JP2015085252A - 水処理方法および水処理装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、凝集処理の効率化と発生汚泥の低減可能な水処理方法および水処理装置を提供する。【解決手段】凝集剤水溶液を貯留する凝集剤水溶液貯蓄槽７と、撹拌機を備え被処理水と添加される凝集剤水溶液とを混合し凝集物を形成する凝集槽１０と、凝集槽内の凝集物の粒径分布を測定する粒径分布測定装置２０と、測定された凝集物の粒径分布に基づき少なくとも撹拌強度及び前記凝集槽内の混合液の温度のうちいずれか一方を制御する制御部１を備え、被処理水へ凝集剤水溶液を添加し効率的に凝集物の形成を行う。【選択図】図１
Description
本発明は、被処理水から不純物、特に有機汚染物質を除去するための水処理方法および水処理装置に関する。
世界的に見て、飲用、生活用、および工業用や農畜産業用に適した水質の充分な水源を有している地域はいまだ大多数とは云えない。また工業排水、農畜産業排水、生活排水がこれらの水源を汚染している場合も多数存在しているため、総合的に見て必要な水質の水を必要量確保することが困難な地域は世界的にかなりの割合で存在する。
海水淡水化技術はこれら水源確保の目的に用いられる主要な技術の一つである。その利点は地球上の水の大部分を占め、海岸を有する地域なら確保可能な海水から飲用にさえ利用可能な水を作れることであり、このため工業的な水の増産に適している技術である。
海水淡水化の主要な塩分除去の方法の一つとして逆浸透膜(RO膜)を用いた濾過が挙げられる。そしてその海水への適用時の問題として、海水中の不純物、特に有機汚染物質のＲＯ膜への付着による目詰まり(ファウリング)がある。
これら不純物を金属イオン等で凝集させ、沈殿または濾過で除去する方法が検討されている。非特許文献１では、光ファイバの先端を被処理水と凝集剤を混合する凝集槽内に設置し、光ファイバからの照射光により混合液中の凝集物から発せられる散乱光を検出することで粒径を測定する。そして測定された凝集物の粒径に応じて凝集剤の混合量を増加させるものである。
「光散乱方式凝集センサーを用いた凝集剤薬注制御システムの廃水処理プロセスへの適用」渡辺実ら、EICA,13,pp159(2008)
非特許文献１は、凝集槽内の凝集物の粒径を測定し凝集物の粒径成長を促進するため凝集剤の添加量を増量するものであるため、凝集剤の過剰添加とそれに伴う汚泥発生量が増加するという問題がある。
本発明は、凝集処理の効率化と発生汚泥の低減可能な水処理方法および水処理装置を提供する。
上記課題を解決するため、本発明は、凝集剤水溶液を貯留する凝集剤水溶液貯蓄槽と、撹拌機を備え被処理水と添加される凝集剤水溶液とを混合し凝集物を形成する凝集槽と、前記凝集槽内の凝集物の粒径分布を測定する粒径分布測定装置と、測定された凝集物の粒径分布に基づき、少なくとも撹拌強度及び前記凝集槽内の混合液の温度のうちいずれか一方を制御する制御部を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、凝集剤の余剰添加を防止でき発生汚泥を低減可能な水処理方法および水処理装置を提供可能となる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
以下、図面を用いて本発明の実施例について説明する。
図１は、本発明の一実施例に係る水処理装置の全体構成図である。以下では、水処理装置として海水淡水化装置の場合を例に説明するが、これに限られるものではなく、工業用排水の処理装置、生活排水などの下水処理装置であっても同様に適用されるものである。また、図１では、水の流れを実線矢印で、信号線（制御線）を点線で示している。
図１に示すように本発明の水処理装置は、凝集剤水溶液を貯留する第１の凝集剤水溶液貯蓄槽７、凝集剤水溶液と被処理水である海水とを混合し凝集物を形成する第１の凝集槽１０、第１の凝集槽１０内の混合液中の凝集物の粒径分布における最小粒径を測定する第１の粒径分布測定装置２０、凝集反応後の被処理水である混合液の凝集物の最小粒径を測定する第２の粒径分布測定装置２１、被処理水と凝集物を含む混合液から凝集物を除去する凝集物除去部３０、凝集物が除去された後の被処理水から塩分を除去する逆浸透膜ユニット（以下、ＲＯ膜ユニット）４０及びこれらを制御する制御部１から構成される。制御部１は、第１の凝集槽１０における凝集処理の処理条件選択部２と後述する処理条件を格納するデータベース（ＤＢ）３を備えている。
