(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒ素を0.003mg／Ｌ〜0.1mg／Ｌの濃度で含む水道水用原水に酸化剤及び凝集剤を添加し、合成樹脂繊維からなり、角柱状で空隙率が90〜95％である浮上ろ材を用いた上向流浮上床式ろ過法により前記原水を20〜50ｍ／Hrのろ過速度で処理し、次いで固定床ろ過法により処理することにより、前記原水中のヒ素濃度を低減することを特徴とする浄水処理方法。
【請求項２】
前記浮上ろ材の一辺の長さが３〜50mmである請求項１記載の浄水処理方法。
【請求項３】
前記凝集剤としてポリ塩化アルミニウム及び鉄塩から選ばれる凝集剤を前記原水に添加する請求項１又は２記載の浄水処理方法。
【請求項４】
前記凝集剤としてポリ塩化アルミニウムを、30mg／Ｌ〜50mg／Ｌの濃度で前記原水に添加する請求項１〜３の何れか１項記載の浄水処理方法。
【請求項５】
前記浮上ろ材が、ポリエチレン繊維及びポリプロピレン繊維から選ばれる合成樹脂繊維であって、繊維径の異なる複数の合成樹脂繊維から構成される請求項１〜３の何れか１項記載の浄水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、凝集剤の添加による沈澱ろ過法（以下共沈法という）で処理できる水道法で定める基準項目の水質を含む原水等を水源とする浄水処理に関するものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
ヒ素を含む水の処理方法として、共沈法を用いた、▲１▼凝集沈澱処理、▲２▼凝集固定床ろ過処理、▲３▼移動床式ろ過処理が行われている。通常、これらの方法は、ヒ素濃度が高い、例えばヒ素濃度が水道法により定められている基準濃度以上の水道原水の浄水処理に用いられている。
【０００３】
しかしながら、これらの方法は、ヒ素濃度が低い原水、例えばヒ素濃度が水道法により定められている基準濃度近傍もしくは基準濃度以下の原水についてはほとんど行われていない。その主な理由は、一般に、このようなヒ素濃度が低い原水中のヒ素濃度を更に低減するには、ポリ塩化アルミニウム等の凝集剤を大量に添加する必要があるが、前記の処理方法では凝集剤を大量に添加する系では問題が生じるからである。
【０００４】
すなわち、
▲１▼凝集沈澱処理は濁質成分が少なく、多量の凝集剤の添加によっても低濃度のヒ素濃度では凝集フロックの沈降性が悪く、処理時間を長くして処理ができない
▲２▼凝集固定床ろ過処理は多量の凝集剤の添加により、通常の下向流処理単独では、ろ過継続時間が低減（洗浄頻度が増加）する
▲３▼移動床式ろ過法は、ろ材にケイ砂等を使用し、洗浄とろ過を連続的に行うため、凝集剤の添加量が制約される（洗浄排水量を増加させる必要があり有水率が下がる。）。また、ろ過砂の閉塞問題がある。
などの問題が生じる。このため、低濃度のヒ素除去には、凝集固定床ろ過法、移動床式ろ過法では十分に対処できないのが現状である。
【０００５】
特開平7-88482号には、上向流連続移動床式ろ過法によるヒ素等の除去方法が開示されており、ヒ素濃度が0.1mg/l以下の原水を処理対象とできるとの記載もあるが、前段のろ過装置で上記▲３▼の移動床式ろ過装置を採用しているため、原水中のヒ素濃度が低濃度の場合には実質的に対応が困難である。
【０００６】
従って、本発明は、原水中のヒ素濃度がより低濃度の場合でも十分なヒ素除去が可能な浄水処理方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ヒ素を含む原水に酸化剤及び凝集剤を添加し、合成樹脂繊維からなるろ材を用いたろ過法により前記原水を処理し、次いで固定床ろ過法により処理することにより、前記原水中のヒ素濃度を低減することを特徴とする浄水処理方法に関する。本発明でいう「処理」には、酸化剤及び凝集剤を添加した原水とろ材の接触によるヒ素もしくはヒ素成分の除去を含む。通常、原水には最初に酸化剤が添加され、次いで凝集剤が添加される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明では合成樹脂繊維からなるろ材が用いられるが、該ろ材を構成する合成樹脂繊維としては、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維等が挙げられ、２種以上を混合して用いることもできる。また、該ろ材の形状は限定されないが、一辺が３〜50mmの角柱状ものが好適である。
