JP6101099B2 - 砂ろ過装置の洗浄方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、海水淡水化プラント等に設けられる砂ろ過装置において、ろ砂層の洗浄に要する時間を短縮可能にした洗浄方法に関する。

海水淡水化プラントにおいて、海水を淡水化する処理工程は、前処理として、砂ろ過装置で原海水中に含まれる不純物を除去し、その後、海水を蒸留して淡水を生成する多段フラッシュ法や、海水に圧力をかけて逆浸透膜と呼ばれるろ過膜を通すことで海水の塩分を濃縮して分離し、淡水を生成する逆浸透法等を用いて海水から塩分を除去している。特許文献１には、海水から飲料水や工業用水のような無イオン水を製造する工程が開示されている。この製造工程は、砂ろ過装置で原海水中のゴミ類や微生物等の比較的大きな夾雑物を除去した後、イオン交換膜や逆浸透膜を用いた膜分離工程及び蒸発濃縮工程を経て、塩分を除去した無イオン水を製造するものである。

砂ろ過装置に設けられたろ砂層には捕捉された不純物が堆積し、そのままにしておくと閉塞してしまうので、堆積した不純物をろ砂層から除去する必要がある。不純物をろ砂層から除去するために、洗浄水をろ砂層の出口側からろ砂層に導入してろ砂層の表面や内部に捕捉された不純物を剥離させる逆流洗浄方法が用いられる。特許文献２には、かかる砂ろ過装置の逆洗方法が開示されている。

特開２００９−９５８２１号公報 特開２００５−２１１８０４号公報

砂ろ過装置の洗浄作業は、洗浄水の主成分である原海水の性状が清澄な場合は、ろ砂層への不純物の堆積が緩やかなため、逆洗の頻度は少なくて済むが、原海水が不純物を多く含む汚れた海水の場合は、ろ砂層への不純物の堆積が速くなるので、洗浄作業の頻度を多くする必要がある。
一方、砂ろ過装置の洗浄時に処理設備の稼動を中断させないため、通常、２基以上の砂ろ過装置が、被処理水の導入路に対して並列に設けられている。ここでいう被処理水とは、砂ろ過装置で処理される原水のことであり、海水淡水化プラントにおいては、原海水のことである。また、処理設備の処理能力が大のとき多数の砂ろ過装置が設けられる。この場合、１基の砂ろ過装置の洗浄時間が長くなると、処理設備の稼動時間に影響を与えると共に、他の砂ろ過装置の洗浄時間を十分に取れなくなる。

そこで、本発明者等は、不純物の除去効果を維持しつつ、洗浄時間を短縮可能な洗浄方法を検討し、以下説明する洗浄方法を考えた。この洗浄方法を図２の（Ａ）及び（Ｂ）により説明する。図２（Ａ）は、海水淡水化プラントにおいて、清澄な海水を扱う場合を示し、（Ｂ）は不純物を多く含む汚れた海水を扱う場合を示す。

図２（Ａ）において、まず、ろ砂層に残存した原海水を除去する液抜きを行う（液抜き工程）。次に、ろ砂層の出口側から空気を吹き込み、ろ砂層の内部及び入口側表面に付着した不純物を剥離させる（空気洗浄工程）。さらに、洗浄水をろ砂層の出口側から導入し、ろ砂層を洗浄する（水洗浄工程）。洗浄水として、例えば、逆浸透装置等を用いて行われる後工程の分離工程で分離された濃縮海水や砂ろ過装置により不純物が除去されたろ過海水を用いてもよい。水洗浄工程の後で、ろ砂層に残った洗浄水をリンス水（例えば原海水や原海水と同等の水質を有する海水等）と置換すると共に、逆流洗浄で層状態が乱れたろ砂層を整えるリンス処理を行う（リンス工程）。この洗浄方法によれば、空気洗浄工程と水洗浄工程とを併用させたことで、短時間で不純物の除去を可能にしている。

