JPH06503991A - 逆流濾過器を洗浄するための方法及び前記濾過器で使用する濾床 - 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】 杯庄週目（久企ｙμゾ碑−釦及一１皿ｐ斑反工奏覆床矧」 本発明は、逆流濾過器又は接触式清澄器を作動間に洗浄する方法、及びこの逆流 濾過器で使用する濾床に関する。

背景技術 従来の順流濾過器を逆洗するのに多くの種々の方法が使用されてきた。これらの 方法の多くでは、清浄な濾過済みの洗浄水を濾過中即ち作動中の流入液の流れ方 向と逆方向に用いて逆洗作業を行う。

粒状組織を持つ重力濾過器の濾床を逆洗するための最も一般的に受け入れられた 方法は、おそらくは、清浄な濾過済み水の流動化流れを逆流方向に供給して濾床 を膨張さセ、前の作動中に濾床に収集された綿状沈殿物及び粒状物を運び去るこ とである。この洗浄方法は、大抵の場合、回転式の又は定置の水の噴流による表 面の洗浄を伴う。こうｊ７た従来技術の技法では、逆洗液体の速度は、作動間に 適切な清浄化を行うため、濾床を膨張又は流動化させるのに十分でなければなら ないということがわかっている。

更に、従来技術には、濾床の浄化を行うのに洗浄用空気を使用することも示唆さ れている６　１つのこのような方法は、濾床を流動化させるのに十分に高い速度 の空気及び水の同時流れを使用する。これらの技術では、逆洗作業中に濾材を綿 状沈殿物とともに運び去る、二とにより濾材が過剰に失われることがある。

洗浄用空気を使用すると同時に濾材の損失を最小にする一つの従来技術の技法は 、−二段階工程を使用する。第１段階では、濾床に収集された綿状沈殿物を攪拌 し緩めるため、水の逆流を全く用いずに洗浄用空気だけを加える。第２段階中、 濾床全体を流動化させるのに」−分に高い速度で水の逆流を加え、これによって 、緩くされた綿状沈殿物及びその破片を運び去る。

庫国でｉよ商業的に実施される、二とがほとんどなかった別の従来技術の技法は 、洗浄用空気及び逆洗作業を実施するための唯一の手段としての水の非流動化逆 流の組み合わせを使用する。最適の流れ状態では、空気ポケットの形成及び潰れ が観察され、及びこれに伴う濾材の局部的な移動、粒子間の最大の衝突の発生、 及び最小の濾材損失を伴う綿状沈殿物の破壊が生じる。この状態は、空気の速度 及び逆流水の速度が、アミルサラジャー等が開発した以下の関係をほぼ満たすと きここで、Ｔ　Ｖ　」は逆洗液の速度であり、’Ｌｆｊは最小流動化速度であり 、Ｑａは１平方フイート当たりの毎分の標準立方フィート（ｓｔａｎｄａｒｄ　 ｃｕｂｉｃ　ｆｅｅｔ　ｐｅｒｍｉｎｕｔｅ　／　ｓｑ、ｆｔ、　）で表した洗 浄用空気の流量である。

洗浄用空気及び水の非流動化流を使用するこのシステムは、水流の方向を洗浄に ついて逆転させ、洗浄液が濾過済みであるか又は清浄な水である、欧州式の従来 のＩＩＩ流濾流器過器システムに使用されている。このシステムは、洗浄水の清 澄度、及び濾床が実質的に清浄な場合の濾床の損失水頭に戻されることによって 証拠付けられるように濾床を完全に浄化するため十分な時間に亘って作動される 。

更に、この方法は、濾材の目が綱かい（即ち１ａｌｌの数分の−に等しい有効径 を持つ）欧州式の従来の順流濾過器で実施されている。米国では、この方法は、 主として、来入する流入液の固形分が非常に高（且つ濁度が１００比濁単位（Ｎ ＴＵ）を優に越える、１１Ｉ−以上の有効径を持つ粗い濾材を用いる廃水の用途 に躍られている。更に、廃水の濾過では、洗浄液は濾過済みの水である。

逆流濾過器又は粗濾過器を洗浄するための更に別の周知の方法が、米国特許第４ ．５４７，２８６号に開示されているように、マイクロフロックトライプントシ ステム（門１ｃｒｏｆｌｏｃ　Ｔｒｉｄｅｎｔ　ｓｙｓｔｅｍ）で使用されてい る。このシステムは、浮力のある（比重が１以下）合成濾材製の濾床の使用に頼 る清澄器区分を使用し、この区分には浮力のない濾材でできた濾床を使用した従 来の順流濾過器が続く。浮力のある濾床は、空気を流入液に噴射して浮力のある 濾床を流動化し、下方に膨張させて綿状沈殿物の粒子を濾床から解放することに よって作動間に浄化される。その後、流入液内への空気の噴射を止め、緩くされ た綿状沈殿物を濾床から洗い出すため、流入液の上方への連続した流れを続ける 。米国特許第４，５４７，２８６号には濾床を作動間に部分的ζこだけ浄化する ことが開示されているけれども、この特許には、５回の浄化毎に完全な浄化を行 うことが開示され、この特許は、比較的高価で取扱いが難ｊ７．い浮力のあ；合 成粒子でできた濾床でこねを行う。

久弘賄 本発明の目的は、逆流濾過器システムの浮力のない粒子でできた濾床の極めて経 済的で効果的な洗浄方法を提供することである。

本発明の他の目的は、各洗浄升・１”クルの後に有効な濾過を行うのに必要な経 過時間を最小にするように浮力のない粒子でできた濾床を洗浄する方法を提供す ることである。

本発明の他の目的は、粒子でできた浮力のない濾床を従来可能であったよりも短 い時間で洗浄する方法を提供することである。

本発明の別の目的は、作動中の綿状沈殿物の濾床内での形成及び保持を高めるよ うに浮力のない粒子でできた濾床を洗浄する方法を提供することである。

本発明の別の目的は、濾床を形成する粒子が過度に失われることなく浮力のない 粒子でできた濾床を洗浄するための方法を提供することであるゆ本発明の別の目 的は、洗浄作業中に除去されるべき綿状沈殿物が、先ず最初に濾床の粒子による その保持から分離される、浮力のない粒子でできた濾床を洗浄する方法を提供す ることである。

