(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
離解処理によりパルプ化した後に脱水した製紙原料の濃度を２５％〜４３％に調整した製紙原料を、脱墨処理を施した後、洗浄・脱水を行い、その後、製紙原料を反応部内に投入すると共に、反応部内にオゾンを注入して製紙原料のオゾン処理を行うことを特徴とする製紙原料の殺菌脱墨方法。
【請求項２】
前記脱墨処理は、未溶解インク及び残カーボンを分離溶解することを特徴とする請求項１に記載の製紙原料の殺菌脱墨方法。
【請求項３】
離解処理によりパルプ化した後に脱水した製紙原料を投入する投入口と、投入された製紙原料にオゾンを注入するためのオゾン注入口と、投入された製紙原料及びオゾンを撹拌しつつ搬送する撹拌・搬送手段と、搬送・撹拌によりオゾン処理された製紙原料を排出する排出口とで反応部を構成し、
前記反応部のケースを円筒形とし、このケース内に前記撹拌・搬送手段として回転駆動する回転軸に設けた螺旋状旋回翼とで構成し、その螺旋状旋回翼には、多数の孔を穿設し、回転軸から螺旋状旋回翼に続く多数の孔にオゾンガスを流通させることを特徴とする製紙原料の殺菌脱墨装置。
【請求項４】
前記反応部のケースを円筒形とし、このケース内に回転駆動する回転軸を設け、この回転軸の投入側に設けた螺旋状旋回翼と排出側に具えたニーディング刃とで前記撹拌・搬送手段を構成したことを特徴とする請求項３に記載の製紙原料の殺菌脱墨装置。
【請求項５】
前記反応部を縦配置とし、反応部下方より製紙原料を投入し、製紙原料と反応部内に注入したオゾンとが撹拌・搬送された後に反応部上方より排出されるよう構成したことを特徴とする請求項３又は４に記載の製紙原料の殺菌脱墨装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、オゾンガスを使用した古紙等の製紙原料の殺菌脱墨方法及び殺菌脱墨装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、製紙原料の枯渇を防ぐために、古紙の再生利用を図ることが実施されている。古紙の再利用に際しては、まず、脱墨方法という処理を用い、古紙と水とをパルパーという撹拌機付きの槽に入れて離解させる。この槽は、一つの槽からなり、その槽で古紙の仕込みと同時に水と薬品を加えて離解させ、かつ繊維からインクの分離を行う。
【０００３】
その後、インクが分離された古紙は、塩素による漂白工程を経て、残留塩素の作用による殺菌が行われる。しかし、最近の漂白工程で行われる殺菌方法では、ダイオキシン規制による塩素使用量の制限があるため、殺菌が十分に行われなく、再生パルプへの菌の残留が問題になっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
（１）上述した脱墨方法では、次のような問題点がある。
【０００５】
パルパーは、バッチ処理が行われるため、仕込み毎に濃度のバラツキが大きく、薬品添加が不均一となり、過剰添加に傾く傾向がある。そのため、苛性ソーダによるアルカリ焼けを起こして製紙の白色度の低下を引き起こしたり、古紙を離解させるために多量の水を消費する問題がある。
【０００６】
しかし、最近、このような問題を解決する緩圧式脱墨装置（特願平７−２１９６３１号）が開発された。この装置は、図４に示すように構成されていて、原料投入口４１から製紙原料をシリンダープレス等によりある圧力を加えながら投入すると、撹拌は第１の筒体４２に貫通された螺旋状旋回翼群と交差状に破砕刃を設けたニーディング刃を備えた回転軸が駆動装置によって回転しているので、螺旋状旋回翼群で強制的に交差状に破砕刃を設けたニーディング刃の方向に水分を絞り出しながら撹拌、圧縮、脱水すると同時に回転され、ねりもみされて圧送される。
【０００７】
この撹拌、脱水、圧縮、ねりもみされて圧送されてくる製紙原料は、この脱水分は外筒体内に多数の小孔から排出され、排水口から排水される。同時に、第１の筒体４２の孔あきの内筒体と螺旋状旋回翼群、ニーディング刃間で生じる摩擦により熱せられ、ニーディングに設けた交差状の破砕刃の取り付け角度が傾斜させて一枚毎交互に反転させて取り付けられているので、原料は左右に揺動しながら破砕され第２の筒体４３にエアー圧を掛けて圧送される。
