JP2007229658A - 繊維ろ材を用いたろ過処理方法とそのろ過装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 原水中のＳＳ、ＢＯＤ等の懸濁物質の高い除去性能と薬品費を低減できる繊維ろ材を用いたろ過処理方法とそのろ過装置を提供する。
【解決手段】 前処理として高分子凝集剤による凝集反応を組込み、懸濁物質の一部を凝集沈殿させた後、繊維ろ材（２９）を用いた高速繊維ろ過槽（１７）により濁質除去を行なう運転を、降雨初期の汚濁負荷の高い時には薬注処理で開始し、流入下水が設定濁度以下となった時に無薬注処理に切換え、或いは、雨天時の流入下水の発生時には薬注処理で開始し、所定時間を超える雨水流入下水には無薬注処理を行うもので、前段に凝集沈殿を組込み、高速繊維ろ過の処理技術を利用して、ＳＳ、ＢＯＤ等の懸濁物質の除去性能を向上させ、降雨パターンに応じて薬注処理と無薬注処理を使い分け、経済的かつ法的処理水質を達成し、高い除去性能と薬品費を低減して、経済性を発揮できるシステムとなる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、生活廃水等の下水に雨水を合流させる合流式下水道の濁質除去に関し、特に、雨天時にポンプ場から排出される合流下水、または終末処理場における最初沈殿池や雨水沈殿池への流入水を対象として、原水中のＳＳ、ＢＯＤ等の懸濁物質を除去する繊維ろ材を用いたろ過処理方法とそのろ過装置に関する。

古くから下水道の普及に取り組んできた都市では、汚水と雨水を同一の管渠で速やかに排除する合流式下水道を採用し、公衆衛生の向上と、浸水防除を同時に行うことを目的とした整備が進められてきた。合流式下水道は、雨天時に遮集管渠能力を超える雨水が汚水に混入し、未処理下水が公共用水域に放流されて生態系への影響や衛生学的安全性に係る影響が懸念されている。近年の下水道施行令では、合流式下水道からの放流水について雨水の影響が大きい時は、処理区域毎にＳＳ、ＢＯＤ濃度を４０ｍｇ／Ｌ以下とすることが示されている。雨天時の流入下水の高濃度は数時間以内のファーストフラッシュ時に発生するため、雨天時にポンプ場から排出される下水、または終末処理場における最初沈殿池や雨水沈殿池への流入水を対象として、合流下水からＳＳ、ＢＯＤ等の懸濁物質の除去が必要である。近年浮上性の繊維ろ材を用いたろ過技術が、従来技術の懸濁物質を除去する雨水沈殿池より効率的で懸濁物質除去性能を超えるろ過技術として注目を集めている。そして、雨天時の未処理下水の処理装置としては、繊維ろ材を使用したろ過槽に、下水を上向流で供給して高速ろ過を行なう無薬注処理のろ過装置は、例えば、特許文献１に記載してあるように、この発明の出願人が提案している。また、雨天時の大流量であるか、非雨天時の小流量であるかに応じて、高速ろ過モードと小流量の通常ろ過モード（無薬注）に切換える浮上性の粒状ろ材のろ過層を形成する移動床式ろ過装置も、例えば、特許文献２に記載してあるように公知である。
特開２００４−１８８２６５号公報（段落番号００１１、図１及び図２） 特開２００４−１１３９４０号公報（要約の解決手段、図１）

従来の夾雑物を分離した下水から懸濁物質を除去する繊維ろ材を用いた高速繊維ろ過装置は、下水の無薬注処理が可能であり、薬品管理や溶解作業が不要で運転管理が容易で、ランニングコストも安価であるが、ＳＳ、ＢＯＤ等の濁質の除去性能に限界がある。浮上性の粒状ろ材を用いた移動床式ろ過装置は、抜き出した浮上性の粒状ろ材を洗浄して、下水中の濁質除去の連続処理が可能であるが、ろ材は浮上性の小さい粒径であり、移動床式ろ過装置の大容量設備の設置が困難である。また、雨天時と非雨天時で薬注の有無を切換えるもので、雨天時には全て薬注を行うものとなっており、経済的に負担が大きいものである。そして、ろ過槽から抜出した浮上ろ材をろ材循環ポンプで撹拌しても、懸濁物質を剥離できていないろ材が洗浄時に洗浄排水とともに流出する恐れがある。この発明は、合流式下水道の雨天時の流入下水において、前段に凝集沈殿を組込み、高速繊維ろ過の処理技術を利用して、ＳＳ、ＢＯＤ等の懸濁物質の除去性能を向上させ、降雨パターンに応じて凝集剤の使用の有無を使い分け、経済的かつ法的処理水質を達成し、高い除去性能と薬品費を低減できる繊維ろ材を用いたろ過処理方法とそのろ過装置を提供する。

この発明に係わる繊維ろ材を用いたろ過処理方法の要旨は、合流式下水道の雨天時の流入下水に含まれる懸濁物質の一部を前処理装置で沈殿分離させた後、ろ過装置で濁質除去を行なうろ過処理方法において、前処理として高分子凝集剤による凝集反応を組込み、懸濁物質の一部を凝集沈殿させた後、繊維ろ材を用いた高速繊維ろ過槽により濁質除去を行なうろ過処理方法であって、前処理装置の凝集処理により懸濁物質の除去性能を向上させ、ろ過装置に使用する繊維ろ材が、従来の粒状の浮上ろ材や砂などを利用したろ過技術に比べ、高い空隙率を有するので、高速での下水中の濁質除去を可能とし、高い濁質の除去率が得られる。

