JPH01155911A - 重力濾過装置の濾層目詰まり状態監視装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （１！！業上の利用分野） 本発明は、用水、廃水の濾過処理を行なう重力−過装置
に関し、詳しくは、流入原水量と流出−過水量とを均衡
させて重力ｒ通檜内部の濾層の露出防止を図ると共に、
処理水水質の安定化を図るようにした重力濾過装置にお
いて、濾層の目詰まり進行状態の確認を容易化した重力
濾過装置の濾層目詰まり状態監視装置に関するものであ
る。

（従来の技術） 重力−過装置は、用水、廃水を濾層を通すこの構造が簡
単であることから現在においても多く用いられている装
置である。

この重力濾過装置では、通常一定水量で流入される原水
が１層上部で槽からあふれ出すことを防止すると共に、
処理水の水質を安定させるためにｒ層を常時水面下に保
持する（ｒ層を露出させない）ことが重要であるとされ
ている。

しかし重力？ＦＡ装置ではｒ層の通水抵抗が通水初期か
ら末期にわたって次第に増大するので、このようなｒ層
の通水抵抗の変化にかかわらず装置全体の通水量を常に
一定に保つ工夫が必要とされ、そこでこの通水量−変化
のために濾過水排出側に流量制御機構を設けているのが
普通である。

例えば第４図に示される重力濾過装置のように、−過水
流出管６の途中に逆Ｕ字管（原水液面の降下時にサイホ
ンを切る作用でその液面降下を逆Ｕ字管の頂部位置以下
とならないよう停止させるためのものであることから以
下サイホン管７と称する）を設け、このサイホン管頂部
のエア溜りの圧力状態を原水液面の上下動に連動して変
化させることに基づく濾過水流量の制御により、原水供
給の停止時等においても、槽内の原水液面レベル４が濾
層３よりも高い位置に維持できしたがってｒ層の露出を
生じないようにした方式のものが知られている。

この第４図装置のサイホン管７を利用した流量制御機構
の構造及び作動原理は次のように説明される。

すなわち−過水流出管６の途中設けた逆Ｕ字状のサイホ
ン管７は、その流出先端側のサイホン管下降部８の下端
を水封槽９に浸し、流出一過水を溢流形式で外部に取出
すようにされていると共に、槽２内の原水液面位置に配
設したエア吸入量制御機構１０から連通管１１を通して
、サイホン管頂部７ａに、原水液面４のレベルが上下動
することに依存して制御された量のエアを供給するよう
にされた構成をなしている特徴がある。ここで上記エア
吸入量制御機構１０は、例えば第３図（ａ）に示される
ように、原水液面に対向するように下方に向かって開い
た弁座２４を連通管１１の端部に設けると共に、この弁
座２４の開口に対し上下移動することで連通管１１内へ
の吸入エア量を調節するフロート弁体２５設け、このフ
ロート弁体２５を原水液面４に浮遊したフロート２３で
支持した構成として設けられている。

このような構成の第４図装置によれば、装置稼動初期に
は、フロート弁型のエア吸入量制御機構１０から連通管
１１を通してサイホン管頂部７ａに供給されるエアの量
が大であり（つまり原水液面４が降下していてフロート
弁の弁座間口が大きく開いている）、原水液面４とサイ
ホン管頂部７ａの高低差（以下入口水頭ｈ１という）は
小さい。これは殆ど目詰まりのない初期の濾層３の抵抗
（以下抵抗ｈ３という）は小さいからｆＡ水は濾層３を
スムースに流れ、サイホン管頂部の下側内壁を基部とし
て一過水が＃ｉ流するには小さな入口水頭ｈ１で足りる
からである。サイホン管頂部に溜ったエアはサイホン管
下降部を落下する濾過水水流に気泡として巻込まれて外
部に排出されるが、装置稼動初期には上述の如くフロー
ト弁型のエア吸入量制御機構１０から連通管１１を通し
てサイホン管頂部７ａに供給されるエアの量が大である
ために、該サイホン管頂部のエア溜りのエア圧が負圧と
なることはない。

