JP5576491B2 - 多孔性濾材を用いた高速濾過処理装置とその逆洗方法 - Google Patents

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Description

本発明は、濾過処理装置に関する。より具体的には、本発明は、逆洗をし易くする多孔性濾材（又は多孔質媒体又は多孔質体）を用いた高速濾過処理装置に関する。更に、本発明は、多孔性濾材を用いた高速濾過処理装置の逆洗方法も含む。
原水、下水、廃水および雨水には、様々な汚染物質や全リン(ｔｏｔａｌ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ, Ｔ−Ｐ)が一般的に含まれており、特にリン負荷が高い。
ここで、放流水域に流入される栄養塩類であるリンは、富栄養化水域に多量の藻類を発生させ水棲生態系に悪影響を及ぼす。
浮遊物質(Ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ Ｓｏｌｉｄ；以下「ＳＳ」という)又はリン等の物質を除去するために、汚染物質およびリンを含む原水を化学物質と共に処理して、凝集工程および沈殿工程で処理されるフロック（ｆｌｏｃ）微粒子を形成させる。
この工程のため、上水道の水源地や下水終末処理場といった大型基幹処理施設は、個別に凝集槽、凝結槽、沈殿槽などを備えており、施設用の大きな用地を要し、施設運転や施設管理に大きな問題を抱えている。
更に、従来の下水処理装置では、砂等の濾材を使用して、より効果的に水中の不溶性ＳＳや全リン等の汚染物質を除去し、生物学的酸素要求量（ＢＯＤ）を低減するための設計がされている。
しかしながら、下水処理装置に流入する汚染物質の量は下水の流速と流量によって変化し、濾過工程を効率的に行うことができない。更に、濾材内で生じる損失水頭(ＨｅａｄＬｏｓｓ)差と濾過処理時間の変動により、定期的に又は不定期的に逆洗を行わなければならないが、逆洗の適切な周期を算定することは容易ではない。
従来の高速濾過処理装置では、逆洗が適当に行われないと濾過効率が著しく低減する。更に、従来の逆洗方法では、逆洗時に逆洗水を連続的に供給して、濾過処理装置から逆洗水を越流させて、相当量消費される逆洗水とともに汚染物質を排出する設計がされている。又、この逆洗水は、別の下水処理工程で濾過処理を要するという別の課題もある。
本発明は、上記の課題を解決するために発明されたものである。
本発明は、点汚染源又は非点汚染源から流出される様々な汚染物質を除去するための方法を供する。特に、本発明は、逆洗設備を通じて多孔性濾材に捕集されたＳＳとＴ-Ｐを効果的に除去し、一定水準の濾過効率を維持し続けることができる方法を供する。
本発明の目的は、多孔性濾材を用いた高速濾過処理装置を通じて濾過速度を向上させると共に、濾過速度等を考慮した逆洗を行うようにすることである。
そのために、多孔性濾材を用いた高速濾過処理装置は、濾過処理される流入水を高速濾過処理装置の上部に移送し下降させながら濾過処理を行い、又、流入水の水位又は処理水の流量変動を検知した後、流入水を遮断して処理水を排出し、次いで多孔性濾材を通じて上昇流の逆洗水および/又は空気を供給し、逆洗水の水流又は空気の気流による多孔性濾材の流動化により、すなわち多孔性濾材同士の衝突と摩擦により、多孔性濾材から汚染物質を分離し、次いで逆洗水の供給を止めて多孔性濾材を静止した状態（又は静止した位置）に安定させ、次いで汚染物質が沈殿する前に高速濾過処理装置の排出管を通じて供給された逆洗水および汚染物質を排出して濾過効率を最適な状態に維持できるように多孔性濾材を逆洗するという特徴を有する。
前述の従来の濾過装置では、逆洗工程において欠点がある。すなわち、汚染物質および逆洗水を濾過槽から越流させて排出するために、連続して逆洗水を供給する必要があり、多量の水が消費される。これに対して、本発明の高速濾過処理装置は、高速濾過処理装置に一定水位まで逆洗水を供給する、すなわち、排出管よりも高く、高速濾過処理装置を越流しない水位まで逆洗水を供給する。本発明の高速濾過処理装置は、相当程度逆洗水の消費を低減することができる。更に、本発明は、逆洗水を上向きに供給するだけでも、多孔性濾材から汚染物質を効果的に分離することができる。
