JP4655466B2 - 濾過浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、水質浄化や固液分離等を目的とした濾過分離浄化装置に関し、特にフィルタによる被分離物質の濾過による分離を、フィルタの不具合による被分離物質の漏洩に対して、良好に被分離物質を分離可能な濾過浄化装置に関するものである。

固液分離等を目的として、細めの金網や高分子繊維で編んだ網を通水分離膜として使用し、被分離物質である汚濁粒子を有する原水に凝集剤と磁性粉を添加して磁性フロックを生成し、前記で磁性フロックを膜で分離し、膜で捕集した磁性フロックを磁場発生手段で磁気分離、除去して高濃度スラッジを回収する磁気分離浄化装置がある。

特許文献１の濾過分離浄化装置では、ステンレス鋼の細線やポリエステル繊維等で網を構成し、例えばその数十ミクロンメートルの目開きの開口部を有した膜分子部を有する。開口部の投影面積や投影直径よりも小さい微細な汚濁物質を分離するため、予め原水に例えば凝集剤の硫酸バン土やポリ塩化アルミニウムやポリ硫酸鉄と磁性粉を加えて撹絆し、原水中の微細な固形浮遊物や藻類、菌類、微生物を、凝縮剤によって数百ミクロンメートル程度の大きさに結合させた磁性フロックを形成させる。

この磁性フロックは数十ミクロンメートルの目開きを有した開口部を通過できず高い除去率で捕捉分離され、膜を透過した水はさらに水質が高い浄化水となる。膜上に捕集された磁性フロックは、洗浄水で膜から洗い流された後、水面近傍に停留する磁性フロックは、前記水面近傍に静止配置された磁石の磁気力で吸引して磁気分離され、スラッジ移送手段でスラッジ回収槽に移送され排除される。スラッジは最終的には、通常トラックで処分場や焼却場に運搬してコンポスト化する。

特開２００２−２７３２６１号

上記従来例では、濾過フィルタの一部に腐食や機械的破損によるフィルタの本来の膜目以上の大きな破れ等が生じた場合、濾過フィルタをル通過した浄化水中に磁性フロックが漏洩し、被分離物資や凝集、磁気分離のために添加した磁性粉や凝集剤等の添加薬剤が漏洩し、浄化水を排出する水域を汚染する問題が生じる。

本発明の目的は、フィルタによる被分離物質の濾過機能に関して、フィルタの破れ等の不具合による被分離物質の漏洩が生じても良好に被分離物質を分離し除去することが可能な濾過浄化装置を提供することにある。

上記目的は、原水を濾過して原水中に含まれる微生物等を取り除く濾過浄化装置において、前記濾過浄化装置は磁性粉と凝集剤を加えられた原水を攪拌する第１の攪拌槽と、前記原水に高分子補強剤加えて攪拌して磁性フロックを生成する第２の攪拌槽と、前記磁性フロックを捕捉する第１の網を備えた第１の回転ドラムと、前記網に捕捉された磁性フロックを吸着させる回転磁石とを備えた膜磁気分離装置で構成され、前記膜磁気分離装置は前記第１の網を通過した処理水が送水される後段濾過装置を備えてなり、この後段濾過装置は、磁気フロックが混入した処理水が内部に送水される第２の回転ドラムと、該第２の回転ドラムの外面に配置した第２の網と、この第２の網の通水抵抗の増加による前記第２の回転ドラム内部の液面増加の検知を行う運転制御装置とを備えていることにより達成される。

本発明によれば、フィルタによる被分離物質の濾過機能に関して、フィルタの破れ等の不具合による被分離物質の漏洩が生じても、良好に被分離物質を分離、除去可能な、濾過浄化装置を提供できる。

