CN1789161A - 水处理工艺运转辅助装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种水处理工艺运转辅助装置，非常适合辅助水处理工艺的运转条件的决定。在本发明的水处理工艺运转辅助装置(10)中，该水处理工艺具备在含有浊质粒子的原水中添加凝集剂并进行搅拌的混合工序、和对于从上述混合工序流出的水中所含有的浊质粒子的凝集物进行沉淀的分离工序，所述水处理工艺运转辅助装置的特征是，包含以下的机构而构成：粒径分布运算机构(11)，基于原水的条件和混合工序的处理条件，运算混合工序的浊质粒子和凝集物的粒径分布；浊度运算机构(13)，基于粒径分布和分离工序的处理条件，运算分离工序的流出水的浊度。

Description

水处理工艺运转辅助装置

技术领域

本发明涉及实施从含有浊质粒子的原水分离浊质粒子的水处理工艺设备的运转辅助装置。

背景技术

作为水处理工艺，例如，已知有以河流等漂流水(以下，称为原水)作为净水，得到上水的净水处理设备的凝集沉淀工艺。

凝集沉淀工艺，具有在含有浊质粒子的原水中添加凝集剂并搅拌的混合工序、和沉淀含在从混合工序流出的原水中的浊质粒子的凝集物的分离工序等。从分离工序流出的处理水，例如用作自来水。在此处的浊质粒子中，含有原水杂质中的混浊、病毒、细菌、天然的着色成分、藻类等微细粒子。此外，所述凝集物，是所谓的絮凝物或微细絮凝物等，利用凝集剂的作用结合形成浊质粒子。

在如此的凝集沉淀工艺中，例如在因降雨河水混浊时，为使处理水的浊度维持在目标范围，必须运转处理设备。例如，通过利用传感器在分离工序的流出口检测处理水的浊度，运转处理设备使处理水的浊度维持在目标范围，进行处理水的水质管理(例如，参照专利文献1)。

此外，提出了在凝集沉淀工艺的运转控制中，运算通过凝集沉淀工艺形成的絮凝物的平均粒径的方法(例如，参照专利文献2)。

专利文献1：特开2004-141782号公报

专利文献2：特开平7-112103号公报(图9)

可是，如专利文献1，在分离工序的流出口检测处理水的浊度的方式，作为暗箱进行水处理流程的各工序。因此，由于不能把握水处理流程的各工序的处理状态等，所以即使传感器的检测值超过设定值，也难特定其要因。因而，由于靠操作者的主观或直觉确定运转条件，所以存在未必能恰当地确定水处理工艺的运转条件的问题。

此外，如专利文献2，如果只运算絮凝物的平均粒径，存在未必能确切确定水处理流程的每个工序的运转条件的问题。

发明内容

本发明的目的在于，通过辅助水处理工艺的运转条件的确定，提供一种更适合的水处理工艺运转辅助装置。

为解决上述问题，在本发明提供一种水处理工艺运转辅助装置中，该水处理工艺具备在含有浊质粒子的原水中添加凝集剂并进行搅拌的混合工序、和对于从上述混合工序流出的水中所含有的浊质粒子的凝集物进行沉淀的分离工序，所述水处理工艺运转辅助装置的特征是，包含以下的机构而构成：粒径分布运算机构，基于所述原水的条件和所述混合工序的处理条件，运算所述混合工序的所述浊质粒子的粒径分布和所述凝集物的粒径分布；浊度运算机构，基于所述粒径分布和所述分离工序的处理条件，运算所述分离工序的流出水的浊度。

由此，运算的粒径分布，成为定量表示混合工序的处理状态等的指标。所以，能够从混合工序的处理状态等客观地把握凝集沉淀工艺的处理过程，提高浊度的预测精度。从而，通过对应分离工序的流出水的浊度，参照粒径分布，能够容易进行水处理工艺的运转条件的确定。换句话讲，由于粒径分布成为用于决定水处理工艺的运转条件的客观的判断指标，因此例如能够按每道工序迅速且确切地确定运转条件。

在此种情况下，粒径分布运算机构，能够按多个粒径中的每个运算浊质粒子和凝集物的粒子数或粒子体积的至少一方。由此，能够按各工序单位定量把握水处理工艺的运转状态。因此，例如能够按每道工序迅速且确切地确定运转条件。

此外，关于粒径分布运算机构，能够具有原水粒径分布运算机构，基于原水的水量、原水的水质、原水的水温、降雨量中的至少1个，运算供给混合工序的原水中的浊质粒子的粒径分布。该原水粒径分布运算机构，能够运算供给混合工序的原水中的浊质粒子的粒径、浊质粒子的粒子数中的至少1个。

此外，关于粒径分布运算机构，能够具有混合池粒径分布运算机构，该机构基于凝集剂的浓度、凝集剂的注入量、混合工序的搅拌力中的至少1个，运算混合工序的浊质粒子和凝集物的粒径分布。该混合池粒径分布运算机构具有运算混合工序的浊质粒子的凝集效率的机构，并且基于凝集效率运算混合工序的浊质粒子的粒径、浊质粒子的粒子数、凝集物的粒径、凝集物的粒子数、凝集物的密度中的至少1个。

此外，关于浊度运算机构，能够基于分离工序的原水的滞留时间或水深的至少1个，运算分离工序的流出水的浊度。

此外，能够具有显示机构，在显示画面上显示混合工序的浊质粒子和凝集物的粒径分布、或分离工序的流出水的浊度中的至少一方。该显示机构，能够以曲线表示混合工序的浊质粒子的粒子数、浊质粒子的粒子体积、凝集物的粒子数、凝集物的粒径、所述凝集物的密度、分离工序的流出水的浊度中的至少1个。

此外，本发明的水处理工艺运转辅助程序，包括：要求输入含有浊质粒子的原水的条件的指令；要求输入在所述原水中添加凝集剂并搅拌的混合工序的处理条件的指令；要求输入对从所述混合工序流出的水所含的所述浊质粒子的凝集物进行沉淀的分离工序的处理条件的指令；要求基于所述原水的条件和所述混合工序的处理条件，在运算装置中运算所述混合工序的所述浊质粒子的粒径分布及所述凝集物的粒径分布的指令；要求基于所述粒径分布和所述分离工序的处理条件，在运算装置中运算所述分离工序的流出水的浊度的指令；要求在显示画面显示所述混合工序的浊质粒子的粒径分布和凝集物的粒径分布、或所述分离工序的流出水的浊度的指令。

