JP5753702B2 - 高速凝集沈澱池を立ち上げる際に行う初期母フロックの形成方法 - Google Patents
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Description
本発明は、水道水、工業用水などを製造する水処理分野や、下水を処理する水処理分野などで実施されている高速凝集沈澱池において、高速凝集沈澱池を立ち上げる際、すなわち高速凝集沈澱池の運転を開始又は再開する際に行う初期母フロックの形成方法に関する。
河川水、地下水、雨水等の水処理では、凝集沈澱処理や砂ろ過処理などの固液分離技術によって、不溶解性分である濁度成分や藻類等を除去する処理が行われている。
このうち凝集沈澱処理は、無機凝集剤やｐＨ調整剤を原水に添加して、原水中の汚濁物質を析出させたり、無機凝集剤から生成するフロックに汚濁物質を吸着させたりした後に、汚濁物質を含むフロックを原水から沈降除去して清浄化する処理方法である。
このうち凝集沈澱処理は、無機凝集剤やｐＨ調整剤を原水に添加して、原水中の汚濁物質を析出させたり、無機凝集剤から生成するフロックに汚濁物質を吸着させたりした後に、汚濁物質を含むフロックを原水から沈降除去して清浄化する処理方法である。
従来の凝集沈澱処理では、混和槽、フロック形成槽及び沈澱槽を連続して設置し、混和槽で原水（被処理水）と無機凝集剤を混合した後、これをフロック形成槽、沈澱槽へと移しながらフロックを形成させて原水の浄化を図る、いわゆる横流式沈澱池が採用されていた。しかし、この方法は、フロックの沈澱速度が遅く、一定の原水を処理するのに広い面積が必要であるという問題があった。
そこで、沈澱部の上昇流速を速くして沈澱部の設備面積を小さくすることができる“高速凝集沈澱池”が提案された。
図２は、高速凝集沈澱池の実施設の構成例を示す模式図である。原水５１に無機凝集剤５８が添加された後、一次撹拌室５２および二次撹拌室５３を備えた撹拌部に送られ、ここでスラリが生成される。そして、このスラリが沈澱部５４内でスラリ界面を形成する一方、沈澱部５４の下部は１次撹拌室５２と連通しており、沈澱部５４内のスラリ（；フロックを含有している）は１次撹拌室５２に返送され、１次撹拌室５２内では既存のスラリの存在下で新たなスラリが生成されるようになっている。他方、沈澱部５４内の沈澱水５５は上方の越流口からオーバーフローして沈澱処理水として流出するようになっている。
図２は、高速凝集沈澱池の実施設の構成例を示す模式図である。原水５１に無機凝集剤５８が添加された後、一次撹拌室５２および二次撹拌室５３を備えた撹拌部に送られ、ここでスラリが生成される。そして、このスラリが沈澱部５４内でスラリ界面を形成する一方、沈澱部５４の下部は１次撹拌室５２と連通しており、沈澱部５４内のスラリ（；フロックを含有している）は１次撹拌室５２に返送され、１次撹拌室５２内では既存のスラリの存在下で新たなスラリが生成されるようになっている。他方、沈澱部５４内の沈澱水５５は上方の越流口からオーバーフローして沈澱処理水として流出するようになっている。
高速凝集沈澱池は、フロック形成速度がフロック粒子数の２乗及びフロック粒径の３乗に比例することを利用して、フロックの濃度が高い部分を設けて、原水がここを通るようにすることで、初期の微細なフロックを、既に成長したフロック（これを本発明では「母フロック」と称する）に補足させながら凝集させて凝集沈澱の効率を高める方法である（非特許文献１）。よって、高速凝集沈澱池によれば、迅速にフロックを形成することができ、しかも、生成されたフロックが粗大で大きな沈降速度を有するため沈澱池面積が小さく済ませることもできる。また、高分子凝集剤を用いる必要が無いため、水道等、安全・安心を要求される水処理分野にも広く利用されている。
このような高速凝集沈澱地に関して、特許文献１には、無機凝集剤とともに被処理水に添加する不溶解性凝集助剤として、被処理水に添加した場合のゼータ電位が−４０ｍＶ以下であり、比重が２．０以上４．０以下であり、粒度分布が１００μｍ以上の粒子の存在割合が５質量％以下でかつ１０μｍ以下の粒子の存在割合が３０質量％以下である凝集助剤が開示されている。
「水道施設設計指針２０００」、第１９９〜２０１頁
この種の高速凝集沈澱池では、点検及び修繕を１年に１回程度の頻度で行う必要があり、その都度、沈澱池をいったん空にして点検及び修繕を行い、その後、空となった沈澱池内に新たな原水を引き込み、原水由来の濁質分をもとにして、フロック形成の種となる母フロック（本発明では、「初期母フロック」と称する）を形成して沈澱池内に滞留させる必要がある。
従来は、初期母フロックを形成して沈澱池内に十分滞留させるまでに長期間を要していたため、高速凝集沈澱池を新設した際或いはメンテナンスした際、通常運転に復帰させるまでに長期間を要するという課題を抱えていた。しかも、近年、ダム設置等の河川改修が進み、取水源となる河川水の濁度はますます低くなる傾向にあるため、初期母フロックの形成に要する期間がさらに長期化する傾向にあった。
