JP2000093983A - オゾンによる水処理システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 オゾン接触池の原水中から気中に排出された
排オゾン中の水分を除去して、オゾン接触池の原水中に
戻し、これによってオゾンの再利用を促進して、原水中
のオゾン濃度を一定に制御する。 【解決手段】 オゾン接触池７に処理対象となる原水６
を導くとともに、冷却装置２、空気源ブロワ３、空気乾
燥装置４、オゾン発生装置５によって、周囲の空気を取
り込んで、オゾンを生成し、このオゾンをオゾン接触池
７内の原水６に吹き込んで、原水６をオゾン処理しなが
ら、排オゾンリサイクルプロワ１２、排オゾン再生機１
１によって、オゾン接触池７の排オゾン８を取り込ん
で、水分、有機物質などを除去した後、オゾン接触池７
の原水６中に戻し、原水６を再度、オゾン処理する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、上水場などに配置
され、処理対象となっている原水にオゾンを注入して、
原水を浄化する水処理システムに係わり、特にオゾンの
利用効率を向上させて、効率良く原水を処理するオゾン
による水処理システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】《オゾン処理の必要性》今日、水処理プ
ロセスに求められる機能が徐々に変化し、単に飲める水
からおいしい水へ、更には安全な水へと、順次、質の高
い水を求める動きが高まり、これに伴い、既存の水処理
プロセスについても、そのあり方や操作方法が見直され
つつある。

【０００３】中でも飲料水を製造する際に使用される塩
素処理は、病原性細菌群の消毒に必須なものとされてき
たが、その酸化力ゆえに、天然水を塩素処理しても、ト
リハロメタン、全有機塩素化合物など、ＢＨＣやＤＤ
Ｔ、ＰＣＢなどの毒性や蓄積性などから、かなりの毒
性、蓄積性などが類推される各種の有機塩素化合物を発
生させるという懸念があり、これらを少しでも低減する
高度処理方法として、オゾン処理が見直されている。

【０００４】さらに、近年、水源の汚濁による富栄養化
の進行に伴って、水道水の味に関する問題、カビ臭など
の異臭に関する問題が全国的に発生し、安全でおいしい
水を指向する需要者のニーズを受けた各水道事業体で
は、その対策に苦慮しているところである。

【０００５】現在、カビ臭の原因物質として、２−メチ
ルイソボルネオールおよびジオスミンが知られ、さらに
ある種の藍藻類が発臭に関与していることがわかってき
た。カビ臭は、おおむね水温が上昇する４月頃から夏季
を中心として発生し、通常の浄水処理である急速ろ過シ
ステムだけで、これを除臭できないため、原水に粉末活
性炭を添加して、カビ臭の原因物質を吸着処理し、除臭
している。

【０００６】しかし、このような粉末活性炭だけでは、
除臭対策として限界があり、臭気が強いときには、これ
を完全に除臭できない。また、カビ臭以外の藻臭やその
他の臭気が強いときには、年間を通じて粉末活性炭を注
入しなければならないなどの不都合が生じ、臭気除去に
対する抜本的対策が必要となってきた。そこで、異臭味
除去方法等に対する種々の検討を行う中、オゾン処理シ
ステムの導入が注目され始めている。

【０００７】このオゾン処理システムでは、これまで行
われてきた浄水処理である凝集・沈澱・急速ろ過処理
で、対処できなかったカビ臭にはもちろん、特に微量有
機物に対してオゾンは強力な分解除去効果を発揮する
が、新しいオゾンの機能として、有機物の生分解性の増
大、ほかの酸化剤との併用による酸化力の増大（複合酸
化）、凝集性向上といった、複合処理時の相乗効果に対
する効果も高まっている。

【０００８】《オゾンの歴史》ところで、オゾンを水処
理に適用しようという試みは、１８８６年頃フランスに
始まるとされ、その後１９０６年には、ニースのＢｏｎ
Ｖｏｙａｇｅの１．９万ｔ／日の浄水場で実用化され
ている。１９１６年には、世界中で、オゾン利用の浄水
場の数が４９ヶ所（その内２９ヶ所がフランスにあっ
た）になり、さらに１９４０年には、オゾン利用の浄水
場の数が１１９ヶ所になり、Ｒｉｃｅの報告によれば、
１９７７年頃、１，０００ヶ所程度に達したとされてい
る。

【０００９】わが国での浄水操作への適用は昭和７年頃
に始まったといわれるが、オゾン利用の興味が一般化し
たのは昭和３０年代中頃で、その後、昭和４０年代の中
頃には関西を中心に飲料水の臭い水問題が発生し、その
解決策を検討する際に処理法の一つとして取り上げら
れ、パイロットプラント規模の実験を通して検討された
のが第一次頂点である。

【００１０】《オゾン処理の一例》現在、オゾンを利用
した代表的な浄水場の処理フローとしては、オゾン＋凝
集・沈澱＋急速ろ過のような「前オゾン処理」、凝集・
沈澱＋オゾン＋急速ろ過または、凝集・沈澱＋急速ろ過
＋オゾン＋粒状活性炭のような「中オゾン処理」、凝集
・沈澱・ろ過＋オゾン（＋粒状活性炭）のような「後オ
ゾン処理」、中オゾン処理と後オゾン処理の併用など、
処理原水の特性、除去対象物質等を考慮して処理方法の
選択がなされている。

【００１１】一般的なオゾン処理設備の構成は、原料ガ
ス前処理装置、オゾン発生機、オゾン接触池、排オゾン
処理装置、制御装置等からなっている。

【００１２】オゾンの大量発生には、通常、無声放電法
が使用される。原料ガス前処理装置で処理された原料ガ
スをオゾン発生機へ通し、交流電圧（７〜２０ｋｖ）を
印加して放電を行い、オゾンを発生させる。その際、必
要な電力は、オゾン１ｋｇあたり約２０ｋＷｈ、前処理
装置、接触池等を含め、３０〜３５ｋＷｈになる。ま
た、放電により熱を発生するため、オゾン発生機には冷
却設備も必要となる。

