水处理方法中凝聚剂注入率的确定方法及装置.pdf

本发明提供一种水处理方法中凝聚剂注入率的确定方法及装置，在进行凝聚处理的水处理方法中，采用该方法及装置能在短时间内自动确定适当凝聚剂注入率。由用于输入规定量原水的试验用水槽(1A～1D)、供水泵(7)、原水与清洗水的供排水阀(4、6)、搅拌器(3A～3D)、凝聚剂注入部(21)、测定絮凝物的粒径与粒子数的检测器(30)等构成凝聚分析装置，用该凝聚分析装置测定从向该试验用水槽注入凝聚剂(20)起、直到通过搅拌使凝聚剂分散、粒子开始集块的时间(集块化开始时间)，基于该集块化开始时间，确定凝聚剂注入率或控制凝聚剂注入量。

1.  一种凝聚剂注入率确定方法，该方法用于确定在通过向被处理水中注入凝聚剂来进行凝聚处理的水处理方法中的凝聚剂注入量与被处理水水量的比率、即凝聚剂注入率，其特征在于，该方法包括如下工序：
(1)凝聚剂注入工序：分别提取规定量的被处理水到多个试验用水槽中，向提取到上述各试验用水槽中的取样水注入预先设定的不同规定量的凝聚剂，从而使各取样水成为分别具有不同凝聚剂注入率的取样水；
(2)集块化开始时间测定工序：分别对上述各取样水测定从向上述各取样水注入凝聚剂后，直到通过搅拌使凝聚剂分散、各取样水内的粒子开始集块的时间、即集块化开始时间；
(3)拟合线运算工序：基于分别测定的上述各取样水的集块化开始时间与上述各凝聚剂注入率，将集块化开始时间与凝聚剂注入率的关系制成拟合线并进行运算；
(4)适当凝聚剂注入率运算工序：基于根据水处理设备而预先设定的集块化开始时间适当值与上述拟合线，对上述水处理设备运算出适当的凝聚剂注入率。

2.  根据权利要求1所述的凝聚剂注入率确定方法，其特征在于，用下述的工序(1a)、(2a)及(2b)代替上述工序(1)及(2)，
(1a)提取规定量的被处理水到单一试验用水槽中，向提取到上述试验用水槽中的取样水注入预先设定的规定量的凝聚剂，测定从注入凝聚剂后，直到通过搅拌使凝聚剂分散、取样水内的粒子开始集块的时间、即集块化开始时间；
(2a)在上述工序后，用清洗水清洗试验用水槽，将该清洗水从试验用水槽排出后，再次提取规定量的被处理水到试验用水槽中，对与上述工序不同的取样水注入不同规定量的凝聚剂，测定上述集块化开始时间；
(2b)改变凝聚剂的注入量，多次重复进行与上述工序相同的工序，对分别具有不同凝聚剂注入率的取样水分别测定上述集块化开始时间。

3.  一种凝聚剂注入率确定方法，该方法用于确定在通过向被处理水中注入凝聚剂来进行凝聚处理的水处理方法中的凝聚剂注入量与被处理水水量的比率、即凝聚剂注入率，其特征在于，该方法包括如下工序：
(1)提取规定量的被处理水到单一试验用水槽中，向提取到上述试验用水槽中的取样水注入基于被处理水水质而预先设定的规定量的凝聚剂，测定注入凝聚剂后，直到通过搅拌使凝聚剂分散、取样水内的粒子开始集块的时间、即集块化开始时间；
(2)若上述测定的集块化开始时间的测定值与根据水处理设备预先设定的集块化开始时间适当值之间的偏差在规定范围以内，则将与上述工序(1)的规定量凝聚剂相对应的凝聚剂注入率定为适当凝聚剂注入率，当上述偏差大于上述规定范围时，通过下述顺序(21)～(23)，运算适当凝聚剂注入率；
(21)集块化开始时间与凝聚剂注入率之间的关系，以包含2个常数的通式而确定，基于通过实验预先求得的数据库，基于上述被处理水的水质确定一个上述常数，求出包含1个常数的通式；
(22)基于上述包含1个常数的通式、上述集块化开始时间的测定值及该测定时的凝聚剂注入率，求出另一个上述常数，确定集块化开始时间与凝聚剂注入率之间的关系的运算式；
(23)基于上述确定的运算式与根据水处理设备预先设定的集块化开始时间适当值，运算适当凝聚剂注入率。

4.  根据权利要求1或3所述的凝聚剂注入率确定方法，其特征在于，
测定取样水中的各粒径区间的粒子数，测定注入凝聚剂前存在于取样水中的粒子的规定小粒径区间的粒子的粒子数开始减少的时间，或测定比上述规定小粒径区间大的规定粒径区间的粒子的粒子数因注入凝聚剂后开始集块化而开始增加的时间，根据上述两个时间中的至少任一时间确定上述集块化开始时间。

5.  根据权利要求1或3所述的凝聚剂注入率确定方法，其特征在于，