高速繊維ろ過槽の運転は、降雨初期の汚濁負荷の高い時にはカチオン系高分子凝集剤の薬注処理で開始し、流入下水が設定濁度以下となった時に無薬注処理に切換える運転方法であって、雨天時の濁度の高い流入初期のファーストフラッシュ時に、流入下水に薬注処理を行い、雨水により希釈されて汚濁負荷が低くなった時点で、薬注処理から無薬注に切換えるので、凝集剤が節約できてランニングコストが安くなる。また、高速繊維ろ過槽の運転は、降雨初期の流入下水の発生時にはカチオン系高分子凝集剤の薬注処理で開始し、所定時間を超える流入下水には無薬注処理を行う運転方法でも良いもので、予測降水量や雨天の長さに応じて所定時間を設定して無薬注処理に切換えれば、薬注処理と無薬注処理を組み合わせることで、濁度の高い必要な時に薬注処理を行って濁質の高い除去率が得られ、濁度の低い時に無薬注処理を行うので、経済的な運転管理が図れる。そして、高速繊維ろ過槽に用いる繊維ろ材は、浮上性の繊維ろ材を使用して流入下水を上向流で供給させるもので、繊維ろ材は比重が軽く空隙率が大きいので、洗浄が容易となり洗浄水も少なくて良い。

ろ過処理方法を実施するための繊維ろ材を用いた高速繊維ろ過装置は、合流式下水道の雨天時の流入下水に含まれる懸濁物質の一部を前処理装置で沈殿分離させた後、ろ過装置で濁質除去を行なうろ過処理方法において、凝集反応槽に流入した原水にカチオン系高分子凝集剤を添加して撹拌混合し、凝集汚泥を沈殿池に供給して懸濁物質の一部を分離した後、浮上性の繊維ろ材を配設した高速繊維ろ過槽に上向流で供給して濁質除去を行なうと共に、ろ過処理装置にタイマーまたは濁度計を配設して、降雨初期の濁質の高い流入下水の発生時には、凝集反応槽に高分子凝集剤を添加して、所定時間後または設定濁度以下となった時点で、無薬注処理に切換えるもので、ＳＳ、ＢＯＤ等の懸濁物質の除去性能を向上させ、降雨パターンに応じて薬品使用の有無を使い分けることで、高い除去性能とともに薬品費を低減できるシステムとなる。

高速繊維ろ過槽に用いる浮上性の繊維ろ材は、繊維径が異なる数種類のウエブ起毛状態の合成樹脂繊維を混合し、平滑化することなく加熱処理した板状態の不織性繊維ろ材を、発泡性樹脂に両側から接着して、ろ材寸法を３〜３０ｍｍの方形に形成し、見掛け比重が０．２〜０．８の浮上性の繊維ろ材としたもので、繊維ろ材は、ＳＳをろ材間の空隙やろ材内部の繊維の間隙で捕捉するため、ろ層全体でＳＳの捕捉ができ高負荷に強い機能を発揮する。

この発明は上記のように構成してあり、前段に凝集沈殿を組込む高速繊維ろ過の処理技術は、ＳＳ、ＢＯＤ等の懸濁物質の除去性能を向上させ、降雨パターンに応じて薬注処理と無薬注処理を使い分けることで、経済的かつ法的処理水質の達成が図れる。従来の沈殿池や無薬注処理の繊維ろ材を用いたろ過装置では達成できないＳＳ除去率とＢＯＤ除去率が得られ、高い除去性能とともに薬品費を低減できる経済性を発揮できるシステムとなる。

この発明の実施例を図面に基づき詳述すると、図１は繊維ろ材を用いたろ過処理装置の縦断面図であって、繊維ろ材を用いたろ過処理装置は、雨天時にポンプ場から排出される合流下水、または終末処理場における最初沈殿池や雨水沈殿池への流入下水に凝集剤を添加して撹拌混合する凝集反応槽１と、凝集処理を行った流入下水を横向流でフロックの一部を凝集沈殿させる凝集沈殿装置２と、上向流で固液分離を行なう高速繊維ろ過装置３で構成してある。凝集反応槽１に降雨時の流入下水を流入させる原水管４と、高分子凝集剤の薬注管５が連結してあり、降雨初期の数時間のファーストフラッシュ時のように汚濁負荷の高いときは流入下水に高分子凝集剤を添加して、凝集反応槽１に配設した撹拌機６で撹拌混合して薬注処理を行う。凝集反応槽１の排出側の槽壁に案内壁７が立設してあり、薬注処理の下水中の懸濁物質のフロックを生成させながら、凝集反応槽１の案内壁７から越流させて凝集反応槽１の流出管８から凝集沈殿装置２に流入させる。降雨時の流入下水を流入させる原水管４に濁度計Ｎを設置し、濁度計Ｎの設定濁度が５０〜２００ＮＴＵ以下となった時点で流入下水に高分子凝集剤の添加を中止する。または、降雨時間や降雨量に応じて、タイマーＴで時間を設定し、３０分〜１０時間の所定時間後に、流入下水は無薬注処理に切換える。或いは、所定時間を超える雨天時の流入下水に対しては無薬注処理を行なってもよい。

