(57)【要約】【課題】ポリシリカ鉄凝集剤を用いる場合において、被処理水の性状やその水質変動等に応じて、FeとSiの比率を容易に最適な比率に調整でき、望ましい成分の凝集剤に調製可能な凝集剤の調製方法、およびそれを用いた水処理方法を提供する。【解決手段】被処理水に添加する凝集剤として、活性ケイ酸と塩化第二鉄の混合液である調製済のポリシリカ鉄凝集剤に、さらに鉄を含む無機凝集剤（とくに、塩化第二鉄）を加える凝集剤の調製方法、およびそれを用いた水処理方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理水に添加する凝集剤として、活性ケイ酸と塩化第二鉄の混合液である調製済のポリシリカ鉄凝集剤に、さらに鉄を含む無機凝集剤を加えることを特徴とする、凝集剤の調製方法。
【請求項２】
活性ケイ酸と塩化第二鉄の混合液であるポリシリカ鉄凝集剤の製造装置、貯留槽および注入装置を備え、被処理水が導入される攪拌機を備えた撹拌槽内にポリシリカ鉄凝集剤を注入して凝集を行った後に固液分離処理を行う水処理方法において、ポリシリカ鉄凝集剤の貯留槽からポリシリカ鉄凝集剤を前記撹拌槽あるいはその前段へ添加するとともに、ポリシリカ鉄凝集剤の製造装置の一部を構成する塩化第二鉄供給装置から塩化第二鉄を前記撹拌槽あるいはその前段へ添加することを特徴とする水処理方法。
【請求項３】
前記塩化第二鉄供給装置から塩化第二鉄を第一の撹拌槽に添加した後、ポリシリカ鉄凝集剤の貯留槽からポリシリカ鉄凝集剤を第二の撹拌槽に添加する、請求項２の水処理方法。
【請求項４】
活性ケイ酸と塩化第二鉄の混合液であるポリシリカ鉄凝集剤の製造装置、貯留槽および注入装置を備え、被処理水に対してポリシリカ鉄凝集剤を注入し撹拌手段により攪拌して凝集を行った後にろ過処理を行う水処理方法において、ポリシリカ鉄凝集剤の貯留槽からポリシリカ鉄凝集剤を前記撹拌手段あるいはその前段へ添加するとともに、ポリシリカ鉄凝集剤の製造装置の一部を構成する塩化第二鉄供給装置から塩化第二鉄を前記撹拌手段あるいはその前段へ添加することを特徴とする水処理方法。
【請求項５】
塩化第二鉄供給装置から被処理水に添加される塩化第二鉄の鉄分子重量１に対し、ポリシリカ鉄凝集剤の貯留槽から被処理水に添加されるポリシリカ鉄凝集剤の鉄分子重量を１以下にする、請求項２〜４のいずれかに記載の水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被処理水に対し、鉄とシリカを主成分とする凝集剤を容易に最適な成分比にて調製することが可能な凝集剤の調製方法、およびその方法に基づいて浄水処理、工業用水処理、下水処理、排水処理等の水処理を行う方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
塩化第二鉄を主たる凝集剤とし、凝集助剤として活性ケイ酸を加える凝集を伴う水処理方法や、重合活性ケイ酸と塩化第二鉄の混合液であるポリシリカ鉄凝集剤（以下、ＰＳＩと言うこともある。）を凝集剤として使用する水処理方法（たとえば、特許文献１、特許文献２）が知られている。
【０００３】
