濁水処理システム及びその処理方法
【課題】安定的にＳＳ：５mg/l以下の濾水を得ることができるようにするとともに、高分子凝集剤を使用することなく無機凝集剤のみで十分な濾過が可能であるなどの利点を有する濁水処理システムを提供する。
【解決手段】濁水が貯留される原水タンク２と、濁水の凝集沈殿させる凝集沈降分離装置３と、凝集沈降後の濁水を濾過する濾過装置４とを含む濁水処理システムにおいて、前記濾過装置４として、コイル状に巻回された筒状体を構成するコイル２２の隣接輪相互間に間隙Ｇが形成され、この間隙部Ｇに濾過助剤が付着架橋してなる１又は複数の液体濾過フィルターエレメント９，９…を備え、処理水の導入口１０、排出口１１及び導入口１０と排出口１１との間を仕切る仕切材１７を有する容器の中に、前記液体濾過フィルターエレメント９，９…の一端を仕切板１７に固定させて複数格納し、逆洗用エア又は逆洗水を供給して逆洗可能としてある装置を用いる。
【解決手段】濁水が貯留される原水タンク２と、濁水の凝集沈殿させる凝集沈降分離装置３と、凝集沈降後の濁水を濾過する濾過装置４とを含む濁水処理システムにおいて、前記濾過装置４として、コイル状に巻回された筒状体を構成するコイル２２の隣接輪相互間に間隙Ｇが形成され、この間隙部Ｇに濾過助剤が付着架橋してなる１又は複数の液体濾過フィルターエレメント９，９…を備え、処理水の導入口１０、排出口１１及び導入口１０と排出口１１との間を仕切る仕切材１７を有する容器の中に、前記液体濾過フィルターエレメント９，９…の一端を仕切板１７に固定させて複数格納し、逆洗用エア又は逆洗水を供給して逆洗可能としてある装置を用いる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種トンネル工事、地盤改良工事、地中連続壁造成工事などの工事において、掘削時に発生する濁水を高い濾過精度で高効率に処理するための濁水処理システム及びその処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
山岳トンネル又はシールドトンネルなどの各種トンネル工事、地盤改良工事、地中連続壁造成工事などの工事においては、含水比の高い濁水が大量に発生する。この濁水の処理は、工事種別や施工条件、周囲の環境条件等に応じて適切な処理設備が選択される。濁水処理システムの一例を図１４に示す。
【０００３】
図１４に示される例は、各種工事現場からの原水（濁水）が先ず原水槽５０に貯留される。前記原水のＳＳ（浮遊物質量）は概ね500〜3000mg/lである。そして、所定量の原水が凝集沈降分離装置５１（所謂、シックナ）に移送され、ここで、無機凝集剤と高分子凝集剤とが添加されるとともに、中和処理のために炭酸ガスが投入される。前記凝集処理によって濁水中に浮遊する多くの微細粒子群がフロックとなって沈降分離される。この凝集沈降分離工程によって、原水のＳＳは、概ね10〜25mg/lまで低減される。前記沈殿したフロックはフィルタープレス５５などの脱水装置によって脱水処理される。
【０００４】
前記無機凝集剤（例えば、ＰＡＣ又は硫酸バンド等）は、排泥水中の浮遊物質が帯びている電荷（一般には負に帯電）に反対の電荷を与えて電気的に中性とし、粒子間相互の反発を無くして凝集させるものであり、前記高分子凝集剤（ポリアクリル酸ナトリウム、ポリアクリルアミド陰イオン変性物、ポリアクリルアミド、デンプン等）は水中に懸濁しているコロイドや微粒子の表面電荷を中和して粒子を凝集させ、吸着架橋作用により大きなフロックを形成するためのものである。これらの凝集剤は単独で使用されることもあるが、凝集沈降効果を上げるために、併用されることが多い。
【０００５】
次いで、前記凝集沈殿処理によって大幅にＳＳが低減された濁水は、次の砂濾過装置５２に投入され、ここで概ね浮遊物質量ＳＳを５mg/l以下まで低下させた後、水質管理槽５３に移送され、ここで有害物質の混入量が各種基準内にあるかどうかを検査した後、放流槽５４に移され、最終的に放流処理される。前記無機凝集剤と高分子凝集剤とを併用し、かつ砂濾過装置５２を用いる濁水処理装置としては、例えば下記特許文献１，２等を挙げることができる。
【特許文献１】特開平１１−２１６４９４号公報
【特許文献２】特開２００２−８６１９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記砂濾過装置５２を用いた濁水処理装置の場合は、前段の凝集沈降分離装置５１での凝集沈殿が不十分であると、砂濾過装置５２でＳＳ；５mg/l以下の濾水を得ることが困難になるため、濁水処理が不安定となる問題があった。
【０００７】
また、砂濾過装置５２の逆洗に大量の水を必要とするため、大きな清水タンクを設置する必要があるとともに、逆洗に時間が掛かり処理効率が向上しないなどの問題もあった。
【０００８】
更に、前処理となる凝集沈降分離装置５１において、凝集沈殿を促進するため、無機凝集剤と高分子凝集剤とを併用しているが、高分子凝集剤は環境衛生上問題となるなどの問題もあった。
【０００９】
そこで本発明の主たる課題は、安定的にＳＳ：５mg/l以下の濾水を得ることができるようにするとともに、逆洗のために多くの清水を必要としない、高分子凝集剤を使用することなく無機凝集剤のみで十分な濾過が可能であるなどの利点を有する濁水処理システムを提供することにある。
【００１０】
第２の課題は、特定の濁水濾過工程を採用することによって濁水処理の大幅な効率化を実現し得る濁水処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を解決するために請求項１に係る本発明として、濁水が貯留される原水タンクと、濁水を凝集沈殿させる凝集沈降分離装置と、凝集沈降後の濁水を濾過する濾過装置とを含む濁水処理システムにおいて、
前記濾過装置として、コイル状に巻回された筒状体又は多数の輪状片が重ね合わされた筒状体を構成するコイル又は輪状片の隣接輪相互間に間隙が形成され、この間隙部に濾過助剤を付着させてなる１又は複数の液体濾過フィルターエレメントを備え、処理水の導入口、排出口及び導入口と排出口との間を仕切る仕切材を有する容器の中に、前記液体濾過フィルターエレメントの一端を仕切板に固定させて複数格納するとともに、逆洗用エア又は逆洗水を供給して逆洗可能としてある濾過装置を用いたことを特徴とする濁水処理システムが提供される。
【００１２】
上記請求項１記載の発明は、濁水処理システムの濾過装置として、コイル状に巻回された筒状体又は多数の輪状片が重ね合わされた筒状体を構成するコイル又は輪状片の隣接輪相互間に間隙が形成され、この間隙部に濾過助剤を付着させてなる１又は複数の液体濾過フィルターエレメントを備え、処理水の導入口、排出口及び導入口と排出口との間を仕切る仕切材を有する容器の中に、前記液体濾過フィルターエレメントの一端を仕切板に固定させて複数格納するとともに、逆洗用エア又は逆洗水を供給して逆洗可能としてある濾過装置を用いたものである。
【００１３】
上記濾過装置自体は、公知のものであり、本出願人の１人が先の特開２００６−２７２２５１号公報において提案したものである。この濾過装置の濾過性能は非常に高く、凝集沈降分離装置における凝集沈殿に多少のバラツキがあったとしても、安定的にＳＳ：５mg/l以下の濾水を得ることができるようになる。また、逆洗用としてエアを用いる場合は洗浄水は不要であるとともに、逆洗水を用いる場合であっても少量の水で済むようになる。さらに、凝集沈降分離装置での凝集沈殿程度が多少悪くても安定的にＳＳ：５mg/l以下の濾水を得ることができるため、前記凝集沈降分離装置で使用する凝集剤は無機凝集剤のみで済むようになり、環境負荷の低減を図ることが可能となる。
