(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
塩素を用いた滅菌装置の上流側に、活性炭層に微生物を着床させて微生物濾過を行なう接触濾過装置を設けた公共水道設備であって、
前記活性炭層には有効径が０．４〜１．１ｍｍの粒状活性炭が用いられ、前記接触濾過装置は、底部が入水部となってその上部に砂利を積み上げた均等流発生層が、更にその上部に前記活性炭層が形成された上向流式生物接触濾過池であって、前記接触濾過装置の下流側で、前記滅菌装置の上流側にはフロック形成池と、これに続く薬品沈澱池及び急速濾過池が設けられていることを特徴とする公共水道設備。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、人口湖や川等から取水して、一般家庭、ビル、工場等に給水するために設置する公共水道設備に関する。
【０００２】
【従来の技術】
川や湖等の水源から取水した水（原水）を安心して飲める水質にまで加工することを浄水処理といい、浄水処理の過程は原水中の飲用に不適な成分（濁りや色、細菌や汚染成分、重金属、異臭味）を除去する工程と、殺菌のための塩素添加の工程とからなり、これらの処理工程を備える設備が公共水道設備と言われている。
浄水技術としては１９世紀初頭より生物接触濾過法が試みられ、河川水を広大な砂層に緩やかに浸透させる砂濾過（緩速濾過法）を行うと、水中の懸濁物が物理的に抑留されるのみならず、砂層表面に繁殖する微生物の群落（藻類プランクトンや原生動物の群落であり、濾過膜といわれる）によって、原水中の飲用不適な成分（細菌、鉄、マンガン、異臭味、アンモニア等）が包括的に除去される優れた浄水方式として使用されていた。ところが、この方法では広大な濾過池と普通沈澱池を必要とするという問題があるので、現在では急速濾過法が主に用いられている。
【０００３】
前記急速濾過法による公共水道設備５０を図４に示すが、まず、原水に着水井５１で少量の塩素（次亜塩素酸ソーダ）を、急速攪拌池５２で凝集剤（硫酸アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム）を加えて急速攪拌し、緩速攪拌池５３で緩速攪拌することによって、生じたフロック（水酸化アルミニウム）に原水中の粘土や呈色有機物のコロイドや細菌を吸合捕捉する凝集操作を行う。次に凝集したフロックを薬品沈澱池５４にて沈澱させ、その上澄み液を急速濾過池５５により砂濾過を行って、懸濁物の分離を行ない最後に滅菌装置である塩素混和池５６において塩素殺菌して各家庭等に供給していた。
この急速濾過法の場合には細菌除去が不完全なため、塩素殺菌を不可欠とし、また、溶存汚染物については副次的に若干の除去が期待されるだけなので、除去が必要な場合には、特殊処理と呼ばれる個別の処理を別途必要としていた。この特殊処理としては、原水に活性炭を作用させて異臭味や毒物を吸着させる活性炭吸着処理法や、セラミックスや合成樹脂の加工品を固定化担体とする生物接触濾過法が採用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の活性炭濾過法に使用する活性炭は、活性炭を吸着材として使用し、水道水中に含まれる異臭物、色素、毒素を除去するものであり、その能力を十分に生かすために１〜２ケ月で再度新しい活性炭に交換する必要があり、取り替えた活性炭の再生が可能であるとしても、処理が高価になるという問題があった。
また、前記従来例に係る生物接触濾過法においては、微生物によって酸化分解され易いアンモニア性窒素や陰イオン界面活性剤等の処理はできるものの、微生物の固定化担体がセラミックスや合成樹脂の加工品であるので、生活排水に起因した、水道界で問題となっているトリハロメタン前駆物質等の有機物の処理については、僅か数％に留まり、有効な除去は不可能であるという問題があった。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、活性炭を有効に利用して生物接触濾過を行い、従来では除去が困難なトリハロメタン前駆物質等の有機物の除去も可能な公共水道設備を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記目的に沿う本発明の公共水道設備は、塩素を用いた滅菌装置の上流側に、活性炭層に微生物を着床させて微生物濾過を行なう接触濾過装置を設けた公共水道設備であって、
