特開 2023-142674 光学的測定装置、および光学的測定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023142674

(43)【公開日】2023-10-05

(54)【発明の名称】光学的測定装置、および光学的測定方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/75 20060101AFI20230928BHJP

   C02F 1/00 20230101ALI20230928BHJP

   B01D 21/30 20060101ALI20230928BHJP

   G01N 21/59 20060101ALN20230928BHJP

【ＦＩ】

G01N21/75 Z

C02F1/00 V

B01D21/30 A

G01N21/59 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022049692

(22)【出願日】2022-03-25

(71)【出願人】

【識別番号】591030651

【氏名又は名称】水ｉｎｇ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100118500

【弁理士】

【氏名又は名称】廣澤 哲也

(74)【代理人】

【識別番号】100091498

【弁理士】

【氏名又は名称】渡邉 勇

(72)【発明者】

【氏名】遠藤 光記

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 隆洋

(72)【発明者】

【氏名】森田 智之

(72)【発明者】

【氏名】大野 克博

【テーマコード（参考）】

2G054

2G059

【Ｆターム（参考）】

2G054AA02

2G054AA03

2G054AB10

2G054BA02

2G054BB10

2G054CA10

2G054CA30

2G054CD01

2G054CE08

2G054EA04

2G054EA05

2G054EA09

2G054EB03

2G054FA08

2G054FA12

2G054FA32

2G054FA33

2G054FB02

2G054FB03

2G054FB08

2G054GA03

2G054GB01

2G054GB03

2G054GB10

2G054JA01

2G054JA02

2G054JA11

2G059AA02

2G059BB06

2G059DD01

2G059DD12

2G059EE01

2G059KK01

2G059MM10

(57)【要約】

【課題】簡単な機構で、光学的測定値を長期間正確に測定できる光学的測定装置を提供する。
【解決手段】光学的測定装置３は、汚水を下方に向けて大気中に流下させるノズル３０と、ノズル３０から流下された汚水に光を照射して光学的測定値を取得する光学センサ３５と、を備える。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

汚水を下方に向けて大気中に流下させるノズルと、
前記ノズルから流下された汚水に光を照射して光学的測定値を取得する光学センサと、を備えた光学的測定装置。

【請求項2】

前記ノズルは、
前記汚水の流路が形成されたノズル本体と、
前記汚水の流路の先端に連結された前記汚水の吐出流路が形成された吐出部と、を備え、
前記吐出流路は、前記流路の直径よりも小さい直径を有する、請求項１に記載の光学的測定装置。

【請求項3】

前記吐出流路の直径は、５～３０ｍｍの範囲にある、請求項２に記載の光学的測定装置。

【請求項4】

前記ノズルから大気中に流下される汚水の流量が１～１０Ｌ／ｍｉｎの範囲内にあるか、または前記ノズルの吐出口の断面積に対する前記汚水の流量の比が１ｃｍ^２あたり０．７５～７．５Ｌ／ｍｉｎの範囲内にある、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光学的測定装置。

【請求項5】

前記光学センサは、前記ノズルの吐出口の近傍に配置され、前記ノズルから吐出された直後の汚水に光を照射する、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光学的測定装置。

【請求項6】

ノズルから汚水を下方に向けて大気中に流下させ、
前記流下された汚水に光学センサから光を照射して光学的測定値を取得する、光学的測定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、汚水の光学的測定値を取得するための光学的測定装置、および光学的測定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

排水処理施設や浄水処理施設などの各種施設における汚水処理の適切な運転管理を行うためには、汚水の性状（例えば、色調、濁度、透明度、懸濁物質の濃度、および懸濁物質の凝集状態）を正確に把握する必要がある。そのため、従来から、光学的測定装置を用いて光学的測定値を取得し、該光学的測定値から汚水の性状を示す数値解析値を算出している。例えば、特許文献１には、撹拌機から排出された汚水の光学的測定値を光学的測定装置を用いて取得し、得られた光学的測定値から算出された数値解析値に基づいて適切な凝集剤の注入率を決定する凝集方法が記載されている。

【0003】

この凝集方法では、光学的測定値を得るために、撹拌機から排出された原液が流れる配管に一対の透明窓が設けられており、光学的測定装置は、一方の透明窓に向けて光を照射する投光部と、他方の透明窓から出てくる光を受ける光検出器を備えている。一対の透明窓は、光学的測定装置の測定用窓（光透過部）として機能する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】国際公開第２０１６／６４１９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

一対の透明窓のような光学的測定装置の光透過部が設けられた配管には、撹拌機で凝集剤と混合されることで形成されたフロック、およびフロックの形成に使用されなかった余剰の凝集剤などの異物を含む汚水が流れる。そのため、光透過部が異物により汚染されることがあり、この場合、光学的測定装置が正確な光学的測定値を得ることが困難となる。したがって、光透過部を定期的に清掃する必要が生じる。

