JP4790406B2

JP4790406B2 - オゾン消毒装置

Info

Publication number: JP4790406B2
Application number: JP2005363385A
Authority: JP
Inventors: 稔郎石田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2005-12-16
Filing date: 2005-12-16
Publication date: 2011-10-12
Anticipated expiration: 2025-12-16
Also published as: JP2007160274A

Description

この発明は、下水道流入水のオゾン消毒装置に関するものである。

雨水と汚水が合流して同一の処理ラインにて処理される合流式下水処理場における未処理の多量の流入下水を消毒処理するオゾン消毒装置は、これまでに実用化されていないが、従来の技術、例えば、特許文献１（特開２０００−２０２４７２号公報）、特許文献２（特開２００４−１２２１０５号公報）などをベースにして、図９に示すようなシステム（オゾン消毒装置）が考えられる。
このオゾン消毒装置は、被処理水の流入流量に応じてオゾン発生装置のオゾン濃度を変化させオゾン注入率を変える、特許文献１のようなオゾン注入率一定制御システムを採用し、次のように構成される。すなわち、図９に示すオゾン消毒装置は、高濃度のオゾンを発生するオゾン発生装置１、オゾンの原料となる空気又は酸素をオゾン発生装置に供給する原料ガス供給装置２、流入下水を捕集しポンプの羽根車の吸引力を利用してオゾンを吸引し、羽根車の攪拌力を利用して流入下水とオゾンを混合するオゾン溶解装置３、オゾン発生装置などに電気を供給する自家発電装置４、流入下水に吸収されなかったオゾン（排オゾン）を処理し空気に戻すオゾン分解装置（排オゾン分解装置）５等で構成され、オゾン注入率一定制御をするために、流入下水の流入量を検知し、オゾン発生装置に投入する電力をインバータなどの電力調整装置にて調整し制御する。
このように、オゾン注入率一定制御によれば、流入流量の変化に応じてオゾン濃度を変化させるためオゾンを発生させる電力代の削減が可能である。

流入下水中の還元性物質の主成分がアンモニア性窒素の場合、このアンモニア性窒素は酸素、オゾンとの反応性が高いため、オゾン添加によってこのアンモニア性窒素にオゾンが消費され消毒にほとんど使用できないと考えられていた。このため、塩素消毒が行われてきた。
特許文献３（特開平４−６６１９０号公報）は、塩素を使用せず、臭化アルカリを投入し、臭素イオンの存在下においてアンモニア性窒素含有排水に臭化アルカリを添加することにより、アンモニア性窒素などの還元性物質を酸化して除去できる排水の処理方法が提案されている。
すなわち、特許文献３で提案されている排水の処理方法は、アンモニアなどの還元性窒素を含む河川水、湖沼水、地下水、産業排水、生活排水などの原水に適当量の臭化アルカリを加え、この臭素により原水中の還元性窒素の全部又は一部を分解するものである。

又、特許文献４（特開平７−２６５８８５号公報）は、特許文献３の関連発明であるが、このアンモニア性窒素含有排水の処理装置は、還元性物質中のアンモニア性窒素が優先してオゾンを消費するため、消毒物質の除去が妨害され、消毒効率が低下すると共に、還元性物質が存在しない場合に比べてオゾン消費量が増大し、不経済となるなどの問題があり、その問題の解決を図ったものである。
すなわち、このアンモニア性窒素含有排水の処理装置は、臭素イオン存在下でのオゾン添加によるアンモニア性窒素含有排水の処理において、主反応槽の前段に副反応槽を設置し、前段の副反応槽で排ガスのオゾン（主反応槽からの）により排水中の還元性物質を予め酸化除去してから、後段の主反応槽で特許文献３と同様の処理でアンモニア性窒素を除去するものである。
このほか、ｐＨをコントロールするシステムに、特許文献５（特開２００３−２７５７８８号公報）があるが、このシステムは下水処理とは異なる汚泥処理に関するものである。