前記活性炭層には有効径が０．４〜１．１ｍｍの粒状活性炭が用いられ、前記接触濾過装置は、底部が入水部となってその上部に砂利を積み上げた均等流発生層が、更にその上部に前記活性炭層が形成された上向流式生物接触濾過池であって、前記接触濾過装置の下流側で、前記滅菌装置の上流側にはフロック形成池と、これに続く薬品沈澱池及び急速濾過池が設けられている。
【０００６】
本発明の公共水道設備においては、塩素を用いた滅菌装置の上流側に、活性炭層に微生物を着床させて微生物濾過を行なう接触濾過装置を設けたので、微生物が塩素により殺菌されることなく、十分に繁殖し有効に作用する。
また、この活性炭層は粒状活性炭よりなり、この活性炭を吸着剤としてでなく、微生物の固定化担体としてつまり、活性炭の細孔を細菌や微生物のすみかとして利用しているので、活性炭の交換、あるいは再生の必要がなくなった。ここで、活性炭を固定化担体とした場合と従来例に係るセラミックスや合成樹脂の加工品を固定化担体とした場合とを比較すると、活性炭の方が極めて多孔質構造が発達して表面積が大きく、結果として単位体積及び単位重量当たりの微生物の付着量が大きく異なり、活性炭の方が少量でより大量の水を効率良く微生物濾過を行うことができる。
【０００７】
特に、本発明の公共水道設備においては、活性炭層に使用する活性炭の有効径が０．４〜１．１ｍｍの粒状活性炭としている。一般に、粒径０．２〜２ｍｍの粒状活性炭は１ｇ当たり、１，０００ｍ2の表面積を有するため、微生物が付着し易く更に、処理しようとする原水と微生物の接触効率が増加するので、処理効果も飛躍的に向上し、従来の生物接触濾過法では対応できなかったトリハロメタンの前駆物質となる有機物の処理が可能となった。
本発明の公共水道設備においては、水流の方向を下向きから上向きに変更し、底部が入水部となって、その上部に均等流発生部を設け、更にその上部に活性炭層を設け、活性炭層を通過する水を均等流にしてより均一に微生物濾過を行うようにしているので、比較的小さな設備で効率の良い微生物濾過を行うことができる。
そして、本発明の公共水道設備においては、接触濾過装置の下流側で、滅菌装置の上流側にはフロック形成池と、これに続く薬品沈澱池、急速濾過池が設けられているので、活性炭を用いた接触濾過装置では除去が難しい濁りを凝集させて除去することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。ここに、図１は本発明の一実施の形態に係る公共水道設備の概略説明図を示す。
【０００９】
本発明の一実施の形態に係る公共水道設備１０は、図１に示すように、河川等からの原水を取り込む着水井１１と、これに続く接触濾過装置の一例である上向流式生物接触濾過池１２と、上向流式生物接触濾過池１２に続くフロック形成池１３、薬品沈澱池１４及び図示しない急速濾過池と滅菌装置の一例である塩素混和池とを有している。前記着水井１１、フロック形成池１３、薬品沈澱池１４、前記急速濾過池及び塩素混和池は従来例と同様な周知なものが使用されているので、その詳しい説明を省略する。
【００１０】
前記上向流式生物接触濾過池１２は、図１に示すように、底部に取水口１５を備える入水部１６となって、その上に均等流発生層１７と活性炭層１８が順次形成されている。なお、１９は均等流発生層１７及び活性炭層１８を支える支持部材を示す。