【0006】

光透過部の清掃を行うためには、光学的測定装置を停止させなければならず、作業員の負担も増加するため、光透過部の清掃頻度は重要な課題である。また、作業員の負担を軽減するために、光学的測定装置に光透過部を自動で清掃可能な機構を設けると、光学的測定装置が複雑化するとともに、製造コストが増大する。

【0007】

そこで、本発明は、簡単な機構で、光学的測定値を長期間正確に測定できる光学的測定装置、および光学的測定方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

一態様では、汚水を下方に向けて大気中に流下させるノズルと、前記ノズルから流下された汚水に光を照射して光学的測定値を取得する光学センサと、を備えた光学的測定装置が提供される。

【0009】

一態様では、前記ノズルは、前記汚水の流路が形成されたノズル本体と、前記汚水の流路の先端に連結された前記汚水の吐出流路が形成された吐出部と、を備え、前記吐出流路は、前記流路の直径よりも小さい直径を有する。
一態様では、前記吐出流路の直径は、５～３０ｍｍの範囲にある。
一態様では、前記ノズルから大気中に流下される汚水の流量が１～１０Ｌ／ｍｉｎの範囲内にあるか、または前記ノズルの吐出口の断面積に対する前記汚水の流量の比が１ｃｍ^２あたり０．７５～７．５Ｌ／ｍｉｎの範囲内にある。
一態様では、前記光学センサは、前記ノズルの吐出口の近傍に配置され、前記ノズルから吐出された直後の汚水に光を照射する。

【0010】

一態様では、ノズルから汚水を下方に向けて大気中に流下させ、前記流下された汚水に光学センサから光を照射して光学的測定値を取得する、光学的測定方法が提供される。

【発明の効果】

【0011】

光学的測定装置は、ノズルから流下させた汚水に直接光を照射するといった簡単な機構で光学的測定値を取得することができる。すなわち、汚水中の異物によって汚染される光透過部が光学センサのセンシングゾーンに存在しない。その結果、適切な光学的測定値を得るために従来必要とされた洗浄作業が発生しないので、光学的測定装置は、長期間安定して光学的測定値を取得することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は、一実施形態に係る光学的測定装置が配置された汚水処理装置の一例を示す概略図である。

【図2】図２は、図１に示す光学的測定装置の構成を示す概略図である。

【図3】図３は、図２に示すノズルの近傍を模式的に示す拡大図である。

【図4】図４（ａ）は、凝集剤の注入率が適正ではないために、フロックが原液に形成されていない場合の透過光強度の測定例を示し、図４（ｂ）は、凝集剤の注入率が適正であるために、フロックが原液に形成されている場合の透過光強度の測定例を示す。

【図5】図５（ａ）は、実験結果の一例を示すグラフであり、図５（ｂ）は、実験結果の他の例を示すグラフである。

【図6】図６は、図２に示す光学的測定装置が配置された汚水処理装置の他の例を示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、一実施形態に係る光学的測定装置が配置された汚水処理装置の一例を示す概略図である。図１に示す汚水処理装置は、排水処理施設や浄水処理施設などから排出される汚泥を処理するための凝集装置である。後述する光学的測定装置は、汚水の性状（例えば、色調、濁度、透明度、懸濁物質の濃度、および懸濁物質の凝集状態）を示す数値解析値を算出するための光学的測定値を取得するために用いられる。本実施形態では、光学的測定値を数値解析することで得られた数値解析値に基づいて、適切な凝集剤の注入率が決定される。

【0014】

以下では、汚水の一例である懸濁物質を含む原液を処理する凝集装置が、光学的測定装置が設けられる設備の一例として説明される。しかしながら、本実施形態に係る光学的測定装置は、汚水を処理する他の設備に配置されてもよい。例えば、処理される汚水は、排水処理施設や浄水処理施設などから排出される汚泥、排水処理施設における排水、浄水処理施設における原水などであってもよい。汚泥は、有機性汚泥、無機性汚泥のいずれでもよい。

【0015】

有機性汚泥の例としては、下水処理、し尿処理、各種産業の排水処理において発生する有機性汚泥などを挙げることができる。より具体的には、有機性汚泥の例として、最初沈殿池汚泥、余剰汚泥、嫌気性消化汚泥、好気性消化汚泥、し尿汚泥、浄化槽汚泥、消化脱離液、凝集沈殿汚泥などを挙げることができる。有機性汚泥は無機物を含んでいてもよい。

【0016】

無機性汚泥の例としては、浄水処理、建設工事の排水処理、各種産業の排水処理において発生する無機性汚泥などを挙げることができる。ここで、浄水処理で発生する汚泥とは、浄水処理施設における沈殿池、排泥池、濃縮槽などから排出される汚泥などである。無機性汚泥は有機物を含んでもよい。

【0017】

排水処理施設における排水の例としては、下水、食品産業、飲料水産業、化学産業、機械産業など各種産業の排水などが挙げられる。浄水処理施設における原水の例としては、河川水、湖沼の水、地下水などが挙げられる。

