JP3652567B2

JP3652567B2 - ろ過装置の洗浄方法

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Publication number: JP3652567B2
Application number: JP32460099A
Authority: JP
Inventors: 邦雄海老江; 周治山本; 友明宮ノ下
Original assignee: Organo Corp
Current assignee: Organo Corp
Priority date: 1999-11-15
Filing date: 1999-11-15
Publication date: 2005-05-25
Anticipated expiration: 2019-11-15
Also published as: JP2001137616A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、上向流にてろ過処理を行うろ過装置、特に複数のろ過層を有するろ過装置の洗浄方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
河川水などを原水として浄水や工業用水を製造する場合や、排水処理等において、懸濁物質の分離のためにろ過装置がよく使用され、溶解成分を除去するために活性炭吸着装置がよく使用される。また、ろ過装置に使用されるろ材としては砂が最も一般的であるが、砂とアンスラサイトの二層のろ過層を用いる二層ろ過も知られており、さらに活性炭を砂層の上部に設置した活性炭・砂ろ過装置もある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、アンスラサイトの層を有する二層ろ過装置や活性炭を砂層の上部に設置した活性炭・砂ろ過装置では、アンスラサイトや活性炭は比重が軽いため逆洗（洗浄）の際に洗浄排水と一緒に流出しやすい。従って、洗浄条件が限定されたり、ろ材の粒径や比重が規定されてしまい、十分な洗浄が行えないという問題があった。
【０００４】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、ろ材の洗浄を効果的に行うことができるろ過装置の洗浄方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明におけるろ過装置は、上向流にてろ過処理を行うろ過装置であって、第１ろ材が充填され、通過する被処理水から懸濁質を分離する第１ろ過層と、この第１ろ過層の上方に、第１ろ過層の表面から離間して配置され、第１ろ材より粒径の大きい第２ろ材が充填された第２ろ過層と、この第２ろ過層の第２ろ材を保持する保持体と、を有する。
【０００６】
このように、第２ろ過層を第１ろ過層上に離間して配置したため、この第２ろ過層において、第１ろ過層と独立した処理が行え、より高度な処理を行うことができる。また、第２ろ過層の第２ろ材は第１ろ過層の第１ろ材に比べて粒径の大きなものである。そこで、この第２ろ過層における損失水頭はそれほど大きくない。全体としての容積はあまり変わらない。
【０００７】
さらに、支持体により第２ろ過層を保持したため、通水性を維持しつつ、第２ろ過層において追加の処理が行える。また、第１ろ過層の洗浄を大きな線速度で行った場合においても、支持体により第２ろ過層のろ材を保持できろ材の流出を防止することができる。
【０００８】
また、前記第２ろ過層の第２ろ材は、粒状活性炭であることが好適である。活性炭により吸着処理が行え、より高度な処理を行うことができる。特に、活性炭は、溶解性有機物を吸着除去することが主な目的であり、粒子の粗いものを利用することができる。このため、ここでの損失水頭を非常に小さなものにできる。
【０００９】
