JPH09234476A - 加圧型下方注入式オゾン接触槽とその制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 処理水に対するオゾンガスの吸収効率を高
め、コストの低廉化がはかれる上、経時的な吸収効率低
下現象が生じない加圧型下方注入式オゾン接触槽とその
制御方法を提供することを目的とする。 【解決手段】 最下段から上段に向けて複数段に分割さ
れて被処理水が滞留しながら流通可能なブロック型接触
槽の重合体で成るオゾン接触槽１１と、オゾン接触槽１
１に送り込まれる被処理水２０の流入部に配備された気
液混合用の加圧渦流ポンプ１６及び被処理水の流入水量
調整用の可変速器１７と、オゾン接触槽１１内に縦方向
に挿入配置され、前記気液混合された被処理水が下降流
として落下する下方注入管２１と、オゾン接触槽１１の
底壁に対向する部位に形成された下方注入管２１の先端
開口部近傍に形成された管内圧力調整用の急縮部２２と
を備えてなる加圧型下方注入式オゾン接触槽とその制御
方法を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は上下水道の処理方法
としてのオゾン処理装置に適用して有用な加圧型下方注
入式オゾン接触槽とその制御方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年における都市部での水環境の悪化に
伴って河川とか湖沼の水質汚濁が進んでおり、従来の凝
集沈澱とか砂濾過処理及び塩素処理との組み合わせだけ
では、水道用原水中の色度，臭気の除去作用に限界点が
生じている現状にある。特に我国の水道水として利用さ
れる水源の約７０％は、地表水と呼ばれる湖沼水，ダム
水及び河川水に依存しており、これら湖沼水とかダムに
は富栄養化に伴う生物活動が活発化することによるカビ
臭とか藻臭の発生があり、他方の河川水には各種排水に
含まれている有機物とかアンモニア性窒素が流入され、
河川の自然浄化作用によってこれらの流入物を完全に浄
化することは期待できない状況にある。

【０００３】このような高度経済成長に伴う水源の水質
悪化に対処するため、前塩素処理が一般的に採用されて
いるが、前塩素処理を採用した浄水過程で発生する有機
塩素化合物であるトリハロメタン（ＴＨＭ）が発ガン性
を有していることが知られている。このような水源のカ
ビ臭とか藻臭の消去、及びトリハロメタン等発ガン物質
対策として、浄水の操作工程中にオゾン処理、又は該オ
ゾン処理と活性炭処理との複合処理を導入する高度浄水
システムが検討されている。

【０００４】オゾンガスはそれ自身の持つ強力な酸化力
で水中に溶解している溶存性の有害物質を酸化除去する
作用があり、近時は上水のみならず下水処理にも採用さ
れている。しかしオゾン処理は塩素処理に比して約２倍
のコスト増となるため、オゾンガスの処理効果をより一
層高めることが要求され、そのため無数の微細なオゾン
ガスの気泡を作ることによって水とオゾンガスとの接触
効率を上げて、効率良くオゾンガスを水中に溶解吸収さ
せることが必須の要件となっている。

【０００５】従来からオゾンガスの接触効率及び吸収効
率を上げるための手段として、散気管型オゾン接触槽と
か下方注入式オゾン接触槽（Ｕチューブ型オゾン接触
槽）が知られている。上記散気管型オゾン接触槽の一例
として、例えば「オゾン利用水処理技術」（宗宮 功，
公害対策技術同好会，１９８９年５月）には、図１３に
示したように上下対向流式のオゾン接触槽の例が開示さ
れている。

【０００６】即ち、この例ではオゾン接触槽１の内部に
底面から立ち上がる隔壁２，２と、上面から垂下された
隔壁３，３が配設されていて、この隔壁２，３によって
気相部が分離されているとともに液相部が相互に連通さ
れた越流式の複数の反応室が構成されている。

【０００７】そして各室の内方底面近傍に数十μｍの微
細孔を持つセラミック等の散気管４．４が配置されてい
て、図外のオゾン発生装置から得られるオゾンガスが該
散気管４．４に送り込まれ、流入口５から流入する被処
理水とオゾンガスとが矢印Ａ，Ａに示すように対向流と
して接触することによって該オゾンガスの接触効率が高
められ、オゾン処理水１０として流出する。

【０００８】他方の下方注入式オゾン反応槽（Ｕチュー
ブ型オゾン反応槽）は別名インジェクター型オゾン接触
槽とも呼称され、図１４に示したように縦長のオゾン接
触槽１の内方に内管６が配置されていて、オゾン発生装
置７で得られるオゾンガスがガス放出管８を介して内管
６の上部から送り込まれる。そしてオゾンガス接触槽１
の側方の流入口５から流入する被処理水とオゾンガスと
が内管６内で下降流として継続的に接触して所望のオゾ
ン処理が行われ、そのまま内管６の外壁面に沿って上昇
してオゾン接触槽１の上方部からオゾン処理水１０とし
て流出する。未反応のオゾンガスは排オゾン処理装置９
に送り込まれて清浄化処理される。

【０００９】上記オゾン接触槽１の縦方向の長さは２０
〜３０メートルと可成長くなっていて、これによって内
管６内の水圧が２.０〜２.５（ｋｇｆ／ｃｍ²）のレベ
ルに保持される。

【００１０】このＵチューブ型オゾン接触槽は、内管６
で発生する乱流によってオゾンガスと被処理水との気液
接触効果が高められ、オゾンガスが内管６内を流下する
につれて増大する水圧によって該オゾンガスの水中への
溶解が促進されるので、散気管方式に較べてオゾン溶解
効率で５〜１０％向上しており、オゾンガスと被処理水
との接触時間を約５倍以上取ることができるとともに反
応槽内での滞留時間は１／５以下に短縮することができ
るという特徴を有している。又、オゾン接触槽が縦長で
あるため、オゾン処理施設の設置スペースが散気管方式
の１／５ですむという利点を有している。

