JP6699690B2

JP6699690B2 - 凝集剤注入制御装置

Info

Publication number: JP6699690B2
Application number: JP2018136048A
Authority: JP
Inventors: 長尾　信明; 信明長尾; 保牛山
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 2018-07-19
Filing date: 2018-07-19
Publication date: 2020-05-27
Anticipated expiration: 2038-07-19
Also published as: JP2020011207A; WO2020017560A1; TW202007951A

Description

本発明は、各種産業排水や工業用水等を凝集処理する際に用いられる凝集剤注入制御装置に係り、特に、原水に無機凝集剤を添加した後、有機凝結剤を添加する凝集処理に好適な凝集剤注入制御装置に関する。

各種排水・用水から、濁質および有機物等を除去するために凝集処理を行う場合、塩化鉄やポリ塩化アルミニウムなどの無機凝集剤と有機凝結剤とを併用することがある。こうした２種類の薬品を用いることで、凝集フロックの粗大化が生じ後段の固液分離操作が容易になるほか、無機凝集剤の添加量を抑えることによる汚泥発生量の削減が可能となる。

凝集剤は、被処理水の水質に応じて適切な量を添加する必要がある。薬品添加量（注入量）が不足すれば、被処理水中に含まれる濁質や有機物の除去が不十分となり、処理水質が悪化する。一方、薬品添加量が過剰であると、薬品が後段へリークし、後段処理での負荷増大や汚染を引き起こす可能性がある。

最適な薬品添加量を決定するためには、ジャーテストを行うことが基本的であるが、手間を要し、被処理水の水質変動のたびにジャーテストを行うことは、実際の水処理において、変動に即時対応することができず、現実的ではない。

特許文献１，２には、レーザー光を水中に向けて照射し、水中のフロック等によって散乱される散乱光を受光して凝集状態を測定する凝集状態モニタリングセンサーを用いて凝集剤添加を制御することが記載されている。

特開２００２−１９５９４７号公報特開２０１７−２６４３８号公報

従来、無機凝集剤と有機凝結剤とによって凝集処理する場合、前段で注入する無機凝集剤（ポリ塩化アルミ等）と、その後段で注入する有機凝結剤（高分子凝集剤等）のうち、大量に注入され、ケーキ発生量に大きく影響する無機凝集剤の注入量を制御することで、最終的に得られる効果の最大化を図っている。有機凝結剤の注入量は、無機凝集剤の注入量に比べて非常に少ないこともあって、必要十分な量を定量注入し、原水の水質変動があったときに有機凝結剤の注入量を調整することが多い。

最近の食品製造業のように、多品種少量生産に伴って排水の成分が頻繁に変化する場合、有機凝結剤注入量の調整頻度が多くなる。

凝集状態モニタリングセンサーを用いて凝集剤注入量を制御する場合、有機凝結剤を注入した後に該モニタリングセンサーによって凝集状態をモニタリングし、その結果に基づいて無機凝集剤の注入量を制御することが行われている。

このような凝集状態モニタリングセンサーに基づく薬注制御においては、凝集状態モニタリングセンサーで検出される凝集状態（フロック間のＳＳ濃度やフロックからの散乱光強度分布）変化が、無機凝集剤及び有機凝結剤のいずれの注入量の影響を大きく受けているかを判断することが重要である。この判断を行うために、無機凝集剤の薬注量を定期的に変動させ、凝集状態モニタリングセンサーによる凝集状態の検出値変化を観察する方法が考えられる。しかし、この方法では、現れた凝集状態の変化が、果たして無機凝集剤の薬注量の変化によるものか、それとも偶発的に有機凝結剤薬注量と凝集状態の関係に生じた変化の影響かを判断することが困難である。

そこで、従来は、現場の管理者が定期的に凝集槽のフロック状態を目視観察し、有機凝結剤の薬注量は自動制御により調整したまま、無機凝集剤の薬注量を手動で調整する方法がとられている。しかし、この方法は、受け入れる排水の性状が短期間で変動する場合には、調整の頻度が多くなり、現場管理者の負担が増大する。

本発明は、２種以上の凝集剤を注入する場合、各々の注入量を的確に制御することができる凝集剤注入制御装置を提供することを目的とする。

本発明の凝集剤注入制御装置は、第１ないし第ｎ（ｎは２以上）の凝集槽に設けられた第１ないし第ｎの薬注装置と、該第１ないし第ｎの凝集槽の処理液を測定可能に設けられた第１ないし第ｎの凝集状態モニタリングセンサーと、各凝集状態モニタリングセンサーの検出結果に基づいて各薬注装置の薬注量を制御する制御器とを有し、各凝集状態モニタリングセンサーは、水中にレーザ光を照射する照射部と、散乱光を受光する受光部とを有し、該制御器は、散乱光強度信号の時間的な変化から、凝集槽内のフロック形成状態を判断する。

