JPH0639256A - オゾンの溶解方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 従来のバブリング法やフィルター法のように
処理自体による不純物汚染を生じさせることなく、高純
度のオゾン水を製造でき、あるいは効果的に被処理水の
殺菌処理を行うことのできるオゾン溶解方法と装置を提
供する。 【構成】 オゾン含有ガスを、ガスを透過させ液体を透
過させない通孔を通して細管内を流通する被溶解水と接
触させ、該被溶解水のエジェクター効果により前記オゾ
ン含有ガス中のオゾンを細管内に吸引し被溶解水に溶解
させる。 【効果】 前記被溶解水のエジェクター効果により高い
オゾン溶解効率でオゾン溶解を行うことができ、かつオ
ゾン含有ガス中の不純物が通孔を通して被溶解水中に混
入しないため、高濃度で高純度のオゾン水を提供し、あ
るいは高い効率で被処理水の殺菌処理を行うことが可能
になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はオゾン水製造や被処理水
処理のための方法及び装置に関し、より詳細には半導体
製造やバイオテクノロジー等に使用される高純度純水を
製造するために好適な高純度オゾン水を、オゾン含有ガ
スを原水に溶解することにより製造し、あるいは殺菌処
理等を行うべき被処理水にオゾン含有ガスを直接溶解さ
せることにより該被処理水の殺菌処理等を行うための方
法及び装置に関する。

【０００２】

【従来技術とその問題点】半導体製造やバイオテクノロ
ジー等に使用される不純物を高度に除去した高純度純水
（いわゆる超純水）の純度は、近年イオン交換樹脂処理
あるいは蒸留技術の高度化により極めて高くなり、その
電気伝導度は18.24 ＭＳ／ｃｍに近づいており、遊離の
イオンが殆ど存在しない状態に近づいている。ところが
このように高度な純水にもイオン交換法や蒸留法では除
去できないバクテリア等の微生物の死骸や非イオン系物
質が含まれ、より以上の純度向上を妨げている。超純水
中に含有可能な不純物量の制限は徐々に厳しくなりつつ
あり、現在では0.07μｍ以上のパーティクル（粒子）数
を10個未満とすることが要求されている。一方オゾンは
強力でクリーンな酸化剤として注目され、特にその分解
生成物が酸素であり従来から使用されている塩素系の酸
化剤のものと比較して残留物が被処理水中に残留しない
こと、分解速度が速くオゾンがそれ自身残留せず二次公
害の問題も全くないこと等の理由から水処理用としての
使用が増加している。前記超純水の純度向上のためには
イオン交換法や蒸留法と共にオゾン処理法を採用するこ
とが望ましい。オゾン処理により製造される超純水の純
度向上のためにはオゾン処理に際してオゾン溶解による
汚染を防止することが必要である。

【０００３】このように酸化剤として有用なオゾンを発
生させるために従来から主として放電法及び電解法が採
用されているが、生成物の純度や操作の容易性から現在
では電解法が主流となっている。この電解法により発生
したオゾンを使用して水処理等を行うには気液混合状態
で得られるオゾン水をそのまま被処理水と接触させた
り、前記電解槽の陽極室に被処理水を直接送り込んでオ
ゾンと接触させたりしているが、前者ではオゾンが気泡
状で存在するため被処理水との接触効率が悪くかつ電解
槽で生ずるオゾン水に電極物質等が混入し該物質が被処
理水を汚染することがあり、又後者の場合にも被処理水
中の不純物により電極が汚染されるといった問題点があ
る。従って多くの場合、気液混合状態で電解槽の陽極室
で生成するオゾンを一旦例えばフィルターを通して混合
槽に供給し該フィルターで不純物を除去するとともに該
フィルターで前記気液混合状態のオゾンを前記混合槽中
に分散させてオゾンをほぼ完全に混合槽の水に溶解させ
てガス状のオゾンを含まない均一濃度のオゾン水を生成
し、該オゾン水により被処理水の処理を行うようにして
いる。

【０００４】このようなオゾン水は高濃度であるほど被
処理水の処理効率が上昇しかつ電解等で生ずるオゾンを
有効に利用できかつ短時間で被処理水を処理できるため
好ましいが、オゾンガス自体の水に対する溶解度が小さ
く、フィルター等の使用ではオゾン分散が十分に生ずる
とはいえない。又オゾンガスの不純物が純水を汚染する
ことが避けられない。従って特に前述の純度を更に高め
た超純水を製造するための高純度オゾン水を容易に製造
できる新規な方法が要請されている。更にオゾン含有ガ
スを直接殺菌処理等が行われるべき被処理水に溶解して
該被処理水の処理を行うことがあり、この場合にも殺菌
等の処理効率は被処理水中へのオゾン溶解度に大きく依
存し、オゾン含有ガスの直接処理による被処理水の処理
の場合にもオゾン含有ガスの溶解効率を向上させる手段
が望まれている。

