WO2024084989A1

WO2024084989A1 - ろ過装置

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Publication number: WO2024084989A1
Application number: PCT/JP2023/036431
Authority: WO
Inventors: 安弘齋藤
Original assignee: 日本原料株式会社
Priority date: 2022-10-17
Filing date: 2023-10-05
Publication date: 2024-04-25
Also published as: JP2024058777A

Abstract

【課題】ろ過槽等の内部に有るろ過材を、その中に入れた回転スクリューで揉み洗い洗浄するろ過装置を、低コストでかつ軽量に形成する。【解決手段】ろ過槽（１０６）等の内部にろ過材（１１０）の層を有し、供給された原水をろ過材（１１０）の層を通過させてろ過するろ過装置（１００）において、ろ過材（１１０）の層内に立てて配置された螺旋状のスクリュー（２０４）と、このスクリュー（２０４）をスクリュー軸周りに回転させるスクリュー駆動手段（２０６、２０８）とを有し、スクリュー（２０４）を回転させてろ過材（１１０）を揉み洗い洗浄するろ過材洗浄装置（２００）を設ける。このろ過材洗浄装置（２００）は、スクリュー（２０４）を囲む外筒を省いた上で、スクリュー（２０４）の外周縁を直接ろ過材（１１０）の層に接触させながら、ろ過材（１１０）を上方に移送する構成とする。

Description

ろ過装置

　本発明は、原水をろ過材に通して浄化するろ過装置に関するものである。

　従来、例えば特許文献１や２に示されるように、原水をろ過して浄化するろ過装置が知られている。このろ過装置は基本的に、金属等から形成されたろ過槽の内部にろ過材の層を有し、供給された原水をろ過材の層を通過させてろ過する。この種のろ過装置においては使用を重ねるうちに、捕捉した微細な浮遊物等によってろ過材が汚れるので、適宜ろ過材を廃棄するか、洗浄する必要がある。従来、このろ過材の洗浄としては、ノズルから噴射される水流でろ過材層表面を叩くように洗浄する表面洗浄や、浄水を下方からろ過材層に圧入してろ過材を揉み合わせ洗浄する逆流洗浄が広く適用されていた。

　しかし、以上述べたような表面洗浄や逆流洗浄には、洗浄効果が弱いので洗浄に長時間を要する、といった問題が認められていた。そこで本出願人は上述のような問題を解決できるろ過材洗浄装置として先に、例えば上記特許文献１や２に示されているように、スクリューコンベアでろ過材を洗浄する装置を提案、実用化した。このろ過材洗浄装置は基本的に、ろ過材の層内に立てて配置された螺旋状のスクリュー（より詳しく言えばスクリュー羽根部）と、このスクリューをスクリュー軸周りに回転させるスクリュー駆動手段とを有し、スクリューを回転させてろ過材を下から上方に移送させながら揉み洗い洗浄するものである。

　ここで、上記スクリューコンベアを用いるろ過材洗浄装置として、特許文献１に示されている装置を例に挙げ、図６を参照して詳しく説明する。まず、このろ過材洗浄装置１４が設置されたろ過装置１について説明する。なお同図には、厚みの有る部材の断面形状を１本の直線で示す等、概略的に表示している部分もある。ろ過装置１は同図に概略側面形状を示すように、上下が閉鎖された略円筒形のろ過槽２と、このろ過槽２の内側下部に配置された、多数の微細孔（図示せず）を有するろ床４と、このろ床４の上に積層されたろ過材６とを有する。ろ過槽２には複数の支持脚８（図では１本のみ示す）が取り付けられており、これによって、ろ過槽２が床面１０上に設置される。なお、ろ床４には、微細孔を有するセラミック製の複数の短円柱状フィルター１２が設置されている。このフィルター１２は、浄化された水１６のみを、ろ床４の下方に浸透させる。

　ろ過槽上壁２０の中央部には、円形の取付口２２が形成されており、この取付口２２にろ過材洗浄装置１４が取り付けられている。取付口２２の周縁は、取付用のリム２４に形成されている。リム２４上には、モータ２６および減速機構部２７を取り付けた台座２８が取り付けられる。この台座２８には軸受け３０を３カ所に有する保持部３６が形成されており、この３カ所の軸受け３０によりスクリューコンベア３２の回転軸３４を、ぶれなく回転自在に支持するように構成されている。

