JPWO2018047453A1

JPWO2018047453A1 - ろ過装置

Info

Publication number: JPWO2018047453A1
Application number: JP2018538041A
Authority: JP
Inventors: 大地坂下; 岳志山川; 一穂萩原; 建介恩田
Original assignee: Swing Corp
Current assignee: Swing Corp
Priority date: 2016-09-12
Filing date: 2017-07-03
Publication date: 2019-06-27
Also published as: WO2018047453A1

Abstract

本発明は、河川水や湖沼水、地下水といった単なる浄水原水や、沈澱池流出水、沈澱池を通らない凝集水、工業用水、排水処理水を原水とする複数のろ過層を有するろ過装置に関する。ろ過装置は、アンスラサイトからなるアンスラサイト層（４３）と、該アンスラサイトよりも有効径が小さく、かつ該アンスラサイトよりも密度が大きい珪砂からなる珪砂層（４４）とを含むろ層（４０）を備える。アンスラサイト層（４３）は、珪砂層（４４）と等しい厚さか、または珪砂層（４４）よりも厚く、ろ層（４０）全体の厚さは、６００mmを超え、かつ２０００mm以下である。

Description

本発明は、河川水や湖沼水、地下水といった単なる浄水原水や、沈澱池流出水、沈澱池を通らない凝集水、工業用水、排水処理水を原水とする複数のろ過層を有するろ過装置に関する。

今後の人口減少に伴う継続的な給水量の減少や技術職員の不足・自治体の財政難などが見込まれるため、浄水場の統廃合などによる浄水設備のダウンサイジングを目指す動きが始まっている。ダウンサイジングの有効な手法のひとつとして、ろ過池におけるろ過速度の高速化が挙げられる。この時、「水道施設設計指針２０１２」（非特許文献１参照）によれば、最大で２４０ｍ／日までのろ過速度が一般的とされてきた。

しかし、より効率的な施設運用のためには、可能であれば更なるろ過池の高速化が望まれている。ろ過池を高速化する場合、ろ過原水の水質やろ層構成等に応じて適正なろ過速度を設定しないと、ろ過水水質の悪化や早期のろ過抵抗上昇によるろ過継続時間の減少の原因となる。

現在、「水道におけるクリプトスポリジウム等対策指針」では、ろ過水濁度を０．１度以下に維持する運転管理が求められている。このため、ろ過池の高流速化を図る場合には、本指針値を満たす良好なろ過水水質と、高速化する前のろ過池と同等以上のろ過継続時間、あるいは、水回収率の確保の両方を達成する必要がある。

一般的に、ろ過水質の安全性を確保する上では、ろ材の調和平均径（Ｄ）に対するろ層厚（Ｌ）の比（Ｌ／Ｄ）を大きくすればよいことが知られており、ろ過速度１００〜３００ｍ／日の場合、Ｌ／Ｄの値は８００以上にすればよいことがわかっている（非特許文献１、２１７頁参照）。

非特許文献２によれば、調和平均径Ｄは、次式（１）で表されている。
Ｄ＝1/Σ(xi/di) ・・・・・・（１）
xi ：２つのふるい目にはさまれた平均粒径diの粒子の質量分率
di ：２つのふるい目の幾何平均

ろ材の有効径、均等係数、および調和平均径の関係は、公知である（非特許文献２、１２０頁、図３.１１参照）。ろ材の有効径および均等係数は実測によって求めることができる。したがって、上記式（１）を使用せずに、有効径および均等係数の実測値と、有効径、均等係数、および調和平均径の関係とを用いて、ろ材の調和平均径を求めることが可能である。

Ｌ／Ｄの値を大きくすると、ろ層での圧力損失が高くなり、ろ過抵抗上昇速度も速くなる。すなわち、ろ過水濁度の安全性を確保することと、ろ過抵抗上昇を抑えることはトレードオフの関係にあるため、これらを両立させながら、２４０ｍ／日以上の高速ろ過を達成するには、それに適したろ層構成を見出す必要がある。

非特許文献１には、高速ろ過(２４０ｍ／日)向けのろ層構成が例示されているが、それらのＬ／Ｄは様々な値となっており、これを見るだけでは、どれが高速ろ過に適切なのかを、当業者が知り得ることは容易ではない。アンスラサイト層と砂層の組み合わせに関しても、アンスラサイト層が砂層より厚い場合、アンスラサイト層と砂層が同等の場合、アンスラサイト層が砂層より薄い場合と、２層構成のろ層の組み合わせで取り得る全ての構成が挙げられており、実質的に、最適なろ層構成は何ら示されていない。

特開２００３−９３８１４号公報特許第４５９２３９０号公報

「水道施設設計指針２０１２」社団法人日本水道協会、２１７頁、２３２〜２３３頁「水処理工学」井出哲夫編著、技報堂出版株式会社、１２０頁

これまでのろ過速度２４０ｍ／日を上限とした高速ろ過における一般的なろ層構成は「アンスラサイト（層厚２００mm）＋珪砂（層厚４００mm）」である。このろ層構成でも、ろ過原水である沈澱水の濁度が低ければ（例えば、１度以下）、ろ過抵抗上昇の観点からはろ過速度３６０ｍ／日での運用も可能である。この時、ろ層の洗浄周期を４８時間毎とすれば、これまでの運転条件（ろ過速度１２０ｍ／日、洗浄周期７２時間毎）の２倍の水量を生み出せる。

