JP5649217B2 - 濾過ユニット、濾過装置及び濾過方法 - Google Patents

Description

本発明は、濾布が通水性多孔質材の両面に積層されるように構成される濾材の交換が簡単な濾過ユニット、当該濾過ユニットを備える濾過装置、当該濾過ユニットを使用する濾過方法に関する。

多量の濁水が、スポンジ等の通水性多孔質材が介在されるように織布、不織布等の通水性シートが重ね合わされ、周縁が密封された袋状通水シートが濾材とされる濾過装置により濾過されてきた。近年、上記濾過装置の通水性多孔質材に存在する微生物の繁殖による通水性低下に伴う濁水処理速度の低下が防止されるよう、間隔保持用通水性多孔質材が間に介在された状態で通水性シートが重ね合わされ、周囲が密封された袋状の通水性袋体が濾材とされ、前記通水性シートを介して通水した濾液を外部に流出させる流出孔が前記通水性袋体内に設けられ、前記通水性多孔質材は一対のメッシュ状の布帛状体が所定の間隔を保持して略平行に連結糸にて連結されて構成されている、濁水の濾過装置が検討された（例えば、特許文献１参照）。

不織布、織布等の布帛からなり両端を開口する略筒状の保形部が前記通水性多孔質材の周縁各辺に縫い付けられていた。そして、補強棒が前記保形部に挿入され、前記通水性袋体が保形された状態で濾過装置に取り付けられていた。従って、前記通水性袋体が交換される際、前記補強部が前記補強棒から抜き取られなければならず、前記通水性袋体の交換作業は煩雑だった。
最近、一対のメッシュ状の布帛状体が所定の間隔を保持して略平行に連結糸にて連結されている通水性多孔質材が間に介在された状態で通水性シートが重ね合わされた通水性袋体が濾材とされ、前記濾材の交換が簡単にできる濾過装置が望まれているが、有効な解決手段は見出されていなかった。

特開平９−２４２１１号公報

本発明が解決しようとする課題は、濾布が通水性多孔質材の両面に積層されるように構成される濾材の交換が簡単な濾過ユニット、当該濾過ユニットを備える濾過装置、当該濾過ユニットを使用する濾過方法の提供である。

本発明の発明者らは上記課題を解決するため鋭意検討した結果、濾布が通水性多孔質材の両面に積層されるように構成される濾材と特定構造を有する枠体を備える濾過ユニットを見出し、本発明を完成させるに至った。

本発明の濾過ユニットは、濾材と枠体を備え、前記濾材は濾布及び通水性多孔質材を有し、前記濾布は前記通水性多孔質材の両面に積層されると共に前記通水性多孔質材の周縁からはみ出しており、前記枠体２は、洗浄側枠材２Ａと下部枠材２Ｂと集水側枠材２Ｃと上部枠材２Ｄを構成する中空部材により四角形に形成され、前記洗浄側枠材２Ａと前記下部枠材２Ｂの中空部材の内部は洗浄水供給流路に区画され、集水側枠材２Ｃと上部枠材２Ｄの中空部材の内部は濾過水排出流路に区画されると共に、複数の通水孔が前記下部枠材２Ｂと前記集水側枠材２Ｃと前記上部枠材２Ｄを構成する中空部材の枠内周面に開けられており、前記濾材は前記枠体で囲まれて前記枠体内に収められ、前記濾布のはみ出し部分が前記枠体に押さえられて固定されている。

本発明の濾過装置は、濾過槽と、前記濾過槽内に設置された前記濾過ユニットと、前記濾過槽内に前記濾過ユニットより下部に設置された送気手段と、前記濾過槽内から前記濾過槽外にかけて設置された濾過水排出手段と、前記濾過槽外に設置された洗浄水供給手段と、前記濾過槽外に設置された気体抜き手段を備え、前記濾過ユニットの一方の側に位置する濾過水排出流路は前記濾過水排出手段及び気体抜き手段に連通され、前記濾過ユニットの他方の側に位置する洗浄水供給流路は前記洗浄水供給手段と連通され、濁水が前記濾過槽内に貯留されたとき、前記濾過水排出手段への前記濾過ユニットの濾過水流出の高さ位置は、前記濁水面よりも下方にある。

