JP6241510B1

JP6241510B1 - 圧力式密閉型急速ろ過装置及び浄水器

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Publication number: JP6241510B1
Application number: JP2016130981A
Authority: JP
Inventors: 勝一横山
Original assignee: 大協株式会社
Priority date: 2016-06-14
Filing date: 2016-06-14
Publication date: 2017-12-06
Anticipated expiration: 2036-06-14
Also published as: JP2017221931A

Abstract

【課題】多孔質天然石ろ過砂を使用してろ過砂そのものが懸濁物の吸着性を有することにより透明度の極めて高い水質が得られる。圧密されたろ過砂の塊及びフロックを真空洗浄しながら天然石ろ砂に蓄積された懸濁物を洗浄排出する圧力式密閉型急速ろ過装置及びろ過機容器全体を透明体としてろ過過程を確認して手動で逆洗できる浄水器を得る。【解決手段】ろ過機内部に設ける０．１μｍ以下、比表面積１００〜３００ｍ３／ｇの多孔質体からなる天然石ろ過砂と、ろ過機の逆洗流入管に設けた吸排気空気弁と、ろ過機底部に設けたエアー噴射部とからなり、逆洗時に前記空気弁から前記エアー噴射部に掃流水を噴射してろ過機底部から懸濁物を含む該ろ砂を真空洗浄するようにした圧力式密閉型急速ろ過装置及びろ過機の容器全体が内部のろ過状況が視認できる透明体である浄水器とした。【選択図】図１

Description

発明の詳細な説明

本発明は、ポーラスな天然石ろ過砂を使用してろ過砂そのものが懸濁物の吸着性に優れ、逆洗時に圧密されたろ過砂の塊及びフロックを無動力で破壊して真空洗浄しながら天然石ろ砂に蓄積された懸濁物を洗浄排出することにより透明度の極めて高い水質が得られる圧力式密閉型急速ろ過装置及びろ過機容器全体を透明体としてろ過過程を確認することにより手動で逆洗できる浄水器に関するものである。

水をきれいにするには次の三つの方法がある。▲１▼「緩速ろ過法」は１５０年以上前にイギリスで考案されたが、前処理として沈砂・沈殿を確実に行う必要があり、設置面積が他の方法と比べ約３０〜４０倍必要となる。また、多様な水質に対応可能ではあるが色度除去が困難であった。▲２▼「急速ろ過法」は小スペースに設置可能であり、通常の方法では前処理の凝集を確実に行う必要がある。急激に濁度変化する場合はアルカリ調整を適確に行う必要があり、維持管理が難しい。▲３▼「膜ろ過法」は小スペースで設置が可能となるが、使用圧力が非常に高くなる。ほとんどの不純物を取り除くことができるが、ほとんどの場合前処理として砂ろ過装置が必要となり、膜の再生に多量の水と薬品を使用しなければならない。

前記「急速ろ過法」は、一般に自然水中のコロイド粒子（粒子径１０^−３ｍｍ以下）を除去するシステムとして使用されている。通常、急速ろ過は「凝集→フロック形成→沈殿→急速ろ過」の各プロセスを経て処理する方法である。コロイド粒子は、一般に負に荷電していて互いに反発して安定的な分散系を構成している。そこに、正荷電の凝集剤を注入してコロイド粒子の荷電中和を行い、電気的な反発を少なくして、粒子間力（ファン・デル・ワース力）によりフロックを形成する。次にフロックを沈殿させ、除去されなかったマイクロフロックを砂層等のろ過材を通して、ろ過材への付着及びろ層によるふるい分け作用により清澄なろ過水を得るようにしている。フロックとはフワフワした綿毛に似ているためそう呼ばれており、直径数ｍｍ程度の粒子塊である。

従来技術

例えば、特許文献１（特許第２５８７９８１号公報）には、「捲縮を有しない熱可塑性の短繊維を束状となし、該束表面の繊維及び内部の繊維の一部を加熱融着固定して直径３ｍｍ〜６ｍｍの紐状とし、これを長さ３ｍｍ〜６ｍｍに切断して短柱状に成形したことを特徴とするろ過材」及び「柱状のタンクの上部へ未ろ水を供給するパイプと、内部に水をろ過するためのろ過材と、下部からろ過された水を排出するための流量調節弁を備えたパイプと、を備えたろ過装置において、前記柱状のタンクの下部にろ過材を逆洗する時に空気を供給するパイプに接続された散気管を備え、前記ろ過材として、捲縮を有しない熱可塑性の短繊維を束状となし、該束表面の繊維及び内部の繊維の一部を加熱融着して成形したろ過材を用い、このろ過材を密に充填した状態でろ過を行うこと、前記柱状のタンクの内部に、ろ過材の浮き上り防止用の多孔質蓋体を備えることを特徴とするろ過装置」が記載され、「本考案のろ過材は、熱可塑性の短繊維を束状となし、該束表面の繊維及び内部の繊維の一部を融着固定して紐状とし、これを切断して短柱状に成形しているため、浮遊固形物質を効率よく浄化することができる。さらに、素材として比重の軽い熱可塑性の短繊維を使用しているため、逆洗時に、コンプレッサー等の空気供給手段によって供給された空気を砂利層内に設置された散気管より噴出し、同時に下部のパイプから逆洗水を流入させることにより、ろ過材が容易に水中に分散され、ろ過材中に蓄積された浮遊固形物質の再分離、除去を簡便かつ迅速に行うことができる。また、本考案のろ過装置は、上記ろ過材を密にした状態で使用し、急速ろ過を可能としている旨説明されている。

