JP2011245473A - 無動力逆洗方式を利用した降雨流出水の処理装置及びその方法 - Google Patents

Abstract

【課題】非点源汚染物質を物理的濾過にて効率よく除去すると共に別途の動力供給なしに濾材を逆洗できるようにすることで運転寿命を極大化することができる無動力逆洗方式を利用した降雨流出水の処理装置及びその方法を提供する。
【解決手段】降雨流出水を濾過する濾過槽２００を含んでなり、上記濾過槽は、貯流槽１００から流入される降雨流出水を上向流として濾過する第１の濾過槽２１０と、第１の濾過槽を通過した降雨流出水を下向流として濾過する第２の濾過槽２２０とを具備し、上記第１の濾過槽内に第１の濾材層２２１が具備され、第１の濾材層は第１の濾過槽内の水位の上昇または下降に伴って上昇または下降し、第１の濾過槽の一方側に貯流槽と第１の濾過槽とを空間的に連結させる逆洗空気注入口が具備され、貯流槽の水位に応じて選択的に貯流槽の空気が逆洗空気注入口から第１の濾過槽の内部に供給されることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、無動力逆洗方式を利用した降雨流出水の処理装置及びその方法に係り、より詳しくは、非点源汚染物質を物理的濾過にて効率よく除去すると共に別途の動力供給なしに濾材を逆洗できるようにすることで運転寿命を極大化することができる無動力逆洗方式を利用した降雨流出水の処理装置及びその方法に関する。

一般に、非点源汚染物質は人間の活動による様々な土地利用に起因しており、主に降雨時の雨水で洗い流されて降雨流出水の形態で水系に排出される。非点源汚染物質は排出地域が不明で広範な地表面上に残存していて、雨水とともに河川などの公共水域や地下水に流入されて水質汚染を引き起こす主要原因となっている。

非点源汚染物質の弊害を克服するために様々な非点源汚染物質の処理方法が提示されたことがあり、その代表的なものとしては、特許文献１に示す初期降雨流出水の処理装置及びこれを利用した初期降雨流出水の処理方法のような装置型処理施設と、特許文献２に示す土壌及び植生を利用した降雨流出水の処理装置のような自然型処理施設がある。この種の施設では、濾材での物理的濾過にて非点源汚染物質中に存在する固形汚染物を除去することで有機物、栄養塩類、重金属などの排出濃度を低減することを主目的とする。

しかしながら、水系近隣に散発的に設置される非点源汚染処理施設の位置特性及び経済性などの理由から上記施設に電力を供給することは困難であるのが実情であり、このため、長期運転による濾材の目詰まり現象（ｃｌｏｇｇｉｎｇ）が生じると、逆洗などの人為的方法による性能回復が困難であり、施設の一部または施設全体を取り替えなければならないという限界点を持っている。

韓国登録特許第８４８０４２号公報 韓国登録特許第８１０５５６号公報

本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであって、非点源汚染物質を物理的濾過にて効率よく除去すると共に別途の動力供給なしに濾材を逆洗できるようにすることで運転寿命を極大化することができる無動力逆洗方式を利用した降雨流出水の処理装置及びその方法を提供することをその目的とする。

上記目的を達成するための本発明による無動力逆洗方式を利用した降雨流出水の処理装置は、降雨流出水を貯流する貯流槽、及び上記貯流槽内に具備されて降雨流出水を濾過する濾過槽を含み、上記濾過槽は、上記貯流槽から流入される降雨流出水を上向流として濾過する第１の濾過槽と、上記第１の濾過槽を通過した降雨流出水を下向流として濾過する第２の濾過槽とを具備し、上記第１の濾過槽内に上記第１の濾過槽の全高に対して一部の高さまで充填される第１の濾材層が具備され、上記第１の濾材層は第１の濾過槽内の水位の上昇または下降に伴って上昇または下降し、上記第１の濾過槽の一方側に上記貯流槽と上記第１の濾過槽とを空間的に連結させる逆洗空気注入口が具備され、上記貯流槽の水位に応じて選択的に上記貯流槽の空気が上記逆洗空気注入口から上記第１の濾過槽の内部に供給されることを特徴とする。