以下、本発明の一実施例を図１、図２および図３により説明する。

図２は図１の濾過分離装置１４の拡大断面図である。
図３は図２のＡ−Ａ断面図である。
図において、原水貯槽１内に数ミリメートルの大きなゴミを取り除き、細かい被分離物質、例えば油粒子や有機物や微生物等を有する被処理水である原水２を貯留し、ポンプ３でこの原水２を、配管４に所定の量を送水する。シーディング剤調整装置５から四酸酸化鉄等の磁性粉とｐＨ調整剤、ポリ塩化アルミニウムや塩化鉄や硫酸第二鉄等の水溶液等のアルミニュウムイオンや鉄イオンを提供する凝集剤や高分子補強剤等を、導管６を通じて配管４内に加え、撹絆槽７において、モータ８で回転駆動される攪拌翼９により高速度で撹絆し、数百ミクロンメートルの磁性マイクロフロックを生成する。その後、高分子剤調整装置１１から高分子補強剤等を、導管１２を通じて配管１０内に加え、撹絆槽１３のモータ１４で回転駆動される攪拌翼１５で低速度でゆっくりと撹絆し、数ミリメートル程度の大きさの磁性フロック１６（図１には示さず）を含む前処理水１７を生成する。

このように生成した前処理水１７を、導管１８を通じて濾過分離装置１９に通水する。図２、図３により膜磁気分離装置１９の構造を説明する。回転ドラム２０の外周面にステンレス鋼の細線や銅の細線やポリエステル繊維等で数ミクロンメートルから数十ミクロンメートルの目開きを有した開口部を有する濾過フィルタとなる網２１を設ける。

水槽２２に流入した前処理水１７は、網２１を通過しドラム１２１内に流入する。この時、前処理水中の磁性フロック１６は網２１内面に捕捉され、網２１を通過し磁性フロック１６を分離された水は浄化水となって開口部２３から排出され、配管２４を通り浄化水槽２５に溜り、系外に放流される。前処理水１７が網２１を通過する動力は、前処理水１７とドラム２０内の浄化水との液面位差である。

一方、磁性フロック１６は図２で反時計回りに回転する網２１の外面に濾過されて付着し、堆積物となって液面上の大気部に露出する。
浄化水槽２５内の浄化水をポンプ２６で加圧され導管２７からシャワー管２８に送り、孔からシャワー水を、網２１内表面から外面側に吹き付ける。網２１の外表面に蓄積した磁性フロック１６はシャワー水で剥がれ網２１面は再生される。洗い流された磁性フロック１６は、水槽２２内の前処理水１７の水面上に停留する。

磁気分離の磁場発生手段として使用する回転式の磁石２９は、非磁性体の材料で製作した回転体３０の外面に複数条の溝に永久磁石体３１を接着剤等で固定し、前記回転体３０は、モータ３２で回転数を制御されて回転する構造となっている。

一方、磁気分離した磁性フロックを移送するために使用する非磁性体の材料で製作した汚泥移送用の回転体３３は、軸３４を介してモータ３５で回転数を制御されて回転する。端部では、軸３４を水密性を有した回転支持体３６により水槽２２の壁で支持し、他端部では、回転体３３外周部を、水密性を有した回転支持体３７を介して水槽２２の壁で支持し、回転体３３の内部は大気に開放されている。

前記磁石２９は、前記回転体３３の大気開放面から回転体３３の内部に挿入され、洗浄水で洗い流された磁性フロック１６群が停留する、すなわち回転ドラム側の位置に接近するように設置される。ここで本実施例では、回転体３３の軸心と回転体３０の軸心とは、ずれて配置されている。図に示していないが、磁石２９は所定の場所に位置するように、水槽２２の一部にボルト等で固定される。回転体３３と回転体３０の回転方向は、同一方向で、磁気吸引した磁性フロック１６群を大気側に移動させる方向に回転する。両者の回転数は、同一でも、異なっても良い。本実施例の場合は、磁石側の回転体３０側の回転数が回転体３３の回転数より多い。すなわち回転速度が速い。

洗い落ちて水面近傍に停留する磁性フロック１６群は、磁石２９の磁場により磁石側に吸引されて移動し、磁場２９の外側を回転する回転体３３の外表面に付着したのち、回転体３３の回転にともなって、大気中に露出する。大気中において、磁性フロック１６群中の余分な水分は重力により回転体３３面上を流下し、磁性フロック１６群は更に濃縮される。ここで、磁性フロックの含水率は９７％程度まで低下する。

