(57)【要約】【課題】  この発明は、洗浄効率と、回転数の減少、動力の低減、及びろ材寿命の延命が図かれる浮上ろ材を用いたろ過機の攪拌装置を提供する。【解決手段】  浮上ろ材３・・・を収納したろ過槽１において、槽底１ａに立設した駆動軸８に複数の平板状の攪拌翼９・・・を止着し、攪拌翼９の流出端９ｂを斜め上方に延設して攪拌機１０を構成したもので、攪拌翼９・・・の回転により縦旋回の上昇流と横旋回の水平流を発生する。攪拌翼９・・・の回転による上昇流は、ろ過室２底部の浮上ろ材３・・・を上方に巻き上げて、槽内を縦断する縦方向の旋回流を発生させ、水平流は、攪拌翼９の近傍に水平方向の旋回流を発生させて、ろ材層５を形成する浮上ろ材３・・・を流動させる。ろ過層５のろ層下面５ａに捕捉した目詰まり物を剥離し、浮上ろ材間に捕捉する挟雑物を破砕してろ材層を再生する。【選択図】      図１
2011143333.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
浮上ろ材（３・・・）を収納する密閉状のろ過槽（１）に原液を供給し、浮上ろ材（３・・・）のろ材層（５）で固液分離を行うろ過装置において、槽底（１ａ）に立設した駆動軸（８）に複数の平板状の攪拌翼（９・・・）を止着し、攪拌翼（９）の流出端（９ｂ）を斜め上方に延設して攪拌機（１０）を構成し、ろ材層（５）のろ層下面（５ａ）近傍に配設したことを特徴とする浮上ろ材を用いたろ過機の攪拌装置。
【請求項２】
上記駆動軸（８）に止着して斜め上方に延設する攪拌翼（９）は、傾斜角（α）を３０°〜４０°としたことを特徴とする請求項１に記載の浮上ろ材を用いたろ過機の攪拌装置。  
【請求項３】
上記駆動軸（８）に止着して斜め上方に延設する攪拌翼（９）は、翼端部（９ａ，９ｂ）の角部（９ｃ）をＲ状に形成して３枚の攪拌翼（９）としたことを特徴とする請求項１または２に記載の浮上ろ材を用いたろ過機の攪拌装置。
【請求項４】
上記攪拌機（１０）の直径（ｄ）は、ろ過室（２）の内径（Ｄ）の３０〜６０％としたことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の浮上ろ材を用いたろ過機の攪拌装置。
【請求項５】
上記駆動軸（８）に止着する攪拌翼（９）の高さは、ろ過室（２）の高さ（Ｈ）の４０〜６５％に配設することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の浮上ろ材を用いたろ過機の攪拌装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、下水処理場で発生する汚水や産業廃水の処理、あるいは湖沼や河川等を浄化する高速ろ過と精密ろ過を可能とする浮上ろ材を用いたろ過機の攪拌装置に関し、特に、攪拌効率と、低速回転による攪拌動力の低減と、ろ材寿命の延命が図れる浮上ろ材の攪拌装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、下向流式の砂ろ過装置は周知であり、比重の軽い樹脂性ろ材や繊維ろ材等を用いて上向流で固液分離を行なう上向流式ろ過装置もよく知られている。上向流式ろ過装置の樹脂ろ材や繊維ろ材等の浮上ろ材を用いた上向流式ろ過装置は、ろ過槽の底部から原液を供給してろ材層を通過させ、ろ材層で原液中の夾雑物を固液分離し、ろ過槽の上部からろ液を取出す。目詰まりしたろ材層は攪拌機で洗浄攪拌してろ材を再生する。樹脂ろ材や繊維ろ材等の浮上ろ材は、比重が軽く、目詰まりしたろ材層が容易に攪拌でき、洗浄水の使用量も少ないという利点がある。
例えば、攪拌機の装着とろ材の攪拌力を発揮するために、ろ過水の取出口の直径と同一とする攪拌翼を、浮上ろ材層の近傍まで延設した上向流式ろ過装置を、特許文献１において、この発明の出願人が提案している。
