JP4080434B2

JP4080434B2 - 脱気方法

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Publication number: JP4080434B2
Application number: JP2004027191A
Authority: JP
Inventors: 隆行自在丸; 由孝八巻; 孝松島
Original assignee: Nomura Micro Science Co Ltd
Current assignee: Nomura Micro Science Co Ltd
Priority date: 2004-02-03
Filing date: 2004-02-03
Publication date: 2008-04-23
Anticipated expiration: 2024-02-03
Also published as: JP2005218912A

Description

本発明は、純水の製造等において液体中に溶存する気体成分の脱気に用いる脱気装置用充填材を用いた脱気方法に係り、オゾンを用いて改質処理した脱気装置用充填材を用いた脱気方法及びその改質処理により製造された脱気装置用充填材に関する。

半導体、液晶等の電子製品、医薬、食品分野における水処理には、不純物の少ない純水が極めて重要な働きをし、その純水を供給するために、純水製造装置が用いられている。

この純水製造装置の主装置である逆浸透膜装置に用いられる逆浸透膜（ＲＯ）やイオン交換装置に用いられるイオン交換樹脂等は、水中の溶存酸素により酸化されて劣化するため、純水製造装置には、これらの装置の前段に真空脱気装置等が組み込まれている。

この真空脱気装置には、通常、充填材が収容され、液体中の溶存酸素等の脱気効率を向上させている。これに加え、真空脱気装置内に充填された充填材の上部に気液接触増加材（デミスタ）を設けることにより脱気効率を向上させることも提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

また、熱交換用充填材、脱臭用充填材等ではあるが気液接触充填剤において、処理性能を高めるために、充填材の比表面積が大きい充填材を用いたり、これを多段収納して接触効率を高めることが通常行われている（例えば、特許文献２参照。）。
特開平６−５５１６４号公報特開２００２−１５３７２５号公報

しかしながら、気液接触増加材を用いた場合においては、脱気装置の部品点数が増えてしまい、充填材の比表面積を大きくする場合には特定の材料を使用しなければならず、また、多段収納したものは、収納部を大きくする必要があるため装置の大型化が必要となり、部品点数も増えてしまうため好ましくない。

そこで、本発明は、樹脂製充填材の特徴であるデッドフェイスを形成しないようにして有効面積を大きくし、線構造で圧損が小さく、軽量で、化学的、機械的性質を保持したまま気液接触効率を上げ、延いては処理水中の溶存気体の脱気処理効率を向上する脱気装置用充填材の改質処理方法及び脱気装置用充填材を提供することを目的とする。

本発明の脱気方法は、脱気装置用充填材を用いた脱気方法において、脱気を行う前に予め脱気装置用充填材を構成する樹脂とオゾン水とを接触させ、前記接触で得られた脱気装置用充填剤を用いて脱気を行うことを特徴とするものである。

また、本発明の脱気装置用充填材は、脱気を行う前に予め脱気装置用充填材を構成する樹脂とオゾン水とを接触させる改質処理方法により処理されたことを特徴とするものである。

本発明の脱気方法は、脱気を行なう前に予め脱気装置用充填材を構成する樹脂とオゾン水とを接触させ、前記接触で得られた脱気装置用充填剤を用いて脱気を行うことを特徴とし、ここで用いる脱気装置用充填材を構成する樹脂としては、オゾンガスにより脱気性能を向上することができるものであれば、熱硬化性、熱可塑性のいずれの樹脂を用いることもできる。

この中でも、経済性の面からも成型加工の容易さの観点から、熱可塑性樹脂であることが好ましく、この熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリ塩化ビニール（ＰＶＣ）等が挙げられ、これらの樹脂から選ばれた少なくとも１種を含む樹脂であることが好ましい。

また、オゾン処理を行う樹脂としては、脱気装置用充填材として従来用いられているもの、つまり、充填材として成形されたものであってもよく、充填材の成形前の材料となる樹脂であってもよい。

次に、本発明の改質処理方法は、このような樹脂をオゾン水と接触させることにより達成することができる。

このとき用いるオゾン水は、例えば、オゾンガスを発生させるオゾンガス発生装置やさらに発生したオゾンガスを純水に溶解させるオゾン水製造装置等の市販品を用いて製造することができる。このオゾン水の原料となる水は、イオン交換、蒸留、逆浸透等の方法で得られた純水が用いられるが、必要なオゾン濃度が得られる範囲で水道水等を混合しても良い。

