(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理水に鉛直に浸漬するろ過体であって、前記ろ過体内部に、ろ過体が円筒型ろ過体である場合には、ろ過体外径Ｄと内筒管外径ｄの比ｄ／Ｄが、０．６〜０．９である内筒管を挿入し、またろ過体が平膜状ろ過体である場合には、ろ過面間の長さＤと挿入される板の厚さｄの比ｄ／Ｄが０．４〜０．９である板を挿入し、ろ過体下部にろ過体内部を洗浄するための空気導入部又は空気導入部及び洗浄水導入部が設置され、ろ過体上部は内部洗浄の空気又は空気及び洗浄水と洗浄により剥離したろ過体内部の付着物を排出するための大気開放された配管に連通されており、その大気開放された配管の被処理水の水面までの高さを内部空洗時の排水量がろ過ｆｌｕｘ以下となるようにした固液分離用ろ過体で構成されたろ過モジュールの下方に外部空洗用散気装置を設けたことを特徴とする固液分離装置。
【請求項２】
請求項１の固液分離装置の洗浄方法であって、前記ろ過体下部に設置された空気導入部又は空気導入部及び洗浄水導入部から空気又は空気及び洗浄水を導入し、その気泡のスクラビング効果又はスクラビング効果及び洗浄水の流通による剪断力でろ過体内部の付着物を除去し、除去した付着物を空気又は空気及び洗浄水とともにろ過体上部の大気開放された配管から排出させる内部洗浄より先にろ過体外部を洗浄する外部空洗を行うことを特徴とする固液分離装置の洗浄方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水処理分野の全般、例えば、河川水、湖沼水、用水、下水、廃水、屎尿等の処理分野で、クリプトスポリディウムなどの原虫や汚泥フロックなど水中の浮遊物質を固液分離する固液分離装置、及びその洗浄方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
水中の浮遊物質を固液分離する方法として、ＵＦ膜やＭＦ膜を用いる膜ろ過がある。これらの膜ろ過では、孔径１μｍ以下の膜が一般的に用いられるが、高いｆｌｕｘを得るためには大きな動力が必要となるため、目的に応じて孔径の大きな膜を用いて低動力で高いｆｌｕｘを得る方法が開発されている。たとえば、クリプトスポリディウム除去を目的とした孔径１〜５μｍの膜を用いる方法や、活性汚泥の固液分離を目的とした孔径１０〜４００μｍのろ過体表面に、活性汚泥層を形成させてろ過を行うダイナミックろ過などがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような孔径１μｍ以上のろ過体を使用すると、被処理水中の浮遊物質がろ過体内部に入り込みやすく、それが蓄積して差圧上昇につながるため、内部に入り込んだ浮遊物質を除去する方法が重要になる。ろ過体の洗浄方法としては、その一つにろ過面を通して外部へ気体や液体を圧力をかけて排出させる逆洗があるが、逆洗ではろ過体内部の付着物をろ過体外部へ完全に排出することは困難であり、ろ過体外部へ排除されなかったろ過体内部の付着物は圧密化して蓄積し、ろ過体の目詰まりとなる問題があった。
そこで本発明は、孔径１μｍ以上のろ過体によって水中の浮遊物質を固液分離し、清澄な水を得る固液分離後のろ過体の付着物除去にあたり、効率の良い洗浄が行える構造のろ過体を有する固液分離装置及びその洗浄方法を得ることを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、下記手段により上記課題を解決した。
（１）被処理水に鉛直に浸漬するろ過体であって、前記ろ過体内部に、ろ過体が円筒型ろ過体である場合には、ろ過体外径Ｄと内筒管外径ｄの比ｄ／Ｄが、０．６〜０．９である内筒管を挿入し、またろ過体が平膜状ろ過体である場合には、ろ過面間の長さＤと挿入される板の厚さｄの比ｄ／Ｄが０．４〜０．９である板を挿入し、ろ過体下部にろ過体内部を洗浄するための空気導入部又は空気導入部及び洗浄水導入部が設置され、ろ過体上部は内部洗浄の空気又は空気及び洗浄水と洗浄により剥離したろ過体内部の付着物を排出するための大気開放された配管に連通されており、その大気開放された配管の被処理水の水面までの高さを内部空洗時の排水量がろ過ｆｌｕｘ以下となるようにした固液分離用ろ過体で構成されたろ過モジュールの下方に外部空洗用散気装置を設けたことを特徴とする固液分離装置。
