JP6795212B2 - ろ過装置およびろ材洗浄方法 - Google Patents

Description

本発明は、ろ材により形成されるろ過層で懸濁物質を取り除くろ過装置およびろ材の洗浄方法に関する。

従来、特許文献１において、濾材が傾斜して積層されることにより形成された濾過層を有する濾過装置が開示されている。この濾過装置は、濾材を洗浄するために、吸込口が濾過層の下層部に臨んだエアリフト管を有している。エアリフト管は、供給される濾過水とともに吸込口から下層部の濾材を吸い込むことにより、管内を上昇する間に濾材を洗浄する。

特開２００１−１２０９１２号公報

特許文献１の濾過装置は、下層部の濾材の洗浄には適しているが、集水部近傍のろ過層の内部に位置する濾材の洗浄には不十分であった。このため、下層部のみならず、ろ過層の内部のろ材の洗浄も十分に行うことができ、さらにろ材の寿命を延ばすろ過装置が求められていた。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、十分な洗浄効果を得、ろ材の能力を最大限に活かすことができるろ過装置およびろ材洗浄方法を提供することを目的とする。

本発明に係るろ過装置は、上述した課題を解決するために、底面と、前記底面から略垂直に立ち上がる壁部と、を有し、前記壁部から原水を流入させるろ過槽と、前記壁部から前記底面に向けて傾斜し、前記原水をろ過する粒状のろ材によりろ過層が形成される集水面を有し、前記ろ過層でろ過されたろ過水を貯留する複数の集水槽と、下側の端部に設けられ前記ろ過層内に埋没され前記ろ材を吸い上げる吸込口と、上側の端部に設けられ前記ろ材を吐出し前記ろ過層に戻す吐出口と、を有し、前記ろ材を吸い上げることで洗浄するリフト管と、前記ろ材を前記吸込口から前記吐出口まで吸い上げるための空気を、前記吸込口に供給する空気供給手段と、各前記集水槽に貯留された前記ろ過水を、前記吸込口にリフト水として供給するリフト水供給手段と、各前記集水槽に貯留された前記ろ過水を、他の前記集水槽に集水洗浄水として供給する集水洗浄水供給手段と、前記吐出口よりも下方で前記ろ材から分離した懸濁物質を含む排水を前記ろ過槽外部に排出する排出手段と、前記ろ材を洗浄するため、前記空気供給手段、前記リフト水供給手段、および前記集水洗浄水供給手段を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記集水洗浄水供給手段により前記複数の集水槽のうち少なくとも一の前記集水槽である対象集水槽以外の前記集水槽から前記ろ過水を集水し、前記対象集水槽に前記集水洗浄水を供給する集水洗浄工程を、前記対象集水槽を順次切り替えながら実行し、前記集水洗浄工程の後に、前記空気供給手段および前記リフト水供給手段により前記吸込口に前記空気および前記リフト水を供給するリフト洗浄工程を実行し、前記リフト洗浄工程の後に、前記集水洗浄水供給手段により前記対象集水槽以外の前記集水槽から前記ろ過水を集水し、前記対象集水槽に前記集水洗浄水を供給すると同時に、前記空気供給手段および前記リフト水供給手段により前記吸込口に前記空気および前記リフト水を供給するリフト集水洗浄工程を、前記対象集水槽を順次切り替えながら実行し、前記リフト集水洗浄工程の後に、前記空気供給手段により前記吸込口に前記空気を供給するリフト工程を実行する。
また、本発明に係るろ材洗浄方法は、底面と、前記底面から略垂直に立ち上がる壁部と、を有し、前記壁部から原水を流入させるろ過槽と、前記壁部から前記底面に向けて傾斜し、前記原水をろ過する粒状のろ材によりろ過層が形成される集水面を有し、前記ろ過層でろ過されたろ過水を貯留する複数の集水槽と、下側の端部に設けられ前記ろ過層内に埋没され前記ろ材を吸い上げる吸込口と、上側の端部に設けられ前記ろ材を吐出し前記ろ過層に戻す吐出口と、を有し、前記ろ材を吸い上げることで洗浄するリフト管と、前記ろ材を前記吸込口から前記吐出口まで吸い上げるための空気を、前記吸込口に供給する空気供給手段と、各前記集水槽に貯留された前記ろ過水を、前記吸込口にリフト水として供給するリフト水供給手段と、各前記集水槽に貯留された前記ろ過水を、他の前記集水槽に集水洗浄水として供給する集水洗浄水供給手段と、前記吐出口よりも下方で前記ろ材から分離した懸濁物質を含む排水を前記ろ過槽外部に排出する排出手段と、前記ろ材を洗浄するため、前記空気供給手段、前記リフト水供給手段、および前記集水洗浄水供給手段を制御する制御手段と、を備えるろ過装置を準備する工程と、前記集水洗浄水供給手段により前記複数の集水槽のうち少なくとも一の前記集水槽である対象集水槽以外の前記集水槽から前記ろ過水を集水し、前記対象集水槽に前記集水洗浄水を供給する集水洗浄工程を、前記対象集水槽を順次切り替えながら実行する工程と、前記集水洗浄工程の後に、前記空気供給手段および前記リフト水供給手段により前記吸込口に前記空気および前記リフト水を供給するリフト洗浄工程を実行する工程と、前記リフト洗浄工程の後に、前記集水洗浄水供給手段により前記対象集水槽以外の前記集水槽から前記集水洗浄水を集水し、前記対象集水槽に前記集水洗浄水を供給すると同時に、前記空気供給手段および前記リフト水供給手段により前記吸込口に前記空気および前記リフト水を供給するリフト集水洗浄工程を、前記対象集水槽を順次切り替えながら実行する工程と、前記リフト集水洗浄工程の後に、前記空気供給手段により前記吸込口に前記空気を供給するリフト工程を実行する工程と、を備える。

