浄水プロセス P99

浄水プロセス
P99
• 消毒のみ：原水水質良好なとき
消毒 み 原水水質良好な き
• 緩速砂ろ過：原水水質比較的良
好なとき
近年，再評価
• 急速砂ろ過：原水水質上記以外
急速砂ろ過 原水水質上記以外
のとき
わが国の主流
浄水処理施設
浄水処理施設（汚泥処理含む）
沈殿と凝集沈殿
• 粒径10μm以上の粒子→自然沈降
μ
• それ以下のコロイド粒子→薬品を使
い凝集させ 粒子を大きくして沈降
い凝集させ、粒子を大きくして沈降
分離
活性汚泥法
沈殿
沈殿池でごく緩い流速か停止状
態
態にすると浮遊状態の水より比
態
重の大きい物質は次第に重力作
用により沈降し，上部の水は清
澄になる．
澄になる
• 単粒子の沈殿：ストークスの法
則など
• 実際には沈降試験に基づく沈降
実際には沈降試験に基 く沈降
分析
理想沈殿池の沈殿除去率
想沈殿池 沈殿除去率
沈殿池の滞留時間TはT= L/u
V0= h0/T= h0 /(L/u)= h0u /L
一方，沈殿池の流量Qは沈殿池の幅をBとすれば
方 沈殿池の流量Qは沈殿池の幅をBとすれば
Q=B h0 u，式を変形し
Q
，式を変形し h0 u=Q/B．一方，A=BLより
Q
方，
より
V0=Q/(LB)=Q/A
で除去率は100%
除去率は
理想沈殿池の沈殿除去率
除去率
除去率＝V/V
0
＝V/(Q/A)
(Q )
沈殿池の効率化
沈殿池での除去率＝V/V0＝V/(Q/A)
の式より言えること
粒子の沈降速度を大きくする．
池の面積Aを大きくする．
流量Qを小さくする．
傾斜板
横流式沈殿池でも上向流式
沈殿池でも使用
沈澱池
粒子の沈降速度より表面積負荷
粒子
沈降速度より表面積負荷
率を小さくする．
• 普通沈殿池の滞留時間：8時間
普通沈殿池 滞留時間 時間
• 平均流速：30cm/min以下
• 有効水深：3〜4m
沈殿と凝集沈殿
• 粒径10μm以上の粒子→自然沈降
μ
• それ以下のコロイド粒子→薬品を使
い凝集させ 粒子を大きくして沈降
い凝集させ、粒子を大きくして沈降
分離
凝集
粒径10μm以上の粒子は自然沈降す
粒径
μ 以
粒
自然沈降す
る．それ以下のコロイド粒子は薬
品を使い凝集させ粒子を大きくし
て沈降分離する．
水中でコロイド粒子はマイナスに
帯電 お互いに反発しあい分散
帯電，お互いに反発しあい分散→
プラスに帯電したコロイドにより
電気的中和をおこなうとともに，
架橋作用も行う物質（凝集剤）を
添加→凝集
架橋作用
アルミニウム塩や鉄塩等の凝集
剤は，中性域で不溶性の水酸化
物形成(形状：マットや綿状)
⇨粒子単体・凝集した結合力の
粒子単体 凝集した結合力
弱い凝集体を覆うように抱き込
む形で凝集
凝集と架橋作用
荷電中和
＋
析出した金属水酸化物による
析
属 酸 物
濁質の抱き込み
凝集剤
ポリ塩化アルミニウム，硫酸バ
ポリ塩化アル
ウ ，硫酸
ンド(硫酸アルミニウム)
→凝集剤の添加量は実験で決定．
凝集剤 添加量 実験 決定
凝集不良と対策
1. 原水中のアルカリ度の不足
→ 凝集作用働かない：そもそも凝集剤
凝集作 働かな
そもそも凝集剤
は加水分解し，水酸化物となり凝集する
ので，アルカリ度不足は凝集に悪い．
集
そこでアルカリ剤添加：消石灰，苛性ソー
そこでアルカリ剤添加：消石灰
苛性ソ
ダ，ソーダ石灰 → 凝集剤は加水分解
2. フロックが小さい，密度が小さい．
→ 沈降しない．
そこで凝集補助剤添加：活性ケイ酸，アル
そこで凝集補助剤添加
活性ケイ酸 アル
ギン酸ソーダ →フロック大
凝集剤の役割
• 混和池：凝集剤注入後，直ち
に撹拌（1〜5分間）
• フロック形成池：ゆっくり撹
ク形成池 ゆ くり撹
拌し フロックを成長（20〜
拌し，フロックを成長（20
40分間）
• 薬品沈殿池：フロックを沈殿
（ 33〜55 時 間 ） ， 平 均 流 速
40cm/min以下
急速ろ過
凝集によってあらかじめ懸濁粒子
をフロックとして大きく成長させ
沈殿池で沈殿分離し，さらに分離
しきれなかった微細なフロックを
ろ過砂層を通過させ ろ層表面に
ろ過砂層を通過させ，ろ層表面に
抑留させるプロセス.