【００１４】
請求項２に係る本発明として、前記濾過装置を２つ並設し、これら濾過装置を交互に使用することにより、濾過工程を連続的に行うようにしてある請求項１記載の濁水処理システムが提供される。
【００１５】
上記請求項２記載の発明は、仮に単一の濾過装置により前記濾過助剤の付着工程、濁水を供給して濾過を行う濾過工程、濾過助剤を脱着する逆洗工程のサイクル工程を行う場合には、前記付着工程及び逆洗工程の時間は濾過を行わない無駄時間となるため、濾過装置を２つ並設し、これら濾過装置を交互に使用することにより、濾過工程を連続的に行うようにしたものである。
【００１６】
請求項３に係る本発明として、濾過助剤タンクを備え、前記濾過装置へ濾過助剤を供給する供給路及び濾過装置から濾過助剤を返送する返送路を形成し、前記濾過助剤を繰り返し使用可能としてある請求項１，２いずれかに記載の濁水処理システムが提供される。
【００１７】
上記請求項３記載の発明は、従来の濾過装置では、濾過助剤は１回の使用で廃棄処理されていたが、本発明では、濾過助剤タンクを備え、前記濾過装置へ濾過助剤を供給する供給路及び濾過装置から濾過助剤を返送する返送路を形成し、前記濾過助剤を繰り返し使用可能としたものである。これにより、濾過助剤のコスト低減を図り得るようになる。
【００１８】
請求項４に係る本発明として、請求項１〜３いずれかに記載の濁水処理システムにおける濾過装置の処理手順は、前記濾過助剤の付着架橋工程、濁水を供給して濾過を行う濾過工程、濾過助剤を脱着する逆洗工程のサイクル工程とするとともに、前記濾過工程時間を３〜４０分に設定することを特徴とする濁水処理システムにおける処理方法が提供される。
【００１９】
上記請求項４記載の発明は、濁水処理システムにおける濾過装置の処理手順は、前記濾過助剤の付着工程、濁水を供給して濾過を行う濾過工程、濾過助剤を脱着する逆洗工程のサイクル工程とするとともに、前記濾過工程時間を３〜４０分に設定するものである。前記濾過工程時間は好ましくは５〜２０分に設定するのがより望ましい。
【００２０】
後述の実験例で示すように、時間当たりの処理量は濾過工程時間を長くした連続運転とするよりは、むしろ濾過工程時間を比較的に短い所定時間に設定して、濾過助剤の付着工程、濁水の濾過工程、濾過助剤を脱着する逆洗工程のサイクル工程とした方が単位時間当たりの処理量が大幅に向上するとの知見に基づくものである。
【００２１】
請求項５に係る本発明として、前記濾過助剤の繰り返し使用回数を６〜８回に設定してある請求項３，４いずれかに記載の濁水処理システムにおける処理方法が提供される。
【００２２】
上記請求項５記載の発明は、前記濾過助剤の繰り返し使用回数を６〜８回に設定したものである。後述の実験例に示されるように、８回の使用程度までは十分な処理量を確保できるとの知見に基づくものである。
【発明の効果】
【００２３】
以上詳説のとおり本発明によれば、安定的にＳＳ：５mg/l以下の濾水を得ることができるようになるとともに、逆洗のために多くの清水を必要としない、高分子凝集剤を使用することなく無機凝集剤のみで十分な濾過が可能であるなどの利点を有する濁水処理システムとすることが可能となる。
【００２４】
また、特定の濁水濾過工程の採用によって濁水処理の大幅な効率化を実現し得るようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳述する。
【００２６】
図１は本発明に係る濁水処理システム１の処理フローを示すブロック図であり、図２は本濁水処理システム１で使用する濾過装置４の一部破断正面図、図３はその構成図、図４は液体濾過フィルターエレメント９の縦断面図、図５は液体濾過フィルターエレメント９における処理手順図である。
【００２７】
本濁水処理システム１は、図１に示されるように、濁水が貯留される原水タンク２と、濁水を凝集沈殿させる凝集沈降分離装置３と、凝集沈降後の濁水を濾過する濾過装置４とを含む濁水処理システムにおいて、前記濾過装置４として、コイル状に巻回された筒状体又は多数の輪状片が重ね合わされた筒状体を構成するコイル又は輪状片の隣接輪相互間に間隙が形成され、この間隙部に濾過助剤を付着させてなる１又は複数の液体濾過フィルターエレメントを備え、処理水の導入口、排出口及び導入口と排出口との間を仕切る仕切材を有する容器の中に、前記液体濾過フィルターエレメントの一端を仕切板に固定させて複数格納するとともに、逆洗用エア又は逆洗水を供給して逆洗可能としてある濾過装置を用いたものである。
【００２８】
以下、更に具体的に詳述する。
【００２９】
山岳トンネル又はシールドトンネルなどの各種トンネル工事、地盤改良工事、地中連続壁造成工事などの工事において発生した濁水は、まず原水槽２に貯留される。この濁水のＳＳ（浮遊物質量）は、図示例では500〜3000mg/lである。このＳＳ濃度は工事種毎に異なるが、一般の山岳トンネルでは、通常200〜10000mg/lの範囲であり、その平均は概ね1500〜3000mg/lの範囲である。
【００３０】
前記原水槽２に貯留された濁水は、所定量づつ凝集沈降分離装置３に送られる。この凝集沈降分離装置３では、ＰＡＣ（ポリ塩化アルミニウム）などの無機凝集剤が添加されるとともに、中和処理のために炭酸ガスが投入される。凝集沈降分離装置３では、無機凝集剤によって浮遊ＳＳが凝集し沈降分離される。凝集によって沈降したフロックは、フィルタープレス７（脱水装置）に送られ、ここで脱水処理され、得られたケーキが廃棄処理される。なお、前記脱水装置としては、前記フィルタープレス７以外に、例えばロールプレス、ドラムプレス、ベルトフィルターなどの各種脱水装置を使用することができる。前記炭酸ガスは、所謂前中和処理であり、濁水を中和処理するとともに、セメントを含んだスラッジの固結を防止することができる。
【００３１】
前記凝集沈降処理によって原水は、概ねＳＳ濃度が５０mg/l以下に低減されており、次に濾過装置４に送られる。
【００３２】
前記濾過装置４として、本発明では特に、コイル状に巻回された筒状体又は多数の輪状片が重ね合わされた筒状体を構成するコイル又は輪状片の隣接輪相互間に間隙が形成され、この間隙部に濾過助剤が付着架橋してなる１又は複数の液体濾過フィルターエレメント９、９…を備え、処理水の導入口、排出口及び導入口と排出口との間を仕切る仕切材を有する容器の中に、前記液体濾過フィルターエレメントの一端を仕切板に固定させて複数格納するとともに、逆洗用エア又は逆洗水を供給して逆洗可能としてある濾過装置を用いるものである。
【００３３】
この濾過装置４は、特開2006-272251号公報にて提案された濾過装置である。詳細な説明は同公報に譲るとして、その概略を以下に説明する。
【００３４】
濾過装置４は、図２及び図３に示されるように、処理水の導入口１０、処理水の排出口１１、逆洗排出口１２及びエアー吹込み口１３を備えた容器１４中に複数の液体濾過フィルターエレメント９，９…の一端が仕切板１７に固定された状態で格納されたもので、前記容器１４の導入口１０側に設けられた圧力センサー１５と、排出口１１、逆洗排出口１２及びエアー吹込み口１３に夫々取り付けられ、圧力スイッチ１８に連動して開閉する電磁弁１６，１６…とを備えるものである。
【００３５】
