JP3853738B2

JP3853738B2 - 高速ろ過方法

Info

Publication number: JP3853738B2
Application number: JP2002571182A
Authority: JP
Inventors: 芳彦中山; 篤宮田
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2001-03-13
Filing date: 2002-03-11
Publication date: 2006-12-06
Anticipated expiration: 2022-03-11
Also published as: DE60222641D1; WO2002072227A1; AU2002237560B2; CA2406957C; EP1369157A4; US6841069B2; DE60222641T2; JPWO2002072227A1; EP1369157A1; KR100507718B1; KR20030007604A; CA2406957A1; US20040004036A1; EP1369157B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、下水、返流水、工場排水、ごみ浸出水、農業排水、雨水等の高濃度の浮遊物質（以下、“ＳＳ”という）を含む大量の原水をろ過するための高速ろ過装置及びこれを用いた高速ろ過方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
上記のような高濃度のＳＳを含む大量の原水をろ過処理する場合には、ろ過層内に捕捉し得るＳＳ量を多くする必要がある。このため、通常の砂ろ過法に用いられるよりも大きい１０ｍｍ前後の粒径の沈降性粒状ろ材を用いて、下向流でろ過を行うのが普通である。しかしろ材径を大きくすると、ＳＳ除去率が低下することが避けられない。またろ過層全体でＳＳを捕捉するため、捕捉したＳＳを逆洗で排出することが難しく、逆洗には大量の洗浄水が必要になるという問題があった。
【０００３】
また、上向流ろ過方式を採用した場合には、密度が０．９〜０．９５ｇ/ｃｍ^３のポリプロピレンやポリエチレン製の円筒状ろ材が用いられることが多い。しかし水との密度差が小さいので、逆洗時に円筒状ろ材が流出するおそれがある。そこで充填層の下部にスクリーンを設けているが、ろ過運転と逆洗を繰り返すうちにスクリーンに目詰まりが発生し、ろ過不能となり、しかも装置構造上、この下部スクリーンの目詰まりを解消することは非常に困難であった。
【０００４】
また、逆洗においても下部スクリーンがあるため、ろ材が膨張することによりろ材間に間隙を作ってスクリーンを目詰まりさせた汚濁物を排出,除去するということができないため、空洗や水洗の繰り返しが必要であり、長時間の逆洗工程を必要としていた。更に、下部のスクリーンの目詰りを防ぐ目的で一般にはスクリーンの目開きを１０ｍｍ等まで大きくする場合が多いが、この際にはろ材粒径を目開きよりも大きくとる必要があり、ＳＳ捕捉効率を向上させるためにろ材厚さを２ｍ等厚くする必要があり、この場合には、設備が過大になるという問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記した従来の問題点を解決し、高濃度のＳＳを含む大量の原水を高速ろ過することができ、しかも逆洗が容易で目詰まりが発生する恐れのあるろ材充填層下部のスクリーンが不要な高速ろ過方法を提供するためになされたものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明に係る高速ろ過方法は、下水、返流水、工場排水、ごみ浸出水、農業排水、雨水等の、高濃度の浮遊物質を含む原水をろ過するための複数の上向流式ろ過塔と、各ろ過塔の内部に充填した浮上ろ材とを含み、該浮上ろ材は、みかけ密度が０．１〜０．４ｇ／ｃｍ^３で０．１ＭＰａ以上の５０％圧縮かたさを持つ発泡高分子からなり、サイズが４〜１０ｍｍの凹凸状または筒状を有し、さらに、ろ材充填層の上部のみに設けられ、浮上ろ材の流出を防止するためのスクリーンと、該スクリーンの上側に形成されて処理水を貯留する、前記複数のろ過塔に共通の共通流路と、充填層の下部に設けた逆洗空気用ノズルと、逆洗空気を該逆洗空気ノズルに供給する空気供給手段と、ろ過塔の下部に設けた原水供給路と、ろ過塔の下端部に設けた逆洗排水の排出弁とを含むろ過装置を使用し、
