(57)【要約】【課題】排水処理などにおける凝集剤添加時の凝集状態の把握を容易かつ正確に行うことを可能にする。【解決手段】所定振動数の超音波パルスを液体２０中に向けて送信する超音波送信子４、超音波送信子４から送信された超音波パルスが液体２０に含まれる粒子２１に反射した反射パルスを受信する超音波受信子５を備え、超音波送信子４が液体２０中の粒子２１に対し過剰な速度差を有して所定の移動速度で相対的に移動するように構成されている超音波送受信手段と、超音波受信子で受信した反射パルスの強度を測定する反射パルス強度測定手段（制御部１０）と、超音波パルスの振動数と、超音波送信子の移動速度と、反射パルス強度測定手段によって測定された反射パルス強度測定値から粒子の粒径を求める粒径算出手段（制御部１０）を備える。【選択図】図１
2009250702.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定振動数の超音波パルスを液体中に向けて送信する超音波送信子、及び該超音波送信子から送信された前記超音波パルスが前記液体中に含まれる粒子に反射した反射パルスを受信する超音波受信子をそれぞれ少なくとも１つ備え、少なくとも前記超音波送信子が液体中の粒子に対し過剰な速度差を有して所定の移動速度で相対的に移動できるように構成されている超音波送受信手段と、
前記超音波受信子で受信した前記反射パルスの強度を測定する反射パルス強度測定手段と、
前記超音波パルスの前記振動数と、前記超音波送信子の前記移動速度と、前記反射パルス強度測定手段によって測定された反射パルス強度測定値とから前記粒子の粒径を求める粒径算出手段と、を具備することを特徴とする液中粒子の粒径測定機器。
【請求項２】
少なくとも前記超音波送信子を前記所定の移動速度で移動させる超音波送受信手段移動装置を備えることを特徴とする請求項１記載の液中粒子の粒径測定機器。
【請求項３】
前記超音波送信子の移動が回転運動であることを特徴とする請求項１または２に記載の液中粒子の粒径測定機器。
【請求項４】
前記超音波送信子から送信された超音波パルスの焦点が液中に１ｃｍ以下の深さで位置するように設定することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の液中粒子の粒径測定機器。
【請求項５】
前記超音波送信子は、該超音波送信子の移動方向に沿って間隔を置いて複数設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の液中粒子の粒径測定機器。
【請求項６】
前記反射パルス強度測定値から前記粒子の粒子密度を求める粒子密度算出手段をさらに具備することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の液中粒子の粒径測定機器。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の液中粒子の粒径測定機器を備え、該粒径測定機器によって測定された、凝集剤を添加した有機物含有水の凝集コロイド粒子の粒径と粒子密度に基づいて、前記有機含有水の凝集状態を判断し、該凝集状態に基づいて凝集剤の添加を制御する凝集剤添加制御手段を備えることを特徴とする凝集剤添加制御装置。
【請求項８】
前記制御手段を液中に凝集剤を添加する凝集剤添加装置の添加量または／および添加時期の制御が可能であることを特徴とする請求項７記載の凝集剤添加制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、排水の凝集沈澱処理や、用水処理における凝集処理分野及び脱水処理における凝集処理に適用可能な液中粒子の粒径測定機器および凝集剤添加制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
排水などの凝集処理では、排水などに凝集剤を添加して排水などに含まれる懸濁物質を凝集させて固液分離する方法が採用されている。排水処理などが良好になされるためには、前記凝集処理において懸濁物質が良好に凝集されることが必要であり、凝集処理の遂行において凝集状態の良否を判定することが重要な作業となる。
