(57)【要約】【課題】オゾン微細気泡を用いる下水再生設備において、運転条件に対応した微細気泡生成のシミュレーション機能を有し、必要な酸化剤注入量や微細気泡生成のためのポンプ運転条件などを出力することにより、経済性が高く、また、高い水質の再生水を供給できる水処理設備のプロセス制御装置を提供する。【解決手段】下水再生プロセス制御装置１は、データ設定装置２０と、計測データ設定装置４０と、シミュレーション装置６０と、最適条件選択出力装置８０と、データベース９０とを備える。シミュレーション装置６０は、設定したデータ用いた水処理シミュレーションを行い、オゾン生成電力とポンプ電力と排オゾン処理電力を計算してデータベース９０を作成する。最適条件選択出力装置８０は、オゾン生成電力とポンプ電力と排オゾン処理電力の和を最小化する運転条件を出力する。【選択図】図２
2008126110.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
オゾンガス発生装置から供給されたオゾンガスを被処理水中に混合する混合手段と、
前記混合手段によって混合された気体混合水を加圧溶解する溶解手段と、
前記溶解手段によって加圧溶解された気体溶解水を減圧し、オゾン微細気泡を発生する減圧発泡手段とを備え、
前記混合手段と、前記溶解手段と、前記減圧発泡手段とによって微細気泡生成ループを形成する水処理設備に用いられ、
被処理水をオゾン微細気泡と接触させることによって処理する水処理設備のプロセス制御装置であって、
オゾン微細気泡を対象とする水処理シミュレーション装置を備え、
前記水処理シュミレーション装置によって、微細気泡生成圧力と供給オゾン濃度を求め、前記シュミレーション結果によって求められた微細気泡生成圧力と供給オゾン濃度に基づいて、微細気泡を生成するポンプ出力と前記オゾンガス発生装置による供給オゾン濃度を制御することを特徴とする水処理設備のプロセス制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の水処理設備のプロセス制御装置において、
被処理水を取水して前記オゾン微細気泡と接触させて反応を行い処理水を配水する接触槽を備え、
前記微細気泡生成ループが前記接触槽と循環流路を形成し、
前記接触槽内の被処理水の一部を抽水して前記微細気泡生成ループの循環水として供給し、生成したオゾン微細気泡を含む循環水を前記接触槽に注入することを特徴とする水処理設備のプロセス制御装置。
【請求項３】
請求項１記載の水処理設備のプロセス制御装置において、
前記接触槽寸法とオゾンガス供給流量と微細気泡生成ループ循環水流量と微細気泡生成圧力を設定するデータ設定装置と、
被処理水水質データを設定する計測データ設定装置とを備え、
前記水処理シミュレーション装置は、水処理モデル演算手段と気泡生成モデル演算手段と被処理水オゾン吸収効率演算手段からなり、
前記データ設定装置により、前記接触槽寸法と被処理水流量と被処理水水質とオゾンガス供給流量と微細気泡生成ループ循環水流量と微細気泡生成圧力と接触槽水位のデータを複数設定し、
前記水処理シミュレーション装置は、複数の設定値のそれぞれについて水処理シミュレーションによってオゾン生成電力と微細気泡を生成するポンプ電力と排オゾン処理電力を計算してデータベースを作成し、
前記オゾン生成電力とポンプ電力と排オゾン処理電力の和を最小化する微細気泡生成圧力と供給オゾン濃度を求める最適条件選択出力装置を備えることを特徴とする水処理設備のプロセス制御装置。
【請求項４】
請求項３記載の水処理設備のプロセス制御装置において、
前記気泡生成モデル演算手段は、
オゾンガス供給流量と微細気泡生成ループ循環水流量設定値から算術計算によって微細気泡生成ループ気液比を求め、
前記微細気泡生成ループ気液比と微細気泡生成圧力設定値から実験相関関数を用いて全気相流量に対する微細気泡の体積流量比である微細気泡生成率を求め、
前記全気相流量から微細気泡体積流量を減じて粗大気泡生成率を求め、
前記微細気泡生成圧力設定値から実験相関関数を用いて微細気泡最頻径を求め、
微細気泡最頻径から半理論式を用いて微細気泡上昇速度を算出するとともに、
前記微細気泡生成圧力設定値と前記微細気泡生成ループ循環水流量設定値からポンプ消費電力曲線を用いてポンプ電力を求めることを特徴とする水処理設備のプロセス制御装置。
【請求項５】
請求項３記載の水処理設備のプロセス制御装置において、
被処理水オゾン吸収効率演算手段は、
微細気泡上昇速度と接触槽水位設定値から相関関数を用いて微細気泡吸収効率を求め、
前記接触槽水位設定値から相関関数を用いて粗大気泡吸収効率を求め、
微細気泡生成率に前記微細気泡吸収効率を乗じたものと、粗大気泡生成率に前記粗大気泡吸収効率を乗じたものの和をとることによって被処理水オゾン吸収効率を算出することを特徴とする水処理設備のプロセス制御装置。
【請求項６】
請求項３記載の水処理設備のプロセス制御装置において、
水処理モデル演算手段は、
細菌数を用いた被処理水水質設定値と処理水水質目標値と被処理水オゾン吸収効率から相関関数を用いて消毒不活化に必要なオゾン注入率を求め、
必要オゾン注入率と被処理水流量設定値とオゾンガス供給流量から算術計算によって供給オゾン濃度を求め、
供給オゾン濃度とオゾンガス供給流量からオゾン生成装置の消費電力曲線を用いてオゾン生成電力を求め、
供給オゾン濃度とオゾンガス供給流量と被処理水オゾン吸収効率から算術計算によって排オゾン量を求め、排オゾン量から排オゾン処理電力を求めることを特徴とする水処理設備のプロセス制御装置。
【請求項７】
請求項３記載の水処理設備のプロセス制御装置において、
前記データ設定装置は、さらに、接触槽内の水位を設定し、
前記データ設定装置により、前記接触槽寸法と前記接触槽内の水位と被処理水流量と被処理水水質とオゾンガス供給流量と微細気泡生成ループ循環水流量と微細気泡生成圧力と接触槽水位のデータを複数設定し、
前記水処理シミュレーション装置は、複数の設定値のそれぞれについて水処理シミュレーションによってオゾン生成電力と微細気泡を生成するポンプ電力と排オゾン処理電力を計算してデータベースを作成することを特徴とする水処理設備のプロセス制御装置。
【請求項８】
請求項３記載の水処理設備のプロセス制御装置において、
被処理水水質設定値と処理水水質目標値として、濁度，色度，ＣＯＤ，臭気強度，温度の少なくとも一つを用い、
前記水処理モデル演算手段は、
被処理水水質設定値と処理生水水質目標値と被処理水オゾン吸収効率から相関関数を用いて濁度除去に必要なオゾン注入率を求める濁度除去モデル演算手段と、
被処理水水質設定値と処理水水質目標値と被処理水オゾン吸収効率から相関関数を用いて色度除去に必要なオゾン注入率を求める色度除去モデル演算手段と、
被処理水水質設定値と処理水水質目標値と被処理水オゾン吸収効率から相関関数を用いて臭気除去に必要なオゾン注入率を求める臭気除去モデル演算手段と、
被処理水水質設定値と処理水水質目標値と被処理水オゾン吸収効率から相関関数を用いてＣＯＤ除去に必要なオゾン注入率を求めるＣＯＤ除去モデル演算手段との少なくとも一つを備えることを特徴とする水処理設備のプロセス制御装置。
【請求項９】
オゾンガス発生装置から供給されたオゾンガスを被処理水中に混合する混合手段と、
前記混合手段によって混合された気体混合水を加圧溶解する溶解手段と、
前記溶解手段によって加圧溶解された気体溶解水を減圧し、オゾン微細気泡を発生する減圧発泡手段とを備え、
前記混合手段と、前記溶解手段と、前記減圧発泡手段とによって微細気泡生成ループを形成する水処理設備に用いられ、
被処理水をオゾン微細気泡と接触させることによって処理する水処理設備のプロセス制御装置であって、
オゾン微細気泡を対象とする水処理シミュレーション装置を備え、
前記水処理シュミレーション装置によって、微細気泡生成圧力と供給オゾン濃度を求め、表示することを特徴とする水処理設備のプロセス制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オゾンを用いた水処理設備のプロセス制御装置に係り、特に、下水二次処理水の再生処理や上水高度処理に好適な水処理設備のプロセス制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
