(57)【要約】【課題】  高い処理能力と処理水質を維持できる濾過処理方法を提供すること。【解決手段】  被処理水を満たした槽内に濾過体を浸漬した状態で濾過処理する方法であり、所望時間間隔で濾過処理を停止し、濾過処理の停止時に被処理水に対して超音波振動を与えることで濾過体を洗浄する濾過処理方法。セメント分及び粘土分を含む排水処理に適している。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理水を満たした槽内に濾過体を浸漬した状態で濾過処理する方法であり、所望時間間隔で濾過処理を停止し、濾過処理の停止時に被処理水に対して超音波振動を与えることで濾過体を洗浄する濾過処理方法。
【請求項２】
被処理水はセメント分を含む濁水を中和処理したものである請求項１記載の濾過処理方法。
【請求項３】
被処理水は粘土分を含む濁水を凝集処理したものである請求項１記載の濾過処理方法。
【請求項４】
濾過体として平均孔径が１０〜１００μｍのものを使用し、濾過処理としてダイナミック濾過方法を適用する請求項１記載の濾過処理方法。
【請求項５】
凝集剤として無機凝集剤を使用する請求項３記載の濾過処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、濾過体を用いた濾過処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
濾過体を用いて、排水から懸濁物質（ＳＳ）を除去する濾過方法が汎用されている。例えば、トンネルやダム工事現場等から排出される排水は、濾布やスプリングフィルター等によって濾過され、排水基準内に入るように処理された後に排水されている。
【０００３】
ＳＳを含む排水を濾過体で濾過処理する技術として、特許文献１には、不織布で処理する方法が記載され、特許文献２には、均一な孔を有するネットで処理する方法が記載されている。
【０００４】
しかし、このような濾過法は、濾過面にＳＳが付着して濾過能力を低下させ、必要な濾過水量が得られなくなることがある。このため、濾過面を定期的又は非定期的に洗浄することで、濾過面に付着したＳＳ分等を除去して濾過能力を維持する必要がある。洗浄方法としては、濾過側からエアーや水を噴出させる逆圧洗浄法、濾過体の下部に設置したエアー供給装置からエアーを噴出させ濾過体を洗浄する方法が適用されている。
【０００５】
しかし、このような洗浄方法では、被処理液の種類によっては充分に濾過能力を回復させることができない。特に、被処理液がセメント分や粘土分といった付着成分を含む排水の場合、セメント分や粘土分が濾過体に強固に付着しているので、上記した逆圧洗浄法や濾過体の下部に設置したエアー供給装置からエアーを噴出させ濾過体を洗浄する方法では十分な洗浄効果が得られず、洗浄後の濾過能力が低下して必要とする濾過量が得られなくなる。このため、薬液を使用した化学洗浄を非定期に行う必要がある。
【０００６】
更に、メッシュ状の膜の表面に被処理物となるＳＳによるケーキ層を形成し、このケーキ層のフィルタ作用によりＳＳを濾過するダイナミック濾過方法の場合、洗浄すべき濾過体たる膜の表面にＳＳが面状に隙間なく付着しているため、濾過体の下部に設置したエアー供給装置からエアーを噴出させ濾過体を洗浄する方法を適用してもケーキ層の表面を空気泡が撫でるだけであり、ケーキ層を膜から引き剥がす作用効果は得られない。また膜の平均孔径は１０〜１００μｍであるため逆圧洗浄してもエアーは膜内を通過できないし、特に膜が被処理水に浸漬された状態では、水による逆圧洗浄では十分な水勢を得ることができず効果が薄い。上記した被処理水がセメント分や粘土分といった付着成分を含む排水をダイナミック濾過法を用いて処理する場合はなおさらである。
【０００７】
特許文献３では、２０〜５０Ｈｚといった低周波振動である超振動により、有機物や無機物汚染をした精密濾過膜や限外濾過膜の膜面を洗浄することが記載されている。
【特許文献１】特開２００１−１０４９５３号公報
【特許文献２】特開２００３−１４４８１６号公報
【特許文献３】特開２００３−１６４７３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
