(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネル掘削現場から発生する濁水を原水として貯溜する原水槽と、原水槽から送られる原水に凝集剤を添加し、フロックを生成させる凝集反応槽と、原水中のフロックを分離し沈殿させる沈殿槽と、前記凝集反応槽に設けられたｐＨ指示調節計と、注入弁を有し、前記原水槽と前記凝集反応槽との間の経路で中和剤を添加する中和剤添加装置と、前記ｐＨ指示調節計の検出ｐＨ値と閾値とを比較し、検出ｐＨ値が閾値を越えているとき、その間前記注入弁を開いて前記中和剤添加装置に中和剤の添加動作を行わせ、また検出ｐＨ値が前記閾値以下であるとき、前記注入弁を閉じて前記中和剤添加装置の添加動作を停止させる演算制御装置とを備えた濁水処理装置であって、
前記演算制御装置は、前記中和剤添加装置が添加動作を行う直前の、前記凝集反応槽内ｐＨの酸性側極値と設定下限ｐＨ値とを比較してその偏差ｄを算出し、前記中和剤添加装置が添加動作を行う直前の添加動作時における弁開度Ｒを次式により弁開度Ｒ’に変化させ、
Ｒ’＝Ｒ±Ｃｄ（Ｃ：定数）
前記中和剤添加装置から添加される中和剤の量を変化させることを特徴とする濁水処理装置。
【請求項２】
トンネル掘削現場から発生する濁水を原水として貯溜する原水槽と、原水槽から送られる原水に凝集剤を添加し、フロックを生成させる凝集反応槽と、原水中のフロックを分離し沈殿させる沈殿槽と、前記凝集反応槽に設けられたｐＨ指示調節計と、注入弁を有し、前記原水槽と前記凝集反応槽との間の経路で中和剤を添加する中和剤添加装置と、前記ｐＨ指示調節計の検出ｐＨ値と閾値とを比較し、検出ｐＨ値が閾値を越えているとき、その間前記注入弁を断続的に開閉して前記中和剤添加装置に中和剤の添加動作を行わせ、また検出ｐＨ値が前記閾値以下であるとき、その間前記注入弁を閉じて前記中和剤添加装置の添加動作を停止させる演算制御装置とを備えた濁水処理装置であって、
前記演算制御装置は、前記中和剤添加装置が添加動作を行う直前の、前記凝集反応槽内ｐＨの酸性側極値と設定下限ｐＨ値とを比較してその偏差ｄを算出し、前記中和剤添加装置が添加動作を行う直前の添加動作時における一定時間間隔ａに対する前記注入弁の開状態の持続時間ｂの比ｂ／ａを次式により比ｂ’／ａに変化させ、
ｂ’＝ｂ±Ｃｄ（Ｃ：定数）
前記中和剤添加装置から添加される中和剤の量を変化させることを特徴とする濁水処理装置。
【請求項３】
前記中和剤は炭酸ガスであることを特徴とする請求項１又は２に記載の濁水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、濁水処理装置に関し、より詳細にはトンネル掘削により発生する濁水を処理のための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばＴＢＭ（トンネルボーリングマシーン）工法などで知られるトンネル掘削においては、掘削に伴って多量の坑内湧水が発生することが多い。この坑内湧水は土砂を含んだ濁水となるので、そのまま河川等に放流することができない。このため、濁水（原水）を沈殿処理し、基準に適合した濁度やｐＨ値として放流している（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
原水の沈殿処理には前処理として凝集剤を添加し、フロックを生成させるのが通常の手法である。トンネル掘削により発生する濁水はｐＨ値が高く、他方、一般には凝集剤がフロックを生成するための最適ｐＨ範囲はそれよりも低いことから、またｐＨ値を放流基準に適合させる必要性からも、原水に炭酸ガス等を添加する等して中和処理を行っている。
【０００４】
