(57)【要約】【課題】浄水プロセス中の処理水の凝集状態を迅速かつ正確に検知可能な凝集状態検知装置を提供する。【解決手段】アルミニウムを含有する凝集剤が添加された凝集沈殿処理水中のフロックを前記フロックの粒径によって分級する凝集沈殿分離手段１００と、前記凝集沈殿分離手段で得られた分級処理水にアルミニウム計測用試薬および緩衝液を添加する添加手段と、前記分級処理水を混合する混合手段と、反応液の吸光度を測定する吸光度計と、前記吸光度計で測定された前記反応液の前記吸光度を前記反応液内のアルミニウム濃度に変換する変換手段と、を備え、前記凝集沈殿分離手段１００は、下部に前記凝集沈殿処理水の流入口１１０と、上部に前記分級処理水の流出口１２０と、が設けられた円筒形の管を、重力方向に対して傾斜して設置した傾斜管１００であることを特徴とする。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウムを含有する凝集剤が添加された凝集沈殿処理水中のフロックを前記フロックの粒径によって分級する凝集沈殿分離手段と、
前記凝集沈殿分離手段で得られた分級処理水にアルミニウム計測用試薬および緩衝液を添加する添加手段と、
前記分級処理水と前記アルミニウム計測用試薬と前記緩衝液とを混合する混合手段と、
前記混合手段によって混合された反応液の吸光度を測定する吸光度計と、
前記吸光度計で測定された前記反応液の前記吸光度を前記反応液内のアルミニウム濃度に変換する変換手段と、を備え、
前記凝集沈殿分離手段は、下部に前記凝集沈殿処理水の流入口と、上部に前記分級処理水の流出口と、が設けられた円筒形の管を、重力方向に対して傾斜して設置した傾斜管であることを特徴とする凝集状態検知装置。
【請求項２】
前記傾斜管の内径（Ｄ）、前記傾斜管の長さ（Ｌ）、前記傾斜管の水平面に対する角度（θ）、および前記傾斜管に対する前記凝集沈殿処理水の供給流量（Ｍ）が、前記傾斜管の流出口から流出する分級処理水中の前記フロックの最大粒径（ｄ）、および前記フロックの密度（ρｓ）に基づいて決定されることを特徴とする請求項１に記載の凝集状態検知装置。
【請求項３】
前記Ｄ、前記Ｌ、前記θ、および前記Ｍが、前記ｄ、および前記ρｓに基づいて決定されるにあたり、下記式（１）を満たすことを特徴とする請求項２に記載の凝集状態検知装置。
Ｌ＝７２Ｍμ／｛ｇ（ρｓ−ρ）ｄ２・ｃｏｓθπＤ｝  ・・・（１）
（但し、前記式（１）中、μは水の粘度であり、ｇは重力加速度であり、ρは水の密度である）
【請求項４】
前記傾斜管の流出口から流出する分級処理水中の前記フロックの粒径は５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の凝集状態検知装置。
【請求項５】
前記傾斜管の流出口から流出する分級処理水中の前記フロックの粒径は５〜１５μｍであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の凝集状態検知装置。
【請求項６】
前記混合手段によって混合されている前記分級処理水を加熱するヒーターを備えることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の凝集状態検知装置。
【請求項７】
前記添加手段は、前記分級処理水に希釈用水をさらに添加し、
前記混合手段は、前記分級処理水と前記希釈用水と前記アルミニウム計測用試薬と前記緩衝液とを混合し、
前記吸光度計は、前記希釈用水が混合した前記反応液の吸光度を測定することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の凝集状態検知装置。
【請求項８】
前記吸光度計は、前記アルミニウム計測用試薬および前記緩衝液が添加される前の前記分級処理水の吸光度をさらに測定し、
前記変換手段は、前記アルミニウム計測用試薬および前記緩衝液が添加される前の前記分級処理水の吸光度に基づいて、前記アルミニウム計測用試薬および前記緩衝液が添加された後の前記分級処理水の吸光度を補正することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の凝集状態検知装置。
【請求項９】
