JPS5938029B2 - オゾンによる水処理法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は酸素再循環オゾン化システムおよび得られたオ
ゾン含有生成ガスの利用に関する。

オゾンを発生させる所要動力はオゾン発生器への仕込物
が大気の代りに酸素富有化空気である場合にかなり減少
できることがわかっている。

さらに、装入ガスが酸素に富んでいる場合、必要とされ
るオゾン発生器の大きさを徹底的に小さくすべきである
。

しかしながら、かかる酸素のコストを考慮に入れると、
オゾンの全需要が非常に大きくなければそれをオゾン発
生器への供給物として使用することは不経済になる。

オゾンの製造に酸素富有化ガスを使用する際のこれら価
格面での不利を是正するために、その酸素含有が高いこ
とを利用してオゾン化プロセスから排ガスを再使用する
ことが示唆されている。

すなわち、オゾン化ガスを意図した目的に利用した後す
べての酸素含有排ガスをオゾン発生器に再循環させて再
オゾン化および再使用することが提案されている。

排水処理および水浄化のような多くの適用では、この排
ガスはオゾン化処理に付された物質から除去される窒素
および二酸化炭素のような相当量の汚染物を含有する。

もしこれらの汚染物が除去されなけれは、それらがオゾ
ン発生器に供給される再循環ガス中に次第に蓄積し続け
その結果酸素含量の高いオゾン発生器・＼の供給ガスを
使用するという当初からの望ましい利点を希釈すること
になる。

従って、再循環ガスをオゾン発生器へ導入する前にそれ
を精製することが提案されていた。

再循環させるのに必要な精製は費用がかかりそして多く
の場合経済的観点から実際的でないとみなされている。

オゾン発生器の上流または下流の酸素富有ガスを利用す
る処理操作に関連してオゾン化を採用する一貫システム
では、オゾン発生器への供給物として酸素富有化ガスを
使用することは経済的に有利かもしれない。

これは例えば廃水の処理に酸素富有化ガスを利用する「
活性化スラッジ」設備すなわち最終沈降および清澄タン
クから排出された被処理上澄み液をオゾン含有ガスとの
処理による消毒に付する設備についていえることである
。

かかる一貫システムの一つが例えばアメリカ特許第４１
３２６３７号明細書に記載されている。

前記アメリカ特許第４１３２６３７号明細書に開示され
た方法に従って、オゾン消毒段階からの酸素富有ガスを
乾燥させそして窒素およびＣＯ２汚染物を含有するその
一部すなわちオゾン接触帯からのガス状流出物の３０〜
９０係からなるものをオゾン発生器・＼再循環させる。

オゾン接触帯からのガス状流出物の全部または一部は活
性化スラッジ処理プラントに用いられる酸素富有ガス曝
ガスを供給するために使用される。

活性化スラッジプラントに用いるのに必要とされない余
分なガスは排出される。

活性化スラッジ酸素化タンクには、溶存酸素の濃度を測
定し従ってオゾン発生器の乾燥流出物から供給されるガ
スの排出部分またはオゾン発生器を供給する発生源から
の補給用酸素有ガスの添加に必要な量を決定する手段が
設けられている。

前記特許に記載されたもののような一貫設備が適正に設
計されるならば経済的に魅力があるかもしれないが、酸
素富有化空気から生成されるオゾンを、オゾン接触器か
らの酸素富有排ガスを利用することができるプロセスが
存在しない独立した操作にしようとする場合には事実は
そうではない。

例えは、飲料水を処理するシステムではそのような事情
になる。

従って、本発明の目的は飲料水の処理におけるようなあ
まり補充酸素を必要としない物質の処理に有用な、酸素
からオゾンを経済的に発生させるための一貫システムお
よびプロセスを提供することである。

本発明に従って、実質的に純粋な酸素ガスまたは酸素富
有化空気をオゾン発生ループへ供給しそして約１〜６係
のオゾンを含有する得られた生成ガスを飲料水または他
の類似の液体物質のオゾン化に利用する。

かなりの濃度の酸素（大気中に含有されるものより多い
）および窒素および二酸化炭素のような汚染物を含有す
る上記の接触操作からの湿った排ガスを２つのフラクシ
ョンに分ける。

かかるフラクションの一方を乾燥させそしてオゾン発生
器への供給物として再循環させる。

他方のフラクションはオゾン接触器・＼の供給物として
供給される液体中に含有される窒素および二酸化炭素の
少なくとも一部を除去して再循環されたガス中に汚染物
が蓄積する程度を減少させるのに使用される。

本発明の実施およびその利点は添付図面を参照して説明
する以下の詳細な説明から理解されよう。

第１図および第２図に示したシステムでは、「オゾン破
壊器」はオゾンの大気・＼の排出および（または）導管
および装置における材料の腐蝕の問題を避けるために使
用される。