上記第１の濾過槽と第２の濾過槽とは隔壁を挟んで仕切られ、上記第１の濾過槽及び第２の濾過槽の上部には濾過流路が更に具備され、上記第１の濾過槽を上向流として通過した降雨流出水は、上記濾過流路に沿って流れていき、上記第２の濾過槽へ下向流として供給される。

上記第１の濾過槽及び第２の濾過槽の上部及び下部に、それぞれ上部有孔板、下部有孔板が具備され、上記上部有孔板上に濾過流路が具備されていてよい。また、上記貯流槽の底面は傾斜板形態で構成され、上記傾斜板と濾過槽の底面との間の空間から降雨流出水が上記第１の濾過槽の内部に上向流として流入される。

上記第１の濾材層は、水よりも比重が低い物質よりなる浮上濾材から構成されていてよく、上記第１の濾材層は、パーライト(perlite)または水よりも比重が低い合成樹脂濾材から構成されていてよい。また、上記第２の濾材層は、水よりも比重が高い物質から構成され、上記第２の濾材層は、ゼオライト(zeolite)、活性炭、スラグ(slag)のいずれかから構成されていてよい。

上記濾過槽の上端に濾過槽内の空気を排出させる逆止弁が具備されていてよい。また、上記第２の濾過槽内に第２の濾材層が具備され、上記第２の濾過槽内に流入水分配管が更に具備され、上記流入水分配管の一端は上記濾過流路に連結され、他端は上記濾過槽の上部から所定の距離離間した第２の濾材層内に位置すればよい。

上記第１の濾材層は、上記第１の濾過槽の全高に対して１／２〜２／３の高さまで充填されることが好ましく、上記第２の濾過槽の一方側には濾過処理された処理水が最終排出される流出管が更に具備されていてよい。

本発明による無動力逆洗方式を利用した降雨流出水の処理方法は、貯流槽内に降雨流出水を貯流するステップと、上記貯流槽内に配置された第１の濾過槽に上記貯流槽内の降雨流出水を上向流として上記第１の濾過槽に供給されるステップと、上記第１の濾過槽の水位の上昇に伴って上記第１の濾過槽の第１の濾材層が上昇し、上記第１の濾材層の上昇が止まった状態で第１の濾材層による濾過を進めるステップと、上記第１の濾過槽と隔壁を挟んで仕切られる第２の濾過槽に上記第１の濾過槽を通過した降雨流出水を下向流として供給し、上記第２の濾過槽の第２の濾材層による濾過を進めるステップ、及び上記貯流槽の水位の下降時に上記第１の濾過槽の一方側に形成される逆洗空気注入口から上記第１の濾過槽内に空気を注入して上記第１の濾材層の逆洗を進めるステップと、を含む。

本発明による無動力逆洗方式を利用した降雨流出水の処理装置及びその方法では、次のような効果が得られる。

上向流の第１の濾材層と下向流の第２の濾材層の水理構造を利用して降雨終了時に無動力逆洗で第１の濾材層を洗浄すると共に、第２の濾過層に具備された流入水分配管を利用して第２の濾材層の表面目詰まりを遅延させることで装置の運転寿命を最大化することができる。

また、貯流槽と濾過槽を一つの空間内に具備させて敷地所要を最小化し、濾過槽の水位を一定に保持させることで降雨流出水の発生量の変動にかかわらず固形物、栄養塩類、重金属、炭化水素などを効率よく除去し、河川などの公共水域の汚染を最小化することができる。

本発明の一実施形態による無動力逆洗方式を利用した降雨流出水の処理装置の斜視図である。 本発明の一実施形態による無動力逆洗方式を利用した降雨流出水の処理装置の断面図である。 本発明の一実施形態による無動力逆洗方式を利用した降雨流出水の処理方法を説明するためのフローチャートである。 本発明の一実施形態による無動力逆洗方式を利用した降雨流出水の処理方法を説明するための参照図である。 流入水分配管の機能を説明するための参照図である。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態による無動力逆洗方式を利用した降雨流出水の処理装置及びその方法を詳細に説明する。

図１及び図２に示すように、本発明の一実施形態による無動力逆洗方式を利用した降雨流出水の処理装置は、大きく貯流槽１００と濾過槽２００とを含む。

上記貯流槽１００は、降雨流出水が貯流される空間及び上記濾過槽２００が設置される空間を提供する。ここで、上記濾過槽２００は、貯流槽１００の体積よりも小さく、このため、上記貯流槽１００内における濾過槽２００が具備される空間以外の空間は降雨流出水が貯流される空間になる。