回転体３３面上の濃縮された磁性フロック１６群は、回転体３３の回転により移動する。このとき、回転体３３の軸心と回転体３０の軸心とは、ずれて配置されているため、磁石２９から次第に遠ざかり、これによって、磁気吸引力は磁石から離れるに従って急激に低減する。磁性フロック１６群は、掻き取りように水槽２２に一部に支持されたへら３８によって、回転体３３面上でから剥離され、スラッジ回収槽３９に重力で落下し、スラッジとして分離捕集される。

排出されたスラッジは、配管４０を通じて遠心分離機やベルトプレス等の脱水装置４１に導入され、運搬時にスラッジから水が漏れないように含水率を約８５％以下に、またコンポスト時の有機物を分解する微生物の活性化を図れる含水率を約７５％に濃縮された高濃度スラッジは、配管４２を通じてスラッジ槽地４３に貯められる。スラッジはトラックで処分場や焼却場や堆肥処理場に運搬される。

脱水装置で脱水された処理汚水は、配管４４を通じて処理汚水槽４５に入り、ポンプ４６で加圧された後、配管４７を通って原水槽１に戻り、再び前処理工程に導入される。運転制御装置４８では、原水の
・液面
・濁度
・温度
・ｐH値
等をセンサー４９で計測し、その情報を運転制御装置４８に信号線５０で送信する。その情報を基に、良好な磁性フロックを生成するに最適な
・薬剤（ｐH調整剤、磁性粉、凝集剤）の添加量、
を、前もって入力した最適量算出プログラムで計算し、その制御情報を薬剤槽５に信号線５１を経由して送信し、最適量を添加する。また、同時に、
・攪拌モータの回転数
・攪拌槽での停留時間
を運転制御装置４８内で算出し、その制御情報をモータ８に信号線５２を経由して送信し、最適回転数で攪拌翼９を回転させ、信号線５３を経由して送信し、攪拌槽での停留時間を確定するポンプ３の吐出量を制御する。

また、良好な磁性フロックを生成するに最適な
・薬剤（高分子ポリマー）の添加量、
を、前もって入力した最適量算出プログラムで計算し、その制御情報を薬剤槽１１に信号線５４を経由して送信し、最適量を添加する。また、同時に、
・攪拌モータの回転数
を運転制御装置４８内で算出し、その制御情報をモータ１４に信号線５５を経由して送信し、最適回転数で攪拌翼１５を回転させる。

一方、濾過分離装置１９では、水槽２２内の前処理水１７の液面をセンサー５６で計測し、その情報を運転制御装置４８に信号線５７で送信する。その情報を基に、前処理水の液面位置が、磁石２９の設置位置のほぼ中央部、すなわち磁石２９が発生する磁場の平均値が最大の位置に来るように、回転ドラム２０の最適な回転数および磁性フロック１６群の回収速度の適正速度を、前もって入力した最適量算出プログラムで計算し、その制御信号を回転ドラムの回転モータ（図示せず）に信号線５８を経由して送信し、また、信号線５９を経由してモータ３５に送信し、それぞれ最適の回転数に制御する。

磁石２９の磁界で、洗浄した磁性フロック１６群を磁気吸引するためには、水槽２２内の前処理水の水面がほぼ磁石２９の磁界の中央部、すなわち図２におけるA―A断面の位置にあることが望ましい。前記水面が記A―A断面の位置よりも低い場合には、前記水面より低い位置でしか磁性フロック１６群を、回転体３３の表面に付着できない。ここで、磁石２９が静止している場合、磁石２９が発生する磁場分布は、並べたそれぞれの永久磁石が、有する磁場分布が磁石面上で不均一であるため、取り付けられた磁石群が発生する磁場分布も不均一となり、磁気吸引力の不均一が生じる。

したがって、洗浄された磁性フロック１６群が多数停留する前記水面が、磁気吸引力の弱い部位にある場合には、磁性フロック１６群を磁気分離して回収する処理性能が低下する。しかし、磁石２９が回転する本実施例では、前記水面部に、必ず磁場分布の強い磁場部分が短い周期で通過させられるので、前記水面部の多数の磁性フロック１６群を磁気吸引して回転体３３の外表面に付着させ、その磁場を回転体３３の移動速度とほぼ同じにすることにより、移動方法に磁気吸引力を保持しながら磁性フロック１６群を回転体３０で移送できるので、磁性フロックの回収処理性能が低下することを防止できる。