【００１３】さらに、オゾン接触池では、原水中に注入
したオゾンの一部が、原水に吸収されずに、大気中に排
出されるため、大気汚染防止上、これを処理しなければ
ならない。オゾンは比較的、水に溶けにくく、水中にお
いてはヘンリーの法則に従う。すなわち、吹き込まれた
オゾンは反応物質により消費されるオゾン、水中に残留
するオゾンおよび未反応のまま大気中に放出されるオゾ
ンに分けることができる。ヘンリーの法則によれば、水
中にとけ込むオゾンはその分圧に比例するので、吹き込
みオゾン濃度やオゾン注入率に応じた、ある吸収率の値
を示し、残りが排オゾンとして大気中に放出されること
になる。大気中のオゾンは水中に比べて分解しにくく、
オキシダントとして存在し、光化学スモッグ等の原因に
なるので、適当な装置により許容値以下に処理する必要
がある。この値は労働基準法により、光化学オキシダン
トの１時間平均値を準用して０．０６ｐｐｍとしてい
る。

【００１４】前述のようにオゾンの気液接触において
は、排オゾンの排出はさけられないので、この処理のた
め各種の単位操作が考えられる。具体的には、熱分解
法、触媒分解法、活性炭吸着法等があげられる。

【００１５】熱分解法による処理は、常温の大気中では
オゾンの分解速度が遅いものの、熱を加えることにより
極めて短時間に分解し、酸素に還元されるという特徴を
利用した方法である。オゾンの熱分解に及ぼす因子は加
熱温度、加熱時間、入り口オゾン濃度等であり、同一入
り口オゾン濃度に対して加熱温度が高いほど、除去率が
高く、また風量が少ない、すなわち滞留時間が長いほど
除去率が高くなる。さらに、加熱温度および滞留時間に
関して、入り口オゾン濃度が大きくなるにつれて、出口
オゾン濃度も大きくなる。加熱温度を高くした場合は、
入り口オゾン濃度に関係なく出口オゾン濃度を一定にす
ることができる。以上のような特性から加熱温度４００
〜５００℃、加熱時間１ｓｅｃ、入り口オゾン濃度１．
２〜２ｇ／ｍ³程度で考えたとき、ほぼ１００％除去で
きると考えられている。しかし、このような処理を行う
ためには、多大なエネルギー消費がともない、通常この
ために灯油を使用することから消防法による規制を受
け、また周囲に対する防火上の配慮が必要で、具体的な
燃料消費量は３０〜５０Ｌ／ｈとなる。

【００１６】次に、触媒分解法は、触媒として金属酸化
物を用いて気相中のオゾンの自己分解を促進させる方法
である。金属酸化物としては、VIII属金属やマンガン酸
化物が知られているが低温度で使用したとき、または反
応が進んだときに効力の低下を生じるという性質があ
る。また、排オゾン中に含まれる水蒸気が触媒毒として
作用するために、オゾン分解効率を低下させることがあ
る。オゾンの分解効率は温度が高いほど向上し、パラジ
ウム系、白金系、マンガン系の順に優れている。実装置
においてはこれらの金属酸化物の中でニッケルおよびマ
ンガンの酸化物の採用が考えられるが、ニッケルは高価
であり高温での使用が条件となるが、空気中の炭酸ガス
により次第に効力が低下する。また、マンガンは空気中
の成分による効力の低下はないが加熱して使用する必要
がある。触媒によるオゾン分解では、低温においてはオ
ゾン除去率は入り口濃度および温度の影響を受けるが、
ある温度以上では入り口濃度に関わらず温度により一定
となる。また、低温の場合は滞留時間が長いほど除去率
は大きくなるが、温度が高くなると滞留時間の影響がな
くなる。このように高温における処理が必要なことか
ら、前述の熱分解法のように高エネルギー消費が伴う処
理となる。

【００１７】さらに、活性炭吸着法はオゾンに限らず、
ガス中の成分を吸着することで良く知られている。無数
の細孔による物理吸着によるものといわれているが、オ
ゾン吸着に関しては、その実験現象によれば単なる物理
吸着のみでなく、化学反応を併用していると考えたほう
が理解しやすい。つまり、活性炭層において、オゾンは
３Ｃ＋３Ｏ₃→２ＣＯ₂＋ＣＯ＋Ｏ₂なる分解反応による
部分が大きい。活性炭処理は装置が簡単であり維持管理
が容易である。ただし、高濃度のオゾンを連続して通す
と、前述の反応式によるオゾンの分解により活性炭の温
度が上昇し、またオゾンとともに存在する窒素酸化物が
長時間蓄積されることにより、爆発にいたる危険性もあ
る。また、活性炭はオゾンと接触することにより炭酸ガ
スとなって消費され、さらに吸着により飽和に達すると
その効力が失われるので、活性炭の再生および薪炭補充
が必要となる。活性炭処理が高オゾン処理に不向きなこ
とから単独で使用されることは少なく、前述の熱分解
法、および触媒分解法のバックアップ処理として併用さ
れる例が多い。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、オゾン
を使用した水処理システムを導入することは、大量の電
力消費につながることが必須であり、これにより近年、
問題視されている二酸化炭素問題にも大きな影響を与え
ることになることは容易に推測される。特に、オゾン発
生機の大容量化が図られることにより、オゾンは人体に
悪影響を及ぼすというのは紛れもない事実である以上、
排オゾン処理への関心は非常に大きなものとなることも
必須であろう。そのために確実な排オゾン処理が導入さ
れるべきであるが、前述したように排オゾン処理に伴う
電力消費は無視できないことである。また、これに伴う
二酸化炭素の発生を考えてみよう。現在もっとも確実な
排オゾン処理される熱分解法では３０〜５０Ｌ／ｈの灯
油を消費するといわれている（前述参照）。これにより
得られる熱量は３６０，０００ｋｃａｌ／ｈとすると、
この際に発生する二酸化炭素量は約３０ｋｇ／ｈとな
る。一方、オゾン発生に伴う電力消費は３０〜３５ｋＷ
ｈといわれているが、これにより発生する二酸化炭素量
は約６０ｋｇと計算される（二酸化炭素発生量について
は「平成９年度環境白書」参照）。

