JP2005177601A

JP2005177601A - 水の浄化方法と装置

Info

Publication number: JP2005177601A
Application number: JP2003421918A
Authority: JP
Inventors: Ryosuke Hata; 良介秦; Miki Akatsu; 美樹赤津; Yuichiro Ota; 雄一郎太田; Hiroshi Sakuma; 博司佐久間; Keiichi Sone; 啓一曽根
Original assignee: Ebara Corp; Tokyo Metropolitan Government
Current assignee: Ebara Corp; Tokyo Metropolitan Government
Priority date: 2003-12-19
Filing date: 2003-12-19
Publication date: 2005-07-07

Abstract

【課題】処理速度を高めたままで、ＳＳ及びＮＨ_４−Ｎを安定して除去できる水の浄化方法と装置を提供する。
【解決手段】浮遊物質を含有する水の浄化方法において、前記水に溶存酸素を供給した後、粒状担体を充填したろ材層を通してろ過処理することで硝化反応をさせることとしたものであり、前記浄化方法において、ろ過処理は、粒径が２〜１０ｍｍ、均等係数１．２以下の粒状担体を充填したろ材層を通して、重力式生物膜ろ過処理で行うことができ、前記ろ過層に通気を行わず、ろ過速度をＬＶ＝３００〜５００ｍ／日で行うことができ、前記溶存酸素の供給は、前記水に散気で行うか、又は前記水への滝落とし効果によって行うことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、水浴場や釣り場、自然景観など親水空間を作ることを目的として、下水道からの流入水がある閉鎖性水域の海水又は汽水をろ過することによって浄化するアンモニア性窒素が比較的少ない海水又は汽水や下水等の浄化方法と装置に関する。

下水道の処理水流入がある閉鎖性水域の海水は、合流式下水道からの雨天時越流水によって汚染されることが知られている。また、赤潮や台風時の荒波による底泥の舞い上がりなどによっても汚染が生じる。処理対象を海水や汽水とした場合、その量は膨大であり、ろ過処理を行なう場合は、ろ過体の大きさも膨大になる。生物膜ろ過法は、好気性ろ床法とも呼ばれ、活性汚泥に代わる下水処理方法として開発され、現在では排水処理の分野で広く利用されており、ＳＳ成分の他にＮＨ_４−Ｎを硝化することができる。

海水の浄化方法としては、主として水族館の水質管理を目的にろ過方法の検討がなされているが、０．６ｍｍ程度の上水道に使用される砂が用いられ、重力ろ過方式にてろ過する場合、ろ過速度は６０〜１２０ｍ／日、圧力ろ過方式でろ過する場合、１７０〜２４０ｍ／日である。更に、この技術の延長として、ろ材径１ｍｍ程度の砂やアンスラサイトを用いて、水族館の水処理に利用され、硝化反応も実施されている。水族館では、魚類の飼育のために散気を施しているので、年間で安定した原水の溶存酸素によって、硝化反応を起こすことが可能であり、圧力式のろ過を施すことでろ過速度を高めて、硝化反応を起こす装置も実用化されている。
ろ過速度の向上を図ることを目的にして、ろ材として粒径０．８〜１．１ｍｍ、均等係数が１．４以下、比重が２以下、空隙率が５０％のアンスラサイトを用い、３００ｍ／日以上でろ過処理する方法がある。

前記従来技術には、次のような問題点がある。
すなわち、水中のＳＳ成分の除去と同時にＮＨ_４−Ｎを硝化したいとき、ろ過速度を犠牲にして通気を施することで溶存酸素を供給する必要がある。また、通気操作によって、ろ抗が上昇しやすくなり逆洗頻度が増加する。逆に、処理速度を上げるために通気をせずに３００ｍ／日でろ過する場合、海水由来の溶存酸素が、２ｍｇ／Ｌ程度まで低下する夏季などは、ＮＨ_４−Ｎの硝化はできない。
圧力式のろ過装置を用いる場合、処理量が膨大なため非常に大きな動力が必要になると同時に、管理された水族館のように安定した原水水質ではなく、海水の場合は、天候などによって大きく変動するため、装置の維持管理も困難になる。
特開平１０−２１１４０４号公報「環境技術」Ｖｏｌ．１９，Ｎｏ．５．Ｐ２６〜２９（１９９０）「工業用水」、第３９９号、Ｐ１３〜２４（１９９１）

