(57)【要約】【課題】高速撹拌によりフロックが破壊されることなく、処理水の濁度や色度が大きく改善でき、沈殿槽の小型化も可能な浄水処理方法を提供する。【解決手段】原水を凝集沈殿させて浄化する浄水処理方法において、該原水に凝集剤と活性炭を含む粒状物を添加し、高速攪拌しながら原水中の懸濁物質とともにフロックとして凝集させ、該フロックを沈降させて処理水と分離し、前記沈降したフロックを含むスラリーを抜き出すことを特徴とする浄水処理方法。活性炭の平均粒径が２０〜２０００μｍ、かつ充填密度が０．４〜０．７ｇ／ミリリットルであること及び、活性炭が浄水処理施設の活性炭吸着塔に充填されていた使用済み粒状活性炭であることが好ましい。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原水を凝集沈殿させて浄化する浄水処理方法において、該原水に凝集剤と活性炭を含む粒状物を添加し、高速攪拌しながら原水中の懸濁物質とともにフロックとして凝集させ、該フロックを沈降させて処理水と分離し、前記沈降したフロックを含むスラリーを抜き出すことを特徴とする浄水処理方法。
【請求項２】
前記活性炭の平均粒径が２０〜２０００μｍ、かつ充填密度が０．４〜０．７ｇ／ミリリットルであることを特徴とする請求項１に記載の浄水処理方法。
【請求項３】
前記活性炭が、浄水処理施設の活性炭吸着塔に充填されていた使用済み粒状活性炭であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の浄水処理方法。
【請求項４】
前記スラリーを抜き出して、分離手段により汚泥と粒状物とに分離し、該分離した粒状物を循環使用することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に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、浄水処理方法に関するものであり、より詳しくは、原水に凝集剤と粒状物を添加し原水中の懸濁物質とともにフロックとして凝集させ、該フロックを沈降させて処理水と分離し、沈降したフロックを含むスラリーを抜き出して分離器により汚泥と粒状物とに分離し、分離した粒状物を循環使用する浄水処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
原水中に懸濁している物質を凝集沈殿により分離除去する装置が知られている。従来の原水中の懸濁物質を除去するための凝集沈殿装置として、原水に硫酸バンドやポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）等の無機凝集剤を注入し、生成した凝集物を沈殿させ、凝集フロックを汚泥として引き抜くとともに上部から処理水を導出するようにした装置は良く知られている。また、近年では無機凝集剤に加えて、高分子凝集剤を添加して凝集フロックをさらに巨大化させる方法も開発されている。
このような一般的な凝集沈殿装置では、凝集物の沈殿に長時間を要し、沈殿槽としても極めて大型のものが要求されていることから、より効率よく凝集沈殿を行わせるようにした凝集沈殿装置が提案されている。
【０００３】
例えば、原水に対して補助清澄物質、特に砂の顆粒（粒径２０〜２００μｍ）を注入し、原水中の懸濁物質を比重の大きい比較的大きなフロックとして凝集させ、沈殿槽において凝集槽から導入された被処理水中のフロックを沈殿させて処理水と分離する凝集沈殿装置が知られている。沈殿槽から引き抜かれた沈殿フロックを含むスラリーは、サイクロン等の分離器により汚泥と粒状物とに分離され、分離された粒状物は凝集槽に戻されて循環再使用される。このような凝集沈殿装置では、比較的小型の沈殿槽にて、高速流で処理水と凝集フロックとの分離処理が可能になる。
【０００４】
一方、下水、下水処理水、各種産業排水、湖沼水、河川水など、種々のＣＯＤ含有水中のＣＯＤ成分の高度除去方法や、し尿の二次処理水中のＣＯＤ、ＳＳ、色などの高度処理に粉末活性炭と無機凝集剤の組合わせ処理方法が好結果を生じることも良く知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、湖沼や河川の富栄養化が進み藻類が増殖するようになった。増殖した藻類の凝集性が不良であるため、上記の粒状物を使用する凝集沈殿装置を適用した場合には、凝集剤と藻類の接触時間が短く、その結果藻類が凝集フロックに取り込まれずに、処理水の濁度を増大させるという問題を生じていた。また、殺藻を目的として原水に次亜塩素酸ソーダを注入して前処理した場合には、藻類に由来する色が発生して、処理水を着色させてしまうという問題も生じる。また、藻類の増殖時でなくても、上記装置は一般に高分子凝集剤注入後に高速撹拌されるので、一旦生成したフロックが破壊されて、この影響で処理水濁度が上昇することがある。これは比較的重い粒状物が原因であると考えられる。
