JPH01135511A - 懸濁性固形物の分離装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は用水や排水中の懸濁性固形物（以下、ＳＳと称
する）を急速濾過によって分離する装置に関する。

［従来の技術］ 用水や排水の高度処理水中のＳＳ除去には急速濾過数多
く採用されているが、従来、急速濾過装置は用水や、排
水処理工程の生物処理あるいは凝集沈殿の後に設置され
、流入水中のＳＳが比較的低いところに多用されていた
。この理由は、ＳＳが高濃度であると、ＳＳが短時間に
流層表面にたまって濾過抵抗が急激に上昇し、濾層の逆
洗を頻繁に行わねばならないので、能率が極めて悪く、
従って実施が困難であったことによる。しかし、急速濾
過をＳＳが高濃度の水にも適用・できれば、その用途範
囲が広がり、急速濾過は水処理における有用な単位操作
として活用することができる。

このような新規用途開拓を目的とし、最近、ＳＳが高濃
度の場合にも適用できるように改良された急速濾過装置
が開発されている（第２１回下水道研究発表会講演集、
１７６頁〜１７８頁、　１９８４年）。

第７図はその改良された急速濾過装置の断面図である。

第７図において、この装置は本体２１内に有効径０．４
５ｍｍ（均等係数１．５）の砂層２２が２５ＣＩ＋充填
され、砂層２２の下部に下部集水装置２３が設けられ、
また砂層上面の上方１．２ｍのところには砂層２２の逆
洗を開始する水位を検出するレベルセンサー２４が備え
られている。そして、装置本体２１の上部には原水流入
管２５を、下部集水装置２３の下部には濾過水排出管２
６を、砂層２２とレベルセンサー２４の間には逆洗水排
出管２７をそれぞれ備え、要部を構成している。

このように構成された装置において、原水流入管２５か
ら流入した水は砂層２２を通過してＳＳが捕捉され、濾
過水排出管２６から排出する。この際、原水中のＳＳ濃
度が高いと、多量のＳＳが短時間に砂層２２の表層部に
捕捉されてたまり、濾過抵抗が増加する。このため、周
期的に下部集水装置２３から小きざみに空気を吹き込み
、砂層２２表面にたまったＳＳを浮遊させることによっ
て濾過抵抗の急激な上昇をおさえ、濾過を継続できるよ
うになっている。このようにして濾過は継続されるが、
次第に濾過抵抗が増して水位が上昇し、この水位がレベ
ルセンサー２４の高さに達すると、砂層２２の逆洗を開
始する。

この装置を使用し、下水処理場の最初沈殿池流出水を処
理した結果が第１表のごとく発表されている（多くの実
験結果のうち平均値だけを記載する）。

上記の結果のごとく′、この装置によれば、最初沈殿池
流出水のようなＳＳ濃度の高い水に対しても急速濾過が
可能であることが実証され、下水処理における生物処理
工程のＢＯＤ負荷を大幅に低減できると云う効果がもた
らしている。

［発明が解決しようとする課題］ 上記の従来技術は有用な技術で１よあるが、濾材として
砂を使用することについては従来と変わるところがない
ため、砂層の有する欠点は本質的に解決されておらず、
なお幾多の解決すべき問題点が残されていた。

すなわち、砂層はＳＳが捕捉されると急速に通水抵抗が
大きくなり、短時間の濾過を行っただけで逆洗をしなけ
ればならず、従って、濾過の継続時間が短く、ＳＳの捕
捉能力が小さく、さらに逆洗のための水量を多量に要す
るという問題があった。このなめ、効率のよい急速濾過
装置の開発が望まれていた。

本発明は上記のような問題点を解決するためＣなされた
ものであり、濾材の通水抵抗が小さく、効率的な濾過が
できる懸濁性固形物の分離装置を提供することを目的と
する。

［課題を解決するための手段］ 本発明は濾材を充填した層を通過させて懸濁性固形物を
分離する装置において、装置本体内に、多数の耐水性繊
維を不織に形成し、且つ通水時における空隙率が実質的
に変化しない濾材を充填して流層を形成したことを特徴
とする。

耐水性繊維としてはプラスチック繊維、金属繊維等を使
用する。

［作用］ 本発明において使用する濾材は、繊維を曲げ加工して小
さな弾性体をつくり、この繊維を不織に形成されたもの
であるので、空隙率は砂層に比べ非常に大きい、従って
、濾材の層の通水抵抗は極めて小さく、この濾材を使用
すれば、砂層の場合に生ずる通水抵抗の増大についての
問題は解消する。