更に、本発明は、高速濾過処理装置に設けられた排出管を通じて多孔性濾材から剥離した汚染物質および洗浄水を排出する特徴を有する。これは、汚染物質が濾過層部に再沈澱し又は接触することなく、多孔性濾材の多孔性を保つためである。
本発明の他の実施形態では、排出管の入口部に開閉手段が設けられ、この開閉手段が洗浄水および汚染物質の排出を制御する。特に、開閉手段を上側（又は上部）から開放して排出管の開放部に流入する洗浄水と汚染物質の流れ速度を制御し、多孔性濾材が排出管に押し流されないようにする一方、汚染物質が濾過層部上に沈殿しないように迅速に排出するように設計されている。
本発明の別の実施形態では、単一のハウジングの中で凝集工程と濾過工程とが同時に行われ、単一のハウジングの上部は反応槽として作用する一方で、単一のハウジングの下部は濾過槽として作用する。
更に、本発明は、多孔性濾材を用いた高速濾過処理装置の逆洗方法を含むことを特徴とする。
本発明の高速濾過処理装置は、高速濾過処理装置中で多孔性濾材を逆洗することで、高速濾過装置を最適の状態に維持し、濾過効率を最大にすることができる。
特に、本発明の高速濾過処理装置は、過度な逆洗水の消費を低減することで本発明の目的を果たす。
他の従来の逆洗方法と比べて、本発明は、逆洗に要する時間をかなり節約し、逆洗水の供給に必要な動力を最小限にとどめる一方で、濾過工程のための操作時間を増やすことができる逆洗方法を供する。
更に、本発明は、逆洗後、濾過層部に再沈降する前に汚染物質を迅速に排出し、開閉手段により排出管から排出される逆洗水の流量を制御し、濾過層部を構成する多孔性濾材の損失を事前に防ぐ方法を供する。
図１は、本発明の第１実施形態の多孔性濾材を用いた高速濾過処理装置の模式的な断面図である。 図２は、本発明の第２実施形態の高速濾過処理装置の模式的な断面図である。 図３は、本発明の第３実施形態の高速濾過処理装置の模式的な断面図である。 図４は、本発明の第４実施形態の高速濾過処理装置の模式的な断面図である。 図５は、本発明の高速濾過処理装置の逆洗方法の各工程を段階的に示した概略図である。 図６ａは、濾過工程における本発明の高速濾過処理装置を示した模式的な断面図である。 図６ｂは、残余処理水の排出工程における本発明の高速濾過処理装置を示した模式的な断面図である。 図６ｃは、逆洗工程における本発明の高速濾過処理装置を示した模式的な断面図である。 図６ｄは、汚染物質の除去工程における本発明の高速濾過処理装置を示した模式的な断面図である。
本発明の多孔性濾材を用いた高速濾過処理装置について、添付の図面を参考にして詳細に説明する。
図１は、本発明の多孔性濾材を用いた高速濾過処理装置の模式的な断面図である。
本明細書における流入水とは、当業者には周知であるが、点汚染源又は非点汚染源から直接的に移送される下水を指し、又は前処理工程で、例えば混和池や沈澱池等で一次的に処理された水であってもよい。
又、本明細書における処理水とは、濾過工程を通じて化学的、物理的および生物学的に処理された水を指し、具体的には、濾過層部を通じて濾過された水を指す。
図示するように、本発明の高速濾過処理装置(１)は、ハウジングから成る下降流の濾過槽を含んでおり、流入管(１１)を通じて流入水が高速濾過処理装置(１)に移送される（又は導かれる）。具体的には、本発明の高速濾過処理装置(１)は、上部から下部に向かって、すなわち下降流により流入水が濾過層部(４０)を通じて濾過され、又、逆洗設備(２０)を使用することにより濾過層部が速やかに且つ容易に逆洗されることを特徴とする。
濾過層部（４０）は、ハウジングの底面と平行に設けられている。濾過層部（４０）は、ハウジングの底面と離れるように配置され、濾過層部（４０)と底面との間に空間を形成する。この空間は、濾過層部(４０)により濾過された処理水の移動通路として使用される。処理水はハウジングの底面に設けられた流出管(１２)を通じて外部に排出される。