测定取样水中的平均粒径与粒子数，测定开始观察到平均粒径增大的时间作为絮凝物成长开始时间，测定以絮凝物来计数的平均粒子数开始增加的时间作为絮凝物增加开始时间，这样进行测定时，根据上述絮凝物成长开始时间或絮凝物增加开始时间中的至少任一时间确定上述集块化开始时间。

6.  根据权利要求1或3所述的凝聚剂注入率确定方法，其特征在于，
基于被处理水在上述水处理设备所具有的混合池中的滞留时间来设定根据上述水处理设备而预先设定的集块化开始时间适当值。

7.  一种用于实施上述权利要求1或3所述的凝聚剂注入率确定方法的装置，其特征在于，该装置包括：至少1个具有搅拌器的试验用水槽、用于注入预先设定的不同规定量的凝聚剂的凝聚剂注入装置、集块化开始时间测定器以及对适当凝聚剂注入率进行运算的运算装置。

水处理方法中凝聚剂注入率的确定方法及装置
技术领域
本发明涉及在用于处理河流水及湖沼水等地表水、工业用水、下水、污泥、工厂废水等的凝聚处理中，确定凝聚剂注入率(凝聚剂注入量与被处理水水量的比率)的方法及装置。
背景技术
采用快速过滤方式的净水厂通常由混合池、絮凝物形成池、沉淀池及过滤池构成，在该混合池中注入凝聚剂并进行快速搅拌，在该絮凝物形成池中使在混合池中生成的凝聚体(絮凝物)成长，该沉淀池用于使成长后的絮凝物沉淀并将其除去，该过滤池用于除去未彻底沉淀的粒子或絮凝物(参照专利文献2的图7)。
快速过滤方式的要点是：根据原水水质将凝聚剂注入率控制为适当的值，以形成沉降性好的絮凝物。在以不适当的注入率进行凝聚处理时，会因来自沉淀池的絮凝物的残留、凝聚不良，而产生过滤池的损失水位差上升、逆洗频率上升、粒子从过滤池流出等问题。
适当凝聚剂注入率除了根据原水浑浊度而变化以外，还根据碱度、pH、水温等而变化，每种原水各不相同，因此，不能一概以原水浑浊度为基准来确定凝聚剂注入率。因此，一直以来在净水厂中是用如下这样的方法来进行凝聚状况的判定、凝聚剂注入率的确定或控制。
(1)烧杯试验
该方法是将应处理的原水以恒定量提取到几个烧杯内，使每个烧杯中的注入率逐级变化，通过快速搅拌与慢速搅拌引起凝聚反应，判定静置了规定时间后的上部澄清水浑浊度及絮凝物的沉降状况，从而确定凝聚剂注入率(参照专利文献2的图8)。
这些操作通常是通过人工分析来进行的，但是，如专利文献1所述那样自动进行从提取原水、注入凝聚剂、搅拌机转速及旋转时间的设定、直到上部澄清水浑浊度的测定的自动烧杯试验仪也已实用化(详细内容参照专利文献1)。
(2)注入率公式
以原水的浑浊度、pH、碱度、水温等水质为参数，基于表示这些参数与适当凝聚剂注入率之间的关系的注入率公式进行前馈控制。注入率公式以烧杯试验、实施设施的沉淀水浑浊度等为基础用经验性方法来确定。该方式的发展形有：增加基于沉淀水浑浊度测定值的前馈控制的例子，或利用模糊控制、神经控制来接近由操作者进行的烧杯试验的结果与实施设施的运用实际情况的例子(专利文献2的第0006段与0007段)。
(3)凝聚传感器
该方法是如专利文献2所公开的发明方法那样对被测定流体的液流照射光束，根据该透射光量的平均值与标准偏差求出絮凝物的平均粒径与个数浓度，并且，控制凝聚剂注入率以使平均粒径为适当的值(详细内容参照专利文献2)。
另外，关于公开了本发明相关技术的下述专利文献3～6，为了便于说明，将在后面介绍。
专利文献1：日本特开平2-114178号公报
专利文献2：日本特许第3205450号公报
专利文献3：日本特许第3672158号公报(相当于US 6,184,983)
专利文献4：日本特许第2824164号公报
专利文献5：日本特开平10-311784号公报(相当于专利文献3的公开公报、US09/037,431)
专利文献6：日本特开2002-90284号公报
但是，在采用上述那样方法的凝聚状况判定方法、或凝聚剂注入率的确定方法中，存在如下课题。
(1)的烧杯试验的方法存在这样的问题，即需要熟练的操作者，且不同的操作员易得出不同的结果。另外，还存在下述问题：由于判定凝聚状况及适当凝聚剂注入率所需的时间长达30分钟左右，因此难以频繁地实施烧杯试验，从而延误对实施设施的凝聚剂注入率的反馈。
若采用实现了烧杯试验操作的自动化的自动烧杯试验仪，则可大幅减轻操作者的操作，但是要得到测定结果依然需要30分钟左右，不能解决时滞大的问题。