また反対に、前記水面が、記A―A断面の位置よりも高い場合には、前記水面より高い位置に多数の磁性フロック１６群が停留するが、磁場が弱いために回転体３３の表面に付着しにくい。ここで、磁石２９が静止している場合、前記した場合と同様に、磁石２９が発生する磁場分布は不均一となり、磁気吸引力の不均一が生じる。したがって、水面が磁気吸引力の弱い部位にある場合には、磁性フロック１６群の回収性能が低下する。しかし、磁石２９が回転する本実施例では、前記水面部に、必ず磁場分布の強い磁場部分が短い周期で通過させられるので、高い水面部分の磁性フロック１６群を磁気吸引して回転体３３の外表面に付着させ、その磁場を回転体３３の移動速度とほぼ同じにすることにより、移動方法に磁気吸引力を保持しながら磁性フロック１６群を回転体３０で移送できるので、磁性フロックの回収処理性能が低下することを防止できる。

また、水槽２２内の前処理水の液面が、網２１の回転数の不足等により網２１での濾過量が流入量より低下した場合等に生じる、水槽２２内の前処理水の液面が上昇した場合、水槽２２内の前処理水側からスラッジ回収槽３９内に前処理水が壁６０を越えて越流しないように、越流水回収槽６１を設け、越流水は配管６２を通り、処理汚水槽４５に入り、ポンプ４６で加圧された後、配管４７を通って原水槽１に戻る。

ここで、前記網２１に腐食や機械的や応力疲労等で亀裂や剥離が生じ、従来の網の目開きサイズを超えるサイズの隙間が生じた場合、磁性フロックは網２１の内部に通過し、浄化水中に漏洩する。浄化水は、配管２４を通り光学的な汚濁物検出装置６３に流入する。ここで、浄化水中の磁性フロックが検知され、その検出信号は配線６４を経由して運転制御機能を有する装置４８に送信される。運転制御装置４８では、網２１に異常があることを認知し、警報を運転者側に通報するとともに、配線６５を経由して弁切り替え装置６６に制御信号を送り、磁性フロックが漏洩した浄化水を、弁切り替え装置６６の中の制御弁６７を経由して配管６８に導き、後段濾過装置６９に送水する。

ここで、磁性フロックが漏洩しない場合には、浄化水中の磁性フロックが検知されず、その信号は配線６４を経由して運転制御装置４８に送信される。運転制御装置４８では、網２１に異常がないことを認知し、配線６５を経由して弁切り替え装置６６に制御信号を送り、磁性フロックの漏洩がない浄化水を、弁切り替え装置６６の中の制御弁７０を経由して配管７１に導き、系外に放水する。

後段濾過装置６９は、主に、回転するドラムの外面に網を配置した回転フィルタ７２と、回転ドラム内部の液面検知器７３と、前記液面検知器７３の計測信号を液面制御機能を有する運転制御装置４８に送信する配線７４と、網で濾過された浄化水を一時蓄える浄化水槽７５と、この浄化水の一部の水を加圧する加圧ポンプ７６と、加圧された浄化水を配管７７を通じて、供給場所を制御する洗浄水供給の弁切り替え装置７８と、洗浄水を網の外側から噴射する洗浄ノズル７９と、洗浄水を捕集する樋８０と、捕集された回収洗浄水を配管８１を通じて捕集する回収洗浄水槽８２と、回収洗浄水を配管８３原水槽に送水するポンプ８４で構成される。

磁性フロックが混入した浄化水は、配管６８を通じて回転フィルタ７２の内側に流入する。ここで、浄化水は回転フィルタ７２で濾過され、浄化水中の磁性フロックは濾過される。濾過された浄化水は水槽８６に溜まり、浄化水槽７５に蓄えられ、その後配管８７を通じて系外に放出される。

回転フィルタ７２の網面に磁性フロックが溜まると通水抵抗が増加し、回転ドラム内部の濾過前の浄化水８８の液面が増加する。浄化水８８液面の増加を運転制御装置４８で検知し、所定の水位を超えると回転フィルタ７２のモータ（図示せず）を動かし、ポンプ７６を作動させ、信号線９０からの制御信号により洗浄水供給の弁切り替え装置７８の弁８９が開き、ノズル７９から洗浄水が放水される。