特開２０００−２０２４７２号公報（図１２）特開２００４−１２２１０５号公報特開平４−６６１９０号公報特開平７−２６５８８５号公報特開２００３−２７５７８８号公報

上記したオゾン消毒装置は、流入下水中に還元性物質が多量に含まれている場合、流入下水にオゾンを直接注入するため、大量の無効消費分のオゾンが必要となり、オゾン注入率は数１０ｍｇ／Ｌ〜１００ｍｇ／Ｌ程度の設備が必要となり、処理場の他の設備と比べて非常に大きな設置スペースと、処理場の全消費電力と同等程度の電力設備が必要となり、スペース面や財政面を考慮すると処理効果が認められても設置が困難であるという問題点がある。
特に還元性物質の含有量によっては、消毒に必要なオゾン注入量の２〜３倍程度のオゾンが必要となる場合もあり装置の大規模化を招く要因となっている。
このように大量の無効消費分のオゾンを必要とすることは、図７に示すオゾン注入率に対する大腸菌群数の関係においても確認できる。すなわち、オゾンが還元性物質と反応している間は、オゾンの無効消費（無駄な消費）が起こり大腸菌群数の低減が確認できない。しかし、オゾンと還元性物質の反応が終わると図７に示すように大腸菌群数の低減が確認できるので、オゾンの無効消費が起こっていたことが確認できる。
この発明は、この点に着目し、大腸菌群数の低減が確認できる状況で放流基準以下となるオゾン注入率を設定し消毒を行うものである。
又、特許文献３及び４に記載の還元性窒素を含む排水の処理法は、原水に適当量の臭化アルカリを加え、これにオゾンガス又はオゾン含有水を注入し、このオゾンと臭素とにより原水中の還元性窒素の全部又は一部を分解するものであるが、流入下水には他の還元性物質も多く含まれるためそれらを総合的に除去することが困難である。
この発明は、上記各従来例の問題点を解消し、オゾン消毒装置の小容量化を図るために、オゾンを注入する前に、オゾンと反応する還元性物質を酸化反応などにより事前に取り除き、オゾンの消費量を節減することを目的とするものである。

この発明に係わる下水道流入水のオゾン消毒装置は、流入下水を消毒するオゾンを発生するオゾン発生装置、上記オゾンの原料ガスとなる空気又は酸素を上記オゾン発生装置に供給する原料ガス供給装置、上記流入下水と上記オゾンを撹拌混合するオゾン溶解装置、上記流入下水に吸収されなかったオゾンを処理し空気に戻すオゾン分解装置、及び上記流入下水中の還元性物質の含有量を上記流入下水の水質検定方法における沃素消費量を自動測定することによってリアルタイムに計測する還元性物質自動計測部とこの還元性物質自動計測部で計測した還元性物質の含有量に応じて制御され上記オゾンの注入前に上記流入下水中の還元性物質を減少処理する制御部とを有する前処理装置を備え、該前処理装置へ流入する上記流入下水は、雨水と汚水が合流して同一の処理ラインにて処理される合流式下水処理場における未処理の流入下水であり、上記流入下水中の還元性物質の含有量をリアルタイムで計測し、該計測結果を基に制御して上記還元性物質を減少させ、注入オゾンにより大腸菌を減少させることを特徴とするものである。

この発明の下水道流入水のオゾン消毒装置によれば、流入下水は雨水と汚水が合流して同一の処理ラインにて処理される合流式下水処理場における未処理の流入下水であり、上記流入下水中の還元物質の含有量を、沃素消費量を計測することによりリアルタイムで制御し、オゾン注入前の還元性物質の含有量を減少させ、オゾンが消毒以外に使用される無効消費分を無くしたことを特徴とするオゾン消毒装置が得られ、オゾンの無効消費分をなくすことによりオゾン注入と同時に大腸菌群数の低減が確認でき、消毒がすぐに実施される効果が得られる。

