凝集処理装置、凝集処理方法及び薬注制御装置
【課題】凝集処理における無機凝集剤添加量を的確に制御することにより、原水中の凝集阻害物質による凝集阻害を防止し、また、無機凝集剤の過不足を防止して少ない無機凝集剤使用量で安定かつ効率的な凝集処理を行って、溶存アルミニウム及び溶存有機物濃度の低い凝集処理水を得る。
【解決手段】凝集処理水を固液分離して得られる分離液をフィルタで所定の圧力で加圧又は吸引濾過する際に、該分離液の所定量を濾過するに要する濾過時間、又は該分離液を所定時間内に濾過し得る濾過水量で定義される濾過性能と、この濾過性能の経時変化率とを検出し、検出された濾過性能及び濾過性能の経時変化率がそれぞれ予め設定した基準値を満たす場合には、予め定めた基準となる無機凝集剤添加量を維持し、濾過性能及び濾過性能の経時変化率のうちの少なくとも一方が予め設定した基準値を満たさない場合には無機凝集剤添加量の調整を行う。
【解決手段】凝集処理水を固液分離して得られる分離液をフィルタで所定の圧力で加圧又は吸引濾過する際に、該分離液の所定量を濾過するに要する濾過時間、又は該分離液を所定時間内に濾過し得る濾過水量で定義される濾過性能と、この濾過性能の経時変化率とを検出し、検出された濾過性能及び濾過性能の経時変化率がそれぞれ予め設定した基準値を満たす場合には、予め定めた基準となる無機凝集剤添加量を維持し、濾過性能及び濾過性能の経時変化率のうちの少なくとも一方が予め設定した基準値を満たさない場合には無機凝集剤添加量の調整を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、天然水を原料とする用水処理や、工場排水又は下水等を処理する廃水処理において、原水に無機凝集剤を添加して、原水中の懸濁物質、コロイダル成分や有機物質を凝結させる凝集処理装置及び凝集処理方法と、そのための薬注制御装置に係り、特に、この凝集処理における無機凝集剤添加量を適切に制御することにより、凝集阻害、無機凝集剤の過不足を防止して安定かつ効率的な凝集処理を行う凝集処理装置及び凝集処理方法と、そのための薬注制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
天然水を原料とする用水処理や、工場排水又は下水等を処理する廃水処理においては、原水に凝集剤を添加して、原水中の懸濁物質、コロイダル成分や有機物質を凝結かつ粗大化させた後、沈殿、浮上、濾過、膜濾過等により固液分離することが行われている。
【０００３】
凝集処理は、後段に位置する沈殿、浮上、濾過、膜濾過等の固液分離効率を高めるためのものであり、凝集剤としては、一般にアルミニウム塩や鉄塩等の無機凝集剤が用いられる。また、無機凝集剤で凝結した粒子を更に粗大化させるための凝集補助剤として高分子凝集剤が併用される場合も多い。
【０００４】
凝集処理における凝集効率の向上のためには、添加した凝集剤としての無機凝集剤や凝集補助剤としての高分子凝集剤を原水中に円滑に拡散移動させて、凝集対象物と接触、衝突させる頻度を増加させることが重要であり、このため、一般的には撹拌手段を備える凝集槽（以下「撹拌槽」と称す場合がある。）が用いられ、凝集剤を添加した原水を撹拌下に凝集処理することが行われている。撹拌槽には、一般に原水中の凝集対象物と凝集剤とを接触、衝突させるための撹拌を行う急速撹拌槽と、凝集ないし凝結した粒子を粗大化させるための撹拌を行う緩速撹拌槽とに区分される。撹拌手段としては、撹拌翼を用いるものや水路を迂回させて原水を撹拌する構造のものが一般的である。また、ポンプやスタティックミキサーを用いて配管移送中に撹拌する方法も用いられており、これを撹拌槽と併用する例もある。
【０００５】
しかし、無機凝集剤による凝集ないし凝結作用は、原水中に存在するフミン質や、藻類が生産する細胞内外の代謝産物等の天然有機物や界面活性剤等の合成化学物質等により阻害を受け、凝集ないし凝結速度が遅くなったり、凝集不良に到ったりする。
【０００６】
従来、この凝集阻害を防止する方法としてｐＨの最適化が行われており、ｐＨ計と酸やアルカリ剤のｐＨ調整剤の添加ポンプとを連動させて自動的にｐＨ調整することが行われている。しかしながら、ｐＨ調整のみでは、安定な凝集処理を行うことはできない。
【０００７】
従来においては、天然水や排水中に含まれるフミン質等の天然有機物や界面活性剤等の合成化学物質が凝集阻害を引き起こす機構は十分には解明されていない上に、これらの阻害物質の同定もなされていない。このため、用水や廃水処理では、最適な凝集条件を設定するために、別途ジャーテスターを用いて凝集剤の添加濃度やｐＨを決定する操作が必須となるが、このような操作は一般に煩雑な操作と長い時間を要し、このために、原水の水質変動に対応し得ず、決定した凝集剤添加量やｐＨ調整値を即時的に反映することができない結果、凝集不良を招くことが多い。
【０００８】
このようなことから、現状においては、凝集剤添加量を予想される必要添加量の上限値よりも予め高く設定し、凝集剤の過剰添加により凝集不良を防止する方法が採用されているが、このように凝集剤を過剰に添加することは、薬剤コストの高騰のみならず、汚泥発生量の増加につながり、好ましいことではない。
【０００９】
一方、凝集処理水を精密濾過（ＭＦ）膜、限外濾過（ＵＦ）膜、ナノ濾過（ＮＦ）膜、或いは逆浸透（ＲＯ）膜を用いて膜分離処理する場合、未凝集の溶存アルミニウムや溶存有機物濃度が高い水をこれらの膜分離装置に供給すると、膜面の汚染を引き起こし十分な膜性能が得られず、経済性を著しく阻害することになることから、膜分離処理の前段の凝集処理には、未凝集の溶存アルミニウムや溶存有機物をできるだけ減少させる凝集操作が必要とされる。
【００１０】
なお、特公平６−１０３２９６号公報には、原水への凝集剤添加率や撹拌時間、撹拌速度の組み合せにおいて、最適条件を設定するためのジャーテストを自動的に行うための試験装置が提案されているが、この装置はジャーテスターであり、試験結果を実際の撹拌槽に反映して凝集処理を行うためのものではない。
【００１１】
また、特許第３２０５４５０号公報には、撹拌槽内の凝集フロックの粒径と溶解性有機物の紫外吸光度を測定し、これらの結果に基いて凝集剤添加量を制御する薬注装置が提案されている。この装置では、撹拌槽内の溶解性有機物濃度、即ち、凝集剤が添加され撹拌されている凝集液の溶解性有機物濃度を検出し、これを凝集フロックの粒径の検出値と共に、凝集剤添加量の制御の指標としているが、十分に満足し得る凝集結果が得られているとは言えず、より一層の改善が望まれている。
【特許文献１】特公平６−１０３２９６号公報
【特許文献２】特許第３２０５４５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、凝集処理における無機凝集剤添加量を的確に制御することにより、原水中の凝集阻害物質による凝集阻害を防止し、また、無機凝集剤の過不足を防止して少ない無機凝集剤使用量で安定かつ効率的な凝集処理を行って、溶存アルミニウム及び溶存有機物濃度の低い凝集処理水を得るための凝集処理装置及び凝集処理方法と薬注制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者らは、上記課題を解決すべく、凝集操作と処理水中の溶存アルミニウム及び溶存有機物との関係について精査したところ、凝集処理水を固液分離した試料水の一定量をフィルタを用いて濾過するに要する濾過時間を最小にする凝集操作条件において、処理水中の溶存アルミニウム及び溶存有機物濃度の値が小さくなることを見出した。また、この条件で凝集処理した水を膜分離装置に供給した場合に、膜汚染が抑止され、高い濾過性能を維持することができることを見出した。
【００１４】
本発明は、このような知見に基いてなされたものである。
【００１５】
本発明の凝集処理装置は、原水に無機凝集剤を添加して凝集処理する凝集処理装置において、原水に無機凝集剤を添加する凝集剤添加手段と、凝集処理水を固液分離する固液分離手段と、固液分離手段で分離された分離液を所定の圧力で加圧又は吸引濾過するフィルタと、該フィルタで前記分離液の所定量を濾過するに要する濾過時間、又は該フィルタで前記分離液を所定時間内に濾過し得る濾過水量で定義される濾過性能と、該濾過性能の経時変化率とを検出する検出手段と、該検出手段の検出結果に基いて、前記凝集剤添加手段の無機凝集剤添加量を制御する凝集剤添加量制御手段とを備えてなることを特徴とする。
