JP2006198544A - 水処理制御システム及び水処理制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】オゾン処理を使用する水処理システムにおいて、オゾンガスの注入率を最適化できる水処理制御システムを提供することにある。
【解決手段】オゾン処理を制御する水処理制御システムにおいて、処理槽１に導入された被処理水１０の蛍光強度を測定する蛍光分析計８及び水処理制御装置７が設けられている。水処理制御装置７は、蛍光分析計８により測定された蛍光強度を使用して蛍光強度残存率を算出し、当該蛍光強度残存率と前記オゾンガスのオゾン消費効率との関係に基づいて、設定された目標の蛍光強度残存率に対応する目標のオゾン消費効率を算出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般的には、浄水処理、下水処理、産業排水処理、食品排水処理などの水処理設備に適用し、特に、オゾンガスを使用するオゾン処理制御を行う水処理制御システムに関する。

従来、浄水処理、下水処理、産業排水処理、食品排水処理などの水処理を行うための水処理設備が周知である。例えば浄水場で使用される水処理設備は、地下水や表流水などを原水として、着水井に導入するとともに、凝集剤を添加してフロック（floc:懸濁物の固まり）を形成し、沈澱処理を実行する。

さらに、水処理設備は、この沈澱処理後に、上澄み液を砂濾過に導いて懸濁物を除去し、最後に消毒用の塩素処理がなされた処理水（処理後の水）を需要家に供給する。ここで、消毒用塩素処理の効果をより確実にするために、凝集剤注入点前に塩素を注入する前塩素処理、及び沈殿水に塩素を注入する中間塩素処理が行われる。

ところで近年、産業排水や、生活排水などによる水源の汚染が社会問題になっている。具体的には、特に上流河川において、かび臭などの臭気物質、フミン物質、農薬、ダイオキシン、環境ホルモンなどの難分解性の汚染物質が微量含まれていることが指摘されている。フミン（humin）物質とは、主として、植物などが微生物により分解される種々雑多な有機化合物によって構成される高分子化合物の１つであり、樹木などのセルロースやリグニン酸が酸化される過程で生じる河川水着色の原因となる有機物を意味する。

また、河川の下流側では、さらに汚染が進んでおり、これらの汚染物質の他に、アンモニアや、有機塩素系の洗剤、更には合成洗剤、染料など種々の化学物質による汚染が広がっている。

前述の浄水処理法では、前記のような汚染物質の除去に対応できないだけでなく、トリハロメタンの前駆物質であるフミン質を含む色度成分の増加は、塩素処理により処理水中のトリハロメタンが増大する。また、アンモニアの増加によっても、塩素とアンモニアが反応してクロラミンを生成し、必要以上に塩素を消費するため、塩素処理における塩素注入率が高くなり、その結果、トリハロメタン生成量が増大する。トリハロメタンは発ガン性物質であるため、水処理工程において、トリハロメタンの生成を抑制する必要がある。

そこで、前記のような汚染物質を分解または除去が可能なオゾン処理を使用する水処理システム、あるいは当該オゾン処理と生物活性炭処理とを組み合わせた高度浄水処理システムを組み込んだ浄水処理設備または浄水場が普及しつつある。

オゾン処理は、オゾン発生装置により生成されるオゾンガスと被処理水（処理対象の水）とを接触させて、オゾンの強い酸化力で被処理水中の汚染物質を分解する。オゾン発生装置は、空気または酸素に高電圧を印加して放電（無声放電）させることにより、酸素の一部をオゾン化させたオゾンガスを生成する。

このオゾン処理と生物活性炭処理を組み合わせた前記システムでは、前段のオゾン処理により、従来の浄水処理法では対応できない汚染物質の分解・除去、特にかび臭などの臭気物質、フミン物質などからなる色度成分の分解、鉄，マンガンなどの酸化・不溶化、及び有機ハロゲン化合物を含む有機物が分解される。さらに、後段の生物活性炭処理では、微生物により更に分解され、吸着除去される。

ここで、トリハロメタン生成能（ＴＨＭＦＰ）は、オゾン処理単独では、ある程度低下すると下がらなくなる。原水水質によっては、いったん下がった後に増加することもある（例えば非特許文献１を参照）。これは、オゾン処理による酸化分解のみではトリハロメタン前駆物質、特にフミン物質を無機化できず、また、条件によっては、トリハロメタン前駆物質となるフミン物質が増加するためであると推定される。

