JP2005111404A

JP2005111404A - 凝集濾過方法

Info

Publication number: JP2005111404A
Application number: JP2003350642A
Authority: JP
Inventors: Kazuhisa Kumami; 和久熊見
Original assignee: Daicen Membrane Systems Ltd
Current assignee: Daicen Membrane Systems Ltd
Priority date: 2003-10-09
Filing date: 2003-10-09
Publication date: 2005-04-28

Abstract

【課題】水田から流出する濁水の処理方法として好適な凝集濾過方法の提供。
【解決手段】水田から流出する粘土質を含む濁水を処理するための凝集濾過法であり、前記濁水に凝集剤を添加し、凝集沈殿槽で沈降させて、上澄液と沈降汚泥に分離する工程、前記汚泥を汚泥貯留槽に送液するか、又はフィルタープレス処理する工程、上澄液を濾過分離槽で濾過体により濾過分離する工程を具備しており、濾過濃縮液を凝集沈殿槽に返送して循環処理する凝集濾過方法。
【選択図】なし

Description

本発明は、水田から流出する粘土混じりの濁水を処理する方法として好適な凝集濾過方法に関する。

水田から流出する濁水は大量の泥や砂を含んでいるが、従来は、そのまま河川に放流されていた。このため、水田が集中する地域の河川では、夏期を中心として濁水による河川の汚濁が生じることが多く、海に流れ込んだ場合には、海洋汚濁も引き起こす。

しかし、水田から流出する濁水を汚水処理場で処分することは、汚水処理場に対する負荷を増大させ、他の排水の処理にも悪影響を及ぼす点で現実的ではない。また、水田から流出する濁水には粘土が多く含まれており、通常の排水とは汚濁成分に大きな相違があるため、通常の泥水と同じ処理方法では汚濁成分の除去法としては十分ではない。
特開２００１−１０４９５３号公報

本発明は、水田から流出する粘土を含む濁水の処理方法として好適な凝集濾過方法を提供することを課題とする。

本発明者は、先に泥等を含む濁水の処理方法として、不織布膜を用いたダイナミック濾過法を提案している（特許文献１参照）。このダイナミック濾過法は、不織布膜表面に被処理物となる懸濁質（ＳＳ）によるケーキ層を形成し、このケーキ層のフィルター作用により、ＳＳを濾過処理するものである。しかし、前記技術は粘土を含有する濁水を処理対象とするものではないため、本発明者は、前記技術を改善し、粘土を含有する濁水に対して優れた処理能力を発揮できる方法を見出したものである。

即ち本発明は、上記課題の解決手段として、水田から流出する粘土質を含む濁水を処理するための凝集濾過方法であり、前記濁水に凝集剤を添加し、凝集沈殿槽で沈降させて、上澄液と沈降汚泥に分離する工程、前記汚泥を汚泥貯留槽に送液するか、又はフィルタープレス処理する工程、上澄液を濾過分離槽で濾過体により濾過分離する工程を具備しており、濾過濃縮液を凝集沈殿槽に返送して循環処理する凝集濾過方法を提供するものである。

本発明でいう粘土は、カオリナイト、ハロイサイト、パイロフィライト、セリサイト、モンモリロナイト、クロライト、イライト、バーミキュライト、その他の公知の粘土鉱物を含むものである。

本発明の凝集濾過方法を適用すれば、水田から流出する粘土混じりの濁水を処理し、ＳＳ濃度を大幅に低減させることができるので、処理水を河川に放流した場合でも、水質を汚濁させることがない。

以下、本発明に係る凝集濾過方法を、処理方法のフローを示した（又は凝集濾過方法を実施する凝集濾過装置を示した）図１の概念図により説明する。なお、本発明においては、凝集沈殿処理工程の後に濾過分離処理工程を行うものであるが、他の工程における処理の順序は特に制限されるものではなく、必要に応じて、公知の水処理工程を適宜付加することができる。

水田から流出する粘土を含有する濁水（原水）を、ライン１０により凝集沈殿槽１に送る。このとき、必要に応じて、フィルター等により、原水中から予め大きめの石、水草等の植物を取り除くこともできる。

凝集沈殿槽１では、原水に対して所要量の凝集剤を投入し、望ましくは攪拌して、ＳＳを沈降させ、上澄液と分離する。この凝集沈殿槽１には、濁水のＳＳ濃度を検知して凝集剤の添加量を調整できる凝集剤添加手段、及び攪拌手段を付設することができる。