(2)的注入率公式的方法由于注入率公式因原水不同而不同，因此，必须对每个净水厂的注入率公式进行管理，而且不能保证可以永久使用该注入率公式。即存在这样的问题：由于在取水口的上游侧建立水坝或对沿岸工程进行施工时、以及暴雨的影响等，可能会破坏各水质与最适当凝聚剂注入率之间的关系，在地域方面、时间方面不具有普遍性。
(3)的凝聚传感器的方法可以实时自动管理凝聚剂注入率以获得适当的絮凝物粒径，解决了(1)的操作者的问题及时滞问题与(2)的普遍性问题。但是，适当的絮凝物粒径因原水水质而不同，要进行凝聚剂注入率的自动控制，必须预先对原水浑浊度与最适当絮凝物粒径之间的关系建立数据库。即存在这样的问题：必需获取历经整个四季由凝聚传感器得到的数据，在正式运行之前很耗费时间。
以上说明了在净水厂中存在的课题，但是，不言而喻，工业用水、下水、工厂废水的凝聚也存在同样的课题。
发明内容
本发明是鉴于上述那样的问题而作成的，本发明的课题在于，提供一种在进行凝聚处理的水处理方法中、可在短时间内自动确定适当的凝聚剂注入率的凝聚剂注入率确定方法及装置。
为了解决上述课题，本发明是用于确定通过向被处理水中注入凝聚剂而进行凝聚处理的水处理方法中的凝聚剂注入量与被处理水水量的比率(凝聚剂注入率)的方法，其特征在于，该方法包括如下工序(技术方案1)。
(1)分别提取规定量的被处理水到多个试验用水槽中，向提取到上述各试验用水槽中的取样水注入预先设定的不同规定量的凝聚剂，从而使各取样水成为分别具有不同凝聚剂注入率的取样水(凝聚剂注入工序)。
(2)分别对上述各取样水测定从向上述各取样水注入凝聚剂后，直到通过搅拌使凝聚剂分散、各取样水内的粒子开始集块的时间(集块化开始时间)(集块化开始时间测定工序)。
(3)基于分别测定的上述各取样水的集块化开始时间与上述各凝聚剂注入率，将集块化开始时间与凝聚剂注入率的关系制成拟合线并进行运算(拟合线运算工序)。
(4)基于根据水处理设备而预先设定的集块化开始时间适当值与上述拟合线，对上述水处理设备运算出适当的凝聚剂注入率(适当凝聚剂注入率运算工序)。
另外，在上述技术方案1的发明中，使用了多个试验用水槽，但是，也可以如下述技术方案2的发明那样，通过反复使用1个试验用水槽来测定具有不同凝聚剂注入率的取样水的集块化开始时间。即，根据上述技术方案1所述的凝聚剂注入率的确定方法，其特征在于，用下述工序(1a)、(2a)及(2b)代替上述工序(1)及(2)。
(1a)提取规定量的被处理水到单一试验用水槽中，向提取到上述试验用水槽中的取样水注入预先设定的规定量的凝聚剂，测定从注入凝聚剂后，直到通过搅拌使凝聚剂分散、取样水内的粒子开始集块的时间(集块化开始时间)。
(2a)在上述工序后，用清洗水清洗试验用水槽，将该清洗水从试验用水槽排出后，再次提取规定量的被处理水到试验用水槽中，对与上述工序不同的取样水注入不同规定量的凝聚剂，测定上述集块化开始时间。
(2b)改变凝聚剂的注入量，多次重复进行与上述工序相同的工序，对分别具有不同凝聚剂注入率的取样水分别测定上述集块化开始时间。
另外，在如下述技术方案3的发明那样，利用预先通过实验所求出的上述集块化开始时间与凝聚剂注入率之间的关系的关系式等的数据库时，可以通过使用1个试验用水槽、测定1次集块化开始时间来运算出适当的凝聚剂注入率。即，一种用于确定通过向被处理水中注入凝聚剂而进行凝聚处理的水处理方法中的凝聚剂注入量与被处理水水量的比率(凝聚剂注入率)的方法，其特征在于，该方法包括如下工序(技术方案3)。
(1)提取规定量的被处理水到单一试验用水槽中，向提取到上述试验用水槽中的取样水注入基于被处理水水质而预先设定的规定量的凝聚剂，测定注入凝聚剂后，直到通过搅拌使凝聚剂分散、取样水内的粒子开始集块的时间(集块化开始时间)。
(2)若上述测定的集块化开始时间的测定值与根据水处理设备预先设定的集块化开始时间适当值之间的偏差在规定范围以内，则将与上述工序(1)的规定量凝聚剂相对应的凝聚剂注入率定为适当凝聚剂注入率，当上述偏差大于上述规定范围时，通过下述顺序(21)～(23)，运算适当凝聚剂注入率。
(21)集块化开始时间与凝聚剂注入率之间的关系，以包含2个常数的通式而确定，基于通过实验预先求得的数据库，基于上述被处理水的水质确定一个上述常数，求出包含1个常数的通式。
(22)基于上述包含1个常数的通式、上述集块化开始时间的测定值及该测定时的凝聚剂注入率，求出另一个上述常数，确定集块化开始时间与凝聚剂注入率之间的关系的运算式。
