JP4829195B2 - オゾン注入制御方法及び水処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、オゾンを利用して環境水、あるいは下水処理水、工場廃水等の浄化処理を行う水処理装置に関する。

都市環境において健全な水循環を実現することを目的に、下水処理水の再利用や、廃水の再生利用が盛んに行われている。そして、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徴を利用して、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。また、従来の塩素殺菌の代替プロセスとして酸化力の強いオゾン処理を導入することで、クリプトスポリジウムに代表される消毒耐性の強い病原性微生物の殺菌にも効果を挙げている。

オゾンを利用して浄化処理を行う際のオゾンの供給量としては、被処理水に対して過剰に供給することもできるが、オゾンの効率的な利用のためには必要当量のオゾンを供給することが望ましい。また、突発的にオゾンと反応性が高い還元性物質が想定以上の量で被処理水に混入した場合には、それに見合う量のオゾンを供給する必要が生じる。

このような問題に対して、例えば、下記特許文献１には、水中に含まれる環境ホルモンを分解するための水処理方法及び水処理装置が開示され、環境ホルモン含有水とオゾン含有ガスとをラインミキサーで混合し、オゾン含有ガスがラインミキサーに流入した時点から所定時間で移動する位置に溶存オゾン濃度計を設けて、その溶存オゾン濃度計の測定値に基づいて、オゾン含有ガスの供給量を制御することが記載されている。

また、図２には、従来のオゾン注入制御方法を利用する一般的な水処理装置の概略構成図を示す。被処理水である環境水、あるいは下水処理水をオゾン接触槽６０に導入し、オゾン発生手段６１からオゾンガスを注入する。オゾンの注入にはセラミクス製の多孔板（散気板）などが用いられる。原水へのオゾン注入量の制御は、オゾン接触槽６０からの出口側に溶存オゾン濃度測定装置６３を有する溶存オゾン濃度検出手段６４を設け、溶存オゾン濃度の計測値が所定の値を維持するように、オゾン発生量制御手段６５でオゾン発生手段６１のオゾンの発生量を制御する。

このように、従来のオゾン注入制御方法では、オゾン処理後の被処理水の溶存オゾン濃度に基づくフィードバック制御を利用することが一般的であった。
特開２００３−１２６８７６号公報

しかしながら、従来のフィードバック制御では、原水の急激な水質変動に対して制御に遅れが生じるという問題があった。すなわち、一般的なオゾン接触装置において、被処理水のオゾン接触領域での理論滞留時間は１５分〜２０分であるため、オゾン不足が溶存オゾン濃度に反映されてこれが検出されるまでには、時間を要する。したがって、水質変動が激しいと安定化には時間を要し、その間オゾン接触装置内ではオゾン注入不足といった好ましくない処理状況になってしまうという問題があった。また、溶存オゾン濃度のみに依存した制御方法では、水質変動によってどの程度のオゾン供給不足が生じているかを判定することができず、その不足分に見合うオゾンを即座に供給するように制御することができなかった。

したがって、本発明の目的は、被処理水中にオゾンを注入し、脱色・殺菌等の浄化処理を行う水処理装置において、特に原水中にオゾンと反応性が高い還元性物質が突発的に流入した場合でも、制御遅れを最小限に留め、安定的に十分なオゾンを供給するオゾン注入制御方法並びにこれを利用する水処理装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明のオゾン注入制御方法は、導入領域から被処理水を接触領域に導入し、前記接触領域にオゾンを注入して、被処理水と前記オゾンとを接触させ、該オゾン接触後の被処理水を送出領域に送出する、オゾンによる水処理方法において、前記導入領域での被処理水中の還元性物質の濃度を測定して該還元性物質濃度に基づいて第１オゾン注入値を求め、前記送出領域での被処理水の溶存オゾン濃度の最低限度値として予め設定した指針値と、前記送出領域での被処理水の溶存オゾン濃度の測定値との差分に基づいて第２オゾン注入値を求め、前記第１及び第２オゾン注入値の合計値に基づいて前記接触領域に注入するオゾンの注入量を決定することを特徴とする。