本発明の別の目的は、洗浄液を作動中の流入液の流れの方向と逆方向に濾床を通 して差し向けるための高価で複雑な制８Ｉｌ装置の使用を含まない、浮力のない 粒子でできた濾床を洗浄する方法を提供することである。

本発明の別の目的は、洗浄液の流量を作動間で増減し遮断するための高価で複雑 なｔｉ制御装置をなくすことである。

本発明の別の目的は、濾床によって濾過された流入液を洗浄液としても使用する 、浮力のない粒子でできた濾床を洗浄するための方法を提供することである。

本発明の別の目的は、綿状沈殿物が内部で形成されることを促進し、自然に形成 された粒状材料を使用する浮力のない粒子でできた濾床を提供することである。

本発明の別の目的は、濾床内での綿状沈殿物の形成及び保持の両方を高価径に促 進する浮力のない粒子でできた濾床を提供することである。

本発明の別の目的は、濾材粒子の大きさ及び比重を、１平方メートル当たり約２ ０３．１３１乃至８１４．９２１　（１平方フイート当たり毎分５ガロン乃至２ ０ガロン、耶ち約５　ｇｐｍ／ｓｑ、ｆｔ、乃至２０　ｇｐｍ／ｓｑ、ｆｔ、） の流量での広範な作動温度範囲及び流体粘度に亘る逆流濾過で濾床の２０％以下 が流動化されるように与えることである。

発明の概要 本発明の上述の目的及び他の目的は、逆流濾過器を作動間に洗浄する方法で達成 され、この方法では、逆流濾過器は、浮力のない粒子でできた清澄器即ち濾板を 持つ濾床を有し、濾過されるべき流入液中の綿状沈殿物が前記層内に保持される ように、この流入液がこの濾板を通して逆流方向に差し向けられる。この方法は 、前の作動中に前記層内に保持された綿状沈殿物の幾分かだけをばらばらにする ため、空気及び液体の組み合わせを濾板の最小流動化速度以下の液体の速度で濾 板を通して逆流方向に差し向ける工程を有する。その後、空気流を遮断し、濾板 を通して液体だけを逆流方向に差し向ける。ばらばらにされた綿状沈殿物を濾過 器から除去すると同時に前記濾板において綿状沈殿物が前記粒状濾材にくっつい たままにするため、液体は、この場合も濾層の最小流動化速度以下の速度である 。

本発明の最も好ましい実施例では、作動中に逆流方向に差し向けられた流入液は 、洗浄作業の両段階で使用される液体と同じ液体である。これには、そうでない 場合には、洗浄液を引き出す必要のある清浄な溜めを使用する必要をなくすとい う利点がある。

本発明の最も好ましい方法によれば、洗浄作業の両段階中の液体の流量は作動中 の液体の流量とほぼ同じである。これによって、作動と洗浄との間で速度を変え るための複雑さ及び費用をなくす。

最も好ましい方法によれば、洗浄作業は、流入液が未だ濁っており綿状沈殿物の 幾分かが濾板に未だ保持された状態で終了する。これは、綿状沈殿物の成長を効 果的に促すとともに、続く作動中に綿状沈殿物を流入液から効率的に除去し、こ れによって、短時間の洗浄サイクルで流入液から固形物を効果的に除去する。

本発明の好ましい実施例によれば、洗浄作業の両段階での液体の速度は、濾層の 最小流動化速度よりもかなり小さい。実際には、本発明の好ましい実施例では、 両層の最小流動化速度は１平方メートル当たり毎分１６２９．８４ｆｆ　（１平 方フイート当たり毎分４０ガロン）であり、洗浄中の流入液の速度は１平方メー トル当たり約２０３．７３１乃至８１４．９２１　（１平方フイート当たり毎分 ５ガロン乃至２０ガロン）であり、最も好ましくは、１平方メートル当たり毎分 ４０７．４６１乃至６１１．１９ｆｆ　（１平方フイート当たり毎分１０ガロン 乃至１５ガロン）である。

本発明の最も好ましい実施例では、洗浄作業の第１段階中に空気及び液体の組み 合わせが５分以下の期間に亘って両層を通して差し向けられ、その後、液体だけ を両層を通して５分以下の期間に亘って差し向けられる。

本発明の最も好ましい実施例では、粒状の浮力のない材料でできた凝集層が両層 の下、即ち液体流れの方向で痘屡の上流に配置されており、この層は前記両層よ りも粗い。凝集層は、凝集を促すと同時に前記層内で形成された綿状沈殿物の大 部分を保持しないように、流入液の混合を最適化する速度勾配を提供する多孔度 及び粒径を有する。

本発明の最も好ましい実施例では、両層よりも粗く、凝集層よりも細かい移行支 持層が凝集層と両層との間に配置されている。この移行支持層は、清澄Ｗ／ｉｌ ｉ層を支持するのを助け、更に綿状沈殿物の幾分かをその中に保持する。しかし ながら、主な綿状沈殿物保持機能は清澄器／濾層によって提供される。

本発明の最も好ましい実施例によれば、両層は１＋ｗ＋ｍ以上の有効粒径を有し 、この両層は、最も好ましくは、固形分が低く濁度が１００ＮＴＵ以下の流入液 の濾過と関連して使用される。

本発明による濾床は、１平方メートル当たり毎分４０７．４６１１！乃至６１１ ．１１　（１平方フイート当たり毎分１０ガロン乃至１５ガロン）の範囲の液体 流量で毎秒約４０乃至６０の範囲の速度勾配を提供する多孔度及び粒径を有する 粒状の浮力のない材料でできた上流静的凝集層を有し、これによって、凝固剤が 加えられた流入液の混合及び凝集が促される。凝集層で凝集を促すことによって 下流の両層での濁度除去が高められ、過度に高い損失水頭をつくりだすことなく 、作動時間を延長することができる。更に、第１に凝固剤を投入した場所とこの 静的凝集層との間の滞留時間が原理的に短（、凝集層の多孔度が高く、且つ本発 明に従って処理される代表的な流入液の固形分が比較的低いため、この層での綿 状沈殿物の収集は最小であり、そのため、速度勾配が本質的に一定な凝集環境が 各作動のほぼ全期間に亘って提供される。

