JP2006272310A

JP2006272310A - 凝集装置及び凝集方法

Info

Publication number: JP2006272310A
Application number: JP2005196242A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Sawada; 繁樹澤田; Keijiro Tada; 景二郎多田; Toshiyuki Saie; 俊之齋江
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 2005-03-02
Filing date: 2005-07-05
Publication date: 2006-10-12
Anticipated expiration: 2025-07-05
Also published as: JP4270174B2

Abstract

【課題】凝集処理における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】原水に塩素系薬剤を添加した後、凝集撹拌槽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。原水の２６０ｎｍ吸光度に基づいて塩素系薬剤の添加量を制御する。原水の２６０ｎｍ吸光度と６６０ｎｍ吸光度との差に基づいて凝集剤添加量を制御する。
【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、原水に無機凝集剤及び塩素系薬剤を添加することにより、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。

また、原水に無機凝集剤と共に次亜塩素酸ナトリウムや塩素などの塩素系薬剤を併せて添加すると、凝集状態が良好になることが知られている（ただし、塩素系薬剤の添加により凝集状態が向上するメカニズムは解明されていない）。

このように原水に無機凝集剤と塩素系薬剤とを併せて添加する場合、塩素系薬剤は処理水中の遊離残留塩素濃度が一定となるように制御されている。

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。
特許第３２０５４５０号公報

原水の水質が良い場合、無機凝集剤に対して塩素系薬剤を併用する場合の効果がそれ程高くないことがある。従って、上記のように遊離残留塩素濃度が一定となるように塩素系薬剤を添加する添加方式にあっては、原水の水質が良い場合、塩素系薬剤を無駄に添加することになり、徒に薬剤コストが嵩む結果になることがある。

また、原水中の溶存有機物濃度が高い場合に塩素系薬剤を添加すると、処理水中のトリハロメタン濃度が高くなるおそれがある。

本発明は、このような問題点を解決し、原水に無機凝集剤と塩素系薬剤とを添加して凝集処理するに際し、原水の水質に応じて適切な塩素系薬剤の添加量とすることができる凝集装置及び方法を提供することを目的とする。

本発明（請求項１）の凝集装置は、原水に凝集剤を添加する凝集剤添加手段と、原水に塩素系薬剤を添加する塩素系薬剤添加手段と、原水の２００〜７００ｎｍの吸光度を測定する吸光度測定手段と、該吸光度測定手段の測定値に基づいて該塩素系薬剤添加手段による添加量を制御する塩素系薬剤添加量制御手段とを備えてなることを特徴とするものである。

請求項２の凝集装置は、請求項１において、前記吸光度測定手段は、原水の２００〜４９０ｎｍの紫外部吸光度と５００〜７００ｎｍの可視部吸光度とを測定可能であり、該吸光度測定手段で測定された紫外部吸光度と可視部吸光度との差に基づいて前記凝集剤添加手段による凝集剤添加量を制御する凝集剤添加量制御手段を備えたことを特徴とするものである。

本発明（請求項３）の凝集方法は、原水に無機凝集剤及び塩素系薬剤を添加することにより凝集処理する凝集方法において、原水の２００〜７００ｎｍの吸光度を測定し、この測定値に基づいて原水への塩素系薬剤の添加量を制御することを特徴とするものである。

請求項４の凝集装置は、請求項１において、前記凝集剤が凝集槽又はそれよりも前段で添加されるよう構成されており、該凝集槽内の凝集状態を検出する凝集状態検出センサが設置されており、該凝集状態検出センサの検出値に基づいて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を備えたことを特徴とするものである。

請求項５の凝集装置は、請求項２において、前記凝集剤が凝集槽又はそれよりも前段で添加されるよう構成されており、該凝集槽内の凝集状態を検出する凝集状態検出センサが設置されており、前記凝集剤添加量制御手段は、前記吸光度測定手段で測定された吸光度差と該凝集状態検出センサの検出値とに基づいて凝集剤添加手段の凝集剤添加量を制御するものであることを特徴とするものである。

