JP3419640B2

JP3419640B2 - 濾過装置及び濾過方法

Info

Publication number: JP3419640B2
Application number: JP01573797A
Authority: JP
Inventors: 秀樹水澤; 弘伸西尾; 豊石丸
Original assignee: 神鋼パンテツク株式会社
Priority date: 1997-01-29
Filing date: 1997-01-29
Publication date: 2003-06-23
Anticipated expiration: 2017-01-29
Also published as: JPH10211404A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、上水や下水等の浄
化処理において使用される粒状の濾材からなる濾材層に
よって原水を濾過する濾過装置及び濾過方法の改良に関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年、上水や下水の浄化処理、特に高度
浄化水を得るための濾過装置において砂等の粒状の濾材
が所定高さを有するように充填された濾材層が設けられ
た濾過装置が使用されている。

【０００３】即ち、砂を濾材として約６０ｃｍ程度の高
さに充填して単一の濾材層を形成し、該濾材層の上から
原水を導入して濾過する濾過装置である。この濾材とし
て使用される砂は通常比重が２．５７〜２．６７で、ま
た粒径が０．４５〜０．７ｍｍ程度の大きさで、球状に
近い形状のものが使用されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような砂濾材の濾
材層に原水が通水された場合に、原水中の濁質は濾材表
面を中心に抑留されるため、通水の流速を余り早くする
と原水中の濁質を早く限界値まで抑留してしまうため濾
材の閉塞が早まる。また、濾材層の高さは余り高いと濾
過抵抗も高くなり濾過速度も早くすることができない。

【０００５】従って、適当な通水の流速は、粒径や比重
等の濾材の材質や濾材層の高さによって決定され、上記
のような砂を濾材とした濾材層を使用する場合には、通
常１２０〜１５０ｍ／日であり、濾過処理のスピードを
向上させることが困難であった。また、通水の流速を向
上させる方法としては、原水に高分子凝集剤を添加して
濾過する方法があるが、上水の場合に高分子凝集剤が処
理水に混合するという安全・衛生上の問題があった。

【０００６】また、一定期間濾過を続けることによって
濾材が閉塞して濾過能力が低下すると濾材層の上部に未
濾過水が貯留していく。この未濾過水の貯留高さを濾過
抵抗値として濾材の処理能力の目安とし、濾過抵抗値が
所定の値に達するまでの時間を濾過継続時間という。

【０００７】通常の濾過装置では濾過工程を連続して行
う長さをこの濾過継続時間によって決定して、その一定
時間濾過工程を続けた後に濾過を停止し洗浄工程を行う
が、通常、砂の濾材の場合には濾材上部の未処理水が１
００〜２００ｃｍに達すると洗浄工程を行うように濾過
抵抗値を設定してあり、時間として２４〜４８時間の濾
過継続時間が一般的であり、これ以上の長期間濾過工程
を連続して行うことができず作業効率の向上が困難であ
った。

【０００８】一方、比重及び粒径の異なる複数の濾材を
用いて濾過抵抗値を低くし且つ高速で濾過できるように
した多層濾過装置もあるが、このような多層濾過装置の
場合には各濾材層の境界部に濁質が抑留されるため、そ
の濁質の除去のための最適な洗浄方法や水量及び空気量
の把握や管理が煩雑であるという問題があった。

【０００９】本発明は上記のような問題点を解決するた
めになされたもので、処理水の水質を低下させることな
く濾過速度を向上し、さらに濾材の洗浄も良好に行える
濾過装置及び濾過方法を提供することを課題とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、このような課
題を解決するために濾過装置及び濾過方法としてなされ
たもので、濾過装置としての特徴は、粒状の単一の濾材
からなる濾材層2 が形成された濾過装置本体1 を有し、
該濾過装置本体1 内の濾材層2 に原水を通水して濾過す
る濾過装置において、前記濾材が比重２以下、粒径０．
８〜１．１ｍｍであり、濾材層2 の高さh が１．０〜
１．５ｍに形成され、且つ原水を流速(LV)３００ｍ／日
以上で濾材層2 に通水して、濾過後の処理水の濁度を
０．１度以下にすることが可能であることにある。