【０００８】
すると、これが反転して第２の筒体４３内を第１の筒体４２で行った作用と同一の作用を繰り返すことにより、再度撹拌、脱水、圧縮、ねりもみ、発熱、そして破砕される。さらに、第３の筒体４４に圧送され同じ作用を行って脱墨処理するとともに、漂白薬品を注入することによって漂白作用も同時に行う。
【０００９】
上記のような作用で、パルプ濃度２５％以上のフラッフ状パルプを脱墨するものである。また、この装置では、交差状に破砕刃が設けられたニーディング刃を、ブロック毎に複数枚交互に取り付けた構成にしたので、「色ボツ」（未溶解インキ、残カーボン）が分離、分解されやすく、効率のよい色ボツの除去が行われている。
【００１０】
しかしながら、近年のプリンタやコピー機の高速プリントに伴いインクは、速乾性と紙への粘着性が向上し、苛性ソーダや過酸化水素水、珪酸ソーダ等の薬品処理を施しても完全に剥離、除去することが難しくなって来ている問題が新たに生じて来た。
【００１１】
（２）また、上述した殺菌方法では、次のような問題点がある。
【００１２】
古紙に含まれる雑菌に対する研究発表は極めて少ないが、最近、抄紙工程におけるスライム発生防止の研究が進むに従い、生菌数（個／ml）１０5〜１０6程度の総菌数を含め水の中で紙が抄かれていることが分かって来た。当然ながら、抄紙された紙にも１０4〜１０7の大腸菌が付着していた。最近は、塩素系薬品の添加は、制限されているので、一般的には、８０℃以上で熱処理されている。このため、古紙を８０℃以上に加熱するには、非常に大きなエネルギーを必要とする問題がある。また、塩素系薬品に代わり、過酸化水素水等の薬品が使用されているが、添加量が多く、かつ反応時間が必要とされ、後工程で滞留槽が必要となる等の問題がある。
【００１３】
（３）そこで、最近オゾンを使用して殺菌する方法が行われるようになって来た。古紙を殺菌する方法に、オゾンを使用する発想は決して新しい事ではないが、まだ、実用化されていないのが現状である。スライム発生の抑制として、電解オゾンの添加が一部行われているが、電解オゾンはコストが嵩む問題がある。そこで、コストが嵩まない放電オゾンを使用することも考えられるが、放電オゾンは、オゾンの水に対する吸収効率が低いために、あまり使用に適さない。また、水に溶解したオゾン水は、殆ど臭気はないが、オゾンガスは独特の刺激臭があり、ガスと反応させるためには、密閉した反応槽が必要となる。
【００１４】
オゾンガスは、パルプへの吸収は極めてよく反応時間も秒単位であるが、低濃度（パルプ濃度１〜８％）パルプや中濃度（パルプ濃度８〜１５％）パルプでは、水を媒体としないとパルプに反応しないので、加圧ミキサーを用いてオゾンとパルプの接触を行っている。その場合、オゾン漂白におけるパルプに対するオゾン反応量は対パルプ１％前後と言われている。この添加量では、古紙設備以上のオゾン発生装置が必要となり、効果はあるものの導入には障害がある。
【００１５】
パルプとオゾンを効率よく反応させるためには、パルプを高濃度にする必要がある。しかし、高濃度パルプ（パルプ濃度１５〜２５％）になると、ケーク状（だんご状態）と呼ばれる状態になる。また、パルプ濃度２５％ではケーク状から、フラッフパルプ（オカラ状態）に変化するが、流動性がなくなり、撹拌が困難になる問題が生じる。さらに、４２〜４３％の濃度になると、パルプ自身の発火点に達し、発火してしまう。このように、高濃度パルプとオゾンの反応は困難である。
【００１６】
この発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、オゾンガスとパルプとの直接反応が可能となるようにして、短時間で雑菌を効率よく殺菌することができるとともに、脱墨処理も短時間に効率よく行うことでき、しかもオゾンガスが短時間にパルプと反応するために、未反応のオゾンが残らず、未反応のオゾンを処理する装置を不要としてシステム全体のコンパクト化を図ることができる製紙原料の殺菌脱墨方法及び殺菌脱墨装置を提供することを課題とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記の課題を達成するために、第１発明は、離解処理によりパルプ化した後に脱水した製紙原料の濃度を２５％〜４３％に調整した製紙原料を、脱墨処理を施した後、洗浄・脱水を行い、その後、製紙原料を反応部内に投入すると共に、反応部内にオゾンを注入して製紙原料のオゾン処理を行うことを特徴とするものである。
