JPH04187294A - 下向流式濾過方法及び装置 - 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、懸濁粒子（ＳＳ）を含む水から、ＳＳを極め
て効果的に濾過除去することが可能な、より具体的には
有機性汚水から、ＳＳを極めて効果的に濾過除去するこ
とが可能な新規な濾過方法及び装置に関する。

なお、ここでいう濾過とは、通常の濾過と、生物化学的
処理の場合のように空気等を供給しながら濾過する濾過
処理法も含んでいる。

〔従来の技術］ 生物化学的処理の場合の浸漬濾床法の処理効１ぺを上げ
るには、有機性汚水を高い濾過速度で通水出来るように
すること、及び濾過抵抗の」二昇を遅くするための、濾
材やその濾材を充填して濾過する装置の改善が必要であ
る。

浸漬濾床法の具体的装置としては、第３図に示すような
好気性浸漬生物濾床装置が公知である。

この装置は、槽３１の水面下にアンスラサイト、シャモ
ットなどの粒状濾材よりなる浸漬濾床３２を設け、この
浸漬濾床３２の下部に空気散気管３３を配備し、原水供
給管３５から導入される有機性汚水を下向流で浸漬濾床
３２を流通させ、その浸漬濾床３２内で好気性生物学的
処理を行わせるものである。

この装置の付帯設備としては、沈澱池３４、処理水貯槽
３８、洗浄排水貯槽４０が設置される。

この装置は、槽３１の水面下にアンスラサイト、シャモ
ット、又は人工あるいは天然の軽量骨材などの粒状鉱物
の濾材で構成された浸漬濾床に、有機性汚水を下向流で
供給しつつＳＳを濾過し除去する。しかし、この従来の
装置を使用したところ、生下水のようにＳＳ、ＢＯＤが
数百ｍ　ｇ　／　Ｉ！の汚水を通水すると、アンスラザ
イ［・なとの浸？ＦＪ　１ＪＬｉ床の表層にＳＳが捕捉
されること、及び生物膜が過大に成長することによって
激しい目詰まりが起き、その結果濾過抵抗か急−］二昇
し、通水開始後短時間で通水不能となり、浸漬濾床３２
をしばしば洗浄しなければならなくなることがわかって
いる。

スポンジ状粒状物を充填材に用いた濾過装置は特開昭６
（１−１４７２０７号公報に記載されており公知である
。

第２図に従って、この従来の技術の簡単な説明をすれば
、 回に示した濾過槽には、上中下３段に、網など通水部材
７を設け、その中にスポンジ状粒状物の充填）Ａが充填
しである。

槽の下部には有機性汚水の供給管２を設けてあり、そこ
から有機性ｌη水を」二向水流として圧入する、かくし
て、スポンジ状粒状物を圧縮した状態で、ＳＳを濾過除
去する。濾過された処理水は槽の上部の濾過水流出管３
から処理水貯槽に送られる。

また更に、槽の下部には、（有機性汚水の供給に兼ねて
）洗浄用水供給管があり、濾材洗浄用の空気も洗浄用空
気管から送れるようになっていて、濾材が目詰まりにな
った時、洗浄用水と洗浄用の空気を送って濾材を洗浄し
、洗浄後の排水は槽の上部の洗浄排水流出管８から外部
に排水する。

すなわち、この技術はスポンジ状粒状物の充填材が有機
性汚水の一ヒ向水流によって上部の網の下面に押しつけ
られ、スポンジ状粒状物がかなり圧縮された状態で、上
向流ＳＳ濾過が行われる技術である。しかしながら本発
明者の追試実験の結果、この従来技術による濾過では、
濾材が急激に目詰まりして、濾過抵抗が急増してしまう
という重大な欠点があることが認められた。

その原因は、スポンジ状粒状物が圧縮された状態で濾過
が行われるために、濾過材層の空隙率が小さくなり、Ｓ
Ｓがスポンジ層の下面の表面のみで捕捉され、いわゆる
体積濾過が行われないためであることが判明した。（こ
こで、体積濾過とは、濾過層の厚み方向の全体にわたっ
て、ＳＳの捕捉が行われる状況の濾過を意味する。） また、この従来技術では、洗浄を行うために、水と空気
とを下部から供給して洗浄を行う方法を採用しているが
、空気を下部から供給すると、ＪＺ界気泡の圧力によっ
て、上部の網の下面に圧縮され、スポンジ状粒状物が全
く動かなくなり、洗浄がうまく出来ない欠点があること
も判明した。

