JP3854743B2 - 水処理装置における抗菌材のブロッキング防止方法及び水処理装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は水処理装置における抗菌材のブロッキング防止方法及び水処理装置に係り、詳しくは冷却塔や貯水槽等の水利用装置内に、細菌や藻類が繁殖、付着して水が汚濁するのを防止するため、流動床内に所定の形状に成形された抗菌材を充填し、被処理水を流動床の下から上へと通水して水処理を行う水処理装置における抗菌材のブロッキング防止方法及び水処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の水処理装置では、比較的小さなスペースで被処理水を抗菌材で効率よく処理するため、流動床タイプのものが使用されている。例えば、特開平６−２３８２８４号公報には、図５に示すように、円筒状の流動床３１に抗菌材３２を充填し、流動床３１の下部に抗菌材３２の一部を収容する役割を兼ねたパイプ３３をその中心が流動床３１の円筒部の軸と一致するように接続した構成が開示されている。
【０００３】
また、特開平８−４７６９２号公報には、流動床タイプの水処理装置を構成する送水ポンプ収納室、抗菌材充填部及びこれらを結ぶ流路を、一対の板状体に形成した凹陥部同士を対向させて、対接する平坦面同士を接着して形成し、全体をコンパクトに形成したものが開示されている。この装置では図６に示すように、抗菌材充填部３４は全体がほぼ円筒状に形成されるとともに、抗菌材充填部３４に被処理水を送り込むパイプ３５は一部が抗菌材充填部３４の周壁面と滑らかに連続するように、パイプ３５が抗菌材充填部３４の中心から偏った位置に接続されている。
【０００４】
図５及び図６に示す従来装置の形状では、流動床の下部の隅に水の滞留部分が生じて抗菌材が効率良く被処理水を処理することができない。そこで、流動床に充填された抗菌材で効率良く被処理水を処理するため、図７に示すように、流動床３１の下部を円錐状とし、送水ポンプＰから吐出される被処理水を流動床３１に送り込むパイプ３５を、その中心軸が円錐状部３１ａの軸と一致する状態で連結した水処理装置も使用されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、下部を円錐状とした流動床を備えた水処理装置では、水処理装置の運転停止時に抗菌材が流動床下部でブロッキングを起こし、運転を再開した際に抗菌材が流動しなくなることがある。この場合、流動床の上部から棒などを使用して抗菌材を突いてほぐす必要があり、作業が面倒であった。
【０００６】
抗菌材のブロッキングが発生する原因を検討した結果、次のことが考えられる。抗菌材粒子は比重が約２．５と水の比重１よりかなり大きいため、水処理装置の運転が停止された際、抗菌材粒子は円錐状部３１ａの壁面に沿って自重で落下する。落下過程において、抗菌材が壁面を押圧する力の反作用として、図８（ａ）に示すように、円錐状部３１ａの中心方向に向かう横応力Ｆが発生する。パイプ３５の中心軸と円錐状部３１ａの軸とが一致する状態でパイプ３５が連結されている場合、円錐状部３１ａの開口部が円錐状部３１ａの中心に位置する。図８（ａ）では抗菌材３２を１層分しか図示していないが、実際はその上側に多数の層が存在する。そして、図示した位置の抗菌材層には上側の抗菌材３２の重量に基づく荷重が積算された状態で作用するため、前記横応力Ｆが大きくなりブロッキングが発生する。
【０００７】
また、抗菌材３２に円柱状や四角柱状などの、直線部分の多い形状のものを使用した場合、抗菌材３２が流動床の下部に溜まった際、図８（ｂ）に示すように、抗菌材同士が線接触あるいは面接触する部分が多くなり、ブロッキングが発生する原因になると考えられる。
【０００８】
本発明は前記の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は水処理装置の運転再開時に抗菌材のブロッキング・詰まりが発生するのを防止することができる水処理装置における抗菌材のブロッキング防止方法及び水処理装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、下側に円錐状部が形成された流動床内に、粒状に成形された抗菌材を充填し、被処理水を流動床の下から上へと通水して水処理を行う水処理装置において、前記流動床に被処理水を導く導入流路を、その中心軸が前記円錐状部の軸からずれた状態で前記円錐状部の下部に接続して、前記水処理装置へ通水する。
【００１０】
