【手続補正書】
【提出日】平成17年10月20日(2005.10.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】明細書
【発明の名称】浄水場におけるクリプトスポリジウム除去処理設備
【特許請求の範囲】
【請求項１】浄水場における浄水処理系で発生する排水を排水処理系に移行させ、
前記排水処理系において、前記排水を濃縮設備において濃縮し、濃縮スラッジをフィルタープレスによって脱水ろ過し、脱水ケーキを排水処理系外へ排出するとともに、
前記排水処理系内に膜ろ過手段を設け、
前記フィルタープレスでの脱水ろ過処理の初期においては、脱水ろ液を前記膜ろ過手段を通る膜ろ過処理系に導き、
その後においては脱水ろ液を前記膜ろ過手段を通ることなく前記浄水処理系の源流に直接返送することを特徴とする浄水場におけるクリプトスポリジウム除去処理方法。
【請求項２】脱水ろ液に含有されるクリプトスポリジウムの約９９％以上を前記膜ろ過処理系に移行させた時点で、前記膜ろ過処理系から前記浄水処理系の源流に直接返送する返送ラインへと切り替える請求項１記載の方法。
【請求項３】前記フィルタープレスは短時間型フィルタープレスまたは電気浸透式短時間型フィルタープレスであり、前記脱水ろ過処理を開始してから２〜７分後に、前記膜ろ過処理系から前記返送ラインへと切り替える請求項２記載の方法。
【請求項４】前記フィルタープレスは長時間型フィルタープレスまたは電気浸透式長時間型フィルタープレスであり、前記脱水ろ過処理を開始してから５〜１５分後に、前記膜ろ過処理系から前記返送ラインへと切り替える請求項２記載の方法。
【請求項５】浄水場における浄水処理系で発生する排水を排水処理系に移行させる手段と、
前記排水処理系においてそれぞれ設けられた、前記排水を濃縮する濃縮設備と、濃縮スラッジを脱水ろ過するフィルタープレスと、その脱水ケーキを熱乾燥させてクリプトスポリジウムを死滅させて排水処理系外へ排出する手段と、膜ろ過手段と、
前記フィルタープレスでの脱水ろ過処理の初期においては、脱水ろ液を前記膜ろ過手段を通る膜ろ過処理系に導くことと、その後においては脱水ろ液を前記膜ろ過手段を通ることなく前記浄水処理系の源流に直接返送することとを切り替える切り替え手段と、
を備えたことを特徴とする浄水場におけるクリプトスポリジウム除去処理設備。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、浄水場におけるクリプトスポリジウム除去処理方法および設備に関する。
【０００２】
【従来の技術】
わが国における浄水場では、河川などの水源から原水を着水井に引き込み、次いでフロック形成池、沈澱池、浄水ろ過装置（砂ろ過装置または小規模の場合には膜ろ過装置）へと順次流下させつつ処理し、処理済水を浄水池へ送水し、これを水道水とする浄水システムが一般的に採用されている。前記沈澱池および前記浄水ろ過装置からはそれぞれ汚泥および排水が排出されるが、それらは排水処理システムで処理された後、再び着水井へ返送されて再利用されている。
【０００３】
ところで、近年、海外においては、河川水、地下水等の原水がクリプトスポリジウムに汚染されていたという報告がある。クリプトスポリジウムは感染症病原体でありオーシストによって人体にも感染する。このクリプトスポリジウムのオーシストは、非常に強い塩素抵抗性を有し、浄水場で一般的に行なわれている塩素系消毒では、殺菌効果がほとんどない。従って、汚染水が浄水場の着水井に引き込まれた場合には、特別な処理対策を施さない限り、水道水中にクリプトスポリジウムオーシストが混入する可能性がある。
【０００４】
実際、海外においては、クリプトスポリジウムの水道水への混入による大規模な集団感染事例が報告されている。わが国においても、クリプトスポリジウムについての対策の必要性が高まりつつあり、本出願人は、先に特開平１１−５７７８５においてクリプトスポリジウムの除去処理を考慮した浄水場における排水処理システムを提案した。ここに開示される排水処理システムは、クリプトスポリジウムオーシストが、加熱、冷凍および乾燥には弱く、６０℃以上もしくは−２０℃以下で３０分、または常温で１〜４日間の乾燥状態において感染力を失うという事実に基づき、加温殺菌装置および膜ろ過装置をシステム内に設置するものであった。
【０００５】
