JP4365692B2 - フロック形成方法 - Google Patents
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Description
本発明は、上下水、各種排水の浄化処理システムに関するものであって、特に、凝集剤を適用する水処理の改良に関する。
従来、上下水や各種排水の浄化処理において凝集処理が広く用いられている。一般的な浄水処理に採用されている急速濾過法、膜濾過法においても、一部の清澄水源を除いて凝集処理が適用されている。例えば、図３に例示するような浄水システム（非特許文献１を参照）では、原水ａは原水槽１１を経て、薬品混和槽１２で凝集剤ｂが注入され数分程度混和され、フロック形成池１３に送られる。このフロック形成池１３で凝集剤注入水はゆっくり撹拌されながらフロックを大きく成長させる。この間、１０分〜４０分の時間が必要であった。
書名：「水道施設設計指針(2000度版)」、発行所：社団法人 日本水道協会、発行（２版）：平成１２年６月、１５０頁（(3)急速ろ過方式）、１８７頁（5.4.3 フロック形成池）
書名：「水道施設設計指針(2000度版)」、発行所：社団法人 日本水道協会、発行（２版）：平成１２年６月、１５０頁（(3)急速ろ過方式）、１８７頁（5.4.3 フロック形成池）
次いで、被処理水は沈殿池１４に送られ粗大なＳＳを沈降して分離されるのに例えば約２０〜４０分を必要とし、さらに次ぎの急速濾過池１５などで細かなＳＳが濾過され濾過水ｃが得られる。なお、この濾過水ｃは必要に応じてさらに高度処理されることがある。
このような浄水処理における凝集処理は、細かなＳＳ粒子や高分子溶解成分などを分離しやすく凝集させる処理で、先ず、薬品混和槽１２において、硫酸アルミニウムやポリ塩化アルミニウムなどの凝集剤を原水に注入して撹拌すると微細ＳＳ粒子などが電気的に中和され、マイクロフロックが形成される。次いでこの凝集剤注入水をフロック形成池１３において、機械式撹拌方式あるいは迂流方式などにより撹拌強度を調節して、後段の沈殿処理に適するような大きさになるようフロックを大きく成長させるよう設定されているのであるが、設備面積当たりの処理能力には限界があって、コンパクト化が困難であった。
一方、セラミックス膜濾過の技術開発が進み、膜ろ過能力は大幅にアップしてきているので、膜装置そのものはかなりのコンパクト化が可能となっているが、凝集混和槽およびフロック形成池が造水量に比例した設備規模を必要とするため、スケールアップしても設備のスケールメリットが得られないという不具合があった。
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、広い設置スペースを必要とする従来のフロック形成池に代えて、コンパクトな設備により、凝集剤注入水のフロックを迅速に形成させ、その成長を加速することができるフロック形成方法の技術を提供する。
本発明は、初期凝集のフロック核や濁質原水など凝集因子をろ過濃縮することができる程度の通水貫通孔を用いて、ろ過濃縮を行いながら通水貫通孔内を通過させれば長さの短い通水貫通孔において凝集フロックが進行するという知見に基づくものである。この知見に基づいてなされた本発明のフロック形成方法は、原水に凝集剤を注入し混和した凝集剤注入水の流路に、複数の通水貫通孔を備えたモノリス型のセラミックスを配置し、前記流路を流れる凝集剤注入水の全体をこれらの複数の通水貫通孔の内部に通過させてマイクロフロック相互の接触頻度を増加させることにより、フロックを濃縮率が２０〜５０％になるように濃縮させるとともに、フロックを成長させることを特徴とするものである。
本発明のフロック形成方法によれば、凝集剤注入水のフロックを迅速に形成させ、その成長を加速することができ、設備を従来のフロック形成池の１／２以下にコンパクト化することができる。また、本発明のフロック形成方法に用いる設備は、簡単な構造で、その製作、設置、メンテナンスが容易かつ電力などエネルギーが不必要で維持費が少なく低コストである。さらに、原水の性状に応じて段数を調節して、最適のフロック形成が行われるよう簡単に調節することができるなど多くの優れた効果がある。よって本発明は、従来の問題点を解消したフロック形成方法として、技術的価値はきわめて大なるものがある。