また、ろ過槽の天井壁に円錐状の集水ノズルを垂下し、ろ過槽底部に攪拌機を立設して、集水装置の基部に生ずる攪拌流のデッドスペースを最小にして、円滑な攪拌効率を得る集水装置も、特許文献２において、この発明の出願人が提案している。      
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実公平２−２４０４号公報（実用新案登録請求の範囲、第１図）
【特許文献２】特開平１０−２７７３１５号公報（請求項１、図３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の浮上ろ材を用いたろ過装置は、ろ過室内に浮上ろ材でろ材層を形成し、原液を上向流でろ過層中を通過させる構造である。浮上ろ材を用いたろ過装置は、ろ材層の下面の面積がろ過槽のろ過面積となっており、高速ろ過が可能で、ろ材が軽いため洗浄が容易である。
しかしながら、特許文献１、２のように、回転軸から放射状に突出して回転方向に直行している攪拌翼形状は、攪拌翼の回転に伴い、ろ材層の洗浄時に水平方向の旋回流のみが発生し、ろ過室の中間部ではろ材は流動するが、ろ過室の上部ではろ材の流動が少なく攪拌効果が弱い。上記の攪拌翼形状は、回転の際に水流抵抗が大きく、動力を消費する。ろ材の流動性を落とさずに攪拌機の回転数を維持するためには、電流値が下げられず、動力の低減が出来ない。ろ過室の上下に流動させる水流がないので、下方の浮上ろ材が攪拌翼に多く接触し、且つ攪拌翼が回転方向に対して垂直であるため、攪拌翼との接触でろ材を損傷させ、その結果ろ材寿命が短くなる。
この発明は、浮上ろ材を用いたろ過機の攪拌装置を改良したもので、攪拌翼の翼形状を改善し、旋回流と上昇流を同時に発生させて、洗浄効率と回転数の減少による動力の低減を図ることを目的とする。      
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明の要旨は、浮上ろ材を収納する密閉状のろ過槽に原液を供給し、浮上ろ材のろ材層で固液分離を行うろ過装置において、槽底に立設した駆動軸に複数の平板状の攪拌翼を止着し、攪拌翼の流出端を斜め上方に延設して攪拌機を構成し、ろ材層のろ層下面近傍に配設したもので、攪拌翼の回転により横旋回の水平流と縦旋回の上昇流を発生させることができる。攪拌翼の回転による横旋回の水平流は攪拌翼の近傍に水平方向の旋回流を発生させ、縦旋回の上昇流は槽底のろ材を上方に巻き上げて、槽内を縦断する縦方向の旋回流を発生させる。ろ材層を形成する浮上ろ材を流動させて、ろ材層の下面に捕捉した目詰まり物を剥離し、浮上ろ材に乱流を作用させて浮上ろ材を衝突させ、浮上ろ材内に捕捉する挟雑物を分離し、ろ材層を再生する。
【０００６】
駆動軸に止着して斜め上方に延設する攪拌翼は、傾斜角αを３０°〜４０°としたもので、駆動軸を中心として旋回する攪拌翼の翼面が汚水に摺接し、攪拌翼の回転により縦旋回の上昇流と、同時に横旋回の水平流が発生して、ろ過室全体の汚水を流動させることができる。
また、駆動軸に止着して斜め上方に延設する攪拌翼は、翼端部の角部をＲ状に形成して３枚の攪拌翼としたもので、駆動軸に止着する攪拌翼で、攪拌機のバランスを保つことができ、流動する浮上ろ材が攪拌翼の翼先端部に接触してもろ材を損傷させることがなく、ろ材寿命が長くなる。
さらに、ろ材層を攪拌する攪拌機の直径は、ろ過槽内径の３０〜６０％としたもので、ろ過室の内部全体の貯水を流動させてろ材層を解きほぐすことができる。
そして、駆動軸に止着する攪拌翼の高さは、ろ過室の４０〜６５％の高さに配設するもので、攪拌機の回転により攪拌翼の上方部に縦旋回の上昇流と攪拌翼の下方部に循環流の上昇流を発生させる。攪拌機の回転により発生する縦旋回の上昇流は、ろ過室底部のろ材を上方に巻き上げて、ろ過室全体に浮上ろ材を循環流動させて目詰り物を細かく剥離する。洗浄排水側のスクリーンの目詰まりも防止できる。
