JP2004195304A

JP2004195304A - 凝集剤注入制御方法及び装置

Info

Publication number: JP2004195304A
Application number: JP2002364506A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Matsushiro; 武士松代; Chiyouko Miyajima; 潮子宮島
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2002-12-17
Filing date: 2002-12-17
Publication date: 2004-07-15
Anticipated expiration: 2022-12-17
Also published as: JP4309645B2

Abstract

【課題】後凝集剤注入を自動化することで運転監視の労力を低減するとともに、注入率を最適化して、厳しい濁度基準を満足することができる凝集剤注入制御方法及び装置を提供すること。
【解決手段】浄水場のろ過池１６出口における被処理水の濁度を監視し、この検出された濁度の上昇率が設定範囲２３１内となり、かつ濁度が出口濁度目標値２３２以上となった場合、或いは濁度が出口濁度目標値より高い値２３６以上の状態が設定時間２３７以上継続した場合、のいずれかをトリガーとして、ろ過池１６の入口側に凝集剤注入装置１７で凝集剤の注入を開始するので、ろ過池出口の濁度を、厳しい濁度基準を満足する値に制御することができる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、浄水場において沈澱処理後のろ過池への流入水に凝集剤を注入する後凝集剤注入のための凝集剤注入制御方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、浄水場では河川や貯水池などの水源から原水を取水し、凝集、フロック形成、沈殿、ろ過および殺菌の５つの単位プロセスによって原水を処理している。その結果、被処理水から、懸濁質とコロイド質とを除去すると共に、細菌等を無害化し、清澄な水道水として需要家に供給している。
【０００３】
このような、凝集、フロック形成、沈殿、ろ過による一連の除濁処理には、凝集剤を用いる方法が一般的である。凝集剤には鉄やアルミニウム等の無機金属塩が通常用いられる。また、凝集剤は、さまざまな物理的、生物化学的な影響を受け、最適凝集条件は、多くの因子によって定まる複雑な平衡の上に成り立っている。したがって、凝集剤の注入量は、原水中の凝集成分の種類と濃度、温度、ｐＨ、共存成分、攪拌条件などの因子に影響される。最適条件においては、凝集、フロック形成は順調に行われ、生成したフロックは次の沈殿プロセスで原水中の濁度成分とともに沈澱除去され、残留した少量の微小なフロックが次のろ過プロセスで完全に除去される。
【０００４】
ところで、平成8年10月に厚生省(現厚生労働省)より通達された「水道におけるクリプトスポリジウム暫定対策指針」によって、ろ過池出口の濁度を常時把握し、ろ過池出口の濁度を０．１度以下に維持することが制定され、浄水場における濁度管理が重要な課題となっている。
【０００５】
しかしながら、浄水場へ流入する原水の水質によって凝集条件が厳しくなると、フロック形成が不十分となることがある。この場合、次の沈澱プロセス、ろ過プロセスの除去効率が低下して、ろ過池出口の濁度が０．１度以上になるケースが報告されている。
【０００６】
例えば、第５２回全国水道研究発表会(２００１)で報告されているように、大阪府村野浄水場のケースでは、前塩素処理を完全に停止した５月(春季)と７〜８月(夏季)にかけて、原水中のピコプランクトンが原因と推定される、ろ過池出口濁度の上昇が見られた。日射量や温度の日変化などによって、ろ過池出口濁度は夜間をピークに1日単位で周期的に上昇するケースも報告されており、通常の凝集処理とは最適注入方法が異なるものである。
【０００７】
こうした場合には、沈澱池出口の処理水にさらに凝集剤を添加したのち、ろ過プロセスへ導入し、ろ過砂の表面にフロックを積層させる後凝集処理を行うことが有効であると考えられ、特許提案も行われている（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
【特許文献１】
特開平４-１１９０５号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の後凝集剤注入では、凝集沈殿後の濁度を検出して、凝集剤の注入率を制御しているため、ろ過池出口濁度との相関が少なく、前述のような新たに制定された厳しい濁度基準を満足することができない。
