JP2005066443A

JP2005066443A - 浄水システム及び浄水方法

Info

Publication number: JP2005066443A
Application number: JP2003298495A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Shibata; 昌弘柴田; Akio Hashimoto; 昭雄橋本; Yozo Kasai; 庸三笠井
Original assignee: Shibata Kagaku KK
Current assignee: Shibata Kagaku KK
Priority date: 2003-08-22
Filing date: 2003-08-22
Publication date: 2005-03-17

Abstract

【課題】二酸化炭素を大気に放出させずに、高濃度炭酸水溶液溶液を製造し、これを注入することによって、原水のｐＨを最適化し、もって浄水処理を最適に行う浄水システムを提供することである。
【解決手段】二酸化炭素の注入によって、原水のｐＨを最適化し、もって浄水処理を最適に行う浄水システムにおいて、閉ざされた空間３０内で二酸化炭素を水に溶解させる二酸化炭素溶解手段１４と、該二酸化炭素溶解手段１４によって二酸化炭素が溶解された炭酸水溶液を原水１０に供給する炭酸水溶液供給手段１６と、を備えており、前記二酸化炭素溶解手段１４は、一部分が前記閉ざされた空間３０内に存する複数の多孔質中空糸２２と、前記複数の多孔質中空糸２２の中空２２Ａ内の上流側端部から下流側端部に水を流動させる水流動手段１６と、二酸化炭素が溜められており、前記閉ざされた空間３０に連通している二酸化炭素ボンベ１８と、を備えているたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、凝集剤を使用して水処理を行う際に、二酸化炭素を注入して原水のｐＨを凝集に最適な範囲に調整して水を効率よく浄水する浄水システム及び浄水方法に関する。

近年、湖沼、ダム、河川等の表流水は生活廃水等の混入による富栄養化が進み、水質の悪化が著しい。富栄養化の結果として、藻類が繁殖し、それによる光合成のため、水のｐＨの上昇が激しくなってきており、これら水のｐＨが９を越える所が多くなっている。これら表流水を原水とする浄水施設においては、これら原水のｐＨを適正に修正することが急務となっている。すなわち、水道水としての適正ｐＨを確保するため以外にも、浄水施設においてはその処理の一環として水中懸濁物を凝集分離する工程が不可欠であり、凝集剤（特に、ポリアルミニウムクロライド及び硫酸アルミニウム等）を用いて浄水処理を行う浄水場において、ｐＨが８．６を超える原水は、水中の縣濁物質等を凝集できる最適なｐＨ範囲を逸脱しており、両性金属であるアルミニウムの水への溶解度が増加し、凝集剤としての効果が劣化し、凝集剤の使用量の増加による処理コストの増加及び処理水中にアルミニウムイオンや濁度が漏出し、処理水質の劣化を引き起こすなど、凝集沈殿反応層での運転操作が極めて困難となる。

原水のｐＨを低減させる方法としては、二酸化炭素を用いることが提案されている。特許文献１には、浄水施設における原水の水路に、昇降移動可能な二酸化炭素溶解装置を設け、該二酸化炭素溶解装置に複数個のガス分散管が設けられ、二酸化炭素を該ガス分散管に設けられた気泡径５ｍｍ以下の大きさで放出可能な微細孔又はスリットから水深１ｍ以上の水中に二酸化炭素を供給することを特徴とする浄水施設における原水のｐＨ低減方法が記載されている。
特開２００２−１７２３９６号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたｐＨ低減方法は、浄水施設の原水の水路に二酸化炭素の気泡を放出することによって、二酸化炭素を原水に直接溶解させているので、溶解性が悪く注入された二酸化炭素の２０〜５０％は大気中に放散される。そのため、原水流量に見合ったｐＨ値に調整することは極めて困難である。また、大気中に放散される二酸化炭素は、地球環境の温暖化防止の観点から問題が残る。このように特許文献１に記載されたｐＨ低減方法は、大量の二酸化炭素を大気に放出すると同時に、直接気液混同するため、ｐＨ調整に難がある。このため、１日に１０，０００ｍ^３以上の原水を処理する浄水場には使用することが困難で、実用性に乏しい。また、このような方法は、方法論上の限界から１，０００ｍｇ／ｌ程度の高濃度炭酸水溶液溶液を製造するのは困難である。

本発明者らは、このような問題を解決すべく、鋭意検討を行った結果、閉ざされた空間内で二酸化炭素を水に溶解させ、この二酸化炭素が溶解された炭酸水溶液を原水に供給することによって、二酸化炭素を大気に放出させずに原水のｐＨを凝集に最適な範囲に調整することができ、もって浄水処理を最適に行うことができることを見出した。また、このように閉ざされた空間内で二酸化炭素を水に溶解させることによって、１，０００ｍｇ／ｌ程度の高濃度炭酸水溶液を得ることが可能となり、１，０００ｍｇ／ｌ程度の高濃度炭酸水溶液を使用することにより水処理システムの小型化を図ることができる。

