(57)【要約】【課題】フロック強度をオンラインで測定できるフロック強度測定装置を提供することを課題とする。【解決手段】実施形態に係るフロック強度測定装置は、河川などから取水した原水に凝集剤や凝集助剤を加えて形成したフロックを分離して比較的きれいな水を作る水処理システムにおいて、フロック強度をオンラインで測定する。フロック強度測定装置は、フロック含む被処理水をサンプリングし、サンプリングした被処理水にせん断力を与え、せん断力を与えた被処理水に含まれるフロックの状態を検出し、この検出結果に基づいてせん断力を与える前のフロックの強度を判定する。【選択図】      図１
2013120107.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
河川などから取水した原水に凝集剤や凝集助剤を加えてフロックを形成する手段と、上記フロックを分離して比較的きれいな水を作る手段と、を有する水処理システムにおいて上記フロックの強度をオンラインで測定するフロック強度測定装置であって、
上記フロックを形成する手段で形成したフロック含む被処理水をサンプリングする手段と、
サンプリングした上記被処理水にせん断力を与える手段と、
せん断力を与えた被処理水に含まれるフロックの状態を検出する手段と、
この検出結果に基づいて上記せん断力を与える前のフロックの強度を判定する手段と、
を有するフロック強度測定装置。
【請求項２】
上記せん断力を与える手段は、
上記サンプリングした被処理水を受け入れる容器と、
この容器内に配置された回転体と、
この回転体を回転させるモーターと、
を有する請求項１のフロック強度測定装置。
【請求項３】
上記せん断力を与える手段は、
上記せん断力を測定する手段と、
この測定結果を表示する手段と、
上記せん断力を変化させる手段と、
を有する請求項１のフロック強度測定装置。
【請求項４】
上記フロックの状態を検出する手段は、上記フロックの粒径分布を検出し、
上記判定する手段は、検出した粒径分布のピーク値或いは平均値が予め決めたしきい値を超えた場合に、フロックが破壊されたことを判定する請求項１のフロック強度測定装置。
【請求項５】
上記フロックの状態を検出する手段は、上記被処理水に光を当てて、そのときの透過光や散乱光を検出し、
上記判定する手段は、検出した光の強度が予め決めたしきい値を超えた場合に、フロックが破壊されたことを判定する請求項１のフロック強度測定装置。
【請求項６】
河川などから取水した原水に凝集剤や凝集助剤を加えて形成されたフロックの強度をオンラインで測定するフロック強度測定装置であって、
測定対象のフロックを含む被処理水をサンプリングする手段と、
サンプリングした上記被処理水にせん断力を与える手段と、
せん断力を与えた被処理水に含まれるフロックの状態を検出する手段と、
この検出結果に基づいて上記せん断力を与える前のフロックの強度を判定する手段と、
を有するフロック強度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、河川などから取水した原水や、下水、工場排水に凝集剤や凝集助剤を加えて形成されるフロックの強度を測定するフロック強度測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
浄水場、下水処理場、排水処理施設などでは、例えば、処理対象の原水に含まれる懸濁物質の除去や汚泥の脱水のため、凝集処理が行われる。この凝集処理では、原水に凝集剤や凝集助剤を添加して混合し、原水に含まれる固形物を凝集したフロックを形成する。そして、このフロックを沈降させて比較的きれいな上澄水を作る。
【０００３】
フロックの形成過程で粒径を大きく成長させることで、フロックの沈降速度を速めることができ、フロックを脱水機にかけられる形状にすることができる。しかし、フロックの粒径を大きくしても、重力によってフロックが沈降して上澄水ができるまでにはある程度の時間が掛かる。
【０００４】
このため、比較的処理時間を短くできる遠心分離機（サイクロン）を用いた固液分離方法も知られているが、フロックの壊れ難さ、すなわちフロックの硬さ（以下、フロック強度と称する）が不十分である場合、遠心力によって折角大きくしたフロックが壊されてしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２３８１８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
つまり、遠心分離機を利用した固液分離方法を採用する場合には、フロック強度をオンラインで監視して、凝集剤や凝集助剤の添加率を適切な値にコントロールし、フロックを硬くすることが望ましい。
【０００７】
よって、フロック強度をオンラインで測定できるフロック強度測定装置の開発が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
