(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
凝集剤を添加した凝集処理を行った凝集処理水をろ材層へ通過させろ過処理を行うろ過装置において、
逆洗水をろ材層へ逆方向に流通し、ろ材層を逆洗する逆洗手段と、
ろ材層の表面に洗浄水を供給し、ろ材層の表面を洗浄する表面洗浄手段と、
水にポリ塩化アルミニウムを凝集剤として添加し、ｐＨを５．０±０．５の範囲内に制御して、ろ材表面に水酸化アルミニウムの被覆を形成するためのコーティング水を生成するコーティング水生成手段と、
を有し、
前記コーティング水生成手段によって生成されたコーティング水を逆洗手段および表面洗浄手段に供給し、ろ材層に対し順方向および逆方向の両方からコーティング水を供給し、ろ材層のろ材表面に水酸化アルミニウムの被膜を形成することを特徴とするろ過装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置において、
前記コーティング水生成手段は、ポリ塩化アルミニウムを４０〜８０ｍｇ／ｌとなるように添加して前記コーティング水を生成することを特徴とするろ過装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、凝集剤を添加した凝集処理を行った凝集処理水をろ材層へ通過させろ過処理を行うろ過装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
河川水などを原水として浄水や工業用水を製造する場合や、排水処理等において、懸濁物質の分離のために凝集沈殿処理およびろ過処理が広く採用されている。すなわち、凝集沈殿処理では、まず原水に対しアルミ系の凝集剤等を添加混合して、原水中の懸濁物質を粗大フロック化する。そして、この粗大フロックを沈殿池に導入して沈殿処理することで、懸濁質の大部分を除去する。次に、この沈殿池で得られた上澄み水（凝集沈殿処理水）をろ過装置でさらに処理し、残留する微細懸濁物をさらに除去する。このようにして、清澄な処理水を得ている。
【０００３】
ここで、ろ過装置においては、ろ材が所定量の懸濁質を捕捉すると、ろ過抵抗が上昇し、またフロックの流出が大きくなるため、逆洗を行う。この逆洗は、逆洗水（通常は処理水）をろ過装置に逆流させ、捕捉した懸濁質を除去してろ材を再生することによって行う。
【０００４】
ところが、この逆洗を行った直後において、処理水中の懸濁物質（微細フロック）が増加し、十分なろ過が行えない場合が多い。
【０００５】
これは、通常のろ過処理においては、アルミ系の凝集剤を用いた場合は、ろ材の表面に薄く水酸化アルミニウムが付着し、これが微細な凝集フロックの除去に貢献しているが、逆洗によってこの付着物が除去されるため、逆洗直後の処理水が悪化するものと考えられる。
【０００６】
そこで、逆洗水に凝集剤を添加して逆洗を行うことが提案されている。このような逆洗により、逆洗の際に凝集剤がろ材中に供給され、ろ材表面のたとえば、水酸化アルミニウムの付着が助長される。従って、逆洗直後においても、微細フロックの除去を十分なものにできると考えられる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、この逆洗水に凝集剤を添加した場合においても、逆洗終了直後の処理水中の懸濁物質量はそれほど改善できないことがわかった。これは、逆洗時において、凝集剤を添加しても、この凝集剤をろ材全体に付着させることが難しいからである。すなわち、凝集剤ろ過層の下部（出口付近）において捕捉される確率が高く、従ってろ過層の下部のろ材にのみ上記付着物が形成されてしまう。また、洗浄排水中のアルミニウム濃度が上昇してしまうため、そのまま放流できないという問題もある。
【０００８】
