JP3491125B2

JP3491125B2 - 浄水処理装置

Info

Publication number: JP3491125B2
Application number: JP15695997A
Authority: JP
Inventors: 司朗井上; 直子平田; 智樹松本
Original assignee: Hitachi Zosen Corp
Current assignee: Hitachi Zosen Corp
Priority date: 1996-07-11
Filing date: 1997-06-13
Publication date: 2004-01-26
Anticipated expiration: 2017-06-13
Also published as: JPH10323683A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、河川水、湖沼
水、池水、地下水等の原水から上水を得るための浄水処
理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術と発明が解決しようとする課題】従来の一
般的な浄水処理方法は懸濁物の除去と殺菌が主体であ
り、図５に示すように、原水に塩素を注入した後、凝集
沈殿槽において適当な凝集剤を添加することにより凝集
物を生成させてこれを沈殿させ、ついで砂を充填した砂
ろ過槽に導いてろ過し、さらに再度塩素を注入するもの
である。

【０００３】ところが、このような方法では、処理水量
当たりに必要な設備の敷地面積が広大になる上、豊富な
経験に基づく微妙な運転条件の維持管理が不可欠であ
る。すなわち、原水の状態の変動に対応して、凝集沈殿
やろ過の状態を良好に維持するため、薬注条件など多く
の運転パラメータの微妙な調整が必要とされる。

【０００４】さらに、近年、湖沼水、地下水などの水道
原水の水質悪化が著しく、異臭味やトリハロメタン生成
などの問題が生じているが、従来の一般的な浄水処理方
法では、これらの問題に対応できないため、さらに高度
な処理技術が要求され、この要求に応えて種々開発され
ている。現在知られている高度浄水処理方法の一例を図
６に示す。図６において、高度浄水処理方法は、凝集沈
殿槽において原水に適当な凝集剤を添加することにより
凝集物を生成させてこれを沈殿させた後オゾンを吹込
み、ついで砂を充填した砂ろ過槽に導いてろ過し、つい
で再びオゾンを吹込んだ後、粒状活性炭が充填された槽
内に上方から流入させて槽内に下降流を形成することに
より粒状活性炭に有機物等を吸着させ、さらに塩素を注
入するものである。

【０００５】しかしながら、このような方法は、従来の
一般的な浄水処理方法に比べても非常に複雑な方法とな
っており、上述した一般的な浄水処理方法の有する問題
点（設備の敷地面積が広大となること、および微妙な運
転管理技術が必要であること）に加えて、設備建設費お
よび運転経費が大幅に上昇し、得られる上水のコストの
大幅な高騰を招くという問題が生じる。

【０００６】この発明の目的は、上記問題を解決し、設
備の敷地面積が小さく、運転管理が容易で、設備建設費
および運転経費が安く、しかも得られる上水の水質が高
度な浄水処理装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段と発明の効果】この発明に
よる浄水処理装置は、河川水、湖沼水、池水、地下水等
の原水から上水を得るための浄水処理装置であって、好
気性微生物が付着した粒状活性炭を内蔵する処理槽と、
処理槽内に配置されたろ過膜ユニットと、処理槽内にお
けるろ過膜ユニットよりも下方の部分に配置された曝気
装置とを備えており、処理槽の周壁における槽内液の液
面よりも若干下方の高さ位置に水抜き出し口が形成さ
れ、水抜き出し口に水抜き出し管が接続され、水抜き出
し管に開閉弁が設けられ、処理槽の周壁における水抜き
出し口よりも下方の高さ位置に、槽内方に突出した山形
の活性炭流出防止用邪魔板が設けられているものであ
る。

【０００８】この発明の浄水処理装置によれば、好気性
微生物が付着した粒状活性炭を内蔵する処理槽と、処理
槽内に配置されたろ過膜ユニットおよび曝気装置とを備
えているだけであるから、設備の敷地面積が、上述した
従来の２つの方法を実施するための装置に比較して小さ
くて済む。また、設備建設費および運転費が上述した従
来の２つの方法を実施するための装置に比較して安価に
なる。

【０００９】この発明による浄水処理装置を用いての浄
水処理方法は、処理槽中に原水を入れ、処理槽内に入れ
られた原水である槽内液中の有機物を活性炭表面上に吸
着させるとともに、好気性微生物によりこの有機物を分
解し、槽内液中に浸漬したろ過膜ユニットの下方から槽
内液中に曝気しつつ、有機物の分解物およびその他の懸
濁物をろ過膜ユニットによりろ別するものである。

