特許 7284624 残留塩素除去方法、残留塩素除去システムの制御装置及び残留塩素除去システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-05-23

(45)【発行日】2023-05-31

(54)【発明の名称】残留塩素除去方法、残留塩素除去システムの制御装置及び残留塩素除去システム

(51)【国際特許分類】

   C02F 1/70 20230101AFI20230524BHJP

【ＦＩ】

C02F1/70 Z

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2019080555

(22)【出願日】2019-04-19

(65)【公開番号】P2020175346

(43)【公開日】2020-10-29

【審査請求日】2022-03-16

(73)【特許権者】

【識別番号】507036050

【氏名又は名称】住友重機械エンバイロメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002826

【氏名又は名称】弁理士法人雄渾

(72)【発明者】

【氏名】須田 祐一

(72)【発明者】

【氏名】志村 憲尋

【審査官】目代 博茂

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１４－１２４６００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６３－０２００３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭４９－０８１０９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－１８７４１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０５４６７９５４（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ０２Ｆ１／７０－１／７８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

残留塩素を含む被処理水を還元処理する残留塩素除去方法であって、
残留塩素を含む被処理水に、残留塩素との反応後、硫酸イオンを生成する還元剤を供給する還元処理ステップと、
前記還元処理ステップ後の被処理水の酸化還元電位（ＯＲＰ）及びｐＨを測定する測定ステップと、
前記測定ステップで測定した酸化還元電位（ＯＲＰ）及びｐＨの値から、ネルンストの式に基づいて補正ＯＲＰ値を演算し、演算した補正ＯＲＰ値に基づいて前記還元処理における還元剤の供給量を調整する演算制御ステップと、を備えることを特徴とする、残留塩素除去方法。

【請求項2】

前記演算制御ステップにおけるＯＲＰ値の補正は、前記還元処理ステップ時のｐＨの変化に伴い、還元剤の価数が変化するものについて、還元剤の酸解離定数を用い、ネルンストの式における係数を変化させた補正式に基づいて行うことを特徴とする、請求項１に記載の残留塩素除去方法。

【請求項3】

前記演算制御ステップにおけるＯＲＰ値の補正は、下記式で表される補正式に基づいて行うことを特徴とする、請求項１又は２に記載の残留塩素除去方法。

Ｅ_Ｃ＝Ｅ_Ｍ－２．３０２６（ＲＴ／ｚ_ＡＦ）（ｐＨ_０－ｐＨ_Ａ）
ここで、ｚ_Ａ＝（２×１０^{（ｐＨＡ－７．２）}＋１）／（１０^{（ｐＨＡ－７．２）}＋１） ……（式）

また、Ｅ_Ｃは補正したＯＲＰ値（補正ＯＲＰ値）、Ｅ_Ｍは測定したＯＲＰ値（ＯＲＰ実測値）、ｐＨ_０は還元剤を添加する前のｐＨ値、ｐＨ_Ａは実測されるｐＨ値を示している。さらに、Ｒはモル気体定数（＝８．３１４Ｊ／Ｋ・ｍｏｌ）、Ｆはファラデー定数（＝９６４８５Ｃ／ｍｏｌ）、ｚ_Ａは平均イオン価数、Ｔは絶対温度（単位：Ｋ）を示している。

【請求項4】

前記測定ステップにおいて、還元処理ステップ後の被処理水の温度を測定することをさらに加え、
前記演算制御ステップにおけるＯＲＰ値の補正に、前記測定ステップで測定した温度の値も用いることを特徴とする、請求項１～３のいずれか一項に記載の残留塩素除去方法。

【請求項5】

残留塩素を含む被処理水を還元処理する残留塩素除去システムに設けられる残留塩素除去システムの制御装置であって、
前記残留塩素除去システムは、残留塩素を含む被処理水を導入する反応槽と、前記反応槽に、残留塩素との反応後、硫酸イオンを生成する還元剤を供給する還元剤供給部と、を備え、
前記制御装置は、前記反応槽内の被処理水の酸化還元電位（ＯＲＰ）及びｐＨを測定する測定部と、
前記測定部で測定した酸化還元電位（ＯＲＰ）及びｐＨの値から、ネルンストの式に基づいて補正ＯＲＰ値を演算し、演算した補正ＯＲＰ値に基づいて前記還元剤供給部による還元剤の供給量を調整する演算制御部と、を備えることを特徴とする残留塩素除去システムの制御装置。

【請求項6】

前記演算制御部におけるＯＲＰ値の補正は、前記還元剤を供給した時のｐＨの変化に伴い、還元剤の価数が変化するものについて、還元剤の酸解離定数を用い、ネルンストの式における係数を変化させた補正式に基づいて行うことを特徴とする、請求項５に記載の残留塩素除去システムの制御装置。

【請求項7】

前記演算制御部におけるＯＲＰ値の補正は、下記式で表される補正式に基づいて行うことを特徴とする、請求項５又は６に記載の残留塩素除去システムの制御装置。

Ｅ_Ｃ＝Ｅ_Ｍ－２．３０２６（ＲＴ／ｚ_ＡＦ）（ｐＨ_０－ｐＨ_Ａ）
ここで、ｚ_Ａ＝（２×１０^{（ｐＨＡ－７．２）}＋１）／（１０^{（ｐＨＡ－７．２）}＋１） ……（式）

また、Ｅ_Ｃは補正したＯＲＰ値（補正ＯＲＰ値）、Ｅ_Ｍは測定したＯＲＰ値（ＯＲＰ実測値）、ｐＨ_０は還元剤を添加する前のｐＨ値、ｐＨ_Ａは実測されるｐＨ値を示している。さらに、Ｒはモル気体定数（＝８．３１４Ｊ／Ｋ・ｍｏｌ）、Ｆはファラデー定数（＝９６４８５Ｃ／ｍｏｌ）、ｚ_Ａは平均イオン価数、Ｔは絶対温度（単位：Ｋ）を示している。

