JPH0813356B2 - 電解オゾンを使用する水処理方法及び装置 - Google Patents

電解オゾンを使用する水処理方法及び装置

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JPH0813356B2
JPH0813356B2 JP63244980A JP24498088A JPH0813356B2 JP H0813356 B2 JPH0813356 B2 JP H0813356B2 JP 63244980 A JP63244980 A JP 63244980A JP 24498088 A JP24498088 A JP 24498088A JP H0813356 B2 JPH0813356 B2 JP H0813356B2
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Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、電解オゾナイザーにより発生させたオゾン
を使用して水処理を行うための方法及び装置に関する。
（従来技術とその問題点） オゾンは強力でクリーンな酸化剤として注目されつつ
あり、特にその分解生成物が酸素であり従来から使用さ
れている塩素系のものと比較して残留物が被処理物中に
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２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。
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。前者の放電法は完全に乾燥した空気又は酸素ガス中
で無声放電等の電気放電を起こさせてオゾンを得る方法
であり、該方法の特徴として、オゾン濃度が約10％以下
と比較的希薄であること、完全に乾燥していること、又
生成オゾンに放電電極物質の一部が混入していること等
がある。又空気を原料とする場合は、空気中の窒素分が
酸化されてNOXが生成し、相当量のNOXが混入してくる。
該放電法によるオゾンを水処理に使用する場合、オゾ
ン濃度が希薄であるため被処理水への溶解が不十分であ
りその効率が悪いこと、乾燥オゾンは湿潤オゾンに比較
して被処理水中への溶解に長時間を要すること、発生オ
ゾン自身が電極物質を含み、通常の水処理用としては問
題はないが高純度純水等の製造にあたっては、該不純物
の除去が必要となる等の欠点を有している。
放電法のこれらの欠点のため、最近ではエネルギー原
単位は若干劣るが、水の電気分解によるいわゆる電解オ
ゾンが注目されかつ使用されている。該電解オゾンは水
を原料とし、二酸化鉛、金、白金等を電極として使用し
あるいはこれら電極物質を固体電解質（SPE）の隔膜に
付着させた構造体いわゆるSPE型電極構造体を使用して
電解を行い、陽極側から水電解生成物であるオゾンを混
合物として得ることができる。該電解オゾンは液体系で
製造されるため完全な湿潤ガスであり、被処理水への溶
解が容易である、15％以上の高濃度で得られる等の特徴
を有している。この電解オゾンを水処理に使用する場
合、従来は陽極側に直接被処理水の一部を送り込み陽極
液中に存在するオゾンで直接処理したり、オゾンを含む
前記陽極液を直接被処理水に注入する方法が採用されて
いる。
これらの方法例えば被処理水を陽極室中に導入する方
法では、前記電解オゾンの特徴を生かすことができる反
面、電解槽自体に被処理水を通すことにより、該被処理
水中の不純物により陽極液が汚染されて生成するオゾン
の純度が低下したり、電解槽の電極や隔膜に不純物が付
着して電解効率が低下したり、あるいは被処理水の圧力
変化により陽極液が逆流したりする等の欠点がある。
又オゾンを含有する陽極液を被処理水中に注入する方
法は上記方法の欠点を有しない優れた方法であるが、陽
極液中に極く僅かな電極物質が残存していることが多
く、該物質が被処理水中に混入して汚染の原因となり、
特に半導体用等の高純度被処理水の処理には不適当であ
るという欠点がある。
（発明の目的） 本発明は、上述した各電解オゾンを使用する水処理方
法の欠点を解消し、電解槽や電解液の汚染あるいは電解
条件の不安定化等を生じさせることなく被処理水をオゾ