人口の急激な増加と社会の発展によって世界的な水不足が懸念されており、非特許文献１に示されるように、水資源の確保のため下水再生水の利用が期待されている。下水処理水の再生では、環境への配慮と合わせて処理費の低減が重要である。このため、高性能で低コストの再生技術が必要とされる。このニーズに対する水処理技術として、非特許文献２に示すマイクロバブルやナノバブルの効果が注目されている。マイクロバブルは、直径５０μｍ以下の微細な気泡であるため反応・溶解性が高く、水処理効率の向上が期待できる。
【０００３】
また、オゾン処理装置では、非特許文献３に示すように被処理水中の大腸菌の消毒不活化や、色度除去、濁度除去、臭気の除去が重要である。
【０００４】
非特許文献３に示すようにマイクロバブルは浮力が小さく上昇速度が低いため、オゾン接触方式の水処理装置では、水面から離脱するまでの反応時間を長く取ることが可能になり、接触槽の高さを低減できる。
【０００５】
一方、特許文献１に示した散気管方式のオゾン処理装置と比較してマイクロバブルの生成動力が必要となるため、酸化剤の使用量を低減する経済的な運転制御方式が必要とされる。
【０００６】
水処理装置の運転制御方式に関する従来技術は、特許文献１、特許文献２に示されている。特許文献１では、散気管方式のオゾン処理装置において、排オゾン濃度計と色度計を設ける。計測した被処理水の色度を基に動力学モデルによるシミュレーションを行って、排オゾン濃度と被処理水色度を基に発生オゾン濃度を制御する。このような散気管を用いる方式は、生成した気泡がミリ径のオーダーであるためマイクロバブルと比較して反応・溶解性が低く、オゾン使用量と排オゾン量が増加する。
【０００７】
特許文献２では、オゾンマイクロバブルを生成し、一般家庭、食品製造業等から排出される廃液の有機物を酸化分解する。以下、マイクロバブルを微細気泡と呼ぶ。
【０００８】
【特許文献１】特開平９−１９６９３号公報
【特許文献２】特開２００４−３２１９５９号公報
【非特許文献１】下水道政策研究委員会、下水道ビジョン２１００、国土交通省都市・地域整備局下水道部、（社）日本下水道協会  （２００５）
【非特許文献２】辰巳憲司、これからの水処理技術と水処理装置、化学装置、工業調査会（２００４）
【非特許文献３】（独）産業技術総合研究所、他、マイクロバブルの圧壊による有害化学物質の高効率分解技術の開発，  ＮＥＤＯ有害化学物質リスク削減基盤技術研究開発事業平成１６年度成果報告書（２００５）
【非特許文献４】高橋正好、他、水の特性と新しい利用技術、エヌ・ティー・エス、ｐ．１４２−１４６（２００４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１記載のものでは、ミリ径の気泡を用い注入オゾン濃度のみを制御する。したがって、オゾン微細気泡を用いる場合、微細気泡生成圧力や循環流量など微細気泡生成に係わるポンプ運転条件を制御する必要が生じる。また、微細気泡の生成条件に依存した気泡径によって、気泡の上昇速度が変わるため、溶存オゾン量や排オゾン量などを最小化するために、運転条件に対応した微細気泡生成のシミュレーションが必要になる。
【００１０】
特許文献２記載のものでは、オゾン微細気泡を利用しているものの、オゾンの注入濃度を制御することなく、微細気泡生成の運転条件も制御していない。このため、オゾン発生量や微細気泡生成のポンプ動力などを最適化できず、エネルギー消費量が増加する。また、一般に廃水の被処理水水質は変動するため、被処理水水質に対応してオゾン発生量を制御しない場合、処理水質が安定しない課題がある。
【００１１】
本発明の目的は、オゾン微細気泡を用いる下水再生設備において、運転条件に対応した微細気泡生成のシミュレーション機能を有し、必要な酸化剤注入量や微細気泡生成のためのポンプ運転条件などを出力することにより、経済性が高く、また、高い水質の再生水を供給できる水処理設備のプロセス制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、オゾンガス発生装置から供給されたオゾンガスを被処理水中に混合する混合手段と、前記混合手段によって混合された気体混合水を加圧溶解する溶解手段と、前記溶解手段によって加圧溶解された気体溶解水を減圧し、オゾン微細気泡を発生する減圧発泡手段とを備え、前記混合手段と、前記溶解手段と、前記減圧発泡手段とによって微細気泡生成ループを形成する水処理設備に用いられ、被処理水をオゾン微細気泡と接触させることによって処理する水処理設備のプロセス制御装置であって、オゾン微細気泡を対象とする水処理シミュレーション装置を備え、前記水処理シュミレーション装置によって、微細気泡生成圧力と供給オゾン濃度を求め、前記シュミレーション結果によって求められた微細気泡生成圧力と供給オゾン濃度に基づいて、微細気泡を生成するポンプ出力と前記オゾンガス発生装置による供給オゾン濃度を制御するようにしたものである。  
かかる構成により、必要な酸化剤注入量や微細気泡生成のためのポンプ運転条件などを出力することにより、経済性を向上し、また、高い水質の再生水を供給できるものとなる。
【００１３】
（２）上記（１）において、好ましくは、被処理水を取水して前記オゾン微細気泡と接触させて反応を行い処理水を配水する接触槽を備え、前記微細気泡生成ループが前記接触槽と循環流路を形成し、前記接触槽内の被処理水の一部を抽水して前記微細気泡生成ループの循環水として供給し、生成したオゾン微細気泡を含む循環水を前記接触槽に注入するようにしたものである。
【００１４】
（３）上記（２）において、好ましくは、前記接触槽寸法とオゾンガス供給流量と微細気泡生成ループ循環水流量と微細気泡生成圧力を設定するデータ設定装置と、被処理水水質データを設定する計測データ設定装置とを備え、前記水処理シミュレーション装置は、水処理モデル演算手段と気泡生成モデル演算手段と被処理水オゾン吸収効率演算手段からなり、前記データ設定装置により、前記接触槽寸法と被処理水流量と被処理水水質とオゾンガス供給流量と微細気泡生成ループ循環水流量と微細気泡生成圧力と接触槽水位のデータを複数設定し、前記水処理シミュレーション装置は、複数の設定値のそれぞれについて水処理シミュレーションによってオゾン生成電力と微細気泡を生成するポンプ電力と排オゾン処理電力を計算してデータベースを作成し、前記オゾン生成電力とポンプ電力と排オゾン処理電力の和を最小化する微細気泡生成圧力と供給オゾン濃度を求める最適条件選択出力装置を備えるようにしたものである。
【００１５】
（４）上記（３）において、好ましくは、前記気泡生成モデル演算手段は、オゾンガス供給流量と微細気泡生成ループ循環水流量設定値から算術計算によって微細気泡生成ループ気液比を求め、前記微細気泡生成ループ気液比と微細気泡生成圧力設定値から実験相関関数を用いて全気相流量に対する微細気泡の体積流量比である微細気泡生成率を求め、前記全気相流量から微細気泡体積流量を減じて粗大気泡生成率を求め、前記微細気泡生成圧力設定値から実験相関関数を用いて微細気泡最頻径を求め、微細気泡最頻径から半理論式を用いて微細気泡上昇速度を算出するとともに、前記微細気泡生成圧力設定値と前記微細気泡生成ループ循環水流量設定値からポンプ消費電力曲線を用いてポンプ電力を求めるようにしたものである。
【００１６】
（５）上記（３）において、好ましくは、被処理水オゾン吸収効率演算手段は、微細気泡上昇速度と接触槽水位設定値から相関関数を用いて微細気泡吸収効率を求め、前記接触槽水位設定値から相関関数を用いて粗大気泡吸収効率を求め、微細気泡生成率に前記微細気泡吸収効率を乗じたものと、粗大気泡生成率に前記粗大気泡吸収効率を乗じたものの和をとることによって被処理水オゾン吸収効率を算出するようにしたものである。
【００１７】
（６）上記（３）において、好ましくは、水処理モデル演算手段では、細菌数を用いた被処理水水質設定値と処理水水質目標値と被処理水オゾン吸収効率から相関関数を用いて消毒不活化に必要なオゾン注入率を求め、必要オゾン注入率と被処理水流量設定値とオゾンガス供給流量から算術計算によって供給オゾン濃度を求め、供給オゾン濃度とオゾンガス供給流量からオゾン生成装置の消費電力曲線を用いてオゾン生成電力を求め、供給オゾン濃度とオゾンガス供給流量と被処理水オゾン吸収効率から算術計算によって排オゾン量を求め、排オゾン量から排オゾン処理電力を求めるようにしたものである。