上記貯流槽１００の一方側には降雨流出水が流入される降雨流入管１０１が具備され、流入された降雨流出水は、上記濾過槽２００の下部から濾過槽２００の内部に流入される。このために、図２に示すように貯流槽１００の底面は傾斜板形態で構成されていてよく、上記傾斜板と濾過槽２００の底面との間の空間から降雨流出水が上記濾過槽２００の内部に上向流として流入される。

このように貯流槽１００の底面が傾斜板で構成され、貯流槽１００内の降雨流出水が上向流の形態で上記濾過槽２００の内部に流入されることによって、降雨流出水中に含まれている粗大固形物や夾雑物などは重力によって傾斜板に沿って下降し、下降する粗大固形物や夾雑物は、上記貯流槽１００の下部の一方側に具備された固形物貯蔵部１１０に貯蔵される。

一方、上記濾過槽２００は、隔壁２０１を挟んで第１の濾過槽２１０と第２の濾過槽２２０とに仕切られる。また、上記第１の濾過槽２１０と第２の濾過槽２２０の上部には濾過流路２３０が具備され、上記第１の濾過槽２１０を経た降雨流出水は上記濾過流路２３０を通って上記第２の濾過槽２２０に供給される。なお、上記第１の濾過槽２１０及び第２の濾過槽２２０の上部と下部には、それぞれ降雨流出水の出入りが可能になるように上部有孔板２０３、下部有孔板２０４が具備され、上記上部有孔板２０３は上記濾過流路２３０を定義する。ここで、上記上部有孔板２０３と下部有孔板２０４の上には、特定口径のスクリーンが具備されていてよい。

上記第１の濾過槽２１０及び第２の濾過槽２２０のそれぞれには第１の濾材層２１１及び第２の濾材層２２１が具備され、上記第１の濾過槽２１０は、第１の濾材層２１１を利用して降雨流出水中に含まれている微細固形物を濾過及び除去する役割を果たし、上記第２の濾過槽２２０は、第２の濾材層２２１を利用して降雨流出水に収容状態で存在する栄養塩類、重金属及び炭化水素を吸着及び除去する役割を果たす。

上記第１の濾過槽２１０内に具備される第１の濾材層２１１は、浮上濾材、即ち水よりも比重が低い物質よりなる濾材から構成され、上記第１の濾材層２１１は、上記第１の濾過槽２１０の全高に対して１／２〜２／３の高さまで充填される。このように第１の濾材層２１１が浮上濾材から構成されると共に、第１の濾過槽２１０の全高に対して一部の高さまで第１の濾材層２１１が充填されることによって、第１の濾過槽２１０内において水位が上昇すると第１の濾材層２１１も上昇するようになる。このとき、上昇する第１の濾材層２１１は、上記上部有孔板２０３によってその上昇が止められ、その上昇が止まった状態で第１の濾材層２１１による降雨流出水の濾過過程が進められる。なお、上記第１の濾材層２１１は、パーライト、合成樹脂濾材などの浮上濾材から構成されていてよい。

また、上記第１の濾過槽２１０の一方側には逆洗空気注入口２０２が具備される。上記逆洗空気注入口２０２は、上記第１の濾過槽２１０の内部と貯流槽１００の内部とを空間的に連結させ、上記貯流槽１００の水位が上記逆洗空気注入口２０２よりも低くなると、貯流槽１００内の空気が上記逆洗空気注入口２０２から上記第１の濾過槽２１０の内部に注入され、注入された空気が第１の濾過槽２１０内で乱流を誘導して究極的に第１の濾材層２１１を逆洗する役割を果たす。

上記第２の濾過槽２２０内に具備される第２の濾材層２２１は、水よりも比重が高い濾材の吸着濾材から構成され、上記第２の濾過槽２２０内のほぼ全ての空間を充填する形態で具備される。上記第２の濾材層２２１は、詳細的に、ゼオライト、活性炭、スラグなどから構成されていてよい。

