(57)【要約】 【課題】最適な凝集剤注入率を決定する際に、ジャーテストを実施する運転員の判断を支援する判断基準を提供することが可能な凝集剤注入率設定方法を提供する。【解決手段】被処理水を複数個の試験用水槽に採取し、おのおのの試験用水槽に採取された試料水に対して、それぞれ異なる注入率の凝集剤を注入する。凝集剤を注入した各試料水を撹拌し、撹拌終了後に一定時間静置した後の各試料水の上澄み液の濁度を測定する。上澄み液を吸引ろ過するのにかかる時間に基づいて取得される指標を算出する。被処理水における濁質が沈殿池において沈殿処理された後に被処理水が供給されるろ過池の水位と、指標との関係に基づき、指標の許容値を設定する。そして、濁度、指標、及び、許容値に基づいて、凝集剤の注入率を設定する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理水を複数個の試験用水槽に採取し、おのおのの前記試験用水槽に採取された試料水に対して、それぞれ異なる注入率の凝集剤を注入し、
前記凝集剤を注入した各試料水を撹拌し、前記撹拌終了後に一定時間静置した後の前記各試料水の上澄み液の濁度を測定し、
前記上澄み液を吸引ろ過するのにかかる時間に基づいて取得される指標を算出し、
前記被処理水における濁質が沈殿池において沈殿処理された後に前記被処理水が供給されるろ過池の水位と、前記指標との関係に基づき、前記指標の許容値を設定し、
前記濁度、前記指標、及び、前記許容値に基づいて、前記凝集剤の注入率を設定する凝集剤注入率設定方法。
【請求項２】
前記ろ過池の水位と前記指標との関係は、前記被処理水の水温及び前記被処理水に含まれる濁質の粒子径に応じて変化する請求項１記載の凝集剤注入率設定方法。
【請求項３】
前記指標は、前記静置後の各試料水の上澄み液を吸引ろ過するのにかかる時間と、蒸留水を吸引ろ過するのにかかる時間との比率（ＳＴＲ：Suction Time Ratio）である請求項１又は２記載の凝集剤注入率設定方法。
【請求項４】
前記凝集剤注入率の増加に対する前記比率の上昇の特性から、前記被処理水における濁質の凝集状態を評価する請求項３記載の凝集剤注入率設定方法。
【請求項５】
前記凝集状態を、前記被処理水のｐＨの調整、前記被処理水のアルカリ度の調整、又は、前記被処理水の流量の調整のうち少なくともいずれかをすることで操作する請求項４記載の凝集剤注入率設定方法。
【請求項６】
前記算出した指標を、前記沈殿池における滞留時間と、前記静置時間との差に基づいて補正する請求項１乃至５のいずれかに記載の凝集剤注入率設定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、例えば、浄水場、下水処理場、及び産業排水処理施設等において凝集剤の注入率を設定する凝集剤注入率設定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、浄水場、下水処理場、又は産業排水処理施設等では、処理すべき原水へ凝集剤を注入し、原水中に含まれる懸濁物等をフロック化する。そして、生成されたフロックを沈降分離することで原水中に含まれる懸濁物等を除去する。さらに、この操作の後の沈殿処理水を、砂ろ過にてろ過することで、沈降分離では除去されなかった微細なフロックを除去する。凝集剤としては、例えば、ポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）、及び硫酸アルミニウム（硫酸ばんど）といったアルミ系の無機凝集剤が広く用いられる。その他、鉄系凝集剤、並びに、カチオン性及びアニオン性の有機の高分子凝集剤も用いられている。
【０００３】
例えば、浄水場においては、アルミ系の無機凝集剤を原水に添加し、懸濁物をフロック化して沈殿させる。このとき、沈殿池出口の濁度は処理水質の管理指標の一つである。沈殿池出口の濁度に影響を及ぼす要素は、原水濁度、凝集剤の注入量、ｐＨ、水温、アルカリ度、混和池での撹拌強度、沈殿池の形状、及び滞留時間等がある。
【０００４】
