ろ過システムおよびろ過方法
【課題】簡易にろ材の逆洗浄を行うことができるろ過システムを提供する。
【解決手段】被処理水をろ過処理して処理水を得るためのろ過システムであって、ろ材を有するろ過装置と、駆動水により負圧を発生させて前記ろ過装置から処理水を吸い込むエジェクタと、前記エジェクタの排出側の流路を閉じることにより、前記駆動水を逆流させて前記ろ材を逆洗浄する逆洗浄手段と、を備えるろ過システムである。
【解決手段】被処理水をろ過処理して処理水を得るためのろ過システムであって、ろ材を有するろ過装置と、駆動水により負圧を発生させて前記ろ過装置から処理水を吸い込むエジェクタと、前記エジェクタの排出側の流路を閉じることにより、前記駆動水を逆流させて前記ろ材を逆洗浄する逆洗浄手段と、を備えるろ過システムである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、砂等の粒状物質や膜等をろ材として用いるろ過システムおよびろ過方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
砂等の粒状物質や膜等をろ材として有するろ過装置に懸濁物質（ＳＳ成分）等を含む被処理水等を通して、ＳＳ成分等をろ材により捕捉、分離するろ過方法が、固液分離のための一般的な手法として知られている。ろ材として砂を用いる砂ろ過方式は、極めてシンプルなろ過方式であるが、ろ過処理時間の経過と共にろ材の間隙等に被処理水中のＳＳ成分等が捕捉されて次第に閉塞し、ろ過流量およびろ過性能の低下が発生することがある。
【０００３】
また、被処理水のＳＳ成分等の濃度が高い場合や、被処理水に粘性の高いＳＳ成分等が多く含まれている場合、ろ材の表面にマッドケーキ層が形成されて不透水層となり、やはりろ過流量およびろ過性能の低下が発生することがある。
【０００４】
このような閉塞状態を解消するために、所定のろ過処理時間の経過後にろ過処理を停止し、ろ材を適宜洗浄して機能回復させることが行われる。通常は、ろ過処理における通水方向とは逆の方向に洗浄水をろ過装置に通水する、いわゆる逆洗浄により、ろ材の表面や間隙等に付着したＳＳ成分等をろ材から剥離、浮上させて、ろ過機能の回復を図る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−０００７２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
逆洗浄には通常、多大な時間と作業量がかかり、効率的に逆洗浄を行うことができるろ過システムおよびろ過方法が求められている。また、逆洗浄に空気と洗浄水を併用すると、効果的な逆洗浄が行うことができることは広く知られているが、従来はコンプレッサ等の設備が別途必要であった。
【０００７】
本発明は、簡易にろ材の逆洗浄を行うことができる、砂等の粒状物質や膜等をろ材として用いるろ過システムおよびろ過方法である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、被処理水をろ過処理して処理水を得るためのろ過システムであって、ろ材を有するろ過装置と、駆動水により負圧を発生させて前記ろ過装置から処理水を吸い込むエジェクタと、前記エジェクタの排出側の流路を閉じることにより、前記駆動水を逆流させて前記ろ材を逆洗浄する逆洗浄手段と、を備えるろ過システムである。
【０００９】
また、前記ろ過システムにおいて、前記エジェクタから排出される処理水および駆動水の少なくとも一部を循環させて、前記エジェクタの駆動水として利用する循環手段をさらに備えることが好ましい。
【００１０】
また、前記ろ過システムにおいて、前記ろ過装置として、２つ以上のろ過装置が直列状または並列状に接続され、それらのろ過装置がそれぞれ１つもしくは複数のろ材を有することが好ましい。
【００１１】
また、本発明は、被処理水をろ過処理して処理水を得るためのろ過方法であって、駆動水により負圧を発生させるエジェクタによって処理水を吸い込みながら、ろ材を用いて被処理水をろ過処理して処理水を得るろ過工程と、前記エジェクタの排出側の流路を閉じることにより、前記駆動水を逆流させて前記ろ材を逆洗浄する逆洗浄工程と、を含むろ過方法である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明では、駆動水により負圧を発生させるエジェクタによって処理水を吸い込みながら、ろ材を用いて被処理水をろ過処理して処理水を得るろ過方法において、エジェクタの排出側の流路を閉じることによって駆動水を逆流させてろ材を逆洗浄することにより、簡易にろ材の逆洗浄を行うことができるろ過システムおよびろ過方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係るろ過システムの一例を示す概略構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係るろ過システムにおけるエジェクタの一例を示す概略構成図である。
【図３】本発明の実施形態に係るろ過システムのエジェクタにおける逆洗浄時の駆動水と空気の流れの様子を示す概略図である。
【図４】本発明の実施形態に係るろ過システムの他の例を示す概略構成図である。
【図５】本発明の実施形態に係るろ過システムの他の例を示す概略構成図である。
【図６】本発明の実施例で用いたろ過システムを示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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。
【００１５】
本発明の実施形態に係るろ過システムの一例の概略構成を図１に示し、その構成について説明する。ろ過システム１は、粒状物質をろ材として有するろ過装置１２と、気体を吸引するための吸気口４２を有し、駆動水により負圧を発生させてろ過装置１２から処理水を吸い込むエジェクタ１４とを備える。エジェクタ１４は、エジェクタ１４の排出側の流路を閉じることにより、駆動水を吸気口４２から吸引された気体と共に逆流させてろ材を逆洗浄する逆洗浄手段としても機能する。ろ過システム１は、ろ過装置１２の前段側に被処理水槽１０を備えていてもよい。
【００１６】
図１のろ過システム１において、被処理水配管２４が被処理水槽１０の入口に接続され、被処理水槽１０の出口は、被処理水配管２６によりバルブ１６を介して、ろ過装置１２の上部の入口に接続されている。ろ過装置１２の下部の出口は、処理水配管２８によりバルブ１８を介してエジェクタ１４の吸込口４４に接続され、エジェクタ１４の排出側の出口には逆洗浄手段としても機能するバルブ２０を介して、処理水配管３０が接続されている。エジェクタ１４の駆動水入口には駆動水配管４６が接続されている。ろ過装置１２の上部には、逆洗浄水排出配管３２がバルブ２２を介して接続されている。ろ過システム１の被処理水槽１０の出口からろ過装置１２、エジェクタ１４の吸込口４４までは、バルブ１６，１８，２２により密閉構造となっている。
【００１７】
ろ過装置１２は、粒状物質や膜等をろ材として有する下向流式等のろ過塔である。ろ過装置１２は、例えば、粒状物質をろ材として含んで構成された少なくとも１層のろ過層３６を含む。ろ過層３６は、粒状物質の粒度よりも小さい網目を有するスクリーン部材３８，４０の間に設けられ、ろ過層３６の前段側にろ過層３６の粒状物質よりも粗い粒径の粒状物質等を含んで構成される前ろ過層３４を有してもよい。
【００１８】
懸濁物質（ＳＳ成分）等を含む、処理対象となる被処理水は、被処理水配管２４を通って、必要に応じて被処理水槽１０に貯留される。バルブ２２を閉状態、バルブ１６，１８，２０を開状態として、エジェクタ１４の駆動水入口に、駆動水配管４６を通って駆動水が所定の流量、駆動圧で供給されると負圧が発生し、被処理水が被処理水配管２６を通って、ろ過装置１２へ送液される。
【００１９】
ろ過装置１２において、被処理水は下向流で前ろ過層３４、ろ過層３６を通過し、被処理水に含まれるＳＳ成分等は、ろ過層３６により捕捉、分離され、処理水が得られる（ろ過工程）。処理水は、ろ過装置１２の下部の出口から処理水配管２８を通って、吸込口４４からエジェクタ１４の内部に吸い込まれ、エジェクタ１４の排出側の出口から処理水配管３０を通って駆動水と共に排出される。
