JP2010063954A

JP2010063954A - 液体処理装置

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Publication number: JP2010063954A
Application number: JP2008230400A
Authority: JP
Inventors: Misaki Sumikura; みさき隅倉; Masataka Hidaka; 政隆日高; Takeshi Takemoto; 剛武本; Shoji Watanabe; 昭二渡辺; Ichiro Enbutsu; 伊智朗圓佛; Yoshihiro Nobutomo; 義弘信友; Hideyuki Tadokoro; 秀之田所; Naoki Hara; 直樹原
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2008-09-09
Filing date: 2008-09-09
Publication date: 2010-03-25
Anticipated expiration: 2028-09-09
Also published as: CN101671084A; CN101671084B; JP5142895B2

Abstract

【課題】
オゾン処理が適する除去対象と、後段の消毒工程が適する除去対象を分け、それぞれの処理工程により、水質目標を達成し、全体工程の運転コストを低減する。
【解決手段】
オゾン接触槽２の被処理水と反応するオゾンガスを注入するオゾン発生装置３，オゾン接触槽２に接続された流路の色度計８，流路に接続され紫外線ランプを具備した紫外線照射槽６又は流路に塩素剤を注入する塩素注入装置１１，オゾン発生装置３，紫外線ランプ又は塩素注入装置１１の制御を行う制御装置９に入力を行う入力手段１０を備え、入力手段１０からの第１の水質項目の目標値と水質計で計測された第１の水質項目の偏差によりオゾン発生装置３の出力を制御し、入力手段１０からの第２の水質項目の目標値に基づいて、第１の水質項目と紫外線照射量との関係又は、第１の水質項目と塩素剤の注入率との関係により紫外線ランプの出力又は塩素注入装置１１の塩素剤の注入率を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、水質目標を達成でき、運転コストを低減するのに好適な液体処理装置に関する。

世界的な水不足を背景に、下水処理水の再利用が進められている。使用用途としては、融雪，洗車，ビルのトイレ用水等の都市部の雑用水、せせらぎ整備等の修景・環境用水，農業用水，工業用水，河川・地下水の涵養等が挙げられる。

２００５年には、下水再生水の水質基準が改定され、親水・修景・散水・環境用水の使用目的別に、色度・濁度・大腸菌等の基準が示された。この基準では、下水処理水の再生処理には、脱色・脱臭・除濁・消毒といった性能が求められる。処理方法には、砂ろ過，塩素注入，オゾン処理，紫外線処理，活性炭処理，ＵＦ膜処理，ＲＯ膜処理等がある。除去可能な水質項目，処理性能，処理コスト等を考慮して、その処理場、被処理水に適した処理方法が選ばれる。例えば、脱色・脱臭が可能なのは、オゾン処理，活性炭処理，ＲＯ膜処理であり、除去原理は、それぞれ有機物である色度成分・臭気成分の酸化分解，物理的吸着，ろ過による分離である。

そのうち、オゾン処理は、オゾンガスの生成に電力を要するが、近年、オゾン発生器の消費電力が低減されてきており、除濁・消毒も可能なため、再生処理としての適用が進む可能性がある。

一方、塩素注入や紫外線処理は、主に消毒効果を有し、同じ大腸菌・大腸菌群の不活化率で比較した場合、運転コストは、オゾン処理，活性炭処理，ＲＯ膜処理より低い。例えば、二次処理水の色度や臭気強度が高く、脱色・脱臭が必要な処理場ではオゾン処理や活性炭処理を選択する、色度・臭気等が低い処理場では塩素注入や紫外線処理を選択することが考えられる。

発明者らが行った、二次処理水の砂ろ過水をオゾン微細気泡で処理した実験の結果を図２，図３に示す。オゾン処理で大腸菌が検出されない状態を安定して維持するには、オゾン注入率が約４.５ｍｇ／Ｌ以上必要であった。一方、色度は、オゾン注入率１ｍｇ／Ｌ以下で水質基準（１０度以下）を達成でき、臭気も６０％除去可能であった。

この結果から、色度の目標値によっては、色度の目標値を達成し、大腸菌を不活化するためにさらにオゾンを注入する代わりに、紫外線照射や塩素注入を行ってもよいと考えられる。このように、目標水質によって、オゾン処理の後段に、運転コストの低い消毒手段である塩素注入や紫外線処理を組合わせることで、水質目標を達成した上で、全体の運転コストを低減できる可能性がある。

