JP3481362B2 - オゾン水製造装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、各種汚水をオゾンによ
る殺菌によって浄化するオゾン水製造装置及びオゾン水
による浄化処理システムに関し、特にオゾン水の生成に
つき撹拌によって水中に分散して溶け込んだオゾン気泡
の微小化、高濃度安定化を実現したオゾン水製造装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般にオゾン（Ｏ_３）は酸素の同素体と
してフッ素に次ぐ強い酸化力を有し、該酸化作用によっ
て菌を不活性化する殺菌作用や脱臭・脱色等の作用を有
していることは周知である。

【０００３】殺菌力としてみた場合、オゾンは有害な分
解物や副産物がなく、二次汚染のない極めてクリーンな
殺菌剤といえる。

【０００４】また、オゾンが気泡となって水中に分散し
た状態のオゾン水はオゾンガスよりも２０倍も反応速度
が速く、殺菌力・脱臭力に優れており、加えてオゾンガ
スが酸素への分解速度が非常に遅く、０．１ｐｐｍ以上
の濃度で人体の呼吸器を侵す有毒なものであるが、水に
溶け込んだ状態のオゾン水は安全である。

【０００５】したがって、オゾン水は工場排水等の汚水
源の浄化手段として、また河川の浄化手段として極めて
有効なものとなり得る。

【０００６】この点、従来のオゾン水製造装置は、単に
オゾン発生器（通常はオゾナイザーと称される紫外線放
電ランプによる乾いた空気ないし酸素ガスの無声放電に
て生成される）で得たオゾンガスを水中に放出して気泡
を作り分散させるか、モータによって回転するポンプの
撹拌翼によって前記オゾン発生器から注入されるオゾン
を水と混合撹拌する撹拌装置が用いられていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
オゾン水製造装置においては撹拌の程度が極めて不十分
であり、水中に分散泡したオゾンの気泡径は大きく、す
ぐに水面に浮上して大気中に飛散してしまう。

【０００８】したがって、高濃度のオゾン水を安定に作
ることはできず、かえってオゾンガスが大気中に飛散し
て周囲に刺激臭を発し、人体に危険な状態となる。

【０００９】この点、分散したオゾンの気泡径を数ミク
ロンのレベルに微粒子化すれば、殆ど水に溶けたミルク
のようなオゾン水ができ、容易には水面に飛散すること
もなく、長い時間水中に高濃度で溶けた状態となり得る
が、水中に上記のような微小気泡となるようにオゾンを
分散する撹拌装置は未だ無い。

【００１０】また、浄化処理すべき汚水ないし汚染源は
工場排水に限らず、異臭を放つゴミ集積場、高架水槽、
地下水汚染、プール、池等種々の対象が有り得る。

【００１１】したがって、浄化処理システム自体が移動
可能であれば、汚水の迅速な浄化（殺菌、脱臭、脱色）
が可能になるであろうが、そのような浄化処理システム
は未だ無い。

【００１２】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、オゾンと水（汚水）の高速旋回流接触による撹
拌によって極めて微小なオゾン気泡が分散して溶け込ん
だ状態となるオゾン水製造装置、及びこれを用いたオゾ
ン水浄化処理システムに関するものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、 （１）オゾン（気相）を生成するオゾン発生器と、該オ
ゾンと水を混合撹拌してオゾンが水中に分散したオゾン
水を生成する撹拌装置と、からなるオゾン水製造装置に
おいて、前記撹拌装置が、連結可能なパイプと、該パイ
プ内に嵌挿されるとともに中心軸に平行な貫通孔を複数
個穿設しつつ該貫通孔に側面が螺旋を描くドリル状の撹
拌棒を嵌挿固定した構造の複数個の円柱状撹拌部材と、
２個のコマの背部分を貼り合わせた外観形状で前記パイ
プ内に挿入された円柱状撹拌部材の間に挟装されるコマ
状撹拌部材と、からなる管路撹拌装置を備えていること
を特徴とするオゾン水製造装置を提供するものである。

【００１４】ここに、上記パイプの一方から水（汚水の
原水）とオゾンガスを流すと、パイプ内のドリル状の撹
拌棒の螺旋空間（通路）を両者が高速で回転しながら撹
拌（気液混合）しつつ、コマ状撹拌部材に至って該コマ
状撹拌部材が邪魔板となって乱流が生じて撹拌が進む。
この繰り返しで最終的に極めて微小で均一な大きさのオ
ゾン気泡が水中に分散して溶け込んだオゾン水ができ
る。