第１の凝集槽１０には、被処理水導入配管１４を介して導入される被処理水と第１の凝集剤水溶液貯蓄槽７からの凝集剤水溶液を混合する攪拌機８、粒径分布測定用の分岐流路１２、分岐流路１２に設けられ混合液中の凝集物の粒径分布を測定する第１の粒径分布測定装置２０が設けられている。第１の粒径分布測定装置２０は、第１の凝集槽１０内の混合液を通流するフローセル５、フローセル５内を流れる混合液に対しレーザを照射するレーザ照射部４と、フローセル５を挟みレーザ照射部４に対向するよう配置された検出部６から構成されている。検出部６は、混合液中の凝集物にレーザが照射されることにより発生する散乱光を受光し光電変換することで散乱光強度を検出する。そして、検出部６は、この散乱光強度分布に基づいて混合液中の凝集物の粒子径の分布を求め制御部１に出力する。これにより、制御部１は、第１の凝集槽１０内の混合液中の凝集物の粒径分布における最小粒径を取得する。このように、第１の粒径分布測定装置２０を、第１の凝集槽１０内に設置せず分岐流路１２に配置することで、被処理水中の有機汚染物質等の不純物が付着し粒径分布測定精度が低下することを防止できる。第２の粒径分布測定装置２１も同様に、レーザ照射部２４、フローセル２５及び検出部２６より構成される。
なお、ここでは第１の粒径分布測定装置２０として、フローセル５、レーザ照射部４及び検出部６にて動的光散乱法による粒径分布を測定する場合を説明したが、この他に、例えば、レーザ回折法、画像イメージング法及び重力沈降法等の粒径分布測定法が知られている。レーザ回折法は、粒子にレーザを照射し得られる回折光及び散乱光の強度分布から粒子径を求めるものである。また、画像イメージング法は、光学顕微鏡や電子顕微鏡などで粒子の画像を取得し、その画像イメージから粒子の大きさを得るものであり、重力沈降法は、分析試料を溶媒中に均一に分散させ粒子の沈降速度から粒径分布を求めるものである。また、本発明では、フローセル５、レーザ照射部４及び検出部６にて第１の粒径分布測定装置２０を構成したがこれに限られない。例えば、レーザ照射用のファイバと、これに直交するよう近接して配置された受光用ファイバから第１の粒径分布測定装置２０を構成し、第１の凝集槽１０内に設置しても良い。この場合、第１の凝集槽１０に分岐流路１２を設けることを必要としない。但し、レーザ照射用の光ファイバ及び受光用光ファイバへ被処理水中の不純物が付着することが起こり得るため、これらを定期的に洗浄する必要がある。また、第１の粒径分布測定装置２０を、一次元又は二次元アレイ状に配列された超音波振動子にて構成し、第１の凝集槽１０内に配置しても良い。
また、第１の凝集槽１０には、被処理水と凝集剤水溶液の混合液を加熱又は冷却する加熱冷却部１３が取り付けられている。加熱冷却部１３としては、電熱抵抗器、ペルチェ素子、電動ファンなどの電気的加熱冷却機構、または固体、液体または気体の燃焼装置、あるいは固体、液体、気体の蒸発装置などの物理的加熱冷却機構のいずれかを用いる。なお、水処理装置に隣接して発電設備、工業設備、蓄熱設備、太陽光発電施設、水道設備等が設けられている場合はこれらの設備と結合した熱交換器により実現しても良い。
第１の凝集剤水溶液貯蓄槽７には、無機系凝集剤である塩化鉄（ＦｅＣｌ3）等の水溶液が貯留されている。第１の凝集槽１０に導入される被処理水に凝集剤水溶液が適量添加され、攪拌機８により被処理水と凝集剤水溶液との混合液を撹拌することで、被処理水中の凝集剤と不純物とを衝突させ凝集反応により凝集物を形成する。この凝集物の粒径成長は攪拌機８による撹拌強度に依存する。すなわち撹拌強度を高くすることで凝集剤と不純物の衝突頻度が増加し形成される凝集物の成長は加速する。ここで、撹拌強度とは、第１の凝集槽１０の容量、撹拌羽根１８の面積、撹拌羽根の回転数(撹拌速度)等により定まるが、容量及び撹拌羽根１８の面積は一定のため、モータ９の回転数を制御することにより撹拌羽根１８の回転数を制御する。