　ろ過材洗浄装置１４において洗浄槽本体を構成する円筒形の筒部材３８は、上部に円板状の隔壁２９を有する。隔壁２９の外周のフランジ３１がリム２４に取り付けられ、台座２８と共にリム２４にボルトによって取り付けられている。このようにして、筒部材３８の上部がリム２４に取り付けられ、筒部材３８の略全体が上壁２０から垂下している。フランジ３１の中央には保持部３６に密嵌される孔３３が形成されている。これにより、ろ過時にろ過槽２内を密閉した状態に維持することができる。

　筒部材３８の下部は開放した円形の下部開口４０となっており、上部には複数の上部開口４２が形成されている。複数の上部開口４２は、筒部材３８の周方向に所定の間隔で形成され、各々は上下方向に延びている。下部開口４０はろ過材６の中に位置するように、ろ過材６との位置関係が決められる。筒部材３８の内側には、スクリューコンベア３２が配置されている。スクリューコンベア３２は、上部と下部とで径が異なる例えば中空のパイプ状の回転軸３４と、この回転軸３４の下部（比較的大径部分）の外周面に固定された螺旋形のスクリュー羽根部４３とから形成されている。スクリュー羽根部４３は回転軸３４の下端４４に至るまで形成されている。

　スクリューコンベア３２の回転軸３４の上端部は、モータ２６の減速機構部２７に継ぎ手５２を介して連結される。このようにして、スクリュー羽根部４３が筒部材３８内に配置されると、スクリュー羽根部４３の上端は上部開口４２の下縁４２ａの近傍に位置する。また、スクリューコンベア３２の下端部３５は、筒部材３８の下部開口４０から下方に突出し、回転軸３４の下端４４は、ろ床４の近傍に位置する。そこで、ろ過材６の洗浄時には、ろ床４近傍のろ過材６も効率良くスクリュー羽根部４３で上方に移送され、洗浄される。

　ろ過槽２の湾曲した底壁５８の中央には、下方に延びる浄水排出管６０が取り付けられており、ろ過材６、ろ床４およびフィルター１２を通過して浄化された水が、この浄水排出管６０を通って排出される。また、ろ過槽２の図中右側には、ろ過時にろ過槽２内に原水即ちろ過前の水１６を注入する原水注入口（濁質排出手段）６２と、その下方に設置された水位調整口６４が配設されている。水位調整口６４は、ろ過材６を洗浄する上で最適の水位を調整するために、水１６を排出する排出口としても機能する。

　ろ過槽２の上壁２０の上には点検口６８が設けられており、ここからろ過槽２内部の状況、例えばろ過材６の上面６６等を確認するのに使用される。ろ過槽２の上壁２０の左に位置するのは空気抜弁７０である。また、ろ過槽２の側部には、ろ過材６を投入するためのろ過材投入口７２が設けられている。

　次に、ろ過槽２におけるろ過およびろ過材洗浄について説明する。まず、ろ過対象の原水は、原水注入口６２から図示外のポンプにより圧入される。水位７４が上昇するにつれ、空気抜弁７０からろ過槽２内の空気が排出される。水位７４は、本実施形態の場合、原水注入口６２を越えてろ過槽２の上部まで達するように、即ちろ過槽２の略全体が水（原水）１６で満たされるように設定される。図１に示す水位７４は、満水になる前の途中の位置を示す。水１６はろ過材６に浸透するとともに、上部開口４２からも筒部材３８内に進入して筒部材３８内のろ過材６に浸透し、筒部材３８内においてもろ過ができるようになっている。ろ過材６を浸透し、ろ過された水は、ろ過槽２の下部の浄水排出管６０から外部に排出され、使用に供される。