【００１８】
（７）上記（３）において、好ましくは、前記データ設定装置は、さらに、接触槽内の水位を設定し、前記データ設定装置により、前記接触槽寸法と前記接触槽内の水位と被処理水流量と被処理水水質とオゾンガス供給流量と微細気泡生成ループ循環水流量と微細気泡生成圧力と接触槽水位のデータを複数設定し、前記水処理シミュレーション装置は、複数の設定値のそれぞれについて水処理シミュレーションによってオゾン生成電力と微細気泡を生成するポンプ電力と排オゾン処理電力を計算してデータベースを作成するようにしたものである。
【００１９】
（８）上記（３）において、好ましくは、被処理水水質設定値と処理水水質目標値として、濁度，色度，ＣＯＤ，臭気強度，温度の少なくとも一つを用い、前記水処理モデル演算手段は、被処理水水質設定値と処理生水水質目標値と被処理水オゾン吸収効率から相関関数を用いて濁度除去に必要なオゾン注入率を求める濁度除去モデル演算手段と、被処理水水質設定値と処理水水質目標値と被処理水オゾン吸収効率から相関関数を用いて色度除去に必要なオゾン注入率を求める色度除去モデル演算手段と、被処理水水質設定値と処理水水質目標値と被処理水オゾン吸収効率から相関関数を用いて臭気除去に必要なオゾン注入率を求める臭気除去モデル演算手段と、被処理水水質設定値と処理水水質目標値と被処理水オゾン吸収効率から相関関数を用いてＣＯＤ除去に必要なオゾン注入率を求めるＣＯＤ除去モデル演算手段との少なくとも一つを備えるようにしたものである。
【００２０】
（９）また、上記目的を達成するために、本発明は、オゾンガス発生装置から供給されたオゾンガスを被処理水中に混合する混合手段と、前記混合手段によって混合された気体混合水を加圧溶解する溶解手段と、前記溶解手段によって加圧溶解された気体溶解水を減圧し、オゾン微細気泡を発生する減圧発泡手段とを備え、前記混合手段と、前記溶解手段と、前記減圧発泡手段とによって微細気泡生成ループを形成する水処理設備に用いられ、被処理水をオゾン微細気泡と接触させることによって処理する水処理設備のプロセス制御装置であって、オゾン微細気泡を対象とする水処理シミュレーション装置を備え、前記水処理シュミレーション装置によって、微細気泡生成圧力と供給オゾン濃度を求め、表示するようにしたものである。  
かかる構成により、必要な酸化剤注入量や微細気泡生成のためのポンプ運転条件などを表示することにより、経済性を向上し、また、高い水質の再生水を供給できるものとなる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、オゾン微細気泡を用いる下水再生設備において、運転条件に対応した微細気泡生成のシミュレーション機能を有し、必要な酸化剤注入量や微細気泡生成のためのポンプ運転条件などを出力することにより、経済性が高く、また、高い水質の再生水を供給できるものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図１〜図８を用いて、本発明の第１の実施形態による水処理設備のプロセス制御装置の構成及び動作について説明する。  
最初に、図１を用いて、本発明の第１の実施形態による水処理設備のプロセス制御装置を用いる下水再生設備の基本構成について説明する。  
図１は、本発明の第１の実施形態による水処理設備のプロセス制御装置を用いる下水再生設備の基本構成を示すブロック図である。
【００２３】
接触槽２には、微細気泡を発生する循環流路８が取り付けられる。オゾン発生装置３で生成したオゾンガスは、オゾンガス送気流路１２を通り気体混合器６に送られ、循環流路８内の被処理水に混合する。この気体混合水は、ポンプ５に入って加圧されて気体の一部が溶解し、微細気泡発生装置４によって減圧発泡し微細気泡が生成する。
【００２４】
以上の微細気泡生成過程で、気体混合水をポンプによって加圧溶解する際に、気体の一部が溶解できず、ミリ径の気泡となって液相中に残留する現象が発生する。以下、「微細気泡」と対比して、この未溶解のミリ径気泡を「粗大気泡」と称する。この微細気泡発生方式の例は加圧溶解方式であるが、他に加圧せん断方式、旋回方式、超音波方式などの発生方式を利用可能である。
【００２５】
発生した微細気泡は、循環流路８から接触槽２に流入し、被処理水供給流路１０を通り接触槽２に流入した被処理水と混合する。オゾン微細気泡が混合した被処理水は、バッフル板９で仕切られた流路を通る間にオゾンによって酸化され、再生水送水流路１１から排出され利用される。接触槽２内の破線は、水面を表す。オゾン処理中に水面から離脱したオゾンガスは、排オゾンガス流路１３を流れ、排オゾン処理装置７において処理される。
【００２６】
被処理水供給流路１０に、ＣＯＤ計測装置１６、濁度計測装置１７、色度計測装置１８を設け、被処理水の水質を計測する。また、流量計３２、水温計１５によって、被処理水の流量と水温を計測する。オゾンガス送気流路１２にオゾン濃度計測装置３５を設け、気相のオゾン濃度を計測する。同様に、排オゾンガス流路１３にオゾン濃度計測装置１９を設け、接触槽２からの排ガス中のオゾン濃度を計測する。接触槽２内でオゾン微細気泡によって消毒不活化された被処理水の溶存オゾン濃度を、溶存オゾン濃度計３１によって計測する。
【００２７】
下水再生プロセス制御装置１は、シミュレーション装置６０を備えている。シミュレーション装置６０は、下水再生水の水質基準である大腸菌数不検出を達成するための運転条件を求めるため、パラメータを変えて水処理シミュレーションを行う。シミュレーション装置６０は、複数のシュミレーション結果の中で、オゾン生成電力と、ポンプ電力と、排オゾン処理電力の和を最小化できる運転パラメータである微細気泡生成圧力と供給オゾン濃度との組み合わせを選択する。シミュレーション装置６０は、この選択された運転パラメータを、制御信号搬送系３４によって、ポンプ５及びオゾン発生装置３に送り、ポンプ出力とオゾン発生電圧をフィードフォワード制御する。ポンプ５の出力を大きくすると、微細気泡生成圧力が上昇し、オゾン発生装置３の発生電圧を大きくすると、供給オゾン濃度が高くなる。なお、運転パラメータの微細気泡生成圧力と供給オゾン濃度の他に、ポンプ循環水流量とオゾンガス供給流量も初期設定値として与えることができる。
【００２８】
次に、図２を用いて、本発明の第１の実施形態による水処理設備のプロセス制御装置の構成について説明する。  
図２は、本発明の第１の実施形態による水処理設備のプロセス制御装置の構成を示すブロック図である。
【００２９】
下水再生プロセス制御装置１は、データ設定装置２０と、計測データ設定装置４０と、シミュレーション装置６０と、最適条件選択出力装置８０と、データベース９０と、入出力装置１１０を備えている。データ設定装置２０は、それぞれの値を設定する接触槽寸法設定手段２１と、接触槽水位設定手段２２と、オゾンガス供給流量設定手段２３と、微細気泡生成ループ循環水流量設定手段２４と、微細気泡生成圧力設定手段２５と、被処理水供給流量設定手段２６を備えている。計測データ設定装置４０は、被処理水の水質の計測データを設定する被処理水水質計測データ設定手段４１と、再生水の目標水質データを設定する再生水目標水質データ設定手段４２とを備えている。シミュレーション装置６０は、データ設定装置２０と計測データ設定装置４０とによって設定されたデータに基づいて、水処理シミュレーションを行うものであり、水処理モデル演算手段６１と、気泡生成モデル演算手段６２と、被処理水オゾン吸収効率演算手段６３とを備えている。シミュレーション装置６０の詳細動作については、図３を用いて後述する。最適条件選択出力装置８０は、シュミレーション装置６０によるシュミレーション結果の中から、最適条件を選択し、選択された結果をモニター１１２に表示し、また、制御信号搬送系３４によって、ポンプ５及びオゾン発生装置３に送り、ポンプ出力とオゾン発生電圧をフィードフォワード制御する。データベース９０は、設定データとシミュレーション演算データと出力データを保存する。入出力装置１１０は、キーボード１１１と、モニター１１２と、マウス１１３とを備えている。
【００３０】
