JP4800463B2 - ろ過装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、凝集剤を添加した凝集処理を行った凝集処理水をろ材層へ通過させろ過処理を行うろ過装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
河川水などを原水として浄水や工業用水を製造する場合や、排水処理等において、懸濁物質の分離のために凝集沈殿処理およびろ過処理が広く採用されている。すなわち、凝集沈殿処理では、まず原水に対しアルミ系の凝集剤等を添加混合して、原水中の懸濁物質を粗大フロック化する。そして、この粗大フロックを沈殿池に導入して沈殿処理することで、懸濁質の大部分を除去する。次に、この沈殿池で得られた上澄み水(凝集沈殿処理水)をろ過装置でさらに処理し、残留する微細懸濁物をさらに除去する。このようにして、清澄な処理水を得ている。
【0003】
ここで、ろ過装置においては、ろ材が所定量の懸濁質を捕捉すると、ろ過抵抗が上昇し、またフロックの流出が大きくなるため、逆洗を行う。この逆洗は、逆洗水(通常は処理水)をろ過装置に逆流させ、捕捉した懸濁質を除去してろ材を再生することによって行う。
【0004】
ところが、この逆洗を行った直後において、処理水中の懸濁物質(微細フロック)が増加し、十分なろ過が行えない場合が多い。
【0005】
これは、通常のろ過処理においては、アルミ系の凝集剤を用いた場合は、ろ材の表面に薄く水酸化アルミニウムが付着し、これが微細な凝集フロックの除去に貢献しているが、逆洗によってこの付着物が除去されるため、逆洗直後の処理水が悪化するものと考えられる。
【0006】
そこで、逆洗水に凝集剤を添加して逆洗を行うことが提案されている。このような逆洗により、逆洗の際に凝集剤がろ材中に供給され、ろ材表面のたとえば、水酸化アルミニウムの付着が助長される。従って、逆洗直後においても、微細フロックの除去を十分なものにできると考えられる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、この逆洗水に凝集剤を添加した場合においても、逆洗終了直後の処理水中の懸濁物質量はそれほど改善できないことがわかった。これは、逆洗時において、凝集剤を添加しても、この凝集剤をろ材全体に付着させることが難しいからである。すなわち、凝集剤ろ過層の下部(出口付近)において捕捉される確率が高く、従ってろ過層の下部のろ材にのみ上記付着物が形成されてしまう。また、洗浄排水中のアルミニウム濃度が上昇してしまうため、そのまま放流できないという問題もある。
【0008】
また、逆洗直後に凝集剤の添加量を多くすることも考えられるが、この場合には、表面近くのろ材にのみに付着の形成が行われ、ろ材全体に付着物を形成することができない。そこで、ろ過直後において処理水の悪化を防げなかった。
【0009】
さらに、最近では、クリプトスポリジウムなどの病原性原虫を除去する目的で、非常に精密なろ過が求めれらている。そこで、逆洗直後における懸濁物質の流出をさらに減少したいという要求もある。
【0010】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、逆洗直後から良好なろ過処理が行えるろ過装置の逆洗方法を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明は、凝集剤を添加した凝集処理を行った凝集処理水をろ材層へ通過させろ過処理を行うろ過装置において、逆洗水をろ材層へ逆方向に流通し、ろ材層を逆洗する逆洗手段と、ろ材層の表面に洗浄水を供給し、ろ材層の表面を洗浄する表面洗浄手段と、水にポリ塩化アルミニウムを凝集剤として添加し、pHを5.0±0.5の範囲内に制御して、ろ材表面に水酸化アルミニウムの被覆を形成するためのコーティング水を生成するコーティング水生成手段と、を有し、前記コーティング水生成手段によって生成されたコーティング水を逆洗手段および表面洗浄手段に供給し、ろ材層に対し順方向および逆方向の両方からコーティング水を供給し、ろ材層のろ材表面に水酸化アルミニウムの被膜を形成することを特徴とする。
【0012】
このように、逆洗手段による逆洗において、コーティング水をろ材層に供給することで、逆方向に流れるコーティング水とろ材を接触することができる。さらに、コーティング水を表面洗浄手段から供給することで、ろ材層に対し順方向でコーディング水を供給して、ろ材とコーティング水を接触させることができる。このように、両方向に流れるコーティング水とろ材を接触させることでろ材層の全体のろ材とコーティング水を効果的に接触させることができ、ろ材表面に凝集剤の被膜を効果的に形成することができる。従って、逆洗終了直後からろ材の懸濁物吸着能力が十分高く、良好な処理水を得ることができる。
