JP6336741B2 - 自然平衡型ろ過装置およびろ材層の洗浄方法 - Google Patents

Description

本発明は、水をろ過して飲料水などの上水を生成するために使用される自然平衡型ろ過装置であって、沈殿池からの水の流入および停止、並びに洗浄水の排出を、サイフォン管やバルブが設置された配管などを利用して行う自然平衡型ろ過装置、および当該自然平衡型ろ過装置に使用されるろ材層の洗浄方法に関する。

飲料水などの上水処理を目的とした開放型急速ろ過装置には、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、サイフォン管やバルブが設置された配管などを利用して行うものである。サイフォン管が用いられるタイプの装置では、各サイフォン管の上部には、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。

ろ過池にはろ材層が配置されており、ろ過池に流入した水は、ろ材層を通過し、ろ過水渠に流れこむ。ろ過を継続するに従い、ろ過中に捕捉した濁質（堆積物）がろ材層に蓄積してろ過抵抗が徐々に増加する。このため、ろ材層を必要に応じて洗浄しなければならない。

ろ材層の洗浄には、逆流洗浄と表面洗浄との２種類の方式がある。逆流洗浄とは、一旦ろ過した清浄なろ過水をろ材層の逆側から流し、当該逆流ろ過水でろ材層内部を洗浄する洗浄方式である。この逆流洗浄では、ろ材層内部を通過する逆流ろ過水により、ろ材層を構成するろ材（例えば、アンスラサイトや珪砂）を流動化させながら堆積した濁質を排水流出部に押し流す。表面洗浄とは、固定式または回転式の表面洗浄ノズルから、０．１５〜０．４ＭＰａの加圧水をろ材層に噴射し、ろ材層表面に蓄積した濁質（堆積物）を粉砕する方式である。この表面洗浄は、ろ材が流動化せずに固定された状態で行われ、ろ材層に固着した堆積物を粉砕するため、ろ材層の洗浄効果を高めることができる。特に、逆流洗浄の前に表面洗浄を行うと、固着した堆積物を粉砕した後で、ろ材層のろ材を流動化させながら洗浄を行うことになるため、粉砕された堆積物が撹拌されて排水側に押し流され、ろ材層の洗浄効果を高めることができる。

しかしながら、これまでの自然平衡型ろ過装置では、表面洗浄を逆流洗浄に先行して単独で行うことができなかった。これは、自然平衡型ろ過装置では、ろ材層の洗浄時も、ろ過池とろ過水渠とが連通しており、濁質を含んだ水がろ過水渠に漏洩するリスクがあるためである。そのため、自然平衡型ろ過装置では、逆流洗浄と同時か、あるいは、逆流洗浄の開始から若干遅らせて表面洗浄を行っていた。この場合、逆流洗浄によって、ろ材層内のろ材が流動化するため、表面洗浄による堆積物の破壊が充分に行われない可能性があった。また、充分なろ材層の洗浄を行おうとすると、表面洗浄を先行して行う場合に比べ、多量の逆流洗浄水を必要とするという問題があった。

特開２００２−１２６４１５号公報 特許第４６９９１９８号公報

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、表面洗浄を逆流洗浄に先行して行うことができ、ろ材層の洗浄に要するろ過水を低減することのできる自然平衡型ろ過装置を提供することを目的とする。また、本発明は、このろ材層の洗浄方法を提供することも目的とする。

上述した課題を解決するための本発明の一態様は、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、前記ろ過池と排水手段で繋がれる排水流出部と、を備え、前記ろ過池内の水を、前記排水手段を通過させて前記排水流出部に導くことにより、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自然平衡型ろ過装置であって、前記ろ材層を構成するろ材が流動化しない０．０５〜０．３ｍ／ｍｉｎの流速で、前記ろ過水を前記ろ材層内を逆流させる小水量逆流機構と、前記ろ過水が前記ろ材層内を逆流しているときにのみ、前記ろ材層の上面に加圧水を噴射する表面洗浄ノズルと、を備え、前記小水量逆流機構を動作させながら、前記表面洗浄ノズルから前記ろ材層の上面に前記加圧水を噴射させることを特徴とする自然平衡型ろ過装置である。

