JP4331421B2 - Aggregation state detector - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被処理水中のコロイド粒子の凝集状態を検知する凝集状態検知装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
河川からの原水等の被処理水を水道水に浄化するために、被処理水に凝集剤を注入して、被処理水の縣濁物質等のコロイド粒子を凝集させて沈殿除去する方法が知られている。特に、10−4cm以下の径を有するコロイド粒子は、通常の沈殿処理や濾過処理では除去することができず、集塊させた後に沈殿除去する必要がある。
【0003】
天然水中のコロイド粒子は、10−4〜10−5cm付近に主な粒子径分布を持つ粘土系の粗濁質と、10−6〜10−7cm付近に分布する天然有機着色物質の微コロイドが主体であり、人工汚濁河川等においては10−6cm以下の有機物を多量に含んでいる。このようなコロイド粒子のほとんどは表面が負に帯電しているので、コロイド粒子相互間の負電荷同士の反発により、このようなコロイド粒子を含む被処理水は安定な分散縣濁系を構成している。
【0004】
このようなコロイド粒子の表面電荷の強さは、コロイド粒子表面の溶液バルクに対する電位であるゼータ電位で−20〜−30mV程度の範囲に分布している。この表面電荷を反対電荷を持つコロイドやイオン等を系に添加して荷電中和を行い、その結果、縣濁粒子群のゼータ電位が大略±10mV程度の範囲内に入るようにしてやると粒子間のファンデルワールス力が表面電荷の反発力を上回るようになってきて凝集を始める。このような作用を生じさせるコロイド粒子の電荷と反対電荷を有する微粒子を水中に生じさせるのが凝集剤であって、一般には、水中で容易に加水分解し、正電荷の金属酸化物のコロイドを生じるアルミニウム、鉄等の金属塩類が用いられる。
【0005】
被処理水に凝集剤を注入して被処理水中のコロイド粒子を凝集させる操作は、まず、凝集剤が注入された被処理水を高い撹拌強度を持った急速混和池で比較的短時間に急速に撹拌する。その後、被処理水を緩やかに撹拌して、集塊を始めたコロイド粒子がさらに大きな集塊となるまで成長させる。そして、その後、沈殿処理や濾過処理によりこのようなコロイド粒子の集塊を被処理水から除去する。注入された凝集剤は、負電荷の粒子間に挟まれて正負電荷で引き合って結合を強化して、フロックの成長とともに増大するせん断破壊力に対向してフロックの結合を維持する結合剤としての作用を示す。
【0006】
従って、フロックの形成は、表面電荷の中和が所定の値以下になっていることと、結合剤として作用する加水分解した金属コロイドが一定量存在すること、という2つの条件を満たした場合に行われることとなる。
【0007】
ところで、被処理水中のコロイド粒子の凝集状態は、コロイド粒子を含む被処理水の光透過率や被処理水の流動電位やゼータ電位を計測して、経験則や予め設定された目標値との差異に基づいて決定されている。なお、流動電位(Streaming Potential)とは、コロイド粒子を含む被処理水を圧力差で毛細管内を移動させた時に、毛細管の両端近傍においた電極間に現れる電位差をいう。
【0008】
被処理水の光透過率に基づくコロイド粒子の凝集状態の検知方法として、被処理水に光ビームを当てて透過光の状態を検知、解析する手法が一般的に知られている。
【0009】
このように、被処理水の透過光に基づいてコロイド粒子の凝集状態を検知する場合には、透過光による凝集状態の分析は、Gregoryの理論に基づいている(J.Gregory,J.of Colloid and Interface Science 105 357 (1985))。測定法は、内径1mmのガラス管中を透過するサンプル水に0.1mm幅で820nmの光ビームを当て、この透過光を光ダイオードで検出するものである。サンプル水中に粒子を見出す確率は光ビーム中の粒子数の平方根に比例するので、光透過度の平均二乗平方根は粒子濃度の平方根に比例する。また、Gregoryの理論をさらに発展させた理論(Y.Matsui et al.,Wat. Sci. Tech.,27 153 (1993))は2波長による光分散分析法を開発し、大粒子径のコロイドは860nmの光によって検出できるようにして、また、可溶性物質は253nmの光によって検出できるようにしている。コロイド粒子の粒子径は、吸光度の平均値および平均二乗平方根から求めることができる。
【0010】
他方、被処理水の流動電位やゼータ電位の計測に基づくコロイド粒子の凝集状態の検知方法では、流動電位計測手法として、ピストン型のフローセルをSCD(Streaming Current Detector)として用いる手法(12th National ISA Analysis Instruments Symposium,Houston,Tex.p181 (1996))が一般的に採られており、北米やヨーロッパの浄水場ではこの手法を用いた凝集状態検知装置が既に数百機配置されている(S.K.Dentel et al.,Wat.Res.,23 423 (1989))。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、被処理水中のコロイド粒子の凝集状態は、被処理水の光透過率や被処理水の流動電位やゼータ電位に基づいて決定されている。