そして、本発明に係るろ過装置の洗浄方法は、前記第１ろ過層と、前記第２ろ過層の中間部に、第１ろ過層についての洗浄排水を排出する中間排出管を有し、当該洗浄方法は、第１ろ過層の下方より洗浄水を供給し、第１ろ過層および第２ろ過層に洗浄水を通過させるとともに、このときの第２ろ過層の膨張率を２０〜５０％として第２ろ過層を洗浄する第２ろ過層水洗浄工程と、この第２ろ過層水洗浄工程の後、第１ろ過層の下方より空気を送り、第１ろ過層を空気洗浄する第１ろ過層空気洗浄工程と、この第１ろ過層空気洗浄工程の後、第１ろ過層の下方より洗浄水を供給し、前記中間排水管から洗浄水の一部または全部を系外に排出して、第１ろ過層を水洗浄する第１ろ過層水洗浄工程と、を含むことを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）について、図面に基づいて説明する。
【００１１】
図１は、本実施形態に係る凝集分離装置の全体構成を示す図である。河川水、湖沼水などの原水は、まず混和槽１０に流入される。この混和槽１０には、凝集剤貯槽１２からの凝集剤が凝集剤ポンプ１４によって供給される。凝集剤は、ＰＡＣなどの無機アルミニウム凝集剤が好適であるが他の凝集剤でもよい。そして、混和槽１０には、攪拌機１６が設けられており、原水と凝集剤が急速攪拌される。この混和槽１０において、凝集剤が混和された凝集剤混和水は、凝集槽１８に流入する。この凝集槽１８には、緩速攪拌機２０が配置されており、凝集剤混和水が緩速攪拌され、凝集フロックの合体、粗大化が図られる。
【００１２】
次に、凝集槽１８からの緩速攪拌後の凝集剤混和水は、傾斜板沈殿槽２２に流入する。この傾斜板沈殿槽２２は、仕切板２２ａにより入口側と出口側に仕切られており、入口側に槽深の深い沈殿部２２ｂが形成されている。そして、この沈殿部２２ｂの下部は、沈殿汚泥を貯留する汚泥貯留部分２２ｃになっている。また、出口側には多数の傾斜板２２ｄが配置されて傾斜板沈殿部２２ｅが形成されている。凝集剤混和水は沈殿部２２ｂに流入され、ここで沈殿処理された後、仕切り板２２ａの下を通過して、傾斜板沈殿部２２ｅを上向流で通過する。そして、この傾斜板沈殿部２２ｅの傾斜板２２ｄを通過する際にさらに沈殿処理がなされ、スラッジが槽底へ向けて沈殿する。傾斜板沈殿部２２ｅの槽底は、汚泥貯留部分２２ｃに向けて深くなるように傾斜しているため、沈殿スラッジは重力により汚泥貯留部分２２ｃに移動する。そして、傾斜板沈殿部２２ｅを通過した上澄みが傾斜板沈殿槽２２から排出される。なお、傾斜板沈殿槽２２の汚泥貯留部分２２ｃに沈殿した汚泥は、適宜引き抜かれ別途処分される。
【００１３】
このような凝集沈殿処理により、傾斜板沈殿槽２２からの沈殿処理水は、懸濁固形物のかなりの部分は除去されたものになっている。この沈殿処理水は、ろ過装置２４の底部に流入される。なお、場合によっては追加の凝集剤注入あるいは凝集助剤注入を行いラインミキサーにて撹拌し、ろ過装置２４に供給してもよい。
【００１４】
このろ過装置２４は、第１ろ過層２４ａと第２ろ過層２４ｂの二層のろ過層を有する上向流式のろ過装置である。そして、第２ろ過層２４ｂは、第１ろ過層２４ａの表面から離間した上方に位置している。そして、この第２ろ過層２４ｂの上下には、支持体としての支持網２４ｃが設けられ、第２ろ過層２４ｂを上記位置に支持している。なお、ろ過装置２４は、重力式のろ過装置でも、圧力式の急速ろ過装置でもかまわない。また、第１ろ過層２４ａの上部にろ材抑え用のグリッドを配置することも好適である。
【００１５】
ここで、第２ろ過層２４ｂのろ材として利用されている第２ろ材は粒状活性炭であり、その粒径は０．９〜１．６ｍｍ程度である。また第１ろ過層２４ａの第１ろ材は砂であり、その粒径は０．４５〜０．８ｍｍ程度と、第２ろ過層２４ｂの活性炭よりは粒子が細かい。なお、第１ろ過層２４ａの第１ろ材について、砂に代えガーネットなどを利用したり、砂及びガーネットを多層とすることも好適である。また、第２ろ過層２４ｂの第２ろ材に、アンスラサイトを利用することもできる。また支持網に代えて、カゴ等も用いることができる。すなわち本発明における支持体は、第２ろ過層２４ｂを所定の位置に保持でき、かつ水の流通が可能となるようなものであればいかなるものでもよい。
