JP5603994B1 - 上向流式濾過設備 - Google Patents

Abstract

【課題】原水槽内の原水を圧力渠へと自然流下によって供給する上向流式濾過設備であって、圧力渠内に混入した空気による濾材流出を防止し得る上向流式濾過設備を提供すること。
【解決手段】濾材層、濾材層の上方に隣接する濾過水室、及び濾材層の下方に隣接する圧力渠とから構成される少なくとも1個の濾過装置と、原水槽と、原水槽内の原水を圧力渠へと自然流下によって供給する原水供給管と、濾材層上部に位置するトラフとを備える上向流式濾過設備において、圧力渠と連通し、原水供給管の出口が開口する原水供給部に、外部へと通じる少なくとも1本の空気抜き管が設ける。圧力渠と原水連通部の間には、原水供給部へ混入した空気の移動を妨げる仕切りを設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、上水道若しくは工業用水道の浄水施設、又は下水処理場の三次処理施設等に設けられている上向流式濾過設備であって、原水中に巻き込まれた空気を濾過層以外から排出するための空気抜き管が設けられている上向流式濾過設備に関する。

浄水施設の濾過設備として、濾過槽底部に、多数の通水孔又は集水ノズルを設けた下部集水装置を敷設し、該下部集水装置により砂利、砂又は活性炭のような濾材を支持した構造を有する下向流式濾過設備が知られている。このような構造の濾過設備は、通常、濾材層の上方から被処理水（原水）を供給し、処理水（濾過水）を下部集水装置から導出する構造となっている。濾材の洗浄は、下部集水装置の下方に圧縮空気を供給して、通水孔又は集水ノズルから濾材内部に空気を噴出させて空気洗浄を行った後、下部集水装置に洗浄水を導入し、該洗浄水を下方から濾材内に上昇させて水洗浄を行うようにしている。このような洗浄操作によって、濾材に捕捉されている固形物を、濾材の上方に設けたトラフから排出するようにしている。

一方、濾過設備には上向流式濾過設備も存在する。このような構造の濾過設備は、通常、濾材層の下方から被処理水（原水）を供給し、処理水（濾過水）を上部集水装置から導出する構造となっている。濾材の洗浄は、下向流式濾過設備と同様に、濾材層下部の水室（圧力渠）に圧縮空気を供給して、通水孔又は集水ノズルから濾材内部に空気を噴出させて空気洗浄を行った後、圧力渠に洗浄水を導入し、該洗浄水を下方から濾材内に上昇させて水洗浄を行うようにしている。このような洗浄操作によって、濾材に捕捉されている固形物を、濾材の上方に設けたトラフから排出するようにしている。

空気洗浄を行ってから水洗浄を行う場合、水洗浄に切換えて水位がトラフに達した後にも濾材層下方の水室（下向流式濾過設備では下部集水室、上向流式濾過設備では圧力渠）に空気が残っていたり、気水分配器に空気が残存していたりすると、この空気が洗浄水の水圧に押されて濾材層内に噴出して、濾材を巻き上げる。この現象は、トラフから濾材が流出する大きな原因となっている。

特許文献１は、濾過過程において装置に付着した夾雑物又は懸濁物の除去作業が容易にできる気水分配装置及びその気水分配装置を用いた水処理装置を開示している。特許文献１に開示されている気水分配装置は、複数個の空気分散材を、隣接する空気分散材の間に所定間隔を設けて水平方向に配置しているので、空気分散材の間に入り込んだ夾雑物等又は空気分散材の上部の部材に付着した夾雑物等の除去作業を容易に行うことができる。

特許第４２９９３９６号公報明細書

図３は、自然流下によって原水を供給する、一般的な上向流式濾過設備の模式図を示す。原水槽４１内に貯水されている原水４２は、原水供給配管４３を経て、上向流式濾過設備４４の下部水室（圧力渠）４５へと供給される。原水は、水圧によって濾材が充填された濾材層４６へと上昇して濾過された後、上部水室４７内に貯水される。濾過水４８（処理水）は、トラフ４９から外部へと取り出される。

トラフ４９は、固定式であるため、上向流式濾過設備４４内の圧力損失によって原水槽４１内の原水４２の水位が変動する。上向流式濾過設備４４の運転開始初期は、濾材層４６の通水抵抗が小さいため、上向流式濾過設備４４内の圧力損失は小さい。このとき、原水槽４１内の原水４２の水位が低下し、原水供給管４３が接続されている原水槽４１の底面付近に渦が発生しやすくなる。渦が発生すると、原水４２に空気が混入する。下部水室４５へと運ばれた空気は、原水の流れに伴って濾材層４６へと上昇する。

濾材層４６に使用される濾材は、珪砂又はアンスラサイトのような無機物質、合成樹脂又は活性炭が一般的である。濾材の形態は、粒状又は球状であり、その粒径は0.2〜2.0mm程度である。濾材層４６に混入した空気（気泡）は、このような濾材に付着し、処理水４８中に濾材を浮上させる。その結果、濾材が濾過水４８と共にトラフ４９から流出してしまうことがある。

