JPH0677650B2 - 上向流ろ過方法及び装置 - 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
ろ過により清澄化する方法及び装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】スポンジ状の立体的網目構造をもつ弾性
多孔性粒状物をろ材とし、ろ過槽内にろ材を充填材とす
る充填層を設け、該充填層に上向流で原水を供給する上
向流ろ過装置は、既に特開昭６０−１４７２０７号公報
に開示されている。

【０００３】この従来技術の上向流ろ過装置は図３に示
すように、弾性多孔性粒状物（以下スポンジ状粒状物と
もいう）からなる充填材２４を充填した充填層の上部に
網２６を設け、網２６の下面で充填材２４の浮上を阻止
し、充填材２４を圧縮し、スポンジ状粒状物からなるろ
材の空隙率を意図的に小さくして原水供給管２１からの
原水を上向流ろ過し、処理水流出管２７から処理水（ろ
過水とも呼ぶ）を得る装置である。また、充填材２４を
充填した充填層がろ過物により閉塞しろ過抵抗が上昇し
た時、充填層を再生するためには充填層に洗浄用水供給
管２５からの洗浄用水、洗浄用空気供給管２３からの洗
浄用空気を供給してろ材の洗浄を行う装置である。

【０００４】しかし、本発明者はこの従来装置を使用し
て、原水ろ過の従来技術の追試を実施した結果、次のよ
うな欠点があることを見出した。 スポンジ粒状物を圧縮して空隙率を小さくした状態
でＳＳをろ過除去しているため、ろ過開始後、短時間で
スポンジ粒状物を充填した充填層がＳＳによって激しく
目詰まりし、ろ過抵抗が急激に増加する。 スポンジ粒状物を充填した充填層の洗浄を充填層の
下部から空気と洗浄用水を上向流を供給して行うが、こ
の際、従来のろ過槽の充填層の上部にその断面を覆うよ
うに張られていた（ろ材の浮上及び流出を阻止するため
の）多孔性部材、ここでは単に網と呼ぶ、その網の下面
にスポンジ状粒状物がますます強く押しつけられてしま
い、ろ材が流動化しないため、ろ材洗浄が非常に難し
い。

【０００５】上記従来技術において、このような欠点が
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弾性多孔性粒状物が充填してあ
る充填層の上部に接して、浮上防止用の網を設けている
ため、原水の上向流の圧力によってスポンジ粒状物が網
の下面に強く圧縮されてしまい、スポンジ粒状物にＳＳ
が目詰まりし易くなり、充填層のろ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
れると充填層のろ過抵抗が増加するので、ますますスポ
ンジ状粒状物は圧縮されてしまうという悪循環が発生す
ることも確認できた。

【０００６】すなわち、従来技術はその根本思想がスポ
ンジ状粒状物からなるろ材を充填した充填層に原水を供
給して、ろ材を圧縮した状態で原水のＳＳをろ過すると
いう点に存在しているのであるが、このような技術思想
そのものの中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ろ過技術にはな
り得ないことを本発明者は確認した。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来方
法及び装置の欠点を解決することを目的とするもので、
ろ材を充填材とする充填層を有するろ過槽において、Ｓ
Ｓの捕捉容量が大きい立体的網目構造をもつ弾性多孔性
粒状物をろ材とし、充填層に上向流で原水を供給して、
充填層でＳＳをろ過した時その充填層のろ過抵抗の上昇
が少なく、かつ充填層のろ材の洗浄が容易な上向流ろ過
方法および装置を提供することを課題としている。

【０００８】

【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方法および装置によって達成され
る。 １）立体的網目構造をもつ弾性多孔性粒状物の充填材か
らなる充填層に上向流で原水を供給し原水を充填層でろ
過し処理水を得るに際し、充填層の閉塞に伴う充填材の
浮上を阻止せず処理を行うと共に、随時上向流ならびに
洗浄用気体をもって該充填層を洗浄し、その排水を処理
水流出口より上部に設けた洗浄排水流出口より流出させ
ることを特徴とする上向流ろ過方法。 ２）ろ過槽の下部の多孔性支持床上に立体的網目構造を
もつ弾性多孔性粒状物の充填材からなる充填層を形成
し、上記多孔性支持床の下に少なくとも原水供給管と、
空気洗浄用手段と、要すれば水洗浄用手段を設け、該充
填層の上方界面の近傍で、その界面より下方に処理水流
出口を設け、該充填層の上方界面の上方に空間部を置い
て洗浄排水流出口を設けて成る上向流ろ過装置。 ３）好ましくは該ろ過槽内に、さらに微生物養生用散気
装置を設けた上記２）に記載の上向流ろ過装置。特に好
ましくは上記水洗浄手段に用いる洗浄用水が原水である
上記１）に記載の上向流ろ過方法によって達成される。

