JP2019181386A - 促進酸化水処理システム及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＯＨラジカルを用いた促進酸化水処理において、高い処理効率を維持し、過不足のないオゾン及び過酸化水素の添加を行う。【解決手段】実施形態の水処理システムは、オゾン及び過酸化水素を被処理水に添加し、オゾン反応槽中で前記被処理水中の処理対象物質の促進酸化処理を行う促進酸化水処理システムであって、被処理水のオゾン反応槽への導入前あるいは導入時に過酸化水素を供給する第１過酸化水素供給装置と、オゾン化ガスを生成し、オゾン反応槽へ供給するオゾン生成装置と、オゾン反応槽において被処理水の流路中に過酸化水素を供給する第２過酸化水素供給装置と、オゾン反応槽における促進酸化処理中あるいは促進酸化処理後の前記被処理水に対応する処理指標を検出する測定装置と、処理指標に基づいて第２過酸化水素供給装置による過酸化水素の供給可否を判別し、供給量を設定して、第２過酸化水素供給装置の制御を行う制御装置と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、促進酸化水処理システム及び方法に関する。

従来、上水、下水、産業排水、プールなどの分野で、水中の有機物の酸化分解、殺菌、脱臭等の処理のためにオゾンが用いられている。しかしながら、オゾンによる酸化でも、親水化、低分子化はできても無機化することはできない。また、ダイオキシンや１，４−ジオキサン等の難分解性有機物は分解できない。

したがって、上述のような難分解性有機物を分解するに際しては、オゾンよりも酸化力の強いＯＨラジカルを用い、酸化分解することが有効な手段の一つである。
ＯＨラジカルの生成には、オゾン含有水に紫外線を照射する方法、過酸化水素含有水にオゾンを添加する方法、過酸化水素含有水に紫外線を照射する方法、過酸化水素、オゾン、紫外線全て併用する方法、が水処理において一般的に用いられている。

これらの方法のうち、オゾンと過酸化水素を用いる方法は、上水向け処理などオゾン処理の副生成物である臭素酸イオンの生成抑制に効果がある方法として知られている。例えば、オゾンを利用した高度浄水処理は、カビ臭対策やトリハロメタン対策として国内外で広く稼働しているが、臭素酸生成のリスクがある。通常、処理対象物質の濃度に応じてオゾン添加率を変化させるが、原水水質や水温などの影響によりオゾン処理の消毒副生成物である臭素酸生成リスクが高い場合、オゾン添加量を抑えた効率的な運用が必要となる。その対策方法として、過酸化水素を添加することで酸化力の強いＯＨラジカルを生成し、それを利用した促進酸化処理により処理対象であるカビ臭物質などの分解率を高め、同時に過酸化水素による臭素酸の還元作用により、臭素酸生成リスクを抑えられる。

特開平１０−０９９８７８号公報 特開２００５−０８７８１３号公報

しかしながら、このオゾンと過酸化水素を用いる促進酸化処理では、オゾンと過酸化水素を適切な添加量に維持することが重要となる。添加不足の場合、ＯＨラジカルの生成量が不足し処理対象物質の分解が不十分となり、過剰の場合、オゾン発生電力、または薬品（過酸化水素）代などのランニングコストが増加し、両者のバランスが悪い場合、処理対象物質の分解が不十分となったり、特にオゾンが多いと臭素酸生成量が多くなったりしてしまうという問題があった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、オゾンと過酸化水素により生成したＯＨラジカルを用いた促進酸化水処理において、高い処理効率を維持し、過不足のない適切なオゾン及び過酸化水素の添加を行うことが可能な促進酸化水処理システム及び方法を提供することを目的とする。

実施形態の水処理システムは、オゾン及び過酸化水素を被処理水に添加し、オゾン反応槽中で前記被処理水中の処理対象物質の促進酸化処理を行う促進酸化水処理システムであって、被処理水のオゾン反応槽への導入前あるいは導入時に過酸化水素を供給する第１過酸化水素供給装置と、オゾンを含むオゾン化ガスを生成し、前記オゾン反応槽へ供給するオゾン生成装置と、オゾン反応槽において被処理水の流路中に過酸化水素を供給する第２過酸化水素供給装置と、オゾン反応槽における促進酸化処理中あるいは促進酸化処理後の前記被処理水に対応する処理指標を検出する測定装置と、処理指標に基づいて第２過酸化水素供給装置による過酸化水素の供給可否の判別及び供給量の設定を行い、第２過酸化水素供給装置の制御を行う制御装置と、を備える。

図１は、第１実施形態の促進酸化水処理システムの概要構成説明図である。 図２は、一つのオゾン反応槽が設けられている場合の促進酸化水処理システムの説明図である。 図３はオゾン反応槽内で被処理水が垂直方向に流れる場合の促進酸化水処理システムの説明図である。 図４は、第２実施形態の促進酸化水処理システムの概要構成説明図である。 図５は、第２実施形態の変形例の第２実施形態の促進酸化水処理システムの概要構成説明図である。 図６は、第３実施形態の促進酸化水処理システムの概要構成説明図である。 図７は、第４実施形態の促進酸化水処理システムの概要構成説明図である。 図８は、第５実施形態の促進酸化水処理システムの概要構成説明図である。 図９は、第６実施形態の促進酸化水処理システムの概要構成説明図である。 図１０は、第７実施形態の促進酸化水処理システムの概要構成説明図である。