すなわち、本発明は、二酸化炭素の注入によって、原水のｐＨを最適化し、もって浄水処理を最適に行う浄水システムにおいて、閉ざされた空間内で二酸化炭素を水に溶解させる二酸化炭素溶解手段と、該溶解手段によって二酸化炭素が溶解された炭酸水溶液を原水に供給する炭酸水溶液供給手段と、を備えていることを特徴とする浄水システムである。

本発明に係る浄水システムにおいて、前記二酸化炭素溶解手段は、一部分が前記閉ざされた空間内に存する複数の多孔質中空糸と、前記複数の多孔質中空糸の中空内の上流側端部から下流側端部に水を流動させる水流動手段と、二酸化炭素が溜められており、前記閉ざされた空間に連通している二酸化炭素ボンベと、を備えていることが好ましい。このように構成することにより、多孔質中空糸の中空内に水が流動しているため、中空内が陰圧状態となるので、閉ざされた空間内に供給された二酸化炭素は、多孔質中空糸の孔を通って中空内に流れ、多孔質中空糸の中空内を流動する水に溶解する。二酸化炭素が多孔質中空糸の中空内に流れると、閉ざされた空間内が陰圧状態となり、二酸化炭素ボンベ内の二酸化炭素は、閉ざされた空間内に供給される。

この際、前記二酸化炭素溶解手段は、前記二酸化炭素ボンベ内の二酸化炭素を前記閉ざされた空間に供給する二酸化炭素供給手段をさらに備えていることが好ましく、前記二酸化炭素供給手段は、前記閉ざされた空間内に供給される二酸化炭素の供給量を調整する供給量調整手段を備えても良い。このように、このように二酸化炭素の供給量を調整することにより、多孔質中空糸内を流動する水に溶解させる二酸化炭素の量を調整して、ｐＨを凝集に最適な範囲に調整することができる。

前記多孔質中空糸は、疎水性であることが好ましく、疎水性に構成することにより、多孔質中空糸の中空内を流動する水が閉ざされた空間内に流出ことを防止することができる。また、本発明は、二酸化炭素によって原水のｐＨを低減させて原水を浄化する浄水方法において、閉ざされた空間内で二酸化炭素を水に溶解させる二酸化炭素溶解工程と、該溶解手段によって二酸化炭素が溶解された炭酸水溶液を原水に供給する炭酸水溶液供給工程と、を備えたことを特徴とする浄水方法である。

以上のように、本発明に係る浄水システムによれば、閉ざされた空間内で二酸化炭素を水に溶解させ、この二酸化炭素が溶解された炭酸水溶液を原水に供給しているので、二酸化炭素を大気に放出せずに原水のｐＨを凝集に最適な範囲に調整することができる浄水システムを提供することができる。

以下、本発明に係る浄水システムの実施例について説明するが、本発明は、これら実施例によって限定されるものではない。

本発明に係る浄水システムの実施例１について図面に基づいて説明する。実施例１に係る浄水システムは、原水を工業用水に浄水する浄水システムであり、その概念図を図１に示す。

実施例１に係る浄水システムは、原水を溜めておく着水井１０と、着水井１０内から流動された水の凝集を行う沈殿池１１と、浄水を行う浄水池１２と、二酸化炭素を水に溶解させる二酸化炭素溶解装置１４と、を備えている。

二酸化炭素溶解装置１４は、二酸化炭素溶解装置本体１５と、二酸化炭素溶解装置本体１５内に水を流動させる水流動装置１６と、二酸化炭素溶解装置１４に供給される二酸化炭素を溜めておく二酸化炭素ボンベ１８と、を備えている。

二酸化炭素溶解装置本体１５は、図２乃至４に示すように円筒状に形成されたハウジング２０と、ハウジング２０内に収容された複数の多孔質中空糸２２と、ハウジング２０内に水を供給可能な供水ノズル２３と、ハウジング２０の水を排水可能な排水ノズル２４と、ハウジング２０内に二酸化炭素を供給可能な二酸化炭素供給ノズル２６と、を備えている。

多孔質中空糸２２は、中空状に形成され、その中空２２Ａの上流側端部から下流側端部が貫通しており、水流動装置１６によってその上流側端部から下流側端部に水が流動するように構成されている。また、多孔質中空糸２２は、その外表面から中空２２Ａに連通する微小な孔が多数形成されているが、疎水性多孔質膜、例えば疎水性のポリエチレンから構成されているので、中空２２Ａ内を流動する水が外側に漏れることはない。図２乃至図４に示すように、この多孔質中空糸２２は、複数本束ねられてハウジング２０内に収容されている。多孔質中空糸２２の上流側２２Ｂ及び下流側２２Ｃの各多孔質中空糸２２の隙間には、接着用樹脂、例えばエポキシ樹脂２８Ａ、２８Ｂが充填されている。この上流側に充填された接着用樹脂２８Ａ、下流側に充填された接着用樹脂２８Ｂ及びハウジング２０によって、ハウジング２２の接着用樹脂２８Ａ、２８Ｂが充填されていない各多孔質中空糸２２の隙間に閉ざされた空間３０が形成される。

