JP6671637B2 - 集水ノズルおよび該集水ノズルを備えた重力式ろ過池 - Google Patents

Description

本発明は、重力式ろ過池における集水ノズルおよび該集水ノズルを備えた重力式ろ過池に関する。

浄水場では河川や貯水池などの水源から原水を取水し、浄化処理を施して水道水として一般の需要に供給している。前記浄化処理の方式としては急速ろ過方式が広く採用されている（特許文献１参照）。

急速ろ過方式とは、原水に凝集沈殿処理を施して懸濁質及びコロイド質を可能な限り沈殿池で除去した後に、急速ろ過池でろ過処理を施す方式をいう。急速ろ過池から排出された処理水は、殺菌処理されたのちに水道水として一般に供給される。

急速ろ過方式としては次の二つのタイプが知られている。
（１）ろ過池をセクション分割板によって複数のろ過セクションに分割し、ろ過セクション毎に逆流洗浄を行うタイプ
（２）単数のろ過セクションにてろ過するタイプ（一般の重力式ろ過池）
図６（ａ）に基づいて、急速ろ過方式によって原水を浄化する急速ろ過池におけるろ過処理について説明する。原水渠１の原水は原水流入孔２を通ってろ過セクション３に流入し、ろ過セクション３内に配置されたろ材４を高速で通過することにより、原水中のフロック等の懸濁物質がろ材に付着されるか、ろ過層によってふるい分けされることにより除去される。ろ過された浄水は集水装置５を通過して浄水室６に流入し、浄水管７から浄水渠８に流出する。

ろ過処理を継続すると、原水から除去された懸濁物質がろ材４に堆積してろ材間で目詰まりが生じ、急速ろ過池におけるろ過処理能力は低下する。ろ過処理能力が低下すると、ろ過処理を経たろ過水の濁度が上昇して水質が悪化したり、損失水頭が増加して必要とされるろ過流量を得ることが難しくなったりする。このため、間欠的にろ材４を洗浄してろ材４に堆積した懸濁物質を取り除く逆流洗浄によってろ材４を再生させる必要がある。

そして、複数セクションに分かれたろ過池の場合、一つのろ過セクション３を洗浄してろ材層の堆積物（フロック）を除去すると、当該ろ過セクション３のろ過抵抗が無くなり、ろ過流速が増加する。そうすると、原水が十分ろ過できないままろ材を通過したり、洗浄直後にろ材層中に軽く捕捉（抑留）されているフロックが流出してきて、浄水の水質悪化の原因となる。

そこで、複数セクションに分かれたろ過池の場合、従来は、ろ過セクション３の最終出口である浄水管７に、流速を増加させないために図６（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示すような流速調整機構６０を設けている。流速調整機構６０は、フラップ弁形状の邪魔板６１に小口径の通水穴６４を有するものであり、邪魔板６１はヒンジ６３によって支持板６２に開閉自在に取付けられている。この邪魔板６１はろ過時にはろ過抵抗体として作用する。
邪魔板６１は、ろ過時は小口径の通水穴６４を通じて浄水が流出し、逆洗時には図６（ｃ）に示すように逆洗水流によりはねあがり、少ない抵抗で多量の逆洗水を通水することができる。
しかしながら、邪魔板には逆洗時に逆洗水が直接吹き付けるため、邪魔板のヒンジ６３が損傷し易く、数年で邪魔板が欠落することがあった。また、邪魔板が水流の妨げ（乱れの原因）となり、ろ過砂の均一な洗浄に悪影響を及ぼすという問題があった。
また、単数個のろ過セクションを有する一般の重力式ろ過池においては、ろ過池の平面について見たとき異なる箇所においてろ過速度および逆洗速度にばらつきが生じるという問題があった。