次に図面を参照して好適な実施形態について詳細に説明する。
［１］第１実施形態
図１は、第１実施形態の促進酸化水処理システムの概要構成説明図である。
促進酸化水処理システム１０は、原料ガスとしての酸素又は乾燥空気に放電し、オゾンガスを発生させ、オゾンガスを含むオゾン化ガス（＝Ｏ_３＋Ｏ_２あるいは、Ｏ_３＋Ｏ_２＋Ｎ_２）ＯＧを供給するオゾン発生器１１と、処理対象の液体である被処理水ＬＱを流入流路１２を介して供給する給水ポンプ１３と、流入流路１２を介して過酸化水素ＨＰ１を供給する第１過酸化水素供給装置１４と、被処理水ＬＱを収納する第１オゾン反応槽１５と、被処理水ＬＱを収納する第２オゾン反応槽１６と、第１オゾン反応槽１５から第２オゾン反応槽１６に被処理水ＬＱを導入する導入流路１７と、導入流路１７に導入された第１オゾン反応槽１５を通過した被処理水の溶存オゾン濃度を測定し溶存オゾン濃度測定信号Ｓｒｏを出力する溶存オゾン濃度計１８と、溶存オゾン濃度測定信号Ｓｒｏに対応する溶存オゾン濃度計１８の測定結果に基づいて算出された追加して供給すべき量の過酸化水素ＨＰ２を通過した被処理水に追加供給する第２過酸化水素供給装置１９と、第１オゾン反応槽１５に導入するオゾン化ガスの供給量を調整する第１バルブ２０と、第１バルブ２０に接続され、第１オゾン反応槽１５の底部に配置されて第１オゾン反応槽１５内にバブル状のオゾン化ガスを供給する第１散気ユニット２１と、第２オゾン反応槽１６に導入するオゾン化ガスの供給量を調整する第２バルブ２２と、第２バルブ２２に接続され、第２オゾン反応槽１６の底部に配置されて第２オゾン反応槽１６内にバブル状のオゾン化ガスＯＧを供給する第２散気ユニット２３と、第２オゾン反応槽１６で反応後の被処理水ＬＱを流出させる流出流路２４と、促進酸化水処理システム１０全体を制御するための制御装置２５と、を備えている。

次に第１実施形態の動作を説明する。
制御装置２５は、給水ポンプ１３を制御し、被処理水ＬＱを流入流路１２を介して供給する。
このとき制御装置２５は、被処理水ＬＱの供給量に対して、所定比率のオゾン化ガスＯＧを供給可能なようにオゾン発生器１１を制御する。

これによりオゾン発生器１１は、原料ガスとしての酸素又は乾燥空気に放電し、オゾンガスを含むオゾン化ガスＯＧを発生させる。そしてオゾン発生器１１は、オゾン化ガスＯＧを第１バルブ２０を介して第１オゾン反応槽１５内に配置された第１散気ユニット２１に供給するとともに、オゾン化ガスＯＧを第２バルブ２２を介して第２オゾン反応槽１６内に配置された第２散気ユニット２３に供給する。

この結果、第１オゾン反応槽１５内の被処理水ＬＱには、第１散気ユニット２１から所定量のバブル状のオゾン化ガスＯＧが供給される。
同様に、第２オゾン反応槽１６内の被処理水ＬＱには、第２散気ユニット２３から所定量のバブル状のオゾン化ガスＯＧが供給される。

これらと並行して制御装置２５は、第１オゾン反応槽１５及び第２オゾン反応槽１６に供給したオゾン化ガスＯＧの量に対して所定比率の過酸化水素ＨＰ１を第１過酸化水素供給装置１４に供給させる。この場合において、過酸化水素とオゾン化ガスＯＧ（に含まれるオゾンＯ_３）との供給比率＝Ｈ_２Ｏ_２（ｍｏｌ）／Ｏ_３（ｍｏｌ）＝１〜５とするのが望ましい。

これらの結果、第１オゾン反応槽１５に供給されたオゾン化ガスＯＧ中のオゾンおよび過酸化水素によりＯＨラジカル（＝・ＯＨ）が生成される。
ＯＨラジカルの生成は、（１）式あるいは（２）式による。
Ｏ_３＋Ｈ_２Ｏ_２→・ＯＨ＋ＨＯ_２＋Ｏ_２ …（１）

Ｈ_２Ｏ_２→Ｈ^＋＋ＨＯ_２ ⁻
Ｏ_３＋ＨＯ_２ ⁻→・ＯＨ＋Ｏ_２ ⁻＋Ｏ_２ …（２）

この結果、第１オゾン反応槽１５においては、生成されたＯＨラジカルにより、酸化促進処理がなされることとなる。

ところで、水質その他の要因により、第１オゾン反応槽１５における過酸化水素の消費量が通常時（被処理水ＬＱに対して通常想定している消費量）よりも多くなると、第１オゾン反応槽１５から第２オゾン反応槽１６に到る過酸化水素の量が減少し、第２オゾン反応槽１６において第２散気ユニット２３により供給されるオゾンに対して過酸化水素が不足することとなる。

この場合には、導入流路１７に導入された第１オゾン反応槽１５を通過した被処理水ＬＱの溶存オゾン濃度が通常時よりも高い値となる。

そこで、制御装置２５は、過酸化水素の追加量（過酸化水素ＨＰ２の量）を最適な値とするために溶存オゾン濃度計１８により、導入流路１７に導入された第１オゾン反応槽１５を通過した被処理水ＬＱの溶存オゾン濃度を測定し、測定した溶存オゾン濃度に対応する溶存オゾン濃度測定信号Ｓｒｏを制御装置２５に出力する。

そして、制御装置２５は、初期供給された過酸化水素の不足分、すなわち、ＯＨラジカルの不足分に相当する過酸化水素量を溶存オゾン濃度測定信号Ｓｒｏに対応する今回測定された溶存オゾン濃度と通常の溶存オゾン濃度との差に基づいて算出する。