【０００９】
また、合成樹脂繊維の繊維径は、単一径でも繊維径の異なるものの混合でも何れでも良いが、繊維径の異なる複数の繊維を用いるのが好ましい。合成樹脂繊維からなるろ材としては、繊維径が10〜100μｍの繊維をポリエチレン等の融着材で結合してなるものが挙げられる。また、大径繊維と小径繊維とを用いたろ材として、特開平8-33819号記載のものを用いることもできる。
【００１０】
また、本発明に用いられる合成樹脂繊維からなるろ材（繊維ろ材という）の空隙率は90〜95％であることが好ましい。この空隙率は、繊維ろ材の見かけの密度と該繊維の真比重とから単位体積あたりの繊維ろ材の体積を求め、単位体積との比から算出されるものである。この見かけ密度は、容積が既知の容器に、繊維ろ材を圧縮しないように入れ、繊維ろ材の重量を測定し、容積で除することで算出できる。単位は通常「kg/m3」である。次いで、この見かけ密度と繊維の真比重から、単位体積（１m3）あたりの繊維ろ材の体積（Ｖ）を、〔見かけ密度（kg/m3）〕／〔（繊維の真比重×1000）〕により、算出する。空隙率は、この体積（Ｖ）を用いて、〔１（m3）−繊維ろ材の体積（Ｖ）（m3）〕×100で算出される。
【００１１】
合成樹脂繊維からなるろ材のうち、このような高い空隙率のものは、軽量で且つ高圧ろ過に耐え得る強度を有する。また、少量の洗浄水と低動力で浮上洗浄再生が可能となる。
【００１２】
本発明において合成樹脂繊維からなるろ材を用いたろ過法は、上向流式でも下向流式でも何れでも行うことができる。上向流式、特に上向流浮上床式ろ過法で行うことがろ過効率とろ材の洗浄の面から好ましい。この上向流式ろ過法では、処理水をろ過器下方から上方に向かって移動させるものであり、浮上床方式では処理水の上昇に伴いろ材も上昇する。合成樹脂繊維からなるろ材を用いた上向流式ろ過法は、高速ろ過、長時間の処理が可能であり、またろ材は空隙率が高く軽量であるため、少量の洗浄水と低動力で浮上洗浄再生が可能となる。
【００１３】
本発明では、上記の処理を経た水は、固定床ろ過法による処理が施される。固定床ろ過法では、無機系の砂、アンスラサイト等の比重の大きいろ材が用いられる。ろ材としては粒径が0.3〜0.7mmのものが使用できる。用いられる。固定床ろ過法は、流動床式や移動床式のろ過法と比較して操作が簡単であり、重力式開放型と加圧式がある。また、下向流式で行うのが一般的であるが、上向流式で行うことも可能である。
【００１４】
本発明の浄水処理方法は、表流水、地下水、湧水、伏流水、湖沼水等を原水として水道水を供給する方法として好適である。本発明は、原水中のヒ素濃度が0.1mg／Ｌ以下、特に、低濃度域である0.003mg／Ｌ〜0.01mg／Ｌでも処理可能である。
【００１５】
本発明の態様の一例を図１により説明する。図１は、上向流浮上床式ろ過法と固定床ろ過法を行うための装置の概略図である。
▲１▼原水は、原水ポンプ１により、上向流浮上床式ろ過装置２に送られる。この間に酸化剤タンク３及び凝集剤タンク４から、酸化剤注入ポンプ５及び凝集剤注入ポンプ６により、移送管内で酸化剤（次亜塩素酸ソーダ等）及び凝集剤（ポリ塩化アルミニウムや鉄塩等）の注入が行われた後、ラインミキサ７により攪拌混合がなされる。凝集剤や酸化剤の添加量は限定されず、任意に設定できる。凝集剤としてはポリ塩化アルミニウムが好ましい。本発明の方法では、ポリ塩化アルミニウムの添加量を30mg／Ｌ以上、更に40mg／Ｌ以上、特に50mg／Ｌ以上とすることができる。
