(57)【要約】【課題】重金属等の有害物質を含む汚濁水の大量処理を可能にする安価な重力式ろ過装置を提供する。【解決手段】粒径１.０〜５.０ｍｍで比較的粒子密度が小さい多孔質のクリンカを堆積させた上層２３と、粒径０.６〜２.０ｍｍで比較的粒子密度が高い多孔質の水砕スラグを堆積させた下層２４とからなる２層構造のろ過層２を、砂利を堆積させた支持床８の上に配設し、ろ過槽１の上部の泥水管３から、浚渫に伴い発生した汚濁水を供給して下降流でろ過層２中を通過させる。すると、上層のクリンカに比較的粒子径の大きい汚濁物質が捕捉されると共に、下層の水砕スラグに比較的粒子径の小さい汚濁物質が捕捉され、十分大きなろ過速度が得られる。ろ過水は下部配管４を経て外部へ排出され、逆洗時には、同じ下部配管４から微細気泡を含む逆洗水が吐出される。【選択図】図２
2006231285.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ろ過槽内に、比較的粒径が大きくかつ粒子密度が低い多孔質のろ過材と比較的粒径が小さくかつ粒子密度が高い多孔質のろ過材とを、少なくとも上下２層となるように配設し、かつ前記ろ過槽の内底部に逆洗水を圧送する逆洗手段を設置したことを特徴とする重力式ろ過装置。
【請求項２】
比較的粒径が大きくかつ粒子密度が低い多孔質のろ過材として、粒径１.０〜５.０ｍｍのクリンカを用い、比較的粒径が小さくかつ粒子密度が高い多孔質のろ過材として、粒径０.６〜２.０ｍｍの水砕スラグを用いたことを特徴とする請求項１に記載の重力式ろ過装置。
【請求項３】
ろ過槽の内底部に砂利からなる支持床を配設し、該支持床上にろ過材を配置すると共に、該支持床中に、逆洗水を吐出する下部配管を埋設したことを特徴とする請求項１または２に記載の重力式ろ過装置。
【請求項４】
下部配管が、本管からツリー状に分岐した複数の枝管に、その長手方向に配列して多数の吐出口を有していることを特徴とする請求項３に記載の重力式ろ過装置。
【請求項５】
下部配管を、ろ過水の排水に共用することを特徴とする請求項３または４に記載の重力式ろ過装置。
【請求項６】
逆洗手段に、逆洗水中に微細気泡を混入する気液混合手段を付設したことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の重力式ろ過装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、重金属等の有害物質を含む汚濁水を浄化するための重力式ろ過装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、河川、湖沼、港湾等に堆積した底泥中に重金属等の有害物質が含まれている場合、これら底泥の浚渫に伴い発生する泥水中に有害物質が溶出し、そのまま放流したのでは、汚染範囲が周辺へ拡大するようになる。したがって、このような場所で浚渫工事を行う場合は、泥水（汚濁水）中から有害物質を除去する浄化処理が必要になるが、浚渫に伴って発生する泥水の量、すなわち処理量が大量であることから、一般には処理能力の高い重力式ろ過装置が採用されている。
【０００３】
ところで、重力式ろ過装置としては、ろ過槽内にろ過材として砂を堆積させた砂ろ過装置が多く用いられているが、この砂ろ過装置でろ過性能（重金属の捕捉性能）を高めようとすると、例えば、特許文献１に記載されるように、ろ過砂として粒径の著しく細かいもの（粒径０.０５〜０.２ｍｍ）が必要になる。しかし、この場合は、空隙率が小さくなるため、ろ過速度が遅くなることに加え、早期に目詰まりを起こして頻繁に逆洗を行わなければならず、大量処理は困難となる。
【０００４】
