JP2010214263A

JP2010214263A - オゾン溶解装置及びオゾン自動溶解システム

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Publication number: JP2010214263A
Application number: JP2009062178A
Authority: JP
Inventors: Kazumasa Ikuta; 一誠生田
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-03-16
Filing date: 2009-03-16
Publication date: 2010-09-30

Abstract

【課題】コンパクトな装置で、被処理水を溶存酸素量の多い水とするためにオゾンを容易に多量に溶解させることができるオゾン溶解装置を提供する。
【解決手段】非処理水とオゾンとの混合液が加圧されて流れる筒体内を、オリフィス板で仕切り、該オリフィス板の前方に圧力開放室を介して細路を形成した一次圧縮溶解壁で仕切り、前記、オリフィス板の後方に圧力開放室を介して細路を形成した二次圧縮溶解壁で仕切った装置を使用し、オゾン溶解能を高めた。
【選択図】図１

Description

この発明は、海水、河川水、雨水などから飲料に適した溶存酸素量を有する水とすることができるオゾン混合装置及び該オゾン混合装置を自動的に常にほぼ一定のオゾン（溶存酸素）含有量の混合水に制御できるオゾン自動溶解システムに関する。

海水等の汚水を飲料水とする場合に、汚水中に含まれる雑菌及び病原菌を滅菌する方法として、塩素又はオゾンが使用されている。
最近の研究結果によれば、飲料水として採取された水を分析した結果、塩素を使用して滅菌した水と比べて、オゾンを使用し滅菌した水中には、豊富な溶存酸素が含まれることから、オゾンを溶解させる装置の研究が多くなされている。
従来からオゾンを利用して処理対象水を処理すれば、オゾンの持つ強力な酸化・殺菌作用により、処理対象水中に含まれた有機物等の汚染物を除去できることが知られている。この場合、高濃度のオゾンガスを多量に処理対象水中に供給することが必要であるが、オゾンは容易に酸素に返還され易いという問題や、処理対象水を流す際には高い水圧をかけるために、多量のオゾンガスを処理対象水中に混入させることは極めて困難な問題があった。

一方、溶存酸素量の多い水は、水中で生活する生物だけでなく、ヒトの身体にも活力を与え、疲労を早く回復させるメリットがある。また、このような溶存酸素量の多い水は、土壌にも活力を与え、植物の生長も助けるというメリットもあることが知られている。

オゾンを水に溶解させる方法としては、ベンチュリー管、多孔板、オリフィス板のような微細化気泡溶解手段を使用する方法(特許文献１)、オゾンが溶解した溶媒を細路に導き、層流を保つ流速で通す方法(特許文献２)等が知られている。

特開２００８−１８３７８

特開２０００−３３４２８３

しかしながら、上記いずれの方法も、コンパクトな装置で、溶存酸素量の多い水とするためにオゾンを容易に多量に溶解させるという点で、全く不満足であった。
この発明のうち、請求項１に記載の発明は、コンパクトな装置で、被処理水を溶存酸素量の多い水とするためにオゾンを容易に多量に溶解させることができるオゾン溶解装置を提供することを目的とする。

また、自動的に常に一定量のオゾンを溶解させた処理水が得られる溶解システムが工業的に強く求められているが、このようなシステムは従来全く知られていない。
請求項７に記載の発明は、被処理水に自動的にほぼ一定量のオゾンを溶解させることができる自動溶解システムを提供することを目的とする。

上記請求項１に記載の目的を達成するため本発明者は鋭意研究の結果、オリフィス板の前方と後方に直線状の細路を形成した圧縮溶解板を設けて、前方から後方にオゾンを混合した被処理水を加圧下に流すことによって、オゾンが容易に多量に溶解し得ることを見出し、本発明に到達した。

