1、オゾンの紹介

オゾンは化学式O3で表され、三原子酸素またはスーパーオキシドとも呼ばれ、その魚臭にちなんで名付けられています。常温で自己還元され、酸素になります。比重は酸素よりも高く、水に溶けやすく、分解しやすい性質があります。オゾンは酸素原子を担う酸素分子で構成されているため、一時的な状態です。担っていた酸素原子は酸化反応によって消費され、残った酸素原子は結合して酸素となり、安定した状態になります。そのため、オゾンは二次汚染を引き起こしません。

水溶液中のオゾンの分解速度は、気相中の分解速度よりも速い。水中におけるオゾン分解の半減期は、温度とpH値に関係している。温度が上昇するにつれて分解速度は加速する。100℃を超えると分解は激しくなり、270℃に達するとすぐに酸素に変化する。pH値が高いほど分解速度は速くなる。常温常圧の空気中では分解し、半減期は約15～30分である。

2、水処理におけるオゾンの応用

オゾン酸化による廃水処理は、低濃度オゾンを含む空気または酸素を使用します。主な処理設備は、オゾン発生装置と空気水接触装置で構成されます。オゾン酸化法は、主に水の消毒、水中のシアン化物などの汚染物質の除去、水の脱色、水中の鉄やマンガンなどの金属イオンの除去、悪臭や不快臭の除去に使用されます。

1. 水の消毒：

オゾンは、広範囲に作用し、速効性のある殺菌剤です。様々な病原菌、耐性菌の胞子、ウイルスなどに対して、塩素よりも優れた殺菌効果を発揮します。オゾン消毒後、水の濁度や色調といった物理的・化学的特性は大幅に改善されます。化学的酸素要求量（COD）は、通常50～70%削減できます。オゾン酸化処理は、ベンゾ（a）ピレンなどの発がん性物質も除去できます。

2. 水からフェノールやシアン化物などの汚染物質を除去する

オゾン法を用いてフェノールおよびシアン化物含有廃水を処理する際に必要なオゾンの実際の量と反応速度は、水中の硫化物などの汚染物質の量と水のpH値に関係するため、必要な前処理を実施する必要があります。水中のフェノールを二酸化炭素と水に酸化するには、理論上のオゾン必要量はフェノール含有量の7.14倍です。オゾンを使用してシアン化物を酸化する場合、最初のステップはシアン化物を弱毒性のシアン酸塩に酸化することであり、必要なオゾン量は理論的にはシアン化物含有量の1.84倍です。2番目のステップはシアン酸塩を二酸化炭素と窒素に酸化することであり、理論上のオゾン必要量はシアン化物含有量の4.61倍です。オゾン酸化法は通常、活性汚泥法と組み合わせて使用​​されます。活性汚泥法は、フェノールやシアン化物などの汚染物質の大部分を最初に除去し、その後オゾン酸化法で処理します。さらに、オゾンは廃水中のアルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム（ABS）、タンパク質、アミノ酸、有機アミン、リグニン、腐植、複素環式化合物、鎖状不飽和化合物などの汚染物質も分解します。

3. 水の脱色：

印刷・染色廃水は、オゾン酸化法を用いて脱色することができます。これらの廃水には、ジアゾ、アゾ、ベンゼン環を含む環状化合物などの発色団が含まれていることがよくあります。オゾン酸化は、染料発色団の二価結合を切断し、発色団を構成するベンゼン、ナフタレン、アントラセンなどの環状化合物を破壊することで、廃水を脱色します。オゾンは脱色速度が速く、親水性染料には優れた効果を発揮しますが、疎水性染料には脱色速度が遅く、効果も劣ります。親水性染料を含む廃水は、20～50 mg/Lのオゾンで10～30分間処理することで、95%以上の脱色効果を得ることができます。

4. 水から鉄やマンガンなどの金属イオンを除去する

鉄やマンガンなどの金属イオンは、オゾン酸化によって水から分離され、金属酸化物を形成します。理論上、オゾンの消費量は鉄イオンの0.43倍、マンガンイオンの0.87倍です。

