JP2008155151A

JP2008155151A - オゾン注入制御装置

Info

Publication number: JP2008155151A
Application number: JP2006348023A
Authority: JP
Inventors: Chiyouko Kurihara; 潮子栗原; Ryoichi Arimura; 良一有村; Seiichi Murayama; 清一村山; Takahiro Soma; 孝浩相馬
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2006-12-25
Filing date: 2006-12-25
Publication date: 2008-07-10

Abstract

【課題】臭素酸を抑制しつつ適切なオゾン処理効果を得ることができるオゾン注入制御装置を提供する。
【解決手段】オゾン処理槽１１に流入した被処理水に対しオゾンを注入処理するためのオゾン注入制御装置で、オゾン処理槽に流入する被処理水のｐＨをｐＨ計２４で測定すると共にこの被処理水の蛍光強度を第１の蛍光分析計２３で測定する。また、オゾン処理槽でオゾンが注入処理された処理水の蛍光強度を第２の蛍光分析計２５で測定する。また、オゾン処理槽でオゾンが注入処理された処理水の残存蛍光率の目標値を蛍光残存率設定手段３０で設定する。さらに、この設定された目標値を、ｐＨ計で測定されたｐＨ値に基いて補正手段３１で補正する。この補正された蛍光残存率目標値と、第２の蛍光分析計の測定値を第１の蛍光分析計の測定値で除算した実際の蛍光残存率とから、オゾン注入率演算手段３２でオゾン処理槽へのオゾン注入率を求める。
【選択図】図１

Description

本発明は、高度浄水処理などに用いられるオゾン処理槽へのオゾン注入率を制御するオゾン注入制御装置に関する。

一般に、上水設備では、河川などの水源から原水を取水し、この原水を浄水処理して配水している。近年、原水の水源水質悪化にともない、水道水の臭いや味を改善するために、オゾン処理と活性炭（ＢＡＣ）処理とを組み合わせた高度浄水処理が導入されてきた。しかし、原水にオゾンを注入して処理する場合、原水に臭化物イオンが混入していると、オゾン処理の過程で臭素酸が生成されてしまう。臭素酸は発ガン性物質であると云われており、我国の水質基準では、飲用水中の臭素酸濃度は０．０１ｍｇ／Ｌ以下に規制されている。

このため、臭素酸の生成を抑制する方法が提案されてきた。例えば、オゾン処理後の溶存オゾン濃度があるかないか程度のオゾン注入を行うことによって、臭素酸の生成を抑制する方法や、或いは、オゾン注入後に余分な溶存オゾン濃度を促進酸化によって分解してしまう方法（例えば、特許文献１参照）等がある。

これらは、水中の臭化物イオン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及び接触時間に比例するためである、すなわち、水中の溶存オゾン濃度をほぼゼロにして、臭素酸の生成を抑制するものである。
特開２０００−１１７２７４号公報

臭素酸の生成には、被処理水中の臭化物イオン濃度、水温、ｐＨ、溶存オゾン濃度等が影響するといわれている。上記例では、溶存オゾン濃度の値によって制御をかけるのみであり、ｐＨの影響は考慮されていなかった。すなわち、溶存オゾン濃度が殆ど生成しない条件におけるｐＨの影響が考慮されていなかった。

本発明の目的は、被処理水のｐＨ値により、オゾン注入制御の目標値である蛍光残存率を補正することにより、臭素酸を抑制しつつ適切なオゾン処理効果を得ることができるオゾン注入制御装置を提供することにある。

