(57)【要約】【課題】円筒状スクリーンの外周面に付着する粗大固形物を自動的に除去してろ過効率の低下を防止できるとともに、ろ材の洗浄も効果的に行うことができる高速ろ過装置を提供する。【解決手段】原水流入部１１及び洗浄排水流出部１２を有する密閉容器１３と、該密閉容器の内部に回転可能に設けられ、周面に通水構造を有する大径円筒体からなる外スクリーン１４と、該外スクリーンの内部に設けられ、前記密閉容器を貫通する処理水流出部及び洗浄水流入部を有する内スクリーン１５と、前記外スクリーンと内スクリーンとの間に充填されたろ材１６と、前記外スクリーンを軸線を中心として回転させる駆動手段１７と、前記外スクリーンの外周面に摺接するスクレーパー１８とを備えている。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原水流入部及び洗浄排水流出部を有する密閉容器と、該密閉容器の内部に回転可能に設けられ、周面に通水構造を有する大径円筒体からなる外スクリーンと、該外スクリーンの内部に設けられ、前記密閉容器を貫通する処理水流出部及び洗浄水流入部を有する内スクリーンと、前記外スクリーンと内スクリーンとの間に充填されたろ材と、前記外スクリーンを軸線を中心として回転させる駆動手段と、前記外スクリーンの外周面に摺接するスクレーパーとを備えていることを特徴とするろ過装置。
【請求項２】
前記原水流入部は、円筒状に形成した密閉容器の下部に接線方向に原水を流入させるように設けられていることを特徴とする請求項１記載のろ過装置。
【請求項３】
前記外スクリーンの周面は、リング状のウェッジワイヤーを軸線方向に多数配置したウェッジワイヤースクリーンで形成されていることを特徴とする請求項１記載のろ過装置。
【請求項４】
前記外スクリーンと内スクリーンとの間に、前記ろ材を圧縮する手段が設けられていることを特徴とする請求項１記載のろ過装置。
【請求項５】
前記外スクリーンと内スクリーンとの間の底部に、散気手段が設けられていることを特徴とする請求項１記載のろ過装置。
【請求項６】
前記ろ材は、繊維状あるいはスポンジ状のろ材であることを特徴とする請求項１記載のろ過装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ろ過装置に関し、詳しくは、原水中に含まれる固形物の濾過処理を高速にかつ確実に行うことができる高速ろ過装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ろ過装置の一つとして、原水流入口を有するろ過槽の内部に、ろ過液流出口を有する環状多層プリパックスクリーン組立体からなる直径が異なる３個以上の円筒状スクリーンを同軸に配置して隣接するスクリーン間に環状空間を形成するとともに、各環状空間内に異なるろ過機能を果たす２以上の異なるろ材を充填した高速ろ過装置が知られている（特許文献１参照。）。このような円筒状のスクリーンを使用することにより、一般的なろ過装置に比べてろ過面積を大幅に拡大することができるので、ろ過処理の高速化を図ることができる。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−２４６０２１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述の高速ろ過装置では、円筒状スクリーンの外周面に粗大固形物が付着することによってろ過効率が低下してしまうことがあった。また、前記環状空間内に充填したろ材の洗浄も不十分なものとなりやすいという問題があった。
【０００５】
