JP5698881B1

JP5698881B1 - ろ過方法およびろ過装置

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Publication number: JP5698881B1
Application number: JP2014544848A
Authority: JP
Inventors: 和典小石
Original assignee: 和典小石
Priority date: 2014-08-08
Filing date: 2014-08-08
Publication date: 2015-04-08
Anticipated expiration: 2034-08-08
Also published as: WO2016020957A1; JPWO2016020957A1

Abstract

【課題】高濁度の濁質を含んだ被処理水であっても、小コストで微細な濁質を除去でき、ろ過閉塞し難いろ過方法、およびろ過装置を提供する。【解決手段】濁質を含んだ被処理水をろ過するとき、被処理水に所定濃度で凝集剤を注入する。被処理水は、滞留による濁質の凝集・沈降処理を経ずに、１〜１００μｍの粒径の粒子層を備えたろ過材でろ過する。凝集剤はＡｌ陽イオンを含み、被処理水に対して、Ａｌの質量濃度が０．０４ｍｇ／ｌ以上になるように注入する。このようなろ過方法を実施するのに適したろ過装置（１）は、凝集剤注入装置（３）と、ろ過材（５）が入れられた圧力容器（４）とから構成する。ろ過材（５）は、粒径が異なる複数の層（１５、１６、１７、１８、２０、２１、２２）から構成し、最小の粒径の層、すなわち粒子層（１８）は、粒径が１〜１００μｍの粒子から構成する。【選択図】図１

Description

本発明は、濁質を含んだ被処理水をろ過するろ過方法、およびろ過装置に関するものであり、限定するものではないが、河川、湖沼等から取水された原水を被処理水としこれをろ過して浄水を得る方法として好適なろ過方法、およびそのようなろ過方法を実施するろ過装置に関するものである。

生活用水、飲用水等に利用される浄水は、河川、湖沼、ダム等から取水された原水、あるいは地下から汲み上げられた地下水等の被処理水を浄化処理して得られる。被処理水には、微生物やごみがコロイド状に浮遊する懸濁物質、いわゆる濁質が含まれおり、これらはろ過池あるいはろ過装置によってろ過して除去する必要がある。ろ過池あるいはろ過装置には被処理水をろ過するろ過材が設けられているが、ろ過材として、ろ砂等の粒子からなる粒状ろ過材が周知である。例えば急速ろ過池においては平均粒径０．４５〜０．７ｍｍのろ砂の層によって、緩速ろ過池においては平均粒径０．３〜０．４５ｍｍのろ砂の層によってそれぞれろ過するようになっている。また本出願人の出願による特許文献１においては、粒径１〜５０μｍの粒子層を含んだろ過材を備えたろ過装置が記載されている。このろ過装置は所定の水圧で被処理水を供給すると十分なろ過速度で被処理水がろ過されるが、粒子層によって微細な濁質も除去できるようになっている。

ところで上記の緩速ろ過池や、特許文献１に記載のろ過装置は、比較的濁質が少ない被処理水をろ過するのに適している。しかしながら原水の多くには比較的濁質が多く含まれている場合がある。このような原水を緩速ろ過池でろ過したり、あるいは直接特許文献１に記載のろ過装置でろ過すると早期にろ過材が早期に目詰まりしてろ過材の洗浄が頻繁に必要になり実用的では無い。そこで比較的濁質が多い被処理水をろ過する多くの浄水場においては、急速ろ過法が採用されている。急速ろ過法は、被処理水にポリ塩化アルミニウム等の凝集剤を注入して攪拌池にて攪拌し、その後、沈殿池において所定時間滞留させる。そうするとコロイド状の濁質が凝集してフロックが形成され、フロックが沈殿池に沈降する。そして沈殿池の上澄み水だけを急速ろ過池でろ過するようにする。このようにすると濁質の大部分が沈殿池において除去されるのでろ過材は目詰まりし難い。

凝集剤を併用してろ過する方法は他にもあり、例えば、いわゆるマイクロフロックろ過法、あるいはいわゆる薬注ろ過法が周知である。前者の方法は、被処理水に凝集剤を注入して攪拌し、これを直接ろ過池に送ってろ過する方法であり被処理水を滞留させるための沈殿池を必要としない。この方法では、凝集剤の注入後に被処理水を滞留させないので、大きなフロックは形成されず、微小なフロックすなわちマイクロフロックしか形成されない。このようなマイクロフロックはろ過材の表面から入り込んで所定の深度に達してろ過されるので、ろ過材が全体として利用されることになり目詰まりが発生し難くなっている。後者の方法である薬注ろ過法も、被処理水に凝集剤を注入して攪拌後、速やかにろ過池にてろ過する方法であり、マイクロフロックろ過法とほぼ同様の内容の方法と言える。ただし薬注ろ過法では、マイクロフロックろ過方法に比して、凝集剤の注入率は小さくする。そうすると肉眼で認められるようなフロックは形成されず、濁質はほとんど凝集しない。凝集しないので濁質は微細な状態であり、ろ過材を構成しているろ砂の隙間よりも小さい。そうすると大きさの点で見るとろ過材で漉し採ることはできないはずである。しかしながら注入する凝集剤はプラスの電荷を有していて、マイナスの電荷で帯電して電気的に反発しているろ砂と濁質を電気的に中和することができる。これによって微細な濁質はろ砂に付着して漉し採られることになる。このようなマイクロフロックろ過法も薬注ろ過法も、ろ過池のろ過材として採用されている粒子は、粒径が０．６〜１．１ｍｍであり、急速ろ過池のろ砂より若干大きい。濁質をフロックで沈降させて除去せずに、全てろ過材で除去するようにしているので、目詰まりが発生し難くなるようにするためであると考えられる。