本発明の一態様では、前記制御器は、あらかじめ設定した演算式により必要な薬注量を算出する。

本発明の一態様では、前記第１の凝集剤として無機凝集剤が薬注される第１の凝集槽と、前記第２の凝集剤として高分子凝集剤が薬注される第２の凝集槽とを有する。

本発明の凝集剤注入制御装置では、凝集剤が注入される各凝集槽の凝集状態をそれぞれモニタリングし、各凝集剤の注入量を個別に的確に制御することができる。

実施の形態に係る凝集剤注入制御装置の構成図である。

以下、図１を参照して実施の形態に係る凝集剤注入制御装置１について説明する。

この凝集剤注入制御装置１では、被処理水である原水は、流入管２を介して第１凝集槽３に導入され、第１薬注装置４によって第１凝集剤が添加される。第１凝集槽３には第１凝集状態モニタリングセンサー５が設置されており、その検出信号が制御器６に入力される。制御器６はこの検出信号に基づいて第１薬注装置４を制御する。

第１凝集槽３内で凝集処理された液（第１凝集処理液）は、移流管７を介して第２凝集槽８に導入され、第２薬注装置９によって第２凝集剤が添加される。第２凝集槽８には第２凝集状態モニタリングセンサー１０が設置されており、その検出信号が制御器６に入力される。制御器６はこの検出信号に基づいて第２薬注装置９を制御する。

第２凝集槽８内で凝集処理された液（第２凝集処理液）は、流出管１１を介して固液分離工程に送られる。

この実施の形態では、第１凝集剤としては無機凝集剤が好適であり、第２凝集剤としては有機凝結剤特に高分子凝集剤とりわけカチオン性高分子凝集剤が好適である。

無機凝集剤としては塩化第二鉄、硫酸第二鉄、ポリ塩化第二鉄、ポリ硫酸第二鉄などの鉄系無機凝集剤や塩化アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム、硫酸バンド、水酸化アルミニウム、酸化アルミニウムなどのアルミ系無機凝集剤が挙げられる。

カチオン性高分子凝集剤としては、ポリ（ジアリルジメチルアンモニウムクロリド）、ポリ（メタクリル酸２−ジメチルアミノエチル）、ポリジメチルアミノエチルメタクリレート塩化ベンジル四級塩、ポリエチレンイミン、ポリアリルアミン、ポリビニルアミン、ポリ（メタクリル酸２−ジメチルアミノエチル）、ポリ（２−ビニル−１−メチルピリニジウム）、ジアルキルアミン‐エピクロルヒドリン重縮合物、ポリリジン、キトサン、ジエチルアミノエチルデキストランなどが挙げられる。

凝集状態モニタリングセンサー５，１０は、好ましくは、特許文献１，２と同様に、凝集処理液に向ってレーザ光を照射する発光部と、受光光軸を該発光部の発光光軸と直交方向とした受光部とを有する。また、発光部の発行作動及び受光部の受光信号の解析を行うために、発光回路、検波回路及び計測回路が設置されている。計測回路は、タイミング回路、Ａ／Ｄ変換部、演算部等を有する。

特許文献１，２と同様に、発光部から計測領域に照射されたレーザー光が計測領域内の粒子によって散乱され、この散乱光が受光部で受光され、この受光強度の経時変化に基づいて凝集状態が計測される。

発光回路は、タイミング回路からの信号に応じて発光部に一定の変調周波数を持った電気信号を送り、レーザ発光を行わせる。発光部は、発光回路からの信号によって、レーザ光を発光する。受光部は、レーザ光が水中の懸濁物に当たって発生した散乱光を受けて、電気信号に変換する。検波回路は、受光部からの電気信号から変調成分を除去し、散乱光強度に応じた受光電圧を出力する。

計測回路は、発光回路に発光のための信号（特定の周波数変調波）を送信すると共に、検波回路からの信号をデジタル信号に変換し、論理演算して凝集に関する情報を出力する。

この凝集状態モニタリングセンサーとしては、特許文献１，２のモニタリング装置、特にそれらが特許された特許第４６０５３２７号公報、及び特許第６２８１５３４号公報に記載のモニタリング装置を好適に用いることができるが、これらに限定されるものではない。