本発明の高速濾過処理装置(１)には、様々な用途に使用される撹拌機が更に設けられてもよい。例えば、攪拌機は高速濾過処理装置の濾過時に流入水および凝集剤を混合し易くするために使用され、又、多孔性濾材が高速濾過処理装置の逆洗時に逆洗水の水位上昇で浮上する際に、攪拌機により短時間で多孔性濾材同士間の衝突と摩擦が行われる。更に、多孔性濾材が沈んだ後に、攪拌機により逆洗水を攪拌して浮遊した汚染物質をゆっくりと沈める。
より好ましくは、濾過層部(４０)はハウジングの底面と平行に又ハウジングの底面から離れて配置され、濾過層部(４０)中に多孔性濾材(４４)が満たされている。
濾過層部(４０)の構造は、図１に詳細に図示されている。選択的には、濾過層部(４０)は、支持ユニット（又は支持台）(４１)、ワイヤーメッシュ(４２)、粗い砂層(４３)および多孔性濾材(４４)を含んで成る。支持ユニット(４１)は、高速濾過処理装置(１)のハウジング内部を横切って配置され、又、ワイヤーメッシュ、粗い砂層および多孔性濾材を十分に支えられるように配置される。ワイヤーメッシュ(４２)は、図１に示すように支持ユニット(４１）上に配置される。ワイヤーメッシュ(４２)は、その上に設けられる構成部材、例えば粗い砂が濾過層部(４０)の下に流出しないように目の細かい構造を選択することが望ましい。上記に示すように、ワイヤーメッシュ(４２)は、粗い砂が流出しないようにするだけでなく、濾過層部(４０)の逆洗時に逆洗水が上向きに流れるようにするものである。当業者には周知ではあるが、ワイヤーメッシュの代わりに粗い砂は通過できない一方で、逆洗水又は処理水は通過できる多孔板などを使用することもできる。
より効果的には、粗い砂が流出しないように、１つ又はそれよりも多いワイヤーメッシュ(４２)を積層して使用することもできる。
多孔性濾材(４４)は、高速濾過処理装置(１)の下降流により流入水を濾過するために、ワイヤーメッシュ(４２)上に設けられた粗い砂層(４３)上に配置されている。
濾過処理の間、多孔性濾材上に汚染物質が蓄積されると、流入水は正常に濾過されず、濾過処理された処理水の排出量が著しく減る。その後、高速濾過処理装置(１)内では、流入水の水位が上昇する。本発明では、センサー（又は検知器又は感知器）(５０)を使用して、高速濾過処理装置(１)中の流入水の変化、例えば、流入水の水位、処理水の流量又は逆洗水の水位等が検知される。例えば、流入水の水位が変化する際、より具体的には、予め設定された水位よりも流入水の水位が高くなったことをセンサー(５０)が検知した際、又は流出管（１２）を通る処理水の流量が予め設定された流量を下回ることをリアルタイムで又は定期的に測定した際、流出管(１２)を通じて濾過処理された処理水を外部に流し、逆洗設備(２０)を使用して本発明の高速濾過処理装置(１)の底部から濾過層部(４０)に向かって上向きに逆洗水を供給する。選択的には、逆洗設備(２０)を使用し、逆洗水および/又は空気を供給して汚染物質を分離する逆洗工程を行い易くする。更に、センサー(５０)は、逆洗時に逆洗水が高速濾過処理装置(１)の上部を越流（又はオーバーフロー）しないようにする一方で、逆洗水の水位が濾過層部より高く維持されるように逆洗水の水位を検知することができる。
汚染物質(凝集体又は沈殿物)の蓄積により、濾過層部(４０)の空隙が閉塞（又は閉鎖）し、濾過効率が低下する問題が生じる。この問題を解決するために、本発明は、逆洗水量を減らして逆洗時間を短縮することができる逆洗設備を供する。
逆洗設備は、逆洗用ポンプと、このポンプからハウジング内部まで延在する配管（又はパイプ）とを有して成る。この配管は、ハウジングの底部と濾過層部との間に設けられていることが好ましい。
逆洗水が濾過処理される流入水の流れ方向とは反対方向へ向かってハウジング内部に供給されることで、濾過層部(４０)中の汚染物質により閉塞された多孔性濾材(４４)を逆洗水により同伴させ（又は浮上させ）、又浮遊状態で分散させて、多孔性濾材(４４)の表面に付着している汚染物質を分離することができる。これにより、濾過層部(４０)の空隙が閉塞する問題を解決することができる。
逆洗により分離された汚染物質をハウジング内に浮上させて(例えば、 濾過層部の上部域に浮上させて)、ハウジングの一方の側面に設けられた排出管(１３)を通じて汚染物質が外部に排出される。
