JP4680789B2

JP4680789B2 - 移動床式ろ過装置

Info

Publication number: JP4680789B2
Application number: JP2006029762A
Authority: JP
Inventors: 和昌笠倉; 崇史鈴木; 彰浩北村
Original assignee: Suido Kiko Kaisha Ltd
Current assignee: Suido Kiko Kaisha Ltd
Priority date: 2006-02-07
Filing date: 2006-02-07
Publication date: 2011-05-11
Anticipated expiration: 2026-02-07
Also published as: JP2007209849A

Description

本発明は、移動床式ろ過装置に関し、さらに詳しくは、異なる機能の水処理を同時に行うことが出来ると共に長時間の連続運転が可能な移動床式ろ過装置に関する。

異なる機能の水処理を同時に行うために、異なる材質の複数種のろ材を流水方向に並べた水処理ユニットが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
他方、ろ過槽の下部の原水供給口から原水を供給し、ろ過槽の上部の処理水排出口から処理水を排出する上向流型移床式ろ過装置が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
また、ろ過槽の下部の原水供給口から原水を供給し、原水供給口と反対側のろ過槽の下部の処理水排水口から処理水を排出する横流型移動床式ろ過装置が知られている（例えば、特許文献３参照。）。
特開２００３−０８８７１３号公報特開平９−２７１６０８号公報特開２００３−５３１１０号公報

上記従来の水処理ユニットでは、異なる材質の複数種のろ材により、異なる機能の水処理を同時に行うことが出来る。
しかし、ろ材が固定であり、ろ過を継続すると圧力損失が増加してくるため、短期間でろ過を停止してろ材の洗浄を行わなければならず、長時間の連続運転が出来ない問題点がある。
他方、上記従来の上向流型移床式ろ過装置や横流型移動床式ろ過装置では、ろ材を循環移動させるため、長時間の連続運転が可能である。
しかし、ろ材の材質が一種類であり、異なる機能の水処理を同時に行うことが出来ない問題点がある。
そこで、本発明の目的は、異なる機能の水処理を同時に行うことが出来ると共に長時間の連続運転が可能な移動床式ろ過装置を提供することにある。

第１の観点では、本発明は、原水中の濁質成分を付着捕捉するためのろ材が下部に堆積したろ過槽（１）と、前記ろ過槽（１）の底部付近のろ材を上部に搬送し落下させるろ材循環手段（６，７）とを備えた移動床式ろ過装置において、
前記ろ材が、少なくとも、第１の材質の第１のろ材（１０−１）と、前記第１の材質とは異なる第２の材質の第２のろ材（１０−２）とを含むことを特徴とする移動床式ろ過装置を提供する。
上記第１の観点による移動床式ろ過装置では、異なる材質の複数種のろ材（１０−１，１０−２）を用いるため、異なる機能の水処理を同時に行うことが出来る。また、ろ材（１０−１，１０−２）を循環移動させるため、長時間の連続運転が可能となる。

第２の観点では、本発明は、前記第１の観点による移動床式ろ過装置において、前記第１のろ材（１０−１）が接触除マンガンろ材であり、前記第２のろ材（１０−２）が珪砂であることを特徴とする移動床式ろ過装置を提供する。
上記第２の観点による移動床式ろ過装置では、第１のろ材（１０−１）によりマンガンイオン（Ｍｎ²⁺）を除去でき、第２のろ材（１０−２）により濁質を除去することが出来る。
なお、接触除マンガンろ材とは、人工的にろ過砂またはその他のろ材担体に水和２酸化マンガンを被着させたもの、２酸化マンガン鉱石、マンガンゼオライト、自然に水中のマンガンが水和２酸化マンガンとして付着したろ材担体などである。このうち、ろ過砂に水和２酸化マンガンを被着されたものをマンガン砂という。原水中に含まれるマンガンイオンは接触マンガンろ材表面で塩素により酸化され水和２酸化マンガンとなり表面に付着する。

