JP7484974B2 - 凝集状態の判断方法及び凝集処理方法 - Google Patents
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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。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、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、上記受光強度の変動を表す変動指標に基づいて上記粒子の凝集状態を判断する。
［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であってもよい。
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では、上記変動指標が、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では、上記変動指標に加え、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では、上記変動指標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変動指標に基づく判断を行ってもよい。
［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、上記受光強度の変動を表す変動指標に基づいて上記粒子の凝集状態を判断する。
［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であってもよい。
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では、上記変動指標が、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では、上記変動指標に加え、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では、上記変動指標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変動指標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、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の変動を表す変動指標に基づいて上記粒子の凝集状態を判断する判断工程と、上記判断工程において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（２）式で表される受光量変動指標値ＣＩであってもよい。
上記（２）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では、上記変動指標が第１の閾値未満である場合、上記凝集剤の添加量を増加し、上記変動指標が上記第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では、上記変動指標が、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。
［７］ 上記［６］に記載の凝集処理方法では、上記変動指標が（２）式で表される受光量変動指標値ＣＩであってもよい。
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では、上記変動指標が第１の閾値未満である場合、上記凝集剤の添加量を増加し、上記変動指標が上記第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では、上記変動指標が、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、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。
＜＜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。
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、レーザ光が被処理水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。
「 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。
＜＜凝集状態の判断方法＞＞
続いて、本発明の第１の実施形態に係る凝集状態の判断方法を説明する。本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、受光強度の変動を表す変動指標の値に基づいて粒子の凝集状態を判断する。
続いて、本発明の第１の実施形態に係る凝集状態の判断方法を説明する。本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、受光強度の変動を表す変動指標の値に基づいて粒子の凝集状態を判断する。
本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。以下では、凝集状態モニタリングセンサ１０を用いた場合を例に挙げて凝集状態の判断方法を説明する。
本実施形態では、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と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。模擬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。
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。
本発明者らは、さらに鋭意検討し、粒子径が計測領域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ＣＩ(3)」を見出した。受光量変動指標ＣＩ(3)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（３）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に対応する。
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ＣＩ(3)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ＣＩ(3)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ＣＩ(3)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ＣＩ(3)を用いることで、被処理液中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ＣＩ(3)が大きい程、粒子径が大きいと判断する。
上記のとおり、粒子径と受光強度変化幅との相関に基づいて粒子の凝集状態を判断することができる。以下では、より詳細に凝集状態の判断方法の例を説明する。
