JPH1080607A - 濾過装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 イオン交換能力を利用しＳＳ成分等の捕捉力
を大きくして高流速で濾過を行うことができ、短時間で
効率よく濾材の洗浄を行って、濾過能力をほぼ完全に回
復することが可能な濾過装置を得る。 【解決手段】 イオン交換樹脂を濾材として濾過槽１に
充填して濾床２を形成し、その上部に被処理水導入路な
らびに排液取出路を兼ねる上部給排液管４を設け、下部
に逆洗用水および／または空気導入管７を設けるととも
に、濾過水取出路ならびに塩溶液からなる洗浄液導入路
を兼ねる下部給排液管５を設けた濾過装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はイオン交換樹脂を濾
材として用いる濾過装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】水処理における濾過装置として、砂、ア
ンスラサイト、不活性樹脂等の粒状濾材を充填して濾床
を形成し、濾床に通水して濾過を行い、差圧上昇により
濾床を逆洗し、捕捉されたＳＳ等を除去するようにした
ものが一般に使用されている。このような従来の濾過装
置は、濾材の物理的な濾過作用を利用して濾過するもの
であるため、ＳＳ捕捉力には限界があり、高流速で通水
して濾過を行うと処理水質が悪化する。

【０００３】逆洗操作での問題点としては、濾過装置を
長期間使用すると、空気、水逆洗だけでは除去排出でき
ない汚染物が濾材部分に蓄積し、マッドボール（汚染物
の塊）が生じ、その結果、濾過装置の差圧上昇および濾
過水質の悪化を招く。これらを防止するために、空気、
水逆洗の時間を長くしたり、塩素を添加して原水を殺菌
し、マッドボール等の発生を防止するなどの方法がとら
れる。

【０００４】しかし逆洗時間を長くすると濾過水槽など
を大きくする必要があるにもかからわず、付着したＳＳ
の完全な除去は困難である。またマッドボールの生成防
止に塩素を添加した場合、イオン交換塔に供給する前に
濾過水中の残留塩素を活性炭処理あるいは薬品処理で除
去することが必要となる。また濾材として砂などを用い
た場合、酸あるいはアルカリ洗浄を頻繁に行うと濾材が
溶出し消耗するなどの問題点がある。

【０００５】一方、イオン交換樹脂を充填して濾床とす
る濾過装置が提案されている（特開平８−７１３１８
号）。しかしこの濾過装置では洗浄液に酸またはアルカ
リ液を用いて逆洗するため、コスト高になるという問題
点がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
の問題点を解決するため、イオン交換樹脂を濾材として
用いることにより、ＳＳ成分等の捕捉力を大きくして高
流速で濾過を行うことができ、しかも安価な洗浄液を用
いて逆洗を行うことができ、これにより短時間で効率よ
く濾材の洗浄を行って濾過能力をほぼ完全に回復できる
ほか、樹脂に残留するイオン交換能力を利用することも
可能な濾過装置を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、濾材としてイ
オン交換樹脂を充填した濾床を有する濾過槽と、前記濾
床に逆洗用の水および／または空気を導入する逆洗水お
よび／または空気導入手段と、前記濾床に塩溶液からな
る洗浄液を導入する洗浄液導入手段とを備えていること
を特徴とする濾過装置である。

【０００８】本発明において濾材として使用されるイオ
ン交換樹脂は、イオン交換用として使用されるイオン交
換樹脂であり、使用済となった廃イオン交換樹脂でもよ
く、イオン交換能が低下したものであっても、イオン交
換能が低下しないものであってもよい。このようなイオ
ン交換樹脂としてはカチオン交換樹脂、アニオン交換樹
脂のいずれでもよく、両者を混合して用いてもよいが、
カチオン交換樹脂を用いるのが好ましい。特に強酸性の
カチオン交換樹脂が好ましい。濾材となるイオン交換樹
脂の粒径は、０．３〜１ｍｍφのものが好ましい。

