JP2008531252A - オゾン及び再循環を用いて液体を精製する装置及び方法 - Google Patents

Abstract

特に水である液体（Ｗ１）を精製する装置（１）は、オゾン（Ｏ）を用いて前記液体（Ｗ１）を処理するオゾン処理ユニット（８）と、前記オゾン処理ユニットに水理的に接続された貯留部（４８）とを備えている。この装置（１）は、前記処理された液体を、前記貯留部（４８）から再循環線（６６、６９、６１）を介して再循環させる再循環手段（５４、６８、６０）を備えている。再循環線（６６、６９、６１）は、少なくとも１つのフィルタ・ユニット（５８、５６）を備えている。

Description

本発明は、特に水である液体を精製する装置及び方法に関する。

世界の多くの地域において、飲料水の水源は、鉄イオン、マンガン、硫化水素、砒素、フッ化物など、長期的に健康被害を生じさせるおそれのある無機化学物質に加えて、シスト、バクテリア、ウイルスなど微生物性の汚染物を含む。

地域によっては、この問題は部分的にしか対応がなされておらず、あるいは、処理プラントといえども、適切な酢短ダートの飲料水を一貫して供給するには信頼できない場合がある。水源の水がフミン酸塩など著しい量の有機物質を含む場合には、高レベルの塩素を用いた消毒の結果として、トリハロメタン（ＴＨＭ）のけいたいの新たな化学的汚染物を生じてしまう。

水源は、個人的な井戸の場合もあるが、その場合には、ユーザが処理システムについては全面的に責任を負うことになる。しかし、ごく少数のユーザしか、そのような水源を適切に処理し維持する技術的知識を有していない。従って、水を効率的に処理してＵＳＥＰＡ（米国環境保護局）によって設定された飲用水の基準を満たすものとする、単純で、使用の時点における自動的な装置に対する必要性が存在している。そして、その装置は、個人による又は職場での使用に適したものであることが必要である。

沈殿フィルタを用いた多段階の水処理を行い、塩素を除去するために活性炭素フィルタを用い、更に、塩をほとんど除去するために逆浸透を行い、最後にこの技術分野で知られている活性炭素によって微量の有機化合物を除去する。逆浸透膜は、一般的に、低い水処理効率を有するので、処理された水は、貯留部に保管されることが必要であり、バクテリアによる汚染から保護しなければならない。バクテリアの成長とそれに伴う匂いが発生するために、一定の周期で、貯留部の殺菌が必要になる。これらのシステムは、処理された水の貯留部４８がオゾン又は低レベルの塩素による化学的な殺菌を追加的に行わない場合には、飲用でない水に対する処理には適していない。

飲料水に対する化学的な殺菌は既知である。現場で容易に発生させることができ有害なハロゲン副生物（ＴＨＭ）を形成せず、短時間で酸素に戻るため、オゾンが好ましいとされている。いくつかの従来技術による装置が知られている。

米国特許５６８３５７６には、住居における使用時及び投入の時点に適したオゾン・ベースの水処理装置が記載されている。この装置は、前処理フィルタと、バッチ式のオゾン反応器（ＣＴチャンバ）と、オゾン発生器と、貯留タンクと、水を処理するマイクロコントローラと、を備えている。生の水が前処理フィルタを介してＣＴに送られ、そこで、オゾンが水に溶解され、バクテリア、ウイルス及びそれ以外の微生物の消毒がなされる。オゾンは、オゾン発生器によってその場で作られる。処理された水は、貯留タンクに送られ、必要に応じてそこから引き出される。貯留タンクは、保管されている水の高さとタンクの上部との間のギャップにはオゾンが加えられた空気のブランケットによって空気中の汚染物質から保護されている。ＣＴからの水は、タンクに入る際には、このブランケットを通過して注がれる。保管されている水は、再処理のために、周期的にＣＴに再循環される。しかし、このような装置には、短所がある。水が再処理のためにＣＴに再循環されるときには、ＣＴが使用されているため、生の水をオゾン処理することができない。装置の効率は、従って、限定されている。更に、この装置は、微生物成分の除去だけを念頭においている。生の水は、通常は、無機汚染物を含むのであるから、それも考慮することが必要である。

米国特許６４７５３５２には、再循環システムの中に注入されるオゾンを用いた家庭用の水精製装置が記載されており、この装置は、前処理フィルタと、主たる活性炭素フィルタと、水処理反応器と、更にオプションで、排出の直前に水を濾過する研磨活性炭素フィルタとを備えている。このシステムの動作は、マイクロコントローラと弁システムを備えたポンプによる。水は、主たるフィルタと反応器とを介して最低でも３回から８回は循環しなければならず、それによって、適切なレベルの微生物の処理が達成できる。この装置はコロイド状の粒子（最初から存在しているか、オゾン処理プロセスの間の核種の酸化によって発生する）と有機化学的汚染物とを除去できるが、長期的には健康にとって脅威となりうる砒素やフッ化物などの無機物質の除去に関しては不十分である。更に、生の水の処理を継続している間は、精製された水を保管することができない。

発明の概要

従って、本発明の目的は、従来技術の短所を克服することであり、特に、原水（生の水）などの液体を、特に使用の時点で、効率的に精製することを可能にする液体精製方法及び装置を提供する。更に、この装置は、ある時間の間に精製された水が排出されていないような場合には、自動的に信頼できる精製を実行して再汚染を回避することができる。本発明によると、これらの及びそれ以外の目的が、冒頭の特許請求の範囲に記載された構成を有する装置及び方法によって達成される。

