JP2016172208A

JP2016172208A - 砂濾過装置の運転方法

Info

Publication number: JP2016172208A
Application number: JP2015052252A
Authority: JP
Inventors: 淳也石井; Junya Ishii; 朝田　裕之; Hiroyuki Asada; 裕之朝田
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 2015-03-16
Filing date: 2015-03-16
Publication date: 2016-09-29

Abstract

【課題】砂濾過時の差圧上昇を抑制し、長期にわたって、また、原水の変動があっても安定して濾過を継続できる砂濾過装置の運転方法を提供する。
【解決手段】原水を砂濾過装置で濾過する方法において、原水の水質及び／又は水量が変動する条件下で原水を砂濾過装置に供給し、吸引濾過する。砂濾過装置は開放型砂濾過装置である。濾過時の吸引差圧が０．０１〜５０ｋＰａの範囲である。原水の濁度が０．１〜２０ＮＴＵの範囲である。
【選択図】図１

Description

本発明は、原水を砂濾過する砂濾過装置の運転方法に関する。

上水、工業用水、井水等を処理して濁度分を除去するために、凝集沈殿濾過、凝集加圧浮上濾過、凝集濾過等が行われている。ここで濾過時には、砂濾過器が一般的に使用されている。砂濾過器は凝集フロック等が後段にリークしないようにするために使用されるものである。砂濾過器は上方から原水を供給し、下方から処理水を得るが、その際にはポンプ、水頭圧などの圧力を利用した加圧濾過や重力濾過が一般的である。

凝集したフロックが加圧状態で砂濾過器に供給される場合、フロックが砂濾過器の上流側で潰れてしまい、圧力変動が大きく、長期に安定して運転することが困難であった。さらには、ポンプでフロックが壊れることもある。また、短時間で差圧が上昇してしまうことから、処理水や空気を用いた逆洗を頻繁に行う必要があり、処理水量の低下や動力コストに問題があった。

砂濾過に供給される原水の水質や水量は一定ではなく、原水が過度に清澄であったり水量が大きい場合には、凝集不良となり砂濾過の負荷となってしまい、原水の濁度が多すぎると単純に濾過器への流入量が増えて洗浄頻度が高くなり、さらに、フロックが粗大化、脆くなったりするため、濾過上面で潰れるため差圧上昇が急激に行うこともあった。

特許文献１（特開２００１−２０５００５）には、上向流サンドフィルタにおいて、スクリュー筒の中心下部に洗浄排水用ストレーナー室及び洗浄排水汲み出し用のソケットを取り付け、このソケットから処理水を吸引により引き抜くことが記載されている。

しかし、スクリュー筒とストレーナを取り付けていることから、砂をスクリューで摩擦洗浄を行うことになり、砂やスクリューが摩耗してしまい、砂自体の形状が変形してしまうといったことが推定される。また、上向流方式で行うものであり、水質や水量の変動に対応することの記載はない。

また、特許文献２（特開２００８−２７２６７１）や特許文献３（特開２０１０−２０１３３５）には砂濾過時に吸引することもできる旨が記載されているが、具体的な処理条件等の開示はない。

特開２００１−２０５００５特開２００８−２７２６７１特開２０１０−２０１３３５

本発明は、砂濾過時の差圧上昇を抑制し、長期にわたって、また、原水の変動があっても安定して濾過を継続できる砂濾過装置の運転方法を提供することを目的とする。

本発明の砂濾過装置の運転方法は、原水を砂濾過装置で濾過する方法において、原水の水質及び／又は水量が変動する条件下で原水を砂濾過装置に供給し、吸引濾過することを特徴とするものである。

本発明の一態様では、砂濾過装置は開放型砂濾過装置である。

本発明の一態様では、濾過時の吸引差圧が０．０１〜５０ｋＰａの範囲である。

本発明の一態様では、砂濾過器に流入する原水の濁度が０．１〜２０ＮＴＵの範囲である。

本発明の一態様では、砂濾過装置が二層もしくは三層濾過器である。

本発明の一態様では、二層濾過器が上流側からアンスラサイトと砂と支持床とで構成されている。

本発明の一態様では、三層濾過器が上流側からアンスラサイトと砂とガーネットと支持床で構成されている。

本発明の一態様では、吸引濾過が、砂濾過装置の上方から原水を供給し、下方から処理水を吸引するものである。

本発明では、濾過器後段側から吸引する吸引濾過方式としているため、圧力式濾過と異なり、ポンプや濾過器上面でフロックが壊れたり、潰れることがない。そのため、濁質の捕捉量を多くすることができる。また、原水の水量や水質が変動する条件下であっても長期にわたって安定して運転を継続できる。