しかしながら、特許文献１は、コンプレッサー等の動力源を使用した空気逆洗技術であるのに対し、本発明は無動力で真空洗浄するようにした圧力式密閉型急速ろ過装置である。即ち、本発明はろ過機内部に真空を作り出すと同時に真空破壊を生み出すことにより、ろ過機本体の破損を防ぎ、尚且、従来の水流によるろ過砂流動化技術に空気を混入させることにより、ろ過機内でろ過砂を乱舞させ、ろ過砂を破壊分離させる技術である。また、本発明では散気管が不要である。逆洗管が散気管の役目も果し、シンプルかつ効率化を図っている。

また、特許文献２（特開２０１３−２４４４２８号公報）には、「ろ過装置（１）を、圧力容器（２）と、砂利、ろ砂および粒子からなるろ過材（３）と、振動装置（５）とから構成する。ろ過材（３）は、被ろ過水が流れる方向に粒径が順次小さくなるように積層されているろ過部（１１）と、該ろ過部（１１）に続いて粒径が順次大きくなるように積層されているろ砂流出防止部（２０）とからなるように積層する。ろ過時には被ろ過水を０．０５ＭＰａ以上の水圧で圧力容器（２）に供給するようにし、逆洗時には洗浄水を圧力容器（２）に逆向きに供給するようにする。ろ過材（３）は、圧力容器（２）の天井に達するように充填する。あるいは所定の部材によってろ過材（３）の浮き上がりを防止する。これによってろ過時にも逆洗時にも積層状態が維持されるようにする。」が示され、「水圧によって効率よく原水を供給して濁質を濾し取って浄水を得ることができ、濁質はろ過部全体で濾し取られるのでろ過閉塞し難いという特徴を備えている。本発明は、このようなろ過装置において、圧力容器に、振動を発生させる振動装置が設けられている。従って、逆洗時に振動装置を駆動すると、振動が圧力容器を介してろ過材に伝達され、ろ過材から効率よく濁質が分離して、濁質が洗浄水によって洗い流されることになる。なおろ過材は、積層状態がろ過時と逆洗時のいずれにおいても維持されるようになっているので、ろ過時にも逆洗時にもある程度密に充填されている。そうすると圧力容器の振動が効率よくろ過材に伝達されることになり、ろ過材に付着した濁質を効率よく分離できる。このようにして、ろ過材の逆洗を効率よく短時間で実施することができ、洗浄水が少なくて済むことになる。また他の発明によると、振動装置は、ハンマー部と受け部とを備え、ハンマー部がソレノイドによって駆動されて受け部に衝突し、それによって衝撃的な振動が発生するようになっている。このような振動装置は、いわゆるマグハンマとして市販されており、ろ過装置を安価に提供することが可能になるし、衝撃的な振動によってさらに効率よく逆洗することが可能になる。さらに他の発明によると、ろ過部における最小の粒子の層は、粒径が１〜５０μｍの粒子からなる。このように粒径の小さい粒子の層によって微細な濁質が除去できるので、クリプトスポリジウムを実質的に完全に除去することができ安全な浄水を得ることができる。そして他の発明によると、ろ過部における最小の粒子の層は、粒径が８０〜２００μｍの粒子からなる。このサイズの粒径によってろ過しても日本の上水道に要求されている濁度２以下の浄水を得ることができるが、粒径の大きさが大きいのでろ過閉塞し難い効果が得られる。また他の発明によると、被ろ過水は圧力容器の下方から供給されてろ過材中を上向きにろ過されるように構成されている。そうすると逆洗時には洗浄水はろ過材中を下向きに流れることになる。一般に濁質の比重は１よりも大きいので、逆洗によって濁質がろ過材から分離すると、濁質が効率よく下方に流れることになる」旨説明されている。

しかしながら、特許文献２はマグハンマ等の動力源を使用した逆洗技術であり、振動による濁質除去である。本発明は上記したように無動力で真空洗浄するようにした圧力式密閉型急速ろ過装置である。即ち、本発明はろ過砂に補足された懸濁物を効率良く除去するために真空逆洗を用いている。したがって、濁質の除去が極めて効率化されている。ろ過機内部に真空を作り出すと同時に真空破壊を生み出すことにより、ろ過機本体の破損を防ぎ、従来の水流によるろ過砂流動化技術に空気を混入させることにより、ろ過機内でろ過砂を乱舞させ、ろ過砂を分離させる技術である。また、本発明では、散気管は不要である。逆洗管が散気管の役目も果し、シンプルかつ効率化を図っている。

