JP2003159595A - オゾンガスを用いた有機液体の処理方法及び当該方法にて使用する有機液体オゾン処理装置 - Google Patents

オゾンガスを用いた有機液体の処理方法及び当該方法にて使用する有機液体オゾン処理装置

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JP2003159595A JP2002091873A JP2002091873A JP2003159595A JP 2003159595 A JP2003159595 A JP 2003159595A JP 2002091873 A JP2002091873 A JP 2002091873A JP 2002091873 A JP2002091873 A JP 2002091873A JP 2003159595 A JP2003159595 A JP 2003159595A
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ozone
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 効率良く各種有機液体を酸化処理することが
可能な処理方法、特に家畜の屎尿から液肥を製造するの
に適した方法を提供する。又、このような方法にて使用
される有機液体オゾン処理装置を提供する。 【解決手段】 有機物を含む液体にオゾンガスを導入し
て酸化処理する際、オゾン処理を行う有機液体と、オゾ
ンガス供給源からのオゾンガスとを、オゾンガスが反応
処理器内で微細な泡の状態にて有機液体と接触するよう
にして混合させ、混合後の液体を気液分離器に誘導して
過剰のオゾンガスを脱気除去した後、処理済みの液体製
品を取り出す。この際、有機液体とオゾンガスとを混合
した後の液体を、気液分離器に誘導する前に加圧するこ
とが好ましく、加圧によってオゾンガスの溶解を促進さ
せることができ、又、液体を循環させた場合には連続的
に処理が行え、分離されたオゾンガスは循環されて再利
用されることが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、有機物を含む液体
にオゾンガスを導入することにより酸化処理を行う方
法、特に詳しくは、家畜の屎尿中にオゾンガスを導入し
て液肥を作るための方法に関するものである。又、本発
明は、有機物を含む液体を効率的にオゾンガス酸化処理
するのに適し、オゾン排気処理設備が不要な構造である
有機液体オゾン処理装置に関するものでもある。
【０００２】
【従来の技術】これまでに、畜産の分野においては、バ
クテリアを用いた酸化促進により家畜の屎尿から液肥を
製造することが行われてきているが、屎尿を液肥とする
までには一般的に約３カ月の期間を要しているのが現状
であり、この場合には、酸化作用中に強い臭気が伴うと
いう問題点があった。そこで、より短期間で酸化促進さ
せるために、屎尿溜槽中に空気の泡を送り込み酸化を促
進させる方式（曝気式）も用いられ、多槽式で各槽ごと
に曝気を行う方式も知られているが、この場合にも、屎
尿溜槽中が開放された槽であるために酸化作用中に強い
臭気が発生するという問題点があり、脱臭装置の設置が
必要となることもあった。このように、バクテリアを使
用せずに、空気を遮断した状態で処理が行える方法及び
装置はこれまでに提案されていない。
【０００３】ところで最近の酪農業においては、施用可
能な圃場が減少し、過施用による土壌の硝酸態窒素汚染
が危惧されている。今後も都市化が進んでくると予想さ
れる中で、液肥散布時の悪臭問題を解決し、施用面積の
拡大を図ることで、地域環境と調和した都市型酪農経営
の確立を図ることが求められてきている。
【０００４】又、食品加工を行っている会社からも各種
の有機物を含んだ排液が排出されるが、これらの処理に
おいても、バクテリアによる処理や曝気方式による処理
では時間がかかり、効率的な処理が行えないという問題
点があった。
【０００５】更に、これまでに提案されているオゾンガ
ス処理装置の場合、大型の処理槽内で液中に存在する有
