JP2015147168A - 水処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】水槽を省スペース化しつつ、高密度で沈降性の高い良好なフロックを形成する。【解決手段】原水から浄水を得る水処理方法は、原水が貯水されたフロック形成槽１０に無機凝集剤を注入する第１凝集ステップと、フロック形成槽１０と沈殿槽３０とを連結する配管２０を介して、流速０．７ｍ／ｓ〜２．０ｍ／ｓで３０〜６０秒以内にフロック形成槽１０から沈殿槽３０へ水を輸送する輸送ステップと、沈殿槽３０に無機凝集剤を注入する第２凝集ステップと、を含む。フロック形成槽１０および沈殿槽３０には、各槽に注入される無機凝集剤の注入率総量が２０ｐｐｍ以上となるように、無機凝集剤が注入される。【選択図】図１

Description

本発明は、原水から浄水を得るための水処理方法に関する。

飲料水等の浄水は、河川等から取水された原水を浄化して生成される。原水から浄水を得るための水処理は、一般に、原水に含まれる細かい砂や土等を凝集してフロックを形成した後沈殿させる凝集沈殿処理、フロックが除かれた水をろ過するろ過処理とからなる。

例えば特許文献１には、３以上の連続した水槽に分割されたフロック形成槽を設け、フロック形成槽流入水と２槽目以降への流入水とに凝集剤を添加する凝集沈殿処理が開示されている。かかる凝集沈殿処理では、沈殿処理後上澄水に含まれるフロックを細粒、高密に保持することが可能となり、フロック形成槽からの流出フロック量を最小化することができる。

特開２００９−４５５３２号公報

しかし、上記特許文献１では、細粒、高密なフロックを得るため、フロック形成槽を３槽以上設けなければならず、大幅なスペースが必要であった。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、水槽を省スペース化することが可能な、新規かつ改良された水処理方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、原水から浄水を得る水処理方法が提供される。かかる水処理方法では、原水が貯水された第１槽に無機凝集剤を注入する第１凝集ステップと、第１槽と第２槽とを連結する配管を介して、流速０．７ｍ／ｓ〜２．０ｍ／ｓで３０〜６０秒以内に第１槽から第２槽へ水を輸送する輸送ステップと、第２槽に無機凝集剤を注入する第２凝集ステップと、を含み、第１槽および第２槽には、各槽に注入される無機凝集剤の注入率総量が２０ｐｐｍ以上となるように、無機凝集剤が注入されることを特徴とする。

本発明によれば、まず、第１槽にて無機凝集剤によって１次フロックを形成し、第１槽で形成した１次フロックを配管による輸送によって一部破壊する。その後、第２槽にて凝集性の高い１次フロックを核として破壊されたフロックを再凝集する。これにより、水槽を２つの槽として省スペース化しつつ、高密度で沈降性の高い良好なフロックを形成することができ、所望の浄水を製造することが可能となる。

第２槽へ注入される無機凝集剤の注入率は、第１槽へ注入される無機凝集剤の注入率より高くしてもよい。凝集性の良好な懸濁物質は少量の凝集剤でフロック化する。したがって、第１槽より第２槽の無機凝集剤注入率を高くすることで、無機凝集剤の過注入を防止し、総使用量を削減することができる。

以上説明したように本発明によれば、凝集沈殿処理を行う２つの槽に対して無機凝集剤を注入することで、水槽を省スペース化することができる。

本発明の実施形態に係る水処理方法を適用した浄水製造プロセスを説明する説明図である。 実施例１におけるフロック槽および沈殿槽へのＰＡＣ注入率と沈殿槽の上澄水濁度との関係を示すグラフである。 実施例２における水の配管内の輸送時間と沈殿槽の上澄水濁度との関係を示すグラフである。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

＜１．浄水製造プロセスの概要＞
まず、図１を参照して、本発明の実施形態に係る水処理方法を適用した浄水製造プロセスについて説明する。図１は、本実施形態に係る水処理方法を適用した浄水製造プロセスを説明する説明図である。本実施形態では、原水を浄化して浄水を得る浄水製造プロセスを説明する。

本実施形態に係る浄水プロセスは、図１に示すように、フロック形成槽１０、沈殿槽３０、およびろ過槽４０から構成される。フロック形成槽１０と沈殿槽３０とは、配管２０によって連結されている。