【請求項8】

前記測定部において、前記反応槽内の被処理水の温度を測定することをさらに加え、
前記演算制御部におけるＯＲＰ値の補正に、前記測定部で測定した温度の値も用いることを特徴とする、請求項５～７のいずれか一項に記載の残留塩素除去システムの制御装置。

【請求項9】

残留塩素を含む被処理水を還元処理する残留塩素除去システムであって、
残留塩素を含む被処理水を導入する反応槽と、
前記反応槽に、残留塩素との反応後、硫酸イオンを生成する還元剤を供給する還元剤供給部と、
請求項５～８のいずれか一項に記載の制御装置と、を備えることを特徴とする、残留塩素除去システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、残留塩素除去方法、残留塩素除去システムの制御装置及び残留塩素除去システムに関するものである。また、本発明は、特に還元剤による還元処理を行う残留塩素除去方法、残留塩素除去システムの制御装置及び残留塩素除去システムに関するものである。

【背景技術】

【0002】

水処理設備における細菌の繁殖抑制剤や滅菌剤、あるいは臭気処理における酸化剤として、塩素剤が用いられている。このとき、被処理水中における塩素剤の不足を避けるために、塩素剤を過剰に供給する必要があるが、被処理水中に残存した塩素（以下、「残留塩素」という。）は、環境への悪影響や人体・生物への害を与えるおそれがあるため、残留塩素を過剰に含む状態の被処理水を公共水域に放出することはできない。したがって、被処理水中の残留塩素を除去する必要がある。

【0003】

被処理水中の残留塩素を除去する方法としては、活性炭などの吸着剤によるものが知られているが、吸着剤の性能劣化に係る判断が困難であることやコスト高になるという問題がある。
また、残留塩素を除去する他の方法としては、残留塩素に還元剤を供給して化学的に除去することが知られている。

【0004】

例えば、特許文献１には、塩素を含有する水に還元剤を供給する塩素除去方法において、残留塩素濃度の管理方法が記載されている。また、特許文献１には、還元剤の供給された塩素を含む水の酸化還元電位（以下、「ＯＲＰ」という。）を測定し、測定されたＯＲＰの測定値やその変化から還元剤の供給状況を判定するということが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２００４－３３８００号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

残留塩素に還元剤を供給して残留塩素を除去する場合、残留塩素に対して過剰に還元剤を供給すると、今度は還元剤が残留してしまう。この場合、還元剤の成分が原因で公共水域に放出できなくなるという問題があるため、残留塩素に対する還元剤の供給量を適切に制御する必要がある。

【0007】

特許文献１では、残留塩素に還元剤を供給して残留塩素を除去する際に、ＯＲＰを測定することで、還元剤の供給状況が適切に行われているか否かを判断することができると記載されている。

【0008】

一方、本発明者らは、残留塩素を含む被処理水に還元剤を供給した際、還元剤の影響で被処理水のｐＨが変化することがあり、このときＯＲＰ値の変化と還元剤の供給状況とが連動せず、還元剤の供給量を正しく制御することができないという知見を得た。

【0009】

ＯＲＰ値は、ｐＨによる影響を受けるものであるが、特許文献１には、ＯＲＰの測定に対するｐＨの影響について何ら記載されておらず、ｐＨの変動がＯＲＰ値に与える影響が考慮されていない。このため、特許文献１に記載された方法では、残留塩素に対する還元剤の供給量を適切に制御することは困難である。

【0010】

特に、還元剤として亜硫酸イオンや亜硫酸水素イオンを含むものを用いた場合、ｐＨによって被処理水中での解離状態が異なる。したがって、ＯＲＰの測定により残留塩素に対する還元剤の供給量を制御するためには、ｐＨ変動による還元剤の解離状態についても考慮する必要がある。

【0011】

本発明の課題は、残留塩素を含む被処理水に還元剤を供給する残留塩素除去において、ｐＨの変化による影響を考慮し、ＯＲＰ測定により還元剤の供給量を適切に制御することができる残留塩素除去方法、残留塩素除去システムの制御装置及び残留塩素除去システムを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本発明者は、上記の課題について鋭意検討した結果、残留塩素を含む被処理水に還元剤を供給する残留塩素除去において、ＯＲＰとｐＨの測定を行い、ｐＨの測定値をパラメータの１つとして、ＯＲＰ値を補正することで、ｐＨの変動によるＯＲＰ値への影響を排除し、ＯＲＰ測定により還元剤の供給量を適切に制御できることを見出して、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、以下の残留塩素除去方法、残留塩素除去システムの制御装置及び残留塩素除去システムである。

【0013】

上記課題を解決するための本発明の残留塩素除去方法は、残留塩素を含む被処理水を還元処理する残留塩素除去方法であって、残留塩素を含む被処理水に、残留塩素との反応後、硫酸イオンを生成する還元剤を供給する還元処理ステップと、還元処理ステップ後の被処理水の酸化還元電位（ＯＲＰ）及びｐＨを測定する測定ステップと、測定ステップで測定したｐＨの値を用いて測定したＯＲＰ値を補正し、補正したＯＲＰ値に基づいて還元処理における還元剤の供給量を調整する演算制御ステップとを備えるという特徴を有する。
本発明の残留塩素除去方法は、測定ステップでＯＲＰとｐＨを測定し、この測定結果に基づき、演算制御ステップでＯＲＰ値の補正を行うことで、ｐＨの影響を考慮したＯＲＰの補正値を得ることができる。また、さらに演算制御ステップにより、還元剤の供給量を制御するタイミングを適切に把握することが可能となるとともに、還元剤の供給量を適切に制御することが可能となる。これにより、残留塩素除去において、残留塩素に対して還元剤を過剰に供給することを抑制することが可能となる。

