JP4501354B2

JP4501354B2 - オゾン処理装置

Info

Publication number: JP4501354B2
Application number: JP2003112130A
Authority: JP
Inventors: 池　　英昭
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2002-07-31
Filing date: 2003-04-16
Publication date: 2010-07-14
Anticipated expiration: 2023-04-16
Also published as: JP2004122105A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、上下水道や、し尿、産業排水等のオゾンによる水処理部に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、上下水道や、し尿、産業排水等における水処理システムは、ろ過、凝集沈殿、活性炭吸着等による物理化学処理手段、微生物を利用する生物処理手段、塩素剤等による処理水中の大腸菌等の消毒処理手段、あるいは生物処理工程において曝気等により空間中に逸散する臭気物質の脱臭処理手段等から構成されている。このような一連の水処理手段を備えた水処理システムにおいて、オゾン処理が付加される形で利用されている（例えば特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−６１４７９公報
【０００４】
オゾンはそれ自身が持つ強力な酸化力で有機物質を酸化分解する作用があり、処理水の殺菌や脱色、脱臭等を目的として利用されている。
一般の水処理施設における従来のオゾン処理装置を図７に示す。図において、２はオゾン反応塔、３はオゾン発生部である。オゾン発生部３は原料ガス供給部６とオゾン発生機７から構成される。原料ガスを酸素富化空気とする場合、原料ガス供給部６は加圧空気を供給するコンプレッサ８と、コンプレッサ８から供給される空気の一部を、窒素吸脱着作用により９０％以上の酸素濃度からなる酸素富化空気に生成するＰＳＡ９（酸素富化空気精製機）から構成される。
オゾン発生機７の後段にはオゾン化ガス４を微細化して被処理水中に溶解する散気管５がオゾン反応塔２の底部に設置されている。なお、オゾン反応塔２は、被処理水１を一定時間滞留させるための容積が確保されている。
つぎに、このオゾン処理装置の動作について述べる。
水処理工程のいずれかの工程を経た被処理水１がオゾン反応塔２に送水される。オゾン反応塔２では、オゾン発生部３により生成されたオゾンを含むオゾン化ガス４が、オゾン反応塔２の底部に設置された散気管５によって微細化され、被処理水１と接触・混合し水中に溶解される。水中にオゾンが溶解すると被処理水は一定時間オゾン反応塔２内に滞留し、この間に大腸菌等の殺菌や除去対象となる有機物等が酸化分解される。このように処理されたオゾン処理水１０は、後段の処理工程に送水され、又はそのまま各種用途に利用されたり、放流される。
オゾン化ガスを被処理水中に溶解する過程において、被処理水中に溶解せずに、オゾン反応塔２の上部空間に気液分離された排オゾンガス１１は、活性炭や触媒が充填された排オゾン分解塔１２において無害化され大気中に排気される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、オゾン発生部によって生成されたオゾン化ガスを被処理水中に添加した場合、１００％の生成オゾンを反応により消費させることは難しく、一般に散気管によるオゾン吸収効率は７０％〜９０％程度とされている。すなわち１０〜３０％のオゾンは排オゾンガスとして未使用のまま排出される。有害な排オゾンガスはそのまま大気中に放出することができないため、排オゾンガス分解塔で無害化する必要がある。