請求項２に記載の発明では、下側に円錐状部が形成された流動床内に、粒状に成形された抗菌材を充填し、被処理水を流動床の下から上へと通水して水処理を行う水処理装置であって、前記流動床に被処理水を導く導入流路を、その中心軸が円錐状部の軸からずれた状態で前記円錐状部の下部に接続した。
【００１１】
請求項３に記載の発明では、下側に円錐状部が形成された流動床内に、所定の形状に成形された抗菌材を充填し、被処理水を流動床の下から上へと通水して水処理を行う水処理装置において、前記抗菌材としてほぼ柱状に成形された抗菌材と、前記柱状の抗菌材の使用により角が取れて丸くなった形状の抗菌材とを混合して使用する。
【００１２】
請求項１及び請求項２に記載の発明では、下側に円錐状部が形成された流動床内に下から上へと通水され、粒状に成形された抗菌材が流動床内で流動して被処理水が抗菌処理を受ける。流動床の下部に被処理水を導く導入流路は、その中心軸が円錐状部の軸からずれた状態で接続され、導入流路の円錐状部に対する開口部が、円錐状部に対して非対称の位置に配置される。その結果、水処理装置の運転が停止した状態で抗菌材が流動床の下部へ落下して堆積する際、導入流路の開口部と対応する位置における横応力の集中がなくなり、横応力に起因するブロッキングが防止される。
【００１３】
請求項３に記載の発明では、流動床内に充填される抗菌材として、ほぼ柱状に成形され直線部分の多いものと、使用によって角が取れて丸くなった形状のものとが混合して使用される。従って、水処理装置の運転停止時に抗菌材が流動床の下部に溜まった際、丸くなった形状のものが介在して抗菌材同士の接触面積が減少して摩擦抵抗が少なくなり、水処理装置の運転再開時におけるブロッキング・詰まりが防止される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下、本発明を具体化した第１の実施の形態を図１及び図２に従って説明する。図１に示すように、水処理装置１は抗菌材２が充填された流動床３及び送水ポンプ４を備えている。流動床３は円筒の両端に円錐状部が連結された形状に形成され、その下部と送水ポンプ４の吐出側との間に、流動床３に被処理水を導く導入流路としてのパイプ５が連結されている。パイプ５は、流動床３の下側の円錐状部６の下部に、その中心軸Ｏ１が円錐状部６の軸Ｏ２からずれた状態で接続されている。この実施の形態では図２に示すように、パイプ５の円錐状部６に対する開口部５ａ側の周壁の一部が、円錐状部６の軸Ｏ２とほぼ一致する状態で接続されている。
【００１５】
パイプ５は、流動床３との連結部から所定長さ鉛直方向に延びる部分５ｂと、送水ポンプ４の吐出側に対して水平に延びる状態で連結される部分と、その途中に設けられた逆Ｕ字状に延びる部分５ｃとを備えている。部分５ｂは水処理装置１の運転停止中、抗菌材２の貯留部の役割を果たし、部分５ｃは抗菌材２が部分５ｂより送水ポンプ４側へ逆流するのを防止する役割を果たす。部分５ｂには蓋７ａを備えた抗菌材２の取出口７が設けられている。
【００１６】
上側の円錐状部８にはその中心部に流出パイプ９が連結されている。また、円錐状部８には抗菌材２の投入口（図示せず）が設けられている。
次に前記のように構成された水処理装置１の作用を説明する。所定量の抗菌材２が投入口から流動床３内に投入される。投入された抗菌材２は、送水ポンプ４の運転停止中、パイプ５の部分５ｂ、円錐状部６及び流動床３の円筒部の下部に溜まる。
【００１７】
その状態から送水ポンプ４が運転されると、取水管１０を経て被処理水が水処理装置１に取り込まれ、パイプ５を経て流動床３に供給される。そして、送水ポンプ４から吐出される被処理水により流動床３の下部及び部分５ｂに溜まっていた抗菌材２が移動して、流動床３内で流動攪拌される。そして、被処理水が流動床３内を通過する間に抗菌材２から抗菌成分が水中に溶出し、抗菌材２の処理を受けた水が流出パイプ９を経て図示しない冷却塔等の水利用装置へと送られる。抗菌材２は流動床３内で流動攪拌される間に、抗菌材２同士が衝突して抗菌材２の表面が賦活される。
【００１８】
送水ポンプ４の運転が停止されると、抗菌材２は比重が約２．５と水の比重よりかなり大きいため、流動床３内を下降する。そして、円錐状部６に到達した抗菌材２は、円錐状部６の壁面に沿って落下する。円錐状部６において抗菌材２が壁面を押圧する力の反作用として、円錐状部６の中心に向かう横応力が発生する。壁面と接触する抗菌材２は自重の他に上側の抗菌材２からの押圧力を加えた力で壁面を押圧するため、抗菌材２に作用する横応力は円錐状部６の下側ほど大きくなる。そして、パイプ５の中心軸と円錐状部６の軸とが一致した従来装置では、図８（ａ）で説明したように、円錐状部６の下端において抗菌材２に横応力が集中し、ブロッキングが発生し易くなる。