本発明の濾過方法は、前記濾過ユニットの濾材を濁水が通過して得られる濾過水が濾過水排出流路から排出される工程、前記濾過ユニットの洗浄水供給流路に洗浄水が供給されて発生する濾材内部から濾材外部への水流により、前記濾過ユニットの濾材が洗浄される工程を実施する。

本発明の濾過ユニットが備える濾材の交換は、固定部材の着脱により簡単に行われる。

本発明の濾過装置は、洗浄水及び気体により前記濾過ユニットの洗浄を可能ならしめ、高い濾過効率を長期間維持できる。

濾過ユニットの１実施態様を示す模式図 濾過ユニットの１実施形態の断面図 濾過ユニットの１実施形態の断面図 濾過ユニットの１実施形態の断面図 濾過装置の１実施態様を示す模式図 濾過装置の１実施態様を示す模式図

ステンレス等の金属からなる断面角形の中空部材（枠材）が組み合わされて矩形の枠に組み立てられ、枠体２が形成されている。図１に示されるように、枠体２は、洗浄側枠材２Ａと下部枠材２Ｂと集水側枠材２Ｃと上部枠材２Ｄからなる。
洗浄側枠材２Ａの上部は洗浄水送出管２２に接続されると共に上部枠材２Ｄより上方に突出している。洗浄側枠材２Ａの下端は閉塞されている。
集水側枠材２Ｃの上部は気体抜き管４３に接続されると共に上部枠材２Ｄより上方に突出しており、集水管１０がこの突出部位置に斜め下外方に向かって接続されている。集水側枠材２Ｃの下端は閉塞されている。

リング状の穴がプレートに開けられて形成された取っ手１３が上部枠材２Ｄの上部両端部に溶接されている。
排水孔部材９が、下部枠材２Ｂの集水側枠材２Ｃ側端部付近に、下部枠材２Ｂの内周面と外周面を貫通するように設けられている。プラグが排水孔部材９の下端に着脱可能に設けられている。枠体２が後述される濾過ユニットの交換時に濾過槽から引き上げられ、プラグが排水孔部材９から外されたとき、枠体２に固定された後述の２枚の濾布７で挟まれた空間に含まれる水が排水孔部材９から速やかに抜かれる。

洗浄水送出管２２と洗浄側枠材２Ａと下部枠材２Ｂの内部は連通している。通水孔が洗浄側枠材２Ａに開けられていないが、複数の通水孔ｂが下部枠材２Ｂの内周面側（枠体２の内周面側でもある）に下部枠材２Ｂの長さ方向に沿って開けられている。当該通水孔ｂの直径、当該通水孔ｂの間隔は、例えば、それぞれ、１０ｍｍ、４０ｍｍである。
集水側枠材２Ｃと上部枠材２Ｄと気体抜き管４３と集水管１０の内部は連通している。複数の通水孔ｃ、ｄが集水側枠材２Ｃと上部枠材２Ｄの内周面側（枠体２の内周面側でもある）に、集水側枠材２Ｃと上部枠材２Ｄのそれぞれの長さ方向に沿って開けられている。当該通水孔ｃ、ｄの直径、当該通水孔ｃ、ｄの間隔は、例えば、それぞれ、１０ｍｍ、４０ｍｍである。
洗浄側枠材２Ａと上部枠材２Ｄ、下部枠材２Ｂと集水側枠材２Ｃは、それぞれ接続されているが、それらの内部は連通していない。このように、枠体２は、２つに区画され、集水側枠材２Ｃと上部枠材２Ｄの内部は濾過水排出流路となり、洗浄側枠材２Ａと下部枠材２Ｂの内部は洗浄水供給流路となっている。