【００１９】以上のことから、今後のオゾン処理施設に
おいて、電力消費量を少しでも低減すること、そして環
境にやさしい処理システムであることが必須課題である
ことは明確であると考えざるを得ない。

【００２０】本発明は上記の事情に鑑み、請求項１で
は、オゾン接触池の原水中から気中に排出された排オゾ
ン中の水分を除去して、オゾン接触池の原水中に戻すこ
とができ、これによってオゾンの再利用を促進して、原
水中のオゾン濃度を一定に制御することができるオゾン
による水処理システムを提供することを目的としてい
る。

【００２１】請求項２では、多大なエネルギーを使用す
ることなく、オゾン接触池から余分な排オゾンを除去し
て、大気中に排オゾンがでないようにしながら、オゾン
接触池の原水中から気中に排出された排オゾン中の水分
を除去して、オゾン接触池の原水中に戻すことができ、
これによってオゾンの再利用を促進して、原水中のオゾ
ン濃度を一定に制御することができるとともに、オゾン
発生、オゾン分解に要する電力量を大幅に減少させ、消
費電力のみなず、発電時に発生する二酸化炭素を大幅に
低減させることができるオゾンによる水処理システムを
提供することを目的としている。

【００２２】請求項３では、エネルギーをほとんど使用
することなく、オゾン接触池の原水中から気中に排出さ
れた排オゾン中の水分を効率的に除去して、オゾン接触
池の原水中に戻すことができ、これによってオゾンの再
利用を促進して、原水中のオゾン濃度を一定に制御する
ことができるとともに、オゾン発生、オゾン分解に要す
る電力量を大幅に減少させ、消費電力のみなず、発電時
に発生する二酸化炭素を大幅に低減させることができる
オゾンによる水処理システムを提供することを目的とし
ている。

【００２３】請求項４では、エネルギーをほとんど使用
することなく、オゾン接触池の原水中から気中に排出さ
れた排オゾン中の水分を効率的に除去して、オゾン接触
池の原水中に戻すことができ、これによってオゾンの再
利用を促進して、原水中のオゾン濃度を一定に制御し
て、原水の処理時間を低減させることができるととも
に、オゾン発生、オゾン分解に要する電力量を大幅に減
少させ、消費電力のみなず、発電時に発生する二酸化炭
素を大幅に低減させることができるオゾンによる水処理
システムを提供することを目的としている。

【００２４】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明は、請求項１では、オゾンを発生するととも
に、発生したオゾンをオゾン接触池に貯留されている原
水中に注入するオゾン発生装置と、前記オゾン接触池の
原水中に溶け込まずに気中に排出された排オゾンを取り
込むとともに、膜ドライヤによって前記排オゾン中に含
まれている水分を除去して再生オゾンを生成し、これを
前記オゾン接触池の前記原水に注入する排オゾン再生装
置とを備えたことを特徴としている。

【００２５】請求項２では、請求項１に記載のオゾンに
よる水処理システムにおいて、前記オゾン接触池内にあ
る原水から気中に放出される排オゾンのうち、前記排オ
ゾン再生機で再生されない分の排オゾンを取り込み、活
性炭に吸着させる排ガス処理塔を備えたことを特徴とし
ている。

【００２６】請求項３では、請求項１、２のいずれかに
記載のオゾンによる水処理システムにおいて、前記膜ド
ライヤは、再生セルロース、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタ
クリレート）、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）、ＰＡ
Ｎ（ポリアクリロニトリル）、ｉｔＰＰ（ポリプロピレ
ン）、ＰＥ（ポリエチレン）のいずれかの材料を用いた
中空糸膜を有することを特徴としている。

【００２７】請求項４では、請求項１、２、３のいずれ
かに記載のオゾンによる水処理システムにおいて、前記
膜ドライヤは、再生セルロース、ＰＭＭＡ（ポリメチル
メタクリレート）、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）、
ＰＡＮ（ポリアクリロニトリル）、ｉｔＰＰ（ポリプロ
ピレン）、ＰＥ（ポリエチレン）のいずれかの材料に親
水性を持たせた中空糸膜を有することを特徴としてい
る。

【００２８】上記の構成により、請求項１では、オゾン
発生装置によって、オゾンを発生し、これをオゾン接触
池に貯留されている原水中に注入するとともに、排オゾ
ン再生装置によって、オゾン接触池の原水中に溶け込ま
ずに気中に排出された排オゾンを取り込むとともに、膜
ドライヤによって排オゾン中に含まれている水分を除去
して再生オゾンを生成し、これをオゾン接触池の原水に
注入する。これにより、オゾン接触池の原水中から気中
に排出された排オゾン中の水分を除去して、オゾン接触
池の原水中に戻し、オゾンの再利用を促進して原水中の
オゾン濃度を一定に制御する。

【００２９】請求項２では、排ガス処理塔によって、オ
ゾン接触池内にある原水から気中に放出される排オゾン
のうち、排オゾン再生機で再生されない分の排オゾンを
取り込み、排ガス処理塔にセットされた活性炭に吸着さ
せる。これにより、多大なエネルギーを使用することな
く、オゾン接触池から余分な排オゾンを除去して、大気
中に排オゾンがでないようにしながら、オゾン接触池の
原水中から気中に排出された排オゾン中の水分を除去し
て、オゾン接触池の原水中に戻し、オゾンの再利用を促
進して原水中のオゾン濃度を一定に制御するとともに、
オゾン発生、オゾン分解に要する電力量を大幅に減少さ
せ、消費電力のみなず、発電時に発生する二酸化炭素を
大幅に低減させる。

【００３０】請求項３では、膜ドライヤとして、再生セ
ルロース、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、Ｐ
ＶＡ（ポリビニルアルコール）、ＰＡＮ（ポリアクリロ
ニトリル）、ｉｔＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＥ（ポリ
エチレン）のいずれかの材料を用いた中空糸膜を使用す
る。これにより、エネルギーをほとんど使用することな
く、オゾン接触池の原水中から気中に排出された排オゾ
ン中の水分を効率的に除去して、オゾン接触池の原水中
に戻し、オゾンの再利用を促進して原水中のオゾン濃度
を一定に制御するとともに、オゾン発生、オゾン分解に
要する電力量を大幅に減少させ、消費電力のみなず、発
電時に発生する二酸化炭素を大幅に低減させる。

