JP4885512B2 - 浄水設備及びその運転方法 - Google Patents

Description

本発明は原水に含まれる濁質や病原性原虫などの異物を分離除去するための浄水設備及びその運転方法に係り、特に、濾過手段を補助して処理水質の向上を図るために濾過手段の上流側に前処理手段を備えた浄水設備及びその運転方法に関する。

現在、濾過手段の上流側に前処理手段を備えて処理水質の向上を図る浄水設備は、例えば特許文献１に示すように、既に提案されている。特許文献１で提案されている浄水設備は、前処理手段として、濾過手段の上流側に混和槽を設け、この混和層に活性炭と凝集剤とを注入して原水に混和させ、これによって、濾過手段では除去できない溶解性物質を原水中から除去することで、処理水質の向上を図るものである。

特開２００２−３３６６１６号公報

上記特許文献１に記載の浄水設備は、混和槽内に凝集剤と活性炭とを注入しているが、凝集剤でも十分に除去できる溶解性異物、例えば高分子の有機物であるにも拘わらず高価な活性炭をも注入しているので、前処理手段として運転効率が悪く、運転コストが高くなる問題がある。

本発明の目的は、処理水質を維持しつつ運転コストの低減が図れる浄水設備を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために、濾過膜を具備し原水中の異物を濾過する濾過手段と、この濾過手段の上流側に設けた凝集剤注入手段及び活性炭注入手段とを備えた浄水設備を運転するに際し、前記濾過手段を通過後の浄水中の有機物濃度が所定値以上のとき、前記活性炭注入手段による注入を開始させるようにしたのである。

このように、溶解性異物である有機物濃度によって活性炭の注入量を変えるようにしたので、凝集剤と活性炭との重複注入は少なくなる。即ち、高分子の有機物は、凝集剤や活性炭をそれぞれ単独に混入しても除去できるが、低分子の有機物は凝集剤では除去できず活性炭で除去することができる。したがって、高分子と低分子の有機物を除去できる活性炭のみを注入することが考えられるが、活性炭は高価であり、活性炭の注入のみでは運転コストが高くなる。そこで、凝集剤により高分子の有機物を除去した後、濾過手段を通過した浄水中の有機物濃度が所定値以上のときにのみ活性炭を注入して低分子の有機物を除去するようにしたのである。

以上説明したように本発明によれば、活性炭の注入を必要最小限にすることで、処理水質を維持しつつ運転コストの低減が図れる浄水設備を得ることができる。

以下本発明による浄水設備の第１の実施の形態を図１に基づいて説明する。

第１の実施の形態による浄水設備は、濾過手段１と、この濾過手段１の上流側に設けた混和槽２と、この混和槽２に凝集剤を注入する凝集剤注入手段３と、前記濾過手段１と前記混和槽２とを繋ぐ配管４に活性炭を注入する活性炭注入手段５と、配管４に設けたポンプ６と、前記濾過手段１の下流側に設けた有機物濃度測定手段７と、この有機物測定手段７の測定結果に基づいて前記凝集剤注入手段３と活性炭注入手段５とポンプ６を制御する制御手段８とを備えている。

上記構成の浄水設備による浄水処理は、ポンプ６の起動によって原水aが混和槽２内に導かれ、そして混和槽２内で原水aは凝集剤注入手段３から注入される凝集剤と混合する。混和槽２内では凝集剤の注入によりマイクロフロックが形成され、このマイクロフロックに異物や高分子の有機物が取り込まれる。次に、混和槽２を出た処理水ｂには、活性炭注入手段５から活性炭が注入される。活性炭の注入により、マイクロフロックで除去しきれなかった低分子の有機物は、配管４中を流れる活性炭や濾過手段１の濾過膜表面に堆積した活性炭で吸着されて除去され、濾過手段１から処理水ｃが抽出されてユーザに提供される。

ところで、前記濾過手段１は、中空糸膜などの濾過膜が組み込まれており、供給された処理水ｂの一部ｄは濾過膜面に沿って循環して前記配管４に至り、この循環するクロスフロー流によって濾過膜面を洗浄している。しかし、前記濾過手段１は、クロスフロー方式に限定されるものではなく、全量濾過方式でも良い。

前記濾過手段１の濾過膜面には、運転中に注入された活性炭が堆積し、この堆積物は濾過手段１内を循環するクロスフロー流によっても十分に洗浄することは難しいので、定期的に堆積物を剥離させる必要がある。そのために、給水ポンプからなる逆洗手段９が設けられ、浄水流通方向とは逆方向に洗浄水ｅを逆流させて濾過膜面に堆積した活性炭や異物等を剥離している。剥離した活性炭等は洗浄排水ｆと共に排水処理系で処理される。この逆洗手段９も前記制御手段８によって定期的に運転されるように制御される。

