(57)【要約】      （修正有）【課題】原水に凝集剤を添加し、凝集水をろ過を行う水処理設備の設計において、事前に凝集剤最大添加量を把握し、凝集剤添加量を決定する。【解決手段】原水２０に凝集剤２２を添加し、凝集剤添加後の凝集剤含有原水を撹拌２３後、模擬ろ過手段２４にてろ過する模擬ろ過操作を行い、得られた模擬ろ過水中の凝集剤の主成分を検出器２５で検出し、凝集剤添加量決定用予備試験により得られる凝集剤添加量と模擬ろ過水中の凝集剤の濃度の関係から決定される最大凝集剤添加量に基づき、水処理設備の凝集剤添加量を決定する。【選択図】図２
2017136571.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原水に凝集剤を添加して凝集処理するための凝集処理手段と、前記凝集処理によって得られた凝集処理水をろ過するろ過手段を有する水処理設備の凝集剤添加量決定方法であって、
以下の各操作を含む操作から成る凝集剤添加量決定用予備試験を行う際に、
（１）前記原水に前記凝集剤を添加するための凝集剤添加操作、
（２）凝集剤添加後の凝集剤含有原水を撹拌する撹拌操作、
（３）前記撹拌操作によって得られた凝集処理水を模擬ろ過手段にてろ過する模擬ろ過操作、
（４）模擬ろ過によって得られた模擬ろ過水中の前記凝集剤の主成分を検出するための検出操作、
前記凝集剤添加操作において、凝集剤添加量の異なる複数の凝集剤含有原水を作成するか、もしくは、少なくとも一つの原水に凝集剤を徐々に添加し、各凝集剤含有状態における原水に対し、撹拌操作、模擬ろ過操作、検出操作を行い、
前記凝集剤添加量決定用予備試験により得られる凝集剤添加量と前記模擬ろ過水中の前記凝集剤の主成分濃度の関係から決定される最大凝集剤添加量に基づき、前記水処理設備の凝集剤添加量を決定することを特徴とする水処理設備の凝集剤添加量決定方法。
【請求項２】
前記最大凝集剤添加量が、前記模擬ろ過水中の前記凝集剤の主成分濃度が０．０８ｍｇ／Ｌ以上、０．１２ｍｇ／Ｌ以下の範囲内となる前記凝集剤添加操作における凝集剤添加量であることを特徴とする請求項１に記載の水処理設備の凝集剤添加量決定方法。
【請求項３】
前記最大凝集剤添加量の０．５倍以上０．９倍以下を前記水処理設備の凝集剤添加量として決定することを特徴とする請求項２に記載の水処理設備の凝集剤添加量決定方法。
【請求項４】
前記最大凝集剤添加量の０．６倍以上０．８倍以下を前記水処理装置の凝集剤添加量とすることを特徴とする請求項３に記載の水処理設備の凝集剤添加量決定方法。
【請求項５】
前記最大凝集剤添加量に加え、前記模擬ろ過水中の水質指標から決定される前記水処理設備における最小凝集剤添加量に基づき、前記水処理設備の凝集剤添加量を前記最小凝集剤添加量以上、最大凝集剤添加量以下の範囲内で決定することを特徴とする請求項１または２に記載の水処理設備の凝集剤添加量決定方法。
【請求項６】
前記最大凝集剤添加量と前記最小凝集剤添加量の算術平均値の１．２倍以下を前記水処理設備の凝集剤添加量とすることを特徴とする請求項３に記載の水処理設備の凝集剤添加量決定方法。
【請求項７】
前記ろ過手段が膜ろ過手段であり、前記模擬ろ過手段において、前記膜ろ過手段で使用される分離膜と同じ分離膜、もしくは前記膜ろ過手段で使用される分離膜の孔径に対し８０％以上１２０％未満の孔径を有する分離膜を使用した模擬膜ろ過器を用いて膜ろ過することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の水処理設備の凝集剤添加量決定方法。
【請求項８】
前記模擬膜ろ過器の膜面積が０．００１ｍ２以上０．５ｍ２以下とすることを特徴とする請求項７に記載の水処理設備の凝集剤添加量決定方法。
【請求項９】
前記ろ過手段が砂ろ過手段であり、前記模擬ろ過手段において、カラムに砂ろ過材を充填した模擬砂ろ過器を用いて膜ろ過することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の水処理設備の凝集剤添加量決定方法。
【請求項１０】
前記カラムに充填する砂ろ過材が、前記ろ過手段で使用される砂ろ過材と同じ砂ろ過材であることを特徴とする請求項９に記載の水処理設備の凝集剤添加量決定方法。
【請求項１１】
前記模擬砂ろ過器のカラムが円筒状であり、カラムの内径が１０ｃｍ以下であることを特徴とする請求項１０に記載の水処理設備の凝集剤添加量決定方法。
【請求項１２】
前記ろ過手段が砂ろ過手段であり、前記模擬ろ過手段が孔径１μｍ以上の分離膜を用いた膜ろ過であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の凝集剤添加量決定方法。
【請求項１３】
前記模擬ろ過操作において、ろ過に必要な圧力源が手動または重力であることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の水処理設備の凝集剤添加量決定方法。
【請求項１４】
