(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下対向流式の多段オゾン接触槽に被処理水を送り込む流入管の中途部に分岐管を設けて、該分岐管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該加圧渦流ポンプの出力管内の圧力を調整するための急縮弁を配備して、該出力管を被処理水の送水管を介して多段オゾン接触槽の第１槽内に縦方向に挿入配置された下方注入管に連結し、更に多段オゾン接触槽内の越流部に過酸化水素注入管を導入したことにより、溶存オゾンと過酸化水素からＯＨラジカルを生成するようにした加圧型下方注入式多段オゾン接触槽において、
上記オゾン接触槽に過酸化水素／オゾン注入率コントローラ、過酸化水素注入率コントローラ、オゾン注入率コントローラ、オゾン発生量コントローラを配備して、上記過酸化水素／オゾン注入率コントローラは入力された過酸化水素／オゾン注入率比設定値に基づいてオゾン注入率目標値と過酸化水素注入率目標値を求め、オゾン注入率コントローラは上記オゾン注入率目標値と被処理水の流量信号からオゾン発生量目標値を求めてオゾン発生量コントローラに出力し、オゾン発生装置の駆動状態を制御する一方、
前記多段オゾン接触槽の処理水流出口に溶存オゾン濃度計を配備して、過酸化水素注入率コントローラに該溶存オゾン濃度計により測定された溶存オゾン濃度信号と過酸化水素の流量信号を入力し、溶存オゾン濃度目標値以下になるようにバルブ開度目標値を求めて過酸化水素流入バルブの開度制御を行うようにしたことを特徴とする加圧型下方注入式多段オゾン接触槽の制御方法。
【請求項２】
上下対向流式の多段オゾン接触槽に被処理水を送り込む流入管の中途部に分岐管を設けて、該分岐管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該加圧渦流ポンプの出力管内の圧力を調整するための急縮弁を配備して、該出力管を被処理水の送水管を介して多段オゾン接触槽の第１槽内に縦方向に挿入配置された下方注入管に連結し、更に多段オゾン接触槽内の越流部に過酸化水素注入管を導入したことにより、溶存オゾンと過酸化水素からＯＨラジカルを生成するようにした加圧型下方注入式多段オゾン接触槽において、
上記オゾン接触槽に過酸化水素／オゾン注入率コントローラ、過酸化水素注入率コントローラ、オゾン注入率コントローラ、オゾン発生量コントローラを配備して、上記過酸化水素／オゾン注入率コントローラは入力された過酸化水素／オゾン注入率比設定値に基づいてオゾン注入率目標値と過酸化水素注入率目標値を求め、オゾン注入率コントローラは上記オゾン注入率目標値と被処理水の流量信号からオゾン発生量目標値を求めてオゾン発生量コントローラに出力し、オゾン発生装置の駆動状態を制御する一方、
多段オゾン接触槽の処理水流出口に過酸化水素濃度計を配備して、過酸化水素注入率コントローラに該過酸化水素濃度計により測定された残留過酸化水素濃度信号と過酸化水素の流量信号を入力し、過酸化水素濃度目標値以下になるようにバルブ開度目標値を求めて過酸化水素流入バルブの開度制御を行うようにしたことを特徴とする加圧型下方注入式多段オゾン接触槽の制御方法。
【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有用な促進酸化処理を組み合わせた加圧型下方注入式多段オゾン接触槽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１０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】
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。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。
【０００７】
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１１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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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７６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）。
