JP2013123659A - 急速攪拌強度の制御方法及びその制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】原水水質や凝集剤の種類に応じて急速撹拌強度を適正な値に自動制御すること。
【解決手段】制御装置２２が、凝集剤が注入された原水を複数の攪拌強度で攪拌し、凝集剤を注入してから原水中の粒子の集塊が始まるまでの時間及び最大フロック粒径を複数の攪拌強度毎に測定し、最大フロック粒径と撹拌強度との関係に基づいて、最大フロック粒径が得られる撹拌強度を適正攪拌強度として算出し、凝集剤を注入してから原水中の粒子の集塊が始まるまでの時間と撹拌強度との関係に基づいて、適正撹拌強度で攪拌した際の凝集剤を注入してから原水中の粒子の集塊が始まるまでの時間を適正撹拌時間として算出し、適正攪拌強度と適正攪拌時間とを用いて、フラッシュミキサーの攪拌強度を算出し、算出された攪拌強度で原水を急速攪拌するようにフラッシュミキサーを制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、浄水場や水処理施設における凝集及びフロック形成プロセスの急速攪拌強度を制御する急速攪拌強度の制御方法及びその制御装置に関する。

一般に、急速ろ過方式が採用されている浄水場は、原水に凝集剤を注入して急速撹拌する混和池と、混和池において生成された凝集体（マイクロフロック）を成長させるフロック形成池と、フロック形成池において成長したフロックを沈澱除去する沈殿池と、沈殿池において沈澱しきらなかった粒子やフロックを除去するろ過池と、を備えている。

急速ろ過方式による浄水処理の重要なポイントは、原水の水質に応じて凝集剤注入率を適正な値に制御し、沈降性のよいフロックを形成することである。不適切な凝集剤注入率で浄水処理を行った場合、沈澱池からのフロックのキャリーオーバや凝集不良によって、ろ過池の損失水頭の上昇、逆洗頻度の増加、及びろ過池からの微細粒子の流出等の問題が発生する。しかしながら、適正な凝集剤注入率は、原水濁度、アルカリ度、ｐＨ、及び水温等の要因によって変化し、河川表流水毎に異なるので、原水濁度のみに基づいて適正な凝集剤注入率を一義的に決定することはできない。このため、急速ろ過方式を採用している浄水場では、ジャーテストや各種水質をパラメータとした注入率式、フロック粒径制御等の方法によって、凝集状況の判定や適正な凝集剤注入率の決定又は制御を行っている。

急速ろ過方式による浄水処理において凝集剤注入率の制御に劣らず重要なポイントは撹拌である。すなわち、急速ろ過方式を採用している浄水場では、混和池において凝集剤が槽全体に速やかに拡散することが重要である。このため、混和池では、フラッシュミキサーによる機械式攪拌又は水の流れのエネルギーを利用する水流撹拌が行われている。一般に、このときの急速撹拌強度（Ｇ_Ｒ値）は１５０ｓ^−１程度に設定され、季節や水質に応じて急速撹拌強度が変更される例はほとんどない。一方、フロック形成池ではパドルによる機械式撹拌や上下又は左右の迂流によって撹拌する方式が採用されている。フロック形成池では、フロックは衝突合一と破壊とを繰り返しながら成長していくため、後段の槽にいくに従って段階的に撹拌強度を落としていくこと（テーパードフロキュレーション）が重要である。

混和池における適正なＧ_Ｒ値は凝集剤によって異なり、一般的には凝集剤の分子量が高いほど高いＧ_Ｒ値を要する。例えば、１５０ｓ^−１程度のＧ_Ｒ値は、古くから用いられている凝集剤である硫酸ばん土では適正な値である。しかしながら、カオリン懸濁水（人工原水）を用いたジャーテストの結果によれば、ポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）におけるＧ_Ｒ値の適正値は４５０ｓ^−１であり、ポリシリカ鉄（ＰＳＩ）におけるＧ_Ｒ値の適正値はさらに高い値であると報告されている。ところが、実際の浄水場では、凝集剤が速やかに拡散さえすればよいという考えに基づいて、ＰＡＣを用いた場合であってもＧ_Ｒ値を増減させる例は少なく、Ｇ_Ｒ値の不足を凝集剤注入率の増加で補っている。

一方、１９９６年に発生したクリプトスポリジウムの流出事故を契機として、厚生労働省がろ過池出口の濁度を０．１度以下に維持するように要求してから、浄水場での凝集剤の使用量が高まっている。これは、ろ過水の濁度を低減するためには、沈澱水の濁度を低減することが必要であり、そのためには、凝集剤注入率を増加させることが簡便であるということが背景にある。ところが、２００３年の水質基準改正によってアルミニウムが水質基準化され、浄水中のアルミニウム濃度を０．２ｍｇ／Ｌ以下に抑えることが要求されるようになった。このため、特にアルミニウムを含む凝集剤を使用する浄水場では、アルミニウムの漏洩を抑えるためのｐＨ管理とろ過水の濁度を低い値に維持しつつ凝集剤の使用量を抑える管理とが必要となり、昨今の浄水処理の大きな課題となっている。