【0018】

さらに、処理される汚水は、排水処理や浄水処理などの処理の過程で調製される水であってもよい。排水処理での汚水の例としては、ｐＨを調整した排水、無機凝集剤を注入した排水、有機凝結剤を注入した排水、金属キレート剤を注入した排水などが挙げられる。また、浄水処理での汚水の例としては、ｐＨを調整した原水、無機凝集剤を注入した原水などが挙げられる。

【0019】

図１に示した凝集装置は、原液貯槽１０、撹拌機１、光学的測定装置３がこの順に直列に接続された構成を有している。原液貯槽１０には、懸濁物質を含む原液（汚水）が貯留される。撹拌機１は、懸濁物質を含む原液が供給される撹拌槽２と、懸濁物質を含む原液を撹拌する撹拌翼８と、撹拌翼８を回転させる駆動装置としてのモーター９とを備える。撹拌機１の撹拌槽２には、原液貯槽１０から延びる供給元管１８が接続され、供給元管１８には、原液貯槽１０に貯留された原液を所定の流量で撹拌槽２に供給する供給装置７が配置される。供給装置７は、例えば、ポンプ、またはバルブ、またはポンプとバルブの組み合わせである。

【0020】

一実施形態では、撹拌機１としてラインミキサーを用いてもよい。ラインミキサーとは、配管に組み込まれたミキサーである。ラインミキサーの利点はミキサーが密封されているため、ラインミキサーの上流にある原液用ポンプ、および凝集剤用ポンプの２台のポンプがあれば、ラインミキサーの下流に原液を送ることができる点である。一方、撹拌槽２内に撹拌翼８が設置された撹拌機１の場合、撹拌槽上部が開放されていることがある。この場合に、撹拌機の下流に液を送るためには、撹拌機の上流にある原液用ポンプ、および凝集剤用ポンプの他に、もう１台ポンプ或いはポンプ相当の機器が必要である。そのため、通常は、ポンプを設置せず、高低差で下流に液を送るのが一般的である。

【0021】

本実施形態では、撹拌機１は、撹拌翼８の回転速度が３００～５０００ｍｉｎ^－１の範囲に設定された高速撹拌を行う高速撹拌機として構成されている。この高速撹拌により、原液内に凝集剤が瞬時に分散させられ、凝集剤は原液と効率良く均一に混合される。その結果、原液に含まれる懸濁物質が効率良く凝集させられる。

【0022】

撹拌機１では、撹拌翼を３００～５０００ｍｉｎ^－１の範囲に設定された回転速度で回転させることにより、凝集剤が注入された、懸濁物質を含む原液を高速撹拌することが重要である。好ましくは、撹拌翼８の回転速度は４００～１５００ｍｉｎ^－１の範囲に設定される。より好ましくは、撹拌翼の回転速度は５００～１２００ｍｉｎ^－１の範囲に設定される。

【0023】

このような高速撹拌を行う場合、凝集剤が注入された原液に高ストレスが負荷されるので、凝集剤が適正な注入率で注入されていないと、フロックが成長する前に破壊されてしまう。したがって、注入される凝集剤が適正な注入率でなければ、フロックが適切に成長しない。本実施形態では、後述する制御装置が、光学的測定装置３から光学的測定値を取得し、さらに、フロックが適切に成長していることを、光学的測定値を数値解析することで得られた数値解析値から判断する。これにより、凝集剤の適正な注入率を高い精度で決定することができる。その結果、凝集剤の使用量を削減することができる。また、運転員の経験や勘がなくとも、凝集剤の注入率を適正に制御することができる。さらに、懸濁物質を含む原液の性状（例えば、原液内における懸濁物質の濃度など）が変化しても、凝集剤の注入率を適正に制御することができる。

【0024】

撹拌翼８の回転速度は、懸濁物質を含む原液の種類（例えば、排水や汚泥など）、原液の性状（例えば、ＳＳ（Suspended Solids）濃度、粘度など）、および凝集剤の種類（例えば、無機凝集剤、有機凝結剤、高分子凝集剤など）などに基づいて、３００～５０００ｍｉｎ^－１の範囲内で調整する。懸濁物質を含む原液に注入される凝集剤は、撹拌槽２内に注入されてもよいし、撹拌槽２よりも上流側に配置される供給元管１８に注入されてもよい。

【0025】

本実施形態では、凝集剤を貯留する凝集剤貯槽１１が設けられ、凝集剤貯槽１１から延びる凝集剤供給配管２６が撹拌槽２に連結される。凝集剤供給配管２６には、凝集剤注入装置４が配置される。凝集剤注入装置４は、懸濁物質を含む原液に凝集剤を所定の注入率で注入する装置である。凝集剤注入装置４は、例えば、ポンプ、またはバルブ、またはポンプとバルブの組み合わせである。