【０００９】本発明ではこのようなイオン交換樹脂を濾
過槽に充填して濾床を形成し、濾過装置が構成される。
このような濾過装置はそれ単独でも用いられるが、イオ
ン交換樹脂を充填したイオン交換槽、特にカチオン交換
樹脂を充填した軟化槽と組合せて軟化装置を構成するの
が好ましい。この場合イオン交換槽は濾過槽の後に接続
するのが好ましい。

【００１０】上記の濾過装置では、濁度１以上のＳＳ成
分を含む被処理水を濾床に通水して濾過が行われる。被
処理水の通水方向は下向流とするのが一般的であるが、
上向流その他の方向に通水することもできる。なお濁度
１以上のＳＳ成分を含む被処理水を直接イオン交換樹脂
槽に通水すると、差圧がすぐに上昇するためイオン交換
処理ができない。このためイオン交換槽への流入水は通
常濁度１未満に除濁する。

【００１１】被処理水の流速は一般的には３０〜１００
ｍ／ｈ、好ましくは３０〜４０ｍ／ｈ程度で濾過が行わ
れる。砂、アンスラサイト等を用いた通常の濾過装置で
は通常６〜８ｍ／ｈ程度の流速で濾過が行われるが、本
発明では濾材によるＳＳ捕捉力が大きいため、上記のよ
うな高流速で濾過を行っても、ＳＳのリークなしに十分
濾過を行うことができる。特に硫酸バンド、ＰＡＣ等の
無機凝集剤を添加して凝集濾過を行う場合に、このよう
な傾向が強い。

【００１２】本発明において高流速で濾過が行えるの
は、濾材のイオン交換基により、イオン交換その他の電
気化学的な作用が、物理化学的な濾過作用に加味される
ことにより、ＳＳ捕捉力が大きくなり、これによりＳＳ
がリークしないためであると推測されるが、詳細は不明
である。

【００１３】濾過の継続により差圧が上昇すると濾床の
逆洗が行われる。逆洗は濾床の下部から逆洗用の水およ
び／または空気を導入し、上向流で濾床を展開させて行
うのが一般的であるが、初期の数回は濾床上部のみを逆
洗するようにしてもよい。最終的に濾床下部から逆洗を
行うことにより、濾床に捕捉されたＳＳ成分は除去され
るが、完全に除去することはできず、逆洗の度に徐々に
蓄積していってマッドボールの原因になる。

【００１４】本発明では水および／または空気による逆
洗数回に対して１回の割合で、塩溶液からなる洗浄液に
よる洗浄を行う。塩溶液は食塩を主成分とする水溶液で
あればよく、純粋な食塩水でも不純物を含む食塩水でも
使用でき、海水またはその希釈もしくは濃縮水でもよ
い。本発明の濾過装置がイオン交換樹脂を充填した軟化
層と組合されている場合は軟化層の再生排液を濾床の洗
浄液として用いることができるが、他の場合は洗浄液を
別途調製することができる。洗浄液の食塩濃度は１〜５
重量％濃度とするのが好ましい。

【００１５】洗浄は上記洗浄液を用いて逆洗することに
より行うのが好ましいが、水および／または空気による
逆洗とは別の操作として行うことも可能である。軟化層
と組合せて用いる場合は、軟化層を塩溶液で再生し、そ
の再生排液で濾床を逆洗するのが好ましい。この場合、
軟化層は樹脂が流動しないように固定床で再生し、濾床
は上向流で樹脂が流動する状態で通液して逆洗するのが
好ましい。

【００１６】塩類溶液からなる洗浄液による洗浄によ
り、濾材としてのイオン交換樹脂に付着していた金属そ
の他の不純物が除去され、これにより付着していたＳＳ
成分はほぼ完全に除去され、濾過能力は回復する。これ
と同時に濾材のイオン交換基がＮａ形またはＣｌ形に再
生される。