前記凝集剤が無機系凝集剤であることを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の水処理設備の凝集剤添加量決定方法。
【請求項１５】
前記検出操作が比色定量法、吸光光度法、ＩＣＰ発光光度分析法、ＩＣＰ質量分析法のいずれかを含むことを特徴とする請求項１４に記載の水処理設備の凝集剤添加量決定方法。
【請求項１６】
前記検出操作が少なくとも平膜を用いて模擬ろ過水をろ過した後の平膜表面の着色量または元素分析を確認する方法を含むことを特徴とする請求項１４に記載の水処理設備の凝集剤添加量決定方法。
【請求項１７】
前記ろ過手段で得られたろ過水をナノろ過膜手段または逆浸透膜手段に供給することを特徴とする水処理設備における請求項１〜１６のいずれかに記載の水処理設備の凝集剤添加量決定方法。
【請求項１８】
前記原水が海水であることを特徴とする請求項１〜１７のいずれかに記載の水処理設備の凝集剤添加量決定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、水処理設備の凝集剤添加量決定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
浄水場や廃水再利用設備、海水淡水化設備などの水処理設備では、原水に凝集剤を添加し、撹拌することにより、原水中に含まれる微小な濁質（コロイド）や有機物をフロック形成させた後に、ろ過装置に供給することによりろ過処理後のろ過水質の改良やろ過装置の目詰まりの抑制が行われている。
【０００３】
凝集剤の最適な添加量は、原水の濁質量や有機物量に応じて変化することから、それぞれの水処理設備に応じて決定する必要がある。凝集剤添加量が少ない場合には、十分に濁質や有機物がフロックを形成せず、ろ過水質が悪化する。一方、凝集剤添加量が過剰な場合には、凝集されなかった凝集剤がろ過水に漏洩し、ろ過水質が悪化したり、ろ過水をさらにナノろ過膜や逆浸透膜で処理する場合には、漏洩した凝集剤によるナノろ過膜／逆浸透膜の目詰まり（ケミカルファウリング）を引き起こしたりする。
【０００４】
従来、凝集剤の添加量は、複数の容器に原水を取り、各容器に異なる量の凝集剤を添加した後、撹拌処理する際の凝集フロックの大きさなどを目視観察したり、撹拌処理した処理水を所定時間静置した後の上澄み液の濁度や色度を測定したりするジャーテストと呼ばれる方法により決定するのが一般的であった。しかしながら、ジャーテストによる添加量の決定基準は曖昧であり、試験者によって決定する添加量が異なるという問題があった。
【０００５】
また、特許文献１には、原水に凝集剤を添加し、撹拌・静置後の上澄み濁度とろ紙ろ過速度に応じて凝集剤添加量を制御する方法が記載されている。また、特許文献２には、原水の濁度と有機物量に応じて、凝集剤添加量を決定する方法が記載されている。しかし、これらの方法では、ろ過処理を伴わず、ろ過処理後のろ過水質を測定しないことから、必ずしもろ過装置に対して最適な凝集剤添加量とはならないという問題があった。
【０００６】
特許文献３には、原水に凝集剤を添加した凝集水を、膜ろ過処理して得られた膜ろ過水の紫外線吸光度によって、凝集剤添加量を制御する方法が記載されている。また、特許文献４には、原水に凝集剤を添加した凝集水を砂ろ過処理後のろ過水中の凝集剤濃度に基づいて凝集剤添加量を制御する方法が記載されている。しかし、これらの方法は実際の水処理設備におけるろ過水を分析することから、水処理設備が必要となり、水処理設備の設計段階において事前に凝集剤添加量を決めるには適さないという問題があった。
【０００７】
また、原水やろ過水の水質に応じて最適な凝集剤添加量を決定または制御する方法では、原水やろ過水質が悪化時に、凝集剤を過剰添加することがあり、漏洩した凝集剤によるろ過水質の悪化やナノろ過膜／逆浸透膜のケミカルファウリングを引き起こすことがあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１５−１６４１５公報
【特許文献２】特開平１０−１１８４１１公報
【特許文献３】特開平８−１１７７４７公報
【特許文献４】特開２０１０−２０１３３５公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、水処理設備において良好なろ過水質を得るために、ろ過水に凝集剤の漏洩が生じる凝集剤添加量（最大凝集剤添加量）を事前に把握し、最大凝集剤添加量に基づいた凝集剤添加量の決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】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明の凝集剤添加量の決定方法は、次の特徴を有するものである。
（１）原水に凝集剤を添加して凝集処理するための凝集処理手段と、前記凝集処理によって得られた凝集処理水をろ過するろ過手段を有する水処理設備の凝集剤添加量決定方法であって、以下の各操作を含む操作から成る凝集剤添加量決定用予備試験を行う際に、
