JPH05168821A - 上向流ろ過装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ＳＳの除去効果が高く、かつ目詰まりが非常
に少ないという相反する特徴を同時に満足することがで
きる新規なろ過装置を開発すると共に該ろ過装置を効果
的に洗浄するろ過装置の運転方法を確立すること。 【構成】 多孔性部材によって上下２段にろ床を分画
し、下段のろ床には筒状粒状体のろ材を、上段のろ床に
は立体網目状弾性粒状体のろ材を充填して２層の充填層
としたろ床と洗浄用散気手段を設けた上向流ろ過装置を
開発し、その装置の洗浄用散気手段により随時気体によ
りろ床の充填層を洗浄する方法と、併せてドレーン抜き
および被処理水の通水をおこなって充填層堆積物を排出
してろ過装置を洗浄する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は各種懸濁液、特に下水な
どの有機性懸濁液から有機性ＳＳを効果的にろ過除去す
る技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、懸濁液からＳＳをろ過除去する技
術は、砂、アンスラサイトなどの粒状鉱物をろ材とする
深層ろ過（Ｄｅｅｐ Ｂｅｄ Ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ）
が公知であるが、下水などの有機性ＳＳを除去しようと
すると、目詰まりが激しく、実用的でなかった。

【０００３】アンスラサイト、砂以外の各種粒状固体
（例えばプラスチック粒子）をろ材とするろ過法も検討
されているが、ろ材粒径を大きくして目詰まりを少なく
すると、ＳＳの除去率が悪化してしまうなどの矛盾点が
生じた。特に、下水などが含む有機性ＳＳは粘着力が強
いので、これら下水などを対象としてＳＳ除去率が高
く、かつ目詰まりが少ないという相反する要求を満足で
きる技術は実用化されていない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、ＳＳの除去
効果が高く、かつ目詰まりが非常に少ないという相反す
る特徴を同時に満足することができる新規なろ過装置を
開発すると共に、該ろ過装置を効果的に洗浄するろ過装
置の運転方法を確立することを課題としている。特に、
有機性ＳＳのろ過除去に適したろ過装置とその運転方法
を提供することを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題は、以下に示し
た本発明の上向流ろ過装置および該ろ過装置の運転方法
によって達成される。すなわち、１）中段に多孔性部材
を水平に張着して上下２段に分画されたろ床を有する上
向流ろ過装置において、ろ床の下段には筒状粒状体のろ
材を、上段には立体網目状弾性粒状体のろ材を充填して
２層の充填層を形成すると共に、少なくとも１基の洗浄
用散気手段を設けたことを特徴とする上向流ろ過装置。

【０００６】２）洗浄用散気手段により随時気体による
充填層の洗浄を行うと共に、ドレン抜きおよび被処理水
の通水により充填層堆積物を排出することを特徴とする
請求項１に記載の上向流ろ過装置の運転方法。

【０００７】本発明の概念の要点は、ろ材を充填したろ
床を有する上向流ろ過装置において、ろ床にその横断面
に水平に多孔性部材を張着して少なくとも上下２段に分
画し、ろ床の下層には筒状の粒状体からなるろ材を充填
し、その上層には立体的網目状の弾性粒状体からなるろ
材を充填し、ろ床の上層と下層との間は両層の充填ろ材
を混合させないように多孔性部材を設け、上向流で原水
を供給することにある。ここで、多孔性部材を水平に張
着するとは、ろ床にその横断面全面に水平に多孔性部材
（ネットなど）を張ってろ床の上層と下層との間は両層
の充填ろ材を混合させないようにすることを意味する。

【０００８】本発明の概念の今一つの要点は、少なくと
も上下２段に分画されたろ床にそれぞれろ材を充填して
形成された２層（あるいは２層以上）の充填層を洗浄用
散気手段からの空気によるろ材の攪乱および被処理水
（すなわち原水）の溢流とドレイニングとにより効果的
に洗浄することにある。

【０００９】本発明の上向流ろ過装置を図１にしめし
た。以下に図１を参照しながら、本発明の構成例を説明
し、その後作用について記述するが、以下の構成例およ
び作用の説明は本発明を制限するものではない。図１に
おいて、上向流ろ過装置１のろ床２は２層の充填層に分
画されており、その充填層の下層を充填層Ａ層、上層を
充填層Ｂ層とする。但し、以下にはそれぞれＡ層および
Ｂ層と略記する。

【００１０】Ａ層にはリング状の中空円筒ろ材１９が充
填されており、ろ材の落下を阻止するためＡ層の底部に
は多孔性の支持部材３が設けてある。またＢ層には立体
網目状弾性粒状体ろ材２０が充填されている。Ａ層とＢ
層との間には、Ａ層のろ材とＢ層のろ材との混合を阻止
しＢ層のろ材を支持するためにいずれのろ材も通さない
程度の粒径を有する多孔性部材４が設けられている。