濾過体を用いて排水を濾過処理する際、排水中のＳＳが濾過体表面に付着することによる濾過能力の低下が大きく、濾過体の洗浄作業が必要であるが、セメント分や粘土分を含む排水を濾過処理する場合やダイナミック濾過法により濾過処理する場合、従来の洗浄作業では、充分に濾過能力を回復させることができなかった。
【０００９】
本発明は、セメント分や粘土分を含む排水を処理する場合やダイナミック濾過法により濾過処理する場合であっても、濾過体を取り出しての洗浄や逆圧洗浄等を不要とし、長期間、安定した濾過能力を維持できる濾過処理法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１の発明は、課題の解決手段として、被処理水を満たした槽内に濾過体を浸漬した状態で濾過処理する方法であり、所望時間間隔で濾過処理を停止し、濾過処理の停止時に被処理水に対して超音波振動を与えることで濾過体を洗浄する濾過処理方法を提供する。
【００１１】
本発明における超音波振動は、可聴周波数領域の下限値１６〜２０Ｈｚ、上限値である１６〜２０ｋＨｚの範囲外の弾性波による振動であり、超音波振動の強度及び付加時間は、濾過体表面に付着したＳＳを含む汚染物の付着量等を考慮して、適宜調整する。本発明では、１６〜３８ｋＨｚ程度の超音波を使用することが好ましい。
【００１２】
本発明における超音波振動は、処理槽内の被処理水中に濾過体が浸漬されている状態で、被処理水に対して加えられるものである。このように濾過体ではなく、被処理水に対して超音波振動を加えることにより、濾過体の全体に対して均等に振動が加えられるため、濾過体表面の洗浄効果が向上される、即ち、濾過体表面に付着したＳＳ等の汚染物の脱離効果が向上される。しかも、濾過体に直接超音波振動を加えた場合に比べると、振動により濾過体に加えられる力が大幅に抑制されるので、濾過体の損傷が生じにくい。
【００１３】
本発明における濾過処理の対象となる被処理水は、排水中にセメント成分を含む場合は中和処理を経たものが好適である。また、排水中に粘土成分を含む場合は凝集処理を経たものが好適である。このような処理をすることにより、セメント成分や粘土成分の強力な付着力を緩和でき、超音波洗浄をより効率よく、少ないエネルギーで行うことができるほか、ダイナミック濾過法を適用した場合には、ケーキ層の形成に必要であり、かつ洗浄も容易である適度な付着力を達成できるので好ましい。
【００１４】
なお、ここでいう凝集処理とは、凝集処理後に直ちに濾過処理に移行することのみを意味するものではない。よって、凝集処理と濾過処理の間に他の処理工程が設けられていても良い。更に、排水がセメント成分と粘土成分の両方を含む場合には、中和処理と凝集処理とを併用することが望ましい。この場合、中和処理効果を高めるため、中和処理は凝集処理の前に行うことが望ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の濾過処理方法によれば、セメントや粘土を含む排水を被処理水とした場合やダイナミック濾過処理をする場合であっても、濾過体を取り出して洗浄したり、薬液を用いて逆圧洗浄をしたりすることなく、安定した濾過能力を長期間維持できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１〜図３により、本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明の濾過処理方法の処理フロー図であり、図２は、図１の処理フローで使用する濾過処理槽の概略図であり、図３は、図２の濾過処理槽で使用する濾過体の斜視図である。
【００１７】
まず、必要に応じて、中和処理槽１において、被処理水となる排水に対して中和処理する。
【００１８】
排水は、セメント分と粘土分を含むものであり、トンネル工事やダム工事現場等のセメントを使用し、粘土分を含む土壌において行われる工事現場から発生するものである。この排水は、岩石や重金属や油分が含まれるものでも良い。
【００１９】
