CN103764244B - 水处理装置的上层清洗装置及水处理装置滤材层的清洗方法 - Google Patents

Abstract

一种水处理装置，包括：原水特殊混气喷嘴（7）；过滤槽（5），其由上层（2）和下层（3）这两层构成，上层收纳由比下层的滤材比重小且粒径大的滤材构成的滤材层（4）；集水管（13），其抽取过滤水并且在反冲时向滤材层供给反冲水；排水槽（12）；和上层清洗装置（10），上层清洗装置具有上层清洗管支承部件（17）、上层清洗水管（18）、表洗特殊混气喷嘴（19）、空气吸入管（20）、水平空气管（31、32），原水特殊混气喷嘴（7）安装在设于排水槽（12）的一部分上的原水流入槽上。

Description

水处理装置的上层清洗装置及水处理装置滤材层的清洗方法

技术领域

本发明涉及水处理装置的清洗装置，尤其涉及水处理装置的上层清洗装置及其滤材层的清洗方法，能够不使用氧化剂和凝集剂等化学品地、通过简单且小型的装置使地下水等中的铁、锰及其他溶解性成分氧化而不溶解，由此进行处理。

背景技术

地下水被用作自来水的原水，另外还利用于食品工业、清凉饮料、酿造、公众浴场、染色业等需要大量用水的产业，但当前地下水中含有的铁、锰成分成为较大问题。铁和锰虽然对人体来说是必要成分，但若超过一定量则会使水带有金属味，并成为赤水和黑水的原因，不仅不适于饮用，在这些产业中也会产生各种问题。另外，在建筑施工中，地下水抽取施工为必不可少的工序，但在地下水中含有大量的铁、锰的情况下，法令上禁止将其直接排放到下水道中，存在必须在除去地下水中的铁、锰之后进行排放的问题。

当前最普及的除铁、除锰装置为，在原水中添加次氯酸钠等氧化剂和聚合氯化铝（PAC）等凝集剂，使溶入水中的铁、锰氧化而成为不溶性的氧化铁、氧化锰，并通过过滤砂将其过滤而去除。

但是，在采用该注入氧化剂和凝集剂的方式的水处理装置中，由于消耗比较大量的氧化剂、凝集剂，所以它们的购入成本较大。另外，作为氧化剂而使用的次氯酸钠在使铁、锰氧化后还残留在处理后的净水中，因此会生成作为致癌物质的三卤甲烷（trihalomethane），作为其对策，必须进一步使水通过活性炭层进行处理，因此不经济。另外，若出于经济方面的考虑而舍弃活性炭层的设置，则为了防止因氧化剂的过剩注入而产生三卤甲烷，需要不断地分析并监视过滤后的水，根 据状况调整氧化剂的注入量，存在除药品购入成本以外，维持管理费也高昂的缺点。另外，该基于药品注入方式的水处理装置由曝气槽、凝集槽、沉淀槽、砂过滤塔、除铁、除锰塔及药液箱构成，系统复杂且装置整体大规模化，需要宽阔的设置空间，因此存在无法在市区等设置空间受限的环境中设置装置的问题。而且，在该基于药品注入方式的水处理装置中，需要处理清洗排水，但在该情况下由于砂中含有药品而必须作为工业废弃物处理，存在其弃置场所也受到限制等不便。

为了消除上述现有的基于药品注入方式的水处理装置的缺点，提供一种不使用氧化剂和凝集剂等药品地、通过简单且小型的装置使地下水等中的铁、锰及其他溶解性成分氧化而不溶解来进行处理的水处理装置，提出有专利文献1所记载的水处理装置。根据该水处理装置，通过喷射喷嘴使原水成为喷射水流，另一方面，从在喷射喷嘴内开口的空气口或气体导入管将空气导入到喷射喷嘴内，由此，含有大量气泡的喷射水流从喷射喷嘴的原水喷出口拍击在配置于其下方的滤材层上的水面上，在水中及滤材表面上发生激烈的曝气，由此水中的铁、锰等溶解性成分被氧化而成为不溶性成分，并在形成滤材层的过滤砂等滤材颗粒的表面被捕捉，因此，能够不使用任何氧化剂和凝聚剂等药品地、通过简单且小型的装置使原水中的铁、锰及其他溶解性成分不溶解而将其过滤。

另外，作为用于对水处理装置的表面层进行清洗的其他类型的清洗装置，公知有专利文献2所记载的旋转式清洗装置。该旋转式清洗装置从沿着安装在垂直旋转轴下端上的水平旋转管的长度方向而设的多个喷水喷嘴，使水向斜下方喷射而使喷射水拍击在滤材层的表面上，由此，通过其反作用使水平旋转管旋转，通过从各喷水喷嘴喷射的水对滤材的表面层进行搅拌清洗。

现有技术文献 

专利文献

专利文献1：日本特开2002-126768公报

专利文献2：美国专利第2769547号公报

发明内容

在上述专利文献1所记载的水处理装置及其他同型的水处理装置中，皮膜化的铁在滤材层的上层部和下层部处于清洗过度和清洗不足始终并存的状态。另外，简单地说，即使除去铁、锰，如后述那样，铁在滤材层的上层部通过氧化作用而皮膜化，另一方面，锰在滤材层的下层部通过生物处理而被滤材颗粒的表面捕捉，但是，在原水中的铁的浓度显著大于锰的浓度的情况下，若为了除去被滤材层的上层部捕捉的铁而使用大量的清洗水来清洗滤材层整体，则在下层部，为了进行锰处理而栖息的生物也会被冲洗掉，从而给之后的锰的生物处理带来影响。

另一方面，关于水处理装置，越是使单位时间内的过滤速度高速化，越能够削减装置的规模和空间，因此是有利的。尤其是在水处理装置的设置空间因设置场所的关系而受到限制、无法设置大规模的装置的情况下，必须通过设置在狭窄场地上的小规模的装置对必要量的原水进行过滤处理，迫切地需要提高过滤速度。

