JP6651131B2 - 集水機構および該集水機構を備えた重力式ろ過池 - Google Patents

Description

本発明は、重力式ろ過池の集水機構及び該集水機構を備えた重力式ろ過池に関する。

浄水場では河川や貯水池などの水源から原水を取水し、浄化処理を施して水道水として一般の需要に供給している。前記浄化処理の方式としては急速ろ過方式が広く採用されている（特許文献１参照）。

急速ろ過方式とは、原水に凝集沈殿処理を施して懸濁質及びコロイド質を可能な限り沈殿池で除去した後に、急速ろ過池でろ過処理を施す方式をいう。急速ろ過池から排出された処理水は、殺菌処理されたのちに水道水として一般に供給される。

急速ろ過方式としては次の二つのタイプが知られている。
（１）ろ過池をセクション分割板によって複数のろ過セクションに分割し、ろ過セクション毎に逆流洗浄を行うタイプ
（２）単数のろ過セクションにてろ過するタイプ（一般の重力式ろ過池）
図７（ａ）に基づいて、急速ろ過方式によって原水を浄化する急速ろ過池におけるろ過処理について説明する。原水渠１の原水は原水流入孔２を通ってろ過セクション３に流入し、ろ過セクション３内に配置されたろ材４を高速で通過することにより、原水中のフロック等の懸濁物質がろ材に付着されるか、ろ過層によってふるい分けされることにより除去される。ろ過された浄水は集水装置５を通過して浄水室６に流入し、浄水管７から浄水渠８に流出する。

ろ過処理を継続すると、原水から除去された懸濁物質がろ材４に堆積してろ材間で目詰まりが生じ、急速ろ過池におけるろ過処理能力は低下する。ろ過処理能力が低下すると、ろ過処理を経たろ過水の濁度が上昇して水質が悪化したり、損失水頭が増加して必要とされるろ過流量を得ることが難しくなったりする。このため、間欠的にろ材４を洗浄してろ材４に堆積した懸濁物質を取り除く逆流洗浄によってろ材４を再生させる必要がある。

そして、複数セクションに分かれたろ過池の場合、一つのろ過セクションを洗浄してろ材層の堆積物（フロック）を除去すると、当該ろ過セクションのろ過抵抗が無くなり、ろ過流速が増加する。そうすると、原水が十分ろ過できないままろ材を通過したり、洗浄直後にろ材層中に軽く捕捉（抑留）されているフロックが流出してきて、浄水の水質悪化の原因となる。

そこで、複数セクションに分かれたろ過池の場合、従来は、ろ過セクションの最終出口である浄水管７に、流速を増加させないために図７（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示すような流速調整機構６０を設けている。流速調整機構６０は、フラップ弁形状の邪魔板６１に小口径の通水穴６４を有するものであり、邪魔板６１はヒンジ６３によって支持板６２に開閉自在に取付けられている。この邪魔板６１はろ過時にはろ過抵抗体として作用する。
邪魔板６１は、ろ過時は小口径の通水穴６４を通じて浄水が流出し、逆洗時には図６（ｃ）に示すように逆洗水流によりはねあがり、少ない抵抗で多量の逆洗水を通水することができる。
しかしながら、邪魔板には逆洗時に逆洗水が直接吹き付けるため、邪魔板のヒンジ６３が損傷し易く、数年で邪魔板が欠落することがあった。また、邪魔板が水流の妨げ（乱れの原因）となり、ろ過砂の均一な洗浄に悪影響を及ぼすという問題があった。
また、単数個のろ過セクションを有する一般の重力式ろ過池においては、ろ過池の平面について見たとき異なる箇所においてろ過速度および逆洗速度にばらつきが生じるという問題があった。

