JP5420467B2 - 凝集剤注入量決定装置および凝集剤注入量制御システム - Google Patents
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Description
なお、酸性原水を使用した場合には、Isp=I0−I0(1−σ/σ0)−K(pH−pH0)とするとよい。
河川水などの浄化すべき対象である原水は、水処理システム100の着水井10に流入する。着水井10内の原水は、急速撹拌池12に供給され、ここで凝集剤と混合される。ここで、凝集剤は、薬剤タンク14に貯留されており、薬剤ポンプ16によって原水に混合される。凝集剤は、急速撹拌値に至る流路において注入されるように図示したが、急速撹拌池12に直接供給してもよい。
本実施形態において、水処理システムは、凝集剤注入量決定装置200を有している。この凝集剤注入量決定装置200は、原水の一部をサンプリングして、これについての凝集処理を行い、凝集剤の注入量を決定する。この凝集剤注入量決定装置200は、凝集剤の注入量を決定できればよく、処理水量はポンプなどを精度よく制御できる範囲内で、なるべく小さくすること(数10L/分程度)が好適である。以下、この凝集剤注入量決定装置200について説明する。
K=K1+K1(1−σ/σ0)・・・・・・・・・・・・・・・・(2)
I=apHm+b・・・・・・・・(3)
Isp=I0+K1(pH−pH0)となる。
σ<σ0の場合には、河川水が降雨で希釈されて、水の電気抵抗が大きくなる。その為には目標SC値を大きくし、同じコロイド濃度でも凝集剤注入率を大きくする。
Isp=I0−I0(1−σ/σ0)+{K1+K1(1−σ/σ0)}(pH−pH0)
ここで、SC値は電流量であり、オームの法則から導電率が高くなればSC値は小さくなり、導電率が低くなればSC値は大きくなる。凝集反応が進むと流動電位(=I0/σ0:次元mV)が一定となるのでI0/σ0=I/σ=一定を用いることで、導電率の変化に正しく対応することが可能となった。
Isp=I0−I0(1−σ/σ0)+{K1+K1(1−σ/σ0)}(pH−pH0)
と同じになり、Ispは−250側に移動し、またK<K1となる。
基本式(3)をSC検量線と呼ぶ。基本式(3)であるI=a・pHm+bにおいて、aは混和水pHとSC値の負の回帰式から求めた基本式(3)のpH−SC勾配(K値とは異なる)であり、bは混和水pHとSC値の負の回帰式から求めた基本式(3)のy切片定数(SC:units)を表し、凝集剤注入率ゼロの時の最小SC値である。
ここで、ΔpH=(pH−pHm)で表される制御に必要なベクトル量Ixを図2に表す。図2はpHm=pH0とした時の制御原理図である。このように、pHをx軸にとり、SC値をy軸にとる。この場合、PACで原水pHが低下するか又は原水pHが減少するかでΔpH=0となる。
pH‐SC係数K(SCunits/pH)はスタート時のPAC0を満たす試行錯誤法又は自動測定法で求めることができる。
図3は、本装置200の自動操作を止め、手動操作に切り替え、PACの添加量を変更した場合における混和水のpHと、SC値の関係を示したSC検量線の実験結果である。このように、この時の原水については、I=−108.8pHm+756.8、の関係があることがわかった。この時の相関係数R2は、0.9857であった。混和水pHmの目標値はジャーテストで求めるがpHm=pH0=7.3とした時、この相関式にそれを代入することでI0が求まる。式(1)からIspが決まるので試行錯誤でPAC0に成るようにKを増減しKを求める。式(1)で操作して目標のpHm=pH0に成らないとき、逆算でK値を求める。
K=25+25*(1−169.1/150)=25+25*(−0.1273)=21.8(units)
Isp=−67−(−67)*(1−169.1/150)+21.8*(8.0−7.3)
=−67−(−67)*(−0.1273)+21.8*(0.7)=−67−8.5+15.26=−60.24(units)に成るはずであり、表1に示す目標SC値と実測SC値はほぼ同じ値になった。K=20(ΔSC/ΔpH)位と推定できた。またpHm=7.4で少し高めであったが、PACも平均30.6mg/Lで妥当な値であった。
上述のように、K値は試行錯誤法によって、求めることができる。しかし、K=0とおいた自動運転からK値を求めることもできる。
