JP2693616B2 - 上水の高度処理方法 - Google Patents

上水の高度処理方法

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【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、上水の高度処理方法、特に従来の浄水プロ
セスである凝集沈澱と砂濾過の間にオゾン処理および流
動層活性炭処理を組込んで、安定した高度処理を可能と
した上水の高度処理方法に関する。
(従来の技術) 第2図は従来の標準的な浄水プロセスの概要を示す。
このプロセスにおいては水源から取水した原水(a)
は着水共(b)に貯められた後、消毒および鉄、マンガ
ン、アンモニア性窒素の酸化処理を行うための前塩素
(e)ならびに懸濁成分の凝集処理を行うための硫酸バ
ンド等の凝集剤(d)、PH調整剤(e)が添加され、急
速混和池(f)で撹拌混合されたのちフロック形成池
(g)で緩速撹拌によりフロックを成長させる。この処
理水は横流式沈澱池(h)に流入し充分な距離を流過す
る間にフロックは沈澱除去され、その後砂濾過池(i)
で濾過処理されて残留懸濁物が除去される。この処理水
に後塩素(j)を添加して一定濃度の残留塩素が保持さ
れる状態として送水される。
近年水道水源の富栄養化や汚濁の進行にともない、水
道水に異臭味が残ったり、細菌学的安全性を維持するた
めの塩素によってトリハロメタン等の有機塩素化合物が
生成される等の問題が生じている。その理由は、前塩素
−凝集沈澱−砂濾過からなる上記の浄水プロセスでは、
鉄、マンガン、アンモニア、懸濁物、細菌等の除去効果
はあるが、異臭味物質やトリハロメタンの前駆物質であ
る有機物が効果的に除去できないことによる。原水中に
アンモニア性窒素が多く含まれる場合、前塩素注入は不
連続点処理の要求量で行われ、最終的にまとめられる反
応としては2NH3+3Cl2→N2+6HClで、アンモニアを除去
するための理論塩素量はN:Cl=1:7.6であるが、実際に
は他の物質との反応もあるため、その必要量は1:8〜10
と多量にしなければならない。そして注入塩素がフミン
質等のトリハロメタン前駆物質と反応して徐々にトリハ
ロメタンが形成されることになる。この問題に対処する
ためには、従来の浄水プロセスにオゾン処理、活性炭吸
着処理の工程を組込んだ各種の高度処理方法が提案され
ている。(特開昭59−39386号、特開昭60−25587号、特
開昭62−213896号等) (発明が解決しようとする課題) しかし前記の処理方法は、何れも活性炭層通水を下向
流で行っていることから、槽上部の自由水面から放出さ
れるオゾンの大気揮散防止対策や、活性炭槽の閉塞を防
止するための逆洗設備が必要となる等の問題がある。ま
たオゾン処理で一旦減少した細菌は活性炭処理工程で再
び増殖し、活性炭等の微粒子に付着して流出する細菌
(particle asscciated bacteria)は塩素に対して強い
耐性を示すため、最終処理工程に活性炭処理を配置した
場合には処理水への微粒子漏出にともなう細菌学的水質
障害が発生する懸念がある。
(課題を解決するための手段、作用) 本発明は、従来技術の前記問題点に解決を与えるため
になされたものであって、従来の浄水プロセスにおける
凝集沈澱と砂濾過の間にオゾン処理、流動層活性炭処
理、不連続点中間塩素処理および再凝集の工程を組込
み、安定した高度処理を可能とすることを目的とする。
即ち、上水用原水の浄水過程において、前塩素の添加
量を沈澱池内の藻類抑制に必要な最小限度にとどめて原
水の凝集沈澱処理を行い、その処理水にオゾンを添加し
て有機物の酸化分解処理を施した後、活性炭流動層に通