特開２００３−２９９９１１号公報

本発明は、ろ過池の異なる箇所におけるろ過速度および逆洗速度のバラツキをなくすことを目的とする。
より詳細には、本発明は、ろ過池が複数のろ過セクションに区分にされている重力式ろ過池において、邪魔板６１を設けることなく、一つのろ過セクションを逆洗した直後でも、当該ろ過セクションにおけるろ過流速が増加しないようにした集水機構を提供することを目的とする。
また、本発明は、単数個のろ過セクションを有する重力式ろ過池において、ろ過速度および逆洗速度を均一にする（ろ過池平面で見たとき異なる箇所におけるろ過速度および逆洗速度のばらつきを抑える）ことを目的とする。

上記課題を解決するための本発明は以下に記載する通りのものである。
（１）原水渠と、
ろ材層を有し被処理水のろ過処理を行うろ過セクションと、
前記ろ過セクションで得られた浄水を貯蔵する浄水渠と、
を含む重力式ろ過池において用いられ、
前記ろ過セクション内に設けられた集水機構であって、
該集水機構は、ろ材を支持すると共にろ過空間を上下に区分する集水装置と、該集水装置の下方に設けられた流速調整機構とを含み、
前記流速調整機構は、複数の逆洗孔を有する穿孔板と、穿孔板の上流側において逆洗孔を塞ぐ部材とを備えており、前記逆洗孔を塞ぐ部材は、ろ過時には前記逆洗孔を塞いでろ過水の流路面積を狭めて前記逆洗孔を通過するろ過水の流水量を減少させるように作用し、逆洗時には前記逆洗孔を開放して逆洗水の流路面積を広げ、前記逆洗孔を通過する逆洗水の流水量を増大させて洗浄に必要な水量を確保するように作用する部材であることを特徴とする集水機構。
（２）前記流速調整機構が、複数の逆洗孔を有する穿孔板と、
ろ過水が通過するための通水孔を有し、かつ前記逆洗孔よりも大径の弁体と、からなり、
前記弁体は前記穿孔板の上流側において前記逆洗孔を塞ぐようにして弁体の端部が穿孔板に固定されていることを特徴とする上記（１）に記載の集水機構。
（３）前記流速調整機構が、複数の逆洗孔を有する穿孔板と、
長尺状のバンド体又はシート体と、からなり、
前記バンド体又はシート体は、前記穿孔板の上流側において前記複数個の逆洗孔を塞ぐように前記穿孔板に固定され、前記複数個の逆洗孔のそれぞれに対応する位置にろ過水が通過するための通水孔を有していることを特徴とする上記（１）に記載の集水機構。
（４）前記流速調整機構が、複数の逆洗孔を有する穿孔板と、
ボールと、からなり、
前記ボールは前記逆洗孔の上流側において、逆洗孔を形成している穿孔板の壁とボールとの間にろ過水の流路空間が形成されるように穿孔板に半固定されている
ことを特徴とする上記（１）に記載の集水機構。
（５）原水渠と、
ろ材層を有し被処理水のろ過処理を行うろ過セクションと、
前記ろ過セクションで得られた浄水を貯蔵する浄水渠と、
を含む重力式ろ過池であって、上記（１）〜（４）のいずれかに記載の集水機構を備えたことを特徴とする重力式ろ過池。
（６）前記ろ過セクションを単数個有することを特徴とする上記（５）に記載の重力式ろ過池。
（７）前記ろ過セクションを複数個有し、ろ過セクションをセクション毎に移動して逆流洗浄する逆流洗浄装置を備えたことを特徴とする上記（５）に記載の重力式ろ過池。

本発明における集水機構を採用することにより、ろ過セクションの異なる箇所におけるろ過速度が均一化されるので、ろ過速度が特定の箇所で速くなることがない。このため、原水が十分ろ過できないままろ材を通過したり、洗浄直後にろ材層中に軽く捕捉（抑留）されているフロックが流出することがなく、浄水の水質悪化を防ぐことができる。また、逆洗時にはろ過セクションの異なる箇所における逆洗速度が均一化され、均等な洗浄が可能となる。