この結果、オゾンを発生するために投入した電力の一部が無効となるばかりではなく、排オゾン処理に要する付帯設備や排オゾン処理コストが無視できないものになっている。
また、コンプレッサとＰＳＡから構成された原料ガス供給部において、コンプレッサからＰＳＡに供給される加圧空気の風量に対して、ＰＳＡからオゾン発生機に供給される酸素富化空気の風量は１０％以下程度である。残りの９０％以上の空気は加圧されたエネルギーを持ったまま系外に排気されている。すなわち、コンプレッサにおいて空気を加圧するために投入した電力の大半は無効となっている。また、排気される空気中の酸素濃度は約１５％程度が残留しているため、酸素供給手段としても無視できない。
乾燥空気が原料ガスである場合において、コンプレッサとドライヤーとの構成による原料ガス供給部についても同様である。
したがって、オゾン処理が高額なものとなり、普及を妨げる要因の１つとなっている。
そこで、本発明は、排オゾン処理のコストが安価で、排オゾンガスを有効に再利用でき、かつ各水処理工程の運転コストを低減できるオゾン処理装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、本発明はつぎの構成にしている。
（１）原料ガスを圧縮するコンプレッサと、圧縮された原料ガスを酸素富化空気にする酸素富化空気精製機と、前記酸素富化空気をオゾン化するオゾン発生機と、水処理工程の被処理水をオゾンガスにより処理するオゾン反応塔とからなるオゾン処理装置において、空気中の窒素を吸着することにより、酸素を濃縮して前記酸素富化空気を精製するとともに、吸着された前記窒素を脱着して排ガスとして系外に排気する前記酸素富化空気精製機と、前記排ガスを回収する排ガス回収部と、内部にオリフィスを有し、前記オリフィスの内部に前記排ガスを通過させることによって、排オゾンガスを吸引・混合し、排オゾン混合ガスを生成する排ガス混合部と、前記排オゾン混合ガスを前記水処理工程の被処理水中または空間に導入する排オゾン混合ガス注入部とからなるものである。
（２）原料ガスを圧縮するコンプレッサと、圧縮された原料ガスを酸素富化空気にする酸素富化空気精製機と、前記酸素富化空気をオゾン化するオゾン発生機と、水処理工程の被処理水をオゾンガスにより処理するオゾン反応塔とからなるオゾン処理装置において、空気中の窒素を吸着することにより、酸素を濃縮して前記酸素富化空気を精製するとともに、吸着された前記窒素を脱着して排ガスとして系外に排気する前記富化空気精製機と、前記排ガスを回収する排ガス回収部と、内部にオリフィスを有し、前記オリフィスの内部に前記排ガスを通過させることによって、排オゾンガスと被処理ガスを吸引・混合する排オゾンガス・被処理ガス吸引混合部と、その後段に排オゾンガス分解塔を接続して構成するものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態を示す全体構成図である。図において、１３は排オゾンガス回収部、１５は排ガス回収部、１６は排ガス混合部、１７は排オゾン混合ガス注入部である。なお、２４は沈砂池、２５は最初沈殿池、２６は曝気槽、２７は最終沈殿池、２８は塩素消毒池である。同じ部品には同じ符号を付しており、従来技術の項で説明したものは説明を省略する。
原料ガス供給部６は、従来例と同様にコンプレッサ８および原料ガスから酸素富化空気を精製するＰＳＡ９で構成している。排オゾンガス回収部１３は、オゾン反応塔２の上部に付設され、被処理水に未溶解の排オゾンガス１１を回収する。