なおこの初期状態で原水液面が上昇することがあっても
、基部の越流が増して原水液面の下降を促し、結局４ｉ
１２内の原水液面は所定レベル（概ねｈｌ　＝ｈ３で与
えられるレベル）で自律均衡することになる。

次に、濾層３の目詰まり進行に伴なってフロート弁型の
エア吸入量制御機構１ｏからサイポン管頂部７ａに供給
されるエア量が次第に制限（つまり原水液面が上昇して
弁座間口が狭くなる）された場合を考えると、この場合
にはサイホン管頂部７ａのエア溜りは漸次負圧状態とな
り、この負圧が一過水の基部越流量を増す作用として利
用される。

すなわち１層目詰まりの進行に伴ない該ｒ層の通水抵抗
ｈ３が大きくなると、サイホン管頂部の項部越流水量は
そのままでは減少する。これ、は通水抵抗ｈ３の増大に
見合った程度まで入口水頭ｈ１が大きくならないとｒ層
を通水する水量は少なく、上記装置稼動初期のような自
律均衡作用が得られないからである。しかし高い入口水
頭ｈ１を必要とすることは実用装置として適当でない。

そこで上記第４図装置では、上述サイホン背型のエア吸
入量制御機構を設けて、槽、２内の原水液面が上昇した
ときにはサイホン管頂部内のエア溜りを負圧とさせ、こ
の負圧に基づいて槽２から濾過水を流出させる吸引力を
大とし、これにより原水のｒ層３を通る通水力を増幅さ
るようにしているのである。

このことにより、原水液面レベルはエア溜りの負圧がな
い場合に比べて低いレベルで与えられることになる。な
お本明細書の以下の説明においては、上記エア溜りの負
圧は通水の負の抵抗と考えることができるのでこれを負
圧（−ｈｚ　）として説明する。たがフて槽２内の原水
液面レベルは概ねｈ１＝ｈ３−ｈｚで与えられる。

このように、原水液面レベルの上下動に従フて、フロー
ト弁型のエア吸入量制御機構１０は連通管１１を通した
サイホン管頂部７ａへの供給エア量を増減制御し、この
供給エア量の増減に反比例して槽２下部から一過水を引
き出そうとする吸引力が増減されるので、結果的に原水
液面レベルが比較的低い位置で一定に保持され、流入原
水の水量と流出−過水の水量とが均衡されることになる
。

なお第４図において１は原水流入管を示し、また５は濾
層を支持するｒ床を示している。

また重力−過装置では、装置の稼動が所定の期間に渡っ
て行なわれると、濾層の目詰まりがそれ以上の濾過操作
には不適当な状態にまで進行することは避けられず、適
当な時期毎に装置の逆洗操作が必要となる。そこでとの
逆洗操作の時期検出のための検出装置および逆洗装置が
附属装置として設けられるのが普通であり、特に以上の
逆洗操作を自動的に行なわせるためには上記逆洗時期の
検出装置は不可欠゛のものである。

上記第４図で示される従来の重力濾過装置においては、
濾層の目詰まりが進行して逆洗の必要時期に至ったこと
を検出するための上記逆洗時期の検出装置として、連通
管１１内部の圧力状態をｖｉ衝器２２（あるいは絞り弁
）を介して真空計２２で測定するようにしてい゛る。こ
れは上記連通管が接続されたサイホン管頂部のエア溜り
のエア圧は、濾層の目詰まりの進行に伴なった原水液面
の上昇に依存して負圧が大きくなるから、この負圧を検
出することで間接的に濾層の目詰まり状態を知ることが
できるからである。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、上記第４図で説明される真空計２１を用いた逆
洗時期の検出装置では、サイホン管７の下降部８の水流
落下に伴う微小な圧力変動に由来して、真空計の指示検
出部が振動し易く、装置の摩耗、破損の原因となつ−て
いた。

また上記第４図の装置で示した真空計２１の前段に配置
した緩衝器あるいは絞り弁は、上記圧力変動が真空計２
１に影響することを防止するための機構であるが、それ
自体が故障の原因となる欠点があるし、コスト高ともな
る欠点があった。

