(57)【要約】本発明は、原水ろ過技術分野に関するもので、高濃度の浮遊物質（ＳＳ）を含む大量の原水を高速ろ過することを可能とする高速ろ過装置を提供する。みかけ密度：０．１〜０．４ｇ／ｃｍ３、５０％圧縮かたさ：０．１ＭＰａ以上、サイズ：４〜１０ｍｍの発泡高分子からなる凹凸状または筒状の浮上ろ材２を、上向流式のろ過塔１の内部に充填する。この装置に高濃度のＳＳを含む原水を１００〜１０００ｍ／日の通水線速度で通水してろ過を行なう。浮上ろ材２が圧密せず、高いＳＳ捕捉率が得られる。逆洗も１．２〜４．０ｍ／分の高い水洗線速度で行うことができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上向流式のろ過塔と、該ろ過塔の内部に充填した浮上ろ材とからなり、該浮上ろ材は、みかけ密度が０．１〜０．４ｇ／ｃｍ３で０．１ＭＰａ以上の５０％圧縮かたさを持つ発泡高分子からなり、サイズが４〜１０ｍｍの凹凸状または筒状を有する、高速ろ過装置。
【請求項２】
上向流式のろ過塔と、該ろ過塔の内部に充填した浮上ろ材とからなり、該浮上ろ材は、みかけ密度が０．１〜０．４ｇ／ｃｍ３で０．１ＭＰａ以上の５０％圧縮かたさを持つ発泡高分子からなり、サイズが４〜１０ｍｍの凹凸状または筒状の第一の浮上ろ材と、みかけ密度が０．０３〜０．１ｇ／ｃｍ３で粒径が２〜４ｍｍの球状の第二のろ材とからなる、高速ろ過装置。
【請求項３】
ろ材充填層の上部に設けられ浮上ろ材の流出を防止するためのスクリーンと、充填層の下部に設けた逆洗空気用ノズルと、逆洗空気を該逆洗空気ノズルに供給する空洗ブロワと、ろ過塔の下部に設けた原水供給路と、ろ過塔の下端部には設けた逆洗排水の排出弁とを有する、請求項１または２に記載の高速ろ過装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の高速ろ過装置に、高濃度のＳＳを含む原水を１００〜１０００ｍ／日の通水線速度で上向流式に通水することを特徴とする高速ろ過方法。
【請求項５】
逆洗を１．２〜４．０ｍ／分の水洗線速度で行う請求項５記載の高速ろ過方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、下水、返流水、工場排水、ごみ浸出水、農業排水、雨水等の高濃度の浮遊物質（以下、ＳＳという）を含む大量の原水をろ過するための高速ろ過装置及びこれを用いた高速ろ過方法に関するものである。
背景技術
上記のような高濃度のＳＳを含む大量の原水をろ過処理する場合には、ろ過層内に捕捉し得るＳＳ量を多くする必要がある。このため、通常の砂ろ過法に用いられるよりも大きい１０ｍｍ前後の粒径の沈降性粒状ろ材を用いて、下向流でろ過を行うのが普通である。しかしろ材径を大きくすると、ＳＳ除去率が低下することが避けられない。またろ過層全体でＳＳを捕捉するため、捕捉したＳＳを逆洗で排出することが難しく、逆洗には大量の洗浄水が必要になるという問題があった。
また、上向流ろ過方式を採用した場合には、密度が０．９〜０．９５ｇ／ｃｍ３のポリプロピレンやポリエチレン製の円筒状ろ材が用いられることが多い（本出願を通して、“ｍｅｄｉｕｍ”は１個のろ過小片を指し、“ｍｅｄｉａ”は多数の該ろ過小片の集合を指す）。しかし水との密度差が小さいので、逆洗時に円筒状ろ材が流出するおそれがある。そこで充填層の下部にスクリーンを設けているが、ろ過運転と逆洗を繰り返すうちにスクリーンに目詰まりが発生し、ろ過不能となり、しかも装置構造上、この下部スクリーンの目詰まりを解消することは非常に困難であった。
また、逆洗においてもスクリーンがあるため、ろ材が膨張することによりろ材間に間隙を作ってスクリーンを目詰まりさせた汚濁物を排出，除去するということができないため、空洗や水洗の繰り返しが必要であり、長時間の逆洗工程を必要としていた。更に、下部のスクリーンの目詰りを防ぐ目的で一般にはスクリーンの目開きを１０ｍｍ等まで大きくする場合が多いが、この際にはろ材粒径を目開きよりも大きくとる必要があり、ＳＳ捕捉効率を向上させるためにろ材厚さを２ｍ等厚くする必要があり、この場合には、設備が過大になるという問題があった。