選択的には、流出管(１２)を通じて排出される処理水の一部を逆洗水として使用するためにハウジングに戻すこともできる。
この逆洗により分離された汚染物質は、高速濾過処理装置(１)の上部にまで浮上し、より具体的には濾過層部(４０)の上部にまで浮上し、高速濾過処理装置(１)の一方の側面に設けられた逆洗水を排出するための排出管(１３)を通じて外部(例えば、逆洗水排出槽)に排出される。その一方で、供給される逆洗水の上昇流で浮上する多孔性濾材とは異なり、粗い砂層(４３)は浮上および/又は浮遊されない。
本発明の高速濾過処理装置(１)には、一方の側面に排出管(１３)が設けられている。より具体的には、排出管(１３)は、図示するように濾過層部(４０)より高く、高速濾過処理装置(１)の上部より低い位置に配置される。排出管(１３)は、濾過層部（４０)の上部に隣接するように配置されるが、好ましくはハウジングの上部と濾過層部との間の中間部よりも下方に配置される。
排出管(１３)には、スクリーン（図示せず）が更に設けられる。このスクリーンは、逆洗後に逆洗水の流れで、多孔性濾材が不意に流失しないようにすることを目的とする。スクリーンの目の大きさは多孔性濾材の粒径より小さくすることが好ましい。
ここで、本発明の高速濾過処理装置(１)に用いられる多孔性濾材(４４)は、微粒子径のガラス粉末と発泡剤又発泡薬とを混合し、この混合物を高温(例えば、８００〜１１００℃)で加熱し、冷却後に粉砕することで得られる微粒子から成り、水浄化用に使用される。この微粒子は、粒径が３ｍｍ以下で、乾燥時の容積密度（又はかさ密度）が０．４〜１．２ｇ／ｃｍ３で、水飽和時の容積密度が１．２〜２．０ｇ／ｃｍ３である。なお、本発明の多孔性濾材(４４)の水飽和時の容積密度は１．２〜２．０ｇ／ｃｍ３であり、好ましくは１．３〜１．８ｇ／ｃｍ３である。上記多孔性濾材(４４)の水飽和時の容積密度に関して、容積密度が１．２ｇ／ｃｍ３以下である場合、水の密度と略同じであることから、多孔性濾材(４４)は流動する水(例えば、逆洗水)に流され易く、濾過層部に均一に分布される必要がある多孔性濾材が一方の側に寄ってしまう。更に、容積密度が２．０ｇ／ｃｍ３以上である場合、逆洗水により多孔性濾材(４４)を浮上させ、上昇させることは困難である。それ故、多孔性濾材(４４)の上昇により実施（又は具現化）される本発明の逆洗方法に使用することは望ましくない。又、多孔性濾材(４４)の容積密度が２．０ｇ／ｃｍ３以上である場合、逆洗水の噴射圧（又はスプレー圧）をかなり高めて多孔性濾材(４４)を上昇させる必要がある点で欠点を有する。
換言すれば、水飽和時の多孔性濾材が水の密度(１ｇ／ｃｍ３)より高い密度を有する場合、濾過処理時に下方へ流れる流入水の流れによって、多孔性濾材は上昇し下降することなく静止した状態に容易に位置する。その一方で、水飽和時の多孔性濾材が砂の密度より低い密度を有する場合、逆洗時の逆洗水の供給で容易に多孔性濾材を上昇させ浮上させて、浮上した多孔性濾材同士の衝突により、汚染物質を容易に分離することができる。
多孔性濾材(４４)は、ガラス粉末と発泡剤とを混合し、高温で混合物を加熱し、冷却後に粉砕して形成される。次いで、多孔性濾材(４４)は、気泡で微粒子に粉砕されて水中に沈む。
図２は、本発明の第２実施形態の高速濾過処理装置の模式的な断面図である。図２に図示された本発明の第２実施形態は、排出管（１３）に開閉手段(６０)が設けられていることを除いて、図１に図示された本発明の第１実施形態における高速濾過処理装置の構造と同じである。従って、本発明の第１実施形態と類似又は同一の構成部材に関する詳細な説明は、簡略化するために省略する。
センサー(５０)は、逆洗時の逆洗水がハウジングの上部を越流しないで、濾過層部より高く維持されるように逆洗水の水位を検知することもできる。センサー(５０)が予め設定された水位を逆洗水が超えたことを検知した際、本発明の開閉手段(６０)を開放して逆洗水の水位を制御することもできる。