【発明の効果】
【０００７】
この発明に係る上向流式ろ過装置は、槽底に立設した攪拌機の攪拌翼の翼先端部を斜め上方に延設したので、ろ過室の貯水に水平方向の横旋回流と、縦方向の上昇流を発生させることができ、洗浄効果が高くなる。ろ材層を形成する浮上ろ材を循環流動させて、流動する浮上ろ材を衝突させ、ろ材間に捕捉する目詰り物を細かく分離する。そして、斜め上方に傾斜する攪拌翼の翼先端角部をＲ状に形成する３枚としたので、ろ材を損傷させることもなく、ろ材寿命の延長が可能となる。攪拌翼の回転による抵抗が少ないので電流値を下げることが可能となり動力低減が図れ、消費電力が節約できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明に係る浮上ろ材を用いたろ過機の縦断面図である。
【図２】同じく、本願発明に係る攪拌機の側面図である。
【図３】同じく、攪拌機の平面図である。
【図４】同じく、駆動軸に止着した一枚の攪拌翼の概念図である。
【図５】同じく、本願発明に係る攪拌機を配設したろ過槽の縦断面図である。
【図６】改良したろ過槽の洗浄ろ材の流動状態を示す概念図である。
【図７】従来のろ過槽の洗浄ろ材の流動状態を示す概念図である。
【図８】従来の攪拌機の攪拌翼の翼位置と、基準とする攪拌翼の高さを比較する側面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
この発明に係る浮上ろ材を用いたろ過機の攪拌装置を図面に基づき詳述すると、図１はこの発明に係る浮上ろ材を用いたろ過機の縦断面図であって、ろ過槽１は密閉状としてあり、ろ過槽１内部のろ過室２に比重の軽い繊維ろ材、又は、発泡粒状ろ材等の浮上ろ材３を収納してあり、ろ過槽１の槽底１ａに連結した供給管４から原液を供給してろ過室２にろ材層５を形成させる。ろ過室２の上部に配設した円筒状の集水ノズル６がろ過槽１の頂部１ｂに連結した集水管７に接続してあり、ろ材層５で夾雑物を分離した処理水を集水管７から抜き出す。
ろ過槽１の槽底１ａの中心を貫通してろ過室２に駆動軸８が立設してあり、駆動軸８の上端部に攪拌翼９を止着して攪拌機１０を構成してある。ろ材層５を形成する浮上ろ材が夾雑物を捕捉して目詰りした時に、駆動軸８の下端に配設した駆動機１１で攪拌機１０を作動させ、浮上ろ材３・・・を攪拌洗浄する。
【００１０】
図２及び図３は、本願発明に係る攪拌機の側面図と平面図であって、槽底１ａに立設した駆動軸８に、流入端９ａと流出端９ｂの角部９ｃをＲ状に形成した平板状の攪拌翼９を止着し、攪拌翼９の流出端９ｂを斜め上方に延設して攪拌機１０を構成してある。駆動軸８に止着する攪拌翼９は、傾斜角αを３０°〜４０°として、攪拌機１０をろ材層５のろ層下面５ａ近傍に配設してある。
駆動軸８を中心として旋回する攪拌翼９は、横旋回の水平流と同時に、傾斜した攪拌翼９を回転させることにより発生する差圧により縦方向の旋回流を発生させる。具体的には、ろ過槽１下方の浮上ろ材３・・・を攪拌翼９の流入端９ａにより吸引し、攪拌翼９の流出端９ｂからろ過槽１上方へ速度をもって排出する。ろ過槽１の槽壁近傍では、上方から下方へ浮上ろ材３・・・が下降し、ろ過槽１で浮上ろ材３・・・が縦方向に循環する。ろ過槽１内で発生する横方向と縦方向の旋回流により、激しい乱流が起こり、浮上ろ材３・・・が回転・衝突を繰り返して洗浄作用が高まる。攪拌翼９が汚水を流動させて、ろ過層５の下面に捕捉した目詰まり物を剥離し、浮上ろ材３、３間に捕捉する挟雑物を破砕してろ材層５を再生する。流動する浮上ろ材３・・・が攪拌翼９の翼面に摺接しても、流入端９ａと流出端９ｂのＲ状の角部９ｃが浮上ろ材３を損傷させることがなく、ろ材寿命が長くなる。
図３に示すように、この発明の実施例では、駆動軸８に止着する攪拌翼９は３枚の攪拌翼９としてあり、攪拌機１０のバランスを３枚の攪拌翼９で保つことができる。