請求項６の凝集方法は、請求項３において、前記凝集剤を凝集槽又はそれよりも前段側で添加するようにした方法であって、該凝集槽内の凝集状態を検出し、該凝集状態の検出値に基づ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ものである。

請求項７の凝集方法は、請求項６において、該凝集状態の検出値と、原水の２００〜４９０ｎｍの紫外部吸光度と５００〜７００ｎｍの可視部吸光度との差とに基づいて、原水への凝集剤添加量を制御することを特徴とするものである。

原水に無機凝集剤と塩素系薬剤とを添加する凝集方法において、原水の２００〜７００ｎｍにおける少なくとも１波長の吸光度を測定し、この測定値に基づいて塩素系薬剤の添加量を制御した場合、塩素系薬剤の添加量が適切となる。即ち、原水の水質が良い場合に塩素系薬剤の添加量が低減されると共に、原水中の有機物濃度が高い場合におけるトリハロメタンの生成が低減される。

なお、本発明によると、凝集処理水の有機物濃度が十分に低くなるので、凝集処理水をさらに膜濾過処理する場合、膜の汚染が抑制され、高い膜濾過性能が維持されることも認められた。

本発明では、無機凝集剤の添加量を原水の紫外部吸光度と可視部吸光度との差に基づいて制御するのが好適である。

即ち、天然水の凝集特性を精査したところ、天然水の波長２００ｎｍ〜４９０ｎｍの紫外部吸光度と波長５００ｎｍ〜７００ｎｍの可視部吸光度をそれぞれ１波長以上測定した結果から演算された阻害物質濃度と、０．４５μｍメンブレンフィルターを用いて一定量の試料水を濾過するのに要する時間（以下ＫＭＦ値という。）から判断した最適凝集剤添加量との間には相関関係があること、また、阻害物質濃度と上記紫外部及び可視部の吸光度との間には次式のように相関があることが見出された。従って、紫外部及び可視部吸光度をそれぞれ１波長以上測定することにより、最適な凝集剤添加量を推算できる。
（阻害物質濃度）＝［（全有機物）−（濁度物質）］
＝Ａ×［（紫外部吸光度）−（可視部吸光度）］

この紫外部吸光度と可視部吸光度とに基づいて凝集剤添加量を制御するには、例えば予めジャーテストを行って紫外部吸光度と可視部吸光度との差と凝集剤の最適添加量との関係を求めておき、この関係に基づいて凝集剤添加量を制御する。

本発明では、上記のように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吸光度測定によって検出するだけでなく、さらに凝集槽内の凝集状態を検出し、上記阻害物質量の検出値とこの凝集状態の検出値とに基いて凝集剤の添加量を制御することにより、きわめて良好な凝集処理を行うことができる。なお、凝集槽内の凝集状態の検出結果にのみ基づいて凝集剤の添加量を制御してもよい。

凝集状態検出センサとしては、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。

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、吸光度センサ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。この凝集攪拌槽２に塩素系薬剤が貯槽６から薬注ポンプ１５を介して供給される。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、吸光度センサ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及び塩素系薬剤薬注ポンプ１５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、吸光度センサ１１により２００〜７００ｎｍの吸光度が測定される。この測定値が制御装置５に入力される。この実施の形態では、この吸光度に基づいて塩素系薬剤の添加量が制御される。

吸光度センサ１１は、浸漬型のものであってもバッヂ型のものであってもよい。

この吸光度センサ１１の２００〜７００ｎｍ好ましくは２３０〜４００ｎｍの紫外部の吸光度に基づいて制御装置５によって塩素系薬剤の添加量が制御される。このように２００〜７００ｎｍ特に２３０〜４００ｎｍの紫外部の吸光度に基づいて塩素系薬剤の添加量を制御することにより、原水水質が良好な場合の塩素系薬剤の無駄な添加が抑制されると共に、原水の有機物濃度が高い場合のトリハロメタンの生成が抑制される。この理由については、上記の吸光度が水中の有機物濃度と相関するためであると考えられる。