【0013】
また、前記コーティング水生成手段は、ポリ塩化アルミニウムを40〜80mg/lとなるように添加し、そのpHが5.0±0.5の範囲内に制御してコーティング水を生成することが好適である。このようなコーティング水をろ材と接触することによって、ろ材表面のゼータ電位を0〜−10mV程度にすることができ、その後のろ過を効果的に行うことができる。なおポリ塩化アルミニウム(PAC)は、通常Alとして10%を含むものが市販されているが、本発明における40〜80mg/lというのは、上述した濃度のPACを逆洗水1リットルあたり40〜80mgの割合で添加する意味であり、この場合Alとしては2.12〜4.24mg/lの添加量となる。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態(以下実施形態という)について、図面に基づいて説明する。
【0015】
図1は、本実施形態に係る凝集分離装置の全体構成を示す図である。河川水、湖沼水などの原水は、まず混和槽10に流入される。この混和槽10には、凝集剤貯槽12からの凝集剤が凝集剤ポンプ14によって供給される。凝集剤は、無機アルミニウム系の凝集剤が好ましく、特にPAC(ポリ塩化アルミニウム)が好ましい。そして、混和槽10には、攪拌機16が設けられており、原水と凝集剤が急速攪拌される。この混和槽10において、凝集剤が混和された凝集剤混和水は、凝集槽18に流入する。この凝集槽18には、緩速攪拌機20が配置されており、凝集剤混和水が緩速攪拌され、凝集フロックの合体、粗大化が図られる。
【0016】
次に、凝集槽18からの緩速攪拌後の凝集剤混和水は、傾斜板沈殿槽22に流入する。この傾斜板沈殿槽22は、仕切板22aにより入口側と出口側に仕切られており、入口側に槽深の深い沈殿部22bが形成されている。そして、この沈殿部22bの下部は、沈殿汚泥を貯留する汚泥貯留部22cになっている。また、出口側には多数の傾斜板22dが配置されて傾斜板沈殿部22eが形成されている。凝集剤混和水は沈殿部22bに流入され、ここで沈殿処理された後、仕切板22aの下を通過して、傾斜板沈殿部22eを上向流で通過する。そして、この傾斜板沈殿部22eの傾斜板22dを通過する際にさらに沈殿処理がなされ、スラッジが槽底へ向けて沈殿する。傾斜板沈殿部22eの槽底は、汚泥貯留部22cに向けて深くなるように傾斜しているため、沈殿スラッジは重力により汚泥貯留部22cに移動する。そして、傾斜板沈殿部22eを通過した上澄みが傾斜板沈殿槽22から排出される。なお、傾斜板沈殿槽22の汚泥貯留部22cに沈殿した汚泥は、適宜引き抜かれ別途処分される。
【0017】
このような凝集沈殿処理により、傾斜板沈殿槽22からの沈殿処理水は、懸濁固形物のかなりの部分は除去されたものになっている。この沈殿処理水は、ろ過器24に流入される。このろ過器24は、アンスラサイトのろ過層24bと、砂のろ過層24aの二層のろ過層を有する重力式の急速ろ過器である。なお、場合によっては、沈殿処理水に追加の凝集剤注入あるいは凝集助剤注入を行いラインミキサーにて撹拌し、ろ過器24に供給してもよく、またろ過器は圧力式ろ過器であってもよい。
【0018】
ろ過層24bのろ材としてアンスラサイト以外のろ材を使用してもよいし、またこのろ過層24b自体を省略してもよい。また、ろ過層24aについて、砂に代えガーネットなどを利用したり、砂及びガーネットを多層とすることも好適である。
【0019】
そして、このろ過器24のろ過処理水は、処理水タンク26に貯留された後、配水される。
【0020】
また、この処理水タンク26内の処理水は、逆洗ポンプ28によりろ過器24の底部に供給できるようになっている。そこで、ろ過器24に処理水を上向流で供給し、ろ過器24内のろ過層を逆洗できるようになっている。
【0021】
すなわち、通水を継続していくと、次第にろ過層に捕捉される懸濁物質が増加しろ材が飽和して、ろ過器24はそれ以上懸濁物質を捕捉できなくなる。これは、ろ過抵抗の上昇や、処理水濁度の上昇等によって検出できる。そこで、ろ材が完全に飽和する前に、洗浄によりろ材の再生を行う。
【0022】
