JP2016175006A

JP2016175006A - 浄水処理装置

Info

Publication number: JP2016175006A
Application number: JP2015055872A
Authority: JP
Inventors: 小林　健一; Kenichi Kobayashi; 健一小林; 眞喜男柳生; Makio Yagyu
Original assignee: HANSHIN WATER SUPPLY AUTHORITY; Osaka City
Current assignee: HANSHIN WATER SUPPLY AUTHORITY; Osaka City
Priority date: 2015-03-19
Filing date: 2015-03-19
Publication date: 2016-10-06
Anticipated expiration: 2035-03-19
Also published as: JP6027163B2

Abstract

【課題】低水温期においても、溶解性マンガン成分やアンモニア態窒素成分を確実に除去できると共に、高度浄水処理と同等程度以上の浄水処理を行う浄水処理装置を提供する。【解決手段】上流において繰返し利水された都市圏の河川中・下流域で取水する上水用原水中から、上水水質阻害成分の除去を行う浄水処理装置であって、生物高速ろ過槽と、生物処理槽と、を備え、前記上水用原水を前記生物高速ろ過槽に供給して、該原水由来の微生物により生物処理を行い、低減し、次いで前記生物高速ろ過槽の流出水に微粉末状及び粉末状から成る活性炭を添加して前記生物処理槽に供給し、該生物処理槽内にて、該原水由来の微生物を培養随伴した該活性炭と該流出水とを曝気により対流・混合させて、上水水質阻害成分を吸着処理及び生物処理すると共に、生物処理槽内水から前記浸漬型膜ろ過装置により、固液分離して浄水を得ることを特徴とする浄水処理装置。【選択図】図１

Description

本発明は、活性炭吸着処理、生物処理及び膜ろ過処理を組み合せた浄水処理装置において、膜ろ過装置による確実な固液分離を行うと共に、上水水質阻害成分のうち特に溶解性マンガン成分やアンモニア態窒素成分を微生物の活動が衰える低水温期においても確実に除去できて、高度浄水処理と同程度以上の浄水処理を行うことができる浄水処理装置に関するものである。

都市部においての浄水処理は、上水を大量に必要とすることから、凝集沈殿処理と急速ろ過処理とを併用する方法が用いられてきた。しかしながら、急速ろ過処理では、大量の上水を処理して製造できるというメリットの反面、カビ臭やトリハロメタン前駆物質等を取り除けないという問題があった。特に淀川のような上流において繰返し利水された都市圏の河川中・下流域で取水する上水用の原水は、水源をダム（琵琶湖）に頼らざるを得ないので、ダムの富栄養化によるカビ臭の発生が問題となっていた。また、上流で使用した水を下水として排水し、それを含んだ河川水を取水するので、下水由来のアンモニア態窒素や微量化学物質に対応しなければならないという問題もあった。そこで、オゾン処理、活性炭吸着処理を加えることによってカビ臭やトリハロメタン前駆物質等を取り除く高度浄水処理が用いられている。

しかしながら、高度浄水処理を行うためには、凝集沈殿池と急速ろ過池の他にオゾン接触槽や生物活性炭吸着槽等の広い用地が必要であり、また、オゾン処理によって発ガンする危険性がある臭素酸を生成するおそれがあり、また、高度浄水処理のための新たな制御システムの追加が必要となって運転管理が複雑になり、また、廃オゾンを処理しなければならないという問題があった。

そこで、従来の急速ろ過池やオゾン接触池を用いずに、高度浄水処理と同等以上の水処理能力を有し、簡潔な運転管理が可能な次世代型浄水システムの構築が求められてきている。急速ろ過池やオゾン接触池を用いずに簡潔な運転管理が可能な浄化方法としては、例えば、微生物が付着した粉末活性炭を処理槽内に投入して、生物作用と吸着作用で原水中の溶解性有機物及び金属成分を除去し、処理槽内に設けられた膜分離装置によって原水中に含まれる固形成分を分離する浄水方法の先行技術が開示されている（参考文献１）。

特開平１１−２０７３７８号公報（〔０００４〕〜〔００２０〕、〔図１〕）

特許文献１の先行技術には、生物処理と膜ろ過処理とを１つの装置ですることによって、活性炭と生物処理によって、マンガンを除去できると共に省スペース化が図れることが開示されている。しかし、試しに実施してみると、例えば、平均水温２２．４℃に対して、平均水温９．２℃では、溶解性マンガンの処理能力は約２／３になったように、低水温期には、やはり活性炭を用いても生物の活性が低下するので、溶解性マンガンやアンモニア態窒素の除去能力は、著しく低下するという問題があった。

本発明は、これらの問題を解決したものであって、低水温期においても、溶解性マンガン成分やアンモニア態窒素成分を確実に除去できると共に、高度浄水処理と同等程度以上の浄水処理を行う浄水処理装置を提供するものである。

