JP2019162583A - 水処理システムおよび水処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】粉末活性炭の注入率の最適化を図ることができる水処理システムおよび水処理方法を提供することである。【解決手段】原水中の溶解性有機物を粉末活性炭により吸着除去する第１処理を行う第１処理装置と、前記原水中の濁質を凝集剤により凝集沈降させる第２処理を行う第２処理装置とを備える水処理システムであって、前記第１処理装置に流入する前記原水の水質に基づき、前記第２処理における前記原水に対する前記凝集剤の注入率を求める凝集剤注入率演算手段と、前記第１処理装置に流入する前記原水の紫外線吸光度を測定するＵＶ測定器によって測定された前記原水の紫外線吸光度ＵＶ０と、前記凝集剤の注入率とに基づき、前記第１処理装置において必要な前記原水に対する前記粉末活性炭の注入率を求める活性炭注入率演算手段と、を含む。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、水処理システムおよび水処理方法に関する。

河川や湖沼、貯水池等から取水した被処理水（原水）には、フミン等の溶解性の天然有機物（溶解性有機物）が含まれている。
一方、浄水場では、鉄・マンガン等の金属類の除去や消毒処理を目的として、次亜塩素酸ナトリウム等の薬品剤が注入されるが、溶解性有機物を含む原水の場合、溶解性有機物と薬品剤が化学反応してトリハロメタン類やハロ酢酸類（消毒副生成物）を生成する。これら消毒副生成物は発癌性物質であるため、生成を抑制する必要がある。

多くの浄水場では、原水中の溶解性有機物を除去するために、粉末活性炭を注入している。この粉末活性炭を用いた溶解性有機物の除去方法では、被処理水の水質に応じて粉末活性炭の注入率を決定する必要がある。

粉末活性炭の注入率を決定する方法としては、ジャーテスト（ビーカーテスト）が用いられることが多い。ジャーテストとは、被処理水を複数のビーカーに採水し、その採水した複数の被処理水にそれぞれ異なる量の粉末活性炭を注入して、溶解性有機物の除去率などを評価して、良好な効果を得られたものから粉末活性炭の最低限の注入率を求める方法である。

しかしながら、ジャーテストによって粉末活性炭の注入率を決定する方法は、被処理水の水質の変化に追随した粉末活性炭の注入が非常に難しく、注入率の過不足が生じるおそれがある。またジャーテストは、粉末活性炭の最適な注入率を求めるのに時間を要するため、粉末活性炭の最適な注入率が得られたときには、被処理水の水質が変化している可能性もある。

また、実際に投入する粉末活性炭の注入率を決定する際は、ジャーテストによって得られた注入率よりも安全側で注入率を決定するため過剰注入となってしまう。
粉末活性炭は、凝集剤、硫酸、次亜塩素酸ナトリウム等の他の薬品に比べ単価が非常に高い。そのため、粉末活性炭の過剰注入は、薬品コストの急騰を招くおそれがあり、経済的な観点からも、粉末活性炭の過剰注入を抑制し、被処理水の水質の変化に応じた粉末活性炭の最適な注入率を制御する方法が望まれている。

粉末活性炭注入率を制御する方法として、例えば、粉末活性炭注入後の処理水における微粉炭の状態を観察し、その観察結果をフィードバック信号として、前段にある活性炭の注入率の演算部に送ることで、目標とする設定流出濁度となるよう、粉末活性炭の注入率を制御する制御方法がある。
しかしながら、このような従来の方法は、被処理水の水質については考慮されておらず、粉末活性炭の注入率の最適化を図る上で精度が不十分であった。

特許第４１５３８９３号公報

本発明が解決しようとする課題は、粉末活性炭の注入率の最適化を図ることができる水処理システムおよび水処理方法を提供することである。

本発明の実施形態の水処理システムは、原水中の溶解性有機物を粉末活性炭により吸着除去する第１処理を行う第１処理装置と、前記原水中の濁質を凝集剤により凝集沈降させる第２処理を行う第２処理装置とを備える水処理システムであって、前記第１処理装置に流入する前記原水の水質に基づき、前記第２処理における前記原水に対する前記凝集剤の注入率を求める凝集剤注入率演算手段と、前記第１処理装置に流入する前記原水の紫外線吸光度を測定するＵＶ測定器によって測定された前記原水の紫外線吸光度ＵＶ_０と、前記凝集剤の注入率とに基づき、前記第１処理装置において必要な前記原水に対する前記粉末活性炭の注入率を求める活性炭注入率演算手段とを含むことを特徴とした水処理システムである。