【００１６】
本発明の凝集処理方法は、原水に無機凝集剤を添加して凝集処理する凝集処理方法において、凝集処理水を固液分離して得られる分離液をフィルタで所定の圧力で加圧又は吸引濾過する際に、該分離液の所定量を濾過するに要する濾過時間、又は該分離液を所定時間内に濾過し得る濾過水量で定義される濾過性能と、この濾過性能の経時変化率とを検出し、検出された濾過性能及び濾過性能の経時変化率がそれぞれ予め設定した基準値を満たす場合には、予め定めた基準となる無機凝集剤添加量を維持し、該濾過性能及び濾過性能の経時変化率のうちの少なくとも一方が予め設定した基準値を満たさない場合には無機凝集剤添加量の調整を行うことを特徴とする。
【００１７】
本発明の薬注制御装置は、原水に無機凝集剤を添加して凝集処理する際の無機凝集剤添加量を制御する薬注制御装置において、凝集処理水を固液分離して得られた分離液を所定の圧力で加圧又は吸引濾過するフィルタと、該フィルタで前記分離液の所定量を濾過するに要する濾過時間、又は該フィルタで前記分離液を所定時間内に濾過し得る濾過水量で定義される濾過性能と、該濾過性能の経時変化率とを検出する検出手段と、検出された濾過性能及び濾過性能の経時変化率がそれぞれ予め設定した基準値を満たす場合には、予め定めた基準となる無機凝集剤添加量を維持し、該濾過性能及び濾過性能の経時変化率のうちの少なくとも一方が予め設定した基準値を満たさない場合に無機凝集剤添加量の調整を行う制御手段とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、凝集処理における無機凝集剤添加量を的確に制御することにより、原水中の凝集阻害物質による凝集阻害を防止し、また、無機凝集剤の過不足を防止して少ない無機凝集剤使用量で安定かつ効率的な凝集処理を行って、溶存アルミニウム及び溶存有機物濃度の低い凝集処理水を得ることができる。
【００１９】
即ち、凝集処理水を固液分離して得られる分離液をフィルタで所定の圧力で加圧又は吸引濾過する際に、該分離液の所定量を濾過するに要する濾過時間、又は該分離液を所定時間内に濾過し得る濾過水量で定義される濾過性能とその変化率とを求め、これらの値が基準値を満たすように無機凝集剤添加量を調整することにより、常に溶存アルミニウムや溶存有機物濃度の低い固液分離水を得ることができる。そして、このことにより、この固液分離水を更に膜分離するＭＦ膜、ＵＦ膜、ＮＦ膜、又はＲＯ膜を用いた膜分離工程において膜を汚染させる要因を少なくさせることができる。また、膜分離の膜濾過流束を高く設定することができ、経済性を高めることができる。特に、ＮＦ膜やＲＯ膜を用いる場合には、膜面の汚染を防止できるので、ファウリング層内部での過剰な濃度分極現象を制限でき、塩類や溶存有機物濃度の低い膜透過水を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００２１】
図１，２は、本発明の凝集処理装置を備える水処理装置の実施の形態を示す系統図であり、図３は本発明に好適な濾過時間測定器の一例を示す系統図である。
【００２２】
図１，２において、１は原水槽である。２は凝集撹拌槽であり、撹拌機１２を備える。３は沈殿槽である。４は凝集剤貯槽であり、薬注ポンプ１４を備える。５は制御装置、６は濾過装置、７は中間槽、８は膜分離装置、１０は濾過時間測定器であり、この濾過時間測定器１０の検出値が制御装置５に入力され、この制御装置５から、薬注ポンプ１４の回転数制御信号が出力される。
【００２３】
図１において、濾過時間測定器１０は凝集撹拌槽２に設けられている。図２において、濾過時間測定器は中間槽７に設けられている。
【００２４】
原水は、原水槽１を経て凝集撹拌槽２に導入される。凝集撹拌槽２において、原水は、凝集剤貯槽４の無機凝集剤が薬注ポンプ１４により添加されると共に、撹拌機１２により撹拌されて凝集処理される。この凝集撹拌槽２への凝集剤添加量は、濾過時間測定器１０の検出値に基いて制御される。即ち、例えば、制御装置５において、入力された濾過時間測定器１０の検出値を後述の式に代入し、その算出結果に基いて薬注ポンプ１４の回転数が制御され、適正量の無機凝集剤が添加される。この薬注ポンプ１４としては、市販の可変式定量ポンプ等が用いられる。
【００２５】
凝集撹拌槽２内で凝集剤が添加されて撹拌されることにより凝集処理された凝集処理水は、沈殿槽３に導入されて凝結、凝集粒子が沈降分離され、上澄水が取り出され、次いで濾過装置６で更に固液分離される。この濾過装置６としては、砂濾過装置、複層濾過装置、繊維濾過装置等を用いることができる。
【００２６】
濾過装置６の濾過水は中間槽７を経て膜分離装置８で膜分離処理され、膜透過水が処理水として取り出される。
【００２７】
濾過時間測定器１０は、例えば図３に示す如く、試料水を導入するポンプ２１と、導入した試料水をメンブレンフィルタ（以下「ＭＦ」と略記する。）２４で、図示しない加圧又は吸引装置により一定の圧力で加圧又は吸引濾過し、濾過水を濾過水計量槽２５に受けた後測定系から排出する構成とされている。この濾過時間測定器１０では、所定量の試料水を濾過する毎に、新しいＭＦ面で濾過することができるように、試料水の濾過部は、Ｔ２４を支持して試料水を濾過するための濾紙フォルダ２２と、この濾紙フォルダ２２の試料水濾過部にＭＦを給紙する給紙ユニット２３とで構成される。この給紙ユニット２３は、ＭＦの送り出しロール２３Ａと巻き取りロール２３Ｂを有し、送り出しロール２３Ａから新品のＴ２４を送り出して供給し、巻き取りロール２３Ｂで使用済みＭＦ部分を巻き取る構成とされている。
【００２８】
濾過時間測定器１０の濾過部で所定の圧力で加圧又は吸引濾過された濾過水は、濾過水計量槽２５に受け入れられ、水位計（レベルスイッチ）２６の検出値で、所定の濾過水が得られたことを検知したときに、この所定量の濾過水が得られるまでの時間が計測ユニット２７で計測される。
【００２９】
本発明において、この濾過時間に基く無機凝集剤添加量の制御は、例えば次のようにして行うのが好ましい。
【００３０】
即ち、凝集処理水を固液分離して得られる分離液の所定量（例えば５００ｍＬ）をフィルタ（例えば、直径２５〜６７ｍｍのフォルダに取り付けられた孔径０．２〜０．４５μｍのＭＦ）で所定の圧力で加圧又は吸引濾過した際の濾過時間（秒）を検出し、下記（１）式で合計濾過時間Ｔｘを算出すると共に下記（２）式で濾過時間変化率Ｔｙを算出し、Ｔｘ及びＴｙがそれぞれ予め設定した基準値以下である場合には、予め定めた基準となる無機凝集剤添加量Ｍを維持し、Ｔｘ及びＴｙのうちの少なくとも一方が予め設定した基準値を超える場合に無機凝集剤添加量の調整を行うことが好ましい。
合計濾過時間Ｔｘ＝Ｔ１＋Ｔ２ ‥（１）
濾過時間変化率Ｔｙ＝Ｔ２／Ｔ１ ‥（２）
Ｔ１：所定量の前記分離液を濾過するに要する時間
Ｔ２：Ｔ１計測後、次の所定量の前記分離液を濾過するに要する時間
Ｔｘ値、Ｔｙ値の基準値は、用いるＭＦの種類や吸引又は加圧濾過条件によって異なり、それぞれの条件に応じて設定されるが、例えば直径４７ｍｍ、孔径０．４５μｍのＭＦを用いて５０ｋＰａで加圧又は吸引濾過する場合、Ｔｘ値の基準値は、８０〜３００秒、例えば２００秒、Ｔｙ値の基準値は１．０５〜１．３、例えば１．２に設定することができる。
【００３１】
一般的には、Ｔｘ値、Ｔｙ値が共に基準値以下である場合には、予め定めた無機凝集剤添加量Ｍにおいて、十分な凝集処理がなされていると判断し、当該無機凝集剤添加量Ｍで無機凝集剤を添加し、Ｔｘ値、Ｔｙ値のいずれか一方が基準値を超える場合には、無機凝集剤添加量が不足しているために、凝集不良が起きていると判断し、無機凝集剤添加量を予め定めた無機凝集剤添加量Ｍよりも多くする。そして、再びＴｘ値、Ｔｙ値が共に基準値以下となった場合には、再び無機凝集剤添加量をＭに戻す。
【００３２】
Ｔｘ値、Ｔｙ値が基準値を超えた場合に増加させる無機凝集剤添加量は、Ｍに対して、常に所定の値でも良く、また、Ｔｘ値及びＴｙ値が共に基準値を超える場合とＴｘ値及びＴｙ値の一方が基準値を超える場合とで、その増加量を変えても良く、また基準値との差の大小によりその増加量を変えるようにしても良い。
【００３３】