この装置は、基本的には、個人的な井戸や公共の水源からの潜在的に飲用ではない水などの液体を精製するのに用いられる。この装置は、水源に水理的に接続された少なくとも１つのオゾン処理反応液体処理ユニットを含む。このオゾン処理反応ユニットの基本的な機能は、原水の中に存在している可能性がある微生物性の汚染物を不活性化することである。オゾン処理反応ユニットは、典型的には、処理タンクと、オゾンガス源と、小さな泡の形態でこの気体を導入する噴霧器と、処理タンクの中でのレベルだけでなく水の出入りを制御する適切な手段と、処理時間を制御するタイマとで構成されるバッチ式反応器で構成される。

この装置は、更に、オゾン処理ユニットに水理的に接続されていてユーザによって排出されるまで精製された水を保管しておく貯留部を備えている。本発明によると、この装置は、更に、処理された水を、少なくとも１つのフィルタ・ユニットを備えた再循環線を介して、貯留部から再循環させる再循環手段を備えている。従来技術とは異なり、処理された液体は、貯留部からオゾン処理ユニットへ再循環されるのではない。そうではなく、液体は、再循環線の中に配置されたフィルタ・ユニットを介して、貯留部に戻される。このような設計には、複数の利点がある。第１に、オゾン処理された液体を、貯留部からフィルタ・ユニットを介して複数回再循環させることが可能であり、オゾン処理の後でも水の中に存在している無機汚染物を除去することができる。これにより、フィルタ・ユニットにおける反復的な処理によって生じる延長された滞留時間のため、フィルタ媒体の最適な使用が可能になる。第２に、新たな原水のオゾン処理を、再循環サイクルと並列的に実行することが可能になり、それによって、１日あたりの水処理アウトプットに関する装置の効率を高めることができる。

本発明の好適実施例によると、この装置は、貯留部及び／又は再循環線における液体をオゾン処理する手段を備えている。貯留部において液体がオゾン処理される場合には、再循環の間には、溶解したオゾンは、どの弁や接続部やフィルタ装置に加えて、再循環線を介して送られる。従って、この水理システムの構成要素とフィルタ・ユニットにおける微生物の成長は、オゾン処理プロセスの頻度及び濃度に応じて、完全に抑制される。上述したフィルタ・ユニットを含む再循環ユニットを用いるオゾン処理が好ましいが、そのような再循環がなされない場合には、貯留タンクの中の液体をオゾン処理により精製することも好ましい。ときに、液体がある期間の間排出されていなければ、貯留タンクの中に含まれる液体をときにはオゾン処理することが好ましい場合もある。原水をオゾン処理するオゾン処理ユニットと貯留部の中の純水をオゾン処理する追加的な手段を備えていることによって、原水のオゾン処理と精製された水の再オゾン処理とを並列的に実行することができる。再オゾン処理は、従って、オゾン処理反応ユニットの中の原水のオゾン処理にいかなるマイナスの効果を及ぼすことがなく、あるいは、この処理システムの日常的な生産性にマイナスの効果を与えることもない。

好ましくは、再循環線の少なくとも一部は、オゾン処理反応ユニットと貯留部との間の水理的な接続部の一部を形成する。再循環線におけるフィルタ・ユニットは、オゾン処理反応ユニットからポンプで貯留部に送られるオゾン処理された水が再循環線におけるフィルタ・ユニットを通過するように構成することが好ましい。転送及び再循環のために、別のフィルタ・ユニットを用いることも可能である。このようにして、汚染物を、オゾン処理反応チャンバから貯留部への移動の間や再循環の際に除去することが可能であり、フィルタを通過する度に、その濃度を低下させることができる。フィルタ媒体と処理された水との接触時間が長くなることにより、フィルタのサイズをより効率的な小さなものとしたり、再循環流率を大きくすることによって、より高速な処理が可能になる。

本発明の更なる実施例によると、この装置は、再循環線を介して液体を周期的に再循環させるタイミング及び制御手段を備えている。このような手段は、貯留部の中の液体のオゾン処理に関しては、微生物性の汚染物が再生することを防止するために好ましい。

更に、又は、あるいは、この装置は、フィルタ・ユニットによって液体から除去されるべき汚染物の濃度が所定のレベルよりも低くなるまで液体を自動的に再循環させるポンプ及び制御手段を備えている。もちろん、１つの同じ装置において、液体を周期的に再循環させる手段と、汚染物のある濃度が達成されるまで液体を最初に再循環させる手段との両方を備えることもありうる。

ある好適実施例では、再循環線におけるフィルタ・ユニットは、好ましくは、砒化物及び／又はフッ化物などの無機イオンを部分的に又は完全に除去することが意図される。砒素の一形態である三価の亜砒酸塩や、鉄の二価の形態である第１鉄、三価及び二価のマンガンの形態などに関して、オゾン処理反応ユニットにおける水のオゾン処理は、これらの汚染物を酸化し、以後のフィルタ・ユニットにおいて除去可能なより高い原子価レベルにすることがわかった。結果的に生じる溶解性の５価の砒酸塩イオンを除去するには、この以後のフィルタ・ユニットは、好ましくは、活性アルミナ・フィルタである。

本発明の更なる好適実施例によると、再循環線は、活性アルミナ・フィルタ・ユニットの上流に配置された更なるフィルタ装置を備えている。これは、好ましくは、マイクロファイバグラスと活性炭素ブロック・フィルタとの組である。このようなフィルタは、鉄及びマンガンから生じうるコロイド状の酸化物をすべて除去することができる。また、溶解した有機物の分子も除去できる。これらは、オゾン処理の間に水の中に存在しうる臭化物イオンから形成されうる潜在的に発ガン性の臭素酸塩を除去することができる。

