JPH10101304A - 酸素リサイクル処理装置およびオゾン反応装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 排オゾンガス中の炭酸ガスを確実かつ安価に
除去する酸素リサイクル処理装置を提供する。 【解決手段】 オゾン反応装置１５からオゾン発生器１
への循環ライン８０に、液体炭酸ソーダ反応装置３７が
設けられている。オゾン反応装置１５から生じる排オゾ
ンガス中の炭酸ガスは、液体炭酸ソーダ反応装置３７に
よって除去され、排オゾンガスは原料酸素となる。炭酸
ガスが除去された原料酸素に、酸素発生器で発生した酸
素が補充され、原料酸素はオゾン発生器１へ送られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は上水、下水あるいは
廃水を高濃度オゾンで処理するオゾン処理システムに係
わり、とりわけオゾン反応装置から排出される排オゾン
ガスを浄化精製しオゾン発生器へ原料酸素ガスとして循
環供給する酸素リサイクル処理装置、およびオゾン反応
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】酸素ガスを原料とする高濃度オゾン処理
は、紙・パルプ漂白で実用化され実機が稼動しており、
酸素リサイクルの基本システムはすでに公知になってい
る。

【０００３】現行の酸素リサイクル処理装置は図１０に
示すロングループと云われるものである。図１０に示す
ように、オゾン発生器２からオゾン３がオゾン反応装置
１５に供給される。オゾン反応装置１５から排出される
排オゾンガス４は汚れ除去用ガス精製装置５へ送られて
含有不純物が除かれ、次いで冷凍式ドライヤ７で冷却さ
れ、水分などを除いた後熱スイング吸着装置８によって
精製循環酸素ガス９となる。この酸素ガス９は補充用の
純酸素ガス１２と混合し、原料酸素２としてオゾン発生
器１へ送られる。排オゾンガス４の不純物としては、炭
酸ガス、残留オゾン、低沸点有機物ガス・蒸気、水分と
空気混入による窒素ガスなどがある。不純物の除去精製
方法としては下記のものが考えられる。

【０００４】１）循環ガスをパージする方法 排オゾンガス４が、熱あるいは触媒を用いる分解器で残
留オゾン、有機性ガス・蒸気に分解され、次いで冷凍式
ドライヤ７でガスの冷却が行なわれる。次に排オゾンガ
ス４は水分などを除去してから吸着材（モレキュラシー
ブスあるいは活性アルミナなど）を充填した温度スイン
グ吸着装置８に導入され、微量水分や有機性ガスが除去
されて精製循環酸素ガス９となる。この方法では炭酸ガ
スが除去できないので、循環ガスの一部がガスパージ６
で排気され、代りにパージ損失分が純酸素ガス１２によ
って補充され炭酸ガス濃度が規定以下に保持される。

【０００５】２）アルカリ液で炭酸ガスを除去する方法 排オゾンガス４が向流気液接触装置によってアルカリ液
（アルカリ剤としてカ性ソーダあるいは消石灰を使用）
と接触し、炭酸ガスが除去される。次に排オゾンガス４
がブロアで昇圧され、熱あるいは触媒を用いる分解器へ
通され、次いで冷凍式ドライヤ７へ導入されて冷却され
る。次に排オゾンガス４は、温度スイング吸着装置８へ
送入され精製循環酸素ガス９になる。

【０００６】３）循環系にガス浄化吸着装置を設ける方
法 排オゾンガス４が、熱あるいは触媒を用いる分解器へ通
され、次いで吸着材（モレキュラシーブス、活性アルミ
ナなど）を用いたＰＳＡ又はＶＰＳＡ吸着装置へ導入さ
れ、炭酸ガスなどが除去される。さらに排オゾンガス４
は冷凍式ドライヤ７で冷却された後、温度スイング吸着
装置８へ導入され、精製循環酸素ガス９となる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】排オゾンガス浄化精製
における前記従来技術の酸素リサイクル処理は、下記の
課題を有している。

【０００８】１）循環ガスをパージする課題 循環ガスのパージによるロス分は、空気原料とするＰＳ
Ａ又はＶＰＳＡ酸素発生装置からの純酸素ガスで補充す
るが、上記酸素発生装置は熱スイング吸着装置に比べイ
ニシァルコスト及びランニングコストともに高価でパー
ジ率によってはかなりのコストアップは避けられない。

【０００９】２）アルカリ液で炭酸ガスを除去する課題 排オゾンガス中の炭酸ガスを除去するアルカリ液として
は、カ性ソーダＮａＯＨあるいは消石灰Ｃａ（ＯＨ）_２
の水溶液が用いられるが、消石灰を用いた場合固形炭酸
カルシウムが大量に生成しかつ装置に付着固化し、目づ
まりし易いなどの問題がある。他方カ性ソーダは使用し
易いが、消石灰などに比べ高価でその大量使用ではラン
ニングコストが問題になる。装置の稼動で発生する廃液
のため、中和処理の設備も必要となる。

