JP7363984B1 - 凝集状態の判断方法及び凝集処理方法 - Google Patents

凝集状態の判断方法及び凝集処理方法 Download PDF

Info

Publication number
JP7363984B1
JP7363984B1 JP2022116998A JP2022116998A JP7363984B1 JP 7363984 B1 JP7363984 B1 JP 7363984B1 JP 2022116998 A JP2022116998 A JP 2022116998A JP 2022116998 A JP2022116998 A JP 2022116998A JP 7363984 B1 JP7363984 B1 JP 7363984B1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
received light
value
light intensity
particles
state
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2022116998A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2024014289A (ja
Inventor
健 井上
瑞季 鈴木
信明 長尾
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kurita Water Industries Ltd
Original Assignee
Kurita Water Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kurita Water Industries Ltd filed Critical Kurita Water Industries Ltd
Priority to JP2022116998A priority Critical patent/JP7363984B1/ja
Priority to PCT/JP2023/024628 priority patent/WO2024018884A1/ja
Priority to TW112125958A priority patent/TW202407328A/zh
Application granted granted Critical
Publication of JP7363984B1 publication Critical patent/JP7363984B1/ja
Publication of JP2024014289A publication Critical patent/JP2024014289A/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D21/00—Separation of suspended solid particles from liquids by sedimentation
    • B01D21/01—Separation of suspended solid particles from liquids by sedimentation using flocculating agents
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D21/00—Separation of suspended solid particles from liquids by sedimentation
    • B01D21/30—Control equipment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/52—Treatment of water, waste water, or sewage by flocculation or precipitation of suspended impurities
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/52—Treatment of water, waste water, or sewage by flocculation or precipitation of suspended impurities
    • C02F1/54—Treatment of water, waste water, or sewage by flocculation or precipitation of suspended impurities using organic material
    • C02F1/56—Macromolecular compounds
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/02—Investigating particle size or size distribution
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/02—Investigating particle size or size distribution
    • G01N15/0205—Investigating particle size or size distribution by optical means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
    • G01N21/49—Scattering, i.e. diffuse reflection within a body or fluid

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Separation Of Suspended Particles By Flocculating Agents (AREA)

Abstract

【課題】簡便な装置構成で、被処理液中の粒子の色及び濃度を考慮し、被処理液中の粒子の凝集状態を広範囲の粒子径にわたって判断することが可能な凝集状態の判断方法及び凝集処理方法を提供する。【解決手段】本発明の一実施形態に係る凝集状態の判断方法は、粒子を含む液体中にレーザ光を照射して前記レーザ光が前記粒子により散乱した散乱光の受光強度を基に前記粒子の凝集状態を判断する方法であって、前記受光強度から算出される合計受光強度Ｓと、前記受光強度の変動を表す変動指標の実測値との相関式を作成し、前記相関式に基づく補整係数Ｃを算出する算出ステップと、前記変動指標の実測値を前記補整係数Ｃで補整した補整値を用いて、粒子の凝集状態を判断する判断ステップと、を有する。【選択図】図１３