根据本发明，通过辅助水处理工艺的运转条件的确定，能够提供一种更适合的水处理工艺运转辅助装置。

附图说明

图1是应用本发明的水处理工艺运转辅助装置的一实施方式的构成图。

图2表示利用图1的粒径分布运算机构运算的粒径分布的显示例。

图3是以步骤S1～S4表示利用图1的粒径分布运算机构进行的粒径分布的运算顺序的流程图。

图4是以步骤S10、S11表示利用图3的步骤S1运算原水的粒径分布的顺序的流程图。

图5是以步骤S20～S25表示利用图3的步骤S2运算急速混合池中的粒径分布的顺序的流程图。

图6是图5所示的步骤S2的运算结果的显示例。

图7是以步骤S30～S34表示利用图3的步骤S3运算絮凝形成池中的粒径分布的顺序的流程图。

图8是以步骤S40～S42表示利用图3的步骤S4运算沉淀池中的粒径分布的顺序的流程图。

图9是图1的浊度运算机构的运算结果的显示例。

图10是图1的浊度运算机构的运算结果的显示例。

图中：10—水处理工艺运转辅助装置，11—粒径分布运算机构，12—净水处理设备，13—浊度运算机构，14—储水井，16—急速混合池，18—絮凝物形成池，20—沉淀池，28、36—搅拌装置，42—设备数据输入机构，44—条件输入机构，46—模型运算机构，48—显示机构。

具体实施方式

下面，说明应用本发明的水处理工艺运转辅助装置的一实施方式。本实施方式，是辅助进行作为水处理工艺的净水处理工艺的净水厂的处理设备的运转的例子。

图1是与净水设备12一同表示本实施方式的水处理工艺运转辅助装置10的构成的图示。净水设备12，例如，相对于河流等的漂流水(以下，称为原水)，通过实施作为净水处理工艺的凝集沉淀工艺，例如得到自来水。凝集沉淀工艺，是所谓的“凝集沉淀-急速过滤法”，具有在含有浊质粒子的原水中添加凝集剂并搅拌的混合工序、和沉淀从混合工序流出的原水中的浊质粒子的凝集物的分离工序。另外，浊质粒子，含有原水杂质中的混浊、病毒、细菌、天然着色成分、藻类等微细粒子。此外，所述凝集物，是所谓的絮凝物或微细絮凝物等，例如是1×10^-6m～1×10^-9的尺寸的微细粒子。

此处，根据本发明的水处理工艺运转辅助装置10，用于辅助净水设备12的运转，具有：粒径分布运算机构11，基于原水的条件和混合工序的处理条件，运算混合工序的浊质粒子和凝集物的粒径分布；浊度运算机构13，基于该粒径分布和分离工序的处理条件，运算分离工序的流出水的浊度。此处的原水的条件，例如是原水的水量、水质、水温、降雨量。混合工序的处理条件，例如是凝集剂的浓度、凝集剂的注入量、搅拌力。分离工序的条件，例如是原水的滞留时间、原水的有效水深。

下面，更具体地说明水处理工艺运转辅助装置10和净水处理设备12。如图1所示，净水处理设备12，具有：储水井14，贮存含有浊质粒子的原水，用于调整原水的水位和水量；急速混合池16，通过在从储水井14流出的流出水中添加凝集剂，急速搅拌，作为浊质粒子的凝集物形成微细絮凝物；絮凝物形成池18，通过缓慢搅拌来自急速混合池16的流出水，使微细絮凝物冲撞合为一体，形成絮凝物；沉淀池20，沉淀分离含在从絮凝物形成池18流出的水中的絮凝物；过滤池22，过滤从沉淀池20流出的水。

储水井14，配设设在原水的流入侧的流量计24、计测原水的水质或水温的计测传感器26。所谓由计测传感器26计测的水质，例如是浊度、pH值、碱性、有机物或金属离子的含有量等。

急速混合池16，配设具有搅拌原水的叶片的搅拌装置28、控制搅拌装置28的搅拌力(例如，旋转速度或搅拌速度)的搅拌控制装置30、向原水中注入凝集剂的凝集剂操作装置32、向凝集剂操作装置32供给凝集剂的凝集剂贮存设备34。凝集剂贮存设备34，作为凝集剂贮存PAC(聚氯化铝)、硫酸铝、硫酸亚铁、硫酸铁中的任何一种。贮存的凝集剂可以根据净水厂的实际情况决定。凝集剂操作装置32，基于事先设定的凝集剂的注入量、流量计24的计测值、从计测传感器26的计测值运算的凝集剂的注入量等，从凝集剂贮存设备34向急速混合池16注入凝集剂。搅拌控制装置30，基于事先设定的旋转速度、流量计24的计测值、从凝集剂操作装置32的操作值运算的旋转速度等，控制搅拌装置28。

絮凝物形成池18，分割成多段(例如，3段)，具有分别配设在各段的搅拌装置36、控制搅拌装置36的搅拌力的搅拌控制装置38。拌控制装置38，生成朝下游方向按段单位阶段地减小搅拌装置36的旋转速度或旋转数的指令。

沉淀池20，在流出口的下游侧配设计测传感器40。计测传感器40计测过滤池22的流出水的水质。此处所谓计测的水质，例如是浊度、色度、或有机物、氮、磷、金属离子的含有量等。

另外，水处理工艺运转辅助装置10，构成还包括：处理设备数据输入机构42，输入从净水处理设备12输出的计测值或处理设备的操作值等数据；条件输入机构44，从处理设备数据输入机构42输入数据，同时输入条件数据；模型运算机构46，基于从条件输入机构44输入的数据，运算急速混合池16或絮凝物形成池18的浊质粒子及凝集物的粒径分布和沉淀池20的流出水的浊度；显示机构48，具有显示从模型运算机构46输出的粒径分布及浊度显示画面；等。

