水処理施設はどのようにして真水をろ過するのでしょうか?
世界中で水資源がますます不足するにつれて、水処理施設の重要性が高まっています。これらの施設は、汚染された水源を飲料水として浄化するだけでなく、公衆衛生と環境を保護する上で重要な役割を果たします。
それでどうやって水処理施設さまざまな水源から水をろ過して、清潔で飲める真水にするにはどうすればよいでしょうか。この記事では、水処理プラントの背後にある操作プロセス、技術的アプリケーション、科学的原理について詳しく説明します。
水処理プラントのワークフローとは何ですか?
水処理プラントのワークフローは、一般的に、前処理、一次処理、二次処理、三次処理という主な段階に分けられます。各段階には、特定の目標と技術的手段があります。
1. 前処理：
前処理は、水処理t. その主な目的は、後続の処理装置の損傷や詰まりを防ぐために、水中の大きな粒子や浮遊物質を除去することです。通常、前処理には次の手順が含まれます。
● グリッドとスクリーンろ過:大きなゴミ、葉、ビニール袋などの大きな粒子を取り除くには、グリッドとスクリーンを使用します。
● 沈砂室：砂や砂利などの大きな無機粒子を除去するには、沈砂池を使用します。
● 前酸化：酸化剤（塩素やオゾンなど）を加えることで、有機物や金属イオンが最初に酸化され、悪臭を抑制し、微生物の繁殖を防ぎます。
2. 一次治療：
一次処理の主な目的は、水中の浮遊物質と一部の有機物を除去することです。一般的な方法は次のとおりです。
● 凝固と凝集：凝集剤（ミョウバンやポリ塩化アルミニウムなど）を水に加えると、微細な浮遊物質がより大きな凝集粒子に凝縮され、その後凝集剤（ポリアクリルアミドなど）によってさらに凝集されます。
● 沈殿：凝集によって形成された固体粒子は、重力沈降によって水から分離され、沈殿槽の底に堆積するスラッジを形成します。
3. 二次処理：
二次処理は主に溶解性有機物と微細懸濁物質を対象とし、生物学的処理と物理的・化学的処理方法によって水質をさらに浄化します。
● 生物学的処理：有機汚染物質は微生物の代謝によって除去されます。一般的な生物学的処理方法には、活性汚泥法、散水床法、連続バッチ反応器（ＳＢＲ）などがあります。活性汚泥法では、好気性微生物を使用して有機物を分解し、二酸化炭素と水を生成すると同時に活性汚泥を形成します。
● ろ過:さらに、砂ろ過器や炭素ろ過器で残留浮遊物質や微生物を除去します。砂ろ過器は砂層のろ過効果を利用して浮遊物質を除去し、炭素ろ過器は活性炭の吸着特性を利用して有機物や臭気を除去します。
4. 三次処理：
三次処理は水処理の最終段階です。主な目的は、窒素、リン、重金属、微量汚染物質などの特定の汚染物質を除去し、消毒して水質の安全性を確保することです。
● 高度酸化：オゾン、紫外線、過酸化水素などの酸化剤を使用して、分解が難しい有機物や微量汚染物質をさらに分解します。
● 脱窒・リン除去：水域の富栄養化を防ぐため、化学的沈殿または生物学的脱窒およびリン除去技術によって水から窒素およびリン化合物を除去します。
●消毒：塩素、二酸化塩素、オゾン、紫外線を使用して水を消毒し、病原微生物を殺し、排水の微生物指標が飲料水基準を満たしていることを確認します。
現代の水処理技術の応用
伝統的な水処理方法に加えて、現代の水処理プラントでは、処理効率と水質を改善するためにいくつかの高度な技術も広く使用されています。
1. 逆浸透（ロ）：
逆浸透技術は半透膜を使用して、水から溶解塩、重金属、有機物、微生物を除去します。ROシステムは、高圧下で非常に小さな孔を持つ膜に水を通すことで、水分子のみを通過させ、ほとんどの汚染物質を遮断します。逆浸透技術は、海水淡水化や高純度水の製造に広く使用されています。
2. 限外濾過（フロリダ大学）とナノ濾過（NF）：
限外濾過およびナノ濾過技術では、異なる孔径の膜を使用して、水中の浮遊物質、コロイド、バクテリア、および一部の可溶性有機物を濾過します。限外濾過膜の孔径は通常 0.01 ～ 0.1 ミクロンですが、ナノ濾過膜の孔径はより小さく、分子量の小さい有機物や多価イオンを遮断できます。限外濾過およびナノ濾過は、前処理または逆浸透の前処理としてよく使用されます。
3. 膜分離活性汚泥法（ＭＢＲ）
ＭＢＲ は、生物処理と膜ろ過の利点を組み合わせたものです。活性汚泥法をベースに、限外ろ過膜または精密ろ過膜を追加して、生物処理された水をさらに浄化します。ＭＢＲ システムは、設置面積が小さく、排水品質が高く、汚泥生成量が少ないという利点があり、中小規模の水処理プラントや再生水プロジェクトで広く使用されています。
4. 電気化学的水処理：
電気化学水処理技術電気凝固、電気酸化、電気吸着などの電気化学反応を利用して水から汚染物質を除去します。この技術は、処理効率が高く、エネルギー消費が少なく、化学薬品の投与量が少ないという利点があり、高濃度の有機廃水や重金属を含む廃水の処理に適しています。
水処理施設の管理・運営
効率的な水処理には、高度な技術と設備だけでなく、科学的な管理と運用も必要です。
1. 自動化とインテリジェンス:
現代の水処理プラントでは、自動制御システムとインテリジェント管理プラットフォームを広く使用して、水処理プロセスのリアルタイム監視と制御を実現しています。センサーとオンライン分析機器を通じて、水質データが収集され、処理パラメータが最適化され、処理効率と安定性が向上します。
2. 環境保護と持続可能な開発：
水処理場は、運営中、環境保護と持続可能な開発を重視し、省エネ・消費削減技術を採用してエネルギー消費と炭素排出量を削減します。同時に、汚泥の資源利用と廃水の再利用を通じて、環境負荷を軽減し、水資源のリサイクルを実現します。
3. 水質監視と保証：
排水の水質が基準を満たしていることを保証するために、水処理プラントは、定期的に水質をテストして評価するための完全な水質監視システムを確立しました。実験室分析とオンライン監視を通じて、水質の問題をタイムリーに発見して解決し、給水の安全性を確保します。
結論
水処理施設水資源の浄化と飲料水の安全性の確保において、水処理はかけがえのない役割を果たしています。前処理、一次処理、二次処理、三次処理などの多段階の科学的プロセスと現代の水処理技術を組み合わせることで、水処理プラントはさまざまな水源からの水を安全できれいな真水に浄化することができます。