JP7106398B2

JP7106398B2 - 水処理装置及び水処理方法

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Publication number: JP7106398B2
Application number: JP2018164911A
Authority: JP
Inventors: 大介堀川; 徳介早見; 卓毛受; 美意早見; 孝浩相馬; 雄横山; 泰久足立
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Infrastructure Systems and Solutions Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Infrastructure Systems and Solutions Corp
Priority date: 2018-09-03
Filing date: 2018-09-03
Publication date: 2022-07-26
Anticipated expiration: 2038-09-03
Also published as: JP2020037072A

Description

本発明の実施形態は、水処理装置及び水処理方法に関する。

上下水道、排水処理、用水供給等の分野においては、水を浄化するために、様々な方法が考案され、実施されている。水の浄化方法は、水中の固形物や溶解物のうち、不要な物や後段プロセスに排出することができない物等を除去する方法である。

一般的な水の浄化方法としては、水槽を設置して、そこに被処理水を滞留させ、比重差と重力により固形物を分離する沈降分離や浮上分離、加圧により空気を溶解させた水を固形物と接触させて、固形物に微細気泡を付着させ浮上させる加圧浮上分離等が挙げられる。

被処理水が、油分、有機物、多量の懸濁物質または微細な懸濁物質であるコロイド（以下、これらをまとめて「濁質」と言う。）を含有する場合、沈降分離や浮上分離等の比重差を利用した分離法によってこれら濁質を分離することは困難である。従って、このような濁質を除去する場合は、沈降分離や浮上分離に加えて、被処理水に凝結剤や凝集剤等の薬品を添加して、濁質を粗大化して凝集物としてから分離する凝集処理を併用する。

凝集処理の条件は、ジャーテストにおける上澄みの濁質濃度や、凝集物の目視評価等により凝集物の分離しやすさを判断して決定されていることが多い。しかし、ジャーテスト用の試験機と実際の凝集処理装置とでは、撹拌機の大きさ、攪拌羽根の形状、攪拌槽の形状などが異なる。このため、ジャーテストで選定された撹拌羽根の回転数や回転トルク等の条件を、そのまま実際の凝集処理装置に適用したとしても、凝集処理装置における最適な凝集処理の条件とはならない。

そこで、ジャーテストの結果から最適な凝集処理条件を設定するための手法が種々考えられている。

特開２０１５－８５２５２号公報

本発明が解決しようとする課題は、ジャーテストの結果から最適な凝集処理条件を設定できる水処理装置および水処理方法を提供することである。

実施形態の水処理装置は、粒度分布測定装置と、凝集処理装置と、固液分離装置と、制御部とを持つ。
粒度分布測定装置は、被処理水中の濁質の粒子個数密度Ｎ（０）を測定する。
凝集処理装置は、前記被処理水に凝集剤を添加して攪拌することにより前記濁質を凝集させる。
固液分離装置は、前記被処理水から前記濁質を固液分離する。
制御部は、前記凝集処理装置におけるＬｎ（Ｎ（ｔ）／Ｎ（０））が下記式（１）を満たすように前記凝集処理装置を制御する。
０．９５Ｌｎ（Ｎ_ｊ（ｔ_ｊ）／Ｎ_ｊ（０））≦Ｌｎ（Ｎ（ｔ）／Ｎ（０））≦１．０５Ｌｎ（Ｎ_ｊ（ｔ_ｊ）／Ｎ_ｊ（０）） … （１）
ただし、式（１）における（Ｎ（０）は、前記粒度分布測定装置において測定された濁質の粒子個数濃度（個／ｍ^３）であり、Ｎ（ｔ）は前記凝集処理装置による凝集後の前記濁質の粒子個数濃度（個／ｍ^３）の目標値であり、ｔは、前記凝集処理装置における凝集剤添加時から撹拌終了時までの所要時間（秒）であり、（Ｎ_ｊ（０）は、ジャーテスト開始前の前記被処理水の濁質の粒子個数濃度（個／ｍ^３）であり、Ｎ_ｊ（ｔ_ｊ）はジャーテスト終了後の前記被処理水の濁質の粒子個数濃度（個／ｍ^３）であり、ｔ_ｊは、ジャーテストにおける凝集剤添加時から撹拌終了時までの所要時間である。