【００１１】さらに、別の手段としては前記濾過装置本
体に、洗浄水供給部及び気体供給部が形成されており、
該洗浄水供給部及び気体供給部が、濾材層の洗浄時に、
洗浄水及び気体を別々或いは同時に濾材層に供給可能に
設けられたことにある。

【００１２】また、濾過方法としての特徴は比重２以
下、粒径０．８〜１．１ｍｍの粒状の濾材が高さ１．０
〜１．５ｍに形成された濾材層に、原水を流速３００ｍ
／日で濾過し、濾過後の処理水の濁度を０．１度以下に
することにある。さらに、濾過方法としての別の特徴
は、前記原水の濾過を一定期間行った後に、原水の濾材
層への供給を停止して水位を所定位置に低下して、濾材
層に下方から気体を噴射し、次に気体と洗浄水を噴射
し、さらに洗浄水を噴射することによって濾材層を洗浄
して、再び原水を濾材層に供給して濾過を行うことにあ
る。

【００１３】すなわち、本発明は、濾過装置本体１の濾
材層を比重２以下、粒径０．８ｍｍ以上１．１ｍｍ以下
の従来の砂に比して軽くて大きい粒状濾材から１．０〜
１．５ｍの高さの濾材層を形成したため、この濾材層を
使用して濾過を行った場合には原水を流速３００ｍ／日
以上で濾材層2 に通水しても濾過後の処理水の濁度を
０．１度以下にすることができ、従来の濾過速度より高
速で濾過処理を行うことができ且つ処理水の水質は高水
質に保持できる。

【００１４】また、濾材層2 の高さh が従来の砂を濾材
として形成された濾材層よりも高いが濾過速度を高くと
れるため、濾過装置本体１の面積を小さく形成すること
ができる。

【００１５】さらに、上記のような濾材層であるため、
原水の濁度が平均２度の原水を処理した場合に濾過継続
時間が７０時間以上、原水の濁度が平均０．３５度の場
合に濾過継続時間が２４０時間以上と長時間濾材を洗浄
することなく連続して濾過処理を続けることが可能とな
る。尚、ここでいう濾過継続時間とは、濾過抵抗値２０
０ｃｍに達するまでの時間をいう。また、濁度の平均と
は、原水を濾過継続時間流した時の平均の濁度をいう。

【００１６】また、一定時間濾過工程を続けた後に濾過
を停止して、まず空気による洗浄をおこなって、更に洗
浄水と空気によって濾材を洗浄し、その後洗浄水のみに
よって濾材層を洗浄した場合には確実に洗浄を行うこと
ができ、特に従来の砂濾材に比べ軽質の濾材であるため
良好に洗浄することができる。

【００１７】さらに、従来の濾材層より深層に形成され
ているため、層全体を洗浄しにくいが上記のように空気
と逆洗浄を使用した場合には、層全体を確実に洗浄する
ことができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態につい
て図面に従って説明する。

【００１９】図１に於いて、１は濾過装置本体で、該濾
過装置本体１の上部には処理すべき原水を装置本体１内
に導入する原水導入路５が接続され、また下部には装置
本体１内で処理された処理水を外部へ排出する処理水排
出口６が設けられている。

【００２０】２は、濾過装置本体１の内部に濾材が充填
された濾材層で、該濾材層２の高さ（ｈ）１．０〜１．
５ｍに形成された単一素材からなる濾材層である。

【００２１】該濾材層２の濾材としてアンスラサイトが
使用されており、該アンスラサイトは粒径が０．８ｍｍ
〜１．１ｍｍ、粒径の均等係数が１．４以下で比重２以
下、空隙率５０％の破砕状の軽質の粒状体である。この
アンスラサイトは、上記のように比重が低く、空隙率が
大きいため濁質を濾材の表面で濾過するだけに止まら
ず、また形状も球状ではなく破砕形状であるために表面
積も大きく、濁質を捕捉する量が砂等の濾材に比して多
い。

【００２２】また、粒径の均等係数が１．４以下である
ため、粗粒な濾材と細粒な濾材による粒径勾配が小さく
でき濾材が径によって固まることなく適度な状態で分散
している。即ち、濾過の状態で粗粒のものが下層に細粒
のものが上層に集まりにくくなり、濾材表層部が閉塞し
にくくなるので十分な濾過持続時間を保つことができ
る。

