JP3058635B1 - 繊維質濾材を使用する濾過処理方法及び濾過処理装置 - Google Patents

Abstract

【要約】 【課題】 繊維質濾材による濾過処理を効果的且つ効率
よく行うことができる濾過処理方法及び濾過処理装置を
提供する。 【解決手段】 濾過槽２の内部を、上下に配した多孔板
部材５，６により、塊状の繊維質濾材１７ａを積層させ
てなる濾過層１７が形成された濾過処理領域７と、給水
口１０が開口する被処理水供給領域８と、取水口１１が
開口する処理水取出領域９とに区画する。濾過処理工程
の初期段階において、取水口１１を閉じた状態で、濾過
槽２に供給された被処理水１４の一部１４ｂを処理水取
出領域９から循環水路２１，２２，２３，２４，２５，
２６を介して被処理水供給領域８へと循環供給させるこ
とにより、繊維質濾材１７ａで構成される濾過層１７が
少なくとも３０％圧縮されるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、下水処理プラント
の二次処理水、工業廃液、雨水，河川水，有機排水等の
汚濁水又は修景池，養魚池，プール，温泉等の貯溜水等
を、繊維質濾材を使用して濾過処理するための方法及び
装置に関するものである。

【０００２】例えば、下水処理プラントの二次処理水や
工業廃液等の被処理水を濾過するための濾材としては、
伝統的に、砂等の粒状固形物が使用されているが、被処
理水が濾材相互間の隙間を通過することにより濾過処理
されるため、捕捉物質により当該隙間が短時間のうちに
閉塞され易く、濾過処理を効率よく行い得ない。しか
も、被処理水中の汚濁物質が砂等を積層してなる濾過層
の表面層部分で捕捉除去されることから、どうしても濾
過槽が大型化するといった欠点があり、濾過機能回復の
ための洗浄（逆洗）に大量の清浄水を必要とするといっ
た問題があった。

【０００３】そこで、近時、塊状の繊維質濾材を使用し
て、かかる濾材を積層してなる濾過層を下降通過させる
ことにより、被処理水中の汚濁物質を濾過層全体で捕捉
除去することが行われている。このような繊維質濾材を
使用した場合、上記したような問題を生じず、被処理水
が濾材の繊維群中を通過することにより、微細な汚濁物
質まで捕捉除去することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、繊維質濾材
は砂等に比して軽量且つ軽比重のものであることから、
繊維質濾材を積層することによっては濾材相互が密着せ
ず、濾材間に隙間が生じた状態（濾過層の空隙率が高い
状態）となるため、被処理水が当該隙間を通過すること
により、微細な汚濁物質を除去することができないが、
このような隙間は濾過処理の進行に伴って消失すること
になる。すなわち、被処理水が濾過層を通過する流速
（以下「濾過速度」という）が大きい場合には、被処理
水の通過により濾過層が圧縮されて、濾材相互が密着し
て上記した隙間が消失することになる。一方、濾過速度
が小さい場合（例えば、濾過速度が１２．５ｍ／ｈ以下
である場合）には、被処理水の通過により濾過層が圧縮
されることはないが、濾過処理の進行に伴って捕捉物質
が濾材間に蓄積されることにより、濾材相互間の隙間が
消失する。

【０００５】したがって、濾過速度が大きい場合、濾過
処理の開始時点（逆洗後の濾過処理の再開時点を含む。
以下において同じ。）から濾過層が上記隙間が消失する
程度に圧縮される時点までの初期段階において、濾過層
による汚濁物質の捕捉除去性能（以下「除濁性能」とい
う）が低く、汚濁物質が濾過されずにリークしてしまう
ことになる。また、濾過速度が大きい程、濾過層が上記
した如く圧縮されるまでの時間は短くなり、汚濁物質の
リーク量も少なくなるが、単に濾過速度を上げることに
こだわると、必然的に濾過面積ないし濾材積層量（濾材
充填量）が減少して、濾過処理の継続時間が短くなり、
頻繁に逆洗を行う必要が生じる。

【０００６】また、濾過速度が小さい場合にも、濾過処
理の開始時点から上記隙間が捕捉物質で消失されるまで
の間、除濁性能が低く、汚濁物質のリークが生じる。し
かも、捕捉物質により隙間が消失されるに至るまでの時
間は、上記した濾過層の圧縮に至るまでの時間に比して
長く、汚濁物質のリーク量は濾過速度が大きい場合に比
して極めて大きい。さらに、濾材間の隙間に捕捉される
汚濁物質量が一定以上となり、当該隙間における汚濁物
質の捕捉作用が限界となると、汚濁物質は再度リークし
始め、除濁性能が低下することなる。したがって、濾過
処理の継続時間が短くなり、頻繁に逆洗を行う必要が生
じる。

【０００７】従来からも、繊維質濾材を使用した濾過処
理にあって上記した問題の解決が強く要請されている
が、未だ効果的な解決策は提案されていないのが実情で
ある。

【０００８】本発明は、このような実情に鑑みてなされ
たもので、繊維質濾材を使用した場合における上記した
問題をすべて解決して、濾過処理を効果的且つ効率よく
行うことができる濾過処理方法を提供すると共に、この
方法を好適に実施することができる濾過処理装置を提供
することを目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の繊維質濾材を使
用する濾過処理方法は、上記の目的を達成すべく、上下
に開閉自在な給水口及び取水口を設けた濾過槽の内部
を、上下に配した多孔板部材により、両多孔板部材間の
領域であって下位の多孔板部材上に塊状の繊維質濾材を
積層支持させてなる濾過層が形成された濾過処理領域
と、濾過処理領域の上方領域であって給水口が開口する
被処理水供給領域と、濾過処理領域の下方領域であって
取水口が開口する処理水取出領域とに区画しておき、濾
過処理工程の初期段階において、取水口を閉じた状態
で、濾過槽内の水の一部を処理水取出領域から取出して
被処理水供給領域へと循環供給させる（以下、かかる循
環供給を「当該水循環」という。）ようにするものであ
る。なお、濾過処理工程の初期段階とは、具体的には、
濾過槽内に被処理水が被処理水供給領域にまで供給され
た時点（逆洗後に濾過処理を再開する場合においても同
じであり、以下「濾過処理開始時点」という。）から当
該水循環により濾材間から汚濁物質がリークされない程
度にまで濾過層が圧縮された時点（以下「初期圧縮終了
時点」という）までをいい、濾過処理開始時点から初期
圧縮終了時点にまでに要する時間は、初期圧縮終了時点
における濾過層の圧縮が３０％以上である場合、一般
に、数分〜数十分である。