ここで、前記ＴｘとＴｙの２指標を用いて制御する利点は、次の事項に基く。即ち、原水の水源によっては、Ｔｘが小さくＴｙが大きい場合、或いはＴｘが大きくＴｙが小さい場合があるが、Ｔｘが小さくＴｙが大きい場合、多くの場合、後段の膜分離工程への障害は小さい。これに対して、Ｔｘが大きくＴｙが小さい場合には、後段の膜分離工程のファウリングをもたらすことが多い。この原因は明確ではないが、凝集処理後の固液分離水に残存する微小な粒子の濾過性に基くものと考えられる。従って、このような原水変動に対しても的確に凝集性を制御するには、ＴｘとＴｙとの２指標を用いることが有効となる。
【００３４】
本発明における濾過時間及びその変化率に基く無機凝集剤添加量の制御方法は、何ら上述の方法に限定されるものではない。例えば、合計濾過時間及びその変化率は、それぞれ下記（１’），（２’）式により算出しても良い。
合計濾過時間Ｔｘ＝Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３ ‥（１）
濾過時間変化率Ｔｙ＝Ｔ３／Ｔ１ ‥（２）
Ｔ１：所定量の前記分離液を濾過するに要する時間
Ｔ２：Ｔ１計測後、次の所定量の前記分離液を濾過するに要する時間
Ｔ３：Ｔ２計測後、次の所定量の前記分離液を濾過するに要する時間
即ち、前記（１），（２）式では、２点の濾過時間の測定値に基いて合計濾過時間とその変化率を求めているが、３点以上の濾過時間の測定値に基いて同様の計算を行って合計濾過時間とその変化率を求めても良い。
【００３５】
以上は、濾過性能として、濾過時間を採用し、濾過時間に基く無機凝集剤添加量の制御を行う場合について説明したが、本発明では、凝集処理水を固液分離して得られた分離液を、フィルタにより所定の圧力で加圧又は吸引濾過する際に、所定時間内に濾過し得る濾過水量に基いて無機凝集剤添加量を制御することもできる。
【００３６】
この場合に、この濾過水量に基く無機凝集剤添加量の制御は、例えば次のようにして行うのが好ましい。
【００３７】
即ち、凝集処理水を固液分離して得られる分離液を所定時間（例えば１８０分）内にフィルタ（例えば、直径２５〜６７ｍｍのフォルダに取り付けられた孔径０．２〜０．４５μｍのＭＦ）で所定の圧力で加圧又は吸引濾過した際の濾過水量（ｍＬ）を検出し、下記（３）式で合計濾過水量Ｗｘを算出すると共に下記（４）式で濾過水量変化率Ｗｙを算出し、Ｗｘ及びＷｙがそれぞれ予め設定した基準値以上である場合には、予め定めた基準となる無機凝集剤添加量Ｍを維持し、Ｗｘ及びＷｙのうちの少なくとも一方が予め設定した基準値を下回る場合に無機凝集剤添加量の調整を行うことが好ましい。
合計濾過水量Ｗｘ＝Ｗ１＋Ｗ２ ‥（３）
濾過水量変化率Ｗｙ＝Ｗ２／Ｗ１ ‥（４）
Ｗ１：所定時間内に前記分離液を濾過し得る水量
Ｗ２：Ｗ１計測後、次の所定時間内に前記分離液を濾過し得る水量
Ｗｘ値、Ｗｙ値の基準値は、用いるＭＦの種類や吸引又は加圧濾過条件によって異なり、それぞれの条件に応じて設定されるが、例えば直径４７ｍｍ、孔径０．４５μｍのＭＦを用いて５０ｋＰａで加圧又は吸引濾過する場合、Ｗｘ値の基準値は、５００〜２０００ｍＬ、例えば１０００ｍＬ、Ｗｙ値の基準値は１．０５〜１．３、例えば１．２に設定することができる。
【００３８】
一般的には、Ｗｘ値、Ｗｙ値が共に基準値以上である場合には、予め定めた無機凝集剤添加量Ｍにおいて、十分な凝集処理がなされていると判断し、当該無機凝集剤添加量Ｍで無機凝集剤を添加し、Ｗｘ値、Ｗｙ値のいずれか一方が基準値を下回る場合には、無機凝集剤添加量が不足しているために、凝集不良が起きていると判断し、無機凝集剤添加量を予め定めた無機凝集剤添加量Ｍよりも多くする。そして、再びＷｘ値、Ｗｙ値が共に基準値以上となった場合には、再び無機凝集剤添加量をＭに戻す。
【００３９】
Ｗｘ値、Ｗｙ値が基準値を下回った場合に増加させる無機凝集剤添加量は、Ｍに対して、常に所定の値でも良く、また、Ｗｘ値及びＷｙ値が共に基準値を下回る場合とＷｘ値及びＷｙ値の一方が基準値を超える場合とで、その増加量を変えても良く、また基準値との差の大小によりその増加量を変えるようにしても良い。
【００４０】
ここで、前記ＷｘとＷｙの２指標を用いて制御する利点は、前述の濾過時間に基く制御の場合と同様である。即ち、原水の水源によっては、Ｗｘが小さくＷｙが大きい場合、或いはＷｘが大きくＷｙが小さい場合があるが、Ｗｘが小さく、Ｗｙが大きい場合、多くの場合、後段の膜分離工程への障害は小さい。これに対して、Ｗｘが大きく、Ｗｙが小さい場合には、後段の膜分離工程のファウリングをもたらすことが多いためであり、このような原水変動に対しても的確に凝集性を制御するには、ＷｘとＷｙとの２指標を用いることが有効となる。
【００４１】
本発明における濾過水量及びその変化率に基く無機凝集剤添加量の制御方法は、何ら上述の方法に限定されるものではない。例えば、合計濾過水量及びその変化率は、それぞれ下記（３’），（４’）式により算出しても良い。
合計濾過時間Ｗｘ＝Ｗ１＋Ｗ２＋Ｗ３ ‥（３’）
濾過時間変化率Ｗｙ＝Ｗ３／Ｗ１ ‥（４’）
Ｗ１：所定時間内に前記分離液を濾過し得る水量
Ｗ２：Ｗ１計測後、次の所定時間内に前記分離液を濾過し得る水量
Ｗ３：Ｗ２計測後、次の所定時間内に前記分離液を濾過し得る水量
即ち、前記（３），（４）式では、２点の濾過水量の測定値に基いて合計濾過水量とその変化率を求めているが、３点以上の濾過水量の測定値に基いて同様の計算を行って合計濾過水量とその変化率を求めても良い。
【００４２】
なお、最初の濾過性能（即ち、濾過時間又は濾過水量）の測定時点と次の濾過性能の測定時点との時間間隔は、過度に長いと即時的な無機凝集剤添加量の制御を行えず、過度に短いと測定頻度が高いことにより操作が煩雑となるおそれがあることから、濾過性能の測定時間間隔は５〜３０分程度とすることが好ましい。
【００４３】
また、濾過性能の測定値に基く無機凝集剤添加量の制御は、０．５〜３時間に１回の頻度で行うことが好ましい。
【００４４】
図２に示す水処理装置においては、濾過時間測定器１０は、濾過装置６の濾過水、即ち、凝集処理水の固液分離水が導入される中間槽７に設けられているため、図３に示すような濾過時間測定器により、この中間槽７内の水を試料水としてそのまま導入してＭＦで濾過することにより、無機凝集剤添加量制御のための濾過時間の計測を行うことができる。
【００４５】
しかし、濾過時間測定器１０を図１に示す如く凝集撹拌槽２に設ける場合、濾過時間測定器１０の導入側に更に固液分離手段を設ける必要がある。この場合、例えば、図３に示す濾過時間測定器１０の前段に砂濾過カラムや濾過ホルダ等を設ける方法が挙げられる。
【００４６】
濾過時間測定器１０は凝集撹拌槽２、中間槽７の他、沈殿槽３に設けることも可能であり、この場合においても濾過時間測定器前段の固液分離手段を設けることができる。
【００４７】
濾過時間測定器１０は、濾過時間の測定を繰り返し行うことができるように、図３に示す如く、フィルタの交換（新しいフィルタ面の付与）が自動的に行える構成であるか、或いはフィルタの自動洗浄が行える構成であることが好ましい。また、濾過時間測定器１０は、水の温度補正や粘度補正を行うことができるものであることが好ましい。
【００４８】
濾過時間測定器１０に用いるＭＦとしては、測定制御系の環境（水質、温度等）に応じて適切な濾過時間及びその変化率を測定できる範囲で、孔径や膜材質が選択されるが、特にミリポア社製セルロース混合エステル製ＭＦ（孔径０．４５μｍ）が好ましく用いられる。
【００４９】
また、濾過時間測定器の加圧又は吸引装置についても、測定制御系の環境（水質、温度等）に応じて適切な濾過時間及びその変化率を測定できる範囲で、一定の圧力を付与できるものが選択使用される。
【００５０】
濾過時間測定器の代りに濾過水量測定器を設ける場合についても同様である。
【００５１】
濾過時間測定器としては、濾過時間を計測できるものであれば良く、図３に示すようなＭＦを用いた濾過時間測定器の他、ＭＦの汚れ指数を測定するＦＩ計等を用いることもできる。また、濾過水量測定器としても、濾過時間測定器と同様のものを用いることができる。
【００５２】
なお、図１，２は本発明の実施の形態の一例を示すものであり、本発明はその要旨を超えない限り、何ら図示のものに限定されるものではない。
【００５３】