【００１０】
このため、前述した周期的な濁度上昇のピーク出現に応じて、水質技術者の判断により手動注入を行っており、運転監視に労力を要するとともに、注入率の最適化が難しいという問題があった。
【００１１】
本発明の目的は、後凝集剤注入を自動化することで運転監視の労力を低減するとともに、注入率を最適化して、厳しい濁度基準を満足することができる凝集剤注入制御方法及び装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明による凝集剤注入制御方法及び装置では、浄水場のろ過池出口における被処理水の濁度を検出し、この検出された濁度に応じて、前記ろ過池の入口側に凝集剤を注入する場合、前記濁度の上昇率が設定範囲内となり、かつ濁度が出口濁度目標値以上となったことをトリガーとして凝集剤の注入を開始することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明による凝集剤注入制御方法及び装置では、浄水場のろ過池出口における被処理水の濁度を検出し、この検出された濁度に応じて、前記ろ過池の入口側に凝集剤を注入する場合、濁度が出口濁度目標値より高い値の状態が設定時間範囲継続することをトリガーとして凝集剤の注入を開始するようにしてもよい。
【００１４】
さらに、本発明による凝集剤注入制御方法及び装置では、浄水場のろ過池出口における被処理水の濁度を検出し、この検出された濁度に応じて、前記ろ過池の入口側に凝集剤を注入する場合、前記濁度の上昇率が設定範囲内となり、かつ濁度が出口濁度目標値以上となった場合又は濁度が出口濁度目標値より高い値の状態が設定時間範囲継続した場合、のいずれかをトリガーとして凝集剤の注入を開始するようにしてもよい。
【００１５】
本発明の凝集剤注入制御装置では、演算部に予め設定された濁度上昇率の設定範囲が、単位時間当り２．０×１０^−５〜１５．０×１０^−５であり、演算部に予め設定された出口濁度目標値が、０．０２度以上であり、演算部に予め設定された出口濁度目標値より高い値が、０．０４度であり、演算部に予め設定された時間範囲が６０〜１２０分であるように設定されたものを用いるとよい。
【００１６】
また、本発明の凝集剤注入制御装置では、凝集剤注入装置は、凝集剤を、予め設定された注入率で、予め設定された時間注入する。
【００１７】
また、本発明の凝集剤注入制御装置では、演算部が、濁度計で検出された濁度の変化に対応して、凝集剤注入装置によって注入される凝集剤の注入率を変化させるものでもよい。
【００１８】
また、本発明の凝集剤注入制御装置では、演算部には、濁度の変化を近似した上に凸の近似曲線が設定され、この近似曲線により凝集剤の注入率を演算するようにしてもよい。
【００１９】
この場合、近似曲線には、三角関数曲線や二次関数曲線を用いればよい。
【００２０】
これらの発明では、浄水場のろ過池出口における被処理水の濁度を監視し、この検出された濁度の上昇率が設定範囲内となり、かつ濁度が出口濁度目標値以上となった場合、或いは濁度が出口濁度目標値より高い値の状態が設定時間範囲継続した場合、のいずれかをトリガーとして、ろ過池の入口側での凝集剤の注入を開始するので、ろ過池出口の濁度を、厳しい濁度基準を満足する値に制御することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による凝集剤注入制御方法及び装置の一実施の形態を、図面を参照して説明する。
【００２２】
図１は一般的な浄水場における原水処理プロセスでの凝集剤注入制御装置を示している。また、図２はこの実施の形態における凝集剤注入制御方法を説明する流れ図である。
【００２３】
図1に示すように、処理対象となる原水は、河川や貯水場などの水源１１から取水井１２に取り込まれ、この取水井１２から導水管Ａを通って着水井１３に導入される。着水井１３では凝集条件の一つであるｐＨの調整が行われ、その後、導水管Ｂを通って急速攪拌池（以下、急攪池と略称する）１４へ導入される。急攪池１４には、図示しないが凝集剤添加装置が設けられており、原水処理量に対応した所定量の凝集剤が添加される。そして、攪拌作用により凝集反応とフロック形成反応が生じる。
【００２４】
この急攪池１４には沈殿池１５が隣接されており、この沈殿池１５にて、大きく成長して沈降性のよいフロックは沈澱除去される。沈澱池１５で除去されなかった微細なフロックは被処理水とともに導水管Ｃへ導出される。導水管Ｃは、後続するろ過池１６の入口側に連結しており、このろ過池１６に流入する被処理水に対し再度凝集剤が注入される。
