(57)【要約】【課題】降雨時に雨水が混入する場合に、適切な凝集剤添加量に制御できる雨水混入水の処理方法と装置を提供する。【解決手段】降雨時に雨水の流入によって、Ｍアルカリ度又は電気伝導率が経時的に変化する雨水混入水を被処理水とし、該被処理水１に無機凝集剤７と有機高分子凝集剤８とを添加２、３して懸濁物質を除去４する処理方法において、前記被処理水の懸濁物質濃度３と、Ｍアルカリ度又は電気伝導率１２とに基づいて、該被処理水に添加する前記無機凝集剤の添加量と有機高分子凝集剤の添加量の両方或いは一方を調整１４して行うものであり、前記被処理水の懸濁物質濃度は、該懸濁物質濃度の成分を無降雨時の懸濁物質が雨水によって希釈された成分と、雨水流入に伴って発生した成分とに区分し算出して行うことができ、凝集剤の添加は、それぞれの成分に対して適切な凝集剤添加量を算出して行う。【選択図】  図５
2005034712.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
降雨時に雨水の流入によって、Ｍアルカリ度又は電気伝導率が経時的に変化する雨水混入水を被処理水とし、該被処理水に無機凝集剤と有機高分子凝集剤とを添加して懸濁物質を除去する処理方法において、前記被処理水の懸濁物質濃度と、Ｍアルカリ度又は電気伝導率とに基づいて、該被処理水に添加する前記無機凝集剤の添加量と有機高分子凝集剤の添加量の両方或いは一方を調整して行うことを特徴とする雨水混入水の処理方法。
【請求項２】
前記被処理水の懸濁物質濃度を、該懸濁物質濃度の成分を無降雨時の懸濁物質が雨水によって希釈された成分と、雨水流入に伴って発生した成分とに区分して算出し、凝集剤の添加を、それぞれの成分に対して適切な凝集剤添加量を算出して行うことを特徴とする請求項１に記載の雨水混入水の処理方法。
【請求項３】
前記懸濁物質濃度の成分の区分は、降雨時の被処理水のＭアルカリ度又は電気伝導率を、無降雨時の値と比較することによって、被処理水の雨水による希釈倍率を算出し、その希釈倍率に基づいて、懸濁物質を無降雨時の懸濁物質が雨水によって希釈された成分と、雨水流入に伴って発生した成分とに区分して行うことを特徴とする請求項２に記載の雨水混入水の処理方法。
【請求項４】
降雨時に雨水の流入によって、Ｍアルカリ度又は電気伝導率が経時的に変化する雨水混入水の被処理水に、無機凝集剤と有機高分子凝集剤とを添加して懸濁物質を除去する凝集処理装置を有する処理装置において、前記凝集処理装置に流入する被処理水の懸濁物質濃度を測定する装置と、Ｍアルカリ度又は電気伝導率とを測定する装置とを備え、該測定値に基づいて、無機凝集剤の添加量と有機高分子凝集剤の添加量の両方或いは一方を調整する制御手段を有することを特徴とする雨水混入水の処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、雨水混入水の処理に係り、特に、下水、排水、汚濁の進んだ河川水、湖沼水の処理において、降雨時に雨水が混入した被処理水に凝集剤を添加して懸濁物質を凝集分離する処理方法と装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【非特許文献１】「水処理管理便覧」Ｐ．１２４〜１２８（水処理管理便覧編集委員会編１９９８年）
【非特許文献２】第３９回下水道研究発表会講演集（２００２年）セッション番号２−６−２  Ｐ．３８０〜３８２被処理水に含まれる懸濁物質を分離する方法のうち、凝集処理は、被処理水に凝集剤を添加して懸濁物質を凝集させた後に、沈降分離、ろ過分離、或いは浮上分離する処理方法であり、それぞれ凝集沈殿処理、凝集ろ過処理、凝集浮上処理と呼ばれている。