【０００５】

【発明の目的】本発明は、高純度水製造用原水中にオゾ
ン含有ガス中のオゾンを原水を汚染せずに効率良く溶解
させ、あるいは殺菌処理を行うべき被処理水中にオゾン
含有ガス中のオゾンを被処理水を汚染せずに効率良く溶
解させて直接前記被処理水の処理を行う方法及び装置を
提供することを目的とする。

【０００６】

【問題点を解決するための手段】本発明方法は、ガスを
透過させ液体を透過させない多数の通孔を有する細管内
を被溶解水を流通させかつ前記細管の周囲にオゾン含有
ガスを供給し、該オゾン含有ガスを前記被溶解水に前記
通孔を通して接触させてオゾンを該被溶解水中に溶解す
ることを特徴とするオゾンの溶解方法であり、本発明装
置は、筒状の本体、該本体中内に設置され内部を被溶解
水が流通しかつガスを透過させ液体を透過させない多数
の通孔を有する疎水性物質から成る複数の細管、及び前
記本体内にオゾン含有ガスを供給する手段とを含んで成
ることを特徴とするオゾン溶解装置である。

【０００７】以下本発明を詳細に説明する。本発明は、
被溶解水中へのオゾン溶解効率を高めるためにオゾン含
有ガスをガスを透過させ液体を透過させない通孔を通し
て前記被溶解水と接触させ、オゾン含有ガス中のオゾン
を該被溶解水中に溶解させることを特徴としている。多
数の前記通孔が形成された細管内をオゾンを溶解すべき
被溶解水が流通している状態で前記細管の周囲にオゾン
含有ガスを供給すると、前記被溶解水の流通によるエジ
ェクター効果により細管の通孔の外側のオゾン含有ガス
が該通孔から細管内に吸引されて前記被溶解水に接触し
溶解する。この際前記通孔の直径をガスを透過させ液体
を透過させない程度の径つまり0.1 〜10μｍ程度にして
おくと、例えば電解法で製造される電解生成ガス中に含
有されることのある二酸化鉛等の電極物質や不純物が前
記オゾン含有ガス中に存在してもこれらの物質は液体中
にイオンとして溶解しあるいはミストとして存在するた
め、前記通孔を透過して被溶解水中に溶解したり侵入し
たりすることがない。

【０００８】本発明における被溶解水とは、半導体製造
やバイオテクノロジー等に使用される高純度純水を製造
するために好適な高純度オゾン水の原水や、オゾンと接
触させることにより直接殺菌等の処理が行われる被処理
水等を含む。又本発明のオゾン含有ガスとは、電解法や
放電法等により製造されるオゾンを含むガスを総称し、
多くの場合該オゾン含有ガスはオゾンと酸素を含んでい
る。多数の通孔を有する前記細管は、フッ素樹脂等の疎
水性物質で形成されることが望ましく、例えばフッ素樹
脂の不織布を少量のカルシウム化合物とともに焼成して
管状に成形した後、酸処理や熱処理によりカルシウム化
合物を溶出させ又は分解させて前記細管の周面に多数の
通孔を形成することができる。該細管の内径は特に限定
されないが、内部を流通する被溶解水を効率良くオゾン
含有ガスと接触させるために６ｍｍ未満とすることが望
ましい。

【０００９】この細管を収容する筒状の本体は石英ガラ
ス、フッ素樹脂やチタン又はチタン基合金等の耐食性物
質製とすることが望ましく、更に本体はその内部が密封
されて外部の空気等が侵入しないような構造とすること
が好ましい。該本体にはオゾン含有ガス供給口とオゾン
含有ガス取出口が形成され、電解法等により生成したオ
ゾン含有ガスを前記供給口から本体内に供給し、該本体
内に供給されて前記通孔を通して被溶解水中に溶解した
以外のオゾンを含むオゾン含有ガスを前記取出口から外
部に取り出すようにしている。なお外部に取り出された
オゾン含有ガスは必要に応じて前記オゾン含有ガス供給
口から再度本体内に供給するようにしてもよい。この本
体内に供給されるオゾン含有ガスの圧力を前記細管内を
流通する被溶解水の圧力より高くすると溶解は更に促進
されるが、オゾン含有ガスの圧力が常圧であっても前述
のエジェクター効果によりオゾン溶解は進行する。本発
明により被溶解水とオゾン含有ガスを接触させることに
よりオゾンの被溶解水に溶解する効率（溶解オゾンの供
給オゾンに対する割合）は約80％に達し、従来にない溶
解効率でしかも不純物で汚染せずに高濃度オゾン水を生
成し、あるいは被処理水のオゾン処理を十分に行うこと
ができる。