発明の開示
本発明は上記した従来の問題点を解決し、高濃度のＳＳを含む大量の原水を高速ろ過することができ、しかも逆洗が容易で目詰まりが発生する恐れのあるスクリーンを除去した高速ろ過装置及びこれを用いた高速ろ過方法を提供するためになされたものである。
上記の課題を解決するためになされた請求項１の発明の高速ろ過装置は、上向流式のろ過塔と、該ろ過塔の内部に充填した浮上ろ材とからなり、該浮上ろ材は、みかけ密度が０．１〜０．４ｇ／ｃｍ３で０．１ＭＰａ以上の５０％圧縮かたさを持つ発泡高分子からなり、サイズが４〜１０ｍｍの凹凸状または筒状を有する。みかけ密度とは、高分子そのものの密度ではなく発泡させ気孔も含む高分子の平均的密度をいう。
また請求項２の発明の高速ろ過装置は、上向流式のろ過塔と、該ろ過塔の内部に充填した浮上ろ材とからなり、該浮上ろ材は、みかけ密度が０．１〜０．４ｇ／ｃｍ３で０．１ＭＰａ以上の５０％圧縮かたさを持つ発泡高分子からなり、サイズが４〜１０ｍｍの凹凸状または筒状の第一の浮上ろ材と、みかけ密度が０．０３〜０．１ｇ／ｃｍ３で粒径が２〜４ｍｍの球状の第二のろ材とからなる。
さらに本発明の高速ろ過方法は、上記の何れかの高速ろ過装置に、高濃度のＳＳを含む原水を１００〜１０００ｍ／日の通水線速度で上向流式に通水することを特徴とするものである。なお、その場合には所定のろ過差圧に達した後逆洗を１．２〜４．０ｍ／分の水洗線速度で行うことができる。一方、１０００ｍ／日の通水線速度は分速で約０．７ｍ／分であり、一般的な砂ろ過装置の水洗線速度に相当する程度に速いことから、これ以上の通水線速度ではＳＳがろ材中に細くされずＳＳ除去率が極端に低下することになる。
本発明においては、比較的硬くて圧密されにくい凹凸状または筒状の浮上ろ材を用いたので、浮上ろ材間に多くのＳＳを捕捉することができる。このため高濃度のＳＳを含む大量の原水を１００〜１０００ｍ／日の通水線速度で高速ろ過することができる。またみかけ密度が従来よりも非常に小さい浮上ろ材を用いたので、逆洗の際に浮上ろ材が流出するおそれはなく、従来のような下部スクリーンは不要となるからスクリーン閉塞のトラブルがない。しかも１．２〜４．０ｍ／分の高速の水洗線速度で逆洗を容易に行うことができるので、逆洗時間の短縮を図ることもできる。
発明を実施するための最良の形態
以下に本発明の好ましい実施の形態を示す。
図１において１はろ過塔であり、ここでは４つのろ過塔１が並列に設置されている。各ろ過塔１の内部には以下に示す浮上ろ材２が所定の高さに充填されている。下水、返流水、工場排水、ごみ浸出水、農業排水、雨水等の高濃度のＳＳを含む大量の原水は、原水ポンプ３によりろ過塔１の下部に導入され、塔内を上向流で通過する間に浮上ろ材の充填層でＳＳを捕捉され、上部の共通流路４から処理水として取り出される。
なお、ろ過運転中における浮上ろ材２の流出を防止するための上部スクリーン５がろ材充填層の上部に設けられている。また充填層の下部には逆洗空気用ノズル６が配置されており、必要に応じて空洗ブロワ７から逆洗空気を供給することができるようになっている。このほか、ろ過塔１の下端部には逆洗排水の排出弁８が設けられている。
本発明で用いられる浮上ろ材２は、みかけ密度が０．１〜０．４ｇ／ｃｍ３で０．１ＭＰａ以上の５０％圧縮かたさを持つ発泡高分子からなるものである。このような物性を持つ発泡高分子としては、ポリプロピレン，ポリスチレン，ポリエチレン等がある。とりわけこの中でも、発泡度を制御された独立気泡型の発泡ポリエチレンは耐熱性、耐薬品性、耐候性にも優れている。
