JP2010046624A - 排オゾンの処理方法及び排オゾン処理システム - Google Patents

Abstract

【課題】 専用の加熱源を設けることなく、しかも排オゾン含有ガスをオゾン分解装置で処理する際の湿度低下に要するエネルギーを節減する。
【解決手段】活性汚泥処理槽１１内に、オゾン発生装置２１からオゾン含有ガスを供給し、ブロワ３２によって槽内をバブリングするシステムにおいて、活性汚泥処理槽１１から排気される排オゾンを含んだ排気に、ブロワ３２の熱で昇温した空気を、前記排気中に混入する。これによって、オゾン分解装置１６で処理する排オゾンを含んだ排気の湿度の低下を図る事ができ、しかも別途専用の加熱源は必要ない。
【選択図】 図１

Description

本発明は、オゾンを利用する処理において、一部のオゾンが処理水中に溶解せずに排気される排オゾンの処理方法および排オゾン処理システムに関するものである。

オゾンは有機性排水の処理において、脱色、難分解性有機物の分解、余剰汚泥の可溶化などに使用されている。一方オゾンの供給方法としては、一般的にはこれら被処理水や汚泥にオゾン含有ガスとしてバブリングさせ溶解することで供給している。溶解効率は気泡径や水深に大きく依存するが、１００％の溶解はなく、実際のシステムでは９５〜９９％程度である。したがって供給量の１〜５％のオゾンは排気されることになり、その場合、多くのケースで産業衛生学会許容濃度委員会が労働環境における許容濃度としている１００ｐｐｂ以上の濃度となるため、排気オゾンを分解処理して、大気に放出する必要がある。

一般的に排気オゾンを分解処理する方法には、以下のものがある。
（１）活性炭を用いて排気オゾンを処理する活性炭方法
（２）触媒を用いて排気オゾンを処理する触媒法
（３）加熱して排気オゾンを分解する熱分解法

しかしながらこれら一般的な方法は次のような長所、短所を有する。
（１）活性炭方法は、維持管理が容易であるが、定期的に活性炭を交換、補充する必要があり、また高濃度オゾンの処理は困難であり、水分や塵によって処理能力が低下するという問題があった。
（２）触媒法は、維持管理が容易であるが、定期的に触媒を交換する必要があり、また高濃度オゾンの処理は困難であった。加えて、やはり水分や塵によって処理能力が低下し、湿度や温度に対する性能依存性が大きいという問題があった。
（３）熱分解法は、共存ガスの影響はなく、また高濃度オゾンの処理も可能であるが、加熱コストが嵩むという問題があった。
そしてオゾン供給量の１〜５％のオゾン排気濃度は、数百ｐｐｂ〜数ｐｐｂ程度と、比較的低濃度であるから、前記（１）の活性炭方法か（２）の触媒法のいずれかが適用されている。

しかしながらいずれの処理方法においても、水分に対する性能低下があるため、安定した性能確保のためには処理雰囲気を所定の乾燥状態、すなわち相対湿度を所定値以下に維持する必要がある。適用する排水処理では、オゾンを処理水中にバブリングさせ溶解していることから、排ガスの湿度は常時相対湿度が１００％近い。したがって常に飽和状態の湿度を適正範囲、たとえば相対湿度８０％以下に下げる必要がある。

たとえば処理対象が排気オゾンではないが、特許文献１には、活性炭を用いてメタンガス中のジメチルシロキサンを除去するにあたり、水飽和ガス（本件処理ガスとほぼ同じ相対湿度１００％のガス）の処理においては、活性炭の細孔が水で飽和状態となり、十分な除去性能が得られなくなるため、処理対象ガスを前処理として加温や除湿処理して相対湿度を下げることが開示されている。

なおゴミ処理の際に発生する悪臭をオゾンによって脱臭する際、混入外気を加熱することで当該外気の相対湿度を低下させて、脱臭効率の向上を図る事は、特許文献２に記載されている。

ところで、有機性排水の活性汚泥処理において、活性汚泥処理槽に活性汚泥の活性化および糸状菌繁殖の防止などを目的で、微量のオゾンを供給する技術が開発されて出願人によって開示されており（特許文献３）、実証試験でもその成果が報告されている。そしてこの技術においては、オゾン分解触媒として活性炭を使用しているが、湿度を低下させるため排オゾンを含有する排気ガスを加熱ヒータによって加熱して昇温させている。

