JP2005103430A

JP2005103430A - 凝集装置及び凝集方法

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Publication number: JP2005103430A
Application number: JP2003339760A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Sawada; 繁樹澤田; Nobuaki Nagao; 信明長尾
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 2003-09-30
Filing date: 2003-09-30
Publication date: 2005-04-21
Anticipated expiration: 2023-09-30
Also published as: JP4244769B2

Abstract

【課題】凝集処理における撹拌強度及び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、凝集剤の過不足を防止して少ない凝集剤使用量で安定かつ効率的な凝集処理を行う。
【解決手段】原水を撹拌手段１２を備える凝集槽２に導入し、凝集剤を添加して撹拌することにより凝集処理する凝集装置及び凝集方法。原水中の凝集阻害物質量を検出する阻害物質検出センサ１１と、阻害物質検出センサ１１の検出値に基いて撹拌手段１２の撹拌強度を制御する撹拌強度制御手段５と、凝集槽２内の凝集状態を検出する凝集状態検出センサ１３と、凝集状態検出センサ１３の検出値に基いて凝集剤添加手段１４の凝集剤添加量を制御する凝集剤添加量制御手段５とを備えてなる。原水中の凝集阻害物質量の検出値に基いて撹拌強度を制御すると共に、凝集槽内の凝集状態の検出値に基いて原水への凝集剤添加量を制御することにより、良好な凝集処理を行える。
【選択図】図１

Description

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、原水に凝集剤を添加して撹拌することにより、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る凝集装置及び凝集方法に係り、特に、この凝集処理における撹拌強度及び凝集剤添加量を制御することにより、凝集阻害、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装置及び凝集方法に関する。

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。

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。

凝集処理における凝集効率の向上のためには、添加した凝集剤や凝集補助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。

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。

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。

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。

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。

一方、天然有機物や合成化学物質等の凝集阻害物質については、無機凝集剤との接触、衝突頻度を高めることにより、凝集阻害を防止し、凝集、凝結速度を速めることができることが知られているが、実際の撹拌槽にこのような条件設定を行うことは容易ではない。

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。

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し、また、凝集フロックの粒径から撹拌槽の撹拌機の回転数を決定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、一方、撹拌強度は、凝集フロックの粒径に基いて設定しているが、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。
特公平６−１０３２９６号公報特許第３２０５４５０号公報

本発明は、凝集処理における撹拌強度及び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、凝集剤の過不足を防止して少ない凝集剤使用量で安定かつ効率的な凝集処理を行う凝集装置と凝集方法を提供することを目的とする。

本発明の凝集装置は、原水に凝集剤を添加して撹拌することにより凝集処理する凝集装置において、原水が導入される凝集槽と、該凝集槽内の液を撹拌する撹拌手段と、原水に凝集剤を添加する凝集剤添加手段と、原水中の凝集阻害物質量を検出する阻害物質検出センサと、該阻害物質検出センサの検出値に基いて前記撹拌手段の撹拌強度を制御する撹拌強度制御手段と、凝集槽内の凝集状態を検出する凝集状態検出センサと、該凝集状態検出センサの検出値に基いて前記凝集剤添加手段の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。

本発明の凝集方法は、原水を撹拌手段を備える凝集槽に導入し、凝集剤を添加して撹拌することにより凝集処理する凝集方法において、原水中の凝集阻害物質量を検出し、この検出値に基いて前記撹拌手段の撹拌強度を制御すると共に、凝集槽内の凝集状態を検出し、この検出値に基いて原水への凝集剤添加量を制御することを特徴とする。

本発明では、凝集阻害を発生させる原水中の有機物等の阻害物質濃度を検出し、原水の凝集阻害傾向に応じて撹拌強度を制御することにより、阻害物質による凝集阻害を抑制して、凝集剤による凝集効果を高めることができる。この場合、撹拌強度は、凝集阻害の程度に応じて制御することができるため、撹拌のための過剰なエネルギーを消費することがない。そして、このように撹拌強度を制御することによる凝集阻害の抑制条件において、凝集状態をリアルタイムで検出し、その検出値に基いて凝集剤の添加量を制御することにより、凝集剤添加量を必要最低限に抑えた上で、良好な凝集処理を行うことができる。

