JPH07290072A

JPH07290072A - 浄水プラントのオゾン注入制御方法と装置

Info

Publication number: JPH07290072A
Application number: JP6083175A
Authority: JP
Inventors: Nobuyoshi Yamakoshi; 信義山越; Naoki Hara; 直樹原; Mikio Yoda; 幹雄依田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1994-04-21
Filing date: 1994-04-21
Publication date: 1995-11-07

Abstract

(57)【要約】【目的】水質の変化に応じてオゾン注入量を適正に制御
して、高品質の水質管理と運転コストの低下を実現する
浄水プラントの制御方法と装置を提供する。【構成】オゾン接触池の水面に垂直な複数の位置にＴＶ
カメラを配置し、オゾンガスの気泡映像を取り込む。気
泡粒径計測手段２１は、画像処理によって気泡の粒径や
体積を実時間で計測し、オゾン吸収量算出手段２１は、
各位置の気泡体積を基に上昇する気泡の実体積減少分か
ら被処理水のオゾン吸収量を求める。この吸収量を基に
残存オゾン量を０とするようにオゾナイザのオゾン注入
量を制御する。一方、目標粒径推定手段２５で、オゾン
吸収効率が高レベルとなる最適粒径を水質等に応じて実
時間で算出し、この最適粒径を目標値に、ブロワ制御指
令出力手段２７で散気管ガス量（圧力）を調整して実粒
径を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、上水道の浄水プラント
に係り、特にオゾン処理プロセスにおけるオゾンの効率
的な注入制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、異臭味を有する水道水が増加し、
社会問題化している。この異臭味障害は、水源である湖
沼やダム湖の富栄養化などにより異常増殖した植物プラ
ンクトンが発生するジオスミンやジメチルイソボルネオ
ール(２−ＭＩＢ)等の異臭味物質が原因とされている。
さらに、発癌性物質とされるトリハロメタン(ＴＨＭ)の
前駆物質などの微量有機化学物質の存在が明らかにさ
れ、また、窒素化合物やりん化合物などの栄養塩類が水
道の原水に含まれ、問題となっている。

【０００３】これらの除去対象物質を処理し、安全でお
いしい水を供給するために、浄水場では従来のプラント
に加えて、オゾン接触池と生物活性炭塔を備える高度浄
水処理プラントが設置されるようになってきた。これら
のプラントでは、おいしい水の水質基準を達成すること
は勿論であるが、運転コストも考慮した運転管理方式が
要求されている。

【０００４】オゾン接触池の運転管理は、オゾン注入量
から排ガスオゾン濃度及び処理水オゾン濃度などを差し
引いた、（数１）に示すオゾン有効消費量Ｕを実績値と
し、予め設定したオゾン注入量目標値との偏差及び流入
処理水量に対応して、オゾン注入量を制御しながら行わ
れる。

【０００５】

【数１】Ｕ＝(注入量)−(排気ガスオゾン残留量)−(処理水オゾン残留量) −(溶存酸素分解量) …（１）（数１）は、いわゆるオゾン量の物質収支式で、右辺の
第２項と第３項は計測器による測定値、第４項は計算値
である。

【０００６】なお、オゾン注入制御の公知例としては、
オゾン化ガス濃度と排ガスオゾン濃度の比率からオゾン
生成量を調節する特開昭５８−２０２９２号公報、及
び、オゾンガス濃度を一定にし、排ガスオゾン濃度に対
応してオゾン化ガス量を調節する特開昭５６−８９８９
５号公報記載の方式などある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、オゾ
ンの物質収支から注入量となる必要オゾン量を決定して
いる。しかし、排気ガスオゾン残留量は、空気中に拡散
して微量濃度となるため計測精度が低い。さらに、水中
に溶解するオゾンの吸収効率は水質や気泡特性によって
大きく変化する。このため、物質収支による正確なオゾ
ン注入量の決定には困難があった。

【０００８】オゾン注入量が過剰になると、オゾン発生
機の運転コストが高くなり、かつ、処理水の残留オゾン
が後段の生物活性炭塔に影響を及ぼす。このため、オゾ
ン接触池の後に、処理水中の残留オゾンを吸着あるいは
分解するオゾン処理設備を必要とした。一方、注入量が
不足すると、安全でおいしい水道水が確保できない。