ン処理する方法とその装置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、水を電解して電解槽の陽極室にオ
ゾン含有ガスを発生させ、該ガスを陽極液から分離し、
分離したオゾン含有ガスを被処理水と接触させ、該被処
理水を処理することを特徴とする電解オゾンを使用する
水処理方法であり、第２に、分離した前記オゾン含有ガ
スを分枝した被処理水の一部に注入して所定濃度の分枝
被処理水とした後、分枝させていない被処理水と混合す
ることにより被処理水を処理する方法である。本発明
は、更に上記両発明方法に使用する装置に関するもので
ある。各発明において電極活性物質を固体電解質（SP
E）隔膜に付着したSPE型電解オゾナイザーを好ましく使
用することができる。
以下本発明を詳細に説明する。
本発明は、従来着想されなかった電解オゾナイザーで
発生する電解オゾンガスの気液分離後の使用という基本
的思想に基づくものである。
電解法によるオゾン発生では陽極液としてオゾン含有
水が得られるため、該陽極液をそのまま被処理水処理用
として、被処理水に注入して被処理水の酸化処理等を行
うことあるいは被処理水自体を該陽極液中に注入して処
理を行うことが作業性も良好で際立った欠点も認識され
なかったことから従来法の主流であり、この方法の改良
自体試みられていないのが実情である。
しかしながら本発明者らは、特に純水を処理して半導
体等の電子機器用の超純水を製造するためには電極物質
等が含有される可能性の高い従来の処理方法では不十分
であるとの認識から本発明を行うに到ったのである。
本発明に使用する電解オゾナイザーは、従来構造のも
のを使用すればよいが、陽極室で発生するオゾン含有ガ
スを前記オゾナイザー外に取り出し得る構造であること
が必要である。前記オゾン含有ガスは、一時的に貯溜槽
等に溜めておいてもよいが、直ちに後述する被処理水と
接触させることが望ましい。
前記オゾン含有ガスは、直接被処理水に注入する等し
て接触させ被処理水を処理しても、一旦被処理水の一部
を分枝させ該分枝被処理水に溶解させて所定のオゾン濃
度の分枝被処理水とした後、該分枝被処理水を分枝して
いない被処理水と混合し、被処理水全体の処理を行うよ
うにしてもよい。後者の方法は前者の方法より処理装置
が複雑になる反面、例えば溶解塔等を使用して分枝被処
理水に十分オゾンを溶解させた後、被処理水全体を処理
することができるためオゾンを有効に使用することがで
きる。
本発明では、オゾン含有ガスが前記被処理水と接触す
る箇所を被処理水流通部と称し、該流通部は導管内で
も、又独立した溶解塔等であってもよい。
本発明の処理操作自体は特別な操作は不要であり、ガ
スを注入したり、液を混合し適宜撹拌する程度で十分で
ある。
使用する電解オゾナイザーは、陽極及び陰極を設置
し、両電極を隔膜により分離した一般的な電解槽を使用
してもよいが、イオン交換膜の一方の面にオゾン発生能
の高い陽極触媒例えば二酸化鉛を、又他方の面には水素
発生能の高い陰極触媒例えば白金やニッケルを担持さ
せ、微細な多孔性集電体を装着したSPE型電極構造体を
使用した電解槽とすることが望ましい。電解液の温度、
電流密度等の電解条件は特に限定されないが、例えば陽
極液温を20〜40℃、電流密度を100A/dm2の条件で電解を
行うと、オゾンが15重量％の高濃度で発生する。
生成するオゾン含有ガスを一旦分枝被処理水に溶解す
る場合には、前記オゾン含有ガスを導管等で前記分枝被
処理水中に導き、溶解させるようにしてもよいが、ステ
ンレス、チタン、ガラス、アクリル樹脂等から成る溶解
塔に前記被処理水の少なくとも一部である分枝被処理水
及びオゾン含有ガスを導き、後者を前者中に溶解させる
ことが望ましい。分枝させる水量は溶解効率の観点から
被処理水全体の10〜15％とすることが好ましい。オゾン
は水に比較的溶け難いため、前記オゾン含有ガスは気泡
として前記溶解塔に供給することが好ましく、そのため
には例えば筒状の溶解塔の下部に0.1〜10μｍの通孔を
有するガラス、ステンレス、チタン、セラミックス等か
ら成る散気フィルターを設置し、前記通孔を通して前記
オゾン含有ガスを前記溶解塔に供給する。通孔の孔径は
小さいほど気泡の径が小さくなり接触面積が増大する
が、逆に圧力損失は増大する。供給する分枝被処理水は
向流又は並流に塔内を流し、前記オゾン含有ガスと接触
