JPH08318285A - 高度浄水処理におけるオゾン処理方法及び処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 処理水の水質と溶存オゾン、排オゾン、オゾ
ン注入率及びＵＶの関係により、被処理水の水質に基づ
いた制御を実施することによって適正なオゾン注入率に
よってオゾン処理塔の運転を実施することを目的とす
る。 【構成】 高度浄水処理におけるオゾン処理において、
第１のＵＶ計１１により被処理水のＵＶを計測するとと
もに第２のＵＶ計１２によりオゾン処理水のＵＶを計測
し、更にＤＯ₃計１３により計測されたオゾン処理水の
溶存オゾン濃度と、気相オゾン濃度計１０により計測さ
れた発生オゾン濃度及び排オゾン濃度と、被処理水の流
量計２，オゾン処理水の流量計６，発生オゾンの流量計
５及び排オゾンの流量計９の計測値を制御因子として制
御装置１４に入力し、制御出力１８によってオゾン発生
機の駆動状態を適正にコントロールするようにした高度
浄水処理におけるオゾン処理方法と装置を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はオゾン処理及び活性炭処
理に代表される上水の高度浄水処理におけるオゾン処理
方法及び処理装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に河川とか湖沼などから取水した原
水を浄化するには、凝集沈殿池で原水中に凝集剤を注入
混合し、撹拌及び滞留処理により原水中の懸濁物質
（砂，粘土，藻類等の有機物等）を凝集して沈澱，分離
する。このプロセスでは殺藻処理や鉄，マンガンなどの
色度成分の除去を目的とした塩素処理が組み込まれてい
る。

【０００３】特に大都市近郊においては河川の汚濁が著
しいため、アンモニアや、発ガン性物質のＴＨＭ（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
の含有率が高く、塩素処理により塩素とアンモニアが反
応してクロラミンを生成し、必要以上の塩素を消費して
しまう結果、塩素注入率が高くなってＴＨＭが増大す
る。

【０００４】このような背景から、近年上述した物質の
除去を目的として高度浄水処理システムを浄水プロセス
に組み込む方式が行われるようになってきた。この高度
浄水処理方法には、オゾン処理や生物活性炭処理があ
り、例えば塩素処理の代替としてオゾン処理塔によりオ
ゾン処理を行い、更に活性炭処理塔もしくは生物濾過塔
により色度成分などを除去し、砂濾過池等で濾過した後
に塩素処理を行い、浄水池に送水する。特に生物活性炭
処理の前にオゾン処理を行うことにより、負荷変動に対
する許容度や活性炭の寿命の向上をはかることができ
る。

【０００５】他方で１９９３年１２月に新水道水質基準
が制定され、規制値の強化及び規制項目の増加が実施さ
れた。この規制項目の中には上記した現在の浄水処理施
設では除去が困難な物質、例えば揮発性有機塩素化合物
とか農薬、カビ臭物質が含まれている。そこで近時は大
都市近郊の浄水場を中心としてオゾン処理及び活性炭処
理に代表される高度浄水処理が上記新水道水質基準に対
応する施設として検討されている。

【０００６】上記オゾン処理及び活性炭処理は、水中の
溶存性の微量有機物質の除去を目的としているため、水
量だけでなく水質の制御が必要である。そのため紫外線
吸光光度計（以下ＵＶ計と略称する）のようなプロセス
用の水質計測器を設置して用いている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながらこのよう
な高度浄水処理としてのオゾン処理における制御とし
て、通常オゾンの注入率を処理水量に比例させた制御と
か、注入オゾン濃度及び溶存オゾン濃度を一定にする制
御もしくは排オゾン濃度を一定にする制御等のシンプル
な制御方法が一般に採用されており、被処理水の水質に
基づいた制御は実施されていないのが実情である。即
ち、処理水の水質と溶存オゾン、排オゾン、オゾン注入
率及びＵＶ値（紫外線吸光度）との関係は明らかにされ
ていない。

