ろ過プロセス|IWA Publishing

ろ過プロセス

ろ過は、水中の懸濁液から粒子を除去するプロセスです。 除去は、ひずみ、凝集、沈降および表面捕獲を含む多くのメカニズムによって行われる。 フィルターは捕獲の主要な方法、すなわちフィルター媒体の表面の粒子の排除すなわち緊張、または媒体内の沈殿すなわち深いろ過によって分類するこ

こし器は一般に金属かプラスチックからなされる簡単で薄い物理的な障壁から成っています。, 水処理では、処理システムの入口で大きな物体（例えば、葉、魚、および粗いデトリタス）を排除するために使用される傾向があります。 これらは手動または機械的に削バー画面があります。 棒間の間隔は1から10cmまで及ぶ。 取入口スクリーンは密接に間隔をあけられた版か良い金属の生地によって作成される大いにより小さ 後者は、通常、微細なシルトおよび特に藻類を除去することを意図しており、マイクロストレーナと呼ばれる。,水処理において一般に理解されるようなフィルターは、一般に、水中の粒子の大部分が捕捉されることが意図されている媒体からなる。 このようなフィルターは、家庭用（すなわち、point-of-use処理）および小規模産業用途に適することができる使い捨てカートリッジフィルターとして製造され得 大きな形態のカートリッジフィルの存在で洗浄しなければならない。 一つのバージョンは、多孔質支持体表面が珪藻土、または他の適切な材料の犠牲コーティングを与えられているプレコートろ過であり、フィルターが洗浄され, さらに、少量の珪藻土をろ過中に連続的に塗布する。 但し、ほとんどの場合、地方自治体の水処理で使用されるフィルターはフィルター媒体として砂か別の適切な粒状材料（例えば無煙炭、押しつぶされたガラ このようなフィルターを使用した濾過は、しばしば詳細な粒状媒体濾過と呼ばれる。

粒状の媒体フィルターは一般に遅砂のろ過および急速な重力または圧力ろ過と呼ばれる二つの明瞭な方法のいずれかで使用されます。, フィルターが水からの粒子の取り外しの最終的な手段として使用されるとき、フィルターは沈降（沈降プロセス）、分解空気浮遊（浮遊プロセス）または多分濾過の予備の段階のような固液分離（説明）の別の段階に先行される必要があるかもしれません。

他のプロセスは、粒状媒体のろ過に使用されるものと同様の容器で行われ、いくつかの点でプロセスはろ過と類似しているが、ろ過はそれらの唯一, そのためのプロセスならないことを示しています。 例えば、溶存有機物除去用の粒状活性炭を充填した容器、無機イオンや有機イオンを除去するためのイオン交換樹脂を充填した容器などがあります。 ろ過（粒子の除去）が行われる間、二次プロセスがまた起こるように意図されているフィルターの適用がある、例えば鉄およびマンガンの除去、およびヒ素,

ストレーナー

ストレーニングがどのように行われるかに関しては、膨大な種類のストレーナーがあります（Purchas、1971）。 歪み部分は、金属または他の不活性材料、例えばプラスチック、綿またはセラミックで作られていてもよい。 金属の場合、それは単に穿孔されたシート、棒のグリッド、ディスクのスタックまたは織りワイヤである可能性があります。 場合はプラスチック、この中に格子が織りな融合です。 にカートリッジフィルの通常の使い捨てカートリッジでは、多孔性と非圧縮性の材料やコードに巻きつけた円筒形です。, カートリッジフィルターは国内ポイントの使用水処理のためののような小規模の適用の適用を一般に見つけます。

少数のタイプのこし器だけ地方自治体の水処理の適用を見つけて本当らしいです。 を必要とするなマニュアルの洗浄その他洗浄機械的にも時に自動的に圧力損失ることができるということが特定の値です。 水処理の仕事は入口で丸太、大きい魚および水泳の動物を保つ簡単な棒こし器を有するかもしれない。, 次に、魚、葉、藻類の塊などの最小のもの以外をすべて除外するのに十分な小ささの開口部を持つ細かいストレーナーがあるかもしれません。 通常、このこし器は自動的にきれいにならなければなりません。 る藻類が異なる問題をとり、バーストレーナーが近接したバー、自動的に洗浄後microstrainer.

