JPH06164B2 - 砂ろ過装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は液体を砂ろ過層中水平方向に通過させて清澄に
ろ過する装置の改良に関する。

〔従来の技術〕 砂ろ過して清澄水を得る手段として、特許第155,756号
に開示があり近年では、特公昭48-20070号とか特公昭51
-34587号が代表例としてある。これらに共通していえる
ことは次のとおりである。

槽内に外壁と内壁と内壁内に集水室とを同心に設け
て外壁と内壁の間隔にろ過砂を充填して汚染水が輻流す
る。

充填したろ過砂は下降して、水圧またはエヤーによ
って集水室内の管路内を上昇し、ろ過砂層のろ過砂が下
降移動する。

外壁と内壁には開口部を設けて汚染水と清澄水は通
過するがろ過砂層を形成しているろ過砂を支持してい
る。

管路内を上昇したろ過砂は管路出口下のシュートを
転がるか、または直接的にろ過砂層の上表面に水中沈降
する。ろ過砂の転動作用によって、粗粒と細粒の分布に
別れるような傾向が発生する。

ろ過砂に捕捉された懸濁物（大・小の混入物を含め
て）は水表面から系外へ除去する。特に整流効果をもた
せる筋歯状の越流樋を設けているのもある。

これらの説明によつて次のことが理解できる。

ろ過砂層を横断する通水によって砂層が懸濁物を捕捉し
て清澄水を得ることができる。砂を循環して移動する間
に懸濁物を砂から分離させて除去するという操作を成し
ている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

これらの砂ろ過装置は幾つかの技術的欠点があって、よ
り高度な清澄水が得られなかった。すなわち、ろ過砂と
懸濁物との分離効果がよくなかったのである。

また、ろ過砂の返送においては系外からの水を使用する
かエヤ装置が必要であり、コンパクト・簡易操作という
条件を満たしていない。

特にblowing Airの場合には細気泡がろ過砂に付着する
のでろ過砂の沈降、転動を阻害するし、浮遊するので懸
濁物を含んだ水と共に逸失することが発生する。そし
て、汚染水を供給する水量とか圧力の変動によって槽内
の水表面が変位するし、初期・終期の運転に際しては清
澄水にろ過砂が混入したり、乾燥砂であるが故に空気が
接触していることから気泡が砂に付着した状態となり逸
流することもあった。

したがって、本発明の目的はコンパクトな構造で、簡易
操作によって高度な清澄水を安価に得られる砂ろ過装置
を提供することにある。

更に目的とするところは、砂の逸失をなくし、砂を循環
する水質を選ばずに有効な清澄水を多く得て多用途に適
する砂ろ過装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

この目的を達成するために原水の流入量を適切にし、旋
回流によってろ過砂を強制的に洗浄分離するようにし、
水表面に浮遊するスカムを適切に除去することを特徴と
する。このため、筒状外壁の下方をジョウゴ状に絞った
タンクボディ内に通水可能な外支持壁と内支持壁を設
け、これらの壁間にろ過砂を充填する。内支持壁の内方
には同心に３重の管を設けて、タンクボディ側から原水
室、ろ過室、集水室、排出室、滞留室と上昇管を構成す
る。上昇管内の水をエヤリフトによって、タンクボディ
内の上域にある上室の旋回タンク中央に導き入れること
によって充填したろ過砂も同時に供給される。一方、ポ
ンプによって上室から水を抜きとって旋回タンクに旋回
流が発生するように供給するとろ過砂と懸濁物とが分離
する。ろ過砂は再びろ過室に上シュートを転動して沈積
するし、懸濁物は高濃度の汚濁水となってタンクボディ
外へ吐出する。上室での水表面に浮遊するスカムは上下
動自在なファネルに流入し前記汚濁水と共にタンクボデ
ィ外へ吐出する。

タンクボディには更に原水室と連通する溢流管を設けて
外支持壁を通過する原水の量を一定にし、内支持壁の下
方には砂の沈澱室を設けてドレンで排出する。これらを
具備して清澄水を得る装置である。

