JP6026842B2

JP6026842B2 - 水処理装置の洗浄方法

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Publication number: JP6026842B2
Application number: JP2012227430A
Authority: JP
Inventors: 三島　浩二; 浩二三島; 俊一吉元; 須田　康司; 康司須田
Original assignee: Swing Corp
Current assignee: Swing Corp
Priority date: 2012-10-12
Filing date: 2012-10-12
Publication date: 2016-11-16
Anticipated expiration: 2032-10-12
Also published as: JP2014079665A

Description

本発明は、水処理装置の洗浄方法に関し、特に、ろ過層及び当該ろ過層の支持床として粒子を充填して用いる水処理装置の洗浄方法に関する。

上水や工業用水の浄水処理、下水や工場排水等の排水処理には、固定床式や流動床式の水処理装置が幅広く利用されている。固定床式水処理装置の代表例としては、砂ろ過装置、活性炭吸着装置、生物膜ろ過装置等があり、原水の濁質（SS）除去や微量汚濁物質の吸着除去等に利用されている。流動床式水処理装置の代表例としては、生物処理装置や活性炭吸着装置があり、上向流式や空気撹拌式の流動床が用いられている。これらの装置には、ろ過層及びろ過層の支持床（以下「粒子層」と総称することもある）として、珪砂、セラミックス、活性炭、プラスチック材料、ゲル等の粒子が用いられている。

固定床式や流動床式の水処理装置では、粒子層に蓄積するSSや増殖微生物等の排出、あるいは装置底部の気液分配装置や支持床等に蓄積するSS、微生物、凝集物、スケール物質等の排出を目的として、粒子層、砂利支持床、気液分配装置の洗浄が定期的に行われる。

例として、浄水場の急速ろ過施設（砂ろ過施設）の一般的な装置仕様と洗浄方法を説明する。ろ過砂は有効径0.6mm、均等係数1.4、静止層高600mm程度である。ろ過砂層の下には、層高200mm程度の砂利層及び／又はセラミック製多孔ブロック等からなる気液分配装置を配置する。また、標準的なろ過速度は120〜240m/日である。砂ろ過層の洗浄工程の一例を表１に示す。通常、洗浄頻度は1日あるいは2日に1回である。

洗浄工程は、排出するSS等の性状により異なり、ろ過層の汚濁が顕著な場合は空気洗浄（以下「空洗」ともいう）や水洗及び空洗を加えることで、洗浄力をより強くする。また、昨今、水道分野で問題となっているクリプトスポリジウム（病原性原虫の一種）の排出を完全に行うために、水洗を2段階とし、第一水洗の速度を0.6〜0.9m/分、第二水洗の速度を0.1〜0.2m/分とする工夫もなされている（特許文献１）。

別の例として、活性炭と砂を積層した二層式の圧力式ろ過機の一般仕様と洗浄方法を説明する。活性炭は有効径0.9mm、均等係数1.5を層高2000mm、その下に敷くろ過砂は有効径0.6mm、均等係数1.4で層高100mmである。ろ過砂層の下には支持床として砂利200mmとセラミック製多孔ブロックが敷かれている。洗浄工程の一例を表２に示す。

表２に示す例では、洗浄には水と空気が使われ、水洗速度は0.1〜0.9m/分を採用するのが一般的である。
以上の方法により、ろ過層、砂利支持床、気液分配装置等の洗浄は概ね良好に行われるが、原水に沈降速度の大きなSS（例えば沈降速度が0.9m/分以上のもの）が含まれている場合には、SSが装置内部に滞留し、排出できない。また、水処理装置内部の液流は必ずしも均一ではないことから、局部的にSSが残留し、それらが堆積して装置性能を低下させることがある。

特開2007-167738号公報

本発明は、粒子を充填してなる水処理装置において、沈降速度が大きなSS、夾雑物、微生物スライム、スケール等を含む場合であっても、効果的に洗浄できる方法を提供することを目的とする。

本発明によれば、装置底部に洗浄水供給ライン、洗浄空気供給ライン及びドレンラインが接続されている集水部を具備し、当該集水部の上に粒子層を設け、当該粒子層の静止界面から距離Lを隔てて排水ラインを設けてなる水処理装置の洗浄方法であって、水洗の前にフラッシングを行い、フラッシング速度は後続の水洗速度よりも大きく且つ下記式：
V₁＜（L／Ｔ₁）
（式中、V₁はフラッシング速度（m/分）、Lは粒子層の静止界面から排水ラインまでの距離（m）、Ｔ₁はフラッシング時間（分）である。）
を満たすように設定することを特徴とする洗浄方法が提供される。