沈殿池出口における濁度を良好な値（例えば、濁度０．５度程度）に保つための適切な凝集条件は、原水の水質変動に影響を受けて絶えず変化する。ここで、凝集剤の注入結果が、沈殿池出口における濁度に反映されるまでの時間は、処理プロセスを流れている被処理水の滞留時間に依存し、一般的に３〜６時間程度である。このため、沈殿池出口における濁度を測定し、その測定結果に基づいて凝集の良否を判断し、凝集剤の注入率を制御するのでは、原水の水質が刻一刻と変化している場合では、対応が遅くなってしまう。
【０００５】
水質変動が生じた際に対応を早くするため、原水の濁度及び水温等から凝集剤の注入率を演算するフィードフォワード制御（以下、ＦＦ制御）が用いられている場合がある。しかしながら、ＦＦ制御は、過去の経験に基づいてＦＦ制御の演算式を作成し、演算式に基づいて凝集剤の注入量を決定するため、演算式の作成に用いた過去の運転実績の影響を受ける。例えば、過去の運転実績が最適な注入量よりも多めであった場合、又は安全面を考慮して多めの注入を行っていた場合等には、それらを考慮しないと凝集剤の注入率が多めに演算される傾向がある。この結果、凝集剤の過剰注入を招き、凝集剤使用コストの増大をもたらしてしまう。過剰な凝集剤の使用は汚泥の増量につながるため、汚泥処理コストの増加、及び汚泥中のアルミ含有量増加により汚泥の再利用を妨げる等の弊害をもたらしてしまう。
【０００６】
そこで、実際の浄水場においては、運転員が原水を採水し、原水に対して凝集剤注入率を段階的に変更した条件でビーカテストを行い、フロックのでき方、フロックの大きさ、及びフロックの沈降性等を目視で観測し、その時その時の原水の水質に適した凝集剤注入率を決定する方法が取られる場合もある。この方法をジャーテストと呼んでいる。なお、目視による確認に加えて、ジャーテスト後の上澄み液の濁度を測定して、最も濁度の低下した凝集剤注入条件を採用するようにしても良い。ジャーテストの利点としては、前述したＦＦ制御において、影響の度合いを正確に制御に取り込めていない、ｐＨ、水温、アルカリ度、並びに、懸濁物質及び有機物質の組成、といった凝集の良否を左右する原水の様々な水質特性に変化があった場合でも、その時その時の原水水質を用いて、ビーカテストで確認することにより、結果として得られる注入率がどういった原水水質の変化によるものかといった詳細な現象は把握できなくとも、その都度の水質の変化に応じた、ある程度最適な注入率を決定できることにある。
【０００７】
しかしながら、ジャーテストでは、目視や濁度測定による最適注入率の判断が、ジャーテストを実施する運転員の経験や勘に依存しやすいという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１０−２４０６２７号公報
【特許文献２】特開２０１２−２２３６９０号公報
【特許文献３】特開２００９−４５５３２号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】水道協会雑誌、第７１巻、第９号、ｐ．１１−２１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
以上のように、ジャーテストでは、最適な凝集剤注入率を決定する際の判断が、ジャーテストを実施する運転員の経験又は勘に依存しやすい状況にあった。
【００１１】
そこで、目的は、最適な凝集剤注入率を決定する際に、ジャーテストを実施する運転員の判断を支援する判断基準を提供することが可能な凝集剤注入率設定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
実施形態に係る凝集剤注入率設定方法では、被処理水を複数個の試験用水槽に採取し、おのおのの試験用水槽に採取された試料水に対して、それぞれ異なる注入率の凝集剤を注入し、前記凝集剤を注入した各試料水を撹拌し、前記撹拌終了後に一定時間静置した後の前記各試料水の上澄み液の濁度を測定し、前記上澄み液を吸引ろ過するのにかかる時間に基づいて取得される指標を算出し、前記被処理水における濁質が沈殿池において沈殿処理された後に前記被処理水が供給されるろ過池の水位と、前記指標との関係に基づき、前記指標の許容値を設定し、前記濁度、前記指標、及び、前記許容値に基づいて、前記凝集剤の注入率を設定する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態に係る凝集剤注入率設定方法が採用される浄水場の構成例を示す図である。