【００１９】
第２発明は、前記脱墨処理は、未溶解インク及び残カーボンを分離溶解することを特徴とするものである。
【００２０】
第３発明は、離解処理によりパルプ化した後に脱水した製紙原料を投入する投入口と、投入された製紙原料にオゾンを注入するためのオゾン注入口と、投入された製紙原料及びオゾンを撹拌しつつ搬送する撹拌・搬送手段と、搬送・撹拌によりオゾン処理された製紙原料を排出する排出口とで反応部を構成し、
前記反応部のケースを円筒形とし、このケース内に前記撹拌・搬送手段として回転駆動する回転軸に設けた螺旋状旋回翼とで構成し、その螺旋状旋回翼には、多数の孔を穿設し、回転軸から螺旋状旋回翼に続く多数の孔にオゾンガスを流通させることを特徴とするものである。
【００２２】
第４発明は、前記反応部のケースを円筒形とし、このケース内に回転駆動する回転軸を設け、この回転軸の投入側に設けた螺旋状旋回翼と排出側に具えたニーディング刃とで前記撹拌・搬送手段を構成したことを特徴とするものである。
【００２３】
第５発明は、前記反応部を縦配置とし、反応部下方より製紙原料を投入し、製紙原料と反応部内に注入したオゾンとが撹拌・搬送された後に反応部上方より排出されるよう構成したことを特徴とするものである。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１はこの発明の実施の形態を示すシステムの工程説明図で、図１において、古紙等の製紙原料１１を離解機１２の工程に入れる。離解機１２では古紙等の製紙原料１１を水でパルプ化する。パルプ化された製紙原料１１は、第１シリンダープレス工程１３で脱水され、パルプ濃度２５％以上に調整される。なお、パルプの濃度としては、流動性を確保し且つ発火を防止するために、２５〜４３％の範囲とした。
【００２６】
次に、脱水によりフロック化されたパルプを前述した緩圧式脱墨装置からなるニーダ工程１４に供給し、ここで、フロック化したパルプをほぐし、脱墨処理を行う。脱墨処理を行ったパルプは第１洗浄工程１５に送られて、洗浄され、未溶解インキ、残カーボンを洗い流し、それらを除去する。
【００２７】
その後、第２シリンダープレス工程１６にて脱水を行って、除去しきれない未溶解インキや残カーボンをオゾン処理工程１７に送ってオゾン処理を行う。このオゾン処理で未溶解インキや残カーボンが分解、分離され、脱墨、殺菌される。その後、第２洗浄工程１８にてこれらを洗浄して除去することにより、パルプの白色度が向上するようになる。なお、緩圧式脱墨装置では、処理できなかった細菌類についても、オゾン処理により殺菌されている。表１はサンプル古紙Ａにおける各工程間の白色度と細菌数を比較した結果を示す。表２はサンプル古紙Ｂにおける同様な比較結果、表３はサンプル古紙Ｃにおける同様な比較結果である。
【００２８】
【表１】
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【００２９】
上記表１において、▲１▼は第１シリンダープレス工程１３による脱水後の白色度と細菌数を示したもので、それぞれ６５.４％と７９０００（個／ｍｌ）であった。また、▲２▼は第１洗浄工程１５による洗浄後の白色度と細菌数を示したもので、それぞれ６６.０％と３７０００（個／ｍｌ）となって、白色度は少ししか向上しないが、細菌数は半分以下になった。さらに、▲３▼は第２洗浄工程１８による洗浄後の白色度と細菌数を示したもので、この▲３▼では、第２洗浄工程１８を行う前にオゾン処理工程１７を行っているために、白色度は７１.３％と向上し、細菌数に至っては僅か５０（個／ｍｌ）と大幅に減少した。
【００３０】
【表２】
