JP2006175357A

JP2006175357A - 沈殿分離操作測定管理方法及び装置

Info

Publication number: JP2006175357A
Application number: JP2004371235A
Authority: JP
Inventors: Takao Ogawa; 尊夫小川
Original assignee: OGAWA KANKYO KENKYUSHO KK; Ogawa Kankyo Kenkyusho KK
Current assignee: OGAWA KANKYO KENKYUSHO KK; Ogawa Kankyo Kenkyusho KK
Priority date: 2004-12-22
Filing date: 2004-12-22
Publication date: 2006-07-06
Anticipated expiration: 2024-12-22
Also published as: WO2006067873A1; JP4180563B2

Abstract

【課題】沈殿操作における運転状態を測定管理し、凝集沈殿処理においては最良の濁度と最大の汚泥圧密状態で最小のスラッジボリュームを最少の凝集剤添加量で実現し、活性汚泥処理においては沈殿槽での安定した処理を可能にする測定管理装置を提供する。
【解決手段】沈殿槽に入る前の固液混合液を静置沈殿容器に設定量チャージし、設定時間静置後、静置沈殿容器の液面レベルと汚泥界面レベルの相対位置を維持しつつ液を排出し、排出しているあいだの排出経過時間と排出液のＳＳまたは濁度を計測し、計測値から沈殿汚泥界面が通過する時間を検出し、沈殿汚泥のスラッジボリュームを算出するとともに、沈殿汚泥界面が通過した後の計測値から上澄液相の濁度を計測する。また計測値から沈殿汚泥相の圧密性を測定し、液の排出完了を検知する。また同じ計測する手段を用いて、原水と沈殿槽上澄水のＳＳまたは濁度を計測する。
【選択図】なし

Description

本発明は、原水中の濁質または浮遊固形物（以下、ＳＳという）を沈殿分離する水処理システムにおいて、原水に凝集剤等を添加し、濁質またはＳＳをフロック化する処理や曝気などの処理を行い、その固液混合液を沈殿槽に導き、固体を沈殿分離する操作が適正におこなわれているか否かを測定・管理することにより、凝集剤等の薬剤注入量を適正にしたり、沈殿分離工程の異常を早期発見したりして、処理水の安定化に資する測定管理方法及び装置に関する。

従来、濁質またはＳＳを含有する廃水の処理は、廃水に酸、やアルカリや凝集剤などを添加して、廃水中の濁質またはＳＳをフロック化して、沈殿槽に導き、固形物を沈殿分離する凝集沈殿処理や、曝気槽で曝気することにより微生物活動で濁質またはＳＳを分解したり、活性汚泥に付着・吸着させたのち、沈殿槽に導き、活性汚泥とともに沈殿分離する活性汚泥処理により行われている。廃水中の濁質のみを除去すればよい場合は、操作が簡単で短時間で処理できる凝集沈殿処理がひろく普及している。

廃水の凝集処理には、塩化アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム、硫酸アルミニウム、塩化第二鉄、ポリ硫酸第二鉄等の無機系凝集剤や高分子凝集剤が用いられ、原水の濁質をフロック化し、沈殿槽に導入し、比重差により固液分離する。凝集の良否は凝集剤の質や添加量や原水の濁質の濃度や性質や凝集反応沈殿装置の装置特性などさまざまな要因で左右される。装置や凝集剤を特定したのちでも、原水の性状に変動がある場合には、凝集の良否は大きく変動する。このため、凝集沈殿処理操作を適正に運転管理するためには、いろいろな測定監視計器が用いられ、それらの測定値をもとに凝集剤添加量を調節する必要がある。凝集沈殿処理で用いられる測定計器としては、原水の流量計、原水の濁度計およびｐH、電導度などのその他水質を測定する計器、凝集剤の添加流量計、沈殿槽上澄水の濁度計、沈殿槽の沈殿汚泥の界面計、沈殿汚泥の引き抜き汚泥や凝集混合液のSS濃度計などがある。活性汚泥処理においても、糸状菌による沈殿不良などのトラブルがあり、沈殿槽での固液分離操作の運転管理は重要であって、同様の計器が用いられている。

