JP2013000714A - 懸濁水のろ過装置及び方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】上部に処理されるべき原水の導入管Aと、内部に短繊維塊からなる繊維ろ材のろ材層2と、下部に処理水の集水装置3と、空気を供給する供給管Dと、3から少なくとも2上部以上に立ち上げられた処理水流出管Fとを備えたろ過装置1において、前記2内に微細気泡を発生する気液の混合ノズル4を設置したものであり、また、さらに、上部にろ材の洗浄水の排水管Hと、該Hの排水口に、前記繊維ろ材の直径又は直線部の長さのうち最も短い長さよりも小さいな目開きを有するろ材の流出阻止用多孔部材5とを設置し、下部に上向流で通水する洗浄水の通水管Eを設置してもよい。
【選択図】図1
Description
また、下水の高度処理として、放流先水質改善のために、或いは場内用水として再利用するために、二次処理水中の懸濁物質を除去する三次処理が行われている。この場合、処理水量が多いため、高速処理可能なろ過装置の提供が要望されている。
また、通水速度を上げるために、ろ材粒径を大きくして目詰まりを少なくする場合があるが、この場合、SSの除去率が悪化してしまうなどの矛盾点が生じた。特に、下水などが含む有機性SSは粘着力が強いので、これら下水などを対象としてSS除去率が高く、かつ目詰まりが少ないという相反する要求を満足できる技術が要望されている。
このような繊維ろ材は、ろ過過程で付着した懸濁物質をはがす、いわゆる逆洗する場合には、ろ過塔内に洗浄水と空気、又はいずれかを供給することで繊維ろ材から懸濁物質を剥離させる。従来、この逆洗工程では、繊維ろ材が激しい流動状態にさらされることで、繊維ろ材から懸濁物質を剥離し、剥離した懸濁物質を排出することで、繊維ろ材のろ過性能を回復していた。しかしながら、長期間の運転においては、捕捉された懸濁物質の重みで繊維ろ材が圧密したり、繊維ろ材自体のへたりによって圧密が生じたりすることで、ろ過塔内に供給された逆洗用の洗浄水や空気のみでは、一部のろ材が流動しなくなり、洗浄が不十分となる場合があった。その結果、ろ過層内に懸濁物質が蓄積して、処理性能が悪化する場合があった。
前記ろ過装置において、さらに、上部にろ材の洗浄水の排水管Hと、該排水管Hの排水口に、前記繊維ろ材の直径又は直線部の長さのうち最も短い長さよりも小さいな目開きを有するろ材の流出阻止用多孔部材とを設置し、下部に上向流で通水する洗浄水の通水管Eを設置することができる。
(1) 原水の通水を停止した後、気液の混合ノズルから発生された微細気泡を、前記繊維ろ材に付着させる工程、
(2) 空気供給管Dより、空気を供給し、繊維ろ材を流動させて、繊維ろ材から懸濁物質を剥離させる工程。
さらに、本発明では、前記した本発明のろ過装置に、懸濁物質を含有する被処理原水を、原水の導入管より通水して処理し、前記ろ材層の洗浄を以下の(1)〜(3)の工程を用いて行うことを特徴とするろ過方法としたものである。
(1) 原水の通水を停止した後、気液の混合ノズルから発生された微細気泡を、前記繊維ろ材に付着させる工程、
(2) 空気供給管Dより、空気を供給し、繊維ろ材を流動させて、繊維ろ材から懸濁物質を剥離させる工程、
(3) 通水管Eより、洗浄水を供給し、繊維ろ材から剥離した懸濁物質を含む廃水を、排水管Hから流出させる工程。
本発明のろ過装置1は、図1に示すように、上部に処理されるべき原水の導入管Aと、内部に短繊維塊からなる繊維ろ材のろ材層2と、下部に処理水の集水装置3と、空気を供給する供給管Dと、集水装置3から少なくともろ材層2上部以上に立ち上げられた処理水流出管F(ヘッダ管ともいう)を備えたろ過装置において、ろ材層2内に微細気泡を発生する気液の混合ノズル4を備えたろ過装置である。
原水は、下水処理の二次処理水や最初沈殿池流出水、雨天時流出水、各種産業排水、用水処理、海水等、懸濁物質を含む排水、用水であり、前段に凝集操作を行った処理水でもよい。