図面の簡単な説明 本発明の他の目的及び多くの他の利点は以下の詳細な説明を添付図面を参照して 読むことによって容易に理解されよう。

第１図は、本発明を具体化した濾過器システムの構成及び洗浄サイクル中の作動 を示す概略断面図であり、 第２図は、本発明を具体化した濾過器システムの構成及び作動中の概略断面図で ある。

寒鬼輿 次に、同じ参照番号が同じ部品に附しである添付図面を詳細に参照する０本発明 を具体化した濾過器システムには第１図で全体に参照番号１０が附しである。

本発明の好ましい実施例の濾過器システム１０は、前置濾過器部ち接触式清澄器 １２を有し、重力流れ仕上げ濾過器１４がこれに続く。

第１図及び第２図でわかるように、前置濾過器１２はその下面に隣接して入口導 管１６を有し、この導管には濾過されるべき流入液が差し向けられる。この装置 の好ましい作動では、流入液は固形分が低（、濁度は１００ＮＴＵ以下程度であ る。

主凝固剤、凝固補助剤、消毒剤等の化学薬品が、従来の静的混合Ｓ２０の上流及 び／又は下流で水入口導管１６と連通した一連の導管（矢印２２で概略に示す） を通して注入される。しかしながら、化学薬品を流入液中に注入するための装置 は本発明に何らｗ４＠を加えるものではないということを理解しなければならな い。

入口導管１６は、濾材支持スクリーン２４の下の領域で前置濾過器１２内に延び る。スクリーン２４は、多濾材の浮力のない濾床２６を支持する。変形例では、 従来の暗渠又は支持構造を使用してもよい、濾床２６は本発明の重要な特徴を構 成する。

更に、濾床２６の上面に隣接して濾材包囲スクリーン（図示せず）が使用されて いるけれども、濾床に：よ浮力がないため、及び濾過モード（作動モード）及び 洗浄モードの両方における前１１ｉｆ！ＩＷ１２の作動方法のため、このような 包囲スクリーンを使用する必要：よほとんどない。

濾床２６の上方には液体受入れトラフ３０が配置され、このトラフは、濾過器の 作動中（第２図参照）二こ：よ重力流れ仕上げ濾過器１４と連通し、洗浄サイク ル中（第１図参照）には排液受入れ容５４８と連通ずる。

特に第２図を参照すると、濾過器１０の作動中、濾過されるべき流入液は凝固剤 と混合され、入口導管１６を通して多濾材の浮力のない濾床２６の下の領域に差 し向けられる。次いで、流入液は、濾床を通って、好ましくは１平方メートル当 たり毎分４０７．４６Ｚ乃至６１１．１９１（１平方フイート当たり毎分１０ガ ロン乃至１５ガロン）の流量で上方に流れ、望ましからぬ固体を流入液から以下 に詳細に説明する方法で除去する。

濾床２６の通過後、重置濾過された流入液は受入れトラフ３０に流入し、前置濾 過器１２と仕上げ濾過５１４との間の隔壁３６の通路３４を通る。作動中、排液 弁（図示せず）は閉じろれており、受入れトラフ３０は前置濾過器１２と仕上げ 濾過＝１４との間を通路３４を通して連通させる、ということに注口されたい。

次いで、流入液は仕上げ濾過Ｓ１４のトラフを矢印３８の方向で溢れ、従来の多 濾材のｐカのない濾床４０を通過し、次いで、出口ダクト４２を通って仕上げ濾 過器１４を出る。

本発明が使用された好ましい全体構成であるため、二痘過器システム１０が本願 に例示しであるということは理解さｎるべきである。しかしながら、本発明は逆 流＠夏濾過姦１２の構造及び作動モードに関し、更に詳細には、浮力のない濾床 の構造及びこの濾床を作動間に洗浄する方法に関する。この前置濾過器区分１２ ：＝単独で使用巳てもよいし、本発明の最も広い特徴に従って、他の濾過器の用 途で使用してもよい。

第１図を参照すると、濾過器システム１０は本発明による洗浄サイクルで示しで ある。この洗浄サイクルでは、前置濾過器１２のトラフ３０と、前置濾過器１２ から洗浄液が差し向けろれる排液収集区分４８との間を矢印５０が示すように連 通させるため、排液弁（図示せず）が開放位置にある。

特に第１図を参照すると、本発明の最も好ましい実施例に従って使用された多濾 材の浮力のない濾床２６は、下静的凝集層５２、移行支持層５４、及び清澄器即 ち濾層５６を有する。

下凝集層５２は、濾床の最も目の粗い層であり、凝固剤が加えられた流入液の分 配及び凝集を高めるように形成されている。最も好ましくは、凝集層５２は、２ Ｉｌｆｆｉ、及び好ましくは４ｍｍ以上の有効径を持つ粗い砂礫でできている。

本発明の最も好ましい実施例では、下凝集層５２の深さは１５．２４ｃｍ乃至６ ０．９６ｃｍ（６インチ乃至２４インチ）であり、比重が２以上、及び好ましく は２，４以上、有効径が６．５ｍｍ以下、均等率が１．２以上、及び多孔度が４ ０％乃至４５％の粗い砂礫で形成されている。最も好ましくは、凝集層５２の砂 礫の有効径は５關乃至６．５１である。

粒子の有効径及び凝集層５２の多孔度は、凝集層を通して差し向けられた流入液 を、この流入液中の大量の綿状沈殿物が収集されることなく、分配し及び凝集す ることを助けるため、１平方メートル当たり毎分４０７．４６１乃至６］、１． １９／（１平方フイート当たり毎分１０ガロン乃至１５ガロン）の流量の流入液 で毎秒約４０乃至６０の速度勾配を与えるように選択される。実際、本発明の最 も好ましい実施例では、砂ｉ凝集１５２は、綿状沈殿物がこの層内に実際上全く 収集されないように選択され、これによって、前置濾過ｔ１２の各作動中にほぼ 一定の損失水頭をこの層に亘ってつくりだす。