【００１１】図１では、多孔性の支持部材３と多孔性部
材４とで区切られているろ床２のＡ層中にろ材は該空間
いっぱいに充填されておらず、余裕空間を有し、しかも
ろ材は原水の上向流によって多孔性部材４の位置にまで
押し上げられた状態として示されている。また、Ｂ層中
に充填されているろ材層の上面は処理水の表面、すなわ
ち処理水流出部６に越流する水位、より高い位置にまで
押し上げられた状態として示されている。

【００１２】上記のような状態にＡ層およびＢ層のろ材
充填層がある方が、ろ材を洗浄する場合に散気手段から
の空気によってろ材を攪乱することができるため、洗浄
が効果的にできるのであるが、例えばＡ層のろ材が支持
部材３と多孔性部材４とで区切られているろ床２のＡ層
中に該空間いっぱいに充填されていても構わない。

【００１３】ここで、Ａ層に充填される筒状粒状体のろ
材は図１では中空円筒ろ材１９としたが、その形は中空
の角筒状のろ材であっても差し支えない。また、筒状粒
状体の筒の側面部に水が通過できる開口部を開けておく
と、下水中のＳＳが筒の内部に沈殿し、除去され易くな
るので好都合である。（図２） Ａ層の層厚は１〜３ｍ程度が好適であり、ろ材の粒径は
直径が１０〜３０ｍｍ、長さ１０〜３０ｍｍの大粒径の
ろ材を用いることがＳＳ捕捉量を高めることができ好ま
しい。また、洗浄し易くするためろ材の比重は１．０に
近い方が好ましい。

【００１４】Ｂ層の層厚は１〜１．５ｍ程度で十分であ
り、充填層Ａの層厚≧充填層Ｂの層厚とするのが好まし
い。Ｂ層に充填されている立体網目状弾性粒状体ろ材２
０の網目の孔径は２〜３ｍｍ位の孔にすることが好適で
あり、網目の孔径が小さ過ぎると該立体網目状弾性粒状
体ろ材２０の表面にＳＳが付着して立体網目の内部が有
効に利用できない。また、立体網目状弾性粒状体ろ材２
０の粒径は１０〜２０ｍｍの角状物が好適である。

【００１５】処理される原水はろ過装置１の下部の供給
弁６を備えた原水供給管５より供給され、原水は装置１
内のＡ層とＢ層をその順に上向流として通過してろ過さ
れ、越流して処理水流出部７に流出し流出弁６を備えた
流出管８を経て処理水貯留槽に移送される。また、流出
管８は途中で付属弁１４を備えた洗浄廃水流出管１３を
分岐している。処理水流出部７の入口にはＢ層のろ材の
流出が阻止できる孔径の多孔性部材１２（ネットなどで
構成される）が設けられている。Ａ層およびＢ層の下に
はそれぞれ充填層内のろ材を空気洗浄するための散気弁
Ａ１６を備えた散気部材Ａ１５および散気弁Ｂ１８を備
えた散気部材Ｂ１７が設けられている。

【００１６】Ｂ層の下の散気部材Ｂ１７からは常時空気
の気泡を供給させて、Ｂ層内の立体網目状弾性粒状体ろ
材２０の網目構造内に好気性微生物を増殖固定化させて
おくことができ、この好気性微生物によって原水を生物
処理することができる。またさらに、装置内の原水に活
性汚泥を懸濁させ原水を活性汚泥処理することもでき
る。図１においては装置の底に汚泥の沈澱堆積が示され
ている。この場合汚泥の排出は図示された付属弁１１を
備えた汚泥排出管１０から排出できる。

【００１７】

【作用】本発明の作用原理について以下に述べる。下水
などの原水が原水供給管５から本発明の上向流ろ過装置
１の下部に流入し、粗大粒子など沈降性のよいものが沈
澱した後、先ず図２に示したラシヒリング状の中空円筒
状ろ材１９を充填したＡ層に上向流で進入して行く。Ａ
層を構成する中空円筒状ろ材１９は粒状体の内部および
側面が空隙であるため、Ａ層の空隙率が９５％以上と極
めて大きく保てる。従って、多量のＳＳを捕捉しても空
隙率が大きいままで維持できるためろ過抵抗の増加も極
めて少ない。

【００１８】しかして、中空円筒状ろ材１９を充填され
ているＡ層を原水が通過する間に、原水中のＳＳは５５
％〜７０％程度が除去されるが、残りの３０％〜５０％
程度の微細なＳＳが除去されずにＡ層から流出してくる
ので、この微細なＳＳを次のような独自のろ材構成のＢ
層でろ過除去する。