なお、特許第４６０５３２７号の凝集モニタリング装置は、
「凝集処理される被測定流体中の懸濁物の状態を、その凝集物と区別して監視する凝集モニタリング装置であって、
所定の周波数にてＡＭ変調したレーザ光を前記被測定流体中に照射するレーザ光照射部と、
前記レーザ光の照射領域における前記被測定流体中の粒子により散乱された散乱光を受光する散乱光受光部と、
この散乱光受光部によって受光された散乱光を電気信号に変換する光電変換回路と、
この光電変換回路にて変換された電気信号を前記所定の周波数にてＡＭ検波して前記レーザ光による散乱光成分を抽出する検波回路と、
この検波回路による検波後の信号がピーク変動しているとき、前記検波後の信号の最低値の信号強度を前記被測定流体中における未凝集の懸濁物により散乱した散乱光の強度として、前記被測定流体中の凝集物による散乱光と区別して検出する最低値検出回路と
を備え、
前記信号強度の最低値の変化を前記被測定流体中における未凝集のコロイド粒子数の変化として検出することを特徴とする凝集モニタリング装置。」
である。

特許第６２８１５３４号の凝集モニタリング装置は、
「凝集処理される被処理水の処理状態を監視する凝集モニタリング装置であって、
計測光を前記被処理水の計測領域に照射する計測光照射部と、
前記計測領域にある前記被処理水の粒子による散乱光を受光する散乱光受光部と、
前記散乱光受光部に得られる受光信号の振幅を計測する振幅計測手段を含み、計測された前記振幅の出現を監視および集計し、特定の振幅の発生率または発生頻度を算出して、前記被処理水中のフロックの粒径を表す前記被処理水の凝集に関わる指標を算出する計測値演算部と、
を備え、
前記振幅計測手段は、前記受光信号が上昇から下降に変化する第１の変曲点および下降から上昇に変化する第２の変曲点を検出し、前記第１の変曲点および第２の変曲点のレベル差から前記振幅を計測することを特徴とする凝集モニタリング装置。」
である。

本発明の一態様では、図1の実施の形態において、第１凝集剤として無機凝集剤を用い、第２凝集剤として高分子凝集剤を用い、凝集状態モニタリングセンサーとして上記特許文献１又は２等のものを用いる。

この場合、第１凝集槽３での無機凝集剤による凝集時に発生する細かなフロックの粒径分布を凝集状態モニタリングセンサー５の粒径計測機能により計測し、第２凝集槽８での高分子凝集剤によるフロック成長で計測可能となるフロック間濁度を凝集状態モニタリングセンサー１０の濁度計測機能により計測する。または、もしくはこれに加えて、第１及び第２凝集状態モニタリングセンサーに、形成されるフロックの粒径分布計測機能を持たせることにより、第１及び第２凝集剤の注入量を個別に最適化させる。ただし、高分子凝集剤と無機凝集剤の投入量関係には、組み合わせによる最適薬注点の遷移が発生する場合があるため、あらかじめ制御器６には調整方法を組み込むことで、現場の管理者が目視管理する状態に近い、またはそれ以上の安定した凝集制御を実現する。

例えば、凝集状態モニタリングセンサー５から得た、粒径分布情報、またはフロック間濁度情報により第１凝集槽３への無機凝集剤注入量の過不足を判断し、薬注装置４による薬注量を制御するとともに、凝集状態モニタリングセンサー１０から得た、粒径分布情報、またはフロック間濁度情報により第２凝集槽８における高分子凝集剤注入量の過不足を判断し、薬注装置９による薬注量を制御する。また、この時の第１薬注装置４による薬注量は、現状の薬注装置９の注入量における薬注装置４の薬注量の上限または下限を超えていないかを確認するとともに、これが下限〜上限間の範囲を逸脱しているときには、薬注装置４の下限〜上限の範囲内に設定するか、または第２薬注装置９の現状の薬注量を、第１薬注装置４の新たな注入量に変更することが可能（ただし、下限〜上限）となる薬注量に薬注装置９の薬注量を変更する機能が制御装置６に設けられている。

また、第２薬注装置９による薬注量は、現状の薬注装置４の注入量における薬注装置９の薬注量の上限または下限を超えていないかを確認するとともに、これが下限〜上限間の範囲を逸脱しているときには、薬注装置９の下限〜上限の範囲内に設定するか、または第１薬注装置４の現状の薬注量を、第２薬注装置９の新たな注入量に変更することが可能（ただし、下限〜上限）となる薬注量に薬注装置４の薬注量を変更する機能が制御装置６に設けられている。