　次に、長期間使用してろ過材６に目詰まりが生じた際に、ろ過材６をろ過材洗浄装置１４によって洗浄する方法について説明する。モータ２６が駆動されて、スクリューコンベア３２が回転すると、スクリューコンベア３２の羽根部４３、特に筒部材３８の下方に露出した部分の羽根部４３により、ろ過材６が上方の筒部材３８内に押し上げられる。押し上げられたろ過材６の粒子同士は、羽根部４３の回転により互いに擦れ合って揉み洗いされつつ上昇し、上部開口４２からろ過槽２内に排出される。ろ過材６が水１６の水面上に落下したときの衝撃で、濁質がろ過材６から剥離することが促進される。落下したろ過材６は、再び羽根部４３により筒部材３８内に押し上げられて揉み洗いされる。このようにして、ろ過材６は筒部材３８内で洗浄が繰り返されて汚濁物質が剥離される。前述した通りスクリューコンベア３２の下端４４は、ろ床４の近傍に位置しているので、ろ床４に近いろ過材６も押し上げられて、全てのろ過材６が満遍なく洗浄される。

　上述したろ過材洗浄装置は、汚れたろ過材を、従来の表面洗浄や逆流洗浄では例えば１５分程度要していたのに比べ、７分程度の短時間で効率良く洗浄できるという効果を奏する。以上は、ろ過材洗浄装置をろ過槽に適用した場合について説明したが、例えば特許文献３に示されるようなろ過池も公知となっており、上記ろ過材洗浄装置はそのようなろ過池にも適用可能であり、そうする場合もろ過材を短時間で効率良く洗浄することができる。

特開２００４－１２１８８５号公報特開２００４－１６０４３２号公報特開２０００－３５０９９４号公報

　ところで、上記のスクリューコンベアを構成する上では、スクリューをその周外方から取り囲むようにしてスクリュー長軸方向に延びる筒部材（外筒）を設ける必要があると従来考えられて来た。この筒部材は、その内周面がスクリューの外周縁と所定の間隔を保つように精密に形成する必要があり、また移送されるろ過材と擦れ合っても破壊しないように頑丈に形成することも求められる。以上の点から、スクリューコンベアを用いる従来のろ過材洗浄装置には、コストおよび軽量化の上で改善の余地がある。
　本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、低コストでかつ軽量に形成できるろ過材洗浄装置を得て、ひいては低コストでかつ軽量に形成できるろ過装置を提供することを目的とする。

　本発明によるろ過装置は、
　ろ過槽の内部にろ過材の層を有し、供給された原水をろ過材の層を下から上に通過させてろ過する、いわゆる上向流式のろ過装置であって、
　ろ過材の層内に立てて配置された螺旋状のスクリューと、このスクリューをスクリュー軸周りに回転させるスクリュー駆動手段とを有し、スクリューを回転させてろ過材を揉み洗い洗浄するろ過材洗浄装置が設けられ、
　スクリューの外周縁を直接ろ過材の層に接触させながら該ろ過材を上方に移送する構成とされ、
　原水のろ過流速が１０～４０ｍ／ｈとされていることを特徴とするものである。

　なお上記の「スクリューの外周縁を直接ろ過材の層に接触させながら」とは、スクリューの周外方に筒部材が存在してその筒部材とスクリューとの間に進入したろ過材がスクリューの外周縁と接触するのではないこと、つまり前述したような筒部材は設けられていないことを意味するものである。この筒部材が設けられない範囲は、スクリューの全長に亘っていることが最も望ましい。しかしそれに限らず、スクリューの全長内の一部範囲のみにおいて筒部材が設けられない状態とされていてもよい。

　本発明のろ過装置に用いられるろ過材洗浄装置において、ろ過材の層内に立てて配置されるスクリューは、鉛直方向に立てて配置されるのが最も好ましいが、それに限らず、鉛直方向に対して微小角度傾斜して配置されてもよい。その場合の傾斜角度は最大でも１０°（度）程度とするのが望ましい。

　また、本発明のろ過装置に用いられるろ過材洗浄装置においては、スクリューとして、該スクリューを構成する螺旋状のスクリュー羽根部が、互いに連続することがなくスクリュー軸方向に互いに離して配された複数のスクリュー羽根部であるスクリューが用いられていることが望ましい。さらには、このスクリューとして、コイルばね型の形状を有するスクリューが用いられていることが望ましい。この「コイルばね型の形状」とは、より詳しくは、スクリューを構成する螺旋状のスクリュー羽根部が、スクリュー軸方向（スクリューの回転軸が延びる方向）から見たとき、スクリューの回転軸から周外方に離れた位置において環状をなす形状を示すものである。