【００１０】次に添付図面に基づいて本発明に係わるオ
ゾン溶解装置の一例を説明するが、本発明装置及び本発
明方法の実施に使用できる装置は該オゾン溶解装置に限
定されるものではない。図１は、本発明に係わるオゾン
溶解装置の一例を示す縦断面図である。上下にフランジ
１、２を有する円筒状の本体３の上方のフランジ１の上
面及び下方のフランジ２の下面には、それぞれ多数の嵌
合孔４がほぼ均一に分散されて穿設された上部連結板５
及び下部連結板６がそれぞれの周囲が整合するように接
触している。上部連結板５上には、上部中央に被溶解水
取出口７が形成された下向き椀状の蓋体８がそれぞれの
周縁が整合するように接触し、前記上部フランジ１、上
部連結板５及び蓋体８がクランプ等により締着され、密
封状態に維持されている。下部連結板６の下面には同様
に、下部中央に被溶解水供給口９が形成された上向き椀
状の底体10がそれぞれの周縁が整合するように接触し、
前記下部フランジ２、下部連結板６及び底体10がクラン
プ等により締着され、密封状態に維持されている。

【００１１】前記上部連結板５及び下部連結板６に穿設
された対応する両嵌合孔４には、多数の通孔11が形成さ
れ、互いにほぼ平行に設置された細管12の両端が嵌合さ
れ、かつ前記本体３の左下側面にオゾン含有ガス供給口
13が、又前記本体３の右上側面にオゾン含有ガス取出口
14がそれぞれ形成されている。このような構成から成る
オゾン溶解装置の被溶解水供給口９から、純水等の被溶
解水を、又オゾン含有ガス供給口13から酸素とオゾンの
混合ガス等のオゾン含有ガスをそれぞれ供給すると、前
記被溶解水が複数の細管12内を上向きに流通し、かつオ
ゾン含有ガスが前記細管12に接触する。細管12に接触し
たオゾン含有ガスは通孔11を通して前記細管12内を流れ
る被溶解水と接触して該被溶解水のエジェクター効果に
より細管12内に吸引されて被溶解水中に溶解し、高濃度
オゾン水を生成し、あるいは被溶解水（被処理水）自体
の殺菌処理が行われる。未溶解のオゾンを含むオゾン含
有ガスはオゾン含有ガス取出口14から取り出され、かつ
生成した高濃度オゾン水又は殺菌処理等が行われた被処
理水が被溶解水取出口７から取り出される。

【００１２】

【実施例】次に本発明方法による高濃度オゾン水の生成
及び被処理水処理の実施例を記載するが、該実施例は本
発明を限定するものではない。実施例１ 図１に示す装置を使用してオゾン水生成を行った。本体
は石英ガラス製の縦100 ｃｍ、内径6.5 ｃｍのフランジ
付き円筒状とし、上下フランジに、内径２ｍｍで60個の
嵌合孔を穿設した１対の連結板を接触させた。

【００１３】繊維径0.1 〜５μｍ、長さ１〜10ｃｍの繊
維状フッ素樹脂と粉状の炭酸カルシウムの混合物を混練
し、200 〜450 ℃で焼成し、内径２ｍｍで長さ120 ｃｍ
の細管に成形した後、酸処理して前記炭酸カルシウムを
除去して前記細管に孔径２〜５μｍの通孔を形成した。
この細管を前記１対の連結板の嵌合孔に嵌合し、かつ蓋
体及び底体を配設してオゾン溶解装置とした。電解法で
製造した酸素85重量％及びオゾン15重量％から成るオゾ
ン含有ガスを0.2 ｇ／リットルの割合で前記オゾン溶解
装置のオゾン含有ガス供給口から供給し、かつ純水を被
溶解水供給口から１リットル／分の割合で供給した。被
溶解水取出口から取り出された純水のオゾン濃度は160
ｍｇ／リットルであり、オゾン溶解効率（溶解オゾン／
供給オゾン）は80％であった。

【００１４】実施例２ 実施例１と同じ装置を使用し、被溶解水供給口からパー
ティクル（0.07μｍ）４個／ミリリットルの超純水を１
リットル／分の割合で供給し、かつ実施例１と同じオゾ
ン含有ガスを0.02リットル／分の割合で供給した。被溶
解水取出口から取り出された被溶解水（超純水）中のパ
ーティクルは４個／ミリリットルと変化がなく、細管を
通してのパーティクル数の増加及び金属の溶出は生じな
かった。