本発明に係るろ過装置およびろ材洗浄方法においては、十分な洗浄効果を得、ろ材の能力を最大限に活かすことができる。

ろ過装置の内部構成を俯瞰的に示す説明図。 ろ過装置の集水槽とその周辺設備を示す説明図。 集水槽の集水板を示す斜視図。 ろ過装置の概略構成を示す断面図。 自動運転を説明するフローチャート。 図５の集水洗浄工程（ステップＳ２）を説明するフローチャート。 図５の揚砂洗浄工程（ステップＳ３）を説明するフローチャート。 図５の揚砂集水洗浄工程（ステップＳ４）を説明するフローチャート。 図５の揚砂工程（ステップＳ５）を説明するフローチャート。 自動運転中のろ過装置内の様子の説明図。

本発明に係るろ過装置の実施形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は、ろ過装置１の内部構成を俯瞰的に示す説明図である。
図２は、ろ過装置１の集水槽２０とその周辺設備を示す説明図である。
図３は、集水槽２０の集水板２５を示す斜視図である。
図４は、ろ過装置１の概略構成を示す断面図である。

ろ過装置１は、操作盤２と、ろ過槽１０と、複数の集水槽２０と、複数の揚砂管３０と、分離槽４０と、排水トラフ５０と、を有している。各部材は、主にステンレス鋼（例えばＳＵＳ３１６）を主材として形成されている。

操作盤２は、ろ過装置１の運転状況を表示する表示画面、指示を入力するための操作部を有している。また、操作盤２は、予め記憶された自動運転プログラムや操作部からの入力に基づいて、ろ過装置１の各部を電気的に制御する制御部３を有している。本実施形態においては、制御部３は、ろ材を洗浄するため、空気供給手段および集水洗浄水供給手段を制御する制御部として機能する。制御部３により実行される処理は、後述する。

ろ過槽１０は、水平断面が略円形の円柱形状の槽である。ろ過槽１０は、底面１１と、底面１１から略垂直に立ち上がる壁部１２と、を有している。ろ過槽１０は、ろ過槽１０内の水位の目安となる高レベル線Ｈ、中レベル線Ｍおよび低レベル線Ｌを有している。各レベル線は、制御部３が各種制御を行う際に用いられる。壁部１２は、ろ過槽１０内の様子を観察するための点検窓１３を有している。また、壁部１２は、原水流入口１５と、ろ過槽排水口１６と、洗浄水排水口１７と、を有している。

原水流入口１５は、ろ過槽１０に原水を流入させる。原水は、懸濁物質（浮遊物質、ＳＳ）が含まれるろ過対象の水である。原水流入口１５は、高レベル線Ｈよりも上方であって、分離槽４０外に設けられている。

ろ過槽排水口１６は、ろ過槽１０内の水を排水させる。ろ過槽排水口１６は、洗浄水排水口１７の下側で集水槽２０の上側に設けられている。ろ過槽排水口１６は、ろ過槽排水弁１８を有する配管と接続されており、ろ過槽排水弁１８の開閉に応じてろ過槽１０からの排水を制御する。

洗浄水排水口１７は、排水トラフ５０の排水部５１に流入した懸濁物質や洗浄水を排水（アンダーフロー）させる。洗浄水排水口１７は、排水トラフ５０の排水部５１のＵ字内の下方に設けられている。

集水槽２０は、ろ過槽１０内の下側に設けられた槽であり、ろ過層６０でろ過されたろ過水２９を貯留する。本実施形態においては、集水槽２０が右側集水槽２０ａ、中央側集水槽２０ｂおよび左側集水槽２０ｃ（以下、各集水槽２０ａ、２０ｂ、２０ｃを区別しない場合には単に「集水槽２０」という。）を有する例を説明するが、集水槽２０の数は２以上であればよい。集水槽２０は、壁部１２から底面１１に向けて下方に傾斜する集水面２１を有している。集水面２１は、ろ過砂６１が堆積しろ過層６０が形成される面である。この集水面２１は、集水口２２を有し、集水口２２は集水板２５により塞がれている。集水板２５（ストレーナ）は、図３に示すように、小間隔に並べられた複数のウエッジワイヤ２６で形成されている。

集水槽２０は、集水面２１と対向する壁部１２の面上にろ過水出入口２７（右側ろ過水出入口２７ａ、中央側ろ過水出入口２７ｂ、左側ろ過水出入口２７ｃ）を有している。また、集水槽２０は、ろ過水出入口２７と対向する位置であり、集水面２１の下端近傍に、揚砂水出口２８（右側揚砂水出口２８ａ、中央側揚砂水出口２８ｂ、左側揚砂水出口２８ｃ）を有している。

ろ過層６０は、集水面２１（集水板２５）の傾斜角に沿うように、ろ過砂６１が堆積され形成された層である。ろ過砂６１は、原水をろ過する粒状の硅砂、マンガン砂、セラミック砂などである。

揚砂管３０（リフト管）は、ろ過槽１０内に設けられ、管状で上下方向に延びてろ過砂６１を吸い上げる管である。揚砂管３０は、上側の端部側が略水平に折り曲げられている。本実施形態においては、３本の揚砂管３０が設けられる例を説明するが、ろ過砂６１の洗浄が可能であれば本数は問わない。３本の揚砂管３０は、それぞれ３つの集水槽２０の位置に対応して設けられている。