【0014】

また、本発明の残留塩素除去方法の一実施態様としては、演算制御ステップにおけるＯＲＰ値の補正は、還元処理ステップ時のｐＨの変化に伴い、還元剤の価数が変化するものについて、還元剤の酸解離定数を用い、ネルンストの式における係数を変化させた補正式に基づいて行うという特徴を有する。
この特徴によれば、亜硫酸イオン又は亜硫酸水素イオンを含む還元剤のように、ｐＨによって還元剤の解離状態の形態に係る価数が異なるものについても、ＯＲＰ値の補正を行うことができる。これにより、ＯＲＰ値の補正の精度を向上させることが可能となる。

【0015】

また、本発明の残留塩素除去方法の一実施態様としては、演算制御ステップにおけるＯＲＰ値の補正は、下記式で表される補正式に基づいて行うという特徴を有する。
Ｅ_Ｃ＝Ｅ_Ｍ－２．３０２６（ＲＴ／ｚ_ＡＦ）（ｐＨ_０－ｐＨ_Ａ）
ここで、ｚ_Ａ＝（２×１０^{（ｐＨＡ－７．２）}＋１）／（１０^{（ｐＨＡ－７．２）}＋１） ……（式）
また、Ｅ_Ｃは補正したＯＲＰ値（補正ＯＲＰ値）、Ｅ_Ｍは測定したＯＲＰ値（ＯＲＰ実測値）、ｐＨ_０は還元剤を添加する前のｐＨ値、ｐＨ_Ａは実測されるｐＨ値を示している。さらに、Ｒはモル気体定数（＝８．３１４Ｊ／Ｋ・ｍｏｌ）、Ｆはファラデー定数（＝９６４８５Ｃ／ｍｏｌ）、ｚ_Ａは平均イオン価数、Ｔは絶対温度（単位：Ｋ）を示している。
この特徴によれば、亜硫酸イオン又は亜硫酸水素イオンを含む還元剤のように、ｐＨによって還元剤の解離状態の形態に係る価数が異なるものについても、補正式を変更することなく、連続した演算を行うことが可能となる。これにより、ＯＲＰ値の補正を行う演算処理を簡略化することができるとともに、演算処理に係る処理速度を高めることが可能となる。

【0016】

また、本発明の残留塩素除去方法の一実施態様としては、測定ステップにおいて、還元処理ステップ後の被処理水の温度を測定することをさらに加え、演算制御ステップにおけるＯＲＰ値の補正に、測定ステップで測定した温度の値も用いるという特徴を有する。
この特徴によれば、被処理水の温度もパラメータとしてＯＲＰ値の補正を行うことができる。これにより、ＯＲＰ値の補正の精度を上げることが可能となる。

【0017】

また、上記課題を解決するための本発明の残留塩素除去システムの制御装置としては、残留塩素を含む被処理水を還元処理する残留塩素除去システムに設けられる残留塩素除去システムの制御装置であって、残留塩素除去システムは、残留塩素を含む被処理水を導入する反応槽と、反応槽に、残留塩素との反応後、硫酸イオンを生成する還元剤を供給する還元剤供給部とを備え、制御装置は、反応槽内の被処理水の酸化還元電位（ＯＲＰ）及びｐＨを測定する測定部と、測定部で測定したｐＨの値を用い、測定したＯＲＰ値を補正し、補正したＯＲＰ値に基づいて前記還元剤添加部による還元剤の供給量を調整する演算制御部とを備えるという特徴を有する。
本発明の残留塩素除去システムの制御装置は、残留塩素除去システムにおける反応槽のＯＲＰとｐＨを測定し、この測定結果に基づき、ＯＲＰ値の補正を行うことで、ｐＨの影響を考慮したＯＲＰの補正値を得ることができる。また、さらに演算制御部により、還元剤の供給量を制御するタイミングを適切に把握することが可能となるとともに、還元剤の供給量を適切に制御することが可能となる。これにより、残留塩素除去において、残留塩素に対して還元剤を過剰に供給することを抑制することが可能となる。

【0018】

また、本発明の残留塩素除去システムの制御装置の一実施態様としては、演算制御部におけるＯＲＰ値の補正は、還元剤を添加した時のｐＨの変化に伴い、還元剤の価数が変化するものについて、還元剤の酸解離定数を用い、ネルンストの式における係数を変化させた補正式に基づいて行うという特徴を有する。
この特徴によれば、亜硫酸イオン又は亜硫酸水素イオンを含む還元剤のように、ｐＨによって還元剤の解離状態の形態に係る価数が異なるものについても、ＯＲＰ値の補正を行うことができる。これにより、ＯＲＰ値の補正の精度を向上させることが可能となる。

【0019】

また、本発明の残留塩素除去システムの制御装置の一実施態様としては、演算制御部におけるＯＲＰ値の補正は、下記式で表される補正式に基づいて行うという特徴を有する。
Ｅ_Ｃ＝Ｅ_Ｍ－２．３０２６（ＲＴ／ｚ_ＡＦ）（ｐＨ_０－ｐＨ_Ａ）
ここで、ｚ_Ａ＝（２×１０^{（ｐＨＡ－７．２）}＋１）／（１０^{（ｐＨＡ－７．２）}＋１） ……（式）
また、Ｅ_Ｃは補正したＯＲＰ値（補正ＯＲＰ値）、Ｅ_Ｍは測定したＯＲＰ値（ＯＲＰ実測値）、ｐＨ_０は還元剤を添加する前のｐＨ値、ｐＨ_Ａは実測されるｐＨ値を示している。さらに、Ｒはモル気体定数（＝８．３１４Ｊ／Ｋ・ｍｏｌ）、Ｆはファラデー定数（＝９６４８５Ｃ／ｍｏｌ）、ｚ_Ａは平均イオン価数、Ｔは絶対温度（単位：Ｋ）を示している。
この特徴によれば、亜硫酸イオン又は亜硫酸水素イオンを含む還元剤のように、ｐＨによって還元剤の解離状態の形態に係る価数が異なるものについても、補正式を変更することなく、連続した演算を行うことが可能となる。これにより、ＯＲＰ値の補正を行う演算処理を簡略化することができるとともに、演算処理に係る処理速度を高めることが可能となる。