これらの計器を使用して測定したデータで沈殿操作の運転状況を管理し、適正な運転状態になるように、凝集沈殿処理にあっては凝集剤添加量や処理量など、活性汚泥処理にあっては処理量や返送汚泥量や曝気条件などを調節するが、原水変動や処理状況の変動が大きい場合は適正な条件変更をおこなうことは容易ではない。その理由は、現在の測定計器では、たとえば原水の変動が沈殿槽上澄水の濁度の変化に現れるまでには、凝集沈殿処理でも数時間、活性汚泥処理では沈殿槽だけでも半日以上、原水の変動からは1日以上の応答遅れがあるためである。その難しさは、活性汚泥処理より単純で短時間で処理できる凝集沈殿処理であっても、凝集剤添加量の自動制御法におけるさまざまな提案のなかに表現されている。代表的な制御方法として沈殿槽処理水の濁度を測定し、凝集剤添加量を制御するフィードバック制御では、実際の沈殿槽の処理水の濁度を計測し、装置内の応答遅れをコンピュータで補正して凝集剤の添加量を制御する方法が示されている（例えば、特許文献１参照）。また、原水の流量と濁度およびその他の特性値を計測し、予め想定した濁質負荷と凝集剤薬注量との関係を求める関係式を用いて、凝集剤添加量を制御するフィードフォワード制御についても提案されている（例えば、特許文献２参照）。

しかしながら、フィードバック制御においては、原水の変動が沈殿槽からの処理水にはっきりと影響するには数時間の応答遅れがあり、原水の変動が大きい場合には補正しきれない問題がある。またフィードフォワード制御においては、応答遅れによる不明確さは回避できるものの、凝集に影響する因子は原水の濁度だけでなく、ｐＨや塩濃度などの因子のほか、コロイドの挙動など容易に解明されない因子もあり、測定計器のコストが大きいことに加え、原水の質によっては凝集の挙動を的確に捉えるのは難しい問題がある。

このように現在の技術では、いずれの方法でも沈殿の挙動を的確に捉えるには不十分である。凝集の挙動を的確に捉え、運転操作に反映できるようにするためには、フィードバック制御を難しくしている応答遅れによる不明確さを軽減し、フィードフォワード制御での凝集作用因子を正確に把握する困難さを回避する、もっと適切な測定管理計器が求められる。活性汚泥処理においては、糸状菌による沈殿不良対策に代表されるように、応答おくれが大きいため、現象の解明・対策には一層の困難さがあるが、現象の早期発見や処置に対する効果確認などが適切に行えれば、現象の解明・対策に結びつくものであり、そのために沈殿操作を適切に測定管理できる装置が求められている。
特開２００４−８９０１号公報特開２００２−６６２０９号公報

本発明はあらたな測定装置を用いて、沈殿操作における運転状態を測定管理し、凝集沈殿処理においては最良の処理水濁度と、最大の汚泥圧密状態で最小のスラッジボリュームを、最も少ない凝集剤添加量で実現可能にし、活性汚泥処理においては沈殿槽での沈殿不良の解明対策に結びつけ安定した処理を可能にする測定管理装置を提供することにある。

本発明は以下の内容を要旨とする。すなわち、本発明に係る沈殿分離操作測定管理方法は、
濁質または浮遊固形物を含有した廃水等（以下、原水という）を静置することにより濁質または浮遊固形物を沈殿分離する水処理システムにおいて、沈殿槽に入る前の固液混合液を静置沈殿容器に設定量チャージする第一の工程と、設定時間静置後、静置沈殿容器の液面レベルと汚泥界面レベルの相対位置を維持しつつ液を排出する第二の工程と、排出している間の排出経過時間と排出液の浮遊固形物または濁度を計測する第三の工程と、計測値から少なくとも沈殿汚泥界面が通過する時間を検出し、排出液の排出速度と沈殿汚泥界面が通過する時間から沈殿汚泥のスラッジボリュームを算出する第四の工程と、沈殿汚泥界面が通過した後の計測値から上澄液相の濁度を計測する第五の工程と、を含むことを特徴とする（請求項１）。

この場合、原水が沈殿槽に入る前に、凝集剤などを添加して濁質または浮遊固形物をフロック化する処理や曝気などの処理を行う場合において、前記第一の工程に加え、静置沈殿容器に原水をチャージする工程と、該原水の浮遊固形物または濁度を計測する工程と、を含むことを特徴とする（請求項２）。

また、前記第一の工程に加え、静置沈殿容器に沈澱槽の上澄水をチャージする工程と、該上澄水の浮遊固形物または濁度を計測する工程と、を含むことを特徴とする（請求項３）。

また、前記第三の工程において、沈殿汚泥相が通過しているときの浮遊固形物または濁度の計測値のばらつきの大きさから、沈殿汚泥相の圧密の良否を判断する工程をさらに含むことを特徴とする（請求項４）。
また、前記第三の工程において、浮遊固形物または濁度を計測するセルに液が充満しているときの計測量と、セルに液がなくなったときの計測量の変化から、液の排出完了を検知し、液の排出速度を計測する工程をさらに含むことを特徴とする（請求項５）。

