JP2005131559A - 水道水の再浄水処理方法及び再浄水処理設備 - Google Patents

Abstract

【課題】 水道水の再浄水を多量にかつ容易に行える水道水の再浄水処理方法及び再浄水処理設備を提案する。
【解決手段】 水道水１０を粒径０．１〜２．５ｍｍの活性炭を備えた活性炭吸着槽２に導いて活性炭処理し、この活性炭処理水１２を細砂ろ過装置３に導いて微生物処理する。活性炭吸着槽２で活性炭処理する前の水道水１０には、曝気槽１で曝気処理を施してもよい。細砂ろ過装置３で微生物処理した浄水１３は貯水槽４に蓄え、紫外線殺菌処理若しくは塩素注入処理を施す。貯水槽４の水は再び活性炭吸着槽２に戻して循環浄水処理する。
【選択図】図１

Description

本発明は、水道水の再浄水処理方法及び再浄水処理設備に関する。

水道水をさらに浄化するものは浄水器と呼ばれている。この方法は水道水を活性炭ろ過後、膜ろ過する方法である。これによって水道水中の有機物、遊離塩素、クロロアミンなどを除去し、結果として異臭味のない浄水を得ている。しかしながら、この方法は台所の飲み水や鍋に入れる水を目的としており、浄水量も一日当たり１０リットル程度である。

一方、シャワーでカルキ臭を除去し、髪の変色を防ぐために、活性炭処理だけを行なう方法も実用化されている。活性炭はトリハロメタンの吸着能力は低いが、塩素除去の能力は高いことに注目した方法である。

浄水器では機能高度化を掲げて、鉛除去、アルカリイオン水、酸性水製造の機能を有した高額な装置も作られている。
しかしながら浄水器はあくまでも飲み水と料理に使う水を目的としており、台所の食器洗浄水、風呂水、シャワー水、洗面水など家庭の大半の水を浄水しようとするものではない。そのため利用者の希望の一部しかかなえられていないのが現状である。

高度浄水利用を風呂まで拡大する場合、結局家庭で使う全部の水道水を再浄水することが理想である。もちろん全ての家庭がこれを望むのであれば、水道局においてさらなる高度浄水を目指すべきであるが、現実の問題として、コストアップは避けられないのであるから、各家庭で浄水するのが順当である。

家庭用の大半の水を再浄水する場合、単に現在の浄水器を大規模化するだけでは不十分である。それはコスト的問題が先ず上げられる。家庭用浄水器には膜ろ過が設けられているが、膜ろ過は基本的には逆洗しない。一方、浄水場では１時間毎に逆洗し、半年毎に薬品洗浄する。しかし、これを家庭用浄水器に求めることは実用的でない。

次に、単に活性炭で処理するだけで充分とするのは適当でない。活性炭はどのようなものでも吸着分離するのではなく、水に馴染みやすい有機物は一般的に除去が難しい。そこで、膜処理に代わるろ過方法を有し、活性炭で吸着し難い物質を分解除去する装置とシステムの開発が課題である。

水道水には赤水といって鉄が含まれていることがしばしばある。これは水道管のバクテリアが管を侵食して鉄を溶出するなどが原因である。現在の浄水器では溶解性の鉄を除去することが困難である。この赤水を濁りだけでなく溶解鉄も除去する装置やシステムの開発が望まれている。

家庭などでは水道の使用は間欠的である。一方、正常なろ過を行なうためには常時あるいは一定速度以下で浄水しなければならない。この点が浄水器では一つの課題であった。すなわち、水道の１つの蛇口は最大２０リットル／分程度利用するが、それに対応するためには同じ速度で浄水しなければならない。しかし現実は例えば２リットル／分である。必要量の１／１０のみをろ過するのである。２リットル／分以上流してはならないが、それば利用者に任されているのである。したがって性能は保証されていないのである。

そこで本発明者は、特開２００３−２７５７８２号公報（特許文献１）において、水中の有機物を微生物によって分解する細砂ろ過装置及び方法を提案しているが、水道水の再浄水に応用するには充分といえるものではない。
特開２００３−２７５７８２号公報

本発明は前記問題点を解決し、水道水の再浄水を多量にかつ容易に行える水道水の再浄水処理方法及び再浄水処理設備を提案するものである。

本発明者は上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、本発明に至ったものである。すなわち本発明は、水道水を粒径０．１〜２．５ｍｍの活性炭を備えた活性炭吸着槽に導いて活性炭処理し、この活性炭処理水を細砂ろ過装置に導いて微生物処理することを特徴とする水道水の再浄水処理方法を要旨とするものである。

