【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]
発明の属する技術分野
本発明は、効率的にオゾンを分解する方法に関
する。
従来技術とその問題点
オゾンは強い酸化作用を有しまた分解して無害
な酸素となることから、上水の殺菌あるいは廃水
の脱色等に広く使用されている。このようなオゾ
ンの殺菌作用を利用して空気中の微生物を殺菌し
無菌空気を得ることができる。このような無菌空
気をバイオクリーンルーム、病院の待合室、食品
工場等に使用して所望の無菌的雰囲気を形成でき
る。
しかし、オゾン処理により得られた無菌空気に
はオゾンが残留している。オゾンは低濃度でも人
体に有害であり、通常作業場でのオゾン濃度を
0.1ppm以下にしなければならないとされている。
このため無菌空気中の残留オゾンを分解しオゾン
を含まない無菌空気を目的とする空間に供給する
必要がある。
従来、オゾン分解法として自然分解法、熱分解
法、吸着分解法、紫外線分解法等が知られてい
る。自然分解法は、オゾンを一定時間放置して分
解する方法である。オゾンはそれ自体化学的に不
安定であり、放置すると分解して酸素となる。し
かし常温におけるオゾンの半減期は16時間とかな
り長時間であるため工業上の利用性は乏しい。熱
分解法は、オゾンを加熱して酸素にする方法であ
る。この方法ではオゾン含有空気を少なくとも
270℃以上に加熱する必要があり加熱に要する運
転費が嵩むのみならず、熱分解後の空気を常温に
冷却するため工程が煩雑になる。吸着分解法は、
オゾンを活性炭に吸着させ吸着したオゾンが活性
炭と反応して炭酸ガスと酸素にする方法である。
この方法ではオゾンと活性炭が急激に反応して爆
発する危険性がある。また、紫外線分解法は分解
力が不十分であるためこの方法を単独で用いても
所望の分解効果を得ることができない。
このように従来のオゾン分解法ではそれぞれ欠
点があるため、オゾンにより空気を殺菌する方法
はほとんど実施されておらず、フイルターによる
雑菌の除去方法が従来から用いられていた。
発明の目的
本発明は従来技術の欠点を解消するものであ
り、従来よりもはるかに簡便かつ迅速にオゾンを
酸素に分解する方法を提供することを目的とす
る。
発明の要点
すなわち本発明は、オゾンを含有する気体に、
放電を起こさせることなくマイクロ波を照射して
オゾンを分解する方法である。
発明の実施態様
以下、添付図面を用い本発明を詳細に説明す
る。第１図は本発明の好適な態様を示す概略系統
図であり、オゾン発生帯域１、混合帯域２、マイ
クロ波照射帯域３、および作業空間４から構成さ
れている。この方法においては、作業空間４内の
空気をブロアーＢにより引き抜いて混合帯域２に
供給しここでオゾン発生帯域１から発生したオゾ
ンと空気とを混合する。オゾン混合空気をマイク
ロ波照射帯域に送りここでオゾンを分解して酸素
にし、得られた無菌空気を作業空間４に循環する
ことにより、作業空間４を無菌的雰囲気とする。
作業空間４は、無菌的雰囲気を必要とする空間
であれば何れの空間であつてもよく、例えば手術
室等のバイオクリーンルーム、病院の待合室、食
品製造工場あるいは製薬工場の建屋等である。第
１図の方法においては作業空間４にオゾンを含有
させることなく作業空間４を無菌的雰囲気とする
ことができるので、手術あるいは病院の待合室等
の人間の存在する空間を好適に無菌的雰囲気とす
ることができる。
作業空間４から引き抜かれた空気を混合帯域２
に送りここでオゾンと混合する。オゾン発生帯域
１は従来のオゾン発生器を用いることができ、例
えば無声電式オゾン発生器あるいはオゾンボンベ
であつてよい。混合帯域２内のオゾン濃度は数十
ppmないし数千ppmであつてよいが特に制限され
ない。混合帯域２においてオゾン混合空気を一定
時間滞留させて空気を殺菌してもよいが、後述す
るようにマイクロ波照射帯域３にてオゾンとマイ
クロ波による相乗効果により顕著な殺菌効果を奏
することから、混合帯域２の滞留時間を非常に短
かくし例えば配管にオゾンを注入する方式を採用
することができる。
混合帯域２から流出したオゾン混合空気をマイ
クロ波照射帯域３に導入し、ここでオゾン混合空
気にマイクロ波を照射する。マイクロ波照射帯域
３は、マイクロ波発生源、およびマイクロ波照射
空間から主として構成されており、オゾン混合空
気はこの照射空間にてマイクロ波照射を受ける。
マイクロ波の周波数は800MPHないし30GPHの範
囲が特に好ましい。マイクロ波照射帯域３におけ
