JP3414480B2 - 浮上ろ過方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ろ過槽内に浮上ろ材粒
子からなる充填層を形成し、その下層部から汚水を通水
して汚水中のＳＳ除去を行う浮上ろ材ろ過方法に関し、
その利用分野は上水処理や排水処理の分野である。

【０００２】

【従来の技術】水中に分散する微細かつ難ろ過性のＳＳ
を除去する方法として浮上ろ材を用いた浮上ろ過方法が
ある。このろ過方法は深層ろ過法といわれ、ろ材表層の
みでＳＳの捕捉が行われる表層ろ過法でのＳＳ除去と異
なり、ろ過層の内部でもＳＳが捕捉される。そのため深
層ろ過法は表層ろ過法に比べて圧損が大きくなり難く、
１サイクル辺りのＳＳ捕捉量が大きいといわれている。
従来の深層ろ過法では、ろ材として砂等が用いられた
が、浮上ろ材に比べてＳＳ捕捉量が少なく、洗浄し難い
という欠点がある。

【０００３】単一のろ材粒子のみを使用し、かつろ材粒
子の粒径が小さいものを使用して深層ろ過を行うと、微
細なＳＳの除去が可能であるが、ろ材表層部にＳＳが蓄
積して圧損の増大を招き、深層ろ過としての機能が充分
に発揮されない。ろ材粒子の粒径が大きいものを使用す
ると、圧損の増大は起こらないが微細なＳＳがろ材粒子
中を素通りしてしまい処理水質が悪化するばかりかＳＳ
捕捉量も低下するという重大な問題があった。上記の現
象を解決する方法として、ろ過層上層部を粒径の小さな
ろ材粒子（以下ろ材粒子を単にろ材という。）とし、ろ
過層下層部を粒径の大きなろ材とする二層ろ過層にする
方法が提案されている（特開平４−３００６０５）。し
かし、比重が１未満でほぼ同じ程度のろ材を用いた場
合、粒径に大小があっても洗浄時に強い攪拌を行った時
に、２種類のろ材が混合してしまう。従って、２種類の
ろ材を用いる場合、粒径に大小があっても２種類のろ材
を二層に分離するには比重が大きく異なるものを充填す
る必要がある。

【０００４】前記浮上ろ過を行うにあたり、ろ過対象と
する排水の比重は１であるので、浮上ろ材の見掛け比重
は１以下である。また、一般に見掛け比重０．１以下の
ろ材は製造方法や実用上の強度等に問題があり浮上ろ材
には適さない。従って浮上ろ材の見掛け比重の範囲は
０．１から１未満の範囲となる。ろ過層を比重の異なる
浮上ろ材で構成する場合で、構成する浮上ろ材の見掛け
比重に差をつける場合には、０．１から１未満の範囲で
見掛け比重に差をつける必要がある。（以下見掛け比重
は単に比重という。）

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】空気や水流あるいはス
クリュウやインペラ等を用いた機械式攪拌によりろ材を
洗浄すると、各ろ材に十分な比重差があっても比重の異
なるろ材を完全に分離することは困難である。一方、比
重の異なるろ材を仕切板で上下二段に完全に分けてろ過
層を形成させる方法が提案されている（特願平５−９０
４８９）。提案された上下二段のろ過層は、比重１の大
粒径のろ材を用いたろ過層を下段とし、その上に直列に
比重１以下の小粒径のろ材を用いた上段ろ過層を配置し
た方式であり、この方法はろ過装置として過大なものと
なるばかりか、構造上複雑となるという欠点を有する。

【０００６】

【発明を解決するための手段】上記問題点の原因を調べ
て本発明の方法を提供するに至った。深層ろ過法の場
合、ろ過層の空隙率がＳＳ除去の能力を決定する大きな
因子である。すなわち、小粒径のろ材を単独使用した場
合、空隙率が小さくＳＳはろ過層内部に深く侵入できな
い。この場合、ＳＳが表層で捕捉されるために表層ろ過
となり圧損が増大する。これに対し、ろ材粒子の粒径が
大きい場合、空隙が大きすぎるためろ過層内に侵入した
ＳＳがろ過層内にとどまらず処理水へと排出されてしま
い処理水質の悪化を招く。ろ過中の圧損が小さく、ＳＳ
捕捉量が大きく、処理水水質が良好となるような条件を
満たす理想的なろ過層を形成するためには粒径の大きな
ろ材の空隙を粒径の小さなろ材を用いて空隙率を調整す
るという方法が考えられる。本発明者らは、２種類の粒
径の異なるろ材を適量混ぜ合わせてろ過層を形成させる
ことにより、深層ろ過法に適したろ過方法を発明するに
至った。