また、特許文献３（特開特開２００３−２７５７８２号公報）には、「河川や地下などから取水した水をろ過して飲料水又は洗浄水を生成する緩速ろ過装置において、粒０．０５〜０．２ｍｍの細砂を充填して、３〜１５０ｃｍの厚さの細砂層を該緩速ろ過装置の砂利層の上に配置し、該取水をろ過速度２〜１００ｍ／日で通過させて該飲料水又は該洗浄水を生成し、該細砂層の目詰まり時には該細砂層を３０〜５００ｍ／日の速度で逆洗再生する逆洗装置を配設することを特徴とする細砂緩速ろ過装置及びその方法。」が示され、「本発明によれば、薬品を添加せずに安全な飲み水を提供することができる。特に河川の中流域から上流までの水、沢水や谷川の水を原水として浄水する場合に、クリプトスポリジウム（アピコンプレックス門に属する原虫であり、ヒトを含む脊椎動物の消化管などに寄生する。種と宿主の組み合わせ次第ではクリプトスポリジウム症を引き起こす）が容易に除去され、逆洗システムが組込まれているため濁水にも対応できる。また、本発明で用いる細砂は、ろ過装置への細砂充填後、逆洗により不適切な粒子を除去できるため、粒径分布を厳密に狭めて予め分級・洗浄する必要はない」旨説明されている。

しかしながら、特許文献３は緩速ろ過技術に関するものである。つまり、生物膜によりろ過する技術であるが、従来から生物膜が目詰まりした際の砂の洗浄が大きな労力を必要とし問題であった。また、特許文献３は目詰まりした砂粒子を除去する技術である。但し、厚生労働省監修の水道施設設計指針によれば、緩速ろ過速度は４〜５ｍ／日とされ、上限でも８ｍ／日を超えてはならないと規定されている。これに対し、本発明は急速ろ過法である。ただ、ろ過砂の洗浄については同様に問題である。本発明との相違は上記技術の６０倍以上の速度でろ過砂を洗浄する技術であるのに対し、本発明はろ過機内部に真空を作り出すと同時に真空破壊を生み出すことにより、ろ過機本体の破損を防ぎ、尚且、従来の水流によるろ過砂流動化技術に空気を混入させることにより、ろ過機内でろ過砂を乱舞させ、ろ過砂を分離させる技術である。また本発明では、散気管は不要である。逆洗管が散気管の役目も果し、シンプルかつ効率化を図っている。特許文献３は、本発明の如く「逆洗装置の詳細」が示されておらず、「ろ過砂が経年減少するためにろ過砂の補充が必要であり、本発明のように砂の補充及び入替無しに１０年以上の長期間使用する」ことは困難である。

また、特許文献４（実開平０７−３４９０３号公報）には、「超音波振動発生手段が、沈澱池１、沈砂池等の水処理設備上に配されて、汚泥のみが前記超音波振動発生手段に沿った一定の流れ状態を保持しながら沈降し収集され排除されるように構成されており、該超音波振動発生手段が、スカム回収用のトラフに設けられた堰の前方に配されて、水面上を浮遊するスカムを破壊可能にし，さらに水面上を浮遊するスカムを堰の方向に寄せ送るように構成されている。また、超音波振動発生手段が、スカムと水が導入されてスカムのみが浮上し排除処理されるようにしたスカム・水分離装置の内部に配されて、スカムの浮上を促進するように構成されている」が示され、「この考案は以上のような浄水化促進装置であるので、高度な水浄化が効率的にできるようにした浄水化促進装置を提供することができる。」旨説明されている。

しかしながら、特許文献４は超音波振動発生装置等の動力源を使用した逆洗技術であって振動による濁質除去である。これに対し、本発明は無動力で真空洗浄するようにした圧力式密閉型急速ろ過装置である。本発明はろ過砂に補足された懸濁物を効率良く除去するために真空逆洗を用いていて濁質の除去を極めて効率化させている。そして、ろ過機内部に真空を作り出すと同時に真空破壊を生み出すことにより、ろ過機本体の破損を防ぎ、尚且、従来の水流によるろ過砂流動化技術に空気を混入させることにより、ろ過機内でろ過砂を乱舞させ、ろ過砂を分離させる。また本発明では、散気管は不要である。逆洗管が散気管の役目も果し、シンプルかつ効率化を図っている。

また、特許文献５（特開２０１５−０１３２２１号公報）、特許文献６（特開２０１５−０１３２２２号公報）、特許文献７（特開２０１５−０１３２２３号公報）には、「汚染水を除去するろ過砂１１が内部に堆積・貯留された筒状のろ過槽１０を備え、ろ過砂１１の吸着力が低下したときには、逆洗工程を行って汚染されたろ過砂を浄化するように構成され、ろ過槽１０が円筒状に形成され、そのろ過槽１０の周壁１２に設けられた監視用覗き窓部３０を備え、その監視用覗き窓部３０は、内側が箱枠状の凹部３１ａとなっている箱枠フレーム部３１と、第１のパッキン３２と、箱枠状の凹部３１ａの内部に配される透明板３３と、第２のパッキン３４と、それらを、箱枠フレーム部３１の内底面３１ｂとの間で挟み込むことで固定する固定用フレーム３５とを具備する。」が示され、「本発明にかかるろ過砂を用いる水処理装置によれば、ろ過浄化工程及び逆洗工程の状況を適切に検知するための監視用覗き窓部がろ過槽の内部を適切且つ確実に視認するための適切な形態に構成されているという特別有利な効果を奏する。」旨説明されている。