即ち本発明は、非処理水とオゾンとの混合液が加圧されて流れる筒体内を、オリフィス板で仕切り、該オリフィス板の前方に圧力開放室を介して細路を形成した一次圧縮溶解壁で仕切り、前記、オリフィス板の後方に圧力開放室を介して細路を形成した二次圧縮溶解壁で仕切ったことを特徴とする。

前記オリフィス板としては、処理量に応じた一定の流量とすることができることから、クリチカルオリフィス板を使用するのが好ましい(請求項２)。
前記二次圧縮溶解壁に形成した細路は、前記一次圧縮溶解壁に形成した細路よりも細く形成するのが好ましい(請求項３)。オゾンの気泡を更に小さく圧縮して溶解を促進させることができるからである。

前記一次圧縮壁の前方の筒体にオゾン注入口を設けるのが好ましい(請求項４)。前記二次圧縮溶解壁の後方に、圧力開放室を介して、三次圧縮溶解壁を設けるのが好ましい(請求項５)。

オゾン溶解装置の後方には、被処理液が通過する活性炭濾過装置を設けるのが、オゾンが完全に分解できることから好ましい(請求項６)。
活性炭濾過装置の後方には、逆浸透膜(ＲＯ膜）を設け、ミネラル等の不純物を除去するのが、飲料水に適した水とできることから好ましい(請求項７)。

自動的に一定量のオゾンを溶解させる溶解システムは、従来全く知られていない。本発明者は、この課題達成のため鋭意研究の結果、オゾン発生量、ポンプの回転速度(加圧力)及び処理液の流速がオゾン含有量と比例するようにできることに着目し、処理液の流速をチェツクし、予め定めた標準流速からの変化量を、オゾン発生量とポンプの回転速度を変化させることによって、標準流速(標準オゾン含有量)に戻し得ることを見出し、本発明に到達した。

即ち、オゾン発生量、ポンプの回転速度及び処理液の流速とオゾン含有量との関係を求めれば、処理液の流速の標準からの変化量を、オゾン発生量とポンプの回転速度を制御することによってゼロとすることができ、自動的に処理液の流速を常に標準の流速とすることができる。オゾン発生量、ポンプの回転速度(加圧力)及び処理液の流速がオゾン含有量と比例する関係にあるので、処理液の流速を同一とすれば、オゾン含有量を同一に設定することは容易にできる。

本発明の自動システムは、オゾン発生量、ポンプの回転速度(加圧力)及び処理液の流速がオゾン含有量と比例関係にあるオゾン溶解装置と、該オゾン溶解装置後方に配設した流量発信器と、流量発信器からの流量信号から標準からの変化量を計算し、その値をゼロとするようにオゾン発生量と移送ポンプの回転を制御するオゾン溶解制御盤とを具備することを特徴とする（請求項６）。標準からの変化量としては、標準からの流量の変化量又は標準からのオゾン溶解量の変化量を用いることができる。標準からのオゾン溶解量の変化量は、標準からの流量の変化量から求めることができる。

即ち、流量信号から求めた流量又はオゾン含有量の標準からの変化量から、これをゼロとするオゾン発生器の電圧とポンプの回転数とを予め求めたこれらの関係から求め、オゾン発生量信号をオゾン発生器に送り、その電圧を求めた値に制御して、オゾン発生量を制御し、回転制御信号を移送ポンプに送り、インバーター制御により、移送ポンプの回転を求めた回転数に制御する。このようにオゾン発生量と移送ポンプの回転数の両方を制御することにより、より精密な制御をすることができる。

オゾン発生量、ポンプの回転速度(加圧力)及び処理液の流速がオゾン含有量と比例関係にあるオゾン溶解装置としては、筒体内に細路を形成した圧縮溶解壁で仕切った溶解装置を使用するのが好ましい（請求項７）。
特に、非処理水とオゾンとの混合液が加圧されて流れる筒体内を、オリフィス板で仕切り、該オリフィス板の前方に圧力開放室を介して細路を形成した一次圧縮溶解壁で仕切り、前記、オリフィス板の後方に圧力開放室を介して細路を形成した二次圧縮溶解壁で仕切った溶解装置を使用するのが好ましい（請求項８）。