揚砂管３０は 、吸込口３１と、吐出口３２と、を有している。吸込口３１は、揚砂管３０の下側に位置する端部に設けられ、ラッパ形状（ベルマウス）を有している。吸込口３１は、ろ過層６０内に埋没され（図４）、ろ過槽１０の底面１１近くに達し底面１１に対向している。３本の揚砂管３０の吸込口３１は、底面１１からの高さが同じになるように配置されている。吐出口３２は、揚砂管３０の上側に位置する端部に設けられている。吐出口３２は、ろ過槽１０内の上部に設けられた仕切板４１に取り付けられ、原水流入口１５の対向側に向けて開口している。

分離槽４０は、ろ過槽１０の上方に設けられた槽であり、吐出口３２から吐出された洗浄されたろ過砂６１と水（揚砂洗浄水）とを分離する。分離槽４０は、仕切板４１によりろ過槽１０の上側が仕切られることにより形成されている。分離槽４０は、吐出口３２が向く側の空間であり、集水面２１の上端の上方に形成されている。

排水トラフ５０は、ろ過槽１０内の上方であって、かつ揚砂管３０の吐出口３２の下側に設けられている。また、排水トラフ５０は、仕切板４１を介して分離槽４０と対向する位置に、仕切板４１と平行に配置されている。排水トラフ５０は、排水部５１と、傾斜板５２と、を有している。排水部５１は、鉛直方向に沿う断面が略Ｕ字状であり、両上端縁がギザギザ形状（山形）に形成されている（図１）。傾斜板５２は、図４に示すように、排水部５１の下端から斜め下方に延びる板状部材である。傾斜板５２の先端部は、ろ過層６０に達している（埋もれている）。傾斜板５２は、ろ過砂６１を通過させるための小孔５２ａを有する。傾斜板５２の上方には、仕切板４１が位置している。本実施形態においては、排水トラフ５０および洗浄水排水口１７は、吐出口よりも下方でろ材から分離した懸濁物質を含む排水をろ過槽外部に排出する排出手段として機能する。

ろ過装置１は、揚砂ブロア７０と、ろ過ポンプ９０と、集水、洗浄、揚砂するための配管類と、をさらに有している。

揚砂ブロア７０は、調整弁７１を有するブロア管７２を介して各揚砂管３０の吸込口３１側と接続されている。揚砂ブロア７０は、各揚砂管３０に空気を供給し、空気を揚砂管３０内において上方に（吐出口３２側に）流す。本実施形態においては、揚砂ブロア７０およびブロア管７２は、ろ材を吸込口から吐出口まで吸い上げるための空気を、リフト管に供給する空気供給手段として機能する。

ろ過ポンプ９０は、配管類と接続され、ろ過水出入口２７から排水される水（ろ過水２９）を送り出す。

集水、洗浄、揚砂するための配管類として、ろ過装置１は、集水配管７３と、移送配管７６と、洗浄水配管７８と、揚砂水配管８０と、を有している。

集水配管７３は、各集水槽２０のろ過水２９を集水する。集水配管７３は、上流側が右側集水配管７３ａ、中央側集水配管７３ｂ、および左側集水配管７３ｃに分岐されており、それぞれの上流側の一端は対応する集水槽２０のろ過水出入口２７に接続されている。各集水配管７３ａ、７３ｂ、７３ｃは、各集水配管７３ａ、７３ｂ、７３ｃの開閉を制御する右側集水弁７４ａ、中央側集水弁７４ｂ、および左側集水弁７４ｃ（集水弁７４）を有している。集水配管７３は、集水弁７４の下流側で合流し、合流後の下流側の一端はろ過ポンプ９０に接続されている。集水配管７３は、各集水配管７３ａ、７３ｂ、７３ｃの合流箇所の下流とろ過ポンプ９０との間で分岐しており、この分岐した配管はろ過水ドレン７５となる。

移送配管７６は、ろ過ポンプ９０により送り出されたろ過水を、ろ過装置１とは別途設けられたろ過水タンク（図示せず）に移送する。移送配管７６は、上流側の一端がろ過ポンプ９０に接続され、下流側の他端がろ過水タンク（ろ過水タンクに接続された配管）に接続されている。移送配管７６は、移送配管７６の開閉を制御するろ過水移送弁７７を有している。

洗浄水配管７８は、各集水槽２０に貯留されたろ過水２９を他の集水槽２０に集水洗浄水として供給する。洗浄水配管７８は、右側洗浄水配管７８ａ、中央側洗浄水配管７８ｂ、および左側洗浄水配管７８ｃ（洗浄水配管７８）を有している。洗浄水配管７８の上流側の一端は、移送配管７６のろ過ポンプ９０とろ過水移送弁７７との間に分岐接続されている。各洗浄水配管７８の下流側の一端は、対応する集水槽２０と接続された集水配管７３の集水弁７４よりも集水槽２０側に接続されている。すなわち、集水配管７３は、集水槽２０に集水洗浄水を供給するための洗浄水配管７８の機能を兼ねている。これにより、ろ過装置１は、配管長を短くできるという利点がある。各洗浄水配管７８は、各洗浄水配管７８の開閉を制御する右側洗浄弁７９ａ、中央側洗浄弁７９ｂ、および左側洗浄弁７９ｃ（洗浄弁７９）を有している。