実施の形態に係る砂濾過装置の運転方法を示すフロー図である。試験装置を示すフロー図である。試験装置を示すフロー図である。試験装置を示すフロー図である。試験装置を示すフロー図である。試験結果を示すグラフである。試験結果を示すグラフである。

以下、本発明についてさらに詳細に説明する。本発明の砂濾過装置の運転方法は、原水の水質及び／又は水量が変動する条件下で原水を砂濾過装置に供給し、吸引濾過する。

図１は、この砂濾過方法が適用される砂濾過装置の概略図である。塔２内に濾材層３が構成されてなる開放型砂濾過器１に対し、原水が上方から供給される。

砂濾過器１の底部がポンプ４で吸引されることにより砂濾過が行われる。濾材層３は２層又は三層である。

［砂濾過器］
砂濾過器１の構造の好ましい形態は次の通りである。

濾材としては、アンスラサイト、砂、砂利、ガーネットなどを用いることができる。

濾材層が二層の場合、上部から順にアンスラサイト（好ましい層厚２０〜６０ｃｍ特に約４０ｃｍ）、砂（好ましい層厚２０〜４０ｃｍ特に約３０ｃｍ）、砂利（支持床：好ましい層厚３０〜７０ｃｍ特に約５０ｃｍ）とすることが好ましい。

アンスラサイトよりも細かい粒径の砂の層を上部に形成すると、濾過層の閉塞が早くおこり、濾過可能な体積を有効に使うことが出来ない。アンスラサイト、砂の順に濾材層を形成することにより、濁質の捕捉量を増大させることが出来る。

また、支持床として砂利層を最下部に設けることにより、砂やアンスラサイトが後段へリークすることが防止される。

濾材層が三層の場合、上部から順にアンスラサイト（好ましい層厚１０〜４０ｃｍ特に約３０ｃｍ）、砂（好ましい層厚１０〜３０ｃｍ特に約２０ｃｍ）、ガーネット小（好ましい層厚１０〜２０ｃｍ特に約１５ｃｍ）、ガーネット大（好ましい層厚０〜１０ｃｍ特に約５ｃｍ）、砂利（支持床：好ましい層厚３０〜７０ｃｍ特に約５０ｃｍ）とすることが好ましい。

二層の場合と同様に、濾材の粒径が大きい層ほど上部となるように濾材層を形成することにより、濾過体積を有効に使うことができる。

濾材の好ましい粒径は次の通りである。なお、この粒径はＪＩＳ篩によって測定した値である。

アンスラサイトは０．５〜２ｍｍが好ましい。アンスラサイトの粒径を小さくすることにより、細かい濁質分を表層で捕捉することが可能となるが、濾材間の空隙率が小さくなり、捕捉量は少なくなる。一方、粒径を大きくすると、空隙が多くなるため、捕捉可能な量は多くなるが、粒度の小さな成分は抑留されず、リークする可能性が高くなる。

砂は０．２〜０．８ｍｍが好ましい。砂の粒径を小さくすると、アンスラサイトから抜けてくる小さな粒子を表層でとどめることが出来る。しかし、目詰まりが早くなり、差圧上昇を迎える時期が早くなる。差圧上昇が早くなると、逆洗頻度が多くなり、運転コストが高くなる。一方、砂の粒径が大きいと差圧上昇を迎える時間を延長することが出来るが、粒径の大きな濁質分がリークする可能性が高くなる。

ガーネット小は０．１〜０．５ｍｍが好ましい。ガーネットの粒径の大小も砂と同様のメリット・デメリットがある。ガーネット大は１〜１．５ｍｍが好ましい。ガーネット大は、粒径の小さなガーネットが後段にリークしないようにするための支持床の役割を有する。

