(57)【要約】【課題】オゾン処理に必要なオゾン濃度と量に合わせて、効率よく低濃度から高濃度のオゾンを生成できる、取り扱いが簡便でコンパクトなオゾン処理システムを提供すること。【解決手段】濃縮酸素を原料としてオゾン発生器２３によって高濃度オゾンを生成すると共に、必要に応じてこの高濃度オゾンと薄め用のガスとを混合器１３で混合させ、必要とする濃度のオゾンを任意に効率よく生成する。この結果、処理対象の条件に対応した濃度のオゾンによりオゾン処理を行なうことができる。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
濃縮酸素ガスを原料として生成した高濃度オゾンを供給する高濃度オゾン供給路と、
前記高濃度オゾンを薄めるための薄め用のガスを任意に供給可能な薄めガス供給路と、
前記高濃度オゾン供給路から供給される高濃度オゾンと薄めガス供給路から供給される薄めガスとを混合させ、任意の濃度のオゾンを生成する混合器と、
を備えたことを特徴とするオゾン処理システム。
【請求項２】
薄め用のガスは、空気圧縮機によって圧縮された乾燥空気であることを特徴とする請求項１に記載のオゾン処理システム。
【請求項３】
薄め用のガスは、空気から、酸素成分を取り除いた窒素を主体としたガスであることを特徴とする請求項１に記載のオゾン処理システム。
【請求項４】
オゾン供給路に、生成された高濃度オゾンを昇圧し冷却して高濃度・高圧オゾンを生成する装置を設けたことを特徴とする請求項１に記載のオゾン処理システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、上水或いは下水の高度水処理や、パルプ漂白等に用いられる、オゾン処理システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
オゾン処理システムは、現在、上水や下水などにおける高度水処理や、パルプの漂白などに広く用いられている。このようなオゾン処理システムでは、オゾン処理する相手によってオゾン濃度を変えなければならないことがある。例えば、水処理に用いる場合は、処理対象の水質に応じてオゾン濃度を変化させなければならないことがある。
【０００３】
従来のオゾン処理システムは、まず、原料となる乾燥空気を生成するため、空気圧縮機により空気を圧縮し、圧縮後の空気を空気冷却乾燥装置に通し、露点−６０℃以下の乾燥空気を生成する。次に、この乾燥空気をオゾン発生装置に流入させ、オゾン発生装置内において高周波・高電圧を印加し、無声放電を生じさせてオゾンを生成する。生成されたオゾン含有空気は反応槽に流入され、処理対象と反応させられる。このように、原料として空気を用いるシステムは、比較的低濃度のオゾン生成に適している。
【０００４】
また、より高濃度のオゾンを生成する場合には、特開２００１−１８０９１５公報に示すように、空気圧縮機により圧縮された空気をＰＳＡ法による酸素富化装置に供給して濃縮酸素ガスを生成し、その濃縮酸素ガスを原料としてオゾン発生装置に供給する。オゾン発生装置は、供給された酸素ガスに高周波・高電圧を印加し、高濃度オゾンを生成する。生成されたオゾン含有空気は反応槽に流入され、処理対象と反応させられる。
【０００５】
ここで、オゾンを生成するにあたり、乾燥空気を原料とした前者のシステムでは、生成するオゾンの濃度を上げようとすると、オゾン１ｇを生成するのに必要な電力量が増加し、発生効率が悪くなる。すなわち、電力量を増加させれば、放電量も増大するのでオゾン濃度は高くなるが、供給される電力量の多くは熱となってしまうため効率は大きく低下する。また、単位時間あたりに発生できるオゾン量が少なくなる。
【０００６】