そこで本発明は、円筒状スクリーンの外周面に付着する粗大固形物を自動的に除去してろ過効率の低下を防止できるとともに、ろ材の洗浄も効果的に行うことができる高速ろ過装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明のろ過装置は、原水流入部及び洗浄排水流出部を有する密閉容器と、該密閉容器の内部に回転可能に設けられ、周面に通水構造を有する大径円筒体からなる外スクリーンと、該外スクリーンの内部に設けられ、前記密閉容器を貫通する処理水流出部及び洗浄水流入部を有する内スクリーンと、前記外スクリーンと内スクリーンとの間に充填されたろ材と、前記外スクリーンを軸線を中心として回転させる駆動手段と、前記外スクリーンの外周面に摺接するスクレーパーとを備えていることを特徴としている。
【０００７】
さらに、本発明のろ過装置は、前記原水流入部が円筒状に形成した密閉容器の下部に接線方向に原水を流入させるように設けられていること、前記外スクリーンの周面がリング状のウェッジワイヤーを軸線方向に多数配置したウェッジワイヤースクリーンで形成されていること、前記外スクリーンと内スクリーンとの間に前記ろ材を圧縮する手段が設けられていること、前記外スクリーンと内スクリーンとの間の底部に散気手段が設けられていること、前記ろ材が繊維状あるいはスポンジ状のろ材であることを特徴としている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１乃至図４は本発明のろ過装置の第１形態例を示すもので、図１は本発明のろ過装置を使用したろ過設備の系統図、図２はろ過装置の縦断面図、図３はろ過装置の横断面図、図４は外スクリーンの拡大断面図である。
【０００９】
本形態例に示すろ過装置１０は、原水流入部１１及び洗浄排水流出部１２を有する略円筒状の密閉容器（ケーシング）１３と、該密閉容器１３の内部に回転可能に設けられた外スクリーン１４と、該外スクリーン１４の内部に設けられた内スクリーン１５と、外スクリーン１４と内スクリーン１５との間に形成される空間内に充填されたろ材１６と、外スクリーン１４を軸線を中心として回転させる駆動手段１７と、外スクリーン１４の外周面に摺接するスクレーパー１８とを備えている。
【００１０】
図３に示すように、原水流入部１１は、密閉容器１３の下部に接線方向に原水を流入させるように設けられており、この原水流入部１１から容器内に流入した原水に外スクリーン１４の回転方向と同方向の旋回流を形成することにより、その遠心力で砂分や比重の大きな夾雑物を分離して槽底部に沈降させ、外スクリーン１４やろ材１６の負担を軽減させている。
【００１１】
外スクリーン１４は、周面（胴部）を円筒形のウェッジワイヤースクリーン２１で形成し、その両端開口を鏡板２２で閉塞したものであって、この上下両鏡板２２の中心を貫通するようにしてパイプ形状の内スクリーン１５が設けられている。ウェッジワイヤースクリーン２１は、図４に示すように、上下両鏡板２２間に外スクリーン１４の軸線方向に互いに平行に等間隔で配置した複数のサポートロッド２３の外周にリング状のウエッジワイヤー２４を所定間隔で多数組み付けたものであって、隣接するウエッジワイヤー２４同士の間隔（目開き）は、使用するろ材１６の種類や原水の性状に応じて０．２〜５．０ｍｍ程度に設定されている。
【００１２】
内スクリーン１５は、外スクリーン１４の上下の鏡板２２に対して密封状態となっており、上下両鏡板２２の範囲内に多数の通水孔２５が設けられている。この通水孔２５は、ろ材１６の種類に、特にろ材１６の大きさに応じた形状で形成されており、運転中にろ材１６が通水孔２５を通過したり、ろ材１６によって通水孔２５が閉塞されない形状となっている。
【００１３】
また、内スクリーン１５の上部は、密閉容器１３の天板２６を回転可能な状態で、かつ、密封された状態で貫通しており、下端部は密閉容器内に設けられた軸受２７によって回転可能に支持されている。さらに、天板２６から突出した内スクリーン１５の上部には、駆動手段１７を構成するモーター２８にチェーン等を介して接続したスプロケット２９と、内スクリーン１５の内部に連通して処理水の抜き取りや逆洗水の導入を行うための通水カップリング部３０とが設けられている。また、天板２６には、密閉容器１３内の水抜きや曝気処理を行う際に空気を流通させるための吸排気弁３１が設けられている。
