JP4076886B2 - 水処理装置および水処理方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水処理装置に関し、特に地下水等の中の鉄、マンガンその他の溶解性成分を、酸化剤や凝集剤等の薬品を使用することなく、簡単で小型の装置で酸化させ不溶化することにより処理することができる水処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
地下水は、水道水の原水として、また食品工業、清涼飲料、醸造、公衆浴場、染色業など水を大量に必要とする産業で利用されているが、現在地下水に含まれる鉄、マンガン成分が大きな問題となっている。鉄やマンガンは人体にとって必要な成分であるが、一定量を超えると水に金属味を与えたり、赤水や黒水の原因となり、飲用に不適となるばかりでなく、これらの産業において様々な問題が生じる。また、建築基礎工事において基礎工事前の地下水抜き取り工事は必要不可欠な工程であるが、地下水に大量の鉄、マンガンが含まれている場合は、そのまま下水道に放流することは法令で禁止されており、地下水中の鉄、マンガンを除去してから放流しなければならないという問題がある。
【０００３】
現在もっとも普及している除鉄、除マンガン装置は、原水に次亜塩素酸ナトリウム等の酸化剤やポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）等の凝集剤を添加し、水中に溶け込んでいる鉄、マンガンを酸化させて不溶性の酸化鉄、酸化マンガンとし、これを濾過砂により濾過して取り除くものである。
【０００４】
しかし、この酸化剤や凝集剤を注入する方式の水処理装置においては、比較的に多量の酸化剤、凝集剤を消費するのでこれらの購入コストが大きい。また酸化剤として使用される次亜塩素酸が鉄、マンガンを酸化させた後も処理後の浄水の中に残留するために、発癌物質であるトリハロメタンを生成し、その対策のためさらに水を活性炭層を通して処理しなければならず不経済である。また、経済的考慮から活性炭層の設置を見送るとすれば、過剰な酸化剤の注入によるトリハロメタンの発生を防止するため濾過後の水を耐えず分析して監視し、状況に応じて酸化剤の注入量を調整する必要があり、薬品購入コストに加えて維持管理費が嵩むという欠点がある。また、この薬品注入方式による水処理装置は、曝気槽、凝集槽、沈殿槽、砂濾過塔、除鉄、除マンガン塔および薬液タンクからなり、システムは複雑であり装置全体は大規模化して広大な設置スペースを必要とするため、市街地等設置スペースが限られた環境においては装置を設置することができない、という問題点がある。さらに、この薬品注入方式による水処理装置において使用した濾過砂は不純物の堆積による目詰まりのため時々取り替える必要があるが、その場合砂が薬品を含有しているため産業廃棄物として処理しなければならず、その放棄場所も制限される等の不便がある。
【０００５】
本出願人は、上記従来の薬品注入方式による水処理装置の欠点を除去し、地下水等の中の鉄、マンガンその他の溶解性成分を、酸化剤や凝集剤等の薬品を使用することなく、簡単で小型の装置で酸化させ不溶化することにより処理することができる水処理装置を提供することを目的として、特開２００２−１２６７６８項公報記載の水処理装置を提案した。この水処理装置によれば、ジェットノズルにより原水をジェット水流とする一方ジェットノズル内に開口する空気導入管または気体導入管からジェットノズル内に空気を導入することにより、多数の気泡を含むジェット水流がジェットノズルの原水噴出口からその下方に配置された濾材層上の水面に叩きつけられ、水中および濾材表面において激しいエアレーションが起こることにより、水中の鉄、マンガン等の溶解性成分が酸化されて不溶性成分となり、フロックを形成するかまたは沈殿して濾材層を形成する濾過砂等の濾材粒子の表面で捕捉され、したがって、酸化剤や凝集剤等の薬品を一切使用することなく、簡単で小型の装置で原水中の鉄、マンガンその他の溶解性成分を不溶化し濾過することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記水処理装置は、濾材層の底部に濾材層を支持する板状スクリーンからなる濾材層受が配置されており、濾材層受の下方には濾材層を逆洗浄するための逆洗管が配置されている。濾材層の上部特に表面が酸化物のフロックやその他の異物で覆われた時は濾過槽への原水供給を一時停止し、逆洗管から逆洗水を濾材槽受を介して濾材層全般にわたって下方から上方へ流すことにより濾材層上部を覆う異物を濾材層から剥離し逆洗水排出口から系外に排出するように構成されている。しかしこの水処理装置においては、逆洗を行った後濾過水供給のため装置の運転を再開した場合には、濾材層が洗浄されたにもかかわらず、装置の運転を再開してから数日間は除鉄、除マンガン効果が通常の運転時よりもやや減少する場合があることが判った。
【０００７】
また、この水処理装置においては、なんらかの理由により濾過水が不要な時すなわち濾過水の供給停止時が１週間以上におよぶ場合にその後装置の運転を再開して濾過水の供給を再開すると、再開後数日間は除鉄、除マンガン効果が通常の運転時よりもやや減少する場合があることが判った。
【０００８】
本発明は、上記水処理装置の逆洗後および濾過水供給一時停止後に生じる問題点にかんがみなされたものであって、逆洗後および濾過水供給一時停止後における除鉄、除マンガン効果の減少を防止することができる改良された水処理装置を提供しようとするものである。
【０００９】
【課題を解決する手段】
本発明者は、上記本発明の目的を達成するため研究と実験を重ねた結果、上記水処理装置においては、ジェットノズルによるエアレーションにより、水中の鉄、マンガン等の溶解性成分が酸化されて不溶性成分となり、フロックを形成するかまたは沈殿して濾材層を形成する濾過砂等の濾材粒子の表面で捕捉されることに加えて、濾材層中には鉄バクテリアその他の微生物が自然発生的に生息してこれら微生物の集落が形成されており、これらの微生物は原水中の鉄、マンガン等の不純物を酸化して吸着することにより除去する作用を有するところ、上記水処理装置においては、エアレーションにより原水中の溶存酸素が大量に増加する結果これらの微生物の活性も増加し、除鉄、除マンガン効果が促進されることをつきとめ、本発明に到達した。
【００１０】
すなわち、上記目的を達成する本発明の水処理装置は、原水送水管と、該原水送水管に一端部が連通し、他端部には原水をジェット水流として噴出する原水噴出口を備える１本または複数本のジェットノズルと、一端部が大気に開放し、他端部が該原水噴出口よりも上流の該ジェットノズル内に開口する空気導入管と、表面が該ジェットノズルの原水噴出口と所定の間隔をおいて該ジェットノズルの下方に配置された濾材層を収容する濾過槽と、該濾材層によって濾過された水を取り出すために該濾過槽に設けられた濾過水取出し口と、該濾材層中に埋設された逆洗管を備え、該逆洗管は、該濾材層上部に蓄積した濾材層閉塞物を逆洗により除去するために充分な深さであるとともに該逆洗管の下方にできるだけ厚い濾材層の部分が存在するような深さに埋設されていることを特徴とする。
【００１１】
濾材層には濾材層の使用期間が長くなるにつれて鉄バクテリアその他の微生物の集落が自然に形成され、この微生物の集落は濾材層の表面層だけでなく、濾材層の中央部から下方部にかけても形成され、表面層ほどではないにしてもかなりの除鉄、除マンガン作用を行うことが実験の結果判明した、したがって、上記本発明による逆洗管の構成により、濾材層上部に蓄積した濾材層閉塞物は逆洗により洗い流されて除去される一方逆洗管の下方の濾材層には逆洗の影響はおよばないので、逆洗管の下方の濾材層中に存在する鉄バクテリアその他の微生物の集落は破壊されることがなく、逆洗後に装置の運転を再開した時濾材層のこの部分に存在する微生物による除鉄、除マンガン効果が存続維持され、水処理装置全体としての除鉄、除マンガン効果を向上させることができる。