特開２００３−２９９９１１号公報

本発明は、重力式ろ過池（以下、単に「ろ過池」ということがある）の異なる箇所におけるろ過速度および逆洗速度のバラツキをなくすことを目的とする。
より詳細には、本発明は、ろ過池が複数のろ過セクションに区分にされている重力式ろ過池において、邪魔板６１を設けることなく、一つのろ過セクションを逆洗した直後でも、当該ろ過セクションにおけるろ過流速が増加しないようにした集水ノズルを提供することを目的とする。
また、本発明は、単数個のろ過セクションを有する重力式ろ過池において、ろ過速度および逆洗速度を均一にする（ろ過池平面で見たとき異なる箇所におけるろ過速度および逆洗速度のばらつきを抑える）ことを目的とする。

上記課題を解決するための本発明は以下に記載する通りのものである。
（１）原水渠と、
ろ材層を有し被処理水のろ過処理を行うろ過セクションと、
前記ろ過セクションで得られた浄水を貯蔵する浄水渠と、
ろ過セクション内に、ろ材を載置するために水平に設けられた仕切り板と、
を含む重力式ろ過池において用いられ、
前記仕切り板の上側と下側とを連通するために仕切り板に取付けられる集水ノズルであって、
集水ノズルの流路内に、ろ過時にはろ過水の水流の水圧により前記流路を狭めて流水量を減少させるように作用し、逆洗時には逆洗水の水流の水圧により前記流路を広げて流水量を増加させるように作用する、弁の機能を有する部材を備えた流速調整機構を設けたことを特徴とする集水ノズル。
（２）前記流速調整機構が、下方側に設けた弁座によって支持された弁体であって、前記弁体は一部にろ過水が通過するための通水穴を有していて、ろ過時にろ過水の水流に対して抵抗体となり、逆洗時には逆洗水の水圧によって弁体の少なくとも一部が流路を広げるような動作をすることを特徴とする上記（１）に記載の集水ノズル。
（３）前記弁体が、可撓性材料からなり、弁体の中央部分が弁部となっており、弁部は弁体の一部に支持されていて、逆洗水の水流によって弁部が上方に向かって開くことが可能となっていることを特徴とする上記（２）に記載の集水ノズル。
（４）前記弁体が可撓性材料から成っており、前記弁部が弁体の中央部において、弁体の一部を残して切り込みを入れることによって形成されていることを特徴とする上記（３）に記載の集水ノズル。
（５）前記流速調整機構が、流路内に支持されたボールであり、前記ボールは、ボールとノズルの流路壁との間に形成される下側水路が狭くなるように、また、ボールとノズルの流路壁との間の上側水路が広くなるように配置され、逆洗水の水流によってボールが浮遊することを特徴とする上記（１）に記載の集水ノズル。
（６）原水渠と、
ろ材層を有し被処理水のろ過処理を行うろ過セクションと、
前記ろ過セクションで得られた浄水を貯蔵する浄水渠と、
ろ過セクション内に、ろ材を載置するために水平に設けられた仕切り板と、
を含む重力式ろ過池であって、上記（１）〜（５）のいずれかに記載の集水ノズルを備えたことを特徴とする重力式ろ過池。
（７）前記ろ過セクションを単数個有することを特徴とする上記（６）に記載の重力式ろ過池。
（８）前記ろ過セクションを複数個有し、ろ過セクションをセクション毎に移動して逆流洗浄する逆流洗浄装置を備えたことを特徴とする上記（６）に記載の重力式ろ過池。

本発明の集水ノズルを採用することにより、ろ過セクションの異なる箇所におけるろ過速度が均一化されるので、ろ過速度が特定の箇所で速くなることがない。このため、原水が十分ろ過できないままろ材を通過したり、洗浄直後にろ材層中に軽く捕捉（抑留）されているフロックが流出することがなく、浄水の水質悪化を防ぐことができる。また、逆洗時にはろ過セクションの異なる箇所における逆洗速度が均一化され、均等な洗浄が可能となる。

逆流洗浄装置移動型ろ過装置の概要を示す図である。（ａ）は逆流洗浄装置移動型ろ過装置の平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。 本発明に係る実施形態のろ過装置のろ過時及び逆流洗浄時の状態を示す図である。 本発明の実施形態に係る集水ノズルの構造を示す図である。 本発明の実施形態に係る、流速調整機構として弁体を設けた集水ノズルの構造を示す図である。 本発明の実施形態に係る、流速調整機構としてボールを設けた集水ノズルの構造を示す図である。 従来の逆流洗浄装置移動型ろ過装置の構造を示す図である。