(23)基于上述确定的运算式与根据水处理设备预先设定的集块化开始时间适当值，运算适当的凝聚剂注入率。
另外，上述技术方案1或3的发明的实施方式优选是下述技术方案4～6的发明。即，根据上述技术方案1或3所述的凝聚剂注入率的确定方法，其特征在于，测定取样水中的各粒径区间的粒子数，测定注入凝聚剂前存在于取样水中的粒子的规定小粒径区间的粒子的粒子数开始减少的时间，或测定比上述规定小粒径区间大的规定粒径区间的粒子的粒子数因注入凝聚剂后开始集块化而开始增加的时间，根据上述两个时间中的至少任一时间确定上述集块化开始时间(技术方案4)。
另外，根据上述技术方案1或3所述的凝聚剂注入率的确定方法，其特征在于，测定取样水中的平均粒径与粒子数，测定开始观察到平均粒径增大的时间作为絮凝物成长开始时间，测定以絮凝物来计数的平均粒子数开始增加的时间作为絮凝物增加开始时间，这样进行测定时，根据上述絮凝物成长开始时间或絮凝物增加开始时间中的至少任一时间确定上述集块化开始时间(技术方案5)。
此外，根据上述技术方案1或3所述的凝聚剂注入率的确定方法，其特征在于，基于被处理水在上述水处理设备所具有的混合池中的滞留时间来设定根据上述水处理设备而预先设定的集块化开始时间适当值(技术方案6)。
另外，被处理水在上述混合池中的滞留时间由实际的水处理设施(实施设施)中的混合池的容积、处理水量来确定。另外，在实施设施中适当的凝聚剂注入率根据被处理水(原水)的水质时刻变化，因此，需要提取适当的被处理水到试验用水槽中根据变化来确定适当的凝聚剂注入率。
另外，涉及凝聚剂注入率确定装置的发明优选是下述技术方案7的发明。即，一种用于实施上述技术方案1或3所述的凝聚剂注入率的确定方法的装置，其特征在于，该装置包括：至少1个具有搅拌器的试验用水槽、用于注入预先设定的不同规定量的凝聚剂的凝聚剂注入装置、集块化开始时间测定器以及对适当凝聚剂注入率进行运算的运算装置(技术方案7)。
采用本发明，在进行凝聚处理的水处理方法中，可在小于以往方法的时间内自动地确定适当凝聚剂注入率。
附图说明
图1是表示实施例的要部系统图，该实施例将用于实施本发明的凝聚剂注入率确定方法的装置、即凝聚分析装置与净水工艺流程相连接。
图2是如图1所示的凝聚分析装置的实施例的结构示意图。
图3是图2的试验用水槽的侧剖示意图。
图4是说明在将凝聚剂注入到取样水中后，测定的粒子数的变化的图。
图5是表示1～3μm的粒子的粒子数变化的实验结果的一个例子的图，用于说明集块化开始时间。
图6是表示3～7μm的粒子的粒子数变化的实验结果的一个例子的图，用于说明集块化开始时间。
图7是表示作为集块化开始时间与凝聚剂注入率之间的关系的拟合线的说明图。
图8是表示从确定凝聚剂注入率所需时间方面对以往方法与本发明实施例的方法进行比较的说明图。
图9是图1所示凝聚分析装置的与图2不同的实施例的结构示意图。
图10是表示与絮凝物的成长开始时间相关、向取样水中注入凝聚剂后测定的平均粒径的变化的图。
图11是表示与絮凝物的增加开始时间相关、向取样水中注入凝聚剂后测定的絮凝物的平均粒子数的变化的图。
图12是表示与实施例2相关，集块化开始时间的测定值及适当值、凝聚剂注入率与集块化开始时间的通式及常数确定后的注入率运算式的关系的图。
具体实施方式
以下基于图1对本发明的实施方式进行说明，详细内容将在实施例部分进行说明，另外，本发明不限定于下述实施方式、实施例。
通常在凝聚处理中，如图1所示，从在注入凝聚剂后的混合池中快速搅拌、到在絮凝物形成池中慢速搅拌的工序中，粒子集块，逐渐成长为絮凝物。此时，集块化基本上是在混合池中开始的，上述集块化开始时间为与混合池的滞留时间相同程度的时间是很重要的。
在该状况下，可以良好地进行混合池以后的处理，结果形成沉降性高的絮凝物，从而降低沉淀水浑浊度。在此，集块化开始时间受原水浑浊度、碱度、pH、水温等水质以及搅拌强度和凝聚剂注入率的影响，在这些影响因素中，在实施设施中能容易地控制的是凝聚剂注入率。即，若凝聚剂注入率小于适当量，则集块化开始时间大于混合池的滞留时间，在其后的絮凝物形成中会产生问题。另一方面，若凝聚剂注入率大于适当量，则集块化开始时间小于混合池的滞留时间，会出现凝聚剂过量注入的状况。在本发明中，若使被处理水(原水)的一部分流到图1所示的凝聚分析装置中，在该凝聚分析装置中，针对时刻变化的水质，控制凝聚剂注入率以使集块化开始时间为规定值，便可得到与烧杯试验的絮凝物的沉降性、上部澄清水浑浊度的评估、或凝聚传感器的最适当絮凝物粒径控制相同的结果。
