JP5004298B2 - 濾過装置、及び濾過装置における濾材の洗浄方法 - Google Patents

Description

本発明は、濾過装置、特に、濾材の洗浄効率に優れた濾過装置に関する。

水には各種の不純物が含まれている。例えば、井戸からポンプで汲み上げられた水には鉄分含有量が基準値を越えていることも多い。このような場合、濾過装置による濾過が行なわれる。そして、濾過装置は、基本的には、図４に示される構造を有する。すなわち、濾過装置Ｙは、内部に砂とか活性炭などの濾材（図示せず）が充填されたタンク２１からなる。

さて、この種の濾過装置は、時間の経過に伴って、濾材が汚れる。従って、所定時間経過後には、濾材の洗浄が行なわれる。この洗浄は、濾過装置Ｙによって濾過された清浄水を、逆に、タンク２１内に供給することで行なわれる。すなわち、タンク２１の下方部に内設された逆洗水供給部２２から清浄水をタンク２１内に供給する。そうすると、この供給された水が、下方部から上方部に上昇するにつれて、濾材に付着している汚染物を剥離・除去する。そして、剥離・除去された汚染物は、上方に浮遊して行き、出口部２３から水と共に排出される。
特開平１０−１２８０１３ 特開２０００−９３７１１ 特開２００７−１５２１９３

さて、上記のような濾過装置は、濾材の洗浄効率が余り良く無いことが判って来た。すなわち、濾材の洗浄に時間が掛かっている。かつ、時間が掛かっていることから、洗浄に大量の水を要している。

従って、本発明が解決しようとする課題は、濾材の洗浄が効率良く行なわれ、即ち、短時間で、かつ、洗浄に要する水が少なくて済む濾材の洗浄技術を提供することである。

前記課題についての検討が、鋭意、推し進められて行った結果、従来の技術における濾材の洗浄効率が悪い原因は次のようなことであろうことが判って来た。

すなわち、濾材の洗浄は、濾材の表面に付着している汚れが掻き落とされる（剥離される）ことで行なわれる。この表面に付着している汚れが掻き落とされる為には、結果的には、濾材同士の衝突と言った動きが必要である。

ところで、従来では、濾過装置内に充填されている濾材の洗浄は、濾材の下部から上部に向けてほぼ垂直方向に上昇（流動）する上昇水で行なわれている。

さて、濾材の量が少ない場合、即ち、濾材の堆積厚さが薄い場合であれば、ゆっくり動く上昇水でも濾材が動き、その結果、濾材に付着している汚れも掻き落とされるであろうかと思われる。

しかしながら、実際には、濾材の量は多く、即ち、濾材の堆積厚さは厚い。従って、逆洗水供給部２２からタンク２１内に供給される水では、大量に厚く充填されている濾材が、それ程、動くことは無い。尚、逆洗水供給部２２からタンク２１内に供給される単位時間当たりの水量を多くすれば、濾材の激しい動きが可能であろうものの、そうすると、濾材が出口部２３から水と共に排出され、消失してしまう。従って、単位時間当たりの供給水量を多く出来ないのが現実である。

このように、従来にあっては、上昇水による濾材の洗浄では、濁質などがフロックとして残留してしまうと、フロックが大型化してしまう為、洗浄に時間が掛かっていた。かつ、洗浄に時間が掛かっている為、結果的に、洗浄に要する水も多くなっていた。更には、洗浄の度合いも、今一と言ったものであった。すなわち、汚れが十分には除去できて無かった。その結果、洗浄後に濾過が再開されても、その濾過効率が今一と言ったものであった。

従って、このような問題点を解決する為には、濾材の洗浄に際して、濾材が十分に動くと言ったものにすれば良いことが判った。但し、濾材が激しく動き回っても、激しい動きに伴う出口部からの濾材の流出は避けなければならない。

さて、上記知見を基にして更なる検討が、鋭意、推し進められて行った結果、これまで、濾材の洗浄に際しての洗浄水の動きは上下方向のみであることから制約が加わっていたことに鑑み、上下方向（垂直方向）のみならず、横方向（略水平方向）の流れを与えて遣れば良いであろうとの啓示を得るに至った。つまり、濾材が、上下方向では無く、横方向（略水平方向）に動くような水流を加えたならば、この力は濾材の堆積重さに抗する大きな力で無くても、即ち、比較的小さな力でも濾材が動くようになり、比較的、激しく濾材が動き、その結果、濾材に付着している汚れが掻き落とされ易くなるであろうと考えられた。しかも、濾材に加わる力は主として水平方向のものであるから、上部に設けられた排水部から濾材が流出する恐れも小さいことが判った。

