浄水処理装置及び浄水処理方法
【課題】原水や凝集剤に由来するマンガン及びニッケルの含有量を、十分効率的に低減可能な浄水処理装置及び浄水処理方法を提供すること。
【解決手段】本発明の浄水処理装置１０は、表流水及び地下水から選ばれる水源から取水される原水を含み、且つマンガン及びニッケルの少なくとも一方を含有する被処理水を、浄水処理するためのものであって、被処理水にアルカリ剤を添加して当該被処理水のｐＨが高くなるように調整するアルカリ剤混和槽（ｐＨ調整手段）５と、アルカリ剤が添加された被処理水を固液分離する脱水機（固液分離手段）６と、を備えることを特徴とする。
【解決手段】本発明の浄水処理装置１０は、表流水及び地下水から選ばれる水源から取水される原水を含み、且つマンガン及びニッケルの少なくとも一方を含有する被処理水を、浄水処理するためのものであって、被処理水にアルカリ剤を添加して当該被処理水のｐＨが高くなるように調整するアルカリ剤混和槽（ｐＨ調整手段）５と、アルカリ剤が添加された被処理水を固液分離する脱水機（固液分離手段）６と、を備えることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表流水及び地下水の浄水処理装置及び浄水処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
水道水などに使用される上水の原水は、表流水や地下水から取水される。浄水処理施設では、被処理水に対して化学物質の除去や消毒などの処理が行われる。これらの処理を経て、種々の基準を満たす上水が需要地へと供給される。なお、表流水とは、河川、湖沼の水のように地表面にある陸水を意味する。
【０００３】
表流水及び地下水は、マンガンを含有する場合が多く、マンガンの効率的除去は重要な処理技術の一つであるといえる。マンガンが十分に除去されず、イオン（Ｍｎ２＋）の形でマンガンが溶解している水を水道管で移送すると、残留塩素によってＭｎ２＋が酸化され、ＭｎＯ２が水道管の内壁に付着する。内壁に付着したＭｎＯ２は、Ｍｎ２＋を酸化させる触媒として作用するため、ＭｎＯ２の付着を加速させる。ＭｎＯ２の付着は、水道水へのスケールの混入や水道管の閉塞といった問題が生じる可能性がある。また、水道水に含まれるマンガンは、臭味や着色（黒水）の原因となる。
【０００４】
また、浄水処理設備においては、原水に含まれる浮遊物質の凝集を促進させるため、凝集剤が一般に使用される。代表的な凝集剤の一つに、鉄系凝集剤がある。鉄系凝集剤には、不純物としてマンガンやニッケルが含まれている。
【０００５】
水源によって異なるが、表流水のマンガン濃度は０．１ｍｇ／Ｌ程度、地下水のマンガン濃度は数ｍｇ／Ｌにも達する場合がある。基準値として、ＷＨＯ飲料水水質ガイドラインには、マンガン濃度０．１ｍｇ／Ｌ以下、日本国の水質基準に関する省令には、マンガン濃度０．０５ｍｇ／Ｌ以下、とそれぞれ定められている。
【０００６】
浄水処理設備におけるマンガンの除去方法としては、次亜塩素酸ナトリウム等によりマンガンを酸化し、ＭｎＯ２の形にして不溶化させた後、これを分離除去する方法が知られている。また、マンガン砂と呼ばれるろ材に通水する方法も知られている（非特許文献１参照）。
【非特許文献１】「浄水技術ガイドライン（２０００年度版）」、（財）水道技術研究センター、平成１２年１２月、ｐ．３３−３６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、浄水処理設備においては、取水した原水のすべてが上水として利用可能になるわけではない。原水の一部は、排水として浄化処理設備から排出される。浄化処理設備からの排水に対しては、上水に対する上記水質基準と比較し、上限が高い基準値が設定されている。例えば、水質汚濁防止法に基づく排水規制では、排水基準としてマンガン濃度１０ｍｇ／Ｌ以下と定められている。
【０００８】
非特許文献１に記載された方法は、上水に含まれるマンガンの除去方法として、現在広く行われているものである。しかし、この方法は、マンガンの除去率が高く、確実に水質基準を満たす浄水処理を行うことができるが、次亜塩素酸ナトリウム等の酸化剤を必要とするため、浄水処理設備から排出される排水に含まれるマンガンの除去方法としては、作業性及び経済性の点から非効率的であるといえる。
【０００９】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、効率的に排水基準を満たす処理を行うことができる浄水処理装置及び浄水処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の浄水処理装置は、表流水及び地下水から選ばれる水源から取水される原水を含み、且つマンガン及びニッケルの少なくとも一方を含有する被処理水を、浄水処理するためのものであって、被処理水にアルカリ剤を添加して当該被処理水のｐＨが高くなるように調整するｐＨ調整手段と、アルカリ剤が添加された被処理水を固液分離する第１の固液分離手段と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、被処理水に対してアルカリ剤を添加してｐＨを上昇させた後、被処理水を固液分離処理することで、マンガン及びニッケルの含有量が十分に低減された分離液を得ることができる。つまり、分離された固形物とともにマンガン及びニッケルを十分に分離除去することができる。
【００１２】
被処理水のｐＨを上昇させることにより、マンガン及びニッケルが固形物とともに除去される機構については、完全に解明されたわけではない。しかし、本発明者らは、被処理水のｐＨを上昇させることにより、被処理水に含まれる浮遊物質（以下、「ＳＳ」という。）へのイオン性のマンガン及びニッケルの吸着が促進されるためと考えている。ＳＳとして、具体的には、無機物又は有機物からなる粒状物質、藻類などが挙げられる。なお、被処理水には、浄化工程で発生した酸化型のマンガン及びニッケルも含まれるが、これらもイオン性のものと同様、除去することができる。
【００１３】
本発明の浄水処理装置は、ｐＨ調整手段よりも上流側の被処理水に凝集剤を添加し、これらを混和する凝集剤混和手段を更に備えることが好ましい。被処理水に凝集剤を添加すると、固液分離処理におけるＳＳの回収率を十分に高くすることができる。ＳＳが固形物として多く回収されるため、固形物と共にマンガン及びニッケルをより効率的に分離除去することが可能となる。なお、本発明でいう上流側とは、浄水処理装置における各手段又は被処理水の相対的な位置を表すものであって、原水が供給される部分により近い側を意味する。
【００１４】
また、本発明の浄水処理装置は、凝集剤が添加された被処理水を固液分離する第２の固液分離手段を更に備え、第２の固液分離手段で分離された分離汚泥がｐＨ調整手段に供給される構成であることが好ましい。
【００１５】
ＳＳ濃度が高められた分離汚泥を被処理水としてｐＨ調整手段に供給し、これに対してｐＨ調整及び固液分離処理を行うことで、より効率的なマンガン及びニッケルの分離除去が可能となる。第２の固液分離手段でＳＳが濃縮されており、後段のｐＨ調整手段及び第１の固液分離手段において処理すべき水量が低減されるためである。これに加え、マンガン及びニッケルの高い除去率が達成される。ＳＳが高濃度で存在する分離汚泥においては、ＳＳとマンガン及びニッケルとの接触効率が高く、これらの金属がＳＳに吸着されやすいためと考えられる。
