JP4727798B2

JP4727798B2 - ろ過方法及びろ過装置

Info

Publication number: JP4727798B2
Application number: JP2000275650A
Authority: JP
Inventors: 敏文加藤
Original assignee: Nippon Filcon Co Ltd
Current assignee: Nippon Filcon Co Ltd
Priority date: 2000-08-09
Filing date: 2000-08-09
Publication date: 2011-07-20
Anticipated expiration: 2020-08-09
Also published as: JP2002052304A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ろ過装置でろ過を行う方法及びろ過装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のろ過装置においては、原水中の懸濁成分をろ材表面及びろ材間に捕捉することにより原水をろ過している。したがって、ろ過の継続にともない当然にろ材表面及びろ材間に原水中の懸濁成分（以下ＳＳという）が堆積することになる。
原水中のＳＳの堆積が進行すると、ついにはろ材間が閉塞して、ろ過流量の減少、それに伴うろ過圧力の上昇、原水中のＳＳの処理水への流出という様々な問題が発生してくる。
このような問題を解決するために、ろ過時の水の流れとは逆方向に水を通水させることによって、ろ材表面に堆積した原水中のＳＳを剥離し、ろ過装置外に排出させて、ろ材を洗浄しろ過処理能力を回復させる逆洗が行われている。
しかし、この逆洗工程は、せっかくろ過した処理水を逆洗水として大量に使用するためろ過装置の大きな欠点の一つであり、また、大量の処理水を使用する割には堆積した原水中のＳＳが効率よく排出されず、効果が低いという問題があった。
逆洗工程の前工程として、ろ材に強く付着した原水中のＳＳを剥離したり、閉塞したろ材をばらす目的でろ材下部より空気を送り込む、空洗を行うこともあるが、やはり効果が充分ではなかった。
また、上記洗浄不良に起因して、原水中のＳＳ等が徐々に固まって成長してできるマッドボールが発生したり、ろ材の閉塞という問題が発生する。マッドボールは一度発生してしまうと重量が重いため逆洗では排出することが出来ない。
また、逆洗時にろ材が原水中のＳＳと同時に排出されてしまうという問題もあった。
このような問題は逆洗工程を具備したろ過装置共通の問題であるが、未だ満足できる解決がなされていないのが現状である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者は種々の研究および実験の結果、従来のろ過装置のろ過効率及び逆洗効率の悪さが何に起因しているのかを解明し、本発明を達成した。
まず、本発明者はろ過装置においてろ材でＳＳを捕捉してろ過を行っている以上ろ材間が徐々に閉塞してろ過圧力が上昇していくことは避けられないであろうと考えた。そこで、ろ材に捕捉されるＳＳを減少させることによりろ過圧力の上昇スピードを抑え、ろ過継続時間を延長させてろ過効率を向上できないかを検討した。
さらに本発明者は、従来の逆洗方法で逆洗を行い、逆洗排水のＳＳ濃度を調査した。
その結果、逆洗開始から２分間は高濃度のＳＳを含む排水が排出されるが、それ以降の排水は低濃度のＳＳを含んでいるに過ぎないことが判明した。
また、１分経過後の逆洗水のＳＳ濃度が小さかったにもかかわらず、ろ材表面には多量のＳＳが残留していたのである。以上のことから従来の逆洗が非常に効率が悪いものであったことがよく理解できる。
次に１分間の逆洗を繰り返し実施したところ、最初の逆洗では高濃度のＳＳを含む排水を排出したが、２回目以降は低濃度のＳＳを含む排水しか排出できなかった。このことから最初の１分間で排出できなかったＳＳは、以後逆洗を続けても繰り返し行っても排出することができないことがわかった。
