JPH09271608A - 移床式濾過装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 濾材を連続的に循環させながら洗浄し、しか
も懸濁物質を濃縮して除去して水を効率的に洗浄し、運
転費用やメンテナンス費用を軽減し、設備をコンパクト
にして価格を低くでき、小規模工場や一般家庭への普及
を容易にさせる。 【解決手段】 下部に原水注入管７が接続され、上部に
濾過水管９が接続された濾過槽１が配設され、濾過槽１
の内部には濾材５が収納され、濾過槽１の内部には、細
長い筒状のエアリフト管４が立設され、エアリフト管４
の下端から上端へ濾材５を移動させる移送用エアポンプ
が設けられ、エアリフト管４の上端より低い位置に、筒
状のダクト２が設けられ、濾過槽１の内部における上部
に内堰８が設けられ、ダクト２の内部であってエアリフ
ト管４の上方で、かつ内堰８の上端より低い位置に、有
底筒形の集濁室３が配設され、集濁室３の内部の濁水を
排出させる濁水排出機構が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、移床式濾過装置に
関する。さらに詳しくは、濾過槽内に収納された濾材
が、原水中に含まれる鉄イオンやマンガンイオンなどの
溶存物質や粘土粒子や鉱物粒子などの不溶存性の細粒な
懸濁物質を濾材の表面に酸化吸着することによって、原
水を濾過する移床式濾過装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、飲料用・工業用水源の原水中に含
まれる前記溶存物質や懸濁物質を除去するための濾過装
置は多く開発されており、圧力式濾過装置と移床式濾過
装置とに大別される。飲料用の浄水を得るためには圧力
式濾過方式の装置が多く用いられているが、この圧力式
濾過装置は圧力によって経時的に濾材が目詰まって閉塞
を起こしてしまい、十分に原水を濾過できなくなる。こ
のため、定期的に濾材を洗浄する逆洗工程が必要であ
り、この逆洗工程を自動化するために多くの付属設備が
必要なので、圧力式濾過装置は一般に大規模で設備費用
が高価である。しかも逆洗処理が行われているときには
装置を停止させなければならず、連続的に運転できな
い。また、逆洗処理は多量の洗浄水が必要であり、この
洗浄水の確保には折角洗浄した濾過水を使用しており、
結果として洗浄効率が悪かった。そこで、最近では逆洗
工程を必要としない移床式濾過装置が開発されており、
原水に含まれた懸濁物質を濾材によって除去するととも
に、濾材を連続的に循環させながら、濾材を洗浄し原水
の濾過処理を行うものがある（例えば、特開昭63-23650
7 号公報参照）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、従来の移床
式濾過装置において、濾材を閉塞させずに連続的に濾過
槽の内部を循環させるために、濾材を移送させる移送用
エアポンプが取り付けられている。この移送用エアポン
プには高圧のコンプレッサーを用いており、換言する
と、移送用エアポンプは高圧のコンプレッサーでなけれ
ば、濾材を充分に移送させることができず濾材が閉塞し
てしまう。このため、移床式濾過装置であっても設備費
用が高くなり、小規模工場や一般家庭への普及が難しい
という問題がある。また、従来の移床式濾過装置では、
懸濁物質を含んだ大量の排水を捨てており、原水に対す
る排水量の割合が高い。このため、原水に対する濾過水
量の割合が少ないので、濾過処理効率が悪いという問題
がある。

