JP4539321B2

JP4539321B2 - 浄水システム

Info

Publication number: JP4539321B2
Application number: JP2004364216A
Authority: JP
Inventors: 雄司山田; 大助平野; 学松本; 陽介坂元
Original assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Current assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Priority date: 2004-12-16
Filing date: 2004-12-16
Publication date: 2010-09-08
Anticipated expiration: 2024-12-16
Also published as: JP2006167611A

Description

本発明は浄水システムに係り、特に原水中の懸濁物質を沈殿汚泥として分離する沈殿池と、この沈殿池の上澄水を砂濾過して処理水とする砂濾過池を備えた浄水システムに関する。

この種の浄水システムの沈殿池では原水量に対して１％未満の沈殿汚泥が発生する。また、砂濾過池では定期的（例えば１日に１回程度）に逆洗などの洗浄操作が必要であり、この洗浄操作の際に原水量の５〜１０％程度に相当する量の処理水が使われ、洗浄排水として排出される。これらの沈殿汚泥や洗浄排水は濃縮処理を施すことによって濃縮汚泥と分離水に分け、濃縮汚泥は別系の汚泥処理設備で処理する。また、分離水は沈殿池の入口側に返送し、原水と混合して再び沈殿池に流入させるようにしている。

濃縮処理としては一般に沈殿処理が採用されている。しかしながら、沈殿処理によって得られた分離水は懸濁物質を多く含んでおり、これを上記のように沈殿池に還流させると量的にも質的にも沈殿池及び砂濾過池の処理負荷を増大させ、浄水効率を低下させる。

このような問題点を改善するために、沈殿汚泥や洗浄排水を濃縮処理する手段として膜分離手段を用いる方法が提案されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。

特許文献１に記載された方法は、沈殿汚泥や洗浄排水を多段処理して最終的に分離した膜透過水を砂濾過池の処理水に合流させる。この方法によれば膜透過水を沈殿池に還流させないので、沈殿池及び砂濾過池の処理負荷が増大せず、浄水効率の優れた浄水システムを実現できる。

また、特許文献２に記載された方法は、同様に沈殿汚泥や洗浄排水を多段処理して最終的に分離した膜透過水を沈殿池に還流させる。このため、沈殿池及び砂濾過池の処理負荷が量的に増大する欠点は依然として残る。しかしながら、膜透過水は清澄であるため、質的な面では沈殿池及び砂濾過池の処理負荷は殆んど増大しないという、優れた改善効果を達成できる。
特開平１０−１６５９９０号公報特開２００３−２３６５５８号公報

しかしながら、本発明者の実験によれば、上記特許文献１に記載された方法で分離された膜透過水には溶解性のマンガンが比較的多く含まれていることが判明した。したがって、この膜透過水を砂濾過池の処理水に合流させると、処理水のマンガン濃度を引き上げ、処理水の水質を悪化させることがある。上記特許文献２に記載された方法では、沈殿池に還流させた膜透過水中の溶解性のマンガンは、沈殿池と砂濾過池を経由する過程でその大部分が除去される。したがって、砂濾過池の処理水のマンガン濃度が飲用基準を上回るケースは殆んどない。しかしながら、上記したように、特許文献２に記載された方法は、沈殿池及び砂濾過池の処理負荷を量的に増大させるという欠点がある。

本発明の目的は、上記従来技術の問題点を改善し、沈殿池と砂濾過池を備えた浄水システムにおいて、沈殿汚泥や洗浄排水を膜分離して得た膜透過水を当該浄水システムに還流させた場合でも、沈殿池及び砂濾過池の処理負荷を殆んど増大させず、かつ、処理水中の溶解性のマンガン濃度を低く抑えることが可能な浄水システムを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係る第１の浄水システムは、原水中の懸濁物質を沈殿汚泥として分離する沈殿池と、前記沈殿池の上澄水を砂濾過して処理水とする砂濾過池と、前記沈殿池から抜き出した沈殿汚泥を膜分離する第１膜分離装置と、前記砂濾過池の洗浄排水を膜分離し、その濃縮液を前記沈殿汚泥に合流させ前記第１膜分離装置に送給する第２膜分離装置と、前記第１膜分離装置の膜透過水を酸化処理する酸化手段と、前記酸化手段によって酸化処理された前記膜透過水を前記洗浄排水に合流させる手段と、前記第２膜分離装置の膜透過水を前記処理水に合流させる手段とを具備したことを特徴とする。

