JPH09201591A - オゾン注入量制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 原水をオゾン処理するに際して目標とする水
質を確保し、季節間の水温，水質の変動に伴う原水の水
質変動とか流量の変化に対しても適確に対処することが
できるオゾン注入量制御装置を提供することを目的とす
る。 【解決手段】 対向流式に構成されたオゾン接触槽１
に、オゾンガスを該接触槽１内の底壁近傍に配置された
散気管３から放散して所望のオゾン処理を行うようにし
たオゾン接触槽において、上記オゾン接触槽１に排オゾ
ン濃度計６と溶存オゾン濃度計８を設置し、これら排オ
ゾン濃度計６と溶存オゾン濃度計８の測定値から余剰オ
ゾン量計算機９により余剰オゾン量を計算して、この余
剰オゾン量が一定になるようにオゾン発生機２からのオ
ゾン発生量を調節するようにしたオゾン注入量制御装置
を基本構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は下水２次処理水等の
原水をオゾン接触槽を用いてオゾン処理する際のオゾン
注入量制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年下水道の普及率が高くなるのにつれ
て、都市域における水資源として下水処理水の有効活用
が期待されている。特に年間８０億ｍ³を越すといわれ
る下水処理水は、都市域における安定した水資源として
の可能性を有しており、さまざまな形態での処理水再利
用の期待がかけられているが、その一つとして修景用水
とか親水用水、更には水洗便所用水とか散水用水等への
再利用がある。

【０００３】修景用水としての再利用形態は、既存水路
への処理水導入とか堀等の滞水としての利用、公園等の
噴水用水、人工水路への導入等が考えられる。又、親水
用水とは水遊び等の人間が触れることを前提とした再利
用水である。

【０００４】このように下水処理水を修景用水・親水用
水として再利用するには、再利用水の衛生学的安全性と
か感覚的快適性及び再利用技術、補完的な方策について
十分な検討を行う必要がある。

【０００５】下水処理水を再利用するため留意すべき基
本的水質項目には、これまでの下水処理水に求められて
いた処理水質に加えて、大腸菌群数とか臭気及び色度等
の除去、浮遊性有機物、溶解性有機物、ｐＨ及び濁度が
問題となる。例えば下水処理水を水洗便所用水とか散水
用水として再利用するためには、通常「砂濾過プロセス
→塩素処理プロセス」を採ることが考えられるが、下水
処理水を前記修景用水とか親水用水として再利用するに
は、「砂濾過プロセス→オゾン処理プロセス→塩素処理
プロセス」を採ることが好ましいものと考えられる。

【０００６】建設省の「下水処理水の修景・親水用水利
用水質検討マニュアル（案）」で上げられている水質項
目と目標値を表１に示す。

【０００７】

【表１】

【０００８】上記の表１で挙げられている大腸菌群数と
かＢＯＤ，濁度，臭気及び色度の除去にはオゾン処理方
法が適している。即ち、オゾンは強い酸化力と殺菌力を
持ち、他の方法に比べて効果的に殺菌、脱臭及び脱色を
行うことができる。浄水の分野では、塩素処理に起因す
るＴＨＭ（トリハロメタン）対策と原水の水質悪化対策
を目的として近時オゾン処理が実用化されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記のオゾン処理にお
いて、過剰なオゾンの注入は排オゾン，溶存オゾンが上
昇したり、高価なオゾンガスの無駄が生じてしまうこと
になり、逆にオゾンガスの量が不足した場合には、大腸
菌の殺菌効果が不十分になる惧れが生じて再利用水の安
全性が万全とはいえなくなるという問題が生じる。その
ためにオゾン注入量は最適に制御する必要がある。

【００１０】オゾン注入量の制御には、オゾンガスの流
量を一定にしてオゾンガスの濃度を変化させる制御と、
オゾンガスの流量を変化させる制御とがあるが、一般に
はシステムの簡便性からオゾンガスの濃度を変化させる
方法が多く採用されている。この場合にはオゾン発生機
への入力信号（通常は４〜２９ｍＡ）が操作量となり、
この操作量変化により発生するオゾンガスの濃度を変え
て対処している。