また、上記活性炭注入手段５による活性炭の注入は、濾過手段１を通過した処理水ｃ中の低分子有機物濃度を有機物濃度測定手段７で測定し、所定値よりも多い場合に制御手段８が活性炭注入手段５に注入指示を出して注入を開始するようにしている。

以上説明したように、高分子の有機物は凝集剤によって除去し、また、濾過手段１を通過した処理水ｃの低分子有機物の濃度によって活性炭を必要量注入するようにしたので、高価な活性炭の使用量を削減でき、その結果、処理水質を維持しつつ運転コストの低減が図れる浄水設備を得ることができる。

上記第１の実施の形態は、前記濾過手段を通過後の処理水中の有機物濃度が所定値以上のとき、前記活性炭注入手段による注入を開始させるようにしたことを特徴とする浄水設備の運転方法であるが、このような運転方法において、濾過水量を一定にすると、取水する原水ａによっては、濁質などの微細な異物が濾過膜面に堆積したり、膜孔径内に侵入して閉塞したりすることが原因で濾過膜差圧、云い代えれば濾過手段１の上流側と下流側の差圧が増加し、ポンプ６の動力費を増加させることになる。この差圧の上昇を回避するために、浄水設備では、濾過手段１による濾過工程と逆洗手段９による濾過手段１の逆洗工程とを例えば１時間程度の間隔で繰り返す運転が行われている。

一方、活性炭注入による低分子有機物の吸着除去は、低分子有機物の濃度や活性炭の注入量で異なるが、活性炭による吸着除去は吸着量が飽和するまで続けられる。

このために、活性炭注入後で活性炭の吸着能力が十分に残存しているにも拘わらず逆洗が行われると、排水処理系で処理されてしまうので、吸着能力のある活性炭が無駄になる。

このような活性炭の無駄を無くすため、第１の実施の形態では、有機物濃度測定手段７で測定した処理水ｃ中の低分子有機物濃度が予め設定した濃度を超えた場合に、制御手段８で逆洗指示を出し、逆洗手段９による逆先が行われた後、活性炭注入手段５に活性炭の注入を指示し、活性炭が所定量注入された後、濾過を再開するようにしたのである。

このように、逆洗後に活性炭を注入することで、低分子有機物の除去は勿論のこと、注入された活性炭を次回の逆洗時まで有効利用することができる。

尚、処理水ｃ中の低分子有機物の濃度が高く、逆洗時前に活性炭が飽和吸着に達した場合には、制御手段８から直ちに逆洗工程に進むように指示を出し、逆洗した後に活性炭を注入するので、即低分子有機物の濃度を設定値以下に戻すことができる。

次に、図１に示す浄水設備における活性炭の注入例を図２に示すフローにしたがって説明する。

ステップＳ１で、制御手段８は現時点で活性炭が注入されているか否かを判定し、注入されていない場合にはステップＳ２へ進み、注入されている場合にはステップＳ５へ進む。ステップＳ２で制御手段８は、処理水ｃ中の有機物濃度が所定値αを越えているか否かを判定し、超えていない場合にはステップＳ３へ進み、超えている場合にはステップＳ４へ進む。ステップＳ３で制御手段８は、濾過開始から所定時間ｔに達したか否かを判定し、達していなければ判断を終了して濾過を継続させ、達していれば逆洗手段９に逆先の指示を出して逆洗工程に進み、逆洗後にポンプ６を起動して濾過を再開する。

前記ステップＳ４に進んだ場合には、制御装置８は逆洗させ、その後所定量の活性炭の注入を活性炭注入手段５に指示させ濾過を再開させ、制御を終了する。

前記ステップＳ５に進んだ場合には、制御手段８は処理水ｃ中の有機物濃度が所定値αを越えているか否かを判定し、超えていない場合にはステップＳ６へ進み、超えている場合にはステップＳ７へ進む。

前記ステップＳ６に進んだ場合には、制御手段８は濾過開始から所定時間ｔに達したか否かを判定し、達していなければ判断を終了して濾過を継続させ、達していれば逆洗手段９に逆先の指示を出して逆洗工程に進み、逆洗後に活性炭の注入を指示する。活性炭の注入量は、前回の注入量に比べて例えば１０％程度削減する。その後、ポンプ６を起動して濾過を再開させ、制御を終了する。

前記ステップＳ７に進んだ場合には、制御手段８は逆洗手段９に逆先の指示を出して逆洗工程に進み、逆洗後に活性炭の注入を指示する。活性炭の注入量は、前回の注入量に比べて例えば１０％程度増量させる。その後、ポンプ６を起動して濾過を再開させ、制御を終了する。