上記の目的を達成するために、本願発明の請求項１に係る浄水処理装置は、上流において繰返し利水された都市圏の河川中・下流域で取水する上水用原水中から、上水水質阻害成分、特にマンガン成分、アンモニア態窒素成分、濁度成分の除去を行う浄水処理装置であって、上部にパイプ状ろ材層と下部に粒状ろ材層から構成される生物高速ろ過槽（以下、ＢＲＦと称す。）と、浸漬型膜ろ過装置を槽内に、汚泥排出装置を槽底部に設置し、また槽内に少なくとも曝気装置を設置した生物処理槽と、を備え、前記上水用原水を前記ＢＲＦに供給して、該原水由来の微生物により生物処理を行い、該原水中のマンガン成分、アンモニア態窒素成分、濁度成分を低減し、次いで前記ＢＲＦの流出水に微粉末状及び粉末状から成る活性炭（以下、微粉末活性炭及び粉末活性炭と称す。）を添加して前記生物処理槽に供給し、該生物処理槽内にて、該原水由来の微生物を培養随伴した該活性炭と該流出水とを曝気により対流・混合させて、マンガン成分、アンモニア態窒素成分を含む上水水質阻害成分を吸着処理及び生物処理すると共に、生物処理槽内水から前記浸漬型膜ろ過装置により、固液分離して浄水を得ることを特徴とする。

この構成を採用することにより、上流において繰返し利水された都市圏の河川中・下流域で取水する上水用の原水が、上流と比べて、アンモニア態窒素や濁度成分が多いにも拘らず、ＢＲＦで生物処理及びろ過処理された後、生物処理槽内で吸着処理及び生物処理され、浸漬型膜ろ過装置により固液分離して浄水処理される。なお、上水水質阻害成分とは、濁度成分、アンモニア態窒素成分、溶解性マンガン成分、カビ臭等の微量成分、等をいう。

まず、上水用原水は、ＢＲＦを通過することによって、主に、マンガン成分、アンモニア態窒素成分、濁度成分が前処理される。ＢＲＦは、そのろ過槽内に、下層に粒状のろ材を、その上層にパイプ状のろ材を敷き詰めてろ層としている。パイプ形状によってろ材の表面積が増えるので、原水由来の微生物が、ろ材中に多数生息できる。また、パイプ形状のろ材によって水流が乱されるので上水用原水がろ材の中を満遍なく行き渡ると共に、そのパイプ形状によって原水と微生物との接触機会が増加するので、微生物は確実に溶解性マンガン成分、アンモニア態窒素成分を生物処理し、濁度成分、不溶解性マンガン成分をろ過処理することができる。よって、低水温期のように微生物の活性が低い時期や、河川の増水等による水質悪化時においても、特に、上水用原水中の溶解性マンガン成分、アンモニア態窒素成分、濁度成分を確実に低減する前処理を行うことができるので、次工程の生物処理槽において、ＢＲＦからの流出水（生物処理槽への流入水）の水質を、特に溶解性マンガン成分、アンモニア態窒素成分、濁度成分を低減して安定させることができる。また、使用する微生物は、都市圏の河川中・下流域で取水する上水用原水中に生息する微生物なので、原水の水質悪化に対しても順応性が高く、優れた生物処理性能を発揮できる。

ＢＲＦで処理された流出水は、生物処理槽に供給する。そして、生物処理槽に直接、又はＢＲＦから生物処理槽までの流入過程において、微粉末活性炭及び粉末活性炭を流出水に添加する。

次に、ＢＲＦの流出水は、生物処理槽に流入して前記活性炭により吸着処理及び生物処理される。生物処理槽の槽内に浸漬型膜ろ過装置を、槽内底部に汚泥排出装置を、槽内下部に曝気装置を備えている。また、前述したように、生物処理槽には微粉末活性炭と粉末活性炭が、流入又は添加されている。

カビ臭等の微量成分等が生物処理槽内の微粉末活性炭と粉末活性による吸着作用によって除去される。微粉末活性炭は、単位重量当たりの表面積が大きいので、粉末活性炭よりも吸着作用が大きい。よって、微粉末活性炭は、微量成分を除去するのに有効である。

曝気装置により、原水由来の微生物へ溶存酸素を供給し活発に活動させると共に、生物処理槽内の水を対流させることによって活性炭を混合させることができる。よって、生物処理槽内において、活性炭及び微生物を含む生物処理槽内水を、対流により満遍なく混合して行きわたらせることができるので、確実に活性炭による吸着処理と微生物による生物処理を行うことができ、上水水質阻害成分を処理できる。よって、ＢＲＦで前処理された後の残存している溶解性マンガン成分、アンモニア態窒素成分、濁度成分等を確実に低減する処理をすることができる。

活性炭は、長時間使用され続けると吸着能が低下し、カビ臭等の微量成分を吸収できなくなるので、吸着能を一定水準に保つために、生物処理槽には、随時、新しい微粉末活性炭及び粉末活性炭が、流入又は添加されている。また、生物処理槽内水は、膜ろ過装置によって固液分離されて浄水は槽外に排出されるが、固体成分の活性炭や微生物が濃縮される。すると、それにより活性炭や微生物の濃度が上がっていき、溶解性マンガン成分、アンモニア態窒素成分の上水水質阻害成分の処理能力は向上するが、濃縮によりろ過膜が目詰まりを起こす頻度が高くなる。そこで、生物処理槽の底部に汚泥排出装置を設けることによって、長時間の滞在により肥大した使用済みの活性炭等を排出できるので、活性炭濃度や微生物濃度を適正にすることができると共に目詰りの原因物質を除去してリセットするためのろ過膜の薬品洗浄の回数を減らして、正常な運転状態を維持することができる。

十分に、微粉末活性炭と粉末活性炭で吸着処理し、同時に微生物によって生物処理された生物処理槽内水を、膜ろ過装置に通すことによって、固液分離されて浄水を得ることができる。これらの吸着処理、生物処理、固液分離処理によって、膜ろ過装置を通過した浄水は、上水水質阻害成分を適正に除去し、特に溶解性マンガン成分、アンモニア態窒素成分、濁度成分を適正に処理できる。