図２に示すように、本発明では、高速濾過処理装置(１)の一方の側面に開閉手段(６０)が設けられているが、この開閉手段(６０)はハウジングおよび排出管(１３)に流動的に連通しており、開閉手段（６０）は開閉可能となっている。具体的には、図２に示すように、開閉手段(６０)は、濾過層部(４０)より高く高速濾過処理装置(１)のハウジング(太線で図示している部分)の上部より低い位置に配置されている。開閉手段(６０)は濾過層部(４０)の上部に隣接し、又ハウジングの上部と濾過層部（４０）との間の中間部より下方に配置されることが好ましい。
特に、開閉手段(６０)を部分的に又は完全に開放することで、多孔性濾材を逆洗した逆洗水と、逆洗水により濾過層部(４０)から分離された汚染物質とが濾過層部(４０)上に沈降する前に迅速に(排出管(１３)を通じて移送される)外部へ排出することができる。なお、濾過処理の間又は逆洗の間、開閉手段(６０)は閉鎖されなければならない。
開閉手段(６０)は、図２に示すようにヒンジ式のゲートである。開閉手段(６０)のプレート又はディスク(６１)は、排出管(１３)の入口部の周囲を囲むフレーム(６２)上のヒンジ部(６３)にあるヒンジによって回動できるように接続されている。ディスク(６１)の回動動作(矢印で図示している)により排出管（１３）を開閉することができる。この構造により、開閉手段（６０）はハウジング内に満たされている処理水又は逆洗水の圧力によって開放されない。
特に、開閉手段(６０)は、ヒンジ部(６３)をフレーム(６２)の最下端部に配置して、ディスク（６１)の開放時に上部からゲートを開放することができることを特徴とする。この構造によって、逆洗時に浮上した多孔性濾材同士が衝突して汚染物質が分離されて、
逆洗水の供給を止めると、多孔性濾材(４４）は元の静止位置に戻り又は粗い砂層(４３)上に沈む。又、多孔性濾材から分離された汚染物質が再び多孔性濾材（４４）上に沈む前に、開閉手段(６０)を通じて排出管(１３)から汚染物質を迅速に排出することができる。
選択的には、シリンダー(図示せず)の往復移動を通じてフレーム(６２)上にあるディスク(６１)を回動させることで開閉手段（６０）を開閉することができる。又は、ヒンジ部(６３)とディスク(６１)とをつなぐヒンジ・シャフト（又はヒンジ軸）をモーターに接続して、モーター駆動によってディスク(６１)を開閉することもできる。
上記に示すように、ディスク(６１)を上部より開放してハウジングの上部にある逆洗水を排出することで、ハウジング内に浮上する多孔性濾材は、逆洗後に速やかに沈み、逆洗水の流出による影響を受けることなく、濾過層部(４０)に均一に配置される。（図１に示す）多孔性濾材(４４）は逆洗水の上昇流れによって浮上し又は上昇し、好ましくは、多孔性濾材(４４）は、処理される流入水の供給流れと逆洗水の排出流れによる影響を受けないようにしなければならない。
図３は、本発明の第３実施形態の高速濾過処理装置の模式的な断面図である。図３に図示される本発明の第３実施形態の構造は、高速濾過処理装置のハウジングにヒンジ式開閉手段(６０)を設ける代わりに、逆洗水を排出するための昇降式開閉手段(６０’)を設けていることを除いて、図２に図示される本発明の第２実施形態の構造と同じである。従って、類似又は同一の構成部材に関する詳細な説明は、簡略化するために省略する。
図２に示す開閉手段(６０)と同様に、開閉手段（６０’）を開放して、多孔性濾材を逆洗した逆洗水および逆洗水により分離された汚染物質が濾過層部(４０)上に沈む前に排出管(１３)を通じて迅速に外部へ搬出する必要がある。なお、濾過処理の間又は逆洗の間、開閉手段(６０)は閉鎖されなければならない。
開閉手段(６０’)は図３に示すように昇降式のゲートである。開閉手段(６０’)のプレート又はディスク(６１’)は、上昇および/又は下降の往復動作（又は運動）によって排出管(１３)の入口部を開閉するように構成されている。この構造では、開閉手段（６０’）は、ハウジングに溜まった処理水又は逆洗水の圧力によって開放されない。
その一方で、開閉手段(６０’)は、様々なタイプの昇降装置(Ｍ)を用いて、ディスク(６１’)を垂直に移動させて(矢印で図示している)開閉できるように構成されている。この昇降装置(Ｍ)は、当業者に周知慣用な技術、例えばモーター又はシリンダーを指すが、本明細書では具体的に当該装置に関する記載はしない。