〔実施例〕

第１図〜第３図を以て本発明の外観を簡単に説明する。

タンクボディ１に安全枠３７付のハシゴ３８を固着して
設け、サポート３９を介して床４０に固定する。

タンクボディ１の上方には手摺４１を設けてハシゴ３８
を登って点検とか保守が安全にできるようにし、集水マ
ス４２と溢流口２９を設け、中程にには排出口１５、吐
出口１６、吸引口４３、吐出口４４、エヤ供給口１９を
設ける。タンクボディ１の下方には、汚染されて懸濁物
を多く含む原水の供給口１４、ドレン管１７及び給水と
砂の排出を兼用するノズル４５を設ける。

第４図に本発明の概略構成を示し、第５〜１４図でその
詳細な構成について説明する。

第４図において、タンクボディ１は垂立する筒状で円遠
または多角形筒でもよく、タンクボディ１内に外支持壁
２と内支持壁３と集水筒５と上昇管８及び沈澱筒６を略
同心に設ける。内支持壁３の下方には沈澱筒６と下シュ
ート７を設けサポート４などで適宜にタンクボディ１へ
固定し、沈澱筒６と連通したドレン管１７をタンクボデ
ィ１外へ導き弁１８を設ける。

上昇管８と集水筒５の間には隔筒４６を設けて、隔筒４
６の周辺に排出室３４を形成し、タンクボディ１と外支
持壁２が成す空間を原水室３０とし、外支持壁２と内支
持壁３がなす空間をろ過室３１としてろ材であるろ過砂
１３を充填する。同じく、内支持壁３と集水筒５がなす
空間を集水室３２とし、集水筒５と隔筒４６が成す空間
を排出室３４とし、隔筒４６と上昇管８とが成す空間は
滞留室４７とする。

隔筒４６の上方には上シュート１０と旋回タンク９を設
けて吐出口４４と吐出管２７の流量計２３と弁２１と逆
止弁２２をポンプ２０に連通して設ける。

旋回タンク９の一方には吐出管４８を介して吐出口に連
通して設け、吐出管４８路の途中に伸縮管１２を介して
ファネル１１を連通して設ける。

タンクボディ１の中心下辺から旋回タンク９の中心に向
けて設けた上昇管８の下辺にはエア室５０を設け、エヤ
供給口１９とエア室５０を連通する管路４９を配する。

前記した弁２１と連通して弁２４と流量計２５を給水管
２８に設けてノズル４５に結合し、ポンプ２０と上昇管
８下端及びろ過室３１とは連通するようにする。

タンクボディ１内は上から上室３６、ろ過室３１、下室
３５の順に配置し、タンクボディ１の下面は中心に向っ
て絞ったファネル状の底５１とする。

次に第５図に基づいて本発明構成の上室３６部について
説明する。

旋回タンク９の外郭は上部が円筒５２で下部がジョウゴ
状下絞りのコーン５３で、外郭の内方に旋回タンク９と
同心で傘５４とシュート５５と集水筒５６を設ける。

上昇管８はコーン５３と集水筒５６とシュート５５を貫
通して設け、コーン５３の最下部の穴径は上昇管８の外
径より大きくして間隙５８を設ける。

上昇管８の上端吐出部５７は傘５４の下方で吐出水が拡
がって吐出するようにし、傘５４とシュート５５の間か
ら周辺の方へより砂粒子が流出し易い構成とする。

円筒５２の内壁接線方向に吐出管２７を吐出口５９を開
口する。

一方、排出管６０は集水筒５６と円筒５２を貫通して吐
出管４８に結合し、さらに吐出管４８はタンクボディ１
を貫通して吐出口１６と連通して設ける。

尚、排出管６０には常に大気へ開口する管８４を設けて
サイホンブレーカとし、吐出口５９は下方へ向けて３〜
１０度の角度で吐出するようにする。

タンクボディ１の上室３６には前記した旋回タンク９と
ファネル１１を設けることを明らかにしたがファネル１
１について次に述べる。

原水室３０へはポンプによるか自然流下によるかまたは
それらの兼用をして原水を流入させる。すると上室３６
部に水面Ａ６１が形成され、ろ過操作の運転を開始する
とスカムが水面Ａの表層近くに浮遊する。このスカムを
効率よく表層に追随して除去するためにファネル１１を
設け、ファネル１１はタンクボディ１に固着したブラケ
ット６２にスピンドル６３とナット６４で位置調整可能
に固定される。