実施形態の水処理システムを利用した水処理施設の構成を示す概略図。 実施形態の、活性炭注入率演算手段の構成図。 実施形態の水処理方法の流れを説明するフローチャート。 原水中のＤＯＣ（溶解性有機体炭素濃度）と、原水の波長２６０ｎｍにおける紫外線吸光度である原水ＵＶ_０の関係を示す図。 ろ過処理水中のＤＯＣ（溶解性有機体炭素濃度）と、ろ過処理水の波長２６０ｎｍにおける紫外線吸光度であるろ過水ＵＶの関係を示す図。 図５のデータを用いた、ＵＶ_ＳＶの決定方法（ステップＳ４１）、目標処理率ＲＵＶの算出方法（ステップＳ４２）を説明する図。 凝集剤注入率Ｉ_ＰＡＣを変化させた際の、目標処理率ＲＵＶと粉末活性炭注入率Ｉ_ＡＣＰの関係を示す図。 原水ｐＨ_Ｒと目標処理率ＲＵＶの関係を示す図。 粉末活性炭単独処理、凝集剤単独処理および両者を併用した処理の３パターンの処理におけるＤＯＣ（溶解性有機体炭素濃度）の除去率を示す図。

以下、実施形態の水処理システムおよび水処理方法を、図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態の水処理システム１を、急速ろ過方式の水処理施設に適用した例を示す。なお本実施形態の水処理システムは、急速ろ過方式の水処理施設に限らず、如何なる方式の水処理施設にも適用可能である。例えば、膜ろ過方式や砂ろ過方式の水処理設備に適用可能である。
まず、図１に示す水処理システム１の構成について説明する。

本実施形態の水処理システム１は、原水中の溶解性有機物を粉末活性炭により吸着除去する処理（第１処理）を行う第１処理装置と、前記原水中の濁質を凝集剤により凝集沈降させる処理（第２処理）を行う第２処理装置を備えるものである。
具体的には、水処理システム１は、着水井１０、粉末活性炭混和池２０、粉末活性炭注入装置２１、凝集剤混和池３０、凝集剤注入装置３１、フロック形成池４０、沈澱池５０、ろ過池６０、粉末活性炭注入率演算手段７０、凝集剤注入率演算手段８０を備えている。

着水井１０は、水処理システム１によって処理する被処理水（原水）を貯留するものである。着水井１０は、配管によって粉炭混和池２０に接続されており、原水は、着水井１０から配管を介して粉炭混和池２０に導かれる。着水井１０と粉炭混和池２０とを接続する配管には、原水の水質を測定する水質測定装置１１、原水の紫外線吸光度を測定するＵＶ計測器１２、流量計１３が備えられている。
水質測定装置１１には、濁度Ｔｂ、アルカリ度Ａｌｋ、水温ＴＲ、ｐＨ_Ｒを測定する各計測器１１ａ〜１１ｄが備えられており、これら各種水質を測定した後に、測定されたデータを粉末活性炭注入率演算手段７０および凝集剤注入率演算手段８０に送信する。またＵＶ計測器１２も、測定したデータを粉炭注入率演算手段７０に送信する。

粉末活性炭混和池（以下、粉炭混和池ともいう。）２０は、着水井１０から供給された原水に含まれる溶解性有機物を、粉末活性炭注入装置（以下、粉炭注入装置ともいう。）２１から注入される粉末活性炭によって吸着除去する第１処理を施すものである。

粉炭注入装置２１には、粉末活性炭が貯留されている。また、粉炭注入装置２１には後述する粉炭注入率演算手段７０が接続されており、この粉炭注入率演算手段７０の制御に基づき、粉末活性炭を粉炭混和池２０の混和水に対して注入する。

凝集剤混和池３０は、原水に含まれる粘土質、細菌、藻類等の懸濁物質（濁質）および粉炭混和池２０で注入された粉末活性炭を凝集剤注入装置３１から注入される凝集剤によって凝集させ、微細なフロックを生成させるものである。凝集剤混和池２０には、撹拌機が設けられている。撹拌機は、例えばフラッシュミキサを用いることができる。

