(57)【要約】【課題】  水深の浅い処理槽を用いても、オゾンの吸収効率が高く、処理効率の高いオゾン処理装置を提供する。【解決手段】  処理槽に導入された被処理水をオゾン処理して処理水として上記処理槽から導出するオゾン処理装置において、オゾンを発生するオゾン発生部、被処理水または処理水の一部にオゾンの少なくとも一部を溶解してオゾン含有水とするオゾン溶解部、上記処理槽において上記オゾン含有水を被処理水と混合させる混合部、上記オゾン発生部で発生したオゾンを上記オゾン溶解部に導入するオゾン導入手段、被処理水または処理水の一部を上記オゾン溶解部に導入する水導入手段、及び上記オゾン溶解部からのオゾン含有水を上記混合部に導入するオゾン含有水導入手段を備え、混合部は、オゾン含有水を、被処理水の流れと対向する方向に、しかも被処理水の流速よりも大きい噴出速度を有する噴流として処理槽内に噴出する【選択図】          図３２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理槽に導入された被処理水をオゾン処理して処理水として上記処理槽から導出するオゾン処理装置において、オゾンを発生するオゾン発生部、被処理水または処理水の一部にオゾンの少なくとも一部を溶解してオゾン含有水とするオゾン溶解部、上記処理槽において上記オゾン含有水を被処理水と混合させる混合部、上記オゾン発生部で発生したオゾンを上記オゾン溶解部に導入するオゾン導入手段、被処理水または処理水の一部を上記オゾン溶解部に導入する水導入手段、及び上記オゾン溶解部からのオゾン含有水を上記混合部に導入するオゾン含有水導入手段を備え、
上記混合部は、オゾン含有水を、被処理水の流れと対向する方向に、しかも被処理水の流速よりも大きい噴出速度を有する噴流として処理槽内に噴出することを特徴とするオゾン処理装置。
【請求項２】
処理槽の上流端から被処理水の流れ方向に向かって、処理槽の全長の１／５以下の範囲内に、少なくとも１つの混合部を備えたことを特徴とする請求項１記載のオゾン処理装置。
【請求項３】
処理槽の底から水面に向かって、処理槽の全水深の１／２以下の範囲内に、少なくとも１つの混合部を備えたことを特徴とする請求項１または２記載のオゾン処理装置。
【請求項４】
混合部におけるオゾン含有水の噴出速度が、処理槽における被処理水の平均流速よりも１０倍以上大きいことを特徴とする請求項１記載のオゾン処理装置。
【請求項５】
混合部の下流側に、被処理水の流路断面積を減少させる障害物を設けたことを特徴とする請求項１記載のオゾン処理装置。
【請求項６】
障害物は、被処理水の流路断面積を少なくとも３／４以下に減少させることを特徴とする請求項５記載のオゾン処理装置。
【請求項７】
混合部の下流側で、上記混合部から処理槽の下流端までの長さの１／２以下の範囲内に障害物を備えたことを特徴とする請求項５または６記載のオゾン処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば上水処理場や下水処理場などにおいて用いられるオゾン処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来この種の装置として特開平５−７８８２号公報に記載された図４２に示す装置があった。図において、１は処理槽、２０はオゾン注入部、３は被処理水、４は処理水、７はオゾン発生部である。２０ａはオゾン発生部７からのオゾンをオゾン注入部２０へ送るための配管であり、オゾン発生部７とオゾン注入部２０を接続している。８はオゾン分解部、８ａはオゾン処理槽１からの排オゾンをオゾン分解部８へ送るための配管であり、オゾン処理槽１とオゾン分解部８を接続している。
【０００３】
次に動作について説明する。オゾン発生部７で発生したオゾンは配管２０ａを通ってオゾン注入部２０へ送られる。処理槽１内において、流入する被処理水３をオゾン注入部２から注入されるオゾンと接触させることによってオゾン処理した後、処理水４として処理槽１から流出させる。一方、未溶解オゾンは配管８ａを通って処理槽１から取り出され、オゾン分解部８で分解処理される。
【０００４】
【特許文献１】特開平５−７８８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のオゾン処理装置は以上のように構成されていたので、以下に示すようないくつかの問題点があった。
従来のオゾン注入部２０として、通常散気管が使用されており、この散気管によって被処理水の混合とオゾンの被処理水中への溶解とを行っており、被処理水中への高いオゾン吸収効率を得るためには、例えば６ｍ程度の水深の深い処理槽１が必要であり、オゾン処理槽の建設費が高いという問題点があった。
さらに、水深の深い処理槽１を用いても、十分なオゾン吸収効率が得られず、被処理水のオゾン処理において十分な処理効率が得られなかった。また、十分な吸収効率が得られなかったので、未溶解オゾンによるロスが多く、排オゾンを処理するための設備費が高いという問題点や、オゾン注入率を高くする必要があり、オゾン発生部の容量も大きくしなければならないという問題点があった。
【０００６】
本発明は上記のような従来のものの問題点を解消するためになされたもので、水深の浅い処理槽を用いても、オゾンの吸収効率が高く、処理効率の高いオゾン処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明に係るオゾン処理装置は、処理槽に導入された被処理水をオゾン処理して処理水として上記処理槽から導出するオゾン処理装置において、オゾンを発生するオゾン発生部、被処理水または処理水の一部にオゾンの少なくとも一部を溶解してオゾン含有水とするオゾン溶解部、上記処理槽において上記オゾン含有水を被処理水と混合させる混合部、上記オゾン発生部で発生したオゾンを上記オゾン溶解部に導入するオゾン導入手段、被処理水または処理水の一部を上記オゾン溶解部に導入する水導入手段、及び上記オゾン溶解部からのオゾン含有水を上記混合部に導入するオゾン含有水導入手段を備え、混合部は、オゾン含有水を、被処理水の流れと対向する方向に、しかも被処理水の流速よりも大きい噴出速度を有する噴流として処理槽内に噴出するものである。
【０００８】
第２の発明に係るオゾン処理装置は、上記第１の発明において、処理槽の上流端から被処理水の流れ方向に向かって、処理槽の全長の１／５以下の範囲内に、少なくとも１つの混合部を備えたものである。
【０００９】
第３の発明に係るオゾン処理装置は、上記第１または２の発明において、処理槽の底から水面に向かって、処理槽の全水深の１／２以下の範囲内に、少なくとも１つの混合部を備えたものである。
【００１０】
第４の発明に係るオゾン処理装置は、上記第１の発明において、混合部におけるオゾン含有水の噴出速度が、処理槽における被処理水の平均流速よりも１０倍以上大きいものである。
【００１１】
第５の発明に係るオゾン処理装置は、上記第１の発明において、混合部の下流側に、被処理水の流路断面積を減少させる障害物を設けたものである。
【００１２】
第６の発明に係るオゾン処理装置は、上記第５の発明において、障害物は、被処理水の流路断面積を少なくとも３／４以下に減少させるものである。
【００１３】
第７の発明に係るオゾン処理装置は、上記第５または６の発明において、混合部の下流側で、上記混合部から処理槽の下流端までの長さの１／２以下の範囲内に障害物を備えたものである。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように、第１の発明によれば、処理槽に導入された被処理水をオゾン処理して処理水として上記処理槽から導出するオゾン処理装置において、オゾンを発生するオゾン発生部、被処理水または処理水の一部にオゾンの少なくとも一部を溶解してオゾン含有水とするオゾン溶解部、上記処理槽において上記オゾン含有水を被処理水と混合させる混合部、上記オゾン発生部で発生したオゾンを上記オゾン溶解部に導入するオゾン導入手段、被処理水または処理水の一部を上記オゾン溶解部に導入する水導入手段、及び上記オゾン溶解部からのオゾン含有水を上記混合部に導入するオゾン含有水導入手段を備え、混合部は、オゾン含有水を、被処理水の流れと対向する方向に、しかも被処理水の流速よりも大きい噴出速度を有する噴流として処理槽内に噴出するので、処理槽全体における被処理水とオゾン含有水の混合性が向上し、さらに少ないオゾン使用量で効率的にオゾン処理を行うことができる。
【００１５】
第２の発明によれば、上記第１の発明において、処理槽の上流端から被処理水の流れ方向に向かって、処理槽の全長の１／５以下の範囲内に、少なくとも１つの混合部を備えたので、さらに少ないオゾン使用量で効率的にオゾン処理を行うことができる。
【００１６】
第３の発明によれば、上記第１または２の発明において、処理槽の底から水面に向かって、処理槽の全水深の１／２以下の範囲内に、少なくとも１つの混合部を備えたので、さらに少ないオゾン使用量で効率的にオゾン処理を行うことができる。
【００１７】
