(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部に原水流入配管が接続したろ過槽内に浮上ろ材が充填され、ろ材充填層の上下にスクリーンが設けられた下向流ろ過装置において、ろ材充填層下側のスクリーンは、該スクリーンからろ過槽底部までにろ材が存在できる空間を有する高さに設けられており、さらに圧力損失の上昇に伴いスクリーンの上側に存在するろ材の一部又は全部がスクリーンの下側に移行し得る局所スクリーンであり、かつ局所スクリーンを経た水を処理水排出管へ導くようにしたことを特徴とする下向流ろ過装置。
【請求項２】
浮上ろ材が、見かけ比重０．９以上、１．０未満であり、空隙率が８０％以上である浮上ろ材である請求項１記載の下向流ろ過装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載の下向流ろ過装置を用い、原水を原水流入配管から通水し、ろ材充填層を通過した処理水を処理水排出管から排出するろ過方法において、高濁質の原水が導入され圧力損失が上昇した場合に、浮上ろ材の一部又は全部が局所スクリーンの下側に移動した状態でろ過が行われることを特徴とする下向流ろ過方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、下向流ろ過装置および下向流ろ過方法に関するものであり、上水処理や排水処理の分野で利用されるものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のろ過法は、ろ材として砂等が用いられる表層ろ過が主体であったが、ＳＳ捕捉量が少なく、洗浄し難いという欠点があったため、近年、圧損が少なく、SS捕捉量の大きな体積ろ過が用いられるようになってきた。この体積ろ過法は、空隙率の大きい浮上ろ材あるいは沈降ろ材を用い、ろ材表層のみでなくろ材の内部でもＳＳが捕捉されるため、表層ろ過法に比べて圧損が大きくなり難く、１サイクル辺りのＳＳ捕捉量が大きいといわれている。
【０００３】
この体積ろ過法を高度処理用として用いる場合、充填されるろ材が浮上ろ材では上向流で、沈降ろ材では下向流で行うのが常套であるが、高濁質の原水に適用する場合は、除去率が上がりすぎて長持ちしない。高濁質の原水に対しては、ピークカットのように、高い濁質を30〜60%程度の低い除去率で長時間にわたり除去できる機能が求められ、体積ろ過はSS捕捉量が多い点と、高濁質でも表層ろ過に比べある程度耐えることができるため、素材としては適当であると考えられる。体積ろ過で除去率が高くなるのは、ろ材がろ過抵抗により圧密されるためである。これを逆手にとってフリーになっている方向に水を流せば、圧密がかからず低い除去率での運転ができるものと思われる。すなわち、浮上ろ材では下向流により下部のフリーになっている方向に水を流し、また沈降ろ材ではろ材の押さえのないフリーの方向である上向流により流すことによって、ろ材間空隙をより広げ、除去率を上げずに、ろ過時間を稼ぐ方法が考えられ、これによって、ろ過継続時間は延長できると考えられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このように浮上ろ材を用いた下向流による体積ろ過法あるいは沈降ろ材を用いた上向流による体積ろ過法においても、高濁質時には短時間で圧損が上昇する場合があり、圧損が上昇すると、上向流の場合はポンプの吐出量の低下が起こったり、下向流方式のろ過では、ろ過水位が上昇する。この場合、ろ過層内の圧力や、ろ過水位をセンサーで検知し、逆洗を行うことになるが、機械や電気系による自動運転は故障などにより作動しないことも有り得、最悪のケースでは内部氾濫を起こす可能性がある。
【０００５】
さらに、例えば雨水のように自然現象を起因としたろ過設備については予想を超える濁質、ろ過時間が必要になる場合もでてくることが考えられ、何らかの対処が求められていた。
【０００６】
本発明は、SS捕捉量が過大となり、圧損が上昇したときには、自然にギブアップでき緊急避難可能なろ過装置およびろ過方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記問題点の原因を調べて鋭意検討した結果、ろ材を支持するスクリーンの一部を局所スクリーンとすることにより圧力損失の過大な上昇が抑制できることを見出し、本発明に至った。
【０００８】
