(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無機凝集剤を混合後に有機高分子凝集剤を混合し凝集沈殿処理を行う凝集沈殿処理装置と、凝集沈殿処理水について砂ろ過処理を行う砂ろ過装置を有する浄水処理装置であって、
前記有機高分子凝集剤の混和を撹拌強度Ｇ値で３００〜１０００ｓｅｃ−１で５分以上行うとともに、
前記砂ろ過装置の前段で繊維をろ材に用いた繊維ろ過装置による粗ろ過処理を行うことを特徴とする浄水処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置において、
前記凝集沈殿装置の表面負荷率が３．５ｍ／時以上、前記繊維ろ過装置のろ過速度が１０ｍ／時以上であることを特徴とする浄水処理装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の装置において、
前記繊維ろ過装置のろ材が長さ５０ｃｍ〜３００ｃｍの長繊維束であることを特徴とする浄水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無機凝集剤を混合後に有機高分子凝集剤（ポリマー）を混合し凝集沈殿処理を行う凝集沈殿処理装置と、凝集沈殿処理水について砂ろ過処理を行う砂ろ過装置を有する浄水処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より河川水、湖沼水等の表流水を原水とする浄水処理において、凝集沈殿処理と砂ろ過を組み合わせた処理が広く採用されている。
【０００３】
この凝集沈殿処理では、アルミ系や鉄系の無機凝集剤が利用されているが、これら無機凝集剤に有機高分子凝集剤を併用する場合も多い。これは、ポリマーを利用することで、微細な無機凝集剤フロックや懸濁物質を容易に粗大化でき、沈降速度を上昇して良好な沈殿上澄み液を安定して得ることができるからである。
【０００４】
そこで、良好なフロックが形成されるように凝集条件を決定している。通常の場合、ポリマー添加後の急速撹拌強度をＧ値で３００ｓｅｃ−１（以下ｓ−１と記す）未満、急速撹拌時間を５分未満になるようにしている。これによって、フロックの最大成長径は１０ｍｍ前後あるいはそれ以上に達し、沈殿池におけるフロック沈降速度が上昇し、沈殿上澄み液の水質を向上することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、フロックの成長を優先させて、撹拌強度を３００ｓ−１未満としたり、急速撹拌時間を５分未満になるようすると、沈殿池でのフロックの除去性は向上し、沈殿上澄み水の濁度やＳＳ（懸濁物質濃度）といった定量的指標でみるとその絶対値は小さくなる。しかし、このような凝集では微小な粒子がフロックに取り込まれず、これがろ過池に供給されてろ過抵抗が増加しやすいという問題があった。そして、ろ過抵抗が上昇しやすいと、逆洗頻度が増加し逆洗が遅れるとブレークスルーが発生し、処理水質が悪化してしまうという問題があった。
【０００６】
一方、ポリマー添加後の急速撹拌の撹拌強度を、Ｇ値で３００ｓ−１以上とし、５分以上行うと、撹拌強度が比較的強いことにより、フロックの最大成長径が数ｍｍにとどまる。このため、フロックの沈降速度は、無機単独の場合に比べそれほど増加せず、沈殿処理水の濁度も攪拌強度を弱くした場合のようによくならない。このため、ポリマーを添加したにもかかわらず沈殿池を小さくできないという問題があった。
【０００７】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、最終的な処理水水質を向上することができる浄水装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、無機凝集剤を混合後に有機高分子凝集剤を混合し凝集沈殿処理を行う凝集沈殿処理装置と、凝集沈殿処理水について砂ろ過処理を行う砂ろ過装置を有する浄水処理装置であって、前記有機高分子凝集剤の混和を撹拌強度Ｇ値で３００〜１０００ｓｅｃ−１で５分以上行うとともに、前記砂ろ過装置の前段で繊維をろ材に用いた繊維ろ過装置による粗ろ過処理を行うことを特徴とする。
