JP4831052B2 - 濾過装置 - Google Patents

Description

本発明は、濾過塔内に充填した濾層に原水を下向流で通水して濾過処理すると共に、空気及び洗浄水を濾層に上向流で流通させ、濾層を展開して洗浄する、下向流濾過、上向流洗浄方式の濾過装置に関する。

下向流濾過、上向流洗浄（逆洗）を行う濾過装置として、空気を併用した逆洗の際に濾層を構成する濾材の一部が洗浄排水に混ざって塔外に排出されるのを防止するため、濾過塔内の濾層の上方空間の水中に、傾斜体と、この傾斜体の上方に立設され、上端部が水面と同じレベルに位置した垂直バッフル板とからなる固液分離装置を設け、逆洗によって傾斜体上に巻き上げられた濾材の一部が傾斜体の該上面を伝り、その下端と塔内壁面との間の流路から濾層上に落下して戻るようにした濾過装置が特開平８-３１８１０７に記載されている。
特開平８-３１８１０７号公報

上述した固液分離装置によれば、逆洗の際に濾材の一部が洗浄排水に混ざって排出されるのを防止できるが、この特開平８-３１８１０７では、傾斜体の下面側が、前記流路へ向って上り勾配となっている。従って、逆洗時に該傾斜体の下面に当った空気が該傾斜体の縁から大量に前記流路に流れ込む。この結果、該流路を通過する上昇流速が大きくなり、過剰に膨張展開された濾材が傾斜体上に巻き上げられやすくなり、また、一旦巻き上げられてしまうと、傾斜体の上面を伝わり落ちてきた濾材が該流路から下方へ落下できず、傾斜体の上方空間の水中に滞留するか、または傾斜体の上面に溜まってしまうおそれがあった。

本発明は上記従来の問題点を解決し、逆洗時に傾斜板よりも上方に濾材が巻き上げられにくく、傾斜板よりも上方に巻き上げられても、巻き上げられた濾材が濾層へ戻り易い濾過装置を提供することを目的とする。

本発明（請求項１）の濾過装置は、濾過塔内に充填した濾層に原水を下向流で通水して濾過処理すると共に、空気及び洗浄水を濾層に上向流で通水し、濾層を展開して洗浄する濾過装置であって、該濾層の上側に傾斜板が、該傾斜板の下端と塔内壁面との間に給排水流路をあけて設けられ、該傾斜板の上側に、洗浄排水溢出用のトラフが設けられている濾過装置において、該傾斜板の傾斜方向に延在した少なくとも一方の側辺と塔内壁面との間に側部流路を設けると共に、該側部流路に臨む傾斜板の側辺から上方に立ち上がる仕切板を設けたことを特徴とするものである。

請求項２の濾過装置は、請求項１において、前記傾斜板の上側かつ該給排水流路と該トラフとの間に、該傾斜板から離隔して第１バッフル及び第２バッフルが設けられており、該第１バッフルは第２バッフルと前記給排水流路との間に位置しており、第１バッフルの上端は洗浄時にトラフが規制する塔内の水面より下に位置し、第２バッフルの上端は洗浄時にトラフの上面が規制する塔内の水面より上に突出しているか、または、該水面と同じレベルに位置していることを特徴とするものである。

請求項３の濾過装置は、請求項１又は２において、前記トラフは、塔の中央部を横断方向に延設されており、前記傾斜板として、該トラフに連なり、トラフから離反する一方向へ下り勾配にて延在する第１傾斜板と、該トラフに連なり、他方向へ下り勾配にて延在する第２傾斜板とが設けられていることを特徴とするものである。

請求項４の濾過装置は、請求項１又は２において、前記トラフは塔上部の塔内壁面の一部に沿って延在しており、前記傾斜板は、該トラフに連なり、トラフとは反対側の塔内壁面へ向って下り勾配にて延在していることを特徴とするものである。

本発明の濾過装置にあっては、傾斜板の少なくとも一方の側辺に沿って側部流路が設けられているので、逆洗時に傾斜板の下面に当った空気が傾斜板の側方へ脱出し易くなる。この結果、傾斜板下端と塔内壁面との間の給排水流路に流れ込む空気量の大部分が無くなり、逆洗時における傾斜板流路の上昇流速が小さくなる。このため、傾斜板よりも上方に濾材が巻き上げられにくく、傾斜板上面を伝わって落ちてきた濾材が該傾斜板末端からスムーズに下方へ落下する。その結果、傾斜板の上方空間の水中での濾材の滞留および傾斜板上面での濾材の堆積が減り、洗浄時の濾材の流出量を減少させることができる。

