JP6185382B2 - スローダウン洗浄ろ過装置及びそのろ過方法 - Google Patents

Description

本発明は、上水、排水、下水処理、水道関連などの水をろ過し、浄化するために使用される自然平衡型ろ過装置およびろ材洗浄方法に関し、特に、クリプトスポリジウム対策としてスローダウン洗浄が用いられるスローダウン洗浄ろ過装置及びそのろ過方法に関する。

飲料水などの水処理を目的としたろ過装置には、一般的に、重力型ろ過装置と、自然平衡型ろ過装置と呼ばれる方式がある。自然平衡型ろ過装置は、水の流入、停止、および洗浄水の排出を、サイフォンなどを利用して行うものであり、各サイフォンの上部には、真空源に接続された真空配管が取り付けられている。このような自然平衡型のろ過装置は、そのろ材層の洗浄時にろ過水を用いる方式であり、高架水槽や洗浄ポンプが不要であるため、省エネルギーであるという特徴を有する。

図８および図９に、従来技術における自然平衡型ろ過装置を示す。図８は、水がろ過されている状態を示した模式図であり、図９は、ろ材層が逆流洗浄されている状態を示した模式図である。
図８に示すように、この自然平衡ろ過装置は、図示してない沈殿池から延びる流入渠１と、この流入渠１の下方に配置されて水をろ過処理するろ過池２と、ろ過池２を通過したろ過水が流れ込むろ過水渠３と、ろ過池２に隣接して設置された排水渠４とを有している。
沈殿池から延びる流入渠１に導入された原水は、流入サイフォン７を通り、流入堰６により複数のろ過池２に均等に配分される。図８では、１つのろ過池２のみが示されている。ろ過池２に流入した原水は、逆洗排水トラフ３０を介して、ろ過池２内に配置されたろ材層４０に流入し、ろ過され、図８の矢印に示すように、ろ過水渠３に流入する。ろ過水渠３に流入したろ過水は、ろ過水越流堰４５を越流して浄水渠４６に流入する。
このように、通常、１つの浄水処理施設につき数〜数十のろ過池２が設けられ、排水渠４は、これら複数のろ過池２に対して共通に１つ設けられている。

流入渠１の内部には、垂直堰５と溢流堰６が設けられていると共に、この垂直堰５を跨いで逆Ｕ字状の流入サイフォン７が配置される。この流入サイフォン７の両端部は、水没させた状態におかれている。そして、この流入サイフォン７の頂部には、図示しない流入サイフォン形成弁と流入サイフォン破壊弁とを有する流入サイフォン形成管が連結される。
流入サイフォン形成弁は、図示しない真空ポンプなどの真空源に接続される一方で、流入サイフォン破壊弁は、外部の大気と連通している。

流入サイフォン形成弁を開き、流入サイフォン破壊弁を閉じると、流入サイフォン７内が真空状態となって、この内部を水が流れ、溢流堰６を溢流した水がろ過池２内に流れ込む。流入サイフォン形成弁を閉じた状態で、流入サイフォン破壊弁を開くと、流入サイフォン７内が大気圧状態になって、この内部の水流が失われ、流入渠１内の水は、垂直堰５と溢流堰６に堰き止められるようになっている。

ろ過池２は、仕切壁２０によって排水ガリット２１とろ過室２２とに仕切られる。
ろ過室２２の内部には、排水ガリット２１に連通する逆洗排水トラフ３０と、例えば、アンスラサイトや珪砂等のろ材からなるろ材層４０が設けられる。逆洗排水トラフ３０は、ろ材層４０の上方に配置されている。このろ過池２は、そのろ材層４０の下方において、ろ過水連通路４２を介して、ろ過水渠３に連通する。このろ過水渠３は、ろ過水越流堰４５を介して浄水渠４６に連通する。

ろ過を継続するに従い、ろ過中に捕捉した濁質（堆積物）がろ過池内のろ材層４０に蓄積してろ過抵抗が徐々に増大し、ろ過池２の損失水頭が増加する。このため、ろ過池２に配置されたろ材層４０を必要に応じて逆流洗浄しなければならない。

逆流洗浄を行う場合、図９の矢印に示すように、ろ材層４０を洗浄する洗浄水は、ろ過水渠３からろ材層４０の下方に流れ、ろ材層４０を上方に通過して逆洗排水トラフ３０を通り、仕切壁２０を越えて、排水ガリット２１に流出する。さらに、排水ガリット２１内の洗浄水は、排水サイフォン５０を通って排水渠４へ排水される。これにより、ろ材層４０が逆流洗浄される。

上記した逆流洗浄は、上述したように、ろ過水をろ材層４０内で逆流させることにより、ろ材中に捕捉されていた濁質を洗い出す工程である。この逆流洗浄では、ろ材層４０内に捕捉された濁質をろ材から剥離し、剥離した濁質をろ材層４０から逆洗排水トラフ３０を通じて排出させる。この逆流洗浄時のろ材層４０内部における水の流速は、概ね０．６〜０．９ｍ／ｍｉｎである。

このような逆流洗浄は、２つの段階から構成される。第１段階は、逆流洗浄水によってろ材層４０中のろ材を流動状態として、局所的な短絡流や小さな渦によるろ材粒子相互の衝突・摩擦と水流のせん断力により、付着物質の剥離を促し分離することである。第２段階は、ろ材層４０中のろ材から分離された濁質を速やかに排出することである。逆流洗浄は、ろ過を実施した後に行われ、ろ過と逆流洗浄とが所定時間毎に交互に行われるのが一般的である。
逆流洗浄が終了すると、流入サイフォン７を通じて原水がろ過池２に流入する。図８に示すように、ろ過池２内の水位がろ過水越流堰４５よりも高くなると、水がろ材層４０を通って、ろ過水渠３に流れ始め、ろ過が開始される。