機械式ストレーナの一つの特定のタイプは、小さな地方自治体の水処理作業で限られたアプリケーションを発見しました。 ひずみ媒体は繊維の束である。 ろ過モードでは束は堅くねじられる。, 洗浄モードで束は解かれ、引っ掛けられた残骸は水の流れの逆転によって取除かれる。

プレコートフィルター

プレコートフィルターでは、不活性媒体の薄い層が支持構造上に置かれ、多孔質のひずみ表面を提供する。 プレコート層は、緩い繊維または粉末（Purchas、1971）で作成される可能性があります。 少量のプレコートまたは他の同様の材料を濾過中に連続的に添加して、その後いくらかの詳細濾過も行うことができる。, 流れへの抵抗が余りに大きくなるときそれから集められた残骸および不活性媒体は排出され、周期は繰り返される。 ほとんどの場合、プリコート材料は一度だけ使用され、回収されず、リサイクルされません。

プレコートろ過は凝固と共に使用されてまずないし、従って地方自治体の水処理の適用は非常に限られています。,

遅い砂フィルター

遅い砂のろ過ではろ過の率は粒子がフィルター貝の内で握られる砂のベッドに遠く運転されないように急速な砂フィルターで使用される砂より小さい砂の使用と故意に遅いです。 遅い砂フィルターで起こる主なメカニズムはフィルターの表面の残骸の層の蓄積（緊張）および砂の上の約20cmの内の捕獲である。 この破片は、それを通過する水の処理に寄与する生物学的活性を発達させることが可能である。, この生物学的に活性な層はしばしば”schmutzdecke”と呼ばれる。 ろ過速度が比較的遅いので遅い砂フィルターを通る流れへの抵抗はゆっくり成長し、受け入れられなくなる前に3か月にかかるかもしれません。 ろ過速度が遅いのでろ過のための大きい区域は必要です。 その結果、大きなフィルターは、通常、機械的手段によって約5cmの砂でschmutzdeckeを除去することによって洗浄される。, 最終的に残っている砂の深さが浅すぎるようになり、残りの砂が除去され、洗浄され、元の開始深さに戻って追加のきれいな砂と交換される。

急速な砂ろ過が開発される前に、遅い砂ろ過が飲料水のろ過の主な方法であった。 それに大きい足跡があるが、多くの遅い砂フィルターはまだ使用される。 それらをより費用効果が大きくさせる開発は下記のものを含んでいる:

• 砂の取り外し、洗浄および取り替えはできるだけ機械化された。,
• 砂の除去の必要性は、設備と労力が効率的に利用されるように、できるだけ予測可能にされています。
• ろ過速度は、経済性を改善し、砂除去の必要性の予測可能性に寄与するために、できるだけ増加している。
• 原水の貯蔵および管理を含む前処理は、懸濁液中の固体の影響を低減し、予測可能性に寄与するために適用される。,
• 粒状活性炭は、生物学的機構が効果的に対処しない農薬、味および臭いおよび他の微量有機物質の除去を助けるために、砂の下部を置き換えるために、いくつかのフィルターで使用されている。

遅い砂フィルタが正常に機能するための二つの重要な要件があります。 まず、フィルターに入る水には、schmutzdeckeの生物学的活性を中断する可能性のある消毒剤やその他の化学物質が含まれていてはなりません。, 第二に、前処理が凝固と遂行されれば得られたフロックの粒子のほとんどは前処理の一部として取除かれなければならないさもなければフロックはフィルターを通る流れへの抵抗が成長する率を加速する。