好ましくは、本発明によるオゾン処理ユニットは、ある所定の量の液体のバッチ式のオゾン処理に適するように設計されている。これによって、ユーザが水を貯留タンクから水を排出しなくてはならない場合でも所望の処理レベルに到達するのに十分な時間の間のオゾン処理を可能にする。更に、これにより、精製された水が排出されないときでも、水を精製し、貯留部を再度満たすことが可能になる。

本発明の別の好適実施例によると、この装置は、オゾン処理反応ユニットと貯留部との間に気体コンジットを備えている。オゾン処理反応ユニットから排出することが許されなければならない過剰なオゾンは、このコンジットを介して貯留部に送ることができる。これにより、１つの同一のオゾン発生器を備えた貯留部における特にシンプルなオゾン処理が可能になる。この実施例によると、貯留部は、貯留部から外に排出される搬送気体（空気又は酸素）からオゾンを除去する活性炭素排出フィルタを備えている。この理由は、ユーザの健康及び安全の見地からは大量のオゾンが水精製装置の中間的な領域に入ることは望ましくないからである。

本発明の別の好適実施例によると、この装置は、１つのオゾン発生器を備えている。この発生器は、オゾン処理反応ユニットと貯留部との両方に接続することができる。適切な弁により、オゾンをオゾン処理ユニットと貯留部とのいずれか一方又は両方に導くことが可能である。

本発明による装置は、好ましくは、液体を送るポンプを備えている。このポンプは、基本的に、オゾン処理反応ユニットから貯留部へ液体を送るために用いられる。液体はフィルタ・ユニットを介して送られるから、このポンプは、液体を一定の流率で送ることが望ましい。

ポンプを弁手段を備えた貯留部に水理的に接続する際には、第１の動作モードでは、ポンプは液体をオゾン処理ユニットから貯留部に送る。第２の動作モードでは、ポンプは、フィルタ・ユニットと再循環線とを介して液体を再循環させる。第３の動作モードでは、ポンプは、精製された液体を貯留部から排出口に送り出す。１つの同じポンプを用い、適切な弁を用いることによって、すべての液体の搬送が達成される。

本発明の別の特徴によると、特に水である液体を精製する方法が提供される。第１のステップでは、液体が、オゾン処理ユニットにおいてオゾン処理される。オゾン処理された液体は、貯留部に転送される。よって、液体は、少なくとも１つのフィルタ・ユニットを介して送られる。最後のステップでは、液体は、貯留部から、再循環線を介して、更に、少なくとも１つのフィルタ・ユニットを介して貯留部まで再循環される。適切なパイプと弁とによって、フィルタ・ユニットを、再循環線か、又は、貯留部にオゾン処理ユニットを接続する転送線かに選択的に接続することが可能になる。

液体は、一定の時間間隔で、例えば、周期的に再循環させることができる。所定の時間の間に排出された精製済の水が少なすぎる場合には、再循環がなされることが好ましい。このような再循環は、貯留部の周期的なオゾン処理と組み合わせることによって、使用していない時間におけるバクテリアの再生を防止できる。

あるいは、オゾン処理反応ユニットからの転送の後のある時間の間、又は、何回かの後で、液体を再循環することも可能である。再循環は、液体中の汚染物の量が所定のレベルよりも低くなるまで行われる。これは、汚染物を測定することによって直接的に、又は、ある時間の間水を再循環させることによって経験的に、行うことができる。もちろん、液体を最初に再循環させて、汚染物の量を減らし、その後で、貯留部のオゾン処理の後で周期的に液体を再循環させて生物的な汚染の再生を防止することができる。

本発明の別の好適実施例によると、オゾン処理された液体は、貯留部に導かれる前に、好ましくは、コロイド状の粒子や溶解した有機物質を除去する活性炭素ブロック・フィルタと、砒素又はフッ化物のような無機イオンを除去するのに用いられる活性アルミナ・フィルタなど、２フィルタ装置を介して送られる。

別の好適実施例によると、液体は、オゾン処理反応ユニットにおいてバッチ式にオゾン処理される。従って、所定の量の液体がオゾン処理反応ユニットの中に処理される。このようにして処理された液体が、オゾン処理の後で、貯留部に送られる。これにより、オゾン処理ユニットにおける原水の連続的なバッチ式処理が可能になる。平行して、精製された水を、貯留部から排出することもできる。

別の好適実施例によると、貯留部の中の精製された液体は、少なくとも一時的には、貯留部において、オゾンを用いて処理される。オゾン処理ユニットにおけるオゾン処理に追加されるそのような一時的な処理によると、生物的な汚染物の再生を回避することができる。

オゾン処理ユニットにおける過剰なオゾンを貯留部に送ることが好ましい。オゾンの量が不十分な場合には、直接的な接続部を貯留部とオゾン発生器との間に設けることも可能である。

貯留部において気相で存在縷々オゾンは、貯留部からの気体流から除去することが好ましい。このためには、気流を排出フィルタを介して送ることができる。このような濾過された排出により、装置の周囲をオゾンで汚染することが回避できる。

好ましくは、液体は、一定の流率でフィルタ・ユニットを介して送られる。一定の流率を用いることによって最良の濾過結果が達成されることがわかっている。
本発明によると、液体は、異なる複数の経路で移動させることができる。第１の動作モードでは、液体は、オゾン処理ユニットから貯留部に移動される。この転送には、液体を一定の流率で移動させるポンプが用いられる。第２の動作モードでは、液体は、ポンプによってフィルタ・ユニットを介して循環される。第３の動作モードでは、液体は、同じポンプによって排出される。適切な弁及びパイプが用いられるのであれば、１つの同じポンプを異なる目的に用いることが可能である。