特開２０１４−１８７４１号公報特開２００９−９０２２７号公報特開２００３−１７０１８５号公報

特許文献２にも、マイクロフロックろ過法や薬注ろ過法と類似したろ過方法が記載されている。特許文献２に記載のろ過方法では、ろ過材が、アンスラサイトからなる第１層と、ケイ砂からなる第２の層とからなるろ過装置を使っている。この方法では、被処理水は所定のポンプによってろ過装置に送られるが、被処理水に凝集剤と次亜塩素酸ナトリウムとを注入して混和後にろ過装置に供給し、ろ過するようになっている。凝集剤はポリ塩化アルミニウム、硫酸アルミニウム、あるいは塩化第二鉄が使用され、有機高分子系の凝集剤も適宜併用される。なおろ過材として使用されているアンスラサイト、ケイ砂は、それぞれ粒径が０．９ｍｍ、０．５ｍｍであり、急速ろ過池のろ砂と同等か、それよりも大きい。

特許文献３には、膜をろ過材として利用した膜ろ過方法が記載されている。周知のようにろ過材として利用される膜は微小な穴が多数開いており、濁質を含んだ被処理水を所定の圧力をかけて送ると膜において濁質が漉し採られるようになっている。膜ろ過方法は微小な穴において濁質が漉し採られるようになっているので、早期にろ過閉塞し易く頻繁に膜を逆洗しなければならないという欠点がある。特許文献３に記載の方法においては、膜を備えたろ過装置に被処理水を供給するとき、凝集剤を注入して供給するようにしている。そうすると濁質が凝集するので、膜は目詰まりし難くなる。

被処理水をろ過するとき、凝集剤を注入しないでろ過する例として、緩速ろ過池や特許文献１に記載のろ過装置を説明した。これらは前記したように濁質の多い被処理水をろ過するとろ過材が早期に目詰まりするという問題がある。また特許文献１に記載のろ過装置においては、高いろ過速度でろ過でき微細な濁質を除去できるが、粒子層の隙間より小さい濁質については除去できないという問題もある。従って特許文献１に記載のろ過装置は、非常に高い高濁度の被処理水をろ過するのには適していない。高濁度の被処理水には大量の濁質が含まれているので、粒子層の隙間より小さい濁質が大量にろ過材をすり抜けてしまい、結果的にろ過水の濁度が十分に小さくならないからである。濁度が十分に小さくないと、ろ過水を浄水として利用する場合には問題がある。次に凝集剤を注入し、その後ろ過する方法については、前記したように急速ろ過方法やマイクロフロックろ過法、薬注ろ過法、そして特許文献２に記載のろ過方法がある。これらはそれぞれ優れてはいる。また被処理水に凝集剤を注入後、膜を備えたろ過装置で濾過する特許文献３に記載のろ過方法も膜の目詰まりを抑制することができ優れてはいる。しかしながらこれらについても、それぞれ解決すべき課題も見受けられる。まず、急速ろ過法に関しては、被処理水を滞留させるための沈殿池が必須であり、広大な敷地が必要で設備のコストが嵩むという問題がある。次に、マイクロフロックろ過法や薬注ろ過法、あるいは特許文献２に記載のろ過方法においては、被処理水の濁度が高い高濁度時において問題が見受けられる。被処理水が高濁度のときには凝集剤を注入しても濁質の凝集は速やかには進行しない。つまりろ過材でろ過されるタイミングにおいては濁質のほとんどは分散してコロイド状に浮遊した状態になっている。これらの方法で使用されているろ過材は、急速ろ過池のろ砂と同等かそれよりも径が大きいので、コロイド状に浮遊した状態の濁質は、比較的目の粗い粒子からなるろ過材をすり抜けてしまう。あるいは高濁度の濁質は電気的に中和されにくくろ砂に付着しにくい。そうすると濁質の一部がろ過水に混入してしまう。つまりマイクロフロックろ過法や薬注ろ過法、あるいは特許文献２に記載のろ過方法では、高濁度の濁質については十分にろ過することができず安全な浄水が得られる保証がない。次に、特許文献３に記載のろ過方法については、ろ過材の膜が高価である点が問題であると言える。膜は長期間使用すると交換する必要があり、浄水を得るためのコスト高の原因になってしまう。