一方、粒径０.４〜０.７ｍｍの砂を堆積させた砂層の上に０.４５〜１.５ｍｍのアンスラサイトを堆積させたアンスライサイト層を積層してなる多層ろ過装置が従来より知られている（例えば、特許文献２参照）。アンスライトは、無煙炭を粉砕して粒状にしたもので、多孔質で比重が小さい（比重１.４〜１.６）特性を有している。したがって、このアンスラサイトをろ過材とする多層ろ過装置を上記した浚渫発生泥水の処理に用いることにより、ある程度の大量処理が可能になるものと期待される。
【特許文献１】特開２００３−２７５７８２号公報
【特許文献２】特開平６−３４３９８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記した多層ろ過装置によれば、アンスラサイト層の下に比較的粒径の小さい砂層が存在するため、期待するほど処理量が上がらない、という問題があった。また、ろ過材として高価なアンスラサイトおよび砂を用いるため、装置コストが増大する、という問題もあった。
【０００６】
本発明は、上記した従来の問題点に鑑みてなされたもので、その第１の課題とするところは、重金属等の有害物質を含む汚濁水の大量処理を可能にする重力式ろ過装置を提供することにある。また、第２の課題とするところは、前記した第１の課題に加え、安価なろ過材の使用により設備コストの大幅な低減を可能にする重力式ろ過装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記第１の課題を解決するための第１の発明は、ろ過槽内に、比較的粒径が大きくかつ粒子密度が低い多孔質のろ過材と比較的粒径が小さくかつ粒子密度が高い多孔質のろ過材とを、少なくとも上下２層となるように配設し、かつ前記ろ過槽の内底部に逆洗水を圧送する逆洗手段を設けたことを特徴とする。このように構成した重力式ろ過装置においては、細砂に比べて粒径の大きい多孔質のろ過材を多層に配しているので、十分大きなろ過速度が得られ、しかも、重金属等の有害物質の捕捉性能も十分となる。
【０００８】
上記第２の課題を解決するための第２の発明は、上記第１の発明において、比較的粒径が大きくかつ粒子密度が低い多孔質のろ過材として、粒径１.０〜５.０ｍｍのクリンカを用い、比較的粒径が小さくかつ粒子密度が高い多孔質のろ過材として、粒径０.６〜２.０ｍｍの水砕スラグを用いたことを特徴とする。このように構成した重力式ろ過装置においては、第１の発明の作用に加え、大部分が産業廃棄物となるクリンカや水砕スラグをろ過材として用いるので、ろ過材に要するコストは大幅に低減する。
【０００９】
本第１および第２の発明は、ろ過槽の内底部に砂利を集めた支持床を配設し、該支持床上にろ過材を配置すると共に、該支持床中に、逆洗水を吐出する下部配管を埋設した構成とすることができる。このように構成することで、支持床内の砂利によって逆洗水が分散し、上部のろ過材が効率よく洗浄される。この場合、前記下部配管は、本管からツリー状に分岐した複数の枝管に、その長手方向に配列して多数の吐出口を有している構造とすることができ、これによって逆洗水の分散がより促進される。また、この下部配管は、処理水の排水に共用するようにしてもよく、この場合は、処理水の排出も円滑となる。
【００１０】
本第１および第２の発明はまた、上記逆洗手段に、逆洗水中に微細気泡を混入する気液混合手段を付設する構成としてもよく、この場合は、ろ過材の洗浄がより促進される。
【発明の効果】
【００１１】
第１の発明によれば、吸着性能に優れた多孔質のろ過材の多層配置により、十分大きなろ過速度が得られると共に、有害物質の捕捉性能も十分となり、重金属等の有害物質を含む汚濁水の大量処理に向けて好適となる。
【００１２】