【０００６】
上記した砂のような粒状物は、その比重が大きいことを利用して、その粒状物を取り込んだフロックの沈降性を増大させて高速凝集沈殿を可能ならしめ、比較的小型の沈殿槽での処理水の凝集フロックとの分離を可能にするものである。
一方、活性炭は粉末状、粒状を問わず表面積が大きい多孔性炭素である。そのため、比重の大きい粒状物と同時に使用しても互いに分離してしまい、高速沈殿とＣＯＤ、色などの高度除去の相乗効果を得ることはできなかった。また、無機凝集剤と併用しても粒状物と活性炭を絡めて巨大な一体のフロックに形成する力が弱く、ある程度の大きさのフロックを形成しても、高速撹拌されたときに一旦生成したフロックが破壊されて、所期の目的を達成することができなかった。
【０００７】
本発明は、従来の粒状物の重さに起因する凝集沈殿法の上記問題点を解決し、高速撹拌によりフロックが破壊されることなく、処理水の濁度や色度が大きく改善でき、沈殿槽の小型化も可能な浄水処理方法を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者らは上記の粒状物を使用する凝集沈殿処理方法の問題点を解決すべく鋭意検討した結果、粒状物の一部として活性炭を併用することで問題点を解決できることを見出し、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。
【０００９】
すなわち、本発明は、下記の手段により上記の課題を解決することができた。
（１）原水を凝集沈殿させて浄化する浄水処理方法において、該原水に凝集剤と活性炭を含む粒状物を添加し、高速攪拌しながら原水中の懸濁物質とともにフロックとして凝集させ、該フロックを沈降させて処理水と分離し、前記沈降したフロックを含むスラリーを抜き出すことを特徴とする浄水処理方法。
（２）前記活性炭の平均粒径が２０〜２０００μｍ、かつ充填密度が０．４〜０．７ｇ／ミリリットルであることを特徴とする前記（１）に記載の浄水処理方法。
（３）前記活性炭が、浄水処理施設の活性炭吸着塔に充填されていた使用済み粒状活性炭であることを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の浄水処理方法。
（４）前記スラリーを抜き出して、分離手段により汚泥と粒状物とに分離し、該分離した粒状物を循環使用することを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれか１項に記載の浄水処理方法。
【００１０】
本発明の骨子は、まず原水に凝集剤と沈降促進のための粒状物とを添加して、原水中の懸濁物質とともにフロックとして凝集させ、該フロックを沈降させて処理水と分離するに際して、砂などの粒状物について適度の粒径の活性炭を同時に添加することにより、比重の大きい粒状物に起因する凝集フロックの破壊を防止できるとともに、活性炭による濁度や色度の大きな低下も実現できることを見出した点にある。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照にして説明する。図１は本発明の一実施形態を表すフロー図である。
原水１は初めに急速撹拌槽３で無機凝集剤１３と混合される。急速撹拌槽３にはモーターによって駆動される撹拌機１４が設けてある。急速撹拌槽３で形成したマイクロフロックは、次に混和槽４に送られて、高分子凝集剤１５及び活性炭を含む粒状物（砂）１８と混合される。混和槽４にはモータによって駆動される撹拌機が設けてある。撹拌機の撹拌によって混合物は凝集される。
【００１２】
本発明において、粒状物が活性炭を含むものであるということは、予め粒状物に活性炭を添加した混合物である必要はなく、活性炭を粒状物と殆ど同時に注入して、粒状物が取り込まれた高分子凝集剤が絡まった巨大フロック中に活性炭も一緒に取り込まれて、一旦生成したフロックが高速撹拌により破壊されないように、粒状物包含巨大化フロックの軽量化が行えれば良いことを意味する。このような手段を取ることを可能にしたのは、本発明において「活性炭」として、特定の性状の活性炭を用いるからである。
【００１３】
