JP2017160093A

JP2017160093A - Ozone generator and ozone generation method

Info

Publication number: JP2017160093A
Application number: JP2016047482A
Authority: JP
Inventors: 橋本　美智子; Michiko Hashimoto; 美智子橋本; 隆昭村田; Takaaki Murata; 可南子森谷; Kanako Moriya; 貴恵久保; Kikei Kubo; 裕二沖田; Yuji Okita
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2016-03-10
Filing date: 2016-03-10
Publication date: 2017-09-14

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ozone generator and an ozone generation method in which the efficiency of use of oxygen is high.SOLUTION: The ozone generator of an embodiment includes an oxygen supply section, an ozone generation section, an ozone reaction section, and a circulation section. The oxygen supply section supplies oxygen. The ozone generation section generates ozone from oxygen. The ozone reaction section allows ozone and water to be treated to react with each other and extracts unreacted ozone. The circulation section supplies gas for circulation including oxygen generated by decomposing ozone extracted by the ozone reaction section to the ozone generation section.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

実施形態は、オゾン発生装置及びオゾン発生方法に関する。 Embodiments relate to an ozone generator and an ozone generation method.

下水等の排水中の有機物を酸化力によって分解するオゾンを発生させるオゾン発生装置が知られている。このようなオゾン発生装置は、高濃度の酸素ガスからオゾンを生成する。有機物の分解に使用されなかった未反応のオゾンは、酸素に分解した後環境に排出される。 2. Description of the Related Art An ozone generator that generates ozone that decomposes organic matter in wastewater such as sewage by oxidizing power is known. Such an ozone generator generates ozone from high-concentration oxygen gas. Unreacted ozone that has not been used to decompose organic matter is decomposed into oxygen and then discharged to the environment.

特開平７−２４７１０２号公報JP 7-247102 A 特開２００１−２１９１８５号公報JP 2001-219185 A 特開２００２−２４９３０４号公報JP 2002-249304 A

しかしながら、有機物の分解に供されなかった未反応のオゾンを酸素として排出してしまうプロセスでは、酸素の使用効率が低いといった課題がある。 However, the process of discharging unreacted ozone that has not been used for decomposition of organic matter as oxygen has a problem that the use efficiency of oxygen is low.

実施形態は、上記に鑑みてなされたものであって、酸素の使用効率の高いオゾン発生装置及びオゾン発生方法を提供することを目的とする。 Embodiments have been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide an ozone generator and an ozone generation method with high use efficiency of oxygen.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、実施形態のオゾン発生装置は、酸素供給部と、オゾン発生部と、オゾン反応部と、循環部と、を備える。酸素供給部は、酸素を供給する。オゾン発生部は、供給された酸素からオゾンを発生させる。オゾン反応部は、発生したオゾンと被処理水とを反応させるとともに、未反応のオゾンを抽出する。循環部は、オゾン反応部が抽出した未反応のオゾンを分解することによって生成した酸素を含む循環用気体を、再びオゾン発生部へ供給する。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, an ozone generator according to an embodiment includes an oxygen supply unit, an ozone generation unit, an ozone reaction unit, and a circulation unit. The oxygen supply unit supplies oxygen. The ozone generator generates ozone from the supplied oxygen. The ozone reaction unit reacts the generated ozone with the water to be treated and extracts unreacted ozone. The circulation section supplies again the circulation gas containing oxygen generated by decomposing unreacted ozone extracted by the ozone reaction section to the ozone generation section.

図１は、第１実施形態にかかるオゾン発生装置の全体構成図である。FIG. 1 is an overall configuration diagram of an ozone generator according to the first embodiment. 図２は、第２実施形態にかかるオゾン発生装置の全体構成図である。FIG. 2 is an overall configuration diagram of an ozone generator according to the second embodiment.