急速な重力および圧力フィルター

詳細な粒状媒体のろ過は重力（急速な重力のろ過）または圧力（圧力ろ過）の下で遂行することができます。 粒子除去の基本的なメカニズムは、重力モードと圧力モードの両方で基本的に同じです。, 二つのモード間の主な違いは、特にフィルタ間の流れの分布と個々のフィルタを通る流れの制御である可能性が高い。

フィルター媒体は通常砂ですが、他の比較的不活性な材料を使用することができますが、選択はコストとその他の目的に依存します。

フィルター 場合によっては、砂の一部が無煙炭に置き換えられることがあります。 無煙炭の密度が低いことにより、逆洗後により大きな無煙炭がより小さな砂の上に座るように、より大きな粒径を使用することができる。, このように濾過を通して最初の大きな、そして小さなメディアをご利用いただけるようフィルタのベッド。 詳細ろ過の主なメカニズムは表面捕捉である。 表面の捕獲のために利用できる媒体の区域は媒体の深さおよびサイズ両方によって決まる。 深さおよびサイズはまた捕獲された残骸の貯蔵のために利用できるスペースを支配する。 濾材の粒形状も捕捉及び貯蔵に影響を及ぼし、角度粒子が丸みを帯びた粒子よりも好ましい点である。, サイズの選択は媒体が捕獲された残骸によっていかにすぐに妨げられるかもしれないし、逆洗することができる容易さを考慮しなければならない。 媒体材料の選択にもかかわらず、サイズは地方自治体の水処理の詳細なろ過の範囲0.5から2.0mm.Theの最も大きい適用に限られがちです前の説明, 凝固化学の選択、適用および説明は、それからフィルター媒体、深さおよびろ過率の選択に影響を与えるろ過によって取除かれるべき粒子の性質そして

飲料水処理では、詳細ろ過が粒子に対する最後の、そして時には唯一の物理的障壁であることが多い。 従ってフィルターの性能の信頼性は標準に処置の完了の水の質の保障で重要従うである。, 関連する規制によって定義された基準は、過去50年にわたって発展してきたため、実質的により厳格になっています。 クリプトスポロジウムオーシストの排除の信頼性は特に懸念されている。

粒状フィルター媒体のベッドは後流の適用によってきれいになります。, これは一般に含みます:上面が媒体の上とほぼ同じレベルにあるまで水を流出させ、空気(空気洗浄)が付いているベッドをゆるめ、ちょうどフィルター媒体のベッドの機能部分を流動性にするには十分に大きい率で水upwashを加え、媒体が解決するための短い間隔を許可し、ろ過がゆっくり始まるように出口を開ける間ベッドの上からの水でフィルターを補充し始めます。 より厳密な後流を空気洗浄が起こっている間水upwashが減らされた率で始まれば達成することができる（結合されたエア水洗浄）。, 古いフィルター設置時においてどのように機械的な熊手や表面フラッシュする時upwash. 水の粘度は水温に依存します。 従って、フィルター媒体が流動性になることを保障するためにupwashの率が水温を考慮することは重要です。

フィルターが逆洗されている間にろ過を続けることができるように、少なくとも四つのフィルターを持つことが通常です。 大きな処理作業は、グループ内の四つ以上、おそらく二つ以上の独立したフィルターのグループを持っています。,

詳細なフィルターの操作に関する問題には、

• 逆洗中の媒体の損失、
• 効果のない逆洗が媒体の泥結合およびそれに関連する症状をもたらす。
  • 短いフィルターは、ヘッドロスの急速な速度または粒子の早期突破のいずれかのために実行されます。,

  これらは、通常、誤った上流速度、低排水システムの問題、高分子電解質の過剰投与、フィルターブロッキング藻類の存在、フィルター媒体のサイズおよび深さのいずれかまたは両方の不適切な選択、または単にいずれかまたは両方の不十分な事前凝固および清澄化のようなものの指標である。 トラブルシューティングはまた、銀行やグループ内のフィルタ間の流れの分布が公平であるかどうかを確認する必要があります。

