JP7122217B2

JP7122217B2 - 移床式砂ろ過装置の固着砂層破砕方法、移床式砂ろ過装置および移床式砂ろ過装置の運転方法

Info

Publication number: JP7122217B2
Application number: JP2018195671A
Authority: JP
Inventors: 雄二奥山; 正彦奥田; 知之土井
Original assignee: Takuma KK
Current assignee: Takuma KK
Priority date: 2018-10-17
Filing date: 2018-10-17
Publication date: 2022-08-19
Anticipated expiration: 2038-10-17
Also published as: JP2020062600A

Description

本発明は、ろ過砂により形成されるろ過層で懸濁物質を含む原水をろ過処理するとともに、ろ過処理に供されたろ過砂を洗浄後にろ過層に戻して再びろ過処理に供するように循環させる構成の移床式砂ろ過装置の固着砂層破砕方法、移床式砂ろ過装置および移床式砂ろ過装置の運転方法に関するものである。

この種の従来の移床式砂ろ過装置として、例えば図６（ａ）および（ｂ）に示されるようなものがある（特許文献１参照）。この図６（ａ）および（ｂ）に示される移床式砂ろ過装置１０１は、ろ過槽１０２と、エアリフトポンプ１０３とを備えている。

特開２０１３－２７８２１号公報

ろ過槽１０２の内部には、ろ材としてのろ過砂が充填され、充填されたろ過砂によってろ過層１０４が形成されている。ろ過槽１０２の中心部には、原水流通路を有する二重管構造の筒体１０６に原水流出器１０７および案内シュート１０８がそれぞれ取着されてなる内部装置１１０が配設されている。
ここで、原水流出器１０７は、懸濁物質（ＳＳ）を含んだ被処理水としての原水をろ過層１０４内に流入させるためのものあり、三角または五角形状の断面で下面側が開放された複数本（本例では８本）の原水分散板１１１により構成されている。これら原水分散板１１１は、筒体１０６の周方向に等角度間隔で放射状に配置されて原水流通路と連通状態で筒体１０６の下端部に接合されている。

エアリフトポンプ１０３は、エアリフト管１１５と、圧力開閉式エアコンプレッサ１１６（以下、単に「コンプレッサ１１６」と称する。）とを備えて構成され、エアリフト管１１５の下端部には、コンプレッサ１１６からの圧縮空気（エアリフト空気）を供給する空気配管１１７が接続されている。この空気配管１１７に介設された開閉弁１１８を開くことにより、コンプレッサ１１６から空気配管１１７を介してエアリフト管１１５内にエアリフト空気が吹き込まれ、ろ過砂を水と共にエアリフト管１１５で上昇させながら攪拌して洗浄することができるようになっている。

この移床式砂ろ過装置１０１においては、当該装置１０１の前段に配設された例えば最終沈殿池越流トラフ１２０からの原水が原水流入管１２１および原水流通路を介して原水流出器１０７に送り込まれ、複数（８本）の原水分散板１１１によってろ過層１０４の全域に均一に分散されるようになっている。そして、各原水分散板１１１から流出してろ過層１０４内に流れ込んだ原水は、ろ過層１０４を上部へと流れる間に含有ＳＳがろ過砂に捕捉されてろ過処理される。このろ過処理によって汚濁したろ過砂は、ろ過槽１０２の底部からエアリフト管１１５によって水と共に汲み上げられ、汲み上げられる際にろ過砂が揉まれて捕捉したＳＳが剥離・洗浄され、洗浄されたろ過砂は再びろ過層１０４に戻される。このように、ろ過砂の循環と洗浄を連続的に行うことにより、ろ過性能を安定的に保つことができる。

上記の移床式砂ろ過装置１０１において、ろ過層１０４内に流入する原水の含有ＳＳ濃度が高い場合（あくまでも設計値内で高いという場合）には、エアリフト管１１５内に吹き込むエアリフト空気量を増加させてろ過槽１０４内でのろ過砂の循環速度（循環量）を上げることにより、エアリフトポンプ１１５によるＳＳの排出量と、ろ過層１０４で捕捉されるＳＳの捕捉量とのバランスを保つことができる。

しかし、極めて稀にではあるが、例えば最終沈殿池越流トラフ１２０の一斉清掃等が原因で、含有ＳＳ濃度が短時間に急激かつ極端に上昇（例えば、設計定格値の数十倍以上）した汚水がろ過層１０４内に流入した場合、エアリフトポンプ１１５によるＳＳの排出量よりも、ろ過層１０４で捕捉されるＳＳの捕捉量の方が多くなる。
このとき、ろ過層１０４における原水の流入箇所の近傍、つまり原水流出器１０７の各原水分散板１１１の下面側において、ろ過砂で捕捉したＳＳが堆積し、図７（ａ）および（ｂ）に示されるように、堆積したＳＳとろ過砂とが固着して固着砂層１２５が生成される場合がある。固着砂層１２５は次第に大きくなり、最終的には、原水分散板１１１と案内シュート１０８との間でアーチ構造を形成して遂にはろ過槽１０２と案内シュート１０８との間の通路が最も狭くなった部分１２６（以下、「狭路部１２６」と称する。）を塞ぐようなブリッジ現象が発生する。このブリッジ現象が発生すると、狭路部１２６を塞ぐように張り出した固着砂層１２５によってエアリフト管１１５の下端側に設けられた吸込み部１１５ａに向かうろ過砂の流れが阻害されるため、ろ過砂がエアリフト管１１５の吸込み部１１５ａに向けて落下することができなくなり、遂にはエアリフト管１１５で吸い上げられるろ過砂がなくなり、エアリフト管１１５は単に水の吸い上げを行うのみになる。