　本発明者は、回転するスクリューによってろ過材を上方に移送させながらろ過材を揉み洗い洗浄する場合、前述したような筒部材が設けられていなくてもろ過材の移送・洗浄が可能であることを初めて見出した。本発明によるろ過装置が有するろ過材洗浄装置は、この知見に基づいて筒部材を省いたものであり、それにより本発明によるろ過装置は、ろ過材洗浄効果は従来装置と同様に確保しながら、筒部材を省いた分、低コストでかつ軽量に形成可能となる。この効果は、筒部材が設けられない範囲が、スクリューの全長に亘っている場合に最も顕著に得られることになる。
　また本発明によるろ過装置は、上記のろ過材洗浄効果を有するろ過材洗浄装置を適宜作動させることにより、ろ過をしながらろ過材を洗浄してろ過材の固着を防止することができる。そうであれば、ろ過材が固着し易い上向流式のろ過方式を適用しても、そして高濁水をろ過対象の原水としても、１０～４０ｍ／ｈという高流速でろ過を良好に行うことができる。

本発明の第１実施形態によるろ過装置を示す概略側面図図１のろ過装置が備えたろ過材洗浄装置の一部を示す平面図本発明の第２実施形態によるろ過装置を示す概略側面図図１に示すろ過装置のろ過材洗浄装置により洗浄されたろ過材を示す写真図３に示すろ過装置のろ過材洗浄装置により洗浄されたろ過材を示す写真従来のろ過装置の一例を示す概略側面図本発明の第３実施形態によるろ過装置を示す概略側面図

　以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態によるろ過装置１００の概略側面形状を示すものである。なお同図には、厚みの有る部材の断面形状を１本の直線で示す等、概略的に表示している部分もある。このろ過装置１００は同図に概略側面形状を示すように、円形の開口を取り囲む上端部材１０２、底壁１０４を有する略円筒形のろ過槽１０６と、このろ過槽１０６の内側下部に配置された、多数の微細孔（図示せず）を有するろ床１０８と、このろ床１０８の上に積層された、水よりも比重が大きい砂等からなるろ過材１１０とを有する。なお、ろ床１０８には、微細孔を有するセラミック等からなる複数の短円柱状ストレーナ１１２が設置されている。

　このろ過装置１００は一例として、いわゆる上向流式のろ過装置であり、ろ過槽１０６の内部においてろ床１０８と底壁１０４との間に原水流入室１１４を有する。この原水流入室１１４には、その図中左側の周壁に近い位置に開口する原水入口管１１５と、図中右側の周壁に近い位置に開口する逆洗水入口管１１６とが接続されている。一方ろ過槽１０６の上端部材１０２よりもやや下の位置には、ろ過槽１０６の内部に連通する処理水出口管１１８が接続されている。またろ過槽１０６には、ろ床１０８のやや上の位置においてろ過槽１０６の内部に開口するろ過材排出口１２０が接続されている。ろ過装置１００にはその他に、原水流入室１１４の内部に開口した横向きの清掃口管や、その清掃口管に上方から接続する水位調整出口管等が設けられているが、それらは本発明と直接関連するものではなく、従来装置におけるのと同様に形成すればよいので、図示および詳しい説明を省略する。そしてろ過槽１０６の中央部には、ろ過材洗浄装置２００が取り付けられている。このろ過材洗浄装置２００の詳細は後に説明する。

　このろ過装置１００において、ろ過対象の原水は原水入口管１１５から、所定の圧力を掛けて原水流入室１１４内に送られる。この原水は、複数のストレーナ１１２を経てから、ろ過材１１０の層を下から上に通過する。その際に、原水に含まれていた汚濁物質がろ過材に捕捉されて、原水がろ過される。ろ過された後の処理水１２２は、堰板１２４を溢流して、処理水出口管１１８からろ過槽１０６の外に排出される。

　次に、ろ過材洗浄装置２００について説明する。ろ過材洗浄装置２００は、ろ過槽１０６の中心部を上下方向に延びる回転軸２０３、および回転軸２０３の外周面に固定された螺旋状のスクリュー羽根部２０４を有する。回転軸２０３は、比較的小径の軸上部２０１と比較的大径の軸下部２０２とから構成されており、上記スクリュー羽根部２０４は具体的には、軸下部２０２の外周面に固定されている。これらの回転軸２０３およびスクリュー羽根部２０４は、スクリューコンベアを構成している。なお本実施形態におけるスクリュー羽根部２０４は、互いに連続することがなくスクリュー軸方向に互いに離して配された２枚のスクリュー羽根部から構成されている。