【００１６】
また、本発明の浄水処理装置は、第１の固液分離手段からの分離液の少なくとも一部を、当該浄水処理装置の上流側に返送する返送路を更に備えることが好ましい。浄水処理装置がこのような返送路を備えるものであると、当該装置から系外へと排出される排水の量を低減することができる。また、マンガン及びニッケルの含有量が十分に低減している返送水が返送されるため、当該装置系内の水のマンガン及びニッケルの濃度を十分に低い値に維持することが可能である。
【００１７】
本発明の浄水処理方法は、表流水及び地下水から選ばれる水源から取水される原水を含み、且つマンガン及びニッケルの少なくとも一方を含有する被処理水を、浄水処理するためのものであって、被処理水にアルカリ剤を添加して当該被処理水のｐＨを高めるｐＨ調整工程と、ｐＨ調整後の被処理水を固液分離処理する固液分離工程と、を備えることを特徴とする。
【００１８】
本発明によれば、被処理水に対してアルカリ剤を添加してｐＨを上昇させた後、被処理水を固液分離することで、マンガン及びニッケルの含有量が十分に低減された分離液を得ることができる。つまり、分離された固形物とともにマンガン及びニッケルを十分に分離除去することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、原水や凝集剤に由来するマンガン及びニッケルの含有量を、十分効率的に低減可能な浄水処理装置及び浄水処理方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。
【００２１】
（第１実施形態）
図１は、本発明に係る浄水処理装置の第１実施形態を示す概略構成図である。図１に示す浄水処理装置１０は、着水井１、凝集剤混和槽（凝集剤混和手段）２、沈殿槽（第２の固液分離手段）３、ろ過装置４、アルカリ剤混和槽（ｐＨ調整手段）５及び脱水機（第１の固液分離手段）６を備えている。
【００２２】
着水井１は、河川や地下水などの水源から直接又は取水場を経て供給される原水の水位動揺を安定させるための槽である。
【００２３】
凝集剤混和槽２は、被処理水と凝集剤とを混和するための槽である。
【００２４】
沈殿槽３は、凝集剤混和槽２からの被処理水を、分離汚泥と分離液とに分離するための槽である。沈殿槽３の底部にはＳＳ濃度が高められた分離汚泥を排出するためのラインＬ１が接続されている。一方、分離液は、いわゆる上澄み液であり、ＳＳの含有量が十分に低減されている。沈殿槽３は、分離液をろ過装置４に供給するためのラインＬ２を備えている。なお、本明細書において「ライン」とは、管路を意味するものとする。
【００２５】
ろ過装置４は、沈殿槽３で沈殿しなかったＳＳを除去するための装置である。ろ過装置４の内部には微細なＳＳを付着させる砂層（図示せず）が設けられている。ろ過装置４は、ろ過水を排出するためのラインＬ３を備えている。なお、ろ過装置４としては、砂層を備えるものに限られず、例えば、アンスラサイトや活性炭等の炭化物や繊維ろ材を用いたろ過装置、酢酸セルロース等の有機高分子膜やセラミック等の無機性膜からなる膜ろ過装置などを採用してもよい。
【００２６】
浄水処理装置１０のろ過装置４は、その内部に砂層を備えている。沈殿槽３からの分離液に含まれるＳＳは、砂層によって吸着除去されるが、この吸着能を維持するために、定期的に砂層の逆洗が一般に行われている。
【００２７】
ろ過装置４は、通常の運転時と水の流れが逆方向となるように、ラインＬ３から水を供給する送水ポンプ（図示せず）を備えている。ろ過装置４には、除去されたＳＳを含有する逆洗排水を排出するラインＬ１５が接続されている。
【００２８】
逆洗排水は、ラインＬ１５を通じて排水槽１５に供給されるようになっている。排水槽１５は、ろ過装置４からの逆洗排水を、排水槽汚泥と排水槽処理液とに分離するための槽である。排水槽汚泥は、ラインＬ１６を通じて後述の排泥槽１１に供給されるようになっている。一方、排水槽処理液は、返送ライン（返送路）Ｌ６に接続されたラインＬ１７を通じて、返送水に添加できるようになっている。
【００２９】
逆洗処理手段は、送水ポンプ、排水槽１５及びこれらを接続するラインにより構成されている。
【００３０】
排泥槽１１は、沈殿槽３からの分離汚泥及び排水槽１５からの排水槽汚泥を、排泥槽汚泥と排泥槽処理液とに分離するための槽である。排泥槽汚泥は、ラインＬ１１を通じて後述の汚泥濃縮槽１２に供給されるようになっている。一方、排泥槽処理液は、返送ラインＬ６に接続されたラインＬ１２を通じて、返送水に添加できるようになっている。
【００３１】
汚泥濃縮槽１２は、排泥槽１１からの排泥槽汚泥を、濃縮汚泥と汚泥濃縮槽処理液とに分離するための槽である。濃縮汚泥は、ラインＬ１３を通じてアルカリ剤混和槽５に供給されるようになっている。一方、汚泥濃縮槽処理液は、返送ラインＬ６に接続されたラインＬ１４を通じて、返送水に添加できるようになっている。濃縮手段は、排泥槽１１、汚泥濃縮槽１２及びこれらを接続するラインにより構成されている。なお、排泥槽１１で十分に汚泥の濃縮を行うことで、汚泥濃縮槽１２を省略することもできる。
【００３２】
なお、ろ過装置４の後段には、ろ過装置４からのろ過水に塩素を注入して消毒処理を行う塩素添加装置を設置することができる。
【００３３】
アルカリ剤混和槽５は、ラインＬ１を通じて供給される分離汚泥のｐＨ調整を行う槽である。アルカリ剤混和槽５は、図示していないがアルカリ剤供給装置を備え、ｐＨ測定器を設けることが好ましい。また、アルカリ剤混和槽５は、添加されたアルカリ剤と分離汚泥とを十分に混和するため、攪拌機（図示せず）を設けることが好ましい。ｐＨ測定器の測定結果に基づき、分離汚泥のｐＨが所定値となるようにアルカリ剤の供給量を制御するようにすれば、より正確にｐＨ調整を行うことができる。なお、アルカリ剤混和槽５に無機凝集剤や高分子凝集剤を添加することで、より速く低含水率の脱水を行うことができる。
【００３４】
脱水機６は、アルカリ剤混和槽５からの分離汚泥の固液分離処理を行うためのものである。脱水機６からは、分離汚泥に含まれる固形物（脱水汚泥）が取り除かれた脱水分離液が排出される。脱水機６には、ラインＬ４及びラインＬ５が接続されている。これらのラインは、それぞれ脱水汚泥及び脱水分離液を排出するためのものである。
【００３５】
脱水機６としては、あらゆる脱水機が適用可能であり、例えば、フィルタープレス脱水機、真空脱水機などが挙げられる。これらの脱水機は１種を単独もしくは複数で又は２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００３６】
ラインＬ５には、脱水分離液の少なくとも一部を着水井１に返送するための返送ライン（返送路）Ｌ６が接続されている。返送ラインＬ６で返送される水は、返送水と称されるものである。返送水は、着水井１において原水と混合され、再び被処理水の一部として凝集剤混和槽２に供給される。
【００３７】
次に、浄水処理装置１０を用いた被処理水の浄化処理方法について説明する。