このようにして逆洗洗浄が行われ、ろ過中に捕捉した濁質を除去することが可能となった。しかしながら、１９９６年以降、病原性の原虫であるクリプトスポリジウム（耐塩素性原虫）による水質汚染が発覚し、多くの浄水場でクリプトスポリジウム対策を行う必要性が生じてきた。
従来では、逆流洗浄後、直ぐにろ過を開始していたが、ろ過開始直後は、ろ過池２内に残留する濁質が原因となって濁度が一時的に上昇する傾向があり、この際、クリプトスポリジウムが捕捉されず、ろ過水渠３に流出することが懸念された。

このようなクリプトスポリジウム対策として、現在では、スローダウン洗浄が広く用いられている。スローダウン洗浄とは、ろ材層４０中のろ材が流動化しない速度でろ材層４０を逆流洗浄（すすぎ洗い）する洗浄方式であり、逆流洗浄後にスローダウン洗浄を行うことで、ろ過開始直後の濁度の上昇を抑えることができる。スローダウン洗浄時にろ材層４０内を通過する逆流洗浄水の流速は、例えば０．１〜０．３ｍ／ｍｉｎである。

スローダウン洗浄には、ダブルサイフォン方式、ダブルトラフ方式、連通弁開度調整方式、浄水可動堰方式などがある。ダブルサイフォン方式では、通常１本で構成される排水サイフォンを大小２本構成とし、逆流洗浄時には大小２本の排水サイフォンを使用する一方で、スローダウン洗浄時には小サイフォン１本だけを使用する。この小サイフォンのみを使用することにより、ろ過池内の水位が上昇し、逆流に必要な水位差が小さくなるので、小水量のスローダウン洗浄が可能となる（特許文献１参照）。

ダブルトラフ方式では、逆洗排水トラフの上方に小排水トラフを別途設置し、逆流洗浄時は逆洗排水トラフを使用し、スローダウン洗浄時には、小排水トラフを使用する。小排水トラフは、逆洗排水トラフよりも高い位置にあるため、ろ過水越流堰との水位差が小さく、洗浄水量が減少して、スローダウン洗浄が可能となる（特許文献２参照）。

連通弁開度調整方式では、ろ過水渠とろ過池とを連通する連通路が設けられ、当該連通路に連通弁が配置される。スローダウン洗浄時には、連通弁の開度を絞り、流入水量を減少させることで、スローダウン洗浄を可能にしている（特許文献３参照）。

浄水可動堰方式では、ろ過池２内に、可動堰を設置し、その可動堰の高さ方向の位置を調整することにより、逆流洗浄の水量を変化させる（特許文献４参照）。

特開２００１−２５２５０６号公報 特開２０１２−４５４５９号公報 特許第４６９９１９８号公報 特開２００６−８８０３１号公報 特許第４８７０２３０号公報 特開平３−３８２０５号公報

現在、新規に建設される浄水処理施設だけでなく、上述した図８に示すような既設の浄水処理施設にもクリプトスポリジウム対策を施す要請が多々あり、スローダウン洗浄の要請が高まっている。しかしながら、既設の浄水処理施設を改造するには長い工期を必要とし、施工費用も高額となる。特に、上述したスローダウン洗浄の各方式には、次のような問題がある。

ダブルサイフォン方式では、各ろ過池に排水サイフォンを２台ずつ設置する必要があり、ダブルトラフ方式では、各ろ過池に排水トラフを２段設置する必要がある。このため、工事費用が高くなり、工期も長期に及ぶことになる。
連通弁開度調整方式では、ろ過水渠とろ過池との間に電動化された連通弁をろ過池毎に設置しなければならない。
浄水可動堰方式では、可動堰をろ過池内に設ける必要があるため、既設の浄水場には適用ができない。

上記したように、ダブルサイフォン方式、ダブルトラフ方式、連通弁開度調整方式、浄水可動堰方式、いずれも大掛かりな工事が必要であり、しかも、設計が煩雑となる。例えば、排水サイフォンは、池の大きさ、逆洗水量、圧力損失、据付レベルを考慮して、その形状および強度を決定する必要がある。しかも排水サイフォンの大きさは、吸込入口で数百ｍｍ×数百ｍｍであり、高さは３〜６ｍもあり、重量は数百ｋｇにもなる。このため、その据付工事も大掛かりとなる。

また、いずれの方式でも、ろ過池全てに工事を施す必要があり、施工費用が高く、工事期間が長期間に及んでしまう。そのため、比較的給水人口が少ない自治体や小規模な浄水場では、スローダウン洗浄を実施するための設備投資費に割く予算がつかないことから、クリプトスポリジウム対策が進まないという問題があった。また、工事期間が長期間に及ぶと、ろ過池の停止や、施設の稼働停止などの日数が長期に及ぶため、水の供給量が不足することも考えられる。

本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたもので、排水渠のみの工事で施工完了させることができ、安価で短期間に工事が完了するスローダウン洗浄機構を備えたスローダウン洗浄ろ過装置及びその洗浄方法を提供することを目的とする。

