(57)【要約】  沈降性評価装置は、原水を収容するビーカー（４）と、ビーカー（４）の底部から原水を連続的に採水して送水する採水管（１２）と、送水された原水中の粒子数を測定する微粒子計測器（２）とを備える。最適添加量算出装置は、前記各部と、静置期間における大きな粒径範囲および小さな粒径範囲の粒子数の変化量と、静置期間における小さな粒径範囲の粒子数の平均値と、急速攪拌期間中の１分以上経過後以降における大きな粒径範囲の粒子数の変化量とを演算部（１ａ）で演算し、演算結果と凝集剤および凝集補助剤の少なくとも一方の添加量とに基づいて最適添加量算出部（１ｂ）で最適添加量を算出する。
2013008520.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子を含む原水中における粒子の沈降性を評価する沈降性評価装置であって、
前記原水を収容するための容器と、
前記容器の底部から前記原水を連続的に採水して送水するための採水管と、
前記採水管によって送水された原水中の粒子数を測定するための粒子数測定器とを備えることを特徴とする沈降性評価装置。
【請求項２】
請求項１に記載の沈降性評価装置であって、
容器内の原水に凝集剤が添加された後、容器内の原水を相対的に速い攪拌速度で急速攪拌し、次に、急速攪拌の攪拌速度よりも相対的に遅い攪拌速度で容器内の原水を緩速攪拌し、その後は、攪拌を停止して容器内の原水を静置する攪拌部と、
前記急速攪拌時および前記緩速攪拌時には、前記粒子数測定器で粒子数の測定がなされた原水を前記容器内に返水し、その後の静置時には、返水を停止する返水部と、
前記静置を開始した時点から前記容器内の原水の水位が容器の底部まで低下して前記粒子数測定器への送水がなされなくなる時点までの静置期間における、前記粒子数測定器で測定された粒子数の変化量を演算する演算部とをさらに備えることを特徴とする沈降性評価装置。
【請求項３】
請求項２に記載の沈降性評価装置であって、
前記粒子数測定器は、下限値が１μｍ以上である第１の粒径範囲の粒子数を少なくとも測定し、
前記演算部は、前記静置期間における前記粒子数測定器で測定された前記第１の粒径範囲の粒子数の時間的な変化量を演算することを特徴とする沈降性評価装置。
【請求項４】
請求項３に記載の沈降性評価装置であって、
前記粒子数測定器は、前記第１の粒径範囲より大きい第２の粒径範囲の粒子数をさらに測定し、
前記演算部は、前記静置期間における前記粒子数測定器で測定された前記第２の粒径範囲の粒子数の時間的な変化量をさらに演算することを特徴とする沈降性評価装置。
【請求項５】
請求項４に記載の沈降性評価装置であって、
前記演算部は、前記静置期間における前記粒子数測定器で測定された前記第１の粒径範囲の粒子数の平均値をさらに演算することを特徴とする沈降性評価装置。
【請求項６】
請求項５に記載の沈降性評価装置であって、
前記演算部は、前記急速攪拌の開始から１分間以上経過した時点から前記急速攪拌の終了時点までの期間における前記粒子数測定器で測定された前記第２の粒径範囲の粒子数の時間的な変化量をさらに演算することを特徴とする沈降性評価装置。
【請求項７】
請求項６に記載の沈降性評価装置であって、
前記演算部は、前記静置期間における前記粒子数測定器で測定された前記第２の粒径範囲の粒子数の平均値をさらに演算することを特徴とする沈降性評価装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の沈降性評価装置であって、
前記容器の底面は、逆円錐形となっており、
前記採水管は、前記容器の底面における逆円錐形の頂点部分に接続されていることを特徴とする沈降性評価装置。
【請求項９】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の沈降性評価装置であって、
前記容器の底面は、逆円錐面部と、該逆円錐面部の上側に設けられた逆円錐台面部とを含み、
前記採水管は、前記逆円錐面部の頂点部分に接続されており、
前記逆円錐台面部の勾配が、前記逆円錐面部の勾配より緩いことを特徴とする沈降性評価装置。
【請求項１０】
凝集剤および凝集補助剤の少なくとも一方の最適添加量を算出する最適添加量算出装置であって、
複数の容器を備える請求項６に記載の沈降性評価装置と、
前記複数の容器内の原水に添加された凝集剤および凝集補助剤の少なくとも一方の添加量と、前記演算部で演算された、各容器内の原水の（１）前記静置期間における前記第２の粒径範囲の粒子数の時間的な変化量と、（２）前記静置期間における前記第１の粒径範囲の粒子数の時間的な変化量と、（３）前記静置期間における前記第１の粒径範囲の粒子数の平均値と、（４）前記急速攪拌の開始から１分間以上経過した時点から前記急速攪拌の終了時点までの期間における前記第２の粒径範囲の粒子数の時間的な変化量とに基づいて、凝集剤および凝集補助剤の少なくとも一方の最適添加量を算出する最適添加量算出部とを備えることを特徴とする最適添加量算出装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の最適添加量算出装置であって、
前記演算部は、前記静置期間における前記粒子数測定器で測定された前記第２の粒径範囲の粒子数の平均値をさらに演算するものであり、
前記最適添加量算出部は、前記複数の容器内の原水に添加された凝集剤および凝集補助剤の少なくとも一方の添加量と、前記演算部で演算された、各容器内の原水の（１）前記静置期間における前記第２の粒径範囲の粒子数の時間的な変化量と、（２）前記静置期間における前記第１の粒径範囲の粒子数の時間的な変化量と、（３）前記静置期間における前記第１の粒径範囲の粒子数の平均値と、（４）前記急速攪拌の開始から１分間以上経過した時点から前記急速攪拌の終了時点までの期間における前記第２の粒径範囲の粒子数の時間的な変化量と、（５）前記静置期間における前記第２の粒径範囲の粒子数の平均値とに基づいて、凝集剤および凝集補助剤の少なくとも一方の最適添加量を算出するものであることを特徴とする最適添加量算出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、懸濁粒子などの粒子を含む原水（河川の水、下水、使用済み工業用水など）中における粒子の沈降性を評価する沈降性評価方法および沈降性評価装置に関し、特にジャーテスト（凝集反応試験）に有用な沈降性評価装置に関する。ジャーテストとは、水処理施設において原水の中に含まれる懸濁粒子を凝集させて沈澱させるために凝集剤を凝集池内の原水に添加する前に、原水への凝集剤の添加量を決定するために、サンプリングした原水に対して凝集剤又は凝集剤と凝集補助剤との両方を種々の添加量で添加して、懸濁粒子が凝集して原水中の粒子の沈降性が良好な状態となっているかを評価するものである。また、本発明は、上記沈降性評価装置を用いて原水への凝集剤および凝集補助剤の少なくとも一方の最適添加量を算出する最適添加量算出装置にも関する。
【背景技術】
【０００２】
水処理施設においては、河川の水、下水、使用済み工業用水などの原水の中に含まれる懸濁粒子を取り除きたいという要求がある。一般に、原水には、様々な粒径の粒子が含まれており、それら粒子のうちで粒径１μｍ以下のような微小な粒子（コロイド粒子）は、沈澱せず、懸濁粒子（浮遊物質とも呼ばれる）として浮遊している。そのため、水処理施設では、一般に、まず、凝集池（急速混和池・粒子形成池とも呼ばれる）で、原水に対して、凝集剤（ポリ塩化アルミニウム（以下「ＰＡＣ」と略記する）など）を添加し、さらに必要に応じて凝集補助剤（例えば、ソーダ灰と呼ばれる炭酸ナトリウム、苛性ソーダと呼ばれる水酸化ナトリウム、および凝集促進剤と呼ばれるベントナイトなど）を事前に添加することにより、原水中に含まれる懸濁粒子をより効率良く凝集させて（互いに結合させて）沈降し易い大きな粒子に変える。次に、原水を凝集池から沈澱池に移して粒子を沈降させることで、固液分離により懸濁粒子を除去している。【０００３】
凝集剤の添加量が適切な量より少ない場合、懸濁粒子が十分に凝集しないため、沈澱池において粒子が十分に沈降できない。一方、凝集剤の添加量が適切な量より多い場合にも、凝集不良が生じることに加えて、凝集剤の使用量が増大するためにコストが嵩む。また、原水中の粒子の沈降性は、原水に含まれる懸濁粒子の量、原水のｐＨ、原水の温度などの種々の要素にも左右される。よって、凝集剤の最適量は、凝集補助剤の最適量にも互いに影響を及ぼし、さらには、原水の採水場所、天候、時間帯、季節などによって、絶えず変化する。【０００４】
このように多様に変化する原水に対して、一般には、凝集池の原水へ凝集補助剤および凝集剤を添加するに当たり、事前に原水をサンプリングし、異なる添加量の凝集補助剤および凝集剤を用いて添加し、原水中の粒子の沈降性が良好な状態（懸濁粒子が凝集することによって、沈降性の良い粒子が多量に生成している状態）となっているかを感度分析するジャーテストが行われている。【０００５】
水処理施設で行われている一般的なジャーテストの概要について、以下に説明する。まず、複数個（例えば６個）のビーカーに規定量の原水をサンプリングし、凝集補助剤および凝集剤をそれぞれ異なる量で添加する。次に、各ビーカー内の原水を急速攪拌（緩速攪拌よりも攪拌機の回転速度が速い）した後、緩速攪拌（急速攪拌よりも攪拌機の回転速度が遅い）する。急速緩速を行う時間および緩速攪拌を行う時間、さらに急速攪拌時の回転速度および緩速攪拌時の回転速度は、水処理施設の運用により違いがあり、各施設の凝集池や沈澱池の特性に合わせて、例えば、１〜１０分程度に、それぞれ設定される。最後に、緩速攪拌の終了後、粒子を沈降させるために静置し、試験者が、粒子の生成状況および沈降状況を目視観察し、観察結果を参考にして凝集補助剤および凝集剤の最適な添加量を決定する。【０００６】
上記従来のジャーテストを実施する装置として、例えば、複数個のビーカーと、これらビーカーの内容物を攪拌するための複数個の攪拌機（攪拌羽根および攪拌シャフト）と、攪拌機の回転速度を表示する表示部と、凝集剤などを含む薬液をビーカーに注入するための複数個の２段薬液注入装置と、ビーカーの底面を照明する底面照明装置と、ビーカーの背面を照明する背面照明装置とを備え、急速撹拌時間、緩速撹拌時間、および静置時間をタイマー制御できるジャーテスター（試水凝集反応装置）が、株式会社宮本製作所から市販されている（非特許文献１参照）。【０００７】
しかしながら、上記従来のジャーテスターは、粒子の沈降性の評価を試験者の目視観察のみに頼っており、評価結果に試験者の過失誤差（観測者の個性に起因する誤差）の介入が避けられず、正しく評価を得ることが難しい。また、上記従来のジャーテスターは、目視観測に依存することから、凝集不良などに起因して、粒子が生成され難い場合は、評価対象となる粒子そのものが目視観察できずに、適切な評価がし難くなる。【０００８】
さらに、上記従来のジャーテストは、ビーカーの鉛直方向中央部より上方に存在する上澄み液をサンプリング対象としている。よって、上記従来のジャーテストの評価の視点は、「汚れた水が、如何に綺麗に清涼となったか？」について、目視的に差分評価する点にあり、良好な粒子が如何に沈澱したかという観点にはない。よって、上記従来のジャーテストは、ビーカー鉛直方向中央部より下方で堆積した沈澱水の懸濁粒子に、興味は無い点に特徴がある（非特許文献２参照）。【０００９】
次に、「オート・ジャーテスター」という名称の凝集沈澱試験装置が、荏原エンジニアリングサービス株式会社から販売されている（特許文献１参照）。【００１０】
上記凝集沈澱試験装置は、まず、４個の試験容器にそれぞれ原水を採取し、次々に高速で攪拌しながら各試験容器内の原水に対して凝集剤又は凝集剤と凝集補助剤との両方を所定量添加混合した後、高速回転の後、低速回転で所定時間攪拌し、所定時間静置する。そして、上記凝集沈澱試験装置は、水面下の所定の位置から上澄み液を採水して上澄み液の濁度を測定し、測定結果を浄水施設の薬品注入率制御へ自動的にフィードバックする。【００１１】
また、「凝集アナライザー」という名称の凝集剤注入率の決定装置がメタウォーター株式会社から販売されている（特許文献２参照）。【００１２】
上記凝集剤注入率の決定装置は、比較的大きい粒子、例えば、粒径３〜７μｍの粒子を良い粒子とみなし、凝集剤を注入して急速攪拌した際に粒子の生成が速やかに始まる場合を良い凝集状態（粒子生成状態）とみなすことを判定基準とする。上記凝集剤注入率の決定装置は、４個の試験用水槽を原水で満たした後、攪拌器で攪拌を行いながら、各試験用水槽内の原水に対して異なる注入量の凝集剤を注入し、凝集により生成した粒子の平均粒径を検出器で測定し、表示器に表示する。そして、上記凝集剤注入率の決定装置は、粒子の平均粒径の増大が見られ始める時間（粒子成長開始時間）および粒子の平均粒子数が増加し始める時間（粒子増加開始時間）の少なくとも一方を集塊化開始時間として測定し、集塊化開始時間から適正な凝集剤注入率を演算する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開平２−１１４１７８号公報
【特許文献２】特開２００９−６７２号公報
【非特許文献】
【００１４】
【非特許文献１】株式会社宮本製作所、「ジャーテスター(試水凝集反応装置)MＪＳシリーズ」、［online］、２００６年６月２９日、［２０１０年５月１６日検索］、インターネット〈URL：http://www.miyamoto-co.com/MJS.pdf〉
【非特許文献２】津野洋・西田薫著、「環境衛生工学（テキストシリーズ土木工学７）」、初版、共立出版株式会社、１９９５年６月２０日、ｐ．７５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、特許文献１の薬品注入率制御装置のような濁度の計測に基づく装置では、微小粒子（懸濁粒子）が多量に存在する状態と、大型の粒子が少量存在する状態とが生じた場合に、両者を同程度の濁度として計測してしまい、区別することが極めて難しい。本来両者における原水中の粒子の沈降性は、前者よりも後者の方で良いと評価すべきものである。したがって、両者を明瞭に区別することができない濁度の計測に基づく上記薬品注入率制御装置では、原水中の粒子の沈降性を正確に評価できない。【００１６】