【００１２】
本発明の１側面において、水処理装置は、原水送水管と、該原水送水管に一端部が連通し、他端部には原水をジェット水流として噴出する原水噴出口を備える１本または複数本のジェットノズルと、一端部が気体供給源に接続し、他端部が該原水噴出口よりも上流の該ジェットノズル内に開口する気体導入管と、表面が該ジェットノズルの原水噴出口と所定の間隔をおいて該ジェットノズルの下方に配置された濾材層を収容する濾過槽と、該濾材層によって濾過された水を取り出すために該濾過槽に設けられた濾過水取出し口と、該濾材層中に埋設された逆洗管を備え、該逆洗管は、該濾材層上部に蓄積した濾材層閉塞物を逆洗により除去するために充分な深さであるとともに該逆洗管の下方にできるだけ厚い濾材層の部分が存在するような深さに埋設されていることを特徴とする。
【００１３】
この構成によっても、同様に逆洗管の下方の濾材層に存在する微生物の集落により逆洗後も除鉄、除マンガン作用が維持され、装置全体としての除鉄、除マンガン効果を向上させることができる。
【００１４】
本発明の１側面において、水処理装置は、濾過水供給停止時に該原水送水管からの原水の供給を停止するとともに濾過水を該原水送水管に返送して該濾材層内を循環させる濾過水循環手段をさらに備えることを特徴とする。
【００１５】
本発明のこの構成によれば、濾過水が不要で濾過水の供給を停止する期間においても濾過水を原水送水管に返送し濾材層中を循環させるとともにエアレーションを継続して行うことにより、濾過水供給停止期間中も濾材層中の鉄バクテリアその他の微生物に溶存酸素が充分に供給され、その結果微生物の酸素不足による死滅、減少が防止され、濾過水供給を再開する時に濾材層における除鉄、除マンガン効果の減少を防止することができる。
【００１６】
該濾過水循環手段は、該濾過水取出し口と該原水送水管とを連結する濾過水循環用管と、該濾過水循環用管に接続された給水ポンプと、該濾過水循環用管中に設けられ、濾過水供給時には濾過水を供給するとともに該濾過水循環用管への送水を停止し、濾過水供給停止時には濾過水の供給を停止するとともに濾過水を該濾過水循環用管を介して該原水送水管に返送する切替弁と、原水送水経路中に設けられ、濾過水供給時には原水を通過させるとともに該濾過水循環用管からの濾過水の通過を停止し、濾過水供給停止時には原水の通過を停止するとともに該濾過水循環用管からの濾過水を通過させる弁手段とを備えるように構成することができる。
【００１７】
また、該濾過水循環手段は、該濾過水取出し口と別個の濾過水循環用取出し口と、該濾過水循環用取出し口と該原水送水管とを連結する濾過水循環用管と、該濾過水循環用管に接続された給水ポンプと、該濾過水取出し口側の管路に設けられ、濾過水供給時には開弁し、濾過水供給停止時には閉弁する弁と、該原水送水経路中に設けられ、濾過水供給時には原水を通過させるとともに該濾過水循環用管からの濾過水の通過を停止し、濾過水供給停止時には原水の通過を停止するとともに該濾過水循環用管からの濾過水を通過させる弁手段を備えるように構成することもできる。
【００１８】
本発明の他の側面においては、上記の水処理装置を使用し、濾過水供給停止時に該原水送水管からの原水の供給を停止し、濾過水を該原水送水管に返送して該濾材層中を循環させるとともにエアレーションを継続して行うことにより濾過水中の溶存酸素濃度を所定のレベルに維持する工程を備えることを特徴とする水処理方法が提供される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下添付図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明に係る水処理装置の１実施形態を示す斜視図で、濾過槽の側壁の一部を破断して示すものであり、図２はジェットノズルおよび空気導入管を拡大して示す断面図であり、図３は原水送水管を往復動させる機構を示す断面図であり、図４は原水送水管案内機構を示す断面図である。
【００２０】
水処理装置１は、主たる構成要素として、濾材層２を収容した濾過槽３、原水送水管４、ジェットノズル５および空気導入管６を備える。
【００２１】
濾過槽３に濾過されるべき地下水、河川水等の原水を供給する鋼管等からなる原水送水管４は、ゴム管８により送水ポンプ７に接続されており、この送水ポンプ７は、必要により受水槽を介して原水の水源から原水を供給され、所定の流速で原水送水管４に原水を供給する。
【００２２】
原水送水管４は濾材層２の表面と平行な面上に延長するようにして濾過槽３の一端部の上方に配設されている。
【００２３】
原水送水管４から垂直に分岐するようにして、１本ないし複数本（図示の実施形態においては６本）のジェットノズル５が設けられている。各ジェットノズル５の上流側の端部５ａは、図２から明らかなように、内部が原水送水管４に連通するようにして原水送水管４に嵌め込まれており、下流側の端部には原水をジェット水流として噴出する原水噴出口５ｂが形成されている。ジェットノズル５の内径はたとえば３〜６ｍｍ程度が好適である。
【００２４】
ジェットノズル５には、１本ないし複数本（図示の実施形態においては６本）の空気導入管６が設けられている。各空気導入管６の上流側の端部６ａは、図２から明らかなように、内部が大気に開放するようにしてジェットノズル５から斜め上方に突出しており、下流側の端部６ｂは原水噴出口５ｂよりも上流のジェットノズル５内に開口している。空気導入管６の内径はたとえば２〜４ｍｍ程度が好適である。
【００２５】
濾過槽３内において、濾材層２はその表面がジェットノズル５の原水噴出口５ｂと所定の間隔（一例として約３５ｃｍ）をおいてジェットノズル５の下方に配置されている。濾材層２は濾過砂からなり、ジェットノズルから供給されたジェット流として供給される原水中の酸化物フロックその他の異物を捕捉することにより原水を濾過する機能を果たすとともに鉄バクテリアその他の微生物が生息し原水中の鉄、マンガンを酸化して吸着する機能を果たすものである。濾過層３内における水の流速すなわち濾過速度は目的とする異物の濾過の程度（濾過水中の異物の許容濃度）等により異なるが、１分間８ｃｍ以下の濾過速度が望ましい。
【００２６】
ジェットノズル５の原水噴出口５ｂと濾材層２の表面との間には、原水送水管４と平行にかつ各ジェットノズル５の原水噴出口５ｂの直下に位置するようにして鋼板等からなるじゃま板１３が設けられている。じゃま板１３はその長手方向の両端部が濾過槽３の対向する側壁３ａ、３ｂの内側に溶接等の手段により固定されている。一例として、濾過槽３内の水面から濾材層２の表面までの水深を３０ｃｍ、ジェットノズル５の原水噴出口５ｂから水面までの距離を５ｃｍとすると、じゃま板１３の水面からの深さは５ｃｍ程度（原水噴出口５ｂからの距離が１０ｃｍ程度）が好適である。
【００２７】
濾材層２の底部には全面にわたり濾材層２を支持する板状スクリーン（図示の例ではウェッジワイヤスクリーン）からなる濾材層受１４が濾過槽３の底面から所定の高さの位置に配置されている。図示の実施形態において、ウェッジワイヤスクリーンはその平坦面１４ａで濾材層２を支え、そのスリット１４ｂが下方に向けてしだいに拡大するようにして配置されている。
【００２８】
濾材層２を板状スクリーンからなる濾材層受１４により支持することにより、従来濾材層を支持するために使用されていた上層から順に小粒径、中粒径、大粒径の３層の砂層からなる支持層を必要としないので、濾過槽の設計を簡素化することができる。なお、濾材層受１４を設けないで、濾材層を３層の砂層からなる支持層に形成する構成を採用することも可能である。
【００２９】