しかし、リンス工程は、水洗浄工程で使用していた洗浄水（濃縮海水等）とリンス水とがろ砂層内で混合してしまうため、すべてリンス水と置き換わるまでになお多くの時間を要することがわかった。特に、図２（Ｂ）に示すように、不純物を多く含む汚れた海水の場合、清澄な海水より長いリンス時間を必要としている。逆に、リンス工程の時間を短縮すると、置換不足となり、洗浄水が後工程に流出するおそれがある。その場合、後段に設けられている保安用フィルタや逆浸透装置に設けられた逆浸透膜が閉塞する原因となり、膜前後の差圧の上昇や寿命の低下を招く。そのため、洗浄水とリンス水との置換を早期に行い、リンス工程に要する時間を短縮する必要がある。

本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、砂ろ過装置の洗浄作業の中で行うリンス工程に要する時間を短縮することを目的とする。

かかる目的を達成するため、本発明の砂ろ過装置の洗浄方法は、前記逆流洗浄方法を用いた洗浄方法であって、被処理水のろ過処理後、砂ろ過装置に残存した被処理水を排出させる液抜き工程と、液抜き工程の後で、砂ろ過装置のろ過水の出口側から気体を導入し、ろ砂層に捕捉された不純物をろ砂層から剥離させる気体洗浄工程と、ろ砂層に砂ろ過装置のろ過水の出口側から洗浄水を導入し、剥離した不純物を洗浄水と共に砂ろ過装置から排出する不純物排出工程と、不純物排出工程の後で、洗浄水をろ砂層から重力で流下させ、砂ろ過装置から排出する洗浄水排出工程と、リンス水を砂ろ過装置の入口側からろ砂層に導入し、ろ砂層に残った洗浄水をリンス水に置換すると共に、ろ砂層の層状態を整えるリンス工程とからなるものである。

本発明では、不純物排出工程の後で、洗浄水をろ砂層から重力で落下させる洗浄水排出工程をもうけている。この洗浄水排出工程でろ砂層中の洗浄水を排出した後、リンス工程を行うことで、リンス工程において洗浄水とリンス水との混合が起らなくなる。これによって、リンス水への置換を速めることができるため、リンス工程に要する時間を短縮できると共に、砂ろ過装置の稼動を速やかに再開できる。また、洗浄水とリンス水との混合が生じないので、リンス工程に要する時間を短縮しても、置換不足とはならず、砂ろ過装置の稼動再開後においても、洗浄水や剥離した不純物が後工程に流出するおそれはなくなる。従って、後段に配置された機器のフィルタ等の目詰りをなくし、寿命低下を防止できる。

本発明の一態様において、洗浄水排出工程で、ろ砂層から流下する洗浄水が連続的な水流から断続的な水滴に変わった時点を洗浄水の排出が完了した時点とすることができる。
ろ砂層から流下する洗浄水が連続的な水流から断続的な水滴に変わる様子は、砂ろ過装置の外部から容易に目視可能である。そのため、洗浄水の排出完了時点を砂ろ過装置の外部から容易に知ることができ、速やかにリンス工程に移行できる。

本発明の一態様において、複数の砂ろ過装置が被処理水の導入路に対して並列に配置されている場合、１基の砂ろ過装置の洗浄が終了した後、他の砂ろ過装置の洗浄作業を開始するようにするとよい。この場合、１基の砂ろ過装置が洗浄されている間、他の砂ろ過器は稼働可能となる。また、本発明によりリンス時間を短縮できるので、複数の砂ろ過装置がある場合でも、１基の砂ろ過装置毎に十分余裕をもって洗浄工程を行うことができる。従って、砂ろ過装置が組み込まれた海水淡水化プラントなどの設備の稼動時間を十分確保できると共に、再稼働後のろ過水の水質低下を招かない。

本発明によれば、砂ろ過装置の洗浄工程において、洗浄水とリンス水との置換不足を生じることなく、リンス工程に要する時間を短縮できる。従って、後段に設けられた保安用フィルタや逆浸透膜等の閉塞を招かず、かつ砂ろ過装置が複数配置された設備でも、余裕をもって逆洗工程を実施できる。

