JP2008068199A - 凝集装置及び凝集方法 - Google Patents

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。
【解決手段】原水を凝集攪拌槽２Ａに導入し、凝集剤を添加することにより凝集処理する凝集装置及び凝集方法。原水中の糖濃度及び凝集阻害物質量を検出する糖濃度計２２及び吸光度測定器１１と、これらの検出値に基いて凝集剤の添加量を制御する制御装置２０とを有する。好ましくは、紫外部の吸光度と可視部の吸光度とを測定し、両者の差に基づいて凝集剤添加量を制御する。凝集槽２内のｐＨを、ｐＨセンサ１３の検出値に基いて５．０〜７．０に制御する。凝集沈殿処理後、砂濾過及び膜濾過する。
【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、原水に凝集剤を添加して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。

このような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・フルボ質や、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。このような凝集不良が生じると、凝集処理工程の後段に設けられることがある濾過装置に目詰り等の悪影響が生じる。

従来、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を決定する操作が行われているが、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。

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。

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処理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

上記の通り、原水中にフミン質等の天然有機物や、界面活性剤等の合成有機化学物質、あるいはコロイド成分などの濁度成分が存在する場合、凝集作用が阻害される。

また、本発明者が種々検討を重ねた結果、糖類、特に荷電した糖類が原水中に存在すると、凝集や膜分離に悪影響が生じることが知見された。また、荷電した糖類がイオン交換樹脂などで濃縮されることが知見された。

本発明は、原水中の糖濃度、特に荷電糖濃度と、フミン・フルボ酸系有機物などの阻害物質の濃度とを検出して凝集剤添加量を的確に制御する凝集装置及び凝集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、原水中の糖濃度を測定する糖濃度測定器と、原水中の凝集阻害物質量を検出する吸光度測定器と、該糖濃度測定器及び該吸光度測定器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、前記糖濃度測定器に供給される原水を濃縮する濃縮手段を備えたことを特徴とするものである。

請求項３の凝集装置は、請求項１又は２において、さらに、凝集処理後の処理水を処理する選択性透過膜処理装置を備えた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３において、前記選択性透過膜処理装置の透過性能の検出手段が設けられており、前記凝集剤添加量制御手段は、さらにこの検出手段の検出値に基いて凝集剤添加量を制御することを特徴とするものである。

本発明（請求項５）の凝集方法は、原水に凝集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、原水中の糖濃度及び凝集阻害物質量を検出し、これら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糖濃度、特に荷電糖濃度を測定すると共に、濁度成分や有機物等の凝集阻害物質濃度を吸光度測定器で検出し、これら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、凝集剤を過剰添加することなく、良好な凝集処理を行うことができる。

また、これにより、凝集処理工程の後段にＭＦ膜、ＵＦ膜、ＮＦ膜或いはＲＯ膜などの膜分離装置がある場合、これらの膜の汚染を防止ないし抑制することができる。なお、凝集処理した処理水をさらに選択性透過膜処理装置で処理することにより、良好な水質の処理水が得られる。

なお、荷電糖濃度を測定する場合、原水を濃縮してから測定することにより精度の良い測定結果を得ることができる。

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糖濃度及び有機物や濁度成分等の阻害物質濃度を検出するだけでなく、さらに上記選択性透過膜処理装置の透過性能を検出し、上記阻害物質量の検出値とこの透過性能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分離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る。

図１において、１は原水槽であり、吸光度測定器１１を備える。２Ａは急速凝集撹拌槽であり、撹拌機２ａとｐＨセンサ１３を備える。この凝集攪拌槽２Ａに凝集剤貯槽４から凝集剤が薬注ポンプ１４を介して供給されると共に、ｐＨ調整用の酸、アルカリが各々の貯槽６，７から薬注ポンプ１５，１６を介して供給される。２Ｂは緩速撹拌槽であり、撹拌機２ｂと凝集状態検知センサ１７を備える。３は沈殿槽である。

沈殿槽３の後段に砂濾過器８と膜濾過装置９が設置されている。膜濾過装置９の膜としては、ＭＦ膜、ＵＦ膜、ＮＦ膜、ＲＯ膜が例示される。

なお、前記原水槽１から原水の一部が分取され、糖濃縮装置２１にて濃縮された後、糖濃度計２２に供給されるよう構成されている。ただし、原水は原水槽以外の箇所から分取されてもよい。