【０００９】本発明の第１の目的は、上記従来技術の問
題点を克服し、水質の変化に対応してオゾン注入量を適
正に制御して、高品質の水質管理と運転コストの低下を
実現する浄水プラントの制御方法と装置を提供すること
にある。

【００１０】本発明の第２の目的は、水質の変化に対応
して水中のオゾン吸収量を最適に管理するオゾン注入制
御方法と装置を提供することにある。

【００１１】本発明のその他の目的は、以下の記載より
明らかとなる。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の目的は、
オゾン反応槽（接触池）の水面に垂直な複数の位置で観
測されるオゾン気泡の粒径の偏差からオゾン吸収量を求
め、このオゾン吸収量を基に残存オゾン量を低減するよ
うにオゾン注入量を制御することにより達成される。

【００１３】上記粒径偏差は、オゾン接触池の水面に垂
直な複数の位置で撮像したオゾン化ガスの気泡映像を画
像処理して計測することを特徴とする。

【００１４】本発明の第２の目的は、オゾン反応槽の被
処理水の水質データに対応するオゾン吸収の最適気泡粒
径を算出し、前記オゾン反応槽の所定位置で観測される
オゾン気泡粒径が前記最適気泡粒径となるように所定の
粒径制御を行うことにより達成される。

【００１５】上記最適気泡粒径の算出は、水質とその変
化分などを入力データとするニューラルネットワークの
想起処理により、また、上記所定の粒径制御はオゾン散
気管圧力を制御することを特徴とする。

【００１６】

【作用】第１の目的を達成する本発明によれば、従来オ
ンライン計測のできなかったオゾン反応槽でのオゾン吸
収量の計測が実現できる。即ち、多点監視によるオゾン
化ガスの気泡の粒径偏差から、気泡体積の減少分の総和
に相当するオゾン吸収量を直接的に算出する。

【００１７】このオゾン吸収量からオゾン残留量を減算
した値にオゾン注入量を制御すると、無駄になるオゾン
残留量が大幅に低下するので、オゾン発生機や排オゾン
処理設備の運転コスト低減が可能できる。また、後段設
備への悪影響も回避できるので、おいしく安全な水道水
の提供も確保できる。

【００１８】第２の目的を達成する本発明によれば、水
質に応じてオゾン吸収効率の最適となる粒径範囲に、オ
ゾンガスの気泡粒径を制御できるので、オンラインでの
吸収効率を最適に管理でき、その分だけ必要オゾン量を
減らして運転コストを低減できる。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照しなが
ら詳細に説明する。

【００２０】図２は、本発明のオゾン注入制御方式を適
用する上水道プラントの全体構成を示したものである。
水源からの水は、沈砂池１、フロック形成池２、沈殿池
３を経て濾過された後、オゾン接触池４に流入する。

【００２１】オゾン接触池４では、オゾン発生設備５か
ら発生されたオゾン化ガスが散気管４０より注入され、
流入水のジオスミンやジメチルイソボネオールなどの臭
気物質を酸化分解除去する。また、微生物では分解され
にくい難分解性有機物の一部が生物易分解性有機物に変
化する。

【００２２】一方、オゾン接触池４で被処理水（流入
水）に溶解されず、空気中に拡散した排オゾン化ガス
は、活性炭やマンガン触媒が充填された排気オゾン処理
設備６に導かれ、ガス中の残留オゾンを吸着あるいは分
解して除去する。

【００２３】オゾン接触池４から流出した処理水は、生
物活性炭塔７に導入され、活性炭と活性炭に付着成育し
た微生物により、オゾン処理では除去できないアンモニ
ア性窒素や易分解性有機物が処理される。この後、処理
水貯留槽８、塩素混合池９などを経て需要家に供給され
る。

【００２４】一方、上水道監視制御装置１０は、プラン
ト全体の運転を管理する設備運用管理装置１１の下に、
凝集剤注入制御を行うフロック池制御装置１２、オゾン
注入制御や排オゾン処理制御を行うオゾン接触池制御装
置１３、生物活性炭処理制御を行う生物活性炭塔制御装
置１４などから構成されている。