このＰＳＩを凝集剤として使用する水処理方法には、予め工場にてＰＳＩ溶液を製造し、水処理施設の貯留槽へ供給しそこから注入装置により被処理水に添加する方法と、水処理施設内にＰＳＩの原料である水ガラスと硫酸（または塩酸）と塩化第二鉄溶液の貯留槽とそれらを混合しＰＳＩとするＰＳＩ製造装置および製造したＰＳＩを貯留する貯留槽を備え、その貯留槽のＰＳＩを注入装置により被処理水に添加する方法がある。また、このＰＳＩを凝集剤として使用する水処理方法には、凝集沈澱あるいは凝集浮上分離などの固液分離処理を行う方法、およびその後に砂ろ過や膜ろ過などのろ過処理を行う方法がある。また、沈澱や浮上分離を行うことなくろ過処理を行う、いわゆる凝集ろ過法もある。さらに、ＰＳＩを被処理水に添加する方法としては、撹拌機を備えた撹拌槽に添加する方法やインラインミキサー等の攪拌手段の手前に注入する方法、原水ポンプの吸い込み側に注入する方法などがある。
【０００４】
塩化第二鉄を主たる凝集剤とし、凝集助剤として活性ケイ酸を加える凝集を伴う水処理では、塩化第二鉄と活性ケイ酸を任意の比率で被処理水へ添加することができるが、活性ケイ酸の重合を制御するのが困難であるため、高分子凝集剤としての効果が十分に得られないことが多く、活性ケイ酸が重合し過ぎて凝固する等の問題が発生する。
【０００５】
一方、ＰＳＩを使用する方法では、活性ケイ酸を分子量50万程度とし、塩化第二鉄をFe：Siが４：１、２：１、１：１、１：３といった比率の混合液となるように混合することにより、凝固を防止している。ただしSiの濃度は通常一定としているので、実際には鉄の含有量を変化させるようにしている。Fe：Siの比率を任意に変化させることは可能であるが、あまり多種類の割合のＰＳＩ溶液を製造することは経済的に不利なので、通常は数種類としている。また、特に水処理施設内でＰＳＩを製造する場合には、品質管理上も多くの種類のＰＳＩを製造することは困難であること、凝集ろ過処理を行う場合にろ過閉塞を考慮して注入率を抑えると、無機凝集剤（つまり、鉄成分の凝集剤）としての注入率が不足してしまうという問題がある。被処理水に対して、無機凝集剤と高分子凝集剤の比率が最適となるようにＰＳＩを調製しておけばよいが、そうすると、被処理水の水質変動に対し即時に対応することは困難となる。とくに、ＰＳＩを用いる凝集ろ過法においては、ろ過池を閉塞させるおそれがあるので、凝集剤の過剰な注入は避けなければならない。中でも高分子凝集剤はわずかでも多すぎると著しくろ過閉塞を引き起こしてしまうため、厳密な注入量の管理が必要である。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−７０７０８号公報
【特許文献２】特開２００２−１９２１６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、とくにＰＳＩを凝集剤として用いる場合において、被処理水の性状やその水質変動等に応じて、FeとSiの比率を容易に最適な比率に調整でき、望ましい成分の凝集剤に調製可能な凝集剤の調製方法、およびその方法を用いた水処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明に係る凝集剤の調製方法は、被処理水に添加する凝集剤として、活性ケイ酸と塩化第二鉄の混合液である調製済のポリシリカ鉄凝集剤に、さらに鉄を含む無機凝集剤を加えることを特徴とする方法からなる。鉄を含む無機凝集剤としては、たとえば、ポリシリカ鉄凝集剤の製造に使用するのと同じ塩化第二鉄や硫酸第二鉄などを用いることができる。
【０００９】
また、本発明に係る水処理方法は、活性ケイ酸と塩化第二鉄の混合液であるポリシリカ鉄凝集剤の製造装置、貯留槽および注入装置を備え、被処理水が導入される攪拌機を備えた撹拌槽内にポリシリカ鉄凝集剤を注入して凝集を行った後に固液分離処理を行う水処理方法において、ポリシリカ鉄凝集剤の貯留槽からポリシリカ鉄凝集剤を前記撹拌槽あるいはその前段へ添加するとともに、ポリシリカ鉄凝集剤の製造装置の一部を構成する塩化第二鉄供給装置から塩化第二鉄を前記撹拌槽あるいはその前段へ添加することを特徴とする方法からなる。
