JP4647900B2 - 横流型移動床式ろ過装置 - Google Patents

Description

本発明は、横流型移動床式ろ過装置に関し、さらに詳しくは、ろ材による集水ストレーナの目詰まりを抑制でき、集水ストレーナの閉塞までの時間を大幅に延長できる横流型移動床式ろ過装置に関する。

従来、原水中の濁質成分を付着捕捉するためのろ材が下部に堆積したろ過槽と、ろ過槽の下部側壁に設置され原水をろ過槽に供給するための流入チャンバーと、流入チャンバーの反対側のろ過槽の下部側壁に設置され集水ストレーナを介して処理水を排出するための流出チャンバーとを有する横流型移動床式ろ過装置が知られている（例えば、特許文献１〜３参照。）。

特表２０００−５１６１３５号公報 特開２００２−３３１２０５号公報 特開２００３−０５３１１０号公報

従来の横流型移動床式ろ過装置では、集水ストレーナとして、図７に示すようなノズル式ストレーナ５００が使用されていた。
このノズル式ストレーナ５００は、直径７０ｍｍの円形で、幅０.３５ｍｍ，長さ１０ｍｍのスリットが放射状に３６本入っている。
しかし、使用しているうちに、ろ材の細粒成分がノズル式ストレーナ５００のスリット５０１に入って目詰まりを起こしかけると、その付近へのろ材や濁質成分の堆積が進み、最終的には集水ストレーナが閉塞し、ろ過を継続することが出来なくなる問題点があった。
そこで、本発明の目的は、ろ材による集水ストレーナの目詰まりを抑制でき、集水ストレーナの閉塞までの時間を大幅に延長できる横流型移動床式ろ過装置を提供することにある。

第１の観点では、本発明は、原水中の濁質成分を付着捕捉するためのろ材（１０）が下部に堆積したろ過槽（１）と、ろ過槽（１）の下部側壁に設置され原水をろ過槽（１）に供給するための流入チャンバー（２）と、流入チャンバー（２）の反対側のろ過槽（１）の下部側壁に設置され集水ストレーナ（４）を介して処理水を排出するための流出チャンバー（３）とを有する横流型移動床式ろ過装置であって、前記集水ストレーナ（４）は、開口率４％以上の大開口率ストレーナ（４ａ）と、小孔（ｈ）を規則的配置で穿設し開口率が前記大開口率ストレーナ（４ａ）より小さい整流板（４ｂ）とを具備することを特徴とする横流型移動床式ろ過装置（１００）を提供する。
上記構成において「開口率」とは、全ての開口を含むと共にどの内角も１８０゜以下であり且つ面積最小の多角形の面積に対する全ての開口の合計面積の割合を言う。
上記第１の観点による横流型移動床式ろ過装置（１００）では、集水ストレーナ（４）を大開口率ストレーナ（４ａ）と整流板（４ｂ）の少なくとも２段とする。そして、大開口率ストレーナ（４ａ）の開口率を４％以上と大きくする。これにより、目詰まりが進行して集水ストレーナ（４）が閉塞するまでの時間を延長することが出来る。ただし、集水ストレーナ（４）の開口率を大きくしただけだと、ろ過水が均等に流れなくなるため、開口率が小さく整流作用を有する整流板（４ｂ）を設ける。これにより、ろ過水が均等に流れるようになる。
なお、本願発明者の実験によれば、大開口率ストレーナ（４ａ）の開口率は６％〜１９％が好ましく、整流板（４ｂ）の開口率は０.６％〜１.４％が好ましいことが判った。

第２の観点では、本発明は、上記構成の横流型移動床式ろ過装置（１００）において、前記大開口率ストレーナ（４ａ）は、ウェッジワイヤースクリーン（Ｓ）であることを特徴とする横流型移動床式ろ過装置（１００）を提供する。
上記第２の観点による横流型移動床式ろ過装置（１００）では、ウェッジワイヤースクリーン（Ｓ）の断面形状により、目詰まりが生じにくくなる。