この構成によると、前段の活性炭処理によって水道水に含まれるトリハロメタン、クロロアミン類、遊離塩素などを除去することができ、後段の微生物処理によって水道水に含まれる有機物を分解できるため、安全で美味しい水を安価にしかも多量に提供できる。

また、活性炭吸着槽で活性炭処理する前の水道水に、１分〜３時間の曝気処理を施すことで、遊離塩素、クロロアミン類だけでなくトリハロメタンの除去能力を高めることができるだけでなく、その他諸々の低分子物質の除去が可能となり、さらに加えて赤水が発生した場合の鉄の酸化処理や、後段の生物処理において酸素が不足している場合の酸素供給が行なえるという効果が得られる。

また、細砂ろ過装置で微生物処理した浄水に紫外線殺菌処理若しくは塩素注入処理を施すと、浄水中の無害な雑バクテリアまでも除去でき、より安全性を高めることができる。
さらに、細砂ろ過装置で微生物処理した浄水の少なくとも一部を再び活性炭吸着槽に戻して循環浄水処理すると、活性炭吸着槽と細砂ろ過装置が嫌気性になるのを抑制することができる。

また、本発明は、粒径０．１〜２．５ｍｍの活性炭を備えた水道水を活性炭処理する活性炭吸着槽と、前記活性炭吸着槽で処理された活性炭処理水を微生物処理する細砂ろ過装置と、前記細砂ろ過装置で微生物処理された浄水を蓄える貯水槽とを有することを特徴とする水道水の再浄水処理設備を要旨とするものである。

この再浄水処理設備を用いることで、本発明の再浄水処理方法を容易に実現できる。
また、活性炭吸着槽の前段には曝気槽を設けても良く、貯水槽には紫外線殺菌装置若しくは塩素注入装置のを設けた構成としても良い。さらに、貯水槽の浄水を活性炭吸着槽へ供給する配管を設け浄水を循環させるよう構成することもできる。

より詳細には、本発明の水道水の再浄水処理方法及び再浄水処理設備には、上記特許文献１に記載の細砂ろ過方法および装置を適用するが、水道水の再浄水処理において一番の問題は水道水中の消毒剤である。消毒剤は遊離塩素及びクロロアミンの結合塩素である。これがあるとバクテリアは繁殖できず単なるろ過器となる。そこで本発明においては、細砂ろ過装置の前段に活性炭吸着槽を置くこととする。活性炭は塩素類を吸着除去することが出来る。

もちろん、活性炭の塩素吸着には限度がある。そこで曝気を行なうことにした。曝気は塩素、クロロアミン類だけでなく、トリハロメタンの除去に効果がある。その他、諸々の低分子物質を除去すると共に、酸素が不足している場合、酸素を供給する効果もある。

細砂ろ過装置は上記特許文献１に記載されたものを基本し、０．２５ｍｍ以下の細砂を用いる。水道水に含まれる有機物は少なく、赤水は常時ではない。そのため砂粒表面に発生するろ過膜の発達は不十分である。したがって細砂を使わなければならない。

細砂槽の逆洗は行なうことを基本とする。逆洗しなくても、通常、長期間目詰まりすることはないが、水道水質によっては容易に目詰まりを起こす。目詰まりは水をさらに浄水している証拠であるが、現実問題として細砂表面を削り取るか、逆洗で泥を除去する必要がある。

逆洗する場合は、必ずしも自動逆洗装置を設置する必要はない。配管だけしておくことで、必要な場合、手動で逆洗することも出来る。
浄水器では使用するたびに必要量だけ浄水する。そのため浄水量が蛇口１個であっても必要量の１／１０程度であった。これでは安心して使用することが出来ない。本発明では、細砂を通した水は浄水として貯水することを基本とする。浄水器の場合は必要に応じて浄水するのであるが、これでは風呂やシャワーには対応できない。一度に多量の水を使用するのに対応した細砂ろ過を用いるとなれば、設備が相当に大きくなる。そこで、貯水槽を設ける。貯水槽の容量は利用の時間的パターンによって異なる。一度に短時間に多量に使用し、後は使用しない場合は貯水容量は大きく取る。

水利用パターンは、家庭の場合、平均化されることはない。真夜中から朝は全く利用しないのが普通であるし、日中もほとんど利用しない場合もある。このような場合は水道水流入は止める。しかし単に止めただけでは問題が発生する。

