(57)【要約】【課題】濾過抵抗の急激な上昇や濾過水の水質悪化を防止する。【解決手段】高速濾過器２８は、凝集沈殿処理設備１０で沈殿処理後の原水の濁度を検出可能な濁度センサ３０と、原水に高分子凝集剤を添加する凝集剤添加手段３２と、コントローラ３４と、高分子凝集剤が添加された原水を通水させる粒状濾材層３８とを具備している。コントローラ３４は濁度センサ３０の検出値に応じて凝集剤添加手段３２で添加する高分子凝集剤の量を制御する。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
沈殿処理後の原水を粒状濾材層に通水し、原水中に含まれる微粒子を濾過分離する高速濾過方法において、前記原水の濁度を濁度センサによって検出し、その検出結果に応じて前記原水に所定量の高分子凝集剤を添加することを特徴とする高速濾過方法。
【請求項２】
沈殿処理後の原水の濁度を検出可能な濁度センサと、前記原水に高分子凝集剤を添加する凝集剤添加手段と、前記濁度センサの検出値に応じて前記凝集剤添加手段で添加する高分子凝集剤の量を制御する制御手段と、前記高分子凝集剤が添加された原水が通水される粒状濾材層とを具備したことを特徴とする高速濾過装置。
【請求項３】
前記制御手段は前記原水の水温に応じて前記凝集剤添加手段で添加する高分子凝集剤の量を補正する機能を具備したことを特徴とする請求項２に記載の高速濾過装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は高速濾過方法及び装置に係り、特に沈殿処理後の原水を粒状濾材の充填層に通水し、原水中に含まれる微粒子を濾過分離する高速濾過方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高速濾過法は急速濾過法とも称され、原水を通常１００ｍ／日以上の濾過速度で粒状濾材層に通水し、原水中の微粒子を濾過分離する方法であり、濾過速度が１０ｍ／日以下の緩速濾過法と区別される。この高速濾過法は粒状濾材層を形成する濾材間の空隙部に微粒子を抑留させることを主眼としている。このため、微粒子を濾材層全体に分散させて、濾過抵抗の上昇を抑えつつ微粒子の捕捉量を可能な限り多くすることが重要である。濾過性能には濾過分離する微粒子の粒径分布が大きく影響する。微粒子の粒径分布が過大であると粒径が大きい微粒子の多くが濾材層の上流側の表層に留まる。この表層に留まった微粒子が濾材と類似の作用をなすことによって微細な微粒子を捕捉して表層濾過の現象を呈し、濾過抵抗の急激な上昇による運転の不安定を招く。また、微粒子の粒径分布が過小であると微粒子が濾材の間隙を縫って処理水（濾過水）に残存し易くなり、水質の悪化を招く。
このため、この種の高速濾過法では被処理水を沈澱処理して、予め粒径の大きい粒子を沈殿除去することが一般に行われている。また、凝集沈殿処理を施して粒径の大きい粒子のみならず、粒径が比較的小さい粒子をも凝集沈殿によって除去し、濾過装置の負荷を低減させることも行われている。さらに、このような沈澱処理を経た原水に凝集剤を添加し原水に含まれる微粒子を凝集させることによって微細なフロックを形成させ、高速濾過装置に通水することが行われている。（以上、例えば非特許文献１参照）
【０００３】
【非特許文献１】
井出哲夫著、「水処理工学」、第１版４刷、技報堂出版（株）、１９８０年４月、ｐ９５〜９７，１０２〜１０５，１２７〜１３０
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の高速濾過装置は上述のように濾過分離する微粒子の粒径分布が濾過性能に大きく影響するにもかかわらず、十分な運転管理が行われていなかった。例えば河川水を高速濾過して浄水を得る場合に、降雨によって濁った河川水を凝集沈殿処理すると、凝集沈殿処理水中の微粒子量が晴天時に比べて著しく多くなるとともに、濾材の間を摺り抜ける微粒子の数が多くなる傾向がある。このため、降雨時の凝集沈殿処理水をそのまま高速濾過のための原水とすると、高速濾過装置での運転が不安定となり、濾過水の水質悪化などを招く欠点があった。
【０００５】