るオゾン混合空気の滞留時間は特に限定されない
が数秒間ないし数分間であることができる。
驚くべきことに、オゾンにマイクロ波を照射す
るとオゾンが分解して酸素になるとともに照射さ
れた空気中の雑菌がほぼ完全に死滅することを本
発明者は見出した。従来、オゾン単独で空気雑菌
を行う場合十分な殺菌を行うためには数字時間程
度空気とオゾンを混合して保持する必要があり、
さらに得られた無菌空気中の残留オゾンを分解除
去しなければならなかつた。本発明の方法によれ
ば、オゾンの分解と殺菌という一見すれば相反す
る効果が同時にかつ非常に短時間で生じることが
見出されたのである。オゾン単独あるいはマイク
ロ波照射単独でほとんど残留効果の期待できない
ほどの短時間の例えば２分間の滞留時間でもオゾ
ンとマイクロ波を同時使用することにより、完全
な空気殺菌を行うことができるのである。この効
果はマイクロ波によりオゾンの分解性が飛躍的に
高まつたためと考えられる。
第２図は本発明の他の態様を示す概略系統図で
ある。この方法は、作業空間４の壁面に付着した
雑菌、作業空間４内に設置された手術台５あるい
はその他の物品表面上の付着した雑菌に対し効果
的に殺菌できる。オゾン発生帯域１からオゾンを
作業空間４に導入して数時間程度放置し表面殺菌
が完結した後、作業空間内のオゾン含有空気をブ
ロアーＢにより引き抜いてマイクロ波照射帯域３
に送りここでオゾンを酸素に分解した後作業空間
４に循環する。
従来、この種の表面雑菌においては主としてホ
ルマリンを使用しているが、ホルマリン殺菌法で
ホルマリンが物品の表面に残留すること等の問題
点があつた。本発明の方法ではオゾンが完全に分
解されて酸素となりオゾンが残留しない。
本発明の方法における化学反応は次のように考
えられる。オゾンの自己分解反応は次式により示
される：
O3→O2＋（Ｏ） ……(1)
O3＋（Ｏ）→2O2 ……(2)
(1)式により得られる活性酸素（Ｏ）は極めて寿
命が短かいが非常に活性であり他のオゾンO3と
すみやかに反応して酸素となる。すなわちO3が
O2に自己分解するとき、(1)式の反応が律速段階
であると考えられる。オゾンにマイクロ波を照射
するとオゾン分子の運動が活発になり(1)式の反応
が右側に急速に進行すると考えられる。
また活性酸素（Ｏ）は強い酸化作用を示し、有
機物の炭素や水素とより簡単に結びつき、有機物
を一酸化炭素、二酸化炭素および水蒸気に酸化分
解する。ここで有機物を空気中の雑菌と起き換え
て考えると、空気中の雑菌はオゾンの分解によつ
て生じた活性酸素の一部と反応して酸化分解され
て死滅すると考えられる。本発明の方法ではマイ
クロ波の照射により活性酸素が急激に増加して殺
菌速度が飛躍的に促進されたと考えられる。
殺菌すべき流体が空気の場合について今まで説
明してきたが、本発明は空気のみならず窒素等の
他の気体に対しても適用できる。
実施例 １
無声放電式オゾン発生器によりオゾン濃度
5000ppmのオゾン化空気を250ml／minの流量で
マイクロ波照射装置に導入した。使用したマイク
ロ波照射装置は照射空間２、定格出力500Wで
2450MPHのマイクロ波を発生する。オゾン化空気
の滞留時間は８分であつた。マイクロ波照射装置
から流出する空気中のオゾン濃度を測定した結
果、マイクロ波を照射しないときは4800ppmであ
るのに対し、マイクロ波照射を行うと0.1ppm以
下となることがわかつた。なお、オゾン濃度の測
定は中性ヨウ化カリウム法により行つた。
実施例 ２
本発明における殺菌効果について検討した。酵
母数1.7×107個／mlの酵母培養液（S.formo−
sensis）を18ml／minの流量で噴霧室内に噴霧し
て酵母含有空気を形成した。この酵母含有空気を
３／minの流量で吸引するとともにこの空気に
オゾンを添加して吸引空気中のオゾン濃度を
300ppmとした。得られたオゾン含有空気を実施
例１と同じマイクロ波照射装置に導入した。マイ
クロ波照射装置での空気の滞留時間は２分間であ
る。マイクロ波照射装置入口および出口の空気中
のオゾン濃度および微生物数を測定した。オゾン
濃度は中性ヨウ化カリウム法により測定した。微
生物数については、ピンホールサンプラーを用い
測定すべき空気30を寒天培地に吹付け、得られ
た培地を31℃で48時間培養して培地表面に出現し
たコロニー数を計測しこれを微生物数とした。入
口側のオゾン濃度は平均300ppmであり、出口側
のオゾン濃度はマイクロ波照射を行なわない場合