一方、上記第２の濾過槽２２０内には、上記濾過流路２３０と空間的に連結される流入水分配管２４０が具備される。上記流入水分配管２４０は、上記濾過流路２３０の降雨流出水を上記第２の濾過槽２２０の上部から所定の距離離間した位置の第２の濾材層２２１に供給する役割を果たす。

上記流入水分配管２４０を具備させる理由は次のとおりである。上記第２の濾過槽２２０が、上記濾過流路２３０からの降雨流出水を第２の濾材層２２１にて濾過を進めるが、濾過過程が下向流の降雨流出水を対象に進められることによって、上記第２の濾過槽２２０の上部に位置した第２の濾材層２２１の目詰まりが第２の濾過槽２２０の下部の第２の濾材層２２１よりも相対的に早く進行する。第２の濾過槽２２０の上部の第２の濾材層２２１の目詰まりが生じると、通水能が急激に低下し、第２の濾過槽２２０の下部の第２の濾材層２２１はその機能を失うようになる。これを防止するために流入水分配管２４０を具備させ、上記流入水分配管２４０から所定の深さにある第２の濾材層２２１内に降雨流出水が供給されることによって、第２の濾材層２２１全体による濾過過程の進行が可能になる。このとき、第２の濾材層２２１内に具備される流入水分配管２４０の一端の位置は、第２の濾材層２２１の目詰まり程度に応じて選択的に設計することができる。

また、上記流入水分配管２４０は、その上部は無空管、その下部は有空管から構成すればよい（図５参照）。即ち、第２の濾材層２２１の表面に相応する位置に具備される部位は密閉された形態の無空管から構成し、上記無空管の下部は有空管の形態で構成することで、多方向から降雨流出水が供給できる。

上記第２の濾過槽２２０の一方側には流出管１０２が具備され、上記第２の濾過槽２２０で濾過過程が施された濾過水は、上記流出管１０２から外部に排出される。

以上、本発明の一実施形態による無動力逆洗方式を利用した降雨流出水の処理装置について説明したが、該処理装置による無動力逆洗方式を利用した降雨流出水の処理方法は次のとおりである。本発明の一実施形態による無動力逆洗方式を利用した降雨流出水の処理方法は、大きく、流入ステップ、濾過ステップ、逆洗ステップの３つステップからなる。

<流入ステップ>
先ず、流入ステップについて説明すれば、次のとおりである。

図３及び図４の(ａ)を参考すると、降雨流入管１０１から貯流槽１００内に降雨流出水が供給される（Ｓ３０１）。貯流槽１００内に流入された降雨流出水は、貯流槽１００の下部に貯流され、一定量以上降雨流出水が貯流されると、第１の濾過槽２１０の下部から上向流の形態で第１の濾過槽２１０に供給される（Ｓ３０２）。このとき、上向流の形態で第１の濾過槽２１０に降雨流出水が供給されることによって、降雨流出水中に含まれている粗大固形物や夾雑物は重力によって下降し、下降する粗大固形物や夾雑物は、貯流槽１００の下部の傾斜板に沿って移動していき、固形物貯蔵部１１０に貯蔵される。

一方、第１の濾過槽２１０への降雨流出水流入が増大して第１の濾過槽２１０内の水位が上昇すると、第１の濾材層２１１が上昇すると共に第１の濾過槽２１０及び第１の濾材層２１１の空隙に存在する空気が流出管１０２から排出される（Ｓ３０３）。このとき、濾過槽２００の上部に逆止弁２０５が更に具備されていてよく、上記逆止弁２０５から第１の濾過槽２１０内の空気が排出されることを促進することができる。

<濾過ステップ>
水位の上昇に伴って上昇する第１の濾材層２１１は、図４の(ｂ)に示すように第１の濾過槽２１０の上部に具備された上部有孔板２０３によって上昇が止められ、その上昇が止まった状態（即ち、上部有孔板２０３によって支持された状態）で第１の濾材層２１１による濾過過程が進められる（Ｓ３０４）。上記第１の濾材層２１１による濾過によって降雨流出水中に含まれている微細固形物が除去される。

上記第１の濾材層２１１を通過した降雨流出水は濾過流路２３０に供給され、濾過流路２３０に沿って流れていった降雨流出水は最終的に第２の濾過槽２２０に供給される。上記第２の濾過槽２２０の上部から降雨流出水が供給されると、第２の濾過槽２２０の第２の濾材層２２１の空隙に存在する空気は流出管１０２から排出される（Ｓ３０５）。