以上述べた如く、請求項１に記載の発明によれば、一次圧縮溶解壁の細路を通過させることにより、小さい気泡として溶解させた後、圧力を開放して渦流を生じさせ、これをオリフィス板の絞り機構を通して開放した後、さらに細い細路の二次圧縮溶解壁を通過させることによって、コンパクトな装置で、オゾンを容易に多量に溶解させることができ、被処理水を効果的に処理して、溶存酸素量の多い処理水とすることができる。

また、請求項７に記載の発明は、オゾン発生量、ポンプの回転速度(加圧力)及び処理液の流速がオゾン含有量と比例関係にあるオゾン溶解装置を使用することによって、自動的にオゾン発生量及びポンプの回転速度を標準のオゾン含有量とするように制御することができるから、自動的に一定量のオゾン(溶存酸素)を溶解させた処理液とすることができる。
本発明でオゾンが処理水に溶解というのは、オゾンがそのまま溶解しているだけでなく、オゾンがヒドロキシラジカルとして、或いは溶存酸素等の形に変化して溶解している場合も含む意味で使用している。

本発明のオゾン溶解装置を示す断面図である。本発明のオゾン自動溶解システムを示すブロック図である。

次に、本発明の実施の形態を説明する。

本発明に使用する被処理液は、海水、河川水、雨水などの汚水であり、ＢＯＤ値、ＣＯＤ値を有するものである。このように、ＢＯＤ値、ＣＯＤ値を有する汚水を使用することによって、オゾンが分解して生ずる活性酸素が、溶存酸素に変化し、処理水中には、活性酸素は、存在しないようになる。このことは、電子スピン共鳴によって確認されている。
本発明によって含有させるオゾン量は、好ましくは１リットル中６〜８ｍｇである。この程度のオゾン含有量が汚水を処理するのに好適であり、溶存酸素量の多い処理水とできることが実験により確認されている。

図１は、本発明のオゾンミキシング（溶解）装置の一実施例を示すものである。
海水等の汚水は、例えばトラベルスクリーンを使用して粗濾過した後、被処理水入口から、筒状のミキシング(混合)装置に導入する。
被処理水入口近傍の筒体には、ノズル注入口が設けられ、該注入口に連設した多数の微小なノズル孔を形成したノズル管１から、被処理水にオゾンを混合するようになっている。

筒体内は、水平状態で互いに平行な多数の直線状細路２を形成した一次圧縮溶解壁３、中央にクリチカルオリフィスを形成したオリフィス板４、水平状態で互いに平行な多数の直線状細路２´を形成した二次圧縮溶解壁５及び水平状態で互いに平行な多数の直線状細路２´´を形成した三次圧縮溶解壁６で、間隔付けて仕切られている。

被処理水は、一次圧縮溶解壁の細路２に導入されると、加圧されて、オゾンの気泡は小さくなって、処理水中に溶解する。一次圧縮溶解壁の細路２を通過した処理水は、それから第一の圧力開放室７で処理水は渦流となり、クリチカルオリフィスを一定の流量で通過し、絞り機構によって、オゾンは処理水中に溶解する。それから第二の圧力開放室８に流入して、渦流となり、二次圧縮溶解壁の直線状細路を加圧下に通過してオゾンは溶解する。

二次圧縮溶解壁の直線状細路２´は、一次圧縮溶解壁の直線状細路２よりも、小径となっているので、オゾンの気泡は、更に小さく加圧圧縮され処理水中に溶解する。それから処理水は、第三の圧力開放室９に流入して、渦流となり、三次圧縮溶解壁の直線状細路２´´を通過する。上記実施例においては、三次圧縮溶解壁の直線状細路２´´は、二次圧縮溶解壁の直線状細路２´よりも、大径となっているが、これは必ずしもこのようでなくとも良い。

