JP7262673B2 - オゾン水製造装置、水処理装置およびオゾン水製造方法 - Google Patents

Description

本開示は、有機物の除去などに用いられるオゾン水を製造するオゾン水製造装置、水処理装置およびオゾン水製造方法に関する。

有機物を含有する排水の処理方法として、生物処理により被処理水中の有機物を分解し、ろ過膜とも呼ばれる分離膜を用いた固液分離により清澄な処理水を得る膜分離活性汚泥法が知られている。分離膜においては、継続的な使用により、汚泥、浮遊性固形物、微生物および微生物の代謝物などを含む汚濁物質が膜表面および膜内部に付着または固着する。これにより、分離膜のろ過性能に経時劣化が発生する。そのため、分離膜を用いた水処理設備には、分離膜を洗浄する膜洗浄設備が併設されており、膜洗浄設備による定期的な分離膜の洗浄が実施されている。

膜洗浄設備における分離膜の洗浄方法として、オゾンを用いた洗浄方法が提案されている。オゾンは不安定であり自己分解しやすく、特に水中におけるオゾンの寿命は極めて短い。例えば、常温常圧の状態で、オゾンの水中における半減期は１０分程度である。オゾンの水中における半減期はｐＨ、温度などの影響も受ける。このため、オゾン水が生成されてから洗浄対象である分離膜に至るオゾン水の輸送距離、輸送時間、輸送環境などによっては、オゾン水中における自己分解、すなわち分離膜の洗浄に寄与しないオゾンの消費である無効消費が無視できなくなる。このため、オゾンの無効消費分を補うために、過度な容量のオゾンガス発生源を設ける、または過度な時間のオゾンガス供給が必要となるという課題がある。

特許文献１には、オゾン水を分離膜に流通させて分離膜に付着した有機物を分解することにより、分離膜を洗浄する膜洗浄方法が開示されている。特許文献１に記載の膜洗浄方法では、ｐＨ調整装置を用いてオゾン水のｐＨを２～５に維持することにより、溶存オゾンの自己分解を抑制し、上記課題を解決している。

特許第６４３００９１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、酸すなわち酸溶液を、オゾンガスを被溶解水に溶解させるオゾン水生成部に供給することによりオゾン水のｐＨを２～５に維持している。このため、オゾン水生成部の周辺に、酸を貯蔵する貯蔵部を設けることになり設置上の制約が生じる。

本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、設置上の制約を抑制しつつオゾンの無効消費を抑制することができるオゾン水製造装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示にかかるオゾン水製造装置は、酸素ガスを含む第一ガスを供給する第一ガス供給部と、二酸化炭素ガス、窒素ガスおよび窒素酸化物ガスのうち少なくとも１つを含む第二ガスを供給する第二ガス供給部と、を備える。また、オゾン水製造装置は、第一ガス供給部によって供給される第一ガスと第二ガス供給部によって供給される第二ガスとを含む気体に放電処理を行うことによりオゾンガスを含む第三ガスを生成する放電部と、第三ガスを被溶解水に溶解させることによりオゾン水を生成するオゾン水生成部と、オゾン水における溶存オゾンの自己分解が抑制される酸性条件を維持するように、第二ガスに放電処理が施されることにより得られる副生成物の生成量を制御する制御部と、を備える。

本開示にかかるオゾン水製造装置は、設置上の制約を抑制しつつオゾンの無効消費を抑制することができるという効果を奏する。

実施の形態１にかかる水処理装置の構成例を示す図 実施の形態１の制御回路の構成例を示す図 実施の形態１の条件制御部におけるオゾン水製造の制御手順の一例を示すフローチャート 実施の形態２にかかる水処理装置の構成例を示す図 実施の形態３にかかるオゾン水製造装置の構成例を示す図 実施の形態４にかかるオゾン水製造装置の構成例を示す図 実施の形態５にかかるオゾン水製造装置の構成例を示す図 実施の形態６にかかるオゾン水製造装置の構成例を示す図 実施の形態７にかかるオゾン水製造装置の構成例を示す図 実施の形態８にかかるオゾン水製造装置の構成例を示す図 実施の形態９にかかるオゾン水製造装置の構成例を示す図 実施の形態１０にかかるオゾン水製造装置の構成例を示す図 実施の形態１１にかかるオゾン水製造装置の構成例を示す図

以下に、実施の形態にかかるオゾン水製造装置、水処理装置およびオゾン水製造方法を図面に基づいて詳細に説明する。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１にかかる水処理装置の構成例を示す図である。本実施の形態の水処理装置は、下水または工業廃水などの被処理水を、膜分離活性汚泥法（Membrane Bio Reactor：ＭＢＲ）により浄化する。図１に示すように、水処理装置は、処理槽１０、分離膜１１、膜状態測定部２０、切替弁２１、工程制御部２２、ろ過水ポンプ２３、および膜洗浄装置として機能するオゾン水製造装置１００を備える。

被処理水は被処理水配管１ａを経て処理槽１０に導入される。被処理水は、処理槽１０にて活性汚泥により生物分解処理されたのち、分離膜１１において、膜の一次側から二次側へろ過処理され、ろ過水配管２ａおよび放流配管２ｂを介して放流される。本実施の形態では、分離膜１１にて活性汚泥と膜ろ過された清澄水とに固液分離するＭＢＲにより浄化を行うため、最終沈殿池が不要となり、極めてシンプルかつコンパクトな水処理装置を実現できる。また、本実施の形態の水処理装置は、被処理水の浄化を行う膜ろ過工程と、分離膜１１を洗浄する膜洗浄工程とを実施する。膜洗浄工程が実施されることにより、分離膜１１のろ過性能を維持することができる。

ろ過水配管２ａには膜状態測定部２０および切替弁２１が設けられる。切替弁２１は、ろ過水ポンプ２３が設けられる放流配管２ｂと、オゾン水製造装置１００が設けられる膜洗浄用配管３ｄとに接続される。切替弁２１は、工程制御部２２からの指示に基づいて、ろ過水配管２ａの接続先を、放流配管２ｂと膜洗浄用配管３ｄとの間で切り替える。

工程制御部２２は、膜ろ過工程および膜洗浄工程を管理する。工程制御部２２は、膜ろ過工程から膜洗浄工程へ移行するときに、切替弁２１へ、ろ過水配管２ａの接続先を膜洗浄用配管３ｄとするよう指示する。また、工程制御部２２は、膜洗浄工程から膜ろ過工程へ移行するときに、切替弁２１へ、ろ過水配管２ａの接続先を放流配管２ｂとするよう指示する。切替弁２１によって、ろ過水配管２ａが放流配管２ｂに接続されると、膜ろ過された清澄水が放流配管２ｂを介して放流される。切替弁２１によって、ろ過水配管２ａが膜洗浄用配管３ｄに接続されると、膜洗浄装置であるオゾン水製造装置１００により分離膜１１の洗浄が行われる。

生物分解処理を経て分離膜１１が膜ろ過により清澄水を得る過程において、分離膜１１の表面および膜内部には、汚泥、浮遊性固形物、微生物、微生物の代謝物などを含む汚濁物質が付着または固着する。これにより、膜ろ過処理時の膜の二次側圧力と大気圧との差である膜透過差圧が上昇し、単位時間および単位膜ろ過面積あたりのろ過水量であるフラックスが低下するといったろ過性能の経時劣化が発生する。そのため、分離膜１１のろ過性能を維持するために、分離膜内部および表面から汚濁物質を洗浄除去する膜洗浄工程を実施する必要がある。本実施の形態の膜洗浄工程では、膜ろ過を停止した状態で、ろ過水の流れとは逆方向となる分離膜１１の二次側から一次側に向かう方向に洗浄液としてオゾン水を供給する。これにより、分離膜１１の汚濁物質を効果的に洗浄除去することができる。膜洗浄工程によって分離膜１１の膜透過差圧およびフラックスを回復させたのちに膜ろ過工程を再開する。この洗浄方法によれば、分離膜１１を処理槽１０内の被処理水中に浸漬させた状態のまま、所望のタイミングで膜ろ過工程と膜洗浄工程とを切り替えることができ、ろ過性能の維持ならびに水処理装置のメンテナンスの簡略化を実現できる。

膜ろ過工程と膜洗浄工程との間の工程移行を具体的に説明する。膜状態測定部２０は、分離膜１１の汚れの状態を測定し、測定値を工程制御部２２へ出力する。例えば、膜状態測定部２０は、分離膜１１の膜透過差圧およびフラックスのうち少なくとも一方を測定する。工程制御部２２は、工程制御部２２内の記憶部に記憶されたしきい値と測定値を比較し、比較結果に基づいて工程移行を行うか否かを判断する。例えば、膜状態測定部２０が膜透過差圧を測定する場合、工程制御部２２は、測定値である膜透過差圧がしきい値を超えると工程を膜ろ過工程から膜洗浄工程へ移行させると判断し、切替弁２１へ、ろ過水配管２ａの接続先を膜洗浄用配管３ｄとするよう指示する。そして、工程制御部２２は、測定値である膜透過差圧がしきい値を下回ると工程を膜洗浄工程から膜ろ過工程へ移行させると判断し、切替弁２１へ、ろ過水配管２ａの接続先を放流配管２ｂとするよう指示する。膜状態測定部２０がフラックスを測定する場合、工程制御部２２は、測定値であるフラックスがしきい値を下回ると工程を膜ろ過工程から膜洗浄工程へ移行させ、測定値がしきい値を超えると工程を膜洗浄工程から膜ろ過工程へ遷移させる。