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【００３１】
上記表２においては、シリンダープレス後の白色度は６３.２％、細菌数は３６００００（個／ｍｌ）であったが、オゾン処理後の白色度は７３.２％、細菌数は１５００（個／ｍｌ）と減少した。
【００３２】
【表３】
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【００３３】
上記表３においては、シリンダープレス後の白色度は６５．５％、細菌数は２０００００（個／ｍｌ）であったが、オゾン処理後の白色度は７４．０％、細菌数は１５０（個／ｍｌ）と減少した。
【００３４】
上記のように、サンプル古紙Ａとサンプル古紙Ｂとは共に（色上＋模造）であるが、各々色上の種類や色上と模造紙の配分が異なっても、オゾン処理することにより、漂白及び殺菌効果が向上していることが明らかである。なお、サンプル古紙Ｃの場合も同様に効果がある。
【００３５】
図２はオゾン処理工程で使用されるオゾン処理装置の概略構成図で、図２において、２１は第２シリンダープレス工程１６から送られてくる製紙原料投入口で、この投入口２１に投入された製紙原料は、輸送部２２に供給され、モータ２２ａの駆動により回転する螺旋状旋回翼によって、オゾン反応部２３（詳細は図３に示す）に輸送される。オゾン反応部２３の円周上には、オゾン注入口２４が複数個設けられ、このオゾン注入口２４からオゾンガスが注入される。オゾン反応部２３に輸送された製紙原料は、後述のように上部に送られて製品排出口２５から排出される。この実施の形態では反応部を縦型とし、製紙原料が下方より投入され、上方より排出されるよう構成している。これは、注入されたオゾンガスは上方へ流れるため、反応部を縦型に配置し、下方側より製紙原料及びオゾンを供給することにより、製紙原料とオゾンとが良好に撹拌され、効率よくオゾン処理を行うことが可能となるためである。
【００３６】
なお、この実施の形態では、輸送部２２を傾斜した配置としているが、これは製紙原料の投入位置やオゾン反応部２３を駆動するためのモータを配慮して各構成を配置したためによるものであり、周囲の条件等に応じて水平配置や実施形態とは逆の下降輸送するような配置とすることもできる。また、２６はモータである。さらに、オゾンを発生させるオゾン発生装置は、図２には図示されていないが、本装置に併設されていて、周辺の構成との関係等その配置に全く制限がなく、任意の位置に配置できる。
【００３７】
上述したオゾン発生装置は次のように構成されている。オゾンの製造方式としては、無声放電，電磁波照射，紫外線照射，電気分解等の各種の方式が知られており、特に経済的に高濃度のオゾンを発生させるには無声放電が最も適しているといわれている。無声放電方式は、対向する電極間に誘電体を介し、高い交流電圧をかけた時に起こる無声放電空間に低温で乾燥した空気又は酸素を通じることによりオゾンを発生させる方式である。そして、このような無声放電方式のオゾン発生装置は、ブロア，空気冷却器，空気乾燥器等を含む原料空気供給装置と、放電によりオゾンを発生させるオゾン発生器，オゾン発生に伴って発生する熱を系外に排出するための冷却装置、及びオゾン発生量を制御するための電源・制御装置等から構成されている。
【００３８】
なお、洗浄工程１５はオゾン処理後に得られる製紙原料の殺菌・漂白等の度合いを考慮して省略することも可能であるが、洗浄工程を行うことにより未溶解インキ、残カーボンを始めとする不純物を洗い流して除去し、後工程で注入されるオゾンを効率よく使用することができる。
【００３９】
図３はオゾン反応部２３の詳細な構成図で、３１は図２に示したモータ２６で駆動される回転軸で、この回転軸３１には、螺旋状旋回翼群３２が設けられている。この螺旋状旋回翼群３２は回転軸３１の軸方向の上部近辺まで形成する。そして、螺旋状旋回翼群３２が無くなる位置から、上部の回転軸３１は、多角形回転軸３３に形成される。この多角形回転軸３３には、交差状に破砕刃を設けたニーディング刃３４が嵌め込まれる。さらに、ニーディング刃３４は、ブロック毎に独立して、多角形回転軸３３に嵌め込み式に取り付けられている。また、ニーディング刃３４のブロックはネジ込み式にして固定されようになっていて、製紙原料に応じて、ブロックの個数は適宜可変して使用する。
