JP2008023460A

JP2008023460A - オゾンガスを利用した水浄化方法と装置

Info

Publication number: JP2008023460A
Application number: JP2006199363A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Takizawa; 哲弥滝沢; Takeshi Kodaira; 猛小平
Original assignee: UGAJIN DENKI KK
Current assignee: UGAJIN DENKI KK
Priority date: 2006-07-21
Filing date: 2006-07-21
Publication date: 2008-02-07

Abstract

【課題】オゾンガスを利用した水浄化方法と装置を提供する。
【解決手段】
グリストラップ１４と、吊持枠１８により支持されてグリストラップ内の被処理水中に水平に配置された円盤２２と、円盤を高速に回転させる回転機１７と、円盤の中心より離れた位置の下方に開口させたオゾンガス注入管１３とを備え、オゾンガス注入管１３から吐出するオゾンガスを高速に水平回転する円盤２２の下面に衝突させることにより、オゾンガスの気泡を細分化しながら効率的に注入して汚水又は厨房排水と接触させて汚物類を分解浄化したのち処理水流出口より排水する。オゾンガス注入管１３から吐出するオゾンガスを高速に水平回転する円盤２２の下面に衝突させることにより、オゾンガスの気泡を細分化しながら効率的に注入して汚水、厨房排水等と接触させて汚物類を分解浄化したのち処理水流出口１６から排水する。
【選択図】図２

Description

本発明は、オゾンガスを利用した水浄化方法と装置に関する。

オゾンガスを利用して食堂、ホテル等の厨房排水や食品工場の廃液中の油分を溜めるためにグリストラップがある。グリストラップ内は病原菌の巣となり悪臭を放す。そのため、その清掃には大変な苦労があった。近年、その対策として、酵素水を利用する微生物処理による浄化装置のほか、オゾンを利用したグリストラップ浄化装置が販売されている。オゾン発生器から出た高濃度のオゾンを、ブロア（空気を送風するポンプ）に混合し配管を通してグリストラップの槽内に挿入した散気管から泡として注入する。すなわち、散気管をグリストラップの槽底近くに挿入してバブリングにより低層水と接触させて廃水中の汚物を分解し、エアリフト現象により分解物を浮上させながら排オゾンガスを槽外に排出させる一方、処置水を吐出口からさせる。（例えば特許文献１）。この場合に、散気管をセラミック製とするとブロア側の負担が多いのでグリストラップ用としては不適で、現状は配管用パイプに１ｍｍ位の多数の孔を開けたものを使用している。
特開２００３−１０３２７７号公報（第３頁左欄９〜３３行、図１）

