JP2010142726A - オゾン処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来より少ないオゾン量を用いて、残留オゾンによる活性炭の吸着能低下の問題を克服可能なオゾン処理装置を提供すること。
【解決手段】オゾン処理装置は、オゾン原料ガス供給装置ａ、オゾン発生装置ｂ、オゾン供給管ｃ、オゾン接触槽ｄ、散気装置ｅ、排オゾン分解装置ｆ、オゾン接触槽ｄ同槽ｄの出口付近のオゾン量を測定する第二オゾン濃度計ｇ、オゾン処理済み水を搬送する管路ｈ、活性炭層ｊ２を有する活性炭槽ｊ、排オゾン分解装置ｋ、活性炭槽内のオゾン量を測定する第一オゾン濃度計ｍ、オゾンシステム制御装置ｎを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、オゾン処理装置に係り、特に従来より小量のオゾンを用いて被処理水を効果的に処理可能なオゾン処理装置およびオゾン処理方法に関するものである。

オゾンは、強力な酸化力を有し、しかも被処理水を処理した後は酸素に戻るため安全な酸化剤として上下水道水、工業用水、工業用排水などの各種の水の消毒に広く採用されてきている。

オゾンは、また乾燥した空気や酸素を原料として、オゾン発生装置内で無声放電により比較的容易に製造可能であるので、従来から上記の目的で大量に使用されてきた。しかし、近時においては省エネルギーの立場から、あるいはオゾンを過剰に使用すると、余剰のオゾンが環境に悪影響を及ぼすことが明らかになっており、例えば残留オゾンは被処理水中に含まれることがある臭素を酸化して、発ガン作用のある臭素酸や亜臭素酸などを生成することが知られている。かかる事情のため、今や必要最小限のオゾンを用いて被処理水を効果的に処理することが斯界における重要課題となっている。

上記の課題に対して、各種のオゾン量制御技術が提案されている。例えば、被処理水の水量に比例した一定量のオゾンを注入するオゾン注入率一定制御、オゾン接触槽の水面上の気相オゾン濃度を所定の目標値に保つ排オゾン濃度一定制御、オゾン接触槽内の水中の溶存オゾンの濃度を所定の目標値に保つ溶存オゾン濃度一定制御などが一般的に行われており、それぞれの目的にあった制御として確立されている。

また、例えば被処理水の状態と処理目的により、オゾン注入の特徴を生かした様々な制御が基本的な制御として付加されている。例えば後記の特許文献１では、オゾン注入後における被処理水中の酸化副生成物の濃度を測定し、測定された酸化副生成物濃度が予め設定された目標値となるようにオゾン注入率を制御する。
特開２００５−３２４１２１号公報（第３頁、図１）

従来のオゾン処理においては、主たる装置はオゾン処理槽であったが、最近ではオゾン処理槽において副生したオゾン処理副生物を除去するために、オゾン処理槽と共に活性炭槽を設置することが義務付けられている。ところで、オゾン処理槽と活性炭槽と間の距離は、オゾン処理槽周辺の立地条件にもよるが、多くの場合、オゾン処理済み水の流動所要時間、即ち滞留時間、に換算して数分〜数十分に及ぶことがある。この滞留時間は、本発明において後記するようにオゾンの反応性を論じるとき重要な要素である。それにも拘わらず、従来のオゾン処理におけるシステム制御はオゾン接触槽のみを制御対象としている。

最近では、オゾン処理の方針は従来とは様変わりする方向にあり、必要最小限のオゾン注入量で必要最小限の時間滞留させる方向に変わりつつある。このような状況下において従来のシステムを見直したとき、前記滞留時間中にオゾンがなくならないように、余裕を持たせてオゾンを発生、注入していたことにより余剰のオゾンが生じ、このためにオゾン発生装置の消費電力を浪費するという問題があつた。また、従来技術では多量のオゾンは前記の活性炭槽に行き着くまで被処理水中に残存しており、かかる被処理水が活性炭槽を通過すると、活性炭によりオゾン処理副生成物と一緒に残留オゾンが吸着されるので、活性炭のオゾン処理副生物に対する吸着除去能力が短時間で低下あるいは消失するので、高価な活性炭の定期的入れ替が必要となる重大な問題がある。

本発明は、上記した従来技術における問題点を解決するためになされたものであり、従来より少ないオゾン量を用いて、被処理水を必要な程度に処理しながら、しかも残留オゾンによる活性炭の吸着能低下の問題をも克服可能なオゾン処理装置およびオゾン処理方法を提供することを目的とする。

本発明に係るオゾン処理装置は、被処理水をオゾンにより処理するオゾン処理装置、上記オゾン処理装置から排出されるオゾン処理済み水を活性炭により処理する活性炭処理装置、上記オゾン処理装置と上記活性炭処理装置とを繋ぐと共に上記オゾン処理済み水を搬送する流路、上記流路内または上記活性炭処理装置内の活性炭より上流側に存在する上記オゾン処理済み水中または当該オゾン処理済み水と接触している空間中に存在するオゾン量を測定対象とするオゾン量計測装置を備えたことを特徴とするものである。