【００１７】この状態で通水を再開すると、原水中のＳ
Ｓ成分その他の不純物は濾床に捕捉されて濾過が行われ
るとともに、原水中のＣａ、Ｍｇ等の硬度成分および／
またはＳＯ₄等の２価以上のアニオンが除去されて軟化
が行われる。これにより濾床を形成するイオン交換樹脂
は、カチオン交換樹脂がＣａ形、Ｍｇ形等に転換し、ア
ニオン交換樹脂がＳＯ₄形等に転換する。

【００１８】このようにして濾床に捕捉されるＳＳその
他の不純物の量は、濾床を水で逆洗する場合よりも塩溶
液で逆洗する場合の方が多くなる。このようなＳＳその
他の不純物の捕捉能力は通液とともに低下するが、再度
塩溶液による逆洗を行うことにより回復する。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
により説明する。図１は実施形態の濾過装置を示す断面
図である。図１において、１０は濾過装置であって、濾
過槽１内に、イオン交換樹脂を充填した濾床２が形成さ
れ、支持板２ａ上に支持されている。濾過槽１の頂部に
は空気抜口３が設けられている。また濾過槽１の上部に
は被処理水導入路および逆洗排水路を兼ねる上部給排液
管４が設けられて、濾床２の上方に開口している。上部
給排水管４の開口部には上向に拡開するロート状部４ａ
が形成され、その下側の周辺部には下向に傾斜する笠状
のガイド部４ｂが形成され、その接合部に逆Ｊ字状の空
気抜管４ｃが設けられている。濾過槽１の下部には濾過
水排出路および洗浄液導入路を兼ねる下部給排液管５が
設けられて、濾床２の下方に開口している。濾床２内の
上部および濾床２の下方には逆洗用の水および／または
空気を導入する逆洗水／空気導入管６、７が設けられ、
それぞれ交差方向に枝管６ａ、７ａを有し、給水／空気
管６ｂ、７ｂに連絡している。逆洗水／空気導入管６お
よび枝管６ａには両側に斜上向に開口する開口部が設け
られ、逆洗水／空気導入管７および枝管７ａには両側に
斜下向に開口する開口部が形成されている（図示せ
ず）。濾過槽１の側壁の濾床２上面より若干上の部分に
は、水抜口８および洗浄排液口９が設けられている。

【００２０】上記の濾過装置は図２〜４に示すように、
軟化槽と組合されて軟水製造装置を構成している。図２
〜３の（Ａ）、（Ｂ）および図４はそれぞれ軟水製造装
置の各工程を示す系統図であり、各図中、１１は濾過水
槽、１２は軟化槽であり、これらはシリーズに接続して
軟化装置２０を構成している。軟化槽１２にはカチオン
交換樹脂層が充填されて軟化層１３が形成されている。

【００２１】上記の軟水製造装置においては、図２
（Ａ）に示すように、濾過装置１０において濾過を行
い、軟化装置２０において軟化を行い、軟水が製造され
る。まず濾過装置１０では、被処理水を上部給排液管４
から導入して濾過を行い、濾過水は下部給排液管５から
弁Ｖ₁を介して濾過水槽１１に貯えられる。このとき濾
材のイオン交換基の作用により、ＳＳ捕捉力が大きくな
って、高流速で濾過が行われ、被処理水に無機凝集剤を
添加して凝集濾過を行う場合でも効率よく濾過を行うこ
とができる。

【００２２】軟化装置２０では、濾過水槽１１の濾過水
が連絡管１４から軟化槽１２に導入され、軟化層１３を
通る間に軟化が行われ、軟水は下部給排液管１５から取
出される。

