JP2001252507A - ろ過体及びそれを用いた固液分離装置及びその方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 水処理分野の全般において汚水中の浮遊物質
を固液分離する装置、特に、汚濁の進行した河川水、湖
沼水、し尿、下水、産業廃水等の有機性汚水を生物学的
に浄化する生物処理において、浮遊物質を固液分離する
装置であって、ろ過体として従来の精密ろ過膜、多孔性
ろ過体や不織布等が有する問題点が解決されたろ過体及
びそれを用いた固液分離装置及びその方法を提供する。 【解決手段】 少なくとも固着した２つ以上の層を有
し、被処理液流入側の第一層目を分離機能層とし、第二
層目以降を分流作用層としたろ過体、及びそれを用いた
固液分離装置及びその方法。

Description

【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、し尿
等の汚水処理分野で、浮遊物質を固液分離するろ過体及
びそれを用いた固液分離装置及びその方法に関し、特
に、汚濁の進行した河川水、湖沼水、し尿、下水あるい
は産業廃水等の有機性汚水を生物学的に浄化する生物処
理において、浮遊物質を固液分離するろ過体及びそれを
用いた固液分離装置及びその方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】浮遊物質を固液分離するプロセスで用い
るろ過体としては、(1) 精密ろ過膜、(2) 多孔性ろ過体
や (3)不織布等がある。このうち、(2) 多孔性ろ過体と
(3)不織布は、ろ過体表面に汚泥粒子の付着層を形成さ
せて行うろ過（「ダイナミックろ過」という）に用いら
れてきた。すなわち、ダイナミックろ過では、ろ過体表
面に汚泥粒子の付着物層が形成され、この付着物層によ
り汚泥粒子の通過を阻止することができる。近年、これ
らの固液分離技術を活性汚泥処理法に適用し、沈殿池を
不要とする固液分離一体型生物処理プロセスが実用化さ
れつつある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】特に、生物処理にこれ
らの固液分離を適用した場合、以下のような問題があ
る。 (1) 精密ろ過膜では、Ｆｌｕｘ（透過流束）が０．５ｍ
／ｄ程度と低く、固液分離に必要な膜面積が大きい
［尚、Ｆｌｕｘの単位は「ｍ³／ｍ²・ｄａｙ」である
が、以下、単に「ｍ／ｄ」と記す。］、膜に汚染物質が
付着しＦｌｕｘが低下する、汚染物質除去のため定期的
に薬品洗浄する必要がある、等の問題がある。 (2) 多孔性ろ過体では、ろ過体の厚さが５〜４０ｍｍと
厚く、ろ過体体積当たりの表面積が小さく、ろ過体設置
体積が大きくなる、また、長期的な運転を行うと、ろ過
体自体が厚いため、ろ過体内部の目詰まりによるＦｌｕ
ｘの低下が見られる、等の問題がある。 (3) 不織布では、不織布の厚さを０．１〜１ｍｍと薄く
して目詰まりの防止をしているものの、繊維を織り込ん
でいないために引っ張り強度が弱く、空気・水による逆
洗浄が行えない、また、ろ過用の不織布の他に、モジュ
ール化するためにスペーサー、構造部材等が必要とな
る、等の問題がある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、上記問
題点を解決するろ過体及びそれを用いた固液分離装置及
びその方法を提供するものである。すなわち、本発明
は、 １． 少なくとも固着した２つ以上の層を有し、被処理
液流入側の第一層目を分離機能層とし、第二層目以降を
分流作用層としたことを特徴とするろ過体。 ２． 前記分離機能層に固着する分流作用層は、該分離
機能層の１．２〜４倍のろ過粒度を有し、各分流作用層
は、前段の層のろ過粒度の１．２〜４倍のろ過粒度を有
することを特徴とする前項１記載のろ過体。 ３． 前記分離機能層は平織、綾織または朱子織の織物
であり、前記分流作用層のうち処理水流出側の少なくと
も１層は畳織の織物であることを特徴とする前項１記載
のろ過体。 ４． 前項１乃至３のいずれか１項記載のろ過体から構
成されることを特徴とする固液分離装置。 ５． 生物処理汚泥が存在している生物処理槽と、該生
物処理槽内に配置されている前項４記載の固液分離装置
と、該固液分離装置を通じて処理水を取出す配管とを有
することを特徴とする固液分離一体型の生物処理装置。 ６． 生物処理汚泥が存在している生物処理槽内に前記
固液分離装置を配置し、該固液分離装置を通じて処理水
を取出すことにより、生物処理とともにろ過を生物処理
槽内で行うことを特徴とする固液分離一体型の生物処理
方法。 である。