【0026】

この凝集装置において、懸濁物質を含む原液は、供給装置７により原液貯槽１０から撹拌槽２に供給される。凝集剤は、凝集剤注入装置４により撹拌槽２に供給される。撹拌槽２では、撹拌翼８の回転速度が３００～５０００ｍｉｎ^－１の範囲に設定された高速回転で、原液と凝集剤とを混合させて、これにより、懸濁物質のフロックが形成される。なお、凝集剤の注入率によっては、懸濁物質のフロックが形成されない場合がある。すなわち、撹拌機１では、懸濁物質のフロックを形成させるために撹拌翼８が高速で回転させられるが、凝集剤の注入率次第で、懸濁物質のフロックが形成されない場合がある。

【0027】

撹拌機１から排出される原液が流れる排出配管２８が、撹拌槽２に連結されている。本実施形態では、光学的測定装置３は排出配管２８に配置されている。光学的測定装置３は、撹拌機１で形成されたフロックを含む原液に光を照射して、光学的測定値を得るための装置である。本実施形態では、光学的測定装置３は、フロックを含む原液から出てきた透過光の強度を測定可能な装置である。光学的測定装置３は、透過率、散乱光強度、回折光の強度、回折・散乱光強度、吸光度、反射光の強度などを測定可能な装置であってもよい。

【0028】

図２は、図１に示す光学的測定装置の構成を示す概略図である。図３は、図２に示すノズルの近傍を模式的に示す拡大図である。図２に示すように、排出配管２８は、光学的測定装置３の入口に連結される一次側排出配管２８Ａと、光学的測定装置３の出口に連結される二次側排出配管２８Ｂと、に分割される。光学的測定装置３は、一次側排出配管２８Ａの末端に連結されるノズル３０と、二次側排出配管２８Ｂの先端に連結される受け皿（受液部）３２と、備える。ノズル３０は、一次側排出配管２８Ａを流れてきた原液を下方に向けて流下させる部品であり、円筒形状を有している。受け皿３２は、ノズル３０の下方に、該ノズル３０から離間して配置されている。受け皿３２は、ノズル３０から流下された原液を受け取るための部品であり、図示した例では、漏斗形状を有している。

【0029】

本実施形態では、ノズル３０と受け皿３２は、鉛直方向に沿って配列されており、ノズル３０の中心軸線は、受け皿３２の中心軸線に一致する。ノズル３０と受け皿３２の間には、原液が流下する開放空間が形成される。したがって、原液はノズル３０から受け皿３２に向けて大気中に流下される。

【0030】

光学的測定装置３は、さらに、ノズル３０から流下した原液に光を照射して光学的測定値を取得する光学センサ３５を備えている。本実施形態では、光学センサ３５は、原液に向けて光を照射する光源（投光部）３５ａと、原液から出てきた光を検出する光検出器（受光部）３５ｂと、を備え、光検出器３５ｂに到達した透過光強度を測定する光学センサである。光源３５ａから照射され、フロックを含む原液を透過した光は、光検出器３５ｂによって検出される。この透過光強度を所定の時間の間測定し、測定された透過光強度を光学的測定値とする。

【0031】

光学的測定値である透過光強度の測定は、１回、または凝集剤の注入率を変えながら複数回実行され、これにより、少なくとも１つの光学的測定値が得られる。なお、光検出器３５ｂで検出された透過光強度は、データロガー５０に蓄積された後に、後述する数値解析装置５に送られる。数値解析装置５で算出された数値解析値は、制御装置６に送られて、制御装置６は、数値解析値に基づいて、凝集剤の適正な注入率を決定する。データロガー５０、数値解析装置５、および制御装置６は、それぞれ別個に設けられていてもよい。あるいは、データロガー５０および数値解析装置５は、１台のコンピューター、または１台のプログラマブルロジックコントローラ（例えば、シーケンサー）として構成される制御装置６に組み込まれていてもよい。

【0032】

次に、図４（ａ）および図４（ｂ）を参照して、光学的測定装置３による懸濁物質を含む原液の透過光強度の測定例について説明する。図４（ａ）は、凝集剤の注入率が適正ではないために、フロックが原液に形成されていない場合の透過光強度の測定例を示し、図４（ｂ）は、凝集剤の注入率が適正であるために、フロックが原液に形成されている場合の透過光強度の測定例を示す。図４（ａ）および図４（ｂ）において、横軸は測定時間を表し、縦軸は透過光強度を表す。

【0033】

図４（ａ）に示すように、フロックが原液に形成されていないと、光源３５ａから照射された光は、懸濁物質に遮られて光検出器３５ｂまでほとんど到達しない。その結果、測定される透過光強度は、測定時間の経過と共に低い値で推移する。一方で、フロックが原液に形成されていると、懸濁物質はフロックとしてまとまっている。したがって、図４（ｂ）に示されるように、透過光強度の測定中、光源３５ａから照射された光がフロックに遮られて光検出器３５ｂまで到達しない時間と、フロックの隙間から光検出器３５ｂまで到達する時間とが存在する。結果として、透過光強度のピークが複数個計測される。この複数個のピークは、後述する数値解析で利用される。