• 濁質はほとんど完全に除去，アン
モ ア性窒素のような溶解性のも
モニア性窒素のような溶解性のも
のは取り除かれない．細菌除去は
薬品凝集の効果により左右．
ろ過池
水深：1〜1.5m
砂層厚さ：60〜70cm
ろ過速度 120 150 /日
ろ過速度：120〜150m/日
ろ過砂の粒径分布 粒径加積曲線
ろ過砂の粒径分布→粒径加積曲線
有効径：0.45〜0.7mm
均等係数：1.70以下
比重 2 57 2 67
比重：2.57〜2.67
逆流洗浄
下部集水装置から圧力水を濾層内に
逆流させ 濾材を浮遊状態に保ち濾
逆流させ，濾材を浮遊状態に保ち濾
材同士の衝突により捕捉抑留したフ
ロックを洗い出す．
• 洗浄時間は4〜6分，膨張率30％程度
緩速ろ過
砂層表面の生物ろ過膜に水中の懸濁物質
や溶解性物質が捕捉され酸化分解される
ことを主な浄化作用とするプロセス.
• 細菌除去にすぐれ，ある限度内でアンモ
ニア性窒素 臭気 鉄 マンガン 合成
ニア性窒素，臭気，鉄，マンガン，合成
洗剤，フェノール，鉄・マンガンに起因
する色度も除去 能
する色度も除去可能．その他の溶解性有
他 溶解性有
機物の除去はあまり出来ない．広い面積
と人手を要する．濁度や色度の高い原水
処理に向かない．
処理に向かない
http://jica-net.jica.go.jp/lib/08PRDM007/jp.html
ろ過池
水深：0.9〜1.2m
砂層厚さ 0 7 0 9
砂層厚さ：0.7〜0.9m
ろ過速度：4 5m/日
ろ過速度：4〜5m/日
ろ過砂の粒径分布→粒径加積曲線
有効径0.3〜0.45mm
均等係数2.0以下
等係数
汚砂削取り：ろ層の表層を10mm程度
削る．
三原市 西野浄水場
消 毒
水系伝染病の原因となる細菌，
水系伝染病
原因 なる細菌，
ウイルス，原生動物などを殺菌
し 衛生学的に安全な水を供給
し，衛生学的に安全な水を供給
するためのプロセス
塩素消毒の長所
消毒効果が確実，残留性がある，大
量の水の処理が可能で注入制御が
容易 価格が安い
容易，価格が安い．
塩素剤：通常は液化塩素，小規模の
塩素剤
通常は液化塩素 小規模の
水道では次亜塩素酸ナトリ
ウム
塩素消毒の欠点：トリハロメタンの
生成 塩素臭
生成，塩素臭
次亜塩素酸 同イオン 遊離塩素
次亜塩素酸・同イオン：遊離塩素
Cl2+HH2O⇄HOCl(次亜塩素酸)+HCl
O HOCl(次亜塩素酸) HCl
HOCl⇄H+OCl-(次亜塩素酸イオン)
クロラミン 結合塩素
クロラミン：結合塩素
NH3+HOCl→NH
HOCl NH2Cl(モノクロラミン)+H
Cl(モノクロラミン) H2O
NH3+2HOCl→NHCl2(
(ジクロラミン)+2H
ク ラ
) 2O
NH3+3HOCl→NCl3(トリクロラミン)+3H2O
残留塩素（遊離塩素と結合塩素）
• 遊離塩素：次亜塩素酸(HOCl)およ
-)
び次 塩素酸
び次亜塩素酸イオン(OCl
(
殺菌力大
• 結 合 塩 素 ： ク ロ ラ ミ ン (NH2Cl,
NHCl2, NCl3) 殺菌力は遊離型より
殺菌力 遊離型 り
一桁低い．トリハロメタン生成し
桁低
トリ
タン生成し
ない．残留効果高い．塩素臭残さ
ない．
ない
不連続点塩素処理
不連続点を超えるように塩素を注
入し 遊離塩素を生じさせ消毒す
入し，遊離塩素を生じさせ消毒す
る方法
1.アンモニアや有機性窒素化合物含
有水に塩素注入→クロラミン生
成 増加
成・増加
2.ある点を超えた塩素注入→窒素ガ
ス生成し クロラミン低下
ス生成し，クロラミン低下
3.さらに不連続点を超えて塩素注入
さらに不連続点を超えて塩素注入