第４の発明によれば、上記第１の発明において、混合部におけるオゾン含有水の噴出速度が、処理槽における被処理水の平均流速よりも１０倍以上大きいので、処理槽全体の混合性が向上し、さらに少ないオゾン使用量で効率的にオゾン処理を行うことができる。
【００１８】
第５の発明によれば、上記第１の発明において、混合部の下流側に、被処理水の流路断面積を減少させる障害物を設けたので、処理槽全体の混合性が向上し、さらに少ないオゾン使用量で効率的にオゾン処理を行うことができる。
【００１９】
第６の発明によれば、上記第５の発明において、障害物は、被処理水の流路断面積を少なくとも３／４以下に減少させるので、処理槽全体の混合性が向上し、さらに少ないオゾン使用量で効率的にオゾン処理を行うことができる。
【００２０】
第７の発明によれば、上記第５または６の発明において、混合部の下流側で、上記混合部から処理槽の下流端までの長さの１／２以下の範囲内に障害物を備えたので、処理槽全体の混合性が向上し、さらに少ないオゾン使用量で効率的にオゾン処理を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
実施の形態１．
以下に、実施の形態を示して本発明を説明するが、本発明はこれらのみに限定されるものではない。
図１は本発明の実施の形態１によるオゾン処理装置の全体構成を示す図である。 図において、１は水路や反応池などの処理槽である。２は混合部であり、例えば攪拌機やスパージャが用いられる。３は被処理水、４は処理水である。５は被処理水の供給手段であり、例えばポンプが用いられる。４ａは処理水４の一部を水供給手段５へ送るため配管であり、処理槽１と水供給手段５を接続している。６はオゾン溶解部であり、例えば充填塔やエジェクタやスタティックミキサが用いられる。図２〜４にエジェクタ６１を用いた場合、スタティックミキサ６２を用いた場合、エジェクタ６１とスタティックミキサ６２の両方を用いた場合についてそれぞれ要部を拡大して示す。６ａは水供給手段５によって供給された処理水４の一部をオゾン溶解部６へ送るため配管であり、水供給手段５とオゾン溶解部６を接続している。本実施の形態では水供給手段５と配管４ａ，６ａによって水導入手段を構成している。２ａはオゾン溶解部６からのオゾン含有水を混合部２へ送るための配管であり、オゾン溶解部６と混合部２を接続しており、オゾン含有水導入手段を構成している。７はオゾン発生部であり、例えばオゾナイザが用いられる。７ａは発生オゾンをオゾン溶解部６へ送るための配管であり、オゾン発生部７とオゾン溶解部６を接続しており、オゾン導入手段を構成している。８はオゾン分解部であり、例えば触媒を用いた熱分解装置が用いられる。８ａは処理槽１からの未溶解オゾンをオゾン分解部８へ送るための配管であり、処理槽１とオゾン分解部８を接続している。
【００２２】
次に動作について説明する。処理水４の一部は水供給手段５によって配管４ａ及び６ａを介してオゾン溶解部６へ送られ、オゾン発生部７から発生したオゾンは配管７ａを介してオゾン溶解部６に送られ、オゾン溶解部６においてオゾンの少なくとも一部を水に溶解させてオゾン含有水を製造する。オゾン溶解部６からのオゾン含有水は、配管２ａを介して混合部２に送られ、混合部２により処理槽１を通過する被処理水３に注入混合することにより被処理水をオゾン処理する。処理槽１からの未溶解オゾンは、配管８ａを通してオゾン分解部８で処理される。
【００２３】
以上のように、本実施の形態のオゾン処理装置によれば、オゾン溶解部６と混合部２が分離されており、オゾン溶解部６において、水（本実施の形態では処理水の一部）に強制的にオゾンを溶解させてオゾン含有水を製造するので、オゾンの高い吸収効率が得られ、このオゾン含有水を混合部２において処理槽１中の被処理水と混合させるので、例えば水深が４ｍ以下のような浅い処理槽１を用いた場合にも被処理水を効率的に処理することができる。
このように、オゾンを高効率に吸収することができるので、未溶解オゾンによるロスも少なく、オゾン分解部８やオゾン発生部７の容量も小さくてよい。
なお、オゾン溶解部６としてエゼクタ６１やスタティックミキサ６２を用いた場合には、オゾンを非常に高効率に溶解することができ、しかも短時間で高濃度オゾン含有水を製造できる。
【００２４】
実施の形態２．
図５は本発明の実施の形態２によるオゾン処理装置の全体構成を示す図である。図において、３ａは被処理水３の一部を水供給手段５へ送るための配管であり、処理槽１の入口と水供給手段５を接続している。水供給手段５と配管３ａ，６ａにより水導入手段を構成している。
実施の形態１では、処理水４を使用してオゾン含有水を製造し、被処理水のオゾン処理を行ったが、本実施の形態のように、処理水４の代わりに被処理水３を使用しても実施の形態１の場合とほぼ同様の効果が得られる。
【００２５】
実施の形態３．
図６は本発明の実施の形態３によるオゾン処理装置の全体構成を示す図である。図において、５ｂは例えば弁により構成される切替機構であり、配管３ａ及び４ａと接続しており、配管３ａからの被処理水と配管４ａからの処理水とを切り替えている。５ｃは配管であり、水供給手段５と切替機構５ｂを接続している。本実施の形態では水供給手段５、切替機構５ｂ及び配管３ａ，４ａ，５ｃ，６ａにより水導入手段を構成している。
【００２６】
次に、主に上記実施の形態１及び２との相違点について動作を説明する。運転開始時には切替機構５ｂを操作して配管３ａからの被処理水３を使用し、実施の形態２と同様の動作を行うが、通常運転になると（運転開始後処理槽１の被処理水の満留時間程度経過後）、配管４ａからの処理水４を使用するように再び切替機構５ｂを操作し、実施の形態１と同様の動作を行う。
【００２７】
実施の形態１の装置では、オゾン溶解部６でオゾン含有水を製造する時、処理水４の一部を使用しているので、運転開始時には処理水４がないため、被処理水３を処理槽１に満たして未処理のまま処理水として流出させなければオゾン含有水を製造することができない。また、実施の形態２の装置では、オゾン含有水を製造する時、被処理水３の一部を使用しており、オゾンが消費されるので、オゾン注入率を増やさなければならない。
そこで、本実施の形態のように、オゾン含有水を製造するのに、通常は、オゾン消費の少ない処理水４を使用するが、スタートアップの時は処理水４がないため、被処理水３を使用するように切替機構５ｂを操作することにより、未処理のまま被処理水３が流出することを防ぎ、かつ、少ないオゾン使用量でオゾン処理装置を効率的に運転できる。
【００２８】
実施の形態４．
図７は本発明の実施の形態４によるオゾン処理装置の要部の構成を示す図であり、他の構成は実施の形態１と同様である。図において、９はオゾン回収部であり、オゾン溶解部６と同様に例えば充填塔やエジェクタやスタティックミキサが用いられ、処理槽１から回収された未溶解オゾンを水供給手段５からの水の一部と接触させてオゾン含有水とする。９ａは水供給手段５からの水の一部をオゾン回収部９へ送るための配管であり、配管６ａとオゾン回収部９を接続している。８ｂは処理槽１からの排オゾンを送るための配管であり、処理槽１とオゾン回収部９を接続している。８ｃはオゾン回収部で回収しきれなかったオゾンをオゾン分解部８に送る配管であり、オゾン回収部９とオゾン分解部８を接続している。９ｂはオゾン回収部９からのオゾン含有水を混合部２に導入する配管であり、オゾン回収部９と配管２ａを接続している。本実施の形態では、オゾン回収部９と配管８ｂ，８ｃ，９ａ，９ｂによりオゾン回収手段を構成している。
【００２９】
次に、動作について説明する。水供給手段５からの水の一部を配管９ａを通してオゾン回収部９へ送り、処理槽１から排出される未溶解オゾンをオゾン処理部８によって分解させる前に、オゾン回収部９で水と接触させて水に溶解させ、配管９ｂ及び２ａを通して混合部２へ送り、オゾン溶解部６からのオゾン含有水と共に混合部２から処理槽１に注入する。オゾン回収部９で水に溶解しきれなかった未回収オゾンはオゾン分解部８へ送って、分解処理する。他の動作は、実施の形態１と同様である。
【００３０】
以上のように、本実施の形態によれば、未溶解の排オゾンを再利用することによって、発生オゾンが効率的に使用されてオゾンロスが削減され、オゾン発生部７及びオゾン処理部８が小型化できるという効果がある。
【００３１】
なお、本実施の形態によるオゾン回収手段は、処理水４を使用してオゾン含有水を製造するように構成した実施の形態１によるオゾン処理装置に限らず、被処理水３を使用してオゾン含有水を製造するように構成した実施の形態２によるオゾン処理装置や、被処理水３と処理水４の使用を切り替えてオゾン含有水を製造するように構成した実施の形態３によるオゾン処理装置にも適用できるのは言うまでもない。
【００３２】
実施の形態５．
図８は本発明の実施の形態５によるオゾン処理装置の要部の構成を示す図でああり、他の構成は実施の形態１と同様である。図において、１０はオゾン貯留部であり、例えばシリカゲルが入った密閉容器が用いられる。７ｂは例えば弁により構成される切替機構である。７ａはオゾン発生部７と切替機構７ｂを接続する配管、７ｃは切替機構７ｂとオゾン溶解部６を接続する配管、１０ａはオゾン貯留部１０と切替機構７ｂを接続する配管である。
