特開 2015-134314 上向流型反応器の運転方法及び水処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2015-134314(P2015-134314A)

(43)【公開日】2015年7月27日

(54)【発明の名称】上向流型反応器の運転方法及び水処理装置

(51)【国際特許分類】

   C02F 1/00 20060101AFI20150701BHJP

   C02F 1/64 20060101ALI20150701BHJP

   B01J 23/34 20060101ALI20150701BHJP

【ＦＩ】

   C02F1/00 A

   C02F1/64 A

   B01J23/34 M

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2014-6244(P2014-6244)

(22)【出願日】2014年1月16日

(71)【出願人】

【識別番号】591030651

【氏名又は名称】水ｉｎｇ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100094226

【弁理士】

【氏名又は名称】高木 裕

(74)【代理人】

【識別番号】100087066

【弁理士】

【氏名又は名称】熊谷 隆

(72)【発明者】

【氏名】山川 岳志

【テーマコード（参考）】

4D038

4G169

【Ｆターム（参考）】

4D038AA01

4D038AA08

4D038AB66

4D038AB89

4D038BA02

4D038BA06

4G169AA02

4G169AA15

4G169BC62A

4G169CA05

4G169DA05

(57)【要約】

【課題】流体の供給停止時や供給開始時であっても、触媒などの充填材が、流体分散手段の流体通過口を通って一次側に落下（逆流）することのない上向流型反応器の運転方法及び水処理装置を提供すること。
【解決手段】流体を分散供給する複数のノズル２５を有する分散器２０の上方に充填材３０を充填し、且つノズル２５の流体通過口の大きさを少なくとも一部の充填材３０の大きさよりも大きくした構造の上向流型反応器１−１である。流体通過口から充填材３０中に供給する流体の供給開始時は、その供給量を漸増させる。一方、流体通過口から充填材３０中に供給する流体の供給停止時は、その供給量を漸減させる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

流体を分散供給する流体通過口を有する流体分散手段の上方に充填材を充填し、
且つ前記流体通過口の大きさを少なくとも一部の充填材の大きさよりも大きくした構造の上向流型反応器を用意し、
前記流体通過口から前記充填材中に供給する流体の供給開始時は、その供給量を漸増させ、
又は前記流体通過口から前記充填材中に供給する流体の供給停止時は、その供給量を漸減させることを特徴とする上向流型反応器の運転方法。

【請求項2】

請求項１に記載の上向流型反応器の運転方法であって、
前記流体の供給量の漸増は、流体の供給開始時に流体分散手段の全ての流体通過口において流体あるいは充填材が前記流体分散手段内に吸い込まれない状態での漸増であり、
前記流体の供給量の漸減は、流体の供給停止時に流体分散手段の全ての流体通過口において流体あるいは充填材が前記流体分散手段内に吸い込まれない状態での漸減であることを特徴とする上向流型反応器の運転方法。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の上向流型反応器の運転方法であって、
前記流体分散手段に流体を供給するための流体流路における、前記漸増又は漸減時の流体流速の速度変化は、毎秒１ｍ／ｓ以下であることを特徴とする上向流型反応器の運転方法。

【請求項4】

充填材と、
前記充填材を充填する反応器と、
前記反応器内の充填材の下方に設置され、流体を分散して供給する流体通過口を有し、且つ前記流体通過口の大きさを少なくとも一部の充填材の大きさよりも大きく構成した流体分散手段と、
前記流体分散手段に供給する液体の供給量を漸減あるいは漸増させる流量調整手段と、
前記流量調整手段を制御して、前記流体通過口から前記充填材中に供給する流体の供給開始時の供給量を漸増させ、又は前記流体通過口から前記充填材中に供給する流体の供給停止時の供給量を漸減させる制御手段と、
を備えることを特徴とする水処理装置。

【請求項5】

請求項４に記載の水処理装置であって、
前記流量調整手段が、ポンプの電動機であるか、あるいはバルブであることを特徴とする水処理装置。

【請求項6】

請求項５に記載の水処理装置であって、
前記制御手段が、前記電動機を駆動するインバータであるか、あるいは、バルブを駆動するアクチュエータであることを特徴とする水処理装置。