【０００４】本発明はかかる事情に鑑み、濾材を連続的
に循環させながら洗浄し、しかも懸濁物質を濃縮して除
去して水を効率的に洗浄し、運転費用やメンテナンス費
用を軽減し、設備をコンパクトにして低価格で開発で
き、小規模工場や一般家庭への普及が容易な移床式濾過
装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１の移床式濾過装
置は、内部に濾材が収納され、下部に原水が注水される
原水注入管が接続され、上部に濾過水が送水される濾過
水管が接続された濾過槽と、該濾過槽の内部に立設され
ており、下端部に吸込口が形成され、上端部に噴出口が
形成されたエアリフト管と、該エアリフト管の吸込口か
ら前記噴出口へ前記濾材を移動させる移送用エアポンプ
とからなる装置において、前記エアリフト管の噴出口よ
り低い位置に下端を配設され、前記エアリフト管の噴出
口から噴出する濁水と濾過された濾過水とを隔てる筒状
のダクトと、前記濾過槽の内部における上部に、該濾過
槽の内部と前記原水注入管とを隔てる位置に設けられた
内堰と、前記ダクトの内部であって前記エアリフト管の
上方で、かつ前記内堰の上端より低い位置に、開口を上
向きに配設され、内部に濁水を貯留する有底筒形の集濁
室と、該集濁室の内部の濁水を外部に排出させる濁水排
出機構とからなることを特徴とする。請求項２の移床式
濾過装置は、前記濾過槽の側面が、円筒状であって、前
記原水注入管から該濾過槽に注入される原水の水流方向
が、水平視で該濾過槽の中心線からズレていることを特
徴とする。

【０００６】

【発明の実施の形態】つぎに、本発明の実施形態を図面
に基づき説明する。図１は本発明の移床式濾過装置の一
実施形態に係わる正面図である。同図に示すように、本
実施形態の移床式濾過装置は、円筒状で下部が絞られた
形状の濾過槽１が設けられており、この濾過槽１には濾
材５が収納されている。この濾過槽１の下部には原水注
入口16が形成されており、この原水注入口16には原水注
入管７が接続されており、この原水注入管７、原水注入
口16を通って懸濁物質ｄを含んだ原水が濾過槽１の内部
に注入される。他方、濾過槽１の上部には濾過水管９が
接続されているが、この濾過水管９は濾過された濾過水
を送り出すためのものである。

【０００７】つぎに、濾過槽１の内部における底部周辺
について説明する。図２は濾過槽１の内部における底部
周辺の一例の構成図であって、（Ａ）は吸込管17の断面
正面図、（Ｂ）は吸込管17の正面図で、図３は濾過槽１
の内部における底部周辺の他の例であって、（Ａ）は吸
込管17の断面正面図、（Ｂ）は吸込管17の正面図であ
る。図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、濾過槽１の内部
における底部には、送気管14が取り付けられており、こ
の送気管14には図示しない移送用エアポンプが取り付け
られている。15は散気管である。この移送用エアポンプ
は常時稼働させておき、加圧空気を濾過槽１の内部へ送
り続けさせるものである。移送用エアポンプを稼働させ
ている間中、加圧空気は送気管14、散気管15を通って濾
過槽１の内部に送られ、この加圧空気は後述するダクト
２の上開口から抜ける。前記送気管14を囲う位置に、筒
状の吸込管17が濾過槽１の底部に取り付けられており、
この吸込管17の側面には濾材５よりも大きな孔13a がい
くつか形成されており、吸込管17の上部開口には後述す
るエアリフト管４の下端が接続されている。吸込管17の
孔13a から吸込管17の内部に入った濾材５は、前記移送
用エアポンプから吐き出された加圧空気とともにエアリ
フト管４に送られる。なお、図３（Ａ）、（Ｂ）に示す
ように、吸込管17の側面には細長いスリット13ｂがいく
つか形成されていてもよく、吸込管17の孔は濾材５が吸
込管17の内部に入る大きさであれば、種々の形状を採択
しうる。

【０００８】図４は図１のＩＶ−ＩＶ線断面図である。
同図に示すように、濾過槽１の側面には２本の原水注入
管７が接続されており、それぞれの原水注入管７は濾過
槽１の中心Ｍから半径方向に少しズラして、かつ互いに
対向させて取り付けられている。なお、濾過槽１に取り
付けられる原水注入管７の本数は特に限定されないが、
２本の場合には安定した渦巻き流を発生させることがで
きるので好ましい。この構成によって、それぞれの原水
注入管７から注入された原水は平面視で渦巻きの流れと
なって、濾過槽１の下部を流れる。このため、図１に示
すように吸込管17付近の水流は上向きとなり、この水流
は下部コーン18の下側で循環流となり、濾材５の吸込管
17に対する閉塞を防止することができるという効果を奏
する。