凝集状態の判断は、例えば、以下の方法で行われればよい。例えば、受光量変動指標ＣＩ(3)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ＣＩ(3)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ＣＩ(3)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ＣＩ(3)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ＣＩ(3)を第２の閾値とする。
＜＜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ＣＩ(3)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ＣＩ(3)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係数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ＣＩ(3)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。
上述した凝集状態の判断方法は、受光量変動指標ＣＩ(3)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ＣＩ(3)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係数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ＣＩ(3)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ＣＩ(3)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ＣＩ(3)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。
また、受光量変動指標ＣＩ(3)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ＣＩ(3)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ＣＩ(3)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。
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ＣＩ(3)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係数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ＣＩ(3)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ＣＩ(3)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、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。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、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より、（３）式から算出される受光量変動指標ＣＩ(3)に基づいて前記粒子の凝集状態を判断する判断工程と、前記判断工程において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。以下に、図１２を参照して、本実施形態に係る凝集処理方法の具体的流れの一例を説明する。図１２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。
続いて、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。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、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より、（３）式から算出される受光量変動指標ＣＩ(3)に基づいて前記粒子の凝集状態を判断する判断工程と、前記判断工程において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。以下に、図１２を参照して、本実施形態に係る凝集処理方法の具体的流れの一例を説明する。図１２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。
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Ｓ１）。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、算出された受光強度から受光量変動指標ＣＩ(3)を算出し、受光量変動指標ＣＩ(3)が第１の閾値以上であるか否かを判断する（ステップＳ２）。
受光量変動指標ＣＩ(3)が第１の閾値未満である場合（ステップＳ２／ＮＯ）、薬注量（薬注速度）を増量する（ステップＳ３）。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Ｓ１以降のステップが実施される。一方、受光量変動指標ＣＩ(3)が第１の閾値以上である場合（ステップＳ２／ＹＥＳ）、受光量変動指標ＣＩ(3)が第２の閾値以下であるか否か判定される（ステップＳ４）。
受光量変動指標ＣＩ(3)が第２の閾値以下である場合（ステップＳ４／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ＣＩ(3)が第２の閾値超である場合（ステップＳ４／ＮＯ）、薬注装置４は薬注量（薬注速度）を減量する（ステップＳ５）。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Ｓ１以降のステップが実施される。
受光量変動指標ＣＩ(3)が第１の閾値以上、第２の閾値以下の場合（ステップＳ４／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Ｓ６）。被処理液の添加が終了した場合（ステップＳ６／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Ｓ６／ＮＯ）、ステップＳ１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＞＞
本実施形態に係る凝集処理方法では、受光量変動指標ＣＩ(3)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ＣＩ(3)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ＣＩ(3)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。
本実施形態に係る凝集処理方法では、受光量変動指標ＣＩ(3)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ＣＩ(3)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ＣＩ(3)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（３）式で表される受光量変動指標ＣＩ(3)を用いたが、以下の（４）～（８）式で表される受光量変動指標ＣＩ(4)～ＣＩ(8)を用いてもよい。