なお、膜洗浄工程から膜ろ過工程への工程移行を判断するためのしきい値と、膜ろ過工程から膜洗浄工程への工程移行を判断するためのしきい値は異なっていてもよい。例えば、膜状態測定部２０が膜透過差圧を測定する場合、膜洗浄工程から膜ろ過工程への工程移行を判断するしきい値を、膜ろ過工程から膜洗浄工程への工程移行を判断するためのしきい値より小さい値に設定してもよい。膜状態測定部２０がフラックスを測定する場合、膜洗浄工程から膜ろ過工程への工程移行を判断するしきい値を、膜ろ過工程から膜洗浄工程への工程移行を判断するためのしきい値より大きい値に設定してもよい。また、膜状態測定部２０が、分離膜１１の膜透過差圧およびフラックスの両方を測定する場合、工程制御部２２は、膜透過差圧およびフラックスのいずれか一方が工程移行の条件を満たした場合に、工程移行を行うようにしてもよいし、両方が工程移行の条件を満たした場合に、工程移行を行うようにしてもよい。

以上のように、膜状態測定部２０の測定値に応じて、上記工程移行を繰り返すことにより、所望のろ過性能を損なうことなく、被処理水の処理を継続できる。膜ろ過工程と膜洗浄工程との間の工程移行は上述した例に限らず、例えば、膜ろ過工程の稼働時間が定められた時間を超えると膜洗浄工程を一定時間行い、再び膜ろ過工程へ移行して稼働時間をクリアするといったように定期的に膜洗浄が行われてもよい。この場合、膜ろ過工程を実施する間隔、膜洗浄工程の継続時間を変更可能であってもよい。

次に、オゾン水製造装置１００の構成および動作について説明する。オゾン水製造装置１００は、酸素ガス供給部３０、他ガス供給部３１、オゾンガス生成部３２、オゾン水生成部３４、オゾン水状態測定部３５、オゾン水送水ポンプ３６、条件制御部３７および排オゾン処理装置３８を備える。

酸素ガス供給部３０は、酸素ガス配管３ａを介して、第一ガスの一例である酸素ガスをオゾンガス生成部３２へ供給する第一ガス供給部である。他ガス供給部３１は、他ガス配管３ｂを介して、第二ガスである他ガスをオゾンガス生成部３２へ供給する第二ガス供給部である。他ガスは、例えば二酸化炭素ガスである。以下では、他ガスとして二酸化炭素ガスが用いられる例を説明するが、他ガスは、二酸化炭素ガスに限定されず、窒素ガスまたは窒素酸化物ガスであってもよく、二酸化炭素ガス、窒素ガスおよび窒素酸化物ガスのうち少なくとも１つを含むガスであればよい。

オゾンガス生成部３２には、酸素ガス配管３ａ、他ガス配管３ｂを介して、各々、酸素ガス供給部３０、他ガス供給部３１が接続されている。オゾンガス生成部３２には、酸素ガス配管３ａおよび他ガス配管３ｂを介して、酸素ガスおよび他ガスが供給される。オゾンガス生成部３２は、酸素ガスおよび他ガスを用いて、例えば誘電体バリア放電といった放電処理によりオゾンを生成する。すなわち、オゾンガス生成部３２は、第一ガス供給部によって供給される第一ガスと第二ガス供給部によって供給される第二ガスとを含む気体に放電処理を行うことによりオゾンガスを含む第三ガスを生成する放電部である。オゾンガス生成部３２では、放電の作用により酸素分子が解離し、解離した酸素原子と酸素分子とからオゾンが生成される。ここで、オゾンガス生成部３２では、酸素分子の解離と同様に、二酸化炭素も同時に解離される。したがって、オゾンガス生成部３２によって生成されたガスである第三ガスには、オゾンだけでなく二酸化炭素に起因する炭酸系副生成物が含まれる。以下、簡略化のため、オゾンガス生成部３２によって生成されたガスをオゾンガスと呼ぶが、上記のとおり、このオゾンガスは炭酸系副生成物を含有している。

オゾンガス生成部３２により生成されたオゾンガスは、オゾンガス配管３ｃを介してオゾン水生成部３４へ供給される。また、オゾン水生成部３４には、被溶解水配管３ｅを介して被溶解水が供給される。また、オゾン水生成部３４は、供給される被溶解水を貯留する。オゾン水生成部３４はオゾン注入部３３を備え、オゾン注入部３３は、このように、オゾンガス生成部３２によって生成された第三ガスを被溶解水に溶解させることによりオゾン水を生成する。オゾンガス配管３ｃを介して供給されるオゾンガスを、被溶解水に導入する。これにより、オゾンガスが被溶解水に溶解してオゾン水が生成される。オゾン水生成部３４によって生成および貯留されたオゾン水は、オゾン水送水ポンプ３６および膜洗浄用配管３ｄを介して洗浄対象である分離膜１１へ供給される。すなわち、オゾン水生成部３４によって生成されたオゾン水は、分離膜１１を洗浄する洗浄剤として用いられる。一方、溶解されなかったオゾンガスは排オゾンガス配管３ｆを介して排オゾン処理装置３８へ導入される。排オゾン処理装置３８は、オゾンガスを無害化して大気へ放出する。

オゾン水生成部３４にて生成および貯留されるオゾン水のｐＨは、溶存オゾンの自己分解を抑制するために、６以下を維持することが好ましく、ｐＨが３～５の範囲内で維持されることがより好ましい。以下、オゾン水を酸性に保つ条件を酸性条件と呼ぶ。酸性条件は、上記のように、ｐＨが６以下であるという条件であってもよいし、ｐＨが定められた範囲内であるという条件であってもよい。定められた範囲は、例えば、３～５の範囲すなわちｐＨが３以上５以下の範囲であるが、これに限定されない。

オゾンガス生成部３２から供給されたオゾンガスに含有される炭酸イオンおよび重炭酸イオンといった炭酸系副生成物は、被溶解水のｐＨを低下させるので、本実施の形態のオゾン水のｐＨは、炭酸系副生成物がオゾンガスとともに被溶解水にどの程度溶解するかに依存する。したがって、他ガス供給部３１から供給される二酸化炭素の供給を制御することで、オゾン水のｐＨを制御することができる。詳細には、酸性条件を維持するように他ガス供給部３１から供給される二酸化炭素の供給を制御することで、炭酸系副生成物の溶解を制御することができ、溶存オゾンの自己分解が抑制され、溶存オゾンの長寿命化および溶存オゾン濃度の向上が達成される。また、炭酸系副生成物は、オゾンの水中での分解により生成されるヒドロキシルラジカルを捕捉するラジカルスカベンジャーとしても作用する。すなわち、炭酸系副生成物がヒドロキシルラジカルと反応することで、オゾンの分解反応の進行を抑制することになる。

オゾン水生成部３４の温度は常温でも良いが、好ましくは３０℃以下、さらに好ましくは２０℃以下に維持することにより、上述した酸性条件を維持することによる溶存オゾンの自己分解の抑制に加え、低温に保つことによる溶存オゾンの自己分解の抑制の効果が得られる。以上より、本実施の形態におけるオゾン水製造装置１００にて製造されるオゾン水は、オゾンガス生成部３２から供給された炭酸系副生成物により、オゾン水中の溶存オゾンの安定化、高濃度化および長寿命化を実現できる。

オゾン水状態測定部３５は、オゾン水のｐＨに関する状態を示す量を測定する。オゾン水のｐＨに関する状態を示す量は、オゾン水のｐＨ自体であってもよいし、溶存オゾン濃度であってもよい。すなわち、オゾン水状態測定部３５は、オゾン水のｐＨを測定してもよいし、オゾン水の溶存オゾン濃度を測定してもよい。図１ではオゾン水状態測定部３５をオゾン水生成部３４に設けているが、オゾン水状態測定部３５の位置は、図１に示した位置に限らず、膜洗浄用配管３ｄにオゾン水状態測定部３５が設けられていてもよい。

