JP2006326517A - 浄水装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 小規模でありながら水質の良い浄水が得られる浄水装置を提供すること。
【解決手段】 浄水装置１は、供給された原水ＳＷ中の浮遊粒子を凝集剤により凝集処理する凝集反応槽１０と、凝集反応槽１０からの処理水ＴＷを受け入れて浮遊粒子の凝集により生じた汚泥を槽本体１２底部の汚泥排出口１４から排出する沈殿槽１１とを備えてなり、沈殿槽１１内に嫌気性微生物棲息用の菌床が設けられ、菌床を通過する水の流速が２５ｍ／日以上１１０ｍ／日以下に設定されている。沈殿槽１１の槽本体１２は竪型に形成され、槽本体１２上部に水出口１５が設けられている。沈殿槽１１の下流に生物活性炭槽２１が配備されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、山間部などで好適に使用される小規模な浄水装置に関するものである。

日本国内では、都市部全般にわたり上水道の設置がほぼ行き渡っている。この上水道用の浄水設備としては、原水中の浮遊粒子を凝集剤により凝集処理する凝集反応槽と、凝集反応槽で生じた処理水中の汚泥をろ材によりろ過するろ過槽と、ろ過槽からの処理水中の油分や有害成分を活性炭により吸着除去する活性炭槽とを備えた設備が知られている。かかる都市部向けの浄水設備は大規模であり広い敷地に建設されている。この浄水設備における水の流通方向は概ね横方向であり、流速は１２０〜１５０ｍ／日と高速である。このような浄水設備に関連した設備が、例えば下記の特許文献１に開示されている。

特開平７−１２４５９３号公報

ところで、山間部などの過疎地のように住居が点在している地域では上水道設備を利用していないところが多い。これは、上水道用の浄水設備が大規模になる一方で住民の数が少ないことと、広い設備面積を必要としながら山間部などでは狭い土地しかないことが原因である。そのため、当該地区の住民はやむなく井戸水を飲料水および生活用水として使用してきた。井戸水は気候により水質が変化するが、水質が多少悪化した場合でも使用せざるを得なかった。

本発明は、上記した従来の問題点に鑑みてなされたものであって、小規模でありながら水質の良い浄水が得られる浄水装置の提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る浄水装置は、供給された原水中の浮遊粒子を凝集剤により凝集処理する凝集反応槽と、凝集反応槽からの処理水を受け入れて浮遊粒子の凝集により生じた汚泥を槽本体底部の汚泥排出口から排出する沈殿槽とを備えてなり、沈殿槽内に嫌気性微生物棲息用の菌床を設け、菌床を通過する水の流速を２５ｍ／日以上１１０ｍ／日以下に設定したものである。

また、前記構成において、沈殿槽の槽本体が竪型に形成され、槽本体の汚泥排出口上方位置に、凝集反応槽からの処理水を受け入れる水入口が設けられ、槽本体の水入口上方位置に、菌床が設けられ、槽本体の菌床上方位置に、菌床で得られた浄水を排出する水出口が設けられているものである。

そして、前記構成において、菌床は、槽本体内に傾斜姿勢で配備された筒体と、傾斜した筒体内の内面天井部に配備された嫌気性微生物棲息用のスポンジ状体とから構成されているものである。

更に、前記した各構成において、沈殿槽の下流に、沈殿槽からの浄水を好気性条件下で生物活性炭処理する生物活性炭槽を配備したものである。

本発明に係る浄水装置において、凝集反応槽で凝集処理された処理水は、浮遊粒子の凝集により生じた汚泥が沈殿槽で槽本体底部の汚泥排出口から排出されて浄化される。そして、沈殿槽内の菌床を通過する水の流速は２５ｍ／日以上１１０ｍ／日以下であるので、菌床が嫌気性雰囲気となり嫌気性微生物が菌床に定着して増殖する。そこで、処理水が菌床を通過するときに、嫌気性微生物により水中の有機物が嫌気的分解により除去される。従って、比較的遅い流速で小規模な浄水装置でありながら水質の良い浄水を得ることができる。これにより、本発明の小規模な浄水装置は、山間部などの偏狭地でも設置することができ、川や井戸の水を原水として上水化することができる。