本発明に係る沈殿分離操作測定管理装置は、原水を静置することにより濁質または浮遊固形物を沈殿分離する水処理システムに用いる沈殿分離操作測定管理であって、沈殿槽に入る前の固液混合液を静置沈殿容器に設定量チャージする手段と、設定時間静置後、静置沈殿容器の液面レベルと汚泥界面レベルの相対位置を維持しつつ液を排出する手段と、排出している間の排出経過時間と排出液の浮遊固形物または濁度を計測する手段と、計測値から少なくとも沈殿汚泥界面が通過する時間を検出し、排出液の排出速度と沈殿汚泥界面が通過する時間から沈殿汚泥のスラッジボリュームを算出する手段と、沈殿汚泥界面が通過した後の計測値から上澄液相の濁度を計測する手段と、を備えて成ることを特徴とする（請求項６）。
上記各発明により、沈殿分離操作を適切に管理できるとともに、装置内で使用する排出速度の検量や検証が自動でおこなえるようになり、装置としての信頼性が向上する。

このような水処理システムの沈殿分離操作測定管理装置は、活性汚泥処理や酸やアルカリ剤や凝集剤を添加して固液分離を促進する凝集沈殿処理や凝集浮上処理や汚泥脱水装置などの固液分離装置、その他の水処理装置を対象とし、運転管理を適切にし処理水の液質の安定化を実現できる。
本発明の特徴は、ひとつの装置で上澄液の濁度、界面の位置と排出時間からスラッジボリューム、沈殿汚泥の圧密性が測定でき、さらに原水の濁度、処理水の濁度も測定でき、それらの測定値をもとに適切な凝集剤添加量の制御ができることである。それぞれ計測値はそれ専用の計測器を使用すれば測定できるものであるが、上記の計測値を既存の計器の組み合わせで計測しようとするのは複雑かつ高価なものとなり実用的でなく、性能的にも充分とはいえない。例えば、汚泥界面を検出する装置としては、光の反射で検出する方法があるが、凝集汚泥の一部が浮上している場合には測定不能となる。また濁度センサーを沈殿槽内を移動させながら処理水の濁度と汚泥界面を測定する方式があるが、この方式はセンサー移動の構造など装置が複雑になるデメリットがある。またこの方式では圧密性の測定はできない。
もうひとつの特徴は、本発明では、沈殿槽に入る前の固液混合液をサンプリングし、測定器内に短い模擬沈殿槽をもち、その上澄液の濁度をもって測定管理する点であり、原水の変化から計器が感知するまで２０〜３０分程度の遅れで結果が測定できる。これは沈殿槽の上澄水の濁度を測定する場合のフィードバック制御の方法と比較し、応答おくれの影響はずっと少なくて済むという大きな利点がある。また実際の沈殿槽での挙動にきわめて近い操作で得られる情報を測定できることは、原水の処理量と濁度で管理するフィードフォワード制御の方法と比較し、凝集作用をずっと正確に予知できるおおきな利点がある。

以下主として凝集沈殿処理を例にとって説明する。
凝集沈殿装置の一般的な形態は図1に示すような装置構成となっている。原水ポンプ１から供給された原水は、急速攪拌反応装置２に入り、無機凝集剤添加ポンプ３からポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）等を添加し、急速攪拌により無機凝集剤と混合反応し、原水中の濁度成分を凝集する。急速攪拌反応装置２をでた凝集混合液は緩速攪拌反応装置４に入り、高分子凝集剤添加ポンプ５から高分子凝集剤を添加し、緩速攪拌により、凝集固形物を大きく成長させる。以上の過程でｐＨ調整が必要な場合は、酸またはアルカリが添加され凝集反応に適正なｐＨが維持される。また凝集反応をカチオン系高分子凝集剤のみで凝集反応で行う場合は、急速攪拌反応装置２のみで凝集反応をおこなう場合もある。凝集反応が終了した混合液は凝集沈殿槽６に入り、凝集汚泥と上澄液に分離され、上澄液は沈殿槽トラフ７から処理水として排出される。また凝集汚泥は沈澱槽底部より排出される。無機凝集剤、高分子凝集剤の添加ポンプはインバータ8、９の各出力によって駆動される。
本発明の測定管理装置１０は凝集反応が終了し、沈殿槽に入る前の混合液の一部をサンプリングすることからスタートする。