好ましくは、開閉手段（６０’)は、第２実施形態の開閉手段と同様に上部から開放されるように設計されている。
図４は、本発明の第４実施形態の高速濾過処理装置の模式的な断面図である。
本発明の第４実施形態の高速濾過処理装置は、上述の第１実施形態から第３実施形態までの高速濾過処理装置と類似した構造である。本発明の第４実施形態の高速濾過処理装置は、底面とその底面の周りに沿って垂直に配置された側面とで取り囲まれるハウジング、およびハウジングの底面に平行に配置された濾過層部(４０)を有して成る。
本発明の濾過層部(４０)は、薬液注入装置（１８）によって流入水に凝集剤を供給することで汚染物質を凝集する工程を追加するために構成されてもよい。上記のように、流入管(１１)を通じて供給される流入水をハウジングに収集し、薬液注入装置(１８)により高速濾過処理装置のハウジングに凝集剤を供給する。すなわち、ハウジングは流入水と凝集剤とを混合して凝集させる反応槽（又は反応器）として使用される。
凝集体(又はフロック)は、濾過層部(４０)の多孔性濾材(４４；図１に図示している)に接しながら濾過される。凝集工程および濾過工程を連続的に経た後、多孔性濾材(４４)の周りに凝集体が捕集され、その一部は多孔性濾材上に蓄積されハウジング内に溜まる。それ故、流入水が濾過層部(４０)を円滑に通過できない。
更に、回転撹拌器を使用してハウジングに流入された流入水を常に流動させて、流入水を濾過層部(４０)上で攪拌する。これにより、フロック又は沈殿物の沈降速度を最大限に遅延させて、フロック又は沈殿物が高速濾過処理装置の濾過層部(４０)上に蓄積されないようにし、又濾過損失が生じないようにする。又、回転撹拌器により、ハウジングに流入された流入水と薬液注入装置(１８)により供給される凝集剤とが混合されることで、汚染物質が凝集し易くなる。
図５は、本発明の高速濾過処理装置の逆洗方法の各工程を段階的に示した概略図であり、特に図１に図示した本発明の第１実施形態を基準に記載したものである(本発明の高速濾過処理装置の各構成部材の引用符号は図１を参照すること)。
本発明の高速濾過処理装置の逆洗方法は、流入管を通じて高速濾過処理装置内に流入水を移送する工程(Ｓ１００)を含む。
更に、流入管(１１)を通じて高速濾過処理装置(１)内に移送される流入水と凝集剤とを混合して、フロックを形成する工程(Ｓ９００)を含めることができる。このフロックは、多孔性濾材と接触させることで活性化し、相当な処理効率を供することもできる。
工程(Ｓ１００)では、高速濾過処理装置(１)に流入水を供給し、流入水は自重により高速濾過処理装置、例えばハウジングの底面に自由落下する。流入水が高速濾過処理装置中の濾過層部(４０)を通じて流れる際、多孔性濾材によって汚染物質を濾過する濾過工程(Ｓ２００)も同時に行われる。
流入水を連続的に供給して、高速濾過処理装置で濾過工程(Ｓ２００)を連続して行うと、繰り返し行われる濾過により又は流入水に含まれる汚染物質の濃度が高い場合に、当初の濾過効率よりも濾過効率が低減する。
汚染物質が濾過層部(４０)の多孔性濾材の表面に過剰に捕集されて濾過抵抗が大きくなると、濾過効率が低減し濾過層部(４０)を通過する流入水の速度が著しく遅くなる。その一方で、流入水の水位は、流入水が高速濾過処理装置のハウジングへ連続的に供給されることにより上昇する。すなわち、濾過層部(４０)が閉塞すると処理効率が悪くなり、流出管(１２)を通じて排出される処理水の流量が低減される。又、逆洗時間は、ハウジング中の水位変化又は処理水の流量変化をセンサー（５０）が検知する工程Ｓ３００を通じて決定される。
逆洗時間は、予め設定された任意の数値(例えば、流入水の水位、処理水の流量等)を基準に決定される。逆洗を要する場合に、流入管(１１)が閉鎖される(工程Ｓ４００)。流入水の供給を遮断することで、濾過処理されていない流入水が本発明の高速濾過処理装置(１)に流入しないようにすると共に、逆洗をするために既に流入した流入水のみを濾過処理することができる。
