JP2014002050A - Aggregation state detection device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、浄水プロセス中に処理水の凝集状態を検知する凝集状態検知装置に関する。 The present invention relates to an aggregation state detection device that detects an aggregation state of treated water during a water purification process.
浄水場では、取水した原水に凝集剤を注入することで、原水中の濁質分を凝集させてフロックを形成し、生成したフロックを沈殿池で沈降分離する凝集沈殿処理が実施されている。フロックを沈降分離した凝集沈殿処理水は、次の浄水施設であるろ過池に導入されてろ過される。河川や湖沼などの表流水を原水とする場合、原水水質は気象条件や季節などが要因となって変動するため、設定された濁度以下の上水を得るには、適正な凝集剤注入率(または凝集剤注入量)を決定する必要がある。すなわち、凝集沈殿処理では、原水水質に応じて決定される凝集剤注入率が重要である。 In the water purification plant, a flocculant is injected into the collected raw water to agglomerate turbid components in the raw water to form flocs, and a coagulation sedimentation process is performed in which the generated flocs are settled and separated in a sedimentation basin. The coagulated sediment treated water from which the floc has been settled and separated is introduced into a filtration basin, which is the next water purification facility, and filtered. When surface water such as rivers and lakes is used as raw water, the quality of the raw water fluctuates due to factors such as weather conditions and seasons, so an appropriate flocculant injection rate is required to obtain clean water below the set turbidity. (Or the flocculant injection amount) needs to be determined. That is, in the coagulation sedimentation treatment, the coagulant injection rate determined according to the raw water quality is important.
凝集剤注入制御方法には、原水水質(濁度、アルカリ度、pHなど)の計測結果から予め設定した凝集剤注入モデル式に従い凝集剤注入率を演算し、この凝集剤注入率に基づいた凝集剤を注入するフィードフォワード制御がある。しかし、フィードフォワード制御は、原水水質が変動して過去に作成された凝集剤注入モデル式との整合が取れなくなった場合には、凝集剤注入量が不適切となってしまう。その結果、例えば、凝集剤が過剰となる場合は排出される汚泥量が増加し、逆に凝集剤が不足となる場合は沈殿池出口での濁度が高くなり、濁度が高い沈殿処理水がろ過池に導入されるため、ろ過池の逆洗頻度が増加するという問題が生じる。 In the flocculant injection control method, the flocculant injection rate is calculated according to a preset flocculant injection model formula from the measurement results of raw water quality (turbidity, alkalinity, pH, etc.), and the flocculant injection rate is calculated based on this flocculant injection rate. There is a feed-forward control that injects the agent. However, in the feedforward control, when the raw water quality changes and it becomes impossible to match the coagulant injection model formula created in the past, the coagulant injection amount becomes inappropriate. As a result, for example, when the flocculant becomes excessive, the amount of sludge discharged increases, and conversely, when the flocculant becomes insufficient, the turbidity at the sedimentation basin outlet becomes high and the turbidity is high. Is introduced into the filter basin, the problem arises that the frequency of backwashing of the filter basin increases.
フィードフォワード制御に対して、沈殿池出口での濁度の計測結果に基づいて凝集剤注入量を補正するフィードバック制御がある。フィードバック制御は原水水質が変動しても、その影響が沈殿池出口での濁度の変化として計測されることから、フィードバックが働くため凝集剤注入量を修正できる。しかし、原水へ凝集剤を注入した結果が、沈殿池出口の濁度として判明するまでに約3〜4時間を要し、凝集剤注入量の補正に時間遅れが生じる。 In contrast to feedforward control, there is feedback control that corrects the amount of flocculant injected based on the measurement result of turbidity at the sedimentation tank outlet. In feedback control, even if the raw water quality changes, the effect is measured as a change in turbidity at the outlet of the sedimentation basin. However, it takes about 3 to 4 hours until the result of injecting the flocculant into the raw water becomes turbidity at the sedimentation tank outlet, and a time delay occurs in correcting the flocculant injection amount.
フィードフォワード制御とフィードバック制御にはそれぞれ欠点があるため、各制御方式を組み合わせて、まず、原水水質から基本凝集剤注入率を演算し、その演算値を沈殿池出口での濁度を用いて補正するフィードフォワード・フィードバック制御がある。フィードフォワード・フィードバック制御は、フィードフォワード制御と比較して、凝集剤注入モデル式の整合性が取れない場合でもフィードバックが働くため、凝集剤注入量を適正に維持できる。しかし、フィードバック制御の課題である時間遅れは解決されていないため、原水水質が急激に変動する非定常時への対応は、困難である。 Since feedforward control and feedback control have their respective disadvantages, combining each control method, first calculate the basic flocculant injection rate from the raw water quality, and correct the calculated value using the turbidity at the sedimentation tank outlet There is feed-forward feedback control. The feedforward / feedback control can maintain the amount of the flocculant injected appropriately because the feedback works even when the consistency of the coagulant injection model equation cannot be obtained as compared with the feedforward control. However, since the time delay, which is a problem of feedback control, has not been solved, it is difficult to cope with unsteady times when the raw water quality changes rapidly.
そこで、時間遅れを短縮するため、凝集剤注入後の粒径の小さいフロック(微小フロック)を指標とする凝集剤注入制御方法が提案されている。この制御方法は、凝集剤が注入された原水を、従来の沈殿池出口よりも早い段階で採水することでフィードバック補正の時間遅れを短縮し、原水水質が変動しても早期に凝集剤注入率の補正が可能とするものである。 Therefore, in order to shorten the time delay, a flocculant injection control method using a floc having a small particle diameter after injection of the flocculant (micro floc) as an index has been proposed. In this control method, the raw water into which the flocculant has been injected is collected at an earlier stage than the conventional sedimentation basin outlet, thereby shortening the feedback correction time delay, and even if the raw water quality changes, the flocculant is injected at an early stage. The rate can be corrected.