一方、濃縮酸素を原料とした場合、低濃度のオゾンを生成しようとすると、単位時間当りに発生出来るオゾン量は、乾燥空気を原料とした場合の同濃度と比較し、少なくなる。一般的には電力量を下げて低濃度化を図るが、供給される酸素の多くがオゾンとして生成されることなく廃棄されるため無駄となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、オゾンは処理対象に応じて、必要な濃度と量が決まるため、オゾン濃度は高すぎても低すぎても効率よく処理することができない。オゾン量も同様である。このため、低濃度のオゾンと高濃度のオゾンを、被処理水対象の条件に応じて変化させる必要がある。
【０００８】
しかし、従来のオゾン処理システムにより、このような要求にこたえるためには、空気冷却乾燥装置からの乾燥空気を原料とするオゾン発生装置と酸素富化装置からの濃縮酸素を原料とするオゾン発生装置の双方を備えなければならず、設備が複雑となり、大形化するという課題があった。
【０００９】
本発明の目的は、オゾン処理に必要なオゾン濃度と量に合わせて、効率よく低濃度から高濃度のオゾンを生成できる、取り扱いが簡便でコンパクトなオゾン処理システムを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明によるオゾン処理システムは、濃縮酸素ガスを原料として生成した高濃度オゾンを供給する高濃度オゾン供給路と、前記高濃度オゾンを薄めるための薄めガスを任意に供給可能な薄めガス供給路と、前記高濃度オゾン供給路から供給される高濃度オゾンと薄めガス供給路から供給される薄めガスとを混合させ、任意の濃度のオゾンを生成する混合器とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
本発明では、薄め用のガスとして、空気圧縮機によって圧縮された乾燥空気を用いる。
【００１２】
また、本発明では、薄め用のガスとして、空気から、酸素成分を取り除いた窒素を主体としたガスを用いてもよい。
【００１３】
さらに、本発明では、オゾン供給路に、生成された高濃度オゾンを昇圧し冷却して高濃度・高圧オゾンを生成する装置を設けた構成としてもよい。
【００１４】
これらの発明では、高濃度オゾンを生成すると共に、必要に応じて高濃度オゾンに対して薄め用のガスを混合することにより、必要とする濃度のオゾンを任意に効率よく生成することができ、処理対象の条件に対応したオゾン処理を行なうことができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明によるオゾン処理システムの一実施の形態を、図面を参照して説明する。図１は、この実施の形態によるオゾン発生システムの全体構成を示している。
【００１６】
図１において、１１は高濃度オゾン供給路で、濃縮酸素ガスを原料として生成した高濃度オゾンを所定圧力及び所定流量で供給する。１２は薄めガス供給路で、高濃度オゾンを薄めるための薄めガスを任意に供給可能な構成となっている。１３は混合器で、高濃度オゾン供給路１１から供給される高濃度オゾンと薄めガス供給路１２から供給される薄めガスとを混合させ、任意濃度のオゾンを生成する。
【００１７】
高濃度オゾン供給路１１は、空気圧縮機２１から供給される圧縮空気を、濃縮酸素ガス（酸素濃度９０％以上）に生成する酸素富化装置２２を有する。また、その後段には、生成された濃縮酸素ガスをオゾンに生成するオゾン発生装置２３、生成したオゾンを一時貯留するレシーバタンク２４、オゾンガスの圧力を調整するレギュレータ２５、流量を調整する調整弁２６、流量を測定する流量計２７を、順次直列に連結しており、高濃度オゾンを要求される所定の圧力及び流量で後続の混合器１３に供給する。
【００１８】
酸素富化装置２２としては、例えば、ＰＳＡ（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ　Ｓｗｉｎｇ　Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）方式のものを用いればよい。ＰＳＡ方式とは、空気を、合成ゼオライトや酸化アルミナなどによる酸素分子吸着剤層に通し、これら吸着剤層によって酸素分子を吸着した後、圧力を加えて吸着した酸素を取り出す、所謂、圧力変動吸着方式を言う。
