JPH10192606A - 砂ろ過槽の操作方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ろ過工程から洗浄工程に移行する時期の判定及
び砂層で捕捉した浮遊物の効果的な排出方法。 【解決手段】砂層で捕捉可能な浮遊物量を設定し、ろ過
工程で砂層に捕捉された浮遊物量が、浮遊物捕捉量目標
値の偏差が所定値以内に達したら、ろ過工程から洗浄工
程に移行する。また、洗浄工程として、空気洗浄後に洗
浄水を流通することを、繰り返し操作し、洗浄工程時に
排出した浮遊物量が、ろ過工程で捕捉した浮遊物量の両
者の偏差が所定値以内に達した段階で、再びろ過工程に
移行する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は砂ろ過槽の操作方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】下水処理場の水処理プロセスは一般的
に、沈砂池，最初沈殿池を基本構成施設とする一次処理
プラント、曝気槽あるいはエアレーションタンクと呼ば
れる微生物反応槽と最終沈殿池を基本構成施設とする二
次処理プラントから構成される。一次処理プラントの機
能は、流入水中に懸濁する粗大夾雑物や、重力沈降する
浮遊物質を除去するものである。二次処理プラントは、
活性汚泥と称する多種多用の微生物を利用して下水中の
溶解性有機物を除去するとともに、一次処理プラントで
処理出来なかった浮遊性物質を除去し、清澄な処理水を
作っている。さらに、二次処理水の水質を向上させるた
めに、二次処理プラントの後に砂ろ過処理，オゾン処理
さらには活性炭処理する施設を配置させる方法がある。
これらの施設は三次処理あるいは高度処理プラントと呼
ばれている。図２により、高度処理の一例を説明する。
二次処理プラントの最終沈殿池からの二次処理水を砂ろ
過槽に通し、砂ろ過槽内砂層で二次処理で除去しきれな
かった、浮遊性物質を除去する。次に、ろ過処理で除去
できなかった有機物を含む処理水をオゾン反応槽に入
れ、オゾン反応槽底部から注入された、オゾンガスと気
液接触させ、処理水をオゾン反応槽底部から、また、オ
ゾン反応槽上部から排オゾンガスを抜き出す。本処理に
より、色度や臭い、あるいは二次処理水に残留した有機
物を除去するものである（引用公知例：下水処理水のオ
ゾン処理、第４回日本オゾン協会年次研究講演会講演
集’９５）。このような構成において、砂ろ過槽では、
通水の経過とともに水中の浮遊性物質（以下ＳＳ分と記
す）が砂層に付着し、しだいに堆積していく。従って、
適当な時期にろ層に抑留されているＳＳ分を、前記ろ層
面から剥離して系外に排出し、ろ層を再生するいわゆる
洗浄操作が必要になる。この砂ろ過槽を効率よく運転す
ることにより、後段のオゾン処理でのオゾンを効率よく
使用できる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】砂ろ過槽におけるろ層
を再生する洗浄方法には、逆洗洗浄や空気洗浄さらに
は、逆洗洗浄と空気洗浄の組み合わせが知られている
（公知例：日本下水道協会高度処理施設設計マニュアル
案）。しかし、洗浄を効率良く実施するための具体策、
例えば逆洗洗浄や空気洗浄をどのような手順で操作する
のか、洗浄後のろ層の洗浄度合をどう判定するのか、さ
らに、洗浄操作が必要なのか、などが課題である。本発
明の目的は洗浄操作の効果的実施として、逆洗洗浄及び
空気洗浄の操作工夫と、ろ層の洗浄度合の検出により、
砂ろ過槽の性能を長期間安定状態を維持するための、砂
ろ過槽の操作方法を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】目的を達成するために、
本発明では砂層に下向流で通水してろ過処理するろ過工
程を有する砂ろ過槽に対して、予め砂層で捕捉可能なＳ
Ｓ量等を定め、１回のろ過工程時に捕捉するＳＳの目標
値を設定する。また、ろ過工程では砂ろ過槽入口と出口
のＳＳ濃度と流量とを計測し、この計測値から砂層で実
際に捕捉したＳＳ分量を算出する。この算出値が、設定
目標値に達したら、通水を停止して、洗浄工程に入る。
洗浄工程は、まず、砂ろ過槽の底部から空気を吹き込む
ことにより砂層と砂層内滞留水とを撹拌してＳＳ分を砂
層より分離する撹拌操作と、その後空気吹き込みを停止
し、逆洗水だけを通水して砂層より分離したＳＳ分を、
砂ろ過槽上部から逆洗水とともに流出させる洗浄操作と
を有する。次に、逆洗水のＳＳ濃度と流量を計測して、
洗浄工程での流出ＳＳ分量を算出する。この洗浄工程で
の流出ＳＳ分量と、ろ過工程での捕捉ＳＳ分量とを比較
することにより、洗浄効果を判定する。判定方法は、洗
浄工程での流出ＳＳ分量とろ過工程での捕捉ＳＳ分量の
偏差が所定値以上の場合は、撹拌操作と洗浄操作を繰り
返し行うことにより、洗浄効果を上げる。