【００１４】
スクレーパー１８は、密閉容器１３の内壁から突出して先端が外スクリーン１４の外周面に摺接するように設けられるものであり、外スクリーン１４を回転させたときに、スクレーパー１８の先端で外スクリーン１４の外周面に付着した粗大固形物を掻き落とせるように形成されている。また、このスクレーパー１８に、外スクリーン１４の回転方向に対応した下り傾斜の螺旋形状乃至ひねり形状を付与することにより、外スクリーン１４の付着物を容器下方に向かって掻き落とすことができる。
【００１５】
ろ材１６は、原水の性状に応じて任意のものが使用可能であり、大きさや形状も任意であるが、２〜２０ｍｍ程度の中空円筒状、円筒状、立方体、直方体等の形状が好ましい。ろ材１６の材質も、ポリプロピレン、ポリエチレン、ウレタン等様々なものが使用可能である。特に、珪砂やアンスラサイト、軽量骨材等のろ材と比較して空隙率が大きく、懸濁成分の捕捉量が多くて高速でのろ過を可能とする繊維状又はスポンジ状のろ材を用いることが好ましい。繊維状のろ材としては、織物、不織布、繊維をクリップや接着剤あるいは溶着等によって束ねたものなど、様々なものが使用できる。さらに、ろ材１６として、比重が１付近のものを使用することにより、外スクリーン１４と内スクリーン１５との間の空間内にろ材１６を平均的に分散させた状態にできるので、短絡流の発生も防止できる。
【００１６】
なお、外スクリーン１４及び内スクリーン１５は、ろ材１６を通過させない通水構造を有していれば任意の構造を採用することができる。例えば、外スクリーン１４の通水部は、内スクリーン１５と同じような多数の通水孔を有するパイプ状、例えばパンチングメタルを筒状に成形したものを使用することができ、内スクリーン１５の通水部に外スクリーン１４と同じようなウエッジワイヤースクリーンを使用することができる。
【００１７】
図１に示すように、このように形成しろ過装置１０は、原水流入部１１に原水ポンプ４１を介して原水槽４２が、洗浄排水流出部１２に洗浄排水弁４３を介して洗浄排水槽４４が、通水カップリング部３０に処理水流出部として処理水弁４５を備えた処理水流出経路４６と洗浄水流入部として洗浄水ポンプ４７及び洗浄水弁４８を備えた洗浄水流入経路４９とを介して処理水槽５０がそれぞれ接続されている。
【００１８】
流入経路５１から原水槽４２に流入した原水は、原水ポンプ４１により汲み上げられ、逆止弁５２を通って原水流入部１１に所定圧力で供給される。この原水は、原水流入部１１から容器内に接線方向に流入して旋回流を形成し、遠心力で砂分等が分離された状態で容器上方に流れ、外スクリーン１４の周面から外スクリーン１４内に流入する。原水が外スクリーン１４を通過する際に、前記ウエッジワイヤースクリーン２１の目開きより大きな夾雑物がウエッジワイヤースクリーン２１の外周面に捕捉され、捕捉された夾雑物は、外スクリーン１４の回転に伴ってスクレーパー１８により掻き落とされる。なお、外スクリーン１４の回転速度は、ウエッジワイヤースクリーン２１で捕捉される夾雑物の量によって調整すればよく、通常は、周速度を毎分１〜１０ｍ程度とすればよい。また、外スクリーン１４は、原水中の夾雑物の状態に応じて運転すればよく、連続回転させてもよく、間欠的に回転させるようにしてもよい。
【００１９】
外スクリーン１４を通過することによって比較的大きな夾雑物を除去された原水は、内スクリーン１５との間に充填されたろ材１６の層を通過することにより、原水中の細かい懸濁成分がろ別される。懸濁成分をろ別した後の処理水は、内スクリーン１５を通過して上部の通水カップリング部３０から処理水弁４５及び処理水流出経路４６を通り、処理水槽５０に流出する。