撹拌強度を制御することにより第１の凝集槽１０内での凝集物の粒径成長を加速するものの、所定の撹拌強度以上となると凝集物が分解し凝集物の粒径が小さくなる。これは、不純物が凝集剤に捕捉され凝集物が形成され、凝集物間での衝突頻度が所定以上となると凝集剤に捕捉された不純物が剥離する現象が生じることによる。よって、このような状態では、撹拌強度を固定し、加熱冷却部１３により第１の凝集槽１０内の混合液を加熱し、混合液中に対流を生じさせることで凝集物の粒径成長を加速することが有効となる。
なお、第１の凝集剤水溶液貯蓄槽７に貯留される無機系凝集剤水溶液には、塩化鉄水溶液の他に多価の金属イオン溶液として、例えば、硫酸バンド、硫酸第二鉄、塩化アルミニウム、硫酸アルミニウム、ポリ塩化アルミニウムのいずれかを用いても良い。
第１の凝集槽１０内で凝集物が形成された被処理水（混合液）は第２の粒径分布測定装置２１を介して凝集物除去部３０へ送水される。凝集物除去部３０により混合液から凝集物が分離し除去され、凝集物除去後の処理水はＲＯ膜ユニット４０に送水される。ＲＯ膜ユニット４０では、凝集物が除去された処理水から塩化物イオン、ナトリウムイオン等のイオン類が除去され、濃縮水は排水され淡水が生成される。ここで、凝集物除去部３０は、例えば、沈殿槽（沈殿部）、限外ろ過部、精密ろ過部、砂ろ過槽（砂ろ過部）あるいはマルチメディアフィルタろ過部等のいずれか１つまたはこれらの組み合わせを適切に配して構成される。以下では、特に、膜ろ過(膜分離)方式を適用した凝集物除去部３０を用いた場合を例に説明する。
次に、制御部１による攪拌機８又は加熱冷却部１３の制御動作につき説明する。撹拌にかけられる時間は第１の凝集槽１０の容量と第１の凝集槽１０に導入される被処理水の流量により定まり、この撹拌時間、凝集物除去部３０のフィルタ孔径及びデータベース（ＤＢ）３に予め格納された凝集物の成長過程のモデルを用いて、制御部１内の処理条件選択部２は攪拌機８を制御する。具体的には、ＤＢ３に格納された次式（１）を読み出し、第１の粒径分布測定装置２０から得られる混合液中の凝集物の粒径分布における最小粒径の測定値を用いて次式（２）により撹拌強度を算出し攪拌機を制御する。ここで算出される撹拌強度は、上述のとおり撹拌羽根の回転数（撹拌速度）のみを変数として算出される値であり、モータ９への指令値として得られる。
式（２）により、ある時間における理想最小粒径と実測定の最小粒径の差分を補うための撹拌強度の変化量が求められる。この撹拌強度の変化量の算出は、所定周期又は実測定の最小粒径が理想最小粒径より１％以上ずれた場合に実行される。
また、第１の凝集槽１０内の混合液の温度制御については、同様に、最小粒径と混合液温度との関数をＤＢ３に格納することで実行される。
上記は、処理条件選択部２が予めＤＢ３に格納された関数を用いて撹拌強度又は第１の凝集槽１０内温度を制御する場合を説明したが、以下では予めＤＢ３に格納された処理条件選択テーブルを参照し制御する場合を例に説明する。
図２は、図１に示す凝集槽における処理時間と凝集物の最小粒径との関係を説明する図である。図２に、処理時間(凝集処理時間)を横軸に、第１の粒径分布測定装置２０により測定される凝集物の最小粒径を縦軸にとり、第１の凝集槽１０の容量及び被処理水の流入量から定まる限界処理時間（ｔｍａｘ）で、凝集物の最小粒径が凝集物除去部３０のフィルタ孔径（濾過孔径）に達するか否かを示している。図２において、一点鎖線Ｌ０は第１の凝集槽１０内で凝集物が一定成長しその最小粒径が限界処理時間に濾過孔径に達した場合を示しており、ｔ１からｔ４は制御部１内の処理条件選択部２による処理条件の見直しタイミングを示している。ここで、限界処理時間とは、第１の凝集槽１０の容量と被処理水導入配管１４を介して第１の凝集槽１０内に導入される被処理水の流量から定まる。点線Ｌ１は、１回目の処理条件見直し時刻ｔ１において処理条件を変更することなく凝集処理を継続した場合の凝集物の最小粒径の成長を示している。この場合、限界処理時間ｔｍａｘにおいても凝集物の最小粒径は濾過孔径に達しておらす、被処理水から凝集処理により不純物を除去できないことがわかる。また、点線Ｌ２は、１回目の処理条件見直し時刻ｔ１において処理条件を変更し、２回目の処理条件見直し時刻ｔ２において処理条件を変更することなく凝集処理を継続した場合の凝集物の最小粒径の成長を示している。この場合、限界処理時間ｔｍａｘよりはるかに早く凝集物の最小粒径は濾過孔径に達することを示している。また、点線Ｌ３は、１回目及び２回目の処理条件見直し時刻ｔ１，ｔ２で処理条件を変更し、３回目の処理条件見直し時刻ｔ３で処理条件を変更することなく凝集処理を継続した場合の凝集物の最小粒径の成長を示している。