しかし、従来におけるろ層構成でろ過速度３６０ｍ／日、洗浄周期４８時間で高速ろ過を行うと、その終盤においてろ過水濁度が０．１度を超過する場合があり、ろ過水水質の安全性確保の面で問題がある。また、ろ過水水質の安全性を考えた場合、実用上のろ過水濁度の管理基準値、すなわち、ろ層洗浄の目安となるろ過水濁度は、０．１度よりもさらに低い０．０５度程度に設定することが多いため、従来のろ層構成での高流速化では、実際のろ過継続時間は先に挙げた４８時間よりも更に短い。

つまり、これまで２４０ｍ／日のろ過速度に適用されてきたろ層構成で、２４０ｍ／日以上のろ過速度を適用することは、ろ過水の安全性やろ過継続時間の確保の観点から、実際には難しいことが分かる。

特許文献１には、高速ろ過向けに普及しているろ層構成として、アンスラサイトと珪砂の２層構造が挙げられており、それぞれの層厚が３００mm〜５００mmであることが一般的であるとされている。しかしながら、非特許文献１と同様に、例示された層厚のうち、アンスラサイトを何mm積んで、珪砂を何mm積むかで、ろ過池としての性能は大きく異なる可能性があり、実質的に最適なろ層構成を示していない。これは本件出願時点において２４０ｍ／日を超えるろ過速度に適したろ層構成が、知られていないことを示している。

本発明は、上記従来の課題に鑑み成されたものであり、その目的とするところは、これまでの高速ろ過で適用されてきたろ過速度２４０ｍ／日を超える高速ろ過を行う際に、これまでと同等以上のろ過水の安全性とろ過継続時間（水回収率、あるいは、１ろ過期間における単位ろ過面積当たりの総ろ過水量）を両立させるろ層構成のろ過装置を提供することにある。

発明者らは、２４０ｍ／日を超える高速ろ過を達成するに当たり、従来の高速ろ過池よりも、ろ層のＬ／Ｄを大きくしてろ過水の安全性を担保しつつ、ろ過抵抗上昇を抑え、１ろ過期間で必要な単位ろ過面積当たりの総ろ過水量を得られるろ層構成について鋭意検討を行った。その結果、従来の高速ろ過と同等以上のろ過水水質と、１ろ過期間の単位ろ過面積当たりの総ろ過水量を確保し、かつ、従来の高速ろ過よりも速いろ速でろ過することを可能とするろ層構成を見出した。

本発明は、従来の高速ろ過のろ層構成に比べて、粒径の大きいアンスラサイトのＬ／Ｄを大きく、すなわち、層厚を厚くし、粒径の小さい珪砂のＬ／Ｄを同等、あるいは小さく、すなわち、同厚、あるいは層厚を薄くして、ろ層全体のＬ／Ｄを大きくする方法であり、ろ過抵抗上昇を抑えつつ、ろ過水の安全性を確保でき、１ろ過期間で必要なろ過水量が得られるという特徴を有する。また、粒径の大きいアンスラサイトの層厚を、粒径の小さい珪砂の層厚より同等、あるいは厚くすることも特徴である。

すなわち、本発明の一態様は、ろ過速度が２４０ｍ／日を超えるろ過装置であって、アンスラサイトからなるアンスラサイト層と、該アンスラサイトよりも有効径が小さく、かつ該アンスラサイトよりも密度が大きい珪砂からなる珪砂層と、を含むろ層を備え、前記アンスラサイト層は、前記珪砂層と等しい厚さか、または前記珪砂層よりも厚く、前記ろ層全体の厚さは、６００mmを超え、かつ２０００mm以下であることを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、前記アンスラサイト層の厚さは２００mmよりも厚く、前記珪砂層の厚さは６００mm以下であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、アンスラサイトの調和平均径に対する前記アンスラサイト層の厚さの比の値は１３０以上であり、珪砂の調和平均径に対する前記珪砂層の厚さの比の値は８００以下であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記アンスラサイトの有効径は０．８mm以上１．３mm以下であり、前記珪砂の有効径は０．４mm以上０．６５mm以下であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記珪砂の有効径に対する前記アンスラサイトの有効径の比の値は、少なくとも１．７であることを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、沈澱池から延びて原水が流入サイフォンを流れ、流入堰により複数に配分される流入渠と、前記流入渠の下方に配置され、前記原水が前記ろ層に流入されるろ過池と、前記ろ過池のろ層を通過したろ過水が流入されるろ過水渠と、前記ろ過池に近接配置され、前記ろ層を逆洗する際、前記ろ過水渠からのろ過水を洗浄水として、前記ろ層を逆流させて洗浄し、その洗浄水を仕切壁を越流させて排水サイフォンを介して排水される排水渠と、を有することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記ろ層は、前記原水を前記アンスラサイト層に通してから前記珪砂層に通してろ過水を得ることを特徴とする。