また、特許文献１の薬品注入率制御装置は、原水の水面近くの高さから上澄み液を採水するため、計測用に採水される原水の量が少ない。例えば、仮に原水の中央付近の高さから採水したと仮定した場合、計測用に採水される原水の量は、原水の全量の半分程度となる。より具体的には、例えば、試験容器の容量が１０００ｍＬであり、試験容器が原水で満たされているとすれば、原水の全量が約１０００ｍＬであるのに対し、計測用に採水される原水の量は、約５００ｍＬ程度となる。計測用に採水される原水の量が少ないことは、計測精度の低下を招く。また、本願発明者の検討によれば、清涼な上澄み液を用いて、沈降性を評価するよりは、むしろ、重厚な粒子が多く存在する底部水も併せて計測および評価する手法の方が計測精度も向上すると考えられる。【００１７】
また、特許文献２の凝集剤注入率の決定装置は、凝集剤を注入してから粒子の形成が始まるまでの時間を計測しているので、粒子の形成が始まった以降、沈降に至る過程の粒子の挙動を無視している。そのため、水中の粒子の沈降性を正確に評価することはできない。【００１８】
また、特許文献２の薬品注入率制御装置は、特許文献２の図２に示されているように、試験容器（試験用水槽）の鉛直方向中央付近から原水を採水して粒子の平均粒径および平均粒子数を計測している。そのため、計測用に使用される原水の採水範囲は、採水部付近に限定されることとなり、系統誤差（測定装置の特性などに起因する誤差）の誘発は避け難い。一方、この採水に関する偏りを回避するために、採水流量を増加させて、より広範囲の採水を試みることや、攪拌強度を増大させ、試験容器内のさらなる均一化を図る、などの方法も考えられる。しかしながら、前者の方法では微粒子測定の精度に関連する設定流量の上限値が必ず存在し、不用意に大きく出来ない。また、後者の方法に関しては、本願発明者の検討によれば、攪拌強度の増大により、一度生成した粒子を再び破壊してしまう現象も観察されている。よって、採水の箇所とその方法については、十分に留意しないと、計測精度の低下を招くことが懸念される。【００１９】
また、特許文献１と同様に試験容器の鉛直方向中央部から、採水するという発想は、旧来のジャーテストに習わしに準じた「汚れた水が如何に綺麗になったか？」にあり、その着眼点は上澄み液に含まれる懸濁粒子の時間的な差違によって測定する、という点に準ずる。本来、沈降性という比較的、測定に時間を要する現象に対して、試験容器中央部より上方に存在する原水（上澄み液）という限定されたサンプリング（採水）だけで、生成した粒子の評価を行うことは、計測精度の向上という観点からは、望ましい手法と言い難い。【００２０】
本発明は、上記従来の問題に鑑み、為されたものであり、その目的は、原水に凝集剤又は凝集剤と凝集補助剤との両方を添加した時などに、原水中における粒子の沈降性を高精度および高信頼性で定量的に評価することができる沈降性評価装置、および、その沈降性評価装置を用いて凝集剤および凝集補助剤の少なくとも一方の最適添加量を良好な精度および高信頼性で算出することができる最適添加量算出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明に係る沈降性評価装置は、上記の課題を解決するために、粒子を含む原水中における粒子の沈降性を評価する沈降性評価装置であって、前記原水を収容するための容器と、前記容器の底部から前記原水を連続的に採水して送水するための採水管と、前記採水管によって送水された原水中の粒子数を測定するための粒子数測定器とを備えることを特徴としている。【００２２】
上記構成によれば、粒子数測定器による測定結果に基づいて原水中の粒子の沈降性を評価でき、従来の目視によるジャーテストのように評価結果に試験者の個人誤差が介入することがないので、原水中における粒子の沈降性を定量的にかつ正確に評価することができる。【００２３】
また、上記構成によれば、容器の底部から原水を採水管で連続的に採水して粒子数測定器による原水中の粒子数の測定を行う点に大きな特徴がある。本願発明者の検討によれば、ジャーテストにおける急速攪拌後の緩速攪拌中の試験容器内において、すでに沈降性の良い重厚な粒子は試験容器内下方に、一方、沈降性の劣る軽微な粒子は試験容器内の上方に、集まる性質を有する。この新しい着眼点に基づき、容器の底部から原水を採水管で連続的に採水し、この試験容器内に発生した懸濁粒子の鉛直方向の分布特性を計測することで、その計測結果を、それら懸濁粒子の沈降特性として、取り扱うことが可能となる。したがって、特許文献１および２のように、上澄み液の懸濁粒子の挙動に注目した評価手法で問題と考えられる、試験水の上澄み液という限定されたサンプルを用いて評価する問題、さらには、試験容器鉛直方向中央部からサンプリングすることにより生じる系統誤差（測定装置の特性などに起因する誤差）に関する問題を解消することが可能となり、高精度で、かつ信頼性の高い懸濁粒子の沈降性の評価を行うことができる。【００２４】
本発明に係る沈降性評価装置は、容器内の原水に凝集剤又は凝集剤と凝集補助剤との両方が添加された後、容器内の原水を相対的に速い攪拌速度で急速攪拌し、次に、急速攪拌の攪拌速度よりも相対的に遅い攪拌速度で容器内の原水を緩速攪拌し、その後は、攪拌を停止して容器内の原水を静置する攪拌部と、前記急速攪拌時および前記緩速攪拌時には、前記粒子数測定器で粒子数の測定がなされた原水を前記容器内に返水し、その後の静置時には、返水を停止する返水部と、前記静置を開始した時点から前記容器内の原水の水位が容器の底部まで低下して前記粒子数測定器への送水がなされなくなる時点までの静置期間における、前記粒子数測定器で測定された粒子数の時間的な変化量を演算する演算部とをさらに備えることが好ましい。【００２５】
上記構成によれば、急速攪拌することによって原水と、凝集剤又は凝集剤と凝集補助剤との両方とが混合され、速やかに凝集が開始される。その後、容器内の原水を緩速攪拌することによって、凝集により生成した粒子が壊れることなく、より大きく成長する。そして、急速攪拌および緩速攪拌の後の静置期間にあっては、返水停止状態を保持し、採水された原水中の粒子数の時間的な変化量を粒子数測定器で測定し、沈降性の評価指標を得ることとなる。この静置期間における粒子数の時間的な変化量は、容器内の懸濁粒子数の鉛直分布を示すもので、沈降能力が高く底部に沈降する大型粒子は、その単位時間当たりの変化量は静置前後で減少し、一方、沈降能力が低く上層部へ浮遊するコロイド粒子（微小粒子）は、その単位時間当たりの変化量は静置前後で増加する性質を、それぞれ明瞭に指し示す。これにより、容器内の原水中における粒子の沈降能力に関する沈降性評価を行うことができる。【００２６】
前記粒子数測定器は、下限値が１μｍ以上である第１の粒径範囲の粒子数を少なくとも測定し、前記演算部は、前記静置期間における前記粒子数測定器で測定された前記第１の粒径範囲の粒子数の時間的な変化量を演算することが好ましい。【００２７】
上記構成によれば、静置期間における下限値が１μｍ以上である第１の粒径範囲の粒子数の時間的な変化量を沈降性の評価指標として得ることができる。ここで、下限値が１μｍ以上である第１の粒径範囲の粒子は、難沈降性を示すコロイド粒子に類似した粒子を含んだ粒径範囲の粒子である。この静置期間における第１の粒径範囲の粒子数の時間的な変化量は、容器内の第１の粒径範囲の粒子数の鉛直分布を示すものであり、沈降能力が低く上層部へ浮遊するコロイド粒子が多ければ、この計測値の時間的な変化量は増加する。これにより、容器内の原水中におけるコロイド粒子を含んだ第一の粒径範囲の粒子の沈降能力に関する沈降性評価を行うことができる。【００２８】
前記粒子数測定器は、前記第１の粒径範囲より大きい第２の粒径範囲の粒子数をさらに測定し、前記演算部は、前記静置期間における前記粒子数測定器で測定された前記第２の粒径範囲の粒子数の時間的な変化量をさらに演算することが好ましい。【００２９】
上記構成によれば、第１の粒径範囲より大きい第２の粒径範囲の粒子数の時間的な変化量を沈降性の評価指標として得ることができる。ここで、第２の粒径範囲の粒子は、比較的良好な沈降性を示す粒子である。この静置期間における第２の粒径範囲の粒子数の時間的な変化量は、容器内の第２の粒径範囲の粒子数の鉛直分布を示すのであり、沈降能力が高く底部に沈降する粒子が多ければ、この計測値の時間的な変化量は減少する。これにより、容器内の原水中における粒子径の大きな第２の粒径範囲の粒子の沈降能力に関する沈降性評価を行うことができる。また、上記構成では、粒子数測定器は、粒径を２種類以上の粒径範囲に分類（および仕分け）した上で、各粒径範囲の（単位流量中に含まれる）粒子数を計測することができる。粒子の大きさによって沈降性が変化することから、このようにして複数の粒径範囲ごとに粒子数を測定することは、評価の精度あるいは信頼性の向上に、効果的に寄与する。【００３０】
前記演算部は、前記静置期間における前記粒子数測定器で測定された前記第１の粒径範囲の粒子数の平均値をさらに演算することが好ましい。【００３１】
上記構成によれば、静置期間における第１の粒径範囲の粒子数の平均値を沈降性の評価指標として得ることができる。この静置期間における第１の粒径範囲の粒子数の平均値は、容器内の第１の粒径範囲の粒子数の絶対量を示すので、凝集剤の添加によるコロイド粒子に類似した粒子の生成量が多ければ、その計測値は大きくなる。したがって、容器内の原水中における難沈降性と判断できる粒子の生成量に関する沈降性評価を行うことができる。【００３２】
前記演算部は、前記急速攪拌の開始から１分間以上経過した時点から、前記急速攪拌の終了時点までの期間における前記粒子数測定器で測定された前記第２の粒径範囲の粒子数の時間的な変化量をさらに演算することが好ましい。【００３３】
上記構成によれば、急速攪拌の開始から１分間以上経過した時点から、急速攪拌の終了時点までの期間における第２の粒径範囲の粒子数の時間的な変化量を、生成した粒子の脆弱性の評価指標として得ることができる。一般的に、原水に対して凝集剤又は凝集剤と凝集補助剤との両方を所定量添加混合した後、それらの凝集は、急速攪拌の開始から１〜２分間経過した時点で活発に反応する。しかしながら、本願発明者の検討によれば、生成した粒子の結合性が脆弱な場合には、およそ１〜２分間経過後、それ以降で継続される急速攪拌により、第２の粒径範囲の粒子数の減少が見受けられ、およそ１〜２分間経過時に最大値を得るような経時変化を呈する。したがって、上記構成によれば、凝集開始後の急速攪拌中に生成された第２の粒径範囲の粒子の脆弱性は、急速攪拌の開始から１〜２分間経過した時点で得た第２の粒径範囲の粒子数と急速攪拌終了時に得た第２の粒径範囲の粒子数との相違を比較することにより、得られる。すなわち、時間経過に伴い減少に転じた場合は、第２の粒径範囲の粒子の脆弱性が認められ、一方増加に転じた場合は、その脆弱性は認められず、強靱な粒子の生成がなされたと判断できる。したがって、容器内の原水中における生成した粒子の脆弱性の評価を行うことができる。【００３４】
前記演算部は、前記静置期間における前記粒子数測定器で測定された前記第２の粒径範囲の粒子数の平均値（時間平均値）をさらに演算することが好ましい。【００３５】
上記構成によれば、静置期間における第２の粒径範囲の粒子数の平均値を粒子の沈降性の評価指標として得ることができる。この静置期間における第２の粒径範囲の粒子数の平均値は、容器内の第２の粒径範囲の粒子数の絶対量を示すので、容器内における易沈降性の大きな粒子の生成量が多ければ、その平均値は大きくなる。したがって、この平均値を用いて、容器内の原水中における易沈降性と判断できる粒子の生成量に関する沈降性評価を行うことができる。【００３６】
前記容器の底面は、逆円錐形となっており、前記採水管は、前記容器の底面における逆円錐形の頂点の先端部分に接続されていてもよい。【００３７】
上記構成によれば、採水時に容器底部の粒子が、その自重と円錐面で形成された傾斜によって、採水管へ向かって速やかに移動し、粒子数測定器へ送られるので、容器内の粒子を漏れなく採水し、測定の対象とすることができる。したがって、より精度と信頼性の高い沈降性評価が可能となる。【００３８】
前記容器の底面は、逆円錐台面部と、該逆円錐台面部の下側に設けられた逆円錐面部とを含み、前記採水管は、前記逆円錐面部の頂点部分に接続されており、前記逆円錐台面部の勾配（水平面に対する傾斜）が、前記逆円錐面部の勾配より緩いことが好ましい。【００３９】
上記構成によれば、逆円錐面部より緩い勾配を持つ逆円錐台面部が容器の底面に設けられているので、容器の底面まで沈降したフロックが、採水管内へ取り込まれず、逆円錐台面部上に堆積する。これにより、フロックが沈降し容器の底面上に堆積していく堆積状況を作業員が容易に視認することが可能となる。【００４０】
本発明に係る最適添加量算出装置は、凝集剤および凝集補助剤の少なくとも一方の最適添加量を算出する最適添加量算出装置であって、複数の容器を備える前記の沈降性評価装置と、前記複数の容器内の原水に添加された凝集剤および凝集補助剤の少なくとも一方の添加量と、前記演算部で演算された、各容器内の原水の（１）前記静置期間における前記第２の粒径範囲の粒子数の時間的な変化量と、（２）前記静置期間における前記第１の粒径範囲の粒子数の時間的な変化量と、（３）前記静置期間における前記第１の粒径範囲の粒子数の平均値と、（４）前記急速攪拌の開始から１分間以上経過した時点から前記急速攪拌の終了時点までの期間における前記第２の粒径範囲の粒子数の時間的な変化量と、に基づいて、凝集剤および凝集補助剤の少なくとも一方の最適添加量を算出する最適添加量算出部とを備えることを特徴としている。【００４１】
本発明に係る最適添加量算出装置は、本発明に係る沈降性評価装置によって演算された少なくとも４種類の沈降性評価指標に基づいて凝集剤および凝集補助剤の少なくとも一方の最適添加量を算出するので、凝集剤および凝集補助剤の少なくとも一方の最適添加量を良好な精度および高い信頼性で算出することができる。【００４２】