このように従来は活性炭や他の触媒を用いて排気オゾンを処理するにあたり、排気オゾンを含有する処理対象ガスの相対湿度を低下させるために、加熱するようにしている。

特許第３７８８９３９号公報 特開平８−５２３２２号公報 特開２００６−３１４９１１号公報

確かに加熱して相対湿度を低下させることは、簡単で確実な対処方法であるが、たとえば活性炭というオゾン分解処理材のコストに加えて、別途用意する除湿用の加熱源や、当該加熱源に要するエネルギー、除湿のための冷熱源運転コスト、エネルギーが別途かかってしまい、排オゾンコストの増加の大きな原因となっている。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、従来必要であった別途加熱に要するエネルギーを削減して排オゾンの処理に要するコストを低減することを目的としている。

前記目的を達成するため、本発明は、処理槽内の排水または汚泥に対して、オゾン含有ガスを供給するとともに、前記排水または汚泥に対してブロワによって空気を供給してバブリングし、前記処理槽から排気される排オゾンを含んだ排気を、オゾン処理部で分解処理する排オゾンの処理方法において、前記ブロワの熱で昇温した空気を、前記オゾン処理部で分解処理する前に、前記排気中に混入することを特徴としている。

発明者らの検証によれば、大量の電力を消費するこの種のばっき用のブロワからは大量の熱エネルギーが放出され、ブロワ周囲の雰囲気温度を昇温している。したがって本発明のように、ブロワの熱で昇温した空気を、排オゾンを含んだ排気中に混入することで、オゾン処理部で分解処理しようとする排気の湿度を低下させることができ、そのため専用の加熱源や当該加熱源に要していたエネルギーを低減することが可能である。

またこの種のばっき用のブロワは屋内、たとえ設備動力機械室などの室内に設置されることが多いが、発明者らの知見によればこれら設備動力機械室内に設置されている各種機器の消費電力の数十％が室内に熱エネルギーとして放熱される。そして室内の温度上昇を所定範囲内に抑制するために、ブロワの必要吸気分にさらに上乗せした空気を当該設置室内に導入し換気している。このとき、室外に排気される空気は、顕熱のみの上昇によって外気よりも乾燥した低湿度である。そこで、この乾燥した空気を前記排気中に混入するようにしてもよい。

また別な観点によれば、本発明は、処理槽内の排水または汚泥に対して、オゾン含有ガスを供給するとともに、前記排水または汚泥に対してブロワによって空気を供給してバブリングし、前記処理槽から排気される排オゾンを含んだ排気を、オゾン処理部で分解処理するオゾン処理システムにおいて、前記ブロワの熱で昇温した空気を、前記オゾン処理部の上流側で前記排気中に混入する排気路を有することを特徴としている。

かかる排オゾン処理システムにおいても、前記ブロワは屋内、たとえば適宜の室内に設置され、前記ブロワの熱で昇温した空気は、前記屋内から屋外に排気される空気としてもよい。

本発明によれば、従来必要であった加熱用の熱源や当該熱源に要するエネルギーを削減することができ、それに伴って排オゾンの処理に要するコストを低減することが可能である。

次に本発明の好ましい実施の形態について説明する。図１は、実施の形態にかかる排オゾン処理システムの概要を示している。本実施の形態は、有機性排水の活性汚泥のばっき処理槽（活性汚泥処理槽）にオゾンガスを供給するシステムに対して、排オゾン処理システムを適用したものである。

すなわち、この排オゾン処理システム１においては、流入管２からの有機性排水は、一旦流量調整槽３に貯留される。そしてポンプ４によって、活性汚泥処理槽１１に配管５を通じて所定流量の有機性排水が供給される。

活性汚泥処理槽１１内には、有機性排水を分解処理する微生物を含む活性汚泥が投入されており、流入した有機性排水は、当該活性汚泥中の微生物によって分解処理される。本実施の形態では、有機性排水の活性汚泥処理において、活性汚泥処理槽１１内の活性汚泥の活性化および糸状菌繁殖の防止を図るために、微量のオゾンが供給されるようになっている。

すなわち、活性汚泥処理槽１１の底部には、オゾン発生装置２１によって発生したオゾンを含有するオゾン含有ガスを槽内に供給するための配管２２が接続されており、オゾン発生装置２１に設けられたブロワ２３によって、オゾン含有ガスが活性汚泥処理槽１１の底部から槽内に供給される。

さらに活性汚泥処理槽１１内の活性汚泥をバブリングするために、活性汚泥処理槽１１の底部には、配管３１が接続されている。そしてブロワ３２によって所定のバブリング用の空気が、配管３１を通じて槽内に供給され、活性汚泥をバブリングするようになっている。

活性汚泥処理槽１１内で処理された排水は、ポンプ１２によって取水され、移送管１３によって沈殿槽４１内の沈殿筒４２に移送され、その後排水管４３によって系外に排水される。一方沈殿槽４１内において沈殿した活性汚泥は、戻し管４４を通じて、ポンプ４５によって活性汚泥処理槽１１に戻される。なお活性汚泥のうちの余剰部分は、分岐管４６のバルブ４７を開放することで、系外に排出することができる。