上記吸光度に基づく塩素系薬剤の添加制御の具体例としては、ａ＜ｂなる関係の２個の閾値ａ，ｂを予め定めておき、
吸光度がａよりも小さいときには塩素系薬剤を添加せず；
吸光度がａ〜ｂのときには残留塩素濃度が目標値となるように塩素系薬剤を添加し；
吸光度がｂよりも大きいときには塩素系薬剤を添加しない；
ような閾値制御が好適である。なお、ａとｂとの間にａ＜ｃ_１＜ｃ_２……＜ｃ_ｎ＜ｂなる関係のｎ個の閾値を設定しておき、ａ〜ｃ_１、ｃ_１〜ｃ_２、………ｃ_ｎ〜ｂの間で各々残留塩素濃度の目標値を設定してもよい。

これらの閾値は、予め０．４５μｍメンブレンフィルターを用いて一定量の試料水を濾過するのに要する時間及びトリハロメタン濃度測定から決定した値であり、必ずしも原水毎に調整する必要はない。

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、薬注ポンプ１５により塩素系薬剤が添加され、撹拌機１２により撹拌されて凝集処理される。この凝集剤添加量は、吸光度センサ１１の検出結果に基づいて制御される。

一般に、原水中の有機物濃度は、紫外部吸光度と可視部吸光度との差に比例するので、次式のように、紫外部吸光度と可視部吸光度に係数を乗じて凝集剤添加量を演算し、これに基づいて凝集剤添加量を制御することができる。
凝集剤添加量＝Ａ×［（紫外部吸光度）−（可視部吸光度）］

紫外部吸光度は、２００〜４９０ｎｍ特に２３０〜３００ｎｍ例えば２６０ｎｍの吸光度とされ、可視部吸光度は、５００〜７００ｎｍ特に６００〜７００ｎｍ例えば６６０ｎｍの吸光度とされる。

Ａは、予め原水を用いたジャーテストにより測定したＫＭＦ値から決定した係数であり、必ずしも原水毎にＡを調整する必要はない。

なお、このように吸光度差に比例した凝集剤添加量制御の代わりに、吸光度差の閾値に基づく制御としてもよい。この閾値による凝集剤添加制御の方式は、上記の閾値による塩素系薬剤の添加制御の場合と同様である。

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の撹拌強度は吸光度センサ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、入力された吸光度センサ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。

凝集撹拌槽２の撹拌強度の制御は、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、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とスタティックミキサー等の撹拌素子とを備える循環ラインを設け、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、この循環ポンプ及び／又は撹拌素子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。

なお、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てもよい。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制御してもよい。

また、凝集剤の添加量は、凝集状態検出センサ１３の検出値と、吸光度センサ１１の検出値との双方に基づいて制御されてもよい。

凝集撹拌槽２への凝集剤添加量を、吸光度センサ１１の検出値と凝集状態検出センサ１３の検出値とに基いて制御するには、例えば、制御装置５において、入力された吸光度センサ１１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の回転数を制御すると共に、凝集状態検出センサ１３の検出値に基づいて薬注ポンプの回転数を補正する。

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。塩素系薬剤は、図１の通り原水槽１に添加されるのが好ましいが、凝集攪拌槽２に添加されてもよい。

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。本発明では、攪拌は行われなくてもよい。

図示は省略するが、本発明では、凝集攪拌槽２にｐＨセンサを設け、凝集攪拌槽２内のｐＨが５．０〜７．０程度となるように酸・アルカリを薬注するようにしてもよい。

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・ＵＦ膜濾過施設において、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。砂濾過は有効径０．４５ｍｍの濾過砂を６００ｍｍ積層したカラムを用いた。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。

塩素系薬剤としては塩素を用いた。塩素の添加量は、原水の２６０ｎｍの紫外光の吸光度に基づき制御した。即ち、吸光度が０．１［ａｂｓ．／５０ｍｍ］未満のとき及び０．５［ａｂｓ．／５０ｍｍ］超のときは塩素を添加せず、０．１〜０．５［ａｂｓ．／５０ｍｍ］のときは残留塩素濃度が０．５ｍｇ／Ｌとなるように塩素を添加した。この閾値は予めジャーテストを行って決定した。