この場合、限界処理時間ｔｍａｘにおいても凝集物の最小粒径は濾過孔径に達しておらず、被処理水から凝集処理により不純物を除去できないことがわかる。また、点線Ｌ４は、１回目、２回目及び３回目の条件見直し時刻ｔ１，ｔ２，ｔ３でそれぞれ処理条件を変更し、４回目の条件見直し時刻ｔ４で処理条件を変更することなく凝集処理を継続した場合の凝集物の最小粒径の成長を示している。この場合、限界処理時間ｔｍａｘ前に凝集物の最小粒径は濾過孔径に達している。実線Ｌ５は、１回目から４回目の全ての処理条件見直し時刻においてそれぞれ処理条件を変更し、限界処理時間ｔｍａｘで凝集物の最小粒径が濾過孔径に達した場合を示している。
図３は、処理条件選択テーブルである。図３において、処理条件選択テーブルは、条件毎に、各処理条件見直し時刻（ｔ１〜ｔ４）における撹拌強度又は凝集槽内混合液温度が格納されている。ここで撹拌強度は撹拌速度であり、撹拌羽根の回転数、すなわち、モータ９の回転数（ｒｐｍ）が記憶されている。例えば条件１では、処理条件見直し時刻ｔ１において撹拌速度をｘａ（ｒｐｍ）、処理条件見直し時刻ｔ２において撹拌速度をｘｂ（ｒｐｍ），処理条件見直し時刻ｔ３において撹拌速度をｘｃ（ｒｐｍ）、処理条件見直し時刻ｔ４における撹拌速度をｘｄ（ｒｐｍ）に変更する組み合わせとして格納されている。
制御部１内の処理条件選択部２は、ＤＢ３に格納された図３に示す処理条件選択テーブルを参照し最適な処理条件を抽出して、攪拌機８又は加熱冷却部１３を制御する。処理条件選択テーブルからの抽出は、例えば各条件を選択した場合の運転コスト(消費電力)等を基に行われる。図２に示す実線Ｌ５は、図３に示す処理条件選択テーブル内の「条件１」が選択され攪拌機８を制御した場合の凝集物の最小粒径の成長を示している。図３には、攪拌機８の撹拌速度及び第１の凝集槽１０内の混合液(被処理水と凝集剤水溶液との混合液)温度のいずれか一方又はこれらの組み合わせの条件を示しているが、例えば、攪拌機８の撹拌速度のみの条件で混合液中の凝集物の粒径成長を制御しても良い。
制御部１内の処理条件選択部２は、ＤＢ３に格納された図３に示す処理条件選択テーブルを参照し最適な処理条件を抽出して、攪拌機８又は加熱冷却部１３を制御する。処理条件選択テーブルからの抽出は、例えば各条件を選択した場合の運転コスト(消費電力)等を基に行われる。図２に示す実線Ｌ５は、図３に示す処理条件選択テーブル内の「条件１」が選択され攪拌機８を制御した場合の凝集物の最小粒径の成長を示している。図３には、攪拌機８の撹拌速度及び第１の凝集槽１０内の混合液(被処理水と凝集剤水溶液との混合液)温度のいずれか一方又はこれらの組み合わせの条件を示しているが、例えば、攪拌機８の撹拌速度のみの条件で混合液中の凝集物の粒径成長を制御しても良い。
尚、上記処理条件選択テーブルに格納される第１の凝集槽１０内の混合液の温度は、混合液が液相状態を維持できる範囲内（０℃から１００℃）で設定される。予め、模擬被処理水を用いて、限界処理時間(ｔｍａｘ)内に設定温度を複数回変更し実験データを取得することで処理条件選択テーブルは構築される。また処理条件選択テーブルに格納された条件以外の撹拌速度又は混合液温度が手動により設定された場合には、この条件を処理選択条件テーブルに追加登録する。
次に、第１の粒径分布測定装置２０を構成するフローセル５の洗浄について説明する。
図４は粒径分布測定とフローセルの洗浄の切り替え動作の説明図である。図４において、粒径分布測定用の分岐流路１２には、第１の凝集槽１０内の混合液を第1の粒径分布測定装置２０を構成するフローセル５に通流するための２つの弁Ｂ１、Ｂ２が設けられている。また、図示しない洗浄液供給源からの洗浄液をフローセル５に通流するための２つの弁Ｂ３、Ｂ４が設けられている。第１の凝集槽１０内の混合液中の凝集物の最小粒径を測定する場合、弁Ｂ１及びＢ２を開状態とし、弁Ｂ３及びＢ４を閉状態とすることで、第１の凝集槽１０から混合液を分岐流路１２へ導入しフローセル５へ通流する。第１の粒径分布測定装置２０により凝集物の最小粒径が測定された混合液は分岐流路１２を介して第１の凝集槽１０へ戻される。即ち、第１の凝集槽１０内の混合液の一部は分岐流路１２内を通流することで、第１の凝集槽１０外で循環する。