しかしながら、トンネル掘削に伴って発生する濁水は、掘削作業時と非掘削作業時ではｐＨ値が大きく変動する。また、この変動は掘削土質の変化によっても生じる。そこで、この発明の発明者らは、炭酸ガスの注入を制御する方法として、次のような方法を採用してきた。すなわち、図５に示すように、凝集反応槽のｐＨを常時測定し、測定ｐＨ値が図中αで示す閾値を越えているとき、その間炭酸ガスの注入弁動作をＯＮとする制御方法である。
【０００５】
この方法によれば、ある施工現場での原水ｐＨの変動範囲は９．５〜１１．０であったが、放流時ｐＨは平均化されて６．７〜８．０となり放流基準（５．８〜８．６）に収めることができた。しかしながら、凝集反応槽内のｐＨは６．５〜９．６の間で変動し、特にｐＨ７．５以下になったとき、凝集状態が悪くなるという現象が見られた。この現象は、高ｐＨの原水を問題無く処理できるように注入弁の開閉閾値を設定しているので、その結果、図５に示すように原水ｐＨが低下してくると炭酸ガスの注入量が過剰となり、凝集反応槽内ｐＨの酸性側極値が著しく低下することによるものと考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−８０２６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この発明は上記のような技術的背景に基づいてなされたものであって、次の目的を達成するものである。
この発明の目的は、トンネル掘削により発生する濁水処理において、凝集反応槽内での極端なｐＨ低下を防止し、良好な凝集状態を得るとともに、放流時のｐＨも基準に適合させることができる濁水処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明は上記課題を達成するために、次のような手段を採用している。
すなわち、この発明は、トンネル掘削現場から発生する濁水を原水として貯溜する原水槽と、原水槽から送られる原水に凝集剤を添加し、フロックを生成させる凝集反応槽と、原水中のフロックを分離し沈殿させる沈殿槽と、前記凝集反応槽に設けられたｐＨ指示調節計と、注入弁を有し、前記原水槽と前記凝集反応槽との間の経路で中和剤を添加する中和剤添加装置と、前記ｐＨ指示調節計の検出ｐＨ値と閾値とを比較し、検出ｐＨ値が閾値を越えているとき、その間前記注入弁を開いて前記中和剤添加装置に中和剤の添加動作を行わせ、また検出ｐＨ値が前記閾値以下であるとき、前記注入弁を閉じて前記中和剤添加装置の添加動作を停止させる演算制御装置とを備えた濁水処理装置であって、
前記演算制御装置は、前記中和剤添加装置が添加動作を行う直前の、前記凝集反応槽内ｐＨの酸性側極値と設定下限ｐＨ値とを比較してその偏差ｄを算出し、前記中和剤添加装置が添加動作を行う直前の添加動作時における弁開度Ｒを次式により弁開度Ｒ’に変化させ、
Ｒ’＝Ｒ±Ｃｄ（Ｃ：定数）
前記中和剤添加装置から添加される中和剤の量を変化させることを特徴とする濁水処理装置にある。
【０００９】
また、この発明は、トンネル掘削現場から発生する濁水を原水として貯溜する原水槽と、原水槽から送られる原水に凝集剤を添加し、フロックを生成させる凝集反応槽と、原水中のフロックを分離し沈殿させる沈殿槽と、前記凝集反応槽に設けられたｐＨ指示調節計と、注入弁を有し、前記原水槽と前記凝集反応槽との間の経路で中和剤を添加する中和剤添加装置と、前記ｐＨ指示調節計の検出ｐＨ値と閾値とを比較し、検出ｐＨ値が閾値を越えているとき、その間前記注入弁を断続的に開閉して前記中和剤添加装置に中和剤の添加動作を行わせ、また検出ｐＨ値が前記閾値以下であるとき、その間前記注入弁を閉じて前記中和剤添加装置の添加動作を停止させる演算制御装置とを備えた濁水処理装置であって、
