JPS5940488B2 - 水処理用ろ材及びろ過方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は優れたろ過性能を有する水処理用ろ材及びそれ
を用いたろ過方式に関する。

一般に、下水等の有機物含有廃水の廃水処理は、ＢＯＤ
の対象である有機物質、窒素化合物等を除去するために
、活性汚泥法等の生物処理法を施し、次にこの処理水を
沈殿池、浮上槽等により沈殿物を分離した後、砂ろ過性
により微細な生物片等の懸濁物（Ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ
Ｓｏｌ ｉｄ１以下ｓｓと略す。

）をろ去してＳＳ濃度を５〜３０００ｐＩ）ｍ程度に浄
化する方法が採られている。

また、処理水を種々の目的に再利用するためＳＳ濃度を
１ｐｐＩ［１以下にしたい場合には、砂ろ過層に凝集剤
を添加して微細なＳＳを凝集させ大粒化してから砂ろ過
に供する等の方法が採られている。

上記の如き水処理における砂ろ過の機構は、水に浮遊す
るＳＳを篩で掬い上げて取り除く方法と同様である。

即ち、砂層の間隙にＳＳを捕捉せしめて、水のみを通過
させる仕組である。

砂ろ過において砂の粒径は、篩目に相当し、処理水中の
ＳＳをより多く捕捉するためには、より細かな砂を用い
ることが必要となる。

しかしながら、砂がより細かくなるにつれてＳＳの捕捉
性能が高められる反面、ろ過抵抗の増大及びろ過速度の
低下がもたらされるだけでなく、ろ過層の間隙径が狭く
なるため、ＳＳによるろ過層の目詰りが早くなり、洗浄
までのろ遅時間（ろ過サイクル）が短くなるという大き
な欠点が生じる。

従来、上記欠点を改善するため、粒径の粗い砂と細かい
沙を併用し、粒径の粗い砂を流水入口側に配夕１ルて、
大なるＳＳを流水入口側でまず捕捉し、ろ過層のＳＳ保
留空間を最大限に有効利用する方法が採られている。

しかしながら、このようなろ過方法においては、上記欠
点の改善がなお充分でなく、また洗浄操作後、自動的に
元の配列に復元せしめるためには、比重が大きく異なる
砂を配合しなければならずろ材が高価なものとなるとい
う難点もある。

本発明者は、上記現状に鑑めで、ＳＳ捕捉性能が高く、
ろ過サイクルが長く、ろ過抵抗が小さく、かつ安価な水
処理用ろ材を開発するため鋭意研究した結果、ろ過層を
カチオン性ポリマーで被覆処理することにより目的が達
成されることを見出し、本発明を完成するに至った。

即ち本発明は、ろ過層をカチオン性ポリマーで被覆した
ことを特徴とする水処理用ろ材、及びろ、過層をカチオ
ン性ポリマーで被覆してなる水処理用ろ材を用いて上向
流方式でろ過することを特徴とするろ過方法に係る。

本発明におけるろ過層としては、通常この種の用途に用
いられるものをいずれも使用出来、例えば川砂、海砂、
ケイ砂等を挙げることが出来る。

粒径は、特に限定されるものではないが、０．１〜５朋
程度であるのが適当である。

また、本発明で用いるカチオン性ポリマーは、粒子荷電
がカチオン性であるポリマー、及びチオン構造を分子中
に有するポリマーであって、砂に良く固着し、かつ水に
難溶性（ＪＩＳＫ−６８２８による六回溶分試験におい
て、六回溶分が５係以下）の皮膜を形成するものである
。

