JP3103229U - フィルター構造および濁水処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】濁水中の汚濁粒子を凝集剤で凝集させて処理する場合に適するフィルター手段と濁水処理装置に関し、極めて簡易なフィルター構造によって、微細なフロックから大きなフロックまで確実に分離して浄水できる濁水処理技術を実現する。
【解決手段】フィルターの網目を構成するフィルター材２を濁水の流動部に単一又は間隔をおいて複数配置して、前記フィルター材の枡目中央に開口３が残る程度にフロック１を吸着成長させてあるフィルター手段を用いると、フロックは、フィルター材にある程度まで付着し成長すると、それ以上は、水流などの外力で分裂して成長不能となり、開口３が残るので、フィルター手段の目詰まりを来すといった問題は発生しない。
【選択図】図１

Description

本考案は、濁水中の汚濁粒子を凝集剤で凝集させて処理する場合に適するフィルターの構造に関する。

赤土粒子などが混じった濁水を浄化してから河川に放流することが行われているが、その際、濁水に凝集剤を混ぜて濁質粒子を大きなフロック（凝集塊）に形成して、沈降させる凝集沈殿法が広く採用されている。しかしながら、フロックを沈殿させるには、凝集剤と攪拌した濁水を静置して、フロックが沈殿するのを待つ必要があるので、フロックを全部排除するには長時間を要する。そこで、処理時間を短縮して、目標濁度を短時間で達成できるように、フィルターでフロックを分離する手法を試みているが、短時間にフィルターが目詰まりを起こしてしまい、実用化は困難視されている。

一方、特開平８−182990号公報に記載の濁水処理装置によると、建築現場などに搬送できるとともに、濁水の浄化処理を長時間安定して行えるようにするために、濁水中に含まれる浮遊粒子を電極槽のアルミ合金版からなる陽極電極から発生する陽イオンで中和して凝集させ、凝集したフロックを含む水を分離槽に送り、前記電極槽の陽極電極と陰極電極を一定時間毎に切換えて、陽極電極が消耗するのを抑制している。また、前記分離槽は外筒と内筒で構成し、内筒の濁水流出口から外筒の下部にフロックを含む濁水を流出させて、外筒内にフロックを堆積させ、フロックを常に内筒の濁水流出口の位置より上部まで堆積させておき、堆積したフロックをフィルターとして使用し、上澄水内に浮遊する微粒子の数を低減する。

特開平８−182990

前記のような構成によると、確かに網目構造の在来のフィルターを用いる必要は無くなるが、流量が大きくなるとフロックの巻き上がりが発生し、フロックも一緒に排出されてしまう可能性があるので、所期の目的を確実に達成できたとはいえない。また、フロックの堆積の上限に達した際は、これを排出しなければならないが、その排出中は処理を中断しなければならないので、作業能率の低下を来たすという問題がある。しかも、装置の構造が複雑で高価となり、清掃等のメンテナンスにも手間ひまがかかる。以上のような問題が発生するので、流量が多い場合は、実用的とはいえない。

本考案の技術的課題は、このような問題に着目し、極めて簡易なフィルター構造によって、微細なフロックから大きなフロックまで確実に分離して浄水できる濁水処理技術を実現することにある。

本考案の技術的課題は次のような手段によって解決される。請求項１は、フィルターの網目を構成するフィルター材を濁水の流動部に単一又は間隔をおいて複数配置して、前記フィルター材の枡目中央に開口が残る程度にフロックを吸着成長させてあることを特徴とするフィルター手段である。濁水の流動部とは、上流から下流に向かう流水に限らず、循環水や例えば水槽内で攪拌されて流動している場合なども含まれる。また、フィルター材の配置方向や角度は任意であり、材質やメッシュのサイズ設定なども自由である。

