(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理水に無機凝集剤を少なくとも１種類以上添加してから粒状ろ材を充填したろ材層に、下降流で通水してろ過処理を行い得られた水をろ過水として排出し、逆洗水を上向流で前記ろ材層に通水して前記粒状ろ材の洗浄処理を行う凝集ろ過処理方法において、
前記ろ過処理における通水初期にろ材を圧密させるために通常のろ過速度よりも高流速でろ過を行い、前記高流速でろ過した水の全量をろ過水とすることを特徴とする凝集ろ過処理方法。
【請求項２】
請求項１に記載の凝集ろ過処理方法において、
前記ろ材層の空隙率が４０％以上であり、そのろ材層高が５００〜２，０００ｍｍであり、
前記ろ過処理における通水初期のろ材を圧密させるためのろ過速度を、通常のろ過速度に対して、１．２〜３．０倍とすることを特徴とする凝集ろ過処理方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の凝集ろ過処理方法において、
前記ろ過処理における通水初期とは通水開始直後からろ材層高が０．５％以上減少する迄の時間とすることを特徴とする凝集ろ過処理方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つに記載の凝集ろ過処理方法において、
前記ろ材層は、アンスラサイトのろ材層とケイ砂のろ材層の２層であることを特徴とする凝集ろ過処理方法。
【請求項５】
被処理水に無機凝集剤を少なくとも１種類以上添加混合する凝集剤添加装置と、
凝集剤が添加混合された被処理水を粒状ろ材を充填したろ材層を下向流で通過させてろ過処理し得られた水をろ過水として排出し、逆洗水を前記ろ材層に上向流で通過させて前記粒状ろ材を洗浄するろ過装置と、
前記ろ過処理における通水初期にろ材層を圧密させるために通常のろ過速度よりも高流速でろ過を行い、前記高流速でろ過した水の全量をろ過水とするように制御する制御手段と、
を含むことを特徴とする凝集ろ過処理装置。
【請求項６】
請求項５に記載の凝集ろ過処理装置において、
前記ろ材層の空隙率が４０％以上であり、そのろ材層高が５００〜２，０００ｍｍであり、
前記ろ過処理における通水初期のろ材を圧密させるためのろ過速度を、通常のろ過速度に対して、１．２〜３．０倍とすることを特徴とする凝集ろ過処理装置。
【請求項７】
請求項５または６に記載の凝集ろ過処理装置において、
前記ろ過処理における通水初期とは通水開始直後からろ材層高が０．５％以上減少する迄の時間とすることを特徴とする凝集ろ過処理装置。
【請求項８】
請求項５〜７のいずれか１つに記載の凝集ろ過処理装置において、
前記ろ材層は、アンスラサイトのろ材層とケイ砂のろ材層の２層であることを特徴とする凝集ろ過処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工業用水や地下水を原水（被処理水）として工場の製造工程水や水道水を製造する水処理において、被処理水に無機凝集剤を少なくとも１種類以上添加してから粒状ろ材によるろ過を行う凝集ろ過処理に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、浄水場で多く用いられているろ過速度５ｍ／ｈ程度の急速砂ろ過池においては、逆洗後のろ過初期の水質悪化を防止するために、（ｉ）流速を下げて運転する、（ｉｉ）捨水工程を設ける、（ｉｉｉ）ろ過池の洗浄工程の最後に凝集剤を添加する、（ｉｖ）ろ過池の前段またはろ層内で追加凝集を行う等の方法を採用している。また、工場の用水処理設備では、工業用水を凝集ろ過した後、逆浸透膜ろ過（ＲＯ膜ろ過）を行うことがあるが、ＲＯ膜ろ過の原水としてはＳＤＩ（Silt Density Index）で３．０〜４．０以下の水質が要求される。そのため、凝集ろ過装置において、通水初期のろ過水を捨水したり、原水槽へ返送したりしている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１３７６１６号公報
【特許文献２】特開２００１−２５９３１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