【００２０】
このとき、密閉容器１３の内径を２８００ｍｍとし、外スクリーン１４におけるウエッジワイヤースクリーン２１の外径を２６００ｍｍ、有効高さを３０００ｍｍとしたときのろ過面積は約２４．５ｍ２となる。一方、従来の水平断面がろ過面となるろ過装置では、密閉容器１３の内周の断面積から、ろ過面積は約６．２ｍ２となる。したがって、同等の外形寸法のろ過装置において、本形態例に示すろ過装置は、従来に比べて約４倍のろ過面積が得られることになる。
【００２１】
さらに、従来のろ過装置では、ろ過装置の前段にオートストレーナー等の前処理装置を設置する必要があったが、本形態例に示すろ過装置では、原水流入部１１における遠心分離効果と、外スクリーン１４でのスクリーン効果とが得られ、しかも、外スクリーン１４の外周面を清掃するスクレーパー１８を設置しているので、ろ過装置前段に前処理装置を設ける必要もない。
【００２２】
これらのことから、従来のろ過装置に比べて数十倍のろ過処理能力を得ることができる。したがって、下水の三次処理、合流式下水道の雨天時越流水対策、湖沼等のアオコや赤潮対策等、従来から各種ろ過装置が採用されていた用途に適用することにより、コンパクトで経済的な高速ろ過処理を行うことができ、設備コストや運転コストの大幅な削減が図れる。さらに、原水にＰＡＣ、バンド、ポリ鉄等の従来から用いられている金属系凝集剤や、有機系ポリマー等の各種凝集剤を適宜添加することにより、ろ過処理性能を更に向上させることができる。なお、凝集剤による凝集操作は、凝集反応槽を別途設置して行うこともでき、原水流入部１１に接続する配管内で行うこともできる。また、浮上分離濃縮や脱水装置を組み合わせて洗浄排水量を削減することも可能である。
【００２３】
一方、ろ過処理の継続に伴ってろ材１６の洗浄が必要になる。ろ材１６の洗浄操作は、タイマーによる設定の他、原水流入管の圧力上昇、原水流入部と処理水流出部との差圧上昇、処理水の濁度の上昇等を検知することにより、自動的に開始することができる。前記ろ過装置１０の洗浄操作は、いくつかのパターンが考えられる。
【００２４】
例えば、図５に示す洗浄操作では、ステップ１０１の洗浄開始指令によりステップ１０２の水抜工程が始まり、原水ポンプ４１が停止し、処理水弁４５及び洗浄水弁４８が閉じた状態で、洗浄排水弁４３と吸排気弁３１とが開き、密閉容器１３内の水及び沈殿汚泥が洗浄排水槽４４に排出される。次に、ステップ１０３の水洗工程に進み、洗浄排水弁４３が閉じ、洗浄水弁４８が開くとともに、洗浄水ポンプ４７が起動し、処理水槽５０内の処理水が、洗浄水として洗浄水流入経路４９から内スクリーン１５内に供給される。この洗浄水は、内スクリーン１５から外スクリーン１４に向かって流れる間にろ材１６を洗浄する。密閉容器１３の上部まで水面が達したらステップ１０２に戻り、再び水抜工程に入る。
【００２５】
この後、この水抜工程と前記水洗工程とを必要数繰り返して行った後、水洗工程からステップ１０４の捨水工程に進み、洗浄水ポンプ４７が停止して洗浄水弁４８が閉じ、捨水弁５３を開くとともに原水ポンプ４１を起動する。ろ過装置１０を通過して捨水経路５４から流出する捨水（ろ過水）の濁度が所定濁度以下になったときに捨水工程を終了し、捨水弁５３を閉じて処理水弁４５を開き、処理水を処理水流出経路４６から処理水槽５０に流出させるろ過工程を再開する。
【００２６】
図６及び図７は、本発明のろ過装置の第２形態例及び第３形態例をそれぞれ示す縦断面図であって、ろ材の洗浄操作において空洗工程とろ材の膨張、圧搾工程とを行えるようにした例を示している。なお、以下の説明において、前記第１形態例で示したろ過装置における構成要素と同一の構成要素には、それぞれ同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００２７】