ここで、オゾン化ガス、第１過酸化水素供給装置１４で供給する過酸化水素及び第２過酸化水素供給装置１９で供給する過酸化水素の単位水量当たりの添加量である添加率［単位は例えば、ｍｇ／Ｌ］の設定について説明する。

ここで、第１過酸化水素供給装置１４による過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）の添加率をＡｄ＿ＰＨ＿１（以下、第１過酸化水素添加率Ａｄ＿ＰＨ＿１という）、第２過酸化水素供給装置１９による過酸化水素の添加率をＡｄ＿ＰＨ＿２（以下、第２過酸化水素添加率Ａｄ＿ＰＨ＿２という）とする。

また、本実施形態においては、第１オゾン反応槽１５と第２オゾン反応槽１６へのオゾンＯ_３の添加率をＡｄ＿Ｏ_３（以下、オゾン添加率Ａｄ＿Ｏ_３という）とし、第１オゾン反応槽１５及び第２オゾン反応槽１６に対し、１対１で分配することを想定するものとする。なお、オゾン反応槽が３槽以上ある場合も均等分配するものとする。

制御装置２５は、まず、第１オゾン反応槽１５に流入する被処理水ＬＱの水質に応じてオゾン添加率Ａｄ＿Ｏ_３及び第１過酸化水素添加率Ａｄ＿ＰＨ＿１を決定する。
この時、オゾン添加率Ａｄ＿Ｏ_３に対する第１過酸化水素添加率Ａｄ＿ＰＨ＿１の比率をＫ１とし、比率Ｋ１は一定とする。この比率Ｋ１の値は、１〜５の範囲で決定するのが望ましい。

したがって、第１過酸化水素添加率Ａｄ＿ＰＨ＿１は、オゾン添加率Ａｄ＿Ｏ_３及び比率Ｋ１に基づいて、次式により定められる。
Ａｄ＿ＰＨ＿１＝Ｋ１・Ａｄ＿Ｏ_３

この場合において、オゾン添加率Ａｄ＿Ｏ_３及び比率Ｋ１の決定方法としては、事前にビーカ試験などで添加率を変えた試験を実施して、適切な添加率を決める方法などが上げられる。
また、流入する被処理水ＬＱにおいて、大きな水質変動がないことを想定しており、必要に応じて適切な頻度で添加率を見直すことが好ましい。

なお、後述する各実施形態のように流入する被処理水ＬＱの水質をリアルタイムに測定する場合には、流入水質に連動させてオゾン添加率Ａｄ＿Ｏ_３及び比率Ｋ１を変化させる。実効的には、比率Ｋ１は一定で問題はないと考えられるので、流入水質に連動させてオゾン添加率Ａｄ＿Ｏ_３を変化させ、ひいては、第１過酸化水素添加率Ａｄ＿ＰＨ＿１が決まることとなる。
次に第２過酸化水素添加率Ａｄ＿ＰＨ＿２の決定について説明する。
上述したように流入した被処理水ＬＱの水質に応じて、オゾン添加率Ａｄ＿Ｏ３及び第１過酸化水素添加率Ａｄ＿ＰＨ＿１は決定されるが、第１オゾン反応槽１５における実際の反応の進み方次第では、第２オゾン反応槽１６で添加されるオゾンに対し、残存している過酸化水素が足りなくなる場合がある。
溶存オゾン濃度計１８で測定した溶存オゾン濃度をＤＯ_３とし、溶存オゾン濃度ＤＯ３が閾値を超えると第２オゾン反応槽１６における処理に使える残存している過酸化水素が少ないと判断し、第２過酸化水素添加率Ａｄ＿ＰＨ＿２を正の値として第２過酸化水素供給装置１９から追加の過酸化水素を供給することとなる。
第２過酸化水素添加率Ａｄ＿ＰＨ＿２は、溶存オゾン濃度をＤＯ_３の関数として算出する。例えば、関数として、比例関数を用いて増加させる。この関数としては、階段状に増加させる関数を用いても可能である。
例えば、係数をＫ２とすると、
第２過酸化水素添加率Ａｄ＿ＰＨ＿２＝Ｋ２・ＤＯ_３、
あるいは、
第２過酸化水素添加率Ａｄ＿ＰＨ＿２＝Ｋ２・ＤＯ_３−ＤＯ_３の閾値
として求めればよい。

そして、制御装置２５は、算出した過酸化水素量に相当する過酸化水素ＨＰ２を第２過酸化水素供給装置１９を制御して供給する。

この結果、第２オゾン反応槽１６においては、酸化促進処理において必要とされる十分なＯＨラジカルが生成され、促進酸化処理がなされ、促進酸化処理がなされてカビ臭物質等の分解率が高められるとともに、臭素酸の過酸化水素による還元作用により臭素酸生成リスクを抑制しつつ処理した被処理水ＬＱが流出流路２４から流出されることとなる。

以上の説明のように、本第１実施形態によれば、第１オゾン反応槽１５の出口である導入流路１７を通過している時点の溶存オゾン濃度を指標として、過酸化水素追加分の注入要否及び注入量を判断することができ、促進酸化処理における過酸化水素の添加不足を回避できる。

［１．１］第１実施形態の第１変形例
以上の説明においては、オゾン反応槽が、流入から流出する方向に二槽（第１オゾン反応槽１５及び第２オゾン反応槽１６）の場合を例として説明したが、三槽以上オゾン反応槽が存在する場合でも同様に適用が可能である。