１）前記原水に前記凝集剤を添加するための凝集剤添加操作、
２）凝集剤添加後の凝集剤含有原水を撹拌する撹拌操作、
３）前記撹拌操作によって得られた凝集処理水を模擬ろ過手段にてろ過する模擬ろ過操作、
４）模擬ろ過によって得られた模擬ろ過水中の前記凝集剤の主成分を検出するための検出操作、
前記凝集剤添加操作において、凝集剤添加量の異なる複数の凝集剤含有原水を作成するか、もしくは、少なくとも一つの原水に凝集剤を徐々に添加し、各凝集剤含有状態における原水に対し、撹拌操作、模擬ろ過操作、検出操作を行い、前記凝集剤添加量決定用予備試験により得られる凝集剤添加量と前記模擬ろ過水中の前記凝集剤の主成分濃度の関係から決定される最大凝集剤添加量に基づき、前記水処理設備の凝集剤添加量を決定することを特徴とする水処理設備の凝集剤添加量決定方法。
（２）前記最大凝集剤添加量が、前記模擬ろ過水中の前記凝集剤の主成分濃度が０．０８ｍｇ／Ｌ以上、０．１２ｍｇ／Ｌ以下の範囲内となる前記凝集剤添加操作における凝集剤添加量であることを特徴とする（１）に記載の水処理設備の凝集剤添加量決定方法。
（３）前記最大凝集剤添加量の０．５倍以上０．９倍以下を前記水処理設備の凝集剤添加量として決定することを特徴とする（２）に記載の水処理設備の凝集剤添加量決定方法。
（４）前記最大凝集剤添加量の０．６倍以上０．８倍以下を前記水処理装置の凝集剤添加量とすることを特徴とする（３）に記載の水処理設備の凝集剤添加量決定方法。
（５）前記最大凝集剤添加量に加え、前記模擬ろ過水中の水質指標から決定される前記水処理設備における最小凝集剤添加量に基づき、前記水処理設備の凝集剤添加量を前記最小凝集剤添加量以上、最大凝集剤添加量以下の範囲内で決定することを特徴とする（１）または（２）に記載の水処理設備の凝集剤添加量決定方法。
（６）前記最大凝集剤添加量と前記最小凝集剤添加量の算術平均値の１．２倍以下を前記水処理設備の凝集剤添加量とすることを特徴とする（３）に記載の水処理設備の凝集剤添加量決定方法。
（７）前記ろ過手段が膜ろ過手段であり、前記模擬ろ過手段において、前記膜ろ過手段で使用される分離膜と同じ分離膜、もしくは前記膜ろ過手段で使用される分離膜の孔径に対し８０％以上１２０％未満の孔径を有する分離膜を使用した模擬膜ろ過器を用いて膜ろ過することを特徴とする（１）〜（６）のいずれかに記載の水処理設備の凝集剤添加量決定方法。
（８）前記模擬膜ろ過器の膜面積が０．００１ｍ２以上０．５ｍ２以下とすることを特徴とする（７）に記載の水処理設備の凝集剤添加量決定方法。
（９）前記ろ過手段が砂ろ過手段であり、前記模擬ろ過手段において、カラムに砂ろ過材を充填した模擬砂ろ過器を用いて膜ろ過することを特徴とする（１）〜（６）のいずれかに記載の水処理設備の凝集剤添加量決定方法。
（１０）前記カラムに充填する砂ろ過材が、前記ろ過手段で使用される砂ろ過材と同じ砂ろ過材であることを特徴とする（９）に記載の水処理設備の凝集剤添加量決定方法。
（１１）前記模擬砂ろ過器のカラムが円筒状であり、カラムの内径が１０ｃｍ以下であることを特徴とする（１０）に記載の水処理設備の凝集剤添加量決定方法。
（１２）前記ろ過手段が砂ろ過手段であり、前記模擬ろ過手段が孔径１μｍ以上の分離膜を用いた膜ろ過であることを特徴とする（１）〜（６）のいずれかに記載の凝集剤添加量決定方法。
（１３）前記模擬ろ過操作において、ろ過に必要な圧力源が手動または重力であることを特徴とする（１）〜（１２）のいずれかに記載の水処理設備の凝集剤添加量決定方法。
（１４）前記凝集剤が無機系凝集剤であることを特徴とする（１）〜（１３）のいずれかに記載の水処理設備の凝集剤添加量決定方法。
（１５）前記検出操作が比色定量法、吸光光度法、ＩＣＰ発光光度分析法、ＩＣＰ質量分析法のいずれかを含むことを特徴とする（１４）に記載の水処理設備の凝集剤添加量決定方法。
（１６）前記検出操作が少なくとも平膜を用いて模擬ろ過水をろ過した後の平膜表面の着色量または元素分析を確認する方法を含むことを特徴とする（１４）に記載の水処理設備の凝集剤添加量決定方法。
（１７）前記ろ過手段で得られたろ過水をナノろ過膜手段または逆浸透膜手段に供給することを特徴とする水処理設備における（１）〜（１６）のいずれかに記載の水処理設備の凝集剤添加量決定方法。
（１８）前記原水が海水であることを特徴とする（１）〜（１７）のいずれかに記載の水処理設備の凝集剤添加量決定方法。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の凝集剤添加量の決定方法によれば、最大凝集剤添加量を事前に把握し、最大凝集剤添加量に基づき、凝集剤添加量を決定することにより、水処理設備において良好なろ過水質を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明における凝集剤添加量の決定方法が適用される水処理設備の構成を示す図である。