濾過槽３の下部空間１６に臨む濾過槽３の側壁３ｃには濾材層によって濾過された水を取り出すための濾過水取出し管１７が設けられている。また、濾過槽３の一端部（図示の実施形態においては図中右端部）には上端縁が濾材層表面から僅かに上に位置するようにしてオーバーフロー樋１８が設けられている。オーバーフロー樋１８の一端部は濾過槽３の側壁３ｂにより閉じられており、他端部は蓋１９により閉じられている。オーバーフロー樋１８の蓋１９は原水濾過時には閉じられており、逆洗時には開かれて逆洗水排出口として作用する。
【００３０】
本実施形態においては、１本または複数本の逆洗管１５は濾材層２内の所定の深さに埋設されている。逆洗管１５の埋設深さは、濾材層２の上部に蓄積した濾材層閉塞物を逆洗により除去するために充分な深さであるとともに逆洗管４８の下方にできるだけ厚い濾材層２の部分が存在するような深さに設定される。この深さは、濾材層閉塞物の種類および量、濾材層を形成する砂の粒径、逆洗水の流速、一定期間中の逆洗の回数等の諸要素を勘案して決定する。逆洗管１５には、図５の側断面図に示すように、多数の逆洗水噴出口１５ａが上方に向けて開口している。また逆洗管１５は図示しない逆洗水供給装置に接続されている。
【００３１】
本実施形態においては、原水送水管４を濾材層２の表面と平行な面上に往復動させる原水送水管往復動機構２０として、スクリュ‐ボックス２１、送りネジ２２および送りネジ２２を駆動する電動モータおよび減速機構を含む送りネジ駆動装置２３からなる機構を使用している。送りネジ駆動機構２３は濾過槽３の側壁３ｄに固定されている。図３に拡大して示すように、スクリューボックス２１はその中央部にネジ孔２１ａが貫通するようにして形成されており、このネジ孔２１ａの軸方向が原水送水管４の軸方向に直交するようにして取付部材２４により溶接等適宜の手段により原水送水管４に固定されている。
【００３２】
スクリューボックス２１のネジ孔２１ａに螺合する送りねじ２２は原水送水管４と直行する方向に延長して濾過槽３の側壁３ｃ、３ｄに取付けられた軸受２５、２６により支承され、その側壁３ｄ側の端部は濾過槽３外に延長して送りネジ駆動機構２３に接続され、送りネジ駆動機構２３により回転駆動される。したがって、送りネジ駆動機構２３を作動させると、送りネジ２２が回転駆動され、これによってスクリューボックス２１に固定された原水送水管４が図３中矢印Ａ方向に移動し、送りネジ駆動機構２３の電動モータを逆回転させると原水送水管４は矢印Ｂ方向に移動する。
【００３３】
本実施形態においては、原水送水管４の往復動を円滑にかつ安定して行うため、図４に拡大して示すように、原水送水管４の側壁３ａ、３ｂ上方の位置に取付部材２７によりローラ２８が取付けられており、側壁３ａ、３ｂの上端部にはこれらのローラ２８が回転しつつ案内される案内溝２９が形成されている。原水送水管４の往復動を安定して行うためには図示の機構に限らず、たとえば送りネジを２本使用する等他の機構を使用してもよい。
【００３４】
本実施形態にかかる水処理装置は、濾過水が不要な期間すなわち濾過水供給停止時に原水送水管４からの原水の供給を停止するとともに濾過水を原水送水管４に返送して濾材層２内を循環させる濾過水循環手段４０をさらに備える。
【００３５】
濾過水循環手段４０は、濾過水取出し管１７と原水送水管４に連結されたゴム管８とを連結するホース等の可撓性の管からなる濾過水循環用管４２と、濾過水循環用管４２に接続された給水ポンプ４８と、濾過水循環用管４２と濾過水取出し管１７の連結部に設けられ、濾過水供給時には濾過水を供給するとともに濾過水循環用管４２への送水を停止し、濾過水供給停止時には濾過水の供給を停止するとともに濾過水を濾過水循環用管４２を介して原水送水管４側に返送する切替弁４４と、ゴム管８と濾過水循環用管４２の連結部に設けられ、濾過水供給時には原水を通過させるとともに濾過水循環用管４２からの濾過水の通過を停止し、濾過水供給停止時には原水の通過を停止するとともに濾過水循環用管４２からの濾過水を通過させる弁手段である切替弁４６とを備えている。
【００３６】
図６は濾過水循環手段の変更例を示す図１と同様の斜視図である。この変更例において、濾過水循環手段５０は、濾過水取出し管１７と別個の濾過水循環用取出し口５１と、濾過水循環用取出し口５１とゴム管８とを連結するホース等の可撓性材料からなる濾過水循環用管５２と、濾過水循環用管５２に接続された給水ポンプ５８と、濾過水取出し管１７に設けられ、濾過水供給時には開弁し、濾過水供給停止時には閉弁する弁５３と、ゴム管８と濾過水循環用管５２との連結部に設けられ、濾過水供給時には原水を通過させるとともに濾過水循環用管５２からの濾過水の通過を停止し、濾過水供給停止時には原水の通過を停止するとともに濾過水循環用管５２からの濾過水を通過させる弁手段である切替弁５６を備える。
【００３７】
この他濾過水循環手段としては種々の変更例が考えられる。
【００３８】
上記各実施形態においては、砂濾過層からなる濾材層２を収納した濾過槽３を備えた水処理装置が提供されているが、本発明はこれに限らず、砂濾過層が濾過池に収容されている浄水場等にも適用することができる。
【００３９】
次に、図１の実施形態にかかる水処理装置の動作について説明する。
原水濾過時には、濾材層２の表面上の水の水深をたとえば約３０ｃｍに維持しつつ送水ポンプ７から原水送水管４を介してジェットノズル５に原水を供給し、ジェットノズル５における水の流速をたとえば１．５〜３リットル/分とすることにより原水をジェット水流とする一方ジェットノズル５内に開口する空気導入管６からジェットノズル５内に空気がたとえば流速０．５〜１リットル/分で吸い込まれ、これによってジェット水流が空気を巻き込み多数の小さい気泡とし、この多数の気泡を含むジェット水流がジェットノズル５の原水噴出口５ｂから、濾材層２上の水面に叩きつけられ、水面および濾材表面において激しいエアレーションが起こる。じゃま板１３はこのエアレーションを促進する。このエアレーションにより、水中の鉄、マンガン等の溶解性成分が酸化されて不溶性成分となり、フロックを形成するかまたは沈殿して濾材層２を形成する濾過砂の濾材粒子の表面で捕捉される。これらの不溶性成分およびその他の異物が濾材層２により濾過された濾過水は濾過水取出し管１７から外部に取出される。なお、濾過水供給時には濾過水循環手段４０の弁４６は原水を供給する側に切り替えられ、弁４４は濾過水を供給する側に切り替えられている。
【００４０】
上記の濾過作用を継続すると、時間が経つにつれて濾材層２の表面に酸化物のフロックその他の異物が蓄積し、濾材層２の表面はフロックその他の異物で覆われ閉塞するために濾材層２はその濾過機能が減少する。
【００４１】
この場合は、図３に示すように、水面を濾材層表面の１０ｃｍ上程度の水準に調節した状態で原水および空気の供給を行いながら原水送水管往復動機構２０を作動させ、原水送水管４を濾材層２の表面と平行な面上に往復動させることにより、ジェットノズル５の原水噴出口５ｂから噴出する多数の気泡を含むジェット水流が閉塞した濾材層２の表面に激しく叩きつけられるので、これによって濾材層２の全表面が耕され、濾材層表面の異物による閉塞状態が除去されて濾材層２は本来の濾過機能を回復する。
【００４２】
濾材層表面に酸化物のフロックその他の異物が著しく堆積し、原水送水管往復動機構２０の駆動による濾材層表面の耕し操作だけでは濾過機能が充分に回復しない場合は、濾過槽３への原水供給を一時停止し濾材層２表面の水位をゼロとし、逆洗水排出口を形成するオーバーフロー樋１８の蓋１９を解放し、逆洗管１５から逆洗水を下方から上方へ流すことにより、濾材層表面を覆う異物は濾材層表面から剥離されて逆洗水排出口１９から系外に排出される。
【００４３】
また濾材層２には、濾材層２の使用期間が長くなるにつれて鉄バクテリアその他の微生物の集落が自然に形成され、この微生物の集落は濾材層２の表面層だけでなく、濾材層２の中央部から下方部にかけても形成され、表面層ほどではないにしてもかなりの除鉄、除マンガン作用を行っている。すなわち微生物による除鉄、除マンガン作用は濾材層の全深さ位置において行われている。したがって、逆洗管１５を濾材層２中の上記深さ位置に埋設することにより、逆洗管の下方の濾材層２には逆洗の影響はおよばないので、濾材層２の下方の濾材層中に存在する鉄バクテリアその他の微生物の集落は破壊されることがなく、逆洗後に装置の運転を再開した時濾材層２のこの部分に存在する微生物による除鉄、除マンガン効果が存続維持される。