〔特許文献１〕に記載の従来の技術では、オゾン処理後に紫外線照射を行う水処理方法で、オゾン注入量と、紫外線の照射量を、オゾン処理後の水質計、及び紫外線照射工程の前後に設置された溶存オゾン濃度計の測定値に基づいて制御する方法が示されている。被処理水の水質変動に伴い、オゾン処理のオゾン注入量を制御し、同時に紫外線照射の前に溶存オゾンを指標に紫外線強度を増減することにより、原水水質の変動に対応し、かつ運転コストを低減できるとされている。

特開２０００−５１８７５号公報

〔特許文献１〕に記載の従来の技術では、オゾン処理工程から残留した溶存オゾンと紫外線による促進酸化効果を期待しているため、溶存オゾン計が必要であり、紫外線強度計も使用しているので、設備コストが高くなり、メンテナンス項目が増えるという問題がある。また、溶存オゾン濃度を設定値となるように制御しているものであり、色度目標値，大腸菌・大腸菌群数の目標値を達成するように制御することには配慮されていないものであった。

本発明の目的は、オゾン処理が適する除去対象と、後段の消毒工程が適する除去対象を分け、それぞれの処理工程により、水質目標を達成し、全体工程の運転コストを低減できる液体処理装置及びその運転制御方法を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明は、オゾン処理工程である第１の処理工程と、後段の第２の処理工程を有し、第１の処理工程の出口流路に水質計を具備し、水質計で計測された水質項目の測定値と、入力手段から設定した水質項目の目標値に基づき、第１の処理工程における運転を制御し、水質項目の目標値に基づき、第２の処理工程の運転を制御するものである。

第２の処理工程は、紫外線照射工程、あるいは塩素注入工程であり、制御対象は紫外線ランプの出力、あるいは塩素剤注入率である。

水質計は色度計、水質項目は色度である。あるいは、濁度計と濁度，臭気計と臭気強度，有機物濃度計と有機物濃度を用いてもよい。有機物濃度を用いる場合は、予め得ておいた有機物濃度と、色度，濁度，臭気のいずれか１つとの相関を用いるとよい。

第１の処理工程がオゾン処理工程の場合、オゾン注入の際にオゾン微細気泡を用いてもよい。

本発明によれば、オゾン処理後に紫外線処理、あるいはオゾン処理後に塩素注入を行う水処理装置において、水質目標を安定して達成し、運転コストを低減することにより、信頼性及び経済性を向上できる。

本発明の各実施例を図面を用いて説明する。

本発明の実施例１について図１と図４を用いて説明する。図１は、本実施例の水処理工程の構成図、図４は本実施例の処理方法の作用を説明する図である。

本実施例の水処理工程では、図１に示すように、被処理水１はオゾン接触槽２に流入し、オゾン発生装置３から注入されたオゾンガス４と反応した後、流路５へ流出する。被処理水１は流路５から紫外線照射槽６に流入し、図示しない紫外線ランプにより紫外線を照射された後、流路７へ排出される。

流路５には被処理水の色度を測定する色度計８が設けられ、色度計８はオゾン処理後の被処理水の色度を測定し、測定値を制御手段９に送る。制御手段９は、入力手段１０から入力された処理水の色度目標値と、色度計８の測定値とを比較し、得られた偏差によりオゾン発生装置３の出力を調整する。例えば、色度の目標値と色度計の測定値との差分が閾値以上で、かつ測定値が目標値より小さい場合は、オゾン発生装置３の出力を増加させ、差分が閾値以上で、かつ測定値が目標値より大きい場合は、オゾン発生装置３の出力を減少させる。

