JP7142540B2 - 浄水処理方法及び浄水処理装置 - Google Patents
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Description
本発明の実施の形態に係る浄水処理方法の被処理水(原水)としては、河川水、雨水、工場の用排水など微細な懸濁物質が含まれる水を包含する。日本国内では、浄水場の原水として、溶解性有機物や金属類の汚染のない河川水や湖沼水、地下水が用いられるが、本発明の対象としてはいずれの水も処理対象水とする。しかし、一般的に地下水は、懸濁物質等の汚染の度合いが少ないため、凝集沈殿処理を省略し、砂ろ過、殺菌される場合も多い。このため、本実施形態では、被処理水として河川水や湖沼水が主な対象となる。
本発明の実施の形態に係る浄水方法は、(1)被処理水に凝結剤を添加して微フロックを形成し、(2)微フロックを含む被処理水に有機高分子凝集剤を添加し、微フロックを成長させて粗大フロックを形成し、(3)粗大フロックを含む被処理水を粗大フロックを含むスラリーと上澄み液とに固液分離し、(4)スラリーを、粗大フロックを含む被処理水と混合して粗大フロックの成長を促進させ、(5)上澄み液を、粗大フロックを捕捉可能な有効径を有する粒子状のろ材を用いてろ過処理し、ろ過処理水を得ることを含む。
被処理水中に微フロックを形成させるための凝結剤としては、典型的には無機凝結剤(無機凝集剤)が添加される。無機凝結剤は汚濁物質と水酸化物を形成し沈殿するものであれば適用可能である。水道向けの浄水場ではポリ塩化アルミニウム(以下、PACとする)や硫酸ばん土、ポリシリカ鉄が使われる場合が多い。この内、PACは添加時のpH変化が少ないことや凝集効率が高く、着色が少ないことから浄水場向けの無機凝集剤として適している。
凝結剤の添加により、被処理水中の汚濁物質の荷電が中和され、微フロックが形成された後の被処理水は、図1に示すフロック形成槽20に供給される。フロック形成槽20では、被処理水に有機高分子凝集剤と後述する固液分離設備から循環されたスラリーが供給され、撹拌されることにより、被処理水中の微フロックを成長させて粗大フロックを形成する。
フロック形成槽から流出した被処理水は固液分離槽30に供給される。固液分離槽30は、粗大フロックを含む被処理水から、比重差を利用した沈降分離(凝集沈殿処理)により、フロックと上澄み液とに固液分離できればどのような構造でもよい。
上向流沈殿池の下部には蓄積した粗大フロックを引抜くための返送管32が設けられており、粗大フロックを含むスラリーをフロック形成槽20へ循環させる。なお、スラリー循環の目的は、固液分離槽30において沈降しやすい粗大フロックをより確実に形成させることであるため、本実施形態において粗大フロックを含むスラリーをフロック形成槽20へ循環させる、という意味は、フロック形成槽20の下流側且つ固液分離槽30の上流側に配置された返送管32に循環させる場合や、混和槽10とフロック形成槽20とを接続する配管12に循環させる場合なども含むものである。
図1に示すように、固液分離槽30から流出した被処理水は、調整槽50において一旦貯留された後に、ろ過装置40に供給される。ろ過装置内には粒子状のろ材からなるろ層41が配置されており、被処理水をろ層41に通過させてろ過することにより、固液分離槽30で分離・除去されなかった被処理水中の微フロック及び粗大フロック(総称して「フロック」ともいう)が分離される。
本発明の実施の形態に係る浄水処理装置は、被処理水に凝結剤を添加して微フロックを形成する微フロック形成手段と、微フロックを含む被処理水に有機高分子凝集剤を添加し、微フロックを成長させて粗大フロックを形成する粗大フロック形成手段と、粗大フロックを含む被処理水を、粗大フロックを含むスラリーと上澄み液とに固液分離する固液分離手段と、スラリーを粗大フロックを含む被処理水中へ返送する返送手段と、上澄み液を、粗大フロックを捕捉可能な有効径を有する粒子状のろ材で構成されたろ層へ通水してろ過処理し、ろ過処理水を得るろ過手段とを備える。