水して残存有機物の吸着処理と生物学的処理を行い、つ
いで中間塩素を添加して不連続点塩素処理を施すと同時
に凝集剤を添加して流出微粒子の再凝集を図った後、遊
離塩素を保持したままで砂濾過を行い、後塩素処理を加
えて残留塩素濃度の微調整を行い送水することを特徴と
する。さらに、活性炭流動層には流状破砕炭を使用して
活性炭の摩耗減少分に見合う新炭を補充することを特徴
とする。
本発明の上記構成について、処理プロセスごとに更に
詳しく説明する。
凝集沈澱処理工程を最前段に配置した点では従来技術
と同様であるが、前塩素処理については、沈澱池内部に
藻類が繁殖し易い条件下における藻類抑制の目的で必要
最少限度の塩素を添加するようにし、不連続点前塩素処
理を行わない。従って、ここでは鉄、マンガン、アンモ
ニア性窒素の酸化は行われず、凝集段階でフロック化し
た懸濁物質とこれに吸着された有機物の一部が沈澱段階
で除去される。これにより原水の濁度変動が平滑化して
次のオゾン処理、活性炭処理の安定化が図られる。
凝集沈澱処理水にオゾン注入を行って、前塩素処理に
代わる代替消毒を行うとともに凝集沈澱の段階で除去さ
れなかった異臭味物質、トリハロメタン前駆物質等の有
機物を低分子化して活性炭による吸着および生物学的分
解がされ易いものにし、活性炭処理における処理性の向
上と活性炭の寿命延長を図る。
このオゾン処理水を活性炭流動層に通水して残存有機
物の吸着処理および活性炭層に棲息する微生物による生
物学的分解処理を行う。上向流通水により、凝集沈澱工
程で除去されなかった懸濁物の大部分が活性炭層を通過
し、懸濁物の抑留による通水抵抗の増加がないため、通
水を極めて少ない圧力損失の状態で行うことができる。
また残留オゾンは層下部で活性炭と接触して完全に分解
するためオゾンの大気揮散対策が不要であり、層内に気
泡が発生しないため、これによる短絡流も生じない。表
面積の大きな小粒径活性炭が採用できるため、それだけ
吸着効果と生物学的処理効果が向上する。しかし流動化
にともなう活性炭粒子の相互衝突により少量ではあるが
活性炭の摩耗流出が避けられないため、活性炭の減少分
に見合う新炭を定期的に補充して所定の接触時間を確保
する必要がある。
活性炭の摩耗減少を前提とするため、使用する活性炭
としては安価で継続して供給可能な粒状破砕炭が望まし
く、なかでも細孔径が比較的広範囲に分布し、多種の有
機物の吸着能に優れた石炭系の破砕炭が最適である。
活性炭層上部から流出する処理水に対し、鉄、マンガ
ン、アンモニア性窒素を酸化するための不連続点注入に
よる中間塩素処理を施し、同時に凝集剤、PH調整剤を添
加して活性炭処理水に含まれる活性炭微粉、微小生物等
の再凝集を図り、遊離塩素を保持したまま砂濾過を行っ
て、鉄、マンガンとともに微粒子成分を完全に除去して
細菌学的安全性の高い処理水とした後、これに後塩素注
入を行って所定の残留塩素濃度に微調整し送水する。
(実施例) 以下、本発明の上水の高度処理方法を実施する浄水プ
ロセスのフローに即して具体的に説明し、その特質を明
らかにする。
第1図において、水源から取水した原水(1)は着水
井(2)に一旦貯められたのち、凝集沈澱処理における
藻類抑制のための必要最少限の前塩素(3)の添加、凝
集剤(4)、PH調整剤(5)の添加を行い、急速混和池
(6)で撹拌混合したのち、フロック形成池(7)で緩
速撹拌を行って懸濁成分をフロック化し、この凝集処理
水を傾斜管式等の沈澱池(8)に流入させフロックを沈
澱除去する。傾斜管等の設置により短絡流が防止される
ので沈澱池面積の縮小可能となるばかりでなく、その遮
光効果により沈澱池下部での藻類繁殖が防止される。
凝集沈澱処理水は、オゾン接触反応槽(9)に流入