【００１１】上記以外にもオゾンの放散量を処理水量に
比例させた制御とか、注入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制御方法が
知られている。特にオゾン処理で余剰になる排オゾン濃
度又は溶存オゾン濃度を測定し、その変化から間接的に
水質変動をモニターして、上記排オゾン濃度又は溶存オ
ゾン濃度が一定になるようにオゾン注入量を調節してお
り、処理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。

【００１２】しかしながら排オゾン濃度一定制御及び溶
存オゾン濃度一定制御は、季節による水温変動に対応す
ることが難しいという問題がある。例えば同じ原水水質
に対して同じオゾン注入率を採用した場合でも、水温が
高い場合にはオゾンが水中に溶け込みにくくなるため、
排オゾン濃度が高くなるとともに溶存オゾン濃度は低く
なる。従って排オゾン濃度一定制御では水温が高いほど
オゾン注入率は低くなり、処理水質が悪化してしまうこ
とになる。又、溶存オゾン濃度一定制御では水温が高い
場合にオゾン注入率が高くなるので、処理水質は良くな
る反面で目標水質に対するオゾン注入率は過剰になって
しまい、高価なオゾンガスを無駄に消費してしまうこと
になり易い。

【００１３】特に排オゾン濃度及び溶存オゾン濃度一定
制御における設定値（ＳＶ値）は、通常オゾン処理後の
処理水の水質との関連から決定され、この水質が目標値
に達するように上記設定値が決められている。その結果
として制御点は、色度，臭気等に関係するオゾンと反応
性の高い物質の除去がほぼ完了したところに設定される
ので一般的である。このため、流入水の水質変動に対し
てプロセス値（ＰＶ値）の変化が小さくなってしまうと
いう問題点が生じる。

【００１４】本発明は上記の問題点に鑑み、特に下水２
次処理水をオゾン処理するに際して無駄なオゾンガスの
投入を抑制して目標とする水質を確保し、特に季節間の
水温，水質の変動に伴う原水の水質変動とか流量の変化
に対しても適確に対処することができるオゾン注入量制
御装置を提供することを目的とするものである。

【００１５】

【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、対向流式に構成された接触槽に、オゾン
発生機から得られるオゾンガスを該接触槽内の底壁近傍
に配置された散気管から放散して所望のオゾン処理を行
うようにしたオゾン接触槽において、上記オゾン接触槽
に排オゾン濃度計と溶存オゾン濃度計を設置し、これら
排オゾン濃度計と溶存オゾン濃度計の測定値から余剰オ
ゾン量計算機により余剰オゾン量を計算して、この余剰
オゾン量が一定になるようにオゾン発生機からのオゾン
発生量を調節するようにしたオゾン注入量制御装置を基
本構成とする。

【００１６】請求項３により、記接触槽内にオゾン反応
槽を二段以上の多段に構成し、各反応槽に対応して夫々
排オゾン濃度計を設置して、これら複数の排オゾン濃度
計と１台の溶存オゾン濃度計とから計算式により余剰オ
ゾン量を求める。請求項４により、前記接触槽内にオゾ
ン反応槽を二段以上の多段に構成するとともに排オゾン
濃度計を１台設置し、且つオゾン反応槽へのオゾン注入
側と排オゾン側の配管の長さを等しくした装置例にして
ある。

【００１７】更に請求項５により、排オゾン濃度計と余
剰オゾン量計算機との間に排オゾン濃度計の進み・遅れ
補償器を設置するとともに、溶存オゾン濃度計と余剰オ
ゾン量計算機との間に溶存オゾン濃度計の進み・遅れ補
償器を設置したオゾン注入量制御装置例を提供する。

【００１８】かかるオゾン注入量制御装置によれば、下
水２次処理水等の原水をオゾン接触槽内に流入し、対向
流式に構成された反応槽でオゾン発生機で得られたオゾ
ンガスが散気管から水中に放散されて原水の殺菌、脱臭
及び脱色が行われるが、このような動作時に、排オゾン
濃度計と溶存オゾン濃度計の測定値が余剰オゾン量計算
機に入力され、計算式（１）に基づいて余剰オゾン量が
計算される。