【0034】

光源３５ａの例としては、各種ランプ（水銀ランプ、キセノンランプ、クリプトンランプ、メタルハライドランプ、ハロゲンランプなど）、各種レーザ（固体レーザ、半導体レーザ、液体レーザ、気体レーザなど）、各種ＬＥＤなどが挙げられる。ＬＥＤは、市販の光学センサのうちで比較的高強度の光を照射できる光源であるため、光源３５ａは、好ましくは、ＬＥＤである。光検出器３５ｂの例としては、ＣＣＤ、フォトダイオード、フォトトランジスタ、光電子増倍管、光導電素子、赤外線光学センサ、ＣＭＯＳなどが挙げられる。いずれにしても、光学センサ３５として、市販品を用いることができる。

【0035】

本実施形態では、光学センサ３５は、ノズル３０から流下させた原液（汚水）に直接光を照射するといった簡単な機構で光学的測定値を取得することができる。すなわち、撹拌機で凝集剤と混合されることで形成されたフロック、およびフロックの形成に使用されなかった余剰の凝集剤などの異物によって汚染される光透過部が光学センサ３５のセンシングゾーンに存在しない。その結果、適切な光学的測定値を得るために従来必要とされた洗浄作業が発生しないので、光学センサ３５は、長期間安定して光学的測定値を取得することができる。

【0036】

光学センサ３５が適切な光学的測定値を取得するためには、ノズル３０から流下する原液が整流されている（すなわち、層流である）ことが好ましい。原液を効果的に整流させるために、本実施形態に係るノズル３０は、鉛直方向に延びるノズル本体３０ａと、ノズル本体３０ａの先端に連結される吐出部３０ｂと、を備える。ノズル本体３０ａの末端は、一次側排出配管２８Ａに連結されている。ノズル本体３０ａは、その内部に形成された原液の流路３０ｃを有している。吐出部３０ｂは、その内部に形成された吐出流路３０ｄを有しており、吐出流路３０ｄは、ノズル本体３０ａの流路３０ｃに接続される。吐出流路３０ｄの中心軸線は、流路３０ｃの中心軸線に一致している。

【0037】

ノズル３０の中心軸線に垂直な断面で見たとき、流路３０ｃと吐出流路３０ｄは、円形状を有している。さらに、吐出流路３０ｄは、流路３０ｃの直径ｄ１よりも小さい直径ｄ２を有している。すなわち、吐出部３０ｂは、ノズル本体３０ａに対して縮径部として機能する。

【0038】

発明者らの実験によれば、ノズル本体３０ａと吐出部３０ｂとから構成されるノズル３０は、ノズル本体３０ａのみから構成される（すなわち、吐出部３０ｂが省略された）ノズル３０と比較して飛躍的に向上された原液の整流効果を有していることがわかった。したがって、ノズル３０は、ノズル本体３０ａと、該ノズル本体３０ａに対して縮径部として機能する吐出部３０ｂとから構成されるのが好ましい。

【0039】

さらに、発明者らの実験によれば、吐出流路３０ｄの横断面形状（すなわち、吐出流路３０ｄの中心軸線に垂直な断面形状）は、円形であるときに最も原液の整流効果が高いことがわかった。また、吐出流路３０ｄの長さに相当する吐出部３０ｂの長手方向の長さＬが短くても、ノズル３０から流下する原液の整流作用にさほど影響がでないこともわかった。例えば、吐出部３０ｂの長手方向の長さＬが３ｃｍであっても、長さＬが３０ｃｍであるノズルを使用した場合と比較して、ノズル３０から流下する原液が同等に整流されていることがわかった。

【0040】

ノズル３０を流れる原液の流量も、原液の整流効果に影響を及ぼす。一般に、ノズル３０の吐出部３０ｂを流れる原液の流量が大きいほど、原液の整流効果が向上する。すなわち、吐出部３０ｂの内径（吐出流路３０ｄの直径）を小さくすることで、吐出部３０ｂを流れる原液の流量を増加させ、これにより原液の整流効果を向上させることが好ましい。そこで、市販の塩ビ配管のなかで最も内径が小さい呼び径１３Ａ（内径が１３ｍｍ）の塩ビ配管を吐出部３０ｂに用いることで、低コストで整流効果の高いノズル３０を提供することができる。

【0041】

なお、吐出部３０ｂの内径を小さくしすぎると、原液に形成されたフロックの性状（大きさ、形状、粘度など）次第で、吐出部３０ｂにフロックの詰まりが発生するおそれがある。そのため、吐出部３０ｂの内径は、原液の流量だけでなく、フロックの性状にも注意して選択すべきである。例えば、吐出部３０ｂの内径は、５ｍｍ以上であってもよいし、１０ｍｍ以上であってもよい。一般に、形成されるフロックの直径が数ｍｍ～十数ｍｍの範囲になる場合が多いことから、吐出部３０ｂの内径は、１３ｍｍ以上とするのが好適である。市販の塩ビ配管では、呼び径が１３Ａの配管の他にも、呼び径が１６Ａ、２０Ａ、２５Ａ、または３０Ａの配管を好適に用いることができる。