凝集剤が注入された原水に微小フロックが多く形成されると、以降のフロック成長が遅くなり、結果的に沈殿池出口の濁度が高くなる。したがって、フィルタなどの分級手段によって微小フロックを分級してその量を測定することで、試料水中の凝集状態を検知することができる。そして、凝集状態の検知結果を用いることによって、高精度で凝集剤注入率の補正をおこなうことができる。ここで、微小フロックの定量は、固形成分のアルミニウム濃度を測定することで可能である。 If a lot of micro flocs are formed in the raw water into which the flocculant has been injected, the subsequent floc growth slows down, resulting in high turbidity at the sedimentation tank outlet. Therefore, the state of aggregation in the sample water can be detected by classifying the minute flocs by a classifying means such as a filter and measuring the amount thereof. By using the detection result of the aggregation state, it is possible to correct the flocculant injection rate with high accuracy. Here, the minute floc can be quantified by measuring the aluminum concentration of the solid component.
試料水中のアルミニウム濃度の測定方法としては、原子吸光光度法、ICP発光分光分析法、ICP質量分析法および吸光光度法などがある。このうち、吸光光度法としてエリオクロムシアニンレッド(C23H15Na3O9S、以下、ECRと称する)を呈色試薬として用いる方法がある。これは、溶解性アルミニウムがpH4.6〜5.6の領域において、ECR試薬と呈色反応を起こし錯体を生成して、その吸光度を求めて定量するものである。 Examples of the method for measuring the aluminum concentration in the sample water include atomic absorption spectrophotometry, ICP emission spectroscopic analysis, ICP mass spectrometry, and spectrophotometry. Among these, as a spectrophotometric method, there is a method of using eriochrome cyanine red (C 23 H 15 Na 3 O 9 S, hereinafter referred to as ECR) as a color reagent. This is one in which a soluble aluminum causes a color reaction with an ECR reagent in the region of pH 4.6 to 5.6 to form a complex, and its absorbance is determined and quantified.
ECR試薬によるアルミニウム濃度の測定方法として、例えば、特許文献1には、試料水の温度を調節可能な金属イオン濃度測定装置が開示されている。また、特許文献2には、フロック中のアルミニウムも測定可能なアルミニウムの自動測定装置が開示されている。 As a method for measuring the aluminum concentration using an ECR reagent, for example, Patent Document 1 discloses a metal ion concentration measuring device capable of adjusting the temperature of sample water. Patent Document 2 discloses an aluminum automatic measuring apparatus capable of measuring aluminum in a flock.
特許文献1および2に記載の技術は、特に浄水場の微小フロックに着目しているわけではないため、特許文献1および2に記載の方法でアルミニウム濃度を測定しても、試料水の凝集状態を正確に検知できない可能性があるという問題点がある。また、試料水中のフロックの分級手段としては、フィルタ、液体サイクロン、沈降分離装置、浮上分離装置などがあるが、これらの方法では、使用期間の経過に伴って測定精度が低下したり、浄水場の運営コストや設置コストが高くなってしまったりするという問題点がある。 Since the techniques described in Patent Documents 1 and 2 are not particularly focused on micro flocs in water purification plants, even if the aluminum concentration is measured by the method described in Patent Documents 1 and 2, the aggregation state of the sample water There is a problem that it may not be able to be detected accurately. In addition, as a means for classifying floc in sample water, there are filters, hydrocyclones, sedimentation separators, flotation separators, etc., but with these methods, the measurement accuracy decreases or the water purification plant There is a problem that the operation cost and installation cost of the system become high.
本発明は、前記した従来技術の問題点を鑑みてなされたものであり、浄水プロセス中の処理水の凝集状態を迅速かつ正確に検知可能な凝集状態検知装置を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a coagulation state detection device that can quickly and accurately detect the coagulation state of treated water during a water purification process.
前記した課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかる凝集状態検知装置は、アルミニウムを含有する凝集剤が添加された凝集沈殿処理水中のフロックを前記フロックの粒径によって分級する凝集沈殿分離手段と、前記凝集沈殿分離手段で得られた分級処理水にアルミニウム計測用試薬および緩衝液を添加する添加手段と、前記分級処理水と前記アルミニウム計測用試薬と前記緩衝液とを混合する混合手段と、前記混合手段によって混合された反応液の吸光度を測定する吸光度計と、前記吸光度計で測定された前記反応液の前記吸光度を前記反応液内のアルミニウム濃度に変換する変換手段と、を備え、前記凝集沈殿分離手段は、下部に前記凝集沈殿処理水の流入口と、上部に前記分級処理水の流出口と、が設けられた円筒形の管を、重力方向に対して傾斜して設置した傾斜管であることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the aggregate state detection device according to the present invention is a coagulation precipitate that classifies flocs in coagulation sedimentation treated water to which an aggregating agent containing aluminum is added, according to the particle size of the flocs. Separation means, addition means for adding an aluminum measuring reagent and a buffer to the classified water obtained by the coagulation sediment separation means, mixing for mixing the classified water, the aluminum measuring reagent and the buffer Means, an absorptiometer for measuring the absorbance of the reaction liquid mixed by the mixing means, and a conversion means for converting the absorbance of the reaction liquid measured by the absorptiometer into an aluminum concentration in the reaction liquid. The coagulation sediment separation means comprises a cylindrical tube provided with an inlet for the coagulated sediment treated water at the lower part and an outlet for the classified treated water at the upper part, Characterized in that an inclined tube installed inclined with respect to the direction of force.
本発明によれば、浄水プロセス中の処理水の凝集状態を迅速かつ正確に検知可能な凝集状態検知装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the aggregation state detection apparatus which can detect the aggregation state of the treated water in a water purification process rapidly and correctly can be provided.
以下、本発明を実施するための形態(実施形態)について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, modes (embodiments) for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate.
