JPWO2011122658A1

JPWO2011122658A1 - 水処理装置

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Publication number: JPWO2011122658A1
Application number: JP2012508359A
Authority: JP
Inventors: 佐藤　茂; 茂佐藤; 佳亮小船
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 2010-03-30
Filing date: 2011-03-30
Publication date: 2013-07-08
Anticipated expiration: 2031-03-30
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Abstract

被処理水に添加された凝集剤と被処理水とを混合してフロックを形成する混合槽を有する混合処理手段と、前記混合処理手段から排出される被処理水が導入されると共に被処理水が大気に開放されない状態に保たれる円筒形状の凝集槽、旋回流が発生するように被処理水を前記凝集槽の下部から接線方向に前記凝集槽に導入する被処理水導入口、及び、前記凝集槽の上部に設けられ被処理水を前記凝集槽の上部から排出する被処理水排出口を有する凝集処理手段と、前記凝集処理手段から排出される被処理水が大気に開放されない状態で前記凝集処理手段から導入され、被処理水を固液分離処理する固液分離処理手段と、を有する水処理装置とする。

Description

本発明は、工業用水、市水、井水、河川水、湖沼水、工場廃水などの被処理水に凝集剤を添加して凝集処理した後に濾過処理や膜分離処理等の固液分離処理する水処理装置に関する。

工業用水、市水、井水、河川水、湖沼水、工場廃水などの被処理水を処理する方法として、例えば被処理水に無機凝集剤及びアニオン性等の高分子凝集剤を添加して被処理水に含まれる濁質等を吸着や凝結等する凝集処理をした後、砂ろ過、加圧浮上処理や、繊維状の濾過体（濾材）等を用いた濾過処理、膜分離処理により濁質を除去する固液分離処理を行う方法がある（特許文献１〜３参照）。

しかしながら、凝集処理においては、凝集物（フロック）の粗大化には、一般的に開放型、すなわち被処理水が大気に開放されている状態の凝集槽が用いられており、後段の固液分離処理を行う装置へ被処理水を送液する際にポンプ等の送液手段が必要であり、このポンプ等によりフロックが破壊されてしまい、清澄な処理水が得難いという問題がある。

なお、特許文献４には被処理水を大気に開放されていない状態で保持する密閉型の凝集処理が記載されているが、この特許文献４では、凝集処理手段の後段には、基本的に撹拌機を有する開放型の凝集槽で撹拌する装置が設けられており、ポンプ等によりフロックの破壊が生じる場合がある。

特開２００３−２６５９０７号公報特開２００４−８９７６６号公報特開２００７−２２９６５８号公報特開２００４−１６０３５３号公報

本発明は上述した事情に鑑み、凝集処理した後に固液分離処理する水処理装置であって確実に清澄な処理水を得ることができる水処理装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の態様は、被処理水に添加された凝集剤と被処理水とを混合してフロックを形成する混合槽を有する混合処理手段と、前記混合処理手段から排出される被処理水が導入されると共に被処理水が大気に開放されない状態に保たれる円筒形状の凝集槽、旋回流が発生するように被処理水を前記凝集槽の下部から接線方向に前記凝集槽に導入する被処理水導入口、及び、前記凝集槽の上部に設けられ被処理水を前記凝集槽の上部から排出する被処理水排出口を有する凝集処理手段と、前記凝集処理手段から排出される被処理水が大気に開放されない状態で前記凝集処理手段から導入され、被処理水を固液分離処理する固液分離処理手段と、を有することを特徴とする水処理装置にある。

また、前記被処理水排出口は、被処理水を前記凝集槽の上部から接線方向に排出するように設けられていてもよい。

そして、前記固液分離処理手段が、紐状の濁質捕捉部を有する濾過体が通水時の濾過部の空隙率が５０〜９５％になるように濾過槽に充填されている濾過処理手段であることが好ましい。

さらに、前記混合処理手段は被処理水を大気に開放されない状態に保つものであり、被処理水が大気に開放されない状態で前記混合処理手段から前記凝集処理手段に導入され、被処理水を送液する送液手段が前記混合処理手段の前段に設けられていることが好ましい。

凝集剤と被処理水とを混合して濁質等のフロックを形成する混合処理手段と、混合処理した被処理水を大気に開放されない状態に保つ円筒形状の凝集槽に旋回流が発生するように導入しフロックを粗大化する凝集処理手段と、凝集処理した被処理水を大気に開放されない状態で導入し固液分離処理する固液分離処理手段とを有する水処理装置とすることにより、凝集処理手段で形成した粗大フロックを、ポンプ等の送液手段を用いずに後段の固液分離処理手段に移送することが可能となり、粗大フロックの破壊を抑制できるため、清澄な処理水を得ることができる水処理装置となる。

水処理装置例の概略系統図である。凝集処理手段の構成を示す上面図及び側面図である。混合処理手段及び凝集処理手段の模式図である。凝集処理手段の他の構成例を示す上面図、側面図及び模式図である。水処理装置の模式図である。他の水処理装置の模式図である。他の水処理装置の模式図である。濾過装置の構成を示す断面図である。濾過装置の要部拡大図である。濾過装置の濁質捕捉部の一例を示す図である。水処理装置の概略系統図である。

