WO2017013879A1 - 凝集モニタリング装置、凝集モニタリング方法および凝集システム - Google Patents

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aggregation
amplitude
water
treated
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PCT/JP2016/003406
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長尾　信明
麦林　裕弘
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栗田工業株式会社
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    • G01N2015/0092—Monitoring flocculation or agglomeration

Definitions

  • the present invention relates to, for example, a monitoring technique for aggregating treatment of water to be treated such as purified water, industrial water, and wastewater, and a technique for using the same.
  • SS Suspended Solid: Suspended matter
  • an inorganic or organic flocculant for example, SS (Suspended Solid: Suspended matter) in the treated water is flocculated with an inorganic or organic flocculant, followed by precipitation separation and pressurization. Solid-liquid separation such as levitation separation, centrifugation, sand filtration, membrane separation is performed.
  • the SS agglomeration state varies depending on pH, coagulant dosage, stirring conditions, etc. If the agglomeration treatment is not performed under appropriate conditions, the quality of the water to be treated will be deteriorated and the solid-liquid separation treatment in the next step will be adversely affected. May affect.
  • the treated water is irradiated with laser light to receive the scattered light from the particles in the treated water, and after AM (Amplitude Modulation) detection is performed on the received light signal, the minimum value of the signal intensity It is known that the flocculant dosage is calculated from this minimum value (for example, Patent Document 1).
  • the minimum value of the signal intensity of the scattered light is obtained, and the scattered light from the unaggregated suspension is detected from the scattered light from the aggregate in the water to be treated.
  • the laser light used for the aggregation monitoring it is known to use laser light that emits light at predetermined time intervals by intermittently driving a laser diode (for example, Patent Document 2).
  • the use time of the laser light emitting element is extended by the light emission mode for shortening the light emission time.
  • a chemical injection system that measures the concentration of SS not taken into the generated floc and controls the chemical injection amount of the flocculant based on this measured value.
  • laser light is irradiated to the measurement area of the water to be treated, scattered light from the measurement area is received, and a measurement value representing the SS concentration is obtained from a signal level obtained by photoelectrically converting the scattered light. .
  • an upper limit value is specified for the chemical injection amount, and the aggregation state is evaluated by maintaining the minimum value of the signal level described above for a certain period.
  • an upper limit value is defined for the SS amount and the drug injection amount, stable measurement is possible when the amount of floc formed is suppressed.
  • the SS component concentration in the water to be treated may be high or the water to be treated may be treated only with an inorganic flocculant.
  • the floc density is high and the floc is small, the gap between the flocs is small.
  • the light irradiated to the water to be treated hits the flocs, and the flocs generate scattered light more frequently, and the light is shielded by the flocs in front of the light receiving part and attenuates until the scattered light itself reaches the light receiving part.
  • the water to be treated having a high concentration and a small floc has a problem that accurate measurement becomes difficult.
  • the chemical injection control based on the lowest value of the signal level described above for a certain period of time correlates with the measurement value used for chemical injection control with the SS remaining between the flocks.
  • the number of flocs (density) increases and the chance of turbidity measurement by SS between flocs decreases, sufficient time is taken to measure the lowest value, the lowest value correlated with SS is obtained, and the lowest value is updated
  • the time interval for updating the minimum value becomes long, there is a problem that the compensation performance of the control delay in the chemical injection system is lost.
  • Patent Documents 1 and 2 do not disclose or suggest such requirements, nor do they disclose or suggest a configuration or the like for solving them.
  • an object of the present invention is to provide an aggregation monitoring apparatus or an aggregation monitoring method capable of stably measuring the aggregation state of water to be treated even when the number of flocs (density) is increased.
  • Another object of the present invention is to use the above-described aggregation monitoring apparatus or aggregation monitoring method, so that reliability can be improved without impairing the compensation performance necessary for chemical injection control even if the floc number (density) increases. It is to realize an agglomeration system capable of obtaining a certain agglomeration process.
  • the coagulation monitoring apparatus monitors the treatment state of the treated water to be coagulated, and the measurement light is measured in the measurement area of the treated water.
  • a measurement light irradiating unit that irradiates the light
  • a scattered light receiving unit that receives scattered light from particles of the water to be processed in the measurement region
  • the measurement value calculation unit may include an amplitude measurement unit that measures the amplitude of a light reception signal obtained in the scattered light reception unit.
  • the measurement value calculation unit further includes a minimum value measurement unit that measures the minimum value of the signal from the light reception signal, and the measurement result of the amplitude measurement unit, or the amplitude measurement unit and the minimum value measurement. You may calculate the parameter
  • the measurement value calculation unit calculates an index relating to the aggregation by calculating an occurrence rate or an occurrence frequency of the specific amplitude based on the measurement result of the amplitude, and the specific amplitude The frequency of occurrence may be increased as it progresses.
  • a coagulation monitoring method for monitoring the treatment state of the treated water to be coagulated, wherein the measurement light is measured in the measurement region of the treated water.
  • a flocculation system for aggregating treated water, a treated water tank for storing the treated water, and the treated water tank for the treated water tank.
  • a coagulation monitoring means for monitoring the treatment state of the treated water; and a chemical injection means for injecting a chemical injection amount of the coagulant according to the treatment state into the treated water, the monitoring means being subjected to the coagulation treatment.
  • a coagulation monitoring device for monitoring the treatment state of treated water, a measurement light irradiating unit for irradiating measurement light to the measurement area of the treated water, and receiving scattered light from particles of the treated water in the measurement area
  • a scattered light receiving unit and a measured value calculation unit that calculates an index related to the aggregation of the water to be treated using the amplitude of the received light signal obtained in the scattered light receiving unit, Based on the indicators involved It may be adjusted injection volume of serial flocculant.
  • the treatment status of treated water can be measured stably and the treatment status of treated water during coagulation treatment can be grasped in real time. Can be requested.
  • FIG. 1 is a block diagram showing an example of an aggregation monitoring apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating an example of an arithmetic circuit.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of the state of occurrence of flocs and the detection waveform of the output signal.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of the occurrence state of flock and the detection waveform of the output signal.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of the correlation between the amplitude occurrence rate of the output signal and the aggregation state index.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of the state of occurrence of flock and the detection waveform of the output signal.
  • FIG. 1 is a block diagram showing an example of an aggregation monitoring apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating an example of an arithmetic circuit.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of the state of occurrence of flocs and the detection waveform of the
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of the occurrence state of flocks and the detection waveform of the output signal.
  • FIG. 8 is a diagram showing an example of the appearance rate of flocks.
  • FIG. 9 is a diagram showing the frequency of occurrence of amplitude.
  • FIG. 10 is a diagram showing the frequency of occurrence of amplitude.
  • FIG. 11 is a diagram showing the occurrence frequencies shown in FIGS. 9 and 10 in an exploded manner according to amplitude.
  • FIG. 12 is a diagram showing an example of operation waveforms.
  • FIG. 13 is a flowchart showing the processing procedure of aggregation monitoring.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating an example of the aggregation system according to the second embodiment.
  • FIG. 15 is a flowchart showing the processing procedure of the aggregation processing.
  • FIG. 1 shows the aggregation monitoring apparatus according to the first embodiment.
  • the configuration illustrated in FIG. 1 is an example, and the aggregation monitoring device, the aggregation monitoring method, or the aggregation system of the present invention is not limited to such a configuration.
  • the aggregation monitoring device 2 includes a sensor unit 4.
  • the sensor unit 4 is kept submerged in the water to be treated 8 stored in the coagulation tank 6.
  • the coagulation tank 6 is an example of the water tank to be treated for storing the water to be treated 8, and has a function of performing the coagulation treatment of the water to be treated 8.
  • the sensor unit 4 includes a laser beam irradiation unit 10 and a scattered light receiving unit 12.
  • the laser light irradiation unit 10 is an example of a measurement light irradiation unit that emits measurement light used for monitoring aggregation, and is formed at a light output end of a first optical fiber 14-1 that guides laser light, which is an example of measurement light. Is done.
  • the scattered light receiving unit 12 is formed at the light incident end of the second optical fiber 14-2 that guides the scattered light.
  • a measurement region 18 is set between the laser beam irradiation unit 10 and the scattered light receiving unit 12 with a shielding member 16 interposed.
  • the measurement region 18 is irradiated with laser light emitted from the laser light emitting unit 20 from the laser light irradiation unit 10.
  • This measurement region 18 is an example of an irradiation region of the laser water 8 to be treated.
  • the laser light is scattered by particles in the water 8 to be treated, and scattered light is generated. Therefore, the scattered light receiving unit 12 receives this scattered light from the measurement region 18. In this case, if a floc exists in the measurement region 18, the floc affects the scattered light.
  • the shielding member 16 is a means for fixing and supporting the optical fibers 14-1 and 14-2 and a means for shielding natural light from the measurement region 18.
  • the first support portion 22-1 for fixing and supporting the optical fiber 14-1 and the second support portion 22-2 for supporting the optical fiber 14-2 have a fixed angle.
  • a vertex 24 is provided.
  • the angle of the apex portion 24 is preferably 90 degrees, but may be other angles.
  • the apex angle portion 24 is opposed to the measurement region 18 and is interposed between the laser light irradiation unit 10 and the scattered light receiving unit 12. Thereby, it is possible to prevent the laser light from the laser light irradiation unit 10 from entering the scattered light receiving unit 12, and the scattered light receiving unit 12 can receive the scattered light on the particle side in the measurement region 18.
  • the laser light emitting unit 20 includes a laser light emitting element 26 and a light emitting circuit 28.
  • the laser light emitting element 26 is an example of a laser light source that emits laser light.
  • the laser light source is preferably a laser diode, but may be any element or device that can obtain laser light.
  • the measurement light used for monitoring aggregation is not limited to laser light. Any light that hits the particles and generates scattered light can be used for monitoring aggregation, and the measurement region 18 can be efficiently irradiated with light by using measurement light having excellent directivity such as laser light. .
  • a light emitting unit including a light emitting element that emits measurement light and a light emitting circuit that drives the light emitting element may be used.
  • a light emitting diode may be used as the measurement light.
  • the light emitting circuit 28 is an example of a driving unit for the laser light emitting element 26.
  • the light emitting circuit 28 includes an AM (Amplitude Modulation) modulation circuit 30, a timing circuit 32, and a function generator 34.
  • the AM modulation circuit 30 performs amplitude modulation (AM modulation) on the timing signal Ts with a modulation signal Ms having a predetermined frequency f, and outputs a light emission signal Dr having an amplitude of the predetermined frequency f and intermittent at predetermined time intervals. To do.
  • the laser light emitting element 26 changes with the modulation signal Ms and repeats light emission and non-light emission at a predetermined time interval according to the timing signal Ts.
  • the light emission time of the laser light emitting element 26 for aggregation monitoring is shortened. Even when a light emitting element such as a laser diode having a short light emission lifetime of several thousand hours is used for the laser light emitting element 26, deterioration due to continuous lighting can be prevented, so that the usage time can be extended.
  • Timing circuit 32 generates timing signal Ts.
  • the timing signal Ts may be, for example, a pulse signal that is intermittent at a constant cycle.
  • This timing signal Ts is used as synchronization information for the calculation processing of the aggregation index related to the aggregation of the water 8 to be treated. That is, the timing signal Ts synchronizes the light emission of the laser light emitting element 26 and the calculation processing of the aggregation index.
  • the function generator 34 is an example of an oscillator that oscillates the modulation signal Ms.
  • the modulation signal Ms preferably has a frequency f that can avoid the influence of natural light on the laser light.
  • f 70 to 150 [kHz] may be used.
  • the signal form may be a periodic signal having the same amplitude, and the waveform form may be any of a sine wave, a triangular wave, a rectangular wave, and the like.
  • the scattered light scattered by the fine colloidal particles existing in the measurement region 18 enters the scattered light receiving unit 12.
  • the fine colloidal particles are unaggregated colloidal particles.
  • the scattered light obtained by the micro colloidal particles has a frequency similar to that of the laser light emitted from the laser light irradiation unit 10 and is intermittent in a constant cycle. Further, the reflected light reflected by the floc existing in the measurement region 18 enters the scattered light receiving unit 12.
  • the light reception output of the scattered light receiving unit 12 is guided to the signal processing unit 36 by the optical fiber 14-2.
  • This signal processing unit 36 takes out a photoelectric conversion, removal of noise components, a level signal representing the intensity of scattered light, and a measurement value representing the intensity of scattered light from this level signal.
  • the signal processing unit 36 includes a photoelectric conversion circuit 38 and a detection circuit 40.
  • the photoelectric conversion circuit 38 includes a photodetector 42, a band pass filter 44, and an amplifier 46.
  • the photodetector 42 receives the scattered light guided by the optical fiber 14-2 and converts it into an electric signal Ei.
  • the band pass filter 44 cuts a noise component from the electric signal Ei and extracts a signal component of the modulation signal Ms. By setting the cut-off frequency of the bandpass filter 44, unnecessary fluctuation components are removed and the signal component of the modulation signal Ms is output.
  • the amplifier 46 amplifies the signal component of the modulated signal Ms in the scattered light and outputs a light reception signal Eo having an amplitude level corresponding to the scattered light.