【００１９】そしてオゾン注入量調節計が余剰オゾン量
計算機により計算された余剰オゾン量に基づいて、この
余剰オゾン量が一定になるようにオゾン発生機のオゾン
発生量を調節制御する。

【００２０】本発明の請求項３によれば、オゾン接触槽
の内部を対向流式に構成された多段の反応槽に区分し
て、オゾンガスが各反応槽の散気管に供給され、各反応
槽に対応して設置された排オゾン濃度計と１個の溶存オ
ゾン濃度計の測定値から余剰オゾン量が一定になるよう
にオゾン発生量を調節制御する。

【００２１】本発明の請求項４によれば、オゾン接触槽
を多段構成にするとともに排オゾン濃度計を１台とし、
且つ反応槽へのオゾン注入側と排オゾン側の配管の長さ
を等しくすることにより、配管容積を同一としてオゾン
を注入してから排オゾン濃度計までに至る時間を各反応
槽で一致させて、時間測定によるガス流量値が正確にな
るという作用が得られる。

【００２２】更に本発明の請求項５によれば、排オゾン
濃度計と余剰オゾン量計算機との間に排オゾン濃度計の
進み・遅れ補償器を配備するとともに、溶存オゾン濃度
計と余剰オゾン量計算機との間に溶存オゾン濃度計の進
み・遅れ補償器を配備したことにより、余剰オゾン量計
算機に至るまでの伝達関数が等価になるように進み・遅
れ補償のパラメータを決定して正確な余剰オゾン量が計
算されるので、オゾン発生機のオゾン注入量の変化に対
する排オゾン濃度と溶存オゾン濃度の応答時間の変動に
対処することが可能となり、制御の安定化をはかること
ができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明にかかるオゾン注入
量制御装置の具体的な各種実施例を説明する。先ず本発
明の基本理念である水温とオゾン注入率の関係を図５に
示す。同図は、（ａ）排オゾン濃度一定制御，（ｂ）余
剰オゾン量一定制御，（ｃ）溶存オゾン濃度一定制御の
各制御運転時に、原水水質が一定で水温が変化した場合
のそれぞれのプロセス値（ＰＶ値）を一定にするために
必要なオゾン注入率（ｍｇ／ｌ）の変化を示したグラフ
である。

【００２４】図５から（ａ）排オゾン濃度一定制御と、
（ｃ）溶存オゾン濃度一定制御の場合には、水温変化に
よりオゾン注入率が逆方向に変化しているのに対し、
（ｂ）余剰オゾン量一定制御の場合にはオゾン注入率が
ほとんど水温の影響を受けていないことが分かる。

【００２５】この余剰オゾン量一定制御による処理水質
の安定性が問題であるが、季節による水温変動の範囲で
はオゾンと除去対象物質の反応速度がほとんど変化しな
いため、オゾン注入率が一定であれば原水水質の変動が
ない限り安定した処理水質が得られる。又、原水水質が
悪化した場合には余剰オゾン量が減少するため、この余
剰オゾン量が一定になるようにオゾン注入率が上昇して
処理水の水質低下を防止することができる。逆に原水水
質が良くなった場合には余剰オゾン量も増加するので、
これを少なくするようにオゾン注入率を下げれば良い。

【００２６】図１は本発明の第１実施例を示す概要図で
あり、この第１実施例は、オゾン接触槽が一段である場
合の余剰オゾン量一定制御による構成例を示している。
図中の１はオゾン接触槽であり、このオゾン接触槽１の
内部は対向流式に構成された反応槽１ａと滞留槽１ｂと
に区分されている。２はオゾン発生機、３は反応槽１ａ
の底壁近傍に配置された散気管であり、オゾン発生機２
で得られたオゾンガスが散気管３に供給される。４はオ
ゾン接触槽１への原水の流入口、５は同処理水の流出口
である。