处理设备数据输入机构42，例如，输入流量计24或计测传感器26的计测值、凝集剂操作装置32的操作量、搅拌操作装置30、38的操作量等数据，将输入数据发送给条件输入机构44。输入数据也可以是处理设备的24小时实测数据，或是根据日平均值和24小时变动图形制作的24小时预测数据，或经过24小时作为固定值的预测数据。

条件输入机构44具有原水条件输入机构50、土木结构输入机构52、凝集剂输入机构54、搅拌量输入机构56。此处的条件输入机构44，具有用于输入模拟计算所需的数据的键盘或鼠标等。也可以通过键盘或鼠标等，输入条件数据，或输入从处理设备数据输入机构42发送的计测值或操作值。

原水条件输入机构50，根据流量计24或计测传感器26的计测值，输入原水的水量、水质、水温等原水条件。土木结构输入机构52，输入处理设备机械的尺寸数据等结构条件。尺寸数据，例如是储水井14、急速混合池16、絮凝物形成池18、过滤池22等的各有效宽度、有效长度、有效水深、和絮凝物形成池18的搅拌处理的分割段数及分割状况。凝集剂输入机构54，根据凝集剂操作装置32的操作量，输入凝集剂的种类、碱性、浓度、凝集条件、注入量等注入条件。此处的凝集条件，例如是使凝集剂有效作用的pH值、碱性的范围等。搅拌量输入机构56，根据从处理设备数据输入机构42发送的搅拌操作装置30、38的操作量，输入搅拌速度、旋转速度、旋转叶片的面积、旋转叶片的半径等搅拌条件。

模型运算机构46，具有：粒径分布运算机构11，基于从条件输入机构44发送的原水条件数据和混合处理条件数据，运算急速混合池16或絮凝物形成池18中的浊质粒子和凝集物的粒径分布；浊度运算机构13，基于由粒径分布运算机构11运算的粒径分布和从条件输入机构44发送的分离处理条件数据，运算从沉淀池20流出的水的浊度。另外，浊度运算机构13，除沉淀池20的流出水的浊度外，也可以求出急速混合池16或絮凝物形成池18的流出水的浊度。

下面，接着净水处理设备12的凝集沉淀工艺，说明如此构成的水处理工艺运转辅助装置10的基本工作。首先，从贮水池或河流向储水井14供水。用储水井14调整供给的原水的水位和水量。从储水井14流出的原水，当在急速混合池16被注入凝集剂后，利用搅拌装置28急速搅拌。通过该搅拌，凝集剂与原水整体融为一体。急速混合池16内的原水所含的浊质粒子，由于表面的电荷被凝集剂中和，因此失去电反斥力。该浊质粒子通过利用搅拌作用相互接触，形成絮凝物。含有微细絮凝物的原水，在絮凝物形成池18被搅拌装置36缓慢搅拌。利用起因于该搅拌的水流运动，微细絮凝物通过相互冲撞合为一体，形成絮凝物。形成的絮凝物，随着在絮凝物形成池18的各段的搅拌而增大，作为可重力沉降的絮凝物生长。含在原水中的絮凝物在沉淀池20中重力沉降。在沉淀池20中未沉降的絮凝物成为处理水的浊质。在该沉淀池20的絮凝物的沉降速度，由于根据絮凝物的大小、密度、形状、水温等确定，因此需要以适当的尺寸、密度形成絮凝物形成池18的流出水所含的絮凝物。从沉淀池20流出的处理水，在通过过滤池22除去絮凝物后，经由消毒池或给排水系统，成为自来水。

在如此的凝集沉淀工艺中，净水处理设备12的计测值或操作值等数据，经由处理设备数据输入机构42，输出给条件输入机构44。从条件输入机构44，向模型运算机构46输入原水的条件、混合工序的处理条件、分离工序的处理条件。在模型运算机构46，基于各输入条件，利用粒径分布运算机构11运算粒径分布。运算的粒径分布，例如，是急速混合池16或絮凝物形成池18的浊质粒子及凝集物的粒径分布。基于如此的粒径分布，利用浊度运算机构13运算沉淀池20的流出水的浊度。从模型运算机构46输出的粒径分布或浊度，显示在显示机构48的显示画面上。

根据本实施方式的水处理工艺运转辅助装置10，能够求出急速混合池16或絮凝物形成池18的浊质粒子及凝集物的粒径分布、和沉淀池20的流出水的浊度。由此，运算的粒径分布，成为定量表示急速混合池16或絮凝物形成池18的混合工序的处理状态等的指标。所以，能够从混合工序的处理状态等客观地把握凝集沉淀工艺的处理过程，提高沉淀池20的流出水的浊度的预测精度。从而，通过对应沉淀池20的流出水的浊度，参照粒径分布，能够容易进行凝集沉淀工艺的运转条件的确定。

换句话讲，由于粒径分布成为用于决定凝集沉淀工艺的运转条件的客观的判断指标，因此例如能够按每道工序迅速且确切地确定运转条件。

此外，本实施方式的粒径分布运算机构11，能够按多个粒径中的每个运算浊质粒子和凝集物的粒子数或粒子体积。由此，能够按各工序单位定量把握凝集沉淀工艺的运转状态。因此，例如能够按每道工序迅速且确切地确定运转条件。

下面，参照图2～图10详细地说明本实施方式的水处理工艺运转辅助装置10的模型运算机构46。另外，粒径分布运算或浊度运算所用的模型的说明只是一例，还能够采用其它不同的运算方法。

图2表示利用粒径分布运算机构11的运算的粒径分布的表示例。图2的横轴表示粒径等级，纵轴表示相对于各粒径等级的粒子数。例如，采用公式1预先设定粒径分布。更具体地，作为粒径等级，将0.393×10^-6m～1909×10^-6m的范围分成92组。分开的各组的粒径为平均粒径。在此种情况下，图2的横轴的粒径等级为1、2、…92。与粒径等级1、2、3和、92对应的平均粒径为0.393×10^-6m、0.432×10^-6m、0.475×10^-6m、1909×10^-6m。公式1的d_i表示粒径等级i的平均粒径(m)。i表示粒径等级(i＝1、2、…n)的指数号码。