従来は、凝集処理における凝集状態の良否判定は、（１）人為的に凝集液を採取し、黙示確認する方法や、（２）凝集沈澱後の処理水濁度を濁度計等で連続的に計測しながら監視する方法が一般的である。また、（３）特許文献１に見られるように、凝集反応液にレーザーを照射し、粒子の光散乱による散乱光強度の最低値から、未凝集ＳＳや凝集剤といった粒子の存在比率（粒子濃度）を計測し、凝集状態を判定する方法がある。さらに（４）フロックのような粒子密度が小さい粒子は超音波を相当量吸収するという特徴を利用して凝集状態を判断する方法が知られている。（特許文献２参照）
【特許文献１】特開２００２−１９５９４７号公報
【特許文献２】特公平６−６０８９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上記方法のうち、（１）の方法は人手を介する為、凝集状態の判断に判定者の私見に依存した個人差を生じるだけでなく、連続して凝集状態を判断しようとした場合には、長時間に渡って監視作業に選任させることなり、現実的でない。
（２）の方法は、処理結果を判断することとなるため有効であるが、凝集反応後の固液分離を経た後での判定ということとなるため、事象発生から判断までの時間的な経過が問題となる。
（３）の方法は、（１）や（２）の問題を解決するために提案されたものであるが、あくまで被測定媒体に含まれるフロックの濃度や粒度分布を概算するだけであり、個々のフロックごとに直接計測できるものではない。また個々のフロックの密度に関わる情報を判定することは難しいため、凝集状態の判定因子であるフロック強度（フロック密度に相関）については、計測することができない。
（４）の方法については、汚泥の凝集は汚泥粒子の粒子密度だけでは判断困難であり粒径も計測する必要があるが、（４）の方法では個々の粒子密度を正確に測定することはできない。
【０００４】
本発明は、このような問題に鑑み、粒子の粒径と粒子の密度を計測することを可能にすることを目的とするものであり、その基本原理は、超音波を粒子に対して照射し、超音波の照射位置を既知の速度で相対的に移動させた時に発生する反射波の発生時間で粒子の粒径を計測し、このとき受信した超音波の信号強度により、粒子の密度を計測することによる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
すなわち、本発明の液中粒子の粒径測定機器のうち、第１の本発明は、所定振動数の超音波パルスを液体中に向けて送信する超音波送信子、及び該超音波送信子から送信された超音波パルスが前記液体中に含まれる粒子に反射した反射パルスを受信する超音波受信子をそれぞれ少なくとも１つ備え、少なくとも前記超音波送信子が液体中の粒子に対し過剰な速度差を有して所定の移動速度で相対的に移動できるように構成されている超音波送受信手段と、前記超音波受信子で受信した前記反射パルスの強度を測定する反射パルス強度測定手段と、前記超音波パルスの前記振動数と、前記超音波送信子の前記移動速度と、前記反射パルス強度測定手段によって測定された反射パルス強度測定値とから前記粒子の粒径を求める粒径算出手段と、を具備することを特徴とする。
【０００６】
第２の本発明の液中粒子の粒径測定機器は、前記第１の本発明において、少なくとも前記超音波送信子を前記所定の移動速度で移動させる超音波送受信手段移動装置を備えることを特徴とする。
【０００７】
第３の本発明の液中粒子の粒径測定機器は、前記第１または第２の本発明において、前記超音波送信子の移動が回転運動であることを特徴とする。
【０００８】
第４の本発明の液中粒子の粒径測定機器は、前記第１〜第３の本発明のいずれかにおいて、前記超音波送信子から送信された超音波パルスの焦点が液中に１ｃｍ以下の深さで位置するように設定することを特徴とする。
【０００９】
第５の本発明の液中粒子の粒径測定機器は、前記第１〜第４の本発明のいずれかにおいて、前記超音波送信子は、該超音波送信子の移動方向に沿って間隔を置いて複数設けられていることを特徴とする。
【００１０】
第６の本発明の液中粒子の粒径測定機器は、前記第１〜第５の本発明のいずれかにおいて、前記反射パルス強度測定値から前記粒子の粒子密度を求める粒子密度算出手段をさらに具備することを特徴とする。
【００１１】
第７の本発明の凝集剤添加制御装置は、前記第１〜６の本発明のいずれかに記載の液中粒子の粒径測定機器を備え、該粒径測定機器によって測定された、凝集剤を添加した有機物含有水の凝集コロイド粒子の粒径と粒子密度に基づいて、前記有機含有水の凝集状態を判断し、該凝集状態に基づいて凝集剤の添加を制御する制御手段を備えることを特徴とする。