活性炭吸着槽と細砂ろ過装置の細砂ろ過槽にはバクテリアが繁殖している。水流が停止するとバクテリアは部分的に死滅し、嫌気性になることがある。そこで、一度浄水した水を再循環することとした。水を使わなくても使っても水を流し続けるのである。貯水槽の水量が不足した場合は水道水を流し、十分貯留した場合は貯水槽の浄水、若しくは細砂ろ過処理を施した直後の水を再循環するのである。この再循環システムによって活性炭吸着槽と細砂ろ過槽は嫌気性になることはない。

貯水槽の浄水は病原菌を有する可能性はほとんどないためそのまま蛇口に送ることが出来る。この場合美味しさそのままの水になる。ただし、全く無菌ということではない。細砂ろ過した場合、無害な一般バクテリアが少量であるが含まれる。バクテリアが含まれていても餌となる有機物はないから繁殖することはないが、長期になると幾らかの無害な雑バクテリアが生存するようになる。

菌を排除したい場合は貯水槽に紫外線灯（殺菌灯）を設置する。紫外線量は標準的な値でよい。またオゾン線は使用しない。目的はあくまでもバクテリアの除去である。
紫外線によるバクテリアの除去が可能なのは、貯水槽内である。貯水槽に連結される配管内には紫外線を照射することが出来ないため、管内まで殺菌したい場合には、前記した紫外線処理の代わりに塩素消毒をする。水道水には塩素が入っているが浄水後再び塩素を入れるというものである。この場合は水道水と異なり、既にトリハロメタン、アンモニア、有機物などは除去されているから、異臭味は発生しない。塩素臭であるクロロアミンが無いことも特徴である。

本発明の水道水の再浄水処理方法及び設備によると、水道水の再浄水を容易に行なうことができ、安全で美味しい水を多量でかつ安価に作ることができる。このような処理システムは、特に都市の河川水や湖沼水を原水とした上水道水の再浄水に効果的である。また、市販の浄水器とは異なり、一度に多量の水を使用することが出来るため、風呂、シャワーなどにも使えるものである。さらに、家庭用の水だけでなく、超純水の製造や工業用水の浄化にも適用可能である。

以下に本発明の一実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１において、曝気槽１に供給された水道水１０は、曝気槽１の底部に設けられた曝気装置５によって曝気処理が施される。曝気処理された曝気処理水１１は活性炭吸着槽２に導かれ、活性炭吸着槽２に充填された粒径０．１〜２．５ｍｍの活性炭６を通過することによって、前段の曝気処理との効果もあいまって水中のトリハロメタン、クロロアミン及び遊離塩素が除去された活性炭処理水１２となる。

活性炭処理水１２は細砂ろ過装置３へと導かれ、細砂ろ過装置３の細砂ろ過槽３ａに設けられた細砂ろ過層７に含まれる微生物によって、処理水中の有機物が分解処理される。得られた浄水（細砂ろ過水）１３は、貯水槽４に送られる。

貯水槽４には紫外線ランプ８が設けられており、浄水中の雑バクテリアが殺菌される。殺菌処理された処理水は、浄水１４として家庭の飲料水や風呂水などとして使用される。なお、この貯水槽４には、前段の活性炭吸着槽２に繋がる配管が設けられており、この配管を通って貯水槽４に蓄えられた水の一部が再び活性炭吸着槽２に供給される。このように浄水が循環水１９として常に系内を循環することで、活性炭吸着槽２と細砂ろ過槽３ａ中の微生物の死滅を抑制できる。

なお、図中の９は、曝気槽１、活性炭吸着槽２、細砂ろ過槽３ａ、貯水槽４に設けられた覆蓋である。また、１５、１６は活性炭吸着槽２を逆洗するときの活性炭用逆洗水の流れを示すものであり、１７、１８は細砂ろ過槽３ａを逆洗するときの細砂用逆洗水の流れを示すものである。また、この水道水の再浄水処理設備において曝気槽１は省いても良い。

以下、上記した水道水の再浄水処理設備の詳細を説明する。
水道水１０は曝気槽１で処理される。曝気時間は長い程良いが実用的には３時間が限度である。最短時間にも特に制約はないが、曝気初期の急速な物質の散気を考えると、１分以上で効果がある。したがって、本発明においては、曝気時間を１分〜２時間とすることが好ましい。

曝気槽１で除去される物質は低分子化合物のトリハロメタン、消毒剤である遊離塩素およびクロロアミンの結合塩素などである。全塩素は十分曝気するならば２／３程度除去される。トリハロメタンも曝気除去しやすく、後段の活性炭での除去が不完全になりやすいことを考えると意味が大きい。