【０００９】本発明の技術思想の骨子は、スポンジなど
の立体的網目構造をもつ弾性多孔性粒状物からなる充填
材、すなわちろ材による上向流ろ過の理想的構成方法を
見出した点にある。

【００１０】より詳しくは、弾性多孔性粒状物からなる
ろ材の充填層の上部に接して設置されていた不動な網を
廃し、原理的にスポンジ状ろ材が網の下面に圧縮されな
いようにすることで充填層での円滑な上向流ろ過が行え
るようにした点にある。このため、弾性多孔性粒状物の
系外への流出を阻止するために、新しい工夫を施ごした
ろ過水の取り出し手段を採用した。また、ろ材の閉塞に
よって充填層のろ過抵抗が上昇した時、随時上向流なら
びに洗浄用気体を用いて、充填層のろ材の洗浄が効果的
に行えるように、充填層の表面上に空間部を設けるなど
本発明の洗浄方法に適した、独自に新しく工夫した洗浄
排水取り出し手段を採用した点にある。

【００１１】本発明では、処理水の取り出し口の位置
は、弾性多孔性粒状物の圧縮をなくし、処理水質を良好
に維持し、スペースを効率よく使用する上で、充填層上
端もしくはその近傍に設けることが好ましい。従って本
発明の装置では、弾性多孔性粒状物の圧縮に伴うろ過抵
抗増加を防止し得ると共に、弾性多孔性粒状物の処理水
流出口から系外への流出を阻止し得るような機能とする
ため、例えばネットなど透水部材は充填層の上部界面近
傍（処理水流出口を覆う位置）の槽壁に設ける。ここ
で、充填層の上部界面近傍とは、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
の直下にも透水部材の上側にも存在し得る。

【００１２】すなわち、透水部材の上方には、充填層と
同じ弾性多孔性粒状物が大気に露出して設けてある。ま
た、本発明の装置の充填層ないし露出層の上に空間部を
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
で重要である。

【００１３】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
せてそのろ材表面に生物膜を形成させ、少なくとも好気
性生物ろ過可能な汚水成分、例えばＢＯＤ、ＮＨ₃ −Ｎ
などの成分の生物学的除去と物理学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（散気装置）を
充填層の下方部などに適宜配置することができる。

【００１４】あるいは、槽内を嫌気性条件に維持して嫌
気性生物ろ過装置とすることも可能である。さらに、単
一槽内に好気性生物ろ過層と嫌気性生物ろ過層とが共存
したろ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の位置に所望に
応じて弾性多孔性粒状物以外にその他の粒状固体からな
る充填層もしくは弾性多孔性粒状物とそれら粒状固体の
併用層を設けてもよい。

【００１５】本発明は、ろ過継続可能な時間を過ぎると
充填層の洗浄を行うが、その手段は特に制限はなく、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よく、また別途専用手段、例えば、
空気洗浄用空気供給装置、水洗浄用水供給装置などを配
備することができる。この場合、通常洗浄用としては本
発明の装置による処理水が使用されるが、所望により原
水を使用してもよい。

【００１６】また、洗浄用空気に代えて任意の酸素を含
有しない不活性な気体、例えば窒素ガスなどを使用して
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、好気性充填層を併用した場合はこ
れらも共通に洗浄し得る位置に該洗浄ガス供給装置を配
備するとよい。

【００１７】また、洗浄時などに、弾性多孔性粒状物か
らなるろ材が槽外に流出しないように流出防止装置（９
および１０）を配備することが重要である。該流出防止
装置（９および１０）としては、ネットなどの多孔性透
水部材が使用できる。上記洗浄装置により充填層を洗浄
して発生したＳＳなどを含む洗浄排水は、処理水流出口
６よりも上部に設けられる洗浄排水流出口８から排出さ
れる。

【００１８】本発明に使用される弾性多孔性粒状物は、
大気圧下で圧縮すると内部空気を排除して収縮し、圧縮
を止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、孔構造などのものでも適用
できる。

【００１９】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、公知の発泡方法
などにより製造できる。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、無機化合物など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、特にウレタン樹脂が好ましい。