　ろ過槽１０６の上部には、モータ２０６および、該モータ２０６の回転を減速する減速機構部２０８が配設されている。これらのモータ２０６および減速機構部２０８はスクリュー駆動手段を構成しており、減速機構部２０８の出力軸２０８ａには、継ぎ手２１０を介して回転軸２０３の軸上部２０１が連結されている。モータ２０６および減速機構部２０８は一体化されて、保持部材２１２の上に保持されている。保持部材２１２は、上下方向に延びる複数のサポート２１４や、ろ過槽１０６の上部内側に固定されたサポート２１６を介してろ過槽１０６に固定されている。以上の構成により、回転軸２０３およびスクリュー羽根部２０４からなるスクリューコンベアが、ろ過槽１０６の中心部において、ろ過材１１０の中に垂下された状態となっている。

　回転軸２０３の軸上部２０１は、軸方向に互いに離して配された一例として４個の軸受け２１８に回転自在に軸支されている。それにより回転軸２０３は、ぶれることなく回転可能とされている。またろ過槽１０６の内部には、それらのうちの１組の平断面形状を図２に示すように、スクリュー羽根部２０４を周外方８箇所から取り囲むろ過材流動防止プレート２２０が設けられている。これらのろ過材流動防止プレート２２０は、スクリュー羽根部２０４の螺旋が繰り返す方向、つまり回転軸２０３の軸方向に互いに離して、一例として３組設けられている。各ろ過材流動防止プレート２２０は、上記軸方向に対して傾斜したものとされているが、この傾斜の向きは隣合う組で互いに逆向きとされている。

　次に、ろ過材洗浄装置２００の作用について説明する。前述したように原水がろ過材１１０を通過してろ過されると、原水に含まれていた汚濁物質がろ過材１１０に捕捉される。そこで、ろ過材１１０を廃棄しないで使用し続けるためには、汚濁物質をろ過材１１０から取り除くこと、つまりろ過材１１０の洗浄を適宜実施する必要がある。このろ過材洗浄の一つとして本例のろ過装置１００では、いわゆる逆流洗浄（逆洗）がなされる。この逆洗を実施する際には、原水のろ過を休止している期間に、逆洗水入口管１１６から逆洗水としての浄水が所定の圧力を掛けて原水流入室１１４内に送られる。この浄水は、ろ過材１１０を下から上方に通過して、処理水出口管１１８からろ過槽１０６の外に排出される。その際、ろ過材１１０が捕捉していた汚濁物質が浄水によってろ過材１１０から引き剥がされ、浄水と共に処理水出口管１１８からろ過槽１０６の外に排出される。

　また、この逆洗の他に、ろ過材洗浄装置２００によるろ過材洗浄も適宜実施可能である。このろ過材洗浄装置２００によるろ過材洗浄を実施する際には、原水のろ過を休止して上記逆洗もなされている期間にモータ２０６が駆動され、その回転力が減速機構部２０８を介してスクリューコンベアの回転軸２０３に伝達される。こうして回転軸２０３が回転すると、螺旋状のスクリュー羽根部２０４が回転して、ろ過材１１０が該スクリュー羽根部２０４によって上方に移送される。その際、個々のろ過材１１０が互いに揉まれることにより、捕捉していた汚濁物質がろ過材１１０から引き剥がされる。この場合も、その汚濁物質は逆洗水と共に処理水出口管１１８からろ過槽１０６の外に排出される。

　本実施形態では、ろ過材の揉み洗い洗浄を行う従来のスクリューコンベアとは異なって、スクリュー羽根部２０４を周外方から取り囲む筒部材（外筒）は配設されていない。したがって本実施形態では、スクリューの外周縁より詳しくはスクリュー羽根部２０４の外周縁を、直接ろ過材１１０の層に接触させながら揉み洗い洗浄がなされる。つまり、従来装置におけるように、スクリュー羽根部２０４の周外方に筒部材が存在してその筒部材とスクリューとの間に進入したろ過材１１０がスクリュー羽根部２０４の外周縁と接触するのではない。