させてガス吸収を行わせる。本発明ではオゾン含有ガス
濃度が比較的高く、気液の流量を調節することにより１
〜100ppmのオゾンを有する分枝被処理水を製造すること
ができる。液流量を減少させガス流量を多くすると高濃
度水を得ることができるが溶解効率は低下し排オゾン量
が増加する。溶解効率を上昇させるためには接触時間を
長くすることが必要であり、１〜10分の接触時間で90〜
99％の溶解効率を達成することができる。又温度が低い
ほどオゾン濃度の高い分枝被処理水を得ることができ
る。このように、気液分離したオゾン含有ガスを分枝被
処理水に溶解させると比較的高濃度の所望濃度のオゾン
が溶解した分枝被処理水を調製することができる。
このように所定のオゾン濃度とした分枝被処理水を分
枝させていない被処理水と再度混合し、例えば反応タン
クに供給する。前記分枝被処理水の反応タンクへの供給
はポンプを用いることが好ましく、逆流を防止するため
止水弁を装着したポンプを使用する。前記溶解塔は液レ
ベルを一定に維持することが好ましく、そのためには例
えば電磁弁とレベルセンサにより制御する。前記反応タ
ンクで処理された被処理水はそのまま所定の用途例えば
半導体製造用の超純水、プール水等として使用すればよ
い。
又前記電解槽で製造され気液分離されたオゾン含有ガ
スを直接被処理水の処理に使用する場合は、前記溶解塔
は不要であり、前記オゾン含有ガスを反応タンクや導管
中に存在する被処理水に直接注入すればよい。
（実施例） 以下添付図面に示す本発明を実施するためのフローシ
ートに基づいて本発明の実施例を説明するが、該実施例
は本発明を限定するものではない。
実施例１ 添付図面に示すオゾン処理ラインを使用して次の条件
でオゾン水を製造した。
電解有効面積90cm2の電解槽（電解オゾナイザー）１
に、陽極面に二酸化鉛粉末３を、陰極面に白金粉末４を
付着させた固体電解質であるナフィオン（商品名）製隔
膜２を装着してSPE型電解槽１とし前記隔膜２により陽
極室５と陰極室６に区画し、該電解槽１内には純水１
を満たした。該電解槽１に100A/dm2の電流密度となるよ
うに通電することにより、オゾンを15重量％含有するオ
ゾンと酸素の混合ガスが、27g/時（30℃で約20／時）
の割合（オゾンは4g/時）で得られた。前記混合ガスは
前記陽極室５から導管７を通して、直径10cm、厚み0.5m
mで約２μｍの多数の通孔を有する散気フィルター８を
その底部に設置した溶解塔９の該散気フィルター８に下
方から供給した。
一方被処理水として25℃の純水を使用し1m3/時で該被
処理水を超純水製造ラインに供給し、全被処理水中の30
％を分枝管10により分枝させて前記溶解塔９に上方から
供給し、該溶解塔９に下方から供給される前記混合ガス
と接触させ該分枝被処理水中に前記混合ガスを溶解さ
せ、未溶解ガスは排出口11から大気中に放散させた。
該混合ガスが溶解した分枝被処理水はポンプ12によ
り、分枝させなかった被処理水とともに、反応タンク13
に供給し、全被処理水をオゾンにより処理した。前記溶
解塔９出口のオゾン水中のオゾン濃度は12ppm、排出口1
1のオゾン濃度は5000ppmであった。又反応タンク13の被
処理水中のオゾン濃度は3.6ppmであり、該反応タンク13
中のオゾン水中から鉛は検出されなかった。又前記電解
槽１の陽極室の内圧は供給純水の圧変動にかかわらず約
1.4気圧長期間に亘って安定した。
比較例１ 実施例１と同一の電解槽１を使用し、同一電解条件で
純水を電解してオゾン含有ガスを得た。該オゾン含有ガ
スは陽極液に溶解させたまま、該陽極液を約１／時の
割合で被処理水である純水に注入して該純水を処理して
超純水の製造を行った。前記電解槽から取り出されたオ
ゾンを含む陽極液中の鉛濃度は約2ppbであった。
実施例２ 被処理水として純水に換えてプール水とし、該プール
水を10m3/時で流しその10％を分枝させて、実施例１と
同様にオゾン処理を行った。
溶解塔９出口のオゾン水中のオゾン濃度は2ppm、排出
口11のオゾン濃度は5000ppm、反応タンク13の被処理水
中のオゾン濃度は0.2ppm、該タンク出口のオゾン濃度は
0ppmであり、該反応タンク13中の被処理水中から鉛は検
出されなかった。又前記電解槽１の陽極室の内圧はプー
ル水の圧変動にかかわらず約1.4気圧で長期間に亘って
安定した。
実施例３ 実施例１のオゾン処理装置から溶解塔及び分枝被処理