Description

本発明は、凝集状態の判断方法及び凝集処理方法に関する。
各種排水・用水から濁質及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高分子凝集剤とを併用することがある。これにより、被処理液中の粒子が凝集し、後段の固液分離操作が容易になる。さらに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。
また、排水の生物処理によって発生した汚泥を脱水処理する場合にも、脱水処理に先立ち、無機凝集剤と高分子凝集剤とを併用して凝集処理することがある。これにより、効率的に汚泥を荷電中和するとともにフロック強度が向上し、脱水処理後の汚泥（脱水ケーキ）の含水率を大きく低下させることが可能となる。
凝集剤は、被処理液の水質や被処理汚泥の性状に応じて適切な量を添加する必要がある。排水、用水の凝集処理においては、凝集剤の添加量（薬注量）が不足すると、被処理液中に含まれる濁質や有機物の除去が不十分となり、処理液の水質が悪化する。一方、薬注量が過剰であると、凝集剤が後段へリークし、後段処理での負荷増大や後段の処理装置の汚染を引き起こす可能性がある。
また、汚泥処理においては、薬注量が不足すると汚泥の荷電中和が不十分となり、更にはフロック強度が低下して脱水ケーキの含水率が上昇したり、脱水分離液に汚泥がリークしたりすることがある。また、薬注量が過剰となった場合にもフロック強度は低下するため、脱水ケーキの含水率が上昇したり、脱水分離液に汚泥がリークしたりすることがあった。
最適な薬注量を決定するためには、ジャーテストや凝集、濾過、圧搾テスト（ヌッチェテスト）等の机上テストを行うことが基本である。また、従来、脱水機の運転管理において、問題が生じた際に操作すべき因子と操作量は、作業者の運転経験による判断や、上記のような机上試験による脱水効果(ろ過性やフロック強度、脱水ケーキ含水率など)の確認結果によって決定される。
しかしながら、作業者の経験による判断は、定性的なものであるため、状況改善を達成するために予定以上の時間を必要としたり、間違った操作をすることでかえって脱水効果を悪化させたりしてしまうことがある。また、机上テストによる判断は、定量的ではあるが連続的な評価が困難であるため、机上テストの結果を反映した運転条件の変更までに時間を要する。
上記のような問題を解決する方法として、特許文献１には、レーザ光を被処理液中に向けて照射し、被処理液中の粒子によって散乱される散乱光を受光して粒子の凝集状態を測定する凝集状態モニタリングセンサ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２０１７－２６４３８号公報
特許文献１に記載の技術によれば、被処理液中の散乱光を利用した凝集モニタリング装置によって得られる散乱光の受光信号強度の振幅（変化幅）から凝集指標を生成し、凝集粒の粒子径分布状態を推定できるとされており、凝集剤の添加量の過不足を評価し、凝集剤の添加量を連続的に調整することが可能であるとされている。しかしながら、本発明者らによる検討の結果、凝集フロック粒子径と受光信号強度の振幅から生成した凝集指標の相関関係は、水中散乱光を利用した凝集モニタリング装置の物理的な計測領域との関係で、前記凝集指標が変動する場合があることが見出された。つまり、要求される薬注量と凝集指標との関係が一様でなくなり、薬注量が過剰な状態であっても、薬注量が不足していると判断してしまうことがある、言い換えると、実際の粒子径が大きいにもかかわらず、粒子径が小さいと判断してしまうことがある。その結果、薬注量の制御が安定せず、過剰な薬注量の凝集剤を添加し続ける事態が発生してしまうことがある。
また、レーザ光による凝集状態のモニタリングでは、測定対象試料の色や濃度によって、モニタリング結果にばらつきが生じることがある。測定対象試料である被処理液の色や濃度の測定のために、凝集をモニタリングする装置とは別に、色判別センサや固形分濃度計を用いることが考えられる。しかしながら、これらの装置の導入には、初期設備費用及び管理費用ともに増加する上、設置スペースを確保する必要がある。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、簡便な装置構成で、被処理液の色及び濃度を考慮し、被処理液中の粒子の凝集状態を広範囲の粒子径にわたって判断することが可能な凝集状態の判断方法及び凝集処理方法を提供することを目的とする。
本発明の要旨は、以下の通りである。
［１］ 本発明の第１の態様に係る凝集状態の判断方法は、粒子を含む液体中にレーザ光を照射して上記レーザ光が上記粒子により散乱した散乱光の受光強度を基に上記粒子の凝集状態を判断する方法であって、上記受光強度から算出される合計受光強度Ｓと、上記受光強度の変動を表す変動指標の実測値との相関式を作成し、上記相関式に基づく補整係数Ｃを算出する算出ステップと、上記変動指標の実測値を上記補整係数Ｃで補整した補整値を用いて、粒子の凝集状態を判断する判断ステップと、を有する。
［２］ 上記［１］に記載の凝集状態の判断方法では、 上記変動指標が（１）式で表される受光量変動指標ＣＩであり、上記受光量変動指標ＣＩの実測値ＣＩmと、上記補整係数Ｃと、により、（２）式から上記受光量変動指標ＣＩの補整値ＣＩcが算出されてもよい。
Figure 0007363984000002
Figure 0007363984000003
 上記（１）式中、
Ｓi：ｉ回目のフロック形成状態計測時間域における上記受光強度の積分値
Ｓave：上記フロック形成状態計測時間域において上記受光強度をｎ回取得したときの、上記フロック形成状態計測時間域における上記受光強度の積分値の平均値
である。
［３］ 上記［１］又は［２］に記載の凝集状態の判断方法は、上記補整値が、第１の閾値以上、かつ上記第１の閾値よりも大きな値である第２の閾値以下である場合に凝集状態が良好であると判断してもよい。
［４］ 上記［１］～［３］のいずれかに記載の凝集状態の判断方法は、上記補整値に加え、上記粒子の粒子径と上記受光強度の変化幅の関係に基づいて、上記粒子の凝集状態を判断してもよい。
［５］ 上記［１］～［４］のいずれかに記載の凝集状態の判断方法は、上記補整値と粒子径との関係を予め取得し、上記関係を基に決定された粒子径範囲で上記補整値に基づく判断を行ってもよい。
［６］ また、本発明の別の態様に係る凝集処理方法は、粒子を含む液体中に凝集剤を添加して上記粒子を凝集する凝集処理方法であって、上記液体中にレーザ光を照射して上記レーザ光が上記粒子により散乱した散乱光の受光強度から算出される合計受光強度Ｓと、上記受光強度の変動を表す変動指標の実測値との相関式を作成し、上記相関式に基づく補整係数Ｃを算出する算出工程と、上記変動指標の実測値を上記補整係数Ｃで補整した補整値を用いて、粒子の凝集状態を判断し、判断された上記粒子の凝集状態に基づいた添加量で上記凝集剤を添加する凝集剤添加工程と、を有する。
［７］ 上記［６］に記載の凝集処理方法では、上記変動指標が（３）式で表される受光量変動指標ＣＩであり、上記凝集剤添加工程では、上記受光量変動指標ＣＩの実測値ＣＩmと、上記補整係数Ｃと、により、（４）式から上記受光量変動指標ＣＩの補整値ＣＩcが算出されてもよい。
Figure 0007363984000004
Figure 0007363984000005
 上記（３）式中、
Ｓi：ｉ回目のフロック形成状態計測時間域における上記受光強度の積分値
Ｓave：上記フロック形成状態計測時間域において上記受光強度をｎ回取得したときの、上記フロック形成状態計測時間域における上記受光強度の積分値の平均値
である。
［８］ 上記［６］又は［７］に記載の凝集処理方法における凝集剤添加工程では、上記補整値が第１の閾値未満である場合、上記凝集剤の添加量を増加し、上記補整値が上記第１の閾値より大きな値である第２の閾値超である場合、上記凝集剤の添加量を減少してもよい。
［９］ 上記［８］に記載の凝集処理方法における凝集剤添加工程では、上記補整値が、上記第２の閾値超となった後、上記第１の閾値よりも大きく、上記第２の閾値よりも小さい値である第３の閾値に到達したときに、上記凝集剤の添加量の減少を停止してもよい。
本発明の上記態様によれば、簡便な装置構成で、被処理液の色及び濃度を考慮し、被処理液中の粒子の凝集状態を広範囲の粒子径にわたって判断することができる。