【００３８】
着水井１において原水と返送水とを混合し、この混合水（被処理水）を凝集剤混和槽２に導入する。凝集剤混和槽２において、被処理水に対して所定量の凝集剤を添加する。凝集剤の添加は、凝集剤混和槽２内の被処理水を攪拌しながら行うことが好ましい（凝集剤混和工程）。
【００３９】
凝集剤の添加量は、被処理水の濁度又はＳＳ濃度に応じて設定すればよい
【００４０】
凝集剤としては、例えば、塩化第二鉄、硫酸第二鉄、ポリシリカ鉄凝集剤（ＰＳＩ）などの鉄系凝集剤、ポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）凝集剤などのアルミニウム系凝集剤が挙げられる。これらの凝集剤は１種を単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００４１】
上記の鉄系凝集剤は不純物としてマンガン及びニッケルを含有している。このため、添加する無機凝集剤の種類によっては、無機凝集剤の添加に伴い、被処理水のマンガン及びニッケルの濃度の上昇してしまう場合がある。
【００４２】
更に、マンガン及びニッケルに限らず、他の金属の濃度が無機凝集剤の添加により上昇する場合がある。例えば、アルミニウム系凝集剤を添加すると、被処理水のアルミニウム濃度が上昇する場合がある。神経性疾患との因果関係が懸念されているため、日本国の水質基準に関する省令には、アルミニウム濃度０．２ｍｇ／Ｌ以下と定められている。
【００４３】
凝集剤混和槽２で凝集剤が添加された被処理水を沈殿槽３に導入する。沈殿槽３において、被処理水に含まれるＳＳを沈降させ、沈殿槽３の底部に汚泥を沈殿させる。これにより、ＳＳ濃度が高められた分離汚泥を得る（汚泥濃縮工程）。沈殿槽３の底部に接続されたラインＬ１から沈殿した汚泥を分離汚泥として排出する。
【００４４】
ラインＬ１を通じ、分離汚泥をアルカリ剤混和槽５に導入する。アルカリ剤混和槽５において、分離汚泥に対してアルカリ剤を添加する。アルカリ剤混和槽５内の分離汚泥を攪拌しながら、所定の値となるように分離汚泥のｐＨを調整する（ｐＨ調整工程）。ｐＨの調整は、アルカリ剤混和槽５のｐＨ測定器及びアルカリ剤供給装置によって自動的に行うことができる。なお、ｐＨ測定器の測定値を確認しながら、手動でアルカリ剤を添加してもよい。
【００４５】
アルカリ剤混和槽５内の分離汚泥のｐＨは、７．０以上に調整することが好ましく、８．０以上に調整することがより好ましい。このｐＨが７．０未満であると、マンガン及びニッケルの除去が不十分となる傾向がある。なお、分離汚泥にアルミニウムが含まれている場合、分離汚泥のｐＨは、７．０〜９．０に調整することが好ましく、７．５〜８．５に調整することがより好ましい。アルミニウムの溶解度が低いｐＨ領域は、４．０〜９．０程度の範囲に限られているためである。分離汚泥のｐＨを９．０よりも高い値に調整すると、不溶物の状態となっているアルミニウムが溶出し、アルミニウムの効率的な除去が困難となる。
【００４６】
ｐＨを７以上に上昇させると、脱水性が低下するという問題が生じる場合がある。この場合は、水酸化カルシウム懸濁液をアルカリ剤として用いることで、この問題を改善できる。また、アルカリ剤混和槽５では、脱水性を高めるために無機凝集剤や高分子凝集剤を添加してもよい。
【００４７】
アルカリ剤混和槽５においてｐＨを調整した分離汚泥を脱水機６に導入する。脱水機６における脱水処理によって、分離汚泥を脱水汚泥と脱水分離液とに分離する（固液分離工程）。脱水機６に接続されたラインＬ４から脱水汚泥を排出する。ここで排出される脱水汚泥とともに、マンガン等を排出することができる。
【００４８】
このとき、マンガン等は脱水汚泥に吸着しているものと考えられる。これにより、マンガン等の含有量が十分に低減した脱水分離液を得ることができる。脱水分離液を公用水域に放流する場合は、排水基準値である、マンガン濃度１０ｍｇ／Ｌ以下、鉄濃度１０ｍｇ／Ｌ以下に低減する必要がある。一方、脱水分離液を着水井１へと返送する場合には、浄水工程の負荷をできる限り低減するためにも、マンガン、ニッケルの除去率を高める運転を行うことが好ましい。これらの物質の除去率は、被処理液のｐＨ、ＳＳ濃度等に依存し、ｐＨ、ＳＳ濃度を調整することで、高いマンガン、ニッケル等の除去が達成される。
【００４９】
脱水機６からの脱水汚泥は、場外にて産廃処分、あるいは乾燥処理を行い、農地還元やセメント材料として、有効利用することができる。
【００５０】
沈殿槽３で分離した分離液を、ラインＬ２を通じてろ過装置４に導入する。分離液をろ過装置４内部の砂層を通過させ、ＳＳ濃度が更に低減されたろ過水を得る。なお、ろ過装置からのろ過水に対して塩素を添加して消毒処理を行ってもよい。
【００５１】
本実施形態に係る浄水処理装置によれば、分離汚泥に含まれるマンガン等の除去処理を十分に効率的に行うことができる。すなわち、アルカリ剤混和槽５におけるｐＨ調整及び脱水機６における固液分離処理という、極めて簡便的な処理によって、マンガン等の除去を行うことができる。
【００５２】
本実施形態では、従来の方法と比較し、酸化剤の使用量を十分に低減できるという利点がある。これは、マンガン等の除去処理を経ていない返送水が混合された被処理水を浄化処理する場合と比較し、本実施形態によれば、マンガン等の濃度十分に低減されたろ過水を得ることができるためである。
【００５３】
浄水処理装置１０によれば、逆洗処理により生じる逆洗排水を再利用することができ、当該装置から系外へと排出される排水の量を低減することができる。
【００５４】
また、ＳＳ濃度を高めることが可能な排泥槽１１及び汚泥濃縮槽１２を備えているため、濃縮汚泥のＳＳ濃度をマンガン等の除去処理に好適な値に調整することが容易である。
【００５５】
更に、浄水処理装置１０は、アルカリ剤混和槽５において濃縮汚泥と脱水助剤とを混和可能である。これにより、脱水機６における優れた脱水性（高い脱水速度、高いＳＳ除去率、脱水汚泥の低い含水率）が実現可能となる。
【００５６】
以上、本発明に係る浄水処理装置及び方法の実施形態について説明したが、上記実施形態に限定されるものではなく、以下のような形態であってもよい。例えば、凝集剤混和槽は、凝集剤とともにその他の薬剤を被処理水に対して添加可能な構成としてもよい。その他の薬剤としては、例えば、消泡剤、消臭剤などが挙げられる。これらの薬剤は１種を単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。なお、上記実施形態では、凝集剤やアルカリ剤を混和する手段として、混和槽を採用しているが、これらの薬剤と液体とを混和可能なものであれば、混和槽に限定されるものではない。
【実施例】
【００５７】
以下に実施例に基づき、本発明を具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。
【００５８】
＜浄水汚泥処理試験＞
（実施例１）