【００１０】而して、かかる濾過処理方法にあっては、
初期圧縮終了時点で取水口を開いて実質的な濾過処理が
開始されるが、当該水循環は、初期圧縮終了時点の経過
後も引続き行われる。そして、初期圧縮終了時点の経過
後も当該水循環を行う場合にあっては、濾過処理条件
（濾過速度，水質等）に応じて、当該水循環を継続的に
行ってもよいし、一時的に行うようにしてもよい（必要
に応じて断続的に繰り返し行う場合を含む）。また、前
記初期段階における当該水循環により、繊維質濾材で構
成される濾過層が少なくとも３０％圧縮されるようにし
ておくことが好ましい。

【００１１】また、かかる濾過処理方法を実施するため
の本発明の繊維質濾材を使用する濾過処理装置は、上下
に開閉自在な給水口及び取水口を設けた濾過槽であっ
て、内部を、上下に配した多孔板部材により、両多孔板
部材間の領域であって下位の多孔板部材上に塊状の繊維
質濾材を積層支持させてなる濾過層が形成された濾過処
理領域と、濾過処理領域の上方領域であって給水口が開
口する被処理水供給領域と、濾過処理領域の下方領域で
あって取水口が開口する処理水取出領域とに区画した濾
過槽と、処理水取出領域と被処理水供給領域とを連通接
続する循環水路と循環水路に介設された開閉弁及び循環
ポンプとを具備する水循環機構と、を設けて、開閉弁を
開くと共に循環ポンプを作動させることにより、濾過槽
内の水の一部を処理水取出領域から取出して被処理水供
給領域へと循環供給させうるように構成したものであ
る。

【００１２】かかる濾過処理装置にあっては、循環ポン
プを逆洗用ポンプとして兼用すると共に循環水路の一部
を逆洗水路の一部として兼用する逆洗機構が設けられ
る。そして、循環水路を、一端部を処理水取出領域に連
通接続した第１管路と、一端部を第１管路の他端部に接
続した第２管路と、一端部を第２管路の他端部に接続す
ると共に他端部を逆洗用ポンプとして兼用される循環ポ
ンプの吸込部に接続した第３管路と、一端部を循環ポン
プの吐出部に接続した第４管路と、一端部を第４管路の
他端部に接続した第５管路と、一端部を第５管路の他端
部に接続すると共に他端部を被処理水供給領域に連通接
続した第６管路とからなるものとし、逆洗水路を、循環
水路の一部を構成する第１管路、第３管路、第４管路及
び第６管路と、一端部を第１管路の他端部に接続すると
共に他端部を第４及び第５管路の接続端部に合流接続し
た第７管路と、一端部を第３管路の一端部に接続すると
共に他端部を第５及び第６管路の接続端部に合流接続し
た第８管路とからなるものとして、循環水路及び逆洗水
路に、第１管路と第３管路とが第２管路を介して接続さ
れると共に第４管路と第６管路とが第５管路を介して接
続される第１切換位置又は第１管路と第４管路とが第７
管路を介して接続されると共に第３管路と第６管路とが
第８管路を介して接続される第２切換位置に選択的に切
り換える管路切換機構を配設しておく。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて具体的に説明する。

【００１４】この実施の形態における本発明に係る濾過
処理装置１は、図１〜図７に示す如く、圧力式の濾過槽
２とこれに付設した水循環機構３及び逆洗機構４とを具
備してなるものである。

【００１５】濾過槽２は、図１に示す如く、円筒状の密
閉容器構造をなすものであり、その内部は、上下に配し
た多孔板部材５，６により、両多孔板部材５，６間の領
域である濾過処理領域７と、濾過処理領域７の上方領域
である被処理水供給領域８と、濾過処理領域７の下方領
域である処理水取出領域９とに区画されている。濾過槽
１の周壁上部及び底壁中央部には、図１に示す如く、被
処理水供給領域８に開口する給水口１０及び処理水取出
領域９に開口する取水口１１が設けられている。給水口
１０には開閉弁たる給水弁１２を介して被処理水源（図
示せず）から導かれた給水路１３が接続されており、給
水弁１２を開くことにより、被処理水（例えば、下水処
理プラントの二次処理水）１４が給水口１０から被処理
水供給領域８に供給されるようになっている。取水口１
１には開閉弁たる取水弁１５を介して処理水使用部（図
示せず）へと導かれた送水路１６が接続されており、取
水弁１５を開くことにより、処理水１４ａを処理水取出
領域９から濾過槽２外に取出すようになっている。な
お、濾過槽２の上部には、図示していないが、空気抜き
弁が設けられている。

