JP5095466B2

JP5095466B2 - オゾン供給方法及びオゾン供給装置

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Publication number: JP5095466B2
Application number: JP2008082784A
Authority: JP
Inventors: 仁稲葉; 憲湯浅; 峰彦佐藤
Original assignee: Takasago Thermal Engineering Co Ltd
Current assignee: Takasago Thermal Engineering Co Ltd
Priority date: 2008-03-27
Filing date: 2008-03-27
Publication date: 2012-12-12
Anticipated expiration: 2028-03-27
Also published as: JP2009233572A

Description

本発明は、オゾン供給方法及びその装置に関するものである。

有機性排水の生物処理槽、有機性排水の流量調整槽（貯留槽）、排水等の生物処理で生成する余剰汚泥貯留槽、処理水の配管内において、微量のオゾンを供給することで、これら槽や配管での悪臭発生の抑制や、生物処理性能悪化の原因となる糸状菌増殖の抑制が達成できることが知られている。

このような目的に使用するオゾン発生装置では、放電によるＮＯｘ発生防止のために、使用する原料ガスとして一般的に空気を酸素と窒素に分離することで得られる窒素濃度の低い高濃度酸素含有ガスを用いている。このような原料ガスを使用した場合、生成されるオゾン濃度は数〜十数％レベルである。一方、有機性排水の生物処理槽、流量調整槽、余剰汚泥貯留槽に供給する際、所期の効果を得るのに必要なオゾン量は、生物処理槽に供給されるばっき用の空気供給量（ばっき量）に比べてはるかに少なく、一般的にはばっき用の空気供給量の１／数十〜１／数百程度である。

前記した目的のためにオゾンを供給する場合、オゾン自体の供給量が前記したように少なく、かつ高濃度のオゾンをそのまま供給すると以下のような問題がある。
・微量のオゾン添加効果は、供給オゾンと汚泥との接触を薄く均一にすることが重要であるが、局所的に高濃度オゾンと排水有機成分が接触すると、一部のオゾンは有機成分の完全酸化あるいは有用な分解菌（汚泥）の不活化に消費されてしまう。
・送気量（ガス容積）が少ないと、槽内への均一な供給が難しくなる。

このような問題の解決策として、従来では以下の手法が採られている。
（１）空気ばっきをしている生物処理槽においては、空気ばっき系統にオゾン供給系を合流させることで、槽内に均一にオゾンを供給する（特許文献１）。
（２）希釈せずにオゾンを供給することで、局所的にオゾンが過剰消費されることによる全体への効果の低下を補うため、より多くのオゾンを供給する。
（３）空気（ブロワー送気あるいはコンプレッサーによる圧縮空気）で数倍から１０倍程度に希釈することで総供給ガス流量を増やし、それと共に、槽内に多くの給気ポイントをとることで、槽内に均一にオゾンを供給する。

特開２００６−３１４９１１号公報

しかしながら前記（１）〜（３）に記載した従来技術では、以下のような課題がある。
（１）については、ばっき空気量が供給損含有ガス量に比べて数十倍以上と非常に多く、混合されたオゾン含有空気は槽内に短時間で一様に供給される反面、給気量が多くなると気泡が大きくなり短時間で槽外へ放出される。そのためオゾンと水との接触時間が非常に短く、かつ希釈率が高くオゾン濃度が非常に低くなっているため溶解効率が低くなる。つまり、供給オゾン量に対する有効利用率が下がることから、結果的により大量のオゾンを生成する装置が必要となり、設備コスト、ランニングコスト共に高くなる。しかも排オゾンの処理負荷も増えるために、排オゾン処理コストも高くなるという問題もある。
（２）については、より多くのオゾンの供給が必要となるので、（１）同様にオゾン発生装置コストおよび運転コストの増加が課題となる。また生物処理槽への供給においては、高濃度なオゾンガスが供給されることから、槽内へのオゾンガス吹き出し付近では排水内へのオゾン溶解量が多くなり、悪玉菌である糸状菌ばかりか、排水処理に有用な菌までがダメージを受け、処理性能の低下リスクが高くなる。
（３）については、希釈ガス供給用の設備（ブロワーあるいはコンプレッサー）が新たに必要となり、設備コストが上昇すると共に、これら機器の電力が余計にかかることから、運転コストも上昇するという問題がある。。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、オゾン供給量を変えず、しかもブロワーやコンプレッサー等の機器を用いることなく供給ガス総流量を増加させることで、槽内に対してより均一にオゾンを供給することを目的としている。