条件制御部３７は、工程制御部２２と連携してオゾン水の製造を制御する。上述したように、工程制御部２２は、工程の移行を制御する。工程制御部２２は、膜洗浄工程に移行するときに、膜洗浄工程の開始を条件制御部３７へ通知し、膜洗浄工程を終了して膜ろ過工程へ移行するときに、膜ろ過工程の開始を条件制御部３７へ通知する。条件制御部３７は、膜洗浄工程の開始が通知されると、オゾン水の製造およびオゾン水の送水を開始する。詳細には、条件制御部３７は、後述するようにオゾン水の製造のための各種条件に基づいて、酸素ガス供給部３０、他ガス供給部３１およびオゾンガス生成部３２を制御することによりオゾン水を製造させるとともに、オゾン水送水ポンプ３６を駆動させることによりオゾン水を送水させる。オゾン水送水ポンプ３６により送水されたオゾン水は、膜洗浄用配管３ｄ、切替弁２１およびろ過水配管２ａを介して分離膜１１に供給される。条件制御部３７は、膜洗浄工程の後に、膜ろ過工程の開始が通知されると、オゾン水の製造およびオゾン水の送水を停止させてもよいし、オゾン水の製造は継続させてオゾン水の送水を停止させてもよい。膜ろ過工程においてオゾン水の製造を継続させた場合、製造されたオゾン水はオゾン水生成部３４に貯蔵され、条件制御部３７は、再び、膜ろ過工程の開始が通知されたときに、オゾン水送水ポンプ３６を駆動させることによりオゾン水の送水を開始する。膜ろ過工程においてオゾン水の製造を継続させた場合、条件制御部３７は、貯蔵しているオゾン水の量がしきい値に達した場合などに、オゾン水の製造を停止させてもよい。

このように、オゾン水の製造を制御する条件制御部３７と分離膜１１の状態に応じて工程を制御する工程制御部２２とがそれぞれの制御を行うとともに、両者が連携して制御を行うことにより、自由度が高く、ランニングコストに優れた水処理装置を実現できる。

条件制御部３７は、処理回路により実現される。この処理回路は、専用のハードウェアであってもよいし、プロセッサを備える制御回路であってもよい。専用のハードウェアである場合、処理回路は、例えば、単一回路、復号回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、または、これらを組み合わせたものが該当する。

図２は、本実施の形態の制御回路の構成例を示す図である。条件制御部３７を実現する処理回路は、例えば、図２に示す制御回路であってもよい。図２に示す制御回路は、プロセッサ２０１およびメモリ２０２を備える。

演算装置であるプロセッサ２０１は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、またはＤＳＰ（Digital Signal Processor）などである。記憶部であるメモリ２０２は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only Memory）、およびＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）などの半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、などが該当する。

条件制御部３７が図２に示した制御回路により実現される場合、条件制御部３７の機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアの組み合わせにより実現される。ソフトウェア、ファームウェアはプログラムとして記述され、メモリ２０２に記憶され、メモリ２０２が記憶するプログラムをプロセッサ２０１が読みだして実行することにより条件制御部３７の機能が実現される。また、プロセッサ２０１によってプログラムが実行される中で情報を記録する際には、メモリ２０２にデータが保持される。このプログラムは記憶媒体であるプログラム記憶媒体によって提供されてもよいし、通信媒体などによって提供されてもよい。

また、条件制御部３７は、専用のハードウェアである処理回路と、図２に示した制御回路との組み合わせにより実現されてもよい。なお、上述した工程制御部２２についても、条件制御部３７と同様に処理回路により実現され、この処理回路は、専用のハードウェアであってもよいし、プロセッサを備える制御回路であってもよいし、これらの組み合わせであってもよい。

次に、条件制御部３７の制御の詳細について説明する。条件制御部３７は、二酸化炭素などの他ガスに放電処理が施されることにより得られる副生成物の生成量を制御する制御部である。詳細には、条件制御部３７は、オゾン水の製造を行う際に、オゾン水の製造に関する各種条件を満たすように、オゾン水製造装置１００の各部を制御する。各種条件には、上述した酸性条件が含まれる。各種条件は、酸性条件以外に、ガス条件、放電条件を含む。条件制御部３７は、製造されるオゾン水における溶存オゾン濃度の目標濃度に基づいて、上述したオゾン水状態測定部３５の測定値に対応するｐＨが酸性条件を満たすように、ガス条件および放電条件を決定する。

ガス条件は、酸素ガスおよび二酸化炭素ガスのうち少なくともいずれか一方のガス流量値に関する条件であり、原料ガス中の二酸化炭素ガスの比率を決める条件である。例えば、酸素ガスの流量を一定に保ち、二酸化炭素ガスの流量を増減させることで、原料ガス中の二酸化炭素ガスの比率を増減させてもよいし、二酸化炭素ガスの流量を一定に保ち、酸素ガスの流量を増減させることで、原料ガス中の二酸化炭素ガスの比率を増減させてもよい。また、酸素ガスおよび二酸化炭素ガスの両方の流量を増減させることで、原料ガス中の二酸化炭素ガスの比率を増減させてもよい。放電電力と酸素ガス流量を適宜調整することで溶存オゾン量を増加することもできるが、本実施の形態では、酸素ガスの供給量が同じであっても二酸化炭素ガスの流量を増やすことで、溶存オゾンを増やすことができる。

放電条件は、放電処理におけるガス圧力、温度、電流、電圧および放電電力のうち少なくとも１つである。すなわち、放電条件は、オゾンガス生成部３２の放電処理におけるオゾンガス発生場である放電場のガス圧力、放電場へ印加する電流、電圧に基づく放電電力、および放電場の温度のうちの少なくともひとつを示す。例えば、オゾンガス生成部３２の放電場における放電電力、ガス圧力および放電場の温度を調整することにより、二酸化炭素の解離量を制御し、炭酸系副生成物の生成量を調整することができる。なお、放電場の温度は、放電電力またはオゾンガス生成部３２に供給される冷却水の温度のうち少なくともいずれか一方により制御することができる。

オゾン水のｐＨは、炭酸系副生成物の生成量に依存する。また、炭酸系副生成物の生成量は、他ガス供給部３１から供給される二酸化炭素ガスの流量に依存するとともに、放電条件に依存する。したがって、ガス条件および放電条件を適切に設定することで、酸性条件を維持することができる。

酸性条件を維持するように炭酸系副生成物の生成量を調整するための条件は、上述した例に限らない。例えば、ガス条件および放電条件を複数、複合的に調整することで、所望のオゾンの生成量を維持しながら、オゾンガス生成時の副生成物である炭酸系副生成物の生成量を制御することができる。

酸性条件に対応するｐＨの範囲は、例えば条件制御部３７内の記憶部に記憶されている。条件制御部３７は、例えば、オゾン水状態測定部３５の測定値に対応するｐＨが酸性条件で規定されている適正範囲の上限値を超えた場合、他ガス供給部３１が供給する二酸化炭素ガスの供給量を増加させるようにガス条件を決定し、決定したガス条件に基づいて他ガス供給部３１の流量を制御する。これにより、炭酸系副生成物の生成量を増加させることができ、オゾン水のｐＨを低下させることができる。このように、オゾン水のｐＨを適正に制御することで、オゾン水中の溶存オゾンの安定化、高濃度化および長寿命化が実現される。また、条件制御部３７は、オゾン水状態測定部３５の測定値に対応するｐＨが酸性条件で規定されている適正範囲の下限値を下回った場合、他ガス供給部３１が供給する二酸化炭素ガスの供給量を減少させるようにガス条件を決定し、決定したガス条件に基づいて他ガス供給部３１の流量を制御する。これにより、炭酸系副生成物の生成量を減少させることができ、オゾン水のｐＨを上昇させることができる。なお、酸性条件として上限値だけが規定されている場合には、二酸化炭素ガスの供給量を減少させる制御は行われなくてもよい。

オゾン水状態測定部３５が溶存オゾン濃度を測定する場合、酸性条件として規定されているｐＨの適正範囲に対応する溶存オゾン濃度の範囲を定めておく。条件制御部３７は、この溶存オゾン濃度の範囲を記憶部に記憶しておき、上記と同様に、溶存オゾン濃度の測定値が、記憶されている範囲の下限値よりも低くなった場合に他ガス供給部３１が供給する二酸化炭素ガスの供給量を増加させて炭酸系副生成物の生成量を増加させる。これにより、オゾン水中の溶存オゾンの安定化、高濃度化および長寿命化を実現できる。溶存オゾン濃度が記憶されている範囲の上限値よりも高くなった場合は、他ガス供給部３１が供給する二酸化炭素ガス供給量を減少させて炭酸系副生成物の生成量を減少させる。なお、酸性条件として上限値だけが規定されている場合には溶存オゾン濃度の範囲は下限値だけが規定されるので、二酸化炭素ガスの供給量を減少させる制御は行われなくてもよい。このように、条件制御部３７は、他ガス供給部３１から供給される他ガスの流量を調整することにより、炭酸系副生成物の生成量を制御することができる。

また、条件制御部３７は、放電処理における放電条件を調整することにより、炭酸系副生成物の生成量を制御してもよく、他ガス供給部３１から供給される他ガスの流量の調整と放電条件の調整とを組み合わせて炭酸系副生成物の生成量を制御してもよい。以上述べたように、条件制御部３７は、オゾン水状態測定部３５の測定値が定められた範囲内となるように炭酸系副生成物の生成量を制御する。