【０００５】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を詳細
に説明する。本発明のろ過体を用いる固液分離方法は、
ろ過体の被処理液流入側表面に汚泥の付着層を形成させ
るろ過（ダイナミックろ過）であり、ろ過体表面に形成
される汚泥層（ダイナミックろ過層）により、ろ過粒度
よりも小さい粒子も分離可能となる固液分離方法であ
る。

【０００６】本発明において、ろ過体の各層として使用
される織物は、縦糸と横糸とを組み合わせて構成され
る。ろ過体は、非吸水性、耐腐食性で、その表面がなめ
らか（平滑）であることが好ましく、特に、ろ過体の被
処理液流入側が上述の特徴をもつことが好ましい。ろ過
体の材質としては、金属（例えば、ステンレス、チタニ
ウム等）、高分子繊維（例えば、塩化ビニリデン、ナイ
ロン、ポリエステル等）、セラミック等が好ましく、特
に、ステンレス、セラミックが好ましい。ろ過体の各層
の織り方には、平織、綾織、朱子織、畳織、逆畳織、複
線織等がある。本発明のろ過体は、少なくとも２層以
上、好ましくは３層以上の織物からなる。層数の上限と
しては１０層程度である。１層ではろ過体強度が弱く、
長期の使用に耐えられず、少なくとも２層以上が必要で
ある。一方、層数が多すぎると、ろ過体の層が厚くなり
すぎ、目詰まりの原因となる。

【０００７】これらの層は様々な織り方・ろ過粒度（孔
径）の織物を組合わせたもので、各層が接着、焼結、溶
接等により固着されているものが望ましい。各層を固着
することにより、ろ過体の強度が高まるとともに、各層
の間に汚泥が入り込み、目詰まり（Ｆｌｕｘの低下）と
なるのを防ぐ役割がある。

【０００８】ろ過体の各層の厚みは、１ｍｍ以下であ
り、好ましくは０．０３〜１ｍｍ、さらに好ましくは
０．０６〜０．８ｍｍである。薄すぎると強度が弱く、
厚すぎると詰まる原因となる。

【０００９】ろ過体の各層のうち被処理液流入側の層
（第一層目の層）は、分離機能を主体とした織物であ
り、その織り方は平織、綾織または朱子織が好ましく、
特に平織が好ましい。そのろ過粒度ｄ１は１０〜４００
μｍ、好ましくは２０〜３００μｍ、さらに好ましくは
４０〜２００μｍである。ろ過粒度が小さすぎるとＦｌ
ｕｘが小さくなり、ろ過粒度が大きすぎると処理水中に
ＳＳが大量にリークする。このため、固液分離の対象Ｓ
Ｓの性状によって分離機能を持つ層のろ過粒度は適当な
範囲のものとするのが好ましい。また、この分離機能を
主体とした織物の開孔率は２５％以上、好ましくは３０
〜７０％、更に好ましくは３５〜６０％である。開孔率
が小さすぎるとＦｌｕｘが高く取れず、開孔率が大きす
ぎると織物の強度が低下するため、開孔率は適当な範囲
のものとするのが好ましい。

【００１０】前記分離機能を主体とした層（以下、「分
離機能層」という）以外の層（第二層目以降の層）は、
分流作用による分離機能の強化とともに、ろ過体として
の強度を高める役割があり（以下、「分流作用層」とい
う）、その織り方は平織、綾織、朱子織、畳織、複線織
のいずれでもよいが、処理水流出側の少なくとも１層
は、ろ過体の補強効果を高めるために層の厚みがある織
り方の、畳織（平畳織、綾畳織など）、複線織が好まし
く、特に平畳織、綾畳織などの畳織が好ましい。更に、
処理水流出側の最終層目の分流作用層が平畳織、綾畳織
などの畳織であることが特に好ましい。