濾材の上方に高さ５０ｃｍ〜２００ｃｍのフリーボードＦを形成することが好ましい。フリーボードが短いと、塔２が短い分、材料費がかからず、製造コストダウンとなる。しかし、濾材層３に入るまでの原水の滞留時間が短くなり、十分な凝集反応が起きる前に原水が濾材層３に入り、濁質分がリークする恐れがある。フリーボードが長くなると、濾材層３に入るまでの時間が長くなり、十分な凝集反応時間が確保され、フロック強度が増す。しかし、塔２の材料費が高くなるというデメリットがある。

砂濾過器１への通水ＬＶは５〜２０ｍ／ｈ程度が好ましい。ＬＶが小さいと、流れこむ濁質分が少ないため、逆洗頻度は下がるが、装置の設置面積が大きくなる。ＬＶが大きい場合、濾過器の設置面積が小さくなり、省スペースとなる。しかし、濾過器に流れ込む濁質分が多くなるため、逆洗頻度が上昇する恐れがある。また、ＬＶが大きいと濾材間の抑留力が流れに負けてしまい、濁質分がリークする恐れがある。

塔１の塔径は０．５〜３ｍφ程度が好ましく、塔高さは１〜３ｍ程度が好ましい。塔径が小さい場合、壁効果により原水が短絡して流れてしまう恐れがあるが、設置面積が小さくなり、省スペースとなる。一方、塔径が大きくなると、壁効果の恐れがなくなるが、装置が大きくなり、製造コストや設置スペースの面でデメリットが生じる。

砂濾過器１は開放型が好ましい。濾過器上部が塞がれている密閉式の場合、濾過器上部まで負圧になる恐れがある。負圧になることで、濾過器内に気泡が生じる。生じた気泡が吸引しているポンプに送られると、キャビテーションが生じる可能性がある。また、濾材層内にも気泡が生じ、生じた気泡は濾材層内に抑留される。気泡部分には水が通らないため、濾過に有効な体積を十分に活かせないことになる。

濾過器の上部が大気開放されている場合、濾過器全体が負圧になることはなく、気泡の発生も抑えることができるため、濾過に有効な体積を十分に活かすことができる。

本発明では、上方から下方へ下降流通水し、かつ原水の水質及び／又は水量が変動する条件下で通水を行う。
つまり、ＬＶがある程度低下してきた際に、設定流量へ戻すように流量調整を行う。これに対し、ＬＶが一定となるように連続的に流量を調整する条件も検討した。
砂濾過器の吸引差圧は０．０１〜５０ｋＰａが好ましく、この範囲内でも低い差圧であることが好ましい。

［原水］
原水は濁度３００ＮＴＵ以下であることが好ましい。

原水濁度が高い場合は砂濾過器の出口の濁度も高くなる恐れがあり、砂濾過器にかかる負荷が大きくなり、逆洗頻度が上昇する。一方、原水濁度が低い場合は砂濾過器への負荷が減り、運転時間を延長することが可能となる。

原水を凝集処理した後、凝集処理水を砂濾過器１への給水とする場合、給水濁度は３０ＮＴＵ以下、特に０．１〜２０ＮＴＵであることが好ましい。上記と同様に流入濁度が変動するため、濾過器への負荷が変わる。好ましい凝集条件は次の通りである。

凝集剤添加量は２００ｍｇ／Ｌ以下、例えば１０〜２００ｍｇ／Ｌが好ましい。凝集剤添加量は原水水質に応じて変える必要があり、清澄な水のときは少量、高濁度または溶存有機物を多く含んだ水に対しては多量の添加が必要となる。凝集剤の種類はポリ塩化アルミニウム（以下、ＰＡＣ）、又はポリ塩化鉄が好ましい。

凝集剤添加後の撹拌時間は５〜２０分程度が好ましい。撹拌時間は水温により変動させることが好ましく、例えば、低水温時には撹拌時間を長くする。撹拌強度は５０〜２００［−］程度が好ましい。撹拌強度も水温や水質に応じて変動させることが好ましい。