再循環の間か、又は、その直前に、貯留部の液体をオゾン処理することが好ましい。液体の中に溶解しているオゾンは、フィルタ・ユニット及び／又は再循環手段のそれ以外の要素を介して移動される。弁、パイプ、フィルタ・ユニットなど、再循環手段の構成要素におけるバクテリアの再生は、このようにして回避できる。

本発明によると、オゾン処理の間に液体の中の汚染物を酸化することによって、フィルタ・ユニットにおける酸化された汚染物を除去することが好ましい。活性アルミナを用いた既知のフィルタ・ユニットは、原水が先にオゾン処理されている場合、砒素などの無機汚染物の除去効率が高いことがわかっている。この除去原理は著しい利点を有するから、上述した再循環との関係では、ｐＨ＞７であると除去効率が低くなるから、再循環によって、単独の通過においてみられる効率の低下を補償することができる。

本発明の別の好適実施例によると、この装置は、上述の好適実施例を以下の動作モードの１つ又は複数に配置する適切なソフトウェア・プログラムを備えたマイクロプロセッサを含む。

Ａ．反応及び保管モード：原水は、所定のオゾン処理時間の間、反応器の中で処理された後で、前記１又は複数のフィルタを介してポンプで送られ前記貯留部に保管される。
Ｂ．周期的な貯留部オゾン処理及び再循環モード：貯留部の中の水は、所定の時間、オゾン処理され、よって、前記貯留部からの水は前記フィルタを介して再循環され前記貯留部に戻る。

Ｃ．沈殿周期オゾン処理処理モード：反応チャンバと前記貯留部の中のすべての水が、所定の時間、オゾン処理され、前記精製装置が所定の時間用いられていない場合には所定の沈殿期間の後でオゾン処理される。

図１は、本発明によって水を精製する装置１の構成要素の概略を示している。
原水Ｗ１は、水源１０によって提供される。飲用に適さない水Ｗ１の中の粒子とコロイド状の無機物質とが、最初にプレフィルタ１６によって予め濾過される。プレフィルタ１６は、公称１μｍのマイクロファイバグラスの層と活性炭素ブロックとで構成され、溶解した又はコロイド状の有機物質を実質的に除去する。審美的な意味で水Ｗ１を処理して混濁を除去すること以外に、存在する有機物質の濃度を低下させることによって、次の段階で必要になるオゾンが少なくて済むことになる。

このように前処理された水Ｗ２は、オゾン発生器３２とオゾン処理反応チャンバ１６（図２を参照のこと）とを有するオゾン処理装置８の中に導かれ、オゾン処理ユニット８の中の前処理された水が消毒される。Ａｓ（ＩＩＩ＋）の亜砒酸塩は、従って、酸化され、Ａｓ（Ｖ＋）の砒酸塩形式になる。オゾン処理は、オゾン発生器の製造能力と、推定されるオゾン需要と、汚染物の所望の削減量を生じさせるのに必要なｃｔ（濃度×時間）とに応じて、ある一定の時間、バッチ式で実行される。ＵＳＥＰＡのガイド・スタンダードを満足する殺菌目的のためには、これは、シスト及びウイルスの４ｌｏｇの削減であり、バクテリアの７ｌｏｇの削減である（すなわち、１０^４又は１０^７の反応）。水中の余分なd第１鉄（ferrous）又は２価のマンガン（manganous）イオンもすべて酸化され、第２鉄（ferric）又は３価マンガン（manganic）状態になり、コロイド状の粒子を形成する。飲用の水は６−８．５のｐＨ範囲にあるので、第２鉄又は３価マンガンイオンは、この範囲のｐＨでは非常に不溶性であり、コロイド状の粒子の形態で、それらの水酸化物として沈殿する。

オゾン処理され前処理された水Ｗ３は、次に、オゾン処理反応ユニット８から、マイクロファイバグラスと活性炭素ブロック・フィルタ５６との第２の組を介して、一定の流率でポンプで送られる。マイクロファイバグラスと活性炭素ブロック・フィルタ５６との第２の組は、存在する臭化物（bromide）イオンから形成されたすべての臭素酸塩（bromate）イオンだけでなく、すべてのコロイド状酸化物と溶解した有機分子とを除去する。この後には、一定の流率での１回の通過でＡｓ（Ｖ＋）又はフッ化物の少なくとも８０％を除去する活性アルミナ・カートリッジ５８が設けられている。精製された水は、次に、精製された水の貯留部４８の中に保管される。この貯留部は、典型的には、４０リットルの精製水を保管する容積を有している。

精製水の貯留部４８と精製水を分配する水理線とは、短時間の間貯留部４８の中に周期的にオゾンＯ３を泡立たせ、貯留部４８からの水Ｗ４をマイクロファイバグラス及び活性炭素フィルタ５６と活性アルミナ・カラム５８とを介して再循環させ、貯留部４８に戻すことによって、ほぼ滅菌状態に維持される。

再循環流率は、活性アルミナ・カラム５８の効率と、貯留部４８の中のＡｓ（Ｖ＋）かフッ化物イオンかのいずれかの濃度をＵＳＥＰＡのスタンダードによって許容される濃度まで低下するのに要求される推定の通過回数とに応じて、設定される。この推定は、活性アルミナ媒体のタイプ及び量と、フィルタの直径及び長さと、貯留部４８の容積とに依存する。従って、特定のシステムについては、経験的な試行錯誤によって最も容易に決定される。

