(57)【要約】【課題】  流体内の懸濁物質を除去するために用いる濾過装置において、効率よく低コストな濾過材洗浄方法を提供する【解決手段】  濾過器側面、濾過層表層面より下部にノズルを設け、濾過器内部で旋回噴流が発生する構造とする。濾過器の逆洗浄を行う直前にノズルから気液混合流体を流入させ、濾過層表面付近に多く蓄積されている懸濁物質を剥離した後に従来の逆洗浄を行うことで、効率の良い洗浄を行う。ノズルへの気体供給にはボンベやコンプレッサなどの特別な装置を用いず、自然吸気により供給することでコストダウンを図る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に濾過層を持つ濾過器の濾過層表層面下方の濾過器周縁部に持つ複数のノズルを用いて、濾過器の逆洗浄を行う直前に気液混合流体による旋回噴流を発生させることを特徴とする、濾過器逆洗浄方法
【請求項２】
前記気液混合流体は、逆洗浄用水と空気とからなることを特徴とする、請求項１に記載の濾過器逆洗浄方法
【請求項３】
内部に濾過層を持つ濾過器の濾過層表層面下方の濾過器周縁部に持つ複数のノズルを用いて、濾過器の逆洗浄を行う直前に濾過器内部に向けて気液混合流体を攪拌用流体として流通し、濾過器内部に旋回噴流を発生させることを特徴とする、濾過器逆洗浄装置
【請求項４】
前記ノズルは１８０°の位置に２個配置される気液混合流体を発生させるノズルであって、各々のノズルは各噴出口から旋回噴流発生ノズルと平行な直線を引いたときに互いの直線が交わらない方向を向くように配置されていることを特徴とする、請求項３に記載の濾過器逆洗浄装置
【請求項５】
濾過時または逆洗浄時に使用するポンプから、電動弁を経由して濾過器及び旋回噴流発生ノズルへ分岐する配管構造を持ち、前記ポンプを用いて濾過済みの水が溜まった貯留槽内の水を逆洗浄及び気液混合流体生成に用いるために濾過器及び旋回噴流発生ノズルへ流通することを特徴とする、請求項３乃至請求項４に記載の濾過器逆洗浄装置
【請求項６】
濾過時または逆洗浄時に使用するポンプから旋回噴流発生ノズルを経由せず濾過器へ繋がる配管上の途中に切替弁を設け、濾過時及び逆洗浄時の濾過器内及び配管内の液体の流通方向を替える事を特徴とする、請求項３乃至請求項５に記載の濾過器逆洗浄装置
【請求項７】
逆洗浄専用ポンプから、電動弁を経由して濾過器及び旋回噴流発生ノズルへ分岐する配管構造を持ち、逆洗浄専用ポンプを用いて逆洗浄用水を逆洗浄及び攪拌用流体生成に用いるために濾過器及び旋回噴流発生ノズルへ流通することを特徴とする、請求項３乃至請求項５に記載の濾過器逆洗浄装置
【請求項８】
逆洗浄時に使用する逆洗浄用ポンプから、旋回噴流発生ノズルを経由せず濾過器へ繋がる配管上の途中に切替弁を設け、逆洗浄時の濾過器内及び配管内の液体の流通方向を替える事を特徴とする、請求項３乃至請求項７の濾過器逆洗浄装置
【請求項９】
旋回噴流発生ノズルは、液体の流通する部分にオリフィス構造を持ち、オリフィス構造の出口側付近上部に空気取込用流入路としての小孔と小孔上部に空気の逆流防止機構を持っており、オリフィスの前後の液体流速の差により生じる負圧によって自動吸気を行う気液混合流体発生ノズルであって、該ノズルを用いて生成される気液混合流体を攪拌用流体として用いることを特徴とする、請求項３乃至請求項８に記載の濾過器逆洗浄装置
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、液体濾過装置の逆洗浄方法に関する。
【背景技術】