【００３１】請求項４では、請求項１、２、３のいずれ
かに記載のオゾンによる水処理システムにおいて、膜ド
ライヤとして、再生セルロース、ＰＭＭＡ（ポリメチル
メタクリレート）、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）、
ＰＡＮ（ポリアクリロニトリル）、ｉｔＰＰ（ポリプロ
ピレン）、ＰＥ（ポリエチレン）のいずれかの材料に親
水性を持たせた中空糸膜を使用する。これにより、エネ
ルギーをほとんど使用することなく、オゾン接触池の原
水中から気中に排出された排オゾン中の水分を効率的に
除去して、オゾン接触池の原水中に戻し、オゾンの再利
用を促進して原水中のオゾン濃度を一定に制御し、原水
の処理時間を低減させるとともに、オゾン発生、オゾン
分解に要する電力量を大幅に減少させ、消費電力のみな
ず、発電時に発生する二酸化炭素を大幅に低減させる。

【００３２】

【発明の実施の形態】《発明の基本原理》まず、本発明
による水処理システムの具体的な説明に先だって、本発
明による水処理システムの基本原理について説明する。

【００３３】まず、本発明者らは、今後の浄水処理シス
テムとして、オゾンを使用した水処理が益々導入される
と考えた。そして、このようなオゾン処理では、環境問
題をも配慮したものにしなければならないことから、
「排オゾン処理」をもっとも重視した。オゾン接触池か
ら排出される排オゾンを処理しなければならないことは
前述した通りである。しかしながら、このためのエネル
ギー消費や、二酸化炭素発生問題についても、決して無
視できない。

【００３４】そこで、本発明者らは、これまで処理して
きた排オゾンを回収し、もう一度、オゾン接触池に吹き
込む「排オゾンのリサイクル」に注目した。これによ
り、排オゾン処理のためのエネルギーが低減され、さら
にオゾン接触池におけるオゾン反応の効率が増すと予想
される。この場合、特に考えなくてはならないのは、排
オゾンリサイクル設備費および運転費と、吸収効率向上
による排ガス処理設備との経済比較である。さらに、排
オゾンを回収し、そのままオゾン接触池に吹き込んで
も、十分な効果が得られない。それは、排オゾンには、
水分が飽和状態で含まれているたため、オゾン接触池で
十分な反応が起こらないからである。これまでも、排オ
ゾンリサイクルについて検討がいくつかなされてきたに
も関わらず、十分な効果が得られていないのは、この点
にあったといえる。

【００３５】しかしながら、排オゾン中の水分除去を行
なう装置として、煩雑な装置を導入することは、リサイ
クル設備費の高騰につながるとともに、その処理によ
り、オゾンが還元反応を起こしてしまうこともあること
から、オゾンのリサイクルを行なう場合、処理機構が簡
素で、設備導入における費用、運転費用が安価であるこ
とが重要である。

【００３６】このような観点から、本発明者らは、簡単
な操作で、かつ運転費用も安価な排オゾン再生方法とし
て、膜ドライヤを導入する方法を考案した。この場合、
膜ドライヤとしては、再生セルロース、ＰＭＭＡ（ポリ
メチルメタクリレート）、ＰＶＡ（ポリビニルアルコー
ル）、ＰＡＮ（ポリアクリロニトリル）、ｉｔＰＰ（ポ
リプロピレン）、ＰＥ（ポリエチレン）などの材料を使
用した中空糸膜が用いられる。そして、膜ドライヤに導
入された排オゾンは、中空糸膜を構成するマカロニのよ
うな中空型の繊維の中を通過することにより、水分だけ
が除去される。

【００３７】このとき、中空糸膜の材質により、紡糸法
が異なるため、繊維の分子配向に高低の差が生じる。水
分除去に中空糸膜を用いる場合、強度的に満足であれ
ば、分子配向は低い方が良い。このため、前述の材質の
中でも、ＰＡＮ、再生セルロースのように、湿式紡糸法
による繊維が特に望ましい。

【００３８】また、水分除去の効率を上げるため、吸水
性の良い加工も効果的である。ＰＡＮのようなアクリル
繊維では、親水ポリマを添加して紡糸した後、溶剤によ
って溶かして、微細多孔化したものがあり、非常に効果
的である。

【００３９】このように、本発明による水処理システム
では、以上のような性質を有した中空糸膜を膜ドライヤ
として排オゾン再生機に組み込み、排オゾンを膜ドライ
ヤに通して、排オゾン中の水分や有機物質だけを除去
し、これによってオゾンには何んら影響を与えることな
く、オゾン接触池に排オゾンを吹き込む。

【００４０】この結果、処理機構を簡素化し、設備導入
における費用を安価にするとともに、オゾン中の水分を
除去して、オゾンの再利用を促進し、さらに原水中のオ
ゾン濃度を一定に制御するとともに、オゾン発生、オゾ
ン分解に要する電力量を大幅に減少させ、消費電力のみ
なず、発電時に発生する二酸化炭素を大幅に低減させ
る。

【００４１】《発明の実施の形態》図１は本発明による
水処理システムの実施の形態を示すブロック図である。

【００４２】この図に示す水処理システム１は、冷却水
を製造する冷却装置２と、空気を取り込む空気源ブロワ
３と、冷却装置２から供給される冷却水を使用して、空
気源ブロワ３から送り出される空気を乾燥させる空気乾
燥装置４と、冷却装置２から供給される冷却水を使用し
て装置各部を冷却しながら、空気乾燥装置４から排出さ
れる空気を無声放電させて、オゾンを発生するオゾン発
生装置５と、処理対象となる原水６を取り込んで貯留し
ながら、オゾン発生装置５から排出されるオゾンを原水
６中に吹き込むオゾン接触池７と、このオゾン接触池７
から排出される排オゾン８を処理して無害化する排ガス
処理塔９と、膜ドライヤ１０を有し、オゾン接触池７か
ら排オゾン８を吸い込むとともに、この排オゾン８中に
含まれている水分、有機物質などを除去して再生オゾン
を生成する排オゾン再生機１１と、この排オゾン再生機
１１に負圧を与えて、オゾン接触池７から排オゾン８を
吸い出させるとともに、この排オゾン再生機１１から排
出される再生オゾンをオゾン接触池７の原水６中に戻す
排オゾンリサイクルブロワ１２とを備えている。