本発明の第１実施形態に係る砂ろ過装置のブロック線図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は本発明者等が考えた中間技術としての洗浄工程の工程図であり、（Ｃ）は前記第１実施形態における洗浄工程の工程図である。 本発明の第２実施形態に係る砂ろ過装置のブロック線図である。 前記第２実施形態の逆洗工程の手順を示す線図である。

以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。

（実施形態１）
本発明の第１実施形態を図１及び図２（Ｃ）に基づいて説明する。図１は、例えば海水淡水化プラントに組み込まれた本実施形態に係る砂ろ過装置を示す。図１において、本実施形態に係る砂ろ過装置１０Ａは、砂ろ過器１２を備えている。砂ろ過器１２は、ハウジング１４の内部に、横断面全域にろ砂層１６が充填されている。ろ砂層１６より上方のハウジング壁には、原海水導入路１８が接続され、ハウジング１４の底壁には、ろ砂層１６でろ過されたろ過海水ｆｓを排出するろ過海水排出路２２が接続されている。原海水導入路１８には、原海水ｓｗを砂ろ過器１２へ送るポンプ２０が介設されている。

また、ハウジング１４の底壁には、洗浄作業で空気洗浄工程を行う際に、空気ａを導入する空気導入路２４が設けられている。また、ハウジング１４の底壁には、洗浄作業で水洗浄工程を行う際に、後段に設けられた逆浸透装置３４から、洗浄水として濃縮海水ｃｓを導入する濃縮海水導入路２６が接続されている。また、ハウジング１４の上方壁には、水洗浄工程で砂ろ過器１２に供給された濃縮海水ｃｓを排出する濃縮海水排出路２８が接続されている。また、ハウジング１４の底壁には、リンス工程実施時に、リンス水（原海水ｓｗ）を排出するリンス水排出路３０が接続されている。

かかる構成において、海水淡水化プラントの通常運転時に、原海水ｓｗが、ポンプ２０により原海水導入路１８からハウジング１４の内部に導入される。ろ砂層１６で、原海水ｓｗからゴミ類や微生物等の比較的大きな夾雑物が除去される。不純物を除去されたろ過海水ｆｓは、ろ過海水排出路２２を経て後段側へ送られる。ろ過海水排出路２２の後段側は、保安用フィルタ装置３２に接続され、ここで、ろ過海水ｆｓは、念のため残留している不純物が除去される。

保安用フィルタ装置３２の後段側で、ろ過海水排出路２２は逆浸透装置３４に接続されている。逆浸透装置３４は逆浸透膜を有し、ろ過海水ｆｓを塩分が除去されたろ過水ｗと濃縮された塩分を含む濃縮海水ｃｓとに分離する。ろ過水ｗは、ろ過水供給路３６から後処理工程に送られ、濃縮海水ｃｓは、濃縮海水排出路３８に排出される。なお、後述する洗浄作業時の水洗浄工程において、洗浄水として濃縮海水ｃｓの一部を濃縮海水導入路２６からハウジング１４の内部に導入し、ろ砂層１６の洗浄を行う。

図２（Ｃ）は、本実施形態の洗浄工程を示す。洗浄工程では、まず、ろ砂層１６に残留している原海水ｓｗを排出する（液抜き工程）。排出方法は、残留している原海水ｓｗを重力により自然流下させ、ろ砂層１６の上面近傍まで液面を下げる。

液抜き工程後、空気導入路２４から空気ａをハウジング１４の下部に吹き込み、空気ａをろ砂層１６の内部に通す。これによって、ろ砂層１６に捕捉されている不純物をろ砂層１６から剥離させる（空気洗浄工程）。次に、濃縮海水導入路２６から濃縮海水（洗浄水）ｃｓをハウジング１４の下部に導入し、ろ砂層１６に通す。これによって、剥離した不純物を除去し、該不純物を濃縮海水排出路２８から排出する（水洗浄工程）。

