄化処理できる。
【０００９】
また、本発明では、前記オゾンのマイクロバブルは、オゾンガスを前記汚水中に曝気するオゾンガス供給手段と、前記曝気されたオゾンガスの気泡および前記汚水の渦流状の混相流を形成させて前記気泡を微細化するスタティックミキサーとを備えたマイクロバブル発生器を用いて、前記汚水に供給される構成とすることが好ましい。
この発明では、オゾンガス供給手段にてオゾンガスが汚水中に曝気されて生成した気泡であるオゾンバブルは、スタティックミキサーの作動により、汚水と渦流状の混相流となり、混相流の渦流と、混相流がスタティックミキサー内の障害物と衝突して、特に平均粒径が５０ミクロン以下に微細化され、ボイド率（気泡密度）を高くできる。さらに、スタティックミキサーによる攪拌にて汚水全体にマイクロバブルを供給し、汚水の滞留を防止できる。
このことにより、効率よく微細なマイクロバブルとしてオゾンを供給でき、効率よく汚水を浄化処理できる。
【００１０】
さらに、本発明では、前記照射する超音波は、周波数が２０ｋＨｚ以上１５０ｋＨｚ以下、好ましくは２０ｋＨｚ以上１００ｋＨｚ以下、より好ましくは２０ｋＨｚ以上４０ｋＨｚ以下である構成とすることが好ましい。
この発明では、超音波は周波数が低い方がキャビテーションが激しく、バブルの圧壊も起きやすくなり、２０ｋＨｚ以上１００ｋＨｚ以下、特に２０ｋＨｚ以上４０ｋＨｚ以下の周波数範囲ではより顕著な分解促進効果が見られる。なお、２０ｋＨｚ以下でも効果は出るが、可聴域に入ってしまいすさまじい騒音となるので、実用性は低い。
【００１１】
そして、本発明では、前記超音波は、前記汚水に超音波を照射する方向が互いに交差して共振により振幅が増大する状態に配設された複数の発振子を用いて照射される構成とすることが好ましい。
この発明では、超音波を照射する発振子を複数使用し、これら発振子の超音波を照射する方向が互いに交差する状態に配設することで、一つの超音波と他の超音波との共振が起こり、汚水中を伝わる超音波の振幅が増大し、マイクロバブルが圧壊し易くなる。
このことにより、より効率よく汚水を浄化処理できる。
【００１２】
また、本発明では、前記汚水に前記超音波を照射する発振子と、この発振子における照射側に位置して軸方向が照射方向に略沿う状態に前記汚水中に配設され前記発振子から照射される前記超音波の推進力により前記汚水を軸方向で流通させる略筒状のドラフトチューブと、を用い、前記超音波を前記汚水に照射する構成とすることが好ましい。
この発明では、汚水に超音波を照射する発振子の近傍、すなわち発振子における照射側に位置して軸方向が照射方向に略沿う状態に略筒状のドラフトチューブを配設し、超音波の反射による拡散防止が得られるとともに、超音波による推進力により汚水の循環が得られ、マイクロバブルが汚水全体に行き渡り、マイクロバブルの圧壊が生じやすくなる。
このことにより、より効率よく汚水を浄化処理できる。
ここで、ドラフトチューブの内径は、発振子の直径以上で発振子の直径の２倍以下の範囲が好ましい。また、ドラフトチューブの長さ寸法は、１０ｃｍ以上が好ましい。さらに、ドラフトチューブは、発振子から１ｃｍ以上２ｃｍ以下の距離に配設されることが好ましい。
ドラフトチューブの内径は、超音波の散乱や減衰を防止するため、あまり大きくなることは好ましくない。例えば、周波数８０ｋＨｚの超音波の波長は２ｃｍであり、２０ｋＨｚでは７．５ｃｍである。そして、ドラフトチューブで反射した超音波が共振するポイントは半波長の整数倍の位置であることから、この位置をドラフトチューブ内に収める構成に設計することが好ましい。なお、ドラフトチューブと発振子との距離が１ｃｍより短くなると、汚水の循環が損なわれるおそれがあるので、あまり近づけすぎないように配設することが好ましい。
【００１３】
さらに、本発明では、前記汚水に前記超音波を照射する発振子と、前記発振子における照射側に位置して前記汚水中に配設され内面側に前記発振子から照射される前記超音波を反射して前記超音波を所定の焦点に収束する状態に反射させる曲面状の反射面を有した略筒状の反射収束鏡と、を用い、前記超音波を前記汚水に照射する構成とすることが好ましい。
この発明では、汚水に超音波を照射する発振子の近傍、すなわち発振子における照射側に位置した前記汚水中に、内面側に超音波を反射して所定の焦点に収束させる曲面状の反射面を有した略筒状の反射収束鏡を配設することで、超音波との共振が起こり、汚水中を伝わる超音波の振幅が増大し、マイクロバブルが圧壊し易くなる。
このことにより、より効率よく汚水の浄化処理が得られる。
なお、反射面は、例えば複数の発振子から照射された超音波を焦点に収束させる構成では、放物線形状とすることが好適である。この構成では、反射収束鏡の放物線の形状や配設位置は、複数の発振子から照射される超音波が散乱せず、また汚水の循環を損なわない構成に適宜設計すればよい。
【００１４】
また、本発明では、前記反射収束鏡は、前記発振子から照射される前記超音波を反射して前記超音波が収束して振幅が増幅する焦点位置が前記発振子の表面に位置する状態に楕円球面状に湾曲する反射面を有した略筒状に形成された構成とすることが好ましい。
この発明では、反射収束鏡の反射面を、発振子から照射された超音波が発振子の表面に位置する焦点位置に収束して振幅が増幅する状態に楕円球面状に湾曲形成しているので、超音波は他方の焦点位置に収束されて増幅することとなり、マイクロバブルの圧壊が生じやすくなる。
