JPS6052848B2 - 浄水場の薬品注入制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明利用分野〕 本発明は取水した原水にアルカリ剤を注入した後に凝
集剤を注入して浄化処理を行う浄水場の薬品注入制御方
法に関する。

〔発明の背景〕

河川その他の取水源から取水される原水には各種の物
質が含まれており、これを飲料水化するためには物質の
除去を含む水質の改善が必要である。

原水中の物質は、主として濁質分、色、臭味の原因物質
や鉄、マンガン、生物等である。浄水場における水処理
はこれらの物質の除去とｐＨ）アルカリ度の調整に主眼
がおかれている。原水中の物質は一般に原水中に分散あ
るいは浮遊する粒子としてか、またはこれらに吸着性の
物質として存在している。この粒子を除去することが水
質向上にとつて極めて重要である。 粒子の除去方法と
しては従来より各種の方法が知られている。

最も簡単な方法は自然沈降法である。

しかし、自然沈降法は直径１０μｍ以上の粒子は除去で
きてもそれ以下の粒子は一般に除去できない欠点があつ
た。 この欠点を克服するため、粒子を化学的に処理し
て凝集沈殿させる、所謂急速枦過法が、特に近年一般化
しつつある塩素殺菌処理法との関連で多用されつつある
。

以下、浄水場における従来の急速ろ過法に基づく水処理
例を第１図に従い説明する。

河川等の取水源５０から取水口１を取り入れられた原水
は、導水管２中を通つてスクリーン３に達し、ここで木
片、石等が除去される。

次いで沈砂池４に供給され、粒径の大きい砂が除かれた
後に着水井５に導かれ、別途注入される塩素１１と混合
される。その結果として原水の殺菌と鉄、マンガン等の
酸化が行われる。然る後、必要により凝集補助剤１２が
添加された後、混和池６に導かれ別途注入される凝集剤
１３と混合された後にフロック形成池７へ送られる。

凝集補助剤１２は低水温時など凝集剤１３の凝集効果が
悪い場合にかぎり用いられる。フロック形成池７では原
水中の微粒子を凝集させマイクロフロックを形成する。
マイクロクロック含む原水は沈殿池８に送られ、ここで
マイクロフロックの成長と、成長したフロックの沈殿除
去が行なわれる。沈殿池８で除去できなかつた微粒子は
急速ろ過池９でほぼ完全に除去される。なお、Ｐ過池９
では、細菌、微生物なども包含した形で微粒子とともに
除去する。微粒子等を除去された原水は塩素渠１０に送
られ、塩素とアルカリ剤１４の添加により殺菌とアルカ
リ調整が行なわれた後、ポンプ１５により図示しない配
水池に送られる。

このような構成の浄水場においては、凝集剤１３により
原水中の微粒子の凝集沈殿処理と急速ろ過池における淵
過処理が大きな役割りを果してい．ることが知られるが
、特に凝集沈殿処理が適切に行われないと、酒過池９で
ろ過砂の目詰りを生じる。

その結果清澄水が得られなくなるので凝集沈殿処理技術
は重要である。浄水場での凝集沈殿メカニズムを価格、
保存容易等の秀れた面から凝集！剤として通常使用され
ている硫酸ばん土を例にとり説明する。水中に注入され
た硫酸ばん土（Ａｅ２（ＳＯ４）３）は、アルカリの存
在下で次記に従つて加水分解される。生成したアルミニ
ウムイオンＡＺ３＋や水酸化アルミニウムＡｅ（０Ｈ）
３は第２図に模式的に示したように原水中の微粒子１６
（通常、負に帯電したコロイド）に吸着されたり、これ
らを相互に凝集させる作用をし、最終的にはフロック状
の凝集沈殿物を形成せしめるに至る。

なお、第２図の１７はＡｅ３＋イオンやＡｅ（０Ｈ）３
を示す。一般に、浄水場では原水の濁度とアルカリ度を
測定し（１）式により凝集剤の注入率を求めている。た
だし、 Ｄ：凝集剤注入率 Ｔ：原水濁度 Ａ：原水アルカリ度 Ｃ，ｄ，ｄ，ｆ：浄水場固有の定数 この算定式は長年蓄積されてきた運転データをもとにし
て、回帰分析など統計的手法で求めたものである。