【0042】

ノズル３０から吐出した直後の原液が最も整流されている。そこで、図２および図３に示すように、光学センサ３５をノズル３０の吐出口の近傍に配置するのが好ましい。この場合、光学センサ３５は、ノズル３０から吐出された直後の原液に光を照射して光学的測定値を取得することができる。

【0043】

図２に示すように、光学的測定装置３は、ノズル３０と受け皿３２とを囲う箱３８を有していてもよい。ノズル３０から吐出した原液は、受け皿３２に到達するまで大気中を流下する。箱３８によって、原液の臭気が周囲に拡散することが防止される。さらに、図２に示す実施形態では、箱３８は、ノズル３０と受け皿３２だけでなく、光学センサ３８も囲っている。このような構成によれば、自然光、および風などの光学的測定値に影響を及ぼす外乱を排除することができる。

【0044】

図１に戻り、光学的測定装置３には、数値解析装置５が電気的に接続され、数値解析装置５には、制御装置６が接続されている。数値解析装置５は、制御装置６内に組み込まれていてもよい。また、制御装置６は、凝集剤注入装置４に接続されている。

【0045】

光学的測定装置３から得られた光学的測定値は、数値解析装置５に送られる。数値解析装置５は、光学的測定値を数値解析して、数値解析値を取得する。得られた数値解析値は、制御装置６に送られる。制御装置６は、数値解析値に基づいて凝集剤の適正な注入率を決定する。

【0046】

数値解析値の例としては、光学的測定値の平均値、分散、標準偏差、ピーク面積、ピーク高さなどが挙げられる。光学的測定値の分散とは、光学的測定値を統計学的に解析した値であり、所定の測定時間の間に得られた光学的測定値の分布の散らばりの程度を示す量である。標準偏差は、分散の平方根の正の値である。ピーク面積は、縦軸が光学的測定値を表し、横軸が測定時間を表すグラフ上に、所定の測定時間の間に得られた光学的測定値をプロットして描かれた曲線と、基準線（例えばベースライン）とで囲まれた領域の面積である。ピーク面積は、例えば、図４（ｂ）でハッチングを付けられた領域の面積に相当する。ピーク高さは、縦軸が光学的測定値を表し、横軸が測定時間を表すグラフ上に、所定の測定時間の間に得られた光学的測定値をプロットして描かれた曲線のピークの横軸からの高さである。

【0047】

ある閾値以上の光学的測定値の個数、あるいは、ある閾値以下の光学的測定値の個数を、数値解析値としてもよい。数値解析装置５で、光学的測定値から、ＳＳ濃度、濁度、色度、フロック粒径などを算出し、これらを数値解析値としてもよい。ここで、フロック粒径とは、フロックが球形である場合には、フロックの直径を意味する。フロックが球形でない場合には、フロック粒径は、ストークス径、または各種測定方法によって測定された粒径を意味する。フロック粒径は、フロックの平均粒径であってもよい。平均粒径としては、算術平均径、最多径、中央径などが例示される。また、平均粒径は、個数基準であってもよいし、質量基準であってもよいし、体積基準であってもよい。

【0048】

光学的測定値からＳＳ濃度、濁度を算出する方法として、透過光測定方法などの公知の方法を用いることができる。光学的測定値から色度を算出する方法として、透過光測定方法などの公知の方法を用いることができる。光学的測定値からフロック粒径を算出する方法として、レーザ回折・散乱法、カメラで撮影した画像を画像解析する方法などの公知の方法を用いることができる。フロック粒径は平均フロック粒径でもよいし、フロック粒径の粒径分布でもよい。光学的測定を行うと共に、得られた光学的測定値からＳＳ濃度、濁度、色度、フロック粒径などを算出できる市販の測定装置を用いることができる。

【0049】

制御装置６は、原液への凝集剤の注入、原液の撹拌（高速撹拌）、光学的測定値の取得、光学的測定値に基づく数値解析を少なくとも１回行うことによって得られた、少なくとも１つの数値解析値から、凝集剤の適正な注入率を決定する。すなわち、制御装置６は、懸濁物質を含む原液に凝集剤を注入し、懸濁物質のフロック形成させるために当該原液を撹拌し、撹拌された原液に対して光学的測定を実施し、得られた光学的測定値を数値解析して数値解析値を取得する。さらに、制御装置６は、得られた数値解析値に基づき、凝集剤の注入率が適正か否かを判断し、注入率が適正でなければ、凝集剤の注入率を変更して、再度撹拌、光学的測定、および数値解析を繰り返し、適正な注入率を決定する。なお、凝集剤の注入率によっては、懸濁物質のフロックが形成されない場合がある。