【０００９】つぎに、エアリフト管４について説明す
る。再び、図１〜図２に示すように、濾過槽１の内部に
は、細長い筒状のエアリフト管４が立設されており、下
端を濾過槽１の吸込管17に接続されている。６は円錐形
の上部コーンで、エアリフト管４の上部に取り付けられ
ており、エアリフト管４の上端から噴出し沈降する濾材
５を、濾過槽１の半径方向に拡散させるものである。18
は下部コーンで、上部コーン６とは異なり、濾過槽１と
の間に絞り19を形成させるためのもので、濾材５の閉塞
を防止するものである。この構成により、前記移送用エ
アポンプを駆動させると、送気管14を経由して散気管15
から空気が勢いよく噴出され、この空気は吸込管17の内
部で泡Ｂとなる。このため、前記移送用エアポンプの稼
働中、この泡Ｂは吸込管17の内部の濾材５や原水ととも
に、エアリフト管４の内部を上昇しながら、泡Ｂのバブ
リング攪拌作用によって、濾材５に付着している懸濁物
質ｄを濾材５から剥離させることができる。すなわち、
濾過された濾過水を使用することなく、泡Ｂのバブリン
グ攪拌作用によって濾材５を洗浄させることができる。
前記エアリフト管４の内部で洗浄された濾材５は、懸濁
物質ｄとともに、エアリフト管４の上端から噴出する。
そして、前記エアリフト管４の上端から噴出した洗浄さ
れた濾材５は、濾材５の自重で沈んでいき、濾過槽１に
収納されている濾材５の最上層に堆積するが、懸濁物質
ｄはダクト２の内部を漂う。

【００１０】つぎに、濾過槽１の内部における上部周辺
について説明する。図６は濾過槽１の内部における上部
周辺の構成図である。図１および図６に示すように、前
記エアリフト管４の上方には、エアリフト管４の上端を
囲む位置に、円筒状のダクト２が開口を下向きにして垂
設されている。このダクト２は上方部分が直径の小さい
円筒で、下方部分が直径の大きい円筒状のものである。
ところで、濾過槽１の内部には、大量の粒状の濾材５が
層となって堆積され、ダクト２の下端よりも高い位置ま
で収納されている。このため、ダクト２の内側の濁水
と、ダクト２の外側と濾過槽１の内側との間の濾過水と
は隔てられており、前記エアリフト管４の上端から噴出
する濁水と、濾材５によって濾過された濾過水とは混合
しない。

【００１１】濾過槽１の内部における上部には、濾過槽
１と濾過水管９とを隔てる位置に円筒状の内堰８が設け
られており、この内堰８の下端は濾過槽１の内壁に接続
されている。原水が流入し、濾過槽１の水位が内堰８を
越えて上昇すると、濾材５によって濾過された濾過水が
内堰８を越えて溢れだし濾過水管９に送られる。

【００１２】前記ダクト２の内部において、前記エアリ
フト管４の上端より上方には、有底円筒状の集濁室３
が、前記内堰８の上端より低い位置に設けられている。
このため、原水が流入し濾過槽１の内部の濾過水の水位
が上昇し、集濁室３の上端の高さを越えると、ダクト２
の内部の濁水は集濁室３の側壁を越えて集濁室３の内部
に注ぎ込んで貯水される。前記水位は集濁室３の上端と
内堰８の上端との間の高さに調整されているが、この水
位を調整する濁水排出機構についての詳細は後述する。

