(57)【要約】【課題】被処理水の凝集沈澱処理方法において、急速撹拌の消費エネルギーを節約し、かつ沈澱水濁度を低下させることができるＧR値及びＴR値の選択方法を提供すること。【解決手段】被処理水に対する無機凝集剤注入工程と、注入が行われる急速攪拌工程において、従来技術において通常採用されている１５０ｓ-1〜２０００ｓ-1の範囲にあるＧR値及び１分〜５分の範囲にあるＴR値に対し、ＧR・ＴR値を同一の値に設定したうえで、前記範囲にあるＧR値よりも小さな数値のＧR値を選択し、かつ１０分以上という大きな数値のＴR値を選択することによって、前記課題を達成する被処理水の凝集沈澱処理方法。【選択図】図２
2018193794.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理水に無機凝集剤を注入する無機凝集剤注入工程と、前記無機凝集剤が注入された前記被処理水を急速攪拌槽中にて混合攪拌して前記被処理水中の微細な懸濁粒子をあらかじめ微フロック化する微フロック化工程と、前記微フロックを沈澱池中にて既存フロックとの接触によって更にフロック化する工程を含むフロック化工程と、前記フロックを沈澱池で沈澱分離する沈澱分離工程とを有する被処理水の凝集沈澱処理方法において、下記の一般式による急速攪拌強度であるＧR値及び急速攪拌時間であるＴR値を以下のプロセスによって選択している被処理水の凝集沈澱処理方法。
１．急速攪拌工程を終了した段階における粒径０．５〜１．０μｍの微フロック及び懸濁微粒子の濃度が必要な所定基準を充足するようなＧR値及びＴR値の初期値として、それぞれ１５０ｓ-1〜４５０ｓ-1の範囲内にあるＧR0値及び５分を設定し、次にＧR1・ＴR1＝ＧR0・５分を充足し、かつ７５ｓ-1を下限値とする最小のＧR1値及び１０分を下限値とする最大のＴR1値を設定し、
２．急速攪拌運転を開始してから５分以内に、急速攪拌工程を終了した段階における粒径０．５〜１．０μｍの微フロック及び懸濁微粒子の濃度が減少しないＧR値の上限値であるＧR2´値を検出したうえで、ＧR2´×５分＝ＧR2・ＴR2の関係式によって、最大のＧR2値及び最小のＴR2値を設定し、
３．急速攪拌槽の運転条件として、ＧR1≦ＧR3≦ＧR2、ＴR2≦ＴR3≦ＴR1を充足し、かつＧR3・ＴR3≦６００，０００を充足するＧR3値及びＴR3値を選択する。
記
【数１】
2018193794.tif 000017
但し、Ｃ：攪拌定数、Ａ：攪拌翼の面積（ｍ2）、ｖ：攪拌翼の周辺速度（ｍ／ｓ）、γ：動粘性係数（ｍ2／ｓ）、Ｖ：攪拌槽の体積（ｍ3）
【請求項２】
フロック化工程の最終段階としてピッチ幅を５ｍｍ以上であって、５０ｍｍ以下であるフロック形成用傾斜板を設置し、かつ被処理水が当該傾斜板を通過する前の濁度に比し、通過した後の濁度が４/５以下となるように、微フロック化工程を経た段階における無機凝集剤の使用量を限定することを特徴とする請求項１記載の被処理水の凝集沈澱処理方法。
【請求項３】
ＧR3値として、最小のＧR1値を選択し、ＴR3値として、最大のＴR1値を選択することを特徴とする請求項１、２の何れか一項に記載の被処理水の凝集沈澱処理方法。
【請求項４】
急速攪拌槽における最終段階において、濁度が最小値となるようなＧR3値及びＴR3値を選択することを特徴とする請求項１、２の何れか一項に記載の被処理水の凝集沈澱処理方法。
【請求項５】
ＧR0値として４５０ｓ-1を設定したうえで、ＧR2値として１５０ｓ-1を設定し、しかもＧR3値として１５０ｓ-1を選択し、かつＴR2値として１５分を設定すると共に、ＴR3値として１５分を選択することを特徴とする請求項１、２の何れか一項に記載の被処理水の凝集沈澱処理方法。
【請求項６】
被処理水の量が多くなるにしたがって、ＧR3値を増加し、かつＴR3値を減少し、被処理水の量が減少するにしたがって、ＧR3値を減少し、かつＴR3値を増加することを特徴とする請求項１、２の何れか一項に記載の被処理水の凝集沈澱処理方法。
【請求項７】
被処理水の量が多くなるにしたがって、無機凝集剤の使用量を増加し、被処理水の量が減少するにしたがって、無機凝集剤の使用量を減少することを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６の何れか一項に記載の被処理水の凝集沈澱処理方法。
【請求項８】
被処理水に無機凝集剤を注入する無機凝集剤注入工程と、前記無機凝集剤が注入された前記被処理水を急速攪拌槽中にて混合攪拌して前記被処理水中の微細な懸濁粒子をあらかじめ微フロック化する微フロック化工程と、前記微フロックを沈澱池中にて既存フロックとの接触によって更にフロック化する工程を含むフロック化工程と、前記フロックを沈澱池で沈澱分離する沈澱分離工程とを有する被処理水の凝集沈澱処理方法において、下記の一般式による急速攪拌強度であるＧR値及び急速攪拌時間であるＴR値を以下のプロセスによって選択している被処理水の凝集沈澱処理方法。
１．急速攪拌工程を終了した段階における濁度が必要な所定基準を充足するようなＧR値及びＴR値の初期値として、それぞれ１５０ｓ-1〜４５０ｓ-1の範囲内にあるＧR0値及び５分を設定し、次にＧR1・ＴR1＝ＧR0・５分を充足し、かつ７５ｓ-1を下限値とする最小のＧR1値及び１０分を下限値とする最大のＴR1値を設定し、
２．急速攪拌運転を開始してから５分以内に、急速攪拌工程を終了した段階における濁度が増加しないＧR値の上限値であるＧR2´値を検出したうえで、ＧR2´×５分＝ＧR2・ＴR2の関係式によって、最大のＧR2値及び最小のＴR2値を設定し、