前記目的を達成するため、本発明は、有機性排水または有機性汚泥が存在する生物処理槽に対してオゾンを供給する方法であって、前記生物処理槽は、好気性微生物の働きによって有機性排水を活性汚泥処理するための処理槽であり、空気を原料としてＰＳＡ酸素濃縮装置によって生成された高濃度酸素ガスを原料ガスとしてオゾンを生成し、前記オゾン生成の際に前記ＰＳＡ酸素濃縮装置で排出される窒素ガス濃度が高い排ガスを、希釈ガスとして前記オゾンに混合させて希釈オゾンガスを生成し、槽内の好気性環境を維持するために前記生物処理槽に放出されるばっき用の空気とは独立して、前記希釈オゾンガスを、前記生物処理槽に供給することを特徴としている。ここで窒素ガス濃度が高い排ガスとは、大気中の窒素ガス濃度より高い濃度の窒素ガスを有する排ガスをいう。

オゾンを生成する場合、原料ガスとして窒素を多く含む空気を用いると有害な窒素酸化物（ＮＯｘ）を発生させると共にオゾン発生効率も低下することから、このような有害物質の発生を大幅に低減する方法として、ＰＳＡ（ＰｒｅｓｓｕｒｅＳｗｉｎｇＡｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）タイプの酸素濃縮装置（ＰＳＡ酸素濃縮装置）によって窒素を排除した高濃度な酸素が原料ガスとして用いられる。そして従来のこのような酸素濃縮処理で排気ガスとして生成される窒素ガス濃度が高いガスは、通常そのまま排気されている。

たとえば連続で高濃度の酸素供給が可能なＰＳＡ酸素濃縮装置においては、加圧と減圧を繰り返し、ゼオライトなど酸素以外のものを原料空気から選択的に吸着し、吸着した酸素以外の物質は、加熱、大気圧への復帰によって吸着塔から排出され、大気中に放出されている。またこのようにして排出される排ガスは窒素ガス濃度が高いガスである。本発明は、この窒素ガス濃度が高い排気ガスを高濃度オゾンガスの希釈ガスとして利用することで、希釈ガスのための機器、設備を不要とし、かつ希釈ガス供給のためのエネルギーも、元々ＰＳＡ酸素濃縮装置に具備されているポンプによる送気圧をそのまま用いることができるので、格別専用のエネルギーは不要である。
そして本発明によれば、そのようにして排ガスを希釈ガスとして前記オゾンに混合させて希釈オゾンガスを生成し、当該希釈オゾンガスを、有機性排水の処理槽や配管に供給するようにしたので、オゾン自体の供給量を変えずに供給ガス総流量を増加させ、槽や配管内に対してより均一にオゾンを供給することができる。

なお本発明で使用するＰＳＡ酸素濃縮装置は、圧力スイング方式の他、圧力温度スイング方式の酸素濃縮装置も使用できる。またオゾン発生装置としては、放電式、紫外線照射式等、各種のタイプを使用できるが、放電式の方が効率はよい。また除湿処理については、通常はＰＳＡ酸素濃縮装置の前段で行なわれるが（水蒸気等はそのまま吸着塔で吸着され）、酸素濃縮プロセスの機能を損なわない範囲であればその限りではなく、例えば酸素濃縮装置に装備されている送気用ブロワあるいは加圧用のコンプレッサ前段でも、酸素濃縮時でもよく、原料空気の水分含有量によっては必要ない場合もある。