このように、フィルターの網目を構成するフィルター材を濁水の流動部に単一又は間隔をおいて複数配置して、前記フィルター材の枡目中央に開口が残る程度にフロックを吸着成長させてあるフィルター手段を用いると、付着したフロックによって、フィルター材の網目が狭まることにはなるが、フィルター材の網目よりはメッシュの細かいフィルターとして機能することになる。また、フロックは、フィルター材にある程度まで付着成長すると、水流などの外力で分裂して、それ以上は成長不能となるので、フィルター材の各枡目の中央には開口が残ることになり、フィルター手段の目詰まりを来すといった問題は発生しない。しかも、微細なフロックは凝集力でフィルター材やフィルター材に付着したフロックに吸着されて捕獲され、通過が阻止されるので、実質的に微細メッシュのフィルター手段としても機能することになり、単一のフィルター手段によって、微細フロックから大きなフロックまで吸着捕獲でき、多機能フィルター手段として作用する。さらに、フィルター材の流入側にも流出側にもフロックが付着成長するので、より大量のフロックを捕獲できることになる。

請求項２は、濁水の流通部において、前記のようにフロックを吸着成長させてなるフィルター材をほぼ水平に配置し、このフィルター材の下流側と底部との間に仕切り壁を設け、前記フィルター材の上流側と水面との間に仕切り壁を設けてなることを特徴とする請求項１に記載の濁水処理装置である。このように、濁水の流通部において、フロックを吸着成長させてなるフィルター材をほぼ水平に配置し、このフィルター材の下流側と底部との間に仕切り壁を設け、前記フィルター材の上流側と水面との間に仕切り壁を設けてあるので、濁水はこの水平状態のフィルター材を下側から上向きに流れることになる。したがって、このフロック付きのフィルター材を通過できないフロックは、フィルター手段の下側に沈殿し、微細なフロックだけがフィルター手段を通過し、あるいはフィルター手段に吸着捕獲される。

請求項３は、前記のほぼ水平のフィルター材の下流側と水面との間に、前記のようにフロックを吸着成長させてなるフィルター材を立てて配置してなることを特徴とする請求項２に記載のフィルター構造である。立てる角度は任意であるが、通常は鉛直方向に立てる場合が多い。このように、ほぼ水平のフィルター材の下流側と水面との間に、フロックを吸着成長させてなるフィルター材をほぼ鉛直に立てて配置してあるため、合計２段のフィルターを設けたことになり、濁水の濾過がより確実となり、効率的に浄水できる。しかも、水平フィルター手段を通過した微細なフロックは、鉛直フィルター手段に吸着・捕獲されるので、実質的に、水平フィルター手段よりメッシュの細かい鉛直フィルター手段を設けたのと同じ効果がある。

請求項４は、前記のほぼ水平のフィルター材から離れた下流側の位置において、前記のようにフロックを吸着成長させてなるフィルター材を底部から水面に向けて立てて配置してあることを特徴とする請求項２に記載の濁水処理装置である。この縦フィルター材は、２段以上設けてもよい。このように、前記のほぼ水平のフィルター材から間隔をおいて、下流側の位置に、フロックを吸着成長させてなるフィルター材を底部から水面に向けて立てて配置してあるため、後段の縦フィルター材を十分に広い面積にして、効率的に大量に濾過処理できる。また、この後段の縦フィルター材のメッシュを細かくすれば、より細かいフロック或いは前段のフィルター手段を通過したフロックを濾過でき、信頼度の高いフィルター手段となる。なお、後段の縦フィルター手段で阻止されたフロックは、該縦フィルター手段の手前の底部に沈殿する。

請求項１のように、フィルターの網目を構成するフィルター材を濁水の流動部に単一又は間隔をおいて複数配置して、前記フィルター材の枡目中央に開口が残る程度にフロックを吸着成長させてあるフィルター手段を用いると、付着したフロックによって、フィルター材の網目が狭まることにはなるが、フィルター材の網目よりはメッシュの細かいフィルターとして機能することになる。また、フロックは、フィルター材にある程度まで付着成長すると、水流などの外力で分裂して、それ以上は成長不能となるので、フィルター材の各枡目の中央には開口が残ることになり、フィルター手段の目詰まりを来すといった問題は発生しない。しかも、微細なフロックは凝集力でフィルター材やフィルター材に付着したフロックに吸着されて捕獲され、通過が阻止されるので、実質的に微細メッシュのフィルター手段としても機能することになり、単一のフィルター手段によって、微細フロックから大きなフロックまで吸着捕獲でき、多機能フィルター手段として作用する。さらに、フィルター材の流入側にも流出側にもフロックが付着成長するので、より大量のフロックを捕獲できることになる。