本実施形態においては、集水配管７３および洗浄水配管７８は、集水槽に貯留されたろ過水を、他の集水槽に集水洗浄水として供給する集水洗浄水供給手段として機能する。

揚砂水配管８０は、集水槽２０に貯留されたろ過水２９を揚砂管３０の吸込口３１に揚砂洗浄水（リフト水）として供給する。揚砂水配管８０の上流側の一端は、移送配管７６のろ過ポンプ９０とろ過水移送弁７７との間に接続されている。揚砂水配管８０は、下流側が右側揚砂水配管８０ａ、中央側揚砂水配管８０ｂ、および左側揚砂水配管８０ｃに分岐されている。各揚砂水配管８０の下流側の一端は、対応する集水槽２０に設けられた揚砂水出口２８に接続されている。揚砂水配管８０は、揚砂水配管８０の開閉を制御する揚砂水弁８１を有している。また、各揚砂水配管８０ａ、８０ｂ、８０ｃは、各揚砂水配管８０ａ、８０ｂ、８０ｃの開度を制御する右側調整弁８２ａ、中央側調整弁８２ｂ、および左側調整弁８２ｃ（調整弁８２）を有している。

本実施形態においては、揚砂水配管８０は、後述する制御手段に制御されることにより空気供給手段とともに稼働し、各集水槽に貯留されたろ過水を、吸込口にリフト水として供給するリフト水供給手段として機能する。

以上のようなろ過装置１は、操作盤２を介したユーザの指示に基づく手動運転、または予めプログラムされた自動運転を行う。自動運転においては、ろ過通水運転と、洗浄運転とが繰り返し実行される。以下、制御部３により実行されるろ過装置１の自動運転について説明する。

図５は、自動運転を説明するフローチャートである。

ステップＳ１において、制御部３は、ろ過通水運転として、ろ過通水工程を実施する。制御部３は、原水流入口１５から原水を流入させると同時に、各集水弁７４および各ろ過水移送弁７７を開く。これにより、ろ過層６０でろ過されたろ過水２９が、集水槽２０からろ過水タンクに移送される。ろ過槽１０内の原水の水位が低レベル線Ｌ以下の場合、制御部３はろ過水移送弁７７を閉じて、ろ過通水を待機する。原水の水位が中レベル線Ｍ以上となった場合、制御部３はろ過水移送弁７７を開いてろ過通水を再開する。

制御部３は、予め定められたろ過通水設定時間が経過した場合、水位が高レベルＨ以上となった場合、および設定された時期が到来した場合などを条件に、ろ過通水運転（ろ過通水工程）を終了し、洗浄運転に進む。なお、制御部３は、ろ過通水設定時間の経過の判断に、ろ過通水の待機時間はカウントしない。

ステップＳ２からステップＳ７において、制御部３は、洗浄運転として、集水洗浄工程、第１揚砂洗浄工程、揚砂集水洗浄工程、揚砂工程、第２揚砂洗浄工程およびろ過槽排水工程を順次実施する。

ステップＳ２の集水洗浄工程は、リフト洗浄工程（第１揚砂洗浄工程、図５のステップＳ３）の前に実施される工程であり、洗浄水供給手段により対象集水槽以外の集水槽から集水洗浄水を集水し、対象集水槽に洗浄水を供給する工程に該当する。すなわち、集水洗浄工程は、逆洗対象となる１つの集水槽２０（集水板２５）を順次切り替えながら、洗浄対象となる１つの集水槽２０以外の集水槽２０からろ過水２９を供給し、ろ過砂６１を逆洗する工程である。集水洗浄工程は、圧密していたろ過砂６１を集水洗浄水により膨化させ、次工程である揚砂洗浄工程で揚砂できるようにする。また、集水洗浄工程は、次工程で懸濁成分をいち早く揚砂して除去するために、ろ過砂６１が捕捉した懸濁物質をろ過砂でサンドイッチ状に包み込む。

ステップＳ３の第１揚砂洗浄工程は、リフト集水洗浄工程（揚砂集水洗浄工程、図５のステップＳ４）前に実施される工程であり、空気供給手段およびリフト水供給手段によりリフト管に空気およびリフト水を供給する工程に該当する。揚砂洗浄工程は、各揚砂管３０に空気および揚砂洗浄水を供給する。第１揚砂洗浄工程は、主にろ過層表層側のろ過砂６１を揚砂して洗浄する。また、第１揚砂洗浄工程は、集水洗浄工程でろ過砂６１が包み込んだ懸濁物質を除去する。

ステップＳ４の揚砂集水洗浄工程は、洗浄水供給手段により対象集水槽以外の集水槽から集水洗浄水を集水し、対象集水槽に洗浄水を供給すると同時に、空気供給手段およびリフト水供給手段によりリフト管に空気およびリフト水を供給する工程に該当する。すなわち、揚砂集水洗浄工程は、逆洗対象となる１つの集水槽２０を順次切り替えながら逆洗する集水洗浄工程と、ろ過砂６１を揚砂洗浄する揚砂洗浄工程を同時に行う。揚砂集水洗浄工程は、第１揚砂洗浄工程では不十分となるろ過層上部６０ｕのろ過砂６１を効率良く移動させ、洗浄時間を短縮する。

ステップＳ５の揚砂工程は、リフト集水洗浄工程（揚砂集水洗浄工程、図５のステップＳ４）の後に実施される工程であり、空気供給手段によりリフト管に空気を供給するリフト工程に該当する。揚砂工程は、集水面２１付近のろ過層深層側のろ過砂６１の洗浄を目的としている。

