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1 平成 28 年 9 月 30 日 水団連 講演会 公益財団法人水道技術研究センター 技術顧問 石井健睿 JWRC

2 1 無機系アルミニウム系 (PAC) 鉄系(PSI) など 2 有機系合成系ポリアクリルアミド系 ポリアミン系 ポリDADMAC 系 3 分子量数千 ~ 数千万 アニオン性ポリアクリルアミドの分子式 モノマーの分子式 n m 2

3 ノニオン性 ポリアクリルアミド の分子式 カチオン性ポリアクリルアミの分子式 CR COOC 2 H 4 N(CH 3 ) 3 Cl m n n 3 効果架橋効果によるフロックの巨大化 強固化 無機凝集剤量の削減 3

4 12015 年に水道技術研究センターで 高分子凝集剤使用ガイドライン が発行され 有機ポリマーについての処理特性 使用法 国内外での使用実績などが詳しく載っている 実用化にあたっての指導書である 2 これまでにも同センターでは 2005 年には 鉄系 高分子凝集剤使用ガイドライン 2010 年には ポリシリカ鉄 (PSI) 使用ガイドライン が出されている 4

5 浄水処理用薬品としての規格化は現在 日水協で進められている 1 規格の必要性 2 規格の内容規定 安全性 購入の時の仕様規定 モノマー 重金属の含有量などの 3 排水処理用のポリアクリルアミドの規格は JWWA K126がすでにある 4 欧米及びアジアでも各国で基準がある 5

6 1 排水処理 40 年くらい前 日本では排水処理 濃縮槽でのスラッジの沈降性 濃縮性の改善 造粒脱水などに使われ始めた ( 当時イギリスでは浄水処理にも PWG 規格 ) 我が国では現在も主として排水処理で使われ しかし 排水処理した水は原水に戻さない 2 浄水処理我が国では高濁度時の対応として今でも例外的にある程度で 殆どない 一部で実験などは行われてきた ( ガイドラインに詳細が載っている ) 6

7 1 厚生省通知 ( 昭和 48 年 7 月 20 日付環水第 88 号水道整備課長通知 水道に使用する凝集剤 薬品等の取り扱いについて ) により禁止されていた その理由は モノマーの健康への危険性 神経麻痺 癌発生 7

8 2 水道施設の記述的基準を定める省令 ( 平成 12 年 2 月 23 日厚生省令第 15 号 ) の施行で 平成 12 年 (2000 年 )4 月から以前の厚労省通達は廃止されたので 高分子凝集剤の使用が可能となった 但し 水中のモノマー量の規制がある (WHO の 10 分の 1 で mg/L) 8

9 3 以前は水道施設設計指針に基づく浄水施設の設計以外は不認可 要するに施設設計指針に書いてないことは原則として認められなかった 2000 年以降 水道施設設計指針は厚生省の監修ではなくなった 以前は仕様基準であったが現在は性能基準となっている 9

10 4 以前の水道施設設計指針について具体的な例として 濾過速度 120m/d と なぜ小さかったのか ( 表面負荷率も同様 ) 導入時期の 技術知識や経験不足 ゆとりの必要性 (10 池までごとに 1 池の予備池 ) など 10

11 ⑤食品中のアクリルアミド濃度の例(国内データ) (農林水産省ホームページより 2016/08/29) mg/kg 最小値 最大値 平均値 フライドポテト ポテトスナック 0.03未満 ビスケット類 0.02未満 乳児用 ビスケット類 0.02未満

12 大別して浄水処理では次の 3 種がある 1 凝集助剤 一般的には 無機凝集剤を入れたのち さらに混和池でポリマーを入れて無機凝集剤の量を減らす 2 沈澱助剤 フロック形成の前に入れてフロックを大きくして沈澱を促進する沈澱助剤 低温時に効果が大きい 高濁度時 藻類対策に有効で 沈澱池を縮小できる 12

13 3 濾過助剤 沈澱処理後に注入して フロック強度を上げて濾過速度を高める 濾過池面積の削減につながる 当然これらは独立したものではなく 相互に関連がある また 注入の時の撹拌強度 沈澱池の構造 濾過池の廬層構造 洗浄方法などもいろいろな方法があり 実用にあったては調査 実験などで最適な方法を選ぶ必要がある ポリアクリルアミドの場合 注入率は 1mg/L 以下と極めて少ない 13

14 4 粘性に注意 ポリマーの溶液は粘性度が高い 薬品粉末を溶解する時 注入量 撹拌強度 撹拌時間 また管路での詰まりに注意する必要がある 14

15 水道技術研究センターの海外出張報告書と高分子凝集剤使用ガイドラインからオーストラリア ニュージーランドの例を示す 1プロスペクト浄水場オーストラリア シドニー市 300 万 m 3 /d 基本的フロー原水 スクリーン 凝集池 砂濾過 貯留槽 配水 ( 沈澱池なし ) 凝集池塩化第二鉄 高分子凝集剤注入砂濾過池 24 池 1 池 240m 2 砂層厚 2000mm 砂粒系 1.7mm 最大濾速 600m/d 濾水濁度 0.051NTU 15

16 2 テルアマ浄水場ニュージーランド 14 万 m 3 /d 基本的フロー凝集 ( 無機 + 濾過助剤 ( フロック形成助剤 )) 沈澱 濾過凝集剤 PAC( 原水悪化時 高速凝集沈澱池を利用 ) 濾過池濾過速度 230m/d 濾過助剤ポリアクリルアミド ( カチオン性 ) アンスラスラサイト層 900mm 粒径 1.18~2.36mm 砂層 350mm 粒径 0.5~1.0mm 濾過速度 230m/d 浄水濁度目標 0.1NTU 以下 原水濁度 0.1~2.0NTU 16