上記従来の課題を解決するために、本発明に係るスローダウン洗浄ろ過装置は、
ろ材層が配置されるろ過池と、
前記ろ材層を通過したろ過水が流入するろ過水渠と、
前記ろ過池と排水サイフォンで繋がれる排水渠と、
前記排水渠に配置され、前記排水渠内の排水を排出する排出弁又は排出ゲートと、
前記ろ過水を前記ろ材層内に逆流させる逆流洗浄時、および前記逆流洗浄の後に実行され、前記ろ材が流動化しない流速となるスローダウン洗浄時における前記排出弁又は排出ゲートの開度を予め定め、当該予め定めた開度に基づいて前記排出弁又は排出ゲートの開度制御を行う制御部と、を有することを特徴とする。

前記制御部は、前記スローダウン洗浄時には、前記排出弁又は排出ゲートの開度を、前記ろ過池とろ過水渠との水位差ｈに基づいて予め定めた開度に調整制御することにより、前記スローダウン洗浄を行うことを特徴とする。

また、本発明に係るスローダウン洗浄ろ過装置は、
ろ材層が配置されるろ過池と、
前記ろ材層を通過したろ過水が流入するろ過水渠と、
前記ろ過池と排水サイフォンで繋がれる排水渠と、
前記排水渠に配置され、前記ろ材層を構成するろ材が流動化しない流速で、前記ろ過水を前記ろ材層内を逆流させるためのスローダウン洗浄機構と、
スローダウン洗浄時には、前記ろ過池とろ過水渠との水位差ｈに基づいて、前記スローダウン洗浄機構を調整制御する制御部と、を有し、
前記スローダウン洗浄機構は、
前記排水渠内の水を前記排水渠の外部へ導く排出弁であり、
前記制御部は、前記ろ材層内に逆流させて前記ろ材層を逆流洗浄する逆洗洗浄時における前記ろ過水渠内の前記ろ過水の水位と、スローダウン洗浄時における前記ろ過水渠内の前記ろ過水の水位とを、夫々異なる位置に調整するように前記排出弁の開度を調整することを特徴とする。

また、本発明に係るスローダウン洗浄ろ過装置は、
ろ材層が配置されるろ過池と、
前記ろ材層を通過したろ過水が流入するろ過水渠と、
前記ろ過池と排水サイフォンで繋がれる排水渠と、
前記排水渠に配置され、前記ろ材層を構成するろ材が流動化しない流速で、前記ろ過水を前記ろ材層内を逆流させるためのスローダウン洗浄機構と、
前記ろ材層の洗浄のための逆流洗浄後に実行されるスローダウン洗浄時には、前記ろ過池とろ過水渠との水位差ｈに基づいて、前記スローダウン洗浄機構を調整制御する制御部と、を有し、
前記スローダウン洗浄機構は、
前記排水渠とその外部にある排水流出部とを仕切り、開口が設けられた排水堰と、
前記開口を開閉するための排水ゲートと、
前記排水ゲートを開閉させるアクチュエータと、有し、
前記制御部は、逆流洗浄時には、前記排水ゲートを開き、スローダウン洗浄時には、前記排水ゲートを閉じて、前記排水渠に流入した水が前記排水堰を越流するようにしたことを特徴とする。

また、本発明に係るスローダウン洗浄ろ過装置は、
ろ材層が配置されるろ過池と、
前記ろ材層を通過したろ過水が流入するろ過水渠と、
前記ろ過池と排水サイフォンで繋がれる排水渠と、
前記排水渠に配置され、前記ろ材層を構成するろ材が流動化しない流速で、前記ろ過水を前記ろ材層内を逆流させるためのスローダウン洗浄機構と、
前記ろ材層の洗浄のための逆流洗浄後に実行されるスローダウン洗浄時には、前記ろ過池とろ過水渠との水位差ｈに基づいて、前記スローダウン洗浄機構を調整制御する制御部と、を有し、
前記スローダウン洗浄機構は、
前記排水渠とその外部にある排水流出部とを仕切り、開口が設けられた排水壁と、
前記開口を開閉するための排水ゲートと、
前記排水ゲートを開閉させるアクチュエータと、を有し、
前記制御部は、逆流洗浄時には、前記排水ゲートを全開状態にし、スローダウン洗浄時には、前記排水ゲートを寸開状態にして、前記開口の一部のみを開くことを特徴とする。

また、本発明に係るスローダウン洗浄ろ過装置は、
ろ材層が配置されるろ過池と、
前記ろ材層を通過したろ過水が流入するろ過水渠と、
前記ろ過池と排水サイフォンで繋がれる排水渠と、
前記排水渠に配置され、前記ろ材層を構成するろ材が流動化しない流速で、前記ろ過水を前記ろ材層内を逆流させるためのスローダウン洗浄機構と、
スローダウン洗浄時には、前記ろ過池とろ過水渠との水位差ｈに基づいて、前記スローダウン洗浄機構を調整制御する制御部と、を有し、
前記スローダウン洗浄機構は、
前記排水渠とその外部にある排水流出部とを仕切り、開口が設けられた排水壁と、
前記開口を開閉するための排水ゲートと、
前記排水ゲートを開閉させる第１のアクチュエータと、
前記排水壁を貫通する排水管に設けられたスローダウン用弁と、
前記スローダウン用弁を開閉させる第２のアクチュエータと、を有し、
前記制御部は、逆流洗浄時には、前記排水ゲートを開き、スローダウン洗浄時には、前記排水ゲートを閉じ、前記スローダウン用弁を開くことを特徴とする。

