JPS583723B2 - 凝集効果検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は浄水場等の浄化プロセスの制御に使用して好適
な凝集効果検出装置に関する。

良く知られているように、浄水場においては、河川等か
ら取水した原水の水質を改善し使用目的に適合した水に
するため、種々の処理操作が行なわれる。

具体的には、原水中の鉄・マンガンの除去及び殺菌を目
的とした塩素注入操作及び原水中の濁質を凝集沈殿させ
るための凝集剤の注入操作が行なわれている。

また、原水のｐＨ及びアルカリ度の調整を行なって凝集
剤の働きを良好にするためのアルカリ剤の注入操作が行
なわれている。

このような各種の薬品注入操作が行なわれるが、薬品混
和池で凝集剤が注入されて混合攪拌されると、原水中の
濁質は凝集して微細なフロックとなる。

微細なフロックはフロック形成池で大きなフロックに成
長し、その後、そのフロックは沈殿池で沈降分離される
。

沈殿池の上澄液は、その後涙過池に導入され、沈殿池で
沈降分離されなかった微小フロックはここで濾過される
。

そして、濾過水は浄水池及び配水池等を経て各需要端に
配水される。

ところで、浄水場の浄化プロセスのうち、凝集剤による
微粒子の凝集沈殿処理と炉過池における炉過処理は重要
な役割を果している。

かかる凝集沈殿処理において、凝集剤の注入率は一般に
原水濁度とアルカリ度の測定値から、経験式によって定
めていない。

ところが、原水の濁度、ｐＨ、アルカリ度が同一であっ
ても、例えば晴天時と雨天時では水質が全く異なってく
る。

また、降雨時には同一濁度であっても濁質の粒径に差異
が生じる。

このため、濁度、ｐＨおよびアルカリ度等の原水々質の
測定結果に基づいて凝集剤の注入率を決定しても、水質
が変化すると適正な凝集剤の注入率よりも高く決定した
り、低く決定することになる。

この結果、凝集剤の注入率が適正値より高くとも、また
低くとも濁質間の反発力が吸引力より強くなるため、フ
ロックの形成作用が低下する。

このようになると、大きなフロックが形成されず、沈殿
池で沈殿しない微粒子が増加する。

必然的にその微粒子は濾過池で濾過しなければならない
ので、濾過池の負荷が高まり、濾過砂の閉塞を起こす不
具合がある。

その結果として洗浄回数が増加する。

このため、凝集剤を注入した後早期にフロックの大きさ
を監視し凝集効果を検出する必要がある。

何故なら、その検出結果によって沈殿池出口での沈殿水
の濁度を推定し、かつ凝集剤の注入率が適正値に保持さ
れているかどうかを判断するためである。

フロックの大きさを類推する方法としては、例えば特開
昭５２−９３１６０号公報に記載されているように、沈
殿池出口での濁度により行う方法が知られている。

この方法は、沈殿池出口での濁度の測定結果に基づいて
、濁度が低い場合大きなフロックが形成され、一方濁度
が高い場合小さなフロックしか形成されていないと等価
的に判断するものである。

しかしながら、凝集剤を注入して沈殿池出口での濁度が
判明するまで各池の滞留時間（４〜５時間）分だけの遅
れがある。

このため、処理に失敗して濁度が高くなっても、その濁
度に基づいて凝集剤の注入率を最適値に補正するフィー
ルドバック制御は困難であり、結果的に濾過池への負荷
が大きくなる。

また、他の手法としては、工業用テレビジョンを沈殿池
水中に設置してフロックの大きさを目視で判別する方法
が知られている。

しかしながら、テレビジョンの汚れが激しいため頻繁に
メインテナンスをしなければならず、省力化の要求がな
されている浄水場には不向きである。

本発明は上記の不具合点に鑑みてなされたもので、その
目的とするところはフロックの大きさを監視し早期に凝
集効果を検出できる凝集効果検出装置を提供することに
ある。

本発明の特徴とするところは、凝集剤注入後のフロック
が形成された原水を濾過槽に導入して、濾過槽内の圧力
変化率を測定し、その圧力変化率の大小からフロックの
大きさを監視し凝集効果を検出するようにしたことにあ
る。