  • a photodiode may be used instead of the photodetector 42, or a high-pass filter may be used instead of the band-pass filter 44. By using these filters, it is possible to cut a DC noise component generated by receiving non-measurement light such as natural light or illumination light.
  • the detection circuit 40 detects the output signal Do from the received light signal Eo by AM detection (envelope detection).
  • This output signal Do is an example of a light reception signal and represents the level of the direct current component of the light reception signal Eo.
  • This level represents the level of light scattered by the particles in the water to be treated containing fine colloidal particles. That is, a noise component that is scattered light other than the fine colloidal particles and a reflection component due to flocs are included.
  • the output of the detection circuit 40 is applied to the arithmetic circuit 48.
  • the calculation circuit 48 is an example of a measurement value calculation unit, and includes an amplitude detection unit 50 and a minimum value detection unit 52.
  • the arithmetic circuit 48 records the level (signal strength) of the output signal Do input to the arithmetic circuit 48 in the data recording unit 64 (FIG. 2) of the memory unit 60, and the amplitude detection unit 50 and the minimum value detection unit 52 The output signal Do is measured.
  • the arithmetic circuit 48 determines the aggregation level of the water to be treated using these measurement results, and outputs an aggregation index representing the aggregation level.
  • the aggregation level represented by the aggregation index is represented by, for example, “low level”, “suitable level”, “suitable or excessive level” or “excess level”.
  • the arithmetic circuit 48 further includes a light emission control unit 54, and outputs a control signal (timing signal Ts) synchronized with the light emission of the laser light emitting element 26 and the calculation processing of the aggregation index to the timing circuit 32.
  • the amplitude detection unit 50 is an example of an amplitude detection unit and an amplitude measurement unit, and includes both functions of amplitude detection and amplitude measurement.
  • the amplitude detection unit 50 detects an inflection point of the level of the output signal Do recorded in the data recording unit 64, and measures the peak value of the inflection point. By detecting the inflection point, the amplitude detector 50 detects the generation of the amplitude of the output signal Do. In other words, the amplitude detection unit 50 detects the first inflection point where the output signal Do changes from rising to falling and the second inflection point where the output signal Do changes from falling to rising, and the adjacent first inflection point and Generation of amplitude is detected by detecting the second inflection point.
  • the amplitude detector 50 obtains the level difference between the adjacent first and second inflection points by measuring the peak value, and measures the amplitude of the output signal Do. With these functions, the amplitude detection unit 50 can measure the number of occurrences of the amplitude of the output signal Do for each amplitude magnitude (that is, amplitude range).
  • the minimum value detection unit 52 is an example of a minimum value measurement unit that compares the level of the output signal Do recorded in the data recording unit 64 and calculates the minimum measurement value of the output signal Do.
  • the arithmetic circuit 48 is realized by a circuit including a computer such as a microprocessor as shown in FIG.
  • the arithmetic circuit 48 includes an analog / digital converter (A / D) 56, a processor 58, and a memory unit 60.
  • the A / D 56 converts the output signal Do into a digital signal.
  • the output signal of the A / D 56 represents the level of the output signal Do as a digital value and is used for digital processing of the amplitude detector 50 and the minimum value detector 52.
  • the processor 58 executes an OS (Operating System) and an aggregation program in the program storage unit 62 of the memory unit 60, and functions as the amplitude detection unit 50, the minimum value detection unit 52, and the light emission control unit 54 described above.
  • OS Operating System
  • aggregation program in the program storage unit 62 of the memory unit 60, and functions as the amplitude detection unit 50, the minimum value detection unit 52, and the light emission control unit 54 described above.
  • the memory unit 60 is an example of a recording unit, and includes a program storage unit 62, a data recording unit 64, and a RAM (Random-Access Memory) 66.
  • the program storage unit 62 stores an OS, the above-described aggregation program, and the like as programs.
  • the data recording unit 64 records the level of the output signal Do.
  • the RAM 66 is used as a work area for information processing.
  • the calculation result of the processor 58 is output to the display unit 67.
  • a liquid crystal display (LCD) is used for the display unit 67.
  • the display unit 67 displays various data such as a measurement value used for the calculation of the processor 58, a minimum measurement value as a calculation result, and an occurrence frequency of the amplitude of the output signal Do.
  • the occurrence frequency of the first and second inflection points of the output signal Do that is, the amplitude of the output signal Do has a fixed relationship with the aggregation state for each amplitude range. I found out.
  • the amplitude detector 50 pays attention to this fixed relationship and measures the aggregation state using the inflection points. The certain relationship described above will be described later.
  • the first measurement principle assumes measurement of the water 8 to be treated in which flocs having a particle size smaller than the diameter of the measurement region 18 enter and exit the measurement region 18.
  • FIG. 3A and FIG. 4A show an example of the occurrence of flocs.
  • 3A is an example when the particle size is small
  • FIG. 4A is an example when the particle size is large.
  • flocs 68 are generated at a high density or number density in the water 8 to be treated.
  • the measurement region 18 is set to a circular region having a diameter of about 1 [mm].
  • a floc 68 having a particle diameter of 1 mm or less is generated in such a measurement region 18.
  • flocs 68 are generated at a high density or number density in the water 8 to be treated, as in the generation state shown in FIG.
  • the waveform of the output signal Do differs depending on the particle size of the floc 68 and the number of flocs in the measurement region 18.
  • the first treated water containing flocs 68 having a particle size r [mm] and the second treated water having the same SS turbidity as the first treated water and containing flocs 68 having a particle size of 2 r [mm] Assume water.
  • the number of particles of the floc 68 having a particle diameter r [mm] is N r
  • the number of the floc 68 having a particle diameter 2 r [mm] is N 2r .
  • the change in the level of the average scattered light intensity is proportional to the change in the particle surface area of the particles entering and exiting the measurement region 18 that are irradiated with the laser. Therefore, the change in the level of the average scattered light intensity when one particle having a particle diameter of 2 r [mm] enters and exits the measurement region 18 is the change in the level of the average scattered light intensity when one particle having the particle size r [mm] enters and exits the measurement region 18. Four times the change in the level of the average scattered light intensity.
  • FIG. 3B shows an example of the detection waveform of the output signal Do in the generation state shown in FIG. 3A
  • FIG. 4B shows an example of the detection waveform of the output signal Do in the generation state shown in FIG. Show.
  • the amplitude AW of the waveform represents a change in scattered light due to the entrance and exit of the floc 68.
  • the scattered light generated in the measurement region 18 hits particles existing in the transmission space in the transmission space where the scattered light receiving unit 12 transmits the scattered light, and is secondarily scattered and attenuated. It is assumed that the intensity of the scattered light reaching the scattered light receiving unit 12 is proportional to the floc non-occupied volume in the transmission space (the volume of the space where the floc 68 does not exist). In this case, the amount of attenuation depends on the non-occluded volumes V r and V 2r with respect to the volume V d of the transmission space from the measurement region 18 to the scattered light receiver 12.
  • the space where the floc 68 does not exist can be obtained by the complement of the particle volume existing in the space.
  • the floc unoccupied volume is V r
  • the floc unoccupied volume is V 2r
  • V r (V d ⁇ dv r ⁇ N r ) :( V d ⁇ dv 2r ⁇ N 2r ) (4)
  • V 2r (V d ⁇ dv r ⁇ N r ) :( V d ⁇ dv 2r ⁇ N 2r ) (4)
  • the intensity of the scattered light reaching the scattered light receiving unit 12 is proportional to the intensity of the scattered light generated in the measurement region 18 multiplied by the attenuation factor, and the intensity of the generated scattered light is the surface area S r , S of the floc 68.
  • Equation (6) represents that the amount of change ⁇ P r , ⁇ P 2r of the received light level generated by the particles entering / exiting the measurement region 18 changes in proportion to the square of the particle size of the floc 68 to be detected. Yes. That is, as the aggregation progresses and the particle size of the floc increases, the frequency of occurrence of a large change in the received light level increases.
  • FIG. 5A is a graph summarizing the probability (occurrence rate) that a large amplitude appears in the output signal Do.
  • This measurement voltage range with a large amplitude is set to 200 [mV] to 1800 [mV] assuming a change due to the movement of the flock 68.
  • the incidence was tabulated in units of 1 minute (30 samples).
  • a sample whose aggregation state is known is used.
  • the aggregation state of each sample is divided into D0, D1, D2,... Dn by an aggregation state index D representing the aggregation state.
  • the aggregation state index D is related to the particle diameter Df of floc in the sample.
  • the particle diameter Df of floc in the sample is approximately as follows.
  • D1: Df 0.3 to 0.5 [mm]
  • D2: Df 0.5 to 0.75 [mm]
  • D3: Df 0.75 to 1.0 [mm]
  • D4: Df 1.0 to 1.25 [mm]
  • the horizontal axis of the graph shown in FIG. 5A indicates that the value of the aggregation state index D is 10 times. That is, “10” on the horizontal axis is “D1”, “20” is “D2”, “30” is “D3”, and “40” is “D4”.
  • the quadratic curve shown in FIG. 5A is a curve having the highest correlation value (R 2 value) with respect to the total result.
  • the relationship between the occurrence rate of the amplitude AW and the 10-fold value of the aggregation state index D is a quadratic function. If the 10-fold value of the agglomeration state index D on the horizontal axis is proportional to the particle size Df, the aggregation results shown in FIG. 5A agree with the logic expressed by Equation (6) described above. .
  • the probability (occurrence rate) that a large amplitude appears in the output signal Do and the aggregation state index D are correlated with each other.
  • the aggregation state index D of the water to be treated and the particle diameter Dr of the floc 68 can be estimated.
  • FIG. 5A shows the result of quadratic curve processing by performing quadratic approximation on measurement data based on the theory.
  • the present invention is not limited to this, and the measurement data may be approximated by a third-order or higher and processed by a third-order or higher curve.
  • B of FIG. 5 shows the result of cubic curve processing after performing cubic approximation on the measurement data.
  • the correlation value R 2 is 0.9192.
  • C of FIG. 5 shows the result of the quartic curve processing after performing the quartic approximation on the measurement data.
  • the correlation value R 2 increases from 0.918 to 0.919
  • the correlation value R 2 increases from 0.918 to 0.920.
  • the generation rate of the amplitude of the output signal Do is small, and the output signal increases as the aggregation state index D increases.
  • the incidence of Do amplitude also increases. That is, the aggregation state can be determined based on the occurrence rate of the amplitude of the output signal Do.
  • the second measurement principle assumes measurement of the water 8 to be treated in which flocs having a particle size larger than the diameter of the measurement region 18 enter and exit the measurement region 18.
  • the water to be treated 8 in which flocs exceeding the diameter of the measurement region 18 coexist is targeted.
  • the entire floc 68 cannot be accommodated in the measurement region 18.
  • the scattered light is generated from the entire measurement region 18, the scattered light and its amplitude are saturated. That is, it becomes difficult to determine the particle diameter based on the amplitude of the scattered light.
  • FIG. 6A and FIG. 7A show an example of the state of occurrence of flocs of 1 [mm] or more.
  • 6A is an example when a part of the particles enters the entire irradiation region
  • FIG. 7A is an example when the particles existing in the particle gap enter and exit the detection region.
  • 6B shows an example of the detection waveform of the output signal Do in the generation state shown in FIG. 6A.
  • FIG. 7B shows an example of the detection waveform of the output signal Do in the generation state shown in FIG. Show.
  • the measurement region 18 is a circle having a diameter of about 1 [mm] and the floc 68 is grown in a particle size larger than 1 [mm], as shown in FIG. There is a case where the entire measurement area 18 is occupied. In such a generated state, as shown in FIG. 6B, the scattered light is saturated and the waveform amplitude AW is saturated. That is, the upper limit of the waveform amplitude AW is the saturation value of the scattered light.
  • the state shifts to the state shown in FIG.
  • the particle size of the floc 68 is large, a relatively large gap is formed between the adjacent flocs 68 as compared with the case where the particle size is small. Therefore, in the state shown in FIG. 7A, the small flock 68 existing in the gap of the large flock 68 enters and exits the measurement region 18, and the intensity of the output signal Do changes, for example, as shown in FIG. Becomes a large waveform. Therefore, by collecting the waveform amplitude AW, it is possible to obtain the particle size information of the floc 68 in the gap of the large floc 68.
  • FIGS. 8A to 8C It is assumed that the appearance rate for each particle size of the floc 68 has a normal distribution.
  • 8A is an example of a distribution when the aggregation level is low
  • FIG. 8B is an example of a distribution when the aggregation level is medium
  • FIG. 8C is an example of a distribution when the aggregation level is high.
  • the particle size of the floc 68 increases.
  • the amplitude AW of the waveform is saturated. Therefore, under the assumption that the appearance rate for each particle size of the floc 68 is a normal distribution, (1) the particle size with the highest appearance rate, (2) the appearance rate of the particle size within a specific range, or (3) the appearance of the soot
  • the aggregation state can be evaluated by measuring the particle size having the highest rate and the appearance rate of the particle size in a specific range. If the agglomeration state progresses from a low aggregation state as shown in FIG. 8A to a high aggregation state as shown in FIG.