【００４４】
濾過水供給停止時には、切替弁４６は原水の原水送水管４への通過を停止し濾過水循環用管４２からの濾過水の通過を許容するように切り替えられる一方切替弁４４は濾過水の供給を停止し濾過水の濾過水循環用管４２への通過を許容するように切り替えられ、給水ポンプ４８を作動することにより濾過水は濾過水取出し管１７から濾過水循環用管４２を介して原水送水管４に返送され、ジェットノズル５を介してエアレーションが行われた後濾材層２に落下する。したがって、濾過水が不要で濾過水の供給を停止する期間においても濾過水を原水送水管４に返送し濾材層２中を循環させるとともにエアレーションを継続して行うことにより、濾過水供給停止期間中も濾材層２中の溶存酸素は予設定のレベルに維持され、鉄バクテリアその他の微生物に溶存酸素が充分に供給され、その結果装置の運転停止に基づく微生物の酸素不足による死滅、減少が防止され、濾過水供給を再開する時に濾材層２における除鉄、除マンガン効果の減少を防止することができる。
【００４５】
上記実施形態においては、原水送水管往復動機構を送りネジ機構により構成したが、これに限らず、たとえばチェーン駆動方式他の機構を用いてもよい。
【００４６】
上記実施形態の水処理装置を使用して栃木県佐野市「子供の国」において採取した地下水を濾過した結果水中の鉄およびマンガンの濃度変化は次表１のとおりである。
【００４７】
【表１】
【００４８】
次に、図７および図８を参照して本発明の他の実施形態について説明する。図７は同実施形態を示す斜視図で、濾過槽の側壁の一部を破断して示すものであり、図８はジェットノズルおよび気体導入管を拡大して示す断面図である。以下説明する実施形態において、図１に示す実施形態と同一構成部分は同一符号で示しその説明を省略する。
【００４９】
水処理装置１は、主たる構成要素として、濾材層２を収容した濾過槽３、原水送水管４、ジェットノズル５および気体導入管３６を備える。
【００５０】
濾過槽３に濾過されるべき地下水、河川水等の原水を供給する鋼管等からなる原水送水管４は、ゴム管８により送水ポンプ７に接続されており、この送水ポンプ７は、必要により受水槽を介して原水の水源から原水を供給され、所定の流速で原水送水管４に原水を供給する。
【００５１】
原水送水管４から垂直に分岐するようにして、１本ないし複数本（図示の実施形態においては６本）のジェットノズル５が設けられている。
【００５２】
送気管９は濾過槽３上方において原水送水管４と平行に延長し、取付部材１０により原水送水管４に固定されている。送気管９はゴム管１１により空気ポンプまたはエアコンプレッサ等加圧空気を供給する空気供給源または窒素ガス、オゾン等他の気体を供給する気体供給源１２に接続されている。
【００５３】
送気管９から分岐するようにして、１本ないし複数本（図示の実施形態においては６本）の気体導入管３６が設けられている。各気体導入管３６の上流側の端部３６ａは、図８から明らかなように、内部が送気管９に連通するようにして送気管９に嵌め込まれており、下流側の端部３６ｂは原水噴出口５ｂよりも上流のジェットノズル５内に開口している。気体導入管３６の内径はたとえば２〜４ｍｍ程度が好適である。
【００５４】
この実施形態において送気管および空気導入管は原水送水管およびジェットノズルの外側に設けられているが、送気管および空気導入管を原水送水管およびジェットノズルの内側に配置してもよい。
【００５５】
この実施形態によれば、気体供給源から空気だけでなく窒素ガス、オゾン等の所望の気体を供給することができ、被濾過物質の性質に応じて最適の気体を選択使用することができる。また、空気その他の気体の流速を濾過の目的に合わせて最適の値に制御することができる。
【００５６】
図９はこの実施形態における濾過水循環手段の変更例を示す図７と同様の斜視図である。この濾過水循環手段５０は図６に示す濾過水循環手段５０と同一構成であるのでその説明を省略する。
【００５７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、濾材層中に埋設された逆洗管を備え、該逆洗管は、濾材層上部に蓄積した濾材層閉塞物を逆洗により除去するために充分な深さであるとともに逆洗管の下方にできるだけ厚い濾材層の部分が存在するような深さに埋設されている構成により、濾材層上部に蓄積した濾材層閉塞物は逆洗により洗い流されて除去される一方逆洗管の下方の濾材層には逆洗の影響はおよばないので、逆洗管の下方の濾材層中に存在する鉄バクテリアその他の微生物の集落は破壊されることがなく、逆洗後に装置の運転を再開した時濾材層のこの部分に存在する微生物による除鉄、除マンガン効果が存続維持され、水処理装置全体としての除鉄、除マンガン効果を向上させることができる。
【００５８】
本発明の１側面において、水処理装置は、濾過水供給停止時に該原水送水管からの原水の供給を停止するとともに濾過水を該原水送水管に返送して該濾材層内を循環させる濾過水循環手段をさらに備える。本発明のこの構成によれば、濾過水が不要で濾過水の供給を停止する期間においても濾過水を原水送水管に返送し濾材層中を循環させるとともにエアレーションを継続して行うことにより、濾過水供給停止期間中も濾材層中の鉄バクテリアその他の微生物に溶存酸素が充分に供給され、その結果微生物の酸素不足による死滅、減少が防止され、濾過水供給を再開する時に濾材層における除鉄、除マンガン効果の減少を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る水処理装置の１実施形態を示す斜視図で、濾過槽の側壁の一部を破断して示すものである。
【図２】ジェットノズルおよび空気導入管を拡大して示す断面図である。
【図３】原水送水管を往復動させる機構を示す断面図である。
【図４】原水送水管案内機構を示す断面図である。
【図５】濾過槽の側断面図である。
【図６】濾過水循環手段の変更例を示す図である。
【図７】本発明の他の実施形態を示す斜視図である。
【図８】同実施形態のジェットノズルおよび気体導入管を拡大して示す断面図である。
【図９】濾過水循環手段の変更例を示す図である。
【符号の説明】
１ 水処理装置
２ 濾材層
３ 濾過槽
４ 原水送水管
５ ジェットノズル
５ｂ 原水噴出口
６ 空気導入管
３ じゃま板
１４ 濾材層受
１５ 逆洗管
１７ 濾過水取出し口
２０ 原水送水管往復動機構
３６ 気体導入管
４０、５０ 濾過水循環手段
４２、５２ 濾過水循環用管
【発明の属する技術分野】
本発明は、水処理装置に関し、特に地下水等の中の鉄、マンガンその他の溶解性成分を、酸化剤や凝集剤等の薬品を使用することなく、簡単で小型の装置で酸化させ不溶化することにより処理することができる水処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
地下水は、水道水の原水として、また食品工業、清涼飲料、醸造、公衆浴場、染色業など水を大量に必要とする産業で利用されているが、現在地下水に含まれる鉄、マンガン成分が大きな問題となっている。鉄やマンガンは人体にとって必要な成分であるが、一定量を超えると水に金属味を与えたり、赤水や黒水の原因となり、飲用に不適となるばかりでなく、これらの産業において様々な問題が生じる。また、建築基礎工事において基礎工事前の地下水抜き取り工事は必要不可欠な工程であるが、地下水に大量の鉄、マンガンが含まれている場合は、そのまま下水道に放流することは法令で禁止されており、地下水中の鉄、マンガンを除去してから放流しなければならないという問題がある。