３．急速攪拌槽の運転条件として、ＧR1≦ＧR3≦ＧR2、ＴR2≦ＴR3≦ＴR1を充足し、かつＧR3・ＴR3≦６００，０００を充足するＧR3値及びＴR3値を選択する。
記
【数２】
2018193794.tif 000018
但し、Ｃ：攪拌定数、Ａ：攪拌翼の面積（ｍ2）、ｖ：攪拌翼の周辺速度（ｍ／ｓ）、γ：動粘性係数（ｍ2／ｓ）、Ｖ：攪拌槽の体積（ｍ3）
【請求項９】
フロック化工程の最終段階としてピッチ幅を５ｍｍ以上であって、５０ｍｍ以下であるフロック形成用傾斜板を設置し、かつ被処理水が当該傾斜板を通過する前の濁度に比し、通過した後の濁度が４/５以下となるように、微フロック化工程を経た段階における無機凝集剤の使用量を限定することを特徴とする請求項８記載の被処理水の凝集沈澱処理方法。
【請求項１０】
ＧR3値として、最小のＧR1値を選択し、ＴR3値として、最大のＴR1値を選択することを特徴とする請求項８、９の何れか一項に記載の被処理水の凝集沈澱処理方法。
【請求項１１】
急速攪拌槽における最終段階において、濁度が最小値となるようなＧR3値及びＴR3値を選択することを特徴とする請求項８、９の何れか一項に記載の被処理水の凝集沈澱処理方法。
【請求項１２】
ＧR0値として４５０ｓ-1を設定したうえで、ＧR2値として１５０ｓ-1を設定し、しかもＧR3値として１５０ｓ-1を選択し、かつＴR2値として１５分を設定すると共に、ＴR3値として１５分を選択することを特徴とする請求項８、９の何れか一項に記載の被処理水の凝集沈澱処理方法。
【請求項１３】
被処理水の量が多くなるにしたがって、ＧR3値を増加し、かつＴR3値を減少し、被処理水の量が減少するにしたがって、ＧR3値を減少し、かつＴR3値を増加することを特徴とする請求項８、９の何れか一項に記載の被処理水の凝集沈澱処理方法。
【請求項１４】
被処理水の量が多くなるにしたがって、無機凝集剤の使用量を増加し、被処理水の量が減少するにしたがって、無機凝集剤の使用量を減少することを特徴とする請求項８、９、１０、１１、１２、１３の何れか一項に記載の被処理水の凝集沈澱処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、河川水，雨水，工場の用排水などの被処理水に無機凝集剤を注入し、急速攪拌によって被処理水中に含まれる微細な懸濁粒子を集塊化して微フロックを形成する微フロック化工程と、この微フロックを既存フロックとの接触によってフロック化するフロック化工程とを経て、フロック化工程において形成されたフロックを沈澱池で沈澱分離することにより沈澱水を得る被処理水の凝集沈澱処理方法において、急速攪拌強度及び急速攪拌時間の選択に特徴を有する被処理水の凝集沈澱処理方法を対象としている。
【背景技術】
【０００２】
被処理水の凝集沈澱処理方法の最初の工程である急速攪拌については、以下のような急速攪拌強度ＧR値（但し、その単位は秒の逆数であって、ｓ-1と表現することができる。）が定義されている。
【数１】
2018193794.tif 000003
但し、
Ｃ：二次元の攪拌定数、
Ａ：攪拌翼の面積（ｍ2）
ｖ：攪拌翼の周辺速度（ｍ／ｓ）
γ：動粘性係数（ｍ2／ｓ）
Ｖ：攪拌槽の体積（ｍ3）【０００３】
前記ＧR値に対応して、攪拌を継続する時間として秒又は分を単位とするＴR値が定義されている。【０００４】
殆ど大抵の浄化処理においては、ＧR値として１５０ｓ-1〜２０００ｓ-1の範囲の数値が採用されており、ＴR値としては１分〜５分の範囲の数値が設定されている。【０００５】
出願人は、特願２００８−１５８７４３出願において、下記の基本構成による発明（以下「先願発明」と略称する。）を提唱し、先願発明については既に日本国特許第４３１６６７１号の特許権が成立している。
記
被処理水に無機凝集剤を注入する無機凝集剤注入工程と、前記無機凝集剤が注入された前記被処理水を急速攪拌槽中にて混合攪拌して前記被処理水中の微細な懸濁粒子をあらかじめ微フロック化する微フロック化工程と、前記微フロックを沈澱池中にて既存フロックとの接触によって更にフロック化する工程を含むフロック化工程と、前記フロックを沈澱池で沈澱分離する沈澱分離工程とを有する被処理水の凝集沈澱処理方法において、フロック化工程の最終段階としてピッチ幅を５ｍｍ以上であって、５０ｍｍ以下であるフロック形成用傾斜板を設置し、かつ被処理水が当該傾斜板を通過する前の濁度に比し、通過した後の濁度が４/５以下となるように、微フロック化工程を経た段階における無機凝集剤の使用量を限定することに基づく被処理水の凝集沈澱処理方法。【０００６】
先願発明は、微フロック化工程における無機凝集剤の使用量を限定することによって実現されているが、その結果、清澄水中に残留する微フロックが、従来技術の場合よりも微細であり、かつ高密度化しているため、良質な清澄水を得ることができる一方、無機凝集剤の使用に伴う汚泥の発生量を減少させ、更には当該減少に基づいて汚泥処理の煩雑さを低下させることを可能とする作用効果を発揮している。【０００７】
但し、先願発明においては、ＧR値につき、通常の場合と同様の急速攪拌槽を使用することから、１５０ｓ-1〜２０００ｓ-1の数値範囲を想定しているが、ＴR値については約１分〜１０分の数値範囲を想定し、かつ設定している。【０００８】
現に、先願発明の実施例１においては、ＧR値として１２５０ｓ-1を設定し、ＴR値として７．３分を設定しており、