排ガス回収部１５は、ＰＳＡ９で生成された酸素富化空気のうち、オゾン発生機７で使用されず廃棄されていた圧縮空気を排ガス１４として回収するもので、排ガス１４の流量および圧力を調整するガス調整手段をそなえている。排ガス混合部１６は、排オゾンガス回収部１３で回収された排オゾンガス１１と、排ガス回収部１５で回収される排ガス１４とを混合し、排オゾン混合ガス１８を生成するもので、エゼクタ機構と排ガス１４の流量および圧力を調整するガス調整手段とを備えている。エゼクタの内部はオリフィス形状になっている。排オゾン混合ガス注入部１７は、水処理工程の被処理水中または空間に設置されるもので、微細な多孔質形状または急縮形状である放出部と排オゾン混合ガス１８の流量および圧力を調整するガス調整手段を有している。
つぎに、本実施形態の動作について説明する。
i)ＰＳＡ９では、コンプレッサ８から加圧供給された空気中の窒素を吸着することにより、酸素が９０％以上にまで濃縮されて酸素富化空気が精製される。この酸素富化空気がオゾン発生機７に供給され、発生したオゾン化ガスが散気管５を介して被処理水１中に溶解しオゾン処理する動作は従来と同じである。
ii)ＰＳＡ９で吸着された窒素は、残りのガスにより脱着されて酸素富化空気とは分離さ
れ、系外に排気される排ガス１４となる。この排ガス１４は、コンプレッサ８からＰＳＡ９に加圧供給された空気量の９０％以上を占めており、通常０．１〜０．５ＭＰａ程度に圧縮され、排ガス中の酸素濃度は１５％程度となっている。この圧縮された排ガス１４を排ガス回収部１５で回収した後、排ガス混合部１６に圧送する。
iii）排ガス混合部１６のオリフィス形状をもつエゼクタにより、排ガス１４を高速で通過させることによって、その周辺に負圧が生じる。この負圧を利用して排オゾンガス回収部１３から排オゾンガス１１を吸引し、二流体は混合されて排オゾン混合ガス１８となる。排オゾン混合ガス１８は、一般の水処理システムに利用するには充分な吐出圧を有しているため、水中へ高速ガスを吹き出すことが可能であり、溶解および攪拌作用が強く、気中への拡散作用も強力である。
iv）排オゾン混合ガス１８は、分岐された送気配管１９を経て排オゾン混合ガス注入部１７により、水処理システムの各工程で利用される。
以下に排オゾン混合ガスを利用する効果について、一般の下水処理工程での利用例を（１）〜（５）に挙げて説明する。
（１）沈砂池の水中への利用
排オゾン混合ガス注入部から噴出した排オゾン混合ガスは、沈砂池２４内の原水に旋回流を与え、砂を洗浄して有機物を低減させる効果がある。
また、オゾンは原水中の有機物等の還元性物質と反応して消費される。これにより、難分解性有機物の一部は易分解性の有機物に分解される。さらに、排オゾン混合ガス中の酸素により、原水中の溶存酸素濃度を高めることができる。この結果、後段の生物処理における運転負荷を低減する効果がある。
（２）処理槽の空間への利用
排オゾン混合ガスを最初沈殿池２５や曝気槽２６の上部空間に散布することにより、悪臭の原因となる下水処理水から揮発する臭い物質を分解除去する効果がある。
（３）曝気槽前段の水中への利用
排オゾン混合ガスを曝気槽２６の前段に注入することにより、オゾンが原水中の有機物等の還元性物質と反応して消費され、難分解性有機物の一部が易分解性の有機物に分解される。さらに、排オゾン混合ガス中の酸素により、原水中の溶存酸素濃度が高められる。この結果、後段の生物処理における運転負荷を低減する効果がある。
（４）塩素混和池の水中への利用
排オゾン混合ガスを最終沈殿池２７の後段の塩素混和池２８内に注入することにより、脱色や脱臭が促進され、放流水の水質が向上する。
（５）貯水槽の水中への利用
排オゾン混合ガスを貯水槽２９内に注入することにより、脱色や脱臭が促進されるとともに、槽内での微生物の繁殖が抑制される。これにより、再利用水の水質が高まり、貯水槽が清潔に保持される。
このように、排オゾンガスとＰＳＡから排気されていた排ガスを回収して混合し、各水処理工程で再利用することにより、排オゾンガスを分解するために要していた付帯設備や運転コストが削減される。