(工程1) 芯成分と鞘成分とからなる芯鞘構造の複合熱可塑性繊維を、単一成分からなる熱可塑性繊維を混綿するか、数種類の芯成分と鞘成分とからなる芯鞘構造の複合熱可塑性繊維を混綿し、混綿体とする混綿工程
(工程2) 該混綿体をロープ状のスライバーとするスライバー工程
(工程3) 該スライバーに熱風を吹き掛け、該スライバーの一部を溶着させた溶着部を形成する溶着工程
(工程4) 該溶着部を有するスライバーを切断する切断工程
(混綿工程)
混綿工程において、複合熱可塑性繊維は、芯鞘型複合繊維であり、芯成分と鞘成分とからなる芯鞘構造を有している。
芯成分の材質としては、ポリエチレンテレフタレートなどのポリエステル系繊維、ナイロン6、ナイロン66などのポリアミド系繊維、ポリビニルアルコール系繊維などが挙げられる。これらは単独で用いても複数を混合して用いてもよい。これらの中でも、芯成分の材質は汎用性及び強度の観点からポリエステル繊維であることが好ましい。
また、鞘成分の材質としては、ポリエステルと脂肪族化合物との共重合体、ポリエチレン、ポリプロピレン等が用いられる。これらは単独で用いても複数を混合して用いてもよい。これらの中でも、鞘成分の材質は、芯成分の材質がポリエステル繊維を使用している場合、同一成分を含有させるほうが、強度が優れるため、ポリエステルと脂肪族化合物との共重合体を用いることが好ましい。
複合熱可塑性繊維の繊度は、1〜50dtexであることが好ましい。第1熱可塑性繊維の繊度が1dtex未満であると、繊度が、上記範囲内にある場合と比較して、繊維間の空隙が小さくなりすぎ、繊度が50dtexを超えると、繊維間の空隙が大きくなりすぎて、共に懸濁粒子を補足できなくなる恐れがある。
ここで、鞘成分は、芯成分よりも融点が低いものが用いることが好ましい。この場合、繊維ろ材の製造方法においては、鞘成分が溶着し接着剤の働きをする、いわゆるバインダー効果を発揮する。
鞘成分の融点は、80〜200℃であることが好ましく、芯成分の融点は、160〜250℃であることが好ましい。この場合、複合熱可塑性繊維によるバインダー効果を確実に発揮させることができる。
また、鞘成分と芯成分の融点の差は、30℃以上であることが好ましい。融点の差が、30℃未満であると、融点の差が上記範囲内にある場合と比較して、芯成分と鞘成分とが共に溶着してしまい、複合熱可塑性繊維が形状を維持できなくなる場合がある。
単一成分からなる熱可塑性繊維の繊度は、1〜50dtexであることが好ましい。第2熱可塑性繊維の繊度が1dtex未満であると、繊度が、上記範囲内にある場合と比較して、繊維間の空隙が小さくなりすぎ、繊度が50dtexを超えると、繊維間の空隙が大きくなりすぎて、共に懸濁粒子を補足できなくなる恐れがある。
また、その融点は、複合熱可塑性繊維の鞘成分の融点よりも高いほうが好ましく、且つ160〜250℃であることが好ましい。この場合、複合熱可塑性繊維によるバインダー効果を発揮させても繊維ろ材の形状を維持することができる。
このときの混合割合は、複合熱可塑性繊維1質量部に対し、単一熱可塑性繊維が1.5〜4質量部であることが好ましい。単一熱可塑性繊維の混合割合が1.5質量部未満であると、混合割合が上記範囲内にある場合と比較して、繊維ろ材の強度が不十分となる恐れがあり、単一熱可塑性繊維の混合割合が4質量部を超えると、混合割合が上記範囲内にある場合と比較して、複合熱可塑性繊維のバインダー効果が不十分となる恐れがある。
混綿工程においては、複数の繊維を混合させることで、繊維ろ材の表面の毛羽の長さや量を調整することが可能となる。これにより、得られる繊維ろ材は、懸濁粒子を効率良く捕集できるようになる。
スライバー工程は、混綿工程で得られた混綿体を、ロープ状のスライバーにする工程である。この工程は、混綿体を紡績用カード機にかけ薄い平面状のウェブとした後、練条機を通してドラフトし、ロープ状のスライバーにする工程である。