実施例２においては、ＧR値として１５００ｓ-1を設定し、ＴR値として０．９６分、即ち１分弱及び２．９３分を設定している。【０００９】
先願発明において、従来技術に立脚している通常の場合よりもＴR値の上限値を長く設定している根拠は、凝集剤の使用量が従来技術よりも少量であることから、微フロック化の時間を長く設定することが必要とする場合があることに由来している。【００１０】
一般に、被処理水の凝集沈澱処理においては、以下のスモルコウスキーの方程式が成立する。
【数２】
2018193794.tif 000004
但し、
Ｎ：微フロック又はフロック粒子の単位体積当たりの個数、即ち濃度
α：無機凝集剤の影響に基づく衝突効率
Ｇ：攪拌強度
Φ：単位体積における微フロック又はフロック粒子の平均容積【００１１】
前記方程式の一般解は以下のＮに示すとおりである。
【数３】
2018193794.tif 000005
但し、
Ａ：ｔ＝０の段階におけるＮの初期値
ｋ＝４αＧΦ／π【００１２】
急速攪拌の場合には、
【数４】
2018193794.tif 000006
であることを考慮するならば、急速攪拌の終了段階の濁度を左右する微フロック又はフロックの濃度ＮがＧR値とＴR値の積であるＧR・ＴR値によって左右されることに帰する。【００１３】
一方、急速攪拌においては、単位体積及び単位時間当たりの攪拌エネルギーＰと急速攪拌強度ＧR値との間には、以下のような関係式が成立する。
【数５】
2018193794.tif 000007
但し、μ：粘性係数（ｋｇ／ｍ・ｓ）【００１４】
上記関係式は、前記ＰがＧR値の選択によって左右されることを明瞭に裏付けている。【００１５】
現実の急速攪拌においては、ＧR値を所定の程度以上に増加した場合には、却って急速攪拌工程が終了した段階における濁度が高くなるという問題点が発生する。【００１６】
具体的に説明するに、図４のグラフは、一辺を０．２ｍとする立方体による試験用の急速攪拌槽においてカオリン２０ｍｇ／Ｌを注入したテスト用の被処理水を生成し、凝集剤としてＰＡＣ、即ちPoly Aluminum Chloride（ポリ塩化アルミニウム）を１３．０ｍｇ／Ｌ注入したうえで、ＧR値を１５０ｓ-1〜２０００ｓ-1の範囲にて設定し、かつＴR値を５分に設定すると共に、後続する緩速攪拌槽における緩速攪拌強度ＧS値を２５ｓ-1、緩速攪拌時間ＴS値を２０分と設定した場合の緩速攪拌工程が終了した段階における各粒径の濃度及び濁度の変化状態を示す。【００１７】
図４のグラフに示す実験において、急速攪拌槽の次に緩速攪拌槽を後続させることは、従来技術の構成に立脚しているが、このような緩速攪拌の後続にも拘らず、図４においては、GR値が１０００を超えた場合には濁度が大きくなるという結果に到っている。【００１８】
このような濁度が上昇した原因は、ＧR値が１０００を超えた場合には、懸濁微粒子の凝集によって形成された１５μｍ以上の大型微フロックが急速攪拌によって破壊され、多数の小さな粒径による微フロックが増加したことにあるものと解される。【００１９】
現に、前記のように、一辺を０．２ｍとする立方体による試験用の急速攪拌槽において、カオリン１ｍｇ／Ｌを注入し、かつＰＡＣを５ｍｇ／Ｌ注入し、かつＧR値を１５００ｓ-1に設定した場合には、図５に示すように、ＴR値が約５分前後となる時期に、粒径１５μｍ以上の大型微フロックが減少し、逆に、粒径１μｍ未満、１〜３μｍ、３〜７μｍ、７〜１０μｍの各範囲内の微フロックが順次増加している。【００２０】
図４の濁度において、ＧR値が１０００ｓ-1まで順次減少し、しかも減少の程度が順次緩慢となっている状態は、微フロック又はフロックの濃度Ｎが、前記［数３］及び［数４］式のように、ＧR値の指数関数であることを基本的に裏付ける一方、ＧR値が１０００ｓ-1を超えた段階にて濁度が再び上昇していることは、粒径１５μｍ以上の大型微フロック粒子が破壊によって減少し、小型微フロック粒子の数が増えることによって、微フロック又はフロック粒子の平均容積であるΦが順次小さくなっていることを裏付けている。【００２１】
然るに、従来技術はもとより先願発明においても、急速攪拌の最終段階における濁度がＧR・ＴR値によって左右されることに着目したうえで、急速攪拌に必要な消費エネルギーを節約すると共に、大型微フロックの破壊を防止し、しかも従来技術による通常の使用の場合に比し、濁度を減少することができる適切なＧR値及びＴR値を選択することについては全く考慮されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２２】
【特許文献１】特許第４３１６６７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
本発明は、急速攪拌におけるＧR・ＴR値に着目し、急速攪拌における消費エネルギーの節約を可能とし、しかも大型微フロックの破壊を防止するような急速攪拌強度ＧR値及び急速攪拌時間ＴR値を選択している被処理水の凝集沈澱処理方法の構成を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
前記課題を達成するため、本発明は以下の基本構成（１）、（２）に立脚している。