【０００３】
現在もっとも普及している除鉄、除マンガン装置は、原水に次亜塩素酸ナトリウム等の酸化剤やポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）等の凝集剤を添加し、水中に溶け込んでいる鉄、マンガンを酸化させて不溶性の酸化鉄、酸化マンガンとし、これを濾過砂により濾過して取り除くものである。
【０００４】
しかし、この酸化剤や凝集剤を注入する方式の水処理装置においては、比較的に多量の酸化剤、凝集剤を消費するのでこれらの購入コストが大きい。また酸化剤として使用される次亜塩素酸が鉄、マンガンを酸化させた後も処理後の浄水の中に残留するために、発癌物質であるトリハロメタンを生成し、その対策のためさらに水を活性炭層を通して処理しなければならず不経済である。また、経済的考慮から活性炭層の設置を見送るとすれば、過剰な酸化剤の注入によるトリハロメタンの発生を防止するため濾過後の水を耐えず分析して監視し、状況に応じて酸化剤の注入量を調整する必要があり、薬品購入コストに加えて維持管理費が嵩むという欠点がある。また、この薬品注入方式による水処理装置は、曝気槽、凝集槽、沈殿槽、砂濾過塔、除鉄、除マンガン塔および薬液タンクからなり、システムは複雑であり装置全体は大規模化して広大な設置スペースを必要とするため、市街地等設置スペースが限られた環境においては装置を設置することができない、という問題点がある。さらに、この薬品注入方式による水処理装置において使用した濾過砂は不純物の堆積による目詰まりのため時々取り替える必要があるが、その場合砂が薬品を含有しているため産業廃棄物として処理しなければならず、その放棄場所も制限される等の不便がある。
【０００５】
本出願人は、上記従来の薬品注入方式による水処理装置の欠点を除去し、地下水等の中の鉄、マンガンその他の溶解性成分を、酸化剤や凝集剤等の薬品を使用することなく、簡単で小型の装置で酸化させ不溶化することにより処理することができる水処理装置を提供することを目的として、特開２００２−１２６７６８項公報記載の水処理装置を提案した。この水処理装置によれば、ジェットノズルにより原水をジェット水流とする一方ジェットノズル内に開口する空気導入管または気体導入管からジェットノズル内に空気を導入することにより、多数の気泡を含むジェット水流がジェットノズルの原水噴出口からその下方に配置された濾材層上の水面に叩きつけられ、水中および濾材表面において激しいエアレーションが起こることにより、水中の鉄、マンガン等の溶解性成分が酸化されて不溶性成分となり、フロックを形成するかまたは沈殿して濾材層を形成する濾過砂等の濾材粒子の表面で捕捉され、したがって、酸化剤や凝集剤等の薬品を一切使用することなく、簡単で小型の装置で原水中の鉄、マンガンその他の溶解性成分を不溶化し濾過することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記水処理装置は、濾材層の底部に濾材層を支持する板状スクリーンからなる濾材層受が配置されており、濾材層受の下方には濾材層を逆洗浄するための逆洗管が配置されている。濾材層の上部特に表面が酸化物のフロックやその他の異物で覆われた時は濾過槽への原水供給を一時停止し、逆洗管から逆洗水を濾材槽受を介して濾材層全般にわたって下方から上方へ流すことにより濾材層上部を覆う異物を濾材層から剥離し逆洗水排出口から系外に排出するように構成されている。しかしこの水処理装置においては、逆洗を行った後濾過水供給のため装置の運転を再開した場合には、濾材層が洗浄されたにもかかわらず、装置の運転を再開してから数日間は除鉄、除マンガン効果が通常の運転時よりもやや減少する場合があることが判った。
【０００７】
また、この水処理装置においては、なんらかの理由により濾過水が不要な時すなわち濾過水の供給停止時が１週間以上におよぶ場合にその後装置の運転を再開して濾過水の供給を再開すると、再開後数日間は除鉄、除マンガン効果が通常の運転時よりもやや減少する場合があることが判った。
【０００８】
本発明は、上記水処理装置の逆洗後および濾過水供給一時停止後に生じる問題点にかんがみなされたものであって、逆洗後および濾過水供給一時停止後における除鉄、除マンガン効果の減少を防止することができる改良された水処理装置を提供しようとするものである。
【０００９】
【課題を解決する手段】
本発明者は、上記本発明の目的を達成するため研究と実験を重ねた結果、上記水処理装置においては、ジェットノズルによるエアレーションにより、水中の鉄、マンガン等の溶解性成分が酸化されて不溶性成分となり、フロックを形成するかまたは沈殿して濾材層を形成する濾過砂等の濾材粒子の表面で捕捉されることに加えて、濾材層中には鉄バクテリアその他の微生物が自然発生的に生息してこれら微生物の集落が形成されており、これらの微生物は原水中の鉄、マンガン等の不純物を酸化して吸着することにより除去する作用を有するところ、上記水処理装置においては、エアレーションにより原水中の溶存酸素が大量に増加する結果これらの微生物の活性も増加し、除鉄、除マンガン効果が促進されることをつきとめ、本発明に到達した。
【００１０】
すなわち、上記目的を達成する本発明の水処理装置は、原水送水管と、該原水送水管に一端部が連通し、他端部には原水をジェット水流として噴出する原水噴出口を備える１本または複数本のジェットノズルと、一端部が大気に開放し、他端部が該原水噴出口よりも上流の該ジェットノズル内に開口する空気導入管と、表面が該ジェットノズルの原水噴出口と所定の間隔をおいて該ジェットノズルの下方に配置された濾材層を収容する濾過槽と、該濾材層によって濾過された水を取り出すために該濾過槽に設けられた濾過水取出し口と、該濾材層中に埋設された逆洗管を備え、該逆洗管は、該濾材層上部に蓄積した濾材層閉塞物を逆洗により除去するために充分な深さであるとともに該逆洗管の下方にできるだけ厚い濾材層の部分が存在するような深さに埋設されていることを特徴とする。
【００１１】
濾材層には濾材層の使用期間が長くなるにつれて鉄バクテリアその他の微生物の集落が自然に形成され、この微生物の集落は濾材層の表面層だけでなく、濾材層の中央部から下方部にかけても形成され、表面層ほどではないにしてもかなりの除鉄、除マンガン作用を行うことが実験の結果判明した、したがって、上記本発明による逆洗管の構成により、濾材層上部に蓄積した濾材層閉塞物は逆洗により洗い流されて除去される一方逆洗管の下方の濾材層には逆洗の影響はおよばないので、逆洗管の下方の濾材層中に存在する鉄バクテリアその他の微生物の集落は破壊されることがなく、逆洗後に装置の運転を再開した時濾材層のこの部分に存在する微生物による除鉄、除マンガン効果が存続維持され、水処理装置全体としての除鉄、除マンガン効果を向上させることができる。
【００１２】
本発明の１側面において、水処理装置は、原水送水管と、該原水送水管に一端部が連通し、他端部には原水をジェット水流として噴出する原水噴出口を備える１本または複数本のジェットノズルと、一端部が気体供給源に接続し、他端部が該原水噴出口よりも上流の該ジェットノズル内に開口する気体導入管と、表面が該ジェットノズルの原水噴出口と所定の間隔をおいて該ジェットノズルの下方に配置された濾材層を収容する濾過槽と、該濾材層によって濾過された水を取り出すために該濾過槽に設けられた濾過水取出し口と、該濾材層中に埋設された逆洗管を備え、該逆洗管は、該濾材層上部に蓄積した濾材層閉塞物を逆洗により除去するために充分な深さであるとともに該逆洗管の下方にできるだけ厚い濾材層の部分が存在するような深さに埋設されていることを特徴とする。
【００１３】
この構成によっても、同様に逆洗管の下方の濾材層に存在する微生物の集落により逆洗後も除鉄、除マンガン作用が維持され、装置全体としての除鉄、除マンガン効果を向上させることができる。
【００１４】