前記液体濾過フィルターエレメント９について簡単に説明すると、図４に示すように、小突起２１を有する線材同士が密着するように巻回し、このコイル２２の両端に取付具２３を備え、中心にコイルの全長よりもやや長い芯金２４を入れて両端をナット２５，２５で固定することによって、隣接輪相互間に小突起２１による微少な間隙Ｇを生じるのでこれを濾液通路とし、このフィルターエレメント９の周囲に濾過助剤を付着させて濾過しようとする液体を通過させるように構成されている。濾液は、導入口１０から流入すると、フィルターエレメント９の外側から濾過助剤の層を通り、エレメント９の間隙部Ｇからエレメント９の内側に入り、エレメント９と芯金２４の間を通り、エレメント９の取付具２３の開口部から容器１４中の仕切板１７の上部にある排出口１１側に流出する。容器１４の内側は仕切板１７によって仕切られているので、処理水と処理済み水は完全に分離される。また、前記コイル２２に代えて、多数の輪状片が重ね合わされた筒状体からなるフィルターエレメントとすることも可能である。このエレメントは、前記コイルに代えて多数の輪状片が重ね合わされた筒状体としたものであって、その他の構成はコイルのものとほぼ同様である。
【００３６】
前記濾過助剤としては、ケイ藻土及び添加物として、パルプ、活性炭、花崗岩、セラミック、各種樹脂、ガラス、金属、金属酸化物類等の微粒物や粉状物が濾過する液体乃至濾過する目的に応じて用いられる。前記濾過助剤としては、ケイ藻土以外に、炭素系、セルロース系、パーライト系等の平均粒径が８〜２４μｍの多孔質粒子を使用することも可能である。
【００３７】
前記濾過助剤をコイル２２の外面に付着させるには、別途設けた濾過助剤タンクから導入口１０を通じて容器１４内に供給することにより、微小間隙Ｇ部に最初は相対的に大径のケイ藻土微粒子が保持され、次いで保持された大径のケイ藻土微粒子間に徐々に小径のケイ藻土微粒子が保持されていく。その結果、微小間隙Ｇには、極めて微細な間隙（例えば、0.5〜数μｍオーダー）を有する多孔質の濾過助剤微粒子群が保持されることとなる。この場合、濾過助剤タンクから前記濾過装置４へ濾過助剤を供給する供給路及び濾過装置４から濾過助剤を返送する返送路を形成し、前記濾過助剤を繰り返し使用可能とするのが望ましい。繰り返し使用回数は、後述する実験例により、６〜８回とするのが望ましい。
【００３８】
前記濾過装置４では、図５に示されるように、(A)逆洗浄によりフィルター再生状態から、(B)前記濾過助剤の付着工程(以下、この工程をプリコートともいう。)、(C)濁水を供給して濾過を行う濾過工程、(D)濾過助剤を脱着する逆洗工程のサイクル工程となる。前記(B)付着工程では、ケイ藻土を供給してコイル２２の外面に付着させ、前記(C)濾過工程では、導入口１０から処理水を送り濾過を行い、(D)濾過助剤の脱着工程では、エアー吹込み口１３からエアーを供給してコイル外面に付着している濾過助剤を脱着する。
【００３９】
さらに前記濾過処理及び逆洗処理の動作について説明すると、前記濾過装置４が濾過処理中においては、圧力センサー１５が感知する圧力は、圧力スイッチ１８の設定圧よりも低レベルにあり、逆洗排出口１２及びエアー吹込み口１３の各電磁弁１６，１６は閉じており、処理水排出口１１の電磁弁１６は開いている。導入口１０には逆止弁１９が取り付けられていて、処理水が流入するときのみ逆止弁１９が開くので、容器１４の内部から凝集沈降分離装置３側に処理水が逆流することはない。濾過処理が進行してフィルターエレメント９が目詰まり状態になり、圧力センサー１５の検出値が導入口１０側の圧力が圧力スイッチ１８の設定圧に達すると、圧力スイッチ１８の電気信号によって排出口１１の電磁弁１６が閉じて逆洗排出口１２及びエアー吹き込み口１３の各電磁弁１６，１６のソレノイドを動かして弁を開くとともに逆洗が開始される。
【００４０】
即ち、エアー吹き込み口１３から吹き込まれた高圧エアーがフィルターエレメント９の上方からフィルターエレメント９の内部に導かれ、フィルターエレメント９を内側から僅かに拡張させるので、フィルターエレメント９の筒状体を構成するコイル又は輪状片の隣接輪相互間の間隙が２〜１０ミクロン程度広がり、間隙部に付着していた濾過助剤がエアーの勢いによって紛状になって除去される。エアーが混在した逆洗排水は逆洗排出口１２から容器１４の外部に排出される。一定時間逆洗が行われた後、タイムスイッチにより各電磁弁１６が元の状態に復帰して逆洗が終了し、再び濾過処理が開始される。このように圧力センサー１５が導入口１０側の圧力を感知し、圧力スイッチ１８によって各電磁弁１６が開閉して自動的に逆洗が行われるので連続運転が可能となる。なお、検知圧力は排出口側の圧力を測定するようにしてもよい。
【００４１】
前記逆洗のタイミングを圧力センサー１５に連動して行うのに代えて、濾過装置４による濾過処理時間を測定するタイマーに連動するように設定してもよい。この場合は、濾過工程時間を後述する実験例に示すように、３〜４０分、好ましくは５〜２０分に設定するのが望ましい。
〔濁水処理システム１のシステム構成形態例〕
次に、前記濁水処理システム１のシステム構成例を図６〜図８に示す。図６は、プリコート工程時における状態を示し、図７は濾過工程時における状態を示し、図８は濾過助剤の脱着工程時の状態を示してある。
【００４２】
システム構成は、濾過助剤補給タンク３０、一次プリコートタンク３１，二次プリコートタンク３２と、凝集沈降分離装置３からの濁水処理水槽３３（シックナー処理水槽）とを備えるとともに、２つの濾過装置４Ａ、４Ｂを備え、更に濾過装置４Ａ、４Ｂに逆洗用エアを供給するコンプレッサー３６と、濾過装置４Ａ、４Ｂによる濾水処理水槽３４と、濾過助剤の廃棄用タンク３５とを備え、これら各タンク、装置間が管路によって結ばれている。
【００４３】
先ず、前記濾過助剤補給タンク３０は、ケイ藻土などを主剤とする濾過助剤が投入されるタンクであり、前記一次プリコートタンク３１は、前記濾過助剤補給タンク３０から濾過助剤が輸送され、処理開始時又は濾過助剤の廃棄後に使用する新たな濾過助剤を調整し、フィルターエレメント９に供給する際に使用され、前記二次プリコートタンク３２は、濾過助剤を繰り返し使用する際に、濾過装置４Ａ、４Ｂとの間で、濾過助剤の供給と返送とを行うためのものである。
【００４４】
図６に示されるプリコート工程時には、前記一次プリコートタンク３１に貯留されている濾過助剤が、太線で示された管路を通り、導入口１０側から濾過装置４Ａ、４Ｂに供給され、濾過助剤がフィルターエレメント９のコイル２２の外面に付着される。液体分については、一次プリコートタンク３１まで返送される。
【００４５】
次いで、濾過工程では、図７に示されるように、濁水処理水槽３３に貯留されている処理水が、太線で示された管路を通り、導入口１０側から濾過装置４Ａ、４Ｂに供給され、処理水の濾過が行われる。濾過後の処理水は、流量計にて流量が管理されるとともに、処理水槽３４に投入される。この濾過工程では、濾過装置４Ａ、４Ｂが交互に使用されることにより連続処理を可能としている。使用されていない濾過装置４Ａ（４Ｂ）では、プリコート工程又は濾過助剤の脱着工程が行われる。
【００４６】
図８に示される濾過助剤の脱着工程では、コンプレッサー３６から太線で示された管路を通り、エア吹込み口１３から濾過装置４Ａ、４Ｂに逆洗用エアが送られ、付着していた濾過助剤の脱着が行われる。脱着された濾過助剤は、導入口１０を通り、二次プリコートタンク３２に送られる。脱着後に、再び濾過助剤をフィルターエレメント９に付着させるには、二次プリコートタンク３２から濾過装置４Ａ（４Ｂ）まで供給される。濾過助剤を複数回、本発明に従って６〜８回繰り返し使用したならば、コンプレッサー３６から送られたエアによって脱着が行われ、逆洗排出口１２を通り、エア吹込み口１３から濾過装置４Ａ、４Ｂに逆洗用エアが送られ、濾過助剤が廃棄用タンク３５に送られる。
【実施例】