所定の時間の間、例えば、４時間の間、水がまったく分配されていない場合には、オゾンを貯留部の中に泡立たせることは、周期的に実行される。オゾン処理の時間は、オゾン発生器の性能と貯留部４８の特定の容積とに依存する。例えば、貯留部が２０リットルであり、１ｇ／時間のオゾン発生器の場合には、貯留部４８の中の水Ｗ４のオゾン処理は、典型的には１０分間で実行される。

また、再循環は、当初は、原水の中の汚染物の濃度が最大の許容可能な汚染物濃度まで低下するまで、実行される。また、炭素及び活性アルミナ・フィルタやパイピングや弁や貯留部４８などの水理システムにおいて微生物の再生が生じないように、後の貯留部オゾン処理期間の間にも、再度行われる。

上述した方法を実行するのに適した装置が、図２に概略的に図解されている。しかし、マイクロコントローラ及びそれに付随するソフトウェアと、様々な素子の動作を制御する電子回路とは省略されている。以下の記載においては、様々な素子を動作させるセンサへの参照はマイクロプロセッサ・プログラムを介してなされることを理解してほしい。

未処理の水源１０は、ソレノイド弁１４とプレフィルタ・カートリッジ１６とに直列に水理的に接続されている一定流率のポンプ１２に接続されている。プレフィルタ１６は、公称で１ミクロンの孔サイズのマイクロファイバグラスのフィルタ材料を用いて包囲された、公称の孔サイズが０．５ミクロンの活性炭素ブロック・フィルタ（米国所在のＫＸインダストリーズ（KX Industries））から構成されている。このフィルタは、使い捨てのプラスティック・ハウジングの中に配置されるか、又は、標準のフィルタ・ハウジング（米国所在のアメテック（Ametek）社製）の中に配置された交換可能なフィルタ要素として提供される。１０”のフィルタ要素の場合には、ポンプ１２は、典型的には、２−１／分の間動作される。

プレフィルタ１６は、原水パイプ１７とリッド２８とを介して、オゾン処理チャンバ１８に水理的に接続されている。オゾン処理チャンバ１８は、水のレベルがスイッチの高さよりも低くなると常にポンプ１２を起動して弁１４を開ける最小水レベル・スイッチ２０を含む。前処理された水Ｗ２は、次に、ポンプ１２をオフにして弁１４を閉鎖する最大レベル・スイッチ２２、及び／又は、オーバフロー・スイッチ２３を動作させるように上昇するまで、オゾン処理反応チャンバ１８の中に入る。

オゾン処理反応チャンバ１８は、典型的には、オゾン発生器の性能と、生成装置の設計及びサイズに関する物理的な制約と、オゾンと空気との混合物を反応チャンバの水の中に注入する方法とに応じて、４−８リットルの体積の原水を有する。このチャンバは、高さと直径との比率が最小で７：１、好ましくは１０：１以上である円筒の形状を有することによって、効率的な動作が可能なように設計されている。

オゾン反応チャンバ１８の底部１９には、オゾン及び空気の混合物を微細な泡の形状で導入する手段２６が存在する。これは、多孔性のセラミック製の石であるか、又は、この技術分野で公知のそれ以外の手段でありうる。泡立て手段２６は、オゾン処理パイプ２９を介してオゾン処理ソレノイド弁３０に接続されている。オゾン処理パイプ２９は、リッド（ふた）２８を通過する箇所では一体的に密封されている。オゾン配送パイプ３１は、オゾン処理弁３０をオゾン発生器３２に水理的に接続している。最大レベル・スイッチ２２の動作の後では、オゾン処理ソレノイド弁３０が開き、オゾン発生器３２が動作し、オゾン及び空気の混合物が手段２６を介して、高さと直径との比率が１：７であり４リットルのオゾン処理反応チャンバ１８の容積の場合には、典型的には５−１２分である所定の時間だけ、泡立つ。リッド２８に接続されている転送ソレノイド弁３４が同時に開き、過剰な空気及びオゾンをオゾン処理反応チャンバ１８から外へ排出することを可能にする。

オゾン処理反応チャンバ１８からの過剰な空気及びオゾンは、転送ソレノイド弁３４と転送パイプ４５と貯留部のリッド４６とを介して、処理済みの水の貯留部４８の上部の空間に導かれる。この気体は、貯留部のリッド４６に配置された粒状の活性炭素（ＧＡＣ）空気フィルタ・カートリッジ５０を介して大気に放出される。粒状活性炭素カートリッジ５０は、例えば、空気清浄化の目的でアメテック社によって販売されているタイプのものでよい。

オゾン発生器３２は、冷却要素３８に直列に接続された空気ポンプ３６を有し、更に、空気乾燥カラム４０と、空気フロー・スイッチ４２と、コロナ放電管及び電源４４とを備えている。冷却要素３８は、周囲の空気から過剰な湿気を除去し気温を約１０度Ｃまで低下させる目的を有する空気のための曲がりくねったフロー経路を含む熱電提供に冷却される金属製のブロックである。部分的に乾燥され冷却された空気Ａ１は、空気乾燥カラム４０に入る。このカラム４０は、ゼオケム（Zeochem）社製の４Ａ分子ふるいやシリカ・ゲル・ビーズなどの検湿媒体で満たされている。カラム４０から出てくる空気Ａ２は、２０度Ｃの温度ではわずかに５％の相対湿度を有する。湿度及び気温センサ４３は、これらのパラメータのそれぞれに関するデータを上述したマイクロコントローラに入力する。測定された値が所定の値からずれている場合には、マイクロコントローラは、システムの故障を示し、電源４４とオゾン処理弁３０とを消勢することによって、オゾン処理反応チャンバの中の水処理を停止する。このようにして、貯留部４８のなかにある既に処理された水は、オゾン発生器が貯留部４８のオゾン処理を要求されるまで、ある時間の間だけ、排出される。この時点で、貯留部４８からの水の排出もまた停止される。