本発明の１側面において、水処理装置は、濾過水供給停止時に該原水送水管からの原水の供給を停止するとともに濾過水を該原水送水管に返送して該濾材層内を循環させる濾過水循環手段をさらに備えることを特徴とする。
【００１５】
本発明のこの構成によれば、濾過水が不要で濾過水の供給を停止する期間においても濾過水を原水送水管に返送し濾材層中を循環させるとともにエアレーションを継続して行うことにより、濾過水供給停止期間中も濾材層中の鉄バクテリアその他の微生物に溶存酸素が充分に供給され、その結果微生物の酸素不足による死滅、減少が防止され、濾過水供給を再開する時に濾材層における除鉄、除マンガン効果の減少を防止することができる。
【００１６】
該濾過水循環手段は、該濾過水取出し口と該原水送水管とを連結する濾過水循環用管と、該濾過水循環用管に接続された給水ポンプと、該濾過水循環用管中に設けられ、濾過水供給時には濾過水を供給するとともに該濾過水循環用管への送水を停止し、濾過水供給停止時には濾過水の供給を停止するとともに濾過水を該濾過水循環用管を介して該原水送水管に返送する切替弁と、原水送水経路中に設けられ、濾過水供給時には原水を通過させるとともに該濾過水循環用管からの濾過水の通過を停止し、濾過水供給停止時には原水の通過を停止するとともに該濾過水循環用管からの濾過水を通過させる弁手段とを備えるように構成することができる。
【００１７】
また、該濾過水循環手段は、該濾過水取出し口と別個の濾過水循環用取出し口と、該濾過水循環用取出し口と該原水送水管とを連結する濾過水循環用管と、該濾過水循環用管に接続された給水ポンプと、該濾過水取出し口側の管路に設けられ、濾過水供給時には開弁し、濾過水供給停止時には閉弁する弁と、該原水送水経路中に設けられ、濾過水供給時には原水を通過させるとともに該濾過水循環用管からの濾過水の通過を停止し、濾過水供給停止時には原水の通過を停止するとともに該濾過水循環用管からの濾過水を通過させる弁手段を備えるように構成することもできる。
【００１８】
本発明の他の側面においては、上記の水処理装置を使用し、濾過水供給停止時に該原水送水管からの原水の供給を停止し、濾過水を該原水送水管に返送して該濾材層中を循環させるとともにエアレーションを継続して行うことにより濾過水中の溶存酸素濃度を所定のレベルに維持する工程を備えることを特徴とする水処理方法が提供される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下添付図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明に係る水処理装置の１実施形態を示す斜視図で、濾過槽の側壁の一部を破断して示すものであり、図２はジェットノズルおよび空気導入管を拡大して示す断面図であり、図３は原水送水管を往復動させる機構を示す断面図であり、図４は原水送水管案内機構を示す断面図である。
【００２０】
水処理装置１は、主たる構成要素として、濾材層２を収容した濾過槽３、原水送水管４、ジェットノズル５および空気導入管６を備える。
【００２１】
濾過槽３に濾過されるべき地下水、河川水等の原水を供給する鋼管等からなる原水送水管４は、ゴム管８により送水ポンプ７に接続されており、この送水ポンプ７は、必要により受水槽を介して原水の水源から原水を供給され、所定の流速で原水送水管４に原水を供給する。
【００２２】
原水送水管４は濾材層２の表面と平行な面上に延長するようにして濾過槽３の一端部の上方に配設されている。
【００２３】
原水送水管４から垂直に分岐するようにして、１本ないし複数本（図示の実施形態においては６本）のジェットノズル５が設けられている。各ジェットノズル５の上流側の端部５ａは、図２から明らかなように、内部が原水送水管４に連通するようにして原水送水管４に嵌め込まれており、下流側の端部には原水をジェット水流として噴出する原水噴出口５ｂが形成されている。ジェットノズル５の内径はたとえば３〜６ｍｍ程度が好適である。
【００２４】
ジェットノズル５には、１本ないし複数本（図示の実施形態においては６本）の空気導入管６が設けられている。各空気導入管６の上流側の端部６ａは、図２から明らかなように、内部が大気に開放するようにしてジェットノズル５から斜め上方に突出しており、下流側の端部６ｂは原水噴出口５ｂよりも上流のジェットノズル５内に開口している。空気導入管６の内径はたとえば２〜４ｍｍ程度が好適である。
【００２５】
濾過槽３内において、濾材層２はその表面がジェットノズル５の原水噴出口５ｂと所定の間隔（一例として約３５ｃｍ）をおいてジェットノズル５の下方に配置されている。濾材層２は濾過砂からなり、ジェットノズルから供給されたジェット流として供給される原水中の酸化物フロックその他の異物を捕捉することにより原水を濾過する機能を果たすとともに鉄バクテリアその他の微生物が生息し原水中の鉄、マンガンを酸化して吸着する機能を果たすものである。濾過層３内における水の流速すなわち濾過速度は目的とする異物の濾過の程度（濾過水中の異物の許容濃度）等により異なるが、１分間８ｃｍ以下の濾過速度が望ましい。
【００２６】
ジェットノズル５の原水噴出口５ｂと濾材層２の表面との間には、原水送水管４と平行にかつ各ジェットノズル５の原水噴出口５ｂの直下に位置するようにして鋼板等からなるじゃま板１３が設けられている。じゃま板１３はその長手方向の両端部が濾過槽３の対向する側壁３ａ、３ｂの内側に溶接等の手段により固定されている。一例として、濾過槽３内の水面から濾材層２の表面までの水深を３０ｃｍ、ジェットノズル５の原水噴出口５ｂから水面までの距離を５ｃｍとすると、じゃま板１３の水面からの深さは５ｃｍ程度（原水噴出口５ｂからの距離が１０ｃｍ程度）が好適である。
【００２７】
濾材層２の底部には全面にわたり濾材層２を支持する板状スクリーン（図示の例ではウェッジワイヤスクリーン）からなる濾材層受１４が濾過槽３の底面から所定の高さの位置に配置されている。図示の実施形態において、ウェッジワイヤスクリーンはその平坦面１４ａで濾材層２を支え、そのスリット１４ｂが下方に向けてしだいに拡大するようにして配置されている。
【００２８】
濾材層２を板状スクリーンからなる濾材層受１４により支持することにより、従来濾材層を支持するために使用されていた上層から順に小粒径、中粒径、大粒径の３層の砂層からなる支持層を必要としないので、濾過槽の設計を簡素化することができる。なお、濾材層受１４を設けないで、濾材層を３層の砂層からなる支持層に形成する構成を採用することも可能である。
【００２９】
濾過槽３の下部空間１６に臨む濾過槽３の側壁３ｃには濾材層によって濾過された水を取り出すための濾過水取出し管１７が設けられている。また、濾過槽３の一端部（図示の実施形態においては図中右端部）には上端縁が濾材層表面から僅かに上に位置するようにしてオーバーフロー樋１８が設けられている。オーバーフロー樋１８の一端部は濾過槽３の側壁３ｂにより閉じられており、他端部は蓋１９により閉じられている。オーバーフロー樋１８の蓋１９は原水濾過時には閉じられており、逆洗時には開かれて逆洗水排出口として作用する。
【００３０】
本実施形態においては、１本または複数本の逆洗管１５は濾材層２内の所定の深さに埋設されている。逆洗管１５の埋設深さは、濾材層２の上部に蓄積した濾材層閉塞物を逆洗により除去するために充分な深さであるとともに逆洗管４８の下方にできるだけ厚い濾材層２の部分が存在するような深さに設定される。この深さは、濾材層閉塞物の種類および量、濾材層を形成する砂の粒径、逆洗水の流速、一定期間中の逆洗の回数等の諸要素を勘案して決定する。逆洗管１５には、図５の側断面図に示すように、多数の逆洗水噴出口１５ａが上方に向けて開口している。また逆洗管１５は図示しない逆洗水供給装置に接続されている。
【００３１】