また、逆洗直後に凝集剤の添加量を多くすることも考えられるが、この場合には、表面近くのろ材にのみに付着の形成が行われ、ろ材全体に付着物を形成することができない。そこで、ろ過直後において処理水の悪化を防げなかった。
【０００９】
さらに、最近では、クリプトスポリジウムなどの病原性原虫を除去する目的で、非常に精密なろ過が求めれらている。そこで、逆洗直後における懸濁物質の流出をさらに減少したいという要求もある。
【００１０】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、逆洗直後から良好なろ過処理が行えるろ過装置の逆洗方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、凝集剤を添加した凝集処理を行った凝集処理水をろ材層へ通過させろ過処理を行うろ過装置において、逆洗水をろ材層へ逆方向に流通し、ろ材層を逆洗する逆洗手段と、ろ材層の表面に洗浄水を供給し、ろ材層の表面を洗浄する表面洗浄手段と、水にポリ塩化アルミニウムを凝集剤として添加し、ｐＨを５．０±０．５の範囲内に制御して、ろ材表面に水酸化アルミニウムの被覆を形成するためのコーティング水を生成するコーティング水生成手段と、を有し、前記コーティング水生成手段によって生成されたコーティング水を逆洗手段および表面洗浄手段に供給し、ろ材層に対し順方向および逆方向の両方からコーティング水を供給し、ろ材層のろ材表面に水酸化アルミニウムの被膜を形成することを特徴とする。
【００１２】
このように、逆洗手段による逆洗において、コーティング水をろ材層に供給することで、逆方向に流れるコーティング水とろ材を接触することができる。さらに、コーティング水を表面洗浄手段から供給することで、ろ材層に対し順方向でコーディング水を供給して、ろ材とコーティング水を接触させることができる。このように、両方向に流れるコーティング水とろ材を接触させることでろ材層の全体のろ材とコーティング水を効果的に接触させることができ、ろ材表面に凝集剤の被膜を効果的に形成することができる。従って、逆洗終了直後からろ材の懸濁物吸着能力が十分高く、良好な処理水を得ることができる。
【００１３】
また、前記コーティング水生成手段は、ポリ塩化アルミニウムを４０〜８０ｍｇ／ｌとなるように添加し、そのｐＨが５．０±０．５の範囲内に制御してコーティング水を生成することが好適である。このようなコーティング水をろ材と接触することによって、ろ材表面のゼータ電位を０〜−１０ｍＶ程度にすることができ、その後のろ過を効果的に行うことができる。なおポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）は、通常Ａｌ２Ｏ３として１０％を含むものが市販されているが、本発明における４０〜８０ｍｇ／ｌというのは、上述した濃度のＰＡＣを逆洗水１リットルあたり４０〜８０ｍｇの割合で添加する意味であり、この場合Ａｌとしては２．１２〜４．２４ｍｇ／ｌの添加量となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）について、図面に基づいて説明する。
【００１５】
図１は、本実施形態に係る凝集分離装置の全体構成を示す図である。河川水、湖沼水などの原水は、まず混和槽１０に流入される。この混和槽１０には、凝集剤貯槽１２からの凝集剤が凝集剤ポンプ１４によって供給される。凝集剤は、無機アルミニウム系の凝集剤が好ましく、特にＰＡＣ（ポリ塩化アルミニウム）が好ましい。そして、混和槽１０には、攪拌機１６が設けられており、原水と凝集剤が急速攪拌される。この混和槽１０において、凝集剤が混和された凝集剤混和水は、凝集槽１８に流入する。この凝集槽１８には、緩速攪拌機２０が配置されており、凝集剤混和水が緩速攪拌され、凝集フロックの合体、粗大化が図られる。