【請求項7】

請求項４又は５又は６に記載の水処理装置であって、
前記充填材は触媒であり、前記反応器は触媒充填塔であることを特徴とする水処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、反応器内に充填した充填材中にその下方から上方に向けて流体を供給する構造の上向流型反応器の運転方法及び水処理装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、触媒を充填した触媒充填塔に原水を通水して、原水中の処理対象物質を処理する触媒接触方式による処理方法がある。この種の処理方法の中には、原水を下側から通水する上向流型と、原水を上側から投入する下向流型がある。下向流型の場合は、触媒の有効径や均等係数にもよるが、多かれ少なかれ、原水中の懸濁物質を触媒充填層で除去するろ過機能を有する。一方、上向流型の場合は、原水の通水に伴って、触媒を流動化させて運転する場合が通例のため、原水中の懸濁物質は触媒充填層で捕捉されることなく流出する。下向流型と上向流型では、触媒充填層での懸濁物質除去の有無が大きな違いとなっており、懸濁物質が除去される下向流型と除去されない上向流型では、原水の通水速度に大きな差が生じる（上向流型の方が速い）。

【0003】

触媒充填塔の後段に、例えば、砂ろ過や膜ろ過のような除濁手段を設置する場合は、前段の触媒充填塔では除濁を行う必要がないため、触媒充填塔には上向流型を選択することが一般的であり、合理的なプロセスとなる。

【0004】

上向流型の利点は、触媒充填層で懸濁物質を抑留しないために、高速で処理することが可能な点である。逆に言うと、触媒充填層で懸濁物質を抑留すると、そこで圧力を損失するため、高速での処理にとって不利になると言える。

【0005】

上向流型では、充填した触媒が原水流入部に混入しないように、分散ノズルや流入ストレーナを設置したり、あるいは砂利を敷設したろ床板などを設けて触媒と原水流入部を分離したりすることが一般的である。これらの分散ノズルや流入ストレーナの開口部（流体通過口）は、触媒が落下しないように、触媒の径よりも小さい必要がある。

【0006】

一方上記上向流型において、懸濁物質を含む原水を高速で処理しようとした場合には、触媒充填層では懸濁物質の捕捉はないものの、この分散ノズルや流入ストレーナ、あるいは砂利層に懸濁物質が捕捉され、目詰まりを生じることがある。そうすると「懸濁物質を抑留しないために高速処理が可能」な上向流型の利点を損なうこととなる。

【0007】

それを防止するために、砂利層を無くして、分散ノズルや流入ストレーナの開口部を懸濁物質が詰まらない程度に十分大きくする方法が考えられる。このとき、充填する触媒の粒径が小さいと、懸濁物質が詰まらない程度に大きくした分散ノズルや流入ストレーナの開口部が、触媒の粒径よりも大きくなることがある。その場合、開口部から分散ノズルや流入ストレーナ内に触媒が落下すること（原水側あるいは一次側に流出すること、以下「逆流」とも言う。ここで、通常運転時の流体の流れ方向を考えたとき、分散ノズルや流入ストレーナの通過前を一次側、通過後を二次側と呼ぶ。）が懸念されるが、触媒の安息角を考慮した開口部の構造にすることで、それらの問題を回避することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開平５−２６９４８９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

上述のように、触媒の安息角を考慮した開口部の構造を用いることで、通常時の運用では、開口部内へ、あるいは一次側への触媒の落下（逆流）を防ぐことができる。

【0010】

しかしながら、原水の供給から停止に切り替わる際（原水供給状態から停止時への移行時）、または、原水の停止から供給に切り替わる際（停止時から原水供給状態への移行時）には、たとえ前記触媒の安息角を考慮した開口部の構造を用いたとしても、この開口部内へ（一次側へ）の触媒の落下（逆流）現象（原水側への流出現象）が生じてしまうという問題があった。

【0011】

本発明は上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、流体の供給停止時や供給開始時であっても、触媒などの充填材が、分散ノズルやストレーナ等の流体分散手段の流体通過口（開口部）内に（一次側に）落下（逆流）することのない上向流型反応器の運転方法及び水処理装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本願発明者は、流体の供給停止時や供給開始時に生じる上記充填物の流体通過口から原水側への落下（逆流）現象につき、その原因を次のように考えた。即ち、通常の運用時は、複数ある流体通過口の全てから原水が流出しているため、充填物が流体通過口から原水側に逆流することは困難である。

【0013】

一方、原水の供給を開始した場合、全ての流体通過口から原水が均等に流出するまでには、一定の時間が必要となる。特に、供給流量が多くなれば、同じような圧力損失を設定された流体通過口の中でも、微々たる違いの中で、最も圧力損失が低いところから原水の流出が始まる。これは通常運用状態では問題にならない圧力損失の差である。しかし、運転開始時には、まだ動き出していない流体が流体通過口の一次側にあり、慣性の法則によって留まろうとする。留まろうとする流体は、後ろから来る流体に押され易い流体が先に押されて、最も出易いところから出ることになる。定常状態になれば、全ての流体が動き、微々たる損失差など関係なく、全ての流体通過口から原水が流出するが、停止状態から流体が動き出す場合には問題となる。動き出しの瞬間に一部の流体通過口から流体が流出すると、流出した液体分の空間を埋めるために、流体通過口の上流側（一次側）に負圧が生じる。その負圧によって、水が流出しなかった流体通過口は周辺の水を吸い込み、その際、流体通過口付近の触媒を吸い込むのである。この現象は、触媒の安息角を考慮した構造の流体通過口であっても避けることはできない。