工程Ｓ５００は、本発明の高速濾過処理装置に流入水を追加的に供給せず、高速濾過処理装置内に残存する流入水のみを濾過処理して流出管(１２)を通じて排出し、高速濾過処理装置内を空にする工程である。選択的に、Ｓ５００の排出工程では、高速濾過処理装置中の流入水、すなわちハウジング内の水を排出して、具体的には濾過層部の上部にある水のみを排出して、逆洗水の供給を低減することができる。
次いで、工程Ｓ６００を通じて、逆洗水が高速濾過処理装置の濾過層部(４０)の下方から上方に向かって供給される。上記のように、逆洗水が濾過層部(４０)の底部から上部（又は頂部）へ通過できるように上昇流により供給される。この際、逆洗水は濾過層部(４０)に均一に分配される。逆洗水が均一に分配されないと、流入水が、流入水の濾過時に濾過層部(４０)を逆洗した部分のみ通過し、その部分だけ濾過速度が速くなる一方で濾過層部(４０)の逆洗が不十分な部分では、濾過層部（４０）の部分的な閉塞が生じる。
逆洗水を供給し濾過層部(４０)を逆洗すると、濾過層部(４０)中の多孔性濾材(４４)が逆洗水とともに浮上し、上昇する。この時、逆洗水および/又は空気の噴射を通じた多孔性濾材同士の衝突と摩擦、又は逆洗水の水流による多孔性濾材の流動により、多孔性濾材に付着した汚染物質が分離される。
参考までに、好ましくは、逆洗水が本発明の高速濾過処理装置を越流しないように、逆洗水の供給量は制限される。又、供給される逆洗水の水位は、排出管(１３)より高く高速濾過処理装置の上部より低く制御されることがより好ましい。
その後、安定化工程Ｓ７００において、逆洗水の供給を遮断し、流動する多孔性濾材(４４)を粗い砂層上に静止させる。多孔性濾材(４４)は、汚染物質より重いので汚染物質より速く粗い砂層(４３)に沈む。
多孔性濾材(４４)が静止し安定した後、多孔性濾材から分離された汚染物質を含んで成る逆洗水を迅速に排出する工程Ｓ８００が行われる。高速濾過処理装置に設けられた排出管(１３）を開放して、洗浄水と共に汚染物質が外部に排出される。なお、多孔性濾材は、排出管(１３)を通じて外部に排出されないようにしなければならない。
汚染物質および逆洗水を排出した後、排出管(１３)を閉じて流入水を高速濾過処理装置に再供給する。
より好ましくは、汚染物質が多孔性濾材から効果的に分離、除去されない場合、工程Ｓ６００〜工程Ｓ８００を繰り返し行って濾過効率を最大にした後に、流入水を供給する工程Ｓ１００を再開する。
図６ａ〜図６ｄは、図５に示した各工程における本発明の高速濾過処理装置を示した模式的な断面図である。
図６ａは、工程Ｓ１００およびＳ２００により濾過処理を行っている際の高速濾過処理装置を示したものである。図６ｂは、逆洗を行うために工程Ｓ４００およびＳ５００により高速濾過処理装置内を空にする工程を行っている高速濾過処理装置を示したものである。工程Ｓ６００に相当する図６ｃは、逆洗工程を行っている高速濾過処理装置を示したものである。図６ｃに図示するように、逆洗設備(２０)に供給される逆洗水（および空気)を濾過層部へ均一に供給して高速濾過処理装置に溜めることにより、多孔性濾材(４４)および汚染物質が上昇し、浮上する。多孔性濾材(４４)が上方に浮上すると、多孔性濾材の表面に捕集され又は蓄積された汚染物質が上記に示すように分離される。図６ｄは、逆洗水により浮上した多孔性濾材が沈んだ後、汚染物質および逆洗水を排出するＳ７００とＳ８００との工程を行う高速濾過処理装置を示したものである。図６ａ〜図６ｄは、本発明の高速濾過装置に適用される逆洗方法を詳細に図示したものである。より理解を深めるため、配管(１１、１２、１３)を通じて移送される流入水および/又は処理水の流れを区別できるように、これらの水が流れる配管に黒色を彩色し、その一方で、これらの水が流れない配管には黒色を彩色していない。又、高速濾過処理装置の内部にある流入水又は処理水には彩色をせず、その内部の構造をより明確に図示している。
更に、本発明が明細書および添付図面により限定されず、特許請求の範囲内で修正又は変更可能であることは理解されよう。

Claims (8)

  1. 多孔性濾材を用いた高速濾過処理装置であって、
    ハウジング、
    前記ハウジング内に濾過される流入水を供給するために設けられた流入管(１１)、
