JPH022825A - 電解オゾナイザと該オゾナイザを使用する廃ガスの分解方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、オゾン廃ガスの処理機能を有する電解オゾナ
イザと該オゾナイザを使用するオゾン廃ガスの処理方法
に関する。

（従来技術とその問題点） オゾンはその高い酸化力のため、水や空気等の処理特に
有機物の分解用として広（利用され、該オゾンは、空気
又は酸素中の放電により製造される放電法、水の電気分
解により製造される電解法及び特定波長の紫外線照射に
より製造される紫外線照射法の各方法により製造されて
いる。

前記放電法は設備的に単純であり製造の電力原単位が小
さいことから最初に実用化され水道水等多量のオゾンを
必要とする際に主として利用されている。しかしながら
該放電法は放電をスムーズに起こさせるために供給ガス
を完全に乾燥させ又オゾン濃度を高めるために酸素ガス
を使用する必要があるため、放電装置本体は単純でも隋
書設備が複雑になるという欠点がある。更に該放電法で
は、空気を使用するとＮＯｘガスのような有害ガスを発
生し、かつ放電電極の消耗による微粒子の形成はオゾン
の純度に大きく影響する。

又前記紫外線照射法は高濃度オゾンを得ることが困難で
あるという欠点を有している。

一方前記電解法は、電解液として純水のみを要し電解に
より不純物を含まない１０〜１５％の高濃度オゾンを得
ることができるという特徴を有し、電力原単位が放電法
の数倍にも達するため電力原単位があまり問題にならな
い小型装置を中心として広い範囲で使用されている。

これらのオゾン発生法では、発生オゾンの被処理物質に
対する利用率は一般に９０％程度であり、未使用オゾン
を含む廃ガス処理が必要になる。

電解オゾン発生装置では、陽極側でオゾンを含む酸素混
合ガスが発生すると同時に陰極側で水素ガスが発生する
ため、被処理媒体処理後の前記混合ガスつまりオゾン廃
ガスと前記水素ガスの処理が大きな問題となっている。

通常は水素ガスを水素燃焼触媒により燃焼させて水蒸気
に変換し、前記オゾン廃ガスは別個にオゾン分解触媒に
より酸素に変換している。これらの触媒により廃ガス処
理自体は完全になるが、オゾナイザ自体が装置的に大型
化し操作も面倒になるという欠点が生じている。

（発明の目的） 本発明は、電解法により、上記欠点つまりオゾン廃ガス
及び生成する水素ガスの処理を２種類の触媒を使用して
別個に行うことによる装置の大型化と操作の複雑化を回
避するためになされたもので、より簡単な構造で効率的
に上記廃ガスを処理できる電解オゾナイザ及び該オゾナ
イザによる廃ガスの処理方法を提供することを目的とす
る。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、第１に水電解により陽極室で酸素及びオゾン
を又陰極で水素を発生させるための電解槽の前記陽極室
を、被処理媒体処理用のオゾン処理部を介して廃ガス分
解触媒が収容された廃ガス分解部へ連結し、かつ前記陰
極室を前記廃ガス分解部へ連結し、前記オゾン処理部で
の前記処理媒体の処理により生ずるオゾン廃ガスと前記
水素を直接又は間接的に前記触媒に接触させて分解する
ことを特徴とする電解オゾナイザであり、第２に水電解
により電解槽の陽極室で酸素及びオゾンを又陰極室で水
素を発生させ、前記水素を廃ガス分解触媒が収容された
廃ガス処理部に導き該触媒により前記水素を分解すると
ともに、前記酸素及びオゾンをオゾン処理部で被処理媒
体と接触させ該被処理媒体を処理した後、前記廃ガス処
理部に導き前記触媒に直接又は間接的に接触させて前記
水素分解により発生する熱で前記廃ガス中のオゾンを分
解することから成る廃ガス処理方法である。

以下本発明の詳細な説明する。

本発明は、電解オゾナイザの陰極室で発生する水素ガス
の分解（燃焼もしくは酸化）熱をオゾンの分解に利用で
きる点に着目し、２種類の触媒を使用しあるいは２種類
のガス分解装置を使用することなく、電解により生じか
つ被処理媒体の処理に使用されたオゾン廃ガスを同じく
電解により生じた水素ガスと同時に処理するようにした
ことを特徴とする。

