(57)【要約】【課題】  原水の濁度が低い場合においても凝集剤の使用量を減らして処理水の残留濁度を低くすると共に凝集剤の溶存量を減少させることを目的とする。【解決手段】  混和池に凝集促進体を設け、凝集剤と原水を供給して処理する、原水の処理方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
混和池に凝集促進体を設け、該混和池に凝集剤と原水とを供給して処理することを特徴とする原水の処理方法。
【請求項２】
スラリーが混合された凝集剤を使用する請求項１記載の処理方法。
【請求項３】
凝集促進体が固定または回転可能である請求項１または請求項２記載の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、浄水場或いは工業用水処理場等における原水の処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】  初期における水処理技術は、欧米では原水硬度や濁質が高いために干渉沈降濃度となり易く、そのため凝集が容易となることから、もっぱら粒子群の干渉沈降を主体とする高速凝集沈殿池により処理されていた。この技術をわが国が導入したが、原水が濁度・硬度とも低いので、凝集フロックを形成する維持管理が極めて困難であった。【０００３】  我が国の河川水質は、低濁度、低水温、低アルカリの原水が多く、凝集フロックの形成が難易で運転維持管理が難しく凝集不良が生起しやすかったが、その凝集技術の改善がなされないまま、維持管理の容易な単一沈降の傾斜板型横流沈澱池による処理がもっぱら採用されている。【０００４】  我が国の水源は、前述したように、年間を通じて低濁度、低水温、低アルカリであるために凝集が困難であり、そのため従来においては凝集剤、アルカリ剤の過剰注入をもたらし、その結果処理水中の残留イオンによるアルツハイマー病の問題、微濁質が残留して濾過損失水頭を高め洗浄頻度の増加、浄水池で残留イオンが再溶出する等、凝集剤からもたらされる残留物質が水道水に含有する酸化還元数値を高めている結果、美味しい水になりにくい諸問題が解決されていない。（非特許文献１，２）。この事は、原水に凝集剤を添加し、フロック形成を行うが不良凝集となる事により、残留物質が最期まで残存する事が原因である。【０００５】  非特許文献１「水道協会雑誌」平成１６年１１月  第７３巻第１１号（第８４２号）第２頁〜第１０頁）
非特許文献２  第５５回全国水道研究発表会講演集（平成１６年５月１０日発行）第３２２頁〜３２３頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】  そこで本発明者は、これら従来の欠点を解消するために種々研究を重ね、原水の濁度が低い場合においても、凝集剤使用量を減少化させ、浄水中の凝集剤（特にアルミニウム）の低濃度化を計ることができる原水の処理方法を完成するに至った。
【発明の効果】
【０００７】  本発明方法によれば、凝集剤使用量の減少化、濾過損失水頭の減少（濾過閉鎖）、藻類の多量発生時における凝集不良によるかび臭の防止、浄水中の凝集剤（特にアルミニウム）の低濃度化、スラッジの高濃度化、脱水処理総量の減少、発生土の減量化等の種々の効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】  本発明は、混和池に凝集促進体を設け、該混和池に凝集剤と原水を供給して処理することを特徴とする原水の処理方法である。
次に図面を参照しながら本発明を説明するが、本発明は、以下の説明のみに限定されるものではない。【０００９】  図１は、本発明の原水の処理方法を模式的に示した処理装置の一例である。
１は混和池、２は凝集促進体、３はフロック形成池、４は沈澱池、５はフラッシュミキサー、６はパドル式攪拌装置、７は水流傾斜板を示す。
混和池１のフラッシュミキサー５は、回転することで原水と凝集剤を急速攪拌する。フロック形成池３のパドル式攪拌装置６は、駆動することで緩速攪拌をする。
