(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原水に凝集剤を添加して凝集した後、ろ過処理を行う固液分離装置において、
前記ろ過処理におけるろ材の少なくとも一部に活性アルミナろ材を用いるとともに、逆洗水の少なくとも一部に酸性水を用いることを特徴とする固液分離装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置において、
前記逆洗は、中性水による逆洗、酸性水による逆洗、中性水による逆洗の三段階を含むことを特徴とする固液分離装置。
【請求項３】
請求項２に記載の装置において、
前記酸性水のｐＨは、２．０〜５．０であることを特徴とする固液分離装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つのに記載の装置において、
前記ろ過処理におけるろ材は、活性アルミナろ材の層と、その他の粒状ろ材の層とを少なくとも含む多層構成になっていることを特徴とする固液分離装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原水に凝集剤を添加して凝集した後、ろ過処理を行う固液分離装置、特に効果的な逆洗を行うものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、河川水などを原水として、上水や工業用水を製造する場合や、あるいは各種排水を処理する場合において、原水に凝集剤を添加して凝集した後ろ過処理を行う固液分離装置が利用されている。
【０００３】
すなわち、原水に凝集剤を添加混合して凝集処理することにより、原水中の懸濁物質を凝集して大径のフロックとする。そして、沈殿池において沈殿しやすいフロックを除去した後、または直接ろ過器に導入し、ここで固形物を分離し清澄な処理水を得ている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、凝集処理において、凝集剤注入率やｐＨを適切なものに維持しないと、凝集が不十分なフロックがろ過器から流出することが知られている。そこで、凝集剤の注入率やｐＨを適切に保つために、凝集フロックのゼータ電位が適切なものになるように、凝集剤の注入率やｐＨを制御することが提案されている。しかし、原水水質が変動すると、必ずしも最適な制御を常に行うことはできず、常に適切な凝集処理を行うことは難しい。
【０００５】
そこで、凝集処理を補うために、ろ過器の逆洗工程の最後に凝集剤を添加したり、ろ過器の前段またはろ層内へ追加の凝集剤を添加して追加凝集を行うことなども提案されている。
【０００６】
しかし、ろ過器の逆洗工程の最後に凝集剤を加える場合、洗浄水に懸濁物質が含まれていると、僅かではあるがフロックが形成される。このため、フロックがろ過器の二次側（処理水側）に抑留され、ろ過再開時における処理水の悪化を招くという問題がある。
【０００７】
また、ろ層内での追加凝集を行うためには、設備が複雑になり、ろ過器自体が高価となってしまうという問題がある。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、比較的簡単な構成で効果的なろ過処理を行うことができる固液分離装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、原水に凝集剤を添加して凝集した後、ろ過処理を行う固液分離装置において、前記ろ過処理におけるろ材の少なくとも一部に活性アルミナろ材を用いるとともに、逆洗水の少なくとも一部に酸性水を用いることを特徴とする。
【００１０】
このように、本発明では、ろ材に活性アルミナろ材を用い、逆洗水に酸性水を用いる。そこで、逆洗時に活性アルミナろ材の表面がわずかに溶け、ろ材表面のゼータ電位が＋になる。そこで、逆洗終了後にゼータ電位が−の凝集フロックがろ過器に供給された場合においても、このフロックを活性アルミナろ材が効果的に捕捉し、処理水の悪化を防止することができる。
【００１１】
また、前記逆洗は、中性水による逆洗、酸性水による逆洗、中性水による逆洗の三段階を含むことが好適である。このように、中性水による逆洗を最初行うことで、ろ材に捕捉されていた懸濁物質を除去できるため、酸性水による逆洗においてアルミナろ材の処理を効果的なものにできる。また、酸性逆洗の後に、中性水でろ材をすすぐことで、酸性の処理水が流出することを防止できる。さらに、中性水による逆洗を併せて利用することにより、洗浄排水のｐＨをトータルとしては弱酸性として、洗浄排水についてのｐＨ調整などを不要とできる。