基本式は、上述したが、改めて下記に示す。式(1)と式(2)のK=0として実験を行い、結果解析からK値の特性を求める。
Isp={I0−I0(1−σ/σ0)}+K(pH−pH0) ・・・ (1)
K=K1+K1(1−σ/σ0) ・・・ (2)
I=a*pHm+b ・・・ (3)
次に、K値を求める手順について説明する。
I=−213.06pHm+1488.7・・・(4)
I=16.25pHm−197.9 ・・・ (5)
図6のトレンドグラフはK=18.3で運転したものである。また、I0=−67、pH0=7.3、σ0=150μS/cmである。制御は良いが、平均pHm=7.35(最小値7.2〜最大値7.54)で設計値より少し大きかった。運転結果について、表3に示す。なお、この表では、原水導電率をEC1、原水pHをpH1、混和水pH(pHm)をpH2と記載してある。
図5のトレンドグラフはK=0とした時、何が起きるかは最初から分かっていた訳ではない。原理図から改めてK値の定義を考えるとpH0=7.3とすると式(3)からI0=−67が決定する。これを自動制御してpHm=pH0=7.3に保持する時のpH−SC値換算係数(K値)は図7又は式(5)のSC勾配から得られる事を発見した。図7は、混和水pHmとSC値の関係をプロットしたものであり、SC勾配=16.25を示した。これは明らかに式(4)のSC勾配と異なる。また、K値は当初、負の勾配を持つと考えていたが、間違いで正の勾配であった。
式(5)は原水コロイド濃度が低い(濁度5度以下)時、K値が混和水pH(又は原水pH)に比例しI0が大きくなる事を示す。PACを削減するには原水pHを低くすれば良い。それにはCO2等を原水pHの高い時に原水に混和しピークカットする方法が既に採用されている。この時の自動ジャーテスト装置の基本式ではK=0として自動運転するのが好適である。
流動電流(SC値=streaming current:units)はマイクロフロックの表面電荷を相対値(増幅倍率と測定値の表示範囲選定でSC値が異なる:次元mA)ではあるが電流値に換算したものでオームの法則に従う。本実施形態では、水の電気抵抗を水の導電率で求め、混和水pHとSC値の関係から検量線を求める。ジャーテストで求めた適正凝集剤注入率PAC0と適正pH0を利用し、目標SC値ISP(units)を計算し、それに現在SC値を合わせるように凝集剤を注入する。通常の場合には、混和水pHが初期設定値pH0を保持すれば、正しい制御が行われたことになる。それを下回る時もあるが適正注入率を算出できる。いつでも検量線の実験が出来るように水量一定とし、浄水場の施設から切り離し、コンパクトな連続的な凝集剤注入率制御装置とした。SC計はコロイドにのみ反応するので、原水濁度などの計測は不要であり、濁度計は制御から除外している。また、緩速撹拌は、PAC0注入率の設定pH0が適正であれば凝集剤注入率決定装置で確認する必要は無いので省略している。
ここで、原水pHが高い場合には、上述した式(1)におけるK(pH−pH0)の項が重要である。一方、原水pHが比較的低い場合には、このK(pH−pH0)の項の重要性は低くなる。例えば、pH=pH0であれば、この項は不要である。また、原水pHが高い場合にあっても、炭酸ガスの注入などによってpHを低くすることができる。従って、原水pHが8以下の場合には、K=0として運転することが好適である。
Isp=I0−I0(1−σ/σ0)・・・・・(6)
を用いて、目標SC値(流動電流値)を決定して凝集剤注入量決定装置を運転し、凝集剤(PAC)の注入率を決定することができる。この時原水タンクのpH計は制御には不要となる。
原水はA浄水場導水管の採水弁から、自然流下で原水タンク42に供給し、ここから排水タンクまで水量Q=26.4L/分と2個の流入調整弁で固定し実験した。流量は原水タンクで実測した。
図3はアルカリ性原水のSC検量線の実験結果例であるが、酸性原水のSC検量線はNaOH等を一定量原水に注入し、pH調整を例えば酸性原水pHを7.75(又はアルカリ度25mg/L以上)に上昇させた後、SC検量線を求める。手動ジャーテストでpH0を得て、SC検量線からI0を求め、混和水SC値とI0が一致するようにPACの自動注入を行う。
Isp={I0 −I0(1−σ/σ0)}± K(pH−pH0)・・・・(1)