また、沈殿槽が竪型に形成され、水入口より導入された凝集反応槽からの処理水が菌床、水出口へと縦方向に流通する場合は、従来技術のように横向きに流通するものと比べて、設置平面積を小さくすることができる。しかも、本発明の沈殿槽は、凝集により生じた汚泥を沈降除去する元来の沈殿槽の機能はもとより嫌気的分解槽の機能も併せ持ち、あたかもこれら２槽を上下一体に構成したものと同等なので、２槽を別々に平置した場合と比べて、よりいっそうの設置面積低減化を図ることができる。

そして、傾斜した筒体内の内面天井部に嫌気性微生物棲息用のスポンジ状体を配備した菌床を用いる場合は、スポンジ状体の嫌気性微生物により生じた汚泥がスポンジ状体から離れて沈降し、筒体の内面底部で受け止められて滑り落ち筒体の下端開口からうまく転落して汚泥排出口へ向かう。従って、スポンジ状体で生じた汚泥を効率よく排出して、嫌気性微生物による分解効率を低下させない。加えて、この菌床の構成部品はいずれも構成が簡素であるので、入手が容易で安価な菌床を提供することができる。

前記した沈殿槽までの処理でも十分に清浄化された浄水が得られるが、沈殿槽の下流に更に生物活性炭槽を配備した場合は、沈殿槽の嫌気的な菌床で分解しきれなかった有機物、または嫌気的な菌床による分解対象以外の有機物が分解除去されるので、よりいっそう良質な浄水を得ることができる。

本発明の最良の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、以下に述べる実施形態は本発明を具体化した一例に過ぎず、本発明の技術的範囲を限定するものでない。ここに、図１は本発明の一実施形態に係る浄水装置の全体を示す概要構成図、図２は前記浄水装置の平面配置を示す平面構成図、図３は前記浄水装置の側面配置を示す側面構成図である。
各図において、この実施形態に係る浄水装置１は例えば水処理能力が３０トン／日の小規模装置であり、川や池などの原水ＳＷを汲み上げるポンプＰ１と、ポンプＰ１からの原水ＳＷを一時収容する着水槽２と、着水槽２から送られてくる原水ＳＷの槽内水位を一定に調整するフロート弁４を有する水位調整槽３と、水位調整槽３からの原水ＳＷにポリ塩化アルミニウムなどの凝集剤および苛性ソーダなどのｐＨ調整剤を加えて撹拌機Ｍ１により混合する混和槽５と、混和槽５からの凝集剤およびｐＨ調整剤入りの原水ＳＷを撹拌機Ｍ２により緩やかに撹拌して原水ＳＷ中の微細な浮遊粒子を凝集処理する凝集反応槽１０と、凝集反応槽１０で得られた処理水ＴＷを受け入れて浮遊粒子の凝集により生じた汚泥を槽本体１２底部の汚泥排出口１４から排出する沈殿槽１１とを備えている。尚、前記した着水槽２は水位調整槽３よりも高い水位を得る位置にオーバーフローラインが設けられ、水位調整槽３、混和槽５、凝集反応槽１０、および沈殿槽１１は同じ水位となるように構成されている。凝集剤は凝集剤タンク６に貯留されていて注入ポンプ７の駆動により混和槽５に注入される。ｐＨ調整剤はアルカリタンク８に貯留されていて注入ポンプ９の駆動により混和槽５に注入される。