そこで、オゾン処理の後段に生物活性炭処理を組み合わせる事により、これらのトリハロメタン前駆物質となるフミン物質が分解、吸着除去されて、最終的にトリハロメタン生成能（ＴＨＭＦＰ）を低下させることができる。

オゾン処理を行う高度浄水処理システムを導入している浄水場では、被処理水に対して除去目的物質の酸化分解反応を十分に行うだけのオゾンガスの注入が必要である。しかし一方で、同時に過剰なオゾンガスの注入は、オゾンを発生させるための電力コストが増すだけでなく、オゾン処理水中の溶存オゾンが増えることになる。このため、後段の生物活性炭処理槽における生物活性炭の寿命を縮め、また、発ガン性物質である臭素酸イオン等の副生成物が生成するなどの問題が生じる。

そこで、オゾン処理水中の溶存オゾン濃度と除去目的物質の除去効率の双方が、最適な値になるようにオゾンガスの注入を調整する必要がある。オゾンガス注入量を調整する方法として、被処理水の導入量に対するオゾンの注入率を一定とするオゾン注入率一定制御（便宜的に第１の制御方法）、あるいは溶存オゾン(残留オゾン)濃度が一定の値になるように制御する溶存オゾン(残留オゾン)濃度一定制御（便宜的に第２の制御方法）、あるいは排出ガス中の未反応のオゾン濃度が一定になるように制御する排ガス中オゾン濃度一定制御（便宜的に第２の制御方法）などがある。

いずれの制御方法においても、一定制御する各設定値は、予め被処理水である原水とオゾンガスとの反応特性を求める実験を行い、その実験結果、原水水質の天候による変動や季節変化などの過去のデータや、他の浄水場のデータから決められ、必要に応じてオペレーターが手動で変更する。なお、一般的には、過不足なくオゾンを注入するという観点から、前記第２の制御方法が多く採用されている。即ち、第２の制御方法は、処理水中の溶存オゾン濃度が臭素酸イオンの生成量が増加しない濃度範囲内になるように制御することが可能であり、臭素酸イオンの生成を抑止しやすい（例えば、特許文献１を参照）。なお、特許文献１には、溶存オゾン濃度に替わってオゾンガス吸収量（注入オゾン量と排出オゾン量の差）を被処理水中の有機体炭素濃度（ＴＯＣ）で除した数値が一定の範囲になるように制御する方法が提案されている。

一方、被処理水の水質（溶質）を確認しながらのフィードバック制御する方法として、オゾンにより酸化分解される被処理水中の有機物量に相関するオゾン処理水のＵＶ値（紫外線吸光度(E260)）または蛍光強度を測定しながら制御するＵＶ値または蛍光強度によりフィードバック制御する方法が提案されている（例えば、特許文献２及び３を参照）。

また、ＵＶ値または蛍光強度の他に、オゾン処理水あるいはオゾン処理前の被処理水の濁度、ＴＯＣ、溶存オゾン濃度を組み合わせた制御方法も提案されている（例えば、特許文献４から８を参照）。これらは、ＵＶ値、蛍光強度、濁度、ＴＯＣ、溶存オゾン濃度、または、これらの水質指標を組み合わせて計算された指標が設定値または設定範囲内になるようにオゾンガス注入量を調整する制御方法である。但し、原水水質の内、溶存有機物量の変動に対してリアルタイムに適応可能だが、これらの指標の設定値は、前記第１から第３の制御方法と同様に、予め原水（被処理水）とオゾンガスとの反応特性を求める実験を行い、その実験結果と、原水水質の天候による変動や季節変化などの過去のデータや他の浄水場のデータから決められる。
特開２０００−２８８５６１号公報 特開平２−２７７５９６号公報 特開平７−２４６３８４号公報 特開平４−２２５８９５号公報 特開平６−２５４５７６号公報 特開平１１−２０７３６８号公報 特開平１１−２０７３６９号公報 特開２００３−８８８８２号公報 「オゾンにおける臭素酸イオン生成特性に関する検討」、茂庭、岡田、加藤、本山、星川、第９回日本オゾン協会年次研究講演会講演集、第２３項−第２６項、２０００年（第２４項、図２)