図２は、図１のＡ−Ａで示される部分を矢印方向から見た断面図である。図３は、図１のＢ−Ｂで示される部分を矢印方向から見た断面図である。図４は、図１のＣ−Ｃで示される部分を矢印方向から見た断面図である。図２〜４に示されるように、濾布７は通水性多孔質材６の両面に積層されており、濾布７の周縁は通水性多孔質材６の周縁からはみ出しているため、通水性多孔質材６は濾布７で完全に覆われている。濾材の周縁部分の２枚の濾布７は、枠体２と押さえ部材３により挟み込まれている。枠体２、濾布７、押さえ部材３に形成されたボルト穴をトラス頭小ネジ４と十字穴付きナット５等の固定部材で貫通させ、この固定部材を締め付けることで、濾布７が枠体２に着脱可能に挟み付け固定される。なお、通常のボルトを押さえ部材３の一方から反対側の押さえ部材まで貫通させてナットで締め付けて、濾布７を枠体２に着脱可能に挟み付け固定してもよい。このように、一体になった枠体２に、２枚の濾布７で通水性多孔質材６を挟み込んだ形態の濾材の周縁濾布部分を着脱可能な固定部材で固定してあるので、濾過ユニットの濾過機能が低下した古い濾材を、予め枠体２に収まるように別途製作した新しい濾材に簡単に交換できる。濾布７の前記周縁部分に設けられるボルト穴の直径及びボルト穴の間隔は適宜設定される。通水性多孔質材６の周縁は、枠体２と接している。濾材を構成する濾布７と通水性多孔質材６は、濾材の周縁より内側の位置で縫合糸により縫合されている。従って、濾材の枠体２への取付及び濾材の枠体２からの取り外しの際、濾材を構成する通水性多孔質材６と濾布７が剥離しない。一対の織布等のメッシュ状布帛が所定の間隔でポリエステルモノフィラメント等の連結糸で編み込まれ、通水性多孔質材６が構成されている。通水性多孔質材６は市販されており、その具体例は旭化成せんい(株）製フュージョン(登録商標)である。

上記されるとおり、濾材を構成する濾布７の周縁部全周が枠体２に固定部材で固定されていて、濾材は枠体２で囲まれて枠体２内に収められた状態になっている。従って、濾過槽１４内の濁水が濾布７を通過して得られる濾過水は、後述される濾過工程において、集水側枠材２Ｃと上部枠材２Ｄに開けられた通水孔ｃ、ｄを通って集水側枠材２Ｃと上部枠材２Ｄの内部に入り、集水管１０、濾過水集合管１２、開閉弁１８を順次通過して最終的に貯留槽に貯留されたり、そのまま放流排出される。

洗浄水が、後述される濾材洗浄工程において、洗浄水送出管２２から供給され、洗浄側枠材２Ａを経て下部枠材２Ｂの通水孔ｂから濾材内部に流入する。そして、濾材内部から濁水側への水流が発生し、濾布７が洗浄される。次の洗浄水排出工程において、濾材内部に残っている洗浄水は、集水側枠材２Ｃと上部枠材２Ｄに開けられた通水孔ｃ、ｄを通って集水側枠材２Ｃと上部枠材２Ｄの内部に入り、集水管１０、濾過水集合管１２、開閉弁１９を通って排出される。

上記されるとおり、枠体２を構成する枠材の内部は、濾過水用排出流路と洗浄水用供給流路に区画されている。濾材内部は枠材の内周面に開けられた複数の通水孔ｂ、ｃ、ｄにより枠材内部と連通しており、濾材内部の濾過水は枠体２の一方の側に位置する濾過水排出流路を通って排出され、洗浄水は枠体２の他方の側に位置する洗浄水供給流路を通って濾材内部に供給される。

図５及び図６は、本発明の濾過装置の１実施態様を示す模式図である。図６は、図５のＤ−Ｄで示される部分を矢印方向から見た断面図である。洗浄側枠材２Ａ及び集水側枠材２Ｃのブラケット２５が、濾過槽１４の内部に設けられている取付部材１７上に配置され、濾材と枠体２と集水管１０と取っ手１３とブラケット２５からなる１以上の濾過ユニット１が取付部材１７に懸垂されている。集水側枠材２Ｃの上部に設けられている集水管１０は、下方に向かって設けられており、接続管１１を介して濾過水集合管１２に接続されている。集水管１０と接続管１１の接続及び取り外しは、大がかりな道具を必要とせず人力で行われる。接続管１１と濾過水集合管１２と開閉弁１８と濾過水放出管１６とからなる濾過水排出手段のうち濾過水集合管１２は、開閉弁１８を介して濾過水放流管１６に接続されている。洗浄水送出管２２と洗浄水ヘッダー管２３と開閉弁２４と加圧洗浄装置２１とからなる洗浄水供給手段のうち洗浄水送出管２２は洗浄水ヘッダー管２３、開閉弁２４を介して加圧洗浄装置２１と接続されている。２０基程度の濾過ユニットで１濾過単位が形成され、孔を有する送気管１５は１濾過単位毎に設けられており、図５では、洗浄時に２濾過単位の１濾過単位毎に対して気体が送気される。
洗浄水送出管２２が、洗浄側枠材２Ａの上部に設けられている。更に、洗浄水送出管２２は洗浄水ヘッダー管２３に接続され、洗浄水ヘッダー管２３は開閉弁２４を介して洗浄水を送出する加圧洗浄装置２１に接続されている。洗浄水送出管２２と洗浄水ヘッダー管２３の接続及び取り外しは、大がかりな道具を必要とせず人力で行われる。気体抜き管４３と気体抜きヘッダー管４１と開閉弁４２からなる気体抜き手段のうち気体抜き管４３が、集水側枠材２Ｃの上部に設けられ、更に、気体抜き管４３は気体抜きヘッダー管４１に接続され、気体抜きヘッダー管４１は開閉弁４２を介して濾材中の気体を排出する経路に接続されている。気体抜き管４３と気体抜きヘッダー管４１の接続及び取り外しは、大がかりな道具を必要とせず人力で行われる。

