オゾンに関する学術論文「オゾン発生技術とオゾン利用(https://www.jstage.jst.go.jp/article/ieejfms/126/9/126_9_874/_pdf)」を超平易に解説します。
今回は佐賀大学理工学部教授などを歴任した山部長兵衛さんが2006年8月に発表した論文「オゾン発生技術とオゾン利用」を紹介します。
記事の最後にこの文献へリンクしていますので、是非ご覧下さい。
超ざっくりいうと
この論文の内容を超ざっくり紹介すると、次のようになります。
- オゾンは超便利な物質
- さまざまなものを消毒することができる
- オゾンを効率よくつくる方法を考えたほうがよい
山部さんはオゾンを世間に知らしめようと、その利用方法を紹介します。そしてオゾンを効率よくつくる方法についても触れています。
もう少し具体的に紹介すると
それでは、もう少し深く論文の中身に踏み込んでいきましょう。
オゾンを効率よくつくる装置はどれだ
オゾンの発生装置としては、日本では「無声放電」という方法がよく知られています。しかし山部さんは、無声放電を超える性能を持つオゾン発生装置はないのか、と考えます。
オゾン発生装置の性能は1)少ない電力で多くのオゾンを発生させること(効率性、単位:g/kWh)と2)濃度が高いオゾンを発生させること(品質、単位:g/Nm3)の2項目で決まります。
無声放電の性能は1)200g/kWhほど、2)40g/Nm3ほどです。
例えばダブル・ディスチャージという方法は1)400g/kWhほど、2)0.6g/Nm3ほどなので、無声放電よりはるかに効率よく(1の数値が高い)オゾンをつくりますが、濃度の高いオゾンをつくることは苦手です(2の数値が低い)。
一方でウルトラ・ショート・ギャップという方法は1)は100g/kWhほどなので、無声放電より効率が悪いのですが、2)が200g/Nm3と高濃度のオゾンをつくることができます。
山部さんは、オゾン製造において高効率化と高品質化を目指すのであれば、オゾンの原料になるガスの供給方法を変えたり、発生装置をいろいろ試したりする必要がある、と述べています。
オゾン・紫外線・塩素を比較
消毒剤に使える物質は、オゾン以外に紫外線と塩素がありますが、総合点ではオゾンにかないません。3つの物質の「勝敗」は、表のとおり、「オゾン:5勝1敗」「紫外線:3勝3敗」「塩素:2勝4敗」となりました。
オゾン | 紫外線 | 塩素 | |
---|---|---|---|
操作性 | ○ | ○ | ☓ |
制御性 | ○ | ○ | ☓ |
残留性 | ☓ | ☓ | ○ |
濁度対応 | ○ | ☓ | ○ |
透明度 | ○ | ☓ | ☓ |
残留物 | ○ | ○ | ☓ |
オゾンは5勝1敗で圧勝です。オゾンの優秀さがわかるでしょう。オゾンは取扱いやすく、汚れにも対応し、透明で、あとを濁しません。
それに対し紫外線は3つ、塩素は2つしかクリアできませんでした。
オゾンはこれだけ消毒する
それでは次に、山部さんがこの論文のなかで最も力を入れて主張している、オゾンの活躍ぶりをみていきましょう。
これを知れば「オゾンはこれほどいろいろなものを消毒するのか」と感じるはずです。
オゾンは<浄水処理>で使われています。カビ臭を除去したり、地下水の水の色を除去したり、鉄やマンガンを取り除いたりしています。日本の水道水が総じて嫌なニオイがしないのは、オゾンのお陰もあります。
<下水処理>でオゾンを使えば、下水から色やニオイを除去して、さらに透明度を増して放流できます。ひいては河川の汚泥の減量化にも寄与しています。オゾンを使った下水処理場は間接的に川をきれいにしているのです。
<工場廃水処理>は、オゾンが最も活躍しているシーンかもしれません。オゾンを使っている工場は、染色工場、製薬工場、ブロイラー工場、自動車工場、ガス工場、ウーロン茶工場、電着塗装工場、界面活性剤処理工場、製紙工場などとなっています。
オゾンは、日本の産業と生活を支えている工場を支えています。
<し尿処理>では窒素を処理します。
<プール用水処理>でオゾンを使うと、プールの水が清潔になり、透明度が増し、泳ぐ人の目への刺激が減り、塩素の使用を抑えることができます。
オゾンの<海水処理>は水族館や魚介類の養殖施設等で使われています。オゾンを使うと魚の病気を予防できたり、有機物の蓄積を減らすことができたりします。そして、オゾンの水を透明にする機能は、水族館で威力を発揮します。魚がくっきり見えることは、水族館の生命線といって言い過ぎではないでしょう。
製紙工場ではなるべく白い紙をつくりたいと考えます。しかし塩素でパルプを漂白すると、廃液に有機塩素化合物という有毒性の物質が含まれてしまいます。しかしオゾンで<パルプ漂白>をすれば、その心配をする必要がない「完全無塩素漂白」が可能です。
オゾンの<その他の活躍の場>としては、食品、調理、病院、介護施設、クリーニングなどがあります。
まとめ~オゾン愛が伝わってくる?
山部さんは大阪大学の電気工学の大学院を修了しています。そして電気の知見を活かして、環境保全技術の研究に携わってきました。
その山部さんがこれだけ「オゾン推し」をするということからも、オゾンが環境保全に適した物質であることが推測できます。
山部さんの論文「オゾン発生技術とオゾン利用」は高校生ぐらいの理科の知識があればオゾンの予備知識がなくても読み込めると思います。下記のURLで全文が読めます。
資料名 | オゾン発生技術とオゾン利用 |
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著者 | 山部 長兵衛 |
リンク | https://www.jstage.jst.go.jp/article/ieejfms/126/9/126_9_874/_pdf |