  粒状メディアフィルタの新規形態

  粒状メディアフィルタの比較的新しい形態の数があります。, それぞれは、特定の長所と短所のセットを持ち、したがってcertanアプリケーションに対する相対的な妥当性を持つ”コースのための馬”です。

  アップフローフィルター

  通常の詳細な粒状媒体ろ過では、逆洗中を除いて、水の流れはフィルターベッドを通って下がります。 ろ過の間の水の上昇流は可能である;それは利点を提供するが、また問題を提起する。, フィルター媒体の逆洗によって、普通媒体はフィルターベッドの底の方の最も大きく、最も密な材料および上の方の最も小さく、最も軽いのによって層 これは媒体が取付けの前に堅く等級別にならなければ、下方のろ過で、ろ過がますますより大きい媒体によって漸進的にあることを意味する。 これは漸進的により小さい媒体を通してろ過の理想的なベッドの幾何学と矛盾する。 このような状況を回避する一つの方法は、上向きにフィルタリングすることです。, 上向きのろ過は媒体の容量がよりよく開発されるべき固体を集め、貯えることを可能にする。 しかし、フィルターベッドが堆積物を蓄積し、それを通る流れに対する抵抗が増加するにつれて、ベッドは徐々に水力で破壊される可能性が高くなる。 について使用を制限するこの油圧崩壊を引き起こします。 Immediumフィルターはベッドを密集させておくのを助けるのにベッドの上の下の簡単な金属の格子約15cmを使用する。 Biflowフィルターはベッドの上に圧縮されるupflowのろ過を用いる下方部分を保つためにdownflowのろ過を加えます。,

  飲料水の処置の固体取り外しの最終段階として上昇流フィルターの使用のための予約は後流の流れがろ過の同じ方向にあることです。 別のご予約は、フィルタの躍進が起こる可能性が、急に回るようになりました。 その結果、upflowフィルターは正常で詳細なろ過前に説明の段階として使用してが適切かもしれないが扱われた水質の保護が飲料水の処置に要求されるほど厳密である必要がない適用にあって本当らしいです。

  a., Immedium filters

  Immediumフィルターは1960’s.Theの主要特点のオランダで砂の上の下のフィルターベッドを渡る簡単な金属の格子の使用約15cmである開発された。 格子は水の粒子の進歩の手始めを遅らせる。 格子は砂の圧縮の維持を助け、水が砂を通して最少の抵抗の道を見つけると同時に流れの集中させた浸透の開始を遅らせる。, このような低抵抗経路を通る流れが粒子を除去するには大きすぎ、流路の上部の砂を流動性にするのに十分な大きさである場合、ポイントに達する。 これは、ベッドの上面で”ブローホール”の出現によって観察することができる。

  b.Biflowフィルター

  BiflowフィルターはImmediumフィルターに代わるものとして開発されました。 名前が示すように、ろ過の流れは二つの方向にあります。 流れのより大きい割合はフィルターベッドの基盤から上向きにより小さい割合はフィルターベッドの上から下方にある間、あります。, 二つの流れは、ベッドを横切って出口のグリッドがあるベッドの下に短い方法を満たしています。 フィルターが両方の流れを洗浄する必要があるとき停止し、残骸を洗浄するために水upwashが遂行される前に数分間適用される空気洗浄。 結合された空気および水upwashはフィルターがこれのために設計されていたらだけ遂行することができる。

  C.浮力のあるメディア-フィルタ

  ImmediumおよびBiflowフィルターでフィルター砂は密集させて保たれる間、浮力のあるメディア-フィルターで媒体は浮力であるために選ばれ、媒体の上の緊張の網によってフィルターで保たれる。, 媒体は、低密度を有するように選択され、それに応じて通常はプラスチックである。 ろ過モードの間に媒体は保持の網の下に密集させた州にある。 捕獲された残骸をきれいにするために媒体を洗浄する必要があるとき圧縮を解放するために上昇流率は減り、空気はベッドを通して泡立つ。 浮力のあるメディアフィルターは正常なろ過前に説明の段階として水処理で使用されました

