JP2016064944A - オゾンハイドレートを用いたオゾン処理方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】オゾンハイドレートを用いて所望濃度のオゾンを安全に連続して発生させてオゾン殺菌などの処理が行えるオゾンハイドレートを用いたオゾン処理方法及びその装置を提供する。
【解決手段】オゾンハイドレートタンク１０内のオゾンハイドレートをオゾンハイドレート混合機１３に供給すると共にそのオゾンハイドレート混合機１３に低湿度の圧縮空気を供給してオゾンハイドレート混合機１３内でオゾンハイドレートを圧縮空気で分解してオゾンを発生させ、このオゾンを需要先１４に供給してオゾンによる処理を行うものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、低温で安定して長期保存可能な高濃度オゾンハイドレートを用いてオゾンを発生し、そのオゾンで殺菌などの処理を行うためのオゾンハイドレートを用いたオゾン処理方法及びその装置に関するものである。

従来、高濃度のオゾンを得るために、オゾンハイドレートを製造することが提案（特許文献１）されているが、オゾンハイドレートの生成条件には、１３ＭＰａ以上の高圧、−２５℃以下の低温条件で、オゾンと水とを接触させる必要があるため、大量にオゾンハイドレートを製造することは困難であった。

本出願人は、二酸化炭素（ＣＯ₂）を補助ゲスト剤として低温の水とオゾン（Ｏ₃）を混合することにより、オゾンと二酸化炭素のハイドレートを２〜３ＭＰａ、温度約０℃で生成させるオゾンハイドレートの製造方法を提案した（特許文献２、３）。

この提案では、オゾンハイドレートを生成する際に、オゾンと二酸化炭素の混合比により、オゾンハイドレート生成圧力を下げることができ、単位体積当たりの氷中の保有オゾン濃度を２００００ｐｐｍ以上に飛躍的に高めることができ、また約０℃の低温水でオゾンハイドレートの生成熱を冷却することにより、比較的低圧力（２〜３ＭＰａ）でハイドレートを生成できるメリットがある。

このオゾンハイドレートは、大気圧下でも、約−２０℃以下の過冷却状態で保存することで、オゾンが分解せずに長期保存が可能となり、また大気圧下で、−５℃にすると、オゾンハイドレートが分解してオゾン殺菌が可能となる。

特開２００７−２１０８８１号公報 特開２０１１−１６８４１３号公報 特開２０１２−２４０９０１号公報

ところで、製造したオゾンハイドレートを利用してオゾン殺菌する際に、粉末状で、−２５℃で貯蔵されているオゾンハイドレートを用いてオゾンを発生させた場合、発生するオゾン濃度が高いため、これを、人体等などにできるだけ悪影響のない濃度に調整する必要がある。

しかし、オゾンハイドレートは、温度が高くなるとその半減期が短くなり、分解して消滅するため、単にオゾンハイドレートを昇温して分解し、これを空気で希釈しただけでは、適正なオゾン濃度に調整することはできない。

上述のようにオゾンハイドレートは、含有オゾン濃度が、２００００ｐｐｍ以上（通常２ｍａｓｓ％程度）であり、これに対してオゾンガス殺菌で使用するオゾン濃度は３ｐｐｍ程度であり、オゾンハイドレートを大量の空気で希釈して分解させたのでは、オゾンハイドレートのノズルに空気中の水分が付着して凍結してノズルを閉塞するので、所望濃度のオゾンを安定して連続的に発生させることが困難である。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、オゾンハイドレートを用いて所望濃度のオゾンを安全に連続して発生させてオゾン殺菌などの処理が行えるオゾンハイドレートを用いたオゾン処理方法及びその装置を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は、オゾンハイドレートをオゾンハイドレート混合機に供給すると共にそのオゾンハイドレート混合機に低湿度（露点約−２５℃以下）の圧縮空気を供給してオゾンハイドレート混合機内でオゾンハイドレートを圧縮空気で分解してオゾンを発生させ、このオゾンを需要先に供給してオゾンによる処理を行うことを特徴とするオゾンハイドレートを用いたオゾン処理方法である。

