專利名稱：利用臭氧化處理水的方法以及相關的處理裝置的制作方法
在污水處理設備中進行水處理(在一定程度上清除塵埃物質)，或在生產設備中進行廢水處理已采用了各種措施，以便防止由于河水污染而引起在飲用水處理設備中異味物質或三鹵甲烷(一種致癌物質)進入飲用水，或防止由人類生活污水引起的河水污染。
日本專利申請第55-34160號公開揭示一種通過臭氧化進行水處理的裝置，在該裝置中，通過臭氧和空氣的混合，在氣體/液體接觸塔中實現氧化，對處理水進行有效處理。日本專利申請第63-93396號中公開揭示的一種水處理裝置中，污水在一個容器中通過注入臭氧經受氧化，并通過管狀薄膜過濾器過濾，成為無害水。
在通常的處理方法中，如果是槽式臭氧反應器，其深度是5至6米(底部相當于0.5-0.6kg/cm2·G)，而臭氧反應時間大約是10分鐘，如果是罐式，臭氧發生器的最佳排放壓力是0.7-1.0kg/cm2·G，所以，在兩種反應器中，都使大約1kg/cm2·G的臭氧氣體與處理水混合，以便進行臭氧化。因此，構制臭氧反應器的費用高達裝置費用的3至4倍。
另一方面，由于臭氧進入處理水的溶解反應定律是根據在液體中的亨利定律(壓力＝亨利常數×臭氧濃度)進行的，壓力越高，對處理水的溶解反應越快。所以一直期望一種能廉價地完成增壓臭氧化的方法。另外，關于中空薄膜過濾器，實際上已經確定了氣孔尺寸，所以根據輸入壓力過濾量增加，為此需要單獨設置增加壓力的泵，這樣導致成本的增加。
本發明的一個目的是提供一種增壓式臭氧水處理裝置和方法，它能實現裝置的小型化和減少總成本，其基礎是增加罐式臭氧反應器的壓力以促進氧化，并為增加凈化處理量，在輸出端提供過濾器。
在增壓式臭氧水處理裝置和方法中，使用臭氧發生器的最佳輸送壓力，由臭氧氣體壓氣機將一種物質注入臭氧反應器中，通過處理水壓縮機增壓以促進氧化，并在獲得潔凈水的輸出端設置過濾裝置。
根據本發明的實施例，能獲得下述效果。
(1)通過通常的臭氧發生器的最佳壓力引起臭氧氣體的產生，壓迫臭氧氣體并注入臭氧反應器，在這之后增加處理水壓力。所以能通過亨利定律迅速地促進氧化，以便迅速地分解在處理水中含有的有害物質。因此，臭氧反應器能小型化并使構制臭氧反應器的花費最小。當通過過濾裝置實際上清除有害物質時，由于過濾薄膜的輸入壓力高，它們能被有效地過濾，凈化處理能達到較高程度。這就省去了土木工程工作，例如挖掘，基本上提供了小而廉價的裝置。
(2)在清除有害物質后，處理后水的不同質量可以同時通過各種過濾器(例如MF過濾器、UF過濾器和NF過濾器)的組合來獲得。所以可以通過相同的處理裝置來獲得處理水，這樣，就能獲得不同功用的潔凈水處理裝置。
(3)臭氧氣體和處理水的增壓過程，臭氧反應時間和過濾時間能通過單獨的控制部分進行程序控制，所以操作控制簡單，并增加單位時間的過濾水量。
(4)臭氧反應器可以分成若干部分，并可以通過減壓閥進行朝向過濾裝置方向的增壓。所以，可以縮短凈化時間和增加過濾水量，這就導致降低總成本。
(5)根據本發明，將壓縮臭氧氣體的壓氣機、排水裝置，貯存處理水的處理水容器和壓縮臭氧氣體的裝置連接于臭氧反應器上、下設置的多個連接孔就可以立即構成臭氧水處理裝置。所以，與通常的臭氧水處理裝置相比較，省去了土木工程建筑工作，基本上提供一種小而價廉的裝置。
在本發明中，處理水增壓器8的傳動閥8a從左向右移動，就升高臭氧反應器6的內壓P2，并在時段T3保持這種狀態，因此可以縮短使處理水變成潔凈水的時間，例如，從不使用處理水增壓器的大約10分鐘縮短到3分鐘，實現臭氧反應器6的小型化和提高潔凈水的生產數量。
下面是本發明的附圖
圖1是顯示根據本發明一個實施例的臭氧水處理裝置的整個結構的示意圖。
圖2是圖1中的控制部分控制方法的時間曲線說明圖。
圖3是說明圖1和圖2的控制部分控制方法的框圖。
圖4是具有多個臭氧反應器的另一實施例的示意圖。
圖5是圖4的控制部分控制方法的時間曲線說明圖。
現在將參照圖1至圖3說明增壓式臭氧水處理裝置和方法，圖1是本發明的整個結構的示意圖。