また、磁性フロックが漏洩した場合は、運転制御装置４８の制御により弁９１が開かれ配管９２を通じて、濾過分離装置１９のシャワー管２８に供給される。これは、磁性フロックが混在した浄化水を洗浄水に使用すると磁性フロックがシャワー管２８の目詰まりの原因となるためである。この場合、ポンプ２６は運転制御装置４８からの制御信号により運転が自動的に停止する。洗浄水の逆流を防止するため、ポンプ２６の交流側に逆止装置９３が設けられる。

回転フィルタ７２が回転し、内側に蓄積した磁性フロックはノズル７９からの洗浄水で洗い流され、洗浄水は樋８０に捕集される。洗浄水は配管８１を通じて回収洗浄水槽８２に一時溜まり、回収された洗浄水は配管８３を通り、ポンプ８４で原水槽に送水する構成され、再度浄化系に戻る。

回転フィルタ７２が洗浄され再生されると、回転フィルタ７２の通水抵抗が小さくなり、回転ドラム内部の濾過前の浄化水８８の液面が低下し、所定の水位以下になると運転制御装置４８からの制御信号により回転フィルタ７２の回転が自動的に停止する。

浄化システムを異一旦停止させ、前記網２１に腐食や機械的や応力疲労等で亀裂や剥離が生じ、従来の網の目開きサイズを超えるサイズの隙間が生じた部分を捕集もしくは新しい網に交換し、磁性フロックの漏洩原因の対策が終了し、正規の浄化運転が開始されると、磁性フロックは浄化水中に漏洩しなくなる。浄化水は、配管２４を通り光学的な汚濁物検出装置６３に流入する。ここで、浄化水中の磁性フロックは検知されず、その検出信号は配線６４を経由して運転制御機能を有する装置４８に送信される。運転制御装置４８では、網２１に異常が無いことを認識し、配線６５を経由して弁切り替え装置６６に制御信号を送り、磁性フロックの漏洩がない浄化水を、弁切り替え装置６６の中の制御弁７０を経由して配管７１に導き、浄化システム外に排出され、後段濾過装置６９の運転は停止される。

本実施例によれば、前記網２１に腐食や機械的や応力疲労等で亀裂や剥離が生じ、従来の網の目開きサイズを超えるサイズの隙間が生じ、磁性フロックが網２１を通過し、浄化水中に漏洩し、浄化水の水質が所定の値を達成できない場合が発生しても、磁性フロックの漏洩を検知し、浄化水の後段部に配置した正常な運転が可能な磁性フロック捕捉手段である、例えば濾過装置に処理水を導き、前記濾過装置にて磁性フロックを再度除去できるので、磁性フロックが浄化システム外に漏洩することを防止できる効果が生じる。

図４および図５に本発明になる他の実施例を示す。図５は図４のB-B断面である。これらの図が図２および図３と異なる点は、網２１で濾過された浄化水の流出口となる回転ドラム２０の開口部２３に、後段のフィルタとしてノズル９６を設け、ノズル９６の外周部に浄化水を濾過する網９４を設けた構造にある。

ここで、前記網２１に腐食や機械的や応力疲労等で亀裂や剥離が生じ、従来の網の目開きサイズを超えるサイズの隙間が生じて浄化水中に磁性フロックが漏洩した場合において、磁性フロックを含む浄化水は、開口部２３からノズル９６に流入する。磁性フロックは網９４で濾過され、再度浄化された浄化水は、磁性フロックが除去された高い水質になり、磁性フロックが浄化水の排水先である環境を汚染することがない。網９４の内側に濾過された磁性フロックは網９４に蓄積する。ノズル９６は、回転ドラム２０と一体で回転し、ノズル９６の外部に配置された洗浄ノズル９７から噴射される洗浄水で洗い流され、磁性フロックを洗浄した洗浄水はノズル９６の内側に配置した樋９８に流れ落ち、捕集される。洗浄ノズル９７から噴射される洗浄水は、磁性フロックが漏洩して網９４の濾過抵抗が大きくなった場合に、供給される。