【００２０】
図２は、本発明の実施形態に係るろ過システムにおけるエジェクタ１４の一例を示す概略構成図である。エジェクタ１４は、円筒形状等を有する主管６０と、主管６０の入口側に設けられ、駆動水を導入するための、入口の内径よりも出口の内径が小さいノズル６２と、主管６０の入口側と出口側との間に設けられた、処理水を吸い込むための吸込口４４と、吸込口４４と主管６０の入口側との間であってノズル６２の出口よりも下流側に設けられた、気体を吸引するための吸気口４２とを有する。エジェクタ１４は、ノズル６２の出口から所定の距離Ｌだけ離れて位置し、ノズル６２の出口の内径ｄよりも大きい内径Ｄを有する円筒形状等の管であるキャビレスチューブ６４を有していてもよい。
【００２１】
エジェクタ１４において、エジェクタ１４の入口側から駆動水が導入されると、駆動水は内部で径が絞られたノズル６２を通過し、ノズル６２の出口から高圧噴流として噴射される。ノズル６２から噴射された高圧噴流は、直進方向に進むに従って噴流核が拡散し、その勢いが拡散し希薄になるが、キャビレスチューブ６４内で、吸気口４２から吸引された空気がその噴流核の周囲に形成された真空域に起因する空気流とで、流速をほとんど減じることなく勢いを維持しながら、吸込口４４の側に直進し、新たな負圧吸引域を形成し、処理水が吸引される。すなわち、キャビレスチューブ６４は、噴流（気体（空気等）と液体（駆動水）との混合流体）のノズルの機能を有しており、安定した吸引性能を維持することができる。
【００２２】
例えば３ＭＰａ以上の駆動圧でノズル６２から駆動水を高圧噴流として高速で噴射させると、ノズル６２の出口（噴射口）で真空に近い負圧が発生する。一般に高圧噴流を閉鎖された管内で噴射させると、ノズルの噴射口周辺では乱流が発生（キャビテーション現象ともいう）し、構成部材に損傷を与えたり、噴流の直進を阻害したりする場合があるので、本実施形態のように吸気口４２を設け、吸気口４２より外気を吸引して、キャビテーション現象の発生を防ぐと共に、噴流の拡散を防ぐことができる。
【００２３】
エジェクタ方式の装置を用いて負圧を発生させてろ過装置を負圧吸引することにより、ろ過速度を増加させることができる。また、負圧を発生させる負圧吸引手段としてエジェクタ方式の装置を採用することにより、エジェクタの吸引機能により処理水の曝気が促進される。さらに、被処理水に揮発性有機化合物（ＶＯＣ）等の有害な揮発性物質が混入している場合でも、エジェクタの負圧発生機能により揮発性物質の気化が促進される。例えば、本システムにより飲料水を確保する場合に、ろ過装置１２の前段側で塩素ガス等の揮発性の殺菌消毒剤を混入して殺菌消毒した後、本システムで処理を行うと、エジェクタの負圧発生機能により処理水の残留塩素等の残留揮発性物質を低減することができる。
【００２４】
所定の時間、ろ過処理を行った後、ろ過装置１２のろ材の逆洗浄処理が行われる。図１のバルブ１６，１８を開状態、バルブ２２を閉状態とし、処理水を吸引するエジェクタ１４の排出側のバルブ２０を閉状態としてエジェクタ１４を運転すると、駆動水および吸気口４２から吸引された空気は、図３に示すように吸込口４４から処理水配管２８を逆流し、図１のろ過装置１２内でろ材の噴流洗浄が行われる（逆洗浄工程）。噴流によるろ材の撹拌がスクリーン部材３８，４０の間で行われ、ろ材の表面、間隙等に付着したＳＳ成分等が剥離され、ＳＳ成分等はスクリーン部材３８の網目を通して浮上分離される。浮上分離したＳＳ成分は、バルブ１６を閉状態、バルブ２２を開状態とすることにより、逆洗浄水排出配管３２を通って排出されて、ろ過機能が回復される。このとき、バルブ１８，２２を開状態として、水圧を低下させてできるだけ静かに浮上分離物を逆洗浄水排出配管３２から排出するようにするとよい。
【００２５】
浮上分離物がほぼ回収されたら、エジェクタ１４を停止させると、ろ材が粒状物質の場合、ろ材は重力により沈降して積層状態になる。このとき、前ろ過層３４を設けずに１種類のろ材を用いてろ過層３６を構成した場合は、ろ材は重力により沈降してほぼ元通りの積層状態になる。例えば、重量の大きいろ材を上層に、重量の小さいろ材を下層にしてろ過層３６、または前ろ過層３４とろ過層３６を構成した場合は、逆洗浄終了後に重量の大きいろ材から沈降し、逆洗浄前とろ材が元とは逆の積層状態になる場合がある。この場合は、ろ過装置１２の本体部を上下反転させることにより、ほぼ元通りの積層状態にすることができる。
【００２６】
このように負圧吸引用のエジェクタ方式の装置をろ過時の吸引だけではなく、逆洗浄にも利用することにより、コンプレッサ等の設備を別途必要としない。ろ過処理時間の経過と共に、被処理水中のＳＳ成分等によってろ材が閉塞状態になりろ過流量が低下した場合でも、簡易な装置構成により、短い逆洗浄処理時間で効率的に、ろ材表面や間隙等に付着したＳＳ成分が剥離、洗浄され、ろ過機能が回復される。また、被処理水のスラリ濃度が高い場合や、粘性の高いＳＳ成分が多く含まれる場合に、ろ材の表面にマッドケーキ層が形成され、不透水層となった場合でも、簡易な装置構成により、短い逆洗浄処理時間で効率的に、逆洗浄によってろ過機能が回復される。
【００２７】
ろ過装置１２は、粒状物質をろ材として有する略下向流式のろ過塔であるが、略上向流式のものであってもよく、特に制限はない。通常は、直胴部を有する形状のものを用いることができるが、フレキシブルな配管を用いてもよく、例えば、負圧に耐えられる配管を用いればよい。
【００２８】
ろ材としては、粒状物質や膜、スクリーン等が挙げられ、被処理水からＳＳ成分等の懸濁物質を捕捉、分離することができるものであればよく、特に制限はない。ろ材は、処理対象となる被処理水の性状、含まれるＳＳ成分等の性状等に応じて選択すればよい。粒状物質としては、砂の他に、アンスラサイト、ガーネット、活性炭、ゼオライト等を用いることができる。膜、スクリーンとしては、例えば、目開きが数ｍｍ〜（数／１００）ｍｍ程度の平膜状、平板状のものを用いることができるが、中空糸膜、スパイラル膜、チューブラ膜等を用いてもよい。また、精密ろ過膜（ＭＦ膜）、限外ろ過膜（ＵＦ膜）、逆浸透膜（ＲＯ膜）等を用いてもよい。
【００２９】
粒状物質の粒度は処理対象となる被処理水の性状、含まれるＳＳ成分等の性状等に応じて選択すればよく、特に制限はない。通常は、例えば、数ｍｍ〜（数／１０）ｍｍ程度の範囲のものを用いればよい。
【００３０】
また、異なる種類や粒度の粒状物質のろ過層を２つ以上積層した多層構成として用いてもよいし、異なる種類や粒度の粒状物質を２つ以上混合してろ過層としてもよい。例えば、ろ材として砂を用いて砂ろ過処理を行った後にゼオライト処理等を行うことにより、有害物質等を含む被処理水を放流レベル等まで処理することができる。
【００３１】
ろ過装置１２として、２つ以上のろ過装置を直列状に接続して用いてもよいし、２つ以上のろ過装置を並列状に接続して用いてもよい。例えば、後述する図５のように同じ種類または異なる種類の１つのろ材をそれぞれ有する２つ以上のろ過装置を直列状に接続して用いてもよいし、並列状に接続して用いてもよい。この場合も、２つ以上のろ過装置の少なくとも１つを上記のように逆洗浄することができる。２つ以上のろ過装置を直列状に接続すれば、要求されるろ過機能別に段階的にろ過処理を行うことができる。ろ過機能が異なるろ材を含むろ過装置を、ろ過流速、装置の内径（ろ材の流線方向の有効断面積）、ろ過層の厚さ、粒状物質の種類や粒径、ろ過膜・スクリーンの種類や目開き等を変化させて効果的な順序で連結して用いることができる。また、２つ以上のろ過装置を直列状または並列状に接続して用いることにより、例えば、ある１つ以上のろ過装置においてろ材の目詰まり等が発生してろ過流速が低下したり、ろ材の逆洗浄や交換等が必要になった場合に、そのろ過装置を迂回させて処理する等により、効率的にろ過処理を行うことができ、また、目詰まりしたろ材を容易に交換することができる。
【００３２】