紫外線照射槽６の紫外線ランプの出力は、入力手段１０から入力された被処理水の色度目標値から、色度と大腸菌不活化率の過去のデータと比較して、予め手動で設定される。

予め手動で設定する代わりに、紫外線ランプの出力は、制御手段９で自動的に設定してもよい。制御手段９は、入力手段１０から入力された被処理水の色度と大腸菌・大腸菌群数の関係式から、色度計８の測定値を用いて、紫外線照射槽６に流入する被処理水中の大腸菌・大腸菌群数を推定する。入力手段１０から入力された色度目標値，大腸菌・大腸菌群数の目標値と、色度計で計測された色度，大腸菌・大腸菌群数の推定値を比較し、被処理水の色度と大腸菌・大腸菌群数の関係式から色度目標値，大腸菌・大腸菌群数の目標値を達成する色度を算出し、被処理水の色度と紫外線照射槽６での紫外線照射量との関係に基づき、紫外線ランプの出力を決定する。決定された紫外線ランプの出力値となるように、制御手段９は紫外線ランプを制御する。

本実施例の処理方法を実施した場合の、運転コストの定性的な比率を図３に示すようになる。オゾン処理のみで色度と大腸菌の両方の水質基準を達成する場合は、運転コストが最も高い。

本実施例のように、オゾン注入率と紫外線ランプの出力を調整する処理方法では、例えば色度の目標が３度の場合は、オゾン注入率が比較的高く、溶存オゾン濃度が高く消毒効果が高いため、紫外線の照射は少なくてよく、運転コストの低い紫外線照射を行うため、運転コストが低減される。

色度の目標が９度の場合は、溶存オゾン濃度が低く紫外線の照射が増えるが、紫外線の照射はオゾン処理より処理水あたりの運転コストが低いため、運転コストはさらに低減される。このように、いずれの場合も、オゾン処理のみの場合に比べ、運転コストが低減される。

なお、紫外線処理のみの場合は、低い運転コストで大腸菌の基準を満たせるが、色度が除去できないため、色度が基準を達成できない。

本実施例では、色度計を用いた例で説明したが、色度計の代わりに濁度計を用いてもよく、臭気成分を測定する臭気計を用いてもよい。

濁度計を用いた場合は、水質指標としては濁度を用い、濁度の水質基準を目標とするか、予め濁度と色度との相関式を求めておき、色度目標に相当する濁度を目標とする。

臭気計を用いた場合は、水質指標としては臭気強度、あるいは間接的に臭気強度を測定する指標を用いる。

この他に、色度計の代わりに、ＣＯＤやＥ２６０の測定器を用いてもよい。この場合は、水質指標としてはＣＯＤやＥ２６０とし、予め色度とＣＯＤ、またはＥ２６０との相関式を求めておき、色度目標に相当するＣＯＤ，Ｅ２６０の値を目標とするとよい。

また、オゾン処理工程のオゾンガス溶解を、従来のように散気管ではなく、微細気泡生成装置を用いて実施してもよい。この場合は、溶存オゾンの残存が少ないため、後段での紫外線との反応が低減され、照射量・注入量が散気管の場合と異なる可能性がある。また、微細気泡の浮上分離効果により濁質が除去され、オゾン注入率とオゾン処理工程後の濁度との相関が低下する。従って、オゾン注入のための水質指標に濁度を、水質計に濁度計を用いて制御すると、精度が低下するため、他の指標を使うことが望ましい。

本実施例によれば、二次処理水中の水質変動に対して、オゾンの注入率を制御し、後段の紫外線照射強度を過不足なく設定することにより、再生水の水質を目標値に維持でき、運転コストを低減できる。

本発明の実施例２を図５により説明する。図５は、本実施例の水処理工程の構成図である。本実施例では、オゾン処理工程に続く第２の処理工程として、塩素注入を実施している。

本実施例の水処理工程では、図５に示すように、被処理水１がオゾン接触槽２に流入し、オゾン発生器３から注入されたオゾンガス４と反応した後、流路５へ流出する。被処理水１は塩素注入装置１１から注入された塩素剤と混合した後、流路７へ排出される。

流路５には被処理水の色度を測定する色度計８が設けられ、色度計８はオゾン処理後の被処理水の色度を測定し、測定値を制御手段９に送る。制御手段９は、入力手段１０から入力された処理水の色度目標値と、色度計８の測定値とを比較し、その偏差によりオゾン発生装置の出力を調整する。例えば、色度の目標値と色度計の測定値との差分が閾値以上で、かつ測定値が目標値より小さい場合は、オゾン発生装置３の出力を増加させ、差分が閾値以上で、かつ測定値が目標値より大きい場合は、オゾン発生装置３の出力を減少させる。