本発明に関わる設備等の現状を説明し、解決しなければならない課題について述べる。
（１）グリストラップ
汚水が油脂、ガソリン、土砂その他排水のための配管設備の機能を著しく妨げ又は排水の為の配管設備を損傷するおそれがある物を含む場合においては、有効な位置に阻集器（グリストラップ）を設置することが、昭和５０年建設省告示第１５９７号により義務付けられている。飲食店、ガソリンスタンド、工場、ホテル等が対象であり、食品関係ではグリストラップは厨房内及び屋外に設置されている。水深は屋内の場合約５０ｃｍ、屋外の場合最大約１５０ｃｍ。ただし食品工場の場合３００ｃｍにも及ぶ物もある。
（２）オゾナイザ
オゾン発生器のことで、放電式、紫外線式等があり、放電式は高濃度、紫外線式は低濃度に利用される。
（２−1）放電式の場合、発生効率は以下の項目が上げられる。イ：酸素濃度は高い程効率は良い。ロ：気圧は高くなると放電がしづらくなる。気圧が低いと流入酸素量が減りオゾン発生量が減る。ハ：水分湿度は低い程効率は良い。ニ：電極温度温度が低いと放電が始まらない。温度が高いとオゾンが出来にくい。
（２-２）紫外線方式は次の特徴がある。ａ：蛍光管方式約１８０ｎｍの波長の紫外線をだす。ｂ：発生量が少ない。ｃ：寿命が短い。
（３）散気管
セラミック等の多孔散気管（以後多孔管）と塩ビ等の円筒管加工の散気管（以後円筒管という）を比較しながらその問題点を説明する。
（３−１）多孔管の特徴：観賞魚の水槽等において水中に空気を送る為に水底に置いてある多孔質のものをいう。微細な気泡を生成できるが、内部圧力が高いのでブロアの寿命を極端に縮める。
（３−２）円筒管の特徴：前記説明の塩ビ等の円筒管に直径約１．０ｍｍの穴を数ｃｍ間隔であける。穴の径及び間隔を広げると内圧は低く抑えられるがガスが一カ所から出てしまい、グリストラップ全体にガスが広がらない。穴加工で圧力及び気泡の分散が出来るが穴加工は現場あわせとなり、規格化しにくい。気泡の粒径は穴の直径で決まるが、直径１．０ｍｍ未満の穴加工は難しく、穴の径を小さくしすぎると多孔管同様ポンプ圧力が大きくなりブロアの寿命を縮める。そのため穴径は約１．０ｍｍが適正である。そのため、気泡を微細化できないので、オゾンの混合率をさげる。
（４）ブロア
（４−１）ブロアの特徴：ゴム製袋に吸入口及び送出口が付いている。ゴム製袋は電磁式マグネットによってふくらんだり縮んだりすることで空気を送出するが、それ自身が逆止弁の構造になっていて一方向しか空気は流れない。送出圧力はゴムの強度によって決まり２０ＫＰａが限界となる。
（４−２）オゾンガス混合について：ブロアから送出された空気の一部もしくは単独に組み込まれたポンプからオゾン発生器（以後オゾナイザ）を経て生成されたオゾン混合空気は再び送出空気に戻される。オゾナイザから出るガスの流量は毎分数リットルでオゾン濃度は最大でも数百ｐｐｍが一般的であり、ブロアの流量は最大毎分１００リットル程度である。よって低濃度に希釈された大量のオゾン混合空気は配管に送り込まれる。
（４−３）発熱現象：長時間ブロアを運転していると、ブロア自身が発熱をおこす。また圧縮空気を送り出す為、熱力学法則により断熱圧縮が起き、発熱する。オゾンは高温になるほど分解しやすく、配管内で濃度が下がる。
（４−４）配管工事について：配管は塩ビ管もしくはステンレス管を使用する。散気管を使用する。散気管をグリストラップ底部に配管し配管でつなぎ上記混合部を介してブロアに接続される。配管内はブロアによって内圧は高い、しかしオゾンオゾナイザは圧力は高すぎるとオゾンが生成されにくい。また、オゾンを効率良く発生するには空気の温度を低くするべきであるが、ブロアから出る温度は高温になってしまう。配管工事はこれらの矛盾する項目をバランス良く行わなければならず、専門的知識を持って行う必要があった。

（５）問題点
（５−１）オゾンの溶解度が悪い。オゾンを水中に溶解させるための要素は、下記のとおりである。（ア）ガスの濃度：他のガスたとえば酸素、窒素が混合していると混合比に比例して溶解する。よってオゾンガス濃度は高い程溶解しやすい。（イ）気泡の表面積の総和：気泡を小さくする程、気泡の数が増すため、表面積の総和は大きくなる。（ウ）気泡の接触時間：気泡の粒径を小さくすると浮きにくくなり、２０μｍ程度にすると気泡は液中に残る。（エ）オゾンガスの寿命：オゾンガスの半減期は空気中で約一時間、水中では数十分以下とされている。
オゾンの溶解度を上げるためには、気泡は小さく、高濃度にする必要があった。現在のブロア方式はその逆であり効率が悪い。オゾンによる反応でグリストラップを浄化するよりは、エアーによる攪拌を行っているにすぎない。
（５−２）ブロアが壊れやすい。
（カ）ブロアにかかる圧力：一般に普及しているブロアは使用圧力が１５ＫＰａ以下であり、２０ＫＰａ以上でブロアは破壊する。水圧が１５ＫＰａの水深は１．５ｍである。ブロアにかかる圧力はそれ以外にも散気管、配管抵抗、バルブによる圧力がある。それらの総和が１５ＫＰａ以下になるよう配管する必要がある。設置時は問題なくても設置後長時間たつと汚泥等により穴詰まりが起き圧力を上げる要因となる。
（キ）オゾンによる腐食：ゴムはオゾンに対して耐腐食性に優れていない。ゴムの品質検査に暴露試験なるものがあるが、低濃度のオゾンガスに暴露させて引っ張り等の試験を行う物であるが、グリストラップに使用するオゾナイザの能力は数百ｐｐｍに及ぶ。それが混合機を通しブロア内部に進入する事はおおいにあり、ブロアの寿命を縮めている。ブロアから空気を分岐してオゾンを発生させる場合、ブロアが破壊されるとオゾナイザに空気が供給されず、内部が高温となり、オゾナイザが破壊される。ブロアが壊れやすい上にブロアが壊れるとオゾナイザも壊れてしまう。オゾンにブロアを使用するのは不適切である。
（ク）安全性：グリストラップ内の水面より上の容積は屋内設置される場合多くても１０００リットルぐらいである。毎分１００リットルのオゾン含有ガスがグリストラップから湧き出ている。グリストラップに流入する排水溝があるので、地上に湧き出るオゾンは多くないが、小規模なグリストラップでは室内に湧き上がる可能性は高い。低濃度でも高流量のオゾンガスは室内において不適切である。