≪凝集状態検知装置≫
図1は、本発明の実施形態に係る凝集状態検知装置の構成を示す説明図である。
凝集状態検知装置10は、傾斜管100、ポンプ200(200a〜200g)、弁300(300a〜300h)、ヒーター400、タンク500(500a〜500c)、反応槽600、水位センサ700、攪拌手段800、吸光度計900、データ記録手段1000によって構成される。
凝集状態検知装置10は、浄水処理における濁質の凝集状態を検知する。ここで、凝集状態とは、沈殿池出口における凝集沈殿処理水の濁度の大小であり、凝集不良の場合、凝集沈殿処理水の濁度は大となる。
≪Aggregation state detection device≫
FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating a configuration of an aggregation state detection device according to an embodiment of the present invention.
The aggregation
The aggregation
なお、請求項における凝集沈殿分離手段(傾斜管)は傾斜管100に、添加手段はポンプ200c,200d、弁300c,300dおよび制御手段(図示せず)に、混合手段は反応槽600および攪拌手段800に、吸光度計は吸光度計900に、変換手段はデータ記録手段1000に、それぞれ対応する。
In the claims, the coagulating sediment separation means (inclined pipe) is the
浄水処理において凝集剤(より詳細には、アルミニウムを含有する凝集剤)が注入された凝集沈殿処理水は、分級処理水ポンプ200aによって傾斜管100に供給される。ここで、分級処理水ポンプ200aは、チュービングポンプもしくはプランジャーポンプなど、一定流量で連続的に供給できる手段であればよい。また、分級処理水ポンプ200aによる採水は、浄水処理において処理水に凝集剤を注入した後から、沈殿池出口までの間ならどこでもよいが、速やかに凝集状態を検知するためには、凝集剤を注入・混和する混和池またはフロック形成池の入口(混和池出口)側で採水するのが望ましい。
The coagulation sedimentation treatment water into which the coagulant (more specifically, the coagulant containing aluminum) is injected in the water purification treatment is supplied to the
<傾斜管>
図2は、傾斜管の構成を示す断面図である。
傾斜管100は、下部に凝集沈殿処理水の流入口110と、上部に分級処理水の流出口120と、が設けられた円筒形の管を、水平面Hoに対して所定の角度θだけ傾斜して設置したものである。言い換えると、傾斜管100は、重力方向に対して傾斜して設置したものである。
流入口110から流入された凝集沈殿処理水が傾斜管100内を通過する際に、凝集沈殿処理水内の粗大なフロックは沈降して、傾斜管100内に堆積する。そして、流出口120からは微小フロックを多く含む分級処理水が得られる。流出口120は、地面に対して斜めに傾けた傾斜管100の底部側B(傾斜管100の筒状部分について軸を中心に水平面Hoに近い側と遠い側とで2分割した場合における水平面Hoに近い側)ではなく頂上部側T(水平面Hoに遠い側)に取り付けることが望ましい。これは、傾斜管100内に堆積したフロックを流出口120から流出させないためである。一方、流入口110は、頂上部側Tおよび底部側Bのいずれに設けてもよい。
<Inclined pipe>
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the configuration of the inclined tube.
The
When the coagulated sediment treated water that has flowed in from the
また、時間経過に伴って粗大なフロックが傾斜管100の底部に堆積していくため、図示しない制御手段によって定期的に傾斜管弁300aを開いて、排出口130から粗大フロックを含む排水の排出をおこなう。排水は通常の排水設備で排水してもよいし、採水した位置に返送してもよい。
Moreover, since coarse flocs accumulate on the bottom of the
一般に、凝集沈殿処理水中に存在するフロックの粒径は1〜100μmとさまざまであるが、沈降性の悪いフロックとは、粒径が50μm以下、特に15μm以下の小さなフロックである。そのため、傾斜管100は、粒径50μm以下、望ましくは5〜15μmの範囲から決定した所定の粒径以下の小さなフロックを分級できる寸法および運転条件にする必要がある。
Generally, the particle size of flocs present in the coagulation sedimentation treated water varies from 1 to 100 μm. The flocs with poor sedimentation are small flocs having a particle size of 50 μm or less, particularly 15 μm or less. Therefore, the
次に、浄水場の凝集状態を検知するための傾斜管100の寸法および運転条件を決定する方法の一例を示す。まず、アルミニウム濃度を計測するための分級処理水の水質は、以下の条件を満たすことが望ましい。すなわち、凝集沈殿処理水の分級が不十分で分級処理水に含まれるフロック量(濁度)が高い場合、フロックが吸光度の測定に悪影響を及ぼす。したがって、分級処理水の濁度は20度以下とすることが望ましい。また、分級処理水のアルミニウム濃度は、ECR試薬を用いた吸光光度法で計測可能な範囲にする必要があり0.3mg/L程度であることが望ましい。
Next, an example of a method for determining the dimensions and operating conditions of the
また、凝集状態検知装置10に分級処理水を供給するための分級処理水ポンプ200aの流量は、少なくとも1分間以内にアルミニウム計測に必要な量を供給できることが望ましい。また、反応槽600への分級処理水の供給量は、吸光度計900での吸光度測定に必要な量以上ならばよいが、必要試薬量低減のため、100mL以下とすることが望ましい。
Moreover, as for the flow volume of the classification treated water pump 200a for supplying classified treatment water to the aggregation
このことから、反応槽600への分級処理水の供給量を50mL、分級処理水ポンプ200aの流量を100mL/minとして、粒径15μm以下のフロックを分級できる傾斜管100の寸法を決定する。
From this, the dimension of the
フロックを沈降させるためには、傾斜管100内の凝集沈殿処理水の流れを層流とするほうが望ましい。ここで、傾斜管100が図2に示すような単純な円管形状を呈する場合、流体のレイノルズ数:Refは、下記式(1)で求めることができる。なお、下記式(1)において、D:傾斜管の内径、u:平均流速、μ:水の粘度、ρ:水の密度である。
Ref=uDρ/μ ・・・(1)
In order to settle the flocs, it is desirable to use a laminar flow of the coagulation sedimentation treated water in the
Ref = uDρ / μ (1)
また、傾斜管内の平均流速:uは下記式(2)で求めることができる。なお、下記式(2)において、M:流量である。
u=M/(πD2/4) ・・・(2)
Further, the average flow velocity u in the inclined pipe can be obtained by the following formula (2). In the following formula (2), M is a flow rate.