【００１５】（２）また、上記（１）記載のオゾン水製
造装置において、オゾン発生器を冷却するエアコンプレ
ッサーによる熱交換器を配設したことを特徴とするオゾ
ン水製造装置を提供するものである。

【００１６】上記熱交換器によってオゾン発生器で生成
されたオゾンガスは冷却されてオゾンガス濃度は高くな
る。蓋し、オゾンガスは熱に弱く常温で徐々に分解する
のである。

【００１７】（３）また、上記（１）または（２）記載
のオゾン水製造装置と、オゾン発生器へ供給する酸素を
セラミック吸着分離によって空気より分離生成する酸素
分離機と、からなり、ポンプによって汚水源からフィル
タを介して汲み上げられた原水をオゾンと撹拌してオゾ
ン水となしてオゾンの酸化力による原水の殺菌、脱色、
脱臭を行なった後排出する構成を特徴とするオゾン水浄
化処理システムを提供するものである。

【００１８】上記酸素分離機の採用によって酸素ボンベ
による供給よりも定常的に純粋酸素の供給がなされ、工
場への設置等、固定されたシステムに対して適合する。

【００１９】（４）また、上記（３）記載のオゾン水浄
化処理システムにおいて、エアコンプレッサーによる圧
縮空気とオゾン発生器によって生成されたオゾンを混合
して噴出させる弁を備えたことを特徴とするオゾン水浄
化処理システムを提供するものである。

【００２０】上記圧縮された空気とともに噴出するオゾ
ンガスの脱臭作用によって異臭を放つ箇所に適宜使用す
ることができ、オゾン水による浄化処理と併用できる。

【００２１】（５）さらに、上記（３）または（４）記
載のオゾン浄化処理システムをその稼働用発電機と共に
自動車の荷台に積載したことを特徴とするオゾン浄化処
理車を提供するものである。

【００２２】上記オゾン浄化処理車は移動可能であるか
ら、各種汚染源の浄化処理に迅速に対応できる極めて守
備範囲の広い特殊車である。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係わるオゾン水製
造装置及びオゾン水浄化処理システムの実施の形態につ
いて図面に基づいて詳細に説明する。

【００２４】図１は本発明に係わるオゾン水製造装置を
含むオゾン水浄化処理システムの構成を示すブロック図
である。

【００２５】また、図２は上記オゾン水製造装置の撹拌
装置における管路撹拌装置の構造を説明するための組立
斜視図である。（実施の形態）また、図３は上記実施の
形態における管路撹拌装置の内部縦断面図である。

【００２６】図１において、オゾン水浄化処理システム
５０は、酸素からオゾン（気相）を生成するオゾン発生
器２２と、該オゾン発生器２２を冷却するエアコンプレ
ッサー２８による熱交換器２１を配設し、前記オゾン発
生器で生成されたオゾンＯ_３と水Ｗを混合撹拌してオゾ
ンが水に分散したオゾン水ＯＺＷを生成する撹拌装置２
７（モータ２５の駆動によるポンプ２６による水の吸い
込みを行い、ポンプ直上で混合して気液混合流体を作
り、管路撹拌装置２８を通す一連の装置）と、からなる
オゾン水製造装置４０と、酸素を空気よりセラミック吸
着分離によって分離生成する酸素分離機４１と、から構
成されている。

【００２７】特に前記撹拌装置２７には、図２に示され
るような連結可能なパイプ１と、該パイプ１内に嵌挿さ
れるとともに中心軸に平行な貫通孔２ａ、２ｂ、２ｃ、
２ｄを複数個穿設しつつ該貫通孔に側面が螺旋を描くド
リル状の撹拌棒３を各々嵌挿固定した構造の複数個の円
柱状撹拌部材４と、２個のコマの背部分を貼り合わせた
外観形状で前記パイプ１内に挿入された円柱状撹拌部材
４の間に挟装されるコマ状撹拌部材５と、からなる管路
撹拌装置３７を備えていることを特徴とする。