本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたろ過方法およびろ過装置を提供することを目的としている。具体的には、コストの小さいろ過方法でありながら、高濁度の濁質を含んだ被処理水であっても、微細な濁質を確実に除去でき、ろ過閉塞もし難いろ過方法、およびそのようなろ過方法を実施するろ過装置を提供することを目的としている。

請求項１に記載の発明は、上記目的を達成するために、濁質を含んだ被処理水をろ過して浄水を得るとき、被処理水に凝集剤を注入し、滞留による濁質の凝集・沈降処理を経ずに、１〜１００μｍの粒径の粒子からなる粒子層を備えたろ過材でろ過することを特徴とするろ過方法として構成される。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のろ過方法において、前記凝集剤はＡｌ陽イオンを含み、被処理水に対して、Ａｌの質量濃度が０．０４ｍｇ／ｌ以上になるように注入することを特徴とするろ過方法として構成される。
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のろ過方法において、前記凝集剤は、希硫酸に粉末状にした花崗岩を所定時間浸して得られた抽出液であることを特徴とするろ過方法として構成される。

請求項４に記載の発明は、濁質を含んだ被処理水をろ過して浄水を得るろ過装置であって、前記ろ過装置は、凝集剤注入装置と、ろ過材が入れられた圧力容器とからなり、前記ろ過材は、少なくとも１〜１００μｍの粒径の粒子からなる粒子層を備え、被処理水は前記凝集剤注入装置において凝集剤が注入された後に滞留による濁質の凝集・沈降処理を経ずに前記圧力容器に供給され、前記ろ過材によってろ過されるようになっていることを特徴とするろ過装置として構成される。
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のろ過装置において、前記ろ過材は、下方から上方に向かって粒径が順次小さくなるように積層されていると共に最上部が前記粒子層になっているろ過部と、該粒子層の上に下方から上方に向かって粒径が順次大きくなるように積層されている粒子流出防止部とから構成され、前記圧力容器の天井に達するように充填されており、被処理水は前記ろ過材を上向きに通されてろ過されるようになっていることを特徴とするろ過装置として構成される。
請求項６に記載の発明は、請求項４に記載のろ過装置において、前記ろ過材は、下方から上方に向かって粒径が順次小さくなるように積層されていると共に最上部が前記粒子層になっているろ過部と、該粒子層の上に下方から上方に向かって粒径が順次大きくなるように積層されている粒子流出防止部とから構成され、前記粒子流出防止部はその上部が所定の押さえ部材によって下方に押しつけられており、被処理水は前記ろ過材を上向きに通されてろ過されるようになっていることを特徴とするろ過装置として構成される。

以上のように、本発明においては、濁質を含んだ被処理水をろ過して浄水を得るとき、被処理水に凝集剤を注入し、滞留による濁質の凝集・沈降処理を経ずに、１〜１００μｍの粒径の粒子からなる粒子層を備えたろ過材でろ過するように構成されている。使用するろ過材は粒子層を備えたろ過材であるのでコストは小さい。本発明においては、被処理水に凝集剤を注入しているが、これはすぐにろ過するようになっている。そうすると被処理水中の濁質はわずかに凝集を開始してフロックが形成されるが、肉眼で視認できる大きさのフロックは形成されずにろ過される。しかしながらろ過材の粒子層は１〜１００μｍの粒径の粒子からなるので、微細なフロックであっても十分に粒子層で漉し採られる。ところで大部分の濁質は凝集して、粒子層の隙間よりも大きなフロックになって粒子層に捕捉されるが、ろ過される被処理水の中には凝集せずに分散した状態の濁質もある。しかしながら、これらの濁質も凝集剤によって電気的に中和された状態になっているので、粒子層を通るときに既に粒子層に捕捉されているフロックに付着することになる。これによって微細な濁質は実質的に完全に漉し採ることができる。本発明においては、このように濁質は微細なフロック状にして漉し採られるので、フロック同士には隙間が確保される。この隙間によってろ過材が目詰まりし難く、長期間ろ過することができる。他の発明によると、凝集剤は、粉末状にした花崗岩に希硫酸を添加して得られた抽出液から構成されている。このような抽出液には、凝集効果を奏するＡｌ陽イオンと鉄陽イオンだけでなく、他の微量元素、つまりミネラルも含まれている。そうするとろ過水にミネラルが添加され、付加価値の高い飲料水を得ることができる。

本発明の実施の形態に係るろ過装置を模式的に示す側面断面図である。本発明の第２の実施の形態に係るろ過装置を模式的に示す側面断面図である。

本発明の実施の形態に係るろ過装置１を説明する。本実施の形態に係るろ過装置は、上向きろ過装置２と凝集剤注入装置３とから構成されている。後で説明するように本実施の形態に係るろ過方法は、濁質を含んだ被処理水に所定の注入率で凝集剤を注入し、その後、所定のろ過材によって速やかにろ過するように構成されている。凝集剤注入装置３は被処理水に凝集剤を注入する装置であり、上向きろ過装置２は、凝集剤が注入された被処理水をろ過する装置になっている。