【0020】

また、本発明の残留塩素除去システムの制御装置の一実施態様としては、測定部において、反応槽内の被処理水の温度を測定することをさらに加え、演算制御部におけるＯＲＰ値の補正に、測定部で測定した温度の値も用いるという特徴を有する。
この特徴によれば、被処理水の温度もパラメータとしてＯＲＰ値の補正を行うことができる。これにより、ＯＲＰ値の補正の精度を上げることが可能となる。

【0021】

また、上記課題を解決するための本発明の残留塩素除去システムとしては、残留塩素を含む被処理水を還元処理する残留塩素除去システムであって、残留塩素を含む被処理水を導入する反応槽と、反応槽に、残留塩素との反応後、硫酸イオンを生成する還元剤を供給する還元剤供給部と、上述したいずれか１つの制御装置とを備えるという特徴を有する。
本発明の残留塩素除去システムは、反応槽のＯＲＰとｐＨを測定し、この測定結果に基づき、制御装置によりＯＲＰ値の補正を行うことで、ｐＨの影響を考慮したＯＲＰの補正値を得ることができる。また、さらに制御装置の演算制御部により、還元剤の供給量を制御するタイミングを適切に把握することが可能となるとともに、還元剤の供給量を適切に制御することが可能となる。これにより、残留塩素除去において、残留塩素に対して還元剤を過剰に供給することを抑制することが可能となる。

【発明の効果】

【0022】

本発明によれば、残留塩素を含む被処理水に還元剤を供給する残留塩素除去において、ｐＨの変化による影響を考慮し、ＯＲＰ測定により還元剤の供給量を適切に制御することができる残留塩素除去方法、残留塩素除去システムの制御装置及び残留塩素除去システムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】本発明の第１の実施態様における残留塩素除去システムの概略説明図である。

【図2】本発明の第１の実施態様におけるｐＨ_Ａ、補正前のＯＲＰ実測値及び補正後の補正ＯＲＰ値の経時変化を示す模式図である。

【図3】本発明の第１の実施態様における残留塩素除去方法に係る補正ＯＲＰ値の経時変化を示す模式図である。

【図4】本発明の第２の実施態様における残留塩素除去システムの概略説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

本発明の残留塩素除去方法、残留塩素除去システムの制御装置及び残留塩素除去システムは、残留塩素を含む被処理水の還元処理において好適に利用されるものである。

【0025】

本発明の処理対象である被処理水とは、残留塩素を含むものであればよく、特に限定されない。被処理水は、各種工場や処理場等から排出される排水・廃水であってもよく、プラント等で用いられる循環水のようなものであってもよい。また、工業用水に限らず、河川水、上水、プールや公衆浴場などの槽内に貯留される水など、塩素剤による殺菌・滅菌が行われる水が挙げられる。ここで、残留塩素とは、水中に含まれる物質に対する殺菌、滅菌や酸化反応に有効に作用する塩素化合物を指すものである。また、本発明の効果をより発揮するという観点から、本発明の処理対象である被処理水は、残留塩素として主に遊離塩素を含むことが好ましい。ここで、遊離塩素とは、塩素ガス、次亜塩素酸及び次亜塩素イオンとして水中に存在する残留塩素を指すものである。このような被処理水としては、塩素剤として次亜塩素酸ナトリウムを用いた被処理水が挙げられる。なお、本発明の処理対象である被処理水は、これに限定されるものではなく、還元剤で還元処理可能な塩素分を含む被処理水であれば、本発明の処理対象となる。

【0026】

以下、図面を参照しつつ本発明に係る残留塩素除去方法、残留塩素除去システムの制御装置及び残留塩素除去システムの実施態様を詳細に説明する。なお、以下の実施態様に記載する内容については、本発明に係る残留塩素除去方法、残留塩素除去システムの制御装置及び残留塩素除去システムを説明するために例示したにすぎず、これに限定されるものではない。

【0027】

［第１の実施態様］
（残留塩素除去システム）
図１は、本発明の第１の実施態様の残留塩素除去システムの概略説明図である。
本発明に係る残留塩素除去システム１ａは、図１に示すように、残留塩素を含む被処理水Ｗを導入する反応槽２と、還元剤Ｒを供給する還元剤供給部３と、ＯＲＰ測定部４と、ｐＨ測定部５と、演算制御部６を備えている。さらに、反応槽２に対して被処理水Ｗを導入するための導入配管であるラインＬ１と、反応槽２から排出された処理水Ｗ１を系外に排出するための排出配管であるラインＬ２を有している。なお、図１中の一点鎖線の矢印は入力又は制御可能に接続されていることを示すものである。

【0028】

反応槽２は、残留塩素を含む被処理水Ｗと還元剤Ｒを反応させ、残留塩素を還元処理するためのものである。
図１に示すように、反応槽２に設けられたラインＬ１を介して被処理水Ｗが反応槽２に供給される。また、反応槽２には、後述する還元剤供給部３から還元剤Ｒが供給され、被処理水Ｗ中の残留塩素が還元処理される。還元処理後の処理水Ｗ１は、反応槽２に設けられたラインＬ２を介し反応槽２から排出される。なお、反応槽２は、内部に撹拌機２１を設けるものとしてもよい。これにより、被処理水Ｗと還元剤Ｒの反応を促進することが可能となる。

【0029】

還元剤供給部３は、反応槽２に還元剤Ｒを供給するためのものである。
図１に示すように、還元剤供給部３は、還元剤Ｒを貯留する還元剤貯留槽３１と、反応槽２に還元剤Ｒを供給する還元剤供給ライン３２と、還元剤Ｒの供給量を制御する還元剤供給量制御部３３を備えている。

【0030】

還元剤貯留槽３１は、還元剤Ｒを貯留することができるものであれば特に限定されない。例えば、固体又は液体の還元剤Ｒを安定して貯留することができるものであればよく、遮光された円筒体や直方体の槽などが挙げられる。また、還元剤Ｒに対する耐薬品性を有することが特に好ましい。