ろ過水の濁度を低い値に維持しながら凝集剤の使用量を抑えるためには、混和池におけるＧ_Ｒ値を適正に制御することが有効な手段の一つであるが、前述したとおり、実際の浄水場では混和池のＧ_Ｒ値は固定して運用されている。Ｇ_Ｒ値の制御が行われない理由は、次のような課題があるからである。

（１）実際の原水は人工原水と違い、適正なＧ_Ｒ値が原水水質によって異なる可能性があるため、浄水場毎に適正なＧ_Ｒ値を決定するためのジャーテストが必要で、作業者によって判定結果がばらついてしまう。
（２）凝集剤注入率の決定用のジャーテストとは別にＧ_Ｒ値の決定用のジャーテストを実施することは、作業者にとって大きな負担となる。

特開昭６３−２７８５０９号公報 特開平５−２４０７６７号公報 特開２００９−６７２号公報

このように、従来の浄水場では、原水水質と使用する凝集剤とに応じて適正なＧ_Ｒ値が存在するにも係わらず、Ｇ_Ｒ値は一定値で運用されており、凝集剤注入率の増減のみで水質等の変化に対応している。このため、従来の浄水場では、過剰な凝集剤注入率で運転管理されることが多く、そのことが、薬品費用や発生土処理費用を増加させると共に、アルミニウムを含む凝集剤を使用する場合には、水質基準の浄水アルミニウムの上昇を招く恐れがある。工業用水、下水や工場廃水における凝集沈澱についても同様な課題を有している。

なお、フロック形成池において機械式のフロキュレータが採用されている浄水場では、通常、回転数変更のためのインバーターが設置されている。このため、フロキュレータの撹拌制御に関しては、特許文献１や特許文献２記載の技術が提案されている。詳しくは、特許文献１記載の技術は、原水に凝集剤を注入して急速撹拌を行った後、次の工程の緩速撹拌の開始直後からフロックの粒径が変化しなくなるまでの時間に応じてフロキュレータの回転数を決定するものである。また、特許文献２記載の技術は、画像情報に基づいてフロック粒径を解析し、フロックに関する各種の特徴量を管理指標としてフロキュレータの回転数を制御するものである。

特許文献１，２記載の技術は、混和池のＧ_Ｒ値を制御するものではないが、たとえ決定したフロキュレータの回転数に基づいて混和池のＧ_Ｒ値を間接的に決定するようにしたとしても以下に示すような課題がある。すなわち、特許文献１記載の技術は、凝集剤を注入してからフロキュレータの回転数を決定するまでに、急速撹拌を経て緩速撹拌に移行し、フロック粒径が変化しなくなるまでの時間が必要であることから、測定終了後の測定槽の洗浄や次の原水の採水工程も含めると全体では概ね３０分程度の時間が必要となる。ところが、原水水質の変化に対応するには、少なくとも１５分以内にフロキュレータの回転数を制御するのが望ましい。また、特許文献２記載の技術は、実施設のフロック形成池におけるフロック粒径の情報に基づいて撹拌強度を決定するので、フロック形成池の前段にある混和池から３０分程度の遅れ時間がある。このため、特許文献２記載の技術を利用して決定された混和池のＧ_Ｒ値は、現在の原水水質の状況を反映するものではなく、過去の原水水質に基づいた値となってしまう問題がある。

以上、その他にも様々なフロキュレータの回転数制御の技術が考案されているものの、いずれも測定時間や遅れ時間の課題があり、急速撹拌制御への適用は困難である。このため、原水水質や凝集剤の種類に応じて急速撹拌強度を適正な値に自動制御可能な技術の提供が期待されていた。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、原水水質や凝集剤の種類に応じて急速撹拌強度を適正な値に自動制御可能な急速攪拌速度の制御方法及びその制御装置を提供することにある。

上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る急速攪拌強度の制御方法は、凝集剤が注入された原水を複数の攪拌強度で攪拌し、凝集剤を注入してから原水中の粒子の集塊が始まるまでの時間及び最大フロック粒径を複数の攪拌強度毎に測定する測定ステップと、前記測定ステップにおいて測定された最大フロック粒径と撹拌強度との関係に基づいて、最大フロック粒径が得られる撹拌強度を適正攪拌強度として算出する適正攪拌強度算出ステップと、前記測定ステップにおいて測定された凝集剤を注入してから原水中の粒子の集塊が始まるまでの時間と撹拌強度との関係に基づいて、前記適正撹拌強度で攪拌した際の凝集剤を注入してから原水中の粒子の集塊が始まるまでの時間を適正撹拌時間として算出する適正攪拌時間算出ステップと、前記適正攪拌強度と前記適正攪拌時間とを用いて、混和池において凝集剤が注入された原水を急速攪拌する攪拌手段の攪拌強度を算出し、算出された攪拌強度で原水を急速攪拌するように該攪拌手段を制御する制御ステップと、を含むことを特徴とする。

本発明に係る急速攪拌強度の制御方法は、上記発明において、前記制御ステップが、前記適正撹拌強度と前記適正撹拌時間との積を算出し、混和池の容量と単位時間当たりの処理水量とから混和池における原水の滞留時間を算出し、前記積と前記滞留時間とから前記攪拌手段の攪拌強度を算出するステップを含むことを特徴とする。

