JP2001225086A

JP2001225086A - オゾン水処理方法及び装置

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Publication number: JP2001225086A
Application number: JP2000041153A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Kato; 康弘加藤; Nobuyuki Motoyama; 本山　　信行; Ryutaro Takahashi; 龍太郎高橋
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2000-02-18
Filing date: 2000-02-18
Publication date: 2001-08-21

Abstract

(57)【要約】【課題】現在浄水処理分野での問題は、オゾンと有機物
の反応による消毒副生成物、特にトリハロメタンと臭素
酸（イオン）の生成である。臭素酸は生物活性炭でも除
去できず塩素とも殆ど反応しないため生成抑制が必要で
ある。本発明はこの問題を解決してオゾン処理での臭素
酸生成を抑制し、かつトリハロメタン生成能を十分に低
減できるオゾン注入制御方法と装置とを提供することに
ある。【解決手段】被処理水による測定実験で、トリハロメタ
ン生成能を低減できかつ臭素酸イオンを生成しない溶存
オゾン濃度範囲を見いだし、オゾン接触槽内及び反応槽
内の有機物の質的変化を、被処理水中の親水性有機物濃
度を測定装置で監視し、上記の濃度範囲でオゾン注入量
を制御することで目的を達成できる。

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、有機物など
の酸化を行うオゾン処理装置及び、浄水処置および排水
処理プロセスなどにおいて水質評価を行うための水質測
定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、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、オゾンガスを水中
に散気することにより殺菌、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こと
から、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】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ということになる。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、あるいは分解・消費されたオゾンの割合であ
り、（１）式で表される。

【０００４】

【数１】また、除去効率とは、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、（２）式であらわ
される。代表的な水質汚濁物質としては、臭気物質やト
リハロメタン前駆物質などが挙げられる。

【０００５】

【数２】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。

【０００６】オゾン水処理設備のオゾン注入制御方法と
しては、大きく次の３通りの方法がある。即ち、オゾ
ン注入率一定制御、処理水溶存オゾン（残留オゾン）
一定制御、排オゾン濃度一定制御、である。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一般に行われる。

【０００７】ここで、の方法の従来の溶存オゾン濃度
一定制御を用いたシステムフローの例を図５に示す。こ
の図は一般的な大規模浄水場向けの横流式向流３段オゾ
ン接触池のシステムフロー図であり、全体フローの流れ
及び制御の流れを次に説明する。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。この場合は、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。この
図に示すとおり、従来法では処理水中の溶存オゾン濃度
を監視するために、滞留槽５の出口に溶存オゾン濃度測
定装置８を設置している。そして制御装置９により、溶
存オゾン濃度測定装置８の信号を演算処理し、オゾン発
生装置３のオゾン発生量を制御している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】現在、浄水処理の分野
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。また、最近ではオゾン消毒副生成物として臭素酸
（水中では臭素酸イオンＢｒＯ₃ ^-）が問題視されてい
る。

【０００９】臭素酸は被処理水中に臭化物イオンＢｒ^-
が含まれる場合に、オゾンと反応することで生成する。
臭素酸は水質基準としては定められていないものの、そ
の発癌性が指摘され、ＷＨＯによる飲料水中のガイドラ
インは２５μｇ／Ｌ（１９９３）、ＵＳのＥＰＡでは規
制値として１０μｇ／Ｌ（１９９９）を公示するなど、
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ということである。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。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。

【００１０】従来の溶存オゾン濃度一定制御では、被処
理水に過不足無くオゾンを注入し、また、十分な反応時
間を確保するという観点から、一般には被処理水中（滞
留槽出口）における溶存オゾン濃度を監視する。一方、
臭素とオゾンの反応についてみると、臭素酸生成量は被
処理水中の臭化物イオン濃度、及び溶存オゾン濃度Ｃと
反応槽内接触時間Ｔとの積（ＣＴ値）と良好な比例関係
があることが知られている。実際の浄水プラントでは、
反応槽の滞留時間はほぼ一定であることから、臭素酸生
成量は溶存オゾン濃度に比例すると言える。従って、臭
素酸生成が問題となる浄水場などでは、あらかじめオゾ
ン注入率と滞留槽出口における被処理水中の溶存オゾン
濃度、臭素酸生成量の関係を統計的に調査し、前述の溶
存オゾン一定制御の制御目標値を定めて制御を行ってい
る。