従来は、初期母フロックを形成して沈澱池内に十分滞留させるまでに長期間を要していたため、高速凝集沈澱池を新設した際或いはメンテナンスした際、通常運転に復帰させるまでに長期間を要するという課題を抱えていた。しかも、近年、ダム設置等の河川改修が進み、取水源となる河川水の濁度はますます低くなる傾向にあるため、初期母フロックの形成に要する期間がさらに長期化する傾向にあった。
そこで本発明の目的は、高速凝集沈澱池を立ち上げる際、すなわち、高速凝集沈澱池の運転を開始又は再開する際に行う初期母フロックの形成を、より短時間で行うことができる方法を提案することにある。
本発明は、水槽内に、初期原水と、無機凝集剤と、１００μｍ以上の質量割合が５％以下で、且つ１０μｍ以下の質量割合が３０％以下である粒度分布を有し、且つ、比重が２．０〜４．０であり、水槽内における濃度が１００ｍｇ／Ｌ〜４０００ｍｇ／Ｌで、原水に添加した場合のゼータ電位が−３０ｍＶ〜−６０ｍＶである微細砂からなる凝集助剤と、を添加して、前記初期原水から初期母フロックを形成し、その後、当該初期母フロックの存在下で原水からフロックを形成することを特徴とする高速凝集沈澱池を立ち上げる際に行う初期母フロックの形成方法を提案するものである。
高速凝集沈澱池の「水槽」とは、高速凝集沈澱池において初期原水が滞留する槽全体を意味し、例えば混和槽、フロック形成槽及び沈澱槽を別々に設けている場合には、その全てを包含する意味である。
本発明が提案する初期母フロックの形成方法によれば、高速凝集沈澱池を立ち上げる際、すなわち、高速凝集沈澱池の運転を開始又は再開する際に行う初期母フロックの形成を、従来に比べて短時間で行うことができる。
次に、本発明の実施形態の一例について説明する。但し、本発明がここで説明する実施形態に限定されるものではない。
＜本初期母フロック形成方法＞
本実施形態における初期母フロック形成方法は、高速凝集沈澱池を立ち上げる際、水槽内において、初期原水と共に無機凝集剤及び凝集助剤を存在させて前記初期原水から初期母フロックを形成する方法（「本初期母フロック形成方法」と称する）に関するものである。
このように初期母フロックを形成した後は、水槽内に原水、すなわち被処理水を引き込み、初期母フロックの存在下で原水（被処理水）からフロックを形成し、清浄化した処理水を水槽から流出する一連の通常運転を開始又は再開することができる。
本実施形態における初期母フロック形成方法は、高速凝集沈澱池を立ち上げる際、水槽内において、初期原水と共に無機凝集剤及び凝集助剤を存在させて前記初期原水から初期母フロックを形成する方法（「本初期母フロック形成方法」と称する）に関するものである。
このように初期母フロックを形成した後は、水槽内に原水、すなわち被処理水を引き込み、初期母フロックの存在下で原水（被処理水）からフロックを形成し、清浄化した処理水を水槽から流出する一連の通常運転を開始又は再開することができる。
具体的な初期母フロック形成法としては、例えば、空の水槽内に初期原水を導入して必要量を溜めた後、或いは、初期原水を水槽内に溜める途中から、無機凝集剤及び凝集助剤を初期原水に加えて撹拌し、処理水を流出させることなく、初期原水から初期母フロックを形成する方法（「バッチ式形成法」と称する）を挙げることができる。
また、初期原水と共に無機凝集剤及び凝集助剤を空の水槽内に導入し、水槽内において撹拌して初期原水から初期母フロックを形成する一方、その際に水槽から処理水を流出させる方法（「フロー式形成法」と称する）を挙げることができる。
ただし、これらの方法に限定するものではなく、これら以外の方法を採用することも可能である。
また、初期原水と共に無機凝集剤及び凝集助剤を空の水槽内に導入し、水槽内において撹拌して初期原水から初期母フロックを形成する一方、その際に水槽から処理水を流出させる方法（「フロー式形成法」と称する）を挙げることができる。
ただし、これらの方法に限定するものではなく、これら以外の方法を採用することも可能である。
（初期原水）
本発明において「初期原水」とは、初期母フロックを形成するために用いられる原水（被処理水）の意味である。バッチ式形成法においては、初期母フロック形成のために水槽内に溜める原水であり、フロー式形成法においては、初期母フロック形成のために水槽内に導入した原水全てである。
本発明において「初期原水」とは、初期母フロックを形成するために用いられる原水（被処理水）の意味である。バッチ式形成法においては、初期母フロック形成のために水槽内に溜める原水であり、フロー式形成法においては、初期母フロック形成のために水槽内に導入した原水全てである。