为了提高水处理装置的过滤速度，必要的一个重要条件为高效地进行水处理装置的清洗。

在水处理装置中，通常，若持续过滤作用，则在随着时间的经过而在滤材层尤其在滤材层表面上覆盖了氢氧化铁等氧化物的絮凝物（flock）或其他异物时，滤材的过滤功能降低，因此必须暂时停止过滤处理并进行滤材层的清洗。因此，若无法高效进行滤材层的清洗，就无法实现过滤处理的高速化。

在上述专利文献1所记载的水处理装置中，使原水送水管在与滤材层的表面平行的面上往复运动，通过从原水送水管喷出的含有大量气泡的喷射水流来使闭塞的滤材层从闭塞状态开放而恢复过滤功能。另外，该水处理装置在由过滤砂构成的单层的滤材层的底部配置有支承滤材层的由板状屏（screen）构成的滤材层支承件，在滤材层支承 件的下方配置有用于对滤材层进行反向清洗的反冲管。构成为，在滤材层的上部尤其是表面被氧化物的絮凝物或其他异物覆盖时，暂时停止向过滤槽供给原水，使反冲水从反冲管经由滤材槽支承件在滤材层整个范围内从下方向上方流动，由此，将覆盖在滤材层上部的异物从滤材层剥离，并且冲洗掉在滤材层内捕捉的铁、锰成分，从反冲水排出口排出到系统外。

该水处理装置的过滤速度为60m/日～120m/日，但在需要更高速地进行过滤处理的情况下，也必须更频繁地进行滤材层的清洗，由此对滤材层的下层部的生物处理的负载量也进一步增大，因此，在该水处理装置中滤材层的清洗效率存在极限，无法实现进一步高速化。

另外，包括上述水处理装置在内，现有的水处理装置为了进行滤材层的上述清洗而必须消耗过滤水量的约10％～15％的水，因此大大降低了水处理的效率。

另外，上述水处理装置具有为了清洗滤材层的表面而使原水送水管在与滤材层的表面平行的面上往复运动的机构，但该机构必须通过电动马达使原水供给管往复运动，因此为了清洗表面不仅需要很大的动力，而且用于往复运动的机构复杂，而且，存在原水送水管的移动用导轨的磨耗、向原水送水管供水的软管的损耗等部件的维护工作量和费用高昂的问题点。另外，为了使呈直线状排列的一系列原水送水管同时移动，必须使过滤槽的形状为矩形，因此装置较大，还存在即使在装置的设置场所狭窄的情况下也无法实现装置的紧凑化的问题。

另外，在上述专利文献2所记载的清洗装置中，通过从水平旋转管的喷水喷嘴喷射的水与滤材层表面接触时的反作用而使水平旋转管旋转，因此，不需要专利文献1中的电动马达等驱动装置而能够以简单的装置对表面层进行清洗，但由于过滤槽由单层构成，所以存在与上述专利文献1所记载的装置相同的问题，另外，由于安装有水平旋转管的喷水喷嘴一边旋转一边喷射清洗水，所以与从固定式喷水喷嘴喷射清洗水的情况相比，能够对滤材层进行冲刷搅拌的深度较浅，可能虽然仅清洗除去在滤材层的比较上部处捕捉的铁但无法搅拌清洗至足够深度。因此，在该旋转式清洗装置中，过滤速度的提高存在极限，只能够得到最大120m/日的过滤速度。

另外，在现有的水处理装置中，在清洗滤材层时产生的噪音强烈，尤其在受限于水处理装置的设置空间为狭窄场所的情况下，存在噪音成为问题的情况，期望在清洗滤材层时不产生噪音的水处理装置。

本发明是鉴于上述现有的水处理装置的问题点而研发的，提供一种与现有的水处理装置相比能够实现高速下的过滤处理且噪音小的新型水处理装置的滤材层的清洗装置及使用该清洗装置的滤材层的清洗方法。

本申请人为了解决上述问题而进行了锐意研究和反复试验，结果发现存在如下事实：在应被水处理装置捕捉的铁和锰中，铁的大部分沉积在滤材层的上层部，而锰与之相反，大部分沉积在滤材层的下层部，并且原水中的铁和锰的浓度不固定，根据原水的不同而大致存在一定的浓度差，通常铁的浓度比锰的浓度大幅偏高，将这些事实利用于清洗，使反冲水从反冲水供给管以上层部清洗速度流入，边通过向上水流松缓上层部的滤材边通过设有多个表洗特殊混气喷嘴的旋转型的上层清洗装置来清洗上层部，由此成功地做到不产生噪音且显著地改善在滤材层上层部除去铁的清洗效果。另外，本发明人通过滤材层的局部清洗来除去原水中的铁，通过滤材层的整体清洗来除去锰，从而显著地改善了清洗效果，由此成功地实现以往无法实现的高速过滤并节约了清洗水。

即，实现本发明的目的第1结构为一种水处理装置的上层清洗装置，该水处理装置包括：原水送水管；一根或多根原水特殊混气喷嘴，其一端部与该原水送水管连通，在另一端部具有将原水作为原水与空气的混气喷射水流而喷出的原水喷出口；俯视观察时为圆形的过滤槽，其收纳滤材层，该滤材层由上层和下层这两层构成，且该上层由与该下层的滤材相比比重小且粒径大的滤材构成；过滤水抽取管，其为了抽取被该滤材层过滤后的水而设在该过滤槽上；反冲水供给管，其为了向该滤材层供给反冲水而设在该过滤槽上；排水槽或排水口，其在该滤材层的上方设在过滤槽上；和上层清洗装置，其从该反冲水供给管使反冲水以上层清洗速度流入，通过向上水流松缓上层的滤材并进行上层的清洗，该原水特殊混气喷嘴在该原水喷出口与该滤材层的表面或该排水槽的底面之间隔开规定间隔地配置在该滤材层或该排水槽的上方，该上层清洗装置的特征在于，具有：