【００２８】上記連結可能なパイプ１は外径３４ｍｍ、
内径２３ｍｍ、長さ３２５ｍｍの寸法で両端の内壁に雌
ネジ７が螺刻されており、雄ネジ８の螺刻されたアタッ
チメント６にて連結されるようになっている。この連結
手段は螺着連結の一般が採用でき、本アタッチメント６
手段の他、パイプ両端に夫々刻設した雄ネジ、雌ネジの
螺着によってもよいし、フランジによる連結でもよい。

【００２９】上記円柱状撹拌部材４は貫通孔２ａ・・・
に嵌挿固定されたドリル状の撹拌棒３によって螺旋状の
通路が形成されているので、パイプ１の一方から圧入さ
れるオゾンと水の気液混合流体は旋回しながら高速に押
し出される。

【００３０】その結果、高速旋回接触している短時間の
間にオゾンと水の混合は促進され、且つ挟装されたコマ
状撹拌部材５は所謂じゃま板同様の撹拌作用を有し、円
柱状撹拌部材４から噴出した数筋の気液混合流体（オゾ
ン水）はこれに衝突して乱流となり、水に混合している
オゾン気泡はさらに撹拌されて微小な１０μｍ以下の気
泡となって分散する（以上図３参照）。

【００３１】上記１０μｍ以下のオゾン気泡はすぐには
水面に上昇して空気中に拡散することはなく、比較的安
定して水中に溶け込んだ状態を維持する。

【００３２】したがって、本願発明のオゾン水は強力な
オゾンによる酸化作用が安定して得られるのである。

【００３３】尚、上記管路撹拌装置３７におけるパイプ
１の連結は３〜５本が適当であるが、その制限はない。
また、途中にＵ字パイプを介してコンパクトにまとめる
こともできる。

【００３４】本発明のオゾン水処理システム５０では純
粋酸素を熱交換器２１で冷却しつつオゾン発生器２２で
オゾン生成するので高濃度のオゾンが得られる。

【００３５】即ち、熱交換器２１はオゾン発生器２２を
冷却してオゾンの分解を抑えてオゾン濃度を高めるので
ある。

【００３６】尚、本発明ではオゾン発生器２２としてオ
ゾナイザーを使用し、５０Ｗ放電管１０本をタンクに収
納して高電圧を印加する。

【００３７】また、熱交換器２１は表面式熱交換器（多
管円筒式等）が適当であろう。熱交換器２１へ供給する
低温流体として図１に示されるようにエアコンプレッサ
ー２８から冷凍式エアドライヤー２９、エアフィルタ３
０、レギュレーター３１を通した低温エアを用いる。

【００３８】図１においてはその他にフィルタ３５、弁
３３、逆止弁３４が適宜配設されている。

【００３９】このオゾン水浄化処理システム５０は、原
水槽４４に蓄積された対象となる汚泥水をポンプによっ
てフィルタ３５を介して汲み上げられた原水Ｗをオゾン
Ｏ_３と撹拌してオゾン水ＯＺＷとなしてオゾンの酸化力
による原水の殺菌、脱色、脱臭を行なった後原水槽４４
に排出して還流する構成を特徴とする。

【００４０】したがって、別に水道水を使用する必要も
なく、極めて効率的な汚水の浄化処理が実現される。

【００４１】下記の表１〜表４は各種汚泥水を採取して
原水とし、上記オゾン水製造装置４０を備えたオゾン浄
化処理システム５０にて処理した計量結果である。

【００４２】尚、表中のＳＳは浮遊物質あるいは懸濁物
質（ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ ｓｏｌｉｄｓ）の略称であ
り、水中に懸濁している不溶性の物質（但し、大きな物
質はフィルタ３５で予め除去される）をいう。ＳＳは水
の汚染状態を示す項目として政令で定められ、検定方法
は環境庁告示第６４号で規定されている。ＳＳは特定の
物質を指すのではなく、微生物、有機物、粘土など、多
種類のものが含まれる。

【００４３】また、ＣＯＤは化学的酸素要求量（ｃｈｅ
ｍｉｃａｌ ｏｘｙｇｅｎ ｄｅｍａｎｄ）の略称であ
り、一定の強力な酸化剤を用いて一定の条件下で原水を
処理したときに消費される酸化剤の量を求め、それに対
応する酸素の量に換算した値で、原水中に含まれる酸化
される物質の量を示す値である。ちなみに、酸化される
物質は有機物、ＮＯ２ー、Ｆｅ２＋、硫化物等である
が、特殊な水を除くと有機物が主要なので、ＣＯＤを原
水中の有機物量の相対的比較の尺度とすることが多い。