電解オゾナイザの陰極室で発生する水素ガスはそのまま
大気中に放散させると、密閉室内では爆発等の危険があ
るため触媒等で酸化し危険性のない水に変換している。

この反応は Ｈｚ　＋　　’ＡＯｚ　　＝　　ＨｚＯであり、６８．
３ｋｃａｌの多量の熱を発生する。使用する触媒や水素
量により異なるが、このときの燃焼温度は通常の燃焼条
件である触媒５０ｍ　ｌ中に水素を５ｍｌ／秒で流入さ
せる条件の場合２００〜５００℃に達する。一方オシン
廃ガスをこの温度に加熱すると数秒間でオゾンは分解し
て酸素に変換される（２０３→３０□）。又この水素ガ
ス中にオゾン廃ガスを加えると該オゾン廃ガス中のオゾ
ンは水素と反応して水に変換される。本発明はこの原理
を利用するものであり、水素ガス分解触媒中又はその近
傍にオゾン廃ガスを導き、前記水素ガスの分解（燃焼）
熱により前記オゾンを分解するか、あるいは水素ガスと
反応させて水に変換する。

第１図は、本発明方法による被処理媒体の処理と廃ガス
の処理要領の概略を示すフローチャートである。この第
１図により本発明の基本的な操作の概要を説明する。

隔膜１により陽極室２と陰極室３に区画された電解槽４
により水電解を行うと、陽極室２においてオゾンと酸素
の混合ガスが発生し陰極室３では水素ガスが発生する。

前記混合ガスは導管５を通してオゾン処理部６へ供給さ
れ水道水等の被処理媒体をオゾン処理し、オゾン濃度が
低下した該オゾン廃ガスは導管７を通って廃ガス分解部
日へ供給される。一方前記水素ガスは導管９を通って前
記廃ガス分解部８の水素分解触媒ｌｏが充填された個所
へ供給される。該水素ガスは該触媒１ｏにより燃焼して
水蒸気へ変換され、該燃焼時に生ずる熱により隔壁１１
を介して近接している前記廃ガス中のオゾンが分解され
て酸素が生成する。なお、前記廃ガス分解部８は前記構
成に限定されず、例えば後述する通りオゾン廃ガスと水
素ガスを混合し両者を直接反応させる構造であってもよ
い。

本発明における前記オゾン発生用電解槽は、従来の構造
のものをそのまま使用すればよく、例えばフッ素系イオ
ン交換膜を隔膜とし、陽極として寸法安定性陽極を又陰
極としてニッケル陰極を使用する構造のもの、又はフッ
素系イオン交換膜の両面に二酸化鉛粉末や白金粉末のよ
うな電極活性物質を被覆した固体電解質（Ｓ　Ｐ　Ｅ）
を使用する構造等がある。

該電解槽を使用して水電解を行うと、陽極室で少量のオ
ゾンを含む酸素ガスが又陰極室では水素ガスが発生する
。このオゾンを含む酸素ガスを前記陽極室から適宜の導
管を介して被処理媒体のオゾン処理例えば水道水の消毒
を行うオゾン処理部へ導き前記被処理媒体と接触させる
。前記陽極室から該オゾン処理部への導管は不純物混入
防止のため密閉することが好ましく、又このオゾン含有
ガス中のオゾン濃度は１１０５ｐｐにも達し腐食性があ
るため前記導管は耐食性のある材料好ましくはチタン製
とする。

被処理媒体のオゾン処理に使用されたあとのオゾン廃ガ
スにはオゾンが約０．１〜１０’ｐｐｍ含有され処理前
と同じように腐食性があるため、好ましくはチタン製の
導管により廃ガス分解部へ導く。