しかしながら、小さな覗き窓では内部に照明装置がない限りはろ過されて行く水の流れと砂のながれや水全体の汚れや色の変化等ろ過工程の歴然と確認することができないと共に、ろ過水中に発生するマッドホールも確認することができない。したがって、タイマー制御、自動制御が必要となり、透明容器内の状況を十分に把握した上で、手動逆洗をすることはできない。また、本発明は無動力で真空洗浄するようにした圧力式密閉型急速ろ過装置である。動力を使用すれば、自動逆洗が可能であるが、無動力で逆洗をするためには、ろ過の様子が目視確認できる必要がある。そこで、ろ過層全面を透明管にすることによりろ過工程及び逆洗工程が十分に把握できるようにして、素人でも手動操作を可能にした。このろ過工程では懸濁物等の堆積状況、逆洗工程ではろ過砂の乱舞状況、砂層の清浄になる様子が目視確認できる。さらに、本発明はろ過機内部に真空を作り出すと同時に真空破壊を生み出すことにより、ろ過機本体の破損を防ぎ、尚且、従来の水流によるろ過砂流動化技術に空気を混入させることにより、ろ過機内でろ過砂を乱舞させ、ろ過砂を分離させる。また、本発明では、散気管は不要である。逆洗管が散気管の役目も果し、シンプルかつ効率化を図っている。特許文献５〜７は、本発明の如く「ろ過層全面を把握する構造」が示されておらず、「ろ過層の状況を把握する」ことが困難である。

先行特許文献

特許文献１特許第２５８７９８１号公報
特許文献２特開２０１３−２４４４２８号公報
特許文献３特開２００３−２７５７８２号公報
特許文献４実開平０７−３４９０３号公報
特許文献５特開２０１５−０１３２２１号公報
特許文献６特開２０１５−０１３２２２号公報
特許文献７特開２０１５−０１３２２３号公報

発明が解決しようとする課題

本発明は、ポーラスな天然石を使用してろ過砂そのものが懸濁物の吸着性を有するため透明度の極めて高い水質が得られると共に、逆洗時に圧密されたろ過砂の塊及びフロックを吸排気空気弁からの急速逆洗掃流水により動力を要さず洗浄しながら天然石ろ過砂に蓄積された懸濁物のみを洗浄排出することによりろ過砂はそのまま再利用することができる圧力式密閉型急速ろ過装置を得るもので、さらに過機容器全体を透明体としてろ過過程全てを確認できて手動で逆洗することのできる浄水器を得ることを課題とするものである。

課題を解決する手段

請求項１の発明は、ろ過機内部に設ける天然石ろ過砂の有する穴の大きさが０．１μｍ以下であって、比表面積１００〜３００ｍ ^２／ｇの多孔質体からなる天然石ろ過砂と、ろ過機の逆洗流入管に設けた吸排気空気弁と、ろ過機底部に設けた掃流水噴射部であるストレーナとからなり、逆洗時に前記吸排気空気弁からエアーを含む掃流水をろ過機底部のストレーナから噴射して懸濁物を含む圧密されたろ過砂を無動力で洗浄するようにした圧力式密閉型急速ろ過装置を提供するものである。

この発明においては、ろ過砂は０．１μｍ以下の多孔質体であって、比表面積１００〜３００ｍ ^２／ｇのポーラスな天然石ろ過砂を使用するため、より自然に近い人にも優しいおいしい水が得られ、ろ過砂を再生新逆流洗浄技術により長期間安定したろ過性能が得られる。また、膜ろ過の前処理に使用する場合は膜への負担が大幅に軽減できると共に、ろ過材の性能評価であるマッドホール生成率がきわめて小さい。また、ろ過砂そのものが懸濁物の吸着性に極めて優れている。これにより、ろ過された水の透明度が非常に高くなる。さらに、掃流水噴射部であるストレーナから真空加速された掃流水が、ろ過機容器内で天然石ろ過砂を浮上させた後、圧密されたろ過砂の塊及びフロックをエアー加速された掃流水で洗浄しながら天然石ろ過砂に蓄積された懸濁物を洗浄排出する。また、蒸気洗浄等が必要な超多孔質で吸着性のある活性炭ろ過砂と異なり、この天然石ろ過砂は逆洗時に懸濁物がこの多孔質内から容易に除去しやすく、そのまま再利用できるため同じ天然石ろ過砂をくり返し長期に亘り使用することができる。また、従来技術は０．４Ｍｐ程度の流入圧力が必要とされたが、実験の結果、０．１５Ｍｐ程度でも十分なろ過成果を得ることができた。したがって、流入圧力を従来の半分以下にでき、“施設をコンパクトにでき、設置面積、イニシャルコスト、ランニングコストも軽減できる。

請求項２の発明は、ろ過機内部に設ける天然石ろ過砂の有する穴の大きさが０．１μｍ以下であって、比表面積１００〜３００ｍ ^２／ｇの多孔質体からなる天然石ろ過砂と、ろ過機の逆洗流入管に設けた吸排気空気弁と、ろ過機底部に設けた掃流水噴射部であるストレーナとからなり、逆洗時に前記吸排気空気弁からエアーを含む掃流水を機底部のストレーナから噴射して懸濁物を含む圧密されたろ過砂を無動力で洗浄するようにした圧力式密閉型急速ろ過装置であって、ろ過機の容器全体を内部のろ過状況すべてが視認できる透明体とした浄水器を提供するものである。