【００１９】
オゾン発生装置２３としては、例えば、原料となる酸素を対向電極間に流通させ、この対向電極間に高周波・高圧電力を供給し、対向電極間に生じる無声放電によりオゾンを生成する方式のものを用いればよい。このほか、共通絶縁基板上に複数の電極を配置しこれら電極間に高周波・高電圧を印加して酸素からオゾンを生成する、所謂共面放電式のものを用いてもよい。
【００２０】
いずれの方式であっても、原料として濃縮酸素を用いているので、高濃度オゾンを生成することができる。
【００２１】
レシーバタンク２４は、オゾン発生装置２３で生成した高濃度オゾンを、バッファー的に一時貯留するものである。また、レギュレータ２５や流量調整弁２６及び流量計２７は、高濃度オゾンを、要求される圧力及び流量で混合器１３に供給するために用いられる。
【００２２】
薄めガス供給路１２は、空気圧縮機２１の出側配管から分岐されており、空気圧縮機２１からの圧縮空気を薄めガスとして流入させるための切換え弁３１を有する。この切換え弁３１の出側には、空気の圧力を調整するレギュレータ３２、流量を調整する調整弁３４、流量を測定する流量計３５が、順次直列に連結されている。これらは、薄めガス（空気）を、要求される圧力及び流量で混合器１３に供給するために用いられる。
【００２３】
混合器１３は、高濃度オゾンと薄めガス（空気）とを混合させ、任意の濃度のオゾンを生成する。この混合器１３の出側は、オゾン濃度計１４を介して反応槽１５に連結している。反応槽１５では供給された所定濃度のオゾンガスを処理対象の例えば被処理水（上水又は下水）と反応させる。
【００２４】
上記オゾン濃度計１４の測定値は、図示しないコントローラに出力され、コントローラに設定されたオゾン濃度の要求値（処理対象や、その条件により異なる）と比較される。コントローラは、その要求値を満足させるべく、流量調整弁２６や３３を開度制御する。
【００２５】
上記構成において、高濃度オゾンを生成する場合は、流路切換え弁３１を閉止し、空気圧縮機２１から送られる圧縮空気を酸素富化装置２２に流入させ、濃縮酸素（酸素濃度９０％以上）を生成する。この酸素富化装置２２で生成された濃縮酸素はオゾン発生装置２３に導入される。オゾン発生装置２３では、濃縮酸素ガスに高周波・高電圧を印加し、高濃度オゾンを生成する。
【００２６】
生成された高濃度オゾン含有気体は、オゾン発生装置２２を含む高濃度オゾン供給路１１から混合器１３及びオゾン濃度計１４を経て反応槽１５に流入され、被処理水と反応する。
【００２７】
一方、低濃度オゾンが必要な場合は、オゾン発生装置２３で生成した高濃度オゾンを、後続の混合器１３によって薄め用空気と混合させ要求される濃度に薄める。このために、高濃度オゾンを、後段のレギュレータ２５、調整弁２６、流量計２７によって、混合器１３での混合動作に必要な圧力、流量に調整する。
【００２８】
また、切換え弁３１を開にし、空気圧縮機２１からの圧縮空気を薄めガス供給路１２に流入させる。この空気もレギュレータ３２、調整弁３３、流量計１４を用いて混合器１３での混合動作に必要な圧力、流量に調整する。
【００２９】
混合器１３では、高濃度オゾン供給路１１から供給される高濃度オゾンと薄めガス供給路１２から供給される薄めガスとを混合させ、要求される任意濃度のオゾンを生成する。混合器１３により要求される濃度に薄められたオゾンは、オゾン濃度計１４を経て反応槽１５に流入され、被処理水と反応する。
【００３０】
上述した図１の装置により、低濃度オゾンとしての利用が一般的な、オゾン濃度２０ｇ／ｍ３　（ｎｏｒｍａｌ）のオゾンを生成する場合、従来の乾燥空気を原料としてオゾンを生成する際の効率２０ｋＷ／ｋｇに対して、同濃度、同オゾン発生量を得る為の効率は１０ｋＷ／ｋｇとなり（収率２００ｇ／ｍ３　（ｎｏｒｍａｌ）でオゾンを生成）、省エネルギ化することが出来た。加えて低濃度から高濃度までのオゾンを、効率よく簡便に生成することが出来る。