請求項２に係る浄水処理装置は、上流において繰返し利水された都市圏の河川中・下流域で取水する上水用原水中から、上水水質阻害成分、特に溶解性マンガン成分、アンモニア態窒素成分、濁度成分の除去を行う浄水処理装置であって、上部にパイプ状ろ材層と下部に粒状ろ材層から構成されるＢＲＦと、汚泥排出装置を槽底部に設置し、また槽内に曝気装置を設置した生物処理槽と、槽外にケーシング型膜ろ過装置と、を備え、前記上水用原水を前記生物急速ろ過槽に供給して、該原水由来の微生物により生物処理を行い、該原水中のマンガン成分、アンモニア態窒素成分、濁度成分を低減し、次いで前記ＢＲＦの流出水に微粉末活性炭及び粉末活性炭を添加して前記生物処理槽に供給し、該生物処理槽内にて、該原水由来の微生物を培養随伴した該活性炭と該流出水とを、曝気により対流・混合させて、マンガン成分、アンモニア態窒素成分を含む上水水質阻害成分を吸着処理及び生物処理すると共に、生物処理槽内水を抜出し、圧送して前記ケーシング型膜ろ過装置により、固液分離して、浄水を得ることを特徴とする。

この構成を採用することにより、請求項２に係る浄水処理装置は、上流において繰返し利水された都市圏の河川中・下流域で取水する上水用の原水が、ＢＲＦで生物処理及びろ過処理された後、生物処理槽内で吸着処理及び生物処理され、さらに、生物処理槽から抜き出した生物処理槽内水を圧送して前記ケーシング型膜ろ過装置で固液分離して浄水処理される。

上水用原水が、ＢＲＦで前処理されて、生物処理槽に流入し生物処理、吸着処理されるまでは、請求項１の場合の〔００１０〕から〔００１５〕の説明と同様である。

生物処理槽で処理された該生物処理槽内水の濁度成分の濃度が低い部分の上層水を抜出して、ポンプによってケーシング型膜ろ過装置に圧送する。圧送された抜出水は、ケーシング型膜ろ過装置によって、固液分離を行い浄水を得ることができる。これらの生物処理槽内での吸着処理、生物処理、及び膜ろ過装置での固液分離処理によって、膜ろ過装置を通過した浄水は、上水水質阻害成分、特にマンガン成分、アンモニア態窒素成分、濁度成分を適正に除去できる。

請求項３に係る浄水処理装置は、請求項１の浄水処理装置において、膜ろ過性能を向上させる凝集剤とＰＨ調整剤を前記ＢＲＦの流出水に添加し、混合することを特徴とする。請求項４に係る浄水処理装置は、請求項２の浄水処理装置において、前記ケーシング型膜ろ過装置の直前に膜ろ過性能を向上させる凝集剤とＰＨ調整剤を前記抜出した生物処理槽内水に添加し、混合することを特徴とする。

膜ろ過装置でろ過する前に凝集剤を上水用原水に添加すれば、濁度成分を凝集し、ろ過膜によるろ過がしやすく、また、ろ過膜が微細成分で目詰りしにくくなるので、正常な運転状態を維持することができる。

請求項３においては、ＰＨ調整剤を併用することよって、凝集剤の凝集効果が上がるＰＨに調整できるので、前述したように、膜が目詰りしにくくなる。よって、膜の薬品洗浄回数が少なくなり、ろ過膜を傷めにくくなる。

請求項４においては、ケーシング型膜ろ過装置の圧送前のろ過膜直近において、凝集剤の凝集効果が上がるＰＨに調整できるので、固液分離を確実に行うことができる。

請求項５に係る浄水処理装置は、請求項１から４のいずれかの浄水処理装置において、前記活性炭が、吸着作用に適した微粉末活性炭の粒度が１〜５μｍの範囲、微生物の培養随伴に適した粉末活性炭の粒度が５〜３０μｍの範囲であることを特徴とする。

この構成を採用することにより、吸着作用に適した微粉末活性炭と微生物の培養随伴に適した粉末活性炭とを混合させているので、吸着作用と微生物の生息を適性にした生物処理の機能を両立させることができる。活性炭による吸着作用は、微粉末活性炭の方が単位重量当たりの表面積が大きくなるので、吸着の効率がよい。一方、原水由来の微生物が、微粉末活性炭と粉末活性炭に生息し繁殖して生物処理を行い、溶解性マンガンやアンモニア態窒素等を低減する処理をするが、微粉末活性炭のみでは微生物の住処としては小さすぎて微生物が繁殖し難いから生物処理能力が劣る。よって、微粉末活性炭と粉末活性炭とを混合して用いるのが好適である。

本発明に係る請求項１から５に記載の浄水処理装置によれば、微生物の活性が落ちる低水温期や、河川の増水等による水質悪化時にも、確実に濁度成分、溶解性マンガン成分、アンモニア態窒素成分、濁度成分を確実に処理することができるので、上質な浄水を得ることができる。また、新たな制御システムや廃オゾン設備が必要となるオゾンを使用せずに、また、運転管理を複雑にすることなく高度浄水処理と同等以上の水質を得ることができると共に、発ガンするおそれのある臭素酸の生成を防止することができる。