【００１０】
この水処理方法においては、たとえば、前記塩化第二鉄供給装置から塩化第二鉄を第一の撹拌槽に添加した後、ポリシリカ鉄凝集剤の貯留槽からポリシリカ鉄凝集剤を第二の撹拌槽に添加するようにすることができる。
【００１１】
また、本発明に係る水処理方法は、活性ケイ酸と塩化第二鉄の混合液であるポリシリカ鉄凝集剤の製造装置、貯留槽および注入装置を備え、被処理水に対してポリシリカ鉄凝集剤を注入し撹拌手段により攪拌して凝集を行った後にろ過処理を行う水処理方法において、ポリシリカ鉄凝集剤の貯留槽からポリシリカ鉄凝集剤を前記撹拌手段あるいはその前段へ添加するとともに、ポリシリカ鉄凝集剤の製造装置の一部を構成する塩化第二鉄供給装置から塩化第二鉄を前記撹拌手段あるいはその前段へ添加することを特徴とする方法からなる。つまり、凝集沈澱や凝集浮上分離を行うことなく、ＰＳＩを用いて凝集を行った後にろ過処理を行う凝集ろ過法に本発明を適用した水処理方法である。
【００１２】
この水処理方法においては、塩化第二鉄供給装置から被処理水に添加される塩化第二鉄の鉄分子重量１に対し、ポリシリカ鉄凝集剤の貯留槽から被処理水に添加されるポリシリカ鉄凝集剤の鉄分子重量を１以下にすることが好ましい。
【００１３】
上記の沈澱あるいは浮上分離の後のろ過、あるいは凝集後のろ過には、砂ろ過（複層ろ過を含む）、上向流式連続砂ろ過、膜ろ過、繊維ろ過、限外ろ過、精密ろ過、大孔径膜ろ過などを用いることができる。
【００１４】
上記のような本発明に係る凝集剤の調製方法およびそれを用いた水処理方法においては、ＰＳＩ自体はある所定の成分に調整し、さらに、鉄を含む無機凝集剤、とくにポリシリカ鉄凝集剤の製造に使用するのと同じ塩化第二鉄を添加することにより、凝集剤全体として、そのときの被処理水の性状や水質変動に対して、鉄に対するシリカの比率を低くする場合において容易に最適な成分のものに調製することが可能になる。また、活性ケイ酸のSi成分量を実質的に一定に保ちながら、鉄成分、とくに塩化第二鉄を添加し鉄の含有量を変えて最適な成分に調整するようにしたので、高分子凝集剤の量を最適な量に小さく抑えてろ過閉塞等を引き起こさせることなく、鉄成分側で凝集剤全体としての量および鉄成分の量を最適な量に制御することが可能になる。
【発明の効果】
【００１５】
したがって本発明によれば、ＰＳＩを凝集剤として用いる場合において、被処理水の性状やその水質変動等に応じて、迅速にFeとSiの比率を最適な比率に調整でき、望ましい成分の凝集剤を容易に調製することができる。
【００１６】
すなわち、本発明によれば、ＰＳＩを凝集剤として水処理に用いる場合に、少量であっても効率的に被処理水に添加する鉄と重合ケイ酸の比率を任意に変えることが可能となる。それにより、最適な鉄：シリカの比率での凝集を行うことができ、処理水質を向上させることができる。また、発生汚泥量を低減することもできる。
【００１７】
また、ＰＳＩを用いた凝集ろ過法においても、ＰＳＩ中の鉄とシリカの比率を変化させることなく、最適な塩化第二鉄と重合ケイ酸での凝集を行えるようになる。それによりろ過閉塞（ろ過抵抗の上昇）を抑制することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照して説明する。