【0014】

一方、原水供給状態から停止する場合も同様の吸込現象が起きる。即ち、原水供給を急に停止した場合、例えば閉止したバルブより下流側、あるいはポンプより下流側にある流体は慣性の法則に従って動き続ける。しかし、原水の供給は止まっているので、残勢で動くのみである。また、閉止したバルブやポンプ付近からは流体が慣性によって離れるが、後から原水の供給は無いために、閉止したバルブやポンプに近い辺りから負圧が生じることとなる。その負圧によって、閉止したバルブやポンプに近い流体通過口では、流体が逆流する現象が起き、その際、流体通過口付近の触媒を吸い込むのである。この現象は、触媒の安息角を考慮した構造の流体通過口でも避けることはできない。

【0015】

そして本願発明者は、上記流体通過口への充填物吸込現象を防止する方法として、原水供給を開始する、あるいは停止する際に、徐々に流量を上げて行く、あるいは、下げていく操作が有効であることを見出した。

【0016】

即ち、本発明にかかる上向流型反応器の運転方法は、流体を分散供給する流体通過口を有する流体分散手段の上方に充填材を充填し、且つ前記流体通過口の大きさを少なくとも一部の充填材の大きさよりも大きくした構造の上向流型反応器を用意し、前記流体通過口から前記充填材中に供給する流体の供給開始時は、その供給量を漸増させ、又は前記流体通過口から前記充填材中に供給する流体の供給停止時は、その供給量を漸減させることを特徴としている。前記流体通過口は複数となる。なお複数の流体通過口とは、一つの流体通過口を有する複数のノズルがある場合の他に、一つのノズルが複数の流体通過口を有し、ノズルが複数ある場合がある。
この発明のように、流体供給開始時に、徐々に流量を増加して行けば、流体は徐々に動き出し、流速も遅いので、圧損に軽微な差のある流体通過口でも関わりなく、ほぼ均等に流体の流出を開始させることが可能になる。これによって局所的な負圧の発生を防ぎ、充填物の逆流を防止することができる。
また、この発明のように、流体供給停止時に、徐々に流量を低下させていけば、急激に流体供給を停止した場合に起こる負圧の発生を防止することができ、充填物の逆流を防止することができる。
流体供給停止時に徐々に流量を低下させることのさらなる効果として、停止するまでに供給量が徐々に低下するため、上向流の動きをしていた充填物は徐々に落下することができ、且つ流体通過口の廻りには、流体が流出する流れを依然保持しているため、充填物は流体通過口の廻りに堆積し辛くなる。それによって、さらに充填物の逆流を防ぐことができる。

【0017】

また本発明は、前記流体の供給量の漸増が、流体の供給開始時に流体分散手段の全ての流体通過口において流体あるいは充填材が前記流体分散手段内に（あるいは、一次側に）吸い込まれない状態での漸増であり、前記流体の供給量の漸減が、流体の供給停止時に流体分散手段の全ての流体通過口において流体あるいは充填材が前記流体分散手段内に（あるいは、一次側に）吸い込まれない状態での漸減であることを特徴としている。
流体の供給量の漸増・漸減をこのように構成すれば、流体分散手段の流体通過口への充填物の逆流を確実に防止できる。

【0018】

また本発明は、前記流体分散手段に流体を供給するための流体流路における、前記漸増又は漸減時の流体流速の速度変化が、毎秒１ｍ／ｓ以下であることを特徴としている。
ここで前記流体分散手段に流体を供給するための流体流路とは、例えば、分岐がある場合は分岐前の主管（下記する主管２１等）や主管の上流側に接続される配管（下記する配管２９等）をいう。

【0019】

また本発明にかかる水処理装置は、充填材と、前記充填材を充填する反応器と、前記反応器内の充填材の下方に設置され、流体を分散して供給する流体通過口を有し、且つ前記流体通過口の大きさを少なくとも一部の充填材の大きさよりも大きく構成した流体分散手段と、前記流体分散手段に供給する液体の供給量を漸減あるいは漸増させる流量調整手段と、前記流量調整手段を制御して、前記流体通過口から前記充填材中に供給する流体の供給開始時の供給量を漸増させ、又は前記流体通過口から前記充填材中に供給する流体の供給停止時の供給量を漸減させる制御手段と、を備えることを特徴としている。
この水処理装置によれば、上述のように、流体供給開始時に、圧損に軽微な差のある流体通過口でも関わりなく、ほぼ均等に流体の流出を開始させることが可能になり、充填物の逆流を防止することができる。
またこの水処理装置によれば、上述のように、流体供給停止時に、急激に流体供給を停止した場合に起こる負圧の発生を防止することができ、充填物の逆流を防止することができる。
また流体供給停止時に、上向流の動きをしていた充填物は徐々に落下し、且つ流体通過口の廻りには流体が流出する流れを依然保持しているため、充填物は流体通過口の廻りに堆積し辛くなる。それによって、さらに充填物の逆流を防ぐことができる。