【０００９】
このように、比較的強い攪拌で、有機高分子凝集剤を混合することで、有機高分子凝集剤により、微細な懸濁物質を細くすることができる。一方、このような強い攪拌を行うと、フロック径が十分大きくならず、微細フロックが沈殿池より流出する可能性が高いが、これは繊維ろ過で除去することができる。繊維ろ過器はろ過速度を大きくとれるため、装置の全体としての大きさ（浄水装置全体）を小さくできる。そして、繊維ろ過器の処理水には、微細懸濁物質が非常に少ないため、砂ろ過供給水濁度が安定し、砂ろ過装置におけるろ過抵抗の低減が図れる。
【００１０】
また、前記凝集沈殿装置の表面負荷率（単位時間の処理水量／沈殿池の有効断面積）が３．５ｍ／時以上、前記繊維ろ過装置のろ過速度が１０ｍ／時以上であることが好適である。
【００１１】
また、前記繊維ろ過装置のろ材が長さ５０ｃｍ〜３００ｃｍの長繊維束であることが好適である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。
【００１３】
河川水、湖沼水等の表流水からなる原水は、無機混和池１０に導入される。この無機混和池１０には、攪拌翼１２ａと、これを回転させるモータ１２ｂからなる攪拌機１２が配置されている。また、この無機混和池１０には、無機凝集剤タンク１４内の無機凝集剤がポンプ１６によって供給される。無機凝集剤としては、例えばＰＡＣ（ポリ塩化アルミニウム：Ａｌ２Ｏ３１０％含有）が利用される。なお、この無機混和池１０の急速攪拌強度は通常３００ｓ−１未満、滞留時間は５分未満であるが、これに限定されない。
【００１４】
次に、無機凝集剤が混合された水は、高分子混和池１８に導入される。この高分子混和池１８には、攪拌翼２０ａと、これを回転させるモータ２０ｂからなる攪拌機２０が配置されており、また高分子凝集剤タンク２２内の高分子凝集剤ががポンプ２４によって供給される。高分子凝集剤としては、例えばノニオン性アクリルアミドポリマーが利用される。また、アニオン性アクリルアミドポリマーが好適な場合もあるが、これらに限定されるものではない。この高分子混和池１８の急速攪拌強度は３００ｓ−１以上、滞留時間は５分以上に設定されている。
【００１５】
高分子混和池１８からの無機凝集剤および高分子凝集剤が混合された水は、凝集池２６に導入される。この凝集池２６には横軸パドル式の緩速攪拌機２８が設けられており、ここで緩速攪拌されフロックの粗大化が図られる。
【００１６】
そして、無機凝集剤および高分子凝集剤によりフロック形成された水が沈殿池３０に導入され、ここで固形物が沈殿される。この沈殿池３０で沈殿された固形物は汚泥として系外に排除され、上澄み水は繊維ろ過器３２に導入される。
【００１７】
この繊維ろ過器３２は、特公平５−１２００２号公報、特公平５−１１４８２号公報、特許第２７９９３７６号公報などに記載されている長繊維束を利用したものが好適である。この繊維ろ過器３２では、ろ過塔の底部近傍に支持体を設け、この上方に長さ５０ｃｍ〜３００ｃｍの長繊維束の下端を固定するとともに、上端を自由端とする。そして、この長繊維束をろ過塔内にほぼ直立状態を維持するように充填し、ろ過体を形成する。そして、ろ過塔内に下降流で水を通過させてろ過体により懸濁物質を捕捉除去する。このような繊維ろ過器３２は、比較的空隙率が高く、砂ろ過池などに比べろ過速度を十分大きくとれ、砂ろ過池に流入する水についての粗ろ過が行える。すなわち、砂ろ過において、ろ過抵抗上昇の原因となる微細なフロックを効果的に除去することができる。なお、長繊維束の場合、このようなろ過の際にその長さが上述のように５０ｃｍ〜３００ｃｍが好適である。
【００１８】
この繊維ろ過器３２のろ過処理水は、次に砂ろ過池３４に供給され、残留する懸濁物質がろ過処理される。この砂ろ過池３４は、例えばアンスラサイト、ケイ砂の二層で形成されており、比較的精密なろ過を行う。これによって、水道水として配水できる水質のろ過処理水が安定して得られる。