【００１１】以上のことから、本発明では、従来の溶存
オゾン濃度監視方法にかえて、オゾン処理における臭素
酸生成を抑制し、かつトリハロメタン生成能（ＴＨＭＦ
Ｐ）を十分に低減する為のオゾン注入制御方法を見出す
ことを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】オゾン処理における臭素
酸生成の抑制とＴＨＭＦＰ低減の為のオゾン注入制御方
法として、次項に述べる本発明者らの研究結果から、実
際の浄水プラントでの被処理水による測定実験で、ＴＨ
ＭＦＰを低減できかつ臭素酸イオンを生成しない範囲の
溶存オゾン濃度を見いだし、その溶存オゾン濃度範囲で
オゾン注入量を制御することとする。

【００１３】また、被処理水中の親水性有機物濃度を監
視し、その値に応じてオゾン注入量を制御することとす
る。被処理水にオゾンガスを導入して浄化処理を行うオ
ゾン水処理装置としては、被処理水中の親水性有機物濃
度測定装置を備え、その測定値に応じてオゾン注入量を
制御する制御装置を備えるものとする。

【００１４】そして、この親水性有機物濃度測定装置と
しては、採水装置あるいは採水管路より導入した被測定
水の有機物濃度を測定する第１の測定経路と、被測定水
に含まれる疎水性有機物を除去するための疎水性有機物
除去装置と、採水装置あるいは採水管路より導入した被
測定水を、疎水性有機物除去装置を経由させ、親水性有
機物のみを測定する第２の測定経路と、第１の経路、第
２の経路を切り替える自動弁を有し、第１の測定経路の
測定値と第２の測定経路の測定値の差を演算処理するこ
とで、被処理水中の全有機物濃度、並びに被処理水中の
親水性有機物濃度を同時に算出・出力するものとする。

【００１５】さらに、オゾン水処理装置の被測定水中の
疎水性有機物を除去するための装置として、有機物吸着
性を有する合成樹脂を充填したカラム、及びｐＨ調整装
置、及び有機物脱着のための洗浄装置を備えることとす
る。これらの方法および装置によれば、オゾン接触槽内
及び反応槽内の有機物の質的変化を常時監視することが
可能となり、その変化量に応じたオゾン注入量の制御を
行うことが可能となる。

【００１６】

【発明の実施の形態】臭素酸の生成を抑制し、かつＴＨ
ＭＦＰを十分に低減する為のオゾン注入制御方法および
装置の例として、本発明の原理に関する測定例と考察、
有機物濃度測定装置、システムフロー図について、以下
に詳細に説明する。〔ＴＨＭＦＰ、臭素酸イオン濃度と、溶存オゾン濃度と
の関係〕本発明者らの最近の研究により測定された、オ
ゾンとＴＨＭＦＰ及び臭素酸の反応に関する測定結果の
一例とその考察を、図１および図２により説明する。

【００１７】図１はバッチ式反応槽における一般的な河
川水のオゾン処理の実験結果であり、ＴＨＭＦＰ（トリ
ハロメタン生成能）、臭素酸イオン生成量、および溶存
オゾン濃度とオゾン処理時間との関係を示す図である。
この図より、ＴＨＭＦＰは、オゾン処理開始時にその変
化が大きく、処理時間が長くなるとほぼ一定になり、臭
素酸イオン生成量、および溶存オゾン濃度は、オゾン処
理開始時にはその変化が無く、その後処理時間に応じて
増加していることがわかる。

【００１８】特に、ＴＨＭＦＰは、オゾン処理時間５分
辺りまではなだらかに低下するものの、その後はほとん
ど変化していない。この結果により、ＴＨＭＦＰに関連
するＴＨＭの前駆物質の中には、オゾンにより速やかに
酸化分解される成分と、オゾンとほとんど反応しない成
分、正確には本実験における反応時間及びオゾン注入量
では分解されない成分があることがわかる。

【００１９】図２はＴＨＭＦＰ、および臭素酸イオン生
成量と、溶存オゾン濃度と関係を示す図で、図１の実験
結果を、横軸を溶存オゾン濃度にして整理したものであ
る。この図より、ＴＨＭＦＰは溶存オゾン濃度が０ｍｇ
／Ｌの状態で約１５％低減されていることがわかる。ま
た、溶存オゾンが増加してもその除去率はほぼ一定であ
る。一方、臭素酸イオンは、溶存オゾン０．１ｍｇ／Ｌ
辺りまでは生成せず、その後、溶存オゾン濃度に比例し
て直線的に生成していることがわかる。

