懸濁水のろ過装置及び方法
【課題】懸濁物質が付着した繊維ろ材の洗浄時に、良好に繊維ろ材を流動させることができ、長期にわたり安定した処理を可能にするろ過装置及び方法を提供する。
【解決手段】上部に処理されるべき原水の導入管Ａと、内部に短繊維塊からなる繊維ろ材のろ材層２と、下部に処理水の集水装置３と、空気を供給する供給管Ｄと、３から少なくとも２上部以上に立ち上げられた処理水流出管Ｆとを備えたろ過装置１において、前記２内に微細気泡を発生する気液の混合ノズル４を設置したものであり、また、さらに、上部にろ材の洗浄水の排水管Ｈと、該Ｈの排水口に、前記繊維ろ材の直径又は直線部の長さのうち最も短い長さよりも小さいな目開きを有するろ材の流出阻止用多孔部材５とを設置し、下部に上向流で通水する洗浄水の通水管Ｅを設置してもよい。
【解決手段】上部に処理されるべき原水の導入管Ａと、内部に短繊維塊からなる繊維ろ材のろ材層２と、下部に処理水の集水装置３と、空気を供給する供給管Ｄと、３から少なくとも２上部以上に立ち上げられた処理水流出管Ｆとを備えたろ過装置１において、前記２内に微細気泡を発生する気液の混合ノズル４を設置したものであり、また、さらに、上部にろ材の洗浄水の排水管Ｈと、該Ｈの排水口に、前記繊維ろ材の直径又は直線部の長さのうち最も短い長さよりも小さいな目開きを有するろ材の流出阻止用多孔部材５とを設置し、下部に上向流で通水する洗浄水の通水管Ｅを設置してもよい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下水、工場排水、用水、海水などの懸濁粒子を含有する懸濁水の高速ろ過分離装置及び方法に関し、懸濁水（以下「原水」ともいう）中の懸濁粒子を高速度でろ過除去できる技術に関する。本発明は、特に下水処理施設に流入する下水の高速固液分離技術、又は、有機性の懸濁粒子を含有する合流式下水道の雨天時越流水（ＣＳＯと略称される）又は各種産業排水の処理、用水処理、海水処理として極めて好適な革新技術である。
【背景技術】
【０００２】
合流式下水道における雨天時越流水（ＣＳＯ）の公共用水域への汚濁負荷が大きな問題になっている。また、下水処理施設に流入する下水は、まず最初沈殿池で沈殿分離されたのち、活性汚泥処理されるが、最初沈殿池におけるＳＳの除去率が悪いため、凝集剤を添加して凝集沈殿処理する例が北欧で普及している。しかし、この方法は、汚泥発生量が多く、凝集沈殿速度が小さく、大きな沈殿池を必要とする欠点がある。そのためＣＳＯ及び下水を極力コンパクトな設備で固液分離できる新技術が待望されている。
また、下水の高度処理として、放流先水質改善のために、或いは場内用水として再利用するために、二次処理水中の懸濁物質を除去する三次処理が行われている。この場合、処理水量が多いため、高速処理可能なろ過装置の提供が要望されている。
【０００３】
従来、アンスラサイト、砂、各種粒状固体（例えば粒状プラスチック）をろ材とするろ過法が検討されている。例えば、下水処理分野では、活性汚泥処理水のような比較的粒径の大きな懸濁物質を対象に、前述のアンスラサイト、砂などを用いてろ過を行うことが多い。この場合、排水の通水速度としては１００〜５００ｍ／ｄで行うことが多い。
また、通水速度を上げるために、ろ材粒径を大きくして目詰まりを少なくする場合があるが、この場合、ＳＳの除去率が悪化してしまうなどの矛盾点が生じた。特に、下水などが含む有機性ＳＳは粘着力が強いので、これら下水などを対象としてＳＳ除去率が高く、かつ目詰まりが少ないという相反する要求を満足できる技術が要望されている。
【０００４】
上記のビーズ系のろ材に代わる方法として、例えば、特公昭６２−５５８８５号公報や特開平１０−３０５２０４号公報では、繊維長５〜５０ｍｍの有機繊維からなる短繊維をからみ合わせた多数の繊維塊をろ材にしてろ過する装置がある。このろ材を用いたろ過装置は、懸濁物質を含む排水を処理する際に、６００ｍ／ｄ以上の高速でろ過を行うことができる。
このような繊維ろ材は、ろ過過程で付着した懸濁物質をはがす、いわゆる逆洗する場合には、ろ過塔内に洗浄水と空気、又はいずれかを供給することで繊維ろ材から懸濁物質を剥離させる。従来、この逆洗工程では、繊維ろ材が激しい流動状態にさらされることで、繊維ろ材から懸濁物質を剥離し、剥離した懸濁物質を排出することで、繊維ろ材のろ過性能を回復していた。しかしながら、長期間の運転においては、捕捉された懸濁物質の重みで繊維ろ材が圧密したり、繊維ろ材自体のへたりによって圧密が生じたりすることで、ろ過塔内に供給された逆洗用の洗浄水や空気のみでは、一部のろ材が流動しなくなり、洗浄が不十分となる場合があった。その結果、ろ過層内に懸濁物質が蓄積して、処理性能が悪化する場合があった。
【０００５】
また、特開２００４−８９７６６号公報では、ろ過塔の内部に合成繊維糸フリンジ（ふさ毛）付き状部材又は繊維束紐状部材を、上端を固定部材で固定して多数垂下させたろ過塔の下部から懸濁水を流入させて、上向流として通過させてろ過を行い、上部からろ過処理水を流出させる方法が記載されている。このろ材を用いたろ過塔では、下水などの懸濁水を目詰まりが少ない状態で、１４４０ｍ／ｄという高速でろ過することができる。この場合、懸濁物質を付着した繊維部材の逆洗が容易ではなく、長時間運転すると、懸濁物質がひも状内部まで浸透し、洗浄効果が不十分となる場合があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特公昭６２−５５８８５号公報
【特許文献２】特開平１０−３０５２０４号公報
【特許文献３】特開２００４−８９７６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、簡単かつコンパクトな装置によって下水、各種廃水、用水、海水など各種原水中の懸濁粒子を高速ろ過できる新技術を提供することを課題とする。特に、懸濁物質が付着した繊維ろ材の洗浄時に、良好に繊維ろ材を流動させることができ、長期にわたり安定した処理を可能にする新規洗浄方法を含むろ過装置及び方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するために、本発明では、上部に処理されるべき原水の導入管Ａと、内部に短繊維塊からなる繊維ろ材のろ材層と、下部に処理水の集水装置と、空気を供給する供給管Ｄと、集水装置から少なくともろ材層上部以上に立ち上げられた処理水流出管Ｆとを備えたろ過装置において、前記ろ材層内に微細気泡を発生する気液の混合ノズルを設置したことを特徴とするろ過装置としたものである。
前記ろ過装置において、さらに、上部にろ材の洗浄水の排水管Ｈと、該排水管Ｈの排水口に、前記繊維ろ材の直径又は直線部の長さのうち最も短い長さよりも小さいな目開きを有するろ材の流出阻止用多孔部材とを設置し、下部に上向流で通水する洗浄水の通水管Ｅを設置することができる。
【０００９】
また、本発明では、前記した本発明のろ過装置に、懸濁物質を含有する被処理原水を、原水の導入管より通水して処理し、前記ろ材層の洗浄を以下の（１）及び（２）の工程を用いて行うことを特徴とするろ過方法としたものである。
（１） 原水の通水を停止した後、気液の混合ノズルから発生された微細気泡を、前記繊維ろ材に付着させる工程、
（２） 空気供給管Ｄより、空気を供給し、繊維ろ材を流動させて、繊維ろ材から懸濁物質を剥離させる工程。
さらに、本発明では、前記した本発明のろ過装置に、懸濁物質を含有する被処理原水を、原水の導入管より通水して処理し、前記ろ材層の洗浄を以下の（１）〜（３）の工程を用いて行うことを特徴とするろ過方法としたものである。
（１） 原水の通水を停止した後、気液の混合ノズルから発生された微細気泡を、前記繊維ろ材に付着させる工程、
（２） 空気供給管Ｄより、空気を供給し、繊維ろ材を流動させて、繊維ろ材から懸濁物質を剥離させる工程、
