(57)【要約】【課題】  十分に溶解した凝集剤水溶液を被処理水に添加し、高効率な凝集処理を実現可能な凝集処理方法、凝集処理装置並びに水処理装置を提供する。【解決手段】  攪拌機５を備え凝集剤水溶液を貯留する凝集剤水溶液貯蓄槽１と、凝集剤水溶液貯蓄槽１内の凝集剤水溶液の粒径分布を測定する粒径分布測定装置５０と、被処理水と添加される凝集剤水溶液とを混合し凝集物を形成する凝集槽１１と、凝集物を含む処理水から凝集物を除去する凝集物除去部９と、測定される粒径分布に基づき凝集剤水溶液の粒径分布におけるメジアン径を１.０μｍ以下となるよう撹拌機５を制御する制御部６を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
不純物を含む被処理水に１種もしくは複数種の凝集剤水溶液を添加し凝集物を形成し前記不純物を除去する凝集処理方法であって、
前記凝集剤水溶液の粒径分布におけるメジアン径が１．０μｍ以下であることを特徴とする凝集処理方法。
【請求項２】
請求項１に記載の凝集処理方法において、
前記被処理水に無機系凝集剤水溶液を添加し凝集物を形成し、
前記凝集物形成後の被処理水に高分子凝集剤水溶液を添加することを特徴とする凝集処理方法。
【請求項３】
請求項２に記載の凝集処理方法において、
前記高分子凝集剤水溶液の粒径分布におけるメジアン径は１.４ｎｍ以上１.０μｍ以下の範囲であることを特徴とする凝集処理方法。
【請求項４】
請求項１に記載の凝集処理方法において、
前記凝集剤水溶液はｐＨが１.０以下に調整されることを特徴とする凝集処理方法。
【請求項５】
請求項１から３のいずれかに記載の凝集処理方法において、
前記凝集剤水溶液の添加量は、前記被処理水の水質データ及び前記凝集剤水溶液の粒径分布におけるメジアン径に基づき決定されることを特徴とする凝集処理方法。
【請求項６】
請求項２又は３に記載の凝集処理方法において、
前記無機系凝集剤水溶液は、硫酸バンド、塩化第二鉄、硫酸第二鉄、塩化アルミニウム、硫酸アルミニウム及びポリ塩化アルミのうちのいずれかであることを特徴とする凝集処理方法。
【請求項７】
請求項２又は３に記載の凝集処理方法において、
前記高分子凝集剤水溶液は、ポリアクリルアミド系凝集剤、ポリスルホン酸系凝集剤、ポリアクリル酸系凝集剤、ポリアクリル酸エステル系凝集剤、ポリアミン系凝集剤及び、リメタクリル酸凝集剤にうちのいずれかであることを特徴とする凝集処理方法。
【請求項８】
請求項５に記載の凝集処理方法において、
前記被処理水の水質データは、少なくとも全有機炭素（ＴＯＣ）、濁度、水温、ｐＨ、導電率、タンパク質、糖類（中性糖、酸性糖）及びアデノシン三リン酸（ＡＴＰ）活性のうちいずれか１つを含むことを特徴とする凝集処理方法。
【請求項９】
攪拌機を備え、凝集剤水溶液を貯留する凝集剤水溶液貯蓄槽と、
前記凝集剤水溶液貯蓄槽内の凝集剤水溶液の粒径分布を測定する粒径分布測定装置と、
被処理水と添加される前記凝集剤水溶液とを混合し凝集物を形成する凝集槽と、
前記凝集物を含む処理水から前記凝集物を除去する凝集物除去部と、
測定される粒径分布に基づき前記凝集剤水溶液の粒径分布におけるメジアン径を１.０μｍ以下となるよう前記撹拌機を制御する制御部を有することを特徴とする凝集処理装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の凝集処理装置において、
前記凝集剤水溶液は、アニオン性高分子凝集剤の水溶液であることを特徴とする凝集処理装置。
【請求項１１】
請求項９に記載の凝集処理装置において、
前記被処理水の水質を測定する水質検査部を備え、
前記制御部は、測定された被処理水の水質と前記粒径分布測定装置からの粒径分布に基づき前記被処理水への前記凝集剤水溶液の添加量を決定することを特徴とする凝集処理装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の凝集処理装置において、
前記被処理水の水質を測定する第１の水質検査部と、
前記凝集物が除去された処理水の水質を測定する第２の水質検査部と、を備え、
前記制御部は、前記第１の水質検査部、前記第２の水質検査部及び前記粒径分布測定装置からの測定結果に基づき前記被処理水への前記凝集剤水溶液の添加量を決定することを特徴とする凝集処理装置。
【請求項１３】
請求項９又は１１に記載の凝集処理装置において、
前記凝集剤水溶液貯蓄槽は、無機系凝集剤水溶液を貯留する第１の貯蓄槽と高分子凝集剤水溶液を貯留する第２の貯蓄槽から構成され、
前記凝集槽は、
第１の貯蓄槽からの無機系凝集剤水溶液と前記被処理水とを混合する第１の凝集槽と、
前記第１の凝集槽の後段に配置され、前記第１の凝集槽から導入される凝集物を含む被処理水と前記第２の貯蓄槽からの高分子凝集剤水溶液とを混合する第２の凝集槽から構成されることを特徴とする凝集処理装置。
【請求項１４】
攪拌機を備え、凝集剤水溶液を貯留する凝集剤水溶液貯蓄槽と、
前記凝集剤水溶液貯蓄槽内の凝集剤水溶液の粒径分布を測定する粒径分布測定装置と、
被処理水と添加される前記凝集剤水溶液とを混合し凝集物を形成する凝集槽と、
前記凝集物を含む処理水から前記凝集物を除去する凝集物除去部と、
前記凝集物除去部からの処理水に対し膜分離処理を行う分離部と、