まず、図６に示すろ過装置は、前記外スクリーン１４と内スクリーン１５との間の空間部の底部に散気手段６１を設けるとともに、空間部の天井部にろ材圧搾手段６２を設けたものである。散気手段６１は、内スクリーン１５の内部に挿通した散気用空気管６３の下端から複数の散気管６４を放射状に分岐させたものであって、内スクリーン１５の突出部には、外部の空気圧縮機６５から供給される圧縮空気を散気用空気管６３に導入するための通気カップリング部６６が設けられている。
【００２８】
また、ろ材圧搾手段６２は、外スクリーン１４と内スクリーン１５との間の空間部形状に対応したリング状の圧搾板６７と、この圧搾板６７を下方に押し下げるためのベローズ６８と、ベローズ６８内に圧縮空気を導入するための圧縮空気管６９とを有するものであって、内スクリーン１５の突出端には、空気圧縮機６５から供給される圧縮空気を圧搾空気管６９に導入するための通気カップリング部（スイベルジョイント）７０が設けられている。
【００２９】
前記空気圧縮機６５からの圧縮空気供給管７１は、散気弁７２を有する散気用空気供給管７３と圧搾弁７４を有する圧搾用空気供給管７５とに分岐しており、散気用空気供給管７３が散気用空気管６３に連通する通気カップリング部６６に、圧搾用空気供給管７５が圧搾空気管６９に連通する通気カップリング部７０にそれぞれ接続されている。
【００３０】
また、図７に示すろ過装置は、ろ材圧搾手段６２として、前記圧縮板６７及びベローズ６８に代えて、圧縮空気によって膨らむバルーン８１を外スクリーン１４と内スクリーン１５との間の空間部における中間位置の複数箇所に設けた例を示している。このバルーン８１は、前記圧縮空気管６９を内スクリーン１５の内部まで適当に延長して分岐させ、各分岐管８２の先端にそれぞれ取り付けられている。なお、その他の構造は、図６に示したろ過装置と同様に形成できるので、同一構成要素には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００３１】
図８は、散気手段６１のみを使用したとき（あるいは散気手段６１のみを設けたとき）の空洗工程を組み込んだ洗浄操作の一例を示している。まず、ステップ１１１の洗浄開始指令によりステップ１１２の空洗工程が始まり、原水ポンプ４１が停止し、洗浄排水弁４３、処理水弁４５、洗浄水弁４８及び捨水弁５３が閉じた状態で、吸排気弁３１及び散気弁７２を開いて圧縮機６５を起動する。これにより、散気管６４からの散気が行われ、ろ材１６の空洗が行われる。空洗終了後は、ステップ１１３で前記図５に示したステップ１０２と同じ水抜工程、ステップ１１４で前記ステップ１０３と同じ水洗工程をそれぞれ行い、ステップ１１２からステップ１１４を必要数繰り返して行った後、水洗工程からステップ１１４の捨水工程に進み、捨水工程終了後にろ過工程を再開する。
【００３２】
図９は、散気手段６１による空洗工程及びろ材圧搾手段６２によるろ材圧搾工程を有する洗浄操作の一例を示している。まず、ステップ１２１の洗浄開始指令によりステップ１２２のろ材膨張工程を行い、原水ポンプ４１が停止して原水の流れが止まることにより、ろ過工程で内スクリーン１５側に圧縮された状態のろ材１６が膨張する。ろ材１６が十分に膨張したら、ステップ１２３の空洗工程、ステップ１２４の水抜工程を前記ステップ１１２、１１３と同様にして行う。
【００３３】
次に、ステップ１２５のろ材圧搾工程を行い、散気弁７２を閉じた状態で圧搾弁７４を開き、圧縮機６５からの圧縮空気をベローズ６８内あるいはバルーン８１内に供給し、圧搾板６７を押し下げることにより、あるいは、バルーン８１を膨らませることにより、ろ材１６を圧搾して濁水をろ材１６から放出させる。その後、ステップ１２６の水洗工程、ステップ１２７の捨水工程を行ってからろ過工程を再開する。なお、ステップ１２３からステップ１２６の工程は繰り返し行うようにしてもよい。