本発明のオゾン注入制御方法においては、オゾン処理前の被処理水中の還元性物質濃度に基づいて第１オゾン注入値を求め、且つ、オゾン処理後の被処理水中の溶存オゾン濃度に基づいて第２オゾン注入値を求める。そして、それら第１及び第２オゾン注入値の合計値に基づいてオゾンの注入量を決定する。その結果、原水中の還元性物質濃度と、オゾン処理後の被処理水中の溶存オゾン濃度との双方の情報をオゾン注入量に反映させることができ、従来に比べ、精度の高い制御が可能となる。また、原水中に還元性物質が突発的に流入した場合でも、その変化を即座にオゾン注入量に反映させることができる一方で、有機物等その他のオゾン消費成分の変動に対しては、オゾン処理後の被処理水中の溶存オゾン濃度をフィードバックして注入量を決定するので、必要とされるオゾンを安定的に供給することができる。

本発明のオゾン注入制御方法においては、前記還元性物質が無機性還元性物質であることが好ましい。また、前記還元性物質が亜硝酸イオン及び亜硫酸イオンから選ばれた少なくとも１種であることが好ましい。これによれば、下水処理水や工場廃水に混入する亜硝酸イオンや亜硫酸イオンに応じた制御を施すことができる。

一方、本発明の水処理装置は、被処理水中の還元性物質の濃度を検出しその濃度に応じた第１の信号を発信する還元性物質濃度検出手段と、被処理水にオゾンを供給して接触させるオゾン供給接触手段と、被処理水中の溶存オゾンの濃度を検出しその濃度に応じた第２の信号を発信する溶存オゾン濃度検出手段と、オゾン発生量を制御するオゾン発生量制御手段とを備え、前記還元性物質濃度検出手段と、前記オゾン供給接触手段と、前記溶存オゾン濃度検出手段とは、その順に連通して被処理水が流れるように配され、前記オゾン供給接触手段は、被処理水が滞留するオゾン接触槽と、オゾンを発生するオゾン発生手段とを備え、前記オゾン発生量制御手段は、前記還元性物質濃度検出手段から受信した前記第１の信号に基づいて第１オゾン注入値を求め、前記被処理水の溶存オゾン濃度の最低限度値として予め設定した指針値と、前記溶存オゾン濃度検出手段から受信した第２の信号に基づいて求めた前記被処理水の溶存オゾン濃度の測定値との差分に基づいて第２オゾン注入値を求め、前記第１及び第２オゾン注入値の合計値に基づいて前記オゾン接触槽に注入するオゾンの注入量を決定し、この注入量となるように前記オゾン発生手段からのオゾン発生量を制御することを特徴とする。

本発明の水処理装置によれば、オゾン処理前の被処理水中の還元性物質の濃度を検出して、その濃度に応じた第１オゾン注入量を求め、また、オゾン処理後の被処理水中の溶存オゾンの濃度を検出して、その濃度に応じた第２オゾン注入値を求め、第１及び第２オゾン注入値の合計値に基づいて接触領域に注入するオゾンの注入量を決定し、この注入量となるようにオゾン発生手段からのオゾン発生量を制御するので、原水中の還元性物質濃度と、オゾン処理後の被処理水中の溶存オゾン濃度との双方の情報に基づいて、適切な量のオゾンを供給することができ、オゾン接触槽で必要とされるオゾン濃度を安定して維持することができる。

本発明によれば、原水中に突発的に還元性物質が流入した場合にも、即座にオゾン注入量を追従させることができるので、オゾンによる酸化効果が維持され、安定した水処理が可能となる。そして、処理水の水質安全性の確保等が可能となる。

以下、本発明の一実施形態について、図１を参照しながら説明する。図１には、本発明のオゾン注入制御方法を利用する水処理装置の一実施形態を示す概略構成図が示されている。