【００１２】
また、前記酸性水のｐＨは、２．０〜５．０であることが好適である。酸性水は、ｐＨがあまり低いとアルミナろ材の溶解が進みすぎ、消耗が激しくなる。一方、ｐＨが高いとアルミナが溶けず、表面の活性化が行えない。そこで、ｐＨは、２．０〜５．０の範囲にあることが好ましく、４．０前後（３．５〜４．５の範囲）とすることが特に好ましい。
【００１３】
また、前記ろ過処理におけるろ材は、活性アルミナろ材の層と、その他の粒状ろ材の層とを少なくとも含む多層構成になっていることが好適である。例えば、粒径の大きい活性アルミナを上方に、粒径の小さい砂やガーネット等を下方に用いることにより、ろ過形態をより体積ろ過とすることができ、ろ過経継時間を長くすることができる。また、砂などのろ材においても、酸性水の逆洗によって、付着物を減少することができる。
【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、ＰＡＣなどの無機アルミニウム凝集剤である。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により入口側と排出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分２２ｃになっている。また、排出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、仕切り板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、汚泥貯留部分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分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の汚泥貯留部分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、活性アルミナのろ層２４ｂと、砂のろ層２４ａの二層のろ過層を有する圧力式の急速ろ過器である。
【００１８】
ここで、ろ層２４ｂとして利用されている活性アルミナは、例えばミリサイズの球状のものであり、活性アルミナ粒子はその内部に微細な細孔を有しており、これにより優れた吸着力を示す。例えば、半径２０オングストローム前後の微細な細孔が０．４ｃｃ／ｇ程度存在するため、３００ｍ２／ｇ程度の大きな比面積を有している。
【００１９】
また、ろ層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。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内のろ層を逆洗できるようになっている。
【００２１】
ここで、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は、酸貯槽３０からの酸（酸性溶液）が酸ポンプ３２によって添加されるように構成されている。そこで、酸ポンプ３２を制御することによって、ろ過器２４に供給される逆洗水には、適宜酸が添加され、酸性水による逆洗が行われる。ここで、酸貯槽３０に貯留される酸としては、塩酸や硫酸が使用される。
【００２２】
また、酸添加混合後の逆洗水のｐＨは、２．０〜５．０程度が好ましい。処理水のアルカリ度の変動は非常に少ないため、処理水への酸添加量は、ほぼ一定でかまわない。しかし、酸添加後の逆洗水のｐＨを測定し、逆洗水のｐＨが所定の値、例えば、４．０程度になるように、酸ポンプ３２を制御することも好適である。
【００２３】
「ゼータ電位の説明」
ここで、ゼータ電位について説明する。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。
【００２４】
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。
【００２５】
「逆洗処理の説明」