図４は粒径分布測定とフローセルの洗浄の切り替え動作の説明図である。図４において、粒径分布測定用の分岐流路１２には、第１の凝集槽１０内の混合液を第1の粒径分布測定装置２０を構成するフローセル５に通流するための２つの弁Ｂ１、Ｂ２が設けられている。また、図示しない洗浄液供給源からの洗浄液をフローセル５に通流するための２つの弁Ｂ３、Ｂ４が設けられている。第１の凝集槽１０内の混合液中の凝集物の最小粒径を測定する場合、弁Ｂ１及びＢ２を開状態とし、弁Ｂ３及びＢ４を閉状態とすることで、第１の凝集槽１０から混合液を分岐流路１２へ導入しフローセル５へ通流する。第１の粒径分布測定装置２０により凝集物の最小粒径が測定された混合液は分岐流路１２を介して第１の凝集槽１０へ戻される。即ち、第１の凝集槽１０内の混合液の一部は分岐流路１２内を通流することで、第１の凝集槽１０外で循環する。
また、フローセル５を洗浄する場合には、弁Ｂ３及びＢ４を開状態とし、弁Ｂ１及びＢ２を閉状態とすることで、洗浄液は分岐流路１２に導入されフローセル５を通流後排出される。この粒径分布測定時の混合液の流れＡと洗浄液の流れＢは交互に切り替えられる。なお、弁Ｂ１からＢ４は、例えば、電磁弁であり、制御部１は粒径分布測定とフローセル洗浄を所定の周期で交互に実行するため、弁Ｂ１からＢ４へ指令を出力する。このように構成することで、フローセル５内に凝集物が堆積することによる粒径分布測定精度の低下を防止することが可能となる。また、分岐流路１２と第１の粒径分布測定装置２０を第１の凝集槽１０に複数設置すれば、粒径分布測定を中断することなくフローセル５の洗浄を行うことができる。
図１に示される水処理装置の構成において、有機汚染物質等の不純物を含む被処理水（海水）１Ｌを第１の凝集槽１０へ被処理水導入配管１４により導入し、第１の凝集剤水溶液貯蓄槽７より塩化鉄水溶液を添加し、モータ９を用いて攪拌羽根１８で攪拌した。攪拌時間の経過とともに第１の凝集槽１０に凝集物である褐色海草様の沈殿が発生した。この攪拌時間経過ごとに第1の粒径分布測定装置２０により凝集物の最小粒径分布を測定した結果、最小粒径は時間経過に伴い増加した。この時、モータ９の回転数を増加させた場合(撹拌速度を増加)、最小粒径は標準より短時間に増加し、その後は標準回転数において測定した最小粒径と一致した。
これは、図２に示した点線Ｌ２の状態を表しており、短時間で濾過孔径に達し、その後、限界処理時間(ｔｍａｘ)まで凝集物の最小粒径は一定となる。反対にモータ９の回転数を減少させた場合(撹拌速度を低減)、最小粒径増加にかかる時間は大幅に増えたが、最終的に標準回転数において測定した最小粒径と一致した。このことからも、図２において説明したように、処理すべき不純物を含む被処理水の量及び第１の凝集槽１０の容量から定まる限界処理時間（ｔｍａｘ）内に、第１の凝集槽１０の後段に設置された凝集物除去部３０における濾過孔径に凝集物の最小粒径が成長するよう撹拌速度を設定する必要があることがわかる。そして、図３に示す処理条件選択テーブルの参照による最適条件の選択又は上述の最小粒径と撹拌強度の関係を規定する式（１）、式（２）により撹拌速度を制御することで実現できる。
なお、比較例として、図１に示される水処理装置の構成において、撹拌速度及び撹拌時間を一定とし、凝集剤水溶液の添加量を変更することで凝集物の最小粒径が凝集物除去部３０における濾過孔径となるまで成長するよう制御したところ、凝集物の粒径成長に伴う沈殿発生までに時間を要することから添加される凝集剤水溶液の量は必要量を越えて増大した。過剰な凝集剤の添加は、凝集剤水溶液として用いた塩化鉄の３価の鉄イオン濃度を増大させるため、凝集物除去後の処理水中の３価の鉄イオンを除去するための機構を水処理装置に追加する必要がある。
本実施例によれば、第１の凝集槽１０内の被処理水と凝集剤水溶液との混合液中の凝集物の最小粒径を測定し、第１の凝集槽１０の後段に配置された凝集物除去部３０の濾過孔径となるよう制御できることから、必要以上の凝集剤水溶液の添加による運転コストの上昇又は、第１の凝集槽１０に生成される汚泥を低減できる。
本実施例においては、凝集物除去部３０の前段に第２の粒径分布測定装置２１を配する構成としたが、これに限られず第１の粒径分布測定装置２０のみを配置する構成としても同様の効果が得られる。