u = M / (πD 2/ 4) ··· (2)
式(2)を式(1)に代入し、層流の条件:Ref<2300を考慮すると、下記式(3)を得ることができる。
D>(4Mρ)/(2300πμ) ・・・(3)
Substituting equation (2) into equation (1) and considering the laminar flow condition: Ref <2300, the following equation (3) can be obtained.
D> (4Mρ) / (2300πμ) (3)
前記した条件より、M=100mL/min、μ=0.001Pa・s、ρ=1000kg/m3とすると、D>9.2×10−1mm、つまり、傾斜管100の内径(直径)は、9.2×10−1mm以上であれば凝集沈殿処理水の流れを層流とすることができる。すなわち、前記式(3)を用いることで、傾斜管100の最小内径を得ることができる。
From the above conditions, if M = 100 mL / min, μ = 0.001 Pa · s, ρ = 1000 kg / m 3 , D> 9.2 × 10 −1 mm, that is, the inner diameter (diameter) of the
また、傾斜管100は水平面H(地面)に対して所定の角度:θをもって設置される。フロックを沈降させるためには、凝集沈殿処理水の上昇速度に対してフロックの終末沈降速度を大きくすればよい。傾斜管100を地面に対して水平(θ=0度)にしたとき、水の上昇速度は0となりフロックの沈降には都合がよいが、粗大なフロックが傾斜管壁に堆積し、長期間使用すると傾斜管路を閉塞する可能性がある。粗大なフロックを傾斜管底部に堆積させて定期的に排出するためには、θ=45〜75度とするのが望ましい。
Further, the
フロックの終末沈降速度(v)は、粒子のレイノルズ数(Res)が0.5以下ならば、ストークスの式(下記式(4))より求めることができる。下記式(4)において、d:フロックの粒径、g:重力加速度(=9.8m/s2)、ρs:フロックの密度(2000kg/m3)である。
v={g(ρs−ρ)d2}/(18μ) ・・・(4)
The end sedimentation velocity (v) of floc can be obtained from the Stokes equation (the following equation (4)) if the Reynolds number (Res) of the particles is 0.5 or less. In the following formula (4), d: particle diameter of flock, g: acceleration of gravity (= 9.8 m / s 2 ), ρs: density of flock (2000 kg / m 3 ).
v = {g (ρs−ρ) d 2 } / (18 μ) (4)
また、粒子のレイノルズ数(Res)は、下記式(5)より求めることができる。下記式(5)において、u´:凝集沈殿処理水の上昇速度(usinθ)である。
0.5>Res={(v+u´)dρ}/μ ・・・(5)
Further, the Reynolds number (Res) of the particles can be obtained from the following formula (5). In the following formula (5), u ′ is the rising speed (usin θ) of the coagulated sediment treated water.
0.5> Res = {(v + u ′) dρ} / μ (5)
前記式(4)および(5)を用いると、D=25mm、θ=60度、d=15μmの場合、v=0.12mm/s、Res=0.045となる。 Using the equations (4) and (5), when D = 25 mm, θ = 60 degrees, and d = 15 μm, v = 0.12 mm / s and Res = 0.045.
フロックは最大で地面(水平面Ho)に対して垂直方向における傾斜管の頂上部側Tから底部側Bへの距離:Hを沈降すれば水中から除去される、つまり、流出口120から流出しない。D=25mm、θ=60度の場合、H=D/cosθ=50mmで、必要な滞留時間(τ)はτ=H/v=420sとなり、下記式(6)より傾斜管長さ:L=1.4mを求めることができる。なお、ここでいう傾斜管長さLとは、凝集沈殿処理水が傾斜管100内を移動する距離であり、流入口110から流出口120までの距離である。
L=Mτ/(πD2/4) ・・・(6)
The flocs are removed from the water if they sink a distance H from the top side T to the bottom side B of the inclined tube in the direction perpendicular to the ground (horizontal plane Ho), that is, do not flow out from the
L = Mτ / (πD 2/ 4) ··· (6)
ここで、前記式(6)に、τ=H/v、H=D/cosθ、前記式(4)を代入することにより、下記式(7)に示すように、D:傾斜管の内径、L:傾斜管の長さ:、θ:傾斜管の水平面に対する角度、M:流量(傾斜管に対する凝集沈殿処理水の供給流量)、d:フロックの粒径、ρs:フロックの密度、の関係を導くことができる。
なお、下記式(7)のdとは、詳細には、傾斜管の流出口から流出する分級処理水中のフロックの最大粒径を示す。つまり、下記式(7)によれば、粒径dよりも小さなフロックを分級する場合に、各条件をどのような値とすればよいのかを決定することができる。
L=72Mμ/{g(ρs−ρ)d2・cosθπD} ・・・(7)
なお、前記式(7)は、請求項の式(1)に対応している。
Here, by substituting τ = H / v, H = D / cos θ, and the equation (4) into the equation (6), as shown in the following equation (7), D: the inner diameter of the inclined pipe, L: length of inclined tube :, θ: angle of inclined tube with respect to horizontal plane, M: flow rate (flow rate of coagulated sediment treated water to inclined tube), d: particle size of floc, ρs: density of floc Can lead.