下凝集層５２の機能は、凝固剤を加えた原水を混合し凝集するのに必要な速度勾 配を提供するように設計されており、形成された綿状沈殿物をその中に保持する ことがないという点で清澄器即ち濾Ｎ５６とは全く巽なっている。これとは異な り、清澄器層５６は、以下に詳細に説明するように、層５２内で形成された綿状 沈殿物を保持するように機能する。

凝集を促進するのに最適の速度勾配は、毎秒的５０と決定され、この速度勾配が 損失水頭と直接関連されるということが決定される。損失水頭は濾材の透過性に よって決定され、濾材の透過性は濾材の大きさ及び多孔度と関連している。

多孔性凝集層５２の透過性は、以下に示すカルマンーコゼニー関係から概１する ことができる。ここで、Ｋは透過性であり、ｅは濾材の多孔度であり、Ｃはコイ ｆニ一定数であり、Ｖ／Ｓは粒の容棲の表面櫂に対する比である。

この透過性から、多孔性濾材についてのダーツ−の法則を使用して凝集層５２の 単位益さくＰｌ）当たりの圧力降下を決定する。ここで、Ｑ／Ａは流体の表面速 度であり、μはその粘度である。ダーンーの法則は以下の通りである。

Ｐｌの計算に基づいて、毎秒（１／秒）での速度勾配（Ｇ）を以下の等式から概 算することができる。

上掛の等式を組み合わせ、埋材流体を球形であるとすると、濾材の大きさ及び多 孔度に基づく速度勾配及び流量についての関係が得られる。これは次のように表 現される。

好ましい設計流量である１平方メートル当たり毎分約４０７．４６６乃至６１１ ．１９ｉ！　（１平方フイート当たり毎分１０ガロン乃至１５ガロン）の流量で は、粗い静的凝集層５２は小さな綿状沈殿物をほとんど収集せず、設計速度勾配 を提供する。静的凝集濾材についての代表的な設計パラメータは以下の通りであ る。

ａ：＝０．３５ｃｍ　Ｉｉ材粒子の平均半径；６０％の大きさの１７２として概 算したｅ：＝０．４３　粗い静的ｍｓの多孔度Ｃニー５　コゼニ一定数 Ａニー１　単位面積 ＱＩＯ：＝０．６７９１　立方センチ毎秒（１０ｇｐｍ／ｓｑ、ｆｔ、）で表し た単位面積当たりの流量 Ｑ１５ニー１．０１９　立方センチ毎秒（１５ｇｐｍ／ｓｑ、ｆｔ、）で表した 単位面積当たりの流量 以上得られた関係を使用して、 流量の範囲について解くと２．毎秒の単位で速度勾配が得られる。

Ｇ　（ＱＩＯ，ｅ、ｃ、ａ、　Ａ）　＝４０．　１，２５　１．０　ｇｐｍ／ｓ ｑ、ｆｔ、での速度勾配Ｇ　（Ｑ１５．　ｅ、Ｃ，ａ、Ａ）　＝６０．　２０７ 　１５　ｇｐｍ／ｓｑ、ｆｔ、での速度勾配かくして、本発明の好ましい実施例 では、「Ｇ」は１平方メートル当たり毎分４０７．４６１　（１平方フイート当 たり毎分１０ガロン）の流量で毎秒約４０であるように算出され、１平方メート ル当たり毎分６１１．１９１（１平方フイート当たり毎分１５ガロン）の流量で 毎秒約６０であるように算出された。

概括的に述べると、下凝集層５２の粒子の大きさ及び多孔度は、作動流量の好ま しい範囲（即ち１平方メートル当たり毎分４０７．４６！乃至６１１．１９１（ １平方フイート当たり毎分１０ガロン乃至１５ガロン））に亘る結果的な速度勾 配が毎秒約４０乃至６０の望ましい作動範囲にあるように選択される。特に、ま た上述のように、約４３％の多孔度を持つ約７關（直径）の６０％粒径では、速 度勾配は、１平方メートル当たり毎分約４０７．４６／乃至６１１．１１（１平 方フイート当たり毎分約１０ガロン乃至１５ガロン）の流量で約毎秒４゜乃至６ ０であると算出された。凝集層５２のこの構成により、清澄器部ち両層５６によ る濁度除去が高められ、作動期間が長くなり、顕著に過剰な損失水頭を引き起こ すことがない。

特定的に述べると、バンク−バーＷＡの３ＮＴＵ乃至５ＮＴＵの原水について行 った試験では、静的凝集層を備えた１　２１．９２ｃ＋＊　（４フイート）深さ の清澄！ａ濾床は、約０．６ＮＴＵ　（濁度の８５％を除去した）流出液をつく りだし、静的凝集層のない同じ深さの清澄器濾材は約１．６ＮＴＵ　（濁度の６ ０％を除去した）流出液をつくりだした。両方の場合において、清浄な濾床と終 端損失水頭との間の差は、約４５．７２ｃｍ（１８インチ）である。（静的凝集 濾材だけでできた床は、実際には濁度の除去を全く行わないけれども、その流出 液はその形成溶焼ど一致；７たビンフロック（ｐｉｎｆｌｏｃ）を有し、綿状沈 殿物を残さない。）本発明の好ましい実施例では、移行支持層は、比重が２．４ 以上、有効径（ＥＳ）が２．５乃至３．５、均等率（ＵＣ）が１．２以上の粗い 砂礫で形成されている。この層５４は清澄器即ち両層５６を凝集層５２の上方に 支持するのに役立ち、綿状沈殿物を収集することはない。しかしながら、濾床で の主な綿状沈殿物保持機能は清澄器即ち両層５６によって提供されるということ を理解すべきである。