（２）前記（１）の固液分離装置の洗浄方法であって、前記ろ過体下部に設置された空気導入部又は空気導入部及び洗浄水導入部から空気又は空気及び洗浄水を導入し、その気泡のスクラビング効果又はスクラビング効果及び洗浄水の流通による剪断力でろ過体内部の付着物を除去し、除去した付着物を空気又は空気及び洗浄水とともにろ過体上部の大気開放された配管から排出させる内部洗浄より先にろ過体外部を洗浄する外部空洗を行うことを特徴とする固液分離装置の洗浄方法。
【０００５】
本発明者等は、ろ過体の目詰まりの状態、洗浄流体の種類と方法、吸引圧力等種々検討を行った。そして、ろ過体の目詰まりによる透過水量の低下もしくは吸引圧力の上昇を回復させる為に、ろ過体の透過水側から供給側へ気体もしくは気体と液体を送る内部逆洗を行うことに加え、ろ過体外部空洗を併用することにより、ろ過体表面および内部の洗浄が効果的に実施できることを見出した。
【０００６】
本発明におけるろ過体は、洗浄に耐えられるものであれば、その材質は特に限定されず、高分子多孔膜、不織布、織布、無機質多孔体、金属不織布、金属網等いずれでもよく、その形状も中空糸状、円筒状、平膜状、プリーツ状等いずれでも良い。孔径や強度に応じて材質、形状は選定される。
【０００７】
例えば、ダイナミックろ過に用いる孔径１０μｍ以上のろ過体であると、特に耐久性の高い無機性の多孔体、金属不織布、金属網が好ましく、さらに金属網が好ましい。織布、金属網の場合、その織り方は平織、綾織または朱子織が望ましく、これらの織布、金属網は１層でも良いし、複数を組合せても良い。ろ過体の平均孔径は１０〜４００μｍ、好ましくは２５〜２００μｍ、さらに好ましくは５０〜１５０μｍがよい。孔径が小さいと目詰まりを起こしやすく、孔径が大きいと処理水中に被処理水中の浮遊物質の増加を招く。ろ過体の形状は、好ましくは円筒状、平膜状、さらに好ましくは円筒状である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のろ過体、ろ過モジュール及び固液分離装置の構成について、図１，５，６に基づいて説明を行うが、これに限定されるわけではない。
なお、実施の形態及び実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付けて説明する。
【０００９】
本発明のろ過体１は、ろ過体内部の下部に内部空洗用の空気導入部２が設置されていて、ろ過体上部には内部空洗の空気２Ａ及びろ過体内部の付着物を排出する大気開放された配管３に連通している。一端を開放することで、内部空洗の際に、気泡５は空気導入部２から大気開放された配管３へ流れる。ろ過体内部６の付着物は、気泡５のスクラビング効果による剪断力で剥離され、ろ過体内部６に付着せず、空気２Ａとともに大気開放された配管３から空気と汚泥の混合物７としてろ過体１外部へ排出される。さらに、内部空洗時に水導入部４から水４Ａを加えて洗浄を行うと、エアリフト効果により活性汚泥混合液を吸引することなく効率的にろ過体内部の汚泥を排出できる。また、内部空洗に加え、ろ過体１外部の付着物を除去する外部空洗手段１４（図５参照）を併用すると効果的である。
【００１０】
一方逆洗では、逆圧をかける必要があるので密閉構造となり、本発明のような大気開放された配管３は持たない。そのために、ろ過体１外部へ排除されなかったろ過体内部６の付着物や生物膜は、ろ過体内部６に圧密化して蓄積するため目詰まりが生じ、ろ過差圧の上昇を招いてしまう。
【００１１】
図５に示すように、ろ過モジュール８は１つ以上のろ過体１で構成される。ろ過が行われる時、処理水１０はモジュール８下部から吸引される。内部空洗が行われる時、空気はモジュール８下部へ供給され、気泡５のスクラビング効果による剪断力でろ過体内部６に付着していた汚泥を除去し、その汚泥とともにモジュール８上部の大気開放された配管１１から排出される。
【００１２】
内部空洗手段９と外部空洗手段１４を併用する場合のろ過ユニットは、図６に示すように、１つ以上のろ過モジュール８、ろ過モジュール８下方に設置された外部空洗用の散気筒などの散気装置１５、モジュール８周囲を囲んだ隔壁１２からなる。外部空洗手段１４ではろ過モジュール８下方に設置された散気装置１５からの気泡がろ過ユニット１３内を上昇する時、スクラビング効果による剪断力でろ過体１外部の付着物を除去することができる。
【００１３】
効果的な洗浄を行うためには、流路断面積あたりの空気量に望ましい範囲が存在する。