スクリーン部材３８，４０は、ろ材が粒状物質の場合に用いられ、粒状物質の粒度よりも小さい網目を有するものであればよく、例えば、金属製、樹脂製のものが挙げられる。逆洗浄を効率的に行うためには、スクリーン部材３８，４０の網目の大きさは例えば０．２５ｍｍ〜１ｍｍ程度とすればよい。
【００３３】
ろ過装置１２の前段側には、被処理水を貯留する被処理水槽１０を備えていても、備えていなくてもよい。被処理水槽１０を備えて、被処理水槽１０において被処理水のＳＳ濃度等を調整してもよい。
【００３４】
エジェクタ１４は、駆動水により負圧を発生させるものであればよく、上記方式に限らず、特に制限はない。エジェクタ１４は、図２，３のように気体を吸引するための吸気口を有していてもよいし、吸気口を有していなくてもよい。吸気口を有していなくても、エジェクタの排出側の流路を閉じることにより、駆動水を逆流させてろ材を逆洗浄することができる。吸気口を有すると、逆洗浄に空気と洗浄水を併用することができ、より効果的な逆洗浄を行うことができる。また、上述したように、エジェクタ１４は、ろ過装置１２の被処理水の真空吸引ポンプであると共に、ろ材の逆洗浄のための噴流ポンプを兼ねる。
【００３５】
エジェクタ１４により、ろ過装置１２内部の圧力は、例えば０．０１ＭＰａ〜０．０２ＭＰａ程度の減圧状態とされる。
【００３６】
エジェクタ１４の駆動水は、水に限らず液体であればよいが、通常は水である。駆動水を別途用意してもよいし、後述するように処理水の少なくとも一部を循環して利用してもよい。
【００３７】
エジェクタ１４において、吸気口４２から吸引される気体は、例えば、空気や、塩素ガス、オゾン等の殺菌性ガス等であるが、通常は空気（外気）である。吸気口４２から吸引される気体として塩素ガス、オゾン等の殺菌性ガスを用いると、処理水を簡易に殺菌することができる。
【００３８】
図２に示すキャビレスチューブ６４の内径Ｄは、ノズル６２の出口の内径ｄに対して、例えば２．５倍〜５倍とすればよい。また、ノズル６２の出口からキャビレスチューブ６４の入口までの距離Ｌは、ノズル６２の出口の内径ｄに対して、例えば５倍〜１０倍とすればよい。
【００３９】
図１のような真空吸引式のろ過システム１では、エジェクタ１４を利用して負圧を発生させて、ろ過装置１２からの処理水は、処理水を吸引するエジェクタの駆動水と共に排出されるが、図４に示すように、ろ過装置１２からの処理水をエジェクタ１４から排出される駆動水と共に循環し、エジェクタ１４の駆動水に利用してもよい。
【００４０】
図４には、本発明の実施形態に係るろ過システムの他の例の概略構成を示す。ろ過システム３は、図１のシステムの構成に加えて、処理水槽４８と、エジェクタ１４から排出される処理水および駆動水の少なくとも一部を循環させてエジェクタ１４の駆動水として利用する循環手段として、ポンプ５２とをさらに備える。
【００４１】
図４のろ過システム３において、処理水配管３０のエジェクタ１４の出口およびバルブ２０の間と、処理水槽４８の入口とは処理水配管５４によりバルブ５０を介して接続されている。処理水槽４８は、ポンプ５２を介して循環水配管５６により駆動水配管４６に接続されている。
【００４２】
懸濁物質（ＳＳ成分）等を含む、処理対象となる被処理水は、被処理水配管２４を通って、必要に応じて被処理水槽１０に貯留される。バルブ２２を閉状態、バルブ１６，１８，２０，５０を開状態として、エジェクタ１４の駆動水入口に、駆動水配管４６を通って駆動水が所定の流量、駆動圧で供給されると負圧が発生し、被処理水が被処理水配管２６を通って、ろ過装置１２へ送液される。
【００４３】
ろ過装置１２において、被処理水は下向流で前ろ過層３４、ろ過層３６を通過し、被処理水に含まれるＳＳ成分等は、ろ過層３６により捕捉、分離され、処理水が得られる（ろ過工程）。処理水は、ろ過装置１２の下部の出口から処理水配管２８を通って、吸込口４４からエジェクタ１４の内部に吸い込まれ、エジェクタ１４の排出側の出口から処理水配管３０を通って駆動水と共に排出される。ここで、エジェクタ１４から排出された処理水および駆動水の少なくとも一部は、処理水配管５４を通って処理水槽４８に貯留される。処理水槽４８に貯留された処理水および駆動水は、ポンプ５２により、循環水配管５６を通ってエジェクタ１４の駆動水としてエジェクタ１４の駆動水入口に所定の流量、駆動圧で循環供給される（循環工程）。
【００４４】
所定の時間、ろ過処理を行った後、ろ過装置１２のろ材の逆洗浄処理が行われる。バルブ１６，１８を開状態、バルブ２２を閉状態とし、処理水を吸引するエジェクタ１４の排出側のバルブ２０，５０を閉状態としてエジェクタ１４を運転すると、駆動水および吸気口４２から吸引された空気は、吸込口４４から処理水配管２８を逆流し、ろ過装置１２内でろ材の噴流洗浄が行われる（逆洗浄工程）。浮上分離したＳＳ成分は、バルブ１６を閉状態、バルブ２２を開状態とすることにより、逆洗浄水排出配管３２を通って排出されて、ろ過機能が回復される。なお、図４のろ過システム３においても、エジェクタ１４は、図２，３のように気体を吸引するための吸気口を有していてもよいし、吸気口を有していなくてもよい。吸気口を有していなくても、エジェクタの排出側の流路を閉じることにより、駆動水を逆流させてろ材を逆洗浄することができる。
【００４５】
このように、処理水を、エジェクタ１４から排出される駆動水と共に循環し、エジェクタ１４の駆動水として利用することにより、さらに効率的にろ過処理を行うことができる。
【００４６】
図５には、本発明の実施形態に係るろ過システムの他の例の概略構成を示す。ろ過システム５は、ろ過装置として、直列状に接続された３つのろ過装置１２ａ，１２ｂ，１２ｃを備える。
【００４７】
図５のろ過システム５において、被処理水槽１０の出口は、被処理水配管２６によりバルブ１６を介して、ろ過装置１２ａの上部の入口に接続されている。ろ過装置１２ａの下部の出口は、処理水配管２８ａによりバルブ１８ａを介してろ過装置１２ｂの上部の入口に、ろ過装置１２ｂの下部の出口は、処理水配管２８ｂによりバルブ１８ｂを介してろ過装置１２ｃの上部の入口に、ろ過装置１２ｃの下部の出口は、処理水配管２８ｃによりバルブ１８ｃを介してエジェクタ１４の吸込口４４に接続され、エジェクタ１４の排出側の出口には逆洗浄手段としても機能するバルブ２０を介して、処理水配管３０が接続されている。ろ過装置１２ａ，１２ｂ，１２ｃの上部にはそれぞれ、逆洗浄水排出配管３２ａ，３２ｂ，３２ｃがバルブ２２ａ，２２ｂ，２２ｃを介して接続されている。ろ過システム１の被処理水槽１０の出口からろ過装置１２ａ，１２ｂ，１２ｃ、エジェクタ１４の吸込口４４までは、バルブ１６，１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，２２ａ，２２ｂ，２２ｃにより密閉構造となっている。
【００４８】
ろ過装置１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、粒状物質や膜等をろ材として有する下向流式等のろ過塔である。ろ過装置１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、例えば、粒状物質をろ材として含んで構成された１層のろ過層３６ａ，３６ｂ，３６ｃをそれぞれ含む。ろ過層３６ａ，３６ｂ，３６ｃは、粒状物質の粒度よりも小さい網目を有するスクリーン部材３８ａと４０ａとの間、３８ｂと４０ｂとの間、３８ｃと４０ｃとの間にそれぞれ設けられる。例えば、最も前流側のろ過層３６ａは粒径の粗い粒状物質を含んで構成される礫層であり、その後流側のろ過層３６ｂは礫層よりも粒径の細かい粒径の粒状物質を含んで構成される砂ろ過層であり、最も後流側のろ過層３６ｃはゼオライトを含んで構成されるゼオライト層である。ろ過装置１２ａ，１２ｂ，１２ｃが有するそれぞれのろ材は、異なる種類のものであってもよいし、同じ種類のものであってもよい。図５の例では、ろ過装置は３つであるが、２つ以上であればよく、連結するろ過装置の数に特に制限はない。
【００４９】