【００１１】かかるオゾン反応槽を用いることにより、
塩素よりもはるかに酸化力の強力なオゾンガスによって
被処理水の異臭味とか色度除去、有害物質の酸化除去が
行われる（上記Ｕチューブ型オゾン処理装置に関して
は、第２回日本オゾン協会年次研究講演会講演集の第７
６頁〜第７７頁，鳥山ら「Ｕチューブ型オゾン接触槽の
有機物除去特性」を参照）。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記した
高度浄水システム等に採用されるオゾン接触槽は、被処
理水に対するオゾンガスの吸収効率を上げるための制御
方法が確立されていないため、経時的な吸収効率低下現
象が発生する惧れがある外、装置の大型化等に起因する
コストアップを招来してしまうという課題がある。

【００１３】例えば図１３に示した散気管型オゾン接触
槽は、処理が進むにつれて散気管４の表面にオゾンガス
によって酸化された鉄とかマンガンが付着して、散気管
４の目詰まりに起因する経時的なオゾン吸収効率低下現
象を引き起こす惧れがあり、これに対処して散気管自体
の交換が必要になるという問題がある。更にオゾンガス
による反応時間を充分に取るためには、接触槽を大型化
しなければならないので、設備費等に要するコストアッ
プを招来するとともに、装置を設置するための大きな敷
地面積を要することになり、都市部における浄水場のよ
うに用地確保が困難な地区での採用が難しい。

【００１４】他方の図１４に示したＵチューブ型オゾン
接触槽は、散気管型オゾン接触槽に比較してオゾン溶解
効率で５〜１０％程度向上しており、且つオゾンガスと
被処理水との接触時間も５倍以上長く取ることができる
とともに接触槽内での滞留時間は１／５以下に短縮する
ことができるという利点があるが、前記したようにオゾ
ン接触槽の水深が２０〜３０メートルと可成長くなって
いるので、散気管方式よりも施設の建設工事が複雑にな
るという問題があり、更に接触槽内に貯留される堆積物
の除去とか槽内の清掃が簡便に行えない上、接触槽の底
部近傍で何等かの障害が発生しても直ちに処置すること
ができないという難点を有している。

【００１５】ここで別の観点からオゾンの反応過程を考
察してみると、このオゾン反応過程はオゾンの拡散が律
速する初期段階と、オゾン反応が律速する後期段階とに
大別することができる。従って気液反応接触槽もこれら
の特性を踏まえた装置であることが理想的であり、例え
ばオゾン反応の初期時には拡散効率を高めるための大き
な接触面積と強力な撹拌機構を備え、オゾン反応の後期
時には十分な反応を得るための滞留時間が確保される装
置であることが望ましい。

【００１６】前記２種類のオゾン接触槽の反応過程を考
慮すると、オゾン反応の初期時にはＵチューブ型オゾン
接触槽が適しており、オゾン反応の後期時には散気管型
オゾン接触槽が適しているものといえる。

【００１７】そこで本発明は上記に鑑みてなされたもの
であり、装置の大型化を伴わずに被処理水に対するオゾ
ンガスの吸収効率を高め、コストの低廉化がはかれる
上、経時的な吸収効率低下現象が生じない加圧型下方注
入式オゾン接触槽とその制御方法を提供することを目的
とするものである。

【００１８】

【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、最下段から上段に
向けて複数段に分割されているとともに被処理水が滞留
しながら流通可能なブロック型接触槽の重合体で成るオ
ゾン接触槽と、上記オゾン接触槽に送り込まれる被処理
水の流入部に配備され、被処理水とオゾンガスとを気液
混合する加圧渦流ポンプ及び被処理水の流入水量調整用
の可変速器と、オゾン接触槽内に縦方向に挿入配置さ
れ、前記気液混合された被処理水が下降流として落下す
る下方注入管と、オゾン接触槽の底壁に対向する部位に
形成された下方注入管の先端開口部近傍に形成された管
内圧力調整用の急縮部とを備えてなる加圧型下方注入式
オゾン接触槽の構成にしてある。

【００１９】更に請求項２により、被処理水の流入部に
被処理水とオゾンガスとを気液混合する加圧渦流ポン
プ、及び被処理水の流入水量を調整する可変速器を配備
するとともに、オゾン接触槽内に縦方向に挿入配置され
た下方注入管の先端開口部近傍でオゾン接触槽の底壁に
対向する部位に形成された急縮部とを備えた加圧型下方
注入式オゾン接触槽において、被処理水の流入管に圧力
計と流量計を配備し、更に該オゾン接触槽に注入オゾン
濃度コントローラ、オゾン注入率コントローラ、処理水
量コントローラ、急縮部開度コントローラを配備して、
予め設定した処理水量設定値と上記流量計で測定された
被処理水の流量から処理水量コントローラが処理水量目
標値を可変速器に出力するとともに、被処理水量信号と
オゾン注入率設定値とからオゾン注入率コントローラが
注入オゾン濃度目標値を求めて注入オゾン濃度コントロ
ーラに出力し、更に圧力計による被処理水の圧力信号
と、予め決定された圧力設定値から急縮部開度コントロ
ーラが求めた急縮部開度目標値に基づいて前記急縮部の
開度を調整するようにした加圧型下方注入式オゾン接触
槽の制御方法を提供する。