前記均等流発生層１７は、比較的粒径の小さい砂利を０．１〜０．２ｍの高さに積み上げた層からなって、下部から上部に流れる水に抵抗を与え活性炭層１８に均等に水が侵入するようになっている。また、前記活性炭層１８は、粒径が主として０．２〜２ｍｍの粒状活性炭によって構成され、１〜２ｍ程度の高さに積層状態で充填されている。そして、上向流式生物接触濾過池１２の上部からオーバーフローした水が、処理水集水渠２０を介して下流のフロック形成池１３に流れるようになっている。なお、この上向流式生物接触濾過池１２を点検する場合等の非常時において、着水井１１からの水を流すバイパス回路２１が設けられ、２２、２３はこれらを切り換えるバルブである。
【００１１】
従って、この公共水道設備１０においては、河川から取水され、着水井１１の下部に設けられた取水口２４より入水した原水は、着水井１１の下部に設けられた出水口２５より出水して、バルブ２３を介して上向流式生物接触濾過池１２に下部から入水する。ここで、着水井１１の取水口２４、出水口２５は共に着水井１１の下部に設けられているため、着水井１１の上部に浮いた原水中の懸濁物質は上向流式生物接触濾過池１２に取り込まれないことになる。また、着水井１１に取水した原水の量が多すぎる場合には、バイパス回路２１を通じて、上向流式生物接触濾過池１２を通さず直接フロック形成池１３に流して処理をすることも可能である。
【００１２】
上向流式生物接触濾過池１２の底部に設けられた入水部１６より入水した原水は上向流式生物接触濾過池１２の下部に設けられた均等流発生層１７を通って少しの水抵抗が加えられ、その上部に設けられた活性炭層１８を均等に通過し、ここで微生物濾過された後、処理水集水渠２０を通ってフロック形成池１３に放水される。この公共水道設備１０においては、上向流式生物接触濾過池１２を通過する水の速度は３６０ｍ／日程度とし、しかも、十分な厚みを有する活性炭槽１８を形成しているので、水が活性炭層を通過するのに４〜８分程度かかることになり、十分に粒状活性炭に付着した微生物との接触を深めて効率的に微生物濾過を行っている。
【００１３】
上向流式生物接触濾過池１２を通過した水は図示しない薬品混和池に流れ込み、薬品混和池にて凝集剤及び少量の塩素を注入し、急速攪拌を行い、その後フロック形成池１３での緩速攪拌を通して、フロックに吸合捕捉する凝集操作により凝集後薬品沈澱池１４にて沈澱除去する。薬品沈澱池１４を通った水は、急速濾過池で仕上げの濾過を行い塩素混和池で滅菌処理されてポンプにて各家庭、工場等に供給される。前記上向流式生物接触濾過池１２の活性炭層１８は、大量の粒状活性炭が充填されて、微生物が着床する固定化担体となっており、活性炭層１８を水が通ることにより、水と微生物の接触効率が改善され、従来の生物濾過法では処理できなかったトリハロメタン前駆物質等の有機物の処理も飛躍的に向上することとなった。なお、現在の浄水処理工程に生物接触濾過を付加する場合、これまでの方式では、損失水頭が大きく中間ポンプ等の装置が必要であるが、前記実施の形態のように、着水井１１の後部に水位を下げて配置することによって、損失水頭を小さくすることが可能となり、特別なポンプ設備等を必要としないことになる。
【００１４】
【実験例】
続いて、本発明に係る公共水道設備の接触濾過装置の作用、効果を確認するために行った実験例について従来例と比較しながら説明する。
本発明の実験例においては、大、中、小の粒状活性炭を固定化担体として使用し、比較例としては従来から使用されているＰＶＡ（ポリビニルアルコール）、球状繊維、セラミックスを固定化担体として使用した。実験は前記した上向流式生物接触濾過池１２と同様構造の接触濾過池を使用した。表１には実験した濾材の性状を示す。また、図２には原水と、各固定化担体を使用した場合の過マンガン酸カリウム消費量（含有する有機物の量に比例する）と経過日数との関係を示し、図３には各固定化担体を用いた場合の有機物の除去率を過マンガン酸カリウムの消費量の割合で示している。
【００１５】
【表１】
0003831055.tif 000002
【００１６】
粒状活性炭はその粒度に関係なく、水道原水の浄化に使用すると充填直後は吸着材として作用するがその寿命は５０〜６０日であり、その期間を経過すると吸着材としての効能を有しない。その後は、粒状活性炭に微生物が付着して粒状活性炭が固定化担体として作用するので、図２、図３においては、５０日経過した後の有機物の量に着目して実験例が示されている。