本発明の水処理装置は、被処理水に凝集剤を添加して凝集処理した後に、沈殿処理、加圧浮上処理、濾過処理や膜分離処理等の固液分離処理する水処理装置である。

被処理水としては、例えば、フミン酸・フルボ酸系有機物、藻類等が生産する糖などの生物代謝物、又は、界面活性剤等の合成化学物質などを含む水、具体的には、工業用水、市水、井水、河川水、湖沼水、工場廃水（特に、工場からの廃水を生物処理した生物処理水）などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。なお、フミン質とは、植物などが微生物に分解されることにより生じる腐食物質をいい、フミン酸等を含むものであり、フミン質を含有する水は、フミン質および／またはフミン質に由来する溶解性ＣＯＤ成分、懸濁物質や色度成分を有する。

本発明の水処理装置の一例である図１〜図３を用いて、本発明の水処理装置について詳細に説明する。なお、図１は水処理装置の概略系統図、図２は水処理装置が有する凝集処理手段の上面図（図２（ａ））及び側面図（図２（ｂ））、図３は水処理装置が有する混合処理手段及び凝集処理手段である。

図１に示すように、本発明の水処理装置１は、被処理水（原水）に添加された凝集剤と被処理水とを混合してフロックを形成する混合槽を有する混合処理手段３と、混合処理手段３から排出される被処理水が導入される凝集処理手段４と、凝集処理手段４から排出される被処理水を固液分離処理する固液分離処理手段５とを有する。また、混合処理手段３の前段には凝集剤を被処理水に添加する凝集剤導入手段６が設けられている。なお、凝集剤に限定はなく、被処理水中に含まれる懸濁物質（濁質）、コロイド成分、溶解性ＣＯＤ（化学的酸素要求量）成分等を凝結や凝集等してフロック（凝集物）を形成することができればよく、例えば、ポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）等のアルミニウム塩や鉄塩などの無機凝集剤、高分子凝集剤、ＭＴアクアポリマー製カチオンポリマーゲルであるアコジェルＣ等の水中で膨潤し実質的に水に溶解しないカチオン性ポリマーからなる粒子等が挙げられ、これらを単独及び併用して用いることができる。

また、図１に示すように、被処理水を送液する送液手段として、混合処理手段３の前段にポンプＰ１が設けられ、さらに、混合処理手段３と凝集処理手段４との間にポンプＰ２が設けられている。そして、凝集処理手段４から固液分離処理手段５へは、被処理水が大気に開放されない状態で通水されるように、図１の矢印で示すように配管で繋がれている。ここで、大気に開放されない状態とは、凝集処理手段４の前段に設けたポンプ２等の送圧（被処理水を送液するための圧力）を維持できる状態、すなわち、送圧がほとんど大気に逃げない密閉型であることを意味する。

そして、凝集処理手段４は、図２に示すように、被処理水が導入される円筒形状の凝集槽１１と、矢印で示すような旋回流が発生するように被処理水を凝集槽１１の下部から接線方向に凝集槽１１に導入する被処理水導入口１２と、被処理水を凝集槽１１の上部から接線方向に排出する被処理水排出口１３とを有する。被処理水導入口１２が凝集槽１１の下部に設けられ、被処理水排出口１３が凝集槽１１の上部に設けられているため、発生する旋回流は上向流である。また、凝集槽１１は、内部が中空の円筒の上面及び底面が蓋で覆われている形状であり、導入された被処理水が大気に開放されない状態に保たれるもの、すなわち密閉型である。なお、図１〜図３においては、凝集処理手段４として、被処理水を凝集槽１１の上部から接線方向に排出する被処理水排出口１３を有するものを記載したが、被処理水排出口１３は、凝集槽１１の上部に設けられ凝集槽１１の上部から被処理水を排出できるものであればよい。例えば、図４に示すように、凝集槽１１の接線方向ではない上部側面に被処理水排出口１３を有する凝集処理手段４Ａでもよく、また、凝集槽１１の頂上部に被処理水排出口１３を有する凝集処理手段４Ｂでもよい。図４（ａ）は凝集処理手段４Ａの上面図、図４（ｂ）は凝集処理手段４Ａの側面図、図４（ｃ）は凝集処理手段４Ａの模式図、図４（ｄ）は凝集処理手段４Ｂの上面図、図４（ｅ）は凝集処理手段４Ｂの側面図、図４（ｆ）は凝集処理手段４Ｂの模式図である。

なお、凝集槽１１の大きさに特に限定はないが、内径は上限で２ｍ程度で、内径：高さ＝１〜５：３〜１０程度とすればよい。また、被処理水導入口１２や被処理水排出口１３を設ける位置にも特に限定はないが、例えば、被処理水導入口１２の通水方向断面の中心位置が、凝集槽１１の底から上方に被処理水導入口１２の半径＋２ｍ以内、また、被処理水排出口１３の通水方向断面の中心位置が、凝集槽１１の天井部から下方に被処理水排出口１３の半径＋２ｍ以内とすればよい。さらに、被処理水の通水量や滞留時間、Ｇ値も特に限定はないが、例えば、被処理水の通水量は初期流速（被処理水導入口流速）：０．５〜２．０［ｍ／ｓ］、滞留時間：０．１〜１０分好ましくは２〜５分、凝集槽平均Ｇ値：２０〜２００［１／ｓ］とすればよい。

