JPH05168818A - 清澄化プロセスを監視および（または）制御するための管型クラリファイヤ法 - Google Patents
清澄化プロセスを監視および（または）制御するための管型クラリファイヤ法Info
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- JPH05168818A JPH05168818A JP3255072A JP25507291A JPH05168818A JP H05168818 A JPH05168818 A JP H05168818A JP 3255072 A JP3255072 A JP 3255072A JP 25507291 A JP25507291 A JP 25507291A JP H05168818 A JPH05168818 A JP H05168818A
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
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- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 主として水処理における清澄化プロセスのオ
ンライン監視および制御を簡単かつ有効に行うことがで
きる方法を提供する。 【構成】 固体を含む被処理液の流れに凝集剤またはフ
ロック化剤を注入した後、その流れの一部を分岐させて
有効な径および長さを有する管（管型クラリファイヤ）
内を通し、管内において固体スラグを生成させることに
より固体を分離する。上記固体スラグは相互に間隔をお
いて清澄液により運ばれる。清澄液の清澄度を当該清澄
化処理プロセスの処理液の清澄度と関係づけることによ
り、上記管型クラリファイヤを用いて清澄化プロセスの
オンライン監視および制御を行う。
ンライン監視および制御を簡単かつ有効に行うことがで
きる方法を提供する。 【構成】 固体を含む被処理液の流れに凝集剤またはフ
ロック化剤を注入した後、その流れの一部を分岐させて
有効な径および長さを有する管（管型クラリファイヤ）
内を通し、管内において固体スラグを生成させることに
より固体を分離する。上記固体スラグは相互に間隔をお
いて清澄液により運ばれる。清澄液の清澄度を当該清澄
化処理プロセスの処理液の清澄度と関係づけることによ
り、上記管型クラリファイヤを用いて清澄化プロセスの
オンライン監視および制御を行う。
Description
【０００１】水性系の清澄化に凝集剤（coagulants) ま
たはフロック化剤（flocculants)を使うことは当該技術
分野でよく知られている。たとえば、パルプ／製紙工場
廃水系や生活廃水系から各種着色物などの固体を除去す
るのに上記薬剤を使用できる。しかし、処理されている
系の流出液の液質のオンライン信号に基づいてそのよう
な系への凝集剤またはフロック化剤のフィードを簡単、
安価、かつ自動的に制御する手段は、現在利用可能では
ないと思われる。このようなことが可能となれば、それ
は当該技術分野における顕著な進歩に価するであろう。
たとえば、凝集剤／フロック化剤の使用に関連した費用
を最小にしながら、流出液の色または濁り度について規
格を達成するように、凝集剤またはフロック化剤の注入
量を調節することが望ましい。
たはフロック化剤（flocculants)を使うことは当該技術
分野でよく知られている。たとえば、パルプ／製紙工場
廃水系や生活廃水系から各種着色物などの固体を除去す
るのに上記薬剤を使用できる。しかし、処理されている
系の流出液の液質のオンライン信号に基づいてそのよう
な系への凝集剤またはフロック化剤のフィードを簡単、
安価、かつ自動的に制御する手段は、現在利用可能では
ないと思われる。このようなことが可能となれば、それ
は当該技術分野における顕著な進歩に価するであろう。
たとえば、凝集剤／フロック化剤の使用に関連した費用
を最小にしながら、流出液の色または濁り度について規
格を達成するように、凝集剤またはフロック化剤の注入
量を調節することが望ましい。
【０００２】本発明は、管型クラリファイヤと用いて清
澄化の度合を監視および（または）制御することより、
この目的を達成する。一般にいって、本発明は水性系か
らの懸濁物および（または）着色物のような固体の分離
または除去に関する。ここで使う「分離プロセス」なる
用語は、上記プロセスを記載するのに使う。この発明の
使用に関し、好ましい分離プロセスは清澄化プロセスで
ある。
澄化の度合を監視および（または）制御することより、
この目的を達成する。一般にいって、本発明は水性系か
らの懸濁物および（または）着色物のような固体の分離
または除去に関する。ここで使う「分離プロセス」なる
用語は、上記プロセスを記載するのに使う。この発明の
使用に関し、好ましい分離プロセスは清澄化プロセスで
ある。
【０００３】従来の技術は清澄化プロセスの監視を次の
方法に依存している。 （ａ） 実験室評価、これは試料を採取し、ついで流出
液の液質を測定することを必要とする。 （ｂ） プロセスの小規模シミュレーション。この場合
は、凝集剤で処理した流れを分岐させ、側流を小型の固
体接触型クラリファイヤ、濾過器、または沈降室のよう
な小規模固液分離プロセスに通す。ついで分離した流出
液の液質を測定する。濁り度測定の前に小型濾過器を使
う上記装置の例は「Water Treatment andPlant Design
for the Practicing Engineer（実行技術者のための水