し、ここで上下迂回流する間にオゾン発生機(10)から
のオゾンを注入して、この処理により、前塩素注入に代
わる消毒およびトリハロメタン前駆物質となる有機物お
よび悪臭味物質の酸化分解および低分子化を行う。
オゾン処理水は残留オゾンを保持したまま活性炭吸着
槽(10)底床部の整流装置(11a)、分散砂利層(11b)
を通って活性炭流動層(11c)に下方から流入する。残
留オゾンは、整流装置(11a)の整流孔や分散砂利層(1
1b)表面への生物膜の形成を阻止し、活性炭流動層(11
c)の下部で活性炭と接触して完全に分解する。活性炭
流動層(11c)には表面積の大きな小粒径の粒状破砕炭
を使用するので、残存有機物が活性炭に効果的に吸着さ
れ、吸着有機物およびアルデヒド、ケトン、カルボン酸
等のオゾン処理生成物は活性炭層に棲息する微生物によ
り酸化分解され、活性炭は自己再生される。アンモニア
性窒素の一部も生物作用により酸化される。また表面積
の大きな小粒径の粒状活性炭が使用できるため、吸着な
らびに生物酸化が効果的に行われる。上向流通水により
活性炭層に懸濁物の抑留がないため、これの除去を目的
とした洗浄が不要となる。しかし、流動化しない底床部
(整流装置、分散砂利層)に懸濁物が堆積したり、生物
膜が形成したりすると、偏流および圧力損失増大の原因
となるので、オゾン処理水の通水を一時停止して活性炭
吸着槽(11)の水位を下げて層下部から空気吹込みを行
う空気洗浄および空気を吹込みながらオゾン処理水の通
水を再開する気水洗浄を行う。この操作によって安定し
た流動層活性炭処理が行える。
活性炭吸着槽(11)から流出する処理水には、凝集沈
澱段階で除去されなかった懸濁成分以外に、流動化通水
や上記の操作により発生する摩耗活性炭微粉、増殖微生
物等の微粒子を含むので、中間塩素再凝集池(12)で不
連続点中間塩素処理(13)により、鉄、マンガン、アン
モニアの酸化を行うと同時に微量の凝集剤(14)、PH調
整剤(15)を添加、撹拌して再凝集を行い、遊離塩素を
保持した状態で砂濾過池(16)に流入させてこれらを除
去し、細菌学的にも高い水準の高度処理水とした後、こ
れに後塩素(17)処理を加えて所定の残留塩素濃度に調
整し送水する。
第3図は、本発明の方法による12.5m3/dayのパイロッ
トプラントで得られた処理結果を示し、横軸は処理日
数、縦軸は単位活性炭(GAC)当たりのトリハロメタン
生成能(THMFP)および全有機ハロゲン生成能(TOXFP)
の積算除去量を表す。空筒接触時間は6分である。THMF
Pでは通水開始から100日目以降の除去速度は6.8mg THMF
P/kg−GAC/dayで定常に近い状態を維持しており、TOXFP
においては通水開始時から42mg−TOXFP/kg−GAC/dayで
一定している。活性炭の生物効果と新炭補充による吸着
効果が同一の槽内で共存しているため、このように長期
間安定した処理性を示すものと考えられる。活性炭の摩
耗減少にともなう新炭の補充量は年間約20%であった。
(発明の効果) 以上のように、本発明の上水の高度処理方法による
と、凝集沈澱後のオゾン処理と流動層活性炭処理により
悪臭味物質、トリハロメタン前駆物質等の有機物質が効
果的に低減され、不連続点中間塩素処理による消毒、
鉄、マンガンの酸化と同時に凝集剤添加により再凝集を
行った後、遊離塩素を保持した状態で砂濾過を行うの
で、活性炭層から流出する摩耗微粉炭や微生物等の微粒
子成分が砂濾過で抑留され、処理水への漏出が確実に阻
止されるので細菌学的にも高い水準の高度処理水が得ら
れる。
流動層活性炭処理によると、活性炭層の洗浄、オゾン
の大気揮散対策、気泡発生対策等が不要となる。摩耗流