【００１６】
次に、凝集槽１８からの緩速攪拌後の凝集剤混和水は、傾斜板沈殿槽２２に流入する。この傾斜板沈殿槽２２は、仕切板２２ａにより入口側と出口側に仕切られており、入口側に槽深の深い沈殿部２２ｂが形成されている。そして、この沈殿部２２ｂの下部は、沈殿汚泥を貯留する汚泥貯留部２２ｃになっている。また、出口側には多数の傾斜板２２ｄが配置されて傾斜板沈殿部２２ｅが形成されている。凝集剤混和水は沈殿部２２ｂに流入され、ここで沈殿処理された後、仕切板２２ａの下を通過して、傾斜板沈殿部２２ｅを上向流で通過する。そして、この傾斜板沈殿部２２ｅの傾斜板２２ｄを通過する際にさらに沈殿処理がなされ、スラッジが槽底へ向けて沈殿する。傾斜板沈殿部２２ｅの槽底は、汚泥貯留部２２ｃに向けて深くなるように傾斜しているため、沈殿スラッジは重力により汚泥貯留部２２ｃに移動する。そして、傾斜板沈殿部２２ｅを通過した上澄みが傾斜板沈殿槽２２から排出される。なお、傾斜板沈殿槽２２の汚泥貯留部２２ｃに沈殿した汚泥は、適宜引き抜かれ別途処分される。
【００１７】
このような凝集沈殿処理により、傾斜板沈殿槽２２からの沈殿処理水は、懸濁固形物のかなりの部分は除去されたものになっている。この沈殿処理水は、ろ過器２４に流入される。このろ過器２４は、アンスラサイトのろ過層２４ｂと、砂のろ過層２４ａの二層のろ過層を有する重力式の急速ろ過器である。なお、場合によっては、沈殿処理水に追加の凝集剤注入あるいは凝集助剤注入を行いラインミキサーにて撹拌し、ろ過器２４に供給してもよく、またろ過器は圧力式ろ過器であってもよい。
【００１８】
ろ過層２４ｂのろ材としてアンスラサイト以外のろ材を使用してもよいし、またこのろ過層２４ｂ自体を省略してもよい。また、ろ過層２４ａについて、砂に代えガーネットなどを利用したり、砂及びガーネットを多層とすることも好適である。
【００１９】
そして、このろ過器２４のろ過処理水は、処理水タンク２６に貯留された後、配水される。
【００２０】
また、この処理水タンク２６内の処理水は、逆洗ポンプ２８によりろ過器２４の底部に供給できるようになっている。そこで、ろ過器２４に処理水を上向流で供給し、ろ過器２４内のろ過層を逆洗できるようになっている。
【００２１】
すなわち、通水を継続していくと、次第にろ過層に捕捉される懸濁物質が増加しろ材が飽和して、ろ過器２４はそれ以上懸濁物質を捕捉できなくなる。これは、ろ過抵抗の上昇や、処理水濁度の上昇等によって検出できる。そこで、ろ材が完全に飽和する前に、洗浄によりろ材の再生を行う。
【００２２】
この洗浄のタイミングは、経験的に得られる時間に基づくタイマー設定や、差圧計によるろ過抵抗の設定により行われる。さらに、逆洗は、ろ過水を用いた逆流水洗浄や、逆流水洗浄に表面洗浄あるいは空気洗浄を組み合わせて行われる。
【００２３】
ここで、本実施形態においては、この逆洗ポンプ２８からろ過器２４に至る逆洗水のラインに、凝集剤貯槽３０からの凝集剤が凝集剤ポンプ３２により添加される。この凝集剤としては、上述の凝集剤貯槽１２と同様に通常ＰＡＣが利用され、凝集剤貯槽１２からの凝集剤を添加するように構成してもよい。さらに、酸貯槽３４からの酸（酸性溶液、例えば硫酸）が酸ポンプ３６によって添加されるように構成されている。
【００２４】
このようにして、本実施形態においては、通常の逆洗に加え、凝集剤を含む逆洗水（コーティング水）による逆洗が行われ、これによってろ材表面に凝集剤の被膜が構成される。すなわち、所定ｐＨに調整され、所定量の凝集剤が添加された逆洗水を所定量だけろ過器２４に通水し、これによってろ材表面に凝集剤の被膜が形成される。
【００２５】