【００１１】この分流作用層のうち第二層目の層のろ過
粒度ｄ２は、前記分離機能層のろ過粒度ｄ１の１．２〜
４倍、好ましくは１．５〜３倍、さらに好ましくは２倍
である。倍数が小さすぎると分流効果がうすれ、詰まり
やすくなり、倍数が大きすぎると分離機能層との固着が
難しい。ろ過粒度ｄ２である分流作用層に隣接する分流
作用層（第三層目の層）のろ過粒度ｄ３は、ろ過粒度ｄ
２の１．２〜４倍、好ましくは１．５〜３倍、さらに好
ましくは２倍である。更に多層となった場合は、それ以
降の分流作用層（第四層目以降の層）のろ過粒度は、前
段の層のろ過粒度の１倍以上でかまわない。なお、本発
明のろ過体における各層は、被処理液流入側から第一層
目、第二層目、第三層目、第四層目、のように順に数え
ることとする。従って、処理水流出側の層が最終層目と
なる。ここで、第一層目のろ過粒度がｄ１、第二層目の
ろ過粒度がｄ２、第三層目のろ過粒度がｄ３、・・とな
る。

【００１２】また、この他に、分離機能層の上層に保護
用の層を設けてもかまわない。この保護層の織り方は平
織、綾織または朱子織が好ましく、そのろ過粒度は、ｄ
１の１倍以上が好ましく、特に１．５〜３倍が好まし
い。保護層は、第一層目の分離機能層がきずつくのを防
ぐものである。

【００１３】本発明のろ過体において、例えば、以下の
ようなろ過体の層構造が挙げられるが、これらは本発明
の一例であり、これらに限定されるものではない。 層構造（Ａ）：図３に示すように、ろ過体１が２層構造
であって、被処理液流入側の層である第一層目２は分離
機能を有するろ過粒度１０〜４００μｍ、平織、綾織ま
たは朱子織の、分離機能層であり、処理水流出側の層で
ある第二層目３は第一層目の分離機能層を支持し、水を
分流する役割を持つ第一層目よりろ過粒度が１．２〜４
倍大きい、畳織（平畳織、綾畳織など）または複線織
の、分流作用層である。なお、図３中、４は縦糸、５は
横糸である。

【００１４】層構造（Ｂ）：図４に示すように、ろ過体
１が３層以上の構造であって、(1) 被処理液流入側の層
である第一層目２は分離機能を有するろ過粒度１０〜４
００μｍ、平織、綾織または朱子織の、分離機能層であ
り、(2) 第二層目３は第一層目の分離機能層を支持し、
水を分流する役割を持つ第一層目よりろ過粒度が１．２
〜４倍大きい、分流作用層であり、(3) 第三層目６は第
二層目の分流作用層を支持し、さらに水を分流する役割
を持つ第二層目よりろ過粒度が１．２〜４倍大きい分流
作用層である。第四層目以上が存在する場合には、これ
ら第四層目以上の層（図示せず）は、支持・分流する役
割を有し、第三層目のろ過粒度の１倍以上のろ過粒度で
ある分流作用層である。そして、これら複数の分流作用
層のうち、処理水流出側の少なくとも１層が、ろ過体の
強度向上の役割をもつ、平畳織または綾畳織の分流作用
層である。なお、残りの分流作用層の織り方は特に限定
されるものではない。

【００１５】上記層構造（Ａ）または（Ｂ）において、
分離機能層の上層に、分離機能層を保護し、分流作用の
ある保護層（図示せず）を設けてもよい。この保護層の
ろ過粒度はｄ１の１倍以上であり、織り方は平織、綾織
または朱子織である。

【００１６】ろ過体の形状は、平板状、管状（円筒状：
図５参照) 、ひだ状、等が挙げられ、そのいずれにも適
用可能である。

【００１７】本発明による固液分離方法は、ろ過体表面
に形成される汚泥層により、ろ過粒度よりも小さい粒子
も分離可能となるダイナミックろ過である。本発明のろ
過体は、織物を重ね合わせたろ過体であるため、均一な
ろ過粒度を有し、均一なダイナミックろ過層を形成する
ため、ろ過性能が良好である、という効果を奏する。一
方、従来の多孔性ろ過体や不織布から成るろ過体は、ろ
過粒度が均一ではなく、ろ過性能が劣る。