以下、図面に基づいて、この発明の各実施の形態を説明する。
なお、各図間において、同一符号は同一あるいは相当部分を示す。

実施の形態１．
この発明にかかる実施の形態１は、雨水と汚水が合流して同一の処理ラインにて処理される合流式下水処理場における未処理の流入下水を対象とし、流入時間や流域の環境などにより還元性物質の含有量が変動する流入下水、あるいは処理場の通常の処理能力を大きく上回る雨天時の流入下水に対して高速処理を可能にしたものである。
図１は、この発明の実施の形態１における薬液注入装置を備えたオゾン消毒装置のシステムフロー図である。
以下図１に基いて、この発明の実施の形態１を説明する。
図１において、１は、少ないガス量で高濃度のオゾンを発生させ高いオゾン注入率を得るオゾン発生装置、２は、オゾンの原料となる空気又は酸素をオゾン発生装置１に供給する原料ガス供給装置、３は、流入下水を捕集しポンプの羽根車の吸引力を利用してオゾンを吸引し、羽根車の攪拌力を利用して流入下水とオゾンを混合するオゾン溶解装置、４は、オゾン発生装置などに電気を供給する自家発電装置、５は、流入下水に吸収されなかった排オゾンを処理し空気に戻すオゾン分解装置（排オゾン分解装置）である。
Ａは、還元性物質の含有量が大きく変動する流入下水において、水質のリアルタイムの変化に対応して、オゾンの注入前に還元性物質を減少させ、還元性物質が上記オゾンと反応することにより生じるオゾンの無駄な消費を阻止し、適切なオゾン注入率での消毒が可能とする前処理装置で、流入下水中の還元性物質の含有量をリアルタイムに計測する還元性物質自動計測部、及びこの還元性物質自動計測部で計測した還元性物質の含有量に応じて制御（流入下水中の還元性物質を前処理）され、オゾンの注入前に流入下水中の還元性物質を減少させる制御部とにより構成されている。
６は、この前処理装置の還元性物質自動計測部を構成する還元性物質自動計測装置で、この還元性物質自動計測装置は、硫化物、鉄（II）塩、不安定な有機物、不飽和結合を有する有機物等の還元性物質によって消費される沃素消費量が、オゾンと反応する無効消費分の含有量を計測するのに適している水質分析項目である点に着目して設置された装置であり、流入下水の水質検定方法により沃素の消費量を自動測定することにより還元性物質の含有量をリアルタイムに測定するものである。
７と８は、前処理装置の制御部を構成する各装置であり、７は、還元性物質自動計測装置６により計測した還元性物質の含有量に応じてオゾンがその使用目的である消毒に速やかに使用されるように必要な薬液（オゾン以外の酸化剤）を注入する薬液注入装置で、薬液には、例えば次亜塩素酸ナトリウムなど下水処理場にて使用している消毒剤が使用される。８は、薬液の注入量を制御する注入コントローラで、フィードバック制御を用いて還元性物質自動計測装置６の計測値をオゾンの無効消費が低減される設定目標になるように制御するものである。

次に実施の形態１におけるオゾン消毒装置による処理動作を説明する。
通常、流入下水中に還元性物質が多量に含まれている場合にオゾンで消毒処理を行うと、大量の無効消費分のオゾンが必要となる。このように大量のオゾンを必要とすることは、図７に示すオゾン注入率に対する大腸菌群数の関係においても確認できる。すなわち、オゾンが還元性物質と反応している間は、オゾンの無効消費が起こり大腸菌群数の低減が確認できないが、オゾンと還元性物質の反応が終わると大腸菌群数の低減が確認できるので、オゾンの無駄な消費（無効消費）が起こっていたことが確認できる。したがって、オゾンと還元性物質の反応が終わり大腸菌群数の低減が確認できる状況で放流基準以下となるオゾン注入率を設定し、消毒を行うことになる。
実施の形態１におけるオゾン消毒装置おいては、還元性物質自動測定装置６で流入下水中に含まれる還元性物質をリアルタイムに測定し、減少目標となる設定値になるように薬液注入装置７によりオゾン以外の酸化剤を注入するフィードバック制御を行い、オゾンの注入前に還元性物質を減少させ、オゾンの無効消費分を無くす手段がとられている。
このようにして、オゾンの無効消費分をなくすことにより、図８に示すようにオゾン注入と同時に大腸菌群数の低減が確認でき、消毒がすぐに実施される効果が得られる。
このため、オゾンの無効消費分のオゾン注入率である数１０ｍｇ／Ｌの容量を小さくすることができ、従来使い慣れた機材を使用することで操作員の作業性の確保、設備コストの低減、建設費の削減、設置スペースを小さくし増設や新設時のスペースの確保、消費電力の低下を実現できる。
又、水質のリアルタイムの変化に対応できるため適切なオゾン注入率での消毒が可能で、オゾンの過注入によるエネルギーの無駄遣いや環境への配慮も可能となる。
雨水と汚水が合流して同一の処理ラインにて処理される合流式下水処理場における未処理の流入下水、特に大雨などで多量の雨水が一時に流入した場合、従来の装置では処理しきれない場合があったが、このオゾン消毒装置よれば高速で消毒処理することが可能であり、このような場合でも十分対処できる。