以下では、本発明の集水ノズルを複数個のろ過セクションを有する逆流洗浄装置移動型の重力式ろ過池に適用した場合を例にとって述べる。
まず、本発明に係る重力式ろ過池の構成の一例を図１（ａ）、図１（ｂ）に基づいて説明する。
図１（ａ）はろ過池の平面図であり、ろ過装置１００のろ過池はセクション分割板１５によって複数のろ過セクション３に分割されている。
図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ’断面図であり、一つのろ過セクションについて逆流洗浄（以下、「逆洗」ともいう）を行っている状態を示している。

本発明の実施形態に係るろ過装置について以下説明する。
（ろ過工程）
原水は、原水渠１より原水流入孔２によって均等にろ過セクション３に流入する。
ろ過セクション３内には集水装置５の上にろ材４が堆積している。原水はろ材４を通過して懸濁質を除去されて浄水となり、集水装置５、浄水室６及び浄水管７を経て浄水渠８に流出する。

（逆流洗浄工程）
逆流洗浄装置２０は電動式の走行台２１、逆流洗浄ポンプ２２、表面洗浄ポンプ２３、排水ポンプ２４、クリーナーボックス２５、駆動装置２６及び制御盤２７によって構成されている。
ろ過セクション３に逆流洗浄の必要が生じたとき、走行台２１がろ過池の任意のろ過セクション３の真上で停止し、逆流洗浄ポンプ２２が稼働して浄水渠８内の浄水を逆流洗浄水及び表面洗浄水として送出する。浄水は逆流洗浄ポンプ２２で加圧され、一部は逆洗管を経て表面洗浄ポンプ２３でさらに加圧されて表面洗浄水として使用され、一部は浄水渠８の下部より浄水管７を逆流して逆流洗浄水として使用される。ろ材４を洗浄した排水は、排水ポンプ２４によって集水され、排水とい１２に排出されて排水ます１３に流入する。

逆洗前と逆洗後のろ過層の状態を図２に基づいて説明する。
図２（ａ）は逆洗前の状態を示し、図２（ｂ）は逆洗後の状態を示す。
逆洗前は、図２（ａ）に示すように、原水Ｗはセクション分割板１５によって分割された各セクションのろ過層４を通って浄化され集水装置５を経て浄水室６に流入する。この時、いずれのろ過層においてもろ過抵抗に大きな差異はなく、ろ過速度２９にも大きな差異はない。
しかしながら、一つのろ過セクションを逆洗した直後、図２（ｂ）に示すように当該ろ過セクションの堆積物（フロック）２８が除去されて、当該ろ過セクションのみろ過抵抗が小さくなるためろ過速度２９’が増大する。

そこで、本発明においては集水装置に流速調整機構（ろ過抵抗体）を内蔵することによって流速の増加を抑える。
図３は集水装置の構造を示す図である。集水装置の概略を説明する。
集水装置３０は、ろ過セクションを上部空間と下部空間とに分割する仕切り板３１と、該仕切り板３１を貫通して設けられて上部空間と下部空間とを連通する複数の集水ノズル３２とからなる。
集水ノズル３２は該仕切り板３１を上下方向に貫通する管体部３３と該管体部３３の仕切り板上面部に設けられたストレーナー３４とからなる。管体部３３は継手部３５を介して結合された上部管体３３ａと下部管体３３ｂとからなる。
集水ノズル３２には図３において符号ａで示した部分に流速調整機構（ろ過抵抗体）が設けられている。

図４に流速調整機構の一例を示す。
図４（ａ）はろ過時における集水ノズルの縦断面図であり、図４（ｂ）は逆洗時における集水ノズルの縦断面図である。
また、図４（ｃ）は集水ノズルの管体部３３の流路内に設けられる弁体４０を示す図である。
弁体４０は中央部に逆洗水の通流方向に開閉可能とした弁部４１が形成されており、該弁部４１は中央部にろ過水を通流させるための通水穴４２を有している。