【００４７】
本発明に係る濁水処理システム１において、より効率的な濁水処理を実現するために各種の実験を行った。
【００４８】
１．SSとフィルター能力の関係
(1)ろ過時間と累積処理量の関係
投入水のSSを300、200、100、50、25mg/l毎にろ過時間と累積処理量を求めた。結果は、図９に示すとおりである。
【００４９】
SSが高くなるほど、累積処理量が減少している。また、ある一定時間経過すると、勾配が緩やかとなり累積処理量の増加度合が鈍る傾向を示す（SS：25mg/lは15分経過時、SS:50mg/lは12分経過時、SS:100mg/lは9分経過時、SS:200mg/lは6分経過時、SS:300mg/lは3分経過時）。これは、ある一定の目詰まりを超えれば、目詰まりが急激に進み、SSが高い程、一定の目詰まり状態に早く到達するからと思われる。
【００５０】
(2)ろ過時間と１時間当り処理量の関係
上記(1)より、ある一定時間経過後、処理量の急激な低下が見られる。目詰まりの進行したケイ藻土（濾過助剤）を継続して使用するより、新たな珪藻土でろ過した方が、時間当たりの処理量は増えるのではないかとの視点に立ち、このことを確認するために図９の結果を以下のように整理し直した。
【００５１】
１時間当り処理量＝累積処理量×60/(ろ過時間+7) ここで、数字の「７」は、目詰まりしたケイ藻土を除き、新たなケイ藻土をプリコートするまでの時間である。
【００５２】
たとえば、ろ過時間が15分で処理量が724lの場合、1時間当り処理量は、724×60/(15+7)で1975(l)となる。このようにして、整理したものが、図１０である。図を見れば、最大値となる濾過時間は、SS:25mg/lで15分、SS:50mg/l及び100mg/lで12分、SS:200及び300mg/lで9分である。長時間、連続的にろ過するよりも、短時間でケイ藻土をリセットし直したほうが、時間当りの処理量は増加することが確認された。
【００５３】
以上より、濾過時間を、３〜４０分、好ましくは５〜２０分に設定し、濾過助剤の付着架橋工程、濁水を供給して濾過を行う濾過工程、濾過助剤を脱着する逆洗工程を繰り返し行うことが、単に連続的に処理するよりは遙かに効率が良いことが知見された。
【００５４】
(3)フィルター本数とSSの関係
上記(2)より、濾過時間を15分とした場合の各SSの1時間当り処理量は、SS:25mg/lで1975(l)/hr、SS:50mg/lで1412(l)/hr 、SS:100mg/lで1239(l)/hr 、SS:200mg/lで896(l)/hr 、SS:300mg/lで687(l)/hr である。
【００５５】
これらを基に、SS:30ｍ3/hr処理するのに必要なフィルター本数を求めた。SS:25 mg/lで365本、SS:50mg/lで510本、SS:100mg/lで581本、SS:200mg/lで804本、SS:300mg/lで1048本である。この関係を図１１に示した。これらの５点から、（フィルター本数）＝2.3354×（SS）+346.3の近似式が得られた。
【００５６】
(4)ろ過時間と処理水SSの関係
投入水のSS毎に処理水のSSをまとめたのが図１２である。SS:300mg/l以外は、濾過直後、SS:1.0〜1.6mg/l程度であるが、時間とともに下がり、５分後には、SS:1.0mg/l以下となる。10分以降、SS:0.6mg/l以下を維持する。SS:300mg/lにおいては、直後から、SS:0.5mg/l以下を維持できる。これは、投入水のSS分が、初期の段階で目詰まりを起こし、ろ過精度を上げているものと考える。
【００５７】
(5)ケイ藻土の再利用回数
ケイ藻土の再利用の可能性を検討するために、15分間濾過した後に、逆洗し集め、再度このケイ藻土を再利用し、濾過を行ってみた。（逆洗時のSS分も全て回収し、プリコートした。）投入水のSSは、100mg/l、25mg/lとした。結果は、図１３に示すとおりである。
【００５８】
SS:25mg/lにおいては、2回目は、2100(l)/hrから1500(l)/hrに下がるが、その後、回数を増やしても、1600(l)/hr前後を維持する。SS:100mg/lにおいては、8回目までは、1回目と同程度を維持するが、9回目以降、徐々に低下する。
【００５９】
以上より、SS:100mg/l以下の投入水においては、６〜８回程度の再利用が可能と考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明に係る濁水処理システム１の処理フローを示すブロック図である。
【図２】本濁水処理システム１で使用する濾過装置４の一部破断正面図である。
【図３】濾過装置４の構成図である。
【図４】液体濾過フィルターエレメント９の縦断面図である。
【図５】液体濾過フィルターエレメント９における処理手順図である。
【図６】濁水処理システム１のシステムの構成形態例及びプリコート工程を示す図である。
【図７】濁水処理システム１のシステムの構成形態例における濾過工程を示す図である。
【図８】濁水処理システム１のシステムの構成形態例における濾過助剤の脱着工程を示す図である。
【図９】実施例における「(1)ろ過時間と累積処理量の関係」を示すグラフである。
【図１０】実施例における「(2)ろ過時間と１時間当り処理量の関係」を示すグラフである。
【図１１】実施例における「(3)フィルター本数とSSの関係」を示すグラフである。
【図１２】実施例における「(4)ろ過時間と処理水SSの関係」を示すグラフである。
【図１３】実施例における「(5)ケイ藻土の再利用回数」を示すグラフである。
【図１４】従来の濁水処理システム１の処理フローを示すブロック図である。
【符号の説明】
【００６１】
１…濁水処理システム、２…原水槽、３…凝集沈降分離装置、４…濾過装置、５…水質管理槽、６…放流槽、７…フィルタープレス、９…液体濾過フィルターエレメント、１０…処理水導入口、１１…処理水排出口、１２…逆洗排出口、１３…エアー吹込み口、１４…容器、１５…圧力センサー、１６…電磁弁、１７…仕切板、１８…圧力スイッチ、２１…小突起、２２…コイル、２３…取付具、２４…芯金、２５…ナット、Ｇ…間隙
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種トンネル工事、地盤改良工事、地中連続壁造成工事などの工事において、掘削時に発生する濁水を高い濾過精度で高効率に処理するための濁水処理システム及びその処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
山岳トンネル又はシールドトンネルなどの各種トンネル工事、地盤改良工事、地中連続壁造成工事などの工事においては、含水比の高い濁水が大量に発生する。この濁水の処理は、工事種別や施工条件、周囲の環境条件等に応じて適切な処理設備が選択される。濁水処理システムの一例を図１４に示す。
【０００３】
図１４に示される例は、各種工事現場からの原水（濁水）が先ず原水槽５０に貯留される。前記原水のＳＳ（浮遊物質量）は概ね500〜3000mg/lである。そして、所定量の原水が凝集沈降分離装置５１（所謂、シックナ）に移送され、ここで、無機凝集剤と高分子凝集剤とが添加されるとともに、中和処理のために炭酸ガスが投入される。前記凝集処理によって濁水中に浮遊する多くの微細粒子群がフロックとなって沈降分離される。この凝集沈降分離工程によって、原水のＳＳは、概ね10〜25mg/lまで低減される。前記沈殿したフロックはフィルタープレス５５などの脱水装置によって脱水処理される。
【０００４】