【００１６】濾過処理領域７には、多数の塊状をなす繊
維質濾材１７a …を積層してなる所定厚さの濾過層１７
が形成されている。繊維質濾材１７a としては、弾力を
有する比表面積の大きなものであって、球状若しくはこ
れに近似する塊状をなすものを使用することが好まし
い。例えば、適当長さの合成繊維製の捲縮加工糸を束に
して、その中央部分を結束し、球状等の塊状に成形した
ものが使用される。この例では、繊維質濾材１７ａとし
て、８０μｍ径のポリ塩化ビニリデン繊維（繊維比重：
１．７）製の捲縮加工糸を束にして、その中央部分を結
束し、３３ｍｍ径の球状に成形してなるものを使用して
いる。この繊維質濾材１７ａにあっては、一個当りの重
量が３．３ｇであり、空隙率が９０％以上であり、充填
時嵩比重（多孔板６上に積層した無負荷状態における嵩
比重）が０．１である。なお、このような繊維質濾材１
７ａは、逆洗処理が複数回（通常、１００回程度）繰り
返されることにより、繊維表面が徐々に仏頭の螺髪に類
似する形態に変形するものであり、かかる変形によって
濾材１７ａの弾性及び復元性が更に強化されることにな
り、長期に亘って良好に使用できるものである。

【００１７】濾過層１７は、図１に示す如く、下位の多
孔板（以下「濾材支持板」という）６によって支持され
ている。この濾材支持板６は、パンチングメタル，金網
等の多孔材で構成されたもので、濾過槽１の中心部に水
平に位置する円板状の中心部６ａと、中心部６ａから上
方へ傾斜状に延びる截頭円錐筒状の外周部６ｂとからな
る。なお、濾材支持板６の構成材（多孔材）としては、
繊維質濾材１７ａが透過しないことを条件として、開口
率（孔の大きさ）が可及的に大きいものを使用すること
が好ましい。また、外周部６ｂの傾斜角（濾過槽１の周
壁に対する傾斜角）は３０°以上としておくことが好ま
しい。また、上位の多孔板５は、濾材支持板６と同一の
多孔材からなる円板であり、水平に張設されている。

【００１８】水循環機構３は、図１〜３に示す如く、処
理水取出領域９と被処理水供給領域８とを連通接続する
循環水路１８とその適所に介設された開閉弁１９及び循
環ポンプ２０とを具備する。循環水路１８は、一端部を
処理水取出領域９に連通接続した第１管路２１と、一端
部を第１管路２１の他端部に第１切換弁３１を介して接
続した第２管路２２と、一端部を第２切換弁３２を介し
て第２管路２２の他端部に接続すると共に他端部を循環
ポンプ２０の吸込部に接続した第３管路２３と、一端部
を循環ポンプ２０の吐出部に接続した第４管路２４と、
一端部を第４管路２４の他端部に接続すると共に前記開
閉弁１９を配設した第５管路２５と、一端部を第５管路
２５の他端部に接続すると共に他端部を被処理水供給領
域８に連通接続した第６管路とからなり、開閉弁１９を
開くと共に循環ポンプ２０を作動させることにより、濾
過槽２内の水の一部１４ｂを処理水取出領域９から取出
して加圧した上で被処理水供給領域８へと循環供給させ
るように構成されている。また、この例では、循環ポン
プ２０として、公知のブースタポンプを使用している。

【００１９】逆洗機構４は、図１及び図６に示す如く、
被処理水供給領域８と処理水取出領域９とを連通接続す
る逆洗水路３３とその適所に介設された逆洗用ポンプと
空気噴出器３４とを具備してなる。この例では、逆洗用
ポンプとして循環ポンプ２０を兼用使用すると共に、逆
洗水路３３として循環水路１８の一部を兼用使用するこ
とによって、逆洗機構４を含む濾過処理装置１の簡素
化，小型化を可及的に図っている。すなわち、逆洗水路
３２は、循環水路１８の一部を構成する第１管路２１、
第３管路２３、第４管路２４及び第６管路２６と、一端
部を第１管路２１の他端部に第１切換弁３１を介して接
続すると共に他端部を第４及び第５管路２４，２５の接
続端部に合流接続した第７管路２７と、一端部を第３管
路２３の一端部に第２切換弁３２を介して接続すると共
に他端部を第５及び第６管路２５，２６の接続端部に合
流接続した第８管路２８とからなり、循環ポンプ２０で
ある逆洗用ポンプを作動させることにより、濾過槽１内
に充満された逆洗水の一部１４ｃを、被処理水供給領域
８から取出して加圧した上、処理水取出領域９に循環供
給するようになっている。空気噴出器３４は、上方に向
けた多数の空気噴出孔を備えたもので、濾材支持板６か
ら垂下させた円筒状の仕切板３５の直下に配置されてい
て、仕切板３５で囲繞された領域に向けて空気３６を噴
出させるように構成されている（図６参照）。なお、仕
切板３５は、その上端縁部を濾材支持板６の中心部６ａ
と外周部６ｂとの境界部に固着したものであり、その下
端縁部は濾過槽１の底壁より所定量上位に位置されてい
る。また、取水口１１には逆洗排水口３７が分岐接続さ
れていて、逆洗排水口３７に設けた開閉弁たる排水弁３
８を開くことにより、濾過槽１内の逆洗水を一気に排出
させるようになっている。

【００２０】循環水路１８と逆洗水路３３との切り換え
は、これらに設けた開閉弁１９並びに第１及び第２切換
弁３１，３２で構成される管路切換機構によって行わ
れ、管路切換機構１９，３１，３２を、開閉弁１９が開
放され且つ各切換弁３１，３２が後述する第１位置に動
作される第１切換位置に切り換えることにより、第１管
路２１と第３管路２３とが第２管路２２を介して接続さ
れると共に第４管路２４と第６管路２６とが第５管路２
５を介して接続されて、ブースタポンプ２０による第１
管路２１から第６管路２６への送水が行われる循環水路
１８が形成される。また、管路切換機構１９，３１，３
２を、開閉弁１９が閉塞され且つ各切換弁３１，３２が
後述する第２位置に動作される第２切換位置に切り換え
ることにより、第１管路２１と第４管路２４とが第７管
路２７を介して接続されると共に第３管路２３と第６管
路２６とが第８管路２８を介して接続されて、ブースタ
ポンプ２０による第６管路２６から第１管路２１への送
水が行われる逆洗水路３３が形成される。

