オゾン水の効果や危険性などをまとめました。メリット・デメリットを理解してオゾン水を有効活用しよう!

オゾン水の効果や導入事例

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過去にオゾンを処理工程に組み込んだ高度浄水処理設備が東京、大阪等の大都市の浄水場に建設されました。現場のプラントではどのようなオゾン処理の反応槽が用いられるのか、気体のオゾンをいかに液体と接触させているかについてここに簡単にまとめてみたいと思います。

オゾン水と二重境膜説

空気を原料にオゾンを生成する場合、空気中に含まれる水分をできるかぎり除き、無声放電部を通し、酸素からオゾンを生成させ、次にオゾン化空気を被処理液水と接触させてオゾン処理を行います。このオゾンの水への溶解理論については、気液界面で二重境膜説による気体の物理吸収で説明できます。

水中を上昇する2つの気泡には気液界面に気相側の境膜と液相側の境膜があります。そして、オゾン化空気の気相から気相境膜、液相境膜を通ってオゾンが液相側に溶解すると考えられています。気相側でのオゾンの移動は速いですが、液相側では分子の運動は相対的に遅くなります。

ここで、オゾンの水への液側総括物質移動係数、a:単位体積当たりの気液接触面積、V:反応槽容量、C*:オゾン化空気中のオゾン分圧Pと平衡になる溶存オゾン濃度、C:容存オゾン濃度。

KLは温度、気泡経、気泡の上昇速度等によって、aは気泡径、オゾン化空気の吹込み量、気泡上昇速度等によって、C*は気相側のオゾン濃度、分配係数、ヘンリーの法則、温度によって支配されます。液相中で反応が進行していれば、CはC*よりはるかに低くなります。

オゾンの自己分解等の反応を伴い、吸収速度は、反応速度に関するパラメータと拡散速度に関するパラメータに分けられます。例えば、オゾン濃度の測定に用いられるヨウ化カリウム溶液でのオゾンの反応は、非常に速い反応で液相側境膜で起きてしまいます。それに対して、ヒドロキシラジカルでの反応は、溶存オゾンとしてオゾンが液相内に入ってから起こる反応である。

浄水場への導入例

オゾン接触槽は、気体と液体の混合を行う所で、最も広く用いられているのは気泡塔です。セラミックス製の散気管、散気板を水槽の底部に設け、オゾン化空気を吹き込み、接触槽の上部から被処理水を流し込み、処理水を底部から抜くものとなります。

気体と液体は向流で接触し、上昇する気泡中のオゾン濃度は低下して上部から排オゾンとして出されます。被処理水中の被酸化物は、入り口のある上部が高濃度で、底部が低濃度となります。

実際には、散気管の数によりこの塔は槽として横に広がり、さらに反応を確実にするためにこの槽は2段、3段で用いられます。反応槽の解析は、水深、流速、押出し流れ、完全混合等の各種の条件を決めて、工学的に検討されます。

Uチューブ方式の接触槽は、二重円筒菅の内菅へ下降流で被処理水を流し、この内菅の速い流れにオゾン化空気を気泡として吸い込ませ、底部に到達後、外菅をゆっくりと上昇する間にも反応させる方式です。ただ、水量によって混合される気体の量がほぼ決まってしまうので、多量のオゾンを反応させた場合には利用しにくいです。しかし、オゾン化空気の代わりに酸素原料でオゾンを高濃度に生成させたオゾン化酸素を用いれば、吸収や反応等の速度は数倍高くなります。

オゾン、最近の動向

欧米では、オゾン接触槽の底部に耐腐食性の水中ポンプを置き、水中で羽根を回転させ負圧になったとこほへ底部より細かい気泡としてオゾン化空気を導入する方式があります。また最近、浄水関連で利用されている方式にSVI(sidestreamventuiinjection)方式等の副流を用いた注入方式等があります。

被処理水の水の流れから一部の水をポンプで引き出し、その流れの中にオゾン化空気をエジェクタ方式で吸い込ませ、オゾン処理された水とオゾン化空気の細かい気泡を含ませた混合状態で、再度、被処理水の本体の流れに分散させるものです。

酸素原料のオゾン処理を用いたドイツ、コンスタンツ湖のシュプリンガーベルグ浄水場につくられたプラントがあります。この他に小規模なオゾン処理装置では、散気管を内菅として外側に水を流すものや、配管内で気体を混ぜるラインミサキ等の各種工夫されたものがあります。

なお、オゾンの発達してきたヨーロッパと湿度の高い日本では空気中の水分量が異なることはちゃんと理解しておきたいところです。

湿度が高い日本では、冬から夏に空気中の水分4〜20g/m3を10mg/m3以下の乾燥空気として、放電により20〜40g/m3のオゾンを含ませ、これを水中に入れオゾンを反応させ、相対湿度100%の排オゾンとして排出させています。

オゾン処理に関しては、この湿度に関した管理も必要となる。

オゾンの効果はこちらを参照して下さい。

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