（発明が解決しようとする課題〕 本発明の課題は、ＳＳを含む水を、濾材を充填した濾過
層に原水を通して、ＳＳを効果的に除去し、ＳＳの極め
て少ない濾過水を得ることができ、かつ、該濾材にＳＳ
による目詰まりが起こらず、長時間の濾過処理に耐える
濾過方法と、それに適した装置を提供することにある。

上記二つの例の濾過装置では、一つは、−Ｃに普及して
いる有機的汚水の生物化学的処理に使用する浸漬濾床法
における濾過装置で、濾材は層状に固定的に充填されて
おり、この濾過層は浸漬濾床（単に濾床）と呼ばれてい
る。しかしここでは、より一般的にＳＳ含有の水を濾材
を充填した濾過層で濾過する場合に適用するため充填固
定層と呼ぶことにし、次に例示したスポンジ状粒状物を
充填し、上向流で水を濾過した場合の濾過装置における
濾過層は充填層と呼ぶことにする。

さて、従来の好気性浸漬性′ＰＡ濾床の装置は次のよう
な種々の欠点があり、より優れた性能を有する濾床装置
の実現が切望されている。

■　処理をする有機性７η水が下水のようにＳＳが多い
ものであった場合には、濾床の前段に沈澱池を設け、Ｓ
Ｓの大部分を前もって除去しなければならない。さもな
いと、濾床の表層部で目詰まりが急速に進み、濾過抵抗
が急上昇し、通水不可能となる。濾床の逆洗頻度も一日
に数回と激増してしまう。しかも、沈澱池での沈降分離
速度はせいぜい３０ｍ７日以下程度であって、その条件
の捕捉で設計しなければならないので、沈澱池の設置面
積を大きく取らなければならず、建設費がかさむ。

■　下水を処理する場合、前段に沈澱池を設けてＳＳの
大部分を前もって除去しても、ＳＳがある程度残るため
、濾床における濾過速度（＋、、　Ｖ　）は２０〜３０
…／口という小さな値にしか設定でき１、これ以」二大
きな濾過速度で運転すると、ｉ１８床の目詰まりが進み
、濾過抵抗が急」１昇し、−［」に数回濾床を逆洗しな
Ｇ）れはならなくなってしまう。

前記の濾過速度か２０〜３０　ｍ／　［−］という条件
は、逆洗を一日−・回で済まずに必要な限界である。

■　濾床を逆洗する際には、濾床容積（Ｖ　＋ｔ　）の
２．５〜３倍という多量の洗浄用水を使用するごとが必
要となるか、濾過速度を大きな値に設定できない従来の
装置では、所定量の有機性汚水を処理するためには濾床
における）座床容積を大きくとらざるを得ないので、洗
浄用水を多量に必要としていた。そして、その洗浄用水
としては通常処理水を使用しているので、最終的に得ら
れる処理水の計か少なくなる。

これらの関係を弐にぷい（説明覆ると、濾床水平断面積
をＳ、濾床の高さを１１、有ａｉ’ｒ？η水の処理量を
Ｑ、とすると、■１１及びＩ、■は次の式−０表される
。

Ｖｎ＝　Ｓ　＊　Ｈ ＬＶ＝Ｑ／Ｓ この２式より、 ｖ＋＋−＝　　（Ｑ／ｌ、ｖ）　　トＩとなり、Ｌ　Ｖ
が小さい値となると、Ｖ　ＩＩは大きくなり、その結果
洗浄用水の使用量が増大することになる。

また、上記した先行技術では、有機性汚水に含まれるＳ
Ｓの濾過のために濾材を工夫する方法、すなわち、濾材
としてスポンジ状粒状物を充填材に用い」１間水流によ
ってＳＳを濾過する技術が試みられたが、この従来技術
による濾過では、濾材　。