【００２１】すなわち、各切換弁３１，３２は３ポート
を有する弁体３１ａ，３２ａの回転位置を選択すること
により、３管路の接続形態を変更できる三方切換弁であ
り、開閉弁１９の操作と相俟って、一部を兼用する循環
水路１８と逆洗水路３３との切り換えを行うものであ
る。すなわち、第１切換弁３１によれば、弁体３１ａを
２ポートが第１及び第２管路２１，２２に連通する第１
位置に操作させることにより、第１管路２１と第２管路
２２とを接続させることができ（図２参照）、弁体３１
ａを２ポートが第１及び第７管路２１，２７に連通する
第２位置に操作させることにより第１管路２１と第７管
路２７とを接続させることができる（図６参照）。ま
た、第２切換弁３２によれば、弁体３２ａを２ポートが
第２及び第３管路２２，２３に連通する第１位置に操作
させることにより、第２管路２２と第３管路２３とを接
続させることができ（図２参照）、弁体３２ａを２ポー
トが第２及び第８管路２２，２８に連通する第２位置に
操作させることにより第２管路２２と第８管路２８とを
接続させることができる（図６参照）。したがって、両
切換弁３１，３２の各弁体３１ａ，３２ａを第１位置に
操作させると共に開閉弁１９を開放操作することによ
り、図２に示す如く、処理水取出領域９から第１管路２
１、第１切換弁３１、第２管路２２、第２切換弁３２、
第３管路２３、循環ポンプたるブースタポンプ２０、第
５管路２５及び第６管路２６を経て被処理水供給領域８
に至る循環水路１８が構成される。また、両切換弁３
１，３２の各弁体３１ａ，３２ａを第２位置に操作させ
ると共に開閉弁１９を閉塞操作することにより、図６に
示す如く、被処理水供給領域８から第６管路２６、第８
管路２８、第２切換弁３２、第３管路２３、逆洗用ポン
プたるブースタポンプ２０、第４管路２４、第７管路２
７、第１切換弁３１及び第１管路２１を経て処理水取出
領域９に至る一連の逆洗水路３３が構成される。このよ
うに、開閉弁１９及び両切換弁３１，３２を操作するこ
とにより、循環水路１８と逆洗水路３３との切り換え及
びブースタポンプ２０による水循環方向の切り換えが行
われるように工夫されている。

【００２２】而して、この実施の形態における本発明に
係る濾過処理方法は、上記した濾過処理装置１を使用し
て、次のように実施される。

【００２３】まず、取水口１１及び逆洗排水口３８を閉
じた上、給水口１０から被処理水（例えば、下水処理プ
ラントの二次処理水）１４を濾過槽２に供給する（図
１）。このとき、各切換弁３１，３２を第１位置に操作
すると共に開閉弁１９を開いておく。

【００２４】そして、濾過槽２内に被処理水１４が被処
理水供給領域８にまで供給され、その水面が少なくとも
第６管路２６の開口部を超える位置に達した時点（濾過
処理開始時点）でブースタポンプ２０を作動させて、濾
過槽２内の水の一部（以下「循環水」という）１４ｂを
処理水取出領域９から取り出して加圧した上、被処理水
供給領域８へと循環供給させる（図１）。すなわち、循
環水１４ｂは、処理水取出領域９から第１管路２１に流
出し、第１管路２１から第１切換弁３１、第２管路２
２、第２切換弁３２、第３管路２３、循環ポンプ２０、
第４管路２４、第５管路２５を経て第６管路２６に至る
循環水路１８を通過して、第６管路２６から被処理水供
給領域８に供給された後、濾過層１７を下降通過して処
理水取出領域９から循環水路１８に流出するといった循
環経路を流動することになる。なお、濾過槽２が満水状
態となった時点で給水口１０を閉じて、濾過槽２への給
水を停止しておく。

【００２５】このような循環水１４ｂの強制的な循環に
より、繊維質濾材１７ａ…を積層してなる濾過層１７が
圧縮されて、その空隙率が減少することになる（図
２）。

【００２６】そして、濾過層１７が循環水１４ｂの循環
により一定以上圧縮された時点（初期圧縮終了時点）
で、給水口１０及び取水口１１を開いて実質的な濾過処
理を開始する（図３）。すなわち、被処理水１４を給水
口１０から被処理水供給領域８に連続供給して、圧縮さ
れた濾過層１７を下降通過させ、この間において、被処
理水１４に含まれている汚濁物質を濾過層１７全体にお
いて捕捉，除去し、濾過層１７を通過した処理水１４ａ
を取水口１１から濾過槽２外へと流出させるのである。

【００２７】ところで、初期圧縮終了時点における濾過
層１７の圧縮率は、爾後の実質的な濾過処理を良好に行
いうるに必要且つ充分な除濁性能が確保される程度以上
でなければならないが、後述する実験結果（図８〜図１
１）から理解されるように、一般に、濾過層１７が３０
％以上圧縮されることによって除濁性能は顕著に向上す
ることから、実質的な濾過処理が開始される前に行われ
る循環水１４ｂの循環供給による濾過層１７の圧縮が少
なくとも３０％に達した時点を、初期圧縮終了時点に設
定しておくことが好ましい。通常は、ブースタポンプ２
０の作動開始から数分〜数十分経過した時点で、濾過層
１７が３０％以上圧縮されることになり、濾過処理開始
時点から実質的な濾過処理が開始されるまでに要する時
間が僅かであることから、濾過処理開始時点から初期圧
縮終了時点までの間において実質的な濾過処理が行われ
ないことによっては、処理効率が低下するようなことは
ない。