また、上水用原水は、生物高速ろ過槽（ＢＲＦ）を用いて前処理されて、原水の水質が安定するので、生物高速ろ過槽を用いない場合に比べて、生物処理槽への微粉末および粉末活性炭の添加量が少なく済み、ひいては膜ろ過装置の膜への負荷も低減できるので、添加物を含む運転コストの低減と装置の保全を容易にし、結果的に浄水処理の経済性を良好にする。

本発明の実施するための形態に係る浄水処理装置であって、浸漬型膜ろ過装置を適用した場合の模式的フロー図である。本発明の実施するための形態に係る浄水処理装置であって、ケーシング型膜ろ過装置を適用した場合の模式的フロー図である。本発明の実施するための形態に係る浄水処理装置であって、図１及び図２に示された生物高速ろ過槽（ＢＲＦ）の模式的断面図である。本発明の実施するための形態に係る浄水処理装置であって、図１に示された浸漬型膜ろ過装置に対応する生物処理槽の模式的断面図である。本発明の実施するための形態に係る浄水処理装置であって、図２に示されたケーシング型膜ろ過装置及びそれに対応する生物処理槽の模式的断面図である。本発明に係る浄水処理装置において、溶解性マンガンに対するＢＲＦと生物処理槽とを組合せたことによる効果を示すグラフ（高水温期）。本発明に係る浄水処理装置において、溶解性マンガンに対するＢＲＦと生物処理槽とを組合せたことによる効果を示すグラフ（低水温期）。本発明に係る浄水処理装置において、アンモニア態窒素に対するＢＲＦと生物処理槽とを組合せたことによる効果を示すグラフ（高水温期）。本発明に係る浄水処理装置において、アンモニア態窒素に対するＢＲＦと生物処理槽とを組合せたことによる効果を示すグラフ（低水温期）。

本発明に係る浄水処理装置１は、図１に示すように浸漬型膜ろ過装置３１を用いた方式と、図２に示したケーシング型膜ろ過装置５を用いた方式の２種類がある。浸漬型膜ろ過装置３１を用いた方式の浄化処理装置１は、生物高速ろ過槽（ＢＲＦ）２と、薬品混和槽６と、浸漬型膜ろ過装置３１を槽内に設けた生物処理槽３を主な構成要素として備えており、また、ケーシング型膜ろ過装置５を用いたタイプの浄化処理装置１は、ＢＲＦ２と、薬品混和槽６と、生物処理槽４と、ケーシング型膜ろ過装置５を主な構成要素として備えている。

まず、図１に示した浸漬型膜ろ過装置３１を用いた浄水処理装置１を説明する。本発明に係る浄水処理装置１は、上流において繰返し利水された都市圏の河川中・下流域で取水する上水用の原水７が、生物高速ろ過槽（ＢＲＦ）２、薬品混和槽６、生物処理槽３の順に流下していく過程で、ＢＲＦ２で生物処理及びろ過処理された後、薬品混和槽６で微粉末炭６１、粉末活性炭６２、凝集剤６３、ＰＨ調整剤６４をＢＲＦ流出水２３に投入し、攪拌混合させた後、生物処理槽３内で吸着処理及び生物処理され、浸漬型膜ろ過装置３１により固液分離して浄水処理され処理水８を得る。

図３に示すように、ＢＲＦ２は、そのろ過槽内に、下層に直径約２ｍｍの粒状のセラミックス製のろ材２２を約５０ｃｍの厚さ、その上層に外径が約４ｍｍで、内径が約３ｍｍ、長さが４ｍｍのパイプ状のろ材２１を約２．０ｍの厚さに敷き詰めてろ層としている。ＢＲＦ２は、これらの厚みを基本として、処理水量に応じて、ＢＲＦ２の総面積を決定する。パイプ形状や多孔質の粒状セラミックス製ろ材によってろ材のろ過面積が増えるので、原水由来の微生物が、ろ材表面及び内部に多数生息できる。即ち、微生物は、マンガン酸化能力のある鉄バクテリア及びアンモニア態窒素の硝化能力のある硝化菌を含んでおり、その微生物を溶存酸素で培養できる。また、パイプ形状のろ材によって水流が乱されるので上水用原水がろ材２１、２２の中を満遍なく行き渡ると共に、そのパイプ形状によって、原水７と微生物との接触時間が増加するので、微生物は確実に溶解性マンガン成分、アンモニア態窒素成分を生物処理し、濁度成分、不溶解性マンガン成分をろ過処理して低減することができる。よって、低水温期のように微生物の活性が低い時期や、河川の増水等による水質悪化時においても、特に、上水用原水７中の溶解性マンガン成分、アンモニア態窒素成分、濁度成分を確実に低減する前処理を行うことができるので、後工程の生物処理槽３、４に流入するＢＲＦ２からの流出水２３の水質を、特に溶解性マンガン成分、アンモニア態窒素成分、濁度成分を低減して安定させることができる。また、使用する微生物は、都市圏の河川中・下流域で取水する上水用原水７中に生息する微生物なので、原水７の水質悪化に対しても順応性が高く、優れた生物処理性能を発揮できる。なお、セラミックス製ろ材２２の代わりに、アンスラサイトのろ材２２を用いてもよい。