以下の例示的な実施形態や変形例には、同様の構成要素が含まれている。よって、以下では、同様の構成要素には共通の符号が付されるとともに、重複する説明が部分的に省略される。実施形態や変形例に含まれる部分は、他の実施形態や変形例の対応する部分と置き換えて構成されることができる。また、実施形態や変形例に含まれる部分の構成や位置等は、特に言及しない限りは、他の実施形態や変形例と同様である。 Similar components are included in the following exemplary embodiments and modifications. Therefore, below, the same code | symbol is attached | subjected to the same component, and the overlapping description is partially abbreviate | omitted. Portions included in the embodiments and modifications can be configured by replacing corresponding portions in other embodiments and modifications. In addition, the configuration, position, and the like of the parts included in the embodiments and modifications are the same as those in the other embodiments and modifications unless otherwise specified.

実施形態のオゾン発生装置は、未反応のオゾンを酸素に分解した上で、再びオゾンの生成に供することにより、酸素の使用効率を高める。 The ozone generator according to the embodiment increases the use efficiency of oxygen by decomposing unreacted ozone into oxygen and again using it to generate ozone.

以下に、実施形態にかかるオゾン発生装置の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。 Hereinafter, an embodiment of an ozone generator according to an embodiment will be described in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited by this embodiment.

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態にかかるオゾン発生装置１０の全体構成図である。以下の説明において、気体の流れに沿って上流および下流を定義する。 <First Embodiment>
FIG. 1 is an overall configuration diagram of an ozone generator 10 according to the first embodiment. In the following description, upstream and downstream are defined along the gas flow.

オゾン発生装置１０は、処理対象である上水、下水、し尿、及び、工業排水等の被処理水に含まれる有機物を高濃度オゾンで分解処理する装置である。図１に示すように、オゾン発生装置１０は、気体圧縮機１２と、酸素供給部である酸素発生装置１４と、オゾン発生部であるオゾン発生器１６と、オゾン反応部であるオゾン反応槽１８と、排オゾン処理装置２０と、回収用気体圧縮機２２と、除湿ユニット２４と、分離部の一例である気体分離膜装置２６とを備える。排オゾン処理装置２０、回収用気体圧縮機２２、除湿ユニット２４、及び、気体分離膜装置２６は、循環部を構成する。 The ozone generator 10 is an apparatus that decomposes organic matter contained in water to be treated, such as clean water, sewage, human waste, and industrial wastewater, with high-concentration ozone. As shown in FIG. 1, an ozone generator 10 includes a gas compressor 12, an oxygen generator 14 that is an oxygen supply unit, an ozone generator 16 that is an ozone generator, and an ozone reaction tank 18 that is an ozone reaction unit. And a waste ozone treatment device 20, a recovery gas compressor 22, a dehumidification unit 24, and a gas separation membrane device 26 which is an example of a separation unit. The exhaust ozone treatment device 20, the recovery gas compressor 22, the dehumidification unit 24, and the gas separation membrane device 26 constitute a circulation unit.

気体圧縮機１２は、ブロワやコンプレッサ等によって、空気あるいは酸素ガス（酸素）を原料とする原料ガスを大気圧以上の圧力に圧縮して、酸素発生装置１４へ供給する。 The gas compressor 12 compresses a raw material gas using air or oxygen gas (oxygen) as a raw material to a pressure equal to or higher than atmospheric pressure by a blower, a compressor, or the like, and supplies the compressed gas to the oxygen generator 14.

酸素発生装置１４は、気体圧縮機１２によって圧縮された原料ガスから、ＰＳＡ（Pressure Swing Adsorption）法等により高濃度（例えば、９０％）の酸素ガスを発生させる。酸素発生装置１４は、酸素ガスをオゾン発生器１６へ供給する。 The oxygen generator 14 generates oxygen gas having a high concentration (for example, 90%) from the source gas compressed by the gas compressor 12 by a PSA (Pressure Swing Adsorption) method or the like. The oxygen generator 14 supplies oxygen gas to the ozone generator 16.

