(57)【要約】【課題】適正な凝集剤注入量を決定する。【解決手段】ｐＨ計４６により原水のｐＨを計測し、導電率計４４により原水の導電率を計測する。制御装置５６は、特定のｐＨおよび導電率の原水に基づき決定した、凝集剤混和後の混和水におけるマイクロフロックの荷電状態を示す流動電流値の目標値である初期目標流動電流値を、計測したｐＨおよび導電率に基づき補正して、目標流動電流値を算出する。急速撹拌タンク５０で一定の滞留時間で原水に凝集剤を混和する。制御装置５６は、混和水の流動電流値が目標値になるように、凝集剤注入量を決定し、急速撹拌タンク５０における凝集剤注入量を制御する。そして、決定した凝集剤注入率を、目標凝集剤注入率として出力する。【選択図】図１
2011235209.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原水に凝集剤を添加する凝集剤添加手段と、
原水と凝集剤を混和して混和水を得る混和手段と、
前記混和水の導電率を検出する導電率検出手段と、
前記混和水の流動電流値を検出する流動電流値検出手段と、
検出した前記混和水の流動電流値を検出した前記混和水の導電率で除算して得られる混和水の流動電位が予め設定されている目標流動電位となるように、凝集剤添加量を制御する制御手段と、
を含むことを特徴とする凝集処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載の凝集処理装置において、
前記制御手段は、前記混和手段における混和時間が大きいほど、流動電位が高くなるように前記目標流動電位を変更することを特徴とする凝集処理装置。
【請求項３】
原水に凝集剤を添加し、原水と凝集剤を混和して混和水を得、この混和水について固液分離処理をして処理水を得る凝集処理方法において、
前記混和水の導電率と流動電流値を検出し、
検出した前記混和水の流動電流値を検出した前記混和水の導電率で除算して得られる混和水の流動電位が予め設定されている目標流動電位になるように、凝集剤添加量を制御することを特徴とする凝集処理方法。
【請求項４】
請求項３に記載の凝集処理方法において、
前記流動電流値を検出した混和水についての混和時間が大きいほど、流動電位が高くなるように目標流動電位を変更することを特徴とする凝集処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水処理における凝集剤注入の決定に関する。
【背景技術】
【０００２】
浄水場などの水処理施設においては、例えば、ＰＡＣ（ポリ塩化アルミニウム）などの凝集剤を用いた凝集沈殿処理や、砂濾過処理などによって水を浄化している。ここで、この凝集処理において、凝集剤の注入率を適切に制御し、少ない添加で十分な処理を行うために各種の制御法が提案されている。
【０００３】
特許文献１，２などでは、凝集剤混和水におけるマイクロフロックのゼータ電位に相当する流動電流値（ＳＣ値）を検出し、この検出結果に基づいて凝集剤注入量を制御することが提案されている（特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３５２２６５０号公報
【特許文献２】特許第３４８５９００号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】竹野義嗣他：株式会社  西原ウォーターテック「流動電流測定法による凝集剤自動注入制御実験」２００３年５月第５４回全国水道研究発表会講演集、名古屋大会、社団法人  日本水道協会
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、特許文献１、２の手法について、さらなる検討を行ったところ、自動操作には自動条件を決める検量線の実験が必要で、稼動中の実プラントでそれらを求める事は不可能である事が分かった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、原水に凝集剤を添加する凝集剤添加手段と、原水と凝集剤を混和して混和水を得る混和手段と、前記混和水の導電率を検出する導電率検出手段と、前記混和水の流動電流値を検出する流動電流値検出手段と、検出した前記混和水の流動電流値を検出した前記混和水の導電率で除算して得られる混和水の流動電位が予め設定されている目標流動電位となるように、凝集剤添加量を制御する制御手段と、を含むことを特徴とする。
【０００８】
