JP5345512B2 - 長繊維ろ過装置の逆洗方法及び長繊維ろ過装置 - Google Patents

Description

本発明は、長繊維ろ過装置の技術、特に長繊維ろ過装置の逆洗方法の技術に関する。

従来より、上水処理施設、下水処理施設、産業排水処理施設、産業用水処理施設等の各種処理工程において、原水中の懸濁物を除去するためのろ過処理として、長繊維束をろ過材として用いたろ過処理が知られている。

例えば、特許文献１及び特許文献２には、ろ過槽内部に支持体を設置し、当該支持体の上部に長繊維束の下端を固定するとともに、その上端を自由端としたろ過体を形成し、長繊維束の上端から下端に向かって下降流で原水を通水して、長繊維束内の空隙部により原水中の懸濁物質を捕捉する長繊維ろ過装置が記載されている。長繊維束をろ過材として用いたろ過処理は、砂ろ過に比べ、損失水頭が少なく、高速流でろ過をすることが可能である。

この長繊維ろ過装置においては、処理の継続に伴い長繊維束に捕捉された懸濁物質が増加すると、ろ過能力が低下する。そこで、ろ過能力を回復させるために、ろ過槽の下部から洗浄水（逆洗水）及び空気を流入させ、ろ過槽上部から排出する逆洗を行い、長繊維束を洗浄する。すなわち、所定期間のろ過工程を実施した場合又は損失水頭が上昇した場合に、逆洗を実施する。

特開昭６３−３１５１１０号公報 特開平１−３０４０１１号公報

しかし、所定期間のろ過工程を実施した場合又は損失水頭が上昇した場合に、ろ過槽の下部から逆洗水及び空気を流入させ、ろ過槽上部から排出する逆洗方法では、長繊維束から剥離した懸濁物質をろ過槽外へ排出するために、逆洗水を高速流で流さなければならない。そして、高速流で逆洗水を流すためには、逆洗水を流すためのポンプ及び配管を大きくしなければならならず、設備の大型化や、設備費の増大等の問題がある。

そこで、本発明の目的は、逆洗水を高速流で流さなくても、効率的に逆洗を行うことができる長繊維ろ過装置の逆洗方法及び長繊維ろ過装置を提供することにある。

本発明は、上端を自由端とし、下端をろ過槽内に設置した支持体に固定した長繊維束を立設したろ過槽内に原水を下降流で通水してろ過処理を行う長繊維ろ過装置の逆洗方法であって、前記ろ過槽内に水を溜めた状態で、前記ろ過槽の下部より空気を導入して、前記長繊維束を洗浄する空気洗浄工程と、前記空気洗浄工程後、前記ろ過槽内の水を前記ろ過槽の下部から排出する排出工程と、前記ろ過槽の下部より逆洗水を上向流で通水し、前記ろ過槽の上部から排出して、前記長繊維束を洗浄する逆洗工程と、を備える。

また、前記長繊維ろ過装置の逆洗方法において、前記空気洗浄工程、前記排出工程、前記逆洗工程の順に実施することが好ましい。

また、前記長繊維ろ過装置の逆洗方法において、前記空気洗浄工程及び前記排出工程を複数回繰り返した後、前記逆洗工程を実施することが好ましい。

また、前記長繊維ろ過装置の逆洗方法において、前記逆洗工程の逆洗水の水量を前記長繊維束の容積の３倍量以上にすることが好ましい。

また、前記長繊維ろ過装置の逆洗方法において、前記排出工程における前記ろ過槽内の水と前記ろ過処理における処理水とは、それぞれ別々の排出口から排出されることが好ましい。

また、本発明は、ろ過槽内に設置される支持体と、上端を自由端とし、下端を前記支持体に固定される長繊維束と、を備えるろ過槽内に原水を下降流で通水してろ過処理を行う長繊維ろ過装置であって、前記ろ過槽の下部より空気を導入して、前記長繊維束を洗浄した後の前記ろ過槽内の水を排出する下部排出口が前記ろ過槽の下部に設置され、前記長繊維束を逆洗浄するために、前記ろ過槽の下部より上向流で通水した逆洗水を排出する上部排出口が前記ろ過槽の上部に設置されている。

また、前記長繊維ろ過装置において、前記下部排出口は、前記支持体に設置されていることが好ましい。

また、前記長繊維ろ過装置において、前記下部排出口は、前記ろ過処理における処理水の排出口とは別の排出口であることが好ましい。

本発明によれば、逆洗水を高速流で流さなくても、効率的に逆洗を行うことができる。

本発明の実施形態に係る長繊維ろ過装置の構成の一例を示す模式図である。 支持体の構成の一例を示す上面模式図である。 ３サイクル目（ろ過−逆洗を３回）のろ過継続時間と損失水頭との関係を示す図である。