【００４３】そして、オゾン接触池７に処理対象となる
原水６を導くとともに、冷却装置２、空気源ブロワ３、
空気乾燥装置４、オゾン発生装置５によって、周囲の空
気を取り込んで、オゾンを生成し、このオゾンをオゾン
接触池７内の原水６に吹き込んで、原水６をオゾン処理
しながら、排オゾンリサイクルプロワ１２、排オゾン再
生機１１によって、オゾン接触池７の排オゾン８を取り
込んで、水分、有機物質などを除去した後、オゾン接触
池７の原水６中に戻し、原水６を再度、オゾン処理する
とともに、排ガス処理塔９によって、オゾン接触池７内
の余分な排オゾン８を分解処理する。

【００４４】空気源ブロワ３は、１．２Ｋｇ／ｃｍ²×
１１０ＫＷで、１５００Ｎｍ³／ｈの空気を送り出す能
力を持つブロワ、例えばエバラ社製のロータリーブロワ
「２００×１５０ＨＥＲＢＲ」などによって構成されて
おり、周囲にある空気を取り込んで、これを空気乾燥装
置４に供給する。

【００４５】また、冷却装置２は、コンプレッサによっ
て冷媒ガスを圧縮し、これによって得られた冷熱によっ
て、冷却水を冷却する通常の冷却装置などによって構成
されており、空気乾燥装置４から供給される冷却水を冷
却して、これを空気乾燥装置４に戻すとともに、オゾン
発生装置５から供給される冷却水を冷却して、これをオ
ゾン発生装置５に戻す。

【００４６】また、空気乾燥装置４は、冷却装置２から
供給される冷却水を利用して、空気源ブロア３から供給
される空気を冷却し、この空気中に含まれる水分を除去
するとともに、８ｈｒ毎に再加熱を繰り返す全自動加熱
再生２塔型の空気乾燥機によって構成されており、８ｈ
ｒ毎に再加熱を繰り返しながら、冷却装置２から供給さ
れる冷却水によって、空気源ブロア３から供給される空
気を冷却して、水分を除去し、これによって露点が“−
６０℃”になるまで乾燥させた空気（乾燥空気）を生成
し、これをオゾン発生装置５に供給する。

【００４７】オゾン発生装置５は、１００００Ｖ〜２０
０００Ｖの印加電圧、６５ｋＷ〜１８０ｋＷの消費電
力、４６ｍ³／ｈ（但し、冷却水温度２０℃のとき）の
冷却水量を使用しながら、無声放電を行なって、風量が
７３０Ｎｍ³／ｈとなる、９ｋｇＯ₃／ｈ〜１３．５ｋｇ
Ｏ₃／ｈのオゾンを発生させるオゾン発生機を備えてお
り、冷却装置２から供給される冷却水を利用して、装置
各部を冷却しながら、空気乾燥装置４から供給される乾
燥空気を無声放電させ、これによって得られたオゾンを
オゾン接触池７に供給する。

【００４８】オゾン接触池７は、その内部がオゾン接触
槽１３とオゾン反応槽１４とに分離され、容量が１００
０ｍ³になるように形成された池を備えており、入水路
を介して、処理対象となる原水６を取り込んで、オゾン
接触槽１３に導きながら、オゾン発生装置５から供給さ
れるオゾンをオゾン接触槽１３内の原水６中に吹き込ん
で、オゾンを溶存させるとともに、オゾン接触槽１３内
の原水６をオゾン反応槽１４に導いて２０ｍｉｎ〜３０
ｍｉｎの間、滞留させた後、滞留済みの原水６をオゾン
処理済みの水として、出水路から排出する。

【００４９】また、排オゾン再生機１１は、再生セルロ
ース、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、ＰＶＡ
（ポリビニルアルコール）、ＰＡＮ（ポリアクリロニト
リル）、ｉｔＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＥ（ポリエチ
レン）などによって構成された中空糸膜を有する膜ドラ
イヤ１０を備えており、排オゾンリサイクルブロワ１２
の吸引力によって、オゾン接触槽１３内の原水６中に溶
存せず、気中に放出されたオゾン（排オゾン８）を吸引
するとともに、この排オゾン８中に含まれている水分、
有機物質などを除去して、再生オゾンを生成し、これを
排オゾンサイクルブロワ１２に供給する。

【００５０】排オゾンリサイクルブロワ１２は、０．６
Ｋｇ／ｃｍ²・Ｇ×１１０ＫＷで、１５００Ｎｍ³／ｈの
排オゾンを送り出す能力を持つブロワ、例えばエバラ社
製のロータリーリーブ「２００ＥＲＢＥＨＲ」などによ
って構成されており、排オゾン再生機１１に吸引力（負
圧）を与えて、この排オゾン再生機１１から排出される
水分、有機物質などが除去された再生オゾンを取り込
み、これをオゾン反応槽１４内にある原水６中に吹き込
む。

【００５１】これにより、オゾン反応槽１４内で、原水
６とオゾンとが反応して溶存しているオゾンが不足し、
反応効率が低下していても、原水６中に再生オゾンが吹
き込まれて、原水６中のオゾン濃度が再度、高められ、
これによって反応効率が再度、高められる。

【００５２】また、排ガス処理塔９は、オゾン反応槽１
４内にある空気（排オゾン８を含む空気）を吸引する排
ガスファンと、この排ガスファンによって吸引された空
気中の排オゾン８を吸着する活性炭とを備えており、オ
ゾン反応槽１４から排オゾン８を含む空気を吸引しなが
ら、この空気中に含まれている排オゾン８を吸着して、
オゾンを含まない空気を大気中に排出する。