【００１１】
【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、オゾン接触槽の滞留時間を長くする必要があり、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。
【００１２】
例えば図１０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。
【００１３】
他方の図１１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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
更に近時はオゾンの酸化力を高めるために、促進酸化処理法（ＡＯＰ法と略称される）が開発されている。この促進酸化処理法を大別すると、「オゾン・過酸化水素処理」，「オゾン・紫外線処理」が挙げられる。このような併用処理の特徴は処理時間の短縮とか処理装置の小型化をはかる点にあり、特に「オゾン・過酸化水素処理」方法は欧米で実用化されている。
【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ることがなく、且つ促進酸化処理を適用した際のオゾンと過酸化水素が過剰注入にならないようにした実規模対応の加圧型下方注入式オゾン接触槽の制御方法を提供することを目的とするものである。
【００１９】
【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、上下対向流式の多段オゾン接触槽に被処理水を送り込む流入管の中途部に分岐管を設けて、該分岐管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該加圧渦流ポンプの出力管内の圧力を調整するための急縮弁を配備して、該出力管を被処理水の送水管を介して多段オゾン接触槽の第１槽内に縦方向に挿入配置された下方注入管に連結し、更に多段オゾン接触槽内の越流部に過酸化水素注入管を導入したことにより、溶存オゾンと過酸化水素からＯＨラジカルを生成するようにした加圧型下方注入式多段オゾン接触槽において、
上記オゾン接触槽に過酸化水素／オゾン注入率コントローラ、過酸化水素注入率コントローラ、オゾン注入率コントローラ、オゾン発生量コントローラを配備して、上記過酸化水素／オゾン注入率コントローラは入力された過酸化水素／オゾン注入率比設定値に基づいてオゾン注入率目標値と過酸化水素注入率目標値を求め、オゾン注入率コントローラは上記オゾン注入率目標値と被処理水の流量信号からオゾン発生量目標値を求めてオゾン発生量コントローラに出力し、オゾン発生装置の駆動状態を制御する一方、
前記多段オゾン接触槽の処理水流出口に溶存オゾン濃度計を配備して、過酸化水素注入率コントローラに該溶存オゾン濃度計により測定された溶存オゾン濃度信号と過酸化水素の流量信号を入力し、溶存オゾン濃度目標値以下になるようにバルブ開度目標値を求めて過酸化水素流入バルブの開度制御を行うようにした加圧型下方注入式多段オゾン接触槽の制御方法を提供する。
【００２０】
又、上下対向流式の多段オゾン接触槽に被処理水を送り込む流入管の中途部に分岐管を設けて、該分岐管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該加圧渦流ポンプの出力管内の圧力を調整するための急縮弁を配備して、該出力管を被処理水の送水管を介して多段オゾン接触槽の第１槽内に縦方向に挿入配置された下方注入管に連結し、更に多段オゾン接触槽内の越流部に過酸化水素注入管を導入したことにより、溶存オゾンと過酸化水素からＯＨラジカルを生成するようにした加圧型下方注入式多段オゾン接触槽において、