このような状態では、原水分散板１１１と案内シュート１０８との間で形成されている固着砂層１２５は、移動せずにそのままであり、ろ過層１０４のろ過砂は循環せず、原水分散板１１１からろ過層１０４へと流入してくるＳＳは堆積し続けることになり、ろ過砂の循環・洗浄が不可能となる。また、ＳＳの堆積によるろ過層１０４の圧力損失が上昇する。

上記の移床式砂ろ過装置１０１では、原水分散板１１１と案内シュート１０８との間に生じた前述のブリッジ現象に起因して連続ろ過および連続洗浄が不可能となった状態を解消するために、当該装置１０１を一旦停止させ、ろ過槽１０２内のＳＳを含んだ水を排水し、全てのろ過砂をろ過槽１０２内から抜き取り、ブリッジ現象を生じさせている固着砂層１２５を除去するといった多大な労力を必要とする作業を行わなければならないという問題点がある。

ところで、上記作業で抜き取ったろ過砂は、固着砂層１２５がある部分をほぐしたり、捕捉したＳＳを分離・洗浄したりする必要があるが、これらを移床式砂ろ過装置１０１の外部で行うためには、仮設タンク等で攪拌・水洗い等を行わなければならず、非常に手間がかかる。

このため、ろ過層の復旧時間を最短にするために、新品のろ過砂をろ過槽１０２内に規定量投入しなければならない場合が多く、新品のろ過砂を投入する場合には、ＳＳを含んだろ過砂の処分が必要であるが、例えばマルチモジュールタイプの移床式砂ろ過装置の場合、使用されるろ過砂が大量であるため、その処分費用も多大なものになるという問題点がある。

本発明は、前述のような問題点に鑑みてなされたもので、ろ過層内に生成した固着砂層を破砕することができ、これによってろ過砂の循環を回復させてろ過性能を安定的に保つことができる移床式砂ろ過装置の固着砂層破砕方法、移床式砂ろ過装置および移床式砂ろ過装置の運転方法を提供することを目的とするものである。

前記目的を達成するために、第１発明による移床式砂ろ過装置の固着砂層破砕方法は、
ろ過槽にろ過砂を充填して形成されるろ過層に懸濁物質を含む原水を流入させることでその原水をろ過処理するとともに、ろ過処理に供された前記ろ過砂をエアリフトポンプによって上昇させながら洗浄し、洗浄した前記ろ過砂を前記ろ過層に戻すようにした移床式砂ろ過装置において、
前記原水に含まれる懸濁物質によって前記ろ過砂が固着して生成される固着砂層に向けて流体を噴射することを特徴とするものである。

次に、第２発明による移床式砂ろ過装置は、
ろ過槽にろ過砂を充填して形成されるろ過層に懸濁物質を含む原水を流入させることでその原水をろ過処理するとともに、ろ過処理に供された前記ろ過砂をエアリフトポンプによって上昇させながら洗浄し、洗浄した前記ろ過砂を前記ろ過層に戻すようにした移床式砂ろ過装置において、
前記原水に含まれる懸濁物質によって前記ろ過砂が固着して生成される固着砂層に向けて流体を噴射する流体噴射器を備えることを特徴とするものである。

次に、第３発明による移床式砂ろ過装置の運転方法は、
第２発明に係る移床式砂ろ過装置の運転方法であって、
前記流体噴射器から前記固着砂層への流体の噴射でその固着砂層を破砕した後に、前記ろ過層への前記原水の流入を停止または排水量未満となるように調整した原水の流入量とした状態で、前記ろ過砂を前記エアリフトポンプによって上昇させながら洗浄しその洗浄したろ過砂を前記ろ過層に戻す動作を繰り返し連続的に行うことを特徴とするものである。

第１発明の移床式砂ろ過装置の固着砂層破砕方法および第２発明の移床式砂ろ過装置によれば、原水に含まれる懸濁物質（ＳＳ）によってろ過砂が固着して生成される固着砂層に向けて流体が噴射されるので、ろ過層内に生成した固着砂層を破砕することができ、これによってろ過砂の循環を回復させてろ過性能を安定的に保つことができる。

また、第３発明の移床式砂ろ過装置の運転方法によれば、噴射した流体による固着砂層の破砕後に、ＳＳがろ過水側へ混入した場合、ろ過層への原水流入停止または排水量未満となるように調整した原水の流入量とし、流体噴射による固着層破砕後、流体噴射を停止する状態を継続することにより、ＳＳは徐々に沈降しろ過層まで沈降する。
この間ろ過層はエアリフトポンプによる連続洗浄によりＳＳ除去されるので、流体を噴射することによって、ろ過層から吹き上げられたＳＳはろ過水側に残ることがなく、排出することができる。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る移床式砂ろ過装置を示す模式図で、（ａ）は横断面図、（ｂ）は縦断面図である。図２は、本発明の第２の実施形態に係る移床式砂ろ過装置を示す模式図で、（ａ）は横断面図、（ｂ）は縦断面図である。図３は、本発明の第３の実施形態に係る移床式砂ろ過装置を示す模式図で、（ａ）は横断面図、（ｂ）は縦断面図である。図４は、本発明の第４の実施形態に係る移床式砂ろ過装置を示す模式図で、（ａ）は横断面図、（ｂ）は縦断面図である。図５は、本発明の第５の実施形態に係る移床式砂ろ過装置を示す模式図で、（ａ）は横断面図、（ｂ）は縦断面図である。図６は、従来の移床式砂ろ過装置の正常な状態を示す模式図で、（ａ）は横断面図、（ｂ）は縦断面図である。図７は、従来の移床式砂ろ過装置のろ過砂循環不良の状態を示す模式図で、（ａ）は横断面図、（ｂ）は縦断面図である。