凝集物は、フロック形成槽５に送られる。フロック形成槽５にはモーターによって駆動される撹拌機が設けてあり、高分子凝集剤１５が絡まった粒状物１８が取り込まれた重く巨大化されたフロックに成長される。図１は混和槽４とフロック形成槽５が別々に設けられている例であるが、一つの槽で両方の機能を備えさせても良い。高分子凝集剤１５及び粒状物１８と混合され、同一槽内でフロックの成長まで行うことも可能である。
【００１４】
成長したフロックは沈殿池６で固液分離され、処理水７は表層から排出される。図に示したものは傾斜板１１が設置された沈殿池６であるが、傾斜板１１を設けなくても構わない。処理水７は砂ろ過塔８に送られろ過された後、活性炭吸着塔９で処理され浄水１０となる。
【００１５】
沈殿池６内では、沈殿したフロックは汚泥掻寄機１２で沈殿池６中央部に集められ沈殿汚泥１７となる。沈殿池６底部には沈殿汚泥１７をスラッジとして引抜くための引抜きラインがあり、これを通して沈殿池６底部に沈降したスラッジと粒状物を含む沈殿汚泥１７は、ポンプＰで液体サイクロン１６に送られる。遠心力により粒状物１８と排水スラッジ１９に分離された後、排水スラッジ１９は系外に排出され、粒状物１８は循環再利用され混和槽（池）４に注入される。
なお、図１において点線で囲まれた部分は、使用済み粒状活性炭を使用する場合を示すものであり、２１は使用済み粒状活性炭で、２２は再生装置であり、そこからの活性炭２３が浄水装置２に入る前の原水１又は浄水装置２のいずれかに添加される。
【００１６】
本発明の対象となる浄水処理方法は、まず原水１に対して無機凝集剤１３が添加・混合される。原水１は河川水、湖沼水、地下水いずれの場合も適用対象となる。無機凝集剤１３としては公知の硫酸バンド、ポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）、ポリ硫酸第２鉄（ポリ鉄）、塩化第２鉄、あるいはこれらの混合物が使用可能である。無機凝集剤１３の添加量は、原水１の水質により変動するので一概には規定できないが、概ね１００〜５０００ｍｇ／リットルの範囲である。
【００１７】
また、無機凝集剤に代えて一般に使用されている有機凝結剤も使用可能であり、縮合系ポリアミン、ジシアンジアミド・ホルマリン縮合物、ポリエチレンイミン、ポリビニルイミダリン、ポリビニルピリジン、ジアリルアミン塩・二酸化硫黄共重合体、ポリジメチルジアリルアンモニウム塩・二酸化硫黄共重合体、ポリジメチルジアリルアンモニウム塩、ポリジメチルジアリルアンモニウム塩・アクリルアミド共重合体、ポリジメチルジアリルアンモニウム塩・ジアリルアミン塩酸塩誘導体共重合体、アリルアミン塩重合体などが挙げられる。
【００１８】
縮合系ポリアミンの具体例としては、アルキレンジクロライドとアルキレンポリアミンとの縮合物、アニリンとホルマリンの縮合物、アルキレンジアミンとエピクロルヒドリンとの縮合物、アンモニアとエピクロルヒドリンとの縮合物などが挙げられる。エピクロルヒドリンと縮合するアルキレンジアミンとしては、ジメチルアミン、ジエチルアミン、メチルプロピルアミン、メチルブチルアミン、ジブチルアミンなどが挙げられる。
【００１９】
上述の無機凝集剤と有機凝結剤は、使用に際してそれぞれ単独で、または混合物の形態で使用してもよいが、そうした混合物をあらかじめ水で希釈した水溶液の状態で使用してもよい。混合物として使用する場合には、組み合わせによって沈殿物が析出してくる場合があるので注意が必要である。無機凝集剤と有機凝結剤の原水への添加順序は特に問わない。
【００２０】
次に、本発明の方法は、さらに高分子凝集剤を添加して、フロックを巨大化させて凝集沈殿処理を行う。無機凝集剤や有機凝結剤を添加して凝集させた場合でもある程度の大きさのフロックを形成するが、フロックの沈降性や処理水の水質は十分ではない。使用する高分子凝集剤としては公知のアニオン系、ノニオン系、カチオン系高分子凝集剤を挙げることができる。
【００２１】