網９４で濾過された浄化水は、浄化水捕集槽１００に落下して貯留され、配管９９から系外に排出される。樋９８で捕集した洗浄水は、図に示さないが配管１０１を通じて原水槽１に戻される。
ノズル９７に供給する洗浄水は、浄化水捕集槽１００内の浄化水を、図に示さないがポンプで加圧して供給される。前記洗浄水は、ノズル２８にも供給される。

ノズル９６内には、水位センサ１０２を配置する。磁性フロックが網９４に捕捉されると線浄水の通水抵抗が増加し、ノズル９６内の水位が上昇する、水位が所定の値を超えると、図示しないが、制御装置により洗浄ノズル９７への洗浄水の供給が自動的に開始され、洗浄ノズル９７から洗浄水が噴射され、網９４の内側の磁性フロックが洗浄され、通水抵抗が小さくなって、水位が低下する。所定の水位以下になると、洗浄ノズル９７への洗浄水の供給が自動的に停止する。洗浄ノズル９７への洗浄水の供給が遅れ、ノズル９６内の水位がさらに上昇すると、ノズル９６の開口部９５からノズル９６外に流失し、磁性フロックを含む浄化水の越流水は、ノズル９６の開口部９５下部に配置した越流水保留槽１０３に流下し、配管１０４を通じて配管１０１に合流し、原水層１に戻される。

本実施例によれば、実施例１と同様に、前記網２１に腐食や機械的や応力疲労等で亀裂や剥離が生じ、従来の網の目開きサイズを超えるサイズの隙間が生じ、磁性フロックが網２１を通過し、浄化水中に漏洩し、浄化水の水質が所定の値を達成できない場合が発生しても、磁性フロックは、前記浄化水の装置排出部に設け、前期網２１と同体で回転する網９４で濾過されるるので磁性フロックを再度除去でき、磁性フロックが浄化システム外に漏洩することを防止できる効果が生じる。

また、前記網２１で大半の磁性フロックが濾過、除去されているので、網９４での浄化水の通水抵抗は網２１の通水抵抗に比べて極めて小さく、したがって、浄化水を濾過する網２１の必要面積は、網２１よりきわめて小さくよく、網２１と９４の一体化により装置の小型化が達成できる効果がある。

また、網９４の網目の開口サイズを網２１の開口サイズ小さくすることにより、網２１よりさらに小さなサイズの磁性フロックや被除去物を濾過できるので、磁性フロックの漏洩がない場合においても、浄化水の水質をさらに向上させることができる効果がある。

図１は、本発明の一実施例を備えた磁気分離浄化装置のフロ−図である。 図２は、本発明の一実施例を備えた磁気分離部の断面図である。 図３は、図２のＡ−Ａ断面図である。 図４は、本発明の他の実施例を備えた磁気分離部の断面図である。 図５は、図４のB−B断面図である。

符号の説明

２０…回転ドラム、２１…網、２２…水槽、３０…回転体、３１…永久磁石、９４…網、９６…ノズル、９８…樋、１００…浄化水捕集槽、１０２…水位センサ、１０３…越流水保留槽。

Claims (1)

1. 原水を濾過して原水中に含まれる微生物等を取り除く濾過浄化装置において、
   前記濾過浄化装置は磁性粉と凝集剤を加えられた原水を攪拌する第１の攪拌槽と、前記原水に高分子補強剤加えて攪拌して磁性フロックを生成する第２の攪拌槽と、前記磁性フロックを捕捉する第１の網を備えた第１の回転ドラムと、前記網に捕捉された磁性フロックを吸着させる回転磁石とを備えた膜磁気分離装置で構成され、
   前記膜磁気分離装置は前記第１の網を通過した処理水が送水される後段濾過装置を備えてなり、
   この後段濾過装置は、磁気フロックが混入した処理水が内部に送水される第２の回転ドラムと、該第２の回転ドラムの外面に配置した第２の網と、この第２の網の通水抵抗の増加による前記第２の回転ドラム内部の液面増加の検知を行う運転制御装置とを備えていることを特徴とする濾過浄化装置。

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