図２に示すように、微生物の固定化担体として従来から使用されているＰＶＡ（ポリビニルアルコール）、球状繊維、セラミックスを用いた場合には、目標水質５ｍｇ／Ｌに達しないが、活性炭（大、中、小）の場合には、目標水質を上回ることが実証されており、更に継続して使用しても、過マンガン酸カリウム消費量の有機物除去効果は変わらないことが実証されている。
【００１７】
また、図３には、活性炭（大、中、小）、ＰＶＡ、球状繊維、セラミックスを微生物の固定化担体として使用した場合の、過マンガン酸カリウムを使用して測定した有機物の除去率を示しているが、生物接触濾過を行う活性炭が大きな除去率を示し、更に活性炭を使用する場合には、小粒の方が更に除去効率が高いことを示している。表２に以上の実験結果よりの有機物の指標項目の平均除去率を示すが、微生物の固定化担体として活性炭を用いた場合に、有機物の除去効率が大きいことを示しており、１００日を経過しても依然とその効力を発揮していることが確認された。なお、表２において、Ｅ２６０は紫外線吸光度法によって測定する有機物の除去率を示す。
【００１８】
【表２】
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【００１９】
【発明の効果】
従って、本発明に係る公共水道設備においては、活性炭層に微生物を着床させて微生物濾過を行なう接触濾過装置を有しているので、従来のセラミックス、樹脂の加工品や天然材料を固定化担体として用いる生物接触濾過法より、更に効率の良い濾過を行うことができ、これによって、従来除去が困難であったトリハロメタン前駆物質等の有機物の除去も可能になった。
更には、従来の活性炭濾過法と異なり、生物接触濾過法に使用する活性炭は交換する必要がないので、運転コストが極めて廉価になるという特徴を有する。
特に、本発明に係る公共水道設備においては、活性炭層に使用する活性炭を有効径が０．４〜１．１ｍｍの粒状活性炭としているので、表面積が拡大されて微生物の付着度合い、及び水との接触度合いが増加し、効率的な濾過を行える。
【００２０】
本発明に係る公共水道設備においては、均等流発生部及び活性炭層を有する上向流式生物接触濾過池としているので、水が偏流を生じることなく活性炭に触れ、比較的小さな設備で効率の良い微生物濾過を行うことができる。
更には、濾過速度を通常の３倍程度まで高めることが可能となって、敷地面積が少なくて済むため、建設コストも削減される。
そして、本発明に係る公共水道設備においては、接触濾過装置の下流側で、滅菌装置の上流側にはフロック形成池と、これに続く薬品沈澱池、急速濾過池が設けられているので、活性炭を用いた接触濾過装置では除去が難しい濁りを凝集させて除去することができ、これによって清浄な水道水を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る公共水道設備の概略説明図である。
【図２】各種固定化担体を用いた場合の有機物の量に対応する過マンガン酸カリウムの消費量と経過日数の関係を示すグラフである。
【図３】各種固定化担体を用いた場合の有機物の除去率と経過日数との関係を示すグラフである。
【図４】従来例に係る公共水道設備の概略説明図である。
【符号の説明】
１０  公共水道設備  １１  着水井
１２  上向流式生物接触濾過池  １３  フロック形成池
１４  薬品沈澱池  １５  取水口
１６  入水部  １７  均等流発生層
１８  活性炭層  １９  支持部材
２０  処理水集水渠  ２１  バイパス回路
２２  バルブ  ２３  バルブ
２４  取水口  ２５  出水口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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