【0031】

還元剤貯留槽３１内に貯留される還元剤Ｒとしては、亜硫酸イオン又は亜硫酸水素イオンを含むもの等が挙げられる。より具体的には、チオ硫酸ナトリウム、亜硫酸ナトリウムや亜硫酸水素ナトリウムなどが挙げられる。これらを還元剤Ｒとして用いることで、残留塩素との反応後、無害の硫酸イオンを生成させることができる。また、亜硫酸イオン又は亜硫酸水素イオンを含むものは還元力が強いことから、これらを還元剤Ｒとして用いることで、被処理水Ｗ中の残留塩素との反応時間を短くすることができ、残留塩素除去を短時間で進行させることが可能となる。
なお、還元剤Ｒは固体のまま反応槽２内の被処理水Ｗに供給するものであってもよいが、還元剤Ｒの安定性及び被処理水Ｗ中の残留塩素との反応速度などを鑑み、還元剤Ｒは水溶液として還元剤貯留槽３１に貯留し、反応槽２内の被処理水Ｗに供給することが好ましい。

【0032】

還元剤供給ライン３２は、反応槽２に還元剤Ｒを供給するための輸送配管である。
また、還元剤供給量制御部３３は、後述する演算制御部６からの入力により、還元剤Ｒの供給量を制御するためのものであり、還元剤供給ライン３２上に設けられる。

【0033】

還元剤供給量制御部３３としては、還元剤Ｒが溶液の場合、還元剤供給ライン３２内の流量を制御するものとして、ポンプや流量調節弁などが挙げられる。このとき、還元剤供給量制御部３３における流量の制御は、ポンプのオンオフ制御により、還元剤Ｒの供給及び供給停止を繰り返し実行することや、インバーターによるポンプの回転数の制御やポンプにより移送する容積量の制御、あるいは流量調節弁の開閉度の制御により、連続的又は非連続的に還元剤Ｒの供給量を変更していくことなどが挙げられる。
また、還元剤Ｒが固体である場合、還元剤供給量制御部３３としては、バルブや供給ホッパーなどが挙げられる。このとき、還元剤供給量制御部３３における還元剤Ｒの供給量の制御は、バルブや供給ホッパーの開閉制御により、還元剤Ｒの供給と停止を繰り返し実行することや、バルブや供給ホッパーの開閉度の制御により、連続的又は非連続的に還元剤Ｒの供給量を変更していくことなどが挙げられる。

【0034】

ＯＲＰ測定部４は、反応槽２内の被処理水ＷのＯＲＰ値を測定するものである。また、ＯＲＰ測定部４は、演算制御部６に対して入力可能に接続されており、ＯＲＰ測定部４で得られたＯＲＰ値のデータは、演算制御部６に入力される。

【0035】

ＯＲＰ測定部４は、ＯＲＰ値の測定が可能な公知のＯＲＰ計を用いることができる。例えば、作用電極と参照電極とを備え、作用電極と参照電極間に生じる電位差を基にＯＲＰを決定するものを用いることができる。このとき、作用電極として白金電極を用い、参照電極として銀－塩化銀電極や標準水素電極を用いるものなどが挙げられる。なお、ＯＲＰ測定部４としては、これに限定されるものではなく、被処理水ＷのＯＲＰ値を安定して測定可能なものであればよい。

【0036】

ｐＨ測定部５は、反応槽２内の被処理水ＷのｐＨ値を測定するものである。また、ｐＨ測定部５は、演算制御部６に対して入力可能に接続されており、ｐＨ測定部５で得られたｐＨ値のデータは、演算制御部６に入力される。

【0037】

ｐＨ測定部５は、ｐＨ値の測定が可能な公知のｐＨ計を用いることができる。例えば、ガラス電極を用いるものや、指示薬による比色法を利用したものなどを用いることができる。なお、連続測定が容易であることから、ｐＨ測定部５としては、ガラス電極を用いたものとすることが好ましい。なお、ｐＨ測定部５としては、これに限定されるものではなく、被処理水ＷのｐＨ値を安定して測定可能なものであればよい。

【0038】

演算制御部６は、ＯＲＰ測定部４及びｐＨ測定部５からの測定データに基づき、還元剤供給量制御部３３を制御するものである。
演算制御部６は、演算部６１と、制御部６２とを備えている。

【0039】

演算部６１は、ＯＲＰ測定部４及びｐＨ測定部５からの測定データに基づき、ＯＲＰ値の補正を行い、得られた補正後のＯＲＰ値の経時変化に基づき、還元剤Ｒの供給又は供給停止のタイミングを判断するものである。
演算部６１は、例えば、ＯＲＰ値の補正に必要な式（補正式）に基づき、ｐＨ値によるＯＲＰ値の変化量や、補正後のＯＲＰ値を演算する演算手段を備えるものであればよく、構成については特に限定されない。演算部６１の具体的な例としては、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ等を備えたコンピュータや、シーケンサー（ＰＬＣ（Programmable Logic Controller））等が挙げられる。

【0040】

演算部６１で用いる補正式について説明する。
ｐＨによる影響を受けるＯＲＰ値の変化量（ΔＥ）は、以下に示すネルンストの式（式１）に基づき演算することができる。

【数1】

ここで、［Ｈ_０］はｐＨ変化前（還元剤を添加する前）の水素イオン濃度（単位：ｍｏｌ／Ｌ）であり、ｐＨ_０（＝－ｌｎ［Ｈ_０］）はこのときのｐＨ値を示している。また、［Ｈ_Ａ］はｐＨ変化後（還元剤を添加した後）に実測される水素イオン濃度（単位：ｍｏｌ／Ｌ）であり、ｐＨ_Ａ（＝－ｌｎ［Ｈ_Ａ］）はこのときのｐＨ値を示している。さらに、Ｒはモル気体定数（＝８．３１４Ｊ／Ｋ・ｍｏｌ）、Ｆはファラデー定数（＝９６４８５Ｃ／ｍｏｌ）、ｚはイオン価数、Ｔは絶対温度（単位：Ｋ）を示している。
したがって、式１に基づきΔＥを求めた後、実測されるＯＲＰの値（以下、「ＯＲＰ実測値（Ｅ_Ｍ）」という。）からΔＥを減算することで、補正されたＯＲＰの値（以下、「補正ＯＲＰ値（Ｅ_Ｃ）」という。）を求めることができる（式２）。