本発明に係る急速攪拌強度の制御方法は、上記発明において、前記攪拌手段が、フラッシュミキサーであり、前記制御ステップは、該フラッシュミキサーの回転数を制御することによって該フラッシュミキサーの攪拌強度を制御するステップを含むことを特徴とする。

本発明に係る急速攪拌強度の制御方法は、前記制御ステップが、混和池の容量、撹拌羽根の総面積、及び水温を用いて、前記攪拌強度に対応するフラッシュミキサーの回転数を算出するステップを含むことを特徴とする。

本発明に係る急速攪拌強度の制御方法は、上記発明において、前記測定ステップが、凝集剤を注入してから平均フロック粒径が最大フロック粒径になるまでの時間を複数の攪拌強度毎に測定するステップを含み、前記適正攪拌時間算出ステップが、前記測定ステップにおいて測定された凝集剤を注入してから平均フロック粒径が最大フロック粒径になるまでの時間と撹拌強度との関係に基づいて、前記適正撹拌強度で攪拌した際の凝集剤を注入してから平均フロック粒径が最大フロック粒径になるまでの時間を適正撹拌時間として算出するステップを含むことを特徴とする。

本発明に係る急速攪拌強度の制御方法は、上記発明において、前記測定ステップが、複数の試験水槽に貯留された同容量の原水に凝集剤を注入し、試験水槽毎に異なる攪拌強度で原水を攪拌するステップを含むことを特徴とする。

上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る急速攪拌強度の制御装置は、凝集剤が注入された原水を複数の攪拌強度で攪拌し、凝集剤を注入してから原水中の粒子の集塊が始まるまでの時間及び最大フロック粒径を複数の攪拌強度毎に測定する測定手段と、前記測定手段によって測定された最大フロック粒径と撹拌強度との関係に基づいて、最大フロック粒径が得られる撹拌強度を適正攪拌強度として算出する適正攪拌強度算出手段と、前記測定手段によって測定された凝集剤を注入してから原水中の粒子の集塊が始まるまでの時間と撹拌強度との関係に基づいて、前記適正撹拌強度で攪拌した際の凝集剤を注入してから原水中の粒子の集塊が始まるまでの時間を適正撹拌時間として算出する適正攪拌時間算出手段と、前記適正攪拌強度と前記適正攪拌時間とを用いて、混和池において凝集剤が注入された原水を急速攪拌する攪拌手段の攪拌強度を算出し、算出された攪拌強度で原水を急速攪拌するように該攪拌手段を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。

本発明に係る急速攪拌速度の制御方法及びその制御装置によれば、原水水質や凝集剤の種類に応じて急速撹拌強度を適正な値に自動制御することができる。

図１は、本発明の一実施形態である急速攪拌強度の制御システムの構成を示す模式図である。 図２は、図１に示す試験水槽の構成を説明するための模式図である。 図３は、本発明の一実施形態である急速攪拌強度制御処理の流れを示すフローチャートである。 図４は、フロックの平均粒径の時間変化を示す図である。 図５は、攪拌強度の変化に伴うフロックの平均粒径の時間変化プロファイルの変化を示す図である。 図６は、集塊化開始時間関数及び最大フロック粒径到達時間関数の一例を示す図である。 図７は、最大フロック粒径関数の一例を示す図である。 図８は、本発明により演算された回転数でフラッシュミキサーの回転数を制御した際の沈澱処理水の濁度の変化を示す図である。 図９は、急速撹拌制御を行った系列の凝集剤注入率を３ｍｇ／Ｌ減少させて上水処理を行った際の沈澱処理水の濁度の変化を示す図である。 図１０は、凝集剤注入率の時間変化を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態である急速攪拌強度の制御システムの構成及びその動作について説明する。

〔急速攪拌強度の制御システム〕
始めに、図１，図２を参照して、本発明の一実施形態である急速攪拌強度の制御システムの構成について説明する。

図１は、本発明の一実施形態である急速攪拌強度の制御システムの構成を示す模式図である。図２は、図１に示す試験水槽１ａ〜１ｄの構成を説明するための模式図である。本発明の一実施形態である急速攪拌強度の制御システムは、混和池において凝集剤が注入された原水を急速攪拌するフラッシュミキサーの回転数を演算、制御するものである。但し、本発明の制御対象は、フラッシュミキサーに限定されることはなく、混和池における急速攪拌強度を制御するものであればフラッシュミキサー以外の攪拌手段を制御対象とすることもできる。

図１に示すように、本発明の一実施形態である急速攪拌強度の制御システムは、複数（本実施形態では４つ）の試験水槽１ａ〜１ｄを備えている。試験水槽１ａ〜１ｄは、同一の貯水槽によって構成され、内部に原水である試料水Ｗ又は洗浄水を貯留する。図２に示すように、試験水槽１ａ〜１ｄの所定の高さ位置には排水管３１が設けられ、所定の高さ位置に達した試料水Ｗ又は洗浄水は排水管３１を介して槽外に排出される構成になっている。排水管３１には排水管３１内における試料水Ｗ又は洗浄水の流れを検出する流量スイッチ３２が設けられ、試験水槽１ａ〜１ｄ内において試料水Ｗ又は洗浄水が所定の高さ位置に達したことを検知できるように構成されている。