第３の観点では、本発明は、前記第１または前記第２の観点による移動床式ろ過装置において、該移動床式ろ過装置が、前記ろ過槽（１）の下部側壁に設置され原水を前記ろ過槽（１）に供給するための流入チャンバー（２）と、前記流入チャンバー（２）の反対側の前記ろ過槽（１）の下部側壁に設置され処理水を排出するための流出チャンバー（３）とを具備した横流型であり、前記ろ過槽（１）の上部に搬送したろ材（１０−１，１０−２）を流出チャンバー（３）側の壁の付近に落下させると共に、前記第１のろ材（１０−１）の有効径が前記第２のろ材（１０−２）の有効径より大きいことを特徴とする移動床式ろ過装置を提供する。
上記第３の観点による移動床式ろ過装置では、有効径の大きい第１のろ材（１０−１）が流入チャンバー（２）側に主に積層し、有効径の小さい第２のろ材（１０−２）が流出チャンバー（３）側に主に積層する。すなわち、異なる材質の複数種のろ材が流水方向に自然に並ぶので、機能の異なる水処理を効率よく実施できる。

本発明の移動床式ろ過装置によれば、異なる材質の複数種のろ材を用いるため、異なる機能の水処理を同時に行うことが出来る。また、ろ材を循環移動させるため、長時間の連続運転が可能となる。

以下、図に示す実施の形態により本発明をさらに詳細に説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。

図１は、実施例１に係る横流型移動床式ろ過装置１００の構成図である。
この横流型移動床式ろ過装置１００は、マンガン砂１０−１および珪砂１０−２が下部に堆積したろ過槽１と、ろ過槽１の下部側壁に設置された流入チャンバー２と、流入チャンバー２から流入した原水がマンガン砂１０−１および珪砂１０−２を通過してから流出するように流入チャンバー２の反対側の壁に設置された流出チャンバー３と、ろ過槽１の底部付近のマンガン砂１０−１および珪砂１０−２を圧縮空気により水と共にろ材洗浄器２０に搬送するエアリフトポンプ６およびエアリフト管７と、ろ過槽１の上部に設置され且つ搬送されてきた圧縮空気と水とマンガン砂１０−１および珪砂１０−２を分離して圧縮空気は排気し水は排水しマンガン砂１０−１および珪砂１０−２は落下させるろ材洗浄器２０と、ろ材洗浄器２０から落下してきたマンガン砂１０−１および珪砂１０−２を受け止めろ過槽１の流出チャンバー３側の壁１ａ全体へ分散させながら滑走させ流出チャンバー３側の壁１ａの直近に落下させるろ材分散滑走板２５とを具備して構成されている。

ろ材洗浄器２０は、外筒２１と、その外筒２１の内側に同心に設置された内筒２２と、その内筒２２から外部へ連通する洗浄排水管２３とから構成される。

エアリフト管７は、ろ材洗浄器２０の外筒２１に偏心して連結されている。

ろ材分散滑走板２５は、ろ材洗浄器２０の下方からろ過槽１の流出チャンバー３側の壁１ａの水平方向全体に広がりながら下方に傾斜した平板である。

マンガン砂１０−１の有効径は、珪砂１０−２の有効径より大きくしてある。流入チャンバー２の直近には主としてマンガン砂１０−１が積層し、流出チャンバー３の直近では主として珪砂１０−２が積層し、中間は両者が混じり合った状態となっている。

原水は、流入チャンバー２によって、流入チャンバー２の直近のマンガン砂１０−１の層に広く分配され、マンガン砂１０−１の層内を横に流れ、マンガン砂１０−１および珪砂１０−２の混じり合った層を横に流れ、流出チャンバー３の直近の珪砂１０−２の層内を横に流れ、集水ストレーナ４を介して、流出チャンバー３に流出する。この間に、原水からマンガンイオンおよび濁質が除去され、処理水となる。流出チャンバー３に流出した処理水は、図示せぬ処理水槽へ流出する。

エアリフトポンプ６に供給された圧縮空気は、エアリフト管７を上昇し、ろ材洗浄器２０から排気される。この圧縮空気の流れに巻き込まれるように、エアリフトポンプ６に水が吸い込まれ、ろ材洗浄器２０から排水される。そして、この水の流れに巻き込まれるように、マンガン砂１０−１および珪砂１０−２がエアリフトポンプ６に吸い込まれ、ろ材洗浄器２０に搬送される。エアリフト管７内では、マンガン砂１０−１および珪砂１０−２と水がエアーによって移送されるために乱流状態となり、マンガン砂１０−１および珪砂１０−２に付着した濁質が脱離するとともにマンガン砂に被着した水和２酸化マンガンの一部が剥離する。

