JP4653535B2 - 浄水製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、特に都市部の浄水場に好適なオゾン処理を含む浄水製造方法に関するものである。
既存の浄水場では、原水に薬品混和池においてPAC等の凝集剤を添加し、フロック形成池においてフロックを形成し、凝集沈殿池においてフロックを重力沈降させ、その上澄水を急速ろ過池においてろ過したうえ、塩素を添加して浄水として送水するのが一般的である。また中、大都市部の浄水場では取水源上流部の宅地造成やゴルフ場開発などにより水源が汚濁・悪化しているため、上記のような工程で得られた浄水にさらにオゾン処理を加えた高度処理が普及しつつある。
ところで都市部の浄水場は、薬品混和池、フロック形成池、凝集沈殿池、急速ろ過池等の各設備の老朽化が進んでおり、その設備更新に際してより小さい設置スペースで従来以上の浄水能力を発揮できる膜ろ過装置の導入が検討されている。例えば特許文献１には、凝集沈殿後水にオゾン処理を行い、さらに活性炭処理したうえで膜ろ過する方法が開示されている。ところがこのような方法では、系外にオゾンが排出されることを避けるためにオゾン接触池以降の設備全体を施蓋し、大規模な脱臭設備により排オゾン処理が必要となるため、コスト高となるという問題があった。
また特許文献２には、凝集沈殿を行うことなく原水にオゾンを添加し、中空糸膜などのオゾン耐性膜により膜ろ過処理する方法が開示されている。ところがこの方法では、ろ過水中に０.０５ｐｐｍ以上のオゾンを残留させることにより膜閉塞を防止しており、やはり系外にオゾンが排出されるおそれがあった。
特開２００２−２２４５４３号公報
特開２０００−５６６号公報
本発明は上記した従来の問題点を解決し、取水源の水質が悪化しオゾン処理が必要な浄水場においても、系外にオゾンを排出させることなく、膜ろ過装置により高流束で浄水を製造できる浄水製造方法を提供するためになされたものである。
上記の課題を解決するためになされた本発明は、原水に０.５〜１.５ｍｇ/Ｌのオゾンを注入した後に、PAC、硫酸バンド、塩化第２鉄、PSIから選択された凝集剤を１５〜３０ｍｇ/Ｌの注入率で添加し、撹拌して凝集混和し、０.０５〜１.０μｍの膜孔径を持つ内圧式セラミック膜で３〜１０ｍ/ｄの流束で膜ろ過することにより、ろ過膜の二次側でオゾンが残留しない膜ろ過水を得ることを特徴とするものである。またオゾンの封入のためにも、凝集混和をラインミキシングにより行わせることが好ましい。
本発明によれば、原水に０.５〜１.５ｍｇ/Ｌのオゾンを注入した後に、PAC、硫酸バンド、塩化第２鉄、PSIから選択された凝集剤を１５〜３０ｍｇ/Ｌの注入率で添加し、撹拌して凝集混和させることにより原水の凝集性が改善され、この原水を０.０５〜１.０μｍの膜孔径を持つ内圧式セラミック膜で３〜１０ｍ/ｄの高流束で膜ろ過することによって、系外にオゾンを排出させることなく、浄水を製造することができる。このため設備の老朽化が進んだ都市部の浄水場を省スペース型の膜ろ過装置に置換することができ、オゾン処理のためのコストを要しない利点がある。
図１は本発明の好ましい実施形態を示す図である。河川水、伏流水、地下水などの原水は着水井１に貯留されたのち、オゾン接触池２においてオゾンが添加される。オゾン接触池２の形態は任意であるが、ここでは充填層２ａの下部にオゾン供給器２ｂを備えた槽内に原水を下向流として流し、充填層２ａ内を上昇してくるオゾンと接触させる形式が用いられている。
本発明では、原水へのオゾンの添加量は０.５〜１.5（好ましくは０.５〜1.0）ｍｇ/Ｌである。添加量が０.５ｍｇ/Ｌ未満ではオゾン添加による有機物の分解効果、凝集改善効果、膜閉塞防止効果が不十分であり、１.５ｍｇ/Ｌを越えると膜ろ過水中にオゾンが残留し、膜ろ過水を通じて系外にオゾンが排出される可能性が生ずるので好ましくない。なお、オゾン接触池２には従来と同様に排オゾン処理を設ける必要がある。
オゾンが添加された原水に、凝集剤が注入される。凝集剤としては従来用いられているPAC、硫酸バンド、塩化第２鉄、PSIなどを用いることができる。この実施形態ではPACを１〜４０ｍｇ/Lの注入率で注入するが、オゾン注入により１５〜３０ｍｇ/LまでPACが削減できる。注入率が少ないと凝集効果がなく、多すぎても不経済となることはいうまでもない。
このようにしてオゾンと凝集剤とが添加された原水は、ポンプ３により加圧されてラインミキサー４に送られる。ラインミキサー４は管内に螺旋状の撹拌羽根を多数設置した撹拌装置であり、この内部を通過する間に凝集剤及びオゾンが原水と混和され、凝集混和が行われる。撹拌の程度はG値によって表すことができ、好ましい範囲は140〜4000である。G値がこの範囲にあれば、必ずしもラインミキサー４を使用する必要はなく、通常の回転式撹拌翼による撹拌を行ってもよい。しかしラインミキサー４を使用することにより、系外へのオゾンの排出を確実に防止できる利点がある。なお、G値がこの範囲よりも低く撹拌が不足すると凝集効果が低下してフロック形成がうまく行われず、逆に撹拌が過剰になると形成されたフロックが破壊されてしまうため、いずれの場合にも次の内圧式セラミック膜５におけるろ過性が低下する。