【００２０】一方、一般にトリハロメタンの前駆物質
は、主に疎水性の有機物であり、それらが塩素等により
ハロゲン化し、加水分解することでトリハロメタンが生
成する。それに対して、オゾン処理の効果は、有機物の
酸化分解並びに、有機物親水性の向上にあると言われて
いる。図２に示した結果では、溶存オゾン濃度が０ｍｇ
／Ｌの状態でもＴＨＭＦＰは速やかに低減されている。
これはすなわち、ＴＨＭＦＰ前駆物質の親水化が速やか
に行われていることを意味しており、その反応は、溶存
オゾン濃度が検出される前に進行しているといえる。

【００２１】また、被処理水中の全有機物濃度（ＴＯ
Ｃ）は、通常の浄水処理レベルのオゾン注入率（最大３
ｍｇ／Ｌ）並び反応時間（１０〜１５分）では、オゾン
処理前後で殆ど変化しない（無機化反応は起きない）。
しかし、ＴＨＭＦＰはオゾン処理で顕著に低減されるこ
とから、オゾンによる有機物の質的変化がもたらされて
いるといえる。従来の全有機炭素測定装置ではこのよう
な質的変化を測定することはできなかったが、本発明に
よる有機物測定装置では、このような質的変化を測定す
ることが可能である。

【００２２】このように、被処理水中に注入されたオゾ
ンは、優先的にトリハロメタンの前駆物質と反応し、そ
れらの反応がほぼ完了した後に、溶存オゾンが残留し、
臭素酸イオンの生成が行われていることが明らかになっ
た。従って、溶存オゾン濃度を厳密に監視し、オゾン注
入制御を行えば、問題となる濃度の臭素酸イオン生成は
抑制される。

【００２３】この場合、溶存オゾン濃度の制御目標値
は、０．１〜０．２ｍｇ／Ｌ程度に設定されるが、被処
理水中の臭化物イオン濃度が極端に高い場合や、高水温
時、高ｐＨ時には、０．１ｍｇ／Ｌ程度のオゾン濃度で
あっても臭素酸イオンの生成は進行し、ＥＰＡの規制値
である１０μｇ／Ｌを超える可能性が大きくなる。しか
し、装置の安定性等を考慮すると、現状では０．１ｍｇ
／Ｌ以下の溶存オゾン濃度制御は不可能である。〔有機物濃度測定装置の構成例とその動作〕図３は本発
明の有機物濃度の測定値に応じてオゾン注入量を制御す
るオゾン水処理装置の有機物濃度測定装置の構成図で、
この装置は全有機物と親水性有機物とが測定できる。以
下にこの装置の動作原理を説明する。

【００２４】まず、採水管または採水装置１０から、被
測定水を導入し、切換弁１１により、通常の測定経路で
ある第１の測定流路１２を経由して、有機炭素測定部１
３において有機物濃度を測定する。ここで測定されるの
は一般的に全有機炭素（ＴＯＣ）と呼ばれるものであ
る。次に、切換弁１１を切り替え、被処理水は第２の測
定流路１４から疎水性有機物除去装置１５に導入され
る。疎水性有機物除去装置は、ｐＨ調整装置１６、及び
内部にアーバンライト系の樹脂が充填されたカラム１
７、洗浄装置１８から構成されており、ｐＨ２程度の酸
性条件下では、いわゆる疎水性有機物が吸着され、親水
性有機物が流出する。したがって、第２の測定流路１４
に導入された被測定水は疎水性有機物が取り除かれ、親
水性有機物のみが有機炭素測定部１３に到達し、有機物
濃度が測定される。その後、演算装置１９により、全有
機炭素と親水性有機炭素濃度を演算処理することで、被
測定水中の親水性有機物濃度の比率を求めることができ
る。疎水性有機物除去装置内に吸着した疎水性有機物
は、洗浄装置１８により、ｐＨ１３程度のアルカリ性溶
液により、脱着され、排水口２０から排水される。〔本発明のシステムフロー図〕図４は先に図５で示した
一般的な大規模浄水場向けの横流式向流３段オゾン接触
池に、本発明による有機物濃度測定装置を適用した場合
のシステムフロー図である。全体フローの流れは図５と
同様である。この実施例では、接触槽流入部及び滞留槽
出口に、本発明による有機物測定装置２１を設置してい
る。そして制御装置２２により、有機物測定装置２１の
信号を演算処理し、オゾン発生装置３のオゾン発生量を
制御している。

【００２５】この図に示した実施例のように、実際のオ
ゾン注入制御において、オゾン処理前後の親水性有機物
濃度の変化を監視すれば、溶存オゾン濃度が検出されな
いような低オゾン注入量の領域でも、トリハロメタン生
成能低減の代替指標として用いることができる。当然こ
の領域では、問題になる濃度の臭素酸は生成されない。
その場合の制御値、すなわち、親水性有機物濃度の変化
割合は、被処理水の性状により異なると思われるので、
あらかじめ予備実験を行い、適正な値を求めておけば良
い。