本発明の目的は上記従来技術の問題点を改善し、原水中の微粒子量や微粒子の粒径分布が変動する場合においても、濾過抵抗の急激な上昇や濾過水の水質悪化などを招き難く、安定な運転を維持することができる高速濾過方法及び装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る高速濾過方法は、沈殿処理後の原水を粒状濾材層に通水し、原水中に含まれる微粒子を濾過分離する高速濾過方法において、前記原水の濁度を濁度センサによって検出し、その検出結果に応じて前記原水に所定量の高分子凝集剤を添加することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明に係る高速濾過装置は、沈殿処理後の原水の濁度を検出可能な濁度センサと、前記原水に高分子凝集剤を添加する凝集剤添加手段と、前記濁度センサの検出値に応じて前記凝集剤添加手段で添加する高分子凝集剤の量を制御する制御手段と、前記高分子凝集剤が添加された原水が通水される粒状濾材層とを具備したことを特徴とする。この場合、前記制御手段は原水の水温に応じて前記凝集剤添加手段で添加する高分子凝集剤の量を補正する機能を具備していることが好ましい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施形態を示す装置系統図である。凝集沈殿処理設備１０は混和槽１２と、フロック形成槽１４と、沈殿槽１５とを具備している。混和槽１２では流入する被処理水１６に対して凝集剤１８が添加され、被処理水１６と凝集剤１８とが急速撹拌機２０によって混合される。フロック形成槽１４では混和槽１２からの被処理水が緩速撹拌機２２によってゆっくりと混和され、被処理水中の微粒子が前記添加された凝集剤の作用によって凝集し、フロックを形成する。沈殿槽１５ではフロック形成槽１４で形成されたフロックが槽底部に沈殿し、沈殿汚泥２４として抜き出される。沈殿槽１５の上澄水である原水は管路２６を介し高速濾過器２８に供給される。なお、管路２６の途中には濁度計３０が配置され、濁度計３０は原水の濁度を連続的又は間欠的に検出する。
【０００９】
管路２６には凝集剤添加手段３２が接続している。すなわち、濁度計３０で検出された原水の濁度がコントローラ３４に送信され、コントローラ３４では原水の濁度に応じて原水に注入する高分子凝集剤の量を演算する。凝集剤添加手段３２ではコントローラ３４からの信号により、所定量の高分子凝集剤を管路２６内の原水に注入する。また、管路２６にはラインミキサ３６が配設されており、ラインミキサ３６で高分子凝集剤と原水が均一に混合された後に、原水は高速濾過器２８に流入する。
【００１０】
この高分子凝集剤の注入には、主に二つの作用が期待される。第１の作用は原水中に含まれる微粒子を凝集させる。この微粒子の凝集作用は、原水が微粒子を高速濾過器２８の粒状濾材層３８に流入するまでに完了している必要はない。むしろ、原水が高速濾過器２８の粒状濾材層３８を通過する過程で徐々に進行することが好ましい。すなわち、高速濾過器２８に流入直後の原水中の微粒子は粒状濾材層３８を形成する濾材間の空隙部を通過しやすい微小粒径であることが好ましく、濾材間の空隙部を通過する過程で微粒子相互が凝集することによって適度な大きさのフロックとして濾材間の空隙部に抑留させることができる。このような、微粒子の凝集作用が粒状濾材層３８の全域で徐々に進行することによって、濾過抵抗の上昇を抑えつつ微粒子の捕捉量を可能な限り多くすることが可能となる。
【００１１】
また、高分子凝集剤注入の第２の作用は、微粒子の付着作用である。高速濾過器２８に流入した微粒子は注入された高分子凝集剤の作用によって、粒状濾材層３８を通過する過程で濾材に付着し、さらに濾材に付着した微粒子に対して新たな微粒子が次々に連鎖的に付着する。また、濾材間の空隙部に捕捉されたフロックに対しても新たな微粒子が付着してフロックが徐々に大きくなる。このような、濾材間の空隙部内部での微粒子同士の凝集と、濾材またはフロックへの微粒子の付着によって、濾材間の空隙部が微粒子でほぼ埋まると当該空隙部での通水抵抗が増大する。すると、原水は通水抵抗が小さい他の空隙部へ流れ方向を変えることになり、粒状濾材層３８ではこの凝集作用と付着作用とが複合的に進行して自律的な全層濾過が実現することになる。
粒状濾材層３８を通過する過程で微粒子が濾過された処理水は管路４０から系外に排出される。
【００１２】