処理およびプラント設計）」、Ann Arbor Science Publ
ishers, Inc,（１９７８年）の３００−３０２頁に明ら
かにされている。 （ｃ） 流動電流による電荷測定。この場合、処理流の
側流を流動電流測定装置に通す。電荷の中和は期待され
る流出液質が得られることを示す。流動電流の原理は、
懸濁固体量が低い場合、水がきれいな場合（すなわち油
分その他の生活または工業廃棄物をあまり含まない場
合）、あるいは凝集剤およびフロック化剤注入量が低い
場合にしばしば用いられる。しかし、よりきびしい条件
下において、流動電流測定を用いて成功した例を記載し
た出願または刊行物を本発明者は知らない。 （ｄ） フロキュレーション分析器。これは分離プロセ
スの間における、存在する固体粒子数の変化を測定する
ことによってフロック形成の度合いを定量する。
方法に依存している。 （ａ） 実験室評価、これは試料を採取し、ついで流出
液の液質を測定することを必要とする。 （ｂ） プロセスの小規模シミュレーション。この場合
は、凝集剤で処理した流れを分岐させ、側流を小型の固
体接触型クラリファイヤ、濾過器、または沈降室のよう
な小規模固液分離プロセスに通す。ついで分離した流出
液の液質を測定する。濁り度測定の前に小型濾過器を使
う上記装置の例は「Water Treatment andPlant Design
for the Practicing Engineer（実行技術者のための水
処理およびプラント設計）」、Ann Arbor Science Publ
ishers, Inc,（１９７８年）の３００−３０２頁に明ら
かにされている。 （ｃ） 流動電流による電荷測定。この場合、処理流の
側流を流動電流測定装置に通す。電荷の中和は期待され
る流出液質が得られることを示す。流動電流の原理は、
懸濁固体量が低い場合、水がきれいな場合（すなわち油
分その他の生活または工業廃棄物をあまり含まない場
合）、あるいは凝集剤およびフロック化剤注入量が低い
場合にしばしば用いられる。しかし、よりきびしい条件
下において、流動電流測定を用いて成功した例を記載し
た出願または刊行物を本発明者は知らない。 （ｄ） フロキュレーション分析器。これは分離プロセ
スの間における、存在する固体粒子数の変化を測定する
ことによってフロック形成の度合いを定量する。
【０００４】これらの監視法は幾つかの欠点をもつ。た
とえば、実験室において手動で行なう方法は連続的に行
えない。小規模シミュレーション法は高価であり、関連
装置の複雑性と信頼性が一般に付添のない操作を排除す
る。流動電流測定は、飲料水や、工業プラント用のユー
ティリティ水の清澄化のようなある種の供給水の清澄化
の場合に適用できることがわかっているが、多量の固体
を含む流れの処理、廃水処理、または多量に凝集剤また
はフロック化剤を必要とする処理に適用できることはわ
かっていない。最後に、フロキュレーション分析器は凝
った装置を必要とする。これは、供試流れ中に注入する
凝集剤の量を段階的に増大させ、それによる流出液の液
質の変化を同時に観察することにより機能する。つい
で、その応答から適当な用量を推定するが、これは時間
がかかり費用がかかる。これらの欠点はこの発明により
克服される。
とえば、実験室において手動で行なう方法は連続的に行
えない。小規模シミュレーション法は高価であり、関連
装置の複雑性と信頼性が一般に付添のない操作を排除す
る。流動電流測定は、飲料水や、工業プラント用のユー
ティリティ水の清澄化のようなある種の供給水の清澄化
の場合に適用できることがわかっているが、多量の固体
を含む流れの処理、廃水処理、または多量に凝集剤また
はフロック化剤を必要とする処理に適用できることはわ
かっていない。最後に、フロキュレーション分析器は凝
った装置を必要とする。これは、供試流れ中に注入する
凝集剤の量を段階的に増大させ、それによる流出液の液
質の変化を同時に観察することにより機能する。つい
で、その応答から適当な用量を推定するが、これは時間
がかかり費用がかかる。これらの欠点はこの発明により
克服される。
【０００５】フロキュレーション分析器に関する既知の
文献は次のものを含む。ＵＫ２，１２９，５４９（１９
８４年５月）、John GregoryおよびDavid William Nels
on,University College London, 「 Detecting Particl
es And ChangesIn Particle,Size In A Suspension
（懸濁液中の粒子および粒度変化の検出）」。米国特許
第４，７５２，１３１号（１９８８年６月）、J.Eisenl
auer,D.Horn,W.DitterおよびH.Eipel 「Laser System F
or Particle Dispersion MeasurementHas Optical Fibr
es For Transmission From Laser And To Detector Wit
h SampleFlow Surrounded By Envelope Flow（エンベロ
ープフローにより囲まれた供試流れをレーザーから検出
器へ送るための光学繊維を有する粒子分散測定用レーザ
ー系）」。
文献は次のものを含む。ＵＫ２，１２９，５４９（１９
８４年５月）、John GregoryおよびDavid William Nels
on,University College London, 「 Detecting Particl
