JP3053870B2 - 側方暗きょにおける気体逆洗を改善する装置及び方法 - Google Patents

側方暗きょにおける気体逆洗を改善する装置及び方法

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Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 １発明の分野 本発明は、気体と液体とを（たとえば、空気と水と
を）組み合せた側方タイプの暗きょ装置を備えるろ過器
における気体逆洗、典型的には空気逆洗を改善する装置
及び方法に関する。
２従来技術 水及び廃水を処理するろ過媒体のろ床を有する重力ろ
過器のようなろ過器では、ろ過器からろ過された液体を
運ぶための暗きょ、またろ過媒体を逆洗するため洗浄液
体及び気体を周期的に分配するための暗きょをろ過媒体
の下方に備えることが周知である。ファラボウ（Faraba
ugh）への米国特許第4,065,391号明細書に記載されてい
るような二重の側方（bual lateral）空気及び水暗きょ
装置を備えるろ過器の空気及び水逆洗では、空気と水と
の組合せの一連の処理において空気だけの過程を持つこ
とが好ましいことが判明している。空気はろ過媒体の下
方に供給され、ろ過媒体を活発に振動させ、ろ過媒体中
のごみを表面に向けて分散させる。ごみはその後水逆洗
中にろ過器からより簡単に除去される。したがって、水
の正味使用量は減少する。新しい又は後から取り付ける
ろ過器の暗きょ装置を売り主に注文するとき、重力ろ過
器の設計者及び使用者が最初の空気だけの逆洗区分すな
わち逆洗段階を特定することがごく普通になっている。
なぜなら、それが全体の運転費及び装置費を下げること
となるからである。空気又は水に代えて又はこれに加え
て、気体又は液体もまたろ過器を逆洗するのに使用でき
る。しかし、簡単さのために、この明細書を通して気体
又は液体に代えて空気及び水を使用する。
空気だけの逆洗段階では、側方暗きょとろ過媒体とは
典型的には処理水内に入っている。空気が暗きょに吸い
上げられ、圧縮された空気は暗きょの上方デッキすなわ
ち頂壁の下方の水内にポケットを形成する。空気は上方
デッキの分散穴を通って逃げ、ろ過媒体を通って水面ま
で上昇する。その道筋で空気はろ過媒体からごみを厳密
に分離する。
ろ過器の性能と運転寿命を最大にするために、ろ過媒
体を支持する空気及び水の側方暗きょは次の設計目標に
適合することが重要である。
ａ 側方暗きょ装置の頂壁においてろ過収集物と逆洗空
気及び水の分散穴との接近した間隔を提供すること。
ｂ 関与しないろ過媒体のポケットを避けるため逆洗空
気と逆洗水との両方をろ過媒体の最大の面積及び深さに
関与させること。
ｃ 詰りを防ぐため十分に大きな分散穴を提供するこ
と。
前記したファラボウの暗きょは、逆洗水と逆洗空気と
を同じ穴に通過させることによって前記目標を達成して
いるが、これは暗きょの頂壁において水分散のために最
初に設計されたものである。しかしながら、ファラボウ
の暗きょにおける穴の二重使用は、空気だけの逆洗中に
「引きずり水の戻り」（drag water return）現象の発
生に至ることを我々は最近発見した。本発明の発明者に
も、また当業者にも従来未知であった前記現象は、空気
だけの逆洗中、特に低い空気流量では最大の分配可能性
を達成するためのファラボウの暗きょの能力を妨げた。
前記現象はまた、前記暗きょが空気を適当に分散できる
逆洗空気流量の範囲の下限を制限する。前記ファラボウ
の暗きょは、空気の適当な逆洗分配を達成するために３
立方フィート毎分毎平方フート（cfm/ft2）の最少の空
気流量を必要とすることが実験で分った。
前記二重使用の特徴によって、ファラボウにおける前
記分散穴は、これら分散穴の全体の断面積が逆洗水と逆
洗空気との両方のために適当な水頭損失を与えることが
できるように寸法決めされなければならない。断面積を
拡大することは貧弱な空気分配の結果となり、断面積を
縮小すなわち減少することは水逆洗中の圧力降下を高く
し過ぎるであろう。特に、どんな暗きょ装置も最適の逆
洗水の分配を達成するため、ある最少の水力水頭損失に
基づいて設計されなければならない。流動化される媒体
への適用のために、そのような水頭損失は、一般に、初
期の水流動点における浄ろ過媒体の水頭損失より大きく
なければならない。前記流動化される媒体では媒体全体
の流動化が予期される（たとえば、10〜30ガロン毎分毎
平方フート（GPM/ft2））。他方、逆洗水の水頭損失
は、適当な逆洗水流れを達成するのに過度のエネルギを
必要とするほど高いものであってはならない。慣用され
ている側方暗きょ装置は、分散穴を経ての媒体への通路
を含めた暗きょ全体を通しておよそ20GPM/ft2の逆洗流
量で15〜40インチ水柱の最大水頭損失まで最適な水逆洗
性能を与えるであろう。これは、概略的には、現行の多
くの側方暗きょが水逆洗で有効に実施できるであろう最
大の慣習的な水頭損失である。より高い水頭損失はエネ
ルギの過消費となり、水処理過程のための必要動力及び
ポンプ寸法を増大させる。普通の液体逆洗流量での前記
した一般的な水頭損失の指標は、側方暗きょの頂壁にお
ける全ての分散穴の特定の数量と寸法とを確立する。分
散穴の寸法と間隔とは、設計及び製作要件を簡単にする
ため暗きょの全ての適用に同じに維持されることが好ま
しい。
逆洗空気を分配する分散穴が最適に寸法決めされ、か
つ、間隔をおかれた逆洗水を分配する詰りのない穴と同
じであるとき、そのような頂壁の空気を分配する穴を通
しての水頭損失は、空気のより低い密度ゆえに著しく少
ない。この少ない水頭損失は、頂壁の下方に空気ポケッ
トを形成するのに十分であるが、空気及び水が分散穴に