【0012】
しかしながら、被処理水中のコロイド粒子の凝集状態を被処理水の光透過率に基づいて決定する場合には以下のことが考えられる。
【0013】
すなわち、被処理水の光透過率を計測する場合には、受光面が必要とされるが、光透過率の計測の際に受光面が被処理水により汚されて、被処理水の光透過率を正確に計測することができないということが考えられる。
【0014】
また、被処理水中の縣濁物質等からなるコロイド粒子の凝集体の径は、一定せず変動するので、このようなコロイド粒子に基づく光散乱係数も変動する。被処理水の光透過率は、コロイド粒子に基づく光散乱係数の影響を大きく受ける。従って、コロイド粒子の状態によって、被処理水の光透過率を正確に計測することができない。
【0015】
他方、被処理水中のコロイド粒子の凝集状態を被処理水の流動電位やゼータ電位に基づいて決定する場合には以下のことが考えられる。
【0016】
すなわち、セル壁面の汚れの状態によって、検出される流動電位やゼータ電位が変わるので、被処理水の流動電位やゼータ電位を正確に計測することができないということが考えられる。このようなときには、セル壁面の汚れを落とすために、希釈された2〜3%程度の過酸化水素水を洗浄液として使用することが有効であることが知られている。しかしながら、洗浄の周期、洗浄時間は個々の水質に対応して調整する必要があり、操作が煩雑となることが考えられる。
【0017】
また、ピストン型のフローセルをSCDとして用いる場合には、ピストンの往復運動によりシリンダー壁面が劣化して、シリンダーと壁面の間隔が変動してしまうことがある。さらに、ピストン運動そのものが機械的劣化により変調をきたすことがある。
【0018】
本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、単純な方法で簡便に被処理水中のコロイド粒子の凝集状態を検知することができる凝集状態検知装置を提供することを目的とする。
【0019】
【課題を解決するための手段】
本発明は、被処理水中のコロイド粒子の凝集状態を検知する凝集状態検知装置において、コロイド粒子を含む被処理水が一定速度で流される絶縁性直管と、絶縁性直管に取り付けられ、絶縁性直管内に一定距離を隔てて配置された一対の電極と、一対の電極に接続され、一対の電極間の被処理水に生じる電位差を計測する電位差計測計と、一対の電極の近傍に配置され、電位差計測計に接続された一対の補助電極と、を備え、電位差計測計は、一対の電極に基づいて計測された被処理水の電位差を、一対の補助電極に基づいて計測された電位差により修正し、この修正された電位差に基づいて被処理水中のコロイド粒子の凝集状態が検知されることを特徴とする凝集状態検知装置である。
【0020】
本発明によれば、電位差計測計により計測される被処理水の流動電位に基づいて、被処理水中のコロイド粒子の凝集状態を検知することができる。従って、非常に単純かつ簡便に、被処理水中のコロイド粒子の凝集状態を検知することができる。
【0021】
好ましくは、絶縁性直管は、主としてアクリル樹脂または塩化ビニル樹脂からなる。
【0022】
好ましくは、絶縁性直管の内径は、10mm以下である。
【0023】
好ましくは、一対の電極は、主としてAg、またはAu、またはPtから成る。
【0024】
好ましくは、電位差計測計は、流動電位検出用のエレクトロメーターであって、エレクトロメーターは、106オーム以上の入力抵抗を有する。
【0025】
好ましくは、絶縁性直管の入口および出口のうち少なくと一方には、ホースニップルを介して搬送チューブが着脱自在に取り付けられている。
【0026】
好ましくは、被処理水を一定速度で送ることができるチューブポンプをさらに備え、被処理水は、チューブポンプにより絶縁性直管内を毎分1リットル以上であって毎分20リットル以下の一定速度で流される。
【0027】
好ましくは、一対の電極の近傍には、電位差計測計に接続された一対の補助電極が配置され、電位差計測計は、一対の電極に基づいて計測された被処理水の電位差を、一対の補助電極に基づいて計測された電位差により修正する。
【0028】
好ましくは、電位差計測計に接続され、被処理水に注入される凝集剤の注入量を制御する凝集剤注入制御装置をさらに備え、凝集剤注入制御装置は、電位差計測計からの被処理水の電位差に基づいて、被処理水への凝集剤の注入量を制御する。
【0029】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施の形態について説明する。
【0030】
図1乃至図3は本発明の一実施の形態を示す図である。ここで図1は被処理水中のコロイド粒子の凝集状態を検知する凝集状態検知装置を示す構成図である。図2は、凝集状態検知装置により検出された被処理水の流動電位と計測時間との関係を示す図であり、図3は、被処理水中のフロック粒子径と凝集剤(ポリ塩化アルミニウム)の注入量との関係を示す図である。
【0031】
図1に示すように、本発明による凝集状態検知装置1は、コロイド粒子を含む被処理水が一定速度で流される絶縁性直管2と、絶縁性直管2に取り付けられ、絶縁性直管2内へ突出するように一定距離を隔てて配置された一対の電極11とを備えている。
【0032】
