JP2010082486A

JP2010082486A - 超微細粒焼砂生物濾過装置

Info

Publication number: JP2010082486A
Application number: JP2008102012A
Authority: JP
Inventors: Toyofumi Miyazaki; 豊文宮崎
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-06-13
Filing date: 2008-04-10
Publication date: 2010-04-15
Anticipated expiration: 2028-04-10
Also published as: JP5093896B2

Abstract

【課題】河川や地下から採取した原水中の、人体に有害な物質の大部分と、これまで除去できなかったヒ素成分とを一連の浄化作業の中で確実に除去できる超微粒焼砂生物濾過装置を提供する。
【解決手段】原水を微生物処理するとともに夾雑物を濾過する濾過砂層(111)と、濾過砂層の上方に設けられた原水供給部(112)と、濾過砂層の下方に設けられた濾過済み水の取出し口部(113)と、濾過槽内の濾過砂層上方に着脱可能に保持され、原水に含有されたヒ素成分を吸着し得る吸着材をネット体(114A)に担持し該ネット体の外周にフレーム(114B)を固定して構成されたネットフィルタ(114)と、フレームの外側に設けられ、圧力流体によって膨出してフレームと濾過槽内面との間をシールするチューブ(114E)とを備える。
【選択図】図２

Description

この発明は超微細粒焼砂生物濾過装置に関し、特に河川や地下から採取した水（以下、「原水」という）を飲料水などに処理する際に、原水に溶け込んだヒ素成分及び人体への有害成分を確実に除去できるようにした装置に関する。

原水から飲料水を生成する方式には一般的に緩速濾過方式と急速濾過方式とが知られている。緩速濾過方式は原水を濾過砂層によって微生物処理するとともに夾雑物を濾過することによって浄化するという方式であり、本件発明者らは超微細粒焼砂を含む濾過砂層によって微生物処理するとともに夾雑物を濾過する超微細粒焼砂生物濾過装置を開発し実用化するに至った。この超微細粒焼砂生物濾過装置は塩素などの薬品を使用して処理する急速濾過方式に比して処理速度は遅いものの、薬品臭さが少ないという点で飲料用には優れている（特許文献１、特許文献２）。

ところで、飲み水の浄化処理をする前には夾雑物とともに、人体に有害な物質が溶け込み混ざり合っている。通常、この種の有害物質は物理的な細かい膜目を通して浄化することが行われているが、ヒ素成分の除去は難しい。ヒ素は様々な形態で土壌に存在し、飲料水がヒ素で汚染されると健康被害が懸念されることから、ヒ素を可能な限り除去することが求められる。例えば、水道法によるヒ素濃度の水質基準値は０．０１ｍｇ／ｌ以下である。従来、吸着によってヒ素成分を除去する方法（特許文献３）、酸化剤と凝集剤によってヒ素成分を凝集共沈させて除去する方法（特許文献４）、などが知られており、これらの方法を上述の超微細粒焼砂生物濾過装置に採用することが考えられる。

特開平０７−３０８５１８号公報特許第３４０６２５８号公報特表２００７−５０５７３６号公報特許第３５４６７９４号公報

しかし、吸着法では吸着量が飽和する毎に、吸着材を交換する必要があるが、交換作業に時間がかかり、ヒ素を吸着除去する予備の設備がないとその間は飲料水の生成を休止する必要がある。

他方、凝集共沈法ではヒ素の量によっては多量の凝集剤を必要とし、しかもヒ素含有スラッジを沈澱させるのに時間がかかり、さらにはヒ素含有スラッジの処理が繁雑で手数を要する。従来の吸着法及び凝集共沈法のいずれの方法も超微細粒焼砂生物濾過装置に適用することは難しい。

本発明はかかる問題点に鑑み、ヒ素成分の除去を簡単にかつ確実に行うことができ、吸着量の飽和時に吸着材を迅速に交換できるようにした超微細粒焼砂生物濾過装置を提供することを課題とする。