次に、本発明による移床式砂ろ過装置の固着砂層破砕方法、移床式砂ろ過装置および移床式砂ろ過装置の運転方法の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

〔第１の実施形態〕
図１には、本発明の第１の実施形態に係る移床式砂ろ過装置を示す模式図で、（ａ）には横断面図が、（ｂ）には縦断面図がそれぞれ示されている。

＜移床式砂ろ過装置の概略説明＞
図１に示される移床式砂ろ過装置１Ａは、ろ過槽２とエアリフトポンプ３とを備え、ろ過槽２にろ材としてのろ過砂が充填されて形成されるろ過層４に、懸濁物質（ＳＳ）を含んだ被処理水としての原水を上向きに流すことでその原水をろ過処理するとともに、ろ過処理に供されたろ過砂をエアリフトポンプ３で上昇させながら洗浄し、洗浄したろ過砂をろ過層４に戻すように構成されている。

＜ろ過槽の説明＞
ろ過槽２は、上下方向に延びる筒状胴部５と、この筒状胴部５の下端側に一体的に連設される漏斗状底部６とからなり、ろ過層４を形成するろ過砂が筒状胴部５の上下方向中間位置から漏斗状底部６に亘って充填されている。なお、ろ過槽２内におけるろ過層４の上面から筒状胴部５の上端部位置に至る部分には、ろ過層４でろ過処理された後のろ過水によって処理水層７が形成されている。

＜内部装置の説明＞
ろ過層４の中心部には、内部装置１０が配設されている。この内部装置１０は、主に、原水流出器１１、筒体１２および案内シュート１３により構成されている。

原水流出器１１は、ろ過層４の上下方向の案内シュート１３の上部に埋め込まれるように配されている。この原水流出器１１は、三角または五角形状の断面で下面側が開放された複数本（本例では８本）の原水分散板１５により構成されている。これら原水分散板１５は、筒体１２の周方向に等角度間隔で放射状に配置されて後述する原水流通路１８と連通状態で筒体１２の下端部に接合され、これら原水分散板１５から原水が均一にろ過層４へと流出するようになっている。
筒体１２は、原水流出器１１の上方に向かって真っ直ぐに延びる内管１７および外管１８よりなる二重管構造体であり、外管１８には、上端側が閉鎖され下端側が各原水分散板１５に繋がる原水流通路が形成されている。この原水流通路には、移床式砂ろ過装置１Ａの前段に配設された例えば最終沈殿池越流トラフ２０からの原水が原水流入管２１を介して送り込まれるようになっている。
案内シュート１３は、原水流出器１１の下側に位置するように筒体１２の下端に一体的に接合されており、原水流出器１１の下方に向かって末広がりの傘形状部材からなり、ろ過槽２内のろ過砂が均一に下向きに移動するように案内する役目をする。

＜エアリフトポンプの説明＞
エアリフトポンプ３は、筒体１２の内管１７の内部を通してろ過槽２の中心部に配されてろ過槽２の上部から下部に亘って延びるエアリフト管２５と、このエアリフト管２５に対する圧縮空気（エアリフト空気）の供給源としての圧力開閉式エアコンプレッサ２６（以下、単に「コンプレッサ２６」という。）とを備えて構成されている。

エアリフト管２５の下端部には、コンプレッサ２６からのエアリフト空気を供給するエアリフト空気配管２７が接続されている。このエアリフト空気配管２７には、その管路を開閉しその管路内を流れるエアリフト空気の流量を調節する開閉弁２８が介設されており、この開閉弁２８を開くことにより、コンプレッサ２６からエアリフト空気配管２７を介してエアリフト管２５内にエアリフト空気が吹き込まれ、ろ過砂を水と共にエアリフト管２５で上昇させながら攪拌して洗浄することができるようになっている。

＜ろ過処理の説明＞
移床式砂ろ過装置１Ａにおいては、最終沈殿池越流トラフ２０からの原水が原水流入管２１、原水流通路１８を介して原水流出器１１に送り込まれ、複数（８本）の原水分散板１５によってろ過層４の全域に均一に分散されるようになっている。そして、各原水分散板１５から流出してろ過層４内に流れ込んだ原水は、ろ過層４を上部へと流れる間に含有ＳＳがろ過砂に捕捉されてろ過処理され、ろ過処理後のろ過水は、ろ過槽２の上部に設けられた集水トラフ２９から図示されないろ過水流出管を介して次の処理装置（図示省略）へと送られる。