その様なカチオン性ポリマーとしては、以下のものを挙
げることが出来る。

尚、以下の例示において（メタ）アクリレートとあるの
は、アクリレート及びメタアクリレートの双方を示すも
のとする。

（メタ）アクリルとあるものも同様である。（１）
メチル（メタ）アクリレート、エチル（メタ）アクリレ
ート、ｎ−プロピル（メタ）アクリレート、イソプロピ
ル（メタ）アクリレート、ｎ−ブチル（メタ）アクリレ
ート、ｔｅｒｔ−ブチル（メタ）アクリレート、２−エ
チルヘキシル（メタ）アクリレート等の（メタ）アクリ
ル酸エステル類、（メタ）アクリル酸アミド及びそのメ
チロール化物、スチレン、ビニルトルエン、α−メチル
スチレン等のスチレン系モノマー類、酢酸ビニル、プロ
ピオン酸ビニル等の脂肪酸ビニルエステル類、アクリロ
ニトリル、エチレン、塩化ビニル、塩化ビニリデン、ブ
タジェン、イソプレン、クロロプレン等のビニル単量体
（Ａとする）の少なくとも１種を２，２′−アゾビス（
２−アミノジプロパン）塩酸塩等のカチオン性開始剤を
用いて重合することにより、ポリマー末端にカチオン構
造を導入したポリマー。

（２）上記ビニル単量体（５）に、ジメチルアミノエチ
ル（メタ）アクリレート、ジエチルアミノエチル（メタ
）アクリレート、ｔ−ブチルアミノエチル（メタ）アク
リレート、２−アミノエチルビニルエーテル、ビニルピ
リジン等のアミン基を有するビニル単量体の少なくとも
１種を１モルφ以上共重合したポリマー。

（３）水溶性のカチオン性熱硬化性樹脂水溶液中で、上
記ビニル単量体囚を乳化重合して得られるポリマー（特
公昭４６−２２９２２の製造法）。

（４） カチオン性オリゴマー水溶液中で、上記ビニ
ル単量体（５）を乳化重合して得られるポリマー（特開
昭５４−２１４８５の製造法）。

（５）カチオン性ユリア樹脂、カチオン性メラミン樹脂
、カチオン性ポリュリアーポリアミド共縮合樹脂、カチ
オン性エポキシ樹脂等の熱硬化性ポリマー。

上記のカチオン性ポリマーの内、通常、（１）及び（２
）は固体、エマルジョン又は有機溶剤の溶液として、（
３）及び（４）はエマルジョンとして、並びに（５）は
水溶液として用い、砂に被覆処理する。

本発明におけるカチオン性ポリマーの被覆量としては、
特に限定されることなく広い範囲から選択され、また用
いた該ポリマーの種類によっても変動するが、通常ろ過
層１００重量部に対して０．００５〜１０重量部程度好
ましくは０．０１〜５重量部である。

０．００５重量部未満ては本発明所期の効果が得られず
、また１０重量部を越えて使用してもより以上の効果は
望めず経済的に好ましくない。

本発明においてカチオン性ポリマーを砂に被覆処理する
方法は、使用する該ポリマーの性状により公知の方法か
ら適宜選択すれば良い。

該ポリマーの性状に応じた被覆処理方法の例を以下に示
す。

使用する該ポリマーが、エマルジョン若しくは熱硬化性
樹脂の水溶液の場合には、該ポリマーを砂に添加後、均
一に攪拌混合しながら加熱して、水を蒸発除去し、砂粒
表面上に該ポリマーの皮膜を形成せしめる。

加熱温度は、該ポリマーの硬化温度及び水分量によって
左右されるが、通常１００〜１８０℃程度である。

また、使用する該ポリマーが固体の場合には、砂を予め
加熱して該ポリマーの融点以上とし、これに該ポリマー
を添加後、均一に攪拌混合しながら、砂粒表面上に該ポ
リマーの皮膜を形成せしめる。

固体ポリマーがベンゼン アセトン、ヘキサン等の有機
溶剤に可溶である場合には、有機溶剤に溶解した該ポリ
マーを砂に添加後、均一に攪拌混合しながら、加熱して
、有機溶剤を蒸発除去し、砂粒表面上に該ポリマーの皮
膜を形成しても良い。

