(57)【要約】      （修正有）【課題】高効率凝集沈殿処理と水の非腐食化を同時に行う浄水処理方法を提供する。【解決手段】被処理水のランゲリア指数を求めて、腐食防止から好ましい水質であるｐＨ７．５〜８．３、ランゲリア指数−１〜０になる量の消石灰の注入率を決定し、沈殿池またはそれより前の工程に、未溶解物スラリーを注入しｐＨを６．７〜７．３に調整し、凝集剤の存在下凝集、沈殿、濾過を行ない濾過水に消石灰水溶液を注入し、ｐＨ７．５〜８．３、ランゲリア指数−１〜０にする凝集沈殿処理と水の非腐食化を同時に行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
浄水処理施設に消石灰水溶液製造装置を設け、該装置から別々に得られる未溶解物スラリー、消石灰水溶液を注入して水質調整を行う浄水処理において、被処理水のランゲリア指数を求めて、腐食防止から好ましい水質である(pH7.5〜8.3)、ランゲリア指数-1〜0になる量の消石灰の注入率を決定し、沈殿池またはそれより前の工程に、未溶解物スラリーを注入しpHを6.7〜7.3に調整し、凝集剤の存在下凝集、沈殿、濾過を行ない濾過水に消石灰水溶液を注入し、pH7、5〜8.3、ランゲリア指数-1〜0にする凝集沈殿処理と水の非腐食化を同時に行う浄水処理方法。
【請求項２】
浄水処理施設に消石灰水溶液製造装置及び炭酸ガス注入装置を設け、水質調整を行う浄水処理において、被処理水のランゲリア指数を求めて、腐食防止から好ましい水質である(pH7.5〜8.3)、ランゲリア指数-1〜0になる量の消石灰と炭酸ガスの注入率を決定し、沈殿池またはそれより前の工程に、消石灰水溶液製造装置から得られる未溶解物スラリー、炭酸ガス注入装置から得られる炭酸ガスを注入してpHを6.7〜7.3に調整し、凝集剤の存在下凝集、沈殿、濾過を行ない濾過水に消石灰水溶液及び／又は炭酸ガスを注入し、pH7.5〜8.3、ランゲリア指数-1〜0にする凝集沈殿処理と水の非腐食化を同時に行う浄水処理方法。
【請求項３】
沈殿池またはそれより前の工程に、未溶解物スラリー及び消石灰水溶液を注入してpHを6.7〜7.3に調整する請求項１又は２記載の凝集沈殿処理と水の非腐食化を同時に行う浄水処理方法。
【請求項４】
沈殿池またはそれより前の工程で、pHを6.7〜7.3、炭酸水素カルシウム濃度を80〜160mg／lに調整する請求項１〜３の何れか記載の凝集沈殿処理と水の非腐食化を同時に行う浄水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、凝集沈殿処理と水の非腐食化を行う浄水処理方法に関する。詳しくは、消石灰水溶液と炭酸ガスを注入処理する浄水処理方法の改良された方法であって、浄水処理施設に消石灰水溶液製造装置及び炭酸ガス注入装置を設けて得られる消石灰水溶液、該消石灰水溶液製造装置からでる未溶解物スラリー、及び炭酸ガスを浄水工程の適宜の個所に注入することにより、高効率凝集沈殿処理と水の非腐食性化を同時に達成する浄水処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、表流水系の浄水処理施設においては被処理水( 以下、原水と記す。) に凝集剤を加える凝集沈殿・濾過処理工程が欠かせず、凝集剤としてポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）や硫酸バンドが使用されている。近年、表流水の水質悪化にともない凝集剤の使用量が増大する傾向にあり、特に、着水井に導入される原水が低温、低濁度、あるいは低アルカリ度時には凝集効率を上げるために、凝集剤の注入率を増大させる必要がある。この結果、凝集剤の使用量が増大し汚泥発生量の増加、濾過水への凝集剤の混入、凝集剤費用の増加、凝集剤に由来する塩素イオンや硫酸イオンの増大による浄水の腐食性の増加と言う問題が生じる。また、着水井に導入される原水のpHが高いときには、硫酸等の酸を注入しpHを低下させて凝集処理を行ない、その後で適正pH値にするためアルカリ剤を注入している。しかし、遊離炭酸やアルカリ度の低い水にあってはpH緩衝性が小さいので、アルカリ剤の注入量を増加させると、pHが大きく上昇し水道法の上限値（日本では8.6 ）を容易に越えてしまい消石灰水溶液を多量に注入することが難しく、水の腐食の判定指標であるランゲリア指数を高めて非腐食性の水に改善させることができない。さらには、アルミニウムがアルツハイマー病の原因になると懸念されている。このようなことから浄水汚泥の発生量や薬剤費用を減少させることや、ＰＡＣや硫酸バンドの注入率の低減化の研究が進められている。