【００２３】３は前記濾過装置本体１の底部に設けられ
た濾材層２を下方から洗浄するための洗浄水を導入する
洗浄水供給管で、４は同様に濾材層２を下部から空気洗
浄するための空気を導入する空気導入管である。

【００２４】次に、このような構成からなる濾過装置10
を上水の高度浄化処理に使用する場合について説明す
る。

【００２５】まず、未処理の原水は沈砂池によって粗い
ゴミ等を除去された後に、図２に示すように、凝集槽7a
において硫酸アルミニウム等の凝集剤を添加されて沈殿
槽７において処理される。この凝集沈殿処理された上澄
み水を、オゾン発生器８が接続されたオゾン槽９におい
てオゾン処理される。

【００２６】そして、該オゾン処理された処理水は生物
活性炭処理槽11及び再凝集槽12を経て上澄み処理水を濾
過原水として前記濾過装置10の濾過装置本体１に原水導
入路５を介して導入される。この時の濾過原水の濁度は
所定流量において最大１０度、最低０．１度、平均２度
程度である。

【００２７】該原水は濾過装置本体１内の濾材層２の上
部に導入され、下向きに濾材層２内部を流れて濾過され
る。

【００２８】本実施の形態の濾材は上記のような従来の
砂等の濾材に比して粒径が大きく、比重が軽く且つ粉砕
状であるため偏平なものが少ないアンスラサイトからな
るため、濾材槽２の高さ（ｈ）を従来の砂からなる濾材
層の高さより高くしても原水の濾材層２における通水性
が良好であり、濾材層２の高さを高くすることができ
る。

【００２９】濾材層２を高くした場合には原水が濾材と
接触する部分が多くなるため、早い流速、例えばＬＶ３
００ｍ／日の流速で濾過した場合にも濾過後の処理水の
濁度は所定の数値（本実施の形態の場合には濁度０．１
度以下）まで減少させることができ、浄化水の水質を保
持したまま濾過効率を向上することができる。

【００３０】このような濾材層２に原水を一定の流速で
導入し続けて、濾過工程を続けていくと、濾材表面に原
水中の濁質が抑留されて濾材の濾過抵抗が大きくなるた
め、一定期間濾過を続けた後に定期的に濾材を洗浄する
必要がある。

【００３１】濾材の濾過能力の低下は通常濾材層２の上
部に溜まった水の高さｈ’で表すが、この高さの値（濾
過抵抗値）が２００ｃｍに達するまで時間を濾過継続時
間という。

【００３２】本実施の形態の濾材、即ちアンスラサイト
は、砂等の濾材に比べて径が大きいため、濾材表面が閉
塞するまでの時間、即ち濾過継続時間が長い。

【００３３】この濾過継続時間経過後、濾過を停止する
ために原水導入路５からの原水の供給を停止して、濾材
の洗浄工程を行う。

【００３４】この洗浄工程では、まず水位を所定の位置
まで低下させた後に前記空気導入管４から０．９ｍ／ｍ
ｉｎで空気を濾材層２の下方から噴射し、１分間濾材を
空気洗浄する。そして、上記と同量の空気を噴射しなが
ら洗浄水供給管３から洗浄水を０．８３ｍ／ｍｉｎで噴
射して、空気と洗浄水の両方によって１分間濾材を洗浄
する。

【００３５】次に、空気及び洗浄水の供給を停止して、
１分間沈静させた後、今度は洗浄水のみで１０分間逆流
洗浄し、さらにこの逆流洗浄後、再び１分間沈静させ
る。

【００３６】このようにして洗浄工程が終了した後に
は、洗浄水を濾過装置本体１から排出して、再び濾過工
程を行う。

【００３７】この洗浄工程において、空気及び洗浄水に
よって攪拌しながら濾材を洗浄するが濾材のアンスラサ
イトは比重が軽い軽質の濾材であるために、展開させた
り流動させたり或いは攪拌されやすく良好に洗浄するこ
とができる。