【００２５】本発明は、浄水プラントのオゾン注入制御
装置に関するもので、オゾン接触地４に対する最適なオ
ゾン注入量制御と、オゾン吸収率を向上する気泡粒径制
御を実現するものである。

【００２６】まず、気泡粒径の計測によってオゾン吸収
量を算出するための原理について説明する。

【００２７】図３は、オゾン接触池４に注入されるオゾ
ン化ガスの気泡粒径変化を説明する模式図である。同図
（ａ）はオゾン吸収が無いと仮定した場合で、接触池４
の底部の散気管４１から注入されたオゾン気泡は水面に
向かって上昇し、水深（ヘッド）がＨａ→Ｈｃと減少す
るのに反比例して、気泡粒径はｄa→ｄcと増大する。な
お、監視点Ｂ、Ｃは気泡撮像装置（ＴＶカメラ）４１の
設定位置である。

【００２８】この場合、水圧Ｐは（数２）となるので、
これよりＢ点とＣ点の圧力Ｐ、気泡体積Ｖ及び粒径ｄ
は、（数３）の関係に示される。

【００２９】

【数２】Ｐ＝ρｇＨ＋Ｐ₀ …（２）ここで、Ｐ₀：外気圧

【００３０】

【数３】ＰbＶb＝ＰcＶc …（３）ここで、Ｋ_bc：定数しかし、オゾン気泡は、実際には水中への溶け込みによ
って、粒径が減少する。図３（ｂ）にこの状況を表し、
水中に溶解しない場合の気泡（破線）の仮想粒径をｄ
a、ｄb、ｄc で、水中に溶解し観測される気泡（実線）
の実粒径をｄa’、ｄb’、ｄc’で示す。この破線と実
線の気泡体積の差分（グレー部）が、水中に吸収される
オゾン化ガス量である。

【００３１】したがって、計算により求められる仮想粒
径ｄと、画像処理によって計測される実粒径ｄ’から、
ｂ−ｃ間における１気泡のオゾン吸収量ｖk を、（数
４）により求めることができる。

【００３２】

【数４】ｖk ＝π／６（ｄ³−ｄ'³） …（６）なお、気泡のひずみによる楕円球の場合にも、長軸ｄ₁
と短軸ｄ₂に関する実験式から（例えばｄ₁＝2.69ｄ₂ ¹
²⁸）補正が可能である。

【００３３】図１は、本実施例のオゾン注入制御装置の
構成を示す機能ブロック図である。同図で、手段２１〜
２４はオゾン注入制御機能を、手段２５〜２７は気泡粒
径制御機能を構成している。

【００３４】気泡粒径計測手段２１は後述する画像処理
手段を備え、監視点（本例ではｂ点とｃ点）の撮像装置
４１の映像からオゾン気泡の粒径と体積を計測する。オ
ゾン吸収量算出手段２２は、上述した原理からオゾン吸
収量Ｖｋを算出する。

【００３５】オゾン注入量算出手段２３は、オゾン吸収
量Ｖｋと、オゾン接触池４入口の流量計４１による流入
水量Ｑと、オゾン接触池４出口での溶存オゾン計４２に
よるオゾン残留量からオゾン注入量を算出する。

【００３６】オゾナイザ制御指令出力手段２４は、算出
されたオゾン注入量を発生するために、オゾン発生設備
５のオゾナイザ５１に印加する電力を決定して出力す
る。図４に、オゾン発生設備５の構成を示す。

【００３７】目標粒径推定手段２５は、実験式またはニ
ューラルネットワークによって、現在の水質等に応じて
吸収効率を最適化する目標粒径を推定する。散気ガス量
（散気ガス圧）算出手段２６は、散気管４０から目標粒
径の気泡を発生するのに必要な散気ガス量または散気ガ
ス圧を算出する。ブロワ制御指令出力手段２７は、必要
散気ガス量を発生するため、オゾン発生設備５のブロワ
５２に印加する電力を決定して出力する。

【００３８】次に、本実施例のオゾン注入制御装置の動
作と各部の構成を、図５に示すフローチャートのステッ
プ順に説明する。

【００３９】まず、ステップｓ１０１で実行されるオゾ
ン気泡の粒径及び体積の計測方法について説明する。こ
の計測は、図６に示す画像処理方法によって行われる。
オゾン接触池４の監視点Ｂ，Ｃ等の位置に設置されたモ
ノクロカメラ４１によって、監視エリアの気泡映像が周
期的に取り込まれる（ｓ１００１）。