本発明に係るオゾン処理方法は、被処理水をオゾンにより処理するオゾン処理装置、上記オゾン処理装置から排出されるオゾン処理済み水を活性炭により処理する活性炭処理装置、上記オゾン処理装置と上記活性炭処理装置とを繋ぐと共に上記オゾン処理済み水を搬送する流路、上記流路内または上記活性炭処理装置内の活性炭より上流側に存在する上記オゾン処理済み水中または当該オゾン処理済み水と接触している空間中に存在するオゾン量を測定対象とするオゾン量計測装置、上記オゾン処理済み水に残存する残存オゾン量に基づいて上記オゾン処理装置に供給するオゾン量を制御するフィ−ドバック制御装置を備えたオゾン処理装置を用い、上記オゾン処理済み水が上記活性炭処理装置内の活性炭と接触する前に、上記オゾン処理済み水に残存する残存オゾン量が上記活性炭の吸着能を実質的に低下させない少量となるようオゾンの減衰時定数を考慮して、上記オゾン処理装置に供給するオゾン量を上記フィ−ドバック制御装置により制御することを特徴とするものである。

本発明に係るオゾン処理装置は、被処理水をオゾンにより処理するオゾン接触槽、上記オゾン接触槽から排出されるオゾン処理水を処理する活性炭よりも上流側において上記オゾン処理水の溶存オゾン濃度または上記オゾン処理水と接触する空間中の排オゾン濃度を測定するオゾン濃度計、上記オゾン濃度計で計測したオゾン濃度が入力されて上記オゾン接触槽に供給するオゾン量を制御する制御装置を備えたものなので、活性炭の上流側において実測されたオゾン濃度に応じて、活性炭に到達するオゾン処理水中のオゾン濃度を零または十分に小さくなるようにオゾン接触槽に供給するオゾン量を制御できる。

また本発明に係るオゾン処理装置は、被処理水をオゾンにより処理するオゾン接触槽、上記オゾン接触槽から排出されるオゾン処理水を処理する活性炭よりも上流側において上記オゾン処理水の溶存オゾン濃度を測定するオゾン濃度計、上記オゾン接触槽の排出口付近において上記オゾン処理水の溶存オゾン濃度を測定する第二オゾン濃度計、上記オゾン濃度計と上記第二オゾン濃度計とで計測したオゾン濃度から上記オゾン処理水中におけるオゾンの減衰時定数を求め、求めたオゾンの減衰時定数から上記オゾン濃度計の位置での溶存オゾン濃度が目標値になるような上記第二オゾン濃度計の位置でのオゾン濃度指令値を求め、上記第二オゾン濃度計で計測したオゾン濃度が上記オゾン濃度指令値と一致するように上記オゾン接触槽に供給するオゾン量を制御する第一の制御方法を実施する制御装置を備えたものなので、オゾンの減衰特性を考慮して、活性炭に到達するオゾン処理水中の溶存オゾン濃度がゼロまたは十分に小さくなるようにオゾン接触槽に供給するオゾン量を制御できる。

以下の諸図においては、互いに同一部分は同一符合を付し、説明を省略することがある。

実施の形態１．
図１は、本発明における実施の形態１を説明するものであって、オゾン処理装置の構成図であり、図２は溶存オゾンの減衰時定数を考慮した溶存オゾン減衰曲線を示す。
図１において、実施の形態１のオゾン処理装置は主要部として、オゾン原料ガス供給装置ａ、オゾン発生装置ｂ、オゾン供給管ｃ、オゾン接触槽ｄ、散気装置ｅ、排オゾン分解装置ｆ、第二オゾン濃度計ｇ、オゾン処理済み水を搬送する流路の一例としての管路ｈ、活性炭処理装置の一例としての活性炭槽ｊ、排オゾン分解装置ｋ、オゾン濃度計である第一オゾン濃度計ｍ、および制御装置の一例としてのオゾンシステム制御装置ｎ、から構成されている。

オゾン発生装置ｂは、２個のオゾン発生装置部分ｂ１、ｂ２からなり、当該部分ｂ１、ｂ２は互いに並列状態でオゾン原料ガス供給装置ａとオゾン供給管ｃとの間に設置されている。通常、２個のオゾン発生装置部分ｂ１、ｂ２の何れか一方のみが稼動され、残りはオゾン接触槽ｄへのオゾンの安定供給のために予備として常に待機状態とされる。オゾン接触槽ｄは、前室ｄ１、オゾン接触室ｄ２、オゾン接触室ｄ３、オゾン接触室ｄ４、および後室ｄ５の５室からなる。前室ｄ１には被処理水を導入する入口ｄ１１が設けられており、後室ｄ５には被処理水を排出すると共に後記の管路部分ｈ１に接続された出口ｄ５１が設けられている。オゾン接触槽ｄは、被処理水とオゾンとの接触時間が長くなるように、図示するように前室ｄ１、オゾン接触室ｄ２、オゾン接触室ｄ３、オゾン接触室ｄ４、および後室ｄ５を通じて被処理水が上下に迂流する構造となっている。