以下、図面を参照して実施の形態について説明する。

［第１の実施の形態］
第１図は第１の実施の形態に係る濾過装置の縦断面図、第２図は第１図のII−II線断面図、第３図は第２図のIII方向から見た濾過装置上部の透視斜視図である。なお、第３図では塔体を透視状態としている。また、第３図では、図面を明瞭とするために第１及び第２バッフルの図示を省略している。

筒状の濾過塔１０内の下部に透水性の通水支持板１１が水平に設置されている。この通水支持板１１上に、砂利１３を支持層とし、その上に砂の濾材層１４、更にその上にアンスラサイトの濾材層１５を重ねてなる濾層１２が設けられている。砂利１３よりなる支持層中には、処理水の流出管と逆洗用の洗浄水の導入管を兼ねた給排管１６と、逆洗用の空気の送気管１７が設置されている。給排管１６には、処理水の取出用の配管２８と洗浄水供給用の配管２９とが接続されている。これらの配管２８，２９にはそれぞれ開閉弁が設けられている。また、配管２９には逆洗水の送水用のポンプＰが設けられている。

濾過塔内の濾層１２の上方にトラフ１９が設けられている。このトラフ１９は、上面が開放した長函状容器よりなり、円筒状の濾過塔１０の中央部に直径方向に延設されている。このトラフ１９には、原水の供給と、洗浄排水の排出を兼ねた主管２０が接続されている。この主管２０は、濾過塔１０の中央部を上下方向に延在している。この主管２０の下部には、原水供給管２３と逆洗排水の排出管２１とが接続されている。

濾過工程時に原水供給管２３から主管２０を経てトラフ１９内に供給された原水は、トラフ１９の上縁をオーバーフローして該トラフ１９から流出する。また、逆洗工程時に濾層１２中を上向流にて流れた洗浄排水はトラフ１９の上縁をオーバーフローしてトラフ１９内に流入し、次いで主管２０及び排出管２１を経て塔外に排出される。空気抜き配管３３に設けられた開閉弁３４を閉じて、原水を送るポンプ（図示略）により圧力をかけて濾過を行う圧力式濾過の濾過工程においては、濾過塔１０内の水面Ｗはトラフ１９の上縁よりも高いレベルまで上がる。開閉弁３４を開放するかまたは大気圧下にて重力により濾過を行う重力式濾過の濾過工程においては、濾過塔１０内の水面Ｗはトラフ１９に規制されてその上縁と同じレベルである。洗浄工程においては、開閉弁３４は開放され、濾過塔１０内の水面Ｗはトラフ１９に規制されてその上縁と同じレベルである。

上記トラフ１９の下の水面下に位置して傾斜板２２が設けられている。この傾斜板２２は、トラフ１９から両方向に離反するように、かつトラフ１９から離れるほど下位となるように傾斜している。この傾斜板２２の傾斜方向は、トラフ１９の長手方向と直交方向である。

この傾斜板２２の傾斜方向の下端と塔内壁面との間には上下方向に開放した給排水流路（下部流路）２４が形成されている。トラフ１９から溢出して下向きに流れる原水は、給排水流路２４を通過し、圧力式濾過の場合には給排水流路２４および側部流路３０を通過して、濾層１２の上面に達し、濾層１２中を下向流にて流れて濾過される。また、濾層１２中を上向流にて流れた洗浄排水は、給排水流路２４を上昇して水面Ｗに達し、トラフ１９に溢入する。

空気を併用して逆洗を行う場合に、空気が傾斜板２２の下面下に溜るのを防ぐため、傾斜板２２の両側辺と塔内壁面との間に側部流路３０が設けられている。即ち、傾斜板２２の傾斜方向に延在する両側辺は、塔内壁面から離隔しており、この側辺と塔内壁面との間が側部流路３０となっている。この傾斜板２２の両側辺からは、洗浄工程時の水面Ｗよりも高い位置まで達する仕切板３１が立設されている。