前記傾斜管の加熱手段をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の凝集状態検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、浄水プロセス中に処理水の凝集状態を検知する凝集状態検知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
浄水場では、取水した原水に凝集剤を注入することで、原水中の濁質分を凝集させてフロックを形成し、生成したフロックを沈殿池で沈降分離する凝集沈殿処理が実施されている。フロックを沈降分離した凝集沈殿処理水は、次の浄水施設であるろ過池に導入されてろ過される。河川や湖沼などの表流水を原水とする場合、原水水質は気象条件や季節などが要因となって変動するため、設定された濁度以下の上水を得るには、適正な凝集剤注入率（または凝集剤注入量）を決定する必要がある。すなわち、凝集沈殿処理では、原水水質に応じて決定される凝集剤注入率が重要である。
【０００３】
凝集剤注入制御方法には、原水水質（濁度、アルカリ度、ｐＨなど）の計測結果から予め設定した凝集剤注入モデル式に従い凝集剤注入率を演算し、この凝集剤注入率に基づいた凝集剤を注入するフィードフォワード制御がある。しかし、フィードフォワード制御は、原水水質が変動して過去に作成された凝集剤注入モデル式との整合が取れなくなった場合には、凝集剤注入量が不適切となってしまう。その結果、例えば、凝集剤が過剰となる場合は排出される汚泥量が増加し、逆に凝集剤が不足となる場合は沈殿池出口での濁度が高くなり、濁度が高い沈殿処理水がろ過池に導入されるため、ろ過池の逆洗頻度が増加するという問題が生じる。
【０００４】
フィードフォワード制御に対して、沈殿池出口での濁度の計測結果に基づいて凝集剤注入量を補正するフィードバック制御がある。フィードバック制御は原水水質が変動しても、その影響が沈殿池出口での濁度の変化として計測されることから、フィードバックが働くため凝集剤注入量を修正できる。しかし、原水へ凝集剤を注入した結果が、沈殿池出口の濁度として判明するまでに約３〜４時間を要し、凝集剤注入量の補正に時間遅れが生じる。
【０００５】
フィードフォワード制御とフィードバック制御にはそれぞれ欠点があるため、各制御方式を組み合わせて、まず、原水水質から基本凝集剤注入率を演算し、その演算値を沈殿池出口での濁度を用いて補正するフィードフォワード・フィードバック制御がある。フィードフォワード・フィードバック制御は、フィードフォワード制御と比較して、凝集剤注入モデル式の整合性が取れない場合でもフィードバックが働くため、凝集剤注入量を適正に維持できる。しかし、フィードバック制御の課題である時間遅れは解決されていないため、原水水質が急激に変動する非定常時への対応は、困難である。
【０００６】
そこで、時間遅れを短縮するため、凝集剤注入後の粒径の小さいフロック（微小フロック）を指標とする凝集剤注入制御方法が提案されている。この制御方法は、凝集剤が注入された原水を、従来の沈殿池出口よりも早い段階で採水することでフィードバック補正の時間遅れを短縮し、原水水質が変動しても早期に凝集剤注入率の補正が可能とするものである。
【０００７】
凝集剤が注入された原水に微小フロックが多く形成されると、以降のフロック成長が遅くなり、結果的に沈殿池出口の濁度が高くなる。したがって、フィルタなどの分級手段によって微小フロックを分級してその量を測定することで、試料水中の凝集状態を検知することができる。そして、凝集状態の検知結果を用いることによって、高精度で凝集剤注入率の補正をおこなうことができる。ここで、微小フロックの定量は、固形成分のアルミニウム濃度を測定することで可能である。
【０００８】
試料水中のアルミニウム濃度の測定方法としては、原子吸光光度法、ＩＣＰ発光分光分析法、ＩＣＰ質量分析法および吸光光度法などがある。このうち、吸光光度法としてエリオクロムシアニンレッド（Ｃ２３Ｈ１５Ｎａ３Ｏ９Ｓ、以下、ＥＣＲと称する）を呈色試薬として用いる方法がある。これは、溶解性アルミニウムがｐＨ４．６〜５．６の領域において、ＥＣＲ試薬と呈色反応を起こし錯体を生成して、その吸光度を求めて定量するものである。
【０００９】
ＥＣＲ試薬によるアルミニウム濃度の測定方法として、例えば、特許文献１には、試料水の温度を調節可能な金属イオン濃度測定装置が開示されている。また、特許文献２には、フロック中のアルミニウムも測定可能なアルミニウムの自動測定装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００８−０９６３９６号公報