本発明者らは問題点を解決するために、通水抵抗の小さ
い濾材を選定すべく、発泡ウレタン、通常のプラスチッ
ク繊維（無加工）、曲げ加工したプラスチック繊維等数
多くの材料を濾材にして通水実験を行った。これらの材
料の中で発泡ウレタンや通常のプラスチック繊維は、Ｓ
Ｓの除去率は良好であったが、通水中に圧縮されて空隙
率が小さくなり、短時間で通水抵抗が上昇した。これに
対し、曲げ加工したプラスチック繊維にあっては、繊維
の太さを適当な範囲に選定すれば通水中に圧縮されるこ
とはなく、また適当な空隙率を選定すればＳＳの除去率
もよく、且つ通水抵抗も小さくできることを見出した。

本発明はこのような知見にもとづいてなされたものであ
る。

なお、通水抵抗が小さいのにＳＳの除去率がよいと云う
ことは一般的に考えにくく、この濾材がＳＳを捕捉する
メカニズムは定かでない、しかし、濾材が砂の場合、主
に流層の表層部において濾過が行われるのに対し、本発
明の濾材は全層に互って濾過されること、また本発明の
場合はＳＳが濾材に吸着され、その吸着されたＳＳにさ
らにＳＳが捕捉される、いわゆる生物濾過的なメカニズ
ムが働いていることもその一因であろうと考える。

［実施例コ 以下、本発明の実施例について説明する。第１図は本発
明において使用する濾材を模式的に示した説明図である
。この濾材２は曲げ加工された多数の耐水性繊維である
プラスチック繊維３を結合剤で被覆結合し、三次元の網
目様の構造にして不織に形成したものである。濾材２を
構成する前記繊維３の径は１００デニール＜０．０９１
關）〜１００００デニール（０，９１韻）のものが使用
される。そして、濾材２は空隙率が７０％〜９９．５％
になるように形成されている。

濾材２を構成する前記繊維３の径及び濾材２の空隙率は
濾材選定実験の結果を基にし、次のように決定した。

まず前記繊維３の径についてみると、充填した濾材２は
通水中に圧縮されて減容されることがあれば、空隙率が
減少して濾過性能が変わるので好ましくない、このため
、前記繊維３は通水時に濾材２が圧縮されないだけの強
度を有する必要があり、この条件に適合する前記繊維３
の径は約１００デニール以上が必要となる。しかし、前
記繊維３があまり太くなると、濾材単位容積当たりの濾
材有効表面積が減少し、濾過効率が悪化する。このよう
に濾過効率との関係を考慮すると前記繊維３の径は１０
０００デニール以下であるのが望ましい。

次に、濾材２の空隙率は通水中に短時間で通水抵抗が急
上昇することなく、且つＳＳの除去率が良好であること
を前提にして決定した。濾材２の空隙率が７０％未満で
は、通水後数時間で通水抵抗が急激に増加するので本発
明の目的に沿うことができず、空隙率が９９．５％を超
えるとＳＳの除去率が不十分となり濾材としての機能が
不足する。従って濾材２の好適な空隙率は７０％〜９９
．５％とした。

第２図は本発明の一実施例を示す断面図である。竪型で
密閉構造の装置本体１内には、第１図に示した濾材２が
敷き詰められて必要高さに充填され、濾Ｒ４が形成され
ている。流層４の下端部及び上端部には多孔板、格子等
通水抵抗が実質的に殆どない濾層保持材５及び６を備え
、流層４の担持及び固定がなされている。また濾層４下
端の下方には格子状あるいは板材を平行に配置した分配
器７を備え、逆洗時に吹き込んだ空気が流層４底面の全
面に分散するようにしである。そして、装置本体１には
弁Ｖｌ〜■７を備えた各種の配管が接続されており、上
部の空間部には原水流入管８が、濾層４下端より下方の
底部には逆洗水供給管と兼用の濾過水排出管９が、流層
４の上端部より若干上方の位置及び濾層４の下端付近の
外周には逆洗水集合管１２に接続された１本または数本
の逆洗水排出管１０及び１１が、また分配器７の下方に
は装置本体１内に挿入された空気吹き込み管１３が、そ
して頂部には空気排出管１４がそれぞれ取り付けられて
いる。