また、第２の発明によれば、上記第１の発明の効果に加え、安価なクリンカや水砕スラグの使用により、設備コストの大幅な低減を達成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１４】
図１〜図３は、本発明の１つの実施形態としての重力式ろ過装置の全体的構造を示したものである。これらの図において、１は、後に詳述するろ過層２を内部に配設したろ過槽、３は、ろ過槽１内にその上方から泥水（汚濁水）を供給する泥水管、４は、ろ過槽１の内底部からろ過水（処理水）を外部へ排出しかつ逆洗水をろ過槽１の内底部に供給する下部配管、５は、逆洗後の汚濁水を外部へ排出するための濁水管である。本実施形態において、ろ過槽１の内部は、２つの隔壁６によって長手方向に３つの室７に仕切られている。そして、ろ過槽１の各室７の内底部には、砂利を堆積させた支持床８が設けられており、前記ろ過層２は、この支持床８の上に配置されている。
【００１５】
泥水管３は、ここでは浚渫土砂を貯留する沈殿池（図示略）から延ばされており、これには、該沈殿池内の上部に滞留する泥水がポンプ圧送されるようになっている。泥水管３の先端部は、ろ過槽１の天端にその中心線に沿って配置されており、該先端部には、前記ろ過槽１内の各室３に向けて泥水を吐出する吐出管９が接続されている。
【００１６】
下部配管４は、大径の本管１０から複数の枝管１１をツリー状に分岐した構造となっており、その枝管１１には、図４に示されるように多数の吸込兼吐出口１２が所定のピッチで設けられている。下部配管４は、その本管１０の両端がろ過槽１の左右側面に開通するように配置されると共に、その全体が、上記ろ過槽１の各室７内の支持床８中に埋設されている。本管１０の一端開口は端板４ａ（図１）によって閉じられおり、一方、本管１０の他端開口には、処理水を処理水池１３（図５）へ送るための排水管１４と、後に詳述する逆洗装置（逆洗手段）１５から延ばした逆洗管１６とが集合管１７を介して接続されている。排水管１４および逆洗管１６には、開閉バルブ１８、１９がそれぞれ介装されており、これら開閉バルブ１８、１９を交互に開閉することで、前記下部配管４には、前記処理水池１３と逆洗装置１５とが選択的に接続される。なお、処理水池１３は、各下部配管４に接続する複数の排水管１４に共用されるようになっている。また、この処理水池１３内には、各逆洗装置１５を構成する水中ポンプ２０（図５）が設置されている。
【００１７】
濁水管５は、ここでは処理槽１の各室７に対応して各２本、合計６本設けられている。各濁水管５は、その一端が処理槽１の一側壁の上部に設けた配管口２１に接続されると共に、その他端が図示を略す濁水池まで延ばされている。処理槽１内の上部には、その内壁面に沿って逆洗時の汚濁水をオーバーフローさせる一連の堰２２が設けられており、前記配管口２１は、この堰２２内に開口している。なお、処理槽１の各室７を仕切る隔壁６の高さは、前記堰２２よりも低くなっており、堰２２を設けた、処理槽１内の上部側は無境領域として開放されている。
【００１８】
ここで、上記ろ過層２は、クリンカを堆積させた上層２３と水砕スラグを堆積させた下層２４との２層構造となっている。周知のように、クリンカは、石炭火力発電所のボイラで発生した石炭灰を破砕して得られるもので、多孔質で、粒子密度（空隙を含むみかけ密度）が１.５〜１.７ｇ/ｃｍ3程度となっている。一方、水砕スラグは、溶融状態の高炉スラグに加圧水を噴射して急冷することにより得られるもので、同じく多孔質で、粒子密度（空隙を含むみかけ密度）が２.３〜２.４ｇ/ｃｍ3程度となっている。本実施形態においては、クリンカとして１.０〜５.０ｍｍの粒径を有するものを用い、また、水砕スラグとして０.６〜２.０ｍｍの粒径を有するものを用いている。すなわち、上層２３のろ過材は、下層２４のろ過材と比較して、粒径が大きくかつ粒子密度が低くなっている。この場合、上層２３と下層２４との厚さは同じであってもよいが、比較的粒径の大きいろ過材を含む上層２３を下層２４よりも厚く形成するのが望ましい。これは、上層２３のろ過材によって比較的粒径の大きい汚濁物質を捕捉して、目詰まりを遅延させるためである。なお、これらクリンカおよび水砕スラグは、一部土工材として使用されているが、その大部分は産業廃棄物として廃棄されているので、ろ過材に要するコストはわずかとなる。
