JPH1028981A - 塩素消毒処理システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 効率的な薬剤の注入で、結合塩素の残留量を
適正に制御する。 【解決手段】 自動有効塩素・モノクロラミン測定器３
０により、モノクロラミンとジクロラミンを分離して測
定する。また、自動アンモニア測定器３２においてアン
モニア性窒素を測定する。そして、これら測定値を制御
装置２０に供給する。制御装置２０は、両測定値から、
モノクロラミンとアンモニア性窒素の比が１：４にな
り、ジクロラミンが実質的に存在しなくなるように、次
亜塩素酸ナトリウム貯槽２２からの塩素注入量及び硫酸
アンモニウム水溶液貯槽２６からのアンモニア注入量を
制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、上水や工業用水を
製造する浄水処理等における消毒処理システム、特に結
合型塩素を用いる塩素消毒処理に関する。

【０００２】

【従来の技術】水中に存在する大腸菌や一般細菌等を死
滅及び増殖抑制をする方法はこれまで種々提案されてい
る。この中で、塩素の酸化力を利用する塩素消毒は、最
も広く採用されている方法である。

【０００３】この塩素消毒には、塩素を遊離塩素の形態
で消毒する方法と、アンモニアと反応して得られる結合
塩素（クロラミン）の形態で消毒する方法の２種類があ
る。なお、遊離塩素と結合塩素の和を有効塩素という。
しかし、現在のところ、遊離型塩素の形態で行う消毒が
一般的に採用されている。これは、遊離塩素の形態で消
毒を行う方法によれば、塩素の注入量に対して浄水中の
塩素濃度つまり殺菌力が一次的に変化するので、制御す
るのに有利であり、またその殺菌力が高いからである。

【０００４】ここで、この遊離型塩素を利用する消毒方
法では、発ガン性物質とされているトリハロメタンを生
成してしまう可能性が危惧されている。すなわち、水道
水（上水）を製造する浄水場においては、通常河川水や
ダム湖沼水を原水とし、これを浄化処理している。そし
て、これら原水には、各種の有機物が含まれており、フ
ミン酸等のトリハロメタン前駆物質も含まれている場合
が多い。このため、浄水処理において、遊離型塩素を用
いて、消毒処理を行うとトリハロメタンが生成される可
能性がある。

【０００５】一方、浄水処理の過程でトリハロメタンが
生成された場合には、これを除去することも可能であ
る。しかし、浄水処理後に遊離型塩素を残留させ給水す
る方法を採ると、配水管内等で残留するトリハロメタン
前駆物質と遊離塩素とが反応し、トリハロメタンが生成
する可能性がある。そして、場合によっては、給水栓出
口でのトリハロメタンの濃度がかなり高くなってしまう
ことも考えられる。

【０００６】一方、結合塩素の形態で消毒を行う方法
は、遊離塩素に比べ殺菌力は数十分の一と低いが、トリ
ハロメタンの生成がほとんどない。従って、通常の遊離
塩素による塩素消毒処理後の水に所定量のアンモニア
（通常アンモニウム塩）を添加して、水中に残留する遊
離塩素を結合塩素にする方法が提案されている。これに
よって、殺菌力を維持しつつ、配水管内でのトリハロメ
タンの生成を防止することができる。

【０００７】ここで、一般にアンモニアと塩素の反応に
は、不連続点（ブレークポイント）が存在することが知
られている。これについて、ｐＨが中性付近であること
を前提に説明する。アンモニアに対する塩素の割合を０
から徐々に増加させていくと、図２に示すごとく始めは
塩素の割合が増すに従って、ほとんどがモノクロラミン
となり有効塩素量が増加する。ところが、ある割合（塩
素：アンモニア性窒素＝１：５程度）に達するとジクロ
ラミンの割合を増しながらモノクロラミンが減少し始
め、有効塩素量も減少を始める。そして、更に塩素の割
合が増すと、有効塩素がほとんど存在しない点つまり不
連続点にいたる。なお、この不連続点を超えて塩素の割
合を増加させると、遊離塩素とトリクロラミンが増加し
て有効塩素が増加する。このように、不連続点を超える
までの塩素とアンモニアの反応は、複雑で場合によって
有効塩素が消失してしまう可能性がある。