次に、濃縮海水ｃｓの導入を止め、液排出工程に移行する。液抜き工程では、ろ砂層１６に残った濃縮海水ｃｓを重力によりろ砂層１６から流下させる。ろ砂層１６から流下する濃縮海水ｃｓが連続的な水流から断続的な水滴に変わった時点をもって、液排出工程の完了時とする。次に、原海水導入路１８から原海水（リンス水）ｓｗをろ砂層１６に導入し、ろ砂層１６に残存する濃縮海水ｃｓを完全に原海水ｓｗと置換すると共に、逆洗工程で乱れたろ砂層１６を整える（リンス工程）。これで洗浄作業は終了し、通常運転に戻る。

本実施形態によれば、水洗浄工程の後で、液排出工程を行い、ろ砂層１６に残った濃縮海水ｃｓを除去した後で、リンスステップを行うことで、濃縮海水ｃｓと原海水ｓｗとがろ砂層１６で混合されない。これによって、原海水ｓｗへ置換できる時間を速めることができ、リンス工程に要する時間を短縮できる。従って、汚れた海水を扱う場合でも、図２（Ａ）に示すリンス時間と同等に短縮でき、プラントの稼動に支障をきたさない。また、リンス時間を短縮しても、置換不足とはならず、濃縮海水や不純物が後段の保安用フィルタ装置３２や逆浸透装置３４に流出するおそれはない。従って、後段に設けられた保安用フィルタ３２や逆浸透装置３４等の閉塞を招かず、フィルタ等の寿命低下を防止できる。

また、液排出ステップで、ろ砂層１６から流下する濃縮海水ｃｓが連続的な水流から断続的な水滴に変わった時点を濃縮海水ｃｓの排出が完了した時点とすることで、濃縮海水ｃｓの排出完了時を、砂ろ過器１２の外部から明瞭に識別できる。また、濃縮海水ｃｓの流下が水流から水滴に変わった時点では、実質的にろ砂層１６に濃縮海水ｃｓは残っていないため、この時点を完了時点とすることで支障をきたすことはない。そのため、液排出ステップの完了時の把握が容易になり、リンスステップへ速やかに移行できる。

（実施形態２）
次に、本発明の第２実施形態を図３及び図４に基づいて説明する。本実施形態の砂ろ過装置１０Ｂは、原海水導入路１８に対して多数の砂ろ過器１２を並列に配置し、海水淡水化プラントの前処理能力を増大させたものである。図３にその構成を示す。図３において、原海水導入路１８に対して多数（３個以上）の砂ろ過器１２ａ、１２ｂ、１２ｃ・・・・・・が並列に配置されている。各砂ろ過器のろ過海水排出路２２には、夫々１個の保安用フィルタ装置３２ａ、３２ｂ、３２ｃ・・・・・・が設けられている。各砂ろ過器には、前記第１実施形態と同様に、原海水導入路１８、ろ過海水排出路２２、濃縮海水導入路２６及び濃縮海水排出路２８が接続されている。

ろ過海水排出路２２の下流端には、２個の逆浸透装置３４ａ及び３４ｂが並列に接続されている。その他の構成は前記第１実施形態と同一である。各砂ろ過器でろ過されたろ過海水ｆｓは、夫々の保安用フィルタ装置で残存している不純物が除去された後、切換弁４０ａ及び４０ｂの開閉により、逆浸透装置３４ａ又は３４ｂのうちどちらかの逆浸透装置に導入される。逆浸透装置でろ過されたろ過水ｗは、ろ過水供給路３６から後段の処理装置（図示省略）に送られる。