上記オゾン接触槽に過酸化水素／オゾン注入率コントローラ、過酸化水素注入率コントローラ、オゾン注入率コントローラ、オゾン発生量コントローラを配備して、上記過酸化水素／オゾン注入率コントローラは入力された過酸化水素／オゾン注入率比設定値に基づいてオゾン注入率目標値と過酸化水素注入率目標値を求め、オゾン注入率コントローラは上記オゾン注入率目標値と被処理水の流量信号からオゾン発生量目標値を求めてオゾン発生量コントローラに出力し、オゾン発生装置の駆動状態を制御する一方、
多段オゾン接触槽の処理水流出口に過酸化水素濃度計を配備して、過酸化水素注入率コントローラに該過酸化水素濃度計により測定された残留過酸化水素濃度信号と過酸化水素の流量信号を入力し、過酸化水素濃度目標値以下になるようにバルブ開度目標値を求めて過酸化水素流入バルブの開度制御を行うようにした制御方法を提供する。
【００２１】
かかる本発明の制御方法によれば、オゾン処理すべき被処理水は送水ポンプから分岐管を介してから加圧渦流ポンプに送り込まれ、オゾン注入管を介して注入されたオゾンガスと被処理水とが該加圧渦流ポンプによって混合・微細気泡化されて高濃度溶存オゾン水となり、急縮弁によって圧力が調整された出力管内を圧送されながら出力管内を流れる被処理水と合流し、微細気泡のオゾンガスと被処理水とが下方注入管内を気液が接触しながら下降して乱流状態となり、オゾンガスと被処理水との接触効率が高められる。
【００２２】
更に溶存オゾンと多段オゾン接触槽内の越流部に導入された注入管から注入される過酸化水素とからＯＨラジカルが生成して、このＯＨラジカルの間接反応によって酸化が促進され、被処理水の脱臭，脱色，脱マンガン，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効率的に行われる。
【００２３】
【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多段オゾン接触槽の制御方法の基本的な実施例を説明する。図１は本発明で用いた実規模対応の加圧型下方注入式多段オゾン接触槽の構成を示す概略図であり、図中の１１は多段オゾン接触槽であって、この多段オゾン接触槽１１は第１槽１１ａ，第２槽１１ｂ，滞留槽１１ｃの複数段で構成されている。１３は排オゾンガスの排出管である。多段オゾン接触槽１１の内部には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、多段オゾン接触槽１１の基本構成は上下対向流式となっている。
【００２４】
１５は多段オゾン接触槽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は送水ポンプ１６に接続されている一方、該流入管１５の中途部に連結された分岐管１５ａが加圧渦流ポンプ１７に接続されている。この加圧渦流ポンプ１７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が連結されている。加圧渦流ポンプ１７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。
【００２５】
上記加圧渦流ポンプ１７の出力管１７ａの中途部には、該出力管１７ａ内の管内圧力を調整するための急縮弁１９が配備されている。該急縮弁１９は出力管１７ａの管径を部分的に小径に絞った形状のオリフィスにより構成されている。
【００２６】
この出力管１７ａの他端部は送水ポンプ１６の出力管１６ａに接続されており、該出力管１６ａは多段オゾン接触槽１１の第１槽１１ａ内に縦方向に挿入配置された下方注入管２１に連結されている。この下方注入管２１の先端開口部は第１槽１１ａの底壁に対向する近傍位置にまで導入されている。
【００２７】
一方、２２は多段オゾン接触槽１１の上壁部を貫通して導入された過酸化水素注入管であり、図示したように該過酸化水素注入管２２の先端部分は、被処理水２０が第１槽１１ａから第２槽１１ｂに流入する際に通過する越流部１１ｄに導入されている。この越流部１１ｄは被処理水２０が乱流作用で撹拌されやすい部位である。
【００２８】
上記多段オゾン接触槽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り、且つ生成した高溶存オゾン水に過酸化水素を注入することによってＯＨラジカルを生成して間接反応を促進することが本実施例の構造上の特徴ともなっている。
【００２９】