本実施形態においては、原水送水管４を濾材層２の表面と平行な面上に往復動させる原水送水管往復動機構２０として、スクリュ‐ボックス２１、送りネジ２２および送りネジ２２を駆動する電動モータおよび減速機構を含む送りネジ駆動装置２３からなる機構を使用している。送りネジ駆動機構２３は濾過槽３の側壁３ｄに固定されている。図３に拡大して示すように、スクリューボックス２１はその中央部にネジ孔２１ａが貫通するようにして形成されており、このネジ孔２１ａの軸方向が原水送水管４の軸方向に直交するようにして取付部材２４により溶接等適宜の手段により原水送水管４に固定されている。
【００３２】
スクリューボックス２１のネジ孔２１ａに螺合する送りねじ２２は原水送水管４と直行する方向に延長して濾過槽３の側壁３ｃ、３ｄに取付けられた軸受２５、２６により支承され、その側壁３ｄ側の端部は濾過槽３外に延長して送りネジ駆動機構２３に接続され、送りネジ駆動機構２３により回転駆動される。したがって、送りネジ駆動機構２３を作動させると、送りネジ２２が回転駆動され、これによってスクリューボックス２１に固定された原水送水管４が図３中矢印Ａ方向に移動し、送りネジ駆動機構２３の電動モータを逆回転させると原水送水管４は矢印Ｂ方向に移動する。
【００３３】
本実施形態においては、原水送水管４の往復動を円滑にかつ安定して行うため、図４に拡大して示すように、原水送水管４の側壁３ａ、３ｂ上方の位置に取付部材２７によりローラ２８が取付けられており、側壁３ａ、３ｂの上端部にはこれらのローラ２８が回転しつつ案内される案内溝２９が形成されている。原水送水管４の往復動を安定して行うためには図示の機構に限らず、たとえば送りネジを２本使用する等他の機構を使用してもよい。
【００３４】
本実施形態にかかる水処理装置は、濾過水が不要な期間すなわち濾過水供給停止時に原水送水管４からの原水の供給を停止するとともに濾過水を原水送水管４に返送して濾材層２内を循環させる濾過水循環手段４０をさらに備える。
【００３５】
濾過水循環手段４０は、濾過水取出し管１７と原水送水管４に連結されたゴム管８とを連結するホース等の可撓性の管からなる濾過水循環用管４２と、濾過水循環用管４２に接続された給水ポンプ４８と、濾過水循環用管４２と濾過水取出し管１７の連結部に設けられ、濾過水供給時には濾過水を供給するとともに濾過水循環用管４２への送水を停止し、濾過水供給停止時には濾過水の供給を停止するとともに濾過水を濾過水循環用管４２を介して原水送水管４側に返送する切替弁４４と、ゴム管８と濾過水循環用管４２の連結部に設けられ、濾過水供給時には原水を通過させるとともに濾過水循環用管４２からの濾過水の通過を停止し、濾過水供給停止時には原水の通過を停止するとともに濾過水循環用管４２からの濾過水を通過させる弁手段である切替弁４６とを備えている。
【００３６】
図６は濾過水循環手段の変更例を示す図１と同様の斜視図である。この変更例において、濾過水循環手段５０は、濾過水取出し管１７と別個の濾過水循環用取出し口５１と、濾過水循環用取出し口５１とゴム管８とを連結するホース等の可撓性材料からなる濾過水循環用管５２と、濾過水循環用管５２に接続された給水ポンプ５８と、濾過水取出し管１７に設けられ、濾過水供給時には開弁し、濾過水供給停止時には閉弁する弁５３と、ゴム管８と濾過水循環用管５２との連結部に設けられ、濾過水供給時には原水を通過させるとともに濾過水循環用管５２からの濾過水の通過を停止し、濾過水供給停止時には原水の通過を停止するとともに濾過水循環用管５２からの濾過水を通過させる弁手段である切替弁５６を備える。
【００３７】
この他濾過水循環手段としては種々の変更例が考えられる。
【００３８】
上記各実施形態においては、砂濾過層からなる濾材層２を収納した濾過槽３を備えた水処理装置が提供されているが、本発明はこれに限らず、砂濾過層が濾過池に収容されている浄水場等にも適用することができる。
【００３９】
次に、図１の実施形態にかかる水処理装置の動作について説明する。
原水濾過時には、濾材層２の表面上の水の水深をたとえば約３０ｃｍに維持しつつ送水ポンプ７から原水送水管４を介してジェットノズル５に原水を供給し、ジェットノズル５における水の流速をたとえば１．５〜３リットル/分とすることにより原水をジェット水流とする一方ジェットノズル５内に開口する空気導入管６からジェットノズル５内に空気がたとえば流速０．５〜１リットル/分で吸い込まれ、これによってジェット水流が空気を巻き込み多数の小さい気泡とし、この多数の気泡を含むジェット水流がジェットノズル５の原水噴出口５ｂから、濾材層２上の水面に叩きつけられ、水面および濾材表面において激しいエアレーションが起こる。じゃま板１３はこのエアレーションを促進する。このエアレーションにより、水中の鉄、マンガン等の溶解性成分が酸化されて不溶性成分となり、フロックを形成するかまたは沈殿して濾材層２を形成する濾過砂の濾材粒子の表面で捕捉される。これらの不溶性成分およびその他の異物が濾材層２により濾過された濾過水は濾過水取出し管１７から外部に取出される。なお、濾過水供給時には濾過水循環手段４０の弁４６は原水を供給する側に切り替えられ、弁４４は濾過水を供給する側に切り替えられている。
【００４０】
上記の濾過作用を継続すると、時間が経つにつれて濾材層２の表面に酸化物のフロックその他の異物が蓄積し、濾材層２の表面はフロックその他の異物で覆われ閉塞するために濾材層２はその濾過機能が減少する。
【００４１】
この場合は、図３に示すように、水面を濾材層表面の１０ｃｍ上程度の水準に調節した状態で原水および空気の供給を行いながら原水送水管往復動機構２０を作動させ、原水送水管４を濾材層２の表面と平行な面上に往復動させることにより、ジェットノズル５の原水噴出口５ｂから噴出する多数の気泡を含むジェット水流が閉塞した濾材層２の表面に激しく叩きつけられるので、これによって濾材層２の全表面が耕され、濾材層表面の異物による閉塞状態が除去されて濾材層２は本来の濾過機能を回復する。
【００４２】
濾材層表面に酸化物のフロックその他の異物が著しく堆積し、原水送水管往復動機構２０の駆動による濾材層表面の耕し操作だけでは濾過機能が充分に回復しない場合は、濾過槽３への原水供給を一時停止し濾材層２表面の水位をゼロとし、逆洗水排出口を形成するオーバーフロー樋１８の蓋１９を解放し、逆洗管１５から逆洗水を下方から上方へ流すことにより、濾材層表面を覆う異物は濾材層表面から剥離されて逆洗水排出口１９から系外に排出される。
【００４３】
また濾材層２には、濾材層２の使用期間が長くなるにつれて鉄バクテリアその他の微生物の集落が自然に形成され、この微生物の集落は濾材層２の表面層だけでなく、濾材層２の中央部から下方部にかけても形成され、表面層ほどではないにしてもかなりの除鉄、除マンガン作用を行っている。すなわち微生物による除鉄、除マンガン作用は濾材層の全深さ位置において行われている。したがって、逆洗管１５を濾材層２中の上記深さ位置に埋設することにより、逆洗管の下方の濾材層２には逆洗の影響はおよばないので、濾材層２の下方の濾材層中に存在する鉄バクテリアその他の微生物の集落は破壊されることがなく、逆洗後に装置の運転を再開した時濾材層２のこの部分に存在する微生物による除鉄、除マンガン効果が存続維持される。
【００４４】
濾過水供給停止時には、切替弁４６は原水の原水送水管４への通過を停止し濾過水循環用管４２からの濾過水の通過を許容するように切り替えられる一方切替弁４４は濾過水の供給を停止し濾過水の濾過水循環用管４２への通過を許容するように切り替えられ、給水ポンプ４８を作動することにより濾過水は濾過水取出し管１７から濾過水循環用管４２を介して原水送水管４に返送され、ジェットノズル５を介してエアレーションが行われた後濾材層２に落下する。したがって、濾過水が不要で濾過水の供給を停止する期間においても濾過水を原水送水管４に返送し濾材層２中を循環させるとともにエアレーションを継続して行うことにより、濾過水供給停止期間中も濾材層２中の溶存酸素は予設定のレベルに維持され、鉄バクテリアその他の微生物に溶存酸素が充分に供給され、その結果装置の運転停止に基づく微生物の酸素不足による死滅、減少が防止され、濾過水供給を再開する時に濾材層２における除鉄、除マンガン効果の減少を防止することができる。