また、逆洗水をろ過器２４底部に供給するラインには、分岐ラインが接続され、この分岐ラインは、ろ過器２４の表面洗浄ノズル３８に接続されている。この表面洗浄ノズル３８は、逆洗工程の初期において、ここから水を噴出して、ろ材層表面をたたき、固形物を捕捉したろ材層の表面を崩すためののもである。
【００２６】
そして、本実施形態においては、この表面洗浄ノズル３８に、凝集剤および酸が添加されたコーティング水が供給できるようになっている。また、逆洗水をろ過器２４の底部に供給するラインにはバルブ４０、分岐ラインにはバルブ４２が設けられ、これらバルブを切り替えることによって、コーティング水をろ過器２４底部に供給するか、表面洗浄ノズル３８に供給するか、その両方に供給するかを切り替えられるようになっている。
【００２７】
なお、逆洗ポンプ２８、凝集剤ポンプ３２、酸ポンプ３６、バルブ４０，４２は、コントローラ４４によって制御される。特に、逆洗ラインにｐＨメータおよび流量計を設け、その検出結果をコントローラ４４に供給することが好適であり、これによってコントローラ４４が、これら検出結果に基づいて凝集剤ポンプ３２および酸ポンプ３６の駆動を制御して、逆洗水のｐＨ、凝集剤の添加量が所定量となるように制御することができる。また、コーティング水をいずれのルートで、どれだけの水量流すかも制御できる。
【００２８】
このような所定ｐＨに調整され、所定量の凝集剤が添加された逆洗水および表面洗浄水を所定量だけろ過器２４に通水することによってろ材表面に適切な凝集剤の被膜が形成され、ろ過器２４におけるろ過層２４ａのろ材のゼータ電位が０〜−１０ｍＶになるように制御される。すなわち、ＰＡＣであれば、水酸化アルミニウムがろ材表面上に付着することで、ろ材のゼータ電位が上昇する。また、酸の添加によってもゼータ電位が変化するため酸の添加量も調整する。これによって、ろ材表面のゼータ電位が０〜−１０ｍＶに制御される。
【００２９】
ここで、ろ材のゼータ電位は、ろ材表面への凝集剤（例えば、水酸化アルミニウム）の付着状態を示している。そこで、このろ材のゼータ電位を所定値（０〜−１０ｍＶ）とすることによって、ろ材の表面状態を微細フロックを捕捉しやすい状態に調整することができる。そして、上述のようにして調整した逆洗水によりろ材の表面に水酸化アルミニウムを確実に付着させることで、逆洗後のろ過において、当初より微細フロックの流出を防止して、良好な水質の処理水を得ることができる。
【００３０】
また、本実施形態では、次のような手順で逆洗を行う。（ｉ）ろ過器２４内の処理水を排出し、水位を少なくともろ材層の表面より下にする。そして、逆洗ポンプ２８を駆動して、表面洗浄ノズル３８から処理水を噴出させ、ろ材表面をたたく。ＬＶ＝６ｍ／ｈ×４分。なお、この場合バルブ４０を閉じ、バルブ４２を開く。（ｉｉ）次に、バルブ４２を閉じ、バルブ４０を開いてろ過処理水を逆流させる逆洗を行う。例えば、ＬＶ（空塔線速度）＝４０ｍ／ｈ×８分。なお、空気逆洗を組み合わせてもよい。このような表洗と逆洗を終了し、ろ材層を調整した後、（ｉｉｉ）次に凝集剤（ＰＡＣ）および酸（硫酸）を添加した逆洗水による逆洗を行う。ＬＶ＝４０ｍ／ｈ×０．６分。時間は、ろ材層の空隙容量に対し、１．５〜２．５倍の範囲となるように設定する。（ｉｖ）次に凝集剤（例えばＰＡＣ）および酸を添加した水を表面洗浄ノズル３８に供給して、順方向にコーティング水をろ材層中に通す６ｍ／ｈ×１．４分。この場合の通水量は、ろ材層の空隙容量の０．５倍量程度でよい。
【００３１】
このようにして、ゼータ電位調整剤としての凝集剤および酸を添加した逆洗水による逆洗を短時間行い、その後休止時間をおくという間欠的な逆洗を行う。これによって、凝集剤とろ材が十分混合されるとともに、接触のための時間が得られ、ろ材表面に水酸化アルミニウムが十分に付着される。
【００３２】