【０００２】  諸産業において一般的に使用される流体は、その目的や必要性に応じて、濾過装置を用いて流体中に含まれる不純物や汚濁物質を除去される。【０００３】  一例として、入浴用水を取り上げる。温泉水、井戸水または海水等は、各種成分を含み、採取した原水には種々の不純物が懸濁している。また、それらや上水を循環して入浴に供する場合には、毛髪等の異物や人体などから出る有機物が混入する場合が多い。これら懸濁物質を除去するため、段落番号０００２に述べたように濾過装置を用いる。【０００４】  濾過層による懸濁物質の除去は、濾過砂粒子表面と懸濁物質との凝集、更にはこの付着した懸濁物質と後続の懸濁物質との相互の凝集へと進行することが知られている。【０００５】  濾過装置を継続して使用した場合、捕捉された懸濁物質が濾過層内に蓄積し、損失水頭が増大して濾過能力が低下する。このため、濾過材として濾過砂を用いる場合は液体を逆流させて懸濁物質を剥離し、液体と共に排出して除去する、逆洗浄と呼ばれる工程が定期的に実施されている。通常、濾過装置における濾過工程は濾過器内の上部から下部へ液体を流通して濾過するため、逆洗浄工程は濾過器内の下部から上部へ液体を流している。【０００６】  段落番号０００５で示した従来の逆洗浄方法では、捕捉された懸濁物質が特に多い濾過層最上部の洗浄が十分に行われず、初期損失水頭が増大し、濾過能力の低減や濾過水質の低下、濾過水中の細菌群増殖等の原因となる恐れがある。【０００７】  濾過層内の懸濁物質は濾過層表層面で最も除去され、続いて深層部の濾過層内で除去され始める。よって、濾過層表面付近が最も懸濁物質の密度が高く、濾過層表面付近の濾過材に、凝集力の低下や凝固等の悪影響を及ぼす。そのため、濾過層表面付近の洗浄が重要となる。【０００８】  そこで、濾過層表層より下方の周辺部より数本の旋回噴流を発生させることで洗浄効果を高める、特許文献１の発明が考案された。旋回噴流により濾過材を攪拌し、懸濁物質を剥離することで、従来の、濾過器内の下部から上部へ垂直方向に液体を流す方法と比較して懸濁物質の除去率が高まり、濾過材をより長期にわたり使用することができるようになった。しかし、旋回噴流の流体が液体のみであるため、懸濁物質の剥離を液体の圧力による破砕のみに頼っている。【０００９】  また、気体を用いて懸濁物質の除去率を高めたものが、特許文献２である。特許文献２の発明は、濾過層に空気を送り込み、送り込んだ空気で濾過材を攪拌し、懸濁物質を剥離して除去しやすくする。しかし、給気用と洗浄用水用の配管が必要で濾過システムが複雑になりやすくコストがかかる。更に、濾過器下部からの給気であるため、懸濁物質の密度が最も高い濾過層表面付近では効果が低減する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】  特開２０００−０７０６１９
【特許文献２】  特開平０９−１７３７１１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】  そこで本発明は、懸濁物質の影響を特に受けやすい濾過層表面付近をより効率よく洗浄する方法を、低コストで提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】  以上の課題を解決するため、本発明は、気液混合流体を用いて濾過層表面付近に旋回噴流を発生させることで、濾過層上部を攪拌し、懸濁物質を剥離し逆洗浄時に懸濁物質を除去しやすくする。このとき、気液混合流体の生成に使用する洗浄水は、通常の逆洗浄と同じく濾過済みの水、即ち浴槽やプールなどの処理水を溜める貯留槽内の水を用いる。【００１３】  旋回噴流を発生させるためのノズルは、濾過層表面付近に２個設ける。垂直方向の設置位置は、最も懸濁物質が多く含まれる、濾過層表層面より１００〜２００ｍｍ下方が望ましい。ノズルの平面上の位置は１８０°の位置に配置し、各々濾過器の中心ではなく円周方向へ平行に向き、噴流により旋回噴流が発生するよう、各噴出口から旋回噴流発生ノズルと平行な直線を引いたときに互いの直線が交わらない方向を向くように設置する。【００１４】  洗浄水は、濾過時に使用するポンプを用いて供給する。