本発明の好ましい態様は、前記排水手段は、排水サイフォン管であり、前記小水量逆流機構は、前記排水サイフォン管よりも小径の小水量排水サイフォン管から構成されることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記小水量排水サイフォン管が、前記排水サイフォン管をその長手方向に沿って分割することにより構成されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記小水量逆流機構は、前記ろ過池と前記ろ過水渠とを繋ぐろ過水連通路を絞る絞り機構により構成されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記小水量逆流機構は、前記ろ材層の上方に設けられた小水量排水トラフと、前記小水量排水トラフと前記排水流出部とを連通する小水量排水トラフ連通路と、前記小水量排水トラフ連通路に設けられる小排水量弁とを備えることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記小水量逆流機構および前記表面洗浄ノズルの動作を制御する制御部をさらに備えたことを特徴とする。

本発明の他の態様は、ろ過池に配置されたろ材層を通過するろ過水が、ろ過水渠に流入するろ過水流入工程と、前記ろ過池と排水流出部に接続された排水手段により、前記ろ過池内の水を、該排水流出部に導く逆流洗浄工程と、前記ろ材層を構成するろ材が流動化しない０．０５〜０．３ｍ／ｍｉｎの流速で、前記ろ過水を前記ろ材層内で逆流させながら、前記ろ過水が前記ろ材層内を逆流しているときにのみ、前記ろ材層の上面に加圧水と圧縮空気との少なくともいずれかを噴射する表面洗浄ノズルから、前記ろ材層の上面に前記加圧水と圧縮空気との少なくともいずれかを噴射して、該ろ材層の表面を洗浄する表面洗浄工程と、を含むことを特徴とするろ材層の洗浄方法である。

本発明の好ましい態様は、前記表面洗浄工程の後に、前記ろ材を流動化させながら前記ろ過水を前記ろ材層内を逆流させる逆流洗浄工程を実施し、前記表面洗浄ノズルからの加圧水と圧縮空気との少なくともいずれかの噴射を、前記逆流洗浄工程の実施時間の全部、または一部のみで実施することを特徴とする。

本発明によれば、小水量逆流機構を動作させながら、表面洗浄ノズルから加圧水をろ材層に噴射する。したがって、ろ過水がろ材層内をゆっくりと（すなわち、ろ材を流動化させない程度の速度で）逆流するので、濁質を含んだ加圧水流がろ過水渠に流入することがない。このように、ろ材層のろ材が流動化せずに固定された状態でろ材の洗浄を行う表面洗浄を自然平衡型ろ過装置で行うことが可能になる。また、ろ材層の洗浄効果を高める洗浄方式である表面洗浄を、逆流洗浄に先行して行うことができるので、表面洗浄後に行われる逆流洗浄などのろ材層洗浄工程に使用されるろ過水の使用量を低減することが可能になる。

一般的な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。 一般的な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。 本発明の第１の実施形態に係る自然平衡型ろ過装置のろ材層が表面洗浄されている状態を示した模式図である。 本発明の第２の実施形態に係る自然平衡型ろ過装置のろ材層が表面洗浄されている状態を示した模式図である。 本発明の第３の実施形態に係る自然平衡型ろ過装置のろ材層が表面洗浄されている状態を示した模式図である。 検証実験１の実験条件を示した表である。 検証実験１の実験結果を示したグラフである。 検証実験２の実験条件を示した表である。 検証実験２の実験結果を示したグラフである。

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および図２を用いて、一般的な自然平衡型ろ過装置と、当該自然平衡型ろ過装置における水の流れについて説明する。図１は、一般的な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。図２は、一般的な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。図１に示されるように、自然平衡型ろ過装置は、沈殿池（図示せず）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流出部４とを有している。

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管７が配置される。この流入サイフォン管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管７の頂部には、流入サイフォン形成弁１１と流入サイフォン破壊弁１２とを有する流入サイフォン形成管１０が連結される。流入サイフォン形成弁１１は、図示しない真空ポンプなどの真空源に接続されている。

流入サイフォン形成弁１１を開き、流入サイフォン破壊弁１２を閉じると、流入サイフォン管７内が真空状態となって、この内部を水が流れ、溢流堰６を溢流した水が流入管８を通じてろ過池２内に流れ込む。流入サイフォン形成弁１１を閉じた状態で、流入サイフォン破壊弁１２を開くと、流入サイフォン管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によって排水室２１とろ過室２２とに仕切られる。ろ過室２２の内部には、排水室２１に連通する逆洗排水トラフ３０と、ろ材（例えば、アンスラサイトや珪砂）からなるろ材層４０が設けられ、このろ材層４０の下部に集水装置４１が配置される。集水装置４１は、ろ材層４０を通過したろ過水を通水するための装置であり、集水装置４１として、有孔ブロック型、ストレーナ型、多孔管型、多孔板型などの各種集水装置を用いることができる。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、ろ過水溢流堰４５を介してろ過水流出路４６に連通する。