　本発明者の研究によると、上述したような筒部材が配設されていなくても、スクリュー羽根部２０４はスクリューコンベアの構成要素として作用し、回転する該スクリュー羽根部２０４によってろ過材１１０が上方に移送されつつ揉み洗い洗浄がなされ得る。この作用は、下記の通りにして得られているものと考えられる。

　ろ過材１１０の層の中でスクリュー羽根部２０４が回転を続けると、その外周縁に接触しているろ過材１１０の部分が削られて、ろ過材１１０の層の中には概略円柱状の空間が画成される。つまり、スクリュー羽根部２０４は、その外周縁がこの空間の周面と向かい合う状態で該空間内において回転する。ろ過材１１０が主に砂からなるならば、上記空間の周面は“砂壁”とも言えるような壁となって、あたかも従来装置における筒部材（外筒）のように機能する。そこで、スクリュー羽根部２０４の回転による遠心力でその周外方に飛散するろ過材１１０も、この“砂壁”で跳ね返ってスクリュー羽根部２０４の上面に戻るので、該スクリュー羽根部２０４により上方に移送されながら、揉み洗いされる。

　なお上記空間（その中でスクリュー羽根部２０４が回転する空間）の周面は、上記の通り従来装置における筒部材（外筒）のように機能しても、結局は、砂状のろ過材１１０から形成されたものであるので、砂状の物質が本来備えている性状も示すことになる。すなわち、上述したようにスクリュー羽根部２０４の周外方に飛散したろ過材１１０がこの周面に衝突しても、該周面が多少変形するだけであって、飛散したろ過材１１０を破砕するようなことはない。それに対して、スクリュー羽根部を周外方から取り囲むように筒部材（外筒）が配設された従来装置においては、スクリュー羽根部から周外方に飛散したろ過材が、金属等からなる筒部材に衝突して破砕されることもある。

　従来装置に設けられていた上記筒部材を省いた分、本実施形態におけるろ過材洗浄装置２００は、従来装置よりも低コストでかつ軽量に形成可能である。特に上記筒部材は、通常はステンレス鋼等の金属から形成され、そして、揉み洗い洗浄されているろ過材が該筒部材の内周面とスクリュー羽根部との間に挟まって破壊されることがないように、スクリュー羽根部との間の距離を精密に所定値に設定する必要が有るので、コストが高くなりがちであった。そのような筒部材を省けるのであれば、低コスト化の効果は特に顕著なものとなる。また、ろ過材洗浄装置２００を軽量に形成可能であれば、それを備えるろ過装置１００も当然軽量化が可能である。

　さらに、通常は金属から形成される上記筒部材を省いて軽量化できれば、スクリューコンベアに対して重量制限が有る際には、筒部材と共にスクリューコンベアを構成する回転軸２０３やスクリュー羽根部２０４の全長もより大きく設定できるので、ろ過槽１０６を長く形成する上で有利である。

　また本実施形態においては、スクリュー羽根部２０４を周外方８箇所から取り囲むろ過材流動防止プレート２２０が３組設けられていることにより、下記の効果も得られている。すなわち、濁質（汚濁物質）を含んで汚れた原水をろ過材層（ろ過材１１０の層）によってろ過し続けていると、該層の下部から濁質が徐々に詰まり、ろ過中にろ過材層に圧力が加わることになる。こうして目詰まりが進行してろ過圧力が上昇すると、層下部のろ過材１１０と濁質が一体化した状態で、さらにろ過圧力が上昇する。そして、そのろ過材１１０と濁質との塊が上昇することで、ろ過材層に空間（水の空間）が生じ、やがて、浮いていたろ過材１１０と濁質が崩れて流動し、濁質が漏れる現象が生じる。こうなると適切なろ過ができず、ろ過された後の処理水１２２中に濁質が一気に放出される不都合な事態を招くことになる。それに対して、ろ過材流動防止プレート２２０を複数組設けておけば、ろ過材１１０の流動や浮上を防止して、上記不都合な事態の発生を回避することができる。