糖類は中性多糖、酸性多糖、アミノ糖などに分類され、この中で特に荷電糖としては、Ｎ−アセチルグルコサミン、Ｎ−アセチルガラクトサミンなどのアミノ糖、ウロン糖（ガラクツロン酸、イズロン酸、グルクロン酸）などの酸性多糖が例示されるが、これに限定されない。

荷電糖を含む原水を濃縮する糖濃縮装置２１としては、イオン交換樹脂によって荷電糖を濃縮する装置が好適である。

糖濃度計２２としては、フェノール硫酸法などで発色させた試料の吸光度を分析する装置が好適である。糖の分析は連続的に行ってもよいし、定期的に分析し代表値を制御に用いてもよい。

２０は制御装置であり、吸光度測定器１１、糖濃度計２２、ｐＨセンサ１３及び凝集状態検出センサ１７の各検出値が入力され、凝集剤薬注ポンプ１４、酸薬注ポンプ１５及びアルカリ薬注ポンプ１６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、吸光度測定器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２０に入力される。吸光度測定器１１は、浸漬型のものであってもサンプリング型のものであってもよい。この吸光度測定器１１としては、波長２００〜４９０ｎｍの紫外部短波長の吸光度計が好適であるが、この紫外部吸光度計に加えて波長５００ｎｍから７００ｎｍの可視光の吸光度計を備えたものが好適である。

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好ましくは２３０〜３００ｎｍの紫外部吸光度と波長５００ｎｍ〜７００ｎｍ好ましくは５００〜６００ｎｍ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、阻害物質濃度を推算できる。
（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）］

原水槽１内の原水は次いで急速凝集撹拌槽２Ａに導入される。この急速凝集撹拌槽２Ａ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、酸、アルカリの添加によりｐＨ調整され、撹拌機２ａにより撹拌されて凝集処理される。この急速凝集撹拌槽２Ａ内のｐＨがｐＨセンサ１３により検出され、検出結果が制御装置２０に入力される。急速凝集撹拌槽２Ａから流出した水は、緩速凝集撹拌槽２Ｂに導入され、ゆっくりと撹拌されてフロックが成長する。この緩速撹拌槽２Ｂ内の凝集状態がセンサ１７によって検出される。

凝集撹拌槽２Ａへの凝集剤添加量は、この実施の形態では、吸光度測定器１１、糖濃度計２２及び凝集状態検出センサ１７の検出値に基いて制御される。即ち、例えば、制御装置２０において、入力された各々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。

糖濃度及び阻害物質濃度に応じて凝集剤の添加量を制御するには、糖濃度に応じて決定される添加量と、阻害物質濃度に応じて決定される添加量との和とするのが好ましい。一般的には、糖濃度のｍ乗に係数を乗じ、また阻害物質濃度のｎ乗に係数を乗じて凝集剤添加量を演算することとなる。即ち、
凝集剤添加量＝ａ・（糖濃度）^ｍ＋ｂ・（阻害物質濃度）^ｎ＋ｃ
である。ａ，ｂ，ｃは定数である。
なお、ｍ，ｎは糖濃度及び阻害物質濃度と最適凝集剤添加量との関係から求められる関数の次元であり、通常は１としてよい。即ち、前述の通り、阻害物質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、阻害物質濃度に応じた薬注量（ただし、ｃについては略）は次式のように、紫外部吸光度と可視部吸光度に係数ｂを乗じて演算するのが好適である。
阻害物質濃度に応じた凝集剤添加量＝ｂ×［（紫外部吸光度）−（可視部吸光度）］
各係数、定数を決定する方法の具体例については後述する。
なお、糖類のなかで糖蛋白は僅かながら紫外光に吸収を持つ。従って、原水に糖蛋白が含まれる場合、阻害物質濃度に僅かながら糖蛋白濃度が影響する。その場合、阻害物質濃度から糖蛋白濃度を引くような調整を行えば良い。