（１）被処理水に無機凝集剤を注入する無機凝集剤注入工程と、前記無機凝集剤が注入された前記被処理水を急速攪拌槽中にて混合攪拌して前記被処理水中の微細な懸濁粒子をあらかじめ微フロック化する微フロック化工程と、前記微フロックを沈澱池中にて既存フロックとの接触によって更にフロック化する工程を含むフロック化工程と、前記フロックを沈澱池で沈澱分離する沈澱分離工程とを有する被処理水の凝集沈澱処理方法において、下記の一般式による急速攪拌強度であるＧR値及び急速攪拌時間であるＴR値を以下のプロセスによって選択している被処理水の凝集沈澱処理方法。
１．急速攪拌工程を終了した段階における粒径０．５〜１．０μｍの微フロック及び懸濁微粒子の濃度が必要な所定基準を充足するようなＧR値及びＴR値の初期値として、それぞれ１５０ｓ-1〜４５０ｓ-1の範囲内にあるＧR0値及び５分を設定し、次にＧR1・ＴR1＝ＧR0・５分を充足し、かつ７５ｓ-1を下限値とする最小のＧR1値及び１０分を下限値とする最大のＴR1値を設定し、
２．急速攪拌運転を開始してから５分以内に、急速攪拌工程を終了した段階における粒径０．５〜１．０μｍの微フロック及び懸濁微粒子の濃度が減少しないＧR値の上限値であるＧR2´値を検出したうえで、ＧR2´×５分＝ＧR2・ＴR2の関係式によって、最大のＧR2値及び最小のＴR2値を設定し、
３．急速攪拌槽の運転条件として、ＧR1≦ＧR3≦ＧR2、ＴR2≦ＴR3≦ＴR1を充足し、かつＧR3・ＴR3≦６００，０００を充足するＧR3値及びＴR3値を選択する。
記
【数６】
2018193794.tif 000008
但し、Ｃ：攪拌定数、Ａ：攪拌翼の面積（ｍ2）、ｖ：攪拌翼の周辺速度（ｍ／ｓ）、γ：動粘性係数（ｍ2／ｓ）、Ｖ：攪拌槽の体積（ｍ3）
（２）被処理水に無機凝集剤を注入する無機凝集剤注入工程と、前記無機凝集剤が注入された前記被処理水を急速攪拌槽中にて混合攪拌して前記被処理水中の微細な懸濁粒子をあらかじめ微フロック化する微フロック化工程と、前記微フロックを沈澱池中にて既存フロックとの接触によって更にフロック化する工程を含むフロック化工程と、前記フロックを沈澱池で沈澱分離する沈澱分離工程とを有する被処理水の凝集沈澱処理方法において、下記の一般式による急速攪拌強度であるＧR値及び急速攪拌時間であるＴR値を以下のプロセスによって選択している被処理水の凝集沈澱処理方法。
１．急速攪拌工程を終了した段階における濁度が必要な所定基準を充足するようなＧR値及びＴR値の初期値として、それぞれ１５０ｓ-1〜４５０ｓ-1の範囲内にあるＧR0値及び５分を設定し、次にＧR1・ＴR1＝ＧR0・５分を充足し、かつ７５ｓ-1を下限値とする最小のＧR1値及び１０分を下限値とする最大のＴR1値を設定し、
２．急速攪拌運転を開始してから５分以内に、急速攪拌工程を終了した段階における濁度が増加しないＧR値の上限値であるＧR2´値を検出したうえで、ＧR2´×５分＝ＧR2・ＴR2の関係式によって、最大のＧR2値及び最小のＴR2値を設定し、
３．急速攪拌槽の運転条件として、ＧR1≦ＧR3≦ＧR2、ＴR2≦ＴR3≦ＴR1を充足し、かつＧR3・ＴR3≦６００，０００を充足するＧR3値及びＴR3値を選択する。
記
【数７】
2018193794.tif 000009
但し、Ｃ：攪拌定数、Ａ：攪拌翼の面積（ｍ2）、ｖ：攪拌翼の周辺速度（ｍ／ｓ）、γ：動粘性係数（ｍ2／ｓ）、Ｖ：攪拌槽の体積（ｍ3）
【発明の効果】
【００２５】
前記基本構成（１）、（２）に立脚している本発明においては、適切なＧR値及びＴR値の選択によって、ＧR値を１５０ｓ-1〜２０００ｓ-1に設定し、かつＴR値を１分〜５分に設定している通常の使用状態、及びＧR値を１５０ｓ-1〜２０００ｓ-1に設定し、かつＴR値を約１分〜１０分に設定している先願発明の使用状態に比し、急速攪拌における消費エネルギーを節約することを可能とすると共に、急速攪拌過程において一度形成された大型微フロックの破壊を伴わずに、適切な濁度を実現することができる。【００２６】
更には、攪拌条件が緩速攪拌槽の場合に近づくことから、粒径３．０μｍ以下の懸濁微粒子及び微フロックの残留量を低下させ、かつ粒径３．０μｍ以上の状態に凝集化することによって、急速攪拌工程を終了した段階における濁度を減少すると共に、緩速攪拌状態に近いＧR値及びＴR値を選択することから、緩速攪拌槽を不要とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明が立脚している処理フロー工程のブロック図である。
【図２】淀川から確保した原水を被処理水としたうえで、各ＧR値における粒径０．５〜１．０μｍの微フロック及び懸濁微粒子の濃度変化を表すグラフであり、（ａ）は、横軸としてＴR値を設定した場合を示しており、（ｂ）は、横軸としてＧR・ＴR値を設定した場合を示す。
【図３】淀川から確保した原水を被処理水としたうえで、ＧR・ＴR値につき、４５０ｓ-１×５分に設定した場合と、１５０ｓ-１×１５分に設定した場合との各粒径毎の微フロック（但し、粒径が０．５〜１．０μｍの場合には、全てがフロック化する訳ではなく、部分的に懸濁微粒子の状態にて残留している。）の残留状態を対比するグラフである。
【図４】試験用急速攪拌槽にカオリン２０ｍｇ／Ｌ、ＰＡＣ１３．０ｍｇ／Ｌを注入し、緩速攪拌槽を後続し、かつＴR値を５分に設定したうえで、ＧR値に対応する各粒径毎の微フロック（但し、粒径が０．５〜１．０μｍの場合には、全てがフロック化する訳ではなく、部分的に懸濁微粒子の状態にて残留している。）の濃度の変化状態及び濁度の変化状態を示すグラフである。
【図５】図４と同一の試験用急速攪拌槽において、ＧR値を１５００ｓ-1に設定した場合におけるＴR値の変化に対応する各粒径毎の微フロック（但し、粒径が０．５〜１．０μｍの場合には、全てがフロック化する訳ではなく、部分的に懸濁微粒子の状態にて残留している。）の残留量の変化量を示すグラフである。