【００１２】
第８の本発明の凝集剤添加制御装置は、前記第７の本発明の凝集剤添加制御装置において、前記制御手段を液中に凝集剤を添加する凝集剤添加装置の添加量または／および添加時期の制御が可能であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、所定振動数の超音波パルスを液体中に向けて送信する超音波送信子、及び該超音波送信子から送信された超音波パルスが前記液体中に含まれる粒子に反射した反射パルスを受信する超音波受信子をそれぞれ少なくとも１つ備え、少なくとも前記超音波送信子が液体中の粒子に対し過剰な速度差を有して所定の移動速度で相対的に移動できるように構成されている超音波送受信手段と、前記超音波受信子で受信した前記反射パルスの強度を測定する反射パルス強度測定手段と、前記超音波パルスの前記振動数と、前記超音波送信子の前記移動速度と、前記反射パルス強度測定手段によって測定された反射パルス強度測定値とから前記粒子の粒径を求める粒径算出手段と、を具備するので、刻々と測定点を移動する超音波によって粒子の大きさが算出され、液体における粒子の凝集状態を容易かつ的確に判定することができる。
【００１４】
なお、超音波測定点が測定粒子に対し刻々と移動するためには、超音波送信子を粒子に対し、粒子の速度に対して測定精度を保てる程度に十分に大きな速度差（例えば粒子に対して１０倍以上の速度差）で相対的に移動させることが必要となる。この要求に応えるために、超音波パルスの周波数や粒子の移動速度、超音波送信子の移動速度、想定される粒子の大きさなどを考慮して、これらに関し必要な設定がなされる。
【００１５】
また、本発明の凝集剤添加制御装置によれば、本発明の液中粒子の粒径測定機器を備え、該粒径測定機器によって測定された、凝集剤を添加した有機物含有水の凝集コロイド粒子の粒径と粒子密度に基づいて、前記有機含有水の凝集状態を判断し、該凝集状態に基づいて凝集剤の添加を制御する凝集剤添加制御手段を備えるので、液中粒子の凝集状態を的確に判定して、良好な凝集状態が得られるように凝集剤の添加を制御して、良好な凝集状態を常に維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、本発明の一実施形態を添付図面に基づき説明する。
本実施形態の粒径測定機器１は、測定を行う液２０に浸漬する回転体２を備え、該回転体２は、超音波送受信手段移動装置３による駆動によって回転可能になっている。該回転体２内には、回転中心から偏心した位置に超音波送信子４が設けられており、該超音波送信子４は、送信された超音波パルスが、回転体２の表面から１ｃｍ以下の距離で回転体２の外側に焦点が結ばれるように、物理的な構造および設置位置が設定されている。なお、収束されて焦点を結ぶ超音波パルスを発生させるための構造は既知のものを用いることができ、本発明としては特定の構造に限定をされるものではない。また、この実施形態では、回転体を液中に浸漬するため、焦点を回転体の表面からの距離（深さ）で示しているが、液外に回転体を配置する場合には、液表面（貯液槽内面など）からの距離（深さ）において上記数値が満たされるように設定する。ただし液によって適切な値が変わるので、液ごとに調整する必要がある。
上記焦点は、例えば、焦点における音波の進行方向に垂直な断面積を直径３０μｍ程度の円とするものでよく、超音波送信子４が回転体２とともに回転することで、該焦点は線状の計測領域Ａを移動することになる。
【００１７】
上記焦点の位置は、１ｃｍを超えると複数の粒子が超音波パルスの軌道上に重なったとき測定精度が低下するため好ましくない。
【００１８】
また、回転体２内には、上記超音波送信子４から送信された超音波パルスが液２０中で粒子に反射した反射パルスを受信する超音波受信子５が配置されており、該超音波受信子５は、回転体２の回転中心またはその近傍に位置している。前記超音波送信子４と該超音波受信子５とによって本発明の超音波送受信手段が構成されている。
なお、回転体２の素材としては例えば樹脂が挙げられるが、本発明としては水中に浸漬でき、回転させても強度が維持できるものであれば特に限定されない。
【００１９】