このような排水には、アルカリ土類酸化物、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、Ｐ２Ｏ５、ＺｎＯ等の多価の酸化物と水との水和物が含まれており、そのまま濾過体と接触させた場合、前記水和物が濾過体表面に付着して透過流束を低下させる。そのまま放置しておくと、更なる透過流束の低下を生じさせると共に、除去し難くなる。このため、濾過体による処理に先立って中和処理することが望ましい。
【００２０】
中和処理法は特に制限されるものではないが、排水と弱酸、好ましくは二酸化炭素ガスを接触させて中和することが好ましく、例えば、中和処理槽１の底部から二酸化炭素ガスでばっ気して中和する方法を適用できる。
【００２１】
次に、中和処理槽１から、送液ライン２１により、凝集処理槽２に中和処理水を送り、必要に応じて凝集処理する。凝集処理槽２では、中和処理水にポンプや粉体投入機を用いて凝集剤を添加し、必要に応じて攪拌しながら、凝集剤と排水を充分に混合して凝集処理を行う。
【００２２】
凝集剤としては、ポリ塩化アルミニウム、塩化マグネシウム、塩化第二鉄、硫酸第一鉄、硫酸第二鉄、消石灰、珪酸ナトリウム、アルミン酸ナトリウム、アルミニウムミョウバン類等に代表される無機凝集剤を挙げることができ；（メタ）アクリル酸や（メタ）アクリルアミド等の親水性単量体を共重合させたアクリル系共重合体等、カルボキシメチルセルロースのナトリウム塩、マレイン酸共重合体、ポリ（メタ）アクリルアミド、リグニンスルホン酸ナトリウム、カ成デンプン、ポリオキシエチレンジプロピルアミン、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル等の界面活性剤、（メタ）アクリル酸とアクリルアミドとの共重合体等のアニオン又はノニオン系の高分子凝集剤、両性高分子凝集剤、プロピレンジアミン等の低分子アミン凝集剤等の有機凝集剤を挙げることができる。
【００２３】
また、無機系凝集剤と有機系凝集剤を組み合わせて使用してもよいが、本発明では、無機凝集剤を使用することが好ましい。無機凝集剤は、放流時に生態系への影響度が少ないが、一方、凝集効果が悪く、従来の沈降分離法では高分子凝集剤を混合する等の処理が必要である。しかし、本発明の濾過処理方法を適用した場合、他の処理工程との組み合わせ効果から、凝集効果が悪いという点が補われ、最終的な処理効果（ＳＳの除去効果）が高められるので、放流時に生態系への影響度が少ないという利点が発揮できる点で好ましい。
【００２４】
凝集剤の使用量は、凝集処理水のＳＳ濃度を所定範囲に調整できるような量であることが好ましい。
【００２５】
凝集処理により、排水中の粘土分は凝集され、カルシウム分の固結作用により、ある程度の大きさと固結強度を有する塊（フロック）になり、粘土粒子と比べると粘着性は少なくなる。このフロックのうち、一部の大きなものは沈降するが、他のフロックは沈降することなく浮遊している。
【００２６】
次に、凝集処理槽２から、送液ライン２２により、凝集処理水が濾過処理槽３に送り、凝集処理水を濾過処理する。
【００２７】
濾過原液（凝集処理水）のＳＳ濃度は特に制限されないが、50〜50，000mg/L、好ましくは100〜10，000mg/Lの範囲であると、特に濾過処理効果が高くなるので好ましい。濾過原液（凝集処理水）のｐＨも特に制限されないが、好ましくはｐＨ５．８〜８．６である。
【００２８】
図２に濾過処理槽の一例を示す。濾過処理槽３は、槽体１１、濾過体１２、超音波の発信源となる超音波振動板１３から構成されている。１４は空気抜きライン、１５は透過液の集水管である。
【００２９】
槽体１１は、鉄、ステンレス、ＦＲＰ、ポリエチレン等の材質からなるものが使用でき、ステンレスが好ましい。槽体１１の容量は、排水の処理能力を考慮して決定される。
【００３０】
濾過体１２は、処理能力に応じた所要数が槽体１１内の被処理水３０中に浸漬されているものであり、濾過ができるものであれば、形状、構造、材質、強度（耐久性）等は特に制限されるものではないが、超音波振動の影響を受けることを考慮すると、強度（耐久性）の大きなものが望ましい。
【００３１】
図３に濾過体１２の一例を示す。濾過体１２は、プラスチック（ＰＶＣ等）製や金属製の外枠３１の両面に、ネット３２が取り付けられたものである。
【００３２】