即，若采用由该凝聚分析装置测定集块化开始时间、根据该时间控制凝聚剂注入率的方法，则不需要慢速搅拌和静置工序，因此约10分种左右就可以自动地确定凝聚剂注入率。因此，减少了烧杯试验那样由熟练操作员进行的操作，另外还可以实现时滞小于自动烧杯试验仪时滞的凝聚剂注入率控制。另外，不需要如凝聚传感器那样建立原水浑浊度与适当絮凝物粒径的数据库，因此，采用凝聚分析装置的凝聚剂注入率控制系统具有设置装置后在较短期间内就可投入实际应用这样的特征。
接着，下面将对用凝聚分析装置测定集块化开始时间、以及确定或控制凝聚剂注入率的具体方法进行说明。
本发明使用以下所述的两个方法中的至少任一方法测定集块化开始时间。第一方法(以下、称为粒子计数法。)的粒子计数法与上述专利文献3中公开的方法相同。该粒子计数方法对在检测器内流动的取样水照射光束，用光电转换器接收前方散射光、侧方散射光、后方散射光、透射光中的至少一种光，根据在规定时间内用光电转换器转换的电信号的脉冲数量与各脉冲高度来测定各粒径区间的粒子数。另外，本发明的第一方法对粒子数较多的粒径区间，设从开始添加凝聚剂时起、到观察到粒子数减少时为粒子数减少开始时间，对粒子数较少的粒径区间，设粒子数增加的时刻为粒子数增加开始时间，采用对粒子数减少开始时间或粒子数增加开始时间中的至少一个时间或两个时间进行运算而得出的结果作为集块化开始时间。
第二方法(以下、称为变动解析法)的变动解析方法与上述专利文献4公开的方法相同。该变动解析法从至少一个部位对在检测器内流动的取样水照射光束，用光电转换器接收前方散射光、侧方散射光、后方散射光、透射光中的至少一种光，根据在规定时间内根据光电转换器的输出而转换成的电信号的平均值与标准偏差，求出包含在取样水中的粒子的平均粒径与粒子数。另外，本发明的第二方法设从开始添加凝聚剂时起、到开始观察到平均粒径增大时为絮凝物成长开始时间，设从开始添加凝聚剂时起、到作为絮凝物而被计数的粒子数开始增加时为絮凝物增加开始时间，在这样进行测定时，采用对絮凝物成长开始时间或絮凝物增加开始时间中的至少一个时间、或两个时间进行运算而得出的结果作为集块化开始时间。
在此，关于根据上述电信号的平均值与标准偏差求粒子平均粒径与粒子数的方法在专利文献4中有所记载。另外，作为应用该专利的例子，也有如专利文献2所述的方法那样控制凝聚剂注入率以使絮凝物平均粒径成为适当粒径的方法。但是，在以下方面与本发明不同。首先，在专利文献4及专利文献2所述方法中，凝聚剂的注入是连续进行的，因此，凝聚前的悬浮态粒子与各种成长过程的絮凝物是混合存在的。因此，专利文献4及专利文献2的方法不能测定本发明中测定的、粒子数因粒子集块而开始减少的时间、絮凝物粒径随着絮凝物开始成长而开始增大的时间、或絮凝物数量随着絮凝物开始成长而开始增加的时间(集块化开始时间)。因此，专利文献4及专利文献2的方法不能基于本发明的集块化开始时间来实现凝聚剂注入率的控制，可以说本发明的方法与专利文献4及专利文献2的发明方法不同。
采用本发明中的上述第一方法、或第二方法对集块化开始时间以及絮凝物的粒子数、平均粒径进行测定的装置称为凝聚分析装置。
本发明的控制凝聚剂注入率的方法采用以下所述的任一方法。第一方法用凝聚分析装置测定多个不同凝聚剂注入率下的集块化开始时间，根据该测定结果导出集块化开始时间与凝聚剂注入率之间的关系式，然后，通过将预先确定的适当的集块化开始时间的设定值代入到该关系式中，求出最适当的凝聚剂注入率。
第二方法用以原水浑浊度、碱度、pH及水温中的至少一个指标为参数的注入率公式，预先求出被适当预测的凝聚剂注入率，并用凝聚分析装置测定该注入率下的集块化开始时间，此时，若该集块化开始时间超出规定的时间范围时，根据预先确定的集块化开始时间与凝聚剂注入率之间的关系式，求出用于使集块化开始时间处于规定时间范围内的凝聚剂注入率的修正量。
实施例
实施例1
