(57)【要約】【課題】  原水を直接ろ過して微細な濁質も除去でき、コストが小さくろ過閉塞し難いろ過装置を提供する。【解決手段】上向きろ過装置（１）を圧力容器（２）と粒状ろ過材（３）とから構成する。粒状ろ過材（３）は、粒子の粒径が異なる複数の層から構成し、下方から上方に向かって粒径が小さくなるように積層する。最上層の最小の粒子の層（４）は、粒径が１〜５０μｍの粒子から構成する。このような粒状ろ過材（３）の上に多孔質板、すなわちセラミックスからなる流出防止板（９）を設ける。これによって粒状ろ過材の流出を防止する。また最小の粒子の層（４）には逆洗時に洗浄水を供給する洗浄管（１７）を埋設する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力容器と、該圧力容器内に設けられている粒状ろ過材と、該粒状ろ過材の流出を防止する流出防止板とから構成され、濁質を含んだ被ろ過水を上向きにろ過して浄水を得る上向きろ過装置であって、
前記粒状ろ過材は、下方から上方に向かって順次粒径が小さくなるように積層され、最上層は粒径が１〜５０μｍの粒子の層からなり、
前記流出防止板は、前記粒状ろ過材を構成している粒子の粒径より小さな孔が多数空いた多孔板からなり、
前記粒状ろ過材の最上層には、洗浄水を供給する洗浄管が埋設され、
ろ過時において、前記圧力容器の下方から被ろ過水を０．０５ＭＰａ以上の水圧で供給すると前記粒状ろ過材が前記流出防止板に押し付けられ、
逆洗時において、前記圧力容器の上方と前記洗浄管とから洗浄水を圧送すると、前記粒状ろ過材と前記流出防止板との間に所定の隙間ができると共に前記粒状ろ過材の上層部が洗浄水中に舞うことを特徴とする上向きろ過装置。
【請求項２】
請求項１に記載の上向きろ過装置において、前記流出防止板はセラミックス、または高分子化合物の粒子から焼結によって形成されていることを特徴とする上向きろ過装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、河川、湖沼等から取水された原水、あるいは地下水等の濁質を含んだ被ろ過水をろ過して浄水を得る、上向きろ過装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
生活用水、飲用水等に利用される浄水は、河川、湖沼、ダム等から取水された原水、あるいは地下から汲み上げられた地下水等を浄化処理して得られる。原水には、微生物やごみがコロイド状に浮遊する懸濁物質、いわゆる濁質が含まれおり、ろ過池、あるいはろ過装置によって濁質を除去する必要がある。ろ過池あるいはろ過装置に設けられているろ過材として、ろ砂等の粒子からなる粒状ろ過材は周知である。例えば急速ろ過池においては平均粒径０．４５〜０．７ｍｍのろ砂の層によって、緩速ろ過池においては平均粒径０．３〜０．４５ｍｍのろ砂の層によって、それぞれろ過するようになっており、いずれもろ過材は粒状ろ過材からなる。原水には大量の濁質が含まれているので、濁質によって目詰まりするろ過閉塞が頻繁に発生する。しかしながら、洗浄用の浄水すなわち洗浄水を、粒状ろ過材に逆向きに流して粒子を水中で舞わせて濁質を分離し、濁質を含んだ排水を外部に排出する、いわゆる逆洗によって容易に洗浄できる。また粒状ろ過材は比較的安価でもある。これらの点で粒状ろ過材は優れているので、浄水場において広く利用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４７２１２３９号公報
【特許文献２】特開２００６−２６４９３号公報
【０００４】