本発明の他の目的および特徴は以下の説明で明らかにな
るであろう。

以下、本発明の一実施例を説明するに、第１図は本発明
による凝集効果検出装置が付設される浄水場の浄化プロ
セスの構成図である。

同図において、１は着水井で、この着水井には河川等か
らポンプ（図示せず）で取水された原水が導水路２を経
て導入される。

着水井１では塩素タンク３から塩素注入機（加圧ポンプ
）４によって塩素が原水に注入される。

その結果、塩素によって殺菌と鉄、マンガン等の酸化が
行なわれる。

着水井１を出た後の原水にはアルカリ剤が注入され、原
水のｐＨ調整とアルカリ度の調整が行なわれる。

５はアルカリ剤タンク６から苛性ソーダ等のアルカリ剤
を原水に注入するアルカリ注入機である。

薬品混和池７では導入される原水の水質に対応して凝集
剤が注入され、攪拌機８で急速攪拌される。

９は凝集剤注入機で、硫酸バンドまたはＰＡＣ （ポリ
塩化アルミニウム）等の凝集剤をタンク１０から原水に
注入する。

凝集剤が注入されて急速攪拌されると、原水に含まれて
いる濁質（微粒子）は凝集して微細なフロックを形成す
る。

フロック形成池１１では緩速攪拌が行なわれ、微細なフ
ロックが成長し大きなフロックとなる。

１２はフロック形成池１１に設置された攪拌機である。

フロック形成池１１を出た水は、その後沈殿池１３に導
入され、ここでフロックは沈降分離される。

沈殿池１３の上澄液は、濾過池１４に導入される。

そして、沈殿池１３で沈降除去できなかった極小微粒子
はここで除去される。

濾過池１４を出た水はその後図示していないが、浄化池
、配水池を経てポンプで各需要端に配水される。

１５は濁度計、１６はｐＨ計及び１Ｔはアルカリ度計で
、原水の水質を測定する。

なお、制御器等は図示されていないが、前記の水質計器
の測定結果に基づいて凝集剤等の薬品注入率が演算され
流量計１８で測定される原水流量と乗算して求めた薬品
注入量を制御する。

このような浄水場の浄化プロセスに凝集効果検出装置１
９はフロック形成池１１の出口側Ｄに設置される。

フロック形成池１１の出口側に導水管２０を介して凝集
効果検出装置１９と連結されている。

導水管２０中にはサンプリングポンプ２１が配設されて
いる。

このポンプ２１によってフロック形成池１１出口からの
水がサンプリングされ、その原水は凝集効果検出装置１
９に導入される。

なお、本実施例ではサンプリングポンプ２１によって原
水をフロック粒径判別装置１９に導入するようにしてい
るが、必ずしもポンプ２１を必要としない。

例えば、凝集効果検出装置１９をフロック形成池１１の
下方に設置して、サンプリングする水を降下させる重力
式にすたば水は凝集効果検出装置１９に導入できる。

凝集効果検出装置１９は第２図にその詳細を示すように
、導入された原水を濾過する濾過槽２２とその濾過槽２
２内の圧力を測定する圧力測定器２３とからその主要部
が構成されている。

