JPS61250552A - 懸濁物質の凝集状態判別装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は懸濁液における懸濁物質の凝集効果を判別する
懸濁物質の凝集効果判別装置に関する。

〔発明の背景〕

廃水の活性汚泥プロセスや浄水処理プロセスにおいては
懸濁質フロックの凝集性又は沈降性の良否が処理水質と
密接な関係がある。このため、懸濁質フロックの凝集性
又は沈降性の測定はプロセスの運転管理上きわめて重要
なことである。これらを測定する手法としては懸濁液中
の懸濁質フロックを沈降せしめて、凝集懸濁質フロック
と分離液との境界を光学的に検出し、この境界位置の経
時変化から、懸濁質フロックの凝集性又は沈降性を計測
する方法あるいは懸濁液を細管中に導き。

細管内における凝集塊と非凝集塊、特に、非凝集塊の光
学的濁度を検出し、この検出値に基づいて懸濁液中懸濁
物質の凝集性を判別する方法などが知られている。しか
し、いずれの方法においても。

境界検出値あるいは非凝集塊の濁度検出ｉは光の透過変
度又は散乱度などを用いて懸濁液の濁度を検出し、との
濁度から凝集性を判別するものであって、直接的に懸濁
物質の凝集状態を計測するものではなく正確さに欠ける
のを免れない。

また、これらの方法では、光学的計測手段を用いるため
、検出部壁面の汚れなどの理由で誤差を生じる。さらに
、凝集塊が沈降するまで、または凝集沈降反厄が充分進
行するまでの時間を要する。

このため、活性汚泥プロセスや浄水処理プロセスの状態
を判定して凝集剤注入制御に速やかに反映されることが
できなかった。

一方、汚泥処理プロセスでは、直接脱水方式の場合には
濃縮汚泥が、嫌気性消化方式の場合には消化汚泥が、各
々脱水される。脱水処理では汚泥に無機凝集剤又は有機
高分子凝集剤が注入された後に攪拌により凝集汚泥塊が
形成され、脱水機での脱水処理を効果的に行わせている
。無機凝集剤としては塩化第２鉄、硫酸第一鉄、消石灰
などが用いられる。また、有機高分子凝集剤としては。

ポリアクリルアミド、ポリビニルピリジン塩酸塩。

ポリアクリル酸ナトリウム、水溶性アニリン樹脂塩酸塩
及びポリエチレンイミンなどがある。

これら凝集剤の注入は汚泥の液流量又は固形物流量に比
例して注入している。ところが実際には。

必要な凝集剤量は、処理固形物流量に必ずしも比例せず
、また汚泥性状変化などの要因によって所定の凝集効果
が得られない。このため、注入凝集剤量の過不足が生じ
る。凝集剤注入量が適正量よりも少なければ凝集せず、
一方、必要以上に凝集剤全注入すると高価な凝集剤を無
駄に浪費して不経済であるだけでなく、凝集剤の過剰注
入のため凝集塊の再分散現象が起こる。このため、脱水
汚泥の含水率が低下せず、脱水汚泥量が増加すると共に
脱水時間も長くなる。

近年、凝集効果の直接判別法として毛細管吸引時間ＣＳ
　Ｔ　（ＣａｐｉｌｌａｒＹ　５ｕｃｔｉｏｎ　Ｔｉｍ
ｅ　）　′ｆｒ測定する方法が提案されている。Ｃ８Ｔ
とはＦ紙の上に円筒を密着載置し１円筒上部から汚泥を
入れて、この汚泥から所定量の水分が戸紙上に吸収され
る時間で定義される。したがって、Ｃ８Ｔの測定は汚泥
をサンプリングして円筒に供給する操作を必要とし、オ
ンラインで凝集効果を判定できない。

一方、懸濁物質の粒径を超音波を用いて計測する方法が
例えば特公昭４８−６３８８号公報で知られている。し
かし１粒径と凝集状態とは必ずしも一致せず１粒径を測
っただけでは正確に凝集状態を測定できない。

〔発明の目的〕

本発明の目的は１Ｍ濁液中の懸濁質粒子の凝集状態をオ
ンラインで正確に計測できる懸濁物質の凝集状態判別装
置を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明の特徴とする七ころは懸濁液中に超音波を伝播さ
せ懸濁物質より反ｉする反射超音波あるいは懸濁液を透
過した透過超音波の信号レベルによって懸濁物質の凝集
効果を判別するようにしたことにある。超音波の信号レ
ベルは１反射波の場合は反射波量であり、透過波の場合
はピーク値である。