【０００５】洗浄工程において、逆洗水だけを通水した
洗浄方法では、流出するＳＳ分が少なく、１mm以上の粒
径を有するＳＳが砂層に滞留し、排出できないことが実
験から判明した。この事実を基に、逆洗洗浄方法を種々
検討した結果、通水を止めた後、始めに砂ろ過槽底部か
ら、空気を砂層に吹き込み、砂層と砂層に滞留している
処理水とともに撹拌を行い、次に、空気吹き込みを止
め、逆洗水を通水して洗浄を行うことにより、砂層に捕
捉されていたＳＳ分、さらに、粒径の大きいＳＳ分を効
果的に排出できた。また、この撹拌操作と洗浄操作を短
い時間で、数回繰り返すことにより、洗浄効果を向上で
きることが分かった。

【０００６】また、本発明では、ＳＳ分の濃度計測に特
徴を有する。ろ過工程時における砂ろ過槽入口と出口の
ＳＳ濃度の値は小さく、また流量の計測値の変動が小さ
いので、計測に問題はない。一方、撹拌操作後の洗浄操
作では短時間で高濃度のＳＳ分が排出される。この排出
ＳＳ分は、排出初期の濃度が高く、時間経過とともに徐
々に低くなる。したがって、洗浄工程時の排出ＳＳ分量
を測定するには、排出量とＳＳ濃度を積算して累積する
必要があり、煩雑な計装となる。この点についても種々
検討重ねた結果、洗浄工程時の初期と終期のＳＳ濃度と
を計測し、この両者の平均濃度が排出量全体の平均ＳＳ
分として使用できることが判明した。したがって、洗浄
工程時の初期と終期の２点と逆洗水排出量を計測するこ
とにより、砂層に残存しているＳＳ分を迅速に算出で
き、逆洗洗浄がさらに必要かを判定できる。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明は、都市下水道，産業廃水
等処理水の高度処理のための、砂ろ過槽の操作方法を実
現するものである。以下、図１に示す実施例に基づい
て、まず、構成を説明する。１０は砂ろ過槽で、内部に
砂層１１が配置されている。ろ過工程では、流入原水３
０（二次処理水）が砂ろ過槽１０上部より流入し、砂ろ
過槽１０の底部より流出する。さらに、洗浄工程では、
洗浄水３２及び洗浄空気３４が水ポンプ１２，空気ポン
プ１３を介し、砂ろ過槽１０底部より流入し、砂ろ過槽
１０の上部より洗浄排水３３を流出される。

【０００８】次に、このように構成された実施例の作用
を説明する。ろ過工程では、砂ろ過槽１０上部より流入
した原水３０中のＳＳ分は砂層１１でろ過，付着作用に
よってろ層内に捕捉される。ＳＳ分が除去された原水
は、ろ過処理水３１として砂ろ過槽１０底部より流出
し、後段の処理工程例えばオゾン処理槽（図示せず）に
送られる。次に、洗浄工程では、ろ過工程の通水操作を
停止し、まず、洗浄用空気３４を空気ポンプ１３を介
し、洗浄ライン３５から砂ろ過槽１０底部に流入させ
る。この操作により、砂層１１と砂ろ過槽に滞留してい
る水が撹拌され、砂層１１に捕捉されていたＳＳ分が剥
離し、懸濁する。次に、洗浄用空気３４を停止し、洗浄
水３２を水ポンプ１２を介し洗浄ライン３５から砂ろ過
槽１０底部に流入させ、剥離分離したＳＳ分を流し出
し、洗浄排水ライン３３から逆洗洗浄排水して系外に排
出する。なお、ろ過工程及び洗浄工程の操作に当たって
は、それぞれのラインにあるバルブの開閉操作が当然必
要であるが、ここでは、バルブの記載及びその操作手順
記載は省略する。