本発明に係る最適添加量算出装置は、凝集剤および凝集補助剤の少なくとも一方の最適添加量を算出する最適添加量算出装置であって、複数の容器を備える前記の沈降性評価装置と、前記複数の容器内の原水に添加された凝集剤および凝集補助剤の少なくとも一方の添加量と、前記演算部で演算された、各容器内の原水の（１）前記静置期間における前記第２の粒径範囲の粒子数の時間的な変化量と、（２）前記静置期間における前記第１の粒径範囲の粒子数の時間的な変化量と、（３）前記静置期間における前記第１の粒径範囲の粒子数の平均値と、（４）前記急速攪拌の開始から１分間以上経過した時点から前記急速攪拌の終了時点までの期間における前記第２の粒径範囲の粒子数の時間的な変化量と、（５）前記静置期間における前記第２の粒径範囲の粒子数の平均値とに基づいて、凝集剤および凝集補助剤の少なくとも一方の最適添加量を算出する最適添加量算出部とに基づいて、凝集剤および凝集補助剤の少なくとも一方の最適添加量を算出する最適添加量算出部とを備えることを特徴としている。【００４３】
上記構成によれば、本発明に係る沈降性評価装置によって演算された少なくとも５種類の沈降性評価指標に基づいて凝集剤および凝集補助剤の少なくとも一方の最適添加量を算出するので、凝集剤および凝集補助剤の少なくとも一方の最適添加量をさらに良好な精度およびさらに高い信頼性で算出することができる。
【発明の効果】
【００４４】
以上のように、本発明によれば、原水に凝集剤又は凝集剤と凝集補助剤との両方を添加した時などに、原水中における粒子の沈降性を高精度および高信頼性で定量的に評価することができる沈降性評価装置、および、凝集剤および凝集補助剤の少なくとも一方の最適添加量を良好な精度および高い信頼性で算出することができる最適添加量算出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施の一形態に係る最適添加量算出装置（沈降性評価装置を含む）を示す概略図である。
【図２】図１に示す最適添加量算出装置が備える微粒子計測器の構成を示す概略図である。
【図３】図１に示す最適添加量算出装置が備える微粒子計測器における計測原理を説明するための図であり、受光量の減衰率の変化とその変化量から粒子径の大きさを判定する一例を示すグラフである。
【図４】本発明の実施の一形態における沈降性評価の原理を説明するための図であり、急速攪拌期間、緩速攪拌期間、および静置期間の各々における、微粒子計測器で計測された粒子数の変化の例を示すと共に、各期間における採水、計測、および返水（排水）の様子を模式的に示すグラフである。
【図５】本発明の実施の一形態における沈降性評価の原理を説明するための図であり、ビーカー内の粒子数の鉛直分布の例を示すグラフである。
【図６】本発明の実施の一形態に係る凝集剤および凝集補助剤の少なくとも一方の最適添加量算出方法の流れを示すフローチャートである。
【図７】本発明の他の実施の形態に係る最適添加量算出装置のビーカーおよびその周辺部分を示す概略図である。
【図８】本発明の実施例１における、微粒子計測器で計測された粒径２μｍ以上５μｍ未満の粒子数の経時変化を示すグラフである。
【図９】本発明の実施例１における、微粒子計測器で計測された粒径５μｍ以上１０μｍ未満の粒子数の経時変化を示すグラフである。
【図１０】本発明の実施例１における、微粒子計測器で計測された粒径１０μｍ以上の粒子数の経時変化を示すグラフである。
【図１１】比較例１における、微粒子計測器で計測された粒径２μｍ以上５μｍ未満の粒子数の経時変化を示すグラフである。
【図１２】比較例１における、微粒子計測器で計測された粒径５μｍ以上１０μｍ未満の粒子数の経時変化を示すグラフである。
【図１３】比較例１における、微粒子計測器で計測された粒径１０μｍ以上の粒子数の経時変化を示すグラフである。
【図１４】本発明の実施例２における、微粒子計測器で計測された粒径２μｍ以上５μｍ未満の粒子数の経時変化を示すグラフである。
【図１５】本発明の実施例２における、微粒子計測器で計測された粒径５μｍ以上１０μｍ未満の粒子数の経時変化を示すグラフである。
【図１６】本発明の実施例２における、微粒子計測器で計測された粒径１０μｍ以上の粒子数の経時変化を示すグラフである。
【図１７】本発明の実施例２における、微粒子計測器で計測された３種類の粒径範囲の粒子数の、静置期間における変化量を示すグラフである。
【図１８】本発明の実施例３における、微粒子計測器で計測された粒径２μｍ以上５μｍ未満の粒子数の経時変化を示すグラフである。
【図１９】本発明の実施例３における、微粒子計測器で計測された粒径５μｍ以上１０μｍ未満の粒子数の経時変化を示すグラフである。
【図２０】本発明の実施例３における、微粒子計測器で計測された粒径１０μｍ以上の粒子数の経時変化を示すグラフである。
【図２１】本発明の実施例３における、微粒子計測器で計測された３種類の粒径範囲の粒子数の、静置期間における変化量を示すグラフである。
【図２２】本発明の実施例４における、微粒子計測器で計測された粒径２μｍ以上５μｍ未満の粒子数の経時変化を示すグラフである。
【図２３】本発明の実施例４における、微粒子計測器で計測された粒径５μｍ以上１０μｍ未満の粒子数の経時変化を示すグラフである。
【図２４】本発明の実施例４における、微粒子計測器で計測された粒径１０μｍ以上の粒子数の経時変化を示すグラフである。
【図２５】本発明の実施例４における、微粒子計測器で計測された３種類の粒径範囲の粒子数の、静置期間における変化量を示すグラフである。
【図２６】本発明のさらに他の実施の形態に係る最適添加量算出装置のビーカーおよびその周辺部分を示す概略図である。
【図２７】本発明のさらに他の実施の形態に係る凝集剤および凝集補助剤の少なくとも一方の最適添加量算出方法の流れを示すフローチャートである。
【図２８】本発明の実施例５における、微粒子計測器で計測された粒径２μｍ以上７μｍ未満の粒子数の経時変化を示すグラフである。
【図２９】本発明の実施例５における、微粒子計測器で計測された粒径１０μｍ以上の粒子数の経時変化を示すグラフである。
【図３０】本発明の実施例５における、演算部で演算された、静置期間における粒径２μｍ以上７μｍ未満の粒子数の単位時間当たり変化量、静置期間における粒径１０μｍ以上の粒子数の単位時間当たり変化量、および急速攪拌開始から１．５分間が経過した時点から急速攪拌終了時点までの期間Ａにおける粒径１０μｍ以上の粒子数の単位時間当たり変化量を示すグラフである。
【図３１】本発明の実施例５における、演算部で演算された、静置期間における粒径２μｍ以上７μｍ未満の粒子数の平均値、および静置期間における粒径１０μｍ以上の粒子数の平均値を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
〔実施の形態１〕
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて詳細に説明する。
【００４７】
図１に、本実施形態に係る最適添加量算出装置の概略図を示す。本実施形態に係る最適添加量算出装置は、４つの基本構成部、すなわち、データ収集・解析部１と、微粒子計測器（粒子数測定器）２を含む微粒子計測部と、攪拌制御部３を含む攪拌部と、河川の水、下水、使用済み工業用水などの粒子を含む原水を収容するための６個のビーカー４とを備えている。ビーカー４の底面は、平面である。なお、ビーカー４の数は、６個に限定されるものでなく、８個、１２個などとしても良い。
【００４８】
本実施形態に係る最適添加量算出装置は、原水中における粒子の沈降性を評価する沈降性評価装置を含んでいる。沈降性評価装置は、最適添加量算出装置からデータ収集・解析部１の最適添加量算出部１ｂを除いた部分である。
【００４９】
データ収集・解析部１は、データ収集解析プログラムがインストールされたパーソナルコンピュータである。データ収集・解析部１は、微粒子計測器２より得た計測データを集積し、分析し、試験結果を表示する機能を有する。データ収集・解析部１が備える各部については、後段で説明する。
【００５０】
微粒子計測部は、微粒子計測器２と、ポンプ５と、フィルター６と、流量計７と、三方弁（返水部）８と、採水管１２と、返水管（返水部）１３と、排水管１４とを備えている。ポンプ５は、採水管１２を介して、ビーカー４の底部側面に接続されている。ポンプ５は、ビーカー４内の原水を、採水管１２を介して連続的に採水し、採水管１２を介して微粒子計測器２へ送水する。ポンプ５による微粒子計測器２への送水は、流量計７により測定される流量が一定となるように制御される。
【００５１】
ビーカー４内からの採水の流量は、測定対象とする粒子径の大きさとそれに関連する微粒子計測器２の測定精度により、主に決定される。ここでは２μｍ以上の粒径範囲を有する粒子の分類とその計数を主目的とするために、ビーカー４内からの採水の流量は、５０ｍＬ／ｍｉｎ以上、１００ｍＬ／ｍｉｎ以下の流量範囲が許容される。一般的に、ビーカー４内からの採水の流量を小さくすることで、２μｍ以下の超微小粒子の計測精度は向上するが、例えば、採水時の採水口付近の流速が小さくなるために、ビーカー４の採水口より遠方の粒子の採水が困難となること、同様に配管内の流速も低下するために、採水管１２、微粒子計測器２、ポンプ５、フィルター６、流量計７、三方弁（返水部）８、採水管１２、返水管（返水部）１３内などに停留した気泡（空気溜まり）の排出が困難となること、などの懸念がある。一方、ビーカー４内からの採水の流量を大きくすることで、２μｍ以下の超微小粒子の計測精度は低下するものの、本件で対象とするような粒径範囲（２μｍ以上１５μｍ前後の粒径を分類可能とする）の粒子に限っては、前記の問題点は良好に解決される。しかしながら、ビーカー４内からの採水の流量が１００ｍＬ／ｍｉｎを超える流量では、本件で対象とするような粒径範囲においても計測精度が著しく低下するために、ビーカー４内からの採水の流量は、５０ｍＬ／ｍｉｎ以上であることが好ましく、１００ｍＬ／ｍｉｎ以下であることがより好ましい。
【００５２】
また、ポンプ５は、脈動性が小さく、時間的な流量の変動も持たないことが好ましい。フィルター６は、ビーカー４とポンプ５とを繋ぐ採水管１２の途中に設けられており、ビーカー４から採水された原水を濾過して原水中の異物を除去する。流量計７は、微粒子計測器２と三方弁８とを繋ぐ返水管１３の途中に設けられており、ビーカー４から微粒子計測器２へ送水される原水の流量を計測する。
【００５３】
三方弁８は、返水管１３を介して微粒子計測器２に接続され、返水管１３を介してビーカー４の上部側面に接続され、かつ、排水管１４に接続されている。三方弁８は、微粒子計測器２で粒子数の計測（測定）がなされて微粒子計測器２から排水された原水を、返水管１３を介してビーカー４内に返水する返水状態と、前記返水を停止し、微粒子計測器２で粒子数の計測がなされて微粒子計測器２から排水された原水を、排水管１４を介して外部へ排水する排水状態とを切り替えることができる。三方弁８は、急速攪拌中および緩速攪拌中には返水状態とされる一方、その後の静置時には、データ収集・解析部１からの命令によって排水状態に切り替えられる。また、複数の配管と複数の開閉弁とを組み合わせて、返水状態および排水状態の切り替えを行うこともある。
【００５４】
微粒子計測器２は、採水管１２によって送水された原水中における、異なる複数の粒径範囲の粒子数をそれぞれ計測する分級式微粒子カウンターである。本実施形態の微粒子計測器２は、下限値が１μｍ以上である第１の粒径範囲（以下、「小さな粒径範囲」と称する）の粒子数と、前記第１粒径範囲より大きい第２の粒径範囲（以下、「大きな粒径範囲」と称する）の粒子数とをそれぞれ計測する。大きな粒径範囲は、例えば、５μｍ以上１０μｍ未満の粒径範囲、１０μｍ以上の粒径範囲などである。微粒子計測器２は、複数の粒径範囲（例えば、２μｍ以上５μｍ未満の粒径範囲、５μｍ以上１０μｍ未満の粒径範囲、および１０μｍ以上の粒径範囲の３つの粒径範囲、２μｍ以上４μｍ未満の粒径範囲、４μｍ以上７μｍ未満の粒径範囲、７μｍ以上１５μｍ未満の粒径範囲、および１５μｍ以上の粒径範囲の４つの粒径範囲、など）の粒子数をそれぞれ計測するものであることがより好ましい。これにより、さらに評価精度をより向上させることができる。本実施形態の微粒子計測器２は、単位流量（0.1L/分）当たりの粒子数（個/0.1L/分）を計測するものである。
【００５５】
微粒子計測器２は、図２に示すように、採水された原水が流される管２ａと、この管２ａを流れる原水に光ビームを照射する発光部２ｂと、原水中を通過した光を受光して電気信号に光電変換する受光部２ｃとを備える光電遮断式の計測器である。発光部２ｂから発した光ビーム（光源光）の光路を粒子が通過して光ビームを遮断することによって、光ビームが減衰（減光）されて減衰光として受光部２ｃに入射する。受光部２ｃでは、この粒子の通過による光の減衰率が電気信号の減衰率として計測される。微粒子計測器２は、この受光部２ｃの受光量の減衰が起こる頻度および減衰の大きさ（減衰率）から、粒子の数および粒径を判別する。
【００５６】
図３に、受光部２ｃで電気信号の減衰率として計測される受光量の減衰率Ｃの経時変化の一例を示す。
【００５７】
粒子数は、減衰率Ｃの経時変化におけるピーク（減衰のピーク）の１つが１粒子の通過に対応するものとみなして、減衰率Ｃの経時変化におけるピークの数をカウントする方法で算出される。
【００５８】
粒径は、減衰率Ｃの各ピークの極大値と、粒径範囲の境界値に対応する減衰率の閾値との比較によって判別される。減衰率の閾値は、粒径範囲の境界値に等しい粒径を持つ標準の粒子を用いたキャリブレーションによって事前に決定される。微粒子計測器２がどのような粒径範囲の粒子数を計測するかは、評価対象に応じて適宜設定できる。
【００５９】
