(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
取水槽（１）に設置した圧送ポンプ（２、２ａ）をハイドロサイクロン（３）に接続し、このハイドロサイクロン（３）で原水中の懸濁粒子を旋回分離させ、ハイドロサイクロン（３）から抜出した分離水に凝集剤を添加して残存する微細粒子を凝集させた後、小片状の繊維ろ材を用いた上向流式のろ過装置（４）に供給し、ろ材層（５）を形成した繊維ろ材（６）で凝集させたフロックを捕捉させ、固液分離を行なった処理水を取出すことを特徴とする懸濁液の処理装置。
【請求項２】
上記ハイドロサイクロン（３）は、円筒状の上半部と逆円錐状の下半部を有する外筒（３ａ）と、外筒（３ａ）の円筒状の上部に接線方向に圧入させる原水の流入管（７）と、外筒（３ａ）の底部に沈殿物の排泥管（８）と、外筒（３ａ）の頂部に下端を円筒上部に垂下させた溢流管（９）とからなることを特徴とする請求項１記載の懸濁液の処理装置。
【請求項３】
上記繊維ろ材を用いたろ過装置（４）は、密閉したろ過槽（１０）に充填した小片状の繊維ろ材（６）と、ろ過槽（１０）の底部に設けた原水の供給管（１１）と、ろ過槽（１０）の頂部に設けたろ液の取出管（１２）と、ろ材層（５）の下方に配設したろ材の攪拌翼（１４）とから構成してあることを特徴とする請求項１記載の懸濁液の処理装置。
【請求項４】
上記ろ材層（５）を形成するろ材は、比重が０．７〜１．０、一片が１０〜５０ｍｍ角、厚さが３〜５ｍｍの複合繊維を融着した小片状の繊維ろ材（６）であることを特徴とする請求項３記載の懸濁液の処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、懸濁液の処理装置に関し、特に、雨天時の河川水や湖沼水の高濁度の取水、あるいは、土砂を含む海水の処理装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、河川水や湖沼水は晴天時には、濁度は２０ｍｇ／ｌ以下であり、平均粒径は１０μｍ程度となっている。これらの低濁度の原水に対しては、直接ろ過装置に供給して、浮上ろ材の充填層に上向流で汚濁水を通水してＳＳを除去していた。そして、雨天時の高濁度の平均粒径は２６μｍ程度となり、直接ろ過装置に供給すると、浮上ろ材の充填層の捕捉限界に達する時間が早く、洗浄回数が多くなり効率が悪かった。そこで、高濁度の汚濁水を処理する時には、ろ過装置の前段に凝集沈殿装置を設置して、原水中のＳＳを凝集沈殿させ、粗大なＳＳを分離した原水を浮上ろ材を用いたろ過装置に供給して処理するようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来、高濁度の原水の負荷を軽減するためにろ過装置の前段に凝集沈殿装置を設けた装置は、沈降分離速度が遅く、設置面積が大きくなっていた。そして、高濁度の原水にのみ使用する凝集沈殿装置は設置面積が大きく不経済であった。この発明は、ろ過装置の前段にハイドロサイクロンを設けて固形物負荷を軽減させ、繊維ろ材を用いたろ過装置で雨天時等の高濁度の原水に対処できる装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
この発明の要旨は、取水槽に設置した圧送ポンプをハイドロサイクロンに接続し、このハイドロサイクロンで原水中の懸濁粒子を旋回分離させ、ハイドロサイクロンから抜出した分離水に凝集剤を添加して残存する微細粒子を凝集させた後、小片状の繊維ろ材を用いた上向流式のろ過装置に供給し、繊維ろ材で凝集させたフロックを捕捉させ、固液分離を行なった処理水を取出すもので、雨天時等の高濁度の原水をハイドロサイクロンで懸濁粒子を遠心力で沈殿させて固形物負荷を軽減させ、ろ過装置の繊維ろ材の目詰りを軽減して、ろ材洗浄等の雑時間を減少させるものである。
【０００５】
ハイドロサイクロンは、円筒状の上部と逆円錐状の下部を有する外筒と、外筒の円筒状の上部に接線方向に圧入する原水の流入管と、外筒の底部に沈殿物の排泥管と、外筒の頂部に下端を円筒上部に垂下させた溢流管とから構成してあり、ハイドロサイクロンに流入した高濁度の原水は、回転流動して懸濁粒子を下流排出口から排出し、粒子を分離した原水を溢流排出口から流出させるもので、大きい設置面積を必要とせず、懸濁粒子の５０％〜６０％程度の懸濁粒子が除去できるものである。
【０００６】