次に、このような構成の装置による濾過操作について説
明する。濾過の開始に先立ち、弁Ｖｌ及び■２を開にし
他の弁を閉にしたのち、原水流入管８から所定流量の原
水を流入させる。原水が濾層４の上端まで達した時点で
、弁ｖ５を開けて濾過水排出管９から濾過水を排出させ
る。濾過水の流量は原水流入流量と同じに設定する。こ
の際、原水は、濾層４を通過する間に含有するＳＳが濾
層４によって大部分捕捉され、低ＳＳ濃度の濾過水とな
る。このような状態で濾過は継続されるが、先述のよう
に、本発明において使用する濾材は通水抵抗が極めて小
さいので、濾過の継続時間に伴う通水抵抗の増加が少な
く、濾材に砂を使用した場合より、長時間継続して濾過
を行うことができる。また、通水抵抗が小さいので、濾
過速度も非常に大きくすることができる。

しかし、濾過が長時間に亙ると通水抵抗が徐々に上昇す
るので、通水抵抗がある限度に達した時点で濾層４の逆
洗を行う、逆洗を行う場合、濾過を一時中断するために
弁ｖ２を閉じたのち、水面がＶ、の高さまで降下したら
弁Ｖ、を閉じる。そして弁Ｖ、を閉じ弁ｖＳを開けたの
ち、弁■フを開けて空気吹き込み管１３がら空気の吹き
込みを行う、空気の吹き込みが始まると、装置本体１内
に滞留していた水は空気と共に逆洗水排出管１０から溢
流する。この際、濾層４に付着しているＳＳは剥離して
排出する。このようにして水面が弁■４の位置まで降下
すると、弁■４を開け、弁■３を閉めて、濾層４内の水
を排出し、１回目の逆洗は終了する。逆洗１回で濾層４
に付着したＳＳの約８０％は除去されるが、濾層４をな
お清浄にするために２回目の逆洗を行う、２回目の逆洗
は弁Ｖ５を開け、貯留されている濾過水（洗浄水）を濾
過水排出管９から供給して濾層４の上面付近まで張り込
み、前記と同様の操作を行う。

この２回の逆洗により濾層４に付着したＳＳは９０％以
上除去される。このように、空気を主体にして逆洗を行
えば逆洗のために使用する水は２回目の逆洗の際の装置
本体１内に張り込む量だけでよく、逆洗用水が極めて少
なくてよい。

しかし、大型の装置の場合には、適量の濾過水（洗浄水
）の供給を併用して水面を濾層４の上面付近に保って逆
洗水を溢流方式で流出させる方が逆洗排水の排出が容易
である。濾過水の供給を併用する場合においても、本発
明の洗浄方式は、濾材に砂を使用した際のように、砂を
流動攪拌して順次置換洗浄する方式とは異なり、空気の
吹き込みによる流体の攪拌によりＳＳを濾材から剥離さ
せて水中に浮遊させ、この水を排出することによって流
層４を浄化する方式であるので、逆洗に要する水量は従
来に比べはるかに少量で済む。

次に他の実施例について説明する。

第３図は濾層を複数段に配置した装置を示す断面図であ
る。装置本体１内には、第１図に示した濾材２を充填し
た濾層４が複数段配置されている。このため、装置本体
１には濾層４，４の間に逆洗水流出管１５が追加して設
けられている。この装置は濾層４の配置に関すること以
外は第２図の装置と変わるところはないが、濾層４が分
割され、濾過が複数回行われるので、水が特定の領域だ
けを流れる偏流を防止すること−ができる。

第４図は装置本体を開放構造にした装置の断面図である
。第４図において、装置本体ｌは竪型で上部が開放され
た構造になっている。この装置において逆洗をする場合
、空気を主体として逆洗水を排出することはできないが
、空気と共に多量の濾過水〈洗浄水）を供給することが
でき、逆洗時間を短時間で終了させることができる。

次に本発明の装置により排水の濾過実験を行った結果に
ついて説明する。

（実験例１） 装置としては、第２図に示した装置と同一に構成された
内径１０ｃｍ−高さ２．５ｍのアクリル樹脂製の装置本
体１に第１図に示した濾材を充填したものを使用しな、
この装置に下水処理場の最初沈殿池の流出水を通水させ
、実験を行った。

なお、流層４の条件は次のごとくにした。

濾材の材質：ポリ塩化ビニリデン繊維 繊維の径：５００デニール（０，２０３ｖｕａ）空　　
隙　　率：　９３％ 濾層高さ：１００ＣＩＩ この濾過実験の結果を平均値にまとめ第２表に示す。

