プロフィール

多くの米国都市は環境保護署の「安全飲用水法」における諸法規の遵守に努めるとともに、都市水処理場の運営コストの削減をますます重視している。現在、コロラド州エンゲルウッド市の水処理場のような多くの水処理場では、総有機炭素（TOC）モニタリング技術を用いて水処理プロセスを最適化し、高品質の飲料水を生産すると同時に、水処理プロセスのコストを大幅に削減している。

問題

米国環境保護庁の「消毒剤と消毒副産物規則（D/DBPR）」は、水源に天然に存在する有機物（TOC）と水処理場で使用される消毒プロセス用材料との相互反応に由来する飲用水中の有害副産物の含有量を制限することを目的としている。この規則は消毒副生成物【DBP、例えばトリハロメタン（THM）とハロゲン酢酸（HAA 5）】の濃度制限値を規定するだけでなく、TOC除去率も規定している。多くの水処理場では、TOCを凝集剤で除去する伝統的なまたは直接的なろ過処理技術が採用されています。米国環境保護庁は、伝統的な水処理方法でDBPの生成を制限し、TOC（DBP前駆体とも呼ばれる）の除去率を高めるプロセスを定義するために「強化凝縮」という言葉を用いた。

水処理場はしばしば「凝集の強化」とTOC除去率の向上は運用コストの向上に等しいと考えている。しかし、水処理場が本工場の水中のTOC状況、および各プロセスパラメータの変化がTOCに与える影響を本当に理解できれば、運営コストは上昇せず、下落しない。TOCを監視して水処理プロセスを最適化することで、水処理のコストを大幅に削減できることが実証された。「凝集強化」プロセスの最適化に万全の策はないが、TOC除去率に影響するプロセスパラメータを日常的に監視することで、非常に価値のある情報を得ることができる。水質変動が頻繁な場合であっても、水処理場は過剰または不十分な混合剤の投入を心配することなく、TOC除去率に対する法規の要求を満たすことができる。

凝集過程において、TOC除去率は、凝集剤の種類、凝集剤の投入量、水のpH値を含む複数のプロセスパラメータに依存する。総じて、TOC除去効率は、凝集剤の投与量が増加するにつれて向上する。しかし、異なる凝集剤には異なるTOC除去効果があり、特にpH値が異なる場合はなおさらである。ほとんどの混合剤の投与量には閾値がある。閾値を超えた後、引き続き混合剤を投与することは、TOC除去率をさらに高めるだけでなく、より多くの廃棄物を発生させることになる。これにより、水中のTOC含有量をさらに低下させることなく、凝集剤の消費量と廃棄物の処理コストが増加する。そのため、水処理場にとって、各プロセスパラメータの変化がTOC除去率に与える影響を十分に理解することが重要である。

ソリューション

水処理中のすべてのパラメータ間の具体的な関連性を特定するのは難しいが、TOC分析器は水処理場が最適化プロセスの神秘的なベールを解くのを助けることができる。プロセス最適化研究の1つのステップは通常、ビーカー試験である。すなわち、水処理場から少量の水サンプルを抽出し、複数の実験室ビーカーに入れ、それからそれぞれ異なる化学試薬を加える。ビーカー試験はTOC機器の吸入試料検査と濁度検査を結合して、効果的に各種の凝集剤とその応用効果を比較することができる。従来、目視ビーカー試験により粒子間の付着状況を観察し、濁度除去効果を判断していた。しかし、濁度除去のための良好な凝集条件は必ずしもTOC除去の凝集条件と一致しないため、水処理場は同時にTOCと濁度を監視しなければならない。

ビーカー試験により凝集剤またはいくつかの凝集剤の混合物を選定した後、連続的なTOCモニタリングを行う必要がある。水処理場の源水状況（pH値、アルカリ度、有機物成分を含む）が頻繁に変化する可能性があるため、オンライン式TOCモニタリングはプロセスフローを頻繁に観察する有効な方法となる。オンライン型TOC分析計は、水の進入と出水のTOCを連続的に測定することができ、水処理場が水の構内滞在時間に基づいて実際のTOC除去率を算出することができる。水処理場は必要に応じて凝集剤の投入量、pH値、その他のパラメータを調整して、TOC除去率をさらに高めることができる。水処理場が第三者の実験室だけでTOCを検出する場合、検出結果は常に遅すぎて、現在のプロセスパラメータの最適化には使用できません。

現場にTOC分析器を設置した水処理場は、本工場の水質要求と経済性基準に基づいて、最もプロセスを最適化できる凝集剤の使用量とその他の操作パラメータの選択を含む有利な決定を下すことができる。もしTOC除去率が飲用水基準を達成すれば、水処理場は混合剤の使用量を減らすことを試みて、混合剤のコストを節約することを期待して、同時に廃棄物の発生量と処理費用を減らすことができます。エンゲルウッド市の水処理場はまさにそうしている。

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