かかる本実施例にかかる実規模対応の加圧型下方注入式多段オゾン接触槽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は送水ポンプ１６に送り込まれるのと同時に、一部が分岐管１５ａから加圧渦流ポンプ１７に送り込まれ、オゾン注入管１８を介して注入されたオゾンガスと被処理水２０とが該加圧渦流ポンプ１７のインペラー部によって混合・微細気泡化されて高濃度溶存オゾン水となり、急縮弁１９によって圧力が調整された出力管１７ａ内を圧送されながら送水ポンプ１６の出力管１６ａ内を流れる被処理水２０と合流し、微細気泡のオゾンガスと被処理水２０とが下方注入管２１内を気液が接触しながら下降して第１槽１１ａの底壁に当たって乱流状態となる。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。
【００３０】
次に被処理水が第１槽１１ａから第２槽１１ｂに流入する際に、注入管２２からの過酸化水素の注入に伴って高溶存オゾン水と過酸化水素とが混合撹拌されて間接反応が促進され、ＯＨラジカルが多量に生成する。ＯＨラジカルは非常に反応性に富んでいるので、水中に存在する炭酸イオンとか重炭酸イオン、フミン酸等のラジカル消費物質と１０-4秒以内に反応し、ごく少量のＯＨラジカルは特別な溶質Ｍを酸化する性質がある。過酸化水素の添加量は、過酸化水素・オゾンモル比で０.３〜２が適当である。
【００３１】
第２槽１１ｂ内に流入した被処理水２０は上向流となって滞留槽１１ｃに越流し、所定の滞留時間を経てからオゾン・過酸化水素処理水１０として流出して図外の処理水槽に一時的に貯留されて次段の工程に備える。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、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等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。
【００３２】
このようなオゾンガスと被処理水２０との接触と、過酸化水素の注入により生成したＯＨラジカルにより、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。
【００３３】
上記のオゾン・過酸化水素併用処理は、オゾンからヒドロキシラジカル（ＯＨラジカルと略称）を生成することで酸化を促進することが動作原理となっている。しかしながら有機物質群の中ではＯＨラジカルよりもオゾンとの境膜反応（直接反応）の方が反応性に富む有機物質群，たとえばフルボ酸があると言われている。従ってオゾン併用処理を適用する場合には、直接反応を利用するのか間接反応を利用するのかを意識して処理過程を明確に設定する必要があり、又、オゾンと過酸化水素等が過剰注入にならないように留意して水質基準に適合した処理水を得ることが要求される。
【００３４】
具体的に説明すると、水中におけるオゾン反応は、オゾン直接反応とＯＨラジカルによる反応とがあるが、ＯＨラジカル反応の酸化力はオゾン直接反応の酸化力よりも強く、オゾン直接反応では困難な有機物を水と炭酸ガスに完全分解することが可能である。オゾンは水中で分解して約半分はＯＨラジカルに転化する。このＯＨラジカルは反応性に富む酸化剤であり、水素引抜反応、二重結合への付加反応、あるいは電子移動反応によって有機物と反応する。生じたアルキルラジカルは酸素分子と反応して過酸化ラジカルを生成する。これは不均化を起こしたりお互いに結び付き、さらに反応して過酸化物、アルデヒド、酸や過酸化水素等の多種類の中間体を生成する。
【００３５】
この際の促進酸化反応として、過酸化水素は水中で水素イオンとＨＯ2-（ヒドロペルオキシイオン）に解離する。ＨＯ2-はオゾンと反応してＯＨラジカルとＯ3-（オゾニドイオン）を生成する。これらＨＯ2-及びＯ3-から特定の経路に基づいてＯＨラジカルが生成する。
【００３６】
前記送水ポンプ１６による被処理水２０の送水量と、加圧渦流ポンプ１７による被処理水２０の流量の比（以下Ｌm／Ｌkと略称）は接触槽内の最大溶存オゾン目標値に依存するが、最大溶存オゾン濃度を０.５（ｍｇ／ｌ）とすると、Ｌm／Ｌkは１５〜３０の範囲に設定するのが適当である。この時に加圧渦流ポンプ１７による被処理水２０の注入率は、オゾン吸収効率を９５（％）とすると８〜１６（ｍｇ／ｌ）程度になる。