【００２０】請求項３により、前記被処理水の流入管に
圧力計と流量計を配備するとともに、オゾン処理水の管
路に溶存オゾン濃度計を配備し、予め設定した処理水量
設定値と上記流量計で測定された被処理水の流量から処
理水量コントローラが処理水量目標値を可変速器に出力
するとともに、溶存オゾン濃度信号と予め設定した溶存
オゾン濃度設定値とから溶存オゾン濃度コントローラが
注入オゾン濃度目標値を求めて注入オゾン濃度コントロ
ーラに出力するようにした制御方法を提供し、請求項４
により、オゾン処理水の管路に紫外線吸光度計を配備
し、予め設定した処理水量設定値と上記流量計で測定さ
れた被処理水の流量から処理水量コントローラが処理水
量目標値を可変速器に出力するとともに、オゾン処理水
の紫外線吸光度信号と予め設定した紫外線吸光度設定値
とから紫外線吸光度コントローラが注入オゾン濃度目標
値を求めて注入オゾン濃度コントローラに出力するよう
にした制御方法を提供する。

【００２１】更に請求項５により、前記オゾン接触槽と
して、このオゾン接触槽の内方を気相部が分離されてい
るとともに液相部が相互に連通された越流式の第１反応
室、第２反応室及び滞留室に区画する一方、上記オゾン
接触槽に送り込まれる被処理水の流入管の中途部に、こ
の流入管の管径を部分的に小径に絞ったオゾンガスイン
ジェクター部が形成されたキャピラリー散気部を設け、
該流入管の先端開口部をオゾン接触槽内の前記第１反応
室の底壁に対向する近傍位置にまで導入した多段型オゾ
ン接触槽を用いている。

【００２２】かかる請求項１記載の加圧型下方注入式オ
ゾン接触槽と請求項２記載の制御方法によれば、被処理
水内にオゾン注入管を介してオゾンガスを送り込み、加
圧渦流ポンプを起動することによってオゾンガスと被処
理水とがこの加圧渦流ポンプによって混合・微細気泡化
されて高溶存オゾン水となり、且つ可変速器により流入
水量が調整されて流入管内を圧送され、下方注入管内を
気液が接触しながら下降する。この時に急縮部によって
管内圧力が所定値に調整される。そして下方注入管に形
成された急縮部を通過してから接触槽底壁に当たって乱
流状態となり、オゾンガスと被処理水との接触効率が高
められる。

【００２３】このような動作時に処理水量コントローラ
に処理水量設定値と流量計で測定された被処理水の流量
信号が入力され、処理水量コントローラから出力された
処理水量目標値が可変速器に入力されるとともに被処理
水量信号がオゾン注入率コントローラに入力されて注入
オゾン濃度目標値が求められ、注入オゾン濃度コントロ
ーラに出力される。すると注入オゾン濃度コントローラ
はオゾン発生装置に対する制御信号を発して該オゾン発
生装置の駆動状態が制御され、オゾン注入率が一定に制
御される。又、可変速器は処理水量コントローラから出
力された処理水量目標値に基づいて加圧渦流ポンプの回
転数信号を発して該加圧渦流ポンプの駆動状態が制御さ
れる。更に圧力計によって測定された被処理水の圧力信
号が急縮部開度コントローラに入力され、急縮部開度目
標値が求められて急縮部に出力される。この急縮部の開
度によって管内圧力が１.５（ｋｇｆ／ｃｍ²）以上に保
持される。

【００２４】請求項３，４に記載したように上記のオゾ
ン注入率コントローラに代えて溶存オゾン濃度コントロ
ーラ、紫外線吸光度コントローラを用いても同様な制御
態様が得られる。上記の作用時に、被処理水に対するオ
ゾン反応の初期時には、下方注入方式に基づいて拡散効
率を充分に高めて反応性の高い物質の除去を行い、これ
によりオゾンガスの拡散が律速する初期段階の反応過程
が促進され、オゾン反応の後期時には複数段のブロック
型接触槽による反応と滞留時間の確保により反応性の低
い物質の除去を行い、且つオゾン反応が律速する後期段
階の反応が促進される。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下図面に基づいて本発明にかか
る加圧型下方注入式オゾン接触槽とその制御方法の各種
実施例を説明する。図１は本発明で用いた加圧型下方注
入式オゾン接触槽の基本的構成を示す概略図であり、１
１は本実施例を適用したオゾン接触槽であって、このオ
ゾン接触槽１１は、最下段から上段に向けて複数段に分
割されているとともに被処理水が流通可能なブロック型
の接触槽１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅの重
合体で構成されており、最上段の接触槽１１ｅに配備さ
れた処理水タンク１２からオゾン処理水１０が流出す
る。１３は排オゾンガスの排出管である。

【００２６】各単位毎に分割されたブロック型接触槽１
１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅの側部には、最
下方から夫々サンプリングポート１４ａ，１４ｂ，１４
ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１４ｆ，１４ｇ，１４ｈが配備さ
れている。

【００２７】１５はオゾン接触槽１１に送り込まれる被
処理水２０の流入管であり、この流入管１５に対する被
処理水２０の流入部には、加圧渦流ポンプ１６と流入水
量を調整する可変速器１７（インバータ）とが配備され
ている。図２に拡大して示したように、加圧渦流ポンプ
１６内にはインペラー部１６ａが構成されており、更に
加圧渦流ポンプ１６の前段には被処理水２０中に図外の
オゾン発生装置からオゾンガスを送り込むためのオゾン
注入管１８が挿入されている。この加圧渦流ポンプ１６
は、オゾンガスと被処理水２０とを「混合・微細気泡化
・圧送」するという三つの機能を有している。