【０００３】
一方、水の非腐食化のため消石灰水溶液を注入する技術も、例えば特許第1459175号公報に開示される消石灰水溶液を連続的に製造する装置の出現とともに普及しつつある。他の公報に開示の装置においては、pH12以上の水溶液には溶解し難い未溶解分（未溶解物）が残存する問題があったが、未溶解分（未溶解物）をpH10以下に維持された水中で処理した後、着水井に導入する方法により解決されている（特許文献１）。また、特許文献２には、消石灰水溶液と炭酸ガスを併用してランゲリア指数を上げ水の非腐食性化を図ることが開示されている。さらには、特許文献３には、消石灰水溶液製造の際に生成した難溶解性フロックの濃度を上げて、このフロックを混和池に導入してアルカリ剤として利用することが提案されているが、凝集沈殿を改善するものではない。高効率凝集沈殿と水の非腐食化を同時に達成する方法が要望されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第1416054号公報
【特許文献２】特許第2048482号公報
【特許文献３】特開平6-63566号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明者等は、このような現状に鑑み、高効率凝集沈殿と水の非腐食性化を同時に解決させる方法について研究した結果、従来知られている消石灰炭酸ガス併用注入法を改良・発展させることにより、すなわち、消石灰水溶液製造装置から出る未溶解物スラリー、消石灰溶液及び炭酸ガスを水質に応じて浄水処理工程の適宜の箇所に注入することにより、未溶解物スラリーが凝集沈殿操作において凝集の核的機能をもち、重質なフロックを形成し、水質改善に通常用いる消石灰溶液と炭酸ガス、および消石灰水溶液製造装置から出る未溶解物スラリー以外に、凝集助剤等の追加的な薬剤の使用を必要とすることなく、凝集沈殿が効果的に行われることを見出し、本発明を完成した。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、代表的に着水井、混和池、沈殿池、濾過池及び配水池を含む浄水処理施設に、消石灰水溶液製造装置及び炭酸ガス注入装置を設け、消石灰水溶液と炭酸ガスを注入して水質調整を行う浄水処理において、被処理水のpH、アルカリ度、カルシウム硬度等を測定してランゲリア指数を求めて、腐食防止上から好ましい水質であるpH7.5〜8.3、アルカリ度60〜80mg/l、ランゲリア指数-1〜0になる量の消石灰と炭酸ガスの注入率を決定し、浄水処理施設の沈殿池またはそれより前の工程に、該消石灰水溶液製造装置から出る未溶解物スラリーと炭酸ガスと消石灰水溶液を注入し、pHを6.7 〜7.3 、炭酸水素カルシウム濃度を80〜160mg/lの間になるように調整して、pH緩衝性を上げた後に凝集剤を注入して凝集、沈殿、濾過を行ない、さらに濾過水に消石灰水溶液および／または炭酸ガスを注入することにより、高効率凝集沈殿と水の非腐食性化を同時に行うことを特徴とする浄水処理方法である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明方法によれば、原水が低温低濁度の水、低アルカリ度の水またはpHの高低の水質に拘わらず、凝集沈降させるとき凝集助剤を用いることなく重質のフロックを形成させることができ、凝集沈殿を効果的に行うことができ、かつ非腐食性の水を容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明による水処理の一例を示すフローである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明は、着水井、混和井、沈殿池、濾過池及び配水池を含む浄水処理施設に、消石灰水溶液製造装置及び炭酸ガス注入装置を設け、沈殿池またはそれより前の工程に、消石灰水溶液製造装置から出る消石灰水溶液、未溶解物スラリー及び炭酸ガスを水質に応じて注入する。本発明における未溶解物スラリーとは、消石灰水溶液製造装置においてpH11以上の消石灰水溶液に溶解せずに残存する未溶解物を含むスラリーを指す。この未溶解物スラリー中の固体は炭酸カルシウムを主とし、この炭酸カルシウムに包含された未溶解の消石灰、その他原料消石灰の不純物を含む。消石灰水溶液製造装置としては、例えば特許第1459175号公報に記載されているような攪拌槽の下部から水を導入し、上部から消石灰水溶液を連続的に取り出す装置を用いることができる。未溶解物スラリーは、水の導入を停止した後に槽下部から取り出す。
【００１０】