【００１０】３）循環系にガス浄化吸着装置を設ける課
題 上記ガス浄化吸着装置は、ＰＳＡ又はＶＰＳＡ吸着装置
となっているが、熱スイング吸着装置に比べイニシァル
コストおよびランニングコスト共に大でかつ循環ガスを
対象とするため装置容量も大となり酸素リサイクルのメ
リットがなくなる。

【００１１】４）熱スイング吸着装置再生での精製酸素
ガス損失 上記吸着装置は、温度差を利用して吸着と離脱を繰返す
ものであり、常温で吸着し、離脱再生処理では加熱空気
を導入する。次に冷却した後、精製酸素ガスを送入し空
気を追出すが、その必要ガス量がそのまま消耗損失につ
ながる。

【００１２】５）溶存酸素による精製酸素ガスと溶存オ
ゾンによるオゾンの損失 オゾン処理において、上水および下廃水の原水に注入す
るオゾンガスは純酸素ガスに近いものである。このた
め、空気で飽和している原水に対し処理水の溶存酸素濃
度が高くなり、その分循環酸素ガスが損失する。また処
理水の溶存オゾンはそのままオゾンの損失になる。

【００１３】本発明はこのような点を考慮してなされた
ものであり、酸素ガスのパージをなくし、低コストでか
つ吸着装置再生時のガス損失をなくし、また純酸素ガス
補充を極少にできる酸素リサイクル処理装置、およびオ
ゾン反応装置を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の特徴は、
被処理水に対してオゾン処理を行なうオゾン反応装置
と、オゾン反応装置にオゾンを供給するオゾン発生器と
を備えたオゾン処理システムに用いられ、オゾン反応装
置からの排オゾンガスを原料酸素としてオゾン発生器へ
送り込む酸素リサイクル処理装置において、オゾン反応
装置とオゾン発生器とを接続する循環ラインと、この循
環ラインに設けられ、オゾン反応装置からの排オゾンガ
ス中の炭酸ガスを除去して原料酸素とする炭酸ソーダ反
応装置と、循環ラインに接続され、オゾン発生器に対し
て酸素を補充する酸素発生装置と、を備えたことを特徴
とする酸素リサイクル処理装置である。

【００１５】本発明の第２の特徴は、オゾンを注入する
オゾン槽と、オゾン槽の入口側に設けられた曝気槽と、
オゾン槽の出口側に設けられた脱気槽と、曝気槽と脱気
槽とを連結して設けられた脱気ガス管と、を備えたこと
を特徴とするオゾン反応装置である。

【００１６】本発明の第１の特徴によれば、オゾン反応
装置からの排オゾンガスが、炭酸ソーダ反応装置内にお
いて炭酸ソーダと反応し、排オゾンガス中の炭酸ガスが
除去され原料酸素となる。炭酸ガスが除去された原料酸
素に、酸素発生装置から酸素が補充されオゾン発生器へ
送られる。

【００１７】本発明の第２の特徴によれば、オゾン槽で
オゾン処理され脱気槽内に流入する処理水に対して脱気
が行なわれる。処理水から脱気した脱気ガスは、脱気ガ
ス管によって曝気槽へ戻され、曝気槽内で曝気される。

【００１８】

【発明の実施の形態】第１の実施の形態 以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明す
る。図１は本発明の第１の実施の形態を示す概略系統図
である。

【００１９】まず図１によりオゾン処理システムの概略
を述べる。図１に示すように、オゾン処理システムは被
処理水１４に対してオゾン処理を行なうオゾン反応装置
１５と、オゾン反応装置１５にオゾン３を供給するオゾ
ン発生器１とを備えている。

【００２０】また酸素リサイクル処理装置はオゾン反応
装置１５とオゾン発生器１との間に設けられた循環ライ
ン８０を備え、この循環ライン８０には、液体炭酸ソー
ダ反応装置３７、循環ポンプ３８、水冷却器３９、繊維
活性炭吸着装置４０、冷凍式ドライヤ７、および熱スイ
ング吸着装置８が順次設けられている。

【００２１】また循環ライン８０には、コンプレッサま
たはブロア４１と、酸素を補充するＰＳＡまたはＶＰＳ
Ａ吸着装置（酸素発生装置）１１が順次接続されてい
る。

【００２２】次にこのような構成からなる本実施例の作
用について述べる。オゾン反応装置１５から排出される
排オゾンガス４は液体炭酸ソーダ反応装置３７に導入さ
れ、炭酸ガスの除去と残留オゾンのアルカリ接触分解が
同時に行なわれる。

【００２３】アルカリ接触分解の作用を以下述べる。循
環系のガスパージをなくすには、排オゾンガス中の炭酸
ガス除去が不可欠で、炭酸ガス除去には、再生使用可能
な炭酸ソーダＮａ_２ＣＯ_３が用いられる。この水溶液は
アルカリ液として排オゾンガスと気液接触し、下式のご
とく炭酸ガスを反応除去する。 Ｎａ_２ＣＯ_３＋ＣＯ_２＋Ｈ_２Ｏ→２Ｎａ_２ＨＣＯ_３ なお、同時にアルカリ液の気液接触によって残留オゾン
が下式のごとく接触分解し、酸素ガスとなる。 ２Ｏ_３→３Ｏ_２