上述のように制御手段８で制御することにより、活性炭の注入量をきめ細かに制御することができ、経済的な運転方法を提供できる。

次に、本発明による浄水設備の第２の実施の形態を図３に基づいて説明する。尚、図１に示す第１の実施の形態と同一符号は同一部品を示すので、再度の詳細な説明は省略する。

この第２の実施の形態が、第１の実施の形態と異なる構成は、濾過手段１の上流側と下流側との配管に、流体圧力を測定する供給側圧力測定手段１０Ａと排出側圧力測定手段１０Ｂを設けて差圧測定手段を構成したのである。そして、これら供給側圧力測定手段１０Ａと排出側圧力測定手段１０Ｂで測定された圧力を制御手段８で演算して差圧を求め、この差圧と有機物濃度に基づいて活性炭のみならず凝集剤の注入量を制御しようとするものである。

以下、第２に実施の形態による制御を図４に示すフローに従って説明する。

まず、供給側圧力測定手段１０Ａと排出側圧力測定手段１０Ｂとによる差圧測定手段で検出された差圧が所定値を超えたことを前提に制御が開始され、ステップＳ１１で制御手段８は有機物濃度が所定値αを超えているか否かを判断し、超えていない場合にはステップＳ１２へ進み、超えている場合にはステップＳ１３へ進む。

ステップＳ１２で制御手段８は、現在、凝集剤を注入中か否かを判断し、注入中でない場合には、ステップＳ１４に進んで逆洗を指示し、逆洗が終了した後、凝集剤の注入を指示して濾過を開始させ、制御を終了する。凝集剤が注入中である場合にはステップＳ１５に進んで逆洗を指示し、逆洗が終了した後、前回より凝集剤の注入率を増加させて注入を指示し、その後、濾過を開始させて制御を終了する。

ステップＳ１３で制御手段８は、活性炭を注入されているか否かを判断し、活性炭を注入されていない場合には、ステップＳ１６に進んで逆洗を指示し、逆洗が終了した後、活性炭の注入を指示して濾過を開始させて制御を終了する。活性炭を注入されている場合には、ステップＳ１７に進んで逆洗を指示し、逆洗が終了した後、前回より活性炭の注入率を増加させて注入を指示し、その後、濾過を開始させて制御を終了する。

ところで、濾過手段１の差圧が上昇する要因の一つとして、濁質や有機物による濾過膜面の汚染がある。また、有機物を高分子有機物と低分子有機物とに分類すると、濁質や高分子有機物は凝集剤の注入による形成されるマイクロフロックによって濾過手段１は処理水ｂの流通を許容するので差圧の上昇を抑制できる。一方、低分子有機物はマイクロフロックの形成では除去できないが、活性炭の注入によって除去できるので、差圧の上昇を抑制することができる。

そして浄水設備で使用される濾過手段の濾過膜は、ＵＦ膜とＭＦ膜の導入例が多く、孔径の大きいＭＦ膜でも１μｍ以下が多い。また、濾過手段１の濾過膜を透過した処理水ｃに含まれる有機物は、低分子有機物であることが確認されている。

そこで、第２の実施の形態による制御では、処理水ｃ中の有機物濃度を測定し、測定された有機物を低分子有機物とみなして凝集剤と活性炭のどちらを注入すれば差圧の上昇を抑制できるかを判定し、その注入量を制御することができるので、処理水ｃを高品質に維持したまま経済的な浄水設備の運転を行うことができると共に、濾過手段１を差圧に左右されること無く安定して運転することができる。

尚、処理水ｃに含まれる有機物に起因する色度を測定することで有機物の有無を測定することもできる。しかし、有機物には無色なものが存在し、全ての有機物の有無を色度で測定することができないので、正確な有機物の測定を行うために、本発明では有機物濃度を測定することを前提とした。

また、図示はしていないが、差圧の低下や処理水ｃ中の有機物濃度が低下した場合には、凝集剤や活性炭の注入量を、逆洗した後に例えば１０％づつ段階的に削減させるとよい。

次に、本発明による浄水設備の第３の実施の形態を図５に基づいて説明する。尚、図１に示す第１の実施の形態と同一符号は同一部品を示すので、再度の詳細な説明は省略する。

この第３の実施の形態が、第１の実施の形態と異なる構成は、混和槽２の上流側に、原水有機物測定手段１１を設置し、ここで測定された測定値を制御手段８に入力し、凝集剤の注入量を制御するようにしたものである。

原水有機物測定手段１１は、有機性炭素と紫外線吸光度との比率によって原水ａ中の有機成分を検出できる。即ち、有機性炭素／紫外線吸光度が高い場合には低分子有機物が多く、比率が低い場合には高分子有機物が多いことになる。