これらの処理において、重要な点は、凝集剤による懸濁物質の凝集反応を良好に行うことである。処理を廉価に行うには、できるだけ少ない凝集剤添加量で処理することが求められ、凝集反応の影響因子に応じて、その都度適切な凝集剤添加量を調整することが望ましい。凝集反応の影響因子のうちで、被処理水の水質としては、粒子濃度、ｐＨ、Ｍアルカリ度、温度、共存イオン等がある。これら影響因子のうち、従来の凝集剤添加量制御は、粒子濃度に基づく制御が一般的である。即ち、被処理水中の懸濁物質濃度が低い場合には、凝集剤添加量も低くし、懸濁物質濃度が高い場合には、凝集剤添加量も高くするという制御である。この場合、懸濁物質濃度と凝集剤添加量との関係を、予めジャーテスト等で求めておき、懸濁物質濃度を濁度計やＳＳ計で測定して、予め求めておいた関係から適切な凝集剤添加量を演算する。
【０００３】
降雨時に被処理水に雨水が混入する場合、例えば合流式下水道の場合には、雨水によって汚水が希釈される一方で、路面等の汚濁物質が雨水に流されて下水に混入する。更に、雨水の混入によって、下水流量が増加し、管渠堆積物が押し流される。これらの作用によって降雨時下水の懸濁物質濃度は、晴天時とは異なる変動をする。よって、降雨時下水を凝集処理する場合には、適切な凝集剤添加量をその時の被処理水の懸濁物質濃度に基づいて決定することになる。
一方、被処理水のＭアルカリ度が低い場合には、鉄塩やアルミニウム塩などの無機凝集剤添加によって、添加後のｐＨが低下して、適切な凝集ｐＨから逸脱する場合がある。この様な場合には、水酸化ナトリウム等のアルカリ剤を添加して、適正凝集ｐＨに調整することが行われる。このように、凝集反応におけるＭアルカリ度はｐＨ調整の点で重要な因子である。
降雨時に雨水が混入する被処理水の凝集処理において、凝集剤添加量を懸濁物質濃度に基づいて制御することには、次の問題がある。
【０００４】
▲１▼雨水の混入によって、被処理水のＭアルカリ度は低下する。Ｍアルカリ度が低下した場合には、懸濁物質濃度が同じであっても、適切な凝集剤添加量は少なくなる。よって、懸濁物質濃度に基づいて凝集剤添加量を制御すると、凝集剤を過剰添加することになり、ランニングコストの増加を招く。
▲２▼雨水の混入によって、被処理水の懸濁物質の組成は変化する。降雨時の被処理水に含まれる懸濁物質は、大きく２種類に区分される。一方は、無降雨時の被処理水に含まれる懸濁物質が雨水によって希釈されるものであり、他方は、降雨時にのみ混入する懸濁物質である。これら２種類の懸濁物質は、成分が異なっているために凝集剤の効き具合が異なり、同じ懸濁物質濃度であっても、適正凝集剤添加量は異なる。よって、これら２種類の懸濁物質の混合液に対して、混合後の懸濁物質濃度に基づいて凝集剤添加量を設定することは、不適切である。凝集剤添加量が過剰の場合は、ランニングコストの増加を招き、添加量不足の場合には、処理水水質の悪化を招くことになる。よって、凝集剤の過剰添加や添加不足を防止するためには、各懸濁物質濃度に基づいて凝集剤添加量を制御することが望ましい。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来技術の問題点を解消し、被処理水が雨水を混入する場合に、適切な凝集剤添加量に制御できる雨水混入水の処理方法と装置を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明では、降雨時に雨水の流入によって、Ｍアルカリ度又は電気伝導率が経時的に変化する雨水混入水を被処理水とし、該被処理水に無機凝集剤と有機高分子凝集剤とを添加して懸濁物質を除去する処理方法において、前記被処理水の懸濁物質濃度と、Ｍアルカリ度又は電気伝導率とに基づいて、該被処理水に添加する前記無機凝集剤の添加量と有機高分子凝集剤の添加量の両方或いは一方を調整して行うことを特徴とする雨水混入水の処理方法としたものである。
前記水処理方法において、被処理水の懸濁物質濃度は、該懸濁物質濃度の成分を無降雨時の懸濁物質が雨水によって希釈された成分と、雨水流入に伴って発生した成分とに区分して算出し、凝集剤の添加は、それぞれの成分に対して適切な凝集剤添加量を算出して行うことができ、前記懸濁物質濃度の成分の区分は、降雨時の被処理水のＭアルカリ度又は電気伝導率を、無降雨時の値と比較することによって、被処理水の雨水による希釈倍率を算出し、その希釈倍率に基づいて、懸濁物質を無降雨時の懸濁物質が雨水によって希釈された成分と、雨水流入に伴って発生した成分とに区分して行うことができる。