【００５３】この際、排ガスファンによって吸引される
空気中に含まれる排オゾン８の量が微量であることか
ら、活性炭だけで、吸引した空気中に含まれる排オゾン
８をほぼ完全に吸着して、大気中にオゾンを含まない空
気のみを排出する。これによって、従来のような熱分解
法、触媒分解処理法などを使用してオゾンを分解する場
合などに比べて、消費エネルギーを大幅に低減しなが
ら、大気中にオゾンを含まない空気のみを放出する。

【００５４】《発明の実施例》次に、上述した水処理シ
ステム１を稼動させて、原水６を実際に処理したときの
一例について説明する。

【００５５】＜排オゾン再生機１１を使用しない場合＞
まず、処理対象となる原水６として、ＣＯＤ濃度が３０
ｍｇ／Ｌ、色度が１００の原水６をオゾン接触池７のオ
ゾン接触槽１３に導入しながら、空気源ブロワ３、冷却
装置２、空気乾燥装置４、オゾン発生装置５を動作させ
て、１３．５ｋｇＯ₃／ｈの発生速度で、オゾン濃度が
２０ｇ／Ｎｍ³のオゾンを生成させ、これをオゾン接触
槽１３内にある原水６中に吹き込んだとき、図２の折れ
線１５に示すように、時間の経過とともに、オゾン反応
槽１４内にある原水６の色度が低下し、また図３の折れ
線１６に示すように、時間の経過とともに、オゾン反応
槽１４内にある原水のＣＯＤが低下した。

【００５６】＜膜ドライヤ１０として、ＰＡＮを用いた
中空糸膜を使用した場合＞また、排オゾン再生機１０の
効果を確認するために、膜ドライヤ１０として、ＰＡＮ
によって構成される中空糸膜を使用し、次に述べる手順
で、原水６の処理を行なった。

【００５７】まず、処理対象となる原水６として、ＣＯ
Ｄ濃度が３０ｍｇ／Ｌ、色度が１００の原水６をオゾン
接触池７のオゾン接触槽１３に導入し、さらに空気源ブ
ロワ３、冷却装置２、空気乾燥装置４、オゾン発生装置
５を動作させて、１３．５ｋｇＯ₃／ｈの発生速度で、
オゾン濃度が２０ｇ／Ｎｍ³のオゾンを生成させ、これ
をオゾン接触槽１３内にある原水６中に吹き込みなが
ら、排オゾンリサイクルブロワ１２を動作させて、オゾ
ン接触槽１３内にある排オゾン（原水６中から気中に排
出されたオゾンを含む空気）８を吸引させるとともに、
排オゾン再生機１１内に設けられた膜ドライヤ１０によ
って、排オゾン８中に含まれる水分、有機物質などを除
去させて、再生オゾンを生成させ、これをオゾン接触池
７のオゾン反応槽１４内にある原水６中に吹き込んだ。

【００５８】このとき、オゾン接触槽１３から吸引され
る排オゾン８中に９６％飽和状態の水分が含まれていた
が、膜ドライヤ１０を通過させることにより、排オゾン
８中の水分を３％飽和状態まで低減させることができ、
これによって再生オゾンを原水中に効率良く溶け込ませ
て、図２の折れ線１７に示すように、オゾン反応槽１４
内にある原水６の色度を早期に低下させ、また図３の折
れ線１８に示すように、オゾン反応槽１４内にある原水
６のＣＯＤを早期に低下させることができた。

【００５９】これらの折れ線１５、１７を比較し、さら
に各折れ線１６、１８を比較すれば明らかなように、排
オゾン再生機１１によって、オゾン接触槽１３から排オ
ゾン８を吸引して、この排オゾン８に含まれている水
分、有機物質を除去して、再生オゾンにした後、オゾン
反応槽１４に注入したとき、オゾン反応槽１４内におけ
る原水６の滞留時間を大幅に短縮することができた。

【００６０】また、排オゾン再生機１０によって、オゾ
ン接触池７の気中に放出されるオゾンを再利用している
ので、排ガス処理塔９に導入される排オゾン８の入口濃
度を１．０ｇ／Ｎｍ³にすることができるとともに、排
ガス処理塔９内に設けられた活性炭を通過させた排オゾ
ンの出口濃度を０．０５ｇ／Ｎｍ³にすることができ、
これによって労働環境基準である０．１ｇ／Ｎｍ³をク
リアしていることを確認した。

【００６１】さらに、排オゾン再生機１１を使用しない
場合、排ガス処理塔９で処理する排オゾン８が高濃度で
あり、活性炭処理だけでは排オゾン８を完全に無害化す
ることができず、熱分解処理などを併用しなければなら
ないことから、３０〜５０Ｌ／ｈの灯油を消費し、３６
０，０００ｋｃａｌ／ｈの熱量を発生させ、これに対応
して約３０ｋｇ／ｈの二酸化炭素を発生させてしまう
が、この実施の形態のように、排オゾン再生機１１を使
用すれば、排オゾン処理に要するエネルギーを大幅に削
減し、その分だけ、二酸化炭素の発生量を低減させるこ
とができる。

【００６２】＜膜ドライヤ１０として、親水性中空糸膜
を使用した場合＞次に、膜ドライヤ１０の材質による差
異を確認するために、排オゾン再生機１１の膜ドライヤ
１０として、ＰＡＮに親水ポリマを添加した親水性中空
糸膜を使用し、次に述べる手順で、原水６の処理を行な
った。

【００６３】まず、処理対象となる原水６として、ＣＯ
Ｄ濃度が３０ｍｇ／Ｌ、色度が１００の原水６をオゾン
接触池７のオゾン接触槽１３に導入し、さらに空気源ブ
ロワ３、冷却装置２、空気乾燥装置４、オゾン発生装置
５を動作させて、１３．５ｋｇＯ₃／ｈの発生速度で、
オゾン濃度が２０ｇ／Ｎｍ³のオゾンを生成させ、これ
をオゾン接触槽１３内にある原水６中に吹き込みなが
ら、排オゾンリサイクルブロワ１２を動作させて、オゾ
ン接触槽１３内にある排オゾン８を吸引させるととも
に、排オゾン再生機１１内に設けられた膜ドライヤ１０
によって、排オゾン８中に含まれる水分、有機物質など
を除去させて、再生オゾンを生成させ、これをオゾン接
触池７のオゾン反応槽１４内にある原水６中に吹き込ん
だ。