【００１９】
また、上記逆洗装置１５は、図５および図６に示されるように、前記水中ポンプ２０の下部に気液混合器２５を備えると共に、この気液混合器２５内に空気管２６を通じて圧縮空気を送るエアコンプレッサ２７を備えている。気液混合器２５は、傘状をなし、水中ポンプ２０の吸水部２８の周りを囲むように該吸水ポンプ２０に結合されている。この気液混合器２５の側壁には環状の空気流入口２９が設けられており、空気流入口２９には前記空気管２６が接続されている。このような逆洗装置１５において、気液混合器２５、空気管２６、エアコンプレッサ２７等は気液混合手段を構成し、いま水中ポンプ２０およびエアコンプレッサ２７を同時に作動させると、気液混合器２５内の水（ここでは、上記ろ過槽１での処理水）の中に空気管２６を経て圧送された圧縮空気が微細気泡となって混入する。これにより微細気泡を含む逆洗水は、吸水部２８の吸水口２８ａから水中ポンプ２０内に吸込まれ、前記ろ過槽１内の下部配管４へと圧送される。
【００２０】
以下、上記のように構成した重力式ろ過槽装置の作用を説明する。
【００２１】
本実施形態は、浚渫土砂を貯留する沈殿池で発生した泥水（汚濁水）を浄化しようとするもので、該泥水は、泥水管３を通じてろ過層１の上部にポンプ圧送され、吐出管９からろ過層１内の各室７に吐出される。すると、前記吐出管９から吐出された泥水は、ろ過層２中を下降流となって通過し、この間、泥水中の懸濁物質（汚濁物質）がろ過材に捕捉される。しかして、ろ過層２は、比較的粒径が大きい多孔質のクリンカをろ過材として用いた上層２３と、比較的粒径が小さい多孔質の水砕スラグをろ過材として用いた下層２４との２層構造となっているので、先ず、泥水中に含まれる比較的粒子径の大きい汚濁物質、例えば土粒子や有機汚泥が上層２３のろ過材（クリンカ）によって捕捉され、さらに、泥水中に含まれる比較的粒子径の小さい汚濁物質、例えば重金属等の有害物質が下層２４のろ過材（水砕スラグ）によって捕捉される。したがって、ろ過層２は全体として大きなろ過速度を有するものとなるばかりか、この大きなろ過速度が長期的に維持され、この結果、汚濁水の大量処理が可能になる。このように汚濁物質が除去された処理水は、支持床８内に流下して下部配管４の吸込兼吐出口１２から枝管１１内に流入し、この時、下部配管４に対し排水管１４が連通されているので、該処理水は下部配管４の本管１０から排水管１４を経て処理水池１３へ排出される。
【００２２】
上記ろ過層２は、次第に目詰まりするので、適当なタイミングで逆洗を行う必要がある。逆洗を行うには、排水管１４の開閉バルブ１８を閉弁すると共に、逆洗管１６の開閉バルブ１９を開弁し、この状態で、逆洗装置１５内の水中ポンプ２０とエアコンプレッサ２７とを起動させる。本実施形態において、水中ポンプ２０は、処理水池１３内の処理水中に据付けられており、前記した水中ポンプ２０とエアコンプレッサ２７との起動により微細気泡を含む逆洗水が、ろ過槽１の内底部の下部配管４に圧送され、吸込兼吐出口１２から支持床８中に吐出される。この際、吸込兼吐出口１２が下部配管４の枝管１１に多数設けられていることから、微細気泡を含む逆洗水は、ろ過槽１の内底部に分散して吐出され、支持床８を構成する砂利の間隙を通る間にさらに分散し、上昇流となってろ過層２内を均等に通過する。これにより下層２４を形成する水砕スラグはもとより、上層２３を形成するクリンカの表面に付着していた汚濁物質が洗い出される。この時、逆洗水中の微細気泡が多孔質のろ過材の内部まで浸入し、汚濁物質の多くが微細気泡の表面に張り付いて逆洗水と一緒に浮上する。これによりろ過槽１の上部には、多量の泡を含む汚濁水が流出し、この汚濁水は、堰２２にオーバーフローして、濁水管５を経て濁水池へ排出される。