【０００７】
前記処理方法は、懸濁物質を、雨水によって希釈された成分と、雨水流入によって、発生した成分とに区分するということが前提になっているが、必ずしも区分する必要はない。凝集剤添加量が懸濁物質濃度よりもむしろＭアルカリ度又は電気伝導率に大きく依存する場合には、被処理水の懸濁物質濃度とＭアルカリ度又は電気伝導率に基づいて、凝集剤添加量を調整することができる。
また、本発明は、降雨時に雨水の流入によって、Ｍアルカリ度又は電気伝導率が経時的に変化する雨水混入水の被処理水に、無機凝集剤と有機高分子凝集剤とを添加して懸濁物質を除去する凝集処理装置を有する処理装置において、前記凝集処理装置に流入する被処理水の懸濁物質濃度を測定する装置と、Ｍアルカリ度又は電気伝導率とを測定する装置とを備え、該測定値に基づいて、無機凝集剤の添加量と有機高分子凝集剤の添加量の両方或いは一方を調整する制御手段を有することを特徴とする雨水混入水の処理装置としたものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明では、被処理水のＭアルカリ度又は電気伝導率に基づいて凝集添加量の制御を行う。本発明は、合流式下水道において、（１）降雨時下水のＭアルカリ度及び電気伝導率は、無降雨時下水よりも低下する、（２）無降雨時下水を雨水で希釈すると希釈倍率に応じてＭアルカリ度が低下し、Ｍアルカリ度の低下から雨水による希釈倍率求めることができる、（３）電気伝導率を用いることでも、Ｍアルカリ度と同様に雨水による希釈倍率を求めることができる、（４）降雨時下水の懸濁物質濃度は、無降雨時に比べて高くなる場合もあれば低くなる場合もあり、雨水による希釈とは別に、雨水流入に伴う増加が生じている、（５）Ｍアルカリ度の低下によって凝集性が向上する、（６）Ｍアルカリ度の低下を電気伝導率の低下から推定可能である、という実験的知見に基づいてなされたものである。
【０００９】
以下に、合流式下水道の降雨時下水を例として、本発明のアルカリ度と凝集特性との関係を説明する。ただし、本発明は、合流式下水道に限るものではなく、降雨時に雨水の流入によって、Ｍアルカリ度又は電気伝導率が変化する水を被処理水とする凝集処理について適用可能である。
図１は、無降雨時の下水に硫酸を添加してＭアルカリ度を調整した水を被処理水として、同一薬品添加量でジャーテストを行った結果である。被処理水の懸濁物質濃度は同一であっても、Ｍアルカリ度の低下に伴って処理水濁度は低下していることが明らかである。
図２は、下水処理場における降雨時流入下水を被処理水として、同一薬品添加量でジャーテストを行った結果である。被処理水のＭアルカリ度は、雨水の混入の程度によって大きく異なっているが、懸濁物質濃度は３００〜３４０ｍｇ／Ｌの範囲であり、大きな変化はない。この場合、図１と同様に、Ｍアルカリ度の低下に伴って処理水濁度は低下している。
【００１０】
図１と図２のとおり、凝集剤添加量が同じであれば、被処理水のＭアルカリ度の低下に伴って処理水濁度が低下する。このことは、同一の処理水濁度を得るためには、Ｍアルカリ度の低下に伴って凝集剤添加量を低減できることを意味している。
図３は、無降雨時の汚水を雨水で希釈した場合のＭアルカリ度を示したものであり、雨水と汚水との混合液中の汚水の割合に応じてＭアルカリ度が低下している。よって無降雨時下水のＭアルカリ度を予め確認しておき、降雨時下水のＭアルカリ度を測定することによって、雨水による希釈倍率を算出することができる。無降雨時下水のＭアルカリ度は、一般的に１５０〜２００ｍｇ／Ｌａｓ  ＣａＣＯ３であり、時刻や曜日によって異なるので、それらに応じた値を予め確認しておくことが望ましい。
図６は、無降雨時の汚水を雨水で希釈した場合の電気伝導率とＭアルカリ度を示したものであり、雨水と汚水との混合液中の汚水の割合に応じて電気伝導率が低下している。図７は、図６の電気伝導率とＭアルカリ度との関係を示した図であり、両者の相関は極めてよい。よって、Ｍアルカリ度同様に、降雨時下水の電気伝導率を測定することによって雨水による希釈倍率を算出することができ、更にＭアルカリを推定することができる。