【０００７】前記課題は以下に述べる本発明の浮上ろ過
法によって達成される。すなわち、（１）見掛け比重が
０．１以上１．０未満の浮上ろ材粒子を水中で、浮上を
制限した状態で攪拌後、静置することにより形成したろ
過層に下層から該被処理水を通水するに際し、前記ろ過
層が粒径ａの浮上ろ材粒子と３ａから５ａの間の粒径を
もつ浮上ろ材粒子の２種類の浮上ろ材粒子からなり、ろ
過層を攪拌混合することにより前記２種類の浮上ろ材粒
子が分離することなく混在しているろ過層を用いること
を特徴とする浮上ろ過方法であり、より好ましくは、
（２）前記２種類の浮上ろ材粒子のうち、小粒径ろ材粒
子の粒径ａが１ｍｍ未満であり、大粒径ろ材粒子の粒径
が３ａ〜５ａでかつ１〜３ｍｍであり、前記２種類のろ
材粒子の混合比率は小粒径ろ材粒子１容量に対し大粒径
ろ材粒子が１〜３容量とすることを特徴とする前記
（１）に記載の浮上ろ過方法である。なお、前記浮上ろ
材粒子を被処理水中で、浮上を制限した状態で攪拌する
とは、下記実施例で説明するように、ろ過塔内上部に少
量の空気の層が残る程度に被処理水を満たし、浮上ろ材
の殆どが水中に浸漬している状態で攪拌することを意味
する。攪拌手段としては、エアレーションや水流式によ
っても良いが、スクリュウやインペラ等を用いた機械式
攪拌手段を用いることが好ましい。

【０００８】

【作用】本発明のろ過方法は、水よりも比重の小さい浮
上ろ材粒子を、浮上を制限した状態で水中で攪拌後、静
置することによりろ過層を形成し、ろ過層の下部から被
処理水を通水する。使用する浮上ろ材は、粒径１〜３ｍ
ｍのろ材と粒径１ｍｍ未満の２種類であり、これらのろ
材を適宜組み合わせて浮上ろ材として使用するものであ
る。本発明の２種類のろ材を用い水中で機械的に攪拌
後、静置することによりろ過層を形成する場合、２種類
のろ材の比重は同じでも、異なっていても良い。理想的
なろ過層は、粒径１〜３ｍｍのろ材粒子の空隙内に粒径
１ｍｍ未満のろ材粒子が入り込んだ形態を示す。この時
ろ過層を構成するろ材は、粒径１ｍｍ未満のろ材１容量
に対し、粒径１〜３ｍｍのろ材１〜３容量である。この
ようなろ過層構成にすることにより、ろ材の空隙が理想
的な状態となり被処理水を通水すると、ろ過層全体でＳ
Ｓの捕捉が行われる。その結果、ろ過継続時間、ＳＳ捕
捉量ともに増大し、ろ過層全体が有効に利用されるばか
りかＳＳの流出が防止でき、処理水質の向上が計れる。

【０００９】以上説明したように、本発明の新しい技術
思想の骨子は、深層ろ過法に適したろ過方法の使用する
理想的なろ過層が、粒径の大きいろ材粒子の空隙内に粒
径の小さなろ材粒子が入り込んだ形態によってつくり出
される空隙分布が、被処理水中のＳＳを除去するのに理
想的な状態となり、効率よくＳＳが除去できることにあ
るので、被処理水中のＳＳの種類によっては、粒径の異
なる２種類以上のろ材の組合せによってＳＳを除去する
のに理想的な状態が得られることもあり得る。従って２
種類以上のろ材を用いる場合も本発明の技術の範囲であ
る。ただ、ろ材の組合せによってＳＳを除去するのに理
想的な空隙分布を作成するためには、粒径分布の範囲が
狭いろ材を使用することがその調整をし易くするので重
要なことである。

【００１０】

【実施例】本発明の実施例を以下に図１を用いて説明す
る。ただし、本発明は以下の説明によって制限されるも
のではない。なお、核ろ材の粒径は、できるだけ揃って
いることが望ましく、本実施例では、記載の粒径の±１
０％の範囲内のものを用いた。本実施例のろ材はプラス
チック製のため、自在に粒径を選別できる。第１表およ
び第２表にろ材の性状を示した。

【００１１】

【表１】

【００１２】

【表２】

【００１３】また、本発明により、無薬注でも清澄な処
理水が得られるが、処理水ＳＳの水質向上のためにＰＡ
Ｃ等の無機凝集剤や有機凝集剤を単独あるいは併用の形
で使用することもできる。