微粒子計測器２が、例えば、２μｍ以上５μｍ未満の粒径範囲、５〜１０μｍの粒径範囲、１０μｍ以上の粒径範囲、の３つの粒径範囲の粒子数を計測するように設定されている場合、粒子径は、以下のようにして判別される。まず、粒径２μｍの粒子を用いた事前のキャリブレーションによって、粒径２μｍの粒子による減衰率を粒径２μｍに対応する減衰率の閾値Ｐ2として算出し、粒径５μｍの粒子を用いた事前のキャリブレーションによって、粒径５μｍの粒子による減衰率を粒径５μｍに対応する減衰率の閾値Ｐ5として算出し、粒径１０μｍの粒子を用いた事前のキャリブレーションによって、粒径１０μｍの粒子による減衰率を粒径１０μｍに対応する減衰率の閾値Ｐ10として算出する。
【００６０】
そして、減衰率Ｃのピークの極大値Ｐが、図３に示す極大値ＰdAのようにＰ10以上である（Ｐ≧Ｐ10）である場合、そのピークが粒径１０μｍ以上の粒子に対応するものと判別し、Ｐ≧Ｐ10を満たすピークの数を、粒径１０μｍ以上の粒径範囲の粒子数として計数する。また、減衰率Ｃのピークの極大値Ｐが、図３に示す極大値ＰdAおよび極大値ＰdBのようにＰ5以上である（Ｐ≧Ｐ5）である場合、そのピークが粒径５μｍ以上の粒子に対応するものと判別し、Ｐ≧Ｐ5を満たすピークの数を粒径５μｍ以上の粒子数として計数する。また、減衰率Ｃのピークの極大値Ｐが、図３に示す極大値ＰdA、極大値ＰdB、および極大値ＰdCのようにＰ2以上である（Ｐ≧Ｐ2）である場合、そのピークが粒径２μｍ以上の粒子に対応するものと判別し、Ｐ≧Ｐ2を満たすピークの数を粒径２μｍ以上の粒子数として計数する。そして、粒径５μｍ以上の粒子数から粒径１０μｍ以上の大きな粒径範囲の粒子数を減算することによって、粒径５μｍ以上１０μｍ未満の粒径範囲の粒子数を算出する。また、粒径２μｍ以上の粒子数から粒径５μｍ以上の粒子数を減算することによって、粒径２μｍ以上５μｍ未満の粒径範囲の粒子数を算出する。
【００６１】
微粒子計測器２は、計測データ、すなわち、複数の粒径範囲の粒子数のデータを、それぞれデータ収集・解析部１へ送る。
【００６２】
攪拌部は、モータ９と、モータ９に接続された回転軸１０と、回転軸１０の先端（下端）に設けられた攪拌パドル１１と、データ収集・解析部１からの指示に従ってモータ９の回転速度および回転時間を電気的に制御する攪拌制御部３とを備えている。攪拌部は、容器内の原水に凝集剤又は凝集剤と凝集補助剤との両方が添加された後、容器内の原水を急速攪拌し、次に、緩速攪拌し、その後は、攪拌を停止して容器内の原水を静置する。
【００６３】
データ収集・解析部１は、微粒子計測器２から送られた計測データを収集すると共に、収集した計測データに基づいて粒子数の時間的な変化量および平均値を演算する演算部１ａと、演算部１ａの演算結果に基づいて凝集剤および凝集補助剤の少なくとも一方の最適添加量を算出する最適添加量算出部１ｂと、演算部１ａの演算結果および最適添加量算出部の算出結果などを表示する表示部１ｃと、データ収集解析プログラムおよび種々の設定情報を記憶する記憶部１ｄとを備えている。演算部１ａおよび最適添加量算出部１ｂは、おのおの機能ブロックであり、何れも、記憶部１ｄに記憶されたデータ収集解析プログラムを実行するＣＰＵ等のコンピュータで実現される。データ収集解析プログラムは、演算部１ａとしてコンピュータを機能させるための部分（ルーチン）と、最適添加量算出部１ｂとしてコンピュータを機能させるための部分とを含んでいる。
【００６４】
演算部１ａは、（１）静置を開始した時点（緩速攪拌を終了した時点）からビーカー４内の原水の水位がビーカー４の底部まで低下して、微粒子計測器２への送水がなされなくなる時点までの静置期間における微粒子計測器２で計測された大きな粒径範囲の粒子数の単位時間当たり変化量と、（２）静置期間における微粒子計測器２で計測された小さな粒径範囲の粒子数の単位時間当たり変化量と、（３）静置期間における微粒子計測器２で計測された小さな粒径範囲の粒子数の平均値と、（４）急速攪拌の開始から１分間以上経過した時点から急速攪拌の終了時点までの期間における微粒子計測器２で計測された大きな粒径範囲の粒子数の単位時間当たり変化量と、を各ビーカー４の原水ごとに演算する。
【００６５】
最適添加量算出部１ｂは、各ビーカー４内の原水に添加された凝集剤および凝集補助剤の少なくとも一方の添加量と、演算部１ａで演算された各ビーカー４内の原水の上記（１）〜（４）の値とに基づいて、凝集剤および凝集補助剤の少なくとも一方の最適添加量を算出する。
【００６６】
次に、本実施形態に係る最適添加量算出装置における沈降性評価処理の流れについて説明する。
【００６７】
まず、例えば、試験対象がアルカリ度の低い原水である場合には、必要に応じて、試験者が、アルカリ度を上げるために、アルカリ剤を各ビーカー４内の原水に所定量添加する。アルカリ剤としては、ソーダ灰（Ｎａ2ＣＯ3）、消石灰（Ｃａ（ＯＨ）2）、苛性ソーダ（ＮａＯＨ）などを用いることができる。また、試験対象がアルカリ度の高い原水である場合には、必要に応じて、試験者が、酸剤として硫酸、炭酸、塩酸などを各ビーカー４内の原水に添加することもできる。なお、本実施形態では、各ビーカー４内の原水に同一量の凝集補助剤を添加しても良い。一方、それに代えて、各ビーカー４内の原水に異なる添加量で凝集補助剤を添加しても良い。この場合、凝集補助剤の最適添加量について、判定を試みることが可能となる。
【００６８】
まず、試験者が、各ビーカー４内の原水に異なる添加量の凝集剤を添加する。この際、試験者は、各ビーカー４の凝集剤添加量をデータ収集・解析部１に入力する。なお、各ビーカー４内の原水に異なる添加量で凝集補助剤を添加する場合、各ビーカー４内の原水に同一量の凝集剤を添加しても良い。この場合、凝集補助剤の最適添加量について、判定を試みることが可能となる。
【００６９】
前記凝集剤および凝集補助剤としては、特に限定されるものではなく、ＰＡＣ、硫酸バンド、高分子凝集剤、鉄系凝集剤などが挙げられる。前記凝集補助剤としては、ソーダ灰（炭酸ナトリウム）、苛性ソーダ（水酸化ナトリウム）、およびベントナイト（凝集促進剤）などを用いることもできる。各ビーカー４間の凝集剤添加量の差は、５〜１０mｇ／Ｌ程度であることが好ましい。凝集剤の添加方法としては、例えば、液体状態の凝集剤を定量ポンプまたはシリンジポンプ等でビーカー４に注入する方法を用いることができる。
【００７０】
次に、試験者が、データ収集・解析部１に沈降性評価の開始指示をキー操作等によって入力する。沈降性評価の開始指示が入力されると、データ収集・解析部１が急速攪拌開始命令を攪拌制御部３に送り、攪拌制御部３が急速攪拌開始命令に従ってモータ９の回転速度を、急速攪拌の回転速度に制御する。これによって、攪拌パドル１１が、各ビーカー４内の原水を、急速攪拌の速度で攪拌する。急速攪拌の速度は、各水処理施設の凝集池の特性に合わせて、設定されることが好ましい。
【００７１】
各ビーカー４内の原水の急速攪拌は、急速攪拌を開始してから凝集が始まるまでにかかる時間（凝集開始時間）よりも長い予め設定された時間（急速攪拌時間）にわたって継続する。凝集が顕著に見受けられる時間は、開始から１〜２分間である。急速攪拌時間は、各水処理施設の凝集池の特性に合わせて、設定されることが好ましい。本実施形態では、急速攪拌開始から１〜２分間経過後から急速攪拌終了時までの期間における粒子数の変化量を計測するため、急速攪拌時間を２分間以上とすることがより好ましい。
【００７２】
急速攪拌中は、ビーカー４の底部からビーカー４内の原水を採水管１２によって連続的に採水して微粒子計測器２へ送水し、送水された原水中の粒子数を微粒子計測器２によって計測（測定）し、計測後の原水を三方弁８および返水管１３によってビーカー４の上部に返水する。微粒子計測器２は、急速攪拌開始から１〜２分間が経過した後の大きな粒径範囲の粒子数Ｐ1と、急速攪拌終了時の大きな粒径範囲の粒子数ＰAと、急速攪拌終了時の小さな粒径範囲の粒子数ＰAとを計測し、計測値を演算部１ａへ送る。演算部１ａは、データ収集・解析部１の記憶部１ｄに予め記憶された急速攪拌時間から凝集開始時間（１〜２分間）を減算する。さらに、演算部１ａは、減算により得られた値ｔA（急速攪拌開始から１〜２分間が経過した時点から急速攪拌終了時点までの期間の長さ）と、大きな粒径範囲の粒子数Ｐ1および粒子数ＰAとから、急速攪拌開始から１〜２分間が経過した時点から急速攪拌終了時点までの期間Ａにおける、大きな粒径範囲の単位時間当たり粒子数変化量（ＰA−Ｐ1）／ｔAを演算する。演算部１ａは、各ビーカー４の演算結果を表示部１ｃに表示させる。例えば、演算部１ａは、各ビーカー４の凝集剤の添加量と、期間Ａにおける大きな粒径範囲の単位時間当たり粒子数変化量（ＰA−Ｐ1）／ｔAの値との関係を示すグラフを表示部１ｃに表示させる。
【００７３】
急速攪拌時は、ビーカー４内の粒子の鉛直分布は概ね均一であるので、大きな粒径範囲の単位時間当たり粒子数変化量（ＰA−Ｐ1）／ｔAは、ビーカー４内の大きな粒径範囲の粒子数の時間的な変化量を示す。図４の線Ｌ１のように期間Ａにおける大きな粒径範囲の単位時間当たり粒子数変化量（ＰA−Ｐ1）／ｔAが（ＰA−Ｐ1）／ｔA＜０である場合は、大きな粒径範囲の粒子が脆弱であるために、初期の凝集によって生成した大きな粒径範囲の粒子が、急速攪拌中に減少していることを示している（通常は、それと同時に小さな粒径範囲の粒子数も増加する）。図４の線Ｌ２のように期間Ａにおける大きな粒径範囲の単位時間当たり粒子数変化量（ＰA−Ｐ1）／ｔAが（ＰA−Ｐ1）／ｔA＞０である場合は、凝集開始後の急速攪拌中に、さらに良好な凝集が進行して大きな粒径範囲の粒子数が増加していることを示している。図４の線Ｌ３のように期間Ａにおける大きな粒径範囲の単位時間当たり粒子数変化量（ＰA−Ｐ1）／ｔAが（ＰA−Ｐ1）／ｔA＝０である場合は、凝集開始後の急速攪拌中に、大きな粒径範囲の粒子数に変化がないことを示している。
【００７４】
以上のように、期間Ａにおける大きな粒径範囲の単位時間当たり粒子数変化量（ＰA−Ｐ1）／ｔAが大きいほど、各ビーカー４の原水中における粒子の沈降性が良好である。したがって、試験者は、単位時間当たり粒子数変化量（ＰA−Ｐ1）／ｔAの値から、各ビーカー４の原水中における粒子の生成状況を知ることができ、したがって、どのビーカー４の凝集補助剤添加量および凝集剤添加量が好ましいかを判断するための情報を得る。
【００７５】
急速攪拌開始時点から急速攪拌時間が経過すると、データ収集・解析部１が緩速攪拌開始命令を攪拌制御部３に送り、攪拌制御部３が緩速攪拌開始命令に従って、モータ９の回転速度を緩速攪拌の回転速度まで低下させる。これによって、攪拌パドル１１が、各ビーカー４内の原水を急速攪拌速度よりも相対的に遅い攪拌速度で緩速攪拌する。緩速攪拌の攪拌速度は、各水処理施設の凝集池の特性に合わせて、設定されることが好ましい。
【００７６】
各ビーカー４内の原水の緩速攪拌は、予め設定された時間（緩速攪拌時間）ｔBにわたって継続する。緩速攪拌時間は、各水処理施設の凝集池の特性に合わせて、設定されることが好ましい。また、本実施形態では、緩速攪拌開始から緩速攪拌終了時までの粒子の生成状況および沈降状況を良好に判別することを目的として、緩速攪拌時間を３〜１０分程度とすることがより好ましい。
【００７７】
緩速攪拌中も、ビーカー４の底部からビーカー４内の原水を採水管１２によって連続的に採水して微粒子計測器２へ送水し、送水された原水中の粒子数を微粒子計測器２によって計測し、計測後の原水を三方弁８および返水管１３によってビーカー４の上部に返水する。
【００７８】
微粒子計測器２は、緩速攪拌終了時の大きな粒径範囲の粒子数ＰBと、緩速攪拌終了時の小さな粒径範囲の粒子数ＰBとをそれぞれ計測し、それらの計測値を演算部１ａへ送る。演算部１ａは、データ収集・解析部１の記憶部１ｄに予め記憶された緩速攪拌時間ｔBと、急速攪拌終了時（緩速攪拌開始時）の大きな粒径範囲および小さな粒径範囲の粒子数ＰAと、緩速攪拌終了時の大きな粒径範囲および小さな粒径範囲の粒子数ＰBとから、緩速攪拌期間における大きな粒径範囲および小さな粒径範囲の単位時間当たり粒子数変化量（ＰB−ＰA）／ｔBを演算する。
【００７９】
緩速攪拌期間における単位時間当たりの粒子数変化量（ＰB−ＰA）／ｔBは、ビーカー４内の時間的な粒子数の増減を主に示す。ただし、緩速攪拌中は、攪拌効果が緩慢であるために、時間経過とともに、ビーカー４内の重厚な粒子はビーカー４の底部へ移動し、ビーカー４内の軽微な粒子はビーカー４の上層部へ移動する状態にもある。図４の線Ｌ４のように緩速攪拌期間における単位時間当たり粒子数変化量（ＰB−ＰA）／ｔBが（ＰB−ＰA）／ｔB＜０である場合は、緩速攪拌中に対象となる粒径範囲の粒子数が減少していることを示している。図４の線Ｌ５のように緩速攪拌期間における単位時間当たり粒子数変化量（ＰB−ＰA）／ｔBが（ＰB−ＰA）／ｔB＞０である場合は、緩速攪拌中に対象となる粒径範囲の粒子数が増加していることを示している。図４の線Ｌ６のように緩速攪拌期間における単位時間当たり粒子数変化量（ＰB−ＰA）／ｔBが（ＰB−ＰA）／ｔB＝０である場合は、緩速攪拌中に対象となる粒径範囲の粒子数に変化がないことを示している。なお、緩速攪拌期間における単位時間当たりの粒子数変化量（ＰB−ＰA）／ｔBの値は、粒子の生成状況および沈降状況に応じて、加味することが好ましい。
【００８０】
緩速攪拌開始時点から緩速攪拌時間が経過すると、データ収集・解析部１が緩速攪拌終了命令を攪拌制御部３に送り、攪拌制御部３が緩速攪拌終了命令に従ってモータ９の回転を停止させる。これによって、攪拌パドル１１の回転が停止され、各ビーカー４内の原水が静置される。攪拌パドル１１の回転が停止されると同時に、データ収集・解析部１からの三方弁８の切替命令によって三方弁８が排水状態へ切り替えられることにより、返水が停止され、排水が開始される。
【００８１】