さらに、オゾン破壊器はこれらのシステムの設備費と操
業コストに付加されるばかりでなく、少量であるが価値
のある量のオゾン生成物が廃棄される。

また、第２図の態様では、再循環流中に蓄積される汚染
物を回避するために必要とされるパージ流が排気により
廃棄される酸素量を多くすることになる。

第３図に示したシステムでは、酸素の消費料が第１図ま
たは第２図のシステムによって要求される量よりも小さ
くなり、その結果酸素供給による操業コストが低くなる
。

第３図に示したように本発明のシステムでは、酸素含量
の高い供給ガスは管路９によって再循環管路２４に供給
されそして管路１０によってオゾン発生器１１に導入さ
れる。

好適な新しい供給ガスは少なくとも７０重量係好ましく
は９０重量最多上の酸素を含有するものである。

任意の既知のオゾン発生器を用いることができるが、無
声放電タイプが好ましい。

発生器は少なくとも１係そして好ましくは約２％〜約６
係のオゾンを含有する生成ガスを製造する条件下で操作
される。

管路１２により発生器から排出される生成ガスはオゾン
接触器１５（７？：よって示される使用個所に直接送れ
る。

図示の態様では、飲料用に処理しようとする水は管路１
６により接触器ｌ＼導入されそしてオゾン化された水流
出物は管路１７を通して排出される。

管路２０により接触器１５から排出された排ガスは接触
器の温度で水によって飽和される。

また、それは以下に説明するように流入水から除去され
る窒素および二酸化炭素のようなガス状汚染物を含有す
るであろう。

パージ流２２が汚染物除去器２５中で流入水２６と接触
すると、流入水から窒素の−ような汚染物が除去される
。

この除去の程度は、パージ流２２中に含有されている汚
染物例えば窒素の分圧対流入水中の汚染物の分１圧に左
右される。

パージ流中の窒素の分圧は通常の状態では常に流入水の
分圧より低いために基布が流入水からパージ流−＼移動
し、その結果オゾン接触器１５に送られる水中の窒素含
量が減少する。

管路２０を経由して排出される排ガスは再循環流２１と
パージ流２２に分けられる。

好ましくは一般に管路２０で排出される排ガスの主要部
分を構成する再循環流は少なくとも一２０°Ｆ（−２９
℃）の露点好ましくは一４０°Ｆ（−４０℃）以下まで
乾燥されそして乾燥されたガスは管路２４を経由してオ
ゾン発生器に再循環される。

再循環ガス流は管路２０の接触器から取り出された排ガ
スの少なくとも約７０チを構成することが好ましい。

精製しようとする水は供給管路２６により汚染物除去器
２５ＶＣ導入されそこでそれは管路２２により容器２５
に導入されるパージ流と接触させられる。

流入水とパージガス流とのかかる接触の結果として、窒
素と二酸化炭素の一部は流入水から除去され、管路１６
を経由してオゾン接触器に導かれるこれら汚染物の量を
減少させるであろう。

除去器２５は共通のため池を用いてオゾン接触器１５と
一体にすることができる。

除去器２５には、オゾン接触器１５への予備的な液体段
階として、液体の表面を貫流する壁によってお互いに隔
離された２段階のガス空間が設けられる。

これまで述べた操作では、管路２２を経由してパージさ
れる管路２０からの排ガスの相対的割合は再循環ループ
の酸素純度を制御することが理解されよう。

パージ流の流れが増大されるにつれて再循環ループの酸
素純度がそれによって増加される。

除去器２５から管路２７によって排出される排気ガスは
管路２２におけるパージガス中に存在するものよりも多
い窒素と少ない酸素を含有するであろう。

オゾン接触器が適正に設計されるならばパージ流２２中
の全オゾン含量の１係以下を構成する排気ガス中のオゾ
ン含量は無視することができる。

操作をうまく行なうためには、流入水はパージガスの分
圧より大きな分圧の窒素と平衡していなければならない
。

このシステムでは、管路２２の湿った排ガスの流量は、
管路２７のガス中のモル酸素流量が管路９の酸素含有の
高い供給ガスのモル酸素流量の約５０％以下になるよう
に管路２１の湿った排ガスの流量に対して制御される。

オゾン発生器−＼の供給ガスの温度および圧力範囲は一
般に高濃度酸素供給ガスを用いる操作でこれまで普通に
用いられているものであって使用される特定なタイプの
発生盤テ大きく依存している。

一般に、オゾン発生器へ導入される供給ガスは１２０°
Ｆ（４９℃）以下そして好ましくは１００’Ｆ（３８℃
）より低い温度である。

１０ ｐｓｉａ（０，７バール）程度の低い圧力または
５０ ｐｓｉａ（３，５バール）程度の高い圧力を用い
てもよいが、典型的な操作圧は１５〜４５ｐｓｉａ（１
〜３バール）である。

再循環ループにおける酸素純度は本発明の方法の有効性
および経済的利点における基本因子であ＊る。

再循環ループ中の酸素純度が約５０係以下では（これは
パージ流（管路２２）として排ガスの比較的小さいフラ
クションを取ることから生じる）、窒素の除去は比較的
能率が悪くなるであろう。