【００４０】図７は、１台のカメラの監視エリアを説明
する模式図である。カメラの撮像平面の縦横をそれぞれ
Ｘ、Ｙとし、前面からバックグラウンドプレートまでの
距離（奥行き）をＺとし、このＸ、Ｙ、Ｚで囲まれる撮
像空間を監視エリアとして、以下の画像処理を行う。

【００４１】取り込まれた映像はＡ／Ｄ変換によって濃
淡画像にし（ｓ１００２）、濃淡強調／境界強調処理に
よって気泡の輝度を強調し（ｓ１００３）、２値化処理
を経て気泡を穴の開いた物体として認識する（ｓ１００
４）。穴埋め処理（ｓ１００５）をした後、画像の個々
の気泡に番号ｉ（ｉ＝１〜気泡数ｎ）を付与するラベリ
ング処理を行う（ｓ１００６）。図８に、これら各処理
で得られる気泡画像の一例を示す。

【００４２】ラベリングされた個々のオゾン気泡の面積
Ｓｉは、気泡を形成する画素数と１画素当りの実面積
（画像の拡大倍率から既知）を乗算して求める（ｓ１０
０７）。このとき、画素数が所定以下の画像は計算対象
から除外する。

【００４３】さらに、（数５）によりオゾン気泡の粒径
ｄｉと体積Ｖｉを算出する（ｓ１００８）。

【００４４】

【数５】ｄ'ｉ＝２√（Ｓｉ／π） …（７）Ｖ'ｉ＝π（ｄｉ）³／６ …（８）計測むらをなくすために、以上のステップｓ１００１〜
１００８について、所定の回数（Ｍ回）繰り返す（ｓ１
００９）。

【００４５】その後、ｎ（×Ｍ）個の気泡について統計
処理し、図９に示す粒径分布を求める（ｓ１０１０）。
この粒径分布の特性から対数平均計算などによって、監
視点におけるオゾン気泡の平均粒径ｄ_avと平均体積Ｖ_av
を算出する（ｓ１０１１）。

【００４６】次に、ステップｓ１０２（図５）で実行さ
れるオゾン吸収量の算定方法について説明する。まず、
水位計４３による水面から監視点Ｂ、ＣのヘッドＨb、
Ｈcを求め、（数２）の関係から体積Ｖｂｉ（計測値）
に対して監視点Ｃで膨張する仮想体積Ｖｃｉを算出する
（ｓ１０２２）。

【００４７】この仮想体積Ｖｃｉと、計測した監視点ｃ
の実体積Ｖｃ'ｉの差分の総和が、Ｂ−Ｃ間のオゾン吸
収量Ｖｋ_bcとなる。さらに、監視点を散気管付近から水
面付近までの多点の結果の和を取ることで、全吸収量Ｖ
ｋを（数６）のように計算できる。

【００４８】

【数６】Ｖｋ_bc＝Σ（Ｖｃｉ−Ｖｃ'ｉ）（ｉ＝１〜ｎ） …（９）Ｖｋ＝Ｖｋ_ab＋Ｖｋ_bc＋Ｖｋ_cd＋．．．． …（１０）なお、全吸収量Ｖｋの計算は、上記（数６）の体積によ
らずに、（数４）に示した粒径偏差を元に算定しても結
果は同じになる。

【００４９】ところで、オゾン接触池４における同一時
点の単位体積当りオゾン吸収効率ηは一定とみれるの
で、散気管４０付近から水面付近までの多点間の吸収量
の和を取ることなく、２点間（Ｂ−Ｃ）の吸収量から他
領域の吸収量を推定するようにしてもよい。あるいは、
散気管出口付近など気泡の計測が困難な領域について、
吸収量を推定するよにしてもよい。

【００５０】次に、ステップｓ１０３（図５）で、気泡
粒径の制御を実施するか否か、予めの設定フラグ等によ
り判定する。粒径制御を行わない場合、あるいは粒径制
御を部分的に行わない場合（例えばプラントの起動／停
止運転時）には、ステップｓ１０４でブロワ５２の風量
一定制御を行う。