【００３３】
次に、主に実施の形態１との相違点について動作を説明する。例えば処理槽１に導入される被処理水流量を減らした場合等のように、必要とされるオゾン量が減った場合、切替機構７ｂを切り替えて発生部７から発生したオゾンの一部を配管１０ａを介して貯留部１０へ送る。残りのオゾンは配管７ｃを介してオゾン溶解部６へ送り、実施の形態１と同様の動作を行う。また、被処理水流量を増やした場合等のように、必要とされるオゾン量が増加した場合、切替機構７ｂを切り替えて貯留部１０に貯留されたオゾンを取り出してオゾン発生部７からのオゾンと共にオゾン溶解部６へ送り、実施の形態１と同様の動作を行う。
このようにすることによって、必要とされるオゾン量が変動してもオゾン発生部７を常に効率のよい運転条件で運転することが可能であるので、ランニングコストを低減できるという効果がある。
【００３４】
また、昼夜連続運転する場合に夜間の安い電力を利用して運転コストを節減するため、夜間にはオゾン発生部７のオゾン発生量を増やして余剰のオゾンをオゾン貯留部１０で貯留しておき、昼間にはオゾン発生部７のオゾン発生量を夜間より減らし、被処理水によるオゾン消費量が増加した場合に、貯留部１０に貯留されていたオゾンをオゾン発生部７からのオゾンと共に使用し、実施の形態１と同様の動作を行うことも可能である。
【００３５】
以上のように、本実施の形態によれば、オゾン貯留部１０を備えたので、オゾンの過不足をオゾン貯留部１０で補うことによってオゾン発生部７を常に効率のよい運転条件で運転でき、ランニングコストが低減できるという効果がある。
また、夜間の安い電力を利用し、夜間にオゾンを貯留するようにすればオゾン製造コストが低減できるという効果がある。
【００３６】
なお、本実施の形態によるオゾン貯留部１０は、処理水４を使用してオゾン含有水を製造するように構成した実施の形態１によるオゾン処理装置に限らず、被処理水３を使用してオゾン含有水を製造するように構成した実施の形態２によるオゾン処理装置や、被処理水３と処理水４の使用を切り替えてオゾン含有水を製造するように構成した実施の形態３によるオゾン処理装置にも適用できるのは言うまでもない。
【００３７】
実施の形態６．
図９は本発明の実施の形態６によるオゾン処理装置の要部の構成を示す図であり、他の構成は実施の形態１と同様である。本実施の形態によるオゾン処理装置は、実施の形態４で示したオゾン回収手段と実施の形態５で示したオゾン貯留部１０の両方を備えている。
このように構成した場合には、オゾン回収手段を備えたことによる実施の形態４と同様の効果及びオゾン貯留部１０を備えたことによる実施の形態５と同様の効果の両方が得られる。
【００３８】
なお、本実施の形態による構成は、処理水４を使用してオゾン含有水を製造するように構成した実施の形態１に限らず、被処理水３を使用してオゾン含有水を製造するように構成した実施の形態２によるオゾン処理装置や、被処理水３と処理水４の使用を切り替えてオゾン含有水を製造するように構成した実施の形態３によるオゾン処理装置にも適用できるのは言うまでもない。
【００３９】
実施の形態７．
図１０は本発明の実施の形態７によるオゾン処理装置の全体構成を示す図である。図において、３ｂは制御するパラメータ測定用のセンサであり、本実施の形態はフィードフォワード制御方式であるため、処理槽１の入口に設置されている。１２はコントローラであり、例えばマイクロコンピュータが用いられる。１３はオゾン発生部７で発生するオゾン量及びオゾン注入率の設定値、３ｂ１２はセンサ３ｂとコントローラ１２を接続する信号線、１２７はコントローラ１２と発生部７を接続する信号線である。
パラメータとしては、処理槽１に導入される被処理水の流量や、被処理水のＣＯＤ（化学的酸素要求量）、ＳＳ（浮遊物質濃度）、色度、大腸菌濃度等が挙げられる。
流量は流量計で、ＣＯＤはＣＯＤ計で、大腸菌濃度は大腸菌濃度計でそれぞれ測定される。また、ＳＳ及び色度は吸光度を測定することにより測定される。
【００４０】
次に動作について説明する。本実施の形態においては、被処理水３のオゾン処理制御パラメータとして処理槽１に導入される被処理水の流量、ＣＯＤ、ＳＳ、色度、及び大腸菌濃度の内の少なくとも何れか１つを用いてフィードフォワード制御方式によってオゾン発生部７でのオゾン発生量の制御を行う。すなわち、処理槽１に流入する被処理水３における前記パラメータの内のどれか１つ以上をセンサ３ｂによって測定する。測定値は信号線３b１２によってコントローラ１２に信号として送られる。コントローラ１２では、センサ３ｂでの測定値と設定値１３から必要なオゾン量を決める。その結果は信号線１２７を介してオゾン発生部７に伝えられ、オゾン発生量を制御する。他の動作は実施の形態１と同様である。
【００４１】
例えば、パラメータが被処理水の流量で、オゾン注入率とオゾン発生量が設定値である場合、必要オゾン発生量の演算は式（１）に従う。
mozone,in = Cdosage ×QW,in           （１）
mozone,in ：必要オゾン発生量
Cdosage   ：オゾン注入率
QW,in     ：被処理水の流量
この演算はコントローラ１２で行われ、求められた必要オゾン発生量 mozone,in が設定値１３すなわちオゾン発生部７から発生しているオゾン量より多ければ注入されているオゾン量が不足していると判断され、逆に求められた必要オゾン発生量 mozone,in が設定値１３より少なければ注入されているオゾン量が多すぎると判断される。判断結果は信号として信号線１２７を通じて、オゾン発生部７に伝えられ、オゾン発生量が制御される。
なお、パラメータが被処理水の流量以外である場合にも同様の演算及び判断が行われ、オゾン発生量が制御される。この場合、例えば上記演算は実験的に求められた相関式によって行われてもよい。
【００４２】
以上のように、本実施の形態によれば、被処理水のパラメータの変動に対応してオゾン発生量を制御することができるので、過不足なくオゾンを注入することができ、効率的にオゾン処理を行うことができる。その結果、オゾンを用いた被処理水のオゾン処理の維持管理費を削減することができる。
【００４３】
なお、上記実施の形態では、処理水４を使用してオゾン含有水を製造するように構成した実施の形態１によるオゾン処理装置に、オゾン発生量のフィードフォワード制御を適用した場合について説明したが、これに限るものではなく、実施の形態２〜６による何れのオゾン処理装置にも適用できるのは言うまでもない。例えば貯留部１０を備えた実施の形態５、６に適用した場合には、オゾン発生部７を効率的な運転条件の範囲内で制御し、さらなる過不足は貯留部１０で調整することも可能である。
【００４４】
実施の形態８．
図１１は本発明の実施の形態８によるオゾン処理装置の要部の構成を示す図である。他の構成は実施の形態７と同様である。図において、５ａは水供給手段５からの水の流量を調節するための流量制御機構であり、例えば流量制御弁が用いられる。５５ａは配管であり、水供給手段５と流量制御機構５ａを接続している。６ａは配管であり、流量制御機構５ａとオゾン溶解部６を接続している。５ａ１２は信号線であり、コントローラ１２と流量制御機構５ａを接続している。
【００４５】
次に動作について説明する。実施の形態７においては、注入オゾン量を調節するために、コントローラ１２からオゾン発生部７に信号を送ってオゾン発生量を制御したが、本実施の形態では、オゾン含有水の濃度が適当な値（例えばオゾンが溶解可能な範囲）になるように、実施の形態７の制御に加えて、信号線５ａ１２を用いてコントローラ１２から流量制御機構５ａへ信号を送って、オゾン溶解部６へ供給する水の流量も調節する。
【００４６】
以上のように、本実施の形態によれば、被処理水のパラメータの変動に対応してオゾン発生量及び供給水流量の両方を制御するので、オゾン注入量のみならずオゾン含有水のオゾン濃度も調節することができ、オゾンを確実に溶解して効率的にオゾン処理を行うことができる。その結果、オゾンを用いた被処理水のオゾン処理の維持管理費を削減することができる。
【００４７】
なお、上記実施の形態では、処理水４を使用してオゾン含有水を製造するように構成した実施の形態１によるオゾン処理装置に、オゾン発生量のフィードフォワード制御を適用した場合について説明したが、実施の形態２〜６による何れのオゾン処理装置にも適用できるのは言うまでもない。
【００４８】
実施の形態９．
図１２は本発明の実施の形態９によるオゾン処理装置の要部の構成を示す図であり、他の構成は実施の形態７と同様である。図において、７ｄはオゾン発生部７とオゾン貯留部１０とオゾン溶解部６との間でオゾンの流れ方向及び流量を制御するための切替及び流量制御機構であり、例えば流量制御弁が用いられる。実施の形態５で示した切替機構７ｂと類似しているが、切替機構７ｂではオゾン発生部７とオゾン貯留部１０とオゾン溶解部６との間でオゾンの流れ方向を切り替えるのみである点が異なる。７ｄ１２は信号線であり、切替及び流量制御機構７ｄとコントローラ１２を接続している。７ａは切替及び流量制御機構７ｄとオゾン発生部７を接続する配管、７ｃは切替及び流量制御機構７ｂとオゾン溶解部６を接続する配管、１０ａは切替及び流量制御機構７ｄとオゾン貯留部１０を接続する配管である。