本発明の実施の形態について以下説明する。本実施形態は本発明を実施する一例であって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。

図１は、本発明の実施形態に係る長繊維ろ過装置の構成の一例を示す模式図である。図１に示す長繊維ろ過装置１は、ろ過槽１０、原水流入管１２、処理水流出管１４、逆洗水流入管１６、逆洗排水流出管１８、集水管２０、空気流入管２２、原水貯留槽２４、処理水槽２６、原水ポンプ２８、逆洗ポンプ３０、逆洗ブロワ３２を備える。

ろ過槽１０には、支持体３４が設置されている。図２は、支持体の構成の一例を示す上面模式図である。支持体３４は、複数の開口が形成された支持板３６と、開口のそれぞれに嵌合された支持ノズル３８（ストレイナー）とを備える。この支持ノズル３８には、長繊維束４０の下端が固定されており、長繊維束４０の上端は自由端となっている。すなわち、長繊維束４０は、支持体３４に固定されることとなる。また、支持板３６には、上記複数の開口とは別の複数の小孔が形成されており、この小孔が下部排出口４２となる。

但し、本実施形態に用いられる支持体３４は、長繊維束４０を支持するものであれば上記構成に制限されるものではなく、長繊維束４０の下端を固定するスチールウール等とスチールウール等を固定する支持板３６等から構成されていてもよい。支持板３６には、下部排出口４２、処理水が通過する排出口等が設置される。

原水貯留槽２４には、原水が貯留される。この原水貯留槽２４には、原水流入管１２の一端が接続され、他端は原水ポンプ２８、バルブ４４を介して、ろ過槽１０の上部に接続される。なお、原水がろ過槽１０に自然流下で流入可能な場合には、原水ポンプ２８は不要である。ろ過槽１０内には、上述したように、下部に設けられた支持体３４（実質的には支持ノズル３８）に下端が固定された多数の長繊維束４０が充填されている。ろ過槽１０の支持体３４の下方には、処理水流出管１４の一端が接続され、他端はバルブ４６を介して処理水槽２６に接続されている。また、処理水槽２６には、逆洗水流入管１６の一端が接続され、他端は逆洗ポンプ３０、バルブ４８を介して、ろ過槽１０の支持体３４の下方に接続されている。さらに、ろ過槽１０の支持体３４の下方には、空気流入管２２の一端も接続され、その他端はバルブ５０を介して逆洗ブロワ３２に接続されている。また、ろ過槽１０の上部側面には、バルブ５６が設けられた逆洗排水流出管１８が接続されている。また、上記説明した下部排出口４２には、集水管２０の一端が接続され、その他端は、バルブ５４を介して、逆洗排水流出管１８に接続されている。

次に、本実施形態に係る長繊維ろ過装置１の動作（ろ過及び逆洗方法）について説明する。

上工水道水、下水２次処理水、下水３次処理水、河川水、湖沼水、凝集沈殿上澄み水、各種工程中間水、各種回収水、各種排水等の懸濁物質を含む原水は、原水貯留槽２４に貯留された後、原水ポンプ２８により原水流入管１２を通り、ろ過槽１０内部に導入される。ろ過槽１０の上方から導入された原水は、ろ過槽１０の上部から下部に向かって、すなわち長繊維束４０に向かって下降流で通過し、長繊維束４０の空隙部等により懸濁物質が捕捉され、清澄となった処理水が支持ノズル３８を通り、処理水流出管１４に送液される。そして、処理水は処理水流出管１４を通り、処理水槽２６に貯留される。このろ過処理の時、バルブ４４，４６は開口状態とし、バルブ４８，５０，５４，５６は閉口状態とする。なお、処理水は、その後消毒処理等が行われる。

本実施形態では、所定期間のろ過処理を実施した場合や、ろ過槽１０内の損失水頭が所定の高さまで上昇した場合等に、逆洗処理を実施し、長繊維束４０を洗浄する。

＜空気洗浄工程＞
具体的には、バルブ４４，４６を閉口状態として、原水の通水を停止してろ過槽１０内に水を溜めた状態で、バルブ５０を開口状態とし、空気流入管２２を通してブロワにより圧縮空気をろ過槽１０の下部から導入し、支持ノズル３８を通り、ろ過槽１０の上部側へ供給する。このように圧縮空気の流入によりろ過槽１０内部の水が攪拌されるとともに、長繊維束４０が振動して伸長することにより、長繊維束４０の空隙部や表面等に捕捉されていた懸濁物質が剥離される。また、ろ過槽１０内の原水を抜いた後、バルブ４８，５０を開口状態として、逆洗ポンプ３０により逆洗水流入管１６を通して逆洗水をろ過槽１０内に流入させ、ろ過槽１０内に水を溜めた状態で、圧縮空気をろ過槽１０内に導入してもよいし、逆洗水流入管１６を通して逆洗水をろ過槽１０内に流入させながら圧縮空気をろ過槽１０内に導入してもよい。

