JP2000117274A - 水処理方法及び装置 - Google Patents

水処理方法及び装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】反応槽内のＣＴ値を速やかに制御して被処理水
中の臭素酸の生成量を基準値以下に抑制する水処理方法
および水処理装置を得る。 【解決手段】接触槽と、滞留槽のそれぞれの内部を流れ
る被処理水中の溶存オゾン濃度を監視して被処理水の槽
内溶存オゾン濃度Ｃと被処理水の槽内滞留時間Ｔの積で
あるＣＴ値の総和を常時計算し、ＣＴ値の総和が予め設
定された範囲を超えた際に、溶存オゾン分解装置を佐藤
させ接触槽と滞留槽のいずれか一つの槽内を流れる被処
理水中の溶存オゾンを分解する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、オゾンのもつ強
力な酸化作用を利用して水中の殺菌，脱臭，有機物等の
酸化を行う水処理方法および水処理装置に係り、特にオ
ゾン処理による被処理水中の臭素酸の生成を抑制する水
処理方法および水処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】オゾンがフッ素に次いで強力な酸化力を
有するという特長を利用して、近年、オゾンガスを水中
に散気して殺菌，脱色，脱臭，有機物もしくは無機物の
酸化除去等を行う水処理が広く行われている。特に都市
近郊の水道では、取水源に起因する異臭味の被害が広が
っており、先に述べたオゾンの持つ強力な酸化力はこの
異臭味除去に大きな効果を発揮するので、オゾン及び活
性炭を用いた高度処理の導入が進められている。
【０００３】このようなオゾンとオゾンによって処理さ
れる水（以下被処理水と称する）を反応させるオゾン水
処理装置は、電気エネルギーからオゾンを発生させるオ
ゾン発生装置、被処理水を供給する送水ポンプ、反応を
進行させる反応槽、反応槽から未反応のまま排出される
排オゾンを分解する排オゾン処理設備から構成されてお
り、接触の方式としては反応槽下部からオゾンを気泡と
して吹出させる気泡塔方式がよく用いられている。最近
ではほとんどが気泡塔内において、被処理水を頂部から
供給しオゾンガスと対向させる向流接触方式を用いてお
り、大規模な浄水場等では、向流接触池を複数直列に接
続した、横流式向流多段接触池が用いられている。オゾ
ン処理装置の効率を表わす指標として、一般的にオゾン
吸収率、及び除去効率が用いられる。これらの指標が高
いほど、オゾン処理装置は経済的かつ処理性能が高い。
【０００４】ここでオゾン吸収率とは注入したオゾンガ
スのうち、反応槽内で被処理水に溶解し、あるいは分
解，消費されたオゾンの割合であり下式で表される。 オゾン吸収率(%)＝( 注入オゾンガス濃度−排オゾンガ
ス濃度) ÷注入オゾンガス濃度×100 また除去効率は反応槽内で分解除去される被処理水中の
水質汚濁物質の割合であって、下式であらわされる。代
表的な水質汚濁物質として臭気物質、トリハロメタン前
駆物質などが挙げられる。 除去効率(%)＝( 流入汚濁物質濃度−流出汚濁物質濃度)
÷流入汚濁物質濃度×100 これらオゾン処理装置においては、被処理水に対して除
去目的の酸化分解反応を十分に行うだけのオゾン注入が
必要であると同時に、過剰なオゾン注入は上記オゾン吸
収率の低下を招くことから、これら双方の値が常に高く
保てるようオゾン注入制御を行う必要がある。ここでオ
ゾン水処理設備の運転制御方法としては、大きく下記の
3 通りが挙げられる。 オゾン注入率一定制御 被処理水溶存オゾン一定制御 排オゾン濃度一定制御 これらの制御方法のうち、は被処理水水質が比較的一
定であれば、最も安価で、有効な制御方法である。は
オゾンの利用効率、排オゾン処理装置の負荷低減の観点
から有効である。しかし、特に国内都市近郊の河川を取