図１、２に示すように、薬品混和槽６は、槽内に攪拌装置６５を備えており、ＢＲＦ２で処理された流出水２３は、薬品混和槽６内で、微粉末活性炭６１、粉末活性炭６２、凝集剤６３、ＰＨ調整剤６４が添加されて、攪拌装置６５によって攪拌混合される。そして、微粉末活性炭６１、粉末活性炭６２、凝集剤６３、ＰＨ調整剤６４が添加、混合された流出水２３は、薬品混和槽６から、生物処理槽流入水３０、４０となって、さらに生物処理槽３、４に流下していく。なお、薬品混和槽６を用いなくとも、微粉末活性炭６１、粉末活性炭６２、凝集剤６３、ＰＨ調整剤６４を生物処理槽３に添加しても、それぞれの効果は発揮することができる。また、凝集剤６３としては、硫酸アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３濃度８％）、ＰＨ調整剤６４としては、硫酸等がある。

図４に示すように、生物処理槽３は、主として、槽内に浸漬型膜ろ過装置３１、槽内下部に曝気装置３２を、槽内底部に汚泥排出装置３３を備え、微粉末活性炭６１及び粉末活性炭６２を混合した生物処理槽流入水３０を生物処理槽３内に流入させて微生物を含んだ活性炭６１，６２を含有する生物処理槽内水３４とし、吸着処理及び生物処理した後に、浸漬型膜ろ過装置３１によって、浮遊する活性炭汚泥３３−１と処理水８とを固液分離して処理水８を得ている。

活性炭６１、６２による吸着作用は、微粉末活性炭６１の方が単位重量当たりの表面積が大きいから、微粉末活性炭６１を用いる方が吸着処理効果が大きい。しかしながら、原水７由来の微生物が、微粉末活性炭６１と粉末活性炭６２に生息し繁殖して生物処理を行い、溶解性マンガンやアンモニア態窒素等を処理する点から言えば、微粉末活性炭６１のみでは微生物の住処としては小さすぎて微生物が繁殖し難く、生物処理能力が小さいと考えられる。即ち、活性炭６１、６２は、粒径が１〜５μｍの吸着作用に適した微粉末活性炭６１と、粒径が５〜３０μｍの微生物の培養随伴に適した粉末活性炭６２とを適宜混合させるので、吸着作用と微生物の生息を適性にした生物処理の機能を両立させることができる。なお、カビ臭等の微量成分等は、活性炭６１、６２による吸着作用によって除去される。

また、曝気装置４２は、生物処理槽３の下部から生物処理槽内水３４に空気の気泡を送り込んでいる。この気泡が生物処理槽内水３４に溶け込むので原水７由来の微生物が活発に活動でき処理能力が向上する。また、気泡が生物処理槽内水３４を上昇することに連動して気泡近傍の生物処理槽内水３４も上昇し、それによって対流が生じ、その対流によって微粉末活性炭６１と粉末活性活性炭６２を混合させることができる。これによって、生物処理槽３内において、微生物を培養随伴した活性炭６１、６２を含む生物処理槽内水３４を、満遍なく混合して行きわたらせることができるので、確実に吸着処理と生物処理を行うことができ、上水水質阻害成分を低減する処理ができる。よって、ＢＲＦで前処理された後の残存している溶解性マンガン成分、アンモニア態窒素成分、濁度成分等を適正に処理することができる。なお、曝気装置４２には、曝気用ブロワ３２−１から空気が送られてくる。

汚泥排出装置３３は、主な構成要素として、汚泥排出用兼循環用ポンプ３３−２−１と、汚泥排出用兼循環用配管３３−２−２と、汚泥排出用配管３３−２−３と、からなり、生物処理槽３の底部のピットに溜まった長時間の使用で微量成分を吸着して肥大した使用済みの活性炭６１、６２を含んだ汚泥３３−１を、生物処理槽内水３４と共に、汚泥排出用兼循環用ポンプ３３−２−１によって、汚泥排出用兼循環用配管３３−２−２から引抜く。その後、引抜かれた汚泥３３−１は、汚泥排出用配管３３−２−３を通って、外部に排出される。汚泥３３−１の引抜きは、間歇的に行われ、汚泥３３−１の引抜き時以外は、汚泥排出用兼循環用ポンプ３３−２−１の先で分岐した管を通り、生物処理槽内水３４の循環水３４−１として生物処理槽３に戻される。この循環水３４−１によっても、生物処理槽３内で対流が起こり、それによって生物処理槽内水３４が攪拌混合される。

活性炭６１は、長時間滞留して使用され続けると吸着能が低下し、カビ臭等の微量成分を吸収できなくなるので、吸着能を一定水準に保つために、薬品混和槽６で、随時、新しい微粉末活性炭６１及び粉末活性炭６２が添加されて、生物処理槽３に流入される。また、生物処理槽内水３４は、膜ろ過装置３１によって固液分離されて、処理水８が槽外に出るために、その分活性炭６１や微生物が濃縮される。すると、活性炭６１、６２や微生物の濃度が上がっていき、溶解性マンガン成分、アンモニア態窒素成分等の上水水質阻害成分の処理能力は向上するが、濃縮によりろ過膜３１が目詰まりを起こす頻度が高くなって処理水８量が低下し、また、ろ過膜の薬品洗浄の頻度が上がる等によって運転管理が困難になる。よって、汚泥排出装置３３による活性炭６１、６２の排出作用と薬品混和槽６での活性炭６１、６２を添加によって、即ち、生物処理槽３内の活性炭６１、６２及び微生物の流入と排出とのバランスによって最適濃度に保つことができるので、上水水質阻害成分の処理能力を維持しながら、ろ過膜の薬品洗浄回数を減らして正常な運転状態を維持させることができる。