が急激に目詰まりして、充填層の濾過抵抗が増加し濾過
速度を向」ニさせる６ご至たらなかった。

本発明の目的は、例えば、浸漬生物濾床を用いる有機性
汚水の処理の方法における一ト記欠点■〜■を完全に解
決し、−・般にＳＳを含む水、具体的には有機性汚水を
極めて大きな濾過速度で充填固定層を通して処理するこ
とができ、かつ高度に浄化できろ新規な濾過方法及びそ
れを可能にするための濾過装置を提供することを目的と
し、より具体的には、充填）ｌ・肪慮層のＳＳ捕捉容量
が大きく、波相の洗浄が簡午かつ効果的に行えるように
ずろ、新規な濾過方法及びそれを可能にするための・１
成（調及び濾過装置を提供することを課題とする。

〔課題を解決するだめの手段〕

上記課題は、 １）　槽内に、多孔性弾性体の充填固定層を形成し、該
固定層の上部に有機性汚水供給部を設ｉＪ、該固定層の
下部に濾過水流山部を設りるとともに、少くとも濾過開
始時の槽内有機性汚水水位を前記固定層上端界面より下
の位置になるように設定することによって、前記固定層
の上部か空気中に露出ず名ように成すことを特徴とする
下向流式濾過方法により、 ２）槽内に、多孔性弾性体の充填固定層を形成し、該固
定層の」二部に有機性汚水供給部を設け、該固定層の下
部に濾過水流出部を設けて、少くとも濾過開始時の槽内
有機性汚水水位が前記固定層１１．、：ｉ、ｉ界面より
ドの位置Ｇこ設定！Ｉ−ろごとをｉ！ｉ徴とずる下向流
式濾過装置。

または、 ３）　槽内の該充填固定層の下部に、該多孔性弾性体の
比重よりも大きい比重を持ち、粒径よりも小さい粒径を
持った粒状固体の充填固定層を設けたごとを特徴とする
請求項２に記載の下向流式濾過装置。

を用いることにより、そして更に、 ４）　槽内の該充填固定層の上端界面の」二部に、空間
を介して通水部材を張設することを特徴とする請求項２
または請求項３に記載の下向流式濾過装置とすることに
より、より合理的に目的を達成することができる。

本発明は、従来の好気性生物濾床を用いる処理装置が粒
状濾材、例えば砂、活性炭或いはアンスラライ）・て生
物濾床を形成している点を見直し、研究を重ねた結果、
上記の従来の浸漬濾床を用いた生物学的処理方法及び浸
漬濾床装置の欠点が充填時の空隙率が５０％程度という
小さい空隙率を持つアンスラ勺イトなどの粒状鉱物によ
り構成されていることにあると認識されるようになった
。

これを考察するに、浸漬濾床法を用いたｄユ物学的処理
方法は、供給されたを殺性汚水を下向流で速い速度で通
水させても濾材が有機性汚水とが広くかつ効率良く接触
して生物学的反応が／ｌ　シＢ　ＯＤが速やかに低下し
、かつＳＳが速やかに除去されても濾材に目詰まりが起
こらなければ、速い速度で汚水処理が可能になる。種々
の考察をし、多数の種類の濾材を用いた充填固定層につ
いて実験的検討を行った結果、表面と内部に大きな空隙
（孔）を持つ多孔性弾性体、例えばプラスチックス・ス
ポンジ（ウレタン・フオームなど）の小片によって充填
固定層を構成するといった波層の構成に新しい概念を導
入することによって目詰まりが起こさず、速い速度で汚
水処理が可能になることが確認され本発明に達した。

「多孔性弾性体」は、スポンジのように圧縮すると縮小
し、圧縮をやめると元の状態に復元されるものならいか
なるものも適用でき、内部に空隙を有するものならばよ
い。

本発明においては、充填固定層浸漬濾床を多孔性弾性体
により構成することはきわめて重要である。なぜならば
、例えば、スポンジは、通常プラスチックスからなる多
孔性弾性体であるため、比重が１．０に近いというよう
に軽いので、充填時の密度が非常に小さく、かつ空隙率
を９５％以上にすることができ、このように多孔部の空
隙の大きさを大きくできるため、有機性汚水のＳＳを多
量に捕捉可能であるからである。また、多孔性弾性体の
もつ表面及び内部の孔も、ＳＳ捕捉量を著しく高める上
に大きく貢献できるからである。