上层清洗管支承部件，其与上层清洗水送水管连通，并配置在滤材层的径向上方；

上层清洗水管，其包括中心清洗水管及一对水平清洗水管，所述中心清洗水管与该上层清洗管支承部件连通且能够旋转地安装在该支承部件上并沿上下方向延伸，所述一对水平清洗水管以与该中心清洗水管连通的方式与该中心清洗水管的下端部连结，且从该连结部向半径方向两侧沿水平方向延伸；

表洗特殊混气喷嘴，其是使喷出口分别从该一对水平清洗水管朝向该过滤槽的周向而向斜下方突出的多个表洗特殊混气喷嘴，一方的水平清洗水管的该喷嘴的喷出口的朝向与另一方的水平清洗水管的该喷嘴的喷出口的朝向为相反方向；

至少一根空气吸入管，其固定在该中心清洗水管上且沿上下方向延伸；和

一对水平空气管，其以与该空气吸入管连通的方式与该空气吸入管连结，并且沿该水平清洗水管在水平方向上延伸，固定在该水平清洗水管上，

该水平空气管通过连接管而与该表洗特殊混气喷嘴分别连通，该空气吸入管的上端部向大气开放，比该排水槽或排水口靠上方配置。

本发明的第2结构为结构1的上层清洗装置，其特征在于，该上层清洗水管的转速处于3周/分～5周/分的范围内。

本发明的第3结构为结构2的上层清洗装置，其特征在于，送水压力的上限值为0.2MPa，送水压力为0.2MPa时的、表洗特殊混气喷嘴相对于经过水平清洗水管的轴心的垂直面的倾斜角度为18°～22°的范围内。

本发明的第4结构为结构1～3中任一项的上层清洗装置，其特征在于，在该空气吸入管的上端部设有防止产生噪音机构，所述防止产生噪音机构具有与该空气吸入管连通的开放孔，该开放孔形成有锥部，该锥部随着趋向于上端部的开放端部而直径逐渐扩大，且具有带有细孔的上盖。

本发明的第5结构为，一种水处理装置滤材层的清洗方法，该水处理装置包括：原水送水管；一根或多根原水特殊混气喷嘴，其一端部与该原水送水管连通，在另一端部具有将原水作为原水与空气的混气喷射水流而喷出的原水喷出口；过滤槽，其收纳滤材层，该滤材层由上层和下层这两层构成，且该上层由与该下层的滤材相比比重小且粒径大的滤材构成；过滤水抽取管，其为了抽取被该滤材层过滤后的水而设在该过滤槽上；反冲水供给管，其为了向该滤材层供给反冲水而设在该过滤槽上；排水槽或排水口，其在该滤材层的上方设在过滤槽上；和第1～第4结构中的任一结构的上层清洗装置，该原水特殊混气喷嘴在该原水喷出口与该滤材层的表面或该排水槽的底面之间隔开规定间隔地配置在该滤材层或该排水槽的上方，所述水处理装置滤材层的清洗方法的特征在于，选择主要进行该上层的清洗的局部清洗和清洗该上层及该下层双方的整体清洗的某一方来进行该滤材层的清洗，该局部清洗工序包括：

(一)过滤处理中断工序，暂时停止供给原水；

(二)上层清洗工序，使反冲水从该反冲水供给管作为向上水流以上层清洗速度流入，并通过结构1～4中任一项所述的上层清洗装置来清洗该上层，由此，使封堵滤材表面的氢氧化铁从滤材剥离并通过向上水流将其冲洗掉；和

(三)浊水排放工序，以该上层清洗速度持续进行向上水流的供给，将含有从该上层的滤材分离出来的浊质成分的浊水从该排水槽或排水口排出，

该整体清洗工序包括：

(一)过滤处理中断工序，停止供给原水；

（二）清洗工序，使反冲水从该反冲水供给管以比该上层清洗速度更大且比滤材的沉降速度更快的整体清洗速度流入，并使该上层清洗装置工作，从而对该上层及该下层的滤材进行清洗；

（三）静置工序，在结束该上层及下层的滤材的清洗后，以滤材的沉降速度以下的速度持续进行向上水流的供给，并使该上层及下层的滤材沉降；和

（四）浊水排放工序，以该上层清洗速度持续进行向上水流的供给，并将含有从该上层及下层的滤材分离出来的浊质成分的浊水从该排水槽或排水口排出。

发明效果

根据本发明的第1结构，构成为具有一对水平空气管，其以与上端部向大气开放的空气吸入管连通的方式与该空气吸入管连结，并且沿水平清洗水管在水平方向上延伸，固定在旋转式水平清洗水管上，通过连接管使水平空气管与多个表洗特殊混气喷嘴分别连通，由此，与仅在通过清洗喷嘴时搅拌滤材的现有的清洗喷嘴往复运动方式及旋转式清洗方式相比，能够飞跃性地提高单位时间内的清洗效率，由此能够促进高速过滤。

另外，通过使用表洗特殊混气喷嘴，与专利文献2所记载的仅使用清洗水的清洗装置相比，可将能够冲刷搅拌的滤材层的深度加深20％以上，能够提高过滤效率并增加过滤速度。

另外，由于不像清洗喷嘴往复运动方式那样需要极大动力和复杂机构，因此，能够节约装置的制造成本，并且能够使过滤槽在俯视观察时呈圆形地构成，因此能够通过紧凑且简单的机构提供一种维护也简单的水处理装置。