【００２４】次に炭酸ガスとの反応で劣化したアルカリ
液は、６５〜１００℃に加熱して下式のごとく炭酸ガス
を分解除去して再生される。 ２ＮａＨＣＯ_３→Ｎａ_２ＣＯ_３＋ＣＯ_２↑＋Ｈ_２Ｏ なおこの加熱処理においては熱交換器を用いて熱回収を
行なうが、これについては後で詳細に説明する。

【００２５】次に処理されて原料酸素となったガスは循
環ポンプ３８で昇圧された後、水冷却器３９で冷却され
て湿分と水溶性有機物が除去される。次いでガスは繊維
活性炭吸着装置４０へ送入され、有機性ガスおよび蒸気
が除去される。

【００２６】繊維活性炭吸着装置は繊維活性炭をカラム
へ充填したものであり、排ガス中の有機物ガスを吸着除
去する。破過に達した繊維活性炭は、１００〜２００℃
の加熱空気又はスチームにより離脱再生される。

【００２７】次にガスは冷凍式ドライヤ７に導入され、
ここで充分冷却され、次いで熱スイング吸着装置８に入
り残留水分と有機性ガス・蒸気が完全に除去され、露点
が−７０℃以下の精製循環酸素ガス９となる。熱スイン
グ吸着装置８はモレキュラシーブス吸着剤をカラムに充
填したものであり、酸素リサイクル処理の最終処理を行
なうものである。

【００２８】一方、原料空気１０がコンプレッサ又はブ
ロア４１で昇圧され、ＰＳＡ又はＶＰＳＡ吸着装置１１
へ導入されて純酸素ガス１２と窒素廃ガス１３に分離さ
れる。次に純酸素ガス１２は循環酸素ガス９へ注入混合
され、原料酸素２としてオゾン発生器１へ送られオゾン
化酸素３となりオゾン反応装置１５に導入される。また
窒素廃ガス１３は廃棄される。

【００２９】本実施例によれば、精製循環酸素ガスの損
失を零にすることも可能であり、ガスパージなど酸素ガ
ス損失が大きい従来の酸素リサイクルに比べ大幅な酸素
ガスの損失を改善できる。

【００３０】図１において、この間被処理水がオゾン反
応装置１５においてオゾン処理され、オゾン処理水とな
って排出される。

【００３１】次に図３により液体炭酸ソーダ反応装置３
７およびその作用について詳述する。液体炭酸ソーダ反
応装置３７は充填材又はジャマ板４３を充填した塔４３
ａと、塔４３ａの上部に設けられた散液管４７と、塔４
３ａの下部に設けられ炭酸ソーダ吸収液４４を満たした
貯留槽４４ａとを有している。

【００３２】オゾン反応装置１５から排出された排オゾ
ンガス４は、液体炭酸ソーダ反応装置３７のうち充填材
又はジャマ板４３が充填された塔４３ａ内に入り上向流
となって上昇する。この間塔４３ａ上部の散液管４７か
ら炭酸ソーダ吸収液４４が散液され、塔４３ａ内の充填
材又はジャマ板４３を流下し下部から上昇する排オゾン
ガス４と交流接触し、ガス中の炭酸ガスの吸収除去と残
留オゾンの分解除去が行なわれる。浄化されたガスは塔
４３ａ上部の出口から処理ガス４５となって次の処理工
程に移行する。

【００３３】炭酸ガスを吸収した炭酸ソーダ吸収液４４
は、貯留槽４４ａへ流下する。また炭酸ソーダ液循環ポ
ンプ４６により炭酸ソーダ吸収液４４が吸引加圧され、
炭酸ソーダ循環液４８と一部炭酸ソーダ被再生液４９に
分岐される。このうち炭酸ソーダ循環液４８は、液体炭
酸ソーダ反応装置３７の塔４３ａ上部に設けられている
散液管４７から散液される。一方、炭酸ソーダ被再生液
４９は、熱交換器５０に入り液温度を上昇させてから連
続熱分解器５１に導入され、ヒータ５２で６０〜１００
℃に加熱される。このようにして炭酸ガスを吸収し生成
した重炭酸ソーダが熱分解され、もとの炭酸ソーダと炭
酸ガスに分けられる。炭酸ガスは連続熱分解器５１の上
部から排気ガスとして大気へ放出され、再生した液体は
熱再生炭酸ソーダ液５４として熱交換器５０に入り、炭
酸ソーダ被再生液４９と熱交換し降温後、水冷却器５５
に送られる。ここで炭酸ソーダ液５４は供給される冷却
水５６により常温まで冷却され、次いで返送ポンプ５７
により炭酸ソーダ再生液５８としてもとの炭酸ソーダ反
応装置３７の貯留槽４４ａに戻される。

【００３４】このように、液体炭酸ソーダ反応装置を用
い排オゾンガスの炭酸ガスと残留オゾンの除去を行なう
とともに、炭酸ガスを吸収した炭酸ソーダ液を加熱処理
して再生する作業を同時に連続的に行なうことにより、
従来のようなアルカリの消費による補充や廃液処理の必
要はなく低コスト処理が可能になる。