また、本発明に係るスローダウン洗浄ろ過装置は、
ろ材層が配置されるろ過池と、
前記ろ材層を通過したろ過水が流入するろ過水渠と、
前記ろ過池と排水サイフォンで繋がれる排水渠と、
前記排水渠に配置され、前記ろ材層を構成するろ材が流動化しない流速で、前記ろ過水を前記ろ材層内を逆流させるためのスローダウン洗浄機構と、
スローダウン洗浄時には、前記ろ過池とろ過水渠との水位差ｈに基づいて、前記スローダウン洗浄機構を調整制御する制御部と、を有し、
前記スローダウン洗浄機構は、
上下方向に伸縮自在なテレスコープ弁を備えており、
前記制御部は、逆流洗浄時には、前記テレスコープ弁を縮め、スローダウン洗浄時には、前記テレスコープ弁を伸ばすことを特徴とする。

また、本発明に係るスローダウン洗浄ろ過装置は、
ろ材層が配置されるろ過池と、
前記ろ材層を通過したろ過水が流入するろ過水渠と、
前記ろ過池と排水サイフォンで繋がれる排水渠と、
前記排水渠に配置され、前記ろ材層を構成するろ材が流動化しない流速で、前記ろ過水を前記ろ材層内を逆流させるためのスローダウン洗浄機構と、
スローダウン洗浄時には、前記ろ過池とろ過水渠との水位差ｈに基づいて、前記スローダウン洗浄機構を調整制御する制御部と、を有し、
前記スローダウン洗浄機構は、
上下方向に伸縮自在で、頂部に排水開口を有する蛇腹管と、
前記蛇腹管を伸縮させるアクチュエータと、を有し、
前記制御部は、逆流洗浄時には、前記蛇腹管を縮めるように前記アクチュエータを制御し、スローダウン洗浄時には、前記蛇腹管を伸ばすように前記アクチュエータを制御することを特徴とする。

本発明に係るスローダウン洗浄ろ過方法は、
ろ材層が配置されるろ過池から当該ろ材層を通過してろ過水渠へ流れるろ過水を得るろ過ステップと、
前記ろ過池と排水サイフォンで繋がれる排水渠内の排水を、当該排水渠に配置された排水弁または排出ゲートにより排水する排出ステップと、
前記ろ過水渠内の前記ろ過水を前記ろ材層内を逆流させて前記ろ材層を逆流洗浄する逆流洗浄ステップと、
前記ろ過水を前記ろ材層内逆流させる逆流洗浄が所定時間実施された後に実行され、前記ろ材層を前記逆流洗浄時の流速よりも遅い流速で洗い流すスローダウン洗浄ステップと、
前記スローダウン洗浄時に、前記ろ材層を構成するろ材が流動化しない流速となる前記排出弁又は排出ゲートの開度を予め定め、当該予め定めた開度に基づいて前記排出弁又は排出ゲートの開度制御を行う制御ステップと、を有することを特徴とする。

本発明によれば、複数のろ過池に対して共通に１つ設けられる排水渠に、スローダウン洗浄機構が設けられるので、従来のようにろ過池毎にスローダウン洗浄対策を行う必要がなく、施工費用を大幅に低減することが可能になると共に、工事期間を短縮することが可能となる。すなわち、上述した従来の各方式では、排水梁側にスローダウン洗浄対策は何ら施さない一方で、ろ過池毎にスローダウン洗浄対策を施していたが、本発明では、ろ過池毎にはスローダウン洗浄対策を行わない。したがって、排水渠だけの工事で済むため、既設の浄水場において場合によっては浄水処理を停止せずに施工することも可能であり、ろ過水の給水量不足の問題が生じない。さらに、上記スローダウン洗浄機構は、既設の浄水処理施設にも比較的容易に設置することができる。

本発明の第１実施形態に係るスローダウン洗浄ろ過装置でろ過を行っている状態を示した模式図である。 本発明の第１実施形態に係るスローダウン洗浄ろ過装置で逆流洗浄を行っている状態を示した模式図である。 本発明の第１実施形態に係るスローダウン洗浄ろ過装置でスローダウン洗浄を行っている状態を示した模式図である。 本発明の第２実施形態に係るスローダウン洗浄機構を示した模式図である。 本発明の第３実施形態に係るスローダウン洗浄機構を示した模式図である。 本発明の第４実施形態に係るスローダウン洗浄機構を示した模式図である。 本発明の第５実施形態に係るスローダウン洗浄機構を示した模式図である。 従来の自然平衡型ろ過装置で水がろ過されている状態を示した模式図である。 従来の自然平衡型ろ過装置のろ材層が逆流洗浄されている状態を示した模式図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
まず、図１乃至図３を用いて、本発明の第１実施形態に係るスローダウン洗浄ろ過装置を説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係るスローダウン洗浄ろ過装置でろ過を行っている状態を示した模式図である。図２は、本発明の第１実施形態に係るスローダウン洗浄ろ過装置で逆流洗浄を行っている状態を示した模式図である。図３は、本発明の第１実施形態に係るスローダウン洗浄ろ過装置でスローダウン洗浄を行っている状態を示した模式図である。
尚、上述した図８、図９に示す従来技術と共通する同一構成には同一符号を付すことで、その作用など重複する説明を省略する。

（第１実施形態の説明）
第１実施形態におけるスローダウン洗浄を行うスローダウン洗浄機構は、排水渠４内の排水を排水流出部９へ導く排出弁４１を有している。
そして、スローダウン洗浄機構は、このスローダウン洗浄機構の動作を制御する制御部１５を有しており、排出弁４１は、制御部１５に接続されている。
尚、前記排出弁４１は、図示していないが、アクチュエータとして、電動作動式（モータ）や空気作動式、あるいは油圧作動式等の駆動部を有しており、当該駆動部が制御部１５によって制御される。

