JP5618855B2

JP5618855B2 - 砂ろ過装置

Info

Publication number: JP5618855B2
Application number: JP2011026668A
Authority: JP
Inventors: 大祐鮎川
Original assignee: Takuma Co Ltd
Current assignee: Takuma Co Ltd
Priority date: 2011-02-10
Filing date: 2011-02-10
Publication date: 2014-11-05
Anticipated expiration: 2031-02-10
Also published as: JP2012166113A

Description

本発明は、下水の高度処理などに用いられる上向流移床式の砂ろ過装置に関するものである。

従来、下水の高度処理に用いられる砂ろ過装置としては、重力式下向流ろ過方式（固定床）、重力式上向流ろ過方式（固定床）及び上向流移床式ろ過方式がある。このうち、上向流移床式ろ過方式は、ろ過操作を実施すると同時にろ材である砂を連続的に洗浄する方式であるため、ろ過池の損失水頭の上昇が少なく、連続してろ過水が得られ、かつメンテナンスが容易であるという特徴を有しており、水処理に広く用いられている。

次に、図３を参照しつつ、従来の上向流移床式の砂ろ過装置の概略構成及び作用について説明する。
上向流移床式砂ろ過装置５０は、筒状部５１の下部が逆コーン状の底部５２とされた容器５３内にろ材の砂が充填されてろ過層（砂層）５４が形成されるよう構成されている。原水は原水流入管５５から下面が開放された原水分散装置５６を介してろ過層５４の下部に供給される。こうして、原水は原水分散装置５６の下部より流出し、ろ過層５４を上部へと流れる間にろ過層５４によりろ過され、ろ過後の処理水は上部からオーバーフローされて集水トラフ５７に流れ、次のプロセスへと送られる。一方、容器５３の下部にはエアリフト管５８が挿入されており、このエアリフト管５８にコンプレッサー５９からエア供給管６０を介して空気を吹き込むことにより、内部の空気＋砂＋原水の重量と、周囲の砂＋水の重量差による循環力の発生により、汚れた砂と原水がエアリフト管５８内部を上昇し、上昇中に、砂は空気と水とにより撹拌洗浄される。なお、エア供給管６０の途中には流量制御弁６１及び流量計６２が介挿されている。エアリフト管５８を上昇した空気と砂と水は分離器６３で分離され、砂はろ材洗浄器６４でろ過水と対向流で洗浄され、再びろ過層５４へ戻される。水は、洗浄排水となり排水量調節装置６５を通り洗浄排水管６６に流れる。なお、符号６７で示されるのはエア抜き管である。

特開平１１−１７９１１０号公報

しかしながら、上記従来の砂ろ過装置５０においては、以下に示すような問題点がある。
（１）砂ろ過装置５０は１日の最大ろ過水量で設計諸数値（ろ過面積、エアリフトポンプ容量等）が決定される。しかし、１日の最大ろ過水量で決定される計画水量に満たない処理水量の場合に、余分な砂循環が行われ、不必要な空気を消費して余分な動力を消費することになる。すなわち、砂循環量は、処理水量×（入口ＳＳ濃度―出口ＳＳ濃度）／単位ろ過砂当たりの許容捕捉ＳＳ量で余裕を持って決められるため、処理水量が少なかったり、入口ＳＳ濃度が少ない場合には余分な砂循環が行われることになる。
（２）処理水量、入口ＳＳ濃度に合わせてエア供給管に設けられる流量調整弁を絞った場合には、エアリフト管内の水、空気の比率が水リッチになり平均比重が上がり、エアリフトポンプ外の水＋砂の平均比重との差が小さくなり、循環力が落ちる。つまり、投入空気に見合った砂量でなくなる。

本発明は、前述のような問題点に鑑みてなされたもので、移床式の特徴である連続洗浄を維持しながら、処理水量に見合った効率の良い運転を行うことのできる砂ろ過装置を提供することを目的とするものである。

前記目的を達成するために、本発明による砂ろ過装置は、
原水をろ過するろ材が充填されて形成されるろ過層と、前記ろ過層内に原水を供給する原水流入管と、エア供給管より供給される圧縮空気により前記ろ過層の下部のろ材を水とともにエアリフト管にて上部の分離器へ搬送するエアリフトポンプを複数台備える砂ろ過装置において、
前記複数台のエアリフトポンプの各エアリフト管の吸込口をろ過槽の下部に配するとともに、被処理水の流量及び／又は被処理水のＳＳ濃度が所定値を超える場合には、複数台のエアリフトポンプを運転させ、被処理水の流量及び／又は被処理水のＳＳ濃度が所定値未満の場合には、１台のエアリフトポンプのみの運転に切り替える切替え制御手段を設けることを特徴とするものである。

