JP2020058960A - オゾンを用いた処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】オゾンを処理槽に導入する導入部に被処理物が付着することを抑制して、オゾンを効率よく導入することが可能なオゾンを用いた処理装置を提供する。【解決手段】このオゾンを用いた処理装置は、被処理物と、被処理物よりも比重が大きいとともに被処理物と相分離する液体とが収容される処理槽２と、処理槽２の被処理物と相分離する液体が収容される位置に配置され、処理槽２にオゾンを導入する散気管５と、処理槽２を被処理物の融点以上の温度に調整する加熱槽３とを備える。【選択図】図１

Description

この発明は、オゾンを用いた処理装置に関する。

従来、オゾンを用いた処理装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１には、着色した油（被処理物）が収容される反応槽と、反応槽の油中に配置されてオゾンを吹き込む散気管と、を備え、油をオゾンにより脱色する処理装置が開示されている。この処理装置では、油の融点以上の温度のオゾンを散気管から油中に吹き込んでいる。

特開昭６２−１１２６９０号公報

しかしながら、上記特許文献１のオゾンを用いた処理装置では、オゾンを導入する散気管が反応槽の油（被処理物）中に配置されているため、散気管の内部に油が入り込むという不都合がある。この場合、油の融点以上の温度のオゾンが散気管から散気されている状態では、散気管内の油が凝固することはないものの、運転を停止するなどして、オゾンを散気しない状態では、散気管の内部の温度が融点以下に下がり、内部に入り込んだ油が凝固してしまう。このため、オゾンを導入する散気管が詰まるなどしてオゾンを効率よく導入することができないという問題点がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、オゾンを処理槽に導入する導入部に被処理物が付着することを抑制して、オゾンを効率よく導入することが可能なオゾンを用いた処理装置を提供することである。

上記目的を達成するために、この発明の一の局面によるオゾンを用いた処理装置は、被処理物と、被処理物よりも比重が大きいとともに被処理物と相分離する液体とが収容される処理槽と、処理槽の被処理物と相分離する液体が収容される位置に配置され、処理槽にオゾンを導入するオゾン導入部と、処理槽を被処理物の融点以上の温度に調整する温度調整部とを備える。なお、被処理物と相分離する液体とは、被処理物と混ざらない液体のことである。たとえば、被処理物が油相である場合、液体は水相である。また、被処理物と相分離する液体は、処理を行う際の処理槽における圧力、温度調整部により調整された処理槽における温度において、被処理物と相分離すればよい。

この発明の一の局面によるオゾンを用いた処理装置では、上記のように、処理槽にオゾンを導入するオゾン導入部を、被処理物と相分離する液体が収容される処理槽の位置に配置する。これにより、オゾン導入部の内部に被処理物が入り込むのを抑制することができるので、オゾン導入部の温度が被処理物の凝固点以下になっても、オゾン導入部の内部において被処理物が固着するのを抑制することができる。これにより、オゾンを処理槽に導入する導入部に被処理物が付着することを抑制して、オゾンを効率よく導入することができる。ここで、被処理物と相分離する液体は、被処理物よりも比重が大きいので、被処理物に対して処理槽の下方に収容される。また、被処理物と相分離する液体中に配置されたオゾン導入部から導入されたオゾンは、気体であるため、液体中を上昇して上方に収容された被処理物に供給される。これにより、被処理物中にオゾン導入部を配置しなくても、被処理物にオゾンを供給することが可能である。また、処理槽を被処理物の融点以上の温度に調整する温度調整部を設けることにより、処理槽に収容された被処理物を凝固点以上の温度にして液体にすることができる。これにより、液体の状態の被処理物にオゾンを接触させることができるので、固体の状態の被処理物にオゾンを接触させる場合と比べて、オゾンにより効率よく被処理物を処理することができる。また、油のような粘度が大きい液体を被処理物として処理する場合に、粘度が大きい被処理物に直接オゾンを投入すると、ガスの拡散性が悪いため、被処理物にオゾンを拡散させることが困難である。一方、この発明の一の局面によるオゾンを用いた処理装置では、被処理物の下方に収容される液体にオゾンを供給するので、被処理物よりも粘度が小さい液体を下方に収容すれば、下方に収容された液体中でオゾンを拡散させてから、上方に収容された被処理物にオゾンを供給することができる。これにより、被処理物が液体になるまで加熱し、さらに、被処理物の粘度を下げるために加熱する必要がない。その結果、粘度が大きい被処理物を過度に加熱することなく被処理物にオゾンを拡散させて供給することができる。