図２に、本発明の沈殿分離操作測定管理装置の構成例を示す。
本発明の測定管理装置１０は、静置沈殿容器１１と、静置沈殿容器１１に液を吸引するための真空ポンプ１２、液を排出するための大気開放電磁弁１３と、排出流量制御電磁弁１４と排出流量制御オリフィス１５と、静置沈殿容器１１の底部の排出ライン１６と排出ラインを通過する液のＳＳまたは濁度を計測する濁度計のセンサー部１7、凝集反応後混合液サンプリング用電磁弁１８と、原水サンプリング用電磁弁１９と上澄水サンプリング用電磁弁２０と排水電磁弁２１を具備している。静置沈澱容器１１は電磁弁などで密閉化されており、容器内の圧力を測定する圧力センサー２２が設置してある。凝集反応後混合液サンプリング用電磁弁１８の先は緩速攪拌反応装置4の出口に接続されており、凝集反応後の混合液をサンプリングできるようになっている。なお、図示はしていないが、原水サンプリング用電磁弁１９の先は原水をサンプリングできるようになっており、上澄水サンプリング用電磁弁２０の先は沈殿槽のトラフの処理水をサンプリングできるようになっている。コンピュータ２３にはＰＣカード２４が装着され、ＰＣカードを介して、デジタル出力とアナログ→デジタル変換とデジタル→アナログ変換を行い、電磁弁のオンオフ操作や真空ポンプの作動を操作し、濁度計変換器２５や圧力センサー２２の測定値をコンピュータに取り込み、コンピュータ２３からの制御量を凝集剤添加ポンプのインバータ８，９に出力する。

濁度計は光の透過や反射による光式汚泥濃度計や超音波式濃度計やマイクロ波濃度計などが使用できるが、凝集反応は上澄液の清澄を目的とすることが多いので、低濁度を測定できる濃度計が好ましい。本実施形態では構造の最も簡単なレーザー光の透過による光式汚泥濃度計を例に説明する。またサンプリングする方法は上記実施例のように真空ポンプと電磁弁と圧力センサーの組み合わせでなく、揚水ポンプとレベルセンサーの組み合わせでもよい。

次に測定管理装置１０の操作について説明する。
静置沈殿容器１１を洗浄後、洗浄水を排出した状態からスタートする。電磁弁を全て閉じて、静置沈殿容器１１を密閉化した状態から、真空ポンプ１２を作動し、静置沈殿容器１１内を設定圧Ｐ1まで減圧する。次に凝集反応後混合液サンプリング用電磁弁１８を開き、凝集反応後混合液を吸引する。吸引により静置沈殿容器１１の圧力は変化するが、圧力Ｐ2になった時点で凝集反応後混合液サンプリング用電磁弁１８を閉じる。吸引量と空間容積Ｖ0とＰ1、Ｐ2は温度変化がない場合、式1の関係があるので、圧力センサー２２の測定値をコンピュータに取り込んで、コンピュータからデジタル出力で電磁弁を操作することにより任意の量を吸引できる。
吸引量＝Ｖ0（1-Ｐ1/Ｐ2）・・・・・・・・（１）
吸引後、大気開放電磁弁１３と排水電磁弁２１を開き、静置沈殿容器１１内の液を排出する。この操作を必要回数繰り返し、緩速攪拌反応装置4の出口から静置沈殿容器１１までの配管内に滞留している液を新鮮な液に置換する。以後この操作を置換工程と称す。置換工程終了後、ただちに真空ポンプ１２を作動し、静置沈殿容器１１内を設定圧Ｐ1まで減圧にしたのち、凝集反応後混合液サンプリング用電磁弁１８を開き、凝集反応後混合液を吸引し、静置沈殿容器１１に設定量の凝集反応後の混合液をサンプリングする。サンプリングが終了したら、大気開放電磁弁１３を開き、静置沈殿容器１１内を大気圧にして設定されたｔ時間静置する。静置により、凝集反応後混合液は沈殿汚泥と上澄液に分離する。図２の静置沈殿容器１１は沈殿汚泥と上澄液に分離した状態を示す。ｔ時間経過後、大気開放電磁弁１３を閉じ、排出流量制御電磁弁１４と排水電磁弁２１を開く。凝集反応後混合液は排出流量制御オリフィス１５の空気抵抗にしたがって、ほぼ一定の低流速で排出ライン経由排水電磁弁２１から排出される。排出にしたがって静置沈殿容器の液面レベルと汚泥界面レベルは相対位置をほぼ保ちながら低下していく。排出流量制御オリフィス１５は予め、静置沈殿容器の液面レベルと汚泥界面レベルの相対位置がほぼ保ちながら低下する排出流量になるようにオリフィスの形状を設定しておく。静置沈殿容器の形状や凝集汚泥の質により多少の違いがあるが、概ね液面レベルの低下速度を15cm/min程度以下にすれば液面レベルと汚泥界面レベルの相対位置はほぼ保てる。排出液は排出ラインに設定した透過光式濁度計１７で透過光強度を測定し、経過時間による変化をコンピュータ２３に取り込む。液の排出終了は透過光強度の解析または設定経過時間で判定し、排出流量制御電磁弁１４と排水電磁弁２１を閉じる。コンピュータ２３に取り込んだ透過光強度の変化データを後述のように解析し、汚泥界面が通過する時間を検出し、排出液の排出速度と沈殿汚泥界面が通過する時間から沈殿汚泥のスラッジボリュームを算出し、また、汚泥界面の通過時間以前の圧密汚泥相通過時のデータから圧密程度を判定し、汚泥界面の通過時間以後の上澄液相通過時のデータから上澄液の濁度を計測する。