280ppm、マイクロ波照射を行うと0.1ppm以下で
あつた。微生物数を第１表に示す。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for efficiently decomposing ozone. Prior art and its problems Ozone has a strong oxidizing effect and decomposes into harmless oxygen, so it is widely used for sterilizing tap water and decolorizing waste water. Utilizing the sterilizing effect of ozone, microorganisms in the air can be sterilized and sterile air can be obtained. Such sterile air can be used in bioclean rooms, hospital waiting rooms, food factories, etc. to create a desired sterile atmosphere. However, ozone remains in the sterile air obtained through ozone treatment. Ozone is harmful to the human body even at low concentrations, and the ozone concentration in the workplace is
It is said that it must be kept below 0.1ppm.
Therefore, it is necessary to decompose residual ozone in the sterile air and supply sterile air that does not contain ozone to the target space. Conventionally, natural decomposition methods, thermal decomposition methods, adsorption decomposition methods, ultraviolet decomposition methods, and the like are known as ozone decomposition methods. The natural decomposition method is a method in which ozone is left to stand for a certain period of time to decompose. Ozone itself is chemically unstable, and if left untreated, it decomposes into oxygen. However, the half-life of ozone at room temperature is quite long, 16 hours, so its industrial applicability is poor. The pyrolysis method is a method of heating ozone to turn it into oxygen. This method uses ozone-containing air at least
It is necessary to heat the process to 270°C or higher, which not only increases operating costs but also complicates the process because the air after pyrolysis must be cooled to room temperature. The adsorption decomposition method is
This is a method in which ozone is adsorbed on activated carbon and the adsorbed ozone reacts with the activated carbon to form carbon dioxide and oxygen.