【０００８】そこで、結合塩素を利用する場合には、た
とえ塩素の割合が多少増加しても有効塩素が消失するよ
うな事態にならないようにするために、塩素の増加に対
して有効塩素量が増加する範囲、すなわち塩素の割合増
加に伴い有効塩素が増加する範囲（例えば図２の場合は
塩素添加率０〜５の範囲）に塩素とアンモニア性窒素の
割合をコントルールするのが好ましい。

【０００９】しかしながら、河川水等比較的水質変動の
大きい原水を処理する場合、遊離塩素による消毒後に残
留する遊離塩素の量が大きく変動する。従って、アンモ
ニアの添加だけでは、配水における有効塩素量を所定値
に維持することができず、場合によっては塩素の添加も
必要となる。すなわち、配水（配水タンク中の処理水）
における有効塩素量を検出し、この検出値に基づいて塩
素の添加量を制御する、具体的には検出された有効塩素
量が所定値より少ない場合は塩素の添加量を増加するこ
とになる。

【００１０】ところが、上述のように、塩素の添加量を
増加することで不連続点に近づき、有効塩素量が減少し
てしまう場合がある。そこで、通常の場合には、アンモ
ニアと塩素の両方の添加量を制御することで、処理水中
の有効塩素量を所定値に制御していた。すなわち、アン
モニアと塩素の両方の添加量を増減すれば、この増減に
伴って有効塩素も増減するため、不連続点のことは考慮
せずに、通常の制御と同様の制御が行える。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このように、
アンモニアと塩素の両方を一緒に増減する方法である
と、塩素剤（例えば、次亜塩素酸ナトリウム、塩素ガ
ス、次亜塩素酸カルシウムなど）及びアンモニア剤（硫
酸アンモニウムなど）が、過剰に供給されて不経済とな
る場合がある。

【００１２】すなわち、塩素の比率の増加に伴い有効塩
素量が減少する傾向の位置にある場合（図２においては
塩素添加率５〜１０の範囲）には、単に塩素の添加量を
減少することで、有効塩素量を上昇できる。このような
場合に、塩素及びアンモニアの両方の添加量を増加させ
るのは効率が悪い。

【００１３】本発明は、上記課題に鑑みなされたもので
あり、薬剤の効率の良い添加により確実な有効塩素量を
確保できる塩素消毒処理システムを提供することを目的
とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、水の塩素消毒
を行う塩素消毒処理システムであって、被処理水に塩素
剤を添加する塩素添加手段と、被処理水にアンモニア剤
を添加するアンモニア添加手段と、塩素及びアンモニア
の添加された処理水における結合型塩素をモノクロラミ
ンとジクロラミンとに分けて測定するクロラミン測定手
段と、このクロラミン測定手段により得た測定値に基づ
きアンモニア添加手段及び塩素添加手段における添加量
を制御する制御手段と、を有することを特徴とする。

【００１５】このように、クロラミン測定手段は、モノ
クロラミンとジクロラミンの両方を別々に測定する。ア
ンモニアが存在する水に塩素を徐々に添加していくと、
当初モノクロラミンが生成され、有効塩素量が増加して
いくが、アンモニア性窒素と、塩素の比が５：１を超え
たあたりから、ジクロラミンが生成され始め、有効塩素
量が減少し始める。

【００１６】本発明では、モノクロラミンとジクロラミ
ンの両方を測定するため、結合塩素の組成を知ることが
できる。そこで、塩素とアンモニアの比を塩素の増加に
伴い有効塩素が増加する位置、すなわち、主としてモノ
クロラミンが生成され、ジクロラミンが実質的に存在し
ない位置に制御することができる。従って、塩素及びア
ンモニアを常に最適な添加量として、必要な有効塩素量
を確保することができる。