また本発明は、オゾンハイドレートを貯蔵するハイドレートタンクと、前記ハイドレートタンク内のオゾンハイドレートを払い出す払出ポンプと、乾燥した圧縮空気を供給する圧縮空気供給装置と、前記払出ポンプからのオゾンハイドレートが導入されると共に前記圧縮空気供給装置からの圧縮空気が供給され、オゾンハイドレートを圧縮空気で分解すると共に発生したオゾンと圧縮空気とを混合して需要先に供給するオゾンハイドレート混合機とを備えたことを特徴とするオゾンハイドレートを用いたオゾン処理装置である。

前記払出ポンプがインバータで能力可変に制御され、前記圧縮空気供給装置から前記オゾンハイドレート混合機への圧縮空気供給ラインに流量調整弁が接続され、前記オゾンハイドレート混合機から需要先へのオゾン供給ラインにオゾン濃度を計測する分析計が接続され、その分析計にて前記前記払出ポンプによるオゾンハイドレートの払出量と流量調整弁による圧縮空気量が制御されてオゾン濃度が調整されるのが好ましい。

本発明によれば、オゾンハイドレートを貯蔵したハイドレートタンクから払出ポンプでオゾンハイドレートを払い出してオゾンハイドレート混合機に供給し、オゾンハイドレート混合機に供給した圧縮空気でオゾンハイドレートを分解してオゾンを発生させると共にこれを需要先に供給することで、オゾン殺菌等の処理が行えるという優れた効果を発揮するものである。

本発明の一実施の形態を示す図である。 図１に示した需要先としての汚水処理装置を示す図である。 図１に示した需要先としてのコンテナ内オゾン殺菌を示す図である。

以下、本発明の好適な一実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。

先ず本発明で利用する高濃度オゾンハイドレートについて説明する。

高濃度オゾンハイドレートの製造は、上述した特許文献２、３で提案したようにキセノンや二酸化炭素を補助ガスとし、オゾンをゲストガスとし、２〜３ＭＰａ、約０℃の水と接触させることで製造できる。

また、本出願人は、粉末状の氷と二酸化炭素とオゾンガスとを接触させることで、高濃度オゾンハイドレートとすることを開発した。この高濃度オゾンハイドレートは、液分を含まない粉末状であり、特許文献２．３と同様に高濃度オゾンハイドレートとして使用できる。

さて、図１は、オゾンハイドレートを用いたオゾン処理装置を示したものである。

オゾンハイドレートを用いたオゾン処理装置は、オゾンハイドレートを貯蔵するオゾンハイドレートタンク１０と、オゾンハイドレートタンク１０内のオゾンハイドレートを払い出す払出ポンプ１１と、乾燥した圧縮空気を供給する圧縮空気供給装置１２と、払出ポンプ１１で払い出されたオゾンハイドレートを導入し、同じく圧縮空気供給装置１２から圧縮空気を導入し、オゾンハイドレートを圧縮空で分解させると共に発生したオゾンと圧縮空気とを混合してオゾンとして需要先１４に供給するためのオゾンハイドレート混合機１３とから構成される。

オゾンハイドレートタンク１０は二重殻タンクで構成され、内外槽間が真空断熱或いは内外槽間に保冷材が充填されて構成されている。

オゾンハイドレートタンク１０には、上述のように生成されたオゾンハイドレートが貯蔵される。このオゾンハイドレートのオゾン濃度は、２．２３ｍａｓｓ％と高濃度であり、コンテナ内や汚水処理槽のオゾン殺菌などにはオゾン濃度３ｐｐｍ程度でよいため、発生するオゾンを約７０００倍に希釈する必要がある。

オゾンハイドレートタンク１０内のオゾンハイドレートは、オゾンハイドレートタンク１０に設けた払出しポンプ１１にて払い出す。この払出ポンプ１１は駆動モータがインバータにて回転数可変に制御され、払い出すオゾンハイドレート量を調節できるようになっている。