【００４９】
次に動作について説明する。コントローラ１２には、センサ３ｂからパラメータすなわち処理槽１に導入される被処理水の流量、ＣＯＤ、ＳＳ、色度、及び大腸菌濃度の内の少なくとも何れか１つの測定信号が入力される。コントローラ１２では、入力された測定値とオゾン注入率の設定値１３から必要なオゾン量を決めて信号線１２７によりオゾン発生部７におけるオゾン発生量を制御するのであるが、本実施の形態においては、オゾン発生部７を常に効率の良い運転条件の範囲内で運転し、発生するオゾンの過不足は切替及び流量制御機構７ｄを制御することによりオゾン貯留部１０でのオゾンの出し入れによって調節する。
【００５０】
以上のように、本実施の形態によれば、オゾン発生部７を常に効率の良い運転条件の範囲内で運転し、発生するオゾンの過不足は切替及び流量制御機構７ｄを制御することによりオゾン貯留部１０でのオゾンの出し入れによって調節するので、オゾン処理装置を効率的かつ経済的に運用することができる。
【００５１】
なお、本実施の形態による構成は、処理水４を使用してオゾン含有水を製造するように構成したオゾン処理装置に限らず、被処理水３を使用してオゾン含有水を製造するように構成したオゾン処理装置や、被処理水３と処理水４の使用を切り替えてオゾン含有水を製造するように構成したオゾン処理装置にも適用できるのは言うまでもない。
【００５２】
実施の形態１０．
図１３は本発明の実施の形態１０によるオゾン処理装置の要部の構成を示す図である。本実施の形態によるオゾン処理装置は、実施の形態４や実施の形態６で説明したようなオゾン回収手段を備えたオゾン処理装置に実施の形態９で示したオゾン発生量とオゾン溶解部６へのオゾン供給量の両方をフィードフォワード制御する構成を適用したものである。
このように構成した場合には、実施の形態９で説明したのと同様の効果に加えて、もし未溶解オゾンが生じたときにはオゾン回収部９で回収できるので、オゾンのロスを更に減らすことができるという効果が得られる。
【００５３】
実施の形態１１．
図１４は本発明の実施の形態１１によるオゾン処理装置の要部の構成を示す図である。上記実施の形態９及び１０では、オゾン注入量を制御するのに、オゾン発生部７と切替及び流量制御機構７ｄの両方を制御した場合について説明したが、例えば図１４に要部を示すように構成し、オゾン発生部７は効率の良い運転条件に設定しておき、切替及び流量制御機構７ｄのみを制御するようにしてもよい。
【００５４】
実施の形態１２．
図１５は本発明の実施の形態１２によるオゾン処理装置の要部の構成を示す図である。本実施の形態は、実施の形態８と実施の形態９を合わせたものであり、本実施の形態によるオゾン処理装置は、オゾン発生量とオゾン溶解部６へのオゾン供給量の両方及びオゾン溶解部６へ供給する水の流量をフィードフォワード制御するものである。
このように構成した場合には、実施の形態９で説明したのと同様の効果に加えて、実施の形態８で説明したようにオゾン含有水のオゾン濃度も調節することができる。
【００５５】
実施の形態１３．
図１６は本発明の実施の形態１３によるオゾン処理装置の要部の構成を示す図である。本実施の形態によるオゾン処理装置は、実施の形態４や実施の形態６で説明したようなオゾン回収手段を備えたオゾン処理装置に、実施の形態１２で示したオゾン発生量とオゾン溶解部６へのオゾン供給量の両方及びオゾン溶解部６へ供給する水の流量をフィードフォワード制御する構成を適用したものである。
このように構成した場合には、実施の形態１２で説明したのと同様の効果に加えて、もし処理槽１で未溶解オゾンが生じたときにはオゾン回収部９で回収できるので、オゾンのロスを更に減らすことができるという効果が得られる。
【００５６】
実施の形態１４．
図１７は本発明の実施の形態１４によるオゾン処理装置の全体構成を示す図である。図において、４ｂは制御するパラメータ測定用のセンサであり、本実施の形態はフィードバック制御方式であるため、処理槽１の出口に設置されている。４ｂ１２はセンサ４ｂとコントローラ１２を接続する信号線である。
パラメータとしては、処理槽１から導出される処理水の流量や、処理水のＣＯＤ、ＳＳ、色度、大腸菌濃度、溶存オゾン濃度等が挙げられる。流量、処理水のＣＯＤ、ＳＳ、色度、及び大腸菌濃度の測定については実施の形態７と同様である。溶存オゾン濃度は例えばオゾン濃度計により測定される。
【００５７】
次に動作について説明する。本実施の形態においては、被処理水３のオゾン処理制御パラメータとして処理槽１から導出される被処理水の流量、ＣＯＤ、ＳＳ、色度、大腸菌濃度、及び溶存オゾン濃度の内の少なくとも何れか１つを用いてフィードバック方式によってオゾン発生部７でのオゾン発生量の制御を行う。すなわち、処理槽１から流出する処理水４における前記パラメータの内のどれか１つ以上をセンサ４ｂによって測定する。測定値は信号線４b１２によってコントローラ１２に信号として送られる。コントローラ１２では、この測定値と設定値１３から必要なオゾン量を決める。その結果は信号線１２７を介してオゾン発生部７に伝えられ、オゾン発生量を制御する。他の動作は実施の形態１と同様である。
【００５８】
例えば、パラメータすなわち測定値が処理水の流量及び処理水中の溶存オゾン濃度であり、オゾン発生量及びオゾン注入率が設定値である場合、必要オゾン発生量の演算は式（２）に従う。
mozone,in = Qw,out ×(Cdosage − CLozone, out)          （２）
mozone,in   ：必要オゾン発生量
Cdosage     ：オゾン注入率
CLozone, out：処理水中の溶存オゾン濃度
Qw,out      ：処理水の流量
この演算は、コントローラ１２によって行う。求められた必要オゾン発生量 mozone,in が設定値１３すなわちオゾン発生部７から発生しているオゾン量より多ければ注入されているオゾン量が不足していると判断され、逆に求められた必要オゾン発生量 mozone,in が設定値１３より少なければ注入されているオゾン量が多すぎると判断される。判断結果は信号として信号線１２７を通じて、オゾン発生部７に伝えられ、オゾン発生量が制御される。
なお、パラメータが処理水の流量及び溶存オゾン濃度以外である場合にも同様の演算及び判断が行われ、オゾン発生量が制御される。この場合、例えば上記演算は実験的に求められた相関式によって行われてもよい。
【００５９】
以上のように、本実施の形態によれば、被処理水のパラメータの変動に対応してオゾン発生量を制御することができるので、過不足なくオゾンを注入することができ、効率的にオゾン処理を行うことができる。その結果、オゾンを用いた被処理水のオゾン処理の維持管理費を削減することができる。
【００６０】
なお、上記実施の形態では、処理水４を使用してオゾン含有水を製造するように構成した実施の形態１によるオゾン処理装置に、オゾン発生量のフィードバック制御を適用した場合について説明したが、これに限るものではなく、実施の形態２〜６による何れのオゾン処理装置にも適用できるのは言うまでもない。例えば貯留部１０を備えた実施の形態５、６に適用した場合には、オゾン発生部７を効率的な運転条件の範囲内で制御し、さらなる過不足は貯留部１０で調整することも可能である。
【００６１】
実施の形態１５．
図１８は本発明の実施の形態１５によるオゾン処理装置の要部の構成を示す図である。本実施の形態によるオゾン処理装置は、処理水のパラメータの変動に対応してオゾン発生量及び供給水流量の両方をフィードバック制御するものであり、フィードバック制御については上記実施の形態１４で説明したのと同様であり、他の動作は実施の形態８でフィードフォワード制御する場合について説明したのと同様であるので詳細な説明は省略する。
【００６２】
本実施の形態によれば、被処理水のパラメータの変動に対応してオゾン発生量及び供給水流量の両方を制御するので、オゾン注入量のみならずオゾン含有水のオゾン濃度も調節することができ、オゾンを確実に溶解して効率的にオゾン処理を行うことができる。その結果、オゾンを用いた被処理水のオゾン処理の維持管理費を削減することができる。
【００６３】
実施の形態１６．
図１９は本発明の実施の形態１６によるオゾン処理装置の要部の構成を示す図である。本実施の形態によるオゾン処理装置は、処理水のパラメータの変動に対応してオゾン発生量とオゾン溶解部６へのオゾン供給量の両方をフィードバック制御するものであり、フィードバック制御については上記実施の形態１４で説明したのと同様であり、他の動作は実施の形態９でフィードフォワード制御する場合について説明したのと同様であるので詳細な説明は省略する。
【００６４】