【００３５】次に図４により液体炭酸ソーダ反応装置お
よびその作用の変形例について説明する。液体炭酸ソー
ダ反応装置３７は充填材又はジャマ板４３を設けた塔４
３ａと、この塔４３ａの上部に設けられた散液管４７
と、塔４３ａの下部に設けられ炭酸ソーダ吸収液４４を
満たした貯留槽４４ａとを有している。

【００３６】図４において炭酸ソーダ吸収液４４の溶液
濃度は、生成重炭酸ソーダが懸濁物として析出し易い飽
和濃度（約３００ｇ／ｌ）に近いものが好ましい。重炭
酸ソーダ懸濁物を含む炭酸ソーダ吸収液４４は、炭酸ソ
ーダ循環ポンプ４６により吸引加圧され電磁弁１９′を
経てろ過装置５９に入る。炭酸ソーダ吸収液４４は次に
砂、ろ布あるいは膜（例えば中空糸膜）などで構成され
るろ過材６１により、その重炭酸ソーダ懸濁物がろ過さ
れる。清浄となった吸収液は、開となっている電磁弁２
２′を通り、炭酸ソーダろ過液６３となって液体炭酸ソ
ーダ反応槽３７の塔４３ａ上部に設置してある散気管４
７から散液される。

【００３７】一方、ろ過を終了したろ過装置６０は、離
脱洗浄工程に移る。すなわち洗浄液ポンプ６４をＯＮと
し貯留槽４４ａから炭酸ソーダ吸収液が吸引加圧され、
開となっている電磁弁２５′を通りろ過装置６０に入
り、ろ過材６２に捕捉されている重炭酸ソーダ固形物を
離脱させる。この場合、離脱効果を上げるためエアーを
併用する場合もある。離脱液は開となっている電磁弁２
４′を通り、洗浄離脱液６５の全量が熱分解器６６に貯
留する。その後、洗浄液ポンプ６４がＯＦＦ、電磁弁２
５′，２４′が閉となる。次に攪拌機６７およびヒータ
５２がＯＮとなり、貯留液が攪拌されて６０℃〜１００
℃に加熱され、これにより懸濁状重炭酸ナトリウムが炭
酸ナトリウムと炭酸ガスに分解され、生成炭酸ガスは排
気ガス５３として大気へ放出される。重炭酸ソーダを完
全に熱分解した後、攪拌機６７およびヒータ５２がＯＦ
Ｆとなり、次に電磁弁２７′が開、送液ポンプ５７がＯ
Ｎとなる。加熱処理液は、その後電磁弁２７′を経て、
冷却水５６を用いた水冷却器５５へ導入され、常温まで
冷却される。次いで処理液は送液ポンプ５７で昇圧さ
れ、炭酸ソーダ再生液５８としてもとの貯留槽へ戻され
る。このようにして、ろ過装置６０の離脱・再生工程が
終了し、送液ポンプ５７がＯＦＦ、電磁弁２７′が閉と
なり、ろ過装置５９のろ過が終了し、ろ過装置５９は離
脱洗浄工程に入るまで待機する。

【００３８】このように液体炭酸ソーダ反応装置３７を
用い、排オゾン処理により生成する低溶解度の重炭酸ソ
ーダ懸濁物をろ過した後、離脱させた重炭酸ソーダ固形
物を熱処理しもとの炭酸ソーダに効率的に再生を行なう
ことができる。このため従来の処理に比べアルカリ消費
をなくし、廃液処理が不要となり、低コスト処理が実現
できる。

【００３９】次に図５により、熱スイング吸着装置８と
ＰＳＡ又はＶＰＳＡ吸着装置の関係を詳細に説明する。
オゾン処理工程で空気の混入を完全に断てば、精製循環
酸素ガス中の窒素ガスの濃度増加はないが、空気混入防
止策が不充分の場合は、窒素ガス濃度増加が生じオゾン
発生効率が低下するため、窒素ガス濃度を実用的には１
０〜２０Ｖｏｌ％、好ましくは１０Ｖｏｌ％以内に押え
ることが必要になる。

【００４０】このため図１および図５に示すように、循
環酸素ガスを一定量ガスパージで放出し、ＰＳＡ又はＶ
ＰＳＡ吸着装置（酸素発生装置）１１によって空気原料
から酸素ガスを生成して補充している。本発明では、さ
らに処理コスト低減を目的に窒素ガス濃度に応じ精製循
環酸素ガスの一定量を酸素発生装置に導入処理してい
る。

【００４１】すなわち図５に示すように、熱スイング吸
着装置８の出口に窒素ガス濃度計６８が設置され、精製
循環酸素ガス９の一部が窒素ガス濃度計６８に導入され
て測定され、測定後の排出ガスは原料酸素２として混合
利用される。窒素ガス濃度計６８からの測定信号はコン
トローラ６９に入り、制御信号に変換された後、それぞ
れ空気流量調整用の電動弁２９′および循環酸素ガス流
量調整用の電動弁２８′を作動させる。このように窒素
ガス濃度により酸素発生装置１１へ送り込む空気および
循環酸素ガスの流量をあらかじめ決められた比率に調整
し、精製循環酸素ガス中の炭酸ガス濃度を低コストかつ
効率的に規定値内に保持している。