入る前に効果的に分離するように分散穴の前面に十分に
深い空気ポケットを形成するのを可能にはしない。
高速空気がそのジェット作用によって空気ポケットか
らいくらかの液体を分散穴を経て側方暗きょの媒体側へ
引き上げ、頂壁の下方の導管すなわち横の部屋に圧力空
隙を創るであろうということを我々は最近発見した。こ
の圧縮空隙は、暗きょの頂壁のいずれの側にも圧力均衡
を維持するため均等量の水を分散穴を経て絶えず下方へ
戻させる。そのような「引きずり水の戻り」は、頂壁の
いくつかの分散穴が空気を分配するのを阻止し、別の分
散穴が空気だけを間欠的に分配するようになる。この現
象は、本発明の特徴を備え、また備えない透明のパイロ
ットろ過器での染料試験を使用して確認されている。
空気及び水を組み合せた側方暗きょを開示するいくつ
かの付加的な米国特許には、第5,160,614号、第5,156,7
38号、第5,149,427号、第5,108,627号、第5,087,362
号、第5,068,034号、第5,019,259号、第4,331,542号、
第4,214,992号、第4,196,079号、第4,064,050号、第3,4
68,422号、及び第2,710,692号がある。しかしながら、
現時点で我々が知り得た従来技術のいずれも、空気及び
水の両方の分配のための同じ分散穴を利用する暗きょに
おいて空気だけの逆洗中の引きずり水の戻りの問題を扱
っていない。
したがって、本発明の目的は、空気及び水の側方暗き
ょの頂壁において空気だけの逆洗中のある分散穴の空気
遮断を避けることである。別の目的は、暗きょの上方か
ら下方の加圧された空気ブランケットへ引きずり水の戻
りのための邪魔のない通路を提供することである。さら
に別の目的は、側方暗きょのろ過収集性能や逆洗水の分
配性能を妨げることなく、逆洗水と逆洗空気との両方を
分配するための同じ分散穴を使用するとき、逆洗空気の
分配を著しく改善することである。最後に、本発明の目
的は、短い側方長さ及び長い側方長さの両方にわたって
１〜2cfm/ft2のように非常に低い空気だけの流量で逆洗
空気分配を改善することである。低い空気だけの流量で
の逆洗は、時には、低い定格の送風装置の使用を可能に
するため好ましく、これによって空気逆洗装置に関連す
る装置費及び運転費を削減する。
発明の概要 本発明は、気体及び液体を組み合せた側方暗きょを有
するろ過装置に使用するための、ろ底上に配置されるべ
き暗きょの分配器であってこの分配器の上方に粒状媒体
を配置した暗きょの分配器を提供する。液体が前記粒状
媒体に供給され、粒状媒体を通って分配器に流れる。前
記分配器は中空の内部を画定する複数の外壁を含む。複
数の外壁は頂壁と、この頂壁とろ底との間に伸びる一対
の側壁とを含む。複数の分散穴が頂壁に形成され、前記
中空の内部と前記ろ過媒体との間の流体的連通を与え
る。本発明は暗きょの分配器内の少なくとも１つの液体
の戻り導管を備える。この戻り導管は、複数の分散穴の
下方の前記中空の内部内のレベルに導管排出口を備え、
前記中空の内部と前記分配器の外部との間の流体的連通
を与える。特に、前記導管排出口は、頂壁の下方に形成
された気体ポケットの外部の液体が気体の逆洗流れを邪
魔することなく分配器の内部に戻るように位置する。
本発明の現行の好ましい実施例は、前記中空の内部を
第１の水平の導管と、この第１の水平の導管に隣接して
位置する少なくとも１つの第２の水平の導管であって頂
壁の各分散穴が第２の水平の導管の一方と連通する少な
くとも１つの第２の水平の導管とに分離する複数の内壁
を含む。この実施例では、液体の戻り導管は頂壁内のト
ラフであってこのトラフの下方部分に配置された少なく
とも１つのオリフィスを第２の水平の導管と連通させる
トラフとして形成される。これに代えて、液体の戻り導
管は頂壁から第２の水平の導管の内部へ伸びるチューブ
として形成できる。
別の現行の好ましい実施例は、分配器の側壁の少なく
とも１つの上方部分に位置するオリフィスの形態の液体
の戻り導管を含む。下方へ伸びるバッフルが暗きょの分
配器の内部において前記オリフィスに隣接して配置され
る。前記バッフルは気体ポケットが前記オリフィスと連
通するのをさえぎる。
本発明はまた、側方暗きょの上方に配置される粒状媒
体を逆洗する方法を提供する。暗きょは複数の貫通した
分散穴を含み、少なくとも１つの液体の戻り導管が前記
分散穴の下方のレベルで暗きょの内部の排出口に伸びて
いる。前記暗きょ及び粒状媒体は処理液体内に入ってい
る。逆洗方法は、逆洗気体のポケットが分散穴と液体の
戻り導管の排出口との間に形成されるように逆洗気体を
暗きょに供給すること、逆洗気体を分散穴を経て粒状媒
体に導くこと、気体ポケットの外部にある液体を液体の
戻り導管を経て液体の戻り導管の排出口に運ぶことを含
む。この方法は、ろ底の全体にわたる分散穴を経ての逆
洗気体の均一な分布を与え、粒状媒体側又は分配器の外
部から分配器の内部への液体の戻りによる気体流れの部
分的又は勝手な分配を最少にする。
本発明のなおその上の詳細や利点は、全体を通して類
似の符号が類似の要素を示している添付の図面と関連し
た次の詳細な説明から明らかとなるであろう。
図面の簡単な説明 図１は、本発明に従う側方暗きょ装置を有するろ過器
の概略図である。
図２は、本発明のろ過器の暗きょブロックの第１の好
ましい実施例の図３のII−II線に沿って切断した断面図
である。
図３は、本発明の第１の実施例に従うろ過器の暗きょ
ブロックの平面図である。
図４は、図３のIV−IV線沿って切断した断面図であ
る。
図５は、本発明のろ過器の暗きょブロックの第１の実
施例のベルエンド（bellend）を示す、一部を破断した
側面図である。