特に、本実施形態の凝集剤および酸を添加したコーティング水は、凝集剤としてＰＡＣ（有効成分Ａｌ２Ｏ３を１０％含む液体）を利用し、その添加量を４０〜８０ｍｇ／Ｌとする。そして、そのコーティング水のｐＨは５．０±０．５とし、これを逆洗と表面ノズルからのトータルの水量として、ろ過器２４におけるろ材の空隙体積の１．５〜２．５倍量とする。このようなコーティング水のろ材への流通によって、上述したようなろ材のゼータ電位を０〜−１０ｍＶに調整する処理を行うことができる。なお、コーティング水の通水量をさらに多くしてもろ材のゼータ電位制御に悪影響はない。しかし、意味のない逆洗を行うことになり、エネルギーおよび凝集剤などの浪費となるため上述のような範囲に制御することが好ましい。
【００３３】
上述のように、本実施形態では、ろ材のゼータ電位が０〜−１０ｍＶになるように逆洗水への凝集剤添加量を調整する。このゼータ電位は、固体と液体の界面を横切って存在する電気的ポテンシャルを示すものであり、水中の懸濁物質についての表面荷電を示す。通常、河川水等に含まれる懸濁物質（粘度成分や藻類等）は負に帯電しており、懸濁物質が各々負に帯電していることから電気的に反発し、凝集しにくい状態になっている。凝集剤は、この電位の中和をまず行い反発力を弱め、その後に集塊化つまり凝集を行う。従って、凝集フロックのゼータ電位は中和点つまりゼロに近い方が望ましい。通常、原水中の懸濁物質のゼータ電位は−２０ｍＶ以下で、凝集フロックのゼータ電位は−１０ｍＶ以上となっている。
【００３４】
ここで、浄水処理で一般に用いられる凝集沈殿・急速ろ過法において、急速ろ過器より、特にろ過開始直後に微小なフロックが流出することが知られている。この微小なフロックのゼータ電位は、−１５ｍＶ以下と低く、凝集が十分に行われていないことが知られている。
【００３５】
ろ材も水中の懸濁物質と同様にそのままでは負に帯電しており、ろ材のゼータ電位を−１０ｍＶ以上にすることによって、ろ材表面への凝集剤水酸化物の付着を十分なものにできる。そして、この付着物を形成することで、フロックの捕捉能力を改善し、処理水中の懸濁物質濃度の上昇を防止することができる。なお、ゼータ電位を０ｍＶ以上にするのは、経済的ではなく、また洗浄排水中のアルミニウム濃度が高くなるので、好ましくない。
【００３６】
本実施形態においては、凝集剤としてＰＡＣ（有効成分Ａｌ２Ｏ３を１０％含む液体）を利用し、その添加量を４０〜８０ｍｇ／Ｌとする。そして、その逆洗水のｐＨは５．０±０．５とし、これをトータルの水量として、ろ過器２４におけるろ材の空隙体積の１．５〜２．５倍量とする。このような逆洗水のろ材への流通によって、ろ材のゼータ電位を０〜−１０ｍＶに調整する処理を行っている。
【００３７】
上述した実施態様では、凝集剤を添加していない処理水による通常の表洗、逆洗が終了した後沈静し、次いで処理水に凝集剤を添加したコーティング水で逆洗及び表洗を行ったが、場合によっては通常の表洗、逆洗を同時に行い、そして本表洗と逆洗を続行中に、その後半に、処理水に凝集剤を添加してコーティング水とし、本コーティング水で表洗、逆洗を行って、ろ材のゼータ電位を調整してもよい。
【００３８】
また上述した実施態様では、処理水で表洗、逆洗する場合、逆洗ポンプ２８を用いたが、処理水槽を高位置に設置し、水頭差によって表洗、逆洗してさしつかえない。この場合は水頭差で表洗、逆洗する配管中に凝集剤を添加してコーティング水と生成できるようにしておく。
【００３９】
【実施例】
図１の装置を用いて実験を行った。
【００４０】
「実験条件」
・原水流量：３０００ｍ３/Ｄ
・混和槽：滞留時間４分、Ｇ値２５０〜４００ｓ−１
・沈殿池：上向流式傾斜板付き沈殿池、滞留時間４０分、上昇速度５ｃｍ／ｍｉｎ
・ろ過器仕様：φ５０００ｍｍ×５０００ｍｍ×Ｈ４０００ｍｍ（ろ過面積２５ｍ２）
・ろ過速度（ＬＶ）：５ｍ／ｈ（１２０ｍ／ｄ）