本発明において、ろ過砂にカチオン性ポリマーを被覆処
理する場合の機器としては、加熱装置を備えたリボンブ
レンダー、プラネタリ−ミキサー、ヘンシュル型高速ミ
キサー、ソリッドエアー型流動乾燥器、その他攪拌混合
と加熱の両機能を有する機器であればいずれも使用でき
る。

斯くして得られる本発明水処理用ろ材を用いてろ過する
方法としては、下向流方式及び上向流方式のいずれも採
用し得るが、前者の場合は後者に比べてろ過抵抗が大き
く、目詰りが早いので後者の方式が特に有効である。

本発明水処理用ろ材を用いて上向流方式による急速砂ろ
過性を図面を用いて説明する。

第１図は、本発明水処理用ろ材を用いてろ過する場合に
使用するろ過塔の一例を示す。

第１図において、ろ過すべき水（原水）を流入管１の一
方から導入し、フランジ２及びパツキン３で固定された
金網４により支持された本発明水処理用ろ材６を通して
上向流方式によりろ過する。

ろ過された水（処理水）は溢流管７より流出する。

ろ過は１〜３ ｋｇ ｌｃｒ！程度の加圧下に１２０〜
３００ｍ／ｄａｙ程度の速度で行なうのが好ましい。

ろ過をしている間、圧力計接続管５に接続した圧力計に
よりろ過抵抗を測定し、ろ過抵抗が一定の値に達したと
きに原水を止め流入管１の他の一方から洗浄水を流入さ
せ１，５〜５ｋｇ／ｆｆｌ程度の圧力で２０〜９０分程
度洗浄する。

本発明の水処理用ろ材は、一般の砂ろ過例えば下水処理
、産業排水処理、中水道システム等の緩速及び急速砕ろ
過装置に用いるのに好適であり、その場合に、従来のろ
過砂に比べてＳＳ除去率が高くなる。

その際、前述した様に、上向流方式によった場合はＳＳ
除去率が高くなるのみならず、ろ過抵抗が小さい、ろ過
サイクルが長い等の顕著な効果を奏する。

また、本発明の水処理用ろ材は安価でありコスト的にも
満足し得る。

本発明の水処理用ろ材が上記の如き優れたろ過性能を示
す理由は、廃水中のＳＳが、主として負に荷電している
ため、カチオン性ポリマーで被覆されて正に荷電した本
発明水処理用ろ材に対して静電気的に吸着されること、
及び該吸着がろ過層内で均一に起こることによると考え
られる。

以下、実施例及び比較例を挙げて、本発明を更に具体的
に説明する。

実施例 １ 攪拌機、温度計及び冷却器を取り付けた丸底フラスコに
水９００重量部、アクリル酸エチル１００重量部、２，
２′−アゾビス（アミノジブＯ／’？ン）塩酸塩５０重
量部を入れ、窒素雰囲気下、７０°Ｃで攪拌しながら、
４時間乳化重合し、カチオン性エマルジョンホリマーヲ
得り。

平均粒径０．８ ｙｔｗ均等係数１．５のろ過砂５ｋｇ
と、粗粒砂として平均粒径２朋の砂１ｋｇとを、リボン
ブレンダーに入れ、均一になる様子備混合後、攪拌下に
上記で得たカチオン性エマルジョンポリマーを、ポリマ
ー成分量として１２ｇとなる量、噴霧添加し、均一にな
るまで混合して、その後、１２０℃で１時間加熱して水
を除去し、カチオン性ポリマーを被覆したろ過砂約６ｋ
ｇを得た。

これを処理砂Ｉとした。

実施例 ２ 実施例１と同様に予備混合後の砂に市販のカチオン性エ
マルジョンポリマー（商品名：ＶＯＮＣＯＡＴＳＦＣ７
−５０、大日本インキ化学■製）を、ポリマー成分量と
して１２ｇとなる量、噴霧添加し、均一になるまで混合
した後、１１０℃で３０分間加熱して水を除去し、カチ
オン性ポリマーを被覆したろ過砂約６ゆを得た。