そのため平常時、すなわち水質の変化速度が小さく、安
定して水質の水を散水して処理している場合には、試行
錯誤的に（１）式を修正することで良好な処理が行なわ
れている。しかし、降雨、洪水、台風時のように水質が
時々刻々変化しているような場合には水質の急激な変化
に対応できなかつた。また、統計的手法であるため、水
質の通常の変化であつても良好な凝集処理を行えなくな
る。それ故、当然の帰結として、ろ過池の淵過砂の目詰
まりや清澄水が得られなくなる。また、硫酸ばん土など
凝集剤の注入率を不必要に大きくしなければならないこ
と、運転操作頻度が多くなること、および運転コストが
上昇すること等の欠点もある。〔発明の目的〕 本発明は上記点に対処して成されたもので、その目的と
するところは凝集剤による濁質の凝集を良好に行える浄
水場の薬品注入制御方法を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明の特徴とするところは原水アルカリ度によつてア
ルカリ剤の注入率をフイードフオワード制御すると共に
凝集剤を注入したのち後の凝集水アルカリ度が予め定め
た規定値以上となるようにアルカリ剤の注入率をフィー
ドバック制御するようにしたことにある。

本発明の他の特徴は、原水アルカリ度によつてアルカリ
剤の注入率をフイードフオワード制御すると共に凝集剤
を注入した後の凝集水アルカリ度および凝集水ＰＨのそ
れぞれがそれぞれに対し定めた規定値以上となるように
アルカリ剤の注入率をフィードバック制御するようにし
たことにある。

なお、凝集剤を注入した後のアルカリ度およびＰＨを本
明細書では凝集水アルカリ度あるいは凝集水ＰＨと称す
る。

〔発明の実施例〕

まず、実施例を説明する前に本発明の理解を容易にする
ため凝集ゾーンについて第３図に従つて説明する。

一般に上澄液濁度と凝集剤注入率の関係は第３図に示し
たようになることが知られている。

上澄液濁度が許容値（例えば１ｐｐｍ）以下となる領域
が通常凝集ゾーンと呼ばれている。第３図では凝集剤注
入玲Ｄ１ないしＤ２で凝集ゾーンを形成している。上澄
液濁度が最小、即ち最も澄んだ水が得られるのは凝集剤
注入率Ｄ。の場合であるが浄水場では経済性を考慮して
通常Ｄ１ないしＤ２の範囲で凝集剤を注入している。こ
のような凝集ゾーンと原水アルカリ度、濁度の関係を示
したのが第４図である。

第４図は、懸濁物質として精製カオリン、アルカリ剤と
して亜硫酸ナトリウム（Ｎａ２ＣＯ３）および検水とし
て蒸留水を用いジヤーテスト（ビーカ実験）を行ない得
られた結果を凝集ゾーンで整理したものである。第４図
でハンチングを施した部分は、原水濁度１０００ｐｐｍ
時の凝集ゾーンであり、そうでない白枠部分は、原水濁
度２００ｐｐｍ時の凝集ゾーンである。原水アルカリ度
が一定であれば、原水濁度が高くなるにつれて凝集剤注
入率が増している。逆に原水濁度が一定であれば、原水
アルカリ度が高くなるにつれて凝集ゾーンが広くなり、
かつ凝集剤注入率が増していることが理解できる。本発
明の基本的な考え方を第４図を用いて更に詳しく説明す
る。

例えば、原水アルカリ度が２０ｐｐｍの場合には原水濁
度が２００ｐｐｍの凝集ゾーンと原水濁度が１０００ｐ
ｐｍの凝集ゾーンが一致している部分がある。すなわち
、原水濁度が２００ｐｐｍでは凝集剤注入率が多い部分
であり、原水濁度１０００ｐｐｍでは凝集剤注入率が少
ない部分である。

この現象から、例えば原水濁度が２００ｐｐｍで、かつ
原水濁度が急激に増加している場合には、凝集ゾーン内
で凝集剤を過剰に注入しておけば、この実験例では原水
濁度が１０００ｐｐｍまで変化しても常に凝集ゾーンに
含まれていることが分かる。