このような知見に基づいて本発明がなされたものである。
すなわち、前記の課題は、
タンクと、
前記タンクの上方部に設けられた第１出水部と、
前記タンクの下方部に設けられた第２出水部と、
前記タンクの内部に配された濾材と、
前記タンクの内部に配された濾材が位置する中部の位置において、該タンク内の側壁部側から内側に向けて洗浄水を供出する第１洗浄水供出部と、
前記タンクの内部の上部の位置において、該タンク内に充填されている濾材が通水によって浮遊する時における濾材の略表面の高さの位置に、該タンク内の側壁部側から内側に向けて洗浄水を供出する第２洗浄水供出部と、
前記タンクの内部の下部側から上部側に向けて洗浄水を供出する第３洗浄水供出部
とを具備することを特徴とする濾過装置によって解決される。

特に、上記の濾過装置であって、第１洗浄水供出部のノズルは、ノズル中心とタンク中心とを結ぶ仮想線と、該ノズルのノズル口方向の仮想線とで構成される内角αが１０°〜８０°（より好ましくは、４０°以上）であり、かつ、ノズル口方向が略水平方向（例えば、水平面に対して±１０°以内の略水平方向）に在るよう構成されてなることを特徴とする濾過装置によって解決される。又、上記の濾過装置であって、第１洗浄水供出部が複数個設けられてなることを特徴とする濾過装置によって解決される。

又、上記の濾過装置であって、第２洗浄水供出部のノズルは、ノズル中心とタンク中心とを結ぶ仮想線と、該ノズルのノズル口方向の仮想線とで構成される内角αが１０°〜８０°（より好ましくは、４０°以上）であり、かつ、ノズル口方向が略水平方向（例えば、水平面に対して±１０°以内の略水平方向）に在るよう構成されてなることを特徴とする濾過装置によって解決される。又、上記の濾過装置であって、第２洗浄水供出部が複数個設けられてなることを特徴とする濾過装置によって解決される。

又、前記の課題は、
内部に濾材が配されたタンクを具備する濾過装置における濾材の洗浄方法であって、
前記タンクの内部に濾材が位置する中部の位置において、略水平方向で、かつ、該タンクの側壁部側から内側に向けて洗浄水を供出する第１供水工程と、
前記タンクの内部の上部の位置において、該タンク内に充填されている濾材が通水によって浮遊する時における濾材の略表面の高さの位置に、略水平方向で、かつ、該タンクの側壁部側から内側に向けて洗浄水を供出する第２供水工程と、
前記第１供水工程および第２供水工程の後、前記タンク内の下部側から上部側に向けて洗浄水を供出する第３供水工程
とを具備することを特徴とする濾過装置における濾材の洗浄方法によって解決される。

特に、上記の濾過装置における濾材の洗浄方法であって、
第１洗浄水供出部から洗浄水を供出する第１供水工程と、
第２洗浄水供出部から洗浄水を供出する第２供水工程と、
前記第１供水工程および第２供水工程の後、第３洗浄水供出部から洗浄水を供出する第３供水工程
とを具備することを特徴とする濾過装置における濾材の洗浄方法によって解決される。

本発明によれば、濾材に対して略水平方向の力が作用し、これによって濾材の運動性が大きいことから、濾材に付着している汚れが効率良く除去できる。

特に、第１洗浄水供出部から、タンクの内部に配された濾材が位置する中部の位置において、タンクの内側に向けて、洗浄水が供出されるので、この供出水によって濾材同士の衝突が効果的になされ、汚れが除去・剥離する。そして、剥離した汚れは、タンクの上方部に設けられた第１出水部から排水されるようになる上昇水の動きに伴って上方に浮遊して行く。そして、上方に浮遊して来た汚れは、第２洗浄水供出部からタンクの内側に向けて供出された洗浄水によって叩かれるようになる。従って、汚れは細かく分散させられ、第１出水部から排水される水と共に排出される。尚、第１洗浄水供出部や第２洗浄水供出部からの洗浄水の供出による濾材の洗浄は、中部位置から上部位置の濾材に対するものである。すなわち、下部側に位置する濾材の洗浄は、基本的には、行われて無い。しかしながら、濾過装置は、基本的には、上方に位置する濾材から下側に位置する濾材に向けて給水が行われるものである。従って、下方に在る濾材は、上方に在る濾材に比べて、基本的には、それ程、汚染されていない。よって、汚染度が酷い濾材は上部から中部に存するものであるから、上記のもので殆ど大丈夫である。そして、第１洗浄水供出部や第２洗浄水供出部からの洗浄水の供出の後、第３洗浄水供出部から上側に向けて洗浄水が供出されることにより、濾材全般に亘る洗浄が行われる。