　ここで、本実施形態のろ過装置１００の処理能力について説明する。このろ過装置１００を構成するろ過槽１０６の内径は７００ｍｍ、砂からなるろ過材１１０のろ過面積は０.３８５ｍｍ^２、スクリュー羽根部２０４のろ過材洗浄時の回転数は３７５ｒｐｍである。この条件下で、比較的高濁度である１０００度の原水をろ過した場合、ろ過流速を３０ｍ／ｈに設定しても十分清浄な処理水１２２を得ることができた。ろ過流速が３０ｍ／ｈの場合、処理水量は１１.５５ｍ^３／ｈとなる。

　従来、１０００度程度の比較的高濁度の原水を上向流式のろ過装置でろ過する場合、清浄な処理水を得ることを前提にすればろ過流速を高く設定するのは困難であって、高くてもせいぜい１０ｍ／ｈをやや下回る程度が限界と考えられて来た。それは、ろ過材を洗浄しながら再利用する場合、ろ過材が固着し易いことが主な原因である。

　しかし本実施形態のように、筒部材（外筒）を持たないスクリューコンベアからなるろ過材洗浄装置を用いる場合は、原水のろ過流速を１０～４０ｍ／ｈと高く設定しても、十分清浄な処理水が得られることを本発明者は見出した。この高速ろ過を可能にする効果は、筒部材を有する従来のスクリューコンベアでは起こり易かった、スクリュー羽根部からの原水の水噴き（リーク）が、本実施形態では回避され得ることから主に得られているものと考えられる。こうして本実施形態のろ過装置１００は、高いろ過流速と、筒部材を持たないスクリューコンベアからなるろ過材洗浄装置２００による高度のろ過材洗浄能力とを兼ね備えたものとなっている。

　次に図３を参照して、本発明の第２実施形態によるろ過装置１５０に設けられたろ過材洗浄装置３００について説明する。このろ過材洗浄装置３００は、第１実施形態におけるろ過材洗浄装置２００ではスクリュー羽根部２０４が２枚のスクリュー羽根部から構成されているのに対し、ここではスクリュー羽根部３０４が１枚のスクリュー羽根部から構成されている点だけが基本的にろ過材洗浄装置２００と異なるものである。このろ過材洗浄装置３００は、ろ過装置１５０内に設けられているが、このろ過装置１５０も図１のろ過装置１００と比べると、ろ過材洗浄装置２００に代えてろ過材洗浄装置３００が用いられている点だけで相違している。そこで図３では、図１中の要素と同じ要素については図１における番号と同じ番号を付してあり、それらについての説明は、特に必要の無い限り省略する。

　このろ過材洗浄装置３００においても、ろ過材１１０の洗浄は、図１に示したろ過材洗浄装置２００におけるのと同様にしてなされる。ただし、上記ろ過材洗浄装置２００ではスクリュー羽根部２０４が２枚のスクリュー羽根部から構成されていることから、ろ過材１１０の移送および洗浄が比較的高効率でなされ得るのに対し、本第２実施形態ではスクリュー羽根部３０４が１枚のスクリュー羽根部から構成されているため、ろ過材１１０の移送および洗浄の効率は上記実施形態よりも低くなっている。ここで図４、図５に示す写真はそれぞれ、上記スクリュー羽根部２０４、３０４により移送されたろ過材１１０の実際の様子を示すものである。

　なお第１実施形態のろ過装置１００に適用されたろ過材洗浄装置２００では、スクリュー羽根部２０４が２枚のスクリュー羽根部から構成されているが、３枚以上のスクリュー羽根部が適用されてもよい。とにかく、そのように複数枚のスクリュー羽根部を適用すれば、１枚のスクリュー羽根部を適用する場合と比べて、ろ過材１１０の移送および洗浄の効率を向上させる上で有利となる。

　次に図７を参照して、本発明の第３実施形態によるろ過装置４００について説明する。なおこの図７において、前述した図１中のものと同等の要素については図１と同じ番号を付してあり、それらについての説明は、特に必要の無い限り省略する。このろ過装置４００は図１に示した第１実施形態のろ過装置１００と対比すると、基本的にろ床１０８Ａの形状が異なる点で相違する。すなわち第１実施形態のろ過装置１００では単純に正円形のろ床１０８が適用されているのに対し、本実施形態のろ過装置４００におけるろ床１０８Ａは。正円形の外周面から中心方向に向かって次第に縮径しつつ下方に凹んだ「漏斗状」あるいは「すりばち状」の形状を有するものとされている。