各浸漬濾床及び濾過槽を構成するのに用いられる多孔性
弾性体及び粒状固体は、その大きさ、かさ密度、比重な
どの物性の他、それらの形状がその処理に当たって大き
な影響を与え、重要なファクターとなる。

多孔性弾性体の粒径は１０〜３０ｍｍ好ましくは１５〜
２０闘であり、その形状は角形、球状、粒状など種々の
形を取れるが、角形が好ましい。その比重は０．９〜１
．２、ただし多孔性であるので水を含んだ状態でも見掛
けの比重が０，８以下になることばあるので、濾材の見
掛は比重が０．８〜１．２であることが好ましい。

［作用］ 第１図を参照しつつ、以下に濾過槽の構造と本発明の処
理の態様を説明し、それにもとづいて本発明の詳細な説
明する。

濾過槽１は、上部より、有機性汚水供給部２、洗浄排水
流出部８、多孔性弾性体Ａの流出を防止する多孔通水材
７（網など）、槽内有機性汚水の水位を決める濾過水流
出部３、下部支持部材４、洗浄水供給部５、洗浄空気供
給部６＆び濾過水流出弁９を装備している。なお、図示
しないが濾過層の別の一態様としては、多孔性弾性体Ａ
よりなる充填固定層の下部に比重が大きい、粒径は小さ
い粒状固体（砂、アンスラサイ１〜、活性炭など）の充
填層を設けてもよい。図において、多孔性弾性体Ａより
なる充填固定層の上端界面をＢ、槽内有機性汚水の水位
をＣ，ＢとＣとの間の層すなわち多孔性弾性体Ａよりな
る充填固定層の空気露出層をＥ、濾過水流出水位をＤ、
充填固定層の上端界面Ｂと多孔通水体７との間の空間を
Ｆとした。

濾過槽１内に、ウレタン・フオームなどの、多孔性弾性
体Ａが充填され、充填固定層を形成している。槽の上部
の有機性汚水供給部２から下水などのＳＳを含有する有
機性ｌυ水を供給する。濾過水流出部３は槽の下部に設
置され、立ち上がってＣの位置に濾過水の流出水位を決
めている。

本発明の最も重要な構成要素は、この濾過水の流出水位
Ｃと多孔性弾性体Ａで充填されている充填固定層の上部
界面Ｂの位置関係であり、少くとも濾過開始時に濾過水
流出水位Ｃよりも充填固定層の上部界面Ｂを高い位置に
設定することである。

この設定によって、少くとも濾過開始時に多孔性弾性体
Ａの充填固定層の上部は有機性汚水中に浸漬せず空気中
に露出するように構成される。

この充填固定層の露出部に有機性汚水を供給すると有機
性汚水は、まず充填固定層の露出部Ｅを通り、次いで浸
漬濾床を何れも下向流で通過し濾過される。この点に従
来にない新しい思想概念を持つものである。

充填固定層の露出部Ｅは、この露出部Ｅ部分がなく、多
孔性弾性体へよりなる固定床が全部有機性汚水に浸漬し
ている場合には、多孔性弾性体Δば、特に具用４Ｊの比
重か１．０より小さいポリウレタン・フメームの場合は
、充填層が全部有機性汚水中で浮上する。これに対しＲ
山部ＩＥがあると水を含んだ露出５：（＋　Ｅが充填固
定層の浮上を防止し、充填固定層を安定化する。ここで
、充填固定層の露出部Ｅの層の厚さは、有機性汚水中の
Ｓｓを除去し、かつ固定床の浮子を防止し、充填固定層
を安定化するに充分の厚さであればよい。

空気中に露出している充填固定層の多孔性弾性体Ａは、
細い毛細管部分は水で充満されている部分も多いが、孔
径の比較的大きい細管部分や多孔性弾性体Ａ間の空隙に
は空気が存在し、また、供給される有機性汚水は濾過水
の流出による吸引力の作用もあっ”ζ、有機性汚水が伴
うｓｓががなり捕捉されても固定床の濾過抵抗の増加は
少なく、従って多足のＳＳ＋：この露出層で捕捉できる
。