その他、酸素供給も重要である。赤水の場合、水道水には２価の鉄イオンが溶解していることが多いが、先ずは酸素を供給し、鉄の酸化を促す必要がある。
曝気処理水１１は次段の活性炭処理を受ける。活性炭吸着槽２の大きさは使用する活性炭の種類にもよるが、概ね後段の細砂ろ過槽３ａに較べ数分の１程度である。活性炭吸着槽２の意味は遊離塩素とクロロアミンの結合塩素とを除去することが第１目的である。消毒剤が残っていては後段の細砂ろ過の生物処理が働かなくなる。活性炭は塩素除去能力は高いので、塩素除去のみを目的とするときは、さらに１０分の１程度でよい。

曝気槽１を省いた場合は活性炭を多く入れなければならない。特に曝気槽１を使わず、かつトリハロメタン除去を行なう場合は、特に活性炭量を増やす必要がある。
活性炭の粒径は０．１〜２．５ｍｍである。粒径が２．５ｍｍ（１０メッシュ）より大きくなると急激に吸着能力が低下する。

粒径は小さいほど吸着力が大であるとしても限度がある。０．１ｍｍ以下ではろ過機能が大となり、しばしば逆洗しなければならない。活性炭吸着槽２は細砂ろ過槽３ａに較べ小型であるから、特に逆洗頻度が高くなるため実用的とはいえなくなる。

活性炭処理水１２は、細砂ろ過を受ける。細砂ろ過速度は２〜１００ｍ／日である。細砂は概ね有効径０．０５〜０．２ｍｍである。装置概略及びその浄水効果は特許文献１の通りである。

逆洗装置は原則として活性炭吸着槽２、細砂ろ過装置３の両方に必要である。活性炭吸着槽２では粒径を２〜２．５ｍｍと大きくした場合は、目詰まりする前に吸着能力が低下し、活性炭を交換するので、その場合は逆洗装置を省くことが出来る。

逆洗装置は必ずしも自動化する必要はない。逆洗頻度は水道水の水質にもよるが、概ね２年以上に１回である。したがって、定期点検時に手動で逆洗を行なうことで対応可能である。逆洗水は活性炭吸着槽２では水道水、細砂ろ過槽３ａでは活性炭処理水１２又は貯水槽４の浄水を用いることが出来る。

本発明は貯水槽４を有し、常時浄水するシステムを採用している。そのため浄水装置が小型であっても時間的な使用量変化にも対応できる。家庭の設備を例にとると、例えば水槽の容量は１ｍ^３である。それに対して浄水量は１００〜１５０リットル／時である。家庭では実質１０時間近く水道水を使用しないことがある。この間に浄水し、貯水槽４を満杯とする。

貯水槽４の水はポンプにて蛇口に送られる。その一部は後述の循環水１９となる。
貯水槽４が満杯となった場合、もはや浄水は不要である。しかしながら、本発明では、活性炭吸着槽２と細砂ろ過槽３ａの何れもバクテリアが繁殖し、ろ過膜を生成している。この槽の流れが停止すれば、ろ過膜の死滅が起こる場合がある。そこで、貯水槽４の浄水を活性炭吸着槽２に循環することで解決した。貯水槽４が必要量を超えたならば、水道水バルブを停止し、循環バルブを開けるのである。循環水量は定常浄水速度が好ましい。ポンプ動力を考え、循環水量を１／２程度にすることも出来る。

貯水槽４の殺菌や消毒は行なうことが好ましい。最近は欧州などでは水道水を無塩素とする試みがある。その意味では家庭の設備の時は必ずしも消毒や殺菌が必須条件ではない。

塩素殺菌する場合は、循環水１９は貯水槽４の水は使えない。細砂ろ過した浄水１３をそのまま活性炭吸着槽２に循環する。
紫外線で殺菌することも出来る。この場合は貯水槽４に紫外線ランプ８を入れるが、この水を循環水１９とすることが出来る。蛇口用ポンプと循環水ポンプを共用できる。