【００３８】また、上記のように洗浄工程を空気と洗浄
水によって確実に洗浄を行っても、濾材層が単一濾材層
であるため、多層濾材層のように濾材の構成を整備する
必要がないため、その洗浄及び洗浄後の濾過工程が速や
かに行える。

【００３９】さらに、上記のように濾材層２は砂等を使
用した従来のものより深層に形成されているため、濾材
層全体を確実に洗浄するためには、従来の濾材層より入
念に洗浄する必要があるが、洗浄水による逆流洗浄は空
気洗浄を段階的に行うことによって層全体を確実に洗浄
することができる。

【００４０】洗浄工程の終了後には濾材の濾過能力が回
復するため再度、原水導入路５から濾過装置本体１に原
水を導入して、再び濾過抵抗値が所定の値になるまで、
即ち濾過継続時間の間濾過工程を継続して行うことがで
きる。

【００４１】尚、上記実施の形態ではアンスラサイトを
濾材として使用したが、濾材の材質はこれに限定される
ものではなく、例えば合成樹脂や軽石、活性炭等からな
る濾材であってもよい。要は、比重、径、空隙率が上記
条件を満たす粒状の濾材であればよい。

【００４２】また、上記実施の形態では、濾過装置10を
上水処理に使用したが、本発明の濾過装置によって濾過
するのは上水に限定されるものではなく、排水等の下水
処理に使用してもよい。

【００４３】さらに、上記実施の形態では、濾過装置に
導入される原水は、凝集槽7a、沈殿槽７、オゾン槽９、
生物活性炭処理槽11及び再凝集槽12によって前処理され
た処理水を使用したが、このような処理が施された処理
水を使用することは条件ではなく、広く濾過を必要とす
る水を処理することかできる。

【００４４】

【実施例】次に、上記実施の形態で示した濾過装置にお
いて、まず濾材の径、濾材層の高さ、原水の流速を種々
に変えて濾過した後の処理水の濁度が所定の基準を満た
すかどうかの実験を行いその結果を表１に示す。

【００４５】

【表１】

【００４６】濾過する前の原水は、平均濁度２度のもの
を導入して濾過後の処理水の基準（濁度０．１）を満た
したか否かを○×で示した。濾材の種類はすべてアンス
ラサイトを使用し、粒径が０．８ｍｍ、１．１ｍｍ、
１．５ｍｍのものを用意した。

【００４７】また、流速（ＬＶ）３００ｍ／日に一定に
設定し、濾材の高さをそれぞれ１ｍ、１．５ｍ、２ｍに
形成し、各濾材層高において実験を行った。

【００４８】さらに、濾過速度は流速（ＬＶ）２００、
３００、３８０、４００、５００、８００ｍ／日の各流
速について粒径１．１ｍｍの濾材を用いて実験した。ま
た、粒径０．８ｍｍ、１．５ｍｍの濾材を使用して流速
（ＬＶ）３００、５００ｍ／日で原水を濾過させて実験
を行った。

【００４９】表１に示すように、濾材の粒径が０．８ｍ
ｍの場合には流速ＬＶが３００、５００ｍ／日どちらで
も基準を満たす処理能力を有する。尚、濾材層の高さは
１．５ｍで実験を行った。

【００５０】また、濾材の粒径が１．１ｍｍの場合には
流速ＬＶが３８０ｍ／日までは基準を満たす結果となっ
たが流速ＬＶが４００ｍ／日以上では基準を満たさなか
った。

【００５１】さらに、粒径１．５ｍｍでは濾過後の処理
水はいずれの流速でも基準を満たしていなかった。

【００５２】以上の結果から、濾材層の高さは１．０ｍ
より高く、濾材の粒径は０．８ｍｍ及び１．１ｍｍの場
合に原水を基準値（濁度０．１度以下）まで濾過するこ
とができた。

【００５３】以上の結果を元に、粒径が０．８ｍｍ及び
１．１ｍｍのアンスラサイトを使用して、濁度０．１〜
１０度の原水を流速ＬＶ３００ｍ／日で濾過して濾過抵
抗値２００ｃｍに達するまでの濾過継続時間を測定し
た。また、水温は１０°Ｃと３０°Ｃでそれぞれ測定し
た。表２に示すように、どの濁度の原水でも処理水は基
準値の０．１度以下になった。