そして、繊維ろ材を用いた上向流式のろ過装置は、密閉したろ過槽内に充填した小片状の繊維ろ材と、ろ過槽の底部に設けた原水の供給管と、ろ過槽の頂部に設けたろ液の取出管と、ろ材層の下方に配設したろ材の攪拌翼とから構成したものである。そして、ろ材層を形成する繊維ろ材は、比重が０．７〜１．０、一片が１０〜５０ｍｍ角、厚さが３〜５ｍｍの複合繊維を融着した小片状のろ材から構成してあり、この繊維ろ材をろ過室に収納して空隙率の大きいろ材層を形成したものである。ろ材として繊維ろ材を用いれば、ろ過運転時にろ材が目詰りしても、フイラメントで形成される空隙が確保され、長時間の運転が可能となるものである。また、目詰まりして洗浄するに当たっても、あるいは、ろ材層を形成した場合でも、その空隙が均一であり、洗浄再生を容易とするものである。しかも、単位ろ材が大きいので流失の恐れもないものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
この発明に係る装置は上記のように構成してあり、取水槽に流入した高濁度の原水は圧送ポンプでハイドロサイクロンの上部の円筒部に接線方向に圧入され、外筒内周面に沿って回転流動し、粗大固形物が円錐状の先端部の排泥管から排出される。排泥管から一部の流量しか排出されないため、上向きの二次回転流Ｅが生じ、溢流管を通って流出する。一次回転流Ｄは遠心力が小さいため粗大粒子が内壁に沿って沈降するが、二次回転流Ｅは一次回転流Ｄの内側を上昇するため、周速、角速度とも一次回転流Ｄよりもはるかに大きくなり、強い遠心力が発生し微細粒子が半径方向へと沈降する。これらの微粒子は粗粒子とともに内周壁に沿って排泥管に向って移動し、濃厚な原水の流れとなって排出される。
【０００８】
そして、溢流管から溢流した微細粒子を含む原水は、ろ過槽の底部に供給され、小片状の繊維ろ材が形成するろ材層を上昇する。ろ材層は小片状の繊維ろ材で形成されるので、原水の供給圧力でろ材の空隙とろ材間の空隙が圧密状のろ材層を形成し、原水中に含まれる微細粒子も捕捉することができる。そして、原水中に含まれる微細粒子をろ材層で捕捉させ、分離したろ液をろ過槽の頂部の取出管から抜き出して工業用水として利用し、あるいは、緩速または急速ろ過装置で清澄な処理水にして上水道として利用する。そして、ろ材層が目詰まりした時には、攪拌翼を回転させれば圧密状のろ材層が繊維ろ材の弾力で膨張し、繊維ろ材間あるいは繊維ろ材内の目詰まりした粒子を剥離させる。所定時間後に機械攪拌を停止すれば、ろ過操作を開始して、再生されたろ材層から清澄なろ液を取出すことができる。なお、晴天時の濁度の低い原水は、直接繊維ろ材を用いたろ過装置に供給すればよいものである。
【０００９】
【実施例】
この発明に係る懸濁液のろ過装置について、図面に基づき詳述すると、先ず図１において、符号１は浄水場の取水槽であって、取水槽１に流入する原水は、雨天時には濁度が２０〜１０００ｍｇ／ｌ、平均粒径が２６μｍの原水が流入する。この原水を取水槽１に設置した高圧の圧送ポンプ２でハイドロサイクロン３に接線方向に圧入し、この原水を旋回させて原水中の懸濁粒子を旋回分離させ、懸濁粒子の５０〜６０％を分離する。そして、ハイドロサイクロン３から抜出した分離水に凝集剤Ａを添加して残存する微細粒子を凝集させた後、凝集させたフロックをろ過装置４に供給し、ろ材層５を形成する繊維ろ材６でフロックを捕捉させ、固液分離を行なった処理水を取出すものであり、原水の供給圧力で繊維ろ材６の空隙とろ材間の空隙が圧密状に形成され、原水中に含まれる微細粒子も捕捉することができる。なお、この圧送ポンプ２に低圧の圧送ポンプ２ａを直列に連結し、ハイドロサイクロン３への圧入圧を高めてもよいものである。そして、晴天時の原水の通常濁度は２０ｍｇ／ｌで、平均粒径は１０μｍであり、原水が低濁度の時には、取水槽１に設置した低圧の圧送ポンプ２ａから直接原水をろ過装置４に供給(破線で表示)して原水の固液分離を行なうようにしてある。ハイドロサイクロン３が晴天時には不用となるが、従来の凝集沈殿装置と比較して設置面積は１／１００となり、設置費用が安価となるものである。また、繊維ろ材６を用いたろ過装置４の処理水は、膜ろ過装置や砂ろ過装置等のろ過装置Ｂに供給して上水として利用しても、あるいは、直接工業用水Ｃとして使用してもよいものである。そして、この懸濁液のろ過装置は河川からの取水であっても、あるいは、海水の取水であっても適用できるものである。
【００１０】