散気装置ｅは、オゾン発生装置部分ｂ１またはｂ２から供給されるオゾンをバブリングするための散気部分ｅ１およびｅ２を有し、オゾン接触室ｄ２とｄ３のそれぞれには散気部分ｅ１とｅ２が設置されている。管路ｈは、オゾン処理水を搬送する流路の一例としての管路部分ｈ１、後室ｄ５内のオゾン処理水の一部を第二オゾン濃度計ｇに搬送する管路部分ｈ２、および活性炭槽ｊ内のオゾン処理水の一部を第一オゾン濃度計ｍに搬送する管路部分ｈ３からなる。活性炭槽ｊは、管路部分ｈ１の後端と接続された入口ｊ１、活性炭層ｊ２、活性炭層ｊ２を支持する多孔性棚ｊ３、および出口ｊ４を備えている。オゾン接触槽ｄの後室ｄ５内のオゾン処理水の一部は、管路部分ｈ２を介して第二オゾン濃度計ｇに供給され、そこで残存溶解オゾン濃度が測定され、活性炭槽ｊ内の活性炭層ｊ２の上流に位置するオゾン処理水の一部は管路部分ｈ３を介して第一オゾン濃度計ｍに供給され、活性炭層ｊ２に流入する前のオゾン処理水の残存溶解オゾン濃度が測定される。

オゾン被処理水は、オゾン接触槽ｄの入口ｄ１１から当該槽ｄ内に流入し、前室ｄ１、オゾン接触室ｄ２、オゾン接触室ｄ３、オゾン接触室ｄ４、および後室ｄ５を経てオゾン処理水となって出口ｄ５１から排出され、次いで管路部分ｈ１および活性炭槽ｊの入口ｊ１を経て同槽ｊ内の入り、次いで活性炭層ｊ２で活性炭処理されて出口ｊ４から外部に排出される。なお実施の形態１では、散気装置ｅとして散気置部分ｅ１と散気置部分ｅ２とを有するものが用いられ、それらがオゾン接触室ｄ２とオゾン接触室ｄ３とでオゾンをバブリングするようにされている。その際、散気部分ｅ１と散気部分ｅ２の２基のみではオゾン処理が不十分である場合には、散気装置ｅとして散気部分ｅ１と散気部分ｅ２に加えてオゾン接触室ｄ４にも散気部分を有するものを用いて散気量を増やすようにしてもよい。逆に、散気部分ｅ１と散気部分ｅ２の２基の稼動ではオゾン処理が過剰である場合には、各散気部分からのオゾン散気量を減らしたり、散気部分ｅ１と散気部分ｅ２のどちらかからの散気を停止するようにしてもよい。

オゾンシステム制御装置ｎは、図１に示すように制御装置本体ｎ１、制御装置本体ｎ１と第二オゾン濃度計ｇとを結ぶ信号線路ｎ２、制御装置本体ｎ１と第一オゾン濃度計ｍとを結ぶ信号線路ｎ３、および制御装置本体ｎ１とオゾン発生装置ｂとを結ぶ信号線路ｎ４とから構成されている。

オゾン接触槽ｄにおいてバブリングされたオゾンは、多くの場合、その一部がオゾン処理水に溶解し、残りは溶解せずにオゾン処理水の水面上から排出され、排オゾン分解装置ｆにおいて分解され酸素となって大気中に放出される。オゾン接触槽ｄの出口ｄ５１またはその近傍におけるオゾン処理水の一部は、管路部分ｈ２を経て第二オゾン濃度計ｇに供給され、そこで溶存オゾン濃度は測定され、その測定値Lは信号線路ｎ２を介して制御装置本体ｎ１に入力される。

オゾン接触槽ｄにおいてオゾン処理され活性炭槽ｊに移されたオゾン処理水は、活性炭槽j内を上方から下方に移行する際に活性炭層ｊ２を貫通し、その際に、当該処理水中に存在していてオゾンにより分解されて生じた有機物やオゾンと反応して生成した副生成物などの汚濁物質などは活性炭により吸着され、かかる汚濁物質が吸着除去されたオゾン処理水は出口ｊ４から外部に放出される。また活性炭層ｊ２の上の空間には、多くの場合、オゾン処理水中から気散した排オゾンが含まれることがあるので、かかる排オゾンは、排オゾン分解装置ｋに送られて分解され、酸素となって大気中に放出される。

活性炭槽ｊは、図示するように、当該槽の天井近くに設けてられた入口ｊ１を有するので、オゾン接触槽ｄにおいて処理されたオゾン処理水は、活性炭層ｊ２を上から下に向けて流下し、その間に活性炭層ｊ２により吸着処理され、出口ｊ４から外部に排出される。よって実施の形態１においては、活性炭層ｊ２の上側に存在するオゾン処理水の一部が管路部分ｈ３を介して第一オゾン濃度計ｍに供給され、そこで溶存オゾン濃度Cが測定され、信号線路ｎ３を介して制御装置本体ｎ１に入力される。