【００２０】例えば、ポリウレタンフォームなどの弾性
多孔性粒状物は、ウレタン樹脂などのプラスチックスを
連続気泡を製造する発泡方法で発泡して作製され、その
まま使用するか、所望する形状、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、１０〜３０ｍｍ、
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、すなわち、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、１
ｃｍの長さ当たりの穴の数は５〜２０個が好ましい。

【００２１】

【作用】図１を参照しながら本発明の作用と１実施態様
を述べる。１は、上向流ろ過槽であり、２は、弁１３を
備えた原水供給管、３は、弾性多孔性粒状物（ポリウレ
タンフォームの角状片）からなるろ材が充填された充填
層（固定層）である。弾性多孔性粒状物は粒径が１〜３
ｃｍのもので、連続気泡でその穴の大きさが、１〜４ｍ
ｍとかなり大きな穴を持つものが適している。９は、ろ
材の流出を阻止する網ないし多孔板である。また、４は
充填層を支持する多孔性支持床である。

【００２２】本発明は充填層３の表面界面Ａが従来法の
（図３で示した）ようなろ材の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である。１１は、充填層
３を洗浄するための弁１４を備えた洗浄用水を供給する
洗浄用水供給管である。１２は、空気洗浄用の空気を供
給する弁１５を備えた空気供給管である。６は、ＳＳが
ろ過除去された処理水の流出口であり、弁１７を備えた
処理水流出管５が配備されている。槽内の水位は処理水
の流出レベルと同じ位置にある。

【００２３】また、１０は、充填層３を洗浄する場合、
洗浄排水流出口８から流出する洗浄排水中へろ材が流出
するのを阻止する網である。この洗浄排水流出口８には
処理水流出管７が配備されている。Ｂは、充填層３の上
部に設けた空間部であり、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（すなわち、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、原水のＳＳが充填層３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。

【００２４】このような方法でろ過を継続し続けるにつ
れて、充填層３のＳＳ捕捉量が増加するためろ過抵抗が
増加して行く。図３の従来装置では、このようなろ過抵
抗の増加につれ充填層３に加わる圧力も増えるので、充
填層３が網に押しつけられ、ますます空隙率が減少し、
その結果さらにろ過抵抗が増加するという悪循環を招い
ていた。

【００２５】しかし、図１の本発明では充填層３の上面
の界面Ａが網に接していず、空間部Ｂが存在するように
したため、ろ過抵抗が増加すると、その圧力によって充
填層３全体が上方に移動することができ（言い換えれば
充填層に充填されたろ材が浮上することができ）、充填
層３が圧縮されない。つまり、充填層３の界面Ａの位置
がろ過抵抗の増加につれて上方に移動し、移動した分だ
け空間部Ｂに露出した状態になるので、露出部のろ材の
自重によってろ過抵抗と丁度バランスした状態を維持す
ることができるのである。

【００２６】こうして、ろ過抵抗の増加につれて、充填
層全体が上方に少しづつ移動して行くので、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。すなわち、原水供給管２に取り付
けられている弁１３と処理水（ろ過水）流出管５の弁１
７を閉じ、洗浄用水供給管１１の弁１４を開け、洗浄用
空気供給管１２の弁１５を開け、洗浄用水供給管１１か
らの洗浄用水と洗浄用空気供給管１２からの空気とを充
填層３の下部から供給する。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
状物ろ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、洗浄排水流出口８から多量のＳＳを
含む洗浄排水が流出する。

【００２７】図２はろ材を洗浄している状態のろ過槽の
様子を示したものである。網１０はろ材洗浄時にろ材の
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、ろ過処理水を貯留しておき、これを使えばよい。
また、原水によって洗浄しても構わない。さて、所要時
間（通常１０〜２０分位）、上記のような洗浄を続ける
とろ材が洗浄され、清浄な状態に戻るので、弁１４およ
び弁１５を閉じ、洗浄用水供給管１１からの洗浄用水と
洗浄用空気供給管１２からの空気の供給を止める。その
後ドレーン管１８の弁１６を開け、槽内水位をろ過水流
出レベルまで下げる。そして、弁１３と弁１７を開け、
再びろ過を開始する。

【００２８】以上のように本発明は弾性多孔性粒状物を
ろ材として使用するろ過方法のポイントが、従来法とは
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れた状態でろ
過することを根本思想としている。）

【００２９】

【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
明の上向流ろ過装置（透明塩ビ製、カラム直径２００ｍ
ｍφ、カラム高さ３０００ｍｍ）を用いて、藤沢市の団
地の下水（ＳＳ９８〜１８６ｍｇ／リットル、ＢＯＤ８
６〜１７８ｍｇ／リットル）を対象にして下水からのＳ
Ｓ除去を行った。処理条件と処理結果を表１に示す。