図４（ａ）に示すように、ろ過時にはろ過水は弁部４１の通水穴４２を通って浄水室に流入する。弁体４０はろ過時のろ過水４３に対してろ過抵抗体として作用するため、逆洗後においてもろ過水の流速が増大することを防ぐことができる。
また、図４（ｂ）に示すように、逆洗時には弁体４０の弁部４１が逆洗水４４の水圧を受けて弁部４１が上方に開くため、逆洗水に対しては抵抗体としては作用しない。
弁体の材料としては樹脂、樹脂と金属との複合材料又はセラミック等を用いることができる。
弁体４０の材料として樹脂のような可撓性を有する材料を用いる場合には、弁部４１は弁体４０の一部に切り込みを入れて形成することができる。
また、弁体の材料として硬質材料を用いる場合には、弁体４０と弁部４１とを別体のものとし、両者をヒンジによって結合しても良い。

図５に流速調整機構の他の例を示す。
図５において管体部３３内の流路にボール５０が支持部材５１に重力にて半固定される（管体部３３と支持部材５１とは一体でも良い）。
ボール５０は下部においてはボール５０と管体部３３の流路壁との間に形成される下側水路５３が狭くなるように、また、ボール５０の上部においてはボール５０と管体部３３の流路壁との間に形成される上側水路５２が広くなるように配置されている。
このようにボール５０を半固定で配置することによって、ろ過時には、ボール５０と管体部３３の隙間が狭く、ろ過水に対してろ過抵抗体として作用する。
また、逆洗時には、ボール５０が水圧を受け浮上し、管体部３３との隙間が広がり、逆洗水に対しては抵抗体として作用しない。
ボール５０の材質としては樹脂、樹脂と金属との複合材料又はセラミックが好ましい。
さらに、逆洗時にボール５０が浮上して上方の管流路を塞ぐことがないように、ボール５０が支持部材５１又は管体部３３に対して伸び縮みするような樹脂材料で固定されているのが好ましい。

上記のように、流速調整機構が集水ノズルに内蔵されていることにより、従来の流速調整機構（ヒンジ及び邪魔板）の損傷が生じにくい。
また、本発明における集水ノズルは通気の邪魔となることがないため、空洗洗浄兼用型としても製作可能である。
更に、逆流洗浄の均等化の効果もある 。
加えて、ろ過時において、圧力損失（抵抗体）となるものの、ろ過速度を均一化するという効果も有する。

上記では本発明の集水ノズルを複数個のろ過セクションを有する逆流洗浄装置移動型ろ過装置に適用した場合について述べたが、本発明の集水ノズルを単数個のろ過セクションを有する重力式ろ過池に適用してもろ過速度の均一化という効果が奏されることは明らかである。

１ 原水渠
２ 原水流入孔
３ ろ過セクション（ろ過池の一区画）
４ ろ材、ろ過層
５ 集水装置
６ 浄水室
７ 浄水管
８ 浄水渠
９ 逆洗摺動弁
１０ 浄水ます
１１ 浄水流出管
１２ 排水とい
１３ 排水ます
１４ 排水管
１５ セクション分割板
２０ 逆流洗浄装置
２１ 走行台
２２ 逆流洗浄ポンプ
２３ 表面洗浄ポンプ（ろ過排水ポンプ）
２４ 排水ポンプ
２５ クリーナーボックス
２６ 駆動装置
２７ 制御盤
２８ 堆積物
２９、２９’ ろ過速度
３０ 集水装置
３１ 仕切り板
３２ 集水ノズル
３３ 管体部
３３ａ 上部管体
３３ｂ 下部管体
３４ ストレーナー
３５ 継手部
４０ 弁体
４１ 弁部
４２ 通水穴
４３ ろ過水
４４ 逆洗水
５０ ボール
５１ 支持部材
５２ 上側水路
５３ 下側水路
６０ 流速調整機構
６１ 邪魔板
６２ 支持板
６３ ヒンジ
６４ 通水穴
１００ ろ過装置