ステップＳ６の第２揚砂洗浄工程は、揚砂工程の後に、空気供給手段およびリフト水供給手段によりリフト管に空気およびリフト水を供給するリフト洗浄工程である。第２揚砂洗浄工程は、ろ過層６０のろ過面を再形成することを目的とする。すなわち、ろ過ポンプ９０でろ過水を吸引することで、集水板２５周辺のろ過砂６１を圧密させてろ過砂６１間の隙間を均一にする。

揚砂洗浄工程（ステップＳ２）から揚砂工程（ステップＳ５）の詳細は、後述する。第２揚砂洗浄工程（ステップＳ６）については、第１揚砂洗浄工程（ステップＳ３）とほぼ同様であるため、詳細な説明を省略する。

ステップＳ７のろ過槽排水工程は、ろ過槽１０内にある原水または洗浄水などの汚水をろ過槽排水口１６から排水する。制御部３は、ろ過槽排水弁１８を開き、ろ過槽１０内の水位が低レベル線Ｌ以下となるまで、または設定時間が経過するまで水を排水する。また、ろ過槽排水工程は、ろ過槽１０内に浮遊している懸濁物質をろ過槽排水口１６から排水する。

制御部３は、一連の洗浄運転が終了すると、再びろ過通水工程（ステップＳ１）に戻り、処理を繰り返す。

次に、集水洗浄工程（ステップＳ２）から揚砂工程（ステップＳ５）の詳細な処理を説明する。

図６は、図５の集水洗浄工程（ステップＳ２）を説明するフローチャートである。

以下の説明においては、図４に示すように、ろ過層６０を上下に分割した場合の上部側かつ表層側の領域を、ろ過層上部６０ｕという。ろ過層６０の下部側かつ表層側の領域を、ろ過層下部６０ｂという。また、ろ過層６０のろ過層上部６０ｕおよびろ過層下部６０ｂの深層側の領域を、ろ過層内部６０ｉという。

ステップＳ１１において、制御部３は、逆洗の対象となる集水槽２０（対象集水槽２０）の集水弁７４を閉じる。また、制御部３は、対象集水槽２０以外の集水槽２０の集水弁７４を開く。例えば、制御部３は、対象集水槽２０としての左側集水槽２０ｃの集水弁７４ｃを閉じ、右側集水槽２０ａ、中央側集水槽２０ｂの集水弁７４ａ、７４ｂを開く。

ステップＳ１２において、制御部３は、対象集水槽２０の洗浄弁７９を開く。また、制御部３は、対象集水槽２０以外の集水槽２０の洗浄弁７９を閉じる。例えば、制御部３は、左側集水槽２０ｃの洗浄弁７９ｃを開き、右側集水槽２０ａ、中央側集水槽２０ｂの洗浄弁７９ａ、７９ｂを閉じる。

ステップＳ１３において、制御部３は、揚砂水弁８１を閉じる。ステップＳ１４において、制御部３は、揚砂ブロア７０を停止する。また、ステップＳ１５において、制御部３は、ろ過ポンプ９０を起動する。ステップＳ１６において、制御部３は、予め設定された集水洗浄設定時間の経過を判断するためのタイマのカウントをスタートする。

これにより、例えば右側集水槽２０ａ、中央側集水槽２０ｂよりろ過水２９が集水され、集水されたろ過水２９が左側集水槽２０ｃに逆洗水として送られる。これにより、左側集水槽２０ｃの集水板２５は洗浄される。ろ過砂６１から分離した懸濁物質は、ろ過槽１０の上方まで浮遊し、水位差を利用して排水トラフ５０の排水部５１に流入し、洗浄水排水口１７から排出される。

また、逆洗水により、圧密されていたろ過砂６１が膨化（膨張）し、次の揚砂洗浄工程でスムーズに揚砂を行うようにする。膨化が終了すると、ろ過砂６１はろ過層下部６０ｂに堆積されるため、逆洗水はろ過層上部６０ｕ側に流入しやすくなる。すると、ろ過層上部６０ｕのろ過砂６１がろ過層下部６０ｂ側（揚砂管３０側）に移動する。ここで、図１０（ａ）は、集水洗浄工程の説明図である。ろ過層上部６０ｕに位置するろ過砂６１ａは、ろ過層下部６０ｂに移動し、ろ過砂６１ｂのように、ろ過層下部６０ｂの表層に堆積されている懸濁物質６３を包み込む様に覆う。これにより、懸濁物質６３は、ろ過砂６１ｂによりサンドイッチ状に捕捉される。集水洗浄工程は、ろ過層下部６０ｂの懸濁物質６３がサンドイッチ状に捕捉されることで、目的を達成する。懸濁物質６３が捕捉されたか否かは、点検窓１３より確認される。

ステップＳ１７において、制御部３は、集水洗浄設定時間が経過したか否かを判定する。制御部３は、設定時間が経過していないと判定した場合（ステップＳ１７のＮｏ）、設定時間が経過するまで対象集水槽２０の洗浄を継続する。設定時間は、上記目的が達成される程度の時間に設定されるのが好ましい。一方、制御部３は、設定時間が経過したと判定した場合（ステップＳ１７のＹｅｓ）、ステップＳ１８において、ろ過ポンプ９０を停止する。