測定される粒径分布に基づき前記凝集剤水溶液の粒径分布におけるメジアン径を１.０μｍ以下となるよう前記撹拌機を制御する制御部を有することを特徴とする水処理装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の水処理装置において、
前記被処理水は海水であり、前記凝集剤水溶液はアニオン性高分子凝集剤の水溶液であって、
前記分離部は逆浸透膜（ＲＯ膜）を備え、前記逆浸透膜により高塩分濃度の濃縮水と淡水とを分離することを特徴とする水処理装置。
【請求項１６】
請求項１４に記載の水処理装置において、
前記制御部は、前記凝集剤水溶液の粒径分布におけるメジアン径が１.０μｍ以下の範囲となるよう前記撹拌機の撹拌速度を制御することを特徴とする水処理装置。
【請求項１７】
請求項１５に記載の水処理装置において、
前記凝集剤水溶液貯蓄槽内の凝集剤水溶液のｐＨが１.０以下となるようｐＨ調整剤を添加することを特徴とする水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被処理水へ凝集剤を添加し凝集物を形成する凝集処理方法、凝集処理装置及び凝集処理装置を搭載した水処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
河川水などの自然水から飲料水や用水を製造する浄水技術は、凝集沈殿法などの化学的手法及び砂ろ過法などの物理的手法が考えられてきた。
【０００３】
一方、近年、中東やアジアなどを初めとした世界各国で水不足が課題となっている。これに対応するため、海水を脱塩して飲料水や用水を製造する海水淡水化技術が注目され、実用化され始めている。海水淡水化の方法としては、海水を加熱して水分を蒸発させ、蒸気を冷却することにより、淡水を得る蒸発法が行われてきた。しかし、蒸発法は、エネルギー効率が悪く、コストがかかるため、より効率的な手法が望まれている。現在では、逆浸透膜（ＲＯ膜）を用いた膜ろ過により脱塩し、淡水を得る逆浸透法が主流になり始めている。ＲＯ膜の汚染防止には、ＲＯ膜に海水を通す前に、濁質物質、有機物等を除去する適切な前処理を行う必要がある。前処理の方法としては、浄水処理と同様に、限外ろ過膜（ＵＦ）や精密ろ過膜（ＭＦ）による膜ろ過、活性炭などの吸着剤の利用、凝集剤の使用などが検討されている。
【０００４】
排水処理や浄水処理における代表的な凝集剤としては、ポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）や塩化鉄などの多価の金属イオン（陽イオン）を利用した無機系凝集剤、多価イオンを有する水溶性の高分子を利用した高分子凝集剤（高分子凝集剤）などがある。これらは、水中に含まれる電荷を帯びた不純物を凝集沈殿により除去する。なお、無機系及び有機系のうち一方の凝集剤を適用しても十分な効果が得られない場合、無機系及び有機系の凝集剤を併用することにより、凝集効果を高めることができる場合がある。
【０００５】
特許文献１には、高分子凝集剤を使用する際、水溶液とする装置が記載されており、溶解した高分子凝集剤水溶液の濃度を計測する機構を有する装置が開示されている。
特許文献２には、海水や河川水などの水中の不純物除去する際、有機系凝集剤及び無機系凝集剤を同時又はこの順に添加し、ｐＨ調整を実施する不純物の凝集方法が開示されている。
【０００６】
特許文献３には、海水淡水化において、ｐＨ調整剤を使用しｐＨを調整した後、ほう素除去用の凝集剤を添加するほう素除去方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−１３６８０９号公報
【特許文献２】特開２００８−２６４７２３号公報
【特許文献３】特開平１０−２２５６８２号広報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１ないし特許文献３のいずれにおいても、凝集剤水溶液中の粒径分布を測定する機能は備えておらず、凝集剤が水溶液中において十分に溶解しているか判断できない。従って、仮に、凝集剤が高分子凝集剤の場合、溶解が不十分な凝集剤水溶液を添加し凝集処理を行うと凝集効率が低下し必要以上に凝集剤を消費することとなる。
【０００９】
本発明は、十分に溶解した凝集剤水溶液を被処理水に添加とし、高効率な凝集処理を実現可能な凝集処理方法、凝集処理装置並びに水処理装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明は、不純物を含む被処理水に１種もしくは複数種の凝集剤水溶液を添加し凝集物を形成し、形成された凝集物を除去することで被処理水中の不純物を除去する凝集処理方法であって、凝集剤水溶液の粒径分布におけるメジアン径を１．０μｍ以下としたことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、攪拌機を備え凝集剤水溶液を貯留する凝集剤水溶液貯蓄槽と、前記凝集剤水溶液貯蓄槽内の凝集剤水溶液の粒径分布を測定する粒径分布測定装置と、被処理水と添加される前記凝集剤水溶液とを混合し凝集物を形成する凝集槽と、前記凝集物を含む処理水から前記凝集物を除去する凝集物除去部と、測定される粒径分布に基づき前記凝集剤水溶液の粒径分布におけるメジアン径を１.０μｍ以下となるよう前記撹拌機を制御する制御部を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、十分に溶解された凝集剤水溶液を被処理水へ添加でき、高効率な凝集処理を実現可能な凝集処理方法、凝集処理装置及び水処理装置を提供できる。