また、混合処理手段３は、図３に示すように、例えば被処理水が導入され上部が開放されている混合槽１６と、被処理水を撹拌して凝集剤と被処理水を混合する急速の撹拌機１７と、混合処理した被処理水を一時的に貯留する一時貯留槽１８とを有する。

そして、固液分離処理手段５は、沈殿処理、加圧浮上処理、濾過処理や、膜分離処理等、濁質等のフロックを除去する固液分離処理を行えるものであれば特に限定はないが、本実施形態においては、詳しくは後述するが、被処理水に含まれる濁質等と凝集剤とで形成されたフロックを捕捉する紐状（繊維状）の濾過体を有する濾過装置２０である。なお、沈殿処理や加圧浮上処理は、凝集剤を被処理水に添加する時に、カセイソーダ、消石灰や硫酸などでｐＨ調整を行い、最後に有機系高分子凝集剤にて懸濁物をフロック化することで行える。また必要に応じて有機凝結剤を併用してもよい。また、膜分離処理としては、精密濾過膜（ＭＦ膜）、限外濾過膜（ＵＦ膜）、ナノ濾過膜（ＮＦ膜）、又は、逆浸透膜（ＲＯ膜）等が挙げられる。

このような水処理装置１では、まず、原水槽２に貯留された被処理水（原水）が通水する配管に、凝集剤が凝集剤導入手段６により導入され、被処理水に凝集剤が添加される。そして、凝集剤が添加された被処理水は、混合処理手段３の混合槽１６に導入され、撹拌機１７により比較的急速に撹拌されて、被処理水と凝集剤が混合される。これにより、被処理水中に含まれる濁質等と凝集剤とでフロックが形成される。次いで、フロックが形成された被処理水は一時貯留槽１８に貯留される。そして、一時貯留槽１８に貯留された被処理水は、ポンプＰ２により送液されて、凝集処理手段４の凝集槽１１の下部に接線方向に設けられた被処理水導入口１２から、凝集槽１１の下部へ導入される。このように、凝集槽１１の下部に接線方向に設けられた被処理水導入口１２から被処理水を導入すると、図２（ａ）の矢印で示すような旋回流が発生する。この旋回流により上記混合処理手段３で形成されたフロックが比較的緩やかに撹拌されて粗大化し、そして、上昇しながら被処理水排出口１３まで達し、該被処理水排出口１３から排出される。このフロックを粗大化させる処理を、凝集処理と呼ぶ。ここで、本実施形態においては、凝集槽１１は内部に仕切り板、内管や撹拌機など、他の部材が設けられていないものであるので、この被処理水の旋回流を阻害するものがない。したがって、フロックが部材に衝突等して微細化することを防ぐことができ、良好にフロックを粗大化することができる。そして、凝集槽１１は内部に何も部材が設けられていないため、勿論、メンテナンスも容易であり、また、製作コストや運転コストを抑制することができる。なお、下向流での通水ではショートパスしてしまうので凝集効率が悪くなり、また、水平方向に通水すると水の流れが不均一になってフロックが破壊されてしまう場合があるが、本実施形態のように、上向流とすると、水面が凝集槽１１全体で均一に上昇するため攪拌が安定し、効率よくフロックの粗大化を行なうことができる。また、凝集槽１１は上面及び底面が蓋で覆われている円筒形状であるため、導入された被処理水は大気に開放されない状態であり、ポンプＰ２の送圧は、被処理水排出口１３から排出される被処理水においても、維持されているものである。

そして、凝集処理されて被処理水排出口１３から排出された被処理水は、被処理水排出口１３と固液分離処理手段５とを繋ぐ配管に通水される。ここで、上述したように、ポンプＰ２の送圧は、被処理水排出口１３から排出される被処理水においても維持されている。また、凝集処理手段４から固液分離処理手段５へは被処理水が大気に開放されない状態で通水されるように配管が設けられている、すなわち、凝集処理手段４の被処理水排出口１３と、固液分離処理手段５に被処理水を導入する入口とは配管で繋がれている。したがって、凝集処理手段４及び固液分離処理手段５の間に、固液分離処理手段５に被処理水を通水するためのポンプ等の送液手段を設けなくても、被処理水は固液分離処理手段５へ送液されることになる。したがって、ポンプ等の送液手段により粗大化させたフロックの破壊を防止することができるため、固液分離処理手段５により、フロックを良好に除去することができ、確実に清澄な処理水を得ることができる。

一方、凝集処理手段４及び固液分離処理手段５の間に、固液分離処理手段５に被処理水を通水するためのポンプ等の送液手段を設ける必要がある場合、例えば、凝集処理手段の凝集槽の上部が開放されており被処理水が大気に開放された状態の水処理装置や、被処理水が凝集処理手段から固液分離処理手段までの間に大気に開放された状態となるように通水される水処理装置では、このポンプ等の送液手段の使用により、凝集処理により粗大化させたフロックを破壊して微細化等しまう。そして、このようにフロックが破壊されると、後段の固液分離処理手段により、フロックを良好に除去できなくなり、清澄な処理水を得難くなる。また、凝集処理の後にさらに撹拌機等で比較的急速に撹拌する装置を有すると、フロックを破壊してしまい、同様に清澄な処理水を得難くなる。