【００１０】この浄水処理方法によれば、１つの処理槽
内において槽内に入れられた原水である槽内液中の有機
物を活性炭表面上に吸着させるとともに、活性炭表面上
に付着した好気性微生物によりこの有機物を分解し、有
機物の分解物およびその他の懸濁物を槽内液中に浸漬し
たろ過膜ユニットによりろ別するだけであるので、従来
の２つの浄水処理方法に比べてプロセス数が少なくな
る。したがって、運転管理が容易になるとともに、運転
費が安価になる。また、トリハロメタン前駆物質や異臭
味原因物質である有機物を好気性微生物により分解し、
この有機物の分解物を槽内液中に浸漬したろ過膜ユニッ
トによりろ別しているので、トリハロメタンの生成や異
臭味の発生を防止できる。しかも、その他の懸濁物もろ
過膜ユニットによりろ別しているので、浮遊固形物や細
菌も除去される。したがって、高度な上水が得られる。
また、有機物を好気性微生物により分解しているので、
ろ過膜ユニットに用いる膜としては比較的安価な精密ろ
過膜や限外ろ過膜を使用することができ、設備費が安く
なる。さらに、原水が河川水の場合、原水中の有機物が
稀薄であるので、微生物による分解効率が低下したり、
微生物が生存できなくなることがあるが、有機物は、表
面に好気性微生物が付着した粒状活性炭に吸着されるの
で、原水中の有機物が濃縮されることになり、微生物に
よる分解効率の低下が防止されるとともに、微生物の生
存が保証される。

【００１１】また、曝気装置によりろ過膜ユニットの下
方から槽内液中に曝気する。この場合、処理槽内に槽内
液の循環流が形成され、活性炭もこの循環流にのって循
環するので、有機物との接触効率が向上し、活性炭への
有機物吸着率も向上する。また、好気性微生物への有機
物の分解に必要な酸素供給も効率良く行われる。さら
に、循環流にのった活性炭および気泡により膜表面上の
付着物が剥離させられるので、膜の目詰まりが防止さ
れ、長期間に渡る連続処理が可能になる。

【００１２】また、処理槽の周壁における槽内液の液面
よりも若干下方の高さ位置に水抜き出し口が形成され、
水抜き出し口に水抜き出し管が接続され、水抜き出し管
に開閉弁が設けられていると、常時は開閉弁を閉じてお
き、処理槽内の槽内液中における懸濁物の濃度が高くな
ったときに開閉弁を開くと、懸濁物の濃度が高くなった
槽内液を、水抜き出し口から水抜き出し管を経て抜き出
すことができる。上記懸濁物とは、難分解不溶性有機物
の他に、ろ過膜ユニットによりろ別されて膜表面から剥
離させられた有機物の分解生成物やその他の懸濁物を含
む。この場合、ろ過時の膜差圧の上昇を防止することが
できるとともに、懸濁物による膜の目詰まりが防止され
る。

【００１３】また、上述した処理槽内の槽内液中におけ
る懸濁物の濃度が高くなったときの槽内液の処理槽から
の抜き出しを、処理槽の周壁における槽内液の液面より
も若干下方の高さ位置に形成された水抜き出し口から行
うと、抜き出す槽内液中に活性炭が含まれるのを防止す
ることができる。すなわち、活性炭の比重は大きいの
で、活性炭が液面近傍まで浮上することはなく、その結
果活性炭の水抜き出し口からの流出を防止することがで
きる。そして、活性炭の流出が防止できるので、有機物
の微生物による処理能力および活性炭の吸着能力を維持
するために、活性炭を新たに補充する必要がなくなって
経済的である。ろ過膜ユニットの下方から槽内液中に曝
気していると、活性炭が液面近傍まで上昇することもあ
るが、この場合には、槽内液の処理槽からの抜き出し時
に曝気量を減らして活性炭が液面近傍まで上昇しないよ
うに調節する。

【００１４】さらに、処理槽の周壁における水抜き出し
口よりも下方の高さ位置に、槽内方に突出した山形の活
性炭流出防止用邪魔板が設けられていると、邪魔板の働
きにより、活性炭が液面近傍まで上昇したとしても、活
性炭は邪魔板に当たってそれ以上上昇することはないの
で、水抜き出し口からの流出を確実に防止できる。しか
も、仮に活性炭が邪魔板よりも上方まで移動したとして
も、曝気装置による上昇流れは、邪魔板により止められ
るので、活性炭の比重が大きいことと相俟って、活性炭
は邪魔板上に落下し、その上面に沿って下方に転がり落
ちる。