この発明においては、ろ過機の容器全体を内部ろ過状況が視認できる透明樹脂体とした浄水器であり、ろ過されて行く水の流れと砂のながれや水全体の色の変化等ろ過工程の全てを見ることができると共に、ろ過水中に発生するマッドホールも確認することができる。したがって、従来ののぞき穴程度のものと異なり、タイマー制御、自動制御を必要とせずろ過工程全てを透明容器内で見て確認し、手動で逆洗できるので簡易な構成及び低価格で提供できる。また、容量が小さく小型化でき、透明樹脂体であるので軽量化もでき手軽に携帯することもできる。

以下に本発明の一実施形態を図面に基づき説明する。図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃはろ過工程から逆洗工程に至るろ過及び逆洗工程図。図２は筒径８００ｍｍのろ過機のろ過排水工程を示すユニット図、図３は筒径８００ｍｍのろ過機のろ過工程を示すユニット図、図４は筒径８００ｍｍのろ過機の逆洗工程を示すユニット図、図５は筒径３００ｍｍのろ過機の過排水工程を示すユニット図、図６は筒径３００ｍｍのろ過機のろ過工程を示すユニット図、図７は筒径３００ｍｍのろ過機の逆洗工程を示すユニット図、図８（Ａ）は筒径１００ｍｍの浄水器のろ過工程を示すユニット図、図８（Ｂ）は図８（Ａ）の左側面図、図９（Ａ）は筒径１００ｍｍの浄水器の逆洗工程を示すユニット図、図９（Ｂ）は図９（Ａ）の左側面図である。

図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃはろ過工程から逆洗工程に至るろ過及び逆洗工程図であり、天然石ろ過砂０２の有する穴の大きさが０．１μｍ以下であって、比表面積１００〜３００ｍ ^２／ｇの多孔質体からなる天然石ろ過砂と、ろ過機の逆洗流入管０３に設けた吸排気空気弁４と、ろ過機０１底部に設けた掃流水噴射部であるストレーナ０５とからなり、逆洗時に前記吸排気空気弁０４からエアーを含む掃流水を機底部のストレーナ０５から噴射して懸濁物を含む圧密されたろ過砂を無動力で洗浄するようにしている。これにより、ろ過容器底部に設けたストレーナ０５より吸排気空気弁０４からのエアーを含む加速された掃流水をろ過砂０２下方より噴射して、懸濁物を含むろ過砂０２を無動力で洗浄するようにしている。

詳述すると、図１（Ａ）はろ過工程を示すものであり、原水は実践矢印ａに示すように、ろ過容器１上部より供給され、ろ過砂０２及び砂利０６によりろ過されて、ろ過された水はろ過容器０１底部から矢印ｂを通過して給水タンク等側へ供給される。この時、天然石ろ過砂０２の有する穴の大きさが０．１μｍ以下であって、比表面積１００〜３００ｍ ^２／ｇの多孔質体からなる天然石ろ過砂であり、ろ過砂０２そのものが懸濁物の高度な吸着性を有しているため、これによりろ過された水の透明度は従来のろ過方式よりも遥かに高くなる。一方、ろ過砂０２は懸濁物の高度な吸着性を有しているが、逆洗時にストレーナ５より空気を含む加速された掃流水により洗浄される。即ち、図１（Ｂ）に示すように、先ずは矢印ｃ方向からろ過容器底部の掃流水噴射部であるストレーナ０５からエアーを含む加速された激しい掃流水が、懸濁物を含む天然石ろ過砂０２を浮上させて、上部に堆積した懸濁物を先ずは矢印ｃ方向へ排出する。それと同時に、図１（Ｃ）に示すように、ろ過砂０２の多孔内に蓄積された懸濁物及びろ過砂表面に付着した懸濁物によって形成された圧密ろ過砂の塊及びフロックは、原水ｇから激しくエアーを含む加速された掃流水ｈによりか洗浄されながらろ過砂０２から洗浄された懸濁物のみを矢印ｅへ排出する。したがって、使用後ろ過砂０２の蒸気洗浄等が必要な活性炭ろ過砂と異なり、この天然石ろ過砂は逆洗時のエアーを含む加速された激しい掃流水により懸濁物が多孔質内からの除去が容易であり、従来のろ過フィルターそのものを破棄交換する必要がなくそのまま再利用できるため同じ天然石ろ過砂をくり返し使用することができる。

下記表１及び表２に示すように、ろ過容器の各種胴径やろ過速度を有する大型ろ過機や家庭用浄水器に適用される。

図２〜図４は水処理器ＵＮＩＴ８００を示すものであり、上記図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃで説明したろ過工程から逆洗工程に至る同様のろ過工程及び逆洗工程を有するものである。図２は筒径８００ｍｍのろ過機のろ過排水工程を示すユニット図であり、ろ過工程に入る前に先ずろ過機１のろ過排水を２〜５分程度行う。即ち、原水は接触層２からパイプＰ１，バルブＢ１，吸排気空気弁Ａ２，ろ過器１，ろ過器底部よりパイプＰ３，バルブＢ２，バルブＢ３，パイプＰ４下方ｉへ排出される。

