JPS60220114A - 水処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ 本発明は、水処理方法に係り、特に浄水施設における浄
水処理用の凝集剤およびアルカル性薬剤等の薬品注入制
御方法の改良に関する。

［従来技術］ 従来のこの種の装置において、取水した原水中の懸濁物
の処理方法は、一般に硫酸アルミニウム、重合アルミニ
ウム塩（ＰＡＣ）等の凝集剤を原水中に加えた後、沈澱
物を固液分離する方法である。この凝集処理を良好に行
うには、原水中の懸濁物の種類、濃度等に応じた凝集剤
等の最適注入率があり、その重要な指標となるのがＰＨ
値あるいはアルカリ度である。　ＰＨ値あるいはアルカ
リ度を七げるには、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム
、あるいは水酸化カルシウム等が用いられ、逆にｐ）ｌ
値あるいはアルカリ度を下げるには酸として作用する凝
集剤が用いられている。つまり、ｐＨ値あるいはアルカ
リ度が所定値具−ヒであれば、凝集剤を所期の量より過
剰に加えてこれに対処している。

また、この凝集処理は、上述した因子以外に、氷温、Ａ
ＬＴ比（９ｉ集剤と原水濁度との比）、濁度成分粒子の
粒径分布あるいはゼータ電位などの因ｔの影響を受ける
が、凝集可能なＰＨ値あるいは、凝集剤の注入率にはあ
る程度の許容範囲があり、最適条件値から多少偏倚して
もこの許容範囲内にあれば、実用上問題とならない、そ
こで、原水の角度（ＴＢ）に応じて凝集剤の注入率（Ｇ
Ｙ）を、いわゆるフィードフォワード的に決定するには
、例えば（１）式のように表わされる。

ＧＹ＝ｐＸＴＢ　＋ｑ　（但し、ｐ、ｑ、ｎは定数）−
（１）そして、例えば夏季と冬季の温水変化を考慮して
夏季に比べて冬季には上記定数を、経験的に大きくとっ
て対処するなどしていた。

ところで、このような凝集処理を効果的に実施するには
、それに好適なｐ）ｌ値あるいはアルカリ度の許容範囲
のあることはＬ述のとおりであるが、以下、このアルカ
リ度と薬品注入率との関係について説明する。今、塩素
注入率をＥＮ、アルカリ性薬剤注入率をＨＡ、原水アル
カリ度をＡｏ、薬品注入後の処理水のアルカリ度の予測
値をＡｅとすると、これらの間には（２）式が成りｔつ
ことが知られている。

Ａｅ＝Ａｏ　ｋＩＸＥＮ　ｋｚ　Ｘ（ｉＹ＋に３ＸＮＡ
　−（２）ここで、ｋｉ、に２．に３は各薬剤によって
決まる係数であり、例えば、液化塩素、８％硫酸アルミ
ニウム（Ａ文２０３換算）、および２０％水酸化ナトリ
ウムを各薬剤として使用すると、各々の係数はｋｉ＝１
．４１、ｋ２＝０．２４、ｋ３　＝０．２５トなる。

そこで、アルカリ性薬剤注入率（ＮＡ）を未知数として
これを演算する式として（２）式を変形すると（３）式
が得られる。

ＮＡ＝−：Ｘ（Ａｅ　（Ａｏ　ｋｌ　ＸＥＮ　ｋｚ　Ｘ
ＧＹ）　）（３）３ 今、凝集処理に良好なアルカリ度の下限値を＾腸１ｎと
して、逆に」−限値をＡ層ａ！として（３）式の中括弧
内に（４）式に示す不等式を当てはめると、上記（３）
式は、ＮＡ＞Ｏとなり、アルカリ性薬剤を注入して処理
水のアルカリ度をＡ＋ｗｉｎより高くする必要があり、
逆に（５）式に示す不等式を当てはめると、ト記（３）
式は、ＮＡ＜Ｏとなり、酸性を示す凝集剤を所定機より
過剰に注入しなくてはならない。