上記したように流入サイフォン管７を動作させることにより、流入管８からろ過池２内に水が流れ込み、当該流入水でろ過池２内の水位は上昇していく。そして、ろ過池２内の水位がろ過水溢流堰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および集水装置４１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、ろ過水溢流堰４５を溢流して、ろ過水流出路４６から外部に排水される。

次に、図２を参照して、ろ材層４０の逆流洗浄について説明する。ろ過池２の排水室２１と排水流出部４は、排水手段である逆Ｕ字状の排水サイフォン管５０で繋がれており、この排水サイフォン管５０の両端部は水没するようになっている。そして、排水サイフォン管５０の頂部に、排水サイフォン形成弁６１と排水サイフォン破壊弁６２とを有する排水サイフォン形成管６０が連結される。排水サイフォン形成弁６１は、図示しない真空ポンプなどの真空源に接続されている。なお、ここに図示した自然平衡型ろ過装置では、ろ過池２と排水流出部４を繋ぐ排水手段として排水サイフォン管５０を用いた例を示したが、排水サイフォン管５０に代えて、ろ過池２と排水流出部４を繋ぐ排水配管に設置されたバルブを排水手段として用いることもできる。すなわち、本発明におけるろ過池２と排水流出部４とを繋ぐ排水手段としては、排水サイフォンであってもよいし、排水バルブであってもよい。本明細書では、主に排水手段として排水サイフォンが採用された例を説明する。

排水サイフォン形成弁６１を開き、排水サイフォン破壊弁６２を閉じると、排水サイフォン管５０内が真空状態となって、この内部をろ過池２内の水が流れ、排水流出部４に導かれる。排水バルブの場合は、排水配管に設置されたバルブを開くことでろ過池２内の水が排水流出部４に導かれる。ろ過池２内の水を排水流出部４に導くことにより、一旦ろ過したろ過水渠３内のろ過水が逆流する。これにより、逆流するろ過水がろ材層４０の内部を通過し、当該逆流水は、逆洗排水トラフ３０、排水室２１、および排水サイフォン管５０を通って排水流出部４内に導入される。排水バルブの場合は、逆流水は、逆洗排水トラフ３０、排水室２１、および排水配管を通って排水流出部４内に導入される。このようにして、ろ材層４０の逆流洗浄が行われる。排水サイフォン形成弁６１を閉じた状態で、排水サイフォン破壊弁６２を開くと、排水サイフォン管５０内が大気圧状態になって、このろ過水の流れが失われる。排水バルブの場合は、排水配管に設置されたバルブが閉じられる。排水流出部４に導入された排水は、排水流出渠９から外部に排水される。

従来の自然平衡型ろ過装置では、上記した逆流洗浄が行われると同時か、または、逆流洗浄の開始から若干遅らせて、ろ材層４０の表面洗浄を行っている。この表面洗浄は、固定式または回転式の表面洗浄ノズル７０から、０．１５〜０．４ＭＰａの加圧水をろ材層４０の上面に噴射し、ろ材層４０の上面に蓄積した濁質（堆積物）を粉砕する洗浄方法である。加圧水に代えて、あるいはこれと併用して圧縮空気を噴射してもよい。以下の説明では、表面洗浄時に表面洗浄ノズル７０から加圧水が噴射される例を説明するが、全ての実施形態において、加圧水に代えて、あるいはこれと併用して圧縮空気を噴射することができる。この加圧水には、ポンプなどで昇圧されたろ過水などが用いられる。従来の自然平衡型ろ過装置では、図２に示すように、ろ材層の洗浄時も、ろ過池２とろ過水渠３とが連通しているので、濁質を含んだ水がろ過水渠３に漏洩するリスクがあるため、表面洗浄を単独で行うことができない。

そこで、本発明では、ろ材層４０のろ材が流動化しない流速で、ろ過水渠３内のろ過水を当該ろ材層４０の逆側から通過させるための小水量逆流機構が設けられる。この小水量逆流機構を動作させると、ろ材層４０の内部には当該ろ材層４０を逆流する水流が存在しているので、表面洗浄ノズル７０から加圧水をろ材層４０の上面に噴射する表面洗浄を実施できる。以下、本発明の実施形態の構成を図３乃至図５を用いて説明する。