この第一オゾン濃度計ｍにより、活性炭層ｊ２にて吸着処理される前のオゾン処理水における残存溶解オゾン濃度が測定され、残存溶解オゾン濃度が許容範囲内か否かの判定が可能となり、それが許容範囲内であれば出口ｊ４から外部に排出され、許容範囲を越える場合には、後記するオゾンシステム制御装置ｎの機能によりオゾン接触槽ｄへのオゾン供給量が減量され、あるいは後室ｄ５からのオゾン処理水の排出が一時停止される、などの対応が可能となって、高価な活性炭の延命が達成される。本発明における上記の諸措置は、従来技術では全く知られていない第一オゾン濃度計ｍの設置により可能となる。

溶存オゾンの減衰時定数を考慮した溶存オゾン減衰曲線を示す図２により、オゾンシステム制御装置ｎによるオゾンの発生量のフィードバック制御動作について説明する。先ず、活性炭槽jを制御系として含む溶存オゾン制御系の動作について説明する。オゾン接触槽ｄから排出されたオゾン処理水は、活性炭槽ｊに向かって流れる間にその溶存オゾン量は、溶存オゾンが分解するので漸次減少する。実施の形態２では、このオゾンが漸次減少する現象に着目し、溶存オゾンの減衰量を図２の溶存オゾン減衰曲線に基づいて推定する。オゾンシステム制御装置ｎには、第一オゾン濃度計ｍにより計測されるオゾン処理水中の溶存オゾン濃度が目標値以下となるべき目標時間Ｔｄｚが予め設定されている。

被処理水がオゾン接触槽ｄの出口ｄ５１から出て活性炭槽ｊの入口ｊ１に到達するまでに要する時間Ｔａは、季節による水の使用量や水質の変動に応じて月程度の単位で決められる。被処理水がオゾン接触槽ｄの出口ｄ５１から活性炭槽ｊの入口ｊ１までの管路部分ｈ１の長さ（当該管路部分ｈ１の中心線の長さ）をＰ、オゾン処理水の量と管路部分ｈ１の径から求めたオゾン処理水の流速をｖとすると、オゾン処理水が管路部分ｈ１を移動する移動時間Ｔａは、次の式（１）で表される。
Ｔａ＝Ｐ／ｖ （１）
目標時間Ｔｄｚは、流速ｖが変動しても目標時間Ｔｄｚが移動時間Ｔａよりも大きくなることがない程度に、移動時間Ｔａよりも少し小さく設定する。上記の目標値は、活性炭槽ｊの入口ｊ１でオゾン濃度を零または十分に小さくすることであり、実質的に第一オゾン濃度計ｍの検出下限濃度ＬＬとする。

溶存オゾンの減衰時定数による減衰曲線は、時間０でのオゾン濃度をＬ、減衰時定数をκとすると、Ｌ*exp(−κｔ)で表される。ある時点で異なるオゾン濃度となる２個の減衰曲線は、１点が一致するようにどちらかを時間軸に沿って平行移動させると、完全に一致させることができる。減衰時定数κは、第二オゾン濃度計ｇの計測値Ｌ０と、時間Ｔａ経過後の第一オゾン濃度計ｍの計測値Ｃｉｎから求める。図３に示すように、時間０でオゾン濃度がＬ０であり、時間Ｔａ経過後にＣｉｎである場合には、減衰時定数κは以下のように計算される。なお、ｌｎ（ｘ）はｘの自然対数である。
Ｃｉｎ＝Ｌ０*exp(−κＴａ)
κ＝ｌｎ(Ｌ０／Ｃｉｎ)／Ｔａ （２）

減衰時定数κが求められると、目標時間Ｔｄｚでオゾン濃度が第一オゾン濃度計ｍの検出下限濃度ＬＬとなるような、第二オゾン濃度計ｇの位置での溶存オゾン濃度に対する指令値Ｊｎは、以下の式のようになる。
ＬＬ＝Ｊｎ*exp(−κＴdz)
Ｊｎ＝ＬＬ*exp(κＴdz) （３）
制御装置ｎが、第二オゾン濃度計ｇの計測値Ｌと指令値Ｊｎとの差を求め、その差を比例積分（ＰＩ）した値により、オゾン発生装置ｂ１、ｂ２でのオゾン発生量を増減させるフィードバック制御することにより、活性炭槽ｊに入るオゾン処理水中の溶存オゾン濃度をゼロまたは十分に小さい値とすることができる。

移動に要する時間が溶存オゾンの減衰時定数を推定できる程度以上になるように離れた２点でのオゾン濃度を測定し、２点のオゾン濃度から推定した溶存オゾンの減衰時定数を利用して、活性炭槽ｊの入口ｊ１でオゾン濃度を零または十分に小さくすることができるような、第二オゾン濃度計ｇの位置での溶存オゾン濃度に対する指令値を求め、第二オゾン濃度計ｇの測定値を用いてフィードバック制御を行なうので、第一オゾン濃度計ｍの計測値でフィードバック制御を行なう場合よりも、フィードバックループに含まれる制御系の制御遅れ時間が小さくなり、より正確に活性炭槽ｊに入るオゾン処理水の溶存オゾン濃度を制御できる。