水のラインを除去し、電解槽で発生するオゾン含有ガス
を直接反応塔に導き、被処理水である純水の該反応塔中
でオゾン処理を行った。
反応タンクの被処理水中のオゾン濃度は約30ppmであ
り、該反応タンク中の被処理水中から鉛は検出されなか
った。又電解槽の陽極室の内圧は供給純水の圧変動にか
かわらず約1.4気圧で長期間に亘って安定した。
（発明の効果） 本発明は、電解槽の陽極室で発生するオゾン含有ガス
を一旦電解槽外に取り出して陽極液と分離し、その後該
オゾン含有ガスを直接被処理水と接触させて該被処理水
の処理を行うか、あるいは分枝された前記被処理水の一
部に前記オゾン含有ガスを溶解して所定のオゾン濃度を
有する分枝被処理水とした後、該分枝被処理水を分枝さ
せていない被処理水と混合して全被処理水を処理するよ
うにしている。
従って、陽極液が直接被処理水に接触することがな
く、前記陽極液中に含有されることのある電極物質が被
処理水中に混入することがなくなり、特に高純度が要求
される被処理水の処理に有効である。更に被処理水等が
陽極液中に流入することがないため、該被処理水中に含
有されることのある不純物が電解槽中に混入し、電極の
寿命を短縮する等の不都合が生ずることがない。
又陽極液と被処理水が直接接触しないため、該被処理
水の圧力変化が生じても、該陽極液には被処理水の影響
が及ぶことがなく、安定した電解条件で被処理水のオゾ
ン処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
図面は、本発明における、オゾン含有ガスを分枝被処理
水に溶解させて被処理水のオゾン処理を行う工程の一実
施例を示す概略図である。 １……電解槽、２……隔膜 ５……陽極室、６……陰極室 ８……散気フィルター、９……溶解塔 10……分枝管、13……反応タンク
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ０２Ｆ 1/50 ５５０ Ｃ Ｄ 1/78 (56)参考文献 特開 昭54−100997（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−221487（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−221490（ＪＰ，Ａ)

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】水を電解して電解槽の陽極室にオゾン含有
    ガスを発生させ、該ガスを陽極液から分離し、分離した
    オゾン含有ガスを被処理水と接触させ、該被処理水を処
    理することを特徴とする電解オゾンを使用する水処理方
    法。
  2. 【請求項２】水を電解して電解槽の陽極室にオゾン含有
    ガスを発生させ、該ガスを陽極液から分離し、分離した
    前記オゾン含有ガスを分枝した被処理水の一部に注入し
    て所定のオゾン濃度の分枝被処理水とした後、該分枝被
    処理水を分枝させていない被処理水と混合することによ
    り被処理水を処理することを特徴とする水処理方法。
  3. 【請求項３】被処理水が流通する被処理水流通部に、水
    を電解して電解槽の陽極室にオゾン含有ガスを生成させ
    る電解オゾナイザーを連結し、前記オゾン含有ガスによ
    り前記被処理水を処理することを特徴とする水処理装
    置。
  4. 【請求項４】分枝された被処理水の一部が流通する被処
    理水流通部に、水を電解して電解槽の陽極室にオゾン含
    有ガスを生成させる電解オゾナイザーを連結し、前記オ
    ゾン含有ガスを前記分枝被処理水に注入して所定のオゾ
    ン濃度の分枝被処理水とし、該分枝被処理水を分枝させ
    ていない被処理水と混合することにより被処理水を処理
    することを特徴とする水処理装置。
  5. 【請求項５】被処理水流通部が溶解塔であり、該溶解塔
    の下部に装着した散気フィルターを通してオゾン含有ガ
    スを前記溶解塔に供給し、該溶解塔中の被処理水と接触
    させ、所定のオゾン濃度の分枝被処理水を製造するよう
    にした請求項４に記載の装置。
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