本発明の第１の実施形態に係る凝集状態の判断方法を適用可能な凝集処理装置の構成の一例を示す構成図である。 凝集状態モニタリングセンサが有するプローブの構成の一例を示す構成図である。 凝集状態モニタリングセンサの計測領域の模式図である。 凝集状態モニタリングセンサによる検出波形の一例を示す図である。 凝集状態モニタリングセンサによる検出波形の一例を示す図である。 粒子径と受光強度変化幅の関係の検討に用いた装置を説明するための図である。 粒子径と大ピーク出現率の関係を示すグラフである。 本発明者らの考察を説明するための図である。 本発明者らの考察を説明するための図である。 計測領域Ａの直径より大きい粒子径を有する粒子が計測領域Ａを通過する際の通過パターンと散乱光の散乱方向を説明するための図である。 受光強度の経時変化を示す検出波形図の面積を説明するための図である。 粒子径と受光量変動指標ＣＩ1との関係の一例を示すグラフである。 粒子の色及び濃度を変更したときの、合計受光強度Ｓと受光量変動指標実測値ＣＩ1mとの関係を示すグラフである。 合計受光強度Ｓと受光量変動指標補整値ＣＩ1cとをプロットしたグラフの一例である。 合計受光強度Ｓと受光量変動指標実測値ＣＩ1mのプロット、及び、合計受光強度Ｓと受光量変動指標補整値ＣＩ1cのプロットを示すグラフである。 本発明の第１の実施形態に係る凝集状態の判断方法の流れを示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態に係る凝集処理方法の流れを示すフローチャートである。 同実施形態における凝集剤添加工程の流れを示すフローチャートである。
＜＜凝集処理装置の構成例＞＞
まず、本発明の一実施形態に係る凝集状態の判断方法を適用可能な凝集処理装置の一例を説明する。図１は、本実施形態に係る凝集状態の判断方法を適用可能な凝集処理装置の一例を示す構成図である。
図１に示すとおり、この凝集処理装置では、被処理液が流量計２を有する流入管１を介して処理槽３に導入され、薬注装置４によって凝集剤が処理槽３に添加される。処理槽３には撹拌機３ａと、凝集状態モニタリングセンサ１０が設置されており、凝集状態モニタリングセンサ１０により生成される検出信号が制御器８に入力される。制御器８はこの検出信号に基づいて薬注装置４を制御する。
凝集剤は、無機凝集剤であってもよく、有機凝集剤であってもよく、それらの併用であってもよい。
凝集状態モニタリングセンサ１０には、好ましくは、特許文献１に記載のものが用いられる。凝集状態モニタリングセンサ１０は、プローブ１００を有する。図２は、凝集状態モニタリングセンサ１０が有するプローブ１００の構成を示している。このプローブ１００は、互いに直交する面１０１ａ，１０１ｂ及びそれらが交わる頂部１０１ｃを有したブロック１０１と、面１０１ａに沿って設けられ、被処理液に向ってレーザ光を照射する発光部１０２と、面１０１ｂに沿って設けられ、受光光軸を発光部１０２の発光光軸と直交方向とした受光部１０３とを有する。また、凝集状態モニタリングセンサ１０は、発光部１０２の発光作動及び受光部１０３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（図示せず。）を備えている。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と同様に、プローブ１００では、発光部１０２から、頂部１０１ｃ近傍の計測領域Ａに照射されたレーザ光が計測領域Ａ内の粒子によって散乱される。この散乱光が受光部１０３で受光され、受光部１０３が受光した散乱光の強度の経時変化に基づいて凝集状態が計測される。なお、ブロック１０１は不透明材料よりなる。レーザ光Ｌの光軸と垂直な断面における計測領域Ａの直径、言い換えるとレーザ光Ｌの直径は、例えば、１ｍｍである。後述するように、計測領域Ａの直径は、粒子径と受光部１０３が受ける散乱光の強度である受光強度の変化幅との相関が反転する閾値である。したがって、要求される凝集状態を適切に判断するため、計測領域Ａの直径は適宜変更されてもよい。
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発光部１０２に送信する。発光部１０２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１０３は、レーザ光が被処理液に含まれる粒子に当たって発生した散乱光を受けて、散乱光を電気信号に変換する。検波回路は、受光部１０３からの電気信号に含まれる変調成分を除去し、受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。
凝集状態モニタリングセンサ１０としては、特許文献１のモニタリング装置、特にそれが特許された特許第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、これに限定されるものではない。
なお、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液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液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液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及び集計し、特定の振幅の発生率又は発生頻度を算出して、前記被処理液中のフロックの粒子径を表す前記被処理液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の変曲点及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の変曲点及び第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。
ここまで、本実施形態に係る凝集状態の判断方法を適用可能な凝集処理装置の一例を説明した。
＜＜背景＞＞
続いて、本実施形態に係る凝集状態の判断方法の説明に先立ち、本発明者らが本発明をするに至った背景を説明する。
［粒子径と受光強度変化幅の関係］
上述したような凝集処理装置では、凝集状態モニタリングセンサ１０により受光強度を取得する。図３に示すように、ある時点では、例えば、計測領域Ａに５個の粒子が存在している。図２に示すように、この時点で計測領域Ａに照射されたレーザ光Ｌeが、各粒子によって散乱され、散乱光Ｌsが受光部１０３に入射する。この時点から所定時間Δｔが経過した時点では、計測領域Ａに存在する粒子数が変動する。理論上は、粒子数が変化しないこともあるが、粒子がブラウン運動し、また処理槽３内の被処理液が撹拌されているので、通常は該粒子数は変動する。所定時間Δｔは、好ましくは０．１～１０ｍＳｅｃの間から選定された時間であり、例えば、約１ｍＳｅｃである。
粒子数が変動すると、それに連動して散乱光強度が変動し、受光部１０３による散乱光の受光強度が変動する。
粒子径が計測領域Ａの直径以下である場合、粒子径が大きいほど、１個の粒子が計測領域Ａに出入りしたときの受光強度変化幅が大きくなる。従って、この受光強度変化幅から、計測領域Ａに出入りした粒子の粒子径の大小を検出することができる。すなわち、任意の時刻ｔｋの受光強度と、Δｔ経過後の時刻ｔｋ＋１の受光強度との差は、該Δｔの間に計測領域Ａに出入りした粒子の表面積に比例した値となる。
図４Ａは、受光強度の経時変化の一例を示している。図４Ａにおける出力信号は、受光部１０３の受光強度であり、単位は、例えばｍＶである。
図４Ａは、時刻ｔ１，ｔ２…ｔｚの各時刻において測定された受光強度をプロットしたグラフであり、各時刻の間隔Δｔ（すなわちｔｋ－ｔｋ－１）は前述の通り、好ましくは０．１～１０ｍＳｅｃ、例えば１ｍＳｅｃである。
図４Ｂは、図４Ａにおいて、極小点Ｐ１，Ｐ２…と、極大点Ｑ１，Ｑ２…とを記入し、受光強度変化幅すなわち極小点と極大点との差ｈ１，ｈ２…を記入した説明図である。なお、以下、極大点の数をピーク数ということがある。
上述の通り、任意の時刻ｔｋ－１の受光強度と時刻ｔｋの受光強度との差ｈｋは、時刻ｔｋ－１～ｔｋ間に計測領域Ａ出入りした粒子の表面積に比例した値である。
時刻ｔ１～ｔｚのΔｔ×ｚ秒間におけるすべての受光強度変化幅ｈ１，ｈ２…ｈｎより、この時刻ｔ１～ｔｚの間に計測領域Ａ付近に存在する粒子の粒子径分布が検出される。ｚは例えば２００とされ、Δｔ＝１ｍＳｅｃである場合Δｔ×ｚは０．２秒となる。ただし、これは一例であり、０．０１～９００秒程度であればよい。
ここで、図５～８を参照して、粒子径と受光強度変化幅の関係を説明する。本発明者らは、粒子径と受光強度変化幅の関係について検討を行った。図５は、粒子径と受光強度変化幅の関係の検討に用いた装置を説明するための図であり、図６は、粒子径と受光強度変化幅の関係の検討により得られた粒子径と大ピーク出現率の関係を示すグラフである。大ピーク出現率とは、全ピーク数に対する受光強度変化幅が４０００ｍＶ以上のピークの出現率をいう。図７、８は、本発明者らの考察を説明するための図である。
濃度が乾燥重量で１．０重量％となるように、黒色の人工粒子を水中に分散させた模擬被処理液を調製した。人工粒子には、先端にシリンジを設けたチューブを通じて１質量％塩化カルシウム水溶液に１質量％の塗料を含有するアルギン酸ナトリウム水溶液を添加してゲル化させて製造したものを用いた。アルギン酸ナトリウム水溶液の添加速度は株式会社タクミナ製のスムースフローポンプを用いて流量を調整した。アルギン酸ナトリウム水溶液の濃度、添加速度、及びシリンジ形状を変更して０．５～３．０μｍの人工粒子を製造した。