Ａｍ１ｎ＞Ａｏ　−ｋ　１　Ｘ　ＥＮ　−ｋｚ　ＸＧＹ
　・”　（４）Ａａ＋ａｘ＜Ａｏ　ｋｌ　ＸＥＮ　ｋｚ
　ＸＧＹ　・”（５）なお、今までは原水の水質と各薬
品注入率に基づき計算される処理水アルカリ度の予測値
＾ｅについて説明したが、処理水アルカリ度の実測値Ａ
ｔが測定される場合には、（４）式と（５）式を各々（
８）式と（７）式に書き換えることができる。

Ａ１１ｎ＞Ａｔ　−（８） Ａｍａｘ＜　Ａｔ　−（７） また、アルカリ度の場合と同様に、良好な凝集処理の下
限ＰＨ値をｐＨｍ１ｎ　、　１．限ＰＨ値をｐＨ＋ｓａ
ｘ　とおくと、処理水ＰＨ値の実測値ＰＨｔ値が（８）
式を満たすときはアルカリ性薬剤を注入し、（９）式を
満たすときは過剰の酸性凝集剤を注入してｐＨ値を下げ
る必要がある。

ｐＨｌ１ｉｎ　＞　ｐＨｔ　−＝　（８）ｐＨｍａｚ　
＜　ｐ）Ｉｔ　・＝　（９）以上の方法によってｒｐ木
施設の薬品１１人−Ｖの決定が行なわれていたが、この
方法を適用した装置として第１図に示すものがある。同
図において、（］）は着水井、（２）は着水井（１）か
ら薬品混和池（３）へ流入する原水ｉＪｔ量をＩｔ４定
する瀉罎計、（４）は薬品混和池（３）からその処理水
を受けフロックを形成させるフロック形成池、（５）は
沈澱池、（６）は原水採水地点、（７）はこの原水の水
質分析をする水質計器、（８）は原水の水質分析値また
は処理水の水質分析値に基づいて薬品注入率を決定制御
するコントローラ、（９）はこのコントローラ（８）お
よび流量計（２）からの各データ値信号に基づき、薬品
注入率（ｐｐｍ）を演算し、これを注入酸（文ハｒ）と
して換算してこの演算値を薬品注入機（ｌＯ）に注入指
令信号として出力する比率演算器、（１１）は薬品注入
機（ｌＯ）の指令量をバルブ等の開度によって注入され
る注入点、（１２）は沈澱池（５）における処理水の採
水点で、この処理水の木質分析が水質計器（１３）によ
って行なわれ、その分析値は上記コントローラ（８）に
出力される。

次に動作について説明すると、河川等から取水され浄水
場に導入された原水は着水井（１）の近傍で塩素が注入
されて、酸化殺菌処理が行なわれ、次いで流量計（２）
を経て薬品混和池（３）に導入されて、この近傍で凝集
剤および必要に応じてアルカリ性薬剤等が注入、混合さ
れた後、フロック形成池（４）で凝集フロラ訝の形成が
促進され１次いで沈澱池（５）でフロックの沈降による
固液分離が行なわれる。原水は塩素などの薬品が注入さ
れる前に、水質計器（７）で自動的に水質分析された後
、コントローラ（８）にその分析値が入力される。

一方、薬品注入点（１１）より下流側の処理水の採水点
（１２）で採水された処理水は水質計器（１３）で自動
的に水質分析された後、Ｌ記コントローラ（８）にその
分析値が入力される。

然して、凝集剤注入率（ＧＹ）を原水の水質に基づいて
決定するフィードフォワード制御では、木質計器（７）
で測定された原水濁度などの水質分析値を用いて先に示
した（１）式などで、凝集剤注入率（ＧＹ）を設定する
。また、処理水の水質に基づくフィードバック制御では
水質計器（１３）で測定された処理水濁度などの水質分
析値を用いて設定（１との偏差に応じて凝集剤注入率（
ＣＹ）の修正を行なう。