この場合においては、全ての反応槽間に溶存オゾン濃度計及び過酸化水素供給装置をそれぞれ設けるようにしたり、最後及び最後から一つ手前の反応槽の間に溶存オゾン濃度計及び過酸化水素供給装置を当該促進酸化水処理システム全体で一つずつ設けるようにしたりすることが可能である。

より具体的には、第１オゾン反応槽〜第３オゾン反応槽がある場合には、第１オゾン反応槽と第２オゾン反応槽との間及び第１オゾン反応槽と第２オゾン反応槽との間のそれぞれに溶存オゾン濃度計及び過酸化水素供給装置を設けるようにしたり、第２オゾン反応槽と第３オゾン反応槽との間にのみ溶存オゾン濃度計及び過酸化水素供給装置を設けるようにしたりすることが可能である。

これらの結果、促進酸化水処理全体で最適なオゾン及び過酸化水素比率で処理を行うことが可能となる。

［１．２］第１実施形態の第２変形例
以上の説明においては、オゾン反応槽が、流入から流出する方向に二槽（第１オゾン反応槽１５及び第２オゾン反応槽１６）の場合を例として説明したが、物理的に複数の槽に別れておらず一つのオゾン反応槽しか設けられていない場合でも適用が可能である。

図２は、一つのオゾン反応槽が設けられている場合の促進酸化水処理システムの説明図である。
図２において、図１と同様の部分には、同一の符号を付すものとする。
図２において、図１と異なる点は、第１オゾン反応槽１５及び第２オゾン反応槽１６に代えて一つのオゾン反応槽３１を有する点並びに第２過酸化水素供給装置１９及び溶存オゾン濃度計がオゾン反応槽３１の被処理水ＬＱの流路において被処理水ＬＱの通過の中間地点に設けられている点である。
この場合において、「被処理水ＬＱの流路において被処理水ＬＱの通過の中間地点」とは、流れ方向に沿って、滞留時間で全体の３０％〜７０％に相当する位置（導入時が０％、導出時が１００％）として設定される。

また、図２において、図１と異なる点は、第１散気ユニット２１が第２過酸化水素供給装置１９及び溶存オゾン濃度計が設けられている地点よりも上流側に設けられ、第２散気ユニット２３が第２過酸化水素供給装置１９及び溶存オゾン濃度計が設けられている地点よりも下流側に設けられている点である。

本第１実施形態の第２変形例によっても、制御装置２５は、過酸化水素の追加量を最適な値とするために溶存オゾン濃度計１８により、オゾン反応槽３１において第２過酸化水素供給装置１９及び溶存オゾン濃度計が設けられている地点よりも上流側から流れてきた被処理水の溶存オゾン濃度を測定し溶存オゾン濃度測定信号Ｓｒｏを制御装置２５に出力する。

そして、制御装置２５は、溶存オゾン濃度測定信号Ｓｒｏに基づいて初期供給された過酸化水素の不足分、すなわち、ＯＨラジカルの不足分に相当する過酸化水素量を今回測定された溶存オゾン濃度と通常の溶存オゾン濃度との差に基づいて算出し、算出した過酸化水素量に相当する過酸化水素を第２過酸化水素供給装置１９を制御して供給する。

この結果、オゾン反応槽３１において第２過酸化水素供給装置１９及び溶存オゾン濃度計１８が設けられている地点よりも下流側において、酸化促進処理において必要とされる十分なＯＨラジカルが生成され、促進酸化処理がなされてカビ臭物質等の分解率が高められるとともに、臭素酸の過酸化水素による還元作用により臭素酸生成リスクを抑制しつつ処理した被処理水ＬＱが流出流路２４から流出されることとなる。

［１．３］第１実施形態の第３変形例
以上の説明においては、オゾン反応槽において被処理水が水平方向に流れる場合の実施形態について説明したが、本第１実施形態の第３変形例は、被処理水ＬＱが垂直方向に流れる場合の実施形態である。

図３はオゾン反応槽内で被処理水が垂直方向に流れる場合の促進酸化水処理システムの説明図である。
図３において、図１と同様の部分には、同一の符号を付すものとする。
図３において、図１と異なる点は、第１オゾン反応槽１５及び第２オゾン反応槽１６に代えて垂直方向に長い一つのオゾン反応槽３５を有する点並びに第２過酸化水素供給装置１９及び溶存オゾン濃度計がオゾン反応槽３５の被処理水ＬＱの流路において被処理水ＬＱの通過の高さ方向（上下方向）における中間地点に設けられている点である。

この場合において、「被処理水ＬＱの流路において被処理水ＬＱの通過の高さ方向（上下方向）における中間地点」とは、水中であって高さ方向に有効高さで底部から３０％〜６０％（底部が０％、導入部が１００％）の位置である。

また、溶存オゾン濃度計１８は、測定する水に、第２過酸化水素供給装置１９で供給された過酸化水素を含まない段階の被処理水ＬＱの溶存オゾン濃度を測定できるように設置する。従って、溶存オゾン濃度計１８の測定対象の被処理水ＬＱの方が、第２過酸化水素供給装置１９で過酸化水素が添加される被処理水ＬＱよりも上流側（高さ方向で上）となる位置に溶存オゾン濃度計１８の測定位置が設けられている。

また、図３において、図１と異なる点は、第１散気ユニット２１及び第２散気ユニット２３に代えて、散気ユニット３６がオゾン反応槽３５の底部に一つだけ設けられている点である。

本第１実施形態の第３変形例によっても、制御装置２５は、過酸化水素の追加量（過酸化水素ＨＰ２の量）を最適な値とするために溶存オゾン濃度計１８により、オゾン反応槽３１において第２過酸化水素供給装置１９及び溶存オゾン濃度計１８が設けられている地点よりも上流側から流れてきた被処理水の溶存オゾン濃度を測定する。