図６は、本発明に従う水計量オリフィスの分離して示
す断面図である。
図７は、本発明に従うバッフルを示す、図５のVII−V
II線に沿って切断した一部を破断した断面図である。
図８は、本発明の第２の実施例に従う多孔性プレート
を組み込んだろ過器の暗きょブロックを示す斜視図であ
る。
図９は、本発明の第３の実施例に従うろ過器の暗きょ
ブロックの一部を断面とした斜視図である。
図10は、本発明の第４の実施例に従うろ過器の暗きょ
ブロックの一部を断面とした斜視図である。
図11は、本発明の第５の実施例に従うろ過器の暗きょ
ブロックの一部を断面とした斜視図である。
図12は、本発明の第６の実施例に従うろ過器の暗きょ
ブロックの一部を断面とした斜視図である。
図13は、本発明に従う暗きょの分配器の逆洗水の不均
一分配と流量との、従来の技術と比較したグラフであ
る。
好ましい実施例の詳細な説明 図１は、粒状媒体14のろ床を支持する側方暗きょ12を
有する重力ろ過器10を示している。前記側方暗きょは、
ろ底18を横切る平行な隣り合った列において端と端とを
つき合わせて配置される複数のろ過器の暗きょブロック
16からなる。重力ろ過器10は、逆洗水の入口22と逆洗空
気の入口24とを備えるとい20を含む。
重力ろ過器10は逆洗空気だけのモードで概略的に示さ
れ、このモードでは処理水26がろ過器に存在する。粒状
媒体14もまた概略的に示されている。粒状媒体14は、側
方暗きょ12の真上に支持砂利層を含むことができ、また
含まないことができる。本発明を適用しうる空気及び水
の側方暗きょを有する重力ろ過器のさらに別の面は、参
照することによってここに組み入れられる、ファラボウ
への米国特許第4,065,391号明細書に見出しうる。暗き
ょブロック16は液体すなわち引きずり水の戻り導管を含
み、これは図２ないし12に示したいくつかの特別の暗き
ょブロックの実施例に関連して以下に説明される。
本発明の第１の実施例は図２ないし７に示してあり、
特に、図２は、頂壁28と、底壁30と、頂壁28と底壁30と
の間に伸びている一対の相対する側壁32とを有するブロ
ック27を示している。複数の内壁34は、ブロック27の中
空の内部を第１の水平の導管36と、第１の導管36の相対
する側部に配置された２つの第２の水平の導管38とに分
離している。
頂壁28は複数の分散穴40を含み、これら分散穴40は頂
壁の外側面からさら穴41状にわずかに凹んでいる。第１
の実施例に従う好ましいブロック27は、典型的には約４
フィートの長さであり、頂壁28を横切って均一に間隔を
おいた92個の分散穴40を含む。分散穴40は、直径が7/32
〜1/4インチであることが好ましいが、これだけに限ら
れるものではない。頂壁28はおよそ９インチの幅であ
り、分散穴40は、図３に示すように、暗きょブロック27
の線状フート当たり23個の頻度で間隔をおかれている。
トラフ42が頂壁28の中央に位置し、複数のオリフィス
44がトラフの底壁45の近くのトラフの各側部に配置され
ている。オリフィス44は、以下にさらに詳しく説明する
ように、引きずり水の戻り導管として機能する。この好
ましい実施例では、前記オリフィスは直径が1/4インチ
であり、６個のオリフィスがトラフ42の各側部43に配置
されている。オリフィス44はブロック27の長手方向の軸
線に沿って中心から中心まで線状に８インチの間隔をお
かれている。さらに、オリフィス44は、相対するトラフ
の側部43で互いから対称的に対向しないようにずれて配
置されている。
ろ過モードでは、ろ過すべき水は粒状媒体14を通って
下方へ流れ、詰りのない分散穴40とトラフのオリフィス
44とに入る。そこから、水は第２の導管38へ、その後第
１の導管36へ進む。第１の導管36は収集とい20に接続さ
れ、収集とい20は、順次、消費者に分配するためにろ過
された液体を浄井戸（図示せず）に運ぶ。
最高のろ過性能を確保するために、粒状媒体14は規則
的に洗浄されなければならない。これは、ごみや異物の
粒子を粒状媒体から除去するためきれいな水を側方暗き
ょ12を経て吸い戻し、粒状媒体を経て上方へ吸い上げる
ことによって達成される。しばしば、水逆洗のための粒
状媒体を準備するために、水につけられた粒状媒体が空
気だけの逆洗によって最初に洗い落とされる。この場
合、空気は、後述するように、側方暗きょ12を経て上方
へ吸い上げられる。空気だけの逆洗はごみや他の不純物
を解き放ち、その結果ごみや不純物は引き続く水逆洗段
階によってより簡単に運び去られるであろう。
空気だけの逆洗モードは、典型的には、同時的な水及
び空気逆洗又は水だけの逆洗モードの前に開始される。
この時点では、暗きょと上に載っている粒状媒体との両
方が処理水26に入っている。図２は空気だけのモードを
示している。加圧された空気が第１の導管36に吸い上げ
られ、第１の導管の空気と水との境界面46が第１の導管
に確立される。特に、第１の導管36を画定している内壁
34のそれぞれが複数の空気計量オリフィス48を含んでい
る。空気計量オリフィス48の現行の好ましい配列が図２
及び図４に最良に示されている。空気だけの逆洗中、空
気は0.5〜５立方フィート毎分毎平方フート（cfm/ft2）
の割合で暗きょに吸い上げられる。特に、空気は空気計
量オリフィス48で計量されて第２の導管38に入り、そこ
で空気は処理水26の中で泡となり、頂壁28に向けて上昇
する。分散穴40の寸法と間隔とのために、逆洗空気は、
気体ブランケットすなわち気体ポケット50が全ての分散
穴の真下に形成されるのに十分な分散穴40を通る水頭損
失を被る。分散穴40を経ての空気移動は矢印52で示され
ている。典型的には、気体ブランケット50は頂壁28の下
方に1/8〜7/8インチの深さで広がる。この気体ブランケ