紫外部吸光度は、２００〜４９０ｎｍ特に２３０〜３００ｎｍ例えば２６０ｎｍの吸光度（Ｅ２６０）とされ、可視部吸光度は、５００〜７００ｎｍ特に６００〜７００ｎｍ例えば６６０ｎｍの吸光度（Ｅ６６０）とされる。

ａ，ｂ，ｃは、予め糖濃度測定及び吸光度測定した原水を用いてジャーテストにより測定したＫＭＦ値から決定した定数である。

演算式決定例を次に示す。
糖濃度、（Ｅ２６０−Ｅ６６０）値が異なる原水を使って凝集試験を行い、ＫＭＦ値が低い値で安定する最小ＰＡＣ添加量を最適ＰＡＣ添加濃度とする。なお、ここでの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とする。

第２図に最適ＰＡＣ添加濃度とＥ２６０−Ｅ６６０の関係を示し、第３図に最適ＰＡＣ添加濃度と糖濃度の関係を示す。

第２図の通り、糖を含まない場合は、最適ＰＡＣ添加濃度（凝集剤添加濃度）は、
最適ＰＡＣ添加濃度＝２０４．６３×
（紫外部吸光度Ｅ２６０−可視部吸光度Ｅ６６０）−５．３
で表すことができる。糖濃度が増加するに従って、最適ＰＡＣ添加濃度は上昇する。

第３図の通り、最適ＰＡＣ添加濃度は比例定数０．１４で糖濃度に比例する。従って、
最適ＰＡＣ添加濃度＝０．１４×（糖濃度［μｇ／Ｌ］）＋
２０４．６３×（Ｅ２６０−Ｅ６６０［abs.／５０ｍｍ］）−５．３
と表すことができる。

酸、アルカリの薬注ポンプ１５，１６は、凝集攪拌槽２内のｐＨが５．０〜８．０となるように制御装置２０によって制御される。
上記の緩速凝集撹拌槽２Ｂに設置された凝集状態検出センサ１７としては、緩速凝集撹拌槽２Ｂ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、緩速凝集撹拌槽２Ｂ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。

緩速凝集撹拌槽２Ｂ内でゆっくりと撹拌されることによりフロックが成長した凝集処理水は、沈殿槽３に導入されて凝結、凝集粒子が沈降分離され、上澄水が砂濾過器８及び膜濾過装置９で順次に処理される。

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。

例えば、図１では、凝集剤を凝集撹拌槽２Ａに添加しているが、凝集剤は、凝集撹拌槽２Ａ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、浮上槽などであってもよい。
また、膜濾過装置9の透過性能の検出手段を設け、さらにこの検出手段の検出値に基いて凝集剤添加量を制御するようにしてもよい。この透過性能の検出手段としては、透過差圧計や、透過流束測定装置などを用いることができる。

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湖水を水源とする凝集・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。Ａ湖水の場合全糖類のうち８０％が荷電糖類であった。砂濾過器８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２Ａ，２Ｂは有効容量３００ｍ^３のパドル式撹拌機付きの角型撹拌槽であり、原水量は３０ｍ^３／ｈ、急速凝集撹拌槽の滞留時間は６分とした。急速凝集撹拌槽２Ａでは６０ｒｐｍ、緩速凝集撹拌槽２Ｂでは３０ｒｐｍで撹拌した。

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添加量を制御する演算式は、予め、Ａ湖水を用いたジャーテストの結果から求め、次の通りとした。
ＰＡＣ添加濃度＝０．１４×（糖濃度）＋２０８．９３×Ｅ２６０＋２．３
また、急速凝集撹拌槽２ＡのｐＨは６．５となるように酸、アルカリの薬注制御を行った。

吸光度測定器としては、波長２００ｎｍ〜７００ｎｍ近傍の紫外〜可視光領域を走査できるＨＡＣＨ社製吸光光度計を用い、紫外部吸光度を２６０ｎｍで測定した。

糖濃縮装置２１は省略し、原水中の糖濃度をアクタック社製吸光式連続流れ分析装置により測定した。
通水試験結果を表１に示す。

実施例２
実施例１において、吸光度測定器１１でさらに波長６６０ｎｍの可視部吸光度を測定し、ＰＡＣ添加量演算式を次の通りとした他は同様にして試験を行った。
ＰＡＣ添加濃度＝０．１４×（糖濃度）＋２０４．６３
×（Ｅ２６０−Ｅ６６０）−５．３
通水試験結果を表１に示す。