第３の観点では、本発明は、上記構成の横流型移動床式ろ過装置（１００）において、前記ウェッジワイヤースクリーン（Ｓ）のスリット状開口を鉛直方向に向けたことを特徴とする横流型移動床式ろ過装置（１００）を提供する。
上記第３の観点による横流型移動床式ろ過装置（１００）では、鉛直方向に長いスリット状開口なので、ろ材（１０）や濁質が重力により移動する方向と合致し、目詰まりする確率を下げることが出来る。

第４の観点では、本発明は、上記構成の横流型移動床式ろ過装置（１００）において、前記大開口率ストレーナ（４ａ）の上流側面（Ｓａ）と前記ろ過槽（１）の内壁面の間に段差がないことを特徴とする横流型移動床式ろ過装置（１００）を提供する。
上記第４の観点による横流型移動床式ろ過装置（１００）では、大開口率ストレーナ（４ａ）の上流側面（Ｓａ）とろ過槽（１）の内壁面の間に段差がないため、ろ材（１０）や濁質の移動が滑らかになり、目詰まりが生じにくくなる。

本発明の横流型移動床式ろ過装置（１００）によれば、ろ材（１０）による集水ストレーナ（４）の目詰まりを抑制でき、集水ストレーナ（４）の閉塞までの時間を大幅に延長できる。

以下、図に示す実施の形態により本発明をさらに詳細に説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。

図１は、実施例１に係る横流型移動床式ろ過装置１００の構成説明図である。
この横流型移動床式ろ過装置１００は、ろ材（砂）１０が下部に堆積したろ過槽１と、ろ過槽１の下部側壁に設置された流入チャンバー２と、流入チャンバー２から流入した原水がろ材１０を通過してから流出するように流入チャンバー２の反対側の側壁に設置された流出チャンバー３と、流出チャンバー３から排出する処理水量を調節するための処理水調節弁５と、ろ過槽１の底部付近のろ材１０を圧縮空気により水と共にろ材洗浄器２０に搬送するエアリフトポンプ６およびエアリフト管７と、エアリフトポンプ６に供給する圧縮空気量を調節するための空気調節弁８と、ろ過槽１の上部に設置され且つ搬送されてきた圧縮空気と水とろ材１０を分離して圧縮空気は排気し水は排水しろ材１０は落下させるろ材洗浄器２０と、ろ過槽１内の水位ＷＬを計測する水位計３０と、横流型移動床式ろ過装置１００の運転を制御する制御装置４０とを具備して構成されている。

ろ過槽１は、角形筒状である。ろ材１０をエアリフトポンプ６で集めやすくするため、ろ過槽１の底部は、テーパ状になっている。

エアリフトポンプ６には、空気調整弁８を介して、圧縮空気が供給される。この圧縮空気は、エアリフト管７を上昇し、ろ材洗浄器２０から排気される。この圧縮空気の流れに巻き込まれるように、エアリフトポンプ６に水が吸い込まれ、ろ材洗浄器２０から排水される。そして、この水の流れに巻き込まれるように、ろ材１０がエアリフトポンプ６に吸い込まれ、ろ材洗浄器２０に搬送される。

ろ材洗浄器２０は、外筒２１と、その外筒２１の内側に設置された内筒２２と、その内筒２２から外部へ連通する洗浄排水管２３とから構成される。

原水は、流入チャンバー２によって、ろ材１０に広く分配され、ろ材１０内を横に流れ、集水ストレーナ４を介して、流出チャンバー３に流出する。この間に、原水はろ過される。流出チャンバー３に流出した処理水は、処理水調節弁５を通じて、図示せぬ処理水槽へ流出する。

ろ過槽１の下部のろ材１０は、エアリフトポンプ６およびエアリフト管７により、ろ材洗浄器２０に搬送され、ろ材洗浄器２０から、ろ過槽１の下部に堆積したろ材１０の上面に落下する。この間に、ろ材１０に付着した濁質成分が、ろ材１０から剥離する。そして、剥離した濁質成分が混じった水が、オーバーフローによりオリフィス２４から洗浄排水管２３に流れ込み、排水される。