図１に示すように、この水処理装置は、還元性物質濃度測定装置１０を備える還元性物質濃度検出手段１５と、被処理水が滞留するオゾン接触槽２０とオゾンを発生するオゾン発生手段２１とを備えるオゾン供給接触手段２５と、溶存オゾン濃度測定装置３０を備える溶存オゾン濃度検出手段３５と、オゾン発生量を制御するオゾン発生量制御手段４５とから主に構成されている。そして、上記の還元性物質濃度検出手段１５と、オゾン供給接触手段２５と、溶存オゾン濃度検出手段３５とを、その順に被処理水が送液されるように送液用配管Ｌが配設されている。送液は図示しない送液ポンプによっておこなう。

被処理水である原水をオゾン接触槽２０に導入するための送液用配管Ｌ１には、その途中に外部から被処理水に接触できるように接触部５０が設けられている。還元性物質濃度検出手段１５は、この接触部５０を介して被処理水をサンプリングするか、又は接触部５０にセンサーを配する等の方法により、還元性物質濃度検出手段１５を構成する還元性物質濃度測定装置１０が還元性物質濃度を常に監視できるようにされている。還元性物質濃度測定装置１０としては、紫外線吸収量を測る方式や、反応試薬を用いた比色式、イオンクロマトグラフィーを利用する方式を用いた一般的な測定装置を用いることができる。

なお、上記の送液用配管Ｌ１は、本発明のオゾン注入制御方法における「導入領域」に属している。

更に、還元性物質濃度検出手段１５においては、測定の結果を電気信号等に変換し、その信号（本発明における第１信号）を、後述するオゾン発生量制御手段４５に送信するようになっている。

一方、被処理水をオゾン接触槽２０から排水するための送液用配管Ｌ２には、その途中に被処理水と外部から接触できるように接触部５１が設けられている。溶存オゾン濃度検出手段３５は、この接触部５１を介して被処理水をサンプリングするか、又は接触部５１にセンサーを配する等の方法により、溶存オゾン濃度検出手段３５を構成する溶存オゾン濃度測定装置３０が溶存オゾン濃度を常に監視できるようにされている。溶存オゾン濃度測定装置３０としては、試験対象液中のオゾンによる紫外線の吸収、すなわち紫外吸光を測る方式や、隔膜ポーラロ電極を用いた方式による一般的な測定装置を用いることができる。

なお、上記の送液用配管Ｌ２は、本発明のオゾン注入制御方法における「送出領域」に属している。

更に、溶存オゾン濃度検出手段３５は、周知の技術を利用した手段（図示せず）によって測定の結果を電気信号等に変換し、その信号（本発明における第２信号）をオゾン発生量制御手段４５に送信するようになっている。

次に、オゾン供給接触手段２５について説明する。

オゾン供給接触手段２５は、被処理水が滞留するオゾン接触槽２０と、オゾンを発生するオゾン発生手段２１とを備えている。オゾン接触槽２０には、上記の送液用配管Ｌ１を通して被処理水が導入される。処理水量規模は、10m³/日から数千m³/日の規模とすることができる。なお、このオゾン接触槽２０は、本発明のオゾン注入制御方法における「接触領域」に属している。

オゾン発生手段２１としては、従来公知のものを適宜使用することができる。オゾン発生手段２１からは、発生したオゾンガスをオゾン接触槽２０に供給するためのオゾン供給用配管Ｌ３が設けられ、オゾン接触槽２０に接続されている。そして、オゾン供給用配管Ｌ３を通して供給されるオゾンは、同配管Ｌ３の先端に装着された散気装置２２を通して、多数の細かい気泡となってオゾン接触槽２０内の被処理水中に供給される。

散気装置２２には、セラミクス、ガラス、あるいは金属焼結体の多孔板、あるいは円筒管（散気筒）など、一般的に水中へのガス分散に用いられるものを任意に使用できる。オゾン接触槽２０に導入されたオゾンは、出入りする水の流れと気泡の上昇（浮力）により被処理水と混合される。また、接触槽２０に攪拌手段を設けて混合してもよい。