初期原水としては、例えば河川水、地下水及び雨水のほか、下水、し尿、産業排水等の排水の処理水など、浄化を必要とする水全般を包含する。
初期原水の濁度は１０度以下であるのが好ましい。初期原水の濁度が１０度より高ければ、本初期母フロック形成方法を採用しなくても、通常運転時のフロック形成条件によって、十分短時間のうちに初期母フロックを形成できる可能性があるからである。
このように本発明の効果をより一層享受できる観点からすると、初期原水の濁度は５度以下であるのがさらに好ましく、その中でも３度以下であるのがより一層好ましい。
このように本発明の効果をより一層享受できる観点からすると、初期原水の濁度は５度以下であるのがさらに好ましく、その中でも３度以下であるのがより一層好ましい。
初期原水のｐＨは６．０〜８．０の範囲に調整するのが好ましい。
原水（被処理水）が強酸性であると、例えばアルミニウムや鉄などの金属塩を含有する凝集剤などを使用する場合、アルミニウムが単純イオン（Ａｌ３＋）の形で存在することになるため、フロックを形成させることが困難になる。また、原水が酸性の場合、Ａｌ３＋としてアルミニウムが溶解する割合が多く、またその後の処理で被処理水を中性域にした場合に固形分が析出するようになる。その一方、原水（被処理水）がアルカリ性であると、アルミニウムは負電荷（ＡｌＯ２−）として溶解する割合が増加し、その後の処理で被処理水を中性にすると固形分が析出する。これに対し、原水（被処理水）のｐＨが中性付近であると、Ａｌ３＋と水酸化物イオンとが結合する割合が増加し、電気的に中性で不溶性の水酸化アルミニウムになる。この不溶性水酸化アルミニウムが濁度成分と凝集助剤とを取り込んでフロックになる。
このような観点から、初期原水のｐＨは６．０〜８．０、特に７．０以上或いは７．５以下の範囲に調整するのが好ましい。
原水（被処理水）が強酸性であると、例えばアルミニウムや鉄などの金属塩を含有する凝集剤などを使用する場合、アルミニウムが単純イオン（Ａｌ３＋）の形で存在することになるため、フロックを形成させることが困難になる。また、原水が酸性の場合、Ａｌ３＋としてアルミニウムが溶解する割合が多く、またその後の処理で被処理水を中性域にした場合に固形分が析出するようになる。その一方、原水（被処理水）がアルカリ性であると、アルミニウムは負電荷（ＡｌＯ２−）として溶解する割合が増加し、その後の処理で被処理水を中性にすると固形分が析出する。これに対し、原水（被処理水）のｐＨが中性付近であると、Ａｌ３＋と水酸化物イオンとが結合する割合が増加し、電気的に中性で不溶性の水酸化アルミニウムになる。この不溶性水酸化アルミニウムが濁度成分と凝集助剤とを取り込んでフロックになる。
このような観点から、初期原水のｐＨは６．０〜８．０、特に７．０以上或いは７．５以下の範囲に調整するのが好ましい。
よって、必要に応じて、初期原水にｐＨ調整剤を加えてｐＨを調整した後、無機凝集剤及び凝集助剤を添加するのが好ましい。
この際、アルミニウムや鉄などの金属塩を凝集剤として用いる場合、金属塩が弱酸性であるため、水に加えるとｐＨが低下する。このときに必要以上にｐＨの低下が起こると、上述のようにフロックが形成しなくなるおそれがあるため、その場合には、アルカリ（苛性ソーダ、石灰、重炭酸ソーダなど）を用いて初期原水のｐＨを調整することが望ましい。
この際、アルミニウムや鉄などの金属塩を凝集剤として用いる場合、金属塩が弱酸性であるため、水に加えるとｐＨが低下する。このときに必要以上にｐＨの低下が起こると、上述のようにフロックが形成しなくなるおそれがあるため、その場合には、アルカリ（苛性ソーダ、石灰、重炭酸ソーダなど）を用いて初期原水のｐＨを調整することが望ましい。
（凝集助剤）
凝集助剤としての微細砂は、１００μｍ以上の質量割合が５％以下であり、且つ１０μｍ以下の質量割合が３０％以下である粒度分布を有し、且つ比重が２．０〜４．０であることが重要である。
このような微細砂を凝集助剤として用いれば、粘土、色コロイド、有機コロイド等、種々の濁度成分の凝集沈澱処理において、効果的にフロックの形成及び成長を促進することができる。
凝集助剤としての微細砂は、１００μｍ以上の質量割合が５％以下であり、且つ１０μｍ以下の質量割合が３０％以下である粒度分布を有し、且つ比重が２．０〜４．０であることが重要である。
このような微細砂を凝集助剤として用いれば、粘土、色コロイド、有機コロイド等、種々の濁度成分の凝集沈澱処理において、効果的にフロックの形成及び成長を促進することができる。
微細砂は、１００μｍ以上の質量割合が５％以下で、１０μｍ以下の質量割合が３０％以下である粒度分布を有することが重要である。