本発明において、阻害物質検出センサとしては特に制限はないが、ＴＯＣ計、ＣＯＤ計又は吸光度計等を用いることができる。また、凝集状態検出センサとしても特に制限はないが、凝集槽内液の凝集粒子間の清澄度を検出する光遮断式微粒子センサ又は光散乱式微粒子センサ等を用いることができる。

本発明の凝集装置及び凝集方法によれば、凝集処理における撹拌強度及び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、凝集剤の過不足を防止して少ない凝集剤使用量で安定かつ効率的な凝集処理を行うことができる。

以下に図面を参照して本発明の凝集装置及び凝集方法の実施の形態を詳細に説明する。

図１は、本発明の凝集装置を備える凝集沈殿装置の実施の形態を示す系統図であり、図２は撹拌強度制御手段の例を示す撹拌槽の断面図である。

図１において、１は原水槽であり、阻害物質検出センサ１１を備える。２は凝集撹拌槽であり、撹拌機１２と凝集状態検出センサ１３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は制御装置であり、阻害物質検出センサ１１の検出値と、凝集状態検出センサ１３の検出値が入力され、撹拌機１２の撹拌強度制御信号と薬注ポンプ１４の回転数制御信号が出力される。

原水は、原水槽１に導入され、阻害物質検出センサ１１により、原水中の凝集阻害物質濃度、例えば有機物濃度が検出され、検出結果が制御装置５に入力される。この阻害物質検出センサ１１としては、市販のＴＯＣ計やＣＯＤ計の他、波長２６０ｎｍ近辺の紫外部短波長のＵＶ計、波長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できるセンサ等を好適に用いることができる。

原水槽１内の原水は次いで凝集撹拌槽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内の凝集状態が凝集状態検出センサ１３により検出され、検出結果が制御装置５に入力される。この凝集状態検出センサ１３としては、凝集撹拌槽２の液体を別の沈殿槽に移設して、一定時間沈降させた上澄みの濁度を検出する装置とセンサや、凝結ないし凝集した粒子のゼータ電位や流動電位を検出する装置とセンサ等も用いることもできるが、凝集撹拌槽２内にて凝結ないし凝集した粒子間の清澄度を検出する光遮断式微粒子センサや光散乱式微粒子センサが好適に用いられる。

凝集撹拌槽２の撹拌機１２の撹拌強度は阻害物質検出センサ１１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、入力された阻害物質検出センサ１１の検出値を予め設定した基準値と比較し、この検出値が基準値を上回る場合には、撹拌強度を上げ、基準値以下であれば撹拌強度を下げるように制御を行う。

なお、凝集撹拌槽２の撹拌強度の制御は、図２（ａ）に示す如く、撹拌機１２の駆動モーターに取り付けられた回転制御装置２１により、撹拌機１２の回転数を制御することにより行うことができる。また、図２（ｂ）に示す如く、撹拌機１２とは別に凝集撹拌槽２内の液を汲み上げて撹拌した後循環させる循環ポンプ２２とスタティックミキサー等の撹拌素子２４とを備える循環ライン２３を設け、凝集撹拌槽２内の液を取り出して撹拌した後戻すようにし、この循環ポンプ２２及び／又は撹拌素子２４の作動を制御することにより撹拌強度を制御することもできる。また、これらを併用して撹拌強度を制御することもできる。

凝集撹拌槽２への凝集剤添加量は、凝集状態検出センサ１３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、入力された凝集状態検出センサ１３の検出値を予め設定した凝集剤添加量の決定式に代入し、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。