実施形態の水処理装置を示す模式図。濁質を示す模式図。濁質とゲル状の凝集剤を示す模式図。実施形態の水処理方法の凝集処理ステップによって形成された濁質と凝集剤を含む凝集物を示す模式図。実施形態の水処理方法の固液分離工程を示す模式図。

以下、実施形態の水処理装置および水処理方法を、図面を参照して説明する。

まず、本実施形態の水処理装置の概略構成について図１を参照しながら説明する。
図１に示す水処理装置１００は、第１粒度分布測定装置１（粒度分布測定装置）と、凝集処理装置２と、固液分離装置４とが備えられている。これらの装置は、被処理水を移送する方向に沿って、この順に設けられている。また、水処理装置１００には、第２粒度分布測定装置３と制御部１０とが備えられている。
水処理装置１００は、図１に示すように、被処理水貯留槽５と、凝集剤貯留槽６とを有していてもよい。これらの構成要素は、配管等からなる流路で接続されている。

第１粒度分布測定装置１は、凝集処理装置２に供給される前の被処理水中の濁質の粒度分布を測定する。粒度分布の測定方法としては、例えば、レーザー回折、動的光散乱法、細孔電気抵抗法、画像処理等の一般的な測定方法が用いられる。

第１粒度分布測定装置１は、被処理水中の濁質の粒子個数密度Ｎ（０）及び濁質の平均粒径Ｒ_０を測定する。

凝集処理装置２は、濁質を含む被処理水に凝集剤を添加するとともに、被処理水を撹拌することにより、被処理水中の濁質を凝集させる装置である。凝集処理装置２は、濁質を含む被処理水を収容するための処理槽を有する。凝集処理装置２としては、撹拌翼を備えた撹拌装置等が用いられる。凝集処理装置２では、被処理水中の濁質を凝集させて凝集物とするために撹拌が行われる。すなわち、凝集処理装置２では、濁質を含む被処理水に対してエネルギーを投入することにより、濁質と凝集剤とを混合し、物質同士を衝突させ、粗大化させて凝集物とする。凝集物は、濁質と凝集剤との混合物である。

第２粒度分布測定装置３は、凝集処理装置２と固液分離装置４との間に配置される。第２粒度分布測定装置３は、凝集処理装置２によって処理された被処理水中の凝集物の粒度分布を測定する。粒度分布の測定方法としては、例えば、レーザー回折、動的光散乱法、細孔電気抵抗法、画像処理等の一般的な測定方法が用いられる。

固液分離装置４は、第２粒度分布測定装置３の後段に配置される。固液分離装置４は、凝集物を含む被処理水を静置し、凝集物と処理水に固液分離する装置である。固液分離装置４は、具体的には、沈降分離槽が挙げられる。

被処理水貯留槽５は、配管等からなる流路を介して、第１粒度分布測定装置１と産業施設２００に接続されている。被処理水貯留槽５は、産業施設２００から排出された被処理水（廃水）を貯留し、その被処理水を第１粒度分布測定装置１へ供給する槽である。

凝集剤貯留槽６は、凝集処理装置２に、配管等からなる流路を介して接続されている。凝集剤貯留槽６は、凝集処理装置２において被処理水に添加する凝集剤を貯留する槽である。

制御部１０は、凝集処理装置２の撹拌条件が、のちに説明する式（Ｃ）を満たすように凝集処理装置２を制御する。

次に、本実施形態の水処理方法について説明する。

本実施形態の水処理方法は、被処理水中の濁質の粒子個数密度Ｎ（０）及び濁質の平均粒径Ｒ_０を第１粒度分布測定装置１により測定する測定ステップと、凝集処理装置２において被処理水に凝集剤を添加して攪拌することにより濁質を凝集させる凝集ステップと、固液分離槽４において被処理水から濁質を固液分離する固液分離ステップと、を備える。また、凝集ステップと固液分離ステップとの間において、凝集ステップ後の被処理水中の濁質の粒子個数密度を第２粒度分布測定装置３により測定する測定ステップを備えてもよい。以下、第１粒度分布測定装置１による測定ステップを第１測定ステップと呼び、第２粒度分布測定装置３による測定ステップを第２測定ステップと呼ぶ。

処理対象の被処理水は、例えば、産業施設２００から排出される油分や有機物、固形物、コロイド等の濁質を含む産業廃水等である。被処理水は、被処理水貯留槽５に一旦貯留され、その後、ポンプ等により、第１粒度分布測定装置１に移送されて第１測定ステップに供される。