例えば、原水の有機物を検出するセンサとして、市販のＴＯＣ計やＣＯＤ計、その他、２６０ｎｍ近辺の紫外部単波長のＵＶ計、２００ｎｍ近傍から７００ｎｍ近傍の紫外から可視光の領域を走査して広範囲の吸光度を検出するセンサ等を設け、このスペクトルパターンから、更に操作ｐＨや凝集撹拌強度を制御することも可能である。この場合、凝集撹拌槽２内の撹拌強度を調整する装置としては、撹拌翼を駆動するモーターの回転数を制御する装置や、凝集撹拌槽の液体を汲み上げてポンプ循環させる装置及び管路内部で液体を撹拌させるスタティックミキサー等撹拌素子をポンプと連結させた装置が用いられる。
【００５４】
また、凝集処理には無機凝集剤と更に凝集補助剤としての高分子凝集剤を併用しても良く、また、この高分子凝集剤の添加量の制御手段を設けても良い。
【００５５】
図１，２では、無機凝集剤を凝集撹拌槽２に添加しているが、凝集剤は、凝集撹拌槽２への原水導入配管に注入しても良い。更に、図１，２では、凝集処理水の固液分離手段として沈殿槽３、濾過装置６、及び膜分離装置８を示したが、本発明はこの構成に限らず、沈殿槽、浮上槽、濾過装置、膜濾過装置等の１種又は２種以上の組み合せよりなる固液分離手段の前段の凝集手段として有効に適用可能である。
【実施例】
【００５６】
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
【００５７】
実施例１
有機物汚染の進んだＡ河川を水源として凝集・沈殿・砂濾過・膜分離を行う図２に示す水処理装置を用いて、本発明による凝集処理を行い、凝集処理水を、沈殿槽３、砂濾過装置６及びＵＦ膜分離装置７で順次固液分離した。
【００５８】
凝集撹拌槽２には、無機凝集剤としてポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）を添加した。砂濾過装置６には、有効径０．４５ｍｍの濾過砂を６００ｍｍの高さに積層したカラムを用いた。また、ＵＦ膜分離装置７のＵＦ膜としては、クラレ（株）製の分画分子量１３，０００、内径１．１５ｍｍのポリスルフォン製中空糸膜を用い、濾過流束４ｍ／ｄで濾過した。
【００５９】
濾過時間測定器１０には、孔径０．４５μｍのロール状のＭＦ（ミリポア社製セルロース混合エステルＭＦ）を取り付け、５０ｋＰａの加圧濾過時の最初の５００ｍＬの試料水（中間槽７内の砂濾過装置６の濾過水）を濾過するに要する濾過時間Ｔ１と、その後の５００ｍＬの試料水を濾過するに要する濾過時間Ｔ２とを計測し、水の粘度補正したそのそれぞれの値から、前述の（１）式及び（２）式に従って、Ｔｘ値とＴｙ値を算出した。なお、水の粘度補正は、具体的には２５℃の時の粘度をμ２５、温度ｔ℃の時の粘度をμｔとして、その比μ２５／μｔをＴｘ値やＴ１，Ｔ２の値に乗ずることにより行った。
【００６０】
用いた濾過時間測定器１０は、濾紙フォルダ２２を空気シリンダーにより開枠、開閉でき、ロール状のＴ２４を給紙ユニット２３によりこの濾紙フォルダ２２に順次移送して、常に新しい濾紙面で濾過できる構成のものである。なお、濾過時間は３０分間隔で試料水を採水して計測し、３時間に１回の頻度で無機凝集剤添加量の制御を行った。
【００６１】
Ｔｘ値の基準値を２００秒、Ｔｙ値の基準値を１．１５とし、Ｔｘ値及びＴｙ値がいずれも基準値以下の場合は、予めジャーテスターにより定めたＰＡＣ添加量を維持し、Ｔｘ値及びＴｙ値の一方又は双方が基準値を超える場合には、ＰＡＣ添加量を増やすようにＰＡＣ添加量を制御して凝集処理を行った。
【００６２】
このときの通水結果を表１に示した。
【００６３】
比較例１
実施例１において、ＰＡＣ添加量の制御は行わず、ＰＡＣ添加量固定としたこと以外は同様にして処理を行った。ただし、ＰＡＣ添加量はジャーテスターで適正添加量を求めることにより、毎日１度の頻度で設定した。このときの通水結果を表１に示した。
【００６４】
上記実施例１及び比較例１は、６月に入り、晴天、降雨で水質変動が生じた時期（原水のＵＶ２６０ｎｍの吸光度が約０．１６〜０．１９の範囲で変動した時期）に、それぞれ１週間の通水を行ったものであり、実施例１の処理後、ＵＦ膜分離装置のＵＦ膜を新品に取り替えて比較例１の処理を実施した。表１中、平均ＰＡＣ添加濃度は、ＰＡＣ消費量から算出したものである。また、ΔＰ上昇速度はＵＦ膜分離装置の膜差圧の上昇速度である。
【００６５】
【表１】
【００６６】
表１より次のことが明らかである。
【００６７】
実施例１では、Ｔｘ値及びＴｙ値が予め設定した基準値以下となるようにＰＡＣ添加量の制御を行ったことにより、Ｔｘ値及びＴｙ値は低い値で推移した。一方、比較例１では、毎日のジャーテストでＰＡＣ添加量を設定したが、夜間等原水変動に追随できず、Ｔｘ値及びＴｙ値ともに、実施例１の基準値を上回るデータが認められた。
【００６８】
原水当たりの平均ＰＡＣ添加濃度は、実施例１で２５ｍｇ／Ｌであったが、比較例１では３６ｍｇ／Ｌと過剰になる場合があった。
【００６９】
このように、ＰＡＣ添加量は比較例１の方が実施例１よりも多いにもかかわらず、砂濾過水の水質は、比較例１の方が実施例１よりも悪く、特に、Ａｌ濃度が大幅に高い場合があった。そして、この結果、ＵＦ膜の差圧上昇速度は実施例１で０．１８ｋＰａ／ｄと極めて小さく、濾過性能が安定であったのに対して、比較例１では、ＵＦ膜の差圧上昇速度は０．６７ｋＰａ／ｄとなり、実施例１と比べて高く、薬品洗浄頻度を高くする必要があると結論付けられた。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明は、天然水を原料とする用水処理や、工場排水又は下水等を処理する廃水処理等の各種水処理における原水の凝集処理に有効に適用される。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の凝集処理装置を備える水処理装置の実施の形態を示す系統図である。
【図２】本発明の凝集処理装置を備える水処理装置の他の実施の形態を示す系統図である。
【図３】本発明に好適な濾過時間計測器の一例を示す系統図である。
【符号の説明】
【００７２】
１ 原水槽
２ 凝集撹拌槽
３ 沈殿槽
４ 凝集剤貯槽
５ 制御装置
６ 濾過装置
７ 中間槽
８ 膜分離装置
１０ 濾過時間測定器
１４ 薬注ポンプ
２２ 濾紙フォルダ
２３ 給紙ユニット
２４ ＭＦ（メンブレンフィルタ）
２５ 濾過水計量槽
２６ 水位計
２７ 計測ユニット
【技術分野】
【０００１】
本発明は、天然水を原料とする用水処理や、工場排水又は下水等を処理する廃水処理において、原水に無機凝集剤を添加して、原水中の懸濁物質、コロイダル成分や有機物質を凝結させる凝集処理装置及び凝集処理方法と、そのための薬注制御装置に係り、特に、この凝集処理における無機凝集剤添加量を適切に制御することにより、凝集阻害、無機凝集剤の過不足を防止して安定かつ効率的な凝集処理を行う凝集処理装置及び凝集処理方法と、そのための薬注制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
天然水を原料とする用水処理や、工場排水又は下水等を処理する廃水処理においては、原水に凝集剤を添加して、原水中の懸濁物質、コロイダル成分や有機物質を凝結かつ粗大化させた後、沈殿、浮上、濾過、膜濾過等により固液分離することが行われている。
【０００３】
凝集処理は、後段に位置する沈殿、浮上、濾過、膜濾過等の固液分離効率を高めるためのものであり、凝集剤としては、一般にアルミニウム塩や鉄塩等の無機凝集剤が用いられる。また、無機凝集剤で凝結した粒子を更に粗大化させるための凝集補助剤として高分子凝集剤が併用される場合も多い。
【０００４】
凝集処理における凝集効率の向上のためには、添加した凝集剤としての無機凝集剤や凝集補助剤としての高分子凝集剤を原水中に円滑に拡散移動させて、凝集対象物と接触、衝突させる頻度を増加させることが重要であり、このため、一般的には撹拌手段を備える凝集槽（以下「撹拌槽」と称す場合がある。）が用いられ、凝集剤を添加した原水を撹拌下に凝集処理することが行われている。撹拌槽には、一般に原水中の凝集対象物と凝集剤とを接触、衝突させるための撹拌を行う急速撹拌槽と、凝集ないし凝結した粒子を粗大化させるための撹拌を行う緩速撹拌槽とに区分される。撹拌手段としては、撹拌翼を用いるものや水路を迂回させて原水を撹拌する構造のものが一般的である。また、ポンプやスタティックミキサーを用いて配管移送中に撹拌する方法も用いられており、これを撹拌槽と併用する例もある。
