JPH0675652B2 - 懸濁液の濾過方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、SSを含有する懸濁液を
濾過により清澄化する新方式の濾過方法および装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】スポンジ状の弾性多孔体粒状物を濾材と
した上向流濾過装置は、従来、特開昭６０−１４７２０
７号公報に開示されている。この従来技術は、図２に示
すように網２２の下面にスポンジ粒状物２３を圧縮し、
スポンジ粒状物濾材の空隙率を意図的に小さくして原水
２４を上向流濾過し、濾過水２７を得、濾過層再生時に
は洗浄用水２５、洗浄用空気２６を濾過層に供給して濾
材の洗浄を行う技術である。しかし、本発明者がこの従
来技術の追試を実施した結果、次のような重大な欠点が
あることが判明した。 スポンジを圧縮して空隙率を
小さくした状態でSSを濾過除去しているため、濾過開始
後、短時間で濾層がSSによって激しく目詰まりし、濾過
抵抗が急激に増加する。 濾過層の洗浄を下部から空
気と洗浄用水を上向流で供給して行うが、この際、スポ
ンジ粒状物が網の下面にますます強く押しつけられてし
まい、濾材を流動化できないため、濾材洗浄が非常に難
しい。以上の２点は従来技術の致命的欠点である。従来
技術において、このような致命的欠点が発生する原因を
追求した結果、図２のようにスポンジのような圧縮され
やすい粒状物の充填層の上部に接して、浮上阻止用の網
Ａを設けているため、原水の上向水流の圧力によってス
ポンジが網の下面に強く圧縮されてしまい、SSが目詰ま
りしやすくなり、濾過抵抗の急激な増加をもたらすこと
を突き止めた。充填層内にSSが捕捉されると濾過抵抗が
増加されるので、ますますスポンジ粒状物は圧縮されて
いまうという悪循環が発生することも確認できた。即
ち、従来技術はその根本思想がスポンジ粒状物の充填層
を圧縮した状態でSSを濾過するという点に存在している
のであるが、このような技術思想そのものに大きな問題
点を内在しているのである。従って、従来技術は到底実
用的な優れた濾過技術には成り得ないことを本発明者は
確認した。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】以上のような追試実験
と考察に基づき本発明者は、次のような思想に到達し、
確認テストを行った結果、従来装置の二大欠点が完全に
解決できることを見出した。本発明は、前記従来装置の
欠点を解決することを目的とするもので、SSの捕捉容量
が大きく、濾抗の上昇が少なく、かつ濾材の洗浄が容易
な新規濾過方法および装置を提供することを課題として
いる。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、下記〜記
載のものであり、これにより上記課題を解決できる。
槽内に弾性多孔性粒状物の充填層を設け、懸濁液を該
充填層の下部から上向流で通水して濾過するに際し、充
填層の界面高さを濾抗の増加と共に移動させるように制
御して弾性多孔性粒状物の圧縮を防止することを特徴と
する濾過方法。 前記弾性多孔性粒状物が微生物膜を
有することを特徴とする上記記載の濾過方法。 槽
内に弾性多孔性粒状物の充填層を設け、懸濁液を該充填
層の下部から上向流で通水する濾過装置において、前記
弾性多孔性粒状物の系外への流出を阻止しかつ充填層の
界面高さを濾抗の増加と共に移動させるように構成する
と共に、透水部材からなる集水室を前記充填層の上部界
面の近傍に設け、該集水室に濾過処理水流出部を設け、
該濾過水流出部より高い位置の槽内に空間部を配置した
ことを特徴とする濾過装置。 槽内に更に散気装置を
配備し、前記弾性多孔性粒状物に微生物を付着させて生
物濾過を行うことを特徴とする上記記載の濾過装置。
本発明の技術思想の骨子は、スポンジなどの弾性多孔性
粒状物によって、充填濾過層を構成する場合の理想的方
法を見出した点にあり、そのポイントは弾性多孔性粒状
物の充填層の上部に接した不動な網を廃し、原理的にス
ポンジが網の下面に圧縮されないようにし、かつ円滑な
上向流濾過が可能になるように独自の濾過水取り出し手
段を採用した点にある。