本出願人の出願に係る特許文献１には、粒状ろ過材の積層方法に特徴を有するろ過装置が記載されている。このろ過装置は圧力容器からなり、粒状ろ過材は下方から上方に向かって粒径が順次小さくなるように積層されたろ過部と、このろ過部の上に下方から上方に向かって粒径が順次大きくなるように積層されているろ砂流出防止部とからなる。そしてろ過部の最上層、つまり最小の粒子の層は、粒径１〜５０μｍの粒子から構成されている。また粒状ろ過材は圧力容器の天井に達するように充填されている。従って被ろ過水を圧力容器の下方から０．０５ＭＰａ以上の水圧で供給すると、被ろ過水は粒状ろ過材中を上向きに流れろ過されることになる。このとき粒状ろ過材は圧力容器の天井に達するように充填されているので積層状態は変化することがなく、最小の粒子の層を構成している粒子は流出しないし、浄水を上から下向きに流して粒状ろ過材を洗浄するときにも積層状態は変化せず粒子は流出しない。
【０００５】
ろ過材としてセラミックスからなる膜ろ過材も周知である。膜ろ過材は、微細な濁質を除去するいわゆる精密ろ過装置に利用されており、例えば特許文献２に記載されているように構成されている。一般的に、セラミックスの膜ろ過材によってろ過する対象は濁質が少ない水であり、例えば浄水をさらにろ過するような用途に利用されている。具体的には家庭用の浄水器をあげることができ、浄水器にはセラミックスからなる膜ろ過材が設けられている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
緩速ろ過池や急速ろ過池のように粒状ろ過材によっても、被ろ過水中の濁質を効率よく除去することができるので優れてはいる。しかしながら問題も認められる。例えば粒状ろ過材は逆洗するとき粒子を水中に舞わせて洗浄するが、このとき粒子が排水時に外部に流出しないようにする必要がある。つまり粒状ろ過材は水中で速やかに沈下させる必要があるが、粒径が小さいと沈下せずに流出してしまう。流出を防止するために粒径の大きさを十分に小さくすることはできず、微細な濁質を除去することはできない。集団食中毒の原因であるクリプトスポリジウムは数μｍの大きさであるので、これを確実に除去することが保障できず、必ずしも安全な浄水が得られない。また、粒状ろ過材は頻繁に洗浄しなければならないという問題もある。つまり粒状ろ過材は、逆洗をすると下層から上層に向かって粒径が小さくなるように積層されることになる。このような粒状ろ過材に濁質を含んだ原水を下向きにろ過すると、最も粒径が小さい最上層において、濁質のほとんどが除去される。すなわち最上層において早期に目詰まりしてしまう。従って粒状ろ過材は頻繁に逆洗する必要があり、洗浄に要するコストが大きい。
【０００７】
特許文献１に記載のろ過装置の場合には、粒状ろ過材は、ろ砂流出防止部によって流出が防止されているので、粒径が１〜５０μｍの非常に小さい粒子であってもろ過材として利用することができクリプトスポリジウム等の微細な濁質も除去できる。また逆洗においても粒状ろ過材の積層状態が変化しないので、粒子が流出することも防止でき優れている。しかしながら、逆洗においては浄水中で粒子が舞わないので、粒子から濁質が分離しにくく必ずしも洗浄の効率が高いとは言えない。またろ過と逆洗を繰り返し実施すると、粒状ろ過材の積層状態が変化する場合もある。そうするとろ砂流出防止部が機能せずに最小の粒子の層を構成している粒子が流出してしまったり、ろ過の性能が低下してしまう問題が発生する危険がある。
【０００８】
一方セラミックスの膜ろ過材を備えたろ過装置にも問題が見受けられる。セラミックスの膜ろ過材は微細な濁質を除去できるので、クリプトスポリジウムも完全に除去することはできる。しかしながら濁質の多い原水をろ過すると、すぐに目詰まりしてしまう。従ってろ過する対象は、ろ過池や他のろ過装置でろ過した浄水に限定されてしまう。仮に、ろ過池の下流にセラミックスの膜ろ過材を備えたろ過装置を設けるようにすると、クリプトスポリジウムを完全に除去して安全な浄水は得られるが、ろ過池の他にろ過装置を必要とするのでコストが嵩む。また、セラミックスの膜ろ過材は、目詰まりしたときにこれを解消することが難しいという問題もある。一般的に膜ろ過材の洗浄は、浄水を膜ろ過材中を逆向きに流して実施し、必要に応じて超音波を作用させたりするが、膜ろ過材に入り込んだ微細な濁質は十分に排出することができず、膜ろ過材の性能は完全には回復しない。