内圧式セラミック膜５は０.０５〜１.０μｍの膜孔径を持つろ過膜であり、３〜１０ｍ/ｄの流束で膜ろ過が行われる。内圧式セラミック膜５としては、内径が１〜４ｍｍの多数の流路を備えたモノリス型のものを用いることが好ましい。膜孔径が０.０５μｍ未満になると３〜１０ｍ/ｄの流束を確保しにくく、１.０μｍを越えると浄水に混入することが好ましくない微細な異物を除去できなくなる。膜ろ過はデッドエンドろ過により行うことが好ましい。
前記したように、本発明ではオゾンと凝集剤とが添加された原水を凝集混和させたうえ、内圧式セラミック膜５に供給する。オゾンは原水中の有機成分を酸化分解するために凝集性が改善され、実施例に示すように安定した膜ろ過が可能となる。また本発明のオゾンと凝集剤とが添加された原水を凝集混和させる方法によれば、オゾンの添加量を０.５〜１.０ｍｇ/Ｌという低いレベルとしても十分な凝集改善効果を得ることができる。このため、内圧式セラミック膜５までの区間でオゾンを完全に消費させることができ、膜ろ過水中にオゾンが残留することがないから系外へのオゾンの排出を防止することができる。
本発明では凝集性が改善された原水を膜ろ過するので、降雨などの影響により原水の濁度が変動しても、オゾンの添加量を０.５〜１.０ｍｇ/Ｌの範囲に維持したままで安定した運転が可能であり、１〜１２時間ごとに逆洗を行うことにより、膜差圧の上昇を防止することができる。セラミック膜は耐酸性にも優れるため、pHが２程度の酸性水による逆洗も可能であり、１日１回程度の酸逆洗を行えば１年以上の長期間にわたる連続運転も可能である。
このようにして得られた膜ろ過水はそのまま浄水として利用できるが、この実施形態ではさらにオゾン接触池６と活性炭処理装置７とを経由し、浄水として送水される。活性炭処理装置７はオゾンによる酸化分解物を吸着除去するための装置である。これらのオゾン接触池６と活性炭処理装置７は既存設備を利用できるが、本発明において必須のものではない。
図１に示した通りの装置構成による本発明方法と、オゾンを添加せずに凝集膜ろ過のみを行う従来方法とにより、同一の原水（pH：６〜８）を３ヶ月間にわたり膜ろ過する実験を行った。使用したのは何れも膜孔径が０.１μｍの出願人会社製の内圧式セラミック膜であり、流束は５ｍ/ｄとした。逆洗間隔は3.0時間であり、逆洗圧は５００ｋＰａ、ブロー圧は２００ｋＰａとした。
図２に原水濁度の変化と、水温補正膜差圧の変化とを示す。なお、凝集剤としてはいずれもPACを使用したが、その注入率は本発明方法では原水濁度の変化に関係なく２５ｍｇ/L、従来法では原水濁度の変化に比例させて２５〜４０ｍｇ/Lとした。本発明方法では原水に１.０ｍｇ/Ｌのオゾンを注入した。
図２に示されるように、従来法では実験開始から約１ヶ月後から水温補正膜差圧が上昇し、２ヵ月と１０日を経過後には５０ｋＰａに達した。これに対して本発明方法では実験開始から３ヶ月を経過しても水温補正膜差圧は３０ｋＰａを越えることはなく、流束５ｍ/ｄによる安定運転が可能であった。なお本発明方法でも実験開始から５ヶ月を経過したときに水温補正膜差圧が５０ｋＰａに達したが、pH２の硫酸水による逆洗（浸漬時間１０分）を１日１回行ったところ、２０ｋＰａ以下にまで低下した。
この実施例のデータから明らかなように、本発明によれば原水濁度の変化に関係なく、長期間にわたり高流束での安定した膜ろ過が可能である。また膜ろ過水中にはオゾンが残存しておらず、系外にオゾンを排出させるおそれもないことが確認された。
１ 着水井
２ オゾン接触池
２ａ 充填層
２ｂ オゾン供給器
３ ポンプ
４ ラインミキサー
５ 内圧式セラミック膜
６ オゾン接触池
７ 活性炭処理装置
２ オゾン接触池
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７ 活性炭処理装置
Claims (3)
- 原水に０.５〜１.５ｍｇ/Ｌのオゾンを注入した後に、PAC、硫酸バンド、塩化第２鉄、PSIから選択された凝集剤を１５〜３０ｍｇ/Ｌの注入率で添加し、撹拌して凝集混和し、０.０５〜１.０μｍの膜孔径を持つ内圧式セラミック膜で３〜１０ｍ/ｄの流束で膜ろ過することにより、ろ過膜の二次側でオゾンが残留しない膜ろ過水を得ることを特徴とする浄水製造方法。
- 凝集混和をラインミキシングにより行わせることを特徴とする請求項１記載の浄水製造方法。
- pHが２程度の酸性水による逆洗を、１日１回行うことを特徴とする請求項１記載の浄水製造方法。
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