【００５１】次に、ステップｓ１０５で、（数７）に示
すように、溶存酸素分解量とオゾン有効消費量Ｕを算出
してオゾン注入量Ｒを決定する。あるいは、全オゾン吸
収量Ｖｋから溶存オゾン量を減算してオゾン注入量を求
める。これにより、溶存オゾン量が０となるように制御
される。

【００５２】

【数７】Ｕ＝Ｖｋ−溶存オゾン量−溶存酸素分解量 …（１１）Ｒ＝Ｕ＋溶存酸素分解量＝Ｖｋ−溶存オゾン量 …（１２）ここで、溶存酸素分解量は、オゾンが自己分解して酸素
に変換されるオゾン量で、水温、ＰＨ及び処理水流量に
対応して予めデータファイル用意されている分解係数を
用い、周知の計算により算出される。溶存オゾン量は、
オゾン接触池４出口の溶存オゾン計４２による処理水中
のオゾン残留量である。

【００５３】ステップｓ１０６では、オゾン注入量Ｒを
発生するオゾナイザ５１の電力を決定し、制御指令とし
て出力する。オゾナイザ５１のオゾン発生量は、印加さ
れる電力値（ｋｗ）に応じて増減する。

【００５４】このように、本実施例によれば、従来オン
ライン計測ができなかった接触池におけるオゾン吸収量
を、気泡粒径のリアルタイムな観測によって計測可能に
している。この結果、精度の低下する（数１）の物質収
支によらずに、オゾン吸収量から必要オゾン量（オゾン
注入量）をリアルタイムに且つ、正確に決定して、所定
の水質を確保しながらプラントの運転コストを低減する
ことができる。

【００５５】次に、ステップｓ１０７〜ｓ１１１に示
す、オゾン気泡粒径制御について説明する。まず、粒径
制御の原理に関わる水中の気泡特性について説明する。

【００５６】図１０は、気泡粒径とオゾン吸収効率ηの
関係を示すグラフである。同図に示すように、処理水と
気泡の接触面積は気泡粒径が小さいほど大きい。

【００５７】一方、気泡の滞留時間（上昇速度の逆数）
は、粒径が小さいとき（φ２ｍｍ以下）やある程度以上
大きいとき（φ１０ｍｍ以上）は、気泡が球形又はきの
こ状となって垂直上昇するので、速度が速く滞留時間は
短い。また、粒径が約φ２ｍｍ〜１０ｍｍの範囲では、
気泡がやや楕円形状化してジグザグ運動をしながら上昇
するため、速度が遅く滞留時間が長くなる。

【００５８】このように、接触面積と滞留時間の双方の
気泡特性から、図示のような中程度の気泡粒径の近傍
に、オゾン吸収効率の高い最適粒径範囲が存在する。本
実施例では、この最適粒径範囲をリアルタイムに決定し
ながら、以下のオゾン気泡粒径制御を行う。

【００５９】ステップｓ１０７で、目標粒径のリアルタ
イムな変更が指定されている場合は、最適粒径範囲に入
る目標気泡粒径の算出を行う（ｓ１０９）。最適気泡粒
径は、水質などによって気泡特性が変化するため一義に
決定できず、過去のデータに基づくニューラルネットワ
ークや回帰分析による予測により決定する。

【００６０】図１１は、ニューラルネットワークを利用
した目標気泡粒径解析手段２５の構成を示したものであ
る。ニューラルネットワークは、周知のように入力層６
１、中間層６２、出力層６３からなる。予め、学習手段
６４によって、最適粒径範囲を満足する過去の学習デー
タ（入力データと教師データの対）による学習を行い、
出力層６３に得られる気泡粒径の誤差が所定以下となる
ように、各層のシナップスの重み（Ｗｉ，Ｗｊ）を決定
している。

【００６１】オンラインのニューラルネットの入力層６
１には、オンライン計測される水質など、学習時と同一
項目の入力データが与えられ、出力層６３には現在の最
適気泡粒径、即ち目標粒径ｄo が出力される。

【００６２】入力データの項目は、水質では水温、有機
物、ＰＨなど、オゾンでは上記した注入オゾン量やオゾ
ン吸収量など、画像では粒径平均値や気泡総体積など
で、これらの現在値とその前回値からの変化分が入力デ
ータとなる。