静置中は、ビーカー４の底部からビーカー４内の原水を採水管１２によって連続的に採水して微粒子計測器２へ送水し、送水された原水中の粒子数を微粒子計測器２によって計測し、計測後の原水を三方弁８および排水管１４によって外部へ排水する。したがって、静置中は、ビーカー４内の原水は、微粒子計測器２へ送水されるに従って減少し、水位は低下する。最終的には、ビーカー４内の原水の水位がビーカー４の底部まで低下して微粒子計測器２への送水が行われなくなり、この時点、もしくはその直前で微粒子計測器２の計測は終了する。静置開始時点から計測終了時点までの時間（静置時間）は、微粒子計測器２における計測精度の確保という観点から、採水流量を変化させるのではなく、ビーカー４容器の容量を増減させることで調節することが望ましい。静置開始時点から計測終了時点までの時間（静置時間）は、本願発明者の検討によれば、概ね９分〜１９分の範囲内にあることが好ましい。
【００８２】
微粒子計測器２は、計測終了時（微粒子計測器２への送水が行われなくなる時点）の大きな粒径範囲の粒子数ＰCと、計測終了時の小さな粒径範囲の粒子数ＰCとを計測し、計測値を演算部１ａへ送る。演算部１ａは、静置開始時点（緩速攪拌終了時点）から計測終了時点までの静置時間ｔCを計測し、計測した静置時間ｔCと、緩速攪拌終了時（静置開始時）の大きな粒径範囲の粒子数ＰBおよび緩速攪拌終了時（静置開始時）の小さな粒径範囲の粒子数ＰBと、計測終了時の大きな粒径範囲の粒子数ＰCおよび計測終了時の小さな粒径範囲の粒子数ＰCとから、静置期間における大きな粒径範囲の単位時間当たり粒子数変化量（ＰC−ＰB）／ｔC、および、静置期間における小さな粒径範囲の単位時間当たり粒子数変化量（ＰC−ＰB）／ｔCを演算する。また、演算部１ａは、緩速攪拌終了時（静置開始時）の小さな粒径範囲の粒子数ＰBと、計測終了時の小さな粒径範囲の粒子数ＰCとから、静置期間における小さな粒径範囲の粒子数の平均値（ＰC＋ＰB）／２を演算する。
【００８３】
静置期間における単位時間当たり粒子数変化量（ＰC−ＰB）／ｔCは、図５に示す緩速攪拌終了時に形成されたビーカー４内の粒子数の鉛直分布特性をほぼ示す。なお、重厚な（相対的に大きな粒径範囲の）粒子は底部でより多く分布する傾向があり、軽微な（相対的に小さな粒径範囲の）粒子は上層部でより多く分布する傾向がある。
【００８４】
図４の線Ｌ７のように静置期間における単位時間当たり粒子数変化量（ＰC−ＰB）／ｔCが（ＰC−ＰB）／ｔC＜０である場合は、図５の線Ｌ７のようにビーカー４中における鉛直方向の粒子数の分布が上方へ行くに従って減少する状態であることを意味する。例えば、静置期間における大きな粒径範囲の単位時間当たり粒子数変化量（ＰC−ＰB）／ｔCが（ＰC−ＰB）／ｔC＜０である場合は、重厚な粒子が沈降しやすいことに起因して、それら重厚な粒子の粒子数が底部ではより多く、上層部では少ないことを意味する。本願発明者の検討によれば、沈降性の良い重厚な大きい粒径範囲の粒子は、図４の線Ｌ７のような経時変化を、図５の線Ｌ７のような鉛直分布を、それぞれ呈することが多い。
【００８５】
図４の線Ｌ８のように静置期間における単位時間当たり粒子数変化量（ＰC−ＰB）／ｔCが（ＰC−ＰB）／ｔC＞０である場合は、図５の線Ｌ８のようにビーカー４中における鉛直方向の粒子数の分布が上方へ行くに従って増加する状態であることを意味する。例えば、静置期間における小さな粒径範囲の単位時間当たり粒子数変化量（ＰC−ＰB）／ｔCが（ＰC−ＰB）／ｔC＞０である場合は、軽微な粒子が沈降し難いことに起因して、それら小さな粒径範囲の粒子数が底部ではより少なく、上層部では多いことを意味する。本願発明者の検討によれば、沈降性の優れない軽微な小さい粒径範囲の粒子は、図４の線Ｌ８のような経時変化を、図５の線Ｌ８のような鉛直分布を、それぞれ呈することが多い。
【００８６】
図４の線Ｌ９のように静置期間における単位時間当たり粒子数変化量（ＰC−ＰB）／ｔCが（ＰC−ＰB）／ｔC＝０である場合は、図５の線Ｌ９のようにビーカー４中における鉛直方向の粒子数の分布が均一な状態であることを意味する。この場合は、対象となる粒径範囲の粒子が全層に渡り、均一に分布していると考えられる。
【００８７】
以上のように、静置期間における大きな粒径範囲の単位時間当たり粒子数変化量（ＰC−ＰB）／ｔCが小さいほど、また、静置期間における小さな粒径範囲の単位時間当たり粒子数変化量（ＰC−ＰB）／ｔCが小さいほど、各ビーカー４の原水中における粒子の沈降性が良好である。したがって、試験者は、静置期間における大きな粒径範囲の単位時間当たり粒子数変化量（ＰC−ＰB）／ｔCおよび静置期間における小さな粒径範囲の単位時間当たり粒子数変化量（ＰC−ＰB）／ｔCの値から、各ビーカー４の原水中における粒子の沈降性を知ることができ、したがって、どのビーカー４の凝集剤添加量および凝集剤補助添加量の少なくとも一方（以下、「凝集剤／凝集補助剤添加量」と表記する）が好ましいかを知ることができる。
【００８８】
また、静置期間における小さな粒径範囲の粒子数の平均値（ＰC＋ＰB）／２は、各ビーカー４内における小さな粒径範囲の粒子の平均的な数量を示している。したがって、静置期間における小さな粒径範囲の粒子数の平均値（ＰC＋ＰB）／２が小さいほど、各ビーカー４の原水中における難沈降性の軽微な粒子の生成量が少ない事を意味する。したがって、試験者は、静置期間における小さな粒径範囲の粒子数の平均値（ＰC＋ＰB）／２から、各ビーカー４の原水中における浮遊物質の存在量を予測することができ、したがって、どのビーカー４の凝集剤／凝集補助剤添加量が好ましいかを知ることができる。
【００８９】
次に、最適添加量算出部１ｂによる凝集剤および凝集補助剤の少なくとも一方の最適添加量（最適な凝集剤／凝集補助剤添加量）の算出方法について、図６のフローチャートに基づいて説明する。
【００９０】
まず、全てのビーカー４の凝集剤／凝集補助剤添加量について、静置期間における大きな粒径範囲の粒子数の単位時間当たり変化量（ＰC−ＰB）／ｔCの値を昇順化する。静置期間における大きな粒径範囲の粒子数の単位時間当たり変化量（ＰC−ＰB）／ｔCの値が小さいほど沈降性に優れるので、静置期間における大きな粒径範囲の粒子数の単位時間当たり変化量（ＰC−ＰB）／ｔCの値が小さい、凝集剤／凝集補助剤添加量から順に沈降性の順位を付ける（変化量の値が小さいほど順位が高くなるようにする）（Ｓ１）。さらに、各凝集剤添加量に対して、順位が高い順に点数が高くなるように、第１項目についての点数を配点する（Ｓ１）。具体的には、ビーカー４の個数が６個の場合には、各凝集剤／凝集補助剤添加量に対して、配点に伴う合計点、すなわち基準値を７点に設定し、その基準値から順位を減算することによって得られた点数を、配点する。よって、各凝集剤／凝集補助剤添加量に対して、順位が高い順に、６点、５点、４点、３点、２点、１点を、それぞれ配点する。
【００９１】
次に、全てのビーカー４の凝集剤／凝集補助剤添加量について、静置期間における小さな粒径範囲の粒子数の単位時間当たり変化量（ＰC−ＰB）／ｔCの値を昇順化する。静置期間における小さな粒径範囲の粒子数の単位時間当たり変化量（ＰC−ＰB）／ｔCの値が小さいほど沈降性に優れるので、静置期間における小さな粒径範囲の粒子数の単位時間当たり変化量（ＰC−ＰB）／ｔCの値が小さい、凝集剤／凝集補助剤添加量から順に沈降性の順位を付ける（変化量の値が小さいほど順位が高くなるようにする）（Ｓ２）。さらに、各凝集剤／凝集補助剤添加量に対して、順位が高い順に６点、５点、４点、３点、２点、１点を、第２項目についての点数として配点する（Ｓ２）。
【００９２】
次に、全てのビーカー４の凝集剤／凝集補助剤添加量について、静置期間における小さな粒径範囲の粒子数の平均値（ＰB＋ＰC）／２を昇順化する。静置期間における小さな粒径範囲の粒子数の平均値（ＰB＋ＰC）／２が小さいほど沈降性に優れるので、静置期間における小さな粒径範囲の粒子数の平均値（ＰB＋ＰC）／２が小さい凝集剤／凝集補助剤添加量から順に沈降性の順位を付ける（値が小さいほど順位が高くなるようにする）（Ｓ３）。さらに、各凝集剤／凝集補助剤添加量に対して、順位が高い順に６点、５点、４点、３点、２点、１点を、第３項目についての点数として配点する（Ｓ３）。
【００９３】
次に、全てのビーカー４の凝集剤／凝集補助剤添加量について、急速攪拌開始から１〜２分間が経過した時点から急速攪拌終了時点までの期間Ａにおける大きな粒径範囲の粒子数の単位時間当たり変化量（ＰA−Ｐ1）／ｔAの値を昇順化する。期間Ａにおける大きな粒径範囲の粒子数の単位時間当たり変化量（ＰA−Ｐ1）／ｔAの値が小さいほど、脆弱であり、強靱性に劣るので、期間Ａにおける大きな粒径範囲の粒子数の単位時間当たり変化量（ＰA−Ｐ1）／ｔAの値が大きい凝集剤／凝集補助剤添加量から順に順位を付ける（値が大きいほど順位が高くなるようにする）（Ｓ４）。さらに、各凝集剤／凝集補助剤添加量に対して、順位が高い順に６点、５点、４点、３点、２点、１点を、第４項目についての点数として配点する（Ｓ４）。
【００９４】
次に、各凝集剤／凝集補助剤添加量について、Ｓ１〜Ｓ４で配点された４項目の点数を合計する（Ｓ５）。そして、最も高い合計点数を持つ凝集剤／凝集補助剤添加量を最適添加量（最適解）と判定する（Ｓ５）。
【００９５】
なお、Ｓ５で、４項目の点数を合計することに加えて、各項目に対して、重み係数を乗算した上で、最終的に、それらの値を合計しても良い。重み係数は、それぞれの項目と実際に凝集池で生成される粒子との整合性を高めるための係数であり、評価者の利便性に応じて、独自の判断で設定すれば良い。また、図６では、Ｓ１〜Ｓ４で４項目の数値から４項目の順位および点数を決定し、Ｓ５で４項目の点数の合計に基づいて凝集剤および凝集補助剤の少なくとも一方の最適添加量を算出していたが、他の方法によって４項目の数値を総合的に判断して凝集剤および凝集補助剤の少なくとも一方の最適添加量を算出してもよい。他の方法としては、例えば、４項目の数値から所定の根拠から得られた工学的、もしくは統計学的な演算式によって、凝集剤および凝集補助剤の少なくとも一方の最適添加量を演算する方法も考えられる。また、他の方法としては、図６の方法において、Ｓ１〜Ｓ４における順位付けの処理を省き、５項目の数値から直接的に点数を決定する方法も考えられる。
【００９６】
以上のようにして、本実施形態の最適添加量算出装置は、凝集剤および凝集補助剤の少なくとも一方の最適添加量を算出することができる。
【００９７】
なお、前記の実施形態では、底面が平面であるビーカー４を用い、採水管１２をビーカー４の底部側面に接続していた。しかしながら、図７に示すように、底面が逆円錐形となっているビーカー２４をビーカー４に代えて用い、採水管１２をビーカー２４の底面における逆円錐形の頂点部分に接続しても良い。これにより、前記の実施形態と比較して、採水時にサンプリングされずにビーカー４底部に残り易い粒子が、自重によって採水管１２へ向かって移動し、微粒子計測器２へ送られるので、（採水管１２によりビーカー４内の原水を強力に吸引することなく）ビーカー４内のほぼ全ての粒子を適切に測定対象とすることができる。したがって、ビーカー２４を用いれば、より精度の高い沈降性評価が可能となる。なお、採水管１２によりビーカー４内の原水を強力に吸引することは、ビーカー４底部で原水を攪拌して粒子を巻き上げること、さらには生成した粒子塊を不用意に破壊することになり得るため、好ましくない。
【００９８】
また、前記の実施形態では、演算部１ａが、（１）静置期間における大きな粒径範囲の粒子数の単位時間当たり変化量と、（２）静置期間における小さな粒径範囲の粒子数の単位時間当たり変化量と、（３）静置期間における小さな粒径範囲の粒子数の平均値と、（４）急速攪拌の開始から１分間以上経過した時点から急速攪拌の終了時点までの期間における大きな粒径範囲の粒子数の単位時間当たり変化量とを演算していた。しかしながら、上記（１）（２）（４）の粒子数の単位時間当たり変化量に代えて、粒子数の変化量を演算してもよい。また、上記実施形態では、演算部１ａが、上記（１）（２）（４）の粒子数の単位時間当たり変化量を、対応する期間の両端の値から演算していたが、対応する期間の３つ以上の値から演算してもよい。また、演算部１ａは、上記（１）（２）の静置期間における粒子数の変化量を、静置期間の始点における粒子数と、静置期間の終点よりも少し前の時点における粒子数とから演算してもよい。また、上記実施形態では、演算部１ａは、上記（３）の静置期間における小さな粒径範囲の粒子数の平均値を、静置期間の両端における小さな粒径範囲の粒子数の値から演算していたが、演算部１ａは、上記（３）の静置期間における小さな粒径範囲の粒子数の平均値を、静置期間の３つ以上の時点における小さな粒径範囲の粒子数の値から演算してもよい。また、演算部１ａは、上記（１）〜（４）の値の一部のみを演算するものであってもよい。また、演算部１ａを省略することもできる。
【００９９】
最適添加量算出部１ｂも、上記（１）〜（４）の値の一部のみに基づいて凝集剤および凝集補助剤の少なくとも一方の最適添加量を算出するものであってもよい。また、演算部１ａが上記（１）（２）（４）の値のみを演算するものである場合、最適添加量算出部１ｂは、上記（１）（２）（４）の値と、静置期間の所定の時点における小さな粒径範囲の粒子数とに基づいて凝集剤および凝集補助剤の少なくとも一方の最適添加量を算出するものであってもよい。また、図１の装置から最適添加量算出部１ｂを省略することもでき、その場合、図１の装置は沈降性評価装置として機能する。
【０１００】
以下、実施例および比較例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【０１０１】
〔実施例１〕
前述した図１に示す沈降性評価装置を用い、原水に凝集補助剤および凝集剤を添加したときの原水中の粒子の沈降性を評価するために、粒径範囲ごとの粒子数の計測を行った。
【０１０２】
本実施例では、微粒子計測器２として、２μｍ以上５μｍ未満の粒径範囲（小粒径範囲）、５μｍ以上１０μｍ未満の粒径範囲（大粒径範囲）、１０μｍ以上の粒径範囲（大粒径範囲）、の３領域の粒子数を計測できるように設定した分級式微粒子カウンターを用いて、実験を行った。
【０１０３】