また、前記超音波送信子４と該超音波受信子５とは、信号ライン４ａ、５ａによって制御部１０に接続されており、該制御部１０から信号ライン４ａを通して前記超音波送信子４に送られる駆動信号に基づいて、所定周波数の超音波パルスが出力される。また、前記超音波受信子５で受信された信号は、信号ライン５ａを通して制御部１０に送られてデータ処理がなされる。制御部１０は、例えば、ＣＰＵとこれを動作させるプログラム、該プログラムを格納するＲＯＭ、作業エリアとなるＲＡＭ、設定データなどを格納した不揮発のフラッシュメモリなどに構成することができる。
また、制御部１０では、超音波送受信手段移動装置３に対し駆動制御信号を送り、超音波送受信手段移動装置３すなわち、回転体２を所定の速度で回転制御することができる。超音波送受信手段移動装置３では、センサなどによって回転位置情報が取得されており、該回転位置情報が制御部１０に送信される。
【００２０】
なお、制御部１０では、前記超音波受信子５で受信された反射波パルスの受信データに基づいて該反射パルスの強度を求めることができる。したがって、制御部１０は、反射パルス強度測定手段としての機能を有している。
また、制御部１０では、詳細には後述するように、上記反射パルスの受信データと、前記超音波パルスの前記振動数と、前記超音波送信子の移動速度と、前記反射パルス強度とに基づいて液中の粒子の粒径を求めることができる。したがって、制御部１０は、粒径算出手段としての機能を有している。
【００２１】
次に、上記粒径測定機器１の動作について説明する。
回転体２の少なくとも先端側を液２０中に浸漬し、該回転体２を、制御部１０からの駆動制御信号に基づいて超音波送受信手段移動装置３によって所定の回転速度で移動させる。
制御部１０から出力された発信信号は超音波送信子４に伝達され、該超音波送信子４によって超音波信号に変換される。超音波送信子４から発信された超音波は回転体２を伝わって回転体２外部に到達し、計測領域Ａに焦点を結ぶ。
いま、液２０中の粒子２１が計測点に存在し、前記超音波送信子４から出力された超音波パルスがその粒子２１にあたって反射したとすると、その反射波の一部は超音波受信子５に到達する。超音波受信子５では、受けた超音波を電気信号に変換し、制御部１０に伝達する。このときの超音波の旅程および受信波形の例を図２に示す。
【００２２】
図２に示す旅行時間ｔは、図１における超音波送信子４から発信された超音波が計測点にある粒子２１で反射して、超音波受信子５まで戻ってくるまでの音波の伝播時間である。つまり、計測領域Ａ以外の位置にある粒子からの反射波は、計測点にある粒子２１の旅行時間よりも必ず長くなるか、短くなるため、発信信号を出力してから一定の旅行時間で受信した超音波信号のみを処理することで、計測点のみの粒子２１についての情報を処理することが可能となる。
【００２３】
また、受信音圧レベルは、計測点にある粒子２１の表面にあたった超音波が、超音波伝播媒体（ここでは空気、又は水）と粒子２１との音響インピーダンスの違いによって発生するため、固体密度差が大きい方が、また計測点に占める面積が大きい方が反射信号のレベルは高くなる。いま、凝集処理を行っている反応液中に上記回転体２を浸漬した時、反応液中に形成されたフロックや粒子は前記計測領域Ａに侵入する。このとき、計測点が、フロックの移動速度に比べて十分に早い速度で移動していれば、相対的に粒子を静止物として扱うことが可能となる。
【００２４】
例えば、回転体２が角速度ω（ｒａｄ／ｓ）で回転し、超音波パルスを周期Ｔ（ｍｓ）で出力しているとする。このとき、１パルスあたりの移動角θ（ｒａｄ）と、計測領域の円周上に存在する計測点の個数Ｎは下式で表される。
【００２５】
【数１】
2009250702.tif 000003
【００２６】
【数２】
2009250702.tif 000004
【００２７】
【数３】
2009250702.tif 000005
【００２８】
今、Ｎ個目のパルスが発射されたときに、始点のずれｄθは、式２を用いて
【００２９】
【数４】
2009250702.tif 000006
【００３０】
つまりｎθ（ｒａｄ）だけ１回転毎に回転方向とは逆方向に計測点が移動することとなる。よって、回転に伴う計測点の角移動速度ν（ｒａｄ／ｓ）を求めると下記式（５）となる。
【００３１】
【数５】
2009250702.tif 000007
【００３２】
いま、計測領域の円周上に、計測点が始点以外に１点しか存在しない場合（Ｎ＝１  つまりπ＜θ＜２π）について考える。