【００１４】実施例１ 図１は本発明の一実施例を示す構成図である。図１を用
いて本発明のろ過装置の操作過程について説明する。図
１において、ろ過塔６の通水開始時は、２種類のろ材を
十分機械的に攪拌混合し、ろ材が混在した状態にする。
攪拌混合はろ過塔６内上部に少量の空気の層が残る程度
に被処理水を満たし洗浄用攪拌機１０を回転させ攪拌混
合する。一定時間静置すると、浮力によりろ材はろ過塔
６の上部へ移動し、２種類のろ材は攪拌混合され混在し
た状態を保ちろ過塔上部に固定される。被処理水は、ろ
過塔６に一定のＬＶ（空塔線速度）で連続的に送水さ
れ、ろ過層内を通ってろ過後処理水管８を経て処理水槽
９に排出される。本発明の特徴として、この時のＬＶは
十分に速いので装置内が嫌気化することはない。また、
微生物膜が形成され、生物分解作用が行われることを期
待する装置ではないので、積極的な散気は行わず、短期
間の間隔で洗浄を行う。

【００１５】処理水ＳＳ濃度が５ｍｇ／リットル以上に
なった時、ろ過終了とし、ろ過終了後はろ材の洗浄を行
う。洗浄方法は、排水管１１よりろ過塔６内の水を少量
抜いた後、ろ過塔下部に付いた洗浄用攪拌機１０を回転
させてろ過塔６内の水及びろ材を攪拌混合する。攪拌停
止後、一定時間静置した後、ろ過塔６の下の排水管１１
から洗浄水を排出する。洗浄水の排出は、サイホン１２
によりろ材が流出する直前に停止する。次に被処理水を
ろ過塔下６内に満たし、バルブ１３−３を閉め、バルブ
１３−４を開け排水管１４より洗浄水を３〜５分間排出
しろ材内に残存したＳＳを押し出し完全に洗浄を行う。

【００１６】実施例１の実験装置の概要は以下の通りで
ある。ろ過塔上部にはろ過塔６の出口を覆うスクリーン
７が配置されており、ろ過塔内部にろ材を充填する。ろ
過継続時間としては、処理水のＳＳ濃度が５ｍｇ／リッ
トル以下を継続する時間とした。実験条件は、ろ材の充
填層高さ６００ｍｍ、ろ材の充填容量１６０リットル、
ＬＶ１０ｍ／時、水温２０℃で行った。被処理水の性状
は、ｐＨ７．５、ＳＳ３０ｍｇ／リットル、ＳＳの主成
分は活性汚泥である。洗浄は、１分間攪拌した後、２分
間静置後ろ過塔６下部より排水し、処理水ＳＳ濃度が３
ｍｇ／リットル以下となるまで通水した。

【００１７】材質が発泡ポリスチレン製で比重０．１、
粒径０．６ｍｍのろ材（以下ろ材Ａと呼ぶ）８０リット
ルと、材質が発泡ポリスチレン製で比重０．１、粒径
２．８ｍｍのろ材（以下ろ材Ｃと呼ぶ）８０リットル
（すなわち、混合比１：１）を混合した後、充填し通水
を行った。その結果を図２及び図３に示す。通水１０時
間でも処理水ＳＳは５ｍｇ／リットル以下であり、ＳＳ
捕捉量は５．０ｋｇ／ｍ³ であった。その際、圧力計１
５の示す圧力は徐々に上昇した。

【００１８】実施例２ 実施例１と同様の実験装置を用いて実験を行った。ろ過
継続条件としては、処理水のＳＳ濃度が５ｍｇ／リット
ル以下を継続する時間とした。実験条件は、ろ材の充填
層高さ６００ｍｍ、ろ材の充填容量１６０リットル、Ｌ
Ｖ１０ｍ／時、水温２０℃で行った。被処理液の性状
は、ｐＨ７．５、ＳＳ３０ｍｇ／リットル、ＳＳの主成
分は活性汚泥である。洗浄は、１分間攪拌した後、２分
間静置後ろ過塔下６下部より排水し、処理水ＳＳ濃度が
３ｍｇ／リットル以下となるまで通水した。粒径０．６
ｍｍのろ材Ａ４０リットルと粒径２．８ｍｍのろ材Ｃ１
２０リットル（すなわち、混合比１：３）を混合した
後、充填し通水を行った。その結果を図２及び図３に示
す。ろ過継続時間２時間、ＳＳ捕捉量は２．１ｋｇ／ｍ
³ であった。その際、圧力計１５の示す圧力は殆ど上昇
しなかった。