【００１９】Ｂ層を構成するろ材には、立体網目状の弾
性粒状体（例えばポリウレタンフォームの粒状片が好適
である）を立体網目状弾性粒状体ろ材２０の立体網目内
に捕捉し除去することができる。（図３参照）

【００２０】Ａ層を通過した微細なＳＳは粒径が数十ミ
リミクロン以下の微細粒子であるため、孔径数ミリメー
トルを有する立体網目状の粒状体の内部に容易に侵入
し、捕捉される。しかも粒径の大きなＳＳは前段のＡ層
でろ過除去されているので、ＳＳが立体網目状弾性粒状
体ろ材２０の粒状体の表面を塞いでしまうことがなく、
従って、Ｂ層のろ過抵抗の増加も著しく少ない。

【００２１】以上のような作用により、原水中のＳＳの
９０％以上が除去された処理水が処理水流出部７から流
出して行く。本発明によるろ過装置のろ過抵抗の上昇は
極めて少なく、ろ過抵抗の増加により原水の通水ができ
なくなるという状況には至らないが、Ａ層とＢ層のろ過
能力の限界は処理水のＳＳの増加により認知できる。

【００２２】このような状態になった時、Ａ層とＢ層を
次のような方法で洗浄する。この洗浄方法もまた本発明
独自のものである。すなわち、本発明のろ過装置の洗浄
は以下に示すような２通りの手順で行われる。

【００２３】 原水を通水したままで、散気部材Ｂ１
７から激しく空気の気泡を吐出させて、Ｂ層内の立体網
目状の粒状体を激しく攪乱させ、付着されていたＳＳを
洗い出す。洗浄廃水は付属弁１４を備えた洗浄廃水流出
管１３から排出される。この時流出管８に付属している
流出弁９は閉となっている。 Ｂ層からＳＳの殆どが洗い出された後、原水供給管
５の供給弁６を閉として原水の供給を止め、汚泥排出管
１０の付属弁１１を開きろ過装置１内の液をドレンす
る。

【００２４】 ろ過装置１内の水位が多孔性部材４に
まで低下した時に散気部材Ａ１５から空気の気泡を吐出
させてＡ層内の円筒状ろ材を攪乱し、さらに汚泥排出管
１０の付属弁１１を開けたままドレンを続けろ過装置１
内の液を全て排出させる。 散気部材Ａ１５からの気泡の吐出を止め、汚泥排出
管１０の付属弁１１を閉じ、供給弁６を開として再び原
水を供給する。 以上で、洗浄が終了する。この方法を洗浄方法Ａと呼
ぶ。

【００２５】なお、次のような方法で洗浄を行ってもよ
い。この方法を洗浄方法Ｂと呼ぶ。 供給弁６を閉として原水供給管５からの原水の供給
を止め、汚泥排出管１０の付属弁１１を開きろ過装置１
内の液を全量ドレンする。このことによって過装置１の
内部の液に含まれるＳＳの大半が排出される。 汚泥排出管１０の付属弁１１を閉じ、供給弁６を開
として原水供給管５から原水を供給し、散気部材Ａ１５
から空気の気泡を吐出させる。

【００２６】 この状態でろ過装置１内に原水が満た
され、Ａ層およびＢ層のろ材が散気部材Ａ１５からの空
気の気泡によって攪乱され、同時に原水の上向流によっ
て処理水流出部７から洗浄廃水流出管１３の経路を通っ
てろ過装置１外に排出されていく。 洗浄廃水流出管１３から排出される廃水中に含まれ
るＳＳの量が数百ｍｇ／リットル以下になった時、洗浄
廃水流出管１３に付属する弁１４を閉じ、散気部材Ａ１
５から空気の供給を停止する。 以上で、洗浄法Ｂが終了する。

【００２７】なお、洗浄方法ＡおよびＢにおいて、安全
性に問題がない限り、空気の代わりにいかなる気体を用
いてもよい。洗浄方法Ａは洗浄方法Ｂよりも短時間で洗
浄できる。また、洗浄方法Ｂは、洗浄方法Ａよりも充填
層Ａ層に対する洗浄効果が高いので、洗浄方法Ａと洗浄
方法Ｂは原水の性状に応じて適宜に使い分けするのがよ
い。洗浄方法ＡおよびＢのいずれの洗浄方法も空気を用
いての洗浄であるが、このろ過装置１ではさらに原水に
よる洗浄方法も採り得るので、Ａ層およびＢ層の洗浄に
処理水を消費する必要はない。

