キャビテーション
応用分野 - 浄水

浄水

キャビテーションは水処理における先駆的なソリューションであり、その高い環境親和性と他のプロセスとの互換性が評価されています。化学添加物を一切使用することなく、汚染物質の削減効率を最大70％向上させることができます。

キャビテーションによる水浄化は、キャビテーション気泡が崩壊する際に発生する物理化学的プロセスに基づいています。局所的に非常に高い圧力と温度が発生し、熱劣化と酸化作用が生じる。キャビテーション中に発生するせん断力、衝撃波、反応性ラジカルには殺菌効果があります。

RAPTECH社のCaviFlow®インラインモジュールは、水処理プラントに組み込むことで、持続可能な水浄化のための革新的で効果的なプラグ＆プレイソリューションを提供します。

有機汚染物質の酸化分解と汚泥処理
バクテリア、ウイルス、藻類の細胞構造の破壊
乳化油、マイクロプラスチック、コロイド粒子の不安定化
キャビテーションがサポートする前処理は、下流のプロセスの効率をサポートします。
曝気効率の向上

キャビテーションを利用した水処理の代表的な応用分野は、自治体の廃水処理プラント、工業廃水、プロセス水の殺菌、スイミングプールの消毒です。石油・ガス産業では、油の除去や精製廃水の処理にキャビテーションが使用されています。

CaviFlow®インラインモジュールによる浄水の利点

コスト効率

効果的な汚染物質分解

化学添加物不使用

従来のプロセスよりも効率的

+70%

の改善

キャビテーションによる汚染物質の分解

+30%

比較するとより効率的

従来の方法に

適用分野

下水処理場
廃水処理プラント
工業プロセスおよび廃水
技術プロセスおよび廃水
商業プロセスおよび廃水
農業プロセス水
サービスおよびプロセス水
冷却水およびボイラー水
汚泥処理
水のリサイクル
消毒
飲料水処理
原水処理
自治体の水道事業
プール

CaviFlow®モジュール

水処理プラントへの統合

CaviFlow®インラインモジュールのキャビテーションは、物理的効果を非常に効率的に利用し、インフラをほとんど必要とせず、短時間で動作し、省スペースで統合できるため、水処理において特にコンパクトでエネルギー効率の高いソリューションとなっています。

高い反応速度によるコンパクトなリアクター

キャビテーション気泡の崩壊時の極端な条件は、非常に速い反応をもたらします。汚染物質は数分の1秒で分解されます。このため、滞留時間の短いコンパクトなリアクターの設計が可能になり、移動式や省スペースのアプリケーションに最適です。

既存の流動エネルギーの利用

特に流体力学的キャビテーション（ベンチュリーノズルやキャビテーションローターなど）の場合、システムの流動エネルギーを利用したり、既存のポンプから供給したりすることができます。他の高度酸化プロセス（AOPs）と比較して、必要なエネルギーは低い。

スケーラビリティとモジュール性

キャビテーションシステムはモジュール式で、大規模な用途にも簡単に拡張できます。既存の配管システムに簡単に統合できるため、必要なスペースを最小限に抑えることができます。

CaviFlow®モジュール

水処理プラントへの統合

過酷な物理的条件

CaviFlow®インラインモジュールは、キャビテーションバブルの崩壊により、最高5,000℃の温度、数百バールの圧力、衝撃波、強力な微小乱流が発生するため、浄水中の汚染物質の分解に特に効果的です。これらの極端な物理的条件は、水中で直接、非常に反応性の高いプロセスを引き起こします。

反応性の高い化学種（ラジカル）の生成

キャビテーション崩壊時の水（H₂O）と酸素の熱分解により、ヒドロキシラジカル（OH）、過酸化水素（H₂O₂）、スーパーオキシドアニオン（O₂）、オゾン（O₃）などの化学ラジカルも生成される。これらのラジカルは非常に反応性が高く、汚染物質を即座に攻撃し、C-H、C=C、その他の有機結合をより小さな、多くの場合無害な分子に分解する。

物理的・化学的同時攻撃

ラジカルによる化学的攻撃に加え、微生物の細胞壁を破壊するせん断力とマイクロジェットによる超高速混合、粒子、エマルジョン、バイオフィルムを破壊する衝撃波も効果を発揮します。この組み合わせにより、汚染物質は化学的に分解されるだけでなく、物理的に不安定化または脱着される。

CaviFlow®モジュール

水処理プラントへの統合

CaviFlow®インラインモジュールによるキャビテーションは、水処理における曝気効率を向上させます。キャビテーションフィールドの高いダイナミクスにより、空気（または純酸素）と水の接触が大幅に強化されます。既存の曝気システムと比較して、同じ性能を維持しながら必要なエネルギーを削減することができます。

マイクロガスバブルによる酸素移動速度の向上

キャビテーション気泡の崩壊により、従来注入されていた気泡よりもはるかに小さい二次気泡が発生します。この気泡は比表面積が大きく、上昇速度が遅いため滞留時間が長く、水中での溶解効率が高い。このため、粗い気泡の曝気システムと比べて、酸素投入量が大幅に改善される。

ミクロレベルでの集中的な混合

キャビテーションは、リアクター全体に酸素の均一な分布を促進する強力な微小乱流とせん断力を発生させます。そのため、活性汚泥中の微生物はより良い酸素を供給され、同じ分解効果を得るために必要な酸素量も比例して少なくなります。これにより、酸素消費量がさらに最適化される。

総エネルギー必要量の削減

単位エネルギーあたりの酸素投入量が増加するにつれて、必要なブロワー出力（圧縮空気用など）を削減したり、既存の換気システムをより効率的に運転したりすることができる。多くの用途において、比エネルギー必要量（kWh/kg O₂）は大幅に減少する。

CaviFlow®モジュール

水処理プラントへの統合

CaviFlow®インラインモジュールによるキャビテーションは、化学添加物を一切使用せずに機能します。オゾン、塩素、過酸化水素のような外部化学物質を投与することなく、ヒドロキシルラジカルなどの酸化剤を水中で直接生成します。また、貯蔵タンクや注入ステーション、安全インフラも不要で、スペースとエネルギーを節約できます。分解が非常に困難な物質やプロセスの最適化など、特殊な場合にのみ、少量の試薬との組み合わせが有効です。その結果、プロセス全体として、省資源、環境に優しく、経済的であり続けることができる。

リバウンド効果や問題となる分解生成物がない

一部の化学プロセス（塩素処理など）とは対照的に、キャビテーションでは制御が困難な副生成物も発生しません。反応は通常、CO₂、H₂Oまたはより小さい生分解性分子のような無害な最終生成物をもたらす。

CaviFlow®モジュール

水処理プラントへの統合

CaviFlow®インラインモジュールによるキャビテーションは、生物学的または物理化学的浄化ステージの効率を向上させ、例えば下流の曝気またはろ過に必要なエネルギーが少なくて済むことを意味します。また、添加剤の投与量を削減したり、完全に回避したりすることもできます。さらに、キャビテーションは連続プロセスとして運転することができます。これにより、供給濃度が変化しても、汚染物質を一定に制御して削減することができます。