図１に示すように、凝集沈殿装置２は、凝集反応槽１から薬注処理を行った下水を流入させる流入渠９と懸濁物質の一部を沈殿分離させる沈殿池１０で構成してあり、流入渠９と沈殿池１０の間に流入ゲート１１を配設した流入口１２が開口してある。沈殿池１０の入口近傍に多孔板の流入案内板１３が垂下してあり、流入汚水の整流と、高分子凝集剤との反応を促進させる。垂下した流入案内板１３の下方の沈殿池１０に凹状の集泥ピット１０ａを形成して、沈殿池１０の傾斜させた槽底に汚泥掻寄機１４が配設してある。流入渠９から沈殿池１０に流入した汚水を横向流で流動させ、凝集反応を行った比重の重い懸濁物質を沈殿させて、汚泥掻寄機１４で沈殿汚泥を集泥ピット１０ａに集積する。流入下水は高分子凝集剤の添加を中止して無薬注処理に切換えても、沈殿池１０は薬注時の高分子凝集剤の影響が残り、ＳＳ、ＢＯＤの懸濁物質の除去率は良好となる。

図２は高速繊維ろ過装置の縦断面図であって、懸濁物質の一部を沈殿分離した流入下水を処理する高速繊維ろ過装置３は、沈殿池１０から凝集処理を行った汚水を流入させる調圧槽１５と、汚水を上向流で供給して繊維ろ層１６で懸濁物質を分離する高速繊維ろ過槽１７と、懸濁物質を分離した処理水を流入させる処理水流出渠１８と、処理水流出渠１８から流入した処理水に消毒処理を行って放流する雨水放流渠１９と、高速繊維ろ過槽１７の繊維ろ層１６の洗浄排水を流出させる洗浄排水渠２０とで構成してある。図１及び図２に示すように、沈殿池１０と調圧槽１５の間の側壁の上部に汚泥を流入させる越流口２１と、その下部に沈殿汚泥を沈殿池１０に排出するドレン口２２が開口してあり、ドレン口２２はドレンゲート２３で通常は閉止してある。図２に示すように、調圧槽１５の槽底に原水流入ゲート２４を配設した供給口２５が開口してあり、調圧槽１５の原水を高速繊維ろ過槽１７に供給し、調圧槽１５に貯水する水頭圧で高速繊維ろ過槽１７への汚水の供給圧を一定に保持させる。高速繊維ろ過槽１７、調圧槽１５及び沈殿池１０の槽底を集泥ピット１０ａに向かって傾斜させてあり、調圧槽１５のドレンゲート２３と原水流入ゲート２４を開放して凝集させた沈殿汚泥を集泥ピット１０ａに排出できるようにしてある。

図３は高速繊維ろ過槽の縦断面図であって、高速繊維ろ過槽１７の繊維ろ層１６の上部に多数の通孔を有するろ材支持板２６が配設してあり、上向流ろ過時のろ材支持とろ材流出を防止させる。繊維ろ層１６の下方にろ材が旋回流動できる、ろ層展開部を有する汚水の流入室２７を形成し、ろ材支持板２６の上方を分離水の処理水室２８としてある。調圧槽１５の槽底から繊維ろ層１６の流入室２７に汚水を流入させて、上向流の汚水でろ材支持板２６の下部に繊維ろ層１６を形成させ、繊維ろ層１６で懸濁物質を捕捉して、処理水をろ材支持板２６の上方の処理水室２８に流入させる。

図４は繊維ろ材の斜視図であって、高速繊維ろ過槽１７に使用する浮上性の繊維ろ材２９は、繊維径が異なる３種類のウエブ起毛状態の合成樹脂繊維を混合し、平滑化することなく加熱処理した板状態の不織性繊維ろ材を、発泡性樹脂に両側から接着して、ろ材寸法を３〜３０ｍｍの方形に形成し、見掛け比重が０，２〜０．８の繊維ろ材２９としてある。３種類の合成樹脂繊維は、ポリプロピレンの芯にポリエチレンを被覆した繊度が３〜１０デニールの熱融着性複合繊維の第一フィラメント２９ａと、繊度が３〜１０デニールのポリプロピレン繊維の第二フィラメント２９ｂと、ポリプロピレンの芯にポリエチレンを被覆した繊度が１．５〜６デニールの熱融着性複合繊維の第三フィラメント２９ｃの三種類の繊維を混合し、ニードルパンチ法により布形化し、ウエブ起毛状態を平滑化することなく加熱処理して板状態としてある。発泡性樹脂板２９ｄは、比重が０．１〜０．５のポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエステルなどを発泡シートに形成してある。発泡性樹脂に両側から接着した不織性繊維ろ材は、ろ過性能を発揮できる強度、耐久性、浮上性を有する繊維ろ材２９となる。繊維ろ材２９は処理すべき原水の性状に応じて、見掛け比重を０．２〜０．８の範囲で調整できる。

図２及び図３に示すように、高速繊維ろ過槽１７の処理水室２８には処理水流出渠１８に開口した処理水の流出口４２と、洗浄排水渠２０に開口した洗浄排水の洗浄排水口３０が配設してあり、流出口４２の位置は洗浄排水口３０より高く設定してある。処理水流出渠１８の槽底に高速繊維ろ過槽１７の流入室２７に開口した洗浄水口３１が設けてあり、洗浄排水口３０と洗浄水口３１には、洗浄排水ゲート３２と洗浄水ゲート３３が配設してある。常態においては、洗浄排水口３０の洗浄排水ゲート３２と洗浄水口３１の洗浄水ゲート３３を閉止し、処理水室２８の処理水を処理水流出渠１８に排水し、処理水流出渠１８から雨水放流渠１９に越流させ、消毒処理を行って公共用水域に放流する。