【００６３】次に、ステップｓ１０９で、決定された目
標気泡粒径ｄo と、ステップｓ１０１で求まった実粒径
の平均値ｄ_avとの差分を求め、ステップｓ１１１で、こ
の差分に応じて、ブロワ５２から散気管４０へ送風する
圧縮空気の風量を決定する。この圧縮空気は、図４に示
したように、オゾナイザ５１から必要量のオゾンが注入
されて、オゾンガス化されている。

【００６４】ブロワ指令は、実際にはブロワ５２に印加
される電力値で与えられ、実粒径が目標値より小さいと
き風量を増加するように、目標値より大きいときは風量
を減少するように与えられる。

【００６５】ブロワ５２の風量は、散気管４０のオゾン
化ガス圧力と比例し、散気管４０のガス圧力に応じてオ
ゾン接触池４に注入されるガス気泡の初期粒径が変化す
る。即ち、散気管先端からのガスの注入圧力（または注
入ガス量）を増減することで、オゾンガスの気泡粒径が
制御可能になる。

【００６６】ところで、目標粒径と比較される実粒径
は、散気管４０の出口付近を監視エリアとする監視点Ａ
の気泡粒径ｄa'である。しかし、散気管４０の付近で
は、多量の気泡の発生と不均一のために、実際には計測
が不可能となる場合が多い。

【００６７】そこで、本実施例の多点計測方式では、Ａ
点（散気管出口）の気泡粒径は、気泡の安定する監視点
Ｂ、Ｃの値から推定する。これは、同一計測時点の接触
池４内の水質は同じで、オゾン吸収効率ηも同一とみれ
ることから可能となる。

【００６８】すなわち、監視点Ａの気泡粒径は、監視点
Ｂ、Ｃの粒径変化から求まる単位体積当りの吸収効率η
を基に、水圧変化によってＢ点の粒径ｄb'より減少する
値に、Ａ〜Ｂ点間の吸収による減少分を加算した値とし
て、幾何学的に算出できる。

【００６９】本実施例では、上記のように、ブロワ５２
の風量を可変して気泡粒径を制御するが、散気管４０の
注入口の口径や穴数などを可変して、注入風量または注
入圧力を増減する方式によっても実現可能である。

【００７０】このように、本実施例によれば、ブロワ５
２の風量一定制御以外のときには、オゾン濃度と直接関
係しない気泡粒径を最適化制御することで、オゾン吸収
効率を高い値に最適に管理することができる。

【００７１】上記実施例では、オゾン注入量制御とオゾ
ン気泡粒径制御とは独立に制御される。しかし、気泡粒
径制御によって最適粒径とされるときの目標オゾン吸収
量を（数４）または（数６）基に算出し、この目標オゾ
ン吸収量を基にステップｓ１０５で算出されるオゾン注
入量を補正するようにしてもよい。

【００７２】また、図１０に示した最適粒径範囲の気泡
は楕円形状となることが知られているので、上記の気泡
粒径制御に代えて、気泡形状制御を行うことも可能であ
る。

【００７３】即ち、オゾン接触池の所定位置で撮像した
オゾン化ガスの気泡映像を画像処理して気泡形状を計測
し、計測された気泡形状がオゾン吸収効率の高い所定楕
円形状範囲内（長径と短径の比率で設定）となるように
気泡形状制御を行う。これによっても、オゾン吸収効率
の最適管理が実現できる。

【００７４】さらに、オゾン有効消費量Ｕについて、
（数１）による物質収支と（数７）による吸収量の双方
から算出した値を、運転条件を含む実績データを基に構
築したＡＩ手段（ニューロやフアジー）によって評価
し、最適なオゾン注入量を決定するようにしてもよい。

【００７５】

【発明の効果】本発明によれば、従来オンライン計測の
できなかったオゾン反応槽でのオゾン吸収量の計測が可
能になる。即ち、多点監視によるオゾン化ガスの気泡の
粒径偏差から、気泡体積の減少分の総和に相当するオゾ
ン吸収量を直接的に算出できるので、このオゾン吸収量
からオゾン残留量を減算した値にオゾン注入量を制御す
ると、無駄になるオゾン残留量が大幅に低下するので、
オゾン発生機や排オゾン処理設備の運転コスト低減が可
能できる。また、後段設備への悪影響も回避できるの
で、おいしく安全な水道水の提供も確保できる。