【００１３】
例えば、凝集剤として高分子凝集剤を用いた場合、均一に被処理水中に分散することができ、凝集処理効率を向上できることから、凝集処理工程における薬剤を低減でき、水処理装置の運転コスト低減が可能である。
【００１４】
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る凝集処理部を有する水処理装置の全体構成図である。
【図２】本発明に係る凝集処理部を有する水処理装置の他の全体構成図である。
【図３】本発明に係る凝集処理部を有する水処理装置の他の全体構成図である。
【図４】本発明に係る凝集処理部を有する水処理装置の他の全体構成図である。
【図５】粒径分布と不純物の捕捉との関係を説明する図である。
【図６】各実施例の粒径分布と処理水質との関係を説明する図である。
【図７】各比較例の粒径分布と処理水質との関係を説明する図である。
【図８】酸性糖除去率と目詰まり（ろ過圧）の上昇速度との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施形態に係る凝集処理方法、凝集処理装置及び水処理装置について説明する。本発明は、凝集処理に用いる高分子凝集剤水溶液の粒径分布におけるメジアン径(ｄ５０)を１．０μｍ以下としたことに特徴がある。ここで、メジアン径とは、紛体をある粒子径から２つに分けたとき大きい側と小さい側が等量となる粒子径をいい、一般的にd５０と記載されるものである。高分子凝集剤水溶液の粒径が十分に小さく溶解した状態で注入することで、凝集剤が素早く均一に被処理水中に分散することが可能になり、高効率な凝集処理が可能になる。被処理水が海水などの高濃度塩水の場合、凝集剤水溶液のｐＨを酸性(ｐＨ２以下、好ましくは１以下)にしておくとなお良い。これは、凝集剤の解離状態に起因しており、アニオン性高分子を例に説明する。一般的なアニオン性高分子凝集剤が有するカルボキシル基が水中では、下記のような平衡状態で存在する。酸性領域下では、上記平衡は左に移動しカルボキシル基の解離が抑制される。つまり、高分子凝集剤水溶液を酸性にした場合、水溶液中でアニオン性高分子のカルボキシル基は未解離な状態となっており、そのまま高濃度塩水に添加した場合、被処理水中の２価イオン(Ｍｇ、Ｃａなど)と結合することを抑制でき、瞬時に凝集物を形成することはなくなる。そのため、対象とする不純物を捕捉（トラップ）する前に凝集する高分子凝集剤を極力減らすことができ、薬剤低減、コスト低減が可能になると考えられるため望ましい。
【００１７】
【数１】
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【００１８】
図１は本発明に係る凝集処理部を有する水処理装置の全体構成図である。以下では水処理装置として海水淡水化装置の場合を例に説明するが、これに限られるものではなく、工業用排水の処理装置、生活排水などの下水処理装置であっても同様に適用されるものである。また、図１では、水の流れを実線矢印で、信号線（制御線）を点線で示している。
【００１９】
図１に示されるように、本発明の水処理装置は、凝集剤水溶液貯蓄槽１、被処理水である海水の水質を測定する第１の水質検査部７、被処理水に高分子凝集剤水溶液を添加し凝集処理を行う凝集槽１１、凝集反応後の被処理処水から凝集物を分離し除去するろ過部９、凝集物が除去された後の被処理水の水質を測定する第２の水質検査部８、凝集物が除去された被処理水から塩分を除去する逆浸透膜ユニット（以下、ＲＯ膜ユニット）１０と、これらを制御する制御部６０から構成される。ＲＯ膜ユニット１０では、凝集物が除去された被処理水から塩化物イオン、ナトリウムイオン等のイオン類を除去する。また、ろ過部９は、例えば、沈殿槽（沈殿部）、限外ろ過部、精密ろ過部、砂ろ過槽（砂ろ過部）あるいはマルチメディアフィルタろ過部等のいずれか１つまたはこれらの組み合わせを適切に配して構成される。そして、ろ過部９は、凝集槽１１内で被処理水中の不純物が凝集剤に捕捉されることにより生成された凝集物を被処理水より分離して除去する。なお、図１に示される水処理装置の全体構成において、ＲＯ膜ユニット１０を除く構成を凝集処理装置と称する。
【００２０】
凝集剤水溶液貯蓄槽１には、高分子凝集剤水溶液を撹拌する攪拌機５、粒径分布測定用の分岐流路２０、分岐流路２０に設けられ高分子凝集剤水溶液の粒径分布を測定する粒径分布測定装置５０が設けられている。粒径分布測定装置５０は、高分子凝集剤水溶液を通流するフローセル２、フローセル２内を流れる高分子凝集剤水溶液に対しレーザを照射するレーザ照射部３と、フローセル２を挟みレーザ照射部３に対向するよう配置された検出部４から構成されている。検出部４は、高分子凝集剤水溶液中の凝集剤にレーザが照射されることにより発生する散乱光を受光し光電変換することで散乱光強度を検出する。そして、検出部４は、この散乱光強度分布に基づいて高分子凝集剤水溶液中の凝集剤の粒子径の分布を求め凝集剤添加率制御部６に出力する。これにより、凝集剤添加率制御部６は、凝集剤水溶液貯蓄槽１内の高分子凝集剤水溶液の粒径分布におけるメジアン径(ｄ５０)を取得する。
【００２１】