図２に示すように、高速繊維ろ過槽１７の流入室２７の洗浄水口３１の近傍に洗浄用空気管３４が配設してあり、繊維ろ層１６が目詰まりした時に、繊維ろ層１６の下方から空気を供給する。高速繊維ろ過槽１７の繊維ろ層１６が目詰まりした時には、調圧槽１５の供給口２５を原水流入ゲート２４で閉止して、高速繊維ろ過槽１７への汚水の供給を停止し、洗浄用空気管３４から繊維ろ層１６の下方に空気を供給しながら、洗浄排水口３０の洗浄排水ゲート３２と洗浄水口３１の洗浄水ゲート３３を開放すれば、処理水流出渠１８に貯水する処理水が高速繊維ろ過槽１７の流入室２７に流入し、繊維ろ層１６を形成する繊維ろ材２９を、流入室２７のろ層展開部で旋回流動させて、繊維ろ材２９から分離した懸濁物質と洗浄排水を洗浄排水渠２０に排出させる。繊維ろ層１６を形成する繊維ろ材２９は空隙率が大きく、ろ材が軽いので、流動性が良く、洗浄が容易となる。繊維ろ材２９は合成樹脂繊維なので捕捉した懸濁物質の剥離性も良い。なお、符号３５は、洗浄排水渠２０の底部に沈殿する汚泥を高速繊維ろ過槽１７の流入室２７に排出するドレン口である。

図５は洗浄装置を配設した高速繊維ろ過装置の他の実施例であって、高速繊維ろ過槽１７ａの流入室２７ａと処理水流出渠１８ａの槽底の間に洗浄水弁３６を介装した洗浄水管３７が連結してある。洗浄水管３７の洗浄水弁３６を開放すれば、処理水流出渠１８ａに貯水する処理水を繊維ろ層１６ａの下方の流入室２７ａに流入させるようにしてある。洗浄水管３７の洗浄水弁３６より流入室２７ａ側と洗浄排水渠２０ａの槽底の間に排水弁３８を介装した排水管３９が分岐して連結してある。高速繊維ろ過槽１７ａの繊維ろ層１６ａが目詰まりした時に、洗浄水弁３６を閉止した状態で排水弁３８を開放すれば、処理水室２８ａの水頭圧により流入室２７ａの汚水を洗浄排水渠２０ａに排水し、高速繊維ろ過槽１７ａの水位をろ材支持板２６ａの下方近傍まで低下させるようにしてある。
繊維ろ層１６ａが目詰まりした時に、繊維ろ層１６ａの下方から空気を供給する洗浄用空気管３４ａに洗浄用ブロア４０が接続してある。

図６は他の実施例の大型の高速繊維ろ過槽の概念図であって、大型の高速繊維ろ過槽１７ｂにあっては、繊維ろ層１６ｂにろ材分割プレート４１・・・を等間隔に垂設してある。高速繊維ろ過槽１７ｂに充填する繊維ろ層１６ｂのろ材厚みを標準１ｍとすることが可能であり、繊維ろ層１６ｂにろ材分割プレート４１・・・を等間隔に垂設することにより、繊維ろ材２９・・・の均一な洗浄と洗浄後の均一な繊維ろ層１６ｂの形成が可能となる。この発明の実施例では、高速繊維ろ過槽１７ｂを分割するろ材分割プレート４１・・・の間隔を３ｍ程度とし、流入室２７ｂのろ層展開部を０．８ｍ、繊維ろ層１６ｂの厚みを１．０ｍ、処理水室２８ｂの水深を０．７ｍとすることができる。大きい空隙率の繊維ろ材２９を使用することにより、雨天時の未処理下水のような高濃度の流入下水を、１，０００〜３，０００ｍ／日と、大量に高速処理を行うことができる。なお、符号３４ｂは分割した繊維ろ層１６ｂに配設した洗浄用空気管である。

図１に示す繊維ろ材を用いたろ過処理装置の雨天時の運転は、降水時にポンプ場から排出される合流下水、または終末処理場における最初沈殿池や雨水沈殿池への流入水の原水を凝集反応槽１に流入させ、運転員が操作盤を操作する時に、降雨パターンに応じて薬注処理と無薬注処理を選択して運転を開始する。図７は操作員が選定する場合の操作フローであって、雨天時の雨が降り続く長雨か、晴天日数が長く続いた後の雨天か、或いは、予測雨量等に基づき、操作員は高分子凝集剤の薬注をタイマー方式か濁度計方式かを決定してスイッチを操作する。図８はタイマーによる運転の操作フローであって、降雨初期のファーストフラッシュ時の汚濁負荷の高い時は、降雨時間や降雨量に応じて３０分〜１０時間の所定時間の間、高分子凝集剤を原水に添加して薬注処理を行うようタイマーＴを設定し、３０分〜１０時間の設定時間を超える雨天時の流入下水に対しては高分子凝集剤の添加を停止させ、無薬注処理に切換える。
図９は濁度計による運転の操作フローであって、降雨時間や降雨量に応じて、タイマーＴを設定し、流入下水に高分子凝集剤の添加を開始し、タイマーＴをＯＮにする。原水の流入経路に設置した濁度計Ｎに基づき、流入下水中の懸濁物質が設定濁度（５０〜２００ＮＴＵ）より高く検出された時には、高分子凝集剤の添加を継続し、タイマーＴの設定時間を超えた時点で、高分子凝集剤の添加を停止させ、無薬注処理に切換える。タイマーＴの設定時間内に、降雨開始後数時間経過し雨水により希釈されて汚濁負荷が低くなり、或いは、降り続く雨で流入下水の水質が一定値以下となり、濁度計Ｎで検知する流入下水中の濁度が設定濁度より低く５〜１０分継続して検知された時には、薬注処理から無薬注処理に切換える。図１０は他の濁度計による運転の操作フローであって、降雨時間や降雨量に応じて、タイマーＴを設定し、流入下水に高分子凝集剤の添加を開始し、タイマーＴをＯＮにする。原水の流入経路に設置した濁度計Ｎに基づき、流入下水中の懸濁物質が設定濁度（５０〜２００ＮＴＵ）より高く検出された時には、濁度計Ｎで検知しながら高分子凝集剤の添加を継続する。流入下水の水質が一定値以下となり、濁度計Ｎで検知する流入下水中の濁度が設定濁度より低く５〜１０分継続して検知された時には、薬注処理から無薬注処理に切換える。合流式下水道の改善技術について、前段に凝集沈殿を組込む高速繊維ろ過システムは、降雨パターンに応じて薬注処理と無薬注処理を使い分けることで、高い除去性能と経済性が期待できる。