【０００９】次に、構成作用の砂ろ過槽１０における、
ろ過工程及び洗浄工程の操作方法について説明する。図
１において、流入水水質センサ２０，水量センサ２
０′，ろ過処理水水質センサ２１，洗浄排水水質センサ
２２，水量センサ２２′（一例として各センサはＳＳ濃
度計測，水量計測）及びＳＳ捕捉量演算回路２３，判定
回路２４，原水水質・水量信号値４０，ろ過処理水水質
信号値４１，洗浄排水水質・水量信号値４２，洗浄空気
操作信号値４５，洗浄水操作信号値４６，ＳＳ分捕捉量
目標値４７である。構成において、ろ過工程ではＳＳ捕
捉量演算回路２３へ水質センサ２０，水量センサ２
０′，水質センサ２１で計測した信号値４０及び４１を
送信する。演算回路２３では算出値４３を基に、ろ過工
程時における砂ろ過槽１０で捕捉したＳＳ量が算出され
る。同算出ＳＳ値４３は判定回路２４に入力され、ＳＳ
分捕捉量目標値４７（充填材の量，質から、捕捉可能な
量を経験的から算出し、この値を参考にして、１回のろ
過工程で捕捉するＳＳ量を入力しておく）と比較し、算
出ＳＳ値４３と捕捉量目標値４７の偏差が所定値以下に
なった場合、ろ過工程での通水を停止し、洗浄工程に移
る判定を実行する。なお、所定値の設定例としては、１
回のろ過工程で捕捉するＳＳ量入力値の±５％等にす
る。

【００１０】洗浄工程では、まず、洗浄空気操作信号値
４５が空気ポンプ１３に送られ、空気ポンプ１３の作動
により、空気が砂層底部から入り、砂層に残留している
水と砂が撹拌される。次に、空気ポンプ１３の動作を停
止し、洗浄水操作信号値４６が洗浄水ポンプ１２に送ら
れ、水ポンプ１２の作動により、逆洗洗浄水３２が砂層
底部から入り空気撹拌で、砂層から剥離分離したＳＳ分
を洗い流し、砂層上部から洗浄排水ライン３３を介し系
外に排出する。ポンプ１３と水ポンプ１２の作動時間は
予め設定しておく。洗浄排水ラインではセンサ２２，２
２′により、排水のＳＳ分濃度及び流量が計測され、そ
の出力信号４２は演算回路２３に入力される。ここで排
水中のＳＳ濃度と流量の算出により、排出全ＳＳ量が算
出される。同算出値４４は判定回路２４に送られ、逆洗
洗浄工程の終了可否を判定する。詳細説明は後記する
が、洗浄工程は空気吹き込み洗浄及び洗浄水での洗い流
し洗浄は数回繰り返す操作が効果的であり、その繰り返
し操作は、洗浄工程で全排出ＳＳ分量が、ろ過工程時に
おける捕捉ＳＳ量との偏差が所定値以内になれば、洗浄
工程を終了し、再びろ過工程に移る。なお、所定値の設
定例は、全排出ＳＳ量値の±５％等にする。また、洗浄
工程における空気吹き込み液量、時間及び洗浄水の量、
時間等の値は判定回路２４から出力できるようにする。
また、洗浄水での排出ＳＳ濃度は、経過時間とともに大
きく変化するため、平均ＳＳ濃度を算出するのに煩雑で
あるが、この算出方法の詳細も後記する。なお、洗浄工
程に移る方法として、砂層で捕捉したＳＳ量がＳＳ分目
標捕捉量値との偏差が所定値以内としたが、ろ過工程時
に、何らかの原因でろ過処理水のＳＳ分が原水ＳＳ分よ
り大きくなった場合は、異常信号（警報）を発信するよ
うにし、運転者の判断により洗浄工程に移れるようにし
ておく。