最初に上向きろ過装置２について説明する。上向きろ過装置２は、中空の圧力容器４、この圧力容器４内に設けられているろ過材５、等から構成されている。圧力容器４は、所定の肉厚の鋼板からなり、円筒状の胴部７と、この胴部７の上部に液密的に取り付けられているドーム状を呈するヘッド部８と、同様に胴部７の下部に液密的に取り付けられているドーム状のボトム部９とから構成されている。このような形状に形成されているので、圧力容器４は内圧に対して高い耐性を備えている。また圧力容器４は容易に分解することができるので、ろ過材５をメンテナンスしたり交換することができる。

ろ過材５は、砂利、ろ砂、粒子等から構成され、異なる粒径に従って積層された複数の層からなる。本実施の形態に係るろ過装置１においては、凝集剤が注入された被処理水をろ過する点にも特徴があるが、非常に微細な粒子の層を備えたろ過材５によってろ過する点にも特徴がある。このような微細な粒子の層を設けるために、ろ過材５の積層方法には特徴があり、複数の層からなるろ過材５は、概略的に上下２層に分かれている。すなわち下方の層であるろ過部１１と上方の層である粒子流出防止部１２とから構成されている。ろ過部１１の層は、被処理水から濁質を漉し採る作用を奏し、粒子流出防止部１２は、ろ過部１１を構成している粒子が外部に流出しないように押さえるようになっている。ろ過部１１は、粒径が異なる粒子から複数の層に積層され、最下層から順に粒径が小さい層になっている。具体的には、最下層１５は砂利等の比較的粒径の大きい粒子からなり、中層１６はろ砂からなり、上層１７は粒径の小さいろ砂から構成されている。そしてろ過部１１の最上層にあたる最小の粒子の層、つまり粒子層１８は、粒径が１〜１００μｍの粒子から構成されている。なお粒子層１８の粒径は、粒径が小さければ小さいほど微細な濁質を除去できるはずであるが、本発明においては被処理水には凝集剤を注入してろ過するので微細な濁質は互いに凝集してろ過材に捕捉される。後で実施例において明らかにするように、本発明のろ過方法を実施すれば、粒子の径がそれほど微細でなくても十分に微細な濁質を漉し採ることができる。従って粒子層１８の粒径は、濁質によって早期に目詰まりするのを防止するために、２０μｍ以上とすることが好ましい。また粒子層１８の粒子の粒径は大きいほどろ過の抵抗が小さくなって効率よくろ過できるので有利であるが、粒径が大きいとろ過速度を高速にしたときに濁質が除去できない場合もある。従って、粒径は８０μｍ以下とすることが好ましい。つまり粒子層１８の粒子の粒径は１〜１００μｍとしているが、好ましくは２０〜８０μｍである。ところで、本実施の形態に係る上向きろ過装置２は、被処理水がろ過材５中を上向きに流れてろ過される。そうするとろ過部１１は、被処理水が流れる方向に順次粒径が小さくなるように積層されていることになる。これによって大きな濁質は下層において、小さな濁質は上層において漉し採られることになり、ろ過部１１が全体としてろ過作用を奏することになる。

粒子流出防止部１２は、ろ過部１１と積層方法が異なっている。粒子流出防止部１２は、下層から上層に向かって順次粒径が大きくなるように積層されている。つまり、粒子層１８と接している最下層２０が粒径の小さいろ砂から構成され、中層２１はろ砂から、そして最上層２２は砂利等の比較的粒径の大きい粒子から構成されている。このように積層されているので、ろ過部１１の粒子層１８の粒子が上方に流れて外部に流出することが防止される。本実施の形態に係るろ過装置１においては、上向きろ過装置２の圧力容器４には、ろ過材５が天井に達するまで充填されている。従って圧力をかけて被処理水を圧力容器４の下方から供給しても、ろ過材５は浮き上がらない。これによってろ過材５は積層状態が維持されたままろ過し続けることができる。

圧力容器４のボトム部９には、被処理水を供給する供給管２４が接続され、次に説明する凝集剤注入装置３から被処理水が送られてくるようになっている。供給管２４には第１の弁２５が介装されている。ボトム部９には逆洗したときの洗浄排水を排出する排水管２６も接続され、排水管２６には第２の弁２７が介装されている。そして圧力容器４のヘッド部８には、ろ過された水を送水する送水管２８が接続されている。