また、オゾン水におけるオゾン濃度が不安定にならない程度の範囲で、塩酸、硫酸等の無機酸、酢酸等の有機酸、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ剤、アルコール等の有機溶媒等を添加することもできる。オゾン水のオゾン濃度は、本発明で得られる効果を有する範囲であれば、特に限定されないが、１０〜７０ｍｇ／Ｌの範囲であることが好ましい。

オゾン水の処理温度に関しても特に限定されないが、オゾン水の温度が高くなるとオゾンの分解が早まり、濃度を維持しにくくなることを考慮すると、５０℃以下であることが好ましく、３０℃以下であることが特に好ましい。

樹脂とオゾン水との接触時間は、基材の素材、オゾン水のオゾン濃度等の条件により左右され、特に限定されるものではないが、上記の好ましいオゾン濃度の範囲で用いた場合には、オゾンによる急激な酸化による樹脂劣化を防止しながら、樹脂表面の改質が必要で長時間、例えば１日以上６日以下位とゆっくり接触させることが好ましい。

また、本発明の脱気装置用充填材は、本発明の脱気方法に用いる充填材の改質処理を用いて製造されたものである。この脱気装置用充填材は、改質処理前に、樹脂を充填材形状に成形したものであれば、これをオゾン処理するだけで製造することができ、充填材形状に成形前の樹脂をオゾン処理した場合には、その後、改質処理済みの樹脂を充填材の形状に成形することで製造することができる。

樹脂を充填材形状に成形したものをオゾン処理することとすれば、市販の充填材を原材料として用いることができるし、改質処理後、得られた充填材は、すぐに優れた脱気装置用充填材として用いることができる点で好ましい。

本発明の脱気方法を用いることにより、従来と同じ充填材形状であっても脱気効率が向上した脱気装置用充填材を用いているため効率的な脱気処理を行うことができる。したがって、この改質処理方法によれば、充填材量を減らして脱気装置の小型化が可能で、純水製造装置自体をコンパクトにすることができる。また、従来と同性能を発揮させるのに用いる充填材量が少なくて済むため、ランニングコストも抑えることができる。

また、従来と同じ充填材量を用いた場合には、処理水中の溶存酸素量をより軽減することができるため、純水製造装置において脱気装置の後段に配置される逆浸透膜（ＲＯ膜）、イオン交換樹脂等の酸化劣化の防止に有用である。

以下、本発明の脱気装置用充填材の改質処理方法について図面を参照しながら詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明に係る脱気処理に用いる脱気装置用充填材の改質処理方法での第１の実施形態に用いる処理装置を示す概略図である。

この処理装置は、電気分解によりオゾンガスを発生する電解ガス発生装置とオゾン処理槽とを備えているものである。

電解ガス発生装置のオゾンガス、水素ガスの発生部１には、イオン交換膜１ａが備えられ、このイオン交換膜１ａの両端にそれぞれ多孔質の陽極物質１ｂ、及び、陰極物質１ｃを密着配置させ、イオン交換膜１ａを固体電解質として電解することにより、陽極側よりオゾンガスと酸素ガスを、又、陰極側より水素ガスを製造する。

オゾンガス、水素ガスの発生部１には、純水３が供給される。また、発生部１には電源２が接続されており、電源２からの電流によってガスが生成する。

発生したオゾン及び水素ガスは、各々ガス分離部４，５により分離されオゾンガス導管９と水素ガス導管１０に各々導かれる。

オゾンガス導管９に導かれたオゾンガスは、オゾンガス配管１５を通ってオゾン散気管１２から放出され、充填材を浸漬処理するための処理槽１１に収容されている純水中に溶解されオゾン水が生成する。また、処理槽１１内のオゾン水は、オゾン水循環ポンプ１３とオゾン水を処理槽内に均一に戻すためのオゾン水循環配管１４により、オゾン濃度が均一に保たれる。

この電解ガス発生装置の他に、オゾンガス発生方法には、高周波高電圧をかけることによりオゾンガスを発生させる無声放電法、紫外線（ＵＶ）によるオゾン発生方法等が良く知られており、いずれも電気分解ガス発生装置同様にオゾンガスを処理槽１１に供給することでオゾン水を生成することができる。

このように処理槽１１がオゾン水で満たされた後、改質処理に用いる脱気装置用充填材を処理槽１１内に浸漬し、所定の温度、時間によりオゾン水との接触処理を行うことで、本発明の脱気装置用充填材の改質処理方法を達成することができる。

なお、本発明の脱気装置用充填材のオゾン水による改質処理方法により得られた脱気装置用充填剤の脱気効率が大幅に向上する作用機序の一つとして考えられるのは、樹脂表面が疎水性から親水性に改質されるためと考えられる。