【００１７】また、本発明は、さらに、処理水のアンモ
ニア濃度を測定するアンモニア測定手段を有し、上記制
御手段は、アンモニア測定手段の測定値も利用してアン
モニア添加手段及び塩素添加手段における添加量を制御
することを特徴とする。

【００１８】このように、アンモニアについても測定し
ておくことによって、より適切な塩素剤及びアンモニア
剤の添加量制御を行うことができる。

【００１９】また、本発明は、さらに、処理水のｐＨを
調整するｐＨ調整手段を有することを特徴とする。ｐＨ
を調整することによって、モノクロラミンとジクロラミ
ンの存在比を常に所定のものに維持することができ、よ
り正確な塩素剤及びアンモニア剤の添加量制御を行うこ
とができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明に好適な実施の形態
（以下、実施形態という）について、図面に基づいて説
明する。図１に、実施形態の一例の構成を示す。

【００２１】まず、河川水等の流入水を凝集沈殿池１０
に流入する。この凝集沈殿池１０では、流入水に対し、
アルミ系の凝集剤などによる凝集沈殿処理を施す。そし
て、凝集沈殿処理水は、急速ろ過池１２に供給され、こ
こで急速ろ過処理を受ける。

【００２２】ここで、本実施形態では、凝集沈殿処理水
に対し、中間塩素処理を遊離塩素処理で行う。このため
に、第１の次亜塩素酸ナトリウム貯槽１４からの次亜塩
素酸ナトリウムを第１の次亜塩素酸ナトリウム注入ポン
プ１６により凝集沈殿処理水に添加し、これを急速ろ過
池１２に供給する。従って、急速ろ過池１２において、
塩素による消毒が行われる。この時の次亜塩素酸ナトリ
ウムの添加量は、通常の処理と同様に、不連続点を超え
て塩素を添加する遊離塩素処理、すなわち、急速ろ過池
１２の出口水中に所定量の遊離塩素が残留し、アンモニ
ア性窒素が存在しないように処理している。

【００２３】ここで、この中間塩素処理における次亜塩
素酸ナトリウムの添加量は、塩素要求量計等を利用し
て、適切なものに制御される。さらに、急速ろ過池１２
の出口には、遊離塩素濃度を測定する自動遊離塩素測定
器１８が設けられている。この自動遊離塩素測定器１８
の出力は制御装置２０に供給されており、この制御装置
２０が第１の次亜塩素酸ナトリウム注入ポンプ１６を制
御して、次亜塩素酸ナトリウムの添加量が適切な量にな
るように制御している。

【００２４】しかし、このような制御をしても、急速ろ
過池１２の出口における遊離塩素濃度は原水水質の変動
や制御の時間遅れ等の要因によってかなり変化する。そ
こで、第２の次亜塩素酸ナトリウム貯槽２２と第２の次
亜塩素酸ナトリウム注入ポンプ２４が設けられており、
遊離塩素濃度が所定の値より少ない場合は不足分の塩素
を急速ろ過池１２の処理水に添加する。すなわち、制御
装置２０が、自動遊離塩素測定器１８の測定値に応じ
て、第２の次亜塩素酸ナトリウム注入ポンプ２４を制御
し、急速ろ過池１２の出口水に不足分の遊離塩素を供給
する。

【００２５】さらに、本実施形態では、硫酸アンモニウ
ム水溶液貯槽２６からの２％硫酸アンモニウム溶液を硫
酸アンモニウム水溶液注入ポンプ２８により急速ろ過池
１２の出口水に添加して、ここに含有されている遊離塩
素を結合塩素とする。

【００２６】この硫酸アンモニウムの添加量も制御装置
２０によって硫酸アンモニウム水溶液注入ポンプ２８を
制御することによって調整する。ここで、この硫酸アン
モニウムの添加は、モノクロラミンは生成するがジクロ
ラミンは生成されないようにするために例えば塩素とア
ンモニア性窒素の比が１：４になるように行う。