ットは第２の導管38内に付加的な空気と水との境界面54
を形成する。
前述のように、高すすぎの水だけの逆洗中暗きょにお
ける最適な全水頭損失を維持するために、頂壁の分散穴
は、慣習的な水逆洗速度での頂壁28を横切る水頭損失が
暗きょの全水頭損失要件と適当に平衡するように最初に
寸法決めされ、かつ、間隔をおかれなければならない。
前記水頭損失の平衡は、水圧の不均一分配を最少に保つ
重要なファクタである。典型的には、側方暗きょは、名
目の暗きょの水頭損失が20ガロン毎分毎平方フート（GP
M/ft2）の高い逆洗すすぎ速度において約15〜40インチ
水柱と同等になることが必要となるであろう。これは逆
洗水に最高の水頭損失の範囲であり、その損失水頭下で
は多くの慣用されている側方暗きょが有効に実施される
であろう。しかしながら、本発明は前記名目の水頭損失
のためのいかなる特定値にも制限されることを意図して
いない。本発明は、頂壁の全てのオリフィスが前記ファ
ラボウの暗きょのように、空気及び水の両方の逆洗に使
用するために適当に寸法決めされ、かつ、間隔をおかれ
る暗きょに適用できる。
特別の空気流れが開始され、空気と水との強界面54が
確立された後、さらに平衡した大きさの気体ポケットが
分散穴40及び頂壁28の下方の第２の導管に発現した後、
ある量の水26が56で示すように、頂壁28を横切って分散
穴40を通して存在する空気流れによって引きずられ続け
るであろうことを我々は見出した。この残っている「引
きずり水」移動は暗きょに静圧力の不平衡を創る。この
不平衡は、そのような引きずり水を暗きょに直ちに戻す
ことによってそれ自体を等しくしようとする。我々は前
記現象を「引きずり水の戻り」と名づけた。特別の観察
から、空気だけの逆洗操作中、頂壁28の上方から引きず
り水が実際に下方へ戻り、いくつかの分散穴40を逆洗空
気が通過するのをでたらめに阻止することが明らかであ
る。したがって、従来の設計では、暗きょの頂壁28を横
切るいくつかの穴が空気だけを間欠的に通過させ、別の
穴が空気を全く通過させないであろう。
境界面54を下げるために分散穴40の断面積を減ずるだ
けでは、満足できる解答とはならない。特に、前記断面
積の減少は、常に、次の３つの問題の１つをもたらすで
あろう。すなわち、水逆洗中の水頭損失の増加、粒
状媒体のろ床における逆洗流体の有効範囲の減少とデッ
ドスポットの発生（たとえば、空間が増加し、穴の大き
さが同じに保たれる場合）、又は穴の詰り。本発明に
従うと、引きずり水の戻りは、矢印57によって示すよう
に、オリフィス44を通って第２の導管38内の気体ブラン
ケット50の下方位置に進むことができる。特に、オリフ
ィス44の排出口が気体ブランケット50の下方にあり、空
気と水との境界面54がオリフィス44と気体ブランケット
50との連通をさえぎる。このように、引きずり水は気体
ブランケットによって妨げられることなく第２の導管38
に戻ることができる。0.5cfm/ft2からおよそ5cfm/ft2ま
での空気の逆洗流量において排出口が気体ブランケット
と直接の流体的連通なしのままであるように前記分散穴
が寸法決めされ、かつ、間隔をおかれ、また前記液体の
導管排出口が配置される。引きずり水が分散穴40を通っ
て下方へ戻るのが少なくなるであろう。そして、前記現
象によって影響を及ぼされる前記分散穴の数量が著しく
減少するか、又は完全になくなる。逆洗空気の分配はそ
れによって実質的に向上する。本発明の効果を証明する
定量的テストは下記の実験例ＩないしIIIに記載されて
いる。
本発明は特に、分散穴が逆洗水と逆洗空気との両方を
分配するのに使用される空気及び水の側方暗きょにおけ
る引きずり水の戻りの問題を解消すべく適合されてい
る。従来の多くの側方暗きょは逆洗水の分散穴と逆洗空
気の分散穴とを別々にしていたが、それらは、ろ過媒体
のろ床の逆洗に対する範囲が本発明によって与えられる
ほど大きくはないという欠点をこうむっている。さら
に、それらの空気逆洗の穴が水逆洗中の逆洗能力を実際
に与えないような小さな断面積である。このように、従
来の暗きょは、ろ過媒体のろ床にデッドスポットを残し
がちである。このデッドスポットでは、逆洗水又は逆洗
空気又は両者が適当な洗浄のためにろ過媒体及び媒体支
持砂利に到達できない。
図５ないし図７を参照すると、バッフル62が暗きょブ
ロック27のベルエンド64に隣接する第２の導管38内に含
まれている。バッフルは下方へ伸びて空気と水との境界
面54の下方の第２の導管38に入っている。バッフル62は
頂壁28の下方の空気の移動を妨げる。この空気の移動
は、それを妨げないと、大きな制御し難い空気ポケット
を作る傾向がある。第２のバッフル62はまた、処理水26
内の横揺れ波を防ぐことによって気体ポケット50がオリ
フィス44と連通するのをさえぎる助けをする。前記横ゆ
れ波は空気と水との境界面54をオリフィス44のレベルの
下方へもたらしうる。
トラフのオリフィス44はまた、第２の導管38内に留ま
っている空気の均一の抜き取りを促すため空気逆洗の一
時中止となるのを助ける。下方へ進んでいる水57と上方
へ逃げている空気52との間の干渉はほとんどない。再
び、一時中止となると、下方への水は主としてトラフの
オリフィス44を通って進む。
暗きょブロック27は次の方法で互いに連結される。各
ブロックは差込み端部68とベルエンド64とを有する。こ
れらは図４及び図５に最もよく示されている。ベルエン
ドは、差込み端部の整合溝72に受け入れられる整合隆起
70を含む。整合隆起70と整合溝72とは、通路すなわち導
管36,38の適当な分離を確保するため内壁34の端末に位
置する。差込み端部68がベルエンド64に受け入れられ、
