JP2013242319A - フロック強度測定装置及び測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】フロック強度を測定可能にして固形物分離処理システムの処理を効率的に行えるフロック強度測定装置及び測定方法を提供する。
【解決手段】河川などから取水した原水に凝集剤及び／又は凝集助剤を注入して形成されるフロックの強度を測定する装置であり、フロック４を含む被処理水にせん断力を発生させるせん断力発生装置と、せん断力を発生させた被処理水中のフロック４の粒径分布を測定する光学測定手段とを具備することを特徴とするフロック強度測定装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、河川などから取水した原水に凝集剤や凝集助剤を注入して形成されるフロックの強度を測定するフロック強度測定装置、及びフロック強度を測定する測定方法に関する。

浄水場や排水処理設備などでは、水処理対象の原水に含まれる濁質を除去するために、凝集沈殿処理が広く用いられている。この凝集沈殿処理は、原水に凝集剤や凝集助剤を注入してフロックを形成させ、このフロックを沈殿させて上澄水を得るものである。ここで、上澄水は処理水となるが、固形物である沈降したフロックは汚泥脱水機で脱水された後、乾燥汚泥として処分される。

ところで、従来、常に適切な凝集処理を行う目的で、フロックの粒径分布を光学センサーで計測し、計測したフロック粒径分布から被処理水中のフロック直径及びフロック数等を求める技術が知られている（特許文献１）。しかし、フロックの強度を測定する技術に関しては、今まで全く知られていなかった。

特開２００８−５５２９９号公報

本発明はこうした事情を考慮してなされたもので、フロックの強度を測定可能にして固形物分離処理システムの処理を効率的になしえるフロック強度測定方法及び測定方法を提供することを目的とする。

本発明に係るフロック強度測定装置は、河川などから取水した原水に凝集剤及び／又は凝集助剤を注入して形成されるフロックの強度を測定する装置であり、フロックを含む被処理水にせん断力を発生させるせん断力発生手段と、せん断力を発生させた被処理水中のフロックの粒径分布を測定するか、あるいはせん断力を発生させた被処理水の透過光の強度又は被処理水による散乱光の強度を測定する光学測定手段とを具備することを特徴とする。

本発明に係るフロックの強度測定方法は、河川などから取水した原水に凝集剤及び／又は凝集助剤を注入して形成されるフロックの強度を測定する方法であり、フロックを含む被処理水にせん断力を発生させる工程と、せん断力を発生させた被処理水のフロックの粒径分布を測定するか、あるいは被処理水に光を透過させて透過光の強度又は被処理水による散乱光の強度を測定する工程とを具備することを特徴とする。

本発明によれば、被処理水中のフロックの強度を測定可能にして固形物分離処理システムの処理を効率的に行うことができる。

本発明の実施例１に係るフロック強度測定装置の一構成であるせん断力発生手段の一例を示す説明図。 被処理水の処理前後のフロックの粒径分布を示す特性図。 本発明に係るフロック強度測定装置の一構成であるせん断力発生手段の他の例を示す説明図。 本発明に係るフロック強度測定装置の一構成であるせん断力発生手段の更に他の例を示す説明図。 本発明に係るフロック強度測定装置によりせん断力を発生させた被処理水の透過する光の強度又は散乱光の強度を求めるための説明図。

次に、本発明に係るフロック強度測定装置及び測定方法について更に詳しく説明する。
排水処理、浄水処理等固形物を含む水から固形物を取り除く固形物分離処理システムにおいては、原水に含まれる懸濁物質や濁度成分は、凝集剤と凝集助剤による凝集と重力沈殿槽における沈降分離によって処理されている。ここで、凝集剤は水中の懸濁物質と結合して細かなフロックとなるが、凝集助剤によって細かなフロックはより大きなフロックに成長することが知られている。また、上述したように、フロックを沈殿させた上澄水は処理水となるが、固形物である沈降したフロックは汚泥脱水機で脱水された後、乾燥汚泥として処分される。

しかし、フロックは、周囲の水の流れや流路の壁面との衝突により破壊され、粒径が小さくなることがある。フロックの粒径によってはフロックが十分に沈降せずに上澄水に混合されて漏出する場合もあるので、フロックにどの程度のせん断力を与えれば破壊されるのか、即ちフロックの強度を予め知ることは固形物分離処理システムの処理を効率的に行う上で重要である。このようなことから、本出願人は上述したフロック強度測定装置及び測定方法を究明するに至った。