エアリフト管７が外筒２１に偏心して連結されているため、ろ材洗浄器２０に搬送されてきた圧縮空気と水とマンガン砂１０−１および珪砂１０−２は、外筒２１の接線方向に流入し、外筒２１の内側で内筒２２の周りを旋回しながら落下する。この落下の間に、マンガン砂１０−１および珪砂１０−２から脱離した水和２酸化マンガンおよび濁質が分離する。そして、分離した水和２酸化マンガンおよび濁質が混じった水が、オーバーフローによりオリフィス２４から洗浄排水管２３に流れ込み、排水される。

洗浄排水管２３からの排水量は、ろ過槽１の水位と洗浄排水管２３に設けられたオリフィス２４の水位差とオリフィス２４の径の大きさ等によって制御され、エアリフト管７から流れ込む水量よりも多くされている。そして、その水量差に相当する水が、ろ材洗浄器２０の底部開口２０ａから流れ込み、上昇流を作っている。この上昇流により、マンガン砂１０−１および珪砂１０−２から分離した水和２酸化マンガンおよび濁質がオリフィス２４へ導かれて排出されるため、ろ材洗浄器２０の底部開口２０ａからろ過槽１に戻ることが防止される。

ろ材洗浄器２０から落下したマンガン砂１０−１および珪砂１０−２は、ろ材分散滑走板２５に受け止められ、旋回時の遠心力により分散しながら、ろ材分散滑走板２５上を流出チャンバー３側の壁１ａの方向に滑走する。そして、ろ材分散滑走板２５の端から流出チャンバー３側の壁１ａの直近に且つその全体に渡って落下する。

流出チャンバー３側の壁１ａの直近かつ全体に渡って落下したマンガン砂１０−１および珪砂１０−２は、ろ過槽１の下部に堆積したマンガン砂１０−１および珪砂１０−２の上面を転り、有効径の小さい珪砂１０−１は流出チャンバー３の直近に止まり、有効径の大きいマンガン砂１０−２は流出チャンバー３から遠くまで転がる。この結果、流入チャンバー２側の直近には主としてマンガン砂１０−１が積層し、流出チャンバー３の直近では主として珪砂１０−２が積層し、中間は両者が混じり合った状態となる。すなわち、流れの上流から下流にかけて目が順に細かくなるフィルタが形成されると共に、流入チャンバー２の直近は主としてマンガン砂１０−１からなるマンガンイオンと濁質を除去する層となる。流出チャンバー３の直近は主として珪砂１０−２からなる濁質除去層となり、砂の移動によりマンガン砂から水和２酸化マンガンが剥離すればこの層で除去される。中間は両者の混じり合った層となる。

図２に示す横流型移動床式ろ過装置１００’のように、ろ材分散滑走板２５を省略してもよい。その場合は、ろ材洗浄器２０を流出チャンバー３側に近づける。ろ材洗浄器２０から落下したマンガン砂１０−１および珪砂１０−２は、粒径の大きいろ材ほど遠くへ移動するため、流入チャンバー２の直近は主としてマンガン砂１０−１からなるマンガンイオンと濁質を除去する層となる。流出チャンバー３の付近は主として珪砂１０−２からなる濁質除去層となる。

原水にマンガンイオンが含まれず２価の鉄イオンを含む原水を本装置で処理する場合は、オキシ水酸化鉄を付着させた珪砂や褐鉄鉱などの除鉄用ろ材とそれより有効径の小さい珪砂を用いる。原水中に含まれる２価の鉄イオンは除鉄用ろ材表面で溶存酸素により酸化され除鉄用ろ材に被着する。被着した鉄は除鉄用ろ材の移動により一部が剥離するため、珪砂の層によって除去する。

−処理試験−
横流型移動床式ろ過装置１００を使用して処理試験を行った。
マンガン砂１０−１は、有効径１.３ｍｍ、均等係数１.４、粒径範囲１.２ｍｍ〜２.０ｍｍ、マンガン付着量１.０ｍｇ／ｇのものを使用した。
珪砂１０−２は、有効径０.９ｍｍ、均等係数１.４、粒径範囲０.８ｍｍ〜１.４ｍｍのものを使用した。
マンガン砂１０−１の量は、全ろ材量の５０重量％とした。