本発明に係るろ過装置は、以下の効果を奏する。
（１）ろ過速度の上昇によるろ過池数（＝ろ過池面積）の低減
（２）１ろ過期間当たりのろ過水量の向上
（３）ろ過工程でのろ過水水質の安全性確保
（４）ろ過抵抗上昇速度の低減
（５）水回収率の向上（水回収率とは、ろ過水量からろ材洗浄に使用した水量を減じた値を、ろ過原水量で割って得られる値。）

水がろ過されている状態を示した本発明に係るろ過装置の一実施形態の模式図である。ろ層が逆流洗浄されている状態を示した模式図である。図１および図２に示すろ層の構造を示す図である。ろ層構成とろ過性能との関係を調べるために行った実験で用いられた実験装置を示す図である。実験で使用したろ層のろ材の詳細（有効径、調和平均径、均等係数）とろ層の構成を示す表である。実験で使用したろ層の厚さおよびＬ／Ｄの値を示す表である。実験結果を示す表である。実験結果を示す表である。実験結果を示す表である。実験結果を示す表である。実験結果を示す表である。実験結果を示す表である。実験結果を示す表である。実験結果を示す表である。

本発明の実施形態について以下に説明する。
図１および図２に、本発明に係るろ過装置の一実施形態を示す。図１は、水がろ過されている状態を示した模式図であり、図２は、ろ層が逆流洗浄されている状態を示した模式図である。本実施形態に係るろ過装置は、自然平衡型ろ過装置である。

図１に示すように、この自然平衡ろ過装置は、図示しない沈殿池から延びる流入渠１と、この流入渠１の下方に配置されて水をろ過処理するろ過池２と、ろ過池２を通過したろ過水が流れ込むろ過水渠３と、ろ過池２に隣接して設置された排水渠４とを有している。
沈殿池から延びる流入渠１に導入された原水は、流入サイフォン７を通り、流入堰６により複数のろ過池２に均等に配分される。図１では、１つのろ過池２のみが示されている。ろ過池２に流入した原水は、逆洗排水トラフ３０を介して、ろ過池２内に配置されたろ層４０に流入し、ろ過され、図１の矢印に示すように、ろ過水渠３に流入する。ろ過水渠３に流入したろ過水は、ろ過水越流堰４５を越流して浄水渠４６に流入する。このように、通常、１つの浄水処理施設につき数〜数十のろ過池２が設けられ、排水渠４は、これら複数のろ過池２に対して共通に１つ設けられている。

流入渠１の内部には、垂直堰５と溢流堰６が設けられていると共に、この垂直堰５を跨いで逆Ｕ字状の流入サイフォン７が配置される。この流入サイフォン７の両端部は、水没させた状態におかれている。そして、この流入サイフォン７の頂部には、図示しない流入サイフォン形成弁と流入サイフォン破壊弁とを有する流入サイフォン形成管が連結される。流入サイフォン形成弁は、図示しない真空ポンプなどの真空源に接続される一方で、流入サイフォン破壊弁は、外部の大気と連通している。流入渠１の底部には流入枝管２３が接続されている。流入枝管２３の上端は溢流堰６の外側に位置しており、流入枝管２３の下端はろ過池２内に位置している。

流入サイフォン形成弁を開き、流入サイフォン破壊弁を閉じると、流入サイフォン７内が真空状態となって、この内部を水が流れ、溢流堰６を溢流した水が流入枝管２３を通ってろ過池２内に流れ込む。流入サイフォン形成弁を閉じた状態で、流入サイフォン破壊弁を開くと、流入サイフォン７内が大気圧状態になって、この内部の水流が失われ、流入渠１内の水は、垂直堰５と溢流堰６に堰き止められるようになっている。
尚、図１、２では、この流入枝管２３は、流入水が砂面直上に落下して砂面を荒すことを防ぐのが可能であり、仕切壁２０の右側に原水が導入される役割も果たしている。
本例では、図示の様に流入枝管２３を設けた例を示したが、設けなくても良い。

ろ過池２は、仕切壁２０によって排水ガリット２１とろ過室２２とに仕切られる。ろ過室２２の内部には、排水ガリット２１に連通する逆洗排水トラフ３０と、アンスラサイトおよび珪砂からなるろ材から構成されたろ層４０が設けられる。逆洗排水トラフ３０は、ろ層４０の上方に配置されている。このろ過池２は、そのろ層４０の下方において、ろ過水連通路４２を介して、ろ過水渠３に連通する。このろ過水渠３は、ろ過水越流堰４５を介して浄水渠４６に連通する。

原水は、流入サイフォン７を通じてろ過池２に流入する。ろ過池２内の水位がろ過水越流堰４５よりも高くなると、水がろ層４０を通って、ろ過水渠３に流れる。ろ過を継続するに従い、ろ過中に捕捉した濁質（堆積物）がろ過池内のろ層４０に蓄積してろ過抵抗が徐々に増大し、ろ過池２の損失水頭が増加する。このため、ろ過池２に配置されたろ層４０を必要に応じて逆流洗浄しなければならない。

逆流洗浄を行う場合、図２の矢印に示すように、ろ層４０を洗浄する洗浄水は、ろ過水渠３からろ層４０の下方に流れ、ろ層４０を上方に通過して逆洗排水トラフ３０を通り、仕切壁２０を越えて、排水ガリット２１に流出する。さらに、排水ガリット２１内の洗浄水は、排水サイフォン５０を通って排水渠４へ排水される。これにより、ろ層４０が逆流洗浄される。