以下、各ステップについて説明する。

（第１測定ステップ）
第１測定ステップでは、第１粒度分布測定装置１により被処理水中の濁質の粒子個数密度Ｎ（０）を測定する。このとき、同時に、濁質の平均粒径Ｒ_０を測定してもよい。測定頻度は、被処理水の水質が凝集処理に影響を及ぼす程度に変化した場合に測定すればよい。粒子個数密度Ｎ（０）及び濁質の平均粒径Ｒ_０の測定結果は、制御部１０に送られる。そして、粒子個数密度Ｎ（０）及び濁質の平均粒径Ｒ_０は、凝集ステップにおける凝集条件決定時の基礎データとして利用される。

（凝集ステップ）
次に、凝集ステップでは、被処理水に凝集剤を添加して攪拌することにより濁質を凝集させて凝集物とする。より具体的には、凝集処理装置２により、図２に示すような被処理水中の濁質３０１に対し、図３に示すように凝集剤３０２を添加し、更に図４に示すような、凝集剤３０２中に濁質３０１が含まれた凝集物３０３とする。凝集処理装置２による撹拌力によって濁質３０１と凝集剤３０２とを含む被処理水を撹拌することにより、濁質３０１と凝集剤３０２とを接触させ、粗大化させていくことで、凝集物３０３とする。

上述のように、凝集ステップでは、凝集剤を添加してから、撹拌羽根を回転させて被処理水を攪拌することで、濁質を含む被処理水に対してエネルギーを投入することにより、濁質と凝集剤とを混合し、その物質同士を衝突させ、粗大化させて凝集物とする。撹拌羽根の回転速度や回転トルク等の撹拌条件は、処理水を収容する処理槽の容積に合わせて適宜設定すればよいが、本実施形態では、予めジャーテストを実施し、その結果得られた撹拌指標γ（秒^－１）に基づき、凝集ステップの撹拌条件を決定するとよい。

以下、ジャーテストの撹拌指標γについて説明する。
ジャーテストの撹拌指標γ（秒^－１）は、被処理水に対して事前にジャーテストを実施することで求める。撹拌指標γは下記式（Ａ）によって求めることができる。

γ＝－Ｌｎ（Ｎ_ｊ（ｔ_ｊ）／Ｎ_ｊ（０））／φ_０ｊ／ｔ_ｊ … （Ａ）

φ_０ｊ＝４／３（πＲ_０ｊ ^３Ｎ_ｊ（０）） … （Ｂ）

ここで、式（Ａ）における（Ｎ_ｊ（０）は、ジャーテスト開始前の被処理水の濁質の粒子個数濃度（個／ｍ^３）であり、Ｎ_ｊ（ｔ_ｊ）はジャーテスト終了後の被処理水の濁質の粒子個数濃度（個／ｍ^３）であり、ｔ_ｊは、ジャーテストにおける凝集剤添加時から撹拌終了時までの所要時間であり、φ_０ｊは式（Ｂ）から算出される濁質の初期体積濃度（ｍ^３・個／ｍ^３）であり、Ｒ_０ｊはジャーテスト開始前の被処理水中の濁質の平均粒径（ｍ）である。

なお、ジャーテスト開始前の被処理水の濁質の粒子個数濃度Ｎ_ｊ（０）（個／ｍ^３）、ジャーテスト終了後の被処理水の濁質の粒子個数濃度Ｎ_ｊ（ｔ_ｊ）（個／ｍ^３）及びジャーテスト開始前の被処理水中の濁質の平均粒径Ｒ_０ｊ（ｍ）は、第１粒度分布測定装置１における測定方法と同じ測定方法によって測定する。

ジャーテストに使用する凝集剤は、鉄系凝集剤やアルミニウム系凝集剤が用いられる。鉄系凝集剤としては、例えば、ポリ鉄、塩化第二鉄等が挙げられる。アルミニウム系凝集剤としては、例えば、硫酸アルミニウム（硫酸バンド）、ポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）等が挙げられる。

本実施形態の水処理装置１００及び水処理方法においては、ジャーテストにおいて使用した凝集剤を用いることが好ましい。

ジャーテスト終了後の被処理水の濁質の粒子個数濃度（個／ｍ^３）は、本実施形態の水処理方法における凝集ステップの目標値にもなり得る。すなわち、本実施形態の水処理方法及び水処理装置は、最終目標として、ジャーテストにおいて得られた凝集結果（濁質の粒子個数濃度（個／ｍ^３））を実機で実現するものであるから、ジャーテスト終了後の被処理水の濁質の粒子個数濃度（個／ｍ^３）を、本実施形態の水処理方法における凝集ステップの目標値であるＮ（ｔ）にしてもよい。