上記一の局面によるオゾンを用いた処理装置において、好ましくは、被処理物と相分離する液体は、沸点が被処理物の融点よりも高く、かつ、融点が被処理物の融点よりも低い。このように構成すれば、温度調整部により、処理槽の温度を被処理物の融点以上かつ被処理物と相分離する液体の沸点未満に調整することにより、被処理物を液体の状態にすることができるので、液体の状態の被処理物にオゾンを接触させることができる。また、この場合に、被処理物と相分離する液体が沸騰してしまうのを抑制することができる。また、被処理物と相分離する液体の融点を被処理物の融点よりも低くすることにより、処理の前後において処理槽の温度が被処理物の融点以下となる場合でも、被処理物と相分離する液体が凝固するのを抑制することができるので、被処理物と相分離する液体の固化したものが、被処理物と相分離する液体中に配置されたオゾン導入部に付着するのを抑制することができる。

上記一の局面によるオゾンを用いた処理装置において、好ましくは、処理槽には、被処理物と相分離する液体としての水が収容される。このように構成すれば、オゾン導入部から導入されたオゾンに対して化学的に安定した水を用いることができるので、被処理物と相分離する液体（水）とオゾンとが反応するのを抑制することができる。これにより、被処理物と相分離する液体がオゾンを消費してしまうのを抑制することができる。また、被処理物と相分離する水にオゾンを導入することにより、オゾン水を発生させることができるので、被処理物と水との界面全体において、被処理物にオゾンを作用させることができる。これにより、水との界面における被処理物を効果的に処理することができる。

上記一の局面によるオゾンを用いた処理装置において、好ましくは、オゾン導入部から導入されるオゾンを予め加熱する予熱部をさらに備える。このように構成すれば、処理槽に導入されたオゾンの温度を高くすることができるので、被処理物とオゾンとが接した場合に、導入されたオゾンによって被処理物が冷却されて被処理物が液体から固体に変化(凝固)するのを抑制することができる。これにより、オゾンと被処理物とを気液接触させることができるので、被処理物を効果的に処理することができる。

上記一の局面によるオゾンを用いた処理装置において、好ましくは、温度調整部は、処理槽に導入するオゾンを予め加熱するように構成されている。このように構成すれば、処理槽の温度を調整する温度調整部により処理槽に導入するオゾンを加熱することができるので、オゾンと処理槽とを別個に加熱する場合に比べて、装置構成を簡素化することができる。

本発明によれば、上記のように、オゾンを処理槽に導入する導入部に被処理物が付着することを抑制して、オゾンを効率よく導入することができる。

本発明の第１実施形態によるオゾンを用いた処理装置を示した概略図である。 本発明の第２実施形態によるオゾンを用いた処理装置を示した概略図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

［第１実施形態］
図１を参照して、本発明の第１実施形態による処理装置１００の構成について説明する。

本発明の第１実施形態による処理装置１００は、オゾンを用いて被処理物を処理するように構成されている。たとえば、処理装置１００は、オゾンを用いて被処理物の脱色、脱臭、除菌、分解などの処理を行うように構成されている。処理装置１００には、オゾン発生装置１により生成されたオゾンが供給されるように構成されている。なお、処理装置１００は、特許請求の範囲の「オゾンを用いた処理装置」の一例である。

処理装置１００は、処理槽２と、加熱槽３と、予熱部４と、散気管５とを備えている。処理槽２は、被処理物が収容される上部分２１と、水が収容される下部分２２とを含んでいる。なお、加熱槽３は、特許請求の範囲の「温度調整部」の一例である。散気管５は、特許請求の範囲の「オゾン導入部」の一例である。