【００１８】また、本発明のろ過体の厚さが薄いので汚
泥の目詰まりが少なく、織物であるため、引張り強度が
強く、かつ、効果的な洗浄方法である空気、水、または
空気・水による逆洗が可能となるとともに、薬品による
洗浄が不要となり、ろ過体の耐用年数が長くなる、とい
う効果を奏する。

【００１９】本発明の固液分離装置は、ろ過槽又は生物
反応槽を兼ねたろ過槽内に、少なくとも固着した２層以
上の織物からなるろ過体を有する固液分離装置を直接浸
漬し、該ろ過体を通じて処理液を取り出すことにより、
固液分離する装置である。

【００２０】図６は、本発明に用いる生物処理装置の一
例であるが、本発明はこれらに限定されるものではな
い。図６に示す生物処理装置１１では、散気管１２を有
する生物処理槽１３内に固液分離装置１４を浸漬し、ポ
ンプ１５で吸引して処理水１６を得る。ポンプ１５によ
る吸引だけでなく、水頭差（重力ろ過）を用いてもよ
い。小水量の処理ではポンプで吸引する事が多く、大容
量の処理では水頭差（重力ろ過）を利用して処理水を得
る事が多いが、本発明においては処理水量にかかわらず
いずれの方法をとってもよい。洗浄用空気または洗浄用
水１７により、固液分離装置１４の逆洗を行うことがで
きる。洗浄用空気と洗浄用水の量は、バルブ１８で調整
可能である。

【００２１】図６に示す生物処理装置１１について簡単
に説明する。生物処理槽１３内は、その上部及び下部が
開放された隔壁２２により、二つに分割され、その一方
には固液分離装置１４が浸漬され、他方には散気管１２
が浸漬されている。原水（被処理液）２０は、バルブ１
９を具備する配管２１を通って、生物処理槽１３内へ導
入される。また、生物処理槽１３内には散気管１２より
空気が導入され、原水（被処理液）中の有機物が微生物
により酸化分解処理（生物処理）されている。また、こ
のバブル空気の上昇流により生物処理槽１３内では対流
が起こり、上昇流は隔壁２２の開放上部を乗り越えて固
液分離装置１４が浸漬された側では下降流となり、隔壁
２２の開放下部を通過して散気管１２が浸漬された側に
戻るという対流である。そして、生物処理された処理水
は固液分離装置１４の表面に形成されたダイナミックろ
過膜によりろ過され、ポンプ１５の吸引力により外部へ
流出されている。固液分離装置１４内のろ過体に汚泥が
入り込み、目詰まりが起き、Ｆｌｕｘが低下した場合
は、バルブ１９と２３を閉じ、バルブ１８を開けて、固
液分離装置１４内部に洗浄用空気または洗浄用水を導入
して、逆洗浄を行う。

【００２２】本発明のろ過体及びそれを用いた固液分離
装置は、河川水、湖沼水、用水、下水、廃水、し尿等の
分野で、浮遊物質を固液分離する装置全てに適用が可能
であり、特に浮遊物質濃度の高い汚水に有効である。ま
た、生物処理槽内に浸漬させ、微生物とろ液とを分離す
る装置に適用可能である。ここで生物処理とは活性汚泥
等の好気性処理、メタン発酵等の嫌気性処理等が挙げら
れる。

【００２３】

【実施例】以下、実施例により本発明を更に詳細に説明
するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではな
い。比較実験と実施例の実験条件を表１に、結果を表２
に示す。