前記演算制御装置は、前記中和剤添加装置が添加動作を行う直前の、前記凝集反応槽内ｐＨの酸性側極値と設定下限ｐＨ値とを比較してその偏差ｄを算出し、前記中和剤添加装置が添加動作を行う直前の添加動作時における一定時間間隔ａに対する前記注入弁の開状態の持続時間ｂの比ｂ／ａを次式により比ｂ’／ａに変化させ、
ｂ’＝ｂ±Ｃｄ（Ｃ：定数）
前記中和剤添加装置から添加される中和剤の量を変化させることを特徴とする濁水処理装置にある。
【００１０】
前記中和剤としては炭酸ガスを使用することができる。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、中和剤の添加開始直前の凝集反応槽内ｐＨ値に応じた量の中和剤が添加されることから、中和剤は過不足のないものとなる。これにより、凝集反応槽内での極端なｐＨ低下を防止することができ、良好な凝集状態を得るとともに、放流時のｐＨも基準に適合させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の実施形態を示す処理系統図である。
【図２】ｐＨ変動に伴う弁制御の例を示す図である。
【図３】弁制御のフローチャートである。
【図４】ｐＨ変動に伴う弁制御の別の例を示す図である。
【図５】ｐＨ変動に伴う弁制御の従来例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
この発明の実施形態を図面を参照しながら以下に説明する。図１は、この発明による濁水処理装置の処理系統図である。トンネル掘削の施工現場で発生した濁水は、原水槽１に貯溜される。原水は沈殿槽２に付設された凝集反応槽３に、ポンプ４により管路５を通じて送られる。
【００１４】
管路５には炭酸ガス気化器６が管路７を介して接続されている。管路７には炭酸ガスの注入を制御する注入弁８が設けられている。これら炭酸ガス気化器６及び注入弁８は中和剤添加装置を構成する。管路５には、また、凝集剤であるＰＡＣ（ポリ塩化アルミニウム）が収容されたＰＡＣ槽９が管路１０を介して接続されている。ＰＡＣは管路１０に設けられた注入ポンプ１１により管路５に送られる。管路５にはラインミキサー２３が設けられている。このラインミキサー２３により、ＰＡＣと炭酸ガスとが混合されて、凝集反応槽３に送られる。凝集剤としては高分子凝集剤も用いられる。高分子凝集剤は溶解槽１２に収容され注入ポンプ１３を有する管路１４を通じて凝集反応槽３に送られる。
【００１５】
凝集反応槽３には攪拌機１５が設けられている。この凝集反応槽３において、凝集剤及び炭酸ガスが添加された原水が攪拌され、フロックが生成される。凝集反応槽３にはｐＨ指示調節計１６が設けられ、その計測信号はコンピュータなどで構成される演算制御装置１７に入力される。
【００１６】
沈殿槽２では凝集反応槽３で生成されたフロックの分離沈殿処理がなされ、上澄水は管路１８を通じて放流槽１９に送られ、河川等に放流される。放流槽１９にはポンプ２０により汲み上げて放流水の濁度を測定するための濁度計２１と、ｐＨ指示調節計２２が設けられている。その他、濁水処理装置には沈殿槽２で沈殿したスラリーを引抜き脱水処理する脱水系統や、返送水の系統等が設置されているが、この発明には直接関係しないので、図示及びその説明を省略する。
【００１７】
演算制御装置１７は、ｐＨ指示調節計１６の計測信号に基づき、炭酸ガスの注入弁８の動作を制御する。すなわち、演算制御装置１７は測定された凝集反応槽内ｐＨ値が設定された閾値αを越えると、その間注入弁８を開状態（ＯＮ）とし、注入弁８に管路５への炭酸ガスの注入動作を行わせる。閾値αとしては、図２に示すようにアルカリ側の値がとられる。
【００１８】