所定のオゾン処理期間の終了時に、マイクロコントローラは、オゾン処理された水転送弁５２を開くのであるが、この弁５２は、オゾン処理チャンバ１８の底部１９と一定流率ポンプ５４との間に水理的に接続されている。ポンプ５４を動作させ、貯留部入口弁６０を開くと、オゾン処理チャンバ１８からの水Ｗ３が、活性炭素フィルタ５６と活性アルミナ・フィルタ５８とを介して一定の流率で送られる。精製された水Ｗ４は、貯留部入口パイプ６１と貯留部リッド４６とを介して、処理済み水の貯留部４８の中に送られる。ポンプ５４の流率の最大値は、フィルタ５６の溶解有機物質の減少とフィルタ５８による無機イオン（砒素又はフッ化物）の減少との所定のレベルを達成するのに許容される最大の流率によって決定される。流率は、典型的には、１０”のフィルタ・カートリッジ要素の場合には、１リットル／分である。

フィルタ５６は、上述したフィルタ１６と構成が同一である。活性アルミナ・フィルタ５８は、活性アルミナ媒体のカラムから構成され、このカラムは、フィルタを２９ｇ／Ｌの硝酸アルミニウムの溶液に１時間の間接触させることによって用いる前に付勢されている。この溶液は、次に、装置に設置して用いるのに先立って、純水によってフィルタから排出される。活性アルミナ・フィルタ５８の物理的な寸法は、再循環ループと水源の水の砒素又はフッ化物のｐＨ及び濃度と処理される水の全体積とのフロー・パラメータによって決定される。これは、例えば、典型的には、直径が６０ｍｍであり長さが５００ｍｍである円筒状のカートリッジである。

処理済み水の貯留部４８には、最小レベル・スイッチ７０と、最大レベル・スイッチ７２と、オーバフロー・スイッチ７４とが備えられている。貯留部の中に配置されている空気／オゾン泡立て要素６２は、貯留部オゾン処理パイプ６３によって、リッド４６を介して、貯留部オゾン処理弁６４に接続されている。弁６４は、オゾン配送パイプ３１に水理的に接続され、従って、オゾン発生器３２に接続されている。例えば４時間程度の所定の時間の間、マイクロコントローラは、オゾン発生器３２と貯留部オゾン処理弁６４とを動作させ、よって、オゾン及び空気の混合物を泡立てて処理済み水の貯留部４８の中に送りこむ。

貯留部出口パイプ６６は、リッド４６を通過して伸長して処理済み水貯留部４８を閉鎖して、水が貯留部４８から引き戻されることを可能にする。貯留部出口パイプ６６は、貯留部出口弁６８とパイプ６９とを介して、ポンプ５４の吸い込み口に水理的に接続されている。処理済み水の排出口７８での排出は、排出弁７６と排出パイプ７５とによってなされ、これらは、ポンプ５４の出口に接続されている。ユーザが、精製装置の上のボタンを押下するなど、手動でマイクロコントローラに精製された水を排出するように命令すると、貯留部出口弁６８と排出弁７６とが開き、ポンプ５４が付勢されて、水Ｗ６が排出口７８から排出される。

フィルタ５６及び５８を介して貯留部４８からの水の再循環を達成するには、オゾン処理された水の転送弁５２と排出弁７６とは、閉じた状態に維持される。貯留部入口弁６０と貯留部出口弁６８とポンプ５４とが付勢され、再処理された水が、貯留部入口パイプ６１を介して貯留部４８に戻される。この再循環サイクルのための時間は、マイクロコントローラにおいて設定されている値によって予め決められている。

貯留部及び再循環におけるオゾン処理は、通常は、並列的に行われる。
図３ａないし図３ｅは、異なる複数の動作モードを概略的に示している。
図３ａでは、プレフィルタによって濾過された水Ｗ２は、オゾン処理反応チャンバ１８においてオゾン処理される。このためには、オゾン処理弁３０は開いており、空気ポンプ３６は動作している。オゾン発生器３２によって発生されたオゾンは、オゾン配送パイプ３１とオゾン処理パイプ２９とを介して、オゾン処理反応チャンバ１８の中に導かれる。図３ａは、第１のオゾン処理バッチを示している。オゾン転送弁３４は開いている。他のすべての弁は閉じている。これは最初のバッチであるから、貯留部４８の中には水は保管されていない。

図３ｂは、オゾン処理された水Ｗ３がモードＭ１において貯留部４８に送られる様子を示している。オゾン処理された水の転送弁５２と貯留部入口弁６０とは開いており、ポンプ５４は動作している。他のすべての弁は閉じている。

図３ｃは、別の動作モードＭ２を示している。この動作モードでは、オゾン処理反応チャンバ１８のコンテンツはすべて貯留部４８に送られている。フィルタ５６及び５８を通過させる水の処理を反復するためには、オゾン処理された水の転送弁５２は閉じており、貯留部出口弁６８と貯留部入口弁６０とは開いている。ポンプ５４は動作していて、水は、貯留部４８から、パイプ６９だけでなく貯留部出口パイプ６６と貯留部入口パイプ６１とを含む再循環線を介して再循環される。この動作モードでは、すべての他の弁は閉じている。しかし、図３ａに示されているのと類似の態様で、オゾン処理反応チャンバ１８の中の原水を並列的にオゾン処理することは可能である。