排出液の排出速度は液の粘度や液面レベルやオリフィスの形状や排水パイプの抵抗などで決まる。オリフィスの形状や排水パイプの抵抗は装置特性なので、凝集混合液や原水や上澄液ごとに、予め排出時間と排出量を測定しておけば、概略の設定はできる。図１６に排出時間と排出流速ｆ1と積算排出量ｆ2の関係を示す。オリフィスの汚れや排水パイプの汚れ、温度など、測定ごとに変化し、わずかに排出流速に影響する差は請求項５の操作で補正可能である。もちろん液を排出する手段としては、オリフィスを使用せずに、定量ポンプで排出してもよいし、定吐出量のエアポンプで容器内を加圧して押し出すことも可能である。

原水が沈殿槽に入る前に、凝集剤を添加して濁質または浮遊固形物をフロック化する処理や曝気などの処理を行う場合（請求項２に対応）は、真空ポンプ１２と原水サンプリング用電磁弁１９を使って置換工程をおこなったのち、原水をサンプリング、排出し、透過光式濁度計１７で原水通過時の透過光強度を測定し、濁度を計測する。

請求項3に対応する操作を行う場合は、真空ポンプ１２と上澄水サンプリング用電磁弁２０を使って置換工程をおこなったのち、沈殿槽トラフから処理水をサンプリング、排出し、透過光式濁度計１７で処理水通過時の透過光強度を測定し、濁度を計測する。

透過光式濁度計における透過光強度Ｙと濁度の関係は、濁度0のブランク液の透過光強度をＹ₀として（２）式を吸光度とすると図３のＧ１の区間で示すように濁度またはＳＳと吸光度は低濁度範囲で（３）式のように直線関係にあるので、精度良く濁度を計測できる。濁度0のブランク液は、洗浄水通過時の透過光強度としても実用上問題ない。
吸光度＝log（Y₀/Y）・・・・・・・・（２）
濁度＝係数×吸光度・・・・・・（３）

上記一連の操作をおこなったのち、図示していないが、洗浄水を吸引し、静置沈殿容器１１を洗浄することが好ましい。操作時間は概ね、凝集反応後混合液の測定は約１５分、原水濁度測定に５分、処理水濁度測定に５分、洗浄に３分程度である。この操作を繰り返すことで、ほぼ２０分から３０分ごとに測定が可能で、実用上、常時凝集状態を測定でき、そのデータをもとに、凝集剤添加量を適正に制御できる。
請求項２，３を行う場合、測定の順番は、原水濁度測定→凝集反応後混合液の測定→処理水濁度測定→洗浄が凝集沈殿操作の流れと合致し、好ましい。

図４は凝集状態良好な凝集反応後混合液の場合の透過光強度の変化の例を示す図である。また図５はそのときの排出直前の静置沈殿容器内の分離状態を表す図である。
図４のｔ1区間は圧密状態の沈殿汚泥相が通過しているときの透過光強度の変化である。
ｔ2区間は汚泥界面が通過しているときの透過光強度の変化である。ｔ3区間は上澄相が通過しているときの透過光強度の変化である。ｔ4区間は排出が終了したときの透過光強度の変化である。
汚泥界面通過時はｔ2区間のように透過光強度は急激に小→大へ大きく変化することから容易に解析できる。例えば、変化曲線の微分をとれば、図６のようになり、ピークが変化の中心になるので、その点を汚泥界面通過時刻ｔｓと判定できる。排出時間と排出量の関係は予めコンピュータに記憶してあり、ｔｓから汚泥界面通過までのスラッジボリュームが計算できる。ＳＶ＝100×スラッジボリューム／サンプリング量とすればＳＶは凝集性能を判定する重要な指標となる。ｔｓ以前のｔ１区間は圧密汚泥相が通過しているときの透過光強度であるが、一般に透過光式濁度計では、透過率と濁度（ＳＳ）の関係が直線関係範囲を超え、図3のＧ2の領域になるため、ＳＳの定量精度は悪く、ＳＳの定量値から圧密性を判定するのは難しい。ｔｓ以後のｔ3区間は上澄液相が通過しているときの透過光強度であり、ｔ3区間の安定領域の透過光強度から上澄液の濁度が測定でき、凝集性能を判定する重要な指標となる。