（３） 通水管Ｅより、洗浄水を供給し、繊維ろ材から剥離した懸濁物質を含む廃水を、排水管Ｈから流出させる工程。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の実施により、上部に処理されるべき原水の導入管Ａと、内部に短繊維塊からなる繊維ろ材のろ材層と、下部に処理水の集水装置と、空気を供給する供給管Ｄと、集水装置から少なくとも繊維ろ材の層上部以上に立ち上げられた処理水流出管Ｆとを備えたろ過装置において、微細気泡を発生する気液の混合ノズルをろ材層内に設置し、発生した微細気泡を繊維ろ材に付着させて、浮上させやすくすることで、逆洗工程における繊維ろ材の流動が良好となり逆洗効果が高まり、長期にわたり安定した処理が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の装置の一例を示すフロー構成図。
【図２】本発明の装置の他の例を示すフロー構成図。
【図３】比較例１で用いた装置のフロー構成図。
【図４】比較例２で用いた装置のフロー構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を図面を参照しながら詳細に説明する。
本発明のろ過装置１は、図１に示すように、上部に処理されるべき原水の導入管Ａと、内部に短繊維塊からなる繊維ろ材のろ材層２と、下部に処理水の集水装置３と、空気を供給する供給管Ｄと、集水装置３から少なくともろ材層２上部以上に立ち上げられた処理水流出管Ｆ（ヘッダ管ともいう）を備えたろ過装置において、ろ材層２内に微細気泡を発生する気液の混合ノズル４を備えたろ過装置である。
原水は、下水処理の二次処理水や最初沈殿池流出水、雨天時流出水、各種産業排水、用水処理、海水等、懸濁物質を含む排水、用水であり、前段に凝集操作を行った処理水でもよい。
【００１３】
ここで用いる短繊維塊からなる繊維ろ材は種々のものを選択できるが、以下の工程を含む製造方法によって製造された繊維ろ材であることが望ましい。
（工程１） 芯成分と鞘成分とからなる芯鞘構造の複合熱可塑性繊維を、単一成分からなる熱可塑性繊維を混綿するか、数種類の芯成分と鞘成分とからなる芯鞘構造の複合熱可塑性繊維を混綿し、混綿体とする混綿工程
（工程２） 該混綿体をロープ状のスライバーとするスライバー工程
（工程３） 該スライバーに熱風を吹き掛け、該スライバーの一部を溶着させた溶着部を形成する溶着工程
（工程４） 該溶着部を有するスライバーを切断する切断工程
【００１４】
以下それぞれの工程の詳細を記す。
（混綿工程）
混綿工程において、複合熱可塑性繊維は、芯鞘型複合繊維であり、芯成分と鞘成分とからなる芯鞘構造を有している。
芯成分の材質としては、ポリエチレンテレフタレートなどのポリエステル系繊維、ナイロン６、ナイロン６６などのポリアミド系繊維、ポリビニルアルコール系繊維などが挙げられる。これらは単独で用いても複数を混合して用いてもよい。これらの中でも、芯成分の材質は汎用性及び強度の観点からポリエステル繊維であることが好ましい。
また、鞘成分の材質としては、ポリエステルと脂肪族化合物との共重合体、ポリエチレン、ポリプロピレン等が用いられる。これらは単独で用いても複数を混合して用いてもよい。これらの中でも、鞘成分の材質は、芯成分の材質がポリエステル繊維を使用している場合、同一成分を含有させるほうが、強度が優れるため、ポリエステルと脂肪族化合物との共重合体を用いることが好ましい。
複合熱可塑性繊維の繊度は、１〜５０ｄｔｅｘであることが好ましい。第１熱可塑性繊維の繊度が１ｄｔｅｘ未満であると、繊度が、上記範囲内にある場合と比較して、繊維間の空隙が小さくなりすぎ、繊度が５０ｄｔｅｘを超えると、繊維間の空隙が大きくなりすぎて、共に懸濁粒子を補足できなくなる恐れがある。
【００１５】
芯成分に対する鞘成分の比率は、芯成分：鞘成分が１：０．５〜１であることが好ましい。鞘成分の比率が０．５未満であると、繊度が上記範囲内にある場合と比較して、バインダーとしての接着力が不十分となり、鞘成分の比率が１を超えると、繊度が上記範囲内にある場合と比較して、溶着しにくくなる。
ここで、鞘成分は、芯成分よりも融点が低いものが用いることが好ましい。この場合、繊維ろ材の製造方法においては、鞘成分が溶着し接着剤の働きをする、いわゆるバインダー効果を発揮する。
鞘成分の融点は、８０〜２００℃であることが好ましく、芯成分の融点は、１６０〜２５０℃であることが好ましい。この場合、複合熱可塑性繊維によるバインダー効果を確実に発揮させることができる。
また、鞘成分と芯成分の融点の差は、３０℃以上であることが好ましい。融点の差が、３０℃未満であると、融点の差が上記範囲内にある場合と比較して、芯成分と鞘成分とが共に溶着してしまい、複合熱可塑性繊維が形状を維持できなくなる場合がある。
【００１６】
また、混綿工程において、単一成分からなる熱可塑性繊維の材質としては、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維、ビニロン繊維、ポリオレフィン繊維等が用いられる。これらの中でも、第２熱可塑性繊維の材質は汎用性、強度、及び水に沈みやすいといった観点から、ポリエステル繊維であることが好ましい。
単一成分からなる熱可塑性繊維の繊度は、１〜５０ｄｔｅｘであることが好ましい。第２熱可塑性繊維の繊度が１ｄｔｅｘ未満であると、繊度が、上記範囲内にある場合と比較して、繊維間の空隙が小さくなりすぎ、繊度が５０ｄｔｅｘを超えると、繊維間の空隙が大きくなりすぎて、共に懸濁粒子を補足できなくなる恐れがある。
また、その融点は、複合熱可塑性繊維の鞘成分の融点よりも高いほうが好ましく、且つ１６０〜２５０℃であることが好ましい。この場合、複合熱可塑性繊維によるバインダー効果を発揮させても繊維ろ材の形状を維持することができる。
【００１７】
混綿工程においては、複合熱可塑性繊維の塊状物と、単一熱可塑性繊維の塊状物とを混合する。
このときの混合割合は、複合熱可塑性繊維１質量部に対し、単一熱可塑性繊維が１．５〜４質量部であることが好ましい。単一熱可塑性繊維の混合割合が１．５質量部未満であると、混合割合が上記範囲内にある場合と比較して、繊維ろ材の強度が不十分となる恐れがあり、単一熱可塑性繊維の混合割合が４質量部を超えると、混合割合が上記範囲内にある場合と比較して、複合熱可塑性繊維のバインダー効果が不十分となる恐れがある。
混綿工程においては、複数の繊維を混合させることで、繊維ろ材の表面の毛羽の長さや量を調整することが可能となる。これにより、得られる繊維ろ材は、懸濁粒子を効率良く捕集できるようになる。
【００１８】
（スライバー工程）
スライバー工程は、混綿工程で得られた混綿体を、ロープ状のスライバーにする工程である。この工程は、混綿体を紡績用カード機にかけ薄い平面状のウェブとした後、練条機を通してドラフトし、ロープ状のスライバーにする工程である。
ここで、スライバーとは、撚りをかけないロープ状にした繊維の束をいう。
スライバー工程においては、混綿体をドラフトして延伸しロープ状のスライバーとすることで、繊維方向が引き揃えられる。これにより、スライバーの引張り強度が向上するという利点がある。
また、ロープ状のスライバーの直径は５〜２０ｍｍの範囲であることが好ましい。直径が５ｍｍ未満であると、繊維ろ材の幅が狭くなりろ過装置からろ材が流出しやすくなる欠点があり、直径が２０ｍｍを超えると、繊維ろ材自体が大きくなることで比表面積が減少し、水中の懸濁物質を捕捉するために必要な表面積が小さくなる欠点がある。
【００１９】
（溶着工程）
溶着工程は、スライバーに熱風を吹き掛け、スライバー内の一部の繊維同士を溶着させた溶着スライバーとする工程である。
溶着スライバーは、一部にスライバーの繊維同士を溶着させた溶着部が形成されている。これにより、得られる繊維ろ材は、ほつれが防止されると共に、長期間、摩耗に耐えうる耐久性を有することになる。「一部」とは定量的な表現をできるものではないが、溶着は芯成分と鞘成分とからなる芯鞘構造の複合熱可塑性繊維と単一成分からなる熱可塑性繊維の格子点で行われ、格子点が多いほどほつれにくくなる。