実施形態に係るフロック強度測定装置は、河川などから取水した原水に凝集剤や凝集助剤を加えて形成したフロックを分離して比較的きれいな水を作る水処理システムにおいて、フロック強度をオンラインで測定する。フロック強度測定装置は、フロックを含む被処理水をサンプリングし、サンプリングした被処理水にせん断力を与え、せん断力を与えた被処理水に含まれるフロックの状態を検出し、この検出結果に基づいてせん断力を与える前のフロックの強度を判定する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、実施形態に係るフロック強度測定装置を組み込んだ水処理システムを示す概略ブロック図である。
【図２】図２は、図１のシステムに組み込まれたフロック強度測定装置を示す概略ブロック図である。
【図３】図３は、図２のフロック強度測定装置に組み込まれたせん断力発生装置を示す概略図である。
【図４】図４は、図３のせん断力発生装置の変形例を示す概略図である。
【図５】図５は、図２のフロック破壊判定装置の変形例を示すブロック図である。
【図６】図６は、図２のフロック破壊判定装置の別の変形例を示すブロック図である。
【図７】図７は、第２の実施形態に係るフロック強度測定装置を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照しながら実施形態について詳細に説明する。  
図１には、本実施形態に係るフロック強度測定装置１０を組み込んだ水処理システム１００（以下、単にシステム１００と称する）の概略ブロック図を示してある。
【００１１】
システム１００は、河川などから取水した原水をシステム１００内に取り込むための送水ポンプ１０１を有する。送水ポンプ１０１の下流側には、原水に凝集剤を混ぜて攪拌するための混和槽１０２が接続されている。すなわち、混和槽１０２には、送水ポンプ１０１を使って原水が送り込まれるとともに、凝集剤注入装置１０３からポンプ１０４を使って凝集剤が添加される。ポンプ１０４は、混和槽１０２に注入する凝集剤の添加率をコントロールする。凝集剤は、例えば、鉄粉やアルミニウム粉などの無機凝集剤であり、攪拌によって、原水に含まれる懸濁物質などの固形物を付着させてフロックの核になる粒を作る。混和槽１０２の代りに、ラインミキサや迂流槽等を使用しても良い。
【００１２】
混和槽１０２の下流側には、混和槽１０２から送り込まれた原水（フロックの粒を含む）に凝集助剤を混ぜて攪拌するための反応槽１０５が接続されている。すなわち、反応槽１０５には、混和槽１０２から原水が送り込まれるとともに、凝集助剤注入装置１０６からポンプ１０７を使って凝集助剤が添加される。ポンプ１０７は、反応槽１０５に注入する凝集助剤の添加率をコントロールする。凝集助剤は、高分子系のバインダーであり、攪拌によって、フロックの粒をまとめて、ある程度の大きさのフロックを作る。
【００１３】
反応槽１０５のさらに下流側には、フロック形成槽１０８が接続されている。フロック形成槽１０８は、反応槽１０５から送り込まれた原水を緩やかに攪拌することによって、この原水に含まれるある程度の大きさのフロック同士を衝突させて凝集させ、比較的大きな粒径のフロックを作る。ここで作られるフロックの壊れ難さ、すなわちフロックの硬さ（以下、このようなフロックの物性をフロック強度と称する）は、例えば、凝集剤や凝集助剤の添加率に応じて変化する。
【００１４】
さらに、このフロック形成槽１０８の下流側には、分離槽１０９が接続されている。分離槽１０９は、フロック形成槽１０８から送り込まれた原水に含まれる比較的大きな粒径のフロックを分離して比較的きれいな水（処理水）を作る。フロックの分離は、図示しない遠心分離機（サイクロン）によるものの他に、沈降分離によるものであっても良い。ここでは、サイクロンを用いた分離方法を採用した。
【００１５】
フロックの分離にサイクロンを用いると、沈降分離と比較して、フロックの分離に要する処理時間を大幅に短縮することができ、システムの処理能力を大幅に向上させることができる。反面、サイクロンによる分離では、フロックに遠心力が作用するため、フロックが壊れ易い。固液分離時にフロックが壊れると、処理水にフロックの細かい粒が混ざってしまい、フロックの分離が不十分になってしまう。
【００１６】
このため、フロック形成槽１０８で作られるフロックには、サイクロンに投入しても壊れない程度の凝集硬さ（フロック強度）が要求される。しかし、河川から取水するような原水は、経時的に物性が変化する不安定なものであるため、凝集剤や凝集助剤を一定の添加率で添加すると、凝集されるフロックの物性も経時的に変化して不安定なものとなってしまう。
【００１７】
本実施形態では、このため、フロック形成槽１０８で作られるフロックの強度を、フロック強度測定装置１０を介して、オンラインで測定して、サイクロンに投入しても壊れない硬さを有するフロックを形成可能な凝集剤や凝集助剤の添加率を決めるための基準を取得するようにした。
【００１８】
図２には、フロックの硬さをオンラインで測定するフロック強度測定装置１０の概略ブロック図を示してある。また、図３には、このフロック強度測定装置１０に組み込まれたせん断力発生装置２０の概略図を示してある。
【００１９】