【０００５】即ち、本発明は、弾性多孔性粒状物が濾抗
の増加に伴って圧縮されないように充填層の界面高さを
増加させるものであり、この条件を満足するための構成
手段はいかなるものでも採用できる。本発明法では、処
理水の取り出し位置は、特に制限はないが、被処理水の
弾性多孔性粒状物の圧縮を低減させ、処理水質を良好に
維持し、スペースを効率よく利用する上で、充填層上端
面もしくはこの近傍に設けることが好ましい。本発明装
置は、弾性多孔性粒状物のこのような圧縮を防止するた
め、充填層の界面高さが濾抗の増加と共に移動するよう
に構成すると共に、透水部材を充填層の上部界面の近傍
に設ける。この透水部材は前記弾性多孔性粒状物の系外
への流出を阻止する機能をも有する。ここで、充填層の
上部界面の近傍とは、充填層上端面をも包含できる意味
である。従って、充填層上端面は、透水部材の直下でも
透水部材の上側にも存在しえる。ただし、処理水流出部
は該透水部材の下部に設ける。透水部材の上には、充填
層と同じ弾性多孔性粒状物の露出層を設けることにより
該界面近傍の処理水の集水処理を確実に行うことができ
るので好ましい。この露出層は、水に浸漬されていても
いなくともよいが少なくとも界面部は浸漬されているこ
とが好ましい。また、この露出層は、弾性多孔性粒状物
の圧縮率、被処理水圧等を調整するバラストとしての機
能を持たせることができる。従って、透水部材の上に
は、弾性多孔性粒状物以外の他の任意のバラスト材を使
用することができる。本発明に使用する透水部材は、弾
性多孔性粒状物の系外への流出を阻止し、充填層の膨張
が許容でき、かつ充填層を固定、保持できる構造であれ
ば、その構成は任意であり、特に制限はない。例示すれ
ば、弾性多孔性粒状物の粒径より小さい孔を有する部材
であって充填層の膨張に伴って上側に移動する機構を有
した部材あるいは、充填層の膨張に伴って上側に弾性変
形する部材等が挙げられる。前者の移動機構としては、
フロートが、後者の弾性部材としたは、ゴム製網等が挙
げられる。

【０００６】上記充填層にて濾過処理された水、即ち濾
過処理水は水質を劣化させずに系外に取り出すために濾
過処理水流出部を上記透水部材の下部、好ましくは直下
に設けられる。この濾過処理水流出部の構造も特に制限
なく、槽内に設けても槽壁に設けてもよく、上記透水部
材の機能を妨害せず、処理水を集水して系外に取り出せ
る構造であれば従来公知のものが使用できる。この場
合、濾過処理水流出部を上記透水部材の移動と対応して
移動できる機構としても別途、固定した構造でもよい。

【０００７】本発明装置の充填層あるいは露出層の上
は、空間を配備することが弾性多孔性粒状物の洗浄効果
を挙げる上で好ましい。また、この洗浄効果を更に高め
るために該洗浄時に該透水部材下の弾性多孔性粒状物が
該空間に自由に移動でき、洗浄後上記機能を回復できる
ような機構を該透水部材および／または濾過処理水流出
部に設けてもよい。また、充填層下面の下に水相からな
る空間部を設けるように構成してもよい。

【０００８】本発明は、SSの物理的除去のみに限定され
ることはなく、該充填層に酸素含有気泡を供給して好気
的条件を保持させることにより、微生物を付着繁殖させ
てその表面に生物膜を形成させて少なくとも好気性生物
濾過可能な汚水成分、例えば、BOD 、NH₃-N等の生物学
的除去とSSの物理的除去を行うことができ、そのための
酸素含有気泡供給装置、即ち散気装置を充填層の下方部
等適宜位置に配備することができる。あるいは、槽内を
嫌気性条件に維持して嫌気性生物濾過装置とすることも
可能である。さらに、単一槽内に好気性濾過層と嫌気性
濾過層が共存した濾過装置を該充填層により構成しても
よい。また、弾性多孔性粒状物からなる充填層の所望位
置に所望に応じて弾性多孔性粒状物以外の粒状固体から
なる充填層もしくは弾性多孔性粒状物とそれらの併用層
を設けてもよい。