図４は駆動軸に止着した一枚の攪拌翼の概念図であって、この発明の実施例では、縦旋回の上昇流を発生させる駆動軸８に止着する攪拌翼９の傾斜角αを、α＝３７．７°としてある。
【００１１】
図５はこの発明に係るろ過槽の縦断面図であって、駆動軸８に止着する攪拌機１０は、ろ過室２の高さＨの４０〜６５％に配設してある。攪拌機１０は、攪拌翼９の回転による縦旋回の上昇流が、ろ過室２の上方部に縦旋回の上昇循環流と、ろ過室２の下方部に上昇流を発生させて、槽底１ａの浮上ろ材３・・・を上方に巻き上げ、ろ過室２を縦断する縦方向の旋回流を発生させる。同時に、攪拌翼９の近傍に水平方向の横旋回の水平流を発生させる。
この発明の実施例では、攪拌翼９の翼先端がろ材層５のろ層下面５ａからｈ＝１２６ｍｍ下方に配設してある。
図６に示すように、攪拌翼９の回転による上昇流と水平流で、ろ過室２の内部全体の汚水を流動させてろ材層５を解きほぐし、浮上ろ材３、３間に捕捉する挟雑物を細かく破砕してろ材層を再生する。
図５に示すろ過槽１は、浮上ろ材３のろ材層５が目詰りした時には、ろ過槽１上部の集水ノズル６から洗浄水を供給しながら攪拌機１０を回転させ、ろ材層５を形成する浮上ろ材３・・・を流動させて、ろ層下面５ａに捕捉した目詰まり物を剥離し、浮上ろ材３、３間に捕捉する挟雑物を破砕してろ材層５を再生し、原水の供給管４から洗浄排水を排出する。供給管４の開口部には浮上ろ材３・・・の流出と、ろ過室２にし滓等の流入を防止するスクリーン（図示せず）が張設してあり、洗浄汚水の流動により、供給管４に張設したスクリーンの目詰まりも防止する。
【実施例】
【００１２】
従来の特許文献１の浮上ろ材を用いたろ材の攪拌装置は、翼径をろ過水の取出口の直径と同一として、攪拌機をろ材層の近傍まで延設してある。比較試験を行う従来の試験機を下記の仕様とした。
本体槽高さ  １９００ｍｍ
本体槽内径  φ８５０
ろ過面積    ０．５６ｍ２
攪拌機動力  ３．７ｋＷ
運転電流値  １５Ａ
定格電流値  １６Ａ（２００Ｖ）
この従来のろ材の攪拌装置を使用して、攪拌装置の位置、翼形状、翼の直径、及び回転数について、ろ過槽上部の集水側から洗浄水を供給し、底部の原液供給側から洗浄排水を排出しながら攪拌装置の試験を行った。
【００１３】
上記の試験機仕様の攪拌装置で回転数を５０４ｒｐｍとしてろ材層の洗浄の確認を行った。
図７に示すように、ろ過室にろ材層を形成する浮上ろ材の流動は見られたが、ろ過室上部のろ材の動きは水平方向の旋回流だけで、上下の循環流はほとんど見られなかった。従来の攪拌装置でろ過槽の上部までろ材を流動させるためには、攪拌動力を大きくして回転数を上げる必要がある。
また、回転数を５０４ｒｐｍから３９０ｒｐｍに下げると、電流値は１５．０Ａから１２．２Ａに下がるが、ろ過室上部での浮上ろ材の流動が極端に悪くなり、洗浄効率が低下する。
【００１４】
ろ過室上部のろ材の動きを図７に示すような横方向だけでなく、縦方向にも旋回させるために翼形状を検討した。
図２及び図３に示すように、攪拌翼９の流出端９ｂを斜め上方に延設する３枚の平板状の攪拌翼９を駆動軸８に止着して、本発明の攪拌機１０を構成した。
上記の試験機仕様のろ過槽に本発明の攪拌機１０を使用して、
・翼径
・翼高さ位置
・回転数
の仕様の変更を行い、ろ材攪拌による浮上ろ材３・・・の流動性、攪拌動力、電流値、ろ材寿命について検討し、従来のろ材の攪拌装置との比較試験を行った。
【００１５】
まず、本発明の攪拌機１０の翼径ｄをφ２９０、φ３２０、φ４００、φ５００を使用して比較検討した。
表１は本発明の攪拌機１０の攪拌翼９の翼径ｄによる回転数と電流値の性能比較であって、その結果は攪拌翼９の翼径ｄが大きいほどろ過室下部の浮上ろ材３・・・の流動が良くなり、表１に示すように、回転数と電流値も下げることが可能であった。
【００１６】
【表１】
2011143333.tif 000003