【００１１】次に、具体的な実証データを基に本発明の
有効性を説明する。図３に洗浄工程における洗浄水と排
出ＳＳ分量の関係を示す。実証実験では、まず、一定時
間ろ過工程を続けて砂層へＳＳ分を捕捉させ、その後に
洗浄工程として、砂層底部から洗浄水１０リットルのみ
の洗浄を断続的に４回繰り返し実施した。この結果、図
３から明らかなように、第１回目以降の排出ＳＳ分量は
少なくなり、洗浄水量を多くしても排出ＳＳ分量には限
界があり、４回での全排出ＳＳ分量は、ろ過工程でのＳ
Ｓ分捕捉量の約６０％である。このことから、本発明で
は洗浄方法を検討した結果、次のような方法が考案され
た。すなわち、洗浄水のみの洗浄実験と同一条件で、一
定時間ろ過工程を続けて砂層へＳＳ分を捕捉させに通水
を停止した。その後まず、空気を砂層底部から吹き込
み、砂層に残留している水とともに、砂を撹拌した。こ
の操作により、砂層へ捕捉されていたＳＳ分が剥離でき
る。次に、空気吹き込みを止め、洗浄水１０リットルを
砂層底部から入れ、剥離したＳＳ分を洗浄水とともに洗
い流す。この操作を４回繰り返した時の結果を、図３に
併記した。この結果、空気吹き込み後に洗浄水を流す併
用操作が、洗浄に有効であり、４回の繰り返しにより、
洗浄率９８％が得られた。なお、空気吹き込みにより砂
層は流動化するが、砂層膨張率（流動化により砂層が見
掛け上大きくなる割合）２０〜３０％が適正空気量であ
り、この空気量であれば、排空気に砂が巻き込まれるこ
とがない。

【００１２】次に、図３に示した、洗浄水のみの洗浄と
空気吹き込み・洗浄水併用洗浄方法を用いて、ろ過工程
と洗浄工程を繰り返し操作し、砂層内に残留するＳＳ量
を測定した。この結果を図４及び図５に示す。図４は洗
浄水のみの洗浄条件とした場合の運転である。この結
果、砂層内に残留するＳＳ量が運転時間経過とともに増
加した。一方、図５に示した本発明の空気吹き込み・洗
浄水併用洗浄工程を採用すると、ろ過工程で捕捉したＳ
Ｓ分量を、洗浄工程でほぼ全量排出でき、砂ろ過槽を長
時間安定した運転が可能であった。

【００１３】次に、空気吹き込み・洗浄水併用洗浄方法
時における、排出ＳＳ量の算出方法について説明する。
逆洗洗浄水中のＳＳ濃度は高いが、洗浄時間の経過とと
もに濃度は大きく変化することが予想される。従って、
洗浄工程時の平均ＳＳ濃度を知るためには、排出水全量
を採取し、撹拌混合した状態で濃度を測定しなければな
らなく、自動化ではかなり複雑な工程になる。この点を
種々検討した結果、簡便な方法として全排出の平均濃度
を推定できることが分かった。この検討では、ろ過工程
後の砂層に空気を吹き込み、その後に洗浄水を４回繰り
返し流通した時の洗浄水流通時間における排出ＳＳ濃度
を測定した。この結果を図６に示す。図６から分かるよ
うに、排出初期濃度が高く、その後徐々に低くなる曲線
を示す。この濃度変化における平均濃度は、排出初期濃
度と排出終期濃度の２点の濃度を分析し、この２点の平
均が、全排出時の平均濃度に近い値であることを見い出
した。図７は、図６を、さらに、分かり易く整理したも
ので、各洗浄毎の排出初期濃度，終期濃度と、その平均
値である。洗浄１回目では、排出初期濃度が0.593ｇ／
リットル、終期濃度が０.０９２ｇ／リットル であり、
排出ＳＳ濃度の平均値は０.３４３ｇ／リットルであ
る。以下、洗浄２回目平均値０.２０ｇ／リットル，洗
浄３回目平均値０.０９７ｇ／リットル，洗浄４回目平
均値は０.０４２ｇ／リットルである。この４回洗浄で
の平均値は０.１７０５ｇ／リットル であった。一方、
排出水全量４０リットルを採取し、その平均濃度を測定
した結果、０.１７０ｇ／リットル であり、洗浄毎のと
平均値とほぼ一致した。この洗浄毎の平均値は、図１で
示した演算回路２３，判定回路２４で容易に計算でき、
全排出ＳＳ量を演算できる。この演算結果に基づいて、
砂層に残留しているＳＳ量が判定でき、洗浄工程の続行
が必要か、あるいはろ過工程に移るかが明確になる。な
お、本発明の説明で、１回の洗浄水量が１０リットル、
さらには洗浄回数を４回を記載したが、この値が本発明
で固有するものではなく、砂ろ過槽のサイズや構造，ろ
材の種類，充填量さらには被処理水の水質等により、適
正値が異なる。