オゾンハイドレートタンク１０内のオゾンハイドレートは、払出ポンプ１１にてバルブ１５を介して払出し管１６にてオゾンハイドレート混合機１３に供給される。払出し管１６は、オゾンハイドレート混合機１３内に、その下端のノズル１６Ｎが突出するように設けられ、そのノズル１６Ｎが、後述する乾燥圧縮空気から伝熱しやすいようにして、ノズル１６Ｎに氷が付着しないようにされる。

オゾンハイドレート混合機１３には、圧縮空気供給ライン１７を介して圧縮空気供給装置１２が接続される。圧縮空気供給装置１２は、空気を０．６ＭＰａ程度に圧縮すると共にその圧縮空気中の水分を除去して乾燥した圧縮空気（露点−２５℃以下）として圧縮空気供給ライン１７に供給する。

圧縮空気供給ライン１７には、流量計１８とその流量計１８の検出値で流量を制御する流量制御弁１９が接続される。

オゾンハイドレート混合機１３は、払出し管１６の下端のノズル１６Ｎから供給されたオゾンハイドレートを、同じくオゾンハイドレート混合機１３内に供給された圧縮空気でオゾンハイドレートを分解し、その分解で生じたオゾンと圧縮空気とを混合し、オゾン供給ライン２０を介してオゾンを需要先１４に供給（又は噴射）するようになっている。

オゾン供給ライン２０には、オゾン濃度を計測する分析計２１が接続され、その検出値がオゾン濃度調整装置２２に入力される。オゾン濃度調整装置２２には、流量計１８の検出値が入力され、分析計２１で検出されるオゾン濃度が設定値（例えば３ｐｐｍ）となるように、払出ポンプ１１のモータ回転数をインバータ制御すると共に流量計１８で検出される流量が設定流量となるように流量計１８を介して流量制御弁１９を制御するようになっている。

次に本発明のオゾンハイドレートを用いたオゾン処理方法を説明する。

先ず、オゾンハイドレートタンク１０には、オゾン濃度２．２３ｍａｓｓ％のオゾンハイドレート或いはオゾン濃度２．２３ｍａｓｓ％のオゾンハイドレートに粉末状氷を予め混合したオゾンハイドレートと粉末状氷の混合物が貯蔵される。

オゾンハイドレートタンク１０内のオゾンハイドレートは、払出ポンプ１１にて払出し管１６から下端のノズル１６Ｎにて、オゾンハイドレート混合機１３に供給される。またオゾンハイドレート混合機１３には、圧縮空気供給装置１２からの圧縮空気が供給され、導入されたオゾンハイドレートが、乾燥圧縮空気で分解されると共に発生したオゾンと圧縮空気が混合撹拌されてオゾン供給ライン２０を通して需要先１４に供給される。

この際、オゾン供給ライン２０に接続した分析計２１にてオゾン濃度が検出され、その検出値がオゾン濃度調整装置２２に入力される。オゾン濃度調整装置２２は、オゾン供給ライン２０から需要先１４に供給するオゾン濃度が設定値（例えば３ｐｐｍ）となるように、払出ポンプ１１でのオゾンハイドレート払い出し量と圧縮空気供給装置１２からの圧縮空気流量を制御する。

これにより、需要先１４には設定濃度にされたオゾンを安定して供給することが可能となる。またこのオゾン供給は、オゾンハイドレートを大気中に曝すことなく分解してオゾン発生するため安全にオゾンを供給することができる。

次に需要先１４でのオゾン殺菌処理を図２、図３にて説明する。

図２は、需要先１４としての汚水処理装置２４を示したものである。

この汚水処理装置２４は、オゾン処理水槽２５にオゾンを圧縮空気と共に噴出するオゾン噴出管２６が設置され、そのオゾン噴出管２６に、図１で説明したオゾン供給ライン２０が接続される。

オゾン処理水槽２５には、処理水２７が流入し、その処理水をオゾン噴出管２６から噴射したオゾンでオゾン殺菌処理し、オゾン処理後は、オゾン処理水槽２５から浄化水２８として排出する。また処理水を浮上したオゾンを含む空気はデオゾナイザ２９にてオゾンが分解されて排気される。