【００１５】上記浄水処理装置において、粒状活性炭
が、粒径０．２〜２ｍｍの石炭原料破砕炭または椰子殻
原料破砕炭であることがある。この場合、活性炭による
膜の目詰まりが防止される。

【００１６】上記浄水処理装置において、処理槽中に、
さらに表面に好気性微生物が付着した粒径２０〜２００
μｍの粉状活性炭を内蔵させておくことがある。この場
合、粉状活性炭の比表面積が、粒状活性炭のそれよりも
大きくなるので、有機物の吸着率が向上し、その結果好
気性微生物による有機物の分解効率も向上する。したが
って、原水の水質が特に悪い場合や、得られる上水の水
質をさらに高めたい場合に効果的である。なお、膜の孔
径は０．４μｍ程度であるので、粉状活性炭による膜の
目詰まりや、粉状活性炭の膜の通過は防止される。

【００１７】上記浄水処理装置において、ろ過膜ユニッ
トが、２枚の平膜および両平膜の周縁部間に配置された
額縁状スペーサよりなる平膜モジュールを複数備えてい
ることがある。この場合、平膜が、精密ろ過膜であれ
ば、コストが安くなる。

【００１８】上記浄水処理装置において、処理槽の前流
側に、原水中の粗大物および易沈降物を沈降分離させる
分離槽を配置しておくことが好ましい。この場合、原水
を処理槽に入れる前に、原水中の粗大物および易沈降物
を沈降分離槽で沈降分離させることができ、粗大物等に
よりろ過膜ユニットの膜が傷付くことが防止される。ま
た、上述したように、水抜き出し口から槽内液を抜き出
すさいの水抜き出し口の粗大物等による詰まりを防止す
ることができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を、
図面を参照して説明する。

【００２０】図１において、浄水処理装置は、好気性微
生物が付着した粒状活性炭(2)および粉状活性炭を内蔵
する処理槽(1)と、処理槽(1)内に配置されたろ過膜ユニ
ット(3)と、処理槽(1)内におけるろ過膜ユニット(3)よ
りも下方の部分に配置された曝気装置(4)と、曝気装置
(4)に空気を送り込むブロワ(5)と、処理槽(1)内に送り
込まれた原水である槽内液の液面を検出するレベルセン
サ(19)と、処理槽(1)の前流側に配置されかつ原水中の
粗大物および易沈降物を沈降分離させる沈降分離槽(20)
と、沈降分離槽(20)からのびかつ処理槽(1)の上部内に
臨む原水供給管(6)と、原水を原水供給管(6)を通して沈
降分離槽(20)から処理槽(1)内に送り込むポンプ(7)と、
得られた上水を溜める貯水槽(8)とを備えている。レベ
ルセンサ(19)およびポンプ(7)は図示しない制御器に接
続されており、レベルセンサ(19)、ポンプ(7)および制
御器によって、処理槽(1)内の水位がろ過膜ユニット(3)
の上端より常に上方にあるように原水の供給が制御され
る。

【００２１】原水供給管(6)の先端は、処理槽(1)内の底
部近傍までのびている。また、処理槽(1)の周壁におけ
る槽内液の液面よりも若干下方の高さ位置に水抜き出し
口(21)が形成され、水抜き出し口(21)に水抜き出し管(2
2)が接続され、水抜き出し管(22)に開閉弁(23)が設けら
れている。処理槽(1)の周壁における水抜き出し口(21)
よりも下方の高さ位置に、図２に示すように、槽(1)内
方に突出した山形の活性炭流出防止用邪魔板(24)が設け
られている。

【００２２】粒状活性炭(2)としては、石炭原料の破砕
炭または椰子殻原料の破砕炭が最適であるが、造粒活性
炭であっても可能である。粒状活性炭(2)の粒径は０．
２〜２ｍｍである。さらに、粒状活性炭(2)の平均細孔
径が大きいものほど好ましい。粒状活性炭(2)に加え
て、処理槽(1)に内蔵される粉状活性炭の粒径は２０〜
２００μｍである。この場合、粉状活性炭の比表面積
が、粒状活性炭(2)のそれよりも大きくなるので、有機
物の吸着率が向上し、その結果好気性微生物による有機
物の分解効率も向上する。したがって、原水の水質が特
に悪い場合や、得られる上水の水質をさらに高めたい場
合に効果的である。粉状活性炭としては、粒状活性炭
(2)と同様に、石炭原料の破砕炭または椰子殻原料の破
砕炭が最適であるが、造粒活性炭であっても可能であ
る。