このフロック強度測定装置１０は、図１に示すように、フロック形成槽１０８から分離槽１０９へ送り込まれる原水（以下、この測定対象のフロックを含む原水のことを対象水と称する）の一部をモニタリングして、この対象水に含まれるフロックの強度を測定する。そして、フロック強度測定装置１０でフロック強度が測定された後の対象水は、再び、フロック形成槽１０８へ戻される。つまり、フロック強度測定装置１０は、対象水に含まれるフロックの強度をオンラインで測定できる。
【００２０】
図２に示すように、フロック強度測定装置１０は、モニタリングした対象水に含まれるフロックにせん断力を与えるためのせん断力発生装置２０を有するとともに、このせん断力発生装置２０へ対象水を送り込むためのサンプリングポンプ１２を有する。このサンプリングポンプ１２は、サンプリング制御装置１４によって動作制御され、対象水をサンプリングするタイミングや対象水をせん断力発生装置２０へ送り込む量などがコントロールされる。
【００２１】
せん断力発生装置２０には、表示部１８が接続されている。表示部１８は、せん断力発生装置２０で対象水に与えるせん断力を測定した結果を表示する。
【００２２】
また、フロック強度測定装置１０は、せん断力発生装置２０により所定のせん断力が与えられた後の対象水を検査して、フロックの壊れ具合を判定するフロック破壊判定装置１６を有する。フロック破壊判定装置１６は、例えば、せん断力発生装置２０から送り込まれた対象水に含まれるフロックの粒径分布を測定し、そのピークを示す粒径が予め設定したしきい値より小さくなったことをもってフロックが許容範囲を超えて破壊されたことを判定する。
【００２３】
つまり、せん断力発生装置２０を介して、対象水に含まれるフロックに対して、分離槽１０９のサイクロンと同程度、或いはそれより僅かに大きなせん断力を与えることで、当該フロックがサイクロン分離に耐え得るフロック強度を有するか否かを判定することができる。そして、フロック強度測定装置１０は、フロック破壊判定装置１６における判定結果に従って、ポンプ１０４を介して凝集剤を添加する添加率、および／或いはポンプ１０７を介して凝集助剤を添加する添加率を決定する基準を与える。これにより、フロック形成槽１０８で形成するフロックの強度を所望する強度にすることができる。
【００２４】
ところで、せん断力発生装置２０は、図３に示すように、サンプリング制御装置１４で動作制御されるサンプリングポンプ１２によって送り込まれた対象水を溜める円筒容器２２を有する。サンプリングポンプ１２を介して対象水を円筒容器２２へ送り込む給水管２１は、円筒容器２２の底壁２２ａに接続されている。
【００２５】
円筒容器２２内には、フロックを含む対象水を掻き混ぜて対象水にせん断力を与えるための回転体２４が回転可能に収容配置されている。回転体２４の回転軸２４ａには、モーター２６の回転軸が同軸に接続されている。本実施形態では、対象水に対してサイクロンと同程度のせん断力を与えるように、モーター２６の回転速度や回転時間を制御するようにした。
【００２６】
また、円筒容器２２の底壁２２ａから上方に離間した周壁２２ｂの途中部位には、円筒容器２２内に送り込まれた対象水を（滞留させた後）フロック破壊判定装置１６へ送り込むための送水管２３が接続されている。すなわち、円筒容器２２内に送り込まれた対象水は、回転体２４の回転によって一定のせん断力が与えられるとともに、送水管２３を介して円筒容器２２から流出（オーバーフロー）される。
【００２７】
なお、ここでは図示していないが、円筒容器２２の底壁２２ａにドレンを接続して対象水を定期的に排出するようにしても良い。この場合、対象水の排出先は、例えば、フロック形成槽１０８で良い。
【００２８】
以上のように、本実施形態のフロック強度測定装置１０を用いると、フロック強度をオンラインで測定することができるため、原水の物性が経時的に変化しても、対象水に含まれるフロックの強度を、常に、サイクロンによる分離処理に耐え得る強度にコントロールすることができる。これにより、固液分離処理中にフロックが破壊されてフロックの分離が不十分になる不具合を防止することができ、原水を確実且つ効率良く処理することができる。
【００２９】
上述した実施形態では、サイクロン分離に耐え得る強度のフロックを作ることのできる凝集剤や凝集助剤の添加率の判断基準を得るためにフロック強度を測定したが、フロックを含む対象水に与えるせん断力を変化させることで、フロック強度の経時的な変化をオンラインで測定することもできる。
【００３０】
例えば、図４に示すように、せん断力発生装置２０の回転体２４を回転するモーターを可変速モーター３２に代えて、この可変速モーター３２を回転制御するモーター制御装置３４を設けることで、フロックを含む対象水に与えるせん断力を所望する値に変化させることができる。
【００３１】
しかして、フロック強度の経時変化を測定する場合、フロック強度測定装置１０は、モーター制御装置３４の制御によって可変速モーター３２の回転速度を徐々に上げていき、フロック破壊判定装置１６を介してフロックが破壊されたか否かを判定する。そして、フロック強度測定装置１０は、フロックが破壊されたときの可変速モーター３２の回転速度からフロック硬さを測定する。
【００３２】
なお、モーター制御装置３４によって可変速モーター３２の回転速度を予め決められた速度パターンに沿って変化させることで、回転体２４の回転速度を自動的に変化させることができ、フロック硬さを自動的に測定することもできる。