  • the number of flocs decreases and the waveform amplitude AW is saturated due to the entry / exit of a large floc 68.
  • inconvenience due to the decrease in the number of flocks and the saturation of the waveform amplitude AW can be eliminated by increasing the totaling time.
  • the treated water 8 is the seven-stage treated water 8 shown below having a known level of aggregation.
  • Level 0 Level corresponding to D0 of the aggregation state index
  • Level 1 Level corresponding to D1 of the aggregation state index
  • Level 2 Corresponding to D2 of the aggregation state index D and level from D1 (hereinafter referred to as “D2A”) .
  • Level 3 corresponds to D2 of the aggregation state index D and is a level from D3 (hereinafter referred to as “D2B”).
  • Level 4 Corresponds to D3 of the aggregation state index D and is a level from D2 (hereinafter referred to as “D3A”).
  • Level 5 Corresponds to D3 of the aggregation state index D and is a level from D4 (hereinafter referred to as “D3B”).
  • Level 6 Level corresponding to D4 of the aggregation state index D
  • FIG. 9A to 9C and FIG. 10A to 10C represent the frequency of occurrence of the amplitude of the output signal Do of the water to be treated having different aggregation levels for each fixed amplitude range.
  • 9A shows the occurrence frequency of an amplitude of 0 [mV] or more and less than 200 [mV]
  • FIG. 9B shows the occurrence frequency of an amplitude of 200 [mV] or more and less than 400 [mV].
  • C represents an occurrence frequency of an amplitude of 400 [mV] or more and less than 600 [mV].
  • 10A shows the frequency of occurrence of amplitudes of 600 [mV] or more and less than 800 [mV]
  • FIG. 10B shows the frequency of occurrence of amplitudes of 800 [mV] or more and less than 1000 [mV].
  • C represents the occurrence frequency of an amplitude of 1000 [mV] or more.
  • FIG. 11 shows the occurrence frequencies shown in FIGS. 9 and 10 in an exploded manner for each of the amplitude ranges shown in a to f below.
  • a Amplitude of 0 [mV] or more and less than 200 [mV]
  • b Amplitude of 200 [mV] or more and less than 400 [mV]
  • c Amplitude of 400 [mV] or more and less than 600 [mV]
  • d 600 [mV]
  • f amplitude above 1000 [mV]
  • the frequency of occurrence of the amplitude increases as it approaches the poor aggregation state (that is, the level 0 state).
  • the frequency of occurrence is dispersed.
  • the variance in the frequency of occurrence of amplitude is small.
  • a signal having an amplitude of 200 [mV] or more and less than 400 [mV] has a large floc as shown in FIG. As the agglomeration becomes good, the frequency of occurrence of the amplitude increases. Further, as shown in FIG. 11, at each level from level 0 to level 6, signal dispersion is smaller than a signal having an amplitude of 0 [mV] or more and less than 200 [mV]. Even in a signal having an amplitude of 400 [mV] or more, the same tendency as that of a signal having an amplitude of 200 [mV] or more and less than 400 [mV] is observed.
  • the aggregation frequencies 0 to 6 are graphed by averaging the frequency of occurrence of amplitudes of 400 [mV] or more and less than 600 [mV], they can be expressed as shown in Table 2.
  • each level of aggregation 0 to 6 is 600 [mV] or more. It is also possible to express using the occurrence frequency of That is, the aggregation state index D of the water to be treated 8 can be determined using the occurrence frequency of the amplitude of 200 [mV] or more. Therefore, it is also possible to determine the aggregation state based on the aggregation state index D and control the aggregation state based on these aggregation states.
  • the occurrence tendency of the occurrence frequency is changed with 200 [mV] as a threshold value. That is, the variance is large at an amplitude of less than 200 [mV], whereas the variance is small at an amplitude of 200 [mV] or more. Further, when the amplitude is 200 [mV] or more, the frequency of occurrence of the amplitude increases as the aggregation progresses, and there is a correlation between the frequency of occurrence and the state of aggregation, whereas this amplitude is less than 200 [mV]. I can't see it.
  • the amplitude used for the measurement of the aggregation state is not limited to the amplitude of 200 [mV] or more as long as the amplitude is equal to or greater than the threshold at which the tendency of occurrence changes as described above.
  • the coagulation treatment is promoted by the chemical injection and stirring of the coagulant.
  • the fine colloidal particles move to the measurement region 18 with this stirring, the scattered light from the fine colloidal particles fluctuates.
  • This fluctuation period can be estimated by assuming the number of collisions occurring between the colloidal particles and the measurement region 18 as particles.
  • the collision cross-sectional area Qo is proportional to the square of the sum of the radius R and the radius r.
  • the period of the value obtained by differentiating the scattered light intensity is a value twice the number ⁇ .
  • A Aor n (9) It becomes.
  • Ao is a constant depending on the measurement system and is a value calibrated using a standard sample.
  • micro colloidal particles before agglomeration have a small radius r and a large particle density N, minute fluctuations of scattered light occur in a short cycle.
  • the output waveform can be subjected to signal processing equivalent to passing through the band-pass filter 44 or the high-pass filter. That is, if the cutoff frequency of the bandpass filter 44 is appropriately selected, the output signal Do from which the fluctuation component due to the modulation frequency component is removed can be detected.
  • the fluctuation when entering and exiting the measurement region 18 is large, and the average period of this fluctuation becomes long.
  • the minimum value of the output waveform after detection by the detection circuit 40 corresponds to the scattering of the unaggregated colloid.
  • the output signal Do obtained by the detection circuit 40 includes signals due to scattered light of unaggregated colloid and other scattered light, and these are scattered light due to the aggregated colloid in the water 8 to be treated according to the signal amplitude level. And scattered light from unaggregated colloids. Therefore, it is possible to extract a signal component having an amplitude level corresponding to the scattered light caused by the unaggregated colloid from the output signal Do, and to detect the aggregation state of the colloid which is the treatment state of the water 8 to be treated. Can be grasped.
  • the laser light emitted from the laser light emitting unit 20 hits the floc 68 existing on the optical path and generates scattered light.
  • the average particle density from the scattered light generation point to the scattered light receiving unit 12 is substantially constant
  • the floc density is high (when the floc is small)
  • the scattered light changes in the distance between the particle and the light emitting surface. Is smaller and the amplitude of the output signal Do is smaller than when the large floc is generated.
  • the floc is large, the change in the distance between the particle and the light emitting surface is large, and the amplitude of the output signal Do is large compared to the case of a small floc.
  • the minimum value of the signal intensity has information related to the size of the floc, not the turbidity between the flocs.
  • the floc when the floc is large, the irradiation area becomes large, so the level of scattered light generated when the laser light hits the floc surface increases, and the floc gap increases due to the increase in floc, resulting in a high level of scattered light. There will be more opportunities.
  • This amplitude level is an index corresponding to the probability (occurrence rate) that a large amplitude appears in the output signal Do described above and the frequency of occurrence of the amplitude of the output signal Do.
  • the aggregation index is not limited to determining whether the aggregation is “low”, “appropriate amount”, “appropriate amount or excess”, or “excess” depending on the amplitude level, and combining the determination based on the minimum value level of the output signal Do. You may make it judge. By combining a plurality of measurement methods, the aggregation state can be determined in more detail.
  • the agglomeration state can be determined by switching between the chemical injection control by measuring the amplitude level and the chemical injection control by measuring the minimum value level.
  • the chemical injection is controlled at the amplitude level, and as shown in Case 5 of Table 3, at the lowest value level.
  • control at the lowest value level may be performed.
  • FIG. 12 shows processing of signals used for monitoring.
  • the timing signal Ts is a pulse signal having a constant pulse width tw at intervals (periods) of a constant time T as shown in A of FIG.
  • the modulation signal Ms is a periodic signal having a constant frequency f and the same amplitude as shown in FIG.
  • the frequency f may be selected from 70 to 150 [kHz].
  • the light emission signal Dr is an output signal of the AM modulation circuit 30 that modulates the timing signal Ts with the modulation signal Ms, as shown in C of FIG. That is, the light emission signal Dr is a periodic signal in which the modulation signal Ms is superimposed on the pulse width tw in the H level section of the timing signal Ts. That is, the light emission signal Dr is a periodic signal whose pulse width tw changes with the amplitude of the modulation signal Ms and is intermittent with the timing signal Ts.
  • laser light having a light emission mode based on the light emission signal Dr can be obtained from the laser light emitting element 26.
  • a light reception signal Eo is obtained on the output side of the amplifier 46 as shown in FIG. 12D.
  • the light reception signal Eo is intermittent with the timing signal Ts, has the frequency of the modulation signal Ms, and has a level of amplitude corresponding to the intensity of the scattered light.
  • this light reception signal Eo is detected by the detection circuit 40, as shown in E of FIG. 12, an output signal Do having a DC level corresponding to the intensity of the scattered light is obtained intermittently with the timing signal Ts.
  • the output of the bandpass filter 44 is half-wave rectified and detected, and then the bottom peak of the detection output is peak-held to obtain the output signal Do.
  • the minimum value of the amplitude and the signal level described above is measured from the output signal Do through A / D conversion.
  • FIG. 13 shows an example of the processing procedure of aggregation monitoring.
  • This processing procedure is an example of the aggregation monitoring method of the present invention.
  • This processing procedure is executed by a computing process (information processing) including the processor 58 and the memory unit 60 included in the arithmetic circuit 48.
  • condition setting step (S1) conditions for aggregation monitoring are set in the condition setting step (S1).
  • the threshold value TA for determining the magnitude of the amplitude level
  • the threshold value TL1 for determining that the level of the output signal Do is lower or lower, or the middle level or higher, and the level of the output signal Do is lower or higher or higher or higher.
  • a threshold value TL2 for determining this is set.
  • the threshold values TL1 and TL2 are set such that threshold value TL1 ⁇ threshold value TL2, and the threshold values TA, TL1, and TL2 are appropriately set according to the SS turbidity of the water to be treated and the signal amplification factor in the photoelectric conversion circuit 38.
  • scattered light is received from the measurement region 18 and converted into a received light signal having a level representing the intensity of the scattered light.
  • the occurrence rate of amplitude and the minimum value of received light level are measured. These measurement values are determined for each measurement value.
  • the amplitude occurrence rate may be measured as an amplitude occurrence frequency.
  • the occurrence rate of the amplitude is equal to or greater than the threshold TA (NO in S7), since the water to be treated is agglomerated at an appropriate level or excessive level, it is determined whether the minimum value of the received light level is less than the threshold TL1 (S9). ).
  • the SS turbidity between the flocks 68 can be measured, and therefore an aggregation index representing the “appropriate or excessive” level is output (S10). ).
  • case 5 shown in Table 3 can be determined. Since the SS turbidity between the flocs 68 can be measured, the chemical injection control based on the minimum value of the light receiving level is performed under the output of the aggregation index.
  • an aggregation index indicating the “appropriate amount” level is output (S12). Based on such determination, Case 2 shown in Table 3 can be determined. Under the output of such an agglomeration index, control is performed to maintain the dose of medicine.
  • the calculation circuit 48 includes an amplitude detection unit 50 that measures the amplitude of a waveform from a change in the signal waveform of the output signal Do together with a minimum value detection unit 52 that measures the minimum value.
  • an index is calculated based on the amplitude, and an index related to aggregation is output together with the minimum value or by calculating the minimum value.
  • the soot amplitude detector 50 Since the soot amplitude detector 50 is provided, the agglomeration state can be measured even when a large floc exists in the measurement region 18, so that the light emission time of the laser light emitting element 26 can be shortened. A life-prolonging effect can be obtained.
  • the index is calculated by using an amplitude of 200 [mV] or more.
  • the occurrence frequency parameter can be increased, and the aggregation state can be measured in a short time.
  • the treatment state of the water to be treated during aggregation can be accurately grasped in real time, and the dosage of the flocculant according to the treatment state can be selected.
  • FIG. 14 shows an aggregation system according to the second embodiment.
  • the aggregation system 72 is an example of an aggregation processing system using the aggregation monitoring device 2 according to the first embodiment. 14, the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
  • the flocculation index of the water to be treated 8 in which the flocculation treatment is performed in the flocculation tank 6 is calculated and provided to the control unit 74.
  • This agglomeration index indicates an agglomeration index obtained from the treatment state of the water to be treated 8 that is agglomerated in the agglomeration tank 6.
  • This control unit 74 controls the agglomeration treatment of the water 8 to be treated in the agglomeration tank 6 such as the amount of the flocculant injected and the stirring control.
  • a flocculant is injected into the water 8 to be treated in the flocculation tank 6 from the chemical injection section 76.
  • the stirrer 78 installed in the coagulation tank 6 is driven by a drive unit 80, and this drive is controlled by the control unit 74.
  • the control unit 74 is configured by a computer, for example, and calculates the dosage of the flocculant using the aggregation index provided from the aggregation monitoring device 2.
  • FIG. 15 shows an example of the processing procedure of the aggregation processing.
  • this processing procedure it is determined whether or not the aggregation process is started (S21), and the aggregation process is started according to the determination result.
  • coagulation monitoring is performed on the treatment state of the water 8 to be treated in the coagulation tank 6 (S22).