ステップＳ１９において、制御部３は、全ての集水槽２０について、対象集水槽２０として洗浄が完了したか否かを判定する。制御部３は、全ての集水槽２０について洗浄が完了していないと判定した場合（ステップＳ１９のＮｏ）、ステップＳ２０において、対象集水槽２０を切り替える。その後、集水弁制御ステップＳ１１に戻り、制御部３は、対象集水槽２０の集水洗浄を行う。制御部３は、全ての集水槽２０について洗浄が完了するまで、集水弁制御ステップＳ１１から完了判定ステップＳ１９を繰り返す。制御部３は、全ての集水槽２０の洗浄が完了したと判定した場合（ステップＳ１９のＹｅｓ）、集水洗浄工程を終了して、揚砂洗浄工程に進む。

図７は、図５の揚砂洗浄工程（ステップＳ３）を説明するフローチャートである。

ステップＳ２１において、制御部３は、全ての集水槽２０の集水弁７４を開く。ステップＳ２２において、制御部３は、全ての集水槽２０の洗浄弁７９を閉じる。ステップＳ２３において、制御部３は、揚砂水弁８１を開く。ステップＳ２４において、制御部３は、ろ過ポンプ９０および揚砂ブロア７０を起動する。ステップＳ２５において、制御部３は、予め設定された揚砂洗浄設定時間の経過を判断するためのタイマのカウントをスタートする。

これにより、各集水槽２０から集水されたろ過水２９は、揚砂洗浄水として揚砂水出口２８から揚砂管３０の吸込口３１近傍へ供給される。揚砂洗浄水は、ろ過槽１０底部側のろ過砂６１の空隙を広げ、ろ過砂６１を揚砂（上昇）しやすくするという作用を有する。ろ過層下部６０ｂおよびこの深層側に位置するろ過砂６１は、揚砂ブロア７０からの空気による上昇流で、揚砂洗浄水とともに揚砂管３０内を上昇する。このとき、集水洗浄工程でろ過砂６１ｂによりサンドイッチ状に捕捉された懸濁物質６３は、揚砂管３０に吸い込まれ、いち早く除去される。

揚砂管３０内では、揚砂洗浄水との撹拌、混合作用により、ろ過砂６１が洗浄されながら吐出口３２に至る。このような洗浄作用によって、ろ過砂６１から懸濁物質などの付着分が除去される。吐出されたろ過砂６１を含む揚砂洗浄水は、排水トラフ５０の傾斜板５２の上方（分離槽４０）に吐出される。

ろ過砂６１から除去された懸濁物質は、揚砂洗浄水の流れとともに仕切板４１の下方を通って排水トラフ５０側に流れる。そして、水位差を利用して排水トラフ５０の排水部５１の上端縁を越えて排水部５１内に流入し、洗浄水排水口１７からろ過槽１０外に排出される。一方、吐出されたろ過砂６１は、仕切板４１によって排水トラフ５０側に流れるのを阻止され、その自重により沈降する。ここで、図１０（ｂ）は、揚砂洗浄工程の説明図である。ろ過砂６１ｃは、傾斜板５２上に一時的に堆積する。このろ過砂６１ｃは、小孔５２ａを通過することにより徐々にろ過層６０に流動する。これにより、洗浄されたろ過砂６１ｃがろ過層６０の表層部に少しずつ移動し、ろ過層下部６０ｂまで移動してしまい再び揚砂されてしまうことを低減する。

なお、制御部３は、揚砂管３０の口径や配置数、洗浄時間間隔などに応じて、各揚砂管３０に対して交互に空気および揚砂洗浄水を供給してもよいし、全ての揚砂管３０に対して同時に空気を供給してもよい。また、制御部３は、空気および揚砂洗浄水の供給量も、調整弁７１、８２により適宜調整することができる。これらは、揚砂集水洗浄工程（ステップＳ４）、揚砂工程（ステップＳ５）および第２揚砂洗浄工程（ステップＳ６）においても同様である。

ステップＳ２６において、制御部３は、揚砂洗浄設定時間が経過したか否かを判定する。制御部３は、設定時間が経過していないと判定した場合（ステップＳ２６のＮｏ）、設定時間が経過するまで待機する。一方、制御部３は、設定時間が経過したと判定した場合（ステップＳ２６のＹｅｓ）、揚砂洗浄工程を終了して、揚砂集水洗浄工程に進む。

図８は、図５の揚砂集水洗浄工程（ステップＳ４）を説明するフローチャートである。

ステップＳ３１において、制御部３は、ろ過ポンプ９０および揚砂ブロア７０を起動する。ステップＳ３２において、制御部３は、対象集水槽２０の集水弁７４を閉じる。また、制御部３は、対象集水槽２０以外の集水槽２０の集水弁７４を開く。ステップＳ３３において、対象集水槽２０の洗浄弁７９を開く。また、制御部３は、対象集水槽２０以外の集水槽２０の洗浄弁７９を閉じる。ステップＳ３４において、制御部３は、揚砂水弁８１を開く。ステップＳ３５において、制御部３は、予め設定された揚砂集水洗浄設定時間の経過を判断するためのタイマのカウントをスタートする。

ここで、前工程である第１揚砂洗浄工程においては、ろ過層上部６０ｕの深層側である図１０（ｃ）に示す領域６０ｘに位置するろ過砂６１が流動し辛く、固まりやすい。揚砂集水洗浄工程においては、揚砂洗浄工程および集水洗浄工程を同時に行うことにより、この領域６０ｘのろ過砂６１を洗浄することを目的とする。