【００１３】この集濁室３の内部には、濁水排出機構が
設けられており、この濁水排出機構は集濁室３の内部に
貯水された濁水を外部に排出するものである。この濁水
排出機構は汚水排出管10と送気管11とからなり、濁水排
出管10は送気管11とともに吊り下げられて、集濁室３の
内部に配設されている。濁水排出管10は先端が漏斗状に
形成されたもので、この濁水排出管10の先端における内
部には送気管11が配設されている。12は散気管で、送気
管11の先端に取り付けられている。前記送気管11には図
示しない排出用エアポンプが接続されており、この排出
用エアポンプから送り込まれた加圧空気は送気管11、散
気管12を通って濁水排出管10の漏斗状の先端部に吐出さ
れる。このため、集濁室３の内部の濁水は加圧空気とと
もに、濁水排出管10を通って排出される。この排出用エ
アポンプが送り込む空気の量によって、濾過槽１の水面
の高低が決定されている。すなわち、排出用エアポンプ
が送り込む空気の量が多ければ、この空気とともに濁水
排出管10を通る濁水の量が多くなるので水面は低く、排
出用エアポンプが送り込む空気の量が少なければ、この
空気とともに濁水排出管10を通る濁水の量が少なくなる
ので水面は高くなる。したがって、原水の汚濁度が高い
ときには、排出用エアポンプが送り込む空気の量を多く
して、多くの濁水を排出させたり、原水の汚濁度が低い
ときには、排出用エアポンプが送り込む空気の量を少な
くして、濁水の排出を抑えればよい。つまり、原水の汚
濁度に応じて排出量を調整することができるという効果
を奏する。なお、濁水排出機構は、集濁室３の内部に一
時貯水されている濁水を外部に排出できればよく、集濁
室３の内部の濁水を直接吸引する装置であってもよく、
種々の機構を採択しうるが、本実施形態の前記汚水排出
管10と送気管11との組み合わせが最も安価でシンプルな
構造なので好適である。

【００１４】つぎに、濾材５について説明する。図５は
濾材５の濾過機能の模式図である。同図に示すように、
多孔セラミック質を粉粒体に成形した酸化吸着剤などの
濾材５の大きな粒子の表面に、懸濁物質ｄの小さな粒子
が吸着されている。これは、鉄イオンやマンガンイオン
などの懸濁物質ｄが濾材５の表面に接触すると、懸濁物
質ｄが酸化されて不溶解物質となり、この懸濁物質ｄが
濾材５に吸着されるからである。濾材５は、原水中の金
属イオンや浮遊物を酸化して濾材５の表面に吸着させる
もので、原水中に含まれる懸濁物質ｄの濃度が濃い場合
には、濾材５と懸濁物質ｄとの接触回数が多くなるの
で、濾材５の表面には多くの懸濁物質ｄが吸着する。つ
まり、濾過槽１の内部の濾材５は、原水注入管７に近け
れば近いほど汚れており、言い換えると、濾過槽１の上
層部の濾材５よりも下層部の濾材５の方が、より多くの
懸濁物質ｄを付着している。なお、濾材５の材料には酸
化吸着剤だけでなく、無煙炭、アルミナ、珪酸アルミニ
ウム、炭化珪素などセラミックの多孔質に成形できるも
のであれば限定されない。さらになお、前処理として不
溶化処理およびフロッグ処理をしておくとよい。不溶化
処理は、原水に次亜塩素酸ナトリウムを加えて、鉄イオ
ンやマンガンイオンを不溶化して懸濁物質ｄにする処理
で、フロッグ処理はこの不溶性の懸濁物質ｄを含んだ原
水にポリ塩化アルミニウムなどを加えて懸濁物質ｄを擬
集させる処理である。このように、懸濁物質ｄを擬集さ
せて直径の大きなフロッグにしておけば、このフロッグ
を濾材５の表面に吸着させやすくなるので、好適であ
る。

