JP5340501B1 - 自然平衡型ろ過装置用排水サイフォン装置 - Google Patents

Abstract

【課題】浄水場の排水サイフォン管の更新には、限られた設置面積の中に、既設と同程度の規模のサイフォン管とする必要があり、大中小３管個別の調整弁付きサイフォン管装置では、大型となり既設の設置場所に更新出来ない。その結果、ろ過池構造物の全面的な改造または新設が必要となり、建設費用が高価になる課題があった。
【解決手段】自然平衡型ろ過装置において、主サイフォン管にバイバス管を取付、各々に調整用電動弁設置し、これらの弁の制御により連続的に速度調整を行い、微流量調整を可能とした自然平衡型ろ過装置のサイフォン装置。
【選択図】図２

Description

本発明は、クリプトスポリジウムや懸濁物質の除去を目的とする浄水処理における自然平衡型ろ過装置で用いるサイフォン装置に関するものである。

水道水中のクリプトスポリジウム等による感染症対策として、原水に耐塩素性病原性物が混入される場合はろ過等の設備を設置することが求められている。
ろ過装置には、急速ろ過方式がよく用いられ、重力式ろ過装置、圧力式ろ過装置、自然平衡形ろ過装置などがある。本発明は、この中で自然平衡形ろ過装置に関するものである。
ろ過装置は、ろ過を継続することにより、ろ層中に懸濁物質等が蓄積されるため、逆洗により懸濁物質等の排出を行う工程が必要になる。

自然平衡形ろ過装置では、排水サイフォン管により逆洗水をろ過池等から排出させる。
排水サイフォン管は、通常、１管で構成されることが多いが、逆洗水量の調整が１管で困難な場合は、流量段階に応じた大小を組み合わせた２管で構成されることもある。また、大中小の３管で構成した流入サイフォンの実験装置の事例もある（非特許文献１）。

水道協会雑誌 第７５巻第９号２５〜３０頁

排水サイフォン管式において、通常の１管式では、逆流洗浄速度の段階的な洗浄が不可能である。このため、クリプトスポリジウム等の排出を目的としたスローダウン工程を実施するには、２管式、３管式の排水サイフォン管が必要となる。図１は、大中小の３管で構成されるスローダウン用排水サイフォン管である。

図１の３管方式の排水サイフォン管においては、速度調整が例えば０．６ ｍ／ｍｉｎ、０．３ ｍ／ｍｉｎ、０．２ ｍ／ｍｉｎの３段階しかとれない。しかしながら、クリプトスポリジウム対策を行うには、水温に応じた排出速度にするなど、きめ細かな速度制御が求められる。
この速度制御を行うには、サイフォン管に個別の調整装置を設置する必要がある。調整装置には、オリフィスプレートもあるが、細かな速度制御を行うには、調整弁が必要となる。
一方、調整弁が1台のみの場合、弁の制御特性は表１の例のように全開から全閉が直線でないことから、小流量域の流量（速度）調整が困難である。

このため、きめ細かな速度制御を行うには、調整弁を主弁、副弁構成や主弁、副弁、孫弁の３台構成が必要となる。
一方、浄水場の排水サイフォン管の更新には、限られた設置面積の中に、既設と同程度の規模のサイフォン管とする必要がある。図３の大中小３管個別の調整弁付きサイフォン管装置では、大型となり既設の設置場所に更新出来ないため、ろ過池構造物の全面的な改造または新設が必要となり、建設費用が高価になる課題があった。

これらの課題に対して、本発明者らは、既存のサイフォン管の一部を取替えることでクリプトスポリジウム対策用スローダウン型サイフォン装置に更新できる装置を開発した。
本装置は、図２に示すような、主サイフォン管にバイパス管を取付け、各々に調整用電動弁を設置したサイフォン装置である。
上記サイフォン装置を使用することにより、主管電動弁（主弁）、副管電動弁（副弁）の制御により、任意の排水速度で任意の洗浄排水時間の設定が可能となり、排水速度も連続的に高速・低速に変化させることが可能となる。

サイフォン管の調整用電動弁は、主弁、副弁等で構成される。調整用電動弁の目的は、逆洗流量の調整用であり、主弁単独、主弁＋副弁、主弁＋副弁＋孫弁など調整流量に応じて構成を変えることができる。また、主弁、副弁、孫弁の口径は、必要調整流量に応じて
設計する。各弁の開閉速度は、定速もしくは任意の速度の制御できるように可変速になっている。

サイフォン装置は、流入サイフォン、排水サイフォン、流出サイフォンのいずれにも適用できる。
調整弁については、バタフライ弁、スルース弁、ボール弁が用いられる。図２は、本発明の主弁と副弁を有するサイフォン装置である。主弁は、主サイフォン管の頂上部付近に設置され、副弁は、主弁全閉時にも主サイフォン管に流量が流れるように主弁のバイパス管に設置している。孫弁の設置は、主サイフォン管のバイパス管または副弁用配管のバイパス管に設置される。以下、両者をあわせて孫バイパス管という。
また、主弁、副弁等の位置は、主サイフォン管の流入側（図４）、頂上部（図２）、流出側いずれでも良い。