【図２】凝集剤添加量の決定するための試験のフローを示す概略図である。
【図３】模擬ろ過水中の凝集剤主成分濃度の測定結果の例である。
【図４】模擬ろ過水中の凝集剤主成分濃度の測定結果の例である。
【図５】模擬ろ過水中の凝集剤主成分濃度の測定結果の例である。
【図６】模擬ろ過水中の濁度の測定結果の例である。
【図７】模擬ろ過水中の濁度の測定結果の例である。
【図８】本発明の実施例１における模擬ろ過水中の凝集剤主成分濃度の測定結果である。
【図９】本発明の実施例５における模擬ろ過水中の凝集剤主成分濃度の測定結果である。
【図１０】本発明の実施例６における模擬ろ過水の濁度の測定結果である。
【図１１】本発明の実施例７における模擬ろ過水中の凝集剤主成分濃度の測定結果である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施例を説明する。なお、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。
【００１４】
本発明の実施においてろ過処理される原水としては、海水、河川水、地下水、下廃水処理水など様々な種類の水が挙げられる。
＜本発明における凝集剤添加量の決定方法が適用される水処理設備＞
図１は、本発明における凝集剤添加量の決定方法が適用される水処理設備の構成を示す図である。この図の工程では、原水槽１に溜められた原水は原水ポンプ２によって、撹拌槽３に導入される。撹拌槽３において、原水は凝集剤貯留槽４から凝集剤注入ポンプ５により注入された凝集剤と共に、撹拌機６により撹拌され、凝集処理される。また、凝集ｐＨを制御するためには、ｐＨ調整溶液貯留槽７からｐＨ調整溶液注入ポンプ８により、ｐＨ調整溶液を注入することが好ましい。
【００１５】
撹拌槽３において凝集処理された凝集水は、供給ポンプ９によりろ過手段１０に供給される。凝集水はろ過手段１０においてろ過され、ろ過水槽１１に溜められる。
【００１６】
ろ過水槽１１に溜められたろ過水は、高圧ポンプ１２によってナノろ過／逆浸透膜モジュール１３に供給され、クロスフローろ過が行われ、透過水と濃縮水に分離される。
【００１７】
凝集剤としては、無機系凝集剤、有機系凝集剤のほか、各種吸着剤であってもよい。無機系凝集剤としては、ポリ塩化アルミニウムやポリ硫酸アルミニウム、塩化第二鉄、ポリ硫酸第二鉄、硫酸第二鉄、ポリシリカ鉄、水酸化カルシウムなどを使用できる。有機系凝集剤としてはジメチルアミン系やポリアクリルアミド系のカチオン高分子凝集剤などを使用できる。吸着剤としては、活性炭などの炭素系吸着剤、金属酸化物、ケイ素酸化物、硫黄酸化物などの無機物系吸着剤、有機物吸着剤などを使用できる。
【００１８】
本発明における水処理設備におけるろ過手段１０としては、精密ろ過膜または限外ろ過膜を用いた膜ろ過手段または、砂ろ過手段が選択される。
≪膜ろ過手段≫
分離膜の形状としては、中空糸膜、平膜、管状膜、モノリス膜等があるが、いずれでも構わない。
【００１９】
分離膜の材質としても、特に限定しないが、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアクリロニトリル、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニルフルオライド、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体およびクロロトリフルオロエチレン−エチレン共重合体、ポリフッ化ビニリデン、ポリスルホン、酢酸セルロース、ポリビニルアルコールおよびポリエーテルスルホンやセラミック等の無機素材からなる群から選ばれる少なくとも１種類を含んでいると好ましく、さらに膜強度や耐薬品性の点からはポリフッ化ビニリデン（PVDF）がより好ましい。
【００２０】
ろ過方式は、全量ろ過方式、クロスフローろ過方式のどちらでも良いが、エネルギー消費が少ないという点から全量ろ過モジュールである方が好ましい。
【００２１】
ろ過流束制御方法としては、定流束ろ過であっても定圧ろ過であってもよいが、一定の処理水量が得られ、また、全体の制御が容易であるという点から定流束ろ過である方が好ましい。
≪砂ろ過手段≫
砂ろ過手段における砂ろ過材は、均等係数（砂の粒度加積曲線において，全試料の６０％が通過する砂の粒径と１０％が通過する粒径の比）が１．７以下であることが好ましい。均等係数は１に近いほど粒径が揃ってくるので、砂ろ過層の空隙率が大きくなり、濁質の抑留量は増す。また、洗浄を繰り返すうちに、砂が破砕損耗して、洗浄排水中に流出し、砂ろ過層の粒度構成や砂層厚さが設計状態と異なるのを防ぐために、夾雑物が少なく、摩耗しにくいものが好ましい。比重は２．５７〜２．６７の範囲であることが好ましい。２．５７以下の砂には、有機性物質や多孔性の砂が混入している場合があるし、２．６７以上の砂には、石灰石や重金属類の鉱石が混入している場合があるので、好ましくない。有効径（砂の粒度加積曲線上での１０％通過径）は濁質阻止率、ろ過持続時間、逆洗洗浄速度および広範な原水水質への対応等の観点から０．４５〜０．７ｍｍの範囲であることが好ましい。