In addition, d of following formula (7) shows the maximum particle diameter of the floc in the classification process water which flows out out of the outflow port of an inclined pipe in detail. That is, according to the following equation (7), it is possible to determine what value should be set for each condition when classifying flocs smaller than the particle diameter d.
L = 72 Mμ / {g (ρs−ρ) d 2 · cos θπD} (7)
In addition, said Formula (7) respond | corresponds to Formula (1) of a claim.
傾斜管100の寸法は、前記式(1)〜(6)または前記式(7)に基づき、運転条件に合わせて決定することが望ましい。また、傾斜管100は円管形状ではなく、矩形など別の形状でもよい。
The dimensions of the
図3は、傾斜管によって分級処理した分級処理水の成分および濁度を示すグラフである。詳細には、図3のグラフは、傾斜管の直径:D=25mm、角度:θ=60度、長さ:L=1mの傾斜管100を用いて、実際の浄水場で発生する可能性がある高濁度条件の凝集沈殿処理水(濁度300度、ポリ塩化アルミニウム(PAC)100mg/L)を分級処理した結果である。図3において、横軸は傾斜管100内における凝集沈殿処理水の滞留時間、右横軸は分級処理水の濁度、左横軸は分級処理水のアルミニウム濃度を示す。
FIG. 3 is a graph showing components and turbidity of classified treated water classified by an inclined tube. In detail, the graph of FIG. 3 may be generated in an actual water treatment plant using the
図3のグラフでは、傾斜管100内における滞留時間が長いほど、アルミニウム濃度および分級処理水濁度が低下している。このことから、傾斜管100内での滞留時間を長くすることで、アルミニウム濃度および分級処理水濁度を低下させて、凝集状態を判断するのに望ましい条件とすることができる。なお、傾斜管100の寸法を決定した後、高濁度条件の凝集沈殿処理水で性能を確認することが望ましい。
In the graph of FIG. 3, the aluminum concentration and the classification water turbidity are lowered as the residence time in the
<傾斜管以外の構成および傾斜管以降における処理方法>
図1の説明に戻るが、まず、傾斜管100を通過して得られた分級処理水は、ヒーター400を通過することで加温される。分級処理水を加温することによって、酸による固形成分のアルミニウム化合物の溶解および呈色反応が促進される。ここで、加熱温度としては20〜60℃が望ましい。
<Configuration other than inclined pipe and processing method after inclined pipe>
Returning to the description of FIG. 1, first, the classified water obtained by passing through the
ヒーター400で加温された分級処理水は、反応槽600に供給される。分級処理水の供給は、反応槽600内に設置された水位センサ700からの信号出力で制御される。例えば、分級処理水が所定量供給され、水位センサ700から信号が出力されると、図示しない制御手段が分級処理水弁300bを制御し、分級処理水を反応槽600ではなく、排出水として排水するように切り替える。反応槽600への分級処理水の供給は、所定量で制御できるのならば前記の方法以外でもよい。
The classified water heated by the
また、反応槽600の周りには、ヒーター400で加熱された温水が循環ポンプ200bによって循環し、反応槽600を一定温度に保温する。ここで、循環ポンプ200bは、分級処理水ポンプ200aと同様に、チュービングポンプもしくはプランジャーポンプなど、一定流量で連続的に供給できる手段であればよい。なお、ヒーター400による加熱は、分級処理水または反応槽600のいずれかのみおこなってもよい。
Moreover, the hot water heated with the
所定量の分級処理水が反応槽600に供給された後、反応槽600には、ECR溶液ポンプ200cの作用によって、ECR溶液タンク500aからECR溶液が供給される。ここで、ECR溶液ポンプ200cは、チュービングポンプもしくはプランジャーポンプなどでよいが、図示しない制御手段によって、反応槽600へ一定量のECR溶液を供給すると停止する機能をもつ。また、ECR溶液弁300cは、図示しない制御手段によってECR溶液ポンプ200cが運転しているときは開き、停止したときは閉じる機能をもつ。
After a predetermined amount of classified water is supplied to the
ECR溶液は、ECR試薬を溶媒に所定量添加して調整されている。ここで、ECR溶液は、時間経過とともに構成物質が還元型の化学種に変化して退色するため、退色防止としてpHを2.0以下に調整する必要がある。したがって、溶媒としては塩酸など酸性液体を使用することができる。また、ECR溶液は、分級処理水中のアルミニウムと錯体を生成する他にも、フロックに含まれる固形成分のアルミニウムを溶解させる役割を有する。したがって、分級処理水にECR溶液を添加したとき、固形成分のアルミニウムを溶解させることが可能なpHとなるように、ECR溶液のpHおよび添加率を決定するものとする。 The ECR solution is prepared by adding a predetermined amount of ECR reagent to a solvent. Here, in the ECR solution, the constituent material changes to a reduced chemical species over time and discolors, so it is necessary to adjust the pH to 2.0 or less to prevent discoloration. Therefore, an acidic liquid such as hydrochloric acid can be used as the solvent. Further, the ECR solution has a role of dissolving aluminum as a solid component contained in the floc in addition to forming a complex with aluminum in the classified water. Therefore, when the ECR solution is added to the classification treated water, the pH and the addition rate of the ECR solution are determined so that the pH of the solid component aluminum can be dissolved.
ECR試薬の濃度は、必要なアルミニウム濃度のとき、その吸光度が吸光度計の測定範囲内となるように設定する。ECR試薬の濃度は、分級処理水に添加後0.01〜0.20mg/mL、望ましくは0.025〜0.10mg/mLとするのがよい。このとき、アルミニウム濃度の定量範囲は0〜0.5mg/L、望ましくは0〜0.3mg/Lとするのがよく、この範囲で、吸光度とアルミニウム濃度に直線関係が得られるように、ECR試薬の添加量などを調整する。 The concentration of the ECR reagent is set so that the absorbance is within the measurement range of the absorptiometer when the required aluminum concentration is reached. The concentration of the ECR reagent is 0.01 to 0.20 mg / mL, preferably 0.025 to 0.10 mg / mL after addition to the classified water. At this time, the quantitative range of the aluminum concentration is 0 to 0.5 mg / L, preferably 0 to 0.3 mg / L. In this range, the ECR is obtained so that a linear relationship is obtained between the absorbance and the aluminum concentration. Adjust the amount of reagent added.