［試験１（加圧式濾過）］
図２に示す加圧式砂濾過装置を用いて砂濾過試験を行った。

径φ５０ｍｍのアクリルカラム１２内にアンスラサイト層、砂層、及び砂利層をそれぞれ４００ｍｍ、３００ｍｍ、５０ｍｍの層高さで形成した。５Ｌの容量の凝集槽１０を設け、そこに水道水を供給し、カオリンを１０ｍｇ／Ｌ、ＰＡＣを１０ｍｇ／Ｌの濃度になるように添加した。凝集槽１０内を撹拌機９により６０ｒｐｍの回転速度で撹拌した。カラム１２の上部を密閉し、凝集槽１０の水を加圧給水ポンプ１１で、カラム１２に加圧供給した。

処理水の流量は、経時的に徐々に低下するので、１ｈに１回の割合で３９０ｍＬ／ｍｉｎ（ＬＶ１２ｍ／ｈ）となるように濾過器出口のバルブ１３を調整した。試験は処理水の濁度が変動するまで継続した。破過曲線を図６に示す。なお、流量変動があるため、通水時間はＬＶを１２ｍ／ｈで流した場合に補正している。

［試験２（密閉型吸引濾過）］
図３の通り、カラム１２の出口側に吸引ポンプ１５を設置し、加圧給水ポンプ１１を省略したこと以外は試験１と同一構成の砂濾過層を構成し、試験１と同一条件にて砂濾過を行った。破過曲線を図６に示す。

［試験３（開放型吸引濾過）］
図４の通り、カラム１２の上部を大気開放し、凝集層１０内の液を電磁弁１６を介して重力にてカラム１２に供給するようにした。また、カラム１２の出口側に吸引ポンプ１５を設置し、ポンプ１１を省略した。カラム１２内の水位が濾材上面から２１０ｍｍの高さまで低下したときに、電磁弁１６を開き、カラム１２の水位が濾材上面から２２３ｍｍの高さまで上昇したときに電磁弁１６を閉じるようにした。これ以外は試験１と同一構成の砂濾過層を構成し、試験１と同一条件にて砂濾過を行った。破過曲線を図６に示す。

［試験４（重力式濾過）］
図５の通り、図４において吸引ポンプ１５を省略した構成とした。これ以外は試験１と同一構成の砂濾過層を構成し、試験１と同一条件にて砂濾過を行った。破過曲線を図６に示す。

図６より、他の濾過方式と比較して、開放型濾過器（試験３）が最も長い通水時間となっていることが認められる。

［試験５（開放型吸引濾過で定量濾過）］
試験３と同じ構成の開放型吸引濾過装置を用い、濾過器出口のポンプをインバータにより常に一定流量で流れるようにして運転し、試験を行った。

結果を図７に示す。図７の通り、この試験５では、２０時間程度で破過しており、加圧式濾過（試験１）、密閉型吸引濾過（試験２）、重力式濾過（試験４）の３方式と同等もしくはそれ以下の通水時間となった。

１砂濾過器
２塔
３濾材層
１２カラム
１５吸引ポンプ
１６電磁弁

Claims

原水を砂濾過装置で濾過する方法において、原水の水質及び／又は水量が変動する条件下で原水を砂濾過装置に供給し、吸引濾過することを特徴とする砂濾過装置の運転方法。
前記砂濾過装置は開放型砂濾過装置であることを特徴とする請求項１に記載の砂濾過装置の運転方法。
濾過時の吸引差圧が０．０１〜５０ｋＰａの範囲であることを特徴とする請求項１又は２に記載の砂濾過装置の運転方法。
砂濾過器に流入する原水の濁度が０．１〜２０ＮＴＵの範囲であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の砂濾過装置の運転方法。
砂濾過装置が二層もしくは三層濾過器であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の砂濾過装置の運転方法。
二層濾過器が上流側からアンスラサイトと砂と支持床とで構成されていることを特徴とする請求項５に記載の砂濾過装置の運転方法。
三層濾過器が上流側からアンスラサイトと砂とガーネットと支持床で構成されていることを特徴とする請求項５に記載の砂濾過装置の運転方法。
吸引濾過が、砂濾過装置の上方から原水を供給し、下方から処理水を吸引するものであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の砂濾過装置の運転方法。