JP3790857B2 - 浮上ろ材を用いたろ過装置及びろ過方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工場排水、下水など懸濁粒子、リン酸イオン、フッ素イオン、金属イオン、色度成分、ＣＯＤ成分などの除去対象物質を含有する水（本明細書ではこれを「原水」という）のろ過装置及びろ過方法に関する。本発明は、特に有機性の懸濁粒子を含有する合流式下水道の雨天時越流水（ＣＳＯと略称される）、又は下水処理施設に流入する下水の高速固液分離技術として連続的に実施できる好適な技術である。
【０００２】
【従来の技術】
最近、合流式下水道における、雨天時越流水（ＣＳＯ）の公共用水域への汚濁負荷が大きな問題になっている。合流式下水道の雨天時越流水（ＣＳＯ）は、短時間に膨大な水量が発生するため、非常にコンパクトな装置でＣＳＯの汚濁物質を除去できる装置が切望されている。
【０００３】
また下水処理施設に流入する下水は、まず最初沈殿池で沈殿分離されたのち、活性汚泥処理されるが、最初沈殿池のＳＳの除去率が悪いため、凝集剤を添加して凝集沈殿処理する例が北欧で普及している。しかし、凝集沈殿速度が小さく、大きな沈殿池を必要とする欠点がある。そのためＣＳＯおよび下水を高速度で固液分離できる新技術が待望されている。
【０００４】
先行技術の「浮上ろ材を用いた連続ろ過機におけるろ材の洗浄装置」には、図２に示すように、浮上ろ材２２を充填したろ過槽２１の下部に、ろ材と汚水との分離槽３１を設け、そのろ過槽２１との連通部を開閉自在にするとともに、一方、ろ過槽２１の頂部と前記分離槽３１との間にろ材の洗浄管２９を形成して、この洗浄管２９を開閉自在とし、さらに、前記分離槽３１には、汚水の引き抜きポンプ３３を設けてなる、浮上ろ材を用いたろ過機におけるろ材の洗浄装置が記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この従来技術の追試を行った結果、次の欠点があった。
１）間欠的にろ材を洗浄するので連続ろ過が行えない。
２）多数のバルブ（３０，３２，３４など）が必要で、バルブの開閉操作が煩雑である。バルブ開閉制御設備も必要である。
３）最上部がコーン状になっていないため、浮上ろ材は装置上部のカバーに浮力で強く押し付けられ、固定層状態になっているので、浮上ろ材を管路２９で非常に吸引しにくく、水だけが吸い込まれてしまう。
４）ろ過装置の下部に、２重コーン状の複雑な形の分離槽３１を設けなけれぱならないので、装置製作が面倒で、制作費も高い。
【０００６】
本発明は、非常に簡単な構成の装置によって、上記従来技術を改善したもので、河川水、湖沼水、排水、下水など各種原水中の懸濁粒子、リン酸イオン、フッ素イオン、金属イオン、色度成分、ＣＯＤ成分などの除去対象物質を高速度でろ過分離できる技術を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、下記の手段により上記の課題を解決することができた。
（１）上部の浮上ろ材の流動部を形成するテーパ部と、前記流動部の下部に続く浮上ろ材の充填層からなるろ過層を形成する直胴部を有する槽からなり、前記テーパ部の頂部に配備した原水流入部と、テーパ部の浮上ろ材流動部から浮上ろ材を吸引するろ材吸引管、前記吸引管から吸引ポンプを経由して送られた浮上ろ材を導入する、前記ろ過層の下方に配設した上部開口のろ材洗浄チャンバと、前記槽の底部に配備したろ過水排出部、及び前記ろ材洗浄チャンバの下部に設置した洗浄排水排出管を有することを特徴とする浮上ろ材を用いたろ過装置。
（２）原水流量をＱ、ろ材吸引水量をＱ₁、洗浄排水排出流量をＱ₂とするとき、Ｑ₁＜Ｑ₂＜＜Ｑに設定したことを特徴とする前記（１）記載のろ過装置。
【０００８】
（３）上部のテーパ部に浮上ろ材の流動部を形成し、前記流動部の下方に続いて浮上ろ材の充填層からなるろ過部が形成されたろ過槽のテーパ部の頂部から原水を導入して、前記流動部及びろ過部をへて下方に流下させ、テーパ部の中間位置から浮上ろ材を吸引して外部に取り出し、取り出した浮上ろ材をろ過部の下方に設けた上方開口のろ材洗浄チャンバへ導入して洗浄後、ろ過部下方に浮上させ、ろ材洗浄チャンバから洗浄排水を排出させ、ろ過槽下部から処理水を取り出し、原水流量をＱ、ろ材吸引水流量をＱ₁、洗浄排水排出流量をＱ₂とするとき、Ｑ₁＜Ｑ₂＜＜Ｑに設定したことを特徴とするろ過方法。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の連続ろ過装置主要部の一実施態様を示す図である。