次に、図３〜図８を用いて、本発明の第１の実施形態による水処理設備のプロセス制御装置に用いるシミュレーション装置６０の動作について説明する。  
図３は、本発明の第１の実施形態による水処理設備のプロセス制御装置に用いるシミュレーション装置の動作を示す演算・データフロー図である。図４〜図８は、本発明の第１の実施形態による水処理設備のプロセス制御装置のシミュレーション装置に用いる各種特性図である。図４は、下水再生設備の運転特性図であり、図５は、下水再生設備の運転特性図であり、図６は、微細気泡生成特性図であり、図７は、ミリ径オゾン気泡の吸収特性図であり、図８は、消毒不活化に対する必要オゾン注入率の評価図である。
【００３１】
図３において、上段の枠に記載した被処理水水質、再生水水質目標値、被処理水流量、オゾンガス供給流量、微細気泡生成ループ循環水流量、微細気泡生成圧力、接触槽水位は設定値であり、本実施例では入力データとして与える。被処理水水質は被処理水水質計測データ設定手段４１によって設定され、再生水水質目標値は再生水目標水質データ設定手段４２により設定される。オゾンガス供給流量はオゾンガス供給流量設定手段２３により設定され、微細気泡生成ループ循環水流量は微細気泡生成ループ循環水流量設定手段２４により設定される。微細気泡生成圧力は微細気泡生成圧力設定手段２５により設定され、接触槽水位は接触槽水位設定手段２２により設定される。
【００３２】
必要オゾン注入率、供給オゾン濃度、排オゾン量、微細気泡生成ループ気液比、微細気泡生成率、微細気泡径、微細気泡上昇速度、微細気泡吸収効率、粗大気泡吸収効率、被処理水オゾン吸収効率、オゾン生成電力、ポンプ電力、排オゾン処理電力は、以下（ａ）から（ｎ）で説明する実験経験式、理論式、解析モデル、算術計算によって求められる計算結果データである。
【００３３】
図３の、（ａ），（ｇ）は、図２の水処理モデル演算手段６１による演算に相当し、（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｉ），（ｎ）は、気泡生成モデル演算手段６２による演算に相当し、（ｅ），（ｆ），（ｋ），（ｊ）は、被処理水オゾン吸収効率演算手段６３による演算に相当する。
【００３４】
オゾン生成電力、ポンプ電力、排オゾン処理電力は、下水再生設備において運転電力を最小化するための評価パラメータである。シミュレーション装置６０において、（ｍ），（ｏ），（ｈ）の電力計算を行う。
【００３５】
微細気泡生成圧力と供給オゾン濃度は、設定された入力データ群に対応して下水再生プロセス制御装置１のデータベース９０に出力され、評価パラメータであるオン生成電力，ポンプ電力，排オゾン処理電力の総和に対してデータセットとして蓄積される。最適条件選択出力装置８０は、このデータセットを比較することにより、下水再生設備において運転電力の総和を最小化する運転条件となる微細気泡生成圧力と供給オゾン濃度の組み合わせを複数のシュミレーション結果の中から選択し、入出力装置１１０のモニタ１１２上に表示し、また、制御信号搬送系３４によって、ポンプ５及びオゾン発生装置３に送り、ポンプ出力とオゾン発生電圧をフィードフォワード制御する。
【００３６】
以下、水質基準として大腸菌数を例として、下水再生プロセス制御装置１のシミュレーションのシーケンスを説明する。ここでは、被処理水水質として大腸菌数を任意の値を設定し、また、再生水水質目標値として大腸菌数＝０（大腸菌数不検出）を設定する。
【００３７】
まず、始めに、大腸菌数、大腸菌目標除去率、被処理水流量、オゾンガス供給流量、接触槽水位を設定する。次に、ポンプ５の運転条件である微細気泡生成圧力と微細気泡生成ループ循環水流量を設定する。気泡生成モデル演算手段６２は、オゾンガス供給流量Ｑｇと微細気泡生成ループ循環水流量Ｑｌを、（ｉ）において、次式（１）で算術計算し、微細気泡生成ループ気液比Ｒｌｇを求める。  
【００３８】
【数１】
2008126110.tif 000003
【００３９】
ここで、気泡生成モデル演算手段６２は、図４に示す微細気泡生成圧力と微細気泡生成ループ気液比の実験データ等を用い、（ｎ）において、ポンプ５の安定した運転領域にあることを気液比の制限条件とする。また、微細気泡生成圧力と微細気泡生成ループ循環水流量から、（ｍ）において、ポンプ５の性能・消費電力曲線を用いてポンプ電力を求める。ここで、性能・消費電力曲線は、ポンプのカタログデータを用いるか、あるいは消費電力を直接測定してデータベースを作成してもよいものである。
【００４０】
次に、気泡生成モデル演算手段６２は、微細気泡生成ループ気液比と微細気泡生成圧力を、（ｃ）において、図５に示す実験データ整理式で計算し、微細気泡生成率Ｒｂを求める。ここで、微細気泡生成率Ｒｂは、式（２）に示すように、微細気泡発生装置４において発生した微細気泡の体積流量Ｑｂと液相に溶解した気相の体積流量Ｑｓの和を、気体混合器６に供給したオゾンガス供給流量Ｑｇで除した数値である。  
【００４１】
【数２】
2008126110.tif 000004
【００４２】
ここで、オゾンガス供給流量Ｑｇは、微細気泡の体積流量Ｑｂと液相に溶解した気相の体積流量Ｑｓと微細気泡にならずミリ径の気泡に変わった粗大気泡の体積流量Ｑｍの和である。
【００４３】
次に、気泡生成モデル演算手段６２は、微細気泡生成圧力から、（ｂ）において、図６に示す実験データを補間した実験整理式を用いて、微細気泡径Ｄｂを求める。さらに、（ｄ）において微細気泡径Ｄｂから次式（３）に示す剛体球を仮定した気泡上昇速度の式（例えば、赤川造爾、気液二相流、機械工学大系、１１、コロナ社、（１９７４）、等）を用いて、微細気泡上昇速度Ｖｂを求める。  
【００４４】
【数３】
2008126110.tif 000005
【００４５】
ここで、ρｌは液相密度、ρｇは気相密度、ｇは重力加速度、μｌは液相の粘性係数である。微細気泡上昇速度Ｖｂについては、直接実験を行って相関を求めてもよいものである。
【００４６】
次に、被処理水オゾン吸収効率演算手段６３は、接触槽水位から、（ｆ）において、ミリ径オゾン気泡の吸収効率を図７に示す相関図（例えば、小山茂人、他：「新版オゾン利用の新技術」、サンユー書房、ｐ．２１９−２２０，（１９９３）、等）から求める。吸収効率については、直接実験を行って相関を求めてもよいものである。
【００４７】
次に、被処理水オゾン吸収効率演算手段６３は、接触槽水位から、（ｅ）において、微細気泡吸収効率を求める。一例として、上記の微細気泡上昇速度Ｖｂを用い、接触槽水位を微細気泡上昇速度を除し、微細気泡が水面に到達するまでの時間を求める。この到達時間をミリ径気泡の上昇速度（例えば、赤川造爾、気液二相流、機械工学大系、１１、コロナ社、（１９７４）、等）に乗じ、等価な接触槽水位を求める。この等価接触槽水位に対する吸収効率を図７に示す相関図から求め、微細気泡吸収効率とする。微細気泡吸収効率については、直接実験を行って相関を求めてもよいものである。
【００４８】
次に、被処理水オゾン吸収効率演算手段６３は、微細気泡生成率と微細気泡吸収効率と粗大気泡吸収効率から、（ｋ）において。次式（４）を用い、被処理水オゾン吸収効率を求める。次式（４）は、総括的な被処理水オゾン吸収効率Ｅｏが、微細気泡吸収効率Ｅｂに微細気泡化した気相の体積流量比を掛けたものと、粗大気泡の体積流量比に粗大気泡吸収効率を掛けたものの和で表されることを示している。  
【００４９】
【数４】
2008126110.tif 000006
【００５０】
一方、水処理モデル演算手段６１は、被処理水オゾン吸収効率と被処理水水質の大腸菌数と大腸菌目標除去率から、（ａ）において、図８に示す大腸菌消毒不活化実験データを整理した式によって、消毒不活化の目標値に対する必要オゾン注入率を求める。また、必要オゾン注入率Ｆｏと被処理水流量Ｑｔとオゾンガス供給流量Ｑｏから、（ｇ）において、次式（５）を用い、供給オゾン濃度Ｆｆを求める。  
【００５１】
【数５】
2008126110.tif 000007
【００５２】
供給オゾン濃度Ｆｆの計算においては、水温計１５で計測した被処理水温度を基に、予め異なる温度の消毒不活化実験データを採取して必要オゾン注入率の相関式を作成し、被処理水温度に対応して選択してもよいものである。あるいは、異なる温度の消毒不活化実験データを基に、消毒不活化に及ぼす被処理水温度の効果ファクタの相関式を作成し、必要オゾン注入率に効果ファクタを乗じてもよいものである。