【００１５】比較例１ 容量１リットルの容器に実施例２と同じ超純水を満た
し、攪拌下で実施例１で使用したオゾン含有ガスを0.02
リットル／分の割合で30分間パブリングした。得られた
オゾン水のオゾン濃度は100 ｍｇ／リットル、オゾン溶
解効率（溶解オゾン／供給オゾン）は80％であり、パー
ティクル数は1000個／ミリリットルであった。実施例２
と比較例１を比較すると、比較例１では超純水にオゾン
ガスをバブリングするとオゾンガス溶解を行える反面、
不純物であるパーティクル数が増加して超純水が汚染さ
れるのに対し、実施例２ではオゾン溶解処理前後のパー
ティクル数の増減がなく、不純物による汚染を生じさせ
ることなくオゾン溶解処理を行うことができることが判
る。

【００１６】実施例３ 実施例１と同じ装置を使用し、被溶解水供給口からバク
テリアを10個／ミリリットル含有する被処理水を１リッ
トル／分の割合で供給し、かつ実施例１と同じオゾン含
有ガスを0.02リットル／分の割合で供給した。被溶解水
取出口から取り出された被処理水中のバクテリア数は０
個／ミリリットルに減少していた。

【００１７】

【発明の効果】本発明方法は、ガスを透過させ液体を透
過させない多数の通孔を有する細管内を被溶解水を流通
させかつ前記細管の周囲にオゾン含有ガスを供給し、該
オゾン含有ガスを前記被溶解水を前記通孔を通して接触
させてオゾンを該被溶解水中に溶解する方法である。本
発明方法によると、オゾン含有ガスが通孔を通して細管
内を流通する被溶解水に接触し、流通する該被溶解水の
エジェクター効果により前記通孔から前記オゾン含有ガ
スが吸引されて前記被溶解水に溶解して高濃度オゾン水
が生成されあるいは被溶解水自体の殺菌処理が行われ
る。本発明方法の溶解効率は従来のオゾン溶解に使用さ
れるバブリング法やフィルターで分散して溶解する方法
より高く、効率良く高濃度オゾン水を生成しあるいは被
処理水の処理を行うことが可能になる。本発明方法は微
細孔細管を通してオゾンを溶解させるため、被溶解水の
パーティクル数増加、金属の溶解等が防止され、超純水
製造用として好適に用いることが可能になる。

【００１８】本発明装置は、筒状の本体、該本体中内に
設置され内部を被溶解水が流通しかつガスを透過させ液
体を透過させない多数の通孔を有する疎水性物質から成
る複数の細管、及び前記本体内にオゾン含有ガスを供給
する手段とを含んで成る装置である。本発明装置による
と、本発明方法と同様に細管内を流通する被溶解水のエ
ジェクター効果によりオゾン含有ガスが通孔から吸引さ
れて前記被溶解水に溶解して高濃度オゾン水が生成され
あるいは被溶解水自体の殺菌処理が行われ、バブリング
法やフィルター溶解法より高い溶解効率を達成すること
ができる。更に本発明装置では細管がフッ素樹脂等の疎
水性物質製であるため、細管内の被溶解水の細管外への
浸透が確実に防止されて円滑にオゾン溶解を行うことが
できる。本発明装置の細管の通孔の直径は0.1 〜10μｍ
であることが望ましく、この範囲でオゾン含有ガスのみ
を透過させ不純物の侵入や汚染を防止するという前記通
孔の機能が達成される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わるオゾン溶解装置の一例を示す縦
断面図。

【符号の説明】

３・・・本体 ７・・・被溶解水取出口 ９・・・被溶
解水供給口 11・・・通孔 12・・・細管 13・・・オ
ゾン含有ガス供給口 14・・・オゾン含有ガス取出口

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガスを透過させ液体を透過させない多数
   の通孔を有する細管内を被溶解水を流通させかつ前記細
   管の周囲にオゾン含有ガスを供給し、該オゾン含有ガス
   を前記被溶解水に前記通孔を通して接触させてオゾンを
   該被溶解水中に溶解することを特徴とするオゾンの溶解
   方法。
2. 【請求項２】 オゾン含有ガスの圧力を細管内を流通す
   る被溶解水の圧力より高くした請求項１に記載の方法。
3. 【請求項３】 筒状の本体、該本体中内に設置され内部
   を被溶解水が流通しかつガスを透過させ液体を透過させ
   ない多数の通孔を有する疎水性物質から成る複数の細
   管、及び前記本体内にオゾン含有ガスを供給する手段と
   を含んで成ることを特徴とするオゾン溶解装置。
4. 【請求項４】 通孔の直径が0.1 〜10μｍである請求項
   ３に記載の装置。
5. 【請求項５】 細管をフッ素樹脂で形成した請求項３に
   記載の装置。