オゾン発生器１６は、酸素発生装置１４から供給された酸素ガスから、オゾンを発生させる。例えば、オゾン発生器１６は、酸素ガスに放電することによりオゾンを発生させるオゾナイザーである。オゾン発生器１６は、発生させたオゾン及び酸素ガスをオゾン反応槽１８へ供給する。 The ozone generator 16 generates ozone from the oxygen gas supplied from the oxygen generator 14. For example, the ozone generator 16 is an ozonizer that generates ozone by discharging to oxygen gas. The ozone generator 16 supplies the generated ozone and oxygen gas to the ozone reaction tank 18.

オゾン反応槽１８は、密閉構造に構成されている。オゾン反応槽１８には、外部から有機物を含む被処理水が供給され、オゾン発生器１６から供給されたオゾンと反応させる。具体的には、オゾン反応槽１８は、オゾンを被処理水に溶解させて、オゾンと被処理水に含まれる有機物とを反応させる。これにより、被処理水中の有機物は、オゾンによって酸化されて、分解される。オゾン反応槽１８は、有機物が分解された被処理水を処理水として排出する。さらに、オゾン反応槽１８は、被処理水に溶けることなく被処理水と反応せずに残った未反応の気体のオゾンを抽出し、密閉空間から大気に排気することなく排オゾン処理装置２０に供給する。 The ozone reaction tank 18 has a sealed structure. The ozone reaction tank 18 is supplied with water to be treated containing an organic substance from the outside, and reacts with ozone supplied from the ozone generator 16. Specifically, the ozone reaction tank 18 dissolves ozone in the water to be treated, and reacts ozone with organic substances contained in the water to be treated. Thereby, the organic substance in to-be-processed water is oxidized and decomposed | disassembled by ozone. The ozone reaction tank 18 discharges the treated water in which the organic matter is decomposed as treated water. Further, the ozone reaction tank 18 extracts the ozone of the unreacted gas that does not react with the water to be treated without being dissolved in the water to be treated, and supplies the ozone to the exhaust ozone treatment apparatus 20 without exhausting it from the sealed space to the atmosphere. Supply.

排オゾン処理装置２０は、被処理水に溶けず、オゾン反応槽１８が抽出した気体のオゾンを分解して酸素ガスを生成する。排オゾン処理装置２０によるオゾンの分解方法としては、加熱によりオゾンを酸素に分解する方法、オゾンを活性炭に接触させて酸素に分解する方法、二酸化マンガンまたは酸化ニッケル等を含む触媒によってオゾンを酸素に分解する方法などを採用することができる。排オゾン処理装置２０は、分解した酸素ガスを含む気体を循環用気体として回収用気体圧縮機２２に供給する。 The waste ozone treatment device 20 does not dissolve in the water to be treated, and generates oxygen gas by decomposing ozone in the gas extracted by the ozone reaction tank 18. As a method for decomposing ozone by the exhaust ozone treatment apparatus 20, a method of decomposing ozone into oxygen by heating, a method of decomposing ozone into oxygen by bringing it into contact with activated carbon, or a catalyst containing manganese dioxide or nickel oxide or the like, ozone is converted into oxygen. A method of decomposing can be employed. The exhaust ozone treatment device 20 supplies a gas containing decomposed oxygen gas to the recovery gas compressor 22 as a circulation gas.

回収用気体圧縮機２２は、分解された酸素ガスを含む循環用気体を、大気圧以上の圧力に圧縮する。回収用気体圧縮機２２は、圧縮した循環用気体を、除湿ユニット２４に供給する。 The recovery gas compressor 22 compresses the circulating gas containing the decomposed oxygen gas to a pressure equal to or higher than the atmospheric pressure. The recovery gas compressor 22 supplies the compressed circulation gas to the dehumidifying unit 24.

