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株式会社神鋼環境ソリューション


目 録



特集|生物接触ろ過設備

北九州市の高度浄水処理

北九州市は、昨年6月20日に国内特許を所有する高度浄水処理設備「上向流式生物接触ろ過設備」(以下、U-BCF:Upward flow Bio Contact Filtration)をベトナム・ハイフォン市の浄水場に整備すると発表した1)。U-BCFは、微生物による自然浄化作用を利用し、カビ臭物質などの異臭味や黒水の原因となるマンガン、アンモニア性窒素などを除去して、安全で良質な水を作る設備。ろ過槽内に充填した粒上活性炭に原水を下から上に通水(上向流)して、粒上活性炭を流動させることで、粒上活性炭に生息する微生物が汚濁物質を取り込み分解する仕組みだ。
 U-BCFは、原水中の有機物を3〜4割分解するとともに、多量に塩素を消費するアンモニア性窒素や溶存マンガンを6〜9割除去することで、塩素の注入量を削減することが可能。これらの効果により、発がん性が疑われているクロロホルムなどのトリハロメタンを大幅に減らすことができるという。
北九州市とハイフォン市は、両市の発展に向けた交流、都市開発および環境保全の調和を目指す技術協力の推進を目的とし、2009年4月に協定を締結。以降、北九州市は、ハイフォン市水道公社からの要請を受け、ハイフォン市が抱える水道原水問題の解決に向けて技術的支援を実施してきた。このような技術協力により、ハイフォン市においても安価なランニングコストと高い処理能力を備えるU-BCFが認められ、導入に至ったとしている。
 今回の事業において北九州市は、ハイフォン市水道公社が独自資金によりU-BCFの整備工事を発注するKOBELCO Eco-solutions Vietnam(神鋼環境ソリューションベトナム現地法人)から、工事施工計画に係る技術的な精査など技術アドバイサーとしての業務を受託、同事業を側面から支援する。導入施設はビンバオ浄水場(処理能力5,000立方メートル/日)、工事予算は87億ベトナムドン(日本円4,002万円)。
 なお、神鋼環境ソリューションは、海外水ビジネスの推進を図るため、北九州市が2010年8月に設立した同市海外水ビジネス推進協議会会員企業となっている。
 また、北九州市水道局とハイフォン市水道公社は2013年5月30日、水質汚染問題を抱えるベトナム国内の他の水道事業体に、U-BCFを普及させていくための相互協力協定を締結。北九州市は今後も、これまで培ってきた技術とノウハウを活用し、協議会と連携しながら水ビジネスに取り組んでいくとしている。





上向流式生物接触ろ過池 高度浄水施設 U-BCF

技術背景

生物接触ろ過池は、微生物の働きを利用して原水中に含まれている臭気成分やアンモニア性窒素の除去を目的として導入された前処理設備。粉末活性炭接触池との組み合わせで、安全でおいしい水をつくる。
 生活排水の混入や富栄養化などによる水道原水の水質悪化に伴い、アンモニア性窒素や溶存マンガン濃度の上昇、藻類の繁殖による異臭味の発生、有機物濃度の上昇等の浄水障害が生じる。これらの物質は溶解性であり、従来の凝集沈澱ろ過方式では除去できない。アンモニア性窒素の処理においては、約10 倍量の塩素(次亜塩素酸ナトリウム)が必要であり、また塩素による副生成物としてトリハロメタンの生成といった問題をおこす。
 これらの物質の処理方法としては、「オゾン」+「活性炭」の高度処理法、活性炭処理法、NF膜ろ過法、生物処理法などあるが、中でも水質改善効果、処理コストおよび設置面積などを考慮すると、生物処理法は有効な手法である。
 生物処理は、水道原水を直接ろ過する方が処理性能は高いが、一般的な下向流方式の生物処理では、原水中の濁質によるろ過閉塞を起こし、安定な運転を継続することが難しい。
 そこで、通水方式、ろ材粒径、集配水装置、洗浄方式などの検討を行った結果、小粒径の活性炭を生物担体とした上向流式生物接触ろ過設備(以下、U-BCF)を開発した。これにより、水道原水を効率よく直接ろ過できるため、水質改善効果が大きく、より安全でおいしい水を供給するとことができる。また、浄水施設全体として次亜塩素酸ナトリウム、凝集剤および粉末活性炭の使用量が減少し、維持管理性の向上および薬品費の削減が得られる。
 浄水処理方式として我が国で初めての、上向流流動床方式のU-BCF が北九州市水道局本城浄水場に導入され、2000年08月から供用を開始した。