ネット３２は、格子状のネットが好ましく、強度（耐久性）を高める観点から、線径が５〜200μｍのものが好ましく、10〜50μｍのものがより好ましい。
【００３３】
ネット３２は、平均孔径10〜100μｍのものが好ましく、20〜60μｍのものがより好ましい。ＳＳの付着層は、主としてネット３２表面に形成されるが、長期の使用によりネット３２の内部（２枚のネットの間）へも侵入する。しかし、平均孔径が前記範囲内であると、本発明を適用することにより、内部に侵入したＳＳも除去することができるので好ましい。なお、孔径は、同一面積の円に換算したときの円の直径である。
【００３４】
ネット３２の材質は特に制限されるものではないが、ポリスルホン系樹脂、ナイロン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、フッ素系樹脂等のプラスチック類、セラミックス類、金属類、複合樹脂を挙げることができるが、強度（耐久性）を高める観点から、セラミックスや金属類が好ましい。
【００３５】
濾過体１２は、ネット３２に代えて、不織布、濾布を使用することができるほか、粒子を焼結させたような粒状の表面を持つ多孔体を使用することもできる。
【００３６】
超音波発振体１３は、超音波の発信源となるものであれば良く、例えば、ステンレス製で、内部に、交流電圧を負荷することで超音波を発生できる圧電セラミックが配置されているものが使用できる。超音波発振板１３は、槽体１１内の容量や形状に応じたものを１又は２以上を設置することができる。設置位置は、槽体１１内で、被処理水と接触する位置であれば特に制限されないが、好ましくは側壁であり、２以上を配置するときは均等配置することが望ましい。
【００３７】
濾過処理は、ダイナミック濾過法を適用することが望ましく、水頭差を利用したダイナミック濾過法が好ましい。水頭差（濾過処理槽３の被処理水３０の液面と、透過液ライン２３の大気圧開放出口部分との高低差）、好ましくは１〜100ｃｍ（膜間差圧0.1〜10ｋＰａに相当する）、より好ましくは１〜30ｃｍ（膜間差圧0.1〜３ｋＰａに相当する）が好ましい。このような水頭差を利用することにより低圧で濾過することができるので、濾過体１２表面に適度なケーキ層を形成することができ、安定した透過流束が得られる。また、先の凝集処理により、沈降することなく浮遊しているフロックにより、膜面上には速やかにケーキ層が形成される。
【００３８】
濾過処理槽３で濾過処理をした処理水は、透過液ライン２３から河川等に放水するが、必要に応じて更に他の処理工程を経た後、河川等に放水することもできる。
【００３９】
濾過処理を継続すると、濾過体１２の表面にＳＳが付着して濾過処理能力が低下するため、本発明では、所望間隔により濾過運転と濾過停止を繰り返し、濾過停止時に、凝集処理排水（被処理水）３０に対して超音波振動を与えて濾過体１２を洗浄し、ネット３２の表面に付着したＳＳを除去する。
【００４０】
濾過運転及び濾過運転停止の間隔及び時間は特に制限されるものではないが、濾過運転５〜60分ごとに、0.5〜５分間、運転を停止することができる。
【００４１】
超音波の波長は、１６〜３８ｋＨｚが好ましく、１９〜２８ｋＨｚがより好ましく、１９〜２４ｋＨｚが更に好ましい。
【００４２】
超音波振動の操作条件は、濾過処理槽３の槽体１１の容量、被処理水量等に応じて設定する。槽体１１の容量が２ｍ３であり、被処理水が満水状態であるとき、１９〜２４ｋＨｚの周波数で１２００Ｗの出力の超音波振動が得られるように、超音波振動板１３を操作する。
【００４３】
超音波振動板１３から超音波を発すると、超音波振動は被処理水に伝えられ、更には槽体１１の内壁面に何度も衝突して跳ね返ることで、槽体１１内全体が超音波振動で満たされたような状態になる。その結果、超音波振動板１３が槽体１１の一側壁面に設置され、濾過体１２が図２に示すような状態で配置されている場合であっても、全ての濾過体１２の表面に対して均等に振動が加えられるので、濾過体１２に付着したＳＳが均等に除去される。このため、濾過体１２を槽体１１から取り出して洗浄する等の煩雑なメンテナンス作業や、薬液を使用した逆圧洗浄をすることなく、長期間、安定した濾過処理能力を維持することができる。しかも、被処理水を介して濾過体１２に振動が加えられるため、濾過体１２（ネット３２）が損傷を受けることが殆どない。