図７は沈殿汚泥の一部が浮上した場合の透過光強度の変化の例を示す図である。また図８はそのときの排出直前の静置沈殿容器内の分離状態を表す図である。
変化曲線の微分をとれば、図９のように沈降汚泥の界面通過時はプラスのピークとなり、浮上汚泥の界面通過時はマイナスのピークとなるので、沈殿汚泥界面通過時刻ｔｓ、沈殿浮上汚泥界面通過時刻ｔｆが判定でき、排出時間と排出量の関係からスラッジボリュームが計算できる。汚泥の浮上現象は汚泥に細かい気泡が付着して浮力となって浮上するものであるが、気泡の発生原因や汚泥への付着力は、凝集剤添加量の他、装置特性や原水の性状など複雑な要因が絡むので、凝集剤の添加量制御には因果関係を解明する必要があるが、少なくとも沈殿槽での沈殿分離性能には大きく影響するものである。また活性汚泥処理に
おいては、沈殿槽内で脱窒反応がおきると、窒素ガスなどが発生し、汚泥浮上の大きなトラブルとなる可能性があるので、この現象を早期に測定できることの意義は大きい。

次に請求項４に対応する操作の説明をおこなう。
図１０は圧密性の悪い凝集反応後混合液の場合の透過光強度の変化の例を示す図である。また図１１はそのときの排出直前の静置沈殿容器内の分離状態を表す図である。このときの透過光強度変化の特徴は、前述と同様の解析で汚泥界面通過時間ｔｓを特定し、それ以前のｔ1区間の透過光強度が図４の場合のようなスムーズな変化ではなく、中心値に対しバラツクことである。この現象は、圧密性の悪い汚泥の場合、静置状態では凝集汚泥同士がくっつきあっているものの、液の排出の際に汚泥相が下に引っ張られて小さなブロックに分離し、その空間に上澄液が入り込んだ状態で（図１１参照）、濁度計のセンサー部を通過するため、生じる現象である。圧密性が悪ければ悪いほど、この現象が顕著になり、バラツキが大きくなるので、バラツキの大きさで圧密性を評価できる。
このような場合には、圧密汚泥が膨潤するので、汚泥界面通過時間ｔｓから算出したＳＶ値は静置状態におけるＳＶ値より若干大きな値となるが、圧密性が悪い場合にはＳＶ値がより大きくなり、評価は同じ方向になるので、判定の支障にはならない。

図１２は圧密性の非常に良い凝集反応後混合液の場合の透過光強度の変化から圧密性を評価する具体例を示す図である。図の○点は透過光強度の変化を1秒毎にサンプリングした透過光強度値である。汚泥相が通過している時間範囲θ秒間の実線は、排出時間を説明変量Ｘとし、その時間における透過光強度値を目的変量Ｙして、単回帰分析をした結果の単回帰直線Ｙ＝b1・Ｘ+b0である。バラツキの大きさは、たとえば単回帰直線の計算値からの残差ε_iの２乗の積和Σε_i ²をθで割って平方根をとった単位時間当たりの誤差σで評価できる。圧密性の非常に良い凝集反応後混合液の沈殿汚泥相ではバラツキは小さい、図１２のσ＝17である。

図１３は圧密性の比較的良い凝集反応後混合液の場合の透過光強度の変化から圧密性を評価する具体例を示す図である。図の○点および汚泥相が通過している範囲の実線は、前述と同様である。図１３のバラツキは図１２より大きくσ＝64である。

図１４は圧密性の悪い凝集反応後混合液の場合の透過光強度の変化から圧密性を評価する具体例を示す図である。図の○点および汚泥相が通過している範囲の実線は、前述と同様である。図１４のバラツキは、非常に大きくσ＝160である。