ここで、スライバーとは、撚りをかけないロープ状にした繊維の束をいう。
スライバー工程においては、混綿体をドラフトして延伸しロープ状のスライバーとすることで、繊維方向が引き揃えられる。これにより、スライバーの引張り強度が向上するという利点がある。
また、ロープ状のスライバーの直径は5〜20mmの範囲であることが好ましい。直径が5mm未満であると、繊維ろ材の幅が狭くなりろ過装置からろ材が流出しやすくなる欠点があり、直径が20mmを超えると、繊維ろ材自体が大きくなることで比表面積が減少し、水中の懸濁物質を捕捉するために必要な表面積が小さくなる欠点がある。
溶着工程は、スライバーに熱風を吹き掛け、スライバー内の一部の繊維同士を溶着させた溶着スライバーとする工程である。
溶着スライバーは、一部にスライバーの繊維同士を溶着させた溶着部が形成されている。これにより、得られる繊維ろ材は、ほつれが防止されると共に、長期間、摩耗に耐えうる耐久性を有することになる。「一部」とは定量的な表現をできるものではないが、溶着は芯成分と鞘成分とからなる芯鞘構造の複合熱可塑性繊維と単一成分からなる熱可塑性繊維の格子点で行われ、格子点が多いほどほつれにくくなる。
また、通水時には水圧で繊維の間隙が埋められ、逆洗時には繊維の間隙が離れ効率良く懸濁粒子を脱離させることが可能となる。
かかる溶着工程において、熱風の温度は120〜180℃であることが好ましい。
切断工程は、溶着スライバーを連続的に溶着切断することにより全長が5〜20mmの繊維ろ材とする工程である。溶着切断の方法としては、熱刃による方法、超音波の振動による超音波切断が挙げられる。ここでは、熱刃による方法を記す。
切断工程においては、溶着スライバーを長手方向に進行させると共に、十分に加熱された熱刃昇降移動させることにより、連続的に溶着スライバーが切断され、個々の扁平矩形状の繊維ろ材となる。繊維ろ材は、左右の縁が溶着されているので、カットによるほつれの発生が抑制される。
溶着切断において、熱刃の温度は700℃以上であることが好ましい。この場合、溶着スライバーを瞬時にカットすると共に、溶着スライバーの縁を確実に溶着することができる。
こうして短繊維塊からなる繊維ろ材が得られる。
前記混合ノズル4の設置位置は、前記繊維ろ材の層2内にすると、微細気泡と繊維ろ材の接触が良好である。繊維ろ材層2は300〜2000mm程度であるので、なるべく層底部に設置することが望ましい。
集水装置3は、砂利を敷き詰めたものから、有孔ブロック型、ホイラー型、ストレーナ型、ポーラスボトム型、多孔管型など任意のものを選択することができるが、特に、有孔ブロック型は、ブロックが軽く施工が容易であるので、繊維ろ材の集水装置としては好ましい。
ある程度の量の原水をろ過した繊維ろ材は、その内部や表面が懸濁物質に覆われているので、定期的、或いはろ過抵抗の上昇を検出して、洗浄される。
発生された微細気泡の一部は、繊維ろ材に付着し、繊維ろ材の見かけ上の浮力は高まり、浮遊しやすくなる。また、一部のろ材は実際浮上することもある。
繊維ろ材から剥離した懸濁物質を含む洗浄後の廃水は、空気の供給を停止するかそのまま継続して供給しつつ、導入管Aから原水を供給しながら、排出管G又は処理水流出管Fを通して系外に排出することで、再生された繊維ろ材を再度使用する(洗浄工程)。また、別途、洗浄水の供給管をろ過装置上部や下部から供給して(図示せず)、洗浄廃水を排出管G又は処理水流出管Fから排出してもよい。洗浄水には、下水二次処理水や工業用水、雨水、ろ過原水など任意の液を用いることができる。以上の操作を数回繰り返すと、洗浄効果が高い。
続いてろ過を再開すると、繊維ろ材に付着した懸濁物質はきれいに除去されているので、長期にわたり、懸濁物質の除去率を高く維持できる。