In this method, there is a risk of explosion due to rapid reaction between ozone and activated carbon. Further, since the ultraviolet decomposition method has insufficient decomposition power, the desired decomposition effect cannot be obtained even if this method is used alone. As described above, each of the conventional ozone decomposition methods has its drawbacks, so methods of sterilizing the air with ozone have rarely been implemented, and methods of removing germs using filters have been conventionally used. OBJECTS OF THE INVENTION The present invention overcomes the drawbacks of the prior art and aims to provide a method for decomposing ozone into oxygen much more simply and quickly than ever before. Summary of the Invention In other words, the present invention provides a gas containing ozone,
This method uses microwave irradiation to decompose ozone without causing electrical discharge. Embodiments of the Invention The present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a schematic system diagram showing a preferred embodiment of the present invention, which is comprised of an ozone generation zone 1, a mixing zone 2, a microwave irradiation zone 3, and a work space 4. In this method, air in the work space 4 is drawn out by a blower B and supplied to the mixing zone 2, where ozone generated from the ozone generation zone 1 and air are mixed. The ozone-mixed air is sent to the microwave irradiation zone, where the ozone is decomposed into oxygen, and the resulting sterile air is circulated to the work space 4 to create a sterile atmosphere in the work space 4. The work space 4 may be any space that requires a sterile atmosphere, such as a bio-clean room such as an operating room, a waiting room of a hospital, a building of a food manufacturing factory, or a pharmaceutical factory. In the method shown in FIG. 1, it is possible to create a sterile atmosphere in the work space 4 without containing ozone, so it is possible to create a sterile atmosphere in a space where people are present, such as a surgery or hospital waiting room. can do. Air drawn from work space 4 is mixed into zone 2
where it is mixed with ozone. The ozone generation zone 1 can be a conventional ozone generator, for example a silent electric ozone generator or an ozone cylinder. The ozone concentration in mixing zone 2 is in the dozens
It may be ppm to several thousand ppm, but is not particularly limited. Although the air may be sterilized by allowing the ozone mixed air to remain in the mixing zone 2 for a certain period of time, as will be described later, the synergistic effect of ozone and microwaves produces a remarkable sterilizing effect in the microwave irradiation zone 3. It is possible to make the residence time in the mixing zone 2 very short, for example, by injecting ozone into the piping. The ozone mixed air flowing out from the mixing zone 2 is introduced into the microwave irradiation zone 3, where the ozone mixed air is irradiated with microwaves. The microwave irradiation zone 3 mainly consists of a microwave generation source and a microwave irradiation space, and the ozone-mixed air receives microwave irradiation in this irradiation space.
Particularly preferred microwave frequencies are in the range of 800 MPH to 30 GPH. The residence time of the ozone mixed air in the microwave irradiation zone 3 is not particularly limited, but can be from several seconds to several minutes. Surprisingly, the present inventors have discovered that when ozone is irradiated with microwaves, the ozone decomposes into oxygen and germs in the irradiated air are almost completely killed. Conventionally, when using ozone alone to kill germs in the air, it is necessary to mix air and ozone and hold it for several hours in order to achieve sufficient sterilization.
Furthermore, residual ozone in the obtained sterile air had to be decomposed and removed. It has been found that, according to the method of the present invention, the seemingly contradictory effects of ozone decomposition and sterilization occur simultaneously and in a very short time. By using ozone and microwave simultaneously, complete air sterilization can be achieved even if the residence time is so short, for example, 2 minutes, that almost no residual effect can be expected from ozone alone or microwave irradiation alone. This effect is thought to be due to the dramatic increase in the decomposition of ozone by microwaves. FIG. 2 is a schematic system diagram showing another embodiment of the present invention. This method can effectively sterilize germs adhering to the wall surface of the work space 4 and germs adhering to the surface of the operating table 5 or other articles installed in the work space 4. Ozone is introduced into the work space 4 from the ozone generation zone 1 and left for several hours to complete surface sterilization, and then the ozone-containing air in the work space is pulled out by the blower B to the microwave irradiation zone 3.
There, the ozone is decomposed into oxygen and then circulated to the work space 4. Conventionally, formalin has been mainly used to treat this type of surface bacteria, but the formalin sterilization method has had problems such as formalin remaining on the surface of the article. In the method of the present invention, ozone is completely decomposed into oxygen and no ozone remains. The chemical reaction in the method of the present invention can be considered as follows. The self-decomposition reaction of ozone is shown by the following formula: O 3 →O 2 + (O) ...(1) O 3 + (O) → 2O 2 ...(2) Active oxygen obtained from formula (1) ( Although O) has an extremely short lifespan, it is very active and quickly reacts with other ozone O3 to form oxygen. That is, O3 is
When self-decomposing to O 2 , the reaction in equation (1) is considered to be the rate-determining step. It is thought that when ozone is irradiated with microwaves, the movement of ozone molecules becomes active, causing the reaction in equation (1) to proceed rapidly to the right. In addition, active oxygen (O) exhibits a strong oxidizing effect and more easily combines with carbon and hydrogen of organic substances, oxidizing and decomposing the organic substances into carbon monoxide, carbon dioxide, and water vapor. If we consider organic substances as bacteria in the air, it is thought that the bacteria in the air react with some of the active oxygen generated by the decomposition of ozone, are oxidized and decomposed, and are killed. It is thought that in the method of the present invention, active oxygen rapidly increases due to microwave irradiation, and the sterilization rate is dramatically accelerated. Although the case where the fluid to be sterilized is air has been described, the present invention can be applied not only to air but also to other gases such as nitrogen. Example 1 Ozone concentration using a silent discharge ozone generator
5000 ppm ozonized air was introduced into the microwave irradiation device at a flow rate of 250 ml/min. The microwave irradiation device used was in irradiation space 2, with a rated output of 500W.