本発明に係る超微細粒焼砂生物濾過装置は、濾過砂層によって原水を生物処理するとともに夾雑物を濾過するようにした超微細粒焼砂生物濾過装置において、濾過槽内に設けられ、超微細粒の焼砂の層を有し、原水を微生物処理するとともに夾雑物を濾過する濾過砂層と、上記濾過砂層の上方に設けられ、原水を受入れて濾過砂層に原水を供給する原水供給部と、上記濾過砂層の下方に設けられ、濾過済み水を取り出す取出し口部と、上記濾過槽内の濾過砂層上方に着脱可能に保持され、原水に含有されたヒ素成分を吸着し得る吸着材をネット体に担持し該ネット体の外周にフレームを固定して構成されたネットフィルタと、該ネットフィルタのフレームの外側に設けられ、圧力流体によって膨出されて上記フレームと濾過槽内面との間をシールするチューブと、を備えたことを特徴とする。

本発明の第１の特徴は原水を濾過砂層に供給する前に、吸着材を担持させたネット体を通過させ、原水に含まれるヒ素をネット体の吸着材に吸着させるようにした点にある。これにより、濾過槽内でヒ素の除去を行うことができる。

本発明の第２の特徴はネット体のフレーム外側にチューブを設けてこれに圧力流体を送り、膨出したチューブによってネット体のフレームと濾過槽の内面との間をシールするようにした点にある。

これにより、ヒ素成分を含んだ原水がネット体を通過せずに濾過砂層に供給されることはなく、ヒ素成分をより確実に除去することができる一方、吸着量が飽和したときにはチューブを収縮させると、ネットフィルタを濾過槽から簡単に取り出すことができ、ネットフィルタの交換を迅速に行うことができ、超微細粒焼砂生物濾過装置の稼働を休止する時間を大幅に短縮できる。

ネット体は微細な目開きであることが必要である。目開きが大き過ぎると、ヒ素成分がネット体の目を通過してしまうからである。具体的には、ネット体は０．０５３ｍｍ〜０．２８３ｍｍの範囲内の目開きが好ましい。

ネットフィルタのネット体は吸着材を担持できるものであればよいが、飲料水への影響を考慮すると、ステンレス鋼、例えばＳＵＳ３０４製の金網を採用するのがよい。

ネットフィルタの吸着材はヒ素成分を吸着できる材料でよく、例えば活性炭、活性アルミナ、ゼオライト、チタン酸、ジルコニウム水酸物などを用いることができるが、５価のヒ素成分だけでなく、３価のヒ素成分も確実に吸着できるようにマンガン酸化物を用いると、マンガン成分や鉄成分など、原水に含まれる人体に有害な物質を吸着除去することができる（例えば、特開２００３−１６０３３８号公報、参照）。

ネットフィルタは膨出したチューブによって濾過槽内面に保持してもよいが、圧力流体の供給が停止されると、濾過槽内面から外れ、ネット体に吸着されたヒ素が濾過砂層側に洩れるおそれがある。そこで、ヒ素フィルタは取付けブラケットによって濾過槽の上端縁から着脱可能に吊り下げるようにするのがよい。

濾過砂層は公知のものを採用することができる。例えば、平均径０．０８ｍｍ〜０．３ｍｍの第１の微細砂層と、該第１の微細砂層の下側に設けられ、平均径０．４ｍｍ〜１．８ｍｍの第２の細砂層と、該第２の細砂層の下側に設けられ、平均径２ｍｍ〜２０ｍｍの第３の砂利層及びぐり石層から構成されることができる。焼砂を用いたのは山砂、川砂、海砂に付着する有機性不純物や雑菌、その他の夾雑物を焼くことによって予め除去し、濾過砂層に規定の濁度、３０度よりも優れた洗浄濁度を得るためである。

さらに、超微細粒焼砂生物濾過装置の洗浄効率を高める上で、濾過砂層の表面に生成するヘドロを分解し減少させることが重要である。そこで、濾過砂層とネットフィルタとの間に設けられ、ホルダーに濾過砂層に向けて洗浄水を吹き付ける洗浄ノズルを取付けて構成される濾過砂洗浄具を更に備えるのが好ましい。