また上記検出装置が故障を生じ易いことの理由として次
のことも上げられる。すなわち第４図装置では、連通管
１１がｒ通楢の原水液面４やｒ通′水の流通するサイホ
ン管７に接しているために、管内部に水分が多く含まれ
、気温の変化などで管□の屈曲部に結露が溜り易い。そ
してこの結露が真空計２１で異常な指示値が検出される
原因となったり、真空計２１本体に錆を発生させること
もあ“つた。

どのような不具合点が生ずると、逆洗操作のために原水
流入を停止させる終末点も′正確に検知出来ず、特にｒ
層３の目詰まりを逆洗除去するための逆洗操作の完全な
自動化運転が困難となる。　　　゛ （問題点を解決するための手段） 本発明は、以上のような問題を解消するためになされた
ものであり、その目的は、上記従来装置で説明されるよ
うなサイホン管を利用した重力−過装置においてのｒ層
逆洗時期の検出容易化した監視装置を提供するところに
ある。

而して、かかる目的の実現のためになされた本発明より
なる重力濾過装置の１層目詰まり状態監視装置の特徴は
、１層を内部に有する檜の上部から原水を供給し、槽下
部に接続した位置から上記１層の上端と原水液面の中間
の高さ位置まで立設されたサイホン管（逆Ｕ字管）を通
して一過水を檜外部に流出させるように設けられ、かつ
上記槽内の原水液面位置に設けたエア吸入量制御機構か
ら上記サイホン管の頂部に渡り通気管を架設して、原水
液面の上下動に依存してエア吸入量制御機構での吸入量
が変化されたエアを上記サイホン管頂部に供給すること
でサイホン管を流れる一過水量を制御するようにした方
式の重力濾過装置において、上記サイホン管の頂部に形
成されるエア溜りと連通しかつ下端が水封された管から
なる水封柱を設け、該水封柱の内部液面レベルを検出可
能としたところにある。

本発明の監視装置が適用される重力濾過装置において、
エア吸入量制御機構は上述したフロート弁型のも、ので
あってもよいし、また第３図（ｂ）で説明されるように
、通気管に連通のエア吸入量制御機構を構成している管
に、上下方向の通気開孔を沿設した構成のものであって
もよい。後者の通気開孔を形成した管を用いる形式のエ
ア吸入量制御機構においてその通気開孔は、例えばスリ
ット状のもの、多数の円形開孔を上下に隔設したもの、
更にまた管の下端を斜めに切断することで傾斜した楕円
開孔を形成させたもの等のいずれのものであってもよい
。またこのエア吸入量制御機構を構成する通気開孔は、
ｒＡ槽の原水が通常の稼動状態において上下変動する全
範囲に渡って設けらるものであフてもよいし、その範囲
の一部について設けられるものであってもよい。例えば
サイホン管の頂部より若干高い下限位置から、原水の上
昇が許容される槽内の上限位置の間で、下限位置ではエ
ア吸入量制御機構を構成する管の下端が大気に開放し、
上限位置では通気開孔が完全に閉塞され、この間で通気
開孔が原水の上下動に依存してその間孔量を増減する形
式のものとして形成することができる。

なお通気開口をもつ上記後者のエア吸入量制御機構を備
えた重力濾過装置では、原水液面近傍からサイホン管頂
部にわたって架設される通気管の途中に、原水がエア吸
入量制御機構からサイホン管にながれてしまうこと（以
下原水の混入という）を規制する構成を設けることが好
ましく採用される。このような原水混入の防止のための
構成は、エアリフト効果による通気管内での原水の一層
の上昇傾向を規制するうえからも要望され、具体的な構
成としては、例えば通気管の原水液面からの高さを原水
の混入が生じない程度まで高く設けるとか、通気管の途
中に気水分離器を配置するとか、通気管に原水の混入が
生じない程度の太い管を用いるとか、あるいは斜管を用
いるとか、することで満足することができる。