【０００５】
しかし、無機凝集剤による凝集ないし凝結作用は、原水中に存在するフミン質や、藻類が生産する細胞内外の代謝産物等の天然有機物や界面活性剤等の合成化学物質等により阻害を受け、凝集ないし凝結速度が遅くなったり、凝集不良に到ったりする。
【０００６】
従来、この凝集阻害を防止する方法としてｐＨの最適化が行われており、ｐＨ計と酸やアルカリ剤のｐＨ調整剤の添加ポンプとを連動させて自動的にｐＨ調整することが行われている。しかしながら、ｐＨ調整のみでは、安定な凝集処理を行うことはできない。
【０００７】
従来においては、天然水や排水中に含まれるフミン質等の天然有機物や界面活性剤等の合成化学物質が凝集阻害を引き起こす機構は十分には解明されていない上に、これらの阻害物質の同定もなされていない。このため、用水や廃水処理では、最適な凝集条件を設定するために、別途ジャーテスターを用いて凝集剤の添加濃度やｐＨを決定する操作が必須となるが、このような操作は一般に煩雑な操作と長い時間を要し、このために、原水の水質変動に対応し得ず、決定した凝集剤添加量やｐＨ調整値を即時的に反映することができない結果、凝集不良を招くことが多い。
【０００８】
このようなことから、現状においては、凝集剤添加量を予想される必要添加量の上限値よりも予め高く設定し、凝集剤の過剰添加により凝集不良を防止する方法が採用されているが、このように凝集剤を過剰に添加することは、薬剤コストの高騰のみならず、汚泥発生量の増加につながり、好ましいことではない。
【０００９】
一方、凝集処理水を精密濾過（ＭＦ）膜、限外濾過（ＵＦ）膜、ナノ濾過（ＮＦ）膜、或いは逆浸透（ＲＯ）膜を用いて膜分離処理する場合、未凝集の溶存アルミニウムや溶存有機物濃度が高い水をこれらの膜分離装置に供給すると、膜面の汚染を引き起こし十分な膜性能が得られず、経済性を著しく阻害することになることから、膜分離処理の前段の凝集処理には、未凝集の溶存アルミニウムや溶存有機物をできるだけ減少させる凝集操作が必要とされる。
【００１０】
なお、特公平６−１０３２９６号公報には、原水への凝集剤添加率や撹拌時間、撹拌速度の組み合せにおいて、最適条件を設定するためのジャーテストを自動的に行うための試験装置が提案されているが、この装置はジャーテスターであり、試験結果を実際の撹拌槽に反映して凝集処理を行うためのものではない。
【００１１】
また、特許第３２０５４５０号公報には、撹拌槽内の凝集フロックの粒径と溶解性有機物の紫外吸光度を測定し、これらの結果に基いて凝集剤添加量を制御する薬注装置が提案されている。この装置では、撹拌槽内の溶解性有機物濃度、即ち、凝集剤が添加され撹拌されている凝集液の溶解性有機物濃度を検出し、これを凝集フロックの粒径の検出値と共に、凝集剤添加量の制御の指標としているが、十分に満足し得る凝集結果が得られているとは言えず、より一層の改善が望まれている。
【特許文献１】特公平６−１０３２９６号公報
【特許文献２】特許第３２０５４５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、凝集処理における無機凝集剤添加量を的確に制御することにより、原水中の凝集阻害物質による凝集阻害を防止し、また、無機凝集剤の過不足を防止して少ない無機凝集剤使用量で安定かつ効率的な凝集処理を行って、溶存アルミニウム及び溶存有機物濃度の低い凝集処理水を得るための凝集処理装置及び凝集処理方法と薬注制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者らは、上記課題を解決すべく、凝集操作と処理水中の溶存アルミニウム及び溶存有機物との関係について精査したところ、凝集処理水を固液分離した試料水の一定量をフィルタを用いて濾過するに要する濾過時間を最小にする凝集操作条件において、処理水中の溶存アルミニウム及び溶存有機物濃度の値が小さくなることを見出した。また、この条件で凝集処理した水を膜分離装置に供給した場合に、膜汚染が抑止され、高い濾過性能を維持することができることを見出した。
【００１４】
本発明は、このような知見に基いてなされたものである。
【００１５】
本発明の凝集処理装置は、原水に無機凝集剤を添加して凝集処理する凝集処理装置において、原水に無機凝集剤を添加する凝集剤添加手段と、凝集処理水を固液分離する固液分離手段と、固液分離手段で分離された分離液を所定の圧力で加圧又は吸引濾過するフィルタと、該フィルタで前記分離液の所定量を濾過するに要する濾過時間、又は該フィルタで前記分離液を所定時間内に濾過し得る濾過水量で定義される濾過性能と、該濾過性能の経時変化率とを検出する検出手段と、該検出手段の検出結果に基いて、前記凝集剤添加手段の無機凝集剤添加量を制御する凝集剤添加量制御手段とを備えてなることを特徴とする。
【００１６】
本発明の凝集処理方法は、原水に無機凝集剤を添加して凝集処理する凝集処理方法において、凝集処理水を固液分離して得られる分離液をフィルタで所定の圧力で加圧又は吸引濾過する際に、該分離液の所定量を濾過するに要する濾過時間、又は該分離液を所定時間内に濾過し得る濾過水量で定義される濾過性能と、この濾過性能の経時変化率とを検出し、検出された濾過性能及び濾過性能の経時変化率がそれぞれ予め設定した基準値を満たす場合には、予め定めた基準となる無機凝集剤添加量を維持し、該濾過性能及び濾過性能の経時変化率のうちの少なくとも一方が予め設定した基準値を満たさない場合には無機凝集剤添加量の調整を行うことを特徴とする。
【００１７】
本発明の薬注制御装置は、原水に無機凝集剤を添加して凝集処理する際の無機凝集剤添加量を制御する薬注制御装置において、凝集処理水を固液分離して得られた分離液を所定の圧力で加圧又は吸引濾過するフィルタと、該フィルタで前記分離液の所定量を濾過するに要する濾過時間、又は該フィルタで前記分離液を所定時間内に濾過し得る濾過水量で定義される濾過性能と、該濾過性能の経時変化率とを検出する検出手段と、検出された濾過性能及び濾過性能の経時変化率がそれぞれ予め設定した基準値を満たす場合には、予め定めた基準となる無機凝集剤添加量を維持し、該濾過性能及び濾過性能の経時変化率のうちの少なくとも一方が予め設定した基準値を満たさない場合に無機凝集剤添加量の調整を行う制御手段とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、凝集処理における無機凝集剤添加量を的確に制御することにより、原水中の凝集阻害物質による凝集阻害を防止し、また、無機凝集剤の過不足を防止して少ない無機凝集剤使用量で安定かつ効率的な凝集処理を行って、溶存アルミニウム及び溶存有機物濃度の低い凝集処理水を得ることができる。
【００１９】
即ち、凝集処理水を固液分離して得られる分離液をフィルタで所定の圧力で加圧又は吸引濾過する際に、該分離液の所定量を濾過するに要する濾過時間、又は該分離液を所定時間内に濾過し得る濾過水量で定義される濾過性能とその変化率とを求め、これらの値が基準値を満たすように無機凝集剤添加量を調整することにより、常に溶存アルミニウムや溶存有機物濃度の低い固液分離水を得ることができる。そして、このことにより、この固液分離水を更に膜分離するＭＦ膜、ＵＦ膜、ＮＦ膜、又はＲＯ膜を用いた膜分離工程において膜を汚染させる要因を少なくさせることができる。また、膜分離の膜濾過流束を高く設定することができ、経済性を高めることができる。特に、ＮＦ膜やＲＯ膜を用いる場合には、膜面の汚染を防止できるので、ファウリング層内部での過剰な濃度分極現象を制限でき、塩類や溶存有機物濃度の低い膜透過水を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００２１】
図１，２は、本発明の凝集処理装置を備える水処理装置の実施の形態を示す系統図であり、図３は本発明に好適な濾過時間測定器の一例を示す系統図である。
【００２２】
図１，２において、１は原水槽である。２は凝集撹拌槽であり、撹拌機１２を備える。３は沈殿槽である。４は凝集剤貯槽であり、薬注ポンプ１４を備える。５は制御装置、６は濾過装置、７は中間槽、８は膜分離装置、１０は濾過時間測定器であり、この濾過時間測定器１０の検出値が制御装置５に入力され、この制御装置５から、薬注ポンプ１４の回転数制御信号が出力される。