次は、ろ過工程である。即ち、図３は筒径８００ｍｍのろ過機のろ過工程を示すユニット図であり、ろ過容器１内部には同様に０．１μｍ以下、比表面積１００〜３００ｍ ^２／ｇの多孔質体からなる天然石ろ過砂（図示せず）を設けている。接触層２から送られた原水は吸排気空気弁Ａ１、パイプＰ１、バルブＢ１パイプＰ２、吸排気空気弁Ａ２を介してろ過器１に送られ、ろ過器内部の前記ろ過砂によりろ過される。この時、前述の通りろ過砂は０．１μｍ以下の多孔質体であって、比表面積１００〜３００ｍ ^２／ｇのポーラスな天然石ろ過砂であり、ろ過砂そのものが懸濁物の高度な吸着性を有しているため、これによりろ過された水の透明度は従来のろ過方式よりも遥かに高くなる。ろ過された原水はろ過器１底部よりパイプＰ３、バルブＢ２、バルブＢ３、パイプＰ４を介して給水タンク側へ貯留される。

最後は、逆洗工程である。即ち、図４は筒径８００ｍｍのろ過機１の逆洗工程を示すユニット図であり、接触層２上部に吸排気空気弁Ａ１を設け、この吸排気空気弁Ａ１により原水中のエアーを排出すると同時に、ろ過器１へパイプＰ１を介して原水を送る。この時、接触層２の直径よりもパイプＰ１が極めて細いため、パイプＰ１内において送られる原水の流れに負圧が生じて原水中に真空状態が発生する。この時、吸排気空気弁Ａ１を開いてパイプ１内に逆に空気を送り込むと、エアーを含む原水はパイプＰ１、バルブＢ１、パイプＰ４、バルブＢ２、ろ過器１底部へのパイプＰ３を介してろ過容器１底部に設けた掃流水噴射部であるストレーナ（図示省略）へ真空加速された激しい掃流水を発生させることとなり、逆洗時に前記ストレーナ（図示省略）からろ過砂に真空加速された激しい掃流水を噴射して懸濁物を含むろ過砂２を洗浄するようにしている。これにより、この天然石ろ過砂は逆洗時のエアーを含む加速された激しい掃流水により懸濁物が多孔質内から除去され、ろ過砂２を破棄交換する必要がなくそのまま再利用できるため同じ天然石ろ過砂をくり返し使用することができる。

図５〜図７は水処理器ＵＮＩＴ３００を示すものであり、上記図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃで説明したろ過工程から逆洗工程に至る同様のろ過工程及び逆洗工程を有するものである。図５は筒径３００ｍｍのろ過機のろ過排水工程を示すユニット図であり、ろ過工程に入る前に先ずろ過機１１のろ過排水を２〜５分程度行う。即ち、原水は接触層１２からパイプＰ１１，バルブＢ１１，吸排気空気弁Ａ１２，ろ過器１１，ろ過器底部よりパイプＰ１３，バルブＢ１２，バルブＢ１３，パイプＰ１４外方ｉへ排出される。

次は、ろ過工程である。即ち、図６は筒径３００ｍｍのろ過機のろ過工程を示すユニット図であり、ろ過容器１１内部には同様に０．１μｍ以下、比表面積１００〜３００ｍ ^２／ｇの多孔質体からなる天然石ろ過砂（図示せず）を設けている。接触層１２から送られた原水は吸排気空気弁Ａ１１、パイプＰ１１、バルブＢ１１パイプＰ１２、吸排気空気弁Ａ１２を介してろ過器１１に送られ、ろ過器内部の前記ろ過砂（図示省略）によりろ過される。この時、前述の通りろ過砂は０．１μｍ以下の多孔質体であって、比表面積１００〜３００ｍ ^２／ｇのポーラスな天然石ろ過砂であり、ろ過砂そのものが懸濁物の高度な吸着性を有しているため、これによりろ過された水の透明度は従来のろ過方式よりも遥かに高くなる。ろ過された原水はろ過器１１底部よりパイプＰ１３、バルブＢ１２、バルブＢ１１３、吸排気空気弁Ａ１３、パイプＰ４を介して給水タンク側へ貯留される。

最後は、逆洗工程である。即ち、図７は筒径３００ｍｍのろ過機２１の逆洗工程を示すユニット図であり、接触層１２上部に吸排気空気弁Ａ１１を設け、この吸排気空気弁Ａ１１により原水中のエアーを排出すると同時に、ろ過器１１へパイプＰ１１を介して原水を送る。この時、接触層１２の直径よりもパイプＰ１１が極めて細いため、パイプＰ１１内において送られる原水の流れに負圧が生じて原水中に真空状態が発生する。この時、吸排気空気弁Ａ１１を開いてパイプＰ１１内に逆に空気を送り込むと、エアーを含む原水はパイプＰ１１、バルブＢ１１、バルブＢ１２、ろ過器１１底部へのパイプＰ１３を介してろ過容器１１底部に設けた掃流水噴射部であるストレーナ（図示省略）へ真空加速された激しい掃流水を発生させることとなり、逆洗時に前記ストレーナ（図示省略）からろ過砂に真空加速された激しい掃流水を噴射して懸濁物を含むろ過砂を洗浄するようにしている。これにより、この天然石ろ過砂は逆洗時のエアーを含む加速された激しい掃流水により懸濁物が多孔質内から除去され、ろ過砂を破棄交換する必要がなくそのまま再利用できるため同じ天然石ろ過砂をくり返し使用することができる。