従来のグリストラップ等においてオゾンを水中に溶解させる方法としてブロア方式が主流であった。しかし、上記説明の通り、工事が難しい、溶解効率が悪い、ブロア及びオゾナイザの寿命を短くする、安全性に於いて適切な方法ではない。従来のブロア方式の問題点を列記すると下記のとおりである。
（ａ）ブロアをとおして空気と混合するため、オゾン濃度は極端に低下する。空気が混合しているため、空気対オゾンの体積の比率で溶解する為溶解度が低い。現状では溶解するオゾン量は注入量の３０％以下である。空気の量を減らし、オゾン濃度を高くする程溶解度は上がる。
（ｂ）オゾン濃度が低いと油分との反応も不十分となる。
（ｃ）気泡が大きいため、未溶解のオゾンガスが地上に上がってくる。また、ブロアの送出部がゴムで出来ているため、吐出圧が低く、また定格値を超えるとブロアは壊れる。セラミックの散気管を使用すると気泡は細かくなるが内圧が上がり、ブロア故障の原因となる。そのため、前述の通りパイプに径１ｍｍ程度の穴を数ｃｍ間隔であけたものを散気管の代わりに使用している。そこから出る気泡は直径数ｍｍの泡となる。気泡が細かいほど水中に滞在しやすくなる。長時間水中に停滞させるには気泡を約２０μｍにしてやる必要がある。数ミリ気泡だと数秒で地上に出てしまう。一般的に水にガスを溶かす時、溶解度は時間と気泡の表面積に比例する。径数ｍｍの気泡では溶解度は高くなく、空中に抜け出てしまう。これでは、油脂との反応も悪く、未溶解のオゾンガスが空中にでて環境に悪影響を与える可能性もある。
（ｄ）通常ブロアの耐久気圧は１５ＫＰａ位で水深１．５ｍより深く配管できない。ブロアに係る圧力を決めているのは配管の抵抗（配管の径、長さ、穴）であり、それを超えるとブロアは壊れる。
（ｅ）散気管の穴の条件によって、内圧が高くなりブロアの負担となる。また逆に穴が大きくなると全体から気泡がでない為全体にオゾンがまわらない。
（ｆ）ブロアの空気を送り出す部分はゴムで出来ており、オゾンに対して弱い。また、ゴムの中にはいろいろな化学物質が練り込んである。オゾン発生器と同じ配管内にゴムがあるとオゾンによってゴムの成分が分解されカーボンや化学物質が発生する。それが、発生器に回り込むとオゾンが発生しなくなる。
（ｇ）また、ブロアは長時間運転するとモータが発熱を起こし、また、熱力学の法則から配管内は断熱圧縮の状態のため、ブロアから送出される空気は４０℃以上の高温になりオゾンを分解する。その結果オゾン濃度が低下する。
（ｈ）配管工事に専門的知識が必要になる。
（ｉ）排水と一緒に洗剤がグリストラップ内に流れ込むと、ブロアによる発泡に伴って洗剤による泡が生じる。グリストラップ内は泡だらけになり酷い場合には槽外へ泡があふれ出ることもあった。
本発明は、汚水又は厨房排水にオゾンガスを効率的に注入するため、高速に回転する円盤の下面にオゾンガスを注入して、細分化したオゾンガス気泡を汚水又は厨房排水に接触させて汚物を分解し浄化するようにしたもので、直接オゾンガスの気泡を切って細分化し、細分化したオゾンガス気泡を使用するため気泡利用装置の故障原因の大半であるブロアを使用しないで済むようにした方法、装置を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するため、本発明の請求項１にかかる発明は、汚水又は厨房排水にオゾンガスを効率的に注入するため、高速に回転する円盤の下面にオゾンガスを注入して直接オゾンガスの気泡を切って細分化し、細分化したオゾンガス気泡を、油分、洗剤または微生物を含む汚水又は厨房排水に接触させて汚物を分解し、分解物を含む排水を排出して浄化するようにしたことを特徴とするオゾンガスを利用した水浄化方法である。
請求項２は、排水流入口と処理水流出口とを有するグリストラップと、吊持枠により支持されてグリストラップ内の被処理水中に水平に配置された円盤と、前記円盤を高速に回転させる回転機と、前記円盤の中心より離れた位置の下方に開口させたオゾンガス注入管とを備え、前記オゾンガス注入管から吐出するオゾンガスを高速に水平回転する円盤の下面に衝突させることにより、オゾンガスの気泡を細分化しながら効率的に注入して汚水又は厨房排水と接触させて汚物類を分解浄化したのち処理水流出口より排水するようにしたことを特徴とするオゾンガスを利用した水浄化装置である。

