JPH084687B2 - 重力▲ろ▼過装置の▲ろ▼層目詰まり状態監視装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、用水，廃水の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
衡させて重力過槽内部の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過装置
において、層の目詰まり進行状態の確認を容易化した
重力過装置の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，廃水を層を通すことで処理
するという過原理を利用するものであるが、処理水
（過水）水質の安定と、装置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。

この重力過装置では、通常一定水量で流入される原
水が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層を常時水面下
に保持する（層を露出させない）ことが重要であると
されている。しかし重力過装置では層の通水抵抗が
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
水量一定化のために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４が層３
よりも高い位置に維持できしたがって層の露出を生じ
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から通気管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を通気管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通気管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から通気管
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
弁座開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層３の抵抗（以下抵
抗h₃という）は小さいから過水は層３をスムースに
流れ、サイホン管頂部の下側内壁を堰部として過水が
越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から通気管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、堰部の越流が増して原水液面の下降を促し、結局槽
２内の原水液面は所定レベル（概ねh₁＝h₃で与えられる
レベル）で自律均衡することになる。

次に、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10からサイホン管頂部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
座開口が狭くなる）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、
この負圧が過水の堰部越流量を増す作用として利用さ
れる。

すなわち層目詰まりの進行に伴ない該層の通水抵
抗h₃が大きくなると、サイホン管頂部の堰部越流水量は
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、上述サイホン管型のエア
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から過水を流出させる吸引力を
大とし、これにより原水の層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（−h₂）として説明する。したがって槽２内の原水
液面レベルは概ねh₁＝h₃−h₂で与えられる。

このように、原水液面レベルの上下動に従って、フロ
ート弁型のエア吸入量制御機構10は通気管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
層を支持する床を示している。

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、層の目詰まりがそれ以上の過操
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。そこでこ
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過装置において
は、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、
通気管11内部の圧力状態を緩衝器22（あるいは絞り弁）
を介して真空計21で測定するようにしている。これは上
記通気管が接続されたサイホン管頂部のエア溜りのエア
圧は、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，破損の原因となってい
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21
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、通気
管11が過槽の原水液面４や過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っ
た。

こ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
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
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
りなる重力過装置の層目詰まり状態監視装置の特徴
は、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
通して過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過水量を制御するようにした
方式の重力過装置において、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、過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れるものであってもよいし、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開孔量を増減
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） 前期構成をなす重力過装置の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
量が過槽の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、層
３を通り過水流出管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）から水封槽９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のエア吸
入量制御機構では、原水液面に対向するように下方に向
かって開いた弁座24を通気管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通気管11内
への吸入エア量を調節するフロート弁体25を設け、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に供給される。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。

本例の重力過装置において、流入原水と流出過水
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（−h₂）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（分岐管32）、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の堰部越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使用
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7a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
の下側内壁を堰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
さと略同一で差がない。

この初期状態で原水液面が上昇しても、入口水頭h₁が
大きくなって堰部を越流する過水の水量は増加し、し
たがって層を通る過水水量が増えて原水液面は下降
するという自律均衡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。

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、上記の如く−
h₂が増すので堰部を越流する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槽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層
の目詰まり状態を現わしている。

この後、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る水封柱31内部の液面レベルは
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31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きることは言うまでもな
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，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層の目詰まり状態監視装
置を備えた重力過装置の構成概要一例を示した図、第
２図は層の目詰まり状態監視装置を備えた重力過装
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図は従来の重力過装置の構成を示した図である。 １……原水流入管、２……槽 ３……層、４……原水液面 ５……床、６……過水流出管 ７……サイホン管、８……サイホン管下降部 ９……水封槽、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……検知装置 34……水封槽

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ０１Ｄ 24/46 29/60 29/62 29/88 Ｂ０１Ｄ 23/10 Ｃ 23/24 Ｚ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】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
   過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
   管を流れる過水量を制御するようにした方式の重力
   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
   過装置の層目詰まり状態監視装置。