JP4233066B2 - 濾材、及び濾過装置、及び濾材の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、上下水、工業用水などの被処理水中に含まれている懸濁物（汚泥）などの被除去物を除去するために用いられる濾材、濾過装置、及び濾材の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
上下水などの被処理水を濾過する手段として、粒状物の集合体からなる濾材が濾層に充填された濾過装置に被処理水を通過させ、被除去物を取り除いて被処理水を濾過清浄することが行われている。
【０００３】
かかる濾材は被処理水に応じて選定製造されるが、従来、濾材の製造方法としては次に示す手順で行われている。
まず、被処理水及び被除去物などを考慮して、濾材の有効径と均等係数を定め、さらに必要に応じて最大径と最小径を決め、これらを満たすように粒状物を混合して濾材が製造されている。
【０００４】
尚、有効径とは、濾材を構成する粒状物を粒径に従って篩分け、小さい粒径の粒状物から大きい粒径の粒状物へと順にその重量を加算していき、濾材の全重量に対するその割合が１０重量％となるところの粒状物の粒径をいう（１０％粒径ともいう）。具体的には、日本水道協会規格（ＪＷＷＡ）の水道用濾材試験方法Ａ１０３−１９８８に規定される。
さらに、均等係数とは、同様に濾材を構成する粒状物を粒径に従って篩分け、小さい粒径の粒状物から大きい粒径の粒状物へと順にその重量を加算していき、濾材の全重量に対するその割合が６０重量％となるところの粒状物の粒径（６０％粒径ともいう）を、前記有効径で除算した数値をいう。具体的には、日本水道協会規格（ＪＷＷＡ）の水道用濾材試験方法Ａ１０３−１９８８に規定される。
また、最大径とは、濾材を構成する粒状物の粒径の上限をいい（この粒径以上の粒径の粒状物を含まない）、最小径とは、濾材を構成する粒状物の粒径の下限をいう（この粒径以下の粒径の粒状物を含まない）。
【０００５】
このように、従来の濾材は、有効径と均等係数が重要な条件とされ、従って、これら条件を満たすように粒状物を適宜混合することによって、濾過処理を行うための濾材が製造されるものである。
しかしながら、このように有効径と均等係数を条件として、同じ有効径と均等係数の濾材を濾過装置に適用して濾過を行い、低濃度域の処理水濁度と濾過抵抗の時間変化を精査すると、濾過性能にばらつきがあることを確認した。
【０００６】
本発明は、処理能力のばらつきの少ない濾材を提供することを課題とする。
さらに、本発明は、処理能力のばらつきが少なく、設計時に処理能力の予測が容易な濾過装置を提供することを課題とする。
また、処理能力のばらつきの少ない濾材の製造方法を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者らは、上記従来の濾材の濾過性能に関し、特定の有効径及び均等係数の濾材を数種類準備し、これら各濾材を用いて濾過処理を行った所、それぞれ濾過性能が異なるという知見を得た。この原因について鋭意検討した所、同じ有効径及び均等係数の濾材であっても、例えば、１０％粒径〜６０％粒径間に於ける粒状物の粒径の分布が同じではないことが原因ではないかと考え、特定の粒径の粒状物を所定量混合することにより、上記従来の濾材に比して、優れた処理能力を有する濾材を得ることができ、本発明を完成させた。
【０００８】
すなわち、種々の粒径の粒状物をＪＩＳで規定される各篩目を基準にして各篩目毎に篩い分け、各篩目によって篩い分けられた粒状物のうち少なくとも３種類の篩目によって篩い分けられた粒状物が、濾材全重量に対してそれぞれ１５重量％〜２５重量％（以下、「重量％」は、濾材全重量に対する割合をいう）となるように混合されており、前記少なくとも３種類の篩目は、目開き寸法が６００〜１４００μｍの範囲内であり連続した篩目である濾材に係る。