凝集剤は、無機系凝集剤、有機系凝集剤及びこれらの混合物を使用することができる。

無機系凝集剤としては、ポリ塩化アルミニウム、ポリ塩化鉄、硫酸第二鉄、硫酸アルミニウム、ベントナイト等が挙げられる。その他の無機系凝集剤として、好ましくはカルシウムを５質量％以上、より好ましくは８質量％以上、更に好ましくは１０質量％以上含有するものを用いることができる。凝集剤を、カルシウムを含む無機系凝集剤と有機系凝集剤の混合物にした場合、混合物中、カルシウムを含む無機系凝集剤の含有量が５質量％以上であることが好ましい。

有機系凝集剤としては、ポリアクリル酸エステル系、ポリメタクリル酸エステル系、ポリアクリルアミド系、ポリアミン系、ポリジシアンジアミド系等のカチオン性高分子凝集剤、ポリアクリル酸ソーダ系、ポリアクリルアミド系等のアニオン性高分子凝集剤、ポリアクリルアミド系のノニオン性高分子凝集剤、アミン系等の低分子有機凝集剤等が挙げられる。

凝集剤の添加量は、濁水中のＳＳ量に対して、０．２〜２．０質量％となる量が好ましく、０．４〜２．０質量％となる量がより好ましく、０．４〜１．０質量％となる量が更に好ましい。

凝集剤の添加量は、水田の粘土量を予め測定しておき、粘土量に応じて決定することことができる。このとき、予め測定した粘土量に応じて凝集剤の大まかな添加量を調整し、実際の処理過程において、添加量を微調整するようにしても良い。

凝集剤の添加時には、原水と凝集剤とが充分に接触でき、フロックの形成が容易になるように、攪拌手段により、緩やかに攪拌することが望ましい。

また、粘土を含む濁水中には、アルカリ土類酸化物、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、Ｐ_２Ｏ_５、ＺｎＯ等の多価の酸化物と水との水和物が含まれており、そのまま濾過分離槽２において濾過体と接触させた場合、前記水和物が濾過体表面に付着して透過流束を低下させる。そのまま放置しておくと、更なる透過流束の低下を生じさせると共に、逆圧洗浄によっても除去できなくなる。このため、濾過体による処理に先立って中和処理することが望ましい。中和処理法は特に制限されるものではないが、濁水と弱酸、好ましくは二酸化炭素ガスを接触させて中和することが好ましく、例えば、凝集沈殿槽１の底部から二酸化炭素ガスでばっ気して中和する方法を適用できる。

凝集沈殿槽１の処理で生じた汚泥は、図示していない汚泥貯留槽に送液して貯留するか、又はフィルタープレス処理する。フィルタープレス処理により生じた水は、濁度に応じて凝集沈殿槽１に送液する。

次に、凝集沈殿槽１で凝集処理した後の上澄液を、ライン１１により濾過分離槽２に送る。濾過分離槽２は、上澄液を貯水した処理槽内に濾過体を浸漬して濾過処理する浸漬方式のもの、処理槽外に濾過体を設置して、処理槽内の上澄液を濾過体に循環させる外置き方式のものでも良い。

濾過分離槽２では、例えば、図２に示すような構造の濾過装置２０を用いることができる。図２は、一部断面（本体部が断面で示されている）を含む正面図である。

濾過装置２０は、処理槽２１内に所要数の濾過エレメント２２が浸漬されており、底部には、ポンプ１５に接続されたエアーバブリング用の散気管２３が取付られている。２４はオーバーフローラインであり、ライン１４に接続される。

濾過エレメント２２は、１以上の所要数の集水管を備えた枠体の両面に、濾過体を張り付けた袋状のものであり（必要に応じて、２枚の濾過体間に間隔保持部材を配置できる。）、図２では、一つの集水管が透過液ノズル２５となっている。複数の濾過エレメント２２におけるそれぞれの透過液ノズル２５は、ライン１２に接続されている。

濾過体はどのようなものでも良いが、均一な径の孔や隙間を有する濾過体が好ましく、更には格子状のネットを用いることが好ましい。なお、均一な孔径とは、全ての孔の径が完全に均一であることを意味するものではなく、本発明の目的を損なわない範囲内で、製造上の誤差や材質による誤差（例えば、±数％の誤差）があっても差し支えない。