次に、本発明のフロック形成方法に係る実施形態について、図１、２を参照しながら説明する。
本発明はこの実施形態において、原水ａと凝集剤ｂとが混和される薬品混和槽２の内部にフロックを成長させるための通水部材３を配置した構造に具体化されている。すなわち、その特徴とするところは、この薬品混和槽２には、処理対象である原水ａが導入されるとともに、公知の硫酸アルミニウムやポリ塩化アルミニウムなどの凝集剤ｂが注入され、撹拌、混合される凝集剤混合部２１と、次いで凝集剤を混合した凝集剤注入水がフロックの濃縮を伴い通過するフロック成長部２２が設けられていて、凝集剤注入水はフロック処理水ｄとして排出されるのであるが、このフロック成長部２２には、凝集剤注入水中のフロックの成長を促進するための複数の通水貫通孔３１を透設した通水部材３を配置した点にある。
本発明はこの実施形態において、原水ａと凝集剤ｂとが混和される薬品混和槽２の内部にフロックを成長させるための通水部材３を配置した構造に具体化されている。すなわち、その特徴とするところは、この薬品混和槽２には、処理対象である原水ａが導入されるとともに、公知の硫酸アルミニウムやポリ塩化アルミニウムなどの凝集剤ｂが注入され、撹拌、混合される凝集剤混合部２１と、次いで凝集剤を混合した凝集剤注入水がフロックの濃縮を伴い通過するフロック成長部２２が設けられていて、凝集剤注入水はフロック処理水ｄとして排出されるのであるが、このフロック成長部２２には、凝集剤注入水中のフロックの成長を促進するための複数の通水貫通孔３１を透設した通水部材３を配置した点にある。
次ぎに本発明の具体的な作用効果を例示すると、平均径１０〜２０μｍのフロックを含む凝集剤注入水の流路（流速：１００〜１５０ｃｍ／分）に、内径：１．８〜８．０ｍｍφ、開口率３５〜９０％、長さ：５００〜２０００ｍｍの多数の通水貫通孔３１を設けた通水部材３を配置して、クロスフロー循環させ膜透過側の濃縮率が２０〜５０％になるようにして通過させた結果、そのフロックの大きさを平均粒径６０〜１５０μｍに成長させることができた。この結果によれば、フロック形成池の部分をほぼ１／２以下にコンパクト化できることが分った。
なお、本発明において、フロックが迅速に成長する作用原理は必ずしも十分に解明されてはいないが、概略次ぎの通りである。
先ず、粒子径がコロイドレベルの微細なＳＳ粒子は、通常マイナスの電荷を持ち、反発力によって沈降することなく安定に存在している原水ａが凝集剤混合部２１に導入され、ここに硫酸アルミニウムのような凝集剤ｂが注入されると、凝集剤のプラスの電荷（硫酸アルミニウムのアルミニウムイオン）によってＳＳ粒子の電荷が電気的に中和され、反発力が消滅することから相互に凝集して、先ずマイクロフロックが形成されるようになる。
先ず、粒子径がコロイドレベルの微細なＳＳ粒子は、通常マイナスの電荷を持ち、反発力によって沈降することなく安定に存在している原水ａが凝集剤混合部２１に導入され、ここに硫酸アルミニウムのような凝集剤ｂが注入されると、凝集剤のプラスの電荷（硫酸アルミニウムのアルミニウムイオン）によってＳＳ粒子の電荷が電気的に中和され、反発力が消滅することから相互に凝集して、先ずマイクロフロックが形成されるようになる。
次いでそれら凝集剤注入水は、隣接するフロック成長部２２に導入され、その流路に配置された複数の通水貫通孔３１を透設した通水部材３の、該通水貫通孔３１を通過する。この場合、図２に示すように、マイクロフロックを含む凝集剤注入水は、通水部材３の下面に開口した通水貫通孔入口３１ａに流入する際に
貫通孔に分散され、マイクロフロックの相互の接触頻度が増加し、貫通孔内層流下においてフロック同士の接触効率がさらに増加し、またフロック自体の濃縮効果もあいまってフロックの成長が促進されるものと推測される。
貫通孔に分散され、マイクロフロックの相互の接触頻度が増加し、貫通孔内層流下においてフロック同士の接触効率がさらに増加し、またフロック自体の濃縮効果もあいまってフロックの成長が促進されるものと推測される。
そして、従来のフロック形成池の場合は、大きな粒径のフロックに成長するよう１５〜８０ｃｍ／秒程度のゆっくりした流速で流動するよう、撹拌したり迂流させているので、マイクロフロックの相互の接触頻度はごく限られた部分に止まるに比較して、本発明では、処理対象の凝集剤注入水の全体が流速の変化を受けるので、効率よくフロック化するものと思われる。したがって、この通水部材３は、処理水に性状に応じて、フロック化しにくい場合には、２層以上の複数層になるよう配置し、下流段の開口率を低下させるなどして対応することが好ましい。