【００２３】ろ過膜ユニット(3)は、図３に示すよう
に、複数の中空状平膜モジュール(13)を備えている。各
平膜モジュール(13)は、図４に示すように、対向状に配
置された２枚の平膜(14)と、両平膜(14)の周縁部間に配
置された額縁状スペーサ(15)とよりなる。各平膜モジュ
ール(13)に、その中空部内と連通するように吸引管(16)
が接続されている。各吸引管(16)は貯水槽(8)からのび
た１つのろ過水管(17)にまとめて接続されている。ろ過
水管(17)の途中には吸引ポンプ(18)が設けられており、
この吸引ポンプ(18)により槽内液が平膜(14)を通過して
平膜モジュール(13)内に吸引されるようになっている。
平膜モジュール(13)の平膜(14)としては、限外ろ過膜や
精密ろ過膜が用いられるが、その中でも比較的吸引抵抗
が小さく、コストの安い精密ろ過膜を用いることが好ま
しい。なお、ろ過膜ユニット(3)には、平膜(14)を用い
た平膜モジュール(13)に代えて、中空糸状膜を用いたキ
ャピラリーモジュールを適用することができる。

【００２４】次に、上記装置を用いた浄水処理方法につ
いて説明する。

【００２５】予め、トリハロメタン前駆物質や異臭味原
因物質を含む河川水、湖沼水、池水、地下水等の原水中
の粗大物や易沈降物を、沈降分離槽(20)で沈降分離した
後、この原水をポンプ(7)により処理槽(1)内に供給す
る。このとき、処理槽(1)内の水位がろ過膜ユニット(3)
の上端より常に上方にあるように原水の供給が制御され
る。

【００２６】そして、ブロワ(5)で曝気装置(4)に空気を
送り込むことによりろ過膜ユニット(3)の下方から槽内
液中に曝気しつつ、吸引ポンプ(18)で吸引する。する
と、槽内液中の有機物が粒状活性炭(2)および粉状活性
炭の表面上に吸着させられるとともに好気性微生物によ
り分解され、有機物の分解物、および浮遊固形物、細菌
等の懸濁物がろ過膜ユニット(3)の平膜モジュール(13)
の平膜(14)によりろ別され、平膜(14)を通過したろ過水
が吸引管(16)およびろ過水管(17)を通って貯水槽(8)に
送られる。なお、原水中にはウィルスが含まれているこ
とがあり、平膜(14)がウイルス除去機能を持たないこと
と、配水過程での微生物汚染を避けるため、貯水槽(8)
に送る前に、ろ過水管(17)内を流れているろ過水に適量
の塩素注入を行い、上水として貯水槽(8)に貯める。

【００２７】ろ過膜ユニット(3)の下方から槽内液中に
曝気すると、エアリフト効果により、処理槽(1)内に槽
内液の循環流が形成される。すなわち、ろ過膜ユニット
(3)の隣接する平膜モジュール(13)間を槽内液、粒状活
性炭(2)および気泡が上昇し、気泡は水面に達すると大
気中に放出され、槽内液および粒状活性炭(2)はろ過膜
ユニット(3)と処理槽(1)の周壁との間を通って下方に流
れてろ過膜ユニット(3)との下側に至り、再度気泡とと
もにろ過膜ユニット(3)の隣接する平膜モジュール(13)
間を上昇する。このとき、ろ過膜ユニット(3)の下方か
ら槽内液中への曝気により、ろ過膜ユニット(3)の隣接
する平膜モジュール(13)間を上昇する流れにタービュレ
ンスが与えられる。

【００２８】原水中に存在する好ましくない有機物は、
循環する粒状活性炭(2)および粉状活性炭に吸着され活
性炭の表面上で濃縮される。粒状活性炭(2)および粉状
活性炭もこの循環流にのって循環するので、有機物との
接触効率が向上し、粒状活性炭(2)および粉状活性炭へ
の有機物吸着率も向上する。また、原水中の濃度のまま
では効率よく生物処理され難い有機物も、粒状活性炭
(2)および粉状活性炭表面上に濃縮された状態では、粒
状活性炭(2)および粉状活性炭表面上に付着している微
生物によって容易に効率よく分解される。粒状活性炭
(2)および粉状活性炭に吸着された有機物は、順次付着
微生物によって分解されるので、飽和吸着による粒状活
性炭(2)および粉状活性炭の性能低下が防止される。ま
た、好気性微生物への有機物の分解に必要な酸素供給も
効率良く行われる。

【００２９】また、ろ過膜ユニット(3)の隣接する平膜
モジュール(13)間を上昇する気泡および活性炭(2)が平
膜(14)を擦ることにより、平膜(14)表面上の付着物が剥
離させられるので、平膜(14)の目詰まりが防止され、長
期間に渡る連続処理が可能になる。