試験水槽１ａ〜１ｄ及び水位調整槽１４の底部には給排水弁２ａ〜２ｅが設けられ、給排水弁２ａ〜２ｅには送水管１１及び排水管１２が接続されている。試験水槽１ａ〜１ｄ内には、凝集剤が注入された試験水Ｗを攪拌するための攪拌器３ａ〜３ｄが設けられている。送水管１１には、水道水供給系統と原水供給系統とが接続されている。水道水供給系統は、水道水入口弁６と、給水ポンプ７と、フィルター８と、フィルター入口弁９とから構成され、送水管１１に洗浄水としての水道水を供給する。フィルター８は、水道水中に含まれる微粒子を除去するためのものである。

原水供給系統は、原水入口弁４と、原水捨水弁５と、給水ポンプ７と、原水送水弁１０とから構成され、送水管１１に試料水Ｗとしての原水を供給する。送水管１１に供給された洗浄水又は試料水Ｗは、給排水弁２ａ〜２ｅを介して試験水槽１ａ〜１ｄ及び水位調整槽１４に供給される。排水管１２は、試験水槽１ａ〜１ｄ及び水位調整槽１４内の試料水Ｗ又は洗浄水を外部に排出するためのものであり、外部への試料水Ｗ又は洗浄水の排出を制御する排水弁１３を備えている。

水位調整槽１４は、試験水槽１ａ〜１ｄに設けられた排水管３１の高さ位置よりも低い高さの越流壁１４ａによって２つの領域に区画されている。越流壁１４ａによって区画された一方の領域の底面には給排水弁２ｅが設けられ、給排水弁２ｅには送水管１１及び排水管１２が接続されている。越流壁１４ａによって区画された他方の領域の底面には排水管１５が接続されている。

凝集剤貯蔵槽１６は、試験水槽１ａ〜１ｄ内の試料水Ｗに注入される凝集剤を貯蔵するものである。シリンジポンプ１７は、凝集剤貯蔵槽１６内の凝集剤を試験水槽１ａ〜１ｄ内に圧送するものである。バルブ１８は、試験水槽１ａ〜１ｄ内への凝集剤の供給の切替を制御するものである。

検出器１９ａ〜１９ｄは、試験水槽１ａ〜１ｄ内で形成されたフロックの平均粒径と平均粒子数とを測定し、測定値を制御装置２２に送出するものである。具体的には、検出器１９ａ〜１９ｄは、試料水Ｗに向けて光ビームを照射するためのレーザ、ＬＥＤ、ランプのいずれかによって構成される光ビーム照射部と、試料水Ｗ中に含まれる粒子から発せられる前方散乱光、側方散乱光、後方散乱光、又は透過光のうちの少なくとも１つの光を受光して電気信号に変換する光電変換器と、電気信号の平均値と標準偏差とからフロックの平均粒径と平均粒子数とを測定する電子回路とを備えている。フロックの平均粒径と平均粒子数の測定方法については特許第２８２４１６４号公報を参照のこと。

中央監視装置２０はパーソナルコンピュータやワークステーション等の情報処理装置によって構成され、中央監視装置２０を用いて浄水場における原水の浄水処理の監視制御が行われる。ＰＯＤ２１は、測定結果の表示や装置の設定条件を入力するためのものである。制御装置２２は、マイクロコンピュータやパーソナルコンピュータ等の情報処理装置又はシーケンサによって構成され、急速攪拌強度の制御システム全体の動作を制御する。

〔急速攪拌強度制御処理〕
このような構成を有する急速攪拌強度の制御システムでは、制御装置２２が以下に示す急速攪拌強度制御処理を実行することによって、フラッシュミキサーの回転数を演算、制御する。以下、図３に示すフローチャートを参照して、この制御処理を実行する際の制御装置２２の動作について説明する。

図３は、本発明の一実施形態である急速攪拌強度制御処理の流れを示すフローチャートである。図３に示すフローチャートは、オペレータが制御装置２２に対し急速攪拌強度制御処理の実行を指示したタイミングで開始となり、急速攪拌強度制御処理はステップＳ１の処理に進む。

ステップＳ１の処理では、制御装置２２が、攪拌器３ａ〜３ｄ及び給水ポンプ７を停止させた後、水道水入口弁６、フィルター入口弁９、及び原水送水弁１０を閉状態とし、給排水弁２ａ〜２ｅ及び排水弁１３を開状態とすることによって、排水管１２を介して試験水槽１ａ〜１ｄ及び水位調整槽１４内に残っている試料水Ｗを外部に排出する（試験水排水工程）。また、制御装置２２は、原水入口弁４及び原水捨水弁５をそれぞれ閉状態及び開状態とすることによって原水を外部に排出する。これにより、ステップＳ１の処理は完了し、この制御処理はステップＳ２の処理に進む。