【0020】

また本発明は、前記流量調整手段が、ポンプの電動機であるか、あるいはバルブであることを特徴としている。

【0021】

また本発明は、前記制御手段が、インバータであるか、あるいは、バルブのアクチュエータであることを特徴としている。

【0022】

また本発明は、前記充填材が触媒であり、前記反応器が触媒充填塔であることを特徴としている。

【発明の効果】

【0023】

本発明によれば、流体の供給停止時や供給開始時であっても、触媒などの充填物が、分散ノズルやストレーナ等の流体分散手段の流体通過口内に（一次側に）落下（逆流）することを防止できる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】水処理装置１−１の全体概略構成図である。

【図2】反応器本体１０の下部に設置された分散器２０を示す概略平面図である。

【図3】ノズル２５の拡大側面図である。

【図4】上向流型反応器１−１の運転例を示す概略制御ブロック図である。

【図5】各ノズル２５の原水供給開始時と原水供給停止時の充填材３０の逆流状態の実験結果を示す図である。

【図6】上向流型反応器１−１の他の運転例を示す概略制御ブロック図である。

【図7】下向きのノズル２５−２を示す拡大側面図である。

【図8】水処理装置１−３の全体概略構成図である。

【図9】水処理装置１−４の全体概略構成図である。

【図10】上向流型反応器１−４の運転例を示す概略制御ブロック図である。

【図11】水処理装置１−５に用いる分散器２０−５を示す概略平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態にかかる水処理装置１−１の全体概略構成図である。同図に示す水処理装置（以下「上向流型反応器」という）１−１は、マンガン含有水の処理に用いられる触媒接触塔であり、反応器（以下「反応器本体」という）１０内の下部に、原水（流体）を分散供給する複数の流体通過口（下記するノズル２５の孔）を有する流体分散手段（以下「分散器」という）２０を設置し、この分散器２０の上方に充填材３０を充填して構成されている。この上向流型反応器１−１は、浄水場などに設置される。この上向流型反応器１−１は、充填材３０と分散器２０の間に、充填材３０を支持する砂利などの充填材支持層を保有しない構造である。

【0026】

反応器本体１０は円筒状であって、その上部に処理水（流体）を排出する排水路１１を設置している。排水路１１は、反応器本体１０からオーバーフローする流体を導入し、導入した流体を次の処理工程に移送する。

【0027】

図２は反応器本体１０の下部に設置された分散器２０を上方より見た状態を示す概略平面図である。図１，図２に示すように、分散器２０は、主管２１から枝分かれした多数本の枝管２３中に、多数のノズル２５を設けて構成されている。各ノズル２５には小径の流体通過口が設けられ、反応器本体１０の底面近傍の全面にわたって略均等に配置されている。各ノズル２５それぞれに設ける流体通過口は、一つでも複数でも良い。

【0028】

図３はノズル２５近傍部分の要部拡大側面図である。同図に示すようにノズル２５は、枝管２３の上部に上向きに取り付けられている。各ノズル２５の流体通過口の内径は、この例では１５ｍｍとしている。各ノズル２５の先端の上部には、円錐形の傘部２７が設置されている。

【0029】

図１に戻って、充填材３０は、この例では粒状のマンガン触媒（Ｍｎ砂）であり、その有効径が０．６ｍｍのものを用いている。マンガン触媒は、原水中に含まれるマンガンイオンを不溶性マンガンとして析出させ、原水中から除去する作用を有する。

【0030】

前記分散器２０の主管２１の上流側の配管２９は、反応器本体１０の外部に引き出されており、上流側に向かってバルブ４０とポンプ５０が接続されている。配管２９及びこの配管２９に連続する主管２１は同径に形成されている。バルブ４０はアクチュエータ４１によって、その開閉速度が制御される。アクチュエータ４１は、電動でも空圧でも良い。ポンプ５０は電動機５１によってその駆動が制御される。また電動機５１はインバータ５３によって、その回転速度が制御される。インバータ５３として、この例では、ＶＶＶＦインバータを用いている。