計測領域の円周の半径をｒ（ｍｍ）とすると計測点の移動速度Ｖ（ｍｍ／ｓ）は下式で与えられる。
【００３３】
【数６】
2009250702.tif 000008
計測対象となる粒子の移動速度をβ（ｍｍ／ｓ）とする時、回転体の計測点の移動速度Ｖがβよりも十分に大きく（Ｖ＞＞β）、粒子と計測点の相対的な移動速度における粒子の移動速度が無視できる場合を考える。
粒子径を１０μｍ単位で計測するためには、計測１回あたりの計測点の移動距離ｌ（ｍｍ）が１０μｍ以下である必要があるため、下記の式を満足する必要がある。
【００３４】
【数７】
2009250702.tif 000009
【００３５】
いま、粒子の移動速度βを１ｍｍ／ｓ（６ｃｍ／ｍｉｎ）とすると、計測点の移動速度Ｖ（ｍｍ／ｓ）は１０ｍｍ／ｓ以上が望ましいので、下記式（８）が成立する。
【００３６】
【数８】
2009250702.tif 000010
【００３７】
今、回転体の半径を１０ｍｍ（直径２０ｍｍ）とすると、下記式（９）が成立する。
【００３８】
【数９】
2009250702.tif 000011
【００３９】
式７にｒ＝１０を代入すると、下記式（１０）が得られる。
【００４０】
【数１０】
2009250702.tif 000012
【００４１】
上記より
【００４２】
【数１１】
2009250702.tif 000013
【００４３】
Ｔ＝０．９９９８４０８４６ｍｓを選択すると、下記数値が得られる。
【００４４】
【数１２】
2009250702.tif 000014
【００４５】
いま、計測円周上に、Ｎ個の計測点が存在する場合について考える。
この場合、上記における式（６）は、以下のように書き直すことができる。
【００４６】
【数１３】
2009250702.tif 000015
【００４７】
同様に、式７、式８を書き直すと、
【００４８】
【数１４】
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【００４９】
【数１５】
2009250702.tif 000017
【００５０】
つまり、Ｎ＝Ｔ’／Ｔの関係で定義される超音波パルスの発射周期Ｔ（ｍｓ）を与えることにより、計測円周上に複数の任意な計測点を設定することが可能となる。但し、超音波パルスの旅行時間（パルスを発射してから計測点に戻ってくるまでの時間）や、残響波低減時間（パルス信号を発射した後の残響波が与える受信処理への影響が低減するまでの時間）を計測にあたっては考慮する必要があり、１０μｍ程度の粒子を計測する場合には、実用的にはＮ＝５程度が適当と思われる。
【００５１】
一回に計測領域が移動する距離（１０μｍ）よりも大きな粒子が存在し、粒子の上を計測点が横切った場合、１回以上の受信波が得られることとなり、検出した時間（回数×１０μｍ）からおおよその粒子径を推定することができる。この際に、制御部１０で得られる回転位置情報により、超音波送信子４から粒子２１および超音波受信子５に至る距離が求められ、また、送信から受信に至る時間も制御部１０で把握されている。
【００５２】
図３のように粒子上を計測点ａが横切る場合を考える。このとき、反射波レベルは計測点ａの移動に従って計測領域内に占める粒子の占有面積が変化することで、反射波レベルが変化する。反射波レベルが現れた時から消滅した時までの反射波レベルが得られた回数は、粒子の大きさに依存する。計測領域が１０μｍの間隔で移動するとし、図のように６回反射波が受かったとすると、
粒子径≒（計測領域の移動間隔）×（反射波レベルが一定以上になる回数）＝１０×４＝４０μｍ
と計算される。
【００５３】
また３・４番目の受信信号は、ほぼ計測領域全体に粒子表面があると予想されるため、反射面積に依存しない受信信号レベルが得られると予想される。よって、このときの反射強度（反射波レベル）は、粒子表面の密度が高いほど反射波レベルは高くなる。つまり、フロック強度（密度）に相関した信号を得ることができる。
一般に密度の高いものほど音響インピーダンスは高く、反射強度が強くなる。
｛音響インピーダンス（Ｚ）＝密度（ρ）×音速（ｃ）｝
良好な凝集フロックは、水中のＳＳ分が高い密度で凝集している為、反射波レベルは高くなる。逆に、水和分が多く、ＳＳ分の少ないフロックからの反射レベルは低くなる。これにより粒子の密度を制御部１０において算出することができる。すなわち、制御部１０は、粒子密度算出手段としての機能を果たしている。