また、第２の濾材層２２１を通過しながら降雨流出水中に含まれている栄養塩類、重金属、炭化水素などが吸着及び除去される。このとき、第２の濾材層２２１への降雨流出水供給は、濾過流路２３０から第２の濾材層２２１の上部への供給経路の他、流入水分配管２４０から第２の濾材層２２１の内部への供給が可能であり、これにより、第２の濾材層２２１の上部の目詰まりが生じても流入水分配管２４０から第２の濾材層２２１の下部へ降雨流出水が供給されることによって、第２の濾材層２２１全体の透水性を均一に保持することができるようになる。

一方、降雨流出水の濾過槽２００の内部への流入によって第１の濾過槽２１０及び第２の濾過槽２２０内に存在する全ての空気が流出管１０２から外に排出されることによって、濾過槽２００内には大気圧よりも低い負圧が作用するようになり、このような状態で貯流槽１００の水位が最高の水位に達すると、濾過槽２００に加えられる水頭（ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｈｅａｄ）は一定に保持され、降雨流出水の流入流量の変化にかかわらず一定の線速度の降雨流出水の処理が可能になる。

<逆洗ステップ>
上述した流入及び濾過過程が進められる状態で、降雨が終了すると貯流槽１００の水位は下降する（Ｓ３０６）。このとき、貯流槽１００の水位が濾過槽２００の高さ以下に下降しても、前述したように濾過槽２００内の圧力状態が負圧状態であることから、大気圧と負圧との圧力差によって貯流槽１００内の降雨流出水は第１の濾過槽２１０の内部に流入される。

このような状態で、貯流槽１００の水位が逆洗空気注入口２０２以下に落ちると、逆洗空気注入口２０２から第１の濾過槽２１０の内部に無動力にて空気が流入され、これにより、濾過槽２００内の負圧状態が解除される。これと同時に、図４の(ｃ)に示すように第１の濾過槽２１０内に流入された空気は乱流を誘導して第１の濾材層２１１の洗浄が進められる（Ｓ３０７）。第１の濾材層２１１の洗浄で脱離した微細固形物は、残存する降雨流出水と共に下降して固形物貯蔵部１１０に貯蔵される。説明の便宜上、図４の(ｃ)には第１の濾材層２１１の図示を省略した。

１００ 貯流槽
１０１ 降雨流入管
１０２ 流出管
１１０ 固形物貯蔵部
２００ 濾過槽
２０１ 隔壁
２０２ 逆洗空気注入口
２０３ 上部有孔板
２０４ 下部有孔板
２０５ 逆止弁
２１０ 第１の濾過槽
２１１ 第１の濾材層
２２０ 第２の濾過槽
２２１ 第２の濾材層
２３０ 濾過流路
２４０ 流入水分配管

Claims (17)