機物とオゾンガスとの接触が行われるために装置全体が
大型化するという問題点があり、又、未反応のオゾンガ
スを大気中に安全に放出するためにはオゾン排気処理設
備が必要であった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、従来
のバクテリアによる処理や曝気方式による処理における
上記問題を解決し、効率良く各種有機液体を酸化処理す
ることが可能な処理方法及び処理装置を提供することに
ある。本発明者らは、空気が遮断され密閉された状態の
反応処理器内で、オゾン処理を行う有機液体と、微細な
泡状（好ましくは１ｍｍ以下、即ちミクロン単位の粒径
の泡の状態）のオゾンガスとを接触・混合（攪拌）させ
ることで酸化作用効率が高まり、混合後の液体から過剰
のオゾンガスを除去することで、外部に悪臭を放つこと
なく、短時間のうちに効率良くオゾンガス処理（酸化処
理）された液体が取り出せることを見い出し、本発明を
完成した。又、有機液体を装置内で循環させることによ
りオゾン反応部（反応処理器）の小型化が可能になり、
固定設置型プラントと異なって自由に装置を移動させる
ことができ、その上、未反応のオゾンガスを装置内で循
環させることによって、従来のオゾン排気処理設備が不
要となり、小型で安全にオゾンガス処理が行えることを
見い出して本発明を達成した。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決可能な本
発明の、オゾンガスを用いた有機液体の処理方法は、有
機物を含む液体にオゾンガスを導入することにより酸化
処理を行う方法であって、オゾン処理を行う有機液体
と、オゾンガス供給源からのオゾンガスとを、当該オゾ
ンガスが反応処理器内において微細な泡の状態で前記有
機液体と接触するようにして混合させ、混合後の液体を
気液分離器に誘導して過剰のオゾンガスを脱気除去した
後、オゾンガス処理済みの液体製品を取り出すことを特
徴とするものである。
【０００８】又、本発明は、上述の特徴を有した処理方
法において、前記有機液体とオゾンガスとを混合した後
の液体を、前記気液分離器に誘導する前に加圧し、オゾ
ンガスの溶解を促進させた後、前記気液分離器に誘導す
ることを特徴とするものでもある。
【０００９】更に本発明は、上述の特徴を有した処理方
法において、前記有機液体が入った貯留部から前記有機
液体を前記反応処理器内へ供給し、オゾンガス処理済み
の液体を再び前記貯留部へ戻すことにより、当該貯留部
の有機液体を循環させながら連続的にオゾンガス処理を
行うことを特徴とするものでもある。
【００１０】又、本発明は、上述の特徴を有した処理方
法において、前記気液分離器により分離されたオゾンガ
スを、前記オゾンガス供給源からのオゾンガスと共に循
環させて前記反応処理器内に導入することを特徴とする
ものでもある。
【００１１】又、本発明の有機液体オゾン処理装置は、
オゾンガスを導入することによって有機物を含む液体の
酸化処理を行う際に使用される装置であって、当該装置
が、オゾン処理を行う有機液体が入った貯留部と、オゾ
ンガスを発生可能なオゾンガス供給源と、オゾンガスが
微細な泡の状態にて前記有機液体と接触するようにして
混合可能な反応処理器と、オゾンガス処理後の液体から
過剰のオゾンガスを脱気除去するための気液分離器とを
具備し、しかも、前記貯留部の前記有機液体が前記オゾ
ンガス供給源からのオゾンガスと合流して前記反応処理
器内へ供給され、当該反応処理器内でオゾンガス処理さ
れた後の液体が前記気液分離器に送られ、気液分離後の
オゾンガス処理済みの液体が前記貯留部へ戻るようにな
った第１循環流路と、前記気液分離器において分離され
た過剰のオゾンガスが、前記オゾンガス供給源からのオ
ゾンガスと合流して前記反応処理器内へ導入されるよう
になった第２循環流路とが設けられていることを特徴と
するものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】まず、本発明のオゾンガスを用い
た有機液体の処理方法について説明する。本発明では、
有機物を含む各種液体の処理にバクテリアを使用せず、