各ろ過塔につき、原水供給路から原水を供給し、かつ、上向流式に通水して原水に含まれる浮遊物質を浮上ろ材間に捕捉することにより原水のろ過を行うと共にろ過後の処理水を前記共通流路に貯留し、また、ろ材充填層におけるろ過抵抗の増加に際しては、排出弁を開いて前記共通流路に貯留された処理水の下向流により当該ろ材充填層を１．２〜４．０ｍ／分の水洗線速度下で逆洗することを特徴とするものである。なお、ろ材に係る「みかけ密度」とは、高分子そのものの密度ではなく発泡させ気孔も含む高分子の平均的密度をいう。
【０００７】
本発明に係る高速ろ過方法においては、高濃度のＳＳを含む原水を１００〜１０００ｍ／日の通水線速度で上向流式に通水するのが望ましい。ちなみに、１０００ｍ／日の通水線速度は分速で約０．７ｍ／分であり、一般的な砂ろ過装置の水洗線速度に相当する程度に速いことから、これ以上の通水線速度ではＳＳがろ材中に捕捉されずＳＳ除去率が極端に低下することになる。
【０００８】
本発明においては、比較的硬くて圧密されにくい凹凸状または筒状の浮上ろ材を用いたので、浮上ろ材間に多くのＳＳを捕捉することができる。このため高濃度のＳＳを含む大量の原水を１００〜１０００ｍ／日の通水線速度で高速ろ過することができる。またみかけ密度が従来よりも非常に小さい浮上ろ材を用いたので、逆洗の際に浮上ろ材が流出するおそれはなく、従来のような下部スクリーンは不要となるからスクリーン閉塞のトラブルがない。しかも１．２〜４．０ｍ／分の高速の水洗線速度で逆洗を容易に行うことができるので、逆洗時間の短縮を図ることもできる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の好ましい実施の形態を示す。
図１において１はろ過塔であり、ここでは４つのろ過塔１が並列に設置されている。各ろ過塔１の内部には以下に示す浮上ろ材２が所定の高さに充填されている。下水、返流水、工場排水、ごみ浸出水、農業排水、雨水等の高濃度のＳＳを含む大量の原水は、原水ポンプ３によりろ過塔１の下部に導入され、塔内を上向流で通過する間に浮上ろ材の充填層でＳＳを捕捉され、上部の共通流路４から処理水として取り出される。
【００１０】
なお、ろ過運転中における浮上ろ材２の流出を防止するための上部スクリーン５がろ材充填層の上部に設けられている。また充填層の下部には逆洗空気用ノズル６が配置されており、必要に応じて空洗ブロワー７から逆洗空気を供給することができるようになっている。このほか、ろ過塔１の下端部には逆洗排水の排出弁８が設けられている。
【００１１】
本発明で用いられる浮上ろ材２は、みかけ密度が０．１〜０．４ｇ／ｃｍ^３で０．１ＭＰａ以上の５０％圧縮かたさを持つ発泡高分子からなるものである。このような物性を持つ発泡高分子としては、ポリプロピレン,ポリスチレン,ポリエチレン等がある。とりわけこの中でも、発泡度を制御された独立気泡型の発泡ポリエチレンは耐熱性、耐薬品性、耐候性にも優れている。
【００１２】
みかけ密度を０．１〜０．４ｇ／ｃｍ^３としたのは、０．１未満であると望ましい圧縮硬さを得ることができず、また、１．２〜４．０ｍ／分の逆洗時にろ材層を膨張させることが不可能であり、逆に０．４を超えると逆洗の際に流出するおそれがあるためである。また５０％圧縮かたさを０．１ＭＰａ以上としたのは、これよりも硬さが低いと高速ろ過の際にろ材が圧密されてしまい、多量のＳＳを捕捉できなくなり、ひいてはろ過継続時間が短くなるためである。なお５０％圧縮かたさとは、ろ材粒子を形成するための高分子シートを、その高さが半分になるまで押し潰すために必要な圧力を意味するものである。５０％圧縮かたさ、みかけ密度は、ＪＩＳＫ６７６７に規定されている方法で測定する。
【００１３】