このことにより、より効率よく汚水の浄化処理が得られる。
ここで、楕円球面状の反射面となる反射収束鏡は、楕円球の短径が発振子の直径の２〜３倍、長径は上述の共振ポイントに合わせて設定することが好ましい。共振ポイントを反射収束鏡の内側に収め、さらに焦点に一致させることが好ましい。なお、周波数８０ｋＨｚの超音波（波長２ｃｍ）の場合、比較的に距離が短いため、容易に共振ポイントに設置させるべく、楕円球形状の設置高さを微調整する機構を設けることが好ましい。
【００１５】
そして、本発明では、前記オゾンのマイクロバブルが供給された前記汚水を反復流路内に蛇行流通させ、流通方向に対して交差する方向に前記超音波を照射する構成とすることが好ましい。
この発明では、マイクロバブルが供給された汚水を反復流路内に蛇行流通させつつ、流通方向に対して交差する方法すなわち側方から超音波を照射させて、マイクロバブルを圧壊させる。
このことにより、マイクロバブルが超音波に照射される時間を容易に長期化でき、十分にマイクロバブルを圧壊でき、より効率よく十分な汚水の浄化処理が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
〔第一実施形態〕
以下、本発明の第一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の第一実施形態に係る、水中の有害成分を分解する方法を実施するための装置（以下、汚水処理装置と呼ぶ）を示した模式図である。なお、この図１は、後述する実施例１で使用した装置の概略図でもある。図２は、マイクロバブル発生器の概略構成を示す斜視図である。
【００１７】
（汚水処理装置の構成）
図１において、１０は汚水処理装置であり、この汚水処理装置１０は、汚水１Ａに含まれる有機物、栄養塩、し尿、生活廃水等の有害成分を分解する機能を持つ。このような汚水処理装置１０は、汚水１Ａを貯留する処理槽１と、汚水１Ａにオゾンを供給するオゾンガス供給ライン２と、オゾンガス供給ライン２に接続された回転羽根３と、回転羽根３を囲む網状体としての金網４と、回転羽根３を回転させるモーターＭと、発振子である超音波発振子５と、を備えている。
回転羽根３と、回転羽根３を囲む金網４とで、図２に示すマイクロバブル２Ｄを発生させるマイクロバブル発生器２０を構成する。なお、図１は、説明の都合上、マイクロバブル２Ｄを極めて大きな気泡状として記述する。
【００１８】
処理槽１には、汚水１Ａを流入する図示しない流入口と、処理した汚水１Ａを槽外へ流出させる図示しない流出口とを有している。なお、処理槽１は、説明の都合上、上面を開放する箱形状に示すが、密閉構造として汚水１Ａ中の揮発成分の拡散防止やバブリングしたオゾンを回収する構成を設けるとよい。
オゾンガス供給ライン２は、オゾンを発生するオゾン発生器２Ａと、このオゾン発生器２Ａで発生したオゾンを汚水１Ａ中にバブリング（曝気）させるための配管などの供給ライン２Ｂと、を備えている。
回転羽根３は、図２に示すように、端部にガス出口３Ａを開口形成した略筒状の回転軸３Ｂと、この回転軸３Ｂの外周面に略放射状に設けられた複数の羽根部３Ｃと、を有している。回転軸３Ｂは、モーターＭの出力軸Ｍ１に連結されて回転されるとともに、オゾンガス供給ライン２の供給ライン２Ｂが回転自在に連結され、供給されるオゾンガスをガス出口３Ａから噴出可能となっている。なお、図１は、説明の都合上、出力軸Ｍ１と供給ライン２Ｂとをそれぞれ独立して回転羽根３に供給する状態を示す。
金網４は、回転羽根３の回転軌跡に対応し回転羽根３を囲む状態に略円筒形状に形成されている。この金網４は、腐蝕しにくいステンレスなどの耐蝕性部材、あるいは耐蝕性に表面処理されたものなどが好ましい。なお、金網に限らず、例えば骨組み部材に漁網などのような樹脂製ネットを設けたものなどとしてもよい。そして、網目としては、回転羽根３の羽根部３Ｃの枚数、回転速度、発生させたいマイクロバブルの平均粒径に応じて適宜設定されるが、あまり細かすぎるとオゾンガスの供給圧を高く設定する必要があり、あまり粗すぎるとオゾンの気泡が十分に微細化されずにマイクロバブルの粒径分布が広くなってしまう不都合があるので、適宜設定する。また、例えば、回転羽根３の周囲に位置する部分のみに網状とし、軸方向となる上下面は塞いだ形状とするなどしてもよい。また、網状体としては、パンチングメタルなど、鋼板に複数の微細な孔を設けたものなどとしてもよい。
【００１９】
（汚水処理の動作）
まず、モーターＭを回転駆動させて回転羽根３を回転させ、処理槽１内に貯留する有害成分を含む汚水１Ａを攪拌させる。さらに、オゾン発生器２Ａを動作させオゾンガスを供給ライン２Ｂを介して回転羽根３に供給する。また、超音波発振子５を作動させ、２０ｋＨｚ以上１５０ｋＨｚ以下、好ましくは４０ｋＨｚ以上１００ｋＨｚ以下の超音波を発生させて、汚水１Ａを超音波振動させる。
このオゾンガスの供給により、回転羽根３の回転軸３Ｂのガス出口３Ａからオゾンガスが曝気される。この曝気されたオゾンガスは、比較的に粗大な気泡として汚水１Ａに供給されるが、回転する回転羽根３により生じる汚水１Ａの水流や金網４への衝突により、金網４外へ平均粒径が１００μｍ未満、好ましくは６０μｍ以下のマイクロバブル２Ｄとして大量に供給される。
これら発生したマイクロバブル２Ｄは、回転羽根３の回転による水流により汚水１Ａ全体に分散される。さらに、マイクロバブル２Ｄは、超音波発振子５から照射される超音波のエネルギーを受けて圧壊する。この圧壊の際、活性な水酸基（ＯＨ）ラジカルが発生し、汚水１Ａの有害成分は熱分解や酸化分解されて無害化、もしくは有害性を著しく低減させる。