【００２８】上記流入管１５は、オゾン接触槽１１内に
縦方向に挿入配置された下方注入管２１に連結されてお
り、この下方注入管２１の先端開口部はオゾン接触槽１
１内の前記最下段の接触槽１１ａの底壁に対向する近傍
位置にまで導入されている。この先端開口部の近傍部位
には、下方注入管２１の管内圧力を調整するための急縮
部２２が形成されている。この急縮部２２は、図３の拡
大図に示したように下方注入管２１の管径を部分的に小
径に絞ったオリフィス２２ａにより構成されている。

【００２９】上記オゾン接触槽１１の縦方向の長さは約
５〜６メートルであり、従来のＵチューブ型オゾン接触
槽の同部分の２０〜３０メートルという長さが大幅に短
縮されていて、謂わば通常の散気管型オゾン接触の水深
レベルと略同等であることが本実施例の構造上の特徴と
もなっている。

【００３０】かかる本実施例におけるオゾン接触槽１１
の運転時の操作と動作原理を以下に説明する。先ず基本
的な操作としてオゾン処理すべき被処理水２０内にオゾ
ン注入管１８を介してオゾンガスを送り込み、加圧渦流
ポンプ１６を起動することによってオゾンガスと被処理
水２０とがこの加圧渦流ポンプ１６のインペラー部１６
ａによって混合・微細気泡化されて高溶存オゾン水とな
り、可変速器１７により流入水量が調整されて流入管１
５内を圧送され、下方注入管２１内を気液が接触しなが
ら下降する。この時に急縮部２２によって管内圧力は０
〜４.０（ｋｇｆ／ｃｍ²）に調整される。

【００３１】そして下方注入管２１に形成された急縮部
２２を通過してから最下段の接触槽１１ａの底壁に当た
って乱流状態となり、これによってオゾンガスと被処理
水２０との接触効率が高められる。

【００３２】上記の動作時に、加圧渦流ポンプ１６で送
り込まれる被処理水２０の流速と圧力は、両方とも高い
方が望ましい。その理由はオゾンガス接触後のオゾンの
水中への移動を容易にするためと、急縮部２２のオリフ
ィス部分で発生する圧力損失を補うためである。

【００３３】このようにしてオゾンガスが混合された被
処理水２０は、オゾン接触槽１１を構成するブロック単
位の各接触槽１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ
の最下段から上段に向けて流れ、所定の滞留時間を経て
から最上段に配備された処理水タンク１２からオゾン処
理水１０として流出して図外のオゾン処理水槽に一時的
に貯留されて次段の工程に備える。この時には当然各サ
ンプリングポート１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１
４ｅ，１４ｆ，１４ｇ，１１ｈは閉止されている。

【００３４】又、未反応のオゾンガスは排出管１３から
図外の排オゾン処理装置に送り込まれ、周知の熱分解，
触媒を用いた分解，土壌分解，薬液洗浄処理又は活性炭
処理によって無害なガスに分解されて大気中に放出され
る。即ち、オゾンガスはフッ素につぐ強力な酸化力を有
していて人体にも有害な物質であるため、排オゾン処理
装置での分解処理が不可欠である。

【００３５】このようなオゾンガスと被処理水２０との
接触により、脱臭，脱色，鉄マンガン，多環状化合物と
か有機物の酸化除去及び殺菌，殺藻及び異臭味の除去が
行われる。

【００３６】本実施例のオゾン接触槽１１は、最下段か
ら上段に向けて複数段に分割されたブロック型接触槽１
１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅの重合体で構成
されているため、必要に応じて単位槽としてのブロック
型接触槽の追加とか削減が自在であるという特徴を有し
ている。例えばオゾンガスと被処理水の接触時間を長く
取りたい場合には、同様な他のブロック型接触槽を追加
重合することによってオゾン接触槽としての全体的な水
深を大きくすることが可能であり、更に運転中に接触槽
の一部に不具合が生じた場合には、その接触槽のみをブ
ロック単位に削減するとか交換する等の処置を取ればよ
く、ブロック型接触槽全体を交換しなくても済むという
利点がある。

【００３７】又、上記の各単位に分割されたブロック型
接触槽１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅの側部
に夫々サンプリングポート１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１
４ｄ，１４ｅ，１４ｆ，１４ｇ，１１ｈが配備されてい
るので、任意のサンプリングポートの開閉制御を実施す
ることによって被処理水２０を流出させることが可能で
あり、オゾンガスとの接触時間を容易に変更することが
可能である。

【００３８】上記の動作時において、被処理水流量／オ
ゾンガス流量の比（Ｌ／Ｇ比と略称）を１０以上とし、
管内圧力は１.５（ｋｇｆ／ｃｍ²）以上にすることが必
要である。即ち、図４はオゾン吸収効率η（％）とＬ／
Ｇ比の関係を示すグラフであり、図５はオゾン吸収効率
η（％）と管内圧力（ｋｇｆ／ｃｍ²）の関係を示すグ
ラフである。図４，図５によれば、オゾン吸収効率が９
０％以上であることを目標とした場合、オゾンガス流量
が一定条件下ではＬ／Ｇ比が１０以上で且つ管内圧力が
１.５（ｋｇｆ／ｃｍ²）以上となる。従って両条件を満
たす操作が必要であり、被処理水２０の流量低減は可変
速器１７による流入水量調整と急縮部２２のオリフィス
径調整で達成することができるが、一般のオゾン発生装
置はガス流量の制御は行っていないため、前記Ｌ／Ｇ比
の目標値を満たすことができないという問題がある。従
って可変速器１７による回転数制御によって可変速範囲
を制限する必要がある。