凝集剤注入装置３を説明する。本実施の形態において凝集剤注入装置３は、混和槽３０と、凝集剤を処置の注入率で注入する注入機３１とから構成されている。混和槽３０は、被処理水供給管３２から供給される被処理水が一定量満たされるようになっているが容量は比較的小さいので、滞留時間はほとんどない。本実施の形態において、注入機３１は所定の岩石から得られた凝集剤を注入するようになっている。凝集剤はアルミニウム陽イオン、鉄陽イオンを含んでおり、従来周知の凝集剤であるポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）のようにマイナスの電荷に帯電した濁質を凝集させる作用がある。凝集剤は被処理水に所定の注入率で注入されるようになっており、本実施の形態においては被処理水１ｌに対するアルミニウムの質量濃度で０．０４ｍｇ／ｌ以上になるように、好ましくは０．０８ｍｇ／ｌ以上になるように、より好ましくは０．２ｍｇ／ｌ以上になるように注入される。これらのアルミニウムの質量濃度をＰＡＣの注入率によって換算すると、それぞれ０．６ｐｐｍ、１．２ｐｐｍ、３．０ｐｐｍに相当する。凝集剤注入装置３の混和槽３０にはポンプ３５が設けられ、供給管２４に被処理水を０．０５ＭＰａ以上の水圧で供給するようになっている。

本実施の形態に係るろ過方法を説明する。まず本実施の形態に係るろ過装置１において第１の弁２５を開き、第２の弁２７は閉じる。河川等から取水した原水を被処理水とし、これを被処理水供給管３２から凝集剤注入装置３の混和槽３０に供給する。注入機３１より凝集剤を注入し、ポンプ３５を駆動する。被処理水は凝集剤が注入されるが混和槽３０における滞留はわずかであるので混和槽３０において必ずしも十分に混和されるとは限らない。しかしながらポンプ３５によって凝集剤が注入された被処理水が供給管２４に送られると、混和が促進して被処理水中で十分に凝集剤が拡散する。そうすると被処理水中でマイナスの電荷が帯電してコロイド状に分散している濁質は凝集剤によって電気的に中和される。しかしながら被処理水は十分に滞留しないので、濁質はわずかに凝集するだけで目視可能な大きさのフロックは形成されない。このように濁質の凝集が始まったばかりの被処理水は第１の弁２５を経由して上向きろ過装置２の圧力容器４の下部に供給され、被処理水はろ過材５を上向きに流れる。被処理水の濁質はわずかであっても凝集しているので、ろ過材５を流れるときろ過部１１の所定の層で漉し採られる。漉し採られた濁質は凝集した状態、つまり塊状あるいは粒状になっている。つまり分散していない。従って濁質を漉し採ってもろ過材５は目詰まりし難い。被処理水中において凝集していない濁質もある。このような濁質は、ろ過材５中を流れることができるが、既にろ過材５に漉し採られている塊状あるいは粒状の濁質に付着する。濁質は凝集剤が添加されていて電気的に中和されているので、他の捕捉された濁質に付着し易いからである。つまり結果的に凝集していない微細な濁質も漉し採られることになる。最小の粒子の層である粒子層１８において微細な濁質が漉し採られた後に被処理水は粒子流出防止部１２を上向きに流れて、圧力容器４の上部から出る。すなわち浄水が得られる。浄水は送水管２８によって外部に送水される。

被処理水のろ過を継続しているとろ過材５に濁質が蓄積されて、ろ過の効率が低下する。そこで所定時間ろ過したら、逆洗を実施してろ過材５から濁質を除去する。具体的にはポンプ３５を停止し、第１の弁２５を閉じ、第２の弁２７を開く。送水管２８から逆向きに浄水を圧送する。そうすると浄水は上向きろ過装置２のろ過材５を下向きに流れる。ろ過部１１において捕捉されていた濁質は浄水によって押し出されて下方に流される。ところで濁質は、凝集剤によって微細な塊状になっているので容易にろ過材５を構成しているろ砂、粒子等から分離することになる。つまりろ過材５を容易に洗浄することができる。濁質を含んだ浄水は排水管２６から外部に排出される。所定時間逆洗を実施したら、送水管２８からの浄水の供給を停止し、第２の弁２７を閉じ、第１の弁２５を開く。既に説明したようにポンプ３５を稼働させて被処理水のろ過を再開する。

本実施の形態に係る凝集剤の製造
本実施の形態に係るろ過方法の実験を行うにあたり、実験において使用する本実施の形態に係る凝集剤を次のようにして製造した。
原料：花崗岩
（１）原料の花崗岩を粉末状にすりつぶし、希硫酸に所定時間浸した。
（２）その後ろ紙でろ過し、ろ過液を本実施の形態に係る凝集剤とした。
本実施の形態に係る凝集剤の成分を分析し、次の表のデータを得た。凝集効果を奏する３価のアルミニウム陽イオンが多く含まれており、また鉄陽イオンも含んでいることが確認された。