次に、オゾン発生量を制御するオゾン発生量制御手段４５について説明する。

オゾン発生量制御手段４５は、上記の還元性物質濃度検出手段１５と、上記の溶存オゾン濃度検出手段３５とがそれぞれ発信する信号を受信する。そして、還元性物質濃度検出手段１５から受信した第１の信号に基づいて、オゾン発生量制御手段４５に配された演算手段（図示せず）により、還元性物質濃度に応じた第１オゾン注入値が求められる。また、溶存オゾン濃度検出手段３５から受信した第２の信号に基づいて、オゾン発生量制御手段４５に配された演算手段（図示せず）により、被処理水中の溶存オゾン濃度に応じたオゾン注入値が求められる。

そして、オゾン発生量制御手段４５においては、上記第１オゾン注入値及び上記第２オゾン注入値の合計値に応じた最終的なオゾン注入量が決定され、そのオゾン注入量に応じたオゾン発生量となるように、上記オゾン発生手段２１に作動信号を送る。このオゾン注入量は、本発明のオゾン注入制御方法における「接触領域に注入するオゾンの注入量」に相当する。

こうして、上記オゾン発生手段２１から適切な量のオゾンが供給され、配管Ｌ３、散気装置２２を通して、オゾン接触槽２０内に滞留する被処理水中に多数の細かい気泡となって供給される。

以上により、原水中の還元性物質濃度と、オゾン処理後の被処理水中の溶存オゾン濃度との双方の情報をオゾン発生手段に伝えて、被処理水へのオゾン注入量に反映させることができる。

以下には、本発明のオゾン注入制御方法の一態様について説明し、本発明について具体的に説明する。

まず、オゾンを利用して浄化処理を行う水処理装置におけるオゾンの収支について概説すると、被処理水に注入されたオゾンは、オゾン消費成分との反応や自己分解により消費される。ここで、十分なオゾン注入量を与えると、未反応のオゾンは処理水中に溶存オゾンの状態で残留する（余剰オゾン）。また、オゾンの一部は被処理水中に吸収されずに排オゾンとして系外に排出される。その収支式を下記（１）式に示す。

上記の収支式中、Ｘ１は原水の水質に依存する項であり、Ｘ２は水温や原水のｐＨが影響因子となる。また、Ｘ４は接触装置構造や接触時間に依存するものであり、一般的には注入したオゾン量の５〜１５％程度（オゾン吸収効率として８５〜９５％）である。そして、従来のフィードバック制御では、上記Ｘ３の値を監視し、その値を規定の値に保つことで、その時の原水水質に対して必要十分なオゾン注入量（Ｘ１＋Ｘ２）を維持する方法であるといえる。

Ｘ１については、更に、下記（２）式に示す収支式に細分することができる。

一般に、下水処理水や工場廃水の場合、原水中に突発的に還元性の物質が混入することがある代表的な還元性物質は、生物処理による硝化反応が不十分だった場合に残存する亜硝酸イオン（亜硝酸性窒素NO₂）である。したがって、上記ＸＡ１には亜硝酸イオンなどが該当し、これらは有機の還元性物質に由来する消費量ＸＢ１に比べてオゾンの反応性が高く、かつ突発的に変動しやすい消費成分であると言える。

従来のフィードバック制御では、原水中の水質変動による消費変化を総括的に、すなわち（Ｘ１＋Ｘ２）としてのみ捉えており、水質が急激に変動した場合に、制御遅れが生じやすいと言える。