ECR溶液はpH1.9で、分級処理水に対して約10%添加することで、分級処理水のpHは3程度になる。pHが4以下ならばフロック中のアルミニウム化合物が溶解することができる。ECR溶液のpHは劣化防止とアルミニウム化合物の溶解の点から2以下、望ましくは1〜2がよい。 The ECR solution has a pH of 1.9, and the pH of the classified water is about 3 when added to the classified water by about 10%. If the pH is 4 or less, the aluminum compound in the floc can be dissolved. The pH of the ECR solution is 2 or less, preferably 1 to 2 in terms of preventing deterioration and dissolving the aluminum compound.
分級処理水およびECR溶液は、反応槽600で攪拌・混合される。ここで、攪拌手段800としては良好な攪拌を得られる手段ならばよく、例えば、攪拌子とマグネチックスターラーを用いる手段などがある。このとき、滞留時間は5分以内、望ましくは1〜3分がよい。
The classified water and the ECR solution are stirred and mixed in the
分級処理水とECR溶液を攪拌・混合後、反応槽600には、緩衝液タンク500bから緩衝液ポンプ200dを用いて緩衝液が供給される。ここで、緩衝液ポンプ200dは、ECR溶液ポンプ200cと同様に、図示しない制御手段により反応槽600へ一定量、緩衝液を供給すると停止する機能をもつ。また、緩衝液弁300dは、図示しない制御手段により緩衝液ポンプ200dが運転しているときは開き、停止したときは閉じる機能をもつ。攪拌・混合操作は、分級処理水およびECR溶液を攪拌・混合する際と同様である。
After stirring and mixing the classified water and the ECR solution, a buffer solution is supplied to the
緩衝液を添加する目的は、アルミニウムがECR試薬と呈色反応し、錯体を生成するpH範囲である4.6〜5.6にするためである。したがって、緩衝液のpHは、4.6〜5.6の範囲で決定する。また、緩衝液の濃度および添加率は、ECR溶液添加後の分級処理水のpHが4.6〜5.6の範囲に収まるように決定する必要がある。緩衝液は所定pHの範囲にすることが重要だが、環境への対応からPRTR(Pollutant Release and Transfer Register:化学物質排出移動量届出制度)対象物質の対象外であることが望ましく、例えば、酢酸と酢酸ナトリウム溶液を混合した酢酸緩衝液などを用いるとよい。 The purpose of adding the buffer solution is to make the pH range from 4.6 to 5.6 in which aluminum reacts with the ECR reagent to form a complex. Therefore, the pH of the buffer solution is determined in the range of 4.6 to 5.6. Moreover, it is necessary to determine the concentration and addition rate of the buffer so that the pH of the classified water after the addition of the ECR solution falls within the range of 4.6 to 5.6. Although it is important that the buffer solution has a predetermined pH range, it is desirable that the buffer solution is not subject to PRTR (Pollutant Release and Transfer Register) target substances, for example, acetic acid and An acetate buffer mixed with a sodium acetate solution may be used.
酢酸緩衝液の濃度は、アルミニウムがECRと呈色反応し、錯体を生成するpH範囲とするために、0.2〜5mol/Lで、望ましくは0.5〜3mol/Lがよい。この酢酸緩衝液を添加後に分級処理水のpHが4.6〜5.6になるように添加量を調節する。例えば、pH1.9のECR溶液の添加量に対して、酢酸緩衝液のモル量(酢酸緩衝液の濃度×添加量)は2〜4mol/L、望ましくは3〜3.5mol/Lがよい。 The concentration of the acetate buffer is 0.2 to 5 mol / L, preferably 0.5 to 3 mol / L, in order to make the pH range in which aluminum reacts with ECR and forms a complex. After the addition of this acetate buffer, the addition amount is adjusted so that the pH of the classified water becomes 4.6 to 5.6. For example, the molar amount of the acetate buffer (concentration of acetate buffer × added amount) is 2 to 4 mol / L, preferably 3 to 3.5 mol / L with respect to the added amount of the ECR solution at pH 1.9.
分級処理水、ECR溶液および緩衝液を攪拌・混合した反応液は、反応液ポンプ200eにより吸光度計900に供給される。ここで、反応液ポンプ200eは、ECR溶液ポンプ200cもしくは緩衝液ポンプ200dと同様に、図示しない制御手段により吸光度計900へ一定量、反応液を供給すると停止する機能をもつ。また、反応液弁300eは、図示しない制御手段により反応液ポンプ200eが運転しているときは開き、停止したときは閉じる機能をもつ。
The reaction solution obtained by stirring and mixing the classified water, the ECR solution, and the buffer solution is supplied to the absorbance meter 900 by the
吸光度計900では、反応液の吸光度を測定する。ここで、吸光度の測定に用いるセルは、反応液量および測定精度に影響されるものの、一般に市販されている1〜5cmのものが望ましい。測定波長は高い吸光度を示す範囲から決定する必要がある。ECR試薬を用いた吸光光度法では、測定波長は490〜550nm、望ましくは515〜535nmにする。 The absorbance meter 900 measures the absorbance of the reaction solution. Here, although the cell used for the measurement of absorbance is influenced by the amount of the reaction solution and the measurement accuracy, a cell having a commercially available size of 1 to 5 cm is desirable. The measurement wavelength needs to be determined from the range showing high absorbance. In the spectrophotometric method using an ECR reagent, the measurement wavelength is 490 to 550 nm, preferably 515 to 535 nm.