粒径が１００μｍ以上の粒子は、通常微粒子と呼ばれる粒子に比べて大きく、沈降速度も大きいため、沈積を防止して原水中に均一に分散させるためには、撹拌速度を大きくしなければならない。また凝集助剤の粒径が大きいということは、質量基準の添加量が同じでも粒子表面積は小さくなることを意味し、これにより凝集助剤と無機凝集剤との接触確率が減少しうる。したがって、凝集助剤として１００μｍ以上の粒子があまり多く存在しないことがより好ましいと言える。さらに、１０μｍ以下の粒子は、質量基準の添加量が同じでも粒子数が多くなることを意味し、これによりフロックに取り込まれない凝集助剤の割合も増加しうる。したがって、凝集助剤として１０μｍ以下の粒子が必要以上に多く存在しないことが好ましいと言える。すなわち、フロックに取り込まれなかった凝集助剤が、自身で沈降し、処理水に混入することがないようにするためには、粒径が細かすぎず、かつ一定以上の沈降速度（すなわち一定以上の比重）を有することが必要となる。
粒径が１００μｍ以上の粒子は、通常微粒子と呼ばれる粒子に比べて大きく、沈降速度も大きいため、沈積を防止して原水中に均一に分散させるためには、撹拌速度を大きくしなければならない。また凝集助剤の粒径が大きいということは、質量基準の添加量が同じでも粒子表面積は小さくなることを意味し、これにより凝集助剤と無機凝集剤との接触確率が減少しうる。したがって、凝集助剤として１００μｍ以上の粒子があまり多く存在しないことがより好ましいと言える。さらに、１０μｍ以下の粒子は、質量基準の添加量が同じでも粒子数が多くなることを意味し、これによりフロックに取り込まれない凝集助剤の割合も増加しうる。したがって、凝集助剤として１０μｍ以下の粒子が必要以上に多く存在しないことが好ましいと言える。すなわち、フロックに取り込まれなかった凝集助剤が、自身で沈降し、処理水に混入することがないようにするためには、粒径が細かすぎず、かつ一定以上の沈降速度（すなわち一定以上の比重）を有することが必要となる。
微細砂はさらに、比重が２．０〜４．０であることが重要である。比重が大きすぎると、被処理水中に均一に分散させるために撹拌速度を増大させる必要が生じ、比重が小さすぎると、フロックの沈降速度を増加する作用が不十分となる上、フロックに取り込まれなかった場合に凝集助剤自身で沈降することが困難であるため、被処理水に凝集助剤が混入するおそれがある。
かかる観点から、微細砂の比重は２．４以上或いは２．７以下であるのがさらに好ましい。
なお、凝集助剤については、特開２００６−７０８６号公報の段落[００２２]−[００３４]の記載も引用する。
微細砂の添加形態としては、注入ラインで閉塞しないようにすれば、粉体でも、溶液でもよい。
かかる観点から、微細砂の比重は２．４以上或いは２．７以下であるのがさらに好ましい。
なお、凝集助剤については、特開２００６−７０８６号公報の段落[００２２]−[００３４]の記載も引用する。
微細砂の添加形態としては、注入ラインで閉塞しないようにすれば、粉体でも、溶液でもよい。
微細砂は、水に不溶解性で、かつ被処理水に添加した場合のゼータ電位が−３０ｍＶ〜−６０ｍＶであることが重要である。
ゼータ電位とは、液体中の粒子が動くときに、同時に動く層と動かない層とのせん断面における電位、すなわち粒子のすべり面の電位のことであり、凝集状態の良否の判定指標として広く用いられる値である。
このようなゼータ電位を有する微細砂であれば、無機凝集剤から生成するフロックに効率的に取り込まれ、処理水に残留することがほとんどないという点で好ましい。凝集剤（ＰＡＣ、硫酸アルミニウムなど）が水中で水酸化アルミニウムを生成する過程で、濁度成分と共に凝集助剤をも取り込んでフロックを形成するが、凝集助剤のゼータ電位が−３０ｍＶ〜−６０ｍＶであることでフロックに取り込まれやすくなる。
かかる観点から、微細砂のゼータ電位は、特に−５０ｍＶ以下であるのが好ましい。
ゼータ電位とは、液体中の粒子が動くときに、同時に動く層と動かない層とのせん断面における電位、すなわち粒子のすべり面の電位のことであり、凝集状態の良否の判定指標として広く用いられる値である。
このようなゼータ電位を有する微細砂であれば、無機凝集剤から生成するフロックに効率的に取り込まれ、処理水に残留することがほとんどないという点で好ましい。凝集剤（ＰＡＣ、硫酸アルミニウムなど）が水中で水酸化アルミニウムを生成する過程で、濁度成分と共に凝集助剤をも取り込んでフロックを形成するが、凝集助剤のゼータ電位が−３０ｍＶ〜−６０ｍＶであることでフロックに取り込まれやすくなる。
かかる観点から、微細砂のゼータ電位は、特に−５０ｍＶ以下であるのが好ましい。
このような微細砂は、水槽内における微細砂の濃度（初期原水に対する濃度）が１００〜４０００ｍｇ／Ｌとなるようにその添加量を調整するのが好ましい。すなわち、バッチ式形成法であれば、初期原水に対する微細砂の添加量が１００〜４０００ｍｇ／Ｌとするのが好ましく、フロー式形成法であれば、添加した微細砂が水槽から流出されることはないから、初期原水に対する微細砂の濃度が１００〜４０００ｍｇ／Ｌの範囲内となるように制御するのが好ましい。