更に、浄水装置１は、沈殿槽１１で得た浄水を送水するポンプＰ２と、槽内に砂などのろ材１９を充填してポンプＰ２からの浄水をろ過するろ過槽１７と、ろ過槽１７からの浄水を空気曝気したのち活性炭２３により好気的な生物活性炭処理を行なう生物活性炭槽２１と、生物活性炭槽２１からの浄水に次亜塩素酸ソーダなどの殺菌剤を注入する殺菌剤槽２６および注入ポンプ２７と、殺菌後の浄水ＣＷを一時貯留する浄水槽３０と、浄水槽３０の浄水ＣＷを逆洗水としてろ過槽１７または沈殿槽１１へ送水するポンプＰ３とを備えている。図中符号、３１は運転時間、水処理量、薬剤注入量などの制御条件を設定するための操作盤、３２は前記した各機器が設置される例えばコンクリート製の基台、４５は着水槽２、沈殿槽１１、ろ過槽１７、生物活性炭槽２１からの逆洗水や汚泥を排出するための排水主管である。この浄水装置１は、横幅Ｌが３ｍ、奥行Ｗが１．８ｍ、高さＨが２．２ｍと、非常にコンパクトに構成されている。

沈殿槽１１の槽本体１２は、図４に示すように、縦に長い竪型の有底角筒状に形成されている。槽本体１２の下部は下に行くほど細くなるテーパ状に形成されており、その最底部に汚泥排出口１４が設けられている。槽本体１２の上面開口は上蓋３３で封止されている。槽本体１２における汚泥排出口１４の上方位置には、凝集反応槽１０からの処理水ＴＷを受け入れる水入口１３が設けられている。この水入口１３の高さ位置は凝集反応槽１０の底部の水出口よりも低い位置に設定されている。槽本体１２における水入口１３の上方位置には、菌床ユニット３４が設けられている。槽本体１２における菌床ユニット３４の上方位置、すなわち槽本体１２の上端部近傍には、菌床ユニット３４で生成した浄水ＣＷを排出する水出口１５が設けられている。

菌床ユニット３４は、図４および図５に示すように、平面視正方形状の支持フレーム３５と、支持フレーム３５内で前後左右に整列して配置された多数の菌床４０，４０，４０，・・・とからなっている。これらの菌床４０，４０，４０，・・・は上下３段に分けて配置されている。この場合、菌床４０，４０，４０，・・・は１段につき約２３０個、３段合計で７００本弱が設置されている。
支持フレーム３５は、図６に示すように、平面視略正方形の四つ角に４本の竪棒３６，３６，３６，３６が縦向きに配置され、これらの竪棒３６，３６，３６，・・・に上下通水自由な３枚の支持板３８，３８，３８が上下に適宜間隔で固設されている。各支持板３８上には網材３９がそれぞれ載置固定されている。上記した支持フレーム３５の各材料は例えばステンレス鋼材で構成されている。そして、各網材３９上には、約２３０個の菌床４０が同じ向きに傾斜した姿勢で載置される。上下隣合った網材３９，３９における菌床４０の傾斜方向はそれぞれ逆になっている。

個々の菌床４０は、図７に示すように、傾斜姿勢で配置される例えば合成樹脂パイプ製の筒体４１と、傾斜した筒体４１内の内面天井部に配備された嫌気性微生物棲息用の多数のスポンジ状体４２，４２，・・・とから主に構成されている。筒体４１の傾斜角度θは例えば６０度である。筒体４１は所定の角度範囲で傾斜していることが重要である。かかる所定の傾斜角度範囲は３５〜７５度が好ましい。傾斜角度θが３５度を下回ると、スポンジ状体４２で生じて沈降した汚泥Ｆが筒体４１の内面底部で滑落することなく堆積して処理水ＴＷの流通に支障を来たすおそれがある。また、傾斜角度θが小さくなると筒体４１に係る横寸法が大きくなるため、沈殿槽１１の平面積を大きく採らざるを得ず、浄水装置１の設置スペースが大きくなる。一方、傾斜角度θが７５度を上回ると、処理水ＴＷが筒体４１内を通過する際に、スポンジ状体４２を設けていない側に偏って流れ、スポンジ状体４２と接する頻度が少なくなって嫌気性微生物による分解反応効率が低下するおそれがある。また、或るスポンジ状体４２で生じた汚泥Ｆが下方位置のスポンジ状体４２に降りかかって覆ってしまい処理水ＴＷと嫌気性微生物との接触を阻害するおそれがある。