上記の構成に基づき、図１の繊維ろ材を用いたろ過処理装置の雨天時について、ろ過工程と洗浄工程のサイクルを説明する。
（１）ろ過工程
雨天時にポンプ場から排出される合流下水、または終末処理場における最初沈殿池や雨水沈殿池への流入水を凝集反応槽１に流入させ、高分子凝集剤を添加して撹拌機６で撹拌混合して凝集フロックを形成する。凝集フロックを形成した流入下水を沈殿池１０に流入させ、比重の重い懸濁物質を沈殿させて流入下水を調圧槽１５に投入する。流入下水は調圧槽１５から高速繊維ろ過槽１７の下部より流入し、ろ過槽上部に形成された浮上性の繊維ろ層１６を上向流で通過して、流入下水中のＳＳが繊維ろ層１６に捕捉・除去される。処理水は処理水流出渠１８に流出し、雨水放流渠１９の消毒設備を経て放流される。ろ過が進行すると、捕捉したＳＳによりろ過損失水頭が上昇し、これに伴い調圧槽１５の水位が上昇する。調圧槽１５の水位が所定の水位になると、洗浄工程に切換える。
（２）洗浄工程：水抜工程
水抜工程では、調圧槽１５と高速繊維ろ過槽１７の間の原水流入ゲート２４を閉じて原水の流入を停止し、排水弁（図示せず）を開いて流入室２７の槽底に沈殿した比較的比重の大きい沈殿物を排出する。水位がろ材支持板２６から設定水位（０．３ｍ）まで低下すると、排水弁を閉じて水抜工程を完了する。この水抜工程は、次工程の空気撹拌においてろ過圧力によりろ材支持板２６で圧密状の繊維ろ層１６を分散しやすくし、同時に流入室２７に沈降した比較的比重の大きい沈殿物を排出する。
（３）洗浄工程：撹拌工程
撹拌工程ではろ層下部に設けた洗浄用空気管３４より空気を供給し、ろ過圧力により形成された繊維ろ層１６を分散し、繊維ろ材２９を流動状態にすることで捕捉したＳＳ等を排水中に解離させ、次に、洗浄排水ゲート３２を開く。
（４）洗浄工程：撹拌・排水工程
撹拌・排水工程では、繊維ろ材２９の再生を行うとともに、捕捉したＳＳ等を系外に排出するために、洗浄用空気により繊維ろ材２９を撹拌流動させながら洗浄水ゲート３３を開く、流入室２７の下部からろ過水を通水して処理水室２８の上部より洗浄排水を抜き、洗浄排水渠２０に流出させる。

下水道施行令において、合流式下水道からの放流水が雨水により大きな影響を受ける時には、処理区域毎にBOD濃度を４０ｍｇ／Ｌ以下とすることが示されている。そこで、雨天時の流入下水のＢＯＤ水質データについて、雨水ポンプ起動後の経過時間と、流入下水のＢＯＤ濃度の分布傾向を、某浄化センターにおいて調査した。雨天時流入下水は、流入水質の分析から降雨初期にＢＯＤ濃度が高く、時間の経過とともにＢＯＤ濃度は低下する傾向がある。高濃度の流入下水は、雨水流入開始から数時間以内のファーストフラッシュ時に発生しており、ＢＯＤ濃度が１００ｍｇ／Ｌを超える流入下水の発生は、５時間経過後は非常に少なくなっている。また、合流式下水道における雨天時の流入下水は、晴天日数が長く続いた後の降雨初期の流入下水は、懸濁物質の濃度が高くなる。梅雨時のように長く降り続く雨天時の流入下水は、懸濁物質の濃度が低くなる傾向がある。その汚濁濃度の状況を表１に示す。

ＢＯＤ水質データに基づき、雨天時の流入下水に対して，凝集剤の選定試験、反応時間および薬注率変化の基礎実験を行った。先ず、凝集剤の種類を次のように選択した。
ａ．無機凝集剤：ＰＡＣ（ポリ塩化アルミニウム）、硫酸バンド（硫酸アルミニウム）、ポリ硫酸第二鉄、塩化第二鉄
ｂ．高分子凝集剤：カチオン系、両性系、アニオン系
の７種類の凝集剤を対称として、流入下水２００ＣＣを分取したビーカーに、５〜３０ｍｇ／Ｌの無機凝集剤と、１〜１０ｍｇ/Lの高分子凝集剤を個別に注入し、ジャーテスターにより凝集状態を確認した。