當打開原料氣體量調節閥2，將原料氣體供應到臭氧發生器1，并通過變流器板(inventer board)3使臭氧發生器1內的電極輝光放電時，原料氣體形成臭氧氣體G。排放壓力調整到產生臭氧最佳效果的0.7至1kg/cm2·G，氣體經由單向閥4a充滿臭氧氣體壓氣機5，然后關閉原料氣體量調節閥2，以便使變流器板3停止并停止產生臭氧，即只在原料氣體量調節閥2操作期間進行輝光放電以產生臭氧。當圖1中的傳動閥5a向右移動而壓縮臭氧氣體時，單向閥4a使打關閉的單向閥4b打開，將臭氧注入臭氧反應器6。此時，處理水已經通過單向閥4c從處理水容器7注入臭氧反應器6，其道理是因為處理水容器的水面高于臭氧反應器6的頂部，因而由于重力作用使處理水注入臭氧反應器6。
另一方面，在處理水增壓器8中，當圖1中的傳動閥8a向右移動時，臭氧反應器6內的水壓上升。由傳動閥8a行程造成壓縮的容積，由于帕斯卡原理，促使容器內的壓力上升。當容器內的壓力值確定時，就可得到傳動閥8a的被壓縮的容積部分，就可確定處理水增壓器8的大小。即使臭氧反應器6的水壓升高，由于有單向閥4b和4c，處理水不會回流。水壓是通過水壓表9測定并輸入控制部分10的。
當從“關”到“開”操作電動閥11的(S1)或(S2)時，在臭氧反應器6中經受增壓氧化的處理水被輸送到過濾裝置12A、12B，過濾后又輸送到凈化容器13。在圖1中提供兩種過濾裝置12A和12B。作為過濾器的種類，MF過濾器具有1-0.1μm的氣孔尺寸，UF過濾器具有0.1-0.01μm的氣孔尺寸，NF過濾器具有0.01-0.001μm的氣孔尺寸，這些過濾器實際的清除范圍是不同的。當過濾裝置12A安裝有MF過濾器，而過濾裝置12B安裝有UF過濾器或NF過濾器時，在過濾的輸出端上，凈化容器將分成13A和13B。因此，可以得到凈化質量不同的處理水，以便用于不同的使用目的，例如飲用水和洗滌水等等。
下文將通過圖2中顯示的程序操作敘述控制部分10的控制方法。在圖2中，縱坐標軸表示壓力P(kg/cm2·G)，橫坐標軸表示時間T。
(1)當處理水從處理水容器7通過單向閥4c注入臭氧反應器6時，傳動閥5a在臭氧氣體壓氣機5內向右移動，使在臭氧氣體壓氣機內已充滿的臭氧氣體增壓，在時段T1行程從0至F.S(全程)，以便使內壓P1從1.0升至6.0kg/cm2·G。因為臭氧如圖1所示通過單向閥4b注入臭氧反應器6，所以在容器內的內壓P1將使壓力P＝P1。臭氧在臭氧反應器6的處理水中上升。
(2)臭氧在處理水中從底上升到水面的時間及延遲時間τ過后，控制部分10使變流器板3轉到開(操作)，傳動閥5a從右向左進行回程(F.S→O)，以便臭氧氣體從臭氧發生器1通過單向閥4a進入臭氧氣體壓氣機5，結果導致P1＝1kg/cm2·G。然后，變流器板3轉到“關”，以便通過原料氣體量調節閥2停止臭氧氣體的供應。這是開始階段到上述(1)的階段。在這一階段中，臭氧氣體能一直供應到臭氧反應器6內。
(3)在延遲時間τ開始時，控制部分10使處理水增壓器8的傳動閥8a從左向右移動，增壓的氣體在時段T2內行程從O至F.S，因此，內壓P2從6kg/cm2·G升到11kg/cm2·G，結果導致P＝P2的狀況。單向閥4b和4c防止壓力對臭氧氣體壓氣機5和處理水容器7起作用，這一內壓P2在時段T3得到保持，因此，由于亨利定律，在處理水中上升的臭氧泡沫增壓(P2)，以便產生良好的氧化反應。所以，將處理水變成凈化水需要的時間，可以從以前需要的大約10分鐘縮短到大約3分鐘。時間從10分鐘縮短到3分鐘可使臭氧反應器6小型化，并增加凈化水的生產量。
(4)在時段T3后的時段T4中，控制部分10使處理水增壓器8的傳動閥8a從右向左移動，致使回程(FS→S)，結果使壓力P2降到P3。在壓力P2行程FS時，過濾器12A、12B向外壓，呈現灰塵停留在過濾器內的狀態。在這種狀態下，壓力降到P3，回程S使向外壓的過濾器12A、12B轉到向內壓，以便清除停留在12A、12B內的灰塵。
(5)在時段T5中，當從將電動閥11從“關”設定為“開”時，在過濾裝置12中對處理水增壓，開始過濾，將水輸送到凈化容器13，結果壓力P3從4kg/cm2·G下降到1kg/cm2·G，如圖中單點劃線所示，但這是在一指數函數內。然后，如果壓力調整到1kg/cm2·G，而不是P＝0kg/cm2·G，用以節省過濾過程所需的時間，那么，傳動閥8a回程(S→O)并回到原來位置。