また、空洗を実施することによって以下のような問題があることがわかった。従来の空洗では、ろ材の下部から送り込んだ空気が全てろ材間を通過してろ材上部の原水側に抜け出るわけでなく、ろ材間に残存し、この残存した空気が続いて行われる逆洗によって噴出し、ろ材を大きく巻き上げてろ材を流出させてしまうのである。
そこで、本発明はろ過時には原水のＳＳをろ層に捕捉される前に微細気泡に付着させて浮上させ、逆洗時には排出すべきＳＳを自発的に予め上部の排出部付近まで移動させて濃縮させることによって、ＳＳの排出効率がよく、ろ過継続時間の延長、逆洗水量の低減または逆洗の省略が可能で、洗浄不良に起因するマッドボールの生成が抑制できるろ過効率、逆洗効率が優れたろ過方法及びろ過装置を提供するものである。
また、空洗を行う場合には残存する空気を排出させた後に逆洗を行うことによって、ろ材の流出がないろ過方法及びろ過装置をも提供するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、
「１．ろ過装置でろ過を行うろ過方法において、原水に気体を加圧溶解した水を混入し、該気体を加圧溶解した水が混入した原水のろ過実施時に、加圧溶解していた気体を微細気泡としてろ過装置内に発生させ、原水に含まれている懸濁成分を該微細気泡に付着させて分離浮上させつつろ過を実施することを特徴とするろ過方法。
２．ろ過装置でろ過を行うろ過方法において、原水に気体を加圧溶解した水を混入し、該気体を加圧溶解した水が混入した原水をろ過し、次いでろ過圧が高くなった時点でろ過を停止し、ろ過装置内の圧力を解放させることにより加圧溶解していた気体を微細気泡としてろ過装置内に発生させ、ろ材に補足されている懸濁成分を該微細気泡に付着させて分離浮上させて排出し次いでろ過を再開することを特徴とするろ過方法。
３．ろ過装置でろ過を行うろ過方法において、原水に気体を加圧溶解した水を混入し、該気体を加圧溶解した水が混入した原水のろ過実施時に、加圧溶解していた気体を微細気泡としてろ過装置内に発生させ、原水に含まれている懸濁成分を該微細気泡に付着させて分離浮上させつつろ過を実施し、次いでろ過圧が高くなった時点でろ過を停止し、ろ過装置内の圧力を解放させることによりろ過実施時に微細気泡として発生せず溶解状態を維持していた気体を微細気泡としてろ過装置内に発生させ、ろ材に補足されている懸濁成分を該微細気泡に付着させて分離浮上させて排出し次いでろ過を再開することを特徴とするろ過方法。
４．ろ過を停止し微細気泡を発生させて懸濁成分をろ材から分離浮上させ次いで逆洗を実施し、分離浮上させた懸濁成分を逆洗水とともにろ過装置外に排出することを特徴とするろ過方法。
５．気体がオゾンである、１項ないし４項のいずれか１項に記載されたろ過方法。
６．ろ過装置が密閉加圧式ろ過装置である、請求項１ないし５のいずれか１項に記載されたろ過方法。
７．原水注入配管とろ材と処理水排出配管を配設したろ過装置において、気体が水に加圧溶解した加圧水を製造する加圧水製造装置を配設し、該装置の加圧水混入配管を原水混入配管に連結したことを特徴とするろ過装置。
８．原水注入配管とろ材と処理水排出配管と逆洗水注入配管を配設したろ過装置において、気体が水に加圧溶解した加圧水を製造する加圧水製造装置を配設し、該装置の加圧水混入配管を原水注入配管に連結したことを特徴とする逆洗型ろ過装置。」
に関する。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明では、排出すべきＳＳを上部の排出部付近まで移動させて濃縮させるために、ろ過装置内に微細気泡を発生させる。
まず、原水に加圧水製造装置により調製した気体を加圧溶解した水を混入する。そして気体を加圧溶解した水（以下加圧水という）が混入されている原水をそのままろ過装置に注入してろ過を行う。