本実施の形態によれば、オゾン発生部７を常に効率の良い運転条件の範囲内で運転し、発生するオゾンの過不足は切替及び流量制御機構７ｄを制御することによりオゾン貯留部１０でのオゾンの出し入れによって調節するので、オゾン処理装置を効率的かつ経済的に運用することができる。
【００６５】
実施の形態１７．
図２０は本発明の実施の形態１７によるオゾン処理装置の要部の構成を示す図である。本実施の形態によるオゾン処理装置は、オゾン回収手段を備えたオゾン処理装置に実施の形態１６で示したオゾン発生量とオゾン溶解部６へのオゾン供給量の両方をフィードバック制御する構成を適用したものである。
このように構成した場合には、実施の形態１６で説明したのと同様の効果に加えて、もし処理槽１で未溶解オゾンが生じたときにはオゾン回収部９で回収できるので、オゾンのロスを更に減らすことができるという効果が得られる。
【００６６】
実施の形態１８．
図２１は本発明の実施の形態１８によるオゾン処理装置の要部の構成を示す図である。上記実施の形態１６及び１７では、オゾン注入量を制御するのに、オゾン発生部７と切替及び流量制御機構７ｄの両方を制御した場合について説明したが、例えば図２１に要部を示すように構成し、オゾン発生部７は効率の良い運転条件に設定しておき、切替及び流量制御機構７ｄのみを制御するようにしてもよい。
【００６７】
実施の形態１９．
図２２は本発明の実施の形態１９によるオゾン処理装置の要部の構成を示す図である。本実施の形態は、実施の形態１５と実施の形態１６を合わせたものであり、本実施の形態によるオゾン処理装置は、オゾン発生量とオゾン溶解部６へのオゾン供給量の両方及びオゾン溶解部６へ供給する水の流量をフィードバック制御するものである。
このように構成した場合には、実施の形態１６で説明したのと同様の効果に加えて、実施の形態１５で説明したようにオゾン含有水の濃度も調節することができる。
【００６８】
実施の形態２０．
図２３は本発明の実施の形態２０によるオゾン処理装置の要部の構成を示す図である。本実施の形態によるオゾン処理装置は、実施の形態４や実施の形態６で説明したようなオゾン回収手段を備えたオゾン処理装置に、実施の形態１９で示したオゾン発生量とオゾン溶解部６へのオゾン供給量の両方及びオゾン溶解部６へ供給する水の流量をフィードバック制御する構成を適用したものである。
このように構成した場合には、実施の形態１９で説明したのと同様の効果に加えて、もし処理槽１で未溶解オゾンが生じたときにはオゾン回収部９で回収できるので、オゾンのロスを更に減らすことができるという効果が得られる。
【００６９】
実施の形態２１．
図２４は本発明の実施の形態２１によるオゾン処理装置の全体構成を示す図である。本実施の形態によるオゾン処理装置は、フィードフォワード及びフィードバック制御を行うため、実施の形態７と実施の形態１４を組み合わせた構成となっている。
【００７０】
次に、動作について説明する。例えば、被処理水及び処理水の流量並びに処理水中の溶存オゾン濃度をパラメータとしてオゾン発生量のフィードフォワード及びフィードバック制御を行う場合、演算は式（３）に従って制御する。
mozone,in = 1/2 × Cdosage ×QW,in 
＋ 1/2 × Qw,out ×(Cdosage − CLozone, out)  （３）
mozone,in   ：必要オゾン発生量
Cdosage     ：オゾン注入率
CLozone, out：処理水中の溶存オゾン濃度
QW,in       ：被処理水の流量
Qw,out      ：処理水の流量
なお、上記式（３）で１／２を乗じる代わりにα及び（１-α）を乗じてもよい。ここでαは制御パラメータの安定性によって決める係数であり、α＜１である。
また、被処理水３と処理水４の流量はほぼ同じであるので、両方測定せずにどちらか一方で代用してもよい。
【００７１】
以上のように本実施の形態によれば、フィードフォワード及びフィードバックの両制御方式を組み合わせることによって全体的パラメータの制御がスピードアップされる効果がある。
【００７２】
実施の形態２２．
図２５は本発明の実施の形態２２によるオゾン処理装置の要部の構成を示す図である。本実施の形態によるオゾン処理装置は、処理水のパラメータの変動に対応してオゾン発生量及び供給水流量の両方をフィードフォワード及びフィードバック制御するものであり、フィードフォワード及びフィードバック制御については上記実施の形態２１で説明したのと同様であり、他の動作は実施の形態８でフィードフォワード制御する場合について説明したのと同様であるので詳細な説明は省略する。
【００７３】
本実施の形態によれば、被処理水のパラメータの変動に対応してオゾン発生量及び供給水流量の両方を制御するので、オゾン注入量のみならずオゾン含有水のオゾン濃度も調節することができ、オゾンを確実に溶解して効率的にオゾン処理を行うことができる。その結果、オゾンを用いた被処理水のオゾン処理の維持管理費を削減することができる。
【００７４】
実施の形態２３．
図２６は本発明の実施の形態２３によるオゾン処理装置の要部の構成を示す図である。本実施の形態によるオゾン処理装置は、処理水のパラメータの変動に対応してオゾン発生量とオゾン溶解部６へのオゾン供給量の両方をフィードフォワード及びフィードバック制御するものであり、フィードフォワード及びフィードバック制御については上記実施の形態２１で説明したのと同様であり、他の動作は実施の形態９でフィードフォワード制御する場合について説明したのと同様であるので詳細な説明は省略する。
【００７５】
本実施の形態によれば、オゾン発生部７を常に効率の良い運転条件の範囲内で運転し、発生するオゾンの過不足は切替及び流量制御機構７ｄを制御することによりオゾン貯留部１０でのオゾンの出し入れによって調節するので、オゾン処理装置を効率的かつ経済的に運用することができる。
【００７６】
実施の形態２４．
図２７は本発明の実施の形態２３によるオゾン処理装置の要部の構成を示す図である。本実施の形態によるオゾン処理装置は、オゾン回収手段を備えたオゾン処理装置に実施の形態１６で示したオゾン発生量とオゾン溶解部６へのオゾン供給量の両方をフィードフォワード及びフィードフォワード制御する構成を適用したものである。
このように構成した場合には、実施の形態２３で説明したのと同様の効果に加えて、もし処理槽１で未溶解オゾンが生じたときにはオゾン回収部９で回収できるので、オゾンのロスを更に減らすことができるという効果が得られる。
【００７７】
実施の形態２５．
図２８は本発明の実施の形態２５によるオゾン処理装置の要部の構成を示す図である。上記実施の形態２３及び２４では、オゾン注入量を制御するのに、オゾン発生部７と切替及び流量制御機構７ｄの両方を制御した場合について説明したが、例えば図２８に要部を示すように構成し、オゾン発生部７は効率の良い運転条件に設定しておき、切替及び流量制御機構７ｄのみを制御するようにしてもよい。
【００７８】
実施の形態２６．
図２９は本発明の実施の形態２６によるオゾン処理装置の要部の構成を示す図である。本実施の形態は、実施の形態２２と実施の形態２３を合わせたものであり、本実施の形態によるオゾン処理装置は、オゾン発生量とオゾン溶解部６へのオゾン供給量の両方及びオゾン溶解部６へ供給する水の流量をフィードフォワード及びフィードバック制御するものである。
このように構成した場合には、実施の形態２３で説明したのと同様の効果に加えて、実施の形態２２で説明したようにオゾン含有水の濃度も調節することができる。
【００７９】
実施の形態２７．
図３０は本発明の実施の形態２７によるオゾン処理装置の要部の構成を示す図である。本実施の形態によるオゾン処理装置は、実施の形態４や実施の形態６で説明したようなオゾン回収手段を備えたオゾン処理装置に、実施の形態２６で示したオゾン発生量とオゾン溶解部６へのオゾン供給量の両方及びオゾン溶解部６へ供給する水の流量をフィードフォワード及びフィードバック制御する構成を適用したものである。
このように構成した場合には、実施の形態２６で説明したのと同様の効果に加えて、もし処理槽１で未溶解オゾンが生じたときにはオゾン回収部９で回収できるので、オゾンのロスを更に減らすことができるという効果が得られる。
【００８０】
実施の形態２８．
図３１は本発明の実施の形態２８によるオゾン処理装置の全体構成を示す図である。図において、８ｅはオゾン濃度及び流量測定用のセンサであり、例えばオゾン濃度計と流量計が用いられる。８ｅ１２はセンサ８ｅとコントローラ１２を接続する信号線である。
【００８１】
次に動作について説明する。まず、センサ８ｅを用いて処理槽１から未溶解で排出されるオゾン濃度及び処理槽１から排出されるガスの流量を、センサ４ｂを用いて処理槽１から導出する処理水の流量及び処理水中の溶存オゾン濃度をそれぞれ測定する。測定値は信号線８ｅ１２及び４ｂ１２によってコントローラ１２に信号として送られる。コントローラ１２では、この測定値と設定値１３から例えば式（４）に従って必要なオゾン発生量を決める。その結果は信号線１２７を介してオゾン発生部７に伝えられ、オゾン発生量を制御する。
