これだけはおさえておきたい!水処理で行う操作




水処理をひとことで言うと何だと思いますか?

水処理システムはいろんな処理技術の組み合わせで構成されていて、とてもひとことで語りつくせるものではないと思う方も恐らくたくさんいると思います。

でも、敢えてひとことでいうとすれば、何でしょうか?

水処理はいろんな処理技術がありますが、その全てに共通することは用途に応じて水中の不純物を取り除いたり無害化することです。

なので、水処理とは何かと聞かれたら、水質浄化と答えるようにしています。

ここではそんな水処理について、取り除かなければいけない不純物ごとに、

最低限おさえておきたい処理技術をまとめてみました。

固液分離処理は水処理の基本中の基本

水処理で取り除かなければならない物質として真っ先に挙げられるものは水中の固形分です。

いわゆる固液分離処理ですが、水処理の中では1番と言っても良いくらいよく登場します。

固液分離処理として代表的なプロセスは凝集沈殿ですが、それ以外にも膜分離処理や、

遠心分離のような特殊な処理プロセスもあります。

固液分離処理は固体と液体の比重差やサイズの違いを利用して分離するのが基本です。

わかりやすい例で言うと、河川水の浄化がイメージしやすいかもしれません。

河川水には砂や泥といった懸濁物質が多く含まれています。特に大雨の翌日は

川の水が濁っているのをよく目にしますよね。

そんな河川水の中に含まれる懸濁物質を凝集沈殿やろ過で分離除去するのが

固液分離処理です。

固体は水よりも比重が大きいのが基本ですが、中には比重の軽い固体というのも

存在します。例えば、繊維やパルプ排水に含まれるような浮上性のSSなどが

それに該当します。これらは凝集沈殿のように沈めて落とすのではなく、

軽いから浮かせて分離します。この処理のことを加圧浮上と呼びますが、

加圧浮上はさらに固形分だけでなく、水中に含まれる油分も浮上分離します。

油分は水よりも比重が小さくて浮きやすいという性質を利用しているんですね。

固液分離の守備範囲は意外と広く、単に沈殿や浮上分離しただけでは

不十分なこともあり、その処理水をさらにろ過で清澄にすることもあります。

ろ過は最も一般的な砂ろ過だけでなく、膜ろ過も当てはまります。

いずれも固形分のサイズの違いを利用してろ材や膜で分離しています。

なお、ろ過にはデッドエンド(全量ろ過)と呼ばれる方法と

クロスフローと呼ばれる方法があります。

デッドエンドは文字どおり、原水を全量ろ過して処理水を得るのに対して、

クロスフローはろ過の原水側の一部を系外に出すことで、全量ろ過しない

処理方式です。砂ろ過はデッドエンドが基本なのに対して、膜ろ過は

デッドエンドだけでなく、クロスフロー方式も採用されます。





有機物は生物処理

水処理で取り除かなければならない物質の中で最もノウハウを必要とするのが有機物です。

有機物は生物処理で低減させるのが一般的ですが、処理技術として扱う対象が生き物

であるため、生き物のことをよく知っておく必要があります。

水処理で扱う微生物は様々ですが、酸素を必要とする微生物とそうでないものに

大きく分けることができます。

酸素を必要とする処理は好気処理と呼ばれ、BODで数千mg/L程度の有機物を

処理するのに適しています。一方、酸素を必要としない処理のことを嫌気処理と呼び、

BODで数万mg/L程度の高濃度領域の処理を得意とします。

また、生物処理の中にはBODだけでなく、窒素やリンを除去する処理プロセスもあり、

排水規制によってはこれらの処理プロセスとの組み合わせでシステムが構築されます。

いずれも生き物の取り扱いが重要で、水中の微生物が快適に生育できるようにする

ための栄養補給や水温の維持管理が欠かせません。

最終的な仕上げは脱塩処理

固液分離処理と生物処理を行い、水中の固形分と有機物を処理した後は、

脱塩処理を行います。

脱塩処理は水処理の中では後処理に位置付けられていて、

適切な前処理が行われていることが前提となります。

脱塩処理では水中に溶存しているイオンを除去する処理で、

イオン交換樹脂か逆浸透膜(RO膜)が用いられます。

処理プロセスとしては純水製造となりますが、

単に硬度成分だけを取り除く軟化処理も含まれます。

なお、硬度成分は一般的に軟水器と呼ばれるイオン交換樹脂で除去されますが、

NF膜(Nano Filtration)と呼ばれる脱塩膜でも除去することができます。

また、近年では電気を原動力として脱塩処理する電気脱塩方式も

普及が進んでおり、イオン交換膜の技術革新とともに逆浸透膜方式との

組み合わせで用いられるようになってきました。

まとめ

水処理で行う基本操作について、除去対象物質ごとにまとめてみました。

水処理はいろんな処理技術があり、それらを組み合わせて最適なシステムを

構築する必要がありますが、除去対象物質ごとに見てみると、

処理技術を整理しやすいかもしれません。

水処理で除去しなければならない3大物質は固形分、有機物、溶存塩類で、

それぞれの基本的な処理プロセスがあることは最低限おさえておきたいですね。