原水４２への空気混入を防止するための最も単純な方法は、原水槽４１内の原水４２の水位がある程度低下した場合に、原水供給管４３に設けられたバルブを閉じ、上向流式濾過設備４４への給水を停止することである。しかし、この方法では、原水槽４１の有効容積が減少し、処理能力が低下する。

本発明は、原水槽内の原水を圧力渠へと自然流下によって供給する上向流式濾過設備であって、圧力渠内に混入した空気による濾材流出を防止し得る上向流式濾過設備の提供を目的とする。

本発明者等は、上記課題を解決すべく検討した結果、圧力渠内に原水を供給する部分に、外部へと通じる空気抜き管を設け、かつ、この部分を圧力渠と仕切ることにより、圧力渠内に混入した空気を外部へと効率よく排出し得ることを見出し、本発明を完成させるに至った。

具体的に、本発明は、
濾材層と、濾材層の上方に隣接する濾過水室と、濾材層の下方に隣接する圧力渠とから構成される少なくとも1個の濾過装置と、
原水槽と、
原水槽内の原水を圧力渠へと自然流下によって供給する原水供給管と、
濾材層上部に位置するトラフと、
圧力渠に隣接する原水供給部と、
を備える上向流式濾過設備であって、
前記原水供給管の出口は、前記原水供給部に開口しており、
前記原水供給管から供給された原水は、原水供給部を経て前記圧力渠へと供給され、
前記原水供給部には、外部へと通じる少なくとも1本の空気抜き管が設けられており、
前記圧力渠と前記原水供給部の間には、前記原水供給部へ混入した空気の前記圧力渠への移動を妨げる仕切りが設けられている、上向流式濾過設備に関する。

原水を圧力渠内に供給する原水供給部に空気抜き管を設けることにより、原水槽から空気が混入した原水が供給された場合にも、濾材層へと空気が上昇することを防止し、ひいては濾材の流出を容易に防止し得る。

上向流式濾過設備が前記濾過装置を複数個備える場合には、複数個の前記圧力渠は、前記原水供給部において連通していることが好ましい。

この場合、原水供給部において空気を空気抜き管から排出できるため、水だけを複数の圧力渠へと供給することができる。

前記濾過装置は、前記濾材層の下部に前記原水供給管と接続されている支柱を有し、
前記支柱は、
外殻と中心部とから構成され、
外殻と中心部との間には前記原水供給部として機能する空隙が存在し、
前記原水供給管の出口は、前記空隙に開口しており、
前記支柱の底部では、原水が前記空隙を経て前記圧力渠内に供給され、
前記原水供給管が接続されている部分よりも高い位置に、外部へと通じる少なくとも1本の空気抜き管が接続されていることが好ましい。

この場合、原水供給部と支柱が一体化しており、支柱の内部で効率よく原水から空気を分離し、空気抜き管によって排出し得る。

本発明によれば、原水槽の有効容積を減少させることなく、上向流式濾過設備の原水中に混入した空気を容易に除去することが可能である。また、本発明は、既存の上向流式濾過設備に対して簡単な改良を施すだけで実施し得る。

実施形態１の上向流式濾過設備を示す。 実施形態２の上向流式濾過設備を示す。 自然流下によって原水を供給する、一般的な上向流式濾過設備の模式図を示す。

本発明の実施の形態について、適宜図面を参照しながら説明する。本発明は、以下の記載に限定されない。

＜実施形態１＞
図１は、本発明の上向流式濾過設備の一例を示す。本実施形態の上向流式濾過設備１は、2個の濾過装置２ａ及び２ｂを備えている。ここでは、濾過装置２ａについて説明するが、濾過装置２ｂも同様である。濾過装置２ａは、濾材層３ａ、濾過水室４ａ、及び圧力渠５ａから構成される。濾材層３ａの下部は、支柱７ａによって支持されている。圧力渠５ａは、連通部６によって圧力渠５ｂと連通している。本実施形態においては、連通部６が原水供給部として機能する。

連通部６には、原水供給管８、空気抜き管９が接続されている。原水供給管８は、上向流式濾過設備１より高い場所に設置されている原水槽（図示せず）に接続されており、自然流下によって原水を連通部６へと供給している。空気抜き管９は、外側が濾過装置２ａ及び２ｂの水面より高い位置で外気に開放されている。図１では、連通部６の上面は、圧力渠５ａ及び５ｂの上面よりも高い位置にあるが、この限りではない。連通部６の左右には、仕切り板１０ａ及び１０ｂ（仕切り）が設けられている。連通部６の上面は、圧力渠５ａ及び５ｂの上面よりも高い位置にある。

原水供給管８から連通部６へと供給された原水は、圧力渠５ａから濾材層３ｂへと供給され、濾過される。濾過水１１ａは、濾過水槽４ａ通過後に、トラフ１２へと越流し、越流水１３として取り出される。

ここで、原水供給管８から連通部６へと供給された原水に空気が混入した場合、空気は連通部の上面（仕切り板１０ａ及び１０ｂに挟まれた部分）に主として溜まる。しかし、空気抜き管９が設けられているため、空気を外部へとすぐに排出することが可能である。図１では、空気抜き管９は1本であるが、複数本数設けられてもよい。空気抜き管９は、空気を排出し得る限り、様々な位置又は向きに設置され得る。空気抜き管９は、排気先（外部にある出口部）に向かって水平又は上り勾配であることが好ましい。