スポンジ状体４２は例えばポリウレタン板を回転丸ノコで矩形状に切断することによりスポンジ状に毛羽立った立方状体として簡単に得られる。この立方状体は例えば２０ｍｍ角の大きさである。スペーサ４３は例えばポリプロピレン製のチューブを約１０ｍｍ長ずつ切断して得たものである。前記のスポンジ状体４２にステンレス鋼製の線材４４を突き刺して貫通した後、線材４４の先端にスペーサ４３を通すという作業を繰り返すことにより、スポンジ状体４２とスペーサ４３を交互に配置した連繋物が得られる。かかるの連繋物の両端から突出した線材４４，４４をそれぞれ折り曲げて筒体４１両端の外周端面に係止させることにより、菌床４０ができあがる。
菌床４０の筒体４１内を通過する水の流速は、筒体４１内を嫌気性雰囲気とするため、２５ｍ／日以上１１０ｍ／日以下にする必要がある。かかる流速は、浄水装置における高速システム（１２０〜１５０ｍ／日）と低速システム（４〜１０ｍ／日）の間の、いわば中速システムの流速といえる。筒体４１内を通過する水の流速が１１０ｍ／日を超えると、筒体４１内を嫌気性雰囲気に保持できないために嫌気性微生物がスポンジ状体４２に定着せず、微生物による分解処理を行なえない。筒体４１内を通過する水の流速が２５ｍ／日を下回ると、水処理能力が低くなりすぎて実用機として適さなくなる。

上記した生物活性炭槽２１とろ過槽１７は生物活性炭槽２１を上側とし、ろ過槽１７を下側にして上下一体に構成されている。ろ過槽１７内には砂などのろ材１９が充填され、ろ過槽１７におけるろ材１９の上方位置には沈殿槽１１からの浄水を取り入れる水入口１８が設けられている。ろ過槽１７におけるろ材１９の下方位置には、ろ過後の浄水を取り出す水出口２０が設けられている。生物活性炭槽２１内には活性炭２３が充填され、生物活性炭槽２１における活性炭２３の上方位置にろ過槽１７の水出口２０と配管接続された水入口２２が設けられている。生物活性炭槽２１における活性炭２３の下方位置には、生物活性炭処理後の浄水を取り出す水出口２５が設けられている。また、生物活性炭槽２１における活性炭２３の上方位置に、空気注入ライン２４が接続されている。空気注入ライン２４先端の吹出しノズルは生物活性炭槽２１内に配置され、空気吹き出し方向を上向きにして取り付けられている。すなわち、生物活性炭槽２１では、沈殿槽１１からの浄水を空気曝気することにより好気性条件下で生物活性炭処理するようになっている。

また、ポンプＰ２からろ過槽１７の水入口１８までの間には、沈殿槽１１からの浄水量を計測する流量計１６が配備されている。そして、浄水槽３０の下部には、生物活性炭槽２１の水出口２５からの浄水ＣＷを取り入れる水入口２８と、ポンプＰ３の駆動により逆洗用の水を取り出す水取出口２９が設けられている。尚、この浄水装置１では、ろ過槽１７または沈殿槽１１の逆洗中も浄水生成運転を継続できるように、２組の沈殿槽１１、ポンプＰ２、流量計１６、ろ過槽１７、および生物活性炭槽２１を並列に設け、一方の組を通水停止して逆洗を行ない、他方の組で浄水生成運転を行なうようになっている。無論、２組を同時に稼動して処理量を増やした浄水生成運転を行なっても構わない。

引続き、上記した構成の浄水装置１による浄水生成動作を説明する。まず、ポンプＰ１で汲み上げられた原水ＳＷは着水槽２に一時貯留されたのち、水頭差により水位調整槽３に送水される。水位調整槽３内の原水ＳＷはフロート弁４の作動により所定の水位に調整され、混和槽５に供給される。混和槽５では、原水ＳＷに凝集剤タンク６からの凝集剤が所定量添加され、所定のｐＨ値となるようにアルカリタンク８からのｐＨ調整剤が添加され、撹拌機Ｍ１で混和される。
そして、混和槽５で凝集剤などを添加された原水ＳＷが凝集反応槽１０に流入し撹拌機Ｍ２で緩やかに撹拌されることにより、原水ＳＷ中の微細な浮遊粒子が互いに凝集して粒径の大きなフロックとなり水中を浮遊する。かかる凝集処理が施された処理水ＴＷは水入口１３から沈殿槽１１に供給される。沈殿槽１１の槽本体１２内において、処理水ＴＷは上向きに流れて菌床ユニット３４に向かう。一方、処理水ＴＷ中のフロックは更に凝集して汚泥となり槽底部に沈降し定期的に汚泥排出口１４から排水主管４５へ排出される。