如上述图1所示，本发明的凝聚分析装置在净水处理中设置于对来自蓄水井的原水进行分流的配管上，上述净水处理具有如下功能：将取自河流的原水送入蓄水井，在快速混合池中对注入的凝聚剂进行快速搅拌，在絮凝物形成池中使在快速混合池中形成的凝聚体成长为絮凝物，在沉淀池中使絮凝物沉降，在过滤池中过滤其上部澄清水。根据情况，为了进行烧杯试验、原水水质的检查，也可将凝聚分析装置连接于用于向水质试验室送水的原水配管上。
在此，本发明的特征在于，将根据用凝聚分析装置测定出的集块化开始时间而确定的适当的凝聚剂注入率反馈到净水处理中的凝聚剂注入率。
如图2所示，实施例1的凝聚分析装置由用于盛放规定量原水的多个(本实施例中为4个)试验用水槽1A～1D、供排水阀2A～2E、搅拌器3A～3D、原水入口阀4、原水弃水阀5、自来水入口阀6、供水泵7、过滤器8、过滤器入口阀9、原水送水阀10、排水阀11、与用来排出从越流壁12溢出的水的配管13相连接的水位调整槽14、凝聚剂20、凝聚剂注入部21、凝聚剂注入管22、注入管驱动部23、平台24、用于测定絮凝物的粒径与粒子数的检测器30、取水管31A～31D、取水泵32A～32D、用于分析来自检测器的电信号33并控制设备的程序装置34、用于显示测定结果及输入装置的设定条件的POD(可编程操作显示器Programable operation display)35等构成。
在此，检测器30如专利文献3公开的那样，由光束照射部、光电转换器与电子电路构成，该光束照射部由用于向取样水照射光束的激光器、LED、灯中的任一种构成，该光电转换器接收从包含于取样水中的粒子射出的前方散射光、侧方散射光、后方散射光、透射光中的至少一种光，并将其转换为电信号，该电子电路根据转换出的电信号的脉冲数量与脉冲高度测定各粒径区间的粒子数。
对于具体的粒径与粒子数的测定方法有如下等方法：作为采用了以半导体激光器为照射部、接收前方散射光的光学系统的例子，有以测定取样水中的粒子数量为目的的上述专利文献5所述的方法；作为采用了以半导体激光器为照射部、接收透射光的光学系统的例子，有专利文献6所述的方法。另外，本实施例的检测器30采用上述粒子计数法，但是，也可以采用上述专利文献4所述的应用变动解析法的光学系统。
接着，下面将说明集块化开始时间的测定方法的具体顺序。
首先，为了排出残留于试验用水槽1A～1D中的取样水，停止搅拌器3A～3D、供水泵7、取水泵32A～32D，打开原水弃水阀5，关闭原水入口阀4、自来水入口阀6、过滤器入口阀9及原水送水阀10，打开供排水阀2A～2E、排水阀11(以下、称为取样水排水工序)。
从试验用水槽1A～1D排出取样水后，打开自来水入口阀6、过滤器入口阀9，自来水通过自来水入口阀6被用供水泵7输送，再通过过滤器入口阀9，从而变成了用过滤器8除去了粒子的水(以下、称为清洗水)。该清洗水通过供排水阀2A～2E被输送到试验用水槽1A～1D及水位调整槽14中。另外，关闭排水阀11，由此在试验用水槽内慢慢蓄积清洗水，图3是表示从侧面观察试验用水槽的图，如图3所示，从试验用水槽溢出的水通过配管15A～15D(只图示了15A)被排出(以下、称为清洗水送水工序)。
在此，溢出高度必须设在高于根据越流壁12高度所规定的水面的位置。另外，若设有带流量开关或输出功能的流量计16，则可以自动检测出试验用水槽中的水满了。另外，在本工序中，若通过预先使搅拌器3A～3D动作来清洗试验用水槽，则在原水的浑浊度或色度较高时有效。
在清洗水送水工序后，即，在向该试验用水槽中送入充足的清洗水后，驱动取水泵32A～32D，用检测器30对清洗水进行测定。此时，将用光电转换器测定出的电平、以及对粒子通过光束时产生的脉冲的数量或高度进行转换所得到的粒径与粒子数的信息存储起来，则可以判断光学系统的污染、过滤器的老化等，另外还可以进行光量的修正(以下、称为清洗水测定工序)。
清洗水测定工序结束后，打开排水阀11，停止供水泵7，关闭过滤器入口阀9、原水送水阀10、自来水入口阀6，排出试验用水槽及水位调整槽内的清洗水(以下、称为清洗水排水工序)，打开原水入口阀4、原水送水阀10，关闭原水弃水阀5，驱动供水泵7，关闭排水阀11，打开供排水阀2A～2E(以下、称为原水送水工序)。
原水注满试验用水槽后，即，依据是否经过了规定时间、或用带流量开关或输出功能的流量计16检测出试验用水槽已注满水后，停止供水泵7，关闭原水送水阀10、原水入口阀4，打开原水弃水阀5。于是，各试验用水槽的水位变成水位调整槽14的越流壁12的高度，在每次的试验中规定相同容量的试验水。然后，关闭供排水阀2A～2D(以下、称为水位调整工序)。