通水を継続していくと、次第にろ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確認できる。しかし、通常は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。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、ろ抗検知器によるろ過抵抗の設定により行われる。通常の急速ろ過器の洗浄では、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が、本実施形態では逆流水洗浄を行う。
【００２６】
特に、本実施形態では、（ｉ）まずろ過処理水をそのままで逆流させる中性水による洗浄を行い、（ｉｉ）次にろ過水に硫酸または塩酸を加え、逆流洗浄に利用する逆洗水のｐＨを４．０前後として酸性水による逆流洗浄を行い、（ｉｉｉ）最後に再びろ過処理水をそのままで中性水による逆流させる洗浄を行う。
【００２７】
ここで、活性アルミナの表面が僅かに溶ける条件は、ｐＨ４．０付近で、それより低いと溶解が急激に起こり粒径の減少が著しくなり、それ以上だと溶解があまり起こらず表面が活性化つまり活性アルミナろ材表面のゼータ電位が高くならない。そこで、ｐＨ４．０前後の逆洗水を用いて、逆洗を行う。なお、酸性水のｐＨは、少なくとも３．０〜５．０の範囲内にあることがよく、３．５〜４．５の範囲内に制御することが好適である。
【００２８】
これによって、活性アルミナろ材の表面がわずかに溶け、表面のゼータ電位は＋３０ｍＶ〜＋６０ｍＶ程度にまで回復する。逆洗前の活性アルミナろ材表面はフロックで覆われており、そのゼータ電位は、−１０ｍＶ〜−５ｍＶ程度になっており、フロックの捕捉能力が弱い。ところが、酸性水の逆洗によって、ゼータ電位が＋となり、フロック捕捉能力が回復する。これによって、逆洗直後においてもフロックを十分捕捉することができ、逆洗後の処理水の悪化を防止することができる。
【００２９】
また、最初のろ過水による洗浄によって、除去しやすい懸濁物質を除去し、ろ材に捕捉されている懸濁質を減少することができ、酸性水による洗浄の効果を高めることができる。また、最後のろ過水による洗浄によって、ろ材をすすぐことができ、ろ材の表面状態を正常のものに戻すことができる。また、ろ過再開の際に酸性液がろ過水として排出されることを防止することができる。
【００３０】
さらに、中性水による逆洗を併せて利用することにより、洗浄排水のｐＨをトータルとしては弱酸性として、洗浄排水につてのｐＨ調整などが不要になる。
【００３１】
ところで、適切なｐＨで洗浄を行った場合でも、徐々に粒径は減少し、ある粒径以下になると沈降速度が逆洗速度よりも著しく小さくなり、逆洗によって排水と一緒にろ過池から排出されてしまう。従って活性アルミナろ材の補給が必要となる。しかし、酸性水のｐＨなどを適切なものとしていれば、その補給のペースは、それほど大きくなく、半年毎に５％程度の補給で十分である。
【００３２】
なお、本実施形態の装置においても、逆洗時に空気洗浄を併用したり、ろ過器への流入水へ追加の凝集剤を添加してもよい。また、凝集剤としてはアルミ系のものが好ましいが、鉄系の凝集剤や高分子凝集剤を利用することもでき、複数の凝集剤を併用することも好適である。さらに、凝集沈殿汚泥を酸処理し、これを凝集助剤として混和槽に返送してもよい。また、ろ過器として、急速ろ過器ではなく、重力式のろ過器など他の形式のろ過器を採用することもできる。
【００３３】
【実施例】
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。
【００３４】
「実験条件」
・原水流量：２３．６ｍ3／ｄ
・混和槽１０：滞留時間４分
・傾斜板沈殿槽２２：滞留時間４０分、上昇速度５ｃｍ／ｍｉｎ
・ろ過器２４仕様：φ５００ｍｍ×Ｈ４０００ｍｍ（ろ過面積０．１９６ｍ2）
・ろ過速度（ＬＶ：空塔速度）：５ｍ／ｈ（１２０ｍ／ｄ）
・ろ層２４ｂのろ材：活性アルミナ（比重１．５、有効径１．０ｍｍ、均等係数１．４、ろ層高４００ｍｍ）
・ろ層２４ａのろ材：ケイ砂（比重２．５、有効径０．６ｍｍ、均等係数１．４、ろ層高３００ｍｍ）
・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：ＰＡＣ（ポリ塩化アルミニウム）１０〜３０ｍｇ／ｌ
・目標処理水濁度：０．１度未満
・洗浄条件：（ｉ）水逆洗 ＬＶ＝４０ｍ／ｈ×４分、（ｉｉ）酸性水逆洗 ＬＶ＝４０ｍ／ｈ×３分、（ｉｉｉ）水逆洗 ＬＶ＝４０ｍ／ｈ×３分（すすぎ）
・逆洗水：中性水はろ過処理水（ｐＨ６．９〜７．３）、酸性水は硫酸にてｐＨ４．０に調整した。