【００５３】
次に、供給オゾン濃度とオゾンガス供給流量から、（ｈ）において、オゾン発生装置３の性能・消費電力曲線を用いオゾン生成電力を求める。ここで、性能・消費電力曲線は、オゾン発生装置のカタログデータを用いるか、あるいは消費電力を直接測定してデータベースを作成してもよいものである。また、供給オゾン濃度Ｆｆとオゾンガス供給流量Ｑｏと被処理水オゾン吸収効率Ｅｏから、（ｊ）において次式（６）を用い排オゾン量を求める。ここでは、水面から離脱し被処理水に吸収されなかったオゾンが全て排オゾンになると仮定する。  
【００５４】
【数６】
2008126110.tif 000008
【００５５】
次に、排オゾン量から、（ｏ）において、排オゾン処理装置７の排オゾン処理性能・消費電力曲線を用いて排オゾン処理電力を求める。
【００５６】
以上示したように、本実施形態では、水処理シミュレーション結果から、オゾン生成電力とポンプ電力と排オゾン処理電力の和を最小化できる微細気泡生成圧力と供給オゾン濃度を出力し、フィードフォワード制御することによって、オゾン使用量、排オゾン量を低減し、オゾン生成電力とポンプ電力と排オゾン処理電力の和を最小化できるため、下水再生設備の経済性が向上する。
【００５７】
また、大腸菌数を水処理モデルの目標パラメータにすることによって、下水再生水の水質基準である大腸菌数不検出を達成するための最適の運転条件が求められる。これにより、目標値を達成する水質が維持され、下水再生水の水質信頼性が向上する。
【００５８】
次に、図９を用いて、本発明の第２の実施形態による水処理設備のプロセス制御装置の構成及び動作について説明する。  
図９は、本発明の第２の実施形態による水処理設備のプロセス制御装置を用いる下水再生設備の基本構成を示すブロック図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。
【００５９】
本実施形態の下水再生設備では、下水再生プロセス制御装置１Ａは、ポンプ５やオゾン発生装置３の制御系と独立に設けられ、運転制御のための情報を提供する支援装置として機能する。すなわち、図２にて説明したように、図１の下水再生プロセス制御装置１では、最適条件選択出力装置８０は、シュミレーション装置６０によるシュミレーション結果の中から、最適条件を選択し、選択された結果をモニター１１２に表示し、また、制御信号搬送系３４によって、ポンプ５及びオゾン発生装置３に送り、ポンプ出力とオゾン発生電圧をフィードフォワード制御している。それに対して、本実施形態では、シュミレーション装置６０によるシュミレーション結果の中から、最適条件を選択し、選択された結果をモニター１１２に表示されるだけである。水処理設備のオペレータは、モニタに表示されたシュミレーションの最適結果を用いて、ポンプ５及びオゾン発生装置３を手動調節して、ポンプ出力とオゾン発生電圧がモニタに表示された値となるようにする。
【００６０】
以上示したように、本実施形態では、水処理シミュレーション結果から、オゾン生成電力とポンプ電力と排オゾン処理電力の和を最小化できる微細気泡生成圧力と供給オゾン濃度をモニタ出力し、その結果を用いて手動調節することで、オゾン使用量、排オゾン量を低減し、オゾン生成電力とポンプ電力と排オゾン処理電力の和を最小化できるため、下水再生設備の経済性が向上する。
【００６１】
次に、図１０〜図１７を用いて、本発明の第３の実施形態による水処理設備のプロセス制御装置の構成及び動作について説明する。  
図１０は、本発明の第３の実施形態による水処理設備のプロセス制御装置を用いる下水再生設備の基本構成を示すブロック図である。図１１は、本発明の第３の実施形態による水処理設備のプロセス制御装置の構成を示すブロック図である。図１２は、本発明の第３の実施形態による水処理設備のプロセス制御装置における水処理モデル演算手段の構成を示すブロック図である。なお、図１，図２と同一符号は、同一部分を示している。
【００６２】
また、図１３〜図１７は、本発明の第３の実施形態による水処理設備のプロセス制御装置のシミュレーション装置に用いる各種特性図である。図１３は、色度除去モデル演算手段の必要オゾン注入率評価図であり、図１４は、濁度除去実験データを整理した相関関数の概念図であり、図１５は、臭気除去実験データを整理した相関関数の概念図であり、図１６は、ＣＯＤ除去実験データを整理した相関関数の概念図であり、図１７は、水処理実験データを水温で整理した相関関数の概念図である。
【００６３】
図１０に示すように、下水再生プロセス制御装置１Ｂに、シミュレーション装置６０Ｂを備えている。被処理水供給流路１０に設けられたＣＯＤ計測装置１６、濁度計測装置１７、色度計測装置１８などの水質計測器から水質データが計測信号搬送系３３によって送信されるか、あるいは直接読み取りによってシミュレーション装置６０Ｂに入力される。
【００６４】
シミュレーション装置６０Ｂは、下水再生水の水質基準である大腸菌数不検出を達成するための運転条件を求めるため、パラメータを変えて水処理シミュレーションを行う。シミュレーション装置６０Ｂは、複数のシュミレーション結果の中で、オゾン生成電力と、ポンプ電力と、排オゾン処理電力の和を最小化できる運転パラメータである微細気泡生成圧力と供給オゾン濃度との組み合わせを選択する。シミュレーション装置６０Ｂは、この選択された運転パラメータを、制御信号搬送系３４によって、ポンプ５及びオゾン発生装置３に送り、ポンプ出力とオゾン発生電圧をフィードフォワード制御する。ポンプ５の出力を大きくすると、微細気泡生成圧力が上昇し、オゾン発生装置３の発生電圧を大きくすると、供給オゾン濃度が高くなる。なお、運転パラメータの微細気泡生成圧力と供給オゾン濃度の他に、ポンプ循環水流量とオゾンガス供給流量も初期設定値として与えることができる。
【００６５】
図１１に示すように、下水再生プロセス制御装置１Ｂにおいて、計測信号搬送系３３を設け、計測データ設定装置４０と水温計１５、ＣＯＤ計測装置１６、濁度計測装置１７、色度計測装置１８、オゾン濃度計測装置１９、オゾン濃度計測装置３５を接続する。各計測装置からの時々刻々の計測信号が計測データ設定装置４０に入力され、被処理水水質計測データ処理手段４１において、シミュレーションの設定データに変換される。そして、シュミレーション装置６０Ｂによって、実計測値を用いた水処理シミュレーション結果が得られる。
【００６６】
また、制御信号搬送系３４を設け、入出力装置１１０とポンプ５、オゾン発生装置３を接続する。ポンプ５、オゾン発生装置３では、制御信号がポンプ電力、オゾン発生電圧に変換される。
【００６７】
本実施例では、下水再生プロセス制御装置１が上記の計測系、制御系と接続され、計測データを基にシミュレーションを行い、その結果から直接運転を制御することができる。
【００６８】
実計測データによるシュミレーション結果から、微細気泡生成圧力と供給オゾン濃度の出力値が得られるので、これらの計算精度が向上する。これによって、オゾン使用量、排オゾン量を低減しオゾン生成電力とポンプ電力と排オゾン処理電力の和をさらに最小化できるため、下水再生設備の経済性が向上する効果がある。
【００６９】
また、実計測値を用いることによって下水再生水の水質基準の目標値を達成するための最適運転条件の予測精度が向上する。これにより、目標値を達成する水質が維持され、下水再生水の水質信頼性がさらに向上する。
【００７０】
図２の水処理モデル演算手段６１は、大腸菌不検出となるような微細気泡生成圧力と供給オゾン濃度の出力値を得ていたのに対して、図１２に示した水処理モデル演算手段６１’は、大腸菌不検出となるような微細気泡生成圧力と供給オゾン濃度の出力値を得る消毒不活化モデル演算手段６１Ａに加えて、色度除去モデル演算手段６１Ｂ、濁度除去モデル演算手段６１Ｃ、臭気除去モデル演算手段６１Ｄ、ＣＯＤ除去モデル演算手段６１Ｅ、水温効果モデル演算手段６１Ｆを備えている。
【００７１】
消毒不活化モデル演算手段６１Ａは、大腸菌群、一般細菌を対象とした実験データ等の相関式を用いて、必要オゾン注入率を求めることができる。
【００７２】