塩素注入装置１１の塩素剤の注入率は、入力手段１０から入力された被処理水の色度目標値から、色度と大腸菌不活化率の過去のデータと比較して、予め手動で設定される。

予め手動で設定する代わりに、塩素剤の注入率は、制御手段９で自動的に設定してもよい。制御手段９は、入力手段１０から入力された被処理水の色度と大腸菌・大腸菌群数の関係式から、色度計８の測定値を用いて、流路５に流入する被処理水中の大腸菌・大腸菌群数を推定する。入力手段１０から入力された色度目標値，大腸菌・大腸菌群数の目標値と、色度計で計測された色度，大腸菌・大腸菌群数の推定値を比較し、被処理水の色度と大腸菌・大腸菌群数の関係式から色度目標値，大腸菌・大腸菌群数の目標値を達成する色度を算出し、被処理水の色度と塩素剤の注入率との関係に基づき、塩素注入装置１１の塩素剤の注入率を決定する。決定された塩素剤の注入率となるように、制御手段９は塩素注入装置１１を制御する。

色度計８及び制御に用いる色度は、実施例１と同様に、濁度，臭気，ＣＯＤ，Ｅ２６０等を用いてもよい。

また、オゾン処理工程のオゾンガス溶解を、従来のように散気管ではなく、微細気泡生成装置を用いて実施してもよい。この場合、溶存オゾンの残存が少ないため、後段での塩素剤との反応が低減され、照射量・注入量が散気管の場合と異なる可能性がある。また、微細気泡の浮上分離効果により、濁質が除去され、オゾン注入率とオゾン処理工程後の濁度との相関が低下する。従って、オゾン注入のための水質指標に濁度を、水質計に濁度計を用いて制御すると、精度が低下するため、他の指標を使うことが望ましい。

本実施例によれば、二次処理水中の水質変動に対して、オゾンの注入率を制御し、後段の塩素注入率を過不足なく設定することにより、再生水の水質を目標値に維持でき、かつ運転コストを低減できる。

本発明の実施例１である水処理装置の構成図。オゾン注入率と色度の関係の実験結果を示す図。オゾン注入率と大腸菌数の関係の実験結果を示す図。本実施例の水処理装置の作用を説明する図。本発明の実施例２である水処理装置の構成図。

符号の説明

１被処理水
２オゾン接触槽
３オゾン発生装置
４オゾンガス
５，７流路
６紫外線照射槽
８色度計
９制御手段
１０入力手段
１１塩素注入装置

Claims

被処理水が流入する第１の処理工程と、前記第１の処理工程に接続された流路に設けられた水質計と、該流路に接続された第２の処理工程と、前記第１の処理工程の水処理強度，第２の処理工程の水処理強度の制御を行う制御装置と、該制御装置に入力を行う入力装置とを備え、前記制御装置は、入力装置から入力された第１の水質項目の目標値と前記水質計で計測された第１の水質項目の測定値に基づいて前記第１の処理工程の水処理強度を制御し、前記入力装置から入力された第２の水質項目の目標値に基づいて、前記第１の水質項目と第２の処理工程における水処理との関係により前記第２の処理工程の水処理強度を制御する液体処理装置。
前記第１の処理工程がオゾン処理工程であり、前記第１の処理工程の水処理強度がオゾン注入率である請求項１に記載の液体処理装置。
前記第２の処理工程が紫外線照射工程であって、前記第２の処理工程の水処理強度が紫外線ランプの出力、又は前記第２の処理工程が塩素注入工程であって、前記第２の処理工程の水処理強度が塩素注入率である請求項１あるいは２に記載の液体処理装置。
前記水質計が色度計，前記第１の水質項目が色度，前記第２の水質項目が大腸菌・大腸菌群数である請求項１から３のいずれかに記載の液体処理装置。
前記水質計が濁度計であって、前記第１の水質項目が濁度、又は前記水質計が臭気計であって前記第１の水質項目が臭気である請求項１から３のいずれかに記載の液体処理装置。
前記水質計が有機物濃度計であって、前記第１の水質項目が有機物濃度であり、予め得ておいた有機物濃度と、色度，濁度，臭気のいずれか１つとの相関を用いる請求項１から３のいずれかに記載の液体処理装置。
第１の処理工程に、オゾン微細気泡を用いる請求項１から３のいずれかに記載の液体処理装置。