供水ノズル２３は、ハウジング２０の上流側に設けられており、排水ノズル２４は、ハウジング２０の下流側に設けられている。供水ノズル２３と多孔質中空糸２２の上流側端部の間には、所定の空間３２が形成されている。各多孔質中空糸２２の上流側の隙間には接着用樹脂２８Ａが充填されているので、水流動装置１６によって供水ノズル２３からこの空間３２に供給された水は、各多孔質中空糸２２の隙間に流れることはなく、各多孔質中空糸２２の中空２２Ａ内を流動する。また、二酸化炭素供給ノズル２６は、閉ざされた空間３０に連通して設けられており、二酸化炭素パイプ３３を介して二酸化炭素ボンベ１８に連通されている。二酸化炭素パイプ３３には、それを流れる二酸化炭素の流量及び圧力等を測定する測定器３５が設けられている。閉ざされた空間３０は、ハウジング２０と上流側及び下流側の接着用樹脂２８Ａ、２８Ｂによって密閉されているので、二酸化炭素ボンベ１８から二酸化炭素供給ノズル２６を介して閉ざされた空間３０内に供給される二酸化炭素は、外部に漏れることはない。そして、多孔質中空糸２２の中空２２Ａ内は、水が流動しているため、閉ざされた空間３０に比し陰圧状態となっているので、閉ざされた空間３０内の二酸化炭素は、多孔質中空糸２２の孔を通って中空２２Ａ内に流れ、中空２２Ａ内を流動する水に溶け込む。閉ざされた空間３０内の二酸化炭素が多孔質中空糸２２の中空２２Ａ内に流れると、閉ざされた空間３０内が陰圧状態となるので、二酸化炭素ボンベ１８から二酸化炭素２６が供給される。二酸化炭素が溶け込んだ炭酸水溶液は、排水ノズル２４から外部に排出される。

水流動装置１６は、二酸化炭素溶解装置１４によって二酸化炭素が溶解された炭酸水溶液を着水井１０に供給する炭酸水溶液供給装置としての機能も有する。排水ノズル２４は、着水井１０に排水管３４を介して連通しており、二酸化炭素が溶け込んだ炭酸水溶液は、水流動装置１６によって排水ノズル２４及び排水管３４を介して着水井１０に供給される。着水井１０に炭酸水溶液が供給されると、着水井１０に溜められた原水のｐＨが低減され、その後浄水池１２に供給され、凝集剤などによって浄水される。浄水された水は、浄水池１２の排水口１２Ａから工業用水として排水される。この排水口１２Ａは、二酸化炭素溶解装置本体１５の供水ノズル２３に供水管３６を介して接続されており、浄水された水が、水流動装置１６によって二酸化炭素溶解装置１４に供水されるよう構成されている。

次に、実施例１において、ｐＨを凝集に最適な範囲に調整するため、二酸化炭素溶解装置１４で溶解される二酸化炭素の量は、以下のように調整される。すなわち、例えば、１日１０，０００ｍ^３の処理能力を有する浄水場で、アルカリ度９０ｍｇ／ｌ及びｐＨ９．０の原水を凝集剤ポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）を用いて凝集沈殿を行う場合、原水のｐＨ９．０では、ＰＡＣの主成分であるアルミニウムの溶解度が増加して、最適の凝集効果が得られず、濾過操作の後も溶解したアルミニウムの濃度が処理水中に増加して、処理水の品質を劣化させる。これを防止して最適な凝集結果を得るためには、実用上ｐＨを中性値７．０〜７．５付近まで下げる必要がある。そこで、図５に示すグラフを用いて以下のような計算してｐＨを７．４に調整した。

先ず、（１）図５のグラフ上でアルカリ度(縦紬)９０ｍｇ／ｌとｐＨ９．０のラインの交点を（Ａ点）とする。（２）同様に、アルカリ度９０ｍｇ／ｌとｐＨ７．４のラインの交点を（Ｂ点）とする。（３）Ａ、Ｂ点の差を酸度(横軸)のスケールで読みとる。（４）Ａ、Ｂ点の差は、１２．０ｍｇ／ｌであり、この分だけ酸度を増加させる必要がある。炭酸ガスで酸度を１２．０ｍｇ／ｌ増加させるためには、炭酸ガス１ｇ／ｌで酸度は１．１４増加するので、１２．０÷１．１４＝１０．５２、すなわち約１１ｍｇ／ｌの炭酸ガスを注入する必要がある。但し、酸度とアルカリ度は、ＣａＣＯ_３の量（ｍｇ／ｌ）で表現する。