【００４２】ところで、上述のように繊維活性炭吸着装
置４０はカラムに繊維活性炭を充填したものであり、ま
た熱スイング吸着装置８はカラムにモレキュラシーブス
吸着剤を充填したものである。これら繊維活性炭および
モレキュラシーブス吸着剤は、いずれも破過となった場
合加熱空気により離脱再生される。

【００４３】次にこれら繊維活性炭吸着装置４０および
熱スイング吸着装置８について図８により詳述する。こ
こでは熱スイング吸着装置８について述べるが、繊維活
性炭吸着装置４０も略同一の構成を有している。

【００４４】図８において、熱スイング吸着装置８は、
一対のカラム１７，１８を有している。図８に示すカラ
ム１７内では、充填剤１９が被処理ガス管２５を通して
導入される被処理ガスを浄化し、浄化された処理ガスは
処理ガス管２６を経て後段の処理装置へ送り出される。
処理工程が継続している時は、電磁弁４′，２′は開
で、他の電磁弁は全て閉になっている。

【００４５】次にカラム１８内の充填剤２０が破過とな
り離脱再生工程に入ると、ブロア２１がＯＮとなり、空
気取入管２７から空気が吸引され昇圧空気が加熱器２２
に導入される。この間、ヒータ２３により所定温度に加
熱された加熱空気は、開となった電磁弁１３′，９′，
６′を経てカラム１８の上部から導入され、充填剤２０
を加熱離脱させる。加熱廃ガスは開となっている電磁弁
８′，１２′を通り廃ガス管３０から大気へ放出され
る。

【００４６】一定時間後、加熱再生が終了すれば冷却工
程に入りヒータ２３がＯＦＦとなり電磁弁９′，１２′
が閉、電磁弁１０′，１１′が開となって常温空気がカ
ラム１８の下部から導入される。充填剤２０を冷却した
空気は、電磁弁６′，１１′を経て廃ガス管２９から大
気へ放出される。冷却が終了すればブロア２１がＯＦ
Ｆ、電磁弁１３′，６′，１１′が閉となり、次いで真
空ポンプ２４がＯＮ、電磁弁１８′，１６′，１４′が
開となってカラム１８内の空気が下部から電磁弁８′，
１０′，１４′，１８′，１６′および排気・吸気管２
８を経て大気へ放出される。カラム１８内の空気がなく
なり真空となったら電磁弁１８′，１６′が閉、１
５′，１７′が開となって、排気・吸気管２８から精製
循環酸素ガスが真空となっているカラム１８へ導入され
る。カラム１８内が処理を行なっているカラム１７と同
一圧力になったら、真空ポンプ２４がＯＦＦ、電磁弁１
５′，１７′，１４′，１０′，８′が閉となる。

【００４７】以上の操作によってカラム１８内の離脱再
生工程が全て終了し、次の処理工程に移るまで待機す
る。この離脱再生では従来に比べ精製循環酸素ガスの損
失を大幅に低減できる。

【００４８】次に精製循環酸素ガス損失を零とする離脱
再生について述べる。カラム１７が破過となり、離脱再
生工程に入る。なおカラム１８は処理工程に入り、被処
理ガス管２５からの被処理ガスはカラム１８の下部より
送入され、充填剤２０で浄化される。処理ガスは処理ガ
ス管２６を経て後段の処理装置に送り出される。処理工
程中は電磁弁７′，５′は開、他の電磁弁は全て閉とな
っている。

【００４９】離脱再生工程に入ったカラム１７において
まず真空ポンプ２４がＯＮ、電磁弁１６′，１８′，１
４′，９′，１′が開となって、カラム１７の上方より
カラム１７内の精製循環酸素ガスが真空となるまで吸引
され、電磁弁１′，９′，１４′，１８′，１６′を経
て真空ポンプ２４により排気・吸気管２８から排出され
る。この精製循環酸素ガスは酸素リサイクル処理装置の
温度スイングを適用する他の装置、例えば、繊維活性炭
吸着装置４０に送られ、繊維活性炭吸着装置のカラム
（図示せず）内に供給される。

【００５０】次に真空となったカラム１７は加熱離脱工
程に入る。まず真空ポンプ２４をＯＦＦ、電磁弁１
６′，１８′，１４′を閉としてから、ブロア２１をＯ
Ｎ、電磁弁１３′，３′，１２′を開とする。このよう
にして空気取入管２７から空気を吸引し、昇圧空気を加
熱器２２に導入し、ここでヒータ２３により所定温度ま
で加熱する。次に加熱空気は電磁弁１３′，９′，１′
を経て、カラム１７の上部から導入され充填剤１９を加
熱離脱させる。カラム１７内の加熱された廃ガスは電磁
弁３′，１２′を通り廃ガス管３０から大気へ放出され
る。