(公式1)

d_(i+1)＝d_i+d_i×0.1

此外，基于公式1的平均粒径，公式2、公式3、公式4表示定义粒径等级的例子。另外，粒径等级1由公式2定义。粒径等级2～(n-1)由公式3定义。粒径等级n由公式4定义。公式2～公式4的L_i表示粒径等级i。d_i表示粒径等级i的平均粒径(m)。i表示粒径等级(i＝1、2、…n)的指数号码。另外，在本实施方式中，如图2所示，作为粒径分布，表示粒径等级和粒子数的关系，但也可以是粒径等级和粒子体积的关系。

(公式2)

L₁＜(d₁+d₂)/2

(公式3)

(d_(i-1)+d₁)/2＜L_i＜(d_i+d_(i+1))/2

(公式4)

(d_(n-1)+d_n)/2＜L_n

图3是以步骤S1～S4表示粒径分布运算机构11的粒径分布的运算顺序的流程图。步骤S1采用利用振动试验等事先计测的基准粒分布、和利用原水条件输入机构50输入的原水条件，运算原水中所含的浊质粒子的粒径分布。步骤S2，采用由条件输入机构44输入的数据和步骤S1的粒径分布，运算急速混合池16中的浊质粒子和微细絮凝物的粒径分布。步骤S3，采用由条件输入机构44输入的数据和步骤S2的粒径分布，运算絮凝物形成池18中的浊质粒子、微细絮凝物和絮凝物的粒径分布。步骤S4，采用步骤S3的粒径分布，运算沉淀池20的粒径分布。

图4是以步骤S10、S11表示利用图3的步骤S1运算原水的粒径分布的顺序的流程图。步骤S10，基于由原水条件输入机构50输入的原水浊度，从基准粒径分布存储机构60读取该基准粒径分布。基准粒径分布存储机构60，安装在粒径分布运算机构11上，存储利用振动试验等事先计测的基准粒分布。基准粒径分布是原水浊度的有代表性的浊度中的浊质粒子的粒径分布。例如，分为低、中、高3个浊度等级，也可以是各自的有代表性的浊度的粒径分布。此外，也可以规定为按每个季节的有代表性的浊度的粒径分布。此外，也可以规定为根据降雨量的浊度的粒径分布。总之，步骤S10，从基准粒径分布存储机构60读取粒径分布，基于读取的粒径分布和原水的条件(浊度、水温、降雨量等)，决定用于以下步骤的运算的基准粒径分布。

步骤S11，采用在步骤S10决定的基准粒径分布和由原水条件输入机构50输入的原水浊度，运算原水的浊质粒子的粒子数。公式5表示该运算的一例。Nrw表示原水的浊质粒子的粒子数(个/L)。Ns表示基准的粒子数(个/L)。tu表示原水的浊度(mg/L)。tus表示基准粒径分布的浊度(mg/L)。通过重复如此的步骤S11，能够对全部的粒径等级运算原水的浊质粒子的粒子数，得到原水的粒径分布。

(公式5)

N_rw＝Ns×tu/tus

图5是以步骤S20～S25表示利用图3的步骤S2运算急速混合池16中的粒径分布的顺序的流程图。步骤S20，采用原水条件输入机构50输入的原水条件(浊度、pH值、碱性、水温等)、由凝集剂输入机构54输入的凝集剂注入量、由搅拌量输入机构56输入的搅拌装置28的搅拌力，运算凝集效率。所谓凝集效率，是原水的浊质粒子形成微细絮凝物的比例。例如，在将凝集效率的范围规定为0.0～1.0时，凝集效率0.0表示完全未凝集浊质粒子，凝集效率1.0表示全部凝集浊质粒子。公式6表示运算凝集效率的一例。公式6利用搅拌形成的浊质粒子运动强度、凝集剂注入形成的浊质粒子的电荷中和或架桥作用，计算凝集效率。α表示凝集效率(α＝0～1)。F(X)表示数理逻辑曲线(F(X)＝0～1、X＝D、ALT、AP)，如公式8所示。A、b是系数。D表示搅拌形成的浊质粒子运动强度。ALT是电荷中和强度的指标，表示相对于浊质粒子的表面的负电荷正电荷的多寡。AP是架桥作用强度的指标，表示相对于浊质粒子金属水合物的多寡。

(公式6)

α＝F(D)×F(ALT)×F(AP)

(公式7)

F(X)＝1/(1+exp(-a·X+b))

公式6中的浊质粒子运动强度的指标D，如公式8所示。电荷中和强度的指标ALT如公式9所示。架桥作用强度的指标AP如公式10所示。公式8～公式9的tu表示原水的浊度(mg/L)。temp表示水温(℃)。Alk表示原水的碱性(mg/L)。pH表示原水的pH值。CR表示凝集剂注入率(mg/L)。pHo表示凝集剂最佳pH值。K表示波尔兹曼系数(J/K)。μ表示水的粘性系数(Pa·s)。G表示搅拌强度指标G值(S^-1)，是表示搅拌粒的指标。Drw表示原水的浊质粒子的粒径(m)。a、b、c表示系数。

(公式8)

D＝K(temp×237.15)/(6·π·μ·d_rw)×G

(公式9)

ALT＝CR/tu

(公式10)

AP＝a·Alk/CR×[1-(pHo-b·pH)/14]²-c·tu

求出公式8的G(搅拌强度指标G值)的运算式，例如如公式11所示。如公式11所示，基于由搅拌量输入机构56输入的旋转速度、旋转叶片的面积和半径运算G。公式11的A表示旋转叶片的面积(m²)。D表示旋转叶片的直径(m)。R表示旋转速度(rpm)。Cp表示搅拌系数。V表示池的容积(m³)。ρ表示粒子的密度(kg/m³)。π表示圆周率。μ表示水的粘性系数(Pa·s)。在此处的公式11的G中，除搅拌强度指标G值外，例如也可以代入搅拌速度或通过搅拌产生的水流的速度梯度。

(公式11)

$G={\left(\frac{\mathrm{\ρ}\·\mathrm{Cq}\·A\·(0.5\·\mathrm{\π}\·D\·R)}{2\·\mathrm{\μ}\·V}\right)}^{\frac{1}{2}}$