ファネル１１と吐出管４８は伸縮管１２を介して連通し
ているので、スピンドル６３の上下動によってファネル
１１は自由に水面Ａ６１に追随することができる。

一方、原水室３０と連通する余流管６５を設けて集水マ
ス４２内に噴出口１２０を設け、水面Ａ６１からせき板
６６をオーバーフローして水面Ｂ６７を形成するように
する。せき板６６には水面Ａ６１のレベルを調整しつゝ
整流する機能をもたせることは云うまでもないが、集水
マス４２では上室３６の表層水と原水の余剰水が合わさ
って水面Ｂ６７を形成し、溢流口２９に集まり、他へと
流水するようにする。

尚、タンクボディ１に旋回タンク９や吐出管４８とかフ
ァネル１１を固着しても取外し易いように種々の考慮を
払っている。

それは、フランジＡ６８とかフランジＢ６９、ネジ継手
Ａ７０、ネジ継手Ｂ７１などであり、特にフランジＡ６
８はタンクボディ１に管座を固着しておいてパッキンを
介して吐出口１６の管に固着のフランジをネジで締結す
るようにしているので、組立てと保修分解が容易な手段
を構築している。

第６〜第９図に基づいてろ過室３１の周辺構成を更に詳
細に述べる。

原水のフローはＷa〜Ｗgの矢印で表し、ろ過砂の流れは
Ｓa〜Ｓeの矢印で表わし、水とろ過砂の混った流れをＷ
_ｓと表わしている。このフローは構成と共に後述する。

外支持壁２は下見板７２と孔７３で構成した第７，８図
に示すようなパーツを複数個設ける。円弧状または折板
状の断面をした下見板７２はろ過室３１側に設け、下端
７７と接する水平線７６からα_１なる仰角線７５より上
方に孔７３を設ける。

α_１はろ過砂の形状・質とか下端７７からの吐出水流
速、圧力などによって一定ではないが、約２５〜４５度
である。孔７３を通過した原水は滞留室７４を経て下見
板７２に沿って下端７７に至り、この周辺からろ過室３
１へと流入する。

第９図に内支持壁３部分の断面を示す。

ろ過室３１には内方へ行くに従って細粒となるようにろ
過砂１３が充填され、内支持壁３で集水室３２と隔てる
が、細粒のろ過砂１３は内支持壁３を通過しないが水の
みが通過する構成が希ましい。本発明では第９図を一実
施例として、外面７８の空隙８０を小さくし内面７９の
空隙８１を大きくした個々の断面が略三角形をしたバー
スクリーン状のものを例示する。この場合、空隙８０を
小さくすればするほどろ過砂１３が細粒でも通過しない
し、空隙８０と空隙８１の間隔は漸増するのでろ過砂１
３が詰らない。

他の例としては、多孔質のセラミックで内支持壁３を形
成してもよいし、また活性炭などより細孔を有して水の
連通する物質を用いるとろ過の効果が挙る。特に外面７
８の空隙８０にはろ過砂１３の詰り、ブリッジが水圧と
ろ過砂土圧によって発生し易く、二次スクリーンを形成
する。この詰りとブリッジ現象によって更に懸濁物がこ
こに捕捉されて三次スクリーンを形成すると原水の処理
量がダウンする。原水質とか砂質によってこのような現
象が発生するので、内支持壁３にモータによる振動とか
超音波などによる微振動を付加すると二次スクリーン、
三次スクリーンを回避することができる。図示はしない
がこれらを以て構成すると更に効果がアップする。