そしてろ過を実施している時に加圧溶解していた気体が微細気泡となって発生し、原水中のＳＳがろ材に到達する前に微細気泡に付着して分離し、ろ材より上方に浮上するのである。
微細気泡の発生量は、ろ過装置内は加圧の状態によって異なる。分離浮上したＳＳは適宜の方法で排出する。当然ろ過を継続しながら排出することが可能である。例えばスクレーパー等の機械的手段によりかき取って排出してもよいし、加圧密閉型のろ過装置では、上部に弁を設けてそれを一時解放し圧力によって自発的に排出させてもよい。
そしてろ過が進行し、ろ材表面及びろ材間にＳＳが堆積してきたらろ過を停止し、ろ過装置内の圧力を解放する。
圧力を解放すると、上述のろ過時に微細気泡となって発生せずに溶解状態を保っていた気体が微細気泡となって発生する。
微細気泡が発生すると、ろ材に捕捉され堆積していたＳＳが微細気泡に付着し素早くＳＳが分離浮上する。
また、原水全体に加圧水が混入しているため当然にろ材内部に捕捉したＳＳ周辺にも加圧水が存在しており、ろ材内部に捕捉されているＳＳをも容易に分離浮上させ排出することができる。
【０００６】
このようにＳＳをろ過時、逆洗時に容易に浮上させることができるため、ろ過経過時間を延長させることができ、僅かな逆洗水で容易に効率よくＳＳを排出できる。また、逆洗時においては、本発明の場合はＳＳに微細気泡が付着しているためにＳＳの上昇スピードが早くなり、より短時間での逆洗が可能となる。また、逆洗水によらない別のＳＳ排出手段を設ければ全く逆洗水を使用しないシステムとなるし、原水の性状や、ろ材がカートリッジ式の場合等ろ過装置の形式によっては逆洗の省略も可能となるのである。
ろ材は、重量が大きいために微細気泡に付着して浮上することがなく、ＳＳのみを選択して分離浮上させることができるのである。
なお、ろ過時に逆洗時（ろ過停止時）とにおいて、どちらの時点でどの程度微細気泡を発生させるかの割合については、ろ過の継続にともなうろ過装置内の圧力変化があるため一概にはいえないが、ろ過装置内の圧力や気体の溶解圧の設定により調整が可能で、原水の性状等によって適宜決定することができる。
【０００７】
例えば解放型のろ過装置ではろ過時の圧力が低いためろ過時の微細気泡発生が多く、加圧密閉型のろ過装置では逆洗時（ろ過停止時）の微細気泡発生が多くなる。勿論ろ過装置内の圧力が高圧の場合には、ろ過時に微細気泡が発生しない場合もある。
加圧密閉型のろ過装置では圧力の設定が可能となるため上記調整が容易となり、原水の性状やろ過装置の能力等に応じて適切な条件を設定できるという利点がある。
【０００８】
なお、加圧溶解する気体としては特に限定されないが、普通の空気やオゾン等あらゆる気体が使用できる。
空気を利用する場合には、上述の効果とは別に、ろ過装置内の溶存酸素が増加するため生物ろ過における酸素供給方法として有効となるという効果がある。
溶存酸素の増加を望まない場合には窒素ガスによる脱気を行えば問題ない。
オゾンを使用する場合には、従来は水中への溶解が困難で反応効率が悪かったが、本発明では加圧溶解するので反応効率がよく有機物除去の効果がある。また、ろ層の洗浄効果がありメンテナンス頻度の減少、ろ材に活性炭を用いた場合には活性炭のライフ延長等の効果がある。
【０００９】
なお、ろ過装置の種類としては特に限定はされないが、ＳＳを分離浮上させるためろ過方法は下向流式が好適である。
また、微細気泡を発生させＳＳを分離浮上させ排出させた後に、続けて空洗や逆洗を行うことは勿論可能である。
この場合は、まず、ろ過装置内の水を抜いて原水の水位を減少させ、ろ材の下方部から空気を注入して空洗を実施し、ろ材の下方部から水を逆洗水排出部即ちＳＳ排出部よりも低い水位まで注入し、逆洗を実施することとすると、空気の排出にともなってろ材が流出することはなく好適である。
【００１０】
なお、本明細書において微細気泡とは径が数μｍ〜数百μｍの大きさの気泡であり、好ましくは０．５〜３μｍの気泡を示す。