凝集剤としてはポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）を用いた。なお、ＰＡＣ添加量は、２６０ｎｍの紫外部吸光度と６６０ｎｍの可視部吸光度との差に基づいて制御した。ＰＡＣ添加量を制御する演算式は、予め、Ａ河川水を用いたジャーテストの結果から求めた。また、凝集撹拌槽の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。

吸光度センサとしては、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。

比較例１
吸光度の測定による塩素注入量の制御を行わなかったこと以外は実施例１と同様の制御を行った。塩素注入量は、遊離残留塩素濃度が０．５ｍｇ／Ｌに維持されるように調整した。

比較例２
塩素注入それ自体を行わなかったこと以外は実施例１と同様の制御を行った。

［実施例と比較例との比較］
１１〜１２月の晴天、降雨により水質変動が生じた時期にそれぞれ２週間の通水を行った。なお、同じ原水を使用するため、実施例での構成と比較例での構成を並列して行った。通水試験期間中の原水ＤＯＣと、ＰＡＣ添加濃度、凝集沈殿処理水ＫＭＦ値、ＵＦ膜のΔＰ上昇速度を表１に示した。なお、ＫＭＦ値とは、直径４７ｍｍのメンブレンフィルターを用い、真空吸引圧力５００ｍｍＨｇで濾過した時の最初の５００ｍＬ濾過時間及びその後の５００ｍＬ濾過時間を足したものである。

実施例１は、比較例２と比較し、ＫＭＦ値及びΔＰ上昇速度が低い値で推移した。

比較例１のトリハロメタン濃度は実施例と比較して、過剰になる場合があった。

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。

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吸光度センサ
１２撹拌機
１３凝集状態検出センサ
１４，１５薬注ポンプ

Claims

原水に凝集剤を添加する凝集剤添加手段と、
原水に塩素系薬剤を添加する塩素系薬剤添加手段と、
原水の２００〜７００ｎｍの吸光度を測定する吸光度測定手段と、
該吸光度測定手段の測定値に基づいて該塩素系薬剤添加手段による添加量を制御する塩素系薬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、前記吸光度測定手段は、原水の２００〜４９０ｎｍの紫外部吸光度と５００〜７００ｎｍの可視部吸光度とを測定可能であり、
該吸光度測定手段で測定された紫外部吸光度と可視部吸光度との差に基づいて前記凝集剤添加手段による凝集剤添加量を制御する凝集剤添加量制御手段を備えたことを特徴とする凝集装置。
原水に無機凝集剤及び塩素系薬剤を添加することにより凝集処理する凝集方法において、
原水の２００〜７００ｎｍの吸光度を測定し、この測定値に基づいて原水への塩素系薬剤の添加量を制御することを特徴とする凝集方法。
請求項１において、
前記凝集剤が凝集槽又はそれよりも前段で添加されるよう構成されており、
該凝集槽内の凝集状態を検出する凝集状態検出センサが設置されており、
該凝集状態検出センサの検出値に基づいて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を備えたことを特徴とする凝集装置。
請求項２において、
前記凝集剤が凝集槽又はそれよりも前段で添加されるよう構成されており、
該凝集槽内の凝集状態を検出する凝集状態検出センサが設置されており、
前記凝集剤添加量制御手段は、前記吸光度測定手段で測定された吸光度差と該凝集状態検出センサの検出値とに基づいて凝集剤添加手段の凝集剤添加量を制御するものであることを特徴とする凝集装置。
請求項３において、前記凝集剤を凝集槽又はそれよりも前段側で添加するようにした方法であって、
該凝集槽内の凝集状態を検出し、
該凝集状態の検出値に基づ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。
請求項６において、該凝集状態の検出値と、原水の２００〜４９０ｎｍの紫外部吸光度と５００〜７００ｎｍの可視部吸光度との差とに基づいて、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。