【００２３】濾過槽１の差圧が上昇したときは、図２
（Ｂ）に示すように、弁Ｖ₁を閉じ、軟化装置２０を従
前の通り運転したまま、濾過装置１０の逆洗を行う。濾
過装置１０の逆洗は、濾床２の表層部のみが目詰まりし
ている場合は、逆洗水／空気導入管６から水および／ま
たは空気を導入して表層部のみを展開し、また濾床２の
全層が目詰まりしている場合は、逆洗水／空気導入管７
から水および／または空気を導入して全層を展開して逆
洗する。空気逆洗を行う場合は水抜口８から水抜きし
て、液面を濾床２の上面より若干上の位置まで下降させ
て空気を吹込むと、濾床２はほぐされてＳＳが剥離す
る。水逆洗の場合は、この状態から逆洗水／空気導入管
６または７から水を導入することにより濾床２は展開さ
れ、剥離ＳＳを含む逆洗排液は上部給排液管４から排出
される。このとき上昇する濾材は上部給排液管４のロー
ト状部４ａの下側からガイド部４ｂに沿って循環し、Ｓ
Ｓを含む水がオーバーフロー式にロート状部４ａから集
水されて排出される。空気抜管４ｃはロート状部４ａと
ガイド部４ｂの下にたまる空気を抜出し、濾材の循環流
を維持する。上記の逆洗は水逆洗のみを行ってもよい。
逆洗終了後は前記と同様の濾過工程に入り、濾過水を濾
過水槽１１に貯留する。

【００２４】このような濾過−逆洗の操作を繰返し、濾
床２の全層が目詰まりし、表層部のみの逆洗により圧損
が回復しない場合には、全層の逆洗を行う。そして全層
の逆洗によっても、付着ＳＳ分が蓄積されて、圧損が回
復しなくなるので、全層の逆洗数回に対して１回の割合
で塩溶液を用いる洗浄を行う。このような塩溶液を用い
る洗浄は通常軟化装置２０の再生工程に際して、その再
生排液を利用して行われる。

【００２５】塩溶液による洗浄は、まずその準備段階と
して、図３（Ａ）に示すように、弁Ｖ₁を閉じ、軟化装
置２０の運転も停止し、逆洗水／空気導入管７から濾過
槽１に水および／または空気を導入して濾床２の逆洗を
行う。このときの逆洗は前記の逆洗と同様に行われる
が、空気逆洗および水逆洗を組合せて行うのが好まし
い。軟化層１２についても、下部給排液管１５から水お
よび／または空気を導入し、同様に逆洗を行う。

【００２６】次に図３（Ｂ）に示すように、薬液管１６
からディストリビュータ１７を通して塩溶液からなる再
生液を導入して、軟化層１３が固定床を形成するように
下向流で軟化層１３を再生し、食塩を含む再生排液は洗
浄液として下部給排液管５から濾過槽１に導入して、上
向流で濾床２を流動化させて逆洗を行い、洗浄排液口９
から洗浄排液を排出する。同じ流路で軟化槽１２および
濾過槽１に押出水を流して押出を行う。

【００２７】その後図４に示すように、濾過槽１につい
ては、上部給排液路４から被処理水を導入して通水洗浄
を行い、軟化装置２０については、濾過水を循環して循
環洗浄を行う。このような洗浄を行った後、図２（Ａ）
に示すように採水工程に移る。

【００２８】試験例 図１の濾過槽１に粒径０．３〜１ｍｍのカチオン交換樹
脂を１ｍの高さに充填して濾床２を形成し、図２（Ａ）
のように軟化装置２０と組合せて軟水製造装置を構成し
た。水道水にカオリンを添加して濁度５〜６度に調整し
た被処理水にポリ塩化アルミニウムをＡｌとして０．５
ｍｇ／ｌ添加し、硫酸でｐＨ６．５に調整して凝集処理
を行い、図２（Ａ）に示すように濾過装置１０において
ＬＶ３５ｍ／ｈの流速で濾過を行い、その後軟化装置２
０において軟化を行って軟水を得た。