微細砂が少ないと、凝集不良が生じて初期母フロックが十分生成せず、凝集で捕捉されなかった濁質分は浮遊し、立ち上げ時に処理水と共に越流して処理水濁度が上昇し、長時間を要するようになる。一方、微細砂が多すぎると、余分な微細砂が処理水中に残留して処理水水質の低下を招いたりする可能性がある。
よって、かかる観点から、微細砂の添加量は、水槽内における、初期原水に対する微細砂の濃度が２００ｍｇ／Ｌ以上或いは２０００ｍｇ／Ｌ以下、その中でも３５０ｍｇ／Ｌ以上或いは１２００ｍｇ／Ｌ以下、さらにその中でも９００ｍｇ／Ｌ以下となるように、その添加量を調整するのがさらに好ましい。
微細砂が少ないと、凝集不良が生じて初期母フロックが十分生成せず、凝集で捕捉されなかった濁質分は浮遊し、立ち上げ時に処理水と共に越流して処理水濁度が上昇し、長時間を要するようになる。一方、微細砂が多すぎると、余分な微細砂が処理水中に残留して処理水水質の低下を招いたりする可能性がある。
よって、かかる観点から、微細砂の添加量は、水槽内における、初期原水に対する微細砂の濃度が２００ｍｇ／Ｌ以上或いは２０００ｍｇ／Ｌ以下、その中でも３５０ｍｇ／Ｌ以上或いは１２００ｍｇ／Ｌ以下、さらにその中でも９００ｍｇ／Ｌ以下となるように、その添加量を調整するのがさらに好ましい。
微細砂の添加速度に関しては、バッチ式形成法においては、微細砂を水槽内に投入開始してからの、微細砂の水槽内平均濃度の上昇速度が１〜９０ｍｇ／Ｌ／ｍｉｎの範囲内となるように制御するのが好ましい。微細砂平均濃度の上昇速度が低過ぎては効率が悪い一方、高過ぎると、凝集不良を起こして初期母フロックの形成効率が低下してしまうことが確認されている。かかる観点から、バッチ式形成法においては、微細砂を水槽内に投入開始してからの、微細砂の水槽内平均濃度の上昇速度が６０ｍｇ／Ｌ／ｍｉｎ以下となるように制御するのがより一層好ましい。
他方、フロー式形成法においては、上記と同様の理由から、微細砂を水槽内に投入開始してからの、微細砂の水槽内平均濃度の上昇速度が１２０ｍｇ／Ｌ／ｍｉｎ以下となるように制御するのが好ましく、中でも１ｍｇ／Ｌ／ｍｉｎ以上或いは９０ｍｇ／Ｌ／ｍｉｎ以下、その中でも６０ｍｇ／Ｌ／ｍｉｎ以下となるように制御するのがより一層好ましい。
他方、フロー式形成法においては、上記と同様の理由から、微細砂を水槽内に投入開始してからの、微細砂の水槽内平均濃度の上昇速度が１２０ｍｇ／Ｌ／ｍｉｎ以下となるように制御するのが好ましく、中でも１ｍｇ／Ｌ／ｍｉｎ以上或いは９０ｍｇ／Ｌ／ｍｉｎ以下、その中でも６０ｍｇ／Ｌ／ｍｉｎ以下となるように制御するのがより一層好ましい。
（凝集剤）
初期母フロック形成時に添加する無機凝集剤は、通常の凝集沈澱水処理方法において使用される一般的な凝集剤を用いることができる。例えばポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）、硫酸ばん土、固形硫酸アルミニウム、液体硫酸アルミニウム、硫酸第二鉄等を挙げることができる。これらのうちの１種或いは２種類以上を組み合わせて使用することができる。
初期母フロック形成時に添加する無機凝集剤は、通常の凝集沈澱水処理方法において使用される一般的な凝集剤を用いることができる。例えばポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）、硫酸ばん土、固形硫酸アルミニウム、液体硫酸アルミニウム、硫酸第二鉄等を挙げることができる。これらのうちの１種或いは２種類以上を組み合わせて使用することができる。
凝集剤は、微細砂１００質量部に対して１０〜１５０質量部加えるのが好ましい。
通常運転時には、凝集剤に対する凝集助剤の比率を一定範囲内になるように、両者の量を調整するのが好ましいが、初期母ブロック形成時には、微細砂に対する凝集剤の添加量が一定範囲内になるように調整するのが好ましい。そしてこの際、微細砂に対する凝集剤の量が少な過ぎると、凝集に取り込まれない微細砂が生じることになり、逆に多すぎると、フロックが膨化して沈降性に乏しいフロックが形成されるようになり、その結果、運転開始後に水質の低下を招く一因となる可能性がある。
よって、かかる観点から、微細砂１００質量部に対して２５質量部以上或いは１００質量部以下の割合で凝集剤を加えるのがより一層好ましく、その中でも、４０質量部以上或いは６０質量部以下の割合で凝集剤を加えるのがさらにより一層好ましい。
通常運転時には、凝集剤に対する凝集助剤の比率を一定範囲内になるように、両者の量を調整するのが好ましいが、初期母ブロック形成時には、微細砂に対する凝集剤の添加量が一定範囲内になるように調整するのが好ましい。そしてこの際、微細砂に対する凝集剤の量が少な過ぎると、凝集に取り込まれない微細砂が生じることになり、逆に多すぎると、フロックが膨化して沈降性に乏しいフロックが形成されるようになり、その結果、運転開始後に水質の低下を招く一因となる可能性がある。