【００１１】
図４は、下水処理場における降雨時流入下水の懸濁物質濃度（ＳＳ）とＭアルカリ度の経時変化の実測例である。降雨は１５：００から１９：００に発生しており、雨水が下水道へ流入することで汚水が希釈され、Ｍアルカリ度は急激に低下している。降雨が終了した１９：００以降もＭアルカリ度が低下し続けているのは、雨水が管渠へ流入するまでの時間と管渠へ流入した雨水が処理場まで流れる時間が存在するからである。無降雨時のＭアルカリ度を、このＭアルカリ度で除することにより、雨水による希釈倍率が求まる。例えば、２０：００では、無降雨時下水のＭアルカリ度が約１８０ｍｇ／Ｌａｓ  ＣａＣＯ３であるのに対して、降雨時の値は約８０ｍｇ／Ｌａｓ  ＣａＣＯ３である。よって、無降雨時下水が、雨水によって約２．３倍に希釈されていることになる。
【００１２】
一方、図４のＳＳも経時的に変化しているが、Ｍアルカリ度から算出される希釈倍率と同一の倍率でＳＳが希釈された場合よりも大きい値である。例えば、２０：００では、無降雨時下水のＳＳが約２００ｍｇ／Ｌであり、Ｍアルカリ度から算出される希釈倍率２．３倍に基づいてＳＳを計算すると、約８７ｍｇ／Ｌに低減しているはずである。実際のＳＳは、約３００ｍｇ／Ｌであり、雨水による希釈倍率から算出される値よりも、約２１０ｍｇ／Ｌ大きい。この増加した懸濁物質としては、降雨前に路面に堆積していた汚濁物質が、雨水と共に流入したもの、下水管渠に堆積していた汚濁物質が、雨水流入による水量増加で押し流されたものが挙げられる。即ち、降雨時の被処理水に含まれる懸濁物質は、無降雨時の被処理水に含まれる懸濁物質が雨水によって希釈されるものと、降雨時に増加する懸濁物質との混合物であり、Ｍアルカリ度に基づくことによって、それぞれの濃度を算出することが可能となる。
【００１３】
図４に示す降雨時下水を対象に凝集処理を行う場合、従来は、被処理水の懸濁物質濃度（ＳＳ１）に基づいて、適正凝集添加量を算出することが一般的である。即ち、図４の２０：００であれば、ＳＳ１＝約３００ｍｇ／Ｌに基づいて、適正凝集剤添加量を算出する。これに対して、本発明では、図１及び図２に示した様に、被処理水のＭアルカリ度が低下すると、処理水濁度が低下することを適用し、被処理水の懸濁物質濃度（ＳＳ１）に基づいて算出する凝集剤添加量（Ｍ４）に対して、Ｍアルカリ度（Ａ１）に基づく補正を行うことによって、適正凝集剤添加量（Ｍ１）を演算する。更に、本発明では、被処理水の懸濁物質濃度（ＳＳ１）に基づいて、凝集剤添加量（Ｍ４）を算出する際に、Ｍアルカリ度（Ａ１）に基づいてＳＳ１を無降雨時下水の懸濁物質が希釈された成分（ＳＳ２）と、降雨時に増加した成分（ＳＳ３）とに分割し、それぞれの成分に対する凝集剤添加量（Ｍ２，Ｍ３）を算出して、その合計Ｍ２＋Ｍ３をＳＳ１に対応する凝集剤添加量（Ｍ１）とすることもできる。また、懸濁物質として濁度を使用することも可能である。
【００１４】
図５に、本発明の処理方法の一例をフロー構成図で示す。図５は、無機凝集剤と高分子凝集剤とを併用し、凝集沈殿処理を行う場合の例であるが、本発明は、凝集ろ過処理、凝集浮上処理へも適用可能である。
被処理水１は、無機凝集剤混合槽２へ流入し、無機凝集剤７の添加と混合が行わる。その後、有機高分子凝集槽３へ流入し、有機高分子凝集剤９の添加と混合が行われる。その後、固液分離槽４において、凝集フロックの分離が行われて清澄な処理水５が得られる。被処理水１が、無機凝集剤混合槽２へ流入する前に、流量計１１による流量測定と、Ｍアルカリ度計１２によるＭアルカリ度の測定とＳＳ計１３によるＳＳの測定が行われる。
測定したＭアルカリ度（Ａ１）とＳＳ（ＳＳ１）に基づいて、以下の（１）−（９）によって適正な無機凝集剤添加量（Ｎ１）と有機高分子凝集剤添加量（Ｐ１）を演算し、それら添加量と流量Ｑ１とに基づいて添加流量を算出し、無機凝集剤注入ポンプ８と有機高分子凝集剤注入ポンプ１０の制御を行う。
【００１５】