凝集剤混和池３０には、ｐＨ測定器３２が備えられており、凝集剤が注入された混和水のｐＨデータが後述する凝集剤注入率演算手段８０に送信される。

凝集剤注入装置３１には、凝集剤が貯留されている。また、凝集剤注入装置３１には後述する凝集剤注入率演算手段８０が接続されており、この凝集剤注入率演算手段８０の制御に基づき、凝集剤を凝集剤混和池３０の混和水に対して注入する。凝集剤としては、アルミニウム系凝集剤及び鉄系凝集剤を用いることが好ましい。アルミニウム系凝集剤の例としては、硫酸アルミニウム（硫酸バンド）、ポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）などが挙げられる。また、鉄系凝集剤の例としては、塩化鉄、硫酸鉄、およびポリシリカ鉄などが挙げられる。

フロック形成池４０は、凝集剤混和池３０から供給された混和水に含まれる微細なフロックのサイズを成長させる。本実施形態では、フロック形成池４０は、例えば３つの撹拌池を有している。

沈澱池５０は、フロック形成池４０の下流に設けられ、フロック形成池４０で成長したフロックを沈澱分離するためのものである。沈澱池５０内では所定時間以上フロック混和水を滞留させる。これによってフロック混和水中のフロックが沈降し、沈澱池５０の下部に沈澱する。沈澱池５０で沈澱したフロックは、汚泥として沈澱池５０の底部から排出されて処理される。

ろ過池６０は、沈澱池５０の下流に設けられている。ろ過池６０には、沈澱池５０において所定時間以上滞留させて得られた上澄み水が供給される。ろ過池６０に供給された上澄み水は、ろ過池６０に形成されたろ過層を通過することにより、沈澱池５０で沈澱除去されなかった微小なフロックが除去され、ろ過処理水（清浄水）として排水される。
ろ過池６０からろ過処理水を排出する配管には、ろ過処理水の紫外線吸光度を測定するＵＶ計測器６１が備えられている。

水処理システム１は、粉末活性炭注入率演算手段７０と凝集剤注入率演算手段８０とを備えている。なお、粉末活性炭注入率演算手段７０、凝集剤注入率演算手段８０はコンピュータの中央演算装置の機能として実現される。

まず、粉末活性炭注入率演算手段７０について、図２を参照して説明する。図２は、本実施形態の粉末活性炭注入率演算手段７０の構成を示す模式図である。

粉炭注入率演算手段７０（以下、粉炭注入率演算手段ともいう。）は、第１処理前の原水の紫外線吸光度を測定するＵＶ測定器によって測定された原水の紫外線吸光度ＵＶ_０と、凝集剤の注入率Ｉ_ＰＡＣとに基づき、第１処理において必要な原水に対する粉末活性炭の注入率Ｉ_ＡＣＰを求めるものである。

粉末活性炭注入率演算手段７０は、第２処理後の目標水質に対応する紫外線吸光度ＵＶ_ＳＶ決定部７１、目標処理率ＲＵＶ算出部７２、粉末活性炭注入率Ｉ_ＡＣＰ演算部７３、粉末活性炭注入量ｑ_ＡＣＰ演算部７４を有する。

紫外線吸光度ＵＶ_ＳＶ決定部（ＵＶ_ＳＶ決定部）７１は、フロック形成池４０にて原水中の濁質を凝集沈降させる処理（第２処理）の後における処理水中の溶解性有機体炭素濃度ＤＯＣと紫外線吸光度ＵＶとの関係から、第２処理後の目標水質に対応する紫外線吸光度ＵＶ_ＳＶを決定し目標処理率算出部７２に出力する。ここでいう「目標水質」とは、目標とする第２処理後の原水中の溶解性有機体炭素濃度ＤＯＣ（目標ＤＯＣ）を意味する。原水中の溶解性有機体炭素濃度ＤＯＣと紫外線吸光度ＵＶとの関係については後述する。

目標処理率算出部７２は、ＵＶ_ＳＶ決定部７１で決定されたＵＶ_ＳＶと、ＵＶ計測器１２から送信された原水の紫外線吸光度ＵＶ_０との比である、目標処理率ＲＵＶ（ＵＶ_ＳＶ／ＵＶ_０）を算出し、粉末活性炭注入率演算部７３に出力する。目標処理率ＲＵＶの算出方法は後述する。