絶縁性直管2は、主としてアクリル樹脂からなっており、また、絶縁性直管2の内径は、10mm以下に設定されている。これは、絶縁性直管2の内径が10mm以下の毛細管となっていれば、絶縁性直管2内を流れる被処理水の流動電位を十分に検出することができることが、実験により確認されていることに基づくものである。従って、絶縁性直管2の内径は、10mm以下の適当な値を選択することができる。
【0033】
このような絶縁性直管2は、直管センサ支持台13により支持されている。また、一対の電極11は主としてAgからなっている。
【0034】
一対の電極11には第1導電線11aを介して流動電位検出用のエレクトロメータ3(電位差計測計)が接続され、エレクトロメータ3は一対の電極11間の被処理水に生じる電位差(流動電位)を計測する。エレクトロメータ3には記録計4が取り付けられており、記録計4は、エレクトロメータ3から送られてくる信号に基づいて、被処理水の流動電位と計測時間との関係をペンレコーダーにて記録するようになっている。なお、エレクトロメータ3は、106オーム以上の入力抵抗を有する。
【0035】
また、一対の電極11の近傍には、Agからなる一対の補助電極12が配置され、この一対の補助電極12は、第2導電線12aを介してエレクトロメータ3に接続されている。エレクトロメータ3は、一対の電極11に基づいて計測された被処理水の電位差を、一対の補助電極12に基づいて計測された被処理水の電位差により修正して、被処理水の流動電位を決定するようになっている。
【0036】
絶縁性直管2の入口および出口には、ホースニップル15を介して搬送チューブ14が着脱自在に取り付けられており、絶縁性直管2の入口および出口のそれぞれに装着された搬送チューブ14は貯水槽5に接続されている。
【0037】
絶縁性直管2の入口と貯水槽5との間の搬送チューブ14には、チューブポンプ6が取り付けられている。被処理水は、チューブポンプ6により、貯水槽5から搬送チューブ14を経て絶縁性直管2へ一定速度で送られるとともに、絶縁性直管2内を一定速度で流される。なお、チューブポンプ6は、被処理水を貯水槽5から絶縁性直管2へ毎分1リットル(L)の速度で送るように設定されている。
【0038】
また、絶縁性直管2の入口とチューブポンプ6との間の搬送チューブ14には、貯水槽5から搬送チューブ14を経て絶縁性直管2へ送られる被処理水の流量を計測する流量計7が取り付けられている。
【0039】
また、貯水槽5には、凝集剤を充填した凝集剤槽8と、凝集剤槽8から貯水槽5内の被処理水に添加される凝集剤の添加量を調整する凝集剤添加バルブ9と、が設けられている。なお、凝集剤にはポリ塩化アルミニウム(PAC)16が用いられている。また、凝集剤添加バルブ9を調整することにより0.5〜10mg/Lのポリ塩化アルミニウム16を、適宜、貯水槽5内の被処理水に添加することができる。
【0040】
エレクトロメータ3には凝集剤注入制御装置10が接続されている。凝集剤注入制御装置10は、エレクトロメータ3からの被処理水の流動電位に基づいて凝集剤添加バルブ9を調整し、凝集剤槽8から貯水槽5に注入されるポリ塩化アルミニウム16の注入量を制御するものである。
【0041】
なお、貯水槽5内には、水道水にコロイド粒子としてカオリンを50mg/L溶かし、急速撹拌を150rpmで5分行い、緩速撹拌を50rpmで15分行った溶液を用いている。
【0042】
次にこのような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。
【0043】
最初に、被処理水中のコロイド粒子の凝集状態の計測の概略について述べる。
【0044】
まず、貯水槽5内の被処理水は、チューブポンプ6により、貯水槽5から搬送チューブ14を経て絶縁性直管2に送られる。搬送チューブ14を流れる被処理水の流量は流量計7により計測されている。
【0045】
チューブポンプ6により絶縁性直管2に送られた被処理水は、絶縁性直管2内を毎分1リットルの速度で流れ、絶縁性直管2の入口から一対の電極11を経て絶縁性直管2の出口へ流れる。
【0046】
なお、絶縁性直管2内を流れる被処理水の流速は、上記に限定されるものではなく、絶縁性直管2の内径との関係をも考慮して、被処理水の流動電位を検出することができる流速を選択することができる。実験によれば、絶縁性直管2の内径が10mmの場合には被処理水の流速が毎分1リットルであれば、被処理水の流動電位を検出することができる。また、被処理水の流速を毎分20リットル以上にすると、絶縁性直管2内の被処理水の流れが不安定となり流動電位に振動が生じるとともに、流動電位自体の絶対値が大きくなる。従って、内径が10mm以下の絶縁性直管2を用いる場合には、チューブポンプは、被処理水が絶縁性直管内を毎分1リットル以上であって毎分20リットル以下の一定速度で流されるように設定されることが好ましい。
【0047】
この間、一対の電極11間の被処理水の電位差が、一対の電極11から第1導電線11aを介してエレクトロメータ3によって検出される。また、同時に、一対の電極11近傍に配置された一対の補助電極12間の被処理水の電位差が、一対の補助電極12から第2導電線12aを介してエレクトロメータ3によって検出される。
【0048】