図３ｄは、別の再循環動作モードＭ２’を示している。貯留部出口弁６８と貯留部入口弁６０とは開いており、ポンプ５４は水が循環するように動作している。図３ｃの場合と比較すると、更に、貯留部オゾン配送弁６４が開いていて、オゾンが貯留部４８の中に入るようになっている。オゾンは、貯留部４８の中に保管されている水に溶解し、貯留部入口弁６０と貯留部入口パイプ６１とに加えて貯留部出口パイプ６６と貯留部出口弁６８とパイプ６９とポンプ５４とフィルタ５６及び５８とを含む再循環線を介して送られる。原水の新たなバッチを、並列的にオゾン処理することができる。

図３ｅは、別の動作モードＭ３における精製水Ｗ５の排出を示している。原水の新たなバッチを並列的にオゾン処理することができる。

本発明の原理に関する図解である。 本発明による装置の概略的な図解である。 本発明の異なる動作モードである。 本発明の異なる動作モードである。 本発明の異なる動作モードである。 本発明の異なる動作モードである。

Claims (30)

1. より高い酸化状態に酸化されることが可能な微生物及び／又は金属イオンで汚染されている特に水である液体（Ｗ１）を精製する装置（１）であって、前記液体（Ｗ１）をオゾン（Ｏ）を用いて処理するオゾン処理ユニット（８）を少なくとも１つ備えた装置において、
   前記オゾン処理ユニット（８）に水理的に接続され、物理的には別個の、処理済液体貯留部（４８）と、
   前記貯留部（４８）から再循環線（６６、６９、６１）を介して前記オゾン処理済の液体（Ｗ４）を再循環させる再循環手段（６８、５４、６０）と、
   を備えており、前記再循環線（６６、６９、６１）は、少なくとも１つのフィルタ・ユニット（５８、５６）を備えていることを特徴とする装置。
2. オゾン（Ｏ）を用いて液体（Ｗ１）を処理する少なくとも１つのオゾン処理ユニット（８）と前記処理済の液体（Ｗ４）を有する貯留部（４８）とを備えている請求項１記載の装置（１）において、前記貯留部（４８）及び／又は再循環線（６６、６９、６１）の中の前記液体（Ｗ４）をオゾン処理する手段（６４、６３）を備えていることを特徴とする装置。
3. 請求項１又は請求項２記載の装置において、前記再循環線（６６、６９、６１）の一部は前記オゾン処理ユニット（１８）と前記貯留部（４８）との間の水理的接続部の一部を形成することを特徴とする装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかの請求項に記載の装置において、前記液体を前記再循環線（６６、６９、６１）を介して周期的に再循環させる手段（５４）を備えていることを特徴とする装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかの請求項に記載の装置において、前記フィルタ・ユニット（５６、５８）によって前記液体（Ｗ４）から除去されるべき汚染物の量が所定のレベルを下回るまで前記液体（Ｗ４）を再循環させるポンプ及び制御手段（５４）を備えていることを特徴とする装置。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれかの請求項に記載の装置において、前記フィルタ・ユニット（５８）はヒ素化合物及び／又はフッ化物の除去に適していることを特徴とする装置。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれかの請求項に記載の装置において、前記フィルタ・ユニット（５８）は活性アルミナ・フィルタであることを特徴とする装置。
8. 請求項６又は請求項７記載の装置において、前記再循環線（６６、６９、６１）は、好ましくは活性炭素フィルタを有し前記フィルタ・ユニット（５８）の上流に配置された別のフィルタ装置（５６）を備えていることを特徴とする装置。
9. 請求項１ないし請求項８のいずれかの請求項に記載の装置において、前記オゾン処理ユニット（８）は液体の量のバッチ式オゾン処理に適するように設計されていることを特徴とする装置。
10. 請求項２ないし請求項９のいずれかの請求項に記載の装置において、オゾン処理チャンバ（１８）と前記貯留部（４８）との間に接続部（４５）を備えており、前記オゾン処理チャンバ（１８）における過剰オゾンは前記接続部（４５）を介して前記貯留部（４８）に転送可能であることを特徴とする装置。
11. 請求項１ないし請求項１０のいずれかの請求項に記載の装置において、前記貯留部（４８）は貯留部オゾン処理接続部（６３）によってオゾン発生器（３２）に接続されていることを特徴とする装置。
12. 請求項１ないし請求項１１のいずれかの請求項に記載の装置において、前記貯留部（４８）は、気体が前記貯留部（４８）から排出されるときに気体の中のオゾンを除去する排出フィルタ（５０）を備えていることを特徴とする装置。
13. 請求項２ないし請求項１２のいずれかの請求項に記載の装置において、前記オゾン処理チャンバ（１８）と前記貯留部（４８）との両方に接続されたオゾン発生器を備えていることを特徴とする装置。
14. 請求項１ないし請求項１３のいずれかの請求項に記載の装置において、前記液体を前記オゾン処理チャンバ（１８）から前記貯留部（４８）まで好ましくは一定の流率で送るポンプ（５４）を備えていることを特徴とする装置。
15. 請求項１４記載の装置において、前記ポンプ（５４）は、弁手段（６０、６８、５２、７６）を用いて前記貯留部（４８）に水理的に接続されており、
    第１の動作モード（Ｍ１）では、前記ポンプ（５４）は、液体（Ｗ３）を前記オゾン処理チャンバ（１８）から前記貯留部（４８）に送るように構成され、
    第２の動作モード（Ｍ２）では、前記ポンプ（５４）は、再循環線（６６、６９、６１）における液体（Ｗ４）を前記フィルタ・ユニット（５８）を介して再循環させるように構成され、