なお、ここでは粒径分布測定装置５０として、フローセル２、レーザ照射部３及び検出部４にて動的光散乱法による粒径分布を測定する場合を説明したが、この他に、例えば、レーザ回折法、画像イメージング法及び重力沈降法等の粒径分布測定法が知られている。レーザ回折法は、粒子にレーザを照射し得られる回折光及び散乱光の強度分布から粒子径を求めるものである。また、画像イメージング法は、光学顕微鏡や電子顕微鏡などで粒子の画像を取得し、その画像イメージから粒子の大きさを得るものであり、重力沈降法は、分析試料を溶媒中に均一に分散させ粒子の沈降速度から粒径分布を求めるものである。また、本発明では、フローセル２、レーザ照射部３及び検出部４にて粒径分布測定装置５０を構成したがこれに限られない。例えば、レーザ照射用のファイバと、これに直交するよう近接して配置された受光用ファイバから粒径分布測定装置５０を構成し、凝集剤水溶液貯蓄槽１内に設置しても良い。この場合、凝集剤水溶液貯蓄槽１に分岐流路２０を設けることを必要としない。
【００２２】
また、図１において、凝集槽１１には攪拌機１２が設けられており、モータの回転数を制御することにより撹拌羽根の速度を制御可能となっている。すなわち、撹拌強度を制御可能に構成されている。ここで、撹拌強度とは、凝集槽の容量、撹拌羽根の面積、撹拌羽根の回転数(撹拌速度)等により定まるが、容量及び撹拌羽根の面積は一定のため、撹拌羽根の回転数を制御することにより撹拌強度を制御している。
【００２３】
次に、図１に示す水処理装置の動作について説明する。まず、取水した被処理水の水質を第１の水質検査部７にて測定する。ここで、測定される水質としては、例えば、全有機炭素（ＴＯＣ）濃度、水温、ｐＨ、濁度などがある。この時、粒径分布測定装置５０により凝集剤水溶液貯蓄槽１内に貯留される高分子凝集剤水溶液の粒径分布を計測しておく。続いて、凝集槽１１に被処理水を引き込んだ後、第１の水質検査部７により測定された被処理水の水質データと高分子凝集剤水溶液の粒径分布のデータに基づき、凝集剤添加率制御部６は、ポンプ１３を制御し凝集剤水溶液貯蓄槽１より最適量の高分子凝集剤水溶液を凝集槽１１に添加する（フィードフォワード制御）。凝集槽１１内で撹拌機１２により高分子凝集剤を十分に作用させた後、ろ過部９により凝集物を除去する。その後、第２の水質検査部８により凝集物が除去された後の処理水の水質を測定する。凝集剤添加率制御部６は、第２の水質検査部８により測定された水質データ及び高分子凝集剤水溶液の粒径分布データに基づきフィードバック制御でより高精度で最適な高分子凝集剤水溶液の添加量を決定し被処理水に添加する。凝集剤添加率制御部６は、予め水質データ、凝集剤水溶液の粒径分布データ及び最適な凝集剤の添加量の関係を図示しない記憶部に格納している。なお、凝集剤水溶液貯蓄槽１にｐＨ測定機構を設け高分子凝集剤水溶液のｐＨを監視制御するよう構成すると共にｐＨ調整剤を添加可能な機構を設けることがより好ましい。
【００２４】
凝集剤水溶液貯蓄槽１に貯留される高分子凝集剤水溶液は、高分子凝集剤として、ポリアクリルアミド系凝集剤、ポリスルホン酸系凝集剤、ポリアクリル酸系凝集剤、ポリアクリル酸エステル系凝集剤、ポリアミン系凝集剤、ポリメタクリル酸凝集剤のいずれかを用いることができる。特に、酸解離定数の小さいカルボキシル基を有する高分子は、海水への添加時にイオン化する速度が遅いため、より効果的に不純物を捕捉することができる。
【００２５】
ここで高分子凝集剤による被処理水中の不純物を捕捉するメカニズムについて説明する。図５は、粒径分布と不純物の捕捉との関係を説明する図である。
【００２６】
図５において、高分子凝集剤水溶液中の粒径分布におけるメジアン径(ｄ５０)が小さい場合には高分子凝集剤が十分に均一に溶解し、高分子鎖一本一本が独立して凝集槽１１内の被処理水中に添加されることになる。一方、メジアン径(ｄ５０)が大きい場合には、高分子凝集剤が十分に溶解しておらず、高分子凝集剤分子同士の絡み合い等により会合体を形成した状態で凝集槽１１内の被処理水中に添加されることになる。図５において、メジアン径(ｄ５０)が大きい場合と比較し小さい場合には、１高分子鎖でより被処理水中の不純物を捕捉できることにより、多くの被処理水中の不純物に作用することができ、効率の良い凝集処理が可能になる。そのため、高分子凝集剤水溶液の粒径分布を計測し適切な粒径分布であることを確認しながら凝集処理を行うことで凝集処理の高効率化を実現できる。それによって、凝集剤添加率の最適化による薬剤量低減、薬剤過剰添加による弊害のリスク低減などのメリットが得られる。
【００２７】
上記では高分子凝集剤に関して説明したが、無機凝集剤に関しても同様に考えられ、凝集剤水溶液のメジアン径（ｄ５０）が大きければ無機系凝集剤がイオン化しておらず、被処理水への添加前に会合体や凝集物を形成した状態になっていることが考えられ、被処理水に添加した場合の効果低減につながると考えられる。そのため、凝集剤として例えば２種類、無機凝集剤及び高分子凝集剤を用いる場合は、これら無機及び高分子凝集剤共に水溶液の粒径分布測定を行うことが望ましい。特に高分子凝集剤は影響が顕著であるので、効果が大きい。
【００２８】