〔発明の実施例〕

第１図に本発明の一実施例を示す。

第１図において、混和槽１０には懸濁物質１２を含む懸
濁液１１が入っている。混和槽１０の側壁に超音波送受
波子２０が取付けられている。超音波送受波子２０は第
３図に示すように、７ランジ１０１と０リング１０２．
１０３を介し、混和槽１０に取付けたフランジ１０６に
固定されている。超音波送受波子２０はパルス発振回路
３２からパルス信号を加えられる。超音波送受波子２０
はパルス信号を加えられると超音波を発生し懸濁液中を
伝播させ、懸濁物質１２および対向する側壁からの反射
波を受信する。パルス発振回路３２はタイミング設定回
路３１の発生する周波数信号に同期してパルス信号管発
生する。タイミング設定回路３１は０．１〜５　Ｋ　Ｈ
ｚの周波数信号（タイミング信号）Ｓｔｔ発圭する。タ
イミング信号Ｓ？は凝集状態判別回路４０にも加えられ
る。超音波送受波子２０の受信信号は増幅器３３で増幅
された後に検波回路３４に入力される。検波回路３４で
検波された受信４号（ビデオ信号）Ｓｅｔは凝集状態判
別回路４０に加えられる。

第２図に凝集状態判別回路４０の詳細構成図を示す。

第２図において、タイミング制御回路４０１はタイミン
グ信号ＳＴを基にして各種制御信号ｓｔｉ〜８ｔ４を出
力する。アナログスイッチ４０２はオン制御信号Ｓｔｌ
により一定時間Ｔまたけオンし受信４号８０１を取り込
み信号Ｂｏ２として出力する。

積分回路４０３は受信４号８０２を積分し、リセット信
号Ｓ？２により一定周期毎にリセットされる。

サンプルホールド回路４０４は積分回路４０３がリセッ
トされる直前の積分信号Ｓｏｗの大きさをホールドすｂ
０平均値回路４０５は単位時間当シのホールド信号８０
４の平均値を求め、この平均値を凝集判別信号８０５と
して表示装置４０６に加える。

次に、その動作を第４図、第５図に示す波形図を参照し
て説明する。

タイミング設定回路３１は一定周期でタイミング信号Ｓ
Ｔを発生する。パルス発振回路３２はタイミング信号Ｓ
！に周期してパルス信号を発生し超音波送受波子２０に
加える。超音波送受波子２０はパルス信号を加えられる
と懸濁液１１中に超音波を送出する。懸濁液１１を伝播
した超音波のうち、懸濁物質１２に当った超音波は一部
が透過すると共に１部が吸収され、残りが反射する。

懸濁物質１２から反射し九超音波は超音波送受信子２０
に受信され電気信号に変換される。受信４号は増幅器３
３で増幅され検波回路３４に入力される。検波回路３４
は第４図に示す如きビデオ信号（受信４号）Ｓｏｘｋ出
力する。受信４号Ｓｏｌはアナログスイッチ４０２に入
力される。タイミング制御回路４０１はタイミング信号
Ｓｔを入力してからΔを時間後に一定時間Ｔ！たけオン
制御信号Ｓ↑１を出力する。アナログスイッチ４０２は
時間Ｔｔだけオンする。アナログスイッチ４０２をオン
するのをタイミング信号Ｓｔから時間Δｔだけ遅れさせ
たのは送信波（漏れ込波）の影響を除くためである。ま
た１時間ＴＩは混和槽１０の対向側壁面からの反射波を
積分回路４０３に入力しないようにして決定される。具
体的には、混合槽１０の内径をＬ１懸濁液中の音速をＶ
とすると、超音波が超音波送受波子２０から対向側壁面
まで伝播する時間１．は次式で表わされる。

ｔ　１　＝　Ｌ　／　Ｖ　　　　　　　　　　・・・・
・・・・・（１）対向側壁面から反射した超音波が超音
波送受波子２０に到達して受信されるまでの時間ｔ２は
次式のようになる。

ｔ　２＝　２　Ｌ　／　ｖ　　　　　　　　　−−・”
（２）したがって、時間Ｔ１の最長時間ｔ、。は次式で
制限される。

ｔ□、＜２Ｌ／ｖ　　　　　　　　・・・・・・・・・
（８）アナログスイッチ４０２から得られる受信４号８
０２は第４図に示すようになる。積分回路４０３は受信
４号８０２を積分した積分信号Ｓｏｓを出力する。タイ
ミング制御回路４０１はオン制御信号。

８丁１の立下シ時に同期してサンプルホールド回路４０
４にホールド指令信号Ｓｙｓを与える。サンプルホール
ド回路４０４はホールド指令信号Ｓｒｓを与えられた時
点の積分信号８０３の値を取込みホールドする。タイミ
ング制御回路４０１はサンプルホールドを行うのに要す
る時間後にリセット信号ＳＴｓを積分回路４０３に与え
てリセットさせる。