一次圧縮溶解壁、二次圧縮溶解壁及び三次圧縮溶解壁に形成する直線状細路２，２´，２´´は、長さ１ｃｍ〜２０ｃｍ、直径０．１ｍｍ〜３ｍｍ程度とするのが好ましいが特に限定されない。また一次〜三次圧縮溶解壁に形成する直線状細路２，２´，２´´の個数も、処理量等に応じて決めればよく、特に限定されない。

クリチカルオリフィス板の中央には、クリチカルオリフィス(開口)が形成されている。このようにクリチカルオリフィス板を使用することによって、オリフィスを通過する流速を処理量に応じた一定量とすることができるので、本発明においては特に好ましい。しかしながら、通常のオリフィスであっても、絞り機構によるオゾン溶解効果を発揮するので、差し支えない。
このように海水等の汚水を水処理することにより、酸化殺菌、脱色、脱臭等が行われる。この場合、バクテリアその他の微生物の滅菌や、蛋白質その他の有機物の分解も行われる。

上記のように、三次圧縮溶解壁を通過した処理水は、活性炭濾過装置を通過して、混入しているオゾンを分解させ、溶存酸素を多量に含んだ処理水とする。実験では、最高６０ＰＰＭ程度の溶存酸素が検出されている。この濾過装置は、汚水中に存在する無機物の除去、酸化性物質や有機物の吸着除去を行うと共に、この後段に配する逆浸透膜の保護の役割を果たす。

活性炭濾過装置の後方には、逆浸透膜（ＲＯ膜）が設けられ、処理水がこのＲＯ膜を通過すると、ミネラル等の不純物は除去される処理水とミネラルに富んだ水になる。このミネラルに富んだ水は、被処理水中に戻される。

このようにして得られた処理水には、活性酸素は含有していないことが電子スピン共鳴により確認されている。水中のＢＯＤ値、ＣＯＤ値が減少し、ＴＯＣ値が半減していることから、多量のヒドロキシラジカルが生成し、これにより活性酸素が溶存酸素に変化したものであると考えている。

上記のように逆浸透膜（ＲＯ膜）を通過した処理水中に、逆浸透膜（ＲＯ膜）はミネラルを通過させないものであるにもかかわらず、６０〜７０ｐｐｍと多量の蒸発残物(ミネラル)が検出された。ナノクラスター化した水に特殊な酸素(酸素ナノバブル）とイオン化したミネラルが結合して逆浸透膜を通過したものと想定されている。
この実験に使用した逆浸透膜は、膜の目が１−２ｎｍ程度のものであるので、酸素ナノバブルを通過させることができる。
上記ミキシング装置の筒体、一次〜三次圧縮溶解壁、オリフィス板等は、ステンレス等の材質の金属で形成すればよいが、オゾンに侵されなければ良く、特に限定されない。

図２は、本発明のオゾン自動溶解システムを示すものである。
上記図１に示すオゾン混合装置は、移送ポンプで被処理水を加圧するほど、オゾン溶解量が高まり、処理液の流速が大となることが確認されている。また、移送ポンプの回転数が同じであっても、オゾン発生量が大となるほど、処理水の流速が遅くなることも確認されている。
筒体内に細路を形成した圧縮溶解壁で仕切ったオゾン溶解装置であれば、上記と同様になることも確認されている。

図１に示すオゾン溶解装置を使用し、オゾン発生器の電圧１００Ｖ、移送ポンプの回転数Ａとして、オゾン溶解装置の出口に配置した流量発信器で流速Ｘを測り、溶存酸素含有量を測定する。同様に電圧１１０Ｖ、１２０Ｖ、移送ポンプの回転数Ｂ、Ｃとして、流速Ｙ，Ｚを測り、溶存酸素含有量を測定する。