【００４０】
次に図２、図３により、本装置の作用を述べる。まず、製紙原料を投入口２１に投入する。すると、製紙原料は、輸送部２２からオゾン反応部２３に輸送される。輸送された製紙原料は、螺旋状旋回翼群３２を備えた回転軸３１の回転により旋回翼の斜面の押し出し力によって、オゾン反応部２３の上部へ圧縮、圧送されるとともに、旋回翼群３２により撹拌される。製紙原料は撹拌されるときに、オゾン注入口２４から注入されるオゾンガスと反応する。さらに、製紙原料は、ニーディング刃３４による撹拌とともに、圧縮、ねりもみが繰り返される。このような工程を経るときにも、製紙原料はオゾンガスの強力な酸化力や殺菌力の作用により、製紙原料中の雑菌が殺菌される。また、未溶解インキや残カーボンも分離、分解される。
【００４１】
なお、オゾン注入口２４はオゾン反応部２３の円周上に複数個設けられているので、製紙原料の性状により、注入口の数を変更できるようにしてある。また、オゾンガスとパルプの接触を高めるために、螺旋状旋回翼群３２の旋回翼に多数の孔を明けておき、回転軸３１から旋回翼に続く孔にオゾンガスが流通できるよう形成されている。このため、旋回翼上の製紙原料に均一にオゾンガスが接触するようになる。
【００４２】
上記のようにして、殺菌、脱墨された製紙原料は、図２に示す製品排出口２５より排出される。製品排出口２５の図示しないシリンダ圧力を変化させることにより、オゾン反応部２３の圧縮強度、圧送速度を変化させることができる。圧縮、圧送の変化は、撹拌ばかりでなく、摩擦による発熱で、オゾン反応を促進させるようにしてもよい。
【００４３】
オゾンガスは、製紙原料に対応してオゾン濃度を調整することが可能で、広範囲の製紙原料の殺菌、脱墨処理に適用できる。ここで、オゾンの添加量について述べるに、通常オゾンによる殺菌脱墨においては、１〜５％のオゾン添加量が必要であるといわれていいるが、この発明によれば０．１％のオゾン添加量でも十分な殺菌効果と漂白（脱墨）効果を得らることができた。即ち、この発明によれば極めて少ないオゾン量で効率よく殺菌脱墨処理を行えることが確認できた。
【００４４】
この結果を図５、図６に示す。図５はオゾンによる脱墨効果を示すグラフで、この図５において、▲１▼は新聞古紙、▲２▼サンプル古紙Ａ（色上＋模造紙）、▲３▼サンプル古紙Ｂ（色上＋模造紙）、▲４▼アメリカ古紙を示し、それぞれ古紙、オゾン未処理、オゾン処理の３つの処理における白色度を示したものである。オゾン処理におけるオゾン添加量は、新聞古紙の場合には、０．１％（低濃度オゾン）、サンプル古紙Ａ，Ｂ及びアメリカ古紙の場合には、０．１％（高濃度オゾン）である。このように僅かなオゾン添加量で白色度の色相を改善することができる。
【００４５】
図６はオゾンによる殺菌効果を示すグラフで、この図６においても、オゾン処理時のオゾン添加量は０．１％と、僅かなオゾン添加量でパルプを抗菌することができる。
【００４６】
また、オゾン反応部２３の材質は、オゾンガスとパルプの反応が秒単位のため、オゾンによる部材への酸化等の影響を考慮する必要がないので、ＳＵＳ等の高価な部材を用いる必要がない。さらに、オゾンガスとパルプの反応、オゾン反応部２３および製品排出口２５においての残留オゾンは、ほとんど検出されず、オゾン臭もないことは測定等の結果確認済みである。
【００４７】
図１では、緩圧式脱墨装置からなるニーダ工程１４の後で、洗浄、シリンダープレス工程を経てオゾン処理工程１７を設ける場合について述べて来た。しかし、図４に示す緩圧式脱墨装置には、オゾン処理装置を付加して、脱墨とオゾン処理とを一つの装置で行い、オゾン処理工程を別途設けないようにした。
【００４８】