前述したオゾン処理を使用する水処理制御システムにおいては、以下に示す課題があった。即ち、従来のシステムでは、いずれの制御方法においても一定制御する各設定値は、予め原水（被処理水）とオゾンガスとの反応特性を求める実験を行い、その実験結果と、原水水質の天候による変動や季節変化などの過去のデータや、他の浄水場のデータから決められ、必要に応じてオペレーターが手動で変更する。

従って、原水水質の変動にリアルタイムに自動対応できず、天候や季節、定期的な水質検査の結果によって、適時、人為的に設定値を変える必要があり、これらの専門知識を持ち、かつ、経験豊かな専門家を常駐させなければならない。

さらに、オゾンガスの被処理水への溶解と溶質の酸化分解反応は複雑であり、これらの解明手段も無いため、実際は、季節変化や運転経験により、運転に支障がない範囲で、多めにオゾンを供給するように設定値を変化させており、最適運用とは程遠いものとなっている。これらのために高度浄水処理としてオゾン処理を導入している浄水場では、人件費、オゾンを発生させるための電力料が高く、浄水処理量あたりの浄水コストが従来の浄水処理法より格段と高くなり、中小規模の浄水場で高度浄水処理の導入・普及が進まない理由の一つとなっている。

また、オゾン処理による副生成物である臭素酸イオンは、発ガン性物質であることから、飲料水の水質ガイドライン値として、飲料水中の臭素酸イオン濃度が、ＵＳＥＰＡ（米国環境保護省）で１０μg/Lに規制されている（２００３年８月現在）。また、国内でも水道水基準として１０μg/L以下に規制されている。生成した臭素酸イオンは、後段の生物活性炭槽での除去は困難であり、臭素酸イオンの低減には、オゾン処理時での生成を抑制する必要がある。オゾン処理による臭素酸イオンの生成量は、被処理水中の臭化物イオン濃度と、溶存オゾン濃度と、オゾン処理槽内のオゾンと被処理水の接触時間との積（ＣＴ値）に比例する。

実際の浄水プラントでは、接触時間は、オゾン処理槽のサイズが変わらないので、同プラントの水処理量に依存する。水処理量は、オゾン処理槽のために適時変更する事は困難なので被処理水中の溶存オゾン濃度を調整する事により臭素酸イオンの生成を抑制する事になる。

ここで、前述の第２の制御方法を採用したオゾン処理システム、すなわち被処理水に対してオゾン処理槽中の溶存オゾン濃度が設定値の一定になるようにオゾンガス注入量を調整して水処理を行う水処理システムでは、この設定値を、臭素酸イオンの生成量を減らすために、低くしなければならず、あまり低くしすぎると、溶存オゾン濃度計の測定下限に近づくか、それ以下になる。即ち、溶存オゾン濃度計の測定値のバラツキ、誤差が大きく、オゾン注入量を的確に調整できなくなる。また、オゾン注入率を低くする事は、本来のオゾンによる分解対象物質である臭気物質、色度物質、トリハロメタン前駆物質などの分解能力を低下させる事になり、必要以上にオゾン注入率を低くするわけにはいかない。こういった理由から従来のシステムではオゾンガス注入量を制御するための各設定値を決めるのが困難であり、しかも、原水水質の変動に対して、リアルタイムに対応できない。

なお、浄水場が高度浄水処理のオゾン処理を採用する目的の１つに、トリハロメタン前駆物質を酸化分解する事があるが、この主なトリハロメタン前駆物質であるフミン物質は、オゾンによる分解反応速度が速いものと遅いものがある。その割合は、原水の種類、季節、天候などによって違ってくる。

分解反応速度が速いフミン物質の分解は、低溶存オゾン濃度でも優先的に分解が進行する。しかし、分解反応速度が遅いフミン物質まで分解するように溶存オゾン濃度を上げる、即ちオゾンガスの注入量（オゾン注入率）を増大させると、後段の生物活性炭処理や塩素処理でも除去できない臭素酸イオン等の副生成物が増加してしまう。また、分解反応速度が遅いフミン物質を中途半端にオゾン分解すると、かえってトリハロメタン生成能（ＴＨＭＦＰ）が増加してしまう。即ち、分解反応速度が遅いフミン物質をオゾン分解する事は、トリハロメタン生成能（ＴＨＭＦＰ）を低減するという観点からは、無駄なオゾンガスを注入していることになり、運転コストの上昇を意味する。