逆流洗浄装置移動型ろ過装置の概要を示す図である。（ａ）は逆流洗浄装置移動型ろ過装置の平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。 本発明に係る実施形態のろ過装置のろ過時及び逆流洗浄時の状態を示す図である。 本発明の実施形態に係る流速調整機構の構造を示す図である。 図３に示した流速調整機構において用いる弁体の平面構造を示す図である。 本発明の実施形態に係る、図３と別構造の流速調整機構の構造を示す図である。 本発明の実施形態に係る、図３、４と別構造の流速調整機構の構造を示す図である。 従来の逆流洗浄装置移動型ろ過装置の構造を示す図である。

以下では、本発明の集水機構を複数個のろ過セクションを有する逆流洗浄装置移動型の重力式ろ過池に適用した場合を例にとって述べる。
まず、本発明に係る重力式ろ過池の構成の一例を図１（ａ）、図１（ｂ）に基づいて説明する。
図１（ａ）はろ過池の平面図であり、ろ過装置１００のろ過池はセクション分割板１５によって複数のろ過セクション３に分割されている。
図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ’断面図であり、一つの区画について逆流洗浄（以下、「逆洗」ともいう）を行っている状態を示している。

本発明の実施形態に係るろ過装置について以下説明する。
（ろ過工程）
原水は、原水渠１より原水流入孔２によって均等にろ過セクション３に流入する。
ろ過セクション３内には集水装置５の上にろ材４が堆積している。原水はろ材４を通過して懸濁質を除去されて浄水となり、集水装置５、浄水室６及び浄水管７を経て浄水渠８に流出する。

（逆流洗浄工程）
逆流洗浄装置２０は電動式の走行台２１、逆流洗浄ポンプ２２ 、表面洗浄ポンプ２３、排水ポンプ２４、クリーナーボックス２５、駆動装置２６及び制御盤２７によって構成されている。
ろ過セクション３に逆流洗浄の必要が生じたとき、走行台２１がろ過池の任意のろ過セクション３の真上で停止し、逆流洗浄ポンプ２２が稼働して浄水渠８内の浄水を逆流洗浄水及び表面洗浄水として送出する。浄水は逆流洗浄ポンプ２２で加圧され、一部は逆洗管を経て表面洗浄ポンプ２３でさらに加圧されて表面洗浄水として使用され、一部は浄水渠８の下部より浄水管７を逆流して逆流洗浄水として使用される。ろ材４を洗浄した排水は、排水ポンプ２４によって集水され、排水とい１２に排出されて排水ます１３に流入する。

逆洗前と逆洗後のろ過層の状態を図２に基づいて説明する。
図２（ａ）は逆洗前の状態を示し、図２（ｂ）は逆洗後の状態を示す。
逆洗前は、図２（ａ）に示すように、原水Ｗはセクション分割板１５によって分割された各セクションのろ過層４を通って浄化され集水装置５を経て浄水室６に流入する。この時、いずれのろ過層においてもろ過抵抗に大きな差異はなく、ろ過速度２９にも大きな差異はない。
しかしながら、一つのろ過セクションを逆洗した直後、図２（ｂ）に示すように当該ろ過セクションの堆積物（フロック）２８が除去されて、当該ろ過セクションのみろ過抵抗が小さくなるためろ過速度２９’が増大する。

そこで、本発明においては集水装置の下方に流速調整機構（ろ過抵抗体）を配置することによって流速の増加を抑える。
以下では流速調整機構の実施形態について説明する。

（実施形態１）
図３、図４は流速調整機構の実施形態の構造を示す図である。
流速調整機構３０は集水装置５の下方に配置される。
なお、集水装置５は、ろ過区画を上部空間と下部空間とに分割する床板として設けられ、多孔板または複数の集水ノズル付の仕切板からなるものが一般的であるが、図３では図示を省略する。