清澄器即ち６．Ｆｉ５６は、下凝集層５２で形成され且つ前記凝集層から前記成 層内に移動する綿状沈殿物の大部分を保持するように設計されている。更に、固 形物と凝１＠５２内で前に形成されたｆ４杖沈殿物の粒子との混合及び接触によ り、綿状沈殿物の形成及び成長が両層５６内で起こる。種々のり水源について行 われた試験では、接触式清澄器による濁度の除去は５０％乃至９０％以上である 。

濾層５Ｇは、好ましくは、静ｔ１＃集層５２よりも深さが大きく、比重が２以上 、最もを（ましくは２．５以上の浮力のない濾材（例えば砂又は砂礫）で形成さ れている。本発明の好ましい形聾では、ｉ層は、砂礫及び／又は有効径（ＥＳ） が１酎以ト、最も好ましくは１７慣麺乃至２．いＩで、均等率（■）Ｃ）が１． 　２乃至１、　８で、多孔度が３６％乃至４０％の砂で形成されている。

綿状沈殿物が清澄Ｓ！ｌ］ち濾Ｎ５６内に収集されるにつれて、、この層の水頭 損失及び速度勾配が増大する。

本発明の別の特徴によれば、濾床を洗浄するための独特の二段階工程が使用され る。この独特の洗浄工程：よ、各洗浄サイクルに続いて効果的な濾過を行うのに 必要な経過作動時間を最小≦こする、二とによって、浄化効率並びに濾過効率を 最大にする。

実施例の冒頭に説明したように、清澄器１２は、好ましくは、各作動中、１平方 メートル当たり毎分４０７．４６／乃至６１１．１１’　（１平方フイート当た り毎分１０ガロン乃至１５ガロン）の流入液流量で作動する。更に、実施例の冒 頭に説明りだように、凝集１！１５２は流入液の来入流を分配するのに役立ち、 混合及び凝集を最適化するのに必要な速度勾配を与える。この層５２は、綿状沈 殿物がその中に実際ト全く保持されないという点で清澄器即ち両層５６とは異な っており、この層５２での損失水頭は最小である。凝集層５２とは異なり、清澄 器即ち両層５６は、来入する綿状沈殿物を保持し前に形成された綿状沈殿物粒子 との接触により大型の綿状沈殿物を実際に形成することによって水を浄化する。

これは、層５６に亘る損失水頭を増大させる。

洗浄サイクルの第１洗浄段階中、上方への空気の流れ及び上方への水の流れの組 み合わせを濾床２６を通じて差し向ける。第１図で最もよくわかるように、空気 は入口導管６０を通して前置濾過器１２内に差し向けられ、ブレナム６２を通し て一連のヘッダ６４（第１図に−っだけ示す）内に分配される。各ヘッダは、空 気を濾床２６の下で前置濾過５１２の全領域に沿って均等に分配するため、その 長さに沿って一連の分配ノズル６６を有する。これとは舅なる従来の空気−水分 配システムを使用してもよい。

本発明の最も好ましい実施例では、洗浄水は、実際には、入口導管１６を通して 差し向けられた流入液であり、加えられた凝固剤を含む。更に、前記液体の上方 への流量は、濾過作動中の流入液の流量、即ち１平方メートル当たり毎分４０７ ．４６１乃至６１１．１９１　（１平方フイート当たり毎分１０ガロン乃至１５ ガロン）とほぼ同乙である。これによって、流入水ポンプを体止したり再始動さ せたり及び／又は流量を増減する必要により生じる作動の非効率及び装置の複電 さをなくす。

以下に詳細に＃ｉ明するように、第１洗浄段階中の空気及び流入液の流量は、両 層５６内での綿状沈殿物の破壊を最適化すると同時に濾材の損失を最小にするよ うに選択される。

洗浄サイクルの第１洗浄段階中の空気の流量（Ｑａ）は、以下の等式によって与 えられるように、空気−水スクラブを最適化することによって決定される。

ここで、「■」は、洗浄中の液体（即ち流入液）のｇｐ＋＊／ｓｑ、ｆｔ、を単 位とする速度であり、’ＶａｒＪはｇｐｓ／ｓｑ、ｆｔ、を単位とする最小流動 化速度である。

最小流動化速度■１１ｆは、以下の等式によって決定される。

Ｖｍｔ＝ｏ、ＯＯ３８１（ｄｉｏｓ　）　””　（ｓ　ｇ　１）　”’ｐ′・” μｍ””ここで、［ｄＩ、０％、は１１１の単位で表した濾材粒子の６０％の大 きさく粒子の均等率（ＵＣ）と粒子の有効径（ＥＳ）との積）であり、ｆＳｇＪ は粒子の比重であり、’ｐＪはｌｂｓ、／ｆｔ’の単位で表した液体の密度であ り、「μ」はセンチポアズの単位で表した液体の粘度である。ｄ、。、及び■１ １ｆに基づいたレイノルズ数が１０以上である場合には、以下の補正項を乗じな ければならない。

Ｋ、、＝１．　７７５　Ｒｅ、、−””ここで、Ｒｅ＠Ｈはｄ６゜−及びｖ、ｆ に基づいたレイノルズ数である。

これらの関係を組み合わせて以下の空気−水スクラブ速度を得ることができる。

Ｑａ−（９３，ｌ　ｌ　−５，８３Ｘ　１　０’Ｖｄａｏｓ−””（ｓｇ　−１ ）−”啼４ｐ−１，８！＋４−１１．１１１１）ｌ／！ｄ、。、及び■、に基づ いたレイノルズ数が１０以上である場合には、空気スクラブ速度についでの関係 は以下の通りになる。

Ｑａ＝（９３，１１２１１６Ｖｄａｏｓ−””（ｓｇ　ｌ）−””ｐ−”９７μ ””）””上述の理論及び経験的結果の両方に基づいて、作動上の水ｍｌの範囲 及び広範な液温の範囲（１０Ｃ乃至２７’Ｃ）に亘って最適の空気量が決定され る。結果は以下の通りである。