粉末活性炭注入率演算部（以下、粉炭注入率演算部ともいう。）７３には、凝集剤注入率Ｉ_ＰＡＣ、粉末活性炭混和池における被処理水の滞留時間ｔ、原水ｐＨ_Ｒ及び粉末活性炭注入率Ｉ_ＡＣＰを変数とする、溶解性有機物の目標処理率ＲＵＶの関係式ｆが予め読み込まれている。この関係式ｆは、粉末活性炭注入率Ｉ_ＡＣＰを演算するにあたり予め求めておくものであり、その詳しい導出方法については後述する。
粉炭注入率演算部７３には、水質測定装置１１で測定された原水ｐＨ_Ｒ、凝集剤注入率演算手段８０によって演算された凝集剤注入率Ｉ_ＰＡＣ、ならびに滞留時間ｔが入力される。粉炭注入率演算部７３は、これら入力値と、前述の関係式ｆに基づき、粉末活性炭注入率Ｉ_ＡＣＰを求め、粉末活性炭注入量演算手段７４に出力する。

粉末活性炭注入量演算手段（以下、粉炭注入量演算部ともいう。）７４は粉炭注入率演算部７３によって演算された注入率Ｉ_ＡＣＰと、流量計１３によって計測された原水流量ＱＲに応じた粉炭注入量ｑ_ＡＣＰを演算し、粉末活性炭注入装置２１に送信する。

次に、凝集剤注入率演算手段８０について説明する。
凝集剤注入率演算手段８０は、第１処理前の原水の水質に基づき、第２処理における原水に対する凝集剤の注入率Ｉ_ＰＡＣを求めるものである。具体的には、水質測定装置１１およびｐＨ測定器３２による測定結果に基づいて凝集剤の注入率Ｉ_ＰＡＣを求め、凝集剤注入装置３１に送信する。なお、凝集剤注入率演算手段８０と凝集剤注入装置３１との間に、凝集剤注入量の演算部を設け、凝集剤注入率演算手段８０で求めた凝集剤の注入率Ｉ_ＰＡＣと、流量計１３によって計測された原水流量ＱＲに応じた凝集剤注入量を演算して凝集剤注入装置３１に送信する構成としてもよい。

次に、本実施形態の水処理システムを用いた水処理方法について説明する。
本実施形態の水処理方法は、原水中の溶解性有機物を粉末活性炭により吸着除去する第１処理と、前記原水中の濁質を凝集剤により凝集沈降させる第２処理とを順次行う際に、第２処理における原水に対する凝集剤の注入率Ｉ_ＰＡＣを求める凝集剤注入率演算工程と、第１処理において必要な原水に対する粉末活性炭の注入率Ｉ_ＡＣＰを求める活性炭注入率演算工程と、を行う。そして、決定された凝集剤の注入率Ｉ_ＰＡＣ及び粉末活性炭の注入率Ｉ_ＡＣＰに基づき、第１処理及び第２処理を行う。
以下、各工程について図３を参照しながら詳述する。

凝集剤注入率演算工程における、凝集剤の注入率Ｉ_ＰＡＣの具体的な求め方は特に限定しない。すなわち、第２処理における濁質除去を主眼に決定してよく、その決定方法は、用いる水処理設備や各種装置等によって最適な方法を適宜選択すればよい。
以下、本実施形態の水処理システムに好適な凝集剤注入率Ｉ_ＰＡＣの演算方法の一例を説明する。

まず、第１処理前、すなわち粉末活性炭混和池２０への導入前の原水の水質に基づき、第２処理における原水に対する前記凝集剤の注入率Ｉ_ＰＡＣを求める（凝集剤注入率演算工程：ステップＳ２０）。ステップＳ２０は、凝集剤注入率演算手段８０において行われる。
凝集剤注入率Ｉ_ＰＡＣに影響を及ぼす因子は、水処理設備や各種装置等によって最適なものが変化する場合がある。そのため、凝集剤注入率Ｉ_ＰＡＣを求める場合の指標は適宜決定してよいが、一例として、原水の濁度Ｔｂ、アルカリ度Ａｌｋ及び水温ＴＲと、第１処理後の原水に凝集剤を添加した混和水のｐＨが挙げられる。
本実施形態では、例えば、下記式（１）に示す演算式によって凝集剤注入率Ｉ_ＰＡＣを求めることとする。なお、原水の濁度Ｔｂ、アルカリ度Ａｌｋ及び水温ＴＲは、水質測定装置１１で測定されたものである。