なお、図１に示した例では、凝集処理手段４自体と、凝集処理手段４及び固液分離処理手段５との間の送液を、被処理水が大気に開放されていない水処理装置１としたが、さらに、混合処理手段３も被処理水を大気に開放されない状態に保つものとし、被処理水が大気に開放されない状態で混合処理手段３から凝集処理手段４に導入される水処理装置としてもよい。

具体的には、図５に示すように、被処理水（原水）が貯留された原水槽２と、混合処理手段３Ａと、混合処理手段３Ａから排出される被処理水が導入される凝集処理手段４と、凝集処理手段４から排出される被処理水を固液分離処理する固液分離処理手段（図示無し）とを有する。また、混合処理手段３Ａの前段には凝集剤を被処理水に添加する凝集剤導入手段６が設けられている。なお、図１〜図３と同じ装置には同じ番号を付してあり、同じ装置等の説明は省略する。

図５に示す水処理装置では、混合処理手段３Ａはラインミキサーを２つ直列に連結したものであり、被処理水が大気に開放されない状態で保持されるものである。勿論、ラインミキサーの数に限定はない。また、混合処理手段３Ａ、凝集処理手段４及び固液分離処理手段は順に配管で繋がれており、混合処理手段３Ａから凝集処理手段４を経由して固液分離処理手段に至るまで、被処理水が大気に開放されない状態で通水されるものである。したがって、混合処理手段３Ａから固液分離処理手段まで、混合処理手段３Ａの前段に設けられたポンプＰ１の送圧が維持されるため、送液手段は、混合処理手段３Ａの前段に設けられたポンプＰ１のみでよい。よって、ポンプを複数設けることによるコストやメンテナンスを削減することができる。なお、設置面積の小ささの観点からラインミキサーが好ましいが、例えば、配管を延長し滞留時間を長くしたライン混合でもよい。

そして、上述した例では、混合処理手段３に導入する前の被処理水に凝集剤を添加するようにしたが、被処理水を導入した混合処理手段３、すなわち混合槽１６に凝集剤を添加するようにしてもよい。また、混合槽やラインミキサーを複数設け、各混合槽やラインミキサー毎に異なる種類の凝集剤を添加するようにしてもよい。ラインミキサー毎に異なる種類の凝集剤を添加する、すなわち、異なる種類の凝集剤を添加する毎にラインミキサーに通水する構成とした水処理装置について、図６を用いて説明する。

図６に示すように、被処理水（原水）が貯留された原水槽２と、混合処理手段３Ｂと、混合処理手段３Ｂから排出される被処理水が導入される混合処理手段３Ｂ´と、混合処理手段３Ｂ´から排出される被処理水が導入される凝集処理手段４と、凝集処理手段４から排出される被処理水を固液分離処理する固液分離処理手段５とを有する。また、混合処理手段３Ｂの前段には無機凝集剤を被処理水に添加する無機凝集剤導入手段６Ａが設けられ、混合処理手段３Ｂ´の前段には高分子凝集剤を被処理水に添加する高分子凝集剤導入手段６Ｂが設けられている。そして、混合処理手段３Ｂの上流側には、ｐＨ調整剤を被処理水に導入するｐＨ調整剤導入手段７が設けられている。なお、図１〜図５と同じ装置には同じ番号を付してあり、同じ装置等の説明は省略する。

図６に示す水処理装置では、混合処理手段３Ｂ及び混合処理手段３Ｂ´はラインミキサーをそれぞれ３つ直列に連結した同一構造であり、被処理水が大気に開放されない状態で保持されるものである。勿論、ラインミキサーの数に限定はない。また、混合処理手段３Ｂ及び混合処理手段３Ｂ´、凝集処理手段４及び固液分離処理手段５は順に配管で繋がれており、混合処理手段３Ｂから混合処理手段３Ｂ´及び凝集処理手段４を経由して固液分離処理手段５に至るまで、被処理水が大気に開放されない状態で通水されるものである。したがって、混合処理手段３Ｂから固液分離処理手段５まで、混合処理手段３Ｂの前段に設けられたポンプＰ１の送圧が維持されるため、送液手段は、混合処理手段３Ｂの前段に設けられたポンプＰ１のみでよい。よって、ポンプを複数設けることによるコストやメンテナンスを削減することができる。また、無機凝集剤を添加して混合処理手段３Ｂで処理した後に、異なる種類の凝集剤である高分子凝集剤を添加して混合処理手段３Ｂ´で処理するため、無機凝集剤と濁質、溶解性ＣＯＤ成分等でフロックが形成され、且つ、このフロックと高分子凝集剤とでさらに大きなフロックが形成され旋回流により粗大化される。