【００３３】
図５には、フロック破壊判定装置１６の変形例を示してある。このフロック破壊判定装置１６は、せん断力発生装置２０に送り込む前の対象水に含まれるフロックの粒径分布を測定するフロック破壊判定装置１６ａ、およびせん断力発生装置２０から送り込まれた対象水に含まれるフロックの粒径分布を測定するフロック破壊判定装置１６ｂを有する。
【００３４】
この変形例に係るフロック破壊判定装置１６によると、せん断力発生装置２０の前後でフロックの粒径分布を調べて、そのピーク値或いは平均値の差を算出し、この差が予め決めたしきい値を超えた場合に、フロックが破壊されたことを判定するようにした。具体的には、例えば、せん断力発生装置２０に送り込む前の対象水に含まれるフラックの粒径が２ｍｍで、せん断力発生装置２０から送り出された対象水に含まれるフラックの粒径が１ｍｍになった場合に、フラックが破壊されたことを判定するようにした。
【００３５】
なお、この変形例では、せん断力発生装置２０の上流側および下流側のそれぞれにフロック破壊判定装置１６ａ、１６ｂを設けたが、対象水の流路を切り替えることのできる装置構成を設けることで、１台のフロック破壊判定装置１６を利用した系を組むこともできる。
【００３６】
図６には、フロック破壊判定装置１６の別の変形例を示してある。この変形例のフロック破壊判定装置１６ｃは、せん断力発生装置２０から送り込まれた対象水に光を当てて、その透過光或いは散乱光を検出して解析し、フロックが破壊されたか否かを判定するようにしている。
【００３７】
せん断力によりフロックが破壊されると、微細化されたフロックの破片などにより対象水が濁る。言い換えると、フロックの粒径が小さくなると、光を遮る量が増える。この濁った対象水に光を当てると、その透過光や散乱光が変化する。つまり、この透過光或いは散乱光の変化を検出して分析することによって、フラックが破壊されたか否かを判定することができる。
【００３８】
図７には、対象水に含まれるフロックの硬さを、対象水（フロック）に与えるせん断力と粒径の変化をパラメーターとしてオンラインで測定する、第２の実施形態に係るフロック強度測定装置４０の概略図を示してある。ここでは、上述した実施形態のフロック強度測定装置１０と同様に機能する構成要素には、同一符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【００３９】
フロック強度測定装置４０は、せん断力発生装置２０で対象水に与えるせん断力をモニターして、フロック破壊判定装置１６の判定結果に基づいて、フロック強度を判定するフロック強度判定装置４２を有する。フロック強度測定装置４０は、フロック強度判定装置４２の判定結果に基づいてフロック強度を測定する。
【００４０】
フロック強度測定装置４０は、サンプリング制御装置１４を介してサンプリングポンプ１２を一定時間間隔で動作制御し、それぞれのサンプリングにおいて、一定量（オーバーフローによる）の対象水をせん断力発生装置２０内へ取り込む。そして、フロック強度測定装置４０は、各サンプリング周期で、モーター制御装置３４を介して、せん断力発生装置２０の可変速モーター３２を予め決められた速度パターンに従って可変速制御し、回転体２４の回転速度を段階的に上げていく。さらに、フロック強度測定装置４０は、フロック強度判定装置４２を介して、各サンプリング周期でフロックの破壊の有無を判定し、フロックが破壊されたときのモーター制御装置３４の出力からフロック強度を解析して出力する。
【００４１】
以上のように、第２の実施形態に係るフロック強度測定装置４０によると、システム１００の稼働中、任意のタイミングでフロック強度をオンラインで測定することができる。
【００４２】
いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、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。これら実施形態は、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。これら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】
【００４３】
１０、４０…フロック強度測定装置、１２…サンプリングポンプ、１４…サンプリング制御装置、１６…フロック破壊判定装置、２０…せん断力発生装置、２２…円筒容器、２４…回転体、２６…モーター、３２…可変速モーター、３４…モーター制御装置、４２…フロック強度判定装置、１００…水処理システム、１０１…送水ポンプ、１０２…混和槽、１０３…凝集剤注入装置、１０４、１０７…ポンプ、１０５…反応槽、１０６…凝集助剤注入装置、１０８…フロック形成槽、１０９…分離槽。
【図１】
2013120107.tif 000003
【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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