【図６】図４と同一の試験用急速攪拌槽において、ＧR値を１５００ｓ-1に設定した場合におけるＴR値の変化に対応する３０μｍを超える大型微フロックの粒子数及びＳＴＲ値の変化状態を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明は、図１に示すような処理フロー工程、具体的には、急速攪拌槽１、フロック形成用傾斜板２０を有する高速凝集沈殿池２、粗粒ろ過池３、砂ろ過池４を採用し、順次被処理水の浄化を実現している。
【００２９】
最初に、基本構成（１）、（２）の技術的趣旨について説明する。
【００３０】
被処理水における懸濁粒子の粒径は通常０．５μｍ〜６０μｍという広範にわたって分布するが、殆ど大抵の被処理水においては、粒径０．５〜１．０μｍの微フロック及び懸濁微粒子の数が占める割合は、９０％を超えている。
【００３１】
このような割合は、日本国及び欧米等の水源管理が進んでいる水道先進国において特に顕著である。
【００３２】
したがって、被処理水の凝集沈澱処理においては、粒径０．５〜１．０μｍの微フロック及び懸濁微粒子の凝集化によって前記微フロック及び懸濁微粒子の残留量を減少し得る程度によって、濁度を減少し得る機能が左右されている。
【００３３】
この点について立ち入って説明するに、前述のスモルコウスキーの方程式の一般解であるフロック化及び微フロック化による粒子の濃度Ｎは、濁度と比例関係にあるが、殆ど大抵の場合には、４αΦＧRＴR／πが１に比し極めて小さいことから４αΦＧRＴR／π<<１が成立し、［数３］については、
【数８】
2018193794.tif 000010
という近似式が成立する。
【００３４】
上記近似式におけるＧR・ＴR値とＮの減少の程度、即ち濁度の減少の程度とは比例関係にある。
【００３５】
他方、図２（ａ）は、淀川から確保した原水を被処理水とし、ＧR値につき１５０ｓ-1、４５０ｓ-1、６５０ｓ-1、１５００ｓ-1とそれぞれ設定し、かつＴR値を５分間まで順次設定した場合を示すが、ＧR・ＴR値を横軸とする図２（ｂ）に示すように、ＧR値が１５０ｓ-1、４５０ｓ-1、６５０ｓ-1の場合には、濁度を左右するＧR・ＴR値の増加量と、粒径０．５〜１．０μｍの微フロック及び懸濁微粒子の減少量は概略比例関係にある。
【００３６】
そして、ＧR値が１５００ｓ-1の場合においても、他の場合に比し、粒径０．５〜１．０μｍの微フロック及び懸濁微粒子の濃度の減少の程度はより大きい状態にあるが、ＴR値が約３．５分に到るまでは、ＧR・ＴR値の増加量と略比例関係にあることに変わりはない。
【００３７】
このような比例関係は、正に、粒径０．５〜１．０μｍの微フロック及び懸濁微粒子の残留量が［数８］式におけるＧR・ＴR値と同様に、沈殿水濁度を左右することを裏付けている。
【００３８】
上記左右の根拠は、粒径０．５〜１．０μｍの微フロック及び懸濁微粒子の量が１．０μｍを超えるフロックよりも明らかに相対量が多く、しかも粒径が小さいために、濁度測定に際し、光の散乱に対する寄与が大きいことを原因として、濁度に対する影響力が極めて大きいことに由来するものと解される。
【００３９】
上記比例関係に基づき、基本構成（１）のプロセス１では、急速攪拌の最終段階における粒径０．５〜１．０μｍの微フロック及び懸濁微粒子の濃度につき必要な所定基準を設定したうえで、このような基準値を充足し得るＧR値の初期値のＧR0値として、殆ど大抵の浄水場において使用可能なＧR値として採用されている１５０ｓ-1〜４５０ｓ-1を設定し、ＴR値の初期値として通常の急速攪拌時間の上限値である５分を設定している。
【００４０】
これに対し、基本構成（２）のプロセス１では、急速攪拌の最終段階における濁度によって必要な所定基準をストレートに設定したうえで、基本構成（１）の場合と同様のＧR値の初期値ＧＲ0を設定し、かつ前記上限値である５分を設定している。
【００４１】
基本構成（１）、（２）のプロセス１では、ＧR1・ＴR1＝ＧR0・５分を充足し、かつ７５ｓ-1を下限値とする最小のＧR1値及び１０分を下限値とするＴR1値を設定している。
【００４２】
ＴR1値の下限値を１０分とする根拠は、既に指摘した先願発明において想定し、かつ設定している急速攪拌時間の上限値である１０分以上の時間を設定することによって更に緩和した攪拌状態を確保することにある。
【００４３】
ＧR0値よりも小さなＧR1値を設定し、かつ通常の使用状態の上限値である５分の２倍以上である最大のＴR1値を設定することは、緩和した急速攪拌強度の下に長期化した急速攪拌時間を採用した場合には、ＧR0・ＴR0＝ＧR1・ＴR1が成立し、ＧR・ＴR値が同一であっても濁度が減少するという経験則に立脚している。
【００４４】
現に、淀川から確保した原水を被処理水とし、かつ急速攪拌槽１において、ＧR値４５０ｓ-1、ＴR値５分の場合と、ＧR値１５０ｓ-1、ＴR値１５分の場合とを対比した場合、図３の各グラフに示すように、双方のＧR・ＴR値が２２５０×６０＝１３５，０００であって等しいにも拘らず、急速攪拌が終了した段階における濁度は、４５０ｓ-1×５分の場合には、０．６４度であるのに対し、１５０ｓ-1×１５分の場合には０．４５度であって、前者に比し後者の方が濁度を相当改良している。
【００４５】