次に実施例によって、この発明をさらに詳細に説明する。
実施例１
１５リットル容器に１２リットル水道水を入れ、空気量１．７５リットル／分で曝気した。その結果、遊離塩素は１０分で２２％、３０分で５０％、１２０分で７２％除去された。全塩素は１０分で３３％、３０分で４１％除去された。この例では水深は２１ｃｍであった。したがって水深を１ｍとすれば１／５程度の時間でこれだけの効果が得られる。すなわち最短曝気時間は２分程度で１０分程度の効果があることになる。さらに曝気量を増やせば効果を高めることが出来るから、曝気の最短時間は約１分となる。
実施例２
活性炭の粒径とトリハロメタンの除去能の試験を行なった。ヤシガラ活性炭を４〜１０メッシュ、８〜３２メッシュ、３０〜６０メッシュとし、４００ミリリットル用いた。これに水道水を５リットル／分の速度で流した。最初の５時間の平均トリハロメタン除去率はそれぞれ、３５％、７６％、９８％であった。このことから活性炭は粒径が小さいほど良く、最大粒径は１０メッシュ程度であることが判明した。
実施例３
塩ビ塔に、０．０５〜０．１１ｍｍ粒径の微細砂を１０ｃｍ入れた。ろ過速度を３０ミリリットル／日とした。ろ過損失水頭は３５ｃｍであった。ろ過速度１０ｍ／日とすると計算では損失水頭は１０ｃｍ程度になる。したがって細砂ろ過ではこのような砂を用いることが出来る。しかし活性炭では、槽が小さくろ過速度も高いことを考えると０．１ｍｍ以上の大きさが好ましいことになる。
実施例４
細砂ろ過でろ過速度４２ｍ／日で処理した水は水道水以上の水であるが、これをろ過速度１０ｍ／日で細砂緩速ろ過を行なった。その結果、過マンガン酸消費量は５０％になった。このことから細砂ろ過を行なえば、通常の急速ろ過によって作られた水道水は過マンガン酸消費量が５０％以上の除去率を有することが明らかとなった。すなわち有機物を半減する能力がある。特に細砂ろ過は活性炭が吸着し難い水溶性成分の分解に適しており、活性炭−細砂ろ過は良いシステムであることが分かる。
実施例５
市販の浄水器の性能検査を行なった。仕様は活性炭約５００ミリリットル、浄水速度２リットル／分である。この速度で浄水したところ２０００リットル当たりからトリハロメタンの漏出が始まった。この値は仕様書とほぼ一致した。塩素はそれより遥に多く少なくとも５倍以上ろ過が可能であるが途中で中止した。仕様によれば塩素に対しては１０倍以上であった。このことからトリハロメタン対策としては曝気による除去が効果的であることが分かる。
実施例６
建物の水道水で赤水が発生するところがあるので、この水を曝気処理と活性炭処理した後、細砂ろ過を行なった。そのろ過水は鉄濃度は０．０２ｍｇ／リットル以下と完全に除去されていた。

本発明の一実施の形態における水道水の再浄水装置の構成を示す模式図である。

符号の説明

１ 曝気槽
２ 活性炭吸着槽
３ 細砂ろ過装置
３ａ 細砂ろ過槽
４ 貯水槽
５ 曝気装置
６ 活性炭
７ 細砂ろ過層
８ 紫外線ランプ
９ 覆蓋
１０ 水道水
１１ 曝気処理水
１２ 活性炭処理水
１３ 浄水（細砂ろ過水）
１４ 浄水
１５ 活性炭用逆洗水
１６ 活性炭用逆洗水
１７ 細砂用逆洗水
１８ 細砂用逆洗水
１９ 循環水

Claims (8)

1. 水道水を粒径０．１〜２．５ｍｍの活性炭を備えた活性炭吸着槽に導いて活性炭処理し、この活性炭処理水を細砂ろ過装置に導いて微生物処理することを特徴とする水道水の再浄水処理方法。
2. 活性炭吸着槽で活性炭処理する前の水道水に、１分〜３時間の曝気処理を施すことを特徴とする請求項１記載の水道水の再浄水処理方法。
3. 細砂ろ過装置で微生物処理した浄水に紫外線殺菌処理若しくは塩素注入処理を施すことを特徴とする請求項１または２記載の水道水の再浄水処理方法。
4. 細砂ろ過装置で微生物処理した浄水の少なくとも一部を再び活性炭吸着槽に戻して循環浄水処理することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の水道水の再浄水処理方法。
5. 粒径０．１〜２．５ｍｍの活性炭を備えた水道水を活性炭処理する活性炭吸着槽と、前記活性炭吸着槽で処理された活性炭処理水を微生物処理する細砂ろ過装置と、前記細砂ろ過装置で微生物処理された浄水を蓄える貯水槽とを有することを特徴とする水道水の再浄水処理設備。
6. 活性炭吸着槽の前段に曝気槽を設けたことを特徴とする請求項５記載の水道水の再浄水処理設備。
7. 貯水槽に紫外線殺菌装置若しくは塩素注入装置を設けたことを特徴とする請求項５または６記載の水道水の再浄水処理設備。
8. 貯水槽の浄水を活性炭吸着槽へ供給する配管を設け浄水を循環させるよう構成したことを特徴とする請求項５から７のいずれか１項記載の水道水の再浄水処理設備。

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