ここで、高濃度塩水に高分子凝集剤を適用する場合に関し、アニオン性高分子凝集剤を適用した場合について説明する。式1のようにカルボキシル基が解離した状態で添加される場合、瞬時に高濃度塩水である海水中のマイクロフロックやＭｇ、Ｃａなどと静電的な相互作用により結合し凝集物を形成する。一方、アニオン性高分子凝集剤の水溶液のｐＨを低くした場合、式１における平衡が右に偏りカルボキシル基は解離していない状態で海水中に添加されることになる。その場合、上記とは異なり、凝集剤添加から凝集物形成までにタイムラグが生じ、その間アニオン性高分子はより多くのマイクロフロックを物理的に捕捉することができる。そのため、アニオン性高分子凝集剤を含む水溶液のｐＨを低下させておくことで凝集剤の効率を向上することができる。さらに、定常状態に達した時には、被処理水のｐＨにより式１の平衡定数は決定されるので、被処理水のｐＨも凝集効率に影響するため、高分子凝集剤を添加する場合には、ｐＨ調整剤も添加すればより効果的に凝集物を形成することが可能となる。
【００２９】
図１に示す構成では、第１の水質検査部７により取水された被処理水（海水）の水質を測定し、第２の水質検査部８により凝集物除去後の処理水の水質を測定する構成としているが、ここで水質測定について説明する。
【００３０】
取水された被処理水に含まれる物質（全有機炭素（ＴＯＣ）や濁質）をセンシングすることにより、被処理水の水質の情報（水質データ）及び処理水の水質データを得るものである。第１の水質検査部７及び第２の水質検査部８により測定される水質データを利用して、フィードバック及びフィードフォワード制御を行う。凝集剤添加率制御部６は、取水した被処理水の水質（第１の水質検査部７により測定された水質データ）に適した各種凝集剤の添加量を決定する。それにより、凝集剤添加量の最適化で最大凝集剤効率を実現することができ、凝集剤の余剰添加や不必要な汚泥の発生防止が可能となり、水処理プラントの運転コストを適正化することができる。    
測定する水質データとしては上記以外にも、水温、ｐＨ、導電率、タンパク質、糖類（中性糖、酸性糖）、アデノシン三リン酸（ＡＴＰ）活性などであるが、被処理水に含まれる有機成分及び無機成分でＲＯ膜ユニット１０のファウリング（目詰まり）に影響すると考えられる指標であれば測定する水質データに含めるのが良い。
【００３１】
なお、図１においては、凝集槽１１の前段及びろ過部９の後段にそれぞれ第１の水質検査部７、第２の水質検査部８を配置しているが、これは凝集処理の最適化を精度良く実施するためであり、簡易的にはいずれか一方の水質検査部を配置し、水質評価及び凝集剤添加率制御をすることも可能である。
【００３２】
凝集剤添加率制御部６は、凝集槽１１内の被処理水への高分子凝集剤水溶液の添加量の決定の他に、凝集剤水溶液貯蓄槽１に貯留される高分子凝集剤水溶液の粒径分布であるメジアン径(ｄ５０)が１．０μｍ以下となるよう凝集剤水溶液貯蓄槽１に設けられた攪拌機５の撹拌強度を制御する。ここで、撹拌強度とは、上述したように、槽の容量、撹拌羽根の面積、撹拌羽根の回転数(撹拌速度)等により定まるが、容量及び撹拌羽根の面積は一定のため、撹拌羽根の回転数を制御することにより撹拌強度を制御している。
【００３３】
次に、凝集剤を２種類併用する場合の水処理装置について説明する。図２は本発明に係
る凝集処理部を有する水処理装置の他の全体構成図である。図１と同様の構成要素には同一の符号を付している。図１において説明した水処理装置に更に無機系凝集剤水溶液を貯留する第１の凝集剤水溶液貯蓄槽３１と、被処理水に無機系凝集剤水溶液を添加し凝集処理を行う凝集槽２１を更に設けた構成としている。以下では、無機系凝集剤水溶液を添加し凝集処理を行う凝集槽２１を第１の凝集槽、高分子凝集剤水溶液を添加し凝集処理を行う凝集槽１１を第２の凝集槽と称する。無機系凝集剤としては、例えば、硫酸バンド、塩化第二鉄、硫酸第二鉄、塩化アルミニウム、硫酸アルミニウム、ポリ塩化アルミなどうちいずれかを用いる。
【００３４】
図２に示す水処理装置の構成において、無機系凝集剤水溶液を貯留する第１の凝集剤水溶液貯蓄槽３１及び高分子凝集剤水溶液を貯留する第２の凝集剤水溶液貯蓄槽１の双方に、粒径分布測定装置５０を設けるのが望ましいが、ここでは、第２の凝集剤水溶液貯蓄槽１のみに設ける構成としている。図２に示す水処理装置の動作について説明する。第１の凝集槽２１にはポンプ１４を介して第１の凝集剤水溶液貯蓄槽３１に貯留された無機系凝集剤水溶液が添加される。また、第１の凝集槽２１の後段に接続された第２の凝集槽１１には、ポンプ１３を介して第２の凝集剤水溶液貯蓄槽１に貯留された高分子凝集剤水溶液が添加される。第１の凝集槽２１及び第２の凝集槽１１にはそれぞれ、攪拌機２２及び攪拌機１２が設けられており、モータの回転数を制御することにより撹拌羽根の速度を制御可能となっている。なお、ここで第１の凝集剤水溶液貯蓄槽３１及び第２の凝集剤貯蓄槽１には、粒径分布におけるメジアン径（ｄ５０）が１．０μｍ以下の状態で無機系凝集剤水溶液、高分子凝集剤水溶液がそれぞれ保管されている。
【００３５】
第１の凝集槽２１に無機系凝集剤水溶液が添加されると、攪拌機２２により急速撹拌を所定時間実行し、無機系凝集剤水溶液が添加され所定時間撹拌後の被処理水は後段の第２の凝集槽１１へ送水される。その後、第２の凝集槽１１内の被処理水に高分子凝集剤水溶液が添加され、攪拌機１２により所定時間緩速撹拌される。所定時間緩速撹拌された被処理水はろ過部９へと送水され、被処理水中に形成された凝集物を分離し除去し、ＲＯ膜ユニット１０にて濃縮水と淡水に膜分離される。このように第１の凝集槽２１において急速撹拌し、第２の凝集槽１１において緩速撹拌することで、被処理水中の凝集物であるフロックの粒径を大きくすることができ、凝集性能を向上することが可能となる。なお、無機系凝集剤水溶液の添加量及び高分子凝集剤水溶液の添加量は、図１と同様に、第１の水質検査部７からの水質データ、第２の水質検査部８からの水質データ及び粒径分布測定装置５０からの高分子凝集剤水溶液中の粒径分布におけるメジアン径（ｄ５０）により決定される。