実施の形態２．
図２は、この発明の実施の形態２におけるばっき装置を備えたオゾン消毒装置のシステムフロー図である。なお、図１と同一部分又は相当する部分については説明を省略する。
以下図２に基いて、この発明の実施の形態２を説明する。
図２において、１１と１２と１３とは、還元性物質の含有量に応じてばっき空気のガス注入量を調整する前処理装置の制御部を構成する各装置であり、１１は、圧縮した空気をばっきさせるばっきブロワ、１２は、ばっきさせた空気と流入下水を接触し流入下水中の還元性物質を酸化するばっき反応塔、１３は自動計測装置の計測値を減少目標となる設定値になるようにばっき風量を制御する風量コントローラである。
次に処理動作について説明する。
この実施の形態２では、還元性物質自動測定装置６にて流入下水中に含まれる還元性物質をリアルタイムに測定し、減少目標となる設定値になるようにばっき風量を制御するフィードバック制御（計測した還元性物質の含有量に応じて、上記流入下水に注入するばっきされた空気のガス注入量を調整）を行い、オゾンの注入前に還元性物質を減少させ、オゾンの無効消費分をなくす手段がとられている。オゾンの無効消費分をなくすことにより実施の形態１に示す効果と同様の効果が得られる。加えて、このばっきブロワ、ばっき反応塔は、下水処理場で日頃から活性汚泥設備でよく使用されるばっき設備と同様の設備のため、操作員の操作性の向上や、設備の設置スペースの減少や、設備費の削減を図ることが可能となる。
又、流入下水に酸素又は空気を注入することで還元性物質を酸化し、オゾンの無効消費を抑えることが可能となる。
なお、ばっきブロワ１１をオゾンの原料ガス供給装置２と共用すれば、装置の設備数を削減することができ、設備の設置スペースの減少や、設備費の削減を図ることが可能となる。

実施の形態３．
図３は、この発明の実施の形態３におけるガス溶解ポンプを備えたオゾン消毒装置のシステムフロー図である。なお、図１、図２と同一部分又は相当する部分については説明を省略する。
以下図３に基いて、この発明の実施の形態３を説明する。
図３において、１４は、ばっきブロワ１１と風量コントローラ１３と共に、前処理装置の制御部の一部を構成するガス溶解ポンプであり、このガス溶解ポンプで流入下水を捕集し、ポンプの羽根車の吸引力を利用して流入下水とばっきブロワ１１から送風されてきた圧縮空気とを接触させることにより、流入下水中の還元性物質とばっきされた空気との反応が行われ還元性物質が低減される。
その処理動作は、次のとおりである。
還元性物質自動測定装置６にて流入下水中に含まれる還元性物質をリアルタイムに測定し、減少目標となる設定値になるようにばっき風量を制御するフィードバック制御（計測した還元性物質の含有量に応じて、流入下水に注入するばっきされた空気のガス注入量を調整する）を行い、オゾンの注入前に流入下水中の還元性物質を減少させ、オゾンの無効消費分をなくす手段がとられている。
オゾンの無効消費分をなくすことにより実施の形態１、２に示す効果と同様の効果が得られる。