前記無機凝集剤（例えば、ＰＡＣ又は硫酸バンド等）は、排泥水中の浮遊物質が帯びている電荷（一般には負に帯電）に反対の電荷を与えて電気的に中性とし、粒子間相互の反発を無くして凝集させるものであり、前記高分子凝集剤（ポリアクリル酸ナトリウム、ポリアクリルアミド陰イオン変性物、ポリアクリルアミド、デンプン等）は水中に懸濁しているコロイドや微粒子の表面電荷を中和して粒子を凝集させ、吸着架橋作用により大きなフロックを形成するためのものである。これらの凝集剤は単独で使用されることもあるが、凝集沈降効果を上げるために、併用されることが多い。
【０００５】
次いで、前記凝集沈殿処理によって大幅にＳＳが低減された濁水は、次の砂濾過装置５２に投入され、ここで概ね浮遊物質量ＳＳを５mg/l以下まで低下させた後、水質管理槽５３に移送され、ここで有害物質の混入量が各種基準内にあるかどうかを検査した後、放流槽５４に移され、最終的に放流処理される。前記無機凝集剤と高分子凝集剤とを併用し、かつ砂濾過装置５２を用いる濁水処理装置としては、例えば下記特許文献１，２等を挙げることができる。
【特許文献１】特開平１１−２１６４９４号公報
【特許文献２】特開２００２−８６１９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記砂濾過装置５２を用いた濁水処理装置の場合は、前段の凝集沈降分離装置５１での凝集沈殿が不十分であると、砂濾過装置５２でＳＳ；５mg/l以下の濾水を得ることが困難になるため、濁水処理が不安定となる問題があった。
【０００７】
また、砂濾過装置５２の逆洗に大量の水を必要とするため、大きな清水タンクを設置する必要があるとともに、逆洗に時間が掛かり処理効率が向上しないなどの問題もあった。
【０００８】
更に、前処理となる凝集沈降分離装置５１において、凝集沈殿を促進するため、無機凝集剤と高分子凝集剤とを併用しているが、高分子凝集剤は環境衛生上問題となるなどの問題もあった。
【０００９】
そこで本発明の主たる課題は、安定的にＳＳ：５mg/l以下の濾水を得ることができるようにするとともに、逆洗のために多くの清水を必要としない、高分子凝集剤を使用することなく無機凝集剤のみで十分な濾過が可能であるなどの利点を有する濁水処理システムを提供することにある。
【００１０】
第２の課題は、特定の濁水濾過工程を採用することによって濁水処理の大幅な効率化を実現し得る濁水処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を解決するために請求項１に係る本発明として、濁水が貯留される原水タンクと、濁水を凝集沈殿させる凝集沈降分離装置と、凝集沈降後の濁水を濾過する濾過装置とを含む濁水処理システムにおいて、
前記濾過装置として、コイル状に巻回された筒状体又は多数の輪状片が重ね合わされた筒状体を構成するコイル又は輪状片の隣接輪相互間に間隙が形成され、この間隙部に濾過助剤を付着させてなる１又は複数の液体濾過フィルターエレメントを備え、処理水の導入口、排出口及び導入口と排出口との間を仕切る仕切材を有する容器の中に、前記液体濾過フィルターエレメントの一端を仕切板に固定させて複数格納するとともに、逆洗用エア又は逆洗水を供給して逆洗可能としてある濾過装置を用いたことを特徴とする濁水処理システムが提供される。
【００１２】
上記請求項１記載の発明は、濁水処理システムの濾過装置として、コイル状に巻回された筒状体又は多数の輪状片が重ね合わされた筒状体を構成するコイル又は輪状片の隣接輪相互間に間隙が形成され、この間隙部に濾過助剤を付着させてなる１又は複数の液体濾過フィルターエレメントを備え、処理水の導入口、排出口及び導入口と排出口との間を仕切る仕切材を有する容器の中に、前記液体濾過フィルターエレメントの一端を仕切板に固定させて複数格納するとともに、逆洗用エア又は逆洗水を供給して逆洗可能としてある濾過装置を用いたものである。
【００１３】
上記濾過装置自体は、公知のものであり、本出願人の１人が先の特開２００６−２７２２５１号公報において提案したものである。この濾過装置の濾過性能は非常に高く、凝集沈降分離装置における凝集沈殿に多少のバラツキがあったとしても、安定的にＳＳ：５mg/l以下の濾水を得ることができるようになる。また、逆洗用としてエアを用いる場合は洗浄水は不要であるとともに、逆洗水を用いる場合であっても少量の水で済むようになる。さらに、凝集沈降分離装置での凝集沈殿程度が多少悪くても安定的にＳＳ：５mg/l以下の濾水を得ることができるため、前記凝集沈降分離装置で使用する凝集剤は無機凝集剤のみで済むようになり、環境負荷の低減を図ることが可能となる。
【００１４】
請求項２に係る本発明として、前記濾過装置を２つ並設し、これら濾過装置を交互に使用することにより、濾過工程を連続的に行うようにしてある請求項１記載の濁水処理システムが提供される。
【００１５】
上記請求項２記載の発明は、仮に単一の濾過装置により前記濾過助剤の付着工程、濁水を供給して濾過を行う濾過工程、濾過助剤を脱着する逆洗工程のサイクル工程を行う場合には、前記付着工程及び逆洗工程の時間は濾過を行わない無駄時間となるため、濾過装置を２つ並設し、これら濾過装置を交互に使用することにより、濾過工程を連続的に行うようにしたものである。
【００１６】
請求項３に係る本発明として、濾過助剤タンクを備え、前記濾過装置へ濾過助剤を供給する供給路及び濾過装置から濾過助剤を返送する返送路を形成し、前記濾過助剤を繰り返し使用可能としてある請求項１，２いずれかに記載の濁水処理システムが提供される。
【００１７】
上記請求項３記載の発明は、従来の濾過装置では、濾過助剤は１回の使用で廃棄処理されていたが、本発明では、濾過助剤タンクを備え、前記濾過装置へ濾過助剤を供給する供給路及び濾過装置から濾過助剤を返送する返送路を形成し、前記濾過助剤を繰り返し使用可能としたものである。これにより、濾過助剤のコスト低減を図り得るようになる。
【００１８】
請求項４に係る本発明として、請求項１〜３いずれかに記載の濁水処理システムにおける濾過装置の処理手順は、前記濾過助剤の付着架橋工程、濁水を供給して濾過を行う濾過工程、濾過助剤を脱着する逆洗工程のサイクル工程とするとともに、前記濾過工程時間を３〜４０分に設定することを特徴とする濁水処理システムにおける処理方法が提供される。
【００１９】
上記請求項４記載の発明は、濁水処理システムにおける濾過装置の処理手順は、前記濾過助剤の付着工程、濁水を供給して濾過を行う濾過工程、濾過助剤を脱着する逆洗工程のサイクル工程とするとともに、前記濾過工程時間を３〜４０分に設定するものである。前記濾過工程時間は好ましくは５〜２０分に設定するのがより望ましい。
【００２０】
後述の実験例で示すように、時間当たりの処理量は濾過工程時間を長くした連続運転とするよりは、むしろ濾過工程時間を比較的に短い所定時間に設定して、濾過助剤の付着工程、濁水の濾過工程、濾過助剤を脱着する逆洗工程のサイクル工程とした方が単位時間当たりの処理量が大幅に向上するとの知見に基づくものである。
【００２１】
請求項５に係る本発明として、前記濾過助剤の繰り返し使用回数を６〜８回に設定してある請求項３，４いずれかに記載の濁水処理システムにおける処理方法が提供される。
【００２２】
上記請求項５記載の発明は、前記濾過助剤の繰り返し使用回数を６〜８回に設定したものである。後述の実験例に示されるように、８回の使用程度までは十分な処理量を確保できるとの知見に基づくものである。
【発明の効果】
【００２３】