請求項２のように、濁水の流通部において、フロックを吸着成長させてなるフィルター材をほぼ水平に配置し、このフィルター材の下流側と底部との間に仕切り壁を設け、前記フィルター材の上流側と水面との間に仕切り壁を設けてあるので、濁水はこの水平状態のフィルター材を下側から上向きに流れることになる。したがって、このフロック付きのフィルター材を通過できないフロックは、フィルター手段の下側に沈殿し、微細なフロックだけがフィルター手段を通過し、あるいはフィルター手段に吸着捕獲される。

請求項３のように、水平のフィルター材の下流側と水面との間に、フロックを吸着成長させてなるフィルター材をほぼ鉛直に立てて配置してあるため、合計２段のフィルターを設けたことになり、濁水の濾過がより確実となり、効率的に浄水できる。しかも、水平フィルター手段を通過した微細なフロックは、鉛直フィルター手段に吸着・捕獲されるので、実質的に、水平フィルター手段よりメッシュの細かい鉛直フィルター手段を設けたのと同じ効果がある。

請求項４のように、前記のほぼ水平のフィルター材から間隔をおいて、下流側の位置に、フロックを吸着成長させてなるフィルター材を底部から水面に向けて立てて配置してあるため、後段の縦フィルター材を十分に広い面積にして、効率的に大量に濾過処理できる。また、この後段の縦フィルター材のメッシュを細かくすれば、より細かいフロック或いは前段のフィルター手段を通過したフロックを濾過でき、信頼度の高いフィルター手段となる。なお、後段の縦フィルター手段で阻止されたフロックは、該縦フィルター手段の手前の底部に沈殿する。

次に本考案によるフィルター手段と濁水処理装置が実際上どのように具体化されるか実施形態を説明する。図１は本考案によるフィルター手段の基本原理を説明する模式図である。濁水中に凝集剤を混ぜると、イオン交換作用によって、凝集剤と濁質は（１）のように凝集して凝集塊（フロック）１となってしまう。しかしながら、無限に凝集して成長するわけではなく、ある程度のサイズまで成長すると、濁水の流れなどの外力に負けて、崩壊したり分裂したりする。

凝集剤の影響を受けた濁質は、濁質同士に限らず、例えば水槽の壁面でも、何にでも吸着されてしまう。したがって、フィルター材を設けた場合は、フィルター材にも吸着されてしまう。そのため、（２）のように、メッシュの細かなフィルター材２の場合は、短時間にフィルター材２に濁質粒子が吸着されてフロック１に成長し、目詰まりを起こしてしまう。このような事情で、従来は、凝集剤を用いて濁水処理するような用途では、フィルター材は実用困難とされていた。

ところが、本考案は、凝集剤によって凝集処理されたフロックのこのような扱いづらい特性を積極的に利用することによって、フィルター材に吸着されたフロックにフィルター機能を持たせるようにしたものである。すなわち、濁水中にフィルター材を設けた場合、初めの間は、（３）のように、フィルター材２自体に濁質が付着し始める。そして、フィルター材２に付着した濁質に次の濁質が付着し、濁質同士の凝集作用によって、次第に濁質の凝集物が成長していくが、ある限界を越えると、一旦は吸着し成長した凝集物でも、水流などの外力によって、分裂してしまう。

このような作用を繰り返すので、メッシュの大きなフィルター材の場合は、（４）のように、フィルター材２からの距離の大きい、離れた位置のフロックは、一旦は吸着成長しても、外力で分裂されて、分離してしまう。このように、フィルター材２から遠い位置のフロックは、フィルター材２に対する求心力が及ばず、いつまでも開口３が空いたままとなる。その結果、開口３が残って、完全な目詰まりを起こさない程度の粗いメッシュのフィルター材を用いれば、フロック中に開口３が残ることになり、目詰まりの発生を防げることになる。そして、このようにフロック中に開口３が残って、浄水やこの開口より小さなフロックは通過可能となるため、フィルターとして機能できることになる。

しかしながら、開口３より大きなフロックであっても、フロックは柔軟性に富んでいるため、自由自在に変形して、開口３を通過する場合もある。さらに特徴的なことは、開口３を容易に通過できるような微細なフロックであっても、凝集力によって、フィルター材２やフィルター材２に吸着されているフロック１に吸着されて捕獲される。したがって、結果的に、微細メッシュのフィルターとしても機能することになる。