この事例では、凝集剤注入水は、成長したフロックに処理が容易になることから前記通水貫通孔３１を下から上に向けて通過させているが、フロックの成長のためにはこの通水方向は逆向き水平あるいは斜めであってもよい。そして、フロックが十分に成長したフロック処理水ｄは、図３で例示したような従来の沈殿池に導入してフロックを沈殿させ、固液分離することができるのである。
また、図１の事例では、薬品混和槽２には、凝集剤混合部２１とフロック成長部２２とを一体的に配置しているが、本発明ではこの形態に限定されず、凝集剤混合部２１とフロック成長部２２とを個別に独立して配置できるのは言うまでもない。
また、図１の事例では、薬品混和槽２には、凝集剤混合部２１とフロック成長部２２とを一体的に配置しているが、本発明ではこの形態に限定されず、凝集剤混合部２１とフロック成長部２２とを個別に独立して配置できるのは言うまでもない。
なお、通水部材３の形状、材質について述べると、前述の通り、通水部材３に透設されている通水貫通孔３１の開口径は１．５〜８．０ｍｍ、開口率は３５〜９０％、通水貫通孔長さは５００〜２０００ｍｍの範囲のものが適当であり、この範囲を逸脱すると通水抵抗が増加したり、フロック成長効果が得られないなど好ましくない。なお、フロックの濃縮率は、２０〜５０％に設定するのが良好なフロック形成のために好ましい。
また、その材質は、金属、合成樹脂、セラミックスなど適宜な材料が選択かのうであるが、対腐食性、対薬品性、耐候性などの点でセラミックスが好適である。さらに、このような点から、表裏にかけて多数の連通孔を形成した蜂の巣状、あるいは蓮根状のセラミックハニカム材、あるいは多数のセラミックパイプを束ねた集合体が好ましく適用される。
さらに、本発明は前記通水部材を濾過フィルタとして兼用させて、フロック形成と固液濾過を行わせ、さらに凝集処理システムのコンパクト化を図ることも可能である。
具体的には、前記通水部材として、ＳＳが透過できない無数の濾過細孔を有す多孔質セラミックス材料に複数の通水貫通孔を透設した濾過フィルタ、例えばモノリス型セラミック膜フィルタを用いれば、この通水貫通孔によって前記したように、凝集剤注入水中のフロックの形成と成長を促すとともに、この通水貫通孔と外部との間に差圧によって膜フィルタとして作用し、凝集剤注入水中のＳＳをフロックを含めて分離し、濾過水を得ることができる。
具体的には、前記通水部材として、ＳＳが透過できない無数の濾過細孔を有す多孔質セラミックス材料に複数の通水貫通孔を透設した濾過フィルタ、例えばモノリス型セラミック膜フィルタを用いれば、この通水貫通孔によって前記したように、凝集剤注入水中のフロックの形成と成長を促すとともに、この通水貫通孔と外部との間に差圧によって膜フィルタとして作用し、凝集剤注入水中のＳＳをフロックを含めて分離し、濾過水を得ることができる。
かくして、モノリス型セラミック膜フィルタは、フロック形成と固液濾過とを兼用するものとなる。この場合、この通水部材を通過したフロック処理水ｄは、凝集剤注入部２１に返送して、繰り返し濾過処理しても良い。また、得られた濾過水は、必要に応じてさらに後段における高度処理など浄化処理に対象としてもよい。
２ 薬品混和槽
２１ 凝集剤混合部
２２ フロック成長部
３ 通水部材
３１ 通水貫通孔
ａ 原水
ｂ 凝集剤
ｄ フロック処理水
２１ 凝集剤混合部
２２ フロック成長部
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３１ 通水貫通孔
ａ 原水
ｂ 凝集剤
ｄ フロック処理水
Claims (1)
- 原水に凝集剤を注入し混和した凝集剤注入水の流路に、複数の通水貫通孔を備えたモノリス型のセラミックスを配置し、前記流路を流れる凝集剤注入水の全体をこれらの複数の通水貫通孔の内部に通過させてマイクロフロック相互の接触頻度を増加させることにより、フロックを濃縮率が２０〜５０％になるように濃縮させるとともに、フロックを成長させることを特徴とするフロック形成方法。
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