また、異なる種類の凝集剤を添加する毎にラインミキサー及び凝集処理手段４に順に通水する構成とした水処理装置としてもよい。このような水処理装置は、図７に示すように、被処理水（原水）が貯留された原水槽２と、混合処理手段３Ｂと、混合処理手段３Ｂから排出される被処理水が導入される凝集処理手段４と、凝集処理手段４から排出される被処理水が導入される混合処理手段３Ｂ´と、混合処理手段３Ｂ´から排出される被処理水が導入される凝集処理手段４´と、凝集処理手段４´から排出される被処理水を固液分離処理する固液分離処理手段５とを有する。図７においては、凝集処理手段４と凝集処理手段４´とは同一構造のものである。また、混合処理手段３Ｂの前段には無機凝集剤を被処理水に添加する無機凝集剤導入手段６Ａが設けられ、混合処理手段３Ｂ´の前段には高分子凝集剤を被処理水に添加する高分子凝集剤導入手段６Ｂが設けられている。そして、混合処理手段３Ｂの上流側には、ｐＨ調整剤を被処理水に導入するｐＨ調整剤導入手段７が設けられている。なお、図１〜図６と同じ装置には同じ番号を付してあり、同じ装置等の説明は省略する。

図７に示す水処理装置では、混合処理手段３Ｂ及び混合処理手段３Ｂ´はラインミキサーをそれぞれ３つ直列に連結した同一構造であり、被処理水が大気に開放されない状態で保持されるものである。勿論、ラインミキサーの数に限定はない。また、混合処理手段３Ｂ、凝集処理手段４、混合処理手段３Ｂ´、凝集処理手段４´及び固液分離処理手段５は順に配管で繋がれており、混合処理手段３Ｂから、凝集処理手段４、混合処理手段３Ｂ´及び凝集処理手段４´を経由して固液分離処理手段５に至るまで、被処理水が大気に開放されない状態で通水されるものである。したがって、混合処理手段３Ｂから固液分離処理手段５まで、混合処理手段３Ｂの前段に設けられたポンプＰ１の送圧が維持されるため、送液手段は、混合処理手段３Ｂの前段に設けられたポンプＰ１のみでよい。よって、ポンプを複数設けることによるコストやメンテナンスを削減することができる。また、無機凝集剤が添加された被処理水が順に混合処理手段３Ｂ及び凝集処理手段４で処理され、その後、異なる種類の凝集剤である高分子凝集剤が添加された被処理水が順に混合処理手段３Ｂ´及び凝集処理手段４´で処理されるため、無機凝集剤と濁質、溶解性ＣＯＤ成分等でフロックが形成され旋回流により粗大化され、且つ、この粗大化されたフロックと高分子凝集剤とでさらに大きなフロックが形成され旋回流により粗大化される。

そして、本実施形態においては、固液分離処理手段５は濾過処理手段であり、繊維状の濾過体を有するものである。例えば、紐状（繊維状）の濁質捕捉部を有する濾過体が通水時の濾過部の空隙率が５０〜９５％になるように濾過槽に充填されていることが好ましい。このような濾過処理手段の具体例としては、図８に示す濾過装置が挙げられる。なお、図８は濾過装置の構成を示す断面図であり、図９は図８の要部拡大図である。

図８に示すように、濾過装置２０は、被処理水が通水される筒状の濾過槽２１と、通水される被処理水中の濁質を捕捉する濾過体２２とを有する。該濾過体２２は、濾過槽２１の通水方向の両端に接続される芯材２３と、紐状の濁質捕捉部２４とからなる。そして、濾過槽２１の通水方向両端には、濁質等で形成されたフロックを含有する被処理水が自由に通水できる程度の穴が複数設けられた樹脂製等の円形のプレート２６が設けられ、各プレート２６の中心に芯材２３の両端が固定されている。また、濁質捕捉部２４は、芯材２３に一部が編みこまれて固定されると共に固定されていないいわゆるループ状の部分は濾過槽２１の内壁面に向かって放射状に広がるように設けられており、濾過槽２１全体に濾過体２２が広がっている。このため、濁質捕捉部２４は通水方向と交差するので、濁質捕捉部２４によって被処理水に含まれる濁質等が捕捉できる。なお、紐状の濁質捕捉部２４は長い矩形（テープ）をループ状にしたものであり、図９の紐状の濁質捕捉部２４の拡大図に示すように、長手方向の端部まで達しないスリット２５が複数設けられている。このようにスリット２５を設けることにより、濁質等の捕捉効果が向上する。

ここで、濾過体２２は、被処理水の通水時の濾過部の空隙率が５０〜９５％、好ましくは６０〜９０％、さらに好ましくは、５０〜８０％になるように濾過槽２１に充填されている。空隙率は下記式から求められる値である。そして、濾過部とは、被処理水の濁質等が濾過体２２に捕捉される領域、すなわち、濾過槽２１の内壁面を側面とし通水時の濾過体２２の通水方向両端を厚さ方向の両端として濾過体２２の濁質捕捉部２４が充填されている層の内、濾過に寄与しない部分（図８においては芯材２３の部分）を排除した部分をいう。なお、濾過に寄与しない部分が無い場合は、濾過部は、濾過槽２１の内壁面を側面とし通水時の濾過体２２の通水方向両端を厚さ方向の両端として濾過体２２の濁質捕捉部２４が充填されている層をいう。「濾過部の体積−濁質捕捉部の体積」は、例えば図８のように、濾過操作時（被処理水通水時）に濾過体２２が圧密せず、濾過槽２１内に充填された状態のまま濾過操作時の濾過部が形成される例では、被処理水で満たした濾過槽２１に濾過体２２を入れた際に溢れた被処理水の量から芯材２３の体積を減ずることで容易に求めることができる。なお、図８においては、濾過体２２の両端がそれぞれ濾過槽２１の通水方向両端に固定されており、濾過体２２は被処理水の通水時に濾過槽２１全体に広がっているため、濾過槽２１の内部全体から芯材２３の部分を減じた部分が濾過部である。