【０００９】
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたろ過装置を提供することを目的としている。具体的には、コストの小さいろ過装置でありながら、濁質を含んだ原水を直接ろ過して、クリプトスポリジウムのような微細な濁質を確実に除去でき、従って安全な浄水を得ることができ、ろ過閉塞もし難く、ろ過材を容易に洗浄することができるろ過装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記目的を達成するために、ろ過装置を圧力容器とこの圧力容器内に設けられている粒状ろ過材と粒状ろ過材の流出を防止する流出防止板とから構成し、被ろ過水が上向きに流れてろ過される上向きろ過装置として構成する。粒状ろ過材は、下方から上方に向かって順次粒径が小さくなるように積層し、最上層は粒径が１〜５０μｍの粒子の層になるようにする。流出防止板は、粒状ろ過材を構成している粒子の粒径より小さな孔が多数空いた多孔板から構成し、限定はしないがセラミックスから形成する。このような粒状ろ過材の最上層には、洗浄水を供給する洗浄管を埋設する。この上向きろ過装置は、ろ過時において、圧力容器の下方から被ろ過水を０．０５ＭＰａ以上の水圧で供給すると粒状ろ過材が流出防止板に押し付けられ、逆洗時において、圧力容器の上方と洗浄管とから洗浄水を圧送すると、粒状ろ過材と流出防止板との間に所定の隙間ができると共に粒状ろ過材の上層部が洗浄水中に舞うようになっている。
【００１１】
かくして、請求項１記載の発明は、上記目的を達成するために、圧力容器と、該圧力容器内に設けられている粒状ろ過材と、該粒状ろ過材の流出を防止する流出防止板とから構成され、濁質を含んだ被ろ過水を上向きにろ過して浄水を得る上向きろ過装置であって、前記粒状ろ過材は、下方から上方に向かって順次粒径が小さくなるように積層され、最上層は粒径が１〜５０μｍの粒子の層からなり、前記流出防止板は、前記粒状ろ過材を構成している粒子の粒径より小さな孔が多数空いた多孔板からなり、前記粒状ろ過材の最上層には、洗浄水を供給する洗浄管が埋設され、ろ過時において、前記圧力容器の下方から被ろ過水を０．０５ＭＰａ以上の水圧で供給すると前記粒状ろ過材が前記流出防止板に押し付けられ、逆洗時において、前記圧力容器の上方と前記洗浄管とから洗浄水を圧送すると、前記粒状ろ過材と前記流出防止板との間に所定の隙間ができると共に前記粒状ろ過材の上層部が洗浄水中に舞うことを特徴とする上向きろ過装置として構成される。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の上向きろ過装置において、前記流出防止板はセラミックス、または高分子化合物の粒子から焼結によって形成されていることを特徴とする上向きろ過装置として構成される。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように、本発明においては、圧力容器と、該圧力容器内に設けられている粒状ろ過材と、該粒状ろ過材の流出を防止する流出防止板とから構成され、濁質を含んだ被ろ過水を上向きにろ過して浄水を得る上向きろ過装置として構成されている。そして粒状ろ過材は、下方から上方に向かって順次粒径が小さくなるように積層されている。従って被ろ過水が上向きにろ過されるとき、大きな濁質は下層で、小さな濁質は上層で濾し取られ、粒状ろ過材全体でろ過されることになる。つまり粒状ろ過材全体で濁質が濾し取られるので、ろ過閉塞し難いという優れた効果がある。そして粒状ろ過材の最上層は粒径が１〜５０μｍの粒子の層からなるので、クリプトスポリジウムのような微細な濁質は実質的に完全に除去されることになる。つまり安全な浄水を得られることになる。