上記改良の根拠は、後者の方がＧR値が小さくかつＴR値が大きい場合の方が緩速攪拌と同様の機能を発揮し、粒径１５μｍ以下の微フロックの残留量を低下させ、粒径１５μｍを超える微フロックに凝集化していることにあるものと解される。
【００４６】
因みに、試験用急速攪拌槽に立脚している図４及び図５のグラフの場合には、ＧR値が１０００ｓ-1を超えた場合には、粒径１５μｍ以上の大型微フロックに対する破壊が生じ得ることは、背景技術の項において指摘したとおりである。
【００４７】
逆に、前記試験用急速攪拌槽の場合においても、ＧR値が１０００ｓ-1以下であるという所定の数値以下の場合には、このような破壊が生ぜず、前記凝集化が促進されることを裏付けている。
【００４８】
そして［数３］の一般式又は［数８］の近似式による微フロック及びフロックの濃度Ｎに即するならば、前記濁度の改良は、当該Ｎを左右する単位体積当たりの微フロック又はフロック粒子の平均容積Φが大きくなることを原因としている。
【００４９】
ＴR1値の下限値は１０分であり、ＧR0値の上限値は４５０ｓ-1である。
【００５０】
したがって、ＧR1値の上限値は４５０×５＝ＧR1×１０によって、２２５ｓ-1である。
【００５１】
ＧR0値の上限値が４５０ｓ-1であるのに対し、ＧR1値の下限値は７５ｓ-1であることから、ＴR1値の上限値は、４５０×５＝７５×ＴR1によって３０分である。
【００５２】
基本構成（１）、（２）において、所定の範囲のＧR値及びＴR値を選択するためにはＴR値の下限値である１０分を前提としたうえで、ＧR値の最大値及びＴR値の最小値を設定することを必要不可欠とする。
【００５３】
基本構成（１）のプロセス２においては、急速攪拌運転を開始してから５分以内に、急速攪拌工程を終了した段階における粒径０．５〜１．０μｍの微フロック及び懸濁微粒子の濃度が減少しないＧR値の上限値であるＧR2´値を検出したうえで、ＧR2´×５分＝ＧR2・ＴR2の関係式によって、最大のＧR2値及び最小のＴR2値を設定しており、基本構成（２）のプロセス２においては、急速攪拌運転を開始してから５分以内に、急速攪拌工程を終了した段階における濁度が増加しないＧR値の上限値であるＧR2´値を検出したうえで、ＧR2´×５分＝ＧR2・ＴR2の関係式によって、最大のＧR2値及び最小のＴR2値を設定している。
【００５４】
前記各上限値ＧR2´値を設定する根拠は、５分という急速攪拌時間の通常の上限値を経た後の急速攪拌工程が終了した段階において粒径０．５〜１．０μｍの微フロック及び懸濁微粒子の濃度が減少しない上限値の検出（基本構成（１）の場合）及び濁度が減少しない上限値の検出（基本構成（２）の場合）は、何れも粒径１５μｍ以上の大型微フロックの破壊を伴わないＧR値の上限値の設定を意味している。
【００５５】
このような場合、前記関係式によってＧR2＝ＧR2´(５/ＴR2)という最大のＧR2値を設定したことは、通常の使用状態において、大型微フロックの破壊を伴わないＧR値の上限値であるＧR2´に対し（５/ＴR2）の比率による最大のＧR2値の場合であっても、大型微フロックの破壊は当然生じ得ないことになる。
【００５６】
のみならず、ＧR2´×５分の場合に比し、ＧR2×ＴR2の場合には、急速攪拌工程の最終段階における濁度を更に低下することができる。
【００５７】
具体的に説明するに、ＧR2´値は、通常４５０ｓ-1を大幅に上回っているが、ＧR値が４５０ｓ-1以上の場合であっても、同一のＧR・ＴR値の場合にＧR値を減少し、ＴR値を増加させた場合の方が急速攪拌工程を終了した段階における濁度が低下することは、ＧR0×５分とＧR1×ＴR1との対比の場合と変わりはない。
【００５８】
現に、図２（ａ）のグラフにおいて、１５００ｓ-1×１．５分の場合と、４５０ｓ-1×５分の場合とを対比した場合、双方はＧR・ＴR値が１３５，０００であって等しいにも拘らず、粒径０．５〜１．０μｍの微フロック及び懸濁微粒子の残留量が、前者の場合には４００，０００個／ｍＬであるのに対し、後者の場合には１５０，０００個／ｍＬであって、後者の方が明らかに小さい状態を呈している。
【００５９】
図２（ａ）のグラフに示すケースにおいては、ＧR値が１５００ｓ-1の場合には、ＴR値が３．５分の段階にて残留状態にある粒径０．５〜１．０μｍの微フロック及び懸濁微粒子が増加に転じている。
【００６０】
上記増加の原因は、大型微フロックの破壊にあるが、上記増加状態は必然的に、濁度の増加をも意味している。
【００６１】
前記の大型微フロックの破壊の原因について更に立ち入って説明するに、図６は、図５と同様に、図４のデータを収集した試験用急速攪拌槽において、ＧR値を１５００ｓ-1に設定したうえで、粒径３０μｍを超える粒子数及びＳＴＲ値（Suction Time Ratio：被処理水と同温・等量の蒸留水を、同一の吸引の程度によって同一の濾紙を吸引させた場合に、被処理水の吸引時間をＴSとし、蒸留水の給水時間をＴVとした場合、ＴS／ＴVによって表現される指標による比率）の変化状態を示す。
【００６２】
粒径３０μｍを超える大型微フロックの減少状態は、図５に示す状態と同一であると共に、ＳＴＲ値はＴR値が増加するにしたがって、順次減少している。
【００６３】
このようなＳＴＲ値の減少は、前記［数３］及び［数８］に示すスモルコウスキーの方程式の一般解及び近似式において無機凝集剤の影響に基づく衝突効率αが減少しており、急速攪拌に伴う大型微フロックの破壊が生ずる一方、上記減少を原因として、当該破壊と同程度の大型微フロックの形成による補給を実現し得ない状況にあることを裏付けている。