オゾン発生装置１は、原料ガス（酸素（Ｏ_２）を含む気体）からオゾン（Ｏ_３）を生成するように構成されている。オゾン発生装置１は、電極が設けられた誘電体間に原料ガスを導入し、交流電圧を印加し、無声放電によりオゾンを生成するように構成されている。オゾン発生装置１は、１００〜３００ｇ／ｍ^３（Ｎ）程度の濃度のオゾンを生成するように構成されている。ここで、処理槽２における被処理物とオゾンとの反応を促進させるため、溶存オゾン濃度が高くなることが好ましい。つまり、オゾン発生装置１から処理槽２に高濃度のオゾンが供給されることが好ましい。たとえば、オゾン発生装置１は、２５０ｇ／ｍ^３（Ｎ）程度の濃度のオゾンを生成して供給するように構成されている。また、オゾン発生装置１は、３０℃〜４０℃程度の温度のオゾンを供給するように構成されている。

処理槽２は、被処理物と、被処理物よりも比重が大きいとともに被処理物と相分離する液体とが収容される。具体的には、処理槽２は、上部分２１に被処理物が収容される。また、処理槽２は、下部分２２に被処理物よりも比重が大きいとともに被処理物と相分離する液体が収容される。被処理物は、たとえば、油脂、樹脂、ゴム、パラフィンなどの有機物質である。被処理物と相分離する液体（下部分２２に収容される液体）は、水（融点：０℃、沸点：１００℃、密度：１０００ｋｇ／ｍ^３）である。

被処理物は、融点が常温（２０℃）よりも高い。つまり、被処理物は、常温では固体である。また、被処理物の融点は、常温（２０℃）よりも高く水の沸点（１００℃）よりも低い。たとえば、被処理物の融点は、４０℃〜９０℃程度である。つまり、下部分２２に収容される液体（水）は、沸点が被処理物の融点よりも高く、かつ、融点が被処理物の融点よりも低い。また、被処理物は、水よりも比重が小さい。たとえば、被処理物は、液体の状態において、水に対して０．９９以下の比重を有する。好ましくは、被処理物は、液体の状態において、水に対して０．９６以下の比重を有する。これにより、被処理物をより確実に上部分２１に収容することが可能である。また、水と被処理物とが混合するのをより効果的に抑制することが可能である。下部分２２に収容される液体（水）の量は、上部分２１に収容される被処理物の量と同等か、多い。これにより、水の量が少ないと場合と比べて、水と被処理物とが混合されるのを抑制することが可能である。また、下部分２２に収容される液体（水）は、被処理物よりも粘度が小さい。

上部分２１および下部分２２は、処理槽２に連続して形成されている。つまり、被処理物と水との収容量に応じて、被処理物が収容されている部分が上部分２１となり、水が収容されている部分が下部分２２となる。処理槽２には、オゾンを供給する供給管２３と、残存する排オゾンを排出する排出管２４とが設けられている。また、処理槽２は、オゾンが流出しないように密閉されている。

加熱槽３は、処理槽２を被処理物の融点以上の温度に調整するように構成されている。具体的には、加熱槽３は、処理槽２を加熱するように構成されている。加熱槽３内には、処理槽２と、予熱部４とが配置されている。また、加熱槽３には、お湯が収容されている。つまり、加熱槽３は、湯せんにより、処理槽２および予熱部４を加熱するように構成されている。また、加熱槽３は、ヒータ３１により加熱されるように構成されている。

加熱槽３は、処理槽２の被処理物が全て液体になるように加熱する。つまり、加熱槽３は、処理槽２を被処理物の融点以上に加熱するように構成されている。また、加熱槽３は、処理槽２を下部分２２の液体（水）の沸点未満に加熱するように構成されている。たとえば、加熱槽３は、収容されたお湯を１００℃程度（１００℃未満）に加熱するように構成されている。加熱槽３は、加熱された水が気化して流出するため、適宜水（お湯）が追加される。