また、逆洗水には通常処理水を使用するがそれに限定されるわけではなく、ろ材下部より注入し逆洗水排出部より排水できればよいのであって、例えば原水を利用することもできる。
原水注入配管に加圧水を供給すると原水全体に加圧水を分散させることができる利点があり好ましい。
【００１１】
【実施例】
図１は、本発明の一実施例であるろ過装置を示す説明図である。
図示の実施例において、１がろ過装置、２がろ材、３が原水、４が原水注入及び逆洗水排出配管、５が逆洗水注入及び処理水排出配管、６が原水注入口及び逆洗水排水口、７が加圧水製造装置、８が加圧水混入配管を示す。
本実施例はろ過装置１として密閉加圧式の砂ろ過装置を用いた例である。
原水注入及び逆洗水排出配管４は、ろ過時には原水注入配管として機能し、逆洗時には逆洗水排出配管として機能する。
また、原水注入口及び逆洗水排水口６も同様、ろ過時には原水注入口として機能し、逆洗時には逆洗水排水口として機能する。
逆洗水注入及び処理水排出配管５は、逆洗時においては逆洗水注入配管として機能し、ろ過時においては処理水排出配管として機能する。
加圧水製造装置７は、高圧下で水中に気体を溶解させる装置であって、この装置で製造した加圧水は加圧水混入配管８を経由して原水注入配管４に入り、原水に混入される。加圧水はろ過構内の原水に注入してもよいが、原水注入配管に注入すると原水に均一に混合されてろ過槽に送られるので好ましい。
ろ過時においては、ろ過装置内はある程度の加圧状態が確保されているため加圧水に溶解されていた一部の気体が微細気泡となって発生する。発生した微細気泡に原水中のＳＳが付着して浮上する。
そして、ろ層が閉塞してろ過圧が上昇し、所定のろ過圧に達したらろ過を停止し、ろ過装置内の圧力を解放する。これによってろ過時に発生せずに溶解状態を保っていた残りの気体が一気に微細気泡となって発生する。
加圧水はろ過装置内全体に行き渡っているため一端圧力が解放されるとろ過装置内の原水全体から微細気泡が発生する。したがって、ろ材表面及びろ材内部に捕捉されているＳＳが満遍なく微細気泡に付着し浮上する。ＳＳが捕捉されている場所による不均一性がないため、非常に効率よくＳＳを排出することが可能となるのである。次いで逆洗水が配管５から注入され、ＳＳは排水口６から排出される。
【００１２】
比較試験
本発明のろ過方法と従来例のろ過方法におけるろ過効率及び逆洗効率を比較した。
試験は、通常の密閉加圧型の砂ろ過装置を利用して実施した。
従来例については、通常のろ過方法でろ過を実施し、実施例については、原水注入配管に加圧水製造装置で製造した加圧水を混入させてろ過を実施した。
ＳＳ成分にはトイレットペーパーを離解したものを用い、加圧水製造装置の条件は空気吸入量を１．５ＮＬ／ｍｉｎ、溶解圧力を０．４ＭＰａに設定した。
１．ろ過効率
ろ過効率は、ろ過スタート時からろ過継続にともない上昇するろ過圧である差圧と実質的なろ過量との関係を示し、差圧における実質的なろ過量を比較し判断した。
すなわち、ろ層の閉塞がどれだけ進んだ時にどれだけのろ過が実施できたかの能力を比較するのである。
ろ過の能力はろ過装置へのＳＳ流入量により表わす。
図２に試験結果を示す。
曲線Ａが従来例、曲線Ｂが実施例１、曲線Ｃが実施例２のデータである。
ろ過流速は、従来例と実施例２が７ｍ／ｈ、実施例１が１０ｍ／ｈである。
なお、実施例１と実施例２の原水に対する加圧水添加率はそれぞれ２８％と４０％である。
図２のグラフ１から従来例に比べ、実施例１、実施例２ともに同一差圧におけるＳＳ流入量が各段に多いことが理解できる。
例えば差圧が４０ｋＰａ時では、従来例が２８３ｇに対し、実施例１は６２８ｇ、実施例２は８８０ｇであり、差圧が４０ｋＰａになるまでろ層が閉塞する間に実施例１では２倍以上、実施例２では３倍以上のＳＳを処理出来たということである。
したがって、原水の性状が同一であったとすれば、ろ過継続時間の延長が可能となって逆洗の軽減ができることがわかり、ろ過効率の向上がなされていることがよく理解できる。