本実施の形態に係るろ過方法の実験１
本実施の形態に係る凝集剤を使用して本実施の形態に係るろ過方法を実施して、濁質を含んだ被処理水から濁質を除去して浄水を得られることを確認する実験を行った。
実験条件：図１に示されている本実施の形態に係るろ過装置１を使用し、濁質を含んだ被処理水をろ過速度５００ｍ／日でろ過し、濁度計によってろ過水の濁度を測定した。被処理水は、水道水に人工濁質であるカオリンを添加したものを使用し、濁度が５度になるように調整した。
実験１では、粒子層１８は粒子の径が８０μｍとし、層の厚さは１０ｃｍとした。
実験１−１：最初に、凝集剤を添加しないで被処理水をろ過装置１においてろ過する実験を行った。ろ過開始後３分後におけるろ過水の濁度は０．９度、５分後におけるろ過水の濁度も０．９度であった。
実験１−２：次に本実施に係る凝集剤を、その濃度が１００ｐｐｍになるように被処理水に注入し、ろ過装置１においてろ過した。本実施に係る凝集剤は表１に示されているように１リットル中に７．６５ｇアルミニウムが含まれているので、１００ｐｐｍの注入率をアルミニウムの質量濃度で表現すると、０．７６５ｍｇ／ｌになる。この実験において、ろ過開始後３分後におけるろ過水の濁度は０．０６度であり、５分後におけるろ過水の濁度は０．０１度であった。
実験１−３：次に、本実施の形態に係る凝集剤の代わりにポリ塩化アルミニウムを使用してろ過した。ポリ塩化アルミニウムは、アルミニウムの質量濃度が実験１−２と同じ濃度になるように、つまり０．７６５ｍｇ／ｌになるように被処理水に注入した。ポリ塩化アルミニウムは１リットル中に６５．５２ｇのアルミニウムが含まれているので、アルミニウム質量濃度０．７６５ｍｇ／ｌになるように、被処理水に対して０．７６５／６５．５２×１０００＝１２ｐｐｍ注入した。ろ過開始後３分後におけるろ過水の濁度は０．５度、５分後におけるろ過水の濁度は０．２度であった。
考察：実験１−１から被処理水に凝集剤を注入しないでろ過すると、濁質の一部がろ過水に混入して濁度が一定値以下、つまり０．９度以下には低下しないことが分かった。これに対して被処理水に凝集剤を注入してろ過する場合には、濁質の多くがろ過材で漉し採られてろ過水の濁度が低下していることが確認できた。従来の凝集剤であるポリ塩化アルミニウムによっても、被処理水に注入してろ過すると、十分に濁質がろ過材で漉し採られることが確認できたが、本実施の形態に係る凝集剤を注入する場合には、濁質が漉し採られる効果はさらに高くなることが確認できた。本実施の形態に係る凝集剤は、アルミニウム陽イオンだけでなく鉄陽イオンも含んでいるので、凝集効果が高かったのではないかと考えられる。

本実施の形態に係るろ過方法の実験２
本実施の形態に係る凝集剤を使用して、凝集剤の注入率を変えて本実施の形態に係るろ過方法を実施し、その効果を確認する実験を行った。
実験条件：図１に示されている本実施の形態に係るろ過装置１を使用し、濁質を含んだ被処理水をろ過速度５００ｍ／日でろ過し、濁度計によってろ過水の濁度を測定した。被処理水は、水道水に人工濁質であるカオリンを添加したものを使用し、濁度が１０度になるように調整した。
実験２では、粒子層１８は粒子の径が８０μｍとし、層の厚さは１０ｃｍとした。
実験２−１：本実施に係る凝集剤を、その濃度が５ｐｐｍになるように被処理水に注入し、ろ過装置１においてろ過した。すなわち凝集剤は、アルミニウムの質量濃度で示すと０．０３８ｍｇ／ｌになるように被処理水に注入した。この実験において、ろ過開始後５分後におけるろ過水の濁度は０．４５度であり、１０分後におけるろ過水の濁度は０．４度であった。
実験２−２：本実施に係る凝集剤を、その濃度が１０ｐｐｍになるように被処理水に注入し、ろ過装置１においてろ過した。すなわち凝集剤は、アルミニウムの質量濃度で示すと０．０７６ｍｇ／ｌになるように被処理水に注入した。この実験において、ろ過開始後５分後におけるろ過水の濁度は０．２４度であり、１０分後におけるろ過水の濁度は０．１度であった。
実験２−３：本実施に係る凝集剤を、その濃度が２５ｐｐｍになるように被処理水に注入し、ろ過装置１においてろ過した。すなわち凝集剤は、アルミニウムの質量濃度で示すと０．１９ｍｇ／ｌになるように被処理水に注入した。この実験において、ろ過開始後５分後におけるろ過水の濁度は０．２度であり、１０分後におけるろ過水の濁度は０．１５度であった。
考察：アルミニウムの質量濃度が０．０３８ｍｇ／ｌになるように凝集剤を被処理水に注入すれば、その後ろ過するときに濁質がある程度除去できることが確認できた。凝集剤を被処理水に注入しなかった実験１−１と比較すれば、凝集剤の注入による濁質の除去の効果は十分にあることが確認できた。しかしながら、さらに０．０７６ｍｇ／ｌになるように注入すればより濁質が除去できることが確認でき、アルミニウム質量濃度が０．１９ｍｇ／ｌになるように注入すれば、さらに濁質が効率よく除去されることが確認できた。従って、アルミニウム質量濃度は０．０４ｍｇ／ｌ以上、好ましくは０．０８ｍｇ／ｌ以上、より好ましくは０．２ｍｇ／ｌ以上になるように被処理水に注入するようにすればよいことが分かった。