図３は、本発明の第１の実施形態に係る自然平衡型ろ過装置のろ材層が表面洗浄されている状態を示した模式図である。図１および図２に示した同一の構成要素には、同一の符号を付すことで、重複する説明を省略する。

図３に示される自然平衡型ろ過装置の小水量逆流機構は、排水サイフォン管５０内部に設けられた、当該排水サイフォン管５０よりも小径の小水量排水サイフォン管５１を備えている。小水量排水サイフォン管５１も、排水サイフォン管５０と同様に、その両端部が水没するように構成される。小水量排水サイフォン管５１の頂部には、小水量排水サイフォン形成弁６４と、小水量排水サイフォン破壊弁６５とを有する小水量排水サイフォン形成管６３が連結される。小水量排水サイフォン形成弁６４は、図示しない真空ポンプなどの真空源に接続されている。

小水量排水サイフォン管５１を動作させる際には、小水量排水サイフォン形成弁６４を開き、小水量排水サイフォン破壊弁６５を閉じる。これにより、小水量排水サイフォン管５１内が真空状態となって、この内部をろ過池２内の水が流れて、排水流出部４に導かれる。ろ過池２内の水を排水流出部４に導くことにより、一旦ろ過したろ過水渠３内のろ過水が逆流する。これにより、逆流するろ過水がろ材層４０の内部を通過し、当該逆流水は、逆洗排水トラフ３０、排水室２１、および小水量排水サイフォン管５１を通って排水流出部４内に導入される。小水量排水サイフォン形成弁６４を閉じた状態で、小水量排水サイフォン破壊弁６５を開くと、小水量排水サイフォン管５１内が大気圧状態になって、このろ過水の流れが失われる。小水量排水サイフォン管５１を介して排水流出部４に導入された排水は、排水流出渠９から外部に排水される。

小水量排水サイフォン管５１の口径は、逆流するろ過水によりろ材層４０のろ材が流動化しない流速となるように設計される。より具体的には、ろ材層４０内を逆流するときのろ過水の流速は、ろ材の重量や直径にもよるが、一般的なろ材である直径０．６ｍｍの珪砂の場合、０．０５〜０．３ｍ／ｍｉｎ、好ましくは、０．１〜０．２ｍ／ｍｉｎである。流速が０．０５ｍ／ｍｉｎより小さいと、表面洗浄による加圧水流がろ過水渠３に漏洩する可能性がある。流速が０．３ｍ／ｍｉｎより大きいと、ろ材が流動化してしまう。

図示した例では、小水量排水サイフォン管５１を、排水サイフォン管５０の内部に配置する例を示したが、小水量排水サイフォン管５１を、排水サイフォン管５０の外部に設けてもよい。また、排水サイフォン管５０をその長手方向に沿って仕切板などで分割することにより、小水量排水サイフォン管５１を構成してもよい。

このような構成によれば、小水量排水サイフォン管５１を動作させることで、ろ材が流動化しない状態を維持しつつ、ろ材層４０内に逆水流が存在することとなる。したがって、小水量排水サイフォン管５１（すなわち、小水量逆流機構）を動作させている間は、表面洗浄ノズル７０から加圧水をろ材層４０に噴射する表面洗浄を行っても、濁質を含んだ水がろ過水渠３に流れていくことがない。このように、ろ材が流動化せずに固定された状態で行われることでろ材層の洗浄効果を高めることのできる表面洗浄を、自然平衡型ろ過装置で実施することができる。

流入サイフォン管７、排水サイフォン管５０、および小水量排水サイフォン管５１の動作の制御は、制御部１５によって行われる。具体的には、本発明の自然平衡型ろ過装置でろ過水処理を行う際には、制御部１５が流入サイフォン管７の流入サイフォン形成弁１１を開き、流入サイフォン破壊弁１２を閉じるようにこれらに指令を発する。すると、上記したように、流入サイフォン管７内が真空状態となって、この内部を水が流れるので、流入管８からろ過池２内に水が流れ込む。ろ過処理を継続することで、ろ材層４０のろ過抵抗、すなわち損失水頭が徐々に増加する。この損失水頭またはろ過継続時間が設定値に達したとき、制御部１５は、流入サイフォン破壊弁１２を開いて、ろ過池２内への水の流入を停止させる。