mozone,in = QW,out × Cdosage − QG,out × CGozone, out
− QW,out × CLozone, out    （４）
mozone,in   ：必要オゾン発生量
Qw,out      ：処理水の流量
Cdosage     ：オゾン注入率
QG,out      ：排ガス流量
CLozone, out：処理水中の溶存オゾン濃度
CGozone,out ：未溶解オゾン濃度
【００８２】
以上のように、本実施の形態によれば、処理槽１から未溶解で排出されるオゾンの量及び処理水中に溶解したオゾンの量に対応してオゾン発生量を制御することができるので、過不足なくオゾンを注入することができ、効率的にオゾン処理を行うことができる。その結果、オゾンを用いた被処理水のオゾン処理の維持管理費を削減することができる。
【００８３】
なお、本実施の形態は、実施の形態２〜２７と組み合わせて実施することも可能である。
【００８４】
実施の形態２９．
水路や反応池などの処理槽１において、上記各実施の形態で示したオゾン処理装置を用いて高効率なオゾン処理を行うためには、オゾン含有水を被処理水と混合する混合部２を処理槽１のどの場所に設置して、どのような条件でオゾン含有水を注入するかが非常に重要になると考えられる。このため、発明者らは各種処理層１におけるオゾン含有水の注入場所、注入方法について、計算機シミュレーションプログラムを開発して長年にわたり、膨大なシミュレーション実験を行い研究してきた。
その結果、これまでの水処理の分野における一般的な常識では、オゾン注入率によってオゾン処理効果がある程度定まると考えられていたが、言い換えれば、オゾン注入量がオゾン処理効果を決定する主な操作因子と考えられていたが、本発明で考慮している水深の浅い処理槽１では、オゾン注入率よりも混合が処理効果に大きな影響を及ぼすことを発明者らは見出した。さらに、混合条件に影響を及ぼす各種操作条件について、各種処理槽１についてシミュレーション実験を鋭意行った結果、オゾン含有水を処理槽１に注入して被処理水と混合する混合部２は、被処理水の流速や処理槽１の全水深、混合部２における噴き出し速度、噴き出し方向などと相関があること見出し、以下の実施の形態で説明する発明に至ったものである。
【００８５】
処理槽１において高効率なオゾン処理を実現するためには、オゾン含有水を処理槽１内の適切な場所に注入し、被処理水と効率的に混合、反応させる必要がある。このため、処理槽１内の流動及び物質移動をモデル化して、オゾン含有水の注入位置及び操作条件によるパラメータスタディを行った。
【００８６】
（計算モデル及び方法）
被処理水をＣＯＤ、ＳＳ及び大腸菌を３成分共存系としてモデル化し、オゾンによる消毒状態を数値解析し、オゾン処理状態を調べた。本検討で用いたモデルは以下の通りである。
基本式は直交座標系のテンソル形式で表す以下のようになる。
【００８７】
【数１】
2005224799.tif 000003
【００８８】
ここで、ｍm，ｍnは流体混合の各成分ｍ，ｎの局所的濃度である質量分率[-]、ｔは時間[s]、ｘiは直交座標（i=1,2,3）、ｕiはｘi方向の流体の絶対速度成分[m/s]、ｐは圧力[Pa]、rは密度[kg/m3]、mは水の分子粘性係数[Pa・s]、ｓmは化学反応による生成または消費速度[kg/(s・m3)]であり、ｋm,n は反応速度定数[kg/(s・m3)]を示す。Ｄmは成分ｍの分子拡散係数[-]、ｍ’は乱流質量フラックス[kg/(s・m2)]を示す。μtは乱流粘性係数[Pa・s]、σm,tは乱流シュミット数[-]であり、ｓi,jはひずみ速度テンソル率である。ｇ1/2はメトリック・テンソルの行列式、δijはクロネッカーのδでi=jのときは１、それ以外は０である。ｕ’はアンサンブル平均速度の撹乱成分[m/s]で、上線はアンサンブル平均プロセスを表す。
さらに、乱流モデルは、高レイノルズ数（Ｒｅ＝５×１０5）のｋ−εモデルを用いるものとして、乱流エネルギｋの保存式は、以下のようになる。
【００８９】
【数２】
2005224799.tif 000004
【００９０】
ここで、σh,tは乱流プラントル数[-]、σkは実験定数、ｇiはｘi方向の重力加速度成分[m/s2]である。
【００９１】
また、乱流エネルギεの散逸率の保存式は以下のようになる。
【００９２】
【数３】
2005224799.tif 000005
【００９３】
ただし、式中の実験定数は次表に示す値を使用した。乱流粘性係数μtは、ｆμを１に設定してから決めた。
【００９４】
【表１】
2005224799.tif 000006
【００９５】
なお、処理槽１の形状は、図３２（ａ）（ｂ）にそれぞれ垂直断面図及び上面図で示すように、仕切り板１００により５つの流路（レーン）に分割されており、処理槽すなわち各流路は水深を３ｍ、幅を２．４ｍ、長さを３０ｍと設定した。また、流路の入口すなわち上流端は壁が無く、流路の断面と同じ断面形状を有する被処理水導入用の配管から被処理水が流路の上流端に直接流入するものとして計算した。また、流入水量は１０万ｍ3/日、処理槽１における被処理水の平均流速は０．１６ｍ／ｓ、処理槽１への流入水質はＣＯＤが１０ｍｇ／ｌ、ＳＳが１０ｍｇ／ｌ、大腸菌が１００００個／ｍｌとし、大腸菌の消毒状態（残存大腸菌数）で処理状況を評価した。
また、反応速度定数は、大腸菌、ＣＯＤ、ＳＳの反応速度と、オゾン消費からなり、本解析で用いた反応速度は実験室レベルで評価した値である。各反応速度定数の一覧を次表にまとめる。
【００９６】
【表２】
2005224799.tif 000007
【００９７】
なお、図３２において、２２ａは障害物であり、後出の実施の形態で詳細に説明する。
【００９８】
（結果）
オゾン注入率３ｍｇ／ｌ、混合部の位置（処理槽の上流端から被処理水の流れ方向に向かって５ｍ、処理槽１の底から水面に向かって３０ｃｍ）の条件で、オゾン含有水の噴出速度を被処理水の流れ方向を正として−２．０ｍ／ｓから２．０ｍ／ｓの範囲で変え、噴流の噴き出し方向についてシミュレーション検討を行った。この結果を図３３に示す。図に示すように、オゾン含有水を被処理水の流れと対向する方向に噴出する方が（噴流速度がマイナスの部分）、大腸菌の低減効果が大きく、オゾン処理効果が大きいことが分かる。つまり、対向流にすることによって、小さな噴出速度で効率よく大腸菌を基準値の３０００個／ｍｌ以下にオゾン処理することができることが明らかであり、噴流を発生するためのポンプ動力を低減できることが分かる。
【００９９】
次に、図３４を用いてオゾン含有水を被処理水の流れと対向する方向に噴出した場合の作用について定性的に説明する。図において、１０１、１０１ａは被処理水の流れ、１０２はオゾン含有水の噴流（以下、オゾン噴流と称す）の速度ベクトル、１０３は回転弧、１０４は処理水である。被処理水１０１の流れと対向する方向にオゾン噴流１０２が噴出される場合、オゾン噴流１０２はオゾン接触槽１の上流から流入してきた被処理水１０１の運動エネルギを受けて曲げられ、回転弧１０３を描き、被処理水１０１と一緒に下流方向へ向かう。
オゾン噴流１０２が曲げられてできる回転弧１０３が被処理水１０１の流れ方向に垂直な断面内に広がり、オゾン噴流１０２と被処理水１０１の接触量が増大する。ここで、接触するオゾン噴流１０２はオゾン濃度が高いうえ、被処理水１０１は未反応であるため、接触部での濃度勾配が大きく局所反応速度が最大となる。
さらに、図３４ではオゾン噴流１０２と被処理水１０１が対向しており、オゾン噴流１０２と被処理水１０１の相対速度差により生じるせん断力が増加し、大きな乱れが発生するため局所的に混合が促進される。
一方、残存オゾンを含む処理水１０４とオゾン噴流１０２と接触せずに下流へ流れる被処理水１０１ａは、共にオゾン噴流１０２の抵抗を受けて縮流されることにより接触し、反応が進む。
さらに、縮流された際に、処理水１０４が上方向成分を持って流れが加速され、被処理水１０１ａと衝突するため、乱れが大きくなり、局所的な混合が促進される。
以上の理由により、本実施の形態のように、オゾン噴流１０２が被処理水１０１の流れと対向する方向に噴出される方が、同じ方向に噴出される場合と比べてオゾン処理能力が飛躍的に向上するものと考えられる。
【０１００】
実施の形態３０．
次に、被処理水の流れ方向（流路の長さ方向）に対するオゾン含有水の注入位置について説明する。
実施の形態２９と同じモデル及び計算条件（オゾン注入率：３ｍｇ／ｌ、オゾン含有水の噴出速度：１．６ｍ／ｓ、混合部の位置：処理槽１の底から水面に向かって３０ｃｍ）を用い、オゾン含有水を被処理水の流れと対向する方向に噴出する場合について、被処理水の流れ方向に対するオゾン含有水の注入位置についてシミュレーション実験を行った。
【０１０１】