図５は、本発明の他の実施例に係る水処理装置の全体構成図である。実施例１と同様の構成要素には同一の符号を付している。本実施例においては、第２の凝集剤水溶液貯蓄槽１５及び攪拌機１６を備えた第２の凝集槽１１を、第１の凝集槽１０と凝集物除去部３０との間に設けた点が実施例１と異なる。そして、第２の凝集槽１１に第２の粒径分布測定装置２１を設け、第２の凝集槽１１の下流側であって凝集物除去部３０の前段に第３の粒径分布測定装置２２を配置している。
第１の凝集剤水溶液貯蓄槽７には、実施例１と同様に無機系凝集剤水溶液が貯留され、第２の凝集剤水溶液貯蓄槽１５には高分子凝集剤水溶液を貯留している。第２の凝集剤水溶液貯蓄槽１５に貯留される高分子凝集剤水溶液は、高分子凝集剤として、ポリアクリルアミド系凝集剤、ポリスルホン酸系凝集剤、ポリアクリル酸系凝集剤、ポリアクリル酸エステル系凝集剤、ポリアミン系凝集剤、ポリメタクリル酸凝集剤、ポリカルボン酸系凝集剤のいずれかを用いることができる。
図５に示される水処理装置の動作について説明する。第１の凝集槽１０に被処理水が導入され、第１の凝集剤水溶液貯蓄槽７より無機系凝集剤水溶液（例えば、塩化鉄水溶液）が添加されると、実施例１と同様に、制御部１は、第１の粒径分布測定装置２０から第１の凝集槽１０内の混合液中の凝集物の最小粒径を所定の周期で取得する。取得された凝集物の最小粒径により少なくとも第１の攪拌機８の撹拌強度及びは第１の凝集槽１０内の混合液の温度のうちいずれか一方を制御し、混合液中の凝集物の粒径を成長させる。所定時間経過後凝集物を含む被処理水である混合液は第２の凝集槽１１に送水される。
第２の凝集槽１１に混合液が導入されると、第２の凝集剤水溶液貯蓄槽１５から高分子凝集剤水溶液が添加される。制御部１は、第２の粒径分布測定装置２１から第２の凝集槽１１内の混合液中の凝集物の最小粒径を所定の周期で取得する。取得された最小粒径に基づき実施例１と同様に、攪拌機１６を構成するモータ１７の回転数を制御することで撹拌羽根１９の回転数を制御又は第２の凝集槽１１内の混合液の温度を制御し、後段に配置された凝集物除去部３０の濾過孔径に凝集物の最小粒径が達するよう凝集処理を行う。その後、第２の凝集槽１１より混合液は凝集物除去部３０へ送水される。凝集物除去部３０の前段に設けられ、第２の凝集槽１１からの混合液を通流するフローセル２８、レーザ照射部２７及び検出部２９から構成される第３の粒径分布測定装置３０は、凝集物除去部に流入する混合液中の凝集物の最小粒径を測定し測定結果を制御部１へ送信する。凝集物除去部３０にて凝集物が除去された処理水はＲＯ膜ユニットにて濃縮水と淡水に膜分離される。なお、制御部1は、第１の凝集槽１０に設けられた攪拌機８により急速撹拌を、第２の凝集槽１１に設けられた攪拌機１６により緩速撹拌するようそれぞれの攪拌機を制御する。
図５に示される水処理装置の構成において、有機汚染物質等の不純物を含む被処理水（海水）１Ｌを第１の凝集槽１０へ被処理水導入配管１４により導入し、第１の凝集剤水溶液貯蓄槽７より塩化鉄水溶液を添加し、モータ９を用いて攪拌羽根１８で一定時間攪拌した。
続いて第１の凝集槽１０から混合液を第２の凝集槽１１へ送水し第２の凝集剤水溶液貯蓄槽１５より高分子凝集剤水溶液としてポリカルボン酸の水溶液を添加し、その後モータ１７を用いて攪拌羽根１９で攪拌した。実施例１に比べ短時間の攪拌時間で凝集物である褐色海草様の沈殿が発生した。この攪拌時間経過ごとに第２の粒径分布測定装置２１により凝集物の最小粒径分布を測定した結果、最小粒径は短時間に飽和した。この時、モータ１７の回転数を増加させた場合（撹拌速度を増加）、最小粒径は標準より短時間で一旦上昇するが、反対にモータ１７の回転数を減少させた場合(撹拌速度を低減)、最小粒径増加は緩慢であった。更に攪拌を続けるとどれもが一旦最小粒径を減少させるが、これは凝集物の粒径成長により比重が増大して成長した凝集物が沈殿し、一時的に液層に細かい凝集物しかなくなるためである。このことからも、図２において説明したように、処理すべき不純物を含む被処理水の量及び第１の凝集槽１０、第２の凝集槽１１の容量から定まる限界処理時間（ｔｍａｘ）内に、第１の凝集槽１０及び第２の凝集槽１１の後段に設置された凝集物除去部３０における濾過孔径に凝集物の最小粒径が成長するよう撹拌速度を設定する必要があることがわかる。そして、図３に示す処理条件選択テーブルの参照による最適条件の選択又は上述の最小粒径と撹拌強度の関係を規定する式（１）、式（２）により撹拌速度を制御することで実現できる。