また、ヘドロの分解を促進する上で、濾過砂層の微生物に対してエアーレーションを行って活性化するのが望ましい。そこで、濾過砂層とネットフィルタとの間に設けられ、濾過砂層の微生物に対してエアーレーションを行うエアーノズルをホルダーに取付けて構成されるエアーレション具を更に備えるのがよい。

この場合、濾過砂洗浄具のホルダーには濾過砂層の微生物に対してエアーレーションを行うエアーノズルを取付けてエアーレション具の機能を兼用させることもできる。

以下、本発明を図面に示す具体例に基づいて詳細に説明する。図１ないし図４は本発明に係る超微細粒焼砂生物濾過装置の好ましい実施形態を示す。図において、濾過設備１０には複数、例えば３台の超微細粒焼砂生物濾過装置１１が設けられ、３つの超微細粒焼砂生物濾過装置１１の上部には地下水（原水）Ｗを送給する既設管１２から分岐された原水供給管１３によって原水Ｗが供給されるようになっている。

超微細粒焼砂生物濾過装置１１には濾過済み水（飲料水）を取り出す取出し管１４が接続され、取出し管１４は仮貯水槽１５に接続され、仮貯水槽１５には給水ポンプ１６が投入され、給水ポンプ１６には給水管１７が接続され、給水管１７は本水槽１８に接続され、本水槽１８内の飲料水は加圧ポンプ１９及び送水管２０によって所定の場所に送水されるようになっている。

超微細粒焼砂生物濾過装置１１は濾過槽１１０を備え、濾過槽１１０は例えば高さ２０００ｍｍ及び内径８００ｍｍの有底円筒状をなし、上端開口は蓋（図示せず）によって封鎖されるようになっている。

この濾過槽１１０内には下半部に濾過砂層１１１が設けられ、濾過砂層１１１の上方は原水を受け入れて一時貯水して濾過砂層１１１に供給する原水供給部１１２が設けられ、濾過砂層１１１の下側には逆洗浄装置１１５が設けられるとともに、濾部槽１１０の槽壁には濾過済み水を取り出す取出し口部１１３が形成され、取出し口部１１３には取出し管１４が接続されている。

濾過槽１１０の原水供給部１１２内にはネットフィルタ１１４が内蔵されている。このネットフィルタ１１４では図３に示されるように、ネット体１１４Ａは例えば線径０．０５１ｍｍのステンレス鋼線を用い、２００メッシュ、つまり目開き０．０７６ｍｍの金網に製作され、金網の線には吸着材、例えば二酸化マンガンの粉体が溶着などによって担持されている。

このネット体１１４Ａは短尺円筒状のフレーム１１４Ｂの中段受け面１１４Ｈ上にブラケット１１４Ｄを介して搭載され、上方から押えブラケット１１４Ｃが重ねられてボルト・ナットによって締め付け固定され、フレーム１１４Ｂの中段受け面１１４Ｈの下側には逆洗浄用パイプ１１４Ｆが配置され、逆洗浄用パイプ１１４Ｆは外部の処理済み逆洗水の供給源（図示せず）に接続され、逆洗用処理水Ｗａｔｅｒが供給されてネット体１１４Ａを逆洗浄できるようになっている。

フレーム１１４Ｂの外周面には取付けフランジ１１４Ｊが上下に間隔をあけて形成され、取付けフランジ１１４Ｊの間には弾性チューブ、例えばゴムチューブ１１４Ｅが嵌め込まれ、ゴムチューブ１１４Ｅには外部のエアー供給源（図示せず）からエアーＡｉｒが供給されてゴムチューブ１１４Ｅは膨出し、フレーム１１４Ｂと濾過槽１１０の内面との間をシールするようになっている。

また、フレーム１１４Ｂには取付け金具１１４Ｇの下端部が固定され、取付け金具１１４Ｇは濾過槽１１０の上端縁に着脱可能に取付けられてネット体１１４Ａ及びフレーム１１４Ｂを吊り下げ支持するようになっている。