【００２２】
また、ろ過層の構成としては、単層ろ過でもよいし、アンスラサイトやガーネット等の
密度および粒径の異なる砂ろ過材を用いて、水流方向に粗粒から細粒の構成となる多層ろ過でも構わない。
＜凝集剤添加量決定用予備試験＞
図２は、凝集剤添加量を決定するための試験のフローを示す概略図である。まず、試験用原水槽２０に溜めた原水を、試験水槽２１に供給する。
【００２３】
試験水槽に溜められる原水量は、その後の検出操作２５に必要な量があればよく、１００ｍＬ〜１０Ｌ程度が好ましい。
【００２４】
試験水槽２１に、試験用凝集剤槽２２中の、上述の水処理設備において使用される凝集剤または同じ種類の凝集剤を所定濃度になるように添加する凝集剤添加操作を行う。このとき、凝集に適したｐＨになるように、ｐＨ調整液を添加しても良い。添加した凝集剤は、撹拌手段２３によって撹拌操作が行われる。
【００２５】
撹拌操作後の凝集水は、それぞれ順に模擬ろ過器２４を用いて模擬ろ過操作を行う。
【００２６】
模擬ろ過操作によって得られた模擬ろ過水は、検出器２５において凝集剤主成分濃度の測定する検出操作を行う。
【００２７】
上述の凝集剤添加操作において、凝集剤添加量を変えて、上述の撹拌操作、模擬ろ過操作、検出操作を繰り返すことにより、複数の凝集剤添加量における模擬ろ過水の凝集剤主成分濃度が測定される。
【００２８】
図１では、一つの試験水槽を用いた例を示したが、試験水槽の数は一つに限られる訳では無く、複数の試験水槽を用い、それぞれの原水に凝集剤添加量が異なるように凝集剤を添加して凝集剤を得ることもできる。また、模擬ろ過器の数も一つに限られる訳ではない。
【００２９】
また、試験用原水槽２０から、試験水槽２１に連続的に原水を供給し、試験水槽２１で凝集剤添加操作、撹拌操作を行いながら、模擬ろ過器２４に供給し、模擬ろ過操作を行っても良い。この方法によれば、段階的あるいは連続的に凝集剤添加速度を変えることにより、異なる凝集剤添加量の模擬ろ過水を得ることができる。
＜最大凝集剤添加量および凝集剤添加量の決定方法＞
凝集剤添加量と模擬ろ過水中の凝集剤主成分濃度の関係から最大凝集剤添加量を決定される。ここで、最大凝集剤添加量とは、上述の水処理設備において、ろ過水に所定量の凝集剤の漏洩が生じるときの凝集剤添加量であり、水処理設備は最大凝集剤添加量以下の凝集剤添加量において運転される。最大凝集剤添加量を超えて凝集剤を添加した場合には、ろ過水中に漏洩した凝集剤により、ろ過水質が悪化し、逆浸透膜のケミカルファウリングを招くことがあった。
【００３０】
最大凝集剤添加量は、凝集剤主成分濃度が０．０８ｍｇ／Ｌ以上、０．１２ｍｇ／Ｌ以下の範囲となる凝集剤添加量とすることが好ましい。
【００３１】
水処理設備においては、試験によって求められた最大凝集剤添加量以下の凝集剤添加量にて運転すればよい。ただし、凝集剤添加量が少なすぎる場合には、未凝集の濁質や有機物がろ過水中に含まれることから、最大凝集剤添加量の０．５倍以上、０．９倍以下を凝集剤添加量として設計するのが好ましく、最大凝集剤添加量の０．６倍以上、０．８倍以下がより好ましい。
【００３２】
凝集剤主成分濃度とは、凝集剤として無機凝集剤を使用した場合には、金属元素とする。例えば、ポリ塩化アルミニウムやポリ硫酸アルミニウムなどのアルミニウム系無機凝集剤の場合には、アルミニウムを凝集剤主成分と定義し、塩化第二鉄、ポリ硫酸第二鉄、硫酸第二鉄、ポリシリカ鉄などの鉄系無機凝集剤の場合には、鉄を凝集剤主成分と定義する。一方、有機系凝集剤を使用した場合は、有機物分子を凝集剤主成分と定義する。
【００３３】
図３〜図５は、凝集剤として塩化第二鉄を使用し、凝集剤凝集剤添加量と模擬ろ過水中の凝集剤主成分である鉄濃度の測定結果の例を示す。図３のように、０．０８ｍｇ−Ｆｅ／Ｌ以上０．１２ｍｇ−Ｆｅ／Ｌ以下の範囲に、１点が入った場合には、５ｍｇ−Ｆｅ／Ｌを最大凝集剤添加量と決定すればよい。図４のように、２点が入った場合には、例えば、２点の算術平均により、４．５ｍｇ−Ｆｅ／Ｌと決定すればよい。一方、図５のように１点も入らなかった場合には、０．０８ｍｇ−Ｆｅ／Ｌと０．１２ｍｇ−Ｆｅ／Ｌを挟んだ２点の凝集剤添加量である４ｍｇ−Ｆｅ／Ｌと５ｍｇ−Ｆｅ／Ｌを直線近似し、近似式から模擬ろ過水中の鉄濃度が０．１０ｍｇ−Ｆｅとなるときの凝集剤濃度４．２ｍｇ−Ｆｅ／Ｌを最大凝集剤濃度として決定すればよい。これらの決定方法は、一例と示したものであり、決定した凝集剤添加量における模擬ろ過水の凝集剤主成分濃度が０．０８ｍｇ−Ｆｅ／Ｌ以上０．１２ｍｇ−Ｆｅ／Ｌ以下の範囲であれば、どのような方法であっても良いが、試験者によって、最大凝集剤添加量が異なることのないように、決定方法を事前に決めておくことが好ましい。
【００３４】
また、水処理設備における凝集剤添加量の下限（最小凝集剤添加量）を、模擬ろ過水の水質指標から決定することもできる。