【００１４】（他の実施例）本発明におけるろ過工程か
ら洗浄工程に移る時期を図１によって説明したが、他の
実施例として、原水ＳＳ濃度とろ過処理水ＳＳ濃度の差
が、設定値に近づいた時期に、洗浄工程に移ることがで
きる。

【００１５】さらに、他の実施例として、砂ろ過槽の入
口と出口の圧損を検出し、設定値を越えた場合に、洗浄
工程に移ることができる。

【００１６】さらには、運転当初から所定ろ過工程と洗
浄工程時間を設定し、同設定時間に達したら、次の、工
程へ移行することも可能である。

【００１７】

【発明の効果】本発明によれば、下水二次処理水の処理
を砂ろ過槽で長時間安定的に、自動運転が可能となる。
また、後段の処理負荷を軽減でき、ひいては、放流処理
水質の向上につながる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における実施例の全体を表わす系統図。

【図２】従来の実施例を表わす説明図。

【図３】洗浄工程における洗浄水量と排出ＳＳ量の特性
図。

【図４】洗浄水洗浄工程における運転時間と砂層残留Ｓ
Ｓ量の特性図。

【図５】空気洗浄・洗浄水併用洗浄工程における運転時
間と砂層残留ＳＳ量の特性図。

【図６】洗浄工程における洗浄水流通時間と排出ＳＳ量
の特性図。

【図７】洗浄回数とＳＳ濃度との特性図。

【符号の説明】

１０…砂ろ過槽、１１…砂層、１２…水ポンプ、１３…
空気ポンプ、２０…原水水質センサ、２０′，２２′…
水量センサ、２１…ろ過処理水水質センサ、２２…洗浄
排水水質センサ、２３…ＳＳ捕捉量演算回路、２４…判
定回路、３０…原水、３１…ろ過処理水、３２…洗浄
水、３３…洗浄排水、３４…洗浄空気、３５…洗浄ライ
ン、４０…原水水質，水量信号値、４１…ろ過処理水水
質信号値、４２…洗浄排水水質，水量信号値、４３…ろ
過工程捕捉ＳＳ量算出値、４４…洗浄工程排出ＳＳ量算
出値、４５…洗浄空気操作信号値、４６…洗浄水操作信
号値、４７…ろ過工程捕捉量目標値。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 原 直樹 茨城県日立市大みか町五丁目２番１号 株 式会社日立製作所大みか工場内 (72)発明者 山越 信義 茨城県日立市大みか町五丁目２番１号 株 式会社日立製作所大みか工場内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】浮遊性物質を含有する汚水を、砂ろ過槽に
   下向流で通水して処理する方法において、前記汚水中の
   前記浮遊性物質を砂層で捕捉するろ過工程と、前記捕捉
   した浮遊性物質を逆洗洗浄して系外に排出する洗浄工程
   とを繰り返し処理し、前記ろ過工程では原水とろ過処理
   水の浮遊性物質濃度及び原水水量を計測して、ろ過工程
   で捕捉した浮遊性物質量を算出し、予め１回のろ過工程
   で捕捉する目標浮遊性物質量を設定し、前記砂層で捕捉
   した浮遊性物質量と目標浮遊性物質量の偏差が所定値以
   内に達した時点でろ過工程から洗浄工程へ移行すること
   を特徴とする砂ろ過槽の操作方法。
2. 【請求項２】請求項１において、前記ろ過工程の通水停
   止後に、前記砂層の底部から空気吹き込みによる砂層流
   動化による撹拌操作と、空気吹き込み停止後に砂層底部
   から洗浄水を通水する洗浄操作の、一連操作を１回また
   は、複数回交互に行う砂ろ過槽の操作方法。
3. 【請求項３】請求項１において、空気吹き込み及び洗浄
   水通水洗浄の一連の操作によつて排出される排出浮遊性
   物質量を計測して、前記計測値から排出浮遊性物量を算
   出する手段を設け、前記ろ過工程で捕捉した浮遊性物量
   とを比較し、両者の偏差が所定値以内に達した段階で洗
   浄工程から再びろ過工程へ移行する砂ろ過槽の操作方
   法。