本発明において、前記切替え制御手段は、被処理水の流量を計測する流量計と、被処理水のＳＳ濃度を計測するＳＳ濃度計と、コンプレッサーからの圧縮空気を各エアリフトポンプ毎のエア供給管に分岐する分岐部に配される切替え弁と、前記流量計及び前記ＳＳ濃度計からの入力情報に基づいて前記切替え弁を制御する切替え制御部とを備えて構成されるのが好ましい。

本発明によれば、被処理水の流量及び又は被処理水のＳＳ濃度に応じて被処理水の流量及び／又は被処理水のＳＳ濃度が所定値を超える場合には、複数台のエアリフトポンプを運転させ、被処理水の流量及び／又は被処理水のＳＳ濃度が所定値未満の場合には、１台のエアリフトポンプのみの運転に切り替えられるので、余分な砂循環が生じたり、循環力が落ちたりすることがなく、電力消費量を低減して、処理水量に見合った効率の良い運転を行うことができる。

本発明の一実施形態に係る砂ろ過装置の断面図本実施形態の砂ろ過装置の効果を説明する図従来の砂ろ過装置の断面図

次に、本発明による砂ろ過装置の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１には、本発明の一実施形態に係る砂ろ過装置の断面図が示されている。

本実施形態の砂ろ過装置１は、筒状部２の下部が逆コーン状の底部３とされた容器４内にろ材の砂が充填されてろ過層（砂層）５が形成されるよう構成されている。原水は原水流入管６から下面が開放された原水分散装置７を介してろ過層５の下部に供給される。こうして、原水は矢印Ａで示されるように原水分散装置７の下部より流出し、ろ過層５中を上向流になって通過する間にろ過層５により含有するＳＳ成分がろ過され、ろ過後の処理水（ろ過水）は矢印Ｂ，Ｃ，Ｄで示されるように上部からオーバーフローされて集水トラフ８に流れ、次のプロセスへと送られる。

一方、容器４の下部には、下部からろ材を吸引・上昇させるために複数本（本実施形態では２本）のエアリフト管９，１０が挿入されている。これらエアリフト管９，１０にはそれぞれエア供給管１１，１２が隣接配置され、各エア供給管１１，１２にはコンプレッサー１３より圧縮空気が供給される。こうして、コンプレッサー１３より供給される圧縮空気がエア供給管１１，１２の下部から吹き出す際（矢印Ｅ）に、エアリフトに吸引されて水及びろ材がエアリフト管９，１０内を持ち上げられる（矢印Ｆ）。すなわち、コンプレッサー１３、エア供給管１１，１２及びエアリフト管９，１０によってエアリフトポンプが構成されている。エアリフト管９，１０においては、内部の空気＋砂＋原水の重量と、周囲の砂＋水の重量差による循環力の発生により、汚れた砂と原水がエアリフト管９，１０内部を上昇し（矢印Ｇ）、上昇中に、砂は空気と水とにより撹拌洗浄される。なお、エアリフト管９，１０としてはサイズの異なる（能力の異なる）もの又は小容量のものと２台を用意するのが好ましい。

エアリフト管９，１０の上端には分離器１４が設けられ、この分離器１４において、上昇空気と、同伴する洗浄排水及び砂とが分離される。分離された砂（矢印Ｈ）は汚濁物質とともにろ材洗浄器（サンドウオッシャー）１５へと沈降する。ろ材洗浄器１５下部からは、ろ過層５を通過したろ過水の一部が洗浄水として導入され（矢印Ｉ）、沈降する砂と向流接触し、砂と汚濁物質とを分離させ、砂をろ材として再生させる。再生されたろ材は、矢印Ｊにて示されるように、ろ過層５の表面からろ過層５に循環される。汚濁物質は上向水に同伴してろ材洗浄器１５内を上方へと移動し、洗浄排水とともに排水管１６からろ過槽５外に排出される（矢印Ｋ）。なお、図中、符号１７，１８にて示されるのはエア抜き管である。

エア供給管１１，１２の途中にはそれぞれ流量制御弁１９，２０及び流量計２１，２２が介挿されている。また、コンプレッサー１３からエア供給管１１，１２へ圧縮空気を供給する管路の分岐部には切替え弁２３が設けられ、この切替え弁２３を操作することで、コンプレッサー１３からエア供給管１１及び／又はエア供給管１２へ供給する圧縮空気の供給又は停止、言い換えれば各エアリフトポンプの運転又は停止を切替えることができるようにされている。

上記切替え弁２３は切替え調節計（切替え制御部）２４からの信号によって制御される。この制御を実行するために、切替え調節計２４には、原水流入管６の途中に配される原水（被処理水）の流量を計測する流量計２５からの流量信号と、原水（被処理水）のＳＳ濃度（汚泥濃度）を計測するＳＳ濃度計２６からの濃度信号とが入力される。こうして、流量計２５により計測される被処理水の流量及びＳＳ濃度計２６により計測される被処理水のＳＳ濃度に応じて、切替え弁２３が制御され、各エアリフトポンプの運転又は停止が切替えられ、言い換えれば両方のエアリフトポンプを運転するか、あるいはいずれか一方のエアリフトポンプのみを運転するかが切替えられ、処理水量に見合った効率的な運転が行われる。