本発明は、汚水又は厨房排水にオゾンガスを効率的に注入するため、高速に回転する円盤の下面にオゾンガスを注入して直接オゾンガスの気泡を切って細分化し、細分化したオゾンガス気泡を油分、洗剤または微生物を含む汚水又は厨房排水に接触させて汚物を分解し、分解物を含む排水を排出して浄化するようにしたことを特徴とする水浄化方法と装置であるので、（１）オゾンをなるべく高濃度で注入する。（２）気泡を小さくする。気泡は例えば、径約２０μｍ以下の大きさになると水中に浮遊して浮き上がりにくくなる。（３）混合率を上げる。（４）気泡利用の装置の故障原因の大半がブロアによるものであるが、直接オゾンガスの気泡を切って細分化し、細分化したオゾンガス気泡を使用するためブロアを使用しないで済む、という効果を有している。

［本発明の原理］図１は本発明オゾンガス溶解機の原理を示す断面図である。すなわち、水などの溶媒にオゾンガスを溶かすオゾンガス混合槽１０内に、下端に水平な円盤１２を取り付けた回転軸１１を垂直に挿入すると共に、円盤１２の中心から離れた下面にオゾンガス注入管１３の先端吹出口を配置して円盤１２の下面にオゾンガスぶつけて細分化する。
化学の実験において気泡を水などの溶媒に溶かす機械スターラがある。スターラの構造は、台の中にはマグネットが仕込んである。台の上に溶媒を入れた容器（ビーカ等）を乗せる。容器内にはテフロン（登録商標）でコーティングされた円柱形のマグネット（回転子）が入れてある。台の中のマグネットが回転するとビーカ内の回転子も容器内で回転するものである。回転子が回転すると水流ができる。そのとき、ガラス管から注入されたガスは効率よく溶解される。これは水流によって溶解度を上げるものである。一般的にこの撹拌して溶解度を上げるものをスターラと言う。

本発明は一種のスターラであるが、次の構造からできている。すなわち、回転子の代わりに平板からなる円盤を使う。円盤がモータ（回転機）によって駆動される回転軸を介して高速に水平回転し、円盤の下方よりオゾンガスを円盤面にぶつける、衝突させる構造である。円盤にぶつかったオゾンガスは細分化され微粒子となり、その後円盤外にはじき飛ばされ水流によって被処理水に混合される。