懸濁物質（ＳＳ成分）等を含む、処理対象となる被処理水は、被処理水配管２４を通って、必要に応じて被処理水槽１０に貯留される。バルブ２２ａ，２２ｂ，２２ｃを閉状態、バルブ１６，１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，２０を開状態として、エジェクタ１４の駆動水入口に、駆動水配管４６を通って駆動水が所定の流量、駆動圧で供給されると負圧が発生し、被処理水が被処理水配管２６を通って、ろ過装置１２ａへ送液される。
【００５０】
例えば、ろ過装置１２ａにおいて、被処理水は下向流でろ過層３６ａを通過し、前処理が行われる。次のろ過装置１２ｂにおいて、被処理水は下向流でろ過層３６ｂを通過し、被処理水に含まれるＳＳ成分等は、ろ過層３６ｂにより捕捉、分離される。次のろ過装置１２ｃにおいて、被処理水は下向流でろ過層３６ｃを通過し、有害物質等がゼオライト層に捕捉され、処理水が得られる（ろ過工程）。処理水は、ろ過装置１２ｃの下部の出口から処理水配管２８ｃを通って、吸込口４４からエジェクタ１４の内部に吸い込まれ、エジェクタ１４の排出側の出口から処理水配管３０を通って駆動水と共に排出される。
【００５１】
所定の時間、ろ過処理を行った後、ろ過装置１２ａ，１２ｂ，１２ｃのろ材の逆洗浄処理が行われる。バルブ１６，１８ａ，１８ｂ，１８ｃを開状態、バルブ２２ａ，２２ｂ，２２ｃを閉状態とし、処理水を吸引するエジェクタ１４の排出側のバルブ２０を閉状態としてエジェクタ１４を運転すると、駆動水および吸気口４２から吸引された空気は、吸込口４４から処理水配管２８ｃ，２８ｂ，２８ａを逆流し、ろ過装置１２ｃ，１２ｂ，１２ａ内でろ材の噴流洗浄が行われる（逆洗浄工程）。浮上分離したＳＳ成分は、バルブ１６を閉状態、バルブ２２ａ，２２ｂ，２２ｃを開状態とすることにより、逆洗浄水排出配管３２ａ，３２ｂ，３２ｃを通ってそれぞれ排出されて、ろ過機能が回復される。なお、図５のろ過システム５においても、エジェクタ１４は、図２，３のように気体を吸引するための吸気口を有していてもよいし、吸気口を有していなくてもよい。吸気口を有していなくても、エジェクタの排出側の流路を閉じることにより、駆動水を逆流させてろ材を逆洗浄することができる。
【００５２】
このように、２つ以上のろ過装置を直列状に接続すれば、要求されるろ過機能別に段階的にろ過処理を行うことができる。ろ過機能が異なるろ材を含むろ過装置を、ろ過流速、装置の内径（ろ材の流線方向の有効断面積）、ろ過層の厚さ、粒状物質の種類や粒径、ろ過膜・スクリーンの種類や目開き等を変化させて効果的な順序で連結して用いることができる。
【００５３】
本実施形態に係るろ過システムは、あらゆる水の浄化処理に用いることができる。処理対象となる被処理水としては、例えば、砂場等の砂を洗浄した後の濁水、菜園等の土を洗浄した後の濁水、池等の濁水等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。例えば、放流レベルから飲料水の確保まで多様な濁水処理が可能である。また、本実施形態に係るろ過システムはコンパクトな設計が可能であり、例えばトラック等の車両に搭載可能なモバイルタイプのシステムとすることができる。
【００５４】
また、飲料水としての利用や、有害物質の除去等のために、本実施形態に係るろ過システムの後段側により高度な水処理装置を設置してもよい。
【実施例】
【００５５】
以下、実施例および比較例を挙げ、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。
【００５６】
＜実施例１＞
図６に示すろ過システムを用いて、ろ過処理および逆洗浄効果の確認を行った。実験条件は以下の通りである。
【００５７】
［実験条件］
ろ過装置１２の本体部の容積：３０Ｌ
ろ過装置１２の本体部の水平断面積：６３７．６ｃｍ２
ろ過層３６に用いたろ過砂：粒度１ｍｍ〜２ｍｍの粗砂
ろ過層３６の厚さ：２０ｃｍ
ろ過層３６の容積：１２．７Ｌ
前ろ過層３４：ろ過層３６の上部に養生礫（粒度５〜１０ｍｍ）（０．７５％濃度の試料スラリの処理の場合に設けた）
前ろ過層３４の厚さ：５ｃｍ
ろ過層３６上端部からろ過装置１２の本体部の上端部までの距離：２０ｃｍ
エジェクタ１４の駆動圧：４Ｍｐａ
エジェクタ１４の駆動水量：３０Ｌ／分
試料スラリ（被処理水）のＳＳ濃度：０．７５％および０．２％の２種類
試料スラリの注水方法：最初は３０秒間隔で６Ｌの試料スラリを注水していき、ろ過装置１２の本体の上端部から１０ｃｍに試料液水面が低下した時点で注水し、その間隔を記録した。
ろ過流速の計測方法：５ｃｍの水位低下の所要時間を５分ごとに記録した。
逆洗浄効果の確認：ろ過流速が計画流速の５０％（毎時５ｍ）になった時点でバルブ２０を閉じてポンプを逆流させて、逆洗浄を３分間行い、再び実験を繰り返し、逆洗浄効果を確認した。
【００５８】
［計測結果］
計測結果を表１に示す。０．７５％濃度の試料スラリの場合、５〜１０分程度でろ過層３６の表面にマッドケーキ層が形成されたため、ろ過層３６の表面に５〜１０ｍｍ径の礫を５ｃｍの厚さで敷き詰め、マッドケーキ層が形成されるのを防いだ。０．２％試料スラリでは、試験時間（３０分間）にマッドケーキ層はほとんど形成されなかった。
【００５９】
表１に示すように、３分間の逆洗浄でろ過機能の十分な回復が確認できた。なお、逆洗浄後、表面の礫層が一部、噴流撹拌洗浄によりろ過砂材に埋まる現象が見受けられ、逆洗浄後に礫を補充して、実験を再開した。
【００６０】
【表１】
【００６１】
このように、簡易な装置構成により、短い逆洗浄処理時間で効率的にろ材の逆洗浄を行うことができ、ろ材のろ過機能が回復されることが確認された。
【符号の説明】
【００６２】
１，３，５ ろ過システム、１０ 被処理水槽、１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ ろ過装置、１４ エジェクタ、１６，１８，１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，２０，２２，２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，５０ バルブ、２４，２６ 被処理水配管、２８，２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，３０，５４ 処理水配管、３２，３２ａ，３２ｂ，３２ｃ 逆洗浄水排出配管、３４ 前ろ過層、３６，３６ａ，３６ｂ，３６ｃ ろ過層、３８，３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，４０，４０ａ，４０ｂ，４０ｃ スクリーン部材、４２ 吸気口、４４ 吸込口、４６ 駆動水配管、４８ 処理水槽、５２ ポンプ、５６ 循環水配管、６０ 主管、６２ ノズル、６４ キャビレスチューブ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、砂等の粒状物質や膜等をろ材として用いるろ過システムおよびろ過方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
砂等の粒状物質や膜等をろ材として有するろ過装置に懸濁物質（ＳＳ成分）等を含む被処理水等を通して、ＳＳ成分等をろ材により捕捉、分離するろ過方法が、固液分離のための一般的な手法として知られている。ろ材として砂を用いる砂ろ過方式は、極めてシンプルなろ過方式であるが、ろ過処理時間の経過と共にろ材の間隙等に被処理水中のＳＳ成分等が捕捉されて次第に閉塞し、ろ過流量およびろ過性能の低下が発生することがある。
【０００３】
また、被処理水のＳＳ成分等の濃度が高い場合や、被処理水に粘性の高いＳＳ成分等が多く含まれている場合、ろ材の表面にマッドケーキ層が形成されて不透水層となり、やはりろ過流量およびろ過性能の低下が発生することがある。
【０００４】
このような閉塞状態を解消するために、所定のろ過処理時間の経過後にろ過処理を停止し、ろ材を適宜洗浄して機能回復させることが行われる。通常は、ろ過処理における通水方向とは逆の方向に洗浄水をろ過装置に通水する、いわゆる逆洗浄により、ろ材の表面や間隙等に付着したＳＳ成分等をろ材から剥離、浮上させて、ろ過機能の回復を図る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−０００７２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