本発明に係るフロック強度測定装置は、上述したように、せん断発生手段と光学測定手段を備えている。せん断発生手段とは、被処理水中のフロックにせん断力を与えて処理後のフロックの平均粒径を処理前のフロックの平均粒径よりも小さくする装置を意味する。せん断力発生手段の一例としては、フロックを含む被処理水の流入、流出管を備えた円筒と、この円筒内に配置された回転体と、この回転体を駆動する駆動手段とを備えた構成のものが挙げられる（図１参照）。また、せん断発生手段の他の例としては、フロックを含む被処理水を流動管内で循環させる構成のもの（図３参照）、あるいは円筒内に攪拌羽根を設置してこの攪拌羽根で被処理水を攪拌させる構成のもの（図４参照）が挙げられる。

光学測定手段とは、被処理水中のフロックの粒径分布や、被処理水を透過する光の強度や、被処理水による散乱光の強度を光学的手段により測定する装置を意味する。光学測定手段の具体例としては、レーザー回折式の粒度分布測定や、分光光度計を用いた吸光度測定、散乱光強度を指標した濁度測定などの、一般的な分析手法として用いられているものを部品として組み合わせて使用することができる。粒径分布を測定手段とする場合は、処理前後の粒径分布を比較し、フロックの崩壊に伴うピークの変化を判断基準とする。例えば、ある粒径範囲の粒子が占める割合が、半分となったときに「フロックが崩壊した」と判定しても良いし、Ｄ５０（平均粒径）が半分の粒径になったことを指標に「フロックが崩壊した」と判定しても良い。吸光度を指標とする場合は、フロックの崩壊に伴う吸光度の上昇を指標にすることができ、処理残後の吸光度を測定し、例えば２倍になった時点を「フロックが崩壊した」と判定しても良い。散乱光強度を指標にした濁度測定においては、フロックが崩壊に伴う濁度の上昇を指標とすることができ、例えば濁度が２倍になった時点で「フロックが崩壊した」と判定することができる。

本発明のフロック強度測定装置及び測定方法では、被処理水の処理前後のフロックの粒径分布を測定し、粒径分布のピーク値が所定の値のときにフロックが破損したと判断することが好ましい。

本発明において、フロックは、河川などから取水した原水に凝集剤又は凝集助剤のいずれか一方、もしく両者を注入して形成される。ここで、凝集剤は水中の懸濁物質と結合して細かなフロックを形成する場合に用いられ、凝集助剤はより凝集剤によって形成された小さなフロックを更に大きなフロックにする場合に凝集剤とともに用いられる。しかし、原水の水質によっては、凝集剤を用いずに凝集助剤のみを使用する場合もある。

次に、本発明の具体的な実施例について図面を参照して説明する。但し、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
図１を参照する。本発明に係るフロック強度測定装置は、せん断力発生手段と図示しない光学測定手段とから構成されている。せん断力発生手段は、フロックを含む被処理水にせん断力を発生させるものであり、図１のせん断力発生装置となっている。図１において、符番１は透明な塩化ビニル樹脂製の円筒を示す。円筒１は、上部にフロック４を含む被処理水８を供給するための流入管６と、下部に処理後の被処理水８を排出するための流出管７を備えている。円筒１の内側には、駆動源としてのモータ２により回転する透明な塩化ビニル樹脂製の回転体３が配置されている。光学測定手段としては、フロックの粒径分布を計測可能な光学センサー（図示せず）が挙げられる。なお、円筒や回転体の材質は、ガラス製や金属製でもよい。

こうした構成のフロック強度測定装置において、せん断力発生装置９では、円筒１の流入管６よりフロックを含む被処理水８を円筒１と回転体３間の領域に供給するとともに、円筒１の流出管７より排出しつつ、モータ２より回転体３を矢印Ａ方向に回転し、徐々に回転を上げていく。これにより、被処理水８中のフロック４が円筒１の内壁又は回転体３に当ってその粒径が小さくなっていく。ここで、回転体３の回転を一定時間行ったら、円筒１内の被処理水を透明な容器に入れて光学センサーによりその粒径分布を測定する。なお、処理前の被処理水のフロックの粒径も、透明な容器に入れて光学センサーにより予めその粒径分布を測定しておく。図２は、被処理水の処理前後のフロックの粒径分布を示す図であり、符号ａは処理前、符号ｂは処理後の粒径分布を示す。この例では、粒径分布ａでピーク値が３ｍｍであったものが、処理後の粒径分布ｂではピーク値が被処理前のピーク値の半分である１．５ｍｍになった。この時のせん断力をフロック強度とみなした。せん断力は、せん断力発生手段９のモータ２の回転数で決定される。