図２以下は濁水処理装置であるが、前記のように、フィルター材にフロックを付着成長させたフィルター手段を採用している。図２は、濁水処理装置全体の平面図、図３は、図２におけるＡ−Ａ断面図である。

処理対象の濁水は、最初に攪拌槽４に給水されて、凝集剤と攪拌される。そして、次の沈殿槽５、流入槽６、静流槽７、水平フィルター８、鉛直フィルター９、後段の鉛直フィルター１０、流出口１１の順に流れる。１２から１４は、沈積したフロックの排出口である。

この濁水処理装置における濁水の流れと処理を詳述する。まず、攪拌槽４に流入して来た濁水に凝集剤を加えて攪拌されると、次の沈殿槽５中にオーバーフローして静置されることによって、大きく凝集・成長して比重が大きくなったフロックは沈殿する。この沈殿物は、排出口１２から時々又は処理後に排出される。一方、沈殿槽５中の上澄みの部分は、浮遊フロックを含んだ状態で、次の流入槽６中にオーバーフローして、水平フィルター８の下側への流れとなる。

水平フィルター８の下側の水流は、下側から静かな上昇流となって水平フィルター８を通過し、次いで鉛直方向のフィルター９を横向きに通過する。水平フィルター８と鉛直フィルター９は、当初は、図１のフィルター材２のみであるため、フロックの殆どが素通りするが、例えば１０〜３０分程度経過する間には、フロックの凝集力によってフィルター材に付着し、さらにフロックが凝集成長して、図１（４）のように、フィルター材２がフロック１で覆われた状態となる。そして、各枡目のフロック中央に開口３が残る程度の粗めのフィルターメッシュを選定してあるため、最終的には、濁水が継続して通過しても、開口３が安定維持される状態となる。

その結果、開口３がフィルターの網目の働きをすることになり、この開口３サイズより大きなフロックは、上昇通過できず、阻止されて底部に沈殿して堆積することになる。一方、微細なフロックは、フィルター材２に吸着されて成長したフロックに更に吸着されて成長していく。したがって、フィルターの網目を通過できるような微細なフロックも捕獲されることになる。そして、フィルター材に吸着されて成長したフロックがさらに成長して膨大になると、水流などの外力で分断されるため、大きなフロックとして沈降し沈殿することになる。

水平フィルター８を通過上昇したフロックは、次の鉛直フィルター９のフロック開口３のフロックに凝集力で吸着される。あるいは、開口３を通過して、次の鉛直フィルター１０で吸着される。また、鉛直フィルター８の開口３から分離した大きなフロックや水平フィルター８の開口３から分離した水槽部１８中のフロックは、水平フィルター８の上に沈降する。しかしながら、常時上昇水流を受けているので、水平フィルター８上に堆積して目詰まりを起こすことはない。したがって、水平フィルター８上のフロックは、均一な厚いフロック層へと成長して、厚層フィルターとして機能することになり、上昇水流の妨げとはならない。

なお、水平フィルター８の下流側は、上側には鉛直フィルター９が立っているのに対し、下側には仕切り壁１９が有って、底部１７まで達している。また、水平フィルター８の上流側は、鉛直の仕切り壁２０が有って、水面Ｌの上まで達している。したがって、水平フィルター８と鉛直フィルター９間の水槽１８は他の水流とは完全に区画されている。

鉛直フィルター９の開口３を通過したフロックは、次のメッシュのより細かいフィルター１０の開口３のフロックに吸着されて成長する。そして、限界まで成長したフロックは、水流で分断されて沈降する。したがって、最終的には、最終の最も細かいメッシュに捕獲されずに通過した微細粒子のみが水流と共に排出口１１から流出することになる。この排水には、濁質が全く残存していない訳ではないが、基準値以下まで減少しているので問題とはならない。なお、水槽１８の鉛直フィルター９の次の鉛直フィルター１０は、該鉛直フィルター９とは違って、処理槽の底部１７まで延長して大きな面積で濾過している。