在此，根据情况通过使用高度不同的材料作为越流壁12，可以改变试验水的容量。
调整了水位之后，以规定的转速驱动搅拌器3A～3D。接着，驱动取水泵32A～32D，用检测器30测定原水的粒子数或浑浊度，根据该值，分别设定在试验用水槽1A～1D中各凝聚剂注入率的范围。此时，取水泵32A～32D的排水也可以返回到试验用水槽。以规定时间实施原水的测定后，由凝聚剂注入部21按试验用水槽1A～1D的顺序向试验用水槽1A～1D内注入凝聚剂20，该凝聚剂注入部21由定量泵或注射泵构成。此时凝聚剂注入管22与注入管驱动部23连接，通过在平台24上移动而向各试验用水槽注入通过上述测定而确定的规定量的凝聚剂(以下、称为凝聚剂注入工序)。
注入凝聚剂后，通过搅拌使凝聚剂分散，粒子开始集块化。图4表示的是此时用检测器30测定的粒子数的变化。即，在本实施例中所使用的原水中，包含数量较多的1～3μm的粒子，因此，在注入凝聚剂之前开始用检测器30进行计数，在注入凝聚剂后3分钟左右，开始集块化，1～3μm的粒子数转变为减少。然后，在注入凝聚剂之前几乎不存在的3～7μm的粒子数增加。这表示粒子集块而形成了微絮凝物。再经过一段时间后，微絮凝物进一步成长为较大的絮凝物，因此，3～7μm的粒子数转变为减少的同时，7～10μm、10～15μm区间的粒子数依次增加。
在此，在本装置中，原水中包含较多的粒子的粒径区间可以任意选择，本实施例所用的原水的情况适用1～3μm。在此，如图5所示，可将粒子数开始减少的时间定义为粒子数减少开始时间。在本装置中，通过电信号33将粒子数从检测器输出到程序装置34，因此，用程序装置判定粒子数减少开始时间，并进行存储。另一方面，原水中几乎不包含的粒子的粒径区间也可任意选择，本实施例的情况适用3～7μm。在此，如图6所示，将粒子数开始增加的时间定义为粒子数增加开始时间，在程序装置中存储该时间(以下、称为集块化开始时间测定工序)。
另外，预先确定出设上述粒子数减少开始时间或粒子数增加开始时间中的任一方为集块化开始时间、或是设双方的平均值为集块化开始时间，可以采用上述任一种。
测定各试验用水槽的集块化开始时间后，可以如图7那样绘制A～D的各凝聚剂注入率与集块化开始时间之间的关系。本发明的凝聚分析装置通过利用了这些数据的折线近似式、或用最小二乘法近似成多项式来求凝聚剂注入率与集块化开始时间的关系式(拟合线)(以下、称为拟合线运算工序)。
接着，将根据水处理设备而预先设定为适当值的集块化开始时间代入上述关系式中，运算适当凝聚剂注入率(以下、称为适当凝聚剂注入率运算工序)。
另外，集块化开始时间的适当值是基于混合池的滞留时间而确定的，但也可结合实施设施的凝聚剂注入率的应用实际情况来进行修正。混合池的滞留时间是根据实施设备的混合池的容积、处理水量而确定的。
运算出凝聚剂注入率后，返回至取样水排水工序，重复上述工序。另外，在上述说明中，对使用了多个试验用水槽的实施例进行了说明，但是，如上述那样，也可以通过重复使用1个试验用水槽，测定具有不同凝聚剂注入率的取样水的集块化开始时间。另外，如上述那样运算出的适当凝聚剂注入率可以用作手动改变实施设施的注入率时的设定值，也可用作中央监视装置的注入率控制系统的输入。
接着，对图8进行说明，图8是表示从确定凝聚剂注入率所需时间方面对以往方法与本发明方法进行对比的说明图。与烧杯试验相比，本发明可在短时间内判定适当凝聚剂注入率。这是因为：如图8所示，在本发明中，不需要在烧杯试验中所需要的慢速搅拌与静置工序。
实施例2
接着，基于图9～12，对实施例2进行说明。图9所示的本发明的凝聚分析装置由用于盛放规定量原水的试验用水槽1、供排水阀2、2E、搅拌器3、原水入口阀4、原水弃水阀5、自来水入口阀6、供水泵7、过滤器8、过滤器入口阀9、原水送水阀10、排水阀11、与用于排出向越流管17溢出的水的配管13相连接的水位调整槽14、凝聚剂20、凝聚剂注入部21、凝聚剂注入管22、用于测定絮凝物的平均粒径与平均粒子数的检测器36、取水管31、取水泵32、用于分析来自检测器的电信号33并控制设备的程序装置34、用于显示测定结果及输入装置的设定条件的POD35等构成。