Claims (7)

1. 原水渠と、
   ろ材層を有し被処理水のろ過処理を行うろ過セクションと、
   前記ろ過セクションで得られた浄水を貯蔵する浄水渠と、
   ろ過セクション内に、ろ材を載置するために水平に設けられた仕切り板と、
   を含む重力式ろ過池において用いられ、
   前記仕切り板の上側と下側とを連通するために仕切り板に取付けられる集水ノズルであって、
   集水ノズルの流路内に、ろ過時にはろ過水の水流の水圧により前記流路を狭めて流水量を減少させるように作用し、逆洗時には逆洗水の水流の水圧により前記流路を広げて流水量を増加させるように作用する、弁の機能を有する部材を備えた流速調整機構が設けられており、
   前記流速調整機構が、下方側に設けた弁座によって支持された弁体であって、前記弁体は一部にろ過水が通過するための通水穴を有していて、ろ過時にろ過水の水流に対して抵抗体となり、逆洗時には逆洗水の水圧によって弁体の少なくとも一部が流路を広げるような動作をすることを特徴とする集水ノズル。
2. 前記弁体が、可撓性材料からなり、弁体の中央部分が弁部となっており、弁部は弁体の一部に支持されていて、逆洗水の水流によって弁部が上方に向かって開くことが可能となっていることを特徴とする請求項１に記載の集水ノズル。
3. 前記弁体が可撓性材料から成っており、前記弁部が弁体の中央部において、弁体の一部を残して切り込みを入れることによって形成されていることを特徴とする請求項２に記載の集水ノズル。
4. 原水渠と、
   ろ材層を有し被処理水のろ過処理を行うろ過セクションと、
   前記ろ過セクションで得られた浄水を貯蔵する浄水渠と、
   ろ過セクション内に、ろ材を載置するために水平に設けられた仕切り板と、
   を含む重力式ろ過池において用いられ、
   前記仕切り板の上側と下側とを連通するために仕切り板に取付けられる集水ノズルであって、
   集水ノズルの流路内に、ろ過時にはろ過水の水流の水圧により前記流路を狭めて流水量を減少させるように作用し、逆洗時には逆洗水の水流の水圧により前記流路を広げて流水量を増加させるように作用する、弁の機能を有する部材を備えた流速調整機構が設けられており、
   前記流速調整機構が、流路内に支持されたボールであり、
   前記流路は、前記ボールを収容する、前記ボールの径よりも大きい流路径を有する上側流路と、前記ボールの径よりも小さい流路径を有する下側流路とを有し、
   前記上側流路の管体部の下端部には、前記ボールが下側流路を塞がないように前記ボールを支持する支持部材が設けられ、前記支持部材は管体部に対して伸び縮みする材料からなっていて、前記ボールは前記支持部材に固定されており、
   前記ボールは、ろ過時に前記上側流路から前記下側流路に流れるろ過水の水流に対して抵抗体となり、逆洗時には前記下側流路から前記上側流路に流れる逆洗水の水流によって前記支持部材が伸びてボールが上側流路内において浮遊し、前記下側流路の逆洗水出口の流路を広げることを特徴とする請求項１に記載の集水ノズル。
5. 原水渠と、
   ろ材層を有し被処理水のろ過処理を行うろ過セクションと、
   前記ろ過セクションで得られた浄水を貯蔵する浄水渠と、
   ろ過セクション内に、ろ材を載置するために水平に設けられた仕切り板と、
   を含む重力式ろ過池であって、請求項１〜４のいずれかに記載の集水ノズルを備えたことを特徴とする重力式ろ過池。
6. 前記ろ過セクションを単数個有することを特徴とする請求項５に記載の重力式ろ過池。
7. 前記ろ過セクションを複数個有し、ろ過セクションをセクション毎に移動して逆流洗浄する逆流洗浄装置を備えたことを特徴とする請求項５に記載の重力式ろ過池。
   

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