また、通水時には水圧で繊維の間隙が埋められ、逆洗時には繊維の間隙が離れ効率良く懸濁粒子を脱離させることが可能となる。
かかる溶着工程において、熱風の温度は１２０〜１８０℃であることが好ましい。
【００２０】
（切断工程）
切断工程は、溶着スライバーを連続的に溶着切断することにより全長が５〜２０ｍｍの繊維ろ材とする工程である。溶着切断の方法としては、熱刃による方法、超音波の振動による超音波切断が挙げられる。ここでは、熱刃による方法を記す。
切断工程においては、溶着スライバーを長手方向に進行させると共に、十分に加熱された熱刃昇降移動させることにより、連続的に溶着スライバーが切断され、個々の扁平矩形状の繊維ろ材となる。繊維ろ材は、左右の縁が溶着されているので、カットによるほつれの発生が抑制される。
溶着切断において、熱刃の温度は７００℃以上であることが好ましい。この場合、溶着スライバーを瞬時にカットすると共に、溶着スライバーの縁を確実に溶着することができる。
こうして短繊維塊からなる繊維ろ材が得られる。
【００２１】
微細気泡を発生する気液の混合ノズル４は、いわゆるマイクロバブルを発生させることができる発生器を示す。マイクロバブルとは、「１０〜数１０μｍの直径をもつ気泡」であり、必ずしもすべての気泡がこの範囲に収まるものでなくてもよく、一部がこの範囲に含まれていればよい。また、マイクロバブルよりも気泡が小さいナノバブルを発生させることができる発生器を用いても良いが、発生した気泡の大粒径側は上記の気泡径の範囲に入っていることが望ましい。マイクロバブル発生器は種々のものが提案されており、例えば、旋回液流式、スタティックミキサー式、エゼクター式、ベンチュリ式、加圧溶解式、極微細孔式、超音波付加中空針状ノズル、蒸気凝縮式などが挙げられる。例えば、エゼクター式では、気液混合ノズル内で、狭い通路を高速で通過する液流によって生じる負圧を利用してガスを吸引し、下流における管路の拡大により生じたキャビテーションによって吸引ガスが微細に粉砕される。加圧溶解式は、ガスと液との混相をポンプで昇圧（０．５〜１ＭＰａ程度）し、ガス成分を液中に過飽和まで溶解させる。加圧タンク内で未溶解気泡を浮上分離させパージする。過飽和液のみを減圧弁を経て常圧液中にフラッシュさせると、過飽和ガス成分が水中からマイクロバブルになって析出する（化学工学ｖｏｌ．７１、Ｎｏ．３（２００７））。このとき、気液の混合ノズルを通すとより微細な気泡を発生させることができる。
【００２２】
気液の混合ノズル４は、種々のものが提案されており、ノズル内で、段階的に管路を変化させたもの、管路に球状の障害物を設置したもの、スリットを用いるもの、遠心力によって発生した気体柱を突起物によって破砕するものなど、を採用することができる。
前記混合ノズル４の設置位置は、前記繊維ろ材の層２内にすると、微細気泡と繊維ろ材の接触が良好である。繊維ろ材層２は３００〜２０００ｍｍ程度であるので、なるべく層底部に設置することが望ましい。
集水装置３は、砂利を敷き詰めたものから、有孔ブロック型、ホイラー型、ストレーナ型、ポーラスボトム型、多孔管型など任意のものを選択することができるが、特に、有孔ブロック型は、ブロックが軽く施工が容易であるので、繊維ろ材の集水装置としては好ましい。
【００２３】
原水は、導入管Ａを通して連続的に通水され、ろ過塔内に充填された繊維ろ材のろ材層２によってろ過される。ろ過された処理水は、処理水流出管Ｆを通して系外に排出される。ろ過工程のおける通水速度は、従来の砂ろ過層を用いたろ過よりも装置をコンパクトにするという観点と、通水速度が速い場合に原水中の懸濁物質がショートパスして処理水と共に流出してしまうのを抑制するために、５００〜２０００ｍ／ｄが好ましい。また、このとき繊維ろ材のろ材層２の充填高さとしては、逆洗頻度を高めないこと、繊維ろ材層上部のフリーボード部を極端に高くならないように設計するため３００〜２０００ｍｍ程度が好ましい。
ある程度の量の原水をろ過した繊維ろ材は、その内部や表面が懸濁物質に覆われているので、定期的、或いはろ過抵抗の上昇を検出して、洗浄される。
【００２４】
洗浄は、まず、微細気泡を発生する気液混合ノズル４から微細気泡を発生させる。微細気泡を含む液（以下微細気泡液という）の供給量は、任意の量をとることができ、目安としてろ材量の０．１〜１０倍程度である。微細気泡液の気液比は、通常、気体容積／液体容積で０．０１〜１％程度である。微細気泡の粒径は１０〜数１０μｍ程度であるが、全ての気泡が前記範囲に収まっている必要はなく、一部の気泡がその範囲に含まれていればよい。微細気泡液の液としては、処理水や原水、市水、用水等種々のものを採用することができ、微細気泡液の気としては、エア、窒素ガス、酸素ガス等種々のものを採用することができる。
発生された微細気泡の一部は、繊維ろ材に付着し、繊維ろ材の見かけ上の浮力は高まり、浮遊しやすくなる。また、一部のろ材は実際浮上することもある。
【００２５】
続いて、ろ過装置下部から空気を供給し、繊維ろ材から懸濁物質を剥離する。通気速度や通気時間は、概ね、繊維ろ材に付着した懸濁物質が剥離する速度と時間をとり、通気速度０．１〜５．０ｍ／ｍｉｎ、通気時間３〜３０ｍｉｎで実施される。このとき、微細気泡が付着した繊維ろ材は、浮力が増している関係で容易に流動し、ろ材層内の繊維ろ材全体を流動させることができる。その結果、繊維ろ材に付着した懸濁物質の剥離が促進され、洗浄効果が高まっている。
繊維ろ材から剥離した懸濁物質を含む洗浄後の廃水は、空気の供給を停止するかそのまま継続して供給しつつ、導入管Ａから原水を供給しながら、排出管Ｇ又は処理水流出管Ｆを通して系外に排出することで、再生された繊維ろ材を再度使用する（洗浄工程）。また、別途、洗浄水の供給管をろ過装置上部や下部から供給して（図示せず）、洗浄廃水を排出管Ｇ又は処理水流出管Ｆから排出してもよい。洗浄水には、下水二次処理水や工業用水、雨水、ろ過原水など任意の液を用いることができる。以上の操作を数回繰り返すと、洗浄効果が高い。
続いてろ過を再開すると、繊維ろ材に付着した懸濁物質はきれいに除去されているので、長期にわたり、懸濁物質の除去率を高く維持できる。
【００２６】
図２に示す本発明のろ過装置は、図１のろ過装置において、上部にろ材の洗浄水の排水管Ｈ、下部に上向流で通水する洗浄水の通水管Ｅ、排水管Ｈの排水口に、前記繊維ろ材の直径、又は直線部の長さのうち最も短い長さよりも小さい目開きを有する、ろ材の流出阻止用多孔部材５を設置している。
ろ材の流出阻止用多孔部材５は、繊維ろ材の直径、又は直線部の長さのうち最も短い長さよりも小さいな目開きを有しており、水面に対して水平から垂直の任意の角度で設置する。流出防止用の多孔部材は、ステンレス製の各種織方による網を用いたストレーナや、ウエッジワイヤ、バースクリーンなど各種の部材を用いることができるが、少なくとも目開きは、繊維ろ材の直径、又は直線部の長さのうち最も短い長さよりも小さくする。取り付け角度は、ろ材層上部水面に水平に設置し、ろ材層全面を覆うようなかたちでもよいし、洗浄水の排出口付近に垂直方向あるは水平に対して任意の角度で設置してもよい。いずれにしても、繊維ろ材が洗浄水の水流におされて多孔部材にへばりつくのを防止するために、多孔部材の水に接触している面積当たりの洗浄水の流速（水面積負荷ともいう）が１０〜２００ｍ／ｈとなるような多孔部材を設置する。１０ｍ／ｈ以下の水面積負荷の多孔部材では、過剰な設備であり、イニシャルコストが高く、２００ｍ／ｈ以上の水面積負荷では繊維ろ材が多孔部材にへばりつく。特に、逆洗工程で洗浄水の通水速度を可変で運転する場合は、前記の水面積負荷の範囲となるように洗浄水の供給速度を制御する機構を設けると良い。
【００２７】