菌床ユニット３４の最下段の菌床４０に達した処理水ＴＷは、筒体４１の下端開口から流入する。流入した処理水ＴＷは筒体４１内でスポンジ状体４２，４２，・・・を順次通過する。かかる処理水ＴＷが筒体４１内を通過する流速は約３５ｍ／日である。処理水ＴＷの流速が２５ｍ／日以上１１０ｍ／日以下のときに、筒体４１内が嫌気性雰囲気になる。これにより、嫌気性雰囲気下で棲息する細菌やバクテリアなどの嫌気性微生物がスポンジ状体４２，４２，・・・で増殖する。
そこで、処理水ＴＷが筒体４１内でスポンジ状体４２，４２，・・・を通過するとき、棲息している嫌気性微生物により処理水ＴＷ中の有機物が嫌気的分解され、分解しきれなかった有機物や無機質は凝集して汚泥Ｆとなり筒体４１内の底面に沈降する。この汚泥Ｆは傾斜した筒体４１の底面上を滑落して下端開口から転落し、槽本体１２の汚泥排出口１４へ向かう。下段の菌床４０，４０，４０，・・・で分解処理された処理水は筒体４１の上端開口から流出し、中段の菌床４０，４０，４０，・・・および上段の菌床４０，４０，４０，・・・において、下段の菌床４０，４０，４０，・・・のときと同様に嫌気性微生物による分解処理が施されて浄水となる。上位段の菌床４０，４０，４０，・・・で生じた汚泥Ｆは筒体４１の下端開口から転落して下位段の菌床４０，４０，４０，・・・の筒体４１内外を通過して沈降し、槽本体１２の汚泥排出口１４へ向かう。

前記した菌床ユニット３４の嫌気性分解処理で生成した浄水は、濁度が６〜２０ｐｐｍと十分に清浄化されていて上水道に使用できるものである。但し、本実施形態では、より水質を高めるため、菌床ユニット３４で生成した浄水をろ過槽１７および生物活性炭槽２１にかけるようにした。すなわち、沈殿槽１１で得られた浄水はポンプＰ２によりろ過槽１７へ送られてろ材１９の層で水中の固形分が漉し取られたのち、生物活性炭槽２１へ圧送される。
生物活性炭槽２１では、ろ過槽１７からの浄水中で空気注入ライン２４からの空気を上向きに噴射して空気中の酸素を十分に溶け込ませる。空気注入ライン２４から噴射された空気のほとんどは、生物活性炭槽２１の上端部に設けられた空気放出口（図示省略）から槽外へ放出される。そうして、十分な酸素が溶け込んだ浄水は活性炭２３の層に通されて、沈殿槽１１の菌床４０で分解しきれなかった有機物、または菌床４０による分解対象以外の有機物が、活性炭２３の微細孔中に棲息している好気性微生物により分解除去される。これにより、濁度が０．０１ｐｐｍ程の清浄な浄水ＣＷが得られる。濁度が０．１ｐｐｍを下回るとクリプトスポリジューム菌による影響を考慮せずに済むとされていることから、この浄水ＣＷは極めて良質な水である。かかる浄水ＣＷは殺菌剤槽２６から適量の殺菌剤が添加されたのち浄水槽３０に一時貯留される。浄水槽３０の浄水ＣＷは需要により取り出して飲用その他に使用され、あるいはポンプＰ３の駆動によりろ過槽１７または沈殿槽１１の逆洗用として用いられる。