ろ材洗浄器２０から落下したろ材１０は、その直下を頂点とする山形に堆積する。この山の斜面を、落下したろ材１０が転がるが、粒径の大きいろ材１０ほど遠くまで転がる。流入チャンバー２よりも流出チャンバー３寄りにろ材洗浄器２０が設置されているため、流入チャンバー２の近くではろ材の粒径が大きく、流出チャンバー３へ近づくほどろ材１０の粒径が小さくなり、流出チャンバー３の極く近くでろ材１０の粒径がやや大きくなるという、ろ過に好ましい分布が自然に形成される。

図２は、集水ストレーナ４を示す斜視図である。
この集水ストレーナ４は、開口率４％以上の大開口率ストレーナ４ａと、小孔ｈを規則的配置で穿設し開口率が大開口率ストレーナ４ａより小さい整流板４ｂとからなっている。大開口率ストレーナ４ａと整流板４ｂの距離は３０ｍｍである。

大開口率ストレーナ４ａは、スリット状開口を鉛直方向に向けて設置したウェッジワイヤースクリーンＳである。
このウェッジワイヤースクリーンＳは、長さ１ｍ，幅２.５ｍｍのウェッジワイヤーを３５０本、開口幅０.３５ｍｍで、並べた構造である。
開口面積は、（３５０−１）スリット×１ｍ×０.３５ｍｍ＝１２２１５０平方ｍｍである。
全ての開口を含むと共にどの内角も１８０゜以下であり且つ面積最小の多角形の面積は、（３５０−２）本×１ｍ×２.５ｍｍ＋（３５０−１）スリット×１ｍ×０.３５ｍｍ＝９９２１５０平方ｍｍである。
よって、開口率は、１００×１２２１５０／９９２１５０≒１２.３％である。

整流板４ｂは、半径７.５ｍｍの小孔ｈをピッチ１５０ｍｍで７×７＝４９個穿設したプラスチック製の多孔板Ｍである。
開口面積は、４９個×７.５ｍｍ×７.５ｍｍ×３．１４＝８６５４.６平方ｍｍである。
全ての開口を含むと共にどの内角も１８０゜以下であり且つ面積最小の多角形の面積は、｛１５０ｍｍ×（７−１）列＋１５ｍｍ｝×｛１５０ｍｍ×（７−１）列＋１５ｍｍ｝＝８３７２２５平方ｍｍである。
よって、開口率は、１００×８６５４.６／８３７２２５≒１.０％である。

図３に示すように、大開口率ストレーナ４ａの上流側面Ｓａとろ過槽１の内壁面１ｓの間には、段差がない。

［実験例１］
平均濁度１０度の河川水に凝集剤としてポリ塩化アルミニウムを５ｍｇ／Ｌ注入し、ラインミキサで攪拌混合したものを原水として、実施例１の横流型移動床式ろ過装置１００および従来の横流型移動床式ろ過装置でろ過実験を２ヶ月間実施し、流入チャンバー２の水圧と流出チャンバー３の水圧の差圧の経時変化を測定した。ろ材１０には、有効径１.５ｍｍ，均等係数１.４の珪砂を使用し、ろ過速度は２４０ｍ／日とした。
図４に示す結果から判るように、実施例１の横流型移動床式ろ過装置１００では、差圧はほとんど上昇せず（丸点のグラフ）、目詰まりが抑制されている。これに対して、従来の横流型移動床式ろ過装置では、差圧が上昇し（三角点のグラフ）、目詰まりが進んでいる。

なお、従来の横流型移動床式ろ過装置における集水ストレーナは、８×８＝６４個のノズル式ストレーナ５００をピッチ１３０ｍｍで並べた構造である。１個のノズル式ストレーナ５００は、最大径７０ｍｍのキノコ形で、幅０.３５ｍｍ，長さ１０ｍｍのスリットを、直径５４ｍｍの円周の内側に円周に沿って放射状に、３６本穿設した構造である。
開口面積は、６４個×３６本×０.３５ｍｍ×１０ｍｍ＝８０６４平方ｍｍである。
全ての開口を含むと共にどの内角も１８０゜以下であり且つ面積最小の多角形の面積は、｛１３０ｍｍ×（８−１）列＋５４ｍｍ｝×｛１３０ｍｍ×（８−１）列＋５４ｍｍ｝＝９２９２９６平方ｍｍである。
よって、開口率は、１００×８０６４／９２９２９６≒０.９％である。