例えば右側集水槽２０ａ、中央側集水槽２０ｂよりろ過水２９が集水され、集水されたろ過水２９は左側集水槽２０ｃに送られる。ここで、図１０（ｄ）は、揚砂集水洗浄工程の説明図である。対象集水槽２０としての左側集水槽２０ｃは、逆洗水６５が供給されることにより、領域６０ｘのろ過砂６１をろ過層上部６０ｕ側へと移動させることができる。ろ過層上部６０ｕ側へ移動したろ過層６１ｄは、さらにろ過層下部６０ｂに移動する。これにより、第１揚砂洗浄工程においては揚砂管３０への集砂が不十分であった領域６０ｘのろ過砂６１をろ過層下部６０ｂに移動させ、揚砂管３０で撹拌洗浄することができる。ゆえに、揚砂集水洗浄工程においては、ろ過層上部６０ｕのろ過砂６１を効率良くろ過層下部６０ｂへ移動でき、洗浄時間を短縮することができる。

ステップＳ３６において、制御部３は、揚砂集水洗浄設定時間が経過したか否かを判定する。制御部３は、設定時間が経過していないと判定した場合（ステップＳ３６のＮｏ）、設定時間が経過するまで対象集水槽２０の洗浄を継続する。一方、制御部３は、設定時間が経過したと判定した場合（ステップＳ３６のＹｅｓ）、ステップＳ３７において、全ての集水槽２０について、対象集水槽２０として揚砂集水洗浄が完了したか否かを判定する。制御部３は、全ての集水槽２０について揚砂集水洗浄が完了していないと判定した場合（ステップＳ３７のＮｏ）、ステップＳ３８において、対象集水槽２０を切り替える。その後、集水弁制御ステップＳ３２に戻り、以降の処理を実行する。制御部３は、全ての集水槽２０について洗浄が完了するまで、集水弁制御ステップＳ３２から完了判定ステップＳ３７を繰り返す。制御部３は、全ての集水槽２０の洗浄が完了したと判定した場合（ステップＳ３７のＹｅｓ）、ステップＳ３９において、ろ過ポンプ９０を停止し、揚砂集水洗浄工程を終了し、揚砂工程に進む。

図９は、図５の揚砂工程（ステップＳ５）を説明するフローチャートである。

ステップＳ４１において、制御部３は、全ての集水槽２０の集水弁７４および洗浄弁７９を閉じる。ステップＳ４２において、制御部３は、揚砂水弁８１を閉じる。ステップＳ４３において、制御部３は、ろ過ポンプ９０を停止する。ステップＳ４４において、制御部３は、揚砂ブロア７０を起動する。ステップＳ４５において、制御部３は、予め設定された揚砂設定時間の経過を判断するためのタイマのカウントをスタートする。

これにより、ろ過層下部６０ｂに位置するろ過砂６１は、揚砂ブロア７０からの空気による上昇流で揚砂管３０内を上昇する。このとき、揚砂洗浄水は供給されていないため、一時的に吸込口３１付近に水（原水）がなくなり、空洞が発生する。また、揚砂集水洗浄工程とは異なり、ろ過ポンプ９０が起動されていないため、ろ過層内部６０ｉのろ過砂６１（集水板２５近傍のろ過砂６１）は集水面２１に対して流動できる。ろ過層内部６０ｉのろ過砂６１は、自重で空洞まで落下し、また、揚砂に必要な水は吸込口３１付近に流動する。これにより、ろ過層内部６０ｉのろ過砂６１は、揚砂洗浄工程と同様に、撹拌洗浄される。

ステップＳ４６において、制御部３は、揚砂設定時間が経過したか否かを判定する。制御部３は、設定時間が経過していないと判定した場合（ステップＳ４６のＮｏ）、設定時間が経過するまで待機する。一方、制御部３は、設定時間が経過したと判定した場合（ステップＳ４６のＹｅｓ）、ステップＳ４７において、揚砂ブロア７０を停止し、揚砂工程を終了して、ろ過槽排水工程（図５のステップＳ７）に進む。

このようなろ過装置１は、上述したとおりの洗浄運転を行うため、ろ過層上部６０ｕ、ろ過層下部６０ｂおよびろ過層内部６０ｉの全ての領域において、ろ過砂６１を満遍なく洗浄することができる。特に、ろ過装置１は、揚砂集水洗浄工程を実行することにより、従来の洗浄方法では洗浄が不十分であった、特に上側側のろ過層内部６０ｉのろ過砂６１をろ過層下部６０ｂまで流動させることができ、効率良く洗浄を実施することができる。これにより、ろ過装置１は、従来のろ過装置に比べて、ろ過砂６１の寿命（交換周期）を格段に延ばすことができる。

以上、この発明の実施の形態について説明したが、具体的な構成は、上記の実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更などがあっても、この発明に含まれる。

例えば、上記の実施の形態では、ろ過装置１が、ろ過砂６１をろ材とする例を説明したが、ろ過装置のろ材は限定されない。すなわち、ろ材は、ろ過砂に限らず、その他の微細な粒状のろ材であってもよく、アンスラサイト、ガーネット、サンゴ砂、酸化アルミニウム、骨炭、粒状活性炭、ゼオライトなどのろ過砂や吸着材であってもよい。ろ材が吸着材の場合には、ろ過装置は吸着装置となる。