濾過砂層１１１は図４に示されるように、平均径０．０８ｍｍ〜０．３ｍｍの第１の微細焼砂層１１１Ａと、第１の微細焼砂層１１１Ａの下側に設けられ、平均径０．４ｍｍ〜１．８ｍｍの第２の細焼砂層１１１Ｂと、第２の細焼砂層１１１Ｂの下側に設けられ、平均径２ｍｍ〜２０ｍｍの第３の砂利層及びぐり石層１１１Ｃとから構成され、第１の微細焼砂層１１１Ａ、第２の細焼砂層１１１Ｂ及び第３の砂利層及びぐり石層１１１Ｃは必要に応じて濾過布、例えば絹布に包まれている。

原水が原水供給部１１２内で受け入れられると、原水はその自重によって下方の濾過砂層１１１に向けて供給され、濾過砂層１１１の表面に付着した微生物によって処理されるとともに、濾過砂層１１１を通過する際に夾雑物が濾過され、濾過済み水が取出し口部１１３から取り出される。

その際、ネットフィルタ１１４では原水に含有されるマンガン成分や鉄成分などの人体に有害な物質がネット体１１４Ａの二酸化マンガンに吸着され、この二酸化マンガン及びマンガン成分にヒ素成分が吸着され、原水に含有された有害物質及びヒ素成分は確実に除去される。

本件発明者らの実験によれば処理済みの飲料水のヒ素濃度は水道法によるヒ素濃度の水質基準値は０．０１ｍｇ／ｌ未満にでき、ネット体１１４Ａにはヒ素成分及び人体有害物質が霜状に吸着していることが確認された。

ネットフィルタ１１４の吸着量が増加し、吸着能力が低下してくると、適量の逆洗用処理水Ｗａｔｅｒを供給し、ネット体１１４Ａの逆洗浄を行うと、吸着された成分がネット体１１４Ａから離れて分散した後、ネット体１１４Ａの全体に分散して吸着されるので、吸着能力を回復させることができる。

ネットフィルタ１１４の吸着量が飽和した場合、エアーＡｉｒの供給を停止してゴムチューブ１１４Ｅを収縮させた後、取付け金具１１４Ｇを緩めて引き上げると、ネットフィルタ１１４を濾過槽１１０から引き上げることができるので、新しいネットフィルタ１１４を濾過槽１１０内にセットし、ゴムチューブ１１４ＥにエアーＡｉｒを供給し、ゴムチューブ１１４Ｅを膨出させると、ネットフィルタ１１４のフレーム１１４Ｂと濾過槽１１０との間をシールすることができ、ヒ素成分や有害分子がネットフィルタ１１４のフレーム１１４Ｂと濾過槽１１０との間を通過して濾過砂層１１１に供給されることはない。

図５及び図６は第２の実施形態を示す。本例では濾過槽１１０内の濾過砂層１１１とネットフィルタ１１４との間にエアーレーション機能付き濾過砂洗浄具１２０を設けている点が第１の実施形態と異なっている。

エアーレーション機能付き濾過砂洗浄具１２０は円形のホルダー１２１を備え、ホルダー１２１は濾過槽１１０内壁面に固定された支持当たり具１１９上に搭載されている。このホルダー１２１には複数の洗浄ノズル１２２と複数のエアーノズル１２３が縦横に配列してかつ下向きに取付けられ、洗浄ノズル１２２及びエアーノズル１２３は各々給水ホース及びエアーホースによって接続されている。

給水ホース及びエアーホースはマニホールドジャンクション１２４に接続され、マニホールドジャンクション１２４には給水ホース１２５及びエアーホース１２６が接続されている。

本例ではネットフィルタ１１４の下側にエアーレーション機能付き濾過砂洗浄具１２０が設けられており、濾過砂層１１１の表面に付着した微生物によって原水が処理されるとともに、濾過砂層１１１を通過する際に夾雑物が濾過され、こうした生物濾過処理が行われ、濾過砂槽１１１の表面にヘドロがこびりつくようになると、給水ホース１２５から洗浄水を給水するとともに、エアーホース１２６からエアーを供給する。

すると、濾過砂槽１１１の表面のヘドロが舞い上がり、同時にエアーノズルからエアーが吹き付けられて濾過砂槽１１１の微生物に対してエアーレーションが行われ、微生物が発生化されるので、ヘドロの分解が促進されて減少し、これによって超微細粒焼砂生物濾過装置の優れた処理能力を長期間にわたって維持できる。