【０００９】
ここで、ＪＩＳで規定される各篩目とは、日本工業規格（ＪＩＳ）Ｚ−８８０１ １９９４で規定される目開き寸法をいい、具体的には、現在、３８、４５、５３、６３、７５、９０、１０６、１２５、１５０、１８０、２１２、２５０、３００、３５５、４２５、５００、６００、７１０、８５０、１０００、１１８０、１４００、１７００、２０００、２３６０、２８００、３３５０、４０００、４７５０［μｍ］というように段階的に篩目の寸法が規定されている。
【００１０】
また、各篩目によって篩分けられた粒状物とは、一の篩目を通過せず、且つ該一の篩目よりも一段階大きい篩目を通過する粒径を有する粒状物の集合をいい、例えば、ＪＩＳの１０００の篩目によって篩分けられた粒状物は、１０００の篩目を通過せず且つ１１８０の篩目を通過する粒径を有する粒状物の集合である。
【００１１】
さらに、少なくとも３種類の篩目とは、ＪＩＳで規定される各篩目のうち、任意の３種類の篩目を意味するが、該少なくとも３種類の篩目は、目開き寸法が６００〜１４００μｍの範囲内であり連続した篩目である（例えば、ＪＩＳの篩目１０００、１１８０、１４００などのように）。
このように連続した少なくとも３種類の篩目によって篩い分けされる粒状物が１５重量％〜２５重量％混合されている濾材は、広い粒径範囲の粒状物が比較的均等量に分布することとなり、その作用は明らかではないが、このような粒状物の均等な分布が濾過処理能力の向上をもたらすものと考えられる。
ここで、篩目の種類は、３種未満であると、粒状物の粒径の分布が、特定の粒径に集中し、広い粒径範囲に粒状物を比較的均等量に分布させることができない。さらに、少なくとも３種類の篩目によって篩い分けされた粒状物が１５重量％未満であれば、その篩目以外の粒状物の分布が増加するため好ましくなく、一方、２５重量％を越えると、同様に、その篩目の粒状物の分布が増加するため好ましくなく、これら何れの場合も広い粒径範囲に粒状物を比較的均等量に分布させることができない。
また、従来の濾材は、同じ有効径及び均等係数のものであっても濾過処理能力にばらつきが生じるが、本発明に係る濾材によれば、各篩目に於ける粒状物の混合量を特定する、すなわち、濾材を構成する粒状物の粒径（大きさ）と混合量を直接的に決定するので、濾材ごとに処理能力のばらつきが生じにくく、ほぼ一定の処理能力が期待できる。
尚、少なくとも３種類の篩目とは、６種類の篩目が上限である（各篩目によって篩分けられた粒状物が少なくとも１５重量％混合されるため）。
【００１２】
また、前記少なくとも３種類の篩目のうち、最小の篩目よりも小さい篩目によって篩分けられた粒状物の総量が、１０重量％以下である濾材が好ましいと考えられる。具体例を挙げると、例えば、ＪＩＳの篩目８５０、１０００、１１８０、１４００によって篩い分けされる粒状物が、１５重量％〜２５重量％混合されている場合に於いて、ＪＩＳの篩目７１０以下の篩目によって篩い分けられる粒状物の総量が、１０重量％以下となるように混合されている濾材などが該当する。このように、最小の篩目よりも小さい篩目の粒状物の総量を１０重量％以下とすることにより、濾過装置の損失水頭の上昇が抑制されるという効果がある。
尚、本発明に係る濾材について、従来の濾材と同様に、濾材を構成する粒状物の最大径と最小径を特定してもよい。
【００１３】
上記粒状物は、アンスラサイト、ケイ砂、人工軽量砂、プラスチック球、チタン鉱石などのように濾材として用いることができるものであれば特に限定されないが、その中でも、流動性がよく、珪藻類の除去に優れるなどの理由からアンスラサイトを用いることが好ましい。
【００１４】
上記濾材の製造方法は、任意の粒径の粒状物をＪＩＳで規定される篩目を用いて各篩目毎に篩い分け、該篩い分けられた粒状物のうち、目開き寸法が６００〜１４００μｍの範囲内であり連続した少なくとも３種類の篩目によって篩い分けられた粒状物を１５重量％〜２５重量％ずつ定量混合することにより製造することができる。