より詳述し、ＵＮＩＴ３００（φ３００ｍｍ）における数値確認をすると、逆洗速度６０ｃｍ／分（＝８６４ｍ／日＝１ｃｍ／秒）で処理した場合、ろ過筒面積Ａ＝０．３^∧２×π／４＝０．７０６９５ｍ^２、ろ過流量Ｑ＝ｖＡ＝８６４×０．７０６９５＝６１０．８０４８ｍ^３／日、これをろ過筒廻り配管φ２５ｍｍで上記と同流量を流すと、Ａ＝０．０２５^∧２×π／４＝０．０．００４９１ｍ^２、ｖ＝６１０．８０４８／０．０００４９１≒１２４４１６０ｍ／日＝１４．４ｍ／秒＞０．７ｍ／秒（河川が白濁する流速）。つまり、φ３００のろ過筒内では１ｃｍ／秒だが、φ２５配管中を移動する速度はその約１４４０倍となる。したがって、河川が白濁する流速の約２０倍の流速となり、大気圧中で管内流速を上昇させると、管内流体は急激に空気に変化する。また、ろ過筒廻り配管部の制御弁を急閉すると、弁上流の水は弁体に衝突する。これは水撃現象（ウォーターハンマー）と呼ばれ、急激に高圧力が発生する。家庭でも水道の蛇口を急に閉じるとガーンという音が聞こえる場合があるが、これが水撃による音である。一方、弁下流の水は慣性があるため急停止することができず、そのまま進もうとする。この時、弁と弁下流の水の間で一種の「ちぎれ」現象が発生する。これを水柱分離と呼び、配管中に真空現象が起きる。上記、吸排気空気弁の役目は二つの役目がある。一つはろ過工程中に水中に含まれる空気を排気することで水の流れをスムーズにすること。一つは上記に記載したような水撃現象により配管損傷を防ぐために真空破壊用の吸気を行うためである。これまでの施設は排気用の空気弁を付けるのみであったが、当社は吸気と排気が可能な空気弁を採用した。また、水流のみの逆洗ではろ過砂の流動化は可能だが、砂と砂を分離して懸濁物を排除する逆洗は難しいため、ブロア等の動力を使用して水流に空気を混入して空気逆洗技術を確立した。それをさらに、動力を使用しないで、吸気排気空気弁を適所に配置して、配管内に発生する真空現象を有効利用して、逆洗工程に空気を送り込む技術である。上記ＵＮＩＴ８００や下記ＵＮＩＴ１００においても同様である。

図８（Ａ）（Ｂ）は水処理器ＵＮＩＴ１００を示すものであり、上記図１Ａと同様のろ過工程及び逆洗工程を有するものである。即ち、図８（Ａ）は筒径１００ｍｍの浄水器のろ過工程を示すユニット図、図８（Ｂ）は図８（Ａ）の左側面図である。浄水器２１内部には同様に０．１μｍ以下、比表面積１００〜３００ｍ ^２／ｇの多孔質体からなる天然石ろ過砂（図示せず）を設けている。原水はバルブＢ２１、パイプＰ２１から吸排気空気弁Ａ２１を介して浄水器２１上部から流入する。この時、前述の通りろ過砂は０．１μｍ以下の多孔質体であって、比表面積１００〜３００ｍ ^２／ｇのポーラスな天然石ろ過砂であり、ろ過砂そのものが懸濁物の高度な吸着性を有しているため、これによりろ過された水の透明度は従来のろ過方式よりも遥かに高くなる。ろ過された原水は浄水器２１底部よりパイプＰ２３、バルブＢ２２より給水される。

図９（Ａ）は筒径１００ｍｍの浄水器の逆洗工程を示すユニット図、図９（Ｂ）は図９（Ａ）の左側面図である。逆洗時、原水はバルブＢ２１より細いパイプＰ２３より径の太い浄水器２１底部より激しい掃流水を噴射して懸濁物を含むろ過砂を洗浄する。この天然石ろ過砂は逆洗時の激しい掃流水により懸濁物が多孔質内から除去され、ろ過砂を破棄交換する必要がなくそのまま再利用できるため同じ天然石ろ過砂をくり返し使用することができる。そして、ろ過された水は浄水器２１上部から吸排気空気弁Ａ２１、パイプＰ２１、バルブＢ２３より排水される。