【００２３】
図１において、濾過時間測定器１０は凝集撹拌槽２に設けられている。図２において、濾過時間測定器は中間槽７に設けられている。
【００２４】
原水は、原水槽１を経て凝集撹拌槽２に導入される。凝集撹拌槽２において、原水は、凝集剤貯槽４の無機凝集剤が薬注ポンプ１４により添加されると共に、撹拌機１２により撹拌されて凝集処理される。この凝集撹拌槽２への凝集剤添加量は、濾過時間測定器１０の検出値に基いて制御される。即ち、例えば、制御装置５において、入力された濾過時間測定器１０の検出値を後述の式に代入し、その算出結果に基いて薬注ポンプ１４の回転数が制御され、適正量の無機凝集剤が添加される。この薬注ポンプ１４としては、市販の可変式定量ポンプ等が用いられる。
【００２５】
凝集撹拌槽２内で凝集剤が添加されて撹拌されることにより凝集処理された凝集処理水は、沈殿槽３に導入されて凝結、凝集粒子が沈降分離され、上澄水が取り出され、次いで濾過装置６で更に固液分離される。この濾過装置６としては、砂濾過装置、複層濾過装置、繊維濾過装置等を用いることができる。
【００２６】
濾過装置６の濾過水は中間槽７を経て膜分離装置８で膜分離処理され、膜透過水が処理水として取り出される。
【００２７】
濾過時間測定器１０は、例えば図３に示す如く、試料水を導入するポンプ２１と、導入した試料水をメンブレンフィルタ（以下「ＭＦ」と略記する。）２４で、図示しない加圧又は吸引装置により一定の圧力で加圧又は吸引濾過し、濾過水を濾過水計量槽２５に受けた後測定系から排出する構成とされている。この濾過時間測定器１０では、所定量の試料水を濾過する毎に、新しいＭＦ面で濾過することができるように、試料水の濾過部は、Ｔ２４を支持して試料水を濾過するための濾紙フォルダ２２と、この濾紙フォルダ２２の試料水濾過部にＭＦを給紙する給紙ユニット２３とで構成される。この給紙ユニット２３は、ＭＦの送り出しロール２３Ａと巻き取りロール２３Ｂを有し、送り出しロール２３Ａから新品のＴ２４を送り出して供給し、巻き取りロール２３Ｂで使用済みＭＦ部分を巻き取る構成とされている。
【００２８】
濾過時間測定器１０の濾過部で所定の圧力で加圧又は吸引濾過された濾過水は、濾過水計量槽２５に受け入れられ、水位計（レベルスイッチ）２６の検出値で、所定の濾過水が得られたことを検知したときに、この所定量の濾過水が得られるまでの時間が計測ユニット２７で計測される。
【００２９】
本発明において、この濾過時間に基く無機凝集剤添加量の制御は、例えば次のようにして行うのが好ましい。
【００３０】
即ち、凝集処理水を固液分離して得られる分離液の所定量（例えば５００ｍＬ）をフィルタ（例えば、直径２５〜６７ｍｍのフォルダに取り付けられた孔径０．２〜０．４５μｍのＭＦ）で所定の圧力で加圧又は吸引濾過した際の濾過時間（秒）を検出し、下記（１）式で合計濾過時間Ｔｘを算出すると共に下記（２）式で濾過時間変化率Ｔｙを算出し、Ｔｘ及びＴｙがそれぞれ予め設定した基準値以下である場合には、予め定めた基準となる無機凝集剤添加量Ｍを維持し、Ｔｘ及びＴｙのうちの少なくとも一方が予め設定した基準値を超える場合に無機凝集剤添加量の調整を行うことが好ましい。
合計濾過時間Ｔｘ＝Ｔ１＋Ｔ２ ‥（１）
濾過時間変化率Ｔｙ＝Ｔ２／Ｔ１ ‥（２）
Ｔ１：所定量の前記分離液を濾過するに要する時間
Ｔ２：Ｔ１計測後、次の所定量の前記分離液を濾過するに要する時間
Ｔｘ値、Ｔｙ値の基準値は、用いるＭＦの種類や吸引又は加圧濾過条件によって異なり、それぞれの条件に応じて設定されるが、例えば直径４７ｍｍ、孔径０．４５μｍのＭＦを用いて５０ｋＰａで加圧又は吸引濾過する場合、Ｔｘ値の基準値は、８０〜３００秒、例えば２００秒、Ｔｙ値の基準値は１．０５〜１．３、例えば１．２に設定することができる。
【００３１】
一般的には、Ｔｘ値、Ｔｙ値が共に基準値以下である場合には、予め定めた無機凝集剤添加量Ｍにおいて、十分な凝集処理がなされていると判断し、当該無機凝集剤添加量Ｍで無機凝集剤を添加し、Ｔｘ値、Ｔｙ値のいずれか一方が基準値を超える場合には、無機凝集剤添加量が不足しているために、凝集不良が起きていると判断し、無機凝集剤添加量を予め定めた無機凝集剤添加量Ｍよりも多くする。そして、再びＴｘ値、Ｔｙ値が共に基準値以下となった場合には、再び無機凝集剤添加量をＭに戻す。
【００３２】
Ｔｘ値、Ｔｙ値が基準値を超えた場合に増加させる無機凝集剤添加量は、Ｍに対して、常に所定の値でも良く、また、Ｔｘ値及びＴｙ値が共に基準値を超える場合とＴｘ値及びＴｙ値の一方が基準値を超える場合とで、その増加量を変えても良く、また基準値との差の大小によりその増加量を変えるようにしても良い。
【００３３】
ここで、前記ＴｘとＴｙの２指標を用いて制御する利点は、次の事項に基く。即ち、原水の水源によっては、Ｔｘが小さくＴｙが大きい場合、或いはＴｘが大きくＴｙが小さい場合があるが、Ｔｘが小さくＴｙが大きい場合、多くの場合、後段の膜分離工程への障害は小さい。これに対して、Ｔｘが大きくＴｙが小さい場合には、後段の膜分離工程のファウリングをもたらすことが多い。この原因は明確ではないが、凝集処理後の固液分離水に残存する微小な粒子の濾過性に基くものと考えられる。従って、このような原水変動に対しても的確に凝集性を制御するには、ＴｘとＴｙとの２指標を用いることが有効となる。
【００３４】
本発明における濾過時間及びその変化率に基く無機凝集剤添加量の制御方法は、何ら上述の方法に限定されるものではない。例えば、合計濾過時間及びその変化率は、それぞれ下記（１’），（２’）式により算出しても良い。
合計濾過時間Ｔｘ＝Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３ ‥（１）
濾過時間変化率Ｔｙ＝Ｔ３／Ｔ１ ‥（２）
Ｔ１：所定量の前記分離液を濾過するに要する時間
Ｔ２：Ｔ１計測後、次の所定量の前記分離液を濾過するに要する時間
Ｔ３：Ｔ２計測後、次の所定量の前記分離液を濾過するに要する時間
即ち、前記（１），（２）式では、２点の濾過時間の測定値に基いて合計濾過時間とその変化率を求めているが、３点以上の濾過時間の測定値に基いて同様の計算を行って合計濾過時間とその変化率を求めても良い。
【００３５】
以上は、濾過性能として、濾過時間を採用し、濾過時間に基く無機凝集剤添加量の制御を行う場合について説明したが、本発明では、凝集処理水を固液分離して得られた分離液を、フィルタにより所定の圧力で加圧又は吸引濾過する際に、所定時間内に濾過し得る濾過水量に基いて無機凝集剤添加量を制御することもできる。
【００３６】
この場合に、この濾過水量に基く無機凝集剤添加量の制御は、例えば次のようにして行うのが好ましい。
【００３７】
即ち、凝集処理水を固液分離して得られる分離液を所定時間（例えば１８０分）内にフィルタ（例えば、直径２５〜６７ｍｍのフォルダに取り付けられた孔径０．２〜０．４５μｍのＭＦ）で所定の圧力で加圧又は吸引濾過した際の濾過水量（ｍＬ）を検出し、下記（３）式で合計濾過水量Ｗｘを算出すると共に下記（４）式で濾過水量変化率Ｗｙを算出し、Ｗｘ及びＷｙがそれぞれ予め設定した基準値以上である場合には、予め定めた基準となる無機凝集剤添加量Ｍを維持し、Ｗｘ及びＷｙのうちの少なくとも一方が予め設定した基準値を下回る場合に無機凝集剤添加量の調整を行うことが好ましい。
合計濾過水量Ｗｘ＝Ｗ１＋Ｗ２ ‥（３）
濾過水量変化率Ｗｙ＝Ｗ２／Ｗ１ ‥（４）
Ｗ１：所定時間内に前記分離液を濾過し得る水量
Ｗ２：Ｗ１計測後、次の所定時間内に前記分離液を濾過し得る水量
Ｗｘ値、Ｗｙ値の基準値は、用いるＭＦの種類や吸引又は加圧濾過条件によって異なり、それぞれの条件に応じて設定されるが、例えば直径４７ｍｍ、孔径０．４５μｍのＭＦを用いて５０ｋＰａで加圧又は吸引濾過する場合、Ｗｘ値の基準値は、５００〜２０００ｍＬ、例えば１０００ｍＬ、Ｗｙ値の基準値は１．０５〜１．３、例えば１．２に設定することができる。
【００３８】
一般的には、Ｗｘ値、Ｗｙ値が共に基準値以上である場合には、予め定めた無機凝集剤添加量Ｍにおいて、十分な凝集処理がなされていると判断し、当該無機凝集剤添加量Ｍで無機凝集剤を添加し、Ｗｘ値、Ｗｙ値のいずれか一方が基準値を下回る場合には、無機凝集剤添加量が不足しているために、凝集不良が起きていると判断し、無機凝集剤添加量を予め定めた無機凝集剤添加量Ｍよりも多くする。そして、再びＷｘ値、Ｗｙ値が共に基準値以上となった場合には、再び無機凝集剤添加量をＭに戻す。