【００１５】
具体的には、ＪＩＳに規定される篩目を有する篩い分け機（例えば、日本水道協会規格（ＪＷＷＡ）の水道用濾材試験方法Ａ１０３−１９８８に記載されたロータップ型の篩い機など）を用いて、粒状物を各篩目毎に篩い分ける。
次に、そのうち任意の篩目の粒状物を３種類以上選定し、それぞれが１５重量％〜２５重量％となるように混合する（例えば、全体として１００ｇの濾材を得たい場合には、３種類以上の篩目によって篩われた粒状物を１５ｇ〜２５ｇずつ混合すればよい）。
【００１６】
この際、任意の篩目は連続しており、又、任意の篩目を選定する際には、従来から用いられている有効径を基準にすることが好ましい。
すなわち、被処理水に応じて有効径を決定し、その有効径を含む篩目から連続して少なくとも３種類以上の篩目によって篩い分けられる粒状物を１５重量％〜２５重量％混合するか、或いは、有効径を含む篩目よりも一段階大きい篩目から連続して少なくとも３種類以上の篩目によって篩い分けられる粒状物を１５重量％〜２５重量％混合すればよい。
【００１７】
前者の具体例を挙げると、例えば、有効径を７６０とする濾材を製造する場合には、有効径を含むＪＩＳの篩目は７１０であり、該７１０から連続した３種類（篩目７１０、篩目８５０、篩目１０００など）によって篩われる粒状物を１５重量％〜２５重量％定量混合する。また、後者の具体例を挙げると、例えば、有効径を７６０とする濾材を製造する場合には、７１０よりも一段階大きい篩目から連続した３種類（篩目８５０、篩目１０００、篩目１１８０など）によって篩われる粒状物を１５重量％〜２５重量％定量混合する。
【００１８】
上記濾材は、例えば、濾過装置の濾層に充填して使用される。
そして、該濾層に、下向流濾過又は上向流濾過の流れの方向性は問わず、被処理水を通過させることにより、濾材の粒状物間などに被除去物が補足され、被処理水は清浄化されることとなる。
【００１９】
【実施例】
以下、実施例及び比較例を挙げ、本発明をさらに詳述する。
＜濾材の作製＞
アンスラサイトを粒状物として用い、アンスラサイトをＪＩＳの篩目に従って篩い分け、各篩目に於ける粒状物を表１〜３に示すような重量割合で混合し、実施例１〜３及び比較例１〜４の濾材を作成した。
尚、実施例１〜３及び比較例１〜４の有効径と均等係数を求めて同表に併記した。
また、図１〜３に、実施例１〜３及び比較例１〜４の濾材について、各篩目によって篩い分けられた粒状物の重量割合を棒グラフで示す。
【００２０】
【表１】

【００２１】
【表２】

【００２２】
【表３】

【００２３】
＜試験方法＞
上記各濾材を、それぞれ直径２００ｍｍ、高さ５０００ｍｍのカラムに充填し、このカラムを２筒並列させて、下方向に被処理水を通過させた。
尚、被処理水は、上水道における浄水工程の凝集沈殿処理水であり、上水試験方式で規定される濁度０．１度〜２．０度のものを用い、又、被処理水は流速（ＬＶ）３００ｍ／日の速度でカラム中（濾材中）を通過させた。
【００２４】
そして、実施例１〜３及び比較例１〜４の各濾材について、通水を継続して４８時間行い、１０分毎に処理水（濾材を通過して濾過された水）をサンプリングし、その濁度を測定した。
尚、濁度の測定は、ＪＩＳ Ｋ ０１０１の工業用水試験方法の規定に準じて行った。
その結果を図４〜６に示す。
【００２５】
さらに、実施例及び比較例１、２の各濾材について、１時間毎に濾過抵抗を測定した。
その結果を図７に示す。
【００２６】
実施例の濾材は、比較例の濾材と有効径が殆ど変わらないのにも拘わらず、図１〜３から明らかなように、被処理水中に含まれる被除去物の除去能力に優れている。
また、図７に示すように、実施例の濾材は、目詰まりしにくい濾材であることが実証された。