【図２】図１に示す凝集剤注入率設定装置の構成を示す図である。
【図３】図２に示す許容値設定部で設定される許容水位上昇速度を示す図である。
【図４】図２に示す凝集剤注入率設定装置を用いて凝集剤注入率が設定される際のフローチャートを示す図である。
【図５】図２に示す凝集剤注入率設定装置で表示される測定結果の例を示す図である。
【図６】図２に示す凝集剤注入率設定装置で表示される測定結果の例を示す図である。
【図７】図２に示す凝集剤注入率設定装置で表示される測定結果の例を示す図である。
【図８】図２に示す凝集剤注入率設定装置で表示される測定結果の例を示す図である。
【図９】図２に示す凝集剤注入率設定装置のその他の構成例を示す図である。
【図１０】図２に示す凝集剤注入率設定装置で表示される測定結果の例を示す図である。
【図１１】図２に示す凝集剤注入率設定装置で表示される測定結果の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１５】
図１は、本実施形態に係る凝集剤注入率設定方法が採用される浄水場の構成例を示す模式図である。なお、本実施形態では、凝集沈殿処理を行う例として浄水場を例に挙げているが、浄水場に限定されず、下水処理場、又は産業排水処理施設等であっても構わない。
【００１６】
図１に示す浄水場は、着水井１０、混和池２０、フロック形成池３０、沈殿池４０、ろ過池５０、薬品注入制御装置６０、凝集剤注入装置７０及び凝集剤注入率設定装置８０を備える。
【００１７】
着水井１０は、処理すべき原水を取り込み、取り込んだ原水を配管により接続される混和池２０へ送る。混和池２０では、凝集剤注入装置７０により、着水井１０から送られる原水に凝集剤が注入される。ここで、凝集剤とは、例えば、ポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）、及び硫酸アルミニウム（硫酸ばんど）といったアルミ系の無機凝集剤が用いられる。このうち、浄水場においてはＰＡＣが主に用いられる。混和池２０は、例えば、モータにより駆動される撹拌機２１を備える。混和池２０では、撹拌機２１により、原水と凝集剤との混和が促進される。原水と凝集剤との混和が促進されることで、原水中の汚濁物質が凝集してフロックが形成される。混和池２０は、原水と凝集剤とが混和された処理水を、形成されたフロックと共にフロック形成池３０へ送る。
【００１８】
フロック形成池３０は、混和池２０において形成されたフロックを凝集させ、より大きなフロックを形成させる。フロック形成池３０は、処理水を緩速撹拌する緩速撹拌装置３１を有する。緩速撹拌装置３１は、下流に向けて段階的に撹拌の強度が小さくなるように設定されている。これにより、処理水中のフロック同士の衝突が繰り返されることとなり、フロックが巨大化して沈降しやすくなる。フロック形成池３０は、フロックを含む処理水を沈殿池４０へ送る。
【００１９】
沈殿池４０は、フロック形成池３０から供給される処理水を所定時間以上、例えば３時間程度、滞留することで、処理水に含まれるフロックが沈殿するようにしている。沈殿池４０は、所定時間以上滞留させた処理水をろ過池５０へ送る。
【００２０】
ろ過池５０では、例えば、砂ろ過により、沈殿池４０で沈殿除去されなかったフロックが除去される。ろ過池５０は、ろ過池５０の水位を計測する水位センサ５１を有する。水位センサ５１により計測された水位情報は、凝集剤注入率設定装置８０へ送信される。ろ過池５０によりフロックが除去された清浄水は、図示しない浄水池において塩素による殺菌等が行われた後、配水管へと分配される。なお、ろ過池５０において、砂ろ過に通される前に適宜、オゾン処理や生物活性炭処理が施されたりする場合もある。