混和池１には、その上部に凝集促進体の軸をステー８に支枢して、固定および回動自由に支持する。ステー８の支枢部に設けられたストッパー（図示せず）を締めると固定され、緩めることにより、手動や電動または水流で凝集促進体２は回転する。図１における凝集促進体２は、混和池１内の流れの抵抗体であり、平板あるいは平板を非線形（螺旋形）に捻られたものから構成されるプレート型羽体であるが、その他の羽根体としては、図２に示す、板体縁部に抵抗体９を設けたもの、図３のように羽根が波板状のもの、図４に示すようにブラシ体のもの、図５に示すような板部を非線形に捻られたもの、図６に示す丸羽根状のもの、図７に示すリンボン羽根状、図８に示す二重丸羽根状、図９に示す切子羽根状体、図１０及び図１１に示すパドル羽根状のものが使用できる。
図１２は、混和池１及びフロック形成池３が上下迂流式水路１０とした場合であり、混和池１及びフロック形成池３に凝集促進体２を装備し、図１のフラッシュミキサー５及びパドル式攪拌装置６等の回転駆動を装備しない原水の処理装置の一例であり、水の流れによって原水と凝集剤を急速攪拌および緩速攪拌するものである。【００１０】  凝集促進体２を構成する素材としては、金属類、硬質合成樹脂等からなる剛性素材或いは、ゴム、軟質合成樹脂等からなる柔性素材のいずれも使用し得る。【００１１】  凝集促進体２には、ドラバイト、トルマリン等の電気石を塗布または含有させることもできる。ドラバイト、トルマリン等の電気石を塗布または含有させることで、電磁波により水分子を細粒化（クラスター）することができる。このことは水素イオン濃度を高かめ、原水の酸化還元電位を低下させ、凝集剤や濁質等の物質の親和性を増加させ、混和性を高め、凝集が良好に行われる。【００１２】  これらの凝集促進体２は、混和池１中に１個又は２個以上設置することができ、その設置方法も、並列的に複数列設けてもよい。またこれらの凝集促進体２は、固定されていても手動や電動等の適当な駆動手段によって強制的に回動等させてもよく、さらには凝集促進体２の構造によっては水流の流れによって自転させることもできる。【００１３】  凝集促進体２は、可動させることで、混和池１の運転を止めることなく付着堆積する粒子を簡単に洗浄することもできる。
更に、混和池１の攪拌を助成する為に凝集促進体２を強制的に回動等行うことも出来る。【００１４】  また凝集促進体の他の態様としては、ネット状平板、スダレ状平板等の板状体が挙げられ、これらは、混和池内に、横方向、斜方向に可動（摺動）するように一列または複数列設置すればよい。さらに揺れたり、振動する構造の凝集促進体も好適に使用することができる。【００１５】  次に本発明の処理方法について図１を参照しながら説明する。
凝集促進や良好なフロック形成には、粒子が存在する要素が凝集には欠かせない。凝集促進体２を設けた混和池１に凝集剤と原水とを供給することによって、原水濁度が低くても、形成したフロックは、凝集促進体２の近傍に干渉沈降しながら停滞し、原水中に濁質があることと同じ効果を表す。凝集促進体２前後でアトラクター（引き込み）領域による粒子相互干渉の残存フロックが停滞することにより、フロック形成や濁質との凝集が早く、良好なフロックとなる。【００１６】  この事は、混和池１の攪拌効果を高める凝集促進体２が、混和池１内でフラッシュミキサー５の攪拌機中央部と壁面近くに設置された凝集促進体２では異なる流れが生じることから、粒子濃度が異なり、凝集促進体２の近傍に種フロックとなって漂い、原水濁度が低くとも常に混和池１内の凝集促進体２近傍には何らかの濁度が存在する環境を形成できることを発見した。【００１７】  凝集促進体２は混和池１内の流れの抵抗体であることで、混和池１中央部の流れと異なり、抵抗体近傍は、カオスチック（混沌）に多様な流れが生じる。多様な流れは、原水の濁質や形成したフロックを集め、接触・付着し合い良好なフロックとなる。この良好なフロックは種フロックとなって原水中に漂い、クリプトスポリジウムや珪藻類等の付着除去を促進する。【００１８】  凝集促進体２は、流水中の水路や、混和池１、フロック形成池３等に設けることによっても乱流域をつくり、フロックを相互干渉して濃度を高めることが出来る。このように凝集促進体２を設けることによって従来ワンパスで接触沈降していた粒子を、凝集促進体２で再接触・付着させる効果を有する。