【００１９】実施例３ 実施例１と同様の実験装置を用いて実験を行った。ろ過
継続条件としては、処理水のＳＳ濃度が５ｍｇ／リット
ル以下を継続する時間とした。実験条件は、ろ材の充填
層高さ６００ｍｍ、ろ材の充填容量１６０リットル、Ｌ
Ｖ１０ｍ／時、水温２０℃で行った。被処理液の性状
は、ｐＨ７．５、ＳＳ３０ｍｇ／リットル、ＳＳの主成
分は活性汚泥である。洗浄は、１分間攪拌した後、２分
間静置後ろ過塔下６下部より排水し、処理水ＳＳ濃度が
３ｍｇ／リットル以下となるまで通水した。粒径０．６
ｍｍのろ材Ａ５４リットルと粒径２．８ｍｍのろ材Ｃ１
０６リットル（すなわち、混合比１：２）を混合した
後、充填し通水を行った。その結果を図２及び図３に示
す。ろ過継続時間７時間、ＳＳ捕捉量は３．５ｋｇ／ｍ
³ であった。その際、圧力計１５の示す圧力は緩やかに
上昇した。

【００２０】実施例４ 実施例１と同様の実験装置を用いて実験を行った。ろ過
継続条件としては、処理水のＳＳ濃度が５ｍｇ／リット
ル以下を継続する時間とした。実験条件は、ろ材の充填
層高さ６００ｍｍ、ろ材の充填容量１６０リットル、Ｌ
Ｖ１０ｍ／時、水温２０℃で行った。被処理液の性状
は、ｐＨ７．５、ＳＳ３０ｍｇ／リットル、ＳＳの主成
分は活性汚泥である。洗浄は、１分間攪拌した後、２分
間静置後ろ過塔下６下部より排水し、処理水ＳＳ濃度が
３ｍｇ／リットル以下となるまで通水した。粒径０．６
ｍｍのろ材Ａ１０６リットルと粒径２．８ｍｍのろ材Ｃ
５４リットル（すなわち、混合比１：０．５）を混合し
た後、充填し通水を行った。その結果を図２及び図３に
示す。ろ過継続時間５時間、ＳＳ捕捉量は３．０ｋｇ／
ｍ³ であった。その際、圧力計１５の示す圧力は急激に
上昇した。

【００２１】実施例５ 実施例１と同様の実験装置を用いて実験を行った。ろ過
継続条件としては、処理水のＳＳ濃度が５ｍｇ／リット
ル以下を継続する時間とした。実験条件は、ろ材の充填
層高さ６００ｍｍ、ろ材の充填容量１６０リットル、Ｌ
Ｖ１０ｍ／時、水温２０℃で行った。被処理液の性状
は、ｐＨ７．５、ＳＳ３０ｍｇ／リットル、ＳＳの主成
分は活性汚泥である。洗浄は、１分間攪拌した後、２分
間静置後ろ過塔下６下部より排水し、処理水ＳＳ濃度が
３ｍｇ／リットル以下となるまで通水した。粒径０．６
ｍｍのろ材Ａ８０リットルと材質が発泡ポリスチレン製
の粒径１．９ｍｍのろ材Ｂ８０リットルを混合（混合比
１：１）した後、充填し通水を行った。その結果を図２
及び図３に示す。ろ過継続時間９時間、ＳＳ捕捉量は
４．５ｋｇ／ｍ³ であった。その際、圧力計１５の示す
圧力は実施例１に比べ速く上昇した。 実施例６ 粒径０．６ｍｍ、比重０．１のろ材Ａと材質がポリプロ
ピレン製の粒径２．７ｍｍ、比重０．８５のろ材Ｄを用
い、ろ過を行った。結果は、ろ過継続時間は、１０時
間、ＳＳ捕捉量４．８／ｍ³ であった。比重の違う２種
類のろ材粒子を使用しているが、２種類のろ材は混在し
ており実施例１とほぼ同様の結果となった。この結果よ
り、ろ材の比重は０．１以上１．０未満である場合、比
重が異なる場合でも良好な結果が得られる。実施例１か
ら実施例５の結果の比較を第３表に示す。これ等の結果
より、粒径０．６ｍｍのろ材Ａ８０リットルと粒径２．
８ｍｍのろ材Ｃ８０リットルを混合したもの（混合比
１：１）が最も良好な成果を得た。