es And ChangesIn Particle,Size In A Suspension
（懸濁液中の粒子および粒度変化の検出）」。米国特許
第４，７５２，１３１号（１９８８年６月）、J.Eisenl
auer,D.Horn,W.DitterおよびH.Eipel 「Laser System F
or Particle Dispersion MeasurementHas Optical Fibr
es For Transmission From Laser And To Detector Wit
h SampleFlow Surrounded By Envelope Flow（エンベロ
ープフローにより囲まれた供試流れをレーザーから検出
器へ送るための光学繊維を有する粒子分散測定用レーザ
ー系）」。
【０００６】また、商業上入手できるフロキュレーショ
ン分析器にはPhotometric Dispersion Analizer （光学
式分散分析器）ＰＤＡ２０００、Rank Brothers Ltd 。
ケンブリッジ、英国、およびFlocculation Analyzer Sy
stem（フロキュレーション分析器システム）６０００、
Pen Kem,Inc.,ベッドフォードヒルズ、ニューヨークが
ある。本技術分野で既知の沈降装置には沈降管、ラメラ
沈降装置、および傾斜板型クラリファイアがある。しか
し、本発明の管型クラリファアの使用は全く新規であ
る。
ン分析器にはPhotometric Dispersion Analizer （光学
式分散分析器）ＰＤＡ２０００、Rank Brothers Ltd 。
ケンブリッジ、英国、およびFlocculation Analyzer Sy
stem（フロキュレーション分析器システム）６０００、
Pen Kem,Inc.,ベッドフォードヒルズ、ニューヨークが
ある。本技術分野で既知の沈降装置には沈降管、ラメラ
沈降装置、および傾斜板型クラリファイアがある。しか
し、本発明の管型クラリファアの使用は全く新規であ
る。
【０００７】沈降管については、「Water Treatment an
d Plant Design for Practicing Engineer」、Ann Arbo
r Science Publishers,Inc. （１９７８年）、１７８−
１７９頁、３０２−３０７頁を参照のこと。この装置は
沈降する固体からの清澄流出液の分離を高める。しか
し、この装置と本発明の管型クラリファイヤの決定的な
違いは、本発明の管型クラリファイアは、固体からの流
出液の物理的分離をすることなしに、凝集および（また
は）フロック形成を完結まで進行させることができる点
である。また、本法においては、固体スラグはキャリヤ
ー液により運ばれる。
d Plant Design for Practicing Engineer」、Ann Arbo
r Science Publishers,Inc. （１９７８年）、１７８−
１７９頁、３０２−３０７頁を参照のこと。この装置は
沈降する固体からの清澄流出液の分離を高める。しか
し、この装置と本発明の管型クラリファイヤの決定的な
違いは、本発明の管型クラリファイアは、固体からの流
出液の物理的分離をすることなしに、凝集および（また
は）フロック形成を完結まで進行させることができる点
である。また、本法においては、固体スラグはキャリヤ
ー液により運ばれる。
【０００８】分離プロセスを監視および（または）制御
するための方法およびシステムが開示される。上記プロ
セス、たとえば清澄化プロセスにおいては、キャリヤー
液と固体からなる流入流れを薬剤で処理し、液キャリヤ
ーから固体を分離する。本法においては、分離プロセス
の流入流れを、分離促進剤（たとえば凝集剤および（ま
たは）フロック化剤）で処理した後、分離プロセスで処
理される主流とそれから分岐させた側流とに分割する。
側流は管（以下管型クラリファイヤと呼ぶ）に通され、
そこで固体のスラグへの分離または偏析（segregation)
が起る。次いで、固体スラグは清澄化されたキャリヤー
液により運ばれ、管内で起きる分離または偏析度を測定
する手段の側または中を運ばれる。この手段は好ましく
は比濁計であり、好ましくは管の端近くまたは出口に位
置している。また、上記手段のセルが管の一部をなして
一体化されていてもよい。固体スラグが本発明の管内で
生成し、スラグはプラグ流で上記管内を移動することに
加えて、スラグを運ぶ清澄キャリヤー液は一般に全体の
分離プロセスからの流出液に相当するものであること
を、本発明者は発見した。そこで、清澄キャリヤー液、
固体スラグ、または両者（すなわち側流の全体）を監視
することにより、全体の分離工程の達成度を監視および
（または）制御できるのである。本発明は、キャリヤー
液と固体（懸濁状、溶解状および（または）コロイド状
のもの）とからなる流入流れを、凝集剤および（また
は）フロック化剤のような少なくとも１種の分離剤で処
理して、上記キャリヤー液から上記固体を除去する分離
プロセス、好ましくは清澄化プロセスをオンライン監視
および（または）制御する方法に関する。この方法は、 （ａ） 上記分離剤で処理後、上記流入流れの一部分を
分岐させて実質上分離した固体スラグを形成させるのに
有効な径と長さをもつ管を通し、それによって上記流入
流れの分岐させた部分が上記管を通過するときに上記管
内で実質上分離した固体スラグを形成させ、この固体ス
ラグを管内の清澄化キャリヤー液に運ばせ； （ｂ） 上記分岐させた部分が管内にある間または管を
出た後に、好ましくはその清澄度を目視または他の方法