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（３）式で表される受光量変動指標ＣＩ(3)を用いたが、以下の（４）～（８）式で表される受光量変動指標ＣＩ(4)～ＣＩ(8)を用いてもよい。
受光量変動指標ＣＩ(4)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（４）式で表される。
受光量変動指標ＣＩ(5)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（５）式で表される。
受光量変動指標ＣＩ(6)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（６）式で表される。
上記（４）～（６）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。
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ＣＩ(7)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（７）式で表される。
受光量変動指標ＣＩ(8)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（８）式で表される。
上記（７）～（８）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：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。
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：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（３）～（８）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（３）～（８）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、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。
＜実施例１＞
複数の変動指標と粒子径の各相関関係の比較を行った。
複数の変動指標と粒子径の各相関関係の比較を行った。
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、表２に示すような、平均粒子径及び粒子径ごとの重量比率を有する人工粒子を製造した。
処理槽には、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であった。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。
表３に示す各計算式[１]～[６]で表される統計量を変動指標として、各変動指標と粒子径との相関性を示す決定係数Ｒ２を算出した。表３に示される各計算式における、Ｓiは、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であり、Ｓαは、各変動指標を算出するための基準点であり、表３に示す、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（表３におけるａｖｅ）、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最小値（表３におけるｍｉｎ）、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各パーセンタイル、及び、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最大値（表３におけるｍａｘ）である。表３に、算出された決定係数Ｒ２を示す。
表３に示すように、概ね良好な関係性（Ｒ２≧０．８０）であった。ただし、表４中の計算式［３］において、Ｓαを、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最小値とした場合、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９５パーセンタイルとした場合、及び、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最大値とした場合、並びに、計算式［６］において、Ｓαを、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最大値とした場合、決定係数Ｒ２が０．８０未満となり、他の場合と比較して、相関性が低かった。
凝集センサでは間欠的な計測を行うことによる標本データの解析を行っていること、パーセンタイルの解析の必要なく算術平均値を用いる分かりやすい計算であることから、表３中の計算式［２］及び計算式［５］において基準点ＳαにＳａｖｅを適用した変動指標を用いることが好ましい。表３中の計算式［２］及び計算式［５］において基準点ＳαにＳａｖｅを適用した変動指標のうち、計算式［２］において基準点ＳαにＳａｖｅを適用した変動指標を用いた場合に、より高い相関性が得られた。したがって、計算式［２］において基準点ＳαにＳａｖｅを適用した変動指標を用いることがより好ましいことが分かった。ただし、決定係数Ｒ２が０．８０以上であれば、表３に示したいずれの統計量を用いても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。さらに、決定係数Ｒ２が０．８０以上であれば、上記計算式［１］～［６］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、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。
＜実施例２＞
浮遊物質（Ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ Ｓｏｌｉｄｓ；ＳＳ）量が０．８％である被処理液を供給速度２３ｍ３／ｈで処理槽に供給し、処理槽内の被処理液に凝集剤を連続的に添加した。凝集剤には、無機凝集剤と高分子凝集剤を併用した。無機凝集剤には、ポリ硫酸第２鉄を用い、その濃度は１４３２ｍｇ／Ｌとし、浮遊物質量に対する添加率は１８．２％／ＳＳとした。無機凝集剤の添加率は、浮遊物質の重量に対する無機凝集剤の乾燥重量の比率（単位％／ＳＳ）とした。高分子凝集剤には、両性高分子凝集剤である、２－（メタクロイルオキシ）エチル（トリメチル）アンモニウムクロリドと、２－（アクロイルオキシ）エチル（トリメチル）アンモニウムクロリドと、アクリル酸と、アクリルアミドと、を構成単位とする共重合物を用いた。なお、２－（メタクロイルオキシ）エチル（トリメチル）アンモニウムクロリド及び２－（アクロイルオキシ）エチル（トリメチル）アンモニウムクロリドはカチオン性単量体であり、アクリル酸はアニオン性単量体であり、アクリルアミドは非イオン性単量体である。高分子凝集剤の薬注出力を意図的に変更した。