在此，检测器36由光束照射部、光电转换器与电子电路构成，该光束照射部由用于向取样水照射光束的激光器、LED、灯中的任一种构成，该光电转换器接收由包含于取样水中的粒子射出的前方散射光、侧方散射光、后方散射光、透射光中的至少一种光，并将其转换为电信号，该电子回路根据转换后的电信号的平均值与标准偏差来测定絮凝物的平均粒径与平均粒子数。粒径与粒子数的具体测定方法在上述专利文献4中有所记载。另外，本实施例的检测器36采用了上述变动解析法，但也可以采用利用上述专利文献3所述粒子计数法的光学系统。
接着，按如下具体顺序说明集块化开始时间的测定方法。首先，取样水排水工序、清洗水送水工序、清洗水测定工序、清洗水排水工序、原水送水工序、直到水位调整工序与实施例1基本动作相同。不同点为如下等方面：在实施例1中具有的多个试验用水槽变成了1个，水位调整槽的越流壁变成了越流管，没有平台与凝聚剂注入管驱动部。
调整水位后，以规定转速驱动搅拌器3，然后，驱动取水泵32，此时，取水泵的排水也可以返回到试验用水槽1。接着，用由凝聚分析装置或其他装置测定的、以原水的浑浊度、碱度、pH、水温等水质为参数的注入率公式预先求出适当预测的凝聚剂注入率，并将该注入率设定为试验用水槽1的凝聚剂注入率。然后，从由定量泵或注射泵构成的凝聚剂注入部21向试验用水槽1注入凝聚剂20(以下、称为凝聚剂注入工序)。
接着，注入凝聚剂后，通过搅拌使凝聚剂分散，粒子开始集块化。此时，用检测器36测定的絮凝物的平均粒径呈图10那样的变化。在此，通过电信号33将絮凝物的平均粒径从检测器输入到程序装置34，因此，在程序装置中，设从开始注入凝聚剂时起、到絮凝物粒径开始增大时为絮凝物成长开始时间，并进行存储。另一方面，絮凝物的平均粒子数呈图11那样的变化，因此，设从开始注入凝聚剂时起、到絮凝物开始增加时为絮凝物增加开始时间，并进行存储(以下、称为集块化开始时间测定工序)。
另外，预先确定是采用上述絮凝物成长开始时间或絮凝物增加开始时间的任一方作为集块化开始时间、还是采用双方的平均值作为集块化开始时间。
若由上述测定的集块化开始时间的测定值与根据水处理设备预先设定的集块化开始时间适当值之间的偏差在规定范围以内，则将在上述集块化开始时间测定工序中与规定量凝聚剂相对应的凝聚剂注入率确定为适当凝聚剂注入率，若上述偏差大于上述规定范围时，依照上述技术方案3中的顺序(21)～(23)来进行运算适当凝聚剂注入率的工序。其详细内容如下。
即，首先，在一开始，通过实验等预先求出凝聚剂注入率与集块化开始时间之间的关系的通式。作为通式有几个公式被提倡，例如，下述数1(式(1))那样以指数函数表示。
数1
T＝αexp(-βP)              (1)
在此，T为集块化开始时间，P为凝聚剂注入率，α、β为常数，该常数根据水温、pH、碱度、浑浊度等水质为不同的值。接着，根据实施集块化开始时间的测定时的原水的该水质中的至少一个指标来确定其中一个常数α。通过实验等预先求出该水质的参数与α之间的关系。
然后，将该α的数值、集块化开始时间的测定值与测定时的凝聚剂注入率代入到该通式中，求出该通式的β，确定通式全部常数(以下、称为注入率运算式)。
在此，即使用与式(1)不同的函数表示通式时，也可在代入该集块化开始时间的测定值与凝聚剂注入率之前，预先，基于由实验等求出的该水质与常数之间的关系来确定常数以将通式中数值不确定的常数缩减为只有一个。
接着，将集块化开始时间的适当值代入到该注入率运算式中，运算适当的凝聚剂注入率。以上为适当凝聚剂注入率运算工序的详细内容。
图12是将在该工序中集块化开始时间的测定值及适当值、凝聚剂注入率与集块化开始时间的通式及确定常数后的注入率运算式之间的关系表示于图中的例子。在此，在该图12中，集块化开始时间的测定值大于适当值，因此，要对凝聚剂的注入率进行修正(增加)。即，将集块化开始时间的测定值与测定时的凝聚剂注入率代入到因水质而变化的通式中，确定注入率运算式。由此，可以求出集块化开始时间变为适当值那样的凝聚剂注入率适当值。将实施设施的注入率改变为该注入率适当值，则可以修正根据注入率运算式而确定的凝聚剂注入率。
如上所述，采用由本发明凝聚分析装置测定集块化开始时间、根据该时间控制凝聚剂注入率的方法，不需要慢速搅拌和静置工序，因此，可以在少于以往方法的时间内自动地确定凝聚剂注入率。