本実施例では、各ビーカー４として、内容量１Ｌ、高さ１５０ｍｍ、直径１１０ｍｍのビーカーを用い、各フィルター６として、孔径（粗さ）が０．５１ｍｍであるステンレス鋼製のフィルターを用いた。
【０１０４】
本実施例では、まず、温度６．１℃、電気伝導度７８μＳ／ｃｍ、濁度５．９度、アルカリ度１７度、ｐＨ７．３である高濁度の原水９５０ｍｌを各ビーカー４に入れた。次いで、各ビーカー４内の原水に対し、アルカリ剤としてのソーダ灰（炭酸ナトリウム）溶液を濃度が３ｍｇ／Ｌとなるよう添加した。さらに、６個のビーカー４内の原水のそれぞれに対し、凝集剤としてのＰＡＣ溶液を、濃度が２０ｍｇ／Ｌ、２５ｍｇ／Ｌ、３０ｍｇ／Ｌ、３５ｍｇ／Ｌ、４０ｍｇ／Ｌ、および４５ｍｇ／Ｌとなるように、それぞれ添加した。
【０１０５】
ビーカー４の内容物を攪拌パドル１１によって１００ｒｐｍの攪拌速度で３分間、急速攪拌した。急速攪拌の完了後、ビーカー４の内容物を攪拌パドル１１によって５０ｒｐｍの攪拌速度で３分間、緩速攪拌した。緩速攪拌の完了後、ビーカー４の内容物を９分間静置した。
【０１０６】
急速攪拌期間および緩速攪拌期間には、微粒子計測器２から排出された原水を、三方弁８を介してビーカー４に戻す一方、静置期間には、微粒子計測器２から排出された原水を、三方弁８を介して外部へ排水した。その結果、静置期間の最後には、ビーカー４内のほぼ全ての原水が微粒子計測器２へ送水された。
【０１０７】
上記急速攪拌期間３分間、緩速攪拌期間３分間、および静置期間９分間の計１５分間の期間にわたって、原水を各ビーカー４の底部からポンプ５により採水し、１００ｍｌ／ｍｉｎ（分）の一定流量で、フィルター６を介して微粒子計測器２に送水し、２μｍ以上５μｍ未満の粒径範囲（小さな粒径範囲）の粒子数、５μｍ以上１０μｍ未満の粒径範囲（大きな粒径範囲）の粒子数、および１０μｍ以上の粒径範囲（大きな粒径範囲）の粒子数を計測した。計測結果を図８〜１０に示す。
【０１０８】
〔比較例１〕
原水を、温度５．９℃、電気伝導度５６．７μＳ／ｃm、濁度２．３度、アルカリ度１４度、ｐＨ７．４である原水に変更し、ソーダ灰を添加せず、原水を採水する位置をビーカー４の鉛直方向における中間に変更し、静置の時間を５分間に変更することを除いて実施例１と同様の操作を行い、２μｍ以上５μｍ未満の粒径範囲（小さな粒径範囲）の粒子数、５μｍ以上１０μｍ未満の粒径範囲（大きな粒径範囲）の粒子数、および１０μｍ以上の粒径範囲（大きな粒径範囲）の粒子数を計測した。計測結果を図１１〜１３に示す。
【０１０９】
採水方法の違う実施例１と比較例１とを比較すると、以下のように計測精度が異なる。
【０１１０】
すなわち、比較例１のようにビーカー４の中間から採水した場合、そのサンプリング時間は５分間程度（１００ｍＬ／ｍｉｎの流量で、約５００ｍＬの採水）であり、その経時変化で評価できる鉛直分布の範囲は、全域の約半分と狭く、かつ、上半分に限定されるために、下半分の鉛直分布に基づく評価を行うことができない。また、比較例１のようにビーカー４の中間から採水した場合、上澄みを使って静置期間の粒子数変化を計測するため、例えば図１３のように、計測される静置期間の粒子数変化が僅かとなる。そのため、比較例１のようにビーカー４の中間から採水した場合、原水中における粒子の沈降性を精度良く評価するのは、極めて難しい。
【０１１１】
これに対し、実施例１のようにビーカー４の底部から採水した場合、静置時間約９分間（１００ｍＬ／ｍｉｎの流量で、約９００ｍＬの採水）における粒子数の変化量によって評価できる粒子の鉛直分布は、ビーカー４のほぼ全域に渡り、その範囲も広い。また、実施例１のようにビーカー４の底部から採水した場合、ほぼ全ての原水を使って静置期間の粒子数変化を計測するため、例えば図１０のように、計測される静置期間の粒子数変化は大きい。そのため、実施例１のようにビーカー４の底部から採水して、鉛直方向のほぼ全域に渡り、その粒子数の分布を把握し、原水中の粒子の沈降性として、評価する方が、判定の精度は高く、その信頼性も高い。
【０１１２】
〔実施例２〕
原水を、温度４．５℃、電気伝導度６８．２μＳ／ｃm、濁度０．９度、アルカリ度１６．９度、ｐＨ７．２である低濁度の原水に変更し、ソーダ灰を添加しないことを除いて実施例１と同様の操作を行い、２μｍ以上５μｍ未満の粒径範囲（小さな粒径範囲）の粒子数、５μｍ以上１０μｍ未満の粒径範囲（大きな粒径範囲）の粒子数、および１０μｍ以上の粒径範囲（大きな粒径範囲）の粒子数を計測した。計測結果を図１４〜１６に示す。
【０１１３】
また、データ収集・解析部１の演算部１ａにより、静置期間における粒径２μｍ以上５μｍ未満の粒子数の変化量、静置期間における粒径５μｍ以上１０μｍ未満の粒子数の変化量、および静置期間における粒径１０μｍ以上の粒子数の変化量を演算した。演算結果を図１７に示す。
【０１１４】
また、データ収集・解析部１の最適添加量算出部１ｂにより、図６の最適添加量算出方法でＰＡＣの最適添加量を算出した。すなわち、まず、全てのビーカー４のＰＡＣ添加量について、静置期間における粒径１０μｍ以上の粒子数の単位時間当たり変化量（第１項目の第１サブ項目；表１〜６では「静置期間の１０μｍ−粒子数の変化量」と記す）の値が小さいものから順に順位を付け、順位が高い順に、６点、５点、４点、３点、２点、１点を配点した（Ｓ１）。また、全てのビーカー４のＰＡＣ添加量について、静置期間における粒径５μｍ以上１０μｍ未満の粒子数の単位時間当たり変化量（第１項目の第２サブ項目；表１〜６では「静置期間の５−１０μｍ粒子数の変化量」と記す）の値が小さいものから順に順位を付け、順位が高い順に、６点、５点、４点、３点、２点、１点を配点した（Ｓ１）。
【０１１５】
次に、全てのビーカー４のＰＡＣ添加量について、静置期間における粒径２μｍ以上５μｍ未満の粒子数の単位時間当たり変化量（表１〜６では「静置期間の２−５μｍ粒子数の変化量」と記す）の値が小さいものから順に順位を付け、順位が高い順に６点、５点、４点、３点、２点、１点を配点した（Ｓ２）。
【０１１６】
次に、全てのビーカー４のＰＡＣ添加量について、静置期間における粒径２μｍ以上５μｍ未満の粒子数の平均値（表１〜６では「静置期間の２−５μｍ粒子数の平均値」と記す）が小さいものから順に順位を付け、順位が高い順に６点、５点、４点、３点、２点、１点を配点した（Ｓ３）。
【０１１７】
次に、全てのビーカー４のＰＡＣ添加量について、１．５分経過後以降の急速攪拌期間Ａにおける粒径１０μｍ以上の粒子数の単位時間当たり変化量（第４項目の第１サブ項目；表１〜６では「１．５分以降急速攪拌期間の１０μｍ−粒子数の変化量」と記す）の値が大きいものから順に順位を付け、順位が高い順に６点、５点、４点、３点、２点、１点を配点した（Ｓ４）。全てのビーカー４のＰＡＣ添加量について、１．５分経過後以降の急速攪拌期間Ａにおける粒径５μｍ以上１０μｍ未満の粒子数の単位時間当たり変化量（第４項目の第２サブ項目；表１〜６では「１．５分以降急速攪拌期間の５−１０μｍ粒子数の変化量」と記す）の値が大きいものから順に順位を付け、順位が高い順に６点、５点、４点、３点、２点、１点を配点した（Ｓ４）。
【０１１８】
Ｓ１〜Ｓ４によって付けられた各ＰＡＣ添加量の順位を以下に示す。
【０１１９】
【表１】
2013008520.tif 000003
【０１２０】
Ｓ１〜Ｓ４によって配点された各ＰＡＣ添加量の点数を以下に示す。
【０１２１】
【表２】
2013008520.tif 000004
【０１２２】
次に、各ＰＡＣ添加量について、Ｓ１〜Ｓ４で配点された４項目の点数（Ｓ１の第１および第２サブ項目およびＳ４の第１および第２サブ項目についても加算）を合計した（Ｓ５）。各ＰＡＣ添加量の合計点数を表２に示す。そして、最も高い合計点数を持つＰＡＣ添加量を最適添加量と判定した（Ｓ５）。これにより、最も高い点数のＰＡＣ添加量２５ｍｇ／Ｌが最適添加量と判定された。
【０１２３】
〔実施例３〕
原水を、温度５．１℃、電気伝導度６３．４μＳ／ｃｍ、濁度２．３度、アルカリ度１６度、ｐＨ７．４である中濁度の原水に変更し、ソーダ灰を添加しないことを除いて実施例１と同様の操作を行い、２μｍ以上５μｍ未満の粒径範囲（小さな粒径範囲）の粒子数、５μｍ以上１０μｍ未満の粒径範囲（大きな粒径範囲）の粒子数、および１０μｍ以上の粒径範囲（大きな粒径範囲）の粒子数を計測した。計測結果を図１８〜２０に示す。
【０１２４】
また、データ収集・解析部１の演算部１ａにより、静置期間における粒径２μｍ以上５μｍ未満の粒子数の変化量、静置期間における粒径５μｍ以上１０μｍ未満の粒子数の変化量、および静置期間における粒径１０μｍ以上の粒子数の変化量を演算した。演算結果を図２１に示す。
【０１２５】
また、データ収集・解析部１の最適添加量算出部１ｂにより、実施例２と同様にして、図６の最適添加量算出方法でＰＡＣの最適添加量を算出した。
【０１２６】
図６のＳ１〜Ｓ４によって付けられた各ＰＡＣ添加量の順位を以下に示す。
【０１２７】
【表３】
2013008520.tif 000005
【０１２８】
図６のＳ１〜Ｓ４によって配点された各ＰＡＣ添加量の点数を以下に示す。
【０１２９】
【表４】
2013008520.tif 000006
【０１３０】
次に、各ＰＡＣ添加量について、Ｓ１〜Ｓ４で配点された４項目の点数（Ｓ１の第１および第２サブ項目およびＳ４の第１および第２サブ項目についても加算）を合計した（Ｓ５）。各ＰＡＣ添加量の合計点数を表４に示す。そして、最も高い点数のＰＡＣ添加量を最適凝集剤添加量と判定した（Ｓ５）。これにより、最も高い点数のＰＡＣ添加量２５ｍｇ／Ｌが最適添加量と判定された。
【０１３１】
〔実施例４〕
原水を、温度６．１℃、電気伝導度７８μＳ／ｃｍ、濁度５．９度、アルカリ度１７度、ｐＨ７．３である高濁度の原水に変更し、ソーダ灰を添加しないことを除いて実施例１と同様の操作を行い、２μｍ以上５μｍ未満の粒径範囲（小さな粒径範囲）の粒子数、５μｍ以上１０μｍ未満の粒径範囲（大きな粒径範囲）の粒子数、および１０μｍ以上の粒径範囲（大きな粒径範囲）の粒子数を計測した。計測結果を図２２〜２４に示す。
【０１３２】
また、データ収集・解析部１の演算部１ａにより、静置期間における粒径２μｍ以上５μｍ未満の粒子数の変化量、静置期間における粒径５μｍ以上１０μｍ未満の粒子数の変化量、および静置期間における粒径１０μｍ以上の粒子数の変化量を演算した。演算結果を図２５に示す。
【０１３３】
また、データ収集・解析部１の最適添加量算出部１ｂにより、実施例２と同様にして、図６の最適添加量算出方法でＰＡＣの最適添加量を算出した。
【０１３４】
図６のＳ１〜Ｓ４によって付けられた各ＰＡＣ添加量の順位を以下に示す。
【０１３５】
【表５】
2013008520.tif 000007
【０１３６】
図６のＳ１〜Ｓ４によって配点された各ＰＡＣ添加量の点数を以下に示す。
【０１３７】
【表６】
2013008520.tif 000008
【０１３８】
次に、各ＰＡＣ添加量について、Ｓ１〜Ｓ４で配点された４項目の点数（Ｓ１の第１および第２サブ項目およびＳ４の第１および第２サブ項目についても加算）を合計した（Ｓ５）。各ＰＡＣ添加量の合計点数を表６に示す。そして、最も高い点数のＰＡＣ添加量を最適凝集剤添加量と判定した（Ｓ５）。これにより、最も高い点数のＰＡＣ添加量３０mｇ／Ｌが最適添加量と判定された。
【０１３９】
〔実施の形態２〕
実施の形態１における図７に示す底面が逆円錐形（すり鉢形）のビーカー２４は、低濁度の原水に適用した場合におけるフロック（原水中の粒子が凝集して生成する大型の粒子）のサンプリング性能を向上させる事を目的とした形状となっていた。すなわち、図７のビーカー２４は、凝集剤を添加しても生成されるフロックの量が少ないケースにおいて、そのサンプリング性能を発揮し、沈降性評価の精度や、凝集剤および凝集補助剤の少なくとも一方の最適添加量の判定精度を向上させることに長けていた。
【０１４０】
しかしながら、比較的容易に、かつ多量にフロックを生成し得る高濁度の原水に、図７のビーカー２４を適用した場合、その高いサンプリング性能のために、凝集剤および凝集補助剤の少なくとも一方の最適添加量（薬注率）を判定する作業をむしろ困難にさせてしまう可能性が否定できない。これは、高濁度原水の場合には生成されるフロックが著しく増加した場合に、ビーカー２４の逆円錐面部（底面）に堆積したフロックが、時間経過と共に、徐々に逆円錐面部を滑落する傾向が顕著となるためである。これにより、本来ならば静置中の初期に観測されるべきフロックが、時間遅れを伴い、静置期間の中期〜終期に観測されることとなり、静置期間における粒径１０μｍ以上の粒子数の単位時間当たり変化量（Ｓ１で用いる第１項目の第１サブ項目）および静置期間における粒径５μｍ以上１０μｍ未満の粒子数の単位時間当たり変化量（Ｓ１で用いる第１項目の第２サブ項目）によってフロックの生成状況を正確に見積もれなくなる。具体的な定性的傾向として、本来は小さな値として観測されるべきこれら変化量の値が、大きな値として観測されることが、示唆される。
【０１４１】
また、図７のビーカー２４を備える実施の形態１の装置を浄水場の現場の作業員に評価してもらったところ、フロックが沈降しビーカー２４の底面上に堆積していく堆積状況を作業員が視認できる視認性をビーカー２４が備えることも重要視されていることが分かった。図７のビーカー２４では、ビーカー３４の底面まで沈降したフロックがすぐに採水管１２内へ取り込まれるため、フロックが沈降しビーカー２４の底面上に堆積していく堆積状況を作業員が視認することは困難である。
【０１４２】
以上の２つの課題に鑑みて、本実施形態に係る最適添加量算出装置は、実施の形態１におけるビーカー４または２４に代えて、図２６に示すビーカー３４を備えた構成となっている。ビーカー３４は、図２６に示すように、その底面が、逆円錐面部３４ａと、逆円錐面部３４ａの上側に設けられた逆円錐台面部３４ｂとを含み、採水管１２が、逆円錐面部３４ａの頂点部分に接続されており、逆円錐台面部３４ｂの勾配が逆円錐面部３４ａの勾配より緩い（逆円錐台面部３４ｂが逆円錐面部３４ａより高い水平性を有している）。この形状のビーカー３４であれば、前記の２つの課題を解決できることが分かった。