前記電解槽の陰極室で発生する水素ガスは漏洩すると爆
発の危険があるため、密閉された導管により前記廃ガス
分解部へ導くことが好ましい。

本発明に使用する水素分解（燃焼）触媒としては、従来
から使用されているニッケル、パラジウム等種々のもの
を使用することができ装置及び使用条件に応じて適宜選
択すればよいが、加熱等の操作が不要なパラジウムを主
とする触媒を使用することが好ましい。

前記廃ガス分解部の形状及び構造は、導入された水素ガ
スが該廃ガス分解部に収容された水素分解触媒に接触し
て水蒸気に変換され、かっこのときに発生する熱により
同時に導入されたオゾン廃ガス中のオゾンがほぼ完全に
酸素ガスに変換されるかあるいは該導入されたオゾン廃
ガスが前記水素分解触媒に接触し水素との反応により水
に変換されるものであれば特に限定されない。例えば第
２図に示すように、前記オゾン分解部を前記水素分解触
媒１０を充填した円筒体１２とし、該円筒体１２の下面
に前記水素ガス及びオゾン廃ガス用の１対の導管７．９
を挿入し該円筒体１２内で水素とオゾン及び酸素を反応
させて水蒸気を形成し、該水蒸気を前記円筒体１２上面
の排出管１３から大気中へ放出する構造とすることがで
きる。なお、前記１対の導管７．９はそれぞれ前記円筒
体１２に挿入せずに挿入前に両ガスを混合するようにし
てもよく、この場合は両ガスの混合による爆発を回避す
るために混合する場所はなるべく前記円筒体に近い個所
とすることが望ましい。

又前記廃ガス処理部の構造は第３図に示す構造であって
もよく、水素分解触媒１０が充填され下面に水素ガスの
導管９が挿入された円筒体１２のほぼ中央を横切るよう
にオゾン廃ガスの導管１４を貫通させて該オゾン廃ガス
を該導管１４の外壁を介して間接的に前記触媒１０に接
触させ前記水素ガスの燃焼による熱によりオゾン廃ガス
中のオゾンを酸素に変換する。この場合前記触媒に接触
する導管の外壁には銅や銅合金をクラッドしておくこと
が好ましい、この他に前記廃ガス処理部は水素分解触媒
を充填した個所の周囲にオゾン廃ガス導管を蛇管として
巻回したものでもよい。

（実施例） 以下本発明を実施例に基づいてより詳細に説明するが、
該実施例は本発明を匝定するものではない。

スＢ％９’４１ 電解オゾナイザの電解槽の陽極集電体としてチタンメツ
シュ、陰極集電体としてニッケルメツシュを使用し、陽
極触媒としてオゾン発生能の高い酸化鉛粉末とＰＴＦＥ
　（ポリテトラフルオロエチレン）−水懸濁液（３０Ｊ
　’）とを混練して作製したペースト、陰極触媒として
白金粉末とＰＴＦＥ−水懸濁液（３０Ｊ　）を混練した
ペーストを、それぞれ固体電解！（ナフィオン（商品名
”）　１１７）の両面に塗布し１００ｋｇ／ｃ＋Ｊ、１
００℃で圧延成型したものを作製した。陽極及び陰極は
、それぞれチタン及びＳ　Ｕ　Ｓ　３０４製とし、電極
面積は４５−となるようにした。これらを電解槽に組み
込み、陽極側にイオン交換水を供給しながら電解電流４
５Ａ　（１００Ａ　／ｄｍ２）を印加すると陽極より湿
潤な１５重量％のオゾンを含む酸素ガスが約９１／時発
生した（オゾン発生量は約２ｇ／時に相当）。一方陰極
からは湿潤水素ガスが約１９１／時で発生した。

パラジウム０．５重量％を２００〜３００ｎｆ／ｇの比
表面積のアルミナ粒（３ｍｍ径）に担持させた燃焼触媒
担体２５ｇを容積３０ｍ１のメツシュ状の燃焼触媒円筒
体に入れ、該円筒体に前記水素ガスを導入したところ、
該触媒円筒体の水素出口付近で３８０℃、該円筒体周囲
で２００℃の高温が測定された。