【００３５】
ここで用いられる水質指標とは、濁度、色度、ろ紙ろ過速度、有機物濃度などから１つ以上選ばれる。
【００３６】
最小凝集剤添加量の決定方法を以下の事例を挙げて説明するが、これらの事例に限定される訳ではない。図６、図７は模擬ろ過水の濁度の測定結果の例である。図６のように、ある凝集剤添加量で、濁度が一定値に達した場合には、その最小の凝集剤添加量を最小凝集剤添加量とすればよく、本例では２ｍｇ−Ｆｅ／Ｌである。また、図７のように凝集剤添加量の増加に応じて、濁度が低下し続けるような場合には、濁度が最小値に対して一定範囲以内に達した凝集剤添加量を最小凝集剤添加量と決定することができる。例えば、本例では、凝集剤添加量５ｍｇ−Ｆｅ／Ｌにおいて、濁度は０．４０ＮＴＵ（Nephelometric Turbidity Unit：比濁計濁度単位）となり、最小値をとるときに、その１２０％である０．４８ＮＴＵ以下となる最小の凝集剤添加量である３ｍｇ−Ｆｅ／Ｌを最小凝集剤添加量と決定することができる。また、予め設定した模擬ろ過水の目標値を下回る最小の凝集剤添加量を最小凝集剤添加量として決定することもできる。試験者によって、最小凝集剤添加量が異なることのないように、決定方法を事前に決めておくことが好ましい。
【００３７】
水処理設備の凝集剤添加量は、最小凝集剤添加量以上、最大凝集剤添加量以下で決定され、最小凝集剤添加量と最大凝集剤添加量の算術平均値の１．２倍以下とすることが好ましい。
≪撹拌操作≫
撹拌手段２３は、撹拌翼を有した撹拌機や試験水槽内部の撹拌子を外部から電磁スターラで回転させるなどの機械方式や、手動で撹拌棒を用いて原水を撹拌したり、試験水槽を振とうさせる手動方式でもいずれでもよい。現場における簡便性の観点からは、手動方式が好ましく採用される。
【００３８】
撹拌時間は、任意に設定できるが、肉眼で凝集フロックが生成したのを確認することが好ましいが、所定時間（例えば３０分以上）、撹拌を続けても、凝集フロックが生成しない場合には、凝集フロックは生成しないものとして停止すればよい。
≪模擬膜ろ過≫
模擬ろ過器２４は、実際の水処理設備におけるろ過手段１０が膜ろ過手段であれば、分離膜を用いた模擬膜ろ過器が好ましい。使用される分離膜は、ろ過手段１０で使用される分離膜と孔径が等しい分離膜を使用することが好ましいことから、ろ過手段１０の分離膜の孔径の８０％以上１２０％以下の孔径であることが好ましく、同じ分離膜を用いることがより好ましい。
【００３９】
模擬膜ろ過器の形状としては、中空糸膜、平膜、管状膜、モノリス膜等いずれでも構わないが、実際の膜ろ過手段と同じ形状であることが好ましい。
【００４０】
模擬ろ過器の大きさは、試験水槽２１に溜められた原水をろ過するだけの大きさであれば良いことから、模擬膜ろ過器の運搬と試験の簡便性から、膜面積０．００１ｍ２以上０．５ｍ２以下が好ましい。
【００４１】
模擬膜ろ過手段におけるろ過方式は、全量ろ過方式、クロスフローろ過方式のどちらでも良いが、少ない原水量で行うために、全量ろ過方式が好ましい。
【００４２】
模擬膜ろ過手段におけるろ過の圧力源としては、ポンプや加圧空気を圧力源とした機械式、または凝集水を含んだシリンジを用いて模擬膜ろ過器に加圧供給してろ過水を得たり、模擬膜ろ過器を試験水槽内に入れ、ろ過水側からシリンジで吸引ろ過したりする手動式などがあるが、試験の簡便性から手動式であることが好ましい。
【００４３】
模擬膜ろ過操作におけるろ過流束、ろ過圧力は特に規定されないが、ろ過速度の観点から、模擬膜ろ過手段の仕様の範囲内において、高めに設定するのが好ましい。
≪模擬砂ろ過≫
次に、模擬ろ過器２４は、実際の水処理設備におけるろ過手段１０が砂ろ過手段であれば、カラムに砂を充填した模擬砂ろ過器または、孔径１μｍ以上のろ過膜を使用した模擬膜ろ過器が好ましい。
【００４４】
模擬砂ろ過器における砂ろ過材は、ろ過手段１０で使用される砂ろ過材と同じ有効径の砂ろ過材を用いるのが好ましく、同じ砂ろ過材を用いることがより好ましい。また、ろ過材の構成も、単層ろ過か多層ろ過のいずれでも構わないが、実際の砂ろ過手段と同じ構成にするのが好ましい。
【００４５】
模擬砂ろ過器のカラムの大きさは、試験水槽２１に溜められた原水をろ過するだけの大きさであれば良いことから、模擬砂ろ過器の運搬と試験の簡便性から、円筒状のカラムが好ましい。多角形のカラムでは、角部分における砂ろ過材の充填率の低下により、分離効率が低下するため好ましくない。また、カラムの大きさは、模擬砂ろ過器の運搬と試験の簡便性から、内径１０ｃｍ以下のものが好ましい。一方、内径が小さいすぎる場合には、カラム管壁の影響を受けることから、５ｃｍ以上であることが好ましい。
【００４６】
分離膜を用いる場合には、分離膜の孔径は１μｍ以上であれば特に規定されないが、水処理設備における砂ろ過手段の阻止粒子径と同じ程度の孔径であることが好ましい。阻止粒子径は、砂ろ過材の有効径の１／７程度であり、例えば、砂ろ過材の有効径が０．３ｍｍである場合、阻止粒子径は４３μｍであり、孔径４３μｍ程度の分離膜を使用することが好ましい。