ろ過池２への水の流入が停止すると、ろ過池２の水位は、徐々に低下する。ろ過池２の水位がろ過水溢流堰４５の高さに達した時に、逆流洗浄に先立って本発明の表面洗浄を実施するために、制御部１５は、小水量排水サイフォン管５１の小水量排水サイフォン形成弁６４を開き、小水量排水サイフォン破壊弁６５を閉じるようにこれらに指令を発する。これにより、小水量排水サイフォン管５１内が真空状態となって、この内部をろ過池２内の水が流れて、排水流出部４に導かれる。同時に、ろ過水はろ材層４０のろ材を流動化させることなく、ろ材層４０内を逆流する。さらに、制御部１５は、表面洗浄ノズル７０から加圧水をろ材層４０に噴射するように、表面洗浄ノズル７０を動作させる。加圧水に代えて、あるいはこれと併用して圧縮空気を用いることもできる。

表面洗浄が所定の設定時間行われると、制御部１５は、小水量排水サイフォン管５１の小水量排水サイフォン破壊弁６５を開くように指令を発する。これにより、排水流出部４への水の排出を停止させる。その後、制御部１５は、排水サイフォン管５０の排水サイフォン形成弁６１を開き、排水サイフォン破壊弁６２を閉じるように指令を発する。すると、排水サイフォン管５０内が真空状態となって、この内部をろ過池２内の水が流れ、排水流出部４に導かれるようになり、逆流洗浄が開始される。この逆流洗浄では、ろ材層４０のろ材が流動化する流速でろ過水がろ材層４０内を逆流する。逆流洗浄が所定の設定時間行われると、制御部１５は、排水サイフォン破壊弁６２を開くように指令を発する。これにより、排水サイフォン管５０から排水流出部４への水の排出が停止される。

なお、この逆流洗浄の際に、表面洗浄ノズル７０から加圧水をろ材層４０に噴射してもよい。この逆流洗浄の際の表面洗浄ノズル７０の動作は、逆流洗浄の実施時間の全部において実施されてもよいし、一部のみで実施されてもよい。

その後、流入サイフォン管７の流入サイフォン形成弁１１を開き、流入サイフォン破壊弁１２を閉じて、ろ過を開始してもよいが、逆流洗浄の後に、スローダウン洗浄を実施してもよい。スローダウン洗浄とは、クリプトスポリジウム（耐塩素性原虫）対策として、逆流洗浄の後に、ろ材が流動化しない速度でろ過水をろ材層４０内で逆流させてろ材層４０を洗浄（すすぎ洗い）する洗浄方式である。なお、スローダウン洗浄時には、表面洗浄ノズル７０からの加圧水の噴射は停止している。本実施形態によれば、小水量逆流機構である小水量排水サイフォン管５１によるろ材が流動化しない流速でのろ材層４０の洗浄が可能である。したがって、逆流洗浄後に、小水量排水サイフォン管５１の小水量排水サイフォン形成弁６４を開き、小水量排水サイフォン破壊弁６５を閉じることにより、スローダウン洗浄を実施することができる。

次に、本発明の第２の実施形態について、図４を用いて説明する。図４は、本発明の第２の実施形態に係る自然平衡型ろ過装置のろ材層が表面洗浄されている状態を示した模式図である。第１の実施形態と同一の構成要素には、同一の符号を付すことで、重複する説明を省略する。

図４に示されるように、第２の実施形態における小水量逆流機構は、ろ過水連通路４２を絞る絞り機構により構成されていることが第１の実施形態と異なる。この絞り機構は、ろ過水連通路４２を絞ることが可能なゲート弁８０と、当該ゲート弁８０を動作させるためのモータ８１とを備えている。ゲート弁８０の開度は、逆流するろ過水により、ろ材層４０のろ材が流動化しない流速（０．０５〜０．３ｍ／ｍｉｎ、好ましくは、０．１〜０．２ｍ／ｍｉｎ）となるように調整されている。このようなゲート弁８０による絞り機構によっても、小水量逆流機構を構成することができる。

このゲート弁８０の動作も制御部１５によって制御されている。具体的には、ろ過処理を行っている時は、ゲート弁８０は全開とされていて、ろ過水連通路４２は閉塞されていない。逆流洗浄の前の表面洗浄を行う際には、制御部１５は、予め設定された開度までゲート弁８０を閉じるようにモータ８１に指令を発して、ろ過水連通路４２を狭くする。この状態で、制御部１５は、排水サイフォン管５０の排水サイフォン形成弁６１を開き、排水サイフォン破壊弁６２を閉じるようにこれらに指令を発して、排水サイフォン管５０内に水が流れるようにする。これにより、ろ過水はろ材層４０のろ材を流動化させることなく、ろ材層４０内を逆流する。さらに、制御部１５は、表面洗浄ノズル７０から加圧水をろ材層４０の上面に噴射するように、表面洗浄ノズル７０を動作させる。加圧水に代えて、あるいはこれと併用して圧縮空気を用いることもできる。このようにして、本発明の表面洗浄が行われる。