【００１７】
攪拌翼９の翼径ｄがφ２９０の本発明の攪拌機１０を使用して、ろ材層５を形成するろ層下面５ａから４１７ｍｍ下方の従来の攪拌機の翼位置と、ろ層下面５ａに近設する翼位置とで性能比較を行った。
本発明の攪拌機１０は、ろ層下面５ａに近設させる程、ろ材層５を形成するろ過室２上部の浮上ろ材３・・・の動きが良くなるが、ろ過室２下部の浮上ろ材３・・・の流動が悪くなった。これは、本発明の攪拌機１０をろ過室２上方に配設すると、攪拌機１０が発生させる縦方向の旋回流をろ過室２下部まで作用させることができないためである。
図８は基準とする攪拌翼９の高さを比較する側面図であって、従来の攪拌機の高さより２９２ｍｍ高い位置（ろ材層５のろ層下面５ａから１２６ｍｍ下方）に設置して行った。攪拌翼９の翼位置を従来の攪拌機の高さより２９２ｍｍ高い位置に設置することにより、攪拌翼９の流出端９ｂを斜め上方に延設した攪拌機９は、図６に示すように、ろ過室２上部の浮上ろ材３・・・に横方向の旋回流を作用させると共に、ろ過槽１全体に縦方向の旋回流を発生させ、ろ過室２の全体を流動させ、浮上ろ材３を効率よく洗浄できることが確認できた。
【００１８】
【表２】
2011143333.tif 000004
【００１９】
従来の攪拌機と本発明の攪拌機１０の攪拌翼９の翼径ｄをφ２９０、φ３２０、φ４００、φ５００でろ材洗浄を連続で行い、洗浄時のろ材の磨耗試験の確認を行った。
表２は排水側のろ材カス量累計割合であって、縦軸に初期重量に対するろ材カスの合計重量の割合（％）、横軸は洗浄回数（回）を表わす。ろ材カスとは浮上ろ材３の洗浄時に、ろ材の一部が破損・剥離した夾雑物である。
本発明の攪拌機１０の攪拌翼９をφ４００の翼径ｄとして、回転数を３００ｒｐｍとした時、浮上ろ材３の磨耗が一番少なく、従来の攪拌機と比較しても累計割合が約１／２以下の磨耗となった。したがって、浮上ろ材３の寿命が長くなることが確認できた。
【００２０】
【表３】
2011143333.tif 000005
【００２１】
表３は同様の洗浄効果を有する従来の攪拌機と本発明の撹拌機１０との性能比較の結果であって、本発明の攪拌機１０の翼径ｄがφ４００の時、ろ材洗浄時の浮上ろ材３・・・の動きも良く、攪拌機１０の回転数の減少による使用動力の低減、ろ材寿命の延命が可能となった。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
この発明に係る浮上ろ材を用いたろ過機の攪拌装置は、槽底に立設した駆動軸に複数の平板状の攪拌翼を止着し、攪拌翼の翼先端部を斜め上方に延設して攪拌機を構成したので、水平方向と縦方向の旋回流が発生してろ材層を形成するろ材をろ過室全体に循環流動させることが可能となり、洗浄効果が高く、浮上ろ材を損傷させることがなく、攪拌翼の抵抗も少ないので動力低減が図れる。
従って、下水処理場で発生する汚水や産業廃水の処理、あるいは湖沼や河川等の浄化を行なうろ過装置に適用して、高速ろ過と精密ろ過が可能となる。
【符号の説明】
【００２３】
１    ろ過槽
２    ろ過室
１ａ  槽底
１ｂ  頂部
３    浮上ろ材
５    ろ材層
５ａ  ろ層下面
８    駆動軸
９    攪拌翼
９ａ  流入端
９ｂ  流出端
９ｃ  角部
１０  攪拌機
Ｄ    内径
ｄ    直径
Ｈ    高さ
α    傾斜角
【図１】
2011143333.tif 000006
【図２】
2011143333.tif 000007
【図３】
2011143333.tif 000008
【図４】
2011143333.tif 000009
【図５】
2011143333.tif 000010
【図６】
2011143333.tif 000011
【図７】
2011143333.tif 000012
【図８】
2011143333.tif 000013