【特許文献２】特開２０１２−０４７６５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１および２に記載の技術は、特に浄水場の微小フロックに着目しているわけではないため、特許文献１および２に記載の方法でアルミニウム濃度を測定しても、試料水の凝集状態を正確に検知できない可能性があるという問題点がある。また、試料水中のフロックの分級手段としては、フィルタ、液体サイクロン、沈降分離装置、浮上分離装置などがあるが、これらの方法では、使用期間の経過に伴って測定精度が低下したり、浄水場の運営コストや設置コストが高くなってしまったりするという問題点がある。
【００１２】
本発明は、前記した従来技術の問題点を鑑みてなされたものであり、浄水プロセス中の処理水の凝集状態を迅速かつ正確に検知可能な凝集状態検知装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記した課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかる凝集状態検知装置は、アルミニウムを含有する凝集剤が添加された凝集沈殿処理水中のフロックを前記フロックの粒径によって分級する凝集沈殿分離手段と、前記凝集沈殿分離手段で得られた分級処理水にアルミニウム計測用試薬および緩衝液を添加する添加手段と、前記分級処理水と前記アルミニウム計測用試薬と前記緩衝液とを混合する混合手段と、前記混合手段によって混合された反応液の吸光度を測定する吸光度計と、前記吸光度計で測定された前記反応液の前記吸光度を前記反応液内のアルミニウム濃度に変換する変換手段と、を備え、前記凝集沈殿分離手段は、下部に前記凝集沈殿処理水の流入口と、上部に前記分級処理水の流出口と、が設けられた円筒形の管を、重力方向に対して傾斜して設置した傾斜管であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、浄水プロセス中の処理水の凝集状態を迅速かつ正確に検知可能な凝集状態検知装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係る凝集状態検知装置の構成を示す説明図である。
【図２】本発明の実施形態に係る傾斜管の構成を示す断面図である。
【図３】傾斜管によって分級処理した分級処理水の成分を示すグラフである。
【図４】本発明の実施形態に係る傾斜管（第３の変形例）の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための形態（実施形態）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１７】
≪凝集状態検知装置≫
図１は、本発明の実施形態に係る凝集状態検知装置の構成を示す説明図である。
凝集状態検知装置１０は、傾斜管１００、ポンプ２００（２００ａ〜２００ｇ）、弁３００（３００ａ〜３００ｈ）、ヒーター４００、タンク５００（５００ａ〜５００ｃ）、反応槽６００、水位センサ７００、攪拌手段８００、吸光度計９００、データ記録手段１０００によって構成される。
凝集状態検知装置１０は、浄水処理における濁質の凝集状態を検知する。ここで、凝集状態とは、沈殿池出口における凝集沈殿処理水の濁度の大小であり、凝集不良の場合、凝集沈殿処理水の濁度は大となる。
【００１８】
なお、請求項における凝集沈殿分離手段（傾斜管）は傾斜管１００に、添加手段はポンプ２００ｃ，２００ｄ、弁３００ｃ，３００ｄおよび制御手段（図示せず）に、混合手段は反応槽６００および攪拌手段８００に、吸光度計は吸光度計９００に、変換手段はデータ記録手段１０００に、それぞれ対応する。
【００１９】
浄水処理において凝集剤（より詳細には、アルミニウムを含有する凝集剤）が注入された凝集沈殿処理水は、分級処理水ポンプ２００ａによって傾斜管１００に供給される。ここで、分級処理水ポンプ２００ａは、チュービングポンプもしくはプランジャーポンプなど、一定流量で連続的に供給できる手段であればよい。また、分級処理水ポンプ２００ａによる採水は、浄水処理において処理水に凝集剤を注入した後から、沈殿池出口までの間ならどこでもよいが、速やかに凝集状態を検知するためには、凝集剤を注入・混和する混和池またはフロック形成池の入口（混和池出口）側で採水するのが望ましい。