【００５４】
上記の計測方法において、分解能をあげたい（さらに小さい粒子を見たい）場合には、上記式６で与えられる計測点の移動速度Ｖを小さくすればいい。つまり、回転体の半径を大きくし、回転体の角速度ωと超音波発信周期Ｔから与えられる１回転毎の計測点の”ずれ”角を小さくすることで、細かくサンプリング点を取ることができる。しかし、回転体の大きさや、回転体の角速度を大きくするためにより早く回転させることや、回転速度に合わせて超音波の発信間隔を短くすることには、寸法拡大する上での回転速度や回転精度の問題、回転体の駆動源の問題、超音波の伝搬速度の問題等により物理的な制約を受けることとなる。
【００５５】
上記のような物理的な制約に対する対策としては、適用例の説明文段落００４５〜００５０に述べたように発信子を増やすと言う手段がある。この場合、図４に示すように、受信子をそれぞれの発信子に対して対で用意する方法の他、回転体の中心に設けて、すべての発信子からの信号を一つの受信子で受ける方法も可能である。今、複数の発信子を用いた例を図４に基づいて説明する。
【００５６】
図４（ａ）は、回転体２の先端から見た図である。回転体２の回転方向に沿って９０度間隔で超音波送信子４０〜４３と超音波受信子５０〜５３とを配置し、それぞれの送信子から送信された超音波パルスが液中の粒子で反射した反射パルスをそれぞれの受信子で受信する。図４（ｂ）は、超音波送信子４０の超音波パルスの送信による計測点ａ０と、超音波送信子４１の超音波パルスの送信による計測点ａ１と、超音波送信子４２の超音波パルスの送信による計測点ａ２と、超音波送信子４３の超音波パルスの送信による計測点ａ３と、各計測点によって得られる受信波の反射波レベルを示すものである。各受信波はそれぞれ上記超音波受信子５０〜５３で受信されて制御部１０でデータ処理することができ、各超音波受信子５０〜５３で受信された受信波を合波して上記反射パルスの強度を求め、さらに粒径を算出することができる。
以上のような方法により、超音波素子を回転する回転体と一緒に回転させ、回転に伴う計測領域の移動によって対象物の大きさを計測することが可能となる。
【００５７】
上記粒径測定機器を、排水の固液分離処理に適用する例を図５に基づいて述べる。
この例の固液分離処理では、排水を貯水する調整池１００と、該調整池１００から排水を導入して凝集剤添加装置１１１によって適宜の凝集剤を添加してフロックを成長させる凝集反応槽１１０と、フロックを成長させた排水を凝集反応槽１１０から導入して固液分離を行うろ過装置１２０とを備えている。なお、固液分離を行う装置としてはろ過装置に限定されるものではない。また、凝集反応槽１１０には、凝集剤を添加した排水を撹拌してフロックの成長を高める撹拌混合手段１１２が備えられている。
【００５８】
本発明による粒径測定機器１の設置位置としては、凝集反応槽１１０出口Ｅ１が望ましいが、ろ過装置１２０の入口Ｅ２でも良い。なお、この例では、粒径測定機器１に備える制御部１０によって前記凝集剤添加装置１１１の制御が可能になっており、該凝集剤添加装置１１１による凝集剤の添加タイミングを制御することができる。また、凝集剤添加装置１１１において添加量の調整が可能な構成を採用し、制御部１０によって添加剤の制御量を制御可能にしてもよい。
【００５９】
調整池１００によりｐＨ等を調整された排水は凝集反応槽１１０に導入され、凝集剤添加装置１１によって凝集剤が添加され、さらに撹拌混合手段１１２によって撹拌混合される。凝集剤を添加された排水中の懸濁物は、荷電中和・架橋作用によりフロックに成長する。この際に、フロックは上記撹拌混合によって所定の流速を持って移動する。
凝集処理がなされた排水は、ろ過装置１２０において十分に凝集したフロックがろ過によって分別されることで固液分離がなされ、さらに下流の処理などに供される。
【００６０】
上記排水は、凝集反応槽１１０の出口Ｅ１やろ過装置１２０の入口Ｅ２において、前記した粒径測定機器１によって上記のように超音波を利用してフロックの粒径や粒子密度が算出されている。該測定による粒度分布および強度分布のパターン例を図６に示す。
【００６１】