流速調整機構３０は所定の間隔を置いて複数の逆洗孔３２を設けた穿孔板３１とこの穿孔板３１の逆洗孔３２を塞ぐように設けられた弁体３３とからなる。この弁体３３はその端部の支持部３５によって前記穿孔板３１に固定されており、逆洗水の水流によってこの支持部３５を支点として上方に向かって回転運動をする（開く）ことができるようになっている。
ろ過時においては弁体３３はろ過水の水流および自重等によって穿孔板３１に押しつけられているため、ろ過水は通水孔３４で流速を抑えられて浄水室に流入する。このとき、通水孔３４は小径であるため、弁体３３はろ過水に対してろ過抵抗体として作用する。
一方、逆洗時においては、弁体３３は逆洗水の水流によって、図３に示すように支持部３５を支点として回転する（開く）ことにより、逆洗水の流路面積が広がり、逆洗に必要な水量を確保できる。

図４は弁体３３の一例の平面図である。
弁体３３は逆洗孔３２よりも径が大きくなっている。弁体３３の中央部にはろ過水の通水孔３４が設けられており、弁体３３は支持部３５において押さえ部材３６によって穿孔板に固定される。

（実施形態２）
図５に異なる実施形態の流速調整機構４０の例を示す。
本実施形態の流速調整機構４０は長尺上の可撓性のあるバンド体４１に複数の通水孔４２を設けたものである。バンド４１は、図３に示したような所定間隔をおいて逆洗孔３２が穿たれている穿孔板３１に押さえ部材４３によって固定される。
ろ過時において、バンド体４１はろ過水の水流および自重等によって穿孔板３１に押しつけられているため、ろ過水は通水孔４２で流速を抑えられて浄水室に流入する。このとき、通水孔４２は小径であるため、ろ過水に対してろ過抵抗体として作用する。
一方、逆洗時においては、可撓性のあるバンド体４１は逆洗水の水流によって、押さえ部材４３以外のバンド体４１が浮く（開く）ことにより、逆洗水の流路面積が広がり、逆洗に必要な水量を確保できる。

また、バンド体４１を複数並列に配置する場合、前記のように流速調整機構をバンド形状とすることに代えて、穿孔板３１の全面を覆う全面シート型としてもよい。全面シート型のところどころにスリット（切れ目）を有した形状、つまり、複数のバンド体４１が部分的に連結した形状である。逆洗時においては、可とう性のあるシートは逆洗水の水流によって、押さえ部材４３以外のシートが浮き、シートのスリットが開くことで流路面積が広がり、逆洗に必要な水量を確保できる。

（実施形態３）
図６に基づいて本実施形態について説明する。
図６において、流速調整機構５０は通水孔５２を有する穿孔板５１と、通水孔５２の上流側に支持部材５４に重力によって穿孔板５１に半固定されたボール５３とからなっている（穿孔板５１と支持部材５４は一体でも良い）。
ボール５３と穿孔板５１との間の空間がろ過水の流路５５を形成している。
この流路５５の流路断面積は小さく形成されているため、この流路５５のろ過抵抗が大きく、逆洗直後においてもろ過水の流速が増大することがない。
一方、逆洗時には逆洗水の水圧を受けボール５０が浮上し、穿孔板５１との隙間が広がり、逆洗水に対して抵抗体として作用せず、逆洗に必要な流量を確保することができる。
ボール５３の材質としては樹脂、樹脂と金属との複合材料又はセラミックが好ましい。
さらに、ボール５０は穿孔板５１又は支持部材５４に対して伸び縮みするような樹脂材料で固定されているのが好ましい。

上記のように、流速調整機構３０、４０、５０が集水装置５の下方に配置されており、小さい流速調整機構が多数存在し逆洗時の衝撃力を減少させるため、従来の流速調整部材（ヒンジおよび邪魔板）のような損傷が生じにくい。
また、本発明における流速調整機構３０、４０、５０は通気の邪魔となることがないため、空洗洗浄兼用型としても製作可能である。
更に、逆流洗浄の均等化の効果もある 。
加えて、ろ過時において、圧力損失（抵抗体）となるものの、ろ過速度の均等化の効果も有する。

上記では本発明の集水機構を複数個のろ過セクションを有する重力式ろ過池に適用した場合について述べたが、本発明の集水機構を単数個のろ過セクションを有する重力式ろ過池に適用してもろ過速度の均一化という効果が奏されることは明らかである。