溶存オゾンの減衰時定数の推定は、日ごとまたは数時間ごとなどの所定の周期で行なえばよい。オゾン濃度の変動やオゾン濃度計での計測誤差などがあることも考慮して、数回の計測値を用いて平均をとるなどして、推定した溶存オゾンの減衰時定数に計測誤差などの影響ができるだけ少なくなるようにする。

なお、図１では第一オゾン濃度計ｍは、活性炭槽ｊ内の活性炭層ｊ２の上流に位置するオゾン処理水のオゾン濃度を測定するように設置されているが、本発明においては第一オゾン濃度計ｍは、上記の位置以外に、例えば管路部分ｈ１内を流れるオゾン処理水のオゾン濃度を測定するように設置されてもよい。その際、その位置が前記出口ｄ５１に近接し過ぎると第一オゾン濃度計ｍの設置の変更意義が無くなるので、適当な間隔を空けることが必要である。その間隔の大きさは、管路部分ｈ１の内径、全長、あるいはそこを流れるオゾン処理水の平均流速などにより異なるが、要は、オゾン処理水のオゾン濃度の管理が可能となる位置、例えば管路部分ｈ１内の中央あたりから活性炭槽ｊの入口ｊ１の間に存在するオゾン処理水のオゾン濃度を測定するように設置されてもよい。

実施の形態２．
図３は、上記図１および図２と共に本発明における実施の形態２を説明するものであって、図３はオゾン処理におけるフィードバック制御系を示すブロック図を示す。実施の形態２は、前記実施の形態１とは全体の構成は同じであるが、被処理水の水質が悪く通常より多くのオゾンを使用する必要があり、活性炭槽に入るオゾン処理水中の溶存オゾン濃度をゼロまたは十分に小さい値にできない場合に、活性炭槽に入るオゾン処理水中の溶存オゾン濃度によるフィードバック制御を行なう点において異なる。

実施の形態２では、第一オゾン濃度計ｍ、第二オゾン濃度計ｇ、およびオゾンシステム制御装置ｎを用いた一層効果的な残存オゾン濃度管理方法に就き詳細に説明する。オゾン処理装置におけるオゾンの発生量を制御する方式として、従来から被処理水に溶存している溶存オゾンの濃度を制御する方法と、当該被処理水と接触している空間中に存在する排オゾンの濃度を制御する方法とが知られており、これらのうち一方の制御を選択する場合と、双方の制御を併存させる場合がある。実施の形態２では溶存オゾン濃度を制御する方法を採用し、溶存オゾン濃度に基づいてオゾンの発生量をフィードバック制御する場合について説明する。なお実施の形態２は、オゾンシステム制御装置ｎを利用することにおいて実施の形態１と異なるが、その他の点では実施の形態１と同じであるので、オゾンシステム制御装置ｎ以外の装置部分の説明は省略する。

オゾンシステム制御装置ｎには、第二オゾン濃度計ｇで測定された後室ｄ５に存在するオゾン処理水における溶存オゾン濃度Ｌ、および第一オゾン濃度計ｍで測定された活性炭槽ｊ内で活性炭層ｊ２の上流側に存在するオゾン処理水の溶存オゾン濃度Ｃが入力され、上記両オゾン濃度L、Ｃに基づき、オゾンシステム制御装置ｎからオゾン発生装置部分ｂ１、ｂ２に運転指令信号が出力され、運転指令信号によりオゾンの発生量がフィードバック制御される。

制御装置本体ｎ１は、加減算器Ｓ１、ＰＩ制御装置Ｓ２、加減算器Ｓ４、乗算器Ｓ５、比較器Ｓ６、および演算器Ｓ７を含んでいる。演算器Ｓ７は、（３）式により、第二オゾン濃度計ｇが計測する溶存オゾン濃度に対する指令値Ｊｎを演算する。加減算器Ｓ４は、第一オゾン濃度計ｍが計測するオゾン濃度に対する指令値Ｊｆａと計測値Ｃとの差（Ｊｆａ−Ｃ）を計算する。乗算器Ｓ５は、加減算器Ｓ４の出力に定数δ（後述）を掛ける。比較器Ｓ６は、管路ｈでの移動時間Ｔａと目標時間Ｔｄｚの大小を比較して、比較結果により、演算器Ｓ７または乗算器Ｓ５のどちらかの出力を加減算器Ｓ１に入力する。演算器Ｓ７の出力を入力する場合が第一の制御方法であり、乗算器Ｓ５の出力を入力する場合が第二の制御方法である。
加減算器Ｓ１は、演算器Ｓ７または乗算器Ｓ５のどちらかの出力から第二オゾン濃度計ｇが計測するオゾン濃度の計測値Ｌを引いて、その結果をＰＩ制御装置Ｓ２に出力する。ＰＩ制御装置Ｓ２は入力を比例積分（ＰＩ）の演算した量に応じてオゾン発生装置ｂ１、ｂ２でのオゾン発生量を増減させる。
図３では、比較器Ｓ６において管路ｈでの移動時間Ｔａと目標時間Ｔｄｚの大小により、第一の制御方法または第二の制御方法を切り替える。被処理水の水質が悪く通常より多いオゾンを使用する必要がある場合は、目標時間ＴｄｚをＴａよりも大きく設定して、第二の制御方法を実施するようにする。なお、制御方法の切替えは、Ｔｄｚの変更以外の方法で行なってもよい。