ステップＳ２の処理では、制御装置２２が、水道水入口弁６及びフィルター入口弁９を開状態、排水弁１３を閉状態とした後、給水ポンプ７を駆動させることによって、送水管１１を介して試験水槽１ａ〜１ｄ及び水位調整槽１４内に洗浄水としての水道水を供給する（洗浄水送水工程）。なお、試験水槽１ａ〜１ｄ内には徐々に洗浄水が溜まり、洗浄水の水面位置が排水管３１の高さ位置に達すると、余剰な洗浄水は排水管３１を介して外部に排出される。なお、この際、撹拌器３ａ〜３ｄを駆動させてもよい。撹拌器３ａ〜３ｄを駆動させることにより、試験水槽１ａ〜１ｄ内に濁度や色度が高い原水が残っていた場合であっても、試験水槽１ａ〜１ｄ内を所定レベルまで洗浄し、試験水槽１ａ〜１ｄ内に残っていた原水が後述する処理に影響を与えることを抑制できる。これにより、ステップＳ２の処理は完了し、この制御処理はステップＳ３の処理に進む。

ステップＳ３の処理では、制御装置２２が、ゼロ点校正を指示する信号を検出器１９ａ〜１９ｄに対して出力し、信号を受信した検出器１９ａ〜１９ｄにおいて、検出器を構成する光電変換器が出力する電気信号のレベルを検出し、検出値を記憶する（ゼロ水測定工程）。光電変換器が出力する電気信号のレベルを記憶しておくことによって、光学系の汚れやフィルターの劣化等を判断することができ、さらには後述する処理において光量の補正を行うことができる。これにより、ステップＳ３の処理は完了し、この制御処理はステップＳ４の処理に進む。

ステップＳ４の処理では、制御装置２２が、給水ポンプ７を停止させた後、排水弁１３を開状態とし、水道水入口弁６及びフィルター入口弁９を閉状態とすることによって、試験水槽１ａ〜１ｄ及び水位調整槽１４内の洗浄水を外部に排出する（洗浄水排水工程）。これにより、ステップＳ４の処理は完了し、この制御処理はステップＳ５の処理に進む。

ステップＳ５の処理では、制御装置２２が、原水入口弁４及び原水送水弁１０を開状態とし、原水捨水弁５及び排水弁１３を閉状態とした後、給水ポンプ７を稼動させることによって、送水管１１を介して試験水槽１ａ〜１ｄ及び水位調整槽１４内に試験水Ｗを供給する（原水送水工程）。これにより、ステップＳ５の処理は完了し、この制御処理はステップＳ６の処理に進む。

ステップＳ６の処理では、制御装置２２が、流量スイッチ３２がオフ状態からオン状態に切り替わったことを検知することによって、試験水槽１ａ〜１ｄ内における試験水Ｗの水位が所定の高さに達したことを検知する。試験水Ｗの水位が所定の高さに達したことを検知すると、制御装置２２は、給水ポンプ７を停止させた後、原水送水弁１０及び原水入口弁４を閉状態とし、原水捨水弁５を開状態とする。これにより、試験水槽１ａ〜１ｄ内の試験水Ｗは、水位が水位調整槽１４の越流壁１４ａと同じ高さになるまで水位調整槽１４の排水管１５を介して外部に排出される。この結果、試験水槽１ａ〜１ｄ内の試験水Ｗの水位は全て越流壁１４ａと同じ高さに調整され、同じ容量の試験水Ｗが試験水槽１ａ〜１ｄ内に貯留される（水位調整工程）。なお、水位調整槽１４に設ける越流壁１２の高さを変更することによって、試験水槽１ａ〜１ｄ内に貯留する試験水Ｗの容量を変更できるようにしてもよい。これにより、ステップＳ６の処理は完了し、この制御処理はステップＳ７の処理に進む。

ステップＳ７の処理では、制御装置２２が、撹拌器３ａ〜３ｄを稼動させることによって、試験水槽１ａ〜１ｄ内の試験水Ｗを攪拌する。この際、制御装置２２は、撹拌器３ｄ〜３ｄの回転数又は撹拌羽根の面積を試験水槽毎に変化させることによって、試験水槽１ａ〜１ｄの撹拌強度を互いに異なる値とする。次に、制御装置２２は、検出器１９ａ〜１９ｄを利用して試料水Ｗの粒子数、濁度、水温、色度、Ｅ２６０等を測定し、測定値に基づいて凝集剤注入率を設定する（凝集剤注入率設定工程）。なお、制御装置２２は、中央監視装置２０から浄水場における凝集剤注入率の現在値に関する情報を取得し、取得した情報に基づいて凝集剤注入率を設定してもよい。これにより、ステップＳ７の処理は完了し、この制御処理はステップＳ８の処理に進む。

ステップＳ８の処理では、制御装置２２が、シリンジポンプ１７を駆動させることによって、凝集剤注入率設定工程において設定された所定量の凝集剤を凝集剤貯蔵槽１６から各試験水槽に供給する（凝集剤注入工程）。このとき、試験水槽１ａ〜１ｄへの凝集剤の注入は、バルブ１８を切り替えることによって順次行われる。これにより、ステップＳ８の処理は完了し、この制御処理はステップＳ９の処理に進む。