図2に示すように、本発明の第1変形例に係る浄水処理装置は、固液分離槽30として高速凝集沈殿装置300が適用されている点が、図1の浄水処理装置と異なる。その他の構成は図1の浄水処理装置と実質的に同様であるので記載を省略する。
本発明の第2変形例に係る浄水処理装置は、フロック形成槽20を備えていない点が、図2に示す第1変形例と異なる。その他の構成は図2の浄水処理装置と実質的に同様であるので記載を省略する。
図4に示すように、本発明の第3変形例に係る浄水処理装置及び浄水処理方法は、図1の浄水処理装置のろ過装置40の後段に、ろ過装置40で得られたろ過処理水に紫外線照射を含む殺菌処理を行うための殺菌手段60を更に備える点が図1に示す浄水処理装置と異なる他は、図1の浄水処理装置と同様である。
実施例1では、図1に示すような上向流沈殿池を持つ固液分離槽を組み合わせて処理試験を実施した。被処理水は河川水を想定し、水道水にカオリンを添加し濁度を3度になるように調整した。この被処理水を3.2L/分の割合で混和槽に供給した。混和槽ではポリ塩化アルミニウム(多木化学 250A、以下、「PAC」と略す)を20mg/Lとなるように添加し、撹拌した。実施例1での混和槽の滞留時間は2分に設定した。また、撹拌速度は撹拌翼の周速で0.5m/秒に設定した。
実施例1と同等な実験装置構成において、混和槽においてPACのみを添加しフロック形成槽において有機高分子凝集剤を添加せずに、ろ過装置として従来の砂ろ過装置を用いた例を比較例1として示す。比較例1において、上向流沈殿池内でのアップフローは75mm/分に設定した。比較例1では、砂ろ過塔のろ層として一般的な多層ろ過池を想定し、図7に示すように、上部200mmにアンスラサイト(日本原料株式会社 公称粒径1.2mm)、下部400mmにろ過砂(日本原料株式会社 公称粒径0.6mm)を充填した。センサ1、センサ2、センサ3はそれぞれ圧力センサである。
L/D≧800 ・・・(1)
ここでL;ろ層厚さ(m)、D;ろ材の調和平均径(m)である。
比較例2では比較例1と同様に同じ実験装置構成で有機高分子凝集剤を添加せず、無機凝集剤のみを添加した条件で運転した。上向流カラム内でのアップフローは75mm/分に設定した。また、比較例2ではろ層として実施例1と同じくアンスラサイト(日本原料株式会社 公称粒径1.2mm)を600mm充填したろ過塔に、凝集沈殿処理水を供給した。
比較例3は凝集沈殿部の固液分離方式として、図11に示すような従来から一般的な横流式沈殿池を用いた。沈殿池の表面負荷率は15mm/分に設定した。また、砂ろ過部は有効径0.6mmのろ過砂を600mmの高さに充填し、砂のみの単相ろ過とした。比較例3での沈殿池越流水の濁度は平均0.4度で、実施例1と比較してやや高く、凝集沈殿処理での固液分離方式の違いにより、スラリー循環方式を用いた実施例1が横流式沈殿池の比較例3よりも良好な水質が得られることが確認された。
実施例2では実施例1と同じ構成の実験装置を用い、ろ過部でのろ層として公称孔径1.2mmのアンスラサイトを510mmの高さに充填した。実施例1と同じ凝集沈殿条件で運転し、凝集沈殿処理水をろ過塔に供給した所、ろ過処理水は実施例1と同様に濁度が0.01度未満で推移した。標準的なろ層の厚さに近い条件でのろ過でも良好なろ過処理水水質を得ることが確認できた。
実施例3では実施例1と同じ装置でWA-542添加率のみを0.1mg/Lに変更して運転した。ろ過部も実施例1と同じく有効径1.2mmのアンスラサイトを300mm充填した。凝集沈殿処理水の濁度はほぼ0.01度以下であったが、時々0.2度程度まで上昇することがあった。