【０１４３】
すなわち、ビーカー３４は、その底面の下側かつ中央側の部分に図７のビーカー２４の底面と同様の逆円錐面部３４ａが設けられているので、採水時にサンプリングされずにビーカー４底部に残り易い粒子が、自重によって採水管１２へ向かって移動し、微粒子計測器２へ送られる。したがって、ビーカー３４は、図７のビーカー２４と同様に、フロックのサンプリング性能が高く、ビーカー４内のほぼ全ての粒子を適切に測定対象とすることができる。
【０１４４】
また、ビーカー３４の底面には、逆円錐面部３４ａの上側かつ外側に、逆円錐面部３６の上端を囲むように、逆円錐面部３４ａより緩い勾配を持つ逆円錐台面部３４ｂが設けられているので、ビーカー３４の底面まで沈降したフロックが、すぐには採水管１２内へ取り込まれず、逆円錐台面部３４ｂ上に堆積する。これにより、フロックが沈降しビーカー３４の底面上に堆積していく堆積状況を作業員が容易に視認することが可能となり、沈降するフロックの堆積状況の視認性も向上する。その結果、作業員が、本実施形態に係る最適添加量算出装置の出力結果と、沈降するフロックの堆積状況の視認結果との両方を考慮して、凝集剤および凝集補助剤の少なくとも一方の最適添加量を決定することが可能となる。なお、ビーカー３４は、上記堆積状況の視認が容易となるよう、ガラス等の透明材料で形成されていることが好ましい。
【０１４５】
また、ビーカー３４は、高濁度の原水に適用した場合に凝集剤および凝集補助剤の少なくとも一方の最適添加量を判定する作業が困難となることを回避できる。なぜなら、逆円錐面部３４ａおよび逆円錐台面部３４ｂに堆積するフロックのうち、適切なサンプリングに必要とされるフロックは逆円錐面部３４ａのみを滑落し、相対的に傾斜の緩やかな逆円錐台面部３４ｂにおいては、滑落せずにそこに留まり続ける。よって、先述の「本来ならば静置中の初期に観測されるべきフロックが、時間遅れを伴い、静置期間の中期〜終期に観測されることとなり、静置期間における粒径１０μｍ以上の粒子数の単位時間当たり変化量および静置期間における粒径５μｍ以上１０μｍ未満の粒子数の単位時間当たり変化量によってフロックの生成状況を正確に見積もれなくなる。」という現象を効果的に回避できるようになる。
【０１４６】
逆円錐面部３４ａの勾配（図２６中に破線で示す水平面に対する角度）αは、ビーカー３４のサンプリング性能をより良好とするために、９０度未満であることが好ましい。逆円錐面部３４ａの勾配αは、高濁度の原水に適用した場合に凝集剤および凝集補助剤の少なくとも一方の最適添加量を判定する作業が困難となることを回避するために、６０度以上であることが好ましい。
【０１４７】
逆円錐台面部３４ｂの勾配βは、ビーカー３４のサンプリング性能をより良好とするために、０度より大きいことが好ましい。また、逆円錐台面部３４ｂは、フロックが沈降しビーカー３４の底部上に堆積していく堆積状況を作業員がより容易に視認できるように、極めて緩やかな勾配βを持ち、十分な水平性のある形状であることが好ましい。具体的には、逆円錐台面部３４ｂの勾配βは、６０度未満であることが好ましい。
【０１４８】
逆円錐台面部３４ｂの上端の径に対する、逆円錐台面部３４ｂの下端の径（逆円錐面部３４ａの上端の径）の割合は、ビーカー３４のサンプリング性能をより良好とするために、３１．６％以上であることが好ましい。また、逆円錐台面部３４ｂの上端の径に対する、逆円錐台面部３４ｂの下端の径の割合は、フロックが沈降しビーカー３４の底部上に堆積していく堆積状況を作業員がより容易に視認できるよう、９４．９％以下であることが好ましい。
【０１４９】
〔実施の形態３〕
実施の形態１における図６のフローチャートに示す最適添加量の算出方法は、低濁度の原水を主な適用対象としているため、高濁度の原水に適用した場合には、以下の課題があった。
【０１５０】
すなわち、図６の方法は、大きな粒径範囲の粒子数の生成量（静置時の絶対量）に関する算出基準（判定基準）を用いて最適添加量を算出（判定）していなかった点に起因して、「大きな粒径範囲の粒子数の生成量も小さな粒径範囲の粒子数の生成量も共に少ないが、生成したフロックにはある程度の時間的沈降性が見受けられる」場合に比較的高得点を配点し、その場合の凝集剤／凝集補助剤添加量を最適添加量として算出する傾向にあった。そのために、図６の方法を高濁度の原水に適用した場合、正しい最適添加量を算出できない可能性がある。
【０１５１】
本実施形態の最適添加量算出装置は、以下に説明するように、大きな粒径範囲の粒子数の生成量に関する算出基準を最適添加量の算出基準の第５項目として追加することによって、この課題を解決するものである。
【０１５２】
本実施形態の最適添加量算出装置は、演算部１ａおよび最適添加量算出部１ｂが備える機能が実施の形態１の最適添加量算出装置と異なる以外は、実施の形態１の最適添加量算出装置と同一の構成を備えている。
【０１５３】
本実施形態の演算部１ａは、実施の形態１の演算部１ａが備える機能に加えて、微粒子計測器２で計測された緩速攪拌終了時（静置開始時）の大きな粒径範囲の粒子数ＰＢと、微粒子計測器２で計測された計測終了時の大きな粒径範囲の粒子数ＰＣとから、静置期間における大きな粒径範囲の粒子数の平均値（ＰＣ＋ＰＢ）／２を各ビーカー４の原水ごとに演算する機能を備えている。
【０１５４】
本実施形態の最適添加量算出部１ｂは、図６の方法に代えて、図２７のフローチャートに示す方法を用いて、凝集剤および凝集補助剤の少なくとも一方の最適添加量（最適な凝集剤／凝集補助剤添加量）を算出する。
【０１５５】
図２７の方法では、まず、図６のＳ１と同様にして、全てのビーカー４の凝集剤／凝集補助剤添加量について、静置期間における大きな粒径範囲の粒子数の単位時間当たり変化量（ＰＣ−ＰＢ）／ｔＣの値が小さい凝集剤／凝集補助剤添加量から順に沈降性の順位を付け、各凝集剤添加量に対して順位が高い順に点数が高くなるように第１項目についての点数を配点する（Ｓ１１）。
【０１５６】
次に、図６のＳ２と同様にして、全てのビーカー４の凝集剤／凝集補助剤添加量について、静置期間における小さな粒径範囲の粒子数の単位時間当たり変化量（ＰＣ−ＰＢ）／ｔＣの値が小さい凝集剤／凝集補助剤添加量から順に沈降性の順位を付け、各凝集剤／凝集補助剤添加量に対して順位が高い順に第２項目についての点数を配点する（Ｓ１２）。
【０１５７】
次に、図６のＳ３と同様にして、全てのビーカー４の凝集剤／凝集補助剤添加量について、静置期間における小さな粒径範囲の粒子数の平均値（ＰＢ＋ＰＣ）／２が小さい凝集剤／凝集補助剤添加量から順に沈降性の順位を付け、各凝集剤／凝集補助剤添加量に対して順位が高い順に第３項目についての点数を配点する（Ｓ１３）。
【０１５８】
次に、図６のＳ４と同様にして、全てのビーカー４の凝集剤／凝集補助剤添加量について、急速攪拌開始から１〜２分間が経過した時点から急速攪拌終了時点までの期間Ａにおける大きな粒径範囲の粒子数の単位時間当たり変化量（ＰA−Ｐ1）／ｔAの値が大きい凝集剤／凝集補助剤添加量から順に順位を付け、各凝集剤／凝集補助剤添加量に対して順位が高い順に第４項目についての点数を配点する（Ｓ１４）。
【０１５９】
次に、全てのビーカー４の凝集剤／凝集補助剤添加量について、静置期間における大きな粒径範囲の粒子数の平均値（ＰB＋ＰC）／２を昇順化する。静置期間における大きな粒径範囲の粒子数の平均値（ＰB＋ＰC）／２が大きいほど沈降性に優れるので、静置期間における大きな粒径範囲の粒子数の平均値（ＰB＋ＰC）／２が大きい凝集剤／凝集補助剤添加量から順に沈降性の順位を付ける（値が大きいほど順位が高くなるようにする）（Ｓ１５）。さらに、各凝集剤／凝集補助剤添加量に対して、順位が高い順に６点、５点、４点、３点、２点、１点を、第５項目についての点数として配点する（Ｓ１５）。
【０１６０】
次に、各凝集剤／凝集補助剤添加量について、Ｓ１１〜Ｓ１５で配点された５項目の点数を合計する（Ｓ１６）。そして、最も高い合計点数を持つ凝集剤／凝集補助剤添加量を最適添加量（最適解）と判定する（Ｓ１６）。
【０１６１】
以上のようにして、本実施形態では、静置期間における大きな粒径範囲の粒子数の平均値（ＰB＋ＰC）／２を最適添加量の算出基準に追加したことで、高濁度の原水に適用した場合であっても低濁度の原水に適用した場合であっても、最適添加量の算出の信頼性を向上することができる。
【０１６２】
なお、Ｓ１６で、５項目の点数を合計することに加えて、各項目に対して、重み係数を乗算した上で、最終的に、それらの値を合計しても良い。重み係数は、それぞれの項目と実際に凝集池で生成される粒子との整合性を高めるための係数であり、評価者の利便性に応じて、独自の判断で設定すれば良い。また、図２７では、Ｓ１１〜Ｓ１５で５項目の数値から５項目の順位および点数を決定し、Ｓ１６で５項目の点数の合計に基づいて凝集剤および凝集補助剤の少なくとも一方の最適添加量を算出していたが、他の方法によって５項目の数値を総合的に判断して凝集剤および凝集補助剤の少なくとも一方の最適添加量を算出してもよい。他の方法としては、例えば、５項目の数値から所定の根拠から得られた工学的、もしくは統計学的な演算式によって、凝集剤および凝集補助剤の少なくとも一方の最適添加量を演算する方法が考えられる。また、他の方法としては、図２７の方法において、Ｓ１１〜Ｓ１５における順位付けの処理を省き、５項目の数値から直接的に点数を決定する方法も考えられる。
【０１６３】
原水に対する凝集剤の最適添加量を図２７の方法により算出（予測）した実験の結果を、以下に実施例として記述する。
【０１６４】
〔実施例５〕
前述した実施の形態３の沈降性評価装置を用い、原水に凝集補助剤および凝集剤を添加したときの原水中の粒子の沈降性を評価するために、粒径範囲ごとの粒子数の計測を行った。
【０１６５】
本実施例では、微粒子計測器２として、２μｍ以上７μｍ未満の粒径範囲（小粒径範囲）、１０μｍ以上の粒径範囲（大粒径範囲）、の２領域の粒子数を計測できるように設定した分級式微粒子カウンターを用いて、実験を行った。
【０１６６】
本実施例では、実施例１で用いたの同様のビーカー４およびフィルター６を用いた。
【０１６７】
本実施例では、まず、温度１３℃、電気伝導度６８．４μＳ／ｃｍ、濁度１９．８度、アルカリ度１５．０度、ｐＨ７．１３である高濁度の原水９５０ｍｌを各ビーカー４に入れた。さらに、６個のビーカー４内の原水のそれぞれに対し、凝集剤としてのＰＡＣ溶液を、濃度が１５ｍｇ／Ｌ、２０ｍｇ／Ｌ、２５ｍｇ／Ｌ、３０ｍｇ／Ｌ、３５ｍｇ／Ｌ、および４０ｍｇ／Ｌとなるように、それぞれ添加した。
【０１６８】
本実施例では、実施例１と同様の条件で、急速攪拌、緩速攪拌、および静置を行った。また、本実施例では、実施例１と同様にして、各ビーカー４から微粒子計測器２への採水、微粒子計測器２からビーカー４へ原水を戻す処理、および微粒子計測器２から外部への排水を行った。
【０１６９】
本実施例では、急速攪拌期間３分間、緩速攪拌期間３分間、および静置期間９分間の計１５分間の期間にわたって、２μｍ以上７μｍ未満の粒径範囲（小さな粒径範囲）の粒子数、１０μｍ以上の粒径範囲（大きな粒径範囲）の粒子数を微粒子計測器２で計測した。２μｍ以上７μｍ未満の粒径範囲（小さな粒径範囲）の粒子数の経時変化を図２８に示す。１０μｍ以上の粒径範囲（大きな粒径範囲）の粒子数の経時変化を図２９に示す。
【０１７０】
また、データ収集・解析部１の演算部１ａにより、静置期間における粒径２μｍ以上７μｍ未満の粒子数の平均値、静置期間における粒径１０μｍ以上の粒子数の平均値（表７・８では「静置期間の１０μｍ−粒子数の平均値」と記す）、静置期間における粒径２μｍ以上７μｍ未満の粒子数の単位時間当たり変化量（表７・８では「静置期間の２−７μｍ粒子数の変化量」と記す）、静置期間における粒径１０μｍ以上の粒子数の単位時間当たり変化量（表７・８では「静置期間の１０μｍ−粒子数の変化量」と記す）、および急速攪拌開始から１．５分間が経過した時点から急速攪拌終了時点までの期間Ａにおける粒径１０μｍ以上の粒子数の単位時間当たり変化量（表７・８では「１．５分以降急速攪拌期間の１０μｍ−粒子数の変化量」と記す）を演算した。演算結果を図３０および図３１に示す。
【０１７１】
ここで、本実施例との比較のために、４項目の算出基準を用いる図６の最適添加量算出方法によって、ＰＡＣの最適添加量を算出した。図６のＳ１〜Ｓ４によって配点された各ＰＡＣ添加量の４項目の点数、および各ＰＡＣ添加量の合計点数を表７に示す。
【０１７２】
【表７】
2013008520.tif 000009
【０１７３】
図６の最適添加量算出方法では、４項目の合計点数が最も高いＰＡＣ添加量２５mｇ／Ｌが最適添加量として算出された。
【０１７４】
しかしながら、ＰＡＣ添加量２５mｇ／Ｌの場合には、粒径２μｍ以上７μｍ未満の粒子の生成数（静置時の絶対量）は少ないものの、静置期間における粒径１０μｍ以上の粒子数の単位時間当たり変化量が最も少なく、かつ、粒径１０μｍ以上の粒子の生成数（静置時の絶対量）が最も少ないため、最適でないことが示唆される。原水の濁度が１９度であるという高濁度の状況に鑑みれば、図６の最適添加量算出方法では、粒径１０μｍ以上の大粒径粒子の生成数を考慮しないことで、誤った最適添加量の算出を導く可能性が示唆される。
【０１７５】
本実施例では、データ収集・解析部１の最適添加量算出部１ｂが、図２７の最適添加量算出方法により、ＰＡＣの最適添加量を算出した。
【０１７６】
すなわち、まず、全てのビーカー４のＰＡＣ添加量について、静置期間における粒径１０μｍ以上の粒子数の単位時間当たり変化量の値（第１項目）が低いものから順に、６点、５点、４点、３点、２点、１点を配点した（Ｓ１１）。本実施例では、図２９および図３０から分かるように、静置期間における粒径１０μｍ以上の粒子数の単位時間当たり変化量の値（静置時の沈降性が大きい場合に低くなる）は、ＰＡＣ添加量２０mｇ／Ｌ、ＰＡＣ添加量３０mｇ／Ｌ、ＰＡＣ添加量３５mｇ／Ｌ、ＰＡＣ添加量４０mｇ／Ｌ、ＰＡＣ添加量１５mｇ／Ｌ、ＰＡＣ添加量２５mｇ／Ｌの順に低かったため、この順に配点した。