浄水処理設備（鹿行浄水場）の濃縮槽から２００６年１月２４日に汚泥（以下、「浄水汚泥」という。）を採取した。この浄水汚泥に対し、浄水汚泥のＴＳ（蒸発残留物）１ｋｇ当たりのＭｎ２＋含有量が１０００ｍｇ、Ｎｉ２＋含有量が１００ｍｇとなるようにＭｎＳＯ４・５Ｈ２Ｏ及びＮｉＳＯ４・６Ｈ２Ｏを添加した。これらの金属塩を所定量含有せしめることで、塩化第二鉄を使用した場合のマンガン及びニッケルの含有量を模擬する被処理水を調製した。なお、被処理水は、３日以上静置した、還元雰囲気下にある汚泥である。浄水汚泥及び被処理水に対して行った種々の測定の結果を表１に示す。表１中のＤＳ濃度及びＶＴＳ濃度は、溶解性物質濃度及び揮発性蒸発残留物をそれぞれ示す。
【００５９】
【表１】
【００６０】
上記の被処理水２００ｍｌを別の容器に移し、これにアルカリ剤として水酸化ナトリウムを添加して１０分間攪拌し、ｐＨが７となるようにｐＨ調整を行った。
【００６１】
ｐＨ調整後、被処理水をろ過し、固液分離を行った。なお、ろ紙として微細沈殿用（Ｎｏ．５Ｃ）のものを使用した。ろ液のＭｎ、Ｎｉ、Ａｌ及びＦｅ濃度についてＩＣＰ質量分析装置を用いて測定した。測定結果を表２に示す。
【００６２】
（実施例２）
実施例１で用いた被処理水と同様にして調製した被処理水２００ｍｌに、水酸化ナトリウム水溶液を添加して攪拌し、ｐＨが８となるようにｐＨ調整を行ったことの他は、実施例１と同様にして被処理水を処理した。測定結果を表２に示す。
【００６３】
（実施例３）
実施例１で用いた被処理水と同様にして調製した被処理水２００ｍｌに、水酸化ナトリウム水溶液を添加して攪拌し、ｐＨが９となるようにｐＨ調整を行ったことの他は、実施例１と同様にして被処理水を処理した。測定結果を表２に示す。
【００６４】
（実施例４）
実施例１で用いた被処理水と同様にして調製した被処理水２００ｍｌに、水酸化ナトリウム水溶液を添加して攪拌し、ｐＨが１０となるようにｐＨ調整を行ったことの他は、実施例１と同様にして被処理水を処理した。測定結果を表２に示す。
【００６５】
（実施例５）
実施例１で用いた被処理水と同様にして調製した被処理水２００ｍｌに、水酸化ナトリウム水溶液を添加して攪拌し、ｐＨが１１となるようにｐＨ調整を行ったことの他は、実施例１と同様にして被処理水を処理した。測定結果を表２に示す。
【００６６】
（比較例１）
実施例１で用いた被処理水と同様にして調製した被処理水２００ｍｌを、ｐＨ調整をすることなく、ろ過したことの他は、実施例１と同様にして被処理水を処理した。測定結果を表３に示す。
【００６７】
（比較例２）
実施例１で用いた被処理水と同様にして調製した被処理水２００ｍｌに、硫酸を添加して攪拌し、ｐＨが６となるようにｐＨ調整を行ったことの他は、実施例１と同様にして被処理水を処理した。測定結果を表３に示す。
【００６８】
（比較例３）
実施例１で用いた被処理水と同様にして調製した被処理水２００ｍｌに、硫酸を添加して攪拌し、ｐＨが５となるようにｐＨ調整を行ったことの他は、実施例１と同様にして被処理水を処理した。測定結果を表３に示す。測定結果を表２に示す。
【００６９】
（比較例４）
実施例１で用いた被処理水と同様にして調製した被処理水２００ｍｌに、硫酸を添加して攪拌し、ｐＨが４となるようにｐＨ調整を行ったことの他は、実施例１と同様にして被処理水を処理した。測定結果を表３に示す。測定結果を表２に示す。
【００７０】
【表２】
【００７１】
【表３】
【００７２】
＜浄水汚泥処理試験（曝気処理あり）＞
（実施例６〜１０及び比較例５〜８）
被処理水に含まれる物質の酸化状態の相違による影響を調べるため、水酸化ナトリウムもしくは硫酸による被処理水のｐＨ調整の前に、１２時間の曝気処理を被処理水に対して行った。曝気処理を行ったことの他は、実施例１〜５及び比較例１〜４の処理と同様にして被処理水を処理した。曝気処理を行う前の被処理水は、上記の実施例１と同様の方法で調製したものを用いた。なお、実施例１〜５及び比較例１〜４での処理に曝気処理を加えた例が、それぞれ実施例６〜１０及び比較例５〜８に該当する。
【００７３】
【表４】
【００７４】
【表５】
【００７５】
＜脱水助剤添加試験＞
代表的な脱水助剤である、ポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）及び塩化第二鉄（ＦｅＣｌ３）が添加された被処理水に含まれるマンガン等の除去処理を行った。脱水性を向上させるための脱水助剤成分の影響を確認するのが本試験の目的である。
【００７６】
具体的には、下記のようにして脱水助剤を添加し、上記の浄水汚泥処理試験を行った。すなわち、脱水助剤としてＰＡＣ又はＦｅＣｌ３を使用し、これを被処理水に所定量添加したことの他は、上述の浄水汚泥処理試験（曝気処理なし）と同様に各処理を行った。なお、脱水助剤添加前の被処理水のＴＳ物質１ｋｇ当たり１０ｇとなるようにＰＡＣ又はＦｅＣｌ３を添加した。
【００７７】
図２〜５に上記の浄水汚泥処理試験（曝気処理なし）及び脱水助剤添加試験の結果をグラフに示した。図２〜５は横軸に被処理水のｐＨ、縦軸にろ液のＭｎ、Ｎｉ、Ａｌ及びＦｅ濃度をそれぞれプロットしたグラフである。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明に係る浄水処理装置の好適な実施形態を示す概略構成図である。
【図２】ろ液のマンガン濃度と被処理水のｐＨとの関係を示すグラフである。
【図３】ろ液のニッケル濃度と被処理水のｐＨとの関係を示すグラフである。
【図４】ろ液のアルミニウム濃度と被処理水のｐＨとの関係を示すグラフである。
【図５】ろ液の鉄濃度と被処理水のｐＨとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００７９】
１…着水井、２…凝集剤混和槽（凝集剤混和手段）、３…沈殿槽（第２の固液分離手段）、４…ろ過装置、５…アルカリ剤混和槽（ｐＨ調整手段）、６…脱水機（第１の固液分離手段）、Ｌ６…返送ライン（返送路）、１０…浄水処理装置。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表流水及び地下水の浄水処理装置及び浄水処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
水道水などに使用される上水の原水は、表流水や地下水から取水される。浄水処理施設では、被処理水に対して化学物質の除去や消毒などの処理が行われる。これらの処理を経て、種々の基準を満たす上水が需要地へと供給される。なお、表流水とは、河川、湖沼の水のように地表面にある陸水を意味する。
【０００３】
表流水及び地下水は、マンガンを含有する場合が多く、マンガンの効率的除去は重要な処理技術の一つであるといえる。マンガンが十分に除去されず、イオン（Ｍｎ２＋）の形でマンガンが溶解している水を水道管で移送すると、残留塩素によってＭｎ２＋が酸化され、ＭｎＯ２が水道管の内壁に付着する。内壁に付着したＭｎＯ２は、Ｍｎ２＋を酸化させる触媒として作用するため、ＭｎＯ２の付着を加速させる。ＭｎＯ２の付着は、水道水へのスケールの混入や水道管の閉塞といった問題が生じる可能性がある。また、水道水に含まれるマンガンは、臭味や着色（黒水）の原因となる。
【０００４】
また、浄水処理設備においては、原水に含まれる浮遊物質の凝集を促進させるため、凝集剤が一般に使用される。代表的な凝集剤の一つに、鉄系凝集剤がある。鉄系凝集剤には、不純物としてマンガンやニッケルが含まれている。