【数2】

【0041】

一方、上述した式１におけるイオン価数ｚは、ｐＨによって変化する場合がある。
例えば、亜硫酸（Ｈ_２ＳＯ_３）は、水中における解離状態がｐＨによって異なり、以下の式に示すように、二酸化硫黄（ＳＯ_２）、亜硫酸水素イオン（ＨＳＯ_３ ^-）、亜硫酸イオン（ＳＯ_３ ^２-）の形態をとることが知られている（式３及び式４）。

【数3】

【数4】

ここで、式３における酸解離定数Ｋ_ａ１は１．４×１０^－２（ｍｏｌ／Ｌ）、式４における酸解離定数Ｋ_ａ２は６．５×１０^－８（ｍｏｌ／Ｌ）とする。
このとき、亜硫酸は、ｐＨ＜１．９（＝ｐＫ_ａ１）ではＳＯ_２として、１．９＜ｐＨ＜７．２（＝ｐＫ_ａ２）ではＨＳＯ_３ ^-として、さらにｐＨ＞７．２ではＳＯ_３ ^２-として存在する比率が高まることを意味している。なお、二酸化硫黄（ＳＯ_２）として存在する比率が高いｐＨでは、ＳＯ_２が気化するため還元剤Ｒとしては利用できない。したがって、本実施例においては、ｐＨが少なくとも１．９以上の範囲にある場合のＯＲＰ値の補正について説明する。

【0042】

被処理液Ｗがアルカリ性の場合、還元剤Ｒとして酸性の亜硫酸ナトリウムにより還元処理を行うと、還元処理の進行に伴い被処理水ＷのｐＨは低下し、ｐＨ７．２を経由することがある。このとき、式４に示すように、亜硫酸イオン（ＳＯ_３ ^２-）が亜硫酸水素イオン（ＨＳＯ_３ ^－）へと変化し、式１におけるイオン価数ｚは２から１へと変化する。

【0043】

また、亜硫酸が解離して生成する二酸化硫黄（ＳＯ_２）、亜硫酸水素イオン（ＨＳＯ_３ ^-）、亜硫酸イオン（ＳＯ_３ ^２-）について、それぞれの物質量の総和は一定であるため、亜硫酸イオン（ＳＯ_３ ^２-）と亜硫酸水素イオン（ＨＳＯ_３ ^－）の物質量の比率（物質量比）は、ｐＨ７．２の前後で徐々に変化する。
したがって、イオン価数ｚの変化を伴うｐＨ領域において連続的な演算を行うため、イオン価数ｚの平均化を行った。

【0044】

まず、あるｐＨ値（ｐＨ_Ｘ）における亜硫酸イオン（ＳＯ_３ ^２-）と亜硫酸水素イオン（ＨＳＯ_３ ^－）の物質量比について、亜硫酸イオン（ＳＯ_３ ^２-）の物質量比をα、亜硫酸水素イオン（ＨＳＯ_３ ^－）の物質量比をβとした場合、以下の式５及び式６のようになる。

【数5】

【数6】

このとき、二酸化硫黄（ＳＯ_２）は系内にほぼ存在しないとみなすことができる。したがって、α＋β＝１が成り立っている。

【0045】

上述した物質量比によりイオン価数ｚが決まるとした場合、平均イオン価数ｚ_Ａは、以下の式７で示される。

【数7】

【0046】

式７に示されるｚ_Ａを式１におけるイオン価数ｚとして代入したものを、補正ＯＲＰ値（Ｅ_Ｃ）を得るための補正式（式８）として用いる。

【数8】

なお、式８中のｚ_Ａ以外のその他の定数、変数については、式１と同じである。

【0047】

演算部６１は、式８を用いて、実測されるｐＨ値（ｐＨ_Ａ）とＯＲＰ実測値（Ｅ_Ｍ）から補正ＯＲＰ値（Ｅ_Ｃ）を演算する。このとき、式８を用いることで、ｐＨによって還元剤Ｒの解離状態の形態に係る価数が異なるものについても、補正式を変更することなく、連続した演算処理を行うことが可能となる。
また、演算部６１は、演算した補正ＯＲＰ値（Ｅ_Ｃ）の経時変化に基づき、還元剤Ｒの供給又は供給停止のタイミングを判断する。そして、判断結果を制御部６２に入力する。

【0048】

制御部６２は、演算部６１による判断結果に基づき、被処理水Ｗ中の残留塩素に対する還元剤Ｒの供給量を制御するものである。

【0049】

制御部６２では、演算部６１から還元剤Ｒの供給又は供給停止に係る判断が入力され、この判断結果に応じて還元剤供給量制御部３３を制御し、還元剤Ｒの供給又は供給停止を行う。
還元剤Ｒの供給又は供給停止を行う手段としては、例えば、還元剤供給量制御部３３において説明した制御手段を用いることが挙げられる。具体的には、例えば、還元剤供給量制御部３３のポンプのオンオフを切り替えることや、ポンプの流量を調節することなどが挙げられる。

【0050】

図２は、本実施態様の残留塩素を除去システム１ａにおいて、残留塩素を含む被処理水Ｗに還元剤Ｒを供給したときのｐＨ及びＯＲＰの経時変化を表す模式図である。なお、図２の横軸は時間経過を示し、左側の縦軸はＯＲＰの値、右側の縦軸はｐＨ値を示している。また、図２中の破線は補正前のＯＲＰ実測値（Ｅ_Ｍ）を示しており、実線は式８による補正後の補正ＯＲＰ値（Ｅ_Ｃ）を示している。また、図２中の太線は実測されるｐＨ値（ｐＨ_Ａ）を示している。