実施の形態４．
図４は、この発明の実施の形態４における注入ガス兼用型ばっき装置を備えたオゾン消毒装置のシステムフロー図である。なお、図１〜図３と同一部分又は相当する部分については説明を省略する。
この実施の形態４は、原料ガスの一部を分岐してオゾンの注入前にばっき反応塔１２内の流入下水に注入することによって前処理を行い、オゾンと還元性物質との反応を防止するオゾン消毒装置である。
以下図４に基いて、この発明の実施の形態４を説明する。
図４において、１５は、ばっき反応塔１２と風量コントローラ１３と共に、前処理装置の制御部の一部を構成する流量調整弁であり、この流量調整弁は、原料ガス供給装置２からオゾン発生装置１へ送気される原料ガスの一部を分岐する分岐路２１に設置され、この流量調整弁によって、注入ガス兼用型ばっき反応塔１２へ送風する。したがって、原料ガス供給装置２は、オゾン発生装置１及びばっき反応塔１２への原料ガス供給装置を兼用する。
その処理動作は、次のとおりである。
還元性物質自動測定装置６にて流入下水中に含まれる還元性物質をリアルタイムに測定し、減少目標となる設定値になるように流量調整弁１５にてばっき風量を制御するフィードバック制御を行い、オゾンの注入前に還元性物質を減少させ、オゾンの無効消費分をなくす手段がとられている。
オゾンの無効消費分をなくすことにより実施の形態１から３に示す効果と同様の効果が得られる。加えてばっき設備を原料ガス供給装置２と兼用することにより設置スペースの省スペース化や、維持管理性の向上を図ることができる。
又注入管の分岐などにより注入することで設備の設置スペースの減少や、設備費の削減を図ることが可能となる。

実施の形態５．
図５は、この発明の実施の形態５における注入ガス兼用型ガス溶解ポンプを備えたオゾン消毒装置のシステムフロー図である。なお、図１〜図４と同一部分又は相当する部分については説明を省略する。
この実施の形態５は、原料ガスの一部を分岐してオゾンの注入前にガス溶解ポンプ１４内の流入下水に注入することによって前処理を行い、オゾンと還元性物質との反応を防止するオゾン消毒装置である。
以下図５に基いて、この発明の実施の形態５を説明する。
図５において、１５は、風量コントローラ１３と共に、前処理装置の制御部の一部を構成する流量調整弁であり、この流量調整弁は、原料ガス供給装置２からオゾン発生装置１へ送気される原料ガスの一部を分岐する分岐路２１に設置され、この流量調整弁によって、注入ガス兼用型ガス溶解ポンプ１４へ送風する。したがって、原料ガス供給装置２は、オゾン発生装置１及びガス溶解ポンプ１４への原料ガス供給装置を兼用する。
その処理動作は、次のとおりである。
還元性物質自動測定装置６にて流入下水中に含まれる還元性物質をリアルタイムに測定し、減少目標となる設定値になるように流量調整弁１５にてばっき風量を制御するフィードバック制御を行い、オゾンの注入前に還元性物質を減少させ、オゾンの無効消費分をなくす手段がとられている。
オゾンの無効消費分をなくすことにより実施の形態１から４に示す効果と同様の効果が得られる。

実施の形態６．
図６は、この発明の実施の形態６におけるｐＨ調整装置を備えたオゾン消毒装置のシステムフロー図である。なお、図１から図５と同一部分又は相当する部分については説明を省略する。
以下図６に基いて、この発明の実施の形態６を説明する。
図６において、９と１０は、流入下水中の還元性物質の含有量に応じてｐＨを調整する前処理装置の制御部を構成する各装置であり、９は、流入下水のｐＨを下げオゾンの消毒効果を維持するための硫酸など下水処理場にて使用している酸剤と同様のｐＨ調整装置、１０は自動計測装置の計測値に応じてｐＨの目標設定値になるように酸剤の注入量を制御するｐＨコントローラである。
その処理動作は、次のとおりである。
還元性物質自動測定装置６にて流入下水中に含まれる還元性物質をリアルタイムに測定し、ｐＨ目標設定値になるようにｐＨ調整装置９により酸剤を注入するフィードバック制御を行い、オゾンの消毒効果を維持させ、オゾンの無効消費分をなくす手段がとられる。
オゾンの無効消費分をなくすことにより実施の形態１に示す効果と同様の効果が得られる。加えてｐＨ調整剤は下水処理場で日頃から消毒剤として用いている硫酸などの酸剤を使用することで、操作員の操作性の向上や、設備の設置スペースの減少や、設備費の削減を図ることが可能となる。