【００６４】
したがって、１５００ｓ-1をＧR2´値の検出値と見做すことはできない。
【００６５】
尚、ＴR値を５分とする図４のグラフの場合には、ＧR値が１５００の場合に、濁度は増加する傾向にあるも、粒径０．５〜１．０μｍの微フロック及び懸濁微粒子は減少状態にあり、図２（ａ）のグラフの状態と相違している。
【００６６】
このような相違の主たる原因は、被処理水に含有されている懸濁粒子、特に粒径０．５〜１．０μｍの微フロック及び懸濁微粒子の濃度において図２（ａ）のグラフの場合の方が図４の場合よりも明らかに大きいこと、及び図２（ａ）のグラフの場合には緩速攪拌工程が後続していないのに対し、図４のグラフの場合には後続していることにある。
【００６７】
図２（ａ）のグラフに示すケースにおいては、ＧR値が６５０ｓ-1の場合には、辛うじて５分間の急速攪拌処理によって粒径０．５〜１．０μｍの微フロック及び懸濁微粒子が減少せず、ひいては濁度が増加しない状態にあることから、６５０ｓ−１を上限値GR２´値の検出値と見做すことができる。
【００６８】
最小のＴR2値として下限値の１０分を設定した場合には、図２（ａ）のグラフに示す急速攪拌においては、最大のＧR2値として６５０／２（Ｓ-1）＝３２５ｓ-1を設定することができる。
【００６９】
基本構成（１）、（２）のプロセス３においては、急速攪拌槽１の運転条件として、ＧR1≦ＧR3≦ＧR2、ＴR2≦ＴR3≦ＴR1を充足し、ＧR3・ＴR3≦６００，０００を充足するＧR3値及びＴR3値を選択している。
【００７０】
上記においてＧR3値は、最小のＧR1と最大のＧR2値との範囲内にあり、ＴR3値は、ＴR2値というＴR値の下限値と最大のＴR1値との範囲内にあるが、このような選択によって、適切なＧR値及びＴR値として広範な数値範囲を得ることができる。
【００７１】
ＧR3・ＴR3値に関する前記不等式の根拠は、基本構成（１）、（２）が、通常の急速攪拌におけるＧR・ＴR値と同一のＧR3・ＴR3値を選択することを大前提としていることから、ＧR3・ＴR3≦２０００×５分×６０＝６００，０００の成立を不可欠とすることにある。
【００７２】
これに対し、通常の急速攪拌におけるＧR・ＴR値の下限値は、１５０（ｓ-1）×１分×６０＝９０００であるが、ＧR3・ＴR3値の下限値は、７５×１０×６０＝４５０００であって、上記下限値９０００よりも明らかに大きいことから、特に下限値に関する条件を設定する必要はない。
【００７３】
プロセス３においては、ＧR3値及びＴR3値の選択によって急速攪拌単位における消費エネルギーを節約できる根拠は、以下のとおりである。
【００７４】
既に説明したように、単位時間及び単位体積当たりの急速攪拌槽１における単位時間及び単位体積当たりの急速攪拌に必要なエネルギーＰとＧR値との間には、
【００７５】
【数９】
2018193794.tif 000011
が成立する（但し、μは粘性係数）。
【００７６】
したがって、急速攪拌における急速攪拌時間をも考慮し、かつプロセス３のＧR3値及びＴR3値を選択した場合の消費エネルギーについては、
【数１０】
2018193794.tif 000012
が成立する。
【００７７】
急速攪拌強度として１５０ｓ-1〜２０００ｓ-1の範囲の数値を設定し、かつ急速攪拌時間として１分〜５分の範囲内の数値を設定するという通常の急速攪拌状態におけるＧR値及びＴR値をそれぞれＧR´、ＴR´とした場合には、１５０ｓ-1≦ＧR´≦２０００ｓ-1が成立し、かつ１分≦ＴR´≦５分が成立する以上、９０００≦ＧR´・ＴR´≦６００，０００が成立する。
【００７８】
したがって、ＧR´・ＴR´値の数値範囲は、ＧR3´・ＴR3´値の数値範囲よりも大きい以上、ＧR´・ＴR´値としてGR3値及びＴR3値との間にて、
【数１１】
2018193794.tif 000013
が成立するような状態、即ち、急速攪拌工程が終了した段階において、微フロック及びフロックの濃度Ｎが理論上等しい状態を設定することは当然可能である。
【００７９】
前記の関係式において、ＴR´≦５分＜１０分≦ＴR3が成立することから、ＧR´＞ＧR3が成立している。
【００８０】
したがって、
【数１２】
2018193794.tif 000014
が成立する。
【００８１】
上記不等式からも明らかなように、基本構成（１）、（２）のプロセス３によって選択されたＧR3値、ＴR3値の場合には、同一の濃度Ｎを実現しているＧR´値、ＴR´値による通常の使用の場合に比し、急速攪拌における消費エネルギーを小さい状態とすることができる。
【００８２】
図２（ａ）におけるＧR値が１５００ｓ-1の場合と他の数値の場合との対比からも明らかなように、通常の急速攪拌の状態では、５分以内の急速攪拌時間内において、ＧR値が所定の限度を上回った場合には、大型微フロックの破壊によって急速攪拌の最終段階における粒径０．５〜１．０μｍの微フロック及び懸濁微粒子の残留量の増加、ひいては濁度の増加が生じ得るのに対し、プロセス３によってＧR3値及びＴR3値を選択している基本構成（１）、（２）には、そのような破壊を伴う上記増加はあり得ない。
【００８３】
しかも、上記のような大型微フロックの破壊の有無とは別に、通常の使用状態に比し、同一のＧR・ＴR値であっても、ＧR値を小さくし、かつＴR値を大きく選択していること、具体的には、通常の使用状態において設定されたＧR´値、ＴR´値に対し、ＧR´＞ＧR3、ＴR´＜ＴR3が成立することによって、急速攪拌工程が終了した段階における濁度が減少していることは、既に図２（ａ）及び図３に即して説明したとおりである。