【００１９】
ろ過処理水は、処理水タンク３６に貯留され、消毒された後配水される。また、処理水タンク３６内の処理水は、逆洗ポンプ３８によって、砂ろ過池３４、繊維ろ過器３２の底部に供給できるようになっており、これによって砂ろ過池３４、繊維ろ過器３２を逆洗できる。また、砂ろ過池３４、繊維ろ過器３２の底部にはブロア４０からの空気も供給できるようになっており、これによって空気逆洗も行われる。
【００２０】
このような浄水装置において、沈殿池３０からの沈殿処理水に微細なフロックが含まれても、この懸濁物質は繊維ろ過器３２において除去される。繊維ろ過器３２は、元々空隙率が高く、懸濁物質の保持容量が大きい。そこで、沈殿処理水中の懸濁物質量が増えても、その繊維ろ過水における処理水質の変動はあまりない。沈殿処理水が、砂ろ過池３４に直接供給される場合には、沈殿処理水中の懸濁物質量が増えるとすぐに目詰まり発生などの問題が生じるが、繊維ろ過器３２を設けることでこのような問題が生じない。
【００２１】
従って、本実施形態の浄水処理装置では、沈殿池３０の表面負荷率を比較的大きくすることにより沈殿池３０を小さくできる。また、繊維ろ過器３２は、ろ過速度を大きくとれるため、小型にできる。そして、本実施形態では、高分子混和池１８において、攪拌強度を３００ｓ−１以上、滞留時間を５分以上に設定している。これによって、高分子凝集剤が無機混和池１０から供給される水と確実に混合される。そして、このような比較的強力な攪拌によって、フロックサイズは小さくなるが、高分子凝集剤に微細な懸濁物質が捕捉される。このような凝集処理によって沈殿池３０で得られる上澄み水は、比較的にＳＳの多いものとなる。しかし、これらの多くは繊維ろ過器３２において除去される。そして、砂ろ過池３４に供給される水には微細な懸濁質はほとんど含まれなくなり、砂ろ過池３４におけるろ過処理の負荷を減少して好適なろ過処理が行える。
【００２２】
すなわち、高分子凝集剤混合後の攪拌を弱くすると、フロックは粗大化するが、微細な懸濁物質が残り、砂ろ過池３４におけるろ過抵抗が大きくなる。本実施形態によれば、攪拌強度の強い高分子混和池１８と、繊維ろ過器３２と、砂ろ過池３４を組み合わせることによって、装置の全体としての大きさを小さくして、良好な最終処理水を得ることができる。
【００２３】
なお、本実施形態では、無機凝集剤にＰＡＣを用いているが、硫酸バンド、塩化第二鉄、硫酸第二鉄、ポリ硫酸アルミニウム・鉄等の鉄やアルミニウムを原料とするものであれば、特に限定する必要はない。また凝集助剤として、硫酸、塩酸、炭酸、水酸化ナトリウム、消石灰等を加えることも好ましい。
【００２４】
本実施形態では、凝集池２６の前でのみ高分子凝集剤の混和を行っているが、繊維ろ過器３２の前でも高分子凝集剤の混和を行っても良い。また、繊維ろ過器３２の前でのみ高分子凝集剤の混和を行っても良い。
【００２５】
【実施例】
（１）凝集沈殿ろ過法（比較例）
図１の構成から繊維ろ過器３２を省略した装置を用いて実験を行った。この実験条件を以下に示す。
【００２６】
「実験条件」
・原水流量：１，０００ｍ３／時
・無機混和池：滞留時間３分、撹拌強度２００ｓ−１
・高分子混和池：滞留時間５分、撹拌強度６００ｓ−１
・凝集池：横軸パドル３段式、滞留時間４０分
・沈殿池：上向流式傾斜板付き沈殿池、滞留時間４０分、上昇速度３ｍ／時
・砂ろ過池：ケイ砂７００ｍｍ、有効径０．６ｍｍ、均等係数１．３、ろ過速度１２０ｍ／日
・原水濁度：３０度
・原水ｐＨ：７．２
・凝集剤：ＰＡＣ  注入率２０ｍｇ／ｌ
・凝集助剤：高分子凝集剤（ノニオン性アクリルアミドポリマー）、注入率  ０．３ｍｇ／Ｌ
【００２７】