本発明のオゾン供給装置は、有機性排水または有機性汚泥が存在する生物処理槽に対してオゾンを供給する装置であって、前記生物処理槽は、好気性微生物の働きによって有機性排水を活性汚泥処理するための処理槽であり、槽内の好気性環境空気を維持するために前記生物処理槽内に空気を放出する、当該生物処理槽内に配置した散気管と、空気を原料として高濃度酸素ガスを生成するＰＳＡ酸素濃縮装置と、前記高濃度酸素ガスを原料としてオゾンを生成するオゾン発生装置と、前記オゾン発生装置によって生成されたオゾンと、ＰＳＡ酸素濃縮装置から発生した窒素ガス濃度が高い排ガスとが、混合されて前記槽または配管内に対して、前記散気管とは独立して供給される供給路と、を有している。この場合、前記窒素ガス濃度が高い排ガスの混合量を可変とする流量調整装置を有していれば、なお好ましい。流量調整装置としては，たとえば三方弁が最も簡易であり，その他マスフローコントローラも用いることができる。

本発明によれば、オゾン供給量を変えず、しかもブロワーやコンプレッサー等の機器を用いることなく供給ガス総流量を増加させて、有機性排水または有機性汚泥が存在する生物処理槽に対してより均一にオゾンを供給することが可能である。

以下、本発明の好ましい実施の形態について説明する。図１は、実施の形態にかかるオゾン供給装置の概要を示しており、本実施の形態は、空気ばっきによる生物処理槽１に対して希釈オゾンガスを供給する装置して構成されている。

酸素濃縮装置２は、ポンプ３（コンプレッサー）によって濃縮酸素を生成するための原料である空気を装置内に取り入れ、ＰＳＡ方式によって濃縮酸素を生成する。その際発生したポンプ３によって圧縮された窒素ガス濃度が高い排ガスは装置外へと排出される。

酸素濃縮装置２によって生成された高濃度酸素ガスは、配管５を通じてオゾン発生装置６へと送られる。オゾン発生装置６は、高濃度酸素ガスを原料ガスとしてオゾンを生成する。オゾン発生装置６としては、放電式、紫外線照射方式等、種々のタイプを使用することができるが、本発明においては、効率のよい放電式の発生装置が適している。オゾン発生装置６で生成されたオゾンは残余の酸素ガスと共に、配管７を通じて供給管８へと送られる。前記したポンプ３は、酸素濃縮装置２に付設された、酸素濃縮装置２固有の機器である。

一方、酸素濃縮装置２から排出された排ガスは、配管１１を通じて、外部へと放出されるが、その全部または一部が、供給管８へと供給可能になっている。かかる切り替えは、配管１１と供給管８の端部に設けられた三方弁１２によって切り替えられ、また供給管８に流れる排ガスの流量も、三方弁１２の開度によって調整される。

前記したような三方弁１２の開度調整は、たとえば配管７を流れるガス中のオゾン濃度に基づいて行なうことができ、それに基づいて所望の希釈度、流量を算出して、供給管８に混合する排ガスの流量から三方弁１２の開度が制御される。もちろん予め配管７を流れるガス中のオゾン濃度、所望の希釈度が判明している場合には、試運転時に開度調整しておいてもよい。なお酸素濃縮装置２から排出される窒素ガス濃度の高いガスのガス量は、高濃度酸素のガス量の約２０倍あることから、オゾンガスの希釈倍率は最大約２０倍まで可能である。

生物処理槽１は、好気性微生物の働きによって有機性排水を活性汚泥処理するための処理槽であり、好気性環境を維持するために、ポンプ２１によって取り入れた空気を、槽内に配置した第１の散気管２２によって槽内に放出して排水をばっきするようになっている。