このとき、逆洗浄用水は濾過水と同一の配管を流通して、濾過ポンプから濾過器へ供給されるが、濾過ポンプから濾過器へ逆洗浄用水を供給する配管の途中に電動弁を設けて２方向に分岐させ、その一方を濾過器側面に設置した旋回噴流発生ノズルへ接続する。なお、一般に濾過器手前には、濾過時及び逆洗浄時の濾過器内及び配管内の液体の流通方向を替えるために切替弁が設置されるが、本発明は切替弁の設置を妨げるものではない。【００１５】  また、入浴には供されないが、雨水濾過等の場合は濾過ポンプの他に逆洗浄用のポンプが設けられることもある。この場合は、逆洗浄用ポンプから濾過器へ繋がる配管上に、段落番号００１４で述べた電動弁による分岐を設ける。【００１６】  旋回噴流発生ノズルは、それ自体が空気を取り込み、気液混合流体を生成する。空気の取込手段には、ベルヌーイの定理を利用する。即ち、内部液体の流通部分をオリフィス構造にし、オリフィス構造の出口直後に空気取込用の小孔を設ける。この小孔の外側、ノズル外部には、空気の逆流を防止するための機構を備える。これにより、内部を洗浄水が流通する際に生じる負圧により、外部の空気をノズル内に取り込む。【００１７】  逆洗浄開始前に旋回噴流発生ノズルより気液混合流体を噴出すると、懸濁物質の密度が最も高い濾過層表面付近で旋回噴流が発生する。この部分の濾過材が攪拌されることで、多くの懸濁物質が剥離し逆洗浄によって除去されるため、濾過材の再生効果が高い。
【発明の効果】
【００１８】  本発明では、濾過層表面付近の濾過材を攪拌できるため、最も多くの懸濁物質が蓄積されている部分の濾過材に対して効果が高いといえる。また、液体のみで旋回噴流を発生させたときは水力のみで塊状となった濾過材及び懸濁物質を破砕するが、気液混合流体として噴出させるとせん断力が増すため、逆洗浄効果は高くなる。【００１９】  本発明では空気の供給を自然吸気で行うため、給気配管が不要である。このため、給気用の配管と攪拌用の洗浄水の配管を両方用意する必要がある場合に比べて配管が容易であると同時に、設置現場にて設備維持等の作業を行う際も、配管が少ない分活動しやすいという利点がある。【００２０】  また、給気をコンプレッサ等の機器に依らないため、導入時の初期投資やメンテナンス等の維持費用を抑えられるほか、設置に必要な空間も大きく削減することができる。これは、給気をコンプレッサでなくボンベに依った場合も同じで、維持費用はボンベ購入やボンベユニットのメンテナンスという形で発生する。【００２１】  懸濁物質の除去のみを考慮して逆洗浄水量や頻度を増す方法もあるが、それらと比して懸濁物質を多量に含む逆洗浄排水の量を削減でき、また、濾過材と種類の異なる支持材とが混合したり濾過材が流出したりする恐れのない本発明は、環境への貢献度や耐久性の面で優れているといえる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】  図１は、本発明を実施した濾過器の片側断面図である。
【図２】  図２は、図１の濾過器のＡ−Ａ断面図である。
【図３】  図３は、旋回噴流を発生させる気液混合ノズルの全断面図である。
【図４】  図４は、図４の気液混合ノズルの施工例断面図である。
【図５】  図５は、本発明を実施した濾過装置の概略構成図で、濾過運転時の流線を記したものである。
【図６】  図６は、本発明を実施した濾過装置の概略構成図で、旋回噴流運転運転時の流線を記したものである。
【図７】  図７は、本発明を実施した濾過装置の概略構成図で、逆洗浄運転運転時の流線を記したものである。
【図８】  図８は、本発明を実施した濾過装置の、各運転工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】  以下、本発明の実施形態を図面とともに説明する。なお、図１乃至図４は断面図であるが、本発明に直接関わりのない部分について一部内部構造を省略した。