【００２７】すなわち、急速ろ過池１２の出口での遊離
塩素濃度は自動遊離塩素測定器１８によって測定され、
目標値よりも少ない場合は第２の次亜塩素酸ナトリウム
貯槽２２より次亜塩素酸ナトリウムの不足分を加え、硫
酸アンモニウムを硫酸アンモニウム水溶液貯槽２６より
硫酸アンモニウム水溶液注入ポンプ２８にてほぼ一定量
加える。一方、遊離塩素が目標値よりも多い場合は、塩
素とアンモニアの比率が１：４になるように硫酸アンモ
ニウムのみを遊離塩素に比例して加える。

【００２８】しかし、これらの操作は第２の次亜塩素酸
ナトリウム注入ポンプ２４及び硫酸アンモニウム水溶液
注入ポンプ２８の出力を自動的に調整しているだけであ
り、注入する薬品の有効濃度の変化や水質変動に対して
補正を行っていないため、実際に生成する結合塩素濃度
と目標値は必ずしも一致しない。そこで、本実施形態で
は、実際の有効塩素量及びモノクロラミン量を自動有効
塩素・モノクロラミン測定器３０にて測定するととも
に、アンモニア性窒素濃度を自動アンモニア測定器３２
にて測定する。この測定は、２〜１０分間隔で行い、測
定値は制御装置２０に供給される。制御装置２０は、各
測定値に基づき、次亜塩素酸ナトリウムと硫酸アンモニ
ウムの過不足を判定し、次亜塩素酸ナトリウム注入用の
第２の次亜塩素酸ナトリウム注入ポンプ２４と、硫酸ア
ンモニウム注入用の硫酸アンモニウム水溶液注入ポンプ
２８の出力を調整する。

【００２９】また、この時の急速ろ過池１２の出口水の
ｐＨは、ｐＨ測定器３４にて測定される。そして、この
測定値は制御装置２０に供給される。制御装置２０は、
上記出口水のｐＨが、７．５±０．５となるように、硫
酸貯槽３６より硫酸注入ポンプ３８にて硫酸を注入、あ
るいは水酸化ナトリウム水溶液貯槽４０より水酸化ナト
リウム水溶液注入ポンプ４２にて水酸化ナトリウム溶液
を注入制御する。これによって、結合塩素を生成する処
理におけるｐＨを所定の範囲に収めることができる。な
お、処理済水は、浄水池４４を介し、配水される。

【００３０】ここで、結合塩素の生成について、説明す
る。必要な有効塩素量を確保し、モノクロラミンを主な
消毒剤とするには、塩素量とアンモニア量及びこれらの
比率を制御する必要がある。ｐＨ７．５の場合モノクロ
ラミン、ジクロラミン、残留アンモニア性窒素濃度は、
図２のような関係となる。従って、これらを測定するこ
とにより、任意の結合有効塩素濃度とするには、塩素を
減らすのか、アンモニアを増やすのか、塩素とアンモニ
アを増やすのか、塩素とアンモニアを減らすのかが判断
できる。

【００３１】そこで、制御装置２０は、第２の次亜塩素
酸ナトリウム注入ポンプ２４、硫酸アンモニウム水溶液
注入ポンプ２８を制御して、結合塩素（モノクロラミ
ン）が目標値になるとともに、ジクロラミンが存在しな
いようにする。これによって、図２における有効塩素量
が登り勾配のところ（図２において直線ｌの左側の領
域）に制御することができ、塩素剤及びアンモニア剤の
添加量を適切なものにできる。

【００３２】例えば、点の場合は、アンモニアはその
ままで塩素を減らせば良く、点の場合は塩素はそのま
までアンモニアを増やせば良く、また点の場合は塩素
とアンモニアを比率を一定として増し、点の場合は比
率は一定でともに減らせば良い。

【００３３】また、本実施形態では、自動有効塩素・モ
ノクロラミン測定器３０により、モノクロラミン、ジク
ロラミンを別々に測定している。この分析は、試薬にフ
ェニル・アルセン・オキサイド（以後ＰＡＯ）を用いた
電流滴定法によって行う。