を用い、上記部分の１またはそれ以上の成分の色、反射
率、吸光度、透過率、濁り度などの測定を通じて定める
ことにより、またはより好ましくは上記部分の清澄キャ
リヤー液の清澄度を定めることによって、上記分岐させ
た部分の固体分離度を定め； （ｃ） 上記部分またはその成分の分離度または好まし
くは清澄度、好ましくは上記清澄キャリヤー液の清澄度
を上記分離プロセスの分離達成度または分離性能に関連
づけ、この清澄度を用いて上記分離プロセスの達成度を
監視し； （ｄ） 所望により、上記部分もしくはその成分または
好ましくは清澄キャリヤー液の透明度に基づいて、上記
分離剤の添加を制御することからなる。本発明はまた、
ａ）キャリヤー液、分離剤および固体からなる流入流れ
をもつ分離プロセス；ｂ）上記流入流れの一部分が通過
し、その中で上記部分中の固体が実質上分離した固体ス
ラグを形成する管；ｃ）上記部分またはその１種または
それ以上の成分の固体分離度を定める手段；およびｄ）
所望により、上記分離プロセスを監視および（または）
制御する出力装置からなるシステムに関する。このシス
テムで本発明の方法を実施することができる。最も広い
意味では、本発明はいかなる分離プロセスの監視および
（または）制御にも利用できるが、好ましくは清澄化プ
ロセスの監視および（または）制御に用いられる。典型
的な清澄化プロセスでは、凝集剤またはフロック化剤の
ような分離剤を、固体を含むキャリヤー液に有効注入量
で添加し、キャリヤー液からの固体の所望の分離を行な
う。キャリヤー液は一般に水であるが、本発明はこれに
限定されない。ここで使う「固体」なる用語は、キャリ
ヤー液に色または濁り度を与えるような、キャリヤー液
中に存在するあらゆる固形物質を指す。固体の例として
は着色物、懸濁固体および（または）コロイド状固体が
あるが、これらに限定されない。典型的分離剤としては
ポリマー剤およびばん土（alum) があるが、これらに限
定されない。清澄化は、都市下水処理、鉱山および石油
工業における処理、ラテックス乳濁液の処理、並びに石
油化学プラント、織物工場、パルプおよび製紙工場、あ
るいは砂糖精製における工場廃水処理などで行われる
が、これらに限定されない。使用できる清澄化装置に
は、クラリファイア、上向流クラリファイア、固体接触
型クラリファイア、沈降池、空気浮上系、溶解空気浮上
系、脱水装置、その他の固液分離装置があるが、これら
に限定されない。分離または清澄化しようとするキャリ
ヤー液の一部を分岐させて有効な径と長さをもつ管に通
すことによって、清澄化プロセスにおける分離達成度を
監視および（または）制御できることを、本発明者は発
見した。すなわち、固体および凝集剤またはフロック化
剤のような分離剤を含むキャリヤー液を有効な径と長さ
をもつ管に通して流すとき、固体は固体スラグを形成し
て分離される傾向があり、このスラグは清澄化されたキ
ャリヤー液によって管を通して運ばれる。理想的には、
このスラグはプラグ流で動く。初めは、図１の（１）に
示されるように、固体は管型クラリファイヤ内でキャリ
ヤー液全体に分散している。次に、（２）に示されるよ
うに、分離したフロックの形成が始まり、次いでフロッ
ク化が継続的に進行して、（３）に示されるように、固
体スラグが形成される。最後に、（４）に示されるよう
に固体の実質上分離したスラグが生成し、それが清澄キ
ャリヤー液により管を通して運ばれる。管を通して固体
スラグを運ぶ清澄キャリヤー液の液質は当該分離プロセ
ス全体からの流出液にほぼ相当することも、本発明者は
発見した。すなわち、好ましくは清澄キャリヤー液清澄
度をその色、濁り度、反射率、透過率、吸光度などの測
定を通じて、管内または管を出た後、好ましくは管出口
近くで定めることにより、当業者はその管型クラリファ
イヤを全体の分離性能の監視のためのオンライン装置と
して利用できるのである。あるいは、固体スラグまたは
全流れの特性を分離プロセスの達成度に関連づけること
ができる。さらに、全体のプロセスを管型クラリファイ
ヤの読みに基づいて制御することができる。たとえば、
清澄キャリヤー液の清澄度を使って、全体の清澄化性能
を仕様に近づけて、指定された限度内に保つように、供
給する凝集剤またはフロック化剤の注入量を制御するこ
とができる。本発明は、ミニクラリファイヤを使う必要
なしに、分離プロセスのオンライン監視および（また
は）制御のための簡単かつ正確で新規な方法とシステム
を提供する。この発明の真髄は、凝集剤または、フロッ
ク化剤で処理したキャリヤー液の分岐流を管を通して流
すとき、固体の分離または偏析が起ることである。この
固体の分離または偏析の結果、固体スラグが形成され、
それが清澄キャリヤー液により実質上プラグ流で運ばれ
る。色、反射率、濁り度、透過度、吸光度、または管内
における分離度の他の尺度、たとえば清澄キャリヤー液
の清澄度を全体の分離達成度に関連づけることができ、
分離プロセスの監視および（または）制御に使うことが
できる。好ましくは、比濁計のような清澄キャリヤー液
の清澄度を定める手段を、管の出口またはその付近に置
き、清澄キャリヤー液の清澄度の測定に使う。最も簡単
には、分離プロセスの達成度の監視に目視による観察を
行える。好ましくは、比濁計によりモニターまたはプロ
セス制御器のような出力装置に信号を送る。清澄キャリ
ヤー液の清澄度の読みは固体スラグにより規則的に妨害
されるから、管内を流れる流れを連続分析する場合は、
固体スラグが清澄度測定手段の側または中を通過すると
き得られる読みを無視する手段が、分離達成度を正確に