【００２８】このように、実質的な濾過処理が開始され
た時点では、濾過層１７が上記した如く圧縮されてい
て、繊維質濾材１７ａ…が相互に圧接して空隙率が極め
て低くなっていることから、被処理水１４は、図１２に
例示する如く、各繊維質濾材１７ａの内部である繊維密
集部を下降通過して、微細な汚濁物質をも効果的に捕捉
除去されることになる。その結果、実質的な濾過処理に
おいては、その開始時点から濁度の極めて低い処理水１
４ａが得られることになる。すなわち、濾過層１７の除
濁性能が、濾過層１７を圧縮して繊維質濾材１７ａ…相
互間の隙間を消失させておくことにより、大幅に向上す
ることになり、濾過層１７からの汚濁物質リークが極め
て少なくなる。

【００２９】ところで、被処理水１４の濾過槽２への流
入水量（濾過水量）が当初の設計値に比して極端に少な
く、一定以上の濾過速度を確保できない場合には、後述
する実験結果からも明らかなように、繊維質濾材１７ａ
の性質上、除濁性能が低下することになる。

【００３０】しかし、実質的な濾過処理が開始された後
も、図３に示す如く、循環水１４ｂの循環供給を継続す
ることにより、給水口１０からの流入水量が少ないとき
にも、充分な濾過速度を確保しておくことができる。す
なわち、濾過槽２内の水の一部を循環水１４ｂとして被
処理水供給領域８に循環供給させることから、給水口１
０からの被処理水１４の流入量と取水口１１からの処理
水１４ａの流出量とは等価の関係にあるが、濾過層１７
を下降通過する水量は循環水１４ｂの量だけ多くなり、
濾過速度が大きくなる。したがって、上記した如く流入
水量が当初の設計値に比して極端に少ない場合にも、除
濁性能が低下することがなく、良好な濾過処理を行うこ
とができる。

【００３１】一方、給水口１０からの流入水量が当初の
設計値に比して極端に少なくならず、所定の濾過速度が
確保される場合には、初期圧縮終了時点ないし実質的な
濾過処理が開始される時点で、開閉弁１９を閉じると共
にブースタポンプ２０を停止して、循環水１４ｂの循環
供給を停止することができる。かかる場合にも、濾過処
理工程の初期段階（濾過処理時点から初期圧縮終了時点
に至る段階）において、循環水１４ｂにより一旦圧縮さ
れた濾過層１７は、これを構成する繊維質濾材１７ａの
性質上、逆洗を行わない限り、当該圧縮状態が維持され
ることから、除濁性能が低下することはない。

【００３２】ところで、除濁性能は、後述する実験結果
（図８〜図１１）から理解されるように、濾過速度が増
大するに従って向上する。したがって、給水口１０から
の流入水量が充分である場合にも循環水１４ｂを継続し
て強制循環させて、濾過速度を増大させておくことによ
り、より効果的な濾過処理を高速で行うことができる。

【００３３】また、実質的な濾過処理が開始された後に
おいて、給水口１０からの流入水量が変動し、当該流入
量が極端に低下するような場合には、循環水１４ｂの循
環供給を再開して、濾過速度の低下を防止することがで
きる。すなわち、必要に応じて、循環水１４ｂの循環供
給を一時的ないし断続的に行うことにより、濾過速度の
変動に対処することができ或いは濾過速度を制御するこ
とができ、安定した濾過処理を行うことができる。

【００３４】なお、実質的な濾過処理が開始された後に
おいても循環水１４ｂの循環供給を継続して或いは一時
的ないし断続的に行う場合には、図５に示す如く、被処
理水１４の性状に応じて、循環水路１８の適所に適宜の
薬注器４０から凝集剤４１を注入するようにしてもよ
い。

【００３５】ところで、本発明者は、濾過層１７の圧縮
率及び濾過速度が除濁性能に与える影響を確認するため
に、次のような実験を行った。すなわち、この実験は、
下水処理プラントの二次処理水である被処理水１４を、
濾過層１７の圧縮度（％）と濾過速度とを夫々４段階に
亘って変化させつつ、上記した濾過槽２を使用して濾過
処理し、各圧縮度及び濾過速度下での被処理水１４及び
処理水１４ａの濁度（ＮＴＵ（Ｎｅｔｈｅｌｏｎｅｔｒ
ｉｃ Ｔｕｒｂｉｄｉｔｙ Ｕｎｉｔ））を測定したも
のである。その結果は、濾過速度を１２．３ｍ／ｈとし
た場合においては図８に示す通りであり、２４．３ｍ／
ｈとした場合においては図９に示す通りであり、４８．
３ｍ／ｈとした場合においては図１０に示す通りであ
り、また７３．８ｍ／ｈとした場合においては図１１に
示す通りであった。各図においては、濾過層１７を全く
圧縮しない場合（０％圧縮）の濁度は●で、１５％圧縮
の場合の濁度は△で、３０％圧縮の場合の濁度は○で、
また４０％圧縮の場合の濁度は◎で示してある。なお、
１ＮＴＵ＝０．６カオリン濁度≒１／２．３ＳＳ（ｍｇ
／ｌ）である。