高分子凝集剤の添加量は、前記したように濁度計３０で検出された原水の濁度に応じてコントローラ３４によって演算されるが、この際の演算式は通常は経験則に基づいて設定される。図２は演算式を設定する場合の根拠となる原水の濁度と高分子凝集剤の好ましい添加量との相関関係を例示したグラフである。実線Ａは常温時の場合であり、所定の濁度Ｔまでは高分子凝集剤の添加量を一定量ａとし、以降濁度が増加するに従って、高分子凝集剤の添加量を所定の比例定数ｃで増加させる。また、点線Ｂは冬期など原水の温度が低い場合である。すなわち、水温が下がると高分子凝集剤の拡散性が悪くなり凝集効果が低下するので、添加量を相対的に引き上げるように補正する。なお、図２における定数Ｔ，ａ，ｂ，ｃなどは高速濾過器２８を構成する粒状濾材の種類や平均粒径，粒状濾材層の層高，原水の通水速度，高分子凝集剤の種類，ラインミキサ３６の性能や取り付け位置などによって適正な値が経験的に求められる。高分子凝集剤の添加量のオーダとしては本発明者の実験結果によれば原水に対して数十ｐｐｂの高分子凝集剤の添加で十分な効果が得られている。したがって、上記コントローラ３４による高分子凝集剤の添加量の制御は、通常はこの数十ｐｐｂレベルの範囲内での制御となる。
【００１３】
なお、原水の濁度とは無関係に高分子凝集剤を定量添加した場合には、添加量の過不足により、主に下記の弊害が発生する。すなわち、添加量が過少であると原水中の微粒子の凝集作用及び付着作用が不足し、管路４０から排出される処理水に微粒子が漏れ易くなり、水質の悪化を招く。また、添加量が過多であると原水が高速濾過器２８に流入する以前に原水中の微粒子の大半が凝集する。この凝集によって粗大化したフロックが高速濾過器２８の粒状濾材層３８の表層で捕捉されるため、いわゆる表層濾過の現象を呈し、高速濾過器２８の本来の目的である全層濾過の継続が困難となる。このため、粒状濾材層３８の通水抵抗の増大を招き、濾材層の逆洗頻度が多くなるなどの不安定運転を招く。
【００１４】
また、高分子凝集剤の添加量制御は、前記したように原水の濁度に基づくフィードフォワード制御が有効である。管路４０に処理水の濁度を検出する濁度計を設置し、この濁度計で検出した処理水の濁度に基づいて、高速濾過器２８に流入する原水への高分子凝集剤の添加量をフィードバック制御することも考え得る。しかしながら、この方法は高分子凝集剤の添加量が過少なために水質が悪化を招く事態を防止するためには有効であるが、添加量が過多である場合の不安定運転を防止するには有効に機能しない。また、濾材層での原水の通過時間によるタイムラグで制御の応答性が低下することも考えられる。一方、本発明に係る原水の濁度に基づくフィードフォワード制御によれば、原水の濁度に応じてタイムラグを生じることなく、高分子凝集剤の添加量を適量に制御できるので、添加量の過少による水質の悪化と、過多による不安定運転の両方を回避できる。なお、上記のフィードフォワード制御に加え、処理水の濁度に基づく高分子凝集剤の添加量のフィードバック制御を補助的に組合せると、より一層きめの細かい制御が可能となり、高速濾過器の信頼性が向上する。
【００１５】
前記実施形態の説明では、凝集剤添加手段３２からの高分子凝集剤を管路２６内の原水に注入し、ラインミキサ３６で高分子凝集剤と原水を混合した後に、原水を高速濾過器２８に流入させる場合を示した。しかしながら、本発明に係る高分子凝集剤と原水との混合手段はこれに限らず、管路２６の途中に混和槽を配置し、この混和槽に流入した原水に高分子凝集剤を注入して、混合撹拌する構成としてもよい。また、原水の濁度計は管路２６の途中に設ける必要はなく、例えば沈殿槽１５の上澄水の濁度を検出し、この検出結果を原水の濁度としてコントローラ３４に入力するようにしてもよい。
【００１６】
【発明の効果】
本発明によれば、沈殿処理後の原水の濁度を濁度センサによって検出し、その検出結果に応じて、原水に所定量の高分子凝集剤を添加するようにしたので、原水中の微粒子量や微粒子の粒径分布が変動する場合においても、高速濾過器での濾過抵抗の急激な上昇や濾過水の水質悪化などを招き難く、安定な運転を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す装置系統図である。
【図２】原水濁度と凝集剤添加量との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１０……凝集沈殿処理設備
２６……（原水の供給）管路
２８……高速濾過器
３０……濁度計
３２……高分子添加手段
３４……コントローラ
３６……ラインミキサ
３８……粒状濾材層
４０……（処理水の排出）管路
【図１】
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【図２】
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