ところでこのような微細な粒子は上向きに流す被ろ過水によって水中で舞いやすく、外部に流出したり、ろ過材としての作用を奏さない恐れもある。しかしながら本発明によると、流出防止板は、粒状ろ過材を構成している粒子の粒径より小さな孔が多数空いた多孔板からなるので、粒状ろ過材を構成している粒子が流出することがない。またろ過時において、圧力容器の下方から被ろ過水を０．０５ＭＰａ以上の水圧で供給すると前記粒状ろ過材が前記流出防止板に押し付けられるようになっている。そうするとろ過時において粒子が水中に舞うことがなく、ろ過材として作用することが保障される。また本発明によると、粒状ろ過材の最上層には、洗浄水を供給する洗浄管が埋設されている。そして、逆洗時において、圧力容器の上方と洗浄管とから洗浄水を圧送すると、粒状ろ過材と流出防止板との間に所定の隙間ができると共に粒状ろ過材の上層部が洗浄水中に舞うようになっている。つまり粒状ろ過材の洗浄を効率よく実施することができることになる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態に係るろ過装置を模式的に示す側面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１を参照して、本発明の実施の形態に係る上向きろ過装置１を説明する。本実施の形態に係る上向きろ過装置１は、濁質を含んだ被ろ過水を上向きにろ過するろ過装置として構成されている。上向きろ過装置１は、中空の圧力容器２、この圧力容器２内に設けられている粒状ろ過材３、等から構成されている。圧力容器２は、所定の肉厚の鋼板からなり、円筒状の胴部５と、この胴部５の上部に液密的に取り付けられているドーム状を呈するヘッド部６と、同様に胴部５の下部に液密的に取り付けられているドーム状のボトム部７とから構成されている。このような形状に形成されているので、圧力容器２は内圧に対して高い耐性を備えている。また圧力容器２は容易に分解することができるので、粒状ろ過材３をメンテナンスしたり、内部の部材を交換することができる。
【００１５】
粒状ろ過材３は、粒径が異なる粒子から複数の層に積層され、最下層３２は砂利等の比較的粒径の大きい粒子からなり、中層３１はろ砂からなり、上層３０は粒径の小さいろ砂から構成されている。そして最上層にあたる最小の粒子の層４は、粒径が１〜５０μｍの粒子から構成されている。つまり粒状ろ過材３は、被ろ過水が流れる方向に順次粒径が小さくなるように積層されている。
【００１６】
このような粒状ろ過材３の上には、粒状ろ過材３を構成している各粒子が外部に流出しないように保護する流出防止板９が設けられている。流出防止板９は多数の微細な孔が空いた多孔板からなり、その孔径は最小の粒子の層４の粒子の粒径よりも小さい。流出防止板９は、本実施の形態においては所定のセラミックスから焼成されているが、高分子化合物の粒子から焼結によって形成することもできる。高分子化合物としては、ポリエチレン、超高分子ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルメタアクリレート、エチレン酢酸ビニル、フッ素樹脂等を挙げることができ、このような高分子化合物から焼結形成された多孔材料は、例えば富士ケミカル株式会社から「プラスチック焼結多孔質体」として製品化されている。従って、多孔材料を加工して流出防止板９を得ることも可能である。いずれにしても、流出防止板９は、粒状ろ過材３を構成しているろ過材が流出しない程度の径の孔が多数空いていればよい。このような流出防止板９は、圧力容器２内で上方に移動しないように、所定の構造からなる押さえ部材１０が圧力容器２内に設けられている。
【００１７】