濾過体は、平均孔径が１０〜１００μｍのものが好ましく、１０〜５０μｍのものがより好ましく、下記のとおり、（ａ）平均孔径、（ｂ）開孔率及び（ｃ）厚みの３つの要件を具備するネットが更に好ましい。
（ａ）の平均孔径は、次式：（Ｍ−Ｌ）／Ｍ×１００（Ｌは最小孔径、Ｍは平均孔径を示す）で規定される孔径分布が±２０％以内、好ましくは±１５％以内である。
（ｂ）の開孔率は、好ましくは２０〜６０％、より好ましくは２５〜５０％である。
（ｃ）の厚みは、好ましくは２５〜１５０μｍ、より好ましくは３０〜１００μｍである。

更に、（ａ）〜（ｃ）の要件を具備するネットは、（ｄ）線径が好ましくは２０〜８０μｍ、より好ましくは３０〜７０μｍとの要件も合わせて具備するものが好ましい。

濾過体は、濁水の組成によっては次亜塩素酸ナトリウム耐性を有するものであることが望ましく、２×１０ｃｍの大きさの濾過体を有効塩素濃度１質量％の次亜塩素酸ナトリウム水溶液に１ヶ月浸漬したとき、初期の引張強度に対する減少率が３０％未満であるものが好ましい。

濾過体は、金属繊維又はプラスチック繊維からなるものが好ましい。金属繊維としては、鉄、銀、銅、銅合金、チタン、ステンレス、基材となる金属に銀や銅をメッキしたものからなるものを挙げることができるが、銅、ステンレスが好ましい。プラスチック繊維としては、ポリエステル、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリ（メタ）アクリル酸エステル、ビスコースレーヨン、酢酸セルロース、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリエーテル、ポリエーテルエステル及びこれらの共重合体、ブレンド物又は架橋物等を挙げることができるが、ポリ塩化ビニリデン、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレンが好ましく、ポリエステル、ポリエチレンがより好ましい。

濾過分離槽２においては、ダイナミック濾過、プレコート濾過又はゲル層濾過を適用することができるが、低い膜間差圧によりダイナミック濾過することが望ましい。この場合、膜間差圧を低く保つことができ、エネルギーを省力化できることから、好ましくは０．５〜５０ｃｍ、より好ましくは１〜１０ｃｍの水頭差（図２中のΔｈ）を利用してダイナミック濾過することが望ましい。

濾過分離槽２で濾過処理した濾過液は、原水の供給流量よりも小さな流量で、ライン１２から河川に放流される。このとき、濾過液を図示していない貯水槽に貯水して、逆圧洗浄水又は農業用水として再利用することもできる。

濾過分離槽２で生じた濾過濃縮液は、濃縮液槽３に貯留した後、凝集沈殿槽１に返送するか、又は濾過分離槽２から直接凝集沈殿槽１に返送して、再度凝集沈殿処理する。

このような凝集濾過処理を継続して行った場合、濾過分離槽２の濾過エレメント２２の表面（濾過体の表面）には、ＳＳからなる過度のケーキ層が形成されて孔が目詰まりを生じ、そのまま放置しておくと透過流束が著しく低下してしまう。このため、濾過体（濾過エレメント２２）を取出し適宜洗浄する方法、適当な運転間隔をおいて、濁水の流入を停止した後、エアバブリングを伴う濾過エレメント２２の逆圧洗浄を行う方法を適用することが望ましい。

濾過エレメント２２の逆圧洗浄法は特に制限されるものではなく、必要に応じて貯水槽内の濾過液を逆洗ポンプにより供給して、濾過エレメント２２内部に圧入する方法、濾過分離槽２の処理槽２１の底面から、散気管２３によりエアーバブリングする方法、それらを組み合わせた方法を適用できる。逆圧洗浄に用いた洗浄液は、濃縮液と共に凝集沈殿槽１に返送する。

本発明の凝集濾過方法では、透過流束を好ましくは３ｍ／日以上、より好ましくは５〜１５ｍ／日に設定することで、濁度（日本水道協会上水試験方法に記載の散乱光測定法による）の減少率を９０％以上、更には９５％以上にすることができる。