このような動作はタイミング設定回路３１がタイミング
信号Ｓ〒を発生する毎に繰返し行われる。

この動作が所定回数行われると、タイミング制御回路４
０１は平均値回路４０５に演算開始指令信号ＳＴ４を与
える。平均値回路４０５は信号Ｓｔ４を与えられると第
５図に示すように信号Ｓｔ４の一周期間におけるホール
ド値８０４１つまシ受信信号ＳＯｔの大きさの平均値８
０５を求める。第５図はタイミング信号Ｓｔの３周期を
平均値演算の一周期にしている例を示している。実用に
際してはタイミング信号Ｓ丁の１０周期以上を平均値演
算の一周期とするのが望ましい。平均値Ｓｏｓは凝集判
別信号として表示装置４０６に入力される。凝集判別信
号Ｓｏ５の大きさ、つまり懸濁物質１２から反射波レベ
ルが小さいと凝集が良好に行われていると判別し、信号
ＳＯ５のレベルが大きいと凝集が充分でないと判別する
。

本発明は以上のように、懸濁物質からの反射波の積分値
、換言すると反射波量によって凝集効果を判別している
。懸濁物質からの反射波量によって凝集状態を判別でき
る理由を実験結果に基づき説明する。

都市下水処理場の汚泥脱水工程において、凝集剤注入前
の汚泥を採取し、汚泥懸濁固形物量に対する凝集剤注入
量の割合、すなわち凝集゛剤注入率を変化させて本発明
とＣＡＴによる凝集効果判別値を測定した。

第６図に凝集剤注入率に対するＣ８Ｔの変化を示す。凝
集剤注入率の増加に伴ってＣＡＴは減少し、注入率が約
０．６チのとき最小値になっている。

注入率が０．６チのとき脱水性が最も良いことを示して
いる。

一方、本発明は超音波送受信子２０の振動数は０．５Ｍ
Ｈｚ、時間Ｔ１を６０μｓ、タイミング信号Ｓｔの周波
数をＩＫＨｚ、平均値演算の一周期の時間を０．１秒に
して実験した。この実験におけるビデオ信号Ｓｏｌと積
分信号Ｓｏｓとの薬注率に対する変化は第８図（ａ）〜
（ｆ）のようになった。第８図（ａ）〜（ｆ）における
薬注率は各々０．０．１２１，０．２２０゜０．３８２
，０．５７８，０．８３９係である。

本発明の実験結果による凝集剤注入率に対する凝集効果
判別値の変化を第７図に示す。

第６図と第７図を比較して明らかなように、本発明によ
る凝集効果判別値はＣ８Ｔの対数値と同じパターンにな
っている。したがって、懸濁物質からの反射量の大きさ
によって凝集効果の良否を判別できることがわかる。

このように、本発明は懸濁物質の反射波量によって凝集
状態を判別している。この現象は定かでないが、本発明
者達は次のような理由であると考えている。

汚泥凝集の模式図を第９図に示す。凝集前の汚泥の微小
粒子６１は懸濁液中でコロイド状で分散しておシ１表面
付着水６２や間隙水６３を多量に有する。凝集剤６４が
注入されると、この凝集剤６４は微小汚泥粒子６１０表
面から付着水を分離させて粒子６１相互を結びつけ、凝
集塊すガわちフロック６５を形成する。同時に、汚泥粒
子６１間からは間隙水６３が除去される。このため、フ
ロック６５外の水分が増加して汚泥から水分が抜けやす
くなる。このように、汚泥の凝集では、単に汚泥粒子の
粒径が増加するだけでなく、汚泥粒子そのものの性質（
密度や音響特性）が変化する。

また、汚泥フロックは攪拌で容易に壊れ易いことから、
凝集剤６４が粒子６１相互を結びつける力は弱い。この
ことは、汚泥フロック６５の構造が柔構造であることを
意味する。したがって、汚泥フロック６５に当った超音
波はその波長が汚泥フロック６５に近いところで、共振
現象をおこし、超音波エネルギーを吸収するものと考え
られる。

この推論の妥当性を検証するために次の実験を実施した
。汚泥粒子６１にあたる超音波は第１０図のように、反
射、吸収及び透過する。超音波の吸収量は直接に測定で
きないので１反射量と透過量とを同時に測定することで
、吸収量を測定した。