本発明装置の主要構造を説明する。
ろ過装置１は中央部が円筒状で直胴部３を形成しており、上部がテーパ状（コーン状）でテーパ部２を形成している。テーパ部２の頂部に原水流入部８が接続されており、そこから原水７が入って下方に流下するようになっている。
【００１０】
ろ過装置内１には、ろ材として比重が水より小さい浮上性粒子（発泡プラスチック粒子など）４が充填されている。テーパ部２においては原水の下降流速が大きく、それも頂部に近いほど流速が大きいため浮上ろ材４が流動化しており、流動部５を形成する。
その下部の槽直胴部３は原水の下降流速がテーパ部２より小さいため、浮上ろ材４が、固定層に近い状態の充填層６を構成している。これがろ過層６を形成している（これは、状態をいうときには「充填層」といい、作用の点でいうときには「ろ過層」という）。ただ、その流動部に接している部分では流動化している原水の力で膨張率が小さい膨張層を形成する場合がある。ろ過層６の下方には、ろ過水流出部１５が設置されている。
【００１１】
テーパ部２に、ろ材吸引管９が設置され、ポンプ機構１０と接続されている。なお、ろ材吸引管９の開口は図１に示すように流動部５の中心近くに設けることができる。ポンプ機構１０に接続するろ材移送管１１は、浮上ろ材充填層６の下のろ材洗浄チャンバ１２に接続されている。このチャンバ１２は上部が開口し、下部に洗浄排水管１３が取り付けられている。ろ材移送管１１からチャンバ１２内に送り込まれた浮上ろ材４は比重が小さいためにその上部開口からろ過槽内を上昇して浮上ろ材充填層６の下に供給される。
排水管１３には排水ポンプ１４が接続されている。
以上が本発明連続ろ過装置１の骨子構成である。
【００１２】
次に作用原理を説明する。
処理対象原水７が、本発明ろ過装置１の上部のテーパ部２に流入する。
装置の直胴部３における原水７の下降流速は、浮上ろ材４の浮上速度よりも小さくし、浮上ろ材４の充填層（膨張層もしくは固定層）６が形成されるように設定する。直胴部３におけるろ過層６の充填高さは、通常１〜２ｍ程度で充分である。
【００１３】
原水７が、流動部５を経由したのち、浮上ろ材充填層（ろ過層）６を下降流で流過し、その際懸濁粒子がろ過除去されて、清澄なろ過水１６がろ過層６下部から流出する。
なお、原水７に凝集剤１７を添加する場合もある。この場合は、凝集フロックがろ過除去される。
【００１４】
しかして、テーパ部２に接続されたろ材吸引管９から任意のポンプ機構１０によって浮上ろ材４を吸引し、ろ材移送管１１を経てろ過層６下方のろ材洗浄チャンバ１２に導入する。
ろ材吸引管９の上端は、装置直胴部３の充填層部（浮上粒子が膨張層又は固定層を形成している部分）に位置するのではなく、テーパ部２内に位置することが重要である。なぜなら、テーパ部２では原水の下降流速が浮上性粒子（浮上ろ材）４の浮上速度よりも大きいために浮上性粒子４が流動しているので、浮上性粒子４をろ材吸引管路９内に容易に吸引出来るからである。
【００１５】
ろ材吸引管９から入った後、浮上性粒子４に付着したＳＳは、ポンプ１０などのせん断力によって剥離する。チャンバ１２に吐き出された浮上性粒子４とＳＳ分のうち、浮上性粒子４はチャンバ１２の上部開口部から上方に浮上してゆき、ろ材充填層６の下界面に達して停止する。その際、後述する洗浄排水管１３から排水に伴ってろ過層６から流下するろ過水の一部がチャンバ１２の上部に入り、丁度浮上する浮上性粒子４と向流する状態となり、浮上性粒子４がろ過水で洗浄される作用が得られる。そして、チャンバ１２内に入ったＳＳ分はチャンバ１２の底部に沈殿するか浮遊状態にある。
チャンバ１２の底部付近に設けた洗浄排水管１３から水を系外に排出すると、ろ過水１６の一部がチャンバ１２内に流入するので、浮上ろ材４から剥離したＳＳは系外に排出する水に随伴されて効果的に系外に排出される。この排出された水を洗浄排水という。したがって、剥離ＳＳがろ過水１６に混入してろ過水ＳＳを増加させるようなトラブルが起きない。洗浄排水の排出は連続的に行なっても、また間欠的に行なってもかまわない。
【００１６】
この場合、ろ材吸引水量をＱ₁、洗浄排水流量をＱ₂とするとき、Ｑ₂＞Ｑ₁に設定すると、確実に剥離ＳＳを系外に排除できる。特に、原水流量をＱとするとき、Ｑ₁＜Ｑ₂＜＜Ｑに設定したとき、一層確実に剥離ＳＳを系外に排除することができる。なお、Ｑ₁は５〜６ｍ／ｍｉｎ以下が好ましい。
このようなメカニズムで、浮上ろ材ろ過層６を構成する浮上ろ材４がろ過層６の上面から下面に循環するので、充填層全体が、下から上へ徐々に移動する状態となる。