なお、濾過装置は1個であってもよいが、複数個備えられている場合（例えば、実施形態１のように２つの濾過装置２ａ及び２ｂの場合）は、濾過装置の間に原水供給部６を設けるのが好ましい。

＜実施形態２＞
図２は、本発明の上向流式濾過設備の別の一例を示す。本実施形態の上向流式濾過設備２１は、1個の濾過装置２２を備えている。濾過装置２２は、濾材層２３、濾過水室２４、及び圧力渠２５から構成される。濾材層２３の下部には、支持部材２６が設けられており、支持部材２６は、支柱２７によって保持されている。支持部材２６には、原水を通過させるための孔が設けられている。支柱２７には、原水供給管３０が接続されており、上向流式濾過設備２１よりも高い場所に設置されている原水槽（図示せず）に接続されており、自然流下によって原水を支柱２７へと供給する。

支柱２７は、中心部２８と外殻２９との二重構造であり、中心部２８と外殻２９との間にある間隙に原水供給管３０から供給された原水が流れる。そして、原水は、支柱２７下部の開口部３２から圧力渠２５内へと供給される。支柱２７には、原水供給管３０が接続されている位置よりも高い位置に、空気抜き管３６が接続されている。本実施形態においては、中心部２８と外殻２９との間にある間隙が原水供給部として機能し、外殻２９が仕切りとして機能する。

開口部３２から圧力渠２５へと供給された原水は、支持部材２６を経て濾材層２３へと供給され、濾過される。濾過水３３は、濾過水槽２４に貯水された後、トラフ３４へと越流し、越流水３５として取り出される。

開口部３２から圧力渠２５へと供給された原水に空気が混入している場合、空気は中心部２８と外殻２９との間にある間隙の上部に溜まる。しかし、空気抜き管３６が間隙上部と外部とを接続するように設けられているため、空気を外部へとすぐに排出することが可能である。図２では、空気抜き管３６は1本であるが、複数本設けられてもよい。空気抜き管３６は、空気を排出し得る限り、様々な位置又は向きに設置され得る。空気抜き管９は、排気先（外部にある出口部）に向かって水平又は上り勾配であることが好ましい。

本発明の上向流式濾過設備は、水処理分野において有用である。

１：実施形態１の上向流式濾過設備
２ａ，２ｂ：濾過装置
３ａ，３ｂ：濾材層
４ａ，４ｂ：濾過水室
５ａ，５ｂ：圧力渠
６：連通部
７ａ，７ｂ：支柱
８：原水供給管
９：空気抜き管
１０ａ，１０ｂ：仕切り部
１１ａ，１１ｂ：濾過水
１２：トラフ
１３：越流水
２１：実施形態２の上向流式濾過設備
２２：濾過装置
２３：濾材層
２４：濾過水室
２５：圧力渠
２６：支持部材
２７：支柱
２８：中心部
２９：外殻
３０：原水供給管
３１：弁
３２：開口部
３３：濾過水
３４：トラフ
３５：越流水
３６：空気抜き管
４１：原水槽
４２：原水
４３：原水供給配管
４４：上向流式濾過設備（従来型）
４５：下部水室（圧力渠）
４６：濾材層
４７：上部水室（濾過水室）
４８：濾過水
４９：トラフ

Claims (3)

1. 濾材層と、濾材層の上方に隣接する濾過水室と、濾材層の下方に隣接する圧力渠とから構成される少なくとも1個の濾過装置と、
   原水槽と、
   原水槽内の原水を圧力渠へと自然流下によって供給する原水供給管と、
   濾材層上部に位置するトラフと、
   圧力渠に隣接する原水供給部と、
   を備える上向流式濾過設備であって、
   前記原水供給管の出口は、前記原水供給部に開口しており、
   前記原水供給管から供給された原水は、原水供給部を経て前記圧力渠へと供給され、
   前記原水供給部には、外部へと通じる少なくとも1本の空気抜き管が設けられており、
   前記圧力渠と前記原水供給部の間には、前記原水供給部へ混入した空気の前記圧力渠への移動を妨げる仕切りが設けられている、上向流式濾過設備。
2. 前記濾過装置を複数個備え、
   複数個の前記圧力渠は、前記原水供給部において連通している、請求項１に記載の上向流式濾過設備。
3. 前記濾過装置は、前記濾材層の下部に前記原水供給管と接続されている支柱を有し、
   前記支柱は、
   外殻と中心部とから構成され、
   外殻と中心部との間には前記原水供給部として機能する空隙が存在し、
   前記原水供給管の出口は、前記空隙に開口しており、
   前記支柱の底部では、原水が前記空隙を経て前記圧力渠内に供給され、
   前記原水供給管が接続されている部分よりも高い位置に、外部へと通じる少なくとも1本の空気抜き管が接続されている、請求項１に記載の上向流式濾過設備。

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