【００２０】
＜傾斜管＞
図２は、傾斜管の構成を示す断面図である。
傾斜管１００は、下部に凝集沈殿処理水の流入口１１０と、上部に分級処理水の流出口１２０と、が設けられた円筒形の管を、水平面Ｈｏに対して所定の角度θだけ傾斜して設置したものである。言い換えると、傾斜管１００は、重力方向に対して傾斜して設置したものである。
流入口１１０から流入された凝集沈殿処理水が傾斜管１００内を通過する際に、凝集沈殿処理水内の粗大なフロックは沈降して、傾斜管１００内に堆積する。そして、流出口１２０からは微小フロックを多く含む分級処理水が得られる。流出口１２０は、地面に対して斜めに傾けた傾斜管１００の底部側Ｂ（傾斜管１００の筒状部分について軸を中心に水平面Ｈｏに近い側と遠い側とで２分割した場合における水平面Ｈｏに近い側）ではなく頂上部側Ｔ（水平面Ｈｏに遠い側）に取り付けることが望ましい。これは、傾斜管１００内に堆積したフロックを流出口１２０から流出させないためである。一方、流入口１１０は、頂上部側Ｔおよび底部側Ｂのいずれに設けてもよい。
【００２１】
また、時間経過に伴って粗大なフロックが傾斜管１００の底部に堆積していくため、図示しない制御手段によって定期的に傾斜管弁３００ａを開いて、排出口１３０から粗大フロックを含む排水の排出をおこなう。排水は通常の排水設備で排水してもよいし、採水した位置に返送してもよい。
【００２２】
一般に、凝集沈殿処理水中に存在するフロックの粒径は１〜１００μｍとさまざまであるが、沈降性の悪いフロックとは、粒径が５０μｍ以下、特に１５μｍ以下の小さなフロックである。そのため、傾斜管１００は、粒径５０μｍ以下、望ましくは５〜１５μｍの範囲から決定した所定の粒径以下の小さなフロックを分級できる寸法および運転条件にする必要がある。
【００２３】
次に、浄水場の凝集状態を検知するための傾斜管１００の寸法および運転条件を決定する方法の一例を示す。まず、アルミニウム濃度を計測するための分級処理水の水質は、以下の条件を満たすことが望ましい。すなわち、凝集沈殿処理水の分級が不十分で分級処理水に含まれるフロック量（濁度）が高い場合、フロックが吸光度の測定に悪影響を及ぼす。したがって、分級処理水の濁度は２０度以下とすることが望ましい。また、分級処理水のアルミニウム濃度は、ＥＣＲ試薬を用いた吸光光度法で計測可能な範囲にする必要があり０．３ｍｇ／Ｌ程度であることが望ましい。
【００２４】
また、凝集状態検知装置１０に分級処理水を供給するための分級処理水ポンプ２００ａの流量は、少なくとも１分間以内にアルミニウム計測に必要な量を供給できることが望ましい。また、反応槽６００への分級処理水の供給量は、吸光度計９００での吸光度測定に必要な量以上ならばよいが、必要試薬量低減のため、１００ｍＬ以下とすることが望ましい。
【００２５】
このことから、反応槽６００への分級処理水の供給量を５０ｍＬ、分級処理水ポンプ２００ａの流量を１００ｍＬ／ｍｉｎとして、粒径１５μｍ以下のフロックを分級できる傾斜管１００の寸法を決定する。
【００２６】
フロックを沈降させるためには、傾斜管１００内の凝集沈殿処理水の流れを層流とするほうが望ましい。ここで、傾斜管１００が図２に示すような単純な円管形状を呈する場合、流体のレイノルズ数：Ｒｅｆは、下記式（１）で求めることができる。なお、下記式（１）において、Ｄ：傾斜管の内径、ｕ：平均流速、μ：水の粘度、ρ：水の密度である。
Ｒｅｆ＝ｕＤρ／μ  ・・・（１）
【００２７】
また、傾斜管内の平均流速：ｕは下記式（２）で求めることができる。なお、下記式（２）において、Ｍ：流量である。
ｕ＝Ｍ／（πＤ２／４）  ・・・（２）
【００２８】
式（２）を式（１）に代入し、層流の条件：Ｒｅｆ＜２３００を考慮すると、下記式（３）を得ることができる。
Ｄ＞（４Ｍρ）／（２３００πμ）  ・・・（３）
【００２９】
前記した条件より、Ｍ＝１００ｍＬ／ｍｉｎ、μ＝０．００１Ｐａ・ｓ、ρ＝１０００ｋｇ／ｍ３とすると、Ｄ＞９．２×１０−１ｍｍ、つまり、傾斜管１００の内径（直径）は、９．２×１０−１ｍｍ以上であれば凝集沈殿処理水の流れを層流とすることができる。すなわち、前記式（３）を用いることで、傾斜管１００の最小内径を得ることができる。
【００３０】