示すためには必要である。たとえば、データ整理用のコ
ンピュータソフトウエアプログラムを利用して、固体ス
ラグによりひき起される妨害を除去できる。このような
技術は当業者が適宜採用しうる。管型クラリファイヤ内
を流れる清澄キャリヤー液の特性は、当該清澄プロセス
からの流出液の特性にほぼ厳密に相当していることを、
本発明者は見出した。そこで、管型クラリファイヤを全
体プロセスのオンライン監視および（または）制御に容
易に使用することができる。清澄度の監視に使う比濁計
その他の装置は、特に流れが通過して光路と接触するガ
ラスセル上で汚れることがあり得るから、このような汚
れが定期的な手による清浄が実際的でないほどしばしば
起るときは、自動清浄装置を使用できる。有効な長さと
径の管を使うべきである。管の長さと径に関し、「有効
な」なる用語は、実質上プラグ流で管内を移動する実質
上分離した固体スラグの形成を可能にする管の長さと径
を指す。容積流量、線速度、管径および管長を含めて、
幾つかのパラメータの当該性能に対する影響を観察する
ために、本発明者は多くの実験を行った。この実験に基
づき、管型クラリファイヤの設計は、小さい管容積（す
なわち短い滞留時間）の必要性と、スラグ間のより長い
隔離（すなわち、スラグによりひき起される妨害間の正
確な清澄度の読みを得るために十分長い時間）の必要性
とを、理想的に均衡させる必要があることを、本発明者
は発見した。すなわち、管を通る流れを減少させると、
せん断が減少するのでフロック化が促進されるが、流れ
が遅すぎると滞留時間が長すぎるようになる。管径の増
加はせん断を減少させる。しかし、径が大きすぎると、
生成する固体スラグがプラグ流方式で運ばれるのに十分
な大きさではなくなってしまい、これはスラグを定期的
に崩壊させる。これは発生するスラッジ固体量に鑑み
て、管径を適当に選択することにより容易に排除でき
る。分岐流の容積流量、固体の負荷、キャリヤー液、お
よび凝集剤またはフロック化剤の注入量に基づき、有効
な管径（ＩＤ）と長さを使うべきである。管長は約１−
２０分、好ましくは約２−８分の間の滞留時間になるよ
うにするべきである。好ましくは、管径は約１／１６−
３／４′′ＩＤ、さらに好ましくは約５／３２−３／
８′′の範囲であるべきである。また、管の中央で管径
をステップ状に減少させる（たとえば５／１６′′ＩＤ
から３／１６′′ＩＤに）ことによって、スラグは一般
にさらに結合し、スラグ間のより長い分離を生じる。管
を垂直に走らせることによって、重力作用が一般に固体
スラグを離れたプラグに分離するのを助ける。管の好ま
しい配向は、流入流れの分岐させた部分を清澄度測定手
段に対してらせん状に上昇させるものである。管はキャ
リヤー液、固体および分離剤と相容れる材料からつくる
ことができる。透明なプラスチックチューブまたはガラ
ス管が好ましい。最良の態様の一例である管型クラリフ
ァイヤは次の仕様に適合する。 キャリヤー液＋固体＋凝集剤 流量： ８０±２０ml／分 管寸法（入口から）： 長さ１０フィート、 ＩＤ ５／１６′′ 長さ１０フィート、 ＩＤ ３／１６′′ 長さ１０フィート、 ＩＤ ５／１６′′ 長さ１４フィート、 ＩＤ ３／１６′′ 滞留時間： 約４分 配向： 底部から頂部への流れでら
せん状に上昇する管、管の端で濁り度が読まれる。 上記配置から得られる典型的結果は、スラグ間距離が約
１−５フィートである離れた固体スラグの形成を含む。
すなわち、濁り度の読みの妨害間の時間は約５〜２５秒
の範囲である。清澄キャリヤー液の清澄度測定は濁り度
に限定されない。たとえば、透過率、色、反射率、また
は吸光度が使用できるが、本発明はそれらに限定されな
い。一般的にいって、分離または清澄の度合を定めるど
の測定も使用できる。また、目視による観察や測定も用
途によっては受け容れられる。さらに、測定は清澄キャ
リヤー液に限定されず、管内の固体スラグ単独または流
れの全体に対して分離度または偏析度（清澄度）の測定
を行うことができる。好ましくは、分離または清澄度測
定手段は信号を発生し、これを監視および（または）制
御装置に送る。管の出口（ただしセンサー装置の前）に
絞りを使って、固体を崩壊させてもよい。固体崩壊は
「フロック強度」として知られるせん断分解に抵抗する
固体の能力に影響する。すなわち、本発明はフロック強
度の監視にも使用できる。
するための方法およびシステムが開示される。上記プロ
セス、たとえば清澄化プロセスにおいては、キャリヤー
液と固体からなる流入流れを薬剤で処理し、液キャリヤ
ーから固体を分離する。本法においては、分離プロセス
の流入流れを、分離促進剤（たとえば凝集剤および（ま
たは）フロック化剤）で処理した後、分離プロセスで処
理される主流とそれから分岐させた側流とに分割する。
側流は管（以下管型クラリファイヤと呼ぶ）に通され、
そこで固体のスラグへの分離または偏析（segregation)
が起る。次いで、固体スラグは清澄化されたキャリヤー
液により運ばれ、管内で起きる分離または偏析度を測定
する手段の側または中を運ばれる。この手段は好ましく
は比濁計であり、好ましくは管の端近くまたは出口に位
置している。また、上記手段のセルが管の一部をなして
一体化されていてもよい。固体スラグが本発明の管内で
生成し、スラグはプラグ流で上記管内を移動することに
加えて、スラグを運ぶ清澄キャリヤー液は一般に全体の
分離プロセスからの流出液に相当するものであること
を、本発明者は発見した。そこで、清澄キャリヤー液、