＜排出工程＞
逆洗ポンプ３０の稼動を停止し、バルブ４８，５０を閉口状態とした後、バルブ５４を開状態として、ろ過槽１０内の水及び空気逆洗により剥離された懸濁物質を下部排出口４２から排出する。下部排出口４２から排出された水及び懸濁物質を集水管２０を介して逆洗排水流出管１８から、長繊維ろ過装置１の系外へ排出する。この排出工程により、懸濁物質の大部分（特に比重の重い懸濁物質）が下部排出口４２を通して、長繊維ろ過装置１の系外へ排出されることとなる。その結果、ろ過槽１０内には懸濁物質は微量（特に比重の軽い懸濁物質）であるため、後述する逆洗工程で逆洗水を高速流で流す必要がなくなり、逆洗工程で使用する逆洗ポンプ３０の容量、逆洗水流入管１６及び逆洗排水流出管１８の径等を小さくすることができる。

本実施形態における下部排出口４２は、ろ過槽１０の下部に設置される。ここで、本明細書において、ろ過槽１０の底部から長繊維束４０の上端の高さまでをろ過槽１０の下部と云う。また、そのろ過槽１０の下部より上方をろ過槽１０の上部と云う。すなわち、下部排出口４２は、ろ過槽１０の下部であればいずれの位置に設置されてもよいが、空気逆洗により剥離した懸濁物質を効率的に排出するために、支持体３４近傍のろ過槽１０の側面に設置することが好ましい。下部排出口４２を支持体３４近傍のろ過槽１０の側面に設置する場合には、支持体３４から上方２０ｃｍまでのろ過槽１０の側面に設置するのが望ましく、支持体３４から上方１０ｃｍまでのろ過槽１０の側面に設置するのがより望ましい。また、空気逆洗により剥離した懸濁物質をより効率的に排出するためには、本実施形態のように支持体３４に設けることがより好ましい。

処理水流出管１４の一端が接続されるろ過槽１０の排出口を下部排出口４２としてもよい。この場合、処理水流出管１４を分岐して、一方を処理水槽２６に、他方を逆洗排水流出管１８に接続させることとなる。しかし、このように下部排出口４２を処理水の排出口と同一とすると、排出工程において、懸濁物質が長繊維に捕捉されてしまい効率的に排出できないため、本実施形態のように、下部排出口４２と処理水の排出口とはそれぞれ別々に設置することが好ましい。

＜逆洗工程＞
逆洗工程では、バルブ５４を閉口状態とし、バルブ４８，５６を開口状態として、逆洗ポンプ３０により逆洗水流入管１６を通して逆洗水をろ過槽１０内に流入させる。そして、逆洗水をろ過槽１０の下部より支持ノズル３８を通して上向流で通水し、逆洗排水流出管１８から長繊維ろ過装置１の系外へ排出する。

逆洗工程での逆洗水の水量は、特に制限されるものではないが、ろ過槽１０内の懸濁物質を効率的に除去することができる点で、長繊維束４０の（有効）容積の３倍量以上であることが好ましい。

逆洗排水流出管１８から排出される排水は排水処理設備に移送される。なお、逆洗水としては、処理水槽２６に貯留される処理水等を使用することが好ましい。

本実施形態では、上記説明したとおり空気洗浄工程、排出工程を行った後逆洗工程を行うこと、すなわち、最後に逆洗工程を行うことが好ましく、空気洗浄工程と排出工程とを複数繰り返した後、逆洗工程を行うことがより好ましい。但し、本実施形態の逆洗方法においては、上記説明したものに制限されるものではなく、例えば、逆洗工程後に空気洗浄工程、排出工程を行ってもよい。また、逆洗工程及び空気洗浄工程を同時に行い、その後排出工程を行ってもよいし（好ましくはその後逆洗工程を行う）、空気逆洗後、排出工程及び逆洗工程を行ってもよい。