水源とする浄水場などでは、年間を通じて水質の変動が
大きいため、過不足無くオゾンを注入するという観点か
ら、の処理水溶存オゾン濃度一定制御が行われる。
【０００５】ところで水処理の分野において問題となっ
ているのは、オゾン等の酸化剤と有機物の反応による消
毒副生成物である。中でも有機塩素系化合物であるトリ
ハロメタン等は、その発ガン性が指摘され、水道水中の
水質基準値も厳密に定められている。
【０００６】但しこのトリハロメタンに対しては、塩素
の代替酸化剤としてオゾンを用い、オゾン処理後に生物
活性炭処理を行う事で十分に低減可能である。またアル
デヒド類も有害な消毒副生成物であるが、これらについ
ても生物活性炭処理により基準値以下まで低減可能であ
る。
【０００７】近年、最も問題視されているオゾン消毒副
生成物は、臭素酸（BrO3）である。臭素酸は被処理水中
に臭素が含まれる場合に、オゾンと直接反応して生成す
る。臭素酸は現段階では水質基準としては定められてい
ないが、その発癌性が指摘され、暫定許容値は10〜25μ
g/L と、前述のトリハロメタン類よりも厳しいものであ
る。また臭素酸に関して最も深刻な問題は、生物活性炭
でもその除去が殆ど期待できないことである。また臭素
酸の形態になると、最終消毒剤である塩素ともほとんど
反応しない。
【０００８】従って一旦生成した臭素酸は、後段での抑
止が不可能であり、如何にその生成を押えるかが問題と
なる。
【０００９】臭素とオゾンの反応について、臭素酸生成
量は溶存オゾン濃度、および接触時間に比例するとされ
ている。特に濃度時間積（ＣＴ値：オゾン接触槽内の溶
存オゾン濃度と接触時間の積）と良好な比例関係がある
と報告されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】前述の通り、臭素酸生
成量は反応槽内のＣＴ値に依存していることから臭素酸
の生成を抑制，制御するには、ＣＴ値の監視，及びＣＴ
値の制御が必要である。
【００１１】浄水処理におけるオゾン注入制御は、被処
理水溶存オゾン濃度一定制御が一般に行われる。しかし
この被処理水溶存オゾン濃度一定制御は、あくまでも注
入オゾンに対するフィードバック制御であり、どうして
も制御時間後れが生じる。従って降雨後等の急激な水質
変動時の追従性が悪いという欠点がある。
【００１２】また被処理水中の溶存オゾン濃度の監視は
できても、オゾン接触槽内の溶存オゾン濃度分布が実測
できないことから、実際の接触槽内のＣＴ値は経験的に
推測するしか手段がないのが現状である。
【００１３】この発明は上述の点に鑑みてなされその目
的は、速やかに反応槽内のＣＴ値を制御して被処理水中
の臭素酸の生成量を基準値以下に抑制する水処理方法お
よび水処理装置を提供することにある。他の目的はオゾ
ン接触槽内の溶存オゾン濃度分布が実測可能な水処理装
置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上述の目的は第一の発明
によれば被処理水にオゾンガスを導入して浄化処理を行
う水処理方法において、被処理水とオゾンガスを接触，
混合する接触槽と、被処理水中に溶解したオゾンと有機
物との反応時間を確保する滞留槽のそれぞれの内部を流
れる被処理水中の溶存オゾン濃度を監視して被処理水の
槽内溶存オゾン濃度Ｃと被処理水の槽内滞留時間Ｔの積
であるＣＴ値の総和を常時計算し、ＣＴ値の総和が予め
設定された範囲を超えた際に、溶存オゾン分解装置を作
動させ接触槽と滞留槽のいずれか一つの槽内を流れる被
処理水中の溶存オゾンを分解することにより達成され
る。
【００１５】第二の発明によれば被処理水にオゾンガス
を導入して浄化処理を行う水処理装置において、オゾン
ガスと被処理水を接触，混合する接触槽と、被処理水中
に溶解したオゾンと有機物との反応時間を確保する滞留
槽のそれぞれの内部に溶存オゾン監視装置と溶存オゾン