本発明によるオゾン注入制御装置は、オゾン処理槽に流入した被処理水に対しオゾンを注入処理するためのオゾン注入制御装置であって、前記オゾン処理槽に流入する被処理水のｐＨを測定するｐＨ計及び前記被処理水の蛍光強度を測定する第１の蛍光分析計と、前記オゾン処理槽でオゾンが注入処理された処理水の蛍光強度を測定する第２の蛍光分析計と、前記オゾン処理槽でオゾンが注入処理された処理水の残存蛍光率の目標値を設定する蛍光残存率設定手段と、この蛍光残存率設定手段で設定された設定値を、前記ｐＨ計で測定されたｐＨ値に基いて補正する補正手段と、この補正手段によって補正された蛍光残存率目標値と前記第２の蛍光分析計の測定値を前記第１の蛍光分析計の測定値で除算した実際の蛍光残存率とから、前記オゾン処理槽に対するオゾン注入率を求めるオゾン注入率演算手段とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、臭素酸の生成に影響を与える被処理水のｐＨ値を測定し、オゾン処理水の目標とする蛍光残存率を補正するようにしたので、臭素酸を抑制しつつ適切なオゾン処理効果を得ることができ、オゾン注入制御装置としての性能を大幅に向上させることができる。

以下、本発明によるオゾン注入制御装置の一実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。

はじめに、臭素酸の生成には、前述したように、被処理水中の臭化物イオン濃度、水温、ｐＨ、溶存オゾン濃度等が影響するといわれている。例えば、同一臭化物イオン濃度の被処理水に対し、被処理水のｐＨを変化させてオゾン処理を行うと、同一溶存オゾン濃度であってもｐＨが低いほど臭素酸イオン濃度が低く、臭素酸生成は少ないことが知られている。このため、臭素酸の生成を抑制するには、オゾン処理前に被処理水のｐＨの値を適正値にするため、苛性ソーダや硫酸、炭酸を注入することが考えられる。しかし、このような設備がすべての機場で整っているとは限らず、容易に実現することができなかった。

そこで、本発明では、被処理水のｐＨを大きく変更させるのではなく、臭素酸を抑制して適切なオゾン注入を行うことに有効な処理水の蛍光残存率一定とする制御において、この処理水の目標とする蛍光残存率の値を、オゾン注入前の被処理水のｐＨ値によって補正することにより、より的確に臭素酸の生成を抑制しつつ適切なオゾン処理効果を得るようにした。以下、詳細に説明する。

図１はこの実施の形態でのオゾン注入制御装置の構成を示している。図１において、１１はオゾン処理槽であり、流入管１３から被処理水が流入する。このオゾン処理槽１１内はオゾン接触槽１１ａと、オゾン処理後の処理水を滞留させる滞留槽１１ｂとに区分されている。また、このオゾン処理槽１１は、流出管１４を介して図示しない活性炭吸着池に連結されており、高度浄水処理を実現している。

１２はオゾン発生器であり、オゾン接触槽１１ａへオゾン管１５を介してオゾン化空気を供給する。このオゾン発生器１２は、乾燥空気からオゾンを発生させ、発生したオゾンを、前述のようにオゾン管１５からオゾン接触槽１１ａへ供給するものであり、オゾン管１５にはオゾン濃度を測定する発生オゾン濃度計２１が設けられている。また、このオゾン管１５に流れるオゾンガス流量を測定するためのガス流量計２０が、オゾン発生器１２への空気供給管に設けられている。

また、オゾン処理槽１１への流入管１３には、被処理水の流量を測定する流量計２２が設けられ、さらに、この被処理水の蛍光強度を測定する蛍光分析計（これを第１の蛍光分析計とする）２３及びｐＨを測定するｐＨ計２４が各々設けられている。また、オゾン処理槽１１のオゾン滞留槽１１ｂ部分には、もう一台の蛍光分析計（これを第２の蛍光分析計とする）２５が設置されており、オゾン注入後における処理水の蛍光強度を測定する。

３０は蛍光残存率設定手段で、前記オゾン処理槽１１でオゾン注入処理された処理水の残存蛍光率の目標値を設定する。残存蛍光率については後述する。

３１は補正手段で、ｐＨ計２４と接続しており、その計測値を入力し、蛍光残存率設定手段３０で設定された蛍光残存率の設定値を、ｐＨ計２４で計測されたｐＨ値に基いて補正する。この補正演算は、「補正値＝ｆ(ｐＨ計２４の計測値)」のように式で与えてもよく、或いは、図２で示すように、予め計測された関係をグラフとして与えておくようにしても構わない。このようにして求めた補正値を、蛍光残存率設定手段３０で設定された目標値に加算することにより、蛍光残存率目標値を補正する。