Ｉ_ＰＡＣ＝ｆ（Ｔｂ,Ａｌｋ，ＴＲ，ｐＨ） ・・・（１）

なお、第２処理を行う際、求められた凝集剤の注入率Ｉ_ＰＡＣに基づき、凝集剤が注入されるが、具体的には、下記式（２）によってその注入量ｑ_ＰＡＣが算出され、この注入量ｑ_ＰＡＣと原水流量ＱＲに基づき、凝集剤注入装置３１から凝集剤が注入される。

ｑ_ＰＡＣ＝Ｉ_ＰＡＣ×ＱＲ ・・・（２）

次に、第１処理前の原水の波長２６０ｎｍにおける紫外線吸光度ＵＶ_０をＵＶ計測器１２によって測定する（ＵＶ_０測定工程：ステップＳ３０）。

原水やろ過処理水中の溶解性有機物の代表的な指標であるＤＯＣ（溶解性有機体炭素濃度（ｍｇ／ｌ））と、原水またはろ過処理水の波長２６０ｎｍにおける紫外線吸光度である原水ＵＶ_０、ろ過水ＵＶ（ａｂｓ／ｃｍ）は、図４、５に示すように、強い相関関係があり、直線で近似できるとの知見を得た。そのため、本実施形態では、この相関関係に基づき、粉末活性炭の注入率Ｉ_ＡＣＰを求める際の指標の１つとして、この原水ＵＶ_０、ろ過水ＵＶを用いることとする。なお、図４は、第１処理前の原水のデータであり、縦軸は原水のＤＯＣ（溶解性有機体炭素濃度（ｍｇ／ｌ））、横軸はＵＶ計測器１２で測定された原水ＵＶ_０（ａｂｓ／ｃｍ）を示している。図５は、第２処理後のろ過処理水のデータであり、縦軸はろ過処理水のＤＯＣ（溶解性有機体炭素濃度（ｍｇ／ｌ））、横軸はＵＶ計測器６１で測定されたろ過水ＵＶ（ａｂｓ／ｃｍ）を示している。

以下、原水ＵＶ_０と、凝集剤の注入率Ｉ_ＰＡＣとに基づいた粉末活性炭の注入率Ｉ_ＡＣＰの演算方法（活性炭注入率演算工程：ステップＳ４０）について説明する。

活性炭注入率演算工程（ステップＳ４０）は具体的には、第２処理後におけるろ過処理水の目標水質に対応する紫外線吸光度ＵＶ_ＳＶ（目標ＵＶ_ＳＶ）を決定する工程（ステップＳ４１）と、原水ＵＶ_０と、目標ＵＶ_ＳＶとの比である目標処理率ＲＵＶ（ＵＶ_ＳＶ／ＵＶ_０）を算出する工程（ステップＳ４２）と、目標処理率ＲＵＶ、凝集剤注入率Ｉ_ＰＡＣ等に基づき粉末活性炭注入率Ｉ_ＡＣＰを求める工程（ステップＳ４３）とを有する。

まず、ステップＳ４１にて、第２処理後におけるろ過処理水の目標水質に対応する目標ＵＶ_ＳＶを決定する。ステップＳ４１は、紫外線吸光度ＵＶ_ＳＶ決定部７１にて行う。
ろ過水の水質を評価する指標（目標水質）は種々あるが、上記でも説明したように、溶解性有機物の代表的な指標であるＤＯＣと、原水ＵＶ_０またはろ過水ＵＶには相関関係があることから、この相関関係に基づき目標ＵＶ_ＳＶを決定する。すなわち、本実施形態では、図６に示すように、予め取得したＤＯＣとＵＶとの関係を示すデータ（図５）に基づいて、ろ過水の目標ＤＯＣ値に対応するろ過水の目標ＵＶ_ＳＶを決定することとする。
具体的には、図５のデータを用いてＵＶ_ＳＶを決定する場合、図６に示すように、例えば目標とする溶解性有機体炭素濃度ＤＯＣ（目標ＤＯＣ）が「１ｍｇ／ｌ」の場合、ろ過水の目標ＵＶ_ＳＶは「０．０１４ａｂｓ／ｃｍ」となる。