その結果を図３５に示す。図３５に示すように、処理槽すなわち流路の入口すなわち上流端に近い所にオゾン含有水を注入するほど大腸菌の消毒効果が大きく、効率的にオゾン処理を行うことができる。さらに詳細に述べると、流路の上流端から６ｍ以内、すなわち流路の上流端から流路の全長に対して２０％以内の距離にオゾン含有水の噴出箇所を設けると、大腸菌は下水の放流水質基準である３０００個／ｍｌをクリアしている。すなわち、流路の上流端から流路の全長に対して２０％以内の距離にオゾン含有水の噴出箇所を設けることにより、効率的にオゾン処理が行えることが分かる。
【０１０２】
なお、今回のシミュレーションでは処理槽（流路）の上流端は壁が無く、その全面から被処理水が流入してくる場合について検討したが、上流端に壁があって被処理水が上方から流入してくる場合には、オゾン含有水の噴出箇所を上流端ぎりぎりより少し離して設けるのが望ましい。
【０１０３】
実施の形態３１．
次に、処理槽１の深さ（水深）方向に対するオゾン含有水の注入位置について説明する。
実施の形態２９と同じモデル及び計算条件（オゾン注入率：３ｍｇ／ｌ、オゾン含有水の噴出速度：１．６ｍ／ｓ、混合部の位置：処理槽の上流端から被処理水の流れ方向に向かって５ｍ）を用い、オゾン含有水を被処理水の流れと対向する方向に噴出する場合について、処理槽の深さ方向に対するオゾン含有水の注入位置についてシミュレーション実験を行った。
【０１０４】
その結果を図３６に示す。なお、図３６の水深は処理槽の底から水面に向かって図った値である。図３６に示すように、処理槽の中間の水深から底に近い所にオゾン含有水を注入すると大腸菌の消毒効果が大きく、効率的にオゾン処理を行うことができる。さらに詳細に述べると、処理槽の底から１．５ｍの範囲、すなわち処理槽の底から処理槽の全水深の１／２水深までの範囲にオゾン含有水の噴出箇所を設けると、大腸菌は下水の放流水質基準である３０００個／ｍｌをクリアしている。すなわち、処理槽の底から処理槽の全水深の１／２水深までの範囲にオゾン含有水の噴出箇所を設けることにより、効率的にオゾン処理が行えることが分かる。
【０１０５】
実施の形態３２．
次に、オゾン含有水の噴出速度について説明する。
実施の形態２９と同じモデル及び計算条件（オゾン注入率：３ｍｇ／ｌ、混合部の位置：処理槽の上流端から被処理水の流れ方向に向かって５ｍ、処理槽１の底から水面に向かって３０ｃｍ）を用い、オゾン含有水を被処理水の流れと対向する方向に噴出する場合について、混合部２におけるオゾン含有水の噴出速度がオゾン処理特性に及ぼす影響についてシミュレーション実験を行った。
【０１０６】
その結果を図３７に示す。図３７に示すように、噴出速度が大きくなると大腸菌濃度は減少しており、オゾン処理効果が大きくなることが分かる。更に詳細に述べると、噴出速度が１．６ｍ／ｓ以上、すなわち処理槽内の被処理水の流速に対して１０倍以上の噴出速度となると、大腸菌は下水の放流水質基準である３０００個／ｍｌをクリアしている。すなわち、混合部２におけるオゾン含有水の噴出速度が、処理槽内の被処理水の流速に対して１０倍以上となるようにすることにより、効率的にオゾン処理が行えることが分かる。
【０１０７】
なお、オゾン含有水の噴出速度は大きいほど効率的にオゾン処理が行えるが、大きすぎると水供給手段５の動力が増加し、消費電力が増加して処理コストが高くなるため、処理槽内の被処理水の流速に対して１０倍以上、２０倍以下とするのが望ましい。
【０１０８】
実施の形態３３．
次に本発明の実施の形態３３によるオゾン処理装置ついて図３２及び図３８を用いて説明する。本実施の形態では、図３２で示すように、処理槽１における流路断面積を減少させる板状の障害物２２ａ（じゃま板、バッフル板）を混合部２の下流側でしかも上部に設けている。
このように構成した場合、図３８に示すように、オゾン噴流１０２から離れた位置をバイパスして流れる被処理水１０１ａは、オゾン噴流１０２と接触せずに下流へ流れるが、被処理水１０１ａ及び残存オゾンを含む処理水１０４は、障害物２２ａにより流路断面積が小さくなり縮流されるため、障害物２２ａが無い場合に比べてより接触しやすくなる。
【０１０９】
実施の形態２９と同じモデルを用いて、被処理水の流れ方向に対する障害物２２ａの位置についてシミュレーション実験を行った。なお、オゾン注入率は１ｍｇ／ｌ、混合部２におけるオゾン含有水の噴出速度は１．６ｍ／ｓ、混合部の位置は処理槽の上流端から被処理水の流れ方向に向かって５ｍ、処理槽１の底から水面に向かって３０ｃｍとした。また、障害物２２ａによる被処理水流路断面積の減少率は５０％（すなわち障害物２２ａにより被処理水流路断面積が５０％に減少している）で、障害物２２ａを被処理水流路の上部に設置した。
【０１１０】
その結果を図３９に示す。図３９に示すように、混合部２から障害物２２ａまでの距離が遠くなるほどオゾン処理効果は低減することが分かる。詳細に述べると、混合部２からの距離が１７．５ｍ以下、言い換えれば、混合部２から障害物２２ａまでの距離が混合部２から処理槽すなわち流路の出口すなわち下流端まで長さの１／２以下になるように障害物２２ａを設置にすることによって、大腸菌は下水の放流水質基準である３０００個／ｍｌをクリアしている。すなわち、混合部２から障害物２２ａまでの距離が混合部２から流路の下流端まで長さの１／２以下になるように障害物２２ａを設置すれば、効率よくオゾン処理を行えることが分かる。
【０１１１】
なお、障害物２２ａを混合部２の真上に設置してもよく、この場合にはあまり大きくない障害物２２ａを用いるのが望ましい。
なお、上記実施の形態３３では障害物２２ａとして板状のものを用いた場合について示したが、これに限るものではない。
【０１１２】
実施の形態３４．
実施の形態２９と同じモデルを用い、オゾン含有水を被処理水の流れと対向する方向に噴出する場合について、障害物２２ａの大きさすなわち障害物２２ａによる処理槽１内の被処理水流路断面積の減少率がゾン処理特性に及ぼす影響についてシミュレーション実験を行った。なお、オゾン注入率は１ｍｇ／ｌ、混合部２におけるオゾン含有水の噴出速度は１．６ｍ／ｓとした。また、混合部の位置は処理槽の上流端から被処理水の流れ方向に向かって５ｍ、処理槽１の底から水面に向かって３０ｃｍとした。また、障害物２２ａは混合部２から下流側へ５ｍの位置で被処理水流路の上部に設置した。
【０１１３】
その結果を図４０に示す。図４０に示すように、障害物２２ａによる処理槽内の被処理水流路断面積の減少率が大きくなるとオゾン処理効果が大きくなることが分かる。詳細に述べれば、水面からの深さが少なくとも０．７５ｍ以上であるバッフル板２２ａを設置することによって、言い換えれば、障害物２２ａによる処理槽内の被処理水流路断面積の減少率を２５％以上と設定することによって、大腸菌は下水の放流水質基準である３０００個／ｍｌをクリアしている。すなわち、障害物２２ａによる処理槽内の被処理水流路断面積の減少率を２５％以上と設定することによって、効率的にオゾン処理が行えることが分かる。
【０１１４】
なお、障害物２２ａによる処理槽内の被処理水流路断面積の減少率は大きいほど効率的にオゾン処理が行えるが、あまり大きすぎると圧損が大きくなって流れ難くなるため、２５％以上、７５％以下とするのが望ましい。
【０１１５】
実施の形態３５．
実施の形態２９と同じモデルを用い、オゾン含有水を被処理水の流れと対向する方向に噴出する場合について、障害物の設置数がオゾン処理特性に及ぼす影響についてシミュレーション実験を行った。なお、オゾン注入率は１ｍｇ／ｌ、混合部２におけるオゾン含有水の噴出速度は１．６ｍ／ｓ、混合部の位置は処理槽の上流端から被処理水の流れ方向に向かって５ｍ、処理槽１の底から水面に向かって３０ｃｍとした。また、障害物２２ａは混合部２から下流側へ５ｍの位置に１つめの障害物２２ａを設置し、以下、５ｍ間隔で上部の次は下部というように交互に設置した。また、各障害物２２ａによる被処理水流路断面積の減少率を２５％とした。
【０１１６】
その結果を図４１に示す。図４１に示すように、障害物２２ａの数が増えるに従いオゾン処理効果が大きくなることが分かる。詳細に述べると、障害物２２ａを１つ設置することにより、大腸菌は下水の放流水質基準である３０００個／ｍｌをクリアしている。すなわち、障害物２２ａを少なくとも１つ設置することにより効率的にオゾン処理を行えることが分かる。
【０１１７】
なお、オゾン含有水の噴出速度が大きい場合は、障害物２２ａが無い方が良い場合もある。
【０１１８】
なお、上記各実施の形態２９〜３５では、１つの計算条件でシミュレーション実験を行った場合について説明したが、次表に示すいくつかの計算条件においても同様の結果が得られている。
【０１１９】
【表３】
2005224799.tif 000008
【０１２０】
ただし、上記表において、Ｌは混合部から処理槽の下流端までの長さである。
【０１２１】
なお、上記各実施の形態２９〜３５では、オゾン含有水は水平方向に噴出され、被処理水の流れの方向とオゾン含有水の噴出方向とが１８０度の角度で対向する場合について説明したが、これに限るものではなく、オゾン含有水が水平方向から傾いて噴出される場合にも同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【０１２２】