ろ過時は、前述した図１の方法と同じである。逆洗時は、まず、微細気泡を発生する気液混合ノズル４から微細気泡を発生させる。微細気泡液の供給量は任意の量をとることができ、目安としてろ材量の０．１〜１０倍程度である。微細気泡液の気液比は、通常、気体容積／液体容積で０．０１〜１％程度である。微細気泡の粒径は１０〜数１０μｍ程度であるが、全ての気泡が前記範囲に収まっている必要はなく、一部の気泡がその範囲に含まれていればよい。
発生された微細気泡の一部は、繊維ろ材に付着し、繊維ろ材の見かけ上の浮力は高まり、浮遊しやすくなる。また、一部のろ材は実際浮上することもある。
続いて、装置下部から空気を供給し、繊維ろ材から懸濁物質を剥離する。通気速度や通気時間は、概ね、繊維ろ材に付着した懸濁物質が剥離する速度と時間をとり、通気速度０．１〜５．０ｍ／ｍｉｎ、通気時間３〜３０ｍｉｎで実施される。このとき、微細気泡が付着した繊維ろ材は、浮力が増している関係で容易に流動し、層内の繊維ろ材全体を流動させることができる。
【００２８】
更に、通水管Ｅから洗浄水を上向流で通水し、懸濁物質が剥離した廃水を、剥離した懸濁物質を排出管Ｈから排出する。通水速度は、０．１〜５．０ｍ／ｍｉｎ、通水時間３〜３０ｍｉｎで実施される。なお、逆洗時の通気と通水を同時に行ってもよいし、交互運転してもよいし、順序を決めて行ってもよい。ここでは、排出管Ｈの排出口に、前記繊維ろ材の直径、又は直線部の長さのうち最も短い長さよりも小さいな目開きを有するろ材の流出阻止用多孔部材を設置しているので、連続的に懸濁物質が剥離した廃水を排出管Ｈから排出しても、繊維ろ材は外部に流出することなく、装置内に留めることができる。このようにすることで、繊維ろ材の流出を懸念することなく、高速で通水、通気を実施することができ、従来に比べて大幅に洗浄時間が圧縮できると共に、洗浄効率が上がり、続くろ過工程でのろ過性能が良好となる。
続いて、ろ過を再開すると、繊維ろ材に付着した懸濁物質はきれいに除去されているので、長期にわたり、懸濁物質の高い除去率が維持されている。
【実施例】
【００２９】
以下、本発明を実施例により、具体的に説明する。
実施例１
図１に示すφ１６０ｍｍのろ過装置で、繊維ろ材（密度９０ｋｇ／ｍ３）を用いたろ過を行った。
繊維ろ材の真比重１．３８であり、長さ１０ｍｍ、幅７ｍｍである。
予めろ過装置内には、繊維ろ材を２０Ｌ分（見掛け容積）充填した。
原水の通水量は２０ｍ３／ｄ、ろ材層内の流速は１０００ｍ／ｄとし、処理水は処理水流出管Ｆから連続排出した。原水中のＳＳが繊維ろ材に捕捉されると、ろ過性能が落ちるため、１２時ごとに逆洗工程を実施した。逆洗方法は、微細気泡発生装置（オーラテック社製）から微細気泡液をろ材層に供給し、微細気泡を繊維ろ材に付着させた。空気供給管Ｄから空気を供給して、ＳＳが付着した繊維ろ材をゆらし、繊維ろ材からＳＳを剥離した。原水を供給し、排出管Ｆから剥離した懸濁物質は排出した。通気速度は０．５ｍ／ｍｉｎとした。以上の逆洗工程を５回繰り返し、ろ過を再開した。
約１ヶ月後のろ過性能は、原水のＳＳ濃度１０ｍｇ／Ｌに対して処理水のＳＳは３ｍｇ／Ｌであった。処理性能は落ちることなく良好に処理がされた。
【００３０】
実施例２
図２に示すφ１６０ｍｍのろ過装置で、繊維ろ材（密度９０ｋｇ／ｍ３）を用いたろ過を行った。繊維ろ材は、実施例１同様とした。
予めろ過装置内には、繊維ろ材を２０Ｌ分（見掛け容積）充填した。
原水の通水量は２０ｍ３／ｄ、ろ材層内の流速は１０００ｍ／ｄとし、処理水は処理水流出管Ｆから連続排出した。原水中のＳＳが繊維ろ材に捕捉されると、ろ過性能が落ちるため、１２時ごとに逆洗工程を実施した。逆洗方法は、微細気泡発生装置（オーラテック社製）から微細気泡液をろ材層に供給し、微細気泡を繊維ろ材に付着させた。その後、空気供給管Ｄから空気を供給して、ＳＳが付着した繊維ろ材をゆらし、繊維ろ材からＳＳを剥離させると共に、洗浄水の通水管Ｅから洗浄水を供給し、洗浄水の排出管ＨよりＳＳを含む洗浄水を排出させた。通気速度は０．５ｍ／ｍｉｎ、通水速度は１．０ｍ／ｍｉｎとした。
約１ヶ月後のろ過性能は、原水のＳＳ濃度１０ｍｇ／Ｌに対して処理水のＳＳは２ｍｇ／Ｌであった。処理性能は落ちることなく良好に処理がされた。
【００３１】
比較例１
図３に示すφ１６０ｍｍのろ過装置で、繊維ろ材（密度９０ｋｇ／ｍ３）を用いたろ過を行った。微細気泡を発生させる気液混合ノズルが無いこと以外実施例１と同じである。
繊維ろ材の真比重１．３８であり、長さ１０ｍｍ、幅７ｍｍである。
予めろ過装置内には、繊維ろ材を２０Ｌ分（見掛け容積）充填した。
原水の通水量は２０ｍ３／ｄ、ろ材層内の流速は１０００ｍ／ｄとし、処理水は処理水流出管Ｆから連続排出した。原水中のＳＳが繊維ろ材に捕捉されると、ろ過性能が落ちるため、１２時ごとに逆洗工程を実施した。逆洗方法は、空気供給管Ｄから空気を供給して、ＳＳが付着した繊維ろ材をゆらし、繊維ろ材からＳＳを剥離した。原水を供給し、排出管Ｆから剥離した懸濁物質は排出した。通気速度は１．５ｍ／ｍｉｎ。以上の逆洗工程を５回繰り返し、ろ過を再開した。
約１ヶ月後のろ過性能は、原水のＳＳ濃度１０ｍｇ／Ｌに対して処理水のＳＳは６ｍｇ／Ｌであった。繊維ろ材を観察すると、逆洗後においても繊維ろ材には懸濁物質が含有しており洗浄は不十分であった。
【００３２】
比較例２
図４に示すφ１６０ｍｍのろ過装置で、繊維ろ材（密度９０ｋｇ／ｍ３）を用いたろ過を行った。
繊維ろ材の真比重１．３８であり、長さ１０ｍｍ、幅７ｍｍである。
予めろ過装置内には、繊維ろ材を２０Ｌ分（見掛け容積）充填した。
原水の通水量は２０ｍ３／ｄ、ろ材層内の流速は１０００ｍ／ｄとし、処理水は処理水流出管Ｆから連続排出した。原水中のＳＳが繊維ろ材に捕捉されると、ろ過性能が落ちるため、１２時ごとに逆洗工程を実施した。逆洗方法は、空気供給管Ｄから空気を供給して、ＳＳが付着した繊維ろ材をゆらし、繊維ろ材からＳＳを剥離させると共に、洗浄水の通水管Ｅから洗浄水を供給し、洗浄水の排出管ＨよりＳＳを含む洗浄水を排出させた。通気速度は０．５ｍ／ｍｉｎ、通水速度は１．０ｍ／ｍｉｎとした。
約１ヶ月後のろ過性能は、原水のＳＳ濃度１０ｍｇ／Ｌに対して処理水のＳＳは４ｍｇ／Ｌであった。繊維ろ材を観察すると、逆洗後においても繊維ろ材には懸濁物質が含有しており洗浄は不十分であった。
【符号の説明】
【００３３】
１：ろ過装置、２：ろ材層、３：集水装置、４：気液混合ノズル、Ａ：原水の導入管、Ｂ：液体の導入管、Ｃ：気体の導入管、Ｄ：空気供給管、Ｅ：洗浄水の通水管、Ｆ：処理水流出管、Ｇ：排出管、Ｈ：洗浄水の排出管
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下水、工場排水、用水、海水などの懸濁粒子を含有する懸濁水の高速ろ過分離装置及び方法に関し、懸濁水（以下「原水」ともいう）中の懸濁粒子を高速度でろ過除去できる技術に関する。本発明は、特に下水処理施設に流入する下水の高速固液分離技術、又は、有機性の懸濁粒子を含有する合流式下水道の雨天時越流水（ＣＳＯと略称される）又は各種産業排水の処理、用水処理、海水処理として極めて好適な革新技術である。
【背景技術】
【０００２】
合流式下水道における雨天時越流水（ＣＳＯ）の公共用水域への汚濁負荷が大きな問題になっている。また、下水処理施設に流入する下水は、まず最初沈殿池で沈殿分離されたのち、活性汚泥処理されるが、最初沈殿池におけるＳＳの除去率が悪いため、凝集剤を添加して凝集沈殿処理する例が北欧で普及している。しかし、この方法は、汚泥発生量が多く、凝集沈殿速度が小さく、大きな沈殿池を必要とする欠点がある。そのためＣＳＯ及び下水を極力コンパクトな設備で固液分離できる新技術が待望されている。
また、下水の高度処理として、放流先水質改善のために、或いは場内用水として再利用するために、二次処理水中の懸濁物質を除去する三次処理が行われている。この場合、処理水量が多いため、高速処理可能なろ過装置の提供が要望されている。
【０００３】