【００４４】また、ＢＯＤは生物化学的酸素要求量（ｂ
ｉｏｃｈｅｍｉｃａｌｏｘｙｇｅｎｄｅｍａｎｄ）の略
称であり、原水中に存在する有機物が微生物によって好
気的条件下で分解、安定化される間に消費される酸素の
量をいう。それは一定期間原水を一定温度（２０℃）で
密閉容器中に保ったときの溶存酸素の減少量で示され
る。

【００４５】先ず、下記の表１は下水の汚泥水を原水と
して処理前のＳＳ、ＣＯＤ、ＢＯＤの値がオゾン浄化処
理時間３０分経過後、及び６０分経過後について示して
いるが、表から判るように３０分でどの値も１／１５０
〜１／３００に激減している。

【００４６】

【表１】 次に、下記の表２は食品（漬物）業の工場排水を原水と
した場合のオゾン浄化処理前及び処理３０分後、６０分
後の処理水の各数値であるが、始めの３０分でおよそ１
／８〜１／３０に激減していることが判る。

【００４７】

【表２】 また、下記の表３は製紙業の工場排水を原水とした場合
のオゾン浄化処理前及び処理３０分後の各数値である
が、いずれも１／３〜１／１２に激減していることが判
る。

【００４８】

【表３】 また、下記の表４は自動車板金業の工業排油二種Ａ、Ｂ
を採取して原水とした場合のオゾン浄化処理前及び処理
３０分後、６０分後の処理水の各数値であるが、始めの
３０分で河川に流してもよいレベルに激減した。

【００４９】

【表４】 上記の結果から本願発明のオゾン水製造装置の排水浄化
システムでは、種々の汚泥水に多量に含まれていたＢＯ
Ｄ、ＳＳ、ＣＯＤ等の分解が短時間に顕著に現れること
が明らかとなった。

【００５０】次に、上記オゾン水浄化処理システムは一
般には工場等に固定配置されるものであるが、浄化処理
すべき対象となる汚染水は工場排水に限らず、生活の種
々の場所に存在することは云うまでもない。

【００５１】例えば生ゴミが集積されたゴミ置き場は少
なからず汚水が漏出して溜まり異臭を放つので問題とな
るが、このような汚染源の脱臭には移動可能な浄化処理
システムが必要になる。

【００５２】本発明のオゾン浄化処理システムをその稼
働用の発電機と共に自動車の荷台に積載したことを特徴
とするオゾン浄化処理車は上記要請に適応することは明
らかである。

【００５３】この場合、自動車は積載量２ｔ程度の荷台
を持つ一般のトラックを利用・改造して、稼働させるに
十分な電力を供給する発電機を積載する。（さらには配
電盤を配して外部電源からも供給できるようにすること
が望ましい）例えば積載するオゾン水浄化処理システム
を、オゾン発生器は電源１００Ｖ交流電源（消費電力
０．５Ｋｗ）の紫外線ランプ、酸素分離機は電源１００
Ｖ交流電源（消費電力０．５Ｋｗ）、撹拌装置は３相・
２００Ｖ交流電源（３．７Ｋｗ）で構成した場合にオゾ
ン水濃度２〜１０ｇ／ｍ３を生成する能力が得られる。

【００５４】また、汚水源が小量の場合や食品の殺菌、
汚水以外の臭気物等にはオゾン水による殺菌、脱臭処理
よりもオゾンガスによる方法がより適切な場合も有り得
る。

【００５５】上記機能を併有させるには、図１における
コンプレッサー２８の圧縮空気とオゾン発生器２２で生
成したオゾンガスを混合する弁３９を別個に配管すれば
よく、目的に応じてオゾン水ＯＺＷによる処理かオゾン
ガスＯＺＧによる処理かを選択できるようにする。