一方前記陽極室で発生したオゾンと酸素の混合ガスを上
水の貯水槽に、０．５μのガラスフィルタを介して導入
し微細な気泡として前記上水と接触させオゾン水を製造
した。前記混合ガス中のオゾンの９５％は前記上水に吸
収溶解され５％が気相中に残存しこの濃度は５０００ｐ
ｐｍに相当した。

このオゾン廃ガスを上述の燃焼触媒円筒体内に設置した
銅被覆チタン管（銅１ｍｍ厚、チタン直径１０ｍｍ）内
に導入した。出口におけるオゾン濃度は０、ｌｐｐｍ以
下に減少し接触時間は３秒であった。

大旌災ｌ 燃焼触媒筒体として第３図に示すものを使用した以外は
実施例１と同様の装置を使用して上水のオゾン処理及び
オゾン廃ガス処理を行ったところ、出口のオゾン廃ガス
中のオゾン濃度は０．ｌｐｐｍ、中心部の温度は３６０
℃、接触時間は３秒であった。

（発明の効果） 本発明は、水電解により電解槽の陽極室で発生するオゾ
ン−酸素混合ガスにより被処理媒体の処理を行いその後
該混合廃ガスを、前記電解槽の陰極室で発生する水素ガ
スと共に単一の廃ガス分解部で無害の酸素ガス又は水蒸
気に変換するようにしている。

該廃ガス分解部には水素分解触媒のみが収容されている
が、水素燃焼による水蒸気生成時にオゾンを酸素に変換
するために十分な熱が放出されるため、核熱を利用して
別個にオゾン分解触媒が収容されたオゾン分解部を必要
とすることなく間接的にオゾンを無害化することができ
る。又前記オゾン廃ガスと水素ガスを同時にもしくは混
合して前記廃ガス分解部に導入すると、水素と酸素及び
オゾンとの反応により水蒸気が生成し同様にして２種類
の触媒を必要としたり２種類の分解部を必要とすること
なく、オゾンの無害化を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明方法による被処理媒体の処理と廃ガス
の処理要領の概略を示すフローチャート、第２図は、本
発明の廃ガス処理部の構造の一例を示す縦断面図、第３
図は同じく他の例を示す縦断面図である。 ・隔膜　２・・ ・陰極室　４・ ・導管　６・・ ・４管　８・・ ・導管　１０・・ ・隔壁　１２・・ ・排出管’１４・ ・陽極室 ・・電解槽 ・オゾン処理部 ・廃ガス分解部 ・水素分解触媒 ・円筒体 ・・導管 第２　図 第　３　図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）水電解により陽極室で酸素及びオゾンを又陰極で
   水素を発生させるための電解槽の前記陽極室を、被処理
   媒体処理用のオゾン処理部を介して廃ガス分解触媒が収
   容された廃ガス分解部へ連結し、かつ前記陰極室を前記
   廃ガス分解部へ連結し、前記オゾン処理部での前記処理
   媒体の処理により生ずるオゾン廃ガスと前記水素を直接
   又は間接的に前記触媒に接触させて分解することを特徴
   とする電解オゾナイザ。
2. （２）廃ガス分解部が水素分解触媒が充填された中空体
   であり、該中空体を貫通し内部をオゾン廃ガスが通過す
   る導管を設置し、前記オゾン廃ガスが前記導管の外壁を
   介して間接的に前記触媒に接触するようにした請求項１
   に記載の電解オゾナイザ。
3. （３）廃ガス分解部が水素分解触媒が充填された中空体
   であり、該中空体にオゾン廃ガス用導管を挿入しオゾン
   廃ガスが直接前記触媒に接触するようにした請求項１に
   記載の電解オゾナイザ。
4. （４）水電解により電解槽の陽極室で酸素及びオゾンを
   又陰極室で水素を発生させ、前記水素を廃ガス分解触媒
   が収容された廃ガス処理部に導き該触媒により前記水素
   を分解するとともに、前記酸素及びオゾンをオゾン処理
   部で被処理媒体と接触させ該被処理媒体を処理した後、
   前記廃ガス処理部に導き前記触媒に直接又は間接的に接
   触させて前記水素分解により発生する熱で前記廃ガス中
   のオゾンを分解することから成る廃ガス処理方法。