また、オゾン処理水あるいはオゾン処理前の被処理水のＵＶ値、蛍光強度、あるいはこれらに濁度、ＴＯＣ、溶存オゾン濃度等を組み合わせて計算された指標が、設定値または設定範囲内になるように、オゾンガスの注入量を調整する方法では、原水水質の内、溶存有機物量の変動に対してリアルタイムに適応可能だが、これらの指標と溶存有機物量とは、いつでも相関関係が同じなわけではない。

即ち、実験的に上記の相関関係を求め、その結果に基づきオゾン注入量を制御するための設定値または設定範囲を決めるが、原水水質（水源）、季節等が違ってくるとこれらの相関関係が変化し、必ずしも一致しない。従って、水質指標としてＵＶ値や蛍光強度に基づきオゾン注入量を制御する場合は、上記の相関関係を確認するための実験を頻繁に行ない、必要ならば設定値を変更しなければならない。要するに、上記の相関関係が変化したことをリアルタイムに把握できないため、最適なオゾン注入率の制御を実現することは困難である。

本発明の目的は、オゾン処理を使用する水処理システムにおいて、オゾンガスの注入率の最適化を実現できる水処理制御システムを提供することにある。

本発明の観点に従った水処理制御システムは、処理対象となる被処理水を導入して収容し、処理された処理水を排出する処理槽と、前記処理槽にオゾンガスを注入する注入装置と、前記被処理水の蛍光強度を測定する蛍光強度測定手段と、前記蛍光強度測定手段により測定された蛍光強度を使用して蛍光強度残存率を算出し、当該蛍光強度残存率と前記オゾンガスのオゾン消費効率との関係に基づいて、設定された目標の蛍光強度残存率に対応する目標のオゾン消費効率を算出する算出手段と、前記算出手段により算出された前記目標のオゾン消費効率に従って、前記注入装置からオゾンガスを注入するときのオゾン注入量を制御する制御手段とを備えた構成である。

本発明によれば、オゾン処理に必要なオゾンガスの最適な注入率の制御を実現することができる。これにより、特にオゾン処理と生物活性炭処理とを組み合わせた水処理設備に適用した場合に、被処理水中の有機物の分解処理、トリハロメタン生成能（ＴＨＭＦＰ）の低減処理を最も効率良く行わせることができるオゾンによる水処理制御システムを提供できる。

以下図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に関する水処理制御システムの構成を説明するための図である。

本システムは、一般的には、オゾン処理と生物活性炭処理とを組み合わせた水処理設備に適用される。但し、生物活性炭処理については、必ずしも必要としない。

水処理設備は、処理対象の原水である被処理水１０を導入して、オゾン処理を行なった後の処理水１１を排出する処理槽１、及び空気１３からオゾンガス１２を生成して処理槽１に供給するオゾンガス注入装置６を有する。

水処理制御システムは、オゾンガス注入装置６を制御する水処理制御装置７及び蛍光分析計８を有する。水処理制御装置７は、コンピュータをメイン要素とし、後述するように、オゾンガス注入装置６から処理槽１に注入されるオゾンガスの注入量（またはオゾン注入率）を制御する。

処理槽１は、被処理水１０にオゾンガス１２を注入して、接触・混合するオゾン接触槽２（複数段の第１から第３の接触槽２Ａ，２Ｂ，２Ｃ）、被処理水１０とオゾンガス１２との反応時間を確保するための滞留槽３、及びそれらの各槽２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，３から未反応のまま排出される排オゾンガスを分解、除去して排気する排オゾン処理装置４を有する。排オゾン処理装置４は、各槽２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，３からダクト４０を通じて排出される排オゾンガスを分解・除去処理する。

オゾンガス注入装置６は、オゾン発生器６０、コンプレッサ６１、バルブ６２、流量計６３、オゾン濃度計６４、複数のバルブ６５及び複数の流量計６６を有する。

コンプレッサ６１は、大気中から空気１３を取り込む。バルブ６２は、オゾン発生器６０への空気１３の導入量（ｑ_ｉｎ）を調整する。流量計６３は、当該空気１３の導入量を測定する。オゾン発生器６０は、コンプレッサ６１により取り込まれた空気１３に高電圧を印加して、放電（無声放電）させることにより空気中の酸素の一部をオゾン化させたオゾンガス１２を生成する。