このように、本実施の形態のオゾン水製造方法は、酸素ガスを供給する第一ガス供給工程と、他ガスを供給する第二ガス供給工程と、を含む。本実施の形態のオゾン水製造方法は、さらに第一ガス供給工程によって供給される酸素ガスと第二ガス供給工程によって供給される他ガスとを含む気体に放電処理を行うことによりオゾンガスを含むガスを生成する放電工程と、放電工程で生成されたガスを被溶解水に溶解させることによりオゾン水を生成するオゾン水生成工程と、を含む。

図３は、本実施の形態の条件制御部３７におけるオゾン水製造の制御手順の一例を示すフローチャートである。図３に示した処理は、オゾン水の製造がされていない状態で開始される。条件制御部３７は、オゾン水の製造を開始するか否かを判断し（ステップＳ１）、オゾン水の製造を開始しない場合（ステップＳ１ Ｎｏ）、ステップＳ１を繰り返す。条件制御部３７は、例えば、工程制御部２２から膜洗浄工程の開始が通知された場合に、オゾン水の製造を開始すると判断する。工程制御部２２から膜洗浄工程の開始が通知されることでオゾン水の製造を開始するときは、条件制御部３７は、オゾン水送水ポンプ３６を駆動させることによりオゾン水の送水も開始する。なお、条件制御部３７は、工程制御部２２からの各工程の開始の通知と連動せずに、例えば定期的にオゾン水の製造を開始してもよい。この場合、製造されたオゾン水はオゾン水生成部３４に貯蔵される。条件制御部３７は、膜ろ過工程の開始が通知されると、オゾン水送水ポンプ３６を駆動させることによりオゾン水の送水を開始する。

オゾン水の製造を開始する場合（ステップＳ１ Ｙｅｓ）、条件制御部３７は、測定値が適正範囲を上回っているか否かを判断する（ステップＳ２）。測定値は、オゾン水状態測定部３５により測定された結果である。ここでは、オゾン水状態測定部３５がｐＨを測定するとする。また、ここでは、適正範囲としてｐＨの上限値と下限値が規定されているとし、ステップＳ２では、詳細には、条件制御部３７は、測定値が適正範囲の上限値を超えているか否かを判断する。

測定値が適正範囲を上回っていない場合（ステップＳ２ Ｎｏ）、条件制御部３７は、測定値が適正範囲を下回っているか否かを判断する（ステップＳ３）。詳細には、条件制御部３７は、測定値が適正範囲の下限値を下回っているか否かを判断する。測定値が適正範囲を下回っていない場合（ステップＳ３ Ｎｏ）、条件制御部３７は、オゾン水の製造を停止するか否かを判断する（ステップＳ４）。例えば、条件制御部３７は、工程制御部２２から膜ろ過工程の開始が通知された場合に、オゾン水の製造を停止すると判断する。上述したように、膜ろ過工程の開始が通知された後もオゾン水の製造が継続されてもよく、この場合、条件制御部３７は、オゾン水の貯蔵量がしきい値を超えるとオゾン水の製造を停止するなどといったように、膜ろ過工程の開始が通知以外の契機によってオゾン水の製造を停止させる。オゾン水の製造を停止しないと判断した場合（ステップＳ４ Ｎｏ）、条件制御部３７は、ステップＳ２からの処理を再び実施する。

測定値が適正範囲を上回っている場合（ステップＳ２ Ｙｅｓ）、条件制御部３７は、オゾンガス生成時の副生成物の生成量を増加させ（ステップＳ５）、処理をステップＳ４へ進める。オゾンガス生成時の副生成物の生成量は、オゾンガス生成時に生成されるオゾンガスの生成量に対する副生成物の生成量を示す。ステップＳ５では、条件制御部３７は、例えば、他ガス供給部３１から供給される二酸化炭素ガスの流量を増加させることによりオゾンガス生成時の副生成物の生成量を増加させるようにガス条件を調整する。また、条件制御部３７は、放電条件を調整することによりオゾンガス生成時の副生成物の生成量を増加させてもよいし、ガス条件および放電条件の両方を調整して、オゾンガス生成時の副生成物の生成量を増加させてもよい。

測定値が適正範囲を下回っている場合（ステップＳ３ Ｙｅｓ）、条件制御部３７は、オゾンガス生成時の副生成物の生成量を減少させ（ステップＳ６）、処理をステップＳ４へ進める。ステップＳ６では、条件制御部３７は、ステップＳ５と同様に、ガス条件を調整してもよいし、放電条件を調整してもよいし、ガス条件および放電条件の両方を調整してもよい。

オゾン水の製造を停止すると判断した場合（ステップＳ４ Ｙｅｓ）、条件制御部３７は、処理を終了する。処理の終了後、図３に示した処理が再び行われる。なお、オゾン水状態測定部３５が溶存オゾン濃度を測定する場合には、条件制御部３７は、ステップＳ２では、測定値が、ｐＨの適正範囲に対応する溶存オゾン濃度の範囲の下限値を下回っているか否かを判断し、ステップＳ３では、溶存オゾン濃度の範囲の上限値を上回っているか否かを判断すればよい。

以上の処理により、オゾン水製造装置１００により製造されたオゾン水のｐＨは、オゾンガス生成部３２から供給された炭酸イオンおよび重炭酸イオンの溶解により制御され、酸性条件を維持することができる。オゾン水のｐＨを酸性条件を満たすように維持することにより、溶存オゾンの自己分解が抑制され、溶存オゾンの長寿命化および溶存オゾン濃度の向上が達成される。また、炭酸系副生成物との反応生成物はオゾンの水中での分解により生成されるヒドロキシルラジカルを捕捉するラジカルスカベンジャーとしても作用する。以上より、オゾンガス生成部３２から供給された炭酸系副生成物との反応生成物により、オゾン水中の溶存オゾンの安定化、高濃度化および長寿命化が実現できる。

また、以上述べた例では、条件制御部３７が、オゾン水状態測定部３５の測定値に基づいて、炭酸系副生成物などの副生成物の生成量を動的に制御するようにしたが、副生成物の生成量の制御方法はこれに限定されない。酸性条件を満たすように、ガス条件および放電条件のうちの少なくとも一方をあらかじめ定めておき、あらかじめ定められたガス条件にしたがって酸素ガス供給部３０および他ガス供給部３１がそれぞれ酸素ガス、他ガスを供給し、オゾンガス生成部３２が、あらかじめ定められた放電条件にしたがって放電処理を行ってもよい。他ガス供給部３１、酸素ガス供給部３０はそれぞれ流量を調整する調整部を備えている。酸性条件を満たすようにガス条件が定められる場合、他ガス供給部３１の調整部が、副生成物の生成量を制御する制御部となる。酸性条件を満たすように放電条件が定められる場合、オゾンガス生成部３２において放電を制御する制御部が副生成物の生成量を制御する制御部となる。

なお、以上述べた例では他ガスとして二酸化炭素ガスを用いる例を説明したが、他ガスとして二酸化炭素の代わりに窒素または窒素酸化物ガスを用いても同様の効果が得られる。他ガスとして窒素または窒素酸化物ガスを用いた場合、酸性条件に維持するように、放電によりオゾンと同時に生成された硝酸系副生成物の生成量が制御される。これにより、オゾン水のｐＨは、オゾンガス生成部３２から供給された硝酸イオンの溶解により制御され、酸性条件を維持するよう作用する。オゾン水のｐＨを酸性条件に維持することにより、溶存オゾンの自己分解が抑制され、溶存オゾンの長寿命化および溶存オゾン濃度の向上が達成される。また、硝酸系副生成物または硝酸系副生成物との反応生成物はオゾンの水中での分解により生成されるヒドロキシルラジカルを捕捉するラジカルスカベンジャーとしても作用する。以上より、オゾンガス生成部３２から供給された硝酸系副生成物または硝酸系副生成物との反応生成物により、オゾン水中の溶存オゾンの安定化、高濃度化および長寿命化が実現できる。また、二酸化炭素、窒素および窒素酸化物のうち２つ以上を混合した混合ガスが他ガスとして用いられてもよい。したがって、他ガスは、二酸化炭素ガス、窒素ガスおよび窒素酸化物ガスのうち少なくとも１つを含んでいればよい。他ガスとして混合ガスが用いられる場合は、例えば、二酸化炭素が酸素流量に対して０．１％以上となる混合ガスを用いることができる。他ガスとして混合ガスが用いられる場合、酸性条件を維持するように、放電によりオゾンと同時に生成された硝酸系および炭酸系副生成物の生成量が制御される。