【0031】

次に上記上向流型反応器１−１の運転方法の例を説明する。図４は上向流型反応器１−１の運転方法の一制御例を示す概略制御ブロック図であり、バルブ４０の開閉速度を制御することによって、原水の供給開始時と供給停止時の供給量を制御する方法を示している。この例で用いるバルブ４０としては、例えばアクチュエータ４１をモータ等とする電動弁を用いる。

【0032】

まず図４において、上向流型反応器１−１の始動指令があると（ステップ１−１）、ポンプ５０が始動し（ステップ１−２）、次にバルブ４０を始動して、これを開く（ステップ１−３）。バルブ４０は電動弁のため、これを開く速度を調整できる。そして本実施形態では、前記バルブ４０が開く速度を、主管２１（枝管２３が枝分かれするよりも上流側の部分。以下、同様）あるいは配管２９を通過する流体が、毎秒１ｍ／ｓ以下の速度変化でゆっくりと漸増するように設定している。

【0033】

図５は、原水供給開始時と、原水供給停止時において、主管２１あるいは配管２９から各ノズル２５を介して反応器本体１０内に供給する原水を漸増又は漸減させる加速度を変更した場合に、各ノズル２５へ充填材３０の逆流が生じるか否かを実験した結果を示す図である。同図に示すように、主管２１あるいは配管２９を通過する流体の漸増加速度（又は漸減加速度）を１〔（ｍ／ｓ）／ｓ〕以下とした場合は、全てのノズル２５において逆流が生じなかった。また漸増加速度（又は漸減加速度）を１〔（ｍ／ｓ）／ｓ〕〜３〔（ｍ／ｓ）／ｓ〕とした場合は、一部のノズル２５において少量の逆流が生じた。さらに漸増加速度（又は漸減加速度）を３〔（ｍ／ｓ）／ｓ〕以上とした場合は、一部のノズル２５において大量の逆流が生じた。

【0034】

そして本実施形態では、上述のように、バルブ４０を開く速度を、主管２１あるいは配管２９を通過する流体が、毎秒１ｍ／ｓ以下の速度変化、即ち漸増加速度を１〔（ｍ／ｓ）／ｓ〕以下としたので、全てのノズル２５において流体の逆流現象が生じない。言い換えれば、原水の供給開始時に分散器２０の全てのノズル２５において流体が分散器２０内に吸い込まれない状態を維持しながら漸増するように、バルブ４０が開く速度を設定した。もし逆流現象が生じると、ノズル２５から逆流した充填材３０が枝管２３内又は主管２１内の下部に溜まって固まり、流体の流れを阻害したり、またバルブ４０に至ってその開閉動作に支障を生じさせたりする等の恐れがあるが、本実施形態では、これらの問題を防止できる。

【0035】

図４に戻って、バルブ４０が完全に開いた後は、各ノズル２５から規定の供給量の流体が反応器本体１０内に供給され、上向流型反応器１−１の通常運転が行われる（ステップ１−４）。これによって、反応器本体１０内に導入された原水中のマンガンイオンは、充填材３０の触媒作用によって、不溶性マンガンとして析出され、原水中から除去される。マンガンイオンが除去された処理水は、排水路１１から排出され、次の処理工程に移送される。

【0036】

次に上向流型反応器１−１の停止が指示されると（ステップ１−５）、バルブ４０を始動してこれを閉じる（ステップ１−６）。そして本実施形態では、前記バルブ４０が閉じる速度を、主管２１あるいは配管２９を通過する流体が、毎秒１ｍ／ｓ以下の速度変化でゆっくりと漸減するように設定している。つまり、漸減加速度を１〔（ｍ／ｓ）／ｓ〕以下としたので、全てのノズル２５において流体の逆流現象は生じない。言い換えれば、原水の供給停止時に分散器２０の全てのノズル２５において流体が分散器２０内に吸い込まれない状態を維持しながら漸減するように、バルブ４０が閉じる速度を設定した。従ってこのときも逆流現象は生じず、充填材３０によって枝管２３内又は主管２１内の流体の流れが阻害されたり、またバルブ４０に至ってその開閉動作に支障が生じたりする等の恐れを防止できる。

【0037】

そして、バルブ４０の全閉を確認したら（ステップ１−７）、ポンプ５０を停止し（ステップ１−８）、上向流型反応器１−１の運転を終了する。

【0038】

上述のように、上記制御例の場合、各ノズル２５からの原水供給開始時と原水供給停止時における、原水の漸増又は漸減は、バルブ４０の開閉速度によって制御される。つまり上記例の場合、バルブ４０が流量調整手段であり、アクチュエータ４１が制御手段になる。なお上記例の場合、ポンプ５０は通常通りに運転を開始または停止すればよい。