【００１５】上記のごとき構成によって、本実施形態の
移床式濾過装置は以下のように動作する。まず、懸濁物
質ｄを含んだ原水を原水注入管７から注入させると、原
水は濾過槽１の内部に注水される。この原水は、濾過槽
１の底部で渦を巻きながら、濾材５を拡散させつつ濾材
５の層を通って上昇していく。このため、吸込管の周辺
での濾材の閉塞を防止することができるという効果を奏
する。他方、原水中に含まれる懸濁物質ｄは、濾材５の
層を通過するうちに濾材５によって酸化吸着されるの
で、原水は濾過されて濾過水となって濾材５の最上層か
ら浸み出てくる。濾過槽１の内部の水位が内堰８の高さ
より高く上昇した場合には、濁水は内堰８から溢れ出て
濾過水管９へ案内される。

【００１６】一方、原水を連続に濾過し続ける濾材５の
表面には、多くの懸濁物質ｄが吸着されており、濾過機
能が劣化している。とくに、濾材５の層の最下層周辺は
原水を濾過槽１内に注水する原水注入管７が設けられて
場所であり、濾過槽１の内部で最も懸濁物質ｄの濃度が
濃いので、最も濾材５の汚れが著しい。この汚れが著し
い濾材５は、吸込管17の孔13a やスリット13b から吸込
管17の内部に送り込まれ、移送用エアポンプから送り込
まれた空気とともに、エアリフト管４の内部を上昇す
る。エアリフト管４の内部では、空気が泡Ｂとなり、こ
の泡Ｂのバブリング攪拌作用によって懸濁物質ｄを濾材
５の表面から剥離させることができる。すなわち、エア
リフト管４を通過する間に、濾材５は洗浄されて濾過機
能が回復する。この洗浄された濾材５は、懸濁物質ｄと
ともに、エアリフト管４の上端からダクト２の内部に噴
出される。

【００１７】比重の重い濾材５は自重によってダクト２
の内部を沈んでいき濾材５の上層に堆積され、ダクト２
の内部の濾材５の上層には洗浄された濾材５が連続的に
堆積する。上記のごとく、汚れた濾材５がエアリフト管
４の内部で洗浄されながら濾過槽１の上部へ移動させら
れ、再び、濾材５の上層に堆積させられるので、濾材５
が連続的かつ循環的に洗浄されるので、逆洗工程は必要
ない。

【００１８】他方、比重の軽い懸濁物質ｄは、濁水排出
機構の濁水排出管10による濁水排出に伴なう上向流によ
ってダクト２の上部へ移送される。原水が吸込管17から
濾過槽１の内部に注水されていると、濾過槽１の内部の
水位が上昇する。この濾過槽１の内部の水位がさらに上
昇し、排出可能水位に達すると、集濁室３の内部に貯水
された濁水は、濁水排出機構の排出用エアポンプから送
気される空気とともに、濁水排出機構の濁水排出管10を
通って外部に排出される。

【００１９】原水が濾過槽１の内部に注水されていない
場合には、濾過槽１の水位は上昇せず、濁水を排出する
ことなく、濾材５がエアリフト管４を循環し続けるだけ
なので、濾材５が洗浄され続ける。このため、集濁室３
およびダクト２の内部には懸濁物質ｄが蓄積され、ダク
ト２の内部の懸濁物質ｄは濃縮される。つまり、吸込管
17から濾過槽１の底部に注水された原水は濾過され、こ
の濾過水を濾過水管９から得ることができるとともに、
懸濁物質ｄが濃縮された濁水を濁水排出管10から排出さ
せることができるという効果を奏する。