アニオン系高分子凝集剤としては、ポリアクリルアミド部分加水分解物、アニオン性モノマーの共重合体、アニオン性モノマーとアクリルアミド等のノニオン性モノマーとの共重合体が挙げられる。アニオン性モノマーとしてはアクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、マレイン酸、フマル酸、ビニルスルホン酸、メタリルスルホン酸、スチレンスルホン酸、２−アリルアミドエタンスルホン酸、２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸、２−メタリルアミドエタンスルホン酸、２−メタクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸、２−アクリロイルオキシエタンスルホン酸、３−アクリロイルオキシプロパンスルホン酸、４−アクリロイルオキシブタンスルホン酸、２−メタクリロイルオキシエタンスルホン酸、３−メタクリロイルオキシプロパンスルホン酸、４−メタクリロイルオキシブタンスルホン酸、及びこれらのアルカリ金属、アルカリ土類金属等の金属塩又はアンモニウム塩が挙げられる。これらアニオン性モノマーは単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００２２】
ノニオン性モノマーとしてはアクリルアミド、メタクリルアミド、メタアクリロニトリル、酢酸ビニル等が挙げられる。これらノニオン性モノマーは単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。共重合体として好ましいものは、アクリルアミド・アクリル酸塩共重合体、アクリルアミド・２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸共重合体である。
【００２３】
次に、ノニオン系高分子凝集剤とは、上記のノニオン性モノマーの重合体又は共重合体であるが、好ましくはポリアクリルアミドである。
【００２４】
更に、カチオン系高分子凝集剤とは、カチオン性モノマーを必須成分として有するものであり、カチオン性モノマーの共重合体又は、カチオン性モノマーと上記のノニオン性モノマーの共重合体である。カチオン性モノマーとしては、ジメチルアミノエチルアクリレート、ジメチルアミノエチルメタクリレート、ジエチルアミノエチルアクリレート、ジエチルアミノエチルメタクリレートもしくはこれらの中和塩、４級塩などが挙げられる。また、分子内にアミジン単位を含有するカチオン系高分子凝集剤も可能である。
また、本発明のカチオン系高分子凝集剤と同等に使用できるものとして、カチオン性モノマー単位、アニオン性モノマー単位及びノニオン性モノマー単位を共重合した、いわゆる両性高分子凝集剤を挙げることができる。
【００２５】
また、廃水の濁度が高い場合には、カチオン系高分子凝集剤を前段に添加し、アニオン系又はノニオン系高分子凝集剤を後段に添加することにより、除濁効果が高くなり、処理水の濁度が低下する。高分子凝集剤は１種を単独で使用することもできるが、２種以上を併用することもできる。一般に高分子凝集剤は水溶液として使用され、その溶解濃度は０．０１〜０．５％程度である。高分子凝集剤の添加量は、通常の凝集沈殿処理における添加量、０．１〜１ｍｇ／リットルの範囲でよい。
【００２６】
粒状物としては、一般的に砂（いわゆるマイクロサンド）が使用される。砂は天然物、人工物のいずれでも良い。すなわち、砂、マイクロ砂に加えてガーネット、玄武岩、金属酸化物、酸化鉄、軽石、イオン交換樹脂、ゼオライト等から作られたものであっても良い。これらは化学的、生物学的に活性でも不活性でも良い。これらの粒状物は、平均粒子径が２０〜３００μｍ、好ましくは８０〜２００μｍのものが使用されている。比重はそのみかけの比重が活性炭に近いものの方が好ましい。
【００２７】
本発明の大きな特徴の一つは、粒状物として少なくとも活性炭を含んでいることである。活性炭を使用することで従来のマイクロサンドによる処理では困難であった、藻類に由来する濁度や色度を除去することが可能となる。また、マイクロサンドの注入量も低減可能となるので、マイクロサンドが原因の凝集フロックの破壊と、それに伴い濁度が上昇するという問題も解決できる。
【００２８】
本発明で粒状物の一部として使用される活性炭としては、新炭を使用してもよいが、以下に記載するような使用済み粒状活性炭を使用することも可能である。すなわち、高度浄水処理施設では活性炭吸着設備が付加されているが、活性炭吸着塔に充填されている活性炭は通常２〜３年で再生されるか、あるいは新炭と交換される。本発明では、このような活性炭吸着設備に充填されている使用済み粒状活性炭を使用することができる。
【００２９】
本発明において、使用済みの粒状活性炭はそのまま使用しても良いが、再生設備で破砕機にかけ所望の形状にして使用しても良い。本発明は、活性炭吸着設備において使用済みとなった活性炭を使用することができるので、産業廃棄物を処分するのに要する多額の経費を節約できるという二次的な効果も発生する。
【００３０】