粒状ろ過材３の、最小の粒子の層４には、多数の孔が明けられた洗浄管１７が埋設されている。この洗浄管１７は粒状ろ過材３を逆洗するときに浄水からなる洗浄水を粒状ろ過材３中に供給する管である。洗浄管１７に明けられている孔の径は、最小の粒子の層４を構成している粒子よりも小さくして、管内への粒子の流入を防止してもよいが、このような小径の孔は加工が困難であり、必ずしもそのようにする必要はない。例えば洗浄管１７の孔径を１ｍｍ程度にすると、洗浄管１７内に粒状ろ過材３の粒子が入り込んでしまうが、所定量の粒子が入ったらそれ以上粒子は入り込むことはないので、粒状ろ過材３が流出することはない。そして洗浄水を供給するときにも管内に入り込んだ粒子は妨げにならない。従って洗浄管１７には、加工がし易い所定径の孔が多数明けられている。
【００１８】
圧力容器２のボトム部７には、被ろ過水を供給する供給管１８が接続され、供給管１８には被ろ過水を圧送するポンプ１９と、第１の弁２１とが介装されている。ボトム部７にには逆洗したときの洗浄排水を排出する排水管２２も接続され、排水管２２には第２の弁２３が介装されている。そして圧力容器２のヘッド部６には、ろ過された水を送水する送水管２５が接続されている。
【００１９】
本実施の形態に係る上向きろ過装置１の作用を説明する。ろ過をしていないとき、粒状ろ過材３には圧力がかかっていないので、粒状ろ過材３と流出防止板９との間には所定の隙間、例えば数ｍｍ〜１ｃｍ程度の隙間が生じている。被ろ過水をろ過するには次のようにする。第１の弁２１を開き、第２の弁２３を閉じる。河川、湖沼またはダムから取水した原水、あるいは地下水を被ろ過水として、ポンプ１９によって被ろ過水を圧力容器２内に圧送する。被ろ過水は、０．０５ＭＰａ以上の水圧で圧送する。被ろ過水がこのような水圧で供給されると、粒状ろ過材３には上向きの圧力がかかり、あるいは粒状ろ過材３が膨張し、粒状ろ過材３が流出防止板９に押し付けられる。これによって粒子が水中で舞い上がることが防止され、粒状ろ過材３がろ過材としての作用を奏することが保障される。被ろ過水は色々な粒径の濁質を含んでいるが、粒状ろ過材３中を上向きに流れるときに、大きい濁質は下層で、中程度の濁質は中層で、小さい濁質は上層でそれぞれ濾し取られる。すなわち粒状ろ過材３の全体で濁質が濾し採られ、特定の層に集中して濁質が蓄積することはない。そして、粒状ろ過材３の最小の粒子の層４によって微細な濁質が除去され、クリプトスポリジウムは実質的に完全に除去される。このようにしてろ過されて得られた水、すなわち浄水は、送水管２５から外部に送水される。
【００２０】
運転を継続すると、濁質が粒状ろ過材３に蓄積してろ過の効率が低下する。すなわちろ過閉塞する。濁質を除去するために次のようにして逆洗を行う。ポンプ１９を停止して被ろ過水の供給を停止する。第１の弁２１を閉じ、第２の弁２３を開く。粒状ろ過材３に水圧が作用しないと粒状ろ過材３と流出防止板９との間に所定の隙間が形成される。洗浄用の浄水すなわち洗浄水を送水管２５から圧力容器内に供給すると共に、洗浄管１７から供給する。そうすると粒状ろ過材３の最上層の最小の粒子の層４および隣接する層の粒子は洗浄水中で舞って、粒子に付着している濁質は分離する。濁質を含んだ洗浄水は、粒状ろ過材３の中を下方に押し流されるが、濁質の比重は１よりも大きく、粒状ろ過材３は下方に向かって粒径が大きくなるように積層されているので、濁質は下方に落下しやすい。濁質を含んだ洗浄水が下方に押し流されるとき、中層、下層に蓄積している濁質も押し流される。このようにして効率よく粒状ろ過材３が洗浄される。このような濁質を含んだ洗浄水つまり排水は、排水管２２から外部に排出される。
【符号の説明】
【００２１】
１    ろ過装置                    ２    圧力容器
３    粒状ろ過材                  ９    流出防止板
１７    洗浄管                    １８    供給管
１９    ポンプ                    ２５    送水管
【図１】
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