左パネルで撹拌動力 P・水量 V・粘度 μ・接触時間 t を変えると、上部の数値カードと撹拌槽アニメーションが即座に連動します。アニメーションでは小さな一次粒子が流れに乗って動き、衝突するとフロックに合体します。速度勾配 G を上げると衝突頻度は増えますが、せん断力が大きくなり育ったフロックが割れて小さく戻ります。低い G ではゆっくり大きなフロックに育ちます。
「フロック径の成長曲線」は時間とともにフロックがどこまで大きくなるか、いつ平衡(飽和)に達するかを示します。「G とフロック径・破断の関係」は、G を横軸にとったときの到達フロック径を描き、高 G 側の破断領域と最適 G の窓を一目で示します。急速撹拌→フロック形成という現場の二段撹拌の意味が、数値とアニメの両方で理解できます。
G 値って結局、撹拌をどれくらい強くするかの目安ですか?数式の √(P/(μV)) がいまいちピンときません。
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ざっくり言うと「水のかきまぜ具合(せん断速度)」だね。動力 P を体積 V で割ると単位体積あたりの撹拌エネルギー、それを粘度 μ で割って平方根を取ると速度勾配 G になる。アニメで動力スライダーを上げると粒子がビュンビュン動くでしょ。あれが G が高い状態。衝突は増えるけど、その分フロックも割れやすくなる。
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えっ、強くかきまぜた方がたくさんぶつかって大きくなる、じゃないんですか?
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そこが面白いところ。衝突頻度は G に比例して増えるけど、せん断力もフロックを引きちぎる。だから高 G ではフロックが大きくなる前に砕けて、平衡径が小さくなる。実際「フロック径の成長曲線」を見ると、低 G の方が最終的に大きく育つのが分かる。例えば沈殿池の前は G を 20〜50 s⁻¹くらいまで落とすことが多いよ。
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じゃあ最初から低い G でゆっくりやればいいのでは?急速撹拌って何のためにあるんですか?
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凝集剤を入れた瞬間は、薬品を水全体に一気に均一分散させる必要があるんだ。ここで G が低いと薬品がムラになって核が偏る。だから最初の数十秒だけ高 G(500〜1500 s⁻¹)でガッと混ぜて核を散らし、そのあとフロック形成段で低 G に落として育てる。「最適条件」プリセットを押すと、その狙いどころの G に入る。
いいえ。G が高いと衝突頻度は上がりますが、せん断力もフロックを破壊します。実務では急速撹拌で高 G(500〜1500 s⁻¹)で核を分散させ、その後フロック形成で低 G(10〜70 s⁻¹)に下げてフロックを大きく育てます。このアニメーションでは高 G で破断、低 G で成長する様子を確認できます。
G の単位は s⁻¹、接触時間 t の単位は s なので、積 Gt は無次元になります。これは撹拌中に受ける積算せん断量を表し、フロック形成では 30,000〜150,000 程度が目安です。Gt が小さいと凝集不足、過大だとフロック破砕のリスクが高まります。