その後、逆流洗浄を行う際には、制御部１５は、ゲート弁８０の開度を全開にするようにモータ８１に指令を発するだけでよい。この逆流洗浄は、ろ材層４０のろ材を流動化させながら行われる。なお、この逆流洗浄の際に、表面洗浄ノズル７０から加圧水をろ材層４０に噴射してもよい。この逆流洗浄の際の表面洗浄ノズル７０の動作は、逆流洗浄の実施時間の全部において実施されてもよいし、一部のみで実施されてもよい。逆流洗浄の後に、表面洗浄ノズル７０の動作を停止させると共に、ゲート弁８０を予め設定された開度まで再度閉じさせて、スローダウン洗浄を実施してもよい。

次に、本発明の第３の実施形態について、図５を用いて説明する。図５は、本発明の第３の実施形態に係る自然平衡型ろ過装置のろ材層が表面洗浄されている状態を示した模式図である。第１の実施形態と同一の構成要素には、同一の符号を付すことで、重複する説明を省略する。

図５に示されるように、第３の実施形態における小水量逆流機構は、ろ材層４０の上方に設けられた小水量排水トラフ９０と、この小水量排水トラフ９０と排水流出部４とを連通する小水量排水トラフ連通路９１と、小水量排水トラフ連通路９１に設けられる小排水量弁９２とを備えている。小水量排水トラフ９０は、ろ過水溢流堰４５の上端よりも下方に配置される。この小水量逆流洗浄機構で表面洗浄を行う際には、制御部１５は、小排水量弁９２に開指令を発する。すると、ろ過池２内の水は、小水量排水トラフ９０および小水量排水トラフ連通路９１を介して、排水流出部４に導かれる。この際、小排水量弁９２の開度は、逆流するろ過水により、ろ材層４０のろ材が流動化しない流速（０．０５〜０．３ｍ／ｍｉｎ、好ましくは、０．１〜０．２ｍ／ｍｉｎ）となるように調整されている。このように、小水量排水トラフ９０と、小水量排水トラフ連通路９１と、小排水量弁９２によっても、小水量逆流機構を構成することができる。

上記したように、小排水量弁９２の動作は、制御部１５によって制御されている。具体的には、ろ過処理を行っている時は、小排水量弁９２は全閉とされ、小水量排水トラフ連通路９１から排水流出部４に水は流れない。逆流洗浄の前の表面洗浄を行う際には、制御部１５は、予め設定された開度まで小排水量弁９２を開けて、小水量排水トラフ９０と排水流出部４とを小水量排水トラフ連通路９１を介して連通させる。この状態で、制御部１５は、表面洗浄ノズル７０から加圧水をろ材層４０に噴射するように、表面洗浄ノズル７０を動作させる。加圧水に代えて、あるいはこれと併用して圧縮空気を用いることもできる。その後、逆流洗浄を行う際には、制御部１５は、小排水量弁９２の開度を全閉にするように指令を発する。さらに、制御部１５は、排水サイフォン管５０の排水サイフォン形成弁６１を開き、排水サイフォン破壊弁６２を閉じるようにこれらに指令を発して、排水サイフォン管５０を介してろ過池２内の水を排水流出部４に導く。この逆流洗浄は、ろ材層４０のろ材を流動化させながら行われる。

なお、この逆流洗浄の際に、表面洗浄ノズル７０から加圧水をろ材層４０に噴射してもよい。この逆流洗浄の際の表面洗浄ノズル７０の動作は、逆流洗浄の実施時間の全部において実施されてもよいし、一部のみで実施されてもよい。第３の実施形態においても、逆流洗浄の後に、排水サイフォン管５０の水流を停止させるとともに、小排水量弁９２を予め設定された開度まで開けて、スローダウン洗浄を実施してもよい。

このような表面洗浄を実施するための小水量逆流機構を有する自然平衡型ろ過装置と、従来の自然平衡型ろ過装置の検証実験を行った。その実験結果について、以下に説明する。

まず、浄水場の凝集沈殿水（平均濁度０．２度）を原水として、同一条件で一定時間ろ過を行い、ほぼ同量の濁質を捕捉させた２つのろ材を用意した。この２つのろ材の一方には、従来の逆流洗浄を行う条件でろ材の洗浄を行い、他方のろ材には、本発明の表面洗浄を行う条件でろ材の洗浄を行った。洗浄効果の判定には、洗浄排水中の濁質量を測定することにより実施した。