先ず、ＰＡＣ、硫酸バンド、ポリ硫酸第二鉄、及び塩化第二鉄の無機凝集剤を使用して凝集試験を行った。その凝集剤選定試験の実験結果を表２に示す。無機凝集剤を単独（一液法）で用いた場合は、薬品注入率が最も低かったものはＰＡＣであり、１０〜３０ｍｇ／Ｌ必要であった。硫酸バンドは，２５〜４０ｍｇ／Ｌ、ポリ硫酸第二鉄と塩化第二鉄は２０〜４０ｍｇ／Ｌ必要であった。また、ポリ硫酸第二鉄と塩化第二鉄では、薬品注入後、着色が見られた。ＰＡＣを１０ｍｇ／Ｌ注入して凝集させたＳＳは、５分程度静置することで完全に沈降し、上澄水のＳＳ除去率は６５％程度であった。この結果により、無機凝集剤による撹拌時間の確認は、ＰＡＣを使用することとした。

次に、カチオン系、両性系、及びアニオン系の高分子凝集剤を使用して凝集試験を行った。その凝集剤選定試験の実験結果を表３に示す。高分子凝集剤を単独（一液法）で用いた場合は、カチオン系が良い凝集状態であり、薬品注入率は２〜５ｍｇ／Ｌ必要であった。カチオン系ポリマーの種類については、分子量、イオン濃度による凝集効果に大きな違いはなかったが、分子量が大きいほど薬品注入率が下がる傾向が見られた。カチオン系ポリマーを２ｍｇ／Ｌ注入して凝集させたＳＳは、５分程度静置することで完全に沈降し、上澄水のＳＳ除去率は８２％程度であった。この結果により、高分子凝集剤による撹拌時間の確認は、カチオン系ポリマーを使用することとした。

次に、晴天時の汚水を用いて凝集反応槽で凝集剤を注入した後、凝集反応時間を変化させ横流沈殿によるＳＳ除去率で評価することにした。無機凝集剤の凝集剤選定試験で薬品注入率が最も低かったＰＡＣを使用し、晴天時の汚水に対してＰＡＣを１０ｍｇ／Ｌを注入し，凝集反応槽における凝集反応時間を変化させ、凝集反応時間変化実験を行った。沈殿時間８分，水面積負荷４２０ｍ³／（ｍ²・日）で横流沈殿させたＳＳ除去率を表４に示す。その結果は、凝集反応時間を長くするに従いＳＳ除去率は向上し，凝集反応時間５０秒でＳＳ除去率は８％程度であった。

次に、無機凝集剤のＰＡＣと同じ条件で、高分子凝集剤の凝集剤選定試験で凝集状態の最も良いカチオン系ポリマーを使用して撹拌時間とＳＳ除去率を確認した。ポリマー凝集反応時間とＳＳ除去率の関係を表５に示す。その結果は、凝集反応時間を長くするに従いＳＳ除去率は向上し，凝集反応時間３０秒でＳＳ除去率は１３％程度，凝集反応時間５０秒でＳＳ除去率は１６％程度であった。

薬品注入率変化実験を、薬品注入率が最も低かった無機凝集剤のＰＡＣを使用して行った。
ａ．凝集反応時間は一液法：１０秒、３０秒、５０秒
ｂ．沈殿時間：８分（水面積負荷４２０ｍ³／（ｍ²・日））
晴天時の汚水を用いて凝集反応槽で凝集剤を注入した後、凝集反応時間を変化させ横流沈殿によるＳＳ除去率で評価した。ＰＡＣ注入率とＳＳ除去率の関係を表６に示す。その結果は、ＰＡＣ注入率を高くするに従いＳＳ除去率は向上するが、３０ｍｇ／Ｌを超えるとＳＳ除去率の向上が小さくなる傾向を示した。ＰＡＣ注入率３０ｍｇ／ＬにおいてＳＳ除去率は１０％程度であった。

次に、凝集状態の最も良いカチオン系ポリマー（一液法）を使用して、薬品注入率変化実験を行った。
ａ．カチオン系ポリマー：１、２、４、６ｍｇ／Ｌ
ｂ．凝集反応時間一液法：３０秒
ｃ．沈殿時間：８分（水面積負荷４２０ｍ³／（ｍ²・日））
晴天時の汚水を用いて凝集反応槽でポリマーを変化させて注入した後、凝集反応時間を３０秒とし、横流沈殿によるＳＳ除去率で評価した。カチオン系ポリマーの注入率とＳＳ除去率の関係を表７に示す。その結果は、カチオン系ポリマー注入率を高くするに従いＳＳ除去率は向上し，注入率４ｍｇ／ＬにおいてＳＳ除去率２２％程度，注入率６ｍｇ／ＬにおいてＳＳ除去率２４％程度であった。基礎実験の結果、合流下水に添加する凝集剤は、高分子凝集剤のカチオン系ポリマーが無機凝集剤のＰＡＣよりＳＳ除去率が良く、経済的であることが分かる。