予熱部４は、供給管２３を介して処理槽２の下部分２２に導入されるオゾンを予め加熱するように構成されている。上記のように予熱部４は加熱槽３により加熱されている。つまり、加熱槽３は、処理槽２に導入するオゾンを予め加熱するように構成されている。また、予熱部４は、オゾン発生装置１からオゾンが供給される。また、予熱部４は、内面がガラスにより形成されている。これにより、加熱するオゾンと予熱部４の内面とが反応するのを抑制することができる。また、予熱部４は、オゾンが流出しないように密閉されている。

散気管５は、処理槽２にオゾンを導入するように構成されている。ここで、第１実施形態では、散気管５は、処理槽２の被処理物と相分離する液体が収容される位置に配置される。具体的には、散気管５は、処理槽２の下部分２２に配置されている。つまり、散気管５は、水の中に配置される。散気管５は、供給管２３に接続されている。散気管５は、上部分２１の被処理物が下部分２２の水と混ざらないように、緩やかにオゾンを供給するように構成されている。つまり、オゾンの供給により、被処理物と水との界面が撹拌されて混ざらないように、オゾンが導入される。散気管５のオゾンを導入するガスＬＶ（処理槽２の断面積に対する供給するガスの体積流量）は、被処理物と水との界面が撹拌されて混ざらず、オゾンと水の拡散性が良ければ特に限定されない。たとえば、散気管５は、ガスＬＶが、２０ｍ／ｈ以下、好ましくは１ｍ／ｈ以下となるようにオゾンを導入する。

（第１実施形態の効果）
第１実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第１実施形態では、上記のように、処理槽２にオゾンを導入する散気管５を、被処理物と相分離する液体が収容される処理槽２の下部分２２に配置する。これにより、散気管５の内部に被処理物が入り込むのを抑制することができるので、散気管５の温度が被処理物の凝固点以下になっても、散気管５の内部において被処理物が固着するのを抑制することができる。これにより、オゾンを処理槽２に導入する散気管５に被処理物が付着することを抑制して、オゾンを効率よく導入することができる。ここで、被処理物と相分離する液体は、被処理物よりも比重が大きいので、被処理物に対して処理槽２の下方に収容される。また、被処理物と相分離する液体中に配置された散気管５から導入されたオゾンは、気体であるため、液体中を上昇して上方に収容された被処理物に供給される。これにより、被処理物中に散気管５を配置しなくても、被処理物にオゾンを供給することが可能である。また、処理槽２を被処理物の融点以上の温度に調整する加熱槽３を設けることにより、処理槽２の上部分２１の被処理物を凝固点以上の温度にして液体にすることができる。これにより、液体の状態の被処理物にオゾンを接触させることができるので、固体の状態の被処理物にオゾンを接触させる場合と比べて、オゾンにより効率よく被処理物を処理することができる。また、被処理物の下方に収容され、被処理物よりも粘度が小さい水にオゾンを供給するので、下方に収容された水中でオゾンを拡散させてから、上方に収容された被処理物にオゾンを供給することができる。これにより、被処理物が液体になるまで加熱し、さらに、被処理物の粘度を下げるために加熱する必要がない。その結果、粘度が大きい被処理物を過度に加熱することなく被処理物にオゾンを拡散させて供給することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、下部分２２に収容される液体（水）は、沸点が被処理物の融点よりも高く、かつ、融点が被処理物の融点よりも低い。これにより、加熱槽３により、処理槽２の温度を被処理物の融点以上かつ被処理物と相分離する液体の沸点未満に調整することにより、被処理物を液体の状態にすることができるので、液体の状態の被処理物にオゾンを接触させることができる。また、この場合に、被処理物と相分離する液体が沸騰してしまうのを抑制することができる。また、被処理物と相分離する液体の融点を被処理物の融点よりも低くすることにより、処理の前後において処理槽２の温度が被処理物の融点以下となる場合でも、被処理物と相分離する液体が凝固するのを抑制することができるので、被処理物と相分離する液体の固化したもの（氷）が、被処理物と相分離する液体中に配置された散気管５に付着するのを抑制することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、下部分２２には、液体の水が収容される。これにより、散気管５から導入されたオゾンに対して化学的に安定した水を用いることができるので、被処理物と相分離する液体（水）とオゾンとが反応するのを抑制することができる。これにより、被処理物と相分離する液体がオゾンを消費してしまうのを抑制することができる。また、被処理物と相分離する水にオゾンを導入することにより、オゾン水を発生させることができるので、被処理物と水との界面全体において、被処理物にオゾンを作用させることができる。これにより、水との界面における被処理物を効果的に処理することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、散気管５から導入されるオゾンを予め加熱する予熱部４を設ける。これにより、処理槽２に導入されたオゾンの温度を高くすることができるので、被処理物とオゾンとが接した場合に、導入されたオゾンによって被処理物が冷却されて被処理物が液体から固体に変化するのを抑制することができる。その結果、オゾンと被処理物とを気液接触させることができるので、被処理物を効果的に処理することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、加熱槽３を、処理槽２に導入するオゾンを予め加熱するように構成する。これにより、処理槽２の温度を調整する加熱槽３により処理槽２に導入するオゾンを加熱することができるので、オゾンと処理槽２とを別個に加熱する場合に比べて、装置構成を簡素化することができる。