根据本发明的第2结构，通过使清洗水管的转速处于3周/分～5周/分的范围内，在上层清洗时，搅拌清洗不会波及到下层，可将能够搅拌清洗的滤材层限定于上层且能够实现最高的清洗效率，从而能够实现最高的过滤速度。

根据本发明的第3结构，送水压力的上限值为0.2MPa，送水压 力为0.2MPa时的、表洗特殊混气喷嘴相对于经过水平清洗水管的轴心的垂直面的倾斜角度处于18°～22°的范围内，由此，能够将清洗水的送水用的动力控制到最低且能够实现最佳的清洗效果。

根据本发明的第4结构，在空气吸入管的上端部设有防止产生噪音机构，该防止产生噪音机构具有与空气吸入管连通的开放孔，开放孔形成有锥部，该锥部随着趋向于上端部的开放端部而直径逐渐扩大，且具有带有细孔的上盖，由此，能够通过简单的装置减少在清洗材层时产生的噪音，即使在水处理装置的设置空间狭小的场所也能够不存在产生噪音的问题地使装置工作。

根据本发明的第5结构，使滤材层为上层和下层的两层构造，上层使用与下层的滤材相比比重小且粒径大的滤材来实施局部清洗、整体清洗，由此，关于被上层捕捉的浓度高的铁，通过由上述结构的上层清洗装置与基于流速比较缓慢的向上水流进行的清洗的组合而实现的局部清洗来频繁地进行上层的清洗，由此被清洗、除去，另一方面，关于被下层捕捉的浓度低的锰，通过以比上层的清洗低的频率进行的、基于快流速的向上水流的整体清洗而与上层的铁一起被清洗、除去。因此，浓度高且上层中的蓄积量多的铁通过频繁的清洗而被充分地除去，另一方面，浓度低且下层中的蓄积量少的锰通过低频率的整体清洗而被充分地除去，不会由于频繁的清洗而妨碍下层中的生物的栖息，能够到最高程度地实现作为上下滤材层整体的清洗效果，由此能够实现所需要的高速过滤。根据本发明，与专利文献1所记载的水处理装置的过滤速度60m/日～120m/日相比，能够列举跨越性的400～500m/日的过滤速度。另外，不需要通过用于除去上层的铁的水量多的反冲水来频繁地进行整体清洗，其结果是，节约了整体的清洗水的使用量，根据本发明，能够将在现有的药品注入方式的水处理装置中使用过滤水量的约10～15％的清洗水的量减少至过滤水量的约3～5％。

另外，根据本发明，清洗频率高的上层由比重较小且粒径较大的滤材构成，因此在上层清洗时滤材被搅拌而剧烈地向上方翻滚，提高 了滤材的清洗效果，并能够将用于实现相同清洗效果的清洗水的使用量限于最小限度。另一方面，下层由比重较大且粒径较小的（孔细的）滤材构成，因此相对于单位容量的比面积大，生物处理效果高。另外，在整体清洗时，上层的滤材和下层的滤材均被搅拌，但由于下层的滤材与上层的滤材相比比重大而沉降速度快，所以下层的滤材在上层的滤材沉降之前先行沉降而静置于下层，然后上层的滤材在下层滤材的上方沉降而静置，能够恢复到原来的上层、下层的状态。像这样，通过将清洗效果高的上层的滤材和生物处理效果高的下层的滤材组合，包括除铁、锰在内，能够充分地捕捉原水中含有的浊质并提高最高清洗效率。另外，由于上层由粒径较大的滤材构成，所以相对于水流的阻力小，因此，能够促进高速过滤。

附图说明

图1是示意地表示本发明的水处理装置的上层清洗装置的一个实施方式的概略剖视图。

图2是表示实施方式的俯视图。

图3是表示图1的上层清洗装置的更具体的一个实施方式的侧视图。

图4是表示图3的实施方式中的水平清洗水管和水平空气管的配置的俯视图。

图5是表示安装有表洗（surface wash）特殊混气喷嘴的上层清洗装置的一例的构造的剖视图。

图6是表示将空气吸入管固定在中心清洗水管上的固定金属件的一例的图。

图7是表示通过图6的固定金属件将一对空气吸入管固定在中心清洗水管上的状态的俯视图。

图8是表示构成本发明的防止产生噪音机构的螺入套筒（socket）的剖视图。

图9是表示集水管的配置状态的俯视图。

图10是表示上层清洗装置的转速与送水压力的关系的曲线图。

图11是表示上层清洗装置的转速与表洗特殊混气喷嘴倾斜角度的关系的曲线图。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的实施方式。

本发明的清洗装置不限于具有由上层和下层的两层构造构成的滤材层的水处理装置，也能够适用于具有单层构造的滤材层的水处理装置，但在以下说明中，作为优选实施方式，列举在具有上层和下层的两层构造的滤材层的水处理装置中适用本发明的情况为例进行说明。

图1及图2是示意地表示本发明的水处理装置的一个实施方式的概略图。

在图1中，水处理装置1作为主要构成要素而具有收纳由上层2及下层3构成的滤材层4的过滤槽5、原水送水管6、原水特殊混气喷嘴7、上层清洗装置10、排水槽或排水口12、兼作过滤水抽取管和反冲水供给管的集水管13。过滤槽5被盖68覆盖。

向过滤槽5供给要过滤的地下水的由钢管等构成的原水送水管6与送水泵（未图示）连接，该送水泵根据需要从原水的水源经由受水槽（未图示）供给原水，并以规定流速向原水送水管6供给原水。

原水送水管6以在与滤材层4的表面平行的面上延伸的方式配置在过滤槽5的上方。在图示的实施方式中，如图2所示，原水送水管6以穿过原水流入槽70的上方的方式配置，并安装在原水流入槽70的两端部，其中原水流入槽70是使排水槽12的一部分向过滤槽的半径方向外侧扩张而形成的。