【００２１】
薬品注入制御装置６０は、プロセス制御部６１を備える。プロセス制御部６１は、後述する凝集剤注入率設定装置８０により設定される凝集剤注入率設定値と、流量計６２で計測される原水の流量とに基づき、凝集剤の注入量を決定する。プロセス制御部６１は、決定した注入量に基づき、凝集剤注入装置７０を制御する。凝集剤注入装置７０は、薬品注入制御装置６０からの制御に従い、凝集剤を混和池２０へ注入する。
【００２２】
図２は、本実施形態に係る凝集剤注入率設定装置８０の構成を示す模式図である。図２に示す凝集剤注入率設定装置８０は、試験用水槽８１−１〜８１−４、凝集剤注入部８２、撹拌機８３−１〜８３−４、濁度測定部８４、ＳＴＲ（Suction Time Ratio:吸引ろ過時間比）測定部８５、許容値設定部８６及び表示部８７を備える。
【００２３】
試験用水槽８１−１〜８１−４には、浄水場の運転員が採取した原水が、予め設定した容量だけ試料水として給水される。なお、図２では、試験用水槽が４個の場合を例に示しているが、試験用水槽の数は４個に限定される訳ではない。
【００２４】
凝集剤注入部８２は、試験用水槽８１−１〜８１−４の試料水へ、凝集剤を注入する。このとき、試験用水槽８１−１〜８１−４の試料水へ注入される凝集剤の凝集剤注入率は、試験用水槽毎に段階的に異なる。
【００２５】
撹拌機８３−１〜８３−４は、試験用水槽８１−１〜８１−４へそれぞれ設置される。撹拌機８３−１〜８３−４は、所定の撹拌強度と、撹拌時間で、試験用水槽８１−１〜８１−４の試料水を撹拌する。
【００２６】
濁度測定部８４は、撹拌時間が終了した後、例えば１０分程度の静置時間が経過した後、試験用水槽８１−１〜８１−４の試料水における上澄み液の濁度を測定する。このとき、濁度測定部８４は、例えば、上澄み液に向けて照射した光ビームの散乱光を利用して濁度を測定する。
【００２７】
ＳＴＲ測定部８５は、濁度を測定した後の試験用水槽８１−１〜８１−４から所定量の上澄み液を採水し、採水した上澄み液を予め設定されたろ紙を用いて吸引ろ過する。ＳＴＲ測定部８５は、上澄み液を吸引ろ過するのにかかる時間と、蒸留水を吸引ろ過するのにかかる時間との比であるＳＴＲを、式（１）に基づいて算出する。
【数１】
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【００２８】
ＳＴＲは残留凝集剤濃度と高い相関があることが確認されている。例えば、ＳＴＲの上昇は、注入された凝集剤のうち、フロックの形成には寄与せずに残留した凝集剤が多いことを示す。
【００２９】
許容値設定部８６は、ろ過池５０に設置される水位センサ５１により計測された水位情報を取得する。許容値設定部８６では、リアルタイムの水位取得だけでなく過去の水位データを記憶することにより、水位上昇速度を算出することができる。水位上昇速度は、単位時間当たりに水位が上昇する速度である。ろ過池５０の水位上昇速度は、ろ過池５０における閉塞の状態を示す指標の一つである。そこで、許容値設定部８６は、ろ過池５０において許容される閉塞の度合から、ろ過池５０において許容される許容水位上昇速度を取得する。具体的には、現在の水位からろ過池洗浄開始水位までの残水位と、運用上設定しているろ過池洗浄開始時刻までの残り時間とから許容水位上昇速度を算出する。
【００３０】
例えば、許容水位上昇速度は、図３に示すように表される。図３における丸点が過去の水位を示し、四角点が現在の水位を示し、各点を結んだ線の傾きが水位上昇速度を示す。そして、図３におけるＡ点が現在の水位上昇速度が継続された場合に洗浄が必要となる時刻を示し、Ｂ点が想定しているろ過池の洗浄時刻を示し、線Ｃの傾きが許容水位上昇速度を示す。現在の水位上昇速度が許容水位上昇速度よりも大きいときは、設定よりも早い時刻にろ過池洗浄をしなければならない状況が発生する。運用上設定しているろ過池洗浄の間隔は、洗浄にかかる動力費、長期間洗浄しないことによる細菌の繁殖といったメリットとデメリットを勘案して設定する。