オゾンガスが用いられ、オゾンガスの酸化作用により有
機物の酸化が行われる。本発明の処理方法にて処理され
る有機液体は、酸化作用を受け得る有機物を含む液体で
あれば良く、家畜の屎尿や有機汚泥や有機排液などが挙
げられるが、これに限定されるものではない。一方、酸
化反応に使用されるオゾンガスの供給源についてはボン
ベであっても良いが、空気中の酸素を利用してオゾンを
発生可能な市販のオゾン発生器を利用することが好まし
い。
【００１３】尚、本発明では、オゾン処理を行う有機液
体と、オゾンガス供給源からのオゾンガスとを、気体と
液体との混合が行える内部構造を有した反応処理器内に
おいて、オゾンガスが微細な泡の状態で有機液体と効率
良く接触するようにして混合されるが、この際の反応処
理器としては、市販の気液混合型のミキシングポンプが
使用でき、例えば二国機械社から市販されているミキシ
ングポンプが好ましい。このようなミキシングポンプを
使用した場合、空気が遮断され密閉された状態のポンプ
内にてオゾンガスがミクロン単位の微細な泡状となって
有機物と接触し、短時間（数秒）のうちにオゾンが消費
され、酸化が達成される。本発明においては、液体中に
存在する有機物を酸化接触することで不溶解性物が一部
可溶解になり、又、ガス化することで減容することにな
る。これに対し、上方が開放された処理槽内に有機液体
を入れてオゾンガスを導入したとしても、オゾンガスが
液体間を通過する間に少量しか反応せず、有機物の酸化
効率が上がらない。
【００１４】本発明では、このようにしてオゾンガスに
より酸化処理された液体が、その後、気液分離器に誘導
され、ここで過剰のオゾンガスを脱気除去した後、オゾ
ンガス処理済みの液体製品として取り出され、過剰のオ
ゾンガスについては再使用されても良い。本発明の処理
方法の場合、気体と液体とを分離するための気液分離器
によって過剰のオゾンガスが液体製品から取り除かれる
ことで、液体製品と共にオゾンガスが外部に排出される
ことがなく安全性の点でも優れており、気液分離器によ
り分離されたオゾンガスをオゾンガス供給源からのオゾ
ンガスと共に循環させて反応処理器内に導入した場合に
は、従来のオゾン排気処理設備は不要となり、小型で安
全にオゾンガス処理が行える。
【００１５】この際、本発明では、オゾンガスにより酸
化処理された液体を気液分離器に誘導する前に、加圧し
てから気液分離器に誘導することが好ましく、このよう
な加圧によって、液体中のオゾンガス気泡の体積が圧縮
され、オゾンが溶解しやすい状態となり、短時間での処
理が行える。オゾンガス処理後の液体の加圧は、液体の
種類によって適宜調整されるが、通常は０．１ＭＰａ以
上とすることが好ましく、０．４ＭＰａ程度が特に好ま
しい。本発明の方法では、有機物を含む液体とオゾンガ
スとを混合、加圧流送することによって、オゾンを過飽
和状態に溶存させることができ、液体中のオゾン濃度が
増加する結果、オゾン処理による処理特性の点におい
て、オゾン濃度に比例して有機物の分解速度が速くな
り、有機物を接触酸化により分解変質することで減容が
達成できる。又、従来の方法においては、通常曝気する
ことで有機物とオゾンガスとの反応を行っていたために
物理的に飽和状態以上にはならないが、本発明では、オ
ゾンガスの気泡が加圧されることで有機液体のオゾン濃
度を過飽和状態とすることができ、オゾン処理効率が高
まり、過飽和状態から開放すると（常圧に戻ると）微細
な気泡が発生する。
【００１６】更に、本発明においては、オゾン処理すべ
き有機液体を貯留部（密閉式であっても開放式であって
も良い）内に入れて、この貯留部から有機液体を前記の
反応処理器内へ供給してオゾン処理を行い、オゾンガス
処理が終わった後の液体を再び貯留部へ戻すことが好ま
しく、このようにして貯留部の有機液体を循環させなが
ら連続的にオゾンガス処理を行うことで処理効率を高め
ることができる。この際、オゾン供給源と反応処理器と
気液分離器を含むユニットを複数準備して、これらを直
列状に接続し、最初のユニットでオゾンガス処理された
液体が順次次のユニットに送られて処理され、最終ユニ