ジャーテストによって求めた撹拌指標γは、ジャーテストで用いた処理槽の容積、撹拌羽根の形状、撹拌羽根の回転速度、回転トルク等のパラメータを、一般化した指標になる。この指標は、±５％程度の幅を持たせてもよい。そうすると、ジャーテストによって求めた撹拌指標γは、上記式（Ａ）に基づき、下記式（Ｃ’）に示す範囲とすることができる。

０．９５Ｌｎ（Ｎ_ｊ（ｔ_ｊ）／Ｎ_ｊ（０））≦－γ・φ_０ｊ・ｔ_ｊ≦１．０５Ｌｎ（Ｎ_ｊ（ｔ_ｊ）／Ｎ_ｊ（０）） … （Ｃ’）

本実施形態では、ジャーテストによって求められる撹拌指標γを、本実施形態の水処理装置１００に備えられる凝集処理装置２における凝集ステップの撹拌条件を決定する際の撹拌指標γ_Ｒに置き換えることとする。また、φ_０ｊ及びｔ_ｊは、φ_０及びｔに置き換える。更に、凝集処理装置２における凝集ステップにおける撹拌指標γ_Ｒは、ジャーテストにおける撹拌指標γと同様に、γ_Ｒ＝－Ｌｎ（Ｎ（ｔ）／Ｎ（０））／φ_０／ｔと定義することができる。そうすると、上記式（Ｃ’）は、下記式（Ｃ）に書き換えることができる。

０．９５Ｌｎ（Ｎ_ｊ（ｔ_ｊ）／Ｎ_ｊ（０））≦Ｌｎ（Ｎ（ｔ）／Ｎ（０））≦１．０５Ｌｎ（Ｎ_ｊ（ｔ_ｊ）／Ｎ_ｊ（０）） … （Ｃ）

φ_０＝４／３（πＲ_０ ^３Ｎ（０）） … （Ｄ）

ただし、式（Ｃ）における（Ｎ（０）は、第１測定ステップにおいて測定された濁質の粒子個数濃度（個／ｍ^３）であり、Ｎ（ｔ）は凝集ステップによる凝集後の濁質の粒子個数濃度（個／ｍ^３）の目標値であり、ｔは、凝集ステップにおける凝集剤添加時から撹拌終了時までの所要時間（秒）である。また、φ_０は式（Ｄ）から算出される濁質の初期体積濃度（ｍ^３・個／ｍ^３）であり、Ｒ_０は第１測定ステップにおいて測定された濁質の平均粒径（ｍ）である。

具体的には、制御部１０において、式（Ｃ）に基づき撹拌条件を決定し、決定した条件に基づき、凝集処理装置における撹拌羽根の回転数や回転トルクを制御することで、凝集ステップを実施すればよい。

なお、上述のように、粒子個数濃度（個／ｍ^３）の目標値Ｎ（ｔ）は、ジャーテスト終了後の被処理水の濁質の粒子個数濃度Ｎ_ｊ（ｔ_ｊ）（個／ｍ^３）を用いてもよい。
また、本実施形態の水処理装置１００及び水処理方法では、被処理水をバッチ式ではなく連続して移送する。凝集処理装置２においても、連続的に被処理水が供給される。従って、凝集ステップにおける凝集剤添加時から撹拌終了時までの所要時間ｔ（秒）は、凝集処理装置２における被処理水の移送速度によって決まる。従って例えば、所要時間ｔを変更する場合は、被処理水の凝集処理装置に対する流量を変化させればよい。

（第２測定ステップ）
次いで、凝集物を含む被処理水は、ポンプ等により、凝集処理装置２から第２粒度分布測定装置３に移送され、第２測定ステップに供される。第２測定ステップでは、第２粒度分布測定装置３により被処理水中の濁質の粒子個数密度Ｎ（ｔ）を測定する。このステップで凝集処理ステップが適切に行われているかどうかが確認される。