次に、実証実験機を使用して、上記の凝集剤の選定試験、反応時間および薬注率変化の基礎実験に基づき、ＳＳ除去性能とＢＯＤ除去性能を調査した。雨天時の高濃度の流入下水は、雨水流入開始から数時間以内のファーストフラッシュ時に発生するため、懸濁物質除去は高速ろ過が必要となる。そこで、従来の粒状の浮上ろ材や砂などを利用したろ過技術に比べ、高い空隙率を持ち、高速ろ過が確保できる繊維ろ材を使用する。繊維ろ材は、ＳＳをろ材間の空隙やろ材内部の繊維の間隙で捕捉するため、表層ろ過になりにくく、ろ層全体でＳＳの捕捉ができ高負荷に強い特徴を有している。実証実験機に使用する高速繊維ろ過槽と繊維ろ材を次のように選定した。
ａ．ろ過槽：ろ過面積０．５ｍ²、ろ層高さ１．０ｍ×２台（交互運転）
ｂ．繊維ろ材：材質がＰＰ（ポリプロピレン）およびＰＥ（ポリエチレン）製繊維により構成された８ｍｍ×８ｍｍ×８ｍｍの立方体
図１１に実証実験機（凝集沈殿＋高速繊維ろ過）の実験フローを示す。実証実験機は、雨天時にポンプ場から排出される合流下水に凝集剤を添加して撹拌混合する凝集反応槽１と、凝集反応させたフロックの一部を沈殿させる凝集沈殿装置２と、高速繊維ろ過装置３で構成してある
雨天時流入下水に対して実証実験機（凝集沈殿＋高速繊維ろ過）の実験条件を設定した。
ａ．凝集沈殿：各降雨に対する高分子凝集剤のカチオン系ポリマーの注入量４ｍｇ／Ｌ
ｂ．凝集反応時間：３０秒
ｃ．沈殿時間：８分（水面積負荷４２０ｍ³／（ｍ²・日））
ｄ．運転時間：降雨開始後２００分実施、２００分以降は無薬注で、沈殿（沈殿時間８分）＋高速繊維ろ過、の運転を行う
ｅ．ろ過速度：１，５００、２，０００、２，５００ｍ／日
なお、基礎実験の結果、凝集剤は高分子凝集剤一液とし、二液法については、基礎実験を行ったが経済性に劣るため実証実験機による実験の対象から除外した。また、合流式下水道の終末処理場における最初沈殿池への流入水に対する懸濁物質の除去の性能目標を、
１．ＳＳ除去率をシステム全体において８０％以上
２．ＢＯＤ除去率システム全体において７５％以上
に設定した。実証実験機（凝集沈殿＋高速繊維ろ過）による実験条件を表８に示す。

表８の実験条件に基づき、３パターンの降雨に対してろ過速度を変化させ、自動運転してＳＳ除去性能を調査した。沈殿処理は薬注（凝集）処理による沈降速度の向上を期待して沈殿時間を８分（水面積負荷４２０ｍ³／（ｍ²・日））としたが，薬注時の平均ＳＳ除去率は１７．２％であった。高速繊維ろ過における薬注時のＳＳ除去率は９３．７〜９６．０％であり、ろ過速度１，５００〜２，５００ｍ／日における平均ＳＳ除去率は大きく向上した。無薬注による降雨開始２００分以降の沈殿池は薬注の影響が残り、沈殿時間８分の平均ＳＳ除去率は１１．２％で大きく低下していた。無薬注時の高速繊維ろ過における平均ＳＳ除去率は８８．７％で良好な結果となった。また，ろ過速度の違いによる性能差は見られなかった。システム全体では高速繊維ろ過によるＳＳ除去性能の向上により，薬注時のＳＳ除去率は９４．３〜９６．８％と高い除去性能を示した。
表９は流入負荷に対するＳＳ除去性能（％）を示し、表１０は流入下水に対する処理水のＳＳ濃度（ｍｇ／Ｌ）の実証結果を示す。

次に、実験条件に基づき、３パターンの降雨に対してろ過速度を変化させ、自動運転してＢＯＤ除去性能を調査した。沈殿処理は沈殿時間を８分（水面積負荷４２０ｍ³／（ｍ²・日））における薬注時の平均ＢＯＤ除去率は１６．４％であり、無薬注時は１４．２％であった。高速繊維ろ過における薬注時のＢＯＤ除去率は７３．２〜７５．１％と大きく向上した。また，ろ過速度の違いによる性能差は見られなかった。システム全体では高速繊維ろ過によるＢＯＤ除去性能の向上により，薬注時のＢＯＤ除去率は７７．２〜７９．８％と高い除去性能を示し，目標性能の７５％以上の結果となった。表１１は流入負荷に対するＢＯＤ除去性能（％）を示し、表１２は流入下水に対する処理水のＢＯＤ濃度（ｍｇ／Ｌ）の実証結果を示す。

上記の雨天時の流入下水のＢＯＤ濃度の分布傾向と、ＢＯＤ水質データに基づく凝集剤の選定試験、反応時間および薬注率変化の基礎実験と、実証試験の結果から、次の条件で実施することにした。前処理としてカチオン系高分子凝集剤による凝集反応を組込み、凝集沈殿を行った後に浮上性繊維ろ材を用いた上向流ろ過方式により、例えば、ろ過速度１，０００〜３，０００ｍ/日で高速ろ過を行なえば、従来の沈殿池や無薬注処理の繊維ろ材を用いたろ過装置では達成できない高いＳＳ除去率とＢＯＤ除去率が得られる。
ａ．降雨初期のファーストフラッシュ時のように汚濁負荷の高いときは薬注処理を行い、所定時間（３〜５時間）を超える雨天時の流入下水に対しては無薬注処理を行う。
ｂ．或いは、降雨開始後数時間経過し雨水により希釈されて汚濁負荷が低くなった時点を濁度計で検知し、無薬注処理に切り替えることも可能である。
ｃ．降り続く雨に対しては、原水の水質が一定値以下になれば薬注処理から無薬注処理に切り替えることにより、システムとして高い除去性能と経済性が期待できる。
ｄ．先行晴天日数が長い後の雨天時、流入下水に対しては薬注処理を行う。
合流式下水道の改善技術について、前段に凝集沈殿を組込む高速繊維ろ過の処理技術は、懸濁物質（ＳＳ、ＢＯＤ等）の除去性能を向上させ、降雨パターンに応じて使い分けることで、経済的かつ法的処理水質の達成が図れる。高い除去性能とともに薬品費を低減できる経済性を発揮できるシステムとなることが分かる。