【００２０】
（第一実施形態の作用効果）
上述したように、上記実施形態では、平均粒径１００μｍ未満のマイクロバブル２Ｄとしてオゾンを供給し、オゾンの汚水１Ａ中への溶解速度を高めるとともに、この汚水１Ａに超音波を照射することでマイクロバブル２Ｄの圧壊を起こり易くしている。
このため、活性な水酸基ラジカルの生成を促進でき、汚水１Ａ中の有機性および無機性のうちの少なくともいずれか一方の汚濁でＢＯＤやＣＯＤとして例えば河川や海水の富栄養化や貧酸素水の発生原因となる有害成分を、効率よく生成した水酸基ラジカルにより分解反応を向上させて効率よく分解でき、効率的に汚水１Ａを浄化処理できる。
【００２１】
また、ガス出口３Ａから流出するオゾンガスは比較的に粗大な気泡であるオゾンバブルとして汚水１Ａ中に供給され、オゾンバブルは回転する回転羽根３にて一部が剪断されるとともに回転羽根３の回転による水流でオゾンバブルが金網４に衝突して、特に平均粒径が５０μｍ以下の微細なマイクロバブル２Ｄを発生させている。さらに、回転羽根３の回転による攪拌にて汚水１Ａ全体にマイクロバブル２Ｄを供給し、汚水１Ａの滞留を防止している。
このため、簡単な構成で、消費電力が低く、効率よく微細なマイクロバブル２Ｄとしてオゾンを供給でき、効率よく汚水１Ａを浄化処理できる。
【００２２】
さらに、照射する超音波の周波数を２０ｋＨｚ以上１５０ｋＨｚ以下、好ましくは４０ｋＨｚ以上１００ｋＨｚ以下に設定している。
このため、オゾンのマイクロバブル２Ｄの固有周波数に近い超音波となり、マイクロバブル２Ｄの圧壊が起きやすくなり、効率よく発生する水酸基ラジカルにより、効率よく汚水１Ａを浄化処理できる。
【００２３】
なお、上記第一実施形態において、図１に示すように、回転軸３Ｂからオゾンガスを噴出する構成に限らず、供給ライン２Ｂの端部をガス出口３Ａとして、金網内で開口し回転羽根３の回転に干渉しない位置に配設し、オゾンをバブリングしてもよい。
また、上記第一実施形態において、汚水１Ａは、バッチ処理に限らず、徐々に未処理の汚水１Ａを処理槽１へ供給させるとともに、オーバーフローする分を処理した処理水として系外へ流出させる連続処理としてもよい。
【００２４】
〔第二実施形態〕
以下、本発明の第二実施形態を図面に基づいて説明する。
図３は、本発明の第二実施形態に係る、汚水処理装置を示す模式図である。なお、この図３は、後述する実施例２ないし実施例４で使用した装置の概略図でもある。
そして、第一実施形態と同一の構成については、説明を省略または簡略化する。
【００２５】
（汚水処理装置の構成）
図３において、３０は汚水処理装置であり、この汚水処理装置３０は、第一実施形態と同様の処理槽１、オゾンガス供給ライン２、回転羽根３、金網４およびモーターＭと、超音波発振子５と、超音波処理槽６と、を備えている。
超音波処理槽６は、処理槽１と同様に、汚水１Ａを貯留可能に構成されている。そして、超音波処理槽６は、処理槽１内に貯留する汚水１Ａが流通循環可能に、循環経路７を介して処理槽１に接続されている。循環経路７は、循環ポンプ７Ａを有し処理槽１内に貯留する汚水１Ａを超音波処理槽６へ流入させる送出ライン７Ｂと、超音波処理槽６内に貯留する汚水１Ａを処理槽１へ返送する返送ライン７Ｃと、を備えている。
また、超音波処理槽６には、超音波発振子５が設けられている。そして、超音波発振子５は、処理槽１から超音波処理槽６内に流入されマイクロバブル２Ｄが混在する汚水１Ａに超音波を照射する。
【００２６】
（汚水処理の動作）
第一実施形態と同一の処理は、省略する。
この第二実施形態の汚水処理装置３０では、超音波発振子５を作動させるとともに、循環経路７の循環ポンプ７Ａを作動させる。この循環ポンプ７Ａの作動により、処理槽１でマイクロバブル２Ｄが供給された汚水１Ａが送出ライン７Ｂを介して超音波処理槽６内に流入される。
そして、超音波発振子５から照射される超音波によりマイクロバブル２Ｄを圧壊させ、汚水１Ａを浄化処理する。
【００２７】
（第二実施形態の作用効果）
この第二実施形態の構成によれば、処理槽１と超音波処理槽６とを上下方向に位置する状態に配置させることも可能であることから、例えば敷地面積が狭い場合などでも適用できる。さらには、処理する量が少なく処理槽１の容量を比較的に小さく設計する必要があり、超音波発振子５と、オゾンガス供給ライン２やモーターＭとの配置干渉が生じるような場合でも、別槽構成であることから、設計の自由度が得られる。
【００２８】
〔第三実施形態〕
以下、本発明の第三実施形態を図面に基づいて説明する。
図４は、本発明の第三実施形態に係る、汚水処理装置を示す模式図である。なお、この図４は、後述する実施例５で使用した装置の概略図でもある。
そして、第一実施形態および第二実施形態と同一の構成については、説明を省略または簡略化する。
【００２９】
この図４に示す第三実施形態の汚水処理装置４０は、図３に示す第二実施形態の汚水処理装置３０における超音波処理槽６に複数の超音波発振子５を設けたものである。
これら超音波発振子５は、それぞれが超音波を照射する方向が交差、例えば直交する状態に超音波処理槽６に配設されている。
この図４に示す汚水処理装置４０では、複数の超音波発振子５から照射される超音波は、共振により汚水１Ａ中を伝わる超音波の振幅が増大し、マイクロバブル２Ｄの圧壊効率が向上する。このことにより、汚水１Ａへの超音波エネルギーの増大により、効率よくマイクロバブル２Ｄが圧壊され、より高度に汚水１Ａを浄化処理できる。