【００１９】
しかし、この実施の形態ではパイプ５はその中心軸Ｏ１が円錐状部６の軸Ｏ２からずれた状態で円錐状部６に接続され、パイプ５の円錐状部６に対する開口部５ａが、円錐状部６に対して非対称の位置に配置される。そして、水処理装置１の運転が停止した際に抗菌材２が流動床３の下部へ落下して堆積する際、図２の模式図に示すように、開口部５ａと対応する円錐状部６の下部で抗菌材２に対して円錐状部６の壁面から作用する横応力が片側、図２においては左側から作用する状態となる。その結果、パイプ５の開口部５ａと対応する位置における抗菌材２に対する横応力の集中がなくなり、横応力に起因するブロッキングが防止される。
【００２０】
この実施の形態では次の効果を有する。
（１） 下側の円錐状部６に被処理水を送り込むパイプ５（導入流路）の接続位置を円錐状部６の軸Ｏ２からずれた位置に変更することにより、パイプ５の開口部５ａと対応するする位置において、抗菌材２に作用する横応力の集中が回避される。従って、パイプ５の接続位置を円錐状部６の軸Ｏ２からずれた位置に変更するという簡単な改造で、水処理装置の運転再開時に抗菌材のブロッキング・詰まりが発生するのを防止することができる。
【００２１】
（２） パイプ５は開口部５ａ側の周壁の一部が、円錐状部６の軸Ｏ２とほぼ一致する状態で円錐状部６に接続されているため、軸Ｏ２が開口部５ａの周縁より内側に位置するように接続された場合に比較して横応力の集中の割合がより小さくなる。
【００２２】
（３） 送水ポンプ４と円錐状部６とを連結するパイプ５の途中に抗菌材２の送水ポンプ４側への逆流を防止する部分５ｃが存在するため、パイプ５の途中又は円錐状部６の開口に抗菌材２の逆流を防止するためのストレーナ等が不要になり、目詰まりを起こすことがない。
【００２３】
（第２の実施の形態）
次に第２の実施の形態を図３及び図４に従って説明する。この実施の形態では抗菌材として図４に示すように、一般的な円柱状の抗菌材２と、使用により円柱状の抗菌材２の角が取れて丸くなった形状の抗菌材２ｕとを混合して使用する点が前記実施の形態と大きく異なっている。また、図３に示すように、流動床３の下側の円錐状部６に対するパイプ５の連結位置が、パイプ５の中心軸と円錐状部６の軸とが一致する状態に設定されている点が異なり、その他の構成は前記実施の形態と同じであり、同一部分は同一符号を付して説明を省略する。
【００２４】
円柱の角が取れて丸くなった抗菌材２ｕとしては、円柱状の抗菌材２を長期間（例えば、抗菌材２の寿命であるほぼ８５００時間）使用後に流動床３から取り出した古い抗菌材を使用する。長期間使用後の抗菌材は、使用中の抗菌材同士の衝突や摩擦によって角が取れて丸くなっている。この古い抗菌材２ｕを重量にして数〜数十％混合して使用する。古い抗菌材２ｕはほとんど抗菌効果がないため、抗菌材の交換時期に使用する新しい抗菌材２の量は常に同じである。
【００２５】
この実施の形態においても、送水ポンプ４の運転中は抗菌材２，２ｕが流動床３内で流動攪拌され、被処理水が抗菌材２の処理を受けるとともに抗菌材２の表面が賦活される。
【００２６】
送水ポンプ４が停止されて抗菌材２，２ｕが流動床３内を下降して、パイプ５の部分５ｂ及び流動床３の下部に溜まる。このとき、円柱状の抗菌材２だけの場合と異なり、丸い形状の抗菌材２ｕが混合されているため、図４に示すように、抗菌材２，２ｕ同士の接触面積が減少する。従って、抗菌材２，２ｕに力が作用したとき、抗菌材２，２ｕ同士の摩擦抵抗が少なくなる。
【００２７】
この実施の形態では次の効果を有する。
（４） 柱状に成形された抗菌材２と、柱状の抗菌材２の角が取れて丸くなった形状の抗菌材２ｕとが混合して使用されるため、運転停止中に流動床３の下部に溜まったときの抗菌材２，２ｕ同士の接触面積が減少する。その結果、水処理装置の運転再開時に抗菌材２，２ｕのブロッキング・詰まりが発生するのを防止することができる。
【００２８】
（５） 円柱状の抗菌材２に混合する角が取れた丸い形状の抗菌材２ｕは、抗菌材の寿命がくるまで長期使用された古い抗菌材である。従って、丸い抗菌材２ｕをわざわざ製造する手間が不要になり、従来は廃棄処分にしていた古い抗菌材の有効再利用ができるとともに、廃棄処分の経費を削減できる。
【００２９】
（６） 従来の流動床を改造せずにそのまま使用し、古い抗菌材２ｕを新しい円柱状の抗菌材２に混合することにより実施できるため、実施にあたって流動床の改造費等の余計な費用がいらない。