以上詳説のとおり本発明によれば、安定的にＳＳ：５mg/l以下の濾水を得ることができるようになるとともに、逆洗のために多くの清水を必要としない、高分子凝集剤を使用することなく無機凝集剤のみで十分な濾過が可能であるなどの利点を有する濁水処理システムとすることが可能となる。
【００２４】
また、特定の濁水濾過工程の採用によって濁水処理の大幅な効率化を実現し得るようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳述する。
【００２６】
図１は本発明に係る濁水処理システム１の処理フローを示すブロック図であり、図２は本濁水処理システム１で使用する濾過装置４の一部破断正面図、図３はその構成図、図４は液体濾過フィルターエレメント９の縦断面図、図５は液体濾過フィルターエレメント９における処理手順図である。
【００２７】
本濁水処理システム１は、図１に示されるように、濁水が貯留される原水タンク２と、濁水を凝集沈殿させる凝集沈降分離装置３と、凝集沈降後の濁水を濾過する濾過装置４とを含む濁水処理システムにおいて、前記濾過装置４として、コイル状に巻回された筒状体又は多数の輪状片が重ね合わされた筒状体を構成するコイル又は輪状片の隣接輪相互間に間隙が形成され、この間隙部に濾過助剤を付着させてなる１又は複数の液体濾過フィルターエレメントを備え、処理水の導入口、排出口及び導入口と排出口との間を仕切る仕切材を有する容器の中に、前記液体濾過フィルターエレメントの一端を仕切板に固定させて複数格納するとともに、逆洗用エア又は逆洗水を供給して逆洗可能としてある濾過装置を用いたものである。
【００２８】
以下、更に具体的に詳述する。
【００２９】
山岳トンネル又はシールドトンネルなどの各種トンネル工事、地盤改良工事、地中連続壁造成工事などの工事において発生した濁水は、まず原水槽２に貯留される。この濁水のＳＳ（浮遊物質量）は、図示例では500〜3000mg/lである。このＳＳ濃度は工事種毎に異なるが、一般の山岳トンネルでは、通常200〜10000mg/lの範囲であり、その平均は概ね1500〜3000mg/lの範囲である。
【００３０】
前記原水槽２に貯留された濁水は、所定量づつ凝集沈降分離装置３に送られる。この凝集沈降分離装置３では、ＰＡＣ（ポリ塩化アルミニウム）などの無機凝集剤が添加されるとともに、中和処理のために炭酸ガスが投入される。凝集沈降分離装置３では、無機凝集剤によって浮遊ＳＳが凝集し沈降分離される。凝集によって沈降したフロックは、フィルタープレス７（脱水装置）に送られ、ここで脱水処理され、得られたケーキが廃棄処理される。なお、前記脱水装置としては、前記フィルタープレス７以外に、例えばロールプレス、ドラムプレス、ベルトフィルターなどの各種脱水装置を使用することができる。前記炭酸ガスは、所謂前中和処理であり、濁水を中和処理するとともに、セメントを含んだスラッジの固結を防止することができる。
【００３１】
前記凝集沈降処理によって原水は、概ねＳＳ濃度が５０mg/l以下に低減されており、次に濾過装置４に送られる。
【００３２】
前記濾過装置４として、本発明では特に、コイル状に巻回された筒状体又は多数の輪状片が重ね合わされた筒状体を構成するコイル又は輪状片の隣接輪相互間に間隙が形成され、この間隙部に濾過助剤が付着架橋してなる１又は複数の液体濾過フィルターエレメント９、９…を備え、処理水の導入口、排出口及び導入口と排出口との間を仕切る仕切材を有する容器の中に、前記液体濾過フィルターエレメントの一端を仕切板に固定させて複数格納するとともに、逆洗用エア又は逆洗水を供給して逆洗可能としてある濾過装置を用いるものである。
【００３３】
この濾過装置４は、特開2006-272251号公報にて提案された濾過装置である。詳細な説明は同公報に譲るとして、その概略を以下に説明する。
【００３４】
濾過装置４は、図２及び図３に示されるように、処理水の導入口１０、処理水の排出口１１、逆洗排出口１２及びエアー吹込み口１３を備えた容器１４中に複数の液体濾過フィルターエレメント９，９…の一端が仕切板１７に固定された状態で格納されたもので、前記容器１４の導入口１０側に設けられた圧力センサー１５と、排出口１１、逆洗排出口１２及びエアー吹込み口１３に夫々取り付けられ、圧力スイッチ１８に連動して開閉する電磁弁１６，１６…とを備えるものである。
【００３５】
前記液体濾過フィルターエレメント９について簡単に説明すると、図４に示すように、小突起２１を有する線材同士が密着するように巻回し、このコイル２２の両端に取付具２３を備え、中心にコイルの全長よりもやや長い芯金２４を入れて両端をナット２５，２５で固定することによって、隣接輪相互間に小突起２１による微少な間隙Ｇを生じるのでこれを濾液通路とし、このフィルターエレメント９の周囲に濾過助剤を付着させて濾過しようとする液体を通過させるように構成されている。濾液は、導入口１０から流入すると、フィルターエレメント９の外側から濾過助剤の層を通り、エレメント９の間隙部Ｇからエレメント９の内側に入り、エレメント９と芯金２４の間を通り、エレメント９の取付具２３の開口部から容器１４中の仕切板１７の上部にある排出口１１側に流出する。容器１４の内側は仕切板１７によって仕切られているので、処理水と処理済み水は完全に分離される。また、前記コイル２２に代えて、多数の輪状片が重ね合わされた筒状体からなるフィルターエレメントとすることも可能である。このエレメントは、前記コイルに代えて多数の輪状片が重ね合わされた筒状体としたものであって、その他の構成はコイルのものとほぼ同様である。
【００３６】
前記濾過助剤としては、ケイ藻土及び添加物として、パルプ、活性炭、花崗岩、セラミック、各種樹脂、ガラス、金属、金属酸化物類等の微粒物や粉状物が濾過する液体乃至濾過する目的に応じて用いられる。前記濾過助剤としては、ケイ藻土以外に、炭素系、セルロース系、パーライト系等の平均粒径が８〜２４μｍの多孔質粒子を使用することも可能である。
【００３７】
前記濾過助剤をコイル２２の外面に付着させるには、別途設けた濾過助剤タンクから導入口１０を通じて容器１４内に供給することにより、微小間隙Ｇ部に最初は相対的に大径のケイ藻土微粒子が保持され、次いで保持された大径のケイ藻土微粒子間に徐々に小径のケイ藻土微粒子が保持されていく。その結果、微小間隙Ｇには、極めて微細な間隙（例えば、0.5〜数μｍオーダー）を有する多孔質の濾過助剤微粒子群が保持されることとなる。この場合、濾過助剤タンクから前記濾過装置４へ濾過助剤を供給する供給路及び濾過装置４から濾過助剤を返送する返送路を形成し、前記濾過助剤を繰り返し使用可能とするのが望ましい。繰り返し使用回数は、後述する実験例により、６〜８回とするのが望ましい。
【００３８】
前記濾過装置４では、図５に示されるように、(A)逆洗浄によりフィルター再生状態から、(B)前記濾過助剤の付着工程(以下、この工程をプリコートともいう。)、(C)濁水を供給して濾過を行う濾過工程、(D)濾過助剤を脱着する逆洗工程のサイクル工程となる。前記(B)付着工程では、ケイ藻土を供給してコイル２２の外面に付着させ、前記(C)濾過工程では、導入口１０から処理水を送り濾過を行い、(D)濾過助剤の脱着工程では、エアー吹込み口１３からエアーを供給してコイル外面に付着している濾過助剤を脱着する。
【００３９】