以从原水送水管6垂直地分支的方式设有一根至多根（在图示的实施方式中为三根）原水特殊混气喷嘴7。各喷嘴7的上游侧的端部以使内部与原水送水管6连通的方式嵌入在原水送水管6中，在下游侧的端部形成有将原水作为喷射水流而喷出的原水喷出口7b。原水特 殊混气喷嘴7的内径例如优选为3～30mm左右。此外，原水特殊混气喷嘴的位置不限于此，只要在原水喷出口7b与滤材层4的表面或排水槽12的底面之间隔开规定间隔地配置在滤材层或排水槽的上方即可。

在原水特殊混气喷嘴7上设有与其数量相同（在图示的实施方式中为三个）的空气口15。各空气口15向大气开放。空气口15的内径优选为喷嘴内径以上。

在过滤槽5内，需要使填充于滤材层4的上层2中的滤材与填充于下层3中的滤材相比为比重小且粒径大的材质。作为满足该条件的上层的滤材，例如优选无烟煤等，尤其优选无烟煤（粒径约1.2mm）。另外，作为满足该条件的下层的滤材，优选过滤砂（粒径约0.6mm）。过滤槽4捕捉从喷嘴供给的作为喷射流而供给的原水中的氧化物絮凝物及其他异物，由此发挥对原水进行过滤的功能，并且，发挥供铁细菌及其他微生物栖息并将原水中的铁、锰氧化而吸附的功能。通氢氧化铁的自催化作用，铁主要在上层2的表面上皮膜化（在距滤材层的表面300mm左右的部分最多），锰主要通过生物处理而在下层3的过滤砂表面上皮膜化（在距滤材层的表面300～1300mm左右的部分最多）。

通过支承砂石层17来支承滤材层4。支承砂石层17优选构成为从上层按顺序由小粒径层、中粒径层、大粒径层的多层组成，但不限于此。

在过滤槽5的支承砂石层17的中心部，沿水平方向配置有集水管13。在本实施方式中，集水管13兼作用于抽取被滤材层4过滤后的水的过滤水抽取管和用于向滤材层4供给反冲水的反冲水供给管。在集水管13上，如图9所示，以与集水管13连通的方式分支、且以沿水平方向延伸的方式安装有多根支管14。此外，过滤水抽取管和反冲水供给管不限于上述例子，也可以设置其他过滤水抽取管和反冲水供给管。

在比上层2的表面靠上方的过滤槽5中，设有用于将反冲时溢出 的水排出的排水槽12。对于将反冲时溢出的水排出，不限于排水槽12，也可以使用其他形状的排水口。此外，在图2所示的实施方式中，排水槽12也起到使从原水特殊混气喷嘴供给的原水向过滤槽移动的作用。

在图1的实施方式中，上层清洗装置10具有：上层清洗管支承部件17，其与上层清洗水送水管25连通，且配置在滤材层4的径向上方；上层清洗水管18，其包括，与上层清洗管支承部件17连通、通过回转管接头（swivel joint）29而能够旋转地安装在该支承部件上且沿上下方向延伸的中心清洗水管26、以及以与该中心清洗水管26连通的方式与其下端部连结且向半径方向两侧沿水平方向延伸的一对水平清洗水管27、28；表洗特殊混气喷嘴19，其是从该一对水平清洗水管27、28分别将喷出口朝向过滤槽4的周向而向斜下方突出的多个表洗特殊混气喷嘴，且一方的水平清洗水管27的该喷嘴的喷出口的朝向与另一方的水平清洗水管28的该喷嘴的喷出口的朝向为相反方向；至少一根空气吸入管20，其固定在中心清洗水管26上且沿上下方向延伸；和一对水平空气管31、32，其以与空气吸入管20连通的方式与该空气吸入管20连结，并且沿水平清洗水管27、28在水平方向上延伸，固定在水平清洗水管27、28上，水平空气管31、32通过后述的连接管而分别与气液特殊混气喷嘴19连通，空气吸入管20的上端部向大气开放，且比排水槽12靠上方配置。

接下来，参照图3～图8说明本发明的上层清洗装置的更具体的一个实施方式。

在图3中，上层清洗装置10具有上层清洗管支承部件17、上层清洗水管18、表洗特殊混气喷嘴19、空气吸入管20、和水平空气管21。

上层清洗管支承部件17通过三向管接头22而将以沿水平方向延伸的方式配置的一对管部件17a、17b结合，其两端被圆盘状的凸缘23、23封闭。上层清洗管支承部件17通过固定在其两端部的底壁上的一对支柱24、24而固定在排水槽12的外周凸缘部12a上。上层清 洗管支承部件17在其一端部与上层清洗水送水管25连通，能够从与上层清洗水送水管25连接的上层清洗水供给源（未图示）接受上层清洗水的供给。

上层清洗水管18由中心清洗水管26和一对水平清洗水管27、28构成。

中心清洗水管26由在过滤槽5的中心位置沿上下方向延伸的管体构成，设在其上端部的圆盘状的凸缘26a焊接固定在回转管接头29的下端部的圆盘状凸缘29a上，其中回转管接头29配置于中心清洗水管26上方。在回转管接头29的上端部设有圆盘状凸缘29b，该凸缘29b焊接固定在设于管接头22的下部开口部上的圆盘状凸缘22a上。圆盘状凸缘26a、29a、29b、22a均为中央部开口，因此，中心清洗水管26与上层清洗水管支承部件17连通，并且能够旋转地安装在支承部件17上。

一对水平清洗水管27、28通过三向管接头30而相互连结并与中心清洗水管26的下端部连结，与中心清洗水管26连通并从中心清洗水管26的下端部向半径方向两侧沿水平方向延伸。水平清洗水管27、28的、与水平清洗水管27、28和中心清洗水管26的连结部相反一侧的端部被帽43、44封闭。