【００６４】このとき、オゾン接触槽１３から吸引され
る排オゾン８中に９６％飽和状態の水分が含まれていた
が、膜ドライヤ１０を通過させることにより、排オゾン
８中の水分を３％飽和状態以下まで低減させることがで
き、これによって再生オゾンを原水６中に効率良く溶け
込ませて、図４の折れ線２１に示すように、オゾン反応
槽１４内にある原水６の色度を早期に低下させ、また図
５の折れ線２２に示すように、オゾン反応槽１４内にあ
る原水６のＣＯＤを早期に低下させることができた。

【００６５】ＰＡＮのみによる膜ドライヤ１０を使用し
たときの折れ線１９、２０と、ＰＡＮに親水ポリマを添
加した膜ドライヤ１０を使用したときの折れ線２１、２
２とを各々、比較すれば明らかなように、排オゾン再生
機１１の膜ドライヤ１０として、親水性中空糸膜を使用
したとき、ＰＡＮのみを使用した場合に比べ、オゾン接
触槽１３から吸引した排オゾン８に含まれている水分、
有機物質をさらに除去させて、オゾン反応槽１４内にお
ける原水６の滞留時間をさらに短縮することができた。

【００６６】また、排オゾン再生機１１によって、オゾ
ン接触池７の気中に放出されるオゾンを再利用している
ので、排ガス処理塔９に導入される排オゾン８の入口濃
度を１．０ｇ／Ｎｍ³にすることができるとともに、排
ガス処理塔９内に設けられた活性炭を通過させた排オゾ
ンの出口濃度を０．０５ｇ／Ｎｍ³にすることができ、
これによって労働環境基準である０．１ｇ／Ｎｍ³をク
リアしていることを確認した。

【００６７】さらに、排オゾン再生機１１を使用しない
場合、排ガス処理塔９で処理する排オゾン８が高濃度で
あり、活性炭処理だけでは排オゾン８を完全に無害化す
ることができず、熱分解処理などを併用しなければなら
ないことから、３０〜５０Ｌ／ｈの灯油を消費し、３６
０，０００ｋｃａｌ／ｈの熱量を発生させ、これに対応
して約３０ｋｇ／ｈの二酸化炭素を発生させてしまう
が、この実施の形態のように、排オゾン再生機１１を使
用すれば、排オゾン処理に要するエネルギーを大幅に削
減し、その分だけ、二酸化炭素の発生量を低減させるこ
とができる。

【００６８】《実施の形態の効果》このように、この実
施の形態では、オゾン接触池７に処理対象となる原水６
を導くとともに、冷却装置２、空気源ブロワ３、空気乾
燥装置４、オゾン発生装置５によって、周囲の空気を取
り込んで、オゾンを生成し、このオゾンをオゾン接触池
７内の原水６に吹き込んで、原水６をオゾン処理しなが
ら、排オゾンリサイクルプロワ１２、排オゾン再生機１
１によって、オゾン接触池７の排オゾン８を取り込ん
で、水分、有機物質などを除去した後、オゾン接触池７
の原水６中に戻し、原水６を再度、オゾン処理するよう
にしているので、オゾン接触池７の原水６中から気中に
排出された排オゾン８中の水分を除去して、オゾン接触
池７の原水６中に戻すことができ、これによってオゾン
の再利用を促進して、原水６中のオゾン濃度を一定に制
御することができる（請求項１の効果）。

【００６９】また、この実施の形態では、排オゾンリサ
イクルプロワ１２、排オゾン再生機１１によって、オゾ
ン接触池７の排オゾン８を取り込んで、水分、有機物質
などを除去した後、オゾン接触池７の原水６中に戻し、
原水６を再度、オゾン処理して、オゾン接触池７内の排
オゾン８の濃度を小さくしながら、排ガス処理塔９の活
性炭によって、オゾン接触池７内の余分な排オゾン８を
分解処理するようにしているので、多大なエネルギーを
使用することなく、オゾン接触池７から余分な排オゾン
８を除去して、大気中に排オゾン８がでないようにする
ことができ、これによってオゾン発生、オゾン分解に要
する電力量を大幅に減少させ、消費電力のみなず、発電
時に発生する二酸化炭素を大幅に低減させることができ
る（請求項２の効果）。

【００７０】また、この実施の形態では、排オゾン再生
機１１内に配置する膜ドライヤ１０として、再生セルロ
ース、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、ＰＶＡ
（ポリビニルアルコール）、ＰＡＮ（ポリアクリロニト
リル）、ｉｔＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＥ（ポリエチ
レン）などによって構成された中空糸膜を使用するよう
にしているので、エネルギーをほとんど使用することな
く、オゾン接触池７の排オゾン８中の水分のみを効率的
に除去して、オゾン反応槽１４の原水６中に戻すことが
でき、これによってオゾンの再利用を促進して、原水６
中のオゾン濃度を一定に制御することができるととも
に、オゾン発生、オゾン分解に要する電力量を大幅に減
少させ、消費電力のみなず、発電時に発生する二酸化炭
素を大幅に低減させることができる（請求項３の効
果）。

【００７１】さらに、この実施の形態では、排オゾン再
生機１１内に配置する膜ドライヤ１０として、再生セル
ロース、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、ＰＶ
Ａ（ポリビニルアルコール）、ＰＡＮ（ポリアクリロニ
トリル）、ｉｔＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＥ（ポリエ
チレン）などの材料に親水ポリマを添加した中空糸膜を
使用したとき、オゾン接触槽１３内の排オゾン８中に含
まれている水分をさらに効率良く除去することができ、
これによってオゾン反応槽１４内に原水６を滞留させて
いる時間を短くすることができるとともに、エネルギー
の使用量、二酸化炭素の発生量などをさらに低減させる
ことができる（請求項４の効果）。