【００７６】また、本発明によれば、水質に応じてオゾ
ン吸収効率の最適となる粒径範囲に、オゾンガスの気泡
粒径を制御できるので、オンラインでの吸収効率を最適
に管理でき、その分だけ必要オゾン量を減らして運転コ
ストを低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例であるオゾン注入制御装置の
機能ブロック図。

【図２】本発明を適用する上水道プラントの構成図。

【図３】オゾン接触池内のオゾンガス気泡の変化説明す
る模式図。

【図４】オゾン発生設備の構成図。

【図５】実施例のオゾン注入制御装置の動作を説明する
フローチャート。

【図６】気泡粒径計測手段の画像処理による計測を説明
するフローチャート。

【図７】気泡映像撮像エリアの説明図。

【図８】気泡映像の画像処理過程を示す映像図。

【図９】気泡粒径計測データによる粒径分布図。

【図１０】オゾンガス気泡の粒径に依存する特性図。

【図１１】目標粒径推定手段を構築するニューラルネッ
トワークの構成図。

【符号の説明】

１…沈砂池、２…フロック形成池、３…沈殿池、４…オ
ゾン接触池（オゾン反応槽）、５…オゾン発生設備、６
…排オゾン処理設備、７…生物活性炭塔、１０…上下水
道監視制御装置、１３…オゾン接触池制御装置、２０…
オゾン注入制御装置、２１…気泡粒径・体積計測手段、
２２…オゾン吸収量算出手段、２３…オゾン注入量算出
手段、２４…オゾナイザ制御指令出力手段、２５…目標
粒径推定手段、２６…散気ガス量（ガス圧）算出手段、
２７…ブロワ制御指令出力手段、４０…散気管、４１…
撮像装置、４２…溶存オゾン濃度計、５１…オゾナイ
ザ、５２…ブロワ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】オゾン反応槽（接触池）の水面に垂直な
複数の位置で観測されるオゾン気泡の粒径の偏差からオ
ゾン吸収量を求め、このオゾン吸収量を基に残留オゾン
量を低減するようにオゾン注入量を制御することを特徴
とする浄水プラントのオゾン注入制御方法。
【請求項２】オゾン反応槽（接触池）の被処理水の水
質データに対応するオゾン吸収の最適気泡粒径を算出
し、前記オゾン反応槽の所定位置で観測されるオゾン気
泡粒径が前記最適気泡粒径となるように所定の粒径制御
を行うことを特徴とするオゾン注入制御方法。
【請求項３】浄水プラントのオゾン接触池におけるオ
ゾン注入制御方法において、オゾン接触池の水面に垂直な複数の位置で撮像したオゾ
ン化ガスの気泡映像を画像処理して各位置の気泡体積を
実時間で計測し、この気泡体積を基に上昇する気泡の前
記複数の位置間での実体積減少分を算定して被処理水の
オゾン吸収量を求め、このオゾン吸収量を基にオゾン接
触池に注入するオゾン注入量を決定することを特徴とす
る浄水プラントのオゾン注入制御方法。
【請求項４】請求項３において、前記実体積減少分は、気泡の上昇と共に水圧に逆比例し
て増加する仮想気泡体積から、前記画像処理によって計
測された気泡体積を減算して求めることを特徴とする浄
水プラントのオゾン注入制御方法。
【請求項５】請求項３または４において、前記オゾン注入量は、前記オゾン吸収量からオゾン接触
池出口における被処理水の残存オゾン量を減算して求め
ることを特徴とする浄水プラントのオゾン注入制御方
法。
【請求項６】浄水プラントのオゾン接触池におけるオ
ゾン注入制御方法において、オゾン吸収効率の高いオゾン化ガスの気泡の最適粒径範
囲を、計測する被処理水の水質に応じて実時間で求め、
オゾン接触池の所定位置で撮像した気泡映像を画像処理
して気泡粒径を計測し、その気泡粒径が前記最適粒径範
囲内となるように所定の粒径制御を行うことを特徴とす
る浄水プラントのオゾン注入制御方法。
【請求項７】請求項５において、前記計測された気泡粒径は、撮像エリア内の複数気泡の