すなわち、本発明の第一は、上部に原水流入配管が接続したろ過槽内に浮上ろ材が充填され、ろ材充填層の上下にスクリーンが設けられた下向流ろ過装置において、ろ材充填層下側のスクリーンは、該スクリーンからろ過槽底部までにろ材が存在できる空間を有する高さに設けられており、さらに圧力損失の上昇に伴いスクリーンの上側に存在するろ材の一部又は全部がスクリーンの下側に移行し得る局所スクリーンであり、かつ局所スクリーンを経た水を処理水排出管へ導くようにしたことを特徴とする下向流ろ過装置を要旨とするものであり、特に好ましくは、浮上ろ材が、見かけ比重０．９以上、１．０未満であり、空隙率が８０％以上である浮上ろ材であるものである。
本発明の第二は、上記の下向流ろ過装置を用い、原水を原水流入配管から通水し、ろ材充填層を通過した処理水を処理水排出管から排出するろ過方法において、高濁質の原水が導入され圧力損失が上昇した場合に、浮上ろ材の一部又は全部が局所スクリーンの下側に移動した状態でろ過が行われることを特徴とする下向流ろ過方法を要旨とするものである。
を要旨とするものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
まず、本発明の第一の下向流ろ過装置について説明する。
本発明のろ過装置に充填されるろ材は、浮上ろ材である必要がある。浮上ろ材の見かけ比重は、０．９以上、１.０未満が好ましく、さらに好ましくは０．９５以上、０．９９未満である。ろ過対象とする排水の比重が１であるので、浮上ろ材の見かけ比重は１以下にならなければならない。また、見かけ比重０．９以下のろ材はＳＳの付着により沈降せず、浮上したままろ過閉塞を起こすため、緊急避難用として働かないため好ましくない。
【００１０】
ここで、見かけ比重とは、ろ材を構成する素材の真比重からろ材内部の空隙を考慮して算出される比重の値をいう。
【００１１】
また浮上ろ材の空隙率は８０％以上であることが好ましく、さらに好ましくは、８５％以上である。空隙率は圧損を上げにくくするために高ければ高い方が好ましい。また、その空隙はろ材が中空などの大きな空間を有するものよりも、短繊維あるいは長繊維、またはプラスチックの発泡により格子状に支えられた空間による空隙がより好ましい。
【００１２】
ここで、空隙率とは、１個のろ材の体積に占める空間の体積を率で表したものの値をいう。水中にろ材を投入したときに、上昇する体積がろ材の真体積を表し、1個のろ材の幾何学的な大きさから求められる体積との比率で計算される。
【００１３】
本発明において用いられる浮上ろ材は、上記した見かけ比重および空隙率を有しているものであれば、その素材、形状または大きさについては特に限定されない。
浮上ろ材の素材としては、繊維製あるいは、プラスチックの発泡ろ材を用いたが、それに限定されるものではない。好適には、繊維を絡めて空間を作り、毛羽立ちを持たせたものが優れる。
【００１４】
浮上ろ材の形状としては、円柱、立方体、円盤状、球状のものがある。好適には、毛羽立ちがあれば、ろ材間の空隙は、毛羽により埋められるので、特に形状による差はないと思われるが、固い材質で大きな球のものは、空隙が大きくなり過ぎると思われるので、固さなどの影響があると考えられる。４．５ｍｍ以下の大きさであれば、形状、固さの影響は小さいと思われる。
【００１５】
浮上ろ材の大きさとしては、小さい方がよいが、スクリーンの目幅が抵抗になることがあるため、３ｍｍ以上が好ましい。好適には、３〜４ｍｍが分離スクリーンの目幅、ろ材間隙間、ろ材の比表面積などの点から優れるものと思われる。また浮上ろ材のＳＳ補足量は４ｋｇ／ｍ3以上であることが好ましい。
【００１６】
上記した浮上ろ材の作製方法としては、湿式法、乾式法があるが、量産性、製造コスト、ろ材の強度、起毛のやり方などから乾式式が優れる。
【００１７】
本発明の下向流ろ過装置は、ろ過槽内に上記した浮上ろ材が充填され、ろ材充填層を形成しているものである。充填される浮上ろ材の充填量は、ろ過速度、ろ過抵抗の点から、ろ材充填層の高さとして１ｍ程度が高速でろ過でき、低いろ過抵抗で運転できるので好ましい。
【００１８】
本発明の下向流ろ過装置においては、ろ材充填層の上下をスクリーンにより支持する構造となっている。スクリーンとしては、浮上ろ材が通過できないものであればいかなるものでも使用できる。例えば、ウェッジワイヤースクリーンや、パンチングメタル、Ｔバースクリーンなどが使える。好適にはウェッジワイヤースクリーン、Ｔバースクリーンがスクリーンの抵抗が少なく優れている。
【００１９】