【００２４】

【表１】

【００２５】

【表２】

【００２６】実験は、２００リットル容量の生物処理反応槽
に比較例のろ過体又は本発明の固液分離装置を浸漬して
行つた。比較実験１では、ろ過粒度１００μｍの多孔性
合成樹脂製ろ過体を使用した。比較実験２では、ろ過体
表面からろ過粒度１００μｍ／２００μｍ／４００μｍ
のスチンレス製織物を３層重ねたろ過体（固着なし）を
使用した。各層の織り方は、ろ過体表面から、平織（厚
さ０．１ｍｍ）／平織（厚さ０．２ｍｍ）／平畳織（厚
さ０．７ｍｍ）である。比較実験３では、ろ過体表面か
ら、ろ過粒度１００μｍ／２００μｍ／４００μｍのス
チンレス製網（織物）３層を接着・焼結したものを使用
した。各層の織り方は、ろ過体表面から、平畳織（厚さ
０．３ｍｍ）／平織（厚さ０．２ｍｍ）／平畳織（厚さ
０．７ｍｍ）である。実施例では、本発明のろ過体表面
から、ろ過粒度１００μｍ／２００μｍ／４００μｍの
ステンレス製網（織物）３層を接着・焼結したものを使
用した。各層の織り方は、ろ過体表面から、平織（厚さ
０．１ｍｍ）／平織（厚さ０．２ｍｍ）／平畳織（厚さ
０．７ｍｍ）である。全実験とも、ろ過体表面の汚泥層
が厚くなり、ろ過抵抗が一定値以上となった時点で水・
空気による逆洗浄を行った。Ｆｌｕｘ８ｍ／ｄから運転
を開始した。

【００２７】通水１０日後、比較実験１のろ過抵抗が水
・空気による逆洗浄直後でも高くなり、汚泥の目詰著り
によりＦｌｕｘ８ｍ／ｄでは処理が継続できなくなっ
た。そこで、Ｆｌｕｘを６ｍ／ｄにして実験を再開し
た。表２の実験結果より、多孔性合成樹脂製ろ過体を使
用した比較実験１では、洗浄回数が多く、定期的に薬品
洗浄が必要であり、Ｆｌｕｘは小さく、処理水が清澄に
なるまでの時間が長いという結果であった。

【００２８】比較実験２では、水・空気による逆洗浄直
後の処理水濁度が高く、２分間にわたり処理水へのＳＳ
のリークが確認された。各ステンレス網が接着・焼結さ
れていないため、処理水にＳＳがリークし、処理水濁
度、処理水ＢＯＤがともに１０〜１５度、１０〜１５ｍ
ｇ／リットルと高かった。また、各ステンレス網の間にＳＳ
が蓄積する傾向が確認され、定期的に取り出し洗浄が必
要であった。すなわち、固着していないスチンレス製織
物を３層重ねたろ過体を使用した比較実験２では、長期
運転により各層の間に汚泥がたまり、取り出し洗浄が必
要であった。また、固着していないため、表層（第一層
目）の強度が弱く、くり返し洗浄には耐えられなかっ
た。

【００２９】比較実験３では、処理水のＳＳのリークが
少なく、処理水濁度は低いものの、ろ過体に汚泥が詰ま
りやすく、Ｆｌｕｘ８ｍ／ｄにおいて、水・空気による
逆洗頻度が１６回／日と高かった。また、分離機能層で
ある第一層目が平畳織であるため、目詰まりしやすく、
逆洗頻度が高くなった。すなわち、スチンレス製織物３
層を接着・焼結したろ過体を使用した比較実験３では、
第一層目が平畳織であるため、ろ過抵抗が上昇しやす
く、洗浄回数が多くなった。

【００３０】一方、実施例では、ろ過抵抗が水・空気に
よる逆洗浄直後には実験開始レベルまで低下し、処理が
良好であったため、Ｆｌｕｘを１０ｍ／ｄに上昇した。
その後、Ｆｌｕｘ１０ｍ／ｄ、水・空気による逆洗浄頻
度８回／日で処理が継続できた。すなわち、本発明のろ
過体を使用した実施例では、Ｆｌｕｘが大であり、洗浄
回数が少なく、薬品洗浄が不要であり、処理水質が良好
でかつ安定していた。