［式１］
空隙率（％）＝［（濾過部の体積−濁質捕捉部の体積）／濾過部の体積］×１００

このような濾過装置２０に被処理水を通水すると、被処理水は各紐状の濁質捕捉部２４の間や濁質捕捉部２４に設けられたスリット２５の間を通り、その際被処理水に含まれる濁質等が紐状の濁質捕捉部２４やスリット２５にトラップされ、濁質が除去された被処理水が濾過槽２１から排出される。そして、通水時の濾過部の空隙率が５０〜９５％になるように濾過体２２が充填されているため、通水が妨げられず且つ濁質等のトラップも良好である。特に、本発明においては、濾過装置２０に導入される被処理水は、濁質等と凝集剤とで形成され粗大化されたフロックの破壊が防止されているため、濾過装置２０で良好に濁質等をトラップすることができる。

このように、通水時の濾過部の空隙率が５０〜９５％になるように濾過体２２を充填することにより、通水が妨げられず且つ濁質等のトラップが良好になるため、濾過装置２０の閉塞が抑制でき、清澄な処理水が得られるという効果を奏する。空隙率が９５％よりも高いと通水が良好になり高速で濾過し易くなるが処理水の濁度が顕著に高くなってしまい、また、５０％よりも低いと濁質のトラップは良好であるが通水が不十分で濾過装置や必要に応じて後段に設ける膜分離処理手段に閉塞が生じ、差圧上昇速度が顕著に高くなってしまう。特に、例えば１００ｍ／ｈ以上の高速で濾過運転をしたり、濁度が高い（例えば２０度以上）被処理水を処理すると、得られる処理水の濁度が高くなるという問題や、装置が閉塞してしまうという問題が生じやすいが、空隙率が５０〜９５％になるように濾過体２２を充填した濾過装置２０とすることによって、高速運転や濁度の高い被処理水であっても、閉塞が抑制できまた清澄な処理水が得られる。勿論、低速で処理したり、濁度が低い被処理水を処理する場合であっても、閉塞が抑制できまた清澄な処理水が得られる。なお、空隙率は均一であることが好ましいため、濁質捕捉部２４が濾過槽２１の通水方向両端の近傍まで充填されていることが好ましく、また、濁質捕捉部２４が濾過槽２１の内壁面の近傍まで充填されていることが好ましい。また、濾過部の体積は、被処理水の通水時と、後述する逆洗時や濾過停止時などのその他の状態とで、体積変動しないことが好ましく、濾過部の体積変動率は３０％以下、好ましくは１０％以下であることが好ましい。このような範囲とすることで、濾過装置をコンパクトにすることができる。

そして、図８の濾過装置においては、濾過槽２１の大きさは、例えば筒状であれば、直径１００〜１０００ｍｍ、高さ２００〜１０００ｍｍとすることができる。なお、濾過槽２１の大きさが濾過体２２に比べて大きい場合は、複数の濾過体２２を濾過槽２１に充填したり、濾過体２２の濁質捕捉部２４を大きくする等して、通水時の濾過部の空隙率が５０〜９５％になるようにすればよい。

また、芯材２３や濁質捕捉部２４の材質としては、ポリプロピレン、ポリエステル、ナイロンなどの合成樹脂が挙げられる。ここで、芯材２３は、ポリプロピレン、ポリエステル、ナイロンなどの合成繊維を製造過程で編み上げることで強度を持たせてもよい。また、ねじりブラシの様に腐食されないＳＵＳや樹脂で被覆された金属による針金を芯材２３とし、濁質捕捉部２４を均等に並べた後、金属を捩ることで、放射状に広げた濾過体２２としてもよい。このように芯材２３の強度を向上させることで、芯材２３が屈曲することがなくなると共に、濾過体２２端部の固定が容易となるので、濾過体２２の交換作業が容易になる。

芯材２３や濁質捕捉部２４の大きさに特に限定はないが、例えば、厚さ０．０５〜２ｍｍ、幅１〜５０ｍｍ、長さ（被処理水を通水した際の芯材からの距離）１０〜５００ｍｍ程度、好ましくは、厚さ０．３〜２ｍｍ、幅１〜２０ｍｍ、長さ５０〜２００ｍｍ程度とすることができる。

なお、図８では、筒状の濾過槽２１としたが、筒状でなくてもよく、通水できる形状、すなわち、中空であればよく、例えば角柱に空洞を設けた形状でもよい。また、上述した例では、プレート２６に芯材２３の両端を固定したが、これに限定されず、例えば芯材の一端のみを固定するようにしてもよい。さらに、プレート２６は用いなくとも、芯材２３の端部が固定できればよく、例えば濾過槽２１の端面に棒状部材を配置し、芯材２３の端部を固定するようにしてもよい。