図１５は同じ原水に対する凝集剤添加量と上澄液濁度、ＳＶ、圧密性の関係を示す図である。図１５では圧密性＝１／σとして図示する。図に示すように、上澄液の濁度は凝集剤添加量が多ければ多いほど低下し、良好な処理水が得られるが、適正量を超えると、あまり濁度は低下しなくなる。またＳＶは増大し圧密性は悪くなる。適正量を超える範囲では、ＳＶの変化より本発明による圧密性評価のほうが変化が大きく、傾向が明確になる利点がある。またＳＶは原水濁度と凝集剤添加量と圧密性に影響されるので、原水の濁度が変化する場合には、ＳＶの変化から圧密性を判断することは難しくなる。凝集剤添加量を適正量に制御する場合、凝集剤の不足は上澄液濁度から容易に判断できるが、過剰の場合は上澄液濁度は変化が少なく判断が難しくなるが、本発明の圧密性評価法を使えば、原水の変動があっても適切に評価できる大きな効果がある。圧密性はＳＶ値とともに沈殿分離操作では重要な指標であり、実際の沈殿槽内のようにわずかな流動があるなかでの沈降性と関連が強い。また活性汚泥処理で糸状菌によるバルキングや沈殿槽で脱窒がおきると圧密性が著しく低下する減少があり、圧密性を評価できる意義は大きい。

次に請求項５に対応する実施形態について説明する。図４において濁度計センサーのセルに液がなくなりセルの空隙に空気がはいったときの透過光強度Ｌ0は、散乱のため、セルに上澄液が充満しているときの透過光強度Ｌ2より低下する。液の排出時、汚泥の浮上がない場合でも、液の排出が終了直前では静置沈殿容器の底部のテーパー部分に付着堆積している汚泥が液の流れで洗いながされるので、透過光強度は一旦低下してから排出が終了する。このため液が排出完了となる近傍の変化は、図４のｔ３の終わりからｔ４にかけての変化となる。これを微分した変化は、図６のｔ３の終わりからｔ４にかけての変化となり、マイナスのピークのあとプラスのピークとなることから検出できる。テーパー部分に汚泥の付着堆積がほとんどない場合はプラスのピークが小さくなり、ほとんど目立たなくなる場合もあるが、マイナスのピークは残る。セルの空隙に空気がはいったときの透過光強度Ｌ0はあらかじめ測定可能であり、コンピュータに記憶しておくことで、微分の変化でピークを検出後、図4のｔ３の終わりからｔ４の測定値でＬ0程度の値で一定になれば、排出完了と判断できる。

液の排出時刻を自動で検出できれば、圧力値から真空ポンプと電磁弁を操作して、サンプル液を任意量チャージし、チャージした量に対し、排出時間を自動測定すれば、排出流量の検量線を簡単に作成でき、また測定中に一定量チャージした量に対し、液の排出時間を測定することで、固液混合液の性状変化による排出速度の補正をすることが可能であり、また詰まりなどの装置異常の検知も可能になる。

本発明の方法を使用すれば、凝集剤添加量を適正に制御できる。基本は請求項1および請求項４で取得できる上澄液濁度とＳＶと汚泥相の圧密性の情報である。沈殿槽の上澄水濁度を制御に使用すると、凝集沈殿でも1時間から数時間の応答遅れがあるため補正が必要で、変動の大きい原水の場合には適切に制御することは容易なことではないが、上澄液濁度は実際の沈殿槽の上澄水濁度との相関性は極めて強く、サンプリング後１５分程度で測定できるので応答遅れの誤差は大幅に軽減される。また請求項２により原水の濁度情報が得られれば、上澄液濁度とＳＶと汚泥相の圧密性から計算した凝集剤適正添加量を基本にして原水の濁度情報でフィードフォワード的に補正を加えることができる。また請求項３で沈殿槽の上澄水濁度情報が得られれば、制御の結果を検証することが可能となり、制御の信頼性が増す。実施例では、濁度計変換器２５の測定値をコンピュータ２３に取り込み、コンピュータ２３で制御量を演算し、ＰＣカードでデジタル→アナログ変換して凝集剤添加ポンプのインバータ９，１０に制御量を出力し、凝集剤添加量を制御したり、デジタル出力ＰＣカードで警報を発生させる。

本発明は、凝集沈殿や活性汚泥の沈殿での固液分離などの重力による沈殿分離に限らず、凝集浮上や汚泥脱水のように凝集作用がキーポイントになる操作の評価や最適化にも利用可能である。