［実験例２］
図２の大開口率ストレーナ４ａの右半分を、スリット状開口を水平方向に向けて設置したウェッジワイヤースクリーンに変えて、［実験例１］と同じ原水のろ過実験を２ヶ月間実施し、左半分（鉛直方向スリット）と右半分（水平方向スリット）の閉塞状態を調べた。
図５に示す結果から判るように、スリット状開口を水平方向に向けてもよいが、スリット状開口を鉛直方向に向けた方が目詰まりの進行を抑制する効果が大きい。

［実験例３］
実施例１の横流型移動床式ろ過装置１００で、ウェッジワイヤースクリーンＳのスリット状開口の開口幅は変えずにウェッジワイヤーのワイヤー幅を変えることにより開口率を３.４％から１８.９％まで変えて、［実験例１］と同じ原水のろ過実験を２ヶ月間実施し、差圧の増加率を調べた。
図６に示す結果から判るように、開口率を４％以上にすると、差圧の増加量を５ｃｍ以下に抑えることが出来る（丸点のグラフ）。これに対して、従来の横流型移動床式ろ過装置では、差圧の増加量が２０ｃｍになった（三角点のグラフ）。

本発明の横流型移動床式ろ過装置は、原水中の濁質を除去する水処理分野において利用できる。

実施例１に係る横流型移動床式ろ過装置を示す構成説明図である。 集水ストレーナを示す斜視図である。 集水ストレーナを示す水平断面図である。 実施例１に係る横流型移動床式ろ過装置のろ過性能を示す実験結果図である。 集水ストレーナの鉛直方向スリットと水平方向スリットの閉塞状態を示す実験結果図である。 集水ストレーナの開口率とろ過性能の関係を示す実験結果図である。 従来の集水ストレーナに用いられているノズル式ストレーナを示す正面図および断面図である。

符号の説明

１ ろ過槽
１ｓ ろ過槽の内壁面
２ 流入チャンバー
３ 流出チャンバー
４ 集水ストレーナ
４ａ 大開口率ストレーナ
４ｂ 整流板
ｈ 小孔
Ｍ 多孔板
Ｓ ウェッジワイヤースクリーン
Ｓａ ウェッジワイヤースクリーンの上流側面
１００ 横流型移動床式ろ過装置

Claims (4)

1. 原水中の濁質成分を付着捕捉するためのろ材（１０）が下部に堆積したろ過槽（１）と、ろ過槽（１）の下部側壁に設置され原水をろ過槽（１）に供給するための流入チャンバー（２）と、流入チャンバー（２）の反対側のろ過槽（１）の下部側壁に設置され集水ストレーナ（４）を介して処理水を排出するための流出チャンバー（３）とを有する横流型移動床式ろ過装置であって、全ての開口を含む多角形であって且つどの内角も１８０゜以下である多角形の中で面積が最小の多角形の面積に対する全ての開口の合計面積の割合を開口率と呼ぶとき、前記集水ストレーナ（４）は、ろ材（１０）を流出させず且つろ過水を流出させるための開口率４％以上の大開口率ストレーナ（４ａ）と、ろ過水を均等に流す整流作用をさせるための小孔（ｈ）を規則的配置で穿設し開口率が前記大開口率ストレーナ（４ａ）より小さい整流板（４ｂ）とを具備することを特徴とする横流型移動床式ろ過装置（１００）。
2. 請求項１に記載の横流型移動床式ろ過装置（１００）において、前記大開口率ストレーナ（４ａ）は、ウェッジワイヤースクリーン（Ｓ）であることを特徴とする横流型移動床式ろ過装置（１００）。
3. 請求項２に記載の横流型移動床式ろ過装置（１００）において、前記ウェッジワイヤースクリーン（Ｓ）のスリット状開口を鉛直方向に向けたことを特徴とする横流型移動床式ろ過装置（１００）。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の横流型移動床式ろ過装置（１００）において、前記大開口率ストレーナ（４ａ）の上流側面（Ｓａ）と前記ろ過槽（１）の内壁面の間に段差がないことを特徴とする横流型移動床式ろ過装置（１００）。

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