エレクトロメータ3は、検出した一対の電極11間の被処理水の電位差を、一対の補助電極12間の被処理水の電位差により修正して、被処理水の流動電位を決定する。このようにして決定された被処理水の流動電位は、エレクトロメータ3から記録計4に送られる。
【0049】
記録計4は、図2に示すように、エレクトロメータ3から送られてきた被処理水の流動電位と計測時間との関係を、ペンレコーダを用いて記録する。なお、図2のA領域は、貯水槽5内の被処理水にポリ塩化アルミニウム16が添加されていない場合を示し、被処理水の流動電位は150mV付近で振動している。また、図2のB領域は、貯水槽5内の被処理水に3mg/Lのポリ塩化アルミニウム16が添加された場合を示し、被処理水の流動電位は130mV付近で振動している。なお、絶縁性直管2内を被処理水で満たして被処理水を静止した場合の、被処理水の流動電位は15〜20mVであった。
【0050】
絶縁性直管2内を流れ絶縁性直管2の出口に到達した被処理水は、搬送チューブ14を経て貯水槽5に返送される。
【0051】
以上説明したようにして、貯水槽5内の被処理水の流動電位が、図2に示すように検出され、コロイド粒子の凝集状態が検知される。
【0052】
図2のA領域とB領域を比較すると、貯水槽5内の被処理水に凝集剤であるポリ塩化アルミニウム16を添加することにより、被処理水の流動電位は低下するものと考えられる。
【0053】
他方、被処理水への凝集剤注入率と被処理水中に形成されるフロックの粒子径との関係を検討すると、実験より図3に示す結果が得られた。図3は、水道水にカオリンを50mg/L溶かした被処理水に、ポリ塩化アルミニウム16を加えて25℃の下で撹拌回数を120rpmとした場合における、被処理水に注入されたポリ塩化アルミニウム16のうちのアルミニウムの濃度と被処理水中に形成されるフロックの粒子径との関係を示すものである。図3より、被処理水中のフロックの粒子径は、凝集剤注入率が増加するほど、大きくなることが分かる。なお、水道水にカオリンを50mg/L溶かした被処理水に、ポリ塩化アルミニウム16を加えて25℃の下で急速撹拌を150rpmで5分行い、緩速撹拌を50rpmで15分行った場合にも、同様の結果を得ることができた。
【0054】
図2および図3より、被処理水中のフロックの粒子径が大きくなる程、被処理水の流動電位は低下することが分かる。これより、被処理水中のコロイド粒子の凝集が進行する程、被処理水の流動電位は低下するので、検出された被処理水の流動電位から、被処理水中のコロイド粒子の凝集状態を検知することができる。
【0055】
また、喜多(電気化学の基礎,技法堂1980 P-147)によれば、流動電位Esは次式で与えられる。
【0056】
Es=Is・R=−ε0εΔPζ/kη
(ε0;真空中の誘電率、ε;溶液の誘電率、ΔP;圧力差、ζ;ゼータ電位、k;溶液の比電気伝導度、η;溶液の粘性係数)
従って、流動電位はゼータ電位(ζ)に比例することとなる。ゼータ電位は、コロイド粒子表面の溶液すべり面の溶液バルクに対する電位であり、コロイド粒子の凝集が進んで不安定な状態においては溶液バルクの電位に等しくなるため、ほとんど零の値となる。このことからも、コロイド粒子の凝集が進むと流動電位の値は低下して、零に近づくようになることが分かる。
【0057】
以上説明したように、被処理水中のコロイド粒子の凝集状態は、本発明による凝集状態検知装置1により検出された被処理水の流動電位から検知され、被処理水の流動電位が低下するほど、被処理水中のコロイド粒子の凝集が進行していることが分かる。従って、本発明による凝集状態検知装置1によれば、被処理水中のコロイド粒子の凝集状態を単純な方法で簡便に検知することができる。
【0058】
また、凝集状態検知装置1は、非常に単純な構造を有するとともに安価に構成されるので、駆動部が複雑なため劣化するという現象はなく、また被処理水の光透過率を計測する場合に問題とされる受光面の汚れを考慮する必要がない。従って、本発明による凝集状態検知装置1は、安定した連続運転が可能となっている。
【0059】
また、本実施の形態における絶縁性直管2はアクリル樹脂からなっている。アクリル樹脂は入手し易く、加工性に優れるので、良質の絶縁性直管2を得ることができる。また、アクリル樹脂は透明なので、絶縁性直管2内の汚れの状態を容易に知ることができる。
【0060】
なお、絶縁性直管2の材質は、アクリル樹脂に限定されるものではなく、例えば、入手のし易さや加工性に優れる塩化ビニル樹脂からなる絶縁性直管2を用いた場合でも、凝集状態検知装置1として機能することが実験により確認されている。
【0061】
また、一対の電極11は主としてAgからなっている。一般に、Agは水溶液中での電極電位の安定性に優れている。従って、一対の電極11に基づく被処理水の流動電位を正確かつ安定に求めることができる。
【0062】
なお、一対の電極11の材質はAgに限定されるものではなく、AuやPtも水溶液中での電極電位の安定性に優れているので、一対の電極11の材質に用いることができる。ただし、一対の電極11の材質にAgを用いた場合が、AuやPtを用いた場合に比べて最も過電圧が低くなるので、一対の電極11材質としてはAgが優れている。
【0063】
また、一対の補助電極12もAgからなっている。このため、一対の補助電極12は水溶液中での電極電位の安定性に優れている。従って、一対の補助電極12に基づく被処理水の電位差を正確かつ安定に求めることができる。なお、一対の補助電極12の材質として、水溶液中での電極電位の安定性に優れているAgClを用いてもよい。