【0039】

なお、アクチュエータ４１によって、バルブ４０をインチング動作させることで、バルブ４０をゆっくり動作させるように制御しても良い。またバルブ４０としてスピードコントローラ付きの空圧弁を用い、スピードコントローラによって弁の開閉速度を調整しながら動作させるように構成しても良い。

【0040】

図６は上向流型反応器１−１の運転方法の他の一例を示す概略制御ブロック図であり、ポンプ５０を制御することによって原水の供給開始時と供給停止時の供給量を制御する方法を示している。この例で用いるバルブ４０としては、例えば空圧弁を用いる。空圧弁はスピードコントローラを用いない場合、その開閉速度が速い。

【0041】

まず図６において、上向流型反応器１−１の始動指令があると（ステップ２−１）、バルブ４０を開にすると同時にインバータ５３の出力周波数を規定の周波数増速率で増加していくことでポンプ５０を始動する。即ちこのときバルブ４０は即座に全開となるが、ポンプ５０の電動機５１はインバータ５３によってその回転数が徐々に増加するように制御されるため、ポンプ５０の吐出流量は徐々に増加する。本制御例では、前記電動機５１の回転速度（即ちポンプ５０の羽根車の回転速度）の増加を、主管２１あるいは配管２９を通過する流体の流速が毎秒１ｍ／ｓ以下の速度変化となるように、即ち漸増加速度が１〔（ｍ／ｓ）／ｓ〕以下となるように制御したので、上述のように、全てのノズル２５において流体の逆流現象が生じない。

【0042】

次に、ポンプ５０が通常運転となった後は、規定の供給量の流体が各ノズル２５から反応器本体１０内に噴出され、上向流型反応器１−１の通常運転が行われる（ステップ２−３）。これによって、反応器本体１０内に導入された原水中のマンガンイオンが除去され、マンガンイオンが除去された処理水が、排水路１１から排出され、次の処理工程に移送される。

【0043】

次に上向流型反応器１−１の停止が指示されると（ステップ２−４）、インバータ５３の出力周波数は、既定の周波数減速率で減少する。本制御例では、前記電動機５１の回転速度（即ちポンプ５０の羽根車の回転速度）の減少を、主管２１あるいは配管２９を通過する流体の流速が毎秒１ｍ／ｓ以下の速度変化となるように、即ち漸減加速度が１〔（ｍ／ｓ）／ｓ〕以下となるように制御したので、上述のように、全てのノズル２５において流体の逆流現象が生じない。

【0044】

そして、ポンプ５０の停止を確認したら（ステップ２−６）、このポンプ５０の停止と同時にバルブ４０を閉止し（ステップ２−７）、上向流型反応器１−１の運転を終了する。また、十分に主管２１または配管２９における流体の流速が減じられた時点で、ポンプ５０停止前にバルブ４０を閉止し、全閉後にポンプ５０を停止しても良い。

【0045】

上記制御例の場合、各ノズル２５からの原水供給開始時と原水供給停止時における、原水の漸増又は漸減は、ポンプ５０の運転状態（電動機５１の回転速度）によって制御される。つまり上記制御例の場合、電動機５１が流量調整手段であり、インバータ５３が制御手段になる。なお上記制御例の場合、バルブ４０は通常通りに開閉すればよい。場合によっては、バルブ４０の代りに逆止弁を設置しても良く、さらにはバルブ４０を省略しても良い。また、上記バルブ４０による制御とポンプ５０による制御を両方用いて、原水の供給開始時と供給停止時の供給量を制御するように構成しても良い。

【0046】

図７は、前記図３に示す上向きのノズル２５の代りに用いられる下向きのノズル２５−２近傍部分の要部拡大側面図である。同図に示すノズル２５−２は、枝管２３−２の下部に下向きに取り付けられている。各ノズル２５−２の流体通過口の内径は、前記ノズル２５と同様に、この例では１５ｍｍとしている。各ノズル２５−２の先端は下方向に向かって円錐形（ラッパ状）に張り出している。このような下向きのノズル２５−２であっても、本発明を適用できる。なおノズル２５−２以外の事項については、前記図１〜図６に示す実施形態と同じである。

【0047】

図８は本発明の他の実施形態にかかる水処理装置１−３の全体概略構成図である。同図に示す水処理装置（以下「上向流型反応器」という）１−３において、前記図１に示す上向流型反応器１−１と相違する点は、分散器２０の代りに、ノズル付きのろ床板６０−３を設置した点である。ろ床板６０−３以外の構成は、前記図１〜図６に示す上向流型反応器１−１の構成と同一なので、同一又は相当部分には同一符号を付す（但し、各符号には添え字「−３」を付す）。なお以下で説明する事項以外の事項については、前記図１〜図６に示す実施形態と同じである。