【００３１】
ろ過池５０の閉塞は、沈殿池４０から供給される水に含まれる残留凝集剤の存在が発生の一因であるため、残留凝集剤の濃度はできるだけ抑制した方が浄化処理プロセス全体としては好ましい。許容値設定部８６は、ろ過池５０の水位上昇速度とＳＴＲとの関係を、原水に含まれる濁質の粒子径及び原水の水温等の原水の水質毎に経験的に有する。許容値設定部８６は、水位上昇速度とＳＴＲとの関係を用い、取得した許容水位上昇速度に基づいてＳＴＲの許容値を設定する。なお、許容値は、原水の水質が変化する度、例えば、季節が変化する度、及び、降雨の前後等に設定されるようにしても良いし、ジャーテストの度に設定されるようにしても構わない。また、許容値設定部８６は、ＳＴＲについて蓄積した蓄積データと、水位上昇速度について蓄積した蓄積データとを元に、ろ過池５０の水位上昇速度とＳＴＲとの関係を絶えず更新していっても良い。その他、許容値の設定においては、水位上昇速度とＳＴＲとの関係を参考に、運転員が自ら設定しても良い。
【００３２】
表示部８７は、濁度測定部８４で測定された各試験用水槽における濁度と、ＳＴＲ測定部８５で測定された各試験用水槽におけるＳＴＲと、許容値設定部８６で設定された許容値とを表示する。浄水場の運転員は、表示部８７に表示される測定結果を参照し、凝集剤注入率を設定する。
【００３３】
図４に、以上のように構成される凝集剤注入率設定装置８０を用いて凝集剤注入率が設定される際のフローチャートを示す。
【００３４】
まず、凝集剤注入部８２は、試験用水槽８１−１〜８１−４に採取された原水に凝集剤を注入する（ステップＳ４１）。濁度測定部８４は、撹拌機８３−１〜８３−４による撹拌が終了した後、例えば１０分程度の静置時間が経過した後、試験用水槽８１−１〜８１−４における上澄み液の濁度を測定する（ステップＳ４２）。ＳＴＲ測定部８５は、試験用水槽８１−１〜８１−４から所定量の上澄み液を採水し、採水した上澄み液を吸引ろ過するのにかかる時間と、蒸留水を吸引するのにかかる時間とからＳＴＲを算出する（ステップＳ４３）。表示部８７は、濁度、ＳＴＲ及び許容値設定部８６により設定された許容値を表示する（ステップＳ４４）。浄水場の運転員は、表示される測定結果を参照し、凝集剤注入率を設定する（ステップＳ４５）。
【００３５】
以下に、濁度、ＳＴＲ及びＳＴＲの許容値から、凝集剤注入率がどのように設定されるかを具体的に説明する。
【００３６】
図５〜図８は、表示部８７で表示される濁度及びＳＴＲの測定結果を示す図である。図５は原水の水温が約２５℃、原水に含まれる濁質の粒子径が約２０μｍである際の測定結果であり、図６は原水の水温が約２５℃、原水に含まれる濁質の粒子径が数μｍ程度である際の測定結果であり、図７は原水の水温が約８℃、原水に含まれる濁質の粒子径が約２０μｍである際の測定結果であり、図８は原水の水温が約８℃、原水に含まれる濁質の粒子径が数μｍ程度である際の測定結果である。なお、水温約２５℃は夏場の水温を想定し、水温約８℃は冬場の水温を想定する。また、粒子径約２０μｍの濁質はダム等から取水された原水に含まれる濁質を想定し、粒子径数μｍ程度の濁質は河川等から取水された原水に含まれる濁質を想定する。図５〜図８において、横軸は凝集剤注入率（ＰＡＣ注入率［ｍｇ／Ｌ］）を示し、左縦軸は濁度［ＮＴＵ］を示し、右縦軸はＳＴＲを示す。
【００３７】
図５では、濁度の変化が見られなくなった凝集剤注入率２１ｍｇ／Ｌから、何段階か凝集剤注入率を増やしても濁度がほぼ変化しない。一方、ＳＴＲは、凝集剤注入率が２１ｍｇ／Ｌ以上では凝集剤注入率の増加に従って上昇する。濁度のみが指標となる従来の判断方法では、凝集剤注入率２１ｍｇ／Ｌから３６ｍｇ／Ｌまでは濁度が変化しないので、この範囲において凝集剤注入率を設定することは運転員の技能に依存していた。図５によれば、濁度に変化が見られない凝集剤注入率において、ＳＴＲが上昇している。運転員は、濁度が略一定となる凝集剤注入率の範囲うち、ＳＴＲが最小値を取る凝集剤注入率を設定値とする。
【００３８】