処理槽は、図５に示すように、内径Ｒが１５４ｍｍ、正面視でθ＝９０°の角度のテーパを底部に有するものを用いた。被処理液の撹拌には、水平面から４５°傾斜した４枚の羽根板を有するピッチドパドル型撹拌翼を用いた。撹拌翼の直径ｒ（回転中心を通る、羽根板先端間の距離ｒ）は７５ｍｍであり、各羽根板の上端と下端の距離は１０ｍｍであった。当該撹拌翼を、処理槽の中心であってテーパ上端から各羽根板の上端までの距離ｄを４５ｍｍとした。
凝集状態モニタリングセンサ（栗田工業株式会社製Ｓ．ｓｅｎｓｉｎｇ ＣＳ－Ｐ）を撹拌翼の上部に配置し、３Ｌの被処理液を処理槽に供給した。凝集状態モニタリングセンサが有するプローブの計測領域の直径は１ｍｍである。そして、撹拌速度を３００ｒｐｍ、解析時間を３分間として、受光強度を測定し、人工粒子の粒子径ごとの大ピーク出現率を算出した。なお、照射するレーザ光のデューティ比は１０％（発光時間２００ｍＳｅｃ、休止時間１８００ｍＳｅｃ）とした。結果を図６に示す。
図６に示すように、粒子径が計測領域Ａの直径より小さい場合、粒子径の増大に伴って大ピーク出現率が高くなり、粒子径が計測領域Ａの直径より大きい場合、粒子径の増大に伴って大ピーク出現率が低くなることが分かった。
上記の検討結果について、本発明者らは以下のように考察している。図７に示すように、計測領域Ａ内を通過する粒子径が計測領域Ａの直径より小さい範囲では、粒子径が大きくなるほど、レーザ光の投影面積が大きくなるので、大きい散乱光量変化をもたらす。これにより、受光部１０３が受光する散乱光の光量である受光量の変化も大きくなる。一方、図８に示すように、計測領域Ａ内を通過する粒子の粒子径が計測領域の直径より大きい範囲では、粒子径が大きくなるほど粒子表面の曲率が小さくなることで散乱光の散乱角度が小さくなり、受光部１０３に到達する散乱光が減少するので、小さい散乱光量変化をもたらす。これにより、受光量の変化が小さくなる。このことから、計測領域Ａ内を通過する粒子の粒子径に対する受光強度変化幅の相関関係は、計測領域直径を境に反転する。
また、図９に、計測領域Ａの直径より大きい粒子径を有する粒子が計測領域Ａを通過する際の通過パターンと散乱光の散乱方向を説明するための図を示す。図９の（Ａ）に示すような、計測領域Ａにおける受光部１０３とは反対側の部分を粒子の一部が通過する場合、発光部１０２から照射されるレーザ光の方向と、散乱光の散乱方向とのなす角が小さいため、受光部１０３が受光する散乱光量が減少する。その結果、受光部１０３が生成する受光強度が小さくなる。言い換えると、検波波形のピーク高さが低くなる。
図９の（Ｂ）に示すような、計測領域Ａ全体を粒子が通過する場合、散乱光が受光部１０３に向かいやすくなるため、受光部１０３が受光する散乱光量は多くなる。その結果、受光部１０３が生成する受光強度が大きくなる。言い換えると、検波波形のピーク高さが高くなる。
図９の（Ｃ）に示すような、計測領域Ａにおける受光部１０３側の部分を粒子の一部が通過する場合、散乱光が受光部１０３とは反対方向に向かうため、受光部１０３は散乱光を受光しない。その結果、検波波形はピークを示さない。
このように、計測領域Ａを粒子が通過する際の通過パターンによってレーザ光の投影面積や散乱光の散乱方向が変わるため、検波波形がばらつくと考えられる。
［受光量変動指標ＣＩ1］
本発明者らは、さらに鋭意検討し、凝集が進行し、粒子径が計測領域Ａの直径の前後で変化しても、粒子径の大小を把握できる指標「受光量変動指標ＣＩ1」を見出した。受光量変動指標ＣＩ1は、フロック形成状態計測時間域をｎ回取ったときの受光強度の各積分値（面積Ｓi）の不偏絶対偏差をＳ1～Ｓnの平均値Ｓaveで除した統計量であり、下記（５）式で表される。受光強度の積分値は、図１０の斜線部の領域で示される面積Ｓに対応する。
Figure 0007363984000006
図６の結果が得られた検討で得られたデータから算出した、受光量変動指標ＣＩ1と粒子径との関係を図１１に示す。図１１は、粒子径と受光量変動指標ＣＩ1との関係の一例を示すグラフである。図１１に示すように、粒子径が大きい程、受光量変動指標ＣＩ1が上昇することが分かった。
したがって、上述した受光量変動指標ＣＩ1を用いることで、被処理液中の粒子の凝集状態を判断することができる。詳細には、表１に示すとおり、受光量変動指標ＣＩ1が大きい程、粒子径が大きいと判断する。
Figure 0007363984000007
［受光量変動指標補整値ＣＩ1c］
更に、本発明者らは、粒子径が同じでも被処理液の色及び濃度が異なると、受光量変動指標ＣＩ1が変化することを見出した。例えば、粒子濃度が高すぎると、複数の粒子がレーザ光の照射方向に重畳するため受光信号強度が変化し、その結果、受光量変動指標ＣＩ1が変化することがある。本発明者らは、被処理液中の粒子の色及び濃度の変化を合計受光強度Ｓによってとらえることができることを見出した。合計受光強度Ｓとは、フロック形成状態計測時間域をｎ回取ったときの受光強度の各積分値（面積Ｓi）の平均値である。そして、合計受光強度Ｓを含む補整係数Ｃで受光量変動指標ＣＩ1を補整した受光量変動指標補整値ＣＩ1cを用いることで、被処理液中の粒子の色及び濃度によらず、凝集状態を判断することができることを見出した。
本発明者らは、合計受光強度Ｓと受光量変動指標ＣＩ1との関係について調査した。具体的には、粒子の色及び濃度を変更して、人工粒子を水中に分散させた模擬被処理液を調製した。人工粒子の粒子径は１ｍｍとし、この粒子径は計測領域Ａの直径と等しいものとした。各被処理液を攪拌し、凝集状態モニタリングセンサで検出した受光信号を基に合計受光強度Ｓと受光量変動指標実測値ＣＩ1mの関係を得た。人工粒子の製造方法、及び、試験条件は、粒子の色及び濃度以外、上述した粒子径と受光強度の関係を得るための検討と同様とした。図１２に、粒子の色及び濃度を変更したときの、合計受光強度Ｓと受光量変動指標実測値ＣＩ1mとの関係を示す。
図１２に示す通り、合計受光強度Ｓと受光量変動指標実測値ＣＩ1mには相関があることが分かった。合計受光強度Ｓと受光量変動指標実測値ＣＩ1mとの相関式を受光量変動指標の標準値ＣＩ1st（以下では、受光量変動指標の標準値を受光量変動指標標準値ＣＩ1stと呼称する。）とすると、本検討では、受光量変動指標標準値ＣＩ1stは、下記（６）式のように表される。
Figure 0007363984000008
したがって、受光量変動指標標準値ＣＩ1stを用いれば、受光量変動指標実測値ＣＩ1mに対する色及び濃度の影響を補整でき、受光量変動指標補整値ＣＩ1cを算出することができる。以下では、受光量変動指標補整値ＣＩ1cを算出方法の一例を説明する。
まず、実験等により、受光量変動指標実測値ＣＩ1mと合計受光強度Ｓの相関式（受光量変動指標標準値ＣＩ1st）を得る。当該相関式として、例えば、上記（６）式が得られる。なお、受光量変動指標実測値ＣＩ1mと合計受光強度Ｓの相関式は、一次式に限らず、二次式であってもよい。
受光量変動指標実測値ＣＩ1mが補整された状態とは、基準とする受光量変動指標の値ＣＩ10（以下では、受光量変動指標基準値ＣＩ10と呼称する。）に対する受光量変動指標補整値ＣＩ1cの比が、受光量変動指標標準値ＣＩ1stに対する受光量変動指標実測値ＣＩ1m（（５）式におけるＣＩ1）の比と等しい状態と定義できる。したがって、補整係数Ｃは、受光量変動指標標準値ＣＩ1stに対する受光量変動指標基準値ＣＩ10の比ＣＩ10／ＣＩ1stとして表される。
また、受光量変動指標実測値ＣＩ1mは、上記（５）式から求められる。したがって、受光量変動指標実測値ＣＩ1mは、以下の（７）式で表され、受光量変動指標補整値ＣＩ1cは、以下の（８）式のように表される。なお、補整係数Ｃを構成する受光量変動指標基準値ＣＩ10は、任意の値であり、例えば、受光量変動指標標準値ＣＩ1stと合計受光強度Ｓの相関式を得るために行った実験の結果の内の任意の受光量変動指標ＣＩ1の値であってもよい。また、受光量変動指標標準値ＣＩ1stは、受光量変動指標実測値ＣＩ1mと合計受光強度Ｓの相関式（例えば上記（４）式）により得られる値である。
Figure 0007363984000009
Figure 0007363984000010
ここで、上記（８）式中のＣ（＝ＣＩ10／ＣＩ1st）を補整係数と呼称する。
例えば、１．０質量%の濃度で黒色の粒子を含有する被処理液の受光量変動指標基準値ＣＩ10を０．３９とすると、受光量変動指標補整値ＣＩ1cは、下記（９）式で表される。
Figure 0007363984000011
図１２に示すそれぞれの合計受光強度Ｓ及び受光量変動指標実測値ＣＩ1mを上記（９）式に入力して得られた、合計受光強度Ｓと受光量変動指標補整値ＣＩ1cとの関係を図１３に示す。また、図１４に、合計受光強度Ｓ及び受光量変動指標実測値ＣＩ1mのプロット、及び、合計受光強度Ｓと受光量変動指標補整値ＣＩ1cのプロットを示す。図１３に示すとおり、受光量変動指標補整値ＣＩ1cは、合計受光強度Ｓによらず、略一定の値を示す。また、図１４からも分かるとおり、受光量変動指標補整値ＣＩ1cの方が、受光量変動指標実測値ＣＩ1mと比較して、合計受光強度Ｓによるばらつきが小さいことが分かる。したがって、粒子の色及び被処理液中の粒子濃度に関わらず、受光量変動指標補整値ＣＩ1cにより凝集状態を判断することができる。