（固液分離ステップ）
固液分離ステップでは、図５に示すように、固液分離装置４において、凝集物３０３を含む被処理水５００を静置することにより、凝集物３０３を沈降分離する。沈降分離後の上澄み水は、固液分離装置４の外部に排出される。このようにして、被処理水から、それに含まれる凝集物を分離し、処理水を得る。

上記の水処理装置１００及び水処理方法によれば、ジャーテストを実施することによって得られた撹拌指標γを、凝集処理装置２での凝集ステップにおいて撹拌条件を決定する際の指標にすることで、ジャーテストの結果から最適な凝集処理条件を設定できる。

次に、本実施形態の変形例について説明する。
固液分離装置４として沈降分離槽が用いられるが、沈降分離槽の構造や沈降分離槽に流入する被処理水の流量等により、固液分離可能な限界の粒子径（以下、分離限界粒子径Ｒ_１という）が定まる。一方、凝集ステップによって形成された凝集物の平均粒径が、分離限界粒子径Ｒ_１よりも小さくなると、濁質を固液分離させることが困難になる場合がある。

そこで、本実施形態では、制御部１０において、下記式（Ｅ）に規定する範囲のＮ’（ｔ）を、上記（Ｃ）式のＮ（ｔ）に導入することが好ましい。

Ｎ（０）／Ｘ≦Ｎ’（ｔ）≦１．１Ｎ（０）／Ｘ … （Ｅ）

Ｘ＝４／３（πＲ_１ ^３Ｎ（０））／（４／３（πＲ_０ ^３Ｎ（０））） … （Ｆ）

ただし、式（Ｅ）におけるＸは、凝集処理装置２による凝集後の濁質の粒径が分離限界粒子径Ｒ_１になるために必要な濁質の個数であって式（Ｆ）で求まる値である。式（Ｆ）におけるＲ_１は、固液分離装置４における分離限界粒子径（ｍ）である。

上記式（Ｅ）に規定する範囲のＮ’（ｔ）を、上記（Ｃ）式のＮ（ｔ）に導入することで、粒子個数濃度（個／ｍ^３）の目標値Ｎ（ｔ）を、固液分離装置４の分離限界粒子径Ｒ_１よりも大きな値に設定することができるようになり、濁質を確実に固液分離させることができる。

次に、本実施形態の別の変形例について説明する。
式（Ｃ）によって定められる撹拌条件が凝集処理装置２における撹拌最大能力を超える場合は、撹拌条件の最適化だけでは適切な凝集処理を行えないおそれがある。このような場合は、制御部１０において、凝集処理装置２における凝集剤の添加直後の濁質の平均粒径が、式（Ｇ）によって定まるＲ_２になるように、凝集処理装置２での凝集ステップにおける凝集剤の添加量を増量させるように制御するとよい。

Ｒ_２＝Ｒ_０（γ／γ’）^１／３ …（Ｇ）

ただし、式（Ｇ）におけるγ’は、凝集処理装置２が撹拌最大能力を発揮した場合の撹拌指標（秒^－１）である。

ここで、式（Ｇ）について説明する。
上記式（Ｃ）に示すように、ジャーテストによって撹拌指数γが得られる。式（Ｃ）を変形した式（Ｃ１）を下記に示す。

－γφ_０ｊ＝Ｌｎ（Ｎ_ｊ（ｔ_ｊ）／Ｎ_ｊ（０））／ｔ_ｊ … （Ｃ１）

一方、凝集処理装置２の最大撹拌能力により決定される撹拌指数をγ’とした場合、凝集処理装置２における撹拌指数γ’については、下記式（Ｃ２）の関係が成立する。

－γ’φ_０＝Ｌｎ（Ｎ（ｔ）／Ｎ（０））／ｔ … （Ｃ２）

ここで、ジャーテストにおける凝集速度（Ｌｎ（Ｎ_ｊ（ｔ_ｊ）／Ｎ_ｊ（０））／ｔ_ｊ）と、凝集処理装置２における凝集速度（Ｌｎ（Ｎ（ｔ）／Ｎ（０））／ｔ）は同じになるように制御すべきである。そこで、これらの凝集速度が同一であるとすると、下記式（Ｇ１）が成立する。更に式（Ｇ１）を変形すると式（Ｇ２）が得られる。

γφ_０ｊ＝γ’φ_０’ … （Ｇ１）
φ_０’＝（γ／γ’）φ_０ｊ … （Ｇ２）

ここで、式（Ｇ１）及び（Ｇ２）におけるφ_０’は、ジャーテストの撹拌指数γと、凝集処理装置の最大撹拌能力に基づく撹拌指数γ’を等価と扱うために必要とされる仮想の体積密度である。