＜汚濁ろ過砂の洗浄・循環・分離処理の説明＞
上記のろ過処理において、ろ過層４で原水をろ過することによってろ過砂は汚濁されるが、この汚濁したろ過砂は、ろ過槽２の底部からエアリフト管２５によって水と共に汲み上げられ、その際にエアリフト管２５内でろ過砂が揉まれて捕捉したＳＳが剥離される。エアリフト管２５で汲み上げられたろ過砂と水は、内部装置１０の上端部に装着された分離器３０へと導入されて分離処理される。
分離器３０で分離処理されたろ過砂は、ラビリンス通路を備えたサンドウォッシャー３１でろ過水と対向流で洗浄されて再びろ過層４へ戻される。このように、ろ過砂の循環と洗浄を連続的に行うことにより、ろ過性能を安定的に保つことができる。
分離器３０で分離処理された水は、多量のＳＳを含んでおり、洗浄排水としてオリフィスプレート３２の孔から洗浄排水管３３を介して装置外へと排出される。

ところで、ろ過層４において、原水分散板１５と案内シュート１３との間の部分には、後述するような原因で固着砂層３５が生成することがあり、しかも、ろ過槽２の漏斗状底部６の内壁面と、案内シュート１３の下端側外周縁との間の部分は、原水分散板１５と案内シュート１３との間のろ過砂がエアリフト管２５の下端側に設けられている吸込み部２５ａに向けて流れる際の通路中で最も狭くなる部分３６（以下、「狭路部３６」と称する。）であり、原水分散板１５と案内シュート１３との間で生成した固着砂層３５が成長してその狭路部３６を塞ぐようなことになると、エアリフト管２５の吸込み部２５ａに向かうろ過砂の流れが著しく阻害されることになる。
そこで、第１の実施形態の移床式砂ろ過装置１Ａには、原水分散板１５の下方の狭路部３６に向けて、流体（本例では圧縮空気）を噴射する流体噴射器５０が装備されている。

＜流体噴射器の説明＞
流体噴射器５０は、ろ過槽２の漏斗状底部６の外側にその漏斗状底部６を取り囲むように配置される環状空気配管（環状流体配管）５１と、複数（８本）の原水分散板１５の配置に合わせてろ過槽２の漏斗状底部６の周方向に等角度間隔でその漏斗状底部６と環状空気配管５１との間に配される複数（８個）の噴射ノズル５２とを備えて構成されている。
各噴射ノズル５２は、その先端側に設けられた噴射口を各原水分散板１５の下方の狭路部３６に向けて斜め上向となるようにその先端部がろ過槽２の漏斗状底部６の壁に貫通状態で装着される一方、その基端部が環状空気配管５１と連通接続されている。
環状空気配管５１には、エアリフト空気配管２７から分岐する分岐空気配管４３が接続されている。この分岐空気配管４３には、その管路を開閉しその管路内を流れる圧縮空気の流量を調節する開閉弁４４が介設されており、この開閉弁４４を開くことにより、コンプレッサ２６からエアリフト空気配管２７および分岐空気配管４３を介して環状空気配管５１内に圧縮空気が送り込まれ、この環状空気配管５１内に送り込まれた圧縮空気が噴射ノズル５２の噴射口から原水分散板１５の下方の狭路部３６に向けて噴射される。
なお、ここで述べたように、コンプレッサ２６からの圧縮空気を分岐空気配管４３を介して流体噴射器５０から噴射するような態様に限定されるものではなく、コンプレッサ２６とは別に独立に設けられる圧縮空気供給源（例えばコンプレッサ２６と同様のもの）からの圧縮空気を流体噴射器５０から噴射するようにしても良い。
また、本例では、開閉弁４４が、後述する制御器４５からの信号により開閉する構造のものを採用したが、これに限定されるものではなく、手動にて開閉する構造のものを採用しても良い。

＜制御手段の説明＞
開閉弁４４には、その弁の開閉動作を制御する制御器４５が付設されている。この制御器４５には、タイマ制御回路４６が組み込まれている。この制御器４５は、タイマ制御回路４６によるタイマ設定時間Ｔｓを超えたときに、開閉弁４４に向けて弁開作動信号を送信し開閉弁４４を開いて流体噴射器５０を作動させ、流体噴射器５０を所定時間だけ作動させたら開閉弁４４に向けて弁閉作動信号を送信し開閉弁４４を閉じて流体噴射器５０の作動を停止させ、かつタイマ制御回路４６によるタイマ設定時間Ｔｓをリセットして再度カウントを開始する。

以上に述べたように構成される移床式砂ろ過装置１Ａにおいて、各原水分散板１５から流出してろ過層４内に流入する原水の含有ＳＳ濃度が高い場合（あくまでも設計値内で高いという場合）には、エアリフト管２５内に吹き込むエアリフト空気量を増加させてろ過槽２内でのろ過砂の循環速度（循環量）を上げることにより、エアリフトポンプ３によるＳＳの排出量と、ろ過層４で捕捉されるＳＳの捕捉量とのバランスを保つことができる。