まず、図１に示した本発明の一実施態様に係る凝集剤の調製方法について説明する。図１において、１００は凝集剤調製装置全体を示しており、１はＰＳＩ製造装置を示している。活性ケイ酸（ケイ酸ソーダ）の原料槽２から供給ポンプ３により供給された活性ケイ酸がケイ酸ソーダ希釈槽４において水によって希釈され、供給ポンプ５により反応槽６に送られる。一方、硫酸原料槽７から供給ポンプ８により供給された硫酸が硫酸希釈槽９において水によって希釈され、反応槽６に送られる。反応槽６では、希釈されたケイ酸ソーダと希釈された硫酸が、たとえば攪拌加熱によって混合され、ＰＳＩ製造装置１内に組み込まれたＰＳＩ貯留槽（ＰＳＩ槽）１０へ送られる。ＰＳＩ槽１０には、塩化第二鉄原料槽１１から供給ポンプ１２により塩化第二鉄が供給され、ＰＳＩ槽１０内で、活性ケイ酸と塩化第二鉄との混合液であるポリシリカ鉄凝集剤（つまり、ＰＳＩ）が製造され、ＰＳＩ槽１０内に貯留される。貯留されたＰＳＩは、注入ポンプ１３により、凝集剤として、処理対象となる被処理水に注入される。ここまでは、実質的に従来装置と変わらないが、本発明においては、凝集剤として、さらに、鉄を含む無機凝集剤が加えられる。本実施態様では、ＰＳＩ製造用原料である塩化第二鉄が、このさらに加えられる鉄含有無機凝集剤として使用される。具体的には、上記塩化第二鉄原料槽１１内の塩化第二鉄が、ＰＳＩ製造用に供給されるのとは別に、注入ポンプ１４により、処理対象となる被処理水に注入され、上記注入ＰＳＩとともに、全体として被処理水を処理するための凝集剤として機能する。
【００１９】
このような凝集剤調製装置１００を用いて、本発明に係る水処理方法が実施される。まず、凝集沈澱や浮上分離などの固液分離処理を行う水処理に本発明を適用した場合について説明する。図２は、比較のために示した従来の水処理装置２００を示している。図２に示す水処理においては、被処理水としての原水２１が、攪拌機２２を備えた攪拌槽としての混和槽２３に導入され、そこに、調製済のＰＳＩを貯留したＰＳＩ貯留槽２４から注入ポンプ２５によりＰＳＩが所定量注入される。ＰＳＩが注入された被処理水は、凝集槽２６に導入され、緩速攪拌されて、除去すべき物質の凝集処理が進められる。続いて、沈澱槽２７で凝集物の沈澱分離処理が行われ、傾斜板２８を介して、凝集物が分離除去された処理水が、本実施態様ではさらに砂ろ過器２９によりろ過処理され、浄水３０として取り出される。
【００２０】
図３は、本発明の一実施態様に係る水処理装置３００を示している。図３に示す水処理においては、図２に示した水処理に比べ、攪拌槽としての混和槽が、２つ、つまり、攪拌機３１を備えた混和槽１（３２）と、攪拌機３３を備えた混和槽２（３４）が設けられている。混和槽２（３４）には、図２に示した装置同様、調製済のＰＳＩを貯留したＰＳＩ貯留槽２４から注入ポンプ２５によりＰＳＩが所定量注入されるが、混和槽１（３２）には、前述のようなＰＳＩ製造装置における塩化第二鉄貯留槽３５から注入ポンプ３６により塩化第二鉄がコントロールされた量注入される。その他の構成は、図２に示した装置と実質的に同じであるので、図２に付したのと同じ符号を付すことにより説明を省略する。
【実施例１】
【００２１】
図２、図３に示した水処理装置２００、３００を用いて、以下のような試験を行った。ＰＳＩとしては、Fe2O3(塩化第二鉄）含有率2.9%、SiO2含有率2.2%、分子量約500,000dalton 、比重1.08のものを用いた。このＰＳＩは、市販の水ガラス（ケイ酸ソーダ）をSi濃度3.0%となるように市水で希釈し、そこに希硫酸を加えて酸性とし、温度を30〜50℃に保ちながら１時間緩やかに撹拌を行うことによって重合ケイ酸（ポリシリカ）を生成し、更にそこに濃度38%の塩化第二鉄をSiとFeのモル比、Si：Fe＝１：１となるように加えことにより得られる。図１に示したＰＳＩ製造装置により製造されたＰＳＩを貯槽に移し、通水試験に用いた。