【００１６】
そして、このろ過装置２４のろ過処理水は、処理水タンク２６に貯留された後、配水される。
【００１７】
また、沈殿処理の後で、ろ過装置２４の前段にオゾン処理を行っても良い。またオゾン処理を行わない場合、塩素（次亜塩素酸ナトリウム等）の注入を、混和槽１０、ろ過装置２４との間の１カ所以上、及びろ過装置２４の出口で行うことが好ましい。
【００１８】
また、この処理水タンク２６内の処理水は、洗浄ポンプ２８によりろ過装置２４の底部に供給できるようになっている。これによって、ろ過装置２４に処理水を上向流で供給し、ろ過装置２４内の第１ろ過層２４ａ、第２ろ過層２４ｂを洗浄できる。
【００１９】
ここで、本実施形態のろ過装置２４では、第２ろ過層２４ｂが第１ろ過層２４ａの上方に第１ろ過層２４ａの表面から離間して配置されている。また、この第１ろ過層２４ａ、第２ろ過層２４ｂの中間から洗浄排水を排出できるようになっている。
【００２０】
次に、ろ過装置２４の具体的構成について図２に基づいて説明する。このように、ろ過装置本体２４ｄの内部には、下から、支持材２４ｅ、支持砂利層２４ｆ、第１ろ過層２４ａが配置されている。そして、この第１ろ過層２４ａの表面上には、中間部２４ｇを介して、第２ろ過層２４ｂが形成されている。また、中間部２４ｇには、集水トラフ等に連通する中間排出管２４ｈが接続されている。
【００２１】
図中Ａで示したのは、通水時（ろ過処理時）における第１ろ過層２４ａの表面位置であり、Ｂで示したのは、洗浄時における第１ろ過層２４ａの表面位置である。このように、洗浄によって、第１ろ過層２４ａが膨張して表面位置が上昇する。しかし、第２ろ過層２４ｂの下端位置は、Ｂで示される位置より上方であり、砂が第２ろ過層２４ｂ内に至ることは基本的にない。
【００２２】
また、図中Ｃで示したのは、通水時（ろ過処理時）における第２ろ過層２４ｂの表面位置であり、上部側の支持網２４ｃより下に位置している。そこで、洗浄時において、第２ろ過層２４ｂのろ材を流動させることができる。
【００２３】
なお、通水がない場合には、第１および第２ろ過層２４ａ、２４ｂの表面位置は、Ａ、Ｃで示した位置よりもさらに下である。
【００２４】
そして、この例において、第２ろ過層２４ｂは、複数のカートリッジ３０によって構成されている。このカートリッジ３０は、図３に示すように支持体としての網かご材３２から構成されており、その内部に粒状活性炭３４が収容されている。
【００２５】
なお、この粒状活性炭３４は、上述のように、網かご材３２内にいっぱいには詰まっておらず、上部に余裕の空間が形成されている。この余裕の空間は、第２ろ過層２４ｂの洗浄時において、内部の第２ろ材（活性炭）が洗浄水により上方に押しつけられず、十分流動するように設定する。
【００２６】
また、カートリッジ３０にはとって部３６が設けられており、このとって部３６を用いてカートリッジ３０を着脱自在とすることができる。
【００２７】
そして、このカートリッジ３０が、図４に示すように、枠材４０上に載置されることによって、第２ろ過層２４ｂが構成されている。なお、図４（Ａ）は、ろ過装置本体２４ｄが角形の場合を示し、（Ｂ）は円形の場合を示している。なお、図においては、枠材４０の最外部のみを示したが、カートリッジを保持できるように、格子状の枠材が内部に向けて配置されている。
【００２８】
このような構成により、必要に応じてカートリッジ３０を枠材４０からはずして、交換することができる。また、枠材４０は、ろ過装置本体２４ｄに固定されており、この枠材４０の位置によって、第２ろ過層２４ｂの位置が決定されている。なお、枠材４０を着脱自在とし、メンテナンス時においては、これをはずして第１ろ過層２４ａの砂の交換などが可能になっていることが好ましい。