従来、アンスラサイト、砂、各種粒状固体（例えば粒状プラスチック）をろ材とするろ過法が検討されている。例えば、下水処理分野では、活性汚泥処理水のような比較的粒径の大きな懸濁物質を対象に、前述のアンスラサイト、砂などを用いてろ過を行うことが多い。この場合、排水の通水速度としては１００〜５００ｍ／ｄで行うことが多い。
また、通水速度を上げるために、ろ材粒径を大きくして目詰まりを少なくする場合があるが、この場合、ＳＳの除去率が悪化してしまうなどの矛盾点が生じた。特に、下水などが含む有機性ＳＳは粘着力が強いので、これら下水などを対象としてＳＳ除去率が高く、かつ目詰まりが少ないという相反する要求を満足できる技術が要望されている。
【０００４】
上記のビーズ系のろ材に代わる方法として、例えば、特公昭６２−５５８８５号公報や特開平１０−３０５２０４号公報では、繊維長５〜５０ｍｍの有機繊維からなる短繊維をからみ合わせた多数の繊維塊をろ材にしてろ過する装置がある。このろ材を用いたろ過装置は、懸濁物質を含む排水を処理する際に、６００ｍ／ｄ以上の高速でろ過を行うことができる。
このような繊維ろ材は、ろ過過程で付着した懸濁物質をはがす、いわゆる逆洗する場合には、ろ過塔内に洗浄水と空気、又はいずれかを供給することで繊維ろ材から懸濁物質を剥離させる。従来、この逆洗工程では、繊維ろ材が激しい流動状態にさらされることで、繊維ろ材から懸濁物質を剥離し、剥離した懸濁物質を排出することで、繊維ろ材のろ過性能を回復していた。しかしながら、長期間の運転においては、捕捉された懸濁物質の重みで繊維ろ材が圧密したり、繊維ろ材自体のへたりによって圧密が生じたりすることで、ろ過塔内に供給された逆洗用の洗浄水や空気のみでは、一部のろ材が流動しなくなり、洗浄が不十分となる場合があった。その結果、ろ過層内に懸濁物質が蓄積して、処理性能が悪化する場合があった。
【０００５】
また、特開２００４−８９７６６号公報では、ろ過塔の内部に合成繊維糸フリンジ（ふさ毛）付き状部材又は繊維束紐状部材を、上端を固定部材で固定して多数垂下させたろ過塔の下部から懸濁水を流入させて、上向流として通過させてろ過を行い、上部からろ過処理水を流出させる方法が記載されている。このろ材を用いたろ過塔では、下水などの懸濁水を目詰まりが少ない状態で、１４４０ｍ／ｄという高速でろ過することができる。この場合、懸濁物質を付着した繊維部材の逆洗が容易ではなく、長時間運転すると、懸濁物質がひも状内部まで浸透し、洗浄効果が不十分となる場合があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特公昭６２−５５８８５号公報
【特許文献２】特開平１０−３０５２０４号公報
【特許文献３】特開２００４−８９７６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、簡単かつコンパクトな装置によって下水、各種廃水、用水、海水など各種原水中の懸濁粒子を高速ろ過できる新技術を提供することを課題とする。特に、懸濁物質が付着した繊維ろ材の洗浄時に、良好に繊維ろ材を流動させることができ、長期にわたり安定した処理を可能にする新規洗浄方法を含むろ過装置及び方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するために、本発明では、上部に処理されるべき原水の導入管Ａと、内部に短繊維塊からなる繊維ろ材のろ材層と、下部に処理水の集水装置と、空気を供給する供給管Ｄと、集水装置から少なくともろ材層上部以上に立ち上げられた処理水流出管Ｆとを備えたろ過装置において、前記ろ材層内に微細気泡を発生する気液の混合ノズルを設置したことを特徴とするろ過装置としたものである。
前記ろ過装置において、さらに、上部にろ材の洗浄水の排水管Ｈと、該排水管Ｈの排水口に、前記繊維ろ材の直径又は直線部の長さのうち最も短い長さよりも小さいな目開きを有するろ材の流出阻止用多孔部材とを設置し、下部に上向流で通水する洗浄水の通水管Ｅを設置することができる。
【０００９】
また、本発明では、前記した本発明のろ過装置に、懸濁物質を含有する被処理原水を、原水の導入管より通水して処理し、前記ろ材層の洗浄を以下の（１）及び（２）の工程を用いて行うことを特徴とするろ過方法としたものである。
（１） 原水の通水を停止した後、気液の混合ノズルから発生された微細気泡を、前記繊維ろ材に付着させる工程、
（２） 空気供給管Ｄより、空気を供給し、繊維ろ材を流動させて、繊維ろ材から懸濁物質を剥離させる工程。
さらに、本発明では、前記した本発明のろ過装置に、懸濁物質を含有する被処理原水を、原水の導入管より通水して処理し、前記ろ材層の洗浄を以下の（１）〜（３）の工程を用いて行うことを特徴とするろ過方法としたものである。
（１） 原水の通水を停止した後、気液の混合ノズルから発生された微細気泡を、前記繊維ろ材に付着させる工程、
（２） 空気供給管Ｄより、空気を供給し、繊維ろ材を流動させて、繊維ろ材から懸濁物質を剥離させる工程、
（３） 通水管Ｅより、洗浄水を供給し、繊維ろ材から剥離した懸濁物質を含む廃水を、排水管Ｈから流出させる工程。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の実施により、上部に処理されるべき原水の導入管Ａと、内部に短繊維塊からなる繊維ろ材のろ材層と、下部に処理水の集水装置と、空気を供給する供給管Ｄと、集水装置から少なくとも繊維ろ材の層上部以上に立ち上げられた処理水流出管Ｆとを備えたろ過装置において、微細気泡を発生する気液の混合ノズルをろ材層内に設置し、発生した微細気泡を繊維ろ材に付着させて、浮上させやすくすることで、逆洗工程における繊維ろ材の流動が良好となり逆洗効果が高まり、長期にわたり安定した処理が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の装置の一例を示すフロー構成図。
【図２】本発明の装置の他の例を示すフロー構成図。
【図３】比較例１で用いた装置のフロー構成図。
【図４】比較例２で用いた装置のフロー構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を図面を参照しながら詳細に説明する。
本発明のろ過装置１は、図１に示すように、上部に処理されるべき原水の導入管Ａと、内部に短繊維塊からなる繊維ろ材のろ材層２と、下部に処理水の集水装置３と、空気を供給する供給管Ｄと、集水装置３から少なくともろ材層２上部以上に立ち上げられた処理水流出管Ｆ（ヘッダ管ともいう）を備えたろ過装置において、ろ材層２内に微細気泡を発生する気液の混合ノズル４を備えたろ過装置である。
原水は、下水処理の二次処理水や最初沈殿池流出水、雨天時流出水、各種産業排水、用水処理、海水等、懸濁物質を含む排水、用水であり、前段に凝集操作を行った処理水でもよい。
【００１３】
ここで用いる短繊維塊からなる繊維ろ材は種々のものを選択できるが、以下の工程を含む製造方法によって製造された繊維ろ材であることが望ましい。
（工程１） 芯成分と鞘成分とからなる芯鞘構造の複合熱可塑性繊維を、単一成分からなる熱可塑性繊維を混綿するか、数種類の芯成分と鞘成分とからなる芯鞘構造の複合熱可塑性繊維を混綿し、混綿体とする混綿工程
（工程２） 該混綿体をロープ状のスライバーとするスライバー工程
（工程３） 該スライバーに熱風を吹き掛け、該スライバーの一部を溶着させた溶着部を形成する溶着工程
（工程４） 該溶着部を有するスライバーを切断する切断工程
【００１４】
以下それぞれの工程の詳細を記す。
（混綿工程）
混綿工程において、複合熱可塑性繊維は、芯鞘型複合繊維であり、芯成分と鞘成分とからなる芯鞘構造を有している。
芯成分の材質としては、ポリエチレンテレフタレートなどのポリエステル系繊維、ナイロン６、ナイロン６６などのポリアミド系繊維、ポリビニルアルコール系繊維などが挙げられる。これらは単独で用いても複数を混合して用いてもよい。これらの中でも、芯成分の材質は汎用性及び強度の観点からポリエステル繊維であることが好ましい。