これを処理砂■とした。実施例 ３ 実施例１と同様に予備混合後の砂に、市販のカチオン性
ユリア樹脂水溶液（商標名ニューラミンＰ−１５００、
三井東圧■製）を、ポリマー成分量として１２ｇとなる
量、添加し、攪拌混合しながら、１４０℃で３０分間加
熱して水を除去し、カチオン性ポリマーを被覆したろ過
砂約６ｋｇを得た。

これを処理砂■とした。比較例 １ 比較として、平均粒径０．８ ｍｍ均等係数１．５のろ
過砂５ｋｇと、平均粒径２ｍｍの粗粒砂１ｋｇとを、リ
ボンブレンダーで均一になる様に混合し、被覆処理して
いないろ過砂約６ｋｇを得た。

これを無処理砂とした。

実施例 ４ 処理砂１．ｎ、ＩＩＩ及び無処理砂を、第１図と同様の
ろ過塔（金網から溢流管までの高さ９００ｍｍ、内径２
００ｍｍのものを使用した）に充填高さ６００ｍｍで各
々充填し、下水処理場の２次処理廃水（ＳＳ濃度９．０
ｐｐｍ）を、下部から上部へ流れる上向流方式により
、ろ過速度３００ ｍ／ｄａｙでろ過した。

ろ過開始時およびろ過開始から４時間経過後のろ過抵抗
を第１表に示す。

本実験においては、ろ過抵抗が２０００ｉｍＡｑに達し
た時に、洗浄を行った。

第２表に洗浄を行うまでの時間、すなわちろ過サイクル
の時間を示す。

次に、下水処理場からの２次処理廃水（原水）として、
ＳＳ濃度が２．４ｐｐｍ及び９．０ｐｐｍの２種類のも
のを、処理砂１，１．ＩＩＩ及び無処理砂を充填した各
々のろ過塔に通した。

原水及びろ過後の水（処理水）のＳＳ濃度並びにＳＳ除
去率（イ））を第３表に示す。

第１表、第２表及び第３表から明らかな様に、本発明水
処理用ろ材は、ＳＳ除去率が高い、ろ過抵抗が低い、及
びろ過サイクルが長いという優れたろ過性能を有するこ
とが判る。

実施例 ５ 処理砂■及び無処理砂を実施例４で用いたろ過塔に各々
充填高さ６００ｍｍで充填し、下向流方式又は上向流方
式により、下水処理場の２次処理廃水（ＳＳ濃度２０ｐ
ｐｍ）をろ過速度３００ｍ／ｄａｙでろ過した。

ろ過開始時及びろ過開始から１５０分後のろ過抵抗並び
にろ過後の水のＳＳ濃度を第４表に示す。

第４表から明らかな様に、本発明水処理用ろ材を下向流
方式で用いた場合、ＳＳ除去率は上向流方式よりもわず
かに高いが、ろ過抵抗は無処理砂より高く、結果として
ろ過サイクルが無処理砂より短くなる。

これに対し、上向流方式で用いた場合には、ＳＳ除去率
は下向流方式と同様に高く、かつろ過抵抗も無処理砂よ
り相当低くなり、結果としてろ過サイクルが長くなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明水処理用ろ材を用いてろ過する場合に
使用するろ通塔の一例を示すものである。 図中の各記号は以下のものを示す。 １・・・・・・流入管、２・・・・・・フランジ、３・
・・・・・パツキン、４・・・・・・金網、５・・・・
・・圧力計接続管、６・・・・・・本発明水処理用ろ材
、７・・・・・・溢流管。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ろ過層をカチオン性ポリマーで被覆したことを特徴
   とする水処理用ろ材。 ２ カチオン性ポリマーの被覆量が、ろ過層１００重量
   部に対して、０．００５〜１０重量部である特許請求の
   範囲第１項に記載の水処理用ろ材。 ３ ろ過層をカチオン性ポリマーで被覆してなる水処理
   用ろ材を用いて上向流式でろ過することを特徴とするろ
   過方法。