また本発明で用いられる浮上ろ材２は、サイズが４〜１０ｍｍの凹凸状または筒状のものである。ここで凹凸状とは、立方体、直方体、球体のような単純形状ではなく、外表面に何らかの凹凸を備えた異形状を意味するものである。例えば図３には４枚の腕９を持つ浮上ろ材２が示されており、図４には断面四角形状の板状体の外周面に波状の凹凸１０を形成した浮上ろ材２が示されている。さらに図５には、断面がＺ状の浮上ろ材２が示されている。図７に示す浮上ろ材２は、図３の形状からさらに羽部分の形状を風車型状に改良したものである。なお、図８や図９に示すように平板を同一形状に打ち抜くことができる形状としておけば、材料の無駄が生じないので好ましい。図３、図４の形状についても同様である。
【００１４】
このように凹凸状とされた浮上ろ材２は、充填層を形成した際に相互間に形成される間隙が直線経路とはならず、沈殿効果、ろ過効果を向上させるため充填層にＳＳを確実に捕集することができるとともに、相互間の間隙が大きいために多量のＳＳを充填層内に捕捉できる利点がある。なお浮上ろ材２の形状は図３〜図７に例示したものに限定されるものではなく、その他の様々な形状（たとえば金平糖のような多数の突起を持った形状）とすることができる。
【００１５】
本発明で用いられる浮上ろ材２は、図６に示すような筒状であってもよい。この形状は、内部空間１１がＳＳの捕集及び多量のＳＳの捕捉に効果を発揮するものである。図６に示す円筒形に限らず、角筒状であっても差し支えない。
【００１６】
浮上ろ材２のサイズを４〜１０ｍｍとしたのは、これよりも細かいと高速ろ過により閉塞が生じ易くなり、１０mmを超えるとＳＳの捕集率が低下するためである。なお、上記したように本発明で用いられる浮上ろ材２は単純形状ではないため、サイズとは１個のろ材粒子の各部の外径寸法のうち最大のものをいうものとする。
【００１７】
本発明の一実施形態では上記の浮上ろ材２とともに、みかけ密度が０．０３〜０．１ｇ／ｃｍ^３で粒径が２〜４ｍｍの球状ろ材がろ過塔１に充填される。これは高発泡度の高分子粒子であり、密度差によって上記の浮上ろ材２の充填層よりも上方に別の充填層を形成し、ＳＳの捕集率を高める効果がある。なお逆洗の際には一時的に浮上ろ材２と入り混じるが、逆洗を停止すれば密度差によって分離することとなる。このような物性を持つ発泡高分子としては、ポリプロピレン,ポリスチレン,ポリエチレン等がある。とりわけこの中でも、発泡度を制御された独立気泡型の発泡ポリエチレンは耐熱性、耐薬品性、耐候性にも優れている。
【００１８】
上記のような高速ろ過装置を用いて、高濃度のＳＳを含む大量の原水をろ過するには、図１のようにろ過塔１の下部から原水ポンプ３により打ち込み、塔内を上向流で通過させて充填層でＳＳを捕捉させ、上部の共通流路４から処理水として取り出す。このときの通水線速度は１００〜１０００ｍ／日、好ましくは３００〜１０００ｍ／日とする。浮上ろ材２の流出は上部スクリーン５により防止される。
【００１９】
このような高速ろ過を行なっても、前記した浮上ろ材２が大量のＳＳを効率よく捕捉し、かつ大量のＳＳを充填層内に保持することができる。しかも浮上ろ材２は０．１ＭＰａ以上の５０％圧縮かたさを持つ比較的硬い粒子であるから、高速ろ過の圧力によっても圧密されることがなく、閉塞に至らない。なお通常のろ材を使用した場合には、高濃度のＳＳを含む原水を１００ｍ／日以上の通水線速度でろ過することは困難であり、短時間で閉塞に至る。
【００２０】
ろ過運転の継続により通水抵抗が増加してきたときには、図２に示すように、その通水抵抗が増加したろ過塔１についての原水の打ち込みを必要に応じて停止し、逆洗排水の排出弁８を開いて上部の共通流路４内の処理水を下向きに流す。このとき必要に応じて逆洗空気用ノズル６から空気を吹き込むことにより充填層を激しく攪拌し、捕捉されているＳＳをろ材から分離させる。本発明においては、このときの水洗線速度を１．２〜４．０ｍ／分とするものである。
【００２１】
一般には逆洗時の水洗線速度は１.０ｍ／分以下であるから、本発明における逆洗はかなり高速である。このような高速逆洗が可能であるのは、浮上ろ材２の密度が０.４以下と小さいために下部スクリーンを設けなくても下方に流出しないためである。この結果、洗浄時間の短縮化を図ることができる。また図２に示すように上部の共通流路４内の処理水を利用することにより、洗浄排水ラインのバルブの開閉で逆洗を行うことができ、洗浄用ポンプは不要となる。