【００２０】上記のごとく、本実施形態の移床式濾過装
置は、濾材５を連続的に循環させながら洗浄し、しか
も、濾材５を洗浄するための洗浄水に濾過水を使用せ
ず、かつ懸濁物質ｄを濃縮させることにより排水量を軽
減させることができ、さらに原水の汚濁の程度によって
排水量を調整することができるので効率的に濾材５を洗
浄させることができる。また、濾過槽１の最下部におい
て原水の流入時には、渦巻き流を発生させることができ
るので、この渦巻き流によって吸込管の周辺での濾材は
充分に拡散することができ、濾材５の常時循環と併せて
吸込管17の周辺での濾材５の閉塞を防止することができ
る。この結果、高圧のコンプレッサーよりも低圧のエア
ポンプ、例えばブロアーを使用しても濾材５を閉塞させ
ずにエアリフト管４へ移送させることができる。このた
め、設備をコンパクトにすることができ装置を低価格で
提供できるとともに、運転費用やメンテナンス費用を軽
減させることができるので、小規模工場や一般家庭への
普及が容易であるという効果を奏する。もちろん、複数
の本実施形態の移床式濾過装置を並列に使用すれば、よ
り多くの量の原水を濾過処理できるのはいうまでもな
い。

【００２１】

【発明の効果】請求項１の移床式濾過装置によれば、濾
材を連続的に洗浄し循環させるとともに、濾過処理の連
続運転でき、また、懸濁物質を集濁室に貯留して濃縮
し、排出量を軽減することに加え、原水の汚濁の程度に
応じて排水量の調節ができるので効率的に濾過処理でき
る。請求項２の移床式濾過装置によれば、濾過槽の内部
に渦巻き流を発生させることができるので、この渦巻き
流によって吸込管の周辺での濾材は充分に拡散されるの
で、吸込管の周辺での濾材の閉塞を防止することができ
る。この結果、移送用エアポンプにブロアーなどの低圧
力のエアポンプを適用することができるので、設備をコ
ンパクトにして装置を低価格で提供できるとともに、運
転費用やメンテナンス費用を軽減させることができ、小
規模工場や一般家庭への普及が容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】移床式濾過装置の一実施形態に係わる正面図で
ある。

【図２】濾過槽１の内部における底部周辺の一例の構成
図であって、（Ａ）は吸込管17の断面正面図、（Ｂ）は
吸込管17の正面図である。

【図３】濾過槽１の内部における底部周辺の他の例の構
成図であって、（Ａ）は吸込管17の断面正面図、（Ｂ）
は吸込管17の正面図である。

【図４】図１のＩＶ−ＩＶ線断面図である。

【図５】濾材５の説明図である。

【図６】濾過槽１の内部における上部周辺の構成図であ
る。

【符号の説明】

１ 濾過槽 ２ ダクト ３ 集濁室 ４ エアリフト管 ５ 濾材 ７ 原水注入管 ８ 内堰 ９ 濾過水管 １０ 濁水排出管 １１ 送気管 １３ スリット １４ 送気管 １６ 原水注入口 １７ 吸込管 ｄ 懸濁物質

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内部に濾材が収納され、下部に原水が注水
   される原水注入管が接続され、上部に濾過水が送水され
   る濾過水管が接続された濾過槽と、該濾過槽の内部に立
   設された細長い筒状のエアリフト管と、該エアリフト管
   の下端に加圧空気を送り込み、該エアリフト管の下端か
   ら上端へ加圧空気とともに前記濾材を移動させる移送用
   エアポンプとからなる装置において、前記エアリフト管
   の上端を囲む位置に垂設され、前記エアリフト管の上端
   から噴出する濁水と濾過された濾過水とを隔てる筒状の
   ダクトと、前記濾過槽の内部における上部に、該濾過槽
   の内部と前記原水注入管とを隔てる位置に設けられた内
   堰と、前記ダクトの内部であって前記エアリフト管の上
   方で、かつ前記内堰の上端より低い位置に配設され、内
   部に濁水を一時貯留する有底筒形の集濁室と、該集濁室
   の内部の濁水を外部に排出させる濁水排出機構とからな
   ることを特徴とする移床式濾過装置。
2. 【請求項２】前記濾過槽の側面が、円筒状であって、 前記原水注入管から該濾過槽に注入される原水の水流方
   向が、水平視で該濾過槽の中心線からズレていることを
   特徴とする請求項１記載の移床式濾過装置。