【実施例】
【００２４】  図１は、本発明を実施した濾過器の片側断面図である。符号１の濾過器内には、符号２の濾過層が形成されている。符号３の旋回噴流発生ノズルは、濾過層表面付近の攪拌を行うため、符号２ｂの濾過材上部、符号２ａの濾過層表層面の下方に設置される。段落番号００１３で述べたように、濾過層表面から１００〜２００ｍｍ下方が望ましい。なお、符号４の処理水流出口は逆洗浄水流入口を兼ね、符号５の未処理水流入口は逆洗浄水排出口を兼ねる。通常の逆洗浄用水は、これらの水流入出口を通して濾過器内を流通する。【００２５】  図２は、符号１の濾過器のＡ−Ａ断面図であり、符号３の旋回噴流発生ノズルの平面上の位置関係と旋回噴流の流れを示している。符号３の旋回噴流発生ノズルは１８０°の位置に２個設置され、それぞれから噴出される流体の流れが円周状に同一方向へ流れる旋回噴流を発生させるために、各噴出口から旋回噴流発生ノズルと平行な直線を引いたときに互いの直線が交わらない方向を向くように設置する。【００２６】  図３は、符号３の旋回噴流発生ノズルとして用いる気液混合ノズルの全断面図である。また、図４は、図３の気液混合ノズルを施工した場合の断面図である。気液混合ノズルの内部を流れる液体は、符号７の液体流入口から符号８の液体流出口へ流通する間に符号９のオリフィスを通過する。その出口付近上方より気液混合ノズルの外部に向けて、符号１０の気体流入路がある。オリフィス入口で加速した液体が出口で減速する際、その負圧によって符号１０の気体流入路から外気を吸い込み、気液混合流体としてノズル外へ噴出する。符号１０の気体流入路の外部付近、外気の取込口には、符号１１の気体逆流防止機構を持つ。実施例として、図３乃至図４ではバキュームブレーカを想定して作図した。【００２７】  図５乃至図７は、本発明を実施した濾過装置の機器及び配管の概略構成図であり、一般にフロー図と呼ばれるものである。図５は、濾過運転時の流体の流れを併記した概略構成図である。符号１７の濾過ポンプによって流通する未処理水は、符号１８の未処理水流通配管兼逆洗浄用水流通配管を流通し、符号１９の切替弁を経由して、符号５の未処理水流入口兼逆洗浄水排出口より符号１の濾過器へ流入する。このとき符号２０の分岐用電動弁は、符号１８の未処理水流通配管兼逆洗浄用水流通配管に対して開、符号２１の気液混合流体生成用水流通配管に対しては閉であるため、ここでは気液混合ノズルを用いている符号３の旋回噴流発生ノズルへは、気液混合流体生成用水は供給されない。このときの未処理水の流線は符号２２で表され、処理水は符号２３の処理水流通配管兼逆洗浄用水供給配管から再び符号１９の切替弁を経由し、符号２４の処理水流通配管を流通して浴槽などの利用されるべき設備へ流れる。【００２８】  逆洗浄を行う直前に実施する旋回噴流運転時の流体の流れは、図６の概略構成図即ち旋回噴流運転フロー図に示している。逆洗浄用水は符号２５の流線で表されるように、濾過時と同じ経路で符号２０の分岐用電動弁に達する。ここで、符号２０の分岐用電動弁は、段落番号００２７で示したものと逆に、符号１８の未処理水流通配管兼逆洗浄用水流通配管に対して閉、符号２１の気液混合流体生成用水流通配管に対しては開として、符号２１の気液混合流体生成用水流通配管へ逆洗浄用水を流通させる。この際、符号２６の旋回噴流発生ノズル用手動弁は開とする。これにより、逆洗浄用水が符号３の旋回噴流発生ノズルへ流通し、該ノズルによって気液混合流体となった逆洗浄用水は、濾過層表面付近の濾過材を攪拌し、懸濁物質を剥離する。この逆洗浄用水は、符号５の未処理水流入口兼逆洗浄水排出口から濾過器外へ排出され、符号１９の切替弁を経由して符号２７の逆洗浄排水管より排水される。