【００３４】
このように、空洗工程や膨張工程、圧搾工程を行うことにより、ろ材洗浄効果の向上と洗浄水量の削減とを図ることができる。なお、ろ材圧搾手段６２は、ろ材として圧縮、膨張可能なものを使用した場合、すなわち、前述のような繊維状あるいはスポンジ状のろ材を用いたときに特に有効であり、ろ材圧搾手段６２を設けることにより極めて効果的なろ材洗浄を行うことができる。また、圧搾板６７によるろ材の圧搾は、ベローズ６８に限らず、エアーシリンダー、油圧シリンダー、モーター、スピンドル、ラック＆ピニオン等の様々な駆動機構を組み合わせることができる。
【００３５】
さらに、前記各洗浄操作において、水洗工程（ステップ１０３，１１４，１２６）は、洗浄排水弁４３を最初からあるいは途中から開いた状態で行うこともできる。すなわち、洗浄水流入経路４９から内スクリーン１５内に供給され、ろ材１６を洗浄して外スクリーン１４の外側に流出した洗浄水を洗浄排水弁４３から洗浄排水槽４４に排出することにより、洗浄水を連続的に流しながらろ材１６を洗浄するようにしてもよい。また、原水の状態が良好で、原水中の固形物量が少ない場合は、水洗工程で処理水に代えて原水を密閉容器１３内に供給しても、ろ材１６を十分に洗浄することが可能である。なお、原水を使用して水洗工程を行う場合は、前記洗浄水流入経路４９を設ける必要はない。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のろ過装置によれば、コンパクトで経済的な高速ろ過処理を行うことができ、設備コストや運転コストの大幅な削減が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１形態例のろ過装置を使用したろ過設備を示す系統図である。
【図２】ろ過装置の縦断面図である。
【図３】ろ過装置の横断面図である。
【図４】外スクリーンの拡大断面図である。
【図５】洗浄操作の一例を示すフローチャートである。
【図６】本発明のろ過装置の第２形態例を示す縦断面図である。
【図７】本発明のろ過装置の第３形態例を示す縦断面図である。
【図８】空洗工程を有する洗浄操作の一例を示すフローチャートである。
【図９】空洗工程及びろ材圧搾工程を有する洗浄操作の一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０…ろ過装置、１１…原水流入部、１２…洗浄排水流出部、１３…密閉容器（ケーシング）、１４…外スクリーン、１５…内スクリーン、１６…ろ材、１７…駆動手段、１８…スクレーパー、２１…ウェッジワイヤースクリーン、２２…鏡板、２３…サポートロッド、２４…ウエッジワイヤー、２５…通水孔、２６…天板、２７…軸受、２８…モーター、２９…スプロケット、３０…通水カップリング部、３１…吸排気弁、４１…原水ポンプ、４２…原水槽、４３…洗浄排水弁、４４…洗浄排水槽、４５…処理水弁、４６…処理水流出経路、４７…洗浄水ポンプ、４８…洗浄水弁、４９…洗浄水流入経路、５０…処理水槽、５１…流入経路、５２…逆止弁、５３…捨水弁、５４…捨水経路、６１…散気手段、６２…ろ材圧搾手段、６３…散気用空気管、６４…散気管、６５…空気圧縮機、６６…通気カップリング部、６７…圧搾板、６８…ベローズ、６９…圧縮空気管、７０…通気カップリング部、７１…圧縮空気供給管、７２…散気弁、７３…散気用空気供給管、７４…圧搾弁、７５…圧搾用空気供給管、８１…バルーン、８２…分岐管
【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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【図９】
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