まず、図１を参照して、ろ材層４０の通常ろ過について説明する。
上述したように、流入サイフォン７を動作させることにより、図１に示すようにろ過池２内に水が流れ込み、ろ過池２内の水位は上昇していく。そして、水がろ過水渠３に貯留され、ろ過池２内の水位がろ過水越流堰４５よりも高い位置に達した時にろ過が開始される。水はろ材層４０を通過し、ろ過水連通路４２を通ってろ過水渠３に流入する。ろ材層４０でろ過されたろ過水は、ろ過水越流堰４５を溢流して、浄水渠４６から外部に流出される。この通常ろ過は、所定時間継続して行われる。
次に、図２を参照して、ろ材層４０の洗浄のための逆流洗浄について説明する。

逆流洗浄するための洗浄水は、上述したように、ろ過渠３から図２の矢印に示すようにろ過水連通路４２を通ってろ過層４０を逆流して通過し、排水トラフ３０を介して排水ガリット２１に流出し、排水サイフォン５０を通って排水渠４へ排水される。これにより、ろ材が逆流洗浄される。
逆流洗浄時には、前記制御部１５は、排出弁４１を全開にするように制御し、これによって、ろ材層４０を逆流するろ過水の流速が０．６〜０．９ｍ／ｍｉｎとされる。
次に、図３を参照して、スローダウン洗浄及びその制御について説明する。

スローダウン洗浄は、通常、逆流洗浄の後に行われ、クリプトスポリジウム対策として、逆流洗浄後におけるろ材層４０を構成するろ材をすすぎ洗いするために行われる。スローダウン洗浄は、ろ材層４０に残った濁質を逆流洗浄時の流速よりも遅い流速で洗い流すものである。
制御部１５は、ろ過水渠３内のろ過水をろ材層４０内に逆流させて、ろ材層４０を逆流洗浄する逆洗洗浄時と、スローダウン洗浄時とで、排水渠４の水位を夫々異なる位置に調整するように排出弁４１の開度を調整する。以下、この排出弁４１の開度調整について説明する。

スローダウン洗浄を行う際には、上述した逆流洗浄が所定の時間実施された後で、まず、手動で排出弁４１を全閉にする。これにより、図３に示す矢印のように、排水サイフォン５０を流れる排水により排水渠４内の水位が上昇する。これと同時に、ろ過池２内の水位も上昇していくが、やがてろ過池２と排水渠４との水位は同じとなる。
そして、排水渠４およびろ過池２内の水位は、さらに上昇していき、ろ過池２の水位とろ過水渠３の水位との水位差（水頭差）がｈとなったところで、この所定の水位差ｈが維持されるように排出弁４１の開度を手動で調整し、スローダウン時の排水量を設定する。この水位差ｈは、スローダウン洗浄に適した流量が得られる水位差である。
この水位差ｈは、ろ材層４０を逆流するろ過水の流速がろ材層４０のろ材を流動化させない流速となることを、目視により確認して設定する。ろ材が流動化しない流速が例えば０．１〜０．３ｍ／ｍｉｎとなる水位差ｈが最適値であり、このろ材を流動化させない流速での排出弁４１の開度がスローダウン洗浄での最適な設定値となる。

このように逆流洗浄時よりも、ろ過池２とろ過水渠３との水位差を小さくすると、ろ過水渠３からろ過池２へ流れ込むろ過水の水量が少なくなる。その結果、ろ材層４０を通過する洗浄水量が減少し、ろ材を逆洗する速度が小さくなるので、スローダウン洗浄が可能となる。

スローダウン洗浄時には、上述したスローダウン洗浄での最適な設定値である排出弁４１の開度を予め定めておき、制御部１５は、この開度となるように排出弁４１を開閉制御する。
これによって、制御部１５は、予め設定された排出弁４１の開度に基づいて、自動的に前記水位差ｈが維持されるように排出弁４１の開度を調整制御しスローダウン洗浄を開始する。
尚、本実施形態では、排水渠４内の排水を排水流出部９へ排出する一般的な例として、排出弁４１の例を示したが、これとは相違して、排出ゲートを用いても良い。

（第２実施形態の説明）
次に、第２実施形態のスローダウン洗浄機構を、図４を用いて説明する。
第２実施形態のスローダウン洗浄機構は、排水渠４と排水流出部９とを仕切り、開口４９が設けられた排水堰４８と、開口４９を開閉するための排水ゲート５３と、排水ゲート５３を動作させるアクチュエータとしてのモータ５４と、を有している。
制御部１５は、モータ５４に接続されており、このモータ５４を動作させることにより、排水ゲート５３を開閉制御する。

この第２実施形態のスローダウン洗浄機構において、逆流洗浄時には、制御部１５は、モータ５４を介して排水ゲート５３を全開状態にする。その結果、排水渠４に流入した水は、開口４９を通じて排水流出部９に流れ込む（図４に示すＬ１）。
一方で、スローダウン洗浄時には、制御部１５は、排水ゲート５３を全閉状態にして、排水渠４に流入した水が排水堰４８を越流するようにする（図４に示すＬ２）。このときの排水渠４の水位は、図３に示すように、ろ過池２の水位よりも若干低くなる。排水堰４８の高さは、ろ過池２とろ過水渠３との水位差が、ろ材層４０内のろ材が流動化しない流速、例えば０．１〜０．３ｍ／ｍｉｎとなる水位差ｈとなるように設定されている。
このように逆流洗浄時よりも、ろ過池２とろ過水渠３との水位差を小さくすることで、洗浄水量を減少させ、スローダウン洗浄を可能としている。