步骤S21，采用通过步骤S20得到的凝集效率α，原水中所含的浊质粒子分为2个组。所分的组的一方是未凝集的浊质粒子，另一方是凝集的浊质粒子。运算各组的浊质粒子的粒子数。未凝集的浊质粒子，例如利用公式12运算。凝集的浊质粒子的粒子数，例如利用公式13运算。公式12或公式13的N_uc表示未凝集的浊质粒子的粒子数(个/L)。N_c表示凝集的浊质粒子的粒子数(个/L)。N_rw表示原水的浊质粒子的粒子数(个/L)。α表示凝集效率。

(公式12)

N_uc＝N_rw×(1-α)

(公式13)

N_c＝N_rw×α

步骤S22，运算凝集的浊质粒子生成的微细絮凝物的粒径。该微细絮凝物的粒径，例如利用公式14运算。公式14的d_rm表示微细絮凝物的粒径(m)。d_rm’表示微细絮凝物的平均粒径(m)。d_rm”表示微细絮凝物的最大粒径(m)。d_rw’表示原水的浊质粒子的平均粒径(m)。d_rw”表示原水的浊质粒子的最大粒径(m)。此处的d_rm’、d_rm”因凝集剂种类、凝集剂注入量、原水的浓度而不同，也可以代入振动试验等的计测值。

(公式14)

d_rm＝d_rm’+(d_rm”-d_rm’)/(d_rw”-d_rw’)×(d_rw-d_rw’)

步骤S23，运算微细絮凝物的密度。由于随着微细絮凝物的增大，增加絮凝物的间隙中所含的水的比例，因此微细絮凝物的密度缓慢减小。微细絮凝物的密度，利用公式15运算。公式15的ρ_rm表示微细絮凝物的密度(kg/m³)。ρ_rw表示原水的浊质粒子的密度(kg/m³)。ρW表示水的密度(kg/m³)。d_rw表示原水的浊质粒子的粒径(m)。d_rm表示微细絮凝物的粒径(m)。KP是系数。此外，微细絮凝物的密度，除基于公式15运算外，也可以参照公知的值，也可以是从实验得到的实测值。

(公式15)

ρ_rm＝ρw+(d_rw/d_rm)^KP×(ρ_rw+ρw)

步骤S24，采用公式16所示的质量保存定律，运算形成凝集的浊质粒子的微细絮凝物的粒子数。公式16的N_rm表示微细絮凝物的粒子数(个/L)。N_c表示凝集的浊质粒子的粒子数(个/L)。ρ_rm表示微细絮凝物的密度(kg/m³)。ρ_rm表示原水的浊质粒子的密度(kg/m³)。d_rm表示微细絮凝物的粒径(m)。d_rw表示原水的浊质粒子的粒径(m)。

(公式16)

N_rm＝N_c×d_rw ³×ρ_rw/(d_rm ³×ρ_rm)

通过重复如此的步骤S20、S21、S22、S23、S24的顺序，对全部粒径等级，运算未凝集的浊质粒子的粒子数、微细絮凝物的粒子数、粒径、密度。

步骤S25，按各粒径等级，合计利用步骤S21运算的未凝集的浊质粒子的粒子数、和利用步骤S24运算的微细絮凝物的粒子数，运算急速混合池16的粒径分布。

总之，图5所示的流程，基于S20求出的凝集效率α，利用S21运算浊质粒子的粒子数N_c。接着，利用S22、S23、S24运算微细絮凝物的粒径、密度、粒子数。

图6是图5所示的步骤S2的运算结果的显示例。如图6所示，显示画面被分为3个显示面积111～113。在各显示面积111～113上分别显示粒径分布。显示面积111是通过步骤S21的重复运算求出的未凝集的浊质粒子的粒径分布。显示面积112是通过步骤S21、S22、S23、S24的重复运算求出的微细絮凝物的粒径分布。显示面积113是合计显示面积111和显示面积112所示的粒径分布的粒径分布，表示急速混合池16的粒径分布。利用如此的显示方式，能够定量把握急速混合池16中的未凝集的浊质粒子的比例。在图6中，表示粒径分布曲线，但也可以表示分布的平均、分散、标准偏差等统计运算值。此外，也可以将粒径分布曲线的横轴规定为对数表示。

图7是以步骤S30～S34表示利用图3的步骤S3运算絮凝形成池18中的粒径分布的顺序的流程图。在絮凝形成池18中，通过粒子相互冲撞合为一体，增大絮凝物的粒子径，粒子的总数减少。基于如此的现象，在步骤S30，絮凝物的粒子数例如可利用公式17运算。根据公式17，采用粒子间的冲撞合为一体的所需时间T和滞留时间t，运算冲撞合为一体后的粒子数Nf’。此处的冲撞合为一体的所需时间T，例如利用公式18运算。此外，粒子冲撞机理A是表示粒子的布朗运动或搅拌形成的粒子间的冲撞频率的机理，例如可通过公式19运算。公式19中的搅拌强度指标G值可利用公式11运算。公式17的N_fo表示冲撞合为一体后的絮凝物的粒子数(个/L)。N_f表示冲撞合为一体前的絮凝物的粒子数(个/L)。T表示冲撞合为一体的所需时间(S/L)。t表示滞留时间(S)。A表示粒子的冲撞机理(S^-1·m³)。G表示搅拌强度指标G值(S^-1)。d_f表示冲撞合为一体前的絮凝物的粒径(m)。此外，除本运算例外，例如，采用粒子的冲撞概率、冲撞合为一体的凝集速度等，也可以运算冲撞后的粒子数。关于粒子的冲撞概率或凝集速度，也可以参照公知的值，也可以采用实验得到的实测值。

(公式17)

N_fo＝N_f/(1+t/T)

(公式18)

T＝1/(A×N_f)

(公式19)

A＝32/3·G·d_f ³

步骤S31，在公式20中代入步骤S30的冲撞合为一体前的絮凝物的粒子数及粒径、和冲撞合为一体后的絮凝物的粒子数，运算撞合为一体后的絮凝物的粒径。公式20的d_fo表示冲撞合为一体后的絮凝物的粒径(m)。d_f表示冲撞合为一体前的絮凝物的粒径(m)。N_fo表示冲撞合为一体后的絮凝物的粒子数(个/L)。N_f表示冲撞合为一体前的絮凝物的粒子数(个/L)。