よって、かかる観点から、微細砂１００質量部に対して２５質量部以上或いは１００質量部以下の割合で凝集剤を加えるのがより一層好ましく、その中でも、４０質量部以上或いは６０質量部以下の割合で凝集剤を加えるのがさらにより一層好ましい。
（初期母フロック形成方法）
凝集助剤と微細砂の添加の順序はいずれでもよいし、同時に添加してもよい。
凝集剤と微細砂の注入点は同じとすることが好ましいが、凝集剤や微細砂を処理水中に残留させないという観点からすると、沈降性を有する微細砂を先に添加することが好ましい。
凝集助剤と微細砂の添加の順序はいずれでもよいし、同時に添加してもよい。
凝集剤と微細砂の注入点は同じとすることが好ましいが、凝集剤や微細砂を処理水中に残留させないという観点からすると、沈降性を有する微細砂を先に添加することが好ましい。
初期原水、凝集剤及び微細砂を水槽内に導入すると共に、或いは、導入した後、水槽内の初期原水を撹拌するのが好ましい。
（高速凝集沈澱池の構成）
高速凝集沈澱池の構成は、特に限定するものではない。例えば高速凝集沈澱池の原理及び機構を分類した、参考文献（設計指針）記載の分類で説明すると“スラリ循環型“、”スラッジブランケット型“、”複合型“の全てにおいて、本初期母フロック形成方法を適用することができる。
また、高速凝集沈澱池に傾斜板等沈降装置を組み合わせた構成など、水処理一般に用いられている変形や組合せにも、適用可能である。
高速凝集沈澱池の構成は、特に限定するものではない。例えば高速凝集沈澱池の原理及び機構を分類した、参考文献（設計指針）記載の分類で説明すると“スラリ循環型“、”スラッジブランケット型“、”複合型“の全てにおいて、本初期母フロック形成方法を適用することができる。
また、高速凝集沈澱池に傾斜板等沈降装置を組み合わせた構成など、水処理一般に用いられている変形や組合せにも、適用可能である。
＜用語の説明＞
本発明において、「Ｘ〜Ｙ」（Ｘ，Ｙは任意の数字）と表現した場合、特にことわらない限り「Ｘ以上Ｙ以下」の意と共に、「好ましくはＸより大きい」及び「好ましくはＹより小さい」の意を包含する。
また、本発明において、「Ｘ以上」（Ｘは任意の数字）と表現した場合、特にことわらない限り「好ましくはＸより大きい」の意を包含し、「Ｙ以下」（Ｙは任意の数字）と表現した場合、特にことわらない限り「好ましくはＹより小さい」の意を包含する。
本発明において、「Ｘ〜Ｙ」（Ｘ，Ｙは任意の数字）と表現した場合、特にことわらない限り「Ｘ以上Ｙ以下」の意と共に、「好ましくはＸより大きい」及び「好ましくはＹより小さい」の意を包含する。
また、本発明において、「Ｘ以上」（Ｘは任意の数字）と表現した場合、特にことわらない限り「好ましくはＸより大きい」の意を包含し、「Ｙ以下」（Ｙは任意の数字）と表現した場合、特にことわらない限り「好ましくはＹより小さい」の意を包含する。
以下、実施例および比較例によって本発明を更に詳細に説明するが、本発明は下記の実施例によって制限を受けるものではない。
（実験装置）
図１は、実施例及び比較例で使用した実験装置（以下「本実験装置」と称する）、すなわち、実設備の高速凝集沈澱池を模擬した実験装置の構成を示した模式図である。
原水貯槽の下流側に、一次撹拌室２（５．０Ｌ）及び二次撹拌室３（１．５Ｌ）を備えた撹拌部、沈澱部４が順次配設されている。沈澱部４は、径が１２０ｍｍ、高さ１５００ｍｍであり、上昇流速（標準）は５０ｍｍ／ｍｉｎであり、原水ポンプ注入量で水量（上昇流速）が可変である。沈澱部４の下流側には、循環ポンプＰ３を経由して撹拌部の一次撹拌室２へスラリを返送するラインが設けられている。また、沈澱部４には、上方に越流口が設けられ、通常運転時、すなわち初期母フロック形成終了後に被処理水を処理する時には、オーバーフローした処理水が越流口から沈澱処理水５として流出するようになっている。
図１は、実施例及び比較例で使用した実験装置（以下「本実験装置」と称する）、すなわち、実設備の高速凝集沈澱池を模擬した実験装置の構成を示した模式図である。
原水貯槽の下流側に、一次撹拌室２（５．０Ｌ）及び二次撹拌室３（１．５Ｌ）を備えた撹拌部、沈澱部４が順次配設されている。沈澱部４は、径が１２０ｍｍ、高さ１５００ｍｍであり、上昇流速（標準）は５０ｍｍ／ｍｉｎであり、原水ポンプ注入量で水量（上昇流速）が可変である。沈澱部４の下流側には、循環ポンプＰ３を経由して撹拌部の一次撹拌室２へスラリを返送するラインが設けられている。また、沈澱部４には、上方に越流口が設けられ、通常運転時、すなわち初期母フロック形成終了後に被処理水を処理する時には、オーバーフローした処理水が越流口から沈澱処理水５として流出するようになっている。