制御部により実行される洗浄工程は、少なくとも揚砂集水洗浄工程が含まれていればよく、制御内容や工程の順序などは上記実施形態に限られない。

１ ろ過装置
３ 制御部
１０ ろ過槽
２０ 集水槽
２１ 集水面
２５ 集水板
３０ 揚砂管
３１ 吸込口
３２ 吐出口
４０ 分離槽
４１ 仕切板
５０ 排水トラフ
５１ 排水部
５２ 傾斜板
６０ ろ過層
６０ｂ ろ過層下部
６０ｉ ろ過層内部
６０ｕ ろ過層上部
６１ ろ過砂
７０ 揚砂ブロア
９０ ろ過ポンプ

Claims (4)

1. 底面と、前記底面から略垂直に立ち上がる壁部と、を有し、前記壁部から原水を流入させるろ過槽と、
   前記壁部から前記底面に向けて傾斜し、前記原水をろ過する粒状のろ材によりろ過層が形成される集水面を有し、前記ろ過層でろ過されたろ過水を貯留する複数の集水槽と、
   下側の端部に設けられ前記ろ過層内に埋没され前記ろ材を吸い上げる吸込口と、上側の端部に設けられ前記ろ材を吐出し前記ろ過層に戻す吐出口と、を有し、前記ろ材を吸い上げることで洗浄するリフト管と、
   前記ろ材を前記吸込口から前記吐出口まで吸い上げるための空気を、前記吸込口に供給する空気供給手段と、
   各前記集水槽に貯留された前記ろ過水を、前記吸込口にリフト水として供給するリフト水供給手段と、
   各前記集水槽に貯留された前記ろ過水を、他の前記集水槽に集水洗浄水として供給する集水洗浄水供給手段と、
   前記吐出口よりも下方で前記ろ材から分離した懸濁物質を含む排水を前記ろ過槽外部に排出する排出手段と、
   前記ろ材を洗浄するため、前記空気供給手段、前記リフト水供給手段、および前記集水洗浄水供給手段を制御する制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、
   前記集水洗浄水供給手段により前記複数の集水槽のうち少なくとも一の前記集水槽である対象集水槽以外の前記集水槽から前記ろ過水を集水し、前記対象集水槽に前記集水洗浄水を供給する集水洗浄工程を、前記対象集水槽を順次切り替えながら実行し、
   前記集水洗浄工程の後に、前記空気供給手段および前記リフト水供給手段により前記吸込口に前記空気および前記リフト水を供給するリフト洗浄工程を実行し、
   前記リフト洗浄工程の後に、前記集水洗浄水供給手段により前記対象集水槽以外の前記集水槽から前記ろ過水を集水し、前記対象集水槽に前記集水洗浄水を供給すると同時に、前記空気供給手段および前記リフト水供給手段により前記吸込口に前記空気および前記リフト水を供給するリフト集水洗浄工程を、前記対象集水槽を順次切り替えながら実行し、
   前記リフト集水洗浄工程の後に、前記空気供給手段により前記吸込口に前記空気を供給するリフト工程を実行する、ろ過装置。
2. 前記制御手段は、前記リフト工程の後に、再度前記リフト洗浄工程を実行する、請求項１記載のろ過装置。
3. 底面と、前記底面から略垂直に立ち上がる壁部と、を有し、前記壁部から原水を流入させるろ過槽と、前記壁部から前記底面に向けて傾斜し、前記原水をろ過する粒状のろ材によりろ過層が形成される集水面を有し、前記ろ過層でろ過されたろ過水を貯留する複数の集水槽と、下側の端部に設けられ前記ろ過層内に埋没され前記ろ材を吸い上げる吸込口と、上側の端部に設けられ前記ろ材を吐出し前記ろ過層に戻す吐出口と、を有し、前記ろ材を吸い上げることで洗浄するリフト管と、前記ろ材を前記吸込口から前記吐出口まで吸い上げるための空気を、前記吸込口に供給する空気供給手段と、各前記集水槽に貯留された前記ろ過水を、前記吸込口にリフト水として供給するリフト水供給手段と、各前記集水槽に貯留された前記ろ過水を、他の前記集水槽に集水洗浄水として供給する集水洗浄水供給手段と、前記吐出口よりも下方で前記ろ材から分離した懸濁物質を含む排水を前記ろ過槽外部に排出する排出手段と、前記ろ材を洗浄するため、前記空気供給手段、前記リフト水供給手段、および前記集水洗浄水供給手段を制御する制御手段と、を備えるろ過装置を準備する工程と、
   前記集水洗浄水供給手段により前記複数の集水槽のうち少なくとも一の前記集水槽である対象集水槽以外の前記集水槽から前記ろ過水を集水し、前記対象集水槽に前記集水洗浄水を供給する集水洗浄工程を、前記対象集水槽を順次切り替えながら実行する工程と、
   前記集水洗浄工程の後に、前記空気供給手段および前記リフト水供給手段により前記吸込口に前記空気および前記リフト水を供給するリフト洗浄工程を実行する工程と、
   前記リフト洗浄工程の後に、前記集水洗浄水供給手段により前記対象集水槽以外の前記集水槽から前記集水洗浄水を集水し、前記対象集水槽に前記集水洗浄水を供給すると同時に、前記空気供給手段および前記リフト水供給手段により前記吸込口に前記空気および前記リフト水を供給するリフト集水洗浄工程を、前記対象集水槽を順次切り替えながら実行する工程と、
   前記リフト集水洗浄工程の後に、前記空気供給手段により前記吸込口に前記空気を供給するリフト工程を実行する工程と、を備える、ろ材洗浄方法。
4. 前記リフト工程の後に、再度前記リフト洗浄工程を実行する工程をさらに備える、請求項３記載のろ材洗浄方法。
   

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