分解装置の組を備えることにより達成される。
【００１６】第三の発明によれば第二の発明において溶
存オゾン分解装置が、紫外線照射装置であることが有効
である。
【００１７】第四の発明によれば第二の発明において溶
存オゾン分解装置が、過酸化水素水溶液注入装置である
ことが有効である。
【００１８】反応槽内を流れる被処理水中の溶存オゾン
を分解するときは水質変動の有無に係わらず溶存オゾン
濃度は速やかに減少するために制御遅れがなくＣＴ値の
良好な制御性が得られる。
【００１９】接触槽の内部に溶存オゾン監視装置と溶存
オゾン分解装置の組（一組あるいは複数組）を備えると
きは接触槽内部の溶存オゾン濃度分布が正確に分かり、
ＣＴ値制御の精度が高まる。
【００２０】紫外線照射装置から照射される紫外線はオ
ゾンを速やかに光分解する。過酸化水素水溶液注入装置
からの過酸化水素はオゾンを速やかに化学分解する。
【００２１】
【発明の実施の形態】図１はこの発明に係る水処理装置
につきシステムフローの一例を示す構成図である。一般
的な大規模浄水場における横流式向流３段オゾン接触池
である。先ずシステム全体の流れを説明する。
【００２２】被処理水は自然流下あるいはポンプ送水に
より導入口(1) よりオゾン接触槽（2 ）内に導入され、
オゾン発生装置(3) より発生させたオゾンガスはオゾン
散気装置(4) を経てオゾン接触槽（2 ）内に導入され
る。被処理水とオゾンガスはオゾン接触槽（2 ）内で接
触，混合することで反応が進行する。本例の場合は、オ
ゾン接触，混合を3 段階で行っている。オゾン接触槽を
経た後、被処理水は滞留槽(5) 内で一定時間滞留の後、
排出口（6 ）より系外に排出され、被処理水と未反応の
オゾンガスは排オゾン処理装置（7 ）を経て系外に排出
される。
【００２３】接触槽の滞留時間は5min. （3 段の合計は
15min.）、滞留槽の滞留時間は5min. である。また接触
槽内及び滞留槽内の計４箇所に溶存オゾン監視装置(8)
及び溶存オゾン分解装置(9) を併設している。
【００２４】溶存オゾン監視装置(8) は、一般に水質試
験等に広く用いられている隔膜式オゾン測定電極及び信
号変換（増幅）器、並びに制御演算器(10)への伝送回路
等により構成される。
【００２５】溶存オゾン監視装置(8) からの信号は制御
演算器(10)に送られ、その信号に基づき各溶存オゾン分
解装置(9a 〜9d) が制御される。
【００２６】溶存オゾン分解装置は過酸化水素水溶液注
入装置，紫外線照射装置またはナトリウム化合物水溶液
注入装置等が用いられる。
【００２７】図２はこの発明の過酸化水素水溶液注入装
置を示す模式図である。
【００２８】オゾン分解装置としてオゾン分解効果のあ
る過酸化水素を注入する方式である。過酸化水素貯留タ
ンク(11)，注入ポンプ(12)及び注入口(13)により構成さ
れる。過酸化水素とオゾン（溶存オゾン）の反応が下記
の式（１），式（２）に示される。過酸化水素は、水中
で水素イオンとヒドロペルオキシイオン（ＨＯ2 - に解
離する。オゾンに過酸化水素が注入されると、ヒドロペ
ルオキシイオンが、Ｏ 3 と反応して速やかに分解し、ヒ
ドロペルオキシラジカル（ＯＨ2 ・）とオゾニドイオン
（Ｏ3 - ）を生成する。
【００２９】 Ｈ2 Ｏ2 ⇔ ＨＯ2 - ＋Ｈ+ （１） ＨＯ2 - ＋Ｏ3 → Ｏ3 - ＋ＨＯ2 ・ （２） この反応は非常に速やかであり、その注入量は概ねＨ2
Ｏ2 / Ｏ3 比（重量比）0.4 〜0.5 で十分である。
【００３０】図３はこの発明の紫外線照射装置を示す模
式図である。
【００３１】紫外線照射装置は紫外線ランプ(14)及び電
源装置(15)により構成される。
【００３２】紫外線とオゾンの反応は、下記の式
（３），式（４）に示すように直接オゾンが分解される
過程と、式（５），式（６）に示すように過酸化水素の