複数のタブ74がベルエンド64の窓76に受け入れられるべ
く差込み端部68に配置されている。タブ74はスナップ嵌
め（snap fit）で窓76に受け入れられる。Ｏリング78が
連結点での暗きょに漏れが生じないのを確保するためタ
ブ74に隣接する差込み端部68を取り巻いている。
複数の水計量オリフィス80が内壁34の下方部分に沿っ
て間隔をおかれている。これらオリフィスの最適の寸法
と間隔とは、外側の寸法で、すなわち、第２の導管38に
対面する内壁34の側部で取った寸法がおおよそ7/8イン
チの長さと5/16インチの幅である寸法で４フートのブロ
ックに沿って中心から中心まで６インチでオリフィスを
配置することによって達成されることを我々は見出し
た。このように、８個のそのようなオリフィスが暗きょ
ブロック27の好ましい実施例では各内壁34に配置されて
いる。前記オリフィスの設計が逆洗水の分配を強めるこ
とを我々は見出した。図４に示すように、オリフィス80
の長さ方向の寸法は鉛直面にある。オリフィスの水平方
向の寸法の内壁の厚みに対する比は実質的に減少されて
いる。したがって、オリフィス80は、第１の導管36から
第２の導管38への流れを第１の導管36におけるような同
じ方向ではなくむしろ鉛直に上方へ導くであろう。
水逆洗中、水は第１の導管36に入り、水計量オリフィ
ス80を通って第２の導管38に進む。第２の導管38におけ
る補償流れは、第１の流れとは逆向きであり、側方暗き
ょ内の不均一分配を一般に最少にするであろう。不均一
分配の別の制御のために第１の導管36もまた、第１の導
管36内の逆洗水の流れを制御するためバッフル66を嵌め
うる。第２の導管38から水は分散穴40を通って上昇し、
粒状媒体14に入る。重要であることには、全ての分散穴
40が水逆洗中使用されている。通常、水は水逆洗中吸い
上げられるか、又はヘッドタンクによって供給され、さ
らに10〜30GPM/ft2の名目流量に制御される。
したがって、ろ過器の暗きょブロック27の第１の好ま
しい実施例はまた、図13に示したグラフ結果で証明され
るように、逆洗水分配の改良を提供する。図13では本発
明を組み込んだ側方暗きょにおける不均一分配が従来の
側方暗きょのそれと比較されている。図13に示すよう
に、線58で表示されている暗きょブロック27の不均一分
配は、線60で示した従来のそれより逆洗水流量の広い範
囲にわたって実質的に良好である。
図13のグラフを構成する実際のデータは表Ｉに記載さ
れている。表中の付加的なコラムは本発明によって達成
された改良パーセントを示す。
前述の第１の実施例に多孔プレート82を組み入れた本
発明の第２の実施例は、図８に示されている。多孔プレ
ート82は頂壁28を横切って横方向へ配置された複数のリ
ブ84に載っている。リブ84は、個々の流体分配コンパー
トメントを画定するため分散穴40とトラフ42とトラフの
オリフィス44とを仕切っている。リブ84はそのいずれの
端部にもランド86を有し、非連続の支持リブ88がリブ84
に直交してリブ84間に配置されている。前記多孔プレー
トのエッジは、起立されたフランジ92のオフセット部90
に受け入れられている。かしめ材すなわちシール材（図
示せず）のビートが多孔プレート82と暗きょブロック27
との間の適当なシールを確保するためオフセット部90に
配置されうる。多孔プレートと組み合せられたろ過器の
暗きょブロックに関わるその上の詳細や利点は、ここに
参照することによって組み入れられる米国特許第5,149,
427号明細書に見出すことができる。重要なことには、
多孔プレート82は分散穴40及びトラフのオリフィス44か
ら鉛直方向に間隔をおかれている。この鉛直方向に間隔
をおいた関係は、暗きょブロック27から多孔プレート82
を通る上方への逆洗流体の適当な分配を確保するのに必
要である。
本発明の第３の実施例は図９に示されている。ブロッ
ク94は頂壁96と、底壁98と、頂壁96と底壁98との間に伸
びている一対の相対する側壁100とを含む。複数の内壁1
02がブロック94の中空内部を第１の水平の導管104と第
２の水平の導管106とに分離している。第２の水平の導
管は第１の水平の導管104の相対する側部に配置されて
いる。中央に配置され、実質的に鉛直な支持壁108は底
壁98と頂壁96との間に伸びている。支持壁108はブロッ
ク94に含まれているが、このブロック94は前述の類似の
ブロック構造よりわずかに大きい。２つの第１の導管10
4の間を連通する空気及び水用の穴が支持壁108に設けら
れている。内壁102は、空気及び水を第２の導管106に分
配する複数の計量オリフィス109を含む。第２の導管106
に水を分配するための鉛直形状のオリフィスを内壁102
の底部に備えることもできる。複数の分散穴110が頂壁9
6の全面を横切って均一に間隔をおかれている。分散穴1
10は第２の導管106と上にある粒状媒体14との間を連通
する。複数の引きずり水の戻り導管112が頂壁96に配置
されている。引きずり水の戻り導管112は、頂壁96から
第２の導管106へ下方へ向けて伸びている、上方フラン
ジ116を備え、また備えないチューブ114を含む。各チュ
ーブ114は、第２の導管106内の空気と水との境界面120
の下方に位置する排出口118を含む。引きずり水の戻り
導管112は頂壁96を横切って均等に分配されている。
ろ過及び水逆洗中、ブロック94は本発明の前述した第
１及び第２の実施例と同様に機能する。空気逆洗中、空
気は第１の導管104に供給され、計量オリフィス119で計
量されて第２の導管106に入り、その結果、気体ブラン
ケット122が頂壁96の下方に形成される。特に、空気と
水との境界面120は頂壁96とチューブ114の排出口118と