【００３７】
上記のＬm／Ｌkは可変であるため、流入変動に対してもオゾン溶解反応に影響を及ぼすポンプ部の流動特性を変えずに処理することが可能である。従って被処理水の流量変動にも適宜に対応することができる。
【００３８】
図２は加圧渦流ポンプ１７を用いたことによる被処理水２０の滞留時間（分）と溶存オゾン濃度（ｍｇ／ｌ）の関係を各接触方式別に示すグラフであり、図３は同じく滞留時間（分）とＥ２６０残存率（Ｃｏ／Ｃｉ）の関係を各接触方式別に示すグラフである。尚、図中に記したηはオゾン吸収効率（％）である。何れのグラフも管内の加圧なしの場合と、加圧が３.９（ｋｇｆ／ｃｍ2）の場合を図示してある。
【００３９】
図２，図３によれば、加圧渦流ポンプ１７を用いたことによって短時間でオゾン吸収反応が進行することが分かる。この加圧渦流ポンプ１７での処理条件は、被処理水流量／オゾンガス流量の比（Ｌ／Ｇ比と略称）を５以上とし、管内圧力は１.５〜４.０（ｋｇｆ／ｃｍ2）にすることが適当である。
【００４０】
図４は過酸化水素の注入率を変えた場合のオゾン注入後の滞留時間（分）と溶存オゾン濃度（ｍｇ／ｌ）の関係を示すグラフであり、過酸化水素の注入率に応じて水中の溶存オゾンを分解し、ＯＨラジカルが生成する。ＯＨラジカルが生成すると間接反応が進行してオゾン処理特性が向上する。
【００４１】
図５は過酸化水素の添加前と添加後のオゾン吸収効率（％）の経時変化を示すグラフであり、同じオゾン注入率でも過酸化水素を注入するとオゾン吸収効率が向上するので、オゾン吸収特性を更に高めることができる。
【００４２】
このようなオゾン・過酸化水素併用処理では、溶存オゾンに対する過酸化水素の添加量が重要な要素となる。図６は水中での溶存オゾンと過酸化水素それぞれの濃度（ｍｇ／ｌ）と、過酸化水素／オゾン注入率比Ｄ（Ｈ2Ｏ2）／Ｄ（Ｏ3）との関係を示すグラフであり、このグラフから過酸化水素を添加すると溶存オゾンは減少すること、及び過酸化水素を過剰に添加すると水中に残留することが分かる。
【００４３】
本実施例にかかる実規模対応の加圧型下方注入式多段オゾン接触槽の第１の特徴は、瞬時にオゾンを高濃度溶解させるために加圧渦流ポンプ１７を用いたことにあり、短時間でのオゾン吸収反応が達成される。第２の特徴は大規模プラントに対応させるために被処理水２０の注入経路を送水ポンプ１６と加圧渦流ポンプ１７とに区分したことである。加圧渦流ポンプ１７はその特性上から大量の水量を流すことができないため、大規模のプラントに対応させるためには加圧渦流ポンプ１７以外に上記送水ポンプ１６を設ける必要があり、一定のオゾン注入率を得るためには加圧渦流ポンプ１７で高濃度のオゾンを溶解させる必要がある。
【００４４】
第３の特徴は反応性の向上を目指して促進酸化処理法として過酸化水素が添加できるように構成した点にある。前記したように過酸化水素の注入率に応じて水中の溶存オゾンが分解され、ＯＨラジカルが生成する。このＯＨラジカルによって間接反応が進行してオゾン処理特性が向上する。又、第４の特徴は本実施例を既存の上下対向流式又は迂流式のオゾン接触槽にも容易に適用できる点にある。特に散気管方式による上下対向流式のオゾン接触槽では、加圧型下方注入管２１、加圧渦流ポンプ１７及び過酸化水素添加装置を設置するだけで容易にオゾン吸収効率を高め、オゾン処理特性を高めることができる。
【００４５】
そこで最終的な溶存オゾン濃度を一定に保ち、しかも過酸化水素を過剰に注入しないようにする制御が要求される。
【００４６】
図７に基づいて本実施例における制御例１を説明する。多段接触槽１１自体の基本的構成は図１に示した実施例と同一であるため、図中に同一の符号を付して表示してある。
【００４７】
この制御例１では、図５に示したように水中での溶存オゾン濃度と過酸化水素濃度が交わっている点を目標値として、オゾン注入率と過酸化水素注入率とを決定することが特徴となっている。
【００４８】
図中の２５は過酸化水素／オゾン注入率コントローラ、２６は過酸化水素注入率コントローラ、２７はオゾン注入率コントローラ、２８はオゾン発生量コントローラ、７はオゾン発生装置である。又、３０は被処理水の流量計、３１は注入オゾン濃度計、３２は過酸化水素流量計、３３は過酸化水素流入バルブである。