→残留塩素増加
不連続点
不連続点：塩素注入率を多くす
るにつれ残留塩素は 度増加し
るにつれ残留塩素は一度増加し，
その後低下し最も少なくなる点
を経て，再び増加する．その最
も少なくなる点
クロラミンの減少
NH Cl
Cl+NHCl
NHCl
+
→N ↑+3H +3Cl
2
2
2
NH Cl+NHCl +HOCl
+
→N O↑+4H +4Cl
2
2
2
塩素の注入率（水単位体積当た
りの塩素添加量）
水道法の規定：給水栓の末端で
遊 離 塩 素 0.1mg/l ， 結 合 塩 素
0 4mg/l以上を保持するように
0.4mg/l以上を保持するように
ただし 快適項目では残留塩素
ただし，快適項目では残留塩素
は1mg/l以下
トリハロメタン
水道原水中のフミン質と遊離塩素
が反応してトリハロメタンが生成
する トリハロメタンはメタンの
する．トリハロメタンはメタンの
水素が3個，塩素，ヨウ素，臭素な
どの
どのハロゲン原子で置換された物
ゲン原子で置換された物
質の総称
水道水質基準：総トリハロメタン
上限値：0.1mg/L
フミン質
土壌中で有機物が分解する際に
壌中 有機物 分解する際
生成する暗黒色ないし暗褐色を
呈する重縮合を受けた物質
トリハロメタンの生成
塩素処理＋有機物
塩素処理
有機物
→トリハロメタン アルデヒド他
→トリハロメタン，アルデヒド他
が生成
塩素処理＋有機物(パルプ排水)
→ダイオキシン類生成
ダイオキシン類生成
ヨーロッパの動向
残留塩素の義務づけなし（塩素処
理しないところも）
理由：塩素臭への苦情：信頼性低
下との認識
対策：オゾン，活性炭，膜，水質
対策
オゾン 活性炭 膜 水質
劣化を減らす資機材の利用
→水道水の復権も．テロ対策で塩
素処理強化も
オゾン処理（O3）
きわめて強い酸化力のため，脱臭，
脱色 殺菌効果（殺菌効果は塩素
脱色，殺菌効果（殺菌効果は塩素
の300〜3000倍）をもつ．
オゾンは分解して酸素になるので，
残留効果な
残留効果なし．しかしこれが欠点
か
れが欠点
でもある．また装置は高価で，運
もある ま 装置 高価 ，運
転費用もかさむ．
紫外線処理
特に芽胞を形成する細菌を死滅さ
せる．
水に臭味を与えず照射量による害
もな が 装置 運転費とも高価
もないが，装置，運転費とも高価
（水道には一般に使われていな
い）．また残留効果ない．
高度浄水処理：通常の浄水処理では十
分に除去できない物質を除去．かび臭，
環境微量有機汚染物質の除去，有機塩
素化合物やその前駆物質の除去，着色
成分除去など．
• 活性炭：不純物を吸着除去．異臭味，
環境微量有機汚染物質 有機塩素化合
環境微量有機汚染物質，有機塩素化合
物，着色成分の除去
• オゾン：不純物を酸化除去．活性炭処
理併用することが多い 異臭味 着色
理併用することが多い．異臭味，着色
成分の除去，生物分解性の向上など．
電気が利用できれば現場で生成 分解
電気が利用できれば現場で生成，分解
し酸素になるので，残留物残らない．
東京都の高度浄水処理
高速凝集沈殿池→オゾン接触池→生物
活性炭吸着池→急速ろ過
オゾン：主にかび臭除去
生物活性炭：主にアンモニア除去
現在，金町・三郷浄水場に導入
将来は利根川水系すべてに
コストは1トンあたり十数円高くなる．
東京都金町浄水場
東京都水道の主要浄水場
現浄水能力日量１８２万m3
はわが国で最大。
膜処理
精密ろ過膜や限外ろ過膜を利用して，浄水
処理（凝集を組み合わせる場合も）
• 運転管理が楽(無人・自動運転可能)
• クリプトスポリジウム対策
クリプト ポリジウム対策
• コスト(運転・膜)がかかる
コスト(運転 膜)がかかる．