そして、上記のようにして洗浄が行われた場合、洗浄に要する時間は、従来よりも短時間で済んだ。かつ、洗浄に要した水の量も少なくて済んだ。

しかも、洗浄水量が少なく、かつ、洗浄時間が短くても、従来よりも、汚れが綺麗に洗浄できていた。

本発明は濾過装置である。この濾過装置は、タンク（濾過槽）を有する。そして、タンンクの上方部に設けられた第１出水部（濾材洗浄水の排水部）を有する。又、タンクの下方部に設けられた第２出水部（濾過水出口部）を有する。又、タンク内部に配された濾材を有する。又、濾過水を得る為、タンク内に濾過前の原水を給水する原水給水部を有する。すなわち、原水給水部からタンク内に供給された原水は、濾材（濾過層）を通過し、第２出水部（濾過水出口部）からタンク外に排出され、濾過水タンク内に貯えられる。又、タンクの内部に配された濾材が位置する中部の位置において、タンク内の側壁部側から内側に向けて洗浄水を供出する第１洗浄水供出部（第１ノズル装置）を有する。又、タンクの内部の上部の位置（例えば、タンクの内部に配された濾材が位置する上部の位置）において、タンク内の側壁部側から内側に向けて洗浄水を供出する第２洗浄水供出部（第２ノズル装置）を有する。又、タンクの内部の下部側から上部側に向けて洗浄水を供出する第３洗浄水供出部（第３ノズル装置）を有する。上記第１洗浄水供出部（第１ノズル装置）は、特に、ノズル中心とタンク中心とを結ぶ仮想線と、該ノズルのノズル口方向の仮想線とで構成される内角αが１０°〜８０°（より好ましくは、４０°以上）である。そして、ノズル口方向が略水平方向（例えば、水平面に対して±１０°以内の略水平方向）に在るよう構成されている。上記第２洗浄水供出部（第２ノズル装置）は、特に、ノズル中心とタンク中心とを結ぶ仮想線と、該ノズルのノズル口方向の仮想線とで構成される内角αが１０°〜８０°（より好ましくは、４０°以上）である。そして、ノズル口方向が略水平方向（例えば、水平面に対して±１０°以内の略水平方向）に在るよう構成されている。尚、第１洗浄水供出部や第２洗浄水供出部（第１ノズル装置）は、特に、複数個設けられている。

本発明は、内部に濾材が配されたタンクを具備する濾過装置における濾材の洗浄方法である。例えば、上記濾過装置における濾材の洗浄方法である。そして、タンクの内部に濾材が位置する中部の位置において、略水平方向で、かつ、該タンクの側壁部側から内側に向けて洗浄水を供出する第１供水工程（濾過装置が上記濾過装置の場合、第１洗浄水供出部から洗浄水を供出する工程）を有する。又、タンクの内部の上部の位置において、略水平方向で、かつ、該タンクの側壁部側から内側に向けて洗浄水を供出する第２供水工程（濾過装置が上記濾過装置の場合、第２洗浄水供出部から洗浄水を供出する工程）を有する。尚、第１供水工程や第２供水工程に先立って、タンク内に残留している水の一部あるいは全部を予め排水しておく場合と、排水しておかない場合とが有る。そして、好ましくは、第１供水工程および第２供水工程の後、タンク内の下部側から上部側に向けて洗浄水を供出する第３供水工程（濾過装置が上記濾過装置の場合、第３洗浄水供出部から洗浄水を供出する工程）を有する。尚、好ましくは、第３供水工程の後、洗浄水が濾材の上部から供出され、濾過水を得る場合と同様な工程を経て、濾材の洗浄が行なわれる。

以下、更に詳しく説明する。
図１〜図３は本発明の実施形態を示すもので、図１は濾過装置全体の概略断面図、図２は本発明の要部（第１洗浄水供出部（第１ノズル装置）や第２洗浄水供出部（第２ノズル装置））の斜視図、図３は第１洗浄水供出部（第１ノズル装置）のノズル方向を説明する為の図である。