1. 降雨流出水を貯流する貯流槽、及び
   前記貯流槽内に具備されて降雨流出水を濾過する濾過槽を含み、
   前記濾過槽は、前記貯流槽から流入される上向流の降雨流出水を濾過する第１の濾過槽と、前記第１の濾過槽を通過した下向流の降雨流出水を濾過する第２の濾過槽とを具備し、
   前記第１の濾過槽内に該第１の濾過槽の全高に対して一部の高さまで充填される第１の濾材層が具備され、前記第１の濾材層は第１の濾過槽内の水位の上昇または下降に伴って上昇または下降し、
   前記第１の濾過槽の一方側に前記貯流槽と前記第１の濾過槽とを空間的に連結させる逆洗空気注入口が具備され、前記貯流槽の水位に応じて選択的に前記貯流槽の空気が前記逆洗空気注入口から前記第１の濾過槽の内部に供給されることを特徴とする無動力逆洗方式を利用した降雨流出水の処理装置。
2. 前記第１の濾過槽と第２の濾過槽とは隔壁を挟んで仕切られ、前記第１の濾過槽及び第２の濾過槽の上部には濾過流路が更に具備され、
   前記第１の濾過槽を通過した上向流の降雨流出水は、前記濾過流路に沿って流れていき、前記第２の濾過槽へ下向流として供給されることを特徴とする請求項１に記載の無動力逆洗方式を利用した降雨流出水の処理装置。
3. 前記第１の濾過槽及び第２の濾過槽の上部及び下部に、それぞれ上部有孔板、下部有孔板が具備されることを特徴とする請求項１に記載の無動力逆洗方式を利用した降雨流出水の処理装置。
4. 前記上部有孔板上に濾過流路が具備されることを特徴とする請求項３に記載の無動力逆洗方式を利用した降雨流出水の処理装置。
5. 前記貯流槽の底面は傾斜板形態で構成され、前記傾斜板と前記濾過槽の底面との間の空間から降雨流出水が前記第１の濾過槽の内部に上向流として流入されることを特徴とする請求項１に記載の無動力逆洗方式を利用した降雨流出水の処理装置。
6. 前記第１の濾材層は、水よりも比重が低い物質よりなる浮上濾材から構成されることを特徴とする請求項１に記載の無動力逆洗方式を利用した降雨流出水の処理装置。
7. 前記第１の濾材層は、パーライトまたは水よりも比重が低い合成樹脂濾材から構成されることを特徴とする請求項６に記載の無動力逆洗方式を利用した降雨流出水の処理装置。
8. 前記第２の濾過槽内に該第２の濾過槽の全高にわたって第２の濾材層が更に具備されることを特徴とする請求項１に記載の無動力逆洗方式を利用した降雨流出水の処理装置。
9. 前記第２の濾材層は、水よりも比重が高い物質から構成されることを特徴とする請求項８に記載の無動力逆洗方式を利用した降雨流出水の処理装置。
10. 前記第２の濾材層は、ゼオライト、活性炭、スラグのいずれかから構成されることを特徴とする請求項９に記載の無動力逆洗方式を利用した降雨流出水の処理装置。
11. 前記濾過槽の上端に濾過槽内の空気を排出させる逆止弁が具備されることを特徴とする請求項１に記載の無動力逆洗方式を利用した降雨流出水の処理装置。
12. 前記第２の濾過槽内に第２の濾材層が具備され、前記第２の濾過槽内に流入水分配管が更に具備され、
    前記流入水分配管の一端は前記濾過流路に連結され、その他端は前記濾過槽の上部から所定の距離離間した第２の濾材層内に位置することを特徴とする請求項２に記載の無動力逆洗方式を利用した降雨流出水の処理装置。
13. 前記第１の濾材層は、前記第１の濾過槽の全高に対して１／２ないし２／３の高さまで充填されることを特徴とする請求項１に記載の無動力逆洗方式を利用した降雨流出水の処理装置。
14. 前記第２の濾過槽の一方側に濾過処理された処理水が最終排出される流出管が更に具備されることを特徴とする請求項１に記載の無動力逆洗方式を利用した降雨流出水の処理装置。
15. 貯流槽内に降雨流出水を貯流するステップと、
    前記貯流槽内に配置された第１の濾過槽に前記貯流槽内の降雨流出水を上向流として前記第１の濾過槽に供給するステップと、
    前記第１の濾過槽の水位の上昇に伴って前記第１の濾過槽の第１の濾材層が上昇し、前記第１の濾材層の上昇が止まった状態で第１の濾材層による濾過を進めるステップと、
    前記第１の濾過槽と隔壁を挟んで仕切られる第２の濾過槽に前記第１の濾過槽を通過した降雨流出水を下向流として供給し、前記第２の濾過槽の第２の濾材層による濾過を進めるステップ、及び
    前記貯流槽の水位の下降時に前記第１の濾過槽の一方側に形成される逆洗空気注入口から前記第１の濾過槽内に空気を注入して前記第１の濾材層の逆洗を進めるステップと、
    を含むことを特徴とする無動力逆洗方式を利用した降雨流出水の処理方法。
16. 前記第１の濾過槽を通過した降雨流出水を、前記第２の濾過槽の第２の濾材層内部の所定の深さまで供給することを特徴とする請求項１５に記載の無動力逆洗方式を利用した降雨流出水の処理方法。
17. 前記第１の濾材層は浮上濾材から構成されることを特徴とする請求項１５に記載の無動力逆洗方式を利用した降雨流出水の処理方法。