また、本発明に係る第２の浄水システムは、原水中の懸濁物質を沈殿汚泥として分離する沈殿池と、前記沈殿池の上澄水を砂濾過して処理水とする砂濾過池と、前記沈殿池から抜き出した沈殿汚泥を膜分離する第１膜分離装置と、前記砂濾過池の洗浄排水を膜分離し、その濃縮液を前記沈殿汚泥に合流させ前記第１膜分離装置に送給する第２膜分離装置と、前記第１膜分離装置の膜透過水を前記沈殿池の入口側に返送する手段と、前記第２膜分離装置の膜透過水を前記処理水に合流させる手段とを具備したことを特徴とする。

本発明に係る第１の浄水システムによれば、沈殿汚泥や洗浄排水を膜分離して最終的に得られた膜透過水は清澄であり、溶解性のマンガンもほとんど含まず、砂濾過池の処理水と同等レベルの水質を維持している。したがって、膜透過水を沈殿池の入口側に還流させることなく、直接に砂濾過池の処理水に合流させることができる。このため、沈殿池及び砂濾過池の処理負荷を増大させず、かつ、処理水中の溶解性のマンガン濃度を低く抑えることができる。

本発明に係る第２の浄水システムによれば、第１膜分離装置の膜透過水を沈殿池の入口側に返送するようにした。この膜透過水は清澄であるが溶解性のマンガンを比較的多く含んでいる。ただし、膜透過水の水量は原水量に対して多くとも１％未満であり、このような清澄かつ少量の膜透過水を原水に混合しても、沈殿池及び砂濾過池の処理負荷は殆んど増大しない。また、膜透過水に含まれる溶解性のマンガンは沈殿池での凝集沈殿や砂濾過池での砂濾過を受ける過程でその大部分が除去されるので、処理水中の溶解性のマンガン濃度を低く抑えることができる。また、この第２の浄水システムでは酸化手段を省略することが可能であり、第１の浄水システムに比べてシステムの簡略化を図ることができる。

図１は本発明に係る第１の浄水システムの実施形態を示す系統図である。当該浄水システムは浄水製造系Ａと汚泥・洗浄排水処理系Ｂに区分される。浄水製造系Ａは、主に着水井１０と沈殿池１２と砂濾過池１４と処理水貯槽１８とによって構成される。汚泥・洗浄排水処理系Ｂは、主に沈殿汚泥貯槽２０と洗浄排水貯槽２２と第１膜分離装置２４と第２膜分離装置２６と酸化手段２８とによって構成される。

着水井１０を経て沈殿池１２へ供給された原水３０に凝集剤３２を添加することによって、原水３０中の懸濁物質が凝集してフロックを形成する。これらのフロックは沈殿池１２の底部に沈殿し、沈殿汚泥３４として抜き出される。沈殿池１２の上澄水３６は後段の砂濾過池１４に送られる。砂濾過池１４では上澄水３６に含まれる微細な懸濁物質を砂濾過し、処理水３８とする。この砂濾過池１４では上澄水３６に含まれる溶解性の鉄やマンガンの除去作用もある。処理水３８は処理水貯槽１８に一旦貯えられた後に塩素系の消毒剤を添加されて、水道水４２として配水される。

砂濾過池１４では長時間の運転によって、砂濾材の表面及びその間隙に微細な懸濁物質が付着、蓄積して目詰まりを起こす。このため、定期的に（例えば１日に１回程度の頻度）で砂濾材層の洗浄を行う。洗浄に使用する洗浄水４４は処理水貯槽１８に貯えた処理水を充当する。この砂濾過池１４の洗浄操作によって多量の洗浄排水４６が発生する。

汚泥・洗浄排水処理系Ｂでは、前記沈殿池１２の底部から抜き出した沈殿汚泥３４と上記砂濾過池１４の洗浄操作によって発生した洗浄排水４６を処理する。すなわち、沈殿汚泥貯槽２０には沈殿池１２からの沈殿汚泥３４が一時的に貯えられる。この沈殿汚泥貯槽２０には後述する第２膜分離装置２６からの濃縮液４８が合流する。沈殿汚泥貯槽２０に貯えられた沈殿汚泥３４は第１膜分離装置２４に送られ、膜分離を受ける。第１膜分離装置２４としては特許文献２に開示されている回転平膜分離装置が好ましく用いられる。回転平膜分離装置は高価であるが過酷な条件でも安定した運転を長時間継続できる長所がある。したがって、沈殿汚泥３４のように高濃度な汚泥の濃縮に好適である。また、背景技術の項で述べたように、沈殿汚泥３４の発生量は原水量に対して１％未満と少量であるから、回転平膜分離装置を採用した際の費用負担もそれほど重荷にはならない。