    第３の動作モード（Ｍ３）では、前記ポンプ（５４）は、精製された液体（ＷＬ）を前記貯留部（４８）から分配パイプ（７８）に送るように構成されていることを特徴とする装置。
16. 請求項１ないし請求項１５記載の装置において、
    原水が所定のオゾン処理時間の間反応器において処理され、その後、１つ又は複数のフィルタを通過してポンプで送られ前記貯留部に保管される、反応及び保管モードと、
    前記貯留部における水が所定の時間の間オゾン処理され、よって、前記貯留部からの水が前記フィルタを介して再循環され前記貯留部に戻る、周期的貯留部オゾン処理及び再循環モードと、
    精製器が所定の時間の間用いられない場合には前記反応チャンバ及び前記貯留部におけるすべての水が所定の時間の間、そして、所定の滞留期間の後で、周期のオゾン処理される、滞留期間オゾン処理モードと、
    の動作モードの中の少なくとも１つのモードにこの装置を配置する制御手段を備えていることを特徴とする装置。
17. 特に水である液体を精製する方法であって、
    前記液体をオゾン処理ユニット（８）においてオゾン処理するステップと、
    前記オゾン処理された液体（Ｗ３）を貯留部（４８）に転送し、よって、前記液体を少なくとも１つのフィルタ・ユニット（５８）を介して送るステップと、
    前記液体を、前記貯留部（４８）から再循環線（６６、６９、６１）を介し、更に、少なくとも１つのフィルタ・ユニット（５８）を介して前記貯留部（４８）まで再循環させるステップと、
    を含むことを特徴とする方法。
18. 請求項１７記載の方法において、前記液体は、好ましくは、精製された水（Ｗ６）の所定の量が所定の時間の間に排出された場合に、循環されることを特徴とする方法。
19. 請求項１７記載の方法において、前記液体は、前記フィルタ・ユニット（５８）から除去されるべき汚染物の量が予め決定可能なレベルよりも低いレベルまで低下するまで再循環されるか、又は、前記液体は、所定の又は予め決定可能な時間の間再循環されることを特徴とする方法。
20. 請求項１７ないし請求項１９のいずれかの請求項に記載の方法において、前記オゾン処理された液体（Ｗ３）は、前記フィルタ・ユニット（５８）を介して送られる前に、好ましくは活性炭素多孔性ブロック・フィルタであるプレフィルタ装置（５６）を介して送られることを特徴とする方法。
21. 請求項１７ないし請求項２０のいずれかの請求項に記載の方法において、所定の量の液体が前記オゾン処理チャンバ（１８）においてオゾン処理され、前記処理された量の液体は前記処理の後で貯留部（４８）に送られることを特徴とする方法。
22. 請求項１７ないし請求項２１のいずれかの請求項に記載の方法において、
    液体は、オゾン処理ユニット（８）においてオゾン処理され、
    オゾン処理された液体（Ｗ３）は、貯留部（４８）に送られ、
    前記貯留部（４８）の中の前記液体（Ｗ４）は、オゾンを用いて少なくとも一時的に処理されることを特徴とする方法。
23. 請求項２２記載の方法において、前記オゾン処理ユニット（１８）の中の過剰オゾンは、少なくとも一時的には前記貯留部（４８）の中に送られることを特徴とする方法。
24. 請求項２１又は請求項２２に記載の方法において、オゾン発生器（３２）によって発生されたオゾンは貯留部オゾン処理接続部（６３）を介して前記貯留部（４８）に送られることを特徴とする方法。
25. 請求項１７ないし請求項２４のいずれかの請求項に記載の方法において、前記貯留部（４８）に気相で含まれているオゾンは、排出フィルタ（５０）を通過させることによって、前記貯留部（４８）から外に出る気体流から除去されることを特徴とする方法。
26. 請求項１７ないし請求項２５のいずれかの請求項に記載の方法において、前記液体は一定の流率で前記フィルタ・ユニット（５８）に送られることを特徴とする方法。
27. 請求項１７ないし請求項２６のいずれかの請求項に記載の方法において、
    第１の動作モード（Ｍ１）では、液体は、前記ポンプ（５４）によって、前記オゾン処理チャンバ（１８）から前記貯留部（４８）に送られ、
    第２の動作モード（Ｍ２）では、液体は、前記ポンプ（５４）によって、前記フィルタ・ユニット（５８）を介して再循環され、
    第３の動作モード（Ｍ３）では、液体は、前記ポンプ（５４）によって、排出されることを特徴とする方法。
28. 請求項１７ないし請求項２７のいずれかの請求項に記載の方法において、再循環の間、溶解したオゾンを含む液体は、前記再循環線（６６、６９、６１）を介して、及び／又は、前記フィルタ・ユニット（５８）を介して、送られることを特徴とする方法。
29. 請求項１７ないし請求項２８のいずれかの請求項に記載の方法において、前記液体の中の汚染物はオゾン処理チャンバ（１８）におけるオゾン処理の間に酸化され、酸化された汚染物は前記フィルタ・ユニット（５８）において除去されることを特徴とする方法。
30. 請求項１７ないし請求項２９のいずれかの請求項に記載の方法において、
    反応及び保管モードでは、原水は、所定のオゾン処理時間の間、反応器の中で処理され、その後で、前記１又は複数のフィルタを介してポンプで送られ前記貯留部に保管され、
    周期的な貯留部オゾン処理及び再循環モードでは、前記貯留部の中の水は、所定の時間、オゾン処理され、よって、前記貯留部からの水は前記フィルタを介して再循環され前記貯留部に戻り、
    沈殿周期オゾン処理処理モードでは、前記反応チャンバと前記貯留部の中のすべての水が、所定の時間、オゾン処理され、前記精製装置が所定の時間用いられていない場合には所定の沈殿期間の後でオゾン処理されることを特徴とする方法。

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