【００３１】
つぎに、図２で示す実施の形態を説明する。この実施の形態も、高濃度オゾン供給路１１、薄めガス供給路１２、これら両供給路１１，１２からの高濃度オゾンと薄めガスとを混合させ混合器１３を有する。このうち高濃度オゾン供給路１１は、図１で示したものと同じで、空気圧縮機２１、圧縮空気を濃縮酸素ガス（酸素濃度９０％以上）に生成する酸素富化装置２２、生成された濃縮酸素ガスをオゾンに生成するオゾン発生装置２３、生成したオゾンを一時貯留するレシーバタンク２４、オゾンガスの圧力を調整するレギュレータ２５、流量を調整する調整弁２６、流量を測定する流量計２７を、順次直列に連結しており、濃縮酸素ガスを原料として生成した高濃度オゾンを要求される所定の圧力及び流量で後続の混合器１３に供給する。
【００３２】
これに対し、薄めガス供給路１２は、図１のものとは異なり、薄めガスとして、酸素富化装置２２から排出されたガス、すなわち、酸素が吸着除去されて窒素が主体となったガス（以下、窒素ガスとして説明する）を用いる。このため、窒素ガスを流入させるべく流路を切換える切換え弁４１を有する。
【００３３】
この切換え弁４１は、入り側から入った窒素ガスを大気開放側と出側とに切り換えるもので、その出側には、窒素ガスを一時貯留する為のレシーバタンク４２を介して昇圧ブロワ４３と冷却器４４が直列に連結されている。
【００３４】
昇圧ブロワ４３は、酸素富化装置２２で処理されたことにより大気圧になった窒素ガスを所定圧力まで昇圧する。冷却器４４は、昇圧ブロワ４３で圧縮加熱された窒素を所定温度まで冷却する。
【００３５】
この冷却器１９の後段には、図１の装置と同じく、窒素の圧力を調整するレギュレータ３２、流量を調整する調整弁３３、流量を測定する流量計３４が直列に連結されている。これらは、薄め用の窒素ガスを、要求される圧力及び流量で混合器１３に供給するために用いられる。
【００３６】
混合器１３は、高濃度オゾンと薄めガス（窒素ガス）とを混合させ、任意の濃度のオゾンを生成する。この混合器１３の出側は、図１と同様に、オゾン濃度計１４を介して反応槽１５に連結している。反応槽１５では供給された所定濃度のオゾンガスを処理対象の例えば被処理水（上水又は下水）と反応させる。
【００３７】
図２の装置において、高濃度オゾンが必要な場合は、空気圧縮機２１から送られる圧縮空気を酸素富化装置５に流入させ、濃縮酸素ガス（酸素濃度９０％以上）を生成する。このとき、流路切換え弁４１は大気開放側にしておく。生成された濃縮酸素には、オゾン発生装置２３にて高周波・高電圧が印加され、高濃度のオゾンが生成される。生成された高濃度オゾン含有空気は、高濃度オゾン供給路１１から混合器１３、オゾン濃度計１４を経て反応槽１５に供給され、被処理水と反応させる。
【００３８】
一方、低濃度オゾンが必要な場合は、流路切換え弁４１をレシーバタンク４２側に切り換える。酸素富化装置２２は、空気圧縮機２１からの圧縮空気から酸素を吸着して濃縮酸素ガスを生成し、オゾン発生装置２３に供給して高濃度オゾンを生成する。この高濃度オゾンは、レシーバタンク２４から、レギュレータ２５、調整弁２６、流量計２７を経て混合器１３に供給される。
【００３９】
また、酸素富化装置２２において酸素を吸着除去された窒素ガスは、切換え弁４１を通ってレシーバタンク４２にて一時貯留される。この窒素ガスは、昇圧ブロワ４３及び冷却器４４により昇圧・冷却された後、レギュレータ３２、調整弁３３、流量計３４によって混合処理可能な圧力・流量・温度に調整され、混合器１３に供給される。
【００４０】
混合器１３は、このようにして供給された高濃度オゾンと窒素ガスによる希釈ガスとを混合させ、要求される濃度のオゾンガスに調整し、反応槽１５に供給して被処理水と反応させる。
【００４１】