３２はオゾン注入率演算手段で、第１の蛍光分析計２３及び第２の蛍光分析計２５とそれぞれ接続しており、それらの計測値を入力して実際の蛍光残存率を求める機能を有する。すなわち、第２の蛍光分析計２５の測定値ＦＬｂを前記第１の蛍光分析計２３の測定値ＦＬａで除算（残存率＝ＦＬｂ÷ＦＬａ）することにより実際の蛍光残存率を得る。そして、前記補正手段３２によって補正された蛍光残存率目標値と、上述のように求められた実際の蛍光残存率との差に基き、前記オゾン処理槽１１に対するオゾン注入率を求める。

３３は発生オゾン濃度調整手段で、発生オゾン濃度計２１、ガス流量計２０、処理水流量計２２とそれぞれ接続しており、これらからの各計測値と注入率演算手段３２からの出力であるオゾン注入率とにしたがって、オゾン発生器１２を、その発生オゾン濃度を調節すべく制御する。

次に、動作説明を行う。まず、前述した蛍光残存率を用いたオゾン注入制御について、図１で示したオゾン処理槽１１に当てはめて説明する。

図３は、オゾン処理槽１１におけるオゾン消費効率η_O3と、蛍光残存率αとの関係を示す特性図である。オゾン消費効率η_O3は、オゾン処理槽１１に供給されるオゾンガスの注入率に基づいた値である。また、蛍光残存率αは、前述のように、オゾン処理槽１１の出口における処理水の蛍光強度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。

α ＝ exp（−ｎ×η_O3）・・・（１）
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１１内で消費されたオゾンガス量を、当該オゾン処理槽１１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１１入口の被処理水の水質変化と共に変化する推定値である。

図４は、最少オゾン消費量Ｘ_O3minと、被処理水の蛍光強度ＦＬａ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。

Ｘ_O3min＝ｆａ（ＦＬａ）・・・（３）
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１１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。

Ｘ_O3＝［（Ｃ_０３Ｉ−Ｃ_０３ＥＸ）×ｑ_Ｇ−Ｄ_０３Ｃ×ｑ_Ｌ］×ｔ_Ｃ
＋｛Ｄ_０３Ｃ−Ｄ_０３Ｓ｝×ｑ_Ｌ×ｔ_Ｓ・・・（４）
ここで、Ｃ_０３Ｉは注入オゾン濃度(mg/L)、Ｄ_０３Ｃは接触槽１１ａでの出口での溶存オゾン濃度(mg/L)、Ｄ_０３Ｓは滞留槽１１ｂの出口での溶存オゾン濃度(mg/L)、Ｃ_０３ＥＸはオゾン処理槽１１から大気中への排オゾン濃度(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、オゾン接触槽１１ａ及びオゾン滞留層１１ｂの各出口における溶存オゾン濃度（Ｄ_０３Ｃ，Ｄ_０３Ｓ）及び排オゾン濃度（Ｃ_０３ＥＸ）は、オゾン注入率（ＩＲ）と被処理水の水質により変化する。ここで、被処理水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５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５において、特性曲線５００は、オゾン消費能力係数βとオゾン接触槽１１ａ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５１０は、オゾン消費能力係数βとオゾン滞留槽１１ｂの出口での溶存オゾン濃度（Ｄ_０３Ｓ）との関係を示す。図６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。

溶存オゾン濃度Ｄ＝ｆｂ（β）・・・（６）
排オゾン濃度Ｃ＝ｆｃ（β）・・・（７）
ここで、オゾン消費効率と蛍光残存率との関係は、被処理水の蛍光強度ＦＬａ、即ち被処理水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。

このような関係を用いて予めオゾン処理槽１１に適応する最適な蛍光残存率を求め、図１で示した蛍光残存率設定手段３０により設定しておく。

図１で示したオゾン注入率演算手段３２は、第１の蛍光分析計２３で常時測定している被処理水の蛍光強度ＦＬａと、第２の蛍光分析計２５で測定している処理水の蛍光強度ＦＬｂから、これらの値を前述した「残存率＝ＦＬｂ÷ＦＬａ」の関係に代入することにより、実際上の蛍光残存率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注入率を求める。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注入率を求める。発生オゾン濃度調整部３３は、このようにして求められたオゾン注入率にしたがって、発生オゾン濃度計２１、ガス流量計２０、被処理水流量計２２からの各計測値に基き、オゾン発生器１２からオゾン処理槽１１に供給されるオゾン量を調節する。