・ろ材：ケイ砂  比重２．５、空隙率４５％、有効径０．６ｍｍ、均等係数１．４、ろ層高６００ｍｍ
・通水時間：４８時間（タイマーにより洗浄開始）
・原水濁度：８〜３０度
・原水ｐＨ：７．２〜７．５
・ろ過処理水ｐＨ：６．９〜７．３
・凝集剤：ＰＡＣ１０〜３０ｍｇ／ｌ
・目標処理水濁度：０．１度未満
・洗浄条件：
（ｉ）表面洗浄：ＬＶ＝６ｍ／ｈ×４分、水量＝２５ｍ２×６ｍ／ｈ×（４÷６０）＝１０ｍ３／回
（ｉｉ）水逆洗：ＬＶ＝４０ｍ／ｈ×８分
水量＝２５ｍ２×４０ｍ／ｈ×（８÷６０）＝１３３．３ｍ３／回
（ｉｉｉ）コーティング水逆洗：ＬＶ＝４０ｍ／ｈ×０．６分、水量＝２５ｍ２×４０ｍ／ｈ×（０．６分÷６０分）＝１０ｍ３／回、ろ材空隙容量＝２５ｍ２×０．６ｍ×０．４５＝６．７５ｍ３、１．５倍量通水として、６．７５ｍ３×１．５＝１０．１ｍ３／回
逆洗水：ろ過水を用いる。ｐＨは、５．０±０．５に調整。
ＰＡＣ：４０〜８０ｍｇ／Ｌとなるように調整。
（ｉｖ）表洗コーティング：ＬＶ＝６ｍ／ｈ×１．４分、水量＝２５ｍ２×６ｍ／ｈ×（１．４分÷６０分）＝３．５ｍ３／回、ろ材空隙容量＝２５ｍ２×０．６ｍ×０．４５＝６．７５ｍ３、０．５倍量通水として、６．７５ｍ３×０．５＝３．４ｍ３／回、
ろ過水を用いる。ｐＨは、５．０±０．５に調整。
ＰＡＣ：４０〜８０ｍｇ／Ｌとなるように調整。
【００４１】
「実験結果」
濁度８度の原水に凝集剤としてＰＡＣを１０ｍｇ／Ｌ添加し、ｐＨを７．０に調整するために酸として硫酸を加え、混和槽１０にて攪拌機１６を用いて混和を行い、凝集槽１８にて緩速撹拌を行い、傾斜板沈殿槽（傾斜板無しでもよい）２２にて沈殿処理を行った後、ろ過器２４に供給して処理水を得た。
【００４２】
ろ過器２４は、ある程度通水を行っていくと、濁質によりろ材の間隙が飽和し、通水を継続できなくなる。このろ過が継続できなくなるまでの時間は、ろ過器流入水中の濁質濃度や通水速度などによって異なり、通常は２４〜７２時間程度であるが、本実験では４８時間毎に逆洗を行った。
【００４３】
そして、逆洗工程において、上述のようなＰＡＣ６０ｍｇ／Ｌと硫酸を注入してｐＨ５±０．５のコーティング水による逆洗および表洗を行った。このような処理により、逆洗直後においても、処理水の悪化はなく、目標濁度を継続して維持できることが確認できた。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、逆洗手段による逆洗において、コーティング水をろ材層に供給することで、逆方向に流れるコーティング水とろ材を接触することができる。さらに、コーティング水を表面洗浄手段から供給することで、ろ材層に対し順方向でコーディング水を供給して、ろ材とコーティング水を接触させることができる。このように、両方向に流れるコーティング水とろ材を接触させることでろ材層の全体のろ材とコーティング水を効果的に接触させることができ、ろ材表面に凝集剤の被膜を効果的に形成することができる。従って、逆洗終了直後からろ材の懸濁物吸着能力が十分高く、良好な処理水を得ることができる。
【００４５】
また、ポリ塩化アルミニウムを４０〜８０ｍｇ／ｌとなるように添加し、そのｐＨが５．０±０．５の範囲内に制御してコーティング水を用いることによって、ろ材表面のゼータ電位を０〜−１０ｍＶ程度にすることができ、その後のろ過を効果的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施形態の装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
１０  混和槽、１８  凝集槽、２２  傾斜板沈殿槽、２４  ろ過器、３０  凝集剤貯槽、３２  凝集剤ポンプ、３８  表面洗浄ノズル、４０，４２  バルブ。
【図１】
0004800463.tif 000002