なお、超音波処理槽６に複数の超音波発振子５を設けたが、例えば第一実施形態のように、超音波処理槽６を用いず処理槽１に複数の超音波発振子５を設けてもよい。
【００３０】
〔第四実施形態〕
以下、本発明の第四実施形態を図面に基づいて説明する。
図５は、本発明の第四実施形態に係る、汚水処理装置を示す模式図である。なお、この図５は、後述する実施例６で使用した装置の概略図でもある。
そして、第一実施形態ないし第三実施形態と同一の構成については、説明を省略または簡略化する。
【００３１】
この図５に示す第四実施形態の汚水処理装置５０は、図１に示す第一実施形態の汚水処理装置３０に、ドラフトチューブ８を設けたものである。
このドラフトチューブ８は、超音波発振子５の照射側に位置して軸方向が照射方向に略沿う状態に処理槽１内に配設されている。このドラフトチューブ８は、内径が超音波発振子５の直径以上で超音波発振子５の直径の２倍以下の範囲が好ましい。また、ドラフトチューブ８の長さ寸法は、１０ｃｍ以上が好ましい。さらに、ドラフトチューブ８は、超音波発振子５から１ｃｍ以上２ｃｍ以下の距離に配設されることが好ましい。
ここで、ドラフトチューブの内径は、超音波の散乱や減衰を防止するため、あまり大きくなることは好ましくない。例えば、周波数８０ｋＨｚの超音波の波長は２ｃｍであり、２０ｋＨｚでは７．５ｃｍである。そして、ドラフトチューブ８で反射した超音波が共振するポイントは半波長の整数倍の位置であることから、この位置をドラフトチューブ８内に収める構成に設計することが好ましい。なお、ドラフトチューブ８と超音波発振子５との距離が１ｃｍより短くなると、汚水１Ａの循環が損なわれるおそれがあるので、あまり近づけすぎないように配設することが好ましい。
この図５に示す汚水処理装置５０では、ドラフトチューブ８により、超音波発振子５から照射される超音波は、汚水１Ａ全体に拡散せずにドラフトチューブ８内の汚水１Ａに高い超音波エネルギー密度で照射することとなり、効率よくマイクロバブル２Ｄが圧壊される。さらには、超音波エネルギーが拡散しにくいため、その超音波の推進力により処理槽１内の汚水１Ａの循環を強くすることができる。
このことにより、ドラフトチューブ８を設ける簡単な構成で、より効率よく高度に汚水１Ａを浄化処理できる。
【００３２】
〔第五実施形態〕
以下、本発明の第五実施形態を図面に基づいて説明する。
図６は、本発明の第五実施形態に係る、汚水処理装置を示す模式図である。なお、この図６は、後述する実施例７で使用した装置の概略図でもある。
そして、第一実施形態ないし第四実施形態と同一の構成については、説明を省略または簡略化する。
【００３３】
この図６に示す第五実施形態の汚水処理装置６０は、図３に示す第二実施形態の汚水処理装置３０に、超音波を反射させて所定の焦点位置で収束させる反射収束鏡である楕円球反射収束鏡９を設けたものである。
この楕円球反射収束鏡９は、略円筒状である略楕円球面形状に形成され、超音波発振子５の照射側に位置して超音波処理槽６内に配設されている。この楕円球反射収束鏡９は、超音波を反射して所定の焦点である第一焦点９Ａに収束させる曲面状である楕円球面状の反射面９Ｂを内面側に有している。そして、楕円球反射収束鏡９は、超音波が超音波発振子５の表面に第二焦点９Ｃが位置するように構成されている。
ここで、楕円球反射収束鏡９は、楕円球の短径が超音波発振子５の直径の２〜３倍、長径が第四実施形態で説明した共振ポイントに合わせて設定することが好ましい。共振ポイントを楕円球反射収束鏡９の内側に収め、さらに第一焦点９Ａに一致させることが好ましい。なお、周波数８０ｋＨｚの超音波（波長２ｃｍ）の場合、比較的に距離が短いため、容易に共振ポイントに設置させるべく、楕円球形状の設置高さを微調整する機構を設けることが好ましい。
この図６に示す汚水処理装置６０では、楕円球反射収束鏡９により、超音波発振子５から照射される超音波は、第二焦点９Ｃが超音波発振子５の表面に位置するので、第一焦点９Ａで収束されて振幅が増大し、楕円球反射収束鏡９の内側で超音波エネルギー密度が高くなり、効率よくマイクロバブル２Ｄが圧壊される。さらには、超音波エネルギーが拡散しにくいため、その超音波の推進力により超音波処理槽６内の汚水１Ａの循環を強くすることができ、超音波処理槽６内に攪拌装置などを設けずとも汚水１Ａの滞留を防止できる。
このことにより、楕円球反射収束鏡９を設ける簡単な構成で、より効率よく高度に汚水１Ａを浄化処理できる。
【００３４】
〔第六実施形態〕
以下、本発明の第六実施形態を図面に基づいて説明する。
図７は、本発明の第六実施形態に係る、汚水処理装置を示す模式図である。なお、この図７は、後述する実施例８で使用した装置の概略図でもある。
そして、第一実施形態ないし第五実施形態と同一の構成については、説明を省略または簡略化する。
【００３５】
この図７に示す第六実施形態の汚水処理装置７０は、図６に示す第五実施形態の汚水処理装置６０の楕円球反射収束鏡９に代えて反射収束鏡である放射状反射収束鏡９０を用いるとともに、超音波発振子５を複数設けた構成である。