吸光度計900で測定された吸光度は、データ記録手段1000によって記録される。データ記録手段1000は、吸光度計900で測定された吸光度の値をアルミニウム濃度の値へと変換する。この変換は、予め作成した吸光度―アルミニウム濃度の検量線を用いる。なお、吸光度値のアルミニウム濃度値への変換は、データ記録手段1000内でおこなってもよいし、図示しないデータ変換手段などを用いておこなってもよい。データ記録手段1000に記録されたアルミニウム濃度は、浄水場の制御装置(図示なし)などによって監視され、凝集剤注入率の補正に用いられる。
The absorbance measured by the absorbance meter 900 is recorded by the data recording means 1000. The data recording means 1000 converts the absorbance value measured by the absorbance meter 900 into an aluminum concentration value. For this conversion, a calibration curve of absorbance-aluminum concentration prepared in advance is used. The conversion of the absorbance value into the aluminum concentration value may be performed in the
反応液の吸光度を測定後、吸光度計900内の反応液は、反応槽弁300fが開くことによって排出される。反応槽弁300fは図示しない制御手段によって開かれる。反応液はpH5程度の弱酸性の液であるため、中和もしくは希釈して通常の排水設備で排水する。
After measuring the absorbance of the reaction solution, the reaction solution in the absorbance meter 900 is discharged by opening the
反応槽600には、洗浄水として純水が純水ポンプ200fによって供給される。純水弁300gは、図示しない制御手段によって純水ポンプ200fが運転しているときに開き、停止したときは閉じる機能をもつ。ここで、純水は反応槽600を清掃する役割をもつ。このとき、図示しない制御手段により反応液ポンプ200eおよび反応液弁300eが運転することで、反応槽600と同時に吸光度計900も洗浄する。また、定期的に吸光度計900のゼロ点を調整する。検量線はゼロ点を調整したときに更新する。
Pure water as cleaning water is supplied to the
また、反応槽600および吸光度計900を連続使用すると汚れ、純水のみの洗浄では付着した汚れの除去が困難となる。そのため、定期的に洗浄液ポンプ200gおよび洗浄液弁300hが制御され、洗浄液タンク500cから反応槽600に洗浄液が供給される。ここで、洗浄液は、酸など反応槽600を清浄に戻すことができるのならば何でもよい。このとき、図示しない制御手段によって反応液ポンプ200eおよび反応液弁300eが運転することで、反応槽600と同時に吸光度計900も洗浄する。
Further, if the
凝集状態検知装置10は、同様の操作を繰り返し、図示しない制御手段によって一定間隔でアルミニウム濃度を測定する。凝集状態検知装置10の運転条件は、一度決定した場合、できる限り変更しないことが望ましい。
Aggregation
以上説明したように、実施の形態にかかる凝集状態検知装置10によれば、傾斜管100によって微小フロックを多く含む分級処理水を得ることによって、精度よく微小フロックの定量をおこなうことができ、浄水プロセス中における凝集状態を速やかに検知することができる。また、凝集沈殿処理水が高濁度の場合でも、傾斜管100で粗大フロックを除去することによって、安定して吸光度の計測をおこなうことができる。
As described above, according to the aggregated
また、傾斜管100は、フィルタなどの他の分級手段と比較して装置構造が簡便なのでメンテナンスが容易であり、精度の維持をしやすくすることができるとともに、浄水場の運営コストを低減することができる。また、傾斜管100は、フィルタなどの他の分級手段と比較して安価なので、浄水場の設置コストを低減することができる。
In addition, the
以下に、本発明の実施形態に係る凝集状態検知装置10の変形例を示す。
≪第1の変形例≫
第1の変形例は、反応槽600に、分級処理水だけではなく、純水(希釈用水)を一定量供給することで分級処理水を希釈するものである。これは、凝集沈殿処理水が高濁度である場合、分級処理水に含まれるフロックが吸光度測定に対して影響を及ぼすためであり、分級処理水を希釈することによってフロックの影響を低減させることが可能となる。
Below, the modification of the aggregation
<< First Modification >>
In the first modified example, not only the classification treated water but also a certain amount of pure water (dilution water) is supplied to the
第1の変形例では、前記した実施の形態と同様に分級処理水を反応槽600に一定量供給した後、純水ポンプ200fを運転して一定量の純水を供給して、分級処理水を希釈する。その後は、前記した実施の形態と同様にECR溶液および緩衝液を混合し、吸光度の測定をおこなう。この第1の変形例により、分級処理水を希釈しない場合と比較して、高濁度条件の凝集沈殿処理水に対応することができる。
In the first modification, after supplying a certain amount of classified water to the
≪第2の変形例≫
第2の変形例は、反応槽600に供給した分級処理水の一部を、ECR溶液を添加する前に吸光度計900に供給し、吸光度を測定しておくことで、測定に対するフロックの影響などを除去するものである。具体的には、分級処理水にECR溶液を添加する前に吸光度計900に分級処理水を供給し、吸光度:I0を測定する。次に、分級処理水にECR溶液および緩衝液を添加し、攪拌・混合した後の反応液の吸光度:I1を測定する。
<< Second Modification >>
In the second modification, a part of the classified treatment water supplied to the
このI0およびI1から、フロックなどの影響を除去した吸光度:I2を下記式(8)で求めることができる。すなわち、アルミニウム計測用試薬および緩衝液が添加される前の分級処理水の吸光度に基づいて、アルミニウム計測用試薬および緩衝液が添加された後の分級処理水の吸光度を補正することができる。下記式(8)において、α,βは事前にフロックなどの影響を確認して得られる値である。また、下記式(8)についても、下記の記載に限定されるものではなく、フロックなどの影響を除去できるならどのような式でもよい。
I2=I1−αI0 β ・・・(8)
From this I 0 and I 1 , the absorbance: I 2 from which the influence of floc and the like is removed can be obtained by the following formula (8). That is, the absorbance of the classified water after the addition of the aluminum measuring reagent and the buffer solution can be corrected based on the absorbance of the classified water before the addition of the aluminum measuring reagent and the buffer solution. In the following formula (8), α and β are values obtained by confirming the influence of floc and the like in advance. Also, the following formula (8) is not limited to the following description, and any formula may be used as long as the influence of floc and the like can be removed.