なお、マンガン砂１０−１の量は、３０重量％〜７０重量％が好ましい。３０重量％未満だと、マンガン砂１０−１の層を形成しにくくなり、７０重量％を超えると、珪砂１０−２の層を形成しにくくなる。

原水は、マンガンイオンおよび濁質を含む地下水であり、マンガン濃度は０.５０ｍｇ／Ｌ、濁度は０.５度である。
マンガンイオンの酸化のために、ろ過の前段で、次亜塩素酸ナトリウムを注入率２.０ｍｇ／Ｌで注入した。
処理水量は２４０ｍ³／日で、ろ過速度は２４０ｍ／日とした。

得られた処理水のマンガン濃度は０.００５ｍｇ／Ｌ未満であり、濁度は０.１度であった。なお、残留塩素濃度は０.５ｍｇ／Ｌであった。

実施例１の横流型移動床式ろ過装置１００によれば、次の効果が得られる。
（１）マンガン砂１０−１によりマンガンイオンおよび濁質が除去され、珪砂１０−２により濁質およびマンガン砂から剥離した水和２酸化マンガンが除去される。
（２）マンガン砂１０−１および珪砂１０−２に付着した濁質並びにマンガン砂１０−１に付着した水和２酸化マンガンの一部が、マンガン砂１０−１および珪砂１０−２を循環移動させる間に脱離・廃棄される。これにより、長時間の連続運転が可能になる。

図３は、実施例２に係る横流型移動床式ろ過装置２００の構成図である。
この横流型移動床式ろ過装置２００は、実施例に係る横流型移動床式ろ過装置１００とろ材が異なっている。その他は同じである。

ろ材は、第１のろ材であるマンガン砂１０−１と、第２のろ材である珪砂１０−２に加えて、第３のろ材である珪砂１０−３を使用している。
この第３のろ材である珪砂１０−３は、マンガン砂１０−１より有効径が大きい珪砂である。例えば、珪砂１０−３は、有効径１.９ｍｍ、均等係数１.４、粒径範囲１.８ｍｍ〜２.５ｍｍのものである。

図３に示すように、横流型移動床式ろ過装置２００では、流入チャンバー２の直近は主として珪砂１０−３による濁質除去層となり、流出チャンバー３の直近は主として珪砂１０−２による濁質除去層となり、中央は主としてマンガン砂１０−１によるマンガン除去層となる。それらの中間は珪砂１０−３とマンガン砂１０−１が混じり合った層およびマンガン砂１０−１と珪砂１０−２が混じり合った層となる。

原水の濁質が多い場合に実施例１の横流型移動床式ろ過装置１００では濁質がマンガン砂１０−１を覆ってマンガン除去能力が低下することがあるが、実施例２の横流型移動床式ろ過装置２００によればこれを防止できる。

本発明の移動床式ろ過装置は、例えば工業用水や飲料用水のための処理に利用できる。

実施例１に係る横流型移動床式ろ過装置の構成を示す縦断面図である。実施例１に係る横流型移動床式ろ過装置の変形例を示す縦断面図である。実施例２に係る横流型移動床式ろ過装置の構成を示す縦断面図である。

符号の説明

１ろ過槽
２流入チャンバー
３流出チャンバー
４集水ストレーナ
６エアリフトポンプ
７エアリフト管
１０−１マンガン砂
１０−２，１０−３珪砂
２０ろ材洗浄器
１００，１００’，２００横流型移動床式ろ過装置

Claims

原水中の濁質成分を付着捕捉するためのろ材が下部に堆積したろ過槽（１）と、前記ろ過槽（１）の底部付近のろ材を上部に搬送し落下させるろ材循環手段（６，７）とを備えた移動床式ろ過装置において、
前記ろ材が、少なくとも、マンガン砂（１０−１）と、珪砂（１０−２）とを含み、
前記移動床式ろ過装置が、前記ろ過槽（１）の側壁に設置され原水を前記ろ過槽（１）に供給するための流入部（２）と、前記流入部（２）の反対側の前記ろ過槽（１）の側壁に設置され処理水を排出するための流出部（３）とを具備し、前記ろ過槽（１）の上部に搬送したろ材（１０−１，１０−２）を前記流出部（３）側の壁の付近に落下させると共に、前記マンガン砂（１０−１）の有効径が前記珪砂（１０−２）の有効径より大きいことを特徴とする移動床式ろ過装置。