出にともなう年間20%程度の活性炭量の減少について
は、これに見合う新炭補充で対策でき、吸着効果と生物
処理効果が長期にわたり安定して持続される。そのた
め、活性炭の抜取および再生をする必要がなく、これに
係る設備(引抜配管、再生設備)は不要である。再生を
必要とする従来の固定層活性炭処理と比較すると維持管
理が容易で費用の点でも極めて有利となる。
また活性炭流動層は圧力損失が少ないため、既存浄水
場の水位系統の中に組込むことも可能である。例えば既
存処理場が一般横流沈澱池を有する場合に、沈澱池の前
半部分を傾斜管式等の沈澱池に改造して沈澱池面積を縮
小し、後半部分にオゾン処理、流動層活性炭処理および
中間塩素再凝集の処理工程を組込む場合に、底床部の洗
浄にはオゾン処理水が使用できるので洗浄用ポンプ、配
管、洗浄用水槽等の設備が不要であり、また洗浄排水を
系外に出さないので追加設備をコンパクトにまとめるこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明実施例の上水の高度処理方法を実施する
浄水処理プロセスの系統図、第2図は従来の標準的な浄
水プロセスの系統図、第3図は本発明の処理方法に基づ
くパイロットプラントで得られた単位活性炭当たりのト
リハロメタン生成能および全有機ハロゲン生成能の積算
除去量を表す。 (1)……原水、(2)……着水井、(3)……前塩
素、(4)……凝集剤、(5)……PH調整剤、(6)…
…急速混和池、(7)……フロック形成池、(8)……
傾斜管式沈澱池、(9)……オゾン接触反応槽、(10)
……オゾン発生機、(11)……活性炭吸着槽、(11a)
……整流装置、(11b)……分散砂利層、(11c)……活
性炭流動層、(12)……中間塩素再凝集池、(13)……
中間塩素、(14)……凝集剤、(15)……PH調整剤、
(16)……砂濾過池、(17)……後塩素、(a)……原
水、(b)……着水井、(c)……塩素、(d)……凝
集剤、(e)……PH調整剤、(f)……急速混和池、
(g)……フロック形成池、(h)……横流式沈澱池、
(i)……砂濾過池、(j)……後塩素、GAC……粒状
活性炭、EBCT……空筒接触時間、THMFP……トリハロメ
タン生成能、TOXFP……全有機ハロゲン生成能。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C02F 1/50 531 C02F 1/50 531R 540 540A 540B 550 550H 560 560B 560H 560Z 1/52 1/52 Z 1/78 1/78

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】上水用原水の浄水過程において、前塩素の
    添加量を沈澱池内の藻類抑制に必要な最少限度にとどめ
    て原水の凝集沈澱処理を行い、その処理水にオゾンを添
    加して有機物の酸化分解処理を施した後、活性炭流動層
    に通水して残存有機物の吸着処理と生物学的処理を行
    い、ついで中間塩素を添加して不連続点塩素処理を施す
    と同時に凝集剤を添加して流出微粒子の再凝集を図った
    後、遊離塩素を保持したままで砂濾過を行い、後塩素処
    理を加えて残留塩素濃度の微調整を行い送水することを
    特徴とする上水の高度処理方法。
  2. 【請求項2】活性炭流動層には粒状破砕炭を使用して活
    性炭の摩耗減少分に見合う新炭を補充することを特徴と
    する特許請求の範囲第1項記載の上水の高度処理方法。
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