水量（ｇｌ）ＩＩ／ｓｑ、ｆｔ、）　空気量（ｓｃｆｍ／ｓｑ、ｆｔ、）１掲の 表から、本発明の最も広範な特徴に従って、空気流れは、１平方メートル当たり 約２０３．１１乃至８１４．９２１　（１平方フイート当たり毎分５ガロン乃至 ２０ガロン）の範囲の液体流量で１平方メートル当たり毎分約３０４．８４乃至 ２７４３．２ｎ　＜１平方フイート当たり毎分約１標準立方フイート乃至９標準 立方フイート（１−９５ｔａｎｄａｒｄ　ｃｕｂｉｃ　ｆｅｅｔ　ｐｅｒ　ｌｌ １ｎｕｔｅ　／’　ｓｑ、ｆｔ、　）　）の範囲にあるということがわかる。

本発明の最も好ましい実施例では、空気流量は１平方メートル当たり毎分約９１ ４゜４ａ乃至２４３８．４１　（１平方フイート当たり毎分約３標準立方フイー ト乃至８標準立方フイート、即ち約３３−８ｓｃｆ／ｓｑ、ｆｔ、）の範囲内に 維持され、液体洗浄量は１平方メートル当たり毎分４０７．４６１乃至６１１． 　１１！　（１平方フイート当たり毎分１０ガロン乃至１５ガロン）の範囲内に ある。最も好ましくは、空気流量は１平方メートル当たり毎分４０７．４６１　 （１平方フイート当たり毎分１０ガロン）の液体流量で１平方メートル当たり毎 分約１８２８．８２乃至２４３８．４１　（１平方フイート当たり毎分６標準立 方フイート乃至８標準立方フイート）の範囲内に維持され、１平方メートル当た り毎分６１１．１９１　（１平方フイート当たり毎分１５ガロン）の液体流量で １平方メートル当たり毎分約９１４．４１乃至２１３３．６１　（１平方フイー ト当たり毎分３標準立方フイート乃至７標準立方フイート）の範囲内に維持され る。

本出願人は、５分以下、好ましくは２分乃至４分の非常に短い期間に亘って洗浄 サイクルの第１洗浄段階を行うことができるということがわかった。この短縮さ れた洗浄サイクルは、綿状沈殿物の幾分かを両層５６の粒状の濾材にくっついた ま」にする、このように綿状沈殿物が保持されることは、未使用の濾床の最初の 損失水！１１２１．　９２ｃｍ　（４フイート）の濾床深さについて約４５．７ ２ｃｍ（１，５フイート）の損失水頭）と洗浄サイクル後の損失水ｆｌ！１２１ 　９２ｃｍ（４フイート）の濾床深さについて約６０．９６ｃ＋ｍ（２フイート ）の損失水頭との差によって証拠付けられる。

本発明によれば、第１洗浄段階の長さは、この段階の終わりに洗浄水が綿状沈殿 物で未だ濁っており、両層５６に亘る損失水頭が前記層に綿状沈殿物がない場合 の前記層に亘る損失水頭よりも少なくとも１５％大きいように行われる。

二段階洗浄サイクルの第２洗浄世イクルは、空気を全く含まない洗浄液の逆流で 行われる。最も好ましくは、この第二段階で使用される液体は、濾過されるべき 流入液と同じ液体であり、この液体は浄化サイクルの第】段階中にも使用される 。更に、この洗浄段階中に流入液に凝固剤が加えられる。

更に、最も好ましくは、第２洗浄サイクルは浄化づイクルの第１段階で使用され た（及び作動サイクル中に使用された）のと同じ液体流量で行われる。この第二 段階の「水だけによる濯ぎ」は、第二段階の終わりに清澄器層５６内だけに綿状 沈殿物がくっついているように、ばらばらに破壊された綿状沈殿物及び固形物を 第１空気スクラブ洗浄段階から運び去るのに使用される。特に、第二段階中の非 流動化流量は、浄化サイクルの第１洗浄段階中に前もってばらばらにされなかっ た綿状沈殿物を緩くするには十分でない。更に、水だけの段階は、濾床内の同伴 された空気を洗い流すのを助ける。

本発明ｊこよる二段階洗浄サイクルの結果、各サイクルの後に清澄器層５６内に 残る綿状沈殿物により接触清澄化が高められ、各作動中、最大濾過能力及び濁り 除去に更に迅速に戻ることができる。この利点は、比較的安価で自然に起こる浮 力のない粒状材料で形成された濾床で達成される。

行った試験で：＝、完全にきれいなｔａ澄器層５６（卯ち綿状沈殿物が全くなｙ Ｓ層）は、その最大の作動的濁り除去速度を得るのに約３０分乃至１時間以上の 作動時間を必要とする。この時間中、あまり清澄化されていない水が仕上げ濾過 器１４に差し向けられ、その結果、この後方の濾過器に大きな負担をかけ、流出 液の質を低くしてしまう。

これとは対照的に、本発明の二段階サイクルに従って洗浄された、前記層にくっ ついた制御された１の綿状沈殿物を保持するように設計された清澄層５６は、代 表的には、最適の濁り除去速度を達成するのに５分乃至１０分の作動時間しか要 しない。

更に、本出願人は、浄化サイクルの第１洗浄段階で生じたばらばらに破壊された 綿状沈殿物及び固形物の所望の除去を行うのに第２洗浄段階（水だけ）を５分以 下に亘って、好ましくは３分乃至４分の範囲で行うのがよいということがわかっ た。

本発明の二段階洗浄サイクルは多くの利点をもたらす。先ず第１に、洗浄中の流 体流れの方向が作動中の流体流れの方向と同じであるため、流体流れの方向を逆 転するための高価で複雑な弁システムを使用する必要がないということである。

更に、本発明の最も好ましい実施例では、作動中及び全洗浄サイクル中、液体の 流量が一定のままであり、これによって、流量を調節したり変えたりするための 高価なｔＩＩＩ＠システムの必要をなくす。

更に、本発明の最も好ましい実施例では、濾過されるべき流入液は、実際には、 洗浄水として使用され、これによって、別体の十分に清澄な水槽についての必要 性、及び洗浄液をこのような十分に清澄な水槽から搬送するための制御システム 及び導管を設ける必要性をなくす。換言すれば、本発明によれば、原水流量を濾 過すイクルー洗浄すイクルー慮過づイクルに亘って一定の作動値に維持するだけ で、前置濾過！１２の設計上及び作動上の複雑さを減少させることができる。