【００３６】
次に、図１及び図２に示した凝集槽に代え、インラインで凝集剤を混合する方式を用いる構成について説明する。図３は、本発明に係る凝集処理部を有する水処理装置の他の全体構成図である。図３に示す水処理装置では、図１に示す凝集槽１１及び攪拌機１２に代えてインラインミキサ１０１を配置し、インラインミキサ１０１の前段で被処理水にポンプ１３を介して高分子凝集剤水溶液を添加する構成としている。具体的には、インラインミキサ１０１の流入部へ接続される配管に、高分子凝集剤水溶液を注入可能なポートを設けている。インラインミキサ１０１は、例えば、その内部に相互に対向する２つの螺旋状の隔壁を備えている。この相互に対向する２つの螺旋状の隔壁により内部を通流する被処理水に対しせん断応力を作用させ、被処理水に含まれる高分子凝集剤と不純物とを混合することで凝集物であるフロックを形成するものである。図１と同様に凝集剤添加率制御部６が、第１の水質検査部７からの水質データ、第２の水質検出部８からの水質データ及び粒径分布測定装置５０から得られる高分子凝集剤水溶液中の粒径分布におけるメジアン径（ｄ５０）に基づき高分子凝集剤水溶液の添加量を決定する。このようにインラインミキサ１０１を用いる場合は、混合後の反応時間、すなわち、高分子凝集剤が被処理水中の不純物を捕捉するための時間を確保するため、配管長または配管径を設定する必要がある。
【００３７】
また、図４は、本発明に係る凝集処理部を有する水処理装置の他の全体構成図である。図４に示す水処理装置では、図２に示す第１の凝集槽２１と攪拌機２２、第２の凝集槽１１と攪拌機１２に代えて、それぞれ、インラインミキサ１０２、インラインミキサ１０１を設けている。インラインミキサ自体の構造は図３と同様であるため説明を省略する。図４に示す構成において、インラインミキサ１０２の前段でポンプ１４を介して無機系凝集剤水溶液が被処理水に添加され、インラインミキサ１０２とインラインミキサ１０１とを接続する配管部でポンプ１３を介して高分子凝集剤水溶液が被処理水に添加される。なお、無機系凝集剤水溶液の添加量及び高分子凝集剤水溶液の添加量の決定は、図２と同様に凝集剤添加率制御部６が行う。また、混合後の反応時間を確保するため図３に示す構成と同様に配管長または配管径を設定する必要がある。
【００３８】
図１から図４に示す上述の本発明の水処理装置によれば、凝集剤水溶液中の粒径分布におけるメジアン径(ｄ５０)を１.０μｍ以下で貯留することができ凝集処理の高効率化が可能となる。また、凝集剤添加率の最適化で最大凝集剤効率を実現することができ、凝集剤の余剰添加や不必要な汚泥の発生防止が可能となり、水処理装置の運転コストを適正化することができる。  
なお、図１から図４に示す本発明の水処理装置で用いる凝集剤水溶液貯蓄槽１，３１は、凝集剤を保管できる物であれば特に形状、材質に制限はない。また、凝集剤水溶液のｐＨも凝集処理の効率に影響を与えるため、ｐＨ測定機構及びｐＨ調整剤添加機構も有することが望ましい。
【００３９】
以下、本発明の実施例を比較例と共に具体的に説明する。
【実施例１】
【００４０】
本実施例では、図２に示す水処理装置の構成を用い、凝集剤水溶液貯蓄槽３１に貯留される無機系凝集剤水溶液として、濃度３．８％塩化鉄水溶液を、凝集剤水溶液貯蓄槽１に貯留される高分子凝集剤水溶液として、濃度０．１％ポリアクリル酸ポリアクリルアミド共重合体水溶液を用いた。被処理水は海水とし、ろ過部９として、孔径約５μｍの粒径の不純物を除去可能な砂ろ過槽を用いた。ｐＨを５.１とし、高分子凝集剤水溶液における粒径分布(ｄ５０)を１.０μｍとし、凝集処理の効果を検証するために、砂ろ過後の処理水を採取し、処理水中の全有機炭素濃度（ＴＯＣ）及び酸性糖濃度を評価した。評価した結果、処理水質として、０.５ＴＯＣ／ｐｐｍ、酸性糖除去率８０％を得た。
【００４１】
このとき、比較例１として、高分子凝集剤水溶液における粒径分布(ｄ５０)を３.０μｍに変更し、その他の条件は同一としたところ、処理水質として、０.６ＴＯＣ／ｐｐｍ、酸性糖除去率４０％を得た。
【実施例２】
【００４２】
本実施例では、図２に示す水処理装置の構成を用い、凝集剤水溶液貯蓄槽３１に貯留される無機系凝集剤水溶液として、濃度３．８％塩化鉄水溶液を、凝集剤水溶液貯蓄槽１に貯留される高分子凝集剤水溶液として、濃度０．１％ポリアクリル酸ポリアクリルアミド共重合体水溶液を用いた。被処理水は海水とし、ろ過部９として、孔径約５μｍの粒径の不純物を除去可能な砂ろ過槽を用いた。ｐＨを５.１とし、高分子凝集剤水溶液における粒径分布(ｄ５０)を０.７μｍとし、凝集処理の効果を検証するために、砂ろ過後の処理水を採取し、処理水中の全有機炭素濃度（ＴＯＣ）及び酸性糖濃度を評価した。評価した結果、処理水質として、０.５ＴＯＣ／ｐｐｍ、酸性糖除去率８２％を得た。
【００４３】
このとき、比較例２として、高分子凝集剤水溶液における粒径分布(ｄ５０)を１.５μｍに変更し、その他の条件は同一としたところ、処理水質として、０.６ＴＯＣ／ｐｐｍ、酸性糖除去率５５％を得た。
【実施例３】
【００４４】