図６では、凝集剤注入率が３６ｍｇ／Ｌ未満である場合、濁度は、凝集剤注入率の増加に従って低下するが、３６ｍｇ／Ｌ以上である場合、凝集剤注入率の増加に従って上昇する。濁度が上昇に転じるのは、この原水に対して凝集剤が過剰注入となってきているため、微細な懸濁物質が沈降しないから等である。この濁度が最も低くなる凝集剤注入率の付近でＳＴＲは凝集剤注入率の増加に伴って減少している。この場合、運転員は、濁度が最も低下する凝集剤注入率を設定値とする。ただし、濁度が最も低下する凝集剤注入率において、ＳＴＲが許容値未満とならないときは、濁度が最も低くなる凝集剤注入率よりも高い注入率を選択することとなる。この場合は、濁度により測定される懸濁物質と、ＳＴＲにより間接的に測定される残留凝集剤とのどちらがろ過池５０の閉塞に与える影響が大きいかに基づき、凝集剤注入率を設定する。
【００３９】
図７では、濁度は、凝集剤注入率が１０ｍｇ／Ｌから２５ｍｇ／Ｌの間はほぼ一定の値を取り、その後、凝集剤注入率の増加に従って上昇する。また、ＳＴＲは、凝集剤注入率の増加に対する濁度の変化が小さい１０ｍｇ／Ｌから２５ｍｇ／Ｌの間から、凝集剤注入率の増加に従って上昇する。図７において、測定結果の傾向は、夏場の測定結果である図５と同様であるが、ＳＴＲの上昇幅は大きい。これは、水温が低下することにより、原水の粘度が高くなったため、濁質と凝集剤との反応性が低下し、残留凝集剤や凝集剤を含むフロックの沈降性が悪くなり、残留凝集剤が残りやすくなったことに起因する。運転員は、濁度が略一定となる凝集剤注入率のうち、ＳＴＲが最小値を取る凝集剤注入率を設定値とする。
【００４０】
図８では、濁度は、凝集剤注入率が２１ｍｇ／Ｌまでは凝集剤注入率の増加に従って速やかに低下し、その後は凝集剤注入率の増加に従って緩やかに低下する。一方、ＳＴＲは、凝集剤注入率が２１ｍｇ／Ｌまでは凝集剤注入率の増加に従って速やかに低下し、その後は凝集剤注入率の増加に従って上昇する。図８においては、凝集剤注入率を増加させると、凝集剤注入率２４ｍｇ／Ｌ以上において、濁度が低下し、ＳＴＲが上昇する。このような場合、濁度により測定される懸濁物質と、ＳＴＲにより間接的に測定される残留凝集剤とのどちらがろ過池５０の閉塞に与える影響が大きいかに基づき、凝集剤注入率を設定する。ろ過池５０の閉塞への影響の大きさは、浄水場で処理される原水の水質及び組成、ろ過池５０の状態によって様々である。そこで、対象となる浄水場の原水を対象に、濁度によるろ過池５０の閉塞に対する影響についての基礎データと、ＳＴＲによるろ過池５０の閉塞に対する影響についての基礎データとを取得しておく。運転員は、両基礎データを参照し、凝集剤注入率を、例えば２４ｍｇ／Ｌから２７ｍｇ／Ｌへ増加させた際に、濁度が低下することで解消されるろ過池５０の閉塞に対して、ＳＴＲが上昇することで進むろ過池５０の閉塞が大きい時は、凝集剤注入率２４ｍｇ／Ｌを設定値とする。
【００４１】
なお、ここでは、ろ過池５０の閉塞に対する影響についての基礎データを予め取得するようにしたが、凝集剤の薬品コストについての基礎データ、発生する汚泥の量についての基礎データ、及び、汚泥を処分する際の費用についての基礎データを予め取得するようにしても良い。これらの基礎データを参照することで、凝集剤の薬品コストの低減、発生汚泥の削減、及び、汚泥処分費の削減を考慮することが可能となる。
【００４２】
以上のように、上記実施形態では、凝集剤注入率設定装置８０における濁度測定部８４は、それぞれ異なる注入率の凝集剤が注入された試験用水槽８１−１〜８１−４の上澄み液から濁度を測定する。ＳＴＲ測定部８５は、試験用水槽８１−１〜８１−４の上澄み液を用いてＳＴＲを算出する。表示部８７は、濁度、ＳＴＲ及び許容値設定部８６で設定された許容値を表示する。そして、運転員は、表示部８７に表示される濁度、ＳＴＲ及び許容値を参照し、凝集剤注入率を設定するようにしている。
【００４３】