これに対し、本発明のオゾン注入制御方法によれば、オゾン消費性が高い成分、すなわちＸＡ１の挙動に着目し、その変動に対していち早く応答することができる。

以下には、原水中の亜硝酸イオン濃度の変動に基づいたオゾン注入制御の一態様について説明し、本発明について更に具体的に説明する。

亜硝酸イオンとオゾンとの反応は、下記（３）式に示す化学反応式によって表される。

亜硝酸イオンは、オゾンと優先的、かつ速やかに反応し、上記反応式が示すように、反応に要するオゾンの量は、ほぼ亜硝酸イオンと等量である。したがって、上述した本発明の水処理装置の還元性物質濃度検出手段１５により亜硝酸イオンを検出し、その検出された亜硝酸イオンと当量の値が、第１オゾン注入値Ａ（mg/L）として求められる。また、適宜、オゾン処理条件に応じて一定の比率ｋで乗じたオゾン注入値、ｋＡ（mg/L）とすることもできる。一方、溶存オゾン濃度の最低限度値を指針値として設定する。この指針値は、一般的にフィードバック制御における指針値と同義であり、水処理装置に求める殺菌力や酸化力に応じて任意に設定すればよい。そして、与えられた溶存オゾン濃度の指針値を維持するように、上記の溶存オゾン濃度検出手段３５により検出された溶存オゾン濃度と指針値との差分量が、第２のオゾン注入値Ｂ（mg/L）として求められる。なお、溶存オゾン濃度が指針値以上である場合は、オゾン注入値Ｂ（mg/L）は値ゼロとされる。そして、第１オゾン注入値Ａ（又はｋＡ）と第２オゾン注入値Ｂとの合計値に基づいて、オゾン発生手段２１からオゾン接触槽２０に注入されるオゾン量が決定される。

本発明において、上記還元物質濃度及び溶存オゾン濃度に基づく信号、情報の送受信、処理、加工、演算等は、周知の手段を適宜用いておこなうことができる。

本発明のオゾン注入制御方法を利用する水処理装置の一実施形態を示す概略構成図である。 従来のオゾン注入制御方法を利用する水処理装置の概略構成図である。

符号の説明

１０：還元性物質濃度測定装置
１５：還元性物質濃度検出手段
２０，６０：オゾン接触槽
２１，６１：オゾン発生手段
２２，６２：散気装置
２５：オゾン供給接触手段
３０，６３：溶存オゾン濃度測定装置
３５，６４：溶存オゾン濃度検出手段
４５，６５：オゾン発生量制御手段
５０、５１：接触部
Ｌ，Ｌ１，Ｌ２：送液用配管
Ｌ３：オゾン供給用配管

Claims (4)

1. 導入領域から被処理水を接触領域に導入し、前記接触領域にオゾンを注入して、被処理水と前記オゾンとを接触させ、該オゾン接触後の被処理水を送出領域に送出する、オゾンによる水処理方法において、
   前記導入領域での被処理水中の還元性物質の濃度を測定して該還元性物質濃度に基づいて第１オゾン注入値を求め、
   前記送出領域での被処理水の溶存オゾン濃度の最低限度値として予め設定した指針値と、前記送出領域での被処理水の溶存オゾン濃度の測定値との差分に基づいて第２オゾン注入値を求め、
   前記第１及び第２オゾン注入値の合計値に基づいて前記接触領域に注入するオゾンの注入量を決定することを特徴とするオゾン注入制御方法。
2. 前記還元性物質が無機性還元性物質である請求項１記載のオゾン注入制御方法。
3. 前記還元性物質が亜硝酸イオン及び亜硫酸イオンから選ばれた少なくとも１種である請求項２記載のオゾン注入制御方法。
4. 被処理水中の還元性物質の濃度を検出しその濃度に応じた第１の信号を発信する還元性物質濃度検出手段と、被処理水にオゾンを供給して接触させるオゾン供給接触手段と、被処理水中の溶存オゾンの濃度を検出しその濃度に応じた第２の信号を発信する溶存オゾン濃度検出手段と、オゾン発生量を制御するオゾン発生量制御手段とを備え、
   前記還元性物質濃度検出手段と、前記オゾン供給接触手段と、前記溶存オゾン濃度検出手段とは、その順に連通して被処理水が流れるように配され、
   前記オゾン供給接触手段は、被処理水が滞留するオゾン接触槽と、オゾンを発生するオゾン発生手段とを備え、
   前記オゾン発生量制御手段は、前記還元性物質濃度検出手段から受信した前記第１の信号に基づいて第１オゾン注入値を求め、前記被処理水の溶存オゾン濃度の最低限度値として予め設定した指針値と、前記溶存オゾン濃度検出手段から受信した第２の信号に基づいて求めた前記被処理水の溶存オゾン濃度の測定値との差分に基づいて第２オゾン注入値を求め、前記第１及び第２オゾン注入値の合計値に基づいて前記オゾン接触槽に注入するオゾンの注入量を決定し、この注入量となるように前記オゾン発生手段からのオゾン発生量を制御することを特徴とする水処理装置。