次に、上記実施形態の濾過ユニット１による濁水の処理動作を説明する。濁水が濾過槽１４に供給され、濾過槽１４内の濾過ユニット１により濾過される（濾過工程）。この濾過工程では、集水側枠材２Ｃへの集水管１０の取付部位及び集水管１０は濾過槽１４内の濁水の水面より低い位置にある。濾過槽１４の底面から濁水の水面までの高さをＬ₁、濾過槽１４の底面から集水側枠材２Ｃへの集水管１０の取付部位（集水管１０の内面下端）までの高さをＬ₂とすると、Ｌ₁−Ｌ₂＝水頭差Ｌと定義される。水頭差Ｌ（Ｌはせいぜい１０ｃｍ程度である）により発生する水頭圧により、濾材を通過した濾過水が集水管１０と接続管１１を経て濾過水集合管１２に集められる。一定量の浮遊物質が濾布７の表面に付着してケーキ層が形成されると、当該ケーキ層は自重で落下して濾過槽１４の底部に貯まる。従って、濾材は長期間目詰まりしない。濾過槽１４の底部に貯まったケーキ層形成物質は、後述される休止工程で、図示されないスクリュー、コンベヤー等の排出手段で濾過槽１４の外に運び出される。濾過水集合管１２に集められた濾過水が排水される場合、濾過水集合管１２と濾過水放流管１６が開閉弁１８を介して接続される。濾過水放流管１６から排水された濾過水は、図示されない貯留槽に貯留され又は貯留されずに放流される。

濾材の洗浄（洗浄工程）は次のように行われる。洗浄は、濾過時間、濾過槽１４の水位上昇（濾材が目詰まりすると水位が上昇する）を勘案して開始される。開閉弁２４が開かれ、加圧洗浄装置２１からの洗浄水が下部枠材２Ｂの通水孔ｂから濾材に送られ、濾材が洗浄される。前記洗浄水は、前記貯留槽に貯留されている濾過水である。開閉弁１８、開閉弁１９及び開閉弁４２は洗浄開始時には閉じられる。空気等の気体が送気手段である送気管１５に送られ、気泡が送気管１５に設けられている孔１５ａから発生し、当該気泡が浮き上がる際に濾材を振動させて濾材に付着しているケーキ層を落とす。

その後、休止工程で、開閉弁１８及び開閉弁１９が閉じられたまま、開閉弁２４が閉じられ、開閉弁４２が開かれ、気体の送気管１５への送気が停止され、濾材に付着したケーキ層が濾過槽１４の底部に沈降する。一定時間経過後、洗浄水排出工程で、開閉弁１９及び開閉弁４２は開かれ、開閉弁１８及び開閉弁２４は閉じられ、濾材中の洗浄水が集水側枠材２Ｃ及び上部枠材２Ｄに開けられている通水孔ｃ、ｄと通って集水管１０と接続管１１を経て濾過水集合管１２に集められ、開閉弁１９から排出される。なお、この間、送気管１５への送気は行わる。そして、再び濾過工程になる。