放射状反射収束鏡９０は、略円筒状である略裁頭円筒形に形成され、超音波処理槽６の同一面に複数配設した超音波発振子５の照射側に位置して超音波処理槽６内に配設されている。この放射状反射収束鏡９０は、複数の超音波発振子５から照射される超音波を反射して所定の焦点９０Ａに収束させる曲面状である放射線形状に湾曲する反射面である湾曲反射面９０Ｂを内面側に有している。なお、この放射状反射収束鏡９０についても、第五実施形態と同様に、超音波の推進力による超音波処理槽６内の汚水１Ａの循環を損なわないように、拡開する側の縁が超音波処理槽６から離間する状態に配設することが好ましい。
この図７に示す汚水処理装置７０でも、図６に示す汚水処理装置６０と同様に、焦点９０Ａで超音波が収束して振幅が増大し、放射状反射収束鏡９０の内側で超音波エネルギー密度が高くなり、効率よくマイクロバブル２Ｄを圧壊できるとともに、超音波エネルギーの拡散防止による超音波の推進力により超音波処理槽６内の汚水１Ａの循環を強くすることができる。したがって、放射状反射収束鏡９０を設ける簡単な構成で、より効率よく高度に汚水１Ａを浄化処理できる。
【００３６】
〔第七実施形態〕
以下、本発明の第七実施形態を図面に基づいて説明する。
図８は、本発明の第七実施形態に係る、汚水処理装置を示す模式図である。なお、この図８は、後述する実施例９で使用した装置の概略図でもある。
そして、第一実施形態ないし第六実施形態と同一の構成については、説明を省略または簡略化する。
【００３７】
この図８に示す第七実施形態の汚水処理装置８０は、図３に示す第二実施形態の汚水処理装置３０における超音波処理槽６に複数の仕切板６Ｅを設けて汚水１Ａを超音波処理槽６内で蛇行流通させるとともに、流通する汚水１Ａに超音波を照射する超音波発振子５を複数設けたものである。
超音波処理槽６は、複数の仕切板６Ｅが略平行に交互に櫛状となるように複数設けられ、階層状に構成されている。この階層は、２層以上すなわち送出ライン７Ｂから流入した汚水１Ａが返送ライン７Ｃにて返送されるまでに１往復蛇行流通する状態に反復流路を構成している。なお、超音波処理槽６は、鉛直方向に階層する構成に限らず、水平方向で仕切られる構成としてもよい。さらに、仕切板６Ｅは、平面構成に限らず、例えば波形状や鋸歯状に折曲する構成とするなど、汚水１Ａが蛇行流通するいずれの反復流路の構成とすることができる。そして、超音波処理槽６には、仕切板６Ｅ間に位置する状態に、複数の超音波発振子５が設けられている。これら超音波発振子５は、仕切板６Ｅ間を流通する流通方向に対して側方から超音波を照射する状態に配設される。
この図８に示す汚水処理装置８０では、仕切板６Ｅにより、処理槽１と循環される汚水１Ａが超音波処理槽６内を超音波が照射されつつ蛇行流通することとなり、蛇行流通による乱流混合と超音波振動とにより、マイクロバブル２Ｄを効率よく圧壊できる。したがって、より高度に汚水１Ａを浄化処理できる。
【００３８】
〔第八実施形態〕
以下、本発明の第八実施形態を図面に基づいて説明する。
図９は、本発明の第八実施形態に係る、汚水処理装置を示す模式図である。なお、この図９は、後述する実施例１０で使用した装置の概略図でもある。
そして、第一実施形態ないし第七実施形態と同一の構成については、説明を省略または簡略化する。
【００３９】
この図９に示す第八実施形態の汚水処理装置１００は、図１に示す第一実施形態の汚水処理装置１０におけるマイクロバブル発生器２０として、スタティックミキサー１１０を備えたマイクロバブル発生器としての循環型マイクロバブル発生器１２０を用いたものである。
循環型マイクロバブル発生器１２０は、循環ポンプ７Ａを有し両端が処理槽１に接続された配管である循環ライン１２１と、この循環ライン１２１中に設けられ流通する汚水１Ａに乱流を生じさせるスタティックミキサー１１０と、を備えている。そして、循環ライン１２１には、汚水１Ａの流通方向における循環ポンプ７Ａより上流側に位置して、オゾンガス供給ライン２の供給ライン２Ｂが接続されている。なお、オゾンの供給位置として、スタティックミキサー１１０の上流側であれば、循環ポンプ７Ａより下流側でもよい。
この図９に示す汚水処理装置１００では、循環ポンプ７Ａの駆動により、処理槽１内の汚水１Ａが循環ライン１２１を流通して処理槽１へと循環され、循環途中で供給ライン２Ｂからオゾンガスが曝気される。この曝気により比較的に粗大な気泡のオゾンバブルを混合する汚水１Ａは、循環ポンプ７Ａを流過する際にある程度微細化され、さらに動作するスタティックミキサー１１０を流過する際に、スタティックミキサー１１０内の障害物（例えば内部の棒状もしくは板状の突起物）と衝突して、平均粒径１００μｍ未満、特に６０μｍ以下のマイクロバブル２Ｄに微細化され、処理槽１内に流入する。そして、処理槽１内に流入された汚水１Ａ中のマイクロバブル２Ｄは、超音波発振子５から照射される超音波により圧壊される。このマイクロバブル２Ｄの圧壊により活性な水酸基ラジカルが発生し、汚水１Ａが十分に浄化処理される。
【実施例】
【００４０】
以下、各種装置構成を用いて汚水の浄化処理を実施した結果について説明する。
（実施例１）
処理装置として、図１に示す汚水処理装置１０を用いた。
処理条件は、水８リットルを処理槽１に流入し、マイクロバブル発生器２０の回転羽根３を３０００ｒｐｍで回転させ、オゾンを０．１１２ｍｍｏｌ／分で供給した。マイクロバブルは、平均粒径が約５０μｍであった。
ホーン式の超音波発振子５から、周波数２５ｋＨｚで水に超音波を照射した。
この後、有害成分に擬したメチレンブルーを濃度０．１ｍｍｏｌ／Ｌとなる条件で添加した。なお、このメチレンブルーを添加した時点を汚水処理開始時とした。