また、前記制御手段は、前記混和手段における混和時間が大きいほど、流動電位が高くなるように前記目標流動電位を変更することが好適である。
【０００９】
また、本発明は、原水に凝集剤を添加し、原水と凝集剤を混和して混和水を得、この混和水について固液分離処理をして処理水を得る凝集処理方法において、前記混和水の導電率と流動電流値を検出し、検出した前記混和水の流動電流値を検出した前記混和水の導電率で除算して得られる混和水の流動電位が予め設定されている目標流動電位になるように、凝集剤添加量を制御することを特徴とする。
【００１０】
また、前記流動電流値を検出した混和水についての混和時間が大きいほど、流動電位が高くなるように目標流動電位を変更することが好適である。
【発明の効果】
【００１１】
このように、本発明によれば、原水の水質が変化しても、適切な凝集剤注入が行える。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】水処理システムの全体構成を示すブロック図である。
【図２】流量比と修正ＳＣ値の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。
【００１４】
図１は、実施形態に係る凝集剤注入量決定装置を備えた水処理施設の概略構成を示す図である。この水処理システムは、通常の水処理を行う水処理システム１００と、この水処理施設における凝集剤注入率を決定するための凝集剤注入量決定装置２００とを含んでいる。
【００１５】
「水処理施設の構成」
河川水などの浄化すべき対象である原水は、水処理システム１００の着水井１０に流入する。着水井１０内の原水は、急速撹拌池１２に供給され、ここで凝集剤と混合される。ここで、凝集剤は、薬剤タンク１４に貯留されており、薬剤ポンプ１６によって原水に混合される。凝集剤は、急速撹拌値に至る流路において注入されるように図示したが、急速撹拌池１２に直接供給してもよい。
【００１６】
また、着水井１０から急速撹拌池１２へ供給される原水量は流量計１８によって計測され、計測した流量が制御装置２０に供給される。制御装置２０では、凝集剤注入量決定装置２００から供給される凝集剤注入率についての指示と、流量計１８からの流量に応じて凝集剤の注入量を決定し、薬剤ポンプ１６の送液量を制御して、原水に対する凝集剤注入率を制御する。なお、凝集剤としては、通常ＰＡＣ（ポリ塩化アルミニウム）が利用されるが、硫酸アルミニウムや塩化第二鉄など他の凝集剤を用いてもよい。
【００１７】
急速撹拌池１２では、撹拌機によって凝集剤と原水が急速撹拌混合され、原水中に含まれるコロイドと凝集剤が反応し粒子を形成する。ここで、凝集剤とコロイドが反応したものを粒子と呼び、一定の反応時間を経過した粒子をマイクロフロックと呼ぶが、水量が一定であれば急速撹拌池１２の反応時間が一定になるので、ここから流出する混和水中の粒子をマイクロフロックと呼ぶ。マイクロフロックを含有する混和水はフロック形成池２２に供給され、ここで緩速撹拌され、フロック粒径の粗大化が図られる。
【００１８】
フロック形成池２２によりフロックが粗大化されたフロック含有水は、凝集沈殿池２４に導入され、ここでフロックが沈澱分離され、上澄みに凝集沈殿処理水が得られる。凝集沈殿池２４において生じる沈澱汚泥は別途処分される。
【００１９】
凝集沈殿処理水は、急速ろ過池２６に供給され、ここで急速ろ過されろ過処理水が消毒／配水池２８に導入される。急速ろ過池２６は、通常砂ろ過である。消毒／配水池２８内の処理水は、塩素注入などの消毒処理された後、水道水として配水される。
【００２０】
「凝集剤注入量決定装置の構成」
本実施形態において、水処理システムは、凝集剤注入量決定装置２００を有している。この凝集剤注入量決定装置２００は、急速撹拌池１２からのマイクロフロックを含有する混和水がサンプリングポンプ４０によってサンプリングされ混和水タンク４２に供給される。
【００２１】
ここで、急速撹拌池１２における凝集反応を適切に行うためには、混和水のｐＨは、７．３程度になっていることが好ましく、原水のｐＨが８．０以上の場合には、原水に炭酸ガスを注入するなどの方法によって、ｐＨを下げることが必要になる。また、原水のｐＨが低い場合には、水酸化ナトリウムなどでｐＨ７以上にすることが好適である。このように、本実施形態における原水は、弱アルカリ性か酸性で、ＮａＯＨ等で原水ｐＨを調整し、通常のＰＡＣ注入率で適正混和水ｐＨを７．３程度に保持できる。