また、鞘成分の材質としては、ポリエステルと脂肪族化合物との共重合体、ポリエチレン、ポリプロピレン等が用いられる。これらは単独で用いても複数を混合して用いてもよい。これらの中でも、鞘成分の材質は、芯成分の材質がポリエステル繊維を使用している場合、同一成分を含有させるほうが、強度が優れるため、ポリエステルと脂肪族化合物との共重合体を用いることが好ましい。
複合熱可塑性繊維の繊度は、１〜５０ｄｔｅｘであることが好ましい。第１熱可塑性繊維の繊度が１ｄｔｅｘ未満であると、繊度が、上記範囲内にある場合と比較して、繊維間の空隙が小さくなりすぎ、繊度が５０ｄｔｅｘを超えると、繊維間の空隙が大きくなりすぎて、共に懸濁粒子を補足できなくなる恐れがある。
【００１５】
芯成分に対する鞘成分の比率は、芯成分：鞘成分が１：０．５〜１であることが好ましい。鞘成分の比率が０．５未満であると、繊度が上記範囲内にある場合と比較して、バインダーとしての接着力が不十分となり、鞘成分の比率が１を超えると、繊度が上記範囲内にある場合と比較して、溶着しにくくなる。
ここで、鞘成分は、芯成分よりも融点が低いものが用いることが好ましい。この場合、繊維ろ材の製造方法においては、鞘成分が溶着し接着剤の働きをする、いわゆるバインダー効果を発揮する。
鞘成分の融点は、８０〜２００℃であることが好ましく、芯成分の融点は、１６０〜２５０℃であることが好ましい。この場合、複合熱可塑性繊維によるバインダー効果を確実に発揮させることができる。
また、鞘成分と芯成分の融点の差は、３０℃以上であることが好ましい。融点の差が、３０℃未満であると、融点の差が上記範囲内にある場合と比較して、芯成分と鞘成分とが共に溶着してしまい、複合熱可塑性繊維が形状を維持できなくなる場合がある。
【００１６】
また、混綿工程において、単一成分からなる熱可塑性繊維の材質としては、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維、ビニロン繊維、ポリオレフィン繊維等が用いられる。これらの中でも、第２熱可塑性繊維の材質は汎用性、強度、及び水に沈みやすいといった観点から、ポリエステル繊維であることが好ましい。
単一成分からなる熱可塑性繊維の繊度は、１〜５０ｄｔｅｘであることが好ましい。第２熱可塑性繊維の繊度が１ｄｔｅｘ未満であると、繊度が、上記範囲内にある場合と比較して、繊維間の空隙が小さくなりすぎ、繊度が５０ｄｔｅｘを超えると、繊維間の空隙が大きくなりすぎて、共に懸濁粒子を補足できなくなる恐れがある。
また、その融点は、複合熱可塑性繊維の鞘成分の融点よりも高いほうが好ましく、且つ１６０〜２５０℃であることが好ましい。この場合、複合熱可塑性繊維によるバインダー効果を発揮させても繊維ろ材の形状を維持することができる。
【００１７】
混綿工程においては、複合熱可塑性繊維の塊状物と、単一熱可塑性繊維の塊状物とを混合する。
このときの混合割合は、複合熱可塑性繊維１質量部に対し、単一熱可塑性繊維が１．５〜４質量部であることが好ましい。単一熱可塑性繊維の混合割合が１．５質量部未満であると、混合割合が上記範囲内にある場合と比較して、繊維ろ材の強度が不十分となる恐れがあり、単一熱可塑性繊維の混合割合が４質量部を超えると、混合割合が上記範囲内にある場合と比較して、複合熱可塑性繊維のバインダー効果が不十分となる恐れがある。
混綿工程においては、複数の繊維を混合させることで、繊維ろ材の表面の毛羽の長さや量を調整することが可能となる。これにより、得られる繊維ろ材は、懸濁粒子を効率良く捕集できるようになる。
【００１８】
（スライバー工程）
スライバー工程は、混綿工程で得られた混綿体を、ロープ状のスライバーにする工程である。この工程は、混綿体を紡績用カード機にかけ薄い平面状のウェブとした後、練条機を通してドラフトし、ロープ状のスライバーにする工程である。
ここで、スライバーとは、撚りをかけないロープ状にした繊維の束をいう。
スライバー工程においては、混綿体をドラフトして延伸しロープ状のスライバーとすることで、繊維方向が引き揃えられる。これにより、スライバーの引張り強度が向上するという利点がある。
また、ロープ状のスライバーの直径は５〜２０ｍｍの範囲であることが好ましい。直径が５ｍｍ未満であると、繊維ろ材の幅が狭くなりろ過装置からろ材が流出しやすくなる欠点があり、直径が２０ｍｍを超えると、繊維ろ材自体が大きくなることで比表面積が減少し、水中の懸濁物質を捕捉するために必要な表面積が小さくなる欠点がある。
【００１９】
（溶着工程）
溶着工程は、スライバーに熱風を吹き掛け、スライバー内の一部の繊維同士を溶着させた溶着スライバーとする工程である。
溶着スライバーは、一部にスライバーの繊維同士を溶着させた溶着部が形成されている。これにより、得られる繊維ろ材は、ほつれが防止されると共に、長期間、摩耗に耐えうる耐久性を有することになる。「一部」とは定量的な表現をできるものではないが、溶着は芯成分と鞘成分とからなる芯鞘構造の複合熱可塑性繊維と単一成分からなる熱可塑性繊維の格子点で行われ、格子点が多いほどほつれにくくなる。
また、通水時には水圧で繊維の間隙が埋められ、逆洗時には繊維の間隙が離れ効率良く懸濁粒子を脱離させることが可能となる。
かかる溶着工程において、熱風の温度は１２０〜１８０℃であることが好ましい。
【００２０】
（切断工程）
切断工程は、溶着スライバーを連続的に溶着切断することにより全長が５〜２０ｍｍの繊維ろ材とする工程である。溶着切断の方法としては、熱刃による方法、超音波の振動による超音波切断が挙げられる。ここでは、熱刃による方法を記す。
切断工程においては、溶着スライバーを長手方向に進行させると共に、十分に加熱された熱刃昇降移動させることにより、連続的に溶着スライバーが切断され、個々の扁平矩形状の繊維ろ材となる。繊維ろ材は、左右の縁が溶着されているので、カットによるほつれの発生が抑制される。
溶着切断において、熱刃の温度は７００℃以上であることが好ましい。この場合、溶着スライバーを瞬時にカットすると共に、溶着スライバーの縁を確実に溶着することができる。
こうして短繊維塊からなる繊維ろ材が得られる。
【００２１】
微細気泡を発生する気液の混合ノズル４は、いわゆるマイクロバブルを発生させることができる発生器を示す。マイクロバブルとは、「１０〜数１０μｍの直径をもつ気泡」であり、必ずしもすべての気泡がこの範囲に収まるものでなくてもよく、一部がこの範囲に含まれていればよい。また、マイクロバブルよりも気泡が小さいナノバブルを発生させることができる発生器を用いても良いが、発生した気泡の大粒径側は上記の気泡径の範囲に入っていることが望ましい。マイクロバブル発生器は種々のものが提案されており、例えば、旋回液流式、スタティックミキサー式、エゼクター式、ベンチュリ式、加圧溶解式、極微細孔式、超音波付加中空針状ノズル、蒸気凝縮式などが挙げられる。例えば、エゼクター式では、気液混合ノズル内で、狭い通路を高速で通過する液流によって生じる負圧を利用してガスを吸引し、下流における管路の拡大により生じたキャビテーションによって吸引ガスが微細に粉砕される。加圧溶解式は、ガスと液との混相をポンプで昇圧（０．５〜１ＭＰａ程度）し、ガス成分を液中に過飽和まで溶解させる。加圧タンク内で未溶解気泡を浮上分離させパージする。過飽和液のみを減圧弁を経て常圧液中にフラッシュさせると、過飽和ガス成分が水中からマイクロバブルになって析出する（化学工学ｖｏｌ．７１、Ｎｏ．３（２００７））。このとき、気液の混合ノズルを通すとより微細な気泡を発生させることができる。
【００２２】
気液の混合ノズル４は、種々のものが提案されており、ノズル内で、段階的に管路を変化させたもの、管路に球状の障害物を設置したもの、スリットを用いるもの、遠心力によって発生した気体柱を突起物によって破砕するものなど、を採用することができる。
前記混合ノズル４の設置位置は、前記繊維ろ材の層２内にすると、微細気泡と繊維ろ材の接触が良好である。繊維ろ材層２は３００〜２０００ｍｍ程度であるので、なるべく層底部に設置することが望ましい。