図８（Ａ）（Ｂ）図９（Ａ）（Ｂ）に示す浄水器は容器２１全体が内部のろ過状況が視認できる透明樹脂体としている。これにより、単にろ過容器に覗き穴を設けたろ過容器と異なり内部に照明器具を必要とすることなく、ろ過されて行く水の流れと砂のながれや水全体の汚れや色の変化等ろ過工程の歴然と確認することができると共に、ろ過水中に発生するマッドボールも確認することができる。したがって、タイマー制御、自動制御を必要とせず透明容器内のろ過状況を確認してから手動でレバーＬを開き逆洗することができる。また、容量が小さく小型化でき、透明樹脂体であるので軽量化でき手軽に携帯できるように構成することもできる。図８（Ａ）（Ｂ）図９（Ａ）（Ｂ）に示す浄水器ＳＦ１００の容器２１は胴径が１００ｍｍで、高さが約１０００ｍｍのビニール製である。

発明の効果

この発明においては、ろ過機内部に設ける天然石ろ過砂の有する穴の大きさが０．１μｍ以下であって、比表面積１００〜３００ｍ ^２／ｇの多孔質体からなる天然石ろ過砂を使用するため、より自然に近い人にも優しいおいしい水が得られ、ろ過砂を再生新逆流洗浄技術により長期間安定したろ過性能が得られる。また、膜ろ過の前処理に使用すると膜への負担が大幅に軽減でき、ろ過材の性能評価であるマッドボール生成率がきわめて小さい。また、ろ過砂そのものが懸濁物の吸着性を有しているのでろ過された水の透明度が非常に高くなる。したがって、エアー噴射部から真空加速された掃流水が、ろ過機容器内で天然石ろ過砂を浮上させた後、圧密されたろ過砂の塊及びフロックを真空洗浄しながら天然石ろ過砂に蓄積された懸濁物を洗浄排出する。また、蒸気洗浄等が必要な超多孔質で吸着性のある活性炭ろ過砂と異なり、この天然石ろ過砂は逆洗時の真空洗浄により懸濁物がこの多孔質内から容易に除去しやすく、そのまま再利用できるため同じ天然石ろ砂をくり返し長期に亘り使用することができる。また、従来技術は０．４Ｍｐ程度の流入圧力が必要とされたが、実験の結果、０．１５Ｍｐ程度でも十分な結果を得ることができた。したがって、“流入圧力を従来の半分以下にできるため”電気代を節減でき、“施設をコンパクトにできる”ので設置面積、イニシャルコスト、ランニングコストも軽減できる。

また、この発明においては、ろ過器の容器全体を内部のろ過状況が視認できる透明樹脂体とした浄水器であり、ろ過されて行く水の流れと砂のながれや水全体の色の変化等ろ過工程の全てを見ることができると共に、ろ過水中に発生するマッドボールも確認することができる。したがって、タイマー制御、自動制御を必要とせずろ過工程を透明容器内で見て確認し、手動で逆洗できるので簡易な構成及び低価格で提供できる。また、容量が小さく小型化でき、透明樹脂体であるので軽量化でき手軽に携帯することもできる。

本発明のろ過器のろ過と逆洗工程図水処理機ＵＮＩＴ８００のろ過排水工程図水処理機ＵＮＩＴ８００のろ過工程図水処理機ＵＮＩＴ８００逆洗工程図水処理器ＵＮＩＴ３００のろ過排水工程図水処理器ＵＮＩＴ３００のろ過工程図水処理器ＵＮＩＴ３００の逆洗工程図浄水器ＳＦ１００正面のろ過工程図浄水器ＳＦ１００左側面のろ過工程図浄水器ＳＦ１００正面の逆洗工程図浄水器ＳＦ１００左側面の逆洗工程図

０１ろ過器
０２ろ過砂
０３逆洗流入管０３
０４吸排気空気弁
０６砂利
ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ．ｆ，ｇ，ｈ矢印
１、１１、２１ろ過器
２，１２、２２接触層
Ａ１〜３吸排気空気弁
Ａ１１、Ａ２１吸排気空気弁
Ｂ１〜３バルブ
Ｂ１１〜Ｂ１３バルブ
Ｂ２２〜Ｂ２３バルブ
Ｐ１〜４パイプ
Ｐ１１〜Ｐ１４パイプ，
Ｐ２１〜Ｐ２３パイプ

Claims

ろ過機内部に設ける天然石ろ過砂の有する穴の大きさが０．１μｍ以下であって、比表面積１００〜３００ｍ ^２／ｇの多孔質体からなる天然石ろ過砂と、ろ過機の逆洗流入管に設けた吸排気空気弁と、ろ過機底部に設けた掃流水噴射部であるストレーナとからなり、逆洗時に前記吸排気空気弁からエアーを含む掃流水をろ過機底部のストレーナから噴射して懸濁物を含む圧密されたろ過砂を無動力で洗浄するようにした圧力式密閉型急速ろ過装置。
ろ過機内部に設ける天然石ろ過砂の有する穴の大きさが０．１μｍ以下であって、比表面積１００〜３００ｍ ^２／ｇの多孔質体からなる天然石ろ過砂と、ろ過機の逆洗流入管に設けた吸排気空気弁と、ろ過機底部に設けた掃流水噴射部であるストレーナとからなり、逆洗時に前記吸排気空気弁からエアーを含む掃流水を機底部のストレーナから噴射して懸濁物を含む圧密されたろ過砂を無動力で洗浄するようにした圧力式密閉型急速ろ過装置であって、ろ過機の容器全体を内部のろ過状況すべてが視認できる透明体とした浄水器。