Ｔdz≧Ｔaである時、乗算器Ｓ４の出力は、乗算器Ｓ５を経て（Ｊfa−Ｃ）×δの値が加減算器Ｓ１へ送られる。ここにδは、第二オゾン濃度計ｇで測定された個所と第一オゾン濃度計ｍで測定された個所との間の距離に由来する応答時間遅れ、およびオゾン反応物質の増減によるオゾン溶存の制御利得を考慮した係数である。δは、０．１程度の値を設定する。第一オゾン濃度計ｍが計測するオゾン濃度に対する指令値Ｊｆａと計測値Ｃとの差を定数δ倍したδ×（Ｊｆａ−Ｃ）がフィードバックされるので、ＣがＪｆａに一致させるような制御がなされる。

Ｔｄｚ＜Ｔａの場合には、実施の形態１と同様に動作する。第二オゾン濃度計ｇが計測するオゾン濃度に対する指令値Ｊｎと計測値Ｌとの差（Ｊｎ−Ｌ）がフィードバックされて、ＬがＪｎに一致させるような制御がなされる。
この実施の形態では、実施の形態１の場合と同様に、活性炭槽に入るオゾン処理水中の溶存オゾン濃度をゼロまたは十分に小さい値にすることができ、かつ、被処理水の水質が悪く、オゾンを多く使用する場合でも、過剰なオゾンを使用することを避け、適正な量のオゾンを使用することができる。

加減算器Ｓ１の入力を切り替えたが、加減算器Ｓ１には常にＪｎとＬが入力されるようにし、加減算器Ｓ１または乗算器Ｓ５の出力を切り替えてＰＩ制御装置Ｓ２に入力するようにしてもよい。オゾンの減衰時定数を考慮して、第一オゾン濃度計ｍの位置での溶存オゾン濃度がＪｆａになるような、第二オゾン濃度計ｇの位置での溶存オゾン濃度Ｊｎ２を求めて、ＪｎまたはＪｎ２を演算器Ｓ７が出力するようにしてもよい。さらに、Ｔｄｚ≧Ｔａの場合に、演算器Ｓ７が出力するＪｎ２と乗算器Ｓ５が出力するδ×（Ｊｆａ−Ｃ）をともに加減算器Ｓ１に入力するようにしてもよい。

実施の形態３．
図４および図５は、本発明の実施の形態３を説明するものであって、図４は実施の形態３の構成図、図５はオゾン処理におけるフィードバック制御系を示すブロック図である。図４は前記図１とは、管路部分ｈ２の一端がオゾン接触槽ｄの後室ｄ５に存在するオゾン処理水上の気相中に開口しており、また管路部分ｈ３の一端が活性炭槽ｊ内のオゾン処理水上の気相中に開口している点において異なり、その他は前記図１と同構成である。なお、図４では前記図１に示す部分と同様の機能をなす一部の部分の符号付けを図面の簡略化のために省略している。このことは、後出の諸図においても同様である。

前記実施の形態２では、溶存オゾン濃度の制御を選択して溶存オゾン濃度に基づいてオゾンの発生量をフィードバック制御する場合について説明したが、実施の形態３では上記各気相中に存在するオゾン即ち排オゾンの濃度の制御を選択して、排オゾン濃度に基づいてオゾンの発生量をフィードバック制御する場合について説明する。なお上記の排オゾン濃度と溶存オゾン濃度との関係は、オゾン処理水の流速が小さい場合には気体の溶解平衡に関するヘンリーの法則に従うかまたは近い関係にあるが、オゾン処理水の流速が早い場合には上記法則からの概して乖離が大きくなる。しかしその場合でも、排オゾン濃度は溶存オゾン濃度に比例するので、以下に示すオゾンの発生量のフィードバック制御が可能である。

図４において、第二オゾン濃度計ｇは、管路部分ｈ２により採取された、オゾン接触槽ｄの出口ｄ５１近傍の一例たる後室ｄ５におけるオゾン処理水の水面上の排オゾンを対象として排オゾンの濃度(排オゾン濃度M)を測定する。一方、第一オゾン濃度計ｍは管路部分ｈ３により活性炭槽ｊの入口ｊ１付近の空間に存在する排オゾンの濃度(排オゾン濃度D)を測定する。

次に図５により、実施の形態３によるオゾンシステム制御装置ｎの動作を説明する。活性炭槽ｊの入口付近における水面上の排オゾン濃度Ｄを第一オゾン濃度計ｍにより測定する。活性炭槽ｊの入口ｊ１付近における排オゾン濃度の目標量をＮｆａとする。