【００５１】加熱再生が終了すればカラム１７は冷却工
程に入り、ヒータ２３をＯＦＦ、電磁弁９′，１２′を
閉、電磁弁１０′，１１′を開とする。この場合、常温
空気は電磁弁１３′，１０′，３′を通り、カラム１７
の下部からカラム１７内へ導入される。カラム１７内の
充填剤１９を冷却した空気は、電磁弁１′，１１′を経
て廃ガス管２９から大気へ放出される。冷却が終了すれ
ばブロア２１をＯＦＦ、電磁弁１３′，１′，１１′を
閉とし、次に真空ポンプ２４をＯＮ、電磁弁１８′，１
６′，１４′を開としてカラム１７内の空気を下部から
電磁弁３′，１０′，１４′，１８′，１６′を通り排
気・吸気管２８から大気へ放出する。カラム１７内の空
気がなくなり真空となったら、真空ポンプ２４をＯＦ
Ｆ、電磁弁１６′，１８′，１４′，１０′，３′を閉
としてカラム１７を真空に保持し、次の操作のため待機
する。

【００５２】次に酸素リサイクル処理装置の温度スイン
グを適用する他の装置、例えば繊維活性炭吸着装置４０
のうち破過に達し離脱再生工程に入る予定のカラムから
精製循環酸素ガスを引抜き、排気・吸気管２８を通して
電磁弁１５′、真空ポンプ２４、電磁弁１７′，１
４′，１０′，３′を経て真空状態で待機中のカラム１
７へ導入する。繊維活性炭吸着装置４０のカラム内が真
空に達するか、または、カラム１７の内圧が処理中のカ
ラム１８と同圧になれば真空ポンプ２４をＯＦＦ、電磁
弁１５′，１７′，１４′，１０′，３′を閉とする。
この工程でカラム１７の離脱再生処理が終了し、次の処
理工程に入るまで待機する。

【００５３】以上のような離脱再生により、温度スイン
グを適用する処理装置、例えば熱スイング吸着装置８と
繊維活性炭吸着装置４０間でカラムに滞留する精製循環
酸素ガスの交互の利用で精製循環酸素ガスの損失を零に
することができる。

【００５４】第２の実施の形態 次に図２により本発明の第２の実施の形態について説明
する。図２に示す第２の実施の形態は、排オゾンガス中
の炭酸ガスおよび残留オゾンを除去するため、固体炭酸
ソーダを適用したもであり、他は図１に示す第１の実施
の形態と略同一である。図２において、図１に示す第１
の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説
明は省略する。

【００５５】図２に示すように、オゾン反応装置１５か
ら排出される排オゾンガス４は、循環ポンプ３８で昇圧
され、水冷却器３９へ入る。排オゾンガス４は水冷却器
３９で冷却され、湿分および水溶性有機物が除かれ、固
体炭酸ソーダ反応装置４２へ導入される。ここで排オゾ
ンガス４は固体無水炭酸ソーダとの気固接触反応によっ
て、炭酸ガス、気中水分、および残留オゾンが接触分解
により除かれる。

【００５６】この気固接触反応は、 ３Ｎａ_２ＣＯ_３＋ＣＯ_２＋５Ｈ_２Ｏ→２Ｎａ_２ＣＯ_３・
ＮａＨＣＯ_３・２Ｈ_２Ｏ により行なわれる。

【００５７】上記反応式からわかるように、固体無水炭
酸ソーダを用いた場合、炭酸ガスＣＯ_２と水分Ｈ_２Ｏが
同時に除去され、この反応により複塩の一種であるセス
キ炭酸ソーダ（Ｎａ_２ＣＯ_３・ＮａＨＣＯ_３・２Ｈ
_２Ｏ）が生じる。

【００５８】従ってこの方法では、水分が除去されるの
で、冷凍式ドライヤを除くことができる。また残留オゾ
ンはアルカリ接触分解で除去される。使用する固体無水
炭酸ソーダは、重質化し篩別して粒子の大きなものをそ
ろえた粉状粒子あるいは一定の形状（例えば球状、円柱
状など）に成形されたペレット状のものが用いられ、固
体無水炭酸ソーダをカラムへ所定の厚さまで充填するこ
とにより固体炭酸ソーダ反応装置が構成される。

【００５９】破過に達した固体炭酸ソーダ反応装置４２
の離脱再生は、加熱空気を用い下式のように炭酸ガスと
水を分解除去し無水炭酸ソーダとすることにより行なわ
れる。 ２Ｎａ_２ＣＯ_３・ＮａＨＣＯ_３・２Ｈ_２Ｏ→３Ｎａ_２Ｃ
Ｏ_３＋ＣＯ_２↑＋Ｈ_２Ｏ↑ 離脱再生の加熱空気温度は１００〜２００℃、好ましく
は１５０℃で行なうが、完全を期すため２５０〜３００
℃、好ましくは２７０℃で離脱される。

【００６０】なお、固体炭酸ソーダ反応装置４２は、カ
ラム内に固体無水炭酸ソーダを充填することにより構成
されるが、固体炭酸ソーダ反応装置４２の構造を図８に
示す熱スイング吸着装置８と同様としてもよい。

【００６１】次に固体炭酸ソーダ反応装置４２からのガ
スは、繊維活性炭吸着装置４０および冷凍式ドライヤ７
へと送られる。

【００６２】繊維活性炭吸着装置４０は、省略すること
が可能であり、また上述のように固体炭酸ソーダ反応装
置４２は水分も除くことができるので冷凍式ドライヤ７
を除いてもよい。