【００２９】
さらに、図２に示すように、ろ過装置２４には、第１ろ過層２４ａと、第２ろ過層２４ｂの間の中間部２４ｇに連通する中間排出管２４ｈが設けられている。そこで、洗浄時には、この中間排出管２４ｈから第１ろ過層２４ａを通過し、第２ろ過層２４ｂに至る前の洗浄排水がここから排出される。
【００３０】
このように、本実施形態のろ過装置２４では、第１ろ過層２４ａの上方に第２ろ過層２４ｂを有している。従って、通常の第１ろ過層２４ａによるろ過に加え、第２ろ過層２４ｂにおける吸着処理等が行われる。これによって、溶解性有機物の除去率などが上昇し、より高度な処理水を得ることができる。
【００３１】
さらに、第２ろ過層２４ｂは、第１ろ過層２４ａに比べて粒子の粗いものであり、この第２ろ過層２４ｂを設けたことによる損失水頭の増大は、ほとんどない。従って、ろ過装置全体としての大きさは、それほど変更することなく、第２ろ過層２４ｂを追加することができる。
【００３２】
さらに、第２ろ過層２４ｂを活性炭とすることで、主に溶解性有機物の吸着処理による、より高度な処理を行うことができる。なお、第２ろ過層２４ｂのろ材として比較的小さな粒径（ただし第１ろ過層２４ａのろ材よりは粒径が大きい）のものを用いれば、この第２ろ過層２４ｂにおいて、第１ろ過層２４ａの後処理としてのろ過処理を行うことができる。この場合、この第２ろ過層２４ｂにおいてある程度の損失水頭を見込まなければならない。
【００３３】
また、この第２ろ過層２４ｂのろ材にアンスラサイトなど吸着能力のないものを利用することもできる。この場合には、ここにおいて上述のような後処理としてのろ過処理を行う。
【００３４】
そして、通水を継続していくと、次第にろ過層（特に、第１ろ過層２４ａ）に捕捉される懸濁物質が増加しろ材が飽和して、ろ過装置２４はそれ以上懸濁物質を捕捉できなくなる。これは、ろ過抵抗の上昇や、処理水濁度の上昇等によって確認できる。しかし、通常はろ材が完全に飽和する前に、洗浄によりろ材の再生を行う。
【００３５】
このろ材の洗浄は、洗浄ポンプ２８を駆動して処理水を上向流で流通させる洗浄によって行う。ここで、第２ろ過層２４ｂは、ここにアンスラサイトを充填した場合も含め、ろ材の比重が軽い。そこで、第２ろ過層２４ｂを第１ろ過層２４ａ上に直接載置した状態で、第１ろ過層２４ａを十分に流動させる流速で洗浄すると、第２ろ過層２４ｂのろ材をろ過装置２４内にとどめておくことが難しい。一方、網かご材３２により、第２ろ過層２４ｂのろ材を保持する場合には、ろ材の流出を防止できる。しかし、第２ろ過層２４ｂのろ材は洗浄水の流れによって支持網２４ｃ（網かご材３２）の上部に押しつけられてしまい、流動することができず十分な洗浄が行えない。
【００３６】
本実施形態では、中間部２４ｇに接続された中間排出管２４ｈにより、第１ろ過層２４ａを通過した洗浄水の一部または全部を系外に排出する。従って、第１ろ過層２４ａについての洗浄水の線速度と、第２ろ過層２４ｂにおける線速度を独立して決定することができる。そこで、第１ろ過層２４ａについての洗浄水の線速度を第１ろ過層２４ａを十分流動洗浄できるようなものとして、かつ第２ろ過層２４ｂについての洗浄水の線速度を第２ろ過層２４ｂのろ材が支持網２４ｃの上部に押しつけられることなく十分流動する線速度にすることができる。これによって、第１ろ過層２４ａおよび第２ろ過層２４ｂの両方について、十分効果的な洗浄を行うことができる。
【００３７】
なお、洗浄のタイミングは、経験的に得られる時間に基づくタイマー設定や、差圧計によるろ過抵抗の設定により行われる。通常の急速ろ過装置の洗浄では、ろ過水を用いた水洗浄や、水洗浄に表面洗浄あるいは空気洗浄を組み合わせることも好適である。
【００３８】