このように、濁度３０度の原水に、凝集剤としてＰＡＣ２０ｍｇ／Ｌを無機混和池１０で加え、急速撹拌をＧ値２００ｓ−１で３分間行い、引き続き凝集助剤として高分子凝集剤を高分子混和池１８で加え、急速撹拌をＧ値６００ｓ−１で５分間行い、凝集池２６にてフロック形成を行い、沈殿池３０にて沈殿分離を行って、砂ろ過池３４にてろ過処理を行い処理水を得る。砂ろ過池３４は４８時間に１回、空気逆流洗浄を通水速度６０ｍ／時×５分間を行った後、逆流水洗浄を通水速度３６ｍ／時×８分間行った。
【００２８】
この時の各工程での濁度は、原水３０度、沈殿処理水０．９度、ろ過水濁度０．０４度となっていた。また砂ろ過池の通水時間４８時間でのろ過抵抗は、１，５００ｍｍであった。
【００２９】
（２）凝集沈殿ろ過法（実施形態）
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。
【００３０】
［実験条件］
・原水流量：１，０００ｍ３／時
・無機混和池：滞留時間３分、撹拌強度  ２００ｓ−１
・高分子混和池：滞留時間５分、撹拌強度  ６００ｓ−１
・凝集池：横軸パドル３段式、滞留時間４０分
・沈殿池：上向流式傾斜板付き沈殿池、滞留時間２０分、上昇速度６ｍ／時
・繊維ろ過器：アクリル製長繊維ろ材、ろ材長１５０ｃｍ、充填密度１００ｋｇ／ｍ２、ろ過速度  ４８０ｍ／日（２０ｍ／時）
・砂ろ過池：ケイ砂７００ｍｍ、有効径０．６ｍｍ、均等係数  １．３、ろ過速度２４０ｍ／日
・原水濁度：３０度
・原水ｐＨ：７．２
・凝集剤：ＰＡＣ  注入率２０ｍｇ／ｌ
・凝集助剤：高分子凝集剤（ノニオン性アクリルアミドポリマー）、注入率  ０．３ｍｇ／Ｌ
【００３１】
濁度３０度の原水に、凝集剤としてＰＡＣ２０ｍｇ／Ｌを無機混和池１０で加え、急速撹拌をＧ値２００ｓ−１で３分間行い、引き続き凝集助剤として高分子凝集剤を高分子混和池１８で加え、急速撹拌をＧ値６００ｓ−１で５分行い、凝集池２６にてフロック形成を行い、沈殿池３０にて固液分離を行って、さらに繊維ろ過器３２にて粗ろ過を行った後、砂ろ過池３４にてろ過処理を行い処理水を得る。繊維ろ過器３２は２４時間に１回、水・空気逆流洗浄を水通水速度１００ｍ／時、空気通水速度３００ｍ／時で６分間行っている。砂ろ過池３４は４８時間に１回、空気逆流洗浄を通水速度６０ｍ／時×５分間行った後、逆流水洗浄を通水速度３６ｍ／時×８分間行った。
【００３２】
この時の各工程での濁度は、原水３０度、沈殿処理水１．２度（比較例０．９度）、繊維ろ過処理水濁度０．１度、砂ろ過水濁度０．０３度（比較例０．０４度）となっていた。沈殿処理水濁度で比べると、比較例よりも高い値となっているが、繊維ろ過処理水つまり砂ろ過供給水では、比較例よりも低い値となっている。また砂ろ過池の通水時間４８時間でのろ過抵抗は、ろ過速度が従来法の２倍であるにも拘わらず７００ｍｍと比較例のろ過抵抗１，５００ｍｍの半分以下であった。
【００３３】
比較例の各設備の設置面積を１００とした場合の設置面積を比較すると、表１の様に沈殿池で５０％、ろ過池（本発明では繊維ろ過器＋砂ろ過池）で７５％に縮小できている。
【表１】
0003854471.tif 000002
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、比較的強い攪拌で、有機高分子凝集剤を混合することで、有機高分子凝集剤により、微細な懸濁物質を捕捉することができる。一方、このような強い攪拌を行うと、フロック径が十分大きくならず、微細フロックが沈殿池より流出する可能性が高いが、これは繊維ろ過で除去することができる。繊維ろ過器はろ過速度を大きくとれるため、装置の全体としての大きさ（浄水装置全体）を小さくできる。そして、繊維ろ過器の処理水には、微細懸濁物質が非常に少ないため、砂ろ過供給水濁度が安定し、砂ろ過装置におけるろ過抵抗の低減が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施形態の装置の全体構成を示す図である。
【符号の説明】
１０  無機混和池、１８  高分子混和池、２０  攪拌装置、２６  凝集池、３０  沈殿池、３２  繊維ろ過器、３４  砂ろ過池。
【図１】
0003854471.tif 000003