みかけ密度を０．１〜０．４ｇ／ｃｍ３としたのは、０．１未満であると望ましい圧縮硬さを得ることができず、また、１．２〜４．０ｍ／分の逆洗時にろ材層を膨張させることが不可能であり、逆に０．４を超えると逆洗の際に流出するおそれがあるためである。また５０％圧縮かたさを０．１ＭＰａ以上としたのは、これよりも硬さが低いと高速ろ過の際にろ材が圧密されてしまい、多量のＳＳを捕捉できなくろ過継続時間が短くなるためである。なお５０％圧縮かたさとは、ろ材粒子を形成するための高分子シートのを高さが半分になるまで押し潰すために必要な圧力を意味するものである。５０％圧縮かたさ、みかけ密度は、ＪＩＳ  Ｋ６７６７規定されている方法で測定する。
また本発明で用いられる浮上ろ材２は、サイズが４〜１０ｍｍの凹凸状または筒状のものである。ここで凹凸状とは、立方体、直方体、球体のような単純形状ではなく、外表面に何らかの凹凸を備えた異形状を意味するものである。例えば図３には４枚の腕９を持つ浮上ろ材２が示されており、図４には断面四角形状の板状体の外周面に波状の凹凸１０を形成した浮上ろ材２が示されている。さらに図５には、断面がＺ状の浮上ろ材２が示されている。図７には図３の形状からさらに羽部分の形状を風車型状に改良したものである。なお、図８や図９に示すように平板を同一形状に打ち抜くことができる形状としておけば、材料の無駄が生じないので好ましい。図３、図４の形状についても同様である。
このように凹凸状とされた浮上ろ材２は、充填層を形成した際に相互間に形成される間隙が直線経路とはならず、沈殿効果、ろ過効果を向上させるため充填層にＳＳを確実に捕集することができるとともに、相互間の間隙が大きいために多量のＳＳを充填層内に捕捉できる利点がある。なお浮上ろ材２の形状は図３〜図７に例示したものに限定されるものではなく、その他の様々な形状（たとえば金平糖のような多数の突起を持った形状）とすることができる。
本発明で用いられる浮上ろ材２は、図６に示すような筒状であってもよい。この形状は、内部空間１１がＳＳの捕集及び多量のＳＳの捕捉に効果を発揮するものである。図６に示す円筒形に限らず、角筒状であっても差し支えない。
浮上ろ材２のサイズを４〜１０ｍｍとしたのは、これよりも細かいと高速ろ過により閉塞が生じ易くなり、１０ｍｍを超えるとＳＳの捕集率が低下するためである。なお、上記したように本発明で用いられる浮上ろ材２は単純形状ではないため、サイズとは１個のろ材粒子の各部の外径寸法のうち最大のものをいうものとする。
請求項２の発明では上記の浮上ろ材２とともに、みかけ密度が０．０３〜０．１ｇ／ｃｍ３で粒径が２〜４ｍｍの球状ろ材がろ過塔１に充填される。これは高発泡度の高分子粒子であり、密度差によって上記の浮上ろ材２の充填層よりも上方に別の充填層を形成し、ＳＳの捕集率を高める効果がある。なお逆洗の際には一時的に浮上ろ材２と入り混じるが、逆洗を停止すれば密度差によって分離することとなる。このような物性を持つ発泡高分子としては、ポリプロピレン，ポリスチレン，ポリエチレン等がある。とりわけこの中でも、発泡度を制御された独立気泡型の発泡ポリエチレンは耐熱性、耐薬品性、耐候性にも優れている。
上記のような高速ろ過装置を用いて、高濃度のＳＳを含む大量の原水をろ過するには、図１のようにろ過塔１の下部から原水ポンプ３により打ち込み、塔内を上向流で通過させて充填層でＳＳを捕捉させ、上部の共通流路４から処理水として取り出す。このときの通水線速度は１００〜１０００ｍ／日、好ましくは３００〜１０００ｍ／日とする。ろ材の流出は上部スクリーン５により防止される。
このような高速ろ過を行なっても、前記した浮上ろ材２が大量のＳＳを効率よく捕捉し、かつ大量のＳＳを充填層内に保持することができる。しかも浮上ろ材２は０．１ＭＰａ以上の５０％圧縮かたさを持つ比較的硬い粒子であるから、高速ろ過の圧力によっても圧密されることがなく、閉塞に至らない。なお通常のろ材を使用した場合には、高濃度のＳＳを含む原水を１００ｍ／日以上の通水線速度でろ過することは困難であり、短時間で閉塞に至る。