同様にアルカリ性薬剤注入率（ＮＡ）を原水の水質と凝
集剤や塩素など他の薬品注入率に基づいて決定するフィ
ードフォワード制御では、水質計器（７）で測定された
原水アルカリ度、原水ｐＨ値などの水質分析値と他の薬
品の注入率の値を用いて先に示した（２）〜（５）式な
どでアルカリ性薬剤注入率（ＨＡ）を設定する。また、
処理水水質に基づくフィードバック制御では水質計器（
１３）で測定された処理水アルカリ度、処理水ｐＨ値な
どの水質分析値を用いて所定値との偏差に応じてアルカ
リ性薬剤注入率（ＧＹ）の修正を行なう。そして上記原
水および処理水の水質分析値に基づいて凝集剤注入率（
ＧＹ）およびアルカリ性薬剤注入率（ＮＡ）を演算、決
定するのが上記コントローラ（８）である。

従来の水処理方法およびその装置は以上のように構成さ
れているが、ＰＨ値やアルカリ度などの凝集処理時の最
適条件は原水中の懸濁物の種類やその共存物質によって
かなり変化するにも拘わらず、ｐＨ値やアルカリ度の設
定値は一義的に決められているため、必ずしも最適な凝
集効果が得られるとは限らなかった。さらに懸濁物以外
の原水中の汚濁物質、たとえばトリ／＼ロメタンを生成
する前駆物質としての有機汚濁物質を除去するためにｐ
Ｈ値等の凝集条件を変化させること、あるいは濾過池へ
の固形分負荷量の考慮など浄水場内の運転状況をも膳酌
して薬品注入率の変更を必要に応じて行なうことができ
ないという欠点を有していた。

すなわち、従来法は、ｐＨ値またはアルカリ度の設定値
が凝集処理の最適範囲から外れるという事態に対しては
、例えばワンループコントローラなどによって一義的に
計算される自動制御方法から、手動設定に切り換えると
いうような二者択・的な切換を行なう方法しか有してい
なかった。そして操作員が手動で薬品注入率を設定する
方法では、過去の経験が具体的な数値として記憶されて
いないために、別の操作的が同じ失敗を繰り返さなくて
はならないという欠点があった。

［発明の概要］ 本発明は、上記のような従来法の欠点を除去するために
なされたもので、凝集処理プロセスに対して外乱となる
諸状況に基づき薬品注入後の処理水のｐＨ値および／ま
たはアルカリ度の許容上限値と許容下限値を記憶させ、
また必要に応じて各設定値の修正を行なえるようにした
ので、凝集処理への外乱となるある状況が発現した時に
凝集処理における水質条件の設定値を適確に判断して、
それの変更を行なうことのできる水処理方法を提供する
ものである。

［発明の実施例］ 一ヒ述の目的を達成するために、水質が比較的安定して
いて汚濁物車席が低い場合には経済的な薬品注入率を目
ざし、水質の変動時や汚濁物車席が高い場合には処理効
果の安定性すなわち安全を第一とする制御方法である。

さらに具体的な言えば、処理水のＰ）Ｉ値を設定する場
合に、水質安定時には、凝集処理が比較的容易なので許
容ｐＨ値に幅をもたせ、また水質変動時や汚濁物質が高
車席の時には処理水ｐＨ値の設定値の幅を小さくとり処
理効果の安定性を図るものである。

凝集処理で除去すべき物質としては、無機物以外に例え
ば、トリハロメタンの前駆物質となる有機物や臭気成分
、色度成分、あるいは濾過池の閉塞を早める藻類などが
ある。また凝集処理プロセスは沈澱池における固液分離
性能や、微粒子の除去を行なう濾過池の濾過効率などと
も密接に関連し、これらの要因をＰＨ値やアルカリ度と
の関係で述べると例えば以下の様になる。

［１１高濁彦時には沈澱池における濁質の除去を確実に
行なうために処理水のｐ）ｌ値の設定範囲を小さくとる
。

１２１中濁度時（平常時）には凝集処理効果の処理水ｐ
Ｈ値への依存度は比較的小さいので、処理水ｐＨ値の設
定範囲は大きくとって、薬品の注入率をできるだけ少な
くする。