次に、ステップＳ４１で決定した目標ＵＶ_ＳＶと、ＵＶ計測器１２で測定した原水ＵＶ_０との比である目標処理率ＲＵＶ（ＵＶ_ＳＶ／ＵＶ_０）を算出する（ステップＳ４２）。ステップＳ４２は、目標処理率算出部７２にて行う。

ここで、活性炭注入率演算工程（ステップＳ４０）では、予め、凝集剤注入率Ｉ_ＰＡＣ、粉末活性炭の滞留時間ｔ、原水ｐＨ_Ｒ及び粉末活性炭注入率Ｉ_ＡＣＰを変数とする、目標処理率ＲＵＶの関係式ｆ（下記式（３））を求めておく。

ＲＵＶ＝ｆ（Ｉ_ＡＣＰ，ｔ，ｐＨ_Ｒ，Ｉ_ＰＡＣ） ・・・（３）

目標処理率ＲＵＶの関係式ｆの変数として、凝集剤注入率Ｉ_ＰＡＣを用いる理由について説明する。
これまで、粉末活性炭による溶解性有機物の除去率の評価（除去特性）は、原水の水質や、活性炭の注入率等の第１処理でのみで行われており、後段で注入する凝集剤による影響は未知であった。しかし、本発明者の鋭意調査の結果、図７に示すように、凝集剤の注入率の変化によって、同じ粉炭注入率であっても溶解性有機物の除去率（処理率ＲＵＶ）も変化するとの新たな知見を得た。すなわち、溶解性有機物を粉末活性炭により吸着除去する第１処理と、濁質を凝集剤により凝集沈降させる第２処理とを順次行うような、粉炭・凝集剤併用による水処理方法の場合、溶解性有機物の除去性能に対し、粉末活性炭の注入量は勿論、凝集剤およびその量も影響を及ぼすことが分かった。換言するに、本来、粉末活性炭によって除去していた溶解性有機物を、凝集剤による第２処理段階でも除去できることを見出した。具体的には、図７から読み取れるように、凝集剤の注入率Ｉ_ＰＡＣが大きくなるほど、溶解性有機物の除去性能への影響は顕著となり、目標に設定したＲＵＶを達成すべく、従来まで必要とされてきた粉炭の量が、凝集剤による除去性能向上によって、大幅に削減することができ、粉炭注入率Ｉ_ＡＣＰの適切かつ高精度な制御が可能となる。

凝集剤による溶解性有機物の除去性能向上のメカニズムは、以下のように推察される。
図９に、＜１＞粉末活性炭単独処理（５ｍｇ／ｌ注入；処理時間１ｈｒ）、＜２＞凝集剤（ＰＡＣ）単独処理（１０ｍｇ／ｌ注入；処理時間１ｈｒ）、および＜３＞粉末活性炭５（ｍｇ／ｌ）注入⇒急速撹拌５分混和⇒凝集剤（ＰＡＣ）１０（ｍｇ／ｌ）注入⇒２５分緩速撹拌⇒３０分静置処理、の３パターンの処理における、ＤＯＣ（溶解性有機体炭素濃度）除去率（＝１−処理後ＤＯＣ／処理前ＤＯＣ）を示す。なお図中において処理＜１＞は「粉炭５単独（１ｈ）」、処理＜２＞は「ＰＡＣ１０単独（１ｈ）」、処理＜３＞は「粉炭５⇒急撹⇒ＰＡＣ１０⇒緩撹⇒沈殿」と記載している。
図示したように、＜１＞粉末活性炭単独処理および＜２＞凝集剤単独処理では溶解性有機物の除去は軽微であるのに対し、両者を併用した＜３＞の場合にはＤＯＣ除去率は大幅に向上する結果となった。これは、粉末活性炭の存在下においては、溶解性有機物は活性炭の表面に濃化して存在すると推測され、その表面濃化した溶解性有機物は、凝集剤による凝集沈降において、粉末活性炭とともに除去されるものと考えらえる。ちなみに、凝集剤による凝集沈降は一般的に、主として濁質を凝集沈降させるものであり、溶解性有機物は除去対象ではない。しかし、粉末活性炭を用いた吸着除去と凝集剤による凝集沈降を併用すると、溶解性有機物の一部を凝集剤による凝集沈降により除去できる。これにより、従来まで必要とされていた粉末活性炭の量を、凝集沈降で除去できる分だけ削減することができる。