（第３実施形態の説明）
次に、第３実施形態のスローダウン洗浄機構を、図５を用いて説明する。
第３実施形態のスローダウン洗浄機構は、排水渠４と排水流出部９とを仕切り、開口４９が設けられた排水壁５２と、開口４９を開閉するための排水ゲート５３と、排水ゲート５３を動作させるアクチュエータとしてのモータ５４と、排水壁５２を貫通する排水管５５と、排水管５５に設けられたスローダウン用弁５６と、スローダウン用弁５６を動作させるアクチュエータとしてのモータ５７と、を有している。
モータ５４、５７は、制御部１５に接続されている。排水管５５は、開口４９よりも下方に位置している。制御部１５は、モータ５４を動作させることにより、排水ゲート５３を図示矢印に示すように開閉させ、また、モータ５７を動作させることにより、スローダウン用弁５６を開閉させる。

このスローダウン洗浄機構において、逆流洗浄時には、制御部１５は、モータ５４を介して排水ゲート５３を開くと共に、モータ５７を介してスローダウン用弁５６を開く。
その結果、排水渠４に流入した排水は、開口４９および排水管５５を介して排水流出部９に流れ込む。尚、逆流洗浄時に、スローダウン用弁５６は閉じてもよい。

一方で、スローダウン洗浄の際には、制御部１５は、以下のようにスローダウン洗浄機構を制御する。
まず、逆流洗浄が所定の時間実施された後で、制御部１５は、排水ゲート５３およびスローダウン用弁５６を全閉させる。これにより、上述したように、排水渠４内の水位が上昇し、ろ過池２と排水渠４との水位は同じとなる。その後、排水渠４およびろ過池２内の水位がさらに上昇し、ろ過池２とろ過水渠３との水位差が上述した図３に示す所定の水位差ｈになった時に、制御部１５は、当該スローダウン用弁５６を開く制御を行う。スローダウン用弁５６の開度は、第１の実施形態で用いたのと同様の手法で、水位差ｈを維持できる開度として、予め制御部１５に設定されている。
制御部１５は、排水渠４の水位に基づいて、スローダウン用弁５６の開閉動作を制御してもよい。このようにスローダウン用弁５６を用いて、排水流出部９への流出量を減少させた結果、洗浄水量が減少し、スローダウン洗浄が可能となる。

図５に示す第３実施形態のスローダウン洗浄機構において、逆流洗浄時には、ドレン弁５６を閉じた状態で、排水ゲート５３を全開状態にするように制御する一方で、スローダウン洗浄時には、ドレン弁５６を閉じた状態で、排水ゲート５３を寸開状態にしてもよい。寸開状態とは、排水ゲート５３が開口４９の一部のみを開いた状態を意味している。このように排水ゲート５３を寸開状態にすると、排水流出部９への流出量が減少して排水渠４内の水位が上昇していき、その結果、洗浄水量が減少し、スローダウン洗浄が可能となる。

（第４実施形態の説明）
次に、第４実施形態のスローダウン洗浄機構を、図６を用いて説明する。
このスローダウン洗浄機構は、上下方向に伸縮自在な電動テレスコープ弁６０と、当該電動テレスコープ弁６０を上下方向に伸縮駆動するためのアクチュエータとしてのモータ６４とを有している。
電動テレスコープ弁６０は、さや管６１と、上部に開口６３を有する導入管６２と、を有しており、導入管６２は、上下に移動自在にさや管６１に挿入されている。導入管６２には、アクチュエータとしてのモータ６４が接続されていて、当該モータ６４を正逆に駆動させることにより、さや管６１内で導入管６２が上下に移動するようになっている。モータ６４は、制御部１５に接続されており、モータ６４の動作は、制御部１５によって制御される。

この第４実施形態のスローダウン洗浄機構において、逆流洗浄時には、制御部１５は、電動テレスコープ弁６０の導入管６２を下方へ移動させ縮めるように駆動制御する。これにより、ろ過水渠３とろ過池２との水位差が大きくなる結果、ろ材層４０が流動化する逆流洗浄に必要な流速が確保される。
一方で、スローダウン洗浄時には、制御部１５は、図６に示すように、電動テレスコープ弁６０の導入管６２を上方へ伸ばすように駆動制御する。電動テレスコープ弁６０は、ろ過水渠３とろ過池２との水位差が、上述した図３に示す所定の水位差ｈとなる位置まで伸ばされる。このように逆流洗浄時よりもろ過水渠３とろ過池２との水位差を小さくすることで、洗浄水量を減少させ、排水渠側でのスローダウン洗浄を可能としている。

（第５実施形態の説明）
次に、第５実施形態のスローダウン洗浄機構を、図７を用いて説明する。
このスローダウン洗浄機構は、上下方向に伸縮自在で、頂部に排水開口７１を有する蛇腹管７０と、蛇腹管７０を伸縮させるアクチュエータとしてのモータ７２と、を有している。モータ７２を正逆に駆動させることにより、蛇腹管７０を伸縮させることができるようになっている。モータ７２は、制御部１５に接続されており、モータ７２の動作は、制御部１５によって駆動制御される。

この第５実施形態のスローダウン洗浄機構において、逆流洗浄時には、制御部１５は、蛇腹管７０を縮めるように制御する。これにより、ろ過水渠３とろ過池２との水位差が大きくなる結果、ろ材層４０が流動化する逆流洗浄に必要な流速が確保される。
一方で、スローダウン洗浄時には、制御部１５は、図７における二点鎖線で示すように、蛇腹管７０を伸ばすように駆動制御する。蛇腹管７０は、ろ過水渠３とろ過池２との水位差が、上述の図３に示す所定の水位差ｈとなる位置まで伸ばされる。このように逆流洗浄時よりもろ過水渠３とろ過池２との水位差を小さくすることで、洗浄水量を減少させ、スローダウン洗浄を可能としている。