特徴


 装置を図-1に、装置仕様を表-1に、ろ過層の構成を図-2に示した。水道原水は、流入渠から原水調整バルブを介して圧力渠に流入する。圧力渠から気水洗浄型 多孔板により均等分配され、支持砂利層、ろ過層(生物活性炭層)を通過し生物処理される。処理水は上部トラフで集水され流出渠に流出する。上向流流動床方式を採用しているため、損失水頭が少なく、流入渠と流出渠の水位差は1m 程度でろ過が可能である。なお、U-BCF は溶解性物質の除去を主目的とし、濁質は除去しないため、後段に凝集沈澱砂ろ過設備や膜ろ過設備といった除濁設備を設置する。
   本装置は濁質の捕捉が無いことが理想であるが、実際は、下部装置や支持砂利層に少量の濁質が捕捉される。また、生物処理であるため、ろ過層のみならず下部装置や支持砂利層にも生物が繁殖するようになる。そのため、通水継続とともに損失水頭が上昇するので、一定期間毎に洗浄を行う必要がある。洗浄は「空気」→「空気+水」→「水洗浄」を行い、濁質や付着生物の一部を効率よく系外に排出する。洗浄排水については、後段に除濁設備を有するため、高濁度の洗浄排水のみを排水処理設備に送水する。
 運用に際しては、ろ過層の流動状態を保持するために一定範囲の流速で運転する必要がある。そのためには、運用する池数を調整することで一池の流速を一定とする池数制御方式と循環ポンプを使用し原水量を一定とする原水量制御方式がある。なお、生物処理であるので長期間の停止は、生物処理機能に影響を及ぼす。性能維持のために、池数制御方式では停止池の定期的な水替えを行い、原水量制御方式では処理水の循環を行う。


 



 このU-BCF の特長を次に示す。
@流動床であるため、接触ろ過層全体を有効に利用でき、生物処理効率が良い。
A小粒径の活性炭を利用することでろ材の表面積が大きくとれ、生物繁殖量が多くなるので生物処理効果を高められる。
B付加的な要素として、活性炭自体が付着した生物により再生するので、活性炭の吸着能力が長期にわたり期待出来る。
C上向流であるため、濁度が高い原水を速いろ過速度で接触ろ過できるので、設置面積が少ない。
D濁質捕捉量が少ないため、損失水頭が低く自然流下方式が採用でき、中間ポンプなどの機器が不要である。
E原水を直接生物処理することでアンモニア性窒素などが生物酸化され、前塩素や中間塩素処理で注入する次亜塩素酸ナトリウム量の低減と平滑化が得られる。
F下向流方式では、原水の濁質も除去するため、その後の凝集工程において、核となる物質がなく凝集阻害を起こす事が多いが、U-BCF 処理水には濁質が存在するため、凝集性を悪化させない。加えて、生物処理水の濁質は沈降性の良いものに変質するため凝集・沈澱処理に対し良好な影響を与える場合が多い。

性能

 北九州市水道局では、本城浄水場および穴生浄水場に導入されている。この処理性能を次に示す。ろ材として粒状活性炭を使用しているため、運転開始時は活性炭の物理的な吸着効果により有機物質が除去される。その後、アンモニア性窒素や溶存マンガンが低下し始め生物処理が開始する。生物処理効果が得られるまでの期間は、原水水質や水温が影響するが、概ね1ヶ月程度である。本装置における水質と除去率を表-2、3に示した。また、カビ臭原因物質である2-メチルイソボルネオールの除去性能を表-4に示した。




 アンモニア性窒素や溶存マンガンは共に90%以上の除去率が得られている。臭気強度の除去率は、57%程度である。2-メチルイソボルネオールは原水濃度が50ng/L では72%、それ以下の濃度では100%と高い除去性能が得られた。過マンガン酸カリウム消費量、E260 およびトリハロメタン生成能などの有機物質については、20〜32%程度の除去率が得られ、陰イオン界面活性剤も良好に除去された。
穴生浄水場における、アンモニア性窒素および溶存マンガンの経日変化を図-3、4に示した。アンモニア性窒素については、冬期に原水濃度が、最大0.5mg/L 程度を示したが良好に除去された。溶存マンガンは、取水の変更により原水の変動が大きいが、最大0.1mg/Lにおいても安定して良好に除去されている。以下のように、処理水質は年間を通じて安定して良好な値を示した。原水濁度の損失水頭への影響を図-5に示した。台風により、穴生浄水場において、原水濁度が100 度以上の期間が1 週間程度、その後は50 度以上の値が2 週間程度継続したが、損失水頭値の変動は認められなかった。従って、降雨による高濁度原水の流入による損失水頭への影響は認められず、安定した運転が継続できた。

維持管理

 運転管理は容易である。運転操作、洗浄、監視は全て機側の制御盤で自動制御を行い、データはテレメータで中央の監視盤にデータ転送している。U-BCF は、自然流下方式の採用により、ポンプなどの補機が少なく、また、薬品等の注入を行わないため維持管理が容易である。さらに、浄水処理全体として、薬品注入量の減量化 および平滑化が得られるので、浄水場全体の維持管理にも良好な影響を与える。U-BCF の圧力渠内は人為的な清掃が必要であり、頻度は原水性状にもよるが、1年に1回程度実施する。

経済性

 処理水量35,000m3/日での「オゾン」+「活性炭」による高度処理法との試算比較および北九州市のU-BCF 導入前後で比較された実施設での薬品節減効果を、表-6〜8 に示す。





脚注およびリンク集




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