【図１】本発明の実施の形態１によるオゾン処理装置の全体構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係り要部の構成を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係り要部の構成を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係り要部の構成を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態２によるオゾン処理装置の全体構成を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態３によるオゾン処理装置の全体構成を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態４によるオゾン処理装置の要部の構成を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態５によるオゾン処理装置の要部の構成を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態６によるオゾン処理装置の要部の構成を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態７によるオゾン処理装置の全体構成を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態８によるオゾン処理装置の要部の構成を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態９によるオゾン処理装置の要部の構成を示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態１０によるオゾン処理装置の要部の構成を示す図である。
【図１４】本発明の実施の形態１１によるオゾン処理装置の要部の構成を示す図である。
【図１５】本発明の実施の形態１２によるオゾン処理装置の要部の構成を示す図である。
【図１６】本発明の実施の形態１３によるオゾン処理装置の要部の構成を示す図である。
【図１７】本発明の実施の形態１４によるオゾン処理装置の全体構成を示す図である。
【図１８】本発明の実施の形態１５によるオゾン処理装置の要部の構成を示す図である。
【図１９】本発明の実施の形態１６によるオゾン処理装置の要部の構成を示す図である。
【図２０】本発明の実施の形態１７によるオゾン処理装置の要部の構成を示す図である。
【図２１】本発明の実施の形態１８によるオゾン処理装置の要部の構成を示す図である。
【図２２】本発明の実施の形態１９によるオゾン処理装置の要部の構成を示す図である。
【図２３】本発明の実施の形態２０によるオゾン処理装置の要部の構成を示す図である。
【図２４】本発明の実施の形態２１によるオゾン処理装置の全体構成を示す図である。
【図２５】本発明の実施の形態２２によるオゾン処理装置の要部の構成を示す図である。
【図２６】本発明の実施の形態２３によるオゾン処理装置の要部の構成を示す図である。
【図２７】本発明の実施の形態２４によるオゾン処理装置の要部の構成を示す図である。
【図２８】本発明の実施の形態２５によるオゾン処理装置の要部の構成を示す図である。
【図２９】本発明の実施の形態２６によるオゾン処理装置の要部の構成を示す図である。
【図３０】本発明の実施の形態２７によるオゾン処理装置の要部の構成を示す図である。
【図３１】本発明の実施の形態２８によるオゾン処理装置の全体構成を示す図である。
【図３２】本発明の実施の形態２９に係り、シミュレーションに用いられる処理槽の形状を示し、（ａ）は垂直断面図、（ｂ）は上面図である。
【図３３】本発明の実施の形態２９に係り、混合部におけるオゾン含有水の噴き出し方向がオゾン処理効果に与える影響についてシミュレーション検討を行った結果を示す特性図である。
【図３４】本発明の実施の形態２９に係り、混合部近傍の流れの様子を説明する図である。
【図３５】本発明の実施の形態３０に係り、処理槽内の被処理水の流れ方向に対する混合部の設置場所がオゾン処理効果に与える影響についてシミュレーション検討を行った結果を示す特性図である。
【図３６】本発明の実施の形態３１に係り、処理槽の深さ方向に対する混合部の設置場所がオゾン処理効果に与える影響についてシミュレーション検討を行った結果を示す特性図である。
【図３７】本発明の実施の形態３２に係り、オゾン含有水の噴出速度がオゾン処理効果に与える影響についてシミュレーション検討を行った結果を示す特性図である。
【図３８】本発明の実施の形態３３によるオゾン処理装置における流れの様子を説明する図である。
【図３９】本発明の実施の形態３３に係り、混合部から障害物までの距離がオゾン処理効果に与える影響についてシミュレーション検討を行った結果を示す特性図である。
【図４０】本発明の実施の形態３４に係り、障害物による流路断面積の減少率がオゾン処理効果に与える影響についてシミュレーション検討を行った結果を示す特性図である。
【図４１】本発明の実施の形態３５に係り、障害物の設置数がオゾン処理効果に与える影響についてシミュレーション検討を行った結果を示す特性図である。
【図４２】従来のオゾン処理装置の全体構成を示す図である。
【符号の説明】
【０１２３】
１  オゾン処理槽、２  混合部、３  被処理水、４  処理水、３ｂ，４ｂ，８ｅ  センサ、５  水供給手段、５a  流量制御機構、５ｂ  切替機構、６  オゾン溶解部、６１  エゼクタ、６２  スタティックミキサ、７  オゾン発生部、７ｂ  切替機構、７ｄ  切替及び流量制御機構、８  オゾン分解部、９  オゾン回収部、１０  オゾン貯留部、１２  コントローラ、１３  設置値、３ｂ１２，４ｂ１２，７ｄ１２，５ａ１２，８ｅ１２，１２７  信号線、２ａ，３ａ，４ａ，５５ａ，５ｃ，６ａ，７ａ，７ｃ，８ａ，８ｂ，８ｃ，９ａ，９ｂ，１０ａ，２０ａ  配管、２０  オゾン注入部、２２ａ  障害物。
【図１】
2005224799.tif 000009
【図２】
2005224799.tif 000010
【図３】
2005224799.tif 000011
【図４】
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【図５】
2005224799.tif 000013
【図６】
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【図７】
2005224799.tif 000015
【図８】
2005224799.tif 000016
【図９】
2005224799.tif 000017
【図１０】
2005224799.tif 000018
【図１１】
2005224799.tif 000019
【図１２】
2005224799.tif 000020
【図１３】
2005224799.tif 000021
【図１４】
2005224799.tif 000022
【図１５】
2005224799.tif 000023
【図１６】
2005224799.tif 000024
【図１７】
2005224799.tif 000025
【図１８】
2005224799.tif 000026
【図１９】
2005224799.tif 000027
【図２０】
2005224799.tif 000028
【図２１】
2005224799.tif 000029
【図２２】
2005224799.tif 000030
【図２３】
2005224799.tif 000031
【図２４】
2005224799.tif 000032
【図２５】
2005224799.tif 000033
【図２６】
2005224799.tif 000034
【図２７】
2005224799.tif 000035
【図２８】
2005224799.tif 000036
【図２９】
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【図３０】
2005224799.tif 000038
【図３１】
2005224799.tif 000039
【図３２】
2005224799.tif 000040
【図３３】
2005224799.tif 000041
【図３４】
2005224799.tif 000042
【図３５】
2005224799.tif 000043
【図３６】
2005224799.tif 000044
【図３７】
2005224799.tif 000045
【図３８】
2005224799.tif 000046
【図３９】
2005224799.tif 000047
【図４０】
2005224799.tif 000048
【図４１】
2005224799.tif 000049
【図４２】
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