これまで説明してきた第１実施形態から第５実施形態までのスローダウン洗浄機構は、通常、例えば数〜数十の複数のろ過池２に対して共通に設けられる排水渠４に１つ設けるだけでよい。
したがって、従来のようにろ過池毎にスローダウン洗浄のための工事を行う必要がなく、施工費用を大幅に低減することが可能になると共に、工事期間を短縮することが可能となる。また、排水渠４だけの工事で済むため、既設の浄水場において場合によっては浄水処理を停止せずに施工することも可能であり、ろ過水の給水量不足の問題が生じない。

従来では、スローダウン洗浄を行うために、ダブルサイフォン、ダブルトラフ、連通弁、または浄水可動堰といった大掛かりな工事を伴い、設計や施工が比較的難しい構造物を設ける必要があった。本実施形態によれば、排出弁４１、排水ゲート５３、スローダウン用弁５６、テレスコープ弁６０、または蛇腹管７０といった比較的設計や施工が容易な構造物（例えば、バルブの圧力損失を計算する程度でよい）を設けることで、同一の効果があるスローダウン洗浄を実施することが可能となる。
さらに、排出弁４１、スローダウン用弁５６、電動テレスコープ弁６０、または蛇腹管７０の口径は、２００〜１０００ｍｍ程度であり、排水ゲート５３の大きさは、２００〜８００ｍｍである。したがって、ダブルサイフォン、ダブルトラフ、連通弁、または浄水可動堰等と比べて、小規模であることから、施工も容易であり、工事費用が安価となるだけでなく、工事期間も短縮される。

本実施形態によれば、スローダウン洗浄機構として、排出弁、排水堰、排水ゲート、アクチュエータ、蛇腹管、テレスコープ弁、スローダウン用弁等を示したが、スローダウン洗浄の制御が行える構造、作用のものであれば、その他、どのようなものを用いても良い。
また、スローダウン洗浄の制御については、図示していないが、例えばろ過池２、又は排水渠４に水位計を設けて、ろ過水がろ材層内に逆流させた逆洗時に、ろ材が流動化しない流速での水位を検出し、その水位検出値に基づいて、制御部１５により排出弁４１の開度の制御を行うようにしても良い。

２ ろ過池
４ 排水渠
９ 排水流出部
１５ 制御部
４１ 排出弁
４８ 排水堰
４９ 開口
５０ 排水サイフォン
５２ 排水壁
５３ 排水ゲート
５５ 排水管
５６ スローダウン用弁
６０ テレスコープ弁
６１ さや管
６２ 導入管
６３ 開口
７０ 蛇腹管
７１ 排水開口

Claims (9)