このようにして、有機性汚水が下向流として、先ず、充
填固定層の露出部Ｅを流下して行く間に粒径の粗いＳＳ
が捕捉され、次いで水没している充填層に流入し、下向
流として流下して行く間に粒径の細かいＳＳが多孔性弾
性体の内部や、その間の空隙に捕捉される。この時槽内
の多孔性弾性体Ａは水圧や自重によってあまり圧縮され
た状態になく、緩やかに充填されているので濾過層の空
隙率が大きく、濾過抵抗の増加が小さい特徴がある。

濾過槽内を下向流として流下した有機性汚水は最終的に
清澄な濾過水となって濾過水流出管から流出してゆく。

しかして、本発明の濾過装置の運転を長時間続けるに従
って、濾過抵抗が次第に増加し、槽内の水位が上昇し充
填固定層が水圧のため圧縮され、充填固定層の露出部分
が水没してゆくので、所定の水位（通常ｌ　ｍｍ１ｌ。

０程度に設定する。）に達した時点で濾過槽を洗浄する
。

濾過装置の洗浄は、例えば、次のような手順で行うと効
果的に多孔性弾性体八を洗浄できる。

■　まず、有機性ｌη水の流入を止め、濾過水流出弁９
を閉じる。

■　洗浄用水供給部５がら洗浄用水（本発明の濾過水を
貯留しておき、それを使用する。）を供給し、槽内水位
Ｃを上部の多孔通水部材７の少し千まで上昇させる。

■　送風機を駆動し、洗浄用空気を供給し、槽内に激し
い気泡の上昇流を起ごし、多孔性弾性体へを激しく撹乱
させる。（所謂スラッギング状態にする）この時、空間
部Ｆがあるため、多孔性弾性体Ａは自由に運動できる。

■　次に、洗浄用水を供給し、水、空気同時洗浄を行い
、捕捉されたｓｓを洗い出す。この操作を５〜１０分間
位続けるとｓｓがほぼ完全に洗い出され、濾過槽が清浄
な状態に戻るので、洗浄用水と空気を止め、濾過水流出
弁９を開放し、有機性汚水を供給し、洗浄操作を終了す
る。

次に、本発明の他の好適な実施態様を説明する。

すなわら、多孔性弾性体よりなる充填層の下部に、多孔
性弾性体の粒径と比重に比べて、粒径は小さく比重は大
きい粒状固体よりなる濾材（例えば、アンスラサイト、
砂、粒状活性炭、人工軽量骨（Ａ、シャモット及びゼオ
ライトなど）の充填層を設りて複層構成にすると、濾過
水のＳＳを常に１０ｍｇ／Ｉ以下にすることができ、高
度な処理水が要求される場合に好適である。

このような、多孔性弾性体よりなる充填層を」二部充填
層とした複層濾床という概念は従来知られていない新し
い概念である。

また、濾過処理を行い、多孔性弾性体よりなる充填層の
下部から酸素含有気体を供給すると、濾材表面及び内部
に微生物膜が発達し、この微生物膜がコロイド状ＳＳの
吸着性に冨むため、−層濾過効果が向上するので、有機
性汚水中のＳＳを濾過除去する場合に極めて好適である
。

〔実施例〕

本発明にもとづいて、下水を対象に濾過実験を行った結
果を述べる。ただし、この具体的な濾過実験の態様は本
発明の濾過処理の態様の理解をし易くするためのもので
、本発明の濾過方法や装置を制限するものではない。

（実施例−１） 第１図に示した如き、直径３００ＩｌｌＩｎΦの、本発
明の装置を用い−ζ、藤沢型Ｆ団地の生下水（Ｓｓ９６
〜１８３ｍｇ／Ｉ、Ｂ−Ｏｒ）１６５〜１９５＋ｎｇ／
Ｉ　）を対象にして実験を行った。

実験条件と実験結果を表−１に示す。　表−１から明ら
かなように、本発明は従来技術よりも濾過継続時間が３
倍も長くとれ、洗浄頻度が少なくなることが確認された
。

更に、洗浄排水発イＪ−率比（有機性汚水］　＋ｒｆ処
理当たりの洗浄排水Ｎ　ｌ　ｎｒの比）も、本発明は従
来技術の約１１５と大幅に少なくでき、濾材の洗浄がし
易いことが確かめられた。