［３１低濁度時にはフロックの沈降性が悪いので、平常
時よりアルカリ性側に処理水ｐＨ（ｅを設定する。

［４］有機汚濁物質の濃度が高い場合には、平常時より
酸性側に処理水ｐＨ値を設定する。

［５１ｉｔｉ過池の閉塞が早い場合には緻密なフロック
を°生成させるために処理水ｐｉ（値を平常時よりアル
カリ性側に設定する。

［６１沈澱池においてフロックの浮りが多い場合には、
凝集処理効果を高めるために、平常時より処理水ｐＨ値
の設定範囲を小さくとる。

上記ようなプロセスの解析結果に基づき、各状況下にお
ける処理水ｐＨ値および処理水アルカリ度の設定値を例
えば第２図にように示すことができる。同図は、ある状
況（ｉ）に対応して設定するべき処理水ＰＨ値の最大値
（ｐＨｍａｘ　）　、最小値（ｐＨ１ｎ）　、並びに処
理水アルカリ度の最大値（Ａｍａｘ）、最小値（Ａｍｉ
ｎ）を例示したものである。

以上の所見からの本発明の薬品注入制御方法およびその
装置について第２図ないし第４図に示す実施例に基づい
て説明する。

第２図に示した凝集処理時のｐＨ値またはアルカリ度に
Ｉ’ｌｌを及ぼす要因の一部については、オンライン自
動計器による連続計測が可能である。

例えば濁度値について、５０ρｐｉ以上を高濁度、１０
ＰＰ履〜５０ｐｐｍを中角度、１０ｐｐｍ以下を低濁度
と定義することにより、第２図におけるｉ＝０゜ｌ、２
のように自動的に各濃度の判断を行なうことができるよ
うにしている。同様に゛水温が低い″を水温５°Ｃ以下
、゛有機汚濁物質車席が高い″を過マンガン酸カリウム
消費量１５■ｇ１文以上というように定義することによ
って水質計器等の測定値によって状況の判断をすること
ができるようになっている。

第３図は、第２図に示した状況に基づく処理水ｐＨ値あ
るいはアルカリ度の所定値の変更を計算機によって直接
制御する場合の構成図で、同図において、（１４）はそ
の制御用計算機で、上述の各水質に応じた判断機能、Ｐ
Ｈ設定値とアルカリ度設定値の記憶とその設定値の各状
況に応じて変更する自動変更をする機能、並びに通常の
コントローラとしての機能を有している。すなわち、こ
の制御用計算機（１４）は第２図に示したｉ＝ｏの値を
基準イｔｉとして、ｉ≠０の状況が起った場合にはその
状況に適したｐｌａｉｎ　、　ｐＨｍａｘなどの値に自
動的に変更するようになっている。

ここで、凝集処理時の処理水アルカリ度を先に設定した
下限値Ａｍ１ｎと上限値Ａｍａｘの範囲に入れるために
注入すべきアルカリ性薬剤注入率（ＨＡ）または凝集剤
注入率（ＧＹ）をフィードフォワード制御でめるには、
前述した（４）式または（５）式の比較演算に基づき、
（２）式における処理水アルカリ度の予測値（Ａｓ）が
Ａｍ１ｎとＡ腸ａＸの範囲内になるよう各注入率を決定
する。

一方、処理水ＰＨ値を先に設定したｐＨｍ１ｎとｐＨｍ
ａｘの範囲に入れるために注入すべきアリカリ性薬剤注
入率（ＭＡ）または凝集剤注入率（ＧＹ）をフィードフ
ォワード制御でめる場合は以下のようになる。薬品注入
後の処理水ｐＨ値の予測値をｐｉｅとすると、ｐ）ｌｅ
は（ｌＯ）式によって計算することができる。

ｐＨｅ　＝　ＩｏｇＡｅ　−ｌｏｇ　（Ｇｏ＋０．８８
（ａｌ　ＸＧＹ＋　ａ２　Ｘ　ＥＮ））＋　Ｋ　−−−
（１０）（ｌＯ）式において、Ｋは炭酸の一次解離定数
に基づく定数項、ａｌ、ａ２は各々凝集剤、塩素による
消費アリカリ成分のうち重炭酸イオンの割合を示す係数
、ＣＯは原水中の遊離炭酸濃度で（１１）式によって計
算される。