集水装置３は、砂利を敷き詰めたものから、有孔ブロック型、ホイラー型、ストレーナ型、ポーラスボトム型、多孔管型など任意のものを選択することができるが、特に、有孔ブロック型は、ブロックが軽く施工が容易であるので、繊維ろ材の集水装置としては好ましい。
【００２３】
原水は、導入管Ａを通して連続的に通水され、ろ過塔内に充填された繊維ろ材のろ材層２によってろ過される。ろ過された処理水は、処理水流出管Ｆを通して系外に排出される。ろ過工程のおける通水速度は、従来の砂ろ過層を用いたろ過よりも装置をコンパクトにするという観点と、通水速度が速い場合に原水中の懸濁物質がショートパスして処理水と共に流出してしまうのを抑制するために、５００〜２０００ｍ／ｄが好ましい。また、このとき繊維ろ材のろ材層２の充填高さとしては、逆洗頻度を高めないこと、繊維ろ材層上部のフリーボード部を極端に高くならないように設計するため３００〜２０００ｍｍ程度が好ましい。
ある程度の量の原水をろ過した繊維ろ材は、その内部や表面が懸濁物質に覆われているので、定期的、或いはろ過抵抗の上昇を検出して、洗浄される。
【００２４】
洗浄は、まず、微細気泡を発生する気液混合ノズル４から微細気泡を発生させる。微細気泡を含む液（以下微細気泡液という）の供給量は、任意の量をとることができ、目安としてろ材量の０．１〜１０倍程度である。微細気泡液の気液比は、通常、気体容積／液体容積で０．０１〜１％程度である。微細気泡の粒径は１０〜数１０μｍ程度であるが、全ての気泡が前記範囲に収まっている必要はなく、一部の気泡がその範囲に含まれていればよい。微細気泡液の液としては、処理水や原水、市水、用水等種々のものを採用することができ、微細気泡液の気としては、エア、窒素ガス、酸素ガス等種々のものを採用することができる。
発生された微細気泡の一部は、繊維ろ材に付着し、繊維ろ材の見かけ上の浮力は高まり、浮遊しやすくなる。また、一部のろ材は実際浮上することもある。
【００２５】
続いて、ろ過装置下部から空気を供給し、繊維ろ材から懸濁物質を剥離する。通気速度や通気時間は、概ね、繊維ろ材に付着した懸濁物質が剥離する速度と時間をとり、通気速度０．１〜５．０ｍ／ｍｉｎ、通気時間３〜３０ｍｉｎで実施される。このとき、微細気泡が付着した繊維ろ材は、浮力が増している関係で容易に流動し、ろ材層内の繊維ろ材全体を流動させることができる。その結果、繊維ろ材に付着した懸濁物質の剥離が促進され、洗浄効果が高まっている。
繊維ろ材から剥離した懸濁物質を含む洗浄後の廃水は、空気の供給を停止するかそのまま継続して供給しつつ、導入管Ａから原水を供給しながら、排出管Ｇ又は処理水流出管Ｆを通して系外に排出することで、再生された繊維ろ材を再度使用する（洗浄工程）。また、別途、洗浄水の供給管をろ過装置上部や下部から供給して（図示せず）、洗浄廃水を排出管Ｇ又は処理水流出管Ｆから排出してもよい。洗浄水には、下水二次処理水や工業用水、雨水、ろ過原水など任意の液を用いることができる。以上の操作を数回繰り返すと、洗浄効果が高い。
続いてろ過を再開すると、繊維ろ材に付着した懸濁物質はきれいに除去されているので、長期にわたり、懸濁物質の除去率を高く維持できる。
【００２６】
図２に示す本発明のろ過装置は、図１のろ過装置において、上部にろ材の洗浄水の排水管Ｈ、下部に上向流で通水する洗浄水の通水管Ｅ、排水管Ｈの排水口に、前記繊維ろ材の直径、又は直線部の長さのうち最も短い長さよりも小さい目開きを有する、ろ材の流出阻止用多孔部材５を設置している。
ろ材の流出阻止用多孔部材５は、繊維ろ材の直径、又は直線部の長さのうち最も短い長さよりも小さいな目開きを有しており、水面に対して水平から垂直の任意の角度で設置する。流出防止用の多孔部材は、ステンレス製の各種織方による網を用いたストレーナや、ウエッジワイヤ、バースクリーンなど各種の部材を用いることができるが、少なくとも目開きは、繊維ろ材の直径、又は直線部の長さのうち最も短い長さよりも小さくする。取り付け角度は、ろ材層上部水面に水平に設置し、ろ材層全面を覆うようなかたちでもよいし、洗浄水の排出口付近に垂直方向あるは水平に対して任意の角度で設置してもよい。いずれにしても、繊維ろ材が洗浄水の水流におされて多孔部材にへばりつくのを防止するために、多孔部材の水に接触している面積当たりの洗浄水の流速（水面積負荷ともいう）が１０〜２００ｍ／ｈとなるような多孔部材を設置する。１０ｍ／ｈ以下の水面積負荷の多孔部材では、過剰な設備であり、イニシャルコストが高く、２００ｍ／ｈ以上の水面積負荷では繊維ろ材が多孔部材にへばりつく。特に、逆洗工程で洗浄水の通水速度を可変で運転する場合は、前記の水面積負荷の範囲となるように洗浄水の供給速度を制御する機構を設けると良い。
【００２７】
ろ過時は、前述した図１の方法と同じである。逆洗時は、まず、微細気泡を発生する気液混合ノズル４から微細気泡を発生させる。微細気泡液の供給量は任意の量をとることができ、目安としてろ材量の０．１〜１０倍程度である。微細気泡液の気液比は、通常、気体容積／液体容積で０．０１〜１％程度である。微細気泡の粒径は１０〜数１０μｍ程度であるが、全ての気泡が前記範囲に収まっている必要はなく、一部の気泡がその範囲に含まれていればよい。
発生された微細気泡の一部は、繊維ろ材に付着し、繊維ろ材の見かけ上の浮力は高まり、浮遊しやすくなる。また、一部のろ材は実際浮上することもある。
続いて、装置下部から空気を供給し、繊維ろ材から懸濁物質を剥離する。通気速度や通気時間は、概ね、繊維ろ材に付着した懸濁物質が剥離する速度と時間をとり、通気速度０．１〜５．０ｍ／ｍｉｎ、通気時間３〜３０ｍｉｎで実施される。このとき、微細気泡が付着した繊維ろ材は、浮力が増している関係で容易に流動し、層内の繊維ろ材全体を流動させることができる。
【００２８】
更に、通水管Ｅから洗浄水を上向流で通水し、懸濁物質が剥離した廃水を、剥離した懸濁物質を排出管Ｈから排出する。通水速度は、０．１〜５．０ｍ／ｍｉｎ、通水時間３〜３０ｍｉｎで実施される。なお、逆洗時の通気と通水を同時に行ってもよいし、交互運転してもよいし、順序を決めて行ってもよい。ここでは、排出管Ｈの排出口に、前記繊維ろ材の直径、又は直線部の長さのうち最も短い長さよりも小さいな目開きを有するろ材の流出阻止用多孔部材を設置しているので、連続的に懸濁物質が剥離した廃水を排出管Ｈから排出しても、繊維ろ材は外部に流出することなく、装置内に留めることができる。このようにすることで、繊維ろ材の流出を懸念することなく、高速で通水、通気を実施することができ、従来に比べて大幅に洗浄時間が圧縮できると共に、洗浄効率が上がり、続くろ過工程でのろ過性能が良好となる。
続いて、ろ過を再開すると、繊維ろ材に付着した懸濁物質はきれいに除去されているので、長期にわたり、懸濁物質の高い除去率が維持されている。
【実施例】
【００２９】
以下、本発明を実施例により、具体的に説明する。
実施例１
図１に示すφ１６０ｍｍのろ過装置で、繊維ろ材（密度９０ｋｇ／ｍ３）を用いたろ過を行った。
繊維ろ材の真比重１．３８であり、長さ１０ｍｍ、幅７ｍｍである。
予めろ過装置内には、繊維ろ材を２０Ｌ分（見掛け容積）充填した。
原水の通水量は２０ｍ３／ｄ、ろ材層内の流速は１０００ｍ／ｄとし、処理水は処理水流出管Ｆから連続排出した。原水中のＳＳが繊維ろ材に捕捉されると、ろ過性能が落ちるため、１２時ごとに逆洗工程を実施した。逆洗方法は、微細気泡発生装置（オーラテック社製）から微細気泡液をろ材層に供給し、微細気泡を繊維ろ材に付着させた。空気供給管Ｄから空気を供給して、ＳＳが付着した繊維ろ材をゆらし、繊維ろ材からＳＳを剥離した。原水を供給し、排出管Ｆから剥離した懸濁物質は排出した。通気速度は０．５ｍ／ｍｉｎとした。以上の逆洗工程を５回繰り返し、ろ過を再開した。
約１ヶ月後のろ過性能は、原水のＳＳ濃度１０ｍｇ／Ｌに対して処理水のＳＳは３ｍｇ／Ｌであった。処理性能は落ちることなく良好に処理がされた。
【００３０】
実施例２