【０００８】特に現在多く採用されているオゾン注入率
一定制御の場合、室内実験等で確認した処理対象物質を
十分に除去できる一定の注入率、例えば１〜３（ｍｇ／
ｌ）程度の注入率でオゾンを注入しているのが通例であ
るが、水質変動に伴って注入オゾン量に過不足が生じる
惧れがある。これはオゾン処理効率の低下とか、高価な
オゾンの無駄が生じてしまうことになり、オゾン処理に
よる安定した処理水質を得ることが困難であるという問
題がある。

【０００９】本発明は上記の問題点に鑑み、特に処理水
の水質と溶存オゾン、排オゾン、オゾン注入率及び紫外
線吸光度との関係を明らかにして、被処理水の水質に基
づいた制御を実施することにより、適正なオゾン注入率
によってオゾン処理塔の運転を実施することができる高
度浄水処理におけるオゾン処理方法及び装置を提供する
ことを目的とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するために、先ず請求項１により、被処理水をオゾン
処理塔に流入して、オゾン発生機から得られるオゾンガ
スを該オゾン処理塔内の底壁近傍に配置された散気管か
ら被処理水中に対向流として放散し、所望とするオゾン
処理を行ってからオゾン処理水槽内に流入するようにし
た高度浄水処理におけるオゾン処理において、第１の紫
外線吸光光度計により被処理水の紫外線吸光度を計測す
るとともに第２の紫外線吸光光度計によりオゾン処理水
の紫外線吸光度を計測し、更に溶存オゾン濃度計により
計測されたオゾン処理水の溶存オゾン濃度と、気相オゾ
ン濃度計により計測された発生オゾン濃度及び排オゾン
濃度と、被処理水及びオゾン処理水の流量及び発生オゾ
ンガス・排オゾンガスの流量を計測して、上記第１，第
２の紫外線吸光光度計と溶存オゾン濃度計、気相オゾン
濃度計及び各流量計の計測値を制御因子として制御装置
に入力し、この制御装置で得られる制御出力によってオ
ゾン処理水中の有機物に由来する紫外線吸光度が予め設
定された許容値以下になるように前記オゾン発生機の駆
動状態をコントロールするようにした高度浄水処理にお
けるオゾン処理方法を提供する。

【００１１】更に請求項２により、上記被処理水槽に配
備された第１の紫外線吸光光度計と、オゾン処理水槽に
配備された第２の紫外線吸光光度計及び溶存オゾン濃度
計と、発生オゾン濃度及び排オゾン濃度を計測する気相
オゾン濃度計と、被処理水とオゾン処理水及び発生オゾ
ンガス・排オゾンガスの流量を計測する流量計と、これ
ら第１，第２の紫外線吸光光度計と溶存オゾン濃度計、
気相オゾン濃度計及び各流量計の計測値を制御因子とし
て、オゾン処理水中の有機物に由来する紫外線吸光度が
予め設定された許容値以下になるような制御出力を発す
る制御装置とを具備して成るオゾン処理装置を提供す
る。

【００１２】

【作用】かかるオゾン処理方法及び処理装置によれば、
被処理水が流量計を介してオゾン処理塔内に流入すると
同時にオゾン発生機で得られるオゾンガスが流量計を介
してオゾン処理塔内に配置された散気管から被処理水中
に対向流として放散され、所望とするオゾン処理が行わ
れる。この時に第１のＵＶ計により被処理水の紫外線吸
光度（ＵＶ）が計測され、第２のＵＶ計によりオゾン処
理水の紫外線吸光度が計測されると同時に溶存オゾン濃
度計によりオゾン処理水の溶存オゾン濃度が計測され、
気相オゾン濃度計により発生オゾン濃度と排オゾン濃度
の両方のオゾン濃度が計測される。

【００１３】そして上記ＵＶ値と、流量計で計測された
被処理水とオゾン処理水及び発生オゾンガス・排オゾン
ガスの流量と、オゾン処理水の溶存オゾン濃度と、発生
オゾン濃度及び排オゾン濃度がすべて制御因子として制
御装置に入力され、制御装置はこれらの各入力値に基づ
いてオゾン処理水中の有機物に由来するＥ２６０が予め
設定された許容Ｅ２６０（Ｃ_OSET）以下になるような制
御出力をオゾン発生機に発して、このオゾン発生機によ
ってオゾン処理塔に対する適正なオゾン注入率でオゾン
処理するための運転制御が実施される。