しかし、極めて稀にではあるが、例えばＮ（Ｎ：自然数）日おきに定期的に行われる最終沈殿池越流トラフ２０の一斉清掃等が原因で、含有ＳＳ濃度が短時間に急激かつ極端に上昇（例えば、設計定格値の数十倍以上）した汚水がろ過層４内に流入した場合、エアリフトポンプ３によるＳＳの排出量よりも、ろ過層４で捕捉されるＳＳの捕捉量の方が多くなる。
このとき、ろ過層４における原水の流入箇所の近傍、つまり各原水分散板１５の下面側において、ろ過砂で捕捉したＳＳが堆積し、堆積したＳＳとろ過砂とが固着して固着砂層３５が生成される場合がある。固着砂層３５は次第に大きくなり、最終的には、原水分散板１５と案内シュート１３との間でアーチ構造を形成して遂には原水分散板１５の下方の狭路部３６を塞ぐようなブリッジ現象が発生する。このブリッジ現象が発生すると、特に原水分散板１５の下方の狭路部３６を塞ぐように張り出した固着砂層３５によってエアリフト管２５の吸込み部２５ａに向かうろ過砂の流れが阻害されるため、ろ過砂がエアリフト管２５の吸込み部２５ａに向けて落下することができなくなり、遂にはエアリフト管２５で吸い上げられるろ過砂がなくなり、エアリフト管２５は単に水の吸い上げを行うのみになる。

このような状態では、ろ過層４内において原水分散板１５と案内シュート１３との間で形成されている固着砂層３５は、移動せずにそのままであり、ろ過層４のろ過砂は循環せず、原水分散板１５からろ過層４へと流入してくるＳＳは堆積し続けることになり、ろ過砂の循環・洗浄が不可能となる。また、ＳＳの堆積によるろ過層４の圧力損失が上昇する。

＜固着砂層破砕動作の説明＞
第１の実施形態の移床式砂ろ過装置１Ａにおいては、原水分散板１５と案内シュート１３との間に生じた前述のブリッジ現象に起因して連続ろ過および連続洗浄が不可能となった状態を解消するために、制御器４５から開閉弁４４に向けて弁開作動信号を送信し開閉弁４４を開いて流体噴射器５０を作動させる。流体噴射器５０が作動されると、コンプレッサ２６からエアリフト空気配管２７および分岐空気配管４３を経て環状空気配管５１内に送り込まれた圧縮空気が噴射ノズル５２の噴射口から原水分散板１５の下方の狭路部３６に向けて噴射される。

これにより、原水分散板１５と案内シュート１３との間でブリッジ現象を呈している固着砂層３５において、原水分散板１５の下方の狭路部３６を塞ぐように張り出した張出部分３５ａがほぐされ、遂にはその噴射された圧縮空気によって破砕される。破砕された固着砂層３５（３５ａ）は、エアリフト管２５の吸込み部２５ａに向けて落下され、エアリフト管２５によってろ過水と共に汲み上げられ、汲み上げられる際に揉まれてＳＳが剥離・洗浄され、洗浄されたろ過砂は再びろ過層４に戻される。原水分散板１５と案内シュート１３との間に残された固着砂層３５の残部３５ｂは、原水分散板１５と案内シュート１３との間から案内シュート１３の案内によって原水分散板１５の下方の狭路部３６へと落下され、この狭路部３６において噴射ノズル７２から噴射される圧縮空気で順次破砕される。こうして、原水分散板１５と案内シュート１３との間で生成した固着砂層３５の全てが破砕されてブリッジ現象が完全に解消されることになる。

＜作用効果の説明＞
第１の実施形態の移床式砂ろ過装置１Ａによれば、原水分散板１５の下方の狭路部３６を塞ぐように張り出した固着砂層３５の張出部分３５ａがその狭路部３６に向けて噴射された圧縮空気によって破砕されるので、原水分散板１５の下方の狭路部３６を通ってエアリフト管２５の吸込み部２５ａに向かうろ過砂の流れを元に戻すことができ、これによってろ過砂の循環を回復させてろ過性能を安定的に保つことができる。
したがって、従来の移床式砂ろ過装置１０１において、固着砂層１２５のブリッジ現象に起因して連続ろ過および連続洗浄が不可能となった状態を解消するために、当該装置１０１を一旦停止させ、ろ過槽１０２内のＳＳを含んだ水を排水し、全てのろ過砂をろ過槽１０２内から抜き取り、ブリッジ現象を生じさせている固着砂層１２５を除去するといった多大な労力を必要とする作業を行う必要がなくなり、当該装置１０１の外部でのろ過砂洗浄を行う必要がなくなり、新品のろ過砂を全量投入（手配）する必要がなくなり、ＳＳを含んだろ過砂の処分も必要がなくなる。

ここで、流体噴射器５０による圧縮空気の噴射によって処理水層７側に吹き上げられたＳＳが処理水層７側に混入するのを防ぐために、以下のような運転を実施するのがよい（後述する第２～第５の実施形態についても同様）。
すなわち、予め原水の供給を止めて各原水分散板１５からの原水の流出を停止させ、ろ過層４への原水の流入を停止、あるは排水量未満となるように調整した原水の流入量としておく。所定時間経過させてＳＳをろ過層４上に沈降させる。ブリッジ現象が解消されたろ過層４は、エアリフトポンプ３の作動でろ過砂が循環可能な状態となっているため、原水のろ過層４への流入を停止、あるは排水量未満となるように調整した原水の流入量とした状態で、ろ過砂をエアリフトポンプ３によって上昇させながら洗浄しその洗浄したろ過砂をろ過層４に戻す動作を繰り返し連続的に行う。これにより、全てのろ過砂が循環し、全てのＳＳは分離器３０、オリフィスプレート３２および洗浄排水管３３を介して装置外へと排出されることになり、ろ過層４から吹き上げられたＳＳが処理水層７側に混入するのを防ぐことができる。