固体スラグ、または両者（すなわち側流の全体）を監視
することにより、全体の分離工程の達成度を監視および
（または）制御できるのである。本発明は、キャリヤー
液と固体（懸濁状、溶解状および（または）コロイド状
のもの）とからなる流入流れを、凝集剤および（また
は）フロック化剤のような少なくとも１種の分離剤で処
理して、上記キャリヤー液から上記固体を除去する分離
プロセス、好ましくは清澄化プロセスをオンライン監視
および（または）制御する方法に関する。この方法は、 （ａ） 上記分離剤で処理後、上記流入流れの一部分を
分岐させて実質上分離した固体スラグを形成させるのに
有効な径と長さをもつ管を通し、それによって上記流入
流れの分岐させた部分が上記管を通過するときに上記管
内で実質上分離した固体スラグを形成させ、この固体ス
ラグを管内の清澄化キャリヤー液に運ばせ； （ｂ） 上記分岐させた部分が管内にある間または管を
出た後に、好ましくはその清澄度を目視または他の方法
を用い、上記部分の１またはそれ以上の成分の色、反射
率、吸光度、透過率、濁り度などの測定を通じて定める
ことにより、またはより好ましくは上記部分の清澄キャ
リヤー液の清澄度を定めることによって、上記分岐させ
た部分の固体分離度を定め； （ｃ） 上記部分またはその成分の分離度または好まし
くは清澄度、好ましくは上記清澄キャリヤー液の清澄度
を上記分離プロセスの分離達成度または分離性能に関連
づけ、この清澄度を用いて上記分離プロセスの達成度を
監視し； （ｄ） 所望により、上記部分もしくはその成分または
好ましくは清澄キャリヤー液の透明度に基づいて、上記
分離剤の添加を制御することからなる。本発明はまた、
ａ）キャリヤー液、分離剤および固体からなる流入流れ
をもつ分離プロセス；ｂ）上記流入流れの一部分が通過
し、その中で上記部分中の固体が実質上分離した固体ス
ラグを形成する管；ｃ）上記部分またはその１種または
それ以上の成分の固体分離度を定める手段；およびｄ）
所望により、上記分離プロセスを監視および（または）
制御する出力装置からなるシステムに関する。このシス
テムで本発明の方法を実施することができる。最も広い
意味では、本発明はいかなる分離プロセスの監視および
（または）制御にも利用できるが、好ましくは清澄化プ
ロセスの監視および（または）制御に用いられる。典型
的な清澄化プロセスでは、凝集剤またはフロック化剤の
ような分離剤を、固体を含むキャリヤー液に有効注入量
で添加し、キャリヤー液からの固体の所望の分離を行な
う。キャリヤー液は一般に水であるが、本発明はこれに
限定されない。ここで使う「固体」なる用語は、キャリ
ヤー液に色または濁り度を与えるような、キャリヤー液
中に存在するあらゆる固形物質を指す。固体の例として
は着色物、懸濁固体および（または）コロイド状固体が
あるが、これらに限定されない。典型的分離剤としては
ポリマー剤およびばん土（alum) があるが、これらに限
定されない。清澄化は、都市下水処理、鉱山および石油
工業における処理、ラテックス乳濁液の処理、並びに石
油化学プラント、織物工場、パルプおよび製紙工場、あ
るいは砂糖精製における工場廃水処理などで行われる
が、これらに限定されない。使用できる清澄化装置に
は、クラリファイア、上向流クラリファイア、固体接触
型クラリファイア、沈降池、空気浮上系、溶解空気浮上
系、脱水装置、その他の固液分離装置があるが、これら
に限定されない。分離または清澄化しようとするキャリ
ヤー液の一部を分岐させて有効な径と長さをもつ管に通
すことによって、清澄化プロセスにおける分離達成度を
監視および（または）制御できることを、本発明者は発
見した。すなわち、固体および凝集剤またはフロック化
剤のような分離剤を含むキャリヤー液を有効な径と長さ
をもつ管に通して流すとき、固体は固体スラグを形成し
て分離される傾向があり、このスラグは清澄化されたキ
ャリヤー液によって管を通して運ばれる。理想的には、
このスラグはプラグ流で動く。初めは、図１の（１）に
示されるように、固体は管型クラリファイヤ内でキャリ
ヤー液全体に分散している。次に、（２）に示されるよ
うに、分離したフロックの形成が始まり、次いでフロッ
ク化が継続的に進行して、（３）に示されるように、固
体スラグが形成される。最後に、（４）に示されるよう
に固体の実質上分離したスラグが生成し、それが清澄キ
ャリヤー液により管を通して運ばれる。管を通して固体
スラグを運ぶ清澄キャリヤー液の液質は当該分離プロセ
ス全体からの流出液にほぼ相当することも、本発明者は
発見した。すなわち、好ましくは清澄キャリヤー液清澄
度をその色、濁り度、反射率、透過率、吸光度などの測
定を通じて、管内または管を出た後、好ましくは管出口
近くで定めることにより、当業者はその管型クラリファ
イヤを全体の分離性能の監視のためのオンライン装置と
して利用できるのである。あるいは、固体スラグまたは
全流れの特性を分離プロセスの達成度に関連づけること
ができる。さらに、全体のプロセスを管型クラリファイ
ヤの読みに基づいて制御することができる。たとえば、
清澄キャリヤー液の清澄度を使って、全体の清澄化性能
を仕様に近づけて、指定された限度内に保つように、供
給する凝集剤またはフロック化剤の注入量を制御するこ
とができる。本発明は、ミニクラリファイヤを使う必要
なしに、分離プロセスのオンライン監視および（また
は）制御のための簡単かつ正確で新規な方法とシステム
を提供する。この発明の真髄は、凝集剤または、フロッ
ク化剤で処理したキャリヤー液の分岐流を管を通して流