具体的な構成を示せば、沈澱池における沈澱排水を排水処理システムに設けた濃縮設備において濃縮し、その濃縮スラッジを加温手段により加温処理してクリプトスポリジウムを死滅させ、さらに加温処理済のスラッジを脱水ろ過し、乾燥させて殺菌した後に系外へ排出するとともに、浄水ろ過設備からの排水を、前記濃縮設備の上澄液および加温処理済スラッジの脱水ろ液とともに、クリプトスポリジウムを除去できる膜ろ過装置を通し、膜ろ過水を着水井へ返送するというものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この排水処理システムによれば、再利用しようとする排水処理水すべてがクリプトスポリジウム除去膜を通って着水井に返送されるため、再利用水中のクリプトスポリジウムの除去が確実に行なえ、水道水中へのクリプトスポリジウムの混入を確実に防止できる。
【０００７】
しかしながら、一方で、着水井に返送される処理水のすべてをクリプトスポリジウムの除去のために膜ろ過装置を通すために、膜ろ過装置の負荷が大きく、膜材の寿命の低下に繋がる。また、脱水ろ過に先立ち濃縮槽からの濃縮スラッジの全量に対して加温殺菌処理を施すため、莫大な熱エネルギーを必要としていた。
【０００８】
そこで、本発明の第１の課題は、クリプトスポリジウム除去する膜ろ過装置への負荷を軽減しその膜材の寿命を向上させたクリプトスポリジウム除去処理方法および設備を提供することにある。また第２の課題は、脱水ろ過に先立ち濃縮槽からの濃縮スラッジの全量に対して加温殺菌処理を行なう必要がなく、必要ならば一時期のみにおいて加温殺菌処理を行えばよく、もって加温殺菌処理に要する熱エネルギー量を削減できるクリプトスポリジウム除去処理方法および設備を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決した請求項１記載の発明は、浄水場における浄水処理系で発生する排水を排水処理系に移行させ、
前記排水処理系において、前記排水を濃縮設備において濃縮し、濃縮スラッジをフィルタープレスによって脱水ろ過し、脱水ケーキを排水処理系外へ排出するとともに、
前記排水処理系内に膜ろ過手段を設け、
前記フィルタープレスでの脱水ろ過処理の初期においては、脱水ろ液を前記膜ろ過手段を通る膜ろ過処理系に導き、
その後においては脱水ろ液を前記膜ろ過手段を通ることなく前記浄水処理系の源流に直接返送することを特徴とする浄水場におけるクリプトスポリジウム除去処理方法である。
【００１０】
請求項２記載の発明は、脱水ろ液に含有されるクリプトスポリジウムの約９９％以上を前記膜ろ過処理系に移行させた時点で、前記膜ろ過処理系から前記浄水処理系の源流に直接返送する返送ラインへと切り替える請求項１記載の方法である。
【００１１】
請求項３記載の発明は、前記フィルタープレスは短時間型フィルタープレスまたは電気浸透式短時間型フィルタープレスであり、前記脱水ろ過処理を開始してから２〜７分後に、前記膜ろ過処理系から前記返送ラインへと切り替える請求項２記載の方法である。
【００１２】
請求項４記載の発明は、前記フィルタープレスは長時間型フィルタープレスまたは電気浸透式長時間型フィルタープレスであり、前記脱水ろ過処理を開始してから５〜１５分後に、前記膜ろ過処理系から前記返送ラインへと切り替える請求項２記載の方法である。
【００１３】
請求項５記載の発明は、浄水場における浄水処理系で発生する排水を排水処理系に移行させる手段と、
前記排水処理系においてそれぞれ設けられた、前記排水を濃縮する濃縮設備と、濃縮スラッジを脱水ろ過するフィルタープレスと、その脱水ケーキを熱乾燥させてクリプトスポリジウムを死滅させて排水処理系外へ排出する手段と、膜ろ過手段と、
前記フィルタープレスでの脱水ろ過処理の初期においては、脱水ろ液を前記膜ろ過手段を通る膜ろ過処理系に導くことと、その後においては脱水ろ液を前記膜ろ過手段を通ることなく前記浄水処理系の源流に直接返送することとを切り替える切り替え手段と、
を備えたことを特徴とする浄水場におけるクリプトスポリジウム除去処理設備である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下本発明を図１を参照しながら詳細に説明する。
【００１５】
図１は一般的な浄水場において、浄水処理系Ａに対して本発明に係る排水処理系Ｂを設けた例を示したものであり、破線で示される処理ラインにはクリプトスポリジウムが存在する可能性があり、実線で示される処理ラインには本発明の処理によりクリプトスポリジウムが除去され存在していないものであり、２点鎖線で示されるラインは脱水ろ液のクリプトスポリジウムが存在する可能性があるものである。