この第１膜分離装置２４によって沈殿汚泥３４は膜透過水５０と濃縮汚泥５２とに分離される。濃縮汚泥５２は系外の処理設備に送られ、例えば脱水処理を受けた後に適当な手段によって処理処分される。一方、膜透過水５０は酸化手段２８に送られる。酸化手段２８では膜透過水５０に対して酸化処理が施される。酸化処理として例えば酸化剤５４を添加する場合にはオゾンガスや次亜塩素酸ソーダ水溶液などを好ましく用いるが、これらの酸化剤に替えて空気を曝気することも可能である。

膜透過水５０を酸化処理する目的は、膜透過水５０に溶存しているマンガンを酸化して、不溶性の酸化マンガンにすることにある。すなわち、本発明者の実験によれば膜透過水５０には溶解性のマンガンが比較的多く、例えば１ｍｇ／Ｌ前後、含まれていることが判明した。この溶解性のマンガンは元々、河川や地下から取水した原水３０に依拠するものである。前記沈殿池１２での凝集剤３２の添加によって溶解性のマンガンの一部は不溶化して除去されるが、大部分は溶解性のマンガンのままで残存する。また、上記不溶化したマンガンも不安定であり、沈殿汚泥貯槽２０や第１膜分離装置２４で長時間、嫌気条件下で滞留する過程で再溶出することも考えられる。したがって、酸化手段２８では溶存マンガンの除去を目的として、膜透過水５０を酸化処理し、溶存マンガンを酸化して、不溶性の酸化マンガンにする。酸化手段２８としては上記した酸化剤５４を添加する手段以外に、マンガン砂塔のような接触酸化式の手段を用いることができる。

また、砂濾過池１４の洗浄操作によって発生した洗浄排水４６は洗浄排水貯槽２２に貯えられる。洗浄排水は前記したように１日に１回程度の頻度で定期的に発生するが、その水量は原水量の５〜１０％程度に相当する多大な量である。このため、洗浄排水貯槽２２は１回の洗浄操作で発生する多量の洗浄排水４６を一時的に貯留可能な容量を備える。そして、貯留した洗浄排水４６を小出しに後段の第２膜分離装置２６に供給し、次の洗浄操作までに洗浄排水貯槽２２内の洗浄排水４６がほぼなくなるような運転がなされる。この洗浄排水貯槽２２に前記酸化手段２８を経由した膜透過水５０Ａが投入され、膜透過水５０Ａは洗浄排水４６に合流する。

洗浄排水４６と膜透過水５０Ａが合流した合流水５６は第２膜分離装置２６に供給され、膜分離を受ける。この合流水５６は比較的清澄であり、かつ水量が多い。このような合流水５６を処理する第２膜分離装置２６の膜モジュールとしては精密濾過膜からなる中空糸膜モジュール又は静置型浸漬平膜モジュールが好適である。第２膜分離装置２６での膜分離によって、洗浄排水４６中の微細懸濁物質及び膜透過水５０Ａ中の不溶性の酸化マンガンが分離された膜透過水５８は清澄であり、溶解性のマンガンもほとんど含まず、砂濾過池１４の処理水３８と同等レベルの水質を維持している。したがって、膜透過水５８は沈殿池１２の入口側に還流させることなく、直接に砂濾過池１４の処理水３８に合流させる。微細懸濁物質及び不溶性の酸化マンガンを含む第２膜分離装置２６での濃縮液４８は前記したように沈殿汚泥貯槽２０に導き、沈殿汚泥３４と合流させて第１膜分離装置２４での膜分離を受ける。したがって、第１膜分離装置２４から排出される濃縮汚泥５２には沈殿池１２で凝集沈殿させた沈殿物、砂濾過池１４の洗浄操作で分離された微細懸濁物、酸化手段２８での酸化処理によって生成した不溶性の酸化マンガンなど本浄化システムで発生したすべての固形物が集合されて含まれる。