汚水処理開始後、１０分おきにメチレンブルー水溶液を採取し、ガスクロマトグラフィーで残存するメチレンブルーの濃度を測定した。そして、汚水処理開始時のメチレンブルー量を１００％として、残存率を算出した。
【００４１】
（実施例２）
処理装置として、図３に示す汚水処理装置３０を用いた。
処理条件としては、実施例１における超音波発振子５を洗浄槽式とした以外は実施例１と同様に実施した。
【００４２】
（実施例３）
処理装置として、図３に示す汚水処理装置３０を用いた。
処理条件としては、実施例１における超音波発振子５を洗浄槽式とし、超音波の周波数を４０ｋＨｚとした以外は実施例１と同様に実施した。
【００４３】
（実施例４）
処理装置として、図３に示す汚水処理装置３０を用いた。
処理条件としては、実施例１における超音波発振子５を洗浄槽式とし、超音波の周波数を１００ｋＨｚとした以外は実施例１と同様に実施した。
【００４４】
（実施例５）
処理装置として、図４に示す汚水処理装置４０を用いた。
処理条件としては、実施例１における超音波発振子５をホーン式と洗浄槽式との組み合わせとした以外は実施例１と同様に実施した。
【００４５】
（実施例６）
処理装置として、図５に示す汚水処理装置５０を用いた。
処理条件としては、実施例１における超音波発振子５近傍にドラフトチューブ８を設置した以外は実施例１と同様に実施した。
【００４６】
（実施例７）
処理装置として、図６に示す汚水処理装置６０を用いた。
処理条件としては、実施例１における超音波発振子５を洗浄槽式とし、超音波発振子５の上方に楕円球反射収束鏡９を設置した以外は実施例１と同様に実施した。
【００４７】
（実施例８）
処理装置として、図７に示す汚水処理装置７０を用いた。
処理条件としては、実施例１における超音波発振子５を洗浄槽式とし、超音波発振子５の上方に放射状反射収束鏡９０を設置した以外は実施例１と同様に実施した。
【００４８】
（実施例９）
処理装置として、図８に示す汚水処理装置８０を用いた。
処理条件としては、実施例１における超音波発振子５を洗浄槽式とし、超音波の照射部分を階層状の反復流路とした以外は実施例１と同様に実施した。
【００４９】
（実施例１０）
処理装置として、図９に示す汚水処理装置１００を用いた。
処理条件としては、実施例１における超音波の周波数を、８０ｋＨｚとし、マイクロバブル２Ｄの発生として平均粒径が５０μｍとなるようにスタティックミキサー１１０を動作させた以外は実施例１と同様に実施した。
【００５０】
（実施例１１）
処理装置として、図１に示す汚水処理装置１０を用いた。
処理条件は、水８リットルを処理槽１に流入し、マイクロバブル発生器２０の回転羽根３を３０００ｒｐｍで回転させ、オゾンを０．１１２ｍｍｏｌ／分で供給した。マイクロバブルは、平均粒径が約５０μｍであった。
ホーン式の超音波発振子５から、周波数２０ｋＨｚで水に超音波を照射した。
この後、有害成分に擬したメチレンブルーを濃度０．１ｍｍｏｌ／Ｌとなる条件で添加した。なお、このメチレンブルーを添加した時点を汚水処理開始時とした。
汚水処理開始後、１０分おきにメチレンブルー水溶液を採取し、ガスクロマトグラフィーで残存するメチレンブルーの濃度を測定した。そして、汚水処理開始時のメチレンブルー量を１００％として、残存率を算出した。
【００５１】
（比較例１）
処理装置として、図１に示す汚水処理装置１０を用いた。
処理条件としては、実施例１における超音波照射を実施しない条件以外は、実施例１と同様に実施した。
【００５２】
（比較例２）
処理装置として、図１に示す汚水処理装置１０を用いた。
処理条件としては、マイクロバブル発生器２０を動作させず、一般的に使用されている散気管からオゾンを曝気した以外は、実施例１と同様に実施した。なお、この比較例２におけるオゾンバブルの平均粒径は、約８００μｍであった。
【００５３】
（結果）
実施例１〜１１および比較例１，２の残存率の結果を、図１０ないし図１４に示す。
図１０に示すように、実施例１と比較例１，２との比較より、実施例１では超音波の照射が分解を促進していることが分かる。
そして、実施例１と実施例２との結果から、ホーン式の周波数２５ｋＨｚより、図３に示す超音波処理槽６を用いる方式で２５ｋＨｚの方が、分解促進効果が高いことが分かる。
さらに、実施例３と実施例１０との比較より、回転羽根３を用いる構成より、スタティックミキサー１１０を用いるマイクロバブル発生方法の方が、分解促進効果が高いことが分かる。
【００５４】
また、図１１に示すように、実施例２ないし実施例４の比較より、超音波の周波数が、２５ｋＨｚ＞４０ｋＨｚ＞１００ｋＨｚの順で、分解促進効果が高いことが分かる。
さらに、図１２に示すように、実施例１，５，６の比較より、超音波発振子５を２基（ホーン式＋槽式）設ける構成＞ドラフトチューブ８を用いる構成の順で、分解促進効果が高いことが分かる。
また、図１３に示すように、実施例２，７〜９の比較により、楕円球反射収束鏡９＞放射状反射収束鏡９０＞蛇行流路となる階層構造の順で、分解促進効果が高いことが分かる。
なお、周波数２５ｋＨｚの超音波で処理した実施例１と周波数２０ｋＨｚの超音波で処理した実施例１１とでは、図１０および図１４に示すように、有害物質の残存率に差異はほとんど認められず、同等の高い分解促進効果があることが認められる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の第一実施形態に係る汚水処理装置を示した模式図である。