【００２７】６は排オゾン濃度計、７は排オゾン処理装
置、８は溶存オゾン濃度計であり、排オゾン濃度計６に
は反応槽１ａ内で反応後の排オゾンガスが導入されてお
り、溶存オゾン濃度計８は反応槽１ａと滞留槽１ｂとの
中間部における溶存オゾン濃度を測定している。

【００２８】９は余剰オゾン量計算機（ADD）、１０は
オゾン注入量調節計（CC）である。余剰オゾン量計算機
９には上記排オゾン濃度計６と溶存オゾン濃度計８の測
定値が入力されており、これら測定値に基づいて余剰オ
ゾン量を計算してオゾン注入量調節計１０がオゾン発生
機２からのオゾン発生量を調節するようになっている。

【００２９】かかる第１実施例の基本的な動作態様は以
下の通りである。先ず通常の砂濾過等の処理を実施した
下水２次処理水が原水の流入口４からオゾン接触槽１内
に流入し、対向流式に構成された反応槽１ａでオゾン発
生機２で得られたオゾンガスが散気管３から水中に放散
される。そしてオゾンガスの持つ強い酸化力と殺菌力に
よって原水の殺菌、脱臭及び脱色が行われ、滞留槽１ｂ
を通過した後に流出口５からオゾン処理水が流出する。
又、排オゾンガスは排オゾン処理装置７に集積されて無
害化処理されてから放出される。

【００３０】上記の動作に際して、排オゾン濃度計６と
溶存オゾン濃度計８の測定値が余剰オゾン量計算機９に
入力され、下記の計算式（１）に基づいて余剰オゾン量
が計算される。 余剰オゾン量＝｛（排オゾン濃度×ガス流量）／（処理水流量）｝ −溶存オゾン濃度・・・・・・・・・・・・・・・・・（１） そしてオゾン注入量調節計１０は余剰オゾン量計算機９
により計算された余剰オゾン量に基づいて、余剰オゾン
量が一定になるようにオゾン発生機２のオゾン発生量を
調節制御される。

【００３１】図２は本発明の第２実施例を示す概要図で
あり、この第２実施例は、オゾン接触槽が多段である場
合の余剰オゾン量一定制御による構成例を示している。
即ち、オゾン接触槽１の内部が対向流式に構成された反
応槽１ａ，１ｃと滞留槽１ｂとに区分されており、オゾ
ン発生機２で得られたオゾンガスが反応槽１ａ，１ｃの
各底壁近傍に配置された散気管３ａ，３ｂに供給されて
いる。更に反応槽１ａ，１ｃの上部に排オゾン濃度計６
ａ，６ｂが設置され、滞留槽１ｂに溶存オゾン濃度計８
が設置されている。その他の構成は基本的に第１実施例
と同一であるため、同一の符号を付して表示してある。

【００３２】尚、反応槽を二段以上の多段に構成する場
合には、反応槽１ａ，１ｃ，１ｄ・・・・・の上部に排オゾ
ン濃度計６ａ，６ｂ，６ｃ・・・・・を夫々対応した設置す
る。

【００３３】かかる第２実施例の基本的な動作態様は第
１実施例と同様であるが、排オゾン濃度計６ａ，６ｂと
溶存オゾン濃度計８の測定値が余剰オゾン量計算機９に
入力され、下記の計算式（２）に基づいて余剰オゾン量
が計算される。 余剰オゾン量＝｛（排オゾン濃度１＋排オゾン濃度２）×ガス流量）｝／ ｛（処理水流量）｝−溶存オゾン濃度・・・・・・・（２） ここで排オゾン濃度１：排オゾン濃度計６ａの測定値 排オゾン濃度２：排オゾン濃度計６ｂの測定値 そしてオゾン注入量調節計１０は余剰オゾン量計算機９
により計算された余剰オゾン量に基づいて、余剰オゾン
量が一定になるようにオゾン発生機２のオゾン発生量を
調節制御される。

【００３４】図３は本発明の第３実施例を示す概要図で
あり、この第３実施例は、オゾン接触槽が多段であり、
且つ排オゾン濃度計６を１台とした場合の余剰オゾン量
一定制御による構成例を示している。即ち、オゾン接触
槽１の内部は第２実施例と同様に複数段に構成されてお
り、反応槽１ａ，１ｃの上部に排オゾン濃度計６が１台
だけ設置され、滞留槽１ｂに溶存オゾン濃度計８が設置
されている。