凝集剤注入率を設定する際の従来の方法では、濁度が最小となる凝集剤注入率のうち、最も低い凝集剤注入率を設定値とした方が、凝集剤の薬品コストを低減させるという観点からは好ましい。しかしながら、実際の浄水場では、注入量不足によりトラブルが発生することを防止したいという気持ちが働くため、少し多めの凝集剤注入率が選択されるケースがある。
【００４４】
また、国内の浄水場で主に用いられている凝集剤であるＰＡＣは、凝集不良を発生させない凝集剤注入率に、ある程度の幅を持つという特性を有する（適用範囲が広い）。つまり、最もフロックの状態が良くなる凝集剤注入率から多少外れた場合でも、ある程度のフロックが作られて処理が行われるケースも多い。また、浄水場においては、フロック形成池３０の後段プロセスである、沈殿池４０（傾斜板沈殿池を含む）及び急速ろ過池５０（砂ろ過）の濁質除去能力は高い。これらのことから、凝集剤が多少の過剰に注入される場合でも凝集トラブルが直ちに起きるわけではない。なお、ここでいう凝集トラブルとは、ろ過池５０の出口に、まだ除去しきれていない濁質成分が漏出し、ろ過池出口の濁度が上昇することである。
【００４５】
その一方で、凝集剤の過剰注入を抑制しようとすることに対する関心は高い。飲料水中のアルミ濃度はアルツハイマー病との因果関係の可能性が指摘されている。安全な水の観点から、浄水中の残留アルミ濃度が監視されており、水質基準では０．２ｍｇ／Ｌ以下と定められ、水質管理上留意すべき項目として設定されている水質管理目標設定項目では０．１ｍｇ／Ｌ以下と定められている。薬品コスト低減の観点からも、凝集剤の過剰注入を防ぐ手立ては必要であると考えられるが、常に凝集剤を注入し凝集処理を行っている稼働中の浄水場においては、現在の凝集剤注入率が過剰であるかを判断する適切な方法が確立されているとはいえない。
【００４６】
本実施形態に係る凝集剤注入率設定装置８０では、濁度に加え、許容値未満となるＳＴＲを参照することで、原水中に含まれる懸濁物等を効率的にフロック化すると共に、残留凝集剤の量を抑制することが可能な凝集剤注入率を設定することが可能となる。
【００４７】
したがって、本実施形態に係る凝集剤注入率設定方法によれば、ジャーテストを実施する運転員の判断を支援する濁度以外の定量的な判断基準を提供することができる。
【００４８】
なお、上記実施形態に係る凝集剤注入率設定装置８０は、図９に示すように評価部８８を備えるようにしても構わない。評価部８８は、図５、図７及び図８で示される、凝集剤注入率の増加に対するＳＴＲの上昇の特性から、現在の凝集剤注入率以外の凝集条件の良否、及び、フロックを形成する原水の水質の特徴を評価する。例えば、評価部８８は、凝集剤注入率が増加するに従ってＳＴＲが上昇する場合、原水が残留凝集剤が残りやすい凝集状態にあると評価する。注入された凝集剤と、原水中の懸濁物質及び有機物とがフロックを形成する凝集反応において、懸濁物質及び有機物の表面状態や荷電状態によって凝集剤との反応は左右される。評価部８８は、ＳＴＲが上昇する傾向が強い場合、凝集剤がフロックに取り込まれにくいと評価する。評価部８８による評価結果は、表示部８７に表示されるようにしても良い。なお、凝集剤注入率を変化させずに凝集条件を変更しようとする場合、原水のｐＨの調整、アルカリ度の調整、フロック形成池３０における撹拌強度の調整、及び／又は、原水の流量の調整等を行う。
【００４９】
また、上記実施形態では、図５〜図８に示す測定結果を例に説明したが、測定結果はこれに限定される訳ではない。例えば、濁度が、所定の凝集剤注入率の間はほぼ一定の値を取り、その後、凝集剤注入率の増加に従って上昇する一方で、ＳＴＲが、凝集剤注入率が増加しても大きく上昇しない図１０に示す場合が考えられる。このような場合、運転員は、濁度によるろ過池５０の閉塞に対する影響についての基礎データと、ＳＴＲによるろ過池５０の閉塞に対する影響についての基礎データとを予め取得しておき、それぞれの影響を考慮した上で、凝集剤注入率を設定する。
【００５０】