Generates 2450MPH microwave. The residence time of the ozonated air was 8 minutes. As a result of measuring the ozone concentration in the air flowing out from the microwave irradiation device, it was found that while it was 4,800 ppm without microwave irradiation, it was less than 0.1 ppm with microwave irradiation. Note that the ozone concentration was measured by the neutral potassium iodide method. Example 2 The bactericidal effect of the present invention was studied. Yeast culture solution (S.formo-
sensis) was sprayed into the spray chamber at a flow rate of 18 ml/min to form yeast-containing air. This yeast-containing air is sucked at a flow rate of 3/min, and ozone is added to this air to reduce the ozone concentration in the sucked air.
It was set to 300ppm. The obtained ozone-containing air was introduced into the same microwave irradiation device as in Example 1. The residence time of air in the microwave irradiation device is 2 minutes. The ozone concentration and number of microorganisms in the air at the inlet and outlet of the microwave irradiation device were measured. Ozone concentration was measured by the neutral potassium iodide method. For the number of microorganisms, use a pinhole sampler to blow the air to be measured onto the agar medium, culture the resulting medium at 31℃ for 48 hours, count the number of colonies that appear on the surface of the medium, and calculate this as the number of microorganisms. did. The average ozone concentration on the inlet side is 300 ppm, and the ozone concentration on the outlet side is when no microwave irradiation is performed.
280ppm, and when microwave irradiation was performed, it was less than 0.1ppm. The number of microorganisms is shown in Table 1.
【表】
本実施例から明らかな通り、オゾン含有空気を
マイクロ波照射するとオゾンは完全に分解すると
ともに空気中の微生物はほぼ完全に死滅すること
がわかる。
本発明の効果
本発明によれば、マイクロ波照射により極めて
短時間でオゾンをほぼ完全に酸素に分解できる。
特に従来の熱分解法あるいは活性炭吸着分解法と
比較して、処理後の冷却工程を必要とせずおよび
爆発等の危険性が全くない。さらに処理すべき流
体が浮遊微生物を含む場合はオゾンの分解ととも
に従来よりも1/100以下と短時間で殺菌を同時に
行うこともできる。また、本発明の方法は操作が
簡便でかつ装置を小型化できる。このため病院の
待合室等の小空間に設置して所望の無菌的雰囲気
を形成できる。[Table] As is clear from this example, when ozone-containing air is irradiated with microwaves, ozone is completely decomposed and microorganisms in the air are almost completely killed. Effects of the present invention According to the present invention, ozone can be almost completely decomposed into oxygen in an extremely short time by microwave irradiation.
In particular, compared to conventional thermal decomposition methods or activated carbon adsorption decomposition methods, there is no need for a cooling step after treatment and there is no risk of explosion. Furthermore, if the fluid to be treated contains floating microorganisms, it is possible to simultaneously decompose ozone and sterilize the fluid in a time less than 1/100 times faster than conventional methods. Furthermore, the method of the present invention is easy to operate and allows for miniaturization of the apparatus. Therefore, it can be installed in a small space such as a hospital waiting room to create a desired sterile atmosphere.
【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]
第１図および第２図は、本発明の態様を示す概
略系統図である。
１……オゾン発生帯域、２……混合帯域、３…
…マイクロ波照射帯域、４……作業空間。
1 and 2 are schematic system diagrams illustrating aspects of the present invention. 1...Ozone generation band, 2...Mixing band, 3...
...Microwave irradiation band, 4...Work space.