K=K1 + K1(1−σ/σ0) ・・・・・・・・・・・・・・・・(2)
I =a×pHm+b ・・・・・・・・・・・・・・・・(3)
基本式は式(1)の右辺第2項および式(2)が不要となり、pH調整原水は式(4)と式(3)だけの制御となる。
Isp=I0 −I0(1−σ/σ0)・・・・・・・・(4)
I =a×pHm+b ・・・・・・・・・・・・・・・・(3)
酸性原水の自動ジャーテスター装置のフローは、上述したアルカリ性原水場合のフローと同様であるが、酸性原水ではNaOH等のアルカリ剤の濃度を均一にするために、急速攪拌タンクと同類の攪拌機が原水タンクに必要となる。実プラント(浄水施設)からpH調整原水を得る事が出来れば原水タンクに攪拌機は不要である。また、アルカリ性原水のpH調整のCO2を注入する時もpHを均一にしなければならない事は言うまでもない。
Claims (7)
- 原水のpHを計測するpH計測手段と、
原水の導電率を計測する導電率計測手段と、
特定のpHおよび導電率の原水に基づき決定した、凝集剤混和後の混和水におけるマイクロフロックの荷電状態を示す流動電流値の目標値である初期目標流動電流値を、前記pH計測手段および前記導電率計測手段により計測したpHおよび導電率に基づき補正して、目標流動電流値を算出する目標流動電流値算出手段と、
一定の滞留時間で、原水に凝集剤を混和する混和手段と、
この混和手段による凝集剤混和後の混和水の流動電流値を検出する流動電流値検出手段と、
検出した流動電流値が所定値になるように、前記混和手段における凝集剤注入量を決定し、前記混和手段における凝集剤注入量を制御する注入制御手段と、
を有し、
前記注入制御手段において決定した凝集剤注入量を、目標凝集剤注入量として決定する凝集剤注入量決定装置。 - 請求項1に記載の凝集剤注入量決定装置であって、
前記目標流動電流値Ispを、原水についてのジャーテストの結果から選定した適正凝集剤注入時の混和水pHと、基準となる原水導電率と、計測した原水pHと、計測した原水導電率と、に基づいて算出する凝集剤注入量決定装置。 - 請求項1に記載の凝集剤注入量決定装置であって、
前記目標流動電流値Ispを、原水についてのジャーテストの結果から求めた適正凝集剤注入時の混和水pH(pH0)と、基準となる原水導電率(σ0)と、計測した原水pH(pH)と、計測した原水導電率(σ)と、係数Kに基づき、
Isp=I0−I0(1−σ/σ0)+K(pH−pH0)
により算出する凝集剤注入量決定装置。 - 請求項3に記載の凝集剤注入量決定装置であって、
前記Kを、K1をpHの変化量に対する流動電流値の変化量に換算する係数として、
K=K1+K1(1−σ/σ0)
により求める凝集剤注入量決定装置。 - 請求項1〜4のいずれか1つに記載の凝集剤注入量決定装置を有する水処理施設の凝集剤注入量制御システムであって、
流入水を原水として前記凝集剤注入量決定装置に供給するとともに、その原水を使用して前記凝集剤注入量決定装置から出力される、凝集剤注入量を用いて、流入水への凝集剤注入量を制御して、凝集処理を行う水処理施設の凝集剤注入量制御システム。 - 原水の導電率を計測する導電率計測手段と、
特定の導電率の原水に基づき決定した、凝集剤混和後の混和水におけるマイクロフロックの荷電状態を示す流動電流値の目標値である初期目標流動電流値を、前記導電率計測手段により計測した導電率に基づき補正して、目標流動電流値を算出する目標流動電流値算出手段と、
一定の滞留時間で、原水に凝集剤を混和する混和手段と、
この混和手段による凝集剤混和後の混和水の流動電流値を検出する流動電流値検出手段と、
検出した流動電流値が所定値になるように、前記混和手段における凝集剤注入量を決定し、前記混和手段における凝集剤注入量を制御する注入制御手段と、
を有し、
前記注入制御手段において決定した凝集剤注入量を、目標凝集剤注入量とする凝集剤注入量決定装置。 - 請求項6に記載の凝集剤注入量決定装置であって、
前記目標流動電流値Ispを、基準となる原水導電率(σ0)と、計測した原水導電率(σ)と、基準となるSC値(I0)とに基づき、
Isp=I0−I0(1−σ/σ0)
により算出する凝集剤注入量決定装置。
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