長繊維束４０を構成する長繊維の材質としては、アクリル系、ポリエステル系、ポリプロピレン系、ポリアミド系、ポリアクリルアミド系、ケブラー系等の合成繊維、綿及び羊毛等の天然繊維、これらの合成繊維等が挙げられる。強度が高い等の点から合成繊維が好ましく、加工性がよいとされるポリエステル系合成繊維が好ましい。

長繊維束４０の長さは、使用するろ過槽１０の高さ等に応じて決めればよく特に制限されるものではないが、５００ｍｍ以上３０００ｍｍ未満であることが好ましく、１０００ｍｍ以上１５００ｍｍ未満であることがより好ましい。長繊維束４０の長さが、５００ｍｍ未満であると、ろ過材の有効容積が少ないため処理効率が低下する場合があり、３０００ｍｍ以上であると長繊維束４０の屈曲が大きくなり直立性が低下するために長繊維束４０の集合密度が高くなり、有効容積が減少して処理効率が低下する場合がある。なお、長繊維束４０の長さは、この長繊維束４０をろ過槽１０に充填したときに通水のない状態の水中でほぼ直立した状態での長繊維束４０の上端から下端までの長さである。

長繊維束４０の充填密度は、原水の通水速度等に応じて決めればよく特に制限されるものではないが、ろ過槽１０の断面積１ｍ^２あたり１５ｋｇ以上２００ｋｇ未満であることが好ましく、ろ過槽１０の断面積１ｍ^２あたり３０ｋｇ以上１００ｋｇ未満であることがより好ましい。長繊維束４０の充填密度が、ろ過槽１０の断面積１ｍ^２あたり１５ｋｇ未満であると、圧力損失は小さくなるが長繊維束４０の有効容積が少ないためろ過効率が低下する場合があり、２００ｋｇ以上であると長繊維束４０の集合密度が高くなり、有効容積が減少してろ過効率が低下する、あるいは圧力損失が大きくなる場合がある。なお、長繊維束４０の充填密度は、長繊維束４０の乾燥重量及び長繊維束４０を充填したろ過槽１０の断面積から求めたものである。

本実施形態に係る長繊維ろ過装置１では、ろ過速度を１０００ｍ／ｄａｙ以上、好ましくは１２００ｍ／ｄａｙ以上、より好ましくは１５００ｍ／ｄａｙ以上とすることができる。

本実施形態に係る長繊維ろ過装置１は、上水処理施設、下水処理施設、産業排水処理施設、産業用水処理施設等の各種処理工程において、上工水道水、下水２次処理水、下水３次処理水、河川水、湖沼水、凝集沈殿上澄み水、各種工程中間水、各種回収水、各種廃水等の処理に使用することができる。

以下、実施例及び比較例を挙げ、本発明をより具体的に詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。

実施例１では、図１に示す長繊維ろ過装置を用いて、以下の条件で試験を行った。井水に関東ローム（ＪＩＳ試験粉体１−７種）を１００ｍｇ／Ｌ程度になるように添加したものを原水として、その原水にポリ塩化アルミニウム（凝集剤）１４ｍｇ／Ｌを添加し、ろ過槽（φ２８０ｍｍ×２０００ｍｍ）にろ過速度（ＬＶ）１０００ｍ／ｄａｙで通水した。ろ過槽内に設置した繊維束の高さは支持体から１ｍとした。下部排出口は支持体に設置した。逆洗は、損失水頭が１０００ｍｍに達したら、空気洗浄工程と排出工程とをそれぞれ３回行った後、長繊維束の容積の３倍量の水量に相当する１８０Ｌの逆洗水で逆洗工程を実施した。逆洗水の流速（ＬＶ）を４５ｍ／ｈ、逆洗空気の流速（ＬＶ）を１５０ｍ／ｈとし、洗浄水量（合計）を５１０Ｌとした。

実施例２では、下部排出口をろ過槽の側面（支持体から約１０ｃｍ上方）に設けたこと以外は実施例１と同様の条件で試験を行った。

実施例３では、空気洗浄工程と排出工程とをそれぞれ１回行ったこと以外は、実施例１と同様の条件で試験を行った。

実施例４では、長繊維束の容積の１倍量の水量に相当する６０Ｌの逆洗水で逆洗工程を実施し、洗浄水量（合計）３９０Ｌとしたこと以外は、実施例１と同様の条件で試験を行った。

比較例１では、ろ過槽の下部から逆洗水及び空気を流入させ、ろ過槽の上部から排出する方法で逆洗を行った（排出工程を実施していない）。洗浄水量の合計は、実施例１と同様に５１０Ｌとした。