除湿ユニット２４は、酸素ガスを含む循環用気体から水分を除去する。例えば、除湿ユニット２４は、酸素ガスの透過性が高い材料からなる分離膜を有する除湿装置または吸着剤である。分離膜は、酸素ガスの透過性が特に高いシリコーンゴム中空糸膜、または、ポリイミド中空糸膜等を含む材料によって構成することが好ましい。除湿ユニット２４は、除湿した酸素ガスを含む乾燥した循環用気体を、気体分離膜装置２６に供給する。 The dehumidifying unit 24 removes moisture from the circulating gas containing oxygen gas. For example, the dehumidifying unit 24 is a dehumidifying device or an adsorbent having a separation membrane made of a material having a high oxygen gas permeability. The separation membrane is preferably composed of a material including a silicone rubber hollow fiber membrane or a polyimide hollow fiber membrane with particularly high oxygen gas permeability. The dehumidifying unit 24 supplies the dried circulation gas containing the dehumidified oxygen gas to the gas separation membrane device 26.

気体分離膜装置２６は、乾燥した循環用気体中に含まれる酸素ガスと他の気体（例えば、窒素ガス及びアルゴンガス）とを分離する。例えば、中空糸状の膜を束ねた高分子膜に対する気体中の複数の成分の透過速度の差（例えば、選択透過性）を利用した膜分離法、具体的には、高分子膜の透過速度の速い酸素ガスと、透過速度の遅い窒素ガス及びアルゴンガスとを、高分子膜によって循環用気体から分離する方法などを採用することができる。そして、先に透過した酸素ガスを、経路３０を介して、再びオゾン発生器１６に供給する。このように、排オゾン処理装置２０、回収用気体圧縮機２２、除湿ユニット２４、及び、気体分離膜装置２６から構成される循環部を利用して、オゾンから分解した酸素ガスを循環させることができる。 The gas separation membrane device 26 separates oxygen gas and other gases (for example, nitrogen gas and argon gas) contained in the dried circulation gas. For example, a membrane separation method using a difference in the permeation rate (for example, selective permeability) of a plurality of components in a gas with respect to a polymer membrane in which hollow fiber membranes are bundled, specifically, the permeation rate of a polymer membrane For example, a method of separating a fast oxygen gas and a slow-permeating nitrogen gas and an argon gas from a circulating gas by a polymer membrane can be employed. Then, the previously transmitted oxygen gas is supplied again to the ozone generator 16 via the path 30. In this way, the oxygen gas decomposed from ozone can be circulated using the circulation unit composed of the exhaust ozone treatment device 20, the recovery gas compressor 22, the dehumidification unit 24, and the gas separation membrane device 26. it can.

上述したように、オゾン発生装置１０では、オゾン反応槽１８で被処理水に溶解せずに回収されたオゾンを分解し、再生された酸素ガスを再びオゾン発生器１６に供給している。これにより、オゾン発生器１６は、酸素発生装置１４から供給された酸素ガスのみならず、気体分離膜装置２６から供給された酸素ガスを原料ガスとして再利用して、オゾンを発生させることができる。したがって、オゾン発生装置１０を用いることで酸素の使用効率を向上させることができる。 As described above, in the ozone generator 10, the ozone recovered in the ozone reaction tank 18 without being dissolved in the water to be treated is decomposed, and the regenerated oxygen gas is supplied to the ozone generator 16 again. Thus, the ozone generator 16 can generate ozone by reusing not only the oxygen gas supplied from the oxygen generator 14 but also the oxygen gas supplied from the gas separation membrane device 26 as a raw material gas. . Therefore, the use efficiency of oxygen can be improved by using the ozone generator 10.

また、仮に酸素発生装置１４の吸着剤が劣化し、酸素発生装置１４からオゾン発生器１６への酸素ガスの供給量が低下した場合でも、排オゾン処理装置２０がオゾンを分解して生成した酸素をオゾン発生器１６に供給できる。したがって、排オゾン処理装置２０が酸素発生装置１４のバックアップとして機能することにもなり、オゾン発生装置１０によるオゾンの発生量を安定化させることができる。 Further, even if the adsorbent of the oxygen generator 14 is deteriorated and the supply amount of oxygen gas from the oxygen generator 14 to the ozone generator 16 is reduced, the oxygen generated by the exhaust ozone treatment device 20 by decomposing ozone. Can be supplied to the ozone generator 16. Therefore, the exhaust ozone treatment device 20 also functions as a backup for the oxygen generator 14, and the amount of ozone generated by the ozone generator 10 can be stabilized.