次に、濾過ユニット１の交換を説明する。相当時間経過すると、濾材の劣化等の理由により、洗浄による濾材の目詰まりの解消が不可能になり、濾過ユニット１の交換が必要になる。最初に、集水管１０に接続されている接続管１１が、集水管１０から外され、洗浄水送出管２２が洗浄水ヘッダー管２３から外され、気体抜き管４３が気体抜きヘッダー管４１から外される。次に、フックを備える揚重装置が、濾過槽１４の取付部材１７に懸垂されている濾過ユニット１の上部の枠体２に取り付けられた取っ手１３に引っ掛けられ、濾過ユニット１が引き上げられる。その後、フックを備える揚重装置に引っ掛けられた新しい濾過ユニット１が排水孔部材９は栓で塞がれた状態で降ろされ、濾過槽１４の取付部材１７に懸垂される。そして、接続管１１、洗浄水ヘッダー管２３、気体抜きヘッダー管４１が、新しい濾過ユニット１の枠体２に設けられている集水管１０、洗浄剤送出管２２、気体抜き管４３にそれぞれ接続される。

本発明の濾過ユニット、濾過装置及び濾過方法は、トンネル工事、ダム工事、造成工事等の土木工事で発生する濁水；生活排水；産業排水等の処理に好適である。特に、凝集剤の使用及び大電力の供給が困難な場所での高濃度濁水（濁質濃度１０００〜３０００ｍｇ／Ｌ）の濾過に好適である。前記高濃度濁水は、本発明の濾過装置及び濾過方法により１０ｍｇ／Ｌ以下の浮遊物質濃度の濾過水にまで濾過される。

１…濾過ユニット、２…枠体、３…押さえ部材、４…トラス頭小ネジ、５…十字穴付きナット、６…通水性多孔質材、７…濾布、８…縫合糸、９…排水孔部材、１０…集水管、１１…接続管、１２…濾過水集合管、１３…取っ手、１４…濾過槽、１５…送気管、１６…濾過水放流管、１８、１９…開閉弁、２１…加圧洗浄装置、２２…洗浄水送出管、２３…洗浄水ヘッダー管、２４…開閉弁、２５…ブラケット、４１…気体抜きヘッダー管、４２…開閉弁、４３…気体抜き管

Claims (3)

1. 濾材と枠体を備え、
   前記濾材は濾布及び通水性多孔質材を有し、前記濾布は前記通水性多孔質材の両面に積層されると共に前記通水性多孔質材の周縁からはみ出しており、
   前記枠体２は、洗浄側枠材２Ａと下部枠材２Ｂと集水側枠材２Ｃと上部枠材２Ｄを構成する中空部材により四角形に形成され、前記洗浄側枠材２Ａと前記下部枠材２Ｂの中空部材の内部は洗浄水供給流路に区画され、集水側枠材２Ｃと上部枠材２Ｄの中空部材の内部は濾過水排出流路に区画されると共に、複数の通水孔が前記下部枠材２Ｂと前記集水側枠材２Ｃと前記上部枠材２Ｄを構成する中空部材の枠内周面に開けられており、
   前記濾材は前記枠体で囲まれて前記枠体内に収められ、前記濾布のはみ出し部分が前記枠体に押さえられて固定されている、濾過ユニット。
2. 濾過槽と、
   前記濾過槽内に設置された請求項１に記載された濾過ユニットと、
   前記濾過槽内に前記濾過ユニットより下部に設置された送気手段と、
   前記濾過槽内から前記濾過槽外にかけて設置された濾過水排出手段と、
   前記濾過槽外に設置された洗浄水供給手段と、
   前記濾過槽外に設置された気体抜き手段を備え、
   前記濾過ユニットの一方の側に位置する濾過水排出流路は前記濾過水排出手段及び気体抜き手段に連通され、
   前記濾過ユニットの他方の側に位置する洗浄水供給流路は前記洗浄水供給手段と連通され、
   濁水が前記濾過槽内に貯留されたとき、前記濾過水排出手段への前記濾過ユニットの濾過水流出の高さ位置は、前記濁水面よりも下方にある、濾過装置。
3. 請求項１に記載された濾過ユニットを用いる濾過方法であって、
   前記濾過ユニットの濾材を濁水が通過して得られる濾過水が濾過水排出流路から排出される工程、
   前記濾過ユニットの洗浄水供給流路に洗浄水が供給されて発生する濾材内部から濾材外部への水流により、前記濾過ユニットの濾材が洗浄される工程、が実施される濾過方法。

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