＜＜凝集状態の判断方法＞＞
上述したとおり、受光量変動指標補整値ＣＩ1cにより、被処理液の色や濃度に関わらず凝集状態を判断することができる。したがって、本発明の第１の実施形態に係る凝集状態の判断方法は、図１５に示すように、粒子を含む液体中にレーザ光を照射してレーザ光が粒子により散乱した散乱光の受光強度を基に粒子の凝集状態を判断する方法であって、受光強度から算出される合計受光強度Ｓと、受光強度の変動を表す変動指標の実測値との相関式を作成し、相関式に基づく補整係数Ｃを算出する算出ステップ（ステップＳ１１）と、変動指標の実測値を補整係数Ｃで補整した補整値を用いて、粒子の凝集状態を判断する判断ステップ（ステップＳ１２）と、を有する。
本実施形態に係る凝集状態の判断方法は、被処理液中にレーザ光を照射して当該レーザ光が当該粒子により散乱した散乱光の受光強度変化幅を基に粒子の凝集状態を判断する方法である。レーザ光の照射、散乱光の受光、及び受光強度の算出には、公知の方法を採用することができ、例えば、上述した凝集処理装置に設けられた凝集状態モニタリングセンサ１０を用いてもよい。
＜算出ステップ（ステップＳ１１）＞
本ステップでは、受光強度から算出される合計受光強度Ｓと、受光強度の変動を表す変動指標の実測値との相関式を作成し、相関式に基づく補整係数Ｃを算出する。本ステップでは、例えば、前記受光強度から算出される合計受光強度Ｓと、（５）式によって算出される受光量変動指標実測値ＣＩ1mとの相関式を作成し、相関式に基づく補整係数Ｃを算出する。補整係数Ｃの算出は、上述した方法で行われればよい。
＜判断ステップ（ステップＳ１２）＞
本ステップでは、変動指標の実測値を補整係数Ｃで補整した補整値を用いて、粒子の凝集状態を判断する。本ステップでは、例えば、補整係数Ｃと、受光量変動指標実測値ＣＩ1mと、により、（８）式によって算出される受光量変動指標補整値ＣＩ1cを用いて、粒子の凝集状態を判断する。例えば、凝集状態の判断は以下のようにして行うことができる。
受光量変動指標補整値ＣＩ1cが、予め設定した第１の閾値以上、第１の閾値より大きい第２の閾値以下であれば、凝集状態が良好と判断する。受光量変動指標補整値ＣＩ1cが第１の閾値未満であれば、凝集が不十分であり、粒子径が小さ過ぎると判断することができ、受光量変動指標補整値ＣＩ1cが第２の閾値超であれば、粒子径が大きすぎると判断することができる。
第１の閾値及び第２の閾値を求めるには、例えば、凝集処理装置により所定期間（例えば１週間～１か月程度）被処理液に対して凝集処理を行う。このとき、凝集状況を見ながら薬注量を調整するとともに、凝集状態モニタリングセンサの受光強度の経時変化を記録する。そして、当該期間において、粒子径が適正範囲の下限になったときの受光量変動指標補整値ＣＩ1cを第１の閾値とし、粒子径が適正範囲の上限になったときの受光量変動指標補整値ＣＩ1cを第２の閾値とする。
本実施形態に係る凝集状態の判断方法では、受光量変動指標補整値ＣＩ1cを用いることで、被処理液の色や濃度の影響を受けることなく、粒子の凝集状態を判断することができる。また、計測領域の直径によらず、凝集状態を正確に判断することができる。さらに、本実施形態に係る凝集状態の判断方法によれば、色判別センサや固形分濃度計を別途設ける必要がないため、簡便な装置構成とすることができる。
＜＜凝集状態の判断方法の第１の変形例＞＞
上述した凝集状態の判断方法は、受光量変動指標補整値ＣＩ1cのみに基づく判断を含む凝集処理方法であったが、本実施形態に係る凝集処理方法は、受光量変動指標補整値ＣＩ1cに加え、散乱光の受光強度変化幅に基づく判断を行うことが好ましい。粒子径が小さい範囲では、受光強度変化幅の方が受光量変動指標補整値ＣＩ1cよりも粒子径の変化をより正確に把握することができる。そのため、受光量変動指標補整値ＣＩ1cに加え、散乱光の受光強度変化幅に基づく判断を行うことで、より正確に凝集状態を判断することができる。なお、散乱光の受光強度変化幅に基づく判断とは、例えば、上述した粒子径と受光強度変化幅の関係を用いた凝集状態の判断である。
＜＜凝集状態の判断方法の第２の変形例＞＞
また、受光量変動指標補整値ＣＩ1cと粒子径との関係を予め取得し、関係を基に決定された粒子径範囲で受光量変動指標補整値ＣＩ1cに基づく判断を行ってもよい。これにより、定められた粒子径範囲での判断を複雑にすることなく、正確に凝集状態を把握することができる。
＜＜凝集状態の判断方法の第３の変形例＞＞
上述した凝集状態の判断方法は、第１の閾値及び第２の閾値が設定された場合の凝集処理方法であったが、本実施形態に係る凝集処理方法は、第１の閾値又は第２の閾値のいずれかのみを設定した凝集処理方法であってもよい。このような場合にも、受光量変動指標補整値ＣＩ1cに基づく判断に加え、上述した散乱光の受光強度変化幅に基づく判断を行ってもよい。
通常、凝集処理において供給される被処理液の粒子濃度は、基本的に大きな変動はないが、一時的に粒子濃度が変動する場合がある。例えば、被処理液の粒子濃度が一時的に減少した場合、粒子濃度あたりの凝集剤量が増加することになる。このとき、粒子濃度の減少前よりも粒子径が大きくなりやすくなる。散乱光の受光強度変化幅に基づく判断を行っている場合、粒子径が計測領域の直径よりも大きくなると、受光強度変化幅が小さくなるため、受光強度変化幅に基づく判断のみでは、正確な凝集状態の判断が不十分になることがある。しかしながら、粒子径と受光量変動指標補整値ＣＩ1cは広い範囲で正の相関を有するため、受光強度変化幅に基づく判断に加え、第２の閾値を設定した受光量変動指標補整値ＣＩ1cに基づく判断を行うことで、正確な凝集状態の判断が可能となる。
粒子径が計測領域の直径よりも大きくなるようなことが想定されないような凝集処理においては、第１の閾値を設定した受光量変動指標補整値ＣＩ1cに基づく判断を行うことで、凝集が不十分となることを防止することができる。
＜＜凝集処理方法＞＞
続いて、図１６を参照して、本発明の第２の実施形態に係る凝集処理方法を説明する。図１６は、本実施形態に係る凝集処理方法の流れを示すフローチャートである。本実施形態に係る凝集処理方法は、粒子を含む液体中に凝集剤を添加して粒子を凝集する凝集処理方法であって、液体中にレーザ光を照射してレーザ光が粒子により散乱した散乱光の受光強度から算出される合計受光強度Ｓと、受光強度の変動を表す変動指標の実測値との相関式を作成し、当該相関式に基づく補整係数Ｃを算出する算出工程と、変動指標の実測値を補整係数Ｃで補整した補整値を用いて、粒子の凝集状態を判断し、判断された前記粒子の凝集状態に基づいた添加量で凝集剤を添加する凝集剤添加工程と、を有する。
本実施形態に係る凝集処理方法における算出工程は、第１の実施形態に係る凝集状態の判断方法における算出ステップと同様である。したがって、ここでは算出工程の説明を省略し、凝集剤添加工程の例について、図１７を参照して詳細に説明する。図１７は、本実施形態における凝集剤添加工程の流れを示すフローチャートである。
まず、被処理液が撹拌されている処理槽に凝集剤の供給を開始する（ステップＳ２１）。このとき、被処理液は処理槽に連続的に供給されている。
続いて、受光強度を連続して算出し、受光強度から算出された受光量変動指標実測値ＣＩ1mと補整係数Ｃとから受光量変動指標補整値ＣＩ1cを算出し、受光量変動指標補整値ＣＩ1cが第１の閾値以上であるか否かを判断する（ステップＳ２２）。
受光量変動指標補整値ＣＩ1cが第１の閾値未満である場合（ステップＳ２２／ＮＯ）、薬注量（薬注速度）を増量する（ステップＳ２３）。薬注量の増量には、薬注装置の出力(ポンプストローク、ポンプパルス、回転速度等)を上昇させる。その後、増量後の薬注量で凝集剤の添加が継続される。言い換えるとステップＳ２１以降のステップが実施される。一方、受光量変動指標補整値ＣＩ1cが第１の閾値以上である場合（ステップＳ２２／ＹＥＳ）、受光量変動指標補整値ＣＩ1cが第２の閾値以下であるか否か判定される（ステップＳ２４）。
受光量変動指標補整値ＣＩ1cが第２の閾値以下である場合（ステップＳ２４／ＹＥＳ）、薬注速度が変更されることなく、凝集剤の添加が継続される。一方、受光量変動指標補整値ＣＩ1cが第２の閾値超である場合（ステップＳ２４／ＮＯ）、薬注装置４は薬注量（薬注速度）を減量する（ステップＳ２５）。薬注量の減量には、薬注装置の出力を低下させる。その後、減量後の薬注量で凝集剤の添加が継続される。言い換えるとステップＳ２１以降のステップが実施される。
受光量変動指標補整値ＣＩ1cが第１の閾値以上、第２の閾値以下の場合（ステップＳ２４／ＹＥＳ）、被処理液の添加が終了しているか否か判断される（ステップＳ２６）。被処理液の添加が終了した場合（ステップＳ２６／ＹＥＳ）、凝集剤の添加を終了し、凝集処理が終了する。一方、被処理液の添加が継続している場合（ステップＳ２６／ＮＯ）、ステップＳ２１以降のステップが順次繰り返される。