【００２２】
通水試験においては、処理水量240m3／日の装置にて、河川水を原水として通水を行った。図２に示した従来法におけるＰＳＩ（たとえば、ＰＳＩ−１００〔水道機工（株）製〕）の注入率は、原水濁度に対し、（50＋濁度×2.5）mg/Lとしている。図３に示した本発明に係る方法では、原水濁度10度以上の場合、
PSI-100の注入率＝（50＋濁度×2.5）×0.25mg/L
と従来法における規定値の１／４とし、その減少分、ＰＳＩ製造装置の塩化第二鉄原料貯槽より塩化第二鉄を、
塩化第二鉄注入率＝（10＋濁度×0.5）×0.75mg/L
となるように加えるようにした。この場合の沈殿処理水濁度は、従来法と同等であった。
【００２３】
結果を図４に示す。図４に示すように、とくに原水濁度10度以上の場合、発生汚泥量を大幅に削減することができた。
【００２４】
次に、前述したような凝集剤調製装置１００を用いた、本発明の別の実施態様に係る水処理方法、とくに、凝集沈澱や浮上分離などを行わずに、凝集ろ過を行う水処理に本発明を適用した場合について説明する。図５は、比較のために示した従来の水処理装置４００を示している。図５に示す水処理においては、被処理水としての原水４１が攪拌手段としてのラインミキサー４２に導入される前段にて、調製済のＰＳＩがＰＳＩ貯留槽４３から注入ポンプ４４により所定量注入されるとともに、そこに硫酸貯槽４５から注入ポンプ４６により希硫酸が加えられてｐＨが調整される。ＰＳＩが注入された被処理水は、本実施態様では、繊維ろ過器４７によりろ過した後、さらに限外膜ろ過器４８によりろ過し、必要に応じてポンプ４９を介して循環させた後、浄水５０として取り出される。
【００２５】
図６は、このような凝集ろ過法に本発明を適用した場合の水処理装置５００を示している。図６に示す水処理においては、図５に示した水処理に比べ、被処理水としての原水４１が攪拌手段としてのラインミキサー４２に導入される前段にて、さらに、前述のようなＰＳＩ製造装置における塩化第二鉄貯留槽５１から注入ポンプ５２により塩化第二鉄がコントロールされた量注入される。その他の構成は、図５に示した装置と実質的に同じであるので、図５に付したのと同じ符号を付すことにより説明を省略する。
【実施例２】
【００２６】
図５、図６に示した水処理装置４００、５００を用いて、以下のような試験を行った。ＰＳＩとしては、Fe2O3(塩化第二鉄）含有率5.5%、SiO2含有率2.2%、分子量約500,000dalton 、比重1.13のものを用いた。このＰＳＩは、市販の水ガラス（ケイ酸ソーダ）をSi濃度3.0%となるように市水で希釈し、そこに希硫酸を加えて酸性とし、温度を30〜50℃に保ちながら１時間緩やかに撹拌を行うことによって重合ケイ酸（ポリシリカ）を生成し、更にそこに濃度38%の塩化第二鉄をSiとFeのモル比、Si：Fe＝0.5 ：１となるように加えることにより得られる。図１に示したＰＳＩ製造装置により製造されたＰＳＩを貯槽に移し、通水試験に用いた。
【００２７】
通水試験においては、処理水量240m3／日の装置にて、河川水を原水として通水を行った。図５に示した従来法におけるＰＳＩ（たとえば、ＰＳＩ−５０〔水道機工（株）製〕）の注入率は、原水濁度に対し、（18＋濁度×1.5）mg/Lとしている。図６に示した本発明に係る方法では、原水濁度1.8 度以上の場合、
PSI-50の注入率＝（18＋濁度×1.5）×0.25mg/L
と従来法における規定値の１／４とし、その減少分、ＰＳＩ製造装置の塩化第二鉄原料貯槽より塩化第二鉄を、