本実施の形態に係るろ過方法の実験３
粒子層１８の粒子の粒径を変えて本実施の形態に係るろ過方法を実施し、その効果を確認する実験を行った。
実験条件：図１に示されている本実施の形態に係るろ過装置１を使用し、濁質を含んだ被処理水をろ過速度５００ｍ／日でろ過し、濁度計によってろ過水の濁度を測定した。被処理水は、水道水に人工濁質であるカオリンを添加したものを使用し、濁度が１０度になるように調整した。
実験３−１：粒子層１８の粒子の径を５μｍとし層の厚さを１０ｃｍとした。本実施に係る凝集剤を、その濃度が２５ｐｐｍになるように被処理水に注入し、ろ過装置１においてろ過した。すなわち凝集剤は、アルミニウムの質量濃度で示すと０．１９ｍｇ／ｌになるように被処理水に注入した。この実験において、ろ過開始後５分後におけるろ過水の濁度は０．００度であり、１０分後におけるろ過水の濁度も０．００度であった。
実験３−２：粒子層１８の粒子の径を２０μｍとし層の厚さを１０ｃｍとした。本実施に係る凝集剤を、その濃度が２５ｐｐｍになるように被処理水に注入し、ろ過装置１においてろ過した。すなわち凝集剤は、アルミニウムの質量濃度で示すと０．１９ｍｇ／ｌになるように被処理水に注入した。この実験において、ろ過開始後５分後におけるろ過水の濁度は０．０２度であり、１０分後におけるろ過水の濁度は０．００度であった。
実験３−３：粒子層１８の粒子の径を１００μｍとし層の厚さを１０ｃｍとした。本実施に係る凝集剤を、その濃度が２５ｐｐｍになるように被処理水に注入し、ろ過装置１においてろ過した。すなわち凝集剤は、アルミニウムの質量濃度で示すと０．１９ｍｇ／ｌになるように被処理水に注入した。この実験において、ろ過開始後５分後におけるろ過水の濁度は０．４度であり、１０分後におけるろ過水の濁度は０．２度であった。
実験３−４：粒子層１８の粒子の径を２００μｍ、つまり０．２ｍｍとし層の厚さを１０ｃｍとした。本実施に係る凝集剤を、その濃度が２５ｐｐｍになるように被処理水に注入し、ろ過装置１においてろ過した。すなわち凝集剤は、アルミニウムの質量濃度で示すと０．１９ｍｇ／ｌになるように被処理水に注入した。この実験において、ろ過開始後５分後におけるろ過水の濁度は１．５度であり、１０分後におけるろ過水の濁度は１．４度であった。
考察：実験３−１、実験３−２により粒子層１８の粒子の径が２０μｍ以下のときには、実質的に濁質はほぼ完全に漉し採られることが確認できた。粒子層１８の粒子の径が小さくなれば、それだけろ過時の抵抗になる。ろ過の効率を考慮すれば粒径は２０μｍ以上であることが好ましい。また実験３−３により粒子層１８の粒子の径が１００μｍでも十分に濁質が除去できることが確認できた。一方実験３−４により、粒子層１８の粒子の径が２００μｍにおいては濁質は十分に除去することができないことが確認できた。

本実施の形態に係るろ過方法の実験４
高濁度の被処理水を本実施の形態に係るろ過方法でろ過し、その効果を確認する実験を行った。
実験条件：図１に示されている本実施の形態に係るろ過装置１を使用し、濁質を含んだ被処理水をろ過速度５００ｍ／日でろ過し、濁度計によってろ過水の濁度を測定した。被処理水は、水道水に人工濁質であるカオリンを添加したものを使用した。粒子層１８の粒子の径を８０μｍとし層の厚さを１０ｃｍとした。
実験４−１：被処理水の濁度を３００度とし、凝集剤を注入せずにろ過装置１においてろ過した。この実験において、ろ過開始後５分後におけるろ過水の濁度は４１．９度であり、１５分後におけるろ過水の濁度は６０．５度であった。
実験４−２：被処理水の濁度を３００度とし、本実施に係る凝集剤を、その濃度が２５ｐｐｍになるように被処理水に注入し、ろ過装置１においてろ過した。すなわち凝集剤は、アルミニウムの質量濃度で示すと０．１９ｍｇ／ｌになるように被処理水に注入した。この実験において、ろ過開始後５分後におけるろ過水の濁度は１．０３度であり、１５分後におけるろ過水の濁度は０．０９度であった。
実験４−３：被処理水の濁度を１００度とし、凝集剤を注入せずにろ過装置１においてろ過した。この実験において、ろ過開始後５分後におけるろ過水の濁度は１２．３度であり、１５分後におけるろ過水の濁度は２０．７度であった。
実験４−４：被処理水の濁度を１００度とし、本実施に係る凝集剤を、その濃度が２５ｐｐｍになるように被処理水に注入し、ろ過装置１においてろ過した。すなわち凝集剤は、アルミニウムの質量濃度で示すと０．１９ｍｇ／ｌになるように被処理水に注入した。この実験において、ろ過開始後５分後におけるろ過水の濁度は０．００度であり、１５分後におけるろ過水の濁度も０．００度であった。
考察：実験４−１、実験４−３により、被処理水に凝集剤を注入しないでろ過すると、かなりの濁質がろ過水に混入してしまうことが確認できた。これに対して、実験４−２と実験４−４により、被処理水に凝集剤を注入すると実質的にほとんどの濁質が除去されることが確認できた。実験２−３と比較すると明らかであるが、特に被処理水の濁度が１００度のときには、被処理水の濁度が１０度のときよりもろ過水の濁度が小さく効率よく濁質が除去できることが確認できた。被処理水の濁度がある程度高い場合には、濁質が相互に凝集して塊状になってろ過材５に捕捉されやすくなったからではないかと予想される。