また、生物濾過処理を行っている際に、適当な時間間隔で濾過砂槽１１１の微生物に対してエアーレーションを行い、微生物を活性化するようにしてもよい。

本発明によれば、河川や地下から採取した原水を飲料水などに浄化処理する際に、原水に溶け込んでいる、人体に有害な物質の大部分と、これまで除去できなかったヒ素成分をも一連の浄化作業の中で確実に除去でき、その実用価値は高い。

本発明に係る超微細粒焼砂生物濾過装置の好ましい実施形態を備えた濾過設備を示す全体構成図である。上記実施形態を示す概略断面構成図である。上記実施形態を示す要部切欠き斜視図である。上記実施形態における濾過砂層の構造を示す図である。本発明に係る超微細粒焼砂生物濾過装置の第２の実施形態を示す全体構成図である。上記実施形態におけるエアーレション機能付きの濾過砂洗浄具兼を示す概略斜視図である。

符号の説明

１１超微細粒焼砂生物濾過装置
１１０濾過槽
１１１濾過砂層
１１２原水供給部
１１３取出し口部
１１４ネットフィルタ
１１４Ａネット体
１１４Ｂフレーム
１１４Ｅゴムチューブ
１１４Ｇ取付け金具

Claims

濾過砂層によって原水を生物処理するとともに夾雑物を濾過するようにした超微細粒焼砂生物濾過装置において、
濾過槽内に設けられ、超微細粒の焼砂の層を有し、原水を微生物処理するとともに夾雑物を濾過する濾過砂層と、
上記濾過砂層の上方に設けられ、原水を受入れて濾過砂層に原水を供給する原水供給部と、
上記濾過砂層の下方に設けられ、濾過済み水を取り出す取出し口部と、
上記濾過槽内の濾過砂層上方に着脱可能に保持され、原水に含有されたヒ素成分を吸着し得る吸着材をネット体に担持し該ネット体の外周にフレームを固定して構成されたネットフィルタと、
該ネットフィルタのフレームの外側に設けられ、圧力流体によって膨出されて上記フレームと濾過槽内面との間をシールするチューブと、
を備えたことを特徴とする超微細粒焼砂生物濾過装置。
上記ネット体は微細な目開きを有する請求項１記載の超微細粒焼砂生物濾過装置。
上記ネット体は０．０５３ｍｍ〜０．２８３ｍｍの範囲内の目開きのステンレス鋼製の金網で製作されている請求項２記載の超微細粒焼砂生物濾過装置。
上記ネット体の吸着材がマンガン酸化物であり、ヒ素成分とともに人体に有害な物質を吸着し得るようになした請求項１記載の超微細粒焼砂生物濾過装置。
上記ネットフィルタは取付けブラケットによって上記濾過槽の上端縁から着脱可能に吊り下られている請求項１記載の超微細粒焼砂生物濾過装置。
上記濾過砂層は、平均径０．０８ｍｍ〜０．３ｍｍの第１の微細焼砂層と、該第１の微細焼砂層の下側に設けられ、平均径０．４ｍｍ〜１．８ｍｍの第２の細焼砂層と、該第２の細焼砂層の下側に設けられ、平均径２ｍｍ〜２０ｍｍの第３の砂利層及びぐり石層から構成される請求項１記載の超微細粒焼砂生物濾過装置。
上記濾過砂層とネットフィルタとの間に設けられ、上記濾過砂層に向けて洗浄水を吹き付ける洗浄ノズルをホルダーに取付けて構成される濾過砂洗浄具を更に備えた請求項１記載の超微細粒焼砂生物濾過装置。
上記濾過砂層とネットフィルタとの間に設けられ、上記濾過砂層の微生物に対してエアーレーションを行うエアーノズルをホルダーに取付けて構成されるエアーレション具を更に備えた請求項１記載の超微細粒焼砂生物濾過装置。
上記エアーレション具のエアーノズルが上記濾過砂洗浄具のホルダーには上記濾過砂層の微生物に対してエアーレーションを行うエアーノズルが更に取付けられている請求項７記載の超微細粒焼砂生物濾過装置。