＜＜凝集処理方法の変形例＞＞
また、本実施形態に係る凝集処理方法では、受光量変動指標補整値ＣＩ1cが、第２の閾値超となった後、第１の閾値よりも大きく、第２の閾値よりも小さい値である第３の閾値に到達したときに、薬注量の減少を停止することが好ましい。受光量変動指標補整値ＣＩ1cが第２の閾値から第１の閾値まで低下した段階で薬注量の減少を停止すると、薬注量が過少になり、粒子の凝集が不十分になることがある。しかしながら、受光量変動指標補整値ＣＩ1cが、第２の閾値超から第１の閾値よりも大きく、第２の閾値よりも小さい値である第３の閾値に到達したときに薬注量の減少を停止することで、薬注量が過少にならず、凝集を継続することができる。
以上、本発明の実施形態に基づき、本発明を説明したが、本発明はこれに限定されない。上記はあくまでも例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
例えば、上述した凝集処理装置は、あくまでも一例であり、図１では、制御器８と凝集状態モニタリングセンサ１０とを別個に設置しているが、凝集状態モニタリングセンサ１０の信号処理部に制御器８の制御プログラムを組み込み、凝集状態モニタリングセンサ１０から薬注装置４に制御信号を与えるようにしてもよい。
また、凝集状態モニタリングセンサ１０は、処理槽３からの凝集液流出配管に設置されてもよい。また、処理槽３内の液が導入される計測槽を設け、この計測槽に凝集状態モニタリングセンサ１０を設置してもよい。
また、上述したプローブでは、発光部１０２と受光部１０３とは互いに直交しているが、これに限らず、発光部１０２と受光部１０３とは他の角度をなすように配置されていてもよい。発光部１０２と受光部１０３とのなす角は、例えば、１０°以上１７０°以下とすることができる。
また、所定の時間間隔で発光、非発光を繰り返すことで発光素子の使用時間を延長することができる。例えば、発光時間を０．２秒／回、発光間隔を２秒とした場合、連続で発光した場合に比較して発光素子の使用時間（寿命）を１０倍に延長することが可能となる。
また、上述した凝集剤添加工程の例は、あくまでも一例であり、本発明に係る凝集状態の判断方法により判断された凝集状態に基づいて凝集剤は添加されればよい。
＜＜その他の変形例＞＞
上述した凝集状態の判断方法及び凝集処理方法では、変動指標には上記（５）式で表される受光量変動指標ＣＩ1を用い、当該受光量変動指標ＣＩ1から受光量変動指標補整値ＣＩ1cを算出したが、以下の（１０）～（１４）式で表される受光量変動指標ＣＩ2～ＣＩ6を用いて各受光量変動指標の補整値を算出してもよい。
受光量変動指標ＣＩ2は、フロック形成状態計測時間域をｎ回取ったときの受光強度の各積分値（面積Ｓi）の不偏標準偏差をＳ1～Ｓnの平均値Ｓaveで除した統計量であり、下記（１０）式で表される。
Figure 0007363984000012
受光量変動指標ＣＩ3は、フロック形成状態計測時間域をｎ回取ったときの受光強度の各積分値（面積Ｓi）の絶対偏差をＳ1～Ｓnの平均値Ｓaveで除した統計量であり、下記（１１）式で表される。
Figure 0007363984000013
受光量変動指標ＣＩ4は、フロック形成状態計測時間域をｎ回取ったときの受光強度の各積分値（面積Ｓi）の標準偏差をＳ1～Ｓnの平均値Ｓaveで除した統計量であり、下記（１２）式で表される。
Figure 0007363984000014
上記（１０）～（１２）式中、
Ｓi：ｉ回目のフロック形成状態計測時間域における受光強度の積分値
Ｓave：フロック形成状態計測時間域において受光強度をｎ回取得したときの、フロック形成状態計測時間域における受光強度の積分値の平均値
である。
受光量変動指標ＣＩ5は、フロック形成状態計測時間域をｎ回取ったときの受光強度の各積分値（面積Ｓi）の中央絶対偏差を中央値Ｓ50で除した統計量であり、下記（１３）式で表される。
Figure 0007363984000015
受光量変動指標ＣＩ6は、フロック形成状態計測時間域をｎ回取ったときの受光強度の各積分値（面積Ｓi）の中央標準偏差を中央値Ｓ50で除した統計量であり、下記（１４）式で表される。
Figure 0007363984000016
上記（１３）～（１４）式中、
Ｓi：ｉ回目のフロック形成状態計測時間域における受光強度の積分値
Ｓ50：前記フロック形成状態計測時間域において受光強度をｎ回取得したときの、フロック形成状態計測時間域における受光強度の積分値の中央値（５０パーセンタイル値）
である。
また、変動指標には、粒子径との相関が取れれば、上記（５）式、（１０）～（１４）式における基準点（Ｓａｖｅ、Ｓ５０）は、第一四分位、中央値、第三四分位、最大値、その他任意のパーセンタイルに変更されてよい。また、上記記（５）式、（１０）～（１４）式に任意の係数を掛けた統計量、平均値又は中央値での除算をせずに算出された統計量、又は、分子及び分母の少なくともいずれかをその値で乗じた統計量等を用いてもよい。
次に本発明の実施例を示すが、実施例での条件は、本発明の実施可能性および効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、以下の実施例で用いた条件に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。
容積が１０００Ｌの処理槽を有する凝集処理装置を用いて、受光量変動指標実測値ＣＩ1mと合計受光強度Ｓの相関式を作成した。当該相関式は、重力ろ過性に基づき最適と判断した凝集処理条件(５日程度)に基づき作成した。
凝集状態モニタリングセンサ（栗田工業株式会社製Ｓ．ｓｅｎｓｉｎｇ ＣＳ－Ｐ）を用いて受光信号強度を連続的に測定し、受光量変動指標を算出した。
表２に示すとおり、試験日を２日設け、高分子凝集剤の添加速度で凝集処理を行った。被処理液の供給速度は５ｍ３／ｈとした。日程１の被処理液は、赤褐色～褐色の浮遊物質を１５，０００ｍｇ／Ｌ濃度で含有するものであり、日程２の被処理液は、褐色～黒褐色の浮遊物質を１２，０００ｍｇ／Ｌ濃度で含有するものであった。各試験日において、濾過速度、合計受光強度Ｓ、大ピーク出現率、受光量変動指標実測値ＣＩ1m、受光量変動指標補整値ＣＩ1c、粒子径を算出した。凝集状態モニタリングセンサには、そのプローブの計測領域の直径が１ｍｍである、栗田工業株式会社製Ｓ．ｓｅｎｓｉｎｇ ＣＳ－Ｐを用いた。大ピーク出現率は、全ピーク数に対する受光信号強度変化幅が４０００ｍｖ以上となるピークの出現率である。
凝集処理後の各処理液は、東京硝子器械株式会社製ろ過ロート（ブフナー型♯２、φ７０ｍｍ用）のろ過面に株式会社三商製フィルターネット（型式ＴＢ－５０）を敷き、さらにその上に長さ１２ｍｍであり、５０Ａの塩化ビニール製パイプを垂直に立て、２００ｍＬの処理液を上記塩化ビニール製パイプの内側に注ぐことでろ過を行った。
Figure 0007363984000017
大ピーク出現率と粒子径との関係について、表２に示すように、粒子径が計測領域の直径より小さい範囲では、粒子径が大きくなるにつれて第ピーク出現率が高くなった。一方、粒子径が計測領域の直径より大きい範囲では、第ピーク出現率が低くなった。これは、図７に示すように、計測領域Ａ内を通過する粒子径が計測領域Ａの直径より小さい範囲では、粒子径が大きくなるほど、レーザ光の投影面積が大きくなるので、大きい散乱光量変化をもたらし、受光部が受光する散乱光の光量である受光量の変化も大きくなるが、図８に示すように、計測領域内を通過する粒子の粒子径が計測領域の直径より大きい範囲では、粒子径が大きくなるほど粒子表面の曲率が小さくなることで散乱光の散乱角度が小さくなり、受光部に到達する散乱光が減少するので、小さい散乱光量変化をもたらし、受光量の変化が小さくなるためであると考えられる。
また、受光量変動指標実測値ＣＩ1mは、被処理液中の粒子の色及び粒子濃度が異なる日程１と日程２とで異なる値を示した。一方、受光量変動指標補整値ＣＩ1cは、日程１と日程２とで同程度の値となった。すなわち、受光量変動指標補整値ＣＩ1cは、粒子の色及び粒子濃度によらない指標であることが示された。また、粒子径が大きい程（ろ過速度が早い程）、受光量変動指標補整値ＣＩ1cは大きな値を示しており、受光量変動指標補整値ＣＩ1cにより、凝集状態を判断することができた。
上記のとおり凝集状態を判断することができたため、受光量変動指標補整値ＣＩ1cを指標として、適時に薬注量を変更して凝集処理を行うことができた。決定係数Ｒ２が例えば０．８０以上であれば、受光量変動指標ＣＩ2～ＣＩ6から算出された受光量変動指標補整値ＣＩ1c～ＣＩ6c、受光量変動指標ＣＩ2～ＣＩ6に任意の係数を掛けた統計量、基準点が変更された統計量、平均値又は中央値での除算をせずに算出された統計量、又は、分子及び分母の少なくともいずれかをその値で乗じた統計量等から算出された受光量変動指標補整値を用いてもよい。
３ 処理槽
４ 薬注装置
８ 制御器
１０ 凝集状態モニタリングセンサ