【0048】

ろ床板６０−３は、反応器本体１０−３内の底部近傍に、その上下を仕切るように設置され、多数のノズル２５−３が上向きに且つろ床板６０−３の全面に略均等に取り付けられている。各ノズル２５−３の流体通過口の内径は、前記ノズル２５と同様に、１５ｍｍとしている。この例でも、各ノズル２５−３の先端の上部には、円錐形の傘部２７−３が設置されている。

【0049】

このように構成した上向流型反応器１−３においても、前記図４や図６に示すと同様の制御方法を用い、上記上向流型反応器１−１と同様に、配管２９−３を通過する流体の供給開始時と供給停止時の供給量を、毎秒１ｍ／ｓ以下の速度変化、即ち漸増加速度と漸減加速度を１〔（ｍ／ｓ）／ｓ〕以下とすることで、全てのノズル２５−３において流体の逆流現象を防止できる。

【0050】

図９は本発明のさらに他の実施形態にかかる水処理装置１−４の全体概略構成図である。同図に示す水処理装置（以下「上向流型反応器」という）１−４において、前記図１に示す上向流型反応器１−１と相違する点は、ポンプ及びこれに付随する電動機やインバータを設置せず、自然流下によって原水を反応器本体１０−４内に供給するように構成した点である。従って、配管２９−４には、バルブ４０−４が接続され、また配管２９−４の上流側は、反応器本体１０−４内の流体の水位よりも高い水位を有する水源７０−４が接続されている。なお、上記以外の構成は、前記図１〜図６に示す上向流型反応器１−１の構成と同一なので、同一又は相当部分には同一符号を付す（但し、各符号には添え字「−４」を付す）。なお以下で説明する事項以外の事項については、前記図１〜図６に示す実施形態と同じである。

【0051】

次に上記上向流型反応器１−４の運転方法の例を説明する。図１０は上向流型反応器１−４の運転方法の一制御例を示す概略制御ブロック図であり、バルブ４０−４の開閉速度を制御することによって原水の供給開始時と供給停止時の供給量を制御する方法を示している。この例で用いるバルブ４０−４も、例えばアクチュエータ４１−４をモータ等とする電動弁を用いる。

【0052】

まず図１０において、上向流型反応器１−４の始動指令があると（ステップ４−１）、バルブ４０−４を開くように始動する（ステップ４−２）。バルブ４０−４は電動弁のため、これを開く速度を調整することができ（例えば電源の入り切りで）、例えばその開く速度を、主管２１−４あるいは配管２９−４を通過する流体が、毎秒１ｍ／ｓ以下の速度変化でゆっくりと漸増するようにする。これによって、上述のように、全てのノズル２５−４において、流体供給開始時の逆流が生じなくなる。

【0053】

バルブ４０−４が完全に開いた後は、上向流型反応器１−４の通常運転を行い（ステップ４−３）、これによって、反応器本体１０−４内に導入された原水中のマンガンイオンは、充填材３０−４の触媒作用によって、不溶性マンガンとして析出され、原水中から除去される。マンガンイオンが除去された処理水は、排水路１１−４から排出され、次の処理工程に移送される。

【0054】

次に上向流型反応器１−４の停止が指示されると（ステップ４−４）、バルブ４０−４を閉じるように始動する（ステップ４−５）。そして本実施形態では、前記バルブ４０−４が閉じる速度を、主管２１−４あるいは配管２９−４を通過する流体が、毎秒１ｍ／ｓ以下の速度変化でゆっくりと漸減するようにする。これによって、上述のように、全てのノズル２５−４において、流体供給停止時の逆流が生じなくなる。そしてその後、バルブ４０−４は全閉し、上向流型反応器１−４の運転が終了する。

【0055】

上述のように、この例の場合も、各ノズル２５−４からの原水供給開始時と原水供給停止時における、原水の漸増と漸減は、バルブ４０−４の開閉速度によって制御される。つまりこの例の場合も、バルブ４０−４が流量調整手段であり、アクチュエータ４１−４が制御手段になる。

【0056】

なお、アクチュエータ４１−４によって、バルブ４０−４をインチング動作させることで、バルブ４０−４をゆっくり動作させるように制御しても良い。またバルブ４０−４としてスピードコントローラ付きの空圧弁を用い、スピードコントローラによって弁の開閉速度を調整しながら動作させるように構成しても良い。また流量計と自動弁（電動式、空圧式を含む）を用い、流量計で計測した流量をフィードバックしながら、一定量ずつ原水の流量を増加または減少させていくように制御しても良い。