次に、濾材構成として、表−１記載のスポンジ充填層の
下部に、粒径４〜５ｍｍのアンスラサイトを０．６ｍ充
填した複層濾床とし、ｉｉＩ記の団地下水の濾過実験を
行った。

表−１ （注）＊　スポンジ材質−−−−ポリウレタンスポンジ
多孔率　４０〜５０個／ｃｍ ＊＊　特開昭６０−１４７２０７号公報濾過速度５００
　ｍ／ｄａｙの条件で、濾過継続時間は２０〜２３１１
ｒであったが、濾過水のｓｓが８〜１０ｍｇ／Ｉと減少
した。

次に、もう一つの他の実験結果を説明する。

表−１の実施例（本発明）において、スポンジ充填層の
下部から空気泡を下水供給量１　ｒｒｆ当たり１〜２Ｎ
ｍ３散気しつつ下向流濾過を行った結果、濾過ｍ続時間
は１９〜２１１１ｒとやや表−１の実施例（本発明）よ
り減少しだが、濾過水のＳＳは２〜４ｍｇ／Ｉとなり大
幅に良好なｓｓ除去が行われた。

この原因は、空気の供給によりスポンジ粒状片の表面及
び内部に微生物膜が生成し、これが下水の微細なＳＳの
吸着を良好にしたためと考えられた。

〔発明の効果〕

本発明によれば、次のような重要な効果が得られ、従来
技術の欠点を解決できる。

■　濾過抵抗の増加率が少なく、一定の濾過抵抗に達す
るまでの濾過継続時間を従来よりも大幅に延長できる。

■　多孔性弾性体が、充填層の界面で、多孔性通水部材
の下面に圧縮された状態になく、自由な運動が可能な空
間部Ｆをもつため、濾材の逆流洗浄が容易であり、少な
い洗浄水量で効果的な洗浄ができる。この結果、洗浄排
水量が従来より減少し処分が容易になる。

■　弾性をもつ多孔性弾性体の充填層の下部に、これよ
りも粒状が小さく、比重が大きい粒状固体の充填層を設
け、複数濾床にすることによって、処理水のＳＳをさら
に減少できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、多孔性弾性体よりなる濾材を充填し、その上
層の一部が空気中に露出している固定層をもつ本発明の
濾過槽の模式図。 第２図は、有機性汚水を上向流で処理する、スポンジ状
粒状体を充填した従来型の濾過槽の模式第３図は、従来
の生物濾床を有する生物学的処理装置を示す模式図。 符号の説明 ■　　濾過槽 ２−−−−有機性汚水供給部 ３−−−濾過水流出部　４−一−下部支持部材５−−−
洗浄水供給部　６−−−−洗浄空気供給部７−　多孔通
水体　　８−　洗浄排水流出部Ａ−−−多孔性弾性体 Ｌ−−−−固定層上部界面 Ｃ濾過槽内有機性汚水水位 Ｄ−−−濾過水流出水位 Ｅ−−−−固定層露出部 Ｆ−−空間

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）槽内に、多孔性弾性体の充填固定層を形成し、該固
   定層の上部に有機性汚水供給部を設け、該固定層の下部
   に濾過水流出部を設けるとともに、少くとも濾過開始時
   の槽内有機性汚水水位を前記固定層上端界面より下の位
   置になるように設定することによって、前記固定層の上
   部が空気中に露出するように成すことを特徴とする下向
   流式濾過方法。 ２）槽内に、多孔性弾性体の充填固定層を形成し、該固
   定層の上部に有機性汚水供給部を設け、該固定層の下部
   に濾過水流出部を設けて、少くとも濾過開始時の槽内有
   機性汚水水位が前記固定層上端界面より下の位置に設定
   することを特徴とする下向流式濾過装置。 ３）槽内の該充填固定層の下部に、該多孔性弾性体の比
   重よりも大きい比重を持ち、粒径よりも小さい粒径を持
   った粒状固体の充填固定層を設けたことを特徴とする請
   求項２に記載の下向流式濾過装置。 ４）槽内の該充填固定層の上端界面の上部に、空間を介
   して通水部材を張設することを特徴とする請求項２また
   は請求項３に記載の下向流式濾過装置。