このように、実施例１に係るフロック強度測定装置によれば、被処理水８のフロック４にせん断力を発生させるせん断力発生装置９と、被処理水８の処理前後のフロック４の粒径分布を測定する光学センサーを備えた構成になっているので、被処理水８の処理後のフロック４の粒径分布のピーク値が、処理前のフロック４の粒径分布のピーク値の半分になった時のせん断力をフロック強度とした。即ち、被処理水８の処理前後のフロック４の粒径分布を比較することにより、フロック４の強度を測定でき、固形物分離処理システムの処理を効率的に行うことができる。

なお、上記実施例１では、被処理水の処理後のフロックの粒径分布のピーク値が、処理前のフロックの粒径分布のピーク値の半分になった時のせん断力をフロック強度としたが、これは一例であり、本発明はこの処理後のフロックの粒径分布のピーク値は半分の場合に限定されない。

（実施例２）
図３を参照する。但し、図１と同部材は同符番を付して説明を省略する。本実施例２に係るフロック強度測定装置は、せん断力発生手段を除いて実施例１の場合と同様な構成となっている。
せん断力発生手段としてのせん断力発生装置１０は、図３に示すように、両端にフランジ１１ａ，１１ａを備えた透明な材料からなる流動管１１と、この流動管１１に連結するフランジ１２ａ，１２ｂを備えた配管１２と、この配管１２に介装されたポンプ１３により構成されている。なお、流動管１１と配管１２は、フランジ部分で取り外し可能である。

せん断力発生装置１０では、流動管１１内にフロックを含む被処理水をポンプ１３により矢印Ａの方向に循環させ、ポンプ１３の出力を徐々に増やすことによりフロックにせん断力を与える。せん断力は、せん断力発生装置１０のポンプ１３による水の流速で決定される。この後は、実施例１の場合と同様にしてフロックの強度を測定する。

実施例２によれば、実施例１と同様な効果が得られる。

（実施例３）
図４を参照する。但し、図１と同部材は同符番を付して説明を省略する。本実施例２に係るフロック強度測定装置は、せん断力発生手段を除いて実施例１の場合と同様な構成となっている。
せん断力発生手段としてのせん断力発生装置１４は、図４に示すように、上下に夫々流入管６及び流出管７を備えた円筒１と、円筒内に配置された攪拌羽根１５と、モータ２とにより構成されている。

せん断力発生装置１４では、フロック４を含む被処理水８を流入管６より円筒１内に供給し、被処理水８を円筒１の流出管７より排出しつつ、モータ２より攪拌羽根１５を回転し、徐々に回転を上げていく。これにより、被処理水８中のフロック４が円筒１の内壁や回転羽根１５に当ってその粒径が小さくなっていく。フロック強度の測定の仕方は実施例１の場合と同様である。
実施例３によれば、実施例１と同様な効果が得られる。

なお、本発明は、上記実施例そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施例に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施例に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施例に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

具体的には、上記実施例では、被処理水の処理前後のフロックの粒径分布に基づいて所定のピーク粒径のときのせん断力をフロック強度とした場合について述べたが、これに限らず、例えば次のようなケースが挙げられる。
（１）フロックを含む被処理水を透明な容器に入れ、１分静置沈降後の濁度が例えば１００度以上となったときのせん断力をフロック強度とする。
（２）図５に示すように、フロックを含む被処理水１７を収容した収容槽１６を配置し、光源１８から収容槽１６側に光を当て、被処理水１７を透過する光の強度を吸光度測定計１９により測定し、初期値（処理前の被処理水の光の強度）に対しての上昇を比較することにより、フロック強度を求める。なお、吸光度測定計の代りに分光光度計を用いてもよい。

（３）図５に示すように、収容槽１６内の被処理水１７に光源１８からの光を当て、散乱光を光軸に対して直角の方向から散乱光測定計２０を用いて光の強度を求め、初期値に対する上昇を比較することにより、フロック強度を求める。なお、散乱光測定計の代りに濁度計を用いてもよい。