フラッシング後の水洗速度は、0.9m/分以下であることが好ましい。
フラッシング速度は、前記粒子層の最小流動化速度V_fよりも小さく設定することが更に好ましい。

通常の水洗速度（例えば砂ろ過装置でいう0.6〜0.9m/分）の洗浄速度での運転を長期間継続すると、沈降速度が0.9m/分以上のSSや重い夾雑物は洗浄操作によって洗い切れず、徐々にろ過層内や支持床、あるいは気液分配装置内部に堆積する。それを洗い出すには0.9m/分以上の水洗速度（フラッシング速度）が有効であるが、その流速ではろ過砂が想定位置よりも上方に膨張し、長時間持続すると装置上部に達して排水ラインからろ過砂が流出する。本発明では、フラッシング速度及びフラッシング時間をろ過砂上面が排水ラインに到達する前にフラッシングが終了するように設定し、ろ過砂の流出を抑える。

また、フラッシング速度V₁が大きいと洗浄力は強くなるが、大き過ぎると、ろ過砂下方にある支持床を構成する粒子が流動化し始め、支持床構成が崩れ、ろ過砂が支持床下部に落下し、集水装置の閉塞を起こし、ろ過性能が著しく損なわれ、ろ過運転の継続が出来なくなる。本発明では、フラッシング速度V₁は粒子層、特に支持床の最小流動化速度V_f（例えば粒径2mmの砂利の場合には1.5m/分）よりも小さい値とする。

本発明の洗浄方法によれば、沈降速度が大きなSS、夾雑物、微生物スライム、スケール等を含む場合であっても、充填されている粒子層を損なうことなく、効果的に洗浄することができる。このため、水処理装置の性能低下を生じさせることなく、長期間にわたる運転が可能となる。

図１は、本発明の洗浄方法を適用することができる水処理装置（下向流式）の一例を示す概略説明図である。図２は、本発明の洗浄方法を適用することができる水処理装置（上向流式）の一例を示す概略説明図である。図３は、実施例によるろ過水濁度の経時変化を示すグラフである。

以下、添付図面及び実施例を参照しながら本発明を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
図１は、本発明の洗浄方法を適用することができる水処理装置で、原水通水方向が下向流の一例を示す概略説明図である。図１において、砂ろ過塔１は、底部に洗浄水供給ライン５、洗浄空気供給ライン６及びドレンライン７が接続されている集水部４を具備し、集水部４の上に粒子層（支持床３及びろ過層２）を設け、ろ過層２の静止界面から距離Lを隔てて排水ライン８を設け、装置上部に原水供給ライン９が接続されている。粒子層は、ろ過層２及び支持床（支持砂利層）３からなる。支持床３は、粒径の異なる粒子を複数層積層させてなる。図示した形態は、支持床３下部から、粒径12-20mmの砂利層３ａ、粒径8-12mmの砂利層３ｂ、粒径4-8mmの砂利層３ｃ、粒径2-4mmの砂利層３ｄの４層構造からなる。各砂利層の層高は50mmである。ろ過層２は、有効径0.6mm、均等係数1.4のろ過砂を高さ600mmに積層させてなる。ろ過層２の静止界面から500mm高い位置（L=500mm）に排水ライン８を設けている。集水部４は、気液分配装置（例えば水ｉｎｇ株式会社製商品名「トリラテラル」）である。

図２は、本発明の洗浄方法を適用することができる水処理装置で、原水通水方向が上向流の一例を示す概略説明図である。基本的な構成は図１に示す水処理装置１と同じであるが、装置底部の洗浄水供給ライン５が原水供給ライン９を兼用する点が異なる。他の構成は図１に示す装置と同じであるから、説明は省略する。

図１に示す水処理装置を3塔準備し、各塔に同一の原水をろ過速度120m/日で通水し、洗浄操作は2日に1回として運転を2年間継続した。その間、ろ過水水質（濁度）を測定し、通水終了時にはろ過塔を解体して、装置底部の夾雑物の堆積状況、支持砂利層の状態、ろ過砂の落下状況等を観察した。濁度の測定は、濁度計（横河電機製、透過散乱型濁度計TB700G）を用いて行った。