本発明は、前記従来技術の問題点を解消し、処理速度を高めたままで、ＳＳ及びＮＨ_４−Ｎを安定して除去できる水の浄化方法と装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明では、浮遊物質を含有する水の浄化方法において、前記水に溶存酸素を供給した後、粒状担体を充填したろ材層を通してろ過処理することで硝化反応をさせることを特徴とする水の浄化方法としたものである。
前記浄化方法において、ろ過処理は、粒径が２〜１０ｍｍ、望ましくは２〜３ｍｍ、均等係数１．２以下のアンスラサイトなどの粒状担体を充填したろ材層を通して行い、ろ材層に通気を行わずに、処理速度をＬＶ＝３００〜５００ｍ／日でろ過処理を行うことができ、また、前記溶存酸素の供給は、前記水に散気して行うか、又は前記水への滝落とし効果によって行うことができる。
また、本発明では、浮遊物質を含有する水の浄化装置において、前記水に溶存酸素を供給する手段と、該溶存酸素が供給された水を通してろ過処理する粒状担体を充填したろ材層とからなることを特徴とする水の浄化装置としたものである。

本発明によれば、本方式を採用する浄化設備において、前処理として原水に散気処理を施し、硝化反応に必要な溶存酸素を供給することで、ろ過処理装置での通気をなくし、ろ過速度を高めることで処理効率を上げることができる。ろ材径２〜３ｍｍ、均等係数１．２程度のアンスラサイトなどを用いて、通常時はＬＶ＝３００〜５００ｍ／日程度の高速運転を行ない、赤潮発生時や台風通過後の海水が汚れた時にＬＶ＝１００〜３００ｍ／日の低速運転を行なうことで、年間を通じて安定した処理を行なうことができた。また下水の２次処理水といった比較的アンモニア性窒素が低い原水を対象にすれば、本方式によって容易に高速ろ過及び硝化反応を起こすことができる。

本発明は、海水の浄化にあたり、取水した原水を原水槽に貯留し、そこで散気装置により散気することで溶存酸素を人為的に供給する。元々海水の溶存酸素が高く、６ｍｇ／Ｌ以上存在する秋〜春においては、特に問題ではないが、夏季において、特に閉鎖性水域などでは、溶存酸素が２ｍｇ／Ｌ程度まで下がることがあるため、好ましくは、ろ過処理の前に６ｍｇ／Ｌ以上にする。ろ材は、海水によって馴致した微生物は作用が強力なため、活性炭や無機多孔質材の様に微生物が付着しやすいものに特定する必要はなく、砂やアンスラサイトなどの表面が平坦な材料でも、本発明は大きな効果を発揮する。ろ材として、粒径が２〜１０ｍｍ、望ましくは２〜３ｍｍ、均等係数１．２以下のろ材を用いる。ＬＶ＝３００〜５００ｍ／日のろ過速度で、年間を通じて安定した処理水質を得る。

次に、本発明を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の海水の浄化方法を示すフロー構成図である。
図２は本発明に用いるろ過装置を示す断面構成図である。
各図毎に、その詳細を以下に述べる。すなわち、図１におけるフロー構成図では、海水１を海から取水し、原水槽３に貯留する。この原水槽３で、散気装置４によって散気する。原水槽３には、溶存酸素濃度を測定できるＤＯ計１３が設置されている。
溶存酸素が高まった水は、ろ過原水ポンプ６によって生物膜ろ過装置７に導入され、ろ過される。

ろ過処理水は、処理水槽９に貯留され、その水の一部は逆洗水として利用される。処理水は、処理水ポンプ１２によって処理対象区画へ送られる。逆洗排水は、逆洗排水槽１０に貯留され、逆洗排水ポンプ１１によって、図示されていない排水処理設備であるろ材を充填した生物膜ろ過装置に流入させ、下向流にてろ過する。ろ過処理水は処理水槽に貯留され、処理水ポンプによって処理対象区画に放流する。逆洗ポンプ６及び逆洗ブロアによって定期的に逆洗を施した後の逆洗排水は逆洗排水槽１０に貯留し、逆洗排水ポンプ１１によって排水処理設備に移送する。

図２で示す本発明方法で用いるろ過装置では、処理原水が上部から流入管２１を通じて流入する下向流である。バッフルプレート２２を介して、ろ材２３に流入しろ過される。ろ材には、径２〜３ｍｍ、均等係数１．２のアンスラサイトを充填している。ろ材の下には支持材２４として径５〜４０ｍｍの砂利を規則的に充填した層を設けている。支持材２４の内部には、処理水を集水して排除する集水管２５と、逆洗時の空洗管２６が装備されている。集水管２５と空洗管２６の位置関係は逆でも構わない。ろ過装置外部には、上から排水管２７、中間排水管２８が取り付けてある。生物膜ろ過の場合、ろ過処理中通気操作を行う場合が有るが、本ろ過装置では、被処理水の溶存酸素を利用するため、通気を必要としない。