第１０図は旋回タンク９への吐出水を得る部分の詳細図
で、タンクボディ１を貫通して、吸引管２６を上室３６
に臨ませて設け、先端にラッパ状の吸入口８２を固着す
る。

上室３６の水表面近くは懸濁物が多く浮遊しているし、
上室の下辺ではろ過砂１３が沈降する域であるので、吸
引口８２はこの沈降域の直上辺がベストである。この位
置に吸入口８２の開口８３を臨ませて吸引管２６と連通
し、水を集水してポンプ２０で圧送するのである。

吸引管２６の固定は、前述したようにフランジＡ６８と
同等の方法を用いる。

第１１図に基づいて、タンクボディ１の下室３５付近を
詳述する。

ろ過室３１の下方に下拡がりの傘状の下シュート７を設
けその上端は内支持壁３の下方に設けた沈澱筒６に接し
ないように空隙８５をもたせ、その下端は底５１に接し
ないように空隙８６を設ける。沈澱筒６の下部は微細な
ろ過砂１３が貯るように内方へ絞った底８７を設けて隔
筒４６に固定し下室３５と流通しないようにする。

上昇管８は隔管４６の内方に設け、上昇管８を取除いて
も排出室３４の水質が変らないようにするための滞留室
４７を設ける。

上昇管８外部にエア室５０を設けてエヤの管路４９と連
通し、エヤ室５０と上昇管８内を連通する細孔８８を複
数個設けて均等な圧力と流量のエヤが細孔８８を通って
上昇管８内に通気可能にする。

ポンプ２０と連通の給水管２８は底５１の最下部で中心
位置にフランジ８９を設けて吐出口９０に臨ませて、水
が堆積ろ過砂９２を浮揚するようにする。

第１２図は原水の供給付近を示し、第１３図は第１２図
のタンクボディ１中心に対して反対側付近を示す。

タンクボディ１に原水の供給口１４を設けて原水室３０
に原水が入るようにする。タンクボディ１の内面９３と
ほぼ平行で一周する胴板９５を設けて円板９４でこれら
の間を継ぎ固定する。こうして円筒状の空間９６が形成
される。空間９６の下端９７は原水室３０へ開放とする
が、供給口１４付近にのみ円弧板９８を設けて、孔７３
への直流を回避し、対向する位置９９にまで均等流とな
るようにする。

尚、空間９６は供給口１４から対向する位置９９に行く
に従って空間９６の断面積が斬減するようにすると原水
室３０内に均一の圧力・流速となる。また、空間９６の
下部の円弧板９８を一周するようにし、孔の個数または
孔径を選択しても同等の効果がある。

第５図〜第１３図に基づいて、水と懸濁物とろ過砂の動
きを説明する。

懸濁物を含んで汚染している原水は供給口１４から空間
９６に入り込み、下端９７から原水室３０へ均等な流量
・圧力で充満する。

外支持壁２の孔７３を通過した原水は下見板７２で下向
流になるように整流され、充填されているろ過砂１３は
仰角線７５を安息角として保持される。

外支持壁２側により大きなろ過砂が配置され、内支持壁
３側により小さなろ過砂が配置されているので、これら
の大空隙を通って小空隙へと至る間に、原水の懸濁物は
大きさの順に捕捉される。

第６図に示した矢印Ｗa，Ｗb，Ｗc，の動きをし、懸濁
物を除去した清澄水は内支持壁３の空隙８０，８１を通
って集水室３２に至る。矢印ＷdとＷeの動きをする。

次に第１１図に基いて清澄水とろ過砂１３の動きを説明
する。

集水室３２を下降して矢印Ｗfに至り、沈澱筒６内でＵ
ターンして排出室３４に至る。矢印Ｗgに示す。そし
て、第６図に示す矢印Ｗhから排出口１５へ至る矢印Ｗi
の方向へ清澄水は流れる。