内部空洗操作（以下「内部空洗」という）ではろ過体内部６の断面積あたりの空気量、内筒管１８（図２、図３参照）を設置した場合は、内筒管１８の断面積を差し引いた断面積あたりの空気量で１０〜５００ｍ3／ｍ2・ｍｉｎが望ましく、さらに５０〜２００ｍ3／ｍ2・ｍｉｎが好ましい。空気量が少ないと気泡５によるスクラビング効果が不十分になり、ろ過体内部６に付着した付着物の剥離に効果がなく、空気量が多すぎると流路が空気で満たされてしまい、スクラビング効果が低下する上に、エアリフト効果により被処理水の吸い込みが多量に生じて、被処理液中の浮遊物質がろ過体外部に付着する問題がある。
【００１４】
外部空洗手段１４では、モジュール８の断面積からろ過体１の断面積あたりの空気量で０．５〜１０ｍ3／ｍ2・ｍｉｎが望ましく、さらに２．５〜５ｍ3／ｍ2・ｍｉｎが好ましい。空気量が少ないと気泡５によるスクラビング効果が不十分になり、ろ過体１外部の付着物の剥離に効果がなく、空気量が多すぎると空気量あたりの洗浄効率が低下する。
【００１５】
内部空洗と外部空洗を併用する場合の洗浄の順番は、外部空洗の後に内部空洗、内部空洗の後に外部空洗、外部空洗・内部空洗を同時などのいずれでもよいが、内部空洗がはじめに行われるとエアリフト効果による被処理水の吸い込みで、ろ過体外部に付着した汚泥層の圧密化が起きるので、好ましくは外部空洗の後に内部空洗、さらに好ましくは外部空洗の後に内部空洗さらにその後に外部空洗を行うのがよい。
【００１６】
ろ過体１上部から連通している大気開放される配管３の被処理水の水面までの高さｈは、内部空洗時の排水量が、ろ過ｆｌｕｘ（透過流束）程度かそれ以下を目安に設定する必要がある。それよりｈが小さすぎると、内部空洗時に目詰まりが生じる可能性が高くなり、ｈが大きすぎると、ろ過体内部６に付着して内部空洗で剥離された汚泥がろ過体１外部へ排出しきれなくなる。
水面からろ過体１のろ過部までの水深Ｈは、なくてもよい。ただし、ろ過差圧に応じてろ過体内部６の水位が低下し、ろ過体１外部の水位差が生じたろ過部で有効にろ過が行われないので、差圧変動の範囲内でＨを設けるほうが望ましい。
【００１７】
また、図２について説明を行う。円筒型ろ過体であればろ過体内部５の同心上に内筒管１８を挿入することでろ過体内部６の断面積を減少することができ、内部空洗時のスクラビング効果による剪断力を増加させることができる。内筒管１８は栓１９がしてあり、管１８内は流体が流れない構造である。その両端の側面は開口しており、容易に空気・水が通過でき、かつろ過体１と同心状態を容易に保てる。また、ろ過体１外径Ｄと内筒管１８外径ｄの比ｄ／Ｄが、０．６〜０．９であるような内筒管１８を挿入すると効果的に洗浄が行える。内筒管１８は上記のｄ／Ｄを満たせば、直管でもテーパー管でもよい。図４に示す平膜状のろ過体の場合について説明を行う。平膜状のろ過体であればろ過体内部に両側の膜面とのクリアランスが等しくなるように板２２を挿入することで、内筒型ろ過体に内筒管を挿入したのと同じ効果が得られる。挿入される板の上下の端は、容易に空気、水が通過できる状態でろ過体に固定されている。ろ過面間の長さＤと挿入される板の厚さｄの比ｄ／Ｄが０．４〜０．９であるような板を挿入すると、効果的に洗浄が行われる。
【００１８】
さらに図３について説明を行う。上記に説明した図２と同様に、ろ過体内部６の同心上に内筒管１８を設置したものであるが、内筒管１８は空気配管となっており、ろ過体１上部から内部空洗の空気２Ａを供給できるようになっている構造である。
【００１９】
【実施例】
以下に実施例に基づき本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。
【００２０】
実施例１
実施例１では、図２に示す金属網等を装着したろ過体１で構成される固液分離装置（ろ過ユニット１３）において、被処理水である活性汚泥スラリをろ過するものである。固液分離を中断後、外部空洗と内部空洗によって洗浄するという一連の操作を繰り返し、ろ過差圧の性能試験したものである。
【００２１】
以下、図２に示すろ過体１について説明を行う。図２において、ろ過体１は、第１表に示される構造のろ過体である。外筒管（ろ過体１）の外径Ｄ、長さＬ、内筒管１８の両端側面に４ヶ所あるスリット状の開口部２０の幅ａと長さｂ、ろ過体１上部に設けられた大気開放される配管３の高さｈ、ろ過部までの水深Ｈは第２表に示される。外筒管１と内筒管１８の外径比ｄ／Ｄ＝０．７４である。内部空洗時にはろ過体内部６の下部より空気２Ａが供給され、気泡５がろ過体内部６を下部から上部へ浮上する際に洗浄が行われる。外部空洗時にはろ過体１外部の下方にある散気管１５より空気２Ａが供給され、ろ過体１外部の洗浄が行われる。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