本発明の実施にあたっては、浄水処理に先立ち、予め原水のpH、アルカリ度、カルシウム硬度等を測定してランゲリア指数を求めるとともに、処理後の水の腐食防止上から好ましい水質であるpH7.5〜8.3、アルカリ度60〜80mg/l、ランゲリア指数-1〜0になる量の消石灰と炭酸ガスの注入率を決定しておく。
【００１１】
炭酸ガス及び、消石灰の注入率は上記のように予め決定された量のうち、その一部若しくは全部を用いて凝集操作時の水のpHを調整する。例えば原水のpHが所定のpHより高い場合は炭酸ガスを注入して、pHが低い場合は消石灰水溶液を注入してpHを所定のpHに調整する。このpHの調整は凝集剤の添加後に行ってもよいが、凝集剤の添加によるpHの低下の程度を見越して凝集剤の添加前に炭酸ガスまたは／及び消石灰水溶液を注入することにより行うこともできる。また、凝集操作時の水の炭酸水素カルシウム濃度が80〜160mg/lの範囲内になるように調整する。原水の炭酸水素カルシウム濃度が80mg/lより低い場合は緩衝能が小さく、凝集剤添加時のpHが所定範囲内に調整されていても含まれている浮遊性物質を充分に沈降分離することができない。炭酸水素カルシウム濃度の調整は消石灰及び炭酸ガスを用いて行う。以下に代表的な場合について説明する。原水の性状に応じた量の前記未溶解物スラリーを好ましくは着水井に注入し、次いで炭酸ガスおよび消石灰水溶液を注入して、凝集沈殿させるに好ましい性状、即ち、pH6.7 〜7.3 、炭酸水素カルシウム濃度80〜160mg/l 、好ましくはpH6.8 〜7.2、炭酸水素カルシウム濃度90〜120mg/l に調整する。このように未溶解物スラリーを用いて調整することにより、凝集沈殿時に凝集助剤を用いずとも重質のフロックを形成させることが可能となる。なお、原水の性状が低pH、低アルカリ度の場合には、先ず消石灰水溶液および必要に応じて炭酸ガスを用いて、また原水が高pHの場合には、先ず炭酸ガスおよび必要に応じて消石灰水溶液を用いて、可能な範囲で凝集反応に好ましい性状に近い性状に調整した後、未溶解物スラリーおよび凝集剤を添加してもよい。未溶解物スラリーおよび凝集剤を添加した後、さらにpHおよび炭酸水素カルシウム濃度を調整してもよい。また場合によっては、凝集助剤等を用いることを排除するものではない。未溶解物スラリーは、好ましくは2 〜3％スラリーで注入する。炭酸ガスは予め求めたランゲリア指数を-1〜0に調整するための必要量の全量または一部を注入する。なお、炭酸ガス注入口は着水井または混和井の広さに応じて適当箇所の水深２ｍより深い位置に設ける。未溶解物スラリーを着水井に注入した後、炭酸ガスを着水井または混和井に注入し、pHを6.7〜7.3に調整する。上記処理後のpHが6.7 以下と低い場合には消石灰水溶液を注入してpHが上記範囲内になるよう調整する。消石灰水溶液を必要とする場合は、消石灰溶解槽より未溶解物を取り出す際に、必要量の消石灰水溶液とともにスラリーとして取り出し、着水井に加えることができる。また、上記処理後のpHが7.7 より高くなる場合には、炭酸ガスの注入量を増やして調整する。
【００１２】
このように調整された水は緩衝能が大きくなり、ＰＡＣなどの凝集剤を添加すると、先に加えた未溶解物が凝集の核的機能を果たし、重質フロックが形成されその沈降速度が速くなる。その結果、生成してくるフロックの沈降速度が速く効率的な処理が可能となる。また、従来使用されている凝集助剤の添加を必要としないこと、及び添加した未溶解物主成分である消石灰の殆どが溶解するため、分離される固形物の量が著しく減少する。
【実施例１】
【００１３】
原水は水温15℃、pH6.7 、アルカリ度5 mg/l、カルシウム硬度5 mg/l、ランゲリア指数-3.8、濁度50度の腐食性の大きい表流水であった。腐食性の小さい浄水として水質改善目標値をpH7.8、アルカリ度70mg/l、カルシウム硬度70mg/l、ランゲリア指数-0.5と定め、消石灰と炭酸ガスの所要注入率を実験で求めたところ、それぞれ48mg/l、57mg/lとなった。原水20m3／日に対して上水質改善目標値を達成するのに必要な全消石灰量は1kg ／日、炭酸ガス量は1.2kg／日と計算された。直径0.22m、高さ1.5m、容量0.06m3の円筒縦型低速攪拌機付溶解槽（消石灰水溶液製造装置）へ1.2kgの消石灰を投入し、該溶解槽の下部から給水してpH12以上の溢流液を中間槽に貯めた。消石灰の80％が溶解し中間槽へ溢流した時点で該溶解槽への給水を止め、１時間静止沈降させた後に該溶解槽の下部に残存している未溶解物スラリーを未溶解物スラリー槽に抜き出した。中間槽に得られた消石灰の濃度は略1500mg/lであった。未溶解物スラリーはpH12.0、スラリー濃度2.9％であり、未溶解物の成分は炭酸カルシウム57％、消石灰40％、二酸化珪素2 ％、酸化アルミ0.2 ％であった。