傾斜板２２の上側の水中には、流路２４の近くに第１バッフル２６が設けられると共に、この第１バッフル２６とトラフ１９との間に第２バッフル２７が設けられている。これらのバッフル２６，２７は、板面を略鉛直とした、トラフ１９と平行方向に延在する平板よりなる。両バッフル２６，２７の下端は傾斜板２２の上面から上に少し離れている。第１バッフル２６の上端は水面下にあり、第２バッフル２７の上端は洗浄工程時の水面Ｗと同レベルかまたはそれよりも高いレベルに位置する。
給排水流路２４の下方には、塔内壁面から空気返し板５０が突設されている。この空気返し板５０は、給排水流路２４よりも若干大きい水平投影面積を有しているものを用いると給排水流路２４に気泡が流れ込むことが一層防止される。

このように構成された濾過装置の作動を次に説明する。

［濾過工程］
濾過工程にあっては、原水供給管２３を介して主管２０の下端へ原水を供給する。主管２０を上昇した原水はトラフ１９の内部に入り、トラフ１９の両側から塔内に溢出し、重力式濾過の場合は給排水流路２４を経て、圧力式濾過の場合には、給排水流路２４および側部流路３０を通過し、濾層１２中を通過して濾過され、給排管１６及びそれに接続された処理水取出管２８を介して流出する。

［逆洗工程］
逆洗工程は、通常は、（１）空気のみで濾層をほぐす空気逆洗工程、（２）空気と洗浄水を併用して濾層を展開させ、濾材に付着したＳＳを剥離する気水併用逆洗工程、（３）流速を上げて洗浄水のみで濾材に付着したＳＳを剥離すると共に、剥離したＳＳを排出する水逆洗工程とからなる。

（１）空気逆洗工程
（１）の空気逆洗工程を行うには、送気管１７にコンプレッサからの圧縮空気を供給し、気泡で濾層１２をほぐし、濾材に付着したＳＳを濾材から剥離すると共に、剥離したＳＳを濾層の上部に押し上げる。濾層１２を通過した気泡は、主として、傾斜板２２の下面を伝わり側部流路３０に向かって移動し、該側部流路３０から水面Ｗに浮上し、塔頂に接続された空気抜き配管３３から外に放出される。

（２）気水併用逆洗工程
この空気逆洗工程の後、空気の供給を続けたままで、洗浄水の供給用配管２９に接続した逆洗ポンプＰを運転し、空気と洗浄水を濾層１２中に供給し、濾材に付着したＳＳを剥離すると共に剥離したＳＳを洗浄排水と一緒に給排水流路２４を上昇させてトラフ１９に溢入させ、主管２０及び排出管２１を介して排出する。

この場合、給排水流路２４を上昇した洗浄排水は、上端が水面下にある第１バッフル２６の上を通りトラフ１９に向かって流れるが、上端が洗浄工程での水面と同レベルかまたはそれよりも高い位置にある第２バッフル２７にぶつかる。したがって、流れａは第１バッフル２６と第２バッフル２７との間を下降し、傾斜板２２に沿い、第２バッフル２７の下を潜ってトラフ１９に向かう流れｂと、第１バッフル２６の下を潜って流路２４に向かう流れｃとに別れる。ＳＳは流れｂに乗ってトラフ１９に溢入し、主管２０を経て排出管２１から排出される。

また、給排水流路２４から傾斜板２２の上に巻き上げられた濾材は、第１バッフル２６と第２バッフル２７との間で下降する間に重力で傾斜板２２上に落ち、流れｃに乗り、傾斜板２２の上を転がって給排水流路２４に達し、そこから濾層１２に落下する。洗浄水と併用された空気は主として側部流路３０を通過して水面Ｗに浮上し、空気抜き配管３３から外に放出される。

なお、一部の気泡は給排水流路２４を通過するがその量は少ない。そのため、傾斜板２２よりも上方に濾材が巻き上げられにくく、また、一旦巻き上げられたとしても傾斜板２２の上面を伝わってきた濾材は、傾斜板２２上に滞留することなく、速やかに給排水流路２４を通って下方へ落下する。

（３）水逆洗工程
（３）の水逆洗工程では、送気管２７への空気供給を停止し、洗浄水のみを配管２９、給排管１６を介して供給し、濾層１２を展開させ、濾材に付着したＳＳを剥離すると共に、剥離したＳＳをトラフ１９に排出する。この（３）の工程では、比重が異なる濾材層１３，１４の各濾材が分級される。