【表２】
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【００２４】
次に、図５のろ過モジュール８を説明する。ろ過体１は、第３表に示される状態で配置されている。ろ過体１下部に配された集水管１６によりろ過水が集水される。
【００２５】
【表３】
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【００２６】
図６にろ過ユニット（固液分離装置）１３を示す。ろ過モジュール８下方に設置された散気管１５より空気２Ａが供給され外部空洗が行われる。ろ過ユニット１３の周囲は隔壁１２に囲まれている。
【００２７】
実験は、ＭＬＳＳ：２，０００ｍｇ／リットルの活性汚泥中に図６に示されるろ過ユニットを浸漬し、第４表に示される方法でポンプにて一定流量で処理水１０を吸引し、２時間ごとに外部空洗、内部空洗の順番で行い、これを繰り返した。その間の計測したろ過差圧の経日変化を図７に示す。
【００２８】
【表４】
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【００２９】
設定された洗浄を行うことで、ろ過差圧の上昇が見られず、洗浄が良好に行われていることが判明した。ろ過体１を活性汚泥槽から引き上げ、観察した結果からも、ろ過体外部・内部ともに汚泥付着が見られず、洗浄が良好に行われていることが判明した。
【００３０】
比較例１
比較例は、内部に内筒管１８を持ったろ過体１を用い、ろ過体１上部は閉鎖され大気開放されない構造である。ろ過体１の構造を図８に、ろ過モジュール８の構造を図９に示す。洗浄方法は、空気逆洗で、空気は内部空洗と同様にろ過体１下部から供給した。
【００３１】
比較例の結果では、１ヶ月間はろ過差圧の変化は見られなかった。しかし、その後ろ過差圧は上昇し続け、洗浄が不完全であることが判明した。ろ過体１を活性汚泥槽から引き上げ、ろ過体内部６を観察したところ、ろ過体内部６に多量の汚泥が付着しており、逆洗では汚泥がろ過体１外部へ排出しきれず蓄積し、ろ過差圧上昇の一因となることが判明した。
【００３２】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、浮遊物質を固液分離したろ過体の付着物除去の洗浄にあたり、特定の構造のろ過体を用いてろ過運転し、空気を用いて特定条件で洗浄を繰り返す運転方法であるので、長期的に高い処理水量もしくは低いろ過差圧を維持できる。また、洗浄操作が弁の切り替えだけで済み、洗浄後の処置が必要なく、洗浄操作が極めて簡単かつ迅速に効率よく実施できる。さらに内部空洗に必要な空気量は、ろ過体内部の流路断面によって決まるので、ろ過体が長い時に特に洗浄効率がよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明で用いられる大気開放管を上端に設けたろ過体の概略説明図である。
【図２】ろ過体内部に内筒管を挿入した本発明のろ過体の概略説明図である。
【図３】ろ過体上部から空気配管として内筒管を挿入した本発明のろ過体の概略説明図である。
【図４】平膜状のろ過体内部に内蔵物として板を挿入した本発明のろ過体の斜視図である。
【図５】本発明のろ過モジュールの概略斜視図である。
【図６】本発明のろ過体を用いたろ過ユニットの概略斜視図である。
【図７】実施例及び比較例のろ過差圧の経時変化を示すグラフである。
【図８】比較例で用いられる上部が閉鎖されたろ過体の概略説明図である。
【図９】比較例の上部が閉鎖されたろ過モジュールの概略斜視図である。
【符号の説明】
１    ろ過体
２    空気導入部
２Ａ  空気
３    大気開放管
４    水導入部
４Ａ  水
５    気泡
６    ろ過体内部
７    空気と汚泥の混合物
８    ろ過モジュール
９    内部空洗手段
１０    処理水
１１    大気開放配管
１２    隔壁
１３    ろ過ユニット
１４    外部空洗手段
１５    散気管
１６    集水管
１７    液面
１８    内筒管
１９    栓
２０    スリット状開口部
２１    逆洗空気
２２    板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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