(公式20)

d_fo＝(N_f×d_f ³×/N_fo)^1/3

步骤S32，例如采用公式21，运算冲撞合为一体后的絮凝物的密度。公式21的ρ_fo表示冲撞合为一体后的絮凝物的密度(kg/m³)。ρ_f表示冲撞合为一体前的絮凝物的密度(kg/m³)。Pw表示水的密度(kg/m³)。d_fo表示冲撞合为一体后的絮凝物的粒径(m)。d_f表示冲撞合为一体前的絮凝物的粒径(m)。KP是系数。

(公式21)

ρ_fo＝ρw+(d_f/d_fo)^KP×(ρ_f-ρw)

步骤S33运算搅拌形成的絮凝物的破坏。例如，以破坏超过规定尺寸的絮凝物的方式运算粒径。另外，所述规定尺寸用以搅拌强度作为变数的函数表示。例如，以搅拌强度越强规定尺寸越减小的方式运算。或以使破坏的絮凝物达到规定尺寸以下的方式运算。除所述的规定尺寸外，例如，也可以以按固定比例破坏各粒径等级的絮凝物的方式运算。所述固定比例，例如，也可以按每个粒径等级根据搅拌强度定义，或按每个粒径等级加权地定义。

通过重复如此的步骤S30、S31、S32、S33的顺序，对所有粒径等级，运算冲撞合为一体后的粒子数、粒径、密度。

步骤S34，按各粒径等级，合计通过步骤S30、S31、S32、S33的重复运算得到的冲撞合为一体后的粒子数，作为絮凝物形成池18的粒径分布。另外，在絮凝物形成池由多段(图1表示3段的实施例)构成时，通过在絮凝物形成池18的各段依次应用图7所示的流程，能够运算絮凝物形成池18的各段的粒径分布。

图8是以步骤S40～S42表示利用图3的步骤S4运算沉淀池中的粒径分布的顺序的流程图。步骤S40，例如利用公式22计算絮凝物的沉降速度。公式22的V_ff表示沉淀池流入絮凝物的沉降速度(m/s)。ρ_ff表示沉淀池流入絮凝物的密度(kg/m³)。Pw表示水的密度(kg/m³)。D_ff表示沉淀池流入絮凝物的粒径(m)。g表示重力加速度。此外，不局限于本实施方式的运算例，也可以在公式22中加入有关粒子间的干涉的修正系数。修正系数也可以参照文献值，也可以是实验得到的实测值。

(公式22)

V_ff＝1/18·g·(ρ_ff-ρw)/μ·d_ff ²

步骤S41，采用通过步骤S40求出的沉降速度、沉淀池20的滞留时间t和沉淀池20的水深H，例如利用公式23运算在沉淀池20中未沉的絮凝物的粒子数。公式23的N_ffo表示沉淀池流出絮凝物的粒子数(个/L)。N_ff表示沉淀池流出絮凝物的粒子数(个/L)。V_ff表示沉淀池流出絮凝物的沉降速度(m/s)。t表示沉淀池滞留时间(s)。H表示沉淀池水深(m)。

(公式23)

N_ffo＝N_ff×(1-V_ff·t)/H

通过重复如此的步骤S40、S41的顺序，对所有的粒径等级运算沉淀池流出粒子数。步骤S42，按粒径等级对所有的粒径等级合计沉淀池流出絮凝物的粒子数，运算沉淀池20的粒径分布。

图9表示在显示机构48的显示画面显示粒径分布运算机构11的运算结果的例子。如图9所示，显示画面例如被分为8个显示面积120～127。在各显示面积120～127上分别显示粒径分布。显示面积120表示通过步骤S11运算的原水的粒径分布。显示面积121表示通过步骤S25运算的急速混合池16的粒径分布。显示面积122表示通过步骤S34运算的絮凝物形成池18的粒径分布。显示面积123表示通过步骤S42运算的沉淀池的粒径分布。此外，显示面积124，是基于显示面积120的粒径分布，采用公式24，对全部粒子运算各粒径等级的离子体积所占的比例的结果。同样，显示面积125～127，是与显示面积121～123各自对应地，对全部粒子运算各粒径等级的离子体积所占的比例的结果。公式24的Vp_i表示粒径等级i的粒子所占的体积的比例(％)。N_i表示粒径等级i的絮凝物粒子数(个/L)。d_i表示粒径等级I的絮凝物粒径(m)。ρ_i表示粒径等级i的絮凝物密度(kg/m³)。i表示粒径等级(i＝1、2、…n)。

(公式24)

${\mathrm{Vp}}_i=\frac{4/3\·\mathrm{\π}\·{(d_i/2)}^3\·N_i\·{\mathrm{\ρ}}_i}{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}4/3\·\mathrm{\π}\·{(d_i/2)}^3\·N_i\·{\mathrm{\ρ}}_i}$

总之，如图9所示，显示机构48，用于在显示画面上显示混合工序的浊质粒子和凝集物的粒径分布，曲线表示混合工序的浊质粒子的粒子数、浊质粒子的粒子体积、凝集物的粒子数、凝集物的粒径、所述凝集物的密度。由此，能够定量把握混合工序的浊质粒子和凝集物的粒径分布(例如，相对于粒径等级的粒子数或粒子体积)。因此，通过参照粒径分布，例如能够按每道工序迅速且确切地确定运转条件。

下面，说明沉淀池20的流出水的浊度的运算及显示。浊度运算机构13，基于由粒径分布运算机构11运算的粒径分布，例如至少按照公式25运算沉淀池20的浊度。如公式25所示，浊度从沉淀池20的流出水所含的粒子的浓度换算。公式25的tu_o表示沉淀池流出水浊度(mg/L)。f表示浊度换算系数。C表示沉淀池流出水所含的粒子的浓度(mg/L)。此处，共是25式运算沉淀池流出水的浊度的例子，但也可以在急速混合池16、絮凝物形成池18，用同样的方法运算浊度。此外，浊度换算系数f，因急速混合池16、絮凝物形成池18、沉淀池20而异，也因净水厂而异。此外，不局限于本实施方式的浊度运算，例如，也可以将粒径分布曲线的积分值、偏差值、分散值等特性数据作为浊度指标。