【００３０】

【表１】

【００３１】表１から次の事実が明らかである。 １．従来の装置よりも、本発明の装置ではろ過継続時間
が約５倍長くとれ、洗浄排水発生率も１／１０に減少し
た。（本発明−１と従来装置との比較） ２．本発明−２は、従来の装置に用いられているろ材と
同一物性のポリウレタンフォームを用いたが、やはり従
来装置におけるよりも長時間のろ過が継続でき、洗浄排
水発生率も減少する。 ３．本発明−１では、本発明−２のろ材と多孔率、気孔
径を変えてろ過を行った結果、本発明−２の場合に比べ
ろ材は高能率を発揮している。すなわち、本発明の装置
ではろ材の多孔率、気孔径はかなり重要な因子であるこ
とを示している。

【００３２】本発明においては、ろ過槽の構成が第１の
重要構成因子であり、第２の重要構成因子は弾性多孔性
粒状物の物性、すなわち、多孔率や気孔径の選定であ
る。従って、多孔率が小さな値で気孔径の大きな弾性多
孔性粒状物を用いて、このようなろ材を図１に示したよ
うな充填層構成とすることにより、最良のろ過が行え
る。

【００３３】

【発明の効果】立体的網目構造の弾性粒状固体を充填し
た充填層を有するろ過槽において、原水を充填層下部よ
り上向流で供給してろ過を行い、ろ過の処理水を流出す
る処理水流出口を、洗浄排水を流出させる洗浄排水流出
口よりも下方に設ける構造とし、この構造によってろ過
の継続と共に充填層の閉塞により充填材が浮上すること
を阻止せず、また充填層の洗浄時は随時上向流ならびに
洗浄用気体をもって該充填層を洗浄し、洗浄排水流出口
より洗浄排水を流出させることにより、従来の同じ弾性
粒状固体を充填した充填層を有するろ過槽におけるより
も、ろ過継続時間を長くすることができ、かつ洗浄排水
発生率も減少する最良のろ過が行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は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】図２はろ材を洗浄している状態の本発明の上向
流ろ過装置の様子を示す断面図である。

【図３】図３は従来の上向流ろ過装置の構造を示す断面
図である。

【符号の説明】

１ ろ過槽 ５ 処理水流出管 ２ 原水供給管 ６ 処理水流出口 ３ 充填層 ７ 洗浄排水流出
管 ４ 多孔性支持床 ８ 洗浄排水流出
口 ９ 網（ろ過水流出口用） ２３ 洗浄用空気供
給管 １０ 網（洗浄排水流出口用） ２４ 充填材 １１ 洗浄用水供給管 ２５ 洗浄用水供
給管 １２ 洗浄用空気供給管 ２６ 網（充填材
流出防止用） １３〜１７ 弁 ２７ 処理水流出
管 １８ ドレイン管 ２８ 洗浄排水流
出口 ２０ ろ過槽 ２９ 洗浄排水流
出管 ２１ 原水供給管 ３０〜３５ 弁 ２２ 多孔性支持床 ３６ ドレイン管

───────────────────────────────────────────────────── 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 Ｃ０２Ｆ 3/06 3/10 Ａ 3/20 Ｃ 3/28 Ｂ Ｂ０１Ｄ 23/24 Ａ Ｚ 7112−4Ｄ 29/38 Ｚ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 立体的網目構造をもつ弾性多孔性粒状物
   の充填材からなる充填層に上向流で原水を供給し原水を
   充填層でろ過し処理水を得るに際し、充填層の閉塞に伴
   う充填材の浮上を阻止せず処理を行うと共に、随時上向
   流ならびに洗浄用気体をもって該充填層を洗浄し、その
   排水を処理水流出口より上部に設けた洗浄排水流出口よ
   り流出させることを特徴とする上向流ろ過方法。
2. 【請求項２】 ろ過槽の下部の多孔性支持床上に立体的
   網目構造をもつ弾性多孔性粒状物の充填材からなる充填
   層を形成し、上記多孔性支持床の下に少なくとも原水供
   給管と、空気洗浄用手段と、要すれば水洗浄用手段を設
   け、該充填層の上方界面の近傍で、その界面より下方に
   処理水流出口を設け、該充填層の上方界面の上方に空間
   部を置いて洗浄排水流出口を設けて成る上向流ろ過装
   置。
3. 【請求項３】 ろ過槽内に、さらに微生物養生用散気装
   置を設けたことを特徴とする請求項２に記載の上向流ろ
   過装置。