さらに、固着砂層３５によるブリッジ現象の一因である最終沈殿池越流トラフ２０の一斉清掃がＮ（Ｎ：自然数）日おきに定期的に行われることが決まっており、固着砂層３５によるブリッジ現象がＮ日おきに起きる可能性が高いことが予測されている場合には、制御器４５のタイマ制御回路４６によるタイマ設定時間Ｔｓを２４Ｎ時間として、定期的（Ｎ日おき）に流体噴射器５０を作動させる「ブリッジ現象防止運転」を自動的に実施するようにしてもよい。こうすることにより、ブリッジ現象の発生を未然に防ぐことができる。なお、流体噴射器５０から噴射する流体として圧縮空気を採用した場合には、噴射ノズル５２に繋がる環状空気配管５１内にろ過水の侵入が考えられ（後述する環状空気配管５６，管体７１についても同様）、長期的にはろ過水が腐敗する恐れがあるが、上記のように定期的に流体噴射器５０を作動させることによって、環状空気配管５１内のろ過水が入れ替えられるので、環状空気配管５１内でろ過水が長期間留まることがなくなり、ろ過水の腐敗を未然に防ぐことができる。
また、移床式砂ろ過装置１Ａの通常運転時においても、タイマ設定時間Ｔｓを適当なｎ時間として、一定間隔時間（ｎ時間）ごとに流体噴射器５０を作動させる「ブリッジ現象予防運転」を自動的に実施するようにしてもよい。こうすることにより、ブリッジ現象の元となる固着砂層３５の発生を未然に防ぐことができ、ブリッジ現象の発生を予防することができる。
なお、これらブリッジ現象防止運転やブリッジ現象予防運転を、後述する第２～第５の実施形態のものについても実施するのがよいのは言うまでもない。

〔第２の実施形態〕
図２には、本発明の第２の実施形態に係る移床式砂ろ過装置を示す模式図で、（ａ）には横断面図が、（ｂ）には縦断面図がそれぞれ示されている。なお、第２の実施形態において、先の第１の実施形態と同一または同様のものについては、図に同一符号を付すに留めてその詳細な説明を省略することとし、以下においては、第２の実施形態に特有の部分を中心に説明することとする（後述する第３の実施形態および第５の実施形態についても同様）。

第２の実施形態の移床式砂ろ過装置１Ｂにおいて設けられている流体噴射器５５は、傘形状部材からなる案内シュート１３の下端部位置でその案内シュート１３の内側に周壁面に沿うように全周に亘って配されて分岐空気配管４３を介してエアリフト空気配管２７に接続される環状空気配管（環状流体配管）５６と、複数（８本）の原水分散板１５の配置に合わせて案内シュート１３の周方向に等角度間隔でその案内シュート１３と環状空気配管５６との間に配される複数（８個）の噴射ノズル５７とを備えて構成されている。
各噴射ノズル５７は、その先端側に設けられた噴射口を各原水分散板１５と案内シュート１３との間で狭路部３６のやや上方位置に向けて斜め上向となるようにその先端部が案内シュート１３の壁に貫通状態で装着される一方、その基端部が環状空気配管５６と連通接続されている。

第２の実施形態の移床式砂ろ過装置１Ｂにおいても、第１の実施形態の移床式砂ろ過装置１Ａと同様に、原水分散板１５と案内シュート１３との間に生じた前述のブリッジ現象に起因して連続ろ過および連続洗浄が不可能となった状態を解消するために、制御器４５から開閉弁４４に向けて弁開作動信号を送信し開閉弁４４を開いて流体噴射器５５を作動させる。流体噴射器５５が作動されると、コンプレッサ２６からエアリフト空気配管２７および分岐空気配管４３を経て環状空気配管５６内に送り込まれた圧縮空気が噴射ノズル５７の噴射口から原水分散板１５と案内シュート１３との間で狭路部３６のやや上方位置に向けて噴射される。

これにより、原水分散板１５と案内シュート１３との間でブリッジ現象を呈している固着砂層３５において、原水分散板１５の下方の狭路部３６を塞ぐように張り出した張出部分３５ａがほぐされ、遂にはその噴射された圧縮空気によって破砕される。したがって、第３の実施形態の移床式砂ろ過装置１Ｂによっても、第１の実施形態の移床式砂ろ過装置１Ａと同様の作用効果を得ることができる。

〔第３の実施形態〕
図３には、本発明の第３の実施形態に係る移床式砂ろ過装置を示す模式図で、（ａ）には横断面図が、（ｂ）には縦断面図がそれぞれ示されている。

第３の実施形態の移床式砂ろ過装置１Ｃにおいて設けられている流体噴射器６０は、傘形状部材からなる案内シュート１３の下端部位置でその案内シュート１３の内側に周壁面に沿うように全周に亘って環状に形成されて分岐空気配管４３を介してエアリフト空気配管２７に接続される環状流体溜り室６１と、複数（８本）の原水分散板１５の配置に合わせて案内シュート１３の周方向に等角度間隔でその案内シュート１３の下端部位置に配される複数（８個）の噴射ノズル６２とを備えて構成されている。
環状流体溜り室６１は、下方に進むに従って内径および外径が共に小さくなり軸方向の長さが径寸法に対して極端に短い逆円錐台状のテーパ筒状部材６３を案内シュート１３の下端部内壁面に固着することでそのテーパ筒状部材６３と案内シュート１３の下端部内壁面とによって区画形成されるものであり、下方には開放されている。
各噴射ノズル６２は、その先端側に設けられた噴射口を各原水分散板１５と案内シュート１３との間で狭路部３６のやや上方位置に向けて斜め上向となるようにその先端部が案内シュート１３の壁に貫通状態で装着される一方、その基端部が環状流体溜り室６１と連通接続されている。なお、案内シュート１３に噴射ノズル６２を装着する構成に代えて、案内シュート１３に噴射口として機能する開口を穿設する構成を採用してもよい。