浮遊物質（Ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ Ｓｏｌｉｄｓ；ＳＳ）量が０．８％である被処理液を供給速度２３ｍ３／ｈで処理槽に供給し、処理槽内の被処理液に凝集剤を連続的に添加した。凝集剤には、無機凝集剤と高分子凝集剤を併用した。無機凝集剤には、ポリ硫酸第２鉄を用い、その濃度は１４３２ｍｇ／Ｌとし、浮遊物質量に対する添加率は１８．２％／ＳＳとした。無機凝集剤の添加率は、浮遊物質の重量に対する無機凝集剤の乾燥重量の比率（単位％／ＳＳ）とした。高分子凝集剤には、両性高分子凝集剤である、２－（メタクロイルオキシ）エチル（トリメチル）アンモニウムクロリドと、２－（アクロイルオキシ）エチル（トリメチル）アンモニウムクロリドと、アクリル酸と、アクリルアミドと、を構成単位とする共重合物を用いた。なお、２－（メタクロイルオキシ）エチル（トリメチル）アンモニウムクロリド及び２－（アクロイルオキシ）エチル（トリメチル）アンモニウムクロリドはカチオン性単量体であり、アクリル酸はアニオン性単量体であり、アクリルアミドは非イオン性単量体である。高分子凝集剤の薬注出力を意図的に変更した。
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）を用いて受光強度を連続的に測定し、受光量変動指標ＣＩ(3)を算出した。
図１３Ａに高分子凝集剤の薬注出力の経時変化を示し、図１３Ｂに受光量変動指標ＣＩ(3)の経時変化を示す。
時刻Ｔ０からＴ１までは、図１３Ｂに示すように、受光量変動指標ＣＩ(3)が１５％となるように高分子凝集剤の薬注出力を制御した。時刻Ｔ１、Ｔ２において、それぞれ高分子凝集剤の薬注出力を２６％及び３０％に設定した。図１３Ａに示すように、薬注出力を変更した、時刻Ｔ１、Ｔ２の時点から実際の薬注が変化するまでにはタイムラグがあった。受光量変動指標ＣＩ(3)が２５％となった時点から、ＰＩＤ制御にて、高分子凝集剤の薬注出力を減少させ、その後、図１３Ｂに示すように、受光量変動指標ＣＩ(3)が２０％になった時刻Ｔ３以降は、受光量変動指標ＣＩ(3)が１５％となるように高分子凝集剤の薬注出力を制御した。受光量変動指標ＣＩ(3)２５％は、粒子径の適正範囲の上限に対応し、上述した第２の閾値に相当する。また、受光量変動指標ＣＩ(3)２０％は、上述した第３の閾値に相当する。
また、図１３Ａ、１３Ｂに示す各時刻Ｔ０、Ｔ２、Ｔ２’、Ｔ４の各時点から３分後において処理液を分取し、分取液を用いてヌッチェテストを行って粒子径を測定した。また、時刻Ｔ０、Ｔ２、Ｔ４の各時点から１５分後における処理液を脱水機を用いて脱水した後のろ液中の浮遊物質濃度、及び、脱水ケーキの含水率を測定した。
粒子径は目視にて測定した。具体的には、粒子径を表す標準図に示された、粒子径の異なる粒子を表す複数の図と、ヌッチェテストにより得られた粒子とを比較して、粒子径を測定した。
ろ液中の浮遊物質濃度は、ＪＩＳ Ｋ ０１０２：２０２１における「１４．２ 懸濁物質」に準拠して測定した。
脱水ケーキの含水率は、下水試験方法（２０１２年版）、第５編第１章第６節に記載の方法で測定した。
図１３Ａ、図１３Ｂに示すように、受光量変動指標ＣＩ(3)により高分子凝集剤の薬注出力を制御することができることが分かった。
表４に、粒子径、ろ液中の浮遊物質濃度及び脱水ケーキの含水率を示す。表４中の、Ｔ０、Ｔ２、Ｔ２’、Ｔ４における、粒子径は、時刻Ｔ０、Ｔ２、Ｔ２’、Ｔ４の各時点から３分後の処理液中の粒子の粒子径であることを示している。また、表２中の、Ｔ０、Ｔ２、Ｔ２’、Ｔ４における、ろ液中浮遊物質濃度及び脱水ケーキ含水率は、時刻Ｔ０、Ｔ２、Ｔ２’、Ｔ４の各時点から１５分後の検体についての測定結果を示している。
時刻Ｔ０、Ｔ２、Ｔ４の時点では、受光量変動指標ＣＩ(3)が第２の閾値２５％以下であるが、表４に示すように、受光量変動指標ＣＩ(3)が第２の閾値以下であれば、粒子径が１．００ｍｍ以下であり、脱水後のろ液に含まれる浮遊物質濃度を低減しつつ、脱水ケーキの含水率も低い値とすることができた。したがって、受光量変動指標ＣＩ(3)を用いて凝集剤の添加量を制御することができ、所望の粒子径に調整することができることが分かった。また、受光量変動指標ＣＩ(3)を用いることで、脱水ケーキの含水率の上昇の防止、及び、ろ液への粒子の漏出の抑制が可能であることが分かった。
また、第３の閾値（受光量変動指標ＣＩ(3)が２０％）でＰＩＤ制御を無効としたことにより、薬注量が過少にならず、適切な粒子径となる添加速度での凝集剤の添加が継続された。
上記実施例では、粒子径の適正範囲の上限である第２の閾値を設定した場合の実施例を説明したが、粒子径の適正範囲の下限である第１の閾値を設定した場合、粒子径が過小になることを防止でき、脱水ケーキの含水率の上昇の防止、及び、ろ液への粒子の漏出の抑制が可能であることは明らかである。
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
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)
- 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、
前記受光強度の変動を表す変動指標に基づいて前記粒子の凝集状態を判断し、
前記変動指標は、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を使用した統計量である、凝集状態の判断方法。 - 前記変動指標が（１）式で表される受光量変動指標ＣＩである、請求項１に記載の凝集状態の判断方法。
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。 - 前記変動指標が、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。
- 前記変動指標に加え、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。
- 前記変動指標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変動指標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。
- 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、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の変動を表す変動指標に基づいて前記粒子の凝集状態を判断する判断工程と、
前記判断工程において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、を有し、
前記変動指標は、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を使用した統計量である、凝集処理方法。 - 前記変動指標が（２）式で表される受光量変動指標値ＣＩである、請求項６に記載の凝集処理方法。
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。 - 前記変動指標が第１の閾値未満である場合、前記凝集剤の添加量を増加し、前記変動指標が前記第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。
- 前記変動指標が、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。
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