オゾン濃度計６４は、オゾン発生器６０により生成されたオゾンガス１２のオゾン濃度（Ｃ）を測定する。各バルブ６５は、複数段の接触槽２Ａ〜２Ｃの各槽別に、オゾンガス１２の供給量（注入量）を調整する。各流量計６６は、接触槽２Ａ〜２Ｃの各槽別に供給するオゾンガス１２の注入量を測定する。

第１から第３の接触槽２Ａ，２Ｂ，２Ｃのそれぞれの下部には、オゾンガス注入装置６から供給されるオゾンガス１２を、気泡１４として各槽内に注入するためのオゾンガス散気管５が設置されている。

オゾン接触槽２の被処理水入口には、採水口９が取り付けられている。この採水口９により採水された被処理水１０の一部は、蛍光分析計８へ導かれている。蛍光分析計８は、例えば紫外線照射器を有し、分解対象物質、特に被処理水１０に含まれるフミン物質を主とする溶存有機物の量を示す波長、例えば３４５nmの波長を持つ励起光を生成して、これを被処理水１０の一部に照射する。そして、蛍光分析計８は、被処理水１０の一部から反射された蛍光の中で、例えば４２５nmの波長を有する蛍光を選択して、蛍光強度を測定するように構成されている。ここで、蛍光強度の基準値としては、例えば硫酸キニーネの濃度５０μｇ／ｌの場合を１００とする値を使用する。

蛍光分析計８は、導入される被処理水１０の蛍光強度（ＦＬａ）を常時検出（測定）し、当該検出信号（蛍光強度の測定値）を水処理制御装置７に送出する。水処理制御装置７は、後述するように、当該測定値に基づいて最適なオゾン注入量になるように、オゾンガス注入装置６を制御し、オゾン接触槽２（２Ａ〜２Ｃ）へのオゾンガス１２の注入濃度（注入率）を調整するように構成されている。

（作用効果）
以下、図１と共に図２から図５を参照して、本実施形態の作用効果を説明する。

図２は、処理槽１におけるオゾン消費効率η_O3と、蛍光強度残存率αとの関係を示す特性図である。オゾン消費効率は、処理槽１にオゾンガス注入装置６から供給されるオゾンガス１２の注入率に基づいた値である。また、蛍光強度残存率αは、オゾン処理槽出口における処理水１１の蛍光強度ＦＬｂを、被処理水の蛍光強度ＦＬａで除算した値である。

オゾン消費効率η_O3と蛍光強度残存率αとの関係は、下記式（１）のようになる。

ここで、ｎは係数である。

また、オゾン消費効率η_O3は、処理槽１内で消費されたオゾンガス量を、当該オゾン処理槽１出口での溶存オゾン濃度がゼロになる最少オゾン消費量で除算した値であり、下記式（２）で定義される。

ここで、Ｘ_O3minは最少オゾン消費量であり、前記のとおりオゾン処理槽出口での溶存オゾン濃度がゼロのなる注入率範囲で最大の注入率でのオゾン消費量を表している。この最少オゾン消費量Ｘ_O3minは、オゾン処理槽入口の被処理水１０の水質変化と共に変化する推定値である。

図３は、最少オゾン消費量Ｘ_O3minと、被処理水１０の蛍光強度ＦＬａ（被処理水蛍光強度）との関係を示す図である。即ち、最少オゾン消費量Ｘ_O3minと被処理水蛍光強度ＦＬａとは相関があり、下記式（３）により計算できる。

また、前記式（２）の分子となるＸ_O3は、前述のように、オゾン処理槽１で消費されたオゾンガス１２の消費量であり、下記式（４）により計算することができる。

ここで、Ｃ_０３ｉは注入オゾン濃度(mg/L)、Ｄ_０３Ｃは接触槽２の出口での溶存オゾン濃度(mg/L)、Ｄ_０３Ｓは滞留槽３の出口での溶存オゾン濃度(mg/L)、Ｃ_０３ｅｘは排オゾン濃度(mg/L)、ｑ_Ｇはオゾン化空気流量(L/min)，ｑ_Ｌは被処理水１０の流量(L/min)、ｔ_Ｃは接触時間(min)、ｔ_Ｓは滞留時間(min)を意味する。