（検証実験１）
図６に示す洗浄条件で、検証実験１を行った。実験例１は、本発明の表面洗浄を行う条件で実施した。具体的には、ろ材層内を０．２ｍ／ｍｉｎの流速で逆流水を通水させながら、加圧された表面洗浄水をろ材層の上面に噴射する表面洗浄（図６では、表面小逆洗と表す）を３０秒間行い、その後、加圧された表面洗浄水をろ材層の上面に噴射する表面洗浄を行いながら、０．６ｍ／ｍｉｎの流速での逆流洗浄を行う表面および逆流洗浄工程（図６では、表面逆洗と表す）を１分間行い、最後に逆流水を０．６ｍ／ｍｉｎの流速でろ材層内を通水させる逆流洗浄工程（図６では、逆洗２と表す）を１０分２０秒間行った。洗浄に使用された総水量は、３６０Ｌであった。

実験例２は、従来の逆流洗浄を行う条件で実施した。具体的には、０．６ｍ／ｍｉｎの流速での逆流洗浄工程（図６では、逆洗１と表す）を２０秒間行った後、加圧された表面洗浄水をろ材層の上面に噴射する表面洗浄を行いながら、０．６ｍ／ｍｉｎの流速での逆流洗浄を行う表面洗浄および逆流洗浄工程（図６では、表面逆洗と表す）を６分間行い、最後に０．６ｍ／ｍｉｎの流速で逆流洗浄工程（図６では、逆洗２と表す）を１３分２０秒間行った。洗浄に使用された総水量は、６５０Ｌであった。

上記条件で洗浄されたろ材の洗浄排水中の濁質量を測定すると、図７に示されるように、従来の洗浄条件では、１５．２であり、本発明の洗浄条件では、１４．２であり、ほぼ同等の洗浄効果が得られた。この結果から、従来と同等の洗浄結果を得るために、本発明の洗浄方法で必要とされる水量は、従来と比較して約５５％であり、大幅に水量を削減することができることが分かる。

（検証実験２）
検証実験１と同様に、浄水場の凝集沈殿水（平均濁度０．２度）を原水とした、ほぼ同量の濁質を捕捉させた２つのろ材を再度用意した。この２つのろ材に対して、図８に示す洗浄工程条件で検証実験２を行った。

実験例３は、本発明の表面洗浄を行う条件で実施した。具体的には、ろ材層内を０．２ｍ／ｍｉｎの流速で逆流水を通水させながら、加圧された表面洗浄水をろ材層の上面に噴射する表面洗浄（図８では、表面小逆洗と表す）を３０秒間行った後、逆流水を０．６ｍ／ｍｉｎの流速でろ材層内を通水させる逆流洗浄工程（図８では、逆洗２と表す）を９分間行った。洗浄に使用された総水量は、２８０Ｌであった。この実験例３は、本発明の洗浄条件において、表面逆洗工程が省略されている点で検証実験１とは異なっている。

実験例４は、従来の逆流洗浄を行う条件で実施した。具体的には、０．６ｍ／ｍｉｎの流速での逆流洗浄工程（図８では、逆洗１と表す）を３０秒間行った後、加圧された表面洗浄水をろ材層の上面に噴射する表面洗浄を行いながら、０．６ｍ／ｍｉｎの流速での逆流洗浄を行う表面洗浄および逆流洗浄工程（図８では、表面逆洗と表す）を５分１５秒間行い、最後に０．６ｍ／ｍｉｎの流速で逆流洗浄工程（図８では、逆洗２と表す）を１２分間行った。洗浄に使用された総水量は、５８５Ｌであった。

上記条件で洗浄されたろ材の洗浄排水中の濁質量を測定すると、図９に示されるように、従来の洗浄条件では、２２．２であり、本発明の洗浄条件では、２２．０であり、ほぼ同等の洗浄効果が得られた。この結果から、本発明の表面洗浄工程（図６，８では、表面小逆洗工程）を行うと、表面逆洗工程が省略されていても、従来と同等の洗浄結果を得ることができることが分かる。また、従来と同等の洗浄結果を得るために、本発明の洗浄方法で必要とされる水量は、従来と比較して約４８％であり、大幅に水量を削減することができることが分かる。