【０００５】
水源によって異なるが、表流水のマンガン濃度は０．１ｍｇ／Ｌ程度、地下水のマンガン濃度は数ｍｇ／Ｌにも達する場合がある。基準値として、ＷＨＯ飲料水水質ガイドラインには、マンガン濃度０．１ｍｇ／Ｌ以下、日本国の水質基準に関する省令には、マンガン濃度０．０５ｍｇ／Ｌ以下、とそれぞれ定められている。
【０００６】
浄水処理設備におけるマンガンの除去方法としては、次亜塩素酸ナトリウム等によりマンガンを酸化し、ＭｎＯ２の形にして不溶化させた後、これを分離除去する方法が知られている。また、マンガン砂と呼ばれるろ材に通水する方法も知られている（非特許文献１参照）。
【非特許文献１】「浄水技術ガイドライン（２０００年度版）」、（財）水道技術研究センター、平成１２年１２月、ｐ．３３−３６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、浄水処理設備においては、取水した原水のすべてが上水として利用可能になるわけではない。原水の一部は、排水として浄化処理設備から排出される。浄化処理設備からの排水に対しては、上水に対する上記水質基準と比較し、上限が高い基準値が設定されている。例えば、水質汚濁防止法に基づく排水規制では、排水基準としてマンガン濃度１０ｍｇ／Ｌ以下と定められている。
【０００８】
非特許文献１に記載された方法は、上水に含まれるマンガンの除去方法として、現在広く行われているものである。しかし、この方法は、マンガンの除去率が高く、確実に水質基準を満たす浄水処理を行うことができるが、次亜塩素酸ナトリウム等の酸化剤を必要とするため、浄水処理設備から排出される排水に含まれるマンガンの除去方法としては、作業性及び経済性の点から非効率的であるといえる。
【０００９】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、効率的に排水基準を満たす処理を行うことができる浄水処理装置及び浄水処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の浄水処理装置は、表流水及び地下水から選ばれる水源から取水される原水を含み、且つマンガン及びニッケルの少なくとも一方を含有する被処理水を、浄水処理するためのものであって、被処理水にアルカリ剤を添加して当該被処理水のｐＨが高くなるように調整するｐＨ調整手段と、アルカリ剤が添加された被処理水を固液分離する第１の固液分離手段と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、被処理水に対してアルカリ剤を添加してｐＨを上昇させた後、被処理水を固液分離処理することで、マンガン及びニッケルの含有量が十分に低減された分離液を得ることができる。つまり、分離された固形物とともにマンガン及びニッケルを十分に分離除去することができる。
【００１２】
被処理水のｐＨを上昇させることにより、マンガン及びニッケルが固形物とともに除去される機構については、完全に解明されたわけではない。しかし、本発明者らは、被処理水のｐＨを上昇させることにより、被処理水に含まれる浮遊物質（以下、「ＳＳ」という。）へのイオン性のマンガン及びニッケルの吸着が促進されるためと考えている。ＳＳとして、具体的には、無機物又は有機物からなる粒状物質、藻類などが挙げられる。なお、被処理水には、浄化工程で発生した酸化型のマンガン及びニッケルも含まれるが、これらもイオン性のものと同様、除去することができる。
【００１３】
本発明の浄水処理装置は、ｐＨ調整手段よりも上流側の被処理水に凝集剤を添加し、これらを混和する凝集剤混和手段を更に備えることが好ましい。被処理水に凝集剤を添加すると、固液分離処理におけるＳＳの回収率を十分に高くすることができる。ＳＳが固形物として多く回収されるため、固形物と共にマンガン及びニッケルをより効率的に分離除去することが可能となる。なお、本発明でいう上流側とは、浄水処理装置における各手段又は被処理水の相対的な位置を表すものであって、原水が供給される部分により近い側を意味する。
【００１４】
また、本発明の浄水処理装置は、凝集剤が添加された被処理水を固液分離する第２の固液分離手段を更に備え、第２の固液分離手段で分離された分離汚泥がｐＨ調整手段に供給される構成であることが好ましい。
【００１５】
ＳＳ濃度が高められた分離汚泥を被処理水としてｐＨ調整手段に供給し、これに対してｐＨ調整及び固液分離処理を行うことで、より効率的なマンガン及びニッケルの分離除去が可能となる。第２の固液分離手段でＳＳが濃縮されており、後段のｐＨ調整手段及び第１の固液分離手段において処理すべき水量が低減されるためである。これに加え、マンガン及びニッケルの高い除去率が達成される。ＳＳが高濃度で存在する分離汚泥においては、ＳＳとマンガン及びニッケルとの接触効率が高く、これらの金属がＳＳに吸着されやすいためと考えられる。
【００１６】
また、本発明の浄水処理装置は、第１の固液分離手段からの分離液の少なくとも一部を、当該浄水処理装置の上流側に返送する返送路を更に備えることが好ましい。浄水処理装置がこのような返送路を備えるものであると、当該装置から系外へと排出される排水の量を低減することができる。また、マンガン及びニッケルの含有量が十分に低減している返送水が返送されるため、当該装置系内の水のマンガン及びニッケルの濃度を十分に低い値に維持することが可能である。
【００１７】
本発明の浄水処理方法は、表流水及び地下水から選ばれる水源から取水される原水を含み、且つマンガン及びニッケルの少なくとも一方を含有する被処理水を、浄水処理するためのものであって、被処理水にアルカリ剤を添加して当該被処理水のｐＨを高めるｐＨ調整工程と、ｐＨ調整後の被処理水を固液分離処理する固液分離工程と、を備えることを特徴とする。
【００１８】
本発明によれば、被処理水に対してアルカリ剤を添加してｐＨを上昇させた後、被処理水を固液分離することで、マンガン及びニッケルの含有量が十分に低減された分離液を得ることができる。つまり、分離された固形物とともにマンガン及びニッケルを十分に分離除去することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、原水や凝集剤に由来するマンガン及びニッケルの含有量を、十分効率的に低減可能な浄水処理装置及び浄水処理方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。
【００２１】
（第１実施形態）
図１は、本発明に係る浄水処理装置の第１実施形態を示す概略構成図である。図１に示す浄水処理装置１０は、着水井１、凝集剤混和槽（凝集剤混和手段）２、沈殿槽（第２の固液分離手段）３、ろ過装置４、アルカリ剤混和槽（ｐＨ調整手段）５及び脱水機（第１の固液分離手段）６を備えている。
【００２２】
着水井１は、河川や地下水などの水源から直接又は取水場を経て供給される原水の水位動揺を安定させるための槽である。
【００２３】
凝集剤混和槽２は、被処理水と凝集剤とを混和するための槽である。
【００２４】