ここで、図４に示す緩圧式脱墨装置の構成図について述べるに、４１は製紙原料が投入される投入口で、この投入口４１が投入された製紙原料は第１の筒体４２、第２の筒体４３（両筒体には図示しないが、ニーディング刃等が設けられている）にて脱水過程でフロック化したパルプをほぐし、脱墨処理を行って未溶解インキ、残カーボンを洗い流して除去する。その後、第３の筒体４４に製紙原料を移行させる。第３の筒体４４は、図２、図３で示したオゾン反応部２３の内部構成は同じで、オゾン注入も、螺旋状旋回翼群の中央付近で行われるように形成されているので、製紙原料から除去しきれない未溶解インキや残カーボンをオゾン処理する。オゾン処理された製紙原料は排出口４５から排出される。
【００４９】
上記のように、緩圧式脱墨装置にオゾン処理装置を付加させることにより、処理工程の簡略を図るとともに、脱墨、殺菌効果も十分期待できる装置が得られることになる。
【００５０】
本実施の形態において説明した殺菌脱墨装置は、従来の緩圧式脱墨装置と組み合わせて使用する他、従来の緩圧式脱墨装置の第３の筒体にオゾンを供給、一体的な構成しても良い。この場合、オゾンの注入位置は、オゾンガスの上方へ流れるという性質を考慮して、製紙原料投入位置よりやや排出口側の位置とすることが好ましい。
【００５１】
なお、処理後のパルプ繊維について、この発明により殺菌脱墨処理した古紙パルプの性状を電子顕微鏡（ＳＥＭ）により調査したところ、パルプ繊維が殆ど破損されていないことが確認でき、この発明により古紙等から再生紙用として極めて好ましい製紙原料を得られることが解った。また、必要に応じ、他の漂白剤を合わせて用いることにより、白色度をより高めることが可能となる。
【００５２】
【発明の効果】
以上述べたように、この発明によれば、以下に述べるような効果が得られる。
（１）オゾンガスとパルプの直接反応が可能となり、オゾンガスはパルプへの吸収が極めてよく反応時間も秒単位と短いため、製紙原料中の一般細菌や大腸菌等の雑菌を効率よく短時間に殺菌することができる利点がある。
（２）製紙原料中に混入している未溶解インキや残カーボンが分離、分解されるので、脱墨処理が短時間に効率よくできる利点がある。
（３）また、この発明では、撹拌と破砕に使用しているニーディング刃と製紙原料との摩擦熱により、約３０℃〜９０℃、あるいはそれ以上で、圧縮、加熱、蒸発されるために、パルプとオゾンガスとの反応が向上し、均一となり、僅かな量のオゾンガスで最大の効率を上げることが可能になる利点がある。
（４）オゾンガスが短時間にパルプと反応するために、未反応のオゾンガスが残らず、未反応のオゾンを処理する装置等を付加する必要がなく、システム全体のコンパクト化が図れる。
（５）パルプとオゾンガスとの反応が向上したことにより、製紙原料中の金属などの物質がオゾンと反応し酸化物を形成し、その作用により、オゾンガスと反応したパルプは、腐敗しにくく、パルプの貯留が可能となる。
（６）オゾンガスが直接利用できることにより、過酸化水素水漂白に付随する珪酸ソーダによるスケールトラブルや苛性ソーダによるアルカリ焼けなど製紙工程における問題を解決できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態を述べるシステムの工程説明図。
【図２】上記システムのオゾン処理工程で使用されるオゾン処理装置の概略構成図。
【図３】オゾン反応部の詳細な構成図。
【図４】緩圧式脱墨装置の構成図。
【図５】オゾンによる脱墨効果を示すグラフ。
【図６】オゾンによる殺菌効果を示すグラフ。
【符号の説明】
１１…古紙等の製紙原料
１２…離解機
１３…第１シリンダープレス工程
１４…ニーダ工程
１５…第１洗浄工程
１６…第２シリンダープレス工程
１７…オゾン処理工程
１８…第２洗浄工程
【図１】
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【図２】
0003911371.tif 000006
【図３】
0003911371.tif 000007
【図４】
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【図５】
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【図６】
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