本発明の凝集濾過方法では、閉鎖系による循環処理をすることで、河川の汚濁を防止できる。

本発明の凝集濾過方法は、河川に繋がる用水路等に適用することにより、ある程度の広い地域に存在する水田から流出する濁水を一括して処理することができる。

更に、本発明の凝集濾過方法は、図１に示すように、少なくとも凝集沈殿槽と濾過分離槽を組み合わせ、必要に応じて貯留槽等を組み合わせた上で、各槽をパイプ等で連結すると共に、水頭差を利用したり、ポンプを配置した、凝集濾過装置としても適用できるものである。

以下に、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。

実施例１
図１、図２に示すフローにより、処理した。水田より流出する泥水（ＳＳ濃度１５００ｍｇ／Ｌ）を凝集沈殿槽に導き、凝集剤としてポリ塩化アルミニウム（タイキ薬品工業社製）を３５ｍｇ／Ｌ添加し、緩やかに攪拌して凝集処理した。

次に、上澄液（ＳＳ濃度８０ｍｇ／Ｌ）を濾過分離槽に送り、濾過体（有効膜面積０．０４ｍ^２、４００メッシュのステンレスネット）を用い、水頭差５ｃｍ（０．５ｋＰａ）でダイナミック濾過を行った。濾過濃縮液（ＳＳ濃度２１０ｍｇ／Ｌ、平均粒子径４０μｍ）は、再度凝集沈殿槽に送って処理した。このような循環処理を１０時間継続した。

１０時間経過後のＳＳ濃度は平均８ｍｇ／Ｌ／ｈで、平均処理水量は１３ｍ^３／ｍ^２・日であった。凝集沈殿汚泥のＳＳ濃度は、約３０，０００ｍｇ／Ｌであった。

比較例１
実施例１と同じ泥水に対して同じ凝集沈殿処理をした後、上澄液を濾過分離しないで、そのまま実施例１と同じ平均処理水量になるように、凝集沈殿処理を１０時間継続した。１０時間経過後の上澄液のＳＳ濃度は、平均４２ｍｇ／Ｌ／ｈで、凝集沈殿汚泥のＳＳ濃度は、約３０，０００ｍｇ／Ｌであった。

比較例２
凝集剤の添加量を１５０ｍｇ／Ｌとした他は比較例１と同様にして、凝集沈殿処理を１０時間継続した。１０時間経過後の上澄液のＳＳ濃度は、平均１２ｍｇ／Ｌ／ｈで、凝集沈殿汚泥のＳＳ濃度は、約３５，０００ｍｇ／Ｌであった。

以上の実施例１と比較例１、２との対比から、本発明の凝集沈殿方法を適用することにより、凝集剤の使用量を減少させることができると共に、濾過水中のＳＳ濃度を大幅に低下させることができることが確認された。

凝集濾過方法に使用する処理装置の概念図。処理装置に含まれる濾過装置の概念図。

符号の説明

１凝集沈殿槽
２濾過分離槽
３濃縮液槽
２０濾過装置

Claims

水田から流出する粘土質を含む濁水を処理するための凝集濾過方法であり、前記濁水に凝集剤を添加し、凝集沈殿槽で沈降させて、上澄液と沈降汚泥に分離する工程、前記汚泥を汚泥貯留槽に送液するか、又はフィルタープレス処理する工程、上澄液を濾過分離槽で濾過体により濾過分離する工程を具備しており、濾過濃縮液を凝集沈殿槽に返送して循環処理する凝集濾過方法。
濾過分離法が、ダイナミック濾過、プレコート濾過又はゲル層濾過である請求項１記載の凝集濾過方法。
濾過体が不織布である請求項１又は２記載の凝集濾過方法。
濾過体が実質的に均一な孔を有するものである請求項１〜３のいずれかに記載の凝集濾過方法。
濾過体が格子状の孔を有するネットである請求項１〜４のいずれかに記載の凝集濾過方法。
上澄液に含まれる平均懸濁質濃度が１０〜１００ｍｇ／Ｌである請求項１〜５のいずれかに記載の凝集濾過方法。
上澄液に含まれる懸濁質の平均粒径が２０μｍ以上である請求項１〜６のいずれかに記載の凝集濾過方法。
濾過分離が水頭差により行われる請求項１〜７のいずれかに記載の凝集濾過方法。