本実施の形態に係るろ過方法、あるいはろ過装置１は色々な変形が可能である。図２には第２の実施の形態に係るろ過装置１’が示されている。前実施の形態に係るろ過装置１と同等の部材には同じ参照番号を付して説明を省略する。第２の実施の形態に係るろ過装置１’においては、色々特徴があるが、まずろ過材５は圧力容器４の天井に達するように充填されてはいない。この実施の形態においてはろ過材５はその上部が所定の押さえ部材４１によって押さえられ、押さえ部材４１はバネ体４０、４０によって下方に付勢されている。これによってろ過材５の浮き上がりが防止されている。また、第２の実施の形態に係るろ過装置１’では、凝集剤注入装置３’は注入機３１のみから構成されている点に特徴がある。注入機３１は被処理水供給管３２に接続され、被処理水に直接凝集剤が注入されるようになっている。被処理水供給管３２は供給管２４に接続されており、被処理水が短い管路を流れる間に凝集剤が混合するようになっている。そして給水管２４は直接圧力容器４内に入れられていて、小さな穴３８、３８、…が明けられている。被処理水はこの穴３８、３８、…からろ過材５に供給されるようになっている。なお、第２の実施の形態に係るろ過装置１’においては被処理水は所定の水圧で供給されるので、ポンプは格別に設けられていない。

ろ過装置はさらに変形が可能で有り、被処理水が下向きにろ過されるようになていてもよい。被処理水がろ過材中において上下どの方向でろ過されるようになっていてもよく、ろ過材が１〜８０μｍの粒径の粒子層を備えていればよい。凝集剤についても変形が可能であり、硫酸アルミニウムや他の凝集剤を使用することができる。

１ろ過装置２上向きろ過装置
３凝集剤注入装置４圧力容器
５ろ過材１１ろ過部
１２粒子流出防止部２４供給管
２６排水管２８送水管
３０混和槽３１注入機
３２被処理水供給管３５ポンプ

Claims

濁質を含んだ被処理水をろ過して浄水を得るとき、被処理水に凝集剤を注入し、滞留による濁質の凝集・沈降処理を経ずに、１〜１００μｍの粒径の粒子からなる粒子層を備えたろ過材でろ過することを特徴とするろ過方法。
請求項１に記載のろ過方法において、前記凝集剤はＡｌ陽イオンを含み、被処理水に対して、Ａｌの質量濃度が０．０４ｍｇ／ｌ以上になるように注入することを特徴とするろ過方法。
請求項２に記載のろ過方法において、前記凝集剤は、希硫酸に粉末状にした花崗岩を所定時間浸して得られた抽出液であることを特徴とするろ過方法。
濁質を含んだ被処理水をろ過して浄水を得るろ過装置であって、前記ろ過装置は、凝集剤注入装置と、ろ過材が入れられた圧力容器とからなり、
前記ろ過材は、少なくとも１〜１００μｍの粒径の粒子からなる粒子層を備え、
被処理水は前記凝集剤注入装置において凝集剤が注入された後に滞留による濁質の凝集・沈降処理を経ずに前記圧力容器に供給され、前記ろ過材によってろ過されるようになっていることを特徴とするろ過装置。
請求項４に記載のろ過装置において、前記ろ過材は、下方から上方に向かって粒径が順次小さくなるように積層されていると共に最上部が前記粒子層になっているろ過部と、該粒子層の上に下方から上方に向かって粒径が順次大きくなるように積層されている粒子流出防止部とから構成され、前記圧力容器の天井に達するように充填されており、被処理水は前記ろ過材を上向きに通されてろ過されるようになっていることを特徴とするろ過装置。
請求項４に記載のろ過装置において、前記ろ過材は、下方から上方に向かって粒径が順次小さくなるように積層されていると共に最上部が前記粒子層になっているろ過部と、該粒子層の上に下方から上方に向かって粒径が順次大きくなるように積層されている粒子流出防止部とから構成され、前記粒子流出防止部はその上部が所定の押さえ部材によって下方に押しつけられており、被処理水は前記ろ過材を上向きに通されてろ過されるようになっていることを特徴とするろ過装置。