（作　　　用） 前記構成をなす重力濾過装置の１層目詰まり状態監視装
置によれば、エア吸入量制御機構から吸入されるエア量
が濾過積の１層の目詰まり進行に伴う原水液面レベルの
上昇により漸次制限され、これによりサイホン管の頂部
のエア溜りのエア圧が次第に負圧となる、という原理が
都合よく利用されて、例えば目視観察できる縦長の水封
柱の内部液面の上昇状態の目視観察で１層の目詰まり状
態が容易に確認でき、実際的な稼動装置の管理において
求められている要望に好適に対応できる。

（実　施　例） 以下本発明を図面に示す実施例に基づいて説明する。

第１図は本発明からなる重力濾過装置の構成概要を示し
た図であり、この図において第４図で示したと同じ符合
は同一の部材、装置を示したものであり、従ってその説
明は省略する。

また図示しない逆洗操作のための附属装置が設けられて
いることも言うまでもない。

本例装置の槽２に一定水量で流入される原水は、一層３
を通り濾過水流出管６（一部は上述の如く逆Ｕ字形のサ
イホン管をなしている）から水封Ｎ９を経て溢流形式で
外部に排出されるされるようになっており、以上の構成
は上記従来例の装置として説明した第４図の装置と異な
るところはない。

また本例装置では、サイホン管７から水封槽９を経て溢
流形式で外部に排出される一過水の水量を原水流入の水
量と均衡させるための流量制御機構は、例えば第３図（
ａ）　、　（ｂ）に示したエア吸入量制御機構を用いて
構成されている。

すなわち第３図（ａ）に示したフロート弁型９エア吸入
量制御機構では、原水液面に対向するように下方に向か
フて開いた弁座２４を連通管１１の端部に設けると共に
、この弁座２４の開口に対し上下穆勅することで連通管
１１内への吸入エア量を調節するフロート弁体２５設け
、このフロート弁体２５を原水液面４に浮遊したフロー
ト２３で支持した構成のものとして形成されている。吸
入エアはサイホン管７の頂部７ａ供給される。他方第３
図（ｂ）に示したエア吸入量制御機構は、機械的な可動
部分をもたない装置として本出願人が提案したものであ
り、通気管１１に連通してエア吸入量制御機構を構成し
ている管２６に上下方向の例えばスリット状の通気開孔
２７を沿設し、原水液面が上昇することにより、この通
気開孔２７の開口量が次第に制限されるようにした構成
のものである。この第３図（ｂ）に示したタイプの装置
では、通気管の途中に、原水のサイホン管側への混入を
防止するための例えば気水分離器などを設けるようにす
ることがよい。

本例の重力濾過装置において、流入原水と流出一過水の
均衡が得られる原理は、上述第４図の装置で既に説明し
ているように、−層３の通水抵抗ｈ３とサイホン管頂部
７ａのエア溜りで発生する負圧（−ｈｚ）の総和が、入
口水頭ｈ１と均衡することで与えられる。

そして本例装置においては、上記構成に加えて、サイホ
ン管頂部７ａのエア溜りに生ずる負圧の状態が、原水液
面の上昇（したがって一層３の目詰まり進行）に伴って
変化（増大）することを利用して、簡便でかつ利用価値
の高いｒ層目詰まり状態の監視装置が構成されている。

すなわち本例装置では、サイホン管７の頂部に接続する
通気管１１を途中で分岐し、これを水封槽３４の上に立
てた例えば透明管からなる水封柱３１の上部に接続して
、上記ｒ層目詰まり状態監視装置を構成させているので
ある。

以下原水の液面レベルに応じた装置の稼動状態を、エア
吸入量制御機構として第３図（ａ）に示したフロート弁
型の装置を使用した場合として説明する。

まず装置が稼動初期であって一層３の差圧が少ない場合
（目詰まりが少なく通水抵抗があまりない場合）とする
と、原水液面４がサイホン管頂部７ａ付近まで降下すれ
ば、フロート弁体２５は弁座２４から十分離間してエア
吸入量制御機構では大量のエアが吸入され、このエアは
サイホン管頂部７ａに供給される。このためサイホン作
用は切れ、サイホン管頂部７ａの基部趙流水の水量は入
口水頭ｈ１で決まる。この稼動初期には上記のようにサ
イホン作用は実質的に働いていないから、原水液面のサ
イホン管頂部７８以下への降下が生ずることはない。