そして、制御装置２５は、初期供給された過酸化水素の不足分、すなわち、ＯＨラジカルの不足分に相当する過酸化水素量を今回測定された溶存オゾン濃度と通常の溶存オゾン濃度との差に基づいて算出し、算出した過酸化水素量に相当する過酸化水素ＨＰ２を第２過酸化水素供給装置１９を制御して供給する。

この結果、オゾン反応槽３１において第２過酸化水素供給装置１９及び溶存オゾン濃度計１８が設けられている地点よりも下流側において、酸化促進処理において必要とされる十分なＯＨラジカルが生成され、促進酸化処理がなされてカビ臭物質等の分解率が高められるとともに、臭素酸の過酸化水素による還元作用により臭素酸生成リスクを抑制しつつ処理した被処理水ＬＱが流出流路２４から流出されることとなる。

以上の説明では、第１過酸化水素供給装置１４が流入流路１２を介して過酸化水素ＨＰ１を供給する構成について説明したが、オゾン反応槽３５の水面あるいは水面付近に供給する様に構成することも可能である。

［２］第２実施形態
図４は、第２実施形態の促進酸化水処理システムの概要構成説明図である。
図４において、図１の第１実施形態と同様の部分には、同一の符号を付すものとする。
本第２実施形態が図１の第１実施形態と異なる点は、溶存オゾン濃度計１８が第２オゾン反応槽１６の下流側（処理水出口あるいは、処理水出口近傍）に配置されている点である。

したがって、最終的な被処理水ＬＱの溶存オゾン濃度から、第２オゾン反応槽１６において過酸化水素が不足しているか否かを判断し、その添加量を決定する。
第１オゾン反応槽１５における過酸化水素の消費量が通常想定している量（第１過酸化水素供給装置１４において設定している通常時の過酸化水素ＨＰ１の量）より多くなると、第２オゾン反応槽１６で添加されるオゾン化ガスＯＧに対して過酸化水素が不足してくる。この時、第１オゾン反応槽１５の出口での溶存オゾン濃度と同様に第２オゾン反応槽１６の出口における溶存オゾン濃度もいつもよりも高い値となる。

したがって、第２オゾン反応槽１６の出口の溶存オゾン濃度を溶存オゾン濃度計１８で測定し、指標とすることにより、過酸化水素追加分（第２過酸化水素供給装置１９における過酸化水素ＨＰ２）の注入要否を判断することができ、その添加量が決定できる。

ここで、第２過酸化水素供給装置１９で供給する過酸化水素の単位水量当たりの添加量である第２過酸化水素添加率Ａｄ＿ＰＨ＿２の設定について説明する。

上記第１実施形態においては、第１オゾン反応槽１５に残存しているオゾン量に基づいて第２過酸化水素添加率Ａｄ＿ＰＨ＿２を設定していたが、本第２実施形態では、第２オゾン反応槽１６に残存しているオゾン量に基づいているため、溶存オゾン濃度計１８で測定される溶存オゾン濃度ＤＯ_３は、第２過酸化水素供給装置１９により過酸化水素が供給された後の第２オゾン反応槽１６の被処理水ＬＱにおける溶存オゾン濃度ＤＯ_３であるので、溶存オゾン濃度ＤＯ_３がある閾値を超える場合は、第２過酸化水素添加率Ａｄ＿ＰＨ＿２が低すぎたと言うことを意味している。従って、溶存オゾン濃度ＤＯ_３が閾値以下となるよう第２過酸化水素添加率Ａｄ＿ＰＨ＿２の量をフィードバック制御すればよい。

これにより、本第２実施形態によれば、第２オゾン反応槽１６において第２散気ユニット２３を介して添加されるオゾンに対しても不足しないよう過酸化水素追加分を必要に応じて添加することができ、過酸化水素の添加不足を回避できる。

［２．１］第２実施形態の変形例
図５は、第２実施形態の変形例の第２実施形態の促進酸化水処理システムの概要構成説明図である。

図５において、図４の第２実施形態と同様の部分には、同一の符号を付すものとする。
上記第２実施形態においては、第１実施形態における導入流路１７に導入された第１オゾン反応槽１５を通過した被処理水の溶存オゾン濃度を測定する溶存オゾン濃度計１８に代えて、溶存オゾン濃度計１８が第２オゾン反応槽１６の下流側（処理水出口あるいは、処理水出口近傍）に配置していた場合のものであったが、本変形例は、導入流路１７に溶存オゾン濃度計１８をつなぐ第１バルブ４１と、第２オゾン反応槽１６の下流側に溶存オゾン濃度計をつなぐ第２バルブ４２と、を設け、制御装置２５が第１バルブ４１及び第２バルブ４２を排他的に開状態あるいは閉状態とすることで溶存オゾン濃度計１８を第１実施形態と同様の場合と、第２実施形態と同様の場合とで切り替えて用いることができ、より過酸化水素の追加分の制御を正確に行うことが可能となる。

［３］第３実施形態
図６は、第３実施形態の促進酸化水処理システムの概要構成説明図である。
図６において、図１の第１実施形態と異なる点は、溶存オゾン濃度計１８に代えて過酸化水素濃度を測定して過酸化水素濃度測定信号Ｓｈｐを出力する過酸化水素濃度計４５を設置した点である。

第１オゾン反応槽１５において、過酸化水素の消費量がいつもより多くなると、第２オゾン反応槽１６において、第２散気ユニット２３により添加されるオゾンに対して過酸化水素が不足することとなる。したがって、第１オゾン反応槽１５の下流側の導入流路１７において過酸化水素濃度が想定している通常時の濃度よりも低い値となる。