すとき、固体の分離または偏析が起ることである。この
固体の分離または偏析の結果、固体スラグが形成され、
それが清澄キャリヤー液により実質上プラグ流で運ばれ
る。色、反射率、濁り度、透過度、吸光度、または管内
における分離度の他の尺度、たとえば清澄キャリヤー液
の清澄度を全体の分離達成度に関連づけることができ、
分離プロセスの監視および（または）制御に使うことが
できる。好ましくは、比濁計のような清澄キャリヤー液
の清澄度を定める手段を、管の出口またはその付近に置
き、清澄キャリヤー液の清澄度の測定に使う。最も簡単
には、分離プロセスの達成度の監視に目視による観察を
行える。好ましくは、比濁計によりモニターまたはプロ
セス制御器のような出力装置に信号を送る。清澄キャリ
ヤー液の清澄度の読みは固体スラグにより規則的に妨害
されるから、管内を流れる流れを連続分析する場合は、
固体スラグが清澄度測定手段の側または中を通過すると
き得られる読みを無視する手段が、分離達成度を正確に
示すためには必要である。たとえば、データ整理用のコ
ンピュータソフトウエアプログラムを利用して、固体ス
ラグによりひき起される妨害を除去できる。このような
技術は当業者が適宜採用しうる。管型クラリファイヤ内
を流れる清澄キャリヤー液の特性は、当該清澄プロセス
からの流出液の特性にほぼ厳密に相当していることを、
本発明者は見出した。そこで、管型クラリファイヤを全
体プロセスのオンライン監視および（または）制御に容
易に使用することができる。清澄度の監視に使う比濁計
その他の装置は、特に流れが通過して光路と接触するガ
ラスセル上で汚れることがあり得るから、このような汚
れが定期的な手による清浄が実際的でないほどしばしば
起るときは、自動清浄装置を使用できる。有効な長さと
径の管を使うべきである。管の長さと径に関し、「有効
な」なる用語は、実質上プラグ流で管内を移動する実質
上分離した固体スラグの形成を可能にする管の長さと径
を指す。容積流量、線速度、管径および管長を含めて、
幾つかのパラメータの当該性能に対する影響を観察する
ために、本発明者は多くの実験を行った。この実験に基
づき、管型クラリファイヤの設計は、小さい管容積（す
なわち短い滞留時間）の必要性と、スラグ間のより長い
隔離（すなわち、スラグによりひき起される妨害間の正
確な清澄度の読みを得るために十分長い時間）の必要性
とを、理想的に均衡させる必要があることを、本発明者
は発見した。すなわち、管を通る流れを減少させると、
せん断が減少するのでフロック化が促進されるが、流れ
が遅すぎると滞留時間が長すぎるようになる。管径の増
加はせん断を減少させる。しかし、径が大きすぎると、
生成する固体スラグがプラグ流方式で運ばれるのに十分
な大きさではなくなってしまい、これはスラグを定期的
に崩壊させる。これは発生するスラッジ固体量に鑑み
て、管径を適当に選択することにより容易に排除でき
る。分岐流の容積流量、固体の負荷、キャリヤー液、お
よび凝集剤またはフロック化剤の注入量に基づき、有効
な管径（ＩＤ）と長さを使うべきである。管長は約１−
２０分、好ましくは約２−８分の間の滞留時間になるよ
うにするべきである。好ましくは、管径は約１／１６−
３／４′′ＩＤ、さらに好ましくは約５／３２−３／
８′′の範囲であるべきである。また、管の中央で管径
をステップ状に減少させる（たとえば５／１６′′ＩＤ
から３／１６′′ＩＤに）ことによって、スラグは一般
にさらに結合し、スラグ間のより長い分離を生じる。管
を垂直に走らせることによって、重力作用が一般に固体
スラグを離れたプラグに分離するのを助ける。管の好ま
しい配向は、流入流れの分岐させた部分を清澄度測定手
段に対してらせん状に上昇させるものである。管はキャ
リヤー液、固体および分離剤と相容れる材料からつくる
ことができる。透明なプラスチックチューブまたはガラ
ス管が好ましい。最良の態様の一例である管型クラリフ
ァイヤは次の仕様に適合する。 キャリヤー液＋固体＋凝集剤 流量： ８０±２０ml／分 管寸法（入口から）： 長さ１０フィート、 ＩＤ ５／１６′′ 長さ１０フィート、 ＩＤ ３／１６′′ 長さ１０フィート、 ＩＤ ５／１６′′ 長さ１４フィート、 ＩＤ ３／１６′′ 滞留時間： 約４分 配向： 底部から頂部への流れでら
せん状に上昇する管、管の端で濁り度が読まれる。 上記配置から得られる典型的結果は、スラグ間距離が約
１−５フィートである離れた固体スラグの形成を含む。
すなわち、濁り度の読みの妨害間の時間は約５〜２５秒
の範囲である。清澄キャリヤー液の清澄度測定は濁り度
に限定されない。たとえば、透過率、色、反射率、また
は吸光度が使用できるが、本発明はそれらに限定されな
い。一般的にいって、分離または清澄の度合を定めるど
の測定も使用できる。また、目視による観察や測定も用
途によっては受け容れられる。さらに、測定は清澄キャ
リヤー液に限定されず、管内の固体スラグ単独または流
れの全体に対して分離度または偏析度（清澄度）の測定
を行うことができる。好ましくは、分離または清澄度測
定手段は信号を発生し、これを監視および（または）制
御装置に送る。管の出口（ただしセンサー装置の前）に
絞りを使って、固体を崩壊させてもよい。固体崩壊は
「フロック強度」として知られるせん断分解に抵抗する
固体の能力に影響する。すなわち、本発明はフロック強
度の監視にも使用できる。
【実施例】次の実施例は本発明をさらに例示するが、本
発明を限定するものではない。本発明の管型クラリファ
イヤを使って、パルプおよび製紙工場廃水から着色物を