【図２】上記第一実施形態におけるマイクロバブル発生器の概略構成を示す斜視図である。
【図３】本発明の第二実施形態に係る汚水処理装置を示す模式図である。
【図４】本発明の第三実施形態に係る汚水処理装置を示す模式図である。
【図５】本発明の第四実施形態に係る汚水処理装置を示す模式図である。
【図６】本発明の第五実施形態に係る汚水処理装置を示す模式図である。
【図７】本発明の第六実施形態に係る汚水処理装置を示す模式図である。
【図８】本発明の第七実施形態に係る汚水処理装置を示す模式図である。
【図９】本発明の第八実施形態に係る汚水処理装置を示す模式図である。
【図１０】本発明における汚水処理の結果として有害物質の残存率を示すグラフである。
【図１１】本発明における汚水処理の結果として有害物質の残存率を示すグラフである。
【図１２】本発明における汚水処理の結果として有害物質の残存率を示すグラフである。
【図１３】本発明における汚水処理の結果として有害物質の残存率を示すグラフである。
【図１４】本発明における汚水処理の結果として有害物質の残存率を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５６】
１０，３０，４０，５０，６０，７０，８０，１００…汚水処理装置
１Ａ…汚水
２……オゾンガス供給ライン
２Ｄ…マイクロバブル
３……回転羽根
３Ａ…ガス出口
４……網状体としての金網
５……超音波発振子
８……ドラフトチューブ
９……反射収束鏡である楕円球反射収束鏡
９Ａ…焦点である第一焦点
９Ｂ…反射面
９Ｃ…焦点である第二焦点
９０……反射収束鏡である放射状反射収束鏡
９０Ａ…焦点
９０Ｂ…反射面である湾曲反射面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚水中に、オゾンを平均粒径１００μｍ未満のマイクロバブルとして供給し、
このオゾンのマイクロバブルが供給された前記汚水に超音波を照射して、前記マイクロバブルを圧壊させる
ことを特徴とする汚水処理方法。
【請求項２】
請求項１に記載の汚水処理方法であって、
前記オゾンのマイクロバブルは、前記オゾンガスを流出するガス出口を有する回転羽根と、この回転羽根の周囲に前記回転羽根を覆う状態に配設された網状体とを備えたマイクロバブル発生器を用いて、前記汚水に供給される
ことを特徴とする汚水処理方法。
【請求項３】
請求項１に記載の汚水処理方法であって、
前記オゾンのマイクロバブルは、オゾンガスを前記汚水中に曝気するオゾンガス供給手段と、前記曝気されたオゾンガスの気泡および前記汚水の渦流状の混相流を形成させて前記気泡を微細化するスタティックミキサーとを備えたマイクロバブル発生器を用いて、前記汚水に供給される
ことを特徴とする汚水処理方法。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の汚水処理方法であって、
前記照射する超音波は、周波数が２０ｋＨｚ以上１５０ｋＨｚ以下である
ことを特徴とする汚水処理方法。
【請求項５】
請求項４に記載の汚水処理方法であって、
前記照射する超音波は、周波数が２０ｋＨｚ以上４０ｋＨｚ以下である
ことを特徴とする汚水処理方法。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の汚水処理方法であって、
前記超音波は、前記汚水に超音波を照射する方向が互いに交差して共振により振幅が増大する状態に配設された複数の発振子を用いて照射される
ことを特徴とする汚水処理方法。
【請求項７】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の汚水処理方法であって、
前記汚水に前記超音波を照射する発振子と、この発振子における照射側に位置して軸方向が照射方向に略沿う状態に前記汚水中に配設され前記発振子から照射される前記超音波の推進力により前記汚水を軸方向で流通させる略筒状のドラフトチューブと、を用い、前記超音波を前記汚水に照射する
ことを特徴とする汚水処理方法。
【請求項８】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の汚水処理方法であって、
前記汚水に前記超音波を照射する発振子と、前記発振子における照射側に位置して前記汚水中に配設され内面側に前記発振子から照射される前記超音波を反射して前記超音波を所定の焦点に収束する状態に反射させる曲面状の反射面を有した略筒状の反射収束鏡と、を用い、前記超音波を前記汚水に照射する
ことを特徴とする汚水処理方法。
【請求項９】
請求項８に記載の汚水処理方法であって、
前記発振子は、複数配設され、
前記反射収束鏡は、反射面が前記複数の発振子から照射される超音波を所定の焦点に収束させる放物線形状に形成された
ことを特徴とする汚水処理方法。
【請求項１０】
請求項８に記載の汚水処理方法であって、
前記反射収束鏡は、前記発振子から照射される前記超音波を反射して前記超音波が収束して振幅が増幅する焦点位置が前記発振子の表面に位置する状態に楕円球面状に湾曲する反射面を有した略筒状に形成された
ことを特徴とする汚水処理方法。
【請求項１１】
請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載の汚水処理方法であって、
前記オゾンのマイクロバブルが供給された前記汚水を反復流路内に蛇行流通させ、流通方向に対して交差する方向に前記超音波を照射する