このように装置稼動初期は、サイホン管の頂部にエアが
十分供給された状態にあるため、−過水はサイホン管の
下側内壁を基部としてこれを乗り越える形で越流してい
る。そしてこの越流の水量は原水液面とサイホン管頂部
の間の高低差である入口水頭に基づくことは上述の通り
である。

したがってサイホン管頂部７ａのエア溜りの圧は大気と
同程度の状態にあり、分岐管３２を介してこのエア溜り
に連通されている監視装置の水封柱３１内も大気と同圧
となるから、該水封柱３１内の液面は水封槽３４の自由
水面の高さと路間−で差がない。

この初期状態で原水液面が上昇しても、入口水頭ｈ１が
大きくなって項部を越流する一過水の水量は増加し、し
たがって−層を通る一過水水量が増えて原水液面は下降
するという自律傾向の動作を生ずることは既に第４図の
装置で説明した通りである。。

次に濾層の目詰まりがある程度進行して原水の液面４が
上昇した場合を考える。

濾層の目詰まりが進行することに伴なって原水の液面レ
ベルが上昇してくると、エア吸入量制御機構のフロート
弁体２５は弁座２４に近ずき、該弁座の開孔は制限され
る。このため通気管１１を通してサイホン管頂部７ａに
供給されるエア量は若干制限され、サイホン管頂部に溜
るエアの圧は低下し大気に対して負圧となる。

このエア溜りが負圧となることにより、上記の如＜−ｈ
２が増すので項部を越流する一過水水量は増大すること
は既に述べた通りである。

サイホン管頂部７ａのエア溜りの圧が上記の如く負圧状
態になると、分岐管３２を介してこのエア溜りに連通さ
れている監視装置の水封柱３１内も負圧となるから、該
水封柱３１内の液面は負圧に吸引されて水封Ｐ！３４の
自由水面に比べて高くなり、この液面レベルの上昇が間
接的に濾層の目詰まり状態を現わしている。

この後、濾層の目詰まりがさらに進行して原水の液面が
上昇すると、弁座開孔の開口量はさらに制限され、した
がってサイホン管頂部７ａのエア圧は一層負圧となり、
上記で述べた越流水をこの負圧で増大させる作用は大き
くなり、これに伴ない目詰まりが進行したｒ層３を流れ
る原水の増加、原水液面の降下、という系全体としての
動きが現われることになる。

そして監視装置におけろ水封柱３層内部の液面レヘルは
一層高くなり、結局その液面レベルを目視で観察するこ
とで濾層の目詰まり状態を確実に知ることができること
になる。

以上のように、系全体の変化にともなって槽２内の原水
の液面は次第に上昇してゆき、最終的にはエア吸入量制
御機構の吸入開孔はフロート弁体２５の弁座２４への着
座により完全に閉塞され、サイホン管内の負圧は最大と
なる。

このような目詰まり監視装置によれば、サイホン管頂部
７ａにおけるエア圧の状態によって、水封柱３１内の液
面が次第に上昇し、これを例えば目視で観察して濾層の
目詰まり状況を管理者等が容易に把握することができる
という実用上からは極めて優れた効果を得ることができ
る。

なお第１図の実施例においては監視装置を構成する水封
柱を透明な管で形成させているが、これは不透明の管の
一部に透明な目視部を設けて構成してもよいことは言う
までもない。

このような構成の監視装置によれば、監視装置自体は機
械的な可動部分を全く有しておらず、従って一過水が落
下する際の振動により水封柱あるいは内部液面が振動し
ても、それが装置の故障原因となることは、ないし、ま
た水封柱３１の内部液面レベルを観察することに特に支
障となることもなく、実際的な装置に組込んだ場合の効
果は極めて大なるものがある。

また分岐管３２内で結露が発生することがあっても、こ
れは水封柱３１の水面に落下して該水封柱３１内の水と
混じ、過剰になれば水封槽３４の自由水面から外部にオ
ーバーフローするようにしておけば、結露自体で格別の
支障を招くこともなく、この結露が問題となっていた従
来装置に比べて装置の信頼性が向上するという利点があ
る。