  • This aggregation monitoring is performed by the aggregation monitoring device 2. Details of this processing content are omitted.
  • an aggregation index indicating the treatment state of the water to be treated 8 is calculated (S 23) and provided to the control unit 74 of the aggregation system 72.
  • the controller 74 Upon receipt of the aggregation index, the controller 74 selects the aggregating agent injection amount based on the aggregation index (S24). Thereby, the chemical injection of the flocculant is performed from the chemical injection part 76 (S25).
  • Whether or not the aggregation process is to be terminated is monitored (S26). If the aggregation process is not terminated (NO in S26), the process returns to S22 and the aggregation process is continued by the processes of S22 to S26.
  • the coagulation efficiency can be improved by optimizing the amount of chemicals to be treated, and stable coagulation treatment.
  • the compensation function of the agglomeration system based on the measurement of the processing state of the coagulation tank 6 can be maintained, the influence of environmental coagulant can be avoided by preventing the excessive coagulant administration, and the agglomeration process with high reliability Can be realized.
  • laser light that is emitted at a predetermined time interval and amplitude-modulated at a predetermined frequency is used, but turbidity is measured without considering the life of the laser light-emitting element.
  • laser light that has been subjected to amplitude modulation at a predetermined frequency may be used.
  • a plurality of lowest level signals may be extracted from the continuous light reception signal at a predetermined timing.
  • the bandpass filter 44 and the amplifier 46 may be realized by digital processing.
  • purified water, industrial water, waste water, etc. are exemplified as the treated water 8 whose treatment state is monitored by the aggregation monitoring device 2, but this treated water 8 is discarded from the quarry. It may be a drinking liquid such as highly concentrated inorganic waste water or fruit juice.
  • a water tank to be treated may be provided downstream of the line mixing device to perform the flocculation monitoring. That is, the to-be-treated water 8 that has been subjected to the agglomeration treatment may be stored in the to-be-treated water tank, and the aggregation index of the to-be-treated water 8 may be calculated.
  • the process condition of the coagulation process of to-be-processed water such as purified water, industrial water, and waste_water

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Abstract

フロック数（密度）が増加した場合にも、被処理水の凝集状態を安定して計測できる凝集モニタリング装置や凝集モニタリング方法を提供する。　計測光照射部（レーザ光照射部１０）が計測光を被処理水（８）の計測領域（１８）に照射し、散乱光受光部（１２）が被処理水の粒子による散乱光を受光する。計測値演算部（演算回路４８）が散乱光受光部に得られる受光信号の振幅を用いて被処理水の凝集に関わる指標を算出する。

Description

凝集モニタリング装置、凝集モニタリング方法および凝集システム
　本発明はたとえば、浄水、工業用水、排水などの被処理水の凝集処理のモニタリング技術およびその利用技術に関する。
　浄水、工業用水、排水などの被処理水の凝集処理ではたとえば、無機凝集剤または有機凝集剤などによって被処理水中のＳＳ（Suspended Solid ：懸濁物質）を凝集処理した後に、沈殿分離、加圧浮上分離、遠心分離、砂ろ過、膜分離などの固液分離が行われる。ＳＳの凝集状態はｐＨ、凝集剤薬注量、攪拌条件などで変動し、適切な条件下で凝集処理を行わなければ、被処理水の水質悪化を招き、次工程の固液分離処理に悪影響を及ぼすことがある。
　このような凝集処理には室内試験で凝集条件を設定する方法があるが、実際の凝集処理では凝集条件の設定に時間を要すると、被処理水の水質が変動し、ＳＳの凝集状態を正確に把握できない場合がある。そこで、ｐＨ、凝集剤薬注量、攪拌条件などの最適な凝集条件を設定するには凝集処理中の被処理水の処理状態をリアルタイムで監視し、ＳＳの凝集状態をモニタリングすることが重要である。
　この凝集モニタリングに関し、被処理水にレーザ光を照射して被処理水中の粒子による散乱光を受光し、その受光信号にＡＭ（Amplitude Modulation：振幅変調）検波を施した後、信号強度の最低値を求め、この最低値から凝集剤薬注量を求めることが知られている（たとえば、特許文献１）。この凝集モニタリングでは、散乱光の信号強度の最低値を求めることで、被処理水中の凝集物による散乱光から未凝集の懸濁物による散乱光を区別して検出している。
　また、この凝集モニタリングに用いられるレーザ光について、レーザダイオードを間欠的に駆動することにより、所定の時間間隔で発光するレーザ光を用いることが知られている（たとえば、特許文献２）。この発光時間を短縮する発光形態によって、レーザ発光素子の使用時間を延長している。
特開２００２－１９５９４７号公報 特開２００５－２４１３３８号公報
　ところで、被処理水の凝集処理では、発生するフロック（ｆｌｏｃ）に取り込まれていないＳＳの濃度を計測し、この計測値に基づいて凝集剤の薬注量を制御する薬注システムが用いられている。ＳＳの濃度計測には、被処理水の計測領域にレーザ光を照射し、計測領域からの散乱光を受光し、この散乱光を光電変換した信号レベルからＳＳ濃度を表す計測値を得ている。
　この薬注システムでは薬注量に上限値を規定し、既述の信号レベルの一定期間における最低値を保持することにより凝集状態を評価している。この方法ではＳＳ量や薬注量に上限値を規定しているので、形成されるフロック量が抑えられる場合には安定した計測が可能である。
　しかしながら、被処理水によっては、被処理水中のＳＳ成分濃度が高い場合や、無機凝集剤のみで被処理水を処理する場合がある。これらの場合では、フロック密度が高くなり、かつフロックが小さいため、フロック間の隙間が小さくなる。被処理水に照射した光がフロックに当たり、フロックが散乱光を発生させる頻度が高くなると共に、受光部手前にあるフロックにより光が遮蔽されて、散乱光自体が受光部に届くまでに減衰する。高濃度でかつフロックが小さい被処理水は正確な計測が困難になるという課題がある。
　既述の信号レベルの一定期間における最低値に基づく薬注制御は、一般的なＰＩＤ（Proposional Integral Derivative）制御を想定すると、薬注制御に用いられる計測値が、フロック間に残るＳＳに相関する計測値でなければならない。つまり、フロック数（密度）の増加、フロック間のＳＳによる濁度計測の機会が減少すると、最低値の計測にかける計測時間を十分にとり、ＳＳに相関する最低値を得て、最低値を更新しなければならないが、最低値を更新する時間間隔が長くなれば、薬注システムにおける制御遅れの補償性能が失われるという課題がある。
　斯かる要求や課題について、特許文献１、２にはその開示や示唆はなく、それを解決する構成等についての開示や示唆もない。
　そこで、本発明の目的は上記課題に鑑み、フロック数（密度）が増加した場合にも、被処理水の凝集状態を安定して計測できる凝集モニタリング装置または凝集モニタリング方法を提供することにある。
　また、本発明の他の目的は、上記の凝集モニタリング装置または凝集モニタリング方法を用いることにより、フロック数（密度）が増加しても、薬注制御に必要な補償性能を損なうことなく、信頼性のある凝集処理が得られる凝集システムを実現することにある。
　上記目的を達成するため、本発明の凝集モニタリング装置の一側面によれば、凝集処理される被処理水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水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水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用いて前記被処理水の凝集に関わる指標を算出する計測値演算部とを備えればよい。
　上記凝集モニタリング装置において、前記計測値演算部は、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備えてもよい。
　上記凝集モニタリング装置において、前記計測値演算部はさらに、前記受光信号から前記信号の最低値を計測する最低値計測手段を備え、前記振幅計測手段の計測結果、または振幅計測手段および前記最低値計測手段の計測結果を用いて前記凝集に関わる指標を算出してもよい。
　上記凝集モニタリング装置において、前記計測値演算部は、前記振幅の計測結果に基づき特定の振幅の発生率または発生頻度を算出して前記凝集に関わる指標を算出し、前記特定の振幅は、凝集が進むにつれて発生頻度が高くなるようにしてもよい。
　上記目的を達成するため、本発明の凝集モニタリング方法の一側面によれば、凝集処理される被処理水の処理状態を監視する凝集モニタリング方法であって、計測光を前記被処理水の計測領域に照射する計測光照射工程と、前記計測領域にある前記被処理水の粒子による散乱光を受光する散乱光受光工程と、前記散乱光受光工程で得られる受光信号から前記散乱光の強度を表す計測値を取り出す信号処理工程と、前記散乱光の強度を表す計測値から前記散乱光の振幅を計測し、この振幅の計測結果を用いて凝集に関わる指標を算出する計測値演算工程を含んでよい。
