特開 2018-183724 ろ過装置および水処理システム

(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2018-183724(P2018-183724A)

(43)【公開日】2018年11月22日

(54)【発明の名称】ろ過装置および水処理システム

(51)【国際特許分類】

   B01D 24/46 20060101AFI20181026BHJP

   B01D 24/36 20060101ALI20181026BHJP

   B01D 24/00 20060101ALI20181026BHJP

   B01D 29/66 20060101ALI20181026BHJP

【ＦＩ】

   B01D29/38 510B

   B01D29/08 510B

   B01D29/08 520A

   B01D29/08 540A

   B01D29/38 520A

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2017-85918(P2017-85918)

(22)【出願日】2017年4月25日

(71)【出願人】

【識別番号】000175272

【氏名又は名称】三浦工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100126000

【弁理士】

【氏名又は名称】岩池 満

(74)【代理人】

【識別番号】100145713

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤 竜太

(72)【発明者】

【氏名】中 祥彦

(72)【発明者】

【氏名】松友 伸司

【テーマコード（参考）】

4D116

【Ｆターム（参考）】

4D116AA30

4D116BA01

4D116DD01

4D116FF02A

4D116GG08

4D116GG09

4D116KK04

4D116QC04D

4D116QC29D

4D116QC32D

4D116RR05

4D116RR16

4D116VV08

4D116VV09

(57)【要約】

【課題】過不足のない流量範囲の逆洗水でろ材を逆洗することにより、逆洗工程を適正に進めることが可能なろ過装置および水処理システムを提供する。
【解決手段】ろ過装置は、ろ材に逆洗水を供給する給水手段と、ろ材に逆洗水を供給したときの通水抵抗値を検出する通水抵抗検出手段と、を備える。また、ろ過装置は、給水手段による逆洗水の流量を変化させ、この流量の変化量に対する通水抵抗値の変化量の比率である通水抵抗変化率に基づいて、逆洗時の逆洗流量を設定する逆洗流量設定手段を備える。
【選択図】図１Ｂ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ろ材を逆洗水で逆洗して再生するろ過装置であって、
前記ろ材に逆洗水を供給する給水手段と、
前記ろ材に逆洗水を供給したときの通水抵抗値を検出する通水抵抗検出手段と、
前記給水手段による逆洗水の流量を変化させ、この流量の変化量に対する前記通水抵抗検出手段によって検出された通水抵抗値の変化量の比率である通水抵抗変化率に基づいて、逆洗時の逆洗流量を設定する逆洗流量設定手段と、を備えるろ過装置。

【請求項2】

前記逆洗流量設定手段は、前記通水抵抗変化率が所定の閾値以下となる流量範囲内の流量を、逆洗時の逆洗流量として設定する、請求項１に記載のろ過装置。

【請求項3】

前記逆洗流量設定手段は、前記通水抵抗変化率が所定の閾値以下となる流量範囲の下限流量である流動開始流量に基づいて、逆洗時の逆洗流量を設定する、請求項２に記載のろ過装置。

【請求項4】

前記逆洗流量設定手段は、前記流動開始流量の近傍の流量を、逆洗時の逆洗流量として設定する、請求項３に記載のろ過装置。

【請求項5】

請求項１から４までのいずれかに記載のろ過装置が給水ライン上に設置される水処理システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ろ過装置および水処理システムに関する。

【背景技術】

【0002】

一般に、砂ろ過装置や除鉄除マンガン装置などのろ過装置においては、通水中に捕捉された濁質成分や鉄分などが凝集してフロックを形成することから、このフロックを排出するために、ろ材床の底部から上部に向けて清浄な水を通水する逆洗工程が設けられている。この逆洗工程では、ろ材床の底部から上部に向かう水（逆洗水）の流れにより、ろ材を流動させるとともに、ろ材同士の衝突などにより、ろ材間に捕捉されたフロックやろ材自体に付着したフロックを剥離させて、ろ材の洗浄（再生）を行っている。

【0003】

この逆洗工程を適正に進めるためには、過不足のない流量範囲の逆洗水でろ材を逆洗する必要がある。すなわち、逆洗水の流量が不足する場合には、ろ材の洗浄が不十分となり、ろ材が固着され、マッドボールが形成されやすくなるなど、ろ過処理において、ろ材の性能を十全に発揮できない状態になる。逆に、逆洗水の流量が過剰な場合には、ろ材が流出する虞が高くなる。

【0004】

そこで、従来、逆洗水の温度の高低によって逆洗水の粘度が増減して、ろ材の展開のしやすさが変化することを踏まえ、逆洗水の温度に応じて逆洗水の流量を適宜増減させることにより、ろ材の展開のしやすさをなるべく一定に保つようにする技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０００−２４４１７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかし、ろ過装置に用いられるろ材は、ロット間の粒度分布の差や経時的な肥育などによっても、逆洗水による展開のしやすさが変化する。このため、特許文献１のように逆洗水の温度に応じて逆洗水の流量を適宜増減させたとしても、ろ