JP3830085B2 - 膜ろ過における凝集剤の注入制御方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、河川水や湖沼水のような色度と濁度とを持つ原水を膜ろ過する際における、原水への凝集剤の注入制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
河川水や湖沼水などを原水とする上水処理場では、急速砂ろ過法が長年にわたり用いられてきたが、近年ではセラミック膜などを用いた膜ろ過法が普及しつつある。いずれの方法でも、取水した原水にＰＡＣ（ポリ塩化アルミニウム）等の凝集剤を添加して原水中の有機物（色度、濁度等）を凝集フロック内に取り込ませたうえろ過することにより、ろ過水質の向上を図るとともに、ろ過差圧の上昇を抑制している。
【０００３】
特に膜ろ過法では凝集剤の注入量を適切に制御することが重要であり、もし凝集剤の注入量が不足すると凝集フロック内への有機物（色度、濁度等）の取り込みが十分に行われないために膜ろ過水質の低下とろ過差圧の上昇が起こる。逆に凝集剤の注入量が多すぎると過剰にフロックが形成されて膜の閉塞が急速に進行し、短時間に膜差圧が上昇して処理不能に陥る。しかも河川水や湖沼水は季節や天候によって水質が変動するため、水質変化に応じて凝集剤の注入量を制御することは、重要な管理項目となっている。
【０００４】
そこで従来から、取水した原水の濁度を濁度計で測定し、濁度に比例した量の凝集剤を注入する濁度比例注入制御が採用されてきた。この制御方法を採用した凝集剤の自動注入システムは、特に急速砂ろ過法における前処理としての凝集沈殿でと組み合わされて長い使用実績がある。
【０００５】
しかし急速砂ろ過法における前処理での実績がある濁度比例注入制御をそのまま膜ろ過における前処理に適用すると、原水の濁度が低い場合や、降雨の影響を受けて原水の濁度が上昇した場合に、問題があることが判明した。すなわち原水の濁度が低い場合には、凝集剤の注入量が減少するために水質によっては膜ろ過水質の悪化と膜の目詰まりが発生しやすくなり、逆に降雨等の影響による原水の高濁時には、大量の凝集剤が注入されるために過剰にフロックが形成されて膜の閉塞が発生することがあることが判明した。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記した従来の問題点を解決し、原水の濁度が低い場合にも高い場合にも、膜ろ過差圧上昇が少ない安定した状態で膜ろ過運転を行うことができ、また安定した膜ろ過水質を確保できる膜ろ過における凝集剤の注入制御方法を提供するためになされたものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するためになされた本発明の膜ろ過における凝集剤の注入制御方法は、膜ろ過される原水への凝集剤の注入量を、原水の色度／濁度の値に基づいて制御することを特徴とするものである。特に凝集剤の注入量を、原水の見掛けの色度／濁度の値に比例させて制御することが好ましい。
【０００８】
このように本発明では、原水の色度と濁度の比という従来にない変数を用い、凝集剤の注入制御を行う。前記したように色度と濁度はともに原水中の有機物に関連するが、濁度は原水中の濁質粒子数を表すのに対して、色度は吸光度分析法により波長３９０ｎｍ付近で吸光度を測定することにより得られる値であり、原水中に含まれる溶解性物質及びコロイド性物質が呈する類黄色ないし黄褐色の程度を表す。このため濁度成分に比較して、色度成分ははるかに微細なものである。
【０００９】
したがって、濁度に比例して凝集剤を添加する従来法では色度成分が無視されており、低濁時に凝集剤の注入量を減少させると色度成分がフロック内に十分に取り込まれず、膜を目詰まりさせるものと考えられる。また、凝集には核となる物質が必要であり、凝集剤の存在下では濁質粒子も核形成材としての機能を発揮するものであるが、低濁時には凝集剤も濁質物質もともに不足するために、色度成分による膜の目詰まりが発生するものと想定される。
【００１０】