【００３０】
実施の形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○ 第１の実施の形態のように、パイプ５をその中心軸が下側の円錐状部６の軸からずれた状態で円錐状部６に接続した構成の水処理装置１において、抗菌材として柱状に成形された抗菌材２と、柱状の抗菌材２の角が取れて丸くなった形状の抗菌材２ｕとの混合物を使用する。この場合、パイプ５の接続位置が円錐状部６の軸からずれていることによるブロッキング防止効果と、抗菌材２，２ｕ同士の接触面積の減少によるブロッキング防止効果との両方で、より確実に運転再開時のブロッキング・詰まりを防止することができる。
【００３１】
○ 角が取れた丸い形状の抗菌材２ｕとして、長期使用後の古い抗菌材を使用する代わりに、柱状の抗菌材２の他に角が取れた丸い形状の抗菌材２ｕを製造してもよい。
【００３２】
○ 古い抗菌材の混合割合を、古い抗菌材の繰り返し使用回数によって変更してもよい。
○ 水処理装置として、それぞれ個別に形成した流動床３、パイプ５及び流出パイプ９を連結するする構成に代えて、特開平８−４７６９２号公報に開示された装置のように、流動床３、導入流路及び流出流路を一対の板状体に形成した凹陥部同士を対向させて、対接する平坦面同士を接着して形成してもよい。
【００３３】
前記実施の形態から把握できる請求項記載以外の技術的思想（発明）について、以下にその効果とともに記載する。
（１） 請求項１又は請求項２に記載の発明において、抗菌材としてほぼ柱状に成形された抗菌材と、前記柱状の抗菌材の使用により角が取れて丸くなった形状の抗菌材とを混合して使用する。この場合、水処理装置の運転再開時に抗菌材のブロッキング・詰まりが発生するのをより確実に防止することができる。
【００３４】
（２） 請求項３に記載の発明において、前記柱状の抗菌材に混合する抗菌材を、使用時の磨耗により丸くなった古い抗菌材に代えて、柱状の角が取れて丸くなった形状の新しい抗菌材を使用する。この場合も抗菌材のブロッキング・詰まりが防止される。
【００３５】
【発明の効果】
以上詳述したように請求項１〜請求項３に記載の発明によれば、水処理装置の運転再開時に抗菌材のブロッキング・詰まりが発生するのを防止することができる。
【００３６】
請求項３に記載の発明では、従来の流動床で使用する抗菌材に寿命の来た古い抗菌材を混合するだけで、装置本体の改造なしに実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１の実施の形態の水処理装置の概略図。
【図２】 ブロッキングの防止作用を示す模式図。
【図３】 第２の実施の形態の水処理装置の概略図。
【図４】 同じく抗菌材の接触状態を示す模式図。
【図５】 従来装置の模式側面図。
【図６】 （ａ）は別の従来装置の抗菌材充填部の概略斜視図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線拡大断面図。
【図７】 別の従来装置の概略図。
【図８】 （ａ）は円錐状部の底部における作用を説明する模式図、（ｂ）は従来の抗菌材の接触状態を示す模式図。
【符号の説明】
１…水処理装置、２…抗菌材、２ｕ…古い抗菌材、３…流動床、５…導入流路としてのパイプ、６…円錐状部。

Claims (3)

1. 下側に円錐状部が形成された流動床内に、粒状に成形された抗菌材を充填し、被処理水を流動床の下から上へと通水して水処理を行う水処理装置において、
   前記流動床に被処理水を導く導入流路を、その中心軸が前記円錐状部の軸からずれた状態で前記円錐状部の下部に接続して、前記水処理装置へ通水する水処理装置における抗菌材のブロッキング防止方法。
2. 下側に円錐状部が形成された流動床内に、粒状に成形された抗菌材を充填し、被処理水を流動床の下から上へと通水して水処理を行う水処理装置であって、前記流動床に被処理水を導く導入流路を、その中心軸が円錐状部の軸からずれた状態で前記円錐状部の下部に接続した水処理装置。
3. 下側に円錐状部が形成された流動床内に、所定の形状に成形された抗菌材を充填し、被処理水を流動床の下から上へと通水して水処理を行う水処理装置において、
   前記抗菌材としてほぼ柱状に成形された抗菌材と、前記柱状の抗菌材の使用により角が取れて丸くなった形状の抗菌材とを混合して使用する水処理装置における抗菌材のブロッキング防止方法。

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