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、上澄水が処理水として取り出される。

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。

図１，２には、ｐＨ調整手段は記載されていないが、撹拌槽２には、通常、ｐＨセンサと、このｐＨセンサの検出値に基いて酸及び／又はアルカリ剤のｐＨ調整剤を凝集撹拌槽２又は凝集撹拌槽２への原水導入配管２に添加する自動ｐＨ調整手段が設けられており、また、本発明では、このｐＨ調整手段の設定ｐＨ値を原水の阻害物質検出センサの検出値に基いて変更するｐＨ制御を行うようにしても良く、これにより、凝集阻害をより一層確実に抑制して、少ない凝集剤添加量で良好な凝集処理を行うことができるようになる。

また、原水量を計測する流量計を設け、原水中の凝集阻害物質量に応じて撹拌強度を制御すると共に、原水量の増減に応じて撹拌時間を制御するようにしても良く、これにより、不要な撹拌エネルギーの増加を抑えて、撹拌エネルギーの節減を図ることができる。

更には、原水の水温を計測する手段を設け、原水の水温を撹拌強度の制御に組み込むようにしても良く、これにより水温の低下に基く凝集阻害を撹拌強度を高めることにより抑制し、水温低下による凝集剤必要添加量の増加を抑止することができる。

また、図１では、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では、凝集処理水の固液分離手段として沈殿槽３を示したが、本発明は沈殿槽に限らず、浮上槽、濾過装置、膜濾過装置等の各種の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。

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。

実施例１
有機物汚染の進んだＡ河川を水源とする凝集・沈殿・砂濾過施設において、図１に示す凝集沈殿装置を用いて、本発明による凝集沈澱処理を行った。用いた凝集撹拌槽は有効容量３００ｍ^３のパドル式撹拌機（６０ｒ．ｐ．ｍ．，５ｋＷ）付きの角型急速撹拌槽であり、原水量は３０ｍ^３／ｈ、急速撹拌槽の滞留時間は６分とした。

凝集剤としてはポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）を用いた。また、急速撹拌槽のｐＨは６．５となるように図示しないｐＨ調整手段により単独で自動調整した。

阻害物質検出センサとしては、波長２００ｎｍ〜７００ｎｍ近傍の紫外〜可視光領域を走査できるＳ::ＣＡＮセンサ（S::CAN MESSTECHNIK GMBH（オーストリア）製、セル幅３５ｍｍ）を用いた。

急速撹拌槽の撹拌回転数は固定とし、図２（ｂ）に示す如く、撹拌槽内の液を汲み上げてポンプ循環（１８０ｍ^３／ｈ、８．７ｋＷ）させ、ポンプ出口の管路内部で液体を撹拌させるスタティックミキサー（西華産業（株）製ＯＨＲラインミキサーＭＸ−１５０型）を連結させた。

原水のＳ::ＣＡＮセンサのＵＶスペクトルについて、２４０〜２８０ｎｍ吸光度に着目し、凝集阻害を発生する有機物の代表値としてＵＶ２４０ｎｍ吸光度を用い、このＵＶ２４０ｎｍの吸光度が０．１を超えた場合に上記の循環ポンプを駆動し、ＵＶ２４０ｎｍの吸光度が０．１以下の場合には、循環ポンプを停止するＯＮ／ＯＦＦ制御により撹拌強度を制御した。

また、撹拌槽内の凝集状態検出センサとしては、凝結ないし凝集した粒子間の液の清澄度を検出する光散乱式微粒子センサ（栗田工業（株）製、赤色光６３５ｎｍ）を用いた。このセンサの出力波のうち、下限出力値を代表値としてＰＡＣ薬注ポンプの出力値を比例制御した。

比較例１
Ｓ::ＣＡＮセンサによる循環ポンプのＯＮ／ＯＦＦ制御とｐＨの自動調整のみを行い、ＰＡＣ添加濃度はジャーテスターでその都度設定したこと以外は実施例１と同様にして凝集沈殿処理を行った。