　上記目的を達成するため、本発明の凝集システムの一側面によれば、被処理水を凝集処理する凝集システムであって、前記被処理水を溜める被処理水槽と、前記被処理水槽の前記被処理水の処理状態を監視する凝集モニタリング手段と、前記被処理水に前記処理状態に応じた薬注量の凝集剤を注入する薬注手段とを備え、前記モニタリング手段が、凝集処理される被処理水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水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水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用いて前記被処理水の凝集に関わる指標を算出する計測値演算部とを含み、前記薬注手段が前記凝集に関わる指標に基づき前記凝集剤の注入量を調整すればよい。
　本発明によれば、次のいずれかの効果が得られる。
　＜凝集モニタリング装置または凝集モニタリング方法＞
　(1) 凝集中の被処理水に多量のフロックが発生し、フロック密度が高くなっても、被処理水の処理状態の計測を安定して行うことができる。
　(2) 凝集中の被処理水の処理状態をリアルタイムで正確に把握することができる。これにより、その処理状態に応じた凝集剤の薬注量を選択することが可能となる。
　＜凝集システム＞
　(1) 被処理水の処理状態の計測を安定して行い、凝集処理中の被処理水の処理状態をリアルタイムで把握でき、これに基づき、被処理水の凝集条件や凝集剤の薬注量を求めることができる。
　(2) 被処理水に対する薬注量の適正化とともに、安定した凝集処理が行え、凝集効率を高めることができる。
　そして、本発明の他の目的、特徴および利点は、添付図面および各実施の形態を参照することにより、一層明確になるであろう。
図１は第１の実施の形態に係る凝集モニタリング装置の一例を示すブロック図である。 図２は演算回路の一例を示すブロック図である。 図３はフロックの発生状態および出力信号の検波波形の一例を示す図である。 図４はフロックの発生状態および出力信号の検波波形の一例を示す図である。 図５は出力信号の振幅発生率と凝集状態指標との相関の一例を示す図である。 図６はフロックの発生状態および出力信号の検波波形の一例を示す図である。 図７はフロックの発生状態および出力信号の検波波形の一例を示す図である。 図８はフロックの出現率の一例を示す図である。 図９は振幅の発生頻度を表す図である。 図１０は振幅の発生頻度を表す図である。 図１１は図９および図１０に示す発生頻度を振幅の大きさ別に分解して示す図である。 図１２は動作波形の一例を示す図である。 図１３は凝集モニタリングの処理手順を示すフローチャートである。 図１４は第２の実施の形態に係る凝集システムの一例を示す図である。 図１５は凝集処理の処理手順を示すフローチャートである。
〔第１の実施の形態〕
　図１は、第１の実施の形態に係る凝集モニタリング装置を示している。図１に示す構成は一例であり、斯かる構成に本発明の凝集モニタリング装置、凝集モニタリング方法または凝集システムが限定されるものではない。
　この凝集モニタリング装置２はセンサ部４を備える。このセンサ部４は一例として、凝集槽６に溜められている被処理水８に水没状態に維持する。凝集槽６は被処理水８を溜める被処理水槽の一例であり、被処理水８の凝集処理を行う機能を兼ね備えている。
　センサ部４にはレーザ光照射部１０および散乱光受光部１２が備えられる。レーザ光照射部１０は、凝集のモニタリングに用いる計測光を照射する計測光照射部の一例であり、計測光の一例であるレーザ光を導く第１の光ファイバ１４－１の出光端部で形成される。散乱光受光部１２は、散乱光を導く第２の光ファイバ１４－２の入光端部で形成される。
　レーザ光照射部１０と散乱光受光部１２の間には遮蔽部材１６を介在させて計測領域１８が設定されている。この計測領域１８にはレーザ光発光部２０で発光したレーザ光がレーザ光照射部１０から照射される。この計測領域１８はレーザ光の被処理水８における照射領域の一例である。この計測領域１８にレーザ光が照射されると、被処理水８中の粒子によりレーザ光が散乱し、散乱光を生じる。したがって、散乱光受光部１２は、この散乱光を計測領域１８から受光する。この場合、計測領域１８にフロックが存在すれば、そのフロックが散乱光に影響を与える。
　遮蔽部材１６は各光ファイバ１４－１、１４－２の固定および支持手段であるとともに、計測領域１８に対する自然光の遮断手段である。この遮蔽部材１６では一例として、光ファイバ１４－１を固定、支持する第１の支持部２２－１と、光ファイバ１４－２を支持する第２の支持部２２－２とが一定角度を持つ頂角部２４を備える。この頂角部２４の角度はたとえば、９０度が好ましいが、それ以外の角度であってもよい。この頂角部２４は、計測領域１８に対向させるとともに、レーザ光照射部１０と散乱光受光部１２との間に介在させている。これにより、レーザ光照射部１０からのレーザ光が散乱光受光部１２に入射するのを回避でき、散乱光受光部１２には計測領域１８にある粒子側の散乱光を受光できる。
　レーザ光発光部２０にはレーザ発光素子２６および発光回路２８が備えられる。レーザ発光素子２６はレーザ光を発光するレーザ光源の一例である。このレーザ光源にはレーザダイオードが好ましいが、レーザ光が得られる素子または装置であればよい。なお、凝集のモニタリングに用いる計測光はレーザ光に限定されるものではない。粒子に当たり散乱光を生じさせる光であれば凝集のモニタリングに用いることができ、レーザ光のように指向性に優れる計測光を用いることで、計測領域１８に効率的に光を照射することができる。このような計測光を用いる場合には、計測光を発光する発光素子およびこの発光素子を駆動する発光回路を備える発光部を用いればよい。計測光にはたとえば、発光ダイオードを用いてもよい。
　発光回路２８はレーザ発光素子２６の駆動手段の一例である。この発光回路２８には一例として、ＡＭ（Amplitude Modulation：振幅変調）変調回路３０、タイミング回路３２およびファンクションジェネレータ３４が備えられる。ＡＭ変調回路３０は、タイミング信号Ｔｓに所定の周波数ｆを持つ変調信号Ｍｓで振幅変調（ＡＭ変調）を行い、所定の周波数ｆの振幅を持ちかつ所定の時間間隔で断続する発光信号Ｄｒを出力する。この発光信号Ｄｒを受け、レーザ発光素子２６は変調信号Ｍｓで変化しかつタイミング信号Ｔｓによる所定の時間間隔で発光、非発光を繰り返す。これにより、凝集モニタリングのためのレーザ発光素子２６の発光時間が短縮される。レーザ発光素子２６に発光寿命が数千時間と短いレーザダイオードなどの発光素子を用いた場合であっても、連続点灯による劣化を防止できるので、使用時間を延長できる。
　タイミング回路３２はタイミング信号Ｔｓを発生する。このタイミング信号Ｔｓはたとえば、一定周期で断続するパルス信号であればよい。このタイミング信号Ｔｓは、被処理水８の凝集に関わる凝集指標の演算処理の同期情報として用いられる。つまり、このタイミング信号Ｔｓは、レーザ発光素子２６の発光と凝集指標の演算処理とを同期させている。
　ファンクションジェネレータ３４は変調信号Ｍｓを発振する発振器の一例である。この変調信号Ｍｓは、レーザ光に対する自然光の影響を回避可能な周波数ｆが好ましくたとえば、ｆ＝７０～１５０〔ｋＨｚ〕を用いればよい。信号形態は同一振幅の周期信号であればよく、波形形態は正弦波、三角波、矩形波などのいずれでもよい。
　このようなレーザ光発光部２０で得られるレーザ光が計測領域１８に照射されると、この計測領域１８に存在する微小コロイド粒子で散乱した散乱光が散乱光受光部１２に入射する。この場合、微小コロイド粒子は未凝集のコロイド粒子である。この微小コロイド粒子により得られる散乱光は、レーザ光照射部１０から照射されるレーザ光と同様の周波数を持ち、一定の周期で間欠する態様となる。また、計測領域１８に存在するフロックで反射した反射光が散乱光受光部１２に入射する。
　散乱光受光部１２の受光出力は、光ファイバ１４－２により信号処理部３６に導かれる。この信号処理部３６は光電変換、ノイズ成分の除去、散乱光の強度を表すレベル信号、このレベル信号から散乱光の強度を表す計測値を取り出す。この信号処理部３６には一例として、光電変換回路３８および検波回路４０が備えられている。
　光電変換回路３８は、フォトディテクタ４２、バンドパスフィルタ４４および増幅器４６が備えられる。フォトディテクタ４２は、光ファイバ１４－２で導かれた散乱光を受け、電気信号Ｅｉに変換する。バンドパスフィルタ４４は電気信号Ｅｉからノイズ成分をカットし、変調信号Ｍｓの信号成分を取り出す。バンドパスフィルタ４４のカットオフ周波数を設定することにより、不要な変動成分を取り除き、変調信号Ｍｓの信号成分を出力する。増幅器４６は、散乱光における変調信号Ｍｓの信号成分を増幅し、散乱光に応じた振幅レベルを持つ受光信号Ｅｏを出力する。この光電変換回路３８において、フォトディテクタ４２に代えてフォトダイオードを用いてもよいし、バンドパスフィルタ４４に代えてハイパスフィルタを用いてもよい。これらのフィルタを用いることで、自然光や照明光などの非計測光の受光により生じる直流ノイズ成分をカットすることができる。
　検波回路４０は受光信号ＥｏからＡＭ検波（包絡線検波）により出力信号Ｄｏを検出する。この出力信号Ｄｏは、受光信号の一例であり、受光信号Ｅｏの直流成分のレベルを表す。このレベルが微小コロイド粒子を含む被処理水における粒子による散乱光レベルを表している。つまり、微小コロイド粒子以外の散乱光であるノイズ成分やフロックによる反射成分が含まれる。
　この検波回路４０の出力は演算回路４８に加えられる。この演算回路４８は計測値演算部の一例であり、振幅検出部５０および最低値検出部５２を備えている。演算回路４８は、演算回路４８に入力される出力信号Ｄｏのレベル（信号強度）をメモリ部６０のデータ記録部６４（図２）に記録するとともに、振幅検出部５０および最低値検出部５２により出力信号Ｄｏの計測を行う。演算回路４８は、これらの計測結果を用いて被処理水の凝集レベルを判定し、この凝集レベルを表す凝集指標を出力する。凝集指標により表される凝集レベルはたとえば、「低レベル」、「適量レベル」、「適量または過剰レベル」または「過剰レベル」により表される。演算回路４８はさらに、発光制御部５４を備え、レーザ発光素子２６の発光と凝集指標の演算処理に同期する制御信号（タイミング信号Ｔｓ）をタイミング回路３２に出力する。
　振幅検出部５０は、振幅検出手段および振幅計測手段の一例であり、振幅検出および振幅計測の両方の機能を含んでいる。振幅検出部５０は、データ記録部６４に記録されている出力信号Ｄｏのレベルの変曲点を検出して、その変曲点のピーク値を計測する。変曲点の検出により、振幅検出部５０は出力信号Ｄｏの振幅の発生を検出する。つまり、振幅検出部５０は、出力信号Ｄｏが上昇から下降に変化する第１の変曲点および下降から上昇に変化する第２の変曲点を検出し、隣接する第１の変曲点および第２の変曲点の検出により振幅の発生を検出する。振幅検出部５０は、ピーク値の計測により、隣接する第１の変曲点および第２の変曲点のレベル差を求め、出力信号Ｄｏの振幅の大きさを計測する。これらの機能により振幅検出部５０は、出力信号Ｄｏの振幅の発生数を振幅の大きさ（つまり振幅レンジ）毎に計測することができる。
　最低値検出部５２は、データ記録部６４に記録されている出力信号Ｄｏのレベルを比較して、出力信号Ｄｏの最低計測値を算出する最低値計測手段の一例である。
　演算回路４８はたとえば、図２に示すように、マイクロプロセッサなどのコンピュータを含む回路によって実現される。この演算回路４８にはアナログ・ディジタル変換器（Ａ／Ｄ）５６、プロセッサ５８およびメモリ部６０が備えられる。Ａ／Ｄ５６は出力信号Ｄｏをディジタル信号に変換する。Ａ／Ｄ５６の出力信号は出力信号Ｄｏのレベルをディジタル値で表し、振幅検出部５０および最低値検出部５２のディジタル処理に用いられる。
　プロセッサ５８はメモリ部６０のプログラム記憶部６２にあるＯＳ（Operating System）および凝集プログラムを実行し、既述の振幅検出部５０、最低値検出部５２および発光制御部５４として機能する。
　メモリ部６０は記録部の一例であり、プログラム記憶部６２、データ記録部６４およびＲＡＭ（Random-Access Memory）６６を備える。プログラム記憶部６２にはプログラムとしてＯＳや既述の凝集プログラムなどが格納されている。データ記録部６４には、出力信号Ｄｏのレベルが記録される。ＲＡＭ６６は情報処理のワークエリアに用いられる。
　プロセッサ５８の演算結果は表示部６７に出力される。この表示部６７にはたとえば、液晶ディスプレィ（ＬＣＤ）が用いられる。この表示部６７にはプロセッサ５８の演算に用いられる計測値や、演算結果である最低計測値や出力信号Ｄｏの振幅の発生頻度などの各種データが表示される。
　＜振幅検出による凝集状態の計測原理＞
　被処理水の凝集のモニタリングデータを解析した結果、出力信号Ｄｏの第１および第２の変曲点の発生頻度、つまり出力信号Ｄｏの振幅が、振幅レンジ毎に凝集状態と一定の関係にあることを見出した。振幅検出部５０では、この一定の関係に着目して、変曲点を利用した凝集状態の計測を行う。既述の一定の関係については後述する。
　（１）第１の計測原理
　第１の計測原理では、計測領域１８の径よりも小さい粒経を有するフロックが計測領域１８に出入りする被処理水８の計測を想定している。
　〔発生する散乱光強度〕