【００１４】

【実施例】以下、本発明にかかるオゾン処理方法及び処
理装置の具体的な実施例を説明する。図１に示した概要
図において、１は被処理水槽、２は被処理水の流量計、
３はオゾン処理塔、４はオゾン発生機、５は注入オゾン
の流量計、６はオゾン処理水の流量計、７はオゾン処理
水槽、８はオゾン処理塔３内の底壁近傍に配置された散
気管、９は排オゾンガスの流量計、１６は排オゾン処理
施設、１０は気相オゾン濃度計である。

【００１５】上記被処理水槽１には第１の紫外線吸光光
度計１１（以下ＵＶ計１１と略称する）が配備されてお
り、オゾン処理水槽７には、第２のＵＶ計１２と溶存オ
ゾン濃度計１３（以下ＤＯ₃計１３と略称する）が配備
されている。１４は制御装置である。

【００１６】かかる実施例の基本的作用は以下の通りで
ある。先ず被処理水槽１に貯留された被処理水は流量計
２を介してオゾン処理塔３の上方から流入する。同時に
オゾン発生機４を起動することによって得られるオゾン
ガスが流量計５を介してオゾン処理塔３内の底壁近傍に
配置された散気管８から被処理水中に対向流として放散
され、所望とするオゾン処理が行われてから管路１５及
び流量計６を介してオゾン処理水槽７内に流入する。オ
ゾン処理塔３内に残留するオゾンガスは、該オゾン処理
塔３の上壁部から導出されて流量計９を介して排オゾン
処理施設１６内に送り込まれ、無害化処理されてから放
出される。

【００１７】上記の動作時に、第１のＵＶ計１１により
被処理水槽１内に貯留された原水の紫外線吸光度（Ｕ
Ｖ）が計測され、第２のＵＶ計１２によりオゾン処理水
槽７に流入したオゾン処理水の紫外線吸光度（ＵＶ）が
計測される。又、ＤＯ₃計１３によりオゾン処理水の溶
存オゾン濃度が計測され、気相オゾン濃度計１０により
オゾン発生機４で得られる発生オゾン濃度と、オゾン処
理塔３から排出された排オゾン濃度の両方のオゾン濃度
が計測される。

【００１８】本実施例では、上記第１，第２のＵＶ計１
１，１２で計測されたＵＶ値と、流量計２．６で計測さ
れた被処理水及びオゾン処理水の流量と、流量計５で計
測された発生オゾンガスの流量と、ＤＯ₃計１３で計測
されたオゾン処理水の溶存オゾン濃度と、気相オゾン濃
度計１０により計測された発生オゾン濃度及び排オゾン
濃度と、流量計９で計測された排オゾンガスの流量がす
べて制御因子として制御装置１４に入力され、制御装置
１４はこれらの各入力値に基づいてオゾン処理水中の有
機物に由来するＥ２６０が予め設定された許容Ｅ２６０
（Ｃ_OSET）以下になるような制御出力１８を発して、オ
ゾン発生機４の駆動状態を制御する。尚、本実施例では
有機物指標として波長が２５４ｎｍのＵＶ値を選定して
いる。

【００１９】実施に際して、予めオゾンによるＥ２６０
の残存比とオゾン処理塔３の水面からの高さＺ（ｍ）と
の関係を求めておくことが必要である。表１によりオゾ
ン処理実験条件を一覧表として示す。

【００２０】

【表１】

【００２１】表１のＲＵＮ１〜４におけるオゾン処理塔
３内のＥ２６０残存比（オゾン被処理水のＥ２６０に対
するオゾン処理水のＥ２６０の比）とオゾン処理塔３の
水面からの高さＺの関係を図２に示す。Ｅ２６０残存比
はＲＵＮ１で高さＺによりやや差が見られるが、それ以
外はＺに関係なくほぼ一定となっている。