そこで、本第３実施形態においては、制御装置２５は、過酸化水素濃度計４５で測定して出力された過酸化水素濃度測定信号Ｓｈｐに対応する過酸化水素濃度を指標として、過酸化水素を追加供給すべきか否かを判断し、添加量を決定するのである。

本第３実施形態によれば、過酸化水素の過不足を直接的に残存過酸化水素濃度から判別しているため、正確に過酸化水素の追加量の制御を行える。

［４］第４実施形態
図７は、第４実施形態の促進酸化水処理システムの概要構成説明図である。
図７において、図１の第１実施形態と異なる点は、流入流路１２において、被処理水ＬＱに励起光を照射して蛍光強度を測定し蛍光分析信号Ｓｆａを出力する蛍光分析計５０を備えている点である。
ここで、蛍光分析計５０は、励起光（波長345nm付近）に対する蛍光（波長４２５ｎｍ付近）の強度を測定し蛍光分析信号Ｓｆａを出力している。

この蛍光強度の測定は、例えば、促進酸化水処理システム１０が、水道プロセスに適用される場合を考えると、取水した原料水の自然由来の有機物（フルボ酸様有機物などと言う）の量を測定することに相当する。すなわち、蛍光分析計５０による測定結果は、有機物濃度の代表指標Ｅ２６０（吸光度）、ＴＯＣ、トリハロメタン生成能などと相関があることとなる。

これにより、制御装置２５は、蛍光分析信号Ｓｆａに対応する被処理水ＬＱの蛍光強度で促進酸化処理における分解対象である水中有機物濃度を把握する。
したがって、制御装置２５は、得られた蛍光強度を指標としてオゾン化ガスＯＧの添加量を制御する。より詳細には、蛍光強度が大きい時には、オゾン化ガスＯＧの添加量を多くし、蛍光強度が小さい時にはオゾン化ガスＯＧの添加量を少なくするのである。

具体的には、上述した方法と同様に、被処理水ＬＱの蛍光強度に連動させてオゾン添加率Ａｄ＿Ｏ_３算出し、所定の比率Ｋ１に基づいて、第１過酸化水素添加率Ａｄ＿ＰＨ＿１を算出する。
また、第２過酸化水素添加率Ａｄ＿ＰＨ＿２については、第１実施形態で上述したのと同様の方法を用いれば良い。

さらに制御装置２５は、蛍光分析計５０の分析結果に基づくオゾン添加量に対する過酸化水素の添加量比は通常固定（一定）とする。例えば、モル比で１〜５程度が望ましく、第２オゾン反応槽１６で添加されるオゾンに対しても不足しないように、かつ過剰にならないようにその比が決定されるのが望ましい。なお、水質など状況応じてオペレータが変更するように構成することも可能である。

本第４実施形態によれば、被処理水ＬＱの水中有機物濃度に基づいて、第１過酸化水素供給装置１４において供給するオゾン濃度を決定した上で、さらに第１オゾン反応槽１５の出口の溶存オゾン濃度を指標として、過酸化水素追加分（第２過酸化水素供給装置１９で注入する過酸化水素ＨＰ２）の注入要否を判断し、その添加量を決定できるので、第１オゾン反応槽１５における過酸化水素供給量をより正確にして、より確実に第１オゾン反応槽１５で促進酸化処理が行えるとともに、第２オゾン反応槽１６における過酸化水素供給量を抑制しつつより確実に促進酸化処理を行うことができる。

［５］第５実施形態
図８は、第５実施形態の促進酸化水処理システムの概要構成説明図である。
本第５実施形態が図７の第４実施形態と異なる点は、第４の実施形態の構成に加えて、第１オゾン反応槽１５の出口の被処理水ＬＱに励起光を照射して蛍光強度を測定し、蛍光分析信号Ｓｆａ２を出力する蛍光分析計５１を備え、蛍光分析計５０が出力した蛍光分析信号Ｓｆａ１及び蛍光分析計５１が出力した蛍光分析信号Ｓｆａ２に基づいて過酸化水素の供給量を制御している点である。ここで、蛍光分析計５１は、蛍光分析計５０と同様に、励起光（波長３４５ｎｍ付近）に対する蛍光（波長４２５ｎｍ付近）の強度を測定している。

この構成によれば、制御装置２５は、第１オゾン反応槽１５及び第２オゾン反応槽１６における促進酸化処理の状況を、蛍光分析計５０が出力した蛍光分析信号Ｓｆａ１に対応する蛍光強度及び蛍光分析計５１が出力した蛍光分析信号Ｓｆａ２に対応する蛍光強度の変化から把握し、オゾン化ガスＯＧの添加量をフィードバック制御する。

この場合において、蛍光強度の変化として、蛍光分析信号Ｓｆａ１に対応する蛍光強度と蛍光分析信号Ｓｆａ２に対応する蛍光強度との比、すなわち、
Ｓｆａ１／Ｓｆａ２
を求めて指標とするとよい。

そして、得られた値が所定の一定値となるようにフィードバック制御を実施し、オゾン添加率Ａｄ＿Ｏ_３を算出し、算出したオゾン添加率Ａｄ＿Ｏ_３及び比率Ｋ１に基づいて、第１過酸化水素添加率Ａｄ＿ＰＨ＿１を算出する。
さらに第２過酸化水素添加率Ａｄ＿ＰＨ＿２については、第１実施形態で上述したのと同様の方法を用いれば良い。