【0064】
また、絶縁性直管2の入口および出口は、ホースニップル15を介して搬送チューブ14が着脱自在に接続されているので、ホースニップル15から搬送チューブ14を自由に着脱して、絶縁性直管2と搬送チューブ14とを分離することにより、絶縁性直管2内部の洗浄を容易に行うことができる。
【0065】
また、被処理水は、チューブポンプ6により絶縁性直管2内を一定速度で流されるので、エレクトロメータ3は被処理水の流動電位を正確に求めることができる。
【0066】
また、エレクトロメータ3は、106オーム以上の入力抵抗を有する。従って、エレクトロメータ3は、微少電流に基づく被処理水の流動電位を検出するのに十分な入力抵抗を有している。
【0067】
さらに、被処理水への凝集剤の注入量は、凝集剤注入制御装置10がエレクトロメータ3からの被処理水の流動電位に基づいて凝集剤添加バルブ9を適宜開閉することにより制御される。従って、適切な量の凝集剤が、被処理水のコロイド粒子の状態に応じて自動的に、被処理水に注入される。
【0068】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の凝集状態検知装置によれば、電位差計測計により計測される絶縁性直管内を流れる被処理水の流動電位に基づいて、被処理水中のコロイド粒子の凝集状態を検知することができる。従って、非常に単純かつ簡便に、被処理水中のコロイド粒子の凝集状態を検知することができ、凝集状態検知装置を安価に構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による凝集状態検知装置を示す構成図である。
【図2】凝集状態検知装置により検出された被処理水の流動電位と計測時間との関係を示す図である。
【図3】被処理水中のフロック粒子径と凝集剤の注入量との関係を示す図である。
【符号の説明】
1 凝集状態検知装置
2 絶縁性直管
3 エレクトロメータ
4 記録計
5 貯水槽
6 チューブポンプ
7 流量計
8 凝集剤槽
9 凝集剤添加バルブ
10 凝集剤注入制御装置
11 一対の電極
11a 第1導電線
12 一対の補助電極
12a 第2導電線
13 直管センサ支持台
14 搬送チューブ
15 ホースニップル
16 ポリ塩化アルミニウム[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an agglomerated state detection device for detecting an agglomerated state of colloidal particles in water to be treated.
[0002]
[Prior art]
In order to purify treated water such as raw water from rivers into tap water, a coagulant is injected into the treated water, and colloidal particles such as suspended substances in the treated water are agglomerated to remove precipitates. It has been. In particular, colloidal particles having a diameter of 10 −4 cm or less cannot be removed by ordinary precipitation treatment or filtration treatment, and must be removed by precipitation after agglomeration.
[0003]
Colloidal particles in natural water consist of clay-based turbidity having a main particle size distribution in the vicinity of 10 −4 to 10 −5 cm and fine organic organic coloring substances in the vicinity of 10 −6 to 10 −7 cm. Colloid is the main component, and artificial polluted rivers contain a large amount of organic substances of 10 −6 cm or less. Since most of these colloidal particles are negatively charged, the water to be treated containing such colloidal particles forms a stable dispersion suspension system due to the repulsion between the negative charges between the colloidal particles. ing.