図４は、鉛直フィルター９、１０の開口３の状態を示す縦断面図（図１（４）のＢ−Ｂ位置の断面と同じ）であり、凝集力によって、フィルター材２にフロック１が付着して成長しているが、このフロックは、フィルター材２に対し、水流の流入側にも流出側にも成長していく。すなわち、両側に成長していくので、微細なフロックをより大量に捕獲できることになる。また、各フィルター材２・２間には、フィルター材２に対する凝集力による求心力の及ばない部位に開口３が形成されているので、開口３より大きなフロックは、通過が阻止されると共に、自重で沈殿する。なお、このように濁質粒子に凝集作用の生じる濁水であれば、本考案が有効であることは言うまでもない。

図示の装置では、フィルターは水平フィルター８、鉛直フィルター９、１０の３段構成になっているが、何段構成にするかは自由である。また、下流側ほど、枡目中央に開口３が残る範囲でフィルター材のメッシュを細かくしていけば、浮遊フロックがフィルター材やフィルター材に付着しているフロックと遭遇する機会が増えるので、浮遊フロックの捕獲確率がアップし、より信頼性の高い濾過が可能となる。

各水槽部で沈降して底部１７に堆積した大きなフロックは、排水口１２〜１４を開けることによって、排出される。このように排出する際には、最初に底部に堆積した大きなフロックが排出され、次いで最後に、上澄み部が排水されるが、この際には、前記のようにしてフィルター材に付着して大きく成長したフロックもフィルター材から分断されて排出されることになる。ただし、ある程度のフロックはフィルター材自体に付着して残っているので、次回からは、開口３が形成されるまで待たなくても、短時間に開口３による濾過作業を開始できる。

図２の平面図からも明らかなように、前記の各フィルター８、９、１０並びに仕切り壁１９、２０、２１などは、図２における前後の側壁２２、２３まで達していることは当然である。そして、前後の側壁２２、２３に溶接固定してあってもよいが、着脱構造にしてもよい。また、正確に鉛直である必要はなく、水流などとの関係で傾斜状態にすることもできる。なお、図示の濁水処理装置は、幅が１〜２ｍ、全長が３〜６ｍ、高さが１〜２ｍ程度の箱型であり、トレーラなどに積載して移動できるタイプであるが、濁水の発生源などにおいて濁水処理用の池を掘って、地上に直接に、前記のような水流を形成することもできる。

以上のように、本考案によるフィルター構造は、凝集剤を用いて濁質を凝集させる際に発生するフロックの吸着作用を利用して、フィルターの目詰まりを防止できると共に、微細なフロックはフィルターに吸着して捕獲する手法を採っているため、濁水処理が円滑かつ確実に行われる。したがって、環境汚染を未然に阻止できるとともに、凝集剤を利用した濁水処理の普及が促進され、関連業界の活性化が期待できる。

本考案によるフィルター構造の基本原理を説明する図である。 濁水処理装置全体の平面図である。 図２におけるＡ−Ａ断面図である。 フロックの付着している鉛直フィルター材の縦断面図である。

符号の説明

１ 凝集塊（フロック）
２ フィルター材
３ 開口
６ 流入槽
７ 静流槽
８ 水平フィルター
９ 鉛直フィルター
１０ 鉛直フィルター
１１ 流出口
１２〜１４ 排出口

Claims (4)

1. フィルターの網目を構成するフィルター材を濁水の流動部に単一又は間隔をおいて複数配置して、前記フィルター材の枡目中央に開口が残る程度にフロックを吸着成長させてあることを特徴とするフィルター手段。
2. 濁水の流通部において、前記のようにフロックを吸着成長させてなるフィルター材をほぼ水平に配置し、このフィルター材の下流側と底部との間に仕切り壁を設け、前記フィルター材の上流側と水面との間に仕切り壁を設けてなることを特徴とする請求項１に記載の濁水処理装置。
3. 前記のほぼ水平のフィルター材の下流側と水面との間に、前記のようにフロックを吸着成長させてなるフィルター材を立てて配置してなることを特徴とする請求項２に記載の濁水処理装置。
4. 前記のほぼ水平のフィルター材から離れた下流側の位置において、前記のようにフロックを吸着成長させてなるフィルター材を底部から水面に向けて立てて配置してあることを特徴とする請求項２に記載の濁水処理装置。

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