【００１６】
浄水処理系Ａでは、水源からの原水２２を着水井１０にて受け、これをフロック形成池１７にてフロック形成を図った後、沈殿池１８により沈殿濃縮を行い、上澄液を浄水ろ過装置１９によりろ過処理し、浄水池２１に送られ水道水とされるものである。
【００１７】
沈澱池１８から排出される沈殿池排水１は排泥池３に一旦集め、次いでその排水汚泥を濃縮槽４に送る。この濃縮槽４では上澄液５を排水池６に送りつつ濃縮操作を行い、濃縮されたスラッジを槽底から排出させる。
【００１８】
排出された濃縮スラッジ１１は、主ライン１１Ａを通してフィルタープレス１４によって脱水ろ過し、脱水ろ過後の脱水ケーキ１６を熱乾燥装置２３において熱乾燥殺菌した後に浄水場外２４に搬出する。
【００１９】
一方で、前記フィルタープレス１４から排出される脱水ろ液１５は、クリプトスポリジウムが含まれる脱水処理初期段階では、膜ろ過処理系ライン１５Ａを通して排水池６に導き、クリプトスポリジウムを含まなくなる後期段階では、返送ライン１５Ｂを通って着水井１０へ返送される。
【００２０】
膜ろ過処理系ライン１５Ａを含む膜ろ過処理系は、最終的には排水池６から膜ろ過手段８に至り、この膜ろ過手段８においてクリプトスポリジウムを完全に捕捉除去して、膜ろ過水９を着水井１０へ返送するものである。着水井１０への返送に代えて、返送は沈殿池１８など浄水処理系Ａの源流も含む。
【００２１】
膜ろ過手段８の洗浄排水２は排泥池３に戻される。排水池６には、浄水ろ過装置１９からの浄水ろ過装置洗浄排水２０、前述のように濃縮槽４からの上澄液５、脱水処理初期段階での膜ろ過処理系ライン１５Ａでの脱水ろ液１５が集められ、塩素注入によりクリプトスポリジウム以外の一般細菌などに対して殺菌処理される。排水池６から排水処理水７がポンプアップされ、膜ろ過手段８に導かれる。
【００２２】
膜ろ過処理系ライン１５Ａおよび返送ライン１５Ｂに対する脱水ろ液１５の流通ラインの切り替えは、フィルタープレス１４の脱水ろ過時間（脱水処理段階）に応じてたとえば図示の弁の開閉切り替えにより行われる。
【００２３】
前記膜ろ過手段８において使用される膜ろ材は、クリプトスポリジウムを完全に除去する必要があるために、細孔の大きさがクリプトスポリジウムより小さいろ過膜等を使用する。具体的には細孔の大きさが４．２μｍ以下であれば好ましい。
【００２４】
一方、図示されているように、必要ならば濃縮スラッジ１１を加温装置１２に供給する副ラインを通し、この加温装置１２において、６０℃以上で３０分以上に滞留時間をもって加温し、クリプトスポリジウムの死滅化を図り、この加温済み濃縮スラッジ１３をフィルタープレス１４に供給することができる。主ライン１１Ａとの選択は、操業条件に応じて行う。
【００２５】
次いで、膜ろ過処理系ライン１５Ａおよび返送ライン１５Ｂに対する脱水ろ液１５の流通ラインの切り替えについて説明する。本発明者らは、脱水ろ液１５中に流出するクリプトスポリジウムの大部分が脱水ろ過の初期段階で流出することを発見し、またそれが脱水ろ過操作とともにフィルタープレス１４内に形成される脱水ケーキ１６にクリプトスポリジウムが捕捉されるためであることを発見した。詳細を以下の実験例に示す。
【００２６】
【実験例】
クリプトスポリジウム代替物として蛍光微小球を排水スラッジに混入し、この排水スラッジをフィルタープレスとして加圧圧搾式リーフテスターを使用して脱水ろ過し、脱水ろ液への代替物の流出率を調査した。使用した排水スラッジの性状を表１に示した。クリプトスポリジウム代替物としては、比重１．０５、粒径３μｍおよび６μｍの吸着性の無い蛍光ポリスチレンラテックス微小球（ポリサイエンス社製）を使用した。実験の概略を図２に、実験条件およびバックグラウンドを表２に示した。
【００２７】
【表１】
2000279996.tif 000001
【００２８】
【表２】
2000279996.tif 000002
【００２９】
２．５Ｌの排水スラッジに３μｍの微小球を８．５×１０9個、６μｍの徴小球を６．３×１０8個投入し６０分間以上撹枠した。次いで脱水ろ過し、(1)原スラッジ、(2)脱水ろ液、(3)ろ布（脱水ケーキ剥離後の目誌まりしたスラッジ）(4)脱水ケーキの(1)〜(4)に試料を分け、それぞれに含まれる微小球の数を測定した。脱水ろ液については経過時間ごとに採取し、脱水ろ過過程における微小球の流出量の経時的な変化も測定した。なお(1)原スラッジ(3)ろ布(4)脱水ケーキについては以下の前処理を行ったものを測定した。