＜第２実施形態＞
図２は、第２実施形態にかかるオゾン発生装置１１０の全体構成図である。 Second Embodiment
FIG. 2 is an overall configuration diagram of an ozone generator 110 according to the second embodiment.

図２に示すように、第２実施形態によるオゾン発生装置１１０では、気体分離膜装置１２６が、循環用気体から酸素ガスと窒素ガス（窒素）とを別々に分離して、酸素ガス及び窒素ガスをそれぞれオゾン発生器１６に供給する。例えば、気体分離膜装置１２６は、経路１３０を介して酸素ガスをオゾン発生器１６に供給するとともに、酸素ガスから分離した窒素ガスを、経路１３２を介してオゾン発生器１６に供給する。これにより、オゾン発生器１６は、気体分離膜装置１２６から供給された窒素ガスを添加ガスとして利用することによって、酸素ガスからオゾンを生成させるための放電状態を安定化させることができる。尚、気体分離膜装置１２６からオゾン発生器１６へのガス供給手順として、まず酸素ガスをオゾン発生器１６に供給し、その後に窒素ガスをオゾン発生器１６に供給することも可能である。この場合、経路１３０，１３２のいずれか一方を省略し、１本の経路のみで酸素ガス及び窒素ガスをオゾン発生器１６に供給できる。 As shown in FIG. 2, in the ozone generator 110 according to the second embodiment, the gas separation membrane device 126 separates oxygen gas and nitrogen gas (nitrogen) separately from the circulation gas, and oxygen gas and nitrogen gas are separated. Are respectively supplied to the ozone generator 16. For example, the gas separation membrane device 126 supplies oxygen gas to the ozone generator 16 via the path 130 and supplies nitrogen gas separated from the oxygen gas to the ozone generator 16 via the path 132. Thereby, the ozone generator 16 can stabilize the discharge state for generating ozone from oxygen gas by using the nitrogen gas supplied from the gas separation membrane device 126 as an additive gas. As a gas supply procedure from the gas separation membrane device 126 to the ozone generator 16, it is possible to first supply oxygen gas to the ozone generator 16 and then supply nitrogen gas to the ozone generator 16. In this case, either one of the paths 130 and 132 can be omitted, and the oxygen gas and the nitrogen gas can be supplied to the ozone generator 16 through only one path.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

１０、１１０…オゾン発生装置、１２…気体圧縮機、１４…酸素発生装置（酸素供給部）、１６…オゾン発生器、１８…オゾン反応槽（オゾン反応部）、２０…排オゾン処理装置、２２…回収用気体圧縮機、２４…除湿ユニット、２６、１２６…気体分離膜装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 110 ... Ozone generator, 12 ... Gas compressor, 14 ... Oxygen generator (oxygen supply part), 16 ... Ozone generator, 18 ... Ozone reaction tank (ozone reaction part), 20 ... Exhaust ozone treatment apparatus, 22 ... Recovery gas compressor, 24 ... Dehumidification unit, 26, 126 ... Gas separation membrane device

Claims

An oxygen supply section for supplying oxygen;
An ozone generator for generating ozone from the oxygen;
While reacting the ozone and the water to be treated, an ozone reaction part for extracting the unreacted ozone,
A circulation unit for supplying a circulation gas containing oxygen generated by decomposing the ozone extracted by the ozone reaction unit to the ozone generation unit;
An ozone generator.

The ozone generator according to claim 1. The circulation part has a separation part which separates the oxygen for supplying to the ozone generation part from the circulation gas.

The ozone generator according to claim 2, wherein the separation unit has a function of separating nitrogen to be supplied to the ozone generation unit from the circulation gas.

An oxygen supply stage for supplying oxygen;
An ozone generation stage in which ozone is generated from the oxygen by the ozone generator;
While reacting the ozone and the water to be treated, an ozone reaction stage for extracting the unreacted ozone,
Supplying oxygen generated by decomposing the extracted unreacted ozone again to the ozone generating unit to generate ozone;
A method for generating ozone.