在水平清洗水管27、28上分别安装有将喷出口朝向过滤槽5的周向而向斜下方突出的多个（在图示的例子中各五个）表洗特殊混气喷嘴19。一方的水平清洗水管27的喷嘴19的喷出口的朝向与另一方的水平清洗水管28的喷嘴19的喷出口的朝向为相反方向。

在图3的实施方式中，在这些喷嘴19中，水平清洗水管27的图中左端的喷嘴19的喷出口配置成从周向偏离而朝向过滤槽5的内壁侧，由此能够容易地对上层的外周端部的滤材进行搅拌清洗。另外，水平清洗水管28的图中左端的喷嘴19的喷出口配置成从周向偏离而朝向过滤槽5的中心侧，由此能够容易地对上层的中心部的滤材进行搅拌清洗。

一对空气吸入管20、20以使向大气开放的上端部比排水槽12靠 上方配置的方式沿上下方向延伸，并通过固定金属件33而固定在中心清洗水管26上。

如图6所示，固定金属件33由一对金属件部件33a、33b构成，各金属件部件33a、33b具有中央部的中心清洗水管嵌合部33c和其两侧的空气吸入管嵌合部33d，在这些嵌合部33c、33d的两侧形成有螺栓孔33e。另外，在一方的金属件部件33a的外侧表面的螺栓孔33e之上焊接有螺母34。

如图7所示，以使中心清洗水管嵌合部33c与中心清洗水管26嵌合、且使空气吸入管嵌合部33d与空气吸入管20嵌合的方式安装该金属件部件33a、33b，并将螺栓螺入至两金属件部件33a、33b的螺栓孔33e中来紧固两金属件部件33a、33b，由此，能够将空气吸入管20、20固定在中心清洗水管26上。

水平空气管31、32分别经由管接头36、36以与空气吸入管20、20连通的方式与空气吸入管20、20连结。水平空气管31、32分别与水平清洗水管27、28并行地沿水平方向延伸。如图5所示，在水平空气管31、32与水平清洗水管27、28的彼此相对的一侧，隔开规定间隔地分别焊接有固定金属件37、38（图4），在这些固定金属件37、38上分别形成有螺栓穿插孔（未图示）。水平空气管31、32和水平清洗水管27、28如图5所示那样，使固定金属件37、38重合，在其螺栓穿插孔中插入螺栓39并通过螺母40紧固，由此能够相互固定。水平空气管31、32的与管接头36为相反侧的端部被帽45、46封闭。

在表洗特殊混气喷嘴19中，如图5所示，在将来自水平清洗水管27、28的清洗水作为喷射水流而喷出的喷水喷嘴48的喷出口附近，与水平空气管31、32和水平清洗水管27、28连通且将水平空气管31、32和水平清洗水管27、28相互连接的由软管等构成的连接管50的前开口部50a开口，通过喷射水流的压力，从向大气开放的空气吸入管20的上端部吸入空气而使其与喷射水流混合，并从喷嘴口19a喷出。

在各空气吸入管20、20的上端部螺入有螺入套筒34，该套筒34如图8所示，使中央部向上下方向开放而形成有开放孔34a，并设有 锥部，关于该锥部，在安装位置处，开放孔34a的下端部34b与空气吸入管20的中心孔20a为相同直径且与该中心孔20a对齐，但随着趋向于上端部的开放端部34c而直径逐渐扩大。套筒34的上端部被带有细孔66的上盖65覆盖。由此，在上层清洗装置工作时，能够显著地降低从空气吸入管20的上端部吸入空气时的噪音，能够与非工作时没有显著差别地、以在水槽外部没有实际产生噪音污染的状态进行上层清洗作业。

将送水压力设定成0.2MPa，将上层清洗水管的转速设定成4周/分，并将表洗特殊混气喷嘴的倾斜角度设定成20℃，测定了通过上层清洗装置向水面直接进行喷嘴喷射时及以没于水中状态喷射时的噪音，如下表1所示（单位为dB）。

[表1]

	水槽内部（非工作时）	水槽外部（非工作时）
			水面喷射时	84.2（50.0）	62.2（57.7）
没于水中喷射时	73.3（50.0）	59.7（59.7）

接下来，参照图1及图2说明适用了本发明的上层清洗装置的水处理装置的动作。

在原水过滤时，将上层2的表面上的水的水深维持于规定深度，并从送水泵经由原水送水管6向原水特殊混气喷嘴7供给原水，通过使喷嘴7中的水的流速为例如5.8～256升/分而使原水成为喷射水流，另一方面，空气以例如水量的1.0～1.5倍的量从在喷嘴7内开口的空气口15流入到原水特殊混气喷嘴7内，由此喷射水流卷入空气而形成大量小气泡，该含有大量气泡的混气喷射水流从喷嘴7的原水喷出口7b释放到上层2之上的水中，由此，水中的溶解氧接近于饱和状态。水中的铁与溶解氧发生反应而在滤材表面作为氢氧化铁被捕捉。像这样，水中的铁等溶解性成分被氧化而成为不溶性成分，铁成分主要在形成上层2的无烟煤颗粒的表面被捕捉，锰成分主要在形成下层 3的过滤砂颗粒的表面被经高浓度的溶解氧而活化的细菌通过生物处理而捕捉。被滤材层4过滤掉这些不溶性成分及其他异物的过滤水从作为过滤水抽取管而发挥功能的集水管13被抽取至外部。

若持续上述的过滤作用，则随着时间的经过，在上层2的表面蓄积氧化物的絮凝物及其他异物，上层2的表面部被絮凝物及其他异物覆盖，引起堵塞而封堵，因此，滤材层4的过滤功能降低。当上层表面部产生堵塞时，上层表面上的水位逐渐升高，因此，在水位达到某一定水平后，选择并实施下面的局部清洗工序和整体清洗工序的某一方，由此进行滤材层4的清洗。