フロック形成槽１０は、河川等から取水された淡水等の原水を貯水する第１槽である。ロック形成槽１０に貯水される水量は、流量調整弁５によって調整されている。フロック形成槽１０では、貯水された水に対して無機凝集剤が注入され、１次フロックが形成される。無機凝集剤は、水中に浮遊している微粒子を凝集させて大きな粒子とするための薬剤であり、例えばポリ塩化アルミニウム（Poly aluminium chloride、以下、「ＰＡＣ」とする。）や塩化第二鉄、ポリ硫化第二鉄、消石灰等を用いることができる。フロック形成槽１０は、注入された無機凝集剤を拡散させるため、攪拌機能を備えているのが望ましい。フロック形成槽１０に貯水された水は、配管２０を介して沈殿槽３０へ輸送される。

配管２０は、フロック形成槽１０から沈殿槽３０への水の輸送経路として設けられる。配管２０には、流量調整弁２５が設けられており、フロック形成槽１０から沈殿槽３０への水の流速および輸送時間が調整される。配管２０では、フロック形成槽１０から水を沈殿槽３０へ輸送する間に、フロック形成槽１０で形成された１次フロックのうち凝集性の低いフロックを破壊する。すなわち、配管２０により、フロック形成槽１０で形成された１次フロックが凝集性の高いものと低いものとに区別され、凝集性の高いもののみフロックの状態で沈殿槽３０に到達する。

配管２０内の水の流速Ｖは約０．７〜２．０ｍ／ｓに設定され、配管２０を通過する輸送時間Ｔは約３０〜６０秒に設定される。高流速または長時間での輸送は、フロック形成層１０で形成された１次フロックのうち凝集性の高いフロックをも一部破壊してしまう可能性がある。また、低流速または短時間での輸送は、フロック形成層１０で形成された１次フロックのうち凝集性の低いフロックを十分に破壊できない可能性がある。これより、上記範囲内の流速および輸送時間で、水は輸送されるように調整される。

なお、配管２０の各槽の高さ方向における設置位置は特に限定されない。例えば、各槽の高さ方向下側（底部側）を連結するように配管２０を設けてもよい。また、配管２０は、円筒の他に、断面が多角形状の中空部材により形成してもよい。配管２０の断面積およびその長さは、上述の流速Ｖおよび輸送時間Ｔに応じて決定される。

沈殿槽３０は、配管２０を介してフロック形成槽１０から輸送された水を貯水し、フロックを沈殿させる第２槽である。沈殿槽３０においても貯水された水に対して無機凝集剤が注入される。沈殿槽３０へ輸送されてきた水は、凝集性の高い１次フロックを含んでいる。沈殿槽３０では、凝集性の高いフロックを良質な核として、配管２０での輸送時に破壊されたフロックが再凝集され、２次フロックが形成される。したがって、２次フロックは、高密度で沈降性の高いフロックとなる。

沈殿槽３０では、水と２次フロックとが固液分離され、槽底に沈殿した２次フロックは系外に排出される。一方、沈殿槽３０の上澄水は、沈殿槽３０にて処理された処理水としてろ過槽４０へ輸送される。沈殿槽３０の上澄水は、水の濁り度合いを示す濁度が所定の基準値α_１以下となるように処理される。なお、本実施形態でいう濁度は、ＪＩＳ規格（Ｋ０１０１工業用水試験方法、９．４積分球濁度）に基づき測定されるものとする。基準値α_１は、ろ過槽４０で得られる浄水が所定の基準を満たすために要求される値に設定され、例えば約０．５度に設定される。

ろ過槽４０は、沈殿槽３０の上澄水をろ過する槽である。ろ過槽４０にてろ過することで、沈殿槽３０の上澄水からさらに不純物が除去され、低濁度の浄水が得られる。この浄水の濁度は、基準値α_２以下となるように処理される。基準値α_２は、例えば約０．１度に設定される。

＜２．フロックの形成＞
本実施形態に係る浄水製造プロセスでは、フロック形成槽１０および沈殿槽３０にて水中に浮遊している微粒子を凝集させて大きな粒子にし、沈降させる凝集沈殿処理が行われる。このとき、高密度で沈降性の高いフロックを得るため、まず、フロック形成槽１０にて無機凝集剤によって１次フロックを形成させる（第１凝集処理）。次いで、フロック形成槽１０で形成した１次フロックを配管２０による輸送によって一部破壊する（輸送処理）。その後、沈殿槽３０にて凝集性の高い１次フロックを核として破壊されたフロックを再凝集する（第２凝集処理）。

このような浄水製造プロセスでは、フロック形成槽１０での第１凝集処理および沈殿槽３０での第２凝集処理においてそれぞれに注入される無機凝集剤の注入率と、配管２０による輸送処理における水の流速Ｖおよび輸送時間Ｔとが重要となる。