【００３５】排オゾン濃度計６を１台にするために、反
応槽１ａ，１ｃへのオゾン注入側と排オゾン側の配管容
積を同一にする必要がある。つまり Ｐ₁からＰ₂までの配管容積＝Ｐ₁からＰ₃までの配管容積 Ｐ₄からＰ₅までの配管容積＝Ｐ₆からＰ₇までの配管容積 となっている。上記の配管容積が異なる場合には、オゾ
ンを注入してから排オゾン濃度計６までに至る時間が反
応槽１ａ，１ｃで異なってしまうため、排オゾンの時間
測定が困難になり、ガス流量値が不正確になる。

【００３６】かかる第３実施例によれば、排オゾン濃度
計６と溶存オゾン濃度計８の測定値が余剰オゾン量計算
機９に入力され、前記の計算式（１）に基づいて余剰オ
ゾン量が計算され、オゾン注入量調節計１０は余剰オゾ
ン量計算機９により計算された余剰オゾン量に基づい
て、余剰オゾン量が一定になるようにオゾン発生機２の
オゾン発生量を調節制御される。

【００３７】図４は本発明の第４実施例を示す概要図で
あり、この第４実施例は排オゾン濃度計と溶存オゾン濃
度計の遅れ時間を考慮して余剰オゾン量を計算して、余
剰オゾン量一定制御によってオゾン発生量を制御する例
である。通常オゾン発生機のオゾン注入量の変化に対す
る排オゾン濃度と溶存オゾン濃度の応答時間は異なって
おり、このために排オゾン濃度と溶存オゾン濃度から余
剰オゾン量を計算してオゾン注入量を制御する場合に、
制御が不安定化する惧れがある。

【００３８】これを防止するために、図４に示したよう
に排オゾン濃度計６と余剰オゾン量計算機９との間に排
オゾン濃度計の進み・遅れ補償器１１を設置するととも
に溶存オゾン濃度計８と余剰オゾン量計算機９との間に
溶存オゾン濃度計の進み・遅れ補償器１２を設置してあ
る。その他の構成は第１実施例と基本的に同一である。

【００３９】かかる第４実施例の基本的な動作態様は第
１実施例と同様であるが、排オゾン濃度計の進み・遅れ
補償器１１と溶存オゾン濃度計の進み・遅れ補償器１２
は、注入オゾン量の変化から排オゾン濃度計６と溶存オ
ゾン濃度計８を通して余剰オゾン量計算機９に至るまで
の伝達関数が等価になるように進み・遅れ補償のパラメ
ータを決定し、正確な余剰オゾン量が計算されてこの余
剰オゾン量が一定になるようにオゾン発生機２のオゾン
発生量を調節制御される。

【００４０】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
ればオゾン接触槽に設置した排オゾン濃度計と溶存オゾ
ン濃度計の測定値が余剰オゾン量計算機に入力され、計
算式に基づいて余剰オゾン量を計算して、この余剰オゾ
ン量が一定になるようにオゾン発生機のオゾン発生量を
調節制御することにより、従来の排オゾン濃度一定制御
及び溶存オゾン濃度一定制御とは異なって季節による水
温変動に関係なく対応することが可能となり、特に目標
水質に対するオゾン注入率の過不足がなくなるととも
に、高価なオゾンガスを無駄に消費してしまうことがな
いという効果が得られる。

【００４１】又、オゾン接触槽を多段構成にするととも
に排オゾン濃度計を１台とし、且つ反応槽へのオゾン注
入側と排オゾン側の配管容積を同一としてオゾンを注入
してから排オゾン濃度計までに至る時間を各反応槽で一
致させることによって時間測定によるガス流量値が正確
になるという効果が得られる。