また、傾斜管１００は水平面Ｈ（地面）に対して所定の角度：θをもって設置される。フロックを沈降させるためには、凝集沈殿処理水の上昇速度に対してフロックの終末沈降速度を大きくすればよい。傾斜管１００を地面に対して水平（θ＝０度）にしたとき、水の上昇速度は０となりフロックの沈降には都合がよいが、粗大なフロックが傾斜管壁に堆積し、長期間使用すると傾斜管路を閉塞する可能性がある。粗大なフロックを傾斜管底部に堆積させて定期的に排出するためには、θ＝４５〜７５度とするのが望ましい。
【００３１】
フロックの終末沈降速度（ｖ）は、粒子のレイノルズ数（Ｒｅｓ）が０．５以下ならば、ストークスの式（下記式（４））より求めることができる。下記式（４）において、ｄ：フロックの粒径、ｇ：重力加速度（＝９．８ｍ／ｓ２）、ρｓ：フロックの密度（２０００ｋｇ／ｍ３）である。
ｖ＝｛ｇ（ρｓ−ρ）ｄ２｝／（１８μ）  ・・・（４）
【００３２】
また、粒子のレイノルズ数（Ｒｅｓ）は、下記式（５）より求めることができる。下記式（５）において、ｕ´：凝集沈殿処理水の上昇速度（ｕｓｉｎθ）である。
０．５＞Ｒｅｓ＝｛（ｖ＋ｕ´）ｄρ｝／μ  ・・・（５）
【００３３】
前記式（４）および（５）を用いると、Ｄ＝２５ｍｍ、θ＝６０度、ｄ＝１５μｍの場合、ｖ＝０．１２ｍｍ／ｓ、Ｒｅｓ＝０．０４５となる。
【００３４】
フロックは最大で地面（水平面Ｈｏ）に対して垂直方向における傾斜管の頂上部側Ｔから底部側Ｂへの距離：Ｈを沈降すれば水中から除去される、つまり、流出口１２０から流出しない。Ｄ＝２５ｍｍ、θ＝６０度の場合、Ｈ＝Ｄ／ｃｏｓθ＝５０ｍｍで、必要な滞留時間（τ）はτ＝Ｈ／ｖ＝４２０ｓとなり、下記式（６）より傾斜管長さ：Ｌ＝１．４ｍを求めることができる。なお、ここでいう傾斜管長さＬとは、凝集沈殿処理水が傾斜管１００内を移動する距離であり、流入口１１０から流出口１２０までの距離である。
Ｌ＝Ｍτ／（πＤ２／４）  ・・・（６）
【００３５】
ここで、前記式（６）に、τ＝Ｈ／ｖ、Ｈ＝Ｄ／ｃｏｓθ、前記式（４）を代入することにより、下記式（７）に示すように、Ｄ：傾斜管の内径、Ｌ：傾斜管の長さ：、θ：傾斜管の水平面に対する角度、Ｍ：流量（傾斜管に対する凝集沈殿処理水の供給流量）、ｄ：フロックの粒径、ρｓ：フロックの密度、の関係を導くことができる。
なお、下記式（７）のｄとは、詳細には、傾斜管の流出口から流出する分級処理水中のフロックの最大粒径を示す。つまり、下記式（７）によれば、粒径ｄよりも小さなフロックを分級する場合に、各条件をどのような値とすればよいのかを決定することができる。
Ｌ＝７２Ｍμ／｛ｇ（ρｓ−ρ）ｄ２・ｃｏｓθπＤ｝  ・・・（７）
なお、前記式（７）は、請求項の式（１）に対応している。
【００３６】
傾斜管１００の寸法は、前記式（１）〜（６）または前記式（７）に基づき、運転条件に合わせて決定することが望ましい。また、傾斜管１００は円管形状ではなく、矩形など別の形状でもよい。
【００３７】
図３は、傾斜管によって分級処理した分級処理水の成分および濁度を示すグラフである。詳細には、図３のグラフは、傾斜管の直径：Ｄ＝２５ｍｍ、角度：θ＝６０度、長さ：Ｌ＝１ｍの傾斜管１００を用いて、実際の浄水場で発生する可能性がある高濁度条件の凝集沈殿処理水（濁度３００度、ポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）１００ｍｇ／Ｌ）を分級処理した結果である。図３において、横軸は傾斜管１００内における凝集沈殿処理水の滞留時間、右横軸は分級処理水の濁度、左横軸は分級処理水のアルミニウム濃度を示す。
【００３８】
図３のグラフでは、傾斜管１００内における滞留時間が長いほど、アルミニウム濃度および分級処理水濁度が低下している。このことから、傾斜管１００内での滞留時間を長くすることで、アルミニウム濃度および分級処理水濁度を低下させて、凝集状態を判断するのに望ましい条件とすることができる。なお、傾斜管１００の寸法を決定した後、高濁度条件の凝集沈殿処理水で性能を確認することが望ましい。
【００３９】
＜傾斜管以外の構成および傾斜管以降における処理方法＞
図１の説明に戻るが、まず、傾斜管１００を通過して得られた分級処理水は、ヒーター４００を通過することで加温される。分級処理水を加温することによって、酸による固形成分のアルミニウム化合物の溶解および呈色反応が促進される。ここで、加熱温度としては２０〜６０℃が望ましい。