【００１９】  従来は攪拌機単独で速度の強弱のみの運転であったが、本発明方法によれば凝集粒子の集合と接触が流れの攪拌の場にある事によって、粒子付着やアトラクターなどにより、粒子が停滞して、良好な凝集フロックを形成し、初期の目的である清澄分離効果を得ることが出来る。【００２０】  混和池１、フロック形成池３、沈殿池４、上下迂流式水路１０、蛇行式迂流式水路、流水路等に凝集促進体２を設置する事によって、凝集フロックが干渉沈降濃度で集合し、全量流下せず一部が凝集促進体２の背後に停滞し、混和池１又はフロック形成池３、沈殿池４内、流路等に活性フロックとして残っているので、再接触効果が得られる。
この事は、原水中に濁質があると凝集性が容易である事の証明である。【００２１】  何故、粒子に拘るかに就いては、濾過前の沈澱池４の処理水は濁度１ｍｇ／ｌ以下である、その水に２ｍｇ／ｌ〜３ｍｇ／ｌの薬注を行って、マイクロフロックと云われるほどの微細粒子でありながら、濾過床のアンスラサイト・珪砂・玉砂利などで濾過するとクリプトスポリジウムや珪藻類等が除去されているのは、前述濾過床の粒子表面に凝集剤が付着した効果である。
このように凝集剤は、固形粒子表面に付着しフロックを生成する。【００２２】  本発明に使用する凝集剤としては、硫酸バンド等のアルミ系凝集剤、硫酸第二鉄、塩化鉄等の鉄系凝集剤、ポリ塩化アルミニウム（以下ＰＡＣという）、ポリシリカ鉄等のポリマータイプ凝集剤、ポリ硫酸鉄等の無機系凝集剤の他に、例えば食品や医薬・香粧品分野で広く利用されているＣＭＣ（カルボキシルメチルセルロースナトリウム・カルボキシルメチルセルロースカルシウム）は高粘性・高エーテル化度の物が多いが、粘性とエーテル化度が低いＣＭＣを添加することにより、架橋凝集が起こりフロックの肥大化により、沈殿速度を高める架橋凝集剤が用いられる。この凝集剤は複数を混合して使用しても良い。
これらの凝集剤の濃度として例えばＰＡＣを使用する場合は酸化アルミニウム（Ａｌ３Ｏ２）として１０％〜１１％含有するものが使用できる。これらの凝集剤溶液と原水との混合割合は、原水の濁度にもよるが一般的に原水に対し凝集剤溶液を１０ｍｇ／ｌ〜１００ｍｇ／ｌの割合で混合することが好ましい。【００２３】  本発明方法の他の態様として、沈澱池に沈降しフロック化された微粒子体を含有する水溶液（以下スラリーという）を用い、スラリーと凝集剤を混合したものと原水とを供給して処理する方法も採用することができる。
前記のように少量のスラリーと直接凝集剤とを混合することで、模擬活性凝集体（以下プレフロックという）を生成させ、このプレフロックと原水とを供給し処理するものである。スラリーは、水分母が少量で、粒子密度が高く、凝集剤と原水の混合割合に比べて、少量のスラリーと直接凝集剤とを混合することで粒子密度が高い中に高濃度な凝集剤が存在し、物理・電気化学的な模擬凝集が瞬時に起こり、プレフロックを生成させるものである。
また、スラリーと原水の使用比率は原水に対してスラリーに含有する微粒子体を２ｍｇ／ｌ〜５００ｍｇ／ｌの範囲使用することが好ましい。スラリー中の微粒子体濃度は通常０．０３重量％〜１０重量％、特に０．１重量％〜５重量％の範囲が好ましい。凝集剤と原水の使用比率は一般的に原水に対し、例えばＰＡＣを使用する場合は凝集剤溶液を１０ｍｇ／ｌ〜１００ｍｇ／ｌの範囲使用することが好ましい。
また、本発明において粉末または顆粒の粒子体と粉末または顆粒の凝集剤を混合した物に水を加え、原水に供給して処理する方法も採用することができる。粉末または顆粒の粒子体としては、ゼオライト、ベントナイト、カオリン、焼成ドラバイト、炭酸カルシウム、消石灰、石灰、粉末酸化チタン、粉末貝殻、砂、天日乾燥された汚泥等が挙げられる。この粒子体は単独で使用しても良い。【００２４】  本発明方法の他の態様として、温水と凝集剤を混合したものと原水とを供給して処理する方法も採用することができる。寒冷地においては原水温度が低下するほど、凝集フロックの形成が難易で運転維持管理が難しく凝集不良が生起しやすかったが、温水と凝集剤を混合することで、凝集剤をフロック化され易い状態（以下模擬フロックという）にし、この模擬フロックと原水とを供給し処理するものである。使用される温水の温度としては１４℃〜５０℃の範囲が好ましい。【００２５】  試験例