Claims (9)

  1. 粒子を含む液体中にレーザ光を照射して前記レーザ光が前記粒子により散乱した散乱光の受光強度を基に前記粒子の凝集状態を判断する方法であって、
    前記受光強度から算出される合計受光強度Ｓと、前記受光強度の変動を表す変動指標の実測値との相関式を作成し、前記相関式に基づく補整係数Ｃを算出する算出ステップと、
    前記変動指標の実測値を前記補整係数Ｃで補整した補整値を用いて、前記粒子の凝集状態を判断する判断ステップと、を有する、凝集状態の判断方法。
  2. 前記変動指標が（１）式で表される受光量変動指標ＣＩであり、
    前記判断ステップでは、前記受光量変動指標ＣＩの実測値ＣＩmと、前記補整係数Ｃと、により、（２）式から前記受光量変動指標ＣＩの補整値ＣＩcが算出される、請求項１に記載の凝集状態の判断方法。
    Figure 0007363984000018
    Figure 0007363984000019
     前記（１）式中、
    Ｓi：ｉ回目のフロック形成状態計測時間域における前記受光強度の積分値
    Ｓave：前記フロック形成状態計測時間域において前記受光強度をｎ回取得したときの、前記フロック形成状態計測時間域における前記受光強度の積分値の平均値
    である。
  3. 前記補整値が、第１の閾値以上、かつ前記第１の閾値よりも大きな値である第２の閾値以下である場合に凝集状態が良好であると判断する、請求項１又は２に記載の凝集状態の判断方法。
  4. 前記補整値に加え、前記粒子の粒子径と前記受光強度の変化幅の関係に基づいて、前記粒子の凝集状態を判断する、請求項１又は２に記載の凝集状態の判断方法。
  5. 前記補整値と粒子径との関係を予め取得し、前記関係を基に決定された粒子径範囲で前記補整値に基づく判断を行う、請求項１又は２に記載の凝集状態の判断方法。
  6. 粒子を含む液体中に凝集剤を添加して前記粒子を凝集する凝集処理方法であって、
    前記液体中にレーザ光を照射して前記レーザ光が前記粒子により散乱した散乱光の受光強度から算出される合計受光強度Ｓと、前記受光強度の変動を表す変動指標の実測値との相関式を作成し、前記相関式に基づく補整係数Ｃを算出する算出工程と、
    前記変動指標の実測値を前記補整係数Ｃで補整した補整値を用いて、前記粒子の凝集状態を判断し、判断された前記粒子の凝集状態に基づいた添加量で前記凝集剤を添加する凝集剤添加工程と、を有する、凝集処理方法。
  7. 前記変動指標が（３）式で表される受光量変動指標ＣＩであり、
    前記凝集剤添加工程では、前記受光量変動指標ＣＩの実測値ＣＩmと、前記補整係数Ｃと、により、（４）式から前記受光量変動指標ＣＩの補整値ＣＩcが算出される、請求項６に記載の凝集処理方法。
    Figure 0007363984000020
    Figure 0007363984000021
     前記（３）式中、
    Ｓi：ｉ回目のフロック形成状態計測時間域における前記受光強度の積分値
    Ｓave：前記フロック形成状態計測時間域において前記受光強度をｎ回取得したときの、前記フロック形成状態計測時間域における前記受光強度の積分値の平均値
    である。
  8. 前記凝集剤添加工程では、前記補整値が第１の閾値未満である場合、前記凝集剤の添加量を増加し、前記補整値が前記第１の閾値より大きな値である第２の閾値超である場合、前記凝集剤の添加量を減少する、請求項６又は７に記載の凝集処理方法。
  9. 前記凝集剤添加工程では、前記補整値が、前記第２の閾値超となった後、前記第１の閾値よりも大きく、前記第２の閾値よりも小さい値である第３の閾値に到達したときに、前記凝集剤の添加量の減少を停止する、請求項８に記載の凝集処理方法。
JP2022116998A 2022-07-22 2022-07-22 凝集状態の判断方法及び凝集処理方法 Active JP7363984B1 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022116998A JP7363984B1 (ja) 2022-07-22 2022-07-22 凝集状態の判断方法及び凝集処理方法
PCT/JP2023/024628 WO2024018884A1 (ja) 2022-07-22 2023-07-03 凝集状態の判断方法及び凝集処理方法
TW112125958A TW202407328A (zh) 2022-07-22 2023-07-12 聚集狀態判定方法及聚集處理方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022116998A JP7363984B1 (ja) 2022-07-22 2022-07-22 凝集状態の判断方法及び凝集処理方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP7363984B1 true JP7363984B1 (ja) 2023-10-18
JP2024014289A JP2024014289A (ja) 2024-02-01