比較例２
光散乱式微粒子センサによるＰＡＣ薬注ポンプの比例制御とｐＨの自動調整のみを行い、撹拌強度はパドル式撹拌機のみの固定運転としたこと以外は実施例１と同様にして凝集沈殿処理を行った。

比較例３
ｐＨの自動調整のみを行い、ＰＡＣ添加濃度はジャーテスターでその都度設定し、撹拌強度はパドル式撹拌機のみの固定運転としたこと以外は実施例１と同様にして凝集沈殿処理を行った。

原水のＵＶ２４０ｎｍの吸光度が０．１２〜０．１４に増加した時期に、実施例１、比較例１、比較例２、比較例３の４条件で、それぞれ１日ずつ凝集沈殿処理を行った場合の通水結果を表１にまとめて記載した。

表１より次のことが分かる。

比較例３では沈殿槽処理水の濁度を０．１度に保つために、ＰＡＣ添加濃度は６０ｍｇ／Ｌにする必要があり、このときの総費用は１１１６円であった。

光散乱式微粒子センサにより凝集剤の添加制御を行った比較例２では、ＰＡＣ添加濃度が３８ｍｇ／Ｌに低減できたが、沈殿槽処理水の濁度は０．２度であり、比較例３よりも若干高くなった。このときの総費用は７２０円であった。

また、Ｓ::ＣＡＮセンサにより循環ポンプを稼動させて撹拌強度を制御した比較例１では、沈殿槽処理水濁度を０．１度にするのにＰＡＣ添加濃度は３６ｇ／Ｌ必要であった。このときの総費用は７１７円であった。

これに対して実施例１では、循環ポンプ稼動のための電力を必要としたが、ＰＡＣ添加濃度を２５ｍｇ／Ｌまで低減でき、総費用は５１９円／ｈとなり、比較例３に比較すると総費用は約５３％削減できた。また、沈殿槽処理水濁度は０．１度に保つことができた。

以上の結果から、本発明によれば、凝集阻害物質による凝集阻害を撹拌強度の調整により有効に防止すると共に、凝集状態に基いて適正な凝集剤の薬注制御を行うことにより、凝集剤の必要添加量を低減して薬剤コストを低減し、これにより、良好な水質の処理水を低コストで安定に得ることができることが分かる。

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。

本発明の凝集装置を備える凝集沈殿装置の実施の形態を示す系統図である。撹拌強度制御手段の例を示す撹拌槽の断面図である。

符号の説明

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
１１阻害物質検出センサ
１２撹拌機
１３凝集状態検出センサ
１４薬注ポンプ
２１回転制御装置
２２循環ポンプ
２３循環ライン
２４撹拌素子

Claims

原水に凝集剤を添加して撹拌することにより凝集処理する凝集装置において、
原水が導入される凝集槽と、
該凝集槽内の液を撹拌する撹拌手段と、
原水に凝集剤を添加する凝集剤添加手段と、
原水中の凝集阻害物質量を検出する阻害物質検出センサと、
該阻害物質検出センサの検出値に基いて前記撹拌手段の撹拌強度を制御する撹拌強度制御手段と、
凝集槽内の凝集状態を検出する凝集状態検出センサと、
該凝集状態検出センサの検出値に基いて前記凝集剤添加手段の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装置。
請求項１において、前記阻害物質検出センサがＴＯＣ計、ＣＯＤ計又は吸光度計であることを特徴とする凝集装置。
請求項１又は２において、前記凝集状態検出センサが前記凝集槽内液の凝集粒子間の清澄度を検出する光遮断式微粒子センサ又は光散乱式微粒子センサであることを特徴とする凝集装置。
原水を撹拌手段を備える凝集槽に導入し、凝集剤を添加して撹拌することにより凝集処理する凝集方法において、
原水中の凝集阻害物質量を検出し、この検出値に基いて前記撹拌手段の撹拌強度を制御すると共に、
凝集槽内の凝集状態を検出し、この検出値に基いて原水への凝集剤添加量を制御することを特徴とする凝集方法。