前記式（４）で、接触槽２と滞留槽３の各出口の溶存オゾン濃度（Ｄ_０３Ｃ，Ｄ_０３Ｓ）および排オゾン濃度（Ｃ_０３ｅｘ）は、オゾン注入率（ＩＲ）と被処理水１０の水質により変化する。ここで、被処理水１０の水質変化を表す値として被処理水蛍光強度ＦＬａを用いて、オゾン注入率（ＩＲ）を被処理水蛍光強度ＦＬａで除算した値を、オゾン消費能力係数βと定義する。

図４は、オゾン消費能力係数βと溶存オゾン濃度（便宜的にＤ）との関係を示す図である。図４において、特性曲線４００は、オゾン消費能力係数βと、第３の接触槽２Ｃの出口での溶存オゾン濃度（Ｄ_０３Ｃ）との関係を示す。また、特性曲線４１０は、オゾン消費能力係数βと、滞留槽３の出口での溶存オゾン濃度（Ｄ_０３Ｓ）との関係を示す。図５は、オゾン消費能力係数βと排オゾン濃度（便宜的にＣ）との関係を示す図である。

これらオゾン消費能力係数β、溶存オゾン濃度（Ｄ）、排オゾン濃度（Ｃ）は、下記式（５），（６），（７）により計算できる。

以上のように、本実施形態の水処理制御装置７は、蛍光分析計８により測定された被処理水１０の蛍光強度ＦＬａ及び処理水１１の蛍光強度ＦＬｂ（推定値）に基づいて、処理後の状態である処理水１１の蛍光強度残存率αを算出（推測）する。これにより、水処理制御装置７は、オゾン処理の目標値として、処理槽１の出口での処理水１１の目標蛍光残存率αｔを設定することにより、図２及び前記式（１）から、目標値としてのオゾン消費効率を算出することができる。

さらに、水処理制御装置７は、前述の式（２）から（７）からオゾン注入率（ＩＲ）を算出する。即ち、水処理制御装置７は、処理槽１に導入した被処理水１０の蛍光強度ＦＬａを蛍光分析計８により測定し、その変化に対応して処理槽１の出口での目標値である蛍光残存率αｔが達成できるように必要なオゾン注入率（ＩＲ）を算出することができる。

従って、水処理制御装置７は、算出されたオゾン注入率（ＩＲ）になるように、オゾン発生器６０で発生するオゾンガス１２の濃度（注入量）を制御する。これにより、当該オゾン処理槽１内で、被処理水１０をオゾンガス１２による酸化反応で処理できる能力に合わせた最適なオゾン注入量の調整が可能となる。

（第２の本実施形態）
図６は、第２の実施形態に関する水処理制御システムの構成を示す図である。なお、前述の第１の実施形態に関するシステム（図１）と同一の構成については同一符号を付し、重複する説明は省略する。

本実施形態のシステムは、処理槽１の出口には、滞留槽３から排出される処理水１１の一部を採水するための採水口１６、及び当該採水口１６により採水された処理水１１の一部を導入する蛍光分析計１７を有する。

本実施形態のシステムでは、蛍光分析計８は、処理槽１の入口で被処理水１０の蛍光強度（ＦＬａ）を常時検出（測定）し、当該検出信号（蛍光強度ＦＬａの測定値）を水処理制御装置７に送出する。一方、蛍光分析計１７は、処理槽１の出口で処理水１１の蛍光強度（ＦＬｂ）を常時検出（測定）し、当該検出信号（蛍光強度ＦＬｂの測定値）を水処理制御装置７に送出する。

水処理制御装置７は、後述するように、各測定値に基づいて最適なオゾン注入量になるように、オゾンガス注入装置６を制御し、オゾン接触槽２（２Ａ〜２Ｃ）へのオゾンガス１２の注入量（オゾン注入率またはオゾン濃度）を調整するように構成されている。

なお、蛍光分析計１７も、蛍光分析計８と同様に、例えば紫外線照射器を有し、分解対象物質、特に処理水１１に含まれるフミン物質を主とする溶存有機物の量を示す波長、例えば３４５nmの波長を持つ励起光を生成して、これを被処理水１２の一部に照射する。そして、蛍光分析計１７は、処理水１１の一部から反射された蛍光の中で、例えば４２５nmの波長を有する蛍光を選択して、蛍光強度を測定するように構成されている。