また、第２ろ過層２４ｂの洗浄と、第１ろ過層２４ａの洗浄を順次行い、両層を順次流動化させて洗浄を行うこともでき、この場合には中間排出管２４ｈを利用しなくもよい。さらに、中間部２４ｇへ洗浄水を導入できるようにして、第２ろ過層２４ｂへの洗浄水を完全に独立して供給できるようにしてもよい。
【００３９】
このように、本実施形態によれば、第２ろ過層（ろ材は活性炭でなくアンスラサイトでもよい）２４ｂの少なくとも上下に支持網２４ｃ（網かご材３２）を設けた。これによって、第２ろ過層２４ｂを第１ろ過層２４ａの上方に独立して支持できる。また、支持網２４ｃの上下の網の間隔は、通水時の第２ろ過層２４ｂの層高の１．１〜２．０倍（実際には１．２〜１．５倍）とした。これによって、第２ろ過層２４ｂの洗浄時における膨張流動を十分なものにできる。さらに、第２ろ過層２４ｂをカートリッジ構造とした。これによって、吸着剤として使用される活性炭の交換を容易に行うことができる。
【００４０】
さらに、第２ろ過層２４ｂと第１ろ過層２４ａとの間に空間（中間部２４ｇ）を設け、そこから第１ろ過層２４ａの洗浄排水を取り出せるようにした。これによって、第２ろ過層２４ｂと第１ろ過層２４ａの洗浄を独立して行え、第２ろ過層２４ｂと第１ろ過層２４ａの洗浄を異なる流速で行える。そこで、第２ろ過層２４ｂおよび第１ろ過層２４ａを十分洗浄することができる。
【００４１】
【実施例】
図１の装置を用いて実験を行った。
【００４２】
「実験条件」
・原水流量：23.6m^３/d
・混和槽：滞留時間4分、Ｇ値250〜400s^−１
・沈殿槽：上向流式傾斜板付き沈殿池、滞留時間40分、上昇速度5cm/min
・ろ過器仕様：φ500mm×H4000mm（ろ過面積0.196m^２）、濾層高400mm
・ろ過速度（LV）：5m/h（120m/d）
・ろ材：ケイ砂比重2.5、有効径0.6mm、均等係数1.4
・第２ろ材（活性炭）：石炭系比重1.1、平均径1.8mm、均等係数1.6、層高400mm
・第２ろ過層支持網：ステンレス製、目開き1.5mm
・通水時間：48時間（タイマーにより洗浄開始）
・原水濁度：8〜30度
・原水pH：7.5〜8.2
・凝集剤：PAC10〜30mg/l
・目標処理水濁度：0.1度未満
「実験結果」
濁度８度の原水に凝集剤としてＰＡＣを１０ｍｇ／Ｌ添加し、ｐＨを７．０に調整するために酸として硫酸を加え、混和槽１０にて急速攪拌機を用いて混和を行い、凝集槽１８にて緩速撹拌を行い、傾斜板付きの沈殿槽２２にて沈殿処理を行った。そして、この処理水をろ過装置２４によりろ過処理を行い、処理水を得た。
【００４３】
また、ろ過装置２４はある程度通水を行っていくと、濁質により活性炭及び砂ろ材の間隙が飽和し、通水を継続できなくなる。これはろ過抵抗の上昇やろ過処理水への濁質の流出といった形で現れる。このろ過が継続できなくなるまでの時間は、ろ過装置流入水中の濁質濃度や通水速度などによって異なり、通常は２４〜７２時間程度である。本実施例では、４８時間毎に洗浄を行った。
【００４４】
この洗浄は、まず（ｉ）第２ろ過層２４ｂを洗浄するために、ＬＶ＝２７ｍ／ｈ×５分の洗浄を行った。この時の活性炭の膨張率は約４０％であった。なお、洗浄時の膨張率は、２０〜５０％が適当である。これによって、第２ろ過層２４ｂの洗浄が行われる。ついで（ｉｉ）第１ろ過層２４ａの空気洗浄をＬＶ＝４０ｍ／ｈ×３分行い、さらに第１ろ過層２４ａの水洗浄をＬＶ＝３７ｍ／ｈ×４分行った。この場合、第１ろ過層２４ａの洗浄については、第２ろ過層２４ｂの下部の中間排出管２４ｈから洗浄排水を排出するので、第１ろ過層２４ａが洗浄される。なお、この場合、中間排出管２４ｈから洗浄排水の全量を引き抜いたが、一部を引き抜いてもよい。
【００４５】
処理水質を表１に示す。
【００４６】
【表１】