生成を経由する過程の２つがある。これらの反応も非常
に速やかに進行する。
【００３３】 Ｏ3 ⇔ Ｏ2 ＋Ｏ（ 1Ｄ） （３） Ｏ(1D)＋Ｈ2 Ｏ ⇔ ２ＯＨ・ （４） Ｏ3 ＋Ｈ2 Ｏ ⇔ Ｈ2 Ｏ2 ＋Ｏ2 （５） Ｈ2 Ｏ2 ⇔ ２ＯＨ・ （６） 用いる紫外線ランプは波長184 〜254nm の低圧紫外線ラ
ンプであり、その照射強度は5.5mW/cm2 （殺菌灯レベ
ル）である。これらの溶存オゾン分解装置は、反応槽形
状，設備設置条件等により適宜選定される。
【００３４】一般に上述に示すような横流式向流３段オ
ゾン接触池は、次に示すような反応槽内溶存オゾン濃度
分布を持っている。
【００３５】図４は横流式向流３段オゾン接触池におけ
る反応槽内溶存オゾン濃度分布を示す線図である。
【００３６】反応槽内溶存オゾン濃度分布は点線で示さ
れる。横軸は時間である。併せてＣＴ値の総和が図中の
斜線で囲まれた部分の面積で表される。図ではＣＴ＝8.
5(mg/L×min.) となる（溶存オゾン濃度分布は、オゾン
注入率、被処理水の水質に大きく依存する）。
【００３７】図５は一般的なＣＴ値と生成する臭素酸濃
度の関係を示す線図である。
【００３８】この図からもわかるように、例えばｐH ＝
８の場合には生成する臭素酸濃度を10μg/L 以下に抑制
するためには、ＣＴ値を約2.5(mg/L×min.) 以下にしな
くてはならない。
【００３９】ＣＴ値を下げるには、直接注入オゾン量を
制御すれば可能であるが、前述したように急激な水質変
動等が発生した場合等には制御遅れが生じる。そこで反
応槽内の溶存オゾン濃度Ｃを常時監視してＣＴ値の総和
が設定値を超えたときに溶存オゾン分解装置を作動させ
る。
【００４０】前記した横流式向流３段オゾン接触池のＣ
Ｔ値制御は、制御演算器(10)を用いて例えば以下のよう
にして行うことができる。ＣＴ値の総和が設定値を超え
たときに溶存オゾン分解装置（ 9ｃ）を作動させる。こ
のとき3 段目の接触槽及び滞留槽の溶存オゾン濃度は０
となる。
【００４１】図６はこの発明の横流式向流３段オゾン接
触池における溶存オゾン濃度分布を示す線図である。併
せてＣＴ値の総和が図中の斜線で囲まれた部分の面積で
表される。ＣＴ値は8.5 から2.5(mg/L*min.)に低下して
いる。従って臭素酸の生成は抑制され、常に一定基準値
以下の被処理水が得られる。
【００４２】前記した例では溶存オゾン分解装置（ 9
ｃ）を作動させているが、その選択は自由である。
【００４３】前記した横流式向流３段オゾン接触池にお
いては反応槽内の溶存オゾン監視装置と溶存オゾン分解
装置の組は一組であるが、複数組の溶存オゾン監視装置
と溶存オゾン分解装置を用いるときは反応槽内の溶存オ
ゾン濃度分布が正確にわかり、ＣＴ値制御の精度がより
高まる。
【００４４】溶存オゾンを分解すると、オゾンの酸化効
果は低下する。しかし制御演算器の機能を拡充し、オゾ
ン注入量を高めながら適宜溶存オゾン分解装置を作動さ
せると、最大限のオゾン酸化と臭素酸生成抑制の両効果
が得られる。
【００４５】またオゾン分解手法としての過酸化水素や
紫外線照射を併用することで、オゾン分解生成物である
OHラジカルの生成の促進されることから、従来オゾンの
みでは分解困難な物質の分解や、反応時間の短縮等の効
果も期待できる。
【００４６】
【発明の効果】第一の発明によれば被処理水にオゾンガ
スを導入して浄化処理を行う水処理方法において、被処
理水とオゾンガスを接触，混合する接触槽と、被処理水
中に溶解したオゾンと有機物との反応時間を確保する滞
留槽のそれぞれの内部を流れる被処理水中の溶存オゾン
濃度を監視して被処理水の槽内溶存オゾン濃度Ｃと被処
理水の槽内滞留時間Ｔの積であるＣＴ値の総和を常時計
算し、ＣＴ値の総和が予め設定された範囲を超えた際
に、溶存オゾン分解装置を作動させ接触槽と滞留槽のい
ずれか一つの槽内を流れる被処理水中の溶存オゾンを分