また、従来では、均等係数が１に近い濾材（すなわち、１０重量％の粒状物の粒径と６０重量％の粒状物の粒径を限りなく近づけるようにすることにより、１０重量％と６０重量％の間の粒状物の粒径を均一化させた濾材）が好ましい濾材であるとも言われているが、比較例２のように均等係数が１に近い濾材よりも、実施例１のように、連続した３種以上の篩目によって篩われる粒状物を１５重量％〜２５重量％混合する方が濾過処理能力に優れていることが実証された。
【００２７】
このように濾材の濾過能力は、一の篩目によって篩い分けられる粒状物を多量に混合する濾材よりも、比較的広範囲の篩目によって篩われる粒状物が均等に混合されている濾材の方が優れていると考えられ、濾材を製造する際に有効径や均等係数を決めるよりも有効な手段である。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る濾材は、ＪＩＳで規定される篩目によって篩い分けられた粒状物のうち少なくとも３種類の篩目によって篩い分けられた粒状物が、それぞれ１５重量％〜２５重量％となるように混合されているので、従来の有効径と均等係数に基づいて製造された濾材に比して、濾過処理能力に優れる。
また、本発明に係る濾材は、各篩目に於ける粒状物の混合量を特定するものであるため、従来の濾材のように濾過処理能力にばらつきが生じにくく、期待される処理能力を確実に発揮することとなる。
【００２９】
また、上記濾材を用いたろ過装置は、処理能力に優れるので、従来の装置に比べて小型化を図ることができる。
さらに、濾材の処理能力にばらつきが生じにくいので、設計通りの濾過装置を簡易に製作することができる。
尚、本発明に係る濾材の製造方法によれば、ＪＩＳで規定される篩目によって篩い分けられた粒状物のうち少なくとも３種類の篩目によって篩い分けられた粒状物が、それぞれ１５重量％〜２５重量％である濾材を容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１及び比較例１，２の濾材を構成する粒状物の篩目毎の重量割合を示す棒グラフ。
【図２】実施例２及び比較例３の濾材を構成する粒状物の篩目毎の重量割合を示す棒グラフ。
【図３】実施例３及び比較例４の濾材を構成する粒状物の篩目毎の重量割合を示す棒グラフ。
【図４】実施例１及び比較例１，２の濾材の４８時間以内の処理水の濁度の変化を示すグラフ。
【図５】実施例２及び比較例３の濾材の４８時間以内の処理水の濁度の変化を示すグラフ。
【図６】実施例３及び比較例４の濾材の４８時間以内の処理水の濁度の変化を示すグラフ。
【図７】実施例１及び比較例１，２の濾材の４８時間以内の濾材の処理抵抗の変化を示すグラフ。

Claims (5)

1. 任意の粒径の粒状物をＪＩＳで規定される篩目を基準にして各篩目毎に篩い分け、各篩目によって篩い分けられた粒状物のうち少なくとも３種類の篩目によって篩い分けられた粒状物が、濾材全重量に対してそれぞれ１５重量％〜２５重量％となるように混合されており、前記少なくとも３種類の篩目は、目開き寸法が６００〜１４００μｍの範囲内であり連続した篩目であることを特徴とする濾材。
2. 前記粒状物がアンスラサイトである請求項１記載の濾材。
3. 前記少なくとも３種類の篩目のうちの最小の篩目よりも小さい篩目によって篩分けられた粒状物の総量が、濾材全重量に対して１０重量％以下である請求項１又は２に記載の濾材。
4. 請求項１〜３の何れかに記載の濾材が濾層に充填されていることを特徴とする濾過装置。
5. 任意の粒径の粒状物をＪＩＳで規定される篩目を用いて各篩目毎に篩い分け、該篩い分けられた粒状物のうち、目開き寸法が６００〜１４００μｍの範囲内であり連続した少なくとも３種類の篩目によって篩い分けられた粒状物を濾材全重量に対して１５〜２５重量％ずつ混合することを特徴とする濾材の製造方法。

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