【００３１】本発明の方法により、Ｆｌｕｘが１．６倍
も上昇し、水・空気による逆洗浄頻度が１／２となり、
薬品洗浄が不要となった。

【００３２】

【発明の効果】本発明のろ過体及びそれを用いた固液分
離装置は、織物を重ね合わせたろ過体であるため、均一
なろ過粒度を有し、均一なダイナミックろ過層を形成す
るため、ろ過性能が良好である。また、分離機能を主体
とした織物と、分流作用による分離機能の強化とともに
ろ過体の強度を高める役割を有した織物と、それを２層
以上接着・焼結したろ過体を用いて固液分離する事によ
り、以下のような効果が認められた。 生物処理に適用した場合、沈殿池が不要で省スペース
が可能である。 水・空気による逆洗浄の回数が低減可能である。 水・空気による逆洗浄のみでよく、定期的な薬品洗浄
が不要である。 Ｆｌｕｘが高い。 ろ過体の厚さが薄く、目詰まりし難く、様々な形状に
加工しやすい。 ろ過体のろ過粒度が均一であり、清澄な処理水が得ら
れるとともに、洗浄が容易である。 ろ過体の引張り強度が強く、ろ過体の耐用年数が長
い。 等の作用により、ろ過体の目詰まりがなく、清澄なろ過
水が得られ、固液分離に要する時間が短縮されて、プロ
セスの効率が上がつた。また、焼結することにより、補
強・支持するためのパンチングプレート等の補強材が不
要となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例と比較実験１における、水・空
気による逆洗浄後のろ過抵抗変化を示す概略説明図であ
る。

【図２】本発明の実施例と比較実験２における、処理水
濁度の変化を示す概略説明図である。

【図３】本発明のろ過体の一例を示す、２層構造のろ過
体の模式図である。

【図４】本発明のろ過体の一例を示す、３層構造のろ過
体の模式図である。

【図５】本発明のろ過体の一例を示す、３層構造の円筒
状ろ過体の模式図である。

【図６】本発明に用いる固液分離一体型生物処理装置の
一例を示す概略図である。

【符号の説明】

１ ろ過体 ２ 第一層目（分離機能層） ３ 第二層目（分流作用層） ４ 縦糸 ５ 横糸 ６ 第三層目（分流作用層） ７ 円筒状ろ過体 １１ 生物処理装置 １２ 散気管 １３ 生物処理槽 １４ 固液分離装置 １５ ポンプ １６ 処理水 １７ 洗浄用空気または洗浄用水 １８，１９，２３ バルブ ２０ 原水（被処理液） ２１ 配管 ２２ 隔壁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ０２Ｆ 3/12 Ｂ０１Ｄ 29/04 ５３０Ｄ 29/10 ５１０Ｆ ５３０Ｄ (72)発明者 鈴木 ひとみ 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会社 荏原製作所内 Ｆターム(参考） 4D019 AA03 BA02 BA05 BA13 BB02 BD02 CA02 CA03 CB04 CB09 4D027 CA03 4D028 BC17 BD17

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも固着した２つ以上の層を有
   し、被処理液流入側の第一層目を分離機能層とし、第二
   層目以降を分流作用層としたことを特徴とするろ過体。
2. 【請求項２】 前記分離機能層に固着する分流作用層
   は、該分離機能層の１．２〜４倍のろ過粒度を有し、各
   分流作用層は、前段の層のろ過粒度の１．２〜４倍のろ
   過粒度を有することを特徴とする請求項１記載のろ過
   体。
3. 【請求項３】 前記分離機能層は平織、綾織または朱子
   織の織物であり、前記分流作用層のうち処理水流出側の
   少なくとも１層は畳織の織物であることを特徴とする請
   求項１記載のろ過体。
4. 【請求項４】 請求項１乃至請求項３のいずれか１項記
   載のろ過体から構成されることを特徴とする固液分離装
   置。
5. 【請求項５】 生物処理汚泥が存在している生物処理槽
   と、該生物処理槽内に配置されている請求項４記載の固
   液分離装置と、該固液分離装置を通じて処理水を取出す
   配管とを有することを特徴とする固液分離一体型の生物
   処理装置。
6. 【請求項６】 生物処理汚泥が存在している生物処理槽
   内に前記固液分離装置を配置し、該固液分離装置を通じ
   て処理水を取出すことにより、生物処理とともにろ過を
   生物処理槽内で行うことを特徴とする固液分離一体型の
   生物処理方法。