の間に位置する。逆洗気体は矢印124で示すように分散
穴110を通って導かれる。粒状媒体14側からの液体が引
きずり水の戻り導管112を通って下方へ、矢印126で示す
ように気体ブランケット122の下方に位置する排出口118
に導かれる。
本発明の第４の実施例は図10に示されている。ブロッ
ク128は頂壁132に一対のトラフ130を含む。気体ブラン
ケット134が空気だけの逆洗中頂壁132の下方に形成され
る。頂壁132は複数の分散穴136を含み、トラフ130はト
ラフの下方部分にトラフのオリフィス138を含む。トラ
フのオリフィス138は、第１、第２及び第３の実施例に
関連して説明したように、空気だけの逆洗中引きずり水
の戻り導管として機能する。
空気だけの逆洗中、気体ブランケットは頂壁132とト
ラフのオリフィス138との間に位置する空気と水との境
界面140を限定する。逆洗空気は矢印142で示すように分
散穴136を通って上方へ進み、一方引きずり水は、矢印1
44で示すように空気と水との境界面140の下方に配置さ
れたトラフのオリフィス138を通って戻る。
本発明の第５の実施例は図11に示されている。ブロッ
ク146は頂壁148と、底壁150と、側壁152と、内壁154と
を含む。この内壁は２つの上方の第２の導管156と、２
つの下方の第１の導管158とを画定する。円筒状の第１
の気体導管160が上方の第２の導管156間に配置されてい
る。中央トラフ162が頂壁148に配置されている。中央ト
ラフ162はその下方部分にトラフのオリフィス164を有す
る。
操作に当たって、空気が第１の気体導管160を経て供
給される。そこから空気は上方の第２の導管156に集ま
り、頂壁148の下方に気体ブランケット166を形成する。
気体ブランケットは頂壁148とトラフのオリフィス164と
の間に位置する空気と水との境界面168を有する。逆洗
空気169は頂壁148の分散穴170を通て上方へ進み、一方
引きずり水171は空気と水との境界面168の下方に位置す
るトラフのオリフィス164を通って戻る。
最後に、本発明の第６の実施例が図12に示されてい
る。ブロック172のそれぞれは頂壁174と、底壁176と、
側壁178と、内壁180とを含む。内壁は下方の第１の導管
182と、上方の第２の導管184とを画定する。第１の気体
導管186が第２の導管184間に配置されている。側壁178
は内方へ傾斜した上方部分188を含む。この傾斜した上
方部分188は分散穴170の下方に配置された複数の水戻り
オリフィス190を含む。傾斜した上方部分188の内側には
バッフル192が配置されている。グラウト層194がブロッ
ク172間に設けられている。このグラウトのレベルは水
戻りオリフィス190の下方である。複数の分散穴196が頂
壁174に配置されている。
操作に当たって、逆洗気体が第１の気体導管186に供
給され、計量されて上方の第２の導管184に入る。気体
ブランケット198が頂壁174の下方に形成され、バッフル
192は、気体ブランケットが水戻りオリフィス190と連通
するのをさえぎる。逆洗空気は矢印200で示すように、
分散穴196を通って上方へ進み、一方引きずり水は矢印2
02で示すように、水戻りオリフィス190を通って戻る。
前述した本発明の第１及び第２の実施例の特徴と利点
はまた、本発明の第３ないし第６の実施例にも組み込ま
れている。簡潔さのため、このような詳細は本発明の全
ての実施例に関して論じられていない。図２ないし図８
に示した特定の暗きょブロックの設計と、図10ないし図
12に示した特定の暗きょブロックの設計とは、液体の戻
り導管が押し出し製作過程で簡単に組み入れられうる利
点を与える。図９に示した暗きょブロックの設計は、こ
の構造が既存の暗きょブロックに設置しうる個々のチュ
ーブ114を製作することによって既存の暗きょ装置に後
から取り付けることを可能にする利点を与える。
本発明の前述した全ての実施例では、図９に示したも
のを除いて、引きずり水の戻り導管の排出口はある場合
には、第２の導管内の空気と水との境界面の上方又は下
方に位置させることができる。これは、引きずり水の戻
り導管の排出口の上方の処理水の静水頭が、上昇する逆
洗空気の圧力にもかかわらず、引きずり水の戻りの適当
な流れを容易にするであろうことによる。
本発明によって解決された問題をさらに理解するた
め、そして側方の空気及び水の暗きょに液体の戻り導管
を加える効果を証明するため出願人は多くの実験を行っ
たが、以下の実験例で説明する。
実験例Ｉ 新しい暗きょブロックを開発する過程の間、異なる表
面エネルギゾーンが空気だけの逆洗中８フートの長さの
水に入れられた試験用の側方暗きょに作られたのが観察
された。これら異なるエネルギゾーンは、低い空気流量
においてより明らかであったし、概して試験用の側方暗
きょに沿って同じ場所に生じた。これらエネルギゾーン
は明らかに、上昇する空気と戻る水との過度の流路によ
って引き起こされた。頂壁のオリフィスを通って上方へ
動く空気は、頂壁を通ってオリフィスからいくらかの量
の水を運び、多分表面のホットゾーンに帰着する十分な
引きずり力を作るということが仮定された。より軽いゾ
ーンでは、償いをする、すなわち戻る水が下方へ流れて
暗きょに入り、あるオリフィスをふさぎ、したがって自
由の空気流れを制限することが考えられた。
先の仮定を証明するため、頂壁の上方から償いをす
る、すなわち戻る水を暗きょの内側の水本体に、頂壁の
オリフィスを通る空気の動きと干渉することなく運ぶ手
段を開発することが決定された。このようにして、直径
3/8インチの穴が側方暗きょの長さに沿って12インチの
中心間距離で、空気と水との境界面の下方の第２の導管
に側方暗きょの側壁を貫通して開けられた。空気が再び