実施例4では実施例1の凝集沈殿部を用い、WA-542添加率を0.2~0.8mg/Lで変化させて凝集沈殿処理した。その他の運転条件は実施例1と同じである。凝集沈殿処理水濁度の結果を図13に示す。ここでは運転時間1~2日の短期間で比較した。実施例1と比較して凝集沈殿処理水濁度はやや高くなったが、WA-542添加率0.8mg/Lまで凝集沈殿処理水濁度は大きく変化しなかった。これらの結果より、本試験でのWA-542添加率は0.2~0.8mg/Lが適切と考えられる。
参考例1では図1に示すように上向流カラムを持つ固液分離槽を組み合わせて処理試験を実施する場合において、固液分離槽で固液分離したスラリーの循環を行わなかった。被処理水は河川水を想定し、水道水にカオリンを添加し濁度を3度になるように調整した。この被処理水を3.2L/分の割合で混和池に供給した。混和槽10ではPACを20mg/Lとなるように添加し、撹拌した。混和槽の滞留時間は2分に設定した。また、撹拌速度は撹拌翼の周速で0.5m/秒に設定した。
参考例1に対する比較例4は、同じ実験装置構成でWA-542を添加せず、PACのみを添加した条件で運転した。上向流カラム内でのアップフローは75mm/分に設定した。また、比較例4では砂ろ過塔のろ層として一般的な多層ろ過池を想定し、上部200mmにアンスラサイト(日本原料株式会社 公称粒径1.2mm)、下部にろ過砂(日本原料株式会社 公称粒径0.6mm)を充填した。
11…撹拌手段
12…配管
20…フロック形成槽
21…撹拌手段
23…配管
30…固液分離槽
31…配管
32…返送管
33…配管
40…ろ過装置
41…ろ層
50…調整槽
60…殺菌手段
70…測定手段
80…制御手段
300…高速凝集沈殿装置
301…装置本体
302…外側ドラフトチューブ
303…内側ドラフトチューブ
304…撹拌部
305…撹拌装置
306…沈殿部
307…フロック形成部
308…配管
Claims (7)
- 被処理水に凝結剤を添加して微フロックを形成し、
前記微フロックを含む前記被処理水に有機高分子凝集剤を添加し、前記微フロックを成長させて粗大フロックを形成し、
前記粗大フロックを含む前記被処理水を前記粗大フロックを含むスラリーと上澄み液とに固液分離し、
前記スラリーを、前記粗大フロックを含む前記被処理水と混合して前記粗大フロックの成長を促進させ、
前記上澄み液を、ろ層厚さが150mm以上400mm以下、有効径が前記粗大フロックを捕捉可能となる1.2mm以上2.0mm以下の粒子状のろ材を用いてろ過処理し、ろ過処理水を得ること
を含むことを特徴とする浄水処理方法。 - 前記スラリーを、前記被処理水の流入量に対して0.2~2.0倍量となるように、前記固液分離する前記被処理水と混合することを特徴とする請求項1に記載の浄水処理方法。
- 前記有機高分子凝集剤を、前記被処理水に0.2~0.8mg/L添加することを特徴とする請求項1又は2に記載の浄水処理方法。
- 前記ろ過処理水に紫外線照射を含む殺菌処理を行うことを特徴とする請求項1~3のいずれか1項に記載の浄水処理方法。
- 前記ろ過処理水の濁度を測定し、前記濁度が所定値を超えた場合に前記殺菌処理を行うことを特徴とする請求項4に記載の浄水処理方法。
- 被処理水に凝結剤を添加して微フロックを形成する微フロック形成手段と、
前記微フロックを含む前記被処理水に有機高分子凝集剤を添加し、前記微フロックを成長させて粗大フロックを形成する粗大フロック形成手段と、
前記粗大フロックを含む前記被処理水を、前記粗大フロックを含むスラリーと上澄み液とに固液分離する固液分離手段と、
前記スラリーを前記粗大フロックを含む前記被処理水中へ返送する返送手段と、
前記上澄み液を、ろ層厚さが150mm以上400mm以下、有効径が前記粗大フロックを捕捉可能となる1.2mm以上2.0mm以下の粒子状のろ材で構成されたろ層へ通水してろ過処理し、ろ過処理水を得るろ過手段と
を備えることを特徴とする浄水処理装置。 - 前記ろ材上に、最大で厚さ5mmの前記粗大フロックの堆積層を備えることを特徴とする請求項6に記載の浄水処理装置。
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