17 3ワイヌイオマタ浄水場ニュージーランド 6 万 m 3 /d 基本的フロー凝集 ( 無機 +フロック形成助剤 ) DAF( 浮上分離 ) 濾過 凝集助剤 PAC カチオン性ポリアクリルアミド フロック形成槽有り 沈澱池は無し 濾過池砂濾過層厚 1900mm 粒径 1.6~3.6mm 濾過助剤は無し 濾過速度 200m/d 浄水濁度目標 0.1NTU 以下 原水濁度 0.1~5.0NTU 17

18 4 イラワラ浄水場オーストラリア 21 万 m 3 /d 基本的フロー 凝集 ( 無機 + 凝集補助剤 ) 濾過助剤 濾過凝集塩化第二鉄 凝集助剤 ( カチオン性ポリDADMAC) フロック形成槽 沈澱池は無し 濾過池コール層 1700mm 有効径 2.0mm 濾過助剤 ( ノニオン性ポリアクリルアミド ) 均等係数 1.3 砂層 300mm 有効径 0.85mm 均等係数 1.3 濾過速度 403m/d 浄水濁度目標 0.1NTU 原水濁度 0.05~10NTU 18

19 5 ウォロノーラ浄水場オーストラリア 16 万 m 3 /d 基本的フローは 4 イラワラ浄水場と同じ 米国では濾過はポリマーを使って 360m/d が標準だという 東南アジア ( タイのバンケン浄水場など ) でも高濁度対策として使われているようである すなわち有機高分子凝集剤の使用は当然のこととなっている 19

20 わが国では高濁度対策として沈澱処理でおこなわれている 濾過速度は 120~150m/d になっているので 濾過前の処理で使われている 1 北海道天塩町更岸浄水場 1716m 3 /d 凝集沈澱 2010 年最大濁度 1430 度で 1000 度くらいあったが 沈澱水濁度は 1.5 から 0.3 度になった PAC のみではこのようなことはできなかった アニオン性ポリアクリルアミド使用 濾過砂層厚 600mm 有効径 0.6mm 均等係数 1.5 以下 濾過速度 70m/d( 現在は井戸水で濾過はしていない ) 20

21 2 宮崎県西都市高砂浄水場 9400m 3 /d 凝集沈澱原水浅層地下水で 通常は濁度低い 0.1~0.6 度 高濁度 10 度以上 ( 最大 39 度 ) のときはマイクロサンドとアニオン性ポリアクリルアミドを入れて超高速凝集沈澱処理がなされている 濾過アンスラサイト層厚 400mm 有効径 0.9mm 均等係数 1.5 以下 砂層厚 700mm 有効径 0.6mm 均等係数 1.5 以下 濾過速度 230m/d 21

22 3 そのほかにも工業用水ではあるが 次のような例がある 川崎市生田浄水場 20 万 m 3 /d 原水濁度 10 度以上のときは ( 年間 100 日程度 濁度は 0.9~400 度 最大 2150 度 ) でマイクロサンドと高分子凝集剤を注入し 超高速凝集沈澱処理をしている ここではスラリー循環型の高速凝集沈澱池であったが 超高速凝集沈澱池に再構築して 面積が 3 分の 1 で済んだ 沈澱水濁度は 1~2 度程度 22

23 福山市箕島浄水場 15 万 8 千 m 3 /d 原水濁度 5~25 度 ( 最大 50 度 ) で アニオン性ポリアクリルアミドを用いて凝集沈澱をしている ( 藻類対策 ) このようにわが国では沈澱効果を高めるのに用いられている 23

24 現在水道の普及時に建設された浄水場が更新の時期を迎えている 更新にあたって耐震化が叫ばれているが 効率化もそれに劣らず重要である 1 新しい技術 ( 有機ポリマー ) の採用により 施設の効率化と小規模化による建設コストの削減 既存用地内での更新が可能 ポリマー使用による 常時も含めて高濁度時などの運転管理の容易さ 施設小規模化による人員の削減 補修部品 修理事故などの経費削減 24

25 既存の浄水場 着水井 混和池 PAC m/d フロック形成池 沈 池 ろ過池 原水 砂層 60cm 砂利 約2 5時間 浄水 20 40分 分 高効率浄水場(イメージ図) 着水井 混和池 フロック形成 PAC ポリマー 沈 帯 高速 ろ過池 m/d 原水 アンスラサイト層 砂層 計200cm 浄水 30 60分 砂利 25

26 2 また 有機ポリマー採用以外にも 運転の自動化の促進 ICT 技術による施設の集中管理 ( クラウドなどにより ) 水質測定管理の高度化などが有る 数十年前と全く同じものを作ることは不合理であり 技術の進歩を生かす必要がある 26

27 3 但し 施設の効率化とゆとりは本来別のもので これは当然考慮すべきものある ( 具体的には言えば フロックの沈澱速度と強度を上げて沈澱池を縮小し 高速濾過にして濾過池面積を減らす しかし 事故などを考慮して これまでの設計指針にもあるように 濾過池は 10 池までごとに予備池を 1 池作ること などの ゆとり考え方 は生かされるべきである ) 27

28 有機系高分子凝集剤は世界では広く使われている 日本も世界市場に出て行けるように 今のままでは取り残されてしまう 28

29 JWRC

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