１…円筒、２…モータ、３…回転体、４…フロック、６…流入管、７…排出管、８…非処理水、９，１０，１４…せん断力発生装置（せん断力発生手段）、１３…ポンプ、１５…回転羽根、１８…光源、１９…吸光度測定計、２０…散乱光測定計。

本発明に係るフロック強度測定装置は、河川などから取水した原水に凝集剤及び／又は凝集助剤を注入して形成されるフロックの強度を測定する装置であって、
フロックを含む被処理水にせん断力を発生させるせん断力発生手段と、せん断力を発生させた被処理水が流入される透明な容器を備え、前記被処理水のフロックの粒径分布を測定する光学測定手段を具備し、
前記せん断力発生手段は、有底円筒と、この有底円筒内に配置された回転体と、この回転体を駆動する駆動手段とを備え、
前記有底円筒は、フロックを含む被処理水の流入管と、この有底円筒内の被処理水を前記光学測定手段の前記透明な容器に流出させる流出管とを備え、かつ
前記光学測定手段は、前記せん断力を発生させる処理後のフロックのある粒径範囲の粒子が占める割合が処理前のフロックのそれに比べて減少したときにフロックが破損したと判断するために、せん断力を発生させる処理前後の前記被処理水のフロックの粒径分布を測定し、
前記駆動手段は、その回転体の回転数に基づいて前記フロックの破損時のせん断力を決定し、このときのせん断力により前記フロックの強度を求めることを特徴とする。

本発明に係るフロックの強度測定方法は、前記フロック強度測定装置を使用して河川などから取水した原水に凝集剤及び／又は凝集助剤を注入して形成されるフロックの強度を測定する方法であって、
フロックを含む被処理水をせん断力発生手段の流入管を通して有底円筒に流入させ、前記せん断力発生手段の駆動手段で回転体を回転させて前記フロックを含む被処理水にせん断力を発生させる第１の工程と、
せん断力を発生させた被処理水を前記せん断力発生手段の流出管を通して光学測定手段の透明な容器内に流出させる第２の工程と、
前記光学測定手段で前記せん断力を発生させる処理前後の前記被処理水のフロックの粒径分布を測定し、前記第２工程で前記透明な容器内に流出した処理後のフロックのある粒径範囲の粒子が占める割合が処理前のフロックのそれより減少したときにフロックが破損したと判断し、このフロックの破損時のせん断力を前記駆動手段の回転数に基づいて決定し、このときのせん断力により前記フロックの強度を求める第３の工程と
を具備することを特徴とする。

Claims (6)

1. 河川などから取水した原水に凝集剤及び／又は凝集助剤を注入して形成されるフロックの強度を測定する装置であり、
   フロックを含む被処理水にせん断力を発生させるせん断力発生手段と、せん断力を発生させた被処理水中のフロックの粒径分布を測定するか、あるいはせん断力を発生させた被処理水の透過光の強度又は被処理水による散乱光の強度を測定する光学測定手段とを具備することを特徴とするフロック強度測定装置。
2. 前記せん断力発生手段は、フロックを含む被処理水の流入、流出管を備えた円筒と、この円筒内に配置された回転体と、この回転体を駆動する駆動手段とを備えていることを特徴とする請求項１記載のフロック強度測定装置。
3. 前記被処理水の処理前後のフロックの粒径分布を測定し、粒径分布のピーク値が所定の値のときにフロックが破損したと判断することを特徴とする請求項１記載のフロック強度測定装置。
4. 河川などから取水した原水に凝集剤及び／又は凝集助剤を注入して形成されるフロックの強度を測定する方法であり、
   フロックを含む被処理水にせん断力を発生させる工程と、せん断力を発生させた被処理水のフロックの粒径分布を測定するか、あるいは被処理水に光を透過させて透過光の強度又は被処理水による散乱光の強度を測定する工程とを具備することを特徴とするフロックの強度測定方法。
5. 前記せん断力を発生させる工程は、フロックを含む被処理水の流入、流出管を備えた円筒とこの円筒内に配置された回転体間に被処理水を流しながら、前記回転体を駆動手段により回転を上げることにより行うことを特徴とする請求項４記載のフロックの強度測定方法。
6. 前記被処理水の処理前後のフロックの粒径分布を測定し、粒径分布のピーク値が所定の値のときにフロックが破損したと判断することを特徴とする請求項４記載のフロックの強度測定方法。

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