【００１４】
図１に示す水処理フローにより以下のように浄水処理を行った。前記原水20m3／日を着水井に取り入れ、未溶解物スラリーを0.3 l/hで注入したところpH10.0になった。この混合水に炭酸ガスを57mg/lを注入し、次いで1500mg/lの消石灰水溶液を19.3 l/h 注入したところ、pH7.1 、アルカリ度59mg/l、カルシウム硬度60mg/l、炭酸水素カルシウム濃度98mg/lの水となった。ここへＰＡＣを25mg/l注入し凝集沈殿を行った。沈殿上澄水の濁度は3 度で凝集沈殿効率は94％の効果が得られた。この沈殿上澄水を砂濾過にかけたところ濁度0.1 度の濾過水となった。濾過水に消石灰溶液を5  l/hを注入したところ、処理水はpH7.8 、アルカリ度67mg/l、カルシウム硬度72mg/l、ランゲリア指数-0.5の非腐食性水が得られた。
【００１５】
［比較例］
実施例と同じ原水、消石灰水溶液およびＰＡＣを使用して凝集沈殿の回分実験を行った。消石灰水溶液の注入のみでは原水にpH緩衝性がないので、1.8mg/lと少量の消石灰の注入でpHは8.6まで上昇し、このときの水質はアルカリ度7mg/l、カルシウム硬度7mg/lでランゲリア指数を-1.6であり、腐食性の小さい浄水としての好ましい水質値であるpH7.8,アルカリ度70mg/l、カルシウム硬度7mg/lでランゲリア指数を-0.5にすることは不可能であった。次いで凝集処理のためのpHを実施例と同じ7.1 にするのに要する消石灰注入率を求めたところ、0.8mg/lであった。図１に示す水処理フローにより、原水20m3／日に対して1500mg/lの消石灰水溶液を0.5l/h（消石灰注入率6mg/l ) 注入し、これにＰＡＣを25mg/l注入して、凝集沈殿を行った。沈殿上澄水の濁度は８度と高くこれを砂濾過にかけたところ、濁度は0.5 度の濾過水となった。この濾過水にpH7.8 となるように消石灰水溶液を注入して得られる浄水の水質を測定したところ、カルシウム硬度11mg/l、アルカリ度7mg/l、ランゲリア指数-2.3で非腐食性水とならず、凝集沈殿効率も79％と実施例に比べて低かった。
【実施例２】
【００１６】
原水は水温２８℃、pH9.4 、アルカリ度57.1mg/l、カルシウム硬度58.5mg/l、ランゲリア指数1.3 、濁度30度の表流水であり、pHの高い水であった。浄水としての水質改善目標値をpH7.8 、アルカリ度65mg/l、カルシウム硬度58.5mg/l、ランゲリア指数-0.2と定め、消石灰と炭酸ガスの所要注入率を実験で求めたところ、それぞれ10mg/l、16.1mg/lであった。原水20m3／日に対して上記水質改善目標値を達成するに必要な全消石灰0.02kg／日、炭酸ガス0.32kg／日と計算された。直径0.22m、高さ1.5m、容量0.06m3の円筒縦型低速攪拌機付溶解槽へ1.2kgの消石灰を投入し、該溶解槽の下部から給水してpH12以上の溢流液を中間槽に貯めた。消石灰の80％が溶解し中間槽へ溢流した時点で該溶解槽への給水を止め、１時間静止沈降させた後に該溶解槽の下部に残存している未溶解物スラリーを未溶解物スラリー槽に抜き出した。中間槽に得られた消石灰の濃度は略1600mg/lであった。未溶解物スラリーはｐＨ12.1、スラリー濃度2.9％であった。前記原水20m3／日を図１の水処理フローにより以下のような処理した。即ち、先ず着水井へ原水を取り入れ、ここへ未溶解物スラリーを0.06  l/h と炭酸ガスを16.1mg/lとなるように注入したところ、pH7.2 、アルカリ度58.7mg/l、カルシウム硬度60.7mg/l、ランゲリア指数-1.0であった。次いで約1600mg/lの消石灰水溶液を3  l/hを前アルカリとして注入し、ＰＡＣを36mg/l注入したところ、pH7.3 、アルカリ度60.5mg/l、カルシウム硬度67.9mg/l、ランゲリア指数-0.8であった。この水を凝集沈殿させたところ、沈殿上澄水の濁度は4 度で凝集沈殿効率は約87％であった。この沈殿上澄水を砂濾過にかけたところ、濾過水の濁度は0.1 度であった。濾過水に消石灰水溶液を2l/h注入したところ、処理水はpH7.8 、アルカリ度65mg/l、カルシウム硬度71.9mg/l、ランゲリア指数-0.2の非腐食水が得られた。
【図１】
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