ろ材の流出阻止用多孔部材5は、繊維ろ材の直径、又は直線部の長さのうち最も短い長さよりも小さいな目開きを有しており、水面に対して水平から垂直の任意の角度で設置する。流出防止用の多孔部材は、ステンレス製の各種織方による網を用いたストレーナや、ウエッジワイヤ、バースクリーンなど各種の部材を用いることができるが、少なくとも目開きは、繊維ろ材の直径、又は直線部の長さのうち最も短い長さよりも小さくする。取り付け角度は、ろ材層上部水面に水平に設置し、ろ材層全面を覆うようなかたちでもよいし、洗浄水の排出口付近に垂直方向あるは水平に対して任意の角度で設置してもよい。いずれにしても、繊維ろ材が洗浄水の水流におされて多孔部材にへばりつくのを防止するために、多孔部材の水に接触している面積当たりの洗浄水の流速(水面積負荷ともいう)が10〜200m/hとなるような多孔部材を設置する。10m/h以下の水面積負荷の多孔部材では、過剰な設備であり、イニシャルコストが高く、200m/h以上の水面積負荷では繊維ろ材が多孔部材にへばりつく。特に、逆洗工程で洗浄水の通水速度を可変で運転する場合は、前記の水面積負荷の範囲となるように洗浄水の供給速度を制御する機構を設けると良い。
発生された微細気泡の一部は、繊維ろ材に付着し、繊維ろ材の見かけ上の浮力は高まり、浮遊しやすくなる。また、一部のろ材は実際浮上することもある。
続いて、装置下部から空気を供給し、繊維ろ材から懸濁物質を剥離する。通気速度や通気時間は、概ね、繊維ろ材に付着した懸濁物質が剥離する速度と時間をとり、通気速度0.1〜5.0m/min、通気時間3〜30minで実施される。このとき、微細気泡が付着した繊維ろ材は、浮力が増している関係で容易に流動し、層内の繊維ろ材全体を流動させることができる。
続いて、ろ過を再開すると、繊維ろ材に付着した懸濁物質はきれいに除去されているので、長期にわたり、懸濁物質の高い除去率が維持されている。
実施例1
図1に示すφ160mmのろ過装置で、繊維ろ材(密度90kg/m3)を用いたろ過を行った。
繊維ろ材の真比重1.38であり、長さ10mm、幅7mmである。
予めろ過装置内には、繊維ろ材を20L分(見掛け容積)充填した。
原水の通水量は20m3/d、ろ材層内の流速は1000m/dとし、処理水は処理水流出管Fから連続排出した。原水中のSSが繊維ろ材に捕捉されると、ろ過性能が落ちるため、12時ごとに逆洗工程を実施した。逆洗方法は、微細気泡発生装置(オーラテック社製)から微細気泡液をろ材層に供給し、微細気泡を繊維ろ材に付着させた。空気供給管Dから空気を供給して、SSが付着した繊維ろ材をゆらし、繊維ろ材からSSを剥離した。原水を供給し、排出管Fから剥離した懸濁物質は排出した。通気速度は0.5m/minとした。以上の逆洗工程を5回繰り返し、ろ過を再開した。
約1ヶ月後のろ過性能は、原水のSS濃度10mg/Lに対して処理水のSSは3mg/Lであった。処理性能は落ちることなく良好に処理がされた。
図2に示すφ160mmのろ過装置で、繊維ろ材(密度90kg/m3)を用いたろ過を行った。繊維ろ材は、実施例1同様とした。
予めろ過装置内には、繊維ろ材を20L分(見掛け容積)充填した。
原水の通水量は20m3/d、ろ材層内の流速は1000m/dとし、処理水は処理水流出管Fから連続排出した。原水中のSSが繊維ろ材に捕捉されると、ろ過性能が落ちるため、12時ごとに逆洗工程を実施した。逆洗方法は、微細気泡発生装置(オーラテック社製)から微細気泡液をろ材層に供給し、微細気泡を繊維ろ材に付着させた。その後、空気供給管Dから空気を供給して、SSが付着した繊維ろ材をゆらし、繊維ろ材からSSを剥離させると共に、洗浄水の通水管Eから洗浄水を供給し、洗浄水の排出管HよりSSを含む洗浄水を排出させた。通気速度は0.5m/min、通水速度は1.0m/minとした。
約1ヶ月後のろ過性能は、原水のSS濃度10mg/Lに対して処理水のSSは2mg/Lであった。処理性能は落ちることなく良好に処理がされた。