表１に、実施例１〜４及び比較例１のろ過処理によるＳＳ捕捉量、逆洗によるＳＳ排出量、逆洗後のろ過槽内のＳＳ蓄積量、ろ過継続時間の結果をまとめた。表１の各データは３回試験を行ったものの平均値である。ここで、ＳＳ捕捉量は、ろ過継続時間×原水流入速度×原水ＳＳ濃度×ＳＳ除去率によって求めた。また、ＳＳ排出量は、逆洗水量×逆洗排水中のＳＳ濃度によって求めた。ＳＳ蓄積量は、ＳＳ捕捉量とＳＳ排出量との差とした。

図３は、３サイクル目（ろ過−逆洗を３回）のろ過継続時間と損失水頭との関係を示す図である。

表１及び図３から判るように、実施例１〜４の方が比較例１よりＳＳ排出量が高く、またＳＳ蓄積量も低く、さらにろ過継続時間も長くなることが確認された。実施例１と実施例２との比較から判るように、下部排出口を支持体に設ける方が、ＳＳ排出量が高く、またＳＳ蓄積量も低く、さらにろ過継続時間も長くなった。また、実施例１と実施例３との比較から判るように、空気洗浄工程及び排出工程を３回行った方が、ＳＳ排出量が高く、またＳＳ蓄積量も低く、さらにろ過継続時間も長くなった。さらに、実施例１と実施例４との比較から判るように、長繊維束の容積の３倍量の水量で逆洗工程を実施した方が、ＳＳ排出量が高く、またＳＳ蓄積量も低く、さらにろ過継続時間も長くなった。

１ 長繊維ろ過装置、１０ ろ過槽、１２ 原水流入管、１４ 処理水流出管、１６ 逆洗水流入管、１８ 逆洗排水流出管、２０ 集水管、２２ 空気流入管、２４ 原水貯留槽、２６ 処理水槽、２８ 原水ポンプ、３０ 逆洗ポンプ、３２ 逆洗ブロワ、３４支持体、３６ 支持板、３８ 支持ノズル、４０ 長繊維束、４２ 下部排出口、４４，４６，４８，５０，５４，５６ バルブ。

Claims (8)

1. 上端を自由端とし、下端をろ過槽内に設置した支持体に固定した長繊維束を立設したろ過槽内に原水を下降流で通水してろ過処理を行う長繊維ろ過装置の逆洗方法であって、
   前記ろ過槽内に水を溜めた状態で、前記ろ過槽の下部より空気を導入して、前記長繊維束を洗浄する空気洗浄工程と、
   前記空気洗浄工程後、前記ろ過槽内の水を前記ろ過槽の下部から排出する排出工程と、前記ろ過槽の下部より逆洗水を上向流で通水し、前記ろ過槽の上部から排出して、前記長繊維束を洗浄する逆洗工程と、を備えることを特徴とする長繊維ろ過装置の逆洗方法。
2. 請求項１記載の長繊維ろ過装置の逆洗方法であって、前記空気洗浄工程、前記排出工程、前記逆洗工程の順に実施することを特徴とする長繊維ろ過装置の逆洗方法。
3. 請求項１記載の長繊維ろ過装置の逆洗方法であって、前記空気洗浄工程及び前記排出工程を複数回繰り返した後、前記逆洗工程を実施することを特徴とする長繊維ろ過装置の逆洗方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の長繊維ろ過装置の逆洗方法であって、前記逆洗工程の逆洗水の水量を前記長繊維束の容積の３倍量以上にすることを特徴とする長繊維ろ過装置の逆洗方法。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の長繊維ろ過装置の逆洗方法であって、前記排出工程における前記ろ過槽内の水と前記ろ過処理における処理水とは、それぞれ別々の排出口から排出されることを特徴とする長繊維ろ過装置の逆洗方法。
6. ろ過槽内に設置される支持体と、上端を自由端とし、下端を前記支持体に固定される長繊維束と、を備えるろ過槽内に原水を下降流で通水してろ過処理を行う長繊維ろ過装置であって、
   前記ろ過槽の下部より空気を導入して、前記長繊維束を洗浄した後の前記ろ過槽内の水を排出する下部排出口が前記ろ過槽の下部に設置され、
   前記長繊維束を逆洗浄するために、前記ろ過槽の下部より上向流で通水した逆洗水を排出する上部排出口が前記ろ過槽の上部に設置されていることを特徴とする長繊維ろ過装置。
7. 請求項６記載の長繊維ろ過装置であって、前記下部排出口は、前記支持体に設置されていることを特徴とする長繊維ろ過装置。
8. 請求項６記載の長繊維ろ過装置であって、前記下部排出口は、前記ろ過処理における処理水の排出口とは別の排出口であることを特徴とする長繊維ろ過装置。

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