【００３４】この分析方法は一般に知られているが、こ
の滴定を自動滴定装置にて行う。この際の測定方法は以
下に示すとおりである。

【００３５】（ｉ）測定試料水のｐＨを７に調整する。

【００３６】（ｉｉ）ＰＡＯを用いて電流滴定を行い遊
離塩素濃度を求める。この滴定により遊離塩素は中和さ
れる。

【００３７】（ｉｉｉ）同じ試料水にヨウ化カリウムを
加えて、再度ＰＡＯを用いて電流滴定を行いモノクロラ
ミン濃度を求める。この滴定によりモノクロラミンは中
和される。

【００３８】（ｉｖ）同じ試料水でｐＨを４に調整し、
さらにヨウ化カリウムを加えて、ＰＡＯを用いて電流滴
定を行い、ジクロラミン濃度を測定する。

【００３９】そして、自動有効塩素・モノクロラミン測
定器３０では、これら一連の分析操作を自動的に行い、
遊離塩素、モノクロラミン、ジクロラミンの濃度を別々
に出力して、制御装置２０に供給する。

【００４０】

【実施例】

（例１）例えば、急速ろ過池１２出口での残留塩素の目
標値は２ｍｇ／ｌであり、自動遊離塩素測定器１８にて
測定された遊離残留塩素濃度が１．０ｍｇ／ｌであった
とする。この場合、第２の次亜塩素酸ナトリウム注入ポ
ンプ２４にて計算上有効塩素が１．０ｍｇ／ｌ追加され
るように注入する。硫酸アンモニウムは硫酸アンモニウ
ム水溶液注入ポンプ２８にて目標値である０．５ｍｇ／
ｌ（２÷４）となるように注入する。

【００４１】硫酸アンモニウムを注入後１０〜３０分経
過後の処理水のアンモニア性窒素濃度を自動アンモニア
測定器３２にて測定し、また有効塩素濃度及びモノクロ
ラミン濃度を自動有効塩素・モノクロラミン測定器３０
にて測定し、それらの値を制御装置２０に供給する。制
御装置２０は、自動アンモニア測定器３２及び自動有効
塩素・モノクロラミン測定器３０から供給される測定値
に基づき、図２におけるどの位置にあるかを正確に把握
し、これが目標位置にあるように、第２の次亜塩素酸ナ
トリウム注入ポンプ２４及び硫酸アンモニウム水溶液注
入ポンプ２８を調整する。

【００４２】有効塩素−モノクロラミン濃度＝ジクロラ
ミン濃度となる。そこで、例えば有効塩素濃度が目標値
である２ｍｇ／ｌよりも低く、ジクロラミンが存在し、
アンモニア性窒素濃度が０．２ｍｇ／ｌ以下の場合、つ
まり図２の点のような場合には、アンモニア性窒素濃
度に対する塩素濃度が高い。このため、第２の次亜塩素
酸ナトリウム注入ポンプ２４による次亜塩素酸ナトリウ
ムの注入量を低減する。これにより、有効塩素濃度を目
標値まで上昇させ、かつジクロラミンが存在しないよう
にすることができる。

【００４３】（例２）例えば、急速ろ過池１２出口での
残留塩素の目標値を２ｍｇ／ｌとし、自動遊離塩素測定
器１８にて測定された遊離残留塩素濃度が２．５ｍｇ／
ｌであった場合、第１の次亜塩素酸ナトリウム注入ポン
プ１６の出力をそれまでの出力を１００％とした場合の
８０％に落とす。硫酸アンモニウムは硫酸アンモニウム
水溶液注入ポンプ２８にて目標値である０．５ｍｇ／ｌ
より増加して０．６３ｍｇ／ｌ（２．５÷４）となるよ
うに注入される。この時、第２の次亜塩素酸ナトリウム
注入ポンプ２４の出力は、０％となる。

【００４４】硫酸アンモニウムを注入後１０〜３０分経
過後の被処理水のアンモニア性窒素濃度を自動アンモニ
ア測定器３２にて、また有効塩素濃度及びモノクロラミ
ン濃度を自動有効塩素・モノクロラミン測定器３０にて
測定し、それらの値を制御装置２０に供給する。制御装
置２０は、供給される測定値を演算して第２の次亜塩素
酸ナトリウム注入ポンプ２４及び硫酸アンモニウム水溶
液注入ポンプ２８の出力を調整する。