【００４７】
分離膜の形状は特に規定されるものでないが、ろ過操作の簡便性から、平膜状のプレフィルターを使用するのが好ましい。
≪検出器≫
検出器２５としては、凝集剤を検出することができるものであればよく、以下に事例を示すが、それらに限定される訳ではない。
【００４８】
凝集剤として無機凝集剤を用いた場合には、金属元素を検出するための検出器が用いられる。例えば、比色定量法、吸光光度法、ＩＣＰ発光光度分析法、ＩＣＰ質量分析法などのいずれでもよいが、比色定量法は、迅速に分析ができることから好ましい。
【００４９】
また、平膜を用いて所定量の模擬ろ過水をろ過した後の平膜表面の着色量または元素分析によって求めることも可能である。ここで用いられる平膜はたとえば、メルクミリポア製セルロース混合エステル膜ＨＡＷＰ（孔径０．４５μｍ）が用いられる。これらの方法を用いる場合には、所定金属濃度に調整した溶液を同種類の平膜でろ過を行い、着色量や元素分析を行ったものを用意し、それと比較して金属濃度を判定するのが好ましい。なお、アルミニウム系凝集剤は無色であることから、着色量にて判断することは難しく、元素分析を用いるのが好ましい。元素分析方法としては、ＥＰＭＡ、ＸＭＡなどが好ましい。
【００５０】
凝集剤として、有機凝集剤を用いた場合には、検出器２５としては、有機物を検出するための、ガスクロマトグラフィー質量分析器（ＧＣ−ＭＳ）、高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）などが好ましい。
【００５１】
以下に具体的実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこれらの実施例により何ら限定されるものではない。
【実施例】
【００５２】
＜実施例１＞
原水に凝集剤として塩化第二鉄を１．０ｍｇ−Ｆｅ／Ｌ刻みで添加し、６．０ｍｇ−Ｆｅ／Ｌまで添加した凝集水を各１Ｌ準備し、撹拌棒を用い、５分間撹拌を行った。凝集水を東レ（株）製の分画分子量１５万Ｄａのポリフッ化ビニリデン製中空糸限外ろ過膜モジュール（膜面積０．１８ｍ２）を模擬ＵＦ膜モジュールとして用いてろ過を行い、模擬ろ過水の鉄濃度をＩＣＰ重量分析法により測定した。
【００５３】
凝集剤添加量と模擬ろ過水の鉄濃度の関係を図８に示す。凝集剤添加量５．０ｍｇ−Ｆｅ／Ｌのとき、模擬ろ過水の鉄濃度は０．１１ｍｇ−Ｆｅ／Ｌであったため、５．０ｍｇ−Ｆｅ／Ｌを最大凝集剤添加量と決定した。
【００５４】
最大凝集剤添加量の０．７倍である３．５ｍｇ−Ｆｅ／Ｌを原水に添加し、撹拌処理した凝集水を模擬膜ろ過器の分離膜と同じ東レ（株）製の分画分子量１５万Ｄａのポリフッ化ビニリデン製中空糸限外ろ過膜を使用したモジュールＨＦＵ−２０２０（膜面積７２ｍ２）を用いてろ過流束２．０ｍ３／ｍ２／ｄにてろ過を行った。限外ろ過膜ろ過水をエレメント全長１ｍ、膜面積７ｍ２の東レ（株）製逆浸透膜エレメント（ＴＭ８１０Ｃ）６本を直列に圧力容器内に装填したものを水平方向に設置し、透過水流量８Ｌ／ｍｉｎ、濃縮水流量１５Ｌ／ｍｉｎにて、クロスフローろ過した。
【００５５】
運転６ヶ月間において、逆浸透膜装置の差圧は初期に対し、２％の増加となり、安定運転できた。
＜実施例２＞
実施例１の原水に対し、実施例１により求められた最大凝集剤添加量５．０ｍｇ−Ｆｅ／Ｌの０．５倍である２．５ｍｇ−Ｆｅ／Ｌを凝集剤添加量として、実施例１に記載の水処理設備において、実施例１と同じ条件で運転を行った。
【００５６】
運転６ヶ月間において、逆浸透膜装置の差圧は初期に対し、４％の増加となり、安定運転できた。
＜実施例３＞
実施例１の原水に対し、実施例１により求められた最大凝集剤添加量５．０ｍｇ−Ｆｅ／Ｌの０．３倍である１．０ｍｇ−Ｆｅ／Ｌを凝集剤添加量として実施例１に記載の水処理設備において、実施例１と同じ条件で運転を行った。
【００５７】
運転６ヶ月間において、逆浸透膜装置の差圧は初期に対し、１２％の増加となった。運転後の膜の解体調査から、逆浸透膜のバイオファウリングが確認され、最大凝集剤添加量に対して、一定割合以下の凝集剤添加量では不十分であることが分かった。
＜実施例４＞
実施例１の原水に対し、実施例１により求められた最大凝集剤添加量を超える６．０ｍｇ−Ｆｅ／Ｌを実施例１に記載の水処理設備における凝集剤添加量として実施例１と同じ条件で運転を行った。
【００５８】
運転６ヶ月間において、逆浸透膜装置の差圧は初期に対し、２０％の増加となった。運転後の膜の解体調査から、逆浸透膜の鉄によるケミカルファウリングが確認され、最大凝集剤添加量を超える凝集剤添加量では、過剰であることが分かった。
＜実施例５＞
原水に凝集剤として塩化第二鉄を０．５ｍｇ−Ｆｅ／Ｌ刻みで添加し、３．０ｍｇ−Ｆｅ／Ｌまで添加した凝集水を各１Ｌ準備し、撹拌棒を用い、５分間撹拌を行った。凝集水を有効径０．５ｍｍの砂を内径８ｃｍの塩ビカラムに充填した模擬砂ろ過手段を用いて、ろ過流速８ｍ／ｈにてろ過を行い、模擬ろ過水の鉄濃度をＩＣＰ重量分析法により測定した。