浸漬型膜ろ過装置３１は、十分に、微粉末活性炭６１と粉末活性炭６２で吸着処理し、同時に微生物によって生物処理された生物処理槽内水３４を受け入れ、固液分離させて濁度成分を除去して処理水８を得る。

本発明に用いることができる浸漬型膜ろ過装置３１としては、中空糸型ＰＴＦＥ（４フッ化エチレン）製ＭＦ膜を用い、公称孔径は、０．１μｍで、膜面積は、１４ｍ^２／モジュールであって、モジュール多数個を生物処理槽３内に浸漬しているものである。該膜ろ過装置３１の物理洗浄では、処理水８による逆流洗浄とエアスクラビングを併用している。また、薬品洗浄も行っている。なお、ＵＦ膜を用いてもよい。

本発明に係る浄水処理装置１は、吸着処理、生物処理、固液分離処理によって、上水水質阻害成分を適正に除去し、特に溶解性マンガン成分、アンモニア態窒素成分、濁度成分を適正に処理できる。

次に、図２に示した別の形態に係る浄水処理装置１を説明する。本発明に係る浄水処理装置１は、上流において繰返し利水された都市圏の河川中・下流域で取水する上水用の原水７が、ＢＲＦ２で生物処理及びろ過処理された後、生物処理槽４内で吸着処理及び生物処理され、さらに、生物処理槽４の上層水である生物処理槽内水４４−２を圧送して前記ケーシング型膜ろ過装置５で受け入れ固液分離して浄水処理されて処理水８を得る。

図４に示すように、生物処理槽４は、主として、槽内に傾斜式沈降装置４１、槽内下部に曝気装置４２を、槽内底部に汚泥排出装置４３、循環用ポンプ４４−１−１、集合井４５を備え、微粉末活性炭６１及び粉末活性炭６２を混合した生物処理槽流入水４０を生物処理槽４内に流入させて生物処理槽内水３４とし、吸着処理及び生物処理をした後に、生物処理槽内水４４の上澄水を集合井４６から抜出している。

曝気装置４２は、生物処理槽４内の傾斜式沈降装置４１の下方にも設置されて生物処理槽４全体に気泡が行渡るので、生物処理槽内水４４の微生物の活動に必要な空気を曝気用ブロワ４２−１から供給するとともに、気泡によって活性炭６１、６２を含んだ生物処理槽内水４４を対流、攪拌させて、生物処理槽４内全体で満遍なく吸着処理と微生物による生物処理をさせている。なお、生物処理槽４には、循環用ポンプ４４−１−１が備えられており、これによっても生物処理槽内水４４を対流、攪拌させることができる。

汚泥排出装置４３は、汚泥排出用ポンプ４３−１−１を備えており、汚泥４３−１を引抜くことによって、生物処理槽４内の活性炭６１、６２及びそれに随伴する微生物を流入と排出とのバランスによって最適濃度に保つことができる。

傾斜板沈降装置４１は、仕切壁４１−１によって仕切られており、生物処理槽内水４４に含まれる活性炭６１等を傾斜式沈降装置４１に沿ってできるだけ静かに沈降させて、その上澄水を集合井４５から引抜き、次工程のケーシング型膜ろ過装置５の負荷を低減している。なお、曝気装置４２は、沈降作用を考慮して曝気量を弱く調整するのがよい。

ケーシング型膜ろ過装置５は、膜ろ過用圧送ポンプ５１を備えており、そのポンプにより、生物処理槽内水の抜出水４４−２をケーシング型膜ろ過装置５に圧送している。圧送された抜出水４４−２は、クロスフロー式のケーシング型膜ろ過装置５によって、固液分離されて処理水８を得、濁度成分が除去される。よって、本発明に係る浄水処理装置１は、上水水質阻害成分、特にマンガン成分、アンモニア態窒素成分、濁度成分を適正に除去できる。なお、ろ過膜５を通過できなかった余剰の抜出水４４−２は、クロスフロー水５２として、再び生物処理槽４に戻される。クロスフロー水５２を生物処理槽４に戻すことによって、微粉末活性炭６１及び粉末活性炭６２、及び随伴する微生物を濃縮することができる。また、クロスフロー式は、ろ過膜の目詰まりを軽減できる点で好適である。

本発明に用いることができるケーシング型膜ろ過装置５としては、モノリス型セラミックス製ＭＦ膜を用い、公称孔径は、０．１μｍで、膜面積は、１５ｍ^２／モジュールを多数個並列に設置して、クロスフロー式ろ過を行い、クロスフロー水５２は、循環水として生物処理槽４へ返送している。膜の物理洗浄は、一定間隔で膜２次側より約０．５ＭＰａの空気圧で実施し、洗浄排水は、生物処理槽４へ返送している。また、薬品洗浄も行っている。膜５前段で凝集剤６３とＰＨ調整剤６４とで凝集を行うことで、膜５への負荷を低減する。

図５に示すように、凝集剤６３及びＰＨ調整剤６４をケーシング型膜ろ過装置５の前に添加できるので、ＰＨ調整剤６４は、凝集剤６３の凝集効果が高まるＰＨに調整することができる。よって、ケーシング型膜ろ過装置５は、目詰りし難くなるので、正常な運転状態を維持することができる。