凝集沈殿処理装置のフローを示す図である。本発明の装置例のフローを示す図である。透過光式濃度計における透過率とＳＳまたは濁度の関係を示す図である。凝集状態良好な凝集反応後混合液の場合の透過光強度の変化の例を示す図である。凝集状態良好な凝集反応後混合液の場合の排出直前の静置沈殿容器内の分離状態を表す図である。凝集状態良好な凝集反応後混合液の場合の透過光強度の変化曲線を微分した図である。沈殿汚泥の一部が浮上した場合の透過光強度の変化の例を示す図である。沈殿汚泥の一部が浮上した場合の排出直前の静置沈殿容器内の分離状態を表す図である。沈殿汚泥の一部が浮上した場合の透過光強度の変化曲線を微分した図である。圧密性の悪い凝集反応後混合液の場合の透過光強度の変化の例を示す図である。（ａ）圧密性の悪い凝集反応後混合液の場合の排出直前の静置沈殿容器内の分離状態を表す図である。（ｂ）排出時の静置沈殿容器内の汚泥相の挙動を示す図である。圧密性の非常に良い凝集反応後混合液の場合の透過光強度の変化から圧密性を評価する具体例を示す図である。圧密性の比較的良い凝集反応後混合液の場合の透過光強度の変化から圧密性を評価する具体例を示す図である。圧密性の悪い凝集反応後混合液の場合の透過光強度の変化から圧密性を評価する具体例を示す図である。凝集剤添加量と上澄液の濁度、ＳＶ、圧密度との関係を示す図である。静置沈殿容器からの排出時間と排出速度、排出積算量の関係を示す図である。

符号の説明

１原水ポンプ
２急速攪拌反応装置
３無機凝集剤添加ポンプ
４緩速攪拌反応装置
５高分子凝集剤添加ポンプ
６凝集沈殿槽
７沈殿槽トラフ
８、９インバータ
１０測定管理装置
１１静置沈殿容器
１２真空ポンプ
１３大気開放電磁弁
１４排出流量制御電磁弁
１５排出流量制御オリフィス
１６排出ライン
１７透過光式濁度計
１８凝集反応後混合液サンプリング用電磁弁
１９原水サンプリング用電磁弁
２０上澄水サンプリング用電磁弁
２１排出ライン経由排水電磁弁
２２圧力センサー
２３コンピュータ
２４カード
２５濁度計変換器

Claims

濁質または浮遊固形物を含有した廃水等（以下、原水という）を静置することにより濁質または浮遊固形物を沈殿分離する水処理システムにおいて、
沈殿槽に入る前の固液混合液を静置沈殿容器に設定量チャージする第一の工程と、
設定時間静置後、静置沈殿容器の液面レベルと汚泥界面レベルの相対位置を維持しつつ液を排出する第二の工程と、
排出している間の排出経過時間と排出液の浮遊固形物または濁度を計測する第三の工程と、
計測値から少なくとも沈殿汚泥界面が通過する時間を検出し、排出液の排出速度と沈殿汚泥界面が通過する時間から沈殿汚泥のスラッジボリュームを算出する第四の工程と、
沈殿汚泥界面が通過した後の計測値から上澄液相の濁度を計測する第五の工程と、
を含むことを特徴とする沈殿分離操作測定管理方法。
原水が沈殿槽に入る前に、凝集剤などを添加して濁質または浮遊固形物をフロック化する処理や曝気などの処理を行う場合において、前記第一の工程に加え、
静置沈殿容器に原水をチャージする工程と、該原水の浮遊固形物または濁度を計測する工程と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の沈殿分離操作測定管理方法。
前記第一の工程に加え、静置沈殿容器に沈澱槽の上澄水をチャージする工程と、該上澄水の浮遊固形物または濁度を計測する工程と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の沈殿分離操作測定管理方法。
前記第三の工程において、沈殿汚泥相が通過しているときの浮遊固形物または濁度の計測値のばらつきの大きさから、沈殿汚泥相の圧密の良否を判断する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の沈殿分離操作測定管理方法。
前記第三の工程において、浮遊固形物または濁度を計測するセルに液が充満しているときの計測量と、セルに液がなくなったときの計測量の変化から、液の排出完了を検知し、液の排出速度を計測する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の沈殿分離操作測定管理方法。
原水を静置することにより濁質または浮遊固形物を沈殿分離する水処理システムに用いる沈殿分離操作測定管理であって、
沈殿槽に入る前の固液混合液を静置沈殿容器に設定量チャージする手段と、
設定時間静置後、静置沈殿容器の液面レベルと汚泥界面レベルの相対位置を維持しつつ液を排出する手段と、
排出している間の排出経過時間と排出液の浮遊固形物または濁度を計測する手段と、
計測値から少なくとも沈殿汚泥界面が通過する時間を検出し、排出液の排出速度と沈殿汚泥界面が通過する時間から沈殿汚泥のスラッジボリュームを算出する手段と、
沈殿汚泥界面が通過した後の計測値から上澄液相の濁度を計測する手段と、
を備えて成ることを特徴とする沈殿分離操作測定管理装置。