第３の実施形態の移床式砂ろ過装置１Ｃにおいても、第１の実施形態の移床式砂ろ過装置１Ａと同様に、原水分散板１５と案内シュート１３との間に生じた前述のブリッジ現象に起因して連続ろ過および連続洗浄が不可能となった状態を解消するために、制御器４５から開閉弁４４に向けて弁開作動信号を送信し開閉弁４４を開いて流体噴射器６０を作動させる。流体噴射器６０が作動されると、コンプレッサ２６からエアリフト空気配管２７および分岐空気配管４３を経て環状流体溜り室６１内に送り込まれた圧縮空気が噴射ノズル６２の噴射口から原水分散板１５と案内シュート１３との間で狭路部３６のやや上方位置に向けて噴射される。

これにより、原水分散板１５と案内シュート１３との間でブリッジ現象を呈している固着砂層３５において、原水分散板１５の下方の狭路部３６を塞ぐように張り出した張出部分３５ａがほぐされ、遂にはその噴射された圧縮空気によって破砕される。したがって、第３の実施形態の移床式砂ろ過装置１Ｃによっても、第１の実施形態の移床式砂ろ過装置１Ａと同様の作用効果を得ることができる。

〔第４の実施形態〕
図４には、本発明の第４の実施形態に係る移床式砂ろ過装置を示す模式図で、（ａ）には横断面図が、（ｂ）には縦断面図がそれぞれ示されている。なお、この第４の実施形態において、先の第３の実施形態と同一または同様のものについては、図に同一符号を付すに留めてその詳細な説明を省略することとし、以下においては、第４の実施形態に特有の部分を中心に説明することとする。

第４の実施形態の移床式砂ろ過装置１Ｄにおいて設けられている流体噴射器６５は、第３の実施形態の移床式砂ろ過装置１Ｃにおいて設けられている流体噴射器６０おける複数の噴射ノズル６２を省略し、環状流体溜り室６１のみで構成されたものである。
この流体噴射器６５においては、開閉弁４４を開くことにより、コンプレッサ２６からエアリフト空気配管２７および分岐空気配管４３を介して環状空気溜り室６１に圧縮空気が送り込まれ、この環状空気溜り室６１内に送り込まれた圧縮空気がその環状空気溜り室６１の下方に開放された面から一旦下方に向けて噴出された後に案内シュート１３の全周に亘ってその径方向外側から上方に反転して狭路部３６の上方に向けて噴出される。
なお、図４（ｂ）に示されるように、案内シュート１３の下端部内壁に固着されるテーパ筒状部材６３が、案内シュート１３の下端から下方に突出するように長く形成されているので、環状空気溜り室６１からその下方に噴出された圧縮空気が案内シュート１３の内側に入り込まないようになっている。
第３の実施形態の移床式砂ろ過装置１Ｃでは、噴射ノズル６２の配置によって原水分散板１５の下方の固着砂層３５を主として破砕するのに対して、第４の実施形態の移床式砂ろ過装置１Ｄによれば、案内シュート１３の全周に亘ってその径方向外側から上方に反転して狭路部３６の上方に向けて圧縮空気が噴出されるので、噴射ノズル６２の配置にとらわれずに、案内シュート１３の周辺の固着砂層３５の全体を均一に破砕することができ、ろ過層４内全体のブリッジ現象を解消することができる。

〔第５の実施形態〕
図５には、本発明の第５の実施形態に係る移床式砂ろ過装置を示す模式図で、（ａ）には横断面図が、（ｂ）には縦断面図がそれぞれ示されている。

第５の実施形態の移床式砂ろ過装置１Ｅにおいて設けられている流体噴射器７０は、ろ過槽２の上方から原水分散板１５の付近を通過して原水分散板１５の下方の狭路部３６の近傍まで延びる管体７１と、この管体７１の下端部に装着され、原水分散板１５の下方の狭路部３６に臨ませた噴射口を有する噴射ノズル７２とを備えて構成されている。管体７１の上端部には、エアリフト空気配管２７から分岐する分岐空気配管４３が接続されている。

第５の実施形態の移床式砂ろ過装置１Ｅにおいても、第１の実施形態の移床式砂ろ過装置１Ａと同様に、原水分散板１５と案内シュート１３との間に生じた前述のブリッジ現象に起因して連続ろ過および連続洗浄が不可能となった状態を解消するために、制御器４５から開閉弁４４に向けて弁開作動信号を送信し開閉弁４４を開いて流体噴射器７０を作動させる。流体噴射器７０が作動されると、コンプレッサ２６からエアリフト空気配管２７および分岐空気配管４３を経て環状空気配管７１内に送り込まれた圧縮空気が噴射ノズル７２の噴射口から原水分散板１５の下方の狭路部３６に向けて噴射される。