(公式25)

tu_o＝f×C

图10是在显示机构48的显示画面显示浊度运算机构13的运算结果的例子。在本例中，也显示由原水条件输入机构31输入的原水的浊度。如图10所示，显示画面例如被分为2个显示面积128、129。显示面积128表示利用原水输入机构31输入的原水的浊度的24小时时间系列数据。显示面积129表示利用浊度运算机构13运算的沉淀池流出水浊度的24小时时间系列数据。

总之，如图10所示，显示机构48在显示画面上曲线表示从混合工序流出的水的浊度。由此，能够预测沉淀池20的流出水的浊度。此外，如本例，通过一并表示沉淀池20的流出水的浊度和原水的浊度，不仅能够预测沉淀池20的流出水的浊度，而且还能够把握凝集沉淀工艺的延迟时间即时间滞后。

如上所述，根据本实施方式的水处理工艺运转辅助装置10，由于能够定量把握急速混合池16的微细絮凝物，或絮凝物形成池18的絮凝物，或沉淀池20中的沉淀分离，所以能够辅助确定适当的运转条件。

以上，基于本实施方式说明了本发明，但也不局限于此。例如，说明了用于净水厂的运转辅助装置的例子，但是通过使用由在计算机中实现上述功能的程序构成的软件或存储该软件的记录介质(例如CD-ROM等)，能够将计算机作为运转辅助装置。例如，水处理工艺运转辅助程序，包括：输入含有浊质粒子的原水的条件的指令；输入在原水中添加凝集剂并搅拌的混合工序的处理条件的指令；输入沉淀从混合工序流出的水所含的浊质粒子的凝集物的分离工序的处理条件的指令；基于原水的条件和混合工序的处理条件，运算混合工序的浊质粒子及凝集物的粒径分布的指令；基于混合工序的粒径分布和分离工序的处理条件，运算分离工序的浊质粒子或凝集物的粒径分布的指令；在显示画面显示混合工序的浊质粒子的粒径分布或分离工序的流出水的浊度的指令。通过利用如此的程序，即使职员或专业技术人员少的企业，也能够期待水处理工艺的适当运转和业务的顺利化或效率化。

此外，在本实施方式中，说明了在净水厂应用本发明的例子，但本发明也能够用于废水处理、或工厂的化学处理或生物处理。

另外，补充说明凝集沉淀工艺的基本原理。在净水处理设备中，需要除去原水所含的杂质中的例如从1×10^-6m到1×10^-9m之间的尺寸的微细粒子。该浊质粒子，通常表面带负的电荷。因此，浊质粒子，由于即使相互接近也反斥，所以在原水中稳定地分散存在。基于如此的事实，在原水中添加具有与浊质粒子相斥的电荷即正电荷的凝集剂。通过在急速混合池急速搅拌添加了凝集剂的原水，使原水和凝集剂均匀化。

如此，如果添加凝集剂，由于中和浊质粒子的表面的电荷，所以失去浊质粒子的电反斥力。此时，对浊质粒子作用称为范德瓦耳斯力(van derWaal’s force)的分子间引力。因而，失去电反斥力的浊质粒子，通过利用布朗运动或水流相互接近结合，形成小块的微粒子。该微粒子通常称为微细絮凝物。在微细絮凝物的尺寸不在能够在沉淀池除去的范围时，为了增大该粒子，还要进行缓慢的搅拌。通过该搅拌，使微细絮凝物冲撞结合。从而，从微细絮凝物形成称为絮凝物的凝集块。

在絮凝物的生长过程中，只利用所述的范德瓦耳斯力，结合力不足，需要用于加强粒子间的结合(架桥作用)的物质。凝集剂在电中和的同时还具有该架桥作用。在絮凝物形成池生长的絮凝物在沉淀池因重力沉降分离。通过上述的沉淀工序除去原水中的浊质粒子。

利用如此的凝集沉淀工艺的浊质粒子除去功能，因原水的水质和水量、凝集剂或搅拌条件有较大不同。为了将从沉淀池流出的浊质粒子或浊度维持在目标范围内，需要适当管理凝集沉淀流程的工序。例如，要把握各池中的浊质粒子、微细絮凝物、絮凝物的粒径、粒子数、密度等，重要的是适合原水水质的凝集剂注入操作或搅拌粒操作所反映的运转。但是，实情是水质受自然界的影响(例如，降雨)，变动较大，或没有能够连续计测原水的粒径分布的计测器。此外，从急速混合池到沉淀池的流出口的滞留时间比较长，例如在3～4小时。因而，存在即使通过计测沉淀池的流出水的浊质粒子或浊度，控制凝集剂的注入量或搅拌力，也难立即改进该流出水的浊度的问题。

对于如此的问题，提出了多种方法。例如，有利用振动试验的实验方法(水道施工维护管理指针)。所谓振动试验，是将原水倒入烧杯，通过多种凝集剂注入量或搅拌力，实验实施凝集沉淀。基于该实验结果，决定沉淀池出口浊度的预测以及适当的运转操作。但是，振动试验法，由于需要时间和人力，因此不适合连续实施。此点，根据本实施方式的水处理工艺运转辅助装置10，通过参照粒径分布，能够定量预测浊度。

作为其它方法，提出了用传感器计测浊质粒子或浊度的方法(例如，特开2004-141782号公报)。采用该方法，能够把握从沉淀池流出的浊质粒子，但不清楚凝集沉淀工艺的反应过程。因此，例如，在从沉淀池大量流出浊质粒子的情况下，不能判断操作哪个仪表才好。此外，存在从急速混合池到沉淀池的流出口的无用时间长，即使水质急剧变动运转中也不能反映的问题。此点，根据本实施方式，由于通过参照粒径分布，能够定量把握混合工序的处理状态，因此容易按每道工序特定操作机器或操作内容。其结果，由于能够迅速且确切地确定运转条件，所以缩短到凝集沉淀工艺的反映时间。