図３は、需要先１４としての貨物用のコンテナ３０内をオゾン殺菌する例を示したものである。

図１で説明したオゾン供給ライン２０からオゾンを含む圧縮空気がコンテナ３０内に噴射され、その噴射されたオゾンでコンテナ３０内をオゾン殺菌する。殺菌後のオゾンを含む空気は、デオゾナイザ３１を介して大気に排気される。

次に、（１）汚水処理と（２）コンテナのオゾン殺菌処理に本発明を適用したときの具体例を説明する。

（１）汚染水の処理ケース
オゾンハイドレート分解量とオゾン含有空気量（又はオゾンガス量）で発生するオゾン全量と処理できる量
オゾンハイドレート量（ｋｇ／ｈ） １０００
含有Ｏ₃量（ｋｇ／ｈ） ２２．３
Ｏ₃含有量（ｍａｓｓ％） ２．２３
噴射圧力（ＭＰａ） ０．３０１
温度（℃） ２０
ハイドレート融解熱（ｋｃａｌ／ｋｇ） ｌ１９
ハイドレート量融解水量（ｔ／ｈ） ＞６０
温度差（℃） ２
浄化に使用できる空気量（ｋｇ／ｈ） ７４２６０２８
（Ｎｍ³／ｈ） ５８０１５８４
浄化に使用できる混合Ｏ₃率（ｐｐｍ） ３
使用空気量との混合による温度降下（℃） ０．０７４
Ｏ₃分解熱量（ｋｃａｌ／ｈ） １３２
浄化可能水量（ｔ／ｈ） ７４２６
処理水溶解濃度（ｐｐｍ） ３
このように、毎時約７５００トンの汚染水を処理するには、オゾンハイドレートは１０００ｋｇで済み、汚染水処理に従来では不可能であったオゾン殺菌が可能となる。

（２）コンテナ内殺菌
コンテナ寸法（内部）
長さＬ（ｍ） ５．９２６
幅Ｗ（ｍ） ２．３４９
高さ（Ｈ） ２．３８２
体積（ｍ³） ３３
処理コンテナ数（個） ８７４８４
オゾン含有空気供給回数 ２
コンテナ１個に要するＯ₃ハイドレート量（ｇ／１個） １１
粉末状Ｏ₃ハイドレート（ｃｃ／１個） ２１
粉末空間率（％） ５０
このように、３３ｍ³のコンテナを３ｐｐｍ濃度で、オゾン殺菌するには、１１ｇ程度のオゾンハイドレートを用いればよい。

１０ オゾンハイドレートタンク
１１ 払出ポンプ
１２ 圧縮空気供給装置
１３ オゾンハイドレート混合機
１４ 需要先

Claims (3)

1. オゾンハイドレートをオゾンハイドレート混合機に供給すると共にそのオゾンハイドレート混合機に低湿度の圧縮空気を供給してオゾンハイドレート混合機内でオゾンハイドレートを圧縮空気で分解してオゾンを発生させ、このオゾンを需要先に供給してオゾンによる処理を行うことを特徴とするオゾンハイドレートを用いたオゾン処理方法。
2. オゾンハイドレートを貯蔵するハイドレートタンクと、
   前記ハイドレートタンク内のオゾンハイドレートを払い出す払出ポンプと、
   乾燥した圧縮空気を供給する圧縮空気供給装置と、
   前記払出ポンプからのオゾンハイドレートが導入されると共に前記圧縮空気供給装置からの圧縮空気が供給され、オゾンハイドレートを圧縮空気で分解すると共に発生したオゾンと圧縮空気とを混合して需要先に供給するオゾンハイドレート混合機と
   を備えたことを特徴とするオゾンハイドレートを用いたオゾン処理装置。
3. 前記払出ポンプがインバータで能力可変に制御され、前記圧縮空気供給装置から前記オゾンハイドレート混合機への圧縮空気供給ラインに流量調整弁が接続され、前記オゾンハイドレート混合機から需要先へのオゾン供給ラインにオゾン濃度を計測する分析計が接続され、その分析計にて前記前記払出ポンプによるオゾンハイドレートの払出量と流量調整弁による圧縮空気量が制御されてオゾン濃度が調整される請求項２記載のオゾンハイドレートを用いたオゾン処理装置。

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