【００３６】図８〜図１１に示す実験結果から明らかな
ように、濾過層１７の圧縮率が３０％又は４０％である
場合には、濾過速度の大小に拘わらず、濾過層１７の圧
縮率が０％及び１５％である場合に比して除濁性能が顕
著に向上することが確認された。すなわち、０％圧縮の
場合には、図１３に示す如く、繊維質濾材１７ａ…相互
が密着されておらず、被処理水１４が濾材１７ａ，１７
ａ間の隙間を通過するために、汚濁物質の補足除去が充
分に行われない。また、１５％圧縮の場合には、繊維質
濾材１７ａ…相互がある程度密着されているものの、各
繊維質濾材１７ａが充分に圧縮されていないため、濾材
内部における繊維密集度が低く、微細な汚濁物質の補足
除去を効果的に行い得ない。これに対して、３０％圧縮
又は４０％圧縮の場合には、図１２に示す如く、繊維質
濾材１７ａ…相互が密着されると共に各繊維質濾材１７
ａが圧縮されて内部における繊維密集度が高くなってい
るために、被処理水１４が各繊維質濾材１７ａの内部を
通過して、微細な汚濁物質をも効果的に除去される。ま
た、上記実験結果から、濾過層１７の圧縮率が同一であ
る場合、濾過速度が大きくなるに従い除濁性能が向上す
ることが理解される。したがって、効果的な濾過処理を
行うためには、繊維質濾材１７ａ…で構成される濾過層
１７が３０％以上に圧縮されており且つ充分な濾過速度
が確保されていることが好ましいことが理解される。

【００３７】また、上記した濾過処理工程は、繊維質濾
材１７ａ…の逆洗処理を行った後においても、同様に行
われるが、この実施の形態においては、逆洗処理が被処
理水１４を使用して次のように行われる。

【００３８】濾過処理工程において逆洗処理が必要とな
った時点で、まず、給水口１０及び取水口１１を閉じる
と共に両切換弁３１，３２を第２位置に操作し、更に開
閉弁１９を閉じる。しかる後、空気噴出器３４から空気
３６を噴出させて、噴出空気３６を濾過処理領域７に吹
き込む。さらに、ブースターポンプ２０を作動させて、
濾過槽１７内に充満する被処理水である洗浄水１４ｃの
一部を被処理水供給領域８から取出して逆洗水路３３を
介して処理水取出領域９に循環供給させる。すなわち、
ブースタポンプ２０を作動させることにより、洗浄水１
４ｃの一部が、被処理水供給領域８から第６管路２６、
第２切換弁３２及び第３管路２３を経て、ブースタポン
プ２０により加圧された上で、第４管路２４、第７管路
２７、第１切換弁３１及び第１管路２１を経て処理水取
出領域９に供給され、更に濾過処理領域７を上昇通過し
て被処理水供給領域８から第６管路２６に流入するとい
った循環経路を流動せしめられる。

【００３９】したがって、繊維質濾材１７ａ…は、上下
を多孔板５，６で仕切られた濾過処理領域７内におい
て、上記した洗浄水循環及び空気噴出により生じる気液
混合流よってほぐされ且つ攪拌されて、洗浄されること
になる（図６）。そして、繊維質濾材１７ａ…の洗浄が
終了すると、逆洗排水口３７を開いて濾過槽２内の洗浄
水１４ｃを繊維質濾材１７ａから離脱された補足物質と
共に排出する（図７）。

【００４０】そして、かかる逆洗処理の終了後、上記し
たと同様にして、濾処理工程を再開する。

【００４１】ところで、濾過処理が再開された場合、繊
維質濾材１７ａ…に残存する捕捉物質である浮遊汚濁物
質が処理水１４ａに混入する虞れがあることから、通
常、濾過処理の再開直後の一定時間（数分程度）が経過
するまでの間、濾過層１７の通過水を系外に放出するこ
と（いわゆる捨水処理）が行われるが、かかる捨水処理
による水損失は無視できる程度ではなく、下水処理プラ
ント等における返送水による水量負荷の増大や修景池，
養魚池における水損失等の問題を生じる。

【００４２】しかし、本発明によれば、上記した如く、
実質的な濾過処理が開始（再開）される前に、濾過槽２
内の水の一部１４ｂを循環させることから、上記した捨
水処理を行う必要がなく、捨水処理による水損失は全く
ない。すなわち、循環水１４ｂが濾過層１７を繰り返し
下降通過することにより、逆洗によりほぐされた濾過層
１７が再び圧縮されると共に、浮遊汚濁物質が濾過層１
７に捕捉されて、実質的な濾過処理が開始された場合
に、浮遊汚濁物質が処理水１４ａに混入するようなこと
がない。

【００４３】なお、本発明は上記した実施の形態に限定
されるものではなく、本発明の基本原理を逸脱しない範
囲において適宜に改良，変更することができる。

【００４４】例えば、濾過槽２の径が大きい場合には、
濾過槽２及び逆洗機構４を図１４〜図１７に示す如く構
成しておくことができる。なお、図１４〜図１７に示す
濾過処理装置１は、以下の点を除いて、図１〜図７に示
すものと同一構成をなす。

【００４５】すなわち、図１４〜図１７に示す濾過処理
装置１にあっては、濾材支持板６を円板形状をなすもの
として濾過槽２の下部に水平に張設し、濾材支持板６の
下面部に、その直径線上に配して矩形状の仕切板３９を
垂設して、濾材支持板直下の処理水取出領域部分を第１
及び第２処理水取出領域部分９ａ，９ｂに区画すると共
に、第１及び第２処理水取出領域部分９ａ，９ｂに第１
及び第２空気噴出器３４ａ，３４ｂを各別に配置してあ
り、逆洗処理が次のように行われる。なお、各空気噴出
器３４ａ，３４ｂは、前記した空気噴出器３４と同様
に、上方に向けて空気３６を噴出する多数の空気噴出孔
を有するものであり、各処理水取出領域部分９ａ，９ｂ
からその直上方位の各濾過処理領域部分７ａ，７ｂに集
中して空気３６を噴出させるものである。

【００４６】まず、ブースターポンプ２０を作動させ
て、前記した場合と同様に、濾過槽２内の被処理水であ
る洗浄水１４ｃの一部を逆洗水路３３により循環させ
る。次いで、図１４に示す如く、第１空気噴出器３４ａ
から空気３６を噴出させて、その噴出空気３６を第１処
理水取出領域部分９ａからその直上方位の第１濾過処理
領域部分７ａに集中的に吹き込むことにより、第１逆洗
工程を開始する。