また、新たな動力を付設することなく、オゾン処理手段以外の各水処理手段における処理工程またはその前段に、オゾンや酸素を作用させるため、各処理工程の運転負荷が低減し、各処理工程の運転コストが軽減する。ひいては、水処理システムに要するコストの削減が可能になる。
前述の排オゾンガス回収部、排ガス回収部および前記排オゾン混合ガス注入部は、それぞれガス流量や圧力の調整手段を設けることで、さらに利用範囲が広がるとともに、最適な条件に設定することが可能となる。
【０００８】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態を図２に示す。図において、２０はキャリアガス精製部、２１はオゾン吸着剤、２２は排オゾンガス吸着塔、２３はキャリアガスである。第１の実施形態と同じ部分は説明を省略する。
第１の実施形態と異なるのは、排ガス混合部１６に代えて排オゾンガス吸着塔２２を設け、排ガス回収部１５の後段にキャリアガス精製部２０を設けた点である。キャリアガス精製部２０は、排ガス１４中の微細粒子や水分等を除去し、キャリアガスを精製するものである。
排オゾンガス吸着塔２２は、排オゾンガス回収部１３からの排オゾンガス１１のオゾンを吸着する特性を持つシリカゲル等のオゾン吸着剤１７を充填している。
つぎに、本実施形態の動作について説明する。
i)オゾン化ガスの発生からオゾンによる被処理水１の処理およびＰＳＡ９から排ガス回収部１５に到る動作は第１の実施形態と同じである。
ii)キャリアガス精製部２０により精製された排オゾンガス１１は、排オゾンガス吸着塔２２内においてオゾン吸着剤２１によりオゾンが吸着される。
iii)排オゾンガス吸着塔２２に任意の風量のキャリアガス２３を注入すると、オゾンはオゾン吸着剤から脱着してキャリアガスと同伴混合し、排オゾン混合ガス１８となる。排オゾン混合ガス１８は、一般の水処理システムに利用するには充分な吐出圧を有している。
iv)排オゾン混合ガス１８が、排オゾン混合ガス注入部１７に送られ各水処理工程で再利用される動作は第１の実施形態と同じである。
このように、排オゾンガスを一旦オゾン吸着剤で吸着することにより、一定時間オゾンの貯蔵が可能であるため、各処理工程における原水の汚濁負荷変動に応じて必要なオゾン量を取り出して利用することができる。また、キャリアガスはオゾン吸着剤に吸着したオゾンを脱着させるだけでなく、オゾン吸着剤を再生する作用を持つので繰り返し使用ができる。
本実施形態の他の効果は、第１の実施形態と同じである。
【０００９】
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態を図３に示す。図において、３０は冷却／加温手段である。冷却／加温手段３０を、排オゾンガス吸着塔２２に付設したもので、他の構成は第２の実施形態と同じである。
本実施形態の動作は、排オゾンガス吸着工程時は排オゾンガス吸着塔２２内を一定温度に冷却し、キャリアガスのパージによる排オゾンガス脱着工程時は排オゾンガス吸着塔２２内を一定温度に加温する。
本実施形態により、オゾン吸着時はオゾン吸着剤の吸着能力が高まり、かつ吸着したオゾンの分解を防いで長時間保存することが可能になる。一方、オゾン脱着時はオゾン吸着剤からオゾンを効率良く脱着させることができる。
【００１０】
（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態を図４に示す。本実施形態は、冷却／加温手段３０を備えた排オゾンガス吸着塔２２を２台並列に設置したもので、交互に吸着と脱着を繰り返すように構成している。他の構成は第３の実施形態と同じである。
本実施形態の動作は、排オゾンガス吸着塔２２ａが吸着工程にあるときは、排オゾンガス吸着塔２２ｂは脱着工程にある。つまり、排オゾンガス吸着塔２２ａが吸着工程時は、排オゾンガス１１は排オゾンガス吸着塔２２ａに送気されるとともに塔内が冷却される。このときキャリアガス２３は送気されていない。