Family

ID=88328408

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2022116998A Active JP7363984B1 (ja) 2022-07-22 2022-07-22 凝集状態の判断方法及び凝集処理方法

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JP7363984B1 (ja)
TW (1) TW202407328A (ja)
WO (1) WO2024018884A1 (ja)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017026438A (ja) 2015-07-22 2017-02-02 栗田工業株式会社 凝集モニタリング装置、凝集モニタリング方法および凝集システム
JP2020514762A (ja) 2017-03-23 2020-05-21 マルバーン パナリティカル リミテッド 粒子特性評価
JP2021183983A (ja) 2015-09-23 2021-12-02 マルバーン パナリティカル リミテッド 粒子特性評価
WO2023017637A1 (ja) 2021-08-11 2023-02-16 栗田工業株式会社 凝集処理装置

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3058571B2 (ja) * 1994-11-05 2000-07-04 株式会社堀場製作所 粒度分布解析方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017026438A (ja) 2015-07-22 2017-02-02 栗田工業株式会社 凝集モニタリング装置、凝集モニタリング方法および凝集システム
JP2021183983A (ja) 2015-09-23 2021-12-02 マルバーン パナリティカル リミテッド 粒子特性評価
JP2020514762A (ja) 2017-03-23 2020-05-21 マルバーン パナリティカル リミテッド 粒子特性評価
WO2023017637A1 (ja) 2021-08-11 2023-02-16 栗田工業株式会社 凝集処理装置

Also Published As

Publication number Publication date
WO2024018884A1 (ja) 2024-01-25
TW202407328A (zh) 2024-02-16
JP2024014289A (ja) 2024-02-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kan et al. Time requirement for rapid-mixing in coagulation
JP2017121601A5 (ja)
WO2006067873A1 (ja) 沈殿分離操作測定管理方法及び装置
JP7363984B1 (ja) 凝集状態の判断方法及び凝集処理方法
WO2023017637A1 (ja) 凝集処理装置
JP6699690B2 (ja) 凝集剤注入制御装置
JP7452583B2 (ja) 凝集状態の判断方法及び凝集処理方法
WO2024018882A1 (ja) 凝集状態の判断方法及び凝集処理方法
JP6139314B2 (ja) 凝集制御装置及び凝集制御方法
JP2009101355A (ja) ベルト型濃縮機
WO2021020125A1 (ja) 凝集処理装置
WO2016006419A1 (ja) 凝集方法および凝集装置
TW202415938A (zh) 聚集狀態判定方法及聚集處理方法
Cheng et al. Monitoring floc formation to achieve optimal flocculation in water treatment plants
Webster et al. A Comprehensive Control Scheme for Dynamic Inline Flocculation of Oil Sands Tailings
JP6173808B2 (ja) 凝集剤注入率設定方法
JP4400720B2 (ja) 水処理システム
JP6262092B2 (ja) フロックの凝集状態評価方法およびフロックの凝集状態評価装置
KR100549170B1 (ko) 수처리용 응집플럭 성장 측정장치
JP2023142675A (ja) 光学的測定装置、凝集装置、凝集状態監視装置、および光学的測定方法
JPH03284305A (ja) 凝集剤注入制御方法
CA2937452C (en) Method of dewatering of a tailings stream
JP2016161543A (ja) 凝集状態判別方法、および凝集状態判別装置
JP2024044564A (ja) 土木工事排水の処理方法
KR200349603Y1 (ko) 수처리용 응집플럭 성장 측정장치

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20230707

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20230905

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20230918

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7363984

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150