参考に平均ろ過流量とろ過継続時間を示すと、従来例が平均ろ過流量２．７２ｍ^３／ｈ、ろ過継続時間４．４ｈ、実施例１が平均ろ過流量２．６３ｍ^３／ｈ、ろ過継続時間６．９ｈ、実施例２が平均ろ過流量１．９５ｍ^３／ｈ、ろ過継続時間１８．８ｈであった。
実施例１と実施例２の効果の差については、加圧水添加率の違いによるものと考えられる。
通常の化学工学の手法である、トライアンドエラメソッドにより予備実験を行ってろ過を行う原水と使用するろ過装置に応じた最適なろ過条件を見つけだすことが最良の方法である。
２．逆洗効率
逆洗効率は、上記ろ過効率の試験と同様のろ過を実施し、差圧が４０ｋＰａに達した時点でろ過を停止して逆洗を実施し、排出できたＳＳ量を比較し判断した。
逆洗方法は、従来例はろ過停止後一般的な逆洗である５分間の逆洗を２回繰り返し実施した。
実施例においては、ろ過を停止して圧力を解放した後３分間の逆洗を実施し、続いて２分間の逆洗を実施した。
試験結果を表１に示す。
【００１３】
【表１】

【００１４】
表１から従来例に比べ実施例１、実施例２ともに少ない逆洗時間、逆洗水量で多くのＳＳを排出でき、逆洗効率が非常に優れていることが理解される。
【００１５】
【発明の効果】
本発明は、上述のごとく、ろ過時に原水中のＳＳをろ層に捕捉させることなく浮上させることが可能であり、また、逆洗時にはろ材に捕捉されたＳＳを効率よく容易に排出することが可能であるから、ろ過継続時間の延長、逆洗時間の短縮、逆洗水量の低減、逆洗の省略等ができ、洗浄不良に起因するマッドボールの生成が抑制でき、ろ材の流出もないという優れた効果を奏する。
また、ＳＳを効率よく排出できろ過装置内をきれいな状態に保つことができるため、薬品洗浄の頻度も減らすことが可能となる等副次的効果も奏する。
さらに、本発明のろ過装置は、既存のろ過装置を有していれば、加圧水製造装置を設置し制御系を多少変更するという簡単な改造で実施可能となるため、安価な投資で優れた効果を得られるというコストメリットも大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例であるろ過装置を示す説明図である。
【図２】実施例と比較例のＳＳ流入量を示すグラフである。
【符号の説明】
１ろ過装置
２ろ材
３原水
４原水注入及び逆洗水排出配管
５逆洗水注入及び処理水排出配管
６原水注入口及び逆洗水排水口
７加圧水製造装置
８加圧水混入配管
Ａ従来例の曲線
Ｂ実施例１の曲線
Ｃ実施例２の曲線

Claims

ろ過装置でろ過を行うろ過方法において、原水に気体を加圧溶解した水を混入し、該気体を加圧溶解した水が混入した原水のろ過を開始し、次いでろ過圧が高くなった時点でろ過を停止し、ろ過装置内の圧力を解放させることにより加圧溶解していた気体を微細気泡としてろ過装置内に発生させ、ろ材に補足されている懸濁成分を該微細気泡に付着させて分離浮上させて排出し次いでろ過を再開することを特徴とするろ過方法。
ろ過装置でろ過を行うろ過方法において、原水に気体を加圧溶解した水を混入し、該気体を加圧溶解した水が混入した原水のろ過実施時に、加圧溶解していた気体を微細気泡としてろ過装置内に発生させ、原水に含まれている懸濁成分を該微細気泡に付着させて分離浮上させつつろ過を実施し、次いでろ過圧が高くなった時点でろ過を停止し、ろ過装置内の圧力を解放させることによりろ過実施時に微細気泡として発生せず溶解状態を維持していた気体を微細気泡としてろ過装置内に発生させ、ろ材に補足されている懸濁成分を該微細気泡に付着させて分離浮上させて排出し次いでろ過を再開することを特徴とするろ過方法。
ろ過を停止し微細気泡を発生させて懸濁成分をろ材から分離浮上させ次いで逆洗を実施し、分離浮上させた懸濁成分を逆洗水とともにろ過装置外に排出することを特徴とする請求項１又は２に記載されたろ過方法。
気体がオゾンである、請求項１ないし３のいずれか１項に記載されたろ過方法。
ろ過装置が密閉加圧式ろ過装置である、請求項１ないし４のいずれか１項に記載されたろ過方法。