【００３０】
原スラッジは蒸留水で１０倍に希釈したものを測定し、ろ布は、肉眼で汚れが確認できなくなるまで、蒸留水中で超音波処理を繰り返し、その遊離懸潤液を１０倍に希釈したものを測定し、脱水ケーキについては、蒸留水を加えて粉砕し、未粉砕ケーキはさらに乳鉢で粉砕し、前記懸潤液と混合した後、蒸留水で１０倍に希釈したものを測定した。各試料中に含まれる微小球の計数には、接眼レンズに方眼マイクロメーターを装着した蛍光顕徴鏡を用いた。結果は、方形１０×１０区画中に存在する微小球の数を、４０〜６０視野計数しその平均値とした。この測定値を基に試料全体への換算を行なった。
【００３１】
微小球の部分別回収率を表３に示した。排水スラッジに混合させた微小球は、脱水ろ過後に、脱水ろ液に平均２８％、ろ布に平均５％、脱水ケーキに平均７２％、で分布していることがわかった。なお各微小球の合計の回収率は９５〜１１５％であった。上記のとおり、排水スラッジ中のクリプトスポリジウムの７０％程度が脱水ケーキによって捕捉されていることが示された。次いで、脱水ろ液中に流出した微小球の経時的な変化を図３に示す。
【００３２】
【表３】
2000279996.tif 000003
【００３３】
脱水ろ液中に流出する微小球の８０％以上が脱水開始後１．５分で流出しており、脱水開始５分後には流出する全微小球のうち９９％が流出している。更に詳しく調査すると、微小球は圧搾開始前のろ過工程において流出することが確認できた。従って、圧搾工程中では微小球がろ過初期に形成された脱水ケーキに捕捉され、脱水ろ液中に流出しなくなると考えられる。圧搾前に流出する脱水ろ液の量は、一回の脱水過程で排出される脱水ろ液総量の約５５％であった。
【００３４】
上記実験例では、約５分でクリプトスポリジウムの９９％が流出している。実際には、図４に示されるように、季節的条件およびスラッジ性状によるばらつきがあり、一回の脱水ろ過を約１時間程度で行なう短時間型フィルタープレスでは、２〜７分でクリプトスポリジウムの９９％が流出する。一回の脱水ろ過を約８〜１６時間程度で行なう長時間型脱水ろ過装置を使用した場合は、脱水ろ過工程で形成したケーキで捕捉され、図５に示されるように５〜１５分でクリプトスポリジウムの９９％が流出する。この長時間型フィルタープレスを使用した場合、脱水開始１０分間で排出される脱水ろ液の量は、一回の脱水ろ過過程で排出される脱水ろ液全量の約１０％である。
【００３５】
従って、本発明によれば、短時間型脱水ろ過装置を使用した場合には、約４５％程度、長時間型脱水ろ過装置を使用した場合には、９０％程度の脱水ろ液を、膜ろ過装置を介さずに着水井へ返送させることができる。したがって、膜ろ過手段の負荷が小さくなることが知見された。
【００３６】
【発明の効果】
以上のとおり本発明によれば、脱水前の濃縮スラッジに対してあえて加温処理を設ける必要がなくなり、加温に必要な熱が不要となり、脱水装置としてフィルタープレスを選択することで、このフィルタープレスからの脱水ろ液を直接に浄水処理系の源流へ返送する返送ラインを設けたことで、膜ろ過装置の負担が軽減し、膜ろ材の寿命を向上させることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明に係る浄水システムのフローチャートである。
【図２】
実験例のテストフローを示す図である。
【図３】
微小球の流出特性を示すグラフである。
【図４】
短時間型フィルタープレスを使用した場合のクリプトスポリジウムの流出特性を示すグラフである。
【図５】
長時間型フィルタープレスを使用した場合のクリプトスポリジウムの流出特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１…沈殿池排水、２…洗浄排水、３…排泥池、４…濃縮槽、５…上澄液、６…排水池、７…排水処理水、８…膜ろ過手段、９…膜ろ過水、１０…着水井、１１…濃縮スラッジ、１１Ａ…主ライン、１２…加温装置、１３…加温済み濃縮スラッジ、１４…フィルタープレス、１５…脱水ろ液、１５Ａ…膜ろ過処理系ライン、１５Ｂ…返送ライン、１６…脱水ケーキ、１７…フロック形成池、１８…沈殿池、１９…浄水ろ過装置、２０…浄水ろ過装置洗浄排水、２１…浄水池、２２…原水、２３…熱乾燥装置、２４…浄水場外、２５…フィルタープレス洗浄排水。