I 2 = I 1 −αI 0 β (8)
この第2の変形例により、アルミニウム計測用試薬および緩衝液が添加された後の分級処理水の吸光度のみを測定する場合と比較して、測定に対するフロックの影響などを除去して、高精度でアルミニウム濃度を測定することができる。 Compared with the case where only the absorbance of the classified water after the addition of the reagent for aluminum measurement and the buffer solution is measured, this second modification eliminates the influence of floc on the measurement and is highly accurate. Aluminum concentration can be measured.
≪第3の変形例≫
第3の変形例は、傾斜管の周りを加熱することによって、分級処理水の加温時間をより長く取るものである。
図4は、本発明の実施形態に係る傾斜管(第3の変形例)の断面図である。図4に示す傾斜管100´は、二重管となっており、内管部150には図2の傾斜管100と同様に凝集沈殿処理水(分級処理水)が通水する。一方、外管部151には、ヒーター400で加熱された温水が通水する。これにより、内管部150を通水する凝集沈殿処理水(分級処理水)を加熱することができる。したがって、第3の変形例は、分級処理水の加温時間をより長く取ることができ、酸による固形成分のアルミニウム化合物の溶解および呈色反応をより一層促進させることができる。
なお、請求項における加熱手段は、外管部151に対応する。
<< Third Modification >>
In the third modified example, the heating time of the classified water is increased by heating around the inclined tube.
FIG. 4 is a cross-sectional view of an inclined pipe (third modification) according to the embodiment of the present invention. The
Note that the heating means in the claims corresponds to the
10 凝集状態検知装置
100 傾斜管
110 流入口
120 流出口
130 排出口
150 内管部(傾斜管)
151 外管部(加熱手段)
200(200a〜200g) ポンプ
300(300a〜300h) 弁
400 ヒーター
500(500a〜500c) タンク
600 反応槽
700 水位センサ
800 攪拌手段
900 吸光度計
1000 データ記録手段
DESCRIPTION OF
151 Outer tube (heating means)
200 (200a to 200g) Pump 300 (300a to 300h)
Claims (9)
前記凝集沈殿分離手段で得られた分級処理水にアルミニウム計測用試薬および緩衝液を添加する添加手段と、
前記分級処理水と前記アルミニウム計測用試薬と前記緩衝液とを混合する混合手段と、
前記混合手段によって混合された反応液の吸光度を測定する吸光度計と、
前記吸光度計で測定された前記反応液の前記吸光度を前記反応液内のアルミニウム濃度に変換する変換手段と、を備え、
前記凝集沈殿分離手段は、下部に前記凝集沈殿処理水の流入口と、上部に前記分級処理水の流出口と、が設けられた円筒形の管を、重力方向に対して傾斜して設置した傾斜管であることを特徴とする凝集状態検知装置。 A coagulation sediment separation means for classifying flocs in the coagulation sedimentation treated water to which a coagulant containing aluminum is added, according to the particle size of the flocs;
An adding means for adding a reagent for measuring aluminum and a buffer solution to the classification treated water obtained by the coagulation sediment separation means;
A mixing means for mixing the classified water, the aluminum measuring reagent, and the buffer;
An absorptiometer for measuring the absorbance of the reaction solution mixed by the mixing means;
Conversion means for converting the absorbance of the reaction solution measured by the absorptiometer into an aluminum concentration in the reaction solution,
The coagulation sediment separation means is provided with a cylindrical pipe provided with an inlet for the coagulated sediment treated water at the lower part and an outlet for the classified treated water at the upper part, and is inclined with respect to the direction of gravity. An agglomeration state detection device characterized by being an inclined tube.
L=72Mμ/{g(ρs−ρ)d2・cosθπD} ・・・(1)
(但し、前記式(1)中、μは水の粘度であり、gは重力加速度であり、ρは水の密度である) 3. The aggregation state detection device according to claim 2, wherein when the D, the L, the θ, and the M are determined based on the d and the ρs, the following expression (1) is satisfied. .
L = 72 Mμ / {g (ρs−ρ) d 2 · cos θπD} (1)
(In the above formula (1), μ is the viscosity of water, g is the acceleration of gravity, and ρ is the density of water)
前記混合手段は、前記分級処理水と前記希釈用水と前記アルミニウム計測用試薬と前記緩衝液とを混合し、
前記吸光度計は、前記希釈用水が混合した前記反応液の吸光度を測定することを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の凝集状態検知装置。 The adding means further adds dilution water to the classified water.
The mixing means mixes the classified water, the dilution water, the aluminum measuring reagent, and the buffer solution,
The aggregation state detection device according to any one of claims 1 to 3, wherein the absorptiometer measures the absorbance of the reaction solution mixed with the dilution water.
前記変換手段は、前記アルミニウム計測用試薬および前記緩衝液が添加される前の前記分級処理水の吸光度に基づいて、前記アルミニウム計測用試薬および前記緩衝液が添加された後の前記分級処理水の吸光度を補正することを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の凝集状態検知装置。 The absorbance meter further measures the absorbance of the classified water before the aluminum measurement reagent and the buffer are added,
The conversion means is configured to determine the classified treated water after the addition of the aluminum measuring reagent and the buffer solution based on the absorbance of the classified treatment water before the addition of the aluminum measuring reagent and the buffer solution. The agglutination state detection device according to any one of claims 1 to 3, wherein the absorbance is corrected.
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