また、酸素の代わりに、空気など酸素を含む第一ガスをオゾンガス生成部３２へ供給しても同様の効果が得られる。すなわち、第一ガス供給部である酸素ガス供給部３０は、酸素ガスを含む第一ガスを供給する。この場合、酸性条件を維持するように、放電によりオゾンと同時に生成された硝酸系および炭酸系副生成物の生成量が制御される。これにより、オゾン水のｐＨは、オゾンガス生成部３２から供給された硝酸イオン、炭酸イオン、重炭酸イオンなどの溶解により制御され、酸性条件を維持するよう作用する。また、第一ガスを空気にした場合は空気中の窒素により硝酸系副生成物が生成されるので第二ガスは使用しなくても良い。すなわち、この場合には、空気が第一ガスと第二ガスとの両方を兼ねることになる。オゾン水のｐＨを酸性条件に維持することにより、溶存オゾンの自己分解が抑制され、溶存オゾンの長寿命化および溶存オゾン濃度の向上が達成される。また、硝酸系副生成物または硝酸系副生成物との反応生成物、および炭酸系副生成物はオゾンの水中での分解により生成されるヒドロキシルラジカルを捕捉するラジカルスカベンジャーとしても作用する。以上より、オゾンガス生成部３２から供給された硝酸系副生成物または硝酸系副生成物との反応生成物、および炭酸系副生成物により、オゾン水中の溶存オゾンの安定化、高濃度化および長寿命化が実現できる。

本実施の形態によれば、生成されたオゾン水中の溶存オゾンの長寿命化が実現できる。なお、溶存オゾンの寿命は、オゾンガスの寿命に比べて短い。したがって、オゾン水が輸送される距離は短いことが好ましく、オゾン水生成部３４は洗浄対象となる分離膜１１の近傍に設置するのが好ましい。オゾン水生成部３４を分離膜１１の近傍に配置することにより、オゾンの自己分解をより抑制し、高効率なオゾンの供給を実現できる。具体的には、例えば、オゾン水として輸送される距離が、オゾンをガス状態で輸送する距離より短くなるように、オゾン水生成部３４を配置する。例えば、図１に示したオゾンガス配管３ｃの長さを膜洗浄用配管３ｄとろ過水配管２ａの合計長さよりも長く設定することにより、オゾン水としての輸送距離を相対的に低減させることができる。

オゾンガス生成部３２においては、原料ガス中の酸素ガス純度が９９％以上となる場合、オゾンガスの高効率発生が実現できない。この場合、原料ガスに酸素ガスに対して微量の二酸化炭素、窒素または窒素酸化物ガスの少なくともいずれかひとつを添加することにより、放電状態または化学反応状態が適正化され、オゾンガスの高効率発生を維持することができる。すなわち、本実施の形態における他ガスの原料ガスへの添加は、生成するオゾン水中の溶存オゾンの安定化、高濃度化および長寿命化の実現のみならず、オゾンガス生成部３２の高効率化にも大きく貢献する。

上記のように、オゾンガス製造時に副生される炭酸系副生成物または硝酸系副生成物を利用し、生成されるオゾン水のｐＨ測定値または溶存オゾン濃度測定値に応じて、オゾンガス生成におけるガス条件または放電条件を調整することでオゾン水のｐＨを任意に制御することができる。これにより、オゾン水の安定化、高濃度化および長寿命化による高効率生成が実現され、オゾン水製造装置の大型化や複雑化を招くことなく、極めて容易に所望のオゾン量をオゾン水として分離膜洗浄に提供できる。また、被溶解水、オゾンガス、酸またはアルカリの３流体を個別に調整して溶解させて所望のｐＨを得る場合には３流体を個別にそれぞれ調整する手間がかかる。これに対して、本実施の形態では、オゾンガス生成部３２によって調整済の混合ガス（例えば、オゾンガスと炭酸系ガス）と被溶解水との流体２種類の調整して所望のｐＨを得るため、３流体を個別にそれぞれ調整する場合に比べて手間を抑制してｐＨを制御することができる。

実施の形態２．
図４は、実施の形態２にかかる水処理装置の構成例を示す図である。本実施の形態の水処理装置は、実施の形態１の水処理装置に調整弁２５および被溶解水貯留槽２６が追加されている。実施の形態１と同様の機能を有する構成要素は、実施の形態１と同一の符号を付し、実施の形態１と重複する説明を省略する。以下、実施の形態１と異なる点を主に説明する。

本実施の形態では、放流配管２ｂに調整弁２５が設けられており、放流配管２ｂは調整弁２５を介して被溶解水貯留槽２６に接続される。被溶解水貯留槽２６は、オゾン水生成部３４へ被溶解水を供給する被溶解水配管３ｅに接続されている。なお、水処理装置は、被溶解水貯留槽２６を備えていなくてもよい。

膜ろ過工程では、実施の形態１で説明したように、ろ過水ポンプ２３を介してろ過水が放流配管２ｂを流れる。本実施の形態では、工程制御部２２が調整弁２５の制御も行う。工程制御部２２は、膜ろ過工程において、ろ過水の少なくとも一部を被溶解水配管３ｅに向けて流すように調整弁２５を制御する。放流配管２ｂおよび調整弁２５を経たろ過水は、被溶解水として被溶解水貯留槽２６に貯蔵される。被溶解水貯留槽２６に貯蔵された被溶解水は、被溶解水配管３ｅを介してオゾン水生成部３４へ供給される。被溶解水貯留槽２６を備えていない場合は、放流配管２ｂおよび調整弁２５を経たろ過水は被溶解水配管３ｅを介してオゾン水生成部３４へ供給される。このように、本実施の形態では、被溶解水は、分離膜１１によってろ過されたろ過水である。

以上述べた以外の本実施の形態の動作は、実施の形態１と同様である。本実施の形態では、実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、ろ過水を被溶解水として利用することで水道水などを被溶解水として使用する時に比して被溶解水にかかるランニングコストを低減できる。また、本実施の形態では、近傍に水道水供給源がない場所においても水処理装置を設置できる。また、近傍に水道水供給源がない場所に水処理装置が設置された場合に、水道水の導入のために長距離配管を施工する必要もなく経済的である。なお、ろ過水には水道水よりも有機物が含有されているケースがあり、オゾン水生成時に一部のオゾンが被溶解水に含有される有機物の分解に消費されることが考えられる。しかしながら、本実施の形態では、被溶解水に含有される有機物の分解で消費されるオゾンの量は、実施の形態１と同様にオゾン水のｐＨを適正範囲に維持する効果と、ヒドロキシルラジカルの捕捉効果とによる自己分解の抑制により削減できるオゾンの無効消費量に比べると極めて小さく、本実施の形態においても実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

実施の形態３．
図５は、実施の形態３にかかるオゾン水製造装置の構成例を示す図である。本実施の形態の水処理装置は、実施の形態１の水処理装置のオゾン水製造装置１００の代わりに図５に示したオゾン水製造装置１００ａを備える以外は、実施の形態１の水処理装置と同様である。実施の形態１と同様の機能を有する構成要素は、実施の形態１と同一の符号を付し、実施の形態１と重複する説明を省略する。以下、実施の形態１と異なる点を主に説明する。

本実施の形態では、オゾン水生成部３４において被溶解水に溶解しなかったオゾンガスを再利用する。本実施の形態のオゾン水製造装置１００ａは、実施の形態１のオゾン水製造装置１００の排オゾン処理装置３８の代わりに循環ファン３９を備える。未溶解のオゾンガスはオゾン水生成部３４から排オゾンガスとして排オゾンガス配管３ｆに排出され、循環ファン３９によってオゾンガス配管３ｃに導入される。このように、本実施の形態では、オゾン水生成部３４において被溶解水に溶解しなかった第三ガスを、オゾン水生成部３４へ導入する。

本実施の形態では、実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、オゾン水生成部３４において消費されなかったオゾンガスをオゾンガス生成部３２から供給されるオゾンガスに加えることにより、オゾンガスの利用効率が改善される。また、オゾンガス生成部３２におけるオゾン発生にかかる電力消費の低減、および電力の使用量、原料ガスコストなどランニングコストの低減も期待できる。

実施の形態４．
図６は、実施の形態４にかかるオゾン水製造装置の構成例を示す図である。本実施の形態の水処理装置は、実施の形態１の水処理装置のオゾン水製造装置１００の代わりに図６に示したオゾン水製造装置１００ｂを備える以外は、実施の形態１の水処理装置と同様である。実施の形態１と同様の機能を有する構成要素は、実施の形態１と同一の符号を付し、実施の形態１と重複する説明を省略する。以下、実施の形態１と異なる点を主に説明する。

本実施の形態のオゾン水製造装置１００ｂは、実施の形態１のオゾン水製造装置１００にオゾンガス濃縮貯蔵部４０および循環ファン４１が追加されている。実施の形態４のオゾン水製造装置１００ｂでは、オゾンガス生成部３２にて生成されたオゾンガスがオゾンガス濃縮貯蔵部４０を経てオゾン水生成部３４へ供給される。オゾンガス分離部であるオゾンガス濃縮貯蔵部４０は、オゾンガス生成部３２で生成されたオゾンガス中のオゾンと酸素とを分離する。オゾンガス濃縮貯蔵部４０によって分離されたオゾンは濃縮オゾンガスとしてオゾン水生成部３４へ導入される。一方、オゾンガス濃縮貯蔵部４０によって分離された酸素はリサイクル酸素ガスとして、循環ファン４１および酸素リサイクル配管３ｇを介して酸素ガス配管３ａへ戻される。これにより、オゾンガス濃縮貯蔵部４０によって分離された酸素はオゾンガス生成部３２の原料ガスの一部として再利用される。