なお、実施例及び比較例の初期母フロック形成処理時においては、一次撹拌室内の原水のみに凝集剤及び微細砂を加えるようにした。
また、実施例及び比較例の初期母フロック形成処理中は、循環ポンプＰ３を常時稼動させて、沈澱部の越流口からオーバーフローしないようにすると共に、排泥に利用するポンプＰ４は稼働させないようにした。
また、実施例及び比較例の初期母フロック形成処理中は、循環ポンプＰ３を常時稼動させて、沈澱部の越流口からオーバーフローしないようにすると共に、排泥に利用するポンプＰ４は稼働させないようにした。
（実施例１−８及び比較例１−３）
本実験装置を用いて、濁質源としてのカオリンを市水（藤沢市水道水）に添加して原水貯槽内で混合撹拌し、初期原水を調製した（濁度１度、ｐＨ７、水温１５℃（室温））。
次に、調製した初期原水を一次撹拌室２内に導入し、撹拌羽が完全に浸漬する量の初期原水を撹拌部内に溜めた後、表１に示した量及び添加速度で凝集剤及び微細砂を加えて撹拌を開始した。
凝集剤及び微細砂を加えてから、表１に示した時間（初期母フロック形成時間）後に、沈澱部４内にスラリ界面が形成したことを目視で確認できたため、この時点で初期母フロック形成完了とした。
本実験装置を用いて、濁質源としてのカオリンを市水（藤沢市水道水）に添加して原水貯槽内で混合撹拌し、初期原水を調製した（濁度１度、ｐＨ７、水温１５℃（室温））。
次に、調製した初期原水を一次撹拌室２内に導入し、撹拌羽が完全に浸漬する量の初期原水を撹拌部内に溜めた後、表１に示した量及び添加速度で凝集剤及び微細砂を加えて撹拌を開始した。
凝集剤及び微細砂を加えてから、表１に示した時間（初期母フロック形成時間）後に、沈澱部４内にスラリ界面が形成したことを目視で確認できたため、この時点で初期母フロック形成完了とした。
なお、「凝集剤」として、ＰＡＣ（既存化学物質官報公示整理番号：1-12および1-17、CASNo.1327-41-9、JIS規格水道用ポリ塩化アルミニウムJISK1475、一般式[Al2(OH)nCl6-n]m(0<n<6、m≦10、塩基度=n/6×100%)、比重１．２５／２０℃、粘度１１ｃｐｓ／２０℃、ｐＨ２．５／２０℃）を用いた。
「微細砂」として、成分：ＳｉＯ2９４％以上、Ａｌ2Ｏ3５％以下、Ｆｅ2Ｏ3０．５％以下、粒度分布（レーザー回折 粒度分布測定装置 SALD-2100（島津製作所）：１００μｍ以上の質量割合３％、１０μｍ以下の質量割合２０％、比重：２．７、ゼータ電位が−５０ｍＶである微細砂を用いた。
なお、凝集操作においては、当然のことながら、凝集剤を注入するとアルカリ分が消費されて、アルカリ分が不足すると凝集反応に阻害を生じる。そこで、実施例および比較例では、適時苛性ソーダを注入し、水槽内のｐＨを７．０±０．５になるよう制御しているが、ここでは特に表記しない。
また、比較例３では、微細砂の代わりに、カオリンを加えた。
「微細砂」として、成分：ＳｉＯ2９４％以上、Ａｌ2Ｏ3５％以下、Ｆｅ2Ｏ3０．５％以下、粒度分布（レーザー回折 粒度分布測定装置 SALD-2100（島津製作所）：１００μｍ以上の質量割合３％、１０μｍ以下の質量割合２０％、比重：２．７、ゼータ電位が−５０ｍＶである微細砂を用いた。
なお、凝集操作においては、当然のことながら、凝集剤を注入するとアルカリ分が消費されて、アルカリ分が不足すると凝集反応に阻害を生じる。そこで、実施例および比較例では、適時苛性ソーダを注入し、水槽内のｐＨを７．０±０．５になるよう制御しているが、ここでは特に表記しない。
また、比較例３では、微細砂の代わりに、カオリンを加えた。
表１において、「微細砂及び凝集剤の濃度」とは、初期原水量に対する添加した微細砂又は凝集剤の比率、すなわち、撹拌部及び沈澱部内に存在する初期原水量（Ｌ）に対する、添加した微細砂又は凝集剤の量（ｍｇ）の割合（ｍｇ／Ｌ）を示している。
「微細砂及び凝集剤の濃度上昇速度」は、撹拌部及び沈澱部内に存在する微細砂又は凝集剤の平均濃度の投入開始してからの上昇速度（ｍｇ／Ｌ／ｍｉｎ）を示している。
「初期母フロック形成時間」は、凝集剤及び微細砂を添加後に、沈澱部４内にスラリ界面が形成したことを目視で確認できた時間を示している。
「スラリ界面（ｍｍ）」は、ドラフトチューブ下端を基準として、スラリ界面の厚さを、直視型水面計を用いて測定した。
「微細砂及び凝集剤の濃度上昇速度」は、撹拌部及び沈澱部内に存在する微細砂又は凝集剤の平均濃度の投入開始してからの上昇速度（ｍｇ／Ｌ／ｍｉｎ）を示している。
「初期母フロック形成時間」は、凝集剤及び微細砂を添加後に、沈澱部４内にスラリ界面が形成したことを目視で確認できた時間を示している。
「スラリ界面（ｍｍ）」は、ドラフトチューブ下端を基準として、スラリ界面の厚さを、直視型水面計を用いて測定した。
また、表１の「ＳＶ値（％）」は、次のように測定した。
１）先ず、第２撹拌室上方でスラリ（母フロック）を採取し、メスシリンダに入れて体積（体積量１）を測定した。