以上のように、本発明者は濁度だけではなく色度をも考慮して凝集剤の注入量を制御すべきであると考え、さまざまな条件下での実験を繰り返した結果、膜ろ過される原水への凝集剤の注入量を、原水の色度／濁度の値に基づいて制御した場合にもっとも安定した膜ろ過が可能であるとの結論に達した。
以下に本発明を実施形態とともにさらに詳細に説明する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１において、１は河川水や湖沼水が流入する原水流入槽であり、この原水流入槽１から取り出された原水に混和槽２において凝集剤が添加され、フロック形成槽３で凝集フロック内への有機物の取り込みを行わせた後に膜ろ過装置４で膜ろ過を行うことは従来と同様である。
【００１２】
凝集剤としてはＰＡＣを使用するのが普通であるが、本発明はこれに限定されるものではない。凝集剤は凝集剤貯留槽５から凝集剤注入ポンプ６によって原水に添加される。またこの実施形態では、膜ろ過装置４として孔径が０.１μmのモノリス型のセラミック膜を用いたが、高分子膜などの他の膜を使用しても差し支えない。
【００１３】
本発明では、原水の濁度を濁度計７により測定するとともに、原水の色度を色度計８により測定する。それらの測定値は演算器９に入力され、演算器９は原水の色度／濁度の値に基づいて凝集剤注入ポンプ６を制御し、原水への凝集剤注入量を制御する。なお、濁度計７は従来と同様のものを使用することができ、色度計８は前記したように波長３９０ｎｍ付近で吸光度を測定する装置を使用することができる。
【００１４】
図２は、本発明で用いた原水の色度／濁度の値と凝集剤注入量との関係を示すグラフである。なお横軸に示された見掛けの色度とは、原水の色度をそのまま測定した値を意味している。このほか色度には真色度があり、これは原水が混濁している場合に遠心分離上澄液またはろ液を採取して測定した色度を意味する。本発明では色度の値としていずれを用いてもよいが、ここでは見掛けの色度を用いた。
【００１５】
この図２のグラフでは、凝集剤注入量は見掛けの色度／濁度の値に比例しており、それに応じて凝集剤注入ポンプ６により凝集剤が注入される。原水中の色度及び濁度成分は凝集フロック内に十分に取り込まれ、凝集フロックは膜ろ過装置４により分離される。このように凝集剤の注入量を制御することにより、膜ろ過装置４の差圧上昇は抑制されるとともに、長期間にわたり安定した膜ろ過水質を確保することができる。
【００１６】
上記した本発明の効果は、以下に示す実験事実に裏づけられたものである。本発明者は、愛知県内のある上水処理場に同一仕様の膜ろ過装置を複数台持ち込み、各膜ろ過装置ごとに原水への凝集剤（ＰＡＣ）の注入量を変えて並列的に膜ろ過運転を行った。たとえば１台目は注入率を１０ｍｇ／Ｌ，２台目は注入率を２０ｍｇ／Ｌ，３台目は注入率を３０ｍｇ／Ｌとした。実験は約４ヶ月間にわたり、その間に原水の性状（色度、濁度）は大きく変化したが、複数台の膜ろ過装置に供給される原水はいつも共通とした。
【００１７】
各条件下において膜差圧の上昇を測定し、温度補正を加えた差圧上昇係数（ｋＰａ／日）を求めた。そして複数台の膜ろ過装置のうちの差圧上昇係数がもっとも小さいものを選択し、その凝集剤注入率をそのときの原水の水質にもっとも適した最適凝集剤注入率とした。
【００１８】
図３は、この実験における濁度と最適凝集剤注入率との関係を示すグラフである。従来の濁度比例注入制御では濁度に比例して凝集剤注入率を増加させるのであるから、濁度と最適凝集剤注入率との間に相関性が成立するはずであるが、この実験では濁度の低い場合に凝集剤注入率を増加させるべきであるとの逆の傾向が認められる。この実験結果によっても、低濁度の場合に膜の目詰まりが生じ易いという従来の問題点が裏付けられている。
【００１９】
また、図４と図５は真色度と見掛けの色度を横軸にとり、縦軸を最適凝集剤注入率としたグラフである。これらのグラフにおいても、真色度または見掛けの色度と最適凝集剤注入率との間に相関性は認められない。すなわち、単に色度を尺度として凝集剤の注入量を制御しても効果がないことがわかる。
【００２０】
しかし図６のように、見掛けの色度／濁度の値を横軸に取れば、最適凝集剤注入率との間に明確な相関性が現れる。前記した図２のグラフはこの実験結果に基づくものである。なお図７は真色度／濁度の値を横軸にとったグラフであり、図６ほどではないが最適凝集剤注入率との間に相関性が認められる。