　図３のＡおよび図４のＡはフロックの発生状態の一例を示している。図３のＡは粒径が小さい場合の一例であり、図４のＡは粒径が大きな場合の一例である。図３のＡに示す発生状態では、被処理水８に高い密度または個数密度でフロック６８が発生している。計測領域１８は直径約１〔ｍｍ〕の円形の領域に設定されている。このような計測領域１８に対して粒径が１〔ｍｍ〕以下のフロック６８が発生している。図４のＡに示す発生状態では、図３のＡに示す発生状態と同様に、被処理水８に高い密度または個数密度でフロック６８が発生している。図４のＡに示すフロックの発生状態では、粒径が１〔ｍｍ〕以下ではあるものの、図３のＡに示すフロック６８よりも大きいフロック６８が発生している。フロック６８が計測領域１８に出入りすれば、光の散乱状態が変化し、出力信号Ｄｏが変化する。つまり、出力信号Ｄｏの変化に基づき、フロック６８の出入りを把握することができる。
　出力信号Ｄｏの波形は、フロック６８の粒径および計測領域１８内のフロック数によりその形状が異なる。
　粒径ｒ〔ｍｍ〕のフロック６８を含む第１の被処理水と、ＳＳ濁度が第１の被処理水と同じであり、粒経２ｒ〔ｍｍ〕のフロック６８を含む第２の被処理水を想定する。粒径ｒ〔ｍｍ〕のフロック６８の粒子数をＮr、粒径２ｒ〔ｍｍ〕のフロック６８の粒子数をＮ2rとする。フロック６８のＳＳ濁度が一定であるので、粒子数ＮはＳＳ濁度を単位体積で割った値に比例し、
　　Ｎr：Ｎ2r＝（πｒ3）-1：｛π（２ｒ）3｝-1＝８：１　　　・・・(1)
で表すことができる。
　これに対して、粒径ｒ〔ｍｍ〕のフロック６８の散乱光を発生する表面積をＳr、粒径２ｒ〔ｍｍ〕のフロック６８の散乱光を発生する表面積をＳ2rとすると、
　　Ｓr：Ｓ2r＝πｒ2：π（２ｒ）2＝１：４　　　　　　　　　 ・・・(2)
で表すことができる。散乱光の強度は、計測領域１８内の粒子表面積の総和で表されるとすれば、粒径２ｒ〔ｍｍ〕、粒子数Ｎ2rである被処理水で発生する散乱光強度の平均値は、
　　　平均値＝Ｎ2r×Ｓ2r＝Ｎr／８×４Ｓr＝１／２ＮrＳr　　 ・・・(3)
で表される。つまり、粒径ｒ〔ｍｍ〕、粒子数Ｎrである被処理水で発生する散乱光強度の平均値の半分になる。
　これに対して、平均散乱光強度のレベルの変化は、計測領域１８に出入りする粒子の、レーザ照射されている粒子表面積の変化に比例する。したがって、粒径２ｒ〔ｍｍ〕の一つの粒子が計測領域１８に出入りした場合の平均散乱光強度のレベルの変化は、粒径ｒ〔ｍｍ〕の一つの粒子が計測領域１８に出入りした場合の平均散乱光強度のレベルの変化の４倍になる。
　図３のＢは、図３のＡに示す発生状態における出力信号Ｄｏの検波波形の一例を示し、図４のＢは、図４のＡに示す発生状態における出力信号Ｄｏの検波波形の一例を示している。図３のＢおよび図４のＢにおいて、波形の振幅ＡＷは、フロック６８の出入りによる散乱光の変化を表している。
　図３のＡの発生状態では、フロック６８の粒子が小さいので、図３のＢに示すように波形の振幅ＡＷが小さく、散乱光の変化が小さい。これに対し、図４のＡの発生状態では、フロック６８の粒子が大きいので、図４のＢに示すように波形の振幅ＡＷが大きく、散乱光の変化が大きい。
　〔散乱光の減衰〕
　計測領域１８で発生した散乱光は、散乱光受光部１２に散乱光を伝達させる伝達空間において、この伝達空間中に存在する粒子に当たり、２次散乱して減衰する。散乱光受光部１２に到達する散乱光の強度は、伝達空間におけるフロック非占有体積（フロック６８が存在しない空間の体積）に比例すると想定する。この場合、計測領域１８から散乱光受光部１２までの伝達空間の体積Ｖdに対する、フロック非占有体積Ｖr、Ｖ2rにより減衰量が左右される。
　フロック６８が存在しない空間は、空間に存在する粒子体積の補数で求めることができる。フロック６８の粒径がｒ〔ｍｍ〕である場合のフロック非占有体積がＶrであり、粒径が２ｒ〔ｍｍ〕である場合のフロック非占有体積がＶ2rであるとすれば、
　　Ｖr：Ｖ2r＝（Ｖd－ｄｖr×Ｎr）：（Ｖd－ｄｖ2r×Ｎ2r）　　・・・(4)
で表すことができる。
　ｄｖrおよびｄｖ2rはフロック６８の一つあたりの体積であり、
　ｄｖr：ｄｖ2r＝πｒ3：π（２ｒ）3＝１：８　　　　　　　　 ・・・(5)
で表すことができる。
　散乱光受光部１２に到達する散乱光の強度は、計測領域１８で発生する散乱光の強度に減衰率を乗じたものに比例し、発生する散乱光の強度はフロック６８の表面積Ｓr、Ｓ2rに比例することが想定されるので、計測領域１８に出入りする粒子１個により発生する受光レベルの変化量ΔＰr、ΔＰ2rは、
ΔＰr：ΔＰ2r＝Ｓr×（Ｖd－ｄｖr×Ｎr）：Ｓ2r×（Ｖd－ｄｖ2r×Ｎ2r）
　　　　　　＝Ｓr×（Ｖd－ｄｖr×Ｎr）：４Ｓr×（Ｖd－８ｄｖr×８-1Ｎr）
　　　　　　＝Ｓr×（Ｖd－ｄｖr×Ｎr）：４Ｓr×（Ｖd－ｄｖr×Ｎr）
　　　　　　＝１：４
　　　　　　＝ｒ2：（２ｒ）2　　　　　　　　　　　　　　　　・・・(6)
となる。数式(6)は、計測領域１８に出入りする粒子により発生する受光レベルの変化量ΔＰr、ΔＰ2rは、検出しようとするフロック６８の粒径の２乗に比例して変化することを表している。つまり、凝集が進行しフロックの粒径が大きくなるにつれて、大きな受光レベルの変化の発生頻度が増えることになる。
　〔出力信号Ｄｏの信号変化〕
　図５のＡは出力信号Ｄｏに大きな振幅が出現する確率（発生率）を集計したグラフである。この大きな振幅の計測電圧範囲は、フロック６８の出入りによる変化を想定して２００〔ｍＶ〕～１８００〔ｍＶ〕に設定している。発生率は、１分（３０サンプル）単位で集計した。計測には、凝集状態が既知のサンプルを使用している。各サンプルの凝集状態は、凝集状態を表す凝集状態指標Ｄにより、Ｄ０、Ｄ１、Ｄ２・・・Ｄｎに分けられる。この凝集状態指標Ｄは、サンプル中のフロックの粒径Ｄｆに関連し、Ｄ１～Ｄ４ではサンプル中のフロックの粒径Ｄｆはおおよそ以下のようになる。
　　Ｄ１：　Ｄｆ＝０．３～０．５〔ｍｍ〕
　　Ｄ２：　Ｄｆ＝０．５～０．７５〔ｍｍ〕
　　Ｄ３：　Ｄｆ＝０．７５～１．０〔ｍｍ〕
　　Ｄ４：　Ｄｆ＝１．０～１．２５〔ｍｍ〕
　図５のＡに示すグラフの横軸は、凝集状態指標Ｄの値を１０倍にして示している。つまり、横軸の「１０」は「Ｄ１」、「２０」は「Ｄ２」、「３０」は「Ｄ３」、「４０」は「Ｄ４」である。
　図５のＡに示す２次曲線は、集計結果に対し最も相関値（Ｒ2値）が高くなる曲線である。発生率（ｙ）と凝集状態指標Ｄの１０倍値（ｘ）との関係は、ｙ＝０．０００７ｘ2－０．０１５４ｘ＋０．０９８８であり、相関値Ｒ2＝０．９１８６である。
　振幅ＡＷの発生率と凝集状態指標Ｄの１０倍値との関係は、２次関数になっている。横軸の凝集状態指標Ｄの１０倍値が粒径Ｄｆに対して比例関係であれば、図５のＡに示す集計結果は、既述の数式(6)で示される論理に符合している。
　フロック６８の粒径が計測領域１８の範囲内に収まる大きさである場合において、出力信号Ｄｏに大きな振幅が出現する確率（発生率）と凝集状態指標Ｄは相関を有しているので、振幅ＡＷの発生率を検出することで、被処理水の凝集状態指標Ｄおよびフロック６８の粒径Ｄｒを推定することができる。
　なお、図５のＡは、理論に基づき計測データに２次近似を行い、２次曲線処理の結果を示している。これに限定されるものではなく、計測データに３次以上の近似を行い、３次以上の曲線で処理してもよい。図５のＢは、計測データに３次近似を行い、３次曲線処理の結果を示している。この３次近似では、発生率（ｙ）と凝集状態指標Ｄの１０倍値（ｘ）との関係をｙ＝－２×１０-5ｘ3＋０．００２ｘ2－０．０４７６ｘ＋０．３５３３で表すことができ、相関値Ｒ2は０．９１９２となる。
　図５のＣは、計測データに４次近似を行い、４次曲線処理の結果を示している。この４次近似では、発生率（ｙ）と凝集状態指標Ｄの１０倍値（ｘ）との関係をｙ＝－３×１０-6ｘ4＋０．０００３ｘ3－０．０１０８ｘ2＋０．１６３９ｘ－０．９０６６で表すことができ、相関値Ｒ2は０．９１９９となる。
　３次近似では２次近似と比較して、相関値Ｒ2が０．９１８から０．９１９に上昇し、４次近似では、相関値Ｒ2が０．９１８から０．９２０に上昇する。３次近似または４次近似を用いることで、フロック６８がわずかな透過性を有するなどの、送受光感度に関する副要素に対応することができる。
　図５のＡ～図５のＣに示されているように、凝集状態指標Ｄが小さい被処理水８では、出力信号Ｄｏの振幅の発生率が少なく、凝集状態指標Ｄが上昇するにつれて出力信号Ｄｏの振幅の発生率も上昇する。つまり、出力信号Ｄｏの振幅の発生率に基づき、凝集状態を判定することができる。
　（２）第２の計測原理
　第２の計測原理では、計測領域１８の径よりも大きい粒経を有するフロックが計測領域１８に出入りする被処理水８の計測を想定している。つまり、この第２の計測原理では、計測領域１８の径を超えるフロックが共存する被処理水８を対象としている。
　〔計測領域１８の径を超えるフロックが共存する場合の計測原理〕
　計測領域１８の径を超える粒径を有するフロック６８が存在するとき、フロック６８の全体を計測領域１８内に収容することができない場合が発生する。この場合、散乱光は計測領域１８の全体から発生するため、散乱光およびその振幅が飽和する。つまり、散乱光の振幅で粒径を判断することが難しくなる。
　図６のＡおよび図７のＡは、１〔ｍｍ〕以上のフロックの発生状態の一例を示している。図６のＡは粒子の一部が全照射領域に入った場合の一例であり、図７のＡは粒子隙間に存在する粒子が検出領域に出入りする場合の一例である。図６のＢは、図６のＡに示す発生状態における出力信号Ｄｏの検波波形の一例を示し、図７のＢは、図７のＡに示す発生状態における出力信号Ｄｏの検波波形の一例を示している。計測領域１８が直径約１〔ｍｍ〕の円形であり、フロック６８が粒径で１〔ｍｍ〕よりも大きく成長した状態であれば、図６のＡに示すように、フロック６８の一部が計測領域１８の全体を占める場合が発生する。このような発生状態では、図６のＢに示すように、散乱光が飽和し、波形の振幅ＡＷが飽和する。つまり、波形の振幅ＡＷの上限は散乱光の飽和値となる。
　フロック６８が移動すればたとえば、図７のＡに示す状態に移行する。フロック６８の粒径が大きい場合、粒経が小さな場合に比べて隣り合うフロック６８間に比較的大きな隙間が形成されることになる。したがって、図７のＡに示す状態では、大きなフロック６８の隙間に存在する小さなフロック６８が計測領域１８に出入りし、たとえば図７のＢに示すように出力信号Ｄｏの強度が変化し、振幅ＡＷが大きい波形になる。したがって、波形の振幅ＡＷを集計することで、大きなフロック６８の隙間にあるフロック６８の粒径情報を取得することができる。
　図７のＡおよびＢに示すフロック６８の発生状態では、フロック６８の出入りによる振幅の出現率を一定の期間監視し、監視結果を集計するとすれば、図８のＡ～Ｃに示すように、フロック６８の粒径毎の出現率は、正規分布になることが想定される。図８のＡは凝集レベルが低いときの分布の一例であり、図８のＢは凝集レベルが中程度のときの分布の一例であり、図８のＣは凝集レベルが高いときの分布の一例であり、凝集が進行するにつれて、フロック６８の粒経が大きくなる。一定のフロック６８の粒経が一定の大きさを超えると、波形の振幅ＡＷが飽和することとなる。そこで、フロック６８の粒径毎の出現率が正規分布になるとの想定の下、(1) 出現率が最も高い粒径、(2) 特定の範囲の粒径の出現率、または(3) 出現率が最も高い粒径および特定の範囲の粒径の出現率、などを計測することで凝集状態を評価することができる。図８のＡに示すように低い凝集状態から、図８のＣに示すように高い凝集状態に進むとすれば、フロック数が減少するとともに大きなフロック６８の出入りにより波形の振幅ＡＷが飽和している時間が長くなるが、集計時間を長くすることで、フロック数の減少および波形の振幅ＡＷの飽和による不都合を除去することができる。
　＜出力信号Ｄｏの変曲点の発生頻度と凝集状態指標Ｄの関係性＞
　「振幅検出による凝集状態の計測原理」で既述した、出力信号Ｄｏの第１および第２の変曲点の発生頻度と凝集状態との一定の関係に関連して、以下の実験を示す。
〔実験条件〕
　カオリン等を含む無機系の微細な微粒子をＳＳとして３～４％含有する被処理水８に対してその凝集状態の計測を行い、得られた結果を評価する。計測にあたり、レーザ光照射部１０の発光条件は、発光時間：０．２秒／回、発光間隔：２秒とした。データ集計時間は１０秒とし、データ収集時間は４時間とした。被処理水８は、凝集のレベルが既知である以下に示す７段階の被処理水８とする。
　　レベル０：　凝集状態指標ＤのＤ０に相当するレベル
　　レベル１：　凝集状態指標ＤのＤ１に相当するレベル
　　レベル２：　凝集状態指標ＤのＤ２に相当し、Ｄ１よりのレベル（以下「Ｄ２Ａ」という）。
　　レベル３：　凝集状態指標ＤのＤ２に相当し、Ｄ３よりのレベル（以下「Ｄ２Ｂ」という）。
　　レベル４：　凝集状態指標ＤのＤ３に相当し、Ｄ２よりのレベル（以下「Ｄ３Ａ」という）。
　　レベル５：　凝集状態指標ＤのＤ３に相当し、Ｄ４よりのレベル（以下「Ｄ３Ｂ」という）。
　　レベル６：　凝集状態指標ＤのＤ４に相当するレベル
〔実験結果〕