また、演算制御装置１７は、注入弁８が注入動作を行う直前の、凝集反応槽内ｐＨの酸性側極値と設定ｐＨ下限値とを比較し、その偏差に基づいて注入弁８の開度を変化させる。ここに、酸性側極値とは、図２に示すように、凝集反応槽内ｐＨは時間経過に伴ってアルカリ側及び酸性側というように上下に変動を繰り返すのであるが、この変動においてｐＨ値が下降から上昇に転じるときの値である。すなわち、注入弁８が注入動作を行う直前の弁開度をＲとし、設定ｐＨ下限値（図２に示す例では８．０）と酸性側極値との偏差がｄであるとすると、演算制御装置１７は弁開度Ｒ’を
Ｒ’＝Ｒ±Ｃｄ（Ｃ：定数）・・・（１）
に変化させる。
【００１９】
以下、演算制御装置の動作を図２に示すｐＨ変動曲線と図３に示すフローチャートを参照して、さらに詳しく説明する。演算制御装置１７は、凝集反応槽３内のｐＨを常時監視し、酸性側極値を検出する（ステップＳ1）。そして、極値と設定ｐＨ下限値（８．０）とを比較し（ステップＳ2）、極値が下限値よりも下回っていれば弁開度を引き下げる（ステップＳ3-A）。また、これとは逆に極値が下限値よりも上回っていれば、弁開度を引き上げる（ステップＳ3-B）。弁開度は、上述のように、極値と下限値との偏差ｄに基づき、上記（１）式から演算される。
【００２０】
次に演算制御装置１７は、弁開度の引き下げ又は引き上げの結果、弁開度が下限又は上限に達したか否かを判断し（ステップＳ4-A，Ｓ4-B）、下限又は上限に達していなければ、酸性値側極値の検出を続行する（ステップＳ1）。また、弁開度が下限又は上限に達していれば、弁のＯＮ・ＯＦＦ動作の閾値を引き上げるか（＋０．０５）又は引き下げるか（−０．０５）したうえで（ステップＳ5-A，Ｓ5-B）、酸性値側極値の検出を続行する（ステップＳ1）。
【００２１】
以上のような弁制御によれば、注入弁８の注入動作開始直前の、凝集反応槽３内のｐＨ値に応じた量の炭酸ガスが注入されることから、炭酸ガス量は過不足のないものとなる。これにより、凝集反応槽３内での極端なｐＨ低下を防止することができ、良好な凝集状態を得るとともに、放流時のｐＨも基準に適合させることができる。
【００２２】
図４は別の実施形態を示す弁動作図である。上記実施形態は、測定ｐＨ値が閾値を超えている間は弁を常時開状態（ＯＮ）とし、その弁開度を変化させることにより炭酸ガスの注入量を変えるようにしたものである。これに対し、この実施形態は、弁開度は変えずに一定として、測定ｐＨ値が閾値を超えている間において弁を開閉（ＯＮ・ＯＦＦ）し、弁の開状態（ＯＮ）の時間的割合を変化させることにより、炭酸ガスの注入量を変えるようにしたものである。
【００２３】
具体的には、弁の開動作が開始する一定時間間隔（周期）ａを設定し、その周期において弁の開状態（ＯＮ）の持続時間ｂをｂ’に変化させることにより、炭酸ガスの注入量を変える方法である。すなわちデュ−ティ比による制御であり、比Ｒ（＝ｂ／ａ）をＲ’（＝ｂ’／ａ）に変えることにより炭酸ガス注入量を制御する方法である。この場合も、デュ−ティ比は、設定ｐＨ下限値と酸性側極値との偏差ｄに基づいて設定され、デュ−ティ比Ｒ’を決めるｂ’は、
ｂ’＝ｂ±Ｃｄ（Ｃ：定数）・・・（２）
で示される。
【００２４】
上記各実施形態は例示にすぎず、この発明は種々の形態を採ることができる。例えば、上記各実施形態では中和剤として炭酸ガスを使用しているが、硫酸、塩酸などの酸剤を使用することができる。
【符号の説明】
【００２５】
１      原水槽
２      沈殿槽
３      凝集反応槽
５      管路
６      炭酸ガス気化器
８      注入弁
８      注入弁
１６      ｐＨ指示調節計
１７      演算制御装置
１９      放流槽
２１      濁度計
２２      ｐＨ指示調節計
２３      ラインミキサー
【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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