ｌｏｇｃｏ　＝　ｌｏｇＡｏ　−ｐｒｏ　十に−・（１
１）そこで、ｐＨ値の場合もアルカリ度の場合と同様に
（１２）式が成立するように、ｐＨｅ　＜ｐ）ｌａｉｎ
のときはアルカリ剤を、ｐＨｅ＞ｐＨ履ａＸのときは凝
集剤を注入する。

ｐＨｍ　ｉ　ｎ≦ｐＨｅ≦ｐＨｍａｒ　−・・（１２）
次に処理水をその採水点（１２）で採水し、この処理水
水質計器（１３）で測定した分析値に応じて薬品注入率
を修正するいわゆるフィードバック制御をするには、次
のようになされる。まず、処理水アルカリ度実測値Ａｔ
が、Ａｔ＜Ａｍ１ｎの場合には（１３）式に基づきアル
カリ性薬剤注入率（ＨＡ）を増加すればよい。

ΔＨＡ＝　ｒ　１　Ｘ　（Ａｍｉｎ−Ａｔ）　−（＋３
）ここでｒｌは定数であり、アルカリ性薬剤として２０
％−水酸化ナトリウムを用いるとその定数ｒ１の値は４
．０となる。

逆に、Ａｔ＞　Ａｍａｘの場合には（１４）式に基づき
酸性を示す凝集剤の注入率（ＧＹ）を増加すればよい。

ΔＧＹ＝　ｒ　２　ｘ　（＾ｔ−Ａｍａｘ）　−（１４
）ｒ２は定数であり、凝集剤として８％−硫酸アルミニ
ウム（Ａ９．２０ａ換算）を用いるとその定数ｒ２の値
は４．２となる。

処理水ＰＨ値の実測値ｐＨｔについてフィードバック制
御する場合には、ＰＨ値の基準値との偏差と各薬品注入
率は、アルカリ度の場合の（１３）式、（１４）式のよ
うに一義的に線形式として表わせないが、実用上はｐＨ
値の場合も狭い範囲内で線形近似とすることにより、ア
ルカリ度の場合と同様薬品注入率を決定することができ
る。

また、フィードパ・ンク制御を行なうにあたり、（１３
）式および（１４）式はＰ動作による薬品注入式を示し
たが、これを（１５）式のようにＰＩＤ動作で行なうこ
とにより安定なフィードバック制御を行なうことができ
る。

（１５）式において、ＭＶは薬品注入率の修正値、Ｈは
比例ゲイン、ＥＶは設定値とプロセス実測値との差、Ｔ
Ｉは積分時間、ＴＤは微分時間である。

さらに、フィードフォワード制御とフィードバック制御
を組み合せることにより、　（１［１）式のように薬品
注入率を決定することができる。

ＮＶ＝　Ｗ、　ＸＭＶＨ＋　ｗ２ＸＭＶｆｂ　・（１１
３）（１Ｂ）式において、ＭＶｆｆはフィードフォワー
ド制御による薬品注入率、Ｍｌ／ｆｂはフィードバック
制御による薬品注入率、Ｗ、、Ｗ、は各々の重み係数で
ある。

このようにして、各状況に応じて、ｐＨ値および／ある
いはアリカリ度を判断して、その設定値を自動的に変換
することができる。

ＭＳ４図は本発明の他の実施例装置を示すもので、その
制御方法は、基本的には上記実施例と同様であるので、
その装置を上記実施例装置との相違点のみについて説明
する。同図は、第２図に示した状況に基づく処理水ｐＨ
値あるいはアルカリ度の設定値の変更をプラントの操作
員を介して行なう場合の構成図で、（１５）は各状況に
応じて変更するべきｐＨ設定値とアルカリ度設定値の記
憶は行なうが、自動変更機能を有していない計算機、（
１Ｂ）はＣＲＴまたは音声入出力装置などの入出力装置
、（１７）はプラント操作員である０本実施例では第２
図に記したような状況に基づく設定値の変更を操作員（
１７）が判断して入出力装置（１Ｂ）を介して行なうこ
とになる。すなわち、操作員（１７）は入出力装置（１
６）がＣＲＴの場合にはキーボードによる第２図の状況
（ｉ）を入力することにより、また音声入出力装置の場
合には、例えば２浮上フロツクが多い″というように音
声入力をすることにより計算機（１５）に状況（ｉ）を
把握させるようにしている。