減算器Ｓ１１では、上記目標量Ｎｆａと第一オゾン濃度計ｍから入力された測定値である排オゾン濃度Ｄの差(Ｎｆａ−Ｄ)が演算される。Ｎｆａ−Ｄが入力された乗算器Ｓ１２から（Ｎｆａ−Ｄ）×βが加減算器Ｓ１０に出力される。Ｎｆａは、ゼロまたは第一オゾン濃度計ｍの検出下限濃度ＬＬとする。βは、０．１程度の値とする。加減算器Ｓ１０には、その他の入力として、第二オゾン濃度計Ｇの計測値Ｍとその目標値Ｎｎが入力される。つまり、図５の制御系は、オゾン接触槽ｄの出口ｄ５１近傍における水面上の排オゾン濃度Ｍを目標値Ｎｎに一致させ、かつ活性炭槽ｊの入口付近における水面上の排オゾン濃度Ｄを目標値Ｎｆａに一致させるようにフィードバック制御を行なう。なお、オゾン接触槽ｄの出口ｄ５１近傍における水面上の排オゾン濃度Ｍを目標値Ｎｎに一致させるフィードバックループは、削除してもよい。

実施の形態３では、被処理水中のオゾン反応物質である有機物の量、オゾン接触槽ｄと活性炭槽ｊの位置や両者間の離隔距離等に関係なく、活性炭槽ｊの入口ｊ１で排オゾン濃度をゼロまたは、最小限にすることを最優先にする。よつて、最低限のオゾン発生量を維持することによりオゾン発生のための消費電力を最小限にすることができる。このような制御を行いながら、従来の制御であるｐＨ調整、流入水量調整、稼動接触槽選択、滞留時間調整などと組み合わせることで同様の効果が得られることは言うまでもない。

実施の形態４．
実施の形態４は、たとえば、図1の実施の形態２、図4の実施の形態３におけるオゾン処理装置を構成する活性炭槽ｊの覆蓋を、耐酸化性材料、たとえばテフロン（登録商標）などのフッ素樹脂で構成している。オゾン処理の後段に配置される活性炭槽ｊは、排オゾンの漏洩を防ぐため活性炭槽ｊをコンクリート製の密閉構造としたり、強固な覆蓋を置いたりする場合がある。従来、溶存オゾンは、活性炭槽ｊの入口でも相当量残っている。オゾン反応速度が遅いものに対しても十分反応するように余るほどのオゾンを注入することがオゾンの効果を上げると考えられていた時期があり、活性炭槽ｊにおける排オゾン対策もオゾン接触槽ｄにおける排オゾン対策と同様に考えられていた。

近年の溶存オゾン濃度目標値の低減で反応に必要なオゾンの低減に加え、余剰オゾンを厳しく抑制することでオゾン処理のライフサイクルコストを下げることができる。同時に、設備仕様も過剰な仕様を見直す一環として、活性炭槽ｊの密閉構造は耐酸化性材料の簡易な覆蓋に変更することができる。たとえば、図1に示すような下向流流動式の活性炭槽ｊの場合、稼動中の異常現象として、流入水量の急変や活性炭層ｊをショートカットする処理水の短絡流の発生などがある。これら異常時には下向流流動式の活性炭槽ｊの水面上にも排オゾンを検出する場合がある。従って、覆蓋を必要とするが、常時排オゾンは検出されないものとして設備を簡素化できる。

実施の形態５．
図６は、実施の形態５によるオゾン処理装置の構成を示す。実施の形態５は、前記実施の形態１とは、オゾン接触槽ｄへオゾンの供給する散気装置ｅとして、前記図１に示す散気部分ｅ１およびｅ２に換えてエジェクタｅ４と導管ｅ５とを有するものが用いられ、またオゾン接触槽ｄとして前記図１に示す前室ｄ１、オゾン接触室ｄ２、オゾン接触室ｄ３、オゾン接触室ｄ４、および後室ｄ５を有するものに代えて、上記前室ｄ１〜オゾン接触室ｄ４が一緒になったオゾン接触室ｄ６と後室ｄ５とからなる点において異なり、その他の構成は図１と同じである。実施の形態６で使用される散気装置ｅの導管ｅ５の先端は、オゾン接触室ｄ６の底面の近傍で開口している。

オゾン発生装置ｂから供給されたオゾンは、被処理水と共にエジェクタｅ４を通過し、その際に両者は微細化された状態で良好に混合され、導管ｅ５を経由して接触室ｄ６の底面の近傍から被処理水に供給される。以下は、実施の形態１などと同様である。