【００２１】
このように、本発明は膜ろ過される原水への凝集剤の注入量を、原水の色度／濁度の値に基づいて制御することにより、原水の性状が大きく変化したときにも常に膜ろ過装置の差圧上昇係数を最低に保つことができる。これは膜ろ過が最適条件で行われていることを意味するものであり、原水の性状が大きく変化したときにも膜ろ過水質が安定に保たれていることはいうまでもない。なお、色度／濁度の値に基づいて最適凝集剤注入率を演算する際の比例定数は河川表流水、地下水、貯水池水、湖沼水、湧水および伏流水の水道水源の種類等による原水水質の特性により変化するため、必ずしも図２の勾配に限定されるものではない。
【００２２】
【実施例】
実施例１（低濁時）
原水の濁度が３.２、見掛けの色度が８．３のとき、従来の濁度比例注入制御法によれば凝集剤の注入量はたとえば１０ｍｇ／Ｌと低く抑えられる。これに対して本発明によれば、見掛けの色度／濁度＝２．５９であるから凝集剤の注入量は２５ｍｇ／Ｌと多く設定した。その結果、従来法では差圧上昇係数が２０ｋＰａ／日と大きくなり、短時間に急速に膜差圧が上昇したが、本発明では差圧上昇係数が０．７０ｋＰａ／日と非常に小さくなった。
【００２３】
実施例２（高濁時）
原水の濁度が１６．５、見掛けの色度が２４．４のとき、従来の濁度比例注入制御法によれば凝集剤の注入量はたとえば３０ｍｇ／Ｌと多くなる。これに対して本発明によれば、見掛けの色度／濁度＝１．４８であるから凝集剤の注入量は１０ｍｇ／Ｌと少なくなる。その結果、従来法では差圧上昇係数が１．４０ｋＰａ／日であったが、本発明では差圧上昇係数は０．１０ｋＰａ／日と非常に小さくなった。
【００２４】
実施例３（中濁時）
原水の濁度が７．６、見掛けの色度が１１．３のとき、従来の濁度比例注入制御法によれば凝集剤の注入量はたとえば２０ｍｇ／Ｌとなる。これに対して本発明によれば、見掛けの色度／濁度＝１．４９であるから凝集剤の注入量は１０ｍｇ／Ｌとなる。その結果、従来法では差圧上昇係数が０．７０ｋＰａ／日であったが、本発明では差圧上昇係数は０．００ｋＰａ／日であった。
【００２５】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば原水の色度と濁度の比という従来にない変数を用いて凝集剤の注入制御を行うことにより、原水の濁度や色度が大きく変化した場合にも、常に安定した膜ろ過を行うことができる。このため膜の目詰まりや閉塞を回避しつつ、安定した膜ろ過水質を確保することができる。また従来の濁度比例注入制御法による制御よりも凝集剤の使用量を削減することもでき、ランニングコストの低減にも寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示す装置構成図である。
【図２】本発明における凝集剤注入量と見掛けの色度／濁度の値との関係を示すグラフである。
【図３】実験における濁度と最適凝集剤注入率との関係を示すグラフである。
【図４】実験における真色度と最適凝集剤注入率との関係を示すグラフである。
【図５】実験における見掛けの色度と最適凝集剤注入率との関係を示すグラフである。
【図６】実験における見掛けの色度／濁度と最適凝集剤注入率との関係を示すグラフである。
【図７】実験における真色度／濁度と最適凝集剤注入率との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 原水流入槽、２ 混和槽、３ フロック形成槽、４ 膜ろ過装置、５ 凝集剤貯留槽、６ 凝集剤注入ポンプ、７ 濁度計、８ 色度計、９ 演算器

Claims (2)

1. 膜ろ過される原水への凝集剤の注入量を、原水の色度／濁度の値に基づいて制御することを特徴とする膜ろ過における凝集剤の注入制御方法。
2. 凝集剤の注入量を、原水の見掛けの色度／濁度の値に比例させて制御する請求項１記載の膜ろ過における凝集剤の注入制御方法。

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