【００２９】濾過装置１０における圧損は当初０．２５
ｋｇｆ／ｃｍ²であったが、次第に上昇し、８時間後に
１ｋｇｆ／ｃｍ²になったので、図２（Ｂ）に示すよう
に濾過槽下部より水を導入してＬＶ３５ｍ／ｈｒで１５
分間逆洗し、終了後通水を再開した。さらに８時間後に
同様に水で逆洗した。２４時間後に軟化槽２０の再生が
必要になったので、軟化層の再生と濾床の洗浄を行っ
た。

【００３０】このときの洗浄操作は、まず図３（Ａ）に
示すように濾過槽１の通水を停止して、濾床２の上層よ
り上１０〜２０ｃｍの高さまで水抜を行い、濾過塔下部
に空気を導入して１ｍ³／ｍ²・ｍｉｎの流量、０．４ｋ
ｇｆ／ｃｍ²の圧力で１５分間空気逆洗を行った後、濾
過塔の下部に水を導入してＬＶ３５ｍ／ｈｒで１５分間
水逆洗を行うと同時に、軟化層１３についても水逆洗を
行い、その後軟化層１３の再生と再生排液による濾床２
の洗浄を行った。

【００３１】このとき図３（Ｂ）に示すように、５重量
％食塩水溶液を軟化槽１２に通液して下向流で軟化層１
３を再生した後、再生排液を洗浄液として濾過槽１に導
入してＬＶ１０ｍ／ｈｒの上向流で濾床２を洗浄した。

【００３２】洗浄後、図４に示すように濾過槽１を２０
分間通水洗浄し、軟化槽１２は３０分間循環洗浄した
後、採水を開始した。上記の塩溶液による洗浄を行った
場合の差圧の変化を図５（Ａ）に示す。比較例として上
記と同様に運転し、３回目の洗浄として塩溶液による洗
浄を行わず、空気および水逆洗のみを行った場合の圧損
の変化を図５（Ｂ）に示す。図５（Ａ）から明らかなよ
うに、水逆洗によって蓄積する汚れは塩溶液による洗浄
により除去され、初期の差圧が回復するのに対し、図５
（Ｂ）に示すように空気および水逆洗では差圧が回復し
ないことがわかる。

【００３３】

【発明の効果】本発明の濾過装置は、濾材としてイオン
交換樹脂を用い、逆洗用水および／または空気導入手段
と、塩溶液からなる洗浄液導入手段を設けたので、イオ
ン交換能力を利用しＳＳ成分等の捕捉力を大きくして高
流速で濾過を行うことができ、短時間で効率よく濾材の
洗浄を行って、濾過能力をほぼ完全に回復することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の濾過装置を示す断面図である。

【図２】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ実施例の濾過装置を
用いた軟水製造装置の工程を示す系統図である。

【図３】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ実施例の濾過装置を
用いた軟水製造装置の工程を示す系統図である。

【図４】実施例の濾過装置を用いた軟水製造装置の工程
を示す系統図である。

【図５】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ試験例の結果を示す
グラフである。

【符号の説明】

１ 濾過槽 ２ 濾床 ２ａ 支持板 ３ 空気抜口 ４ 上部給排液管 ４ａ ロート状部 ４ｂ ガイド部 ４ｃ 空気抜管 ５、１５ 下部給排液管 ６、７ 逆洗水／空気導入管 ６ａ、７ａ 枝管 ６ｂ、７ｂ 給水／空気管 ８ 水抜口 ９ 洗浄排液口 １０ 濾過装置 １１ 濾過水槽 １２ 軟化槽 １３ 軟化層 １４ 連絡管 １６ 薬注管 １７ ディストリビュータ ２０ 軟化装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 黒木 勝憲 東京都新宿区西新宿３丁目４番７号 栗田 工業株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 濾材としてイオン交換樹脂を充填した濾
   床を有する濾過槽と、 前記濾床に逆洗用の水および／または空気を導入する逆
   洗水および／または空気導入手段と、 前記濾床に塩溶液からなる洗浄液を導入する洗浄液導入
   手段とを備えていることを特徴とする濾過装置。