【００２３】
一方、上記逆洗中、上層２３および下層２４を形成するろ過材が各室７内で浮上、沈降を繰返すが、比較的粒径が大きくかつ粒子密度が低いクリンカと比較的粒径が小さくかつ粒子密度が高い水砕スラグとの２種類のろ過材を含んでいるので、クリンカと水砕スラグとは、自然に上下に再配列し、逆洗終了時には、クリンカを含む上層２３と水砕スラグを含む下層２４とが上下２層に分かれる。
【００２４】
なお、上記実施形態においては、ろ過槽２を上層２３と下層２４との２層構造としたが、この層数は任意であり、３層以上としてもよい。ただし、３層以上とする場合でも、比較的粒径が大きくかつ粒子密度が低い多孔質のろ過材を上層側に、比較的粒径が小さくかつ粒子密度が高い多孔質のろ過材を下層側に配置することはいうまでもない。また、上記実施形態においては、ろ過材としてクリンカと水砕スラグとを用いたが、このろ過材の種類は任意であり、多孔質で適当な粒径と粒子密度を有している他の材料に替えることができる。
【実施例１】
【００２５】
図７に示す内径７５ｍｍのシリンダ３０に、砂利層３１と、粒径０.６〜２.０ｍｍの水砕スラグを堆積させた水砕スラグ層３２と粒径１.０〜５.０ｍｍのクリンカを堆積させたクリンカ層３３とを、それぞれ４０ｃｍ、３６ｃｍ、２４ｃｍの厚さとなるように積層形成し、表１に示す原水を前記シリンダ３０内に下降流で通水して室内ろ過試験を行った。試験は、前記原水を約０.７５Ｌ／ｍｉｎの通水量で５時間通水（全通水量：２２５Ｌ）するろ過工程と、逆洗水（エアレーション併用）を３.４Ｌ／ｍｉｎの通水量で約１０分間上昇流で通水する逆洗工程とを連続に行い、各工程終了ごとにろ過水および逆洗浄水を採取して水質分析を行うと共に、ろ過工程においてろ過速度を経時的に計測した。また、比較のため、前記水砕スラグ層３２とクリンカ層３３とに替えて、平均粒径０.６ｍｍの砂を用いた砂層をシリンダ３０内に６０ｃｍ厚さに形成し、同様の試験を行って、ろ過速度を経時的に計測した。分析結果を表１に、ろ過速度の経時変化を図８にそれぞれ示す。
【００２６】
【表１】
2006231285.tif 000003
【００２７】
表１に示す結果より、ろ過水のＳＳは検出限界値以下となっており、また、その濁度は原水に比べて著しく低下しており、クリンカおよび水砕スラグが汚濁物質の捕捉に大きな効果を有することが明らかである。また、ヒ素および水銀については、ろ過水中では何れも希薄で、明瞭にろ過効果を確認できないが、逆洗浄水中に濃縮されていることから、クリンカおよび水砕スラグが重金属の捕捉にも大きな効果を有することが明らかである。
【００２８】
一方、図８に示す結果より、細砂をろ過材として用いた場合は、通水時間が２時間経過すると急激にろ過速度が低下し、早期に目詰まりを起こすことが明らかである。これに対し、クリンカおよび水砕スラグ（特殊ろ過材）をろ過材として用いた場合は、通水時間が４時間を過ぎても緩やかな減少傾向を維持し、クリンカおよび水砕スラグが汚濁水の大量処理に適していることが明らかである。
【実施例２】
【００２９】