【００７２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、請
求項１のオゾンによる水処理システムでは、オゾン接触
池の原水中から気中に排出された排オゾン中の水分を除
去して、オゾン接触池の原水中に戻すことができ、これ
によってオゾンの再利用を促進して、原水中のオゾン濃
度を一定に制御することができる。

【００７３】請求項２のオゾンによる水処理システムで
は、多大なエネルギーを使用することなく、オゾン接触
池から余分な排オゾンを除去して、大気中に排オゾンが
でないようにしながら、オゾン接触池の原水中から気中
に排出された排オゾン中の水分を除去して、オゾン接触
池の原水中に戻すことができ、これによってオゾンの再
利用を促進して、原水中のオゾン濃度を一定に制御する
ことができるとともに、オゾン発生、オゾン分解に要す
る電力量を大幅に減少させ、消費電力のみなず、発電時
に発生する二酸化炭素を大幅に低減させることができ
る。

【００７４】請求項３のオゾンによる水処理システムで
は、エネルギーをほとんど使用することなく、オゾン接
触池の原水中から気中に排出された排オゾン中の水分を
効率的に除去して、オゾン接触池の原水中に戻すことが
でき、これによってオゾンの再利用を促進して、原水中
のオゾン濃度を一定に制御することができるとともに、
オゾン発生、オゾン分解に要する電力量を大幅に減少さ
せ、消費電力のみなず、発電時に発生する二酸化炭素を
大幅に低減させることができる。

【００７５】請求項４のオゾンによる水処理システムで
は、エネルギーをほとんど使用することなく、オゾン接
触池の原水中から気中に排出された排オゾン中の水分を
効率的に除去して、オゾン接触池の原水中に戻すことが
でき、これによってオゾンの再利用を促進して、原水中
のオゾン濃度を一定に制御して、原水の処理時間を低減
させることができるとともに、オゾン発生、オゾン分解
に要する電力量を大幅に減少させ、消費電力のみなず、
発電時に発生する二酸化炭素を大幅に低減させることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による水処理システムの実施の形態を示
すブロック図である。

【図２】図１に示す水処理システムの排オゾン再生機を
非動作状態にして、原水を処理したときの色度と、排オ
ゾン再生機を動作させて、原水を処理したときの色度と
を示すグラフである。

【図３】図１に示す水処理システムの排オゾン再生機を
非動作状態にして、原水を処理したときのＣＯＤと、排
オゾン再生機を動作させて、原水を処理したときのＣＯ
Ｄとを示すグラフである。

【図４】図１に示す水処理システムの膜ドライヤとし
て、ＰＡＮによって構成される中空糸膜を使用して、原
水を処理したときの色度と、膜ドライヤとして、ＰＡＮ
に親水ポリマを添加した中空糸膜を使用して、原水を処
理したときの色度とを示すグラフである。

【図５】図１に示す水処理システムの膜ドライヤとし
て、ＰＡＮによって構成される中空糸膜を使用して、原
水を処理したときのＣＯＤと、膜ドライヤとして、ＰＡ
Ｎに親水ポリマを添加した中空糸膜を使用して、原水を
処理したときのＣＯＤとを示すグラフである。

【符号の説明】

１：水処理システム ２：冷却装置 ３：空気源ブロワ ４：空気乾燥装置 ５：オゾン発生装置 ６：原水 ７：オゾン接触池 ８：排オゾン ９：排ガス処理塔 １０：膜ドライヤ １１：排オゾン再生機 １２：排オゾンリサイクルブロワ １３：オゾン接触槽 １４：オゾン反応槽 １５、１６、、１７、１８、１９、２０、２１、２２：
折れ線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ０１Ｄ 71/40 Ｂ０１Ｄ 71/40 71/42 71/42 (72)発明者 稲葉 道彦 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中工場内 Ｆターム(参考） 4D006 GA41 HA01 JA53Z KA12 KB12 KB30 MA01 MB09 MC12 MC22 MC23 MC33 MC35 MC39 PB65 PB70 PC54 4D050 AA03 AB03 AB04 AB06 AB07 BB02 BD02 BD04 BD06 BD08 CA06 CA09

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 オゾンを発生するとともに、発生したオ
   ゾンをオゾン接触池に貯留されている原水中に注入する
   オゾン発生装置と、 前記オゾン接触池の原水中に溶け込まずに気中に排出さ
   れた排オゾンを取り込むとともに、膜ドライヤによって
   前記排オゾン中に含まれている水分を除去して再生オゾ
   ンを生成し、これを前記オゾン接触池の前記原水に注入
   する排オゾン再生装置と、 を備えたことを特徴とするオゾンによる水処理システ
   ム。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のオゾンによる水処理シ
   ステムにおいて、 前記オゾン接触池内にある原水から気中に放出される排
   オゾンのうち、前記排オゾン再生機で再生されない分の
   排オゾンを取り込み、活性炭に吸着させる排ガス処理
   塔、 を備えたことを特徴とするオゾンによる水処理システ
   ム。
3. 【請求項３】 請求項１、２のいずれかに記載のオゾン
   による水処理システムにおいて、 前記膜ドライヤは、再生セルロース、ＰＭＭＡ（ポリメ
   チルメタクリレート）、ＰＶＡ（ポリビニルアルコー
   ル）、ＰＡＮ（ポリアクリロニトリル）、ｉｔＰＰ（ポ
   リプロピレン）、ＰＥ（ポリエチレン）のいずれかの材
   料を用いた中空糸膜を有する、 ことを特徴とするオゾンによる水処理システム。
4. 【請求項４】 請求項１、２、３のいずれかに記載のオ
   ゾンによる水処理システムにおいて、 前記膜ドライヤは、再生セルロース、ＰＭＭＡ（ポリメ
   チルメタクリレート）、ＰＶＡ（ポリビニルアルコー
   ル）、ＰＡＮ（ポリアクリロニトリル）、ｉｔＰＰ（ポ
   リプロピレン）、ＰＥ（ポリエチレン）のいずれかの材
   料に親水性を持たせた中空糸膜を有する、 ことを特徴とするオゾンによる水処理システム。