塩化第二鉄注入率＝（７＋濁度×0.6）×0.75mg/L
となるように加えるようにした。この場合の繊維ろ過処理水濁度は、従来法と同等であった。
【００２８】
結果を図７に示す。図７に示すように、とくに原水濁度1.8 度以上の場合、繊維ろ過器のろ過抵抗の上昇を抑制することができた。
【００２９】
なお、限外膜ろ過後のろ過水濁度は常に0.05度以下で同等であった。限外ろ過膜は、酢酸セルロース製、分画分子量150,000のものを用いた。限外膜ろ過のフラックスも従来法と同等であった。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明は、ＰＳＩを凝集剤として用いるあらゆる水処理に適用でき、注入される凝集剤全体を、被処理水の性状や水質変動に応じて、迅速に最適な成分比に調整でき、それによって優れた処理水の水質を得ることができるとともに、ろ過閉塞等の不具合の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施態様に係る凝集剤の調製方法に用いる凝集剤調製装置の概略機器系統図である。
【図２】従来の水処理方法に用いる水処理装置の概略機器系統図である。
【図３】本発明の一実施態様に係る水処理方法に用いる水処理装置の概略機器系統図である。
【図４】実施例１における、図２および図３の装置の性能比較を表す、通水時間と原水濁度、発生汚泥量の関係図である。
【図５】従来の別の水処理方法に用いる水処理装置の概略機器系統図である。
【図６】本発明の別の実施態様に係る水処理方法に用いる水処理装置の概略機器系統図である。
【図７】実施例２における、図４および図５の装置の性能比較を表す、通水時間と原水濁度、ろ過抵抗の関係図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  ＰＳＩ製造装置
２  活性ケイ酸（ケイ酸ソーダ）の原料槽
３  供給ポンプ
４  ケイ酸ソーダ希釈槽
５  供給ポンプ
６  反応槽
７  硫酸原料槽
８  供給ポンプ
９  硫酸希釈槽
１０  ＰＳＩ貯留槽（ＰＳＩ槽）
１１  塩化第二鉄原料槽
１２  供給ポンプ
１３  注入ポンプ
１４  塩化第二鉄の注入ポンプ
２１  被処理水としての原水
２２  攪拌機
２３  攪拌槽としての混和槽
２４  ＰＳＩ貯留槽
２５  注入ポンプ
２６  凝集槽
２７  沈澱槽
２８  傾斜板
２９  砂ろ過器
３０  浄水
３１、３３  攪拌機
３２  混和槽１
３４  混和槽２
３５  ＰＳＩ製造装置における塩化第二鉄貯留槽
３６  注入ポンプ
４１  被処理水としての原水
４２  攪拌手段としてのラインミキサー
４３  ＰＳＩ貯留槽
４４  注入ポンプ
４５  硫酸貯槽
４６  注入ポンプ
４７  繊維ろ過器
４８  限外膜ろ過器
４９  ポンプ
５０  浄水
５１  ＰＳＩ製造装置における塩化第二鉄貯留槽
５２  注入ポンプ
１００  凝集剤調製装置
２００、４００  従来の水処理装置
３００、５００  本発明に係る水処理装置
【図１】
2005034746.tif 000003
【図２】
2005034746.tif 000004
【図３】
2005034746.tif 000005
【図４】
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【図５】
2005034746.tif 000007
【図６】
2005034746.tif 000008
【図７】
2005034746.tif 000009