【００６３】次にガスは熱スイング吸着装置８に入り、
露点−７０℃以下の精製循環酸素ガス９となる。次にこ
の酸素ガス９に純酸素ガス１２が注入・混合され、原料
酸素２としてオゾン発生器１へ送られ、オゾン化酸素３
となってオゾン反応槽５に導入される。

【００６４】第３の実施の形態 次に図６および図９により本発明の第３の実施の形態に
ついて述べる。まず図９により第３の実施の形態の概要
を説明する。本発明の第３の実施の形態は、オゾン反応
装置に係るものである。

【００６５】図９に示すように、オゾン反応装置１５
は、原水入口側に設けられた曝気槽３１と、処理水出口
側に設けられた脱気槽３２とを備え、それぞれ槽３１，
３２の下部に散気管３３および３４が設置されている。

【００６６】まず脱気用空気３５が脱気槽３２の散気管
３３から流出し、処理水中の溶存酸素と溶存オゾンが脱
気される。脱気槽３２から排出される脱気ガス含有空気
は、脱気ガス管３６を経て曝気槽３１の散気管３４から
散気され、原水中の溶存酸素濃度を上昇させるとともに
オゾン注入を行なう。このようにして原水のオゾン処理
による精製循環酸素ガスの損失防止とオゾン注入率の低
減をはかることができる。

【００６７】すなわちオゾン反応装置１５へ導入するオ
ゾンガスの主成分は、酸素ガスであるため、出口側処理
水の溶存酸素濃度は空気飽和の入口側被処理原水より高
くなり、その高い分が精製循環酸素ガスの損失になる。
また溶存オゾンは利用されることなく流失するのでこれ
も前記酸素ガスの損失につながる。これに対して本発明
によれば、脱気槽３２からの脱気ガスを曝気槽３１に導
くので、酸素ガスの損失防止を図り、処理水での損失と
なる溶存酸素と溶存オゾンを回収することができる。

【００６８】次に図６によりオゾン反応装置１５の具体
的構造を述べる。図６に示すように、被処理水１４は、
オゾン反応装置１５の曝気槽３１に入り、ここで散気管
３４から散気される脱気ガス含有空気３６により溶存酸
素濃度が上昇しオゾンの前段注入が行なわれる。排気ガ
スは、オゾンを含まないのでそのまま大気へ放出され
る。

【００６９】オゾン反応装置１５は２〜３槽に分割され
たオゾン槽１５ａを有し、このオゾン槽１５ａ内には散
気管７３が設けられている。オゾン槽１５ａ内におい
て、被処理水１４は、散気管７３から散気されるオゾン
３によりオゾン処理が行なわれ、排ガスは全量が排オゾ
ンガス４として酸素リサイクルのため再利用される。オ
ゾン槽１５ａ内でオゾン処理が終了した処理水は、脱気
槽３２内に入り、脱気用ブロア７０で吸引空気７１を加
圧した脱気用空気３５が散気管３３から散気する。この
ような散気により、高濃度溶存酸素と残留溶存オゾンが
脱気回収され、発生ガスは排気ガス用ブロア７２で吸引
・加圧され脱気ガス管３６を経て曝気槽３１へ送られ
る。この間脱気処理水は、オゾン処理水１６として次の
工程へ送られる。

【００７０】以上のようにして溶存酸素の増加分と残留
溶存オゾンを回収利用することにより高価な精製循環酸
素ガスの損失をなくし処理コストの低減が実現できる。

【００７１】次に図７によりオゾン反応装置の変形例に
ついて説明する。図７において図６に示すオゾン反応装
置と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略す
る。

【００７２】図７において、オゾン反応装置１５は出口
側に脱気槽７４を有し、この脱気槽７４内に気液接触用
の充填材７５が充填されている。また空気吸入管７６が
設置され、空気吸入管７６は空気流出管７７に接続され
ている。

【００７３】まずオゾン処理水が脱気槽７４の上部から
散水され充填材７５をつたって流下する。一方脱気槽７
４の密閉された上部に設置してある排出ガス用ブロア７
２により、脱気槽７４内の空気が吸引される。この場
合、脱気槽７４下部の空気流出管７７より空気が脱気槽
７４内に流出し上方に向って流れ、流下する処理水と交
流気液接触する。

【００７４】処理水中の溶存酸素の増加分と溶存オゾン
は、排出ガス用ブロア７２により吸引・加圧され、脱気
ガス管３６から曝気槽３１へ送られる。脱気処理水はオ
ゾン処理水１６として、次の工程へ送られる。

【００７５】本実施の形態によれば、脱気用のブロアが
不要であるので、コスト面で有利となる。

【００７６】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、排
オゾンガス中の炭酸ガスを炭酸ソーダ反応装置によって
確実かつ容易に除去することができる。また脱気槽で脱
気した脱気ガスを曝気槽内に戻すことにより、処理水中
の溶存酸素および溶存オゾンを回収して再利用すること
により、酸素の損失を最小限に抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態を示す液体炭酸ソー
ダ反応装置を用いた酸素リサイクルシステムの概略系統
図。