［第２実施形態］
次に、図２を参照して、第２実施形態について説明する。この第２実施形態では、散気管を用いて処理槽にオゾンを導入する上記第１実施形態と異なり、エジェクタを用いて処理槽にオゾンを導入する構成の例について説明する。なお、上記第１実施形態と同一の構成については、図中において同じ符号を付して図示し、その説明を省略する。

本発明の第２実施形態による処理装置２００は、オゾンを用いて被処理物を処理するように構成されている。処理装置２００には、オゾン発生装置１により生成されたオゾンが供給されるように構成されている。なお、処理装置２００は、特許請求の範囲の「オゾンを用いた処理装置」の一例である。

処理装置２００は、処理槽２と、予熱部４と、加熱槽６と、エジェクタ７とを備えている。処理槽２は、被処理物が収容される上部分２１と、水が収容される下部分２２とを含んでいる。エジェクタ７には、循環流路７４を介して、吐出口７１と、吸引口７２と、ポンプ７３とが接続されている。なお、加熱槽６は、特許請求の範囲の「温度調整部」の一例である。また、吐出口７１は、特許請求の範囲の「オゾン導入部」の一例である。

加熱槽６は、処理槽２を被処理物の融点以上の温度に調整するように構成されている。具体的には、加熱槽６は、処理槽２を加熱するように構成されている。加熱槽６内には、処理槽２と、予熱部４とが配置されている。また、加熱槽６は、加熱炉により構成されている。つまり、加熱槽６は、内部の空気を加熱して、内部に配置された処理槽２および予熱部４を加熱するように構成されている。

エジェクタ７は、水およびオゾンを混合して吐出する。エジェクタ７は、ポンプ７３により循環流路７４を介して水が供給される。ここで、吐出口７１および吸引口７２は、処理槽２の被処理物と相分離する液体が収容される位置に配置される。つまり、吐出口７１および吸引口７２は、下部分２２に配置されている。エジェクタ７には、処理槽２の下部分２２に配置された吸引口７２からポンプ７３により吸引された水が供給される。また、エジェクタ７は、供給管２３からオゾンが供給される。また、エジェクタ７は、水およびオゾンの混合物を、処理槽２の下部分２２に配置された吐出口７１から処理槽２に供給する。つまり、エジェクタ７は、下部分２２から水が供給され、水およびオゾンを混合して下部分２２に吐出する。言い換えると、エジェクタ７、吐出口７１、吸引口７２、ポンプ７３および循環流路７４は、下部分２２の水の相において、液体を循環させるように構成されている。