上記のように、この実施の形態によると、上端が洗浄時の水面Ｗと同レベルかまたはそれよりも高い位置にある第２バッフル２７は、給排水流路２４を上昇してきた比較的強い流れを緩和し、該バッフル２７の下を潜らせ傾斜板２２に沿ってトラフ１９に向かわせる際に、巻き上げられた濾材を流れａから剥離し、濾材が該傾斜板２２の上面を上昇する流れｂに乗ってトラフ側へ流入するのを阻止する役目を有する。また、全体が水面下にある第１バッフル２６は、該第１バッフル２６の上端と水面との間にＳＳをトラフ側へ排出するための流れａを形成するとともに濾材を給排水流路２４方向へ導いて下方へ落下させるために適した流れｃを形成する役目を有する。これらの第一バッフル２６と第二バッフル２７によりＳＳの排出と、濾材の回収が効果的に行われる。

なお、逆洗は１日に１〜２回程度で十分である。

図示の実施の形態では、濾層１２に比重が大小に異なる複数の濾材層を、比重の小さいもの程、上にして積層した多層濾層を使用したが、これに限らず濾層は一種の濾材で構成したものでもよい。また、トラフ１９に原水を供給する主管２０は濾過塔の底を貫通し、塔内の中心に沿って立ち、上端部をトラフ１９の底を貫通した構成としたが、濾過塔の側壁を貫通して直接トラフに接続するものでもよい。また、主管２０は原水供給と、洗浄排水の排出を兼ねるものとしたが、トラフ１９に直に排出管２１を接続し、原水供給用の主管２０と、洗浄排水排出用の排出管２１とを別個としてもよい。

［第２の実施の形態］
第４図は第２の実施の形態に係る濾過装置の水平断面図、第５図は濾過塔を第４図のＶ方向から見た透視斜視図である。

なお、第４図は第２図に相当する部分の断面を示しており、塔体を透視状態としている。第５図は第３図に相当する斜視図である。第５図では第３図と同様に第１及び第２バッフルの図示を省略している。

この実施の形態では、傾斜板２２Ａの一方の側辺に沿ってのみ側部流路３０が設けられており、傾斜板２２Ａの他方の側辺は塔内壁面に到達するように延設されている。トラフ１９Ａもその長手方向の一端が傾斜板２２Ａと共に塔内壁面に到達するように延設されている。従って、側部流路３０の水平面積は第１の実施の形態の側部流路３０，３０の合計に対し１／２となっている。

第４図及び第５図の実施の形態のその他の構成は、第１図〜第３図の実施の形態と同一であり、同一符号は同一部分を示している。この第２の実施の形態においても第１の実施の形態と同様の作用効果が奏される。

［第３の実施の形態］
第８図は第４の実施の形態に係る濾過装置の水平断面図、第７図は濾過塔を第６図のIX方向から見た透視斜視図、第８図は第７図のVIII−VIII線断面図である。

なお、第６図は第２，４に相当する部分の断面を示しており、塔体を透視状態としている。第７図は第３，５に相当する斜視図である。第７図では、第３，５と同様に第１及び第２バッフルの図示を省略している。この実施の形態では、トラフ１９Ｃが塔内壁面の一部に沿って延在している。傾斜板２２Ｃは、このトラフ１９Ｃから反対側の塔内壁面に向って延在している。

傾斜板２２Ｃの傾斜方向最上位部分がトラフ１９Ｃに連結されている。傾斜板２２Ｃの最下位部分は塔内壁面から離隔しており、この傾斜板２２Ｃの最下位部分と塔内壁面との間が給排水流路２４Ｃとなっている。

この給排水流路２４Ｃの下方には、塔内壁面から空気返し板５０が突設されている。この空気返し板５０は、給排水流路２４Ｃよりも若干大きい水平投影面積を有しており、給排水流路２４Ｃに気泡が直に流れ込むことが、該空気返し板５０によって防止されている。

傾斜板２２Ｃの上側には、第１バッフル２６Ｃと第２バッフル２７Ｃとが配置されている。これらのバッフル２６Ｃ，２７Ｃは、板面を略鉛直方向とした平板状のものであり、トラフ１９Ｃと平行方向に延在している。バッフル２６Ｃは、バッフル２７Ｃよりも給排水流路２４Ｃの近くに位置している。バッフル２６，２７と傾斜板２２との関係と同様に、バッフル２６Ｃ、２７Ｃの下端は傾斜板２２Ｃから離反している。バッフル２６，２７と同様に、バッフル２６Ｃの上端は洗浄時の水面Ｗから若干下位に位置しており、バッフル２７Ｃの上端は洗浄時の水面Ｗと同レベルとなっている。この水面Ｗは洗浄時でのトラフ１９Ｃの溢流レベルである。