第２表　濾過実験結果　（実験例１） 註；最終圧損とは濾過終了直前の圧損 この結果を第１表に示した従来技術の実験結果と比較す
ると、本発明の結果は従来技術の結果に対し、濾過速度
は大きく、流入原水中のＳＳ濃度も高いのに濾過水中の
ＳＳは１０ｍｇ／Ｊ２以下となり、且つＳＳ除去率も９
０％以上が確保されている。また、濾過継続時間は１５
〜３１が可能であり、従来技術の場合の４．２時間に対
し著しい相違がある。この濾過継続時間は圧損が４０口
Ｈ２０程度で逆洗を行った場合の値であり、逆洗開始時
の圧損を従来技術と同様１．２ｍにしたとすれば、濾過
継続時間は従来技術の１０倍以上になるものと考える。

次に上記の濾過実験後、逆洗を行った結果を第３表に示
す。

第３表　逆洗結果　（実験例１） 逆洗排水量比；濾過継続中の流入原水量に対する逆洗時
の使用水量の比 この表により明らかなように、１回目の逆洗排水中のＳ
Ｓは７８００〜１１３５０■／βと非常に高く、２回目
では２１３０ｍｇ／ρ以下と大幅に減少しており、濾材
に付着したＳＳは逆洗によって容易に剥離することを示
している。またこの結果を第１表の従来技術の結果と比
較すると、従来技術ではＳＳの捕捉量が０．９５ｋｇ／
ｍ”、逆洗排水量比０．１３であるのに対し、本発明の
結果はＳＳ捕捉量は６．４〜９．２ｋｇ／ｍ”で約７〜
１０倍、逆洗排水量比は０．０１１〜０．０１３で約１
／１０となっている。そして、濾過継続の可否を決める
基準である圧損が、従来技術においては１．２ｍＨ２Ｏ
であるのに対し、本発明の実験では約４０ＣＩＩＨ２０
であり、この圧損の差を考慮すると、上記した従来技術
と本発明との差はさらに大きなものとなる。

次に濾過特性の経時変化を調べた結果について説明する
。この実験においては、先に説明した濾過実験で使用し
た装置のほかに、アンスラサイト６０ｃｍ、砂４０ｃｍ
を充填して濾層を形成させた装置も用意し、並列で２基
の装置に通水した。実験条件としては、濾過速度を１２
０ｍ／日で行った。なお、アンスラサイトと砂を濾材と
した実験は先に説明した従来技術のように、周期的に濾
層に空気を吹き込むことはせず、単に砂層との比較のた
めに行った。この結果を第５ａ図及び第５ｂ図に示す。

第５ａ図は濾過水中のＳＳの経時変化を記した図である
。第５ａ図において、本発明の装置によれば、砂層の装
置を使用した場合より、ＳＳ濃度が格段と低い濾過水が
得られる。

第５ｂ図は経過時間に対する圧損の変化を記した図であ
る。この図のごとく、本発明の置は１４００分く約２４
時間）経過しても、圧損は約３０　ｃ＋ａ　Ｈ２０程度
であり、更に長時間の濾過が継続できることを示してい
る。

圧損について更に詳しく説明する。第６図は濾過速度と
圧損の関係を示した図である。この実験は濾過開始ｆ＆
　５時間における圧損を測定したものであるが、本発明
の装置は濾過速度２００ｍ／日に上げても圧損は３０　
ａｍ　８２０程度であり、更に濾過速度を上げることが
できる。

（実験例２）、 実験例１の場合と同様な装置を用い、濾材だけを次のよ
うに変えて実験を行った。なお、通水する原水は下水処
理場の最初沈殿池流入水を使用した。

濾材の材質：ポリ塩化ビニリデン繊維 繊維の径：　４０００デニール（０，５７５＋ｕ）空隙
率　＝９８％ 濾層高さ＝１００ｃｍ この実験の結果を平均値にまとめ第４表に示す。

第４表　濾過実験結果　（実験例２） 註；最終圧損とは濾過終了直前の圧損 第４表で明らかなように、この実験においては、ＳＳ除
去率８０〜８７％、濾過継続時間は２４〜７２時間、最
終圧損は３〜４ｃｆｆｌＨ２ｏであり、従来技術（第１
表）を大幅に上回る良好の値を得た。この結果を実験例
１（第２表）の結果と比較すると、ＳＳの除去率は劣る
が、最終圧損は著しく低い。

この実験結果によれば、実験例２において使用した濾材
は、特に、ＳＳ濃度が高い原水が供給される装置、ある
いは粗濾過的な操作に適用する装置に使用するのが適し
ているものと考える。

次に上記の濾過実験後、逆洗を行った結果を第５表に示
す。

第５表　逆洗結果　（実験例２） 逆洗排水量比；濾過継続中の流入原水量に対する逆洗時
の使用水量の比 第５表で明らかなようにＳＳの捕捉量は６．７〜９．１
ｋｇ／ｍ”　、逆洗排水量比は０．０Ｏ８〜０．０１１
であり、実験例１の場合と同様に良好の結果を得た。