【０００９】本発明において、該散気装置は下記充填層
洗浄手段と組み合わせた構造、例えば、ブロック構造等
でもよい。

【００１０】本発明は、濾過継続可能時間を過ぎると充
填層を洗浄しなければならないが、その手段は特に制限
なく従来公知の手段が適用できる。この場合、上記散気
装置を洗浄用として兼用しても別途専用の手段、例え
ば、空気洗浄用空気供給装置、水洗浄用水供給装置等を
配備することができる。この場合、通常洗浄用水として
は本発明装置による処理水が使用されるが、所望によ
り、他の水を併用してもよい。また、洗浄用空気に代え
て任意の酸素を含有しない無毒な気体、例えば窒素ガス
等を併用してもよく、特にこのようなガスは嫌気性充填
層を設けた場合、特に好適であり、好気性充填層を併設
した場合はこれらも共通に洗浄し得る位置に該供給装置
を配備すると良い。

【００１１】また、処理時、洗浄時等に弾性多孔性粒状
物が槽系外に流出しないように充填層またはバラスト層
の上に流出防止装置を配備することが好ましい。該流出
防止装置としては、ネット等を使用できる。上記洗浄装
置により充填層を洗浄して発生したSS等を含む洗浄排水
は、通常、処理槽上部に設けられる洗浄排水流出部から
排出される。該流出部の構成は公知のものが適用できる
が、上記流出防止装置を設けた場合は該装置の上部に該
流出部を設けるとよい。

【００１２】本発明に使用される弾性多孔性粒状物は、
大気圧下圧縮すると内部空気を排除して収縮し、圧縮を
やめると空気を内部に吸収して元の状態に復元される弾
性を有する多孔性の小体であって、吸水性を有するもの
ならいかなる形状、素材、孔構造等のものでも適用でき
る。該弾性多孔性粒状物は、表面から内部にかけて連続
した穴を持つように形成され、公知の発泡法等により製
造できる。該弾性多孔性粒状物の素材としては、上記性
質を有するものであるならば、特に制限されず、有機高
分子、無機化合物等公知のものを使用できるが、中でも
素材自体に適度な弾性と強度とを有する素材が好まし
く、特にウレタン樹脂等が好ましい。例えば、ポリウレ
タンフォーム等の弾性多孔性粒状物は、ウレタン樹脂等
のプラスチックスを連続気泡を造る発泡法で発泡して作
製され、そのまま使用するか所望形状、サイズに切断し
て使用する。弾性多孔性粒状物のサイズは、１０〜３０
ｍｍ、好ましくは１５〜２０ｍｍであり、その形状は角
形、球状、その他種々の形状がとれるが、角形が好まし
い。その比重は、通常０．８〜１．２程度が好ましい。
弾性多孔性粒状物の空隙率は、９０％以上が好ましい。
また、気孔径、即ち、穴径は、０．１〜６ｍｍ、好まし
くは２〜４ｍｍの範囲から選択することが望ましい。ま
た、１ｃｍ長さ当たりの穴の数は、５〜２０個が好まし
い。