したがって、原水有機物測定手段１１の測定値を制御装置８で演算して、比率が所定値よりも高い場合には、低分子有機物が多いので凝集剤による除去効果や差圧低減効果が小さいため、制御手段８は凝集剤の注入量を低下させ、同時に、有機物濃度測定手段７による処理水ｃ中の低分子有機物濃度も上昇するので、活性炭の注入を指示する。そして、逆に比率が所定値よりも低い場合には、高分子有機物が多いので、凝集剤による除去効果や差圧低減効果が大きいので、制御手段８は凝集剤の注入量の増加を指示する。

この第３の実施の形態によれば、原水ａ中の有機物を判断して凝集剤や活性炭の注入量を制御できるので、上記各実施の形態と同様な効果を奏することができる。

ところで、上記各実施の形態において、活性炭注入手段５を、濾過手段１と混和槽２とを繋ぐ配管４に接続した例を説明したが、これに限定されるものではなく、濾過手段１より上流側の流路内であれば、混和槽２に接続しても良い。

本発明による浄水設備の第１の実施の形態を示すブロック図。 図１に示す浄水設備の制御形態を示すフロー図。 本発明による浄水設備の第２の実施の形態を示すブロック図。 図３に示す浄水設備の制御形態を示すフロー図。 本発明による浄水設備の第３の実施の形態を示すブロック図。

符号の説明

１…濾過手段、２…混和槽、３…凝集剤注入手段、４…配管、５…活性炭注入手段、６…ポンプ、７…有機物濃度測定手段、８…制御手段、９…逆洗手段、１０Ａ…供給側圧力測定手段、１０Ｂ…排出側圧力測定手段、１１…原水有機物測定手段、ａ…原水、ｂ…処理水、ｃ…処理水、ｄ…処理水の一部、ｅ…洗浄水、ｆ…洗浄排水。

Claims (6)

1. 濾過膜を具備し原水中の異物を濾過する濾過手段と、この濾過手段の上流側に設けた凝集剤注入手段及び活性炭注入手段とを備えた浄水設備において、前記活性炭注入手段を前記濾過手段と前記凝集剤注入手段との間に設置し、前記濾過手段の下流側に前記濾過手段を通過した低分子有機物濃度を測定する有機物濃度測定手段を設け、この有機物濃度測定手段により測定された低分子有機物濃度に応じて前記活性炭注入手段の注入量を制御する制御手段を設けたことを特徴とする浄水設備。
2. 前記濾過手段には、浄水流通方向とは逆方から洗浄水を供給する逆洗手段が設けられていることを特徴とする請求項１記載の浄水設備。
3. 前記凝集剤注入手段は、取水された原水と凝集剤とを混和する混和槽に接続され、前記活性炭注入手段は、前記濾過手段と前記混和槽とを繋ぐ配管に接続されていることを特徴とする請求項１記載の浄水設備。
4. 濾過膜を具備し原水中の異物を濾過する濾過手段と、この濾過手段の上流側に設けた凝集剤注入手段及び活性炭注入手段とを備えた浄水設備を運転するに際し、前記濾過手段を通過後の浄水中の低分子有機物濃度が所定値以上のとき、前記活性炭注入手段により所定量の活性炭の注入を開始させるようにしたことを特徴とする浄水設備の運転方法。
5. 濾過膜を具備し原水中の異物を濾過する濾過手段と、この濾過手段の上流側に設けた凝集剤注入手段及び活性炭注入手段とを備えた浄水設備を運転するに際し、前記濾過手段を濾過と逆先とを所定間隔で繰り返す運転を行い、前記濾過手段を通過後の処理水中の低分子有機物濃度が所定値以上になったとき、前記濾過手段を逆洗した後、前記活性炭注入手段により所定量の活性炭を注入し、その後、濾過の再開を開始させるようにしたことを特徴とする浄水設備の運転方法。
6. 濾過膜を具備し原水中の異物を濾過する濾過手段と、この濾過手段の上流側に設けた凝集剤注入手段及び活性炭注入手段とを備えた浄水設備を運転するに際し、前記濾過手段を濾過と逆洗とを所定間隔で繰り返す運転を行い、逆洗到達前に前記濾過手段を通過後の処理水中の低分子有機物濃度が所定値以上になったとき、前記濾過手段を逆洗した後、前記活性炭注入手段による活性炭の注入量を増加させて注入し、その後、濾過を再開させ、逆洗到達時に前記濾過手段を通過後の浄水中の低分子有機物濃度が所定値以下のとき、前記濾過手段を逆洗した後、前記活性炭注入手段による活性炭の注入量を前回の注入量よりも減少させて注入し、その後、濾過を再開させるようにしたことを特徴とする浄水設備の運転方法。

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