次に、図１に示した浸漬型膜ろ過装置３１を用いた浄水処理装置１を使用して、それぞれ高水温期と低水温期に、ＢＲＦ２が有る場合と無い場合とで、溶解性マンガン成分とアンモニア態窒素成分の低減処理に関する実験を行った。その実験結果を図６に示している。図６ａは、溶解性マンガン成分についての高水温期の実験を、図６ｂは、低水温期の実験を示している。また、図６ｃは、アンモニア態窒素成分についての高水温期の実験を、図６ｄは、低水温期の実験を示している。なお、それぞれのグラフについて、右側の「ＢＲＦあり」は、本発明に係る浄水処理装置１についての結果を表しており、左側の「ＢＲＦなし」は、本発明の効果を示すために、従来仕様のＢＲＦ２を組合わせていないものを表して比較実験を行っている。また、棒グラフの縦軸は１リットル当りの重量比で単位は（ｍｇ／Ｌ）を示す。また、低水温期とは、水温が１０℃以下の時期であり、高水温期とは、水温が１０℃以上の時期をいう。また、活性炭注入率（投入量／処理水量）は、いずれも３．０ｍｇ／Ｌであり、凝集剤注入率は、いずれも２５ｍｇ／Ｌである。

まず、図６ａ、図６ｂに示した溶解性マンガン成分について検討する。溶解性マンガン成分の処理に関して、高水温期は、ＢＲＦ２を用いずとも原水７中の濃度が０．０１４であったものが、処理後の水が０．００６となって比較的良好に処理されているが、低水温期では、ＢＲＦ２を用いなければ、原水７中の濃度が０．０１９であったものが、処理後の水が０．０２４なって元の原水濃度より増えており処理が上手くできていない状況となった。なお、原水７中より処理後の水の方が、溶解性マンガン成分が増えているのは、生物処理槽３の底部に溜っていた不溶解性マンガンが溶解性マンガンに変化したものだと考えられる。

これに対して、本発明に係るＢＲＦ２を適用した浄水処理装置１を用いれば、低水温期でも、原水７中の濃度が０．０２６であったものが、処理水８の濃度は０．００４となって、元の濃度から８４．７％除去され非常に良好な処理結果を示している。ＢＲＦ２の処理水（流出水）２３も濃度が０．００４となっており、ＢＲＦ２を組合わせたことによって、溶解性マンガンを処理する能力が、非常に高くなっていることを明確に示している。また、高水温期においても、ＢＲＦ２を組合わせれば、原水７中の濃度が０．０１１であったものが、処理水８の濃度は０．００２となって元の濃度から８１．８％除去されているが、ＢＲＦ２を組合わせなければ、原水７中の濃度が０．０１４が、処理後の水が０．００６となって５７．１％除去されてはいるもののＢＲＦ２を用いた場合との差は明確である。また、ＢＲＦ２の流出水２３の濃度も０．００４であり、元の濃度から６３．６％除去されているので、高水温期であっても、原水７を取水する河川の増水等による水質悪化時において、ＢＦＲ２によって生物処理槽流入水３０の水質（溶解性マンガン成分）を安定させることができ、その結果、処理水８の濃度も安定して低減できる。

次に、図６ｃ、図６ｄに示したアンモニア態窒素成分について検討する。アンモニア態窒素成分の処理に関して、高水温期は、ＢＲＦ２を用いずとも原水７中の濃度が０．０４９であったものが、処理後の水が０．０２１となり、それなりに処理されているが、低水温期は、ＢＲＦ２を用いなければ、原水７中の濃度が０．０５５であったものが、処理後の水が０．０４０となって、元の濃度から２７．３％しか除去できておらず、あまり処理ができていない状況である。

これに対して、本発明に係るＢＲＦ２を適用した浄水処理装置１を用いれば、低水温期でも、原水７中の濃度が０．０５５であったものが、処理水８の濃度は０．０１５となって元の濃度から７２．７％除去できており、非常に良好な処理結果を示している。ＢＲＦ２の処理水（流出水）２３も濃度も０．０１３となっており、ＢＲＦ２を組合わせたことによって、アンモニア態窒素を処理する能力が、非常に高くなっていることを明確に示している。また、高水温期においても、ＢＲＦ２を組合わせれば、原水７中の濃度が０．０５２であったものが、処理水８の濃度は０．００５となって元の濃度から９０％除去されているが、ＢＲＦ２を組合わせなければ、原水７中の濃度が０．０４９が、処理後の水が０．０２１となって５７．１％除去されてはいるもののＢＲＦ２を用いた場合との差は明確である。また、ＢＲＦ２の流出水２３の濃度も０．０１９であり、元の濃度から６３．５％除去されているので、高水温期であっても、原水７を取水する河川の増水等による水質悪化時において、ＢＦＲ２によって生物処理槽流入水３０の水質（アンモニア態窒素成分）を安定させることができ、その結果、処理水８の濃度も安定して低減できる。

上記結果から、ＢＲＦ２を用いることにより、溶解性マンガン成分及びアンモニア態窒素成分を効率よく除去して低減できるので、生物処理槽４での処理分担も軽減され使用している微粉末活性炭６１及び粉末活性炭６２の注入率を低減することが可能となる。