（１）Ｍアルカリ度（Ａ１）を予め測定してある無降雨時の値と比較して、雨水による希釈倍率（Ｄ倍希釈）を求める。この際、無降雨時の値が曜日や時刻によって異なる場合には、曜日や時刻に応じた値を確認しておいて、比較を行う。
（２）希釈倍率Ｄに基づいて、ＳＳ１を無降雨時のＳＳが希釈された成分ＳＳ２と、降雨によって増加した成分ＳＳ３とに分割する。
（３）ＳＳ２に対応する無機凝集剤添加量Ｎ２と有機高分子凝集剤添加量Ｐ２を演算する。
（４）ＳＳ３に対応する無機凝集剤添加量Ｎ３と有機高分子凝集剤添加量Ｐ３を演算する。
（５）ＳＳ１に対応する添加量としてＮ４＝Ｎ２＋Ｎ３、Ｐ４＝Ｐ２＋Ｐ３を算出する。
（６）Ｎ４に対してＭアルカリ度の低減効果を補正して適正な無機凝集剤添加量Ｎ１を演算する。
（７）Ｐ４に対してＭアルカリ度の低減効果を補正して適正な有機高分子凝集剤添加量Ｐ１を演算する。
Ｍアルカリ度の代わりに電気伝導率を測定し、電気伝導率に基づいて演算を行うこともできる。また、ＳＳの代わりに濁度を測定し、濁度からＳＳを換算してもよい。
【００１６】
【実施例】
以下に、本発明を実施例により具体的に説明する。
実施例１
本発明の凝集剤添加量の制御方法に基づく処理の実施例を以下に示す。本実施例は、下水を被処理水とした凝集沈殿処理への適用例である。
処理は、合流式下水道の降雨時下水を被処理水とし、無機凝集剤として塩化第二鉄、有機高分子凝集剤としてアニオン系高分子凝集剤を用い、処理水量１８０ｍ３／時、水面積負荷５０ｍ３／（ｍ２・時）の条件で、７時間の凝集沈殿処理を行った。被処理水の性状は、図４で示したものであり、降雨前のＭアルカリ度は１７８ｍｇ／Ｌａｓ  ＣａＣＯ３、ＳＳは３２８ｍｇ／Ｌ、試験終了時のＭアルカリ度は６３ｍｇ／Ｌａｓ  ＣａＣＯ３、ＳＳは２００ｍｇ／Ｌであった。
本発明に基づく制御と、従来方法に基づく制御の結果を表１に示す。
【００１７】
【表１】
2005034712.tif 000003
本発明に基づいて添加量制御を行った場合、ＳＳの平均除去率は９０％であり、従来の制御方法である被処理水ＳＳに基づく比例制御を行った場合に予想されるＳＳの平均除去率と同等であった。一方、凝集剤添加量は表１に示すとおり、本発明では、無機凝集剤を２４％、有機高分子凝集剤を３３％それぞれ低減することが可能であった。
【００１８】
【発明の効果】
本発明の制御方法によれば、降雨時に雨水の流入によって被処理水のＭアルカリ度が変化する場合、被処理水の懸濁物質濃度と、Ｍアルカリ度あるいは電気伝導率とを測定し、それらの値に基づいて適正凝集剤添加量を演算することによって、凝集剤の過剰添加を防止し、低コスト運転と良質の処理水を安定して提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】硫酸を添加してＭアルカリ度を調整した被処理水と処理水濁度との関係を示すグラフ。
【図２】降雨時流入水アルカリ度と処理水濁度との関係を示すグラフ。
【図３】無降雨時汚水を雨水で希釈した場合のＭアルカリ度の変化を示すグラフ。
【図４】降雨時流入水の懸濁物質濃度（ＳＳ）とＭアルカリ度の経時変化を示すグラフ。
【図５】本発明の処理方法の一例を示すフロー構成図。
【図６】混合液中の汚水の割合（％）と電気伝導率及びＭアルカリ度の関係を示すグラフ。
【図７】電気伝導率とＭアルカリ度の関係を示すグラフ。
【符号の説明】
１：被処理水、２：無機凝集剤混合槽、３：有機高分子凝集剤混合槽、４：固液分離槽、５：処理水、６：排泥、７：無機凝集剤、８：無機凝集剤注入ポンプ、９：有機高分子凝集剤、１０：有機高分子凝集剤注入ポンプ、１１：被処理水流量計、１２：Ｍアルカリ度計又は電気伝導率計、１３：濁度計又はＳＳ計、１４：凝集剤注入量演算制御部
【図１】
2005034712.tif 000004
【図２】
2005034712.tif 000005
【図３】
2005034712.tif 000006
【図４】
2005034712.tif 000007
【図５】
2005034712.tif 000008
【図６】
2005034712.tif 000009
【図７】
2005034712.tif 000010