【００１７】
したがって、浮上ろ材充填層は移動層となり、移動層によるろ過処理が、簡単な構成できわめて合理的に実現される。したがって、ろ過層上部でろ材に捕捉されたＳＳは、ろ材吸引管路を経由して、浮上ろ材から剥離されて洗浄排水で系外に排出され、また浮上ろ材は洗浄されたのち、洗浄粒子が再びろ過層を形成するため、ろ過層が絶えず更新されたものとなるので、ろ過抵抗が大きく増加することなく、一定のろ過抵抗を維持しながら、連続ろ過が行える。
【００１８】
本発明の連続ろ過に適用するために最適な浮上性粒子４を種々検討した結果、浮上性粒子４の比重として極力小さいものを使用することが、大きなろ過速度を得るために重要で、比重が０．２以下のものが適していることが判明した。特に発泡スチロールなどの発泡プラスチック微粒子、中でも発泡スチロールは比重が極めて小さくでき、極めて浮上力が大きいこと、低価格で、入手も容易であるので最適である。
【００１９】
浮上ろ材４の粒径も重要因子であり、過度に大きいとＳＳがリークされやすく、一方、過度に小さいとろ過抵抗が大きくなるので、粒径０．５〜５ｍｍ程度が好ましい。
ろ過層の下から上への最適移動速度は、諸条件で大きく変るため一概には言えないが、原則として、原水ＳＳが多い場合は、浮上ろ材４の下降流生起管路への吸引量Ｑ₁を多くし、原水ＳＳが少ない場合は、吸引量Ｑ₁を少なくする。原水ＳＳが多いときには、原水を最初にろ過するろ過層の上面が早く詰まるので、その上面部分の浮上ろ材４を早く更新する必要があるからである。
【００２０】
【発明の効果】
本発明によれば、以下の効果が得られる。
１）従来技術のような多数のバルブが一切不要で、かつ非常にシンプルな装置形状、構成によって、ろ過層を移動層にしながら高ろ過速度の連続ろ過が行える。
２）合流式下水道の雨天時越流水（ＣＳＯ）のように、短時間に膨大な水量が発生する原水に極めて好適であり、非常にコンパクトな装置で、必ずしも凝集剤を使用しなくても懸濁粒子を効果的に除去できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の浮上ろ材を用いたろ過装置の一実施例を示す構成概略説明図である。
【図２】従来の浮上ろ材を用いた連続ろ過機の一例の構成概略説明図である。
【符号の説明】
１ ろ過装置
２ テーパ（コーン）部
３ 直胴部
４ 浮上ろ材
５ ろ材流動部
６ 分離槽
７ 原水
８ 原水流入部
９ ろ材吸引管
１０ 引抜きポンプ
１１ ろ材移送管
１２ ろ材洗浄チャンバ
１３ 洗浄排水管
１４ ポンプ
１５ ろ過水流出部
１６ ろ過水
１７ 凝集剤
２１ ろ過槽
２２ 浮上ろ材
２３ ろ過層
２４ 原水
２５ 原水供給管
２６ 噴水口
２７ ろ過水
２８ 浮上ろ材（浮上性粒子）
２９ 洗浄管
２９ａ 洗浄室
３０ バルブ
３１ 分離槽
３２ バルブ
３３ ポンプ
３４ バルブ
３５ 洗浄排水
Ｑ 原水流量
Ｑ₁ ろ材吸引水流量
Ｑ₂ 洗浄排水排出流量

Claims (3)

1. 上部の浮上ろ材の流動部を形成するテーパ部と、前記流動部の下部に続く浮上ろ材の充填層からなるろ過層を形成する直胴部を有する槽からなり、前記テーパ部の頂部に配備した原水流入部と、テーパ部の浮上ろ材流動部から浮上ろ材を吸引するろ材吸引管、前記吸引管から吸引ポンプを経由して送られた浮上ろ材を導入する、前記ろ過層の下方に配設した上部開口のろ材洗浄チャンバと、前記槽の底部に配備したろ過水排出部、及び前記ろ材洗浄チャンバの下部に設置した洗浄排水排出管を有することを特徴とする浮上ろ材を用いたろ過装置。
2. 原水流量をＱ、ろ材吸引水流量をＱ₁、洗浄排水排出流量をＱ₂とするとき、Ｑ₁＜Ｑ₂＜＜Ｑに設定したことを特徴とする請求項１記載のろ過装置。
3. 上部のテーパ部に浮上ろ材の流動部を形成し、前記流動部の下方に続いて浮上ろ材の充填層からなるろ過部が形成されたろ過槽のテーパ部の頂部から原水を導入して、前記流動部及びろ過部をへて下方に流下させ、テーパ部の中間位置から浮上ろ材を吸引して外部に取り出し、取り出した浮上ろ材をろ過部の下方に設けた上方開口のろ材洗浄チャンバへ導入して洗浄後、ろ過部下方に浮上させ、ろ材洗浄チャンバから洗浄排水を排出させ、ろ過槽下部から処理水を取り出し、原水流量をＱ、ろ材吸引水流量をＱ₁、洗浄排水排出流量をＱ₂とするとき、Ｑ₁＜Ｑ₂＜＜Ｑに設定したことを特徴とするろ過方法。

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