局部清洗工序 

（1）进行过滤处理中断工序，暂时停止供给原水。

（2）进行上层清洗工序，使反冲水从反冲时作为反冲水供给管发挥功能的集水管13以上层清洗速度（例如30m/h）流入，由此边松缓上层边使上层清洗装置10工作，通过从表洗特殊混气喷嘴19喷出的混气喷射流对上层2的滤材进行搅拌而使滤材相互摩擦，由此使封堵滤材表面的氢氧化铁从滤材剥离，并通过基于反冲水的向上水流将其冲洗掉。将通过以比较低速的上层清洗速度供给反冲水而剥离的污泥向排水槽排出。

（3）进行浊水排放工序，使反冲水从集水管13以上层清洗速度流入，并通过向上水流对下层3及上层2的滤材进行清洗，由此，将含有主要在上层被捕捉的铁成分的水从排水槽12排出。

整体清洗工序 

（1）进行过滤处理中断工序，停止供给原水，进行过滤处理直至水位下降到上层的滤材表面附近或上层中的规定高度。

（2）进行清洗工序，使反冲水从集水管13以比上层清洗速度更大且比滤材的沉降速度更快的整体清洗速度（例如60m/h）流入，通过急速向上水流清洗下层3及上层2的滤材。

（3）静置工序，在结束上层及下层的滤材的清洗后，以滤材的沉降速度以下的速度进行向上水流的供给，并使上层及下层的滤材沉 降。

（4）浊水排放工序，以上层清洗速度持续进行向上水流的供给，将含有从上层及下层的滤材分离出来的浊质成分的浊水从排水槽12排出。

关于选择上述局部清洗工序和整体清洗工序的哪一方，只要根据原水中的铁和锰的浓度比及过滤处理速度等而分别确定局部清洗工序和整体清洗工序各自的频率，根据该频率来选择某一工序，此后以该频率进行局部清洗及整体清洗即可。

另外，在本发明的其他实施方式中，构成为，测量用于过滤处理的正常运转时的过滤槽5的阻力值，在该阻力值为规定值以上时自动开始局部清洗工序。对于测量阻力值，可以通过压差计来测量过滤槽的压差，也可以在通过水位计而测量到的水位上升到规定值后，将该水位视为规定的阻力值。由此，在滤材层的上层产生需要清洗程度的堵塞时，自动开始局部清洗工序，因此，与按照预先确定的日程来进行局部清洗工序相比，能够更高效地进行。

作为其他方法，还可以是，在过滤槽的阻力值到达规定值后进行局部清洗（可以自动进行，也可以随时测量规定值），若在局部清洗后、阻力值到达规定值之前的时间为规定时间以下，则自动进行整体清洗工序。

实施例

以下说明使用了图3～5所示的上层清洗装置的实施例。

水处理装置的过滤槽在俯视观察时为内径1800mm的圆形，上层的相对于滤材层表面的深度为700mm，下层的相对于上部表面的深度为1800mm。上层清洗装置的中心清洗水管的内径为50mm，水平清洗水管的内径为32mm，空气吸入管的内径为32mm，水平空气管的内径为20mm，表洗特殊混气喷嘴的喷射口的内径为4.5mm。

使用该上层清洗装置，对表清洗特殊混气喷嘴相对于经过水平清洗水管的轴心的垂直面的倾斜角度及送水压力进行各种变更，并调查水平清洗水管的转速与送水压力的关系、及水平清洗水管的转速与喷 嘴的倾斜角度的关系。其结果为，所得到的转速与送水压力的关系如图10所示，转速与喷嘴的倾斜角度的关系如图11所示。

另外，从实验结果可知，优选使上层清洗装置的水平清洗水管旋转的转速处于3周/分～5周/分的范围内。得知若转速不足3周/分，则清洗效率低下，难以实现作为目标的高速过滤，另一方面，若转速超过5周/分，则产生如下问题，即不仅清洗作为目标的上层，也波及到不为目标的下层的上层部，由此会冲洗掉栖息于下层的除去锰所需要的生物。

因此，观察图10可知，关于能够得到该转速为3周/分～5周/分的范围的压力，在喷嘴倾斜角为25°的情况下约0.12～0.165MPa的送水压力为适当范围，在喷嘴倾斜角为20°的情况下约0.185～0.26MPa的送水压力为适当范围，在喷嘴倾斜角为15°的情况下约0.24MPa以上的送水压力为适当范围。

另外，观察图11可知，关于能够得到该转速为3周/分～5周/分的范围的喷嘴倾斜角度，在送水压力为0.2MPa的情况下喷嘴倾斜角度约为18°～22°，在送水压力为0.15MPa的情况下喷嘴倾斜角度约为22°～27°，在送水压力为0.1MPa的情况下喷嘴倾斜角度约为30°以上。

为了提高清洗效果，送水压力较高的情况为宜，但若送水压力超过0.2MPa，则消耗的送水用动力的费用高昂而不优选，因此，当从清洗效果及送水用动力的观点出发将送水压力的上限值设定成0.2MPa时，可知得到转速为3周/分～5周/分的范围的、表洗特殊混气喷嘴相对于经过水平清洗水管的轴心的垂直面的倾斜角度处于约18°～22°的范围内。

另外，在该上层清洗装置中，在进行关闭空气吸入管20的开口部而从喷嘴19仅喷射清洗水来进行清洗的情况（专利文献2的情况）、和从空气吸入管20吸入空气并从喷嘴19喷射混气喷射水来进行清洗的情况（本发明的情况）下的比较试验后，可知仅喷射清洗水的情况下的从上层表面能够搅拌的滤材层的深度为28cm，与之相对，喷射混气喷射水的情况下的搅拌深度为36cm，通过使用特殊混气喷嘴19， 与仅喷射水的情况相比，能够搅拌高出约20％的深度范围。