また、図８では、ループ状の濁質捕捉部２４を芯材２３に突設するようにしたが、これに限定されず、例えば、図１０に示すように、短冊状の複数の濁質捕捉部とし各濁質捕捉部の一端を芯材に固定するようにしてもよい。また、図８では、濁質捕捉部２４の断面形状を四角形になるようにしたが、特に限定はなく、例えば円形状でもよい。なお、各濁質捕捉部の長さは同一でも異なっていてもよい。さらに、上述した例では、濁質捕捉部２４の材質は一種類としたが、二種以上としてもよい。また、濁質捕捉部に設けるスリットは、複数でも単数でもよく、設けなくてもよい。そして、芯材２３がなくてもよく、濁質捕捉部のみで構成される濾過体２２としてもよいが、濾過体２２は濾過槽２１に略均一に存在していることが好ましいので、濁質捕捉部を濾過槽の所定位置に固定することが好ましい。

このような混合処理、凝集処理及び固液分離処理により、清澄な処理水が得られるが、イオン交換処理等の脱イオン処理をさらに有していてもよい。これにより、純水や超純水を得ることができる。また、脱炭酸処理や、活性炭処理等、被処理水の精製処理をさらに行ってもよい。

また、必要に応じて、ｐＨ調整剤、凝結剤、殺菌剤、消臭剤、消泡剤、防食剤などを添加してもよい。さらに、必要に応じて、紫外線照射、オゾン処理、生物処理などを併用してもよい。

以下、実施例及び比較例に基づいてさらに詳述するが、本発明はこの実施例により何ら限定されるものではない。

（実施例１）
被処理水（原水）として、工業用水（濁度５〜７度）を、図５に示す水処理装置で処理した。用いた水処理装置について具体的に詳述すると、ラインミキサーを２個連結した混合処理手段３Ａ、図２に示す凝集処理手段４及び図８に示す濾過装置２０を順に有し、送液手段として混合処理手段３Ａの前段のみにポンプＰ１が設けられている水処理装置であって、混合処理手段３Ａ及び凝集処理手段４は被処理水が大気に開放されない状態で保持されるものであり、混合処理手段３Ａ、凝集処理手段４及び濾過装置２０は順に配管で繋がれており、混合処理手段３Ａから凝集処理手段４を経由して濾過装置２０に至るまで、被処理水が大気に開放されない状態で通水されるものである。なお、以下に各処理手段の条件を記載する。

＜混合処理手段＞
ノリタケカンパニー製の型式１／２−Ｎ５０−１７１−１のラインミキサーを２個直列に連接したものを混合処理手段とし、被処理水の通水方向の１番目のラインミキサーの前でポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ：１０重量％ａｓＡｌ_２Ｏ_３）を被処理水に対して６０ｍｇ／Ｌ添加しこの１番目のラインミキサー出口から２番目のラインミキサー入口までの滞留時間を１０秒程度とし、また、２番目のラインミキサー直前で両性高分子凝集剤（栗田工業株式会社製、クリベストＥ８５１）を被処理水に対して４ｍｇ／Ｌ添加した。

＜凝集処理手段＞
凝集槽の大きさ：内径１００ｍｍ×高さ５１０ｍｍ
被処理水導入口の位置：通水方向断面の中心位置が凝集槽の底から上方に半径＋２０ｍｍ
被処理水排出口の位置：通水方向断面の中心位置が凝集槽の天井部（上面）から下方に半径＋２０ｍｍ
被処理水の通水量：初期流速（被処理水導入口流速）１．３３［ｍ／ｓ］
被処理水の滞留時間：１分
撹拌速度（旋回流の回転速度）：２０〜３０ｒｐｍ
凝集槽平均Ｇ値：１２１．０７［１／ｓ］

＜濾過装置＞
濾過槽の大きさ：直径２００ｍｍ、高さ５００ｍｍのアクリル製の筒状カラム
濾過体：芯材２３及び紐状の濁質捕捉部２４からなる濾過体２２。芯材は体積２５０ｍＬで、各濁質捕捉部２４の厚さは０．５ｍｍ、幅２ｍｍ、長さ（被処理水を通水した際の芯材からの距離）１００ｍｍとなるようループ状に編みこんだものであり、通水時の濾過部（濾過槽２１内部の体積から芯材２３の体積を引いたもの）の空隙率は６０％である。そして、濾過体２２の芯材２３の両端が、上下に配置されたプレートによって固定されている。
ＬＶ＝２５０ｍ／ｈ

凝集槽でのフロック径と、濾過装置入口及び出口の濁度を測定した。結果を表１に示す。（濾過装置入口濁度−濾過装置出口濁度）／濾過装置入口濁度×１００として求めた濁度減少率、濾過装置に通水を開始してからの時間（「通水後経過時間」と記載。）も表１に示す。なお、濁度はホルマジン標準液を用いた透過散乱測定方式により求めた。

（比較例１）
凝集処理手段を、凝集槽と撹拌機を有し被処理水が大気に開放された状態で保持されるものとし、凝集処理手段と濾過装置との間に、被処理水を送液するためのポンプを設けた以外は、実施例１と同様の操作を行った。なお、比較例１の凝集処理手段の滞留時間は１０分、撹拌速度は３０ｒｐｍである。