ステップＳ９の処理では、制御装置２２が、検出器１９ａ〜１９ｄの出力信号に基づいて、試験水槽１ａ〜１ｄ内のフロックの平均粒径が増加し始める時間を集塊化開始時間として測定、記憶する（集塊化開始時間測定工程）。具体的には、図４に示すように、試験水Ｗに凝集剤が注入されると（時間＝Ｔ１）、凝集剤は撹拌によって分散され、粒子の集塊化が始まる（時間Ｔ＝Ｔ２）。そして、フロックの平均粒径は、衝突合一を繰り返すことによって時刻Ｔ＝Ｔ３において最大値Ｒ_ｍａｘとなり、その後、時間経過に伴い小さくなる。そこで、制御装置２２は、粒子の集塊化が始まる時間Ｔ＝Ｔ２を集塊化開始時間として測定、記憶する。これにより、ステップＳ９の処理は完了し、この制御処理はステップＳ１０の処理に進む。

ステップＳ１０の処理では、制御装置２２が、検出器１９ａ〜１９ｄの出力信号に基づいて、試験水槽１ａ〜１ｄ毎に測定されるフロックの平均粒径の最大値Ｒ_ｍａｘを最大フロック粒径として測定、記憶する（最大フロック粒径測定工程）。これにより、ステップＳ１０の処理は完了し、この制御処理はステップＳ１１の処理に進む。

ステップＳ１１の処理では、制御装置２２が、検出器１９ａ〜１９ｄの出力信号に基づいて、フロックの平均粒径が最大フロック粒径Ｒ_ｍａｘに到達した時間（図４に示す時間Ｔ＝Ｔ３）を最大フロック粒径到達時間として測定、記憶する（最大フロック粒径到達時間測定工程）。なお、集塊化開始時間、最大フロック粒径、及び最大フロック粒径到達時間は攪拌強度に応じて変化するので、図５に示すように、試験水槽１ａ〜１ｄにおけるフロックの平均粒径のプロファイルは異なるプロファイルＬ１〜Ｌ４となる。これにより、ステップＳ１１の処理は完了し、この制御処理はステップＳ１２の処理に進む。

ステップＳ１２の処理では、制御装置２２が、ステップＳ９の処理において記憶された各試験水槽の集塊化開始時間のデータを用いて、攪拌強度と集塊化開始時間との関係を示す関数を集塊化開始時間関数として算出する（集塊化開始時間関数算出工程）。なお、集塊化開始時間関数は、例えば図６に示すような曲線Ｌ５によって表される。曲線Ｌ５上のプロットＰ１〜Ｐ４は各試験水槽における攪拌強度及び集塊化開始時間を示している。これにより、ステップＳ１２の処理は完了し、この制御処理はステップＳ１３の処理に進む。

ステップＳ１３の処理では、制御装置２２が、ステップＳ１０の処理において記憶された各試験水槽の最大フロック粒径のデータを用いて、攪拌強度と最大フロック粒径との関係を示す関数を最大フロック粒径関数として算出する（最大フロック粒径関数算出工程）。なお、最大フロック粒径関数は、例えば図７に示すような曲線Ｌ７によって表される。曲線Ｌ７上のプロットは各試験水槽における攪拌強度及び最大フロック粒径を示している。これにより、ステップＳ１３の処理は完了し、この制御処理はステップＳ１４の処理に進む。

ステップＳ１４の処理では、制御装置２２が、ステップＳ１１の処理において記憶された各試験水槽の最大フロック粒径到達時間のデータを用いて、攪拌強度と最大フロック粒径到達時間との関係を示す関数を最大フロック粒径到達時間関数として算出する（最大フロック粒径到達時間関数算出工程）。なお、最大フロック粒径到達時間関数は、例えば図６に示すような曲線Ｌ６によって表される。曲線Ｌ６上のプロットＰ５〜Ｐ８は各試験水槽における攪拌強度及び最大フロック粒径到達時間を示している。これにより、ステップＳ１４の処理は完了し、この制御処理はステップＳ１５の処理に進む。

ステップＳ１５の処理では、制御装置２２が、ステップＳ１３の処理によって算出された最大フロック粒径関数を用いて、図７に示すように最大フロック粒径Ｒ_ｍａｘが得られる撹拌強度を適正撹拌強度Ｇ_ｒ値として算出する（適正撹拌強度算出工程）。これにより、ステップＳ１５の処理は完了し、この制御処理はステップＳ１６の処理に進む。

ステップＳ１６の処理では、制御装置２２が、ステップＳ１２の処理によって算出された集塊化開始時間関数を用いて、図６に示すように、ステップＳ１５の処理によって算出された適正撹拌強度Ｇ_ｒ値における集塊化開始時間を適正撹拌時間Ｔ_ｒ値として算出する（適正撹拌時間算出工程）。なお、制御装置２２は、集塊化開始時間関数の代わりにステップＳ１４の処理によって算出された最大フロック粒径到達時間関数を用いて、適正撹拌強度Ｇ_ｒ値における最大フロック粒径到達時間を適正撹拌時間Ｔ_ｒ値として算出してもよい。これにより、ステップＳ１６の処理は完了し、この制御処理はステップＳ１７の処理に進む。

ステップＳ１７の処理では、制御装置２２が、ステップＳ１５の処理によって算出された適正撹拌強度Ｇ_ｒ値とステップＳ１６の処理によって算出された適正撹拌時間Ｔ_ｒ値との積Ｇ_ｒＴ_ｒ値を算出する（適正Ｇ_ｒＴ_ｒ値算出工程）。これにより、ステップＳ１７の処理は完了し、この制御処理はステップＳ１８の処理に進む。