また、オゾンガス配管１５で送気されるオゾンガス濃度は直流電源２の安定した電圧制御で保持されている。なお、オゾンガス濃度は搬送距離により減衰するので、処理槽１１へのオゾンガス配管１５は可能な限り短い距離にすることが好ましい。

（第２の実施形態）
また、本発明に係る脱気処理に用いる脱気装置用充填材の改質処理方法での第２の実施形態は、電気分解ガス発生装置での高濃度オゾンガス発生のための手段が異なるだけで、その他の構成は第１の実施形態と同一の処理装置を用いて行なうものである

本実施形態における高濃度オゾンガスを発生する電気分解ガス発生装置は、図２に示したように、第１の実施形態で陽極側に供給した純水に代えて、炭酸水を供給するものであり、陽極側の純水送水管３に炭酸ガス接触機構８を取り付け、この炭酸ガス接触機構８が有する気液接触膜から純水中に炭酸ガスを浸透溶解させるものである。

本実施形態においては、純水が炭酸と接触して炭酸水となるために、純度の高い純水である場合には、炭酸水が供給され、陽極で生成したオゾンを、ｐＨを下げることでオゾン分解を阻止しオゾン濃度の減少を抑えることができる。また、過酸化水素を含有した純水である場合には、純水中の過酸化水素が炭酸ガスによってストリッピングされ陽極側に供給されるため、陽極で生成したオゾンを純水中の過酸化水素で消費してしまうことがない。

また、純水が炭酸ガスと接触して炭酸水となる前に、純水を一度オゾンガスと接触しオゾン水とした上で再度炭酸ガスと接触して炭酸水として供給することもできる。そうした場合、過酸化水素を含有した純水の場合には、純水中の過酸化水素が一度オゾンガスによって酸化分解された上で、炭酸ガスによってｐＨの低い安定な水として陽極側に供給されるため、陽極で生成するオゾンは純水の影響を受けない高濃度オゾンガスとして生成される。

このとき、陽極側に供給される純水と供給前に接触する炭酸ガス量は、オゾン及び酸素の発生ガスに対して０．５〜１５％の範囲に制御すべきである。少ないときはｐＨが低下せずオゾン発生が安定せず、また、１５％を超えると陽極室内のオゾン水が炭酸ガスによってストリッピングされてオゾンガス濃度が上昇しない。さらに、オゾンガス濃度を安定に高濃度に維持するためには、前記炭酸ガス量はオゾン及び酸素の発生ガスに対して、２．５〜１０％の範囲に制御することが望ましい。

陽極側に供給される純水と供給前に接触する炭酸ガスとの接触方法にはいろいろな方法があるが、一般的には、エジェクターやスタティックミキサーで純水流水中に炭酸ガスを混合する方法、散気板から炭酸ガスを散気して純水中に炭酸ガスを溶け込ませる方法、膜により一方に純水を、他方に炭酸ガスを導入して膜を介して炭酸ガスを純水に溶け込ませる方法等が考えられる。

電解ガス発生装置において、純水供給の場合、オゾンガス発生部１におけるオゾン水のオゾン濃度は平均して１０ｐｐｍであるのに対して、炭酸水供給の場合、オゾンガス発生部１におけるオゾン水のオゾン濃度は平均して７０ｐｐｍという高濃度のものが得られる。したがって、このオゾン水から一旦取り出して得られた高濃度オゾンガスを供給することによって、処理槽１１では高濃度オゾン水が得られ、充填材の改質を容易に行うことができる。この場合、改質処理を効率良く行うことができ、純水供給に比べ経済的にも有利である。

以下、実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。

（実施例１）
実施例１では、図１に示した構成の装置を用いて測定を行った。
まず、脱気装置用充填材の処理槽１１（水槽寸法：奥行８５０ｍｍ×幅５９００ｍｍ×高さ６５０ｍｍ（有効水深５００ｍｍ））内に、脱気装置用充填材（日鉄化工機株式会社製、商品名：テラレット）を１．５ｍ^３（１００Ｌ／袋×１５袋）投入して、有効水深５００ｍｍまで純水を注入した。ＳＵＳ−３１６製オゾン水循環ポンプ１３（１ｋＷ）で３ｍ^３／分づつ循環しながら、電気分解ガス発生装置で陽極側に純水を供給して得られたオゾン濃度１０％の発生ガスを１．８Ｌ／分でオゾンガス散気管１２（口径：２５Ａ、長さ：２ｍ、２本）から処理槽１１内に散気、溶解した。処理槽１１内のオゾン水のオゾン濃度は平均で１０ｐｐｍであることを確認して、このまま４日間（１３６時間）処理した後、処理槽１１から取り出し自然乾燥した。なお、テラレットの材質としては、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリ塩化ビニール（ＰＶＣ）の３種類について同様に処理を行った。