粒径の平均値で示されることを特徴とする浄水プラント
のオゾン注入制御方法。
【請求項８】請求項６または７において、前記所定の粒径制御は、前記オゾン化ガスの基体となる
圧縮空気の散気流量または散気圧力を調整することを特
徴とする浄水プラントのオゾン注入制御方法。
【請求項９】浄水プラントのオゾン接触池におけるオ
ゾン注入制御方法において、オゾン接触池の水面に垂直な方向の２点以上の所定位置
で撮像したオゾンガスの気泡映像を画像処理して各位置
の気泡体積を実時間で計測し、この気泡体積を基に上昇
する気泡の前記所定位置間での実体積減少分を算定して
被処理水のオゾン吸収量を求めてオゾン注入量を決定
し、実時間で計測する被処理水の水質に応じ、オゾン吸収効
率の高いオゾン化ガスの気泡の最適粒径を求める一方、
オゾン接触池の所定位置で撮像した気泡映像を画像処理
して計測した気泡粒径が前記最適粒径となるように粒径
制御を行うと共に、前記最適粒径から算定される目標オゾン吸収量を基に、
前記オゾン注入量を補正することを特徴とする浄水プラ
ントのオゾン注入制御方法。
【請求項１０】浄水プラントのオゾン接触池における
オゾン注入制御方法において、オゾン接触池の所定位置で撮像したオゾン化ガスの気泡
映像を画像処理して気泡形状を計測し、計測された気泡
形状がオゾン吸収効率の高い所定楕円形状範囲内となる
ように気泡形状制御を行うことを特徴とする浄水プラン
トのオゾン注入制御方法。
【請求項１１】被処理水を流入して浄水処理を行うオ
ゾン接触池に、オゾン発生設備からのオゾン化ガスの注
入を制御する浄水プラントのオゾン注入制御装置におい
て、オゾン接触池の水面に垂直な複数の所定位置に配置され
オゾンガスの気泡を観測する撮像装置と、撮像された気
泡映像を画像処理して各位置の気泡体積を計測する画像
処理手段と、前記計測された気泡体積を基に上昇する気
泡の前記所定位置間での実体積減少分を算定して被処理
水のオゾン吸収量を求め、このオゾン吸収量を基にオゾ
ン接触池に注入するオゾン注入量を求めるオゾン注入量
決定手段と、を設けることを特徴とする浄水プラントの
オゾン注入制御制御装置。
【請求項１２】請求項１１において、前記撮像装置は、前記気泡の安定する２以上の位置に配
置されることを特徴とするオゾン注入制御装置。
【請求項１３】被処理水を流入して浄水処理を行うオ
ゾン接触池に、オゾン発生設備からのオゾン化ガスの注
入を制御する浄水プラントのオゾン注入制御装置におい
て、オゾン接触池の所定位置に配置されオゾンガスの気泡を
観測する撮像装置と、撮像された気泡映像を画像処理し
て気泡粒径を計測する画像処理手段と、オゾン吸収効率の高いオゾン化ガスの気泡の最適粒径
を、被処理水の水質に応じて求める目標粒径推定手段
と、前記計測された気泡粒径が前記最適粒径となるよう
に制御する粒径制御手段と、を備えることを特徴とする
浄水プラントのオゾン注入制御装置。
【請求項１４】請求項１３において、前記目標粒径推定手段は、ニューラルネットワークによ
って構築されることを特徴とする浄水プラントのオゾン
注入制御装置。
【請求項１５】請求項１３または１４において、前記粒径制御手段は、前記オゾン発生設備のブロワの電
力を制御し、前記オゾン接触池にオゾン化ガスを注入す
る散気管における散気流量または散気圧力を調整するこ
とを特徴とする浄水プラントのオゾン注入制御装置。
【請求項１６】オゾン反応槽とその後段に生物活性炭
槽を備える浄水プラントの制御システムにおいて、前記オゾン反応槽における被処理水のオゾン吸収量を実
時間で計測するオゾン吸収量計測手段と、前記オゾン吸
収量を基にオゾン反応槽出口における被処理水の残存オ
ゾン量が所定以下になるように注入するオゾン量を制御
するオゾン注入量制御手段を設けることを特徴とする浄
水プラントの制御システム。