確認試験のために側方暗きょに導かれた。そして、異な
る表面エネルギゾーンが消滅し、表面乱れが目に見えて
等しくなったことが判明した。空気流れの上方への動き
が実際に水を頂壁まで運び、第２の導管のオリフィスか
ら外へ運び出したこと、外部の水がこれら損失を補うべ
く必要とされたこと、オリフィスを塞がせ、その結果異
なる表面乱れすなわちエネルギゾーンを引き起こしたこ
とが結論づけられら。
実験例II 長さ２インチで内径1/4インチの12本のプラスチック
チューブが４フートの試験用暗きょブロックの頂壁を貫
通して取り付けられた。暗きょブロックの頂壁には直径
7/32インチの92個のオリフィスがあった。
最初に、全ての水戻りチューブが密封され、空気が2c
fm/ft2の流量で試験用ブロックに導かれた。死んでしま
ったか又は空気だけを間欠的に通過させるオリフィスの
数量が数えられた。数量を数えることは、3,4,及び５立
方フィート毎分毎平方フートの流量で繰り返された。空
気の供給はそれから遮断され、空気の泡の挙動が確認さ
れた。
全ての空気が出た後、密封が６本の水戻りチューブか
ら除かれ、空気が再び側方暗きょブロックに2,3,4,及び
5cfm/ft2の流量で吸い上げられた。最後に、残り６本の
水戻りチューブから密封が除かれ、12本全てが解放さ
れ、空気が同じ流量で導かれた。死んだオリフィス及び
間欠的なオリフィスの数量が６本のチューブと12本のチ
ューブとの両方のために各流量で数えられた。その結果
は表IIに記録されている。
実験例III 試験用の側方暗きょの頂壁の中央部に水戻りトラフが
設けられた。直径1/4インチの水戻り穴がトラフの各側
部に６個となるようにトラフの下方部分に配置された。
頂壁は直径7/32インチの92個のオリフィスを備えてい
た。
最初、トラフの全ての水戻り穴が密封され、空気が実
験例IIに示したのと同じ流量で導かれた。観察結果が記
録された。それから６個の水戻り穴から密封が解放さ
れ、試験用の側方暗きょは再び変動する流量にさらさ
れ、観察結果が記録された。最後に、残り６個の水戻り
穴から密封が解放され、観察結果が同じ流量で記録され
た。観察結果は表IIIに記載されている。
前述した実験例ＩないしIIIから、阻止されたオリフ
ィスのパーセントは水戻りチューブ又は穴の数量の増加
につれて減少していること、阻止されたオリフィスの数
量の減少は低い空気流量においてより明らかであること
が分る。換言すると、水戻りチューブ又は穴は、オリフ
ィスを通る空気の均一な分配への多大な改善に貢献して
いる。しかしながら、水戻り導管の過度の適用は、水お
よび（又は）空気の逆洗分配への有害な影響につながり
うることが着目されるべきである。前述した実験例III
で論じたように、水戻り穴は実験例IIで論じた水戻りチ
ューブより一層効果的であるが、これは穴がチューブよ
り摩擦が低いことによる。
前述した実験例に関連してさらに、空気供給が終った
とき、暗きょブロックに残存している空気はより均一に
解放され、そして水の戻り手段が設けられたとき、頂壁
のオリフィスからより静かに解放されることが分る。戻
り水の多くは水戻りチューブ又は穴を通って暗きょブロ
ックに運ばれる。その結果、より多くのオリフィスが空
気を放出するために解放される。
水戻りチューブからの水の戻りは、空気と水との境界
面が空気供給の終了後およそ30〜40秒、チューブの排出
口の下方へ降下したとき、幾分妨げられることが注目さ
れた。トラフおよび穴の配置に関して観察されたそのよ
うな問題はなかった。
本発明の第３ないし第６の実施例に導かれた図面はそ
の性質から概略的であり、第１および第２の実施例に関
して記載した付加的な詳細がまた、後の実施例にも適用
しうることが着目されるべきである。たとえば、前述し
た詳細な説明を読んだとき、前記ベルエンドと差込み端
部の配置、前記支持リブ、前記分散穴の寸法と間隔、前
記多孔プレートなどは、第１および第２の実施例に関し
て記載したように、等しい結果で後の実施例にも適用で
きる。
要約すると、本発明は、空気と水とが組み合せられた
従来の側方暗きょに対して次のように性能上の改善を提
供する。
１ 図13に記載したように、水の不均一分配が実質的に
減少する。水の不均一分配の平均の減少は、従来の二重
の側方空気及び水の暗きょ装置と比べて42％であった。
２ 空気の分配が実質的に改善される。優れた分配が40
フートの試験用の側方暗きょに沿って１〜5scfm/ft2の
広い空気流量範囲にわたって観察されている。デッドス
ポットは６インチ水に入れた状態では実質的に減少して
いる。良好な空気分配が40フートの試験用の側方暗きょ
のための1/2scfm/ft2の低い流量で観察された。
３ 逆洗水ラインを通ってろ過器に入る制御されない空
気は、側方暗きょの長さに沿ってより均一に分離されて
いる。制御されない空気の集中はしたがって減少してい
る。
４ レベル感度が減少している。40フートの試験用側方
暗きょの一方の端部が他方の端部より１インチ高かった
けれども、水の不均一分配への逆効果は観察されなかっ
た。また、40フートの側方暗きょの一方の端部が他方の
端部より1/2インチ高いとき、空気分配への逆効果は観
察されなかった。設置のレベル公差は、逆効果なしでは
±1/4インチに設定することができる。
本発明の現行の最もよいモードと好ましい実施例とが
ここでは特別に説明されたが、本発明の精神及び範囲か
ら離れることなく変更がなされうることが当業者に理解
されるであろう。たとえば、開示した水戻り導管は、支
持砂利及び（又は）多孔媒体の支持プレート付きの種々
の公知の側方暗きょブロックの設計において組み込むこ
とができる。本発明は、流動化する媒体又は流動化しな