無機凝集剤の注入率については、まず、フロック形成槽１０および沈殿槽３０に注入される無機凝集剤の注入率総量は２０ｐｐｍ以上とされる。無機凝集剤の注入率総量が２０ｐｐｍを下回ると、絶対量が不足し、良好なフロックが形成されなくなる。したがって、無機凝集剤の注入率総量を２０ｐｐｍとすることで凝集性の高い良好なフロックが確実に形成されるようにする。

また、フロック形成槽１０および沈殿槽３０にそれぞれ注入される無機凝集剤の注入率は、フロック形成槽１０よりも沈殿槽３０の方が高くなるようにする。凝集性の良好な懸濁物質は少量の凝集剤でフロック化する。したがって、フロック形成槽１０より沈殿槽３０の無機凝集剤注入率を高くすることで、無機凝集剤の過注入を防止し、総使用量を削減することができる。

なお、配管２０による輸送処理における水の流速Ｖおよび輸送時間Ｔについては、上述したように、流速Ｖは約０．７〜２．０ｍ／ｓに設定され、輸送時間Ｔは約３０〜６０秒に設定される。高流速または長時間での輸送は、フロック形成層１０で形成された１次フロックのうち凝集性の高いフロックをも一部破壊してしまう可能性がある。また、低流速または短時間での輸送は、フロック形成層１０で形成された１次フロックのうち凝集性の低いフロックを十分に破壊できない可能性があるためである。

このようにフロックを形成することで、沈殿槽３０にて沈降性の高い良好なフロックを形成することができる。

＜３．まとめ＞
以上、本実施形態に係る水処理方法を適用した浄水製造プロセスについて説明した。本実施形態では、原水が貯水されたフロック形成槽１０に無機凝集剤を注入した後、フロック形成槽１０と沈殿槽３０とを連結する配管２０を介して、流速０．７ｍ／ｓ〜２．０ｍ／ｓで３０〜６０秒以内に水を輸送し、輸送された水が貯水された沈殿槽３０に無機凝集剤を注入する。この際、フロック形成槽１０および沈殿槽３０に注入される無機凝集剤の注入率総量が２０ｐｐｍ以上となるように無機凝集剤を注入する。これにより、水槽を２つの槽として省スペース化しつつ、高密度で沈降性の高い良好なフロックを形成することができ、所望の浄水を製造することが可能となる。

実施例１では、フロック形成槽および沈殿槽に注入する無機凝集剤の注入率を変化させたときの水の浄化状況について検証した。実施例１では、河川水を原水として利用し、図１に示した浄水製造プロセスに則り、凝集沈殿試験を行った。無機凝集剤としては、ＰＡＣを用いた。

凝集沈殿試験では、ＰＡＣの注入率を、フロック形成槽で１０〜６０ｐｐｍ、沈殿槽で０〜４０ｐｐｍの範囲で変動させ、各槽へのＰＡＣ注入率組合せ毎の上澄水濁度を測定した。この際、フロック形成槽および沈殿槽にそれぞれＰＡＣを注入した場合（実施例Ａ〜Ｄ）と、フロック形成槽にのみＰＡＣを注入した場合（比較例Ａ、Ｂ）とについて実験を行った。ＰＡＣ注入率総量は、比較例Ｂを除き、２０ｐｐｍ以上とした。

なお、本実施例における配管によるフロック形成槽から沈殿槽への水の輸送時間は６０秒で流速１．０ｍ／ｓで統一した。実施例１では、沈殿槽で処理された処理水の濁度（上澄水濁度）が０．５度以下であるものを良として評価した。結果を図２に示す。

まず、フロック形成槽および沈殿槽にそれぞれＰＡＣを注入した場合（実施例Ａ〜Ｄ）と、フロック形成槽にのみＰＡＣを注入した場合（比較例Ａ、Ｂ）とについて比較すると、図２に示すように、フロック形成槽および沈殿槽にそれぞれＰＡＣを注入した実施例Ａ〜Ｄでは上澄水濁度が０．５度以下となった。一方、フロック形成槽にのみＰＡＣを注入した比較例Ａ、Ｂでは、上澄水濁度が０．５度を超える結果となった。これより、ＰＡＣを２槽に分割して注入することで、良質なフロックが形成され、上澄水濁度が０．５度以下を達成できることが分かった。

また、フロック形成槽および沈殿槽にそれぞれＰＡＣを注入した場合、ＰＡＣ注入率総量が同じである実施例Ａ、Ｂを比較すると、上澄水濁度は、フロック形成槽より沈殿槽のＰＡＣ注入率が高い実施例Ｂの方が低減した。実施例Ｃについても、フロック形成槽より沈殿槽のＰＡＣ注入率を高くしたことで、実施例Ｂよりも上澄水濁度が低減する結果となった。