この結果、表１に示すように、実施例１と比較例１は凝集槽でのフロック径はほぼ同等であるが、濾過装置から排出される処理水は実施例１のほうが顕著に清澄であった。実施例１では、凝集槽でフロックが粗大化され、この粗大化されたフロックがポンプ等により破壊されること無く濾過装置に導入されたため、比較例１と比較して非常に清澄な水が得られたと推測される。一方、凝集槽と濾過装置との間に送液するためにポンプを設ける必要があった比較例１では、濾過装置に導入される被処理水はフロックが破壊され、微細なものとなり濾過装置で捕捉できなかったと推測される。

以下に濾過装置２０の効果を示す参考例を示す。
（濾過装置の空隙率と差圧上昇及び処理水濁度の関係）
被処理水（原水）として、濁度２０度の工業用水を図１１に示す水処理装置３０を用いて、ＬＶ２００ｍ／ｈで１週間処理した。水処理装置３０は、図１１に示すように、被処理水（原水）が導入される反応槽３１と、無機凝集剤が保持される無機凝集剤槽３２から反応槽３１に無機凝集剤を導入するポンプ等からなる無機凝集剤導入手段３３と、高分子凝集剤が保持される薬品槽３４から反応槽３１に薬品を導入するポンプ等からなる薬品導入手段３５と、反応槽３１で撹拌機３６で撹拌することにより凝集処理した被処理水が導入される図８の濾過装置２０とを具備するものである。また、濾過装置２０に用いた濾過体は、図８に示すように芯材２３及び紐状の濁質捕捉部２４からなり、濾過槽２１の通水方向両端のプレート２６にそれぞれ両端が固定されている。そして、芯材２３は体積２５０ｍＬで、各濁質捕捉部２４の厚さは、０．５ｍｍ、幅２ｍｍ、長さ（被処理水を通水した際の芯材からの距離）１００ｍｍとなるようループ状に芯材に編みこんだものであり、濁質捕捉部２４の編込み密度を変化させて、通水時の濾過部（濾過槽２１内部の体積から芯材２３の体積を引いたもの）の空隙率が、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、９５、９８％の濾過体を作製し、各濾過体を用いて水処理した。なお、芯材は両端で固定しているため、被処理水通水時とその他の時とでは濾過部の体積変化率はほぼ０％であった。また、濾過槽２１の大きさは、直径２００ｍｍ、高さ５００ｍｍである。また、凝集剤として、被処理水に対して３０ｍｇ／Ｌのポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ：１０重量％ａｓＡｌ_２Ｏ_３）及び被処理水に対して０．７ｍｇ／Ｌの両性の高分子凝集剤クリベストＥ８５１（栗田工業製）を添加した。濾過装置から排出された処理水の濁度（処理水濁度）及び濾過装置の差圧上昇速度（差圧上昇速度）を測定した結果を表２に示す。なお、処理水の濁度はカオリン標準液を用いた透過光測定方法により求め、濾過装置の差圧上昇速度は入口と出口の圧力差で求めた。

この結果、濾過体を通水時の濾過部の空隙率が５０〜９５％になるように充填した濾過装置では、５０〜９５％の範囲外のものに比べて顕著に差圧上昇速度及び処理水濁度が低く、清澄な処理水が得られ、また閉塞が抑制できることが分かった。

１水処理装置、２原水槽、３混合処理手段、４凝集処理手段、５固液分離手段、６凝集剤導入手段、７ｐＨ調整剤導入手段、１１凝集槽、１２被処理水導入口、１３被処理水排出口、１６混合槽、１７撹拌機、２０濾過装置、２１濾過槽、２２濾過体、２３芯材、２４濁質捕捉部、２６プレート

Claims

被処理水に添加された凝集剤と被処理水とを混合してフロックを形成する混合槽を有する混合処理手段と、
前記混合処理手段から排出される被処理水が導入されると共に被処理水が大気に開放されない状態に保たれる円筒形状の凝集槽、旋回流が発生するように被処理水を前記凝集槽の下部から接線方向に前記凝集槽に導入する被処理水導入口、及び、前記凝集槽の上部に設けられ被処理水を前記凝集槽の上部から排出する被処理水排出口を有する凝集処理手段と、
前記凝集処理手段から排出される被処理水が大気に開放されない状態で前記凝集処理手段から導入され、被処理水を固液分離処理する固液分離処理手段と、を有することを特徴とする水処理装置。
前記被処理水排出口は、被処理水を前記凝集槽の上部から接線方向に排出するように設けられていることを特徴とする請求項１に記載の水処理装置。
前記固液分離処理手段が、紐状の濁質捕捉部を有する濾過体が通水時の濾過部の空隙率が５０〜９５％になるように濾過槽に充填されている濾過処理手段であることを特徴とする請求項１または２に記載の水処理装置。
前記混合処理手段は被処理水を大気に開放されない状態に保つものであり、被処理水が大気に開放されない状態で前記混合処理手段から前記凝集処理手段に導入され、被処理水を送液する送液手段が前記混合処理手段の前段に設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の水処理装置。