ットで処理されたものが製品液体として取り出された
り、再び貯留部に戻されるようにしても良い。
【００１７】上記の本発明の処理方法を用いると、例え
ば家畜の屎尿中に含まれる有機物をオゾンガスの酸化作
用で酸化させて液肥に変えることができ、バクテリアを
使わずに短期間で効率良く液肥を製造することができ
る。尚、本発明の方法は、液肥の製造だけでなく、種々
の食品会社から排出される有機排液の処理などにも有用
である。
【００１８】次に、前記の本発明の処理方法を実施する
のに適した有機液体オゾン処理装置の構成について説明
する。図１には、前記の処理方法にて使用するのに適し
た処理装置の構成の一例が示されているが、本発明の処
理方法にて使用される処理装置の構成は、これに限定さ
れるものではない。図１に例示した処理装置は、固体と
液体とを含んだ原料（原水）を、固体分離タンクにて固
体‐液体の分離を行い、分離された液体をミキシングポ
ンプへ誘導する構造を有するものであるが、固体‐液体
の分離が不要である場合には、図面の左側半分の構成は
不要である。そして、オゾンガス発生部（オゾンガス供
給部）からのオゾンガスと、分離後の液体とがミキシン
グポンプ内へ一緒に供給されて混合される。この際、ポ
ンプ内では、オゾンガスが微細な泡となって液体と接触
して酸化反応が達成されるようになっている。本発明で
は、このようなミキシングポンプを用いることで、装置
をコンパクトにすることができるが、反応処理器はこれ
に限定されるものではなく、例えば密閉構造の反応処理
槽内へ有機液体が送られ、この有機液体に、微細な泡を
発生し得る構造を有したエジェクターからオゾンガスが
噴射される構造であっても良い。この際、オゾンガス発
生部としては、一般的には、空気から高純度のオゾンガ
スを発生する市販のオゾンガス発生器が使用され、処理
する有機液体中の有機物の濃度及び、有機液体の単位時
間あたりの流量に応じたものが選択される。
【００１９】図１の装置には、ミキシングポンプの排出
側に処理水出口バルブが設けられており、このバルブの
開閉度合いを調整することによって、有機液体とオゾン
ガスとを混合した後の液体が、気液分離器に誘導する前
に加圧され、オゾンガスの溶解性が高められる構造とな
っており、この間において有機物のオゾン処理（酸化処
理）はほぼ達成される。尚、ミキシングポンプの排出側
と処理水出口バルブの間における圧力は圧力計に表示さ
れる。その後、処理水出口バルブを通過したオゾン処理
済みの液体製品は気液分離部へ送られ、図面に示される
ようにして過剰のオゾンガスが上方へ除去され、再びミ
キシングポンプへ循環されるようになっており、オゾン
処理済みの液体製品は気液分離部から処理水出口より排
出される。このため、このような循環機構を有した装置
の場合、従来の装置のような未反応のオゾンガスを装置
外部（大気中）へ安全に放出するのに必要なオゾン排気
処理設備が不要である。
【００２０】このような図１の構成を有した装置は、大
気中の空気から高純度のオゾンガスを製造し、発生させ
たオゾンガスと有機液体をミキシングポンプにて気液混
合させることにより、短時間で有機液体中の有機物を酸
化し、同時に悪臭成分を分子レベルで酸化分解すること
ができる。特に、このような構成を有した装置は、バク
テリアに頼らない家畜屎尿処理に好適であり、得られた
液体製品は液肥として使用可能である。
【００２１】図２には、原水槽、曝気槽、沈殿槽、放流
槽を備えた浄化設備において、本発明の有機液体オゾン
処理装置を使用する際の構成の一例を示すシステムフロ
ー図が示されている。図２に示したシステムにて使用さ
れる本発明の処理装置（加圧循環式オゾン有機汚泥処理
装置）にあっては、沈殿槽内に沈殿した沈殿物（有機汚
泥）が引き抜かれて攪拌槽（貯留部）へ誘導されて攪拌
され、この攪拌槽の有機汚泥が、図１の場合と同様にし
て、オゾンガス供給源からのオゾンガスと合流して反応
処理器（ミキシングポンプ）内へ供給され、反応処理器
内でオゾンガス処理された後の液体が気液分離器に送ら
れ、気液分離後のオゾンガス処理済みの液体が攪拌槽へ
戻る第１循環流路が設けられており、有機汚泥が循環処