以上本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。特に、これまでろ過したろ過水をろ材の洗浄に用いる自己水洗浄自然平衡型ろ過装置について説明してきたが、本発明の自然平衡型ろ過装置は、このような自己水洗浄自然平衡型ろ過装置が好ましいものの、本発明はこれに限られず、補給水ポンプあるいは高架水槽によりろ材層を洗浄する洗浄水を補給するろ過装置であっても適用が可能なものである。

１ 流入渠
２ ろ過池
３ ろ過水渠
４ 排水流出部
５ 垂直堰
６ 溢流堰
７ 流入サイフォン管
８ 流入管
９ 排水流出渠
１０ 流入サイフォン形成管
１１ 流入サイフォン形成弁
１２ 流入サイフォン破壊弁
１５ 制御部
２０ 仕切壁
２１ 排水室
２２ ろ過室
３０ 逆洗排水トラフ
４０ ろ材層
４１ 集水装置
４２ ろ過水連通路
４５ ろ過水溢流堰
４６ ろ過水流出路
５０ 排水サイフォン管
５１ 小水量排水サイフォン管
６０ 排水サイフォン形成管
６１ 排水サイフォン形成弁
６２ 排水サイフォン破壊弁
６３ 小水量排水サイフォン形成管
６４ 小水量排水サイフォン形成弁
６５ 小水量排水サイフォン破壊弁
７０ 表面洗浄ノズル
８０ ゲート弁
８１ モータ
９０ 小水量排水トラフ
９１ 小水量排水トラフ連通路
９２ 小排水量弁

Claims (8)

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、
   前記ろ過池と排水手段で繋がれる排水流出部と、を備え、
   前記ろ過池内の水を、前記排水手段を通過させて前記排水流出部に導くことにより、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自然平衡型ろ過装置であって、
   前記ろ材層を構成するろ材が流動化しない０．０５〜０．３ｍ／ｍｉｎの流速で、前記ろ過水を前記ろ材層内を逆流させる小水量逆流機構と、
   前記ろ過水が前記ろ材層内を逆流しているときにのみ、前記ろ材層の上面に加圧水を噴射する表面洗浄ノズルと、を備え、
   前記小水量逆流機構を動作させながら、前記表面洗浄ノズルから前記ろ材層の上面に前記加圧水を噴射させることを特徴とする自然平衡型ろ過装置。
2. 前記排水手段は、排水サイフォン管であり、
   前記小水量逆流機構は、前記排水サイフォン管よりも小径の小水量排水サイフォン管から構成され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。
3. 前記小水量排水サイフォン管が、前記排水サイフォン管をその長手方向に沿って分割することにより構成されていることを特徴とする請求項２に記載の自然平衡型ろ過装置。
4. 前記小水量逆流機構は、前記ろ過池と前記ろ過水渠とを繋ぐろ過水連通路を絞る絞り機構により構成さ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。
5. 前記小水量逆流機構は、前記ろ材層の上方に設けられた小水量排水トラフと、前記小水量排水トラフと前記排水流出部とを連通する小水量排水トラフ連通路と、前記小水量排水トラフ連通路に設けられる小排水量弁とを備え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。
6. 前記小水量逆流機構および前記表面洗浄ノズルの動作を制御する制御部をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の自然平衡型ろ過装置。
7. ろ過池に配置されたろ材層を通過するろ過水が、ろ過水渠に流入するろ過水流入工程と、
   前記ろ過池と排水流出部に接続された排水手段により、前記ろ過池内の水を、該排水流出部に導く逆流洗浄工程と、
   前記ろ材層を構成するろ材が流動化しない０．０５〜０．３ｍ／ｍｉｎの流速で、前記ろ過水を前記ろ材層内で逆流させながら、前記ろ過水が前記ろ材層内を逆流しているときにのみ、前記ろ材層の上面に加圧水と圧縮空気との少なくともいずれかを噴射する表面洗浄ノズルから、前記ろ材層の上面に前記加圧水と圧縮空気との少なくともいずれかを噴射して、該ろ材層の表面を洗浄する表面洗浄工程と、を含むことを特徴とするろ材層の洗浄方法。
8. 前記表面洗浄工程の後に、前記ろ材を流動化させながら前記ろ過水を前記ろ材層内を逆流させる逆流洗浄工程を実施し、
   前記表面洗浄ノズルからの加圧水と圧縮空気との少なくともいずれかの噴射を、前記逆流洗浄工程の実施時間の全部、または一部のみで実施することを特徴とする請求項７に記載のろ材層の洗浄方法。

Images