▲２▼酸化剤及び凝集剤を混合した原水は、上向流浮上床式ろ過装置２下部より導入され、浮上ろ材部にて吸着ろ過される。この上向流浮上床式ろ過装置２は、原水を図面下方から上方に移送され浮上ろ材を上昇させる間に濁質分を除去するものであり、ろ過の作用機構において、例えば特開平7-88482号で採用している移動床式ろ過装置とは全く異なる。該装置２におけるろ過速度は20〜50ｍ／Hr、特に20〜25ｍ／Hrが実用的である。また、該装置２における浮上ろ材としては、ポリプロピレン、ポリエチレン等の有機樹脂系繊維ろ材が用いられる。この装置２では原水によるろ材洗浄が行われる。装置２は２塔以上設置しても良い。
▲３▼次いで、上向流浮上床式ろ過装置２の処理水は、後段の固定床ろ過装置10で仕上げろ過される。図１の装置では、処理水は、ポンプ升８に貯留された後、ポンプ９によって装置10に移送される。なお、処理水を開放式で移送することもでき、この場合には、自然流下でろ過装置10に移送される。装置10からの処理水は、浄水施設11に移送される。装置10のろ材としてはケイ砂、活性炭等が使用できるが、原水がヒ素以外に鉄、マンガンを含みこれらの除去効果も得たい場合は、マンガン砂を使用することもできる。この装置10では固定床ろ過処理水によるろ材洗浄が行われる。装置10は２塔以上設置しても良いが、装置２による処理が全て終了した後に装置10による処理を行うことが好ましい。
【００１６】
【発明の効果】
本発明の浄水処理方法では、ヒ素濃度が低い原水からのヒ素低減効果が格段に向上する。また、ろ過速度を大きくとれるため、他の共沈法と比較して設置面積を小さくできる。また、ろ材の洗浄に原水を使用するため有水率が高くなる。更に、副次的な効果として、上向流浮上床式ろ過の際に添加した凝集剤が固定床ろ過でも機能し得るため、後段のろ過機能が安定する。
【００１７】
【実施例】
実施例１
図１の装置を用いてヒ素含有の水道原水（井水）の浄水処理を行った。８時間処理後の結果を表１に示す。なお、装置２では、繊維径53μｍ、30μｍ、21μｍのポリプロピレン繊維から得た空隙率93％の浮上ろ材（３mm×５mm×５mm）を充填高さ1200mmで用いた。また、装置２のろ過速度は20ｍ／Hr、装置10のろ過速度は6.25ｍ／Hrであり、凝集剤はポリ塩化アルミニウム(PAC)を用いた。装置10ではけい砂をろ材（充填高さ800mm）として用いた。
【００１８】
比較例１
図１の上向流浮上床式ろ過装置２に代えて、けい砂をろ材（充填高さ800mm）とする上向流連続移動床式ろ過装置を用い、実施例１同様の処理を行った。用いた連続移動床式ろ過装置のろ過速度は6.25ｍ／Hr、洗浄排水率は33.3％であった。結果を表２に示す。
【００１９】
【表１】
0003546794.tif 000002
【００２０】
【表２】
0003546794.tif 000003
【００２１】
（結果）
実施例１では、ヒ素濃度が低い原水でも良好な除去が行われていることが確認された。一方、上向流連続移動床式ろ過装置を用いた比較例１では、凝集剤注入量が20mg／Ｌ、30mg／Ｌでは全くヒ素除去効果が発現せず、更に凝集剤注入量を多くして40mg／Ｌ以上とすると、洗浄排水率を33.3％（通常10％程度）と大きくとってもろ材が閉塞し、ろ過不良となり、ろ過処理ができなかった。
【００２２】
実施例２
図１の装置を用い、ヒ素、鉄、マンガンをそれぞれ表３に示す濃度で含有する原水の処理を行った。装置は実施例１と同じであるが、装置10のろ材にはマンガンゼオライトを使用した。また、PACの添加量は50mg／Ｌとした。８時間処理後の結果を表３に示す。
【００２３】
【表３】
0003546794.tif 000004
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の浄水処理方法に用いる装置の概略図
【符号の説明】
２…上向流浮上床式ろ過装置
10…固定床ろ過装置
【図１】
0003546794.tif 000005