【００１３】

【作用】図１を参照しながら本発明の作用と一実施態様
を述べる。１は上向流濾過槽であり、２は原水流入部、
３は弾性多孔性粒状物（ポリウレタンフォームの角状
片）の充填層（固定層）である。弾性多孔性粒状物は粒
径が１〜３ｃｍのもので、連続気泡でその穴の大きさ
が、１〜４ｍｍとかなり大きな穴をもつものが適してい
る。４は充填層３を支持する網ないし多孔板である。本
発明は充填層３の上部界面５が従来法（図２）のような
濾材浮上を阻止する網に接しないようにしてあることが
重要点の一つである。６は、充填層３を逆洗洗浄するた
めの洗浄用水、７は空気洗浄用空気である。８は、SSが
濾過除去された処理水の流出管であり、９は処理水集水
室、１０は濾材が処理水中に流出しまうのを防ぐと共に
集水のための透水網である。槽内の水位は処理水の流出
レベルと同じ位置にある。また、１１は充填層３を逆洗
する場合、逆洗排水１２中へ濾材が流出するのを阻止す
る網である。１３は、充填層３の上部に設けた空間部で
あり、後記のように本発明において重要な役割を果た
す。しかして、本発明の作用を説明すればSSを含有する
懸濁液（即ち、原水）をウレタンフォームなどの弾性多
孔性粒状物の充填層３に対して上向流で通水すると、原
水中のSSが充填層の無数の空隙部に捕捉され、特に弾性
多孔性粒状物の内部の空隙部にも効果的に捕捉される。
このような方法で濾過を継続を続けるにつれて、充填層
３のSS捕捉量が増加するため濾抗が増加してゆく。図２
の従来装置ではこのような濾抗の増加につれ充填層に加
わる圧力も増えるので、充填層が網に押しつけられ、益
々空隙率が減少し、その結果さらに濾抗が増加するとい
う悪循環を招いていた。しかし、図１の本発明では充填
層３の上部界面５が網に接していず、空間部１３が存在
するようにしてあるため、濾抗が増加すると、その圧力
によって充填層全体が上方に移動することができ、充填
層がほとんど圧縮されない。つまり、充填層の上部界面
位置が、濾抗の増加につれて上方に移動し、移動した分
だけ空間部１３に露出した状態になるので、露出部２１
の濾材の自重によって、濾抗とちょうどバランスした状
態を維持することができるのである。

【００１４】こうして、濾抗の増加につれ、充填層全体
が上方に少しづつ移動してゆくので、充填層３を構成す
る弾性多孔性粒状物を粗な充填状態に維持でき、この状
態は処理水７にSSのリークが始まるまで続く。この時点
で原水の供給を止め、充填層３の洗浄を行う。洗浄は次
のように行う。即ち、原水の弁１４と濾過水流出弁１５
を閉じ、弁１６を開け洗浄用水６と洗浄用空気６を充填
層３の下部から下向流で供給する。すると、充填層３内
が、激しい気液混相乱流によって流動攪拌され、弾性多
孔性粒状物濾材表面と内部および相互の空隙部に捕捉さ
れていたSSが洗浄され、洗浄排水流出管１７から多量の
SSを含む洗浄排水が流出する。なお、網１１は濾材洗浄
時に濾材の流出を防止するためのものである。また、洗
浄用水としては、濾過処理水１８を貯留しておき、これ
を使えばよい。さて所定時間（通常１０〜２０分位）、
上記のような洗浄を続けると濾材が洗浄され、清浄な状
態に戻るので、弁１６を閉じ、洗浄用水６と空気洗浄用
空気７の供給を止める。その後ドレーン管１９の弁２０
開け、槽内水位を濾過水流出レベルまで下げる。そし
て、弁１４と弁１６を開け、再び濾過を開始する。以上
のように本発明は弾性多孔性粒状物を濾材として使用す
る濾過方法のポイントが、従来法とは全く逆に弾性多孔
性粒状物を極力圧縮させないように工夫することにある
ことを突き止めて完成された。（従来法は、弾性多孔性
粒状物をできるだけ圧縮させた状態で濾過することを根
本思想としている。）

【００１５】

【実施例】以下、本発明の具体的実施例を示すが、本発
明はこれに限定されるものではない。図１に示した本発
明の上向流濾過装置の実験装置（透明塩ビ製、カラム直
径２００ｍｍφ、カラム高さ３０００ｍｍ）を用いて、
藤沢市の団地の下水（SS９８〜１８６mg／ｌ、BOD ８６
〜１７８mg／ｌ）を対照にして下水からのSS除去試験を
行った。実験条件と実験結果を表−１に示した。