流入した排水に対して凝集剤が不足していた場合には、フロックの成長が不十分のために、フロックに取り込まれない細かな微細粒子が多量に残るため、粒径の小さな方（例えば１０μｍ以下）に山のある流度分布特性となる（図６（ａ））。また、このときの粒径の小さな粒子から帰ってくる超音波の反射強度は、ほぼ固形物そのものの反射波に近いが、超音波の反射対としての体積が小さいため、強度の低い反射波が帰ってくる（図６（Ａ））。
【００６２】
凝集剤が適正に注入されたとすると、懸濁物はフロックに取り込まれて大きく成長するため、流度分布は粒径の大きな方（例えば１００〜５００）にピークを発生する（図６（ｂ））。一方微細な粒子はフロックに取り込まれるため少なくなる。また、超音波の反射強度も、大きく成長したフロックは、適切な固形物密度を持つため、粒径の大きい側に強い反射強度を得ることができる（図６（Ｂ））。
【００６３】
一方、凝集剤が過剰に注入された場合には、フロックはさらに大きく成長する一方、フロックにおける水酸化物の量が増加し、固形物密度が低下するため、フロック自体が壊れやすくなり、壊れた細かな水酸化物方のフロックが発生し、流度分布はピークをさらに大きな方（例えば５００μｍ〜）に持つものの、全体的にブロードな形となる（図６（ｃ））。また、粒子からの反射強度も、固形物密度が低下し、粒径が大きくなることで反射物としての体積が増大するほどには、大きくはならない（図６（Ｃ））。
【００６４】
一方、排水の性状や、後段の固液分離手段に従い、最適とすべき凝集状態が、粒径による場合と反射波強度による場合が存在する。例えば、砂ろ過装置のように、凝集剤を過剰に注入することで目詰まりを起こしやすいろ過機の場合には、粒径を最適化する方向で凝集剤の薬注量を調整すればよい。スクリュープレス脱水機等の場合は、凝集剤をある程度過剰に注入する必要があり、この場合は粒度分布よりも反射強度で判断する方が適している。
上記のように、凝集剤による凝集状態の変化に対して、粒度分布と反射強度の両面での評価が可能となるため、凝集剤の量を排水の性状に対して適性に保持することが可能となる。
【００６５】
上記凝集剤の添加調整は、粒径測定機器１による測定結果を表示装置などに表示して、その表示内容に応じて操作者が凝集剤の添加調整を行うことができるが、測定結果をフィードバックして凝集剤の添加を制御可能にすることも可能である。その例を以下に説明する。
上記凝集状態の判定基準は、例えば表１に示すように、予め制御部１０の不揮発メモリなどに設定をしておき、粒径測定機器１によって測定された測定結果に基づいて、制御部１０において凝集状態を判定することができる。制御部１０では、該判定結果に基づいて前記凝集剤添加装置１１１をフィードバック制御して凝集剤の添加を制御することができる。したがって、制御部１０は、凝集剤添加制御手段としての機能を果たしている。該制御によって、凝集反応槽１１０における凝集状態を常に良好に維持して排水処理などを適切に行うことを可能にする。
【００６６】
【表１】
2009250702.tif 000018
【００６７】
なお、上記実施形態の説明においては、超音波送信子と超音波受信子を一つずつ備えた粒径測定機器を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、それぞれを複数個備えたものも同様の機能を示す。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の一実施形態の粒径測定機器を示す概略図である。
【図２】同じく、粒径測定機器における超音波の旅程を示す図である。
【図３】同じく、測定領域での測定点の軌跡と測定による反射波レベルを示す図である。
【図４】本発明の他の実施形態における超音波送受信手段の配置例と測定領域での測定点の軌跡および測定による反射波レベルを示す図である
【図５】本発明の凝集剤添加制御装置の適用例を示す図である。
【図６】同じく、超音波測定結果のパターンを示す図である。
【符号の説明】
【００６９】
１    粒径測定機器
２    回転体
３    超音波送受信手段移動装置
４    超音波送信子
５    超音波受信子
【図１】
2009250702.tif 000019
【図２】
2009250702.tif 000020
【図３】
2009250702.tif 000021
【図４】
2009250702.tif 000022
【図５】
2009250702.tif 000023
【図６】
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