また、粒状ろ過装置、例えばアンスラサイトとケイ砂による二層ろ過を含む砂ろ過池において凝集ろ過あるいは直接ろ過を行う場合、特に通水開始から数時間は濁質成分をＳＤＩ（Silt Density Index）で＜３．０とするのは困難である。これは、ろ材表面に凝集剤が十分にコーティングされないまま濁質と凝集剤がろ過装置内に導入されるため、濁質、凝集剤、ろ材がうまく結着できないためである。
【０００５】
その対策として、通水初期のろ過速度を遅くする方法、ろ過池の洗浄工程の最後に凝集剤を添加する方法、ろ過池の前段またはろ層内で追加凝集を行う方法がある（例えば特許文献２参照）。
【０００６】
しかし、これらの対策では、ろ過水の水質を改善する効果が得られる一方、凝集剤注入設備の増設が必要であり、運転制御が複雑になってしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、被処理水に無機凝集剤を少なくとも１種類以上添加してから粒状ろ材を充填したろ材層に、下降流で通水してろ過処理を行い得られた水をろ過水として排出し、逆洗水を上向流で前記ろ材層に通水して前記粒状ろ材の洗浄処理を行う凝集ろ過処理において、前記ろ過処理における通水初期にろ材を圧密させるために通常のろ過速度よりも高流速でろ過を行い、前記高流速でろ過した水の全量をろ過水とすることを特徴とする。
【０００８】
また、前記ろ材層の空隙率が４０％以上であり、そのろ材層高が５００〜２，０００ｍｍであり、前記ろ過処理における通水初期のろ材を圧密させるためのろ過速度を、通常のろ過速度に対して、１．２〜３．０倍とすることが好適である。
【０００９】
また、前記ろ過処理における通水初期とは通水開始直後からろ材層高が０．５％以上減少する迄の時間とすることが好適である。
【００１０】
また、前記ろ材層は、アンスラサイトのろ材層とケイ砂のろ材層の２層であることが好適である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、通水初期において、通常のろ過速度よりも高速で、ろ過を行う。これによって、ろ材が圧密され、これによって通水初期から良好な処理水を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施形態に係る凝集ろ過装置について、図面に基づいて説明する。原水（被処理水）は、原水貯槽１０に導入され、ここに貯留される。原水貯槽１０内の原水は、原水ポンプ１２によって原水供給ライン１４に圧送される。原水供給ライン１４には、調整バルブ１６、流量計１８、ラインミキサー２０、開閉バルブ２２が設けられ、先端はろ過装置２４の頂部に接続されている。流量計１８の計測結果に基づき調整バルブ１６の開度を調整することで、原水流量を設定量に維持することができる。また、原水供給ライン１４のラインミキサー２０の前段には、塩素貯槽２６からの塩素（例えば、次亜塩素酸ナトリウム溶液）と、凝集剤貯槽２８からの無機凝集剤（例えば、ポリ塩化アルミニウム溶液（ＰＡＣ））が、供給される。従って、ラインミキサー２０内において、原水に塩素および凝集剤が混合される。そして、この薬剤が添加混合された原水がろ過装置２４に供給される。
【００１３】
なお、無機凝集剤としては、ポリ塩化アルミニウム、硫酸アルミニウムなどアルミニウム系のものや、塩化第二鉄などの鉄系のものなどが好適であり、有機高分子系の凝集剤を併用することも好適である。
【００１４】
ろ過装置２４の内部には、２層のろ材層３０ａ，３０ｂ（３０）が収容されている。なお、ろ過装置２４は、密閉塔状であり、ろ材層３０は支持材によって塔内保持され、下部にろ過水貯留部、ろ材層３０ａ上に原水貯留部が形成されている。また、ろ過装置２４の原水貯留部には圧力計４８が接続されている。
【００１５】
上のろ材層３０ａのろ材は、アンスラサイトであり、ろ材層高１，０００ｍｍ程度に設定されており、下のろ材層３０ｂのろ材は、ケイ砂であり、ろ材層高６００ｍｍ程度に設定されている。特に、ろ材層３０ａは、空隙率が４０％以上であり、ろ材層高は５００〜２，０００ｍｍ程度に設定される。なお、ろ材層３０ａは、上述のようにアンスラサイトが好適であるが、同様の性状のろ材であれば、別のものを採用してもよい。特に、本実施形態では、空隙率の比較的高いろ材を所定上のろ材層高で充填することが重要である。
【００１６】
ろ過装置２４の下部には、ろ過水ライン３２の一端が接続されており、ろ過水ライン３２の他端はろ過水貯槽３４に接続されている。ろ過装置２４で得られたろ過水は、ろ過水貯槽３４に一旦貯留された後、排出される。なお、ろ過水ライン３２には、開閉バルブ３６が設けられている。