本発明により、調整弁付きサイフォン管装置を大幅に縮小することができる。
既設の排水サイフォン管を撤去し、同一場所、同一設置面積で容易にクリプトスポリジウム対策用スローダウン型排水サイフォン装置に変更が可能である。
また、真空用配管は、各管に設置する必要がなく、主サイフォン管のみなど１箇の真空配管のみで真空調整が可能となる。

図１は従来の３管式排水サイフォン装置である。 図２は本発明の主サイフォン管主弁のバイパス管に副弁を設置したサイフォン装置である。 図３は３管式排水サイフォン装置のそれぞれの管に調整弁をつけた従来の装置である。 図４は本発明の主弁、副弁をサイフォン管の流入部に取り付けた装置である。

以下、本発明のサイフォン装置について図面を参照しつつ説明する。
図２は、既設排水サイフォン管を今回発明した電動弁付きサイフォン装置に更新する例である。電動弁は、主弁と副弁で構成している。主弁は、サイフォン管の頂上部付近に設置され、副弁は、主弁全閉時にもサイフォン管に流量が流れるように主弁のバイパス管に設置している。
また、主弁、副弁等の口径は、必要調整流量に応じて設計する。さらに、弁の開閉速度は、任意の速度の制御ができるように可変速になっている。

主サイフォン管の断面積は、既設と同一の面積である。また、主サイフォン管の高さも、既設と同一である。なお、バイパス管部は新設でこの部分が大きくなっているが、頂上部のみであり既設サイフォン管の部分取替えが可能である。
従って、容易に既設の排水サイフォン管をクリプトスポリジウム対策用排水サイフォン装置に更新できる。

真空配管の設置については、主サイフォン管にのみ設置している。真空配管について、主サイフォン管とバイパス管各々に設置した場合と、主サイフォン管またはバイパス管のいずれかにのみ設置した場合について実験を行ったが、いずれかの１箇所のみで、サイフォン管の真空形成が可能であった。このことにより、真空配管及び制御装置が大幅に簡素化できる。また、真空配管を孫バイパス管にのみ設置した場合もサイフォン管の真空形成が可能であった。

排水流量調整は、最初に主弁全開（副弁は全開、全閉どちらでも良い）の状態で、真空配管によりサイフォン装置を真空にする。主サイフォン管が真空になると、流入側と流出側の水位差により、図２の左側の流入口から右側の流出口に水が流れる。
任意の流量に調整するには、主弁、副弁の開度を調整することにより、容易に行うことができる。表１は 主弁、副弁による逆洗速度制御例である。スローダウン工程の大流量域では、主弁を徐々に全開から閉にすることで調整できる。整層領域では、主弁を一定開度で停止し、副弁開度を制御することで調整できる。砂の整層が終了すると、再び主弁を閉にする。

実験では、透明な主管、バイパス管を用いて、主弁、副弁を全開から全閉まで制御したが、騒音、振動も発生せず、スムーズに排水流量調整が可能であった。また、サイフォン管内の水中分離も問題なかった。
本事例の場合は、副弁の速度調整は、砂の整層領域で使用する。従って、副弁（バイパス管）の口径は、約２％のろ材の整層流量を制御できる口径寸法で良い。実験では、整層速度範囲を０．０４ｍ／ｍｉｎ、ろ過池面積３．７５ｍ^２で流量０．１５ｍ^３／ｍｉｎになり、バイパス管口径は管内最大流速を２．０ｍ／ｓとし、４０ｍｍと設計した。

なお、主弁、副弁の開度調整は、インバータによる電動弁の速度制御により行う方法もある。
さらに、水温計と連動して主弁、副弁の開度調整を行うことで、水温に応じた逆洗速度制御を行うことができることから、合理的な排水流量調整ができる。
排水作業の終了は、真空配管に空気を導入することで、サイフォン状態が破れるので、排水が終了する。この場合、主弁、副弁は、全開、全閉のどちらでも良い。

本発明のサイフォン装置により、小型で安価な速度制御用サイフォン装置を設計施工できることから、既設の排水サイフォン管を容易にクリプトスポリジウム対策用サイフォン装置に更新できる。
この結果、既設のろ過池構造物を改造することなく部分更新できるので、水道施設の更新費用を低減することにつながることから、本発明のサイフォン装置は浄水処理施設に広く利用することができる。

１ 主電動弁
２ 副電動弁
３ バイパス管
４ 主サイフォン管
５ 真空配管

Claims (3)

1. 自然平衡型ろ過装置に用いるサイフォン装置であって、主サイフォン管にバイバス管を取付け、主サイフォン管とバイバス管の各々に調整用電動弁を設置し、これらの弁の制御により連続的に速度調整を行い、微流量調整を可能としたことを特徴とする自然平衡型ろ過装置のサイフォン装置。
2. 前記バイパス管に対して、さらに、調整弁が設置された孫バイパス管が取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の自然平衡型ろ過装置のサイフォン装置。
3. 真空配管が、主サイフォン管、バイパス管又は孫バイパス管のいずれかにのみ設置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の自然平衡型ろ過装置のサイフォン装置。

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