本実施の形態におけるオゾンガス濃縮貯蔵部４０は、例えば、シリカゲルなどの吸着剤が充填された吸着筒を主要構成要素とする。吸着筒では、温度と圧力を制御することにより、吸着剤に対するオゾンと酸素の吸着および脱着特性の差異を利用し、オゾンを含んだ混合ガスからオゾンと酸素を分離する。濃縮オゾンガスのオゾン純度およびオゾン濃度は、条件制御部３７からの指令に基づき、温度および圧力を制御することにより変更可能である。すなわち、条件制御部３７からの指令を調整することで、濃縮オゾンガスのオゾン純度およびオゾン濃度を任意に設定することができる。

オゾンガス濃縮貯蔵部４０の下流に脱着ポンプを配置し、オゾンガス濃縮貯蔵部４０へ脱着用ガスを導入することで、濃縮オゾンガスをオゾンガス濃縮貯蔵部４０から取り出す際に吸着剤からオゾンの脱着を促進させてもよい。脱着用ガスはオゾンガス生成部３２に用いる原料ガスの一部を利用してもよい。また、オゾンガス濃縮貯蔵部４０の下流にエジェクタを配置し、オゾン水製造装置１００ｂ周辺の空気を駆動流体としてエジェクタへ導入することにより、濃縮オゾンガスを吸引してもよい。

本実施の形態では、実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、オゾンガス生成部３２にて製造されたオゾンガスをオゾンと酸素に分離することにより、任意に濃縮されたオゾンガスをオゾン水生成部３４へ導入し、酸素ガスを再びオゾンガス生成部３２の原料ガスとしてリサイクルできるため、オゾン発生にかかる電力消費の低減、および電力の使用量、原料ガスコストなどランニングコストの低減も期待できる。

実施の形態５．
図７は、実施の形態５にかかるオゾン水製造装置の構成例を示す図である。本実施の形態の水処理装置は、実施の形態１の水処理装置のオゾン水製造装置１００の代わりに図７に示したオゾン水製造装置１００ｃを備える以外は、実施の形態１の水処理装置と同様である。実施の形態１と同様の機能を有する構成要素は、実施の形態１と同一の符号を付し、実施の形態１と重複する説明を省略する。以下、実施の形態１と異なる点を主に説明する。

本実施の形態のオゾン水製造装置１００ｃは、実施の形態１のオゾン水製造装置１００に循環ポンプ４２が追加されている。本実施の形態のオゾン水製造装置１００ｃでは、オゾン水生成部３４に貯留された被溶解水がオゾン水生成部３４の下部から循環配管３ｈおよび循環ポンプ４２を介してオゾン水生成部３４の上部へ供給される。このように、循環ポンプ４２により、被溶解水は、オゾン水生成部３４の上部、オゾン水生成部３４の底部、循環配管３ｈの底部、循環配管３ｈの上部、オゾン水生成部３４の上部の順で循環する。したがって、オゾン水生成部３４内では、オゾン水生成部３４の上部から底部への被溶解水の流れが発生する。一方、オゾンガス生成部３２から導入されたオゾンガスについては、オゾン注入部３３を介して、オゾン水生成部３４内において底部から上部への流れとなる。すなわち、オゾン水生成部３４においては、被溶解水とオゾンガスが向流接触することになる。なお、循環ポンプ４２はオゾンガス生成部３２からオゾンガスがオゾン水生成部３４へ導入されている間のみ動作すればよい。

本実施の形態では、実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、被溶解水とオゾンガスが向流接触するために、被溶解水に対するオゾンガスの溶解効率が向上するため、オゾン水生成効率が改善される。オゾン水生成におけるオゾンガスの利用効率が改善されるため、未溶解のオゾンガス量が減少し、排オゾン処理装置３８の容量低減も期待できる。

実施の形態６．
図８は、実施の形態６にかかるオゾン水製造装置の構成例を示す図である。本実施の形態の水処理装置は、実施の形態１の水処理装置のオゾン水製造装置１００の代わりに図８に示したオゾン水製造装置１００ｄを備える以外は、実施の形態１の水処理装置と同様である。実施の形態１と同様の機能を有する構成要素は、実施の形態１と同一の符号を付し、実施の形態１と重複する説明を省略する。以下、実施の形態１と異なる点を主に説明する。

本実施の形態のオゾン水製造装置１００ｄは、実施の形態１のオゾン注入部３３の代わりにエジェクタ４３および循環ポンプ４４を備える。本実施の形態のオゾン水製造装置１００ｄでは、オゾンガス生成部３２はオゾンガス配管３ｃを介してエジェクタ４３と接続される。オゾン水生成部３４には、オゾン水生成部３４とともに被溶解水の循環流路を形成する循環配管３ｉが接続される。オゾン水生成部３４に導入される被溶解水は、循環ポンプ４４によってオゾン水生成部３４と循環配管３ｉを循環する。エジェクタ４３は、被溶解水を駆動流体とし、オゾンガスを吸引流体として気液混合および溶解を行うことによりオゾン水を生成する。

本実施の形態では、実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、被溶解水とオゾンガスがエジェクタ４３により気液混合および溶解するために、被溶解水に対するオゾンガスの溶解効率が向上し、オゾン水生成効率が改善される。オゾン水生成におけるオゾンガスの利用率が改善されるため、未溶解のオゾンガス量が減少し、排オゾン処理装置３８の容量低減も期待できる。

実施の形態７．
図９は、実施の形態７にかかるオゾン水製造装置の構成例を示す図である。本実施の形態の水処理装置は、実施の形態１の水処理装置のオゾン水製造装置１００の代わりに図９に示したオゾン水製造装置１００ｅを備える以外は、実施の形態１の水処理装置と同様である。実施の形態１と同様の機能を有する構成要素は、実施の形態１と同一の符号を付し、実施の形態１と重複する説明を省略する。以下、実施の形態１と異なる点を主に説明する。

本実施の形態のオゾン水製造装置１００ｅは、実施の形態１のオゾン水生成部３４の代わりにオゾン水生成部３４ａを備え、循環ポンプ４６が追加されている。被溶解水配管３ｅおよびオゾン水生成部３４ａには、オゾン水生成部３４ａおよび被溶解水配管３ｅとともに被溶解水の循環流路を形成する循環配管３ｊが接続される。循環配管３ｊには循環ポンプ４６が設けられる。被溶解水配管３ｅから供給される被溶解水は、循環ポンプ４６により、オゾン水生成部３４ａ、循環配管３ｊおよび被溶解水配管３ｅの一部で形成される流路を循環する。オゾン水生成部３４ａには、被溶解水の鉛直方向の複数の流路を形成する複数の障壁４５が設けられる。複数の障壁４５は、オゾン水生成部３４ａ内で１つの連続した流路が形成されるように、オゾン水生成部３４ａの上面または底面と離れて設置される。

図９に示した例では、オゾン水生成部３４ａが、オゾン水生成部３４ａの底部に接して設けられる中央の障壁４５により、２つの領域に区分されており、各領域の底部にそれぞれオゾン注入部３３が設置されている。中央の障壁４５と、オゾン水生成部３４ａの上面とは離れており、これにより、被溶解水は右側の領域から左側の領域に流入することができる。各領域には、オゾン水生成部３４ａの上面と接しかつオゾン水生成部３４ａの底面と離れて設置される障壁４５が設けられている。これにより、図９に示すように、各領域はさらに２つの領域である細分領域に分割される。細分領域を左から順に第１から第４の細分領域と呼ぶことにする。図９に示した例では、オゾン水生成部３４ａの第１の細分領域の上部から、被溶解水配管３ｅを介して被溶解水が導入され、第１の細分領域内を上部から底部へ流れ、底部において第２の細分領域に流入する。第２の細分領域では被溶解水は底部から上部へ流れ、上部で第３の細分領域に流入する。第３の細分領域では被溶解水は上部から底部へ流れ、底部で第４の細分領域に流入する。第４の細分領域において底部から上部へ流れた被溶解水は、オゾン水生成部３４ａの上部に接続される循環配管３ｊに流入する。

本実施の形態では、このように、被溶解水の循環流路が形成されることにより、オゾン水生成部３４の上部から底部へ向かう被溶解水の流れが生じる。また、各領域の底部にオゾン注入部３３が設置されているため、オゾンガスにはオゾン水生成部３４の底部から上部へ向かった流れが生じる。したがって、被溶解水とオゾンガスが対向流接触することになる。なお、図９に示した例では、オゾン水生成部３４ａ内が２つの領域に区分されて領域ごとにオゾン注入部３３を備えているが、オゾン水生成部３４ａが３つ以上の領域に区分されて、領域ごとにオゾン注入部３３を備えていてもよい。また、オゾン水生成部３４ａが、オゾン水生成部３４ａの上面と接しかつオゾン水生成部３４ａの底面と離れて設置される１つの障壁４５を備え、オゾン注入部３３を１つ備えるようにしてもよい。