上述した図２の装置により、図１の装置と同様に、低濃度オゾンであるオゾン濃度２０ｇ／ｍ３　（ｎｏｒｍａｌ）を生成する場合、乾燥空気を原料とした場合の効率２０ｋＷ／ｋｇに対して、同濃度、同オゾン発生量を得る為の効率は１０ｋＷ／ｋｇとなり、省エネルギ化することが出来た。加えて低濃度から高濃度までのオゾンを、効率よく簡便に生成することが出来る。
【００４２】
また、薄めガスとして、酸素富化装置２２から排気される窒素ガスを用いているので、酸素富化装置２２から直接排気される窒素ガス量を低減できる。また、窒素ガスを用いたことにより、図１の装置による酸素を含む空気の薄めガスに比べ、薄めガスの湿度を低減することができる。
【００４３】
次に、図３で示す実施の形態を説明する。この実施の形態は、高濃度・高圧オゾンを生成する場合を説明している。
【００４４】
一般に、オゾンをパルプの漂白に用いる場合、通常のオゾンに比べ圧力の高い、高濃度・高圧オゾンが必要になる。
【００４５】
この場合は、図３において、空気圧縮機２１からの圧縮空気を酸素富化装置２２に流入させ、濃縮酸素ガスを生成した後、この濃縮酸素ガスを原料としてオゾン発生装置２３で高濃度オゾンガスを生成する。このオゾン発生装置２３の出側には、昇圧ブロワ５１と冷却器５２とを１段又は多段（図の例は２段）に設ける。この構成により、高濃度オゾンガスは、所定圧力（例えば０．３メガパスカル）に昇圧され、かつオゾンが分解しない所定温度に冷却される。
【００４６】
このようにして得られた高濃度・高圧オゾンガスは反応槽１５に供給され、処理対象のパルプと反応し、これを漂白する。
【００４７】
また、漂白するパルプの条件により、オゾン濃度を調整する場合がある。この場合は、図３で示す装置の反応槽１５以前の部分を、図１または図２で示した高濃度オゾン供給路１１の、レシーバタンク２４以前に直列に連結すればよい。
【００４８】
すなわち、昇圧ブロワ５１及び冷却器５２によって昇圧され冷却された高濃度高圧オゾンは、レシーバタンク２４に一時的に貯留された後、後段のレギュレータ２５、調整弁２６、流量計２７によって、混合器１３での混合動作に必要な圧力、流量に調整する。
【００４９】
混合器１３は、上述の経路で供給される高濃度・高圧オゾンと、薄めガス供給路１２から供給される薄めガスとを混合し、要求される濃度に調整した後、反応層１５に供給する。この場合、高濃度・高圧オゾンガスに対応するため、必要に応じて薄めガス供給路１２に薄めガスの昇圧装置を設ける。
【００５０】
このように構成すれば、処理対象であるパルプの条件に応じた任意の濃度の高圧オゾンガスを提供することができる。
【００５１】
上記実施の形態では、濃縮酸素ガスを生成する酸素富化装置２２として、ＰＳＡ方式のものを例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば水の電気分解により得られる酸素を用いたりしてもよい。このほか、液体酸素を用いたり、酸素ボンベから供給される濃縮酸素を用いてもよい。
【００５２】
【発明の効果】
本発明によれば、処理対象の条件によって異なるオゾン処理に必要なオゾン濃度と量に合わせて、効率よく低濃度から高濃度のオゾンを生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるオゾン処理システムの一実施の形態を示すシステム系統図である。
【図２】本発明の他の実施の形態を示すシステム系統図である。
【図３】本発明の更に他の実施の形態を示すシステム系統図である。
【符号の説明】
１１　　高濃度オゾン供給路
１２　　薄めガス供給路
１３　　混合器
１５　　反応槽
２１　　空気圧縮機
２２　　酸素富化装置
５１　　昇圧ブロワ
５２　　冷却器
【図１】
2004075466.tif 000003
【図２】
2004075466.tif 000004
【図３】
2004075466.tif 000005