【００３９】又、管内圧力と被処理水２０の水量をコン
トロールすると相互干渉を受けることがあるため、圧力
の設定値は１.５（ｋｇｆ／ｃｍ²）を閾値として判断条
件を設定し、この閾値以上であれば開度調整は実施しな
い方法が適当である。

【００４０】次に図６に基づいて本実施例における制御
例１を説明する。図中の１１は前記オゾン接触槽、１６
は加圧渦流ポンプ、１５は流入管であり、この流入管１
５中に圧力計２５と流量計２６が配備されている。２７
はオゾン発生装置、２８は注入オゾン濃度コントロー
ラ、２９はオゾン注入率コントローラ、３０は処理水量
コントローラ、３１は急縮部開度コントローラである。
この急縮部開度コントローラ３１は急縮部２２内のオリ
フィス２２ａ（内径縮小部）の径長を変えるためのコン
トローラである。尚、オゾン接触槽１１と加圧渦流ポン
プ１６等の構成は図１により説明した通りである。

【００４１】かかる制御例１によれば、処理水量コント
ローラ３０には処理水量設定値３５と流量計２６で測定
された被処理水２０の流量信号が入力され、この処理水
量コントローラ３０から出力された処理水量目標値３６
が可変速器１７に入力されるとともに被処理水量信号３
７がオゾン注入率コントローラ２９に入力される。この
オゾン注入率コントローラ２９は、オゾン注入率設定値
３８と上記被処理水量信号３７とから注入オゾン濃度目
標値３９を求めて注入オゾン濃度コントローラ２８に出
力する。

【００４２】注入オゾン濃度コントローラ２８は上記入
力データからオゾン発生装置２７に対する制御信号４０
を発して該オゾン発生装置２７の駆動状態が制御され
る。通常制御信号４０は電力値としてオゾン発生装置２
７に入力され、且つオゾン発生装置２７からのオゾン発
生量は、流量計４１により計測されて注入オゾン濃度コ
ントローラ２８にフィードバックされる。従って本制御
例１はオゾン注入率一定制御が基本となっている。

【００４３】可変速器１７は前記処理水量コントローラ
３０から出力された処理水量目標値３６に基づいて加圧
渦流ポンプ１６の回転数信号４２を発することにより、
この加圧渦流ポンプ１６の駆動状態が制御される。更に
圧力計２５によって測定された被処理水の圧力信号４３
が急縮部開度コントローラ３１に入力されると、この急
縮部開度コントローラ３１は圧力信号４３と予め決定さ
れた圧力設定値４４から急縮部開度目標値４５を求めて
急縮部２２に出力する。この急縮部２２の開度によって
管内圧力は前記した通り１.５（ｋｇｆ／ｃｍ²）以上に
設定される。

【００４４】次に本実施例における制御例２を説明す
る。一般にオゾンガスの溶解度はヘンリーり法則に従っ
ており、その溶解度は分圧に比例する。このヘンリーの
法則を前記加圧型下方注入式オゾン接触槽で検証すると
図７の結果が得られる。図７は被処理水流量／オゾンガ
ス流量の比であるＬ／Ｇ比とオゾン注入率を一定とし
て、管内圧力を各４.０，２.０，１.０（ｋｇｆ／ｃ
ｍ²）とした場合の本オゾン接触槽における滞留時間と
溶存オゾン濃度の関係を示しており、横軸の滞留時間は
前記オゾン接触槽１１の高さ方向の長さを滞留時間に換
算した値（ｍｉｎ）である。図７からＬ／Ｇ比とオゾン
注入率が一定の条件下では、管内圧力を高くすると溶存
オゾン濃度も高くなる。従って圧力を操作因子とすれば
溶存オゾン濃度一定制御が可能であることが分かる。

【００４５】これにより図８に示す制御例２を実現し
た。制御例２の基本的構成は制御例１とほぼ類似してい
るため、同一の構成部分に同一の符号を付してあり、説
明の重複を避ける。

【００４６】即ち、この制御例２の場合には、前記制御
例１におけるオゾン注入率コントローラ２９に代えて溶
存オゾン濃度コントローラ３２を設けてあり、更にオゾ
ン処理水１０が流出する管路に、補助機能を持たせるた
めの溶存オゾン濃度計３３を配備している。他の構成は
制御例１と一致している。

【００４７】かかる制御例２によれば、溶存オゾン濃度
コントローラ３２には予め設定した溶存オゾン濃度設定
値４６と、補助データとしてオゾン処理水の溶存オゾン
濃度４７とが入力され、これらのデータから注入オゾン
濃度目標値３９を求めて注入オゾン濃度コントローラ２
８に入力し、注入オゾン濃度コントローラ２８がオゾン
発生装置２７に対する制御信号４０を発してオゾン発生
装置２７の駆動状態が制御される。以下の動作説明は制
御例１と同一である。

【００４８】本制御例２では管内圧力を１.５〜４.０
（ｋｇｆ／ｃｍ²）の範囲で可変することで溶存オゾン
濃度を一定に保つことが特徴となっている。但し加圧値
が加圧範囲内でも目標とする溶存オゾン濃度値に到達し
ない場合には、補助機能としてオゾン発生装置２７の注
入オゾン濃度を可変とすることもできる。

【００４９】次に本実施例における制御例３を説明す
る。即ち、上記制御例２では加圧値を主操作因子とした
制御であったのに対して、制御例３の場合は加圧値を一
定として前記図８における溶存オゾン濃度計３３から得
られる信号を主操作因子とする制御である。動作説明は
制御例２とほぼ一致しているので省略する。