解するので、水質変動の有無に係わらず、溶存オゾン濃
度は速やかに減少して制御遅れのない良好なＣＴ値制御
が得られ、その結果臭素酸濃度を基準値以下に抑制した
水処理を行うことができる。
【００４７】第二の発明によれば被処理水にオゾンガス
を導入して浄化処理を行う水処理装置において、オゾン
ガスと被処理水を接触，混合する接触槽と、被処理水中
に溶解したオゾンと有機物との反応時間を確保する滞留
槽のそれぞれの内部に溶存オゾン監視装置と溶存オゾン
分解装置の組を備えるので、高精度のＣＴ値制御を行う
ことができ、臭素酸濃度を基準値以下に抑制した高信頼
性の水処理装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る水処理装置につきシステムフロ
ーの一例を示す構成図
【図２】この発明の過酸化水素水溶液注入装置を示す模
式図
【図３】この発明の紫外線照射装置を示す模式図
【図４】横流式向流３段オゾン接触池における反応槽内
溶存オゾン濃度分布を示す線図
【図５】一般的なＣＴ値と生成する臭素酸濃度の関係を
示す線図
【図６】この発明の横流式向流３段オゾン接触池におけ
る溶存オゾン濃度分布を示す線図
【符号の説明】
１ 導入口 ２ 接触槽 ３ オゾン発生装置 ４ 散気装置 ５ 滞留槽 ６ 排出口 ７ 排オゾン処理装置 ８ 溶存オゾン監視装置 ９ 溶存オゾン分解装置 10 制御演算器 11 貯留タンク 12 注入ポンプ 13 注入口 14 紫外線ランプ 15 電源装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ０２Ｆ 1/50 ５４０ Ｃ０２Ｆ 1/50 ５４０Ａ ５５０ ５５０Ｌ 1/58 1/58 Ｈ (72)発明者 高橋 龍太郎 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 Ｆターム(参考） 4D037 AA01 AB02 AB03 AB04 BA18 BB01 BB02 CA12 4D038 AA01 AB04 AB14 AB27 BA02 BA04 BA06 BB07 BB16 4D050 AA01 AB04 AB06 AB11 AB19 BB02 BC09 BD03 BD04 BD06 BD08 CA07 CA20

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】被処理水にオゾンガスを導入して浄化処理
    を行う水処理方法において、被処理水とオゾンガスを接
    触，混合する接触槽と、被処理水中に溶解したオゾンと
    有機物との反応時間を確保する滞留槽のそれぞれの内部
    を流れる被処理水中の溶存オゾン濃度を監視して被処理
    水の槽内溶存オゾン濃度Ｃと被処理水の槽内滞留時間Ｔ
    の積であるＣＴ値の総和を常時計算し、ＣＴ値の総和が
    予め設定された範囲を超えた際に、溶存オゾン分解装置
    を作動させ接触槽と滞留槽のいずれか一つの槽内を流れ
    る被処理水中の溶存オゾンを分解することを特徴とする
    水処理方法。
  2. 【請求項２】被処理水にオゾンガスを導入して浄化処理
    を行う水処理装置において、オゾンガスと被処理水を接
    触，混合する接触槽と、被処理水中に溶解したオゾンと
    有機物との反応時間を確保する滞留槽のそれぞれの内部
    に溶存オゾン監視装置と溶存オゾン分解装置の組を備え
    ること特徴とする水処理装置。
  3. 【請求項３】溶存オゾン分解装置が、紫外線照射装置で
    ある請求項２に記載の水処理装置。
  4. 【請求項４】溶存オゾン分解装置が、過酸化水素水溶液
    注入装置である請求項２に記載の水処理装置。
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