逆に原水濁度が急激に減少している場合には凝集剤を過
少に注入するのが良いことも理解される。以上の説明で
は原水濁度２００ｐｐｍの場合を例にとつて説明したが
、それ以外の場合でも適用できるのは明らかである。以
上のことから、原水濁度の時間的変化速度に応じて凝集
ゾーン内で凝集剤の的入率を選ぶのが望ましい。このよ
うに、凝集剤を注入する際にアルカリ度は規定値以上あ
る必要がある。凝集剤は原水中のアルカリ成分に反応し
て水酸化アルミニウムを生成する。このとき、凝集剤の
加水分解に必要なアルカリ成分が存在しないと加水分解
が促進されず、凝集機能を充分に果し得なくなる。本発
明の一実施例を第５図に従つて説明する。

第５図において、第１図と同一符号のものは同一構成物
である。２０は原水濁度を計る濁度計、２１は原水アル
カリ度を測定するアルカリ度計、２２は原水流量を計る
流量計であり、着水井５の前に設けられている。４２，
４５，４８はポンプでそれぞれ塩素４１、アルカリ剤４
４、凝集剤４７を注入する。

５４は凝集水アルカリ度を計るアルカリ度計、５５は凝
集水ＰＨを計るＰＨ計である。

５８，５９は攪拌器で原水を攪拌する。

３２は演算器で、原水アルカリ度Ａ。

と塩素注入率Ｃｅから修正アルカリ度Ａ１を演算する。
３５は演・算器で修正アルカリ度Ａ１から凝集剤注入率
ＤＡｌを演算する。

４０は演算器て凝集水アルカリ度ＡＬＯから凝集剤注入
率ＤＡ，を演算する。

５１は比較器で凝集水ＰＨ．！：．ＰＨ目標値との差Δ
ＰＨを演算する。

５３は演算器でΔＰＨから凝集剤注入率ＤＡ２・を演算
する。

３８は算器で、凝集剤注入率ＤＡｌ，ＤＡ２，ＤＡｌ３
を加算して凝集剤注入率ＤＡ４を求める。

変換器６１は凝集剤注入率ＤＡ４に従いアルカリ剤の注
入量をポンプ４５に指示する。２６は演算器で、原水濁
度ＴＵｌから凝集剤注入埠００を演算フする。

−≦４は演算器で、修正アルカリ度Ａ１とアルカリ剤注
入率ＤＡから凝集剤が注入される時点でのアルカリ〜を
演算する。２８は演算器で原水濁度ＴＵｌ、凝集剤注入
率Ｄ。

Ｓアルカリ度Ａ２から第３図で説明した凝集ゾーンを求
め、適正注入率巾Ｄｌ，Ｄ２を演算する。３０は演算器
で、原水濁度ＴＵｌおよびその時間的変化速度、凝集剤
の適正注入率巾Ｄｌ，Ｄ２から凝集剤注入率Ｄ，を演算
する。

６２は変換器で凝集剤注入率Ｄ３に基づき凝集剤注入量
をポンプ４８に指示する。

次にかかる構成の動作について説明する。

演算器３２では、塩素４１が１ｐｐｍ注入されると良く
知られているようにアルカリ度が１．４ｐｐｍ低下する
ので、原水アルカリ度ＡＯと塩素注入率Ｃｅから修正ア
ルカリ度Ａ１を第６図に示す如く次式に基づいて求める
、演算器３５では凝集剤４７が注入された時に良好に加
水分解されるように、修正アルカリ度Ａ１を規定値（Ｕ
Ｌｌ）以上に保つように、アルカリ剤注入率ＤＡｌを求
める。

すなわち、（３）式に従つて凝集剤注入率ＤＡｌを演算
する。Ｋ１；アルカリ剤を１ｐｐｍ注入した時のアル
カリ度増加分。

（３）式の関係を第７図に示す。

なお、実験で確認したところ、ＵＬｌは１５ないし２５
ｐｐｍになる。演算器４０では、処理水アルカリ度Ａ！
が規定値ＵＬ２以上になるように凝集剤注入率Ｄ〜を演
算する。すなわち、（４）式に従つてアルカリ剤注入率
Ｄ，Ａ２を求める。（４）式の関係を第９図に示す。