図２は本発明オゾンガス混合機を導入したグリストラップの断面図である。
汚水又は厨房排水にオゾンガスを効率的に注入するため、高速に回転する円盤２２の下面に、オゾン発生機（図示省略）からのオゾンガスを注入して直接オゾンガスの気泡を切って細分化し、細分化したオゾンガス気泡を油分、洗剤または微生物を含む汚水又は厨房排水に接触させて汚物を分解し、分解物を含む排水を排出して浄化するようにしたものである。
さらに、詳しく説明すると、排水流入口１５と処理水流出口１６とを有するグリストラップ１４と、吊持枠１８により支持されてグリストラップ内の被処理水中に水平に配置された円盤２２と、円盤を高速に回転させる回転機（モータ）１７と、円盤の中心より離れた位置の下方に開口させたオゾンガス注入管１３とを備え、前記オゾンガス注入管１３から吐出するオゾンガスを高速に水平回転する円盤２２の下面に衝突させることにより、オゾンガスの気泡を細分化しながら効率的に注入して汚水又は厨房排水と接触させて汚物類を分解浄化したのち処理水流出口より排水するようにしたオゾンガスを利用した水浄化装置である。回転軸２１は吊持枠１８の上部に組付けられた回転機（モータ）１７に直結され、且つ保護管２０内に挿入されている。吊持枠１８の下方には上下２段のぶれ止め部材１９、１９が固着され、その間に垂下した回転軸２１の先端近くに前記円盤２２を固着する。オゾンガス注入管１３から吐出するオゾンガスを高速に水平回転する円盤２２の下面に衝突させることにより、オゾンガスの気泡を細分化しながら効率的に注入して汚水、厨房排水等と接触させて汚物類を分解浄化したのち処理水流出口１６から排水する。

本発明は従来のブロア式に比べ以下のごとき効果を発揮する。オゾンガス注入量毎分５０〜１００リットルだったものがわずか２〜８リットルになる。そのオゾン濃度は２０〜５０ｐｐｍだったものが３００〜１５００ｐｐｍになる。気泡が細分化されるのでほとんど溶解する。また、運用面からみて（イ）余剰ガスがグリストラップ外に出ない。（ロ）溶解度、反応性が非常によくなる。（ハ）モータを使用することで、寿命がよくなる。（ニ）施工に専門的知識が必要ない。（ホ）洗剤による泡水が混入しても円盤が泡を切るため逆に消泡する、という点で有効である。

以上のように、本発明は、オゾンガスを水等の溶媒に効率的に注入することを目的としたもので、撹拌により溶媒に水流を起こす従来の方法と違い円盤が直接気泡を切って細分化する。オゾンガス以外にも、薬液、排水、微生物、酵素等を注入することができる。回転子の形状をプロペラにすることもできるが、表面が平滑または粗面の円盤を水平に回転させることで余分な水を撹拌しない。水の抵抗が小さくできるので機械の負担が最小限になり寿命が増す。また、オゾンガスが回転子に当たりやすくなり、回転子を高速（例えば３０００〜１００００ｒｐｍまたはそれ以上）で水平回転させることでオゾン泡をより細分化できる。さらに、グリストラップ用だけでなく、オゾン水生成機としても有効に機能する。そのため次の特徴を備えている。（ア）回転軸（ポール）に取り付けられた円盤を回転機によって回転し、下方よりオゾンガスを円盤面にぶつける構造とした。（イ）上記オゾンガス混合機において、オゾンガスを効率的に細分化するために円盤面の表面を荒らした構造を有するものとした。（ウ）上記円盤は平板であり回転中に余分な水流を作らない構造としたものである。

本発明オゾンガス混合機の原理を示す断面図。本発明オゾンガス混合機を導入したグリストラップの断面図。

符号の説明

１０オゾンガス混合槽１１回転軸
１２円盤１３オゾンガス注入管
１４グリストラップ１５排水流入口
１６処理水流出口１７モータ
１８吊持枠１９ぶれ止め部材
２０保護管２１回転軸
２２円盤

Claims

汚水又は厨房排水にオゾンガスを効率的に注入するため、高速に回転する円盤の下面にオゾンガスを注入して直接オゾンガスの気泡を切って細分化し、細分化したオゾンガス気泡を油分、洗剤または微生物を含む汚水又は厨房排水に接触させて汚物を分解し、分解物を含む排水を排出して浄化するようにしたことを特徴とするオゾンガスを利用した水浄化方法。
排水流入口と処理水流出口とを有するグリストラップと、吊持枠により支持されてグリストラップ内の被処理水中に水平に配置された円盤と、前記円盤を高速に回転させる回転機と、前記円盤の中心より離れた位置の下方に開口させたオゾンガス注入管とを備え、前記オゾンガス注入管から吐出するオゾンガスを高速に水平回転する円盤の下面に衝突させることにより、オゾンガスの気泡を細分化しながら効率的に注入して汚水又は厨房排水と接触させて汚物類を分解浄化したのち処理水流出口より排水するようにしたことを特徴とするオゾンガスを利用した水浄化装置。