【００２２】
上記したように、本発明によれば高濃度のＳＳを含む原水を閉塞を招くことなく高速ろ過することができ、また短時間で逆洗してろ過能力を回復させることができる。次に本発明の実施例を示す。
【００２３】
（実施例１）
同一のろ過塔に表１に示す各種のろ材を充填し、ＳＳ濃度が３００ｍｇ/Ｌの原水を８００ｍ / 日の通水線速度で通水してろ過継続時間、ＳＳ除去率、水洗洗浄性を評価した。その結果を表１中に示した。なお、表１中には従来法のろ材を２例、比較例のろ材を５例示した。本発明のろ材としては、密度、あるいは粒径の異なる５例の図３に示す形状のものを使用した。また、ろ過継続時間としてはろ過差圧が水頭で１ｍ上昇するまでの時間を測定した。表１のデータに示されたように、従来法のろ材２例および比較例のろ材５例に関しては、圧縮硬さまたはろ過継続時間またはＳＳ除去率または洗浄性に問題がある。一方本発明ろ材（１）〜（５）によれば、必要な圧縮硬さと優れたＳＳ除去率と優れた洗浄性と必要なろ過継続時間を両立させることができる。
【００２４】
【表１】

【００２５】
（実施例２）
ろ過塔の内部に、みかけ密度が０.３ｇ／ｃｍ^３でサイズが８ｍｍの図３に示した形状の浮上ろ材と、みかけ密度が０.０５ｇ／ｃｍ^３で直径３.６ｍｍの球形のろ材とを充填した。充填高さは前者が８０cm、後者が２０cmである。ＳＳ濃度が３００ｍｇ/Ｌの原水を１０００ｍ / 日の通水線速度で通水してろ過テストを行なったところ、ＳＳ除去率は７０％、ＢＯＤ除去率は６５％に達した。なお、ろ過継続時間は４５分であった。
【００２６】
以上に説明したように、本発明によれば高濃度のＳＳを含む大量の原水を、ろ材を圧密させることなく高速ろ過することができる。しかも短時間で逆洗を容易に行なうことができ、下部スクリーンを設置する必要もないので従来のような目詰まりが発生することもない等の効果を得ることができる。
【００２7】
【発明の効果】
本発明に係る高速ろ過方法は、下水、返流水、工場排水、ごみ浸出水、農業排水、雨水等の高濃度の浮遊物質（ＳＳ）を含む大量の原水をろ過するために用いることができ、産業上利用価値が大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】ろ過運転中の高速ろ過装置を示す断面図である。
【図２】逆洗中の高速ろ過装置を示す断面図である。
【図３】浮上ろ材の例を示す斜視図である。
【図４】浮上ろ材の他の例を示す斜視図である。
【図５】浮上ろ材の他の例を示す斜視図である。
【図６】筒状の浮上ろ材を示す斜視図である。
【図７】風車状の浮上ろ材を示す斜視図である。
【図８】平板からの打ち抜き例を示す平面図である。
【図９】平板からの他の打ち抜き例を示す平面図である。

Claims

下水、返流水、工場排水、ごみ浸出水、農業排水、雨水等の、高濃度の浮遊物質を含む原水をろ過するための複数の上向流式ろ過塔と、各ろ過塔の内部に充填した浮上ろ材とを含み、該浮上ろ材は、みかけ密度が０．１〜０．４ｇ／ｃｍ^３で０．１ＭＰａ以上の５０％圧縮かたさを持つ発泡高分子からなり、サイズが４〜１０ｍｍの凹凸状または筒状を有し、さらに、ろ材充填層の上部のみに設けられ、浮上ろ材の流出を防止するためのスクリーンと、該スクリーンの上側に形成されて処理水を貯留する、前記複数のろ過塔に共通の共通流路と、充填層の下部に設けた逆洗空気用ノズルと、逆洗空気を該逆洗空気ノズルに供給する空気供給手段と、ろ過塔の下部に設けた原水供給路と、ろ過塔の下端部に設けた逆洗排水の排出弁とを含むろ過装置を使用し、
各ろ過塔につき、原水供給路から原水を供給し、かつ、上向流式に通水して原水に含まれる浮遊物質を浮上ろ材間に捕捉することにより原水のろ過を行うと共にろ過後の処理水を前記共通流路に貯留し、また、ろ材充填層におけるろ過抵抗の増加に際しては、排出弁を開いて前記共通流路に貯留された処理水の下向流により当該ろ材充填層を１．２〜４．０ｍ／分の水洗線速度下で逆洗することを特徴とする高速ろ過方法。
請求項１記載の高速ろ過方法であって、高濃度の浮遊物質を含む前記原水を１００〜１０００ｍ／日の通水線速度で上向流式に通水することを特徴とする高速ろ過方法。