[0004]
The intensity of the surface charge of such colloidal particles is distributed in the range of about −20 to −30 mV in terms of zeta potential, which is the potential with respect to the solution bulk on the surface of the colloidal particles. This surface charge is neutralized by adding colloids or ions with opposite charges to the system, and as a result, if the zeta potential of the suspended particles is within the range of about ± 10 mV, the interparticle The van der Waals force exceeds the repulsive force of the surface charge and begins to agglomerate. The aggregating agent generates fine particles having the opposite charge to the colloidal particles that cause such an action in water. Generally, it is easily hydrolyzed in water to form a positively charged metal oxide colloid. The resulting metal salts such as aluminum and iron are used.
[0005]
The operation of injecting the flocculant into the water to be treated to agglomerate the colloidal particles in the water to be treated is performed first in a relatively short time in a rapid mixing basin with high agitation strength. To stir. Thereafter, the water to be treated is gently agitated to grow until the colloidal particles that have started agglomeration become larger agglomerates. Then, such agglomerates of colloidal particles are removed from the water to be treated by precipitation or filtration. The injected flocculant is sandwiched between negatively charged particles and attracts with positive and negative charges to strengthen the bond and as a binder to maintain the floc bond against the shear breaking force that increases with the floc growth. Shows the effect.
[0006]
Therefore, floc formation occurs when two conditions are satisfied: neutralization of the surface charge is below a predetermined value and a certain amount of hydrolyzed metal colloid acting as a binder. Will be done.
[0007]
By the way, the state of aggregation of the colloidal particles in the water to be treated is determined by measuring the light transmittance of the water to be treated containing colloidal particles, the flow potential of the water to be treated and the zeta potential, Determined based on differences. The streaming potential refers to a potential difference appearing between electrodes placed in the vicinity of both ends of the capillary when the water to be treated containing colloidal particles is moved in the capillary by a pressure difference.
[0008]
As a method for detecting the aggregation state of colloidal particles based on the light transmittance of the water to be treated, a method for detecting and analyzing the state of transmitted light by applying a light beam to the water to be treated is generally known.
[0009]
Thus, when detecting the aggregation state of colloidal particles based on the transmitted light of the water to be treated, the analysis of the aggregation state by the transmitted light is based on Gregory's theory (J. Gregory, J. of Colloid and Interface Science 105 357 (1985)). In the measurement method, a sample beam passing through a glass tube having an inner diameter of 1 mm is irradiated with a light beam of 0.1 mm width and 820 nm, and this transmitted light is detected by a photodiode. Since the probability of finding a particle in the sample water is proportional to the square root of the number of particles in the light beam, the mean square root of light transmission is proportional to the square root of the particle concentration. The theory (Y. Matsui et al., Wat. Sci. Tech., 27 153 (1993)), which is a further development of Gregory's theory, developed a light dispersion analysis method using two wavelengths. The soluble substance can be detected by 253 nm light, and the soluble substance can be detected by 253 nm light. The particle diameter of the colloidal particles can be determined from the average value of absorbance and the mean square root.
[0010]
On the other hand, in the detection method of the aggregation state of colloidal particles based on the measurement of the flow potential and zeta potential of the water to be treated, a method using a piston-type flow cell as an SCD (Streaming Current Detector) as a streaming potential measurement method (12th National ISA Analysis) Instruments Symposium, Houston, Tex. ., Wat. Res., 23 423 (1989)).
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the aggregation state of the colloidal particles in the water to be treated is determined based on the light transmittance of the water to be treated, the flow potential of the water to be treated, and the zeta potential.
[0012]
However, the following can be considered when the state of aggregation of the colloidal particles in the water to be treated is determined based on the light transmittance of the water to be treated.
[0013]
That is, when measuring the light transmittance of the water to be treated, a light receiving surface is required. However, when the light transmittance is measured, the light receiving surface is contaminated with the water to be treated, and the light transmission of the water to be treated is performed. It is conceivable that the rate cannot be measured accurately.
[0014]
Moreover, since the diameter of the aggregate of the colloidal particles made of suspended substances in the water to be treated varies invariably, the light scattering coefficient based on such colloidal particles also varies. The light transmittance of the water to be treated is greatly affected by the light scattering coefficient based on the colloidal particles. Therefore, the light transmittance of the water to be treated cannot be accurately measured depending on the state of the colloidal particles.
[0015]
On the other hand, when determining the aggregation state of the colloidal particles in the water to be treated based on the flow potential and zeta potential of the water to be treated, the following can be considered.
[0016]
That is, since the detected streaming potential and zeta potential change depending on the state of the cell wall contamination, it is considered that the streaming potential and zeta potential of the water to be treated cannot be accurately measured. In such a case, it is known that it is effective to use a diluted hydrogen peroxide solution of about 2 to 3% as a cleaning liquid in order to remove dirt on the cell wall surface. However, it is necessary to adjust the cleaning cycle and the cleaning time in accordance with the quality of each water, and the operation may be complicated.