本実施例では、図２に示す水処理装置の構成を用い、凝集剤水溶液貯蓄槽３１に貯留される無機系凝集剤水溶液として、濃度３．８％塩化鉄水溶液を、凝集剤水溶液貯蓄槽１に貯留される高分子凝集剤水溶液として、濃度０．１％ポリアクリル酸ポリアクリルアミド共重合体水溶液を用いた。被処理水は海水とし、ろ過部９として、孔径約５μｍの粒径の不純物を除去可能な砂ろ過槽を用いた。ｐＨを５.１とし、高分子凝集剤水溶液における粒径分布(ｄ５０)を０.３μｍとし、凝集処理の効果を検証するために、砂ろ過後の処理水を採取し、処理水中の全有機炭素濃度（ＴＯＣ）及び酸性糖濃度を評価した。評価した結果、処理水質として、０.４ＴＯＣ／ｐｐｍ、酸性糖除去率８５％を得た。
【００４５】
このとき、比較例３として、高分子凝集剤水溶液における粒径分布(ｄ５０)を１.１μｍに変更し、その他の条件は同一としたところ、処理水質として、０.５ＴＯＣ／ｐｐｍ、酸性糖除去率７２％を得た。
【実施例４】
【００４６】
本実施例では、図２に示す水処理装置の構成を用い、凝集剤水溶液貯蓄槽３１に貯留される無機系凝集剤水溶液として、濃度３．８％塩化鉄水溶液を、凝集剤水溶液貯蓄槽１に貯留される高分子凝集剤水溶液として、濃度０．１％ポリアクリル酸水溶液を用いた。被処理水は海水とし、ろ過部９として、孔径約５μｍの粒径の不純物を除去可能な砂ろ過槽を用いた。ｐＨを３.７とし、高分子凝集剤水溶液における粒径分布(ｄ５０)を１.０μｍとし、凝集処理の効果を検証するために、砂ろ過後の処理水を採取し、処理水中の全有機炭素濃度（ＴＯＣ）及び酸性糖濃度を評価した。評価した結果、処理水質として、０.５ＴＯＣ／ｐｐｍ、酸性糖除去率８２％を得た。
【００４７】
このとき、比較例４として、高分子凝集剤水溶液における粒径分布(ｄ５０)を３.０μｍに変更し、その他の条件は同一としたところ、処理水質として、０.６ＴＯＣ／ｐｐｍ、酸性糖除去率４２％を得た。
【実施例５】
【００４８】
本実施例では、図２に示す水処理装置の構成を用い、凝集剤水溶液貯蓄槽３１に貯留される無機系凝集剤水溶液として、濃度３．８％塩化鉄水溶液を、凝集剤水溶液貯蓄槽１に貯留される高分子凝集剤水溶液として、濃度０．１％ポリアクリル酸水溶液を用いた。被処理水は海水とし、ろ過部９として、孔径約５μｍの粒径の不純物を除去可能な砂ろ過槽を用いた。ｐＨを３.７とし、高分子凝集剤水溶液における粒径分布(ｄ５０)を０.７μｍとし、凝集処理の効果を検証するために、砂ろ過後の処理水を採取し、処理水中の全有機炭素濃度（ＴＯＣ）及び酸性糖濃度を評価した。評価した結果、処理水質として、０.４ＴＯＣ／ｐｐｍ、酸性糖除去率８６％を得た。
【００４９】
このとき、比較例５として、高分子凝集剤水溶液における粒径分布(ｄ５０)を１.５μｍに変更し、その他の条件は同一としたところ、処理水質として、０.６ＴＯＣ／ｐｐｍ、酸性糖除去率５９％を得た。
【実施例６】
【００５０】
本実施例では、図２に示す水処理装置の構成を用い、凝集剤水溶液貯蓄槽３１に貯留される無機系凝集剤水溶液として、濃度３．８％塩化鉄水溶液を、凝集剤水溶液貯蓄槽１に貯留される高分子凝集剤水溶液として、濃度０．１％ポリアクリル酸水溶液を用いた。被処理水は海水とし、ろ過部９として、孔径約５μｍの粒径の不純物を除去可能な砂ろ過槽を用いた。ｐＨを３.７とし、高分子凝集剤水溶液における粒径分布(ｄ５０)を０.３μｍとし、凝集処理の効果を検証するために、砂ろ過後の処理水を採取し、処理水中の全有機炭素濃度（ＴＯＣ）及び酸性糖濃度を評価した。評価した結果、処理水質として、０.４ＴＯＣ／ｐｐｍ、酸性糖除去率９０％を得た。
【００５１】
このとき、比較例６として、高分子凝集剤水溶液における粒径分布(ｄ５０)を１.１μｍに変更し、その他の条件は同一としたところ、処理水質として、０.５ＴＯＣ／ｐｐｍ、酸性糖除去率７５％を得た。
【実施例７】
【００５２】
本実施例では、図２に示す水処理装置の構成を用い、凝集剤水溶液貯蓄槽３１に貯留される無機系凝集剤水溶液として、濃度３．８％塩化鉄水溶液を、凝集剤水溶液貯蓄槽１に貯留される高分子凝集剤水溶液として、濃度０．１％ポリアクリル酸ポリアクリルアミド共重合体水溶液を用いた。被処理水は海水とし、ろ過部９として、孔径約５μｍの粒径の不純物を除去可能な砂ろ過槽を用いた。ｐＨを１.０とし、高分子凝集剤水溶液における粒径分布(ｄ５０)を１.０μｍとし、凝集処理の効果を検証するために、砂ろ過後の処理水を採取し、処理水中の全有機炭素濃度（ＴＯＣ）及び酸性糖濃度を評価した。評価した結果、処理水質として、０.５ＴＯＣ／ｐｐｍ、酸性糖除去率８３％を得た。
【００５３】
このとき、比較例７として、ｐＨを８.０に変更し、その他の条件は同一としたところ、処理水質として、０.６ＴＯＣ／ｐｐｍ、酸性糖除去率４５％を得た。
【実施例８】
【００５４】
本実施例では、図２に示す水処理装置の構成を用い、凝集剤水溶液貯蓄槽３１に貯留される無機系凝集剤水溶液として、濃度３．８％塩化鉄水溶液を、凝集剤水溶液貯蓄槽１に貯留される高分子凝集剤水溶液として、濃度０．１％ポリアクリル酸水溶液を用いた。被処理水は海水とし、ろ過部９として、孔径約５μｍの粒径の不純物を除去可能な砂ろ過槽を用いた。ｐＨを１.０とし、高分子凝集剤水溶液における粒径分布(ｄ５０)を１.０μｍとし、凝集処理の効果を検証するために、砂ろ過後の処理水を採取し、処理水中の全有機炭素濃度（ＴＯＣ）及び酸性糖濃度を評価した。評価した結果、処理水質として、０.４ＴＯＣ／ｐｐｍ、酸性糖除去率８６％を得た。