　図９のＡ～Ｃおよび図１０のＡ～Ｃは、凝集のレベルが異なる被処理水の出力信号Ｄｏの振幅の発生頻度を一定の振幅レンジ毎に表している。図９のＡは、０〔ｍＶ〕以上、２００〔ｍＶ〕未満の振幅の発生頻度を、図９のＢは、２００〔ｍＶ〕以上、４００〔ｍＶ〕未満の振幅の発生頻度を、図９のＣは、４００〔ｍＶ〕以上、６００〔ｍＶ〕未満の振幅の発生頻度を表している。図１０のＡは、６００〔ｍＶ〕以上、８００〔ｍＶ〕未満の振幅の発生頻度を、図１０のＢは、８００〔ｍＶ〕以上、１０００〔ｍＶ〕未満の振幅の発生頻度を、図１０のＣは、１０００〔ｍＶ〕以上の振幅の発生頻度を表している。
　図１１は、図９および図１０に示す発生頻度を以下のａ～ｆに示す振幅レンジ毎に分解して示している。
　　ａ：　０〔ｍＶ〕以上、２００〔ｍＶ〕未満の振幅
　　ｂ：　２００〔ｍＶ〕以上、４００〔ｍＶ〕未満の振幅
　　ｃ：　４００〔ｍＶ〕以上、６００〔ｍＶ〕未満の振幅
　　ｄ：　６００〔ｍＶ〕以上、８００〔ｍＶ〕未満の振幅
　　ｅ：　８００〔ｍＶ〕以上、１０００〔ｍＶ〕未満の振幅
　　ｆ：　１０００〔ｍＶ〕以上の振幅
　０〔ｍＶ〕以上、２００〔ｍＶ〕未満の振幅の信号では、図９のＡに示すように、凝集不良状態（つまりレベル０の状態）に近づくほど振幅の発生頻度が高くなり、かつ振幅の発生頻度が分散している。これに対し、フロックが大きく凝集が良好な状態（つまりレベル６の状態）では、振幅の発生頻度の分散が小さくなる。
　このような０〔ｍＶ〕以上、２００〔ｍＶ〕未満の振幅の信号に対し、２００〔ｍＶ〕以上、４００〔ｍＶ〕未満の振幅の信号では、図９のＢに示すように、フロックが大きく凝集が良好な状態になるに従い、振幅の発生頻度が高くなる。また図１１に示すように、レベル０～レベル６の各レベルにおいて、０〔ｍＶ〕以上、２００〔ｍＶ〕未満の振幅の信号に比べて、信号の分散が小さくなる。４００〔ｍＶ〕以上の振幅の信号においても、２００〔ｍＶ〕以上、４００〔ｍＶ〕未満の振幅の信号と同様の傾向がみられる。
　凝集の各レベル０～６を２００〔ｍＶ〕以上、４００〔ｍＶ〕未満の振幅の発生頻度を平均化してグラフにすると、表１のように表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　また凝集の各レベル０～６を４００〔ｍＶ〕以上、６００〔ｍＶ〕未満の振幅の発生頻度を平均化してグラフにすると、表２のように表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　２００〔ｍＶ〕以上、４００〔ｍＶ〕未満の振幅の発生頻度および４００〔ｍＶ〕以上、６００〔ｍＶ〕未満の振幅の発生頻度と同様に、凝集の各レベル０～６を６００〔ｍＶ〕以上の振幅の発生頻度を用いて表すことも可能である。つまり、２００〔ｍＶ〕以上の振幅の発生頻度を用いて、被処理水８の凝集状態指標Ｄを判定することができる。したがって、凝集状態指標Ｄを基に凝集状態を判定し、これらの凝集状態を基に凝集状態を制御することも可能である。
　この実験では、２００〔ｍＶ〕を閾値として発生頻度の発生傾向が転換している。つまり、２００〔ｍＶ〕未満の振幅では分散が大きいのに対し、２００〔ｍＶ〕以上の振幅では分散が小さくなっている。また、２００〔ｍＶ〕以上の振幅では、凝集が進むにつれて振幅の発生頻度が高くなり、発生頻度と凝集状態間に相関があるのに対し、２００〔ｍＶ〕未満の振幅ではこのような相関がみられない。凝集状態の計測に用いる振幅は、既述のように発生傾向が転換する閾値以上の振幅であればよく、２００〔ｍＶ〕以上の振幅に限定されるものではない。
＜最低値検出による凝集状態の計測原理＞
　凝集槽６内の被処理水８では凝集剤の薬注および攪拌によって凝集処理が促進する。この攪拌に伴い、計測領域１８に微小コロイド粒子が移動すると、微小コロイド粒子からの散乱光が変動する。この変動周期は、計測領域１８を粒子と見做して微小コロイド粒子との間に生じる衝突回数から想定し、概算することができる。ここで、計測領域１８を半径Ｒの球体、微小コロイド粒子を半径ｒの球体で近似すれば、衝突断面積Ｑｏは、
　　Ｑｏ＝π（Ｒ＋ｒ）2 　　　　　　　　　　　　　　　　・・・(7)
で表すことができる。この式から明らかなように、衝突断面積Ｑｏは半径Ｒと半径ｒの加算値の二乗に比例する。
　つまり、半径Ｒの計測領域１８に一定方向から平均速度ｖ〔ｍ／ｓ〕でコロイド粒子密度Ｎ〔個／ｍ3〕の平均半径ｒの粒子が通過していく際の流れに垂直な断面積を想定すれば、微小コロイド粒子が単位時間当たり計測領域１８に入る回数νは、
　　ν＝ＮＱｏｖ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・(8)
で表すことができる。微小コロイド粒子が計測領域１８から出る場合にも同様に、変動を生じ、散乱光強度を微分した値の周期は、回数νの２倍の値となる。
　そして、散乱光強度が微小コロイド粒子の粒径のｎ乗に比例すると仮定すれば、多重散乱を無視した場合、微小コロイド粒子の１個の移動に伴う散乱光強度の変動Ａは、
　　Ａ＝Ａｏｒn 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・(9)
となる。なお、Ａｏは、測定系に依存する定数であり、標準試料を用いて校正される値である。
　ここで、凝集前の微小コロイド粒子は、半径ｒが小さく、粒子密度Ｎが大きいので、散乱光の微小な変動が短い周期で生じることとなる。
　したがって、検波回路４０で変調周波数成分の検波を行えば、その出力波形はバンドパスフィルタ４４またはハイパスフィルタを通過するのと等価な信号処理を行える。つまり、バンドパスフィルタ４４のカットオフ周波数を適当に選べば、この変調周波数成分による変動成分が取り除かれた出力信号Ｄｏを検出できる。
　ところで、被処理水８から凝集したコロイド（凝集コロイド）では、計測領域１８に出入りする際の変動が大きく、この変動の平均周期が長くなる。そして、凝集コロイドの密度と計測領域１８の体積との積が１より小さい場合には、検波回路４０の検波後の出力波形の最低値が未凝集コロイドの散乱に対応することになる。
　検波回路４０で得られる出力信号Ｄｏには、未凝集コロイドの散乱光とこれ以外の散乱光とによる信号が含まれており、これらは信号振幅レベルによって被処理水８中の凝集コロイドによる散乱光と未凝集コロイドによる散乱光とに区別することができる。したがって、この出力信号Ｄｏから未凝集コロイドによる散乱光に対応する振幅レベルの信号成分を取り出し、被処理水８の処理状態であるコロイドの凝集状態を検出することが可能であり、コロイドの凝集状態を把握することができる。
＜凝集指標の出力＞
　レーザ光発光部２０より照射されたレーザ光は、その光路上に存在するフロック６８に当たり散乱光を発生させる。散乱光の発生地点から散乱光受光部１２までの平均粒子密度がほぼ一定と仮定すれば、フロックの密度が高い場合（フロックが小さい場合）には、散乱光は粒子と発光面の距離の変化が小さく、大きなフロックが発生している場合に比べて出力信号Ｄｏの振幅が小さくなる。逆に、フロックが大きい場合には、粒子と発光面の距離の変化が大きくなり、小さなフロックの場合に比べて出力信号Ｄｏの振幅が大きくなる。
　このような関係は、レーザ光照射部１０から照射されたレーザ光が照射されてすぐにフロックに当たるような、フロック密度が高い状態で成立する。このとき、信号強度の最低値は、フロック間の濁度ではなく、フロックの大きさに係わる情報を持つことになる。つまり、フロックが大きいときには照射面積が大きくなるので、レーザ光がフロック表面に当たって発生する散乱光のレベルは高くなり、且つフロックが大きくなったことによってフロックの隙間が拡大し、散乱光のレベルが高くなる機会が多くなる。逆にフロックが小さく、高密度になると、散乱光により照射されるフロックの表面積が小さくなることで散乱光のレベルが小さくなり、且つフロックの隙間が小さくなることによって散乱光受光部１２に到達するまでの散乱光の減衰率が高くなり、受光レベルは低くなる。よって、振幅レベルと最低値のレベルを表すと、表３のようになる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　表３によれば、出力信号Ｄｏの振幅レベルが一定値以上である場合には、凝集剤の薬注量が適量または過剰であると判断することができる。この場合、凝集指標として「適量」、「適量または過剰」または「過剰」を出力し、凝集剤の薬注量を維持し、または減少させることができる。
　振幅レベルが一定値未満である場合には、凝集剤の薬注量が少ないと判断することができる。この場合、凝集指標として「低」を出力し、凝集剤の薬注量を増加させることができる。なお、この振幅レベルは、既述の出力信号Ｄｏに大きな振幅が出現する確率（発生率）および出力信号Ｄｏの振幅の発生頻度に対応する指標である。
　振幅レベルにより凝集が、「低」、「適量」、「適量または過剰」または「過剰」であることを判断する場合に限らず、出力信号Ｄｏの最低値レベルによる判断を組み合わせて、凝集指標を判断するようにしてもよい。複数の計測手法を組み合わせることで、凝集状態をより詳細に判断することができる。
　また、振幅レベルの計測による薬注制御と、最低値レベルの計測による薬注制御とを切り替えて、凝集状態を判断することもできる。この場合、フロック間の隙間を検出することが期待できないほどＳＳ濃度が高く、かつ凝集フロック濃度が高い場合に振幅レベルで薬注を制御し、表３のケース５のように、最低値レベルで薬注を制御可能な場合には、最低値レベルでの制御を行うようにすればよい。
＜信号処理および計測値の信号処理＞
　図１２は、モニタリングに用いる信号の処理を示している。この信号処理において、タイミング信号Ｔｓは、図１２のＡに示すように、一定時間Ｔの間隔（周期）で一定のパルス幅ｔｗを持つパルス信号である。この場合、Ｈレベル区間（＝パルス幅ｔｗ）がレーザ光の発光時間であり、Ｌレベル区間（＝Ｔ－ｔｗ）がレーザ光の非発光時間である。一例として、Ｔ＝２〔秒〕、ｔｗ＝０．２〔秒〕に設定される。この場合、Ｔ－ｔｗ＝２〔秒〕に設定してもよい。
　変調信号Ｍｓは、図１２のＢに示すように、一定の周波数ｆおよび同一振幅の周期信号である。周波数ｆは、７０～１５０〔ｋＨｚ〕のいずれかを選択すればよい。
　発光信号Ｄｒは、図１２のＣに示すように、変調信号Ｍｓでタイミング信号Ｔｓを変調するＡＭ変調回路３０の出力信号である。つまり、この発光信号Ｄｒは、タイミング信号ＴｓのＨレベル区間のパルス幅ｔｗに変調信号Ｍｓを重畳した周期信号である。つまり、発光信号Ｄｒは、パルス幅ｔｗが変調信号Ｍｓの振幅で変化し、タイミング信号Ｔｓで間欠する周期信号である。
　このような発光信号Ｄｒを用いれば、レーザ発光素子２６から発光信号Ｄｒによる発光態様を持つレーザ光が得られる。
　このレーザ光をレーザ光照射部１０から計測領域１８に照射すると、計測領域１８に滞在する被処理水８中の粒子から散乱光が得られる。この散乱光が散乱光受光部１２に受光される。
　そして、光電変換回路３８の光電変換、フィルタ処理および増幅を経て、増幅器４６の出力側には図１２のＤに示すように、受光信号Ｅｏが得られる。この受光信号Ｅｏは、タイミング信号Ｔｓで間欠し、変調信号Ｍｓの周波数を持ち、散乱光の強度に応じたレベルの振幅を持っている。
　この受光信号Ｅｏを検波回路４０で検波すると、図１２のＥに示すように、タイミング信号Ｔｓで間欠し、散乱光の強度に応じた直流レベルを持つ出力信号Ｄｏが得られる。この受光信号Ｅｏの信号処理ではたとえば、バンドパスフィルタ４４の出力を半波整流して検波した後、その検波出力のボトムピークをピークホールドして出力信号Ｄｏが得られる。
　したがって、演算回路４８では、出力信号ＤｏからＡ／Ｄ変換を経て、既述の振幅および信号レベルの最低値が計測される。
＜凝集モニタリングの処理手順＞
　図１３は、凝集モニタリングの処理手順の一例を示している。この処理手順は、本発明の凝集モニタリング方法の一例である。この処理手順は、演算回路４８に含まれるプロセッサ５８およびメモリ部６０を含むコンピューティング処理（情報処理）によって実行される。
　この処理手順では、条件設定工程において、凝集モニタリングの条件設定を行う（Ｓ１）。この条件設定ではたとえば、振幅レベルの大小を判断する閾値ＴＡ、出力信号Ｄｏのレベルが低以下または中以上であることを判断する閾値ＴＬ１、および出力信号Ｄｏのレベルが中以下または高以上であることを判断する閾値ＴＬ２を設定する。閾値ＴＬ１、ＴＬ２は、閾値ＴＬ１＜閾値ＴＬ２に設定され、閾値ＴＡ、ＴＬ１、ＴＬ２は、被処理水のＳＳ濁度および光電変換回路３８での信号の増幅率に応じて適宜に設定される。
　この条件設定の後、凝集モニタリングの開始か否かを判断する（Ｓ２）。モニタリングを開始すると（Ｓ２のＹＥＳ）、レーザ発光工程に移行してレーザ発光素子２６を駆動し（Ｓ３）、レーザ光照射工程に移行する（Ｓ４）。レーザ光照射工程では既述したように、計測領域１８にレーザ光を照射する。
　散乱光受光工程（Ｓ５）では既述したように、計測領域１８から散乱光を受光し、散乱光の強度を表すレベルを持つ受光信号に変換する。
　信号処理工程（Ｓ６）では既述したように、振幅の発生率および受光レベルの最低値を計測する。これらの計測値は計測値毎に判断される。なお振幅の発生率は、振幅の発生頻度として計測してもよい。
　振幅の発生率が閾値ＴＡ未満であるかが判断される（Ｓ７）。振幅の発生率が閾値ＴＡ未満であれば（Ｓ７のＹＥＳ）、被処理水の凝集が低レベルであるので、「低」レベルを表す凝集指標を出力する（Ｓ８）。このような判断により、表３に示すケース１およびケース４を判断することができる。凝集レベルが低いので、斯かる凝集指標の出力下では、薬注量を増加させる制御が行われることになる。