さらに前記濾過処理及び逆洗処理の動作について説明すると、前記濾過装置４が濾過処理中においては、圧力センサー１５が感知する圧力は、圧力スイッチ１８の設定圧よりも低レベルにあり、逆洗排出口１２及びエアー吹込み口１３の各電磁弁１６，１６は閉じており、処理水排出口１１の電磁弁１６は開いている。導入口１０には逆止弁１９が取り付けられていて、処理水が流入するときのみ逆止弁１９が開くので、容器１４の内部から凝集沈降分離装置３側に処理水が逆流することはない。濾過処理が進行してフィルターエレメント９が目詰まり状態になり、圧力センサー１５の検出値が導入口１０側の圧力が圧力スイッチ１８の設定圧に達すると、圧力スイッチ１８の電気信号によって排出口１１の電磁弁１６が閉じて逆洗排出口１２及びエアー吹き込み口１３の各電磁弁１６，１６のソレノイドを動かして弁を開くとともに逆洗が開始される。
【００４０】
即ち、エアー吹き込み口１３から吹き込まれた高圧エアーがフィルターエレメント９の上方からフィルターエレメント９の内部に導かれ、フィルターエレメント９を内側から僅かに拡張させるので、フィルターエレメント９の筒状体を構成するコイル又は輪状片の隣接輪相互間の間隙が２〜１０ミクロン程度広がり、間隙部に付着していた濾過助剤がエアーの勢いによって紛状になって除去される。エアーが混在した逆洗排水は逆洗排出口１２から容器１４の外部に排出される。一定時間逆洗が行われた後、タイムスイッチにより各電磁弁１６が元の状態に復帰して逆洗が終了し、再び濾過処理が開始される。このように圧力センサー１５が導入口１０側の圧力を感知し、圧力スイッチ１８によって各電磁弁１６が開閉して自動的に逆洗が行われるので連続運転が可能となる。なお、検知圧力は排出口側の圧力を測定するようにしてもよい。
【００４１】
前記逆洗のタイミングを圧力センサー１５に連動して行うのに代えて、濾過装置４による濾過処理時間を測定するタイマーに連動するように設定してもよい。この場合は、濾過工程時間を後述する実験例に示すように、３〜４０分、好ましくは５〜２０分に設定するのが望ましい。
〔濁水処理システム１のシステム構成形態例〕
次に、前記濁水処理システム１のシステム構成例を図６〜図８に示す。図６は、プリコート工程時における状態を示し、図７は濾過工程時における状態を示し、図８は濾過助剤の脱着工程時の状態を示してある。
【００４２】
システム構成は、濾過助剤補給タンク３０、一次プリコートタンク３１，二次プリコートタンク３２と、凝集沈降分離装置３からの濁水処理水槽３３（シックナー処理水槽）とを備えるとともに、２つの濾過装置４Ａ、４Ｂを備え、更に濾過装置４Ａ、４Ｂに逆洗用エアを供給するコンプレッサー３６と、濾過装置４Ａ、４Ｂによる濾水処理水槽３４と、濾過助剤の廃棄用タンク３５とを備え、これら各タンク、装置間が管路によって結ばれている。
【００４３】
先ず、前記濾過助剤補給タンク３０は、ケイ藻土などを主剤とする濾過助剤が投入されるタンクであり、前記一次プリコートタンク３１は、前記濾過助剤補給タンク３０から濾過助剤が輸送され、処理開始時又は濾過助剤の廃棄後に使用する新たな濾過助剤を調整し、フィルターエレメント９に供給する際に使用され、前記二次プリコートタンク３２は、濾過助剤を繰り返し使用する際に、濾過装置４Ａ、４Ｂとの間で、濾過助剤の供給と返送とを行うためのものである。
【００４４】
図６に示されるプリコート工程時には、前記一次プリコートタンク３１に貯留されている濾過助剤が、太線で示された管路を通り、導入口１０側から濾過装置４Ａ、４Ｂに供給され、濾過助剤がフィルターエレメント９のコイル２２の外面に付着される。液体分については、一次プリコートタンク３１まで返送される。
【００４５】
次いで、濾過工程では、図７に示されるように、濁水処理水槽３３に貯留されている処理水が、太線で示された管路を通り、導入口１０側から濾過装置４Ａ、４Ｂに供給され、処理水の濾過が行われる。濾過後の処理水は、流量計にて流量が管理されるとともに、処理水槽３４に投入される。この濾過工程では、濾過装置４Ａ、４Ｂが交互に使用されることにより連続処理を可能としている。使用されていない濾過装置４Ａ（４Ｂ）では、プリコート工程又は濾過助剤の脱着工程が行われる。
【００４６】
図８に示される濾過助剤の脱着工程では、コンプレッサー３６から太線で示された管路を通り、エア吹込み口１３から濾過装置４Ａ、４Ｂに逆洗用エアが送られ、付着していた濾過助剤の脱着が行われる。脱着された濾過助剤は、導入口１０を通り、二次プリコートタンク３２に送られる。脱着後に、再び濾過助剤をフィルターエレメント９に付着させるには、二次プリコートタンク３２から濾過装置４Ａ（４Ｂ）まで供給される。濾過助剤を複数回、本発明に従って６〜８回繰り返し使用したならば、コンプレッサー３６から送られたエアによって脱着が行われ、逆洗排出口１２を通り、エア吹込み口１３から濾過装置４Ａ、４Ｂに逆洗用エアが送られ、濾過助剤が廃棄用タンク３５に送られる。
【実施例】
【００４７】
本発明に係る濁水処理システム１において、より効率的な濁水処理を実現するために各種の実験を行った。
【００４８】
１．SSとフィルター能力の関係
(1)ろ過時間と累積処理量の関係
投入水のSSを300、200、100、50、25mg/l毎にろ過時間と累積処理量を求めた。結果は、図９に示すとおりである。
【００４９】
SSが高くなるほど、累積処理量が減少している。また、ある一定時間経過すると、勾配が緩やかとなり累積処理量の増加度合が鈍る傾向を示す（SS：25mg/lは15分経過時、SS:50mg/lは12分経過時、SS:100mg/lは9分経過時、SS:200mg/lは6分経過時、SS:300mg/lは3分経過時）。これは、ある一定の目詰まりを超えれば、目詰まりが急激に進み、SSが高い程、一定の目詰まり状態に早く到達するからと思われる。
【００５０】
(2)ろ過時間と１時間当り処理量の関係
上記(1)より、ある一定時間経過後、処理量の急激な低下が見られる。目詰まりの進行したケイ藻土（濾過助剤）を継続して使用するより、新たな珪藻土でろ過した方が、時間当たりの処理量は増えるのではないかとの視点に立ち、このことを確認するために図９の結果を以下のように整理し直した。
【００５１】
１時間当り処理量＝累積処理量×60/(ろ過時間+7) ここで、数字の「７」は、目詰まりしたケイ藻土を除き、新たなケイ藻土をプリコートするまでの時間である。
【００５２】
たとえば、ろ過時間が15分で処理量が724lの場合、1時間当り処理量は、724×60/(15+7)で1975(l)となる。このようにして、整理したものが、図１０である。図を見れば、最大値となる濾過時間は、SS:25mg/lで15分、SS:50mg/l及び100mg/lで12分、SS:200及び300mg/lで9分である。長時間、連続的にろ過するよりも、短時間でケイ藻土をリセットし直したほうが、時間当りの処理量は増加することが確認された。
【００５３】
以上より、濾過時間を、３〜４０分、好ましくは５〜２０分に設定し、濾過助剤の付着架橋工程、濁水を供給して濾過を行う濾過工程、濾過助剤を脱着する逆洗工程を繰り返し行うことが、単に連続的に処理するよりは遙かに効率が良いことが知見された。
【００５４】
(3)フィルター本数とSSの関係
上記(2)より、濾過時間を15分とした場合の各SSの1時間当り処理量は、SS:25mg/lで1975(l)/hr、SS:50mg/lで1412(l)/hr 、SS:100mg/lで1239(l)/hr 、SS:200mg/lで896(l)/hr 、SS:300mg/lで687(l)/hr である。
【００５５】
これらを基に、SS:30ｍ3/hr処理するのに必要なフィルター本数を求めた。SS:25 mg/lで365本、SS:50mg/lで510本、SS:100mg/lで581本、SS:200mg/lで804本、SS:300mg/lで1048本である。この関係を図１１に示した。これらの５点から、（フィルター本数）＝2.3354×（SS）+346.3の近似式が得られた。