【００３９】
Ｗｘ値、Ｗｙ値が基準値を下回った場合に増加させる無機凝集剤添加量は、Ｍに対して、常に所定の値でも良く、また、Ｗｘ値及びＷｙ値が共に基準値を下回る場合とＷｘ値及びＷｙ値の一方が基準値を超える場合とで、その増加量を変えても良く、また基準値との差の大小によりその増加量を変えるようにしても良い。
【００４０】
ここで、前記ＷｘとＷｙの２指標を用いて制御する利点は、前述の濾過時間に基く制御の場合と同様である。即ち、原水の水源によっては、Ｗｘが小さくＷｙが大きい場合、或いはＷｘが大きくＷｙが小さい場合があるが、Ｗｘが小さく、Ｗｙが大きい場合、多くの場合、後段の膜分離工程への障害は小さい。これに対して、Ｗｘが大きく、Ｗｙが小さい場合には、後段の膜分離工程のファウリングをもたらすことが多いためであり、このような原水変動に対しても的確に凝集性を制御するには、ＷｘとＷｙとの２指標を用いることが有効となる。
【００４１】
本発明における濾過水量及びその変化率に基く無機凝集剤添加量の制御方法は、何ら上述の方法に限定されるものではない。例えば、合計濾過水量及びその変化率は、それぞれ下記（３’），（４’）式により算出しても良い。
合計濾過時間Ｗｘ＝Ｗ１＋Ｗ２＋Ｗ３ ‥（３’）
濾過時間変化率Ｗｙ＝Ｗ３／Ｗ１ ‥（４’）
Ｗ１：所定時間内に前記分離液を濾過し得る水量
Ｗ２：Ｗ１計測後、次の所定時間内に前記分離液を濾過し得る水量
Ｗ３：Ｗ２計測後、次の所定時間内に前記分離液を濾過し得る水量
即ち、前記（３），（４）式では、２点の濾過水量の測定値に基いて合計濾過水量とその変化率を求めているが、３点以上の濾過水量の測定値に基いて同様の計算を行って合計濾過水量とその変化率を求めても良い。
【００４２】
なお、最初の濾過性能（即ち、濾過時間又は濾過水量）の測定時点と次の濾過性能の測定時点との時間間隔は、過度に長いと即時的な無機凝集剤添加量の制御を行えず、過度に短いと測定頻度が高いことにより操作が煩雑となるおそれがあることから、濾過性能の測定時間間隔は５〜３０分程度とすることが好ましい。
【００４３】
また、濾過性能の測定値に基く無機凝集剤添加量の制御は、０．５〜３時間に１回の頻度で行うことが好ましい。
【００４４】
図２に示す水処理装置においては、濾過時間測定器１０は、濾過装置６の濾過水、即ち、凝集処理水の固液分離水が導入される中間槽７に設けられているため、図３に示すような濾過時間測定器により、この中間槽７内の水を試料水としてそのまま導入してＭＦで濾過することにより、無機凝集剤添加量制御のための濾過時間の計測を行うことができる。
【００４５】
しかし、濾過時間測定器１０を図１に示す如く凝集撹拌槽２に設ける場合、濾過時間測定器１０の導入側に更に固液分離手段を設ける必要がある。この場合、例えば、図３に示す濾過時間測定器１０の前段に砂濾過カラムや濾過ホルダ等を設ける方法が挙げられる。
【００４６】
濾過時間測定器１０は凝集撹拌槽２、中間槽７の他、沈殿槽３に設けることも可能であり、この場合においても濾過時間測定器前段の固液分離手段を設けることができる。
【００４７】
濾過時間測定器１０は、濾過時間の測定を繰り返し行うことができるように、図３に示す如く、フィルタの交換（新しいフィルタ面の付与）が自動的に行える構成であるか、或いはフィルタの自動洗浄が行える構成であることが好ましい。また、濾過時間測定器１０は、水の温度補正や粘度補正を行うことができるものであることが好ましい。
【００４８】
濾過時間測定器１０に用いるＭＦとしては、測定制御系の環境（水質、温度等）に応じて適切な濾過時間及びその変化率を測定できる範囲で、孔径や膜材質が選択されるが、特にミリポア社製セルロース混合エステル製ＭＦ（孔径０．４５μｍ）が好ましく用いられる。
【００４９】
また、濾過時間測定器の加圧又は吸引装置についても、測定制御系の環境（水質、温度等）に応じて適切な濾過時間及びその変化率を測定できる範囲で、一定の圧力を付与できるものが選択使用される。
【００５０】
濾過時間測定器の代りに濾過水量測定器を設ける場合についても同様である。
【００５１】
濾過時間測定器としては、濾過時間を計測できるものであれば良く、図３に示すようなＭＦを用いた濾過時間測定器の他、ＭＦの汚れ指数を測定するＦＩ計等を用いることもできる。また、濾過水量測定器としても、濾過時間測定器と同様のものを用いることができる。
【００５２】
なお、図１，２は本発明の実施の形態の一例を示すものであり、本発明はその要旨を超えない限り、何ら図示のものに限定されるものではない。
【００５３】
例えば、原水の有機物を検出するセンサとして、市販のＴＯＣ計やＣＯＤ計、その他、２６０ｎｍ近辺の紫外部単波長のＵＶ計、２００ｎｍ近傍から７００ｎｍ近傍の紫外から可視光の領域を走査して広範囲の吸光度を検出するセンサ等を設け、このスペクトルパターンから、更に操作ｐＨや凝集撹拌強度を制御することも可能である。この場合、凝集撹拌槽２内の撹拌強度を調整する装置としては、撹拌翼を駆動するモーターの回転数を制御する装置や、凝集撹拌槽の液体を汲み上げてポンプ循環させる装置及び管路内部で液体を撹拌させるスタティックミキサー等撹拌素子をポンプと連結させた装置が用いられる。
【００５４】
また、凝集処理には無機凝集剤と更に凝集補助剤としての高分子凝集剤を併用しても良く、また、この高分子凝集剤の添加量の制御手段を設けても良い。
【００５５】
図１，２では、無機凝集剤を凝集撹拌槽２に添加しているが、凝集剤は、凝集撹拌槽２への原水導入配管に注入しても良い。更に、図１，２では、凝集処理水の固液分離手段として沈殿槽３、濾過装置６、及び膜分離装置８を示したが、本発明はこの構成に限らず、沈殿槽、浮上槽、濾過装置、膜濾過装置等の１種又は２種以上の組み合せよりなる固液分離手段の前段の凝集手段として有効に適用可能である。
【実施例】
【００５６】
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
【００５７】
実施例１
有機物汚染の進んだＡ河川を水源として凝集・沈殿・砂濾過・膜分離を行う図２に示す水処理装置を用いて、本発明による凝集処理を行い、凝集処理水を、沈殿槽３、砂濾過装置６及びＵＦ膜分離装置７で順次固液分離した。
【００５８】
凝集撹拌槽２には、無機凝集剤としてポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）を添加した。砂濾過装置６には、有効径０．４５ｍｍの濾過砂を６００ｍｍの高さに積層したカラムを用いた。また、ＵＦ膜分離装置７のＵＦ膜としては、クラレ（株）製の分画分子量１３，０００、内径１．１５ｍｍのポリスルフォン製中空糸膜を用い、濾過流束４ｍ／ｄで濾過した。
【００５９】
濾過時間測定器１０には、孔径０．４５μｍのロール状のＭＦ（ミリポア社製セルロース混合エステルＭＦ）を取り付け、５０ｋＰａの加圧濾過時の最初の５００ｍＬの試料水（中間槽７内の砂濾過装置６の濾過水）を濾過するに要する濾過時間Ｔ１と、その後の５００ｍＬの試料水を濾過するに要する濾過時間Ｔ２とを計測し、水の粘度補正したそのそれぞれの値から、前述の（１）式及び（２）式に従って、Ｔｘ値とＴｙ値を算出した。なお、水の粘度補正は、具体的には２５℃の時の粘度をμ２５、温度ｔ℃の時の粘度をμｔとして、その比μ２５／μｔをＴｘ値やＴ１，Ｔ２の値に乗ずることにより行った。
【００６０】
用いた濾過時間測定器１０は、濾紙フォルダ２２を空気シリンダーにより開枠、開閉でき、ロール状のＴ２４を給紙ユニット２３によりこの濾紙フォルダ２２に順次移送して、常に新しい濾紙面で濾過できる構成のものである。なお、濾過時間は３０分間隔で試料水を採水して計測し、３時間に１回の頻度で無機凝集剤添加量の制御を行った。
【００６１】
Ｔｘ値の基準値を２００秒、Ｔｙ値の基準値を１．１５とし、Ｔｘ値及びＴｙ値がいずれも基準値以下の場合は、予めジャーテスターにより定めたＰＡＣ添加量を維持し、Ｔｘ値及びＴｙ値の一方又は双方が基準値を超える場合には、ＰＡＣ添加量を増やすようにＰＡＣ添加量を制御して凝集処理を行った。
【００６２】