色度除去モデル演算手段６１Ｂは、図１３に示す色度除去実験データを整理した相関関数によって、色度除去率の目標値に対する必要オゾン注入率を求める。濁度除去モデル演算手段６１Ｃは、図１４に示す濁度除去実験データを整理した相関関数によって、濁度除去率の目標値に対する必要オゾン注入率を求める。臭気除去モデル演算手段６１Ｄは、図１５に示す臭気除去実験データを整理した相関関数によって、臭気除去率の目標値に対する必要オゾン注入率を求める。ＣＯＤ除去モデル演算手段６１Ｅは、図１６に示すＣＯＤ除去実験データを整理した相関関数によって、ＣＯＤ除去率の目標値に対する必要オゾン注入率を求める。
【００７３】
水温効果モデル演算手段６１Ｆは、図１７に示すオゾンを用いた水処理実験データを水温で整理した相関関数によって、水処理における水温の依存性をパラメータとして各演算手段に与え、必要オゾン注入率を求める。被処理水温度の相関関数作成においては、水温計１５で計測した被処理水温度を基に、予め異なる温度の水処理実験データを採取して必要オゾン注入率の相関式を作成し、被処理水温度に対応して選択してもよいものである。
【００７４】
以上示したように、本実施形態では、水処理シミュレーション結果から、オゾン生成電力とポンプ電力と排オゾン処理電力の和を最小化できる微細気泡生成圧力と供給オゾン濃度を出力し、フィードフォワード制御することによって、オゾン使用量、排オゾン量を低減し、オゾン生成電力とポンプ電力と排オゾン処理電力の和を最小化できるため、下水再生設備の経済性が向上する。
【００７５】
また、大腸菌数を水処理モデルの目標パラメータにすることによって、下水再生水の水質基準である大腸菌数不検出を達成するための最適の運転条件が求められる。これにより、目標値を達成する水質が維持され、下水再生水の水質信頼性が向上する。
【００７６】
さらに、水処理モデルの目標パラメータを大腸菌数、大腸菌群数、一般細菌数、濁度、色度、臭気、ＣＯＤとすることによって、水処理の水質目標および水温の効果を反映した最適の運転条件が求められ、下水再生水の水質信頼性が向上する。
【００７７】
次に、図１８を用いて、本発明の第４の実施形態による水処理設備のプロセス制御装置の構成及び動作について説明する。本実施形態による水処理設備のプロセス制御装置を用いる下水再生設備の基本構成は、図１０に示したものと同様である。また、本実施形態による水処理設備のプロセス制御装置は、図１１に示したものと同様である。さらに、本実施形態による水処理設備のプロセス制御装置における水処理モデル演算手段の構成は、図１２に示したものと同様である。
【００７８】
図１８は、本発明の第４の実施形態による水処理設備のプロセス制御装置のシミュレーション装置に用いる再生水目標水質をパラメータとした被処理水水質に対する必要オゾン注入率評価図である。
【００７９】
図１２に示した下水再生プロセス制御装置の水処理モデル演算手段において、消毒不活化モデル、色度除去モデル、濁度除去モデル、臭気除去モデル、ＣＯＤ除去モデル、水温効果モデルを、理論式、実験データ等に基づき統合し、次式（７）に示す相関関数を用いて必要オゾン注入率Ｆｏ計算する。ここで、ｆは被処理水水質パラメータＦに対して必要オゾン注入率Ｆｏを計算する関数である。  
【００８０】
【数７】
2008126110.tif 000009
【００８１】
ここで、ｒ１は被処理水の大腸菌数、ｒ２は大腸菌群数、ｒ３は一般細菌数、ｒ４は色度、ｒ５は濁度、ｒ６は臭気強度、ｒ７はＣＯＤ値、ｒ８は水温である。必要オゾン注入率Ｆｏを、再生水目標水質Ｇをパラメータとして整理した結果を図１８に示す。
【００８２】
以上示したように、本実施形態では、水処理シミュレーション結果から、オゾン生成電力とポンプ電力と排オゾン処理電力の和を最小化できる微細気泡生成圧力と供給オゾン濃度を出力し、フィードフォワード制御することによって、オゾン使用量、排オゾン量を低減し、オゾン生成電力とポンプ電力と排オゾン処理電力の和を最小化できるため、下水再生設備の経済性が向上する。
【００８３】
また、大腸菌数を水処理モデルの目標パラメータにすることによって、下水再生水の水質基準である大腸菌数不検出を達成するための最適の運転条件が求められる。これにより、目標値を達成する水質が維持され、下水再生水の水質信頼性が向上する。
【００８４】
さらに、目標水質をパラメータとして被処理水水質に対する必要オゾン注入率を容易に計算できるので、被処理水の水質に対する適用性が拡大し、下水再生水の水質信頼性が向上する。
【００８５】
次に、図１９を用いて、本発明の第５の実施形態による水処理設備のプロセス制御装置の構成及び動作について説明する。  
図１９は、本発明の第５の実施形態による水処理設備のプロセス制御装置を用いる下水再生設備の基本構成を示すブロック図である。なお、図１０と同一符号は、同一部分を示している。
【００８６】
本実施形態では、再生水送水流路１１に、センサ群３７を備えている。センサ群３７は、水温計１５、ＣＯＤ計測装置１６、濁度計測装置１７、色度計測装置１８、オゾン濃度計測装置１９、オゾン濃度計測装置３５と同様な各種センサであり、再生水について、水温、ＣＯＤ、濁度、色度、オゾン濃度を計測する。センサ群３７の計測値は、計測信号搬送系３３Ａによって、下水再生プロセス制御装置１Ｃに入力する。下水再生プロセス制御装置１Ｃは、再生水水質を計測して得られた水質データをフィードバック制御に利用して、ポンプ５とオゾン発生装置３の運転パラメータを制御する。
【００８７】
なお、上述の各実施形態は、オゾン微細気泡を用いた水処理に関するものであり、下水二次処理水の再生だけでなく、浄水、産業排水処理にも用いることができる。
【００８８】
本発明は、以下の実施の態様を含むものである。
【００８９】
（１）被処理水をオゾン微細気泡と接触させることによって処理する水処理設備のプロセス制御装置において、
オゾンガス発生装置から供給されたオゾンガスを被処理水中に混合する混合手段と、
該気体混合水を加圧溶解する溶解手段と、
該気体溶解水を減圧しオゾン微細気泡を発生する減圧発泡手段からなる微細気泡生成ループを設け、
オゾン微細気泡を対象とする水処理シミュレーションによって微細気泡を生成するポンプ出力と供給オゾン濃度を制御することを特徴とする水処理設備のプロセス制御装置。
【００９０】
（２）上記（１）において、
被処理水を取水して前記オゾン微細気泡と接触させて反応を行い処理水を配水する接触槽を設け、
前記微細気泡生成ループが該接触槽と循環流路を形成し、
該接触槽内の被処理水の一部を抽水して前記微細気泡生成ループの循環水として供給し、
生成したオゾン微細気泡を含む循環水を該接触槽に注入し、
オゾン微細気泡を対象とする水処理シミュレーションによって微細気泡を生成するポンプ出力と供給オゾン濃度を制御することを特徴とする水処理設備のプロセス制御装置。
【００９１】
（３）上記（２）において、
オゾン微細気泡を対象とする水処理シミュレーションによって微細気泡生成圧力と微細気泡生成ループ循環水流量とオゾンガス供給流量と供給オゾン濃度を制御することを特徴とする水処理設備のプロセス制御装置。
【００９２】
（４）上記（２）において、
前記接触槽に取水される被処理水の水質計測値を用いオゾン微細気泡を対象とする水処理シミュレーションによって微細気泡生成圧力と微細気泡生成ループ循環水流量とオゾンガス供給流量と供給オゾン濃度をフィードフォワード制御することを特徴とする水処理設備のプロセス制御装置。
【００９３】
（５）上記（３）において、
前記接触槽から配水される処理水の水質計測値を用いオゾン微細気泡を対象とする水処理シミュレーションによって微細気泡生成圧力と微細気泡生成ループ循環水流量とオゾンガス供給流量と供給オゾン濃度をフィードバック制御することを特徴とする水処理設備のプロセス制御装置。
【００９４】
（６）上記（３）において、
前記接触槽寸法と接触槽内の水位と被処理水流量と被処理水水質とオゾンガス供給流量と微細気泡生成ループ循環水流量と微細気泡生成圧力と接触槽水位のデータを設定し、
設定値を用いた水処理シミュレーションによってオゾン生成電力と微細気泡を生成するポンプ電力と排オゾン処理電力を計算してデータベースを作成し、
前記オゾン生成電力とポンプ電力と排オゾン処理電力の和を最小化する運転条件を出力することを特徴とする水処理設備のプロセス制御装置。