その結果、表１に示す。

表１超音波吸収量の測定（周波数＝　０．５　ＭＨｚ１
表１に示すように、凝集後の反射量と透過量とは凝集前
に比べて減少した。このことから、汚泥フロック６５の
超音波吸収量が増加したことが判る。また、凝集後の汚
泥フロツク６５０粒径分布を測定したところ第１１図の
ようになシ、粒径が２ないし３ｍのフロックが多数を占
めた。周波数が０．５ＭＨｚのときの波長は１９７ｍｍ
であシ、フロック粒径とほぼ同じである。このことは、
汚泥粒子はフロックになると超音波を吸収するという推
論と一致する。

第１２図に本発明の他の実施例を示す。

第１２図は透過超音波量によって凝集状態を判別するよ
うにした実施例である。

表１に示したように、凝集後の超音波透過量は凝集前に
比べて減少するので、この性質を利用して、汚泥の凝集
状態を判別できる。

第１２図において第１図、第２図と同一記号のものは相
当物を示す。混和槽１０の一側壁に探触子２１Ａを設置
すると共に、探触子２１Ａから送波された超音波を受波
するように混和槽１０の対抗面にもう一つの探触子２１
Ｂを配置する。

動作を第１３図を参照して説明する。

タイミング設定回路３１は基準となるタイミング信号Ｓ
↑を発生する。パルス発振回路３２は信号Ｓ↑を受けて
電気パルス信号を発信する。電気パルス信号は探触子２
１Ａで超音波パルスに変換され混和槽１０内の懸濁液中
を透過する。この透過超音波が探触子２１Ｂで受波され
る。受波された透過超音波は、再度、探触子２１Ｂで電
気信号に変換される。この受信信号は増幅器３３で増幅
され、検波回路３４で検波された後、信号８０１’とな
る。この信号８０１’　は凝集状態判別回路４０′のピ
ーク検出回路４１に送信される。ゲート回路４２はタイ
ミング設定回路３１から発信されるタイミング信号Ｓ↑
を受けて、ゲート信号ＳＴＩ′を発生する。ゲート信号
Ｓｒｓ’は信号Ｓｅｔ’　がゲート信号ｆ３ｒ１　’の
山部分の中央にくるように設定する。

ピーク値ホールド回路４３はゲート信号Ｓｔ＋’によっ
て取９込まれ良信号Ｓ０１′　　のピーク値をホールド
して信号８０４’となる。平均値回路４４は測定誤差を
平滑化するために信号８０４’の平均演算処理を実行し
ピーク値平均値を出力する。

このピーク値平均値が大きければ混和槽１０内の懸濁液
の凝準状態が良好であり、一方、ピーク値平均値が小さ
ければ凝集状態は悪く、汚泥粒子が分散していることを
意味している。

このように、透過超音波を用いて汚泥の凝集状態を判別
することができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば懸濁液中における
懸濁物質粒子の凝集性をオンラインで計測できるので、
懸濁物質の凝集状態又は効果を管理するプロセスのモニ
ターあるいは制御に利用でき、プロセスの処理性能を向
上させることができる。

【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図は凝集
状態判別回路の詳細構成図、第３図は超音波送受信子の
取付構成図、第４図、第５図は動作説明用の波形図、第
６図、第７図は実験結果の特性図、第８図は実験で得ら
れた信号波形図、第９図は凝集の模式図、第１０図は超
音波の吸収度合の説明用模式図、第１１図はフロックの
粒径分布測定特性図、第１２図は本発明の他の実施例を
示す構成図、第１３図は第１２図の動作説明用波形図で
ある。 １０・・・混和槽、２０・・・超音波送受信子、３０・
・・超音波送受信器、４０・・・凝集効果判別回路、４
０１・・・タイミング制御回路、４０２・・・アナログ
スイッチ、４０３・・・積分回路、４０４・・・サンプ
ルホールド回路、４０５・・・平均値回路、４０６・・
・表示装置。 茅２目 ４ρｌ 茅３　固 ＄４２ 梁注牟　（ｙ−） θ　σ、２　σ、４σ、６σ、８１．θ本注牢　（７−
） 第８　目 草δ図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、超音波を発生して懸濁液中を伝播させ懸濁物質より
   反射する反射波あるいは前記懸濁液を透過した透過波を
   検出する超音波送受信手段と、該超音波送受信手段で検
   出した超音波の信号レベルを検出するレベル検出手段と
   を具備し、該レベル検出手段で検出した超音波信号レベ
   ルによつて前記懸濁物質の凝集効果を判別するようにし
   たことを特徴とする懸濁物質の凝集効果判別装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、前記レベル検出手
   段は反射波量を信号レベルとして検出するものであるこ
   とを特徴とする懸濁物質の凝集効果判別装置。 ３、特許請求の範囲第１項において、前記レベル検出手
   段は透過波のピーク値を信号レベルとして検出するもの
   であることを特徴とする懸濁物質の凝集効果判別装置。