上述のとおり、本発明に係る第１の浄水システムの実施形態によれば、沈殿汚泥３４や洗浄排水４６を膜分離して最終的に得られた膜透過水５８は清澄であり、溶解性のマンガンもほとんど含まず、砂濾過池１４の処理水３８と同等レベルの水質を維持している。したがって、膜透過水５８を沈殿池１２の入口側に還流させることなく、直接に砂濾過池１４の処理水３８に合流させることができる。このため、沈殿池及び砂濾過池の処理負荷を増大させず、かつ、処理水中の溶解性のマンガン濃度を低く抑えることができる。

図２は本発明に係る第２の浄水システムの実施形態を示す系統図である。図２において、図１と同一の符号を付した要素は上記第１の浄水システムで説明した要素と実質的に同一であるので、その説明を省略する。この実施形態は上記第１の浄水システムに係る酸化手段２８を省略した構成であり、第１膜分離装置２４の膜透過水５０を沈殿池１２の入口側である着水井１０に返送するようにしている。この膜透過水５０は清澄であるが前記したように溶解性のマンガンが比較的多く、例えば１ｍｇ／Ｌ前後、含まれている。ただし、膜透過水５０の水量は前記したように原水量に対して多くとも１％未満である。したがって、このような清澄かつ少量の膜透過水５０を着水井１０に返送し、原水３０に混合しても、沈殿池１２及び砂濾過池１４の処理負荷は殆んど増大しない。また、膜透過水５０に含まれる溶解性のマンガンは沈殿池１２での凝集沈殿や砂濾過池１４での砂濾過を受ける過程でその大部分が除去される。すなわち、膜透過水５０を原水３０に混合したことによる悪影響は無視できるレベルである。この第２の浄水システムによれば、前記第１の浄水システムと同様に、沈殿池１２及び砂濾過池１４の処理負荷を量的に殆んど増大させず、かつ、処理水３８中の溶解性のマンガン濃度を低く抑えることができる。この第２の浄水システムの実施形態によれば、前記第１の浄水システムに比べシステムの簡略化を図ることができる。なお、第２の浄水システムでは膜透過水５０の酸化処理を完全に排除することを意図するものではなく、膜透過水５０を酸化処理した後に沈殿池１２の入口側に返送する形態をも含む。

前記各実施形態では、第２膜分離装置２６で膜分離された濃縮液４８を沈殿汚泥３４に合流し、第１膜分離装置２４によって再度、膜分離する構成であった。しかしながら、本発明はこのような構成に限定されるものではなく、濃縮液４８を沈殿汚泥３４に合流させずに独立して抜き出し、第１膜分離装置２４の濃縮汚泥５２と併行して系外の処理設備に送るようにしてもよい。

本発明に係る第１の浄水システムの実施形態を示す系統図である。本発明に係る第２の浄水システムの実施形態を示す系統図である。

符号の説明

１０………着水井、１２………沈殿池、１４………砂濾過池、１６………活性炭吸着池、１８………処理水貯槽、２０………沈殿汚泥貯槽、２２………洗浄排水貯槽、２４………第１膜分離装置、２６………第２膜分離装置、２８………酸化手段、３０………原水、３２………凝集剤、３４………沈殿汚泥、３６………上澄水、３８………処理水、４０………処理水、４２………水道水、４４………洗浄水、４６………洗浄排水、４８………濃縮液、５０………（第１膜分離装置の）膜透過水、５２………濃縮汚泥、５４………酸化剤、５６………合流水、５８………（第２膜分離装置の）膜透過水。

Claims

原水中の懸濁物質を沈殿汚泥として分離する沈殿池と、前記沈殿池の上澄水を砂濾過して処理水とする砂濾過池と、前記沈殿池から抜き出した沈殿汚泥を膜分離する第１膜分離装置と、前記砂濾過池の洗浄排水を膜分離し、その濃縮液を前記沈殿汚泥に合流させ前記第１膜分離装置に送給する第２膜分離装置と、前記第１膜分離装置の膜透過水を酸化処理する酸化手段と、前記酸化手段によって酸化処理された前記膜透過水を前記洗浄排水に合流させる手段と、前記第２膜分離装置の膜透過水を前記処理水に合流させる手段とを具備したことを特徴とする浄水システム。