【００９５】
（７）上記（６）において、
オゾン生成電力とポンプ電力と排オゾン処理電力の和を最小化する運転条件を出力するプロセス制御装置が、
前記接触槽寸法と接触槽内の水位とオゾンガス供給流量と微細気泡生成ループ循環水流量と微細気泡生成圧力を設定するデータ設定装置と、
被処理水水質データを設定する計測データ設定装置と、
水処理モデル演算手段と気泡生成モデル演算手段と被処理水オゾン吸収効率演算手段からなる水処理シミュレーション装置と、
キーボードとモニタとマウスからなるデータ入出力装置と、
設定データとシミュレーション演算データと出力データを保存するデータベースで構成されることを特徴とする水処理設備のプロセス制御装置。
【００９６】
（８）上記（７）において、
気泡生成モデル演算手段では、オゾンガス供給流量と微細気泡生成ループ循環水流量設定値から算術計算によって微細気泡生成ループ気液比を求め、
微細気泡生成ループ気液比と微細気泡生成圧力設定値から実験相関関数を用いて全気相流量に対する微細気泡の体積流量比である微細気泡生成率を求め、
全気相流量から微細気泡体積流量を減じて粗大気泡生成率を求め、
微細気泡生成圧力設定値から実験相関関数を用いて微細気泡最頻径を求め、
微細気泡最頻径から半理論式を用いて微細気泡上昇速度を算出するとともに、微細気泡生成圧力設定値と微細気泡生成ループ循環水流量設定値からポンプ消費電力曲線を用いてポンプ電力を求めることを特徴とする水処理設備のプロセス制御装置。
【００９７】
（９）上記（７）において、
被処理水オゾン吸収効率演算手段では、微細気泡上昇速度と接触槽水位設定値から相関関数を用いて微細気泡吸収効率を求め、
接触槽水位設定値から相関関数を用いて粗大気泡吸収効率を求め、
微細気泡生成率に微細気泡吸収効率を乗じたものと粗大気泡生成率に粗大気泡吸収効率を乗じたものの和をとることによって被処理水オゾン吸収効率を算出することを特徴とする水処理設備のプロセス制御装置。
【００９８】
（１０）上記（７）において、
水処理モデル演算手段では、細菌数を用いた被処理水水質設定値と処理水水質目標値と被処理水オゾン吸収効率から相関関数を用いて消毒不活化に必要なオゾン注入率を求め、
必要オゾン注入率と被処理水流量設定値とオゾンガス供給流量から算術計算によって供給オゾン濃度を求め、
供給オゾン濃度とオゾンガス供給流量からオゾン生成装置の消費電力曲線を用いてオゾン生成電力を求め、
供給オゾン濃度とオゾンガス供給流量と被処理水オゾン吸収効率から算術計算によって排オゾン量を求め、
排オゾン量から排オゾン処理電力を求めることを特徴とする水処理設備のプロセス制御装置。
【００９９】
（１１）上記（１０）において、
オゾン生成電力とポンプ電力と排オゾン処理電力の和を最小化する運転条件が微細気泡生成圧力と微細気泡生成ループ循環水流量とオゾンガス供給流量と供給オゾン濃度であることを特徴とする水処理設備のプロセス制御装置。
【０１００】
（１２）上記（１１）において、
オゾン生成電力とポンプ電力と排オゾン処理電力の和を最小化する運転条件を出力するプロセス制御装置が、
接触槽寸法とオゾンガス供給流量と微細気泡生成ループ循環水流量と微細気泡生成圧力を設定するデータ設定装置と、
被処理水水質データを計測する計測データ処理装置と、
消毒不活化モデル演算手段と気泡生成モデル演算手段と被処理水オゾン吸収効率演算手段からなる水処理シミュレーション装置と、
キーボードとモニタとマウスからなるデータ入出力装置と、設定データと計測データとシミュレーション演算データと出力データを保存するデータベースで構成されることを特徴とする水処理設備のプロセス制御装置。
【０１０１】
（１３）上記（１１）において、
被処理水水質設定値と処理水水質目標値として濁度を用いることを特徴とする水処理設備のプロセス制御装置。
【０１０２】
（１４）上記（１１）において、
被処理水水質設定値と処理水水質目標値として色度を用いることを特徴とする水処理設備のプロセス制御装置。
【０１０３】
（１５）上記（１１）において、
被処理水水質設定値と処理水水質目標値としてＣＯＤを用いることを特徴とする水処理設備のプロセス制御装置。
【０１０４】
（１６）上記（１１）において、
被処理水水質設定値と処理水水質目標値として臭気強度を用いることを特徴とする水処理設備のプロセス制御装置。
【０１０５】
（１７）上記（１１）において、
被処理水水質設定値として温度を用いることを特徴とする水処理設備のプロセス制御装置。
【０１０６】
（１８）上記（１１）において、
オゾン生成電力とポンプ電力と排オゾン処理電力の和を最小化する運転条件を出力するプロセス制御装置が
、前記接触槽寸法と接触槽内の水位とオゾンガス供給流量と微細気泡生成ループ循環水流量と微細気泡生成圧力を設定するデータ設定装置と、
被処理水水質データを設定する計測データ設定装置と、
色度除去モデル演算手段と気泡生成モデル演算手段と被処理水オゾン吸収効率演算手段からなる水処理シミュレーション装置と、
キーボードとモニタとマウスからなるデータ入出力装置と、
設定データとシミュレーション演算データと出力データを保存するデータベースで構成されることを特徴とする水処理設備のプロセス制御装置。
【０１０７】
（１９）上記（１８）において、
色度除去モデル演算手段では、被処理水水質設定値と処理水水質目標値と被処理水オゾン吸収効率から相関関数を用いて色度除去に必要なオゾン注入率を求め、
必要オゾン注入率と被処理水流量設定値とオゾンガス供給流量から算術計算によって供給オゾン濃度を求め、
供給オゾン濃度とオゾンガス供給流量からオゾン生成装置の消費電力曲線を用いてオゾン生成電力を求め、
供給オゾン濃度とオゾンガス供給流量と被処理水オゾン吸収効率から算術計算によって排オゾン量を求め、
排オゾン量から排オゾン処理電力を求めることを特徴とする水処理設備のプロセス制御装置。
【０１０８】
（２０）上記（１１）において、
オゾン生成電力とポンプ電力と排オゾン処理電力の和を最小化する運転条件を出力するプロセス制御装置が、
前記接触槽寸法と接触槽内の水位とオゾンガス供給流量と微細気泡生成ループ循環水流量と微細気泡生成圧力を設定するデータ設定装置と、
被処理水水質データを設定する計測データ設定装置と、
濁度除去モデル演算手段と気泡生成モデル演算手段と被処理水オゾン吸収効率演算手段からなる水処理シミュレーション装置と、
キーボードとモニタとマウスからなるデータ入出力装置と、
設定データとシミュレーション演算データと出力データを保存するデータベースで構成されることを特徴とする水処理設備のプロセス制御装置。
【０１０９】
（２１）上記（２０）において、
濁度除去モデル演算手段では、被処理水水質設定値と処理生水水質目標値と被処理水オゾン吸収効率から相関関数を用いて濁度除去に必要なオゾン注入率を求め、
必要オゾン注入率と被処理水流量設定値とオゾンガス供給流量から算術計算によって供給オゾン濃度を求め、
供給オゾン濃度とオゾンガス供給流量からオゾン生成装置の消費電力曲線を用いてオゾン生成電力を求め、
供給オゾン濃度とオゾンガス供給流量と被処理水オゾン吸収効率から算術計算によって排オゾン量を求め、
排オゾン量から排オゾン処理電力を求めることを特徴とする下水再生設備のプロセス制御装置。
【０１１０】
（２２）上記（１１）において、
オゾン生成電力とポンプ電力と排オゾン処理電力の和を最小化する運転条件を出力するプロセス制御装置が、
前記接触槽寸法と接触槽内の水位とオゾンガス供給流量と微細気泡生成ループ循環水流量と微細気泡生成圧力を設定するデータ設定装置と、
被処理水水質データを設定する計測データ設定装置と、
臭気除去モデル演算手段と気泡生成モデル演算手段と被処理水オゾン吸収効率演算手段からなる水処理シミュレーション装置と、
キーボードとモニタとマウスからなるデータ入出力装置と、
設定データとシミュレーション演算データと出力データを保存するデータベースで構成されることを特徴とする水処理設備のプロセス制御装置。
【０１１１】
（２３）上記（２２）において、
臭気除去モデル演算手段では、被処理水水質設定値と処理水水質目標値と被処理水オゾン吸収効率から相関関数を用いて臭気除去に必要なオゾン注入率を求め、
必要オゾン注入率と被処理水流量設定値とオゾンガス供給流量から算術計算によって供給オゾン濃度を求め、