この場合において、オゾン化ガスＯＧの添加量に対する過酸化水素の添加量の比は通常固定（一定）とするが、水質など状況応じてオペレータが変更可能である。モル比で１／５程度が望ましく、第２オゾン反応槽１６で添加されるオゾンに対しても不足しないように、かつ過剰にならないようにその比を決定する。すなわち、溶存オゾン濃度計１８が出力した溶存オゾン濃度測定信号Ｓｒｏに対応する第１オゾン反応槽１５の出口の溶存オゾン濃度を指標として、過酸化水素追加分（第２過酸化水素供給装置の過酸化水素ＨＰ２）の注入要否を判断し、その添加量を決定できる。

本第５実施形態によれば、第４実施形態の効果に加えて、第１オゾン反応槽１５を通過して処理された後の被処理水ＬＱの水中有機物濃度に基づいて、第２過酸化水素供給装置１９において供給する過酸化水素ＨＰ２の注入要否及び添加量を決定できるので、第２オゾン反応槽１６における過酸化水素供給量を抑制しつつより確実に促進酸化処理を行うことができる。

［６］第６実施形態
図９は、第６実施形態の促進酸化水処理システムの概要構成説明図である。
本第６実施形態は、第５の実施形態の構成において用いていた２台の蛍光分析計５０，５１を蛍光分析計５０のみの１台とし、三方バルブ５５を制御装置２５により自動切替することにより、測定対象水を変更し、第５実施形態と同等の制御を実施するものである。
このような構成が可能な理由は、蛍光分析計５０は光学的な計測機器であり、測定に時間を要さないからであり、例えば、測定結果のふらつきを抑えるための移動平均などの平均化処理がなされたとしても数秒から長くて１分程度で測定できるからである。
従って、第１オゾン反応槽１５における被処理水ＬＱの滞留時間が例えば５分程度以上であれば、水質の変化も５分程度の時間で生じるため、蛍光分析計５０を１台設けるだけでバルブの自動切替で測定対象水を変更しても被処理水ＬＱと第１オゾン反応槽１５出口の蛍光強度を十分測定できる。上述の例の場合、第１オゾン反応槽１５の滞留時間が５分であったので、三方バルブ切替タイミングを５分毎とすることで測定が可能となる。

［７］第７実施形態
図１０は、第７実施形態の促進酸化水処理システムの概要構成説明図である。
本第７実施形態が第５実施形態と異なる点は、蛍光分析計５１を第２オゾン反応槽１６の出口の被処理水ＬＱに励起光を照射して蛍光強度を測定し、蛍光分析信号Ｓｆａ２を出力するように構成した点である。
本第７実施形態によれば、第１オゾン反応槽１５及び第２オゾン反応槽１６を一体としたオゾン反応槽における促進酸化処理の状況を、供給された被処理水ＬＱの蛍光強度（蛍光分析信号Ｓｆａ１に相当）と、第２オゾン反応槽１６出口の蛍光強度（蛍光分析信号Ｓｆａ２に相当）の変化から把握し、オゾン添加量をフィードバック制御できる。
この場合においても、蛍光分析信号Ｓｆａ１に対応する蛍光強度／蛍光分析信号Ｓｆａ２に対応する蛍光強度を求めて指標とし、この値が所定の一定値となるようにフィードバック制御を実施する。
この場合においては、第５実施形態と比較して、上記指標の値は、小さくなるとともに、オゾン化ガスの添加量を変化させてから上記指標に変化が現れるまでの時間は遅くなる。

［８］実施形態の変形例
上記第４実施形態〜第７実施形態においては、蛍光分析計５０、さらに必要に応じて蛍光分析計５１を用いていたが、蛍光分析計５０，５１に代えて吸光度計（例えば、波長２６０ｎｍm付近）、またはＴＯＣ（Total Organic Carbon；全有機体炭素）計を設置するように構成することも可能である。

この場合において、吸光度計を用いる場合には、蛍光強度よりも吸光度の感度が小さいため、その点を考慮して適用する必要がある。また、溶存オゾンも検出されるため、溶存オゾン濃度が高い部分の水を計測する場合には適していない。
また、ＴＯＣＫは、促進酸化処理により水中の有機物成分が十分に分解される場合はＴＯＣが変化し、減少するので、適用が可能である。

本実施形態の促進酸化水処理システム１０の制御装置２５は、例えば、ＭＰＵなどの制御装置と、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭなどの記憶装置と、ＳＳＤ、ＨＤＤ、ＣＤドライブ装置などの外部記憶装置と、ディスプレイ装置などの表示装置と、キーボードやマウスなどの入力装置を備えて構成可能であり、通常のコンピュータを利用したハードウェア構成とされる。

本実施形態の促進酸化水処理システム１０の制御装置２５で実行されるプログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）、ＵＳＢメモリ装置等の半導体記憶装置等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録されて提供される。

また、本実施形態の促進酸化水処理システム１０の制御装置２５で実行されるプログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成しても良い。また、本実施形態の促進酸化水処理システム１０の制御装置２５で実行されるプログラムをインターネット等のネットワーク経由で提供または配布するように構成しても良い。
また、本実施形態の促進酸化水処理システム１０の制御装置２５のプログラムを、ＲＯＭ等に予め組み込んで提供するように構成してもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０ 促進酸化水処理システム
１１ オゾン発生器
１２ 流入流路
１３ 給水ポンプ
１４ 第１過酸化水素供給装置
１５ 第１オゾン反応槽
１６ 第２オゾン反応槽
１７ 導入流路
１８ 溶存オゾン濃度計
１９ 第２過酸化水素供給装置
２０ 第１バルブ
２１ 第１散気ユニット
２２ 第２バルブ
２３ 第２散気ユニット
２４ 流出流路
２５ 制御装置
３１ オゾン反応槽
３５ オゾン反応槽
３６ 散気ユニット
４１ 第１バルブ
４２ 第２バルブ
４５ 過酸化水素濃度計
５０ 蛍光分析計
５１ 蛍光分析計
５５ 三方バルブ
ＨＰ１、ＨＰ２ 過酸化水素
ＬＱ 被処理水
ＯＧ オゾン化ガス
Ｓｆａ、Ｓｆａ１、Ｓｆａ２ 蛍光分析信号
Ｓｈｐ 過酸化水素濃度測定信号
Ｓｒｏ 溶存オゾン濃度測定信号

