JPH0745038B2

JPH0745038B2 - 下向流式濾過方法及び装置

Info

Publication number: JPH0745038B2
Application number: JP2314083A
Authority: JP
Inventors: 克之片岡
Original assignee: 荏原インフイルコ株式会社; 株式会社荏原総合研究所
Priority date: 1990-11-21
Filing date: 1990-11-21
Publication date: 1995-05-17
Anticipated expiration: 2010-05-17
Also published as: JPH04187294A

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率を上げる
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、及び濾過抵抗の上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3
8、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mg/
の汚水を通水すると、アンスラサイトなどの浸漬濾床の
表層にSSが補捉されること、及び生物膜が過大に成長す
ることによって激しく目詰まりが起き、その結果濾過抵
抗が急上昇し、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60
−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、図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材が充填し
てある。

槽の下部には有機性汚水の供給管２を設けてあり、そこ
から有機性汚水を上向水流として圧入する、かくして、
スポンジ状粒状物を圧接した状態で、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
性汚水の上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、SS
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、上昇気泡の圧力によっ
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
に該水を通して、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、一般に普及して
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、従来の好気性浸漬生物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。

処理をする有機性汚水が下水のように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、SS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30m/日以下程度であって、その条件の前提で設
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（LV）は20〜30m/日という小さな値
にしか設定できず、これ以上大きな濾過速度で運転する
と、濾床の目詰まりが進み、濾過抵抗が急上昇し、一日
に数回濾床を逆洗しなければならなくなってしまう。前
記の濾過速度が20〜30m/日という条件は、逆洗を一日一
回で済ますに必要な限界である。

濾床を逆洗する際には、濾床容積（V_H）の2.5〜３
倍という多量の洗浄用水を使用することが必要となる
が、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
る濾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
水の量が少なくなる。

これらの関係を式に書いて説明すると、濾床水平断面積
をＳ、濾床の高さをＨ、有機性汚水の処理量をＱ、とす
ると、V_H及びLVは次の式で表される。

V_H＝Ｓ＊Ｈ LV＝Q/S この２式より、 V_H＝（Q/LV）Ｈとなり、LVが小さい値となると、V_H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SS
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上向水流によって
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上させるに至たらなかった。

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上記欠点〜を完全に解決
し、一般に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る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、充填濾過層のSS捕捉容量が大きく、濾材
の洗浄が簡単かつ効果的に行えるようにする、新規な濾
過方法及びそれを可能にするための濾材及び濾過装置を
提供することを課題とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題は、１）槽内に、連続気泡型の多孔性弾性体の充填固定層を
形成し、該充填固定層の上部の有機性汚水供給部から有
機性汚水を供給し、該充填固定層の下部に濾過水流出部
を設けて濾過水を流出させるとともに、槽内有機性汚水
水位を前記充填固定層上端界面より下の位置になるよう
に設定し、該充填固定層より上の位置に空間を介して通
水部材を張設し、該充填固定層の洗浄時に、該充填固定
層の下部から洗浄水を供給し、該通水部材の上から洗浄
排水を流出させることを特徴とする下向流式濾過方法。

２）槽内に、連続気泡型の多孔性弾性体の充填固定層を
形成し、該充填固定層の上部に有機性汚水供給部を設
け、該充填固定層の下部に濾過水流出部を設けて、槽内
有機性汚水水位が該充填固定層上端界面より下の位置に
設定し、該充填固定層より上の位置に空間を介して通水
部材を張設し、該充填固定層の下部に洗浄水供給部を設
け、該通水部材の上方に洗浄排水流出部を設けたことを
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前
記２）項に記載の下向流式濾過装置。

を用いることにより、解決される。

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サイトで生物
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サ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生物学的処理方
法は、供給された有機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
て生物学的反応が生じBOD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、すなわち連続気泡型の多孔性弾性体、例えばプラ
スチックス・スポンジ（ウレタン・フォームなど）の小
片によって充填固定層を構成するといった濾層の構成に
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。

連続気泡型の多孔性弾性体（以下、単に「多孔性弾性
体」ということがある）は、孔が連続気泡で内部に空隙
を有し、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
使用できる。

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15〜20mm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
下になることはあるので、濾材の見掛け比重が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作用を説
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部
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及び濾過水流出弁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、アンスラサイト、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と多孔通水部材７との間の空間を
Ｆとした。

濾過槽１内に、ウレタン・フォームなどの、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
性汚水を供給する。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、その露出部Ｅ部分がなく，多
孔性弾性体Ａ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Ａは、特に見掛けの比重
が1.0より小さいポリウレタン・フォームの場合は、充
填層が全部有機性汚水中で浮上する。これに対し露出部
Ｅがあると水を含んだ露出部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
つ固定床の浮上を防止し、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て、有機性汚水が伴う
SSがかなり捕捉されても固定床の濾過抵抗の増加は少な
く、従って多量のSSを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、濾過抵抗の増加か小さい特徴がある。

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1mH₂O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Ａを洗浄できる。

まず、有機性汚水の流入を止め、濾過水流出弁９を
閉じる。

洗浄用水供給部５から洗浄用水（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の少し下まで上昇させる。

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こし、多孔性弾性体Ａ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
ち、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、人工軽量骨材、シャモット及びゼオライトな
ど）の充填層を設けて複層構成にすると、濾過水のSSを
常に10mg/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上部充填層
として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
着性に富むため、一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300mmΦの、本発明の装置を
用いて、藤沢市Ｆ団地の生下水（SS96〜183mg/、BOD1
65〜195mg/）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、洗浄排水発生率比（有機性汚水1m³処理当たりの
洗浄排水量1m³の比）も、本発明は従来技術の約1/5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、前記の団地下水の濾過実験を行った。

濾過速度500m/dayの条件で、濾過継続時間は20〜23Hrで
あったが、濾過水のSSが８〜10mg/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1m³当たり１〜2Nm³散気し
つつ下向流濾過を行った結果、濾過継続時間は19〜21Hr
とやや表−１の実施例（本発明）より減少したが、濾過
水のSSは２〜4mg/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図。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１……濾過槽２……有機性汚水供給部３……濾過水流出部、４……下部支持部材５……洗浄水供給部、６……洗浄空気供給部７……多孔通水部材、８……洗浄排水流出部Ａ……多孔性弾性体Ｂ……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

【特許請求の範囲】

【請求項１】槽内に、連続気泡型の多孔性弾性体の充填
固定層を形成し、該充填固定層の上部の有機性汚水供給
部から有機性汚水を供給し、該充填固定層の下部に濾過
水流出部を設けて濾過水を流出させるとともに、槽内有
機性汚水水位を前記充填固定層上端界面より下の位置に
なるように設定し、該充填固定層より上の位置に空間を
介して通水部材を張設し、該充填層固定層の洗浄時に、
該充填固定層の下部から洗浄水を供給し、該通水部材の
上から洗浄排水を流出させることを特徴とする下向流式
濾過方法。
【請求項２】槽内に、連続気泡型の多孔性弾性体の充填
固定層を形成し、該充填固定層の上部に有機性汚水供給
部を設け、該充填固定層の下部に濾過水流出部を設け
て、槽内有機性汚水水位が該充填固定層上端界面より下
の位置に設定し、該充填固定層より上の位置に空間を介
して通水部材を張設し、該充填固定層の下部に洗浄水供
給部を設け、該通水部材の上方に洗浄排水流出部を設け
たことを特徴とする下向流式濾過装置。
【請求項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。