【0050】

適正な凝集剤注入率を決定する方法として、予め設定された複数の注入率を用いてもよい。制御装置６は、懸濁物質を含む汚水に予め設定された注入率で凝集剤を注入し、懸濁物質のフロックを形成させるために当該汚水を撹拌し、撹拌された汚水に対して光学的測定を実施し、得られた測定値を数値解析して数値解析値を取得する。これを、予め設定された複数の注入率それぞれについて繰り返し行う。制御装置６は、予め設定された複数の注入率それぞれで取得された複数の数値解析値を比較する。一実施形態では、最大値または最小値が得られた注入率が適正な注入率として決定される。他の実施形態では、最も大きな数値解析値が得られた注入率と２番目に大きな数値解析値が得られた注入率の平均値を適正注入率としてもよいし、あるいは、最も小さな数値解析値が得られた注入率と２番目に小さい数値解析値が得られた注入率の平均値を適正注入率としてもよい。

【0051】

さらに他の実施形態では、制御装置６は、縦軸が数値解析値を表し、横軸が凝集剤の注入率を表すグラフ上に、予め設定された複数の注入率における複数の数値解析値をプロットし、複数の注入率と複数の数値解析値との関係を示す近似式を算出して、得られた近似式に基づいて、凝集剤の適正な注入率を決定してもよい。例えば、数値解析値のピーク値が得られる注入率を近似式から計算し、得られた注入率を凝集剤の適正な注入率とすることができる。

【0052】

ノズル３０を流れる原液の流量、すなわち、ノズル３０から吐出される原液の流量は、光学センサ３５による光学的測定値の測定結果に影響を与える。例えば、ノズル３０から吐出される原液の流量が小さすぎると、原液の流れが安定せず、正確な測定結果が得られない。一方で、ノズル３０から吐出される原液の流量が大きすぎると、光学センサ３５のセンシングゾーンを通過するフロックの速度が光学センサ３５の処理性能を超過し、やはり、正確な測定結果が得られなくなる。

【0053】

そこで、発明者らは、凝集剤の注入率とノズル３０から吐出される原液の流量とを変化させて、光学的測定値を測定し、得られた光学的測定値を数値解析し、得られた数値解析値に基づいて決定された適切な凝集剤注入率がビーカー試験によって決定された適切な凝集剤の注入率と一致するか否かを確認する実験を行った。実験では、複数の汚泥に所定の凝集剤を複数の注入率でそれぞれ注入し、次いで、凝集剤が注入された各汚泥を撹拌翼の回転速度を８８８ｍｉｎ^－１に設定して所定時間撹拌した。次いで、２０ｍｍの内径を有するノズル本体３０ａと、１３ｍｍの内径を有する吐出部３０ｂとから構成されるノズル３０から流下させた撹拌後の汚泥に光学センサ３５の光源３５ａから光を照射して、光学的測定値を取得した。さらに、得られた光学的測定値を数値解析して適切な凝集剤の注入率を決定した。

【0054】

図５（ａ）は、実験結果の一例を示すグラフであり、図５（ｂ）は、実験結果の他の例を示すグラフである。図５（ａ）および図５（ｂ）において、縦軸は数値解析値を表し、横軸は凝集剤の注入率を表す。図５（ａ）のグラフに示される実験結果は、ノズル３０から流下する原液の流量が０．９８Ｌ／ｍｉｎに設定されたときの実験結果である。図５（ｂ）のグラフに示される実験結果は、ノズル３０から流下する原液の流量が１．４７Ｌ／ｍｉｎに設定されたときの実験結果である。

【0055】

図５（ａ）および図５（ｂ）に描かれた複数の曲線は、それぞれ、算出された複数の数値解析値に対応している。より具体的には、図５（ａ）および図５（ｂ）に描かれた複数の曲線は、光学的測定値の平均値、最大値、最小値、および分散、並びに、所定の閾値以上の光学的測定値の数である複数の数値解析値にそれぞれ対応している。図５（ａ）および図５（ｂ）の両者のグラフにおいて、全ての数値解析値が同じ凝集剤注入率が適切であると判断されたことを示しており、この凝集剤注入率は、ビーカー試験によって適切であると判断された凝集剤注入率と一致していた。したがって、原液の流量が０．９８Ｌ／ｍｉｎのときと、原液の流量が１．４７Ｌ／ｍｉｎのときに、上述した実施形態に係る光学的測定装置３によって得られた光学的測定値から適切な凝集剤注入率を決定可能な数値解析値を算出できることがわかった。

【0056】

実験では、原液の流量が０．９８Ｌ／ｍｉｎよりも小さくなると、ノズル３０から流下する原液の流れが不安定となり、正確な測定結果が得られないと判断された。また、原液の流量が１０Ｌ／ｍｉｎよりも大きくなると、光学センサ３５がフロックを検出し難くなることがわかった。したがって、光学センサ３５がフロックを確実に検出するという観点から、ノズル３０から流下される原液の流量は、１～１０Ｌ／ｍｉｎの範囲内、特に、１～３Ｌ／ｍｉｎの範囲にあることが好ましい。