【００５０】次に本実施例における制御例４を説明す
る。前記制御例２では圧力による溶存オゾン濃度一定制
御を提案したが、制御例４では圧力による紫外線吸光度
（ＵＶ値）の変化を実験的に検証した。本実験では加圧
による効果を確認するため、有機物量の指標であるＥ２
６０の除去特性の変化を測定した。その結果を図９に示
す。同図の縦軸はＥ２６０（周波数２６０ｎｍにおける
紫外線吸光度）の残存率Ｃｏ／Ｃｉ（流出濃度／初期濃
度）を示し、横軸はオゾン接触槽１１に設けた前記各サ
ンプリングポートを滞留時間に換算した値である。

【００５１】図９によれば、加圧３.９（ｋｇｆ／ｃ
ｍ²）の条件下では下方注入管吐出部（滞留時間が２０
秒程度）でＥ２６０の除去率が５３.５％に達してお
り、上向流滞留部では残存オゾンによる反応がみられず
平衡状態にある。オゾン注入率Ｄは２.３９（ｍｇ／
ｌ）、Ｌ／Ｇ比は１２.５５とした。他方で加圧なしで
０.２５（ｋｇｆ／ｃｍ²）の条件下では下方注入管吐出
部で急激な除去特性を示すが、上向滞留部でも減少傾向
がみられ、滞留時間７分におけるＥ２６０の時間率は３
８.３％であった。

【００５２】この結果からＬ／Ｇ比とオゾン注入率が一
定の条件下では加圧による有機物除去変化が確認できる
ことが判明した。従って加圧値を操作因子とすると、Ｕ
Ｖ値一定制御も可能となる。

【００５３】これにより図１０に示す制御例４を実現し
た。制御の基本的構成は制御例１と類似しているが、こ
の制御例４の場合には、前記制御例１におけるオゾン注
入率コントローラ２９に代えてＵＶ値コントローラ３４
を設けてあり、更にオゾン処理水１０が流出する管路に
補助機能としてＵＶ計５０を配備してある。他の構成は
制御例１と一致している。

【００５４】かかる制御例４によれば、ＵＶ値コントロ
ーラ３４には予め設定したＵＶ設定値５１とオゾン処理
水のＵＶ値５２とが入力され、これらのデータから注入
オゾン濃度目標値３９を求めて注入オゾン濃度コントロ
ーラ２８に入力し、注入オゾン濃度コントローラ２８が
オゾン発生装置２７に対する制御信号４０を発してオゾ
ン発生装置２７の駆動状態が制御される。以下の動作説
明は制御例１と同一である。

【００５５】本制御例４でも管内圧力を１.５〜４.０
（ｋｇｆ／ｃｍ²）の範囲で可変することでＵＶ値を一
定に保つことが特徴となっている。但し加圧値が加圧範
囲内でも目標とするＵＶ値に到達しない場合には、オゾ
ン発生装置２７の注入オゾン濃度を可変とすることもで
きる。

【００５６】次に本実施例における制御例５を説明す
る。即ち、上記制御例４では加圧値を主操作因子とした
制御であったのに対して、制御例５の場合は加圧値を一
定として前記図１０におけるＵＶ計５０から得られる信
号を主操作因子とする制御である。動作説明は制御例４
とほぼ一致しているので省略する。

【００５７】次に本発明にかかる制御を下方注入式多段
型オゾン接触槽に適用した例を説明する。図１１は本出
願人が先に特願平７−４８００２号として提案したオゾ
ン接触槽６０を示す概略図であり、この構成を簡単に説
明すると、オゾン接触槽６０の内方には底面から立ち上
がる隔壁６１，６２と上面から垂下された隔壁６３，６
４，６５が配設されていて、これらの各隔壁によってオ
ゾン接触槽６０の内部が第１反応室６６、第２反応室６
７、滞留室６８に区画されている。上記第１反応槽６
６、第２反応槽６７及び滞留槽６８は気相部が分離され
ているとともに液相部が相互に連通された越流式の複数
の反応室と滞留室を構成している。

【００５８】１５はオゾン接触槽６０に送り込まれる被
処理水２０の流入管であり、この流入管１５の中途部に
はキャピラリー散気部７０が設けられており、該流入管
１５の先端開口部１５ａはオゾン接触槽６０内の前記第
１反応室６６の底壁に対向する近傍位置にまで導入され
ている。１３は排オゾンガスの排出管である。

【００５９】２７はオゾン発生装置、８はガス放出管で
あり、このガス放出管８の先端部は上記キャピラリー散
気部７０に臨んだ位置まで延長されている。

【００６０】図２は上記キャピラリー散気部７０の具体
的な構成を示す拡大図であり、図示したように被処理水
の流入管１５の管径を部分的に小径に絞ったオゾンガス
インジェクター部７１が形成されていて、このオゾンガ
スインジェクター部７１に臨んで上方からオゾンガスの
注入ノズル７２が配置されている。

【００６１】上記オゾン接触槽６０の縦方向の長さは約
５〜６メートルであり、従来のＵチューブ型オゾン反応
槽の同部分の長さである２０〜３０メートルという長さ
が大幅に短縮されている。

【００６２】かかる下方注入式多段型オゾン接触槽６０
の基本的な操作として、被処理水２０を流入管１５に送
り込み、同時にオゾン発生装置２７を起動することによ
って発生したオゾンガスをガス放出管８と注入ノズル７
２を介してキャピラリー散気部７０に供給する。すると
被処理水２０の流速は、流入管１５の管径を部分的に小
径に絞ったキャピラリー散気部７０で高められ（０.５
〜２.０ｍ／ｓｅｃ）、同時に注入ノズル７２からオゾ
ンガスインジェクター部７１に注入されたオゾンガスと
被処理水２０とが効率良く混合されて高溶存オゾン水と
なり、且つ気液が接触しながら流下して流入管１５の先
端開口部１５ａから第１反応室６６に下降流として送り
込まれ、この第１反応室６６の底壁に当たって乱流状態
となってオゾンガスと被処理水２０との接触効率が高め
られる。

