(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
自然平衡型ろ過装置の洗浄方法において、排水サイフォン管として、主弁がサイフォン管の頂上部付近に設置され、副弁が主弁全閉時にもサイフォン管に流量が流れるように主弁のバイパス管に設置され、これらの弁を電動制御することにより、連続的に逆洗速度を調整することが可能な排水サイフォン管を用い、
該排水サイフォン管の排水速度制御により、水温に応じて連続的に逆洗速度を調整すると同時に、排水濁度を連続監視し排水濁度が３〜５度以下となった時点で、スローダウン工程に切替えることを特徴とする自然平衡型ろ過装置の洗浄方法。
【請求項２】
前記逆洗速度が以下の式（１）を満たすことを特徴とする請求項１に記載の自然平衡型ろ過装置の洗浄方法。
０．００７４Ｔ＋０．２５４≦ｖｒ≦０．０２１３Ｔ＋０．７３５  (1)
ただし、ｖｒ：逆洗速度(ｍ／ｍｉｎ）             Ｔ＝水温（℃）
【請求項３】
前記スローダウン工程において、逆洗速度の調整により、砂の整層領域を水温に応じて変化させることを特徴とする請求項１又は２に記載の自然平衡型ろ過装置の洗浄方法。
【請求項４】
排水濁度のパターン認識制御により、洗浄不良検知時に洗浄を中止し、整層後、再度、洗浄を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の自然平衡型ろ過装置の洗浄方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クリプトスポリジウムや懸濁物質の除去を目的とする浄水処理における自然平衡型ろ過装置の洗浄方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水道水中のクリプトスポリジウム等による感染症対策として、原水に耐塩素性病原性物が混入される場合はろ過等の設備を設置することが求められている。
ろ過装置には、急速ろ過方式がよく用いられ、重力式ろ過装置、圧力式ろ過装置、自然平衡形ろ過装置などがある。本発明は、この中で自然平衡形ろ過装置に関するものである。
ろ過装置は、ろ過を継続することにより、ろ層中に懸濁物質等が蓄積されるため、逆洗により懸濁物質等の排出を行う工程が必要になる。
【０００３】
自然平衡形ろ過装置では、排水サイフォン管により逆洗水をろ過池等から排出させる。
排水サイフォン管は、通常、１管で構成されることが多いが、逆洗水量の調整が１管で困難な場合は、流量段階に応じた大小を組み合わせた２管で構成されることもある。
厚生労働省告示「水道におけるクリプトスポリジウム等対策指針」（平成１９年）には、ろ過池の洗浄は、通常、洗浄排水の最終濁度が２度以下となることを目標として行うこと、可能であれば、１度以下を目標とすることが望ましいこと、また、洗浄の終了時には逆流洗浄速度を段階的に減少することとされており、この指針を具体化した洗浄方法も幾つか提案されている(特許文献１等）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４６９９１９８号
【特許文献２】特開平１１−３３３２１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ろ過池の逆洗は、通常、逆洗速度、例えば０．６ ｍ／ｍｉｎ程度で一定時間実施後、
洗浄を終了し、ろ過通水を行う。洗浄終了時に、逆流洗浄中、砂層で浮遊していた懸濁物質は、砂層下部や砂利層に抑留される結果、ろ過通水直後にそれらが流出して０．１度以上のろ過水濁度となる。このため、上記指針にもあるように、洗浄終了段階で洗浄速度を変更するスローダウン洗浄が行われる。
【０００６】
排水サイフォン管式において、通常の１管式では、逆流洗浄速度の段階的な洗浄が困難で、２管式でもスローダウンは２段階の速度制御しかできない（例、０．６ｍ／ｍｉｎと０．２ｍ／ｍｉｎなど）。このため、クリプトスポリジウム等の対策を行うには、一定の速度で多量の洗浄排水により最終濁度を低くする必要がある。
【０００７】
一方、洗浄排水濁度は、洗浄時間を長くしても濁度がほとんど低下しない。このため、排水濁度を低くするには、多量の洗浄排水が必要になり、ろ過処理効率（ろ過水÷流入水）が低下することから、浄水場の浄水処理能力が低下するなどの問題が発生している。