現在はトンあたり50～70円
10年で1/3に(2004.4) 大孔径膜で更に安価？
現 在 は 小 規 模 な 水 道 → 大 規 模 化 (10 万 t//
日)？
膜の構造 処理イ
膜の構造と処理イメージ（中空糸膜）
ジ（中空糸膜）
セラミック膜浄水システム
国内最大規模のセラミック膜浄水システム 福井県が導入
国内最大規模のセラミック膜浄水システム、福井県が導入
2004/12/03/
日本ガイシと荏原製作所は共同で、福井県からセラミック膜浄水システムを
日本ガイシと荏原製作所は共同で
福井県からセラミック膜浄水システムを
受注したと発表した。国内最大規模の膜ろ過浄水場になる。
受注したのは、福井県が進めている日野川地区水道用水供給事業のうち、
受
、
県
野
給
う 、
武生市大塩町の王子保浄水場（仮称）の浄水処理設備工事。同事業は県
央に位置する武生市、鯖江市など丹南地域2市4町の約18万人に最大で5
万1900m3／日の水道用水を供給する計画で、今回は第1期工事として3万
8900 3／日の給水能力を持つ浄水場を建設する。
8900m
／日の給水能力を持つ浄水場を建設する
建設にあたって福井県は、従来主流だった砂ろ過方式に替わる最新の浄
水技術として膜ろ過方式の導入を検討 代表的な5種類の膜ろ過方式を現
水技術として膜ろ過方式の導入を検討。代表的な5種類の膜ろ過方式を現
地での実験で評価した。その結果、安全性や耐久性、ランニングコストなど
から、セラミック膜ろ過方式の採用を決定したという。
受注金額は34億1000万円。直径18cm、全長100cm、膜面積15m2の大型
セラミック膜エレメント100本で構成する膜ろ過装置を18ユニット設置、計
1800本のセラミック膜する。2006年中に完成、稼働する予定（日経エコロ
ジ 編集／EMF）
ジー編集／EMF）。
© 2004 Nikkei Business Publications, Inc. All Rights Reserved. www.nikkeibp.co.jp
汚泥処理
浄水処理施設（汚泥処理含む）
浄水場汚泥放流
浄
場汚泥放流
（塩尻 2004年）
水道の民営化
世界の民営化水道市場 (3億6千万人，130国)
• ベリオア：水処理1.7兆円，給水人口1.8億人
• スエズ ：水処理1.3兆円，給水人口1.2億人
水処理1 3兆円 給水人口1 2億人
以上，フランス
• ＲＷＥ ：水処理0.4兆円，給水人口0.4億人
以上，ドイツ
2001年度
世界の水処理市場
• 市場規模
全世界の上下水道分野への投資
40～50兆円 （2000年）
↓
70～100兆円？
兆円
（2010年度）
（
年度）
アジアにおける水道の民営化
• 1990年代 欧州系民間水道会社参入
民
• 2000年代 多くが撤退姿勢
理由：1997年 アジア通貨危機，イン
ドの電力関連大規模国際プロジ ク
ドの電力関連大規模国際プロジェク
ト・ファイナンスの破綻，為替リスク回
避
避メカニズムが十分に機能しない等
ズ が 分 機能 な 等
• 関心は，中東と中国へシフト．一方，
アジア企業も頭角
04.12.09
環境保全工学レポート
• 急速ろ過法と緩速ろ過法の概要
を
を，両法の違いにふれながら述
法 違
れながら述
べよ。
• 提出は12月22日17時までに，松
本教員室前の提出箱へ
松本
03.12.08
環境保全工学レポート
• 塩素消毒および塩素消毒の方法
（不連続点塩素消毒法と結合塩素
処理）について述べよ。また消毒
法としてのオゾン処理についても
述べよ。
• 提出は12月26日17時までに，松本
提出は12月26日17時までに 松本
教員室前の提出箱へ
松本