Claims (5)

1.一种水处理装置的上层清洗装置，该水处理装置包括：原水送水管；一根或多根原水特殊混气喷嘴，其一端部与所述原水送水管连通，在另一端部具有将原水作为原水与空气的混气喷射水流而喷出的原水喷出口；俯视观察时为圆形的过滤槽，其收纳滤材层，该滤材层由上层和下层这两层构成，且该上层由比该下层的滤材比重小且粒径大的滤材构成；过滤水抽取管，其为了抽取被所述滤材层过滤后的水而设在所述过滤槽上；反冲水供给管，其为了向所述滤材层供给反冲水而设在所述过滤槽上；排水槽或排水口，其在所述滤材层的上方设在过滤槽上；和上层清洗装置，其从所述反冲水供给管使反冲水以上层清洗速度流入，通过向上水流松缓上层的滤材并进行上层的清洗，所述原水特殊混气喷嘴在所述原水喷出口与所述滤材层的表面或所述排水槽的底面之间隔开规定间隔地配置在所述滤材层或所述排水槽的上方，所述上层清洗装置的特征在于，具有：

上层清洗管支承部件，其与上层清洗水送水管连通，并配置在滤材层的径向上方；

上层清洗水管，其包括中心清洗水管及一对水平清洗水管，所述中心清洗水管与所述上层清洗管支承部件连通且能够旋转地安装在所述支承部件上并沿上下方向延伸，所述一对水平清洗水管以与所述中心清洗水管连通的方式与所述中心清洗水管的下端部连结，且从所述连结部向半径方向两侧沿水平方向延伸；

表洗特殊混气喷嘴，其是使喷出口分别从所述一对水平清洗水管朝向所述过滤槽的周向而向斜下方突出的多个表洗特殊混气喷嘴，一根水平清洗水管的所述表洗特殊混气喷嘴的喷出口的朝向与另一根水平清洗水管的所述表洗特殊混气喷嘴的喷出口的朝向为相反方向；

至少一根空气吸入管，其固定在所述中心清洗水管上且沿上下方向延伸；和

一对水平空气管，其以与所述空气吸入管连通的方式与所述空气吸入管连结，并且沿所述水平清洗水管在水平方向上延伸，固定在所述水平清洗水管上，

所述水平空气管通过连接管而与所述表洗特殊混气喷嘴分别连通，所述空气吸入管的上端部向大气开放，比所述排水槽或排水口靠上方配置。

2.如权利要求1所述的上层清洗装置，其特征在于，所述上层清洗水管的转速处于3周/分～5周/分的范围内。

3.如权利要求2所述的上层清洗装置，其特征在于，送水压力的上限值为0.2MPa，送水压力为0.2MPa时的、表洗特殊混气喷嘴相对于经过水平清洗水管的轴心的铅垂面的倾斜角度为18°～22°的范围内。

4.如权利要求1至3中任一项所述的上层清洗装置，其特征在于，在所述空气吸入管的上端部设有防止产生噪音机构，所述防止产生噪音机构具有与所述空气吸入管连通的开放孔，所述开放孔形成有锥部，该锥部随着趋向于上端部的开放端部而直径逐渐扩大，且具有带有细孔的上盖。

5.一种水处理装置滤材层的清洗方法，所述水处理装置包括：原水送水管；一根或多根原水特殊混气喷嘴，其一端部与所述原水送水管连通，在另一端部具有将原水作为原水与空气的混气喷射水流而喷出的原水喷出口；过滤槽，其收纳滤材层，该滤材层由上层和下层这两层构成，且所述上层由比所述下层的滤材比重小且粒径大的滤材构成；过滤水抽取管，其为了抽取被所述滤材层过滤后的水而设在所述过滤槽上；反冲水供给管，其为了向所述滤材层供给反冲水而设在所述过滤槽上；排水槽或排水口，其在所述滤材层的上方设在过滤槽上；和权利要求1～4中任一项所述的上层清洗装置，所述原水特殊混气喷嘴在所述原水喷出口与所述滤材层的表面或所述排水槽的底面之间隔开规定间隔地配置在所述滤材层或所述排水槽的上方，所述水处理装置滤材层的清洗方法的特征在于，

选择主要进行所述上层的清洗的局部清洗和清洗所述上层及所述下层双方的整体清洗的某一种来进行所述滤材层的清洗，所述局部清洗的工序包括：

(一)过滤处理中断工序，暂时停止供给原水；

(二)上层清洗工序，使反冲水从所述反冲水供给管作为向上水流以上层清洗速度流入，并通过权利要求1～4中任一项所述的上层清洗装置来清洗所述上层，由此，使封堵滤材表面的氢氧化铁从滤材剥离并通过向上水流将其冲洗掉；和

(三)浊水排放工序，以所述上层清洗速度持续进行向上水流的供给，将含有从所述上层的滤材分离出来的浊质成分的浊水从所述排水槽或排水口排出，

所述整体清洗的工序包括：

(一)过滤处理中断工序，停止供给原水；

(二)清洗工序，使反冲水从所述反冲水供给管以比所述上层清洗速度更大且比滤材的沉降速度更快的整体清洗速度流入，并使所述上层清洗装置工作，从而对所述上层及所述下层的滤材进行清洗；

(三)静置工序，在结束所述上层及下层的滤材的清洗后，以滤材的沉降速度以下的速度持续进行向上水流的供给，并使所述上层及下层的滤材沉降；和

(四)浊水排放工序，以所述上层清洗速度持续进行向上水流的供给，并将含有从所述上层及下层的滤材分离出来的浊质成分的浊水从所述排水槽或排水口排出。