上記した逆流洗浄は、上述したように、ろ過水をろ層４０内で逆流させることにより、ろ材中に捕捉されていた濁質を洗い出す工程である。この逆流洗浄では、ろ層４０内に捕捉された濁質をろ材から剥離し、剥離した濁質をろ層４０から逆洗排水トラフ３０を通じて排出させる。

逆流洗浄が終了すると、流入サイフォン７を通じて原水がろ過池２に流入する。図１に示すように、ろ過池２内の水位がろ過水越流堰４５よりも高くなると、水がろ層４０を通って、ろ過水渠３に流れ始め、ろ過が開始される。

図３は、図１および図２に示すろ層４０の構造を示す図である。ろ層４０は、アンスラサイト層４３と珪砂層４４から構成されている。本実施形態に係るろ過装置は、ろ過速度が２４０ｍ／日を超え、厚さが６００mmを超えるろ層４０を有する。ろ層４０は、有効径が大きく、かつ密度が小さいアンスラサイトと、該アンスラサイトよりも有効径が小さく、かつアンスラサイトよりも密度が大きい珪砂と、の異なる二種類のろ材で構成される。アンスラサイト層４３は、珪砂層４４と等しい厚さか、または珪砂層４４よりも厚く構成されている。

図３に示す様に、アンスラサイト層４３は２００mmよりも厚く、かつ１９００mm以下の厚さである。好適には、アンスラサイト層４３の厚さは３００mm〜６００mm、さらに好適には４００mm〜５００mmである。珪砂層４４の厚さは、１００mm〜６００mm、好適には２００mm〜５００mm、さらに好適には３００mm〜４００mmである。アンスラサイト層４３および珪砂層４４を含むろ層４０の全体の層厚は、６００mmよりも厚く、かつ２０００mm以下の厚さである。好適には、ろ層４０の全体の層厚は、６００mmよりも厚く、かつ１８００mm以下の厚さを有する。

ろ過速度２４０ｍ／日を上限とする従来ろ過池のろ層厚は６００mmが標準である。２４０ｍ／日を超えるろ過速度を適用する場合でも、ろ層を厚くし過ぎると、ろ過池構造物の土木費が高くなりすぎるため、２４０ｍ／日を超えるろ過池の上限のろ層厚は、従来ろ過池の３倍、（すなわち、６００mm×３＝１８００mm）程度が適切である。

原水は、沈澱池流出水や、凝集混和池からの流出水などであり、その他、適宜、必要に応じて原水とすることができる。本実施形態では、図１に示す様に、上方からろ層４０に原水を供給し、アンスラサイトと、更に珪砂とで原水をろ過し、ろ過水を得る。また、下方から逆洗水を供給し、ろ層４０の洗浄を行い、洗浄水を排出することができる。

本実施形態では、アンスラサイトの調和平均径（Ｄ）に対するアンスラサイト層４３の厚さ（Ｌ）の比であるＬ／Ｄの値は、１３０以上である。珪砂の調和平均径（Ｄ）に対する珪砂層４４の厚さ（Ｌ）の比であるＬ／Ｄの値は、８００以下である。アンスラサイトの有効径が０．８mm〜１．３mm、珪砂の有効径が０．４mm〜０．６５mmの組み合わせが好適である。一実施形態では、有効径１．２mmのアンスラサイトを５００mmの厚さで、有効径０．６mmの珪砂を３００mmの厚さでそれぞれ積層される。

珪砂の有効径に対するアンスラサイトの有効径の比の値は、１．７以上であり、好ましくは１．８以上であり、さらに好ましくは１．９以上である。この有効径の比の値の上限値は、ろ層構成の現実的な観点から３．０である。珪砂の有効径に対するアンスラサイトの有効径の比の値が１．７以上であると、ろ層４０の表層（すなわちアンスラサイト層４３）の空隙が大きくなる。結果として、原水に含まれる濁質は、一部がアンスラサイト層４３に捕捉され、一部がアンスラサイト層４３を通過する。アンスラサイト層４３を通過した濁質は、珪砂層４４で捕捉されることとなり、ろ層４０全体を有効に使用することが可能となる。したがって、ろ層４０のろ過能力が向上する。これは、表層のみによるろ過作用を低減し、全層でろ過作用を発揮することになるので、ろ層４０のろ過抵抗が上がりにくいという利点もある。

本実施形態の特徴は、従来の２４０ｍ／日のろ層に比べ、アンスラサイトのＬ／Ｄを大きく、珪砂のＬ／Ｄを同等、あるいは小さくすることでもあり、また、粒径の大きいアンスラサイトからなるアンスラサイト層４３の厚さを、粒径の小さい珪砂からなる珪砂層４４の厚さと同等、あるいはより厚くすることでもある。

次に、ろ層構成とろ過性能との関係を調べるために行った実験について説明する。実験は、図４に示す実験装置を用いて行った。この実験装置は、原水槽６０に接続されたろ過塔６１，６２と、ろ過塔６１，６２を通過したろ過水を集めるろ過水槽６５とを備えている。ろ過塔６１，６２は、それぞれろ層６３を備えている。このろ層６３の構成は、図３に示す実施形態と同じように、アンスラサイト層と珪砂層とから構成されている。