ステップＳ１８の処理では、制御装置２２が、予め設定値として入力されている浄水場の混和池の容量と中央監視装置２０から取得した浄水場の単位時間当たりの処理水量とから混和池における原水の滞留時間を混和池滞留時間Ｔ_Ｒ値として算出する（混和池滞留時間算出工程）。これにより、ステップＳ１８の処理は完了し、この制御処理はステップＳ１９の処理に進む。

ステップＳ１９の処理では、制御装置２２が、ステップＳ１７の処理によって算出されたＧ_ｒＴ_ｒ値とステップＳ１８の処理によって算出された混和池滞留時間Ｔ_Ｒ値とを以下に示す数式（１）に代入することにより、適正な急速撹拌強度Ｇ_Ｒ値を算出する（適正浄水場急速撹拌強度算出工程）。なお、数式（１）は、浄水場の原水と試験水槽１ａ〜１ｄ内の試験水Ｗとが同じ水質であれば、適正なＧ_ＲＴ_Ｒ値はＧ_ｒＴ_ｒ値と等しいという考えに基づいているが、実情に応じて以下に示す数式（２）のように係数αとβで補正した式に変更してもよい。これにより、ステップＳ１９の処理は完了し、この制御処理はステップＳ２０の処理に進む。

ステップＳ２０の処理では、制御装置２２が、以下に示す数式（３）のＧ値の計算式と以下に示す数式（４）の撹拌翼の平均周速度の計算式とから得られる数式（５）に、ステップＳ１９の処理によって算出された急速撹拌強度Ｇ_Ｒ値、浄水場の混和池の容量、撹拌羽根の総面積、撹拌翼の回転半径、原水の水温により決まる原水の粘性係数、及び原水の密度を代入することにより、フラッシュミキサーの適正回転数を算出する（以下、適正回転数算出工程）。そして、制御装置２２は、算出された適正回転数のデータを各工程で得られる測定値と共に記憶する。また、適正回転数は必要に応じて通信信号やアナログ信号としてフラッシュミキサーのインバーター等の回転数制御装置に対して出力される。なお、フラッシュミキサーの適正回転数は、実施設の運用実績に合わせて補正してもよい。これにより、ステップＳ２０の処理は完了し、この制御処理はステップＳ１の処理に戻る。

ここで、数式（３）中のρは水の密度（ｋｇ／ｍ^３）、Ｃは撹拌係数（１．５を採用）、Ａは撹拌翼の総面積(ｍ^２)、ｖは撹拌翼の平均速度(ｍ／ｓ)、μは粘性係数(ｋｇ／（ｍ・ｓ）)、Ｖは混和池容量(ｍ^３)を示している。また、数式（４）中のｒは撹拌翼の半径、ｎは撹拌翼の回転数（ｒｐｍ）を示している。

以上の説明から明らかなように、本発明の一実施形態である急速攪拌強度の制御システムによれば、制御装置２２が、凝集剤が注入された原水を複数の攪拌強度で攪拌し、凝集剤を注入してから原水中の粒子の集塊が始まるまでの時間及び最大フロック粒径を複数の攪拌強度毎に測定し、最大フロック粒径と撹拌強度との関係に基づいて、最大フロック粒径が得られる撹拌強度を適正攪拌強度として算出し、凝集剤を注入してから原水中の粒子の集塊が始まるまでの時間と撹拌強度との関係に基づいて、適正撹拌強度で攪拌した際の凝集剤を注入してから原水中の粒子の集塊が始まるまでの時間を適正撹拌時間として算出し、適正攪拌強度と適正攪拌時間とを用いて、フラッシュミキサーの攪拌強度を算出し、算出された攪拌強度で原水を急速攪拌するようにフラッシュミキサーを制御する。これにより、原水水質や凝集剤の種類に応じてフラッシュミキサーの急速撹拌強度を適正な値に自動制御することができる。

なお、本発明は、特許文献３記載の技術と類似しているが、特許文献３記載の技術は適正な凝集剤注入率を算出するためのものであり、適正な急速撹拌強度を算出するためのものではない。また、本発明では、各試験水槽で異なる撹拌強度を採用する等して、撹拌強度毎に集塊化開始時間、最大フロック粒径、及び最大フロック粒径到達時間を測定しているが、特許文献３記載の技術では最大フロック粒径と最大フロック粒径到達時間とは測定されず、さらに集塊化開始時間は異なる凝集剤注入率毎に測定され、異なる撹拌強度毎には測定されない。

〔実施例〕
実際の浄水場において、フラッシュミキサーにインバーターを接続し、本発明による制御実験を行なった結果を以下に示す。図８は、本発明により演算された回転数でフラッシュミキサーの回転数を制御した際の沈澱処理水濁度の変化を示す図である。図８に示すように、本発明による急速撹拌制御（フラッシュミキサーの回転数制御）によれば、本発明による急速攪拌制御を行わなかった場合（従来技術）と比較して、沈澱処理水の濁度を低減することができた。図９は、急速撹拌制御を行った系列の凝集剤注入率を３ｍｇ／Ｌ減少させて上水処理を行った際の沈澱処理水の濁度の変化を示す図である。急速撹拌制御を行った系列は、図１０に示すように凝集剤注入率を減少させたのにもかかわらず、従来の注入率の系列（急速撹拌制御なし）と同じ水質を維持できることを確認できた。このように、本発明によれば、浄水場の急速撹拌強度、すなわちフラッシュミキサーの回転数を適正化することができ、結果として、沈澱水水質を改善することや沈澱水水質を維持したまま凝集剤使用量を削減することができた。