図3に示すφ160mmのろ過装置で、繊維ろ材(密度90kg/m3)を用いたろ過を行った。微細気泡を発生させる気液混合ノズルが無いこと以外実施例1と同じである。
繊維ろ材の真比重1.38であり、長さ10mm、幅7mmである。
予めろ過装置内には、繊維ろ材を20L分(見掛け容積)充填した。
原水の通水量は20m3/d、ろ材層内の流速は1000m/dとし、処理水は処理水流出管Fから連続排出した。原水中のSSが繊維ろ材に捕捉されると、ろ過性能が落ちるため、12時ごとに逆洗工程を実施した。逆洗方法は、空気供給管Dから空気を供給して、SSが付着した繊維ろ材をゆらし、繊維ろ材からSSを剥離した。原水を供給し、排出管Fから剥離した懸濁物質は排出した。通気速度は1.5m/min。以上の逆洗工程を5回繰り返し、ろ過を再開した。
約1ヶ月後のろ過性能は、原水のSS濃度10mg/Lに対して処理水のSSは6mg/Lであった。繊維ろ材を観察すると、逆洗後においても繊維ろ材には懸濁物質が含有しており洗浄は不十分であった。
図4に示すφ160mmのろ過装置で、繊維ろ材(密度90kg/m3)を用いたろ過を行った。
繊維ろ材の真比重1.38であり、長さ10mm、幅7mmである。
予めろ過装置内には、繊維ろ材を20L分(見掛け容積)充填した。
原水の通水量は20m3/d、ろ材層内の流速は1000m/dとし、処理水は処理水流出管Fから連続排出した。原水中のSSが繊維ろ材に捕捉されると、ろ過性能が落ちるため、12時ごとに逆洗工程を実施した。逆洗方法は、空気供給管Dから空気を供給して、SSが付着した繊維ろ材をゆらし、繊維ろ材からSSを剥離させると共に、洗浄水の通水管Eから洗浄水を供給し、洗浄水の排出管HよりSSを含む洗浄水を排出させた。通気速度は0.5m/min、通水速度は1.0m/minとした。
約1ヶ月後のろ過性能は、原水のSS濃度10mg/Lに対して処理水のSSは4mg/Lであった。繊維ろ材を観察すると、逆洗後においても繊維ろ材には懸濁物質が含有しており洗浄は不十分であった。
Claims (4)
- 上部に処理されるべき原水の導入管Aと、内部に短繊維塊からなる繊維ろ材のろ材層と、下部に処理水の集水装置と、空気を供給する供給管Dと、集水装置から少なくともろ材層上部以上に立ち上げられた処理水流出管Fとを備えたろ過装置において、前記ろ材層内に微細気泡を発生する気液の混合ノズルを設置したことを特徴とするろ過装置。
- 前記ろ過装置には、上部にろ材の洗浄水の排水管Hと、該排水管Hの排水口に、前記繊維ろ材の直径又は直線部の長さのうち最も短い長さよりも小さいな目開きを有するろ材の流出阻止用多孔部材とを設置し、下部に上向流で通水する洗浄水の通水管Eを設置したことを特徴とする請求項1記載のろ過装置。
- 請求項1又は2記載のろ過装置に、懸濁物質を含有する被処理原水を、原水の導入管より通水して処理し、前記ろ材層の洗浄を以下の(1)及び(2)の工程を用いて行うことを特徴とするろ過方法。
(1) 原水の通水を停止した後、気液の混合ノズルから発生された微細気泡を、前記繊維ろ材に付着させる工程、
(2) 空気供給管Dより、空気を供給し、繊維ろ材を流動させて、繊維ろ材から懸濁物質を剥離させる工程。 - 請求項2記載のろ過装置に、懸濁物質を含有する被処理原水を、原水の導入管より通水して処理し、前記ろ材層の洗浄を以下の(1)〜(3)の工程を用いて行うことを特徴とするろ過方法。
(1) 原水の通水を停止した後、気液の混合ノズルから発生された微細気泡を、前記繊維ろ材に付着させる工程、
(2) 空気供給管Dより、空気を供給し、繊維ろ材を流動させて、繊維ろ材から懸濁物質を剥離させる工程、
(3) 通水管Eより、洗浄水を供給し、繊維ろ材から剥離した懸濁物質を含む廃水を、排水管Hから流出させる工程。
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