図２に示すように、ハイドロサイクロン３は、円筒状の上部と逆円錐状の下部を有する外筒３ａと、外筒３ａの円筒状の上部に接線方向に設けた原水の流入管７と、外筒３ａの底部に沈殿物の排泥管８と、外筒３ａの頂部に下端を円筒上部に垂下させた溢流管９とから構成してあり、溢流管９は原水の流入口と分離水の溢流口の間に短絡流が起きないようにしてある。流入管７から圧入した原水中の懸濁粒子は粒径５ミクロン以上の分離が可能であり、粒子の５０％〜６０％程度が分離できるものである。高濁度の過大分の粒子が除去できるもので、沈降速度の小さい微粒子のみが残留して溢流管９から流出する。そして、図３に示すように、ハイドロサイクロン３から抜出した分離水に凝集剤Ａを添加して供給するろ過装置４は、密閉状のろ過槽１０の底部に原水の供給管１１と、その頂部にろ液の取出管１２が設けてあり、ろ過槽１０の上部を多数の通孔を有する仕切板１３でろ過室１０ａとろ液室１０ｂに分割してある。仕切板１３の下方のろ過室１０ａにはろ材層５が形成してあり、ろ材層５の下方にろ材の攪拌翼１４が配設してある。なお、符号１５は攪拌翼１４の駆動機である。
【００１１】
図４に示すように、ろ材層５を形成する繊維ろ材６は、比重が０．７〜１．０、一片が１０〜５０ｍｍ角、厚さが３〜５ｍｍの複合繊維を融着した空隙率の大きい小片状のろ材を使用してある。そして、ろ過槽１０の供給管１１から原水を圧入すると、繊維ろ材６が弾力性を有するので、原水の供給圧で圧密状にろ過層５を形成する。ろ過運転を継続して繊維ろ材６が目詰りしてきても、従来の浮上ろ材と比較して、複合繊維で形成される空隙が確保されるので長時間の運転が可能となるものである。繊維ろ材６が目詰りした時には、原液供給用の開閉弁Ｖ１を閉じると、圧密状のろ材層５が繊維ろ材６の弾力により膨張し、攪拌翼１４を回転すれば目詰り物を剥離することができる。単位ろ材片がアンスラサイト等の粒状ろ材と比較して格段に大きいのでろ過槽１からの流失の恐れもなく、洗浄再生を容易とするものである。なお、開閉弁Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４はろ材洗浄時の捨て水用のバルブである。
【００１２】
【発明の効果】
以上のように、この発明に係る懸濁液のろ過装置は、ハイドロサイクロンと小片状の繊維ろ材を用いた上向流式のろ過装置を組合せたので、高濁度の原水の固液分離が可能となるものである。即ち、従来の浮上ろ材を用いたろ過装置は、高濁度の原水を直接通水すると、ろ材層の捕捉限界に達する時間が早く、浮上ろ材の洗浄回数が多くなり処理能力に限界があった。また、ろ過装置の前段に凝集沈殿槽を設けたものにあっては、沈殿分離速度が遅く、大きい設置面積を必要とするものであり、高濁度の原水を処理するめに凝集沈殿装置を設置することは経済的にも好ましくないものであるが、この発明にあっては、雨天時等の高濁度の原水をハイドロサイクロンで懸濁粒子を遠心力で沈殿させ、ろ過装置の負荷を軽減して繊維ろ材を用いたろ過装置で残存する微粒子を分離させるもので、繊維ろ材の洗浄回数を減少できるものである。
【００１３】
即ち、ハイドロサイクロンは原水中の粒子径の大きいものから分離して、原水中の５０％〜６０％程度の懸濁粒子が除去できるもので、繊維ろ材を用いたろ過装置の寿命を長くすることができるものである。また、ハイドロサイクロンは凝集沈殿装置を用いた従来のろ過装置と比較して１／１００以下の設置面積となり、処理費用も安価となるものである。そして、ろ過装置に用いるろ材は、複合繊維を融着した小片状の繊維ろ材としたので、繊維ろ材で形成されるろ材層の空隙が確保され、長時間の運転が可能となるものである。しかも、目詰まりして洗浄するに当たっても、繊維ろ材の空隙が均一であり、洗浄再生が容易となるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明に係る懸濁液の処理装置のフローチャートである。
【図２】  この発明に係る処理装置のハイドロサイクロンの縦断正面図である。
【図３】  同じく、ろ過装置の縦断側面図である。
【図４】  同じく、ろ過装置に用いる繊維ろ材の概念図である。
【符号の説明】
１  取水槽
２、２ａ  圧送ポンプ
３  ハイドロサイクロン
３ａ  外筒
４  ろ過装置
５  ろ材層
６  繊維ろ材
７  流入管
８  排泥管
９  溢流管
１０  ろ過槽
１１  供給管
１２  取出管
１４  攪拌翼
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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