このときの通水結果を表１に示した。
【００６３】
比較例１
実施例１において、ＰＡＣ添加量の制御は行わず、ＰＡＣ添加量固定としたこと以外は同様にして処理を行った。ただし、ＰＡＣ添加量はジャーテスターで適正添加量を求めることにより、毎日１度の頻度で設定した。このときの通水結果を表１に示した。
【００６４】
上記実施例１及び比較例１は、６月に入り、晴天、降雨で水質変動が生じた時期（原水のＵＶ２６０ｎｍの吸光度が約０．１６〜０．１９の範囲で変動した時期）に、それぞれ１週間の通水を行ったものであり、実施例１の処理後、ＵＦ膜分離装置のＵＦ膜を新品に取り替えて比較例１の処理を実施した。表１中、平均ＰＡＣ添加濃度は、ＰＡＣ消費量から算出したものである。また、ΔＰ上昇速度はＵＦ膜分離装置の膜差圧の上昇速度である。
【００６５】
【表１】
【００６６】
表１より次のことが明らかである。
【００６７】
実施例１では、Ｔｘ値及びＴｙ値が予め設定した基準値以下となるようにＰＡＣ添加量の制御を行ったことにより、Ｔｘ値及びＴｙ値は低い値で推移した。一方、比較例１では、毎日のジャーテストでＰＡＣ添加量を設定したが、夜間等原水変動に追随できず、Ｔｘ値及びＴｙ値ともに、実施例１の基準値を上回るデータが認められた。
【００６８】
原水当たりの平均ＰＡＣ添加濃度は、実施例１で２５ｍｇ／Ｌであったが、比較例１では３６ｍｇ／Ｌと過剰になる場合があった。
【００６９】
このように、ＰＡＣ添加量は比較例１の方が実施例１よりも多いにもかかわらず、砂濾過水の水質は、比較例１の方が実施例１よりも悪く、特に、Ａｌ濃度が大幅に高い場合があった。そして、この結果、ＵＦ膜の差圧上昇速度は実施例１で０．１８ｋＰａ／ｄと極めて小さく、濾過性能が安定であったのに対して、比較例１では、ＵＦ膜の差圧上昇速度は０．６７ｋＰａ／ｄとなり、実施例１と比べて高く、薬品洗浄頻度を高くする必要があると結論付けられた。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明は、天然水を原料とする用水処理や、工場排水又は下水等を処理する廃水処理等の各種水処理における原水の凝集処理に有効に適用される。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の凝集処理装置を備える水処理装置の実施の形態を示す系統図である。
【図２】本発明の凝集処理装置を備える水処理装置の他の実施の形態を示す系統図である。
【図３】本発明に好適な濾過時間計測器の一例を示す系統図である。
【符号の説明】
【００７２】
１ 原水槽
２ 凝集撹拌槽
３ 沈殿槽
４ 凝集剤貯槽
５ 制御装置
６ 濾過装置
７ 中間槽
８ 膜分離装置
１０ 濾過時間測定器
１４ 薬注ポンプ
２２ 濾紙フォルダ
２３ 給紙ユニット
２４ ＭＦ（メンブレンフィルタ）
２５ 濾過水計量槽
２６ 水位計
２７ 計測ユニット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原水に無機凝集剤を添加して凝集処理する凝集処理装置において、
原水に無機凝集剤を添加する凝集剤添加手段と、
凝集処理水を固液分離する固液分離手段と、
固液分離手段で分離された分離液を所定の圧力で加圧又は吸引濾過するフィルタと、
該フィルタで前記分離液の所定量を濾過するに要する濾過時間、又は該フィルタで前記分離液を所定時間内に濾過し得る濾過水量で定義される濾過性能と、該濾過性能の経時変化率とを検出する検出手段と、
該検出手段の検出結果に基いて、前記凝集剤添加手段の無機凝集剤添加量を制御する凝集剤添加量制御手段とを備えてなることを特徴とする凝集処理装置。
【請求項２】
原水に無機凝集剤を添加して凝集処理する凝集処理方法において、
凝集処理水を固液分離して得られる分離液をフィルタで所定の圧力で加圧又は吸引濾過する際に、該分離液の所定量を濾過するに要する濾過時間、又は該分離液を所定時間内に濾過し得る濾過水量で定義される濾過性能と、この濾過性能の経時変化率とを検出し、
検出された濾過性能及び濾過性能の経時変化率がそれぞれ予め設定した基準値を満たす場合には、予め定めた基準となる無機凝集剤添加量を維持し、該濾過性能及び濾過性能の経時変化率のうちの少なくとも一方が予め設定した基準値を満たさない場合には無機凝集剤添加量の調整を行うことを特徴とする凝集処理方法。
【請求項３】
原水に無機凝集剤を添加して凝集処理する際の無機凝集剤添加量を制御する薬注制御装置において、
凝集処理水を固液分離して得られた分離液を所定の圧力で加圧又は吸引濾過するフィルタと、
該フィルタで前記分離液の所定量を濾過するに要する濾過時間、又は該フィルタで前記分離液を所定時間内に濾過し得る濾過水量で定義される濾過性能と、該濾過性能の経時変化率とを検出する検出手段と、
検出された濾過性能及び濾過性能の経時変化率がそれぞれ予め設定した基準値を満たす場合には、予め定めた基準となる無機凝集剤添加量を維持し、該濾過性能及び濾過性能の経時変化率のうちの少なくとも一方が予め設定した基準値を満たさない場合に無機凝集剤添加量の調整を行う制御手段とを有することを特徴とする薬注制御装置。
【請求項１】
原水に無機凝集剤を添加して凝集処理する凝集処理装置において、
原水に無機凝集剤を添加する凝集剤添加手段と、
凝集処理水を固液分離する固液分離手段と、
固液分離手段で分離された分離液を所定の圧力で加圧又は吸引濾過するフィルタと、
該フィルタで前記分離液の所定量を濾過するに要する濾過時間、又は該フィルタで前記分離液を所定時間内に濾過し得る濾過水量で定義される濾過性能と、該濾過性能の経時変化率とを検出する検出手段と、
該検出手段の検出結果に基いて、前記凝集剤添加手段の無機凝集剤添加量を制御する凝集剤添加量制御手段とを備えてなることを特徴とする凝集処理装置。
【請求項２】
原水に無機凝集剤を添加して凝集処理する凝集処理方法において、
凝集処理水を固液分離して得られる分離液をフィルタで所定の圧力で加圧又は吸引濾過する際に、該分離液の所定量を濾過するに要する濾過時間、又は該分離液を所定時間内に濾過し得る濾過水量で定義される濾過性能と、この濾過性能の経時変化率とを検出し、
検出された濾過性能及び濾過性能の経時変化率がそれぞれ予め設定した基準値を満たす場合には、予め定めた基準となる無機凝集剤添加量を維持し、該濾過性能及び濾過性能の経時変化率のうちの少なくとも一方が予め設定した基準値を満たさない場合には無機凝集剤添加量の調整を行うことを特徴とする凝集処理方法。
【請求項３】
原水に無機凝集剤を添加して凝集処理する際の無機凝集剤添加量を制御する薬注制御装置において、
凝集処理水を固液分離して得られた分離液を所定の圧力で加圧又は吸引濾過するフィルタと、
該フィルタで前記分離液の所定量を濾過するに要する濾過時間、又は該フィルタで前記分離液を所定時間内に濾過し得る濾過水量で定義される濾過性能と、該濾過性能の経時変化率とを検出する検出手段と、
検出された濾過性能及び濾過性能の経時変化率がそれぞれ予め設定した基準値を満たす場合には、予め定めた基準となる無機凝集剤添加量を維持し、該濾過性能及び濾過性能の経時変化率のうちの少なくとも一方が予め設定した基準値を満たさない場合に無機凝集剤添加量の調整を行う制御手段とを有することを特徴とする薬注制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００６−５５８０４（Ｐ２００６−５５８０４Ａ）
【公開日】平成１８年３月２日（２００６．３．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２４２５７９（Ｐ２００４−２４２５７９）
【出願日】平成１６年８月２３日（２００４．８．２３）
【出願人】（０００００１０６３）栗田工業株式会社 (1,536)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年３月２日（２００６．３．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年８月２３日（２００４．８．２３）
【出願人】（０００００１０６３）栗田工業株式会社 (1,536)
【Ｆターム（参考）】
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