【００２２】

【表３】

【００２３】〔従来例〕次に掲げる従来例と本発明の実
施例の比較を行った。装置及び充填層高さ、充填容量等
は実施例１と同様である。

【００２４】従来例１ 実施例１の実験装置に、先ず粒径２．８ｍｍのろ材Ｃを
８０リットル充填し、次に粒径０．６ｍｍのろ材Ａを８
０リットル充填し、実施例１と同様の実験条件で通水し
た。結果は、通水１０時間でも処理水ＳＳ５ｍｇ／リッ
トル以下であり、ＳＳ捕捉量は４．８／ｍ³ であった。
２層ろ過の最大の欠点は攪拌機による攪拌洗浄を行う
と、ろ材が混合してしまい２層の状態を維持できないこ
とである。

【００２５】従来例２ 粒径０．６ｍｍ、比重０．１のろ材Ａを単独でろ過を行
った場合、ろ過継続時間５時間、ＳＳ捕捉量は２．４ｋ
ｇ／ｍ³ であった。ろ過継続時間５時間後より急激な圧
力損失の増大が認められた。

【００２６】従来例３ 粒径２．８ｍｍのろ材Ｃ単独でろ過を行った場合、ろ過
継続時間２時間、ＳＳ捕捉量は０．８ｋｇ／ｍ³ であっ
た。混合ろ材に比べ処理水ＳＳが大きく、ＳＳ捕捉量が
少なかった。

【００２７】従来例４ 実施例１の実験装置のろ過塔内を金網を用い、２つに区
切ったのち、上層部に粒径０．６ｍｍのろ材Ａを充填
し、下層部に粒径２．８ｍｍのろ材Ｃを 充填しろ過を
行った。結果は、通水１０時間でも処理水ＳＳ５ｍｇ／
リットル以下であり、ＳＳ捕捉量は４．９／ｍ³ であっ
た。しかし、この方法ではろ過塔を２塔使用することと
同じであり、実施例１と同様の水質を得るためにはろ過
装置が過大になってしまう。洗浄後、再度通水した結果
は、ろ過継続時間３時間、ＳＳ捕捉量は１．０ｋｇ／ｍ
³ であった。ろ過継続時間３時間での処理水ＳＳは６．
９ｍｇ／リットルであり、各充填層の洗浄が困難である
ため、ろ過性能が落ちたと推察できる。すなわち、２種
類のろ材Ａとろ材Ｃが混在した状態でろ過を行った方が
ろ過性能が向上した。

【００２８】

【発明の効果】２種類のろ材粒子を使用する本発明のろ
過方法は以下のような効果がある。 （１）１サイクル当たり、すなわち処理水のＳＳ濃度が
所定濃度（本発明の場合５ｍｇ／リットルとした。）に
達するまでの時間が大幅に延長できる。 （２）処理水量に対する洗浄水量が削減される。 以上説明したように本発明は、粒径の異なる２種類のろ
材を混合させて構成したろ過層の下部より供給される被
処理水を通水するこにより、圧力損失をあまり増大せ
ず、ろ過能力を長時間維持させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のろ過装置の１実施例を示す構成図であ
る。

【図２】本発明の浮上ろ過法の実施例における、ろ過時
間と処理水中のＳＳ濃度の変化を示すグラフである。

【図３】本発明の浮上ろ過法の実施例における、ろ過時
間とろ過層のろ過抵抗の変化を示すグラフである。

【符号の説明】

１ 被処理水槽 ２ 曝気槽 ３ 活性汚泥注入ポンプ ４ 被処理水攪拌機 ５ 被処理水ポンプ ６ ろ過塔 ７ スクリーン ８ 処理水管 ９ 処理水槽 １０ 洗浄用攪拌機 １１ 排水管 １２ サイホン １３−１ バルブ １３−２ バルブ １３−３ バルブ １３−４ バルブ １４ 捨水管 １５ 圧力計

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 見掛け比重が０．１以上１．０未満の浮
   上ろ材粒子を水中で、浮上を制限した状態で攪拌後、静
   置することにより形成したろ過層に下層から該被処理水
   を通水するに際し、前記ろ過層が粒径ａの浮上ろ材粒子
   と３ａから５ａの間の粒径をもつ浮上ろ材粒子の２種類
   の浮上ろ材粒子からなり、ろ過層を攪拌混合することに
   より前記２種類の浮上ろ材粒子が分離することなく混在
   しているろ過層を用いることを特徴とする浮上ろ過方
   法。
2. 【請求項２】 前記２種類の浮上ろ材粒子のうち、小粒
   径ろ材粒子の粒径ａが１ｍｍ未満であり、大粒径ろ材粒
   子の粒径が３ａ〜５ａでかつ１〜３ｍｍであり、前記２
   種類のろ材粒子の混合比率は小粒径ろ材粒子１容量に対
   し大粒径ろ材粒子が１〜３容量とすることを特徴とする
   請求項１に記載の浮上ろ過方法。