各図中、Ｘは濾過装置である。１は、濾過装置における略円筒状の濾過槽（タンク）である。

２は、タンンク１の上方部に設けられた第１出水部（濾材洗浄水の排水部）である。３は、タンク１の下方部に設けられた第２出水部（濾過水出口部）である。

４は、タンク１の内部に配された粒状の濾材である。特に、濾材４は、タンクの下部からタンク高さの約５５〜９５％程度の高さまで充填されている。尚、例えば中部の高さまではＡ種の濾材が充填され、このＡ種濾材の上にＢ種の濾材が充填と言った如く、複数種の濾材が積層・充填されている。

５は、タンク１の内部の側壁部に取り付けられた第１洗浄水供出部（第１ノズル装置）である。この第１ノズル装置５の取り付け位置は、タンク１内に充填されている濾材の約半分の高さの位置である。かつ、図３からも判る通り、第１ノズル装置５は、ノズル中心とタンク中心とを結ぶ仮想線Ａと、ノズル５ａのノズル口方向の仮想線Ｂとで構成される内角αが１０°〜８０°（特に、４０°〜７５°：本実施形態では約４０°）であるように設けられている。更に、ノズル５ａが水平面内に存するように設けられている。尚、第１ノズル装置５は複数個設けられている。例えば、１０°〜３０°のピッチで円筒状のタンク１の側壁部に取り付けられている。

６は、タンク１の内部の側壁部に取り付けられた第２洗浄水供出部（第２ノズル装置）である。この第２ノズル装置６の取り付け位置は、タンク１内に充填されている濾材の略表面（上面）の高さの位置（尚、通水によって、濾材は多少浮遊するので、この浮遊時における濾材の略表面（上面）の高さの位置：非通水時には、濾材は浮遊していないから、濾材が存する表面よりは多少高めの位置）である。尚、第１ノズル装置５と同様に、第２ノズル装置６も、ノズル中心とタンク中心とを結ぶ仮想線と、ノズルのノズル口方向の仮想線とで構成される内角が１０°〜８０°（特に、４０°〜７５°：本実施形態では約４０°）であるように設けられている。更に、ノズルが水平面内に存するように設けられている。尚、第２ノズル装置６も複数個設けられている。例えば、６０°〜１２０°のピッチで円筒状のタンク１の側壁部に取り付けられている。尚、第１ノズル装置５の配設数よりも少ない。

７は、タンク１の内部の下部側から上部側に向けて洗浄水を供出する第３洗浄水供出部（第３ノズル装置）である。

尚、第１ノズル装置５と第２ノズル装置６とは、配管８に接続されており、この配管８は濾過装置Ｘで濾過された濾過水のタンク（図示せず）に接続されている。又、第３ノズル装置７は配管９に接続されており、この配管９は濾過装置Ｘで濾過された濾過水のタンク（図示せず）に接続されている。そして、ポンプによって、濾過水タンクの水が第１ノズル装置５や第２ノズル装置６に、又、第３ノズル装置７に供給され、ノズル口から清浄な濾過水が吐出されるようになっている。

上記のように構成させた濾過装置Ｘに原水が供給されて濾過水を得る回数が所定回数になった場合、即ち、所定容積の濾過水が得られた場合、濾材が汚れていると見做し、濾材の洗浄を行なう。すなわち、出力Ｋのポンプを作動させ、濾過水タンクに貯えられている濾過水を、配管８を介して、第１ノズル装置５及び第２ノズル装置６に給水し、各々のノズル口から、２分間に亘って、清浄な濾過水をタンク１内に吐出した。つまり、第１ノズル装置５の各ノズル口から、タンク１の円周側壁より多少内側向けて（斜め向けて）濾過水が吐出される。そうすると、斜め向けて吐出されたことから、濾過水は渦巻状に流動するようになる。又、第２ノズル装置６のノズル口から、タンク１の円周側壁より多少内側向けて渦巻状に濾過水が吐出された。尚、吐出された水は、上部に在る第１出水部（濾材洗浄水の排水部）２から排出されるようになるので、水平方向の渦巻流と言うだけでは無く、上方に向かう流れとなる。そして、２分経過後、第１ノズル装置５及び第２ノズル装置６への給水を停止し、出力Ｋのポンプの力により、今度は、濾過水タンクに貯えられている濾過水を、配管９を介して、第３ノズル装置７に給水し、各々のノズル口から、８分間に亘って、清浄な濾過水をタンク１内に吐出した。すなわち、第３ノズル装置７の各ノズル口から、タンク１の下部から上部に向けて濾過水が吐出された。この後、１０分間に亘って、タンク１の上部からタンク内に濾過水が供給される。そして、この供給された濾過水によって上部層の濾材から洗浄が行なわれ、第２出水部３から排出された。