なお、第２実施形態のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。

（第２実施形態の効果）
第２実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第２実施形態では、オゾンを処理槽２に導入するエジェクタ７に被処理物が付着することを抑制して、オゾンを効率よく導入することができる。

また、第２実施形態では、上記のように、下部分２２に吸引口７２および吐出口７１が配置されたエジェクタ７を用いてオゾンを処理槽２に導入する。これにより、吸引口７２から被処理物を吸い込むことを抑制するとともに、吐出口７１に被処理物が入り込むのを抑制することができる。

なお、第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。

たとえば、上記第１および第２実施形態では、処理槽に被処理物と相分離する液体としての水を収容する構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、被処理物と相分離する液体は、被処理物よりも比重が大きく相分離する液体であれば、水以外でもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、処理槽にオゾンを供給する前にオゾンを予め加熱する予熱部を設ける構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、予熱部を設けずに、オゾンを処理槽に供給してもよい。また、予熱部を設けずに、オゾンを加熱槽により直接加熱してもよい。この場合、オゾン発生装置から処理槽にオゾンを供給する配管を加熱槽内に配置して、処理槽に供給するオゾンを加熱してもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、加熱槽により処理槽および予熱部の両方を加熱する構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、予熱部を加熱槽内に配置しないで、処理槽と予熱部とを別個に加熱してもよい。

また、上記第１実施形態では、散気管を用いて処理槽にオゾンを導入し、上記第２実施形態では、エジェクタを用いて処理槽にオゾンを導入する構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、たとえば、オゾン導入部として微細気泡発生装置を用いて処理槽にオゾンを導入してもよい。

また、上記第２実施形態では、処理槽中の被処理物と相分離する液体を循環させながらエジェクタにより液体にオゾンを混合する構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、エジェクタを用いずに循環流路中のポンプにおいて液体とオゾンを混合するようにしてもよい。この場合、ポンプの吸込側にオゾンを供給して液体とオゾンとを混合してもよいし、ポンプの吐出側にオゾンを供給して液体とオゾンとを混合してもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、オゾン発生装置により生成されたオゾンを散気管またはエジェクタを用いて処理槽に導入する構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、処理槽中の被処理物と相分離する液体を電気分解することによりオゾンを発生させて、処理槽にオゾンを導入してもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、温度調整部として処理槽を加熱する加熱槽を用いる構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、温度調整部は、加熱以外により処理槽の温度を調整してもよい。たとえば、温度調整部は、処理槽を恒温状態にして温度を調整してもよいし、冷却して温度を調整してもよい。被処理物が常温で液体の場合は加熱せずに、処理槽をそのまま外気雰囲気に置いたり、恒温槽に入れたりして温度を調整してもよい。また、被処理物が常温で気体の場合は冷却して処理槽の温度を調整してもよい。

２ 処理槽
３ 加熱槽（温度調整部）
４ 予熱部
５ 散気管（オゾン導入部）
６ 加熱槽（温度調整部）
７１ 吐出口（オゾン導入部）
１００、２００ 処理装置（オゾンを用いた処理装置）

Claims (5)

1. 被処理物と、被処理物よりも比重が大きいとともに被処理物と相分離する液体とが収容される処理槽と、
   前記処理槽の被処理物と相分離する液体が収容される位置に配置され、前記処理槽にオゾンを導入するオゾン導入部と、
   前記処理槽を被処理物の融点以上の温度に調整する温度調整部とを備える、オゾンを用いた処理装置。
2. 被処理物と相分離する液体は、沸点が被処理物の融点よりも高く、かつ、融点が被処理物の融点よりも低い、請求項１に記載のオゾンを用いた処理装置。
3. 前記処理槽には、被処理物と相分離する液体としての水が収容される、請求項１または２に記載のオゾンを用いた処理装置。
4. 前記オゾン導入部から導入されるオゾンを予め加熱する予熱部をさらに備える、請求項１〜３のいずれか１項に記載のオゾンを用いた処理装置。
5. 前記温度調整部は、前記処理槽に導入するオゾンを予め加熱するように構成されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載のオゾンを用いた処理装置。

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