理されるようになっている。又、この装置には、第２循
環流路として、気液分離器において分離された過剰のオ
ゾンガスが、オゾンガス供給源からのオゾンガスと合流
して反応処理器内へ導入される流路も設けられており、
第１循環流路と第２循環流路とは、反応処理器から気液
分離器までの部分が共通し、オゾンガスが第２循環流路
を循環することにより、従来の装置のようなオゾン排気
用設備は存在していない。そして、この図２のシステム
においては、本発明の処理装置によって細胞破壊された
オゾン処理済みの汚泥が再び曝気槽に戻されて生物処理
され、システム全体としての処理効率が高められる構造
となっている。
【００２２】このような本発明の処理装置を用いること
で、液体中の有機物を酸化分解することで不溶解性物の
一部を可溶解性化、或いはガス化することができる。こ
の際、加圧したオゾンガスと反応させることにより有機
物をより一層効率的に分解させることができる。尚、本
発明の処理装置は、オゾンガスが装置内で循環されるた
めにオゾンに対する安全性に優れ、又、装置全体が大き
くならず小型化に適し、固定設置されるプラントでなく
移動可能な処理機として提供できるので、現在施工済み
の施設にも取り付け可能であるという利点を有する。
【００２３】以下、本発明の処理方法の具体例として、
牛の屎尿から液肥を製造した際の実験結果を示すが、本
発明はこれに限定されるものではない。
【００２４】
【実施例】溜槽に貯留された牛の屎尿を有機液体として
使用し、市販のミキシングポンプ（ニクニ社製、消費電
力：２．２ｋＷ）を用いてオゾンガスと混合させた。こ
の際の有機液体投入量は７．２Ｎｍ3 ／ｈであり、オゾ
ンガス供給量は０．２４Ｎｍ 3 ／ｈ（＝１０ｇ／ｈ）と
し、過剰となったオゾンガスを気液分離器にて除去した
後、液体製品として取り出した。上記オゾン処理を行う
前の屎尿と、処理を行った後の液体製品について、化学
的酸素要求量、生物化学的酸素要求量、及び浮遊物質量
を測定した結果を、以下の表１に示す。
【００２５】
【表１】
【００２６】表１に示される結果からもわかるように、
本発明の方法による処理の結果、オゾンガス処理済みの
製品の化学的酸素要求量（ＣＯＤ）及び生物化学的酸素
要求量（ＢＯＤ）はいずれも、処理前のものよりも値が
低くなっており、この結果は、この製品は液肥として使
用できるものであって、これを使用した場合に作物の生
育が促進される環境が提供されることを示している。
【００２７】又、上記のオゾンガス処理を行う前と当該
処理を行った後の屎尿の酸化還元電位（ＯＲＰ）を測定
したところ、処理前が−４５５ｍＶ、処理後が５０ｍＶ
であった。ｐＨについては、処理前が８．０、処理後が
８．２であり、溶存酸素量（ＤＯ）は、処理前が０ｍｇ
／ｌ、処理後が１５．４ｍｇ／ｌであった。尚、臭いに
関しても、処理前のものは非常に強い悪臭を有していた
が、処理後のものはほとんど悪臭のないものであった。
更に、このようにして得られた製品についての全窒素、
全リン、カリウムの濃度及び大腸菌群数に係る計量を行
った結果を以下の表２に示す。
【００２８】
【表２】
【００２９】表２に示されている計量結果は、本発明の
オゾンガス処理によって得られた液体製品が液肥として
必要とされる成分を充分な量で含有するものであること
を示している。
【００３０】
【発明の効果】本発明の方法は、各種有機溶液を効率良
く酸化処理するのに適しており、特に家畜屎尿処理に利
用した場合には、非常に効率よく短時間で液肥を製造す
ることができ、又、尿中の悪臭成分が分解されるので圃
場還元時の悪臭問題を解決することができる。しかも、
このようにして得られた液肥を散布する際にも悪臭を放
つことが無いために、還元可能面積の拡大により土壌の
硝酸態窒素汚染を防止でき、更に、尿を浄化することに
よりＢＯＤ、ＣＯＤ、ＳＳ、大腸菌群数を下げ、環境負
荷の大幅な低減が図られる。又、本発明の処理装置の場
合、有機液体が循環されることによりオゾン反応処理器
の小型化が可能であり、気液分離器にて分離されたオゾ
ンが装置内で循環されるためにオゾン排気用設備が必要