本発明の下向流ろ過装置においては、ろ材充填層を支持する上下に配したスクリーンのうち、下側のスクリーンが局所スクリーンとなっていることが特徴である。ろ材充填層下側に配した処理水分離用の局所スクリーンが緊急避難用の汚水排出口として作用することになる。ここで局所スクリーンとは、ある一定以上の圧力が加えられた場合にスクリーンの上側に存在するろ材の一部又は全部が下側に移行し得るようなものを指し、具体的にはスクリーンとろ過槽の壁面との間に隙間を設けたようなものや、処理水排出管が位置する周囲のろ過槽内壁面をスクリーンで囲ったものなどが挙げられる。
【００２０】
局所スクリーンにおいて浮上ろ材が反対側に移行するときの圧力は、適用する原水の濁度、装置の大きさ、スクリーンと壁面とのスペースなどに応じて任意に設定できるようにすればよく、例えば、原水濁度が１００〜１２０度のとき、２５０ｍｍφのカラムに１００ｍｍφのスクリーンが突き刺さった形で、圧力損失は０．２ｋPa以上には上がらず、ろ材がスクリーンとカラム壁面とのスペースから回り込むようにスクリーン下部に移行することで、逆にスクリーン上部のろ材高は小さくなり、圧力損失も小さくなる。
【００２１】
以下、図面を用いて本発明の下向流ろ過装置を説明する。
図１は、本発明の下向流ろ過装置の一態様を示した模式図であり、ろ過の初期段階、あるいは濁度の低い原水をろ過している状態を示している。
図中１はろ過槽であり、上部に原水流入配管３が接続されている。浮上ろ材２からなるろ材充填層は上側を押えスクリーン６により支持され、下側には空間を挟み局所スクリーン４が設けられている。
【００２２】
次に本発明下向流ろ過方法について説明する。
図１に示した下向流ろ過装置において、原水流入配管３からろ過槽１に原水が下向流で通液され、ろ材充填層２でろ過された後、浮上ろ材下部に設置した局所スクリーン４にて浮上ろ材が分離され処理水排出管５から槽外に排出される。汚濁物負荷が高い場合、ろ材に汚濁物が付着し、重さでろ材が沈降していき、図１の初期段階から図２の中間段階を経て図３の緊急排出のろ過形態に自然に移行する。図３の状態では局所スクリーン４の上部のろ材充填層２の厚みが少なく、圧力損失がほとんどかからない状態で、ほとんど汚濁処理されずに処理水として排出される。これが自然原理に基づく緊急避難回路になる。
【００２３】
ろ過されていない処理水は、内部氾濫を避けるため、緊急避難ということで、無処理で放流することになる。
ろ材は下部から空気と上部から原水を入れることで、空気攪拌を行って、ろ材を流動させ、細くしたＳＳを局所スクリーンから抜くことで、連続的な逆洗ができ、逆洗後、ろ過を続けることができる。
【００２４】
【実施例】
以下、本発明を実施例により具体的に説明する。
実施例１
図１に示す浮上ろ材を用いた下向流ろ過の一実施例について説明する。図１において、浮上ろ材２としてポリプロピレンとポリエチレンの複合繊維から空隙率９０％、見かけ比重０．９５の５ｍｍφ、長さ１０ｍｍＬの棒状繊維束ろ材を成形し、２５０ｍｍφの円筒形ろ過槽１に１０００ｍｍＨ充填した。ろ材充填層上部にろ材押さえのスクリーン６がありスクリーンから原水流入口までに、１０００ｍｍＨの水かぶりを設けた。原水ＳＳ１００ｍｇ／Ｌの排水をＬＶ２０００ｍ／日で上部から通水したところ、０．５時間で０．０５ｋＰＡ、1時間で０．１２ｋＰＡ、約１．５時間で０．２ｋＰａの圧力損失となり、徐々にろ材が均一に沈降していった。３時間目にはＳＳ捕捉量が５ｋｇ／ｍ3となって、局所スクリーンより下部に３／４のろ材が沈積し、未処理水がスクリーンからオーバーフローした。０．２ｋＰａの圧力損失により自然に緊急避難ごとく、安全弁が働いたような形となった。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、長時間にわたりろ過中の圧損が小さく、ＳＳ捕捉量が大きいろ過を行なうと共に、ＳＳ捕捉量が過大となったときに、自然に未処理液がオーバーフローを起こし、緊急避難回路としてはたらくため、内部氾濫を起こさないシステムである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の浮上ろ材を用いた下向流ろ過装置を示す模式図であり、高濁質の原水を通水した場合のろ過初期段階の状態を示す図である。
【図２】高濁質の原水を通水した場合において、浮上ろ材が局所スクリーンの下側に移行しつつある状態を示す図である。
【図３】高濁質の原水を通水した場合において、浮上ろ材が局所スクリーンの下側にほとんど移行した状態を示す図である。
【符号の説明】
１  ろ過槽
２  浮上ろ材
３  原水流入配管
４  局所スクリーン
５  処理水排出管
６  浮上ろ材押さえスクリーン
【図１】
0004203255.tif 000002
【図２】
0004203255.tif 000003
【図３】
0004203255.tif 000004