【００３０】そして、常時は開閉弁(23)を閉じておき、
処理槽(1)内の槽内液中における懸濁物の濃度が高くな
ったときに開閉弁(23)を開く。すると、懸濁物の濃度が
高くなった槽内液を、水抜き出し口(21)から水抜き出し
管(22)を経て抜き出すことができる。この場合、抜き出
す槽内液中に活性炭(2)が含まれるのを防止することが
できる。すなわち、活性炭(2)の比重は大きいので、活
性炭(2)が液面近傍まで浮上することはなく、その結果
活性炭(2)の水抜き出し口(21)からの流出を防止するこ
とができる。そして、活性炭(2)の流出が防止できるの
で、有機物の微生物による処理能力および活性炭の吸着
能力を維持するために、活性炭を新たに補充する必要が
なくなって経済的である。ろ過膜ユニット(3)の下方か
ら槽内液中に曝気していると、活性炭(2)が液面近傍ま
で上昇することもあるが、この場合には、槽内液の処理
槽(1)からの抜き出し時に曝気装置(4)による曝気量を減
らして活性炭(2)が液面近傍まで上昇しないように調節
する。

【００３１】また、活性炭流出防止用邪魔板(24)の働き
により、活性炭(2)が液面近傍まで上昇したとしても、
活性炭(2)は邪魔板(24)に当たってそれ以上上昇するこ
とはないので、水抜き出し口(21)からの流出を確実に防
止できる。しかも、仮に活性炭(2)が邪魔板(24)よりも
上方まで移動したとしても、曝気装置(4)による水抜き
出し口(21)近傍の上昇流れは、邪魔板(24)により止めら
れるので、活性炭(2)の比重が大きいことと相俟って、
活性炭(2)は邪魔板(24)上に落下し、その上面に沿って
下方に転がり落ちる（図２参照）。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の浄水処理装置の実施形態を示す構成
図である。

【図２】図１のII−II線断面図である。

【図３】図１の装置のろ過膜ユニットを示す斜視図であ
る。

【図４】図１の装置のろ過膜ユニットに組込まれた平膜
モジュールを示す分解斜視図である。

【図５】従来の一般的な浄水処理方法を示すフローシー
トである。

【図６】従来の高度浄水処理方法を示すフローシートで
ある。

【符号の説明】

(1) 処理槽 (2) 粒状活性炭 (3) ろ過膜ユニット(4) 曝気装置 (21) 水抜き出し口 (22) 水抜き出し管 (23) 開閉弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＣ０２Ｆ 1/44 Ｃ０２Ｆ 1/44 Ｈ 3/10 3/10 Ａ (56)参考文献特開平８−57273（ＪＰ，Ａ) 特開平７−328624（ＪＰ，Ａ) 特開平６−285496（ＪＰ，Ａ) 特開平３−238098（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−227498（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C02F 3/02 - 3/12 C02F 1/28

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】河川水、湖沼水、池水、地下水等の原水
から上水を得るための浄水処理装置であって、好気性微
生物が付着した粒状活性炭を内蔵する処理槽と、処理槽
内に配置されたろ過膜ユニットと、処理槽内におけるろ
過膜ユニットよりも下方の部分に配置された曝気装置と
を備えており、処理槽の周壁における槽内液の液面より
も若干下方の高さ位置に水抜き出し口が形成され、水抜
き出し口に水抜き出し管が接続され、水抜き出し管に開
閉弁が設けられ、処理槽の周壁における水抜き出し口よ
りも下方の高さ位置に、槽内方に突出した山形の活性炭
流出防止用邪魔板が設けられている浄水処理装置。
【請求項２】粒状活性炭が、粒径０．２〜２ｍｍの石
炭原料破砕炭または椰子殻原料破砕炭である請求項１記
載の浄水処理装置。
【請求項３】処理槽中に、さらに表面に好気性微生物
が付着した粒径２０〜２００μｍの粉状活性炭を内蔵さ
せておく請求項１または２に記載の浄水処理装置。
【請求項４】ろ過膜ユニットが、２枚の平膜および両
平膜の周縁部間に配置された額縁状スペーサよりなる平
膜モジュールを複数備えている請求項１〜３のうちのい
ずれかに記載の浄水処理装置。
【請求項５】平膜が、精密ろ過膜である請求項４記載
の浄水処理装置。
【請求項６】処理槽の前流側に、原水中の粗大物およ
び易沈降物を沈降分離させる分離槽を配置しておくこと
を特徴とする請求項１〜５のうちのいずれかに記載の浄
水処理装置。