本実施の形態では、オゾン水生成部３４ａ内において障壁４５により被溶解水の流路が形成されたことにより、被溶解水とオゾンガスが向流接触することになる。したがって、本実施の形態では、実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、被溶解水に対するオゾンガスの溶解効率が向上するため、オゾン水生成効率が改善される。オゾン水生成におけるオゾンガスの利用効率が改善されるため、未溶解のオゾンガス量が減少し、排オゾン処理装置３８の容量低減も期待できる。

実施の形態８．
図１０は、実施の形態８にかかるオゾン水製造装置の構成例を示す図である。本実施の形態の水処理装置は、実施の形態１の水処理装置のオゾン水製造装置１００の代わりに図１０に示したオゾン水製造装置１００ｆを備える以外は、実施の形態１の水処理装置と同様である。実施の形態１と同様の機能を有する構成要素は、実施の形態１と同一の符号を付し、実施の形態１と重複する説明を省略する。以下、実施の形態１と異なる点を主に説明する。

本実施の形態のオゾン水製造装置１００ｆは、実施の形態１のオゾン水生成部３４の代わりに膜モジュール４７を備える。膜モジュール４７は、多孔質ガラス膜などの多孔質膜を備える。本実施の形態では、オゾンガス生成部３２において製造されたオゾンガスと、被溶解水とは、膜モジュール４７に導入される。膜モジュール４７は、導入されたオゾンガスと被溶解水とを多孔質膜の細孔内で接触させることにより、オゾンガスを被溶解水に溶解させることによりオゾン水を生成する。オゾン水は、オゾン水送水ポンプ３６により膜洗浄用配管３ｄに導入される。本実施の形態では、オゾン水状態測定部３５は膜洗浄用配管３ｄに設置されている。

本実施の形態では、実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、膜モジュール４７を用いることによりオゾンガスが被溶解水に溶解するため、被溶解水に対するオゾンガスの溶解効率が向上し、オゾン水生成効率が改善される。オゾン水生成におけるオゾンガスの利用効率も改善される。

実施の形態９．
図１１は、実施の形態９にかかるオゾン水製造装置の構成例を示す図である。本実施の形態の水処理装置は、実施の形態１の水処理装置のオゾン水製造装置１００の代わりに図１１に示したオゾン水製造装置１００ｇを備える以外は、実施の形態１の水処理装置と同様である。実施の形態１と同様の機能を有する構成要素は、実施の形態１と同一の符号を付し、実施の形態１と重複する説明を省略する。以下、実施の形態１と異なる点を主に説明する。

本実施の形態のオゾン水製造装置１００ｇは、実施の形態１のオゾン水生成部３４にファインバブル発生部４８が追加されている。本実施の形態では、オゾンガス生成部３２により生成されたオゾンガスはファインバブル発生部４８に導入される。ファインバブル発生部４８は、導入されたオゾンガスをファインバブルとして被溶解水が貯留されているオゾン水生成部３４に導入する。ファインバブル発生部４８が生成するファインバブルは、気泡径が１００μｍ以下であり、好ましくは１μｍ以下のウルトラファインバブルである。ファインバブル発生部４８は、加圧溶解方式、旋回流方式または微細孔方式などのいずれの方式でファインバブルを生成してもよく、バブル生成方法に制約はない。

本実施の形態では、実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、オゾンガスがファインバブルとして導入されるため被溶解水に対するオゾンガスの溶解効率が向上し、オゾン水生成効率が改善される。オゾン水生成におけるオゾンガスの利用効率が改善されるため、未溶解のオゾンガス量が減少し、排オゾン処理装置３８の容量低減も期待できる。また、オゾンガスがウルトラファインバブルとなる場合は、被溶解水中をブラウン運動で漂い続けるため、気泡径の大きなバブルのように浮力により上昇して液面で消失することなく、オゾン水としての長寿命化が期待できる。

実施の形態１０．
図１２は、実施の形態１０にかかるオゾン水製造装置の構成例を示す図である。本実施の形態の水処理装置は、実施の形態１の水処理装置のオゾン水製造装置１００の代わりに図１２に示したオゾン水製造装置１００ｈを備える以外は、実施の形態１の水処理装置と同様である。実施の形態１と同様の機能を有する構成要素は、実施の形態１と同一の符号を付し、実施の形態１と重複する説明を省略する。以下、実施の形態１と異なる点を主に説明する。

本実施の形態のオゾン水製造装置１００ｈは、実施の形態１のオゾン水生成部３４にファインバブル発生部４９および循環ポンプ５０が追加されている。オゾン水生成部３４には、オゾン水生成部３４とともに被溶解水の循環流路を形成する循環配管３ｋが接続される。ファインバブル発生部４９および循環ポンプ５０は、循環配管３ｋに設けられる。本実施の形態では、循環ポンプ５０により、被溶解液が循環流路を循環する。オゾンガス生成部３２により生成されたオゾンガスはエジェクタ方式のファインバブル発生部４９に導入される。ファインバブル発生部４９は、被溶解液を駆動流体とし、オゾンガスを吸引流体としてファインバブルを発生させる。ファインバブルは、気泡径が１００μｍ以下であり、好ましくは１μｍ以下のウルトラファインバブルである。ファインバブルが被溶解水に溶解することでオゾン水が生成される。オゾン水は、オゾン水送水ポンプ３６によりオゾン水生成部３４から膜洗浄用配管３ｄへ導入される。

本実施の形態では、実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、オゾンガスがファインバブルとなるため、被溶解水に対するオゾンガスの溶解効率が向上し、オゾン水生成効率が改善される。オゾン水生成におけるオゾンガスの利用率が改善されるため、未溶解のオゾンガス量が減少し、排オゾン処理装置３８の容量低減も期待できる。また、オゾンガスがウルトラファインバブルとなる場合は、被溶解水中をブラウン運動で漂い続けるため、気泡径の大きなバブルのように浮力により上昇して液面で消失することなく、オゾン水としての長寿命化が期待できる。

実施の形態１１．
図１３は、実施の形態１１にかかるオゾン水製造装置の構成例を示す図である。本実施の形態の水処理装置は、実施の形態１の水処理装置のオゾン水製造装置１００の代わりに図１３に示したオゾン水製造装置１００ｉを備える以外は、実施の形態１の水処理装置と同様である。実施の形態１と同様の機能を有する構成要素は、実施の形態１と同一の符号を付し、実施の形態１と重複する説明を省略する。以下、実施の形態１と異なる点を主に説明する。

本実施の形態のオゾン水製造装置１００ｉでは、膜洗浄用配管３ｄに切替弁５３が設けられ、切替弁５３には、オゾン水生成部３４に接続されるオゾン水配管３ｍと、次亜塩素酸ナトリウム溶液を供給する次亜塩素酸ナトリウム溶液配管３ｎとが接続されている。オゾン水配管３ｍには、オゾン水送水ポンプ３６が設けられている。切替弁５３は、膜洗浄用配管３ｄの接続先を、オゾン水配管３ｍと、次亜塩素酸ナトリウム溶液配管３ｎとの間で切り替える。切替弁５３の切替は、膜洗浄工程における所望のタイミングで行われる。このように、本実施の形態では、分離膜１１は、分離膜１１へ供給する洗浄剤を、オゾン水と次亜塩素酸ナトリウム溶液とで切替え可能であり、第一の洗浄剤である次亜塩素酸ナトリウム溶液と第二の洗浄剤であるオゾン水との両者を用いて洗浄される。なお、次亜塩素酸ナトリウム溶液は次亜塩素酸ナトリウム溶液供給部５１からポンプ５２および切替弁５３を介して膜洗浄用配管３ｄへ送水される。また、次亜塩素酸ナトリウム溶液の溶媒の種類は特に問わないが、次亜塩素酸ナトリウム溶液の溶媒は被溶解水配管３ｅから分岐して得られる被溶解水であってもよい。オゾン水はオゾン水生成部３４からオゾン水送水ポンプ３６および切替弁５３を介して膜洗浄用配管３ｄへ送水される。

本実施の形態における膜洗浄においては、酸化力の異なる２種類の洗浄剤であるオゾン水および次亜塩素酸ナトリウム溶液を用いる。例えば、膜洗浄工程において、まず、酸化力が比較的小さい第一の洗浄剤である次亜塩素酸ナトリウム溶液による膜洗浄を行い、その後、酸化力が比較的大きい第二の洗浄剤であるオゾン水を用いた膜洗浄を実施する。ここで、酸化力とは水素電極を用いて２５℃で測定された標準酸化還元電位を示す。第一の洗浄剤の酸化力は２．０Ｖ未満、一方、第二の洗浄剤の酸化力は２．０Ｖ以上である。