図２に示すφ１６０ｍｍのろ過装置で、繊維ろ材（密度９０ｋｇ／ｍ３）を用いたろ過を行った。繊維ろ材は、実施例１同様とした。
予めろ過装置内には、繊維ろ材を２０Ｌ分（見掛け容積）充填した。
原水の通水量は２０ｍ３／ｄ、ろ材層内の流速は１０００ｍ／ｄとし、処理水は処理水流出管Ｆから連続排出した。原水中のＳＳが繊維ろ材に捕捉されると、ろ過性能が落ちるため、１２時ごとに逆洗工程を実施した。逆洗方法は、微細気泡発生装置（オーラテック社製）から微細気泡液をろ材層に供給し、微細気泡を繊維ろ材に付着させた。その後、空気供給管Ｄから空気を供給して、ＳＳが付着した繊維ろ材をゆらし、繊維ろ材からＳＳを剥離させると共に、洗浄水の通水管Ｅから洗浄水を供給し、洗浄水の排出管ＨよりＳＳを含む洗浄水を排出させた。通気速度は０．５ｍ／ｍｉｎ、通水速度は１．０ｍ／ｍｉｎとした。
約１ヶ月後のろ過性能は、原水のＳＳ濃度１０ｍｇ／Ｌに対して処理水のＳＳは２ｍｇ／Ｌであった。処理性能は落ちることなく良好に処理がされた。
【００３１】
比較例１
図３に示すφ１６０ｍｍのろ過装置で、繊維ろ材（密度９０ｋｇ／ｍ３）を用いたろ過を行った。微細気泡を発生させる気液混合ノズルが無いこと以外実施例１と同じである。
繊維ろ材の真比重１．３８であり、長さ１０ｍｍ、幅７ｍｍである。
予めろ過装置内には、繊維ろ材を２０Ｌ分（見掛け容積）充填した。
原水の通水量は２０ｍ３／ｄ、ろ材層内の流速は１０００ｍ／ｄとし、処理水は処理水流出管Ｆから連続排出した。原水中のＳＳが繊維ろ材に捕捉されると、ろ過性能が落ちるため、１２時ごとに逆洗工程を実施した。逆洗方法は、空気供給管Ｄから空気を供給して、ＳＳが付着した繊維ろ材をゆらし、繊維ろ材からＳＳを剥離した。原水を供給し、排出管Ｆから剥離した懸濁物質は排出した。通気速度は１．５ｍ／ｍｉｎ。以上の逆洗工程を５回繰り返し、ろ過を再開した。
約１ヶ月後のろ過性能は、原水のＳＳ濃度１０ｍｇ／Ｌに対して処理水のＳＳは６ｍｇ／Ｌであった。繊維ろ材を観察すると、逆洗後においても繊維ろ材には懸濁物質が含有しており洗浄は不十分であった。
【００３２】
比較例２
図４に示すφ１６０ｍｍのろ過装置で、繊維ろ材（密度９０ｋｇ／ｍ３）を用いたろ過を行った。
繊維ろ材の真比重１．３８であり、長さ１０ｍｍ、幅７ｍｍである。
予めろ過装置内には、繊維ろ材を２０Ｌ分（見掛け容積）充填した。
原水の通水量は２０ｍ３／ｄ、ろ材層内の流速は１０００ｍ／ｄとし、処理水は処理水流出管Ｆから連続排出した。原水中のＳＳが繊維ろ材に捕捉されると、ろ過性能が落ちるため、１２時ごとに逆洗工程を実施した。逆洗方法は、空気供給管Ｄから空気を供給して、ＳＳが付着した繊維ろ材をゆらし、繊維ろ材からＳＳを剥離させると共に、洗浄水の通水管Ｅから洗浄水を供給し、洗浄水の排出管ＨよりＳＳを含む洗浄水を排出させた。通気速度は０．５ｍ／ｍｉｎ、通水速度は１．０ｍ／ｍｉｎとした。
約１ヶ月後のろ過性能は、原水のＳＳ濃度１０ｍｇ／Ｌに対して処理水のＳＳは４ｍｇ／Ｌであった。繊維ろ材を観察すると、逆洗後においても繊維ろ材には懸濁物質が含有しており洗浄は不十分であった。
【符号の説明】
【００３３】
１：ろ過装置、２：ろ材層、３：集水装置、４：気液混合ノズル、Ａ：原水の導入管、Ｂ：液体の導入管、Ｃ：気体の導入管、Ｄ：空気供給管、Ｅ：洗浄水の通水管、Ｆ：処理水流出管、Ｇ：排出管、Ｈ：洗浄水の排出管
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部に処理されるべき原水の導入管Ａと、内部に短繊維塊からなる繊維ろ材のろ材層と、下部に処理水の集水装置と、空気を供給する供給管Ｄと、集水装置から少なくともろ材層上部以上に立ち上げられた処理水流出管Ｆとを備えたろ過装置において、前記ろ材層内に微細気泡を発生する気液の混合ノズルを設置したことを特徴とするろ過装置。
【請求項２】
前記ろ過装置には、上部にろ材の洗浄水の排水管Ｈと、該排水管Ｈの排水口に、前記繊維ろ材の直径又は直線部の長さのうち最も短い長さよりも小さいな目開きを有するろ材の流出阻止用多孔部材とを設置し、下部に上向流で通水する洗浄水の通水管Ｅを設置したことを特徴とする請求項１記載のろ過装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載のろ過装置に、懸濁物質を含有する被処理原水を、原水の導入管より通水して処理し、前記ろ材層の洗浄を以下の（１）及び（２）の工程を用いて行うことを特徴とするろ過方法。
（１） 原水の通水を停止した後、気液の混合ノズルから発生された微細気泡を、前記繊維ろ材に付着させる工程、
（２） 空気供給管Ｄより、空気を供給し、繊維ろ材を流動させて、繊維ろ材から懸濁物質を剥離させる工程。
【請求項４】
請求項２記載のろ過装置に、懸濁物質を含有する被処理原水を、原水の導入管より通水して処理し、前記ろ材層の洗浄を以下の（１）〜（３）の工程を用いて行うことを特徴とするろ過方法。
（１） 原水の通水を停止した後、気液の混合ノズルから発生された微細気泡を、前記繊維ろ材に付着させる工程、
（２） 空気供給管Ｄより、空気を供給し、繊維ろ材を流動させて、繊維ろ材から懸濁物質を剥離させる工程、
（３） 通水管Ｅより、洗浄水を供給し、繊維ろ材から剥離した懸濁物質を含む廃水を、排水管Ｈから流出させる工程。
【請求項１】
上部に処理されるべき原水の導入管Ａと、内部に短繊維塊からなる繊維ろ材のろ材層と、下部に処理水の集水装置と、空気を供給する供給管Ｄと、集水装置から少なくともろ材層上部以上に立ち上げられた処理水流出管Ｆとを備えたろ過装置において、前記ろ材層内に微細気泡を発生する気液の混合ノズルを設置したことを特徴とするろ過装置。
【請求項２】
前記ろ過装置には、上部にろ材の洗浄水の排水管Ｈと、該排水管Ｈの排水口に、前記繊維ろ材の直径又は直線部の長さのうち最も短い長さよりも小さいな目開きを有するろ材の流出阻止用多孔部材とを設置し、下部に上向流で通水する洗浄水の通水管Ｅを設置したことを特徴とする請求項１記載のろ過装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載のろ過装置に、懸濁物質を含有する被処理原水を、原水の導入管より通水して処理し、前記ろ材層の洗浄を以下の（１）及び（２）の工程を用いて行うことを特徴とするろ過方法。
（１） 原水の通水を停止した後、気液の混合ノズルから発生された微細気泡を、前記繊維ろ材に付着させる工程、
（２） 空気供給管Ｄより、空気を供給し、繊維ろ材を流動させて、繊維ろ材から懸濁物質を剥離させる工程。
【請求項４】
請求項２記載のろ過装置に、懸濁物質を含有する被処理原水を、原水の導入管より通水して処理し、前記ろ材層の洗浄を以下の（１）〜（３）の工程を用いて行うことを特徴とするろ過方法。
（１） 原水の通水を停止した後、気液の混合ノズルから発生された微細気泡を、前記繊維ろ材に付着させる工程、
（２） 空気供給管Ｄより、空気を供給し、繊維ろ材を流動させて、繊維ろ材から懸濁物質を剥離させる工程、
（３） 通水管Ｅより、洗浄水を供給し、繊維ろ材から剥離した懸濁物質を含む廃水を、排水管Ｈから流出させる工程。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１３−７１４（Ｐ２０１３−７１４Ａ）
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３７１０６（Ｐ２０１１−１３７１０６）
【出願日】平成２３年６月２１日（２０１１．６．２１）
【出願人】（５９１０３０６５１）水ｉｎｇ株式会社 (94)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２１日（２０１１．６．２１）
【出願人】（５９１０３０６５１）水ｉｎｇ株式会社 (94)
【Ｆターム（参考）】
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