【００８４】
以下、個別の実施形態に即して説明する。
【００８５】
基本構成（１）、（２）においては、フロック化工程の最終段階としてピッチ幅を５ｍｍ以上であって、５０ｍｍ以下であるフロック形成用傾斜板２０を設置し、かつ被処理水が当該傾斜板２０を通過する前の濁度に比し、通過した後の濁度が４/５以下となるように、微フロック化工程を経た段階における無機凝集剤の使用量を限定することを要件及び特徴とする先願発明による実施形態を採用することができる。
【００８６】
このような実施形態を採用した場合には、先願発明と同様に、微細かつ高密度化した微フロックの形成によって、良質な清澄水を得る一方、無機凝集剤の使用に伴う汚泥の発生量を減少させるという効果と共に、本願発明の効果をも達成することができる。
【００８７】
急速攪拌における消費エネルギーであるＰ・ＴRを最小とするためには、プロセス３において、ＧR3値として最小のＧR1値を選択し、ＴR3値として最大のＴR1値を選択することに帰する。
【００８８】
何故ならば、前記Ｐ・ＴRの一般式からも明らかなように、ＧR・ＴR値が一定の場合には、前記消費エネルギーは急速攪拌強度ＧR値に比例するからである。
【００８９】
基本構成（１）、（２）の各プロセス３においてＧR3値、ＴR3値を選択する際に、最も低い濁度となるような選択を行った場合には、その後の浄化処理において適切な被処理水の凝集沈澱を実現することができる。
【００９０】
実際には、図２（ａ）における１５００ｓ-1×１．５分の場合と、４５０ｓ-1×５分の場合との対比、更には図３の４５０ｓ-1×５分と、１５０ｓ-1×１５分との対比を考慮するならば、最も低い濁度の選択とは、実際には消費エネルギーＰ・ＴRを最小とするために、最小のＧR1値の選択を意味するものと解される。
【００９１】
前記のように、１５０ｓ-1〜４５０ｓ-1の範囲内から選択されるＧR0値としてどのような数値を設定するかは、急速攪拌槽における具体的条件によって左右される。
【００９２】
しかしながら、現実にどのような上限が適切であるかを判断するためには、煩雑な実験を必要とする。
【００９３】
このような場合、基本構成（１）、（２）のプロセス１における初期値のGR0値として４５０ｓ-1を設定し、しかもプロセス３において、図３に示すように、ＧR2値として１５０ｓ-1を設定し、しかもＧR3値として１５０ｓ-1を選択し、かつＴR2値として１５分を設定すると共に、ＴR3値として１５分を選択した場合には、殆ど全ての急速攪拌槽に適合すると共に、良好な濁度の確保と、効率的な急速攪拌との両立を実現すると共に、前記のような煩雑な実験を不要とすることができる。
【００９４】
以下、実施例に即して説明する。
【実施例１】
【００９５】
実施例１は、被処理水の量が多くなるにしたがって、ＧR3値を増加し、かつＴR3値を減少し、被処理水の量が減少するにしたがって、ＧR3値を減少し、かつＴR3値を増加することを特徴としている。【００９６】
上記特徴の根拠は、被処理水の増減は必然的に急速攪拌槽１を通過する単位時間当たりの被処理水の増減と合致し、その結果、
【数１３】
2018193794.tif 000015
における急速攪拌槽１の周辺速度ｖを前記増減に合わせて増減し、ひいてはＧR値をも増減する必要があることに立脚している。【００９７】
このような特徴によって、被処理水の増加及び減少に対応して本発明の前記効果を伴いながら、急速攪拌槽１の機能を維持することができる。
【実施例２】
【００９８】
実施例２においては、被処理水の量が多くなるにしたがって、無機凝集剤の使用量を増加し、被処理水の量が減少するにしたがって、無機凝集剤の使用量を減少することを特徴としている。【００９９】
被処理水の量に応じて、無機凝集剤の使用量を調節することは技術常識からも明らかである。【０１００】
更に、既に指摘した
【数１４】
2018193794.tif 000016
（但し、Ａ：ｔ＝０の段階におけるＮの初期値）
という一般式に即するならば、被処理水の増減如何に拘らず、無機凝集剤の使用量の調節によって、衝突効率αを一定状態に維持し、結局、濁度を反映する微フロック及びフロックの濃度Ｎを一定とすることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０１】
本発明は、急速攪拌槽の通常の使用状態に比し、急速攪拌単位におけるエネルギー消費量を節約し、しかもより良好な濁度を確保し得ることから、殆ど全ての被処理水の凝集沈澱処理に利用することができる。
【符号の説明】
【０１０２】
１    急速攪拌槽
２    沈殿池
２０  傾斜板
３    粗粒ろ過池
４    砂ろ過池
【図１】
2018193794.tif 000019
【図２】
2018193794.tif 000020
【図３】
2018193794.tif 000021
【図４】
2018193794.tif 000022
【図５】
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【図６】
2018193794.tif 000024
【国際調査報告】
2018193794.tif 000025
2018193794.tif 000026
2018193794.tif 000027
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