本実施例によれば、第１の凝集槽１０及び第２の凝集槽１１により凝集物の粒径を成長させることができるため、凝集物除去部３０の濾過孔径を大きくし低抵抗化を図っても確実に凝集物を除去することが可能となる。凝集物除去部３０の低抵抗化は、凝集物除去部３０へ混合液を通水するためのポンプ（図示しない）の動力低減を可能とする。
また、本実施例においても実施例１と同様に、必要以上の凝集剤水溶液の添加による運転コストの上昇又は、第１の凝集槽１０に生成される汚泥を低減できる。
本実施例においては、凝集物除去部３０の前段に第３の粒径分布測定装置２２を配置する構成としたが、必ずしもこれに限られず、第１の粒径分布測定装置２０及び第２の粒径分布測定装置２１を有する構成としても同様の効果が得られる。
図６は、本発明の他の実施例に係る水処理装置の全体構成図である。実施例２と同様の構成要素には同一の符号を付している。本実施例は、実施例に２おける第１の凝集槽１０及び攪拌機８に代えて第１のインラインミキサ１０１を、第２の凝集槽１１及び攪拌機１６に代えて第２のインラインミキサ１０２を設けている。第１の粒径分布測定装置２０は第１のインラインミキサ１０１と第２のインラインミキサ１０２を接続する配管の第１のインラインミキサ１０１側に分岐流路を設け取り付けられる。また、第２の粒径分布測定装置２１は第２のインラインミキサ１０２と凝集物除去部３０を接続する配管の第２のインラインミキサ１０２側に分岐流路を設け取り付けられる。
インラインミキサ１０１及び１０２は、例えば、その内部に相互に対向する２つの螺旋状の隔壁を備えている。この相互に対向する２つの螺旋状の隔壁により内部を通流する被処理水に対しせん断応力を作用させ、被処理水に含まれる無機系凝集剤又は高分子凝集剤と不純物とを混合することで凝集物を形成するものである。インラインミキサによるせん断応力による混合性能は、その配管径及び配管長により定まり固定である。そのため、制御部１は、第1の粒径分布測定装置２０及び第２の粒径分布測定装置２１による凝集物の最小粒径の測定結果に基づき加熱冷却部１３を制御し、第１のインラインミキサ１０１及び第２のインラインミキサ１０２内を通流する混合液の温度を制御することで凝集物の最小粒径が凝集物除去部３０の濾過孔径に達するよう制御することで、混合液から凝集物を除去できる。
本実施例によれば、実施例１と同様に、必要以上の凝集剤水溶液の添加による運転コストの上昇又は、第１の凝集槽１０に生成される汚泥を低減できる。
図７は本発明の他の実施例に係る水処理装置の全体構成図である。実施例２と同様の構成要素には同一の符号を付している。本実施例では実施例２の構成において、第２の凝集槽１１と凝集物除去部３０の間に新たに沈殿槽５０を設けたものである。沈殿槽５０による混合液中の凝集物の沈降は時間を要するものの、沈殿槽５０により一部の凝集物が分離された混合液を凝集物除去部３０へ送水することで、凝集物除去部３０における負荷を低減することが可能となる。
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の実施例の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
１ 制御部
２ 処理条件選択部
３ データベース
４、２４、２７ レーザ照射部
５、２５、２８ フローセル
６、２６、２９ 検出部
７ 第１の凝集剤水溶液貯蓄槽
８ 第１の攪拌機
９、１７ モータ
１０ 第１の凝集槽
１１ 第２の凝集槽
１２ 分岐流路
１３ 加熱冷却部
１５ 第２の凝集剤水溶液貯蓄槽
２０ 第１の粒径分布測定装置
２１ 第２の粒径分布測定装置
２２ 第３の粒径分布測定装置
３０ 凝集物除去部
４０ ＲＯ膜ユニット
５０ 沈殿槽
１０１ 第１のインラインミキサ
１０２ 第２のインラインミキサ
２ 処理条件選択部
３ データベース
４、２４、２７ レーザ照射部
５、２５、２８ フローセル
６、２６、２９ 検出部
７ 第１の凝集剤水溶液貯蓄槽
８ 第１の攪拌機
９、１７ モータ
１０ 第１の凝集槽
１１ 第２の凝集槽
１２ 分岐流路
１３ 加熱冷却部
１５ 第２の凝集剤水溶液貯蓄槽
２０ 第１の粒径分布測定装置
２１ 第２の粒径分布測定装置
２２ 第３の粒径分布測定装置
３０ 凝集物除去部