    前記ハウジングの底面から上方に離れて配置された濾過層部(４０)、
    前記濾過層部(４０)を通じて濾過された水を前記ハウジングの外部に排出するために、前記濾過層部(４０)の下方に配置された流出管(１２)、
    上昇流の逆洗水を供給するために前記ハウジングの底面と前記濾過層部(４０)との間に配置された逆洗設備(２０)、
    前記濾過層部(４０)の上部に前記逆洗水と汚染物質を排出するために設けられた排出管(１３)、および
    前記ハウジング内の流入水若しくは逆洗水の水位又は処理水の排出流量を検知する１つよりも多いセンサー(５０)を有して成り、
    前記濾過層部（４０）に多孔性濾材(４４)が設けられており、
    前記流入水が前記濾過層部(４０)を通じて下降流により濾過されるように設計されており、
    前記多孔性濾材(４４)が、ガラス粉末と発泡剤とを混合し、高温で加熱し、冷却後粉砕して形成された微粒子から成り、前記微粒子の粒径が３ｍｍ以下であり、乾燥時の容積密度が０．４〜１．２ｇ／ｃｍ３であり、水飽和時の容積密度が１．２〜２．０ｇ/ｃｍ３であり、
    逆洗工程の間、前記逆洗水が前記ハウジングから越流しないように、前記逆洗水の水位は前記排出管(１３)より高く前記ハウジング上部より低く制御され、
    前記排出管(１３)は、前記ハウジングの上部と前記濾過層部との間の中間部より下方に設けられており、
    前記多孔性濾材(４４)が前記逆洗水の供給により汚染物質と共に同伴して上昇し、前記多孔性濾材(４４)が沈んだ後、逆洗水と汚染物質が前記排出管(１３)を通じて排出され、
    前記逆洗水の排出を制御するために、前記排出管(１３)の入口部に開閉手段(６０、６０’)が設けられており、
    前記センサー（５０）が予め設定された水位を逆洗水が超えたことを検知した際、前記開閉手段(６０、６０’)が開放されることを特徴とする、高速濾過処理装置。
  2. 前記濾過層部(４０)が、前記高速濾過処理装置(１)を横切るように配置された支持ユニット(４１)、前記支持ユニット(４１)上に配置された１つよりも多いワイヤーメッシュ(４２)又は多孔板、前記ワイヤーメッシュを通過しない粗い砂層(４３)、および多孔性濾材(４４)を含んで成ることを特徴とする、請求項１に記載の高速濾過処理装置。
  3. 前記多孔性濾材(４４)の乾燥時の容積密度が０．４〜０．６ｇ／ｃｍ３であり、前記多孔性濾材(４４)の水飽和時の容積密度が１．３〜１．８ｇ／ｃｍ３であることを特徴とする、請求項１に記載の高速濾過処理装置。
  4. 前記ハウジングが、撹拌機を更に備えていることを特徴とする、請求項１に記載の高速濾過処理装置。
  5. 前記排出管(１３)が、スクリーンを更に備えていることを特徴とする、請求項１に記載の高速濾過処理装置。
  6. 前記開閉手段(６０)が、前記ハウジングの一方の側壁面にある排出管(１３)の入口部の周囲を囲むフレーム(６２)、前記フレーム(６２)上にあるヒンジ部(６３)に接続されたディスク(６１)および前記ディスク(６１)の回転動作を容易にする駆動手段を含んで成るヒンジ式のゲートであることを特徴とする、請求項１に記載の高速濾過処理装置。
  7. 前記開閉手段（６０’）が、前記ハウジングの一方の側壁面にある排出管(１３)を開閉するために、上昇し、下降するディスク(６１’)、前記ディスク(６１’)が上昇し、下降するための昇降動作ユニット(Ｍ)を含んで成る昇降式のゲートであることを特徴とする、請求項１に記載の高速濾過処理装置。
  8. 前記濾過層の表面上にある水を攪拌する回転攪拌機が、前記ハウジングに供給される流入水を流動するために供され、沈殿物の沈降を遅らせ濾過損失を抑制し、又、前記ハウジングに供給される流入水と薬液注入装置（１８）によって注入される凝集剤とを混合するために供され、前記沈殿物の凝集を容易にし、単一の反応槽で凝集工程および濾過工程を同時に行うことを可能とすることを特徴とする、請求項１に記載の高速濾過処理装置。
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