なく、小型で安全な装置であると言える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の処理方法にて使用するのに適した処理
装置の構成の一例を示す図である。
【図２】原水槽、曝気槽、沈殿槽、放流槽を備えた浄化
設備において、本発明の有機液体オゾン処理装置を使用
する際の構成の一例を示すシステムフロー図である。
───────────────────────────────────────────────────── 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） // Ｃ０５Ｆ 3/00 Ｃ０５Ｆ 3/00 3/06 3/06 Ｄ Ｃ０５Ｇ 5/00 Ｃ０５Ｇ 5/00 Ａ Ｆターム(参考） 4D011 AA01 AB06 AC01 AC05 AD02 4D037 AA13 AB11 BA23 CA12 4D050 AA14 AB04 BB02 BD03 BD08 CA03 4G035 AB04 AC33 AE13 4H061 AA02 AA03 CC36 FF01 GG03 GG32 GG41 GG47

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 有機物を含む液体にオゾンガスを導入す
    ることにより酸化処理を行う方法であって、オゾン処理
    を行う有機液体と、オゾンガス供給源からのオゾンガス
    とを、当該オゾンガスが反応処理器内において微細な泡
    の状態で前記有機液体と接触するようにして混合させ、
    混合後の液体を気液分離器に誘導して過剰のオゾンガス
    を脱気除去した後、オゾンガス処理済みの液体製品を取
    り出すことを特徴とする、オゾンガスを用いた有機液体
    の処理方法。
  2. 【請求項２】 前記有機液体とオゾンガスとを混合した
    後の液体を、前記気液分離器に誘導する前に加圧し、オ
    ゾンガスの溶解を促進させた後、前記気液分離器に誘導
    することを特徴とする請求項１記載の有機液体の処理方
    法。
  3. 【請求項３】 前記有機液体が入った貯留部から前記有
    機液体を前記反応処理器内へ供給し、オゾンガス処理済
    みの液体を再び前記貯留部へ戻すことにより、当該貯留
    部の有機液体を循環させながら連続的にオゾンガス処理
    を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の有機液
    体の処理方法。
  4. 【請求項４】 前記気液分離器により分離されたオゾン
    ガスを、前記オゾンガス供給源からのオゾンガスと共に
    循環させて前記反応処理器内に導入することを特徴とす
    る請求項１〜３のいずれか１項に記載の有機液体の処理
    方法。
  5. 【請求項５】 オゾンガスを導入することによって有機
    物を含む液体の酸化処理を行う際に使用される装置であ
    って、当該装置が、オゾン処理を行う有機液体が入った
    貯留部と、オゾンガスを発生可能なオゾンガス供給源
    と、オゾンガスが微細な泡の状態にて前記有機液体と接
    触するようにして混合可能な反応処理器と、オゾンガス
    処理後の液体から過剰のオゾンガスを脱気除去するため
    の気液分離器とを具備し、しかも、前記貯留部の前記有
    機液体が前記オゾンガス供給源からのオゾンガスと合流
    して前記反応処理器内へ供給され、当該反応処理器内で
    オゾンガス処理された後の液体が前記気液分離器に送ら
    れ、気液分離後のオゾンガス処理済みの液体が前記貯留
    部へ戻るようになった第１循環流路と、前記気液分離器
    において分離された過剰のオゾンガスが、前記オゾンガ
    ス供給源からのオゾンガスと合流して前記反応処理器内
    へ導入されるようになった第２循環流路とが設けられて
    いることを特徴とする有機液体オゾン処理装置。
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