また、ろ過池の逆洗は、通常、３６時間毎や４８時間毎などの定期時間洗浄になっている。
【０００８】
しかしながら、原水の水質や凝集沈澱状況により、ろ過池に流入する未ろ水の水質は大
きく変動するが、上述のとおり、洗浄は未ろ水が０．２度程度の低濁度負荷でも定期時間洗浄となっており、洗浄排水量が必要以上に多くなっている。
一方、未ろ水が２度以上の高濁度負荷時や後ＰＡＣ注入時には、ろ過池の損失水頭が上昇するため、より短時間での洗浄が行われ、洗浄排水量が多くなりこの対策も課題となっている。
【０００９】
洗浄排水の濁度を調べるために、排水の集合水や排水池に濁度計を設置することも考えられるが、これらの濁度計は通常確認用に使用され、一般的には洗浄排水濁度計に基づく洗浄制御は行われていない(特許文献２）。排水濁度計により洗浄制御を行うことも一つ
の考え方としてはあり得たが、排水目標濁度は未ろ水濁度によって変化させる必要があることから、目標濁度を任意に変更する必要がある。また、任意の逆洗強度で排水時間設定を任意に可変することは、制御が複雑になることから、従来の洗浄方法では実際には実施されていなかった。
【００１０】
このため、通常安全を見込んで、設定目標の排水濁度以下になっても洗浄することとなり、その結果、洗浄排水量が多くなっているのが現状である。
また、逆洗の展開率について、日本水道協会設計指針（2012）では、ろ材の「付着物質の剥離やろ層からの分離は、ろ層を２０〜３０％膨張させたときに最も有効であり、洗浄効果が良いとされている。」と記されている。浄水場では、展開率を大きくとると、逆洗流量が多くなること、砂上水深を高くする必要があることなどから、０．６ｍｍの有効径の砂ろ材の場合、展開率としては概ね１０〜３０％の範囲で選択可能であり、一般的には展開率を２０％程度に設計することが多い。
【００１１】
一方、逆洗時のろ材（例、砂）の展開率は、逆洗速度と水温によって変化する。季節によって水温は変化するが、展開率を一定にするためには、水温に応じて逆洗速度を制御する必要がある。
しかしながら、現状では、浄水場での逆洗速度を水温に応じて変化させることができる方法や設備がないため、水温の高い時期は展開率が低くなり、砂ろ過池の洗浄不良を起こしており、このことも課題となっている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
これらの課題を踏まえ、本発明者らは鋭意研究の結果、サイフォン管に主電動弁と副電動弁を設置し、各電動弁を速度制御することで、洗浄排水量を連続的に制御させ、水温に応じた逆洗速度とすることが可能となり、水温にかかわらずろ材の展開率を一定に維持できることを見出した。
上記サイフォン管を使用することにより、小排水速度領域の制御が、主電動弁の速度制御のみでは困難な場合は、副電動弁の制御により、任意の排水速度で任意の洗浄排水時間の設定が可能となり、排水速度も連続的に高速・低速に変化させることが可能となる。
【００１３】
サイフォン管の電動弁は、主弁と副弁で構成している。主弁は、サイフォン管の頂上部付近に設置され、副弁は、主弁全閉時にもサイフォン管に流量が流れるように主弁のバイパス管に設置している。
主弁、副弁の目的は、逆洗流量の調整用であり、主弁単独、主弁＋副弁、主弁＋副弁＋孫弁など調整流量に応じて構成を変えることができる。また、主弁、副弁等の口径は、必要調整流量に応じて設計する。さらに、弁の開閉速度は、任意の速度の制御できるように可変速になっている。
【００１４】
また、砂ろ過のカラム実験の観察の結果、砂層の懸濁物質は洗浄直後に大量に流出するが、砂の展開率を徐々に下げて砂の整層領域に入るとほとんど懸濁物質は砂層から流出しなくなる。
なお、砂は、展開率を徐々に小さくすることにより、直径の大きい重い砂ほど、早く沈降することから、重い砂から軽い砂の順で砂が堆積し砂の整層が行われる。
【００１５】
整層領域とは、ほとんどの砂が沈降し、ほぼ砂層が形成されている状態になる逆洗速度領域のことである。