予め目的とする溶存酸素含有量、そのときの流速、オゾン発生器の電圧、移送ポンプの回転数を決めておき、これらをそれぞれ標準とする。
上記のようにして、３点以上測定すれば、流量発信器で測定した流量が標準より外れていた場合に、オゾン発生器の電圧と移送ポンプの回転数をどれだけ変化させれば、標準の流速となり、標準溶存酸素含有量となるかが、上記３点以上の測定結果からわかる。

図２に示すように、流量発信器で流量を測定し、その流量信号がオゾン溶解制御盤に送られる。その流量が標準と比べてαだけ相違していた場合に、αをゼロにするには、オゾン発生器の電圧と移送ポンプの回転数を幾らにするかを、上記３点以上の測定結果からコンピュータが計算する。

電圧の変化は、オゾン溶解制御盤からαをゼロとするように計算したオゾン発生量信号をオゾン発生器に送って制御し、移送ポンプの回転は、オゾン溶解制御盤からαをゼロとするように計算した回転制御信号を送って周波数を変えてインバーター制御する。
上記のようにして、自動的に一定量の溶存酸素を含有する処理液とすることができる。

世界には、安全に飲める飲料水が不足している地域は多い。本発明は、汚水から容易に安全な飲料水にできるので、このような飲料水不足の地域において、利用されることが期待される。

２，２´，２´´・・・・・直線状細路
３・・・・・・・・・・・一次圧縮溶解壁
４・・・・・・・・・・・オリフィス板
５・・・・・・・・・・・二次圧縮溶解壁
６・・・・・・・・・・・三次圧縮溶解壁
７・・・・・・・・・・・第一の圧力開放室
８・・・・・・・・・・・第二の圧力開放室
９・・・・・・・・・・・第三の圧力開放室

Claims

非処理水とオゾンとの混合液が加圧されて流れる筒体内を、オリフィス板で仕切り、該オリフィス板の前方に圧力開放室を介して細路を形成した一次圧縮溶解壁で仕切り、前記、オリフィス板の後方に圧力開放室を介して細路を形成した二次圧縮溶解壁で仕切ったことを特徴とするオゾン溶解装置。
前記オリフィス板は、クリチカルオリフィス板である請求項１に記載の溶解装置。
前記二次圧縮溶解壁に形成した細路は、前記一次圧縮溶解壁に形成した細路よりも細く形成する請求項１に記載の溶解装置。
前記一次圧縮溶解板の前方の筒体にオゾン注入口を設ける請求項１記載の溶解装置。
前記二次圧縮溶解壁の後方に、圧力開放室を介して、細路を形成した三次圧縮溶解壁を設ける請求項１記載の溶解装置。
前記オゾン混合装置の後方に、被処理液が通過する活性炭濾過装置を設ける請求項１記載の溶解装置。
前記活性炭混合装置の後方に、逆浸透膜（ＲＯ膜）を設け請求項６記載の溶解装置。
オゾン発生量、ポンプの回転速度(加圧力)及び処理液の流速がオゾン含有量と比例関係にあるオゾン溶解装置と、該オゾン溶解装置後方に配設した流量発信器と、流量発信器からの流量信号から標準からの変化量を計算し、その値をゼロとするようにオゾン発生量と移送ポンプの回転を制御するオゾン溶解制御盤とを具備することを特徴とするオゾン自動溶解システム。
前記オゾン発生量、ポンプの回転速度(加圧力)及び処理液の流速がオゾン含有量と比例関係にあるオゾン溶解装置が、筒体内に細路を形成した圧縮溶解壁で仕切った溶解装置である請求項６記載のシステム
前記オゾン発生量、ポンプの回転速度(加圧力)及び処理液の流速がオゾン含有量と比例関係にあるオゾン溶解装置が、非処理水とオゾンとの混合液が加圧されて流れる筒体内を、オリフィス板で仕切り、該オリフィス板の前方に圧力開放室を介して細路を形成した一次圧縮溶解壁で仕切り、前記、オリフィス板の後方に圧力開放室を介して細路を形成した二次圧縮溶解壁で仕切った溶解装置である請求項６記載のシステム。