沈殿槽３は、凝集剤混和槽２からの被処理水を、分離汚泥と分離液とに分離するための槽である。沈殿槽３の底部にはＳＳ濃度が高められた分離汚泥を排出するためのラインＬ１が接続されている。一方、分離液は、いわゆる上澄み液であり、ＳＳの含有量が十分に低減されている。沈殿槽３は、分離液をろ過装置４に供給するためのラインＬ２を備えている。なお、本明細書において「ライン」とは、管路を意味するものとする。
【００２５】
ろ過装置４は、沈殿槽３で沈殿しなかったＳＳを除去するための装置である。ろ過装置４の内部には微細なＳＳを付着させる砂層（図示せず）が設けられている。ろ過装置４は、ろ過水を排出するためのラインＬ３を備えている。なお、ろ過装置４としては、砂層を備えるものに限られず、例えば、アンスラサイトや活性炭等の炭化物や繊維ろ材を用いたろ過装置、酢酸セルロース等の有機高分子膜やセラミック等の無機性膜からなる膜ろ過装置などを採用してもよい。
【００２６】
浄水処理装置１０のろ過装置４は、その内部に砂層を備えている。沈殿槽３からの分離液に含まれるＳＳは、砂層によって吸着除去されるが、この吸着能を維持するために、定期的に砂層の逆洗が一般に行われている。
【００２７】
ろ過装置４は、通常の運転時と水の流れが逆方向となるように、ラインＬ３から水を供給する送水ポンプ（図示せず）を備えている。ろ過装置４には、除去されたＳＳを含有する逆洗排水を排出するラインＬ１５が接続されている。
【００２８】
逆洗排水は、ラインＬ１５を通じて排水槽１５に供給されるようになっている。排水槽１５は、ろ過装置４からの逆洗排水を、排水槽汚泥と排水槽処理液とに分離するための槽である。排水槽汚泥は、ラインＬ１６を通じて後述の排泥槽１１に供給されるようになっている。一方、排水槽処理液は、返送ライン（返送路）Ｌ６に接続されたラインＬ１７を通じて、返送水に添加できるようになっている。
【００２９】
逆洗処理手段は、送水ポンプ、排水槽１５及びこれらを接続するラインにより構成されている。
【００３０】
排泥槽１１は、沈殿槽３からの分離汚泥及び排水槽１５からの排水槽汚泥を、排泥槽汚泥と排泥槽処理液とに分離するための槽である。排泥槽汚泥は、ラインＬ１１を通じて後述の汚泥濃縮槽１２に供給されるようになっている。一方、排泥槽処理液は、返送ラインＬ６に接続されたラインＬ１２を通じて、返送水に添加できるようになっている。
【００３１】
汚泥濃縮槽１２は、排泥槽１１からの排泥槽汚泥を、濃縮汚泥と汚泥濃縮槽処理液とに分離するための槽である。濃縮汚泥は、ラインＬ１３を通じてアルカリ剤混和槽５に供給されるようになっている。一方、汚泥濃縮槽処理液は、返送ラインＬ６に接続されたラインＬ１４を通じて、返送水に添加できるようになっている。濃縮手段は、排泥槽１１、汚泥濃縮槽１２及びこれらを接続するラインにより構成されている。なお、排泥槽１１で十分に汚泥の濃縮を行うことで、汚泥濃縮槽１２を省略することもできる。
【００３２】
なお、ろ過装置４の後段には、ろ過装置４からのろ過水に塩素を注入して消毒処理を行う塩素添加装置を設置することができる。
【００３３】
アルカリ剤混和槽５は、ラインＬ１を通じて供給される分離汚泥のｐＨ調整を行う槽である。アルカリ剤混和槽５は、図示していないがアルカリ剤供給装置を備え、ｐＨ測定器を設けることが好ましい。また、アルカリ剤混和槽５は、添加されたアルカリ剤と分離汚泥とを十分に混和するため、攪拌機（図示せず）を設けることが好ましい。ｐＨ測定器の測定結果に基づき、分離汚泥のｐＨが所定値となるようにアルカリ剤の供給量を制御するようにすれば、より正確にｐＨ調整を行うことができる。なお、アルカリ剤混和槽５に無機凝集剤や高分子凝集剤を添加することで、より速く低含水率の脱水を行うことができる。
【００３４】
脱水機６は、アルカリ剤混和槽５からの分離汚泥の固液分離処理を行うためのものである。脱水機６からは、分離汚泥に含まれる固形物（脱水汚泥）が取り除かれた脱水分離液が排出される。脱水機６には、ラインＬ４及びラインＬ５が接続されている。これらのラインは、それぞれ脱水汚泥及び脱水分離液を排出するためのものである。
【００３５】
脱水機６としては、あらゆる脱水機が適用可能であり、例えば、フィルタープレス脱水機、真空脱水機などが挙げられる。これらの脱水機は１種を単独もしくは複数で又は２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００３６】
ラインＬ５には、脱水分離液の少なくとも一部を着水井１に返送するための返送ライン（返送路）Ｌ６が接続されている。返送ラインＬ６で返送される水は、返送水と称されるものである。返送水は、着水井１において原水と混合され、再び被処理水の一部として凝集剤混和槽２に供給される。
【００３７】
次に、浄水処理装置１０を用いた被処理水の浄化処理方法について説明する。
【００３８】
着水井１において原水と返送水とを混合し、この混合水（被処理水）を凝集剤混和槽２に導入する。凝集剤混和槽２において、被処理水に対して所定量の凝集剤を添加する。凝集剤の添加は、凝集剤混和槽２内の被処理水を攪拌しながら行うことが好ましい（凝集剤混和工程）。
【００３９】
凝集剤の添加量は、被処理水の濁度又はＳＳ濃度に応じて設定すればよい
【００４０】
凝集剤としては、例えば、塩化第二鉄、硫酸第二鉄、ポリシリカ鉄凝集剤（ＰＳＩ）などの鉄系凝集剤、ポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）凝集剤などのアルミニウム系凝集剤が挙げられる。これらの凝集剤は１種を単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００４１】
上記の鉄系凝集剤は不純物としてマンガン及びニッケルを含有している。このため、添加する無機凝集剤の種類によっては、無機凝集剤の添加に伴い、被処理水のマンガン及びニッケルの濃度の上昇してしまう場合がある。
【００４２】
更に、マンガン及びニッケルに限らず、他の金属の濃度が無機凝集剤の添加により上昇する場合がある。例えば、アルミニウム系凝集剤を添加すると、被処理水のアルミニウム濃度が上昇する場合がある。神経性疾患との因果関係が懸念されているため、日本国の水質基準に関する省令には、アルミニウム濃度０．２ｍｇ／Ｌ以下と定められている。
【００４３】
凝集剤混和槽２で凝集剤が添加された被処理水を沈殿槽３に導入する。沈殿槽３において、被処理水に含まれるＳＳを沈降させ、沈殿槽３の底部に汚泥を沈殿させる。これにより、ＳＳ濃度が高められた分離汚泥を得る（汚泥濃縮工程）。沈殿槽３の底部に接続されたラインＬ１から沈殿した汚泥を分離汚泥として排出する。
【００４４】
ラインＬ１を通じ、分離汚泥をアルカリ剤混和槽５に導入する。アルカリ剤混和槽５において、分離汚泥に対してアルカリ剤を添加する。アルカリ剤混和槽５内の分離汚泥を攪拌しながら、所定の値となるように分離汚泥のｐＨを調整する（ｐＨ調整工程）。ｐＨの調整は、アルカリ剤混和槽５のｐＨ測定器及びアルカリ剤供給装置によって自動的に行うことができる。なお、ｐＨ測定器の測定値を確認しながら、手動でアルカリ剤を添加してもよい。
【００４５】