【0057】

図１１は、本発明のさらに他の実施形態にかかる水処理装置１−５の反応器本体１０−５の分散器２０−５を上方より見た状態を示す概略平面図である。同図に示す水処理装置（以下「上向流型反応器」という）１−５において、前記図１に示す上向流型反応器１−１と相違する点は、分散器２０−５の構造のみである。分散器２０−５以外の構成は、前記図１〜図６に示す上向流型反応器１−１の構成と同一なので、同一又は相当部分には同一符号を付す（但し、各符号には添え字「−５」を付す）。なお以下で説明する事項以外の事項については、前記図１〜図６に示す実施形態と同じである。

【0058】

分散器２０−５は、配管２９−５の下流側に複数本（図では３本）の主管２１−５を枝分かれするように接続し、さらに枝分かれした各主管２１−５に多数本の枝管２３−５を接続し、各枝管２３−５に多数のノズル２５−５を設けて構成されている。この例の場合、配管２９−５の内径を各主管２１−５の内径よりも大きくし、これによって配管２９―５を通過する流体の流速と、各主管２１−５を通過する流体の流速を、何れもほぼ同じになるようにしている。

【0059】

このように構成した上向流型反応器１−５においても、前記図４や図６に示すと同様の制御方法を用い、上記上向流型反応器１−１と同様に、配管２９−５（あるいは主管２１−５）を通過する流体の供給開始時と供給停止時の供給量を、毎秒１ｍ／ｓ以下の速度変化、即ち漸増加速度と漸減加速度を１〔（ｍ／ｓ）／ｓ〕以下とすることで、全てのノズル２５−５において流体の逆流現象を防止できる。

【0060】

以上本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。なお直接明細書及び図面に記載がない何れの形状や構造であっても、本願発明の作用・効果を奏する以上、本願発明の技術的思想の範囲内である。例えば、上記各上向流型反応器の例では、流体通過口として突起状のノズルを用いたが、例えば配管やろ床板（仕切り板）に開口を設けるだけで流体通過口を構成しても良い。

【0061】

また上記各上向流型反応器の例では、充填材の粒径寸法に対して流体通過口の内径寸法をかなり大きくしているが、流体通過口の大きさは、少なくとも充填材の内の一部の充填材の大きさよりも大きくした構造であればよい。即ち充填材の中に、流体通過口を通過できない大きさの充填材が含まれていても良い。

【0062】

また上記各上向流型反応器の例では、流体通過口から充填材中に供給する流体の供給開始時と供給停止時の両者においてその供給量を漸増又は漸減させたが、流体の供給開始時と供給停止時の何れか一方の時のみに本発明を適用しても良い。

【0063】

また上記各上向流型反応器の例では、充填材としてマンガン触媒を用いたが、他の各種触媒を用いても良く、さらに触媒以外の各種充填材（例えばイオン交換樹脂、微生物付着担体、活性炭など）を用いてもよい。即ち、本発明は上水処理に限定されず、下水処理や工場などの排水処理などに用いることもできる。充填材として例えば好気性微生物群を担持した担体等を用いる場合は、エアレータや曝気装置付きとしても良い。

【0064】

また流量調整手段としては、流体分散手段（分散器）に供給する流体の供給量を漸減あるいは漸増させるものであれば、ポンプの電動機やバルブ以外の流量調整手段を用いても良い。また制御手段としては、流量調整手段を制御して流体通過口から充填材中に供給する流体の供給開始時の供給量を漸増させながら規定の供給量としたり、又は流体通過口から充填材中に供給する流体の供給停止時の供給量を漸減させながら停止させるものであれば、上記インバータやバルブのアクチュエータ以外の制御手段を用いても良い。

【符号の説明】

【0065】

１−１，１−３，１−４，１−５ 上向流型反応器（水処理装置）
１０，１０−３，１０−４，１０−５ 反応器本体（反応器）
１１，１１−３，１１−４ 排水路
２０，２０−４，２０−５ 分散器（流体分散手段）
２１，２１−４，２１−５ 主管（流体流路）
２３，２３−２，２３−４，２３−５ 枝管
２５，２５−２，２５−３，２５−４，２５−５ ノズル（液体通過口）
２７，２７−３，２７−４ 傘部
２９，２９−３，２９−４，２９−５ 配管（流体流路）
３０，３０−２，３０−３，３０−４ 充填材
４０，４０−３，４０−４，４０−５ バルブ（流量調整手段）
４１，４１−３，４１−４ アクチュエータ（制御手段）
５０，５０−３ ポンプ
５１，５１−３ 電動機（流量調整手段）
５３，５３−３ インバータ（制御手段）
６０−３ ろ床板
７０−４ 水源

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】