作为其它方法，提出了计测急速混合池的电荷的方法(例如，特开2002-205076号公报)。该方法计测添加凝集剂的急速混合池的处理水的电荷量，以达到目标值地控制凝集剂注入量。但是，用电荷量表示的只是范德瓦耳斯力形成的结合。换句话讲，未考虑凝集反应的要素即架桥作用或布朗运动，不能把握粒径分布状态。此外，关于絮凝物形成池或沉淀池中的现象没有任何记载，存在难把握沉淀池出口的水质的问题。此点，根据本实施方式，能够定量把握絮凝物形成池18或沉淀池20的浊质粒子、微细絮凝物、絮凝物的粒径分布。

作为其它方法，提出了评价絮凝物的形成状态的方法(例如，特开2002-5814号公报)。该方法采用光学计测机构，评价急速混合池的絮凝物的形成状态，通过形成不良的絮凝物的比例控制凝集剂注入量。而且，能够评价急速混合池的粒径分布，但存在对于絮凝物形成池或沉淀池中的现象不能采取适度的搅拌的问题。此点，根据本实施方式，能够加进絮凝物形成池18或沉淀池20的处理状态，能够控制絮凝物形成池18或沉淀池20的搅拌力。

作为其它方法，提出了预测浊度的方法(例如，特开2002-119956号公报)。该方法从历史数据及事例预测沉淀池流出水的浊度，控制凝集剂注入率。但是，在积累能够与多种原水水质和水量、凝集剂注入量、搅拌力的组合对应的历史数据或事例之前，浊度的预测精度大幅度降低。此外，在无事例的条件下出现不能预测的问题。另外，由于作为暗箱进行凝集沉淀工艺的反应过程，由此，例如在从沉淀池大量流出浊质粒子的情况下，不能够判断如何操作才好。此点，根据本实施方式，由于运算的粒径分布是用于定量把握混合工序的处理状态的客观的指标，因此通过参照该粒径分布，能够提高分离工序的流出水的浊度的预测精度。

如此根据本实施方式，能够把握凝集沉淀工艺中的急速混合池16的微细絮凝物、絮凝物形成池18的絮凝物、沉淀池20中的沉降分离的状况。换句话讲，由于能够按各工序单位把握适合通常变动的原水水质的凝集剂和急速搅拌、在絮凝物形成池18的缓速搅拌、在沉淀池20中的沉降分离的复杂过程，所以能够容易更确切地确定水处理工艺的运转条件。

Claims (9)

1.一种水处理工艺运转辅助装置，该水处理工艺具备在含有浊质粒子的原水中添加凝集剂并进行搅拌的混合工序、和对于从上述混合工序流出的水中所含有的浊质粒子的凝集物进行沉淀的分离工序，所述水处理工艺运转辅助装置的特征是，包含以下的机构而构成：

粒径分布运算机构，基于所述原水的条件和所述混合工序的处理条件，运算所述混合工序的所述浊质粒子的粒径分布和所述凝集物的粒径分布；

浊度运算机构，基于所述粒径分布和所述分离工序的处理条件，运算所述分离工序的流出水的浊度。

2.如权利要求1所述的水处理工艺运转辅助装置，其特征是：所述粒径分布运算机构，对于所述浊质粒子和所述凝集物，将粒子数或粒子体积的至少一方按多个粒径中的每一个进行运算。

3.如权利要求1所述的水处理工艺运转辅助装置，其特征是：所述粒径分布运算机构具有原水粒径分布运算机构，该原水粒径分布运算机构基于所述原水的水量、所述原水的水质、所述原水的水温、降雨量中的至少1个，运算出所述原水中的所述浊质粒子的粒径分布。

4.如权利要求3所述的水处理工艺运转辅助装置，其特征是：所述原水粒径分布运算机构运算所述原水中的所述浊质粒子的粒径以及所述原水中的浊质粒子的粒子数中的至少1个。

5.如权利要求1所述的水处理工艺运转辅助装置，其特征是：所述粒径分布运算机构具有混合池粒径分布运算机构，该混合池粒径分布运算机构基于所述凝集剂的浓度、所述凝集剂的注入量、所述混合工序的搅拌力中的至少1个，运算所述混合工序的所述浊质粒子的粒径分布和所述凝集物的粒径分布。

6.如权利要求5所述的水处理工艺运转辅助装置，其特征是：所述混合池粒径分布运算机构，具有运算所述混合工序的所述浊质粒子凝集效率的机构，并且基于所述凝集效率运算出所述混合工序的所述浊质粒子的粒径、所述混合工序的所述浊质粒子的粒子数、所述凝集物的粒径、所述凝集物的粒子数、所述凝集物的密度中的至少1个。

7.如权利要求1所述的水处理工艺运转辅助装置，其特征是：所述浊度运算机构，基于所述分离工序的水的滞留时间或水深的至少1个，运算所述分离工序的流出水的浊度。

8.如权利要求1所述的水处理工艺运转辅助装置，其特征是：

具有显示机构，

在该显示机构的显示画面上显示所述混合工序的浊质粒子的粒径分布和所述凝集物的粒径分布、或所述分离工序的流出水的浊度中的至少一方，

所述显示机构以曲线表示所述混合工序的所述浊质粒子的粒子数、所述混合工序的所述浊质粒子的粒子体积、所述凝集物的粒子数、所述凝集物的粒径、所述凝集物的密度、所述分离工序的流出水的浊度中的至少1个。

9.一种水处理工艺运转辅助程序，其特征是，包括：

要求输入含有浊质粒子的原水的条件的指令；

要求输入在所述原水中添加凝集剂并搅拌的混合工序的处理条件的指令；

要求输入对从所述混合工序流出的水所含的所述浊质粒子的凝集物进行沉淀的分离工序的处理条件的指令；

要求基于所述原水的条件和所述混合工序的处理条件，在运算装置中运算所述混合工序的所述浊质粒子的粒径分布及所述凝集物的粒径分布的指令；

要求基于所述粒径分布和所述分离工序的处理条件，在运算装置中运算所述分离工序的流出水的浊度的指令；

要求在显示画面显示所述混合工序的浊质粒子的粒径分布和凝集物的粒径分布、或所述分离工序的流出水的浊度的指令。

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