効果を確認する為にジャーテスタにより行い、原水に凝集剤を加えたものと、少量のスラリーを直接凝集剤と混合・攪拌した後、原水に加えたものをそれぞれ、急速攪拌、緩速攪拌、静置２分後と１０分後の濁度と、静置１０分後のアルミニウム濃度を測定する。
更に、静置１０分後の処理水をろ過し、濁度とアルミニウム濃度を測定する。
急速攪拌は１２０ｒｐｍを２分間行い混和池を再現する試験方法で、緩速攪拌は６０ｒｐｍを１０分間行いフロック形成池を再現する試験方法、静置２分後は沈殿池内を再現する試験方法、静置１０分後の処理水は沈殿池処理水を再現する試験方法である。ろ過は自然平衡型でアンスラサイトと砂の二層ろ過方式を採用し、ろ過処理水とした。
尚、ビーカーには図５に示す形状の凝集促進体を装着したものと装着しないもので試験を行う。ビーカーに凝集促進体を装着したものは静置２分後および１０分後にビーカー中央部と凝集促進体の背面部の上澄水をサイホンで給水サンプリングし、ビーカーに凝集促進体を装着しないものは静置２分後および１０分後にビーカー中央部の上澄水をサイホンで給水サンプリングした。
凝集促進体は、６０ｃｍ２とし、３個装着した。
試験１
凝集促進体を装着したビーカーに原水（濁度５ｍｇ／ｌ）３ｌを用意し、ＰＡＣを２０ｍｇ／ｌ加え、急速攪拌を行い、続いて緩速攪拌を行う。緩速攪拌後、静置２分後に給水サンプリングし濁度を測定する。更に静置１０分後に同様にサンプリングして濁度とアルミニウム濃度を測定する。静置１０分後のビーカー中央部の上澄水をろ過し濁度とアルミニウム濃度を測定する。
試験２
試験１で用いたと同じ凝集促進体を装着したビーカーに原水（濁度１０ｍｇ／ｌ）３ｌを用意し、スラリー２０ｍｇ／ｌをＰＡＣ２０ｍｇ／ｌと混合・攪拌し、原液に加え、急速攪拌を行い、続いて緩速攪拌を行う。緩速攪拌後、静置２分後に給水サンプリングし濁度を測定する。更に静置１０分後に同様にサンプリングして濁度とアルミニウム濃度を測定する。静置１０分後のビーカー中央部の上澄水をろ過し濁度とアルミニウム濃度を測定する。
試験３（試験１の比較例）
凝集促進体を装着しないビーカーに原水（濁度５ｍｇ／ｌ）３ｌを用意し、ＰＡＣを２０ｍｇ／ｌ加え、急速攪拌を行い、続いて緩速攪拌を行う。緩速攪拌後、静置２分後に給水サンプリングし濁度を測定する。更に静置１０分後に同様にサンプリングして濁度とアルミニウム濃度を測定する。静置１０分後のビーカー中央部の上澄水をろ過し濁度とアルミニウム濃度を測定する。
次に処理水の濁度、アルミニウム濃度（以下Ａｌ濃度と称す）の測定結果を示せば下記の通りである。【００２６】
【表１】
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試験の結果では、試験１と試験３を比べると凝集促進体を装着した方が、処理水の清澄化に優れ濁度およびアルミニウム濃度が低く、凝集促進体の背面部に凝集フロック粒子が停滞し濁度及びアルミニウム濃度が高い。
凝集促進体を設置することで、原水濁度が低くても、凝集促進体近くに濁質や凝集フロック粒子が干渉沈降しながら停滞し接触付着し、凝集フロック粒子を肥大化し、均一化させ、良好なフロックを作り、沈澱池において沈降を促進し、清澄化に優れている。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の処理方法を行うための処理装置の一例を示した縦断面図
【図２】凝集促進体の側面図
【図３】凝集促進体の側面図
【図４】凝集促進体の側面図
【図５】凝集促進体の側面図
【図６】凝集促進体の側面図
【図７】凝集促進体の側面図
【図８】凝集促進体の側面図
【図９】凝集促進体の側面図
【図１０】凝集促進体の側面図
【図１１】凝集促進体の側面図
【図１２】本発明の処理方法を行うための処理装置の一例を示した縦断面図
【符号の説明】
【００２８】    １  混和池
２  凝集促進体
３  フロック形成池
４  沈澱池
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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