１ 原水渠
２ 原水流入孔
３ ろ過セクション（ろ過池の一区画）
４ ろ材、ろ過層
５ 集水装置
６ 浄水室
７ 浄水管
８ 浄水渠
９ 逆洗摺動弁
１０ 浄水ます
１１ 浄水流出管
１２ 排水とい
１３ 排水ます
１４ 排水管
１５ セクション分割板
２０ 逆流洗浄装置
２１ 走行台
２２ 逆流洗浄ポンプ
２３ 表面洗浄ポンプ（ろ過排水ポンプ）
２４ 排水ポンプ
２５ クリーナーボックス
２６ 駆動装置
２７ 制御盤
２８ 堆積物
２９、２９’ ろ過速度
３０、４０、５０ 流速調整機構
３１ 穿孔板
３２ 逆洗孔
３３ 弁体
３４ 通水孔
３５ 支持部
３６ 押さえ部材
４１ バンド体
４２ 通水穴
４３ 押さえ部材
５１ 穿孔板
５２ 通水孔
５３ ボール
５４ 支持部材
５５ 通水路
６０ 流速調整機構
６１ 邪魔板
６２ 支持板
６３ ヒンジ
６４ 通水穴
１００ ろ過装置

Claims (7)

1. 原水渠と、
   ろ材層を有し被処理水のろ過処理を行うろ過セクションと、
   前記ろ過セクションで得られた浄水を貯蔵する浄水渠と、
   を含む重力式ろ過池において用いられ、
   前記ろ過セクション内に設けられた集水機構であって、
   該集水機構は、ろ材を支持すると共にろ過空間を上下に区分する集水装置と、該集水装置の下方に設けられた流速調整機構とを含み、
   前記流速調整機構は、複数の逆洗孔を有する穿孔板と、穿孔板の上流側において逆洗孔を塞ぐ部材とを備えており、前記逆洗孔を塞ぐ部材は、ろ過時には前記逆洗孔を塞いでろ過水の流路面積を狭めて前記逆洗孔を通過するろ過水の流水量を減少させるように作用し、逆洗時には前記逆洗孔を開放して逆洗水の流路面積を広げ、前記逆洗孔を通過する逆洗水の流水量を増大させて洗浄に必要な水量を確保するように作用する部材であることを特徴とする集水機構。
2. 前記流速調整機構が、複数の逆洗孔を有する穿孔板と、
   ろ過水が通過するための通水孔を有し、かつ前記逆洗孔よりも大径の弁体と、からなり、
   前記弁体は前記穿孔板の上流側において前記逆洗孔を塞ぐようにして弁体の端部が穿孔板に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の集水機構。
3. 前記流速調整機構が、複数の逆洗孔を有する穿孔板と、
   長尺状のバンド体又はシート体と、からなり、
   前記バンド体又はシート体は、前記穿孔板の上流側において前記複数個の逆洗孔を塞ぐように前記穿孔板に固定され、前記複数個の逆洗孔のそれぞれに対応する位置にろ過水が通過するための通水孔を有していることを特徴とする請求項１に記載の集水機構。
4. 前記流速調整機構が、複数の逆洗孔を有する穿孔板と、
   ボールと、からなり、
   前記ボールは前記逆洗孔の上流側において、逆洗孔を形成している穿孔板の壁とボールとの間にろ過水の流路空間が形成されるように穿孔板に半固定されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の集水機構。
5. 原水渠と、
   ろ材層を有し被処理水のろ過処理を行うろ過セクションと、
   前記ろ過セクションで得られた浄水を貯蔵する浄水渠と、
   を含む重力式ろ過池であって、請求項１〜４のいずれかに記載の集水機構を備えたことを特徴とする重力式ろ過池。
6. 前記ろ過セクションを単数個有することを特徴とする請求項５に記載の重力式ろ過池。
7. 前記ろ過セクションを複数個有し、ろ過セクションをセクション毎に移動して逆流洗浄する逆流洗浄装置を備えたことを特徴とする請求項５に記載の重力式ろ過池。

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