活性汚泥処理槽１１内の排気は、排気管１４を通じて排気ファン１５によって活性汚泥処理槽１１から排気されるが、排気管１４の出口付近に設けられたオゾン分解装置１６においてオゾンが分解された後、系外へと排気される。これによって人体等に有害なオゾンは、排気前に分解処理される。オゾン分解装置１６には、たとえば活性炭やその他の触媒が設けられている。

前記したばっき用のブロワ３２の上部、並びに周囲は、たとえばフード等の仕切壁３３によって囲まれており、この仕切壁３３の上部には、排気管１４に接続される混合排気管３４が接続されている。このようにブロワ３２を半密閉状態のたとえば逆漏斗形状の空間で囲って、ブロワ３２からの熱を集めるようにしてもよい。

排気管１４における混合排気管３４との接続部の下流側には、湿度センサ３５が設けられており、混合排気管３４から流入するブロワ３２周囲の昇温した空気と、活性汚泥処理槽１１からの排気とが混合された後の排気の湿度を測定するようになっている。そして湿度センサ３５の測定結果は、制御装置３６へと出力され、制御装置３６は、当該測定結果に基づいて混合排気管３４に設けられたダンパ３７の開閉、並びに開度を制御する。

本実施の形態にかかる排オゾン処理システム１は、以上の構成を有しており、活性汚泥処理槽１１から生ずる排オゾンを含んだ排気は、排気管１４を通じてオゾン分解装置１６で分解処理された後、系外に排出される。このとき活性汚泥処理槽１１はバブリングされているので、活性汚泥処理槽１１から生ずる排オゾンを含んだ排気はほぼ１００％の高い湿度を有している。したがってそのままでは、オゾン分解装置１６の性能低下避けられない。

しかしながら本実施の形態によれば、活性汚泥処理槽１１から生ずる排オゾンを含んだ排気に対して、混合排気管３４からのブロワ３２周囲の昇温した空気が混合され、その後にオゾン分解装置１６で分解処理されるので、処理対象となる排気の相対湿度は低下しており、その結果オゾン分解装置１６の性能低下を防止することができ、所期の排オゾン処理を実行することができる。

しかも昇温した空気は、バブリングの際に使用したブロワ３２からの放熱によるものなので、別途専用の加熱源を設置する必要はない。したがって、従来よりも排気の湿度低下に要するエネルギーを削減することができ、それに伴って排オゾンの処理に要するコストを低減することが可能である。

また本実施の形態では、混合排気管３４から流入する昇温した空気と、活性汚泥処理槽１１からの排気とが混合された後の排気の湿度を湿度センサ３５が測定し、それに基づいて制御装置３６が、混合排気管３４のダンパ３７の開閉を制御して、混合する昇温空気の流量を制御するようにしているので、常にオゾン分解装置１６が排オゾンを分解するのに適した湿度に排気を制御することも可能である。

前記実施の形態では、ばっき用のブロワ３２の上部および周囲は、フード等の仕切壁３３によって囲み、ブロワ３２の熱によって昇温した空気を混合排気管３４に取れ入れるようにしていたが、通常この種のブロワ３２は、有機性排水処理システムに必要な他の動力設備機器と一緒に屋内、たとえば動力室内に設置されている。したがって、これら動力設備機器からの熱も利用するようにすれば、さらに効率がよくかつ適切なオゾン分解処理を実行することができる。

図２は、かかる例を示したものであり、設備動力機械室５１内に、ブロワ３２やオゾン発生装置や電源、制御盤その他動力盤などが設置されている。この例では、これらの動力設備からの熱によって昇温した空気は、設備動力機械室５１の上部に接続された混合排気管３４から排気管１４に混合されることになる。なお通常この種の設備動力機械室５１には、下方に外気取り入れ用の取入口５２が設けられており、また一方、適宜の換気ファン５３が設備動力機械室５１内の上部に設置され、それによって設備動力機械室５１内の室温が一定に保たれるようになっている。したがって、このような設備動力機械室５１から排気される昇温した空気を、混合排気管３４を通じて活性汚泥処理槽１１からの排気に混合することで、オゾン分解装置１６の性能低下をより確実に防止することができ、さらにエネルギーの節約を図ってコストの低下を実現することができる。なおダンパ３７で導入排気量を絞った分は、換気ファン５３によって室外に排気される。