【００５６】勿論、高濃度のオゾンガスが滞留すると有
毒なので、使用量や使用環境には配慮が必要である。

【００５７】以上説明したように、本オゾン水製造装置
及びこれをシステム化した浄化システムは、高濃度に溶
解して長時間溶解状態を維持できるオゾン水を生成して
これを酸化剤として用いるので、各種工業排水の浄化処
理システムとして顕著な効果を発揮するのみならず、オ
ゾン浄化処理装置として地下水の減菌・浄化、高架水
槽、地下水槽の除錆・浄化、井戸水の浄化、プール、
池、養魚池の減菌・浄化に利用でき、またオゾン水洗浄
装置として、野菜、肉、魚等の食品の減菌洗浄、食品加
工機器の減菌洗浄、熱交換機のスケール除去及び防錆洗
浄処理にも使用できることは云うまでもない。

【００５８】

【発明の効果】本発明に係わるオゾン水製造装置及びオ
ゾン水浄化処理システムは上記のように構成されている
ため以下に記載する効果を有する。 （１）オゾンが微小な気泡となって高濃度に水中に溶け
込むので、高い殺菌、脱臭、脱色作用を有するオゾン水
が安定して得られるという優れた効果を有する。 （２）熱交換器によるオゾン発生器の冷却によって高い
オゾン濃度が得られるという優れた効果を有する。 （３）オゾンガスによる浄化処理も可能であるという効
果を有する。 （４）オゾン水浄化処理システムを搭載したオゾン浄化
処理車は移動できるので多様な汚水源に迅速に対応可能
であるという優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わるオゾン水製造装置を含むオゾン
水浄化処理システムの構成を示すブロック図である。

【図２】上記オゾン水製造装置の撹拌装置における管路
撹拌装置の構造を説明するための組立斜視図である。
（第１の実施の形態）

【図３】上記第１の実施の形態における管路撹拌装置の
内部縦断面図である。

【符号の説明】

１ パイプ ２ａ、２ｂ・・ 貫通孔 ３ 撹拌棒 ４ 円柱状撹拌部材 ５ コマ状撹拌部材 ６ アタッチメント ７ 雌ネジ ８ 雄ネジ ２１ 熱交換器 ２２ オゾン発生器 ２５ モーター ２６ ポンプ ２７ 撹拌装置 ２８ エアコンプレッサー ２９ 冷凍式エアドライヤー ３０エアフィルター ３１ レギュレーター ３３ 弁 ３４ 逆止弁 ３５ フィルター ３７ 管路撹拌装置 ４０ オゾン水製造装置 ４１ 酸素分離機 ４４ 原水槽 ５０ オゾン水浄化処理システム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C02F 1/78 B01F 1/00

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 オゾン（気相）を生成するオゾン発生器
   と、該オゾンと水を混合撹拌してオゾンが水中に分散し
   たオゾン水を生成する撹拌装置と、からなるオゾン水製
   造装置において、前記撹拌装置が、連結可能なパイプ
   と、該パイプ内に嵌挿されるとともに中心軸に平行な貫
   通孔を複数個穿設しつつ該貫通孔に側面が螺旋を描くド
   リル状の撹拌棒を嵌挿固定した構造の複数個の円柱状撹
   拌部材と、２個のコマの背部分を貼り合わせた外観形状
   で前記パイプ内に挿入された円柱状撹拌部材の間に挟装
   されるコマ状撹拌部材と、からなる管路撹拌装置を備え
   ていることを特徴とするオゾン水製造装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載のオゾン水製造装置におい
   て、オゾン発生器を冷却するエアコンプレッサーによる
   熱交換器を配設したことを特徴とするオゾン水製造装
   置。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２記載のオゾン水
   製造装置と、オゾン発生器へ供給する酸素をセラミック
   吸着分離によって空気より分離生成する酸素分離機と、
   からなり、ポンプによって汚水源からフィルタを介して
   汲み上げられた原水をオゾンと撹拌してオゾン水となし
   てオゾンの酸化力による原水の殺菌、脱色、脱臭を行な
   った後排出する構成を特徴とするオゾン水浄化処理シス
   テム。
4. 【請求項４】 請求項３記載のオゾン水浄化処理システ
   ムにおいて、エアコンプレッサーによる圧縮空気とオゾ
   ン発生器によって生成されたオゾンを混合して噴出させ
   る弁を備えたことを特徴とするオゾン水浄化処理システ
   ム。
5. 【請求項５】 請求項３または請求項４記載のオゾン水
   浄化処理システムをその稼働用発電機と共に自動車の荷
   台に積載したことを特徴とするオゾン浄化処理車。