第一の洗浄剤は、分離膜１１に付着および固着した汚濁物質のうち、易分解性有機物の酸化分解除去に有効である。第一の洗浄剤による膜洗浄では、難分解性有機物に対しては酸化分解除去にまでは至らないが、第一の洗浄剤が化学的に作用することにより膜への付着力低下などの効果が得られる。第一の洗浄剤による効果を得たのちに第二の洗浄剤を適用すると、難分解性有機物に対する酸化分解効果も顕著になり、分離膜１１から汚濁物質を除去することができる。第二の洗浄剤のみで難分解性有機物を酸化分解するよりも極めて少量の洗浄剤投与で洗浄が実現できる。

本実施の形態においては、実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、酸化力の異なる２種類の洗浄剤を用いて２段階で分離膜を洗浄することにより、特に、汚濁物質中の難分解性有機物の酸化分解効率を向上させることができる。そのため、オゾン水の使用量を低減することが可能となり、オゾンガス生成部３２におけるオゾン発生にかかる電力消費の低減、原料ガスコストなどランニングコストの低減も期待できる。なお、２種類の洗浄剤を用いたことによる膜洗浄効率改善の影響が極めて大きく、さらにオゾン水の使用量も低減されるため、２種類の洗浄剤を使用すること自体のコストアップより、２種類の洗浄剤を用いることによるコストダウンの効果の方が大きい。また、何らかの影響でオゾンガス生成部３２またはオゾン水生成部３４に問題が発生し、オゾン水による洗浄動作が停止した場合は、バックアップとして次亜塩素酸ナトリウム溶液による洗浄で対応することも可能であり、オゾン水製造装置１００ｉの冗長性確保にも寄与する。

＜変形例＞
以上の実施の形態１～１１に示した構成および動作を適宜組み合わせてもよい。例えば、実施の形態２で述べた、ろ過水を被溶解水として利用する構成および動作を、実施の形態３～１１で述べた水処理装置に適用してもよい。また、実施の形態３で述べた、オゾンガスを再利用する構成および動作を、実施の形態４～１１で述べた水処理装置に適用してもよい。実施の形態１１で述べた、２種類の洗浄剤を用いる構成および動作を、実施の形態２～１０で述べた水処理装置に適用してもよい。これら以外の実施の形態の組み合わせについても適宜適用可能である。

また、実施の形態１～１１で述べたオゾン水製造装置を、水処理装置における分離膜の洗浄だけでなく、オゾンガスと固形物を含む液体、例えば、下水汚泥、紙パルプ類などとの反応装置へも適用することが可能である。

以上の実施の形態に示した構成は、一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、実施の形態同士を組み合わせることも可能であるし、要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１ａ 被処理水配管、２ａ ろ過水配管、２ｂ 放流配管、３ａ 酸素ガス配管、３ｂ 他ガス配管、３ｃ オゾンガス配管、３ｄ 膜洗浄用配管、３ｅ 被溶解水配管、３ｆ 排オゾンガス配管、３ｇ 酸素リサイクル配管、３ｈ，３ｉ，３ｊ，３ｋ 循環配管、３ｍ オゾン水配管、３ｎ 次亜塩素酸ナトリウム溶液配管、１０ 処理槽、１１ 分離膜、２０ 膜状態測定部、２１，５３ 切替弁、２２ 工程制御部、２３ ろ過水ポンプ、２５ 調整弁、２６ 被溶解水貯留槽、３０ 酸素ガス供給部、３１ 他ガス供給部、３２ オゾンガス生成部、３３ オゾン注入部、３４，３４ａ オゾン水生成部、３５ オゾン水状態測定部、３６ オゾン水送水ポンプ、３７ 条件制御部、３８ 排オゾン処理装置、３９ 循環ファン、４０ オゾンガス濃縮貯蔵部、４１ 循環ファン、４２，４４，４６，５０ 循環ポンプ、４３ エジェクタ、４５ 障壁、４７ 膜モジュール、４８，４９ ファインバブル発生部、５１ 次亜塩素酸ナトリウム溶液供給部、５２ ポンプ、１００，１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ，１００ｅ，１００ｆ，１００ｇ，１００ｈ，１００ｉ オゾン水製造装置。

Claims (17)

1. 酸素ガスを含む第一ガスを供給する第一ガス供給部と、
   二酸化炭素ガス、窒素ガスおよび窒素酸化物ガスのうち少なくとも１つを含む第二ガスを供給する第二ガス供給部と、
   前記第一ガス供給部によって供給される前記第一ガスと前記第二ガス供給部によって供給される前記第二ガスとを含む気体に放電処理を行うことによりオゾンガスを含む第三ガスを生成する放電部と、
   前記第三ガスを被溶解水に溶解させることによりオゾン水を生成するオゾン水生成部と、
   前記オゾン水における溶存オゾンの自己分解が抑制される酸性条件を維持するように、前記第二ガスに前記放電処理が施されることにより得られる副生成物の生成量を制御する制御部と、
   を備えることを特徴とするオゾン水製造装置。
2. 前記制御部は、前記第二ガス供給部から供給される前記第二ガスの流量を調整することにより、前記生成量を制御することを特徴とする請求項１に記載のオゾン水製造装置。
3. 前記制御部は、前記放電処理における放電条件を調整することにより、前記生成量を制御することを特徴とする請求項１または２に記載のオゾン水製造装置。
4. 前記放電条件は、前記放電処理におけるガス圧力、温度、電流、電圧および放電電力のうち少なくとも１つであることを特徴とする請求項３に記載のオゾン水製造装置。
5. 前記オゾン水のｐＨに関する状態を示す量を測定するオゾン水状態測定部、
   を備え、
   前記制御部は、前記オゾン水状態測定部により測定された測定値に基づき、前記生成量を制御することを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載のオゾン水製造装置。
6. 前記オゾン水状態測定部は、前記オゾン水のｐＨを測定することを特徴とする請求項５に記載のオゾン水製造装置。
7. 前記オゾン水状態測定部は、前記オゾン水の溶存オゾン濃度を測定することを特徴とする請求項５に記載のオゾン水製造装置。
8. 前記制御部は、前記測定値が定められた範囲内となるように前記生成量を制御することを特徴とする請求項５から７のいずれか１つに記載のオゾン水製造装置。
9. 前記オゾン水生成部において前記被溶解水に溶解しなかった前記第三ガスを、前記オゾン水生成部へ導入することを特徴とする請求項１から８のいずれか１つに記載のオゾン水製造装置。
10. 前記第三ガス中のオゾンガスと酸素ガスとを分離するオゾンガス分離部、
    を備え、
    前記オゾンガス分離部で分離されたオゾンガスは前記オゾン水生成部へ導入され、
    前記オゾンガス分離部で分離された酸素ガスは、前記放電部へ導入されることを特徴とする請求項１から９のいずれか１つに記載のオゾン水製造装置。
11. 前記オゾン水生成部では、前記被溶解水と前記オゾンガスとが向流接触することを特徴とする請求項１から１０のいずれか１つに記載のオゾン水製造装置。
12. 前記第三ガスをファインバブルとして前記オゾン水生成部へ導入するファインバブル発生部、
    を備えることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１つに記載のオゾン水製造装置。
13. 前記オゾン水生成部は、多孔質膜を備える膜モジュールであることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１つに記載のオゾン水製造装置。
14. 前記オゾン水は、膜分離活性汚泥法により被処理水を浄化する水処理装置において固液分離を行う分離膜を洗浄する洗浄剤として用いられ、
    前記被溶解水は、前記分離膜によってろ過されたろ過水であることを特徴とする請求項１から１３のいずれか１つに記載のオゾン水製造装置。
15. 次亜塩素酸ナトリウム溶液を供給する次亜塩素酸ナトリウム溶液供給部、
    を備え、
    前記分離膜へ供給する前記洗浄剤を、前記オゾン水と前記次亜塩素酸ナトリウム溶液とで切替え可能であることを特徴とする請求項１４に記載のオゾン水製造装置。
16. 固液分離を行う分離膜を備え膜分離活性汚泥法により被処理水を浄化する水処理装置であって、
    請求項１から１３のいずれか１つに記載のオゾン水製造装置を備え、
    前記オゾン水製造装置により生成されたオゾン水を用いて前記分離膜を洗浄することを特徴とする水処理装置。
17. 酸素ガスを含む第一ガスを供給する第一ガス供給工程と、
    二酸化炭素ガス、窒素ガスおよび窒素酸化物ガスのうち少なくとも１つを含む第二ガスを供給する第二ガス供給工程と、
    前記第一ガス供給工程によって供給される前記第一ガスと前記第二ガス供給工程によって供給される前記第二ガスとを含む気体に放電処理を行うことによりオゾンガスを含む第三ガスを生成する放電工程と、
    前記第三ガスを被溶解水に溶解させることによりオゾン水を生成するオゾン水生成工程と、
    前記オゾン水における溶存オゾンの自己分解が抑制される酸性条件を維持するように、前記第二ガスに前記放電処理が施されることにより得られる副生成物の生成量を制御する制御工程と、
    を含むことを特徴とするオゾン水製造方法。

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