濾過槽２２は、筒状の濾過筒２４とこの濾過筒２４内に
充填された濾過材２５とから構成されている。

炉過筒２４の上部は開口しており、この開口部がフロッ
ク形成池１１側から供給される水の流入口２６となる。

２７は多数の孔が穿孔された集水板で、この板は濾過筒
２４の下部に設けられている。

更に詳しくは、濾過筒２４の下部に設けられたフランジ
２８とこのフランジに接合される集水筒２２９のフラン
ジ３０間にパッキン（図示せず）を介して配設されてい
る。

濾過槽２２の出口側には濾過された水が排出される排水
管３１が連通され、更に、排水管３１中には開閉弁３２
が配設されている。

また、排水管３１とは別に給水管３３が涙過槽２２の出
口側に連通されている。

３４は給水管３３中に配設された開閉弁である。

開閉弁３２，３４のうち開閉弁３２は濾過中は開放され
ている。

一方、この時他の開閉弁３４は閉じられている。

逆洗時、すなわち、濾過部２２が目詰りし、濾過槽２２
を洗浄する場合、開閉弁３２．３４のうち開閉弁３２は
閉じられる。

一方、開閉弁３４は開放され、洗浄水は逆洗用の給水ポ
ンプ３５によって濾過槽２２の出口側に供給されるよう
になっている。

開閉弁３２．３４の開閉操作は手動または自動的に行な
われる。

自動で行う場合は予め設定されたマイヤー（図示せず）
の指令に基づいて開閉操作する。

逆洗時、洗浄時間は濾過槽２２の容量にもよるが約１０
分程度あればよい、また、逆洗は濾過槽２２内の圧力が
高くなり、適切な濾過が困難となる前に行なわれる。

その回数は２４時間に１回程度で行なわれ、必要に応じ
て逆洗回数は変更となる。

２６はオーバーフロー管で、この管の入口は炉過筒２４
の上部に臨んでいる。

一方、管３６の出口は開閉弁３２の出口側の排水管３１
に連通されている。

濾過槽２２内の圧力を測定する圧力測定器２３は濾過材
２５表層部Ｃの圧力を測定するようになっている。

このようにすると濾過中の圧力変化状況を早期かつ正確
に検出するのに好適である。

圧力測定器２３は一定周期で濾過部２２の圧力Ｐ１と大
気圧Ｐ２との差から差圧Ｐを検出する。

３７は微分器で圧力測定器２３からの差圧Ｐが入力され
る。

そして、この微分器３７は差圧Ｐの変化率ａＰｏを求め
る。

比較回路３８は変化率θＰＯと設定値ｃｉｌＰｓを比較
しａＰｓ＞δＰｏのとき出力を生じる。

３９は流量計５０と濁度計５１の測定値に基づき設定値
ａＰｓを出力する設定回路である。

この設定回路３９は単位時間当りに流入する濁質、つま
りフロックの量により同一粒径でも差圧Ｐの変化率ａＰ
ｏが異なるのを補正するために設ける。

ただし、原水の流量を一定とし、かつ濁度も一定にし濾
過槽２２に導入すれば設定値ａＰＳは一定値となる。

次にこの検出装置による凝集効果の検出方法について説
明する。

先ず、第１図に示すように、一連の薬品注入が行なわれ
てフロック形成池１１を出た原水はサンプリングされて
凝集効果検出装置１９に導水管を介して連続的に導入さ
れる。

フロックを含んだその原水は第２図に示すように濾過筒
２４内を降下しながら筒２４内に充填されている濾過材
２５を通過する。

これにより、原水中に存在しているフロックは濾過材２
５によって補足（濾過）される。

濾過された水は、その後濾過筒２４の下部に連通されて
いる排水管３１から排出される。

このようにして原水を濾過している場合、圧力検出器２
３によって濾過中の圧力Ｐ０を連続して測定する。

圧力測定器２３は上述したように濾過中の圧力Ｐ１と大
気圧Ｐ２との差から差圧Ｐを検出する。

濾過中の差圧Ｐの変化率はフロック粒径、すなわち大き
さと相関々係にあり、変化率が大きいとフロックの粒径
も大きくなる。

凝集剤等の薬品が適切な量だけ原水に注入されフロック
の成長が良好に進行していると粒径の大きなフロックが
形成される。

大きなフロックは主として濾過材２５の表層部Ｃで捕捉
され、内部まで到達するに時間を要する。

一方、小さなフロックは濾過材２５の表層部Ｃでも捕捉
されるが、表層部Ｃを透過して主に濾過材２５の内層部
Ｇで捕捉される。

したがって、差圧は表層部Ｃで測定する。

差圧Ｐが大のときフロックが大きく、差圧Ｐが小のとき
フロックが小さいといえる。

圧力測定器２３によって測定された差圧Ｐは微分器３７
に入力される。

この微分器３７によって、差圧の変化率ａＰｏを求める
。

この変化率ａＰｏと設定値ａＰｓとを比較回路３８で比
較しａＰｓ＞ａＰｏのとき出力する。

ここで、上述したように差圧Ｐはフロックの粒径と相関
関係があるが、変化率ａＰｏは濁質量で変化する。

そのため、設定回路３９は流量と濁度により濁質量を求
め設定値ａＰｓを変更する。

この変更は単位時間毎に行うようにする。

比較回路３８が出力を生じた場合には、例えば凝集剤等
の薬品注入率を操作して適切な注入率を設定する。

このようにしてフロックの大きさを監視し凝集効果を検
出するのであるが、濾過時間の経過と共に濾過材２５が
目詰りしてくると、逆洗をしてｐ過材２５中に捕捉され
たフロックを洗浄除去する必要が生じてくる。

この場合、濾過槽２２へのサンプリング水の導入は停止
となり排水管３１中に配設された開閉弁３２を閉じる。

一方、給水管３３中に配設された開閉弁３４を開放する
。

同時に給水ポンプ３５を運転して洗浄水を給水管３３を
介して濾過筒２４，内に送水する。

そして、その洗浄水によって濾過材２５に捕捉されたフ
ロックは洗浄除去され、洗浄水と共に濾過筒２４の上部
か９ら第２図矢印破線で示すようにオーバーフロー管を
介して排出する。