除去するのに使う分離プロセスを監視した。このプロセ
スでは、凝集剤は急速混合タンクから廃水に添加され、
次いでコンディショニングタンクに行く。次に、フロッ
ク化剤が加えられ、別のコンディショニングタンクへ行
く。次いで、固液分離が約９０分の滞留時間をもつ溶解
浮上系で行われる。フロック化剤を添加した直後にとり
出される試料流を本発明の装置に供給した。この装置は
内径５／１６′′で１０フィート、内径１／４′′で１
０フィート、内径５／１６′′で１０フィートの３つの
チューブをこの順に連ねたものからなっていた。管流出
液を次いで、内径９mmのまっすぐ通るフローセルを有す
る濁り度センサーに通した。自動清浄ブラシを用いて、
フローセルの内径を清浄した。濁り度センサーは、固体
スラグからの断続的妨害を含めて、清澄流出液の濁り度
を読んだ。信号処理ソフトウエアプログラムを使い、固
体スラグの影響を効果的に排除し、清澄キャリヤー液に
対する濁り度値を得た。ついで、所定時間での管の読み
と全体プロセスの読みを直接比較することによって、こ
の濁り度値を全体のプロセスからの流出液の濁り度に関
係づけた。これにより濁り度値を分離プロセスの監視に
使用することができた。
発明を限定するものではない。本発明の管型クラリファ
イヤを使って、パルプおよび製紙工場廃水から着色物を
除去するのに使う分離プロセスを監視した。このプロセ
スでは、凝集剤は急速混合タンクから廃水に添加され、
次いでコンディショニングタンクに行く。次に、フロッ
ク化剤が加えられ、別のコンディショニングタンクへ行
く。次いで、固液分離が約９０分の滞留時間をもつ溶解
浮上系で行われる。フロック化剤を添加した直後にとり
出される試料流を本発明の装置に供給した。この装置は
内径５／１６′′で１０フィート、内径１／４′′で１
０フィート、内径５／１６′′で１０フィートの３つの
チューブをこの順に連ねたものからなっていた。管流出
液を次いで、内径９mmのまっすぐ通るフローセルを有す
る濁り度センサーに通した。自動清浄ブラシを用いて、
フローセルの内径を清浄した。濁り度センサーは、固体
スラグからの断続的妨害を含めて、清澄流出液の濁り度
を読んだ。信号処理ソフトウエアプログラムを使い、固
体スラグの影響を効果的に排除し、清澄キャリヤー液に
対する濁り度値を得た。ついで、所定時間での管の読み
と全体プロセスの読みを直接比較することによって、こ
の濁り度値を全体のプロセスからの流出液の濁り度に関
係づけた。これにより濁り度値を分離プロセスの監視に
使用することができた。
【図１】本発明の管型クラリファイヤにおける固体スラ
グの形成を示す。
グの形成を示す。
Claims (9)
- 【請求項１】 キャリヤー液と固体からなる流入流れを
分離剤で処理し、上記固体のある量を上記キャリヤー液
から除去する分離プロセスのオンライン監視および（ま
たは）制御を行う方法において： （ａ） 上記分離剤で処理後、上記流入流れの一部分を
分岐させて有効な径と長さをもつ管に通し、それにより
上記流入流れの分岐させた部分が上記管を通過するとき
に上記管内で固定スラグを形成させ、上記固体スラグを
上記管内の清澄キャリヤー液に運ばせ； （ｂ） 上記部分が管内にある間または管を出た後に、
上記部分の固体分離度を測定し； （ｃ） この固体分離度を上記分離プロセスの性能と関
連づけ； （ｄ） 所望により、上記分離度に基づいて上記分離プ
ロセスを監視および（または）制御する方法。 - 【請求項２】 該分離プロセスが清澄化プロセスである
請求項１記載の方法。 - 【請求項３】 該分離剤がフロック化剤および（また
は）凝集剤である請求項２記載の方法。 - 【請求項４】 該分離度を清澄度により定める請求項２
記載の方法。 - 【請求項５】 該清澄キャリヤー液の清澄度を定める請
求項４記載の方法。 - 【請求項６】 濁り度を測定することにより透明度を定
める請求項５記載の方法。 - 【請求項７】 ａ）キャリヤー液、分離剤および固体か
らなる流入流れをもつ分離プロセス；ｂ）上記流入流れ
の一部分が通過し、上記部分中の固体が実質上分離した
固体スラグを形成する管；ｃ）上記管の端またはその付
近に位置している、上記部分内の固体分離度を測定する
手段、および所望によりｄ）上記手段から信号を受けと
る監視および（または）制御装置からなるシステム。 - 【請求項８】 該管が約１／１６′′〜３／４′′の間
の内径をもつ請求項７のシステム。 - 【請求項９】 該管内の滞留時間が約１〜２０分である
請求項８のシステム。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US592756 | 1990-10-04 | ||
| US07/592,756 US5135662A (en) | 1990-10-04 | 1990-10-04 | Tube clarifier method for monitoring and/or controlling clarification processes |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05168818A true JPH05168818A (ja) | 1993-07-02 |
| JPH0747089B2 JPH0747089B2 (ja) | 1995-05-24 |
Family
ID=24371943
Family Applications (1)
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