【００３５】
「実験結果」
このように、濁度８〜３０度の原水に凝集剤としてＰＡＣを１０〜３０ｍｇ／Ｌ添加し、凝集沈殿処理を行った後、活性アルミナろ材・砂（ケイ砂）の二層のろ層からなる急速ろ過器２４にてろ過処理を行い処理水を得た。
【００３６】
そして、４８時間の通水継続毎にろ材の逆洗を行った。この逆洗は、（ｉ）中性水、（ｉｉ）酸性水、（ｉｉｉ）中性水という３段階の逆洗である。また、この時生成される洗浄排水のｐＨは、中性のろ過処理水の場合が約７．０、酸性水を用いた逆洗排水が約４．５で、水量比が中性水：酸性水＝７：３であるため、洗浄排水全体でのｐＨは、６．０前後となる。従って、この条件においては、排水処理において、特にアルカリ剤の添加を行う必要はなかった。
【００３７】
ここで、再生直後の活性アルミナろ材のゼータ電位は、＋３０ｍＶ〜＋６０ｍＶであった。ＬＶ５ｍ／ｈで３０分通水後のゼータ電位は＋２０ｍＶ〜＋３０ｍＶ、通水９０分後のゼータ電位は＋１０ｍＶ〜＋２０ｍＶ、そして洗浄前の通水４８時間後のゼータ電位は、活性アルミナろ材表面がフロックで覆われているため−１０ｍＶ〜−５ｍＶとなっている。
【００３８】
一方、洗浄終了後から通水時間９０分間において、ろ過処理水に流出する微小なフロックのゼータ電位−１５ｍＶ〜−２５ｍＶで、明らかに荷電中和の点で凝集条件が十分ではなかった。しかしながら、ろ材自体のゼータ電位が＋であることにより中和され、ろ材表面に吸着される。それ以降は、処理水に含まれる凝集剤の作用により、ろ材表面がコーティングされるため、未凝集のフロックの流出を抑止することができ、常に良好なろ過処理が可能となった。
【００３９】
また、処理の継続に従い、ろ材の粒径は徐々に減少するので、活性アルミナろ材の補給が必要となる。しかし、その補給のペースは、１年間で５〜１０％程度であり、実際には、定期的に５％程度ずつ補給すればろ過器としての性能を維持できることがわかった。また、１年間で１０％の場合、６ヶ月に一回補給を行えばよい。
【００４０】
図２に、本実施形態の活性アルミナろ材を有し、酸性水による逆洗を行うろ過器２４（実施例）と、アンスラサイト・砂の二層のろ層を有し酸性水による逆洗を行わないろ過器（比較例）との比較を示す。実施例のろ過器２４では、洗浄が終了し、通水開始直後からろ過水の濁度は、０．０５度以下となっているが、比較例のろ過器では、通水開始から３０分までは０．１度以上となっている。
【００４１】
また、６ヶ月間通水を行ったろ材について、コアサンプルを取り出して、ろ材への付着物量を調査した結果、ろ材１Ｌ当たりの付着物量（乾燥重量）は実施例ろ過器２４では４．０ｇ／Ｌ、比較例のろ過器では２３．０ｇ／Ｌとなっていた。
【００４２】
酸性水洗浄を行っていることにより、実施例のろ過器２４では、付着物質の量が非常に少なく、洗浄が十分に行われているが、酸性水洗浄を行っていない比較例のろ過器では、多くの付着物があり、洗浄が不十分であることが分かった。このように、ろ材への付着物が多いと、ろ過抵抗が増え、ろ過継続時間が短縮し、水回収率も減少する。
【００４３】
なお、ろ材として活性アルミナろ材を使用しても、酸性水による洗浄を行わなかった場合には、上述のような効果的なろ過は行えない。また、活性アルミナろ材を使用しないろ過器で酸性水による洗浄を行った場合、ろ材への付着物の減少については、ある程度効果がある。しかし、上述のような洗浄後における良好なろ過処理水を得ることはできない。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、酸性水による逆洗によって、活性アルミナの表層が活性化され、凝集不良による微小なフロックのろ過池からの流出を低減することが可能となる。また、活性アルミナのろ材と砂などの他のろ材の槽からなる複層ろ過器を採用した場合においても、酸性洗浄を行うことにより、砂やガーネットに関しても再生が十分になされ、ろ材の寿命が延長することができる。
【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。
【図２】  実施形態の装置における処理の効果を説明する図である。
【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  酸貯槽、３２  酸ポンプ。
【図１】
0004176915.tif 000002
【図２】
0004176915.tif 000003