【0057】

同様の実験で、ノズル３０の吐出口の断面積に対する原液の流量の比が１ｃｍ^２あたり０．７５～７．５Ｌ／ｍｉｎの範囲内にあるときに、上述した実施形態に係る光学的測定装置３によって得られた光学的測定値から適切な凝集剤注入率を決定可能な数値解析値を算出できることがわかった。したがって、光学センサ３５がフロックを確実に検出するという観点から、ノズル３０の吐出口の断面積に対する原液の流量の比は、１ｃｍ^２あたり０．７５～７．５Ｌ／ｍｉｎの範囲内、特に、１ｃｍ^２あたり１～２Ｌ／ｍｉｎの範囲にあることが好ましい。

【0058】

図２に示すように、光学的測定装置３は、必要に応じて、撹拌された原液に希釈液を供給する希釈ライン５５を含んでいてもよい。図２に示す希釈ライン５５は、一次側排出配管２８Ａに接続されており、希釈液を、撹拌後で光学的測定前の原液に供給する。希釈ライン５５には、図示しない希釈液供給バルブが配置されており、制御装置６が必要に応じて希釈液供給バルブの開閉動作を操作することで、撹拌後の原液への希釈液の供給を制御する。

【0059】

希釈液を撹拌後の原液に供給する目的は、撹拌された原液に含まれる懸濁物質の濃度および／またはフロックの濃度を低減させることである。懸濁物質の濃度が高い原液では、フロックが形成されたときの光学的測定値とフロックが形成されないときの光学的測定値に差が生じず、その結果、凝集剤の注入率の決定が困難な場合がある。例えば、光学的測定装置３が、懸濁物質の濃度が高い原液の透過光強度を測定する場合、凝集剤の注入率が適正でフロックが形成されても、フロック間の隙間がほとんど存在せず、図４（ａ）に示したように、透過光強度がほぼ一定になってしまう場合がある。これに対して、撹拌された原液を希釈液で希釈する場合、フロック間の隙間を増大させることができるため、フロックの隙間から光が透過し、図４（ｂ）に示されるように、透過光強度のピークが複数個計測される。この結果、フロックが形成されたときの透過光強度とフロックが形成されないときの透過光強度に差が生じ、適正な注入率を決定できる。希釈液としては、純水、水道水、工業用水、地下水、各種排水処理の処理水、海水などを用いることができる。

【0060】

図６は、図２に示す光学的測定装置が配置された汚水処理装置の他の例を示す概略図である。図６に示す汚水処理装置は、汚泥などの液体含有物を圧搾して、該液体含有物をろ液とケーキとに分離するスクリュープレス（脱水機）である。

【0061】

図６に示されるスクリュープレスは、円筒状のスクリーンケーシング（ろ過筒）６１と、スクリーンケーシング６１内で、該スクリーンケーシング６１と同心状に配置され、液体含有物である汚泥（汚水）を所定の移送方向Ｄに移送するスクリュー（図示せず）と、スクリューを回転させる回転機構（図示せず）と、スクリーンケーシング６１を通過したろ液を回収するろ液受け６８と、ろ液受け６８に連結されたドレインライン６９と、備えている。

【0062】

スクリーンケーシング６１は、パンチングメタルなどのスクリーン（多孔板）から形成されている。スクリーンケーシング６１に投入された汚泥は、スクリューの回転によってスクリーンケーシング６１内を移送される。汚泥は、スクリーンケーシング６１内を移送されるに従って圧搾され、脱水される。スクリーンケーシング６１のスクリーンを通過したろ液は、スクリーンケーシング６１の下方に配置されたろ液受け６８によって回収され、ドレインライン６９を介してスクリュープレスから排出される。

【0063】

本実施形態では、上述した光学的測定装置３がドレインライン６９に配置されている。光学的測定装置３は、ろ液に光を直接照射することでろ液の光学的測定値を取得する。得られた光学的測定値は、スクリュープレスの制御装置（図示せず）に送られ、制御装置は、送られた光学的測定値に基づいてスクリュープレスの運転を制御する。例えば、制御装置は、適切な含水率を有するケーキを得るために、得られた光学的測定値に基づいてスクリューの回転速度を制御する。

【0064】

上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうることである。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。

【符号の説明】

【0065】

１ 撹拌機
２ 撹拌槽
３ 光学的測定装置
４ 凝集剤注入装置
５ 数値解析装置
６ 制御装置
７ 供給装置
８ 撹拌翼
９ モーター
１０ 原液貯槽
１１ 凝集剤貯槽
１８ 供給元管
２６ 凝集剤供給配管
２８ 排出配管
３０ ノズル
３２ 受け皿（受液部）
３５ 光学センサ
３５ａ 光源（投光部）
３５ｂ 光検出器（受光部）
３８ 箱
５０ データロガー
５５ 希釈ライン
６１ スクリーンケーシング（ろ過筒）
６８ ろ液受け
６９ ドレインライン

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】