そして供給管８を通じて流れる希釈オゾンガスは、第２の散気管１３によって、槽内に供給されるになっている。

本実施の形態は、以上のように構成されており、生物処理槽１に対してオゾンを供給する場合、酸素濃縮装置２によって生成された高濃度の酸素含有ガスを原料ガスとしてオゾン発生装置６によって発生させたオゾン含有ガスに、酸素濃縮装置２から排出された窒素ガス濃度が高い排ガスが、希釈ガスとして供給管８に混入して希釈オゾンガスが生成される。そして当該希釈オゾンガスが、第２の散気管１３によって、槽内に供給される。これによって、オゾン自体の供給量を変えることなく、しかも専用のブロワーやコンプレッサー等の機器を用いることなくオゾンを含有した供給ガスの総流量を増加させて、槽内に供給することができる。したがって、高濃度オゾン供給による槽内での無駄なオゾン消費を防止できるとともに、従来よりもより均一にオゾンを供給することが可能である。

以下、本実施の形態にかかるオゾン供給装置を使用しての具体的効果を説明し、オゾン希釈の有効性と、希釈用ガス流体として酸素濃縮装置の排ガスを利用することの有効性について説明する。図２は、図１の生物処理槽１に対して容積負荷に対する処理水のＢＯＤ（ＢｉｏｃｈｅｍｉｃａｌＯｘｙｇｅｎＤｅｍａｎｄ：生物化学的酸素要求量）の変化を示し、オゾン無添加の場合、オゾンを希釈しない場合（すなわち酸素濃縮装置２からの排ガスを供給管８に混入しない場合）、オゾンを希釈した場合（すなわち酸素濃縮装置２からの排ガスを供給管８に混入して４倍に希釈した場合）の各々について調べた結果を示す。図のグラフ中、縦軸はＢＯＤ約４００ｍｇ／ｌの排水を処理した処理水のＢＯＤ値で、目標水質は２０ｍｇ／ｌである。横軸には１日当たり１ｍ^３の処理槽で処理したＢＯＤ総量を示しており、高いほど処理水量が多いことを意味する。

有機性排水の活性汚泥処理において微量のオゾンを活性汚泥処理槽に供給することによって処理性能の向上、余剰汚泥の削減、汚泥沈降性の改善効果が得られることを発明者らはすでに確認している。この場合、ばっき用の空気量に対するオゾン含有ガス供給量は、処理する排水の水質及び供給するオゾン含有ガスのオゾン濃度により異なるが、ＰＳＡ方式の酸素濃縮装置２を使用した際のオゾン発生装置６での濃度（数〜十数％）では、１／数十〜１／数百程度である。

図２に示した結果を見ると、オゾン無添加の空気ばっき処理では、容積負荷が０．５ｋｇＢＯＤ／（ｍ^３・ｄ）辺りで処理目標レベルを超えている。一方、酸素濃縮装置２の排ガスを希釈ガスとして用いたオゾン供給処理では、０．８ｋｇＢＯＤ／（ｍ^３・ｄ）を超える辺りまでは目標レベルでの処理ができており、オゾン無添加に比べて２倍近く性能が向上している。一方、供給オゾン量は同じで、希釈せずに供給した処理では、希釈オゾン供給系に比べて明らかに改善幅は小さいことがわかる。なお、この実験での希釈前のオゾン濃度は約４％、希釈後は１％である。

このように、同じオゾン供給処理においても、希釈した方がより高いオゾン添加効果かがあることが確認できた。なお、ＰＳＡ方式の酸素濃縮装置２からの高濃度酸素含有ガスを原料ガスとして使用したオゾン発生装置６では、生成オゾン濃度範囲は通常数％〜十数％であり、この範囲では、希釈処理した方がより高いオゾン添加効果が得られるものと本結果より推定される。