図１〜３に示した実施形態のろ過装置を用いて、現場ろ過試験を行った。試験に用いたろ過槽１は、幅２.８ｍ、長さ８.１ｍ、高さ２.６ｍの内容積を有する大きさとし、この中にクリンカからなる上層２３と水砕スラグからなる下層２４とをそれぞれ４０ｃｍ、２０ｃｍの厚さとなるように配置した。そして、表２に示す原水を平均１３６ｍ3／ｈの通水量でろ過槽１内に５〜６時間供給するろ過工程と、逆洗装置１５から微細気泡を含む逆洗水を平均２３.６ｍ3／ｍｉｎの通水量で平均９分間通水する逆洗工程とを連続に行い、各工程終了ごとにろ過水、逆洗浄水および逆洗浄泡分を採取して水質分析を行うと共に、ろ過工程においてろ過速度を経時的に計測した。分析結果を表２に、ろ過速度の変化を図９にそれぞれ示す。なお、図９では、時間当り処理水濁度（ｇ／ｈ）との相関でろ過速度を表わしている。
【００３０】
【表２】
2006231285.tif 000004
【００３１】
表２に示す結果より、ろ過水のＳＳは原水に比べて著しく低下しており、クリンカおよび水砕スラグが汚濁物質の捕捉に大きな効果を有することが明らかである。また、ヒ素、水銀および鉛については、ろ過水中では何れも希薄で、明瞭にろ過効果を確認できないが、逆洗浄水あるいは逆洗浄泡中に濃縮されていることから、クリンカおよび水砕スラグがこれら重金属の捕捉にも大きな効果を有することが明らかである。
【００３２】
一方、図９に示す結果より、ろ過速度は、濁度変化によらず６〜７ｍ／ｈとなっており、ろ過処理能力に著しく優れていることが確認できた。因みに、細砂ろ過装置におけるろ過速度は、０.１〜４.２ｍ／ｈ程度であり、本装置は、重金属を含む汚濁水の大量処理に向けて極めて有用である、といえる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の１つの実施形態としての重力式ろ過装置の全体構造を示す平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ矢視線に沿う断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ矢視線に沿う断面図である。
【図４】本ろ過装置で用いる下部配管の形状を示す正面図である。
【図５】本ろ過装置で用いる逆洗装置の構造を模式的に断面図である。
【図６】図５のＣ部を拡大して示す断面図である。
【図７】本発明の実施例である室内ろ過試験の実施状況を示す模式図である。
【図８】図７に示した室内ろ過試験による試験結果を示したもので、ろ過速度の経時変化を示すグラフである。
【図９】本発明の実施例である現場ろ過試験の試験結果を示したもので、時間当り処理水濁度とろ過速度との相関を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３４】
１    ろ過槽
２    ろ過層
３    泥水管
４    下部配管
５    濁水管
８    支持床
１０  下部配管の本管
１１  下部配管の枝管
１２  下部配管の吸込兼吐出口
１４  処理水の排水管
１５  逆洗装置（逆洗手段）
１６  逆洗管
２３  上層（クリンカ）
２４  下層（水砕スラグ）
２５  気液混合器（気液混合手段）
２７  エアコンプレッサ（気液混合手段）
【図１】
2006231285.tif 000005
【図２】
2006231285.tif 000006
【図３】
2006231285.tif 000007
【図４】
2006231285.tif 000008
【図５】
2006231285.tif 000009
【図６】
2006231285.tif 000010
【図７】
2006231285.tif 000011
【図８】
2006231285.tif 000012
【図９】
2006231285.tif 000013