このように、本発明に係る浄水処理装置１を用いれば、ＢＲＦ２と生物処理槽３、４・膜ろ過装置３１、５を組み合わせることにより、水質面では、上水水質阻害成分の除去処理をＢＲＦ２か生物処理槽３、４かのどちらかに重点をおいて特化することができるので、全体として効率よく除去処理できる。例えば、溶解性マンガン成分の処理はＢＲＦ２で、有機物の処理は、生物処理槽３、４・膜ろ過装置３１、５で主体的に行うことで、全体として最適な処理結果が得られる。次に、浄水処理制御面では、原水７を前段のＢＲＦ２に通すことにより、例えば、濁度成分、溶解性マンガン、有機物等に関して原水７の水質変動のピークが後段の生物処理槽３、４・膜ろ過装置３１、５に対して緩和されるので、凝集剤６３、ＰＨ調整剤６４や粉末活性炭６１、６２の注入量が安定し易く、全体の浄水処理装置１の制御の安定化や簡易化につながる。最後に、コスト面からは、ろ過膜の目詰りの因と考えられる溶解性マンガン成分がＢＲＦ２で減少するので、後工程の膜ろ過装置３１、５の薬品洗浄の頻度の低下、生物処理槽３、４への活性炭６１、６２注入量の減少につながる。よって、全体として薬品使用量の減少、ろ過膜の寿命延長につながり、コストダウンさせることができる。

水を高度に浄化する装置として河川、湖沼等に限らず上水用に広く利用することができる。

１：浄水処理装置
２：生物高速ろ過装置（ＢＲＦ）
２１：上層ろ材
２２：下層ろ材
２３：ＢＲＦ流出水
３：生物処理槽
３０：生物処理槽流入水
３１：浸漬型膜ろ過装置３１−１：膜ろ過用ポンプ
３２：曝気装置３２−１：曝気用ブロワ
３３：汚泥排出装置３３−１：汚泥
３３−２−１：汚泥排出用兼循環用ポンプ汚
３３−２−２：泥排出用兼循環用配管
３３−２−３：汚泥排出用配管
３４：生物処理槽内水３４−１：生物処理槽内水の循環水
４：生物処理槽
４０：生物処理槽流入水
４１：傾斜式沈降装置４１−１：仕切壁
４２：曝気装置４２−１：曝気用ブロワ
４３：汚泥排出装置４３−１：汚泥
４３−１−１：汚泥排出用ポンプ
４４：生物処理槽内水４４−１：生物処理槽内水の循環水
４４−１−１：循環用ポンプ
４４−２：生物処理槽内水を抜出した水
４５：集合井
５：ケーシング型膜ろ過装置
５１：膜ろ過用圧送ポンプ
５２：クロスフロー水
６：薬品混和槽
６１：微粉末活性炭
６２：粉末活性炭
６３：凝集剤
６４：ＰＨ調整剤
６５：撹拌装置
７：原水
８：処理水

Claims

上流において繰返し利水された都市圏の河川中・下流域で取水する上水用原水中から、上水水質阻害成分、特にマンガン成分、アンモニア態窒素成分、濁度成分の除去を行う浄水処理装置であって、
上部にパイプ状ろ材層と下部に粒状ろ材層から構成される生物高速ろ過槽と、
浸漬型膜ろ過装置を槽内に、汚泥排出装置を槽底部に設置し、また槽内に少なくとも曝気装置を設置した生物処理槽と、
を備え、
前記上水用原水を前記生物高速ろ過槽に供給して、該原水由来の微生物により生物処理を行い、該原水中のマンガン成分、アンモニア態窒素成分、濁度成分を低減し、
次いで前記生物高速ろ過槽の流出水に微粉末状及び粉末状から成る活性炭を添加して前記生物処理槽に供給し、該生物処理槽内にて、該原水由来の微生物を培養随伴した該活性炭と該流出水とを曝気により対流・混合させて、マンガン成分、アンモニア態窒素成分を含む上水水質阻害成分を吸着処理及び生物処理すると共に、生物処理槽内水から前記浸漬型膜ろ過装置により、固液分離して浄水を得ることを特徴とする浄水処理装置。
上流において繰返し利水された都市圏の河川中・下流域で取水する上水用原水中から、上水水質阻害成分、特にマンガン成分、アンモニア態窒素成分、濁度成分の除去を行う浄水処理装置であって、
上部にパイプ状ろ材層と下部に粒状ろ材層から構成される生物高速ろ過槽と、
汚泥排出装置を槽底部に設置し、また槽内に曝気装置を設置した生物処理槽と、
槽外にケーシング型膜ろ過装置と、
を備え、
前記上水用原水を前記生物高速ろ過槽に供給して、該原水由来の微生物により生物処理を行い、該原水中のマンガン成分、アンモニア態窒素成分、濁度成分を低減し、
次いで前記生物高速ろ過槽の流出水に微粉末状及び粉末状から成る活性炭を添加して前記生物処理槽に供給し、該生物処理槽内にて、該原水由来の微生物を培養随伴した該活性炭と該流出水とを、曝気により対流・混合させて、マンガン成分、アンモニア態窒素成分を含む上水水質阻害成分を吸着処理及び生物処理すると共に、生物処理槽内水を抜出し、圧送して前記ケーシング型膜ろ過装置により、固液分離して、浄水を得ることを特徴とする浄水処理装置。
膜ろ過性能を向上させる凝集剤とＰＨ調整剤を前記生物高速ろ過槽の流出水に添加し、混合することを特徴とする請求項１に記載の浄水処理装置。
前記ケーシング型膜ろ過装置の直前に膜ろ過性能を向上させる凝集剤とＰＨ調整剤を前記抜出した生物処理槽内水に添加し、混合することを特徴とする請求項２に記載の浄水処理装置。
前記活性炭が、吸着作用に適した微粉末状から成る活性炭の粒度が１〜５μｍの範囲、微生物の培養随伴に適した粉末状から成る活性炭の粒度が５〜３０μｍの範囲であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の浄水処理装置。