このように同じオゾン量を添加する場合、高濃度よりも、ある程度希釈した方がより高いオゾン添加効果が得られるメカニズムは完全には解明していないが、以下の理由の何れかと推察される。
（１）供給水槽内において、希釈しないオゾン含有ガスの供給では、供給ガス流量が少ないため水槽内広範囲において散気注入することが難しく、結果的に局所的な効果になってしまう。
（２）有機性排水の活性汚泥処理へのオゾン添加では、オゾン添加量を適正値よりも多くしていくと次第に殺菌効果が顕在化し始め、活性汚泥の活性度が低下していくことを確認している。一方、オゾンに対する活性汚泥構成微生物の耐性においては、活性汚泥処理のトラブル元の悪玉菌である糸状菌と他の有効な菌では、糸状菌の方がオゾン耐性が低く、より不活性化しやすいことが分かっている。つまり、より低濃度のオゾン添加では有効な菌にはダメージを与えなく糸状菌に対しては繁殖を抑制しするのに対して、高濃度オゾンの供給においては局所的に糸状菌と一緒に有効な菌にもダメージを与えることから、結果的に槽内全体では有効菌のダメージ増加と、これにオゾンが消費されることによる糸状菌の抑制効果の低下が起こっている。

なお前記実施の形態は、空気ばっきによる生物処理槽１に対して希釈オゾンガスを供給する例として挙げたが、これに限らず本発明は、排水処理装置の流量調整槽、無酸素槽、汚泥貯留槽、処理水送水配管に対して、オゾンを供給する際にも適用できる。さらにまた本発明は、オゾンを利用した浄水処理システム、中水処理システム、難分解性物質含有水処理システムにおいても適用でき、オゾンを利用した脱臭方法、装置、さらには液中、気中のオゾン殺菌システムに対しても適用することが可能である。

本発明は、有機性排水の生物処理槽、有機性排水の流量調整槽（貯留槽）、さらには排水等の生物処理で生成する余剰汚泥貯留槽等に対して、所定量のオゾンを供給して処理する際に有用である。

実施の形態にかかるオゾン供給装置の構成の概要を模式的に示した説明図である。図１のオゾン供給装置によって生物処理槽に対して希釈オゾンガスを供給した場合の容積負荷に対する処理水のＢＯＤの変化を、希釈しない場合、オゾンを添加しない場合とを比較して示すグラフである。

符号の説明

１生物処理槽
２酸素濃縮装置
３ポンプ
４ポンプ
５、７、１１配管
６オゾン発生装置
８供給管
１２三方弁
１３第１の散気管
２１ポンプ
２２第２の散気管

Claims

有機性排水または有機性汚泥が存在する生物処理槽に対してオゾンを供給する方法であって、
前記生物処理槽は、好気性微生物の働きによって有機性排水を活性汚泥処理するための処理槽であり、
空気を原料としてＰＳＡ酸素濃縮装置によって生成された高濃度酸素ガスを原料ガスとしてオゾンを生成し、
前記オゾン生成の際に前記ＰＳＡ酸素濃縮装置で排出される窒素ガス濃度が高い排ガスを、希釈ガスとして前記オゾンに混合させて希釈オゾンガスを生成し、
槽内の好気性環境を維持するために前記生物処理槽に放出されるばっき用の空気とは独立して、前記希釈オゾンガスを、前記生物処理槽に供給することを特徴とする、オゾン供給方法。
有機性排水または有機性汚泥が存在する生物処理槽に対してオゾンを供給する装置であって、
前記生物処理槽は、好気性微生物の働きによって有機性排水を活性汚泥処理するための処理槽であり、
槽内の好気性環境空気を維持するために前記生物処理槽内に空気を放出する、当該生物処理槽内に配置した散気管と、
空気を原料として高濃度酸素ガスを生成するＰＳＡ酸素濃縮装置と、
前記高濃度酸素ガスを原料としてオゾンを生成するオゾン発生装置と、
前記オゾン発生装置によって生成されたオゾンと、ＰＳＡ酸素濃縮装置から発生した窒素ガス濃度が高い排ガスとが、混合されて前記槽または配管内に対して、前記散気管とは独立して供給される供給路と、を有することを特徴とする、オゾン供給装置。
前記窒素ガス濃度が高い排ガスの混合量を可変とする流量調整装置を有することを特徴とする、請求項２に記載のオゾン供給装置。