傾斜板２２Ｃの傾斜方向に沿う双方の側辺と塔内壁面との間がそれぞれ側部流路３０Ｃ，３０Ｃとなっている。傾斜板２２Ｃのこれらの側辺からは、水面Ｗにまで仕切板３１Ｃ，３１Ｃが立設されている。

この実施の形態は、このように、給排水流路２４Ｃが１個だけ設けられている点を除き、第１の実施の形態と同様であり、濾過処理工程及び逆洗工程における水や空気の流れ、傾斜板２２Ｃ、バッフル２６Ｃ，２７Ｃの機能はいずれも第１の実施の形態と同じである。従って、この実施の形態によっても前記各実施の形態と同様の作用効果が奏される。

上記実施の形態においては、傾斜板２２，２２Ｃの水平面に対する傾斜角は３０°〜６０°であることが好ましく、第１バッフル２６，２６Ｃ、第２バッフル２７，２７Ｃは傾斜板２２，２２Ｃに対してほぼ垂直方向に設けると傾斜板２２，２２Ｃ上での流れがスムーズとなり、好ましい。

上記実施の形態はいずれも本発明の一例であり、本発明は図示以外の形態をもとりうる。また、上記実施の形態において、側部流路３０，３０Ｂ，３０Ｃは人間が通り抜けられる程度の大きさにすれば、濾過塔内のメンテナンスが容易となる。

第１の実施の形態に係る濾過装置の縦断面図である。 第１図のII−II線断面図である。 第２図のIII方向から見た濾過装置上部の透視斜視図である。 第２の実施の形態に係る濾過装置の水平断面図である。 第４図のＶ方向から見た透視斜視図である。 第３の実施の形態に係る濾過装置の水平断面図である。 第６図のIX方向から見た透視斜視図である。 第７図のVIII-VIII線断面図である。

符号の説明

１０ 濾過塔
１２ 濾過槽
１９，１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃ トラフ
２２，２２Ｂ，２２Ｃ 傾斜板
２４，２４Ｃ 給排水流路
３０，３０Ｂ，３０Ｃ 側部流路
３１，３１Ｃ 仕切板

Claims (4)

1. 濾過塔内に充填した濾層に原水を下向流で通水して濾過処理すると共に、空気及び洗浄水を濾層に上向流で通水し、濾層を展開して洗浄する濾過装置であって、
   該濾層の上側に傾斜板が、該傾斜板の下端と塔内壁面との間に給排水流路をあけて設けられ、
   該傾斜板の上側に、洗浄排水溢出用のトラフが設けられている濾過装置において、
   該傾斜板の傾斜方向に延在した少なくとも一方の側辺と塔内壁面との間に側部流路を設けると共に、
   該側部流路に臨む傾斜板の側辺から上方に立ち上がる仕切板を設けたことを特徴とする濾過装置。
2. 請求項１において、前記傾斜板の上側かつ該給排水流路と該トラフとの間に、該傾斜板から離隔して第１バッフル及び第２バッフルが設けられており、
   該第１バッフルは第２バッフルと前記給排水流路との間に位置しており、
   第１バッフルの上端は洗浄時にトラフが規制する塔内の水面より下に位置し、第２バッフルの上端は洗浄時にトラフの上面が規制する塔内の水面より上に突出しているか、または、該水面と同じレベルに位置していることを特徴とする濾過装置。
3. 請求項１又は２において、前記トラフは、塔の中央部を横断方向に延設されており、
   前記傾斜板として、該トラフに連なり、トラフから離反する一方向へ下り勾配にて延在する第１傾斜板と、該トラフに連なり、他方向へ下り勾配にて延在する第２傾斜板とが設けられていることを特徴とする濾過装置。
4. 請求項１又は２において、前記トラフは塔上部の塔内壁面の一部に沿って延在しており、
   前記傾斜板は、該トラフに連なり、トラフとは反対側の塔内壁面へ向って下り勾配にて延在していることを特徴とする濾過装置。

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