【００４２】更に前記排オゾン濃度計と余剰オゾン量計
算機との間に排オゾン濃度計の進み・遅れ補償器を配備
するとともに、溶存オゾン濃度計と余剰オゾン量計算機
との間に溶存オゾン濃度計の進み・遅れ補償器を配備し
たことにより、余剰オゾン量計算機に至るまでの伝達関
数が等価になるように進み・遅れ補償のパラメータを決
定して正確な余剰オゾン量が計算されるので、オゾン発
生機のオゾン注入量の変化に対する排オゾン濃度と溶存
オゾン濃度の応答時間の変動に対処することが可能とな
り、制御の安定化をはかることができる。

【００４３】従って本発明によれば、下水２次処理水を
オゾン処理するに際して無駄なオゾンガスの投入を抑制
して目標とする水質を確保し、季節間の水温，水質の変
動に伴う原水の水質変動とか流量の変化に対しても適確
に対処することができて、再利用水の安全性を向上させ
ることができる。又、臭気及び色度等の除去効果も高め
られてオゾン処理に基づく安定した処理水質を得ること
ができる。これにより得られたオゾン処理水を修景用水
とか親水用水等の再利用水として使用することが可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例にかかるオゾン注入量制御
装置の概要図。

【図２】本発明の第２実施例にかかるオゾン注入量制御
装置の概要図。

【図３】本発明の第３実施例にかかるオゾン注入量制御
装置の概要図。

【図４】本発明の第４実施例にかかるオゾン注入量制御
装置の概要図。

【図５】各種制御例における水温とオゾン注入率の関係
を示すグラフ。

【符号の説明】 １…オゾン接触槽 １ａ，１ｃ…反応槽 １ｂ…滞留槽 ２…オゾン発生機 ３…散気管 ４…流入口 ５…流出口 ６…排オゾン濃度計 ７…排オゾン処理装置 ８…溶存オゾン濃度計 ９…余剰オゾン量計算機 １０…オゾン注入量調節計 １１…排オゾン濃度計の進み・遅れ補償器 １２…溶存オゾン濃度計の進み・遅れ補償器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 塚本 慶一 東京都品川区大崎２丁目１番17号 株式会 社明電舎内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対向流式に構成された接触槽に、オゾン
   発生機から得られるオゾンガスを該接触槽内の底壁近傍
   に配置された散気管から放散して所望のオゾン処理を行
   うようにしたオゾン接触槽において、 上記オゾン接触槽に排オゾン濃度計と溶存オゾン濃度計
   を設置し、これら排オゾン濃度計と溶存オゾン濃度計の
   測定値から余剰オゾン量計算機により余剰オゾン量を計
   算して、この余剰オゾン量が一定になるようにオゾン発
   生機からのオゾン発生量を調節するようにしたことを特
   徴とするオゾン注入量制御装置。
2. 【請求項２】 上記余剰オゾン量は、 余剰オゾン量＝｛（排オゾン濃度×ガス流量）／（処理水流量）｝ −溶存オゾン濃度・・・・・・・・・・・・・・・・・（１） 式により求めた請求項１記載のオゾン注入量制御装置。
3. 【請求項３】 前記接触槽内に、オゾン反応槽を二段以
   上の多段に構成し、各反応槽に対応して夫々排オゾン濃
   度計を設置して、これら複数の排オゾン濃度計と１台の
   溶存オゾン濃度計とから計算式により余剰オゾン量を求
   めた請求項１，２記載のオゾン注入量制御装置。
4. 【請求項４】 前記接触槽内に、オゾン反応槽を二段以
   上の多段に構成するとともに排オゾン濃度計を１台設置
   し、且つオゾン反応槽へのオゾン注入側と排オゾン側の
   配管容積を同一として、この排オゾン濃度計と１台の溶
   存オゾン濃度計とから計算式により余剰オゾン量を求め
   た請求項１，２記載のオゾン注入量制御装置。
5. 【請求項５】 前記排オゾン濃度計と余剰オゾン量計算
   機との間に排オゾン濃度計の進み・遅れ補償器を設置す
   るとともに、溶存オゾン濃度計と余剰オゾン量計算機と
   の間に溶存オゾン濃度計の進み・遅れ補償器を設置した
   請求項１，２記載のオゾン注入量制御装置。