２）そのまま５分間静置し、スラリを濃縮されながら沈積させた。
３）沈積したスラリ部の体積（体積２）を測定した。
４）そして、 ＳＶ値（％）＝体積２÷体積１×１００の計算式でＳＶ値（％）を算出した。
１）先ず、第２撹拌室上方でスラリ（母フロック）を採取し、メスシリンダに入れて体積（体積量１）を測定した。
２）そのまま５分間静置し、スラリを濃縮されながら沈積させた。
３）沈積したスラリ部の体積（体積２）を測定した。
４）そして、 ＳＶ値（％）＝体積２÷体積１×１００の計算式でＳＶ値（％）を算出した。
表１における「処理水濁度」は、通常運転を開始した後の処理水濁度を測定することを目的として、上記の如き初期母フロック形成終了後に、設計処理量０．５Ｌ／ｍｉｎで原水を流入させつつ、沈澱部４の越流口から沈澱処理水５を流出させて得られる処理水の濁度を測定した。その際、高感度濁度計（笠原理化工業株式会社製「ＴＲ-５５」）で濁度を測定した。
実施例１−８に示した条件、すなわち、高速凝集沈澱池を立ち上げる際、水槽内における微細砂の濃度を１００ｍｇ／Ｌ〜４０００ｍｇ／Ｌの範囲に設定することにより、初期原水から初期母フロックを形成するまでの時間を、比較例１及び３よりも短時間にすることができ、しかも処理水濁度が原水濁度よりも常に低くなる通常の処理に移行することができることが分かった。よって、このような初期母フロックの形成方法によれば、高速凝集沈澱池の運転を開始又は再開する際に行う初期母フロックの形成を、従来に比べて短時間で行うことができる。
１ 原水
２ 一次撹拌室
３ 二次撹拌室
４ 沈澱部
５ 沈澱処理水
７ 排泥
９ 撹拌翼
１１ 凝集剤及び微細砂
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５ ポンプ
５１ 原水
５２ 一次撹拌室
５３ 二次撹拌室
５４ 沈澱部
５５ 沈澱水
５７ 排泥
５８ 無機凝集剤
５９ 撹拌翼
６０ 外側ドラフトチューブ
２ 一次撹拌室
３ 二次撹拌室
４ 沈澱部
５ 沈澱処理水
７ 排泥
９ 撹拌翼
１１ 凝集剤及び微細砂
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５ ポンプ
５１ 原水
５２ 一次撹拌室
５３ 二次撹拌室
５４ 沈澱部
５５ 沈澱水
５７ 排泥
５８ 無機凝集剤
５９ 撹拌翼
６０ 外側ドラフトチューブ
Claims (7)
- 水槽内に、初期原水と、無機凝集剤と、１００μｍ以上の質量割合が５％以下で、１０μｍ以下の質量割合が３０％以下である粒度分布を有し、且つ、比重が２．０〜４．０であり、水槽内における濃度が１００ｍｇ／Ｌ〜４０００ｍｇ／Ｌで、原水に添加した場合のゼータ電位が−３０ｍＶ〜−６０ｍＶである微細砂からなる凝集助剤と、を添加し、前記初期原水から初期母フロックを形成し、その後、当該初期母フロックの存在下で原水からフロックを形成することを特徴とする高速凝集沈澱池を立ち上げる際に行う初期母フロックの形成方法。
- 前記初期原水に対して１００ｍｇ／Ｌ〜４０００ｍｇ／Ｌの微細砂を加えることを特徴とする請求項１に記載の高速凝集沈澱池を立ち上げる際に行う初期母フロックの形成方法。
- 前記凝集剤は、前記微細砂１００質量部に対して１０〜１５０質量部加えることを特徴とする請求項１又は２に記載の高速凝集沈澱池を立ち上げる際に行う初期母フロックの形成方法。
- 前記初期原水を水槽内に溜めた後、或いは、前記初期原水を水槽内に溜める途中から、前記無機凝集剤及び前記凝集助剤を前記初期原水に加えて撹拌し、前記初期原水を流出させることなく、前記初期原水から初期母フロックを形成することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の高速凝集沈澱池を立ち上げる際に行う初期母フロックの形成方法。
- 前記初期原水と共に前記無機凝集剤及び前記凝集助剤を水槽内に添加する一方、処理水を水槽から流出させながら、水槽内において撹拌して前記初期原水から初期母フロックを形成することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の高速凝集沈澱池を立ち上げる際に行う初期母フロックの形成方法。
- 前記凝集助剤を水槽内に投入開始してからの、凝集助剤の水槽内平均濃度の上昇速度を１〜９０ｍｇ／Ｌ／ｍｉｎとすることを特徴とする請求項４に記載の高速凝集沈澱池を立ち上げる際に行う初期母フロックの形成方法。
- 前記凝集助剤を水槽内に投入開始してから、凝集助剤の水槽内平均濃度の上昇速度を１２０ｍｇ／Ｌ／ｍｉｎ以下とすることを特徴とする請求項５に記載の高速凝集沈澱池を立ち上げる際に行う初期母フロックの形成方法。
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