実施例３
実施例２において、原水を糖濃縮装置２１に導いて５倍濃縮して糖濃度計２２に供給するようにした他は同様にして試験を行った。糖濃縮装置２１としてはイオン交換樹脂内蔵カラムを用いた。
通水試験結果を表１に示す。

実施例４
実施例３において、凝集状態検出センサ１７の検出値を加味してＰＡＣ添加量を補正した。凝集状態検出センサとしては栗田工業株式会社製の凝集センサ（クリピタリ）を用いた。添加量補正は具体的には、凝集状態を検出するセンサで測定した上澄水濁度が１度を越えた場合にＰＡＣ添加量を演算式で導いた値の１．２倍添加するように補正した。
通水試験結果を表１に示す。

比較例１
吸光度の測定によるＰＡＣ添加量制御を行わず、ＰＡＣ添加量を６０ｍｇ／Ｌと一定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２
ＰＡＣ添加濃度をＥ２６０とＥ６６０にのみ基づいて制御した。即ち、糖濃度はＰＡＣ添加制御に採用せず、ＰＡＣ添加濃度を次式で制御した。
ＰＡＣ添加濃度＝５１７×（Ｅ２６０−Ｅ６６０）−１０．６

［実施例１〜４と比較例１〜２との比較］
４月の晴天、降雨により水質変動が生じた時期にそれぞれ１ヶ月の通水を行った。なお、同じ原水を使用するため、実施例１〜４と比較例１〜２を並列して行った。通水試験期間中の原水のＥ２６０と、ＰＡＣ添加濃度、凝集沈殿処理水ＫＭＦ値、ＵＦ膜の濾過差圧ΔＰ上昇速度を表１に示した。

なお、ここでのＫＭＦ値とは、直径４７μｍ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とする。

実施例１では、糖濃度と吸光度Ｅ２６０に基づいてＰＡＣ添加量を制御したことにより、ＫＭＦ値及びΔＰ上昇速度が低い値で推移した。
実施例２では、糖濃度とＥ２６０及びＥ６６０（原水濁度指標）によりＰＡＣ添加量を制御したことで、実施例１よりもΔＰ上昇速度が低かった。
実施例３では、荷電糖を濃縮し糖の分析精度を高めたことで、実施例２よりもΔＰ上昇速度が低かった。
実施例４では、凝集状態からＰＡＣ添加量を補正したことで、実施例３よりもΔＰ上昇速度が低かった。
比較例１，２では、いずれもΔＰが急激に上昇した。

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。 ＰＡＣ添加濃度を示すグラフである。 ＰＡＣ添加濃度を示すグラフである。

符号の説明

１ 原水槽
２Ａ 急速凝集撹拌槽
２Ｂ 緩速凝集撹拌槽
３ 沈殿槽
４ 凝集剤貯槽
８ 砂濾過器
９ 膜濾過装置
１１ 吸光度測定器
１３ ｐＨセンサ
１４，１５，１６ 薬注ポンプ
１７ 凝集状態検出センサ
２０ 制御装置
２１ 糖濃縮装置
２２ 糖濃度計

Claims (5)

1. 原水に凝集剤を添加する凝集剤添加手段と、
   原水中の糖濃度を測定する糖濃度測定器と、
   原水中の凝集阻害物質量を検出する吸光度測定器と、
   該糖濃度測定器及び該吸光度測定器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。
2. 請求項１において、前記糖濃度測定器に供給される原水を濃縮する濃縮手段を備えたことを特徴とする凝集装置。
3. 請求項１又は２において、さらに、凝集処理後の処理水を処理する選択性透過膜処理装置を備えたことを特徴とする凝集装置。
4. 請求項３において、前記選択性透過膜処理装置の透過性能の検出手段が設けられており、前記凝集剤添加量制御手段は、さらにこの検出手段の検出値に基いて凝集剤添加量を制御することを特徴とする凝集装置。
5. 原水に凝集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、
   原水中の糖濃度及び凝集阻害物質量を検出し、これら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。

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