一方、再循環ループにおける酸素純度を９０係以上に維
持するには高い酸素供給量を必要とし、システムを不経
済にする。

本発明の実施上典型的な操作を以下の実施例によって説
明するがこれに限定されるものではない。

実施例 １ １５ＭＧＤの水を精製する設備に必要な事業化計画は２
．５ｐｐｍ オゾンの吸収線量に対して３５０ポンド
／日を製造するオゾンシステムである。

ガスの組成および数本の管路における設計流量を表１に
示す。

大気中の空気からオゾンを製造する典型的な一貫システ
ムおよびオゾン接触器からの酸素富有排ガスの全再循環
を採用するシステムと比較して本発明によるシステムの
投資額と操業コストについて行なった評価は本発明の利
点を示すものである。

これらの評価は８０％酸素供給物から５００ポンド／日
のオゾンを製造することのできるオゾン発生器を使用し
て行なった。

こめ発生器は空気から２’％０３および０２から４チオ
シンを生成しそしてオゾン発生器への再循環流は８０％
０２を含有する。

動力費は０．０３ドル／ＫＷＩ（および６０ドル／トン
の酸素コストを基準にして計算される。

本発明のシステムはオゾン発生器への供給物として空気
を用いるシステムと比較して上記の条件で設備費が３０
係以上および操業コストがほとんど１０係節約できる。

高純度酸素を供給し排ガスの全再循環を行なう慣用のシ
ステムと比較して、本発明のシステムでは操業コストが
１０係以上節約できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はオゾン化からの排ガスが下水または廃水の曝気
に利用される従来のシステムの構成図であり、第２図は
オゾンからの排ガスの一部が乾燥および再循環されそし
て残りがその中に含有された残留オゾンの破壊後パージ
流として排出されるシステムの構成図でありそして第３
図は本発明によるシステムの構成図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １（ａ）オゾン含有ガスが製造されるオゾン発生器へ外
   部源から酸素富有ガスを供給する段階、（ｂ）前記（ａ
   ）段階からの発生オゾン含有ガス生成物を窒素および二
   酸化炭素を包含する含有汚染ガスを少なくとも部分的に
   除去した被処理水と接触させる段階、（ｃ）前記Ｑｂ）
   段階から処理水を排出させる段階、（ｄ）前記接触から
   の湿った排ガスを取り出す段階、（ｅ）前記湿った排ガ
   スの主フラクションを乾燥させそして乾燥ガスを前記オ
   ゾン発生器へ再循環させる段階、（ｆ）前記（ｄ）段階
   からの前記湿った排ガスの副パージフラクションを供給
   水との接触に通過させて前記供給水から汚染ガスの少な
   くとも一部を除去する段階、Ｑ）このようにして汚染ガ
   スを除去した水を前記（ｂ）段階へ供給しそして前記供
   給水から除去された汚染ガスを包含するパージフラクシ
   ョンを排出させる段階からなる、水をオゾンで処理する
   方法。 ２ 前記オゾン発生ループに供給される外部酸素富有ガ
   スが少なくとも７０重量最多酸素を含有する前記特許請
   求の範囲第１項記載の方法。 ３ 前記オゾン発生が約１〜８重最多のオゾンを有する
   オゾン含有生成ガスを得る条件下で行なわれる前記特許
   請求の範囲第２項記載の方法。 ４ 前記湿った排ガスの副フラクションの流量に対する
   前記湿った排ガスの主フラクションの流量を排出パージ
   フラクションのモル酸素流量がオゾン発生器への外部酸
   素富有ガスのモル酸素流量の約５０係より小さくなるよ
   うに制御する前記特許請求の範囲第２項記載の方法。 ５ 前記（ｅ）段階における前記乾燥が一２０°Ｆ以下
   の露点を有する乾燥ガスを得る条件下で行なわれる前記
   特許請求の範囲第１項記載の方法。 ６ 前記（ｆ）段階における除去に付された供給水が排
   ガスの副パージフラクションの分圧より大きい分圧で窒
   素と平衡している前記特許請求の範囲第１項または第２
   項記載の方法。 ７ 前記オゾン発生器に導入されるガスが１０００Ｆ以
   下の温度と１０〜５０ｐｓｉａの圧力にある前記特許請
   求の範囲第１項または第２項記載の方法。 ８ 前記オゾン発生器に再循環される乾燥ガスが５０〜
   ９０重量係の酸最多含有する前記特許請求の範囲第１項
   または第２項記載の方法。 ９ 前記オゾン発生器からのガス生成物が少なくとも２
   重最多のオゾンを含有中る前記特許請求の範囲第２項記
   載の方法。 和前記オゾン発生器に再循環されるガスが前記（ｂ）段
   階における前記水接触から取り出された湿ったガス全体
   の少なくとも約７０係を構成する前記特許請求の範囲第
   ２項記載の方法。