なお、実験で確認したところ、ＵＬ２は１０ないし１５
ｐｐｍになる。演算器５３では、ＰＨ目標値５７を凝集
水ＰＨとの差ΔＰＨに基づき（５）式の演算を行いアル
カリ剤．注入率Ｄ，Ａ３を求める。演算器５３は凝集水
ＰＨを規定値（イ）ゐ程度）以上に保ち凝集効果を高め
るために設けられてい・る。

ＰＨ目標値６．５はビーカ実験で求めたものである。（
５）式の関数ｇはアルカリ度とＰＨの関係を示すもので
あり、河川によつて異なる。

そこであらかじめ取水している河川水、およびアルカリ
剤を用いてアルカリ度とＰＨの関係を実験で求め関数ｇ
を決定する。演算器３４では修正アルカリ度Ａ１とアル
カリ剤注入率ＤＡ４から凝集剤４７が注入される時点で
のアルカリ度〜を次式に基づいて演算する。

Ｋ１はアルカリ剤を１ｐｐｍ注入したのに伴うアルカリ
度増加量であり、この関係を第８図に示す。演算器２６
では、原水濁度ＴＵｌから凝集剤注入率ＤＯを次式に従
つて演算する。ここで凝集剤注入率ＤＯは、第３図で説
明したＤＯ即ち上澄液濁度が最小となるような注入率で
ある。

関数ちは浄水場により異なるので、例えば取水している
河川水と河床の泥などを用いてビー力実験（ジヤーテス
ト）を行なつて決定する。この関係を第１１図に示す。
演算器２８では、原水濁度ＴＵｌと凝集剤注入率ＤＯと
アルカリ度〜から凝集剤注入率巾Ｄｌ，Ｄ２を第１２図
に示したように演算する。

ここで凝集剤注入率巾Ｄｌ，Ｄ２は第３図および第４図
で説明した凝集ゾーンを形成している凝集剤４７の注入
率巾である。Ｄｌ，Ｄ２はそれぞれ次式でもとめる。（
８），（９）式の関数Ｆｌ，ｆ２は、浄水場により異な
るので、これも又実際の河川水と河床の泥を用いて、ビ
ーカ実験を行ない、第４図に示したように整理して定め
る。なお第１２図においてハンチングを施した部分は凝
集ゾーンを表わしている。演算器３０では、原水濁度Ｔ
Ｕｌと凝集剤注入率巾Ｄｌ，Ｄ２から第１３図に示した
関係に従つて凝集剤注入率Ｄ３を演算する。この演算器
では、原水濁度ＴＵｌの時間的変化速度横卜の値に従つ
て次のような動作を実行する。（イ）原水濁度ＴＵｌが
急激に増加している場合、す ＤＴｕｌなわち］「≧β
の場合には、凝集ゾーンの右端、すなわち第３図におい
てＤ２だけ凝集剤４７を注入（Ｄ２，ＤＯだけ余分に注
入）する。

（ロ）原水濁度ＴＵｌの変化速度が許容範囲内、すなわ
ちβ〉？卜≧−βの場合には凝集ゾーンの申間の値、例
えば弔どけ凝集剤４７を注入する。

（ハ）原水濁度ＴＵｌが急激に低下している場合、すわ
ち一β〉？）ｏ場合には、凝集ゾーンの左端、すなわち
第３図においてＤ１だけ凝集剤４７を注入（ＤＯ，Ｄｌ
だけ少なめに注入）する。

ＤＴｕｉなおβは原水
濁度ＴＵｌの時間的変化速度］「の許容値であり、実験
によれば、１ｐｐｍ／Ｍｉｎないし３ｐｐｍ／Ｍｉｎと
なる。

以上本発明の構成とその動作を説明したが、主な演算器
を機能別にまとめると、演算器２６，２８，３０は凝集
剤注入率演算を行うものであり、演算器３５は原水アル
カリ度補償を行うものである。

また、演算器４０は凝集水アルカリ度補償を行うもので
、演算器５３は凝集水ＰＨ補償を行うものである。以上
のように本発明は凝集剤４７の機能を十分発揮できるよ
うに、原水アルカリ度２１によつてアルカリ剤の注入率
をフイードフオワード制御すると共に凝集水アルカリ度
が予め定めた規定値以上となるようにアルカリ剤の注入
率をフィードバック制御するかあるいは凝集水アルカリ
度および凝集水ＰＨのそれぞれがそれぞれに対して定め
た規定値以上となるようアルカリ剤の注入率をフィード
バック制御している。