アルカリ剤混和槽５内の分離汚泥のｐＨは、７．０以上に調整することが好ましく、８．０以上に調整することがより好ましい。このｐＨが７．０未満であると、マンガン及びニッケルの除去が不十分となる傾向がある。なお、分離汚泥にアルミニウムが含まれている場合、分離汚泥のｐＨは、７．０〜９．０に調整することが好ましく、７．５〜８．５に調整することがより好ましい。アルミニウムの溶解度が低いｐＨ領域は、４．０〜９．０程度の範囲に限られているためである。分離汚泥のｐＨを９．０よりも高い値に調整すると、不溶物の状態となっているアルミニウムが溶出し、アルミニウムの効率的な除去が困難となる。
【００４６】
ｐＨを７以上に上昇させると、脱水性が低下するという問題が生じる場合がある。この場合は、水酸化カルシウム懸濁液をアルカリ剤として用いることで、この問題を改善できる。また、アルカリ剤混和槽５では、脱水性を高めるために無機凝集剤や高分子凝集剤を添加してもよい。
【００４７】
アルカリ剤混和槽５においてｐＨを調整した分離汚泥を脱水機６に導入する。脱水機６における脱水処理によって、分離汚泥を脱水汚泥と脱水分離液とに分離する（固液分離工程）。脱水機６に接続されたラインＬ４から脱水汚泥を排出する。ここで排出される脱水汚泥とともに、マンガン等を排出することができる。
【００４８】
このとき、マンガン等は脱水汚泥に吸着しているものと考えられる。これにより、マンガン等の含有量が十分に低減した脱水分離液を得ることができる。脱水分離液を公用水域に放流する場合は、排水基準値である、マンガン濃度１０ｍｇ／Ｌ以下、鉄濃度１０ｍｇ／Ｌ以下に低減する必要がある。一方、脱水分離液を着水井１へと返送する場合には、浄水工程の負荷をできる限り低減するためにも、マンガン、ニッケルの除去率を高める運転を行うことが好ましい。これらの物質の除去率は、被処理液のｐＨ、ＳＳ濃度等に依存し、ｐＨ、ＳＳ濃度を調整することで、高いマンガン、ニッケル等の除去が達成される。
【００４９】
脱水機６からの脱水汚泥は、場外にて産廃処分、あるいは乾燥処理を行い、農地還元やセメント材料として、有効利用することができる。
【００５０】
沈殿槽３で分離した分離液を、ラインＬ２を通じてろ過装置４に導入する。分離液をろ過装置４内部の砂層を通過させ、ＳＳ濃度が更に低減されたろ過水を得る。なお、ろ過装置からのろ過水に対して塩素を添加して消毒処理を行ってもよい。
【００５１】
本実施形態に係る浄水処理装置によれば、分離汚泥に含まれるマンガン等の除去処理を十分に効率的に行うことができる。すなわち、アルカリ剤混和槽５におけるｐＨ調整及び脱水機６における固液分離処理という、極めて簡便的な処理によって、マンガン等の除去を行うことができる。
【００５２】
本実施形態では、従来の方法と比較し、酸化剤の使用量を十分に低減できるという利点がある。これは、マンガン等の除去処理を経ていない返送水が混合された被処理水を浄化処理する場合と比較し、本実施形態によれば、マンガン等の濃度十分に低減されたろ過水を得ることができるためである。
【００５３】
浄水処理装置１０によれば、逆洗処理により生じる逆洗排水を再利用することができ、当該装置から系外へと排出される排水の量を低減することができる。
【００５４】
また、ＳＳ濃度を高めることが可能な排泥槽１１及び汚泥濃縮槽１２を備えているため、濃縮汚泥のＳＳ濃度をマンガン等の除去処理に好適な値に調整することが容易である。
【００５５】
更に、浄水処理装置１０は、アルカリ剤混和槽５において濃縮汚泥と脱水助剤とを混和可能である。これにより、脱水機６における優れた脱水性（高い脱水速度、高いＳＳ除去率、脱水汚泥の低い含水率）が実現可能となる。
【００５６】
以上、本発明に係る浄水処理装置及び方法の実施形態について説明したが、上記実施形態に限定されるものではなく、以下のような形態であってもよい。例えば、凝集剤混和槽は、凝集剤とともにその他の薬剤を被処理水に対して添加可能な構成としてもよい。その他の薬剤としては、例えば、消泡剤、消臭剤などが挙げられる。これらの薬剤は１種を単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。なお、上記実施形態では、凝集剤やアルカリ剤を混和する手段として、混和槽を採用しているが、これらの薬剤と液体とを混和可能なものであれば、混和槽に限定されるものではない。
【実施例】
【００５７】
以下に実施例に基づき、本発明を具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。
【００５８】
＜浄水汚泥処理試験＞
（実施例１）
浄水処理設備（鹿行浄水場）の濃縮槽から２００６年１月２４日に汚泥（以下、「浄水汚泥」という。）を採取した。この浄水汚泥に対し、浄水汚泥のＴＳ（蒸発残留物）１ｋｇ当たりのＭｎ２＋含有量が１０００ｍｇ、Ｎｉ２＋含有量が１００ｍｇとなるようにＭｎＳＯ４・５Ｈ２Ｏ及びＮｉＳＯ４・６Ｈ２Ｏを添加した。これらの金属塩を所定量含有せしめることで、塩化第二鉄を使用した場合のマンガン及びニッケルの含有量を模擬する被処理水を調製した。なお、被処理水は、３日以上静置した、還元雰囲気下にある汚泥である。浄水汚泥及び被処理水に対して行った種々の測定の結果を表１に示す。表１中のＤＳ濃度及びＶＴＳ濃度は、溶解性物質濃度及び揮発性蒸発残留物をそれぞれ示す。
【００５９】
【表１】
【００６０】
上記の被処理水２００ｍｌを別の容器に移し、これにアルカリ剤として水酸化ナトリウムを添加して１０分間攪拌し、ｐＨが７となるようにｐＨ調整を行った。
【００６１】
ｐＨ調整後、被処理水をろ過し、固液分離を行った。なお、ろ紙として微細沈殿用（Ｎｏ．５Ｃ）のものを使用した。ろ液のＭｎ、Ｎｉ、Ａｌ及びＦｅ濃度についてＩＣＰ質量分析装置を用いて測定した。測定結果を表２に示す。
【００６２】
（実施例２）
実施例１で用いた被処理水と同様にして調製した被処理水２００ｍｌに、水酸化ナトリウム水溶液を添加して攪拌し、ｐＨが８となるようにｐＨ調整を行ったことの他は、実施例１と同様にして被処理水を処理した。測定結果を表２に示す。
【００６３】
（実施例３）
実施例１で用いた被処理水と同様にして調製した被処理水２００ｍｌに、水酸化ナトリウム水溶液を添加して攪拌し、ｐＨが９となるようにｐＨ調整を行ったことの他は、実施例１と同様にして被処理水を処理した。測定結果を表２に示す。
【００６４】
（実施例４）
実施例１で用いた被処理水と同様にして調製した被処理水２００ｍｌに、水酸化ナトリウム水溶液を添加して攪拌し、ｐＨが１０となるようにｐＨ調整を行ったことの他は、実施例１と同様にして被処理水を処理した。測定結果を表２に示す。
【００６５】
（実施例５）
実施例１で用いた被処理水と同様にして調製した被処理水２００ｍｌに、水酸化ナトリウム水溶液を添加して攪拌し、ｐＨが１１となるようにｐＨ調整を行ったことの他は、実施例１と同様にして被処理水を処理した。測定結果を表２に示す。
【００６６】
（比較例１）
実施例１で用いた被処理水と同様にして調製した被処理水２００ｍｌを、ｐＨ調整をすることなく、ろ過したことの他は、実施例１と同様にして被処理水を処理した。測定結果を表３に示す。
【００６７】
（比較例２）
実施例１で用いた被処理水と同様にして調製した被処理水２００ｍｌに、硫酸を添加して攪拌し、ｐＨが６となるようにｐＨ調整を行ったことの他は、実施例１と同様にして被処理水を処理した。測定結果を表３に示す。
【００６８】
（比較例３）