したがって、砂上〜トラフ間の水中で浮遊している懸濁物質は、逆洗速度を連続的にゆっくり低下・制御することで、砂が整層され、逆洗終了時に懸濁物質が砂層上部に抑留されることにより、ろ過通水直後に０．１度未満のろ過水濁度となる。
【００１６】
また、任意の逆流洗浄速度、任意の速度変化が可能なため、洗浄排水濁度を連続監視することで、一定の洗浄排水濁度、通常は３〜５度以下となった時点で、逆洗速度０．６ｍ／ｍｉｎ程度の通常洗浄を終了し、スローダウン洗浄に移行することで、大幅な洗浄排水量の減少が可能となる。
次に、スローダウン工程においては、表４のように逆洗速度は、整層領域に達するまでは早く速度を減少させ、整層領域ではゆっくり速度を減少させる。ろ材の展開しない整層領域以下では、再び減少速度を早くして、洗浄を終了する。
【００１７】
この場合、表５に示すように、水温によって、整層領域の逆洗強度が変わることから、水温計と連動して整層領域の逆洗速度の設定を変更する。  
更に、洗浄排水濁度変化をパターン認識することにより、洗浄排水中の排水濁度がピークを過ぎた後に濁度が再上昇するような異常な変化が生じた場合は、洗浄不良と認識して洗浄工程を中止し、整層後、再度、洗浄を最初から行うことで合計洗浄排水量の減少が可能となる。
【発明の効果】
【００１８】
以上のとおり、本発明により、ろ過池の洗浄排水量を大幅に削減することができる。
具体的には、通常の沈殿処理水濁度であれば、２５％程度の削減も可能になり、また、未ろ水（沈殿処理水）の濁度が低い、軽負荷の対象水の場合は、さらに、洗浄排水量の削減が可能になる。
洗浄排水量の減少は、浄水処理効率が向上することを意味しており、必要な浄水場施設能力を小さくでき、初期建設費用、維持管理費用の縮減が可能となる。
さらに年間を通じて適切な展開率を確保することで、砂ろ過池の洗浄不良をなくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は電動弁付きサイフォン管である。排水サイフォン管に頂部に主電動弁を設置し、主電動弁のバイパス管に副電動弁を設置している。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明のろ過装置の洗浄方法について、表及び図面を参照しつつ説明する。
表１は、一般的な砂ろ過池における洗浄時の排水濁度の時間変化の例である。排水濁度は、洗浄後、時間遅れで最大となり、その後、濁度は減少する。
しかしながら、低濁度になると、洗浄しても濁度の減少率は低くなる。
【００２１】
【表１】
0005389284.tif 000002
【００２２】
図１は、今回発明した電動弁付きサイフォン管の例である。電動弁は、主弁と副弁で構成されている。主弁は、サイフォン管の頂上部付近に設置され、副弁は、主弁全閉時にもサイフォン管に流量が流れるように主弁のバイパス管に設置している。
主弁、副弁の目的は、逆洗流量の調整用であり、主弁単独、主弁＋副弁、主弁＋副弁＋孫弁など調整流量に応じて構成を変えることができる。また、主弁、副弁等の口径は、必要調整流量に応じて設計する。さらに、弁の開閉速度は、任意の速度の制御ができるように可変速になっている。
【００２３】
表２は、一般的な水道用ろ過砂である有効径０．４５ｍｍ〜０．６ｍｍ、均等係数１．３５〜１．５における逆洗時の砂の展開率１０％又は３０％を確保する場合の、水温と逆洗速度の関係を示すものである。また、表３は、水温５℃における展開率と逆洗速度の関係を示すものである。これらの表から、砂の洗浄に必要な理想的な展開率を確保するには、水温に応じて適切な逆洗速度を採用する必要があり、通常採用される展開率１０〜３０％の範囲を選択するとすれば、その逆洗速度は、水温をＴ（℃）とすると、
０．００７４Ｔ＋０．２５４≦ｖｒ≦０．０２１３Ｔ＋０．７３５  (1)
ただし、ｖｒ：逆洗速度(ｍ／ｍｉｎ）             Ｔ＝水温（℃）
であることがわかる。
【００２４】
【表２】
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【００２５】
【表３】
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【００２６】