以上のように第３図では直接制御で、また第３図では操
作員（１７）の入力による間接制御で構成している。な
お、浄水施設が第２図における２つ以上の状況に該当す
る場合には、該当する設定値の平均をとるか、あるいは
状況（ｉ）に優先順位を付けておき重要度の高い状況（
ｉ）の設定値を選択するようにすればよい。

なお、第３図と第４図のどちらの場合においても、本来
の凝集処理のための凝集剤注入率は先に示した（１）式
の如き計算式に基づき計算されるものとする。

また、上記実施例では浄水場における例について示した
が、他の水処理施設や汚泥処理施設に対しても同様に適
用することができることはいうまでもない。

［発明の効果］ 以上のように、本発明によれば、凝集処理効果に影響を
及ぼす要因によって処理水ｐＨ値または処理水アルカリ
度の設定値を変更できる構成としたので、原水水質の変
動や浄水場の状況を加味して常時最適な薬品注入率に保
持することができ、凝集処理プロセスの安定した運転を
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の薬品注入制御装置を示す構成図、第２図
は本発明の一実施例による処理水ｐＨ偵およびアルカリ
度の設定値の例を示す図、第３図および第４図は本発明
の各実施例を示す薬品注入制御装置の構成図である。 （１）・・・着水井、　（２）・・・流量計、（３）・
・・薬品混和池、（４）・・・フロック形成池、（５）
・・・沈殿池、　（６）・・・原水採水点、（？）、（
１３）・・・水質計量、　（８）・・・コントローラ、
（８）・・・比率演算器、（ｌＯ）・・・薬品注入機、
（＋１）・・・薬品注入点、（１２）・・・処理水採水
点、（１４）・・・制御用計算器、　（１５）・・・計
算機、（１６）・・・入出力装置、　（１７）・・・操
作員。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。 代理人　大　岩　増　雄 手続補正書（自発） 昭和５９年８　月１　日 １、事件の表示　特願昭　げ−ｐ７ｆｔｔｆ号２、発明
の名称 水処理方法 ３、補正をする者 代表者片山仁へ部 ４、代理人 ５、補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄。 ６、補正の内容 （１）明細書第１１頁第１１行、第１２行、第１７行、
および第１４頁第４行の「車席」とし）う記載を「濃度
」と補正する。 （２）明細書第１８頁第１４行の「第３図」とし）う記
載を「第４図」と補正する。 以　上

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）凝集剤またはアルカリ性薬剤等の水処理薬品を注
   入して浄水する水処理方法において、原木の汚染度に好
   適な処理水のｐＨ値、アルカリ度のいずれか一方の指標
   領域を予め複数域に区分は設定するとともに、原水の汚
   染度を測定してこの測定値に対応した上記設定指標域を
   選択した後、実処理水の指標値をこの設定指標域と比較
   して、この設定指標域に適合する上記水処理薬品の注入
   率を演算、決定するようにしたことを特徴とする水処理
   方法。 （２）上記原水の汚染度を自動水質測定機器によって測
   定することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の水
   処理方法。 （３）上記原水の汚染度および複数の指標域を比較演算
   器に記憶さｉたことを特徴とする特許請求の範囲第１項
   または第２項記載の水処理方法。 （４）上記比較演算器が原水の汚染度の測定値に基づい
   て自動的に上艷指標城を選択することを特徴とする特許
   請求の範囲第３項記載の水処理方法。 （５）上記原水の汚染度を選択する選択釦を設け、この
   釦操作に基づいて上記設定指標域を選択することを特徴
   とする特許請求の範囲第１項ないし第３項記載いずれか
   の水処理方法。 （８）上記設定指標域を音声入出力手段によって選択す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第３項
   記載の水処理方法。