内支持壁３を清澄水と共に若干量のろ過砂が通過するの
で、この砂は沈澱筒６内に沈澱砂９１として堆積する。

第４図はろ過砂１３と水を循環流によって動かす構成を
示しているが、ポンプ２０の運転によって上室３６の水
を吸入口８２で吸入し吸引管２６を通って一方は旋回タ
ンク９へ、一方はタンクボディ１最下部に設けた吐出口
９０へ圧送する。

圧送する水の量は各々弁２１，２４を操作し、流量計２
３，２５で検知し、旋回タンク９内の汚濁水が逆流して
上室３６の汚染をしないように逆止弁２２が設けられて
いる。

上昇管８内には水が充満していて、エヤの管路４９とエ
ヤ室５０と細孔を経てエヤを上昇管８内に吐出すると、
気泡が上昇管８内を上昇し、この上昇流によって充満し
ている水に上昇流が発生する。

一方、ろ過室３１内のろ過砂１３は下シュート７の空隙
８５，８６から少量宛落下し（矢印Ｓg，Ｓfに示す）底
５１を転動して下方域に堆積砂９２となる。

上昇管８内の流速によって、堆積砂９２は浮揚し矢印Ｓ
h方向に至りろ過砂が上昇する。

ろ過室１３内で捕捉した原水中の懸濁物はろ過砂１３の
下降に連れて下降をし、その多くは堆積砂９２の中の含
有されていて、上昇管８内を上昇する（矢印ＷＳ）のは
水とエヤとろ過砂と懸濁物である。

堆積砂９２の汚濁度、量によって、或いはろ過砂の圧密
を防止するため、下室３５全域に噴流を発生させての浄
化をする場合には吐出口９０から水を吐出させる。

この吐出水は非常に有効で、空隙８５，８６を確実に確
保する効果もあるし、下シュート７の内面とか沈殿筒６
の外周に生長するスライムの付着を除去する効果などが
ある。

これは、原水の処理量がダウンしたときにポンプ２０と
弁２４を操作しても、定期的に操作しても効果があり、
処理量を一定に保って清澄水を得るために有効手段であ
る。

沈殿筒６内の沈殿筒９１は定期的またはろ過砂１３の入
替などのときに弁１８を操作して抜き去る。

上昇した汚濁水（矢印ＷＳ）は上昇管８の吐出口５７か
ら噴出し、気泡は大気に開放され、水と砂と懸濁物が傘
５４とシュート５５を介して旋回タンク９内に放出され
る。

旋回タンク９の吐出口５９からの吐出水によって、円筒
５２とコーン５３の内面に旋回流が発生する。内方に近
い程、微細粒または懸濁物が集まり、集水筒５６を介し
て排出管６０を経て系外へ排出する。外方に近い程、粗
粒の砂（Ｓa）が集まるのでコーン５３と上昇管８との
間隙５８から下方へ砂を落下（Ｓb）させる。

落下したろ過砂は第６図の矢印Ｓcで示すように上シュ
ート１０を転動して、集水筒５の上板110に落下するか
転動矢印Ｓd，Ｓeを経てろ過砂の水中下での安息角を形
成する。矢印ＳdやＳeを経る間に粗粒なろ過砂ほど転動
をし続けて外支持壁２側に集まる。

この粗粒ほど外支持壁２側に集まる構成が砂ろ過プロセ
スとして最大効果が挙る。懸濁物を捕捉する一次スクリ
ーンを粗粒なろ過砂とすると、砂と砂との間隙に大きい
懸濁物が捕捉されて二次スクリーンは形成されるが、小
さい懸濁物はこの二次スクリーンをパスするので三次ス
クリーンが形成されない。依って、砂ろ過する流速が速
くなり、同等の原水質であれば充填する砂の量を少くで
きるし、ろ過室をコンパクトにすることも可能になるの
である。

原水室３０に流入した原水は外支持壁２を通過するか、
第５図，第６図に示す矢印Ｗh方向の余剰原水となり、
余流管６５を経て集中マス内に開口した噴出口１２０か
ら噴出するように分流する。