【００５５】
このとき、比較例８として、ｐＨを８.０に変更し、その他の条件は同一としたところ、処理水質として、０.６ＴＯＣ／ｐｐｍ、酸性糖除去率５１％を得た。
【００５６】
以上、実施例１から実施例８及び比較例１から比較例８をまとめる。図６は、各実施例の粒径分布と処理水質との関係を説明する図であり、図７は、各比較例の粒径分布と処理水質との関係を説明する図である。
【００５７】
図６及び図７において、高分子凝集剤水溶液として、濃度０.１％ポリアクリル酸ポリアクリルアミド共重合体水溶液を用い、ｐＨを５.１とした場合の実施例１と比較例３とを検討する。実施例１では粒径分布（ｄ５０）を１.０μｍで処理水質として、０.５ＴＯＣ／ｐｐｍ、酸性糖除去率８０％であるのに対し、比較例３では粒径分布（ｄ５０）を１.１μｍで処理水質として、０.５ＴＯＣ／ｐｐｍ、酸性糖除去率７２％が得られている。すなわち、ＴＯＣは同一の値を示し、酸性糖除去率のみが８０％と７２％で異なる値を示している。
【００５８】
同様に、高分子凝集剤水溶液として、濃度０.１％のポリアクリル酸水溶液を用い、ｐＨ３.７とした場合の実施例４と比較例６とを検討する。実施例４では粒径分布（ｄ５０）を１.０μｍで処理水質として、０.５ＴＯＣ／ｐｐｍ、酸性糖除去率８２％であるのに対し、比較例６では粒径分布（ｄ５０）を１.１μｍで処理水質として、０.５ＴＯＣ／ｐｐｍ、酸性糖除去率７５％が得られている。        ＴＯＣは同一の値を示し、酸性糖除去率のみが８２％と７２％で異なる値を示している。
【００５９】
ここで、酸性糖除去率について注目すると、本発明の実施形態の１つである図２に示す水処理装置を運転する場合、第２の凝集槽１１及びろ過部９の後段に設置されたＲＯ膜ユニット１０における負荷は酸性糖除去率８０％を境界に大きく変化するという知見が得られた。すなわち、膜の目詰まり（ろ過圧上昇）速度の変化率は酸性糖除去率と相関を有し、酸性糖除去率８０％を境界として大きく変化する。図８は、酸性糖除去率と目詰まり（ろ過圧）の上昇速度との関係を示す図である。酸性糖除去率の異なる処理水をＲＯ膜ユニット１０に通水し、その時の目詰まり(ろ過圧)の上昇速度を取得しプロットしたものを図８に示している。図８に示されるように、酸性糖除去率８０％未満では、目詰まりの上昇速度は高い値を示しその変化率Ａは小さい。これに対し、酸性糖除去率８０％以上では目詰まりの上昇速度は急激に低下しその変化率Ｂは変化率Ａより大となっている。すなわち、酸性糖除去率を８０％以上とすることで、ＲＯ膜ユニット１０における目詰まり抑制効果が顕著となる。このことから、凝集剤水溶液の粒径分布におけるメジアン径(ｄ５０)を１．０μｍ以下とすることで高い目詰まり抑制効果が得られることがわかる。
【００６０】
また、高分子凝集剤が完全に溶解した場合を想定し、凝集剤水溶液の粒径分布におけるメジアン径（ｄ５０）の下限を設定する。すなわち、高分子凝集剤を構成する原子はＣ、Ｈ、Ｏの３元素であり、これらの共有結合半径から高分子の長さと占有する体積を算出することで、下限のメジアン径として１.４ｎｍが得られる。よって、本発明で用いる高分子凝集剤水溶液の粒径分布におけるメジアン径は、１.４ｎｍ以上１.０μｍ以下とするのが望ましい。
【００６１】
また、実施例１と実施例７とを比較すると、高分子凝集剤水溶液の粒径分布におけるメジアン径（ｄ５０）は１.０μｍで同一、ｐＨのみが実施例１では５.１、実施例７では１.０としている。これらの処理水質は、実施例１では０.５ＴＯＣ／ｐｐｍ、酸性糖除去率８０％であるのに対し、実施例７では０.５ＴＯＣ／ｐｐｍ、酸性糖除去率８３％となっている。
【００６２】
更に、実施例４と実施例８を比較すると、高分子凝集剤水溶液の粒径分布におけるメジアン径（ｄ５０）は１.０μｍで同一、ｐＨのみが実施例４では３.７、実施例８では１.０としている。これらの処理水質は、実施例４では０.５ＴＯＣ／ｐｐｍ、酸性糖除去率８２％であるのに対し、実施例８では０.４ＴＯＣ／ｐｐｍ、酸性糖除去率８６％となっている。
【００６３】
以上から、本発明で用いる高分子凝集剤水溶液の粒径分布におけるメジアン径（ｄ５０）を１.０μｍ以下とすることで、上述のとおり後段に設置されたＲＯ膜ユニット１０における目詰まり抑制効果を得ることができ、更に、高分子凝集剤水溶液のｐＨを低く(酸性状態)することで、酸性糖除去率を更に向上でき、目詰まり抑制効果を更に向上できる。なお、ｐＨの調整はｐＨ１.０以下となるようｐＨ調整剤を添加することが好ましい。
【００６４】
なお、本発明は上記した実施形態の構成に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の実施形態の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００６５】
１  凝集剤水溶液貯蓄槽
２  フローセル
３  レーザ照射部
４  検出部
５  攪拌機
６  凝集剤添加率制御部
７  第１の水質検査部
８  第２の水質検査部
９  ろ過部
１０  ＲＯ膜ユニット
１１  凝集槽
２０  粒径分布測定用の分岐流路
５０  粒径分布測定装置
１０１  インラインミキサ
【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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