このように、第２ろ過層（活性炭層）２４ｂによるＤＯＣ（溶解性有機炭素）の除去と除濁がなされ、さらに第１ろ過層（砂層）２４ａにより仕上げの除濁処理がなされていることが分かる。一般に活性炭処理施設では、活性炭層の層高１０００〜３０００ｍｍ、ＳＶ＝５〜１５ｈ^−１となるように設置されるが、これはいわゆる生物活性炭として用いるためであり、活性炭本来の吸着のみを行うためには、第２ろ過層（活性炭層）２４ｂの層高３００〜５００ｍｍ、ＳＶ＝１０〜１５ｈ^−１程度あれば良い。今回の実験では、５ｍ／ｈ÷０．４ｍ＝１２．５ｈ^−１とした。また、砂層の層厚は６００〜７００ｍｍが一般的であるが、今回の場合は活性炭層がろ材の役目も果たすため、第１ろ過層（砂層）２４ａとして３００ｍｍ程度あれば十分であった。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、第２ろ過層を第１ろ過層上に離間して配置したため、この第２ろ過層において、第１ろ過層と独立した処理が行え、より高度な処理を行うことができる。また、支持体により第２ろ過層を保持したため、第１ろ過層の洗浄を大きな線速度で行った場合においても、支持体により第２ろ過層のろ材を保持できろ材の流出を防止することができる。
【００４８】
また、第２ろ過層のろ材として活性炭を利用することにより、吸着処理が行え、より高度な処理を行うことができる。また、第１ろ過層の洗浄排水を中間排出管から排出することで、第１ろ過層への洗浄水の線速度と、第２ろ過層への洗浄水の線速度を独立して制御することができる。また、前記第２ろ過層を個別の支持体材で支持された活性炭カートリッジで構成することによって、第２ろ過層のろ材の交換を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態の装置の構成を示す図である。
【図２】ろ過装置の構成を示す図である。
【図３】カートリッジの構成を示す図である。
【図４】角形および円形のろ過装置にカートリッジを適用した例を示す図である。
【符号の説明】
１０混和槽、１８凝集槽、２２傾斜板沈殿槽、２４ろ過装置、２４ａ第１ろ過層、２４ｂ第２ろ過層、２４ｃ支持網、２４ｄろ過装置本体、２４ｇ中間部、２４ｈ中間排出管、３２網かご材。

Claims

上向流にてろ過処理を行うろ過装置の洗浄方法であって、
前記ろ過装置は、
第１ろ材が充填され、通過する被処理水から懸濁質を分離する第１ろ過層と、
この第１ろ過層の上方に、第１ろ過層の表面から離間して配置され、第１ろ材より粒径の大きい第２ろ材が充填された第２ろ過層と、
この第２ろ過層の第２ろ材を支持する支持体と、
前記第１ろ過層と、前記第２ろ過層の中間部に、第１ろ過層についての洗浄排水を排出する中間排出管と、
を有し、
当該洗浄方法は、
第１ろ過層の下方より洗浄水を供給し、第１ろ過層および第２ろ過層に洗浄水を通過させるとともに、このときの第２ろ過層の膨張率を２０〜５０％として第２ろ過層を洗浄する第２ろ過層水洗浄工程と、
この第２ろ過層水洗浄工程の後、第１ろ過層の下方より空気を送り、第１ろ過層を空気洗浄する第１ろ過層空気洗浄工程と、
この第１ろ過層空気洗浄工程の後、第１ろ過層の下方より洗浄水を供給し、前記中間排水管から洗浄水の一部または全部を系外に排出して、第１ろ過層を水洗浄する第１ろ過層水洗浄工程と、
を含むことを特徴とするろ過装置の洗浄方法。
請求項１に記載の方法において、
前記第２ろ過層の上方には、ろ材流出防止用の支持網が設けられており、前記第２ろ過層水洗浄工程において洗浄水が第２ろ過層を通過する線速度は、第２ろ過層のろ材が前記支持網に押さえつけられない流速に設定されていることを特徴とするろ過装置の洗浄方法。
請求項１または２に記載の方法において、
前記第２ろ過層の第２ろ材は、粒状活性炭であることを特徴とするろ過装置の洗浄方法。
請求項３に記載の方法において、
前記第２ろ過層における支持網は、層高の１．１〜２．０倍の位置に設置されていることを特徴とするろ過装置の洗浄方法。