図１の凝集剤注入制御装置１において、薬注装置４，９により、凝集槽３，８にそれぞれ十分な凝集効果が得られるように凝集剤が過不足なく注入されている凝集良好状態において、原水流入量や、原水組成・性状に急激な変化が生じた場合、第１凝集剤の注入量を適正値に変更しないと、第１凝集槽３の凝集状態が悪化する。

第１凝集剤（無機凝集剤）の注入量が不足する場合、第1凝集槽３にフロック形成速度の遅れやフロック成長不足が生じる。この現象は、凝集状態モニタリングセンサー５における散乱光強度において、一定以上の散乱光強度の発生割合の減少という形で観察される。逆に、無機凝集剤注入量が過剰となった場合には、フロック成長の促進であれば、より大きな散乱光の出現割合が増加することとなり、また十分な成長状態であれば、全体的な出現割合の増加となって表れる。

第２凝集槽８における高分子凝集剤の注入量が不足するようになった場合には、架橋効果が薄れることで、十分なフロック成長が得られなくなり、凝集状態モニタリングセンサー１０の検出散乱光強度において、一定以上の散乱光強度の出現割合が減少する。一方、高分子凝集剤の注入量が過剰であれば、凝集状態モニタリングセンサー１０の検出散乱光強度において、比較的小さな散乱光強度の出現割合が減少する。また、高分子凝集剤が不足する場合、液中のＳＳ分（フロックになりきらない懸濁物の量）が増加するので、フロックからの散乱光を除いた部分のフロックによらない散乱光強度（フロック間濁度）の最低値が上昇する。かかる最低値の上昇からも、高分子凝集剤の薬注量不足状態は検出可能となる。

原水性状の変化により、凝集状態モニタリングセンサーの検出信号に変化が生じたとき、その変化が薬注量不足を表わすものであれば、薬注装置４，９による薬注量を増加させ、薬注量過剰を表わすものであるときには、各薬注装置４，９による薬注量を減少させるように制御器６による薬注制御が行われる。

なお、無機凝集剤と高分子凝集剤の注入量は、ほとんどの排水種においてある程度の相関性を持っている（例えば、無機凝集剤を増加させるときに高分子凝集剤も増加させる。）。また、凝集剤の種類によっては、無機凝集剤投入量のある程度の範囲までは、高分子凝集剤の注入量を一定量に維持しても凝集状態に問題を生じさせなかったり、逆に、汚泥ケーキ量に直結する無機凝集剤の注入量を抑えながら、無機凝結剤の注入量を制御することで対応可能な場合もある。これらの条件を織り込んだ演算式をあらかじめ制御器６に設定しておくことで、流入が想定される排水種に応じた薬注制御が可能となる。

上記説明では、凝集槽は２段に設けられているが、３段以上に設けられ、各々に薬注装置とそれを制御するための凝集状態モニタリングセンサーが設けられてもよい。

１凝集剤注入制御装置
３，８凝集槽
４，９薬注装置
５，１０凝集状態モニタリングセンサー
６制御器

Claims

第１ないし第ｎ（ｎは２以上）の凝集槽に設けられた第１ないし第ｎの薬注装置と、
該第１ないし第ｎの凝集槽の処理液を測定可能に設けられた第１ないし第ｎの凝集状態モニタリングセンサーと、
各凝集状態モニタリングセンサーの検出結果に基づいて各薬注装置の薬注量を制御する制御器とを有し、
各凝集状態モニタリングセンサーは、水中にレーザ光を照射する照射部と、散乱光を受光する受光部とを有し、
該制御器は、散乱光強度信号の時間的な変化から、凝集槽内のフロック形成状態を判断する凝集剤注入制御装置であって、
第１の凝集剤として無機凝集剤が薬注される第１の凝集槽と、第２の凝集剤として高分子凝集剤が薬注される第２の凝集槽とを有し、該第１凝集槽で前記第１の凝集状態モニタリングセンサーによりフロックの粒径分布を計測し、該第２凝集槽で前記第２の凝集状態モニタリングセンサーによりフロック間濁度を計測することを特徴とする凝集剤注入制御装置。
前記制御器は、あらかじめ設定した演算式により必要な薬注量を算出する請求項１の凝集剤注入制御装置。