【００１７】
また、ろ過水貯槽３４には、逆洗ポンプ３８が接続されており、この逆洗ポンプ３８は、逆洗バルブ４０を有する逆洗配管４２を介し、ろ過装置２４の下部に接続されている。また、ろ過装置２４の上部には、洗浄排水バルブ４４を有する洗浄排水管４６が接続されている。
【００１８】
なお、制御装置５０が設けられており、この制御装置５０が、各種ポンプ、バルブなどの動作を制御する。
【００１９】
このような凝集ろ過装置において、通常時は、開閉バルブ２２，３６を開き、逆洗バルブ４０、洗浄排水バルブ４４を閉じ、原水ポンプ１２を駆動する。これによって、原水貯槽１０の原水が塩素および無機凝集剤が添加混合されてろ過装置２４の上部に圧送される。そして、ろ過装置２４から排出されるろ過水がろ過水貯槽３４を経て系外に排出される。
【００２０】
なお、ここでは原水に塩素と無機凝集剤を添加したが、原水の水質、ろ過水の用途等に応じて、ｐＨ調整のためのアルカリ剤あるいは酸溶液等のｐＨ調整剤を併用してもよい。例えば図１のように、原水に塩酸貯槽５２から塩酸がｐＨ調整剤として添加される。また、原水のｐＨは原水貯槽１０に設置されたｐＨ計５１等のｐＨ測定手段によって測定されてもよい。アルカリ剤としては苛性ソーダ、消石灰、ソーダ灰等が、酸溶液としては硫酸、塩酸等が用いられるが、特に限定されるものではない。
【００２１】
このようなろ過処理を所定時間継続したり、ろ過装置２４における圧損が所定値に至った場合に、逆洗を行う。すなわち、原水ポンプ１２を停止し、開閉バルブ２２，３６を閉じ、逆洗バルブ４０、洗浄排水バルブ４４を開き、逆洗ポンプ３８を駆動する。なお、原水ポンプ１２を停止した場合には、塩素および無機凝集剤の添加も中止する。
【００２２】
これによって、ろ過水貯槽３４内のろ過水が、ろ過装置２４の下部から上方に向けて流れ、ろ材層３０ａ，３０ｂが逆洗される。そして、逆洗の洗浄排水は、洗浄排水管４６を介し、系外に排出される。この逆洗の流量は、従来から知られているとおり、ろ材を十分流動洗浄できる比較的大きな水量である。なお、逆洗には、空気洗浄を併用することも好適である。
【００２３】
逆洗を終了した場合には、逆洗ポンプ３８を停止して、開閉バルブ２２，３６を開き、逆洗バルブ４０、洗浄排水バルブ４４を閉じ、原水ポンプ１２を駆動して通常のろ過に移行する。ここで、本実施形態においては、この通水初期において、原水供給量を通常ろ過時に比べ大きく設定する。例えば、線速度（ＬＶ）を通常ろ過時の１．２〜３．０倍程度に設定する。これによって、ろ材層３０ａが圧密され、そのろ材層高が早期に減少する。なお、このような制御も制御装置５０によって原水ポンプ１２および調整バルブ１６を制御することによって行う。
【００２４】
このように、ろ材層３０ａの厚密を行うことで、ろ過水の水質を当初から良好なものに維持することができる。なお、通水開始当初の少しだけは、ろ過水を原水側に返送してもよい。しかし、この量は通常の場合に比べて少量でよい。
【００２５】
「具体例の説明」
工業用水を原水として、凝集ろ過処理を行った。ろ過水の水質は、ＲＯ膜ろ過の供給水として使用できるＳＤＩ＝３．０未満を目標とした。
【００２６】
図１の装置を用いて実験を行った。実験条件を以下に示す。
【００２７】
＜実験条件＞
・ろ過装置仕様：圧力式、φ２００ｍｍ×Ｈ４，０００ｍｍ（ろ過面積０．０３１４ｍ2）
・ろ材１（ろ材層３０ａ）：アンスラサイト、比重１．４、有効径０．９ｍｍ、均等係数１．５、ろ材層高１，０００ｍｍ
・ろ材２（ろ材層３０ｂ）：ケイ砂、比重２．５、有効径０．５ｍｍ、均等係数１．４、ろ材層高６００ｍｍ
・総ろ材層高：１，６００ｍｍ（逆洗後に自然沈降させた状態）
・通常のろ過速度（ＬＶ）：２０ｍ／ｈ
・ろ過初期のろ過速度（ＬＶ）：３５ｍ／ｈ（通常時の１．７５倍）、時間はろ材層高が１６ｍｍ減少するまで総ろ材層高の１．０％減少
・通水時間：１２時間（タイマーにより逆洗開始）
・原水濁度：１度
・原水ｐＨ：７．２〜７．５
・凝集ｐＨ：６．５（塩酸により調整）
・凝集剤：ＰＡＣ  １０ｍｇ／Ｌ
・目標処理水水質：ＳＤＩ＝３．０未満
・洗浄条件：空気洗浄：４０ｍ／ｈ×１０分、水逆洗１：１８ｍ／ｈ×３分、水逆洗２：３６ｍ／ｈ×１２分
・逆洗水：ろ過処理水を使用
・凝集ろ過装置の運転工程を表１に示す。
【００２８】
【表１】