更に、φ_０’及びφ_０ｊを式（Ｄ）に置換すると下記式（Ｇ３）の通りになる。

４／３（πＲ_２ ^３Ｎ（０））＝４／３（πＲ_０ ^３Ｎ（０））（γ／γ’） … （Ｇ３）

ここで、式（Ｇ３）におけるＲ_２は、凝集剤を増量させることで、凝集剤添加直後に増加させたい濁質の平均粒径（ｍ）である。上記（Ｇ３）式を整理すると、上記式（Ｇ）が得られる。

本変形例の水処理装置１００及び水処理方法によれば、凝集処理装置２の撹拌条件をその凝集処理装置２が発揮し得る最大能力の撹拌条件とした上で、凝集処理装置２における凝集剤の添加直後の濁質の平均粒径を、式（Ｇ）によって定まるＲ_２になるように、凝集処理装置２での凝集ステップにおける凝集剤の添加量を増量させることで、式（Ｃ）によって定められる撹拌条件が凝集処理装置２における撹拌最大能力を超える場合であっても、適切な粒径を有する凝集物を得ることができるようになる。

次に、本実施形態の更に別の変形例について説明する。
先に説明した変形例の場合と同様に、式（Ｃ）によって定められる撹拌条件が凝集処理装置２における撹拌最大能力を超える場合は、撹拌条件の最適化だけでは適切な凝集処理を行えないおそれがある。このような場合は、制御部１０において、凝集処理装置２における凝集剤添加時から撹拌終了時までの所要時間（秒）が、式（Ｈ）によって定まるｔ_１になるように、凝集処理装置２に流入する被処理水の流量を減少させるとよい。

ｔ_１＝ｔ（γ／γ’）^１／３ …（Ｈ）

ただし、式（Ｈ）におけるγ’は、凝集処理装置２が撹拌最大能力を発揮した場合の撹拌指標（秒^－１）である。

ここで、式（Ｈ）について説明する。
上記式（Ｃ）に示すように、ジャーテストによって撹拌指数γが得られる。式（Ｃ）を変形した式（Ｃ３）を下記に示す。

－γφ_０ｊｔ_ｊ＝Ｌｎ（Ｎ_ｊ（ｔ_ｊ）／Ｎ_ｊ（０）） … （Ｃ３）

一方、凝集処理装置２の最大撹拌能力により決定される撹拌指数をγ’とした場合、凝集処理装置２における撹拌指数γ’については、下記式（Ｃ４）の関係が成立する。

－γ’φ_０ｔ＝Ｌｎ（Ｎ（ｔ）／Ｎ（０）） … （Ｃ４）

ここで、ジャーテストにおける凝集前後の濁質量の変化量（Ｌｎ（Ｎ_ｊ（ｔ_ｊ）／Ｎ_ｊ（０）））と、凝集処理装置２における凝集前後の濁質量の変化量（Ｌｎ（Ｎ（ｔ）／Ｎ（０））／ｔ）は同じになるように制御すべきである。そこで、これらの凝集速度が同一であるとすると、下記式（Ｈ１）が成立する。更に、水処理装置１００におけるφ_０とジャーテストにおけるφ_０ｊとは実質的に同じである。そうすると、式（Ｈ１）は式（Ｈ２）に書き換えられる。

γφ_０ｊｔ_ｊ＝γ’φ_０ｔ … （Ｈ１）
ｔ_１＝（γ／γ’）ｔ_ｊ … （Ｈ２）

ここで、式（Ｈ１）及び（Ｈ２）におけるｔ_１は、ジャーテストの撹拌指数γと、凝集処理装置２の最大撹拌能力に基づく撹拌指数γ’を等価と扱うために必要とされる仮想の凝集処理の処理時間である。

本変形例の水処理装置１００及び水処理方法によれば、凝集処理装置２の撹拌条件をその凝集処理装置２が発揮し得る最大能力の撹拌条件とした上で、凝集剤添加時から撹拌終了までに要する所要時間がｔ_１になるように、凝集処理装置２に流入する被処理水量を制御することで、式（Ｃ）によって定められる撹拌条件が凝集処理装置２における撹拌最大能力を超える場合であっても、適切な粒径を有する凝集物を得ることができるようになる。