　ろ床１０８Ａをこのような形状とすることにより、ろ過材洗浄装置２００の回転するスクリュー羽根部２０４によって上方に移送されながら揉み洗いされるろ過材１１０や、そこから引き剥がされて処理水出口管１１８より排出される汚濁物質がスクリュー羽根部２０４の下端部近傍に自然に集まり易くなる。そこで、ろ過材１１０の揉み洗い洗浄や汚濁物質の排出が、より効率的になされるようになる。

　またこの場合、ろ過前の原水がろ床１０８Ａを介してろ過材１１０と接触する面積は、正円形のろ床１０８を介してろ過材１１０と接触する場合よりも大きくなるので、ろ過を高速化する上でも有利となる。

　また、本発明においては前述した逆流洗浄（逆洗）がなされてもよいことを説明したが、この逆洗と並行して、あるいはこの逆洗に代わるものとして独自に、ろ過材の泡洗浄がなされてもよい。この泡洗浄は、微細な泡を多数含ませた泡洗浄水を、ろ過材１１０の層の下方からろ過材１１０に向けて流す処理である。この処理がなされると、ろ過材１１０とろ過材１１０との間を泡洗浄水が流れ、各ろ過材１１０の表面に捕捉されていた汚濁物質が、泡の通過による振動や衝撃、接触により剥離される。こうして剥離された汚濁物質を含む泡洗浄水は、逆洗の場合と同様に、処理水出口管１１８からろ過槽１０６の外に排出される。

　以上述べた泡洗浄を逆洗と並行して行う場合は、ろ過材１１０を洗浄する効果がより高いものとなる。また、泡洗浄がなされる分、逆洗水を少なくできることから、逆洗水の消費量を抑える効果も得られる。なお泡洗浄水を得るための水は、逆洗水を一部分岐して利用してもよいし、あるいは逆洗水とは別に用意されてもよい。また、泡洗浄水に微細な泡を多数含ませるためには、ろ過材１１０に向けて水を圧送するポンプとして羽根車をケーシング内で回転させる非容積式ポンプを適用し、羽根車で水を切って泡を発生させることができる。あるいは、泡としてファインバブルやマイクロバブル等と称されるより微細な泡を希望する場合は、その種の泡を発生させる専用の泡発生器を、水の圧送経路に介設して使用してもよい。

　　　１００、１５０、４００　　ろ過装置
　　　１０２　　ろ過槽の上端部材
　　　１０４　　ろ過槽の底壁
　　　１０６　　ろ過槽
　　　１０８、１０８Ａ　　ろ床
　　　１１０　　ろ過材
　　　１１２　　ストレーナ
　　　１１４　　原水流入室
　　　１１５　　原水入口管
　　　１１６　　逆洗水入口管
　　　１１８　　処理水出口管
　　　１２０　　ろ過材排出口
　　　１２２　　処理水
　　　１２４　　堰板
　　　２００、３００　　ろ過材洗浄装置
　　　２０３　　回転軸
　　　２０４、３０４　　スクリュー羽根部
　　　２０６　　モータ
　　　２０８　　減速機構部
　　　２１０　　継ぎ手
　　　２１２　　保持部材
　　　２１４、２１６　　サポート
　　　２１８　　軸受け
　　　２２０　　ろ過材流動防止プレート

Claims

　ろ過槽の内部にろ過材の層を有し、供給された原水を前記ろ過材の層を下から上に通過させてろ過するろ過装置であって、
　前記ろ過材の層内に立てて配置された螺旋状のスクリューと、このスクリューをスクリュー軸周りに回転させるスクリュー駆動手段とを有し、前記スクリューを回転させてろ過材を揉み洗い洗浄するろ過材洗浄装置が設けられ、
　前記スクリューの外周縁を直接前記ろ過材の層に接触させながら該ろ過材を上方に移送する構成とされ、
　前記原水のろ過流速が１０～４０ｍ／ｈとされていることを特徴とするろ過装置。
　前記スクリューとして、該スクリューを構成する螺旋状のスクリュー羽根部が、互いに連続することがなくスクリュー軸方向に互いに離して配された複数のスクリュー羽根部であるスクリューが用いられている請求項１に記載のろ過装置。
　前記スクリューとして、コイルばね型の形状を有するスクリューが用いられている請求項１または２に記載のろ過装置。