JPH0290995A - 電解オゾンを使用する水処理方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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−により発生させたオゾンを
使用して水処理を行うだ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ｉｔ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Ｎｏ工が混入して
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
電極としで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りこより、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Ｍ効率か低下したり、あるいは被処理水の圧力
変化により？４　ｈ　？（ｌ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をしない優れた方法であるが、陽極
液中に掻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ｌη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
ご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（Ｓ　Ｐ　
Ｅ）隔膜に付着したＳＰＥ型電解オゾナイザ−を好まし
く使用することができる。

以下本発明の詳細な説明する。

本発明は、従来着想されなかった電解オゾナイザ−で発
生する電解オゾンガスの気液分１ｌｌＯ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
かったことが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−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−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、−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、−旦被処理水の一部を
分枝させ咳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、咳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、液を混合し適宜攪拌する程度で十分であ
る。

使用する電解オゾナイザ−は、陽極及び陰極を設置し、
画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型電掻構造体を使用
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１００　Ａ／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）容解
塔に面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。分枝させろ水量は熔解効率の観点から
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は難いため、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。供給する分肢被処
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１〜１１００ｐｐ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技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岐被処理水
に溶解させると比較的高濃度の所望濃度のオゾフカリ容
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岐
させていない被処理水と再変混合し、例えば反応タンク
に供給する。前記分岐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５Ｅ（ｆｆ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詳細な説明するが、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９０ｃｎ！の電解槽（電解オゾナイザ−）
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
１１を満たした。該電解槽１に１００　Ａ／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°Ｃで灼２０１／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
１０ｃ１、厚み０．５　＋ｎ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Ｉｎ？／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％を分岐管ｌＯにより分岐させて前記溶解塔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咳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υト出ロ１１から大気中に放散
させた。

該混合ガスが溶解した分岐被処理水はポンプ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１１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。

ル較胤↓ 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ＩＡ／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１０ｄ／時で流しその１０％を分岐させて、実施例１
と同様にオゾン処理を行った。

？８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Ｏｐｐｍであり、該反応タンク１
３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、その緩慢オ
ゾン含有ガスを直接被処理水と接触させで該被処理水の
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／８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、咳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

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （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. （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. （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. （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. （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。