【００４０】
ヒーター４００で加温された分級処理水は、反応槽６００に供給される。分級処理水の供給は、反応槽６００内に設置された水位センサ７００からの信号出力で制御される。例えば、分級処理水が所定量供給され、水位センサ７００から信号が出力されると、図示しない制御手段が分級処理水弁３００ｂを制御し、分級処理水を反応槽６００ではなく、排出水として排水するように切り替える。反応槽６００への分級処理水の供給は、所定量で制御できるのならば前記の方法以外でもよい。
【００４１】
また、反応槽６００の周りには、ヒーター４００で加熱された温水が循環ポンプ２００ｂによって循環し、反応槽６００を一定温度に保温する。ここで、循環ポンプ２００ｂは、分級処理水ポンプ２００ａと同様に、チュービングポンプもしくはプランジャーポンプなど、一定流量で連続的に供給できる手段であればよい。なお、ヒーター４００による加熱は、分級処理水または反応槽６００のいずれかのみおこなってもよい。
【００４２】
所定量の分級処理水が反応槽６００に供給された後、反応槽６００には、ＥＣＲ溶液ポンプ２００ｃの作用によって、ＥＣＲ溶液タンク５００ａからＥＣＲ溶液が供給される。ここで、ＥＣＲ溶液ポンプ２００ｃは、チュービングポンプもしくはプランジャーポンプなどでよいが、図示しない制御手段によって、反応槽６００へ一定量のＥＣＲ溶液を供給すると停止する機能をもつ。また、ＥＣＲ溶液弁３００ｃは、図示しない制御手段によってＥＣＲ溶液ポンプ２００ｃが運転しているときは開き、停止したときは閉じる機能をもつ。
【００４３】
ＥＣＲ溶液は、ＥＣＲ試薬を溶媒に所定量添加して調整されている。ここで、ＥＣＲ溶液は、時間経過とともに構成物質が還元型の化学種に変化して退色するため、退色防止としてｐＨを２．０以下に調整する必要がある。したがって、溶媒としては塩酸など酸性液体を使用することができる。また、ＥＣＲ溶液は、分級処理水中のアルミニウムと錯体を生成する他にも、フロックに含まれる固形成分のアルミニウムを溶解させる役割を有する。したがって、分級処理水にＥＣＲ溶液を添加したとき、固形成分のアルミニウムを溶解させることが可能なｐＨとなるように、ＥＣＲ溶液のｐＨおよび添加率を決定するものとする。
【００４４】
ＥＣＲ試薬の濃度は、必要なアルミニウム濃度のとき、その吸光度が吸光度計の測定範囲内となるように設定する。ＥＣＲ試薬の濃度は、分級処理水に添加後０．０１〜０．２０ｍｇ／ｍＬ、望ましくは０．０２５〜０．１０ｍｇ／ｍＬとするのがよい。このとき、アルミニウム濃度の定量範囲は０〜０．５ｍｇ／Ｌ、望ましくは０〜０．３ｍｇ／Ｌとするのがよく、この範囲で、吸光度とアルミニウム濃度に直線関係が得られるように、ＥＣＲ試薬の添加量などを調整する。
【００４５】
ＥＣＲ溶液はｐＨ１．９で、分級処理水に対して約１０％添加することで、分級処理水のｐＨは３程度になる。ｐＨが４以下ならばフロック中のアルミニウム化合物が溶解することができる。ＥＣＲ溶液のｐＨは劣化防止とアルミニウム化合物の溶解の点から２以下、望ましくは１〜２がよい。
【００４６】
分級処理水およびＥＣＲ溶液は、反応槽６００で攪拌・混合される。ここで、攪拌手段８００としては良好な攪拌を得られる手段ならばよく、例えば、攪拌子とマグネチックスターラーを用いる手段などがある。このとき、滞留時間は５分以内、望ましくは１〜３分がよい。
【００４７】
分級処理水とＥＣＲ溶液を攪拌・混合後、反応槽６００には、緩衝液タンク５００ｂから緩衝液ポンプ２００ｄを用いて緩衝液が供給される。ここで、緩衝液ポンプ２００ｄは、ＥＣＲ溶液ポンプ２００ｃと同様に、図示しない制御手段により反応槽６００へ一定量、緩衝液を供給すると停止する機能をもつ。また、緩衝液弁３００ｄは、図示しない制御手段により緩衝液ポンプ２００ｄが運転しているときは開き、停止したときは閉じる機能をもつ。攪拌・混合操作は、分級処理水およびＥＣＲ溶液を攪拌・混合する際と同様である。
【００４８】