これにより、原水分散板１５と案内シュート１３との間でブリッジ現象を呈している固着砂層３５において、原水分散板１５の下方の狭路部３６を塞ぐように張り出した張出部分３５ａがほぐされ、遂にはその噴射された圧縮空気によって破砕される。したがって、第５の実施形態の移床式砂ろ過装置１Ｅによっても、第１の実施形態の移床式砂ろ過装置１Ａと同様の作用効果を得ることができる。

以上、本発明の移床式砂ろ過装置の固着砂層破砕方法、移床式砂ろ過装置および移床式砂ろ過装置の運転方法について、複数の実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記実施形態に記載した構成に限定されるものではなく、各実施形態に記載した構成を適宜組み合わせる等、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。

例えば、上記各実施形態において、流体噴射器５０，５５，６０，６５，７０から噴射される流体を圧縮空気から圧力水とする態様もあり得る。
第１の実施形態の移床式砂ろ過装置１Ａに適用した場合を代表例として説明すると、図１において符号８０が付された二点鎖線の四角枠で囲まれた部分に示されるように、水槽８１に貯留されている水をポンプ８２で吸い上げ、ポンプ８２と環状空気配管５１とを繋ぐ水配管８３の途中に介設された開閉弁８４の開弁作動により、ポンプ８２からの圧力水を水配管８３および環状空気配管５１を介して噴射ノズル５２の噴射口から狭路部３６に向けて噴射する構成を採用することができる。ここでは、環状空気配管（環状流体配管）５１は、環状水配管の役目をする。

また、上記各実施形態においては、エアリフトポンプ３のエアリフト空気の供給源であるコンプレッサ２６からの圧縮空気を利用して流体噴射器５０，５５，６０，６５，７０から破砕用の圧縮空気を噴射するようにした例を示したが、そのコンプレッサ２６とは別に圧縮空気供給源（例えばコンプレッサ２６と同様のもの）を独立に設け、この別途独立に設けられた圧縮空気供給源からの圧縮空気を流体噴射器５０，５５，６０，６５，７０から噴射する態様もあり得る。

また、第１～第３の実施形態および第５の実施形態において、流体噴射器５０，５５，６０，７０における噴射ノズル５２，５７，６２，７２の噴射口には、ろ過砂が侵入しないように、ろ過砂の粒径よりも目の細かい金網もしくはウエッジワイヤー等のろ過砂逆流防止手段を設けておくのが好ましい。

また、上記各実施形態の移床式砂ろ過装置１Ａ～１Ｅを複数基一纏めにした構成のマルチモジュール型のろ過装置においても、上記各実施形態にいて適用された流体噴射装置５０，５５，６０，６５，７０を同様にして設けることができるのは言うまでもない。この場合、流体用配管は、コンクリート槽に埋め込まれることになるので、柱もしくは側壁の中に埋め込み、流体を供給できる場所まで延長しておくのがよい。

本発明の移床式砂ろ過装置の固着砂層破砕方法、移床式砂ろ過装置および移床式砂ろ過装置の運転方法は、ろ過層内に生成した固着砂層を破砕することができ、これによってろ過砂の循環を回復させてろ過性能を安定的に保つことができるという特性を有していることから、下水・上水、一般排水等の水処理の用途に好適に用いることができ、産業上の利用可能性が大である。

１Ａ～１Ｅ移床式砂ろ過装置
２ろ過槽
３エアリフトポンプ
４ろ過層
１１原水流出器
１３案内シュート
１５原水分散板
２５エアリフト管
３５固着砂層
５０，５５，６０，６５，７０流体噴射器

Claims

ろ過槽にろ過砂を充填して形成されるろ過層に懸濁物質を含む原水を流入させることでその原水をろ過処理するとともに、ろ過処理に供された前記ろ過砂をエアリフトポンプによって上昇させながら洗浄し、洗浄した前記ろ過砂を前記ろ過層に戻すようにした移床式砂ろ過装置において、
前記原水を前記ろ過層へと流出させる複数本の原水分散板に合わせて配される複数のノズルから、前記原水に含まれる懸濁物質によって前記ろ過砂が固着して生成される固着砂層に向けて流体を噴射することを特徴とする移床式砂ろ過装置の固着砂層破砕方法。
ろ過槽にろ過砂を充填して形成されるろ過層に懸濁物質を含む原水を流入させることでその原水をろ過処理するとともに、ろ過処理に供された前記ろ過砂をエアリフトポンプによって上昇させながら洗浄し、洗浄した前記ろ過砂を前記ろ過層に戻すようにした移床式砂ろ過装置において、
前記原水を前記ろ過層へと流出させる複数本の原水分散板に合わせて配される複数のノズルから、前記原水に含まれる懸濁物質によって前記ろ過砂が固着して生成される固着砂層に向けて流体を噴射する流体噴射器を備えることを特徴とする移床式砂ろ過装置。
請求項２に記載の移床式砂ろ過装置の運転方法であって、
前記流体噴射器から前記固着砂層への流体の噴射でその固着砂層を破砕した後に、前記ろ過層への前記原水の流入を停止または排水量未満となるように調整した原水の流入量とした状態で、前記ろ過砂を前記エアリフトポンプによって上昇させながら洗浄しその洗浄したろ過砂を前記ろ過層に戻す動作を繰り返し連続的に行うことを特徴とする移床式砂ろ過装置の運転方法。