Claims (13)

1. オゾン及び過酸化水素を被処理水に添加し、オゾン反応槽中で前記被処理水中の処理対象物質の促進酸化処理を行う促進酸化水処理システムであって、
   前記被処理水のオゾン反応槽への導入前あるいは導入時に過酸化水素を供給する第１過酸化水素供給装置と、
   オゾンを含むオゾン化ガスを生成し、前記オゾン反応槽へ供給するオゾン生成装置と、
   前記オゾン反応槽において前記被処理水の流路中に過酸化水素を供給する第２過酸化水素供給装置と、
   前記オゾン反応槽における前記促進酸化処理中あるいは前記促進酸化処理後の前記被処理水に対応する処理指標を検出する測定装置と、
   前記処理指標に基づいて前記第２過酸化水素供給装置による過酸化水素の供給可否の判別及び供給量の設定を行い、前記第２過酸化水素供給装置の制御を行う制御装置と、
   を備えた促進酸化水処理システム。
2. 前記オゾン反応槽は、複数のオゾン反応槽で構成され、
   前記測定装置は、少なくともいずれか一つのオゾン反応槽から導出された前記被処理水について前記処理指標を検出する、
   請求項１記載の促進酸化水処理システム。
3. 相異なる検出位置で同一の前記処理指標を検出する一対の前記測定装置を備え、
   前記制御装置は、前記一対の測定装置の検出した前記処理指標の比に基づいて前記供給可否の判別及び前記供給量の設定を行う、
   請求項１又は請求項２記載の促進酸化水処理システム。
4. 前記測定装置は、溶存オゾン濃度測定装置、過酸化水素濃度測定装置、蛍光分析計、吸光度計あるいはＴＯＣ計のいずれかである、
   請求項１乃至請求項３のいずれか一項記載の促進酸化水処理システム。
5. 前記測定装置は、溶存オゾン濃度測定装置であり、
   前記制御装置は、前記処理指標としての溶存オゾン濃度に比例させて、前記過酸化水素の供給量を設定する、
   請求項１乃至請求項３のいずれか一項記載の促進酸化水処理システム。
6. 前記測定装置は、過酸化水素濃度測定装置であり、
   前記制御装置は、前記処理指標としての過酸化水素濃度に反比例させて、前記過酸化水素の供給量を設定する、
   請求項１乃至請求項３のいずれか一項記載の促進酸化水処理システム。
7. 前記測定装置は、前記処理指標として、前記被処理水中に含まれる有機物濃度に比例する蛍光強度を測定する蛍光分析計であり、
   前記制御装置は、前記蛍光強度に基づいて前記オゾン化ガスの供給量及び前記過酸化水素の供給量を設定する、
   請求項１乃至請求項３のいずれか一項記載の促進酸化水処理システム。
8. 前記測定装置として、複数の測定箇所の前記蛍光強度を測定する一の蛍光分析計あるいはそれぞれ異なる測定箇所の前記蛍光強度を測定する複数の蛍光分析計を備え、
   前記制御装置は、複数の前記測定箇所の蛍光強度比に基づいて前記オゾン化ガスの供給量及び前記過酸化水素の供給量を設定する、
   請求項７記載の促進酸化水処理システム。
9. 前記蛍光分析計は、励起波長について波長３４５ｎｍを含む波長域とし、前記蛍光強度の測定波長について波長４２５ｎｍを含む波長域とする、
   請求項７又は請求項８記載の促進酸化水処理システム。
10. 前記測定装置は前記処理指標として、前記被処理水中に含まれる有機物濃度に比例する吸光度を測定する吸光度計であり、
    前記制御装置は、前記吸光度に基づいて前記オゾン化ガスの供給量及び前記過酸化水素の供給量を設定する、
    請求項１乃至請求項３のいずれか一項記載の促進酸化水処理システム。
11. 前記測定装置として、複数の測定箇所の前記吸光度を測定する一の吸光度計あるいはそれぞれ異なる測定箇所の前記吸光度を測定する複数の吸光度計を備え、
    前記制御装置は、複数の前記測定箇所の吸光度比に基づいて前記オゾン化ガスの供給量及び前記過酸化水素の供給量を設定する、
    請求項１０記載の促進酸化水処理システム。
12. 前記吸光度計は、前記吸光度の測定波長について波長２６０ｎｍを含む波長域とする、
    請求項１０又は請求項１１記載の促進酸化水処理システム。
13. オゾン及び過酸化水素を被処理水に添加し、オゾン反応槽中で前記被処理水中の処理対象物質の促進酸化処理を行う促進酸化水処理システムで実行される方法であって、
    前記被処理水のオゾン反応槽への導入前あるいは導入時に過酸化水素を供給する過程と、
    オゾンを含むオゾン化ガスを生成し、前記オゾン反応槽へ供給する過程と、
    前記オゾン反応槽における前記促進酸化処理中あるいは前記促進酸化処理後の前記被処理水に対応する処理指標を検出する過程と、
    前記処理指標に基づいて追加の過酸化水素の供給可否の判別及び供給量の設定を行う過程と、
    前記オゾン反応槽において前記被処理水の流路中に前記設定された供給量の過酸化水素を供給する過程と、
    を備えた方法。

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