以下に、本発明を実際に組み込んだ海水浄化試験での運転結果について詳細に説明する。
図３に、実施例で用いた本発明の方法による処理フローと、従来方法を行う処理フローのフロー構成図を示す。
水深２〜５ｍの海辺において、海底から１ｍの地点で取水した原水を、海水取水ポンプ１によって取水し、原水槽３に貯留している。本発明方法の処理フローは図１に示した基本フローとした。散気装置４からの散気量は、０．０６ｍ^３／ｍ^２／分とした。比較例として従来法を２種類示した。従来方法（１）では、原水槽３で散気せず、生物膜ろ過装置７でも通気をしないことで構成した。従来方法（２）では、従来方法（１）と同様に原水槽３で散気しないが、生物膜ろ過装置７で通気ブロア１４によって通気した。

本発明方法としての生物膜ろ過装置７と、従来方法としてのろ過装置７を用いるフローを、並列にて５月から翌年４月まで１年間（３５０日）運転した。それぞれの処理水は５０ｍ四方を区画した海へ放流した。
本発明方法及び従来方法（１）では、ＬＶ＝３００〜５００ｍ／日で運転し、従来方法（２）ではＬＶ＝１００〜２００ｍ／日で運転した。
表１に、本発明方法と従来方法に用いた生物膜ろ過装置の概要を、表２に、ろ過速度と処理水量をまとめて示す。表３に、原水性状について、表４に、本発明方法と従来方法（１）及び（２）の結果をまとめて示す。

本発明方法では、ろ過速度が５００ｍ／日の高速であるにも関わらず、ＳＳのみならずＮＨ_４−Ｎも安定して除去することができた。ＳＳについては、実施期間３５０日間の処理水の平均で１．２ｍｇ／Ｌ、６月〜１０月は１．５ｍｇ／Ｌであり、これはろ過速度が同じ従来方法（１）と同等のレベルであった。ＮＨ_４−Ｎについては、本発明法では安定して０．１ｍｇ／Ｌ未満であったが、散気の前処理が無かった従来方法（１）では、硝化反応は鈍く、特に６月から１０月の原水のＤＯが低くなる時期は、殆ど硝化反応は起きなかった。
従来方法（２）では、通気をすることでＮＨ_４−Ｎの硝化を行なっているので、処理水のＮＨ_４−Ｎ平均濃度は０．１ｍｇ／Ｌ未満であった。ろ過速度を２００ｍ／日に固定しているため、実施期間の３５０日間における総処理水量は５９３，０００ｍ^３であった。本発明方法では１，５３０，０００ｍ^３となり２．６倍に及んだ。

本発明の浄化方法の一例を示すフロー構成図。本発明に用いるろ過装置の一例を示す断面構成図。実施例に用いた浄化方法のフロー構成図。

符号の説明

１：海水、２：海水取水ポンプ、３：原水槽、４：散気装置、５：散気ブロア、６：ろ過原水ポンプ、７：生物膜ろ過装置、８：逆洗ポンプ、９：処理水槽、１０：逆洗排水槽、１１：逆洗排水ポンプ、１２：処理水ポンプ、１３：ＤＯ計、２１：流入管、２２：バッフルプレート、２３：ろ材、２４：支持材、２５：集水管、２６：空洗管、２７：排水管、２８：中間排水管

Claims

浮遊物質を含有する水の浄化方法において、前記水に溶存酸素を供給した後、粒状担体を充填したろ材層を通してろ過処理することで硝化反応をさせることを特徴とする水の浄化方法。
前記ろ過処理は、粒径が２〜１０ｍｍ、均等係数１．２以下の粒状担体を充填したろ材層を通して、重力式生物膜ろ過処理で行うことを特徴とする請求項１に記載の水の浄化方法。
前記ろ過処理は、ろ材層に通気を行わず、ろ過速度をＬＶ＝３００〜５００ｍ／日で行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の水の浄化方法。
前記溶存酸素の供給は、前記水に散気して行うか、又は、前記水への滝落とし効果によって行うことを特徴とする請求項１、２又は３に記載の水の浄化方法。
浮遊物質を含有する水の浄化装置において、前記水に溶存酸素を供給する手段と、該溶存酸素が供給された水を通してろ過処理する粒状担体を充填したろ材層とからなることを特徴とする水の浄化装置。