以上、本発明者によってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、本実施形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、本実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例、及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。

１ａ〜１ｄ 試験水槽
２ａ〜２ｅ 給排水弁
３ａ〜３ｄ 攪拌器
４ 原水入口弁
５ 原水捨水弁
６ 水道水入口弁
７ 給水ポンプ
８ フィルター
９ フィルター入口弁
１０ 原水送水弁
１１ 送水管
１２，１５ 排水管
１４ 水位調整槽
１４ａ 越流壁
１６ 凝集剤貯蔵槽
１７ シリンジポンプ
１８ バルブ
１９ａ〜１９ｄ 検出器
２０ 中央監視装置
２１ ＰＯＤ
２２ 制御装置
３１ 排水管
３２ 流量スイッチ

Claims (7)

1. 凝集剤が注入された原水を複数の攪拌強度で攪拌し、凝集剤を注入してから原水中の粒子の集塊が始まるまでの時間及び最大フロック粒径を複数の攪拌強度毎に測定する測定ステップと、
   前記測定ステップにおいて測定された最大フロック粒径と撹拌強度との関係に基づいて、最大フロック粒径が得られる撹拌強度を適正攪拌強度として算出する適正攪拌強度算出ステップと、
   前記測定ステップにおいて測定された凝集剤を注入してから原水中の粒子の集塊が始まるまでの時間と撹拌強度との関係に基づいて、前記適正撹拌強度で攪拌した際の凝集剤を注入してから原水中の粒子の集塊が始まるまでの時間を適正撹拌時間として算出する適正攪拌時間算出ステップと、
   前記適正攪拌強度と前記適正攪拌時間とを用いて、混和池において凝集剤が注入された原水を急速攪拌する攪拌手段の攪拌強度を算出し、算出された攪拌強度で原水を急速攪拌するように該攪拌手段を制御する制御ステップと、
   を含むことを特徴とする急速攪拌強度の制御方法。
2. 前記制御ステップは、前記適正撹拌強度と前記適正撹拌時間との積を算出し、混和池の容量と単位時間当たりの処理水量とから混和池における原水の滞留時間を算出し、前記積と前記滞留時間とから前記攪拌手段の攪拌強度を算出するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の急速攪拌強度の制御方法。
3. 前記攪拌手段は、フラッシュミキサーであり、前記制御ステップは、該フラッシュミキサーの回転数を制御することによって該フラッシュミキサーの攪拌強度を制御するステップを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の急速攪拌強度の制御方法。
4. 前記制御ステップは、混和池の容量、撹拌羽根の総面積、及び水温を用いて、前記攪拌強度に対応するフラッシュミキサーの回転数を算出するステップを含むことを特徴とする請求項１〜３のうち、いずれか１項に記載の急速攪拌強度の制御方法。
5. 前記測定ステップは、凝集剤を注入してから平均フロック粒径が最大フロック粒径になるまでの時間を複数の攪拌強度毎に測定するステップを含み、前記適正攪拌時間算出ステップが、前記測定ステップにおいて測定された凝集剤を注入してから平均フロック粒径が最大フロック粒径になるまでの時間と撹拌強度との関係に基づいて、前記適正撹拌強度で攪拌した際の凝集剤を注入してから平均フロック粒径が最大フロック粒径になるまでの時間を適正撹拌時間として算出するステップを含むことを特徴とする請求項１〜４のうち、いずれか１項に記載の急速攪拌強度の制御方法。
6. 前記測定ステップは、複数の試験水槽に貯留された同容量の原水に凝集剤を注入し、試験水槽毎に異なる攪拌強度で原水を攪拌するステップを含むことを特徴とする請求項１〜５のうち、いずれか１項に記載の急速攪拌強度の制御方法。
7. 凝集剤が注入された原水を複数の攪拌強度で攪拌し、凝集剤を注入してから原水中の粒子の集塊が始まるまでの時間及び最大フロック粒径を複数の攪拌強度毎に測定する測定手段と、
   前記測定手段によって測定された最大フロック粒径と撹拌強度との関係に基づいて、最大フロック粒径が得られる撹拌強度を適正攪拌強度として算出する適正攪拌強度算出手段と、
   前記測定手段によって測定された凝集剤を注入してから原水中の粒子の集塊が始まるまでの時間と撹拌強度との関係に基づいて、前記適正撹拌強度で攪拌した際の凝集剤を注入してから原水中の粒子の集塊が始まるまでの時間を適正撹拌時間として算出する適正攪拌時間算出手段と、
   前記適正攪拌強度と前記適正攪拌時間とを用いて、混和池において凝集剤が注入された原水を急速攪拌する攪拌手段の攪拌強度を算出し、算出された攪拌強度で原水を急速攪拌するように該攪拌手段を制御する制御手段と、
   を備えることを特徴とする急速攪拌強度の制御装置。
   

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