【0051】

被処理水Ｗ中に還元剤Ｒを供給した場合、残留塩素と還元剤Ｒの反応が進行することにより、ＯＲＰの値は減少する。したがって、ＯＲＰの値の減少を検知した時点において還元剤Ｒの供給を停止することで、残留塩素に対して還元剤Ｒの供給量を適切に制御することができる。

【0052】

しかし、図２に示すように、補正前のＯＲＰ実測値（Ｅ_Ｍ）はｐＨの変動に影響を受け、還元剤Ｒの供給時（図２中の時間Ａ）においてｐＨ_Ａの低下に伴いＯＲＰの値が上昇してしまう。特に、残留塩素の濃度が高く、還元剤Ｒの供給量が多くなる場合、ｐＨの変動も大きくなるため、補正前のＯＲＰ実測値（Ｅ_Ｍ）に対するｐＨ_Ａの影響は大きくなる。したがって、補正前のＯＲＰ実測値（Ｅ_Ｍ）を用いても、残留塩素の除去において還元剤Ｒの供給を停止すべきタイミングを適切に把握することができない。

【0053】

一方、図２に示すように、補正後の補正ＯＲＰ値（Ｅ_Ｃ）はｐＨの変動に影響を受けず、還元剤Ｒの供給から一定時間経過後（図２中の時間Ｂ）において、ＯＲＰの値が減少した。つまり、時間Ｂにおいて、被処理水Ｗ中の残留塩素に対して必要な還元剤Ｒが供給され、還元処理が終了したことがわかる。このとき、演算部６１で還元剤Ｒの供給を停止するという判断を行い、その判断結果を制御部６２に入力することで、還元剤Ｒを過剰に供給することを抑制することが可能となる。
したがって、演算部６１で式８を用いてＯＲＰ実測値の補正を行うことで、ｐＨの影響を考慮した補正ＯＲＰ値を得ることができる。これにより、演算部６１で還元剤Ｒの供給量を制御するタイミングを適切に把握することが可能となるとともに、制御部６２によって還元剤Ｒの供給量を適切に制御することが可能となる。

【0054】

なお、本実施態様におけるＯＲＰ測定部４、ｐＨ測定部５及び演算制御部６に係る構成は、本発明に係る制御装置として独立したものとすることができる。この制御装置は、既設の残留塩素除去システムに適用することができる。これにより、既設の残留塩素除去システムにおいて、簡素な取り付け作業によって、本発明の残留塩素除去システム及び残留塩素除去方法を提供することができる。

【0055】

（残留塩素除去方法）
本実施態様における残留塩素除去システムを用いた残留塩素除去方法について説明する。なお、残留塩素除去システムとしては、図１に示した構造に基づき説明しているが、これに限定されるものではない。

【0056】

図３は、補正後の補正ＯＲＰ値（Ｅ_Ｃ）の経時変化を示す模式図である。なお、横軸は時間経過を示しており、縦軸はＯＲＰの値を示している。また、図３には、還元剤供給量制御部３３による還元剤Ｒの供給及び供給停止の時点についても記載している。

【0057】

まず、反応槽２内の残留塩素を含む被処理水Ｗに還元剤供給部３により還元剤Ｒを供給する（図３中の時間Ａ）。このとき、残留塩素と還元剤Ｒの反応が進行する（還元処理ステップ）。また、反応槽２内のＯＲＰ及びｐＨを、それぞれＯＲＰ測定部４及びｐＨ測定部５により測定する（測定ステップ）。このとき、演算制御部６における演算部６１では、ＯＲＰ実測値（Ｅ_Ｍ）及び実測されるｐＨ値（ｐＨ_Ａ）を用いて式８に基づく補正を行い、補正ＯＲＰ値（Ｅ_Ｃ）を演算する（演算制御ステップ－１）。

【0058】

還元処理ステップが進行することで、被処理水Ｗ内の残留塩素及び還元剤Ｒが減少し、残留塩素に対して必要量の還元剤Ｒが供給され、還元処理が終了した時点（図３中の時間Ｂ）で、ＯＲＰの値が急速に減少する。このとき、還元剤Ｒの供給を継続すると、還元剤Ｒの供給量が過剰になる。したがって、演算部６１では、補正ＯＲＰ値（Ｅ_Ｃ）が減少して、あらかじめ設定したＯＲＰ値の下限基準値（Ｅ_ＬＳ）に達した時点で、還元処理を停止するという判断を行う。そして、この判断結果に基づき、制御部６２は、還元剤供給量制御部３３を制御し、還元剤Ｒの供給を停止する（演算制御ステップ－２）。このとき、還元剤Ｒの供給を停止する時点（図３中の時間Ｃ）は、還元処理が終了した時間Ｂとの間隔が小さくなるようにすることが好ましい。これにより、還元剤Ｒの過剰供給を抑制することが可能となる。

【0059】

また、反応槽２には残留塩素を含む被処理水Ｗが連続して供給されていることから、反応槽２内の補正ＯＲＰ値（Ｅ_Ｃ）（及びＯＲＰ実測値（Ｅ_Ｍ））は再び上昇する。再上昇した補正ＯＲＰ値（Ｅ_Ｃ）が、あらかじめ設定したＯＲＰ値の上限基準値（Ｅ_ＨＳ）又は減少前の補正ＯＲＰ値（Ｅ_Ｃ）に達した時点で、演算部６１は、還元処理を再開するという判断を行う。そして、この判断結果に基づき、制御部６２は、還元剤供給量制御部３３を制御し、図３中の時間Ｄにおいて還元剤Ｒの供給を再開する（演算制御ステップ－３）。そして、演算制御ステップにおいて、時間Ａ（時間Ｄ）、時間Ｂ、時間Ｃにおける工程を繰り返すことで、還元剤Ｒを過剰に供給することなく、被処理水Ｗ中の残留塩素を除去することが可能となる。