また、濁度が、所定の凝集剤注入率の間はほぼ一定の値を取り、その後、凝集剤注入率の増加に従って上昇する一方で、ＳＴＲが、凝集剤注入率の増加と共に低下する図１１に示す場合が考えられる。これは、注入した凝集剤がフロックに取り込まれやすいことを示し、結果として原水に残留凝集剤として残りにくいことを示す。一方で、凝集剤がフロックに取り込まれやすいということは、凝集剤の主成分であるアルミを多く含んだフロックが生成されるということである。アルミは水分を多く取り組む性質があるため、アルミ含有率の上昇は汚泥の含水率の上昇と汚泥発生量の増加につながる。凝集剤注入率を増やしてもＳＴＲが上昇してこないケースの要因となるのは、原水の懸濁物質及び有機物の組成、ｐＨ及びアルカリ度といった水質特性、並びに、凝集の撹拌条件等の機械条件が挙げられる。凝集剤注入率に対する濁度とＳＴＲとの関係が、図１１に示す状態にある場合、運転員は、残留凝集剤を抑制する観点から、濁度が略一定となる凝集剤注入率のうち、ＳＴＲが許容値未満であり、かつ、濁度が略一定となる凝集剤注入率のなかで、低い注入率を設定値とする。なお、処理水における残留凝集剤を抑制する観点の他に、薬品コスト低減や汚泥発生量の低減という観点から、凝集剤注入率を設定しても構わない。ここで、濁度が略一定となる凝集剤注入率においてＳＴＲが許容値未満とならないときは、濁度が略一定となる凝集剤注入率よりも高い注入率を選択することとなる。この場合は、濁度により測定される懸濁物質と、ＳＴＲにより間接的に測定される残留凝集剤とのどちらがろ過池５０の閉塞に与える影響が大きいかに基づき、凝集剤注入率を設定する。
【００５１】
また、上記実施形態では、ＳＴＲ測定部８５で測定されたＳＴＲを参照して凝集剤注入率を設定する場合を例に説明した。しかしながら、沈殿池４０における滞留時間は３時間程度であるのに対し、凝集剤注入率設定装置８０での静置時間は１０分程度と、これらの時間の間には大きな差がある。この時間差により、ＳＴＲ測定部８５で測定されたＳＴＲが、沈殿池４０の上澄み液から測定されるＳＴＲよりも高い場合がある。そこで、ＳＴＲ測定部８５は、沈殿池４０における滞留時間と、ジャーテストにおける静置時間との差を補正する係数を、測定したＳＴＲにかけ合わせるようにしても構わない。これにより、ＳＴＲ測定部８５で測定されたＳＴＲが、沈殿池４０の上澄み液から測定されるＳＴＲよりも高いという状態を解消することが可能となる。
【００５２】
なお、上記実施形態では、原水に含まれる懸濁物質の粒子径及び原水の水温により、測定結果が変化する場合を例に説明したが、測定結果は、懸濁物質の粒子径及び原水の水温の他に、原水のｐＨ及びアルカリ度によっても変化する場合もあり得る。
【００５３】
なお、近年、凝集沈殿後の上澄みを濁度で評価する従来の方法に加え、残留凝集剤を指標とした凝集剤注入制御が開発されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１では、凝集剤を注入した後のフロック中の残留凝集剤濃度を測定し、予め設定される凝集剤残留率の設定目標値との偏差から凝集剤注入率を補正する。また、同じく凝集剤を注入した後のフロック中の残留凝集剤濃度を測定し、フロックの粒径分布の測定から、フロックの密度を算出し、あらかじめ設定してあるフロックの密度との大小関係に基づき凝集剤添加率を補正する方法等もある（例えば、特許文献２、特許文献３及び非特許文献１参照）。
【００５４】
本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００５５】
１０…着水井、２０…混和池、２１…撹拌機、３０…フロック形成池、３１…緩速撹拌装置、４０…沈殿池、５０…ろ過池、５１…水位センサ、６０…薬品注入制御装置、６１…プロセス制御部、６２…流量計、７０…凝集剤注入装置、８０…凝集剤注入率設定装置、８１−１〜８１−４…試験用水槽、８２…凝集剤注入部、８３−１〜８３−４…撹拌機、８４…濁度測定部、８５…ＳＴＲ測定部、８６…許容値設定部、８７…表示部、８８…評価部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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