【００２２】
そして、ＰＡＣが添加混合された混和水が混和水タンク４２に導入されるとともに、一部が分岐されて導電率計４４に供給される。なお、サンプリングポンプ４０は、水中または自給式ポンプが利用でき、そのサンプリング量は例えば３０Ｌ／分程度とすることが好適である。
【００２３】
混和水タンク４２には、ｐＨメータ４６が設置されており、混和水タンク４２内の混和水のｐＨを計測する。また、混和水タンク４２のオーバーフロー水の一部（例えば、１０〜１５Ｌ／分）を流動電流計５８に流す。なお、混和水タンク４２のオーバーフロー水、流動電流計（ＳＣメータ）５８及び導電率計４４の排水は、採水場所に戻す。
【００２４】
ＳＣメータ５８は、混和水を移動させて荷電粒子の移動に応じた流動電位に対応する流動電流をＳＣ値として出力するものであり、ＳＣ値は混和水中のマイクロフロックの荷電状態に応じたものであり、マイクロフロックのゼータ電位に対応する。このＳＣメータ５８のスケールは、例えば０〜５００ｕｎｉｔｓと±２５０ｕｎｉｔｓの２種類から選択できる。本装置では、後者を使用しており、マイクロフロックの流動電位は通常負の値になる。なお、このＳＣメータ５８は、従来から知られている計器であり、詳細な説明は省略する。
【００２５】
このようにして、急速撹拌池１２により得られた混和水について、導電率σ、ｐＨ、ＳＣ値が計測され、これらが制御装置２０に供給される。制御装置２０では、予め求められている基準ＳＣ値Ｉ0と基準導電率σ0からオームの法則を利用して求められた基準流動電位Ｅ0（Ｅ0＝Ｉ0／σ0）が記憶されている。
【００２６】
ここで、基準となる凝集剤の注入量の決定には、従来から回分式ジャーテストが利用されており、本実施形態においても回分式ジャーテストにより注入量を決定する。
【００２７】
この回分式ジャーテストでは、マグネットスターラによる急速撹拌後、実験用電動式撹拌翼による緩速撹拌によって略式のフロックの粗大化を図り、上澄水の目標濁度から適正な凝集剤添加量を選定する。このような回分式ジャーテストは、水道用水（原水）中のコロイドと凝集剤が反応して形成されたマイクロフロックの表面電荷が中和された際の凝集剤添加量を求めることに対応している。すなわち、表面電荷が中和されることで、フロックの粗大化を図り、且つ上澄水濁度を目標値になったことを確認することで、凝集剤注入率を最適化することができ、凝集剤注入率を決定できる。
【００２８】
このようにして、回分式ジャーテストによって、その時の原水について、適正凝集剤注入率が決定され、これに処理水量を乗じて適正凝集剤注入量が決定される。そして、この適正凝集剤注入量の場合の混和水が上述のようにしてサンプリングされ、この際の計測値から、基準ＳＣ値Ｉ0、基準導電率σ0が決定され、これらから基準流動電位Ｅ0が決定される。
【００２９】
そして、原水の流入量が一定であれば、急速撹拌池１２における滞留時間も変化せず、マイクロフロックの流動電位も一定とすべきである。そこで、導電率計４４、ＳＣメータ５８で求めた導電率σ、ＳＣ値Ｉから求められるその時の流動電位Ｅ（Ｅ＝Ｉ／σ）が基準流動電位Ｅ0で一定（Ｅ＝Ｅ0＝一定）になるよう制御する。このために、ＳＣメータ５８で検出したＳＣ値が、修正ＳＣ値（Ｉ＝Ｅ0・σ）になるように、ポンプ１６からの凝集剤注入量を変更する。例えば、ＳＣメータ５８で計測したＳＣ値が、基準流動電位Ｅ0に導電率計４４で計測したその時の導電率σを乗算して算出した修正ＳＣ値に比べ大き（高：＋側）ければ、凝集剤注入量を減少し、低ければ凝集剤注入量を増加する。このような制御によって、ＳＣ値を修正ＳＣ値に制御して、流動電位Ｅを一定に保つことができる。なお、凝集剤の注入量は、急速撹拌池１２の滞留時間を考慮し所定時間（例えば、滞留時間の１〜５倍程度）毎に、段階的（平均添加量の１／５０〜１／５程度を１ステップとする）に変化させることが好適である。なお、凝集剤の添加量は、オペレータが増減してもよい。
【００３０】
このように、本実施形態では、流動電位Ｅが基準流動電位Ｅ0（ＳＣ値Ｉが修正ＳＣ値σ・Ｅ0）に一致するように制御することで、常に良好な凝集状態を維持する。
【００３１】
特に、原水中のコロイド濃度や、ｐＨ及び導電率などによって、適正凝集剤注入率が変化する。本実施形態の凝集剤注入量決定装置２００における、ＳＣメータ５８によれば、凝集剤混和水のマイクロフロックの電荷に対応するＳＣ値を連続的に検出できる。このため、このＳＣ値を修正ＳＣ値に一致させるように、凝集剤の注入量を制御することで、好適な凝集剤注入量制御が行える。