い媒体と共に使用する暗きょに適用できる。さらに、引
きずり水の戻り導管としてトラフ及びチューブの組合せ
を含むことができる。したがって、本発明の範囲は添付
の請求の範囲だけのみで制限されるべきことを意図す
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 バーグマン、ユージン オー アメリカ合衆国 16033 ペンシルヴァ ニア州 エヴァンズ シティー ヒルク レスト ドライヴ 307 (72)発明者 シー、リチャード アメリカ合衆国 16063 ペンシルヴァ ニア州 ゼリーノープル ハンティング リッジ トレイル 218 (56)参考文献 特開 平５−50084（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−326905（ＪＰ，Ａ) 実開 昭54−34480（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭57−86611（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B01D 24/00 - 24/48

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】液体がろ床に供給され、ろ床を通って暗き
    ょブロックを含む暗きょ装置に流れ込むタイプの前記ろ
    床を排水及び逆洗するのに使用する暗きょブロックであ
    って、 中空の内部を定める複数の外壁であって頂壁と、底壁
    と、前記頂壁と前記底壁との間に伸びる一対の側壁とを
    含む外壁と、 前記中空の内部と前記暗きょブロックの外部との間の流
    体連通を与える、前記暗きょブロック内の少なくとも１
    つの液体の戻り導管とを備え、 前記頂壁は、前記中空の内部と前記暗きょブロックの外
    部との間の流体連通を与える複数の、均一に寸法決めさ
    れた、共面の、詰まりのない分散穴であってこれら分散
    穴の全てが気体だけの逆洗と、気体と液体の同時的逆洗
    と、液体だけの逆洗とを選択的に分散するべく寸法決め
    され、かつ、間隔をおかれた分散穴を有し、 これら分散穴は、気体だけの逆洗中、気体ポケットが前
    記頂壁の前記分散穴それぞれの直下に形成されるように
    寸法決めされ、かつ、間隔をおかれており、 前記液体の戻り導管は、前記頂壁のレベルに又はこの下
    方のレベルに配置された入口と、前記分散穴の下方の前
    記中空の内部内のレベルに配置された排出口とを有し、
    この排出口は、気体だけの逆洗中、前記気体ポケットの
    外部の液体が気体の逆洗を著しく妨げることなく前記暗
    きょブロックの内部へ戻るように配置されている、暗き
    ょブロック。
  2. 【請求項２】前記暗きょブロック内の縦方向のトラフを
    含み、このトラフの下方部分において複数の液体の戻り
    導管が前記トラフに沿って間隔をおかれている、請求項
    １に記載の暗きょブロック。
  3. 【請求項３】前記暗きょブロックに沿って横方向へ伸び
    ている複数の仕切りを含み、これら仕切りが前記分散穴
    と前記液体の戻り導管とをコンパートメントに分けてい
    る、請求項１に記載の暗きょブロック。
  4. 【請求項４】前記暗きょブロックの前記頂壁に固定さ
    れ、かつ、前記分散穴及び前記液体の戻り導管の排出口
    から鉛直方向へ間隔をおいた多孔プレートを含む、請求
    項１に記載の暗きょブロック。
  5. 【請求項５】前記液体の戻り導管は、前記中空の内部へ
    伸びているチューブを含む、請求項１に記載の暗きょブ
    ロック。
  6. 【請求項６】前記液体の戻り導管は、前記中空の内部と
    連通する、前記側壁の少なくとも一方の上方部分に配置
    された少なくとも１つのオリフィスを含む、請求項１に
    記載の暗きょブロック。
  7. 【請求項７】前記液体の戻り導管のオリフィスに隣接し
    て下方へ伸びている内部のバッフルを含み、このバッフ
    ルは、前記気体ポケットが前記オリフィスと直接の流体
    連通しないようにするべく配置されている、請求項６に
    記載の暗きょブロック。
  8. 【請求項８】前記中空の内部の少なくとも１つの第１の
    水平導管と、少なくとも１つの第２の水平導管であって
    前記分散穴の少なくとも１つと連通する第２の水平導管
    とに分離する複数の内壁を含む、請求項１に記載の暗き
    ょブロック。
  9. 【請求項９】側方暗きょであってこの暗きょが複数の貫
    通穴と、これら貫通穴の下方のレベルで前記暗きょの内
    部にある排出口まで伸びている少なくとも１つの液体の
    戻り導管とを含む暗きょの上方に配置され、前記暗きょ
    と共に処理液体中に入れられる粒状媒体を逆洗する方法
    であって、 逆洗気体のポケットが前記貫通穴と前記液体の戻り導管
    の排出口との間に形成されるように逆洗気体を前記暗き
    ょに供給すること、 前記逆洗気体を前記貫通穴を経て前記粒状媒体に導くこ
    と、 前記気体ポケットの外部にある液体を前記液体の戻り導
    管を経て前記液体の戻り導管の排出口に、前記逆洗気体
    の前記粒状媒体への流れを著しく妨げることなく導くこ
    とを含む、逆洗方法。
  10. 【請求項１０】前記気体ポケットが前記液体の戻り導管
    の排出口と直接の流体連通しないようにすることを含
    む、請求項９に記載の逆洗方法。
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