一方、排オゾンガス吸着塔２２ｂは脱着工程時にあり、塔内が加温されるとともにキャリアガス２３が送気されて、オゾン吸着剤に吸着されたオゾンをパージし、後段の排オゾンガス注入部１９に圧送している。このとき、排オゾンガス１１は送気されていない。このように、それぞれの排オゾンガス吸着塔では逆の動作が交互に行われる。
本実施形態により、オゾンの貯蔵と供給が同時にできるため、排オゾンガス吸着塔の小型化が可能になるとともに、排オゾンガス再利用先の各処理工程における原水の汚濁負荷変動に応じて必要なオゾン量を連続で各処理工程に導入することができる。
【００１１】
（第５の実施形態）
本発明の第５の実施形態を図５に示す。本実施形態は、排オゾンガス吸着塔２２の後段にオゾンガスモニタ３１を設けたものである。他の構成は第４の実施形態と同じである。
本実施形態の動作は、排オゾンガス吸着塔２２でパージされた排オゾン混合ガス１８中のオゾンガス濃度を監視することで、オゾンガス濃度の低下を検出し、排オゾンガス吸着塔の動作を切り替える制御を実施する。すなわち、排オゾンガス吸着塔２２ａが脱着工程にあって、排オゾン混合ガス１８を後段に送出する際、そのオゾンガス濃度が任意値より低下すると排オゾンガス吸着塔２２ａの脱着工程を終了させて、吸着工程に切り替える。逆に排オゾンガス吸着塔２２ｂが吸着工程を終了し、脱着工程を開始する。
本実施形態により、排オゾンガス再利用先の各処理工程において、安定したオゾン処理効果を得ることができる。
（第６の実施形態）
本発明の第６の実施形態を図６に示す。図において、３２は排オゾンガス・被処理ガス吸引混合部、３３は被処理ガスである。第１〜第５の実施形態と同じ部分は説明を省略する。
排オゾンガス・被処理ガス吸引混合部は内部がオリフィス形状になっており、エゼクタと同等の機能を有している。すなわち、排ガスが通過することにより生じる負圧を利用して、排オゾンガスと被処理ガスを同時に吸引し、内部で混合するものである。
第１および第２の実施形態と異なるのは、排ガス回収部と排オゾンガス分解塔が配管ラインで接続され、その中途部に排オゾンガス・被処理ガス吸引混合部を配設した点である。
つぎに、本実施形態の動作について説明する。
▲１▼オゾン化ガスの発生からオゾンによる被処理水１の処理およびＰＳＡ９から排ガス回収部１５を経て、排オゾンガス・被処理ガス吸引混合部３２に到る動作は第１の実施形態と同様である。
▲２▼排オゾンガス・被処理ガス吸引混合部３２に排ガス１４を高速で通過させることにより、排オゾンガス回収部１３から排オゾンガス１１が吸引される。同時に、処理槽空間等の悪臭発生源や、悪臭の漏洩部分を被処理ガス採取点とした配管ラインからは被処理ガス３３が吸引される。
▲３▼前記混合ガスは後段の排オゾンガス分解塔１２に導入される。ここで、排オゾンガスは分解して無害化される。一方、被処理ガスの臭気成分はオゾンと活性炭、またはオゾンと触媒との併用効果により高い効率で除去される。
このように吸着力や酸化促進機能を有する活性炭や触媒が充填された排オゾンガス分解塔はオゾンとの併用により高効率化された脱臭装置を兼ねることになる。
本実施例の他の効果は、第１の実施例と同じである。
【００１２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明はつぎの効果がある。
（１）オゾン発生機に使用されずに排気されていた排ガスを回収する排ガス回収部と、オゾン反応塔から排出される排オゾンガスと排ガスとを混合して排オゾン混合ガスを生成する排ガス混合部と、排オゾン混合ガスを水処理工程の被処理水中または空間に導入する排オゾン混合ガス注入部とからなるオゾン処理装置としたので、オゾン発生のために投入した電力を有効に利用できるとともに、排オゾン処理に要していた付帯設備や排オゾン処理コストが大幅に削減される。また、原料ガス供給部から排気された大流量の加圧ガスやそれに費やした電力を有効に利用することができる。すなわち、新たな動力や運転にかかるコストを追加することなく、排オゾンガスを有効に再利用することができる。