【００４７】第１逆洗工程においては、図１４に示す如
く、第１空気噴出器３４ａによる局部的且つ集中的な空
気噴出によって一種のエアリフト効果が発揮され、第１
濾過処理領域部分７ａに気液混合流体による強力な上昇
流１４ｅが生じる。そして、この上昇流１４ｅは、ブー
スターポンプ２０による洗浄水１４ｃの強制循環作用に
より更に強力なものとなり、継続して発生する。したが
って、濾過層１７を構成する繊維質濾材１７ａが圧力式
の高速濾過によって圧密状態にある場合や捕捉汚濁物に
よる密着状態にある場合にも、濾過層１７が極めて短時
間でほぐされ、繊維質濾材１７ａが容易に浮上する。ま
た、濾過処理領域７においては、第１空気噴出器３４ａ
からの空気吹込が行なわれている第１濾過処理領域部分
７ａと空気吹込が行なわれていない第２濾過処理領域部
分７ｂとの間で密度差が生じて、図１４に示す如く、第
１濾過処理領域部分７ａを上昇して第２濾過処理領域部
分７ｂを下降する強力な循環流１４ｆが生じることにな
る。その結果、上記した如くほぐされた繊維質濾材１７
ａが、循環流１４ｆにより濾過処理領域７において均一
に混合，攪拌されることになる。

【００４８】そして、第１逆洗工程を一定時間継続した
後、曝気機能を第１空気噴出器３４ａから第２空気噴出
器３４ｂに切り換えて、第２逆洗工程に移行する。すな
わち、第１空気噴出器３４ａからの空気噴出を停止する
と同時に、第２空気噴出器３４ｂから空気３６を噴出さ
せる。このようにすると、第１逆洗工程における場合と
は逆に、図１５に示す如く、第２処理水取出領域部分９
ｂの直上方領域である第２濾過処理領域部分７ｂに気液
混合流体による上昇流１４ｇが生じると共に、濾過処理
領域７において第２濾過処理領域部分７ｂを上昇して第
１濾過処理領域部分７ａを下降する循環流１４ｈが生じ
て、繊維質濾材１７ａが逆方向に循環しつつ混合，攪拌
されることになる。

【００４９】したがって、濾過層１７を構成する繊維質
濾材１７ａが、第１逆洗工程開始後、速やかにほぐさ
れ、第１逆洗工程とこれに引き続く第２逆洗工程とで循
環流１４ｅ，１４ｇの方向を変換することにより、繊維
質濾材１７ａの混合，攪拌がより効果的に行われて、繊
維質濾材１７ａの洗浄が極めて良好に行われることにな
る。

【００５０】そして、第２逆洗工程の開始後、一定時間
が経過すると、図１６に示す如く、ブースタポンプ２０
を停止すると共に開閉弁１９を閉じた上で、両空気噴出
器３４ａ，３４ｂから空気３６を噴出させた状態で、逆
洗排水口３７を開いて濾過槽２内の洗浄水１４ｃを排出
させる。両空気噴出器３４ａ，３４ｂにより濾過処理領
域７を全面的に曝気させることにより、繊維質濾材１７
ａが均一に分散される。したがって、かかる状態で濾過
槽２内の洗浄水１４ｃを逆洗排水口３７から一挙に排出
させると、図１７に示す如く、均一厚さの濾過層１７が
形成されることになる。すなわち、濾過槽２の径が大き
い場合にも、逆洗後の濾過層厚さを均一化することがで
きる。

【００５１】また、循環水路１８と逆洗水路３３とを切
り換える管路切換機構は、上記した切換弁３１，３２を
使用せず、開閉弁のみで構成することができる。例え
ば、管路切換機構は、図１８に示す如く、第２管路２
２、第５管路２５、第７管路２７及び第８管路２８に配
設した４つの開閉弁１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄで
構成することができる。すなわち、管路切換機構１９
ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄを、開閉弁１９ａ，１９ｂ
が開放されると共に開閉弁１９ｃ，１９ｄが閉塞される
第１切換位置に切り換えると、図１８（Ａ）に示す如
く、第１管路２１から第２管路２２、第３管路２３、ブ
ースタポンプ２０、第４管路２４及び第５管路２５を経
て第６管路２６へと送水する循環水路１８が形成され
る。また、管路切換機構１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９
ｄを、開閉弁１９ａ，１９ｂが閉塞されると共に開閉弁
１９ｃ，１９ｄが開放される第２切換位置に切り換える
と、図１８（Ｂ）に示す如く、第６管路２６から第８管
路２８、第３管路２３、ブースタポンプ２０、第４管路
２４及び第７管路２７を経て第１管路２１へと送水する
逆洗水路１８が形成される。

【００５２】

【発明の効果】以上の説明から容易に理解されるよう
に、本発明の濾過処理方法によれば、濾過層を圧縮した
上で、実質的な濾過処理を開始されることから、その開
始時点から繊維質濾材による除濁性能が充分に発揮さ
れ、汚濁物質がリークするようなことがなく、下水処理
プラントの二次処理水等を効率よく効果的に濾過処理す
ることができる。また、本発明の濾過処理装置によれ
ば、装置を徒に複雑化，大型化させることなく、上記方
法を好適に実施することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る濾過処理装置の実施の形態を示し
たもので、濾過処理工程の開始状態を示す縦断正面図で
ある。