この場合、濾過材２５（ガラス玉や砂）は比重が大きい
ので洗浄水と共に排出されることはない。

逆洗終了後、給水ポンプ３５の運転を停止すると共に開
閉弁３４が閉じ開閉弁３２は開放する。

所定の操作が完了後、再び、濾過槽２２に原水を導入し
フロックの大きさを監視する。

このようにして、凝集効果を検出するのであるが、本発
明者達の実験結果を第３図、第４図により説明する。

第３図において、Ｅ−Ｆ曲線は適正な凝集剤が注入され
て沈降性の良い大きなフロックを濾過した場合の特性曲
線である。

また、Ｋ−Ｌ曲線及びＭ−Ｎ曲線は沈降性の悪い小さな
フロックを枦過した場合の特性曲線である。

尚、濾過中の圧力を測定するに際し、表層部Ｃでの圧力
を測定するようにすると、第４図に示すように圧力損失
は大きくなり、同一粒径のフロックでも圧力Ｐが大きく
なる。

同図に示すようにＲ−Ｓ線が表層部で濾過した場合の例
で、Ｔ−Ｕ線及びｖ−Ｗ線で示すように表層面より深く
なるに従って圧力損失は小さくなる。

このことから、測定できる差圧Ｐの領域は表層部の方が
広くなり、測定精度が向上する。

図中、Ｒ−Ｓ線は表層面より５ｃｍ、Ｔ−Ｕ線及びＶ−
Ｗ線は３０ｃｍ、５０ｃｍの場合である。

この実験結果から明らかなように、濾過中の圧力の変化
率を測定することによりブロック凝集効果を早期に判別
できる。

次に、以上のような凝集効果検出装置において、フロッ
クの粒径測定上差圧Ｐが大きい程、精度良くフロックの
大きさを監視できる。

このためには、ア過速度を大きくする必要がある。

従って、第５図に示すように濾過速度を大きくするため
の手段として吸引ポンプ４０を濾過部２２の出口側に配
設して、このポンプ４０で濾過水を吸引するようにする
と、差圧Ｐは重力式と比較し大きくなる。

吸引ポンプ４０を配設して濾過した場合の実験結果を第
５図に示す。

同図に示すようにポンプ４０を使用した場合Ｅ／ 一Ｆ
１曲線となり、使用しない場合Ｅ−Ｆ曲線となる。

同一の大きさのフロックであっても、ポンプ４０によっ
て濾過速度を大きくすると、差圧Ｐが大きくなる。

このことから、測定できる差圧Ｐの領域を広くすること
により、精度良くフロックの大きさを監視できる。

以上説明したように、本発明は沈殿池に流入する原水の
一部を濾過槽に導入し、その濾過圧力の変化率によりフ
ロックの大きさを監視しているので、凝集効果を早期に
検出できる。

その結果として、薬剤の注入を効果的に行える。

なお、上述の実施例では洗浄時に検出を停止することに
なるが、同一のものを２台用意し、切換えるようにすれ
ば連続して判別できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２図は第１
図に示す凝集効果検出装置の詳細構成図、第３図〜第５
図は本発明による実験結果を示す特性曲線図である。 １・・・・・・着水井、７・・・・・・薬品混和池、１
１・・・・・・フロック形成池、１３・・・・・・沈殿
池、１９・・・・・・凝集効果検出装置、２２・・・・
・・濾過部、２３・・・・・圧力測定器、２４・・・・
・・濾過筒、２５・・・・・濾過材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 原水に薬剤を注入して原水中の濁質のフロックを形
   成し、該フロックを沈殿池にて沈降分離して原水の浄化
   を行う浄水場において、前記沈殿池に流入する原水の一
   部を導入する炉過槽と、該炉過槽内の圧力を測定する圧
   力測定器と、該圧力測定器の測定圧力を入力し、その変
   化率を検出する変化率検出手段とを備え、該変化率検出
   手段で検出される前記沢過槽内の圧力変化率の大小によ
   り前記フロックの大きさを判別することを特徴とする凝
   集効果検出装置。 ２ 原水に薬剤を注入して原水中の濁質のフロックを形
   成し、該フロックを沈殿池にて沈降分離して原水の浄化
   を行う浄水場において、前記沈殿池に流入する原水の一
   部を導入する濾過槽と、該濾過槽に導入される水量を測
   定する流量計と、前記沢過槽に導入される原水の濁度を
   測定する濁度計と、前記炉過槽内の圧力を測定する圧力
   測定器と、該圧力測定器の測定圧力を入力し、その変化
   率を検出する変化率検出手段とを備え、前記濾過槽に導
   入される原水の濁質量と前記変化率検出手段で検出され
   る前記涙過槽内の圧力変化率の比により前記フロックの
   大きさを判別することを特徴とする凝集効果検出装私