（２）排ガス回収部と、排オゾンガスを吸着して回収する排オゾンガス吸着塔と、排ガス中の微細粒子や水分等を除去し、キャリアガスを精製するキャリアガス精製部と、排オゾン混合ガス注入部とからなるオゾン処理装置としたので、一定時間オゾンの貯蔵が可能となり、各処理工程における原水の汚濁負荷変動に応じて必要なオゾン量を取り出して利用することができる。
（３）排ガス回収部と排オゾンガス分解塔を配管ラインで接続し、その中途部に排オゾンガス・被処理ガス吸引混合部を配設したオゾン処理装置としたので、排オゾンガスと排オゾンガス分解塔を有効に利用して、悪臭等により処理が必要とされる被処理ガスを効率よく除去することができる。
したがって、全水処理システムに要するコストの削減が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示すオゾン処理装置の全体構成図である。
【図２】本発明の第２の実施形態を示すオゾン処理装置の全体構成図である。
【図３】本発明の第３の実施形態を示すオゾン処理装置の部分構成図である。
【図４】本発明の第４の実施形態を示すオゾン処理装置の部分構成図である。
【図５】本発明の第５の実施形態を示すオゾン処理装置の部分構成図である。
【図６】本発明の第６の実施形態を示すオゾン処理装置の全体構成図である。
【図７】従来のオゾン処理装置を示す全体構成図である。
【符号の説明】
１被処理水
２オゾン反応塔
３オゾン発生部
４オゾン化ガス
５散気管
６原料ガス供給部
７オゾン発生機
８コンプレッサ
９ＰＳＡ（酸素富化空気精製機）
１０オゾン処理水
１１排オゾンガス
１２排オゾン分解塔
１３排オゾンガス回収部
１４排ガス
１５排ガス回収部
１６排ガス混合部
１７排オゾン混合ガス注入部
１８排オゾン混合ガス
１９送気配管
２０キャリアガス精製部
２１オゾン吸着剤
２２、２２ａ、２２ｂ排オゾンガス吸着塔
２３キャリアガス
２４沈砂池
２５最初沈殿池
２６曝気槽
２７最終沈殿池
２８塩素消毒池
２９貯水槽
３０冷却／加温手段
３１オゾンガスモニタ
３２排オゾンガス・被処理ガス吸引混合部
３３被処理ガス

Claims

原料ガスを圧縮するコンプレッサと、圧縮された原料ガスを酸素富化空気にする酸素富化空気精製機と、前記酸素富化空気をオゾン化するオゾン発生機と、水処理工程の被処理水をオゾンガスにより処理するオゾン反応塔とからなるオゾン処理装置において、空気中の窒素を吸着することにより、酸素を濃縮して前記酸素富化空気を精製するとともに、吸着された前記窒素を脱着して排ガスとして系外に排気する前記酸素富化空気精製機と、前記排ガスを回収する排ガス回収部と、内部にオリフィスを有し、前記オリフィスの内部に前記排ガスを通過させることによって、排オゾンガスを吸引・混合し、排オゾン混合ガスを生成する排ガス混合部と、前記排オゾン混合ガスを前記水処理工程の被処理水中または空間に導入する排オゾン混合ガス注入部とからなることを特徴とするオゾン処理装置。
原料ガスを圧縮するコンプレッサと、圧縮された原料ガスを酸素富化空気にする酸素富化空気精製機と、前記酸素富化空気をオゾン化するオゾン発生機と、水処理工程の被処理水をオゾンガスにより処理するオゾン反応塔とからなるオゾン処理装置において、空気中の窒素を吸着することにより、酸素を濃縮して前記酸素富化空気を精製するとともに、吸着された前記窒素を脱着して排ガスとして系外に排気する前記富化空気精製機と、前記排ガスを回収する排ガス回収部と、内部にオリフィスを有し、前記オリフィスの内部に前記排ガスを通過させることによって、排オゾンガスと被処理ガスを吸引・混合する排オゾンガス・被処理ガス吸引混合部と、その後段に排オゾンガス分解塔を接続して構成することを特徴とするオゾン処理装置。