発明者が実際に図２に示したシステムを利用して試算したところ、以下のような結果が得られた。

活性汚泥処理槽１１から排ガスの相対湿度は通常１００％である。また設備機械の電力消費量２５ｋＷ／ｈのとき、設備動力機械室５１内に放熱される排熱は本電力量のおおよそ４０％である。そして活性汚泥処理槽１１からの排ガス量２０m^３／ｍｉｎ（２５℃、１００％ＲＨ）に対して、設備動力機械室５１からの空気（３２℃、４６％ＲＨ）の導入量を５m^３／ｍｉｎとし、換気空気取り入れ条件を雨天時の高湿度条件２０℃、相対湿度９５％となった時の、活性汚泥処理槽１１から排ガスとの混合後の相対湿度は８６．６％となり、目標の９０％以下を達成できた。なお雨天など、設備動力機械室５１内に取り入れる空気の条件が相対湿度１００％であっても、動力設備機器からの熱によって、取り入れられた空気は昇温してその相対湿度は低下するので、活性汚泥処理槽１１から排ガスとの混合後の相対湿度は、８６．６％となり、やはり目標値の９０％以下とすることが可能である。また平均的な外気の湿度条件（相対湿度６０％）では混合後の相対湿度は約８２％とすることができる。

次いで本実施の形態での、運転コストとＣＯ_２排出量の削減効果を評価する。
まず、従来の電気ヒータによる昇温条件として、平均的な外気の湿度条件（相対湿度６０％）下での相対湿度条件（８２％）に合わせて試算すると、従来技術の下では、日量２００ｔの中規模の有機性排水処理設備で年間約１６万円のコスト、４．６ｔのＣＯ_２排出量となる。

これに対して本実施の形態では、本来の処理以外に要するエネルギーは、混合空気の送風動力分のみであり、年間コストは約０．５万円のコスト、０．１４ｔのＣＯ_２排出量となる。したがって、運転コスト及びＣＯ_２排出量ともに従来に対して９７％の削減が可能となる。

なお混合させる空気量は、相対湿度が常にほぼ１００％のオゾン含有排気ガスの温度、混合させる空気の昇温レベルなどによって異なるが、概ね排気ガスに対して１０％〜４０％の範囲で設定する。本実施例では２５％（２０ｍ^３に対して５ｍ^３混合）としている。混合空気量は多い分には湿度がより下がるためオゾン処理性能面では安全側であるが、送風動力が増加した分ＵＰするので、前記最適範囲が設計される。

なお図２における破線で示したように、脱臭用に不足オゾンを補うため、オゾン分解装置１６の上流側における排気管１４に対して、オゾン発生装置２４からオゾンを供給するようにしてもよい。

本発明は、排水処理にオゾンを利用する際に、ばっき用のブロワを利用するシステムに有用である。

実施の形態にかかる排オゾン処理システムの構成の概略を示す説明図である。 設備動力機械室からの排気を利用する場合の構成を示す説明図である。

符号の説明

１ 排オゾン処理システム
２ 流入管
３ 流量調整槽
４、１２、４５ ポンプ
５、２２、３１ 配管
１１ 活性汚泥処理槽
１４ 排気管
１６ オゾン分解装置
２１ オゾン発生装置
２３、３２ ブロワ
３３ 仕切壁
３４ 混合排気管
３５ 湿度センサ
３６ 制御装置
３７ ダンパ
４１ 沈殿槽
４３ 排水管
４４ 戻し管
４６ 分岐管
５１ 設備動力機械室

Claims (4)

1. 処理槽内の排水または汚泥に対して、オゾン含有ガスを供給するとともに、前記排水または汚泥に対してブロワによって空気を供給してバブリングし、前記処理槽から排気される排オゾンを含んだ排気を、オゾン処理部で分解処理する排オゾンの処理方法において、
   前記ブロワの熱で昇温した空気を、前記オゾン処理部で分解処理する前に、前記排気中に混入することを特徴とする、排オゾンの処理方法。
2. 前記ブロワの熱で昇温した空気は、前記ブロワが設置されている屋内から屋外に排気される空気であることを特徴とする、請求項１に記載の排オゾンの処理方法。
3. 処理槽内の排水または汚泥に対して、オゾン含有ガスを供給するとともに、前記排水または汚泥に対してブロワによって空気を供給してバブリングし、前記処理槽から排気される排オゾンを含んだ排気を、オゾン処理部で分解処理するオゾン処理システムにおいて、
   前記ブロワの熱で昇温した空気を、前記オゾン処理部の上流側で前記排気中に混入する排気路を有することを特徴とする、排オゾン処理システム。
4. 前記ブロワは室内に設置され、前記ブロワの熱で昇温した空気は、前記室内から室外に排気される空気であることを特徴とする、請求項３に記載の排オゾン処理システム。

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