【００６３】このようにしてオゾンガスが混合された被
処理水２０はオゾン接触槽６０を構成する越流式の第１
反応室６６から第２反応室６７及び滞留室６８に順次送
り込まれ、所定の滞留時間を経た後に滞留室６８からオ
ゾン処理水１０として流出する。このような下方注入式
多段型オゾン接触槽６０に対しても本発明にかかる制御
方法を適用することができる。

【００６４】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明にか
かる加圧型下方注入式オゾン接触槽とその制御方法によ
れば、被処理水内にオゾン注入管を介してオゾンガスを
送り込んでから加圧渦流ポンプによって混合・微細気泡
化されて高溶存オゾン水となり、且つ可変速器により流
入水量が調整されてから急縮部によって管内圧力が所定
値に調整された下方注入管内を気液が接触しながら下降
して接触槽底壁に当たることによってオゾンガスと被処
理水との接触効率を高めることができるので、従来の散
気管方式のオゾン接触槽の滞留時間が１５分程度である
のに対して本オゾン接触槽の場合には５分〜８分程度の
滞留時間で同等の処理特性が得られる。

【００６５】上記の作用時に、被処理水に対するオゾン
反応の初期時には下方注入方式に基づいて拡散効率を充
分に高めて反応性の高い物質の除去が行われ、これによ
りオゾンガスの拡散が律速する初期段階の反応過程が促
進されるとともにオゾン反応の後期時には複数段のブロ
ック型接触槽による反応と滞留時間の確保により反応性
の低い物質の除去が行われて、オゾン反応が律速する後
期段階の反応が促進されるという効果が得られる。

【００６６】又、従来の深いＵチューブ型オゾン接触槽
の場合には、通水量が変動すると処理特性がばらついて
しまうのに対して、本実施例の制御例１の場合には、Ｌ
／Ｇ比を１０以上とし、管内圧力を１.５（ｋｇｆ／ｃ
ｍ²）以上としたことにより安定した処理特性が得られ
る。特に水量が著しく変動した場合にＬ／Ｇ比の目標値
が達成できない時でも管内圧力１.５（ｋｇｆ／ｃｍ²）
を閾値とすることによって水量変動に対応した最適なオ
ゾン注入率制御が可能となる。更に制御例２，３，４に
よれば、ヘンリーの法則に基づいて下方注入管内圧を調
整することにより、溶存オゾン濃度一定制御及びＵＶ濃
度一定制御が可能となり、且つ散気管方式に比べて目標
とする溶存オゾン濃度への到達時間は約１／２となり、
処理に要する時間が短縮される。

【００６７】本実施例にかかるオゾン接触槽は従来のＵ
チューブ反応槽のように２０〜３０メートルの長さに形
成しなくてもよいので、装置の大型化を伴わずに被処理
水に対するオゾンガスの吸収効率を高めることができ
る。更にオゾンガスによって酸化された鉄とかマンガン
の付着による目詰まり等に伴う経時的な吸収効率低下現
象を防止することができる。

【００６８】更にＵチューブ型オゾン反応槽のように施
設の建設工事が複雑になるという問題もなく、建設コス
トの低廉化がはかれるとともに、反応槽内に貯留される
堆積物の除去とか槽内の清掃を簡便に行うことが可能と
なり、しかも反応槽の底部近傍で障害が発生しても直ち
に処置することができるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる加圧型下方注入式オゾン接触槽
の一実施例を全体的に示す概略図。