逆浸透装置３４ａ又は３４ｂで塩分が濃縮された濃縮海水ｃｓは、濃縮海水排出路３８から排出される。濃縮海水ｃｓの一部は、いずれかの砂ろ過器の洗浄作業のとき、洗浄水として濃縮海水導入路２６から砂ろ過器に戻される。
図４は、１基の砂ろ過器の洗浄時間が２時間かかる場合を想定している。図２に示すように、本実施形態における各砂ろ過器の洗浄工程は、１基の砂ろ過器が洗浄されている間、他の砂ろ過器を稼働可能とするため、１基の砂ろ過器毎に行う。即ち、２基以上の砂ろ過器を同時に洗浄せず、１基の砂ろ過器の洗浄が終了した後、別な砂ろ過器の洗浄を開始する。

本実施形態によれば、前記第１実施形態と同様にリンス時間を短縮できるので、多数の砂ろ過器が設けられたプラントにおいても、１基の砂ろ過器毎に十分余裕をもって洗浄作業を行うことができる。従って、砂ろ過装置が組み込まれたプラントなどの設備の稼動を支障なく継続できると共に、運転再開後に砂ろ過装置内部に存在する被処理水の水質低下を招かない。

本発明によれば、砂ろ過装置の洗浄作業を短縮できるので、水質が悪く、不純物を多く含む汚れた海水を処理する場合でも、処理設備の稼動に支障をきたさない。

１０Ａ、１０Ｂ 砂ろ過装置
１２、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ 砂ろ過器
１４ ハウジング
１６ ろ砂層
１８ 原海水導入路
２０ ポンプ
２２ ろ過海水排出路
２４ 空気導入路
２６ 濃縮海水導入路
２８、３８ 濃縮海水排出路
３０ リンス水排出路
３２、３２ａ、３２ｂ、３２ｃ 保安用フィルタ装置
３４，３４ａ、３４ｂ 逆浸透装置
３６ ろ過水供給路
４０ａ、４０ｂ 切換弁
ａ 空気（気体）
ｃｓ 濃縮海水（洗浄水）
ｆｓ ろ過海水
ｓｗ 原海水（被処理水、リンス水）
ｗ ろ過水

Claims (3)

1. ハウジング内に設けられたろ砂層を有し、前記ろ砂層を通過することにより被処理水をろ過処理し、ろ過水を生成する砂ろ過装置に、前記砂ろ過装置の前記ろ過水の出口側から洗浄水を導入し前記ろ砂層に捕捉された不純物を逆流洗浄により除去する砂ろ過装置の洗浄方法において、
   前記被処理水のろ過処理後、前記砂ろ過装置に残存した前記被処理水を排出させる液抜き工程と、
   前記液抜き工程の後で、前記砂ろ過装置の前記ろ過水の出口側から気体を導入し、前記ろ砂層に捕捉された不純物を前記ろ砂層から剥離させる気体洗浄工程と、
   前記ろ砂層に前記砂ろ過装置の前記ろ過水の出口側から洗浄水を導入し、剥離した不純物を前記洗浄水（ｃｓ）と共に前記砂ろ過装置から排出する不純物排出工程と、
   前記不純物排出工程の後で、前記洗浄水を前記ろ砂層から重力で流下させ、前記砂ろ過装置から排出する洗浄水排出工程と、
   前記洗浄水排出工程の後、リンス水（ｓｗ）を前記砂ろ過装置の入口側から前記ろ砂層に導入し、前記ろ砂層に残存した前記洗浄水を前記リンス水に置換すると共に、前記ろ砂層の層状態を整えるリンス工程とを備えることを特徴とする砂ろ過装置の洗浄方法。
2. 前記洗浄水排出工程において、
   前記ろ砂層から流下する前記洗浄水が連続的な水流から断続的な水滴に変わった時点を前記洗浄水の排出が完了した時点とすることを特徴とする請求項１に記載の砂ろ過装置の洗浄方法。
3. 複数の前記砂ろ過装置が前記被処理水の導入路に対して並列に配置され、
   １基の前記砂ろ過装置の洗浄工程が終了した後、他の砂ろ過装置の洗浄工程を開始することを特徴とする請求項１又は２に記載の砂ろ過装置の洗浄方法。
   

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