緩衝液を添加する目的は、アルミニウムがＥＣＲ試薬と呈色反応し、錯体を生成するｐＨ範囲である４．６〜５．６にするためである。したがって、緩衝液のｐＨは、４．６〜５．６の範囲で決定する。また、緩衝液の濃度および添加率は、ＥＣＲ溶液添加後の分級処理水のｐＨが４．６〜５．６の範囲に収まるように決定する必要がある。緩衝液は所定ｐＨの範囲にすることが重要だが、環境への対応からＰＲＴＲ（Ｐｏｌｌｕｔａｎｔ  Ｒｅｌｅａｓｅ  ａｎｄ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｒｅｇｉｓｔｅｒ：化学物質排出移動量届出制度）対象物質の対象外であることが望ましく、例えば、酢酸と酢酸ナトリウム溶液を混合した酢酸緩衝液などを用いるとよい。
【００４９】
酢酸緩衝液の濃度は、アルミニウムがＥＣＲと呈色反応し、錯体を生成するｐＨ範囲とするために、０．２〜５ｍｏｌ／Ｌで、望ましくは０．５〜３ｍｏｌ／Ｌがよい。この酢酸緩衝液を添加後に分級処理水のｐＨが４．６〜５．６になるように添加量を調節する。例えば、ｐＨ１．９のＥＣＲ溶液の添加量に対して、酢酸緩衝液のモル量（酢酸緩衝液の濃度×添加量）は２〜４ｍｏｌ／Ｌ、望ましくは３〜３．５ｍｏｌ／Ｌがよい。
【００５０】
分級処理水、ＥＣＲ溶液および緩衝液を攪拌・混合した反応液は、反応液ポンプ２００ｅにより吸光度計９００に供給される。ここで、反応液ポンプ２００ｅは、ＥＣＲ溶液ポンプ２００ｃもしくは緩衝液ポンプ２００ｄと同様に、図示しない制御手段により吸光度計９００へ一定量、反応液を供給すると停止する機能をもつ。また、反応液弁３００ｅは、図示しない制御手段により反応液ポンプ２００ｅが運転しているときは開き、停止したときは閉じる機能をもつ。
【００５１】
吸光度計９００では、反応液の吸光度を測定する。ここで、吸光度の測定に用いるセルは、反応液量および測定精度に影響されるものの、一般に市販されている１〜５ｃｍのものが望ましい。測定波長は高い吸光度を示す範囲から決定する必要がある。ＥＣＲ試薬を用いた吸光光度法では、測定波長は４９０〜５５０ｎｍ、望ましくは５１５〜５３５ｎｍにする。
【００５２】
吸光度計９００で測定された吸光度は、データ記録手段１０００によって記録される。データ記録手段１０００は、吸光度計９００で測定された吸光度の値をアルミニウム濃度の値へと変換する。この変換は、予め作成した吸光度―アルミニウム濃度の検量線を用いる。なお、吸光度値のアルミニウム濃度値への変換は、データ記録手段１０００内でおこなってもよいし、図示しないデータ変換手段などを用いておこなってもよい。データ記録手段１０００に記録されたアルミニウム濃度は、浄水場の制御装置（図示なし）などによって監視され、凝集剤注入率の補正に用いられる。
【００５３】
反応液の吸光度を測定後、吸光度計９００内の反応液は、反応槽弁３００ｆが開くことによって排出される。反応槽弁３００ｆは図示しない制御手段によって開かれる。反応液はｐＨ５程度の弱酸性の液であるため、中和もしくは希釈して通常の排水設備で排水する。
【００５４】
反応槽６００には、洗浄水として純水が純水ポンプ２００ｆによって供給される。純水弁３００ｇは、図示しない制御手段によって純水ポンプ２００ｆが運転しているときに開き、停止したときは閉じる機能をもつ。ここで、純水は反応槽６００を清掃する役割をもつ。このとき、図示しない制御手段により反応液ポンプ２００ｅおよび反応液弁３００ｅが運転することで、反応槽６００と同時に吸光度計９００も洗浄する。また、定期的に吸光度計９００のゼロ点を調整する。検量線はゼロ点を調整したときに更新する。
【００５５】
また、反応槽６００および吸光度計９００を連続使用すると汚れ、純水のみの洗浄では付着した汚れの除去が困難となる。そのため、定期的に洗浄液ポンプ２００ｇおよび洗浄液弁３００ｈが制御され、洗浄液タンク５００ｃから反応槽６００に洗浄液が供給される。ここで、洗浄液は、酸など反応槽６００を清浄に戻すことができるのならば何でもよい。このとき、図示しない制御手段によって反応液ポンプ２００ｅおよび反応液弁３００ｅが運転することで、反応槽６００と同時に吸光度計９００も洗浄する。
【００５６】
凝集状態検知装置１０は、同様の操作を繰り返し、図示しない制御手段によって一定間隔でアルミニウム濃度を測定する。凝集状態検知装置１０の運転条件は、一度決定した場合、できる限り変更しないことが望ましい。
【００５７】
以上説明したように、実施の形態にかかる凝集状態検知装置１０によれば、傾斜管１００によって微小フロックを多く含む分級処理水を得ることによって、精度よく微小フロックの定量をおこなうことができ、浄水プロセス中における凝集状態を速やかに検知することができる。また、凝集沈殿処理水が高濁度の場合でも、傾斜管１００で粗大フロックを除去することによって、安定して吸光度の計測をおこなうことができる。