逆洗浄には通常、多大な時間と作業量がかかり、効率的に逆洗浄を行うことができるろ過システムおよびろ過方法が求められている。また、逆洗浄に空気と洗浄水を併用すると、効果的な逆洗浄が行うことができることは広く知られているが、従来はコンプレッサ等の設備が別途必要であった。
【０００７】
本発明は、簡易にろ材の逆洗浄を行うことができる、砂等の粒状物質や膜等をろ材として用いるろ過システムおよびろ過方法である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、被処理水をろ過処理して処理水を得るためのろ過システムであって、ろ材を有するろ過装置と、駆動水により負圧を発生させて前記ろ過装置から処理水を吸い込むエジェクタと、前記エジェクタの排出側の流路を閉じることにより、前記駆動水を逆流させて前記ろ材を逆洗浄する逆洗浄手段と、を備えるろ過システムである。
【０００９】
また、前記ろ過システムにおいて、前記エジェクタから排出される処理水および駆動水の少なくとも一部を循環させて、前記エジェクタの駆動水として利用する循環手段をさらに備えることが好ましい。
【００１０】
また、前記ろ過システムにおいて、前記ろ過装置として、２つ以上のろ過装置が直列状または並列状に接続され、それらのろ過装置がそれぞれ１つもしくは複数のろ材を有することが好ましい。
【００１１】
また、本発明は、被処理水をろ過処理して処理水を得るためのろ過方法であって、駆動水により負圧を発生させるエジェクタによって処理水を吸い込みながら、ろ材を用いて被処理水をろ過処理して処理水を得るろ過工程と、前記エジェクタの排出側の流路を閉じることにより、前記駆動水を逆流させて前記ろ材を逆洗浄する逆洗浄工程と、を含むろ過方法である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明では、駆動水により負圧を発生させるエジェクタによって処理水を吸い込みながら、ろ材を用いて被処理水をろ過処理して処理水を得るろ過方法において、エジェクタの排出側の流路を閉じることによって駆動水を逆流させてろ材を逆洗浄することにより、簡易にろ材の逆洗浄を行うことができるろ過システムおよびろ過方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係るろ過システムの一例を示す概略構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係るろ過システムにおけるエジェクタの一例を示す概略構成図である。
【図３】本発明の実施形態に係るろ過システムのエジェクタにおける逆洗浄時の駆動水と空気の流れの様子を示す概略図である。
【図４】本発明の実施形態に係るろ過システムの他の例を示す概略構成図である。
【図５】本発明の実施形態に係るろ過システムの他の例を示す概略構成図である。
【図６】本発明の実施例で用いたろ過システムを示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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。
【００１５】
本発明の実施形態に係るろ過システムの一例の概略構成を図１に示し、その構成について説明する。ろ過システム１は、粒状物質をろ材として有するろ過装置１２と、気体を吸引するための吸気口４２を有し、駆動水により負圧を発生させてろ過装置１２から処理水を吸い込むエジェクタ１４とを備える。エジェクタ１４は、エジェクタ１４の排出側の流路を閉じることにより、駆動水を吸気口４２から吸引された気体と共に逆流させてろ材を逆洗浄する逆洗浄手段としても機能する。ろ過システム１は、ろ過装置１２の前段側に被処理水槽１０を備えていてもよい。
【００１６】
図１のろ過システム１において、被処理水配管２４が被処理水槽１０の入口に接続され、被処理水槽１０の出口は、被処理水配管２６によりバルブ１６を介して、ろ過装置１２の上部の入口に接続されている。ろ過装置１２の下部の出口は、処理水配管２８によりバルブ１８を介してエジェクタ１４の吸込口４４に接続され、エジェクタ１４の排出側の出口には逆洗浄手段としても機能するバルブ２０を介して、処理水配管３０が接続されている。エジェクタ１４の駆動水入口には駆動水配管４６が接続されている。ろ過装置１２の上部には、逆洗浄水排出配管３２がバルブ２２を介して接続されている。ろ過システム１の被処理水槽１０の出口からろ過装置１２、エジェクタ１４の吸込口４４までは、バルブ１６，１８，２２により密閉構造となっている。
【００１７】
ろ過装置１２は、粒状物質や膜等をろ材として有する下向流式等のろ過塔である。ろ過装置１２は、例えば、粒状物質をろ材として含んで構成された少なくとも１層のろ過層３６を含む。ろ過層３６は、粒状物質の粒度よりも小さい網目を有するスクリーン部材３８，４０の間に設けられ、ろ過層３６の前段側にろ過層３６の粒状物質よりも粗い粒径の粒状物質等を含んで構成される前ろ過層３４を有してもよい。
【００１８】
懸濁物質（ＳＳ成分）等を含む、処理対象となる被処理水は、被処理水配管２４を通って、必要に応じて被処理水槽１０に貯留される。バルブ２２を閉状態、バルブ１６，１８，２０を開状態として、エジェクタ１４の駆動水入口に、駆動水配管４６を通って駆動水が所定の流量、駆動圧で供給されると負圧が発生し、被処理水が被処理水配管２６を通って、ろ過装置１２へ送液される。
【００１９】
ろ過装置１２において、被処理水は下向流で前ろ過層３４、ろ過層３６を通過し、被処理水に含まれるＳＳ成分等は、ろ過層３６により捕捉、分離され、処理水が得られる（ろ過工程）。処理水は、ろ過装置１２の下部の出口から処理水配管２８を通って、吸込口４４からエジェクタ１４の内部に吸い込まれ、エジェクタ１４の排出側の出口から処理水配管３０を通って駆動水と共に排出される。
【００２０】
図２は、本発明の実施形態に係るろ過システムにおけるエジェクタ１４の一例を示す概略構成図である。エジェクタ１４は、円筒形状等を有する主管６０と、主管６０の入口側に設けられ、駆動水を導入するための、入口の内径よりも出口の内径が小さいノズル６２と、主管６０の入口側と出口側との間に設けられた、処理水を吸い込むための吸込口４４と、吸込口４４と主管６０の入口側との間であってノズル６２の出口よりも下流側に設けられた、気体を吸引するための吸気口４２とを有する。エジェクタ１４は、ノズル６２の出口から所定の距離Ｌだけ離れて位置し、ノズル６２の出口の内径ｄよりも大きい内径Ｄを有する円筒形状等の管であるキャビレスチューブ６４を有していてもよい。
【００２１】
エジェクタ１４において、エジェクタ１４の入口側から駆動水が導入されると、駆動水は内部で径が絞られたノズル６２を通過し、ノズル６２の出口から高圧噴流として噴射される。ノズル６２から噴射された高圧噴流は、直進方向に進むに従って噴流核が拡散し、その勢いが拡散し希薄になるが、キャビレスチューブ６４内で、吸気口４２から吸引された空気がその噴流核の周囲に形成された真空域に起因する空気流とで、流速をほとんど減じることなく勢いを維持しながら、吸込口４４の側に直進し、新たな負圧吸引域を形成し、処理水が吸引される。すなわち、キャビレスチューブ６４は、噴流（気体（空気等）と液体（駆動水）との混合流体）のノズルの機能を有しており、安定した吸引性能を維持することができる。
【００２２】
例えば３ＭＰａ以上の駆動圧でノズル６２から駆動水を高圧噴流として高速で噴射させると、ノズル６２の出口（噴射口）で真空に近い負圧が発生する。一般に高圧噴流を閉鎖された管内で噴射させると、ノズルの噴射口周辺では乱流が発生（キャビテーション現象ともいう）し、構成部材に損傷を与えたり、噴流の直進を阻害したりする場合があるので、本実施形態のように吸気口４２を設け、吸気口４２より外気を吸引して、キャビテーション現象の発生を防ぐと共に、噴流の拡散を防ぐことができる。
【００２３】