【００２５】
すなわち、この導水管Ｃには凝集剤注入装置１７が連結しており、流量計１８を介して所定量の凝集剤が導水管Ｃ内の被処理水に注入される。このため、導水管Ｃ内には微小なフロックが形成され、この微小なフロックはさらにろ過池１６に流入し、ろ過砂によって捕捉される。この結果、ろ過池１６の出口からは清澄なろ過水が流出し、導水管Ｄを通って浄水池１９に蓄えられる。
【００２６】
また、導水管Ｃには流量計２１が配設され、ろ過池１６に流入する被処理水の流量を測定する。さらに、導水管Ｄには濁度計２２が配設され、ろ過池１６の出口における被処理水の濁度を測定する。この濁度計２２は、ろ過池１６の出口濁度が０．１度以下を維持するように監視するため、高感度の濁度計が用いられる。
【００２７】
演算部２３は、これら流量計１８，２１及び濁度計２２の測定値を入力し、後述する条件の基に、凝集剤注入装置７を制御し、ろ過池１６に流入する被処理水に対し所定量の凝集剤を注入させる。
【００２８】
上記構成において、凝集剤の注入は、ろ過池１６の出口から流出する被処理水の濁度を濁度計２２の測定値により監視することで行う。原水中にピコプランクトン等の成分が大量に含まれると、ろ過池１６の出口濁度はある時間帯（夜間）をピークにして、1日単位で周期的に増加することが想定される。
【００２９】
そこで、濁度の上昇率と絶対値を注入トリガーにすることによって、予め設定した注入率で凝集剤の注入を開始する。すなわち、演算部２３は、濁度計２２の測定値を入力し、その値から濁度の上昇率を求める。濁度の上昇率はある時間間隔で上昇した濁度から演算し、その時間間隔は任意に設定することができる。本発明者らの検討によれば、その間隔は１０分程度にすることが好ましい。
【００３０】
なお、濁上昇率は現在の時刻における濁度を基準に将来時刻における濁度の傾きから求めても良いし、過去の時刻に遡った濁度の傾きから求めても良い。
【００３１】
このようにして求めた上昇率が予め設定された範囲内となり、かつ濁度が出口濁度目標値以上となったことをトリガーとして凝集剤の注入を開始する。すなわち、日射量や温度の日変化などによって、ある時間帯をピークに1日単位で周期的に上昇する浄水場のろ過池出口濁度に対して、濁度の上昇率と絶対値を常時監視することで、最適な凝集剤注入を行うことができる。
【００３２】
具体的には、演算部２３に、図２で示すように、予め凝集剤注入スタート条件となる上昇率の範囲（網目部分）２３１を設定しておく。また、この濁度上昇率と共に、凝集剤注入スタート条件となる濁度の絶対値（出口濁度目標値でもある）２３２を設定しておく。そして、前述のように、測定値に基く濁度上昇率（傾き）が、予め設定された範囲２３１内となり、かつ測定された濁度の絶対値が、予め設定された出口濁度目標値２３２以上となり、しかもこれらが瞬間的なものではなく図示しない時間回路によりある時間継続したと判断された場合、これらの条件成立を条件手段２３３，２３４で検出する。そして、この条件成立をトリガーとして凝集剤注入装置１７に対して凝集剤の注入スタート指令２３５を出力し、ろ過池１６に流入する被処理水への凝集剤注入を開始する。
【００３３】
ここで、凝集剤注入スタート条件となるろ過池出口濁度の単位時間あたりの濁度上昇率の範囲２３１は、例えば、２．０×１０^−５〜１５．０×１０^−５であることが好ましい。このように範囲を設定することによって、ろ過池の洗浄など外的要因によって、急激にろ過池出口濁度が上昇した場合における、凝集剤注入を防止できる。この値は、浄水場の運転管理方針によって任意に設定することができる。
【００３４】
上記数値は実験値を根拠としている。すなわち、ろ過池１６の出口濁度を測定して、ろ過池１６の入口における凝集剤注入率を制御しようとするものであり、濁度の上昇率はより短い時間で判断するのが望ましい。余り長い時間で上昇率を判断してしても、注入を開始するまでには、それだけ水が流れてしまうので、あまり注入する意味がなくなってしまう。そこで、その時間は望ましくては１０分、最大でも５０分と判断した。一方、濁度計の最小単位が０．００１度なので、最小値は、次式から求められる。
【００３５】
０．００１／４０＝２．０×１０^−５
また、最大値は、前記時間を短くすることにより求められる。例えば、１分とした場合、０．００１／１＝１．０×１０^−３となるが、実際１〜２分では計器の特性上このくらの変動はあるので、データから判断して７分弱とした。この結果、次式のように最大値が求められる。
【００３６】
０．００１／７≒１５×１０^−５