この分流は、原水を供給口１４に供給する手段としてポ
ンプ或いは自然流下によるが、原水室３０の空間９６へ
の供給量、供給圧力を一定化するのに有効である。従っ
て、空間９６への原水の設定量と設定圧の確保が容易に
できるのである。

また、更にはろ過操作を継続してろ過室３１内が詰まっ
たり、他の多くのどれかの管路が詰ったりすると空間９
６への供給をストップしないと、トラブルが発生する
が、この分流方法を用いると自動的に噴出口１２０から
原水が噴出するので安全な操作をすることができる。

〔発明の効果〕

本発明の砂ろ過装置はろ過するためのろ過砂粒径を理想
的に配列するし、ろ過砂を下端部、上昇管及び旋回タン
ク内の３個所で洗浄するので、ろ過砂に付着した懸濁物
とかろ過砂に混在している懸濁物を分離する効果が大で
ある。

懸濁物を含む濃縮された汚濁水とスカムを系外に除去す
る手段を設け、砂洗浄の水を上室から取り出して内部循
環させるので、水の有効利用が計られる効果がある。

コンパクトで簡易なろ過装置を以て高度な清澄水を得る
ことができ、時間的にも経済的にもより良い効果を得た
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の外観正面図、 第２図は第１図の矢視Ａ−Ａを示す側面図、 第３図は第１図の矢視Ｂ−Ｂで示される平面図、 第４図は本発明の概略構成を示し、 第５図は第４図の上室部分を示す詳細図、 第６図は第４図の砂層上方を示す詳細図、 第７図は外支持壁２の孔部を示す詳細立体図、 第８図は外支持壁２の孔部断面を示す詳細図、 第９図は内支持壁３部分の断面を示す詳細図、 第１０図は旋回タンク９への吐出水を得る部分の詳細
図、 第１１図はタンクボディ１の下室付近を示す図、 第１２図は原水の供給口を示す図、 第１３図は第１２図と対向する部分を示す図、 １：タンクボディ、２：外支持壁、３：内支持壁、９：
旋回タンク、１１：ファネル、１２：伸縮管、１３：
砂、１４：供給口、１５：排出口、２０：ポンプ、３
０：原水室、３１：ろ過室、３２：集水室、３３：沈殿
室、３４：排出室、３５：下室、３６：上室、５２：円
筒、５３：コーン、５４：傘、７４：滞流室、９６：空
間。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】垂立する筒状のタンクボディ内にこれと同
   心状に外方から内方へ外支持壁と内支持壁と集水筒と隔
   筒と上昇管を設け、タンクボディと外支持壁外周面とが
   なす空間を原水室とし外支持壁と内支持壁とがなす空間
   をろ過室として砂を充填し、内支持壁と集水筒外周面と
   でなす空間を集水室とし、集水室と隔筒外周面とでなす
   空間を排出室とし、隔筒と上昇管外周面とでなす空間と
   前記ろ過室とは下方で連通し、タンクボディの上方には
   上室を設けて水表面を形成し下方には下室を設けるもの
   からなる砂ろ過装置において、 前記上昇管はタンクボディ内上部に伸びておりこの上昇
   管上端に下広がり錐体状の傘を取付け、前記傘および上
   昇管上部を収納する上部が筒状で下部が下絞りの錐体状
   である旋回タンクを設けたことを特徴とする砂ろ過装
   置。
2. 【請求項２】前記上室の水平面上にファネルを位置調整
   可能に取付け、前記ファネル下方に伸縮管、さらに前記
   伸縮管下方に吐出管を連結したことを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の砂ろ過装置。
3. 【請求項３】下室は下拡がりの下シュートとタンクボデ
   ィの底とで形成し、前記下室内に集水室と連通する沈澱
   筒を設け、この沈澱筒とタンクボディの底を貫通するド
   レン管に弁を設けることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の砂ろ過装置。