エジェクタ方式の装置を用いて負圧を発生させてろ過装置を負圧吸引することにより、ろ過速度を増加させることができる。また、負圧を発生させる負圧吸引手段としてエジェクタ方式の装置を採用することにより、エジェクタの吸引機能により処理水の曝気が促進される。さらに、被処理水に揮発性有機化合物（ＶＯＣ）等の有害な揮発性物質が混入している場合でも、エジェクタの負圧発生機能により揮発性物質の気化が促進される。例えば、本システムにより飲料水を確保する場合に、ろ過装置１２の前段側で塩素ガス等の揮発性の殺菌消毒剤を混入して殺菌消毒した後、本システムで処理を行うと、エジェクタの負圧発生機能により処理水の残留塩素等の残留揮発性物質を低減することができる。
【００２４】
所定の時間、ろ過処理を行った後、ろ過装置１２のろ材の逆洗浄処理が行われる。図１のバルブ１６，１８を開状態、バルブ２２を閉状態とし、処理水を吸引するエジェクタ１４の排出側のバルブ２０を閉状態としてエジェクタ１４を運転すると、駆動水および吸気口４２から吸引された空気は、図３に示すように吸込口４４から処理水配管２８を逆流し、図１のろ過装置１２内でろ材の噴流洗浄が行われる（逆洗浄工程）。噴流によるろ材の撹拌がスクリーン部材３８，４０の間で行われ、ろ材の表面、間隙等に付着したＳＳ成分等が剥離され、ＳＳ成分等はスクリーン部材３８の網目を通して浮上分離される。浮上分離したＳＳ成分は、バルブ１６を閉状態、バルブ２２を開状態とすることにより、逆洗浄水排出配管３２を通って排出されて、ろ過機能が回復される。このとき、バルブ１８，２２を開状態として、水圧を低下させてできるだけ静かに浮上分離物を逆洗浄水排出配管３２から排出するようにするとよい。
【００２５】
浮上分離物がほぼ回収されたら、エジェクタ１４を停止させると、ろ材が粒状物質の場合、ろ材は重力により沈降して積層状態になる。このとき、前ろ過層３４を設けずに１種類のろ材を用いてろ過層３６を構成した場合は、ろ材は重力により沈降してほぼ元通りの積層状態になる。例えば、重量の大きいろ材を上層に、重量の小さいろ材を下層にしてろ過層３６、または前ろ過層３４とろ過層３６を構成した場合は、逆洗浄終了後に重量の大きいろ材から沈降し、逆洗浄前とろ材が元とは逆の積層状態になる場合がある。この場合は、ろ過装置１２の本体部を上下反転させることにより、ほぼ元通りの積層状態にすることができる。
【００２６】
このように負圧吸引用のエジェクタ方式の装置をろ過時の吸引だけではなく、逆洗浄にも利用することにより、コンプレッサ等の設備を別途必要としない。ろ過処理時間の経過と共に、被処理水中のＳＳ成分等によってろ材が閉塞状態になりろ過流量が低下した場合でも、簡易な装置構成により、短い逆洗浄処理時間で効率的に、ろ材表面や間隙等に付着したＳＳ成分が剥離、洗浄され、ろ過機能が回復される。また、被処理水のスラリ濃度が高い場合や、粘性の高いＳＳ成分が多く含まれる場合に、ろ材の表面にマッドケーキ層が形成され、不透水層となった場合でも、簡易な装置構成により、短い逆洗浄処理時間で効率的に、逆洗浄によってろ過機能が回復される。
【００２７】
ろ過装置１２は、粒状物質をろ材として有する略下向流式のろ過塔であるが、略上向流式のものであってもよく、特に制限はない。通常は、直胴部を有する形状のものを用いることができるが、フレキシブルな配管を用いてもよく、例えば、負圧に耐えられる配管を用いればよい。
【００２８】
ろ材としては、粒状物質や膜、スクリーン等が挙げられ、被処理水からＳＳ成分等の懸濁物質を捕捉、分離することができるものであればよく、特に制限はない。ろ材は、処理対象となる被処理水の性状、含まれるＳＳ成分等の性状等に応じて選択すればよい。粒状物質としては、砂の他に、アンスラサイト、ガーネット、活性炭、ゼオライト等を用いることができる。膜、スクリーンとしては、例えば、目開きが数ｍｍ〜（数／１００）ｍｍ程度の平膜状、平板状のものを用いることができるが、中空糸膜、スパイラル膜、チューブラ膜等を用いてもよい。また、精密ろ過膜（ＭＦ膜）、限外ろ過膜（ＵＦ膜）、逆浸透膜（ＲＯ膜）等を用いてもよい。
【００２９】
粒状物質の粒度は処理対象となる被処理水の性状、含まれるＳＳ成分等の性状等に応じて選択すればよく、特に制限はない。通常は、例えば、数ｍｍ〜（数／１０）ｍｍ程度の範囲のものを用いればよい。
【００３０】
また、異なる種類や粒度の粒状物質のろ過層を２つ以上積層した多層構成として用いてもよいし、異なる種類や粒度の粒状物質を２つ以上混合してろ過層としてもよい。例えば、ろ材として砂を用いて砂ろ過処理を行った後にゼオライト処理等を行うことにより、有害物質等を含む被処理水を放流レベル等まで処理することができる。
【００３１】
ろ過装置１２として、２つ以上のろ過装置を直列状に接続して用いてもよいし、２つ以上のろ過装置を並列状に接続して用いてもよい。例えば、後述する図５のように同じ種類または異なる種類の１つのろ材をそれぞれ有する２つ以上のろ過装置を直列状に接続して用いてもよいし、並列状に接続して用いてもよい。この場合も、２つ以上のろ過装置の少なくとも１つを上記のように逆洗浄することができる。２つ以上のろ過装置を直列状に接続すれば、要求されるろ過機能別に段階的にろ過処理を行うことができる。ろ過機能が異なるろ材を含むろ過装置を、ろ過流速、装置の内径（ろ材の流線方向の有効断面積）、ろ過層の厚さ、粒状物質の種類や粒径、ろ過膜・スクリーンの種類や目開き等を変化させて効果的な順序で連結して用いることができる。また、２つ以上のろ過装置を直列状または並列状に接続して用いることにより、例えば、ある１つ以上のろ過装置においてろ材の目詰まり等が発生してろ過流速が低下したり、ろ材の逆洗浄や交換等が必要になった場合に、そのろ過装置を迂回させて処理する等により、効率的にろ過処理を行うことができ、また、目詰まりしたろ材を容易に交換することができる。
【００３２】
スクリーン部材３８，４０は、ろ材が粒状物質の場合に用いられ、粒状物質の粒度よりも小さい網目を有するものであればよく、例えば、金属製、樹脂製のものが挙げられる。逆洗浄を効率的に行うためには、スクリーン部材３８，４０の網目の大きさは例えば０．２５ｍｍ〜１ｍｍ程度とすればよい。
【００３３】
ろ過装置１２の前段側には、被処理水を貯留する被処理水槽１０を備えていても、備えていなくてもよい。被処理水槽１０を備えて、被処理水槽１０において被処理水のＳＳ濃度等を調整してもよい。
【００３４】
エジェクタ１４は、駆動水により負圧を発生させるものであればよく、上記方式に限らず、特に制限はない。エジェクタ１４は、図２，３のように気体を吸引するための吸気口を有していてもよいし、吸気口を有していなくてもよい。吸気口を有していなくても、エジェクタの排出側の流路を閉じることにより、駆動水を逆流させてろ材を逆洗浄することができる。吸気口を有すると、逆洗浄に空気と洗浄水を併用することができ、より効果的な逆洗浄を行うことができる。また、上述したように、エジェクタ１４は、ろ過装置１２の被処理水の真空吸引ポンプであると共に、ろ材の逆洗浄のための噴流ポンプを兼ねる。
【００３５】
エジェクタ１４により、ろ過装置１２内部の圧力は、例えば０．０１ＭＰａ〜０．０２ＭＰａ程度の減圧状態とされる。
【００３６】
エジェクタ１４の駆動水は、水に限らず液体であればよいが、通常は水である。駆動水を別途用意してもよいし、後述するように処理水の少なくとも一部を循環して利用してもよい。
【００３７】
エジェクタ１４において、吸気口４２から吸引される気体は、例えば、空気や、塩素ガス、オゾン等の殺菌性ガス等であるが、通常は空気（外気）である。吸気口４２から吸引される気体として塩素ガス、オゾン等の殺菌性ガスを用いると、処理水を簡易に殺菌することができる。
【００３８】
図２に示すキャビレスチューブ６４の内径Ｄは、ノズル６２の出口の内径ｄに対して、例えば２．５倍〜５倍とすればよい。また、ノズル６２の出口からキャビレスチューブ６４の入口までの距離Ｌは、ノズル６２の出口の内径ｄに対して、例えば５倍〜１０倍とすればよい。
【００３９】
図１のような真空吸引式のろ過システム１では、エジェクタ１４を利用して負圧を発生させて、ろ過装置１２からの処理水は、処理水を吸引するエジェクタの駆動水と共に排出されるが、図４に示すように、ろ過装置１２からの処理水をエジェクタ１４から排出される駆動水と共に循環し、エジェクタ１４の駆動水に利用してもよい。