ろ過運転の継続により通水抵抗が増加してきたときには、図２に示すように、その通水抵抗が増加したろ過塔１についての原水の打ち込みを必要に応じて停止し、逆洗排水の排出弁８を開いて上部の共通流路４内の処理水を下向きに流す。このとき必要に応じて逆洗空気用ノズル６から空気を吹き込むことにより充填層を激しく攪拌し、捕捉されているＳＳをろ材から分離させる。本発明においては、このときの水洗線速度を１．２〜４．０ｍ／分とすることができる。
一般には逆洗時の水洗線速度は１．０ｍ／分以下であるから、かなりの高速逆洗となる。このような高速逆洗が可能であるのは、浮上ろ材２の密度が０．４以下と小さいために下部スクリーンを設けなくても下方に流出しないためである。この結果、洗浄時間の短縮化を図ることができる。また図２に示すように上部の共通流路４内の処理水を利用することにより、洗浄排水ラインのバルブの開閉で逆洗を行うことができ、洗浄用ポンプは不要となる。
上記したように、本発明によれば高濃度のＳＳを含む原水を閉塞を招くことなく高速ろ過することができ、また短時間で逆洗してろ過能力を回復させることができる。次に本発明の実施例を示す。
実施例
（実施例１）
同一のろ過塔に表１に示す各種のろ材を充填し、ＳＳ濃度が３００ｍｇ／Ｌの原水を８００日／日の通水線速度で通水してろ過継続時間、ＳＳ除去率、水洗洗浄性を評価した。その結果を表１中に示した。なお、表１中には従来法のろ材を２例、比較例のろ材を５例示した。本発明のろ材としては、密度、あるいは粒径の異なる５例の図３に示す形状のものを使用した。また、ろ過継続時間としてはろ過差圧が水頭で１ｍ上昇するまでの時間を測定した。表１のデータに示されたように、従来法のろ材２例および比較例のろ材５例に関しては、圧縮硬さまたはろ過継続時間またはＳＳ除去率または洗浄性に問題がある。一方本発明ろ材（１）〜（５）によれば、必要な圧縮硬さと優れたＳＳ除去率と優れた洗浄性と必要なろ過継続時間を両立させることができる。
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（実施例２）
ろ過塔の内部に、みかけ密度が０．３ｇ／ｃｍ３でサイズが８ｍｍの図３に示した形状の浮上ろ材と、みかけ密度が０．０５ｇ／ｃｍ３で直径３．６ｍｍの球形のろ材とを充填した。充填高さは前者が８０ｃｍ、後者が２０ｃｍである。ＳＳ濃度が３００ｍｇ／Ｌの原水を１０００日ｍ／日の通水線速度で通水してろ過テストを行なったところ、ＳＳ除去率は７０％、ＢＯＤ除去率は６５％に達した。なお、ろ過継続時間は４５分であった。
以上に説明したように、本発明によれば高濃度のＳＳを含む大量の原水を、ろ材を圧密させることなく高速ろ過することができる。しかも短時間で逆洗を容易に行なうことができ、下部スクリーンを設置する必要もないので従来のような目詰まりが発生することもない等の効果を得ることができる。
産業上の利用可能性
本発明に係る高速ろ過装置及びこれを用いた高速ろ過方法は、下水、返流水、工場排水、ごみ浸出水、農業排水、雨水等の高濃度の浮遊物質（ＳＳ）を含む大量の原水をろ過するために用いることができ、産業上利用価値が大きい。
【図面の簡単な説明】
図１は、ろ過運転中の高速ろ過装置を示す断面図である。
図２は、逆洗中の高速ろ過装置を示す断面図である。
図３は、浮上ろ材の例を示す斜視図である。
図４は、浮上ろ材の他の例を示す斜視図である。
図５は、浮上ろ材の他の例を示す斜視図である。
図６は、筒状の浮上ろ材を示す斜視図である。
図７は、風車状の浮上ろ材を示す斜視図である。
図８は、平板からの打ち抜き例を示す平面図である。
図９は、平板からの他の打ち抜き例を示す平面図である。
【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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【国際調査報告】
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