以上に述べた実施形態の浄水装置１によれば、処理水が沈殿槽１１の菌床４０を通過するときに、嫌気性微生物により水中の有機物が嫌気的分解により除去されるので、比較的遅い流速の小規模な装置であっても水質の良い浄水を得ることができる。これにより、この浄水装置１は、山間部などの偏狭地に設置することができ、川や井戸の水を原水として上水化することができる。
また、凝集反応槽１０からの処理水ＴＷを竪型の沈殿槽１１内で縦方向に流通させて処理するので、従来技術のように横向きに流通するものと比べて、沈殿槽１１の設置平面積を小さくすることができる。また、沈殿槽１１は、元来の沈殿槽と嫌気的分解槽をあたかも上下一体に設けたものと同等であるので、よりいっそうの設置面積低減化を図ることができる。加えて、ろ過槽１７と生物活性炭槽２１が上下一体配置であることも、浄水装置１の更なる設置面積低減化に寄与している。
そして、傾斜した筒体４１内の内面天井部に嫌気性微生物棲息用のスポンジ状体４２を配備した菌床４０を用いたので、スポンジ状体４２で生じた汚泥を効率よく排出することができ、嫌気性微生物による分解効率を低下させることがない。加えて、この菌床ユニット３４および菌床４０を入手容易で安価に提供することができる。

尚、本発明に係る浄水装置が、上記の実施形態に示した、水処理能力、各機器の寸法、形状、構造、材質に限定されないことは言うまでもない。例えば、沈殿槽に設けられる菌床の形態を上記した実施形態以外の態様にしてもよい。あるいは、上記の実施形態でろ過槽１７を下側とし生物活性炭槽２１を上側に配置したが、それらを上下逆に配置しても構わない。

本発明の一実施形態に係る浄水装置の全体を示す概要構成図である。 前記浄水装置の平面配置を示す平面構成図である。 前記浄水装置の側面配置を示す側面構成図である。 前記浄水装置の沈殿槽の一部側断面を含む側面構成図である。 図４におけるＡ−Ａ線矢視図である。 前記沈殿槽に用いる菌床ユニットの支持フレームを示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。 前記菌床ユニットに用いる菌床の一部側断面を含む側面構成図である。 前記菌床のスポンジ状体とスペーサを組み立てる態様を示す説明図である。

符号の説明

１ 浄水装置
６ 凝集剤タンク
７ 注入ポンプ
１０ 凝集反応槽
１１ 沈殿槽
１２ 槽本体
１３ 水入口
１４ 汚泥排出口
１５ 水出口
２１ 生物活性炭槽
２３ 活性炭
２４ 空気注入ライン
３４ 菌床ユニット
４０ 菌床
４１ 筒体
４２ スポンジ状体
Ｆ 汚泥
ＳＷ 原水
ＴＷ 処理水
θ 傾斜角度

Claims (4)

1. 供給された原水中の浮遊粒子を凝集剤により凝集処理する凝集反応槽と、凝集反応槽からの処理水を受け入れて浮遊粒子の凝集により生じた汚泥を槽本体底部の汚泥排出口から排出する沈殿槽とを備えてなり、沈殿槽内に嫌気性微生物棲息用の菌床を設け、菌床を通過する水の流速を２５ｍ／日以上１１０ｍ／日以下に設定したことを特徴とする浄水装置。
2. 沈殿槽の槽本体が竪型に形成され、槽本体の汚泥排出口上方位置に、凝集反応槽からの処理水を受け入れる水入口が設けられ、槽本体の水入口上方位置に、菌床が設けられ、槽本体の菌床上方位置に、菌床で得られた浄水を排出する水出口が設けられている請求項１に記載の浄水装置。
3. 菌床は、槽本体内に傾斜姿勢で配備された筒体と、傾斜した筒体内の内面天井部に配備された嫌気性微生物棲息用のスポンジ状体とから構成されている請求項１または請求項２に記載の浄水装置。
4. 沈殿槽の下流に、沈殿槽からの浄水を好気性条件下で生物活性炭処理する生物活性炭槽を配備した請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の浄水装置。

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