【0060】

以上のように、本実施態様の残留塩素除去方法、残留塩素除去システム及びその制御装置を用いることで、ｐＨの影響を考慮したＯＲＰ値の変動を把握することができ、還元処理における還元剤の供給量を適切に制御することが可能となる。これにより、還元処理を行う残留塩素除去において、還元剤の過剰供給を抑制することが可能となる。

【0061】

［第２の実施態様］
図４は、本発明の第２の実施態様の残留塩素除去システム１ｂの概略説明図である。
本実施態様に係る残留塩素除去システム１ｂは、図４に示すように、第１の実施態様の残留塩素除去システム１ａにおいて、温度測定部７を加えたものである。また、温度測定部７は演算制御部６に入力可能に接続されている。
なお、本実施態様における残留塩素除去システム１ｂの構成のうち、第１の実施態様の残留塩素除去システム１ａの構成と同じものについては、説明を省略する。

【0062】

本実施態様の残留塩素除去システム１ｂは、温度測定部７により反応槽２内の温度を測定し、その測定結果に基づき、演算制御部６における補正ＯＲＰ値（Ｅ_Ｃ）の演算、及び補正ＯＲＰ値（Ｅ_Ｃ）に基づく還元剤Ｒの供給量の制御を行うものである。

【0063】

温度測定部７としては、反応槽２内の被処理水Ｗの温度が測定できるものであれば特に限定されない。温度計として公知のものを用いることができる。例えば、温度測定部７は、検出部分を水中に設けるものであってもよく、水面の温度を測定するものであってもよい。なお、温度測定部７としては、これに限定されるものではなく、被処理水Ｗの温度を安定して測定可能なものであればよい。また、温度測定部７で得られた温度のデータは、演算制御部６に入力される。

【0064】

演算制御部６の演算部６１において、温度測定部７により得られた温度が一定範囲内にある等、反応槽２内の温度が安定している場合は、上述した式８中の絶対温度Ｔを定数として扱うものとすることができる。
一方、温度測定部７により得られた温度が変動する等、反応槽２内の被処理水Ｗの温度が安定していない場合、式８の絶対温度Ｔを変数として、温度測定部７による温度の測定データを入力し、ＯＲＰ実測値（Ｅ_Ｍ）の補正を行うものとする。これにより、温度の変動による影響を考慮した演算を用い、補正ＯＲＰ値（Ｅ_Ｃ）を決定することができる。

【0065】

本実施態様における残留塩素除去システム１ｂにより、反応槽２内の温度変化を把握し、式８として示した補正式におけるパラメータとして入力することで、より精度の高いＯＲＰ値の補正が可能となる。これにより、還元処理における還元剤供給量をより適切に制御することが可能となる。

【0066】

また、本実施態様の残留塩素除去システム１ｂを用い、第１の実施態様において記載した残留塩素除去方法と同様の工程に基づき、残留塩素除去を行うことができる。これにより、還元剤による還元処理を行う残留塩素処理方法において、還元剤供給量をより適切に制御することが可能となる。

【0067】

さらに、本実施態様におけるＯＲＰ測定部４、ｐＨ測定部５及び演算制御部６に、温度測定部７を加えた構成は、本発明に係る制御装置として独立したものとすることができる。この制御装置は、既設の残留塩素除去システムに適用することができる。これにより、既設の残留塩素除去システムにおいて、簡素な取り付け作業によって、本発明の残留塩素除去システム及び残留塩素除去方法を提供することができる。

【0068】

なお、上述した実施態様は残留塩素除去方法、残留塩素除去システム及びその制御装置の一例を示すものである。本発明に係る残留塩素除去方法、残留塩素除去システム及びその制御装置は、上述した実施態様に限られるものではなく、請求項に記載した要旨を変更しない範囲で、上述した実施態様に係る残留塩素除去方法、残留塩素除去システム及びその制御装置を変形してもよい。

【0069】

例えば、本実施態様において、還元剤として亜硫酸イオン又は亜硫酸水素イオンを含むものについて説明したが、これに限定されるものではない。例えば、還元処理においてｐＨの変動が生じた際に、被処理水Ｗ中に存在する還元剤の価数が変化するものについて、平均イオン価数に係る式を用い、ネルンストの式に基づく補正式を求めることができ、本実施態様の残留塩素除去方法、残留塩素除去システム及びその制御装置を好適に用いることができる。

【0070】

また、本実施態様において、処理対象である残留塩素を含む被処理水Ｗがアルカリ性であり、還元剤が酸性であるものを用い、被処理水ＷのｐＨがアルカリ側から酸性側に変化する還元処理について説明したが、これに限定されるものではない。還元剤の供給によりｐＨが変動し、かつｐＨ値が還元剤の酸解離定数の値を経由して変動する他の還元処理に対しても、本実施態様の残留塩素除去方法、残留塩素除去システム及びその制御装置を好適に用いることができる。

【産業上の利用可能性】

【0071】

本発明の残留塩素除去方法、残留塩素除去システム及びその制御装置は、残留塩素を含む被処理水の還元処理に利用される。特に、本発明の残留塩素除去方法、残留塩素除去システム及びその制御装置は、被処理水中での解離状態がｐＨにより変化する還元剤を用いた還元処理に対して好適に利用される。

【符号の説明】

【0072】

１ａ，１ｂ 残留塩素除去システム、２ 反応槽、２１ 撹拌機、３ 還元剤供給部、３１ 還元剤貯留槽、３２ 還元剤供給ライン、３３ 還元剤供給量制御部、４ ＯＲＰ測定部、５ ｐＨ測定部、６ 演算制御部、６１ 演算部、６２ 制御部、７ 温度測定部、Ｌ１，Ｌ２ ライン、Ｅ_Ｃ 補正ＯＲＰ値、Ｅ_Ｍ ＯＲＰ実測値、Ｅ_ＨＳ ＯＲＰの上限基準値、Ｅ_ＬＳ ＯＲＰの下限基準値、Ｒ 還元剤、Ｗ 被処理水、Ｗ１ 処理水

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】