本実施形態における目標処理率ＲＵＶの関係式ｆは、上記説明してきた、本発明者らによって得られた、粉炭・凝集剤併用による、溶解性有機物の除去性能向上効果が得られるとの新たな知見に基づき導出されたものである。

なお、図８に示すように、原水ｐＨ_ＲとＲＵＶの関係から、粉末活性炭による溶解性有機物の吸着性能は、ｐＨ_Ｒが低いほど高くなることも明らかになった。このことから、目標処理率ＲＵＶの関係式ｆの変数として、ｐＨ_Ｒも用いることとする。

次に、ステップＳ４２で算出した前記目標処理率ＲＵＶ、凝集剤注入率Ｉ_ＰＡＣ、滞留時間ｔ、原水ｐＨ_Ｒに基づき、関係式ｆから粉末活性炭注入率Ｉ_ＡＣＰの演算式（下記式（４））を導出し、粉末活性炭注入率Ｉ_ＡＣＰを求める（ステップＳ４３）。ステップＳ４３は、粉末活性炭注入率演算部７３にて行う。

Ｉ_ＡＣＰ＝ｆ（ＲＵＶ，ｔ，ｐＨ_Ｒ，Ｉ_ＰＡＣ） ・・・（４）

なお、第１処理を行う際、求められた粉末活性炭注入率Ｉ_ＡＣＰに基づき、粉末活性炭が注入されるが、具体的には、下記式（５）によってその注入量ｑ_ＡＣＰが算出され、この注入量ｑ_ＡＣＰと原水流量ＱＲに基づき、粉炭注入装置２１から粉末活性炭が注入される。

ｑ_ＡＣＰ＝Ｉ_ＡＣＰ×ＱＲ ・・・（５）

本実施形態の水処理方法は、以上説明した凝集剤注入率演算工程と、活性炭注入率演算工程によって求められた、凝集剤注入率Ｉ_ＰＡＣと粉末活性炭注入率Ｉ_ＡＣＰに基づき、第１処理及び第２処理を行うものである。

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、粉炭・凝集剤併用によって溶解性有機物を除去する場合に、まず、粉炭注入率演算手段で、原水ＵＶ_０と、目標ＵＶ_ＳＶとの比である目標処理率ＲＵＶ（ＵＶ_ＳＶ／ＵＶ_０）を算出し、この算出した目標処理率ＲＵＶ、凝集剤注入率Ｉ_ＰＡＣ、粉炭の滞留時間ｔ、原水ｐＨ_Ｒに基づき、予め求めておいた関係式ｆから粉末活性炭注入率Ｉ_ＡＣＰを演算し、その注入率に基づいて粉炭の注入量を制御するため、処理水の水質の変化に応じた粉末活性炭の最適な注入率を制御できるとともに、無駄な粉末活性炭注入を抑制でき、経済性に優れた水処理システムおよび水処理方法を実現できる。
すなわち、本実施形態の水処理方法および水処理システムによれば、上記してきた、溶解性有機物除去に対する粉炭と凝集剤の併用効果を考慮した粉炭注入を行うことで、従来まで必要とされてきた粉炭量を大幅に削減することができるとともに、粉炭注入率の適切かつ高精度な制御が可能となる。

なお、本実施形態では、粉末活性炭の残存状態の評価指標として波長２６０ｎｍにおける紫外線吸光度（ＵＶ）を用いている。本発明者らは、本実施形態のような、粉末活性炭表面に濃化した溶解性有機物を、凝集剤によって粉末活性炭を捉えることで除去する方法の下では、当該評価指標としてＵＶを採用することで、適切かつ高精度の評価を実施できることを見出した。つまり、ＵＶを用いて原水または被処理水の状態を評価した上で粉炭注入率を求めることで、原水の水質変動に追随した高精度の粉炭注入および溶解性有機物の除去が可能になる。また結果的に、粉炭の注入不足によるろ過水の溶解性有機物濃度の目標超過や、過剰注入による薬品費の無駄を防止することができる。