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、ジャーテストを実施することによって得られた撹拌指標γを、凝集処理装置２での凝集ステップにおいて撹拌条件を決定する際の指標にすることで、ジャーテストの結果から最適な凝集処理条件を設定できる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１…第１粒度分布測定装置（粒度分布測定装置）、２…凝集処理装置、４…固液分離装置、１０…制御部、１００…水処理装置。

Claims

被処理水中の濁質の粒子個数密度Ｎ（０）を測定する粒度分布測定装置と、
前記被処理水に凝集剤を添加して攪拌することにより前記濁質を凝集させる凝集処理装置と、
前記被処理水から前記濁質を固液分離する固液分離装置と、
前記凝集処理装置におけるＬｎ（Ｎ（ｔ）／Ｎ（０））が下記式（１）を満たすように前記凝集処理装置を制御する制御部と、を備える水処理装置。
０．９５Ｌｎ（Ｎ_ｊ（ｔ_ｊ）／Ｎ_ｊ（０））≦Ｌｎ（Ｎ（ｔ）／Ｎ（０））≦１．０５Ｌｎ（Ｎ_ｊ（ｔ_ｊ）／Ｎ_ｊ（０）） … （１）
ただし、式（１）におけるＮ（０）は、前記粒度分布測定装置において測定された濁質の粒子個数濃度（個／ｍ^３）であり、Ｎ（ｔ）は前記凝集処理装置による凝集後の前記濁質の粒子個数濃度（個／ｍ^３）の目標値であり、ｔは、前記凝集処理装置における凝集剤添加時から撹拌終了時までの所要時間（秒）であり、Ｎ_ｊ（０）は、ジャーテスト開始前の前記被処理水の濁質の粒子個数濃度（個／ｍ^３）であり、Ｎ_ｊ（ｔ_ｊ）はジャーテスト終了後の前記被処理水の濁質の粒子個数濃度（個／ｍ^３）であり、ｔ_ｊは、ジャーテストにおける凝集剤添加時から撹拌終了時までの所要時間である。
前記制御部において、下記式（２）に規定する範囲のＮ’（ｔ）を、上記（１）式のＮ（ｔ）に導入することを特徴とする請求項１に記載の水処理装置。
Ｎ（０）／Ｘ≦Ｎ’（ｔ）≦１．１Ｎ（０）／Ｘ … （２）
Ｘ＝４／３（πＲ_１ ^３Ｎ（０））／（４／３（πＲ_０ ^３Ｎ（０））） … （３）
ただし、式（２）におけるＸは、前記凝集処理装置による凝集後の濁質の粒径が分離限界粒子径Ｒ_１になるために必要な濁質の個数であって式（３）で求まる値であり、式（３）におけるＲ_０は前記粒度分布測定装置において測定された濁質の平均粒径（ｍ）であり、Ｒ_１は前記固液分離装置における分離限界粒子径（ｍ）である。
前記式（１）によって定められる撹拌条件が前記凝集処理装置における撹拌最大能力を超える場合に、前記制御部は、前記凝集処理装置における前記凝集剤の添加直後の濁質の平均粒径が、式（４）によって定まるＲ_２になるように、前記凝集処理装置における凝集剤の添加量を増量させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の水処理装置。
Ｒ_２＝Ｒ_０（γ／γ’）^１／３ …（４）
γ＝－Ｌｎ（Ｎ_ｊ（ｔ_ｊ）／Ｎ_ｊ（０））／φ_０ｊ／ｔ_ｊ … （５）
φ_０ｊ＝４／３（πＲ_０ｊ ^３Ｎ_ｊ（０）） … （６）
ただし、式（４）におけるγ’は、前記凝集処理装置が撹拌最大能力を発揮した場合の撹拌指標（秒^－１）であり、γは、式（５）によって定められる撹拌指標（秒^－１）であり、式（５）におけるφ_０ｊは式（６）から算出される濁質の初期体積濃度（ｍ^３・個／ｍ^３）であり、式（６）におけるＲ_０ｊはジャーテスト開始前の前記被処理水中の濁質の平均粒径（ｍ）である。