４０ ＲＯ膜ユニット
５０ 沈殿槽
１０１ 第１のインラインミキサ
１０２ 第２のインラインミキサ
Claims (10)
- 凝集剤水溶液を貯留する凝集剤水溶液貯蓄槽と、
撹拌機を備え、被処理水と添加される凝集剤水溶液とを混合し凝集物を形成する凝集槽と、
前記凝集槽内の凝集物の粒径分布を測定する粒径分布測定装置と、
測定された凝集物の粒径分布に基づき、少なくとも撹拌強度及び前記凝集槽内の混合液の温度のうちいずれか一方を制御する制御部を有することを特徴とする水処理装置。 - 請求項１に記載の水処理装置において、
前記凝集物を含む被処理水から凝集物を除去する凝集物除去部を備えたことを特徴とする水処理装置。 - 請求項２に記載の水処理装置において、
前記制御部は、前記凝集槽の容量及び被処理水の流入量により定まる凝集処理時間内に、凝集物の粒径分布における最小粒径が前記凝集物除去部の濾過孔径となるよう前記撹拌強度を変更することを特徴とする水処理装置。 - 請求項１に記載の水処理装置において、
前記凝集槽は、前記被処理水と凝集剤水溶液との混合液の一部を凝集槽外で循環させる分岐流路を有し、
前記粒径分布測定装置は、前記分岐流路に設けられたフローセルと、前記フローセル内を通流する混合液にレーザを照射するレーザ照射部と、レーザ照射により混合液中の凝集物から発生する散乱光を検出する検出部から構成されることを特徴とする水処理装置。 - 請求項４に記載の水処理装置において、
前記分岐流路に接続され前記フローセルに洗浄液を通流可能とする洗浄流路を設け、
前記制御部は、前記フローセルへの混合液の通流と洗浄液の通流を所定の周期で切り替えることを特徴とする水処理装置。 - 請求項１に記載の水処理装置において、
前記凝集剤水溶液貯蓄槽は、無機系凝集剤水溶液を貯留する第１の凝集剤水溶液貯蓄槽と高分子凝集剤水溶液を貯留する第２の凝集剤水溶液貯蓄槽から構成され、
前記凝集槽は、前記無機系凝集剤水溶液と前記被処理水とを混合する第1の凝集槽と、前記第１の凝集槽の後段に配置され、前記第１の凝集槽から導入される凝集物を含む処理水と前記高分子凝集剤水溶液とを混合する第２の凝集槽から構成され、
前記第１の凝集槽内の凝集物の粒径分布を測定する第１の粒径分布測定装置と、
前記第２の凝集槽内の凝集物の粒径分布を測定する第２の粒径分布測定装置を有することを特徴とする水処理装置。 - 無機系凝集剤水溶液を貯留する第１の凝集剤水溶液貯蓄槽と、
高分子凝集剤水溶液を貯留する第２の凝集剤水溶液貯蓄槽と、
被処理水と前記無機系凝集剤を通流することで混合し凝集物を形成する第１のインラインミキサと、
前記第１のインラインミキサから導入される混合液と前記高分子凝集剤水溶液を通流することで混合し凝集物を形成する第２のインラインミキサと、
前記第１及び第２のインラインミキサを通流する混合液中の凝集物の粒径分布を測定する粒径分布測定装置と、
測定された凝集物の粒径分布に基づき、前記第１及び第２のインラインミキサを通流する混合液の温度を制御する制御部を備えたことを特徴とする水処理装置。 - 請求項７に記載の水処理装置において、
前記第１及び第２のインラインミキサを接続する配管に形成された分岐流路に取り付けられ、前記第１のインラインミキサ通流後の混合液中の凝集物の粒径分布を測定する第１の粒径分布測定装置と、
前記第２のインラインミキサからの混合液から凝集物を除去する凝集物除去部と前記第２のインラインミキサを接続する配管に形成された分岐流路に取り付けられ、前記第２のインラインミキサ通流後の混合液中の凝集物の粒径分布を測定する第２の粒径分布測定装置を有すことを特徴とする水処理装置。 - 不純物を含む被処理水に１種以上の凝集剤水溶液を添加し混合することで凝集物を形成し、前記凝集物を除去することで被処理水中の不純物を除去する水処理方法であって、
前記被処理水と凝集剤水溶液との混合液中の凝集物の粒径分布を測定し、
前記測定された凝集物の粒径分布における最小粒径に基づき、混合時の撹拌強度又は混合液の温度を制御することを特徴とする水処理方法。 - 請求項９に記載の水処理方法において、
混合時に形成される凝集物の粒径分布における最小粒径が前記凝集物を除去する濾過孔径となるよう撹拌強度を変更することを特徴とする水処理方法。
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