この結果によると、アルカリ度９０ｍｇ／ｌ、及びｐＨ９．０の原水をｐＨ７．４に低下させるためには、原水１Ｌ当たり、１１ｍｇ／ｌの二酸化炭素が必要であるから、処理能力１日当たり１０，０００ｍ^３の浄水場では、１日当たり１１０ｋｇのＣＯ_２が必要である。処理能力１日当たり１０，０００ｍ^３の処理では、即ち、１時間当たり４１７ｍ^３の水量に対し４，６００ｇの二酸化炭素が必要である。そこで、二酸化炭素溶解装置１４を用いて、炭酸ガス濃度１，０００ｍｇ／ｌの炭酸水溶液を製造し、この溶液を原水に１時間当たり４．６ｍ^３注入するとアルカリ度９０ｍｇ／ｌ、及びｐＨ９．０の原水をｐＨ７．４に低下させる事ができる。この場合、二酸化炭素溶解装置１４用のモジュールは、６インチモジュール１本（気温２０℃）で十分であるので極めて安価となる。水質が上記と同様で、日量１００，０００ｍ^３の場合には、１時間当たり４６ｍ^３の二酸化炭素濃度１，０００ｍｇ／ｌの炭酸水溶液を供給する必要があるが、１０インチモジュール２本（時間当たりの供給量５０ｍ^３）で十分である。もちろん、ｐＨ調整においては、原水流量に応じた炭酸水溶液の濃度や流量による自動制御を可能とする。

本発明に係る浄水システムの実施例２について説明する。実施例２に係る浄水システムは、原水を家庭用水に浄水する浄水システムであり、その概念図を図６に示す。実施例２に係る浄水システムは、浄水池１２内に複数のろ過池１３を設けている。また、実施例２に係る浄水システムは、二酸化炭素ボンベ１８と二酸化炭素溶解装置本体１５の二酸化炭素供給ノズル２６の間に二酸化炭素の供給量を調整可能なバルブ（図示省略）が設けられている。この二酸化炭素の供給量を調整することによって多孔質中空糸２２の中空２２Ａ内を流動する水に溶解させる二酸化炭素の量を調整することができる。

本発明に係る浄水システムの実施例１の概念図である。実施例１に係る浄水システムの二酸化炭素溶解装置本体の一部切欠正面図である。図２のＡ−Ａ’線に沿った断面図である。図２のＢ−Ｂ’線に沿った断面図である。増加させる酸度を求めるのに使用するグラフである。本発明に係る浄水システムの実施例２の概念図である。

符号の説明

１０着水井（原水）
１４二酸化炭素溶解装置
１６水流動装置（水流動手段、炭酸水溶液供給手段）
２２多孔質中空糸
２２Ａ中空
３０閉ざされた空間

Claims

二酸化炭素の注入によって、原水のｐＨを最適化し、もって浄水処理を最適に行う浄水システムにおいて、
閉ざされた空間内で二酸化炭素を水に溶解させる二酸化炭素溶解手段と、
該二酸化炭素溶解手段によって二酸化炭素が溶解された炭酸水溶液を原水に供給する炭酸水溶液供給手段と、
を備えていることを特徴とする浄水システム。
前記二酸化炭素溶解手段は、一部分が前記閉ざされた空間内に存する複数の多孔質中空糸と、前記複数の多孔質中空糸の中空内の上流側端部から下流側端部に水を流動させる水流動手段と、二酸化炭素が溜められており、前記閉ざされた空間に連通している二酸化炭素ボンベと、を備えていることを特徴とする請求項１記載の浄水システム。
前記二酸化炭素溶解手段は、前記二酸化炭素ボンベ内の二酸化炭素を前記閉ざされた空間に供給する二酸化炭素供給手段をさらに備えていることを特徴とする請求項２記載の浄水システム。
前記二酸化炭素供給手段は、前記閉ざされた空間内に供給される二酸化炭素の供給量を調整する供給量調整手段を備えていることを特徴とする請求項３記載の浄水システム。
前記多孔質中空糸は、疎水性であることを特徴とする請求項２乃至４いずれか記載の浄水システム。
二酸化炭素によって原水のｐＨを低減させて原水を浄化する浄水方法において、
閉ざされた空間内で二酸化炭素を水に溶解させる二酸化炭素溶解工程と、
該溶解手段によって二酸化炭素が溶解された炭酸水溶液を原水に供給する炭酸水溶液供給工程と、
を備えたことを特徴とする浄水方法。