本実施形態の砂ろ過装置においては、流量計２５により計測される被処理水の流量（処理水量）及びＳＳ濃度計２６により計測される被処理水のＳＳ濃度に基づき、切替え調節計２４にて砂ろ過装置１にかかる負荷を演算し、負荷が所定値を超える場合には、両方のエアリフトポンプを運転させ、負荷が所定値未満の低負荷時には１台のみの運転（例えばエア供給管１１側のみの運転）に切替えるよう切替え弁２３が制御される。こうして、負荷に応じて最適な運転を行うことが可能となる。

図２は、本実施形態の砂ろ過装置の効果を説明する図である。この図において、横軸はエアリフト空気量（Ｎｌ／分）を、縦軸は揚砂量（必要洗浄砂量、ｌ／分）をそれぞれ示しており、特性曲線Ｘは大径（φ５６）のエアリフト管を用いた場合のエアリフト空気量と揚砂量との関係を示している。この場合、計画水量時に、エアリフト空気量はａで、揚砂量はアとなるが、処理水量が例えば計画水量の半分に低下したとき、同じ径（φ５６）のエアリフト管で運転した場合には、必要なエアリフト空気量はｂとなる。これに対して、処理水量の低下時に小径（φ４５）のエアリフト管に切替えた場合には、特性曲線Ｙに切り替わるため、必要なエアリフト空気量はｃとなる。つまり、処理水量が低下したときに、径の小さなエアリフト管に切替えると、大径のエアリフト管をそのまま用いる場合に比べて空気消費量を２０％程度削減できることになる。また、大径のエアリフト管をそのまま使用している場合には、処理水量が更に下がったときに、特性曲線Ｘのデータがなく、不安定な運転域に入ってしまう。これに対して、小径のエアリフト管に切替えた場合には、特性曲線Ｙに切り替わるため、同じ量の砂を処理する場合に、より少ないエア量でより安定した処理が可能である。

本実施形態においては、切替え弁２３の切替えを自動制御で行う場合について説明したが、季節変動程度の変化であれば手動により切替えを行うようにしても良い。また、各エアリフト管の径は必ずしも異ならせる必要はなく、同じ部品を用いて同じ径のエアリフト管を複数個用いても良い。エアリフト管の径を異ならせている場合には、稼動させるエアリフトポンプを切替え、あるいは稼動台数を変えることにより、様々な負荷に応じて最適な運転を行うことができるという利点がある。なお、本実施形態では、２本のエアリフト管９，１０を用いたものを説明したが、このエアリフト管は３本以上用いても良いのは言うまでもない。

本実施形態においては、被処理水の流量及び被処理水のＳＳ濃度に基づいて切替え弁を切替え制御するものについて説明したが、被処理水の流量又は被処理水のＳＳ濃度のいずれか一方の情報に基づいて切替え弁を制御する実施形態も可能である。

本発明は、下水の高度処理などに用いられる上向流移床式の砂ろ過装置に適用することにより、効率的な運転に寄与する効果が大である。

１砂ろ過装置
５ろ過層（砂層）
６原水流入管
７原水分散装置
８集水トラフ
９，１０エアリフト管
１１，１２エア供給管
１３コンプレッサー
１４分離器
１５ろ材洗浄器
１６排水管
１９，２０流量制御弁
２１，２２流量計
２３切替え弁
２４切替え調節計（切替え制御部）
２５流量計
２６ＳＳ濃度計

Claims

原水をろ過するろ材が充填されて形成されるろ過層と、前記ろ過層内に原水を供給する原水流入管と、エア供給管より供給される圧縮空気により前記ろ過層の下部のろ材を水とともにエアリフト管にて上部の分離器へ搬送するエアリフトポンプを複数台備える砂ろ過装置において、
前記複数台のエアリフトポンプの各エアリフト管の吸込口をろ過槽の下部に配するとともに、被処理水の流量及び／又は被処理水のＳＳ濃度が所定値を超える場合には、複数台のエアリフトポンプを運転させ、被処理水の流量及び／又は被処理水のＳＳ濃度が所定値未満の場合には、１台のエアリフトポンプのみの運転に切り替える切替え制御手段を設けることを特徴とする砂ろ過装置。
前記切替え制御手段は、被処理水の流量を計測する流量計と、被処理水のＳＳ濃度を計測するＳＳ濃度計と、コンプレッサーからの圧縮空気を各エアリフトポンプ毎のエア供給管に分岐する分岐部に配される切替え弁と、前記流量計及び前記ＳＳ濃度計からの入力情報に基づいて前記切替え弁を制御する切替え制御部とを備えて構成される請求項１に記載の砂ろ過装置。