各塔における洗浄方法を表３に示す。No.1塔では本発明の洗浄方法を実施し、No.2塔ではフラッシング速度を大きく設定した以外はNo.1塔と同じ洗浄方法を実施し、No.3塔はフラッシングなしの従来の洗浄方法を実施した。いずれも支持砂利（粒径2mm）の最小流動化速度V_fは約1.5m/分であった。「表洗」とは、ろ過層で汚れが溜まり易いろ材表面を、ノズルから水を圧送して洗浄する操作である。

No.1塔において、通水開始前に1.5m/分で通水した時のろ過砂界面の高さを目視で計測したところ、18秒経過時点より排水ラインにろ過砂の漏洩が認められた。ろ過砂上面が排水ラインに到達するまでの時間の計算値（T₁=L／V₁=（500×10^-3m）／（1.5m／60sec））は20秒であるが、塔内流速分布が一定ではなく、偏流れが生じるため、18秒経過時点で漏洩が発生したと考えられる。安全率を見込んでフラッシング時間を10秒とし、V₁=L／T₁=（500×10^-3m）／(10sec／60sec)より求めたフラッシング速度3.0m/分よりも小さく且つ支持砂利（粒径2mm）の最小流動化速度V_f約1.5m/分も小さい1.4m/分に設定した。

No.2塔では、No.1塔よりも大きなフラッシング速度2.0m/分に設定した。

各塔における装置底部の観察結果を表４に示す。

濁度の測定結果を図３に示す。原水濁度は通水期間で7〜70度で推移した。No.1塔のろ過水濁度は常に0.2度以下で安定していた。No.2ろ過塔のろ過水濁度はNo.1塔と同様に安定していたが、支持砂利層上部の積層状態が崩れて、通水開始から4ヶ月目頃よりろ過抵抗が増加し、6ヶ月目にはろ過抵抗がさらに上がって通水不能となった。No.3塔のろ過水濁度は、当初1年間は0.2度以下で安定していたが、2年目に入ってからは1度を超える月が見受けられるようになった。

以上のことから、本発明の洗浄方法を実施したNo.1塔は2年間、安定した性能を維持でき、No.2塔は支持砂利層の崩れに起因してろ過運転の継続が不能に陥り、No.3塔ではろ過水水質が2年目からは悪化したことが確認できた。No.3塔のろ過水水質の悪化原因は、装置底部に堆積したSS分と考えられるが、これらを除去するには装置を解体して清掃する必要があると認められた。

１：砂ろ過塔
２：ろ過層（600mm）
３：支持砂利層（4層合計200mm）
４：集水部（気液分配装置）
５：洗浄水供給ライン
６：洗浄空気供給ライン
７：ドレンライン
８：排水ライン
９：原水供給ライン

本発明の洗浄方法は、浄水処理、下水処理、民間工場の用排水処理等、水処理装置に幅広く適用できる。これにより、処理水水質を安定して良好に保ち、さらに処理装置や気液分散装置の清掃、取替えの必要がほぼなくなることから、維持管理費用の削減に貢献する。

Claims

装置底部に洗浄水供給ライン、洗浄空気供給ライン及びドレンラインが接続されている集水部を具備し、当該集水部の上に支持床及びろ過層からなる粒子層を設け、当該ろ過層の静止界面から距離Lを隔てて排水ラインを設けてなる水処理装置の洗浄方法であって、水洗による逆洗の前に、当該逆洗の水洗速度よりも大きな速度にて水による逆洗であるフラッシングを行い、フラッシング速度は支持床の最小流動化速度V _f よりも小さく且つ下記式：
V₁＜L／T₁
（式中、V₁はフラッシング速度（m/分）、Lはろ過層の静止界面から排水ラインまでの距離（m）、Ｔ₁はフラッシング時間（分）である。）
を満たすように設定することを特徴とする洗浄方法。
フラッシング後の水洗速度は、0.9m/分以下である、請求項１に記載の洗浄方法。
水処理装置からドレン水抜きを行った後、前記ろ過層に水を圧送して洗浄し、次いで前記条件でのフラッシングを行い、再び前記ろ過層に水を圧送して洗浄し、その後、前記水洗による逆洗を行う、請求項１又は２に記載の洗浄方法。