【図２】本発明の第２の実施の形態を示す固体炭酸ソー
ダ反応装置を用いた酸素リサイクルシステムの概略系統
図。

【図３】液体炭酸ソーダ反応装置の吸収液加熱再生式フ
ローを示す図。

【図４】液体炭酸ソーダ反応装置の固体重炭酸ソーダ加
熱分解再生式フローを示す図。

【図５】循環酸素ガスを窒素ガス濃度規定値以下に保持
するためＰＳＡ又はＶＰＳＡ吸着装置で処理するフロー
を示す図。

【図６】オゾン反応装置出口側処理水中の脱気ガス含有
空気を加圧し入口側被処理原水へ散気するフローを示す
図。

【図７】オゾン反応装置出口側において処理水を空気と
気液接触させ脱気ガス含有空気を入口側被処理原水へ散
気するフローを示す図。

【図８】熱スイング吸着装置の加熱再生処理におけるフ
ローを示す図。

【図９】オゾン反応装置の処理水を空気曝気し脱気ガス
含有空気を原水へ散気して溶存酸素と溶存オゾンを回収
再利用するシステムの構成図。

【図１０】従来の酸素リサイクルシステムのブロック
図。

【符号の説明】

１ オゾン発生器 ２ 原料酸素 ３ オゾン ４ 排オゾンガス ７ 冷凍式ドライヤ ８ 熱スイング吸着装置 ９ 精製循環酸素ガス １０ 原料空気 １１ ＰＳＡ又はＶＰＳＡ吸着装置 １２ 純酸素ガス １４ 被処理水 １５ オゾン反応装置 １５ａ オゾン槽 １６ オゾン処理水 ３１ 曝気槽 ３２ 脱気槽 ３７ 液体炭酸ソーダ反応装置 ３８ 循環ブロア ４０ 繊維活性炭吸着装置 ４２ 固体炭酸ソーダ反応装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐 藤 譲 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中工場内 (72)発明者 柴 崎 和 夫 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中工場内 (72)発明者 田 中 孝 二 東京都府中市東芝町１番地 芝府エンジニ アリング株式会社内

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被処理水に対してオゾン処理を行なうオゾ
   ン反応装置と、オゾン反応装置にオゾンを供給するオゾ
   ン発生器とを備えたオゾン処理システムに用いられ、オ
   ゾン反応装置からの排オゾンガスを原料酸素としてオゾ
   ン発生器へ送り込む酸素リサイクル処理装置において、 オゾン反応装置とオゾン発生器とを接続する循環ライン
   と、 この循環ラインに設けられ、オゾン反応装置からの排オ
   ゾンガス中の炭酸ガスを除去して原料酸素とする炭酸ソ
   ーダ反応装置と、 循環ラインに接続され、オゾン発生器に対して酸素を補
   充する酸素発生装置と、を備えたことを特徴とする酸素
   リサイクル処理装置。
2. 【請求項２】炭酸ソーダ反応装置は、排オゾンに対して
   液体炭酸ソーダを向流接続させる気液接続装置を有する
   ことを特徴とする請求項１記載の酸素リサイクル処理装
   置。
3. 【請求項３】炭酸ソーダ反応装置は炭酸ガスを吸収した
   液体炭酸ソーダを加熱して再生させる加熱再生装置を更
   に有することを特徴とする請求項２記載の酸素リサイク
   ル処理装置。
4. 【請求項４】炭酸ソーダ反応装置は炭酸ガスを吸収した
   液体炭酸ソーダから重炭酸ソーダ結晶を引抜く重炭酸ソ
   ーダ結晶引抜部と、重炭酸ソーダ結晶を加熱して再生さ
   せる重炭酸ソーダ加熱再生装置とを有することを特徴と
   する請求項２記載の酸素リサイクル処理装置。
5. 【請求項５】炭酸ソーダ反応装置は固体炭酸ソーダを含
   むことを特徴とする請求項１記載の酸素リサイクル処理
   装置。
6. 【請求項６】循環ラインに設けられ排オゾンガスの更な
   る処理を行なうガス処理部を更に備え、 このガス処理部は一対の処理カラムを有するとともに、 各々のカラムには加熱空気または加熱蒸気の供給手段
   と、常温空気の供給手段と、酸素発生装置との接続手段
   とが設けられていることを特徴とする請求項１記載の酸
   素リサイクル処理装置。
7. 【請求項７】ガス処理部は複数設けられ、 各ガス処理部の処理カラムは、他のガス処理部の処理カ
   ラムと接続されていることを特徴とする請求項６記載の
   酸素リサイクル処理装置。
8. 【請求項８】オゾンを注入するオゾン槽と、 オゾン槽の入口側に設けられた曝気槽と、 オゾン槽の出口側に設けられた脱気槽と、 曝気槽と脱気槽とを連結して設けられた脱気ガス管と、 を備えたことを特徴とするオゾン反応装置。
9. 【請求項９】脱気槽に加圧空気を発泡させる散気装置を
   設けたことを特徴とする請求項８記載のオゾン反応装
   置。