[0017]
Further, when a piston type flow cell is used as the SCD, the cylinder wall surface may be deteriorated by the reciprocating motion of the piston, and the distance between the cylinder and the wall surface may fluctuate. In addition, the piston motion itself may be modulated by mechanical degradation.
[0018]
The present invention has been made in consideration of such points, and an object thereof is to provide an aggregation state detection device that can easily detect the aggregation state of colloidal particles in water to be treated by a simple method. .
[0019]
[Means for Solving the Problems]
The present invention relates to an agglomerated state detection apparatus for detecting the agglomerated state of colloidal particles in the water to be treated. A pair of electrodes arranged at a certain distance in the straight pipe, a potentiometer connected to the pair of electrodes and measuring a potential difference generated in the water to be treated between the pair of electrodes, and disposed in the vicinity of the pair of electrodes A pair of auxiliary electrodes connected to the potentiometer , and the potentiometer measures the potential difference of the water to be treated measured based on the pair of electrodes based on the pair of auxiliary electrodes. The aggregation state detecting device is characterized in that the aggregation state of colloidal particles in the water to be treated is detected based on the corrected potential difference .
[0020]
According to the present invention, the state of aggregation of colloidal particles in the water to be treated can be detected based on the flow potential of the water to be treated measured by the potentiometer. Therefore, the aggregation state of the colloidal particles in the water to be treated can be detected very simply and simply.
[0021]
Preferably, the insulating straight pipe is mainly made of acrylic resin or vinyl chloride resin.
[0022]
Preferably, the inner diameter of the insulating straight pipe is 10 mm or less.
[0023]
Preferably, the pair of electrodes is mainly composed of Ag, Au, or Pt.
[0024]
Preferably, the potentiometer is an electrometer for detecting a streaming potential, and the electrometer has an input resistance of 10 6 ohms or more.
[0025]
Preferably, a transport tube is detachably attached to at least one of the inlet and the outlet of the insulating straight pipe via a hose nipple.
[0026]
Preferably, the apparatus further includes a tube pump capable of feeding the water to be treated at a constant speed, and the water to be treated is 1 liter / min or more and 20 liter / min or less in the insulating straight pipe by the tube pump. Washed away.
[0027]
Preferably, a pair of auxiliary electrodes connected to a potentiometer is disposed in the vicinity of the pair of electrodes, and the potentiometer measures the potential difference of the water to be treated measured based on the pair of electrodes. Correction is made by the potential difference measured based on the electrodes.
[0028]
Preferably, the apparatus further includes a flocculant injection control device that is connected to the potentiometer and controls the injection amount of the flocculant injected into the water to be treated. The flocculant injection control device includes the water to be treated from the potentiometer. Based on the potential difference, the amount of the flocculant injected into the water to be treated is controlled.
[0029]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0030]
1 to 3 are views showing an embodiment of the present invention. Here, FIG. 1 is a block diagram showing an agglomerated state detection device for detecting the agglomerated state of colloidal particles in the water to be treated. FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the flow potential of the water to be treated detected by the coagulation state detection device and the measurement time, and FIG. 3 shows the floc particle diameter in the water to be treated and the flocculant (polyaluminum chloride). It is a figure which shows the relationship with injection amount.
[0031]
As shown in FIG. 1, an agglomeration
[0032]
The insulating
[0033]
Such an insulating
[0034]
The pair of
[0035]
In addition, a pair of
[0036]
A
[0037]
A tube pump 6 is attached to the
[0038]
A flow meter for measuring the flow rate of water to be treated sent from the
[0039]
The
[0040]
A coagulant
[0041]
In the
[0042]
Next, the operation of the present embodiment having such a configuration will be described.
[0043]
First, an outline of measurement of the aggregation state of colloidal particles in the water to be treated will be described.
[0044]
First, the water to be treated in the
[0045]
The water to be treated sent to the insulating
[0046]
The flow rate of the water to be treated flowing in the insulating
[0047]
During this time, the potential difference of the water to be treated between the pair of
[0048]
The
[0049]
As shown in FIG. 2, the
[0050]
The water to be treated that flows through the insulating
[0051]
As described above, the flow potential of the water to be treated in the
[0052]
Comparing the A region and the B region in FIG. 2, it is considered that the flow potential of the water to be treated is reduced by adding the
[0053]
On the other hand, when the relationship between the flocculant injection rate into the water to be treated and the particle size of floc formed in the water to be treated was examined, the results shown in FIG. 3 were obtained from the experiment. FIG. 3 shows the polyaluminum chloride injected into the water to be treated when
[0054]
2 and 3 that the flow potential of the water to be treated decreases as the particle size of the floc in the water to be treated increases. From this, the flow potential of the water to be treated decreases as the aggregation of the colloidal particles in the water to be treated progresses, so the state of colloidal particles in the water to be treated is detected from the detected flow potential of the water to be treated. be able to.