本発明の洗浄サイクルの別の利点は、洗浄用空気及び非流動化水流を含む＠１段 階が、従来のシステムで通常使用される時間の数分の−に亘って行われるという ことである。欧州式のシステムでは、洗浄用空気と非流動化水流の組み合わせは 、洗浄水の清澄度、並びに濾床をほとんどきれいな濾床の損失水頭の状態まで戻 すことζこよって証拠付けられるように、濾床を完全に「浄化」するのに汁・分 な時間に亘って維持される。この後者の従来技術の方法は、濾材の有効径が１ｍ ＠の数分の−の従来の噴流濾過器に適用することができる。廃水の用途では、有 効径は１ｍｓ以上であり流入液の固形物含有量は非常に高く濁度は１００ＮＴＵ 以」二であり、洗浄水は濾過済み水である。

本発明の別の利点は、二段浄化サイクルが、非流動化水だけの濯ぎサイクルを含 み、このサイクルが洗浄用空気及び非流動化第１洗浄段階によってばらばらにさ れた綿状沈殿物だけを洗い流すのに役立ち、作動サイクルの再始動時に濾過を高 めるため固形物が濾材にくっついたままにするということである。主文中に述べ たように、水だけによる濯ぎは、空気スクラブサイクルによる同伴された気泡を 濯ぎ出すのにも役立つ。

液体流量を前段階で非流動化レベルに維持した二段階浄化サイクルを浮力のない 粒状材料で形成された濾床と関連して使用することは、上述の利点に寄与し、本 発明の極めて重要な特徴である。

これ以上詳細に説明しなくても、以上の説明は本発明を十分に例示しているので 他者は現在の又は未来における知識を通用することによって、種々の作動状態で 使用するのに本発明による装置を採用することができる。

フロントページの続き （５１）　Ｉｎｔ、　Ｃ１，５識別記号　庁内整理番号ＢＯＬＤ　３５／１６　 ６９５３−４Ｄ７８２４−４Ｄ ８９２５−４Ｄ （８１）指定国　ＥＰ（ＡＴ、ＢＥ、ＣＨ，ＤＥ。