なお、実施例Ｃは実施例Ａ、ＢよりもＰＡＣ注入率総量が少ないが上澄水濁度が低減する結果となったが、実施例ＤはＰＡＣ注入率総量が実施例Ｃより少ないが上澄水濁度は高くなる結果となった。このように、ＰＡＣ注入率総量が多いほど上澄水濁度が低下するとも限らないが、これは原水の濁度等の影響により変化すると考えられる。なお、比較例２より、ＰＡＣ注入率総量が２０ｐｐｍを下回るとフロックを十分に形成することができず、沈殿槽の上澄水濁度が０．５度を超えてしまう。

したがって、原水の濁度等に応じて、ＰＡＣ注入率総量が２０ｐｐｍ以上で凝集性の高いフロックを形成できる最適なＰＡＣ注入率総量、および各槽への注入率を設定することで、ＰＡＣの使用量を削減しつつ、良質なフロックを形成できると考えられる。

実施例２では、配管を介してフロック形成槽から沈殿槽へ水を輸送する、水の流速および輸送時間について検証した。実施例２では、実施例１同様、河川水を原水として利用し、図１に示した浄水製造プロセスに則り、凝集沈殿試験を行った。無機凝集剤としては、ＰＡＣを用いた。

凝集沈殿試験では、ＰＡＣの注入率を、フロック形成槽で２０ｐｐｍ、沈殿槽で４０ｐｐｍに統一した。そして、フロック形成槽〜沈殿槽間の輸送時間を０〜７０秒、流速を０．７〜２．０ｍ／ｓの範囲で変動させ、沈殿槽の上澄水濁度を測定した。なお、輸送時間０秒の状態とは、フロック形成槽から沈殿槽への水の輸送に配管を用いず、槽内の水をオーバーフローさせることにより行われる状態であるとする。実施例２においても、沈殿槽で処理された処理水の濁度（上澄水濁度）が０．５度以下であるものを良として評価した。結果を図３に示す。

配管の流速を０．７ｍ／ｓのとき、沈殿槽の上澄水濁度は、水が配管内を通過する輸送時間が長くなるにつれて徐々に低くなり０．５度以下となった。輸送時間が約５０秒のときに沈殿槽の上澄水濁度は最も低くなり、さらに輸送時間が長くなると沈殿槽の上澄水濁度は急激に高くなって０．５度を上回った。図３のグラフより、流速０．７ｍ／ｓの時には、水の輸送時間は約１０〜６６秒の間に設定することで、沈殿槽の上澄水濁度を０．５度以下とすることができる。なお、流速が０．７ｍ／ｓを下回ると、フロック形成槽で形成された１次フロックが配管内に溜まって詰まりが発生し易くなるため、流速は０．７ｍ／ｓ以上とするのがよい。

また、流速が０．７ｍ／ｓより大きくなると、配管を通過する際にフロック形成槽で形成された１次フロックは破壊され易くなると考えられる。例えば流速が２．０ｍ／ｓとなると、図３に示すように、流速１．５ｍ／ｓのときよりも沈殿槽の上澄水濁度は高くなり、輸送時間３０秒のときには濁度は約０．５度となった。なお、輸送時間を６０秒まで長くした場合には、輸送時間３０秒の場合よりも沈殿槽の上澄水濁度は低下しており、流速０．７ｍ／ｓの場合の輸送時間と沈殿槽の上澄水濁度との関係からも、輸送時間３０〜６０秒の範囲において、濁度が０．５度を超えることはないと考えられる。

これより、確実に沈殿槽の上澄水濁度を０．５度以下とするには、配管の流速を０．７〜２．０ｍ／ｓの範囲内として、３０〜６０秒以内に配管内を輸送させるのが最適であることがわかる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１０ フロック形成槽（第１槽）
２０ 配管
２５ 流速調整弁
３０ 沈殿槽（第２槽）
４０ ろ過槽

Claims (2)

1. 原水から浄水を得る水処理方法において、
   原水が貯水された第１槽に無機凝集剤を注入する第１凝集ステップと、
   前記第１槽と第２槽とを連結する配管を介して、流速０．７ｍ／ｓ〜２．０ｍ／ｓで３０〜６０秒以内に前記第１槽から前記第２槽へ水を輸送する輸送ステップと、
   前記第２槽に無機凝集剤を注入する第２凝集ステップと、
   を含み、
   前記第１槽および前記第２槽には、各槽に注入される無機凝集剤の注入率総量が２０ｐｐｍ以上となるように、前記無機凝集剤が注入されることを特徴とする、水処理方法。
2. 前記第２槽へ注入される前記無機凝集剤の注入率は、前記第１槽へ注入される前記無機凝集剤の注入率より高いことを特徴とする、請求項１に記載の水処理方法。
   

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