この発明の実施の形態１における薬液注入装置を備えたオゾン消毒装置のシステムフロー図である。この発明の実施の形態２におけるばっき装置を備えたオゾン消毒装置のシステムフロー図である。この発明の実施の形態３におけるガス溶解ポンプを備えたオゾン消毒装置のシステムフロー図である。この発明の実施の形態４における注入ガス兼用型ばっき装置を備えたオゾン消毒装置のシステムフロー図である。この発明の実施の形態５における注入ガス兼用型ガス溶解ポンプを備えたオゾン消毒装置のシステムフロー図である。この発明の実施の形態６におけるｐＨ調整装置を備えたオゾン消毒装置のシステムフロー図である。従来のオゾン消毒による消毒効果を示すグラフである。この発明の実施の形態１〜６による消毒効果を示すグラフである。従来のオゾン消毒装置を示すシステム構成図である。

符号の説明

１オゾン発生装置２原料ガス供給装置
３オゾン溶解装置４電源装置
５排オゾン分解装置６還元性物質自動計測装置
７薬液注入装置８注入コントローラ
９ＰH調整装置１０ＰHコントローラ
１１ばっきブロワ１２ばっき反応塔
１３風量コントローラ１４ガス溶解ポンプ
１５流量調整弁。

Claims

流入下水を消毒するオゾンを発生するオゾン発生装置、上記オゾンの原料ガスとなる空気又は酸素を上記オゾン発生装置に供給する原料ガス供給装置、上記流入下水と上記オゾンを撹拌混合するオゾン溶解装置、上記流入下水に吸収されなかったオゾンを処理し空気に戻すオゾン分解装置、及び上記流入下水中の還元性物質の含有量を上記流入下水の水質検定方法における沃素消費量を自動測定することによってリアルタイムに計測する還元性物質自動計測部とこの還元性物質自動計測部で計測した還元性物質の含有量に応じて制御され上記オゾンの注入前に上記流入下水中の還元性物質を減少処理する制御部とを有する前処理装置を備え、
該前処理装置へ流入する上記流入下水は、雨水と汚水が合流して同一の処理ラインにて処理される合流式下水処理場における未処理の流入下水であり、
上記流入下水中の還元性物質の含有量をリアルタイムで計測し、該計測結果を基に制御して上記還元性物質を減少させ、注入オゾンにより大腸菌を減少させることを特徴とするオゾン消毒装置。
上記前処理装置の制御部には、上記オゾンの注入前に、ばっきされた空気によって上記流入下水中の還元性物質を前処理しオゾンと還元性物質との反応を阻止するばっき反応塔を設け、上記還元性物質自動計測部で計測した還元性物質の含有量に応じて、上記流入下水に注入するばっきされた空気のガス注入量を調整することを特徴とする請求項１記載のオゾン消毒装置。
上記前処理装置の制御部には、上記オゾンの注入前に、ばっきされた空気によって上記流入下水中の還元性物質を前処理しオゾンと還元性物質との反応を阻止するガス溶解ポンプを設け、上記還元性物質自動計測部で計測した還元性物質の含有量に応じて、上記流入下水に注入するばっきされた空気のガス注入量を調整することを特徴とする請求項１記載のオゾン消毒装置。
上記前処理装置の制御部は、上記原料ガス供給装置から上記オゾン発生装置へ送気される上記原料ガスを分岐して上記ばっき反応塔へ送気し、上記オゾンの注入前に上記流入下水中の還元性物質を前処理してオゾンと還元性物質との反応を阻止することを特徴とする請求項２記載のオゾン消毒装置。
上記前処理装置の制御部は、上記原料ガス供給装置から上記オゾン発生装置へ送気される上記原料ガスを分岐して上記ガス溶解ポンプへ送気し、上記オゾンの注入前に上記流入下水中の還元性物質を前処理してオゾンと還元性物質との反応を阻止することを特徴とする請求項３記載のオゾン消毒装置。
上記前処理装置には、上記流入下水のｐＨを下げ上記オゾンの消毒効果を維持するｐＨ調整装置と、上記自動計測部の計測値に応じて上記ｐＨを目標設定値になるように制御するｐＨコントローラとを設けたことを特徴とする請求項１記載のオゾン消毒装置。