この洗浄のタイミングは、経験的に得られる時間に基づくタイマー設定や、差圧計によるろ過抵抗の設定により行われる。さらに、逆洗は、ろ過水を用いた逆流水洗浄や、逆流水洗浄に表面洗浄あるいは空気洗浄を組み合わせて行われる。
【0023】
ここで、本実施形態においては、この逆洗ポンプ28からろ過器24に至る逆洗水のラインに、凝集剤貯槽30からの凝集剤が凝集剤ポンプ32により添加される。この凝集剤としては、上述の凝集剤貯槽12と同様に通常PACが利用され、凝集剤貯槽12からの凝集剤を添加するように構成してもよい。さらに、酸貯槽34からの酸(酸性溶液、例えば硫酸)が酸ポンプ36によって添加されるように構成されている。
【0024】
このようにして、本実施形態においては、通常の逆洗に加え、凝集剤を含む逆洗水(コーティング水)による逆洗が行われ、これによってろ材表面に凝集剤の被膜が構成される。すなわち、所定pHに調整され、所定量の凝集剤が添加された逆洗水を所定量だけろ過器24に通水し、これによってろ材表面に凝集剤の被膜が形成される。
【0025】
また、逆洗水をろ過器24底部に供給するラインには、分岐ラインが接続され、この分岐ラインは、ろ過器24の表面洗浄ノズル38に接続されている。この表面洗浄ノズル38は、逆洗工程の初期において、ここから水を噴出して、ろ材層表面をたたき、固形物を捕捉したろ材層の表面を崩すためののもである。
【0026】
そして、本実施形態においては、この表面洗浄ノズル38に、凝集剤および酸が添加されたコーティング水が供給できるようになっている。また、逆洗水をろ過器24の底部に供給するラインにはバルブ40、分岐ラインにはバルブ42が設けられ、これらバルブを切り替えることによって、コーティング水をろ過器24底部に供給するか、表面洗浄ノズル38に供給するか、その両方に供給するかを切り替えられるようになっている。
【0027】
なお、逆洗ポンプ28、凝集剤ポンプ32、酸ポンプ36、バルブ40,42は、コントローラ44によって制御される。特に、逆洗ラインにpHメータおよび流量計を設け、その検出結果をコントローラ44に供給することが好適であり、これによってコントローラ44が、これら検出結果に基づいて凝集剤ポンプ32および酸ポンプ36の駆動を制御して、逆洗水のpH、凝集剤の添加量が所定量となるように制御することができる。また、コーティング水をいずれのルートで、どれだけの水量流すかも制御できる。
【0028】
このような所定pHに調整され、所定量の凝集剤が添加された逆洗水および表面洗浄水を所定量だけろ過器24に通水することによってろ材表面に適切な凝集剤の被膜が形成され、ろ過器24におけるろ過層24aのろ材のゼータ電位が0〜−10mVになるように制御される。すなわち、PACであれば、水酸化アルミニウムがろ材表面上に付着することで、ろ材のゼータ電位が上昇する。また、酸の添加によってもゼータ電位が変化するため酸の添加量も調整する。これによって、ろ材表面のゼータ電位が0〜−10mVに制御される。
【0029】
ここで、ろ材のゼータ電位は、ろ材表面への凝集剤(例えば、水酸化アルミニウム)の付着状態を示している。そこで、このろ材のゼータ電位を所定値(0〜−10mV)とすることによって、ろ材の表面状態を微細フロックを捕捉しやすい状態に調整することができる。そして、上述のようにして調整した逆洗水によりろ材の表面に水酸化アルミニウムを確実に付着させることで、逆洗後のろ過において、当初より微細フロックの流出を防止して、良好な水質の処理水を得ることができる。
【0030】
また、本実施形態では、次のような手順で逆洗を行う。(i)ろ過器24内の処理水を排出し、水位を少なくともろ材層の表面より下にする。そして、逆洗ポンプ28を駆動して、表面洗浄ノズル38から処理水を噴出させ、ろ材表面をたたく。LV=6m/h×4分。なお、この場合バルブ40を閉じ、バルブ42を開く。(ii)次に、バルブ42を閉じ、バルブ40を開いてろ過処理水を逆流させる逆洗を行う。例えば、LV(空塔線速度)=40m/h×8分。なお、空気逆洗を組み合わせてもよい。このような表洗と逆洗を終了し、ろ材層を調整した後、(iii)次に凝集剤(PAC)および酸(硫酸)を添加した逆洗水による逆洗を行う。LV=40m/h×0.6分。時間は、ろ材層の空隙容量に対し、1.5〜2.5倍の範囲となるように設定する。(iv)次に凝集剤(例えばPAC)および酸を添加した水を表面洗浄ノズル38に供給して、順方向にコーティング水をろ材層中に通す6m/h×1.4分。この場合の通水量は、ろ材層の空隙容量の0.5倍量程度でよい。
【0031】