【００４０】
図４には、本発明の実施形態に係るろ過システムの他の例の概略構成を示す。ろ過システム３は、図１のシステムの構成に加えて、処理水槽４８と、エジェクタ１４から排出される処理水および駆動水の少なくとも一部を循環させてエジェクタ１４の駆動水として利用する循環手段として、ポンプ５２とをさらに備える。
【００４１】
図４のろ過システム３において、処理水配管３０のエジェクタ１４の出口およびバルブ２０の間と、処理水槽４８の入口とは処理水配管５４によりバルブ５０を介して接続されている。処理水槽４８は、ポンプ５２を介して循環水配管５６により駆動水配管４６に接続されている。
【００４２】
懸濁物質（ＳＳ成分）等を含む、処理対象となる被処理水は、被処理水配管２４を通って、必要に応じて被処理水槽１０に貯留される。バルブ２２を閉状態、バルブ１６，１８，２０，５０を開状態として、エジェクタ１４の駆動水入口に、駆動水配管４６を通って駆動水が所定の流量、駆動圧で供給されると負圧が発生し、被処理水が被処理水配管２６を通って、ろ過装置１２へ送液される。
【００４３】
ろ過装置１２において、被処理水は下向流で前ろ過層３４、ろ過層３６を通過し、被処理水に含まれるＳＳ成分等は、ろ過層３６により捕捉、分離され、処理水が得られる（ろ過工程）。処理水は、ろ過装置１２の下部の出口から処理水配管２８を通って、吸込口４４からエジェクタ１４の内部に吸い込まれ、エジェクタ１４の排出側の出口から処理水配管３０を通って駆動水と共に排出される。ここで、エジェクタ１４から排出された処理水および駆動水の少なくとも一部は、処理水配管５４を通って処理水槽４８に貯留される。処理水槽４８に貯留された処理水および駆動水は、ポンプ５２により、循環水配管５６を通ってエジェクタ１４の駆動水としてエジェクタ１４の駆動水入口に所定の流量、駆動圧で循環供給される（循環工程）。
【００４４】
所定の時間、ろ過処理を行った後、ろ過装置１２のろ材の逆洗浄処理が行われる。バルブ１６，１８を開状態、バルブ２２を閉状態とし、処理水を吸引するエジェクタ１４の排出側のバルブ２０，５０を閉状態としてエジェクタ１４を運転すると、駆動水および吸気口４２から吸引された空気は、吸込口４４から処理水配管２８を逆流し、ろ過装置１２内でろ材の噴流洗浄が行われる（逆洗浄工程）。浮上分離したＳＳ成分は、バルブ１６を閉状態、バルブ２２を開状態とすることにより、逆洗浄水排出配管３２を通って排出されて、ろ過機能が回復される。なお、図４のろ過システム３においても、エジェクタ１４は、図２，３のように気体を吸引するための吸気口を有していてもよいし、吸気口を有していなくてもよい。吸気口を有していなくても、エジェクタの排出側の流路を閉じることにより、駆動水を逆流させてろ材を逆洗浄することができる。
【００４５】
このように、処理水を、エジェクタ１４から排出される駆動水と共に循環し、エジェクタ１４の駆動水として利用することにより、さらに効率的にろ過処理を行うことができる。
【００４６】
図５には、本発明の実施形態に係るろ過システムの他の例の概略構成を示す。ろ過システム５は、ろ過装置として、直列状に接続された３つのろ過装置１２ａ，１２ｂ，１２ｃを備える。
【００４７】
図５のろ過システム５において、被処理水槽１０の出口は、被処理水配管２６によりバルブ１６を介して、ろ過装置１２ａの上部の入口に接続されている。ろ過装置１２ａの下部の出口は、処理水配管２８ａによりバルブ１８ａを介してろ過装置１２ｂの上部の入口に、ろ過装置１２ｂの下部の出口は、処理水配管２８ｂによりバルブ１８ｂを介してろ過装置１２ｃの上部の入口に、ろ過装置１２ｃの下部の出口は、処理水配管２８ｃによりバルブ１８ｃを介してエジェクタ１４の吸込口４４に接続され、エジェクタ１４の排出側の出口には逆洗浄手段としても機能するバルブ２０を介して、処理水配管３０が接続されている。ろ過装置１２ａ，１２ｂ，１２ｃの上部にはそれぞれ、逆洗浄水排出配管３２ａ，３２ｂ，３２ｃがバルブ２２ａ，２２ｂ，２２ｃを介して接続されている。ろ過システム１の被処理水槽１０の出口からろ過装置１２ａ，１２ｂ，１２ｃ、エジェクタ１４の吸込口４４までは、バルブ１６，１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，２２ａ，２２ｂ，２２ｃにより密閉構造となっている。
【００４８】
ろ過装置１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、粒状物質や膜等をろ材として有する下向流式等のろ過塔である。ろ過装置１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、例えば、粒状物質をろ材として含んで構成された１層のろ過層３６ａ，３６ｂ，３６ｃをそれぞれ含む。ろ過層３６ａ，３６ｂ，３６ｃは、粒状物質の粒度よりも小さい網目を有するスクリーン部材３８ａと４０ａとの間、３８ｂと４０ｂとの間、３８ｃと４０ｃとの間にそれぞれ設けられる。例えば、最も前流側のろ過層３６ａは粒径の粗い粒状物質を含んで構成される礫層であり、その後流側のろ過層３６ｂは礫層よりも粒径の細かい粒径の粒状物質を含んで構成される砂ろ過層であり、最も後流側のろ過層３６ｃはゼオライトを含んで構成されるゼオライト層である。ろ過装置１２ａ，１２ｂ，１２ｃが有するそれぞれのろ材は、異なる種類のものであってもよいし、同じ種類のものであってもよい。図５の例では、ろ過装置は３つであるが、２つ以上であればよく、連結するろ過装置の数に特に制限はない。
【００４９】
懸濁物質（ＳＳ成分）等を含む、処理対象となる被処理水は、被処理水配管２４を通って、必要に応じて被処理水槽１０に貯留される。バルブ２２ａ，２２ｂ，２２ｃを閉状態、バルブ１６，１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，２０を開状態として、エジェクタ１４の駆動水入口に、駆動水配管４６を通って駆動水が所定の流量、駆動圧で供給されると負圧が発生し、被処理水が被処理水配管２６を通って、ろ過装置１２ａへ送液される。
【００５０】
例えば、ろ過装置１２ａにおいて、被処理水は下向流でろ過層３６ａを通過し、前処理が行われる。次のろ過装置１２ｂにおいて、被処理水は下向流でろ過層３６ｂを通過し、被処理水に含まれるＳＳ成分等は、ろ過層３６ｂにより捕捉、分離される。次のろ過装置１２ｃにおいて、被処理水は下向流でろ過層３６ｃを通過し、有害物質等がゼオライト層に捕捉され、処理水が得られる（ろ過工程）。処理水は、ろ過装置１２ｃの下部の出口から処理水配管２８ｃを通って、吸込口４４からエジェクタ１４の内部に吸い込まれ、エジェクタ１４の排出側の出口から処理水配管３０を通って駆動水と共に排出される。
【００５１】
所定の時間、ろ過処理を行った後、ろ過装置１２ａ，１２ｂ，１２ｃのろ材の逆洗浄処理が行われる。バルブ１６，１８ａ，１８ｂ，１８ｃを開状態、バルブ２２ａ，２２ｂ，２２ｃを閉状態とし、処理水を吸引するエジェクタ１４の排出側のバルブ２０を閉状態としてエジェクタ１４を運転すると、駆動水および吸気口４２から吸引された空気は、吸込口４４から処理水配管２８ｃ，２８ｂ，２８ａを逆流し、ろ過装置１２ｃ，１２ｂ，１２ａ内でろ材の噴流洗浄が行われる（逆洗浄工程）。浮上分離したＳＳ成分は、バルブ１６を閉状態、バルブ２２ａ，２２ｂ，２２ｃを開状態とすることにより、逆洗浄水排出配管３２ａ，３２ｂ，３２ｃを通ってそれぞれ排出されて、ろ過機能が回復される。なお、図５のろ過システム５においても、エジェクタ１４は、図２，３のように気体を吸引するための吸気口を有していてもよいし、吸気口を有していなくてもよい。吸気口を有していなくても、エジェクタの排出側の流路を閉じることにより、駆動水を逆流させてろ材を逆洗浄することができる。
【００５２】
このように、２つ以上のろ過装置を直列状に接続すれば、要求されるろ過機能別に段階的にろ過処理を行うことができる。ろ過機能が異なるろ材を含むろ過装置を、ろ過流速、装置の内径（ろ材の流線方向の有効断面積）、ろ過層の厚さ、粒状物質の種類や粒径、ろ過膜・スクリーンの種類や目開き等を変化させて効果的な順序で連結して用いることができる。