【００４４】
凝集処理槽２、濾過処理槽３の底部に溜まった沈殿物は、適宜底部から、図示していない引き抜きラインにより抜き出し、フィルタープレス等の手段により脱水ケーキにした後に廃棄処理し、残液は凝集処理槽２に返送する。
【００４５】
本発明の濾過処理方法は、凝集処理や濾過処理能力を調整することでどのような処理量にでも対応でき、例えば、工事現場での一般的排出量である１〜500ｍ３／Hに対しても対応できるように調整できる。
【００４６】
本発明の濾過処理方法を適用することにより、処理水中のＳＳ濃度を２０mg/L以下にすることができ、凝集処理能力及び濾過能力を最適化することで、10mg/L以下、更には５mg/L以下にすることができる。
【実施例】
【００４７】
以下に、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。
【００４８】
実施例１
トンネル工事現場から排出されたセメントを含む濁水（BOD10mg／L，ＳＳ濃度760mg／L，ｐＨ10.7）を被処理水とし、図１に示す処理フローにより、図２に示す濾過処理装置、図３に示す濾過体を用いて処理した。
【００４９】
中和処理槽において炭酸ガスを用いて中和処理し、凝集処理槽において無機凝集剤（エム・シー砿産社製、P-001）を使用して凝集処理した。
【００５０】
その後、槽体（容量２ｍ３）内に、400メッシュ（JIS標準ふるい；孔径34μｍ、線径40μｍ、SUS304製）で、両面1.2ｍ２（片面0.6ｍ２）の面積を有する平板状濾過体を３枚並行に、間隔2.5cmで並べた濾過処理槽にて、濾過処理を行った。
【００５１】
濾過処理槽内には、超音波振動板（東京超音波技研社製）を設置した。濾過運転を10分間継続した後、濾過運転を停止し、超音波振動処理を１分間行い、このサイクルを２時間繰り返した。
【００５２】
濾過は、水頭差10cmでダイナミック濾過法を適用した。超音波振動処理は、１９〜２１ｋＨｚの周波数領域の超音波による処理であり、強度は出力で１２００Ｗであった。運転開始時と２時間後の透過流束と透過液（処理水）中のＳＳ濃度を比較し、表１に示した。
【００５３】
実施例２
被処理水として、BOD15mg/L,ＳＳ濃度2100mg/L,ｐＨ11.0のトンネル工事排水を使用した以外は、実施例1と全く同様にして濾過処理を実施した。結果を表１に示す。
【００５４】
比較例１
超音波の代わりに、50Ｌ／分のエアー流量で、濾過体下部よりエアバブリングし、同時に濾過体の処理水排出側から、20ｍ/日の流束で逆圧洗浄を行った以外は、実施例１と全く同様（濾過運転及び停止間隔も同じ。運転停止時に洗浄処理した）にして濾過処理を実施した。結果を表１に示す。
【００５５】
比較例２
超音波の代わりに、50Ｌ／分のエアー流量で、濾過体下部よりエアバブリングし、同時に濾過体の処理水排出側から、20m/日の流束で逆圧洗浄を行った以外は、実施例２と全く同様（濾過運転及び停止間隔も同じ。運転停止時に洗浄処理した）にして濾過処理を実施した。結果を表１に示す。
【００５６】
【表１】
2005211703.tif 000002
【００５７】
この結果から、本発明の方法を用いた実施例においては、濾過処理の初めの設定透過性能と２時間後の透過性能の値の変化が小さく、安定した濾過性能が得られることが確認された。一方、超音波による洗浄を行なわない比較例の方法では、濾過体の洗浄が充分ではないため、２時間後の透過流速の値が大きく低下しており、充分な透過性能が得られなかった。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の濾過処理方法の処理フロー図。
【図２】図１の濾過処理槽の概念図。
【図３】図２の濾過処理槽で使用する濾過体の斜視図。
【符号の説明】
【００５９】
１  中和処理槽
２  凝集処理槽
３  濾過処理槽
１１槽体
１２  濾過体
１３  超音波発振板
【図１】
2005211703.tif 000003
【図２】
2005211703.tif 000004
【図３】
2005211703.tif 000005