（作用効果）
次に、本実施形態の作用効果を説明する。

前述したように、図２は、処理槽１におけるオゾン消費効率η_O3と、蛍光強度残存率αとの関係を示す特性図である。蛍光強度残存率αは、オゾン処理槽出口における処理水１１の蛍光強度ＦＬｂを、被処理水の蛍光強度ＦＬａで除算した値である。オゾン消費効率η_O3と蛍光強度残存率αとの関係は、前記式（１）に示すとおりである。

ここで、オゾン消費効率と蛍光強度残存率との関係は、被処理水１０の蛍光強度ＦＬａ、即ち被処理水１０の水質が変化しても変化しない関係であるため、オゾンによる水処理の処理目標値として目標蛍光強度残存率αｔを設定しておく。そして、常時測定している被処理水１０の蛍光強度ＦＬａと、処理水１１の蛍光強度ＦＬｂの各測定値を、下記式（８）に代入することにより、実際上の蛍光強度残存率αｒを算出することができる。

そして、予め設定した目標の蛍光強度残存率αｔと、実際上の蛍光強度残存率αｒとを比較し、「目標の蛍光強度残存率αｔ＞実際上の蛍光強度残存率αｒ」の条件を満たすならば、オゾン注入率が減少するように、オゾン発生器６０で発生するオゾンガス１２の濃度を調整する。

また逆に、「目標の蛍光強度残存率αｔ＜実際上の蛍光強度残存率αｒ」の条件を満たすならば、オゾン注入率が増加するように、オゾン発生器６０で発生するオゾンガス１２の濃度を調整する。

以上のように本実施形態の水処理制御装置７は、被処理水１０の蛍光強度ＦＬａ及び処理水１１の蛍光強度ＦＬｂを常時測定し、目標の蛍光強度残存率αｔと実際上の蛍光強度残存率αｒを算出する。そして、水処理制御装置７は、当該各蛍光強度残存率αｔ，αｒを比較することにより、オゾン注入率（オゾンガス１２の濃度）を制御する。従って、過不足無い高精度のオゾン処理制御が可能になり、安全な処理水１１を安定して供給することができる。

なお、第１及び第２の実施形態において、オゾン処理の制御目標値として蛍光強度残存率を用いているが、下記式（９）で定義される蛍光強度除去率Ｒ_ＦＬを用いても同様の作用と効果が得られる。

以上要するに、第１及び第２の実施形態の水処理制御システムであれば、処理槽１に供給するオゾンガス１２の注入率（注入量またはオゾン濃度）を、蛍光強度残存率（あるいは蛍光強度除去率）に基づいて高精度に調整することが可能であるため、被処理水中の有機物の分解処理、トリハロメタン生成能（ＴＨＭＦＰ）の低減処理を最も効率良く行わせることができる。また、設備の運転コストを増加させる無駄なオゾンガスの注入を減少させることができる。

特に、オゾン処理と生物活性炭処理を組み合わせた水処理設備に適用すれば、後段の生物活性炭処理や塩素処理でも除去できない臭素酸イオン等の副生成物の生成を低く抑えることができる。しかも、水源水質の、季節変化、天候による変動、想定外の理由による突発的な変動に対してもリアルタイムに対応する顕著な効果を得ることができる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明の第１の実施形態に関する水処理制御システムの構成を示す図。 本実施形態に関するオゾン消費効率と蛍光強度残存率との関係を示す特性図。 本実施形態に関する最少オゾン消費量と被処理水蛍光強度との関係を示す図。 本実施形態に関するオゾン消費能力係数と溶存オゾン濃度との関係を示す図。 本実施形態に関するオゾン消費能力係数と排オゾン濃度との関係を示す図。 第２の実施形態に関する水処理制御システムの構成を示す図。

符号の説明

１…処理槽、２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ…オゾン接触槽、３…滞留槽、
４…排オゾン処理装置、５…オゾンガス散気管、６…オゾンガス注入装置、
７…水処理制御装置、８，１７…蛍光分析計、９，１６…採水口、４０…ダクト、
６０…オゾン発生器、６１…コンプレッサ、６２，６５…バルブ、６３，６６…流量計、
６４…オゾン濃度計。

Claims (8)