実施の形態６．
図７は、実施の形態６によるオゾン処理装置の構成を示す。実施の形態６で使用されるオゾン接触槽ｄおよび散気装置ｅは、前記実施の形態１などで使用されたものと実質的に同構造のものであるが、散気装置ｅの散気部分ｅ２および散気部分ｅ３は、図示するように、それぞれオゾン接触室ｄ３とオゾン接触室ｄ４とで稼動していることにおいて実施の形態１などと異なり、その他は同じである。ところで前記したように、最近ではオゾン量を可及的少量とし、オゾン接触槽ｄでのオゾン処理後での滞留時間を短く設定する傾向がある。実施の形態６では、オゾン接触室ｄ４でのオゾン処理の後は、後室ｄ５を経るのみで出口ｄ５１から排出されるので、上記傾向に合致する。

オゾン処理水の溶存オゾン濃度の溶存オゾン減衰曲線Ｆoから滞留時間と注入点の溶存オゾン濃度を求め、この結果からオゾン接触室ｄ４内の散気部分ｅ３の配置位置を決定する。実施の形態６によれば、オゾン接触室ｄ４における適正なオゾン滞留時間を確保することができる。

本発明は、各種の廃水のオゾン処理の分野で利用される可能性が高い。

本発明の実施の形態１および実施の形態２におけるオゾン処理装置の構成図である。 本発明の実施の形態１における溶存オゾンの減衰時定数を考慮した溶存オゾン減衰曲線を示す。 本発明の実施の形態２のオゾン処理におけるフィードバック制御系を示すブロック図である。 本発明の実施の形態３におけるオゾン処理装置の構成図である。 本発明の実施の形態３におけるオゾン処理のフィードバック制御系を示すブロック図である。 本発明の実施の形態５におけるオゾン処理装置の構成図である。 本発明の実施の形態６におけるオゾン処理装置の構成図である。

符号の説明

ａ：オゾン原料ガス供給装置、ｂ：オゾン発生装置、ｂ１：オゾン発生装置部分、ｂ２：オゾン発生装置部分、ｃ：オゾン供給管、ｄ：オゾン接触槽、ｄ１：前室、
ｄ１１：入口、ｄ２：オゾン接触室、ｄ３：オゾン接触室、ｄ４：オゾン接触室、
ｄ５後室ｄ５、ｄ５１：出口、ｅ：散気装置、ｅ１：散気部分、ｅ２：散気部分、
ｅ３：散気部分、ｅ４：エジェクタ、ｅ５：導管、ｆ：排オゾン分解装置、
ｇ：第二オゾン濃度計、ｈ：管路、ｈ１：管路部分、ｈ２：管路部分、ｈ３：管路部分、ｊ：活性炭槽、ｊ１：入口、ｊ２：活性炭層、ｊ３：多孔性棚、ｊ４：出口、
ｋ：排オゾン分解装置、ｍ：第一オゾン濃度計、ｎ：オゾンシステム制御装置、
ｎ１：制御装置本体、ｎ２：信号線路, ｎ３： 信号線路、ｎ４：信号線路。

Claims (5)

1. 被処理水をオゾンにより処理するオゾン接触槽、上記オゾン接触槽から排出されるオゾン処理水を処理する活性炭よりも上流側において上記オゾン処理水の溶存オゾン濃度または上記オゾン処理水と接触する空間中の排オゾン濃度を測定するオゾン濃度計、上記オゾン濃度計で計測したオゾン濃度が入力されて上記オゾン接触槽に供給するオゾン量を制御する制御装置を備えたオゾン処理装置。
2. 上記オゾン接触槽の排出口付近において上記オゾン処理水の溶存オゾン濃度または上記オゾン処理水と接触する空間中の排オゾン濃度を測定する第二オゾン濃度計を備えたことを特徴とする請求項１に記載のオゾン処理装置。
3. 被処理水をオゾンにより処理するオゾン接触槽、上記オゾン接触槽から排出されるオゾン処理水を処理する活性炭よりも上流側において上記オゾン処理水の溶存オゾン濃度を測定するオゾン濃度計、上記オゾン接触槽の排出口付近において上記オゾン処理水の溶存オゾン濃度を測定する第二オゾン濃度計、上記オゾン濃度計と上記第二オゾン濃度計とで計測したオゾン濃度から上記オゾン処理水中におけるオゾンの減衰時定数を求め、求めたオゾンの減衰時定数から上記オゾン濃度計の位置での溶存オゾン濃度が目標値になるような上記第二オゾン濃度計の位置でのオゾン濃度指令値を求め、上記第二オゾン濃度計で計測したオゾン濃度が上記オゾン濃度指令値と一致するように上記オゾン接触槽に供給するオゾン量を制御する第一の制御方法を実施する制御装置を備えたオゾン処理装置。
4. 上記制御装置が、上記オゾン濃度計で計測したオゾン濃度が指令値と一致するように上記オゾン接触槽に供給するオゾン量を制御する第二の制御方法を実施することも可能であり、上記第一の制御方法と上記第二の制御方法を切替えて実施することを特徴とする請求項３に記載のオゾン処理装置。
5. 上記オゾン接触槽から排出されるオゾン処理水を上記活性炭により処理する、耐酸化性の材料で形成された覆蓋を設けた活性炭処理槽を備えたことを特徴とする請求項１ないし請求項４の何れかに記載のオゾン処理装置。

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