このようにして、ゼータ電位調整剤としての凝集剤および酸を添加した逆洗水による逆洗を短時間行い、その後休止時間をおくという間欠的な逆洗を行う。これによって、凝集剤とろ材が十分混合されるとともに、接触のための時間が得られ、ろ材表面に水酸化アルミニウムが十分に付着される。
【0032】
特に、本実施形態の凝集剤および酸を添加したコーティング水は、凝集剤としてPAC(有効成分Alを10%含む液体)を利用し、その添加量を40〜80mg/Lとする。そして、そのコーティング水のpHは5.0±0.5とし、これを逆洗と表面ノズルからのトータルの水量として、ろ過器24におけるろ材の空隙体積の1.5〜2.5倍量とする。このようなコーティング水のろ材への流通によって、上述したようなろ材のゼータ電位を0〜−10mVに調整する処理を行うことができる。なお、コーティング水の通水量をさらに多くしてもろ材のゼータ電位制御に悪影響はない。しかし、意味のない逆洗を行うことになり、エネルギーおよび凝集剤などの浪費となるため上述のような範囲に制御することが好ましい。
【0033】
上述のように、本実施形態では、ろ材のゼータ電位が0〜−10mVになるように逆洗水への凝集剤添加量を調整する。このゼータ電位は、固体と液体の界面を横切って存在する電気的ポテンシャルを示すものであり、水中の懸濁物質についての表面荷電を示す。通常、河川水等に含まれる懸濁物質(粘度成分や藻類等)は負に帯電しており、懸濁物質が各々負に帯電していることから電気的に反発し、凝集しにくい状態になっている。凝集剤は、この電位の中和をまず行い反発力を弱め、その後に集塊化つまり凝集を行う。従って、凝集フロックのゼータ電位は中和点つまりゼロに近い方が望ましい。通常、原水中の懸濁物質のゼータ電位は−20mV以下で、凝集フロックのゼータ電位は−10mV以上となっている。
【0034】
ここで、浄水処理で一般に用いられる凝集沈殿・急速ろ過法において、急速ろ過器より、特にろ過開始直後に微小なフロックが流出することが知られている。この微小なフロックのゼータ電位は、−15mV以下と低く、凝集が十分に行われていないことが知られている。
【0035】
ろ材も水中の懸濁物質と同様にそのままでは負に帯電しており、ろ材のゼータ電位を−10mV以上にすることによって、ろ材表面への凝集剤水酸化物の付着を十分なものにできる。そして、この付着物を形成することで、フロックの捕捉能力を改善し、処理水中の懸濁物質濃度の上昇を防止することができる。なお、ゼータ電位を0mV以上にするのは、経済的ではなく、また洗浄排水中のアルミニウム濃度が高くなるので、好ましくない。
【0036】
本実施形態においては、凝集剤としてPAC(有効成分Alを10%含む液体)を利用し、その添加量を40〜80mg/Lとする。そして、その逆洗水のpHは5.0±0.5とし、これをトータルの水量として、ろ過器24におけるろ材の空隙体積の1.5〜2.5倍量とする。このような逆洗水のろ材への流通によって、ろ材のゼータ電位を0〜−10mVに調整する処理を行っている。
【0037】
上述した実施態様では、凝集剤を添加していない処理水による通常の表洗、逆洗が終了した後沈静し、次いで処理水に凝集剤を添加したコーティング水で逆洗及び表洗を行ったが、場合によっては通常の表洗、逆洗を同時に行い、そして本表洗と逆洗を続行中に、その後半に、処理水に凝集剤を添加してコーティング水とし、本コーティング水で表洗、逆洗を行って、ろ材のゼータ電位を調整してもよい。
【0038】
また上述した実施態様では、処理水で表洗、逆洗する場合、逆洗ポンプ28を用いたが、処理水槽を高位置に設置し、水頭差によって表洗、逆洗してさしつかえない。この場合は水頭差で表洗、逆洗する配管中に凝集剤を添加してコーティング水と生成できるようにしておく。
【0039】
【実施例】
図1の装置を用いて実験を行った。
【0040】
「実験条件」
・原水流量:3000m/D
・混和槽:滞留時間4分、G値250〜400s−1
・沈殿池:上向流式傾斜板付き沈殿池、滞留時間40分、上昇速度5cm/min
・ろ過器仕様:φ5000mm×5000mm×H4000mm(ろ過面積25m
・ろ過速度(LV):5m/h(120m/d)
・ろ材:ケイ砂 比重2.5、空隙率45%、有効径0.6mm、均等係数1.4、ろ層高600mm
・通水時間:48時間(タイマーにより洗浄開始)
・原水濁度:8〜30度
・原水pH:7.2〜7.5
・ろ過処理水pH:6.9〜7.3
・凝集剤:PAC10〜30mg/l
・目標処理水濁度:0.1度未満
・洗浄条件:
(i)表面洗浄:LV=6m/h×4分、水量=25m×6m/h×(4÷60)=10m/回
(ii)水逆洗:LV=40m/h×8分
水量=25m×40m/h×(8÷60)=133.3m/回
(iii)コーティング水逆洗:LV=40m/h×0.6分、水量=25m×40m/h×(0.6分÷60分)=10m/回、ろ材空隙容量=25m×0.6m×0.45=6.75m、1.5倍量通水として、6.75m×1.5=10.1m/回
逆洗水:ろ過水を用いる。pHは、5.0±0.5に調整。
PAC:40〜80mg/Lとなるように調整。
(iv)表洗コーティング:LV=6m/h×1.4分、水量=25m×6m/h×(1.4分÷60分)=3.5m/回、ろ材空隙容量=25m×0.6m×0.45=6.75m、0.5倍量通水として、6.75m×0.5=3.4m/回、
ろ過水を用いる。pHは、5.0±0.5に調整。
PAC:40〜80mg/Lとなるように調整。
【0041】
「実験結果」
濁度8度の原水に凝集剤としてPACを10mg/L添加し、pHを7.0に調整するために酸として硫酸を加え、混和槽10にて攪拌機16を用いて混和を行い、凝集槽18にて緩速撹拌を行い、傾斜板沈殿槽(傾斜板無しでもよい)22にて沈殿処理を行った後、ろ過器24に供給して処理水を得た。
【0042】
ろ過器24は、ある程度通水を行っていくと、濁質によりろ材の間隙が飽和し、通水を継続できなくなる。このろ過が継続できなくなるまでの時間は、ろ過器流入水中の濁質濃度や通水速度などによって異なり、通常は24〜72時間程度であるが、本実験では48時間毎に逆洗を行った。
【0043】
そして、逆洗工程において、上述のようなPAC60mg/Lと硫酸を注入してpH5±0.5のコーティング水による逆洗および表洗を行った。このような処理により、逆洗直後においても、処理水の悪化はなく、目標濁度を継続して維持できることが確認できた。
【0044】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、逆洗手段による逆洗において、コーティング水をろ材層に供給することで、逆方向に流れるコーティング水とろ材を接触することができる。さらに、コーティング水を表面洗浄手段から供給することで、ろ材層に対し順方向でコーディング水を供給して、ろ材とコーティング水を接触させることができる。このように、両方向に流れるコーティング水とろ材を接触させることでろ材層の全体のろ材とコーティング水を効果的に接触させることができ、ろ材表面に凝集剤の被膜を効果的に形成することができる。従って、逆洗終了直後からろ材の懸濁物吸着能力が十分高く、良好な処理水を得ることができる。
【0045】
また、ポリ塩化アルミニウムを40〜80mg/lとなるように添加し、そのpHが5.0±0.5の範囲内に制御してコーティング水を用いることによって、ろ材表面のゼータ電位を0〜−10mV程度にすることができ、その後のろ過を効果的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施形態の装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
10 混和槽、18 凝集槽、22 傾斜板沈殿槽、24 ろ過器、30 凝集剤貯槽、32 凝集剤ポンプ、38 表面洗浄ノズル、40,42 バルブ。

Claims (2)

  1. 凝集剤を添加した凝集処理を行った凝集処理水をろ材層へ通過させろ過処理を行うろ過装置において、
    逆洗水をろ材層へ逆方向に流通し、ろ材層を逆洗する逆洗手段と、
    ろ材層の表面に洗浄水を供給し、ろ材層の表面を洗浄する表面洗浄手段と、
    水にポリ塩化アルミニウムを凝集剤として添加し、pHを5.0±0.5の範囲内に制御して、ろ材表面に水酸化アルミニウムの被覆を形成するためのコーティング水を生成するコーティング水生成手段と、
    を有し、
    前記コーティング水生成手段によって生成されたコーティング水を逆洗手段および表面洗浄手段に供給し、ろ材層に対し順方向および逆方向の両方からコーティング水を供給し、ろ材層のろ材表面に水酸化アルミニウムの被膜を形成することを特徴とするろ過装置。
  2. 請求項1に記載の装置において、
    前記コーティング水生成手段は、ポリ塩化アルミニウムを40〜80mg/lとなるように添加して前記コーティング水を生成することを特徴とするろ過装置。
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