5. 悪臭や不快な臭いの除去：

表層水や工業用水の悪臭は、放線菌、カビ、藻類の分解産物や、アルコール、フェノール、ベンゼンなどの汚染物質によって発生します。オゾンはこれらの汚染物質を酸化・分解し、不快な臭気を除去します。また、下水処理場、汚泥処理場、ごみ処理場の脱臭にも利用できます。

6. 廃水B/Cの改善

生分解が困難な複雑な有機化合物を含む一部の廃水に対しては、オゾンの酸化作用を利用して、複雑な有機化合物を一定の生分解性を持つ単純な有機化合物に分解し、その後生化学的処理を行うことが可能です。一般的には、特定の化学廃水の前処理工程に用いられます。

3、オゾン発生器の紹介

オゾン発生器は、オゾンガス（O3）を生成するための装置です。オゾンは分解しやすく、貯蔵できないため、現場で生成して使用する必要があります（特殊な場合には、短期間の貯蔵も可能です）。したがって、オゾンを使用できる場所では、必ずオゾン発生器を使用する必要があります。

オゾンの発生方法によって、現在オゾン発生器には主に「高電圧放電式」「紫外線照射式」「電気分解式」の3種類があります。

高電圧放電型はオゾン発生器の放電室の構造によりチューブ型とプレート型に分けられ、どちらもオゾン発生器の一般的なタイプです。

4、オゾン機器の選択

1. 分解困難なCODに対するオゾン濃度の決定

COD：オゾン＝1：4の投与量を使用した経験に基づいて計算

2. 例:

ある印刷・染色工場の廃水は20m³/h排出され、COD指数は300mg/Lで、100mg/Lに処理される。

（１）1:3の用量を摂取する

（２）COD絶対値を300-100=200mg/L減少させる

（３）必要オゾン量＝200×3＝600mg/L＝600g/m³

（４）１時間あたりに必要なオゾンの総量は600g/m³ * 20m³=12kg

（５）オゾン利用率90％、1時間あたりの必要オゾン生成量＝12kg/0.9=13.3kg

（６）安全係数は1.2であり、1時間あたりに必要なオゾン選択量は13.3 * 1.2 = 16kg / hである。

上記は、プロジェクトでの経験に基づいたオゾン濃度です。生産プロセスや排水水質は様々であるため、経済的損失や理想的な結果が得られない処理プロセスを回避するために、オゾン装置を選定する際には、小規模な試験を通じてオゾン濃度を確認することをお勧めします。

オゾンレベルを選択するための計算式：

下水の水質と処理プロセスに基づいてオゾン投与量を決定し、オゾン投与量と1時間当たりの処理水量に基づいてオゾン使用量を決定し、1時間当たりのオゾン使用量に基づいてオゾン発生器の台数と型式を選定します。計算式は以下のとおりです。

G=q*g

式中：G - 1時間あたりに使用されるオゾンの量、g/h

Q - 最大時間下水処理能力、m³/h

G - オゾン量、下水1立方メートルあたりのg

5、オゾン接触反応器の設計

オゾン処理用接触反応器は、水へのオゾン溶解とオゾン反応時間を確保する装置です。したがって、オゾン接触反応器には、オゾンの溶解速度（オゾン吸収速度）の向上と反応速度（汚染物質除去速度）の向上という2つの機能が求められます。

オゾン接触タンクの設計要件：

（１）接触プールは、垂直の仕切りで区切られ、直列に接続された２つまたは３つの接触室で構成される。

（２）各接触室は、ガス分配ゾーンとそれに続く反応ゾーンから構成され、両者は垂直ガイドバッフルによって区切られている。

（３）オゾンガスは、ガス分配エリアの底部にある微孔性曝気ディスクを通して水中に直接拡散されるべきであり、ガス注入点の数は接触チャンバー内のセクション数と一致しなければならない。

（４）通気ディスクの配置は、空気分配の変化の過程で均一な空気分配を確保し、第１セクションの空気分配が全空気分配の約５０％を占めるようにする。

（５）接触プールの設計水深は5.5～6mとし、ガス分配エリアの水深と長さの比は4以上とする。

（６）転流区画間の有効距離は0.8m以上とすること。

（７）接触タンクの出口には残留オゾン監視装置を設置しなければならない。