第２図は、上記第１図の装置に更に、装置が逆洗時期に
至ったことを自動的に知らせるための警報装置を付加し
た場合の実施例を示したものである。

すなわち第２図における符合３３は、水封柱２６の上部
内に検知電極端子が挿入された検知装置を示し、この位
置まで水封槽３４内の水が上昇したときにｒ層３内の目
詰まりが限界に達したものとして例えば図示しない警告
器（ブザー。

ランプ等）を作動させるように電気的に接続がされてい
る検知装置を構成させている。

この第２図に示された監視装置は、管理者が水封柱を目
視で観察することで濾層の目詰まり進行状態を容易に確
認できるという効果に加えて、逆洗を自動的に行なうよ
うにした装置の特徴も満足できるという効果がある。

なお本発明は以上の構成のものに限定されるものではな
く、本発明の要旨を損なわない範囲で種々の変形した態
様のものを考えることがで診るには言うまでもない。例
えば、上記検知電極方式の警報装置を例示したが、これ
はフロート式、光学式、音波式、静電式、磁気式等々の
ものの何れであってもよい。要は水封柱の内部液面が所
定のレベルまで上昇したことを検知できるものであれば
よいのである。

また上記実施例では水封柱を独立した水封槽の上に立て
るようにしたものとして説明したが、これは−過水を溢
流させるための水封槽の上に立ててもよいことは言うま
でもない。

（発明の効果） 以上述べた如く、本発明よりなる重力−過装置の濾層の
目詰まり監視装置によれば、例えば水封柱を透明な管で
形成した場合は、装置の管理者が？液面レベルを目視で
観察するという最も確実性の高い方法で濾層の目詰まり
状態を容易に確認することができるという効果があり、
また機械的な可動部分は不要であるため故障の発生が少
なく従って補修９点検の負担が軽減され、また機械的な
可動部分の作動不良にともなって従来考えられた検知時
期の誤認の虞れも少ないなど、その有用性は極めて大な
るものがある。

【図面の簡単な説明】

図面第１図は本発明よりなる濾層の目詰まり状態監視装
置を備えた重力濾過装置の構成概要−例を示した図、第
２図は濾層の目詰まり状態監視装置を備えた重力濾過装
置の他の実施例の構成概要を示した図、第３図（ａ）　
、　（ｂ）はエア吸入量制御機構の構成例を示した図で
ある。 第４図は従来の重力濾過装置の構成を示した図である。 １・・・原水流入管　　　２・・・槽 ３・・・濾層　　　　　　４・・・原水液面５・・・ｒ
床　　　　　　６・・・濾過水流出管７・・・サイホン
管　　　８・・・サイホン管下降部９・・・水封４ｍ１
　　　　　１０・・・エア吸入量制御機構１１・・・通
気管 ２１・・・真空計　　　　　２２・・・緩衝器２３・・
・フロート２４・・・弁座 ２５・・・フロート弁体　　２６・・・管２７・・・通
気開孔　　　　３１・・・水封柱３２・・・分岐管　　
　　　３３・・・警報装置′３４・・・水封槽

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 濾層を内部に有する槽の上部から原水を供給し、槽下部
   に接続した位置から上記濾層の上端と原水液面の中間の
   高さ位置まで立設された逆Ｕ字管を通して濾通水を槽外
   部に流出させるように設けられ、かつ上記槽内の原水液
   面位置に設けたエア吸入量制御機構から上記逆Ｕ字管の
   頂部に渡り通気管を架設して、原水液面の上下動に依存
   してエア吸入量制御機構での吸入量が変化されたエアを
   上記逆Ｕ字管頂部に供給することで逆Ｕ字管を流れる濾
   通水量を制御するようにした方式の重力濾過装置におい
   て、 上記逆Ｕ字管の頂部に形成されるエア溜りと連通しかつ
   下端が水封された管からなる水封柱を設け、該水封柱の
   内部液面レベルを検出可能としたことを特徴とする重力
   濾過装置の濾層目詰まり状態監視装置。