したがつて、凝集剤は原水に注入された時凝集効果を十
分発揮できる。なお、本発明は原水アルカリ度と凝集水
アルカリ度を規定値以上に所期の効果を奏するが、凝集
水ＰＨも規定値以上にすると更に凝集剤の凝集を良好に
行える。また、上述の実施例は凝集剤の注入率を原水濁
度の変化速度に応じて、凝集ゾーン内で合理的に選ぶよ
うにしている。

すなわち、原水濁度が急増している場合は余分に注入し
、逆に急減している場合には少なめに注入するようにし
ている。このため、原水の水質が急変するような場合で
も、常に凝集ゾーン内で処理することがでぎ安定した水
質の澄液水が得られるという効果も奏し得る。さらに、
原水アルカリ度は従来にくらべ高い値に保たれるので、
凝集ゾーンも広く取れ、安定した運転を維持できる。〔
発明の効果〕 以上説明したように本発明によれば、凝集剤の凝集効果
を高めるためにアルカリ度あるいはアルカリ度とＰＨを
補償しているので、常に良好な凝集沈殿効果を確実にし
て簡単かつ経済的に達成できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の浄水場における水処理プロセスを示すブ
ロック図、第２図は原水中に含まれる微粒子の凝集機構
を示す模式図、第３図は凝集剤注入率と上澄液濁度の関
係から凝集ゾーンを説明した図、第４図は凝集ゾーンと
原水アルカリ度、濁度との関係を示す図、第５図は本発
明の一実施例を示すブロック図、第６図から第１３図は
第５図における演算器をさらに詳しく説明した図であり
、第６図は塩素注入に伴なうアルカリ度低下分を補う計
算式を示す図、第７図は原水アルカリ度を一定値以上に
保つ原水アルカリ度補償回路を示す図、第８図は凝集剤
注入時点での原水アルカリ度を求める計算式を示す図、
第９図は処理水アルカリ度を一定値以上に保つ処理水ア
ルカリ度補償回路を示す図、第１０図は処理水ＰＨを一
定値以）上に保つ処理水ＰＨ補償回路を示す図、第１１
図は原水濁度から凝集剤注入率を演算する回路を示す図
、第１２図は凝集ゾーンすなわち凝集剤注入率巾を決定
する方法を示す図、第１３図は、原水濁度の変化速度か
ら凝集剤の注入率を決定する方７法を示す図である。 ２．１，５４・・・アルカリ度計、２０・・・濁度計、
２６，２８，３０・・・演算器、５５・・・ＰＨ計、６
１，６２・・・変換器、５・・・着水井、６・・・混和
池、７・・・フロック形成池、８・・・沈殿池。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 取水した原水にアルカリ剤を注入した後に凝集剤を
   注入し原水中の濁質を凝集沈殿させる浄水場において、
   前記アルカリ剤注入前の原水アルカリ度と前記凝集剤を
   注入した後の凝集水アルカリ度をそれぞれ検出し、前記
   原水アルカリ度によつて前記アルカリ剤の注入率をフィ
   ードフォワード制御すると共に前記凝集水アルカリ度が
   予め定めた規定値以上となるように前記アルカリ剤の注
   入率をフィードバック制御することを特徴とする浄水場
   の薬品注入制御方法。 ２ 取水した原水にアルカリ剤を注入した後に凝集剤を
   注入し原水中の濁質を凝集沈殿させる浄水場において、
   前記アルカリ剤注入前の原水アルカリ度と前記凝集剤を
   注入した後の凝集水アルカリ度および凝集水ｐＨをそれ
   ぞれ検出し、前記原水アルカリ度によつて前記アルカリ
   剤の注入率をフィードフォワード制御すると共に前記凝
   集水アルカリ度および凝集水ｐＨのそれぞれがそれぞれ
   に対し定めた規定値以上となるように前記アルカリ剤の
   注入率をフィードバック制御することを特徴とする浄水
   場の薬品注入制御方法。