ＤＫ、　ＥＳ、　ＦＲ，ＧＢ、　ＧＲ，ＩＴ、　ＬＵ、　ＮＬ、　ＳＥ）、０Ａ （ＢＦ、ＢＪ、ＣＦ、ＣＧ、ＣＩ、ＣＭ、ＧＡ、ＧＮ、ＭＬ、ＭＲ，ＳＮ、ＴＤ 、ＴＧ）、ＡＵ、ＢＢ、　ＢＧ、　ＢＲ，ＣＡ、ＦＩ、　ＨＵ、ＪＰ、　ＫＰ、 　ＫＲ。

ＬＫ、ＭＣ，ＭＧ、ＭＷ、Ｎｏ、ＲＯ，ＳＤ、ＳＵＩ ＢＯＬＤ　２３／２４　Ｚ ２９１０８　Ｚ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．浮力のない粒子でできた濾層を持つ濾床を有し、濾過されるべき流入液中の 綿状沈殿物が前記層内に保持されるように前記流入液が各作動中に前記層を通し て上方に差し向けられる逆流濾過器を作動間に洗浄する方法において、（ａ）空 気及び液体の組み合わせを、前の作動中に前記層に保持された綿状沈殿物の幾分 かだけをばらばらにすると同時に綿状沈殿物の幾分かが前記濾層の前記粒状濾材 にくっついたままにするため濾層の最小流動化速度以下の液体の速度で、濾層を 通して逆流方向に差し向ける工程と、（ｂ）ばらばらにされた綿状沈殿物を濾層 から除去すると同時に前記濾層において前記濾層の前記粒状濾材に綿状沈殿物が くっついたままにするため、液体だけを濾層の最小流動化速度以下の速度で濾層 を通して逆流方向に差し向ける工程と、を有する方法。 ２．工程（ａ）及び（ｈ）で逆流方向に差し向けられた液体は、作動中に濾層を 通して差し向けられた流入液である、請求項１に記載の方法。 ３．請求項１の工程（ａ）及び（ｂ）で濾層を通して差し向けられた液体は、作 動中の流入液の速度とほぼ同じ速度である、請求項２に記載の方法。 ４．空気及び液体の組み合わせを濾層を通して逆流方向に差し向ける工程が、液 体が綿状沈殿物で濁らされ、濾層に亘る損失水頭が前記層に綿状沈殿物がない場 合の前記層に亘る損失水頭よりも少なくとも１５％大きい場合に終了する、請求 項１に記載の方法。 ５．工程（ａ）での空気の流量が約Ｑａであり、ｄ６０％及び最小流動化速度に 基づいたレイノルズ数が１０又はそれ以下である場合、Ｑａ＝（９３．１１−５ ．８３×１０４×１０４Ｖｄ６０％−１．８２（ｓｇ−１）−０．９４Ｐ−１． ５８μ＋０．８８）１／２であり、 ｄ６０％及びＶｍｆに基づいたレイノルズ数が１０以上である場合には、空気ス クラブ速度は、 Ｑａ＝（９３．１１−２１　１６Ｖｄ６０％−１．５３（ｓｇ−１）−０．６８ ４ｐ−１０９７μｏ．３６９）１／２であり、ここで「Ｖ」は１平方フィート当 たりの毎分のガロンで表した液体の速度であり、「ｄ６０％」はｍｍで表した濾 材粒子の６０％粒径（粒子の均等率と粒子の有効径との積に等しい）であり、「 ｓｇ」は粒子の比重であり、「ｐ」は１立方フィート当たりのポンドで表した液 体の密度であり、「μ」はセンチポアズで表した液体の粘度である、請求項１に 記載の方法。 ６．工程（ａ）及び（ｂ）での液体の速度が濾層の最小流動化速度の二分の一以 下である、請求項１に記載の方法。 ７．請求項１の工程（ａ）及び（ｂ）での液体の速度が１平方メートル当たり約 ２０３．７３ｌ乃至８１４．９２ｌ（１平方フィート当たり毎分５ガロン乃至２ ０ガロン）の範囲内にあり、請求項１の工程（ａ）での空気の流量が１平方メー トル当たり毎分約３０４．８ｌ乃至２７４３．２ｌ（１平方フィート当たり毎分 約１標準立方フィート乃至９標準立方フィート）の範囲内にある、請求項６に記 載の方法。 ８．請求項１の工程（ａ）及び（ｈ）での液体の速度が１平方メートル当たり約 ２０３．７３ｌ乃至８１４．９２ｌ（１平方フィート当たり毎分５ガロン乃至２ ０ガロン）の範囲内にあり、請求項１の工程（ａ）での空気の流量が１平方メー トル当たり毎分約３０４．８ｌ乃至２７４３．２ｌ（１平方フィート当たり毎分 約１標準立方フィート乃至９標準立方フィート）の範囲内にある、請求項２に記 載の方法。 ９．請求項１の工程（ａ）及び（ｂ）での液体の速度が１平方メートル当たり約 ２０３．７３ｌ乃至８１４．９２ｌ（１平方フィート当たり毎分５ガロン乃至２ ０ガロン）の範囲内にあり、請求項１の工程（ａ）での空気の流量が１平方メー トル当たり毎分約３０４．８ｌ乃至２７４３．２ｌ（１平方フィート当たり毎分 約１標準立方フィート乃至９標準立方フィート）の範囲内にある、請求項３に記 載の方法。 １０．空気及び液体の組み合わせを濾層を通して逆流方向に差し向ける工程が、 液体が綿状沈殿物で濁らされ、濾層に亘る損失水頭が前記層に綿状沈殿物がない 場合の前記層に亘る損失水頭よりも少なくとも１５％大きい場合に終了する、請 求項２に記載の方法。 １１．空気及び液体の組み合わせを濾層を通して逆流方向に差し向ける工程が、 液体が綿状沈殿物で濁らされ、濾層に亘る損失水頭が前記層に綿状沈殿物がない 場合の前記層に亘る損失水頭よりも少なくとも１５％大きい場合に終了する、請 求項３に記載の方法。 １２．工程（ａ）が５分以下の期間に亘って行われ、その後、液体が濁らされる 、請求項１に記載の方法。 １３．１程（ｂ）が５分以下の期間に亘って行われ、その後、液体が濁らされる 、請求項１２に記載の方法。 １４．請求項１の工程（ａ）及び（ｂ）での液体の速度が１平方メートル当たり 約２０３．７３ｌ乃至８１４．９２ｌ（１平方フィート当たり毎分５ガロン乃至 ２０ガロン）の範囲内にあり、請求項１の工程（ａ）での空気の流量が１平方メ ートル当たり毎分約３０４．８ｌ乃至２７４３．２ｌ（１平方フィート当たり毎 分約１標準方フィート乃至９標準立方フィート）の範囲内にある、請求項１２に 記載の方法。 １５．請求項１の工程（ａ）及び（ｂ）での液体の速度が１平方メートル当たり 約２０３．７３ｌ乃至８１４．９２ｌ（１平方フィート当たり毎分５ガロン乃至 ２０ガロン）の範囲内にあり、請求項１の工程（ａ）での空気の流量が１平方メ ートル当たり毎分約３０４．８ｌ乃至２７４３．２ｌ（１平方フィート当たり毎 分約１標準立方フィート乃至９標準立方フィート）の範囲内にある、請求項１３ に記載の方法。 １６．前記濾層よりも粗い粒状の浮力のない材料でてきた静的凝集層で前記濾床 を形成する工程を有し、前記濾床は、濾床を通る液体流れの方向で前記濾層の上 流に配置され、前記凝集層の前記粒状の浮力のない材料は、作動中に流入液の上 方への流れを分配し、綿状沈殿物の大部分が前記層中に保持されることなく凝集 を促すように前記流入液を淀合するための速度勾配を提供するための所定の有効 径及び均等率を持つ粒子を有する、請求項１に記載の方法。 １７．前記凝集層の深さが前記濾層の深さよりも小さい、請求項１６に記載の方 法。 １８．粗い層を形成するため、濾層の粒状材料の有効径が１ｍｍ以上であり、濾 層を通して逆流方向に差し向けられた前記流入液は固形分が低く濁度が１００Ｎ ＴＵ以下である、請求項１に記載の方法。 １９．粗い層を形成するため、濾層の粒状材料の有効径が１ｍｍ以上であり、濾 層を通して逆流方向に差し向けられた前記流入液は固形分が低く濁度が１００Ｎ ＴＵ以下である、請求項１６に記載の方法。 ２０．凝集層の粒子の有効径が２ｍｍ以上である、請求項１９に記載の方法。 ２１．凝集層と濾層との間に粒状材料でできた移行層を形成する工程を有し、流 入液が最初に通過する前記凝集層は移行層よりも粗い、請求項１６に記載の方法 。 ２２．前記凝集層の粒子の有効径が６．５ｍｍ以下であり、移行層の粒子の有効 径が約２．ｍｍ乃至３．５ｍｍである、請求項２１に記載の方法。 ２３．比重が２以上の粒状濾材でできた浮力のない濾層を形成する工程を有する 、請求項１に記載の方法。 ２４．凝集層及び濾層の比重が２以上である、請求項１６に記載の方法。 ２５．４ｍｍ以上の有効径を持つ粒子を有する凝集層を形成する工程を有する、 請求項１６に記載の方法。 ２６．凝集層は、流入液がこの凝集層を１平方メートル当たり毎分４０７．４６ ｌ乃至６１１．１９ｌ（１平方フィート当たり毎分１０ガロン乃至１５ガロン） の流量で通過する場合に、毎秒約４０乃至６０の速度勾配を提供する所定の粒径 及び多孔度を持つ、請求項１６に記載の方法。