【００１６】 注）^*1：弾性多孔性粒状物の表面の長さ方向１ｃｍ当た
りの穴の数を意味する。^*2 ：多孔率における穴の直径を意味する。^*3 ：（洗浄排水量／１サイクルの濾過水量）×１００
（％）

【００１７】表−１から次の事実が明らかである。
従来装置よりも、濾過継続時間が従来装置より約５倍も
長くとれ、洗浄排水発生比も従来より１／１０に減少。
（本発明−１と従来装置との比率） 本発明−２は、
従来装置に用いられているものと同一物性のポリウレタ
ンフォームを用いたものであるが、やはり従来装置より
も長時間の濾過が継続でき、洗浄排水発生比も減少す
る。 本発明−１は、本発明−２の多孔率、気孔径を
変えて実験したものであるが、本発明−２に比べ高性能
を発揮している。即ち、本発明における弾性多孔性粒状
物の多孔率、気孔径はかなり重要な因子である。つま
り、本発明は図１のような濾材構成が第１のポイントで
あり、次のポイントは弾性多孔性粒状物の物性の選定で
あり、多孔率が小さな値で気孔径の大きな弾性多孔性粒
状物を図２のような濾層構成にすると、最良の成績が得
られることが認められる。

【００１８】

【発明の効果】 同一原水、同一濾速の条件で従来装
置よりも、濾過抵抗の増加率が格段に少なく、１サイク
ル（濾過開始から洗浄開始までの意）の濾過通水総流量
が大きく増加する。 従来装置よりも高流速の濾過速
度を設定できるため、装置の設置面積、建設コストを減
少できる。 濾材の洗浄が容易で、所要洗浄水量が従
来装置の１／２〜１／３ですむ。 従って洗浄排水の
発生量が減少し、処分が合理化できる。又、濾過処理水
を洗浄用水として消費する量が減少するので、濾過処理
水の生産効率が高い。 SSの除去率が高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法を適用した本発明の濾過装置の一例
を説明するための図で、その縦断面を示す説明図であ
る。

【図２】従来の濾過装置の一例を説明するための図で、
その縦断面を示す説明図である。

【符号の説明】

１ 上向流濾過槽 ２ 原水流入部 ３ 充填層 ４ 網ないし多孔体板 ５ 上部界面 ６ 洗浄用水 ７ 空気洗浄用空気 ８ 流出管 ９ 処理水集水室 １０ 透水網 １１ 網 １２ 逆洗排水 １３ 空間部 １４ 弁 １５ 濾過水流出弁 １６ 弁 １７ 洗浄排水流出管 １８ 濾過処理水 １９ ドレーン管 ２０ 弁 ２１ 露出部 ２２ 網 ２３ スポンジ粒状物 ２４ 原水 ２５ 洗浄用水 ２６ 洗浄用空気 ２７ 濾過水

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 槽内に弾性多孔性粒状物の充填層を設
   け、懸濁液を該充填層の下部から上向流で通水して濾過
   するに際し、充填層の界面高さを濾抗の増加と共に移動
   させるように制御して弾性多孔性粒状物の圧縮を防止す
   ることを特徴とする濾過方法。
2. 【請求項２】 前記弾性多孔性粒状物が微生物膜を有す
   ることを特徴とする請求項１記載の濾過方法。
3. 【請求項３】 槽内に弾性多孔性粒状物の充填層を設
   け、懸濁液を該充填層の下部から上向流で通水する濾過
   装置において、前記弾性多孔性粒状物の系外への流出を
   阻止しかつ充填層の界面高さを濾抗の増加と共に移動さ
   せるように構成すると共に、透水部材からなる集水室を
   前記充填層の上部界面の近傍に設け、該集水室に濾過処
   理水流出部を設け、該濾過水流出部より高い位置の槽内
   に空間部を配置したことを特徴とする濾過装置。
4. 【請求項４】 槽内に更に散気装置を配備し、前記弾性
   多孔性粒状物に微生物を付着させて生物濾過を行うこと
   を特徴とする請求項３記載の濾過装置。