【００４９】
かかる制御例１によれば、過酸化水素／オゾン注入率コントローラ２５に対して過酸化水素／オゾン注入率比設定値３６が入力され、この過酸化水素／オゾン注入率コントローラ２５からそれぞれオゾン注入率目標値３７と過酸化水素注入率目標値３８とが出力される。オゾン注入率に関しては、オゾン注入率コントローラ２７には上記オゾン注入率目標値３７と流量計３０で測定された被処理水２０の流量信号３５が入力され、このオゾン注入率コントローラ２７はオゾン発生量目標値３９を求めてオゾン発生量コントローラ２８に出力する。
【００５０】
オゾン発生量コントローラ２８は、オゾン発生量目標値３９と注入オゾン濃度計３１で測定された注入オゾン濃度に基づいてオゾン発生装置７に対する制御信号４０を発して該オゾン発生装置７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７に入力され、このオゾン発生装置７から発生するオゾンガスがオゾン注入管１８，加圧渦流ポンプ１７の出力管１７ａを経由して多段オゾン接触槽１１の第１槽１１ａに送り込まれる。
【００５１】
過酸化水素に関しては、過酸化水素注入率コントローラ２６には前記過酸化水素注入率目標値３８と過酸化水素流量計３２で測定された過酸化水素の流量信号４１及び流量計３０で測定された被処理水２０の流量信号３５が入力され、この過酸化水素注入率コントローラ２６でバルブ開度目標値４２を求めて過酸化水素流入バルブ３３の開度制御が行われる。
【００５２】
上記の制御例１によれば、オゾン注入率・過酸化水素注入率一定制御が基本となっており、最終的な溶存オゾン濃度が一定に保たれ、しかも過酸化水素の過剰な注入がない制御手段が実現される。
【００５３】
次に図８に基づいて本実施例における制御例２を説明する。オゾン・過酸化水素併用処理でも通常のオゾン処理と同様に最終的な処理水の溶存オゾン濃度が大きくならないことが重要な要素である。そこで図４に示したように溶存オゾン濃度が過酸化水素注入率に依存することを利用して、制御例２では溶存オゾン濃度一定制御を行う。
【００５４】
この例では多段オゾン接触槽１１の処理水流出口に溶存オゾン濃度計４５を配備してあり、過酸化水素注入率コントローラ２６に該溶存オゾン濃度計４５により測定された溶存オゾン濃度信号４６と過酸化水素流量計３２で測定された過酸化水素の流量信号４１とが入力され、溶存オゾン濃度目標値，例えば０.３（ｍｇ／ｌ）以下になるようにバルブ開度目標値４２を求めて過酸化水素流入バルブ３３の開度制御が行われる。
【００５５】
この制御例２によれば、多段オゾン接触槽１１の処理水流出口での溶存オゾン濃度を一定に保つことができて、例えば溶存オゾンが後工程での生物活性炭処理における活性炭に付着した微生物を殺してしまうような事態は防止される。
【００５６】
次に図９に基づいて本実施例における制御例３を説明する。オゾン・過酸化水素併用処理では最終的な処理水の過酸化水素濃度を極力抑えることが重要な要素である。何故なら過酸化水素は濃度が大きくなると人体に悪影響を及ぼす惧れがあり、例えばフランスの水道水質基準では過酸化水素濃度が０.５（ｍｇ／ｌ）以下になるように規制している。
【００５７】
そこで図９に示したように多段オゾン接触槽１１の処理水流出口に過酸化水素濃度計４７を配備してあり、過酸化水素注入率コントローラ２６に該過酸化水素濃度計４７により測定された残留過酸化水素濃度信号４８と過酸化水素流量計３２で測定された過酸化水素の流量信号４１とが入力され、過酸化水素濃度目標値，例えば０.５（ｍｇ／ｌ）以下になるようにバルブ開度目標値４２を求めて過酸化水素流入バルブ３３の開度制御が行われる。
【００５８】
この制御例３によれば、多段オゾン接触槽１１の処理水流出口での過酸化水素濃度を一定に保つことができて、所望の水質基準をクリヤすることができる。
【００５９】