【００２２】又、Ｅ２６０残存比はオゾン注入率Ｄと吸
収効率ηの積で表わされる吸収オゾン量ηＤの増加に伴
って減少している。この傾向はＲＵＮ５〜７においても
略同様となっている。尚、オゾン処理塔３内のＥ２６０
残存比からみて、処理塔内が完全混合反応槽に近いこと
が確認された。

【００２３】ここで溶存性の微量有機物質の連続計測用
として使用されている上記第１，第２のＵＶ計１１，１
２の測定原理を簡単に説明すると、無機物の紫外線吸光
度は２５０ｎｍ以上の波長ではほとんど認められない
が、有機物は２５４ｎｍ程度の波長でもある程度の吸収
を示すことを利用しており、従って２５４ｎｍ以上の波
長での吸収（Ｅ２６０と呼称される）はほとんど有機物
に基づいている。一般にＥ２６０における吸収物質が有
機物であるトリハロメタン生成能とか全有機ハロゲン化
合物生成能等と相関関係があり、従ってＵＶ計が有機物
指標のプロセス用計測器として用いられる。

【００２４】又、上記２５４ｎｍ付近の波長では、有機
物のみならず溶存オゾンによる吸収があり、従ってオゾ
ン処理施設でＵＶ計を使用する場合には、オゾン処理水
の紫外線吸光度は「有機物＋溶存オゾン」の値が表示さ
れることになるので、オゾン処理に基づいて水質制御を
行うには、ＵＶ計の測定値を「有機物」と「溶存オゾ
ン」に分別することが必要である。このような測定方法
に関しては、本願出願人が先に特願平７−１０２８２２
号及び特願平７−１０９２０５号の「プロセス用の紫外
線吸光度測定方法及び装置」によって既に提案してい
る。

【００２５】そこでオゾン処理塔３が完全混合反応槽で
あると仮定すると、オゾン処理におけるＥ２６０の物質
収支式は下記の（１）式で与えられる。

【００２６】 Ｖ・ｄＣｏ／ｄｔ＝Ｑ・（Ｃｉ−Ｃｏ）−Ｒｏ₃・Ｖ・・・・・（１） ここでＶ：オゾン処理塔容量（ｌ） Ｃｉ：被処理水のＥ２６０ Ｃｏ：オゾン処理水のＥ２６０ Ｑ：処理流量（ｌ／ｍｉｎ） Ｒｏ₃：オゾン処理におけるＥ２６０除去速度（abs／mi
n） 定常状態（ｄＣｏ／ｄｔ＝０）と除去速度Ｒｏ₃を１次
反応（Ｒｏ₃＝ｋｏ₃・Ｃｏ）と仮定すると、式（１）か
ら下記の式（２）が得られる。

【００２７】 Ｃｏ／Ｃｉ＝１／（１＋ｋｏ₃・θ）・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（２） ここでｋｏ₃：除去速度定数（１／ｍｉｎ） θ：オゾン接触時間（ｍｉｎ），（＝Ｖ／Ｑ） 式（２）よりオゾン処理水のＥ２６０（Ｃｏ）は、ｋｏ
₃、θ、Ｃｉを与えることで求めることができる。式
（２）をｋｏ₃について解くと式（３）が得られる。

【００２８】 ｋｏ₃＝（Ｃｉ／Ｃｏ−１）／θ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（３） 式（３）を用いてＲＵＮ１〜７のＣｉ、Ｃｏ、θから各
ｋｏ₃を算出した。このｋｏ₃は水温、吸収オゾン量η
Ｄ、オゾン処理塔内の溶存オゾン濃度（ＤＯ₃）、Ｅ２
６０初期濃度Ｃｉ等に影響されるものと考えられる。

【００２９】ηＤをＤＯ₃で除した値（ηＤ／ＤＯ₃）と
算出したｋｏ₃の関係を図３に示す。ＲＵＮ１〜４、Ｒ
ＵＮ５〜７においてｋｏ₃と（ηＤ／ＤＯ₃）との間に夫
々下記の式（４）（５）に示す良好な相関関係が得られ
た。