1. ろ材層が配置されるろ過池と、
   前記ろ材層を通過したろ過水が流入するろ過水渠と、
   前記ろ過池と排水サイフォンで繋がれる排水渠と、
   前記排水渠に配置され、前記排水渠内の排水を排出する排出弁又は排出ゲートと、
   前記ろ過水を前記ろ材層内に逆流させる逆流洗浄時、および前記逆流洗浄の後に実行され、前記ろ材が流動化しない流速となるスローダウン洗浄時における前記排出弁又は排出ゲートの開度を予め定め、当該予め定めた開度に基づいて前記排出弁又は排出ゲートの開度制御を行う制御部と、を有することを特徴とするスローダウン洗浄ろ過装置。
2. 前記制御部は、前記スローダウン洗浄時には、前記排出弁又は排出ゲートの開度を、前記ろ過池とろ過水渠との水位差ｈに基づいて予め定めた開度に調整制御することにより、前記スローダウン洗浄を行うことを特徴とする請求項１に記載のスローダウン洗浄ろ過装置。
3. ろ材層が配置されるろ過池と、
   前記ろ材層を通過したろ過水が流入するろ過水渠と、
   前記ろ過池と排水サイフォンで繋がれる排水渠と、
   前記排水渠に配置され、前記ろ材層を構成するろ材が流動化しない流速で、前記ろ過水を前記ろ材層内を逆流させるためのスローダウン洗浄機構と、
   スローダウン洗浄時には、前記ろ過池とろ過水渠との水位差ｈに基づいて、前記スローダウン洗浄機構を調整制御する制御部と、を有し、
   前記スローダウン洗浄機構は、
   前記排水渠内の水を前記排水渠の外部へ導く排出弁であり、
   前記制御部は、前記ろ材層内に逆流させて前記ろ材層を逆流洗浄する逆洗洗浄時における前記ろ過水渠内の前記ろ過水の水位と、スローダウン洗浄時における前記ろ過水渠内の前記ろ過水の水位とを、夫々異なる位置に調整するように前記排出弁の開度を調整することを特徴とするスローダウン洗浄ろ過装置。
4. ろ材層が配置されるろ過池と、
   前記ろ材層を通過したろ過水が流入するろ過水渠と、
   前記ろ過池と排水サイフォンで繋がれる排水渠と、
   前記排水渠に配置され、前記ろ材層を構成するろ材が流動化しない流速で、前記ろ過水を前記ろ材層内を逆流させるためのスローダウン洗浄機構と、
   前記ろ材層の洗浄のための逆流洗浄後に実行されるスローダウン洗浄時には、前記ろ過池とろ過水渠との水位差ｈに基づいて、前記スローダウン洗浄機構を調整制御する制御部と、を有し、
   前記スローダウン洗浄機構は、
   前記排水渠とその外部にある排水流出部とを仕切り、開口が設けられた排水堰と、
   前記開口を開閉するための排水ゲートと、
   前記排水ゲートを開閉させるアクチュエータと、有し、
   前記制御部は、逆流洗浄時には、前記排水ゲートを開き、スローダウン洗浄時には、前記排水ゲートを閉じて、前記排水渠に流入した水が前記排水堰を越流するようにしたことを特徴とするスローダウン洗浄ろ過装置。
5. ろ材層が配置されるろ過池と、
   前記ろ材層を通過したろ過水が流入するろ過水渠と、
   前記ろ過池と排水サイフォンで繋がれる排水渠と、
   前記排水渠に配置され、前記ろ材層を構成するろ材が流動化しない流速で、前記ろ過水を前記ろ材層内を逆流させるためのスローダウン洗浄機構と、
   前記ろ材層の洗浄のための逆流洗浄後に実行されるスローダウン洗浄時には、前記ろ過池とろ過水渠との水位差ｈに基づいて、前記スローダウン洗浄機構を調整制御する制御部と、を有し、
   前記スローダウン洗浄機構は、
   前記排水渠とその外部にある排水流出部とを仕切り、開口が設けられた排水壁と、
   前記開口を開閉するための排水ゲートと、
   前記排水ゲートを開閉させるアクチュエータと、を有し、
   前記制御部は、逆流洗浄時には、前記排水ゲートを全開状態にし、スローダウン洗浄時には、前記排水ゲートを寸開状態にして、前記開口の一部のみを開くことを特徴とするスローダウン洗浄ろ過装置。
6. ろ材層が配置されるろ過池と、
   前記ろ材層を通過したろ過水が流入するろ過水渠と、
   前記ろ過池と排水サイフォンで繋がれる排水渠と、
   前記排水渠に配置され、前記ろ材層を構成するろ材が流動化しない流速で、前記ろ過水を前記ろ材層内を逆流させるためのスローダウン洗浄機構と、
   スローダウン洗浄時には、前記ろ過池とろ過水渠との水位差ｈに基づいて、前記スローダウン洗浄機構を調整制御する制御部と、を有し、
   前記スローダウン洗浄機構は、
   前記排水渠とその外部にある排水流出部とを仕切り、開口が設けられた排水壁と、
   前記開口を開閉するための排水ゲートと、
   前記排水ゲートを開閉させる第１のアクチュエータと、
   前記排水壁を貫通する排水管に設けられたスローダウン用弁と、
   前記スローダウン用弁を開閉させる第２のアクチュエータと、を有し、
   前記制御部は、逆流洗浄時には、前記排水ゲートを開き、スローダウン洗浄時には、前記排水ゲートを閉じ、前記スローダウン用弁を開くことを特徴とするスローダウン洗浄ろ過装置。
7. ろ材層が配置されるろ過池と、
   前記ろ材層を通過したろ過水が流入するろ過水渠と、
   前記ろ過池と排水サイフォンで繋がれる排水渠と、
   前記排水渠に配置され、前記ろ材層を構成するろ材が流動化しない流速で、前記ろ過水を前記ろ材層内を逆流させるためのスローダウン洗浄機構と、
   スローダウン洗浄時には、前記ろ過池とろ過水渠との水位差ｈに基づいて、前記スローダウン洗浄機構を調整制御する制御部と、を有し、
   前記スローダウン洗浄機構は、
   上下方向に伸縮自在なテレスコープ弁を備えており、
   前記制御部は、逆流洗浄時には、前記テレスコープ弁を縮め、スローダウン洗浄時には、前記テレスコープ弁を伸ばすことを特徴とするスローダウン洗浄ろ過装置。
8. ろ材層が配置されるろ過池と、
   前記ろ材層を通過したろ過水が流入するろ過水渠と、
   前記ろ過池と排水サイフォンで繋がれる排水渠と、
   前記排水渠に配置され、前記ろ材層を構成するろ材が流動化しない流速で、前記ろ過水を前記ろ材層内を逆流させるためのスローダウン洗浄機構と、
   スローダウン洗浄時には、前記ろ過池とろ過水渠との水位差ｈに基づいて、前記スローダウン洗浄機構を調整制御する制御部と、を有し、
   前記スローダウン洗浄機構は、
   上下方向に伸縮自在で、頂部に排水開口を有する蛇腹管と、
   前記蛇腹管を伸縮させるアクチュエータと、を有し、
   前記制御部は、逆流洗浄時には、前記蛇腹管を縮めるように前記アクチュエータを制御し、スローダウン洗浄時には、前記蛇腹管を伸ばすように前記アクチュエータを制御することを特徴とするスローダウン洗浄ろ過装置。
9. ろ材層が配置されるろ過池から当該ろ材層を通過してろ過水渠へ流れるろ過水を得るろ過ステップと、
   前記ろ過池と排水サイフォンで繋がれる排水渠内の排水を、当該排水渠に配置された排水弁または排出ゲートにより排水する排出ステップと、
   前記ろ過水渠内の前記ろ過水を前記ろ材層内を逆流させて前記ろ材層を逆流洗浄する逆流洗浄ステップと、
   前記ろ過水を前記ろ材層内逆流させる逆流洗浄が所定時間実施された後に実行され、前記ろ材層を前記逆流洗浄時の流速よりも遅い流速で洗い流すスローダウン洗浄ステップと、
   前記スローダウン洗浄時に、前記ろ材層を構成するろ材が流動化しない流速となる前記排出弁又は排出ゲートの開度を予め定め、当該予め定めた開度に基づいて前記排出弁又は排出ゲートの開度制御を行う制御ステップと、を有することを特徴とするスローダウン洗浄ろ過方法。

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