【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多段オゾン接触槽の制御方法によれば、オゾン処理すべき被処理水が分岐管を介してから加圧渦流ポンプに送り込まれ、注入されたオゾンガスと混合・微細気泡化されて高濃度溶存オゾン水となり、急縮弁によって圧力が調整された出力管内を圧送されて被処理水と合流し、微細気泡のオゾンガスと被処理水とが下方注入管内を気液が接触しながら下降することによって接触効率を高められ、更に溶存オゾンと多段オゾン接触槽内の越流部に注入される過酸化水素とからＯＨラジカルが生成して、間接反応によって酸化が促進されるので、従来の散気管方式のオゾン接触槽とか加圧型下方注入式のオゾン接触槽の滞留時間よりも短い滞留時間で同等以上のオゾン処理特性を得ることができる。
【００６０】
特に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短い滞留時間でも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。
【００６１】
更に上記装置の制御方法としてオゾン注入率・過酸化水素注入率一定制御を行うことにより、最終的な溶存オゾン濃度が一定に保たれ、しかも過酸化水素の過剰な注入がなく、被処理水の流量変動に対しても加圧渦流ポンプの流動特性を変えずに処理する制御が実現可能となる。
【００６２】
又、溶存オゾン濃度一定制御を行うために溶存オゾン濃度が目標値以下になるようにバルブ開度目標値を求めて過酸化水素流入バルブの開度制御を行うことにより、多段オゾン接触槽の処理水流出口での溶存オゾン濃度が一定に保たれて生物活性炭処理における微生物の保護効果が発揮され、過酸化水素濃度一定制御を行うために過酸化水素濃度が目標値以下になるようにバルブ開度目標値を求めて過酸化水素流入バルブの開度制御を行うことにより、処理水流出口での過酸化水素濃度が一定に保持されて所望の水質基準を確保することができる。
【００６３】
又、従来の深層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、本実施例の制御例では安定した処理特性が得られ、目標とする水質への到達時間は短縮されるという効果が得られる。
【００６４】
本実施例にかかる多段オゾン接触槽は通常の散気管方式のオゾン接触槽にも容易に適用可能であり、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。
【００６５】
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ある。
【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多段オゾン接触槽の基本的実施例を示す概要図。
【図２】被処理水の滞留時間と溶存オゾン濃度の関係を示すグラフ。
【図３】被処理水の滞留時間とＥ２６０残存率の関係を示すグラフ。
【図４】オゾン注入後の滞留時間と溶存オゾン濃度の関係を示すグラフ。
【図５】過酸化水素の添加前と添加後のオゾン吸収効率の経時変化を示すグラフ。
【図６】溶存オゾンと過酸化水素の濃度と、過酸化水素／オゾン注入率比との関係を示すグラフ。
【図７】本実施例における制御例１を説明するための概要図。
【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】本実施例における制御例３を説明するための概要図。
【図１０】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１１】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】
７…オゾン発生装置
１１…多段オゾン接触槽
１１ａ…第１槽
１１ｂ…第２槽
１１ｃ…滞留槽
１３…（排オゾンガスの）排出管
１５…（被処理水の）流入管
１６…送水ポンプ
１７…加圧渦流ポンプ
１８…オゾン注入管
１９…急縮弁
２０…被処理水
２１…下方注入管
２２…過酸化水素注入管
２５…過酸化水素／オゾン注入率コントローラ
２６…過酸化水素注入率コントローラ
２７…オゾン注入率コントローラ
２８…オゾン発生量コントローラ
３０…（被処理水の）流量計
３１…注入オゾン濃度計
３２…過酸化水素流量計
３３…過酸化水素流入バルブ
４５…溶存オゾン濃度計
４７…過酸化水素濃度計
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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