本発明において使用される活性炭は、その形状が重要であり、活性炭の平均粒径を２０〜２０００μｍ、より好ましくは５０〜１０００μｍ、かつ充填密度を０．４〜０．７ｇ／ミリリットル、より好ましくは０．４５〜０．６ｇ／ミリリットルとすることで、藻類に由来する濁度や色度を効率的に除去することができる。活性炭の平均粒径２０μｍ未満では、フロックに取り込まれず沈殿池で浮遊し、処理水側に流出してしまう場合がある。一方平均粒径が２０００μｍを越えると、有効に使用される細孔数が相対的に減少するので経済的でない。また、活性炭の充填密度が０．４ｇ／ミリリットル未満では急速撹拌槽や混和槽内で沈殿堆積する恐れがある。一方、０．７ｇ／ミリリットルを超えると原水との混和が速やかに行われず活性炭同士が塊状化してしまうので好ましくない。さらに、粒状物に対する活性炭の使用割合は容量割合で１：０．０１〜１：１０が好ましい。
【００３１】
活性炭は、通常は粒状物と殆ど同時に注入するが、原水着水井（図示省略）、急速撹拌槽、混和槽（池）の何れに注入しても良い。注入場所は、原水水質や処理水水質に応じて適宜変更すれば良い。注入された活性炭は凝集フロックに取り込まれて沈殿汚泥として分離手段、好ましくはサイクロンに送られる。サイクロンでの遠心分離などで分離される際に活性炭は排水スラッジとともに排出されるが、一部は砂とともに循環使用され混和槽（池）に再注入される。排水スラッジが機械脱水される場合には、スラッジに混入した活性炭の影響で脱水性が改善され、汚泥ケーキ含水率を低下させることができる。
【００３２】
【実施例】
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明する。ただし、本発明はこれらの実施例により何等限定されるものではない。
【００３３】
実施例１
（実験装置）
図１に示す装置を用い、第１表に示す性状の湖沼水を原水として実験を行った。無機凝集剤としてポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）を急速撹拌槽に注入し、また、混和槽に高分子凝集剤（分子量１３００万、アニオン系ポリアクリルアミド）、粒状物として平均粒径１００μｍの珪砂を使用した。また、浄水処理場内の使用済み活性炭（乾燥品粒径１０００μｍ、乾燥品充填密度０．５５ｇ／ミリリットル）を急速撹拌槽に注入した。
【００３４】
【表１】
2005013892.tif 000003
【００３５】
（実験条件）
以下の第２表に記載する運転諸条件により処理実験を行った。
（実験結果）
実験結果を第３表に示す。
【００３６】
【表２】
2005013892.tif 000004
【００３７】
実施例２
活性炭の注入場所を原水着水井にしたこと以外は実施例１と同様に実験を行った。結果を第３表に示す。
【００３８】
実施例３
実施例１で使用した活性炭を破砕したものを使用したこと以外は実施例１と同様に実験を行った。破砕後の活性炭性状は平均粒径０．８ｍｍ、充填密度０．６５ｇ／ミリリットルであった。結果を第３表に示す。
【００３９】
比較例１
活性炭を注入しなかったこと以外は実施例１と同様に実験を行った。結果を第３表に示す。
【００４０】
【表３】
2005013892.tif 000005
【００４１】
【発明の効果】
本発明によれば、粒状物の添加による沈降速度の増大により沈殿槽の小型化が可能となるとともに、粒状物として砂のような比重の大きなものと活性炭のような比重の小さなものとを併用したので、高分子凝集剤が絡まって粒状物が取り込まれた巨大化されたフロックが、粒状物として砂だけを使用した巨大化されたフロックに比べて軽量化されることになり、その結果高速撹拌されても一旦生成したフロックが破壊されることがなくなり、このため処理水濁度が上昇することがなくなる。更に、活性炭の吸着作用により原水の濁度や色度が大きく低下し、藻類が増殖した原水の藻類の除去率も大きく増加するという優れた効果も発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施態様のフローを示す装置の概要図である。
【符号の説明】
１  原水
２  浄水装置
３  急速撹拌槽
４  混和槽
５  フロック形成槽
６  沈殿池
７  処理水
８  砂ろ過塔
９  活性炭吸着塔
１０  浄水
１１  傾斜板
１２  汚泥掻寄機
１３  無機凝集剤
１４  攪拌機
１５  高分子凝集剤
１６  サイクロン
１７  沈殿汚泥
１８  砂（粒状物）
１９  排水スラッジ
２０  活性炭
２１  使用済み活性炭
２２  再生装置
２３  活性炭
Ｐ  ポンプ
【図１】
2005013892.tif 000006