(6)之后，程序返回到上述的(1)，并重復操作，因此，經過“臭氧化+過濾”的處理水周期性地貯存到純凈水容器13中。
在圖4的結構示意圖中，臭氧反應器6至少分成兩套或更多，并設置有電動閥11的S3和減壓閥14。
圖5是圖2所示控制部分10的控制方法的時間圖。即在增壓至P2后，當電動閥11的S3從“關”調至“開”時，壓力P2通過減壓閥14降至P3′，臭氧反應器6B的壓力是P3′。過濾器12A和12B立即增壓，開始過濾，并輸送到凈化容器13。
當越過過濾時段T5后，壓力P3′下降，待過濾處理水減少。在圖4中，如果過濾裝置12包括兩套相同類型的過濾裝置12A和12B(例如只使用MF過濾器)，并將過濾水輸送到凈化容器13，那么，過濾處理量增加，這就可以在如圖1所示的過濾處理水的質量分開的情況和如圖3所示的過濾處理水量增加的情況之間加以選擇。
在圖2中，時段T4可以省去，使增壓情況P2＝P3。作為這種情況的效果，會出現一個缺陷，由于過濾薄膜的再生反向沖洗性能，當進口壓力太高時，使重復反向沖洗是困難的。然而，由于可隨意選用的一個過濾器的使用中，在短期內可使過濾量增加，P2＝P3的情況可用來增加過濾處理水量。
權利要求
1.增壓式臭氧水處理裝置，包括設在臭氧反應器下部、壓縮臭氧氣體的壓氣機，以及設在臭氧反應器上部，貯存的處理水的處理水容器；為水和臭氧氣體增壓的裝置，其中，增壓式臭氧水處理的方法的特征是包括以下步驟將處理水從處理水容器供應到臭氧反應器；在壓氣器中對臭氧氣體增壓；將增壓的臭氧氣體供應到臭氧反應器；在增壓器中壓迫臭氧氣體時，在一定的時間內，對在臭氧反應器內上升的臭氧氣體加壓。
2.增壓式臭氧水處理裝置，其特征在于包括控制部分，它順序地重復以下步驟將預定量的處理水從處理水容器供應到臭氧反應器后關閉閥；當通過移勸臭氧壓氣機內的第一傳動閥增壓時，將臭氧壓氣機中的臭氧氣體供應到臭氧反應器內的處理水中，通過移動增壓器內的第二傳動閥，使所述第一傳動閥返回到它的原來位置，將通過第二傳動閥增加的壓力供應到臭氧反應器中，在預定時間內，排出通過混合臭氧氣體和處理水所獲得的處理后的水；打開閥，以便使預定量的處理水從處理水容器供應到臭氧反應器。
3.根據權利要求2所述的增壓式臭氧水處理裝置，其特征在于它包括在臭氧反應器的下部和上部設置多個連接孔，連接到各個下部連接孔的壓縮臭氧氣體的壓氣機，排水部分，連接到各個所述上部連接孔的貯存處理水的處理水容器，對處理水和臭氧氣體增壓的裝置。
4.根據權利要求2至3中的任一項所述的增壓式臭氧水處理的方法和裝置，其特征在于多種過濾裝置設置在所述排水部分的一側。
5.根據權利要求2至4中的任一項所述的增壓式臭氧水處理裝置，其特征在于在預定時間之后，通過所述控制部分減少在臭氧反應器中的潔凈水的壓力，并通過排水部分的過濾裝置排出潔凈水。
6.根據權利要求2至5中的任一項所述的增壓式臭氧水處理的方法和裝置，其特征在于減壓閥設置在兩套臭氧反應器之間，而多個過濾裝置設置在臭氧反應器的末端一側。
7.增壓式臭氧水處理裝置，其特征在于包括在臭氧反應器的下部和上部設置的多個連接孔；連接到各個下部連接孔的壓縮臭氧氣體的壓氣機；排水部分；連接到各個所述上部連接孔的貯存處理水的處理水容器；對處理水和臭氧氣體增壓的增壓裝置。
全文摘要
在普通飲用水處理方法中的臭氧反應器中,由于使用臭氧發生器的最佳輸出壓力,它需要用臭氧氣體凈化處理水的時間。臭氧發生器(1)中的臭氧氣體貯進臭氧氣體壓氣機(5)后被壓縮,不斷輸進臭氧反應器(6),并通過處理水增壓器(8)立即增壓,從而迅速促進臭氧的氧化作用,結果,由于在臭氧反應器中的處理水和臭氧被增壓,氧化速率較高,與不使用處理水增壓器的裝置相比,凈化處理水的時間可以縮短,臭氧反應器可以小型化。
文檔編號C02F1/44GK1190646SQ9810443
公開日1998年8月19日 申請日期1998年2月13日 優先權日1997年2月14日
發明者山下正幸, 后藤高志, 鹽野繁男, 中澤正光, 小松直人 申請人:株式會社日立制作所