表４は、本発明における洗浄工程における逆洗速度制御の例である。通常の洗浄（逆洗速度０．６ｍ／ｍｉｎ、洗浄時間１１分）終了後、スローダウン工程に移行し、徐々に図１の弁を締めながら整層領域まで逆洗速度を低下させる。
整層領域（例、展開率２％〜０％）になると、弁の減少速度を遅くし、ゆっくり砂が整層できるようにする。この整層領域は、次の表５にも示すように、水温に応じて逆洗速度を変化させる必要があり、本願発明のサイフォン管を使用することで逆洗速度の的確な調整が可能となり、水温に適した整層領域を実現することができる。
砂が展開しなくなると、洗浄水量を少なくするために、再び、弁の減少速度を早めて全
閉にする。整層領域での弁の制御は、主弁、副弁、または主弁＋副弁にて行う。
なお、ろ過担体は、砂単独、砂＋アンスラサイトなどの場合があるが、担体に応じた整層領域を設定する。
【００２７】
【表４】
0005389284.tif 000005
【００２８】
表５は、水温２５℃と５℃における逆洗速度変化の例を示している。
スローダウン工程において、水温変化に応じて初期や整層領域の逆洗速度を変化させる必要がある。
【００２９】
【表５】
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【００３０】
表６は、本発明における排水濁度の常時監視により、通常洗浄中に一定の排水濁度、この例では４度、以下になった場合に、通常洗浄を終了しスローダウン工程に移行する例である。洗浄水量は、洗浄時間（例、標準１１分→５分）が短くなることで大幅な減少になる。
また、未ろ水濁度が０．２度程度の場合、通常洗浄時の洗浄排水最高濁度が５度以下の事例もあり、排水濁度常時監視により、洗浄周期の延長（例、３６時間→４８時間）や通
常洗浄時間の短縮により、洗浄排水量を大幅に減少することができる。
【００３１】
【表６】
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【００３２】
表７は、本発明における洗浄不良時の、再洗浄工程の例である。ろ過池は、ろ過閉塞などにより洗浄後にも、ろ過水濁度が０．１度以下にならないことがある。従来の方法であれば、洗浄終了後、通水してろ過水濁度を測定して初めて、洗浄不良を発見し、再度、ろ過池の水位低下工程など最初から洗浄を行う必要があるとともに、洗浄不良のろ過水の排水が必要になる。
【００３３】
【表７】
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【００３４】
これに対し、排水濁度のパターン認識制御を行なう本願発明の態様では、通常洗浄中における不良の早期発見が可能となり、通常洗浄を停止し、整層後、再度、通常洗浄を行うことで、合計洗浄水量の減少、洗浄不良通水の事故防止、合計洗浄時間の短縮などの効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明の自然平衡型ろ過装置の洗浄方法によれば、水温の変化が生じた場合も洗浄不良を起こすことなく、安全なろ過水を得ることが可能となる。
さらに、全体として使用する洗浄排水量を少なくでき、その結果、浄水処理効率が高くなるので、水道施設の建設費用や維持管理費を低減することにつながることから、本発明の自然平衡型ろ過装置の洗浄方法は浄水処理施設に広く利用することができる。
【符号の説明】
【００３６】
１  主電動弁
２  副電動弁
３  バイパス管
４  主サイフォン管
５  真空配管
【要約】
【課題】逆洗時のろ材の展開率は、逆洗速度と水温によって変化する。そのため、展開率を一定にするためには、水温に応じて逆洗速度を制御する必要がある。しかしながら、浄水場では逆洗速度を水温に応じて変化することができないため、水温の高い時期は展開率が低くなり、砂ろ過池の洗浄不良を起こしている。
【解決手段】自然平衡型ろ過装置の洗浄方法において、排水サイフォン管の排水速度制御により、水温に応じて連続的に逆洗速度を調整すると同時に、排水濁度を連続監視し排水濁度が３〜５度以下となった時点で、スローダウン工程に切替えることを特徴とする自然平衡型ろ過装置の洗浄方法。
【選択図】図１【図１】
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