【０１７７】
次に、全てのビーカー４のＰＡＣ添加量について、静置期間における粒径２μｍ以上７μｍ未満の粒子数の単位時間当たり変化量の値（第２項目）が低いものから順に、６点、５点、４点、３点、２点、１点を配点した（Ｓ１２）。本実施例では、図２８および図３０から分かるように、静置期間における粒径２μｍ以上７μｍ未満の粒子数の単位時間当たり変化量の値（静置時の沈降性が大きい場合に低くなる）は、ＰＡＣ添加量２５mｇ／Ｌ、ＰＡＣ添加量３０mｇ／Ｌ、ＰＡＣ添加量１５mｇ／Ｌ、ＰＡＣ添加量３５mｇ／Ｌ、ＰＡＣ添加量４０mｇ／Ｌ、ＰＡＣ添加量２０mｇ／Ｌの順に低かったため、この順に配点した。
【０１７８】
次に、全てのビーカー４のＰＡＣ添加量について、静置期間における粒径２μｍ以上７μｍ未満の粒子数の平均値（第３項目）が小さいものから順に、６点、５点、４点、３点、２点、１点を配点した（Ｓ１３）。本実施例では、図２８および図３１から分かるように、静置期間における２μｍ以上７μｍ未満の粒径範囲の粒子数の平均値（静置時の生成量）は、ＰＡＣ添加量２５mｇ／Ｌ、ＰＡＣ添加量１５mｇ／Ｌ、ＰＡＣ添加量４０mｇ／Ｌ、ＰＡＣ添加量３０mｇ／Ｌ、ＰＡＣ添加量２０mｇ／Ｌ、ＰＡＣ添加量３５mｇ／Ｌの順に少なかったため、この順に配点した。
【０１７９】
次に、全てのビーカー４のＰＡＣ添加量について、１．５分経過後以降の急速攪拌期間Ａにおける粒径１０μｍ以上の粒子数の単位時間当たり変化量の値（第４項目）が高いものから順に、６点、５点、４点、３点、２点、１点を配点した（Ｓ１４）。本実施例では、図３０から分かるように、１．５分経過後以降の急速攪拌期間Ａにおける粒径１０μｍ以上の粒子数の単位時間当たり変化量の値（急速攪拌時の破壊に対する耐性が強い場合に高くなる）は、ＰＡＣ添加量２５mｇ／Ｌ、ＰＡＣ添加量１５mｇ／Ｌ、ＰＡＣ添加量３０mｇ／Ｌ、ＰＡＣ添加量３５mｇ／Ｌ、ＰＡＣ添加量４０mｇ／Ｌ、ＰＡＣ添加量２０mｇ／Ｌの順に高かったため、この順に配点した。
【０１８０】
次に、全てのビーカー４のＰＡＣ添加量について、静置期間における粒径１０μｍ以上の粒子数の平均値（第５項目）が大きいものから順に、６点、５点、４点、３点、２点、１点を配点した（Ｓ１５）。本実施例では、図２９および図３１から分かるように、静置期間における１０μｍ以上の粒径範囲の粒子数の平均値（静置時の生成量）は、ＰＡＣ添加量２０mｇ／Ｌ、ＰＡＣ添加量３０mｇ／Ｌ、ＰＡＣ添加量３５mｇ／Ｌ、ＰＡＣ添加量４０mｇ／Ｌ、ＰＡＣ添加量１５mｇ／Ｌ、ＰＡＣ添加量２５mｇ／Ｌの順に多かったため、この順に配点した。
【０１８１】
Ｓ１１〜Ｓ１５によって配点された各ＰＡＣ添加量の５項目の点数を以下に示す。
【０１８２】
【表８】
2013008520.tif 000010
【０１８３】
次に、各ＰＡＣ添加量について、Ｓ１１〜Ｓ１５で配点された５項目の点数を合計した（Ｓ５）。各ＰＡＣ添加量の合計点数を表８に示す。そして、最も高い合計点数を持つＰＡＣ添加量を最適添加量と判定した（Ｓ５）。これにより、５項目の合計点数が最も高いＰＡＣ添加量３０ｍｇ／Ｌが最適添加量として算出された。
【０１８４】
最終結果として、全ての項目で平均的または平均以上の得点となっており最適であることが示唆されるＰＡＣ添加量３０ｍｇ／Ｌが、第１項目（静置期間における粒径１０μｍ以上の粒子数の単位時間当たり変化量）および第５項目（静置期間における粒径１０μｍ以上の粒子数の平均値）が最下位であり最適でないことが示唆されるＰＡＣ添加量２５ｍｇ／Ｌとは僅差であるものの、最適添加量として算出された。
【０１８５】
以上の結果より、本装置を高濁度の原水に適用した場合、最適添加量の算出基準に第５項目（静置期間における粒径１０μｍ以上の粒子数の平均値）を導入したことにより、最適添加量の算出の信頼性が向上することが分かった。
【０１８６】
また、以上の結果より、本装置を低濁度の原水に適用した場合であっても、最適添加量の算出基準に第５項目（静置期間における粒径１０μｍ以上の粒子数の平均値）を導入したことにより、最適添加量の算出の信頼性が向上すると考えられる。一般的に、低濁度原水では、大粒径粒子の生成数は少なくなることが経験的に既知であるが、大粒径粒子は小粒径粒子に比して沈降性が優れることもまた、経験的に既知である。よって、第５項目は、原水濁度の程度にかかわらず、沈降し易い大粒径粒子の存在（の絶対値）を表すものである。それ故に、この第５項目の導入は最適添加量の算出の信頼性を向上させることはあっても、これを妨げる事由にはなり得ない。
【産業上の利用可能性】
【０１８７】
本発明は、水処理施設などにおける原水への凝集剤および凝集補助剤の少なくとも一方の添加量を決定するために、サンプリングした原水に対して凝集剤又は凝集剤と凝集補助剤との両方を種々の添加量で添加して、原水中の粒子の沈降性が良好な状態となっているかを評価するジャーテスト、ジャーテストの結果に基づく凝集剤および凝集補助剤の少なくとも一方の添加量の決定などに利用できる。
【符号の説明】
【０１８８】
１    データ収集・解析部
１ａ  演算部
１ｂ  最適添加量算出部
２  微粒子計測器
３  攪拌制御部（攪拌部）
４，２４，３４  ビーカー（容器）
５  ポンプ
８  三方弁（返水部）
９  モータ（攪拌部）
１０  回転軸（攪拌部）
１１  攪拌パドル（攪拌部）
１２  採水管
１３  返水管（返水部）
１４  排水管
３４ａ  逆円錐面部
３４ｂ  逆円錐台面部
【図１】
2013008520.tif 000011
【図２】
2013008520.tif 000012
【図３】
2013008520.tif 000013
【図４】
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【図５】
2013008520.tif 000015
【図６】
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【図７】
2013008520.tif 000017
【図８】
2013008520.tif 000018
【図９】
2013008520.tif 000019
【図１０】
2013008520.tif 000020
【図１１】
2013008520.tif 000021
【図１２】
2013008520.tif 000022
【図１３】
2013008520.tif 000023
【図１４】
2013008520.tif 000024
【図１５】
2013008520.tif 000025
【図１６】
2013008520.tif 000026
【図１７】
2013008520.tif 000027
【図１８】
2013008520.tif 000028
【図１９】
2013008520.tif 000029
【図２０】
2013008520.tif 000030
【図２１】
2013008520.tif 000031
【図２２】
2013008520.tif 000032
【図２３】
2013008520.tif 000033
【図２４】
2013008520.tif 000034
【図２５】
2013008520.tif 000035
【図２６】
2013008520.tif 000036
【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
2013008520.tif 000039
【図３０】
2013008520.tif 000040
【図３１】
2013008520.tif 000041
【手続補正書】
【提出日】平成25年6月12日(2013.6.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子を含む原水中における粒子の沈降性を評価する沈降性評価装置であって、
前記原水を収容するための容器と、
前記容器の底部から前記原水を連続的に採水して送水するための採水管と、
前記採水管によって送水された原水中の粒子数を測定するための粒子数測定器と、
容器内の原水に凝集剤が添加された後、容器内の原水を相対的に速い攪拌速度で急速攪拌し、次に、急速攪拌の攪拌速度よりも相対的に遅い攪拌速度で容器内の原水を緩速攪拌し、その後は、攪拌を停止して容器内の原水を静置する攪拌部と、
前記急速攪拌時および前記緩速攪拌時には、前記粒子数測定器で粒子数の測定がなされた原水を前記容器内に返水し、その後の静置時には、返水を停止する返水部と、
前記静置を開始した時点から前記容器内の原水の水位が容器の底部まで低下して前記粒子数測定器への送水がなされなくなる時点までの静置期間における、前記粒子数測定器で測定された粒子数の変化量を演算する演算部とを備えることを特徴とする沈降性評価装置。
【請求項２】
請求項１に記載の沈降性評価装置であって、
前記粒子数測定器は、下限値が１μｍ以上である第１の粒径範囲の粒子数を少なくとも測定し、
前記演算部は、前記静置期間における前記粒子数測定器で測定された前記第１の粒径範囲の粒子数の時間的な変化量を演算することを特徴とする沈降性評価装置。
【請求項３】
請求項２に記載の沈降性評価装置であって、
前記粒子数測定器は、前記第１の粒径範囲より大きい第２の粒径範囲の粒子数をさらに測定し、
前記演算部は、前記静置期間における前記粒子数測定器で測定された前記第２の粒径範囲の粒子数の時間的な変化量をさらに演算することを特徴とする沈降性評価装置。
【請求項４】
請求項３に記載の沈降性評価装置であって、
前記演算部は、前記静置期間における前記粒子数測定器で測定された前記第１の粒径範囲の粒子数の平均値をさらに演算することを特徴とする沈降性評価装置。
【請求項５】
請求項４に記載の沈降性評価装置であって、
前記演算部は、前記急速攪拌の開始から１分間以上経過した時点から前記急速攪拌の終了時点までの期間における前記粒子数測定器で測定された前記第２の粒径範囲の粒子数の時間的な変化量をさらに演算することを特徴とする沈降性評価装置。
【請求項６】
請求項５に記載の沈降性評価装置であって、
前記演算部は、前記静置期間における前記粒子数測定器で測定された前記第２の粒径範囲の粒子数の平均値をさらに演算することを特徴とする沈降性評価装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の沈降性評価装置であって、
前記容器の底面は、逆円錐形となっており、
前記採水管は、前記容器の底面における逆円錐形の頂点部分に接続されていることを特徴とする沈降性評価装置。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の沈降性評価装置であって、
前記容器の底面は、逆円錐面部と、該逆円錐面部の上側に設けられた逆円錐台面部とを含み、
前記採水管は、前記逆円錐面部の頂点部分に接続されており、
前記逆円錐台面部の勾配が、前記逆円錐面部の勾配より緩いことを特徴とする沈降性評価装置。
【請求項９】
凝集剤および凝集補助剤の少なくとも一方の最適添加量を算出する最適添加量算出装置であって、
複数の容器を備える請求項５に記載の沈降性評価装置と、
前記複数の容器内の原水に添加された凝集剤および凝集補助剤の少なくとも一方の添加量と、前記演算部で演算された、各容器内の原水の（１）前記静置期間における前記第２の粒径範囲の粒子数の時間的な変化量と、（２）前記静置期間における前記第１の粒径範囲の粒子数の時間的な変化量と、（３）前記静置期間における前記第１の粒径範囲の粒子数の平均値と、（４）前記急速攪拌の開始から１分間以上経過した時点から前記急速攪拌の終了時点までの期間における前記第２の粒径範囲の粒子数の時間的な変化量とに基づいて、凝集剤および凝集補助剤の少なくとも一方の最適添加量を算出する最適添加量算出部とを備えることを特徴とする最適添加量算出装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の最適添加量算出装置であって、
前記演算部は、前記静置期間における前記粒子数測定器で測定された前記第２の粒径範囲の粒子数の平均値をさらに演算するものであり、
前記最適添加量算出部は、前記複数の容器内の原水に添加された凝集剤および凝集補助剤の少なくとも一方の添加量と、前記演算部で演算された、各容器内の原水の（１）前記静置期間における前記第２の粒径範囲の粒子数の時間的な変化量と、（２）前記静置期間における前記第１の粒径範囲の粒子数の時間的な変化量と、（３）前記静置期間における前記第１の粒径範囲の粒子数の平均値と、（４）前記急速攪拌の開始から１分間以上経過した時点から前記急速攪拌の終了時点までの期間における前記第２の粒径範囲の粒子数の時間的な変化量と、（５）前記静置期間における前記第２の粒径範囲の粒子数の平均値とに基づいて、凝集剤および凝集補助剤の少なくとも一方の最適添加量を算出するものであることを特徴とする最適添加量算出装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
本発明に係る沈降性評価装置は、容器内の原水に凝集剤又は凝集剤と凝集補助剤との両方が添加された後、容器内の原水を相対的に速い攪拌速度で急速攪拌し、次に、急速攪拌の攪拌速度よりも相対的に遅い攪拌速度で容器内の原水を緩速攪拌し、その後は、攪拌を停止して容器内の原水を静置する攪拌部と、前記急速攪拌時および前記緩速攪拌時には、前記粒子数測定器で粒子数の測定がなされた原水を前記容器内に返水し、その後の静置時には、返水を停止する返水部と、前記静置を開始した時点から前記容器内の原水の水位が容器の底部まで低下して前記粒子数測定器への送水がなされなくなる時点までの静置期間における、前記粒子数測定器で測定された粒子数の時間的な変化量を演算する演算部とをさらに備える。
【国際調査報告】
2013008520.tif 000042
2013008520.tif 000043
2013008520.tif 000044
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