【００５４】

【表２】

【００５５】この場合の濾過継続時間は、濾材の粒径が
０．８ｍｍの場合には水温１０°Ｃでは４８時間以下で
あったものの、水温３０°Ｃの場合には７２時間であっ
た。また、濾材が１．１ｍｍの場合には水温１０°Ｃの
場合でも７２時間で、水温が３０°Ｃの場合には１６８
時間であった。

【００５６】

【発明の効果】叙上のように、本発明の濾過装置を使用
した場合に、処理水の水質を低下させることなく濾過速
度を上げることができるため、濾過効率が向上し、特に
高速濾過装置として適している。また、濾材層の構成も
単純であるため、製造や設置が容易であり、製造コスト
や管理維持コストを低減させることができる。

【００５７】さらに、濾材の洗浄も容易且つ確実に行え
ると同時に、濾過継続時間が長いため、洗浄頻度を少な
くし、長期間連続して濾過工程を行うことが可能にな
る。

【００５８】また、濾材層の高さが従来の砂を濾材とし
て形成された濾材層よりも高く且つ濾過速度を高くとれ
るため、濾過装置の面積を小さく形成することができ、
狭い面積の場所にも濾過装置を設置することが可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の濾過装置の実施の形態の一例を示す概
略図。

【図２】濾過装置を使用した上水処理の一例を示すフロ
ー説明図。

【符号の説明】

１装置本体２濾材層３洗浄水供給部４気体供給部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＢ０１Ｄ 29/38 ５８０Ａ (56)参考文献特開平３−4913（ＪＰ，Ａ) 特開平８−290020（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B01D 39/00 - 39/20

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】粒状の単一の濾材からなる濾材層(2) が
形成された濾過装置本体(1) を有し、該濾過装置本体
(1) 内の濾材層(2) に原水を通水して濾過する濾過装置
において、前記濾材が比重２以下、粒径０．８〜１．１
ｍｍであり、濾材層(2) の高さ(h) が１．０〜１．５ｍ
に形成され、且つ原水を流速(LV)３００ｍ／日以上で濾
材層(2) に通水して、濾過後の処理水の濁度を０．１度
以下にすることが可能であることを特徴とする濾過装
置。
【請求項２】前記原水の濁度が平均２度の場合に濾過
継続時間が７０時間以上である請求項１に記載の濾過装
置。
【請求項３】前記原水の濁度が平均０．３５度の場合
に濾過継続時間が２４０時間以上である請求項１に記載
の濾過装置。
【請求項４】前記濾過装置本体(1) に、洗浄水供給部
(3) 及び気体供給部(4) が形成されており、該洗浄水供
給部(3) 及び気体供給部(4) が、前記濾材層(2) の洗浄
時に、洗浄水及び洗浄用気体を別々或いは同時に濾材層
(2) に供給可能に設けられた請求項１乃至３のいずれか
に記載の濾過装置。
【請求項５】濾材がアンスラサイトからなる請求項１
乃至４のいずれかに記載の濾過装置。
【請求項６】比重２以下、粒径０．８〜１．１ｍｍの
粒状の濾材が高さ１．０〜１．５ｍに形成された濾材層
に、原水を流速(LV)３００ｍ／日以上で濾過し、濾過後
の処理水の濁度を０．１度以下にすることを特徴とする
濾過方法。
【請求項７】前記原水の濁度が平均２度であり、且つ
この場合に濾過継続時間が７０時間以上である請求項６
に記載の濾過方法。
【請求項８】前記原水の濁度が平均０．３５度であ
り、且つこの場合に濾過継続時間が２４０時間以上であ
る請求項６に記載の濾過方法。
【請求項９】前記原水の濾過を一定期間行った後に、
原水の濾材層への供給を停止して水位を所定位置に低下
させ、濾材層に下方から気体を噴射して、次に気体と洗
浄水を同時に噴射し、さらに洗浄水のみを噴射すること
によって濾材層を洗浄して、再び原水を濾材層に供給し
て濾過を行う請求項６乃至８のいずれかに記載の濾過方
法。
【請求項１０】濾材がアンスラサイトからなる請求項
６乃至９のいずれかに記載の濾過方法。