オゾン処理により得られた脱気装置用充填材の性能を、図３に示した純水中の溶存酸素脱気処理実験装置を用いて測定し、その結果を表１に示した。

なお、このとき用いた溶存酸素脱気処理実験装置は、塔径：１５０ｍｍφ、全長：４５００ｍｍ、塔内水高：３０〜５０ｍｍ、充填層高：２２００ｍｍ（充填量：３５Ｌ）、上部層高：１０００ｍｍ、下部層高：１０００ｍｍ、よりなる脱気塔１６とそれに付帯するマノメーター１７、水道水封入型真空ポンプ１８及び窒素ガス吹き込み用圧力計ポンプ１９、脱気処理水の出口に備えられた溶存酸素計（ＤＯ計）２０及び比抵抗計（ＤＯ計）２１で構成されたものであり、入口から、比抵抗が１７ＭΩ／ｃｍの純水を、水量：０．５ｍ^３／ｈｒで注入して測定を行ったものである。

表１に示したように、オゾン水で処理した脱気装置用充填材をオゾン処理しないものに比べると、窒素ガスを封入しない通常の状態で倍近い脱気効率を示し、窒素ガスを封入した場合には３倍近い脱気効率を示した。

（実施例２）
実施例２では、図２に示した構成の装置を用いて測定を行った。
本実施例においては、電気分解ガス発生装置において高濃度オゾンガス発生のための手段が異なるだけで、その他の構成は実施例１と同じ装置を用いた。

高濃度オゾンガスを発生させるために、陽極側には超純水ではなく炭酸水を添加する。炭酸水は、炭酸ガス接触機構８から炭酸ガスを超純水に溶解することで製造するが、本実施例において、炭酸ガス接触機構８への炭酸ガス注入量は、オゾン及び酸素の発生ガス量１．８Ｌ／分に対し７％の１２６ｍＬ／分とした。炭酸ガスを吹き込み、生成した炭酸水を送水管３より陽極側に供給、添加したところオゾン濃度２０％の高濃度オゾンガスが生成した。このガスを実施例１と同法でオゾンガス散気管１２に送気した所、処理槽１１内にはオゾン濃度が平均で２５ｐｐｍのオゾン水が確認できた。この場合、実施例１と同様の脱気効率を有する充填材を、１．５日（約３５時間）という短時間のオゾン処理で得ることができた。

本発明の脱気方法に用いる脱気用樹脂充填材の改質処理方法により改質された充填材は、排ガス洗浄用充填材としても充填材として、用いることもでき、この場合、大気汚染の軽減へ大いに寄与することができる。

本発明に係る脱気装置用充填材の改質処理方法での第１の実施形態に用いる処理装置の概念図である。本発明に係る脱気装置用充填材の改質処理方法での第２の実施形態に用いる処理装置の概念図である。実施例において脱気用充填材の脱気効率測定に用いた純水中の溶存酸素脱気処理実験装置の概念図である。

符号の説明

１…オゾンガス、水素ガスの発生部、１ａ…イオン交換膜、１ｂ…多孔質の陽極物質、１ｃ…多孔質の陰極物質、２…直流電源、３…純水送水管、４…オゾンガス分離部、５…水素ガス分離部、６…炭酸水送水管、７ａ…炭酸ガス排気管、７ｂ…炭酸ガス注入管、８…炭酸ガス接触機構、９…オゾンガス導管、１０…水素ガス導管、１１…処理槽、１２…オゾンガス散気管、１３…オゾン水循環ポンプ、１４…オゾン水循環配管、１５…オゾンガス配管、１６…充填塔、１７…マノメーター、１８…水道水封入型真空ポンプ、１９…窒素ガス吹き込み用圧力計ポンプ、２０…溶存酸素計（ＤＯ計）、２１…比抵抗計（ＤＯ計）

Claims

脱気装置用充填材を用いた脱気方法において、脱気を行う前に予め脱気装置用充填材を構成する樹脂とオゾン水とを接触させ、前記接触で得られた脱気装置用充填剤を用いて脱気を行うことを特徴とする脱気方法。
前記オゾン水中のオゾン濃度が、１０〜７０ｍｇ／Ｌであることを特徴とする請求項１記載の脱気方法。
前記樹脂が、ポリエチレン、ポリプロピレン及びポリ塩化ビニールから選ばれた少なくとも１種を含む樹脂であることを特徴とする請求項１又は２記載の脱気方法。