【００５９】
凝集剤添加量と模擬ろ過水の鉄濃度の関係を図９に示す。凝集剤添加量２．０ｍｇ−Ｆｅ／Ｌのとき、ろ過水の鉄濃度は０．０９ｍｇ−Ｆｅ／Ｌであったため、２．０ｍｇ−Ｆｅ／Ｌを最大凝集剤添加量と決定した。
【００６０】
最大凝集剤添加量の０．７倍である１．４ｍｇ−Ｆｅ／Ｌを原水に添加し、撹拌処理した凝集水を有効径０．５ｍｍの砂を用いた砂ろ過手段で砂ろ過し、得られたろ過水をエレメント全長１ｍ、膜面積７ｍ２の東レ（株）製逆浸透膜エレメント（ＴＭ８１０Ｃ）６本を直列に圧力容器内に装填したものを水平方向に設置し、透過水流量８Ｌ／ｍｉｎ、濃縮水流量１５Ｌ／ｍｉｎにて、クロスフローろ過した。
【００６１】
運転６ヶ月間において、逆浸透膜装置の差圧は初期に対し、２％の増加となり、安定運転できた。
＜実施例６＞
実施例５の模擬ろ過水の濁度を測定し、凝集剤添加量と模擬ろ過水の濁度を測定した結果を図１０に示す。凝集剤添加量が１．０ｍｇ−Ｆｅ／Ｌにて、濁度が一定となったため、１．０ｍｇ−Ｆｅ／Ｌを最小凝集剤添加量と決定した。
【００６２】
最小凝集剤添加量と最大凝集剤添加量の算術平均値である１．５ｍｇ−Ｆｅ／Ｌを実施例５に示した水処理設備における凝集剤添加量として実施例５と同じ条件で運転を行った。
運転６ヶ月間において、逆浸透膜装置の差圧は初期に対し、３％の増加となり、安定運転できた。
＜実施例７＞
実施例５の原水について、実施例５と同様に得られた凝集水を、孔径８０μｍのメルクミリポア製ポリプロピレンフィルターを用いて吸引膜ろ過を行い、模擬ろ過水の鉄濃度をＩＣＰ重量分析法により測定した。
【００６３】
凝集剤添加濃度と模擬ろ過水の鉄濃度の関係を図１１に示す。凝集剤添加量２．０ｍｇ−Ｆｅ／Ｌのとき、ろ過水の鉄濃度は０．０９ｍｇ−Ｆｅ／Ｌであったため、２．０ｍｇ−Ｆｅ／Ｌを最大凝集剤添加量と決定した。
【００６４】
最大凝集剤添加量の０．７倍である１．４ｍｇ−Ｆｅ／Ｌを実施例５に示した水処理設備における凝集剤添加量として実施例５と同じ条件で運転を行った。
【００６５】
運転６ヶ月間において、逆浸透膜装置の差圧は初期に対し、２％の増加となり、安定運転できた。
＜実施例８＞
実施例５の原水に対し、実施例５により求められた最大凝集剤添加量２．０ｍｇ−Ｆｅ／Ｌの０．３倍である０．６ｍｇ−Ｆｅ／Ｌを凝集剤添加量として実施例５に記載の水処理設備において、実施例５と同じ条件で運転を行った。
【００６６】
運転６ヶ月間において、ＲＯ装置の差圧は初期に対し、１５％の増加となった。運転後の膜の解体調査から、ＲＯ膜のバイオファウリングが確認され、最大凝集剤添加量に対して、一定割合以下の凝集剤添加量では不十分であることが分かった。
＜実施例９＞
実施例５の原水に対し、実施例５により求められた最大凝集剤添加量２．０ｍｇ−Ｆｅ／Ｌを超える３．０ｍｇ−Ｆｅ／Ｌを実施例５に記載の水処理設備における凝集剤添加量として実施例５と同じ条件で運転を行った。
【００６７】
運転６ヶ月間において、逆浸透膜装置の差圧は初期に対し、１９％の増加となった。運転後の膜の解体調査から、逆浸透膜のケミカルファウリングが確認され、最大凝集剤添加量を超える凝集剤添加量では、過剰であることが分かった。
【００６８】
上記の実施例を表１に整理した。上述のとおり、凝集剤添加量決定用予備試験により決定された最大凝集剤添加量を指標とした水処理設備の凝集剤添加量決定方法を用いることにより、水処理設備における凝集剤添加量の過不足を判断でき、水処理設備における凝集剤決定方法として有効であることが分かった。例えば、実施例１および２に示したように、最大凝集剤添加量の０．５倍以上０．９倍以下の範囲では、水処理設備において、良好なろ過水質を得られ、一方、実施例３に示したように０．３倍では不十分であり、実施例４に示したように最大凝集剤添加量を超えた場合には、水処理設備においても凝集剤の漏洩が確認され、ろ過水質の悪化が生じた。
【００６９】
【表１】
2017136571.tif 000003
【符号の説明】
【００７０】
１：原水槽
２：原水ポンプ
３：撹拌槽
４：凝集剤貯留槽
５：凝集剤注入ポンプ
６：撹拌機 
７：ｐＨ調整溶液貯留槽
８：ｐＨ調整溶液注入ポンプ
９：供給ポンプ
１０：ろ過手段
１１：ろ過水槽
１２：高圧ポンプ
１３：ナノろ過／逆浸透膜モジュール
２０：試験用原水槽
２１：試験水槽
２２：試験用凝集剤槽
２３：撹拌手段
２４：模擬ろ過器
２５：検出器
【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】
2017136571.tif 000009
【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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