【図２】図１の要部を部分的に示す拡大図。

【図３】図１の他の要部を部分的に示す拡大図。

【図４】オゾン吸収効率η（％）とＬ／Ｇ比の関係を示
すグラフ。

【図５】オゾン吸収効率η（％）と管内圧力（ｋｇｆ／
ｃｍ²）の関係を示すグラフ。

【図６】本実施例における制御例１を説明するための概
要図。

【図７】本オゾン接触槽における滞留時間と溶存オゾン
濃度の関係を示すグラフ。

【図８】本実施例における制御例２を説明するための概
要図。

【図９】Ｅ２６０の残存率Ｃｏ／Ｃｉとオゾン滞留時間
の関係を示すグラフ。

【図１０】本実施例における制御例４を説明するための
概要図。

【図１１】本実施例を適用した下方注入式多段型オゾン
接触槽の構成を全体的に示す概略図。

【図１２】図１１の要部を部分的に示す拡大図。

【図１３】通常の散気管型オゾン反応槽の一例を示す要
部断面図。

【図１４】通常のＵチューブ型オゾン接触槽の構造を示
す概略図。

【符号の説明】

１１…オゾン接触槽 １１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ…ブロック型
接触槽 １２…処理水タンク １４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１４ｆ，１
４ｇ，１４ｈ…サンプリングポート １５…流入管 １６…加圧渦流ポンプ １７…可変速器 １８…オゾン注入管 ２１…下方注入管 ２２…急縮部 ２５…圧力計 ２６…流量計 ２７…オゾン発生装置 ２８…注入オゾン濃度コントローラ ２９…オゾン注入率コントローラ ３０…処理水量コントローラ ３１…急縮部開度コントローラ ３２…溶存オゾン濃度コントローラ ３３…溶存オゾン濃度計 ３４…ＵＶ値コントローラ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 後藤 浩之 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】 最下段から上段に向けて複数段に分割さ
   れているとともに被処理水が滞留しながら流通可能なブ
   ロック型接触槽の重合体で成るオゾン接触槽と、上記オ
   ゾン接触槽に送り込まれる被処理水の流入部に配備さ
   れ、被処理水とオゾンガスとを気液混合する加圧渦流ポ
   ンプ及び被処理水の流入水量調整用の可変速器と、オゾ
   ン接触槽内に縦方向に挿入配置され、前記気液混合され
   た被処理水が下降流として落下する下方注入管と、オゾ
   ン接触槽の底壁に対向する部位に形成された下方注入管
   の先端開口部近傍に形成された管内圧力調整用の急縮部
   とを備えてなることを特徴とする加圧型下方注入式オゾ
   ン接触槽。
2. 【請求項２】 被処理水の流入部に被処理水とオゾンガ
   スとを気液混合する加圧渦流ポンプ、及び被処理水の流
   入水量を調整する可変速器を配備するとともに、オゾン
   接触槽内に縦方向に挿入配置された下方注入管の先端開
   口部近傍でオゾン接触槽の底壁に対向する部位に形成さ
   れた急縮部とを備えた加圧型下方注入式オゾン接触槽に
   おいて、 被処理水の流入管に圧力計と流量計を配備し、更に該オ
   ゾン接触槽に注入オゾン濃度コントローラ、オゾン注入
   率コントローラ、処理水量コントローラ、急縮部開度コ
   ントローラを配備して、予め設定した処理水量設定値と
   上記流量計で測定された被処理水の流量から処理水量コ
   ントローラが処理水量目標値を可変速器に出力するとと
   もに、被処理水量信号とオゾン注入率設定値とからオゾ
   ン注入率コントローラが注入オゾン濃度目標値を求めて
   注入オゾン濃度コントローラに出力し、更に圧力計によ
   る被処理水の圧力信号と、予め決定された圧力設定値か
   ら急縮部開度コントローラが求めた急縮部開度目標値に
   基づいて前記急縮部の開度を調整するようにしたことを
   特徴とする加圧型下方注入式オゾン接触槽の制御方法。
3. 【請求項３】 被処理水の流入部に被処理水とオゾンガ
   スとを気液混合する加圧渦流ポンプ、及び被処理水の流
   入水量を調整する可変速器を配備するとともに、オゾン
   接触槽内に縦方向に挿入配置された下方注入管の先端開
   口部近傍でオゾン接触槽の底壁に対向する部位に形成さ
   れた急縮部とを備えた加圧型下方注入式オゾン接触槽に
   おいて、 被処理水の流入管に圧力計と流量計を配備するととも
   に、オゾン処理水の管路に溶存オゾン濃度計を配備し、
   更に該オゾン接触槽に注入オゾン濃度コントローラ、溶
   存オゾン濃度コントローラ、処理水量コントローラ、急
   縮部開度コントローラを配備して、予め設定した処理水
   量設定値と上記流量計で測定された被処理水の流量から
   処理水量コントローラが処理水量目標値を可変速器に出
   力するとともに、溶存オゾン濃度信号と予め設定した溶
   存オゾン濃度設定値とから溶存オゾン濃度コントローラ
   が注入オゾン濃度目標値を求めて注入オゾン濃度コント
   ローラに出力し、更に圧力計による被処理水の圧力信号
   と、予め決定された圧力設定値から急縮部開度コントロ
   ーラが求めた急縮部開度目標値に基づいて前記急縮部の
   開度を調整するようにしたことを特徴とする加圧型下方
   注入式オゾン接触槽の制御方法。
4. 【請求項４】 被処理水の流入部に被処理水とオゾンガ
   スとを気液混合する加圧渦流ポンプ、及び被処理水の流
   入水量を調整する可変速器を配備するとともに、オゾン
   接触槽内に縦方向に挿入配置された下方注入管の先端開
   口部近傍でオゾン接触槽の底壁に対向する部位に形成さ
   れた急縮部とを備えた加圧型下方注入式オゾン接触槽に
   おいて、 被処理水の流入管に圧力計と流量計を配備するととも
   に、オゾン処理水の管路に紫外線吸光度計を配備し、更
   に該オゾン接触槽に注入オゾン濃度コントローラ、紫外
   線吸光度コントローラ、処理水量コントローラ、急縮部
   開度コントローラを配備して、予め設定した処理水量設
   定値と上記流量計で測定された被処理水の流量から処理
   水量コントローラが処理水量目標値を可変速器に出力す
   るとともに、オゾン処理水の紫外線吸光度信号と予め設
   定した紫外線吸光度設定値とから紫外線吸光度コントロ
   ーラが注入オゾン濃度目標値を求めて注入オゾン濃度コ
   ントローラに出力し、更に圧力計による被処理水の圧力
   信号と、予め決定された圧力設定値から急縮部開度コン
   トローラが求めた急縮部開度目標値に基づいて前記急縮
   部の開度を調整するようにしたことを特徴とする加圧型
   下方注入式オゾン接触槽の制御方法。
5. 【請求項５】 前記オゾン接触槽として、このオゾン接
   触槽の内方を気相部が分離されているとともに液相部が
   相互に連通された越流式の第１反応室、第２反応室及び
   滞留室に区画する一方、上記オゾン接触槽に送り込まれ
   る被処理水の流入管の中途部に、この流入管の管径を部
   分的に小径に絞ったオゾンガスインジェクター部が形成
   されたキャピラリー散気部を設け、該流入管の先端開口
   部をオゾン接触槽内の前記第１反応室の底壁に対向する
   近傍位置にまで導入した多段型オゾン接触槽を用いたこ
   とを特徴とする請求項２，３，４記載の加圧型下方注入
   式オゾン接触槽の制御方法。