1. 処理対象となる被処理水を導入して収容し、処理された処理水を排出する処理槽と、
   前記処理槽にオゾンガスを注入する注入装置と、
   前記被処理水の蛍光強度を測定する蛍光強度測定手段と、
   前記蛍光強度測定手段により測定された蛍光強度を使用して蛍光強度残存率を算出し、当該蛍光強度残存率と前記オゾンガスのオゾン消費効率との関係に基づいて、設定された目標の蛍光強度残存率に対応する目標のオゾン消費効率を算出する算出手段と、
   前記算出手段により算出された前記目標のオゾン消費効率に従って、前記注入装置からオゾンガスを注入するときのオゾン注入量を制御する制御手段と
   を具備したことを特徴とする水処理制御システム。
2. 前記算出手段は、
   前記蛍光強度測定手段により測定された蛍光強度に基づいて、前記処理槽の出口から排出される処理水の蛍光強度を推定し、
   前記処理水の蛍光強度を前記被処理水の蛍光強度で除算して前記蛍光強度残存率を算出し、
   前記蛍光強度残存率と前記オゾン消費効率との関係を示す演算式を使用して、前記目標のオゾン消費効率を算出することを特徴とする請求項１に記載の水処理制御システム。
3. 前記算出手段は、
   前記処理槽の出口から排出される処理水の溶存オゾン濃度が最小値となるオゾン注入率の範囲で、最大のオゾン注入率で前記処理槽の中で消費されるオゾンガス量を最少オゾン消費量として定義し、
   前記オゾン消費効率を、前記処理槽の中で消費されるオゾン消費量を前記最少オゾン消費量で除算した結果として算出することを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれか１項に記載の水処理制御システム。
4. 前記算出手段は、
   前記オゾン注入率を前記被処理水の蛍光強度で除算した値として定義されるオゾン消費能力係数と前記処理槽の出口での溶存オゾン濃度との関係を表す演算式、及び前記処理槽内で消費されずに排出される排オゾンガスの濃度である排オゾン濃度と前記オゾン消費能力係数との関係を表す演算式により、それぞれ処理槽の溶存オゾン濃度及び排オゾン濃度を算出し、
   前記目標のオゾン消費効率、前記最少オゾン消費量、前記溶存オゾン濃度と、前記排オゾン濃度のそれぞれの関係に基づいて前記オゾン注入率を算出し、
   前記制御手段は、算出された前記オゾン注入率に従って前記処理槽へ注入するオゾンガスの濃度を調整することを特徴とする請求項３に記載の水処理制御システム。
5. 前記算出手段は、
   前記被処理水の前記蛍光強度から前記処理水の蛍光強度を推定し、
   前記各蛍光強度に基づいて前記蛍光強度残存率を算出することを特徴とする請求項１に記載の水処理制御システム。
6. 前記被処理水の蛍光強度を第１の蛍光強度とした場合に、前記処理水の蛍光強度である第２の蛍光強度を測定する蛍光強度測定手段と、
   前記第２の蛍光強度を前記第１の蛍光強度で除算した実際上の蛍光強度残存率を算出する算出手段とを有し、
   前記制御手段は、
   前期目標の蛍光強度残存率と前記実際上の蛍光強度残存率とを比較し、
   前記実際の蛍光残存率が前記目標の蛍光残存率よりも大きい場合は、前記注入装置からオゾンガスを注入するときのオゾン注入率を減少させて、その逆の場合には当該オゾン注入率を増加させて、前記オゾンガスの濃度を調整することを特徴とする特徴とする請求項１に記載の水処理制御システム。
7. 前記蛍光強度残存率の代わりに、被処理水の蛍光強度と処理水の蛍光強度の差を被処理水の蛍光強度で除算した蛍光強度除去率を使用することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の水処理制御システム。
8. 処理対象となる被処理水を導入して収容し、処理された処理水を排出する処理槽、及び前記処理槽にオゾンガスを注入する注入装置を有する水処理システムに適用する水処理制御方法であって、
   前記被処理水の蛍光強度を測定し、
   前記蛍光強度の測定結果を使用して蛍光強度残存率を算出し、
   当該蛍光強度残存率と前記オゾンガスのオゾン消費効率との関係に基づいて、設定された目標の蛍光強度残存率に対応する目標のオゾン消費効率を算出し、
   前記算出された前記目標のオゾン消費効率に従って、前記注入装置からオゾンガスを注入するときのオゾン注入量を制御する手順を実行することを特徴とする水処理制御方法。

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