【００５３】
本実施形態に係るろ過システムは、あらゆる水の浄化処理に用いることができる。処理対象となる被処理水としては、例えば、砂場等の砂を洗浄した後の濁水、菜園等の土を洗浄した後の濁水、池等の濁水等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。例えば、放流レベルから飲料水の確保まで多様な濁水処理が可能である。また、本実施形態に係るろ過システムはコンパクトな設計が可能であり、例えばトラック等の車両に搭載可能なモバイルタイプのシステムとすることができる。
【００５４】
また、飲料水としての利用や、有害物質の除去等のために、本実施形態に係るろ過システムの後段側により高度な水処理装置を設置してもよい。
【実施例】
【００５５】
以下、実施例および比較例を挙げ、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。
【００５６】
＜実施例１＞
図６に示すろ過システムを用いて、ろ過処理および逆洗浄効果の確認を行った。実験条件は以下の通りである。
【００５７】
［実験条件］
ろ過装置１２の本体部の容積：３０Ｌ
ろ過装置１２の本体部の水平断面積：６３７．６ｃｍ２
ろ過層３６に用いたろ過砂：粒度１ｍｍ〜２ｍｍの粗砂
ろ過層３６の厚さ：２０ｃｍ
ろ過層３６の容積：１２．７Ｌ
前ろ過層３４：ろ過層３６の上部に養生礫（粒度５〜１０ｍｍ）（０．７５％濃度の試料スラリの処理の場合に設けた）
前ろ過層３４の厚さ：５ｃｍ
ろ過層３６上端部からろ過装置１２の本体部の上端部までの距離：２０ｃｍ
エジェクタ１４の駆動圧：４Ｍｐａ
エジェクタ１４の駆動水量：３０Ｌ／分
試料スラリ（被処理水）のＳＳ濃度：０．７５％および０．２％の２種類
試料スラリの注水方法：最初は３０秒間隔で６Ｌの試料スラリを注水していき、ろ過装置１２の本体の上端部から１０ｃｍに試料液水面が低下した時点で注水し、その間隔を記録した。
ろ過流速の計測方法：５ｃｍの水位低下の所要時間を５分ごとに記録した。
逆洗浄効果の確認：ろ過流速が計画流速の５０％（毎時５ｍ）になった時点でバルブ２０を閉じてポンプを逆流させて、逆洗浄を３分間行い、再び実験を繰り返し、逆洗浄効果を確認した。
【００５８】
［計測結果］
計測結果を表１に示す。０．７５％濃度の試料スラリの場合、５〜１０分程度でろ過層３６の表面にマッドケーキ層が形成されたため、ろ過層３６の表面に５〜１０ｍｍ径の礫を５ｃｍの厚さで敷き詰め、マッドケーキ層が形成されるのを防いだ。０．２％試料スラリでは、試験時間（３０分間）にマッドケーキ層はほとんど形成されなかった。
【００５９】
表１に示すように、３分間の逆洗浄でろ過機能の十分な回復が確認できた。なお、逆洗浄後、表面の礫層が一部、噴流撹拌洗浄によりろ過砂材に埋まる現象が見受けられ、逆洗浄後に礫を補充して、実験を再開した。
【００６０】
【表１】
【００６１】
このように、簡易な装置構成により、短い逆洗浄処理時間で効率的にろ材の逆洗浄を行うことができ、ろ材のろ過機能が回復されることが確認された。
【符号の説明】
【００６２】
１，３，５ ろ過システム、１０ 被処理水槽、１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ ろ過装置、１４ エジェクタ、１６，１８，１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，２０，２２，２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，５０ バルブ、２４，２６ 被処理水配管、２８，２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，３０，５４ 処理水配管、３２，３２ａ，３２ｂ，３２ｃ 逆洗浄水排出配管、３４ 前ろ過層、３６，３６ａ，３６ｂ，３６ｃ ろ過層、３８，３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，４０，４０ａ，４０ｂ，４０ｃ スクリーン部材、４２ 吸気口、４４ 吸込口、４６ 駆動水配管、４８ 処理水槽、５２ ポンプ、５６ 循環水配管、６０ 主管、６２ ノズル、６４ キャビレスチューブ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理水をろ過処理して処理水を得るためのろ過システムであって、
ろ材を有するろ過装置と、
駆動水により負圧を発生させて前記ろ過装置から処理水を吸い込むエジェクタと、
前記エジェクタの排出側の流路を閉じることにより、前記駆動水を逆流させて前記ろ材を逆洗浄する逆洗浄手段と、
を備えることを特徴とするろ過システム。
【請求項２】
請求項１に記載のろ過システムであって、
前記エジェクタから排出される処理水および駆動水の少なくとも一部を循環させて、前記エジェクタの駆動水として利用する循環手段をさらに備えることを特徴とするろ過システム。
【請求項３】
請求項１または２に記載のろ過システムであって、
前記ろ過装置として、２つ以上のろ過装置が直列状または並列状に接続され、それらのろ過装置がそれぞれ１つもしくは複数のろ材を有することを特徴とするろ過システム。
【請求項４】
被処理水をろ過処理して処理水を得るためのろ過方法であって、
駆動水により負圧を発生させるエジェクタによって処理水を吸い込みながら、ろ材を用いて被処理水をろ過処理して処理水を得るろ過工程と、
前記エジェクタの排出側の流路を閉じることにより、前記駆動水を逆流させて前記ろ材を逆洗浄する逆洗浄工程と、
を含むことを特徴とするろ過方法。
【請求項１】
被処理水をろ過処理して処理水を得るためのろ過システムであって、
ろ材を有するろ過装置と、
駆動水により負圧を発生させて前記ろ過装置から処理水を吸い込むエジェクタと、
前記エジェクタの排出側の流路を閉じることにより、前記駆動水を逆流させて前記ろ材を逆洗浄する逆洗浄手段と、
を備えることを特徴とするろ過システム。
【請求項２】
請求項１に記載のろ過システムであって、
前記エジェクタから排出される処理水および駆動水の少なくとも一部を循環させて、前記エジェクタの駆動水として利用する循環手段をさらに備えることを特徴とするろ過システム。
【請求項３】
請求項１または２に記載のろ過システムであって、
前記ろ過装置として、２つ以上のろ過装置が直列状または並列状に接続され、それらのろ過装置がそれぞれ１つもしくは複数のろ材を有することを特徴とするろ過システム。
【請求項４】
被処理水をろ過処理して処理水を得るためのろ過方法であって、
駆動水により負圧を発生させるエジェクタによって処理水を吸い込みながら、ろ材を用いて被処理水をろ過処理して処理水を得るろ過工程と、
前記エジェクタの排出側の流路を閉じることにより、前記駆動水を逆流させて前記ろ材を逆洗浄する逆洗浄工程と、
を含むことを特徴とするろ過方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−１０４５４９（Ｐ２０１１−１０４５４９Ａ）
【公開日】平成２３年６月２日（２０１１．６．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２６４１７１（Ｐ２００９−２６４１７１）
【出願日】平成２１年１１月１９日（２００９．１１．１９）
【出願人】（５０９３２０７３７）一般社団法人グリーンディール推進協会 (3)
【出願人】（５０４１８０２３９）国立大学法人信州大学 (759)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月２日（２０１１．６．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月１９日（２００９．１１．１９）
【出願人】（５０９３２０７３７）一般社団法人グリーンディール推進協会 (3)
【出願人】（５０４１８０２３９）国立大学法人信州大学 (759)
【Ｆターム（参考）】
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