（実験例３） 通水する原水は下水処理場の最初沈殿池流入水を使用し
た。

濾材の材質ニステンレス鋼繊維 繊維の径　：０．６０韻 空隙率　　＝９８％ 濾層高さ　：１００Ｃ１ｌ この実験の結果を平均値にまとめ第６表に示す。

第６表　濾過実験結果　（実験例３） 註；最終圧損とは濾過終了直前の圧損 第６表で明らかなように、濾材の材質をステンレス鋼に
変えても、繊維径がほぼ同じである実験例２（第４表）
の結果と同様であり、ＳＳ除去率８１〜８６％、濾過継
続時間は２４〜７２時間、最終圧損は４〜５Ｃ１ｌＨ２
０の良好の値が得゛られた。

上記の各実験結果のごとく、本発明の装置は、その濾過
特性において、従来技術をはるかに凌駕し、極めて効率
のよい装置であることが実証された。

なお、本発明の実施態様は上記の実施例に限定されるも
のではなく、例えば、濾材を構成する繊維の材質はポリ
塩化ビニリデン、ステンレス鋼に限らず、ポリエチレン
、ポリプロピレン等のプラスチック、あるいは他の金属
であってもよく、濾層を通過する原水の流れは下向流、
上向流の何れであってもよい、また濾、層は第１図に示
したような立方体や直方体に成型された濾材を敷き詰め
るようにして形成させるだけでなく、適度の大きさの立
方体や球状に成型した濾材を充填してもよい０．更に、
下向流の場合に限れば、濾層の上部には繊維径の太い濾
材を充填し、下部には繊維径の細い濾材を充填すること
により、ＳＳの捕捉を効率よく行うことができる。更に
付言するならば、本発明の装置はＳＳ濃度の低い水の処
理にも適用できることは勿論である。

［発明の効果］ 以上の説明で明らかなごとく、本発明の装置は、空隙率
が非常に大きい濾材によって濾層を形成しているので、
従来技術に比べ格段に高い濾過特性を有する。

（１）　　濾材の空隙率が大きいので、圧力損失が極め
て小さい。

（ａ　圧力損失が小さいので濾過速度も大きくすること
ができ、２００ｍ／日以上にすることが可能である。

（３）　　また圧力損失が小さいので、濾過継続時間を
非常に長くすることができ、従来技術に対し１０倍以上
にすることができる。

（２）濾過継続時間を長くできるので、ＳＳの捕捉能力
が大きく、流層単位面積当たりの捕捉量は従来技術の７
〜１０倍以上である。

（（５）　濾過継続時間を長くできるので、逆洗する頻
度が少なくて済み、逆洗時間が減少して処理能力が向上
する。

（６）　　逆洗頻度が少ない上に、本発明における濾材
は逆洗が容易であるので、逆洗時に使用する水量が少な
くて済み、逆洗排水量比は従来技術の１／１０で足りる
。

（７）　上記のように本発明の装置を使用すれば、従来
技術からすれば予想されない程の優れた特性を有するほ
かに、濾過水中のＳＳは１０　ｍｇ／　（ｌ以下にする
ことができ、ＳＳの除去率も９０％以上を確実に確保で
きる。

このように、本発明は従来技術に比べ格段に優れた効果
をもたらすものであり、本発明を実施すれば、従来の砂
を濾材とした装置では困難であった急速濾過の適用範囲
を新たに適用可能にすることができ、極めて有用な発明
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明において使用する濾材を模式的に示した
説明図、第２図は本発明の一実施例を示す断面図、第３
図及び第４図は他の実施例を示す断面図、第５ａ図及び
第５ｂ図は濾過特性の経時変化を示す説明図、第６図は
濾過速度と圧損の関係を示す説明図、第７図は従来技術
の一例を示す断面図である。 １・・・装置本体、２・・・濾材、 ３・・・プラスチック繊維、４・・・濾層。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）濾材を充填した層を通過させて懸濁性固形物を含
   有する水から懸濁性固形物を分離する装置において、装
   置本体内に、多数の耐水性繊維を不織に形成し、且つ通
   水時における空隙率が実質的に変化しない濾材を充填し
   て濾層を形成したことを特徴とする懸濁性固形物の分離
   装置。
2. （２）濾材が多数のプラスチック繊維を不織に形成した
   ものである請求項１記載の懸濁性固形物の分離装置。
3. （３）濾材が多数の金属繊維を不織に形成したものであ
   る請求項１記載の懸濁性固形物の分離装置。