[0055]
Further, according to Kita (basic electrochemical, Gihodo 1980 P-147), streaming potential E s is given by the following equation.
[0056]
E s = I s · R = −ε 0 εΔPζ / kη
(Ε 0 : dielectric constant in vacuum, ε: solution dielectric constant, ΔP: pressure difference, ζ: zeta potential, k: specific electrical conductivity of solution, η: viscosity coefficient of solution)
Therefore, the streaming potential is proportional to the zeta potential (ζ). The zeta potential is a potential with respect to the solution bulk of the solution slip surface on the surface of the colloidal particles, and is almost zero because the colloidal particles are agglomerated and become equal to the potential of the solution bulk in an unstable state. This also shows that the value of the streaming potential decreases as the aggregation of colloidal particles proceeds and approaches zero.
[0057]
As explained above, the state of aggregation of the colloidal particles in the water to be treated is detected from the flow potential of the water to be treated detected by the aggregation
[0058]
Moreover, since the aggregation
[0059]
Further, the insulating
[0060]
The material of the insulating
[0061]
The pair of
[0062]
Note that the material of the pair of
[0063]
The pair of
[0064]
Moreover, since the
[0065]
Further, since the water to be treated is caused to flow through the insulating
[0066]
The
[0067]
Further, the amount of the flocculant injected into the water to be treated is controlled by the flocculant
[0068]
【The invention's effect】
As described above, according to the aggregation state detection apparatus of the present invention, the aggregation state of the colloidal particles in the water to be treated is determined based on the flow potential of the water to be treated flowing in the insulating straight pipe measured by the potentiometer. Can be detected. Therefore, the aggregation state of the colloidal particles in the water to be treated can be detected very simply and simply, and the aggregation state detection device can be configured at low cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram illustrating an aggregation state detection device according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the flow potential of the water to be treated detected by the aggregation state detection device and the measurement time.
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the floc particle diameter in the water to be treated and the amount of flocculant injected.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (8)
コロイド粒子を含む被処理水が一定速度で流される絶縁性直管と、
絶縁性直管に取り付けられ、絶縁性直管内に一定距離を隔てて配置された一対の電極と、
一対の電極に接続され、一対の電極間の被処理水に生じる電位差を計測する電位差計測計と、
一対の電極の近傍に配置され、電位差計測計に接続された一対の補助電極と、を備え、
電位差計測計は、一対の電極に基づいて計測された被処理水の電位差を、一対の補助電極に基づいて計測された電位差により修正し、この修正された電位差に基づいて被処理水中のコロイド粒子の凝集状態が検知されることを特徴とする凝集状態検知装置。In the aggregation state detection device for detecting the aggregation state of the colloidal particles in the water to be treated,
An insulating straight pipe through which water to be treated containing colloidal particles flows at a constant speed;
A pair of electrodes attached to the insulating straight pipe and arranged at a certain distance in the insulating straight pipe;
A potentiometer connected to the pair of electrodes and measuring a potential difference generated in the water to be treated between the pair of electrodes;
A pair of auxiliary electrodes disposed in the vicinity of the pair of electrodes and connected to a potentiometer,
The potentiometer corrects the potential difference of the water to be treated measured based on the pair of electrodes by the potential difference measured based on the pair of auxiliary electrodes, and colloidal particles in the water to be treated based on the corrected potential difference. An agglomerated state detection device characterized in that an agglomerated state of is detected.
エレクトロメーターは、10 6 オーム以上の入力抵抗を有することを特徴とする請求項1乃至4のうちいずれか1項に記載の凝集状態検知装置。The potentiometer is an electrometer for detecting streaming potential,
5. The aggregation state detection device according to claim 1, wherein the electrometer has an input resistance of 10 6 ohms or more.
被処理水は、チューブポンプにより絶縁性直管内を毎分1リットル以上であって毎分20リットル以下の一定速度で流されることを特徴とする請求項1乃至6のうちいずれか1項に記載の凝集状態検知装置。It further includes a tube pump that can feed the water to be treated at a constant speed,
The treated water is flowed at a constant speed of 1 liter / min or more and 20 liter / min or less in an insulating straight pipe by a tube pump. Aggregation state detection device.
凝集剤注入制御装置は、電位差計測計からの被処理水の電位差に基づいて、被処理水への凝集剤の注入量を制御することを特徴とする請求項1乃至7のうちいずれか1項に記載の凝集状態検知装置。A flocculant injection control device that is connected to the potentiometer and controls the injection amount of the flocculant injected into the water to be treated;
The flocculant injection control device controls the injection amount of the flocculant into the water to be treated based on the potential difference of the water to be treated from the potentiometer. The agglomeration state detection apparatus described in 1.
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