【００５６】
(4)ろ過時間と処理水SSの関係
投入水のSS毎に処理水のSSをまとめたのが図１２である。SS:300mg/l以外は、濾過直後、SS:1.0〜1.6mg/l程度であるが、時間とともに下がり、５分後には、SS:1.0mg/l以下となる。10分以降、SS:0.6mg/l以下を維持する。SS:300mg/lにおいては、直後から、SS:0.5mg/l以下を維持できる。これは、投入水のSS分が、初期の段階で目詰まりを起こし、ろ過精度を上げているものと考える。
【００５７】
(5)ケイ藻土の再利用回数
ケイ藻土の再利用の可能性を検討するために、15分間濾過した後に、逆洗し集め、再度このケイ藻土を再利用し、濾過を行ってみた。（逆洗時のSS分も全て回収し、プリコートした。）投入水のSSは、100mg/l、25mg/lとした。結果は、図１３に示すとおりである。
【００５８】
SS:25mg/lにおいては、2回目は、2100(l)/hrから1500(l)/hrに下がるが、その後、回数を増やしても、1600(l)/hr前後を維持する。SS:100mg/lにおいては、8回目までは、1回目と同程度を維持するが、9回目以降、徐々に低下する。
【００５９】
以上より、SS:100mg/l以下の投入水においては、６〜８回程度の再利用が可能と考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明に係る濁水処理システム１の処理フローを示すブロック図である。
【図２】本濁水処理システム１で使用する濾過装置４の一部破断正面図である。
【図３】濾過装置４の構成図である。
【図４】液体濾過フィルターエレメント９の縦断面図である。
【図５】液体濾過フィルターエレメント９における処理手順図である。
【図６】濁水処理システム１のシステムの構成形態例及びプリコート工程を示す図である。
【図７】濁水処理システム１のシステムの構成形態例における濾過工程を示す図である。
【図８】濁水処理システム１のシステムの構成形態例における濾過助剤の脱着工程を示す図である。
【図９】実施例における「(1)ろ過時間と累積処理量の関係」を示すグラフである。
【図１０】実施例における「(2)ろ過時間と１時間当り処理量の関係」を示すグラフである。
【図１１】実施例における「(3)フィルター本数とSSの関係」を示すグラフである。
【図１２】実施例における「(4)ろ過時間と処理水SSの関係」を示すグラフである。
【図１３】実施例における「(5)ケイ藻土の再利用回数」を示すグラフである。
【図１４】従来の濁水処理システム１の処理フローを示すブロック図である。
【符号の説明】
【００６１】
１…濁水処理システム、２…原水槽、３…凝集沈降分離装置、４…濾過装置、５…水質管理槽、６…放流槽、７…フィルタープレス、９…液体濾過フィルターエレメント、１０…処理水導入口、１１…処理水排出口、１２…逆洗排出口、１３…エアー吹込み口、１４…容器、１５…圧力センサー、１６…電磁弁、１７…仕切板、１８…圧力スイッチ、２１…小突起、２２…コイル、２３…取付具、２４…芯金、２５…ナット、Ｇ…間隙
【特許請求の範囲】
【請求項１】
濁水が貯留される原水タンクと、濁水を凝集沈殿させる凝集沈降分離装置と、凝集沈降後の濁水を濾過する濾過装置とを含む濁水処理システムにおいて、
前記濾過装置として、コイル状に巻回された筒状体又は多数の輪状片が重ね合わされた筒状体を構成するコイル又は輪状片の隣接輪相互間に間隙が形成され、この間隙部に濾過助剤を付着させてなる１又は複数の液体濾過フィルターエレメントを備え、処理水の導入口、排出口及び導入口と排出口との間を仕切る仕切材を有する容器の中に、前記液体濾過フィルターエレメントの一端を仕切板に固定させて複数格納するとともに、逆洗用エア又は逆洗水を供給して逆洗可能としてある濾過装置を用いたことを特徴とする濁水処理システム。
【請求項２】
前記濾過装置を２つ並設し、これら濾過装置を交互に使用することにより、濾過工程を連続的に行うようにしてある請求項１記載の濁水処理システム。
【請求項３】
濾過助剤タンクを備え、前記濾過装置へ濾過助剤を供給する供給路及び濾過装置から濾過助剤を返送する返送路を形成し、前記濾過助剤を繰り返し使用可能としてある請求項１，２いずれかに記載の濁水処理システム。
【請求項４】
請求項１〜３いずれかに記載の濁水処理システムにおける濾過装置の処理手順は、前記濾過助剤の付着工程、濁水を供給して濾過を行う濾過工程、濾過助剤を脱着する逆洗工程のサイクル工程とするとともに、前記濾過工程時間を３〜４０分に設定することを特徴とする濁水処理システムにおける処理方法。
【請求項５】
前記濾過助剤の繰り返し使用回数を６〜８回に設定してある請求項３，４いずれかに記載の濁水処理システムにおける処理方法。
【請求項１】
濁水が貯留される原水タンクと、濁水を凝集沈殿させる凝集沈降分離装置と、凝集沈降後の濁水を濾過する濾過装置とを含む濁水処理システムにおいて、
前記濾過装置として、コイル状に巻回された筒状体又は多数の輪状片が重ね合わされた筒状体を構成するコイル又は輪状片の隣接輪相互間に間隙が形成され、この間隙部に濾過助剤を付着させてなる１又は複数の液体濾過フィルターエレメントを備え、処理水の導入口、排出口及び導入口と排出口との間を仕切る仕切材を有する容器の中に、前記液体濾過フィルターエレメントの一端を仕切板に固定させて複数格納するとともに、逆洗用エア又は逆洗水を供給して逆洗可能としてある濾過装置を用いたことを特徴とする濁水処理システム。
【請求項２】
前記濾過装置を２つ並設し、これら濾過装置を交互に使用することにより、濾過工程を連続的に行うようにしてある請求項１記載の濁水処理システム。
【請求項３】
濾過助剤タンクを備え、前記濾過装置へ濾過助剤を供給する供給路及び濾過装置から濾過助剤を返送する返送路を形成し、前記濾過助剤を繰り返し使用可能としてある請求項１，２いずれかに記載の濁水処理システム。
【請求項４】
請求項１〜３いずれかに記載の濁水処理システムにおける濾過装置の処理手順は、前記濾過助剤の付着工程、濁水を供給して濾過を行う濾過工程、濾過助剤を脱着する逆洗工程のサイクル工程とするとともに、前記濾過工程時間を３〜４０分に設定することを特徴とする濁水処理システムにおける処理方法。
【請求項５】
前記濾過助剤の繰り返し使用回数を６〜８回に設定してある請求項３，４いずれかに記載の濁水処理システムにおける処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１０−１１９９８２（Ｐ２０１０−１１９９８２Ａ）
【公開日】平成２２年６月３日（２０１０．６．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２９７７７９（Ｐ２００８−２９７７７９）
【出願日】平成２０年１１月２１日（２００８．１１．２１）
【出願人】（０００１６６４３２）戸田建設株式会社 (328)
【出願人】（５９６００２５４９）株式会社モノベエンジニアリング (7)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月３日（２０１０．６．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月２１日（２００８．１１．２１）
【出願人】（０００１６６４３２）戸田建設株式会社 (328)
【出願人】（５９６００２５４９）株式会社モノベエンジニアリング (7)
【Ｆターム（参考）】
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