【００４５】有効塩素−モノクロラミン濃度＝ジクロラ
ミン濃度となるが、例えば有効塩素濃度が目標よりも高
く、ジクロラミンが存在せず、アンモニア性窒素濃度が
０．５ｍｇ／ｌ以上の場合、つまり図２の点のような
場合アンモニア性窒素濃度、塩素濃度はともに高いが、
第２の次亜塩素酸ナトリウム注入ポンプ２４の出力は０
％であるので、第１の次亜塩素酸ナトリウム注入ポンプ
１６によって制御される急速ろ過池１２出口での残留遊
離塩素濃度が目標値以下となるまで第２の次亜塩素酸ナ
トリウム注入ポンプ２４のフィードバック制御はなされ
ない。

【００４６】ただし、基本的には、急速ろ過池１２出口
での遊離残留塩素濃度は目標値以下となるように、運転
を行うのでこのようなケースはほとんど起こらない。つ
まり通常は急速ろ過池１２出口で不足する遊離塩素を補
足する第２の次亜塩素酸ナトリウム注入ポンプ２４の出
力と硫酸アンモニウム水溶液注入ポンプ２８の出力を自
動アンモニア測定器３２及び自動有効塩素・モノクロラ
ミン測定器３０より得られた値を演算し、フィードバッ
クして補正する。

【００４７】以上説明したように、本発明によれば、モ
ノクロラミン、ジクロラミン、ｐＨ及びアンモニア性窒
素濃度を測定することにより、不連続点に対してどこに
位置しているのかが明確になる。従って、モノクロラミ
ンを任意の濃度にするのに、塩素を減らすのか、アンモ
ニアを増やすのか、塩素とアンモニアを増やすのかが判
断できる。従って、自動運転で安定した制御を行うこと
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施形態の構成を示す図である。

【図２】 塩素とアンモニア性窒素の注入比率の変化と
生成する塩素の形態とその比率の一例を示した説明図で
ある。

【符号の説明】

１０ 凝集沈殿池、１２ 急速ろ過池、１４，２２ 次
亜塩素酸ナトリウム貯槽、１６，２４ 次亜塩素酸ナト
リウム注入ポンプ、１８ 自動遊離塩素測定器、２０
制御装置、２６ 硫酸アンモニウム水溶液貯槽、２８
硫酸アンモニウム水溶液注入ポンプ、３０ 自動有効塩
素・モノクロラミン測定器、３２ 自動アンモニア測定
器、３４ ｐＨ測定器、３６ 硫酸貯槽、３８ 硫酸注
入ポンプ、４０ 水酸化ナトリウム水溶液貯槽、４２
水酸化ナトリウム水溶液注入ポンプ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ０２Ｆ 1/50 ５４０ Ｃ０２Ｆ 1/50 ５４０Ｂ ５５０ ５５０Ｌ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水の塩素消毒を行う塩素消毒処理システ
   ムであって、 被処理水に塩素剤を添加する塩素添加手段と、 被処理水にアンモニア剤を添加するアンモニア添加手段
   と、 塩素及びアンモニアの添加された処理水における結合型
   塩素をモノクロラミンとジクロラミンとに分けて測定す
   るクロラミン測定手段と、 このクロラミン測定手段により得た測定値に基づきアン
   モニア添加手段及び塩素添加手段における添加量を制御
   する制御手段と、 を有することを特徴とする塩素消毒処理システム。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のシステムにおいて、 さらに、 処理水のアンモニア濃度を測定するアンモニア測定手段
   を有し、 上記制御手段は、アンモニア測定手段の測定値も利用し
   てアンモニア添加手段及び塩素添加手段における添加量
   を制御することを特徴とする塩素消毒処理システム。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載のシステムにお
   いて、 さらに、 処理水のｐＨを調整するｐＨ調整手段を有することを特
   徴とする塩素消毒処理システム。