実施例１で用いた被処理水と同様にして調製した被処理水２００ｍｌに、硫酸を添加して攪拌し、ｐＨが５となるようにｐＨ調整を行ったことの他は、実施例１と同様にして被処理水を処理した。測定結果を表３に示す。測定結果を表２に示す。
【００６９】
（比較例４）
実施例１で用いた被処理水と同様にして調製した被処理水２００ｍｌに、硫酸を添加して攪拌し、ｐＨが４となるようにｐＨ調整を行ったことの他は、実施例１と同様にして被処理水を処理した。測定結果を表３に示す。測定結果を表２に示す。
【００７０】
【表２】
【００７１】
【表３】
【００７２】
＜浄水汚泥処理試験（曝気処理あり）＞
（実施例６〜１０及び比較例５〜８）
被処理水に含まれる物質の酸化状態の相違による影響を調べるため、水酸化ナトリウムもしくは硫酸による被処理水のｐＨ調整の前に、１２時間の曝気処理を被処理水に対して行った。曝気処理を行ったことの他は、実施例１〜５及び比較例１〜４の処理と同様にして被処理水を処理した。曝気処理を行う前の被処理水は、上記の実施例１と同様の方法で調製したものを用いた。なお、実施例１〜５及び比較例１〜４での処理に曝気処理を加えた例が、それぞれ実施例６〜１０及び比較例５〜８に該当する。
【００７３】
【表４】
【００７４】
【表５】
【００７５】
＜脱水助剤添加試験＞
代表的な脱水助剤である、ポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）及び塩化第二鉄（ＦｅＣｌ３）が添加された被処理水に含まれるマンガン等の除去処理を行った。脱水性を向上させるための脱水助剤成分の影響を確認するのが本試験の目的である。
【００７６】
具体的には、下記のようにして脱水助剤を添加し、上記の浄水汚泥処理試験を行った。すなわち、脱水助剤としてＰＡＣ又はＦｅＣｌ３を使用し、これを被処理水に所定量添加したことの他は、上述の浄水汚泥処理試験（曝気処理なし）と同様に各処理を行った。なお、脱水助剤添加前の被処理水のＴＳ物質１ｋｇ当たり１０ｇとなるようにＰＡＣ又はＦｅＣｌ３を添加した。
【００７７】
図２〜５に上記の浄水汚泥処理試験（曝気処理なし）及び脱水助剤添加試験の結果をグラフに示した。図２〜５は横軸に被処理水のｐＨ、縦軸にろ液のＭｎ、Ｎｉ、Ａｌ及びＦｅ濃度をそれぞれプロットしたグラフである。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明に係る浄水処理装置の好適な実施形態を示す概略構成図である。
【図２】ろ液のマンガン濃度と被処理水のｐＨとの関係を示すグラフである。
【図３】ろ液のニッケル濃度と被処理水のｐＨとの関係を示すグラフである。
【図４】ろ液のアルミニウム濃度と被処理水のｐＨとの関係を示すグラフである。
【図５】ろ液の鉄濃度と被処理水のｐＨとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００７９】
１…着水井、２…凝集剤混和槽（凝集剤混和手段）、３…沈殿槽（第２の固液分離手段）、４…ろ過装置、５…アルカリ剤混和槽（ｐＨ調整手段）、６…脱水機（第１の固液分離手段）、Ｌ６…返送ライン（返送路）、１０…浄水処理装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表流水及び地下水から選ばれる水源から取水される原水を含み、且つマンガン及びニッケルの少なくとも一方を含有する被処理水を、浄水処理する浄水処理装置であって、
前記被処理水にアルカリ剤を添加して当該被処理水のｐＨが高くなるように調整するｐＨ調整手段と、
前記アルカリ剤が添加された被処理水を固液分離する第１の固液分離手段と、
を備えることを特徴とする浄水処理装置。
【請求項２】
前記ｐＨ調整手段よりも上流側の被処理水に凝集剤を添加し、これらを混和する凝集剤混和手段を更に備えることを特徴とする、請求項１に記載の浄水処理装置。
【請求項３】
前記凝集剤が添加された被処理水を固液分離する第２の固液分離手段を更に備え、前記第２の固液分離手段で分離された分離汚泥が前記ｐＨ調整手段に供給される構成であることを特徴とする、請求項２に記載の浄水処理装置。
【請求項４】
前記第１の固液分離手段からの分離液の少なくとも一部を、当該浄水処理装置の上流側に返送する返送路を更に備えることを特徴とする、請求項３に記載の浄水処理装置。
【請求項５】
表流水及び地下水から選ばれる水源から取水される原水を含み、且つマンガン及びニッケルの少なくとも一方を含有する被処理水を、浄水処理する方法であって、
前記被処理水にアルカリ剤を添加して当該被処理水のｐＨを高めるｐＨ調整工程と、
ｐＨ調整後の被処理水を固液分離処理する固液分離工程と、
を備えることを特徴とする浄水処理方法。
【請求項１】
表流水及び地下水から選ばれる水源から取水される原水を含み、且つマンガン及びニッケルの少なくとも一方を含有する被処理水を、浄水処理する浄水処理装置であって、
前記被処理水にアルカリ剤を添加して当該被処理水のｐＨが高くなるように調整するｐＨ調整手段と、
前記アルカリ剤が添加された被処理水を固液分離する第１の固液分離手段と、
を備えることを特徴とする浄水処理装置。
【請求項２】
前記ｐＨ調整手段よりも上流側の被処理水に凝集剤を添加し、これらを混和する凝集剤混和手段を更に備えることを特徴とする、請求項１に記載の浄水処理装置。
【請求項３】
前記凝集剤が添加された被処理水を固液分離する第２の固液分離手段を更に備え、前記第２の固液分離手段で分離された分離汚泥が前記ｐＨ調整手段に供給される構成であることを特徴とする、請求項２に記載の浄水処理装置。
【請求項４】
前記第１の固液分離手段からの分離液の少なくとも一部を、当該浄水処理装置の上流側に返送する返送路を更に備えることを特徴とする、請求項３に記載の浄水処理装置。
【請求項５】
表流水及び地下水から選ばれる水源から取水される原水を含み、且つマンガン及びニッケルの少なくとも一方を含有する被処理水を、浄水処理する方法であって、
前記被処理水にアルカリ剤を添加して当該被処理水のｐＨを高めるｐＨ調整工程と、
ｐＨ調整後の被処理水を固液分離処理する固液分離工程と、
を備えることを特徴とする浄水処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００８−２３４１７（Ｐ２００８−２３４１７Ａ）
【公開日】平成２０年２月７日（２００８．２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１９５８２４（Ｐ２００６−１９５８２４）
【出願日】平成１８年７月１８日（２００６．７．１８）
【出願人】（５０７０３６０５０）住友重機械エンバイロメント株式会社 (88)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年２月７日（２００８．２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年７月１８日（２００６．７．１８）
【出願人】（５０７０３６０５０）住友重機械エンバイロメント株式会社 (88)
【Ｆターム（参考）】
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