【００３０】 ＲＵＮ１〜４：ｋｏ₃＝0.4345＊(ηD／DO₃)^-1・483・・・・・・・・（４） ＲＵＮ５〜７：ｋｏ₃＝0.1509＊(ηD／DO₃)^-1・4942・・・・・・・（５） 式（４）（５）を上記の式（２）に代入すると、Ｅ２６
０残存比を求める下記の式（６）（７）が得られる。

【００３１】 ＲＵＮ１〜４：Ｃｏ／Ｃｉ＝1／{(1＋0.4345＊(ηD/DO₃)^-1・483＊θ｝ ・・・・・・・・・（６） ＲＵＮ５〜７：Ｃｏ／Ｃｉ＝1／{(1＋0.1509＊(ηD/DO₃)^-1・4942＊θ｝ ・・・・・・・・・（７） 式（６）（７）にθ、ηＤ、ＤＯ₃を与えることで各水
温におけるオゾン処理水のＥ２６０残存比が計算され
る。式（６）（７）の計算結果と実測値の関係を図４に
示す。図４によれば、Ｅ２６０の残存比に関する結果値
と実測値の間に良好な相関関係が得られた。

【００３２】式（６）（７）をオゾン注入率Ｄについて
解くと、式（８）（９）になる。

【００３３】 ＲＵＮ１〜４：（ＤＯ₃／η）＊[(Q・E)／(0.4345・V・(1−E))]^1/(-1・483) ・・・・・・・・・（８） ＲＵＮ５〜７：（ＤＯ₃／η）＊[(Q・E)／(0.1509・V・(1−E))]^{1/(-1・4842)} ・・・・・・・・・（９） Ｅ２６０除去率Ｅ＝（Ｃｉ−Ｃｏ）／Ｃｉ そこで中水温期（１８℃近辺）、低水温期（７℃近辺）
のオゾン注入率Ｄは夫々式（８）（９）にＣｉ、Ｃｏ、
オゾン処理塔容量Ｖ（ｌ）、流量（Ｑ）、注入ガス流量
（ｑ）、発生・排オゾンガス濃度及び溶存オゾン濃度を
与えることで演算される。又、高水温期にも同様の実験
を行い、Ｅ２６０除去速度定数ｋｏ₃の式を求めること
によって浄水処理におけるオゾン処理を行う水温範囲で
のｋｏ₃による影響がわかり、水温の項が追加した形の
オゾン注入率Ｄの決定式を提案することができる。

【００３４】上記のＣｉ、Ｃｏ、Ｑ、ｑ、発生・排オゾ
ンガス濃度及び溶存オゾン濃度は夫々図１に示した前記
第１のＵＶ計１１、第２のＵＶ計１２、被処理水の流量
計２、オゾンガスの流量計５、気相オゾン濃度計１０及
びＤＯ₃計１３での計測値のモニタリングによって求め
られる。

【００３５】ここでオゾン処理水のＥ２６０を設定（Ｃ
_Oset）すると、Ｃ_O＜Ｃ_Osetにするオゾン注入率Ｄはモ
ニタリングしているＣｉ、流量Ｑ、吸収効率η、ＤＯ₃
の各指標により決定される。従ってオゾン被処理水の水
質変動及び流量変動に応じた低水温期と中水温期におけ
るオゾン注入率Ｄを決定することができる。必要なＤが
決定すれば、注入オゾン濃度が決定され、オゾン発生機
４で発生するオゾン濃度を制御することが可能となる。

【００３６】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば被処理水をオゾン処理塔でオゾンガスの放散によっ
て所望のオゾン処理を実施する際に、第１のＵＶ計によ
り被処理水の紫外線吸光度を計測するとともに第２のＵ
Ｖ計によりオゾン処理水の紫外線吸光度を計測し、同時
に溶存オゾン濃度計により計測されたオゾン処理水の溶
存オゾン濃度と気相オゾン濃度計により計測された発生
オゾン濃度及び排オゾン濃度と、被処理水とオゾン処理
水及び発生オゾンガス・排オゾンガスの流量を制御因子
としてオゾン処理水中の有機物に由来するＥ２６０が予
め設定された許容値以下になるような制御出力をオゾン
発生機に発することにより、オゾン処理塔に対して適正
なオゾン注入率での運転を実施することができる。