ことを特徴とする汚水処理方法。
【請求項１】
汚水中に、オゾンを平均粒径１００μｍ未満のマイクロバブルとして供給し、
このオゾンのマイクロバブルが供給された前記汚水に超音波を照射して、前記マイクロバブルを圧壊させる
ことを特徴とする汚水処理方法。
【請求項２】
請求項１に記載の汚水処理方法であって、
前記オゾンのマイクロバブルは、前記オゾンガスを流出するガス出口を有する回転羽根と、この回転羽根の周囲に前記回転羽根を覆う状態に配設された網状体とを備えたマイクロバブル発生器を用いて、前記汚水に供給される
ことを特徴とする汚水処理方法。
【請求項３】
請求項１に記載の汚水処理方法であって、
前記オゾンのマイクロバブルは、オゾンガスを前記汚水中に曝気するオゾンガス供給手段と、前記曝気されたオゾンガスの気泡および前記汚水の渦流状の混相流を形成させて前記気泡を微細化するスタティックミキサーとを備えたマイクロバブル発生器を用いて、前記汚水に供給される
ことを特徴とする汚水処理方法。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の汚水処理方法であって、
前記照射する超音波は、周波数が２０ｋＨｚ以上１５０ｋＨｚ以下である
ことを特徴とする汚水処理方法。
【請求項５】
請求項４に記載の汚水処理方法であって、
前記照射する超音波は、周波数が２０ｋＨｚ以上４０ｋＨｚ以下である
ことを特徴とする汚水処理方法。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の汚水処理方法であって、
前記超音波は、前記汚水に超音波を照射する方向が互いに交差して共振により振幅が増大する状態に配設された複数の発振子を用いて照射される
ことを特徴とする汚水処理方法。
【請求項７】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の汚水処理方法であって、
前記汚水に前記超音波を照射する発振子と、この発振子における照射側に位置して軸方向が照射方向に略沿う状態に前記汚水中に配設され前記発振子から照射される前記超音波の推進力により前記汚水を軸方向で流通させる略筒状のドラフトチューブと、を用い、前記超音波を前記汚水に照射する
ことを特徴とする汚水処理方法。
【請求項８】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の汚水処理方法であって、
前記汚水に前記超音波を照射する発振子と、前記発振子における照射側に位置して前記汚水中に配設され内面側に前記発振子から照射される前記超音波を反射して前記超音波を所定の焦点に収束する状態に反射させる曲面状の反射面を有した略筒状の反射収束鏡と、を用い、前記超音波を前記汚水に照射する
ことを特徴とする汚水処理方法。
【請求項９】
請求項８に記載の汚水処理方法であって、
前記発振子は、複数配設され、
前記反射収束鏡は、反射面が前記複数の発振子から照射される超音波を所定の焦点に収束させる放物線形状に形成された
ことを特徴とする汚水処理方法。
【請求項１０】
請求項８に記載の汚水処理方法であって、
前記反射収束鏡は、前記発振子から照射される前記超音波を反射して前記超音波が収束して振幅が増幅する焦点位置が前記発振子の表面に位置する状態に楕円球面状に湾曲する反射面を有した略筒状に形成された
ことを特徴とする汚水処理方法。
【請求項１１】
請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載の汚水処理方法であって、
前記オゾンのマイクロバブルが供給された前記汚水を反復流路内に蛇行流通させ、流通方向に対して交差する方向に前記超音波を照射する
ことを特徴とする汚水処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００９−１３１８２７（Ｐ２００９−１３１８２７Ａ）
【公開日】平成２１年６月１８日（２００９．６．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１１８８７６（Ｐ２００８−１１８８７６）
【出願日】平成２０年４月３０日（２００８．４．３０）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り グリーン・サステイナブル ケミストリー ネットワークが２００８年３月６日に発行した、『第８回 グリーン・サステイナブル ケミストリー シンポジウム予稿集』
【出願人】（０００１８３６２４）出光エンジニアリング株式会社 (18)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年６月１８日（２００９．６．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年４月３０日（２００８．４．３０）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り グリーン・サステイナブル ケミストリー ネットワークが２００８年３月６日に発行した、『第８回 グリーン・サステイナブル ケミストリー シンポジウム予稿集』
【出願人】（０００１８３６２４）出光エンジニアリング株式会社 (18)
【Ｆターム（参考）】
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