この発明は、合流式下水道において、前段に凝集沈殿を組込み、高速繊維ろ過の処理技術を利用して、ＳＳ、ＢＯＤ等の懸濁物質の除去性能を向上させ、降雨パターンに応じて薬注処理と無薬注処理を使い分け、経済的かつ法的処理水質を達成し、高い除去性能と薬品費を低減できる繊維ろ材を用いたろ過処理方法とそのろ過装置となる。従って、雨天時にポンプ場から排出される合流下水、または終末処理場における最初沈殿池や雨水沈殿地への流入水を対象とした、下水中のＳＳ、ＢＯＤ等の懸濁物質を除去する繊維ろ材を用いたろ過処理方法とそのろ過装置に適するものである。

本発明に係る繊維ろ材を用いたろ過処理装置の縦断面図である。 同じく、高速繊維ろ過槽の縦断面図である。 同じく、洗浄装置を配設した高速繊維ろ過装置の縦断面図である。 本発明に使用する繊維ろ材の斜視図である。 同じく、他の実施例の、洗浄装置を配設した高速繊維ろ過装置の縦断面図である。 同じく、他の実施例の、大型の高速繊維ろ過槽の概念図である。 同じく、操作員が選定する場合の操作フローである。 同じく、タイマーによる運転の操作フローである。 同じく、濁度計による運転の操作フローである。 同じく、濁度計による運転の操作フローである。 同じく、実証実験機（凝集沈殿＋高速繊維ろ過）の実験フローを示す。

符号の説明

１ 凝集反応槽
１０ 沈殿池
１７、１７ａ、１７ｂ 高速繊維ろ過槽
２９ 繊維ろ材
２９ａ 第一フィラメント
２９ｂ 第二フィラメント
２９ｃ 第三フィラメント
２９ｄ 発泡性樹脂板
Ｎ 濁度計
Ｔ タイマー

Claims (6)

1. 合流式下水道の雨天時の流入下水に含まれる懸濁物質の一部を前処理装置で沈殿分離させた後、ろ過装置で濁質除去を行なうろ過処理方法において、
   前処理として高分子凝集剤による凝集反応を組込み、懸濁物質の一部を凝集沈殿させた後、繊維ろ材（２９）を用いた高速繊維ろ過槽（１７、１７ａ、１７ｂ）により濁質除去を行なうことを特徴とする繊維ろ材を用いたろ過処理方法。
2. 上記高速繊維ろ過槽（１７、１７ａ、１７ｂ）の運転は、降雨初期の汚濁負荷の高い時にはカチオン系高分子凝集剤の薬注処理で開始し、流入下水が設定濁度以下となった時に無薬注処理に切換えることを特徴とする請求項１に記載の繊維ろ材を用いたろ過処理方法。
3. 上記高速繊維ろ過槽（１７、１７ａ、１７ｂ）の運転は、降雨初期の流入下水の発生時にはカチオン系高分子凝集剤の薬注処理で開始し、所定時間を超える流入下水には無薬注処理を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の繊維ろ材を用いたろ過処理方法。
4. 上記高速繊維ろ過槽（１７、１７ａ、１７ｂ）に用いる繊維ろ材（２９）は、浮上性の繊維ろ材を使用して流入下水を上向流で供給させることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の繊維ろ材を用いたろ過処理方法。
5. 合流式下水道の雨天時の流入下水に含まれる懸濁物質の一部を前処理装置で沈殿分離させた後、ろ過装置で濁質除去を行なうろ過処理方法において、凝集反応槽（１）に流入した原水にカチオン系高分子凝集剤を添加して撹拌混合し、凝集汚泥を沈殿池（１０）に供給して懸濁物質の一部を分離した後、浮上性の繊維ろ材（２９）を配設した高速繊維ろ過槽（１７、１７ａ、１７ｂ）に上向流で供給して濁質除去を行なうと共に、ろ過処理装置にタイマー（Ｔ）または濁度計（Ｎ）を配設して、降雨初期の濁質の高い流入下水の発生時には、凝集反応槽（１）に高分子凝集剤を添加して、所定時間後または設定濁度以下となった時点で、無薬注処理に切換えることを特徴とする繊維ろ材を用いたろ過処理装置。
6. 上記繊維ろ材は、繊維径が異なる数種類のウエブ起毛状態の合成樹脂繊維を混合し、平滑化することなく加熱処理した板状態の不織性繊維ろ材（２９、２９ａ、２９ｂ、２９ｃ）を、発泡性樹脂板（２９ｄ）に両側から接着して、ろ材寸法を３〜３０ｍｍの方形に形成し、見掛け比重が０．２〜０．８の浮上性の繊維ろ材（２９）としたことを特徴とする請求項５に記載の繊維ろ材を用いたろ過処理装置。

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