前記式（１）によって定められる撹拌条件が前記凝集処理装置における撹拌最大能力を超える場合に、前記制御部は、前記凝集処理装置における凝集剤添加時から撹拌終了時までの所要時間（秒）が、式（７）によって定まるｔ_１になるように、前記凝集処理装置に流入する前記被処理水の流量を減少させることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の水処理装置。
ｔ_１＝ｔ（γ／γ’）^１／３ …（７）
被処理水中の濁質の粒子個数密度Ｎ（０）を粒度分布測定装置により測定する測定ステップと、
凝集処理装置において前記被処理水に凝集剤を添加して攪拌することにより前記濁質を凝集させる凝集ステップと、
固液分離装置において前記被処理水から前記濁質を固液分離する固液分離ステップと、を備え、
前記凝集処理装置の前記凝集ステップにおけるＬｎ（Ｎ（ｔ）／Ｎ（０））が下記式（８）を満たすように制御する水処理方法。
０．９５Ｌｎ（Ｎ_ｊ（ｔ_ｊ）／Ｎ_ｊ（０））≦Ｌｎ（Ｎ（ｔ）／Ｎ（０））≦１．０５Ｌｎ（Ｎ_ｊ（ｔ_ｊ）／Ｎ_ｊ（０）） … （８）
ただし、式（８）におけるＮ（０）は、前記粒度分布測定装置において測定された濁質の粒子個数濃度（個／ｍ^３）であり、Ｎ（ｔ）は前記凝集処理装置による凝集後の前記濁質の粒子個数濃度（個／ｍ^３）の目標値であり、ｔは、前記凝集処理装置における凝集剤添加時から撹拌終了時までの所要時間（秒）であり、Ｎ_ｊ（０）は、ジャーテスト開始前の前記被処理水の濁質の粒子個数濃度（個／ｍ^３）であり、Ｎ_ｊ（ｔ_ｊ）はジャーテスト終了後の前記被処理水の濁質の粒子個数濃度（個／ｍ^３）であり、ｔ_ｊは、ジャーテストにおける凝集剤添加時から撹拌終了時までの所要時間である。
下記式（９）に規定する範囲のＮ’（ｔ）を、上記（８）式のＮ（ｔ）に導入することを特徴とする請求項５に記載の水処理方法。
Ｎ（０）／Ｘ≦Ｎ’（ｔ）≦１．１Ｎ（０）／Ｘ … （９）
Ｘ＝４／３（πＲ_１ ^３Ｎ（０））／（４／３（πＲ_０ ^３Ｎ（０））） … （１０）
ただし、式（９）におけるＸは、前記凝集ステップ後の濁質の粒径が分離限界粒子径Ｒ_１になるために必要な濁質の個数であって式（１０）で求まる値であり、式（１０）におけるＲ_０は前記粒度分布測定装置において測定された濁質の平均粒径（ｍ）であり、Ｒ_１は前記固液分離装置における分離限界粒子径（ｍ）である。
前記式（８）によって定められる撹拌条件が前記凝集処理装置における撹拌最大能力を超える場合に、前記凝集ステップにおける前記凝集剤の添加直後の濁質の平均粒径が、式（１１）によって定まるＲ_２になるように、前記凝集ステップにおける凝集剤の添加量を増量させることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の水処理方法。
Ｒ_２＝Ｒ_０（γ／γ’）^１／３ …（１１）
γ＝－Ｌｎ（Ｎ_ｊ（ｔ_ｊ）／Ｎ_ｊ（０））／φ_０ｊ／ｔ_ｊ … （１２）
φ_０ｊ＝４／３（πＲ_０ｊ ^３Ｎ_ｊ（０）） … （１３）
ただし、式（１１）におけるγ’は、前記凝集処理装置が撹拌最大能力を発揮した場合の撹拌指標（秒^－１）であり、γは、式（１２）によって定められる撹拌指標（秒^－１）であり、式（１２）におけるφ_０ｊは式（１３）から算出される濁質の初期体積濃度（ｍ^３・個／ｍ^３）であり、式（１３）におけるＲ_０ｊはジャーテスト開始前の前記被処理水中の濁質の平均粒径（ｍ）である。
前記式（８）によって定められる撹拌条件が前記凝集処理装置における撹拌最大能力を超える場合に、前記凝集ステップにおける凝集剤添加時から撹拌終了時までの所要時間（秒）が、式（１４）によって定まるｔ_１になるように、前記凝集処理装置に流入する前記被処理水の流量を減少させることを特徴とする請求項５乃至請求項７の何れか一項に記載の水処理方法。
ｔ_１＝ｔ（γ／γ’）^１／３ …（１４）