なお、符号２１の気液混合流体生成用水流通配管は、符号３の旋回噴流発生ノズルへ接続される直前に該ノズルより上方へ上がる部分を設ける鳥居配管となっており、符号２０の分岐用電動弁から鳥居配管部分へ接続される配管の途中に、符号２８の液体逆流防止弁を設けている。前記配管により、旋回噴流運転時以外に濾過器内の液体が符号３の旋回噴流発生ノズルより符号２１の気液混合流体生成用水流通配管方向へ逆流する現象を防止する。【００２９】  図７は、逆洗浄運転時の流体の流れを併記した概略構成図、所謂逆洗浄運転フロー図である。段落番号００２８の旋回噴流運転を行った後に実施する逆洗浄運転の液体の流れは、従来の技術と同様である。即ち、符号２０の分岐用電動弁を符号１８の未処理水流通配管兼逆洗浄用水流通配管に対して開、符号２１の気液混合流体生成用水流通配管に対しては閉とし、逆洗浄用水を符号１８の未処理水流通配管兼逆洗浄用水流通配管へ流す。符号１９の切替弁へ到達した逆洗浄用水は、符号２３の処理水流通配管兼逆洗浄用水供給配管を流通し、符号４の処理水流出口兼逆洗浄水流入口から符号１の濾過器へ流入し、内部にある濾過層内をタンク下部より上部へと流通しながら懸濁物質を除去し、符号５の未処理水流入口兼逆洗浄水排出口より濾過器外へ  排出される。懸濁物質を多量に含んだ逆洗浄用水は、符号１９の切替弁より符号２７の逆洗浄排水管へ流通し、排水される。【００３０】  段落番号００２７乃至段落番号００２９で述べた各運転工程を、液体の流通経路で表したものが、図８である。旋回噴流運転及び逆洗浄運転は、数時間乃至数日に１度といった頻度で行われる。【００３１】  旋回噴流運転及び逆洗浄運転の同時実施は、機構的には可能であるが、逆洗浄運転を行うと濾過材が膨張するため、最も多くの懸濁物質を蓄積している位置即ち最も旋回噴流の効果が高い位置が変化してしまう。そこで、旋回噴流発生ノズルの設置位置を、濾過材量や濾過器の容量だけでなく、ポンプ能力や逆洗浄用水の供給元である貯留槽等と濾過器の位置等の条件を鑑みて各機器毎に算出する必要がある。旋回噴流運転及び逆洗浄運転を同時実施することに然程の利点はないため、最も多くの懸濁物質を蓄積している位置が安定しており旋回噴流発生ノズルの設置位置を算出する必要のない状態で旋回噴流運転を行うこととする。この考え方から、旋回噴流運転及び逆洗浄運転は順に行うこととする。
【産業上の利用可能性】
【００３２】  本発明は、液体中の懸濁物質を、濾過砂を濾過材として除去する濾過装置の洗浄において汎用的に利用できるが、特に、入浴に供する水に含まれる成分や人体から出る懸濁物質を除去する循環濾過装置の洗浄において効果を発揮する。
【符号の説明】
【００３３】１    濾過器
２    濾過層
２ａ  濾過層表層面
２ｂ  濾過材
２ｃ  支持材
２ｄ  支持材
２ｅ  支持材
３    旋回噴流発生ノズル
４    処理水流出口兼逆洗浄水流入口
５    未処理水流入口兼逆洗浄水排出口
６    旋回噴流の流線
７    液体流入口
８    液体流出口
９    オリフィス
１０  気体流入路
１１  気体逆流防止機構
１２  配管
１３  配管側フランジ
１４  濾過器側パイプ及びフランジ
１５  気液混合ノズル内の液体の流線
１６  気液混合ノズル内の気体の流線
１７  濾過ポンプ
１８  未処理水流通配管兼逆洗浄用水流通配管
１９  切替弁
２０  分岐用電動弁
２１  気液混合流体生成用水流通配管
２２  未処理水の流線
２３  処理水流通配管兼逆洗浄用水流通配管
２４  処理水流通配管
２５  逆洗浄用水の流線
２６  旋回噴流発生ノズル用手動弁
２７  逆洗浄排水管
２８  液体逆流防止弁
２９  濾過器内部の液体の流線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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