  d.移動ベッドフィルター

  上で記述されているすべての粒状のメディアフィルターに逆洗される間停止されるろ過のために流れがあります。, 可動床フィルターでは、ろ材は常に動いているので、砂が逆洗されるようにろ過が中断されない。 ろ過地帯の砂はろ過される水の上昇流に対して自身の重量がゆっくり下方に原因で動きます。 フィルターの円錐基盤で砂はろ過床の中心を通って縦の管に水力で運ばれる。 砂が管を通して運ばれると同時にろ過された沈殿物は解放される。, フィルターベッドの上の管の上で砂は洗浄水から汚れた洗浄水がフィルターの上から現れるろ過された水とは別に保たれる間落ち着き、フィルターベッ 洗浄流れで失われる水の割合が小さく保たれるためには、移動ベッドの単位は設計容量の近くで作動するべきです。

  セルフィルタ

  フィルタベッド全体を同時に逆洗する場合、通常のフィルタを構築できる最大サイズがあります。, ろ過床がセクションで逆洗することができればフィルター貝はより大きい場合もあります。 ベッドはフードが逆洗されるべきセクションに置くことができるようにちょうどベッドの上にフィルター床からの壁によって分けられるフィルターベ フードはフィルターの主要な側面の上に沿う柵で動くガントリーに取付けられる。 このアプローチは同等の総ろ過区域のフィルターの大きい数と比較される減らされた土木工学の費用より大きい機械工学の費用で起因する。, 細胞フィルターの動作信頼性はガントリーおよびフードシステムの作用および細胞の壁が付いているフードがいかに効果的に密封するかによって大きく

  自動逆洗フィルター

  沈殿物がフィルターベッドで集まると同時にベッドを通る流れへの抵抗は増加する。 流れは、徐々に開かれ、ベッドを通る流れに対する増加した抵抗を補償するために、それを通る流れに対するより少ない抵抗を提供する出口弁を有す このように媒体の上の水のレベル（頭部）は比較的一定している残る。, あるいは、フィルターへの流れは一定に保たれ、フィルターを通る流れは増加するベッドの上の水のレベルと比較的一定している残る。 フィルターが深い殻に含まれている場合、水の増加レベルは、サイフォンをプライムするために使用することができます。 レベルが前もって決定されたレベルに達するときサイフォンが活動化させ、逆洗を引き起こすためにフィルターを通して水を引くのに使用され 危険は水のupwash率が有効な逆洗のために不十分かもしれないことである。, 但し、設計は取除かれるべき粒子の質そして量が比較的一定している状態およびパッケージの植物にそれ自身を貸す。 設計は飲料水の処置のために適してまずない。

  横および放射状フィルター

  a.横のフィルター

  フィルターベッドを通って上下にある水の流れの代りにそれはベッドを通って水平にある場合もあ フィルターベッドが長方形のタンクに含まれている場合、ろ過速度はフィルターの長さ（入口から出口まで）に沿って一定のままです。, フィルターは要求に応じて水力で逆洗することができる。 逆洗によるサイズによるメディアの成層による深さによる明確なバイアスがないように、またはメディアを混合したままにするために、メインフィルター材料のサイズができるだけ均一であることが必要である。 水平フィルタは、異なるサイズのメディアを分離したままにするために、それぞれの間に垂直メッシュを有する、異なるサイズのメディアを有する 各セクションの逆洗はこれを考慮する必要があります。,

  横のフィルターはクラリファイヤーとして使用のための第三世界の状態で指定サイズの砂利（小石）で満たされて使用されました。 砂利のサイズが正常な逆洗を排除するので、それらフィルターは流出し、ホースをかけることによってそして時折洗浄のための砂利を取除くことによ

  b.ラジアルフィルター

  ラジアルフィルターは水平フィルターですが、流れの方向にフィルターベッドの幅が増加しています。 フィルターベッドの最終的な形は中心からの周囲への流れを用いる横断面で環状である。, ろ過の率は水がフィルター媒体を通ってそう漸進的に粒子のより有効な取り外しを許可する進歩すると同時に減ります。