このように予め設定された蛍光残存率を目標としてオゾン注入率を制御することにより、良好なオゾン注入制御を行うことができるが、前述のように、臭素酸の生成には、被処理水中の臭化物イオン濃度、水温、ｐＨ、溶存オゾン濃度等が影響するといわれ、溶存オゾン濃度だけではなく、ｐＨの影響を無視できない。上述した蛍光強度の残存率を一定に制御する場合、設定値の値によっては、ｐＨの影響を排除しきれないケースがある。

そこで、被処理水のｐＨをｐＨ計２４で測定し、その値により蛍光残存率の目標値を補正手段３１により補正するようにした。オゾンを注入処理された処理水の蛍光残存率が被処理水に応じて定まるある値以上であれば、臭素酸はほとんど生成しないことがすでに判明している。したがって、この関係に基づき補正手段３１により、蛍光残存率設定手段３０で設定された残存蛍光率の目標値を補正している。すなわち、被処理水のｐＨが変化した場合には、残存率設定値を修正することによってオゾンの注入率を増減させる。その結果、臭素酸の生成を的確に抑制することができる。

このように、被処理水の蛍光強度ＦＬａ及び処理水の蛍光強度ＦＬｂを常時測定し、実際上の蛍光強度残存率αｒとを算出する。そして、目標の蛍光強度残存率αｔと比較することにより、オゾン注入率を制御するので、過不足の無い高精度のオゾン処理制御が可能になると共に、上記目標の蛍光強度残存率αｔは、被処理水のｐＨ値により補正されているため、被処理水のｐＨ値の変化による影響を受けることなく、臭素酸の生成を有効に抑止でき、安全な処理水１１を安定して供給することができる。

本発明によるオゾン注入制御装置の一実施の形態を示す構成図である。同上一実施の形態におけるｐＨ値による補正手法の一例を示す特性図である。同上一実施の形態におけるオゾン消費効率η_O3と、蛍光残存率αとの関係を示す特性図である。同上一実施の形態における最少オゾン消費量Ｘ_O3minと、被処理水の蛍光強度ＦＬａとの関係を示す図である。同上一実施の形態におけるオゾン消費能力係数βと溶存オゾン濃度との関係を示す図である。同上一実施の形態におけるオゾン消費能力係数βと排オゾン濃度との関係を示す図である。

符号の説明

１１オゾン処理槽
１１ａオゾン接触層
１１ｂオゾン滞留層
１２オゾン発生器
２３第１の蛍光分析計
２４ｐＨ計
２５第２の蛍光分析計
３０蛍光残存率設定手段
３１蛍光残存率補正手段
３２オゾン注入率演算手段
３３発生オゾン濃度調整手段

Claims

オゾン処理槽に流入した被処理水に対しオゾンを注入処理するためのオゾン注入制御装置であって、
前記オゾン処理槽に流入する被処理水のｐＨを測定するｐＨ計及び前記被処理水の蛍光強度を測定する第１の蛍光分析計と、
前記オゾン処理槽でオゾンが注入処理された処理水の蛍光強度を測定する第２の蛍光分析計と、
前記オゾン処理槽でオゾンが注入処理された処理水の残存蛍光率の目標値を設定する蛍光残存率設定手段と、
この蛍光残存率設定手段で設定された設定値を、前記ｐＨ計で測定されたｐＨ値に基いて補正する補正手段と、
この補正手段によって補正された蛍光残存率目標値と前記第２の蛍光分析計の測定値を前記第１の蛍光分析計の測定値で除算した実際の蛍光残存率とから、前記オゾン処理槽に対するオゾン注入率を求めるオゾン注入率演算手段と
を備えたことを特徴とするオゾン注入制御装置。