ここで、濁度上昇率に上限を設定したのは、前述のように、ろ過池１６の逆洗などによる急激な濁度上昇により凝集剤注入をスタートさせないためである。すなわち、逆洗の間、ろ過池１６に対して通常の流れとは逆方法に洗浄水を流すため、砂の巻き上がりが起こる。このため、ろ過は停止し、洗った水は別系統に排出する。運転再開は砂の巻き上がりが十分収まってから行うが、何らかの運転不具合が原因で、運転再開時に、砂の一部が処理水側に流出してしまったときに急激な濁度上昇が検出される。凝集剤は砂ろ過の前に注入するで、このようにろ過池出口側での急激な濁度上昇したものに対しては、ろ過池の入り口で凝集剤を注入しても意味がなくなってしまうためである。
【００３７】
また、トリガーが働く濁度の絶対値２３２は０．０２度以上であることが好ましい。この値は、ろ過池１６の出口における目標濁度でもあり、浄水場の運転管理方針によって、任意に設定することができる。
【００３８】
次に、凝集剤の注入をスタートさせる別の条件を説明する。例えば、ろ過池１６の出口濁度が２．０２．０×１０^−５以下の上昇率で緩やかに上昇した場合、もしくは１５×１０^−５以上の上昇率で急激に上昇した場合、上述の条件では凝集剤注入が行われない。そこで、あるレベル以上の濁度の絶対値が一定時間継続する場合も、凝集剤を注入するようにした。
【００３９】
すなわち、演算部２３に、図２で示すように濁度絶対値の設定値２３６とその継続時間２３７を予め設定しておく。濁度計２２で測定された出口濁度の絶対値が設定値２０６を上回り、かつその状態が設定時間２３７以上継続したことを条件に条件手段２３４を介して注入スタート指令２３５を出力する。
【００４０】
この場合、濁度絶対値の設定値２３６は、前記出口目標値２３２より大きい、例えば、０．０４度であることが好ましい。この値は、浄水場の運転管理方針によって、任意に設定することができる。また、濁度の絶対値が継続する時間は、好ましくは７０分程度であり、６０〜１２０分の範囲内であれば問題はない。この値も、浄水場の運転管理方針によって、任意に設定することができる。
【００４１】
このようにして、ろ過池１６の出口濁度が、出口濁度目標値（例えば、０・０２）より高い値（例えば、０．０４）以上の状態が設定時間範囲継続することをトリガーとして凝集剤の注入を開始することができる。
【００４２】
ここで、条件手段２３４はオア条件のため、設定条件２３１及び２３２による条件成立、すなわち、濁度が上昇し、かつその濁度上昇率（傾き）が設定範囲内に入った場合と、設定条件２３６及び２３７による条件成立、すなわち、あるレベル以上の濁度が、設定時間以上継続した場合、のいずれか一方により、凝集剤の注入をスタートさせることができる。
【００４３】
注入される凝集剤の注入率は予め設定した一定値とし、これを予め設定した時間注入する。実際の凝集剤の注入量は、流量計２１で測定されたろ過池１６への被処理水流入量から演算する。凝集剤の注入を停止する方法は、タイマーまたは時刻を設定することによって行う。すなわち、注入開始時からタイマーをスタートさせて行うか、或いは、翌日のある時間を設定することによって行う。濁度の下限値は、このタイマー間隔または停止設定時刻に合わせて設定することが好ましい。
【００４４】
なお、凝集剤の注入率を一定値としたが、濁度計２２で検出された濁度の変化に対応して、凝集剤注入装置１７によって注入される凝集剤の注入率を変化させてもよい。
【００４５】
この場合、ろ過池出口濁度は、通常は前述のように一日のある時刻（通常は深夜）をピークとして周期的に増加するので、この場合は、濁度変化を上に凸な曲線、例えば、三角関数曲線や二次関数曲線で近似できる。したがって、この近似曲線に応じて凝集剤の注入率を求め、変化させると演算が容易となる。
【００４６】
このように、ろ過池１６の出口部分における被処理水の濁度を直接検出し、この出口濁度の上昇率が設定範囲内に上昇したこと、或いは、あるレベル以上の濁度が設定時間以上経過したことのいずれかを条件として、ろ過池１６の入口側での凝集剤注入を行うので、ろ過池１６の出口濁度を厳しく定めた基準を確実にクリアすることができる。
【００４７】
なお、粒度分析系やパーティクルカウンターを、ろ過池１６の出口側に設置した場合も同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００４８】
【発明の効果】
本発明によれば、後凝集剤注入を自動化することで運転監視の労力を低減するとともに、注入率を最適化でき、厳しい濁度基準をクリアすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による凝集剤注入制御装置の一実施の形態を示すブロック図である。