【００２８】

【実施例】図１に示した本発明の上向流ろ過装置（透明
塩ビ製、カラム直径２００ｍｍφの円筒、高さ４５００
ｍｍ）を用いて、団地下水（平均ＳＳ含有量２２０ｍｇ
／リットル、平均ＢＯＤ１８０ｍｇ／リットル）を対象
にして、下水からのＳＳ除去を行った。処理条件と処理
結果を表１に示す。

【００２９】表１ （充填層Ａ層の構成）：直径２０ｍｍφ、長さ３０ｍｍ
の円筒（側面の壁に斜め格子状の開口部を開けたもの）
よりなる粒状物を厚み２ｍの層として充填（粒状物の材
質はポリプロピレン） （充填層Ｂ層の構成）：充填層Ａ層の上で開口幅２０ｍ
ｍのスクリーンよりなる多孔性部材により区画し、多孔
性部材の上に１０×２５×２５ｍｍのポリウレタンフォ
ームよりなる角状粒子を厚み２ｍの層として充填。ポリ
ウレタンフォームのセル数＊は４〜５コ／ｃｍ （ろ過速度 ）：３００ｍ／日 （ろ過継続時間＊＊）：４０〜４３時間 （処理水に含まれる平均ＳＳ量）：３３．５ｍｇ／リッ
トル 上記表１において、 セル数＊：ポリウレタンフォームのセル数は角状粒子の
表面１ｃｍ当たりの孔の数。 ろ過継続時間＊＊：ろ過継続時間とは処理水に含まれる
ＳＳの量が８０ｍｇ／リットルにまで悪化するまでの時
間。をそれぞれ意味する。

【００３０】表１の結果から、下水に含まれる平均ＳＳ
量が２２０ｍｇ／リットルという高ＳＳの原水をろ過速
度３００ｍ／日という高ろ過速度でろ過処理し、処理水
の含有ＳＳ量の平均値が３３．５ｍｇ／リットル（除去
率８４．８％）という好成績が得られ、かつろ過継続時
間も４０〜４３時間という長時間とれることが認められ
た。

【００３１】充填層Ａ層および充填層Ｂ層の平均ＳＳ捕
捉容量は約２０（ｋｇＳＳ）／（ｍ ³ ろ材）という驚く
ほど高い値が得られている。従来のアンスラサイト（粒
径３ｍｍ）を用いたろ過法では、下水を直接ろ過すると
目詰まりが早く、ＳＳ捕捉容量は２（ｋｇＳＳ）／（ｍ
³ ろ材）程度にすぎない。この比較から本発明の上向流
ろ過装置の性能の卓越性が明白である。

【００３２】

【発明の効果】

１．ろ過層の目詰まりによるろ過抵抗の増加が著しく少
なく、かつＳＳの除去効果が極めて高いろ過装置であ
る。 ２．充填層が効果的に洗浄でき、しかも洗浄用水として
処理水を使用する必要がないので、処理水生産効率が高
い。 ３．ろ過継続時間が長く、ろ過速度も大きい。従ってコ
ンパクトな装置で済み、メンテナンスも容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の上向流ろ過装置の構造を示す断面図で
ある。

【図２】本発明の中空円筒状ろ材の斜視図である。

【図３】本発明の立体網目状弾性粒状体ろ材の斜視図で
ある。

【符号の説明】

１ 上向流ろ過装置 ２ ろ床 ３ 支持部材 ４ 多孔性部材 ５ 原水供給管 ６ 供給弁 ７ 処理水流出部 ８ 流出管 ９ 流出弁 １０ 汚泥排出管 １１ 付属弁 １２ 多孔性部材 １３ 洗浄廃水流出管 １４ 付属弁 １５ 散気部材Ａ １６ 散気弁Ａ １７ 散気部材Ｂ １８ 散気弁Ｂ １９ 中空筒状ろ材 ２０ 立体網目構造状弾性粒状体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 7824−4Ｄ Ｂ０１Ｄ 23/10 Ｃ 7824−4Ｄ Ａ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中段に多孔性部材を水平に張着して上下
   ２段に分画されたろ床を有する上向流ろ過装置におい
   て、ろ床の下段には筒状粒状体のろ材を、上段には立体
   網目状弾性粒状体のろ材を充填して２層の充填層を形成
   すると共に、少なくとも１基の洗浄用散気手段を設けた
   ことを特徴とする上向流ろ過装置。
2. 【請求項２】 洗浄用散気手段により随時気体による充
   填層の洗浄を行うと共に、ドレン抜きおよび被処理水の
   通水により充填層堆積物を排出することを特徴とする請
   求項１に記載の上向流ろ過装置の運転方法。