【００４５】
上記実施形態においては、原水送水管往復動機構を送りネジ機構により構成したが、これに限らず、たとえばチェーン駆動方式他の機構を用いてもよい。
【００４６】
上記実施形態の水処理装置を使用して栃木県佐野市「子供の国」において採取した地下水を濾過した結果水中の鉄およびマンガンの濃度変化は次表１のとおりである。
【００４７】
【表１】
次に、図７および図８を参照して本発明の他の実施形態について説明する。図７は同実施形態を示す斜視図で、濾過槽の側壁の一部を破断して示すものであり、図８はジェットノズルおよび気体導入管を拡大して示す断面図である。以下説明する実施形態において、図１に示す実施形態と同一構成部分は同一符号で示しその説明を省略する。
【００４９】
水処理装置１は、主たる構成要素として、濾材層２を収容した濾過槽３、原水送水管４、ジェットノズル５および気体導入管３６を備える。
【００５０】
濾過槽３に濾過されるべき地下水、河川水等の原水を供給する鋼管等からなる原水送水管４は、ゴム管８により送水ポンプ７に接続されており、この送水ポンプ７は、必要により受水槽を介して原水の水源から原水を供給され、所定の流速で原水送水管４に原水を供給する。
【００５１】
原水送水管４から垂直に分岐するようにして、１本ないし複数本（図示の実施形態においては６本）のジェットノズル５が設けられている。
【００５２】
送気管９は濾過槽３上方において原水送水管４と平行に延長し、取付部材１０により原水送水管４に固定されている。送気管９はゴム管１１により空気ポンプまたはエアコンプレッサ等加圧空気を供給する空気供給源または窒素ガス、オゾン等他の気体を供給する気体供給源１２に接続されている。
【００５３】
送気管９から分岐するようにして、１本ないし複数本（図示の実施形態においては６本）の気体導入管３６が設けられている。各気体導入管３６の上流側の端部３６ａは、図８から明らかなように、内部が送気管９に連通するようにして送気管９に嵌め込まれており、下流側の端部３６ｂは原水噴出口５ｂよりも上流のジェットノズル５内に開口している。気体導入管３６の内径はたとえば２〜４ｍｍ程度が好適である。
【００５４】
この実施形態において送気管および空気導入管は原水送水管およびジェットノズルの外側に設けられているが、送気管および空気導入管を原水送水管およびジェットノズルの内側に配置してもよい。
【００５５】
この実施形態によれば、気体供給源から空気だけでなく窒素ガス、オゾン等の所望の気体を供給することができ、被濾過物質の性質に応じて最適の気体を選択使用することができる。また、空気その他の気体の流速を濾過の目的に合わせて最適の値に制御することができる。
【００５６】
図９はこの実施形態における濾過水循環手段の変更例を示す図７と同様の斜視図である。この濾過水循環手段５０は図６に示す濾過水循環手段５０と同一構成であるのでその説明を省略する。
【００５７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、濾材層中に埋設された逆洗管を備え、該逆洗管は、濾材層上部に蓄積した濾材層閉塞物を逆洗により除去するために充分な深さであるとともに逆洗管の下方にできるだけ厚い濾材層の部分が存在するような深さに埋設されている構成により、濾材層上部に蓄積した濾材層閉塞物は逆洗により洗い流されて除去される一方逆洗管の下方の濾材層には逆洗の影響はおよばないので、逆洗管の下方の濾材層中に存在する鉄バクテリアその他の微生物の集落は破壊されることがなく、逆洗後に装置の運転を再開した時濾材層のこの部分に存在する微生物による除鉄、除マンガン効果が存続維持され、水処理装置全体としての除鉄、除マンガン効果を向上させることができる。
【００５８】
本発明の１側面において、水処理装置は、濾過水供給停止時に該原水送水管からの原水の供給を停止するとともに濾過水を該原水送水管に返送して該濾材層内を循環させる濾過水循環手段をさらに備える。本発明のこの構成によれば、濾過水が不要で濾過水の供給を停止する期間においても濾過水を原水送水管に返送し濾材層中を循環させるとともにエアレーションを継続して行うことにより、濾過水供給停止期間中も濾材層中の鉄バクテリアその他の微生物に溶存酸素が充分に供給され、その結果微生物の酸素不足による死滅、減少が防止され、濾過水供給を再開する時に濾材層における除鉄、除マンガン効果の減少を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る水処理装置の１実施形態を示す斜視図で、濾過槽の側壁の一部を破断して示すものである。
【図２】ジェットノズルおよび空気導入管を拡大して示す断面図である。
【図３】原水送水管を往復動させる機構を示す断面図である。
【図４】原水送水管案内機構を示す断面図である。
【図５】濾過槽の側断面図である。
【図６】濾過水循環手段の変更例を示す図である。
【図７】本発明の他の実施形態を示す斜視図である。
【図８】同実施形態のジェットノズルおよび気体導入管を拡大して示す断面図である。
【図９】濾過水循環手段の変更例を示す図である。
【符号の説明】
１ 水処理装置
２ 濾材層
３ 濾過槽
４ 原水送水管
５ ジェットノズル
５ｂ 原水噴出口
６ 空気導入管
３ じゃま板
１４ 濾材層受
１５ 逆洗管
１７ 濾過水取出し口
２０ 原水送水管往復動機構
３６ 気体導入管
４０、５０ 濾過水循環手段
４２、５２ 濾過水循環用管
Claims (2)
- 原水送水管と、該原水送水管に一端部が連通し、他端部には原水をジェット水流として噴出する原水噴出口を備える１本または複数本のジェットノズルと、一端部が大気に開放し、他端部が該原水噴出口よりも上流の該ジェットノズル内に開口する空気導入管と、表面が該ジェットノズルの原水噴出口と所定の間隔をおいて該ジェットノズルの下方に配置された濾材層を収容する濾過槽と、該濾材層によって濾過された水を取り出すために該濾過槽に設けられた濾過水取出し口と、該濾材層中に埋設された逆洗管と濾過水供給停止時に該原水送水管からの原水の供給を停止するとともに濾過水を該原水送水管に返送して該濾材層内を循環させる濾過水循環手段を備え、該逆洗管は、該濾材層上部に蓄積した濾材層閉塞物を逆洗により除去するために充分な深さであるとともに該逆洗管の下方にできるだけ厚い濾材層の部分が存在するような深さに埋設されており、該濾過水循環手段は、
該濾過水取出し口と該原水送水管とを連結する濾過水循環用管と、
該濾過水循環用管に接続された給水ポンプと、
該濾過水循環用管中に設けられ、濾過水供給時には濾過水を供給するとともに該濾過水循環用管への送水を停止し、濾過水供給停止時には濾過水の供給を停止するとともに濾過水を該濾過水循環用管を介して該原水送水管に返送する切替弁と、
原水送水経路中に設けられ、濾過水供給時には原水を通過させるとともに該濾過水循環用管からの濾過水の通過を停止し、濾過水供給停止時には原水の通過を停止するとともに該濾過水循環用管からの濾過水を通過させる弁手段とを備えることを特徴とする水処理装置。 - 該濾過水循環手段は、
該濾過水取出し口と別個の濾過水循環用取出し口と、
該濾過水循環用取出し口と該原水送水管とを連結する濾過水循環用管と、
該濾過水循環用管に接続された給水ポンプと、
該濾過水取出し口側の管路に設けられ、濾過水供給時には開弁し、濾過水供給停止時には閉弁する弁と、
原水送水経路中に設けられ、濾過水供給時には原水を通過させるとともに該濾過水循環用管からの濾過水の通過を停止し、濾過水供給停止時には原水の通過を停止するとともに該濾過水循環用管からの濾過水を通過させる弁手段を備えることを特徴とする請求項１記載の水処理装置。
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