【図２】同上一実施の形態における動作を説明する流れ図である。
【符号の説明】
１６ろ過池
１７凝集剤注入装置
２２濁度計
２３演算部
２３１予め設定された濁度上昇率の範囲
２３２予め設定された出口目標濁度
２３６予め設定された出口目標濁度以上の濁度の設定値
２３７濁度の継続時間

Claims

浄水場のろ過池出口における被処理水の濁度を検出し、この検出された濁度に応じて、前記ろ過池の入口側に凝集剤を注入する場合の凝集剤注入制御方法であって、
前記濁度の上昇率が設定範囲内となり、かつ濁度が出口濁度目標値以上となったことをトリガーとして凝集剤の注入を開始する凝集剤注入制御方法。
浄水場のろ過池出口における被処理水の濁度を検出し、この検出された濁度に応じて、前記ろ過池の入口側に凝集剤を注入する場合の凝集剤注入制御方法であって、
前記濁度が出口濁度目標値より高い値の状態が設定時間範囲継続することをトリガーとして凝集剤の注入を開始することを特徴とする凝集剤注入制御方法。
浄水場のろ過池出口における被処理水の濁度を検出し、この検出された濁度に応じて、前記ろ過池の入口側に凝集剤を注入する場合の凝集剤注入制御方法であって、
前記濁度の上昇率が設定範囲内となり、かつ濁度が出口濁度目標値以上となった場合又は前記濁度が出口濁度目標値より高い値の状態が設定時間範囲継続した場合、のいずれかをトリガーとして凝集剤の注入を開始することを特徴とする凝集剤注入制御方法。
浄水場のろ過池出口に設けられ、ろ過池から流出する被処理水の濁度を検出する濁度計と、
前記ろ過池の入口側に設けられ、このろ過池に流入する被処理水に凝集剤を注入する凝集剤注入手段と、
前記濁度計の検出値を入力し、その上昇率が予め設定した設定範囲内となり、かつ検出濁度が予め設定した出口濁度目標値以上となったことを条件に前記凝集剤注入装置に注入開始指令を出力する演算部と、
を備えたことを特徴とする凝集剤注入制御装置。
浄水場のろ過池出口に設けられ、ろ過池から流出する被処理水の濁度を検出する濁度計と、
前記ろ過池の入口側に設けられ、このろ過池に流入する被処理水に凝集剤を注入する凝集剤注入手段と、
前記濁度計の検出値を入力し、その検出濁度が予め設定した出口濁度目標値より高い値の状態が、予め設定した時間範囲継続したことを条件に前記凝集剤注入装置に注入開始指令を出力する演算部と、
を備えたことを特徴とする凝集剤注入制御装置。
浄水場のろ過池出口に設けられ、ろ過池から流出する被処理水の濁度を検出する濁度計と、
前記ろ過池の入口側に設けられ、このろ過池に流入する被処理水に凝集剤を注入する凝集剤注入手段と、
前記濁度計の検出値を入力し、その上昇率が予め設定した設定範囲内となり、かつ検出濁度が予め設定した出口濁度目標値以上となったこと、又は前記濁度計の検出濁度が予め設定した出口濁度目標値より高い値の状態が、予め設定した時間範囲継続したこと、のいずれかを条件に前記凝集剤注入装置に注入開始指令を出力する演算部と、
を備えたことを特徴とする凝集剤注入制御装置。
演算部に予め設定された濁度上昇率の設定範囲が、単位時間当り２．０×１０^−５〜１５．０×１０^−５であることを特徴とする請求項４又は請求項６に記載の凝集剤注入制御装置。
演算部に予め設定された出口濁度目標値が、０．０２度以上であることを特徴とする請求項４又は請求項６に記載の凝集剤注入制御装置。
演算部に予め設定された出口濁度目標値より高い値が、０．０４度であることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の凝集剤注入制御装置。
演算部に予め設定された時間範囲が６０〜１２０分であることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の凝集剤注入制御装置。
凝集剤注入装置は、凝集剤を、予め設定された注入率で、予め設定された時間注入することを特徴とする請求項４乃至請求項１０に記載の凝集剤注入制御装置。
演算部は、濁度計で検出された濁度の変化に対応して、凝集剤注入装置によって注入される凝集剤の注入率を変化させることを特徴とする請求項４乃至請求項１０に記載の凝集剤注入制御装置。
演算部には、濁度の変化を近似した上に凸の近似曲線が設定され、この近似曲線により凝集剤の注入率を演算することを特徴とする請求項４乃至請求項１０に記載の凝集剤注入制御装置。
近似曲線が三角関数曲線であることを特徴とする請求項１３に記載の凝集剤注入制御装置。
近似曲線が二次関数曲線であることを特徴とする請求項１３に記載の凝集剤注入制御装置。