【００３２】
ここで、処理水量を変えると、目標となる基準流動電位Ｅ0を変える必要がある。これは、急速撹拌池１２における滞留時間が変化するからであり、流動電位と処理水量の関係については後述する。
【００３３】
「河川のマイクロフロックの測定と基準流動電位の例」
表１に、河川表流水の反応時間が不明のマイクロフロックの流動電位を示す。マイクロフロックの流動電位は、原水中に溶解しているアルミや鉄イオンに影響されている。
【００３４】
平均流動電位は−０．５１０（１０-XｍＶ）で相対値であるが、後述する自動ジャーテスト装置の制御には支障ない。
【００３５】
【表１】
2011235209.tif 000003
【００３６】
表２及び表３は、それぞれ平均流動電位と最大流動電位を基準にした時の修正ＳＣ値を求めたものである。なお、最小流動電流値を基準にしても良いが、これについては省略した。
【００３７】
表２及び表３から処理水量が一定時間帯でのマイクロフロックから、ジャーテストや経験的に適正ＰＡＣ注入が行われている時の混和水マイクロフロックの表面流動電位を計算し、その処理水一定の時間帯は修正ＳＣ値とＳＣ値が一致するようにＰＡＣ注入すれば良いことがわかる。このようにして、制御装置により自動的に凝集剤添加量を適正値に制御することが可能となる。また、得られた修正ＳＣ値をオペレータに示し、オペレータが凝集剤添加量を制御することもできる。これにより、オペレータに目標ＳＣ値を示す事が可能であり、これによって常に適正な凝集剤添加量に制御することができる。
【００３８】
【表２】
2011235209.tif 000004
【００３９】
【表３】
2011235209.tif 000005
【００４０】
「浄水場の実施例」
表４に計画浄水量が時間帯により３，０００、２，５００、４，０００、２，０００ｍ3／時間の浄水場の処理例を示す。ＰＡＣ注入率を一定にして、処理水量が小さくすると基準ＳＣ値が小さくなる事はすでに発表されている（非特許文献１）。それを引用して、表５に処理水量を４，０００ｍ3／時を１．０とした時の流量比と修正前ＳＣと修正後ＳＣ値を示す。最大浄水量とその５０％処理水量ではＳＣ値が約２０ポイント、降下する。処理水量Ｑが変化しＱ／Ｑ0が小さくなると、反応時間が大きくなりＳＣ値が小さくなる理由である。
【００４１】
自動制御にはその右肩上がりのＳＣ検量線を図２の様にＳＣ値＝−６７を軸に線対称にした修正ＳＣ値Ｉｑを求め、図２に示す。
Ｉｑ  ａｔ  １５０μＳ／ｃｍ＝−１８．１０１Ｑ／Ｑ0−４８．６０７
Ｒ2＝０．９９６４
これが求まれば、流動電位がＱ／Ｑ0で変化した時の目標流動電位Ｅｑを求められる。
Ｅｑ  ＝  −０．１２１５×Ｑ／Ｑ0  −  ０．３２３２，  Ｒ2  ＝  ０．９９６
【００４２】
上式は導電率σが変化し、処理水量が変動した時の目標流動電位である。これより改めて目標ＳＣ値を求め自動ジャーテスト装置を操作すれば良い。  ｐＨ、導電率そして流量が変化するとジャーテストの自動化が複雑となり、長期的な検証実験が必要になる。
【００４３】
水量が一定な時間帯のときの表４に示す流動電位を使用し、目標ＳＣ値を計算して使用するのが実用的となる。
【００４４】
【表４】
2011235209.tif 000006
【００４５】
【表５】
2011235209.tif 000007
【００４６】
ここで、本実施形態では、ｐＨの変動が小さい原水を利用している。このｐＨ変動が小さい原水とは、原水が弱アルカリ性か酸性で、ＮａＯＨ等で原水ｐＨを調整し、ｐＨ変換係数や検量線がなくても普通のＰＡＣ注入率で適正混和水ｐＨを保持出来、制御に必要な目標ＳＣ値＝修正ＳＣ値を得る事が可能な原水をいう。
【符号の説明】
【００４７】
１０  着水井、１２  急速撹拌池、１４  薬剤タンク、１６  薬剤ポンプ、１８  流量計、２０  制御装置、２２  フロック形成池、２４  凝集沈殿池、２６  急速ろ過池、２８  消毒／配水池、４０  サンプリングポンプ、４２  混和水タンク、４４  導電率計、４６  ｐＨ計、５８  ＳＣメータ、１００  水処理システム、２００  凝集剤注入量決定装置。
【図１】
2011235209.tif 000008
【図２】
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