【００３７】従って本発明の場合には処理水の水質と溶
存オゾン、排オゾン、オゾン注入率及び紫外線吸光度と
の関係を明らかにして、被処理水の水質に基づいた制御
を実施しているため、従来から多く採用されているオゾ
ン注入率一定制御のように水質変動に伴って注入オゾン
量に過不足が生じる惧れがなくなり、オゾン処理効率の
向上がはかれるとともにオゾン処理による安定した処理
水質が得られ、しかも運転時に高価なオゾンの無駄が発
生しないので、運転コストの面からも有利であるという
効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例にかかるオゾン処理装置の一実施例を
示す概要図。

【図２】オゾン処理塔内のＥ２６０残存比と水面からの
高さＺの関係を示すグラフ。

【図３】吸収オゾン量ηＤを溶存オゾン濃度ＤＯ₃で除
した値（ηＤ／ＤＯ₃）と算出した除去速度定数（ｋ
ｏ₃）の関係を示すグラフ。

【図４】式（６）（７）の計算結果と実測値の関係を示
すグラフ。

【符号の説明】

１…被処理水槽 ２…被処理水の流量計 ３…オゾン処理塔 ４…オゾン発生機 ５…注入オゾンの流量計 ６…オゾン処理水の流量計 ７…オゾン処理水槽 ８…散気管 ９…排オゾンガスの流量計 １０…気相オゾン濃度計 １１…第１の紫外線吸光光度計 １２…第２の紫外線吸光光度計 １３…溶存オゾン濃度計 １４…制御装置 １６…排オゾン処理施設

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被処理水をオゾン処理塔に流入して、オ
   ゾン発生機から得られるオゾンガスを該オゾン処理塔内
   の底壁近傍に配置された散気管から被処理水中に対向流
   として放散し、所望とするオゾン処理を行ってからオゾ
   ン処理水槽内に流入するようにした高度浄水処理におけ
   るオゾン処理において、 第１の紫外線吸光光度計により被処理水の紫外線吸光度
   を計測するとともに第２の紫外線吸光光度計によりオゾ
   ン処理水の紫外線吸光度を計測し、更に溶存オゾン濃度
   計により計測されたオゾン処理水の溶存オゾン濃度と、
   気相オゾン濃度計により計測された発生オゾン濃度及び
   排オゾン濃度と、被処理水及びオゾン処理水の流量及び
   発生オゾンガス・排オゾンガスの流量を計測して、上記
   第１，第２の紫外線吸光光度計と溶存オゾン濃度計、気
   相オゾン濃度計及び各流量計の計測値を制御因子として
   制御装置に入力し、この制御装置で得られる制御出力に
   よってオゾン処理水中の有機物に由来する紫外線吸光度
   が予め設定された許容値以下になるように前記オゾン発
   生機の駆動状態をコントロールすることを特徴とする高
   度浄水処理におけるオゾン処理方法。
2. 【請求項２】 被処理水をオゾン処理塔に流入して、オ
   ゾン発生機から得られるオゾンガスを該オゾン処理塔内
   の底壁近傍に配置された散気管から被処理水中に対向流
   として放散し、所望とするオゾン処理を行ってからオゾ
   ン処理水槽内に流入するようにした高度浄水処理におけ
   るオゾン処理において、 上記被処理水槽に配備された第１の紫外線吸光光度計
   と、オゾン処理水槽に配備された第２の紫外線吸光光度
   計及び溶存オゾン濃度計と、発生オゾン濃度及び排オゾ
   ン濃度を計測する気相オゾン濃度計と、被処理水，オゾ
   ン処理水，発生オゾンガス・排オゾンガスの流量を計測
   する流量計と、これら第１，第２の紫外線吸光光度計と
   溶存オゾン濃度計、気相オゾン濃度計及び各流量計の計
   測値を制御因子として、オゾン処理水中の有機物に由来
   する紫外線吸光度が予め設定された許容値以下になるよ
   うな制御出力を発する制御装置とを具備して成ることを
   特徴とする高度浄水処理におけるオゾン処理装置。