供給オゾン濃度とオゾンガス供給流量からオゾン生成装置の消費電力曲線を用いてオゾン生成電力を求め、
供給オゾン濃度とオゾンガス供給流量と被処理水オゾン吸収効率から算術計算によって排オゾン量を求め、
排オゾン量から排オゾン処理電力を求めることを特徴とする水処理設備のプロセス制御装置。
【０１１２】
（２４）上記（１１）において、
オゾン生成電力とポンプ電力と排オゾン処理電力の和を最小化する運転条件を出力するプロセス制御装置が、
接触槽寸法と接触槽内の水位とオゾンガス供給流量と微細気泡生成ループ循環水流量と微細気泡生成圧力を設定するデータ設定装置と、
被処理水水質データを設定する計測データ設定装置と、
ＣＯＤ除去モデル演算手段と気泡生成モデル演算手段と被処理水オゾン吸収効率演算手段からなる水処理シミュレーション装置と、
キーボードとモニタとマウスからなるデータ入出力装置と、
設定データとシミュレーション演算データと出力データを保存するデータベースで構成されることを特徴とする水処理設備のプロセス制御装置。
【０１１３】
（２５）上記（２４）において、
ＣＯＤ除去モデル演算手段では、被処理水水質設定値と処理水水質目標値と被処理水オゾン吸収効率から相関関数を用いてＣＯＤ除去に必要なオゾン注入率を求め、
必要オゾン注入率と被処理水流量設定値とオゾンガス供給流量から算術計算によって供給オゾン濃度を求め、
供給オゾン濃度とオゾンガス供給流量からオゾン生成装置の消費電力曲線を用いてオゾン生成電力を求め、
供給オゾン濃度とオゾンガス供給流量と被処理水オゾン吸収効率から算術計算によって排オゾン量を求め、
排オゾン量から排オゾン処理電力を求めることを特徴とする水処理設備のプロセス制御装置。
【０１１４】
（２６）上記（１１）において、
オゾン生成電力とポンプ電力と排オゾン処理電力の和を最小化する微細気泡生成圧力と微細気泡生成ループ循環水流量とオゾンガス供給流量と供給オゾン濃度出力値を用いて、微細気泡生成ポンプ回転数と供給オゾン濃度をリアルタイム制御することを特徴とする水処理設備のプロセス制御装置。
【図面の簡単な説明】
【０１１５】
【図１】本発明の第１の実施形態による水処理設備のプロセス制御装置を用いる下水再生設備の基本構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施形態による水処理設備のプロセス制御装置の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第１の実施形態による水処理設備のプロセス制御装置に用いるシミュレーション装置の動作を示す演算・データフロー図である。
【図４】本発明の第１の実施形態による水処理設備のプロセス制御装置のシミュレーション装置に用いる特性図である。
【図５】本発明の第１の実施形態による水処理設備のプロセス制御装置のシミュレーション装置に用いる特性図である。
【図６】本発明の第１の実施形態による水処理設備のプロセス制御装置のシミュレーション装置に用いる特性図である。
【図７】本発明の第１の実施形態による水処理設備のプロセス制御装置のシミュレーション装置に用いる特性図である。
【図８】本発明の第１の実施形態による水処理設備のプロセス制御装置のシミュレーション装置に用いる特性図である。
【図９】本発明の第２の実施形態による水処理設備のプロセス制御装置を用いる下水再生設備の基本構成を示すブロック図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態による水処理設備のプロセス制御装置を用いる下水再生設備の基本構成を示すブロック図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態による水処理設備のプロセス制御装置の構成を示すブロック図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態による水処理設備のプロセス制御装置における水処理モデル演算手段の構成を示すブロック図である。
【図１３】本発明の第３の実施形態による水処理設備のプロセス制御装置のシミュレーション装置に用いる特性図である。
【図１４】本発明の第３の実施形態による水処理設備のプロセス制御装置のシミュレーション装置に用いる特性図である。
【図１５】本発明の第３の実施形態による水処理設備のプロセス制御装置のシミュレーション装置に用いる特性図である。
【図１６】本発明の第３の実施形態による水処理設備のプロセス制御装置のシミュレーション装置に用いる特性図である。
【図１７】本発明の第３の実施形態による水処理設備のプロセス制御装置のシミュレーション装置に用いる特性図である。
【図１８】本発明の第４の実施形態による水処理設備のプロセス制御装置のシミュレーション装置に用いる再生水目標水質をパラメータとした被処理水水質に対する必要オゾン注入率評価図である。
【図１９】本発明の第５の実施形態による水処理設備のプロセス制御装置を用いる下水再生設備の基本構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【０１１６】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…下水再生プロセス制御装置
２…接触槽
３…オゾン発生装置
４…微細気泡発生装置
５…ポンプ
６…気体混合器
７…排オゾン処理装置
８…循環流路
９…バッフル板
１０…被処理水供給流路
１１…再生水送水流路
１２…オゾンガス送気流路
１３…排オゾンガス流路
１４…処理ガス排気流路
１５…水温計
１６…ＣＯＤ計測装置
１７…濁度計測装置
１８…色度計測装置
１９…オゾン濃度計測装置
２０…データ設定装置
２１…接触槽寸法設定手段
２２…接触槽水位設定手段
２３…オゾンガス供給流量設定手段
２４…微細気泡生成ループ循環水流量設定手段
２５…微細気泡生成圧力設定手段
２６…被処理水供給流量設定手段
３１…溶存オゾン濃度計
３２…流量計
３３，３３Ａ…計測信号搬送系
３４…制御信号搬送系
３５…オゾン濃度計測装置
３７…センサ群
４０…計測データ設定装置
４１…被処理水水質計測データ処理手段
４２…オゾン濃度計測データ処理手段
６０，６０Ｂ…シミュレーション装置
６１…水処理モデル演算手段
６１Ａ…消毒不活化モデル演算手段
６１Ｂ…色度除去モデル演算手段
６１Ｃ…濁度除去モデル演算手段
６１Ｄ…臭気除去モデル演算手段
６１Ｅ…ＣＯＤ除去モデル演算手段
６１Ｆ…水温効果モデル演算手段
６２…気泡生成モデル演算手段
６３…被処理水オゾン吸収効率演算手段
８０…最適条件選択出力装置
９０…データベース
１１０…入出力装置
【図１】
2008126110.tif 000010
【図２】
2008126110.tif 000011
【図３】
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【図４】
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【図５】
2008126110.tif 000014
【図６】
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【図７】
2008126110.tif 000016
【図８】
2008126110.tif 000017
【図９】
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【図１０】
2008126110.tif 000019
【図１１】
2008126110.tif 000020
【図１２】
2008126110.tif 000021
【図１３】
2008126110.tif 000022
【図１４】
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【図１５】
2008126110.tif 000024
【図１６】
2008126110.tif 000025
【図１７】
2008126110.tif 000026
【図１８】
2008126110.tif 000027
【図１９】
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