上述した実施形態における水処理システムの機能をコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１…水処理システム、１０…着水井、１１…水質測定装置、１１ａ…濁度計、１１ｂ…ｐＨ測定器、１１ｃ…アルカリ度計、１１ｄ…水温計、１２…ＵＶ計測器、１３…流量計、２０…粉末活性炭混和池（粉炭混和池）、２１…粉末活性炭注入装置（粉炭注入装置）、３０…凝集剤混和池、３１…凝集剤注入装置、３２…ｐＨ測定器、４０…フロック形成池、５０…沈澱池、６０…ろ過池、６１…ＵＶ計測器、７０…粉末活性炭注入率演算手段（粉炭注入率演算手段）、７１…紫外線吸光度ＵＶ_ＳＶ決定部、７２…目標処理率（ＲＵＶ）算出部、７３…粉末活性炭注入率演算部（粉炭注入率演算部）、７４…粉末活性炭注入量演算部、８０…凝集剤注入率演算手段

Claims (8)

1. 原水中の溶解性有機物を粉末活性炭により吸着除去する第１処理を行う第１処理装置と、前記原水中の濁質を凝集剤により凝集沈降させる第２処理を行う第２処理装置とを備える水処理システムであって、
   前記第１処理装置に流入する前記原水の水質に基づき、前記第２処理における前記原水に対する前記凝集剤の注入率を求める凝集剤注入率演算手段と、
   前記第１処理装置に流入する前記原水の紫外線吸光度を測定するＵＶ測定器によって測定された前記原水の紫外線吸光度ＵＶ_０と、前記凝集剤の注入率とに基づき、前記第１処理装置において必要な前記原水に対する前記粉末活性炭の注入率を求める活性炭注入率演算手段と、
   を含む、水処理システム。
2. 前記活性炭注入率演算手段は、
   前記第２処理装置の処理水の目標水質に対応する紫外線吸光度ＵＶ_ＳＶを決定するＵＶ_ＳＶ決定部と、
   前記原水の紫外線吸光度ＵＶ_０と、前記目標水質に対応する紫外線吸光度ＵＶ_ＳＶとの比である目標処理率（ＵＶ_ＳＶ／ＵＶ_０）を算出する目標処理率算出部と、
   算出した前記目標処理率、前記凝集剤注入率、前記第１処理装置における前記原水の滞留時間、ならびに前記第１処理前の前記原水のｐＨに基づき前記粉末活性炭注入率を求める粉末活性炭注入率演算部と、を有する、
   請求項１に記載の水処理システム。
3. 前記目標水質は溶解性有機体炭素濃度である、
   請求項１または２に記載の水処理システム。
4. 前記第１処理装置に流入する前記原水の水質である、濁度、アルカリ度または水温の少なくとも１つを計測する水質測定装置と、
   前記第１処理装置の処理水に前記凝集剤を添加した混和水のｐＨを測定するｐＨ測定器と、をさらに備え、
   前記凝集剤注入率演算手段は、
   前記水質測定装置および前記ｐＨ測定器による測定結果に基づき、前記第２処理装置における前記原水に対する前記凝集剤の注入率を求める、
   請求項１から３のいずれか一項に記載の水処理システム。
5. 原水中の溶解性有機物を粉末活性炭により吸着除去する第１処理と、前記原水中の濁質を凝集剤により凝集沈降させる第２処理とを行う水処理方法であって、
   前記第１処理前の原水の水質に基づき、前記第２処理における前記原水に対する前記凝集剤の注入率を求め、
   前記第１処理前の原水の紫外線吸光度ＵＶ_０と、前記凝集剤の注入率に基づき、前記第１処理において必要な前記原水に対する前記粉末活性炭の注入率を求める、水処理方法。
6. 前記第２処理の目標水質に対応する紫外線吸光度ＵＶ_ＳＶを決定し、
   前記原水の紫外線吸光度ＵＶ_０と、前記ＵＶ_ＳＶとの比である前記目標処理率（ＵＶ_ＳＶ／ＵＶ_０）を算出し、
   算出した前記目標処理率、前記凝集剤注入率、前記第1処理における前記原水の滞留時間、前記原水ｐＨに基づき、前記粉末活性炭注入率を求める、
   請求項５に記載の水処理方法。
7. 前記目標水質は溶解性有機体炭素濃度である、
   請求項５または６に記載の水処理方法。
8. 前記第１処理前の原水の水質である濁度、アルカリ度または水温の少なくとも１つを計測し、
   前記第１処理の処理水に前記凝集剤を添加した混和水のｐＨを計測し、
   前記濁度、前記アルカリ度または前記水温の少なくとも１つと、前記混和水のｐＨに基づき、前記第２処理における前記原水に対する前記凝集剤の注入率を求める、
   請求項５から７のいずれか一項に記載の水処理方法。

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