【００２６】また、オゾンによる親水化処理により、後
段に設置される生物活性炭の処理性能の向上、凝集沈澱
プロセスにおける凝集性の向上、膜処理プロセスにおけ
る目詰まり防止効果なども利点として挙げられる。この
ような目的でオゾン処理を行う場合でも、本発明による
親水性有機物監視によるオゾン注入制御は有効な手法で
ある。

【００２７】本実施例では横流式オゾン接触池での確認
結果を示したが、他にもエゼクター注入方式、下降管注
入式オゾン接触方式など、オゾンガスと被処理水を接触
させる水処理装置や、水の電気分解によってオゾンを生
成させ、被処理水とオゾンの反応を生じさせる方式な
ど、全てに対して容易に適用可能である。

【００２８】

【発明の効果】本発明によるオゾンによる水処理方法お
よび装置によれば、有害なオゾン消毒副生成物である臭
素酸の生成を抑制すると共に、ＴＨＭＦＰを十分に低減
する為のオゾン注入制御が可能となり、処理水の安全性
を維持・確保する事ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＴＨＭＦＰ（トリハロメタン生成能）、臭素酸
イオン生成量、および溶存オゾン濃度と、オゾン処理時
間との関係を示す図

【図２】ＴＨＭＦＰ、および臭素酸イオン生成量と、溶
存オゾン濃度と関係を示す図

【図３】本発明のオゾン水処理装置の有機物濃度測定装
置の構成図

【図４】横流式向流３段オゾン接触池に、本発明の有機
物濃度測定装置を適用したシステムフロー図

【図５】従来の横流式向流３段オゾン接触池のシステム
フロー図

【符号の説明】

１：導入口２：オゾン接触槽３：オゾン発生装置４：オゾン散気装置５：滞留槽６：排出口７：排オゾン処理装置８：溶存オゾン濃度測定装置９：制御装置１０：採水管または採水装置１１：切換弁１２：第１の測定流路１３：有機炭素測定部１４：第２の測定流路１５：疎水性有機物除去装置１６：ｐＨ調整装置１７：樹脂充填カラム１８：洗浄装置１９：演算装置２０：排水口２１：有機物測定装置２２：制御装置

フロントページの続き (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） 4D024 AA05 AB04 AB07 BA17 CA01 CA05 DA03 DA04 DB05 DB12 DB14 DB20 DB21 DB24 4D050 AA02 AB04 AB06 AB07 AB11 AB19 BB02 BD03 BD06 BD08 CA06 CA09 CA13 CA16 CA17

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被処理水にオゾンガスを導入して浄化処理
を行うオゾン水処理方法において、トリハロメタン生成
能（ＴＨＭＦＰ）を低減でき、かつ臭素酸イオンを生成
しない範囲の溶存オゾン濃度でオゾン注入量を制御する
ことを特徴とするオゾン水処理方法。
【請求項２】被処理水にオゾンガスを導入して浄化処理
を行うオゾン水処理方法において、被処理水中の親水性
有機物濃度を監視し、その値に応じてオゾン注入量を制
御することを特徴とするオゾン水処理方法。
【請求項３】被処理水にオゾンガスを導入して浄化処理
を行うオゾン水処理装置において、被処理水中の親水性
有機物濃度測定装置と、その測定値に応じてオゾン注入
量を制御する制御装置とを備えたことを特徴とするオゾ
ン水処理装置。
【請求項４】請求項３記載のオゾン水処理装置におい
て、前記被処理水中の親水性有機物濃度測定装置は、採
水装置あるいは採水管路より導入した被測定水の有機物
濃度を測定する第１の測定経路と、被測定水に含まれる
疎水性有機物を除去するための疎水性有機物除去装置
と、採水装置あるいは採水管路より導入した被測定水
を、疎水性有機物除去装置を経由させ、親水性有機物の
みを測定する第２の測定経路と、第１の経路、第２の経
路を切り替える自動弁とを有し、第１の測定経路の測定
値と第２の測定経路の測定値の差を演算処理すること
で、被処理水中の全有機物濃度、並びに被処理水中の親
水性有機物濃度を同時に算出・出力する有機物濃度測定
装置であることを特徴とするオゾン水処理装置。。
【請求項５】請求項３記載のオゾン水処理装置におい
て、被測定水中の疎水性有機物を除去するための装置と
して、有機物吸着性を有する合成樹脂を充填したカラ
ム、及びｐＨ調整装置、及び有機物脱着のための洗浄装
置を有することを特徴とするオゾン水処理装置。