　振幅の発生率が閾値ＴＡ以上であれば（Ｓ７のＮＯ）、被処理水の凝集が適量レベルまたは過剰レベルであるので、受光レベルの最低値が閾値ＴＬ１未満であるかが判断される（Ｓ９）。
　受光レベルの最低値が閾値ＴＬ１未満であれば（Ｓ９のＹＥＳ）、フロック６８間のＳＳ濁度が計測できている状態であるので、「適量または過剰」レベルを表す凝集指標を出力する（Ｓ１０）。このような判断により、表３に示すケース５を判断することができる。フロック６８間のＳＳ濁度が計測できている状態であるので、斯かる凝集指標の出力下では、受光レベルの最低値に基づく薬注制御が行われる。
　受光レベルの最低値が閾値ＴＬ１以上であれば（Ｓ９のＮＯ）、受光レベルの最低値が閾値ＴＬ２未満であるかが判断される（Ｓ１１）。
　受光レベルの最低値が閾値ＴＬ２未満であれば（Ｓ１１のＹＥＳ）、「適量」レベルを表す凝集指標を出力する（Ｓ１２）。このような判断により、表３に示すケース２を判断することができる。斯かる凝集指標の出力下では、薬注量を維持させる制御が行われることになる。
　受光レベルの最低値が閾値ＴＬ２以上であれば（Ｓ１１のＮＯ）、「過剰」レベルを表す凝集指標を出力する（Ｓ１３）。このような判断により、表３に示すケース３を判断することができる。斯かる凝集指標の出力下では、薬注量を減少させる制御が行われることになる。
＜第１の実施の形態の作用および効果＞
　この第１の実施の形態によれば、次のような作用および効果が得られる。
　(1) 演算回路４８が、最低値を計測する最低値検出部５２とともに、出力信号Ｄｏの信号波形の変化から、波形の振幅を計測する振幅検出部５０を備え、振幅検出部５０の計測値が一定以上の値であるときに、その振幅を基に指標を算出し、該最低値とともに又は該最低値の演算を行うことで凝集に関わる指標を出力する。斯かる構成を備えて、振幅が大きいときには凝集作用によるフロックが大きいと判断する。つまり、薬注量は十分であるか過剰気味であると判断する。振幅が小さいときにはフロックが小さいと判断する。つまり、薬注量は不足気味であると判断する。斯かる判断により、薬注量を任意の状態に制御することができる。
　(2) 最低値検出部５２による凝集指標の計測では、計測領域１８に大きなフロックの存在しない状態、つまりフロックに取り込まれていないＳＳ成分のみが存在する状態で計測する必要があるが、振幅検出部５０による計測を行うことにより、または最低値検出部５２による計測と振幅検出部５０による計測を組み合わせることにより、計測領域１８に大きなフロックが存在する場合であっても凝集状態を計測することができる。
　(3) 振幅検出部５０を備えることにより、計測領域１８に大きなフロックが存在する場合でも凝集状態を計測することができるので、レーザ発光素子２６の発光時間を短くすることでレーザ発光素子２６の延命効果を得ることができる。たとえば、一定時間Ｔ＝２〔秒〕の間隔で、発光時間ｔ＝０．２〔秒〕間の発光により被処理水の計測を行うことができる。
　(4) 上記実施の形態では、２００〔ｍＶ〕以上の振幅を用いて、指標を算出したが、凝集が進むにつれて発生頻度が高くなる傾向を有する閾値以上の特定の振幅であればどのような振幅を用いて計測を行ってもよい。閾値以上の振幅であれば何れの振幅であっても発生率または発生頻度を用いて凝集に関わる指標を得ることができ、凝集中の被処理水に多量のフロックが発生し、フロック密度が高くなっても、被処理水の処理状態の計測を安定して行うことができる。また、閾値以上の全ての振幅を用いて計測を行えば、発生頻度の母数を大きくすることができ、短時間での凝集状態の計測が可能になる。この結果、凝集中の被処理水の処理状態をリアルタイムで正確に把握することができ、その処理状態に応じた凝集剤の薬注量を選択することができる。
〔第２の実施の形態〕
　図１４は、第２の実施の形態に係る凝集システムを示している。この凝集システム７２は、第１の実施の形態に係る凝集モニタリング装置２を用いた凝集処理システムの一例である。図１４において、図１と同一部分には同一符号を付し、その説明を割愛する。
　凝集モニタリング装置２では、凝集槽６で凝集処理が行われている被処理水８の凝集指標が算出され、制御部７４に提供される。この凝集指標は、凝集槽６内で凝集処理される被処理水８の処理状態から得られた凝集の指標を示している。
　この制御部７４は凝集剤の薬注量や攪拌制御などの凝集槽６における被処理水８の凝集処理を制御する。凝集槽６の被処理水８には薬注部７６から凝集剤が注入される。凝集槽６に設置された攪拌器７８は駆動部８０によって駆動され、この駆動が制御部７４によって制御される。
　制御部７４はたとえば、コンピュータによって構成され、凝集モニタリング装置２から提供される凝集指標を用いて凝集剤の薬注量が算出される。
＜凝集システムの凝集処理＞
　図１５は、凝集処理の処理手順の一例を示している。この処理手順では、凝集処理の開始か否かを判断し（Ｓ２１）、その判断結果に応じて凝集処理を開始する。凝集処理を開始すると（Ｓ２１のＹＥＳ）、凝集槽６の被処理水８の処理状態について凝集モニタリングを実施する（Ｓ２２）。この凝集モニタリングは凝集モニタリング装置２によって実施される。この処理内容の詳細は割愛する。この凝集モニタリング装置２では被処理水８の処理状態を表す凝集指標が算出され（Ｓ２３）、凝集システム７２の制御部７４に提供される。
　凝集指標を受けると、制御部７４では凝集指標に基づき凝集剤薬注量が選定される（Ｓ２４）。これにより、薬注部７６から凝集剤の薬注が行われる（Ｓ２５）。
　この凝集処理を終了するか否かを監視し（Ｓ２６）、凝集処理を終了しない場合には（Ｓ２６のＮＯ）、Ｓ２２に戻り、Ｓ２２～Ｓ２６の処理により継続した凝集処理が実施される。
　そして、凝集処理を終了する場合には（Ｓ２６のＹＥＳ）、凝集モニタリングを終了し（Ｓ２７）、凝集処理を終了する。
＜第２の実施の形態の作用および効果＞
　この第２の実施の形態によれば、次のような機能および効果が得られる。
　(1) 凝集処理の状態がリアルタイムで把握され、フロックの有無にかかわらずに散乱光の計測値から凝集指標を生成し薬注制御に採用するので、安定した薬注制御が実現される。
　(2) 被処理水の凝集条件や凝集剤の薬注量が求められる。
　(3) 被処理水に対する薬注量の適正化とともに、安定した凝集処理が行え、凝集効率を高めることができる。
　(4) 凝集槽６の処理状態の測定に基づく凝集システムの補償機能を維持することができ、過剰な凝集剤の投与を防止して環境負荷への影響を回避でき、信頼性の高い凝集処理を実現できる。
　(5) 食品製造工場の排水など、排水種が頻繁に変化する被処理水にあっても、その排水種に対応した的確な凝集処理を行うことができ、環境負荷への影響を回避できる。
〔他の実施の形態〕
　(1) 上記実施の形態では、所定の時間間隔で発光しかつ所定周波数で振幅変調が施されたレーザ光を用いているが、レーザ発光素子の寿命を考慮することなく、濁度の計測を優先する場合には所定周波数で振幅変調が施されたレーザ光を用いてもよい。この場合、複数の最低レベルの信号を連続した受光信号から所定のタイミングで抽出すればよい。
　(2) 上記実施の形態において、バンドパスフィルタ４４および増幅器４６はディジタル処理で実現してもよい。
　(3) 上記実施の形態では、凝集モニタリング装置２で処理状態をモニタリングする被処理水８として浄水、工業用水、排水などを例示しているが、この被処理水８は採石場から廃出される高濃度の無機排水や果汁などの飲用液体であってもよい。
　(4) 上記実施の形態では凝集槽６が備えられ、凝集槽６中の被処理水８の凝集指標を算出する例を示したが、被処理水８の液送ラインに備えられるライン混合装置により被処理水８の凝集処理を行うシステムでは、ライン混合装置の下流に被処理水槽を備えて凝集モニタリングを行うようにしてもよい。つまり、凝集処理が行われた被処理水８を被処理水槽に溜めて、被処理水８の凝集指標を算出するようにしてもよい。
　以上説明したように、本発明の凝集モニタリング装置、凝集モニタリング方法および凝集システムの最も好ましい実施の形態等について説明した。本発明は、上記記載に限定されるものではない。特許請求の範囲に記載され、または発明を実施するための形態に開示された発明の要旨に基づき、当業者において様々な変形や変更が可能であることは勿論である。斯かる変形や変更が、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。
　本発明によれば、浄水、工業用水、排水などの被処理水の凝集処理の処理状況を安定して的確に把握でき、効率的な凝集処理に寄与することができる。
　２　凝集モニタリング装置
　４　センサ部
　６　凝集槽
　８　被処理水
　１０　レーザ光照射部
　１２　散乱光受光部
　１４－１　第１の光ファイバ
　１４－２　第２の光ファイバ
　１６　遮蔽部材
　１８　計測領域
　２０　レーザ光発光部
　２２－１　第１の支持部
　２２－２　第２の支持部
　２４　頂角部
　２６　レーザ発光素子
　２８　発光回路
　３０　ＡＭ変調回路
　３２　タイミング回路
　３４　ファンクションジェネレータ
　３６　信号処理部
　３８　光電変換回路
　４０　検波回路
　４２　フォトディテクタ
　４４　バンドパスフィルタ
　４６　増幅器
　４８　演算回路
　５０　振幅検出部
　５２　最低値検出部
　５４　発光制御部
　５６　Ａ／Ｄ
　５８　プロセッサ
　６０　メモリ部
　６２　プログラム記憶部
　６４　データ記録部
　６６　ＲＡＭ
　７２　凝集システム
　７４　制御部
　７６　薬注部
　７８　攪拌器
　８０　駆動部

Claims (6)

  1. 　凝集処理される被処理水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水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水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用いて前記被処理水の凝集に関わる指標を算出する計測値演算部と、
    　を備えることを特徴とする凝集モニタリング装置。
  2. 　前記計測値演算部は、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備えることを特徴とする請求項１に記載の凝集モニタリング装置。
  3. 　前記計測値演算部はさらに、前記受光信号から前記信号の最低値を計測する最低値計測手段を備え、前記振幅計測手段の計測結果、または振幅計測手段および前記最低値計測手段の計測結果を用いて前記凝集に関わる指標を算出することを特徴とする請求項１または請求項２記載の凝集モニタリング装置。
  4. 　前記計測値演算部は、前記振幅の計測結果に基づき特定の振幅の発生率または発生頻度を算出して前記凝集に関わる指標を算出し、
    　前記特定の振幅は、凝集が進むにつれて発生頻度が高くなることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかの請求項に記載の凝集モニタリング装置。
  5. 　凝集処理される被処理水の処理状態を監視する凝集モニタリング方法であって、
    　計測光を前記被処理水の計測領域に照射する計測光照射工程と、
    　前記計測領域にある前記被処理水の粒子による散乱光を受光する散乱光受光工程と、
    　前記散乱光受光工程で得られる受光信号から前記散乱光の強度を表す計測値を取り出す信号処理工程と、
    　前記散乱光の強度を表す計測値から前記散乱光の振幅を計測し、この振幅の計測結果を用いて凝集に関わる指標を算出する計測値演算工程と、
    　を含むことを特徴とする凝集モニタリング方法。
  6. 　被処理水を凝集処理する凝集システムであって、
    　前記被処理水を溜める被処理水槽と、
    　前記被処理水槽の前記被処理水の処理状態を監視する凝集モニタリング手段と、
    　前記被処理水に前記処理状態に応じた薬注量の凝集剤を注入する薬注手段と、
    　を備え、前記モニタリング手段が、
    　凝集処理される被処理水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水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水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用いて前記被処理水の凝集に関わる指標を算出する計測値演算部と、
    　を含み、
    　前記薬注手段が前記凝集に関わる指標に基づき前記凝集剤の注入量を調整することを特徴とする凝集システム。

                                                                                    
PCT/JP2016/003406 2015-07-22 2016-07-21 凝集モニタリング装置、凝集モニタリング方法および凝集システム WO2017013879A1 (ja)

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