0005351406.tif 000002
【００２９】
このように、工業用水を原水とする凝集ろ過処理をφ２００のカラムを用いて行った。ろ過速度は、１０ｍ／ｈ及び２０ｍ／ｈ、ＰＡＣ注入率は１５ｍｇ／Ｌ、凝集ｐＨは６．５とした。
【００３０】
まず、従来法で、ろ過速度１０ｍ／ｈ及び２０ｍ／ｈの２種類で凝集ろ過を行い、ろ過水のＳＤＩを１５〜７２０分の間で測定した。次に、本実施形態の方法においてろ過速度２０ｍ／ｈで凝集ろ過を行い、同様にろ過水のＳＤＩを１５〜７２０分の間で測定した。この時、発明の方法では、通水開始からろ材の層高が１６ｍｍ（０．６３％）減少するまでろ過速度ＬＶ＝３５ｍ／ｈで通水した。これは、時間に換算すると６分であった。
【００３１】
従来法と本実施形態の方法で凝集ろ過を行った時のＳＤＩの経時変化を図２に、ろ材層高の経時変化を図３に示す。また、「ろ過速度倍率＝初期ろ過速度÷通常時ろ過速度」で定義されるろ過速度倍率（倍）とろ材層高の減少率（％）の関係を図４に示す。なお、ここでは、アンスラサイト、ケイ砂ともにろ材層高は１，０００ｍｍ、通常時ろ過速度は２０ｍ／ｈとした。
【００３２】
図２より、通水初期、つまり通水開始から６分間ろ過速度を３５ｍ／ｈとした本実施形態の方法は、通水開始から所定のろ過速度１０ｍ／ｈあるいは２０ｍ／ｈとした場合よりも、短時間でろ過水のＳＤＩが目標の３．０未満とできていることが分かる。
【００３３】
従来法のろ過速度１０ｍ／ｈでも比較的短時間でろ過水ＳＤＩ３．０未満となっているが、本実施形態の方法の方がより短時間であり、またろ過速度が１０ｍ／ｈに対して２０ｍ／ｈと２倍であることから、ろ過装置の面積効率の高い処理が行えていることになる。図３は、この時のろ材層高の経時変化を示したものであるが、従来の方法でもろ材層高は減少するものの、本実施形態の方法の方が通水初期から減少していることが分かる。
【００３４】
図４より、アンスラサイトの場合は通水速度倍率１．２倍以上でろ材層高減少率が０．５％以上となり、ケイ砂の場合は通水速度倍率１．７倍以上でろ材層高減少率が０．５％以上となることが分かる。逆に、通水倍率を大きくしてもろ材層高の減少率には限界があることが分かる。今回使用したろ材に関してではあるが、ケイ砂の場合はろ過速度倍率３．０倍以上、アンスラサイトの場合はろ過速度倍率２．５倍以上でろ材層高減少率は一定となっている。
【００３５】
なお、ここではアンスラサイトとケイ砂による二層ろ過で総ろ層厚１，６００ｍｍ、通常のろ過速度２０ｍ／ｈ、初期ろ過速度３５ｍ／ｈの実施例を示したが、所定のろ材圧密率が得られるろ材構成と初期及び通常時のろ過速度の条件であれば、これらの条件は特に限定されるものではない。
【００３６】
以上のように、本実施形態によれば、通水初期からＳＤＩ＝３．０未満のろ過水を得ることができる。このため、通水初期のろ過水について、原水側に返送するなどの方法をとる必要がない。もし、通水初期のろ過水を原水側に戻す場合でもその量は非常に少なくてよい。また、ろ過速度２０ｍ／ｈ以上でＳＤＩ＝３．０未満のろ過水を得ることができる。従って、効率のよい処理が行える。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】実施形態に係る凝集ろ過装置の構成を示す図である。
【図２】従来法と本発明の実施形態の方法で凝集ろ過を行った時のＳＤＩの経時変化を示す図である。
【図３】従来法と本発明の実施形態の方法で凝集ろ過を行った時のろ材層高の経時変化を示す図である。
【図４】本発明の実施形態の方法における、ろ過速度倍率（倍）とろ材層高の減少率（％）の関係を示す図である。
【符号の説明】
【００３８】
１０  原水貯槽、１２  原水ポンプ、１４  原水供給ライン、１６  調整バルブ、１８  流量計、２０  ラインミキサー、２２，３６  開閉バルブ、２４  ろ過装置、２６  塩素貯槽、２８  凝集剤貯槽、３０（３０ａ，３０ｂ）  ろ材層、３２  ろ過水ライン、３４  ろ過水貯槽、３８  逆洗ポンプ、４０  逆洗バルブ、４２  逆洗配管、４４  洗浄排水バルブ、４６  洗浄排水管、４８  圧力計、５０  制御装置、５１  ｐＨ計、５２  塩酸貯槽。
【図１】
0005351406.tif 000003
【図２】
0005351406.tif 000004
【図３】
0005351406.tif 000005
【図４】
0005351406.tif 000006