  メンブレンフィルター

  歴史的に布は水をろ過するために使用されてきました。 Microstrainingで水は精巧に編まれたワイヤーからなされる生地を通してろ過する。 これらの両方の場合において、布または布は、粗いものではあるが、一種の膜である。 現代の技術は、合成材料からの膜の製造を可能にし、厚さ約1mm未満で半透過性である。, 半透過性であることは、供給流中にあるサブミクロンサイズの粒子が通過できるものと通過できないものにおいて、膜が選択的であることを意味 操作の間に、不浸透性のミクロン以下サイズの部品が供給の側面で保たれる間水が付いている膜を通る水パスの透過性の部品。 その結果、生成物流は比較的不透過性成分を含まず、廃棄物流は不透過性成分が豊富である。 このような半透膜を通る水の流れは、通常、ポンピングによって生成される圧力によって達成される。,

  拒絶される材料のタイプ、作動圧力およびわずかな気孔のサイズによって緩く定義される膜の四つの部門があります。 例えば、ハイエンドUF膜は、ローエンドNF膜と同様の透過性を有することができるので、細孔サイズの分類はおおよそである：

  • 精密濾過（MF）-約0.1μm細孔：粒子、藻類、動物および細菌に対して不浸透性
  • 限外濾過（UF）-約0.01μm細孔：小さなコロイドおよびウイルスに対して不浸透性
  • Nanofiltration（NF）-約0。,001µmの気孔:分解された有機物(DOM)および二価イオンに不浸透性
  • 逆浸透(RO)–効果的に無孔:一価イオンに不浸透性

  MFおよびUFの優勢なメカニズムは緊張 NFおよびROで分解された種の分離は物質移動、膜（流束）を通る流れの集中、圧力および率によって決まる拡散のプロセスを含みます。 したがって、膜ろ過は、通常、ＭＦおよびＵＦを指すが、ＮＦおよびＲＯを指さず、一方、ＮＦは通常、ＲＯの一形態であると考えられる。,

  膜の厚さは、構造強度を提供する方法でフォーマットされなければならないことを意味するので、それらを横切る圧力差のために崩壊せず、ろ過のための大きな面積を提供するが、コンパクトで効果的に洗浄することができる。 それらは、一般に、細い管（中空繊維）またはコイル状のシートとして構成される。 コイルは、半透膜、分離メッシュ、不浸透性材料の薄いシートおよび薄いメッシュの第二層のサンドイッチである。 メッシュの層は、入口および膜の出口側からの流れのためのチャネルを提供する。,

  クリーニングプロセスを適用しなければならない前に膜の汚れの率を遅らせるために膜フィルターを作動させる方法がまたあるが除かれた材料によって余りに急速に汚れることから膜を保護するために膜ろ過の前に処置の予備段階を含めることは通常です。 定期的かつ頻繁な洗浄プロセスは、供給側の蓄積されたデトリタスを除去するために洗い流すことである。 しかしながら、時間の経過とともに、化学洗浄によってのみ回収できる膜性能の低下が遅くなります。,

  膜ろ過（MF、UFおよびローエンドNF）は、凝固に関連する複雑さを避けるために、比較的良質の水から色を除去するため、およびクリプトスポリジウムの信頼できる排除のためのように、飲料水処理において比較的一般的になっている。

  MWH(2005)水処理の原則と設計(2nd Edtn.),Wiley

  Purchas D.B.(1971)Industrial Filtration of Liquids(2nd Edtn),Leonard Hill,UK

  Stuetz R., (2009)水および排水処理プロセスの原則,IWA

  関連出版物

  陰イオン交換を用いた六価クロム除去および凝固およびろ過による還元-M McGuire,N Blute,G Qin,P Kavounas,D Froelich,L Fong
  発行日:Apr2008-ISBN-9781843396208

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