【図２】濾過処理工程における初期段階の状態を示す図
１相当の縦断正面図である。

【図３】濾過処理工程における初期段階経過後の状態を
示す図１相当の縦断正面図である。

【図４】濾過処理工程における初期段階経過後の状態で
あって図３と異なる状態を示す図１相当の縦断正面図で
ある。

【図５】濾過処理工程における初期段階経過後の状態で
あって図３及び図４と異なる状態を示す図１相当の縦断
正面図である。

【図６】逆洗工程を示す図１対応の縦断正面図である。

【図７】逆洗工程の終了状態を示す図６相当の縦断正面
図である。

【図８】被処理水濁度と処理水濁度との関係を示す実験
データである。

【図９】図８と異なる濾過速度下における被処理水濁度
と処理水濁度との関係を示す実験データである。

【図１０】図８及び図９と異なる濾過速度下における被
処理水濁度と処理水濁度との関係を示す実験データであ
る。

【図１１】図８〜図１０と異なる濾過速度下における被
処理水濁度と処理水濁度との関係を示す実験データであ
る。

【図１２】濾過層を圧縮した場合における濾過状態を示
す説明図である。

【図１３】濾過層を圧縮しない場合における濾過状態を
示す説明図である。

【図１４】本発明に係る濾過処理装置の変形例を示した
もので、第１逆洗工程を示す縦断正面図である。

【図１５】第２逆洗工程を示す図１４相当の縦断正面図
である。

【図１６】排水工程を示す図１４相当の縦断正面図であ
る。

【図１７】逆洗処理の終了状態を示す図１４相当の縦断
正面図である。

【図１８】循環水路と逆洗水路とを切り換える管路切換
機構の変形を示す系統図である。

【符号の説明】

１…濾過処理装置、２…濾過槽、３…水循環機構、４…
逆洗機構、５…上位の多孔板、６…濾材支持板（下位の
多孔板）、７…濾過処理領域、８…被処理水供給領域、
９…処理水取出領域、１０…給水口、１１…取水口、１
２…給水弁、１４…被処理水、１４ａ…処理水、１４ｂ
…循環水（濾過槽内の水の一部）、１４ｃ…逆洗水、１
５…取水弁、１７…濾過層、１７ａ…繊維質濾材、１８
…循環水路、１９，１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄ…
開閉弁（管路切換機構）、２０…循環ポンプ、２１…第
１管路、２２…第２管路、２３…第３管路、２４…第４
管路、２５…第５管路、２６…第６管路、２７…第７管
路、２８…第８管路、３１，３２…切換弁（管路切換機
構）、３３…逆洗水路、３４，３４ａ，３４ｂ…空気噴
出器、３５，３９…仕切板、３６…空気、３７…逆洗排
水口、３８…排水弁。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B01D 24/00 - 24/48 B01D 39/00 - 39/20

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上下に開閉自在な給水口及び取水口を設
   けた濾過槽の内部を、上下に配した多孔板部材により、
   両多孔板部材間の領域であって下位の多孔板部材上に塊
   状の繊維質濾材を積層支持させてなる濾過層が形成され
   た濾過処理領域と、濾過処理領域の上方領域であって給
   水口が開口する被処理水供給領域と、濾過処理領域の下
   方領域であって取水口が開口する処理水取出領域とに区
   画しておき、濾過処理工程の初期段階において、取水口
   を閉じた状態で、濾過槽内の水の一部を処理水取出領域
   から取出して被処理水供給領域へと循環供給させるよう
   にし、この処理水取出領域から被処理水供給領域への水
   循環を、取水口を開いて実質的な濾過処理を開始した後
   も、継続して或いは一時的に行うようにしたことを特徴
   とする繊維質濾材を使用する濾過処理方法。
2. 【請求項２】 上下に開閉自在な給水口及び取水口を設
   けた濾過槽であって、内部を、上下に配した多孔板部材
   により、両多孔板部材間の領域であって下位の多孔板部
   材上に塊状の繊維質濾材を積層支持させてなる濾過層が
   形成された濾過処理領域と、濾過処理領域の上方領域で
   あって給水口が開口する被処理水供給領域と、濾過処理
   領域の下方領域であって取水口が開口する処理水取出領
   域とに区画した濾過槽と、処理水取出領域と被処理水供
   給領域とを連通接続する循環水路と循環水路に介設され
   た開閉弁及び循環ポンプとを具備する水循環機構と、を
   設けて、開閉弁を開くと共に循環ポンプを作動させるこ
   とにより、濾過槽内の水の一部を処理水取出領域から取
   出して被処理水供給領域へと循環供給させうるように構
   成してあり、循環ポンプを逆洗用ポンプとして兼用する
   と共に循環水路の一部を逆洗水路の一部として兼用する
   逆洗機構が設けられており、循環水路が、一端部を処理
   水取出領域に連通接続した第１管路と、一端部を第１管
   路の他端部に接続した第２管路と、一端部を第２管路の
   他端部に接続すると共に他端部を逆洗用ポンプとして兼
   用される循環ポンプの吸込部に接続した第３管路と、一
   端部を循環ポンプの吐出部に接続した第４管路と、一端
   部を第４管路の他端部に接続した第５管路と、一端部を
   第５管路の他端部に接続すると共に他端部を被処理水供
   給領域に連通接続した第６管路とからなり、逆洗水路
   が、循環水路の一部を構成する第１管路、第３管路、第
   ４管路及び第６管路と、一端部を第１管路の他端 部に接
   続すると共に他端部を第４及び第５管路の接続端部に合
   流接続した第７管路と、一端部を第３管路の一端部に接
   続すると共に他端部を第５及び第６管路の接続端部に合
   流接続した第８管路とからなり、循環水路及び逆洗水路
   には、第１管路と第３管路とが第２管路を介して接続さ
   れると共に第４管路と第６管路とが第５管路を介して接
   続される第１切換位置又は第１管路と第４管路とが第７
   管路を介して接続されると共に第３管路と第６管路とが
   第８管路を介して接続される第２切換位置に選択的に切
   り換える管路切換機構が配設されていることを特徴とす
   る繊維質濾材を使用する濾過処理装置。