上記のようにして行われた濾材の洗浄度を調べた。すなわち、濾材洗浄後に濾材を取り出し、濾材に付着しているＦｅ分量をＪＩＳ Ｋ ０１０２５７．２に準拠したフレーム原子吸光光度法により調べた処、これは１．７ｍｇＦｅ／ｇであった。

これに対して、第１ノズル装置５及び第２ノズル装置６への給水を行わず、先ず、１５分間に亘って、出力Ｋのポンプの力により、濾過水を、配管９を介して、第３ノズル装置７に給水し、タンク１の下部から上部に向けて濾過水を吐出し、濾材の洗浄を行った。この後、１５分間に亘って、タンク１の上部からタンク内に濾過水を供給し、上部層の濾材から洗浄を行なった。

そして、上記のように洗浄が行なわれた濾材を取り出し、濾材に付着しているＦｅ分量をＪＩＳ Ｋ ０１０２５７．２に準拠したフレーム原子吸光光度法により調べた処、これは１．９ｍｇＦｅ／ｇであった。

このことは、本発明の手法は、洗浄度が約１２％程度向上していることが判る。しかも、本発明では、濾材洗浄時間が２分＋８分＋１０分の合計２０分であるのに対して、従来のものでは、１５分＋１５分の合計３０分である。このことは、洗浄時間が長いと言うことを意味するだけではなく、洗浄に要する清浄水が沢山要ると言うことであり、本発明のものでは、従来方式のものに比べて洗浄水が１／３も少なくて済むことを意味している。

そして、従来方式のものより洗浄時間が短く、かつ、洗浄水が少なくても、濾材は従来以上に綺麗に洗浄できており、非常に好ましいことが判る。

本発明になる濾過装置全体の概略断面図 本発明になる濾過装置の要部の斜視図 本発明になる濾過装置のノズル装置のノズル方向説明図 従来の濾過装置の概略断面図

符号の説明

Ｘ 濾過装置
１ 略円筒状濾過槽（タンク）
２ 第１出水部（濾材洗浄水の排水部）
４ 濾材
５ 第１洗浄水供出部（第１ノズル装置）
６ 第２洗浄水供出部（第２ノズル装置）
７ 第３洗浄水供出部（第３ノズル装置）

代 理 人 宇 高 克 己

Claims (4)

1. タンクと、
   前記タンクの上方部に設けられた第１出水部と、
   前記タンクの下方部に設けられた第２出水部と、
   前記タンクの内部に配された濾材と、
   前記タンクの内部に配された濾材が位置する中部の位置において、該タンク内の側壁部側から内側に向けて洗浄水を供出する第１洗浄水供出部と、
   前記タンクの内部の上部の位置において、該タンク内に充填されている濾材が通水によって浮遊する時における濾材の略表面の高さの位置に、該タンク内の側壁部側から内側に向けて洗浄水を供出する第２洗浄水供出部と、
   前記タンクの内部の下部側から上部側に向けて洗浄水を供出する第３洗浄水供出部
   とを具備することを特徴とする濾過装置。
2. 第１洗浄水供出部のノズルは、ノズル中心とタンク中心とを結ぶ仮想線と、該ノズルのノズル口方向の仮想線とで構成される内角αが１０〜８０°であり、かつ、ノズル口方向が略水平方向に在るよう構成されてなる
   ことを特徴とする請求項１の濾過装置。
3. 第２洗浄水供出部のノズルは、ノズル中心とタンク中心とを結ぶ仮想線と、該ノズルのノズル口方向の仮想線とで構成される内角αが１０〜８０°であり、かつ、ノズル口方向が略水平方向に在るよう構成されてなる
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２の濾過装置。
4. 内部に濾材が配されたタンクを具備する濾過装置における濾材の洗浄方法であって、
   前記タンクの内部に濾材が位置する中部の位置において、略水平方向で、かつ、該タンクの側壁部側から内側に向けて洗浄水を供出する第１供水工程と、
   前記タンクの内部の上部の位置において、該タンク内に充填されている濾材が通水によって浮遊する時における濾材の略表面の高さの位置に、略水平方向で、かつ、該タンクの側壁部側から内側に向けて洗浄水を供出する第２供水工程と、
   前記第１供水工程および第２供水工程の後、前記タンク内の下部側から上部側に向けて洗浄水を供出する第３供水工程
   とを具備することを特徴とする濾過装置における濾材の洗浄方法。

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