【００５８】
また、傾斜管１００は、フィルタなどの他の分級手段と比較して装置構造が簡便なのでメンテナンスが容易であり、精度の維持をしやすくすることができるとともに、浄水場の運営コストを低減することができる。また、傾斜管１００は、フィルタなどの他の分級手段と比較して安価なので、浄水場の設置コストを低減することができる。
【００５９】
以下に、本発明の実施形態に係る凝集状態検知装置１０の変形例を示す。
≪第１の変形例≫
第１の変形例は、反応槽６００に、分級処理水だけではなく、純水（希釈用水）を一定量供給することで分級処理水を希釈するものである。これは、凝集沈殿処理水が高濁度である場合、分級処理水に含まれるフロックが吸光度測定に対して影響を及ぼすためであり、分級処理水を希釈することによってフロックの影響を低減させることが可能となる。
【００６０】
第１の変形例では、前記した実施の形態と同様に分級処理水を反応槽６００に一定量供給した後、純水ポンプ２００ｆを運転して一定量の純水を供給して、分級処理水を希釈する。その後は、前記した実施の形態と同様にＥＣＲ溶液および緩衝液を混合し、吸光度の測定をおこなう。この第１の変形例により、分級処理水を希釈しない場合と比較して、高濁度条件の凝集沈殿処理水に対応することができる。
【００６１】
≪第２の変形例≫
第２の変形例は、反応槽６００に供給した分級処理水の一部を、ＥＣＲ溶液を添加する前に吸光度計９００に供給し、吸光度を測定しておくことで、測定に対するフロックの影響などを除去するものである。具体的には、分級処理水にＥＣＲ溶液を添加する前に吸光度計９００に分級処理水を供給し、吸光度：Ｉ０を測定する。次に、分級処理水にＥＣＲ溶液および緩衝液を添加し、攪拌・混合した後の反応液の吸光度：Ｉ１を測定する。
【００６２】
このＩ０およびＩ１から、フロックなどの影響を除去した吸光度：Ｉ２を下記式（８）で求めることができる。すなわち、アルミニウム計測用試薬および緩衝液が添加される前の分級処理水の吸光度に基づいて、アルミニウム計測用試薬および緩衝液が添加された後の分級処理水の吸光度を補正することができる。下記式（８）において、α，βは事前にフロックなどの影響を確認して得られる値である。また、下記式（８）についても、下記の記載に限定されるものではなく、フロックなどの影響を除去できるならどのような式でもよい。
Ｉ２＝Ｉ１−αＩ０β  ・・・（８）
【００６３】
この第２の変形例により、アルミニウム計測用試薬および緩衝液が添加された後の分級処理水の吸光度のみを測定する場合と比較して、測定に対するフロックの影響などを除去して、高精度でアルミニウム濃度を測定することができる。
【００６４】
≪第３の変形例≫
第３の変形例は、傾斜管の周りを加熱することによって、分級処理水の加温時間をより長く取るものである。
図４は、本発明の実施形態に係る傾斜管（第３の変形例）の断面図である。図４に示す傾斜管１００´は、二重管となっており、内管部１５０には図２の傾斜管１００と同様に凝集沈殿処理水（分級処理水）が通水する。一方、外管部１５１には、ヒーター４００で加熱された温水が通水する。これにより、内管部１５０を通水する凝集沈殿処理水（分級処理水）を加熱することができる。したがって、第３の変形例は、分級処理水の加温時間をより長く取ることができ、酸による固形成分のアルミニウム化合物の溶解および呈色反応をより一層促進させることができる。
なお、請求項における加熱手段は、外管部１５１に対応する。
【符号の説明】
【００６５】
１０      凝集状態検知装置
１００    傾斜管
１１０    流入口
１２０    流出口
１３０    排出口
１５０    内管部（傾斜管）
１５１    外管部（加熱手段）
２００（２００ａ〜２００ｇ）  ポンプ
３００（３００ａ〜３００ｈ）  弁
４００    ヒーター
５００（５００ａ〜５００ｃ）  タンク
６００    反応槽
７００    水位センサ
８００    攪拌手段
９００    吸光度計
１０００  データ記録手段
【図１】
2014002050.tif 000003
【図２】
2014002050.tif 000004
【図３】
2014002050.tif 000005
【図４】
2014002050.tif 000006