原水槽６０内の原水は、原水供給ポンプ６６，６７によってろ過塔６１，６２に送られる。原水は、ろ過塔６１，６２のろ層６３を通過することによってろ過され、ろ過水となる。ろ過水はろ過水槽６５に送られる。ろ層６３を洗浄するために、逆流洗浄が定期的に行われる。この逆流洗浄では、逆洗ポンプ７０によってろ過水槽６５内のろ過水をろ過塔６１，６２に逆流させる。ろ過塔６１，６２のろ層６３を逆流した洗浄排水は、洗浄排水槽７１に集められる。

次に、実験で採用したＬ／Ｄの算出方法について説明する。
Ｌ／Ｄの値は、使用したろ材の有効径、および均等係数を「ＪＷＷＡＡ１０３２００６水道用濾材」の試験方法に従って実測し、本測定値を「水道施設設計指針２０１２」２１７頁の「調和平均径と有効径および均等係数との関係」を示したグラフ（参考図５．６．１）にあてはめて求めた調和平均径（Ｄ）と、積層したろ層厚さ（Ｌ）から算出した。

実験で使用したろ層６３のろ材の詳細（有効径、調和平均径、均等係数）とろ層６３の構成（以下、ろ層構成という）を図５に、ろ層厚さおよびＬ／Ｄの値を図６にそれぞれ示す。

ろ層構成No.１は、ろ過速度２４０ｍ／日を上限とした高速ろ過における一般的なろ層構成「アンスラサイト（層厚２００mm）＋珪砂（層厚４００mm）」であり、他のろ層構成のろ過性能を評価するための標準構成とした。図５および図６に示すろ層構成No.２〜No.８は、いずれも従来のろ層構成No.１よりもＬ／Ｄが同等以上となる様に設定されており、本実施例によるＬ／Ｄの増加のさせ方の優位性を示すための構成となっている。

（実施例１）
図４に示す実験装置により、有効径０．６mm、均等係数１．４の珪砂、および有効径１．２mm、均等係数１．４のアンスラサイトをろ材に用いて、ろ過速度３６０ｍ／日で連続ろ過を行った。ろ過原水には、濁度が１度以下に制御された浄水場の凝集沈澱処理水を用いた。

珪砂層厚を４００mm、アンスラサイト層厚を２００mmとしたろ層構成No.１（Ｌ／Ｄ＝６６７）、および珪砂層厚を３００mm、アンスラサイト層厚を５００mmとしたろ層構成No.８（Ｌ／Ｄ＝７３３）でそれぞれ８４時間の連続ろ過を行い、ろ過性能を比較した。その結果、ろ過水濁度が０．０５度、または０．１度を超過するまでのろ過時間は、図７の表に示す通り、アンスラサイト層が厚いNo.８が有意に長かった。但し、６０時間ろ過後のろ過抵抗はNo.８とNo.１でほとんど差は見られなかった。

本実験結果より、No.８のろ層構成であれば、実機においてろ層洗浄の目安となる０．０５度を超過するまでの時間は５８時間であったことから、ろ層洗浄周期を４８時間に設定することが可能である。この場合、ろ過水水質の安全性を確保した上で、これまでの運転条件（ろ過速度１２０ｍ／日、洗浄周期７２時間）の２倍のろ過水量を得ることができる。

本実施例の実験結果により、アンスラサイト層の厚さを珪砂層と同等以上にすることで、ろ過水の安全性を確保しながら、ろ過抵抗の上昇を抑制できたことが分かる。

（実施例２）
有効径０．６mm、均等係数１．４の珪砂、および有効径１．２mm、均等係数１．４のアンスラサイトをろ材に用いて、ろ過速度３６０ｍ／日で連続ろ過を行った。ろ過原水には、濁度が１度以下に制御された浄水場の凝集沈澱処理水を用いた。

ろ層構成No.４（珪砂層の厚さ６００mm、アンスラサイト層の厚さ２００mm、Ｌ／Ｄ＝９３３）、およびろ層構成No.５（珪砂層の厚さ４００mm、アンスラサイト層の厚さ４００mm、Ｌ／Ｄ＝８００）でそれぞれ６０時間の連続ろ過を行い、ろ過性能を比較した。

その結果、図８の表に示す通り、珪砂層を厚くしたNo.４では、ろ過時間６０時間の間にろ過水濁度が０．０５度、０．１度を超過したが、アンスラサイト層を厚くしたNo.５ではろ過水濁度が０．０５度を超過することは無かった。一方、６０時間ろ過後のろ過抵抗は、No.４がNo.５に比べて有意に高かった。

本実施例の実験結果より、ろ層全体の厚さが同じでも、アンスラサイト層の厚さを珪砂層と同等にすることで、ろ過水の安全性を確保しながら、ろ過抵抗の上昇を抑制できたことが分かる。

（実施例３）
有効径０．６mm、均等係数１．４の珪砂、および有効径１．２mm、均等係数１．４のアンスラサイトをろ材に用いて、ろ過速度３６０ｍ／日で連続ろ過を行った。ろ過原水には、濁度が１度以下に制御された浄水場の凝集沈澱処理水を用いた。

Ｌ／Ｄの値が同じろ層構成No.１（Ｌ／Ｄ＝６６７、珪砂層厚さ４００mm、アンスラサイト層厚さ２００mm）およびろ層構成No.７(Ｌ／Ｄ＝６６７、珪砂層厚さ３００mm、アンスラサイト層厚さ４００mm）でそれぞれ６０時間の連続ろ過を行い、ろ過性能を比較した。

その結果、ろ過水濁度が０．０５度を超過するまでのろ過時間は、図９の表に示す通り、アンスラサイト層が厚い方が長かった。一方、６０時間ろ過後のろ過抵抗はNo.１とNo.７でほとんど差は見られなかった。

本実施例の実験結果により、アンスラサイト層の厚さを珪砂層と同等以上にすることで、ろ過水の安全性を確保しながら、ろ過抵抗の上昇を抑制できたことが分かる。ちなみに、ろ層No.１は、従来の高速ろ過向けのろ層構成であり、本発明を用いることで、より高いろ過水の安全性とろ過抵抗上昇の抑制を両立することが可能となった。

また、実験結果が示す通り、Ｌ／Ｄの値が同一のろ層でも、ろ過水濁度の安定性やろ過抵抗上昇には差があることが分かり、ろ層全体のＬ／Ｄを規定するのみでは、ろ過池の性能を何ら定義していないことが分かる。

（実施例４）
有効径０．６mm、均等係数１．４の珪砂、および有効径１．２mm、均等係数１．４のアンスラサイトをろ材に用いて、ろ過速度３６０ｍ／日で連続ろ過を行った。ろ過原水には、濁度が１度以下に制御された浄水場の凝集沈澱処理水を用いた。

ろ層構成No.１（珪砂層の厚さ４００mm、アンスラサイト層の厚さ２００mm）、およびろ層構成No.５（珪砂層の厚さ４００mm、アンスラサイト層の厚さ４００mm）でそれぞれ６０時間の連続ろ過を行い、ろ過性能を比較した。その結果、ろ過水濁度が０．０５度、または０．１度を超過するまでのろ過時間は、図１０の表に示した通り、アンスラサイト層が厚いろ層構成No.５の方が長かった。一方、６０時間ろ過後のろ過抵抗はNo.５とNo.１で大きな差は無かった。

本実施例の実験結果より、ろ過速度３６０ｍ／日では、珪砂層の厚さとアンスラサイト層の厚さを同等とすることで、ろ過抵抗上昇を抑制しながら、ろ過水の安全性を確保できたことが分かる。

（比較例１）
有効径０．６mm、均等係数１．４の珪砂、および有効径１．２mm、均等係数１．４のアンスラサイトをろ材に用いて、ろ過速度３６０ｍ／日で連続ろ過を行った。ろ過原水には、濁度が１度以下に制御された浄水場の凝集沈澱処理水を用いた。

ろ層構成No.１（Ｌ／Ｄ＝６６７、ろ層全体の厚さ６００mm）、およびろ層構成No.６（Ｌ／Ｄ＝７３３、ろ層全体の厚さ６００mm、珪砂層の厚さ５００mm、アンスラサイト層の厚さ１００mm）でそれぞれ連続ろ過を行い、ろ過性能を比較した。

その結果、図１１の表に示す通り、ろ過水濁度が０．０５度を超過するまでの時間はほぼ同じであったが、０．１度を超過するまでのろ過時間は珪砂層が厚いNo.６が、アンスラサイト層が厚いNo.１に比べて短かった。さらに、６０時間ろ過後のろ過抵抗はNo.６が有意に高かった。

ろ層構成No.６のろ層全体のＬ／Ｄは、ろ層構成No.１のろ層全体のＬ／Ｄよりも大きい。通常、Ｌ／Ｄが大きいほど、ろ過池の性能が高いとされるが、用いるろ材それぞれに対して適切なＬ／Ｄや層厚を設定しないと、ろ層全体のＬ／Ｄが大きくても、逆に性能が悪くなることが分かる。

（比較例２）
有効径が異なる２種類の珪砂（層厚４００mm）、ならびにアンスラサイト（層厚２００mm）を用いて、ろ過速度３６０ｍ／日で連続ろ過を行った。ろ過原水には、濁度が１度以下に制御された浄水場の凝集沈澱処理水を用いた。

ろ層構成No.１（Ｌ／Ｄ＝６６７）、および有効径０．４５mm、均等係数１．４の珪砂、および有効径０．９mm、均等係数１．４のアンスラサイトをろ材に用いたろ層構成No.３（ろ層全体の厚さ６００mm、Ｌ／Ｄ＝８８９）でそれぞれ連続ろ過を行い、ろ過性能を比較した。

その結果、図１２の表に示す通り、ろ過水濁度が０．０５度、または０．１度を超過するまでの時間は、有効径の小さいNo.３がNo.１に比べて短かった。一方、６０時間ろ過後のろ過抵抗は、No.１に比べてNo.３が有意に高かった。

ろ層構成No.３のろ層全体のＬ／Ｄは、ろ層構成No.１のろ層全体のＬ／Ｄよりも大きい。通常、Ｌ／Ｄが大きいほど、ろ過池の性能が高いとされるが、ろ層全体のＬ／Ｄが大きくても、逆に性能が悪くなることが分かる。これは、ろ層構成No.１とろ層構成No.３は共に、「水道施設設計指針２０１２」、２３３頁の表-5.6.4に記載のろ層構成であるが、ろ過水水質及びろ過継続時間に大きな差があり、当該表に示されたろ層構成は、それぞれ全く異なるろ過池性能を保有することを明らかにした。

（比較例３）
有効径０．６mm、均等係数１．２または１．４の珪砂（層厚４００mm）、および有効径１．２mm、均等係数１．４のアンスラサイト（層厚２００mm）をろ材に用いて、ろ過速度３６０ｍ／日で連続ろ過を行った。ろ過原水には、濁度が１度以下に制御された浄水場の凝集沈澱処理水を用いた。

ろ層構成No.１（均等係数１．４、Ｌ／Ｄ＝６６７）、および均等係数１．２の珪砂を用いたろ層構成No.２（ろ層全体の厚さ６００mm、Ｌ／Ｄ＝７３９）でそれぞれ連続ろ過を行い、ろ過性能を比較した。

その結果、図１３の表に示す通り、No.１ではろ過時間６０時間の間にろ過水濁度が０．０５度、または０．１度を超過することはなかった。一方、均等係数の小さい珪砂を用いたNo.２では、ろ過水濁度が０．０５度、０．１度を超過した時間が同じであった。さらに、６０時間ろ過後のろ過抵抗は、No.１に比べてNo.２の方が高かった。

この比較例からも２４０ｍ／日を超える高速ろ過のために、本発明を用いずに、ろ層全体のＬ／Ｄを高くしても、ろ過水の安全性の確保やろ過抵抗上昇の抑制ができないことが分かる。

(比較例４)
有効径０．６mm、均等係数１．４の珪砂、および有効径１．２mm、均等係数１．４のアンスラサイトをろ材に用いて、ろ過速度３６０ｍ／日で連続ろ過を行った。ろ過原水には、濁度が１度以下に制御された浄水場の凝集沈澱処理水を用いた。

ろ層構成No.１（アンスラサイト層の厚さ２００mm、珪砂層の厚さ４００mm、Ｌ／Ｄ＝６６７）、およびろ層構成No.４（アンスラサイト層の厚さ２００mm、珪砂層の厚さ６００mm、Ｌ／Ｄ＝９３３）でそれぞれ６０時間の連続ろ過を行い、ろ過性能を比較した。

その結果、ろ過水濁度が０．０５度、または０．１度を超過するまでのろ過時間は、図１４の表に示す通り、珪砂層が厚いNo.４の方がNo.１よりも短かった。さらに、６０時間ろ過後のろ過抵抗はNo.４の方がNo.１よりも有意に高かった。

本比較例の実験結果より、本発明以外の方法を用いて、ろ層全体のＬ／Ｄを高くしても、ろ過水の安全性を確保できないばかりか、早期のろ過抵抗上昇を招き、ろ過池の高速化を達成できないことが分かる。

以上のように、従来の２４０ｍ／日のろ層に比べ、粒径の大きいろ材（アンスラサイト）のＬ／Ｄを大きく（すなわち、層厚を厚く）、粒径の小さいろ材（珪砂）のＬ／Ｄを同等あるいは小さく（すなわち、層厚を同等あるいは薄く）して、ろ層全体のＬ／Ｄを大きくすること、また、粒径の大きいアンスラサイトからなるアンスラサイト層の厚さを、粒径の小さい珪砂からなる珪砂層の厚さと同等、あるいはより厚くすることで、ろ過抵抗の上昇を抑えつつ、ろ過水の安全性を確保でき、必要なろ過水量が得られるろ層構成を見出すことができた。

尚、前述した図１、図２で図示したろ過池は、自己水洗浄型自然平衡型ろ過池を一例として挙げたが、これのみに限定されず、その他、水位制御型ろ過池、流量制御型ろ過池、逆洗ポンプ洗浄型ろ過池、洗浄水保有型ろ過池・逆洗装置移動型ろ過池の何れのろ過池にも適用可能である。

本発明は、河川水や湖沼水、地下水といった単なる浄水原水や、沈澱池流出水、沈澱池を通らない凝集水、工業用水、排水処理水を原水とする複数のろ過層を有するろ過装置に利用可能である。

１流入渠
２ろ過池
３ろ過水渠
４排水渠
５垂直堰
６流入堰
７流入サイフォン
２０仕切壁
２１排水ガリット
２２ろ過室
２３流入枝管
３０逆洗排水トラフ
４０ろ層
４２ろ過水連通路
４３アンスラサイト層
４４珪砂層
４５ろ過水越流堰
４６浄水渠
５０排水サイフォン
６０原水槽
６１，６２ろ過塔
６５ろ過水槽
６３ろ層
６６，６７原水供給ポンプ
７０逆洗ポンプ
７１洗浄排水槽

すなわち、本発明の一態様は、凝集沈澱処理水のろ過速度が２４０ｍ／日を超えるろ過装置であって、アンスラサイトからなるアンスラサイト層と、該アンスラサイトよりも有効径が小さく、かつ該アンスラサイトよりも密度が大きい珪砂からなる珪砂層と、を含むろ層を備え、前記アンスラサイト層は、前記珪砂層と等しい厚さか、または前記珪砂層よりも厚く、前記ろ層全体の厚さは、６００mmを超え、かつ２０００mm以下であり、前記アンスラサイト層の厚さは２００mmよりも厚く、前記珪砂層の厚さは６００mm以下であり、前記アンスラサイトの調和平均径に対する前記アンスラサイト層の厚さの比の値は１３０以上であり、前記珪砂の調和平均径に対する前記珪砂層の厚さの比の値は８００以下であり、前記アンスラサイトの調和平均径に対する前記アンスラサイト層の厚さの比の値と、前記珪砂の調和平均径に対する前記珪砂層の厚さの比の値とのろ層全体での合計が、６６７以上８００以下であり、前記アンスラサイトの有効径は０．８mm以上１．３mm以下であり、前記珪砂の有効径は０．４mm以上０．６５mm以下であることを特徴とする。

本発明の一態様は、凝集沈澱処理水のろ過速度が２４０ｍ／日を超えるろ過装置であって、アンスラサイトからなるアンスラサイト層と、該アンスラサイトよりも有効径が小さく、かつ該アンスラサイトよりも密度が大きい珪砂からなる珪砂層と、を含むろ層を備え、前記アンスラサイト層は、前記珪砂層と等しい厚さか、または前記珪砂層よりも厚く、前記ろ層全体の厚さは、６００mmを超え、かつ２０００mm以下であり、前記アンスラサイト層の厚さは５００mmであり、前記珪砂層の厚さは３００mmであり、前記アンスラサイトの有効径は１．２mmであり、前記珪砂の有効径は０．６mmであり、前記アンスラサイトの調和平均径に対する前記アンスラサイト層の厚さの比の値は３３３であり、珪砂の調和平均径に対する前記珪砂層の厚さの比の値は４００であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記珪砂の有効径に対する前記アンスラサイトの有効径の比の値は、少なくとも１．７であることを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、沈澱池から延びて凝集沈澱処理水が流入サイフォンを流れ、流入堰により複数に配分される流入渠と、前記流入渠の下方に配置され、前記凝集沈澱処理水が前記ろ層に流入されるろ過池と、前記ろ過池のろ層を通過したろ過水が流入されるろ過水渠と、前記ろ過池に近接配置され、前記ろ層を逆洗する際、前記ろ過水渠からのろ過水を洗浄水として、前記ろ層を逆流させて洗浄し、その洗浄水を仕切壁を越流させて排水サイフォンを介して排水される排水渠と、を有することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記ろ層は、前記凝集沈澱処理水を前記アンスラサイト層に通してから前記珪砂層に通してろ過水を得ることを特徴とする。

Claims

ろ過速度が２４０ｍ／日を超えるろ過装置であって、
アンスラサイトからなるアンスラサイト層と、該アンスラサイトよりも有効径が小さく、かつ該アンスラサイトよりも密度が大きい珪砂からなる珪砂層と、を含むろ層を備え、
前記アンスラサイト層は、前記珪砂層と等しい厚さか、または前記珪砂層よりも厚く、
前記ろ層全体の厚さは、６００mmを超え、かつ２０００mm以下であることを特徴とするろ過装置。
前記請求項１記載のろ過装置であって、
前記アンスラサイト層の厚さは２００mmよりも厚く、前記珪砂層の厚さは６００mm以下であることを特徴とするろ過装置。
前記請求項２記載のろ過装置であって、
アンスラサイトの調和平均径に対する前記アンスラサイト層の厚さの比の値は１３０以上であり、珪砂の調和平均径に対する前記珪砂層の厚さの比の値は８００以下であることを特徴とするろ過装置。
前記請求項１乃至３のいずれか一項に記載のろ過装置であって、
前記アンスラサイトの有効径は０．８mm以上１．３mm以下であり、前記珪砂の有効径は０．４mm以上０．６５mm以下であることを特徴とするろ過装置。
前記請求項１乃至４のいずれか一項に記載のろ過装置であって、
前記珪砂の有効径に対する前記アンスラサイトの有効径の比の値は、少なくとも１．７であることを特徴とするろ過装置。
前記請求項１乃至５のいずれか一項に記載のろ過装置であって、
沈澱池から延びて原水が流入サイフォンを流れ、流入堰により複数に配分される流入渠と、
前記流入渠の下方に配置され、前記原水が前記ろ層に流入されるろ過池と、
前記ろ過池のろ層を通過したろ過水が流入されるろ過水渠と、
前記ろ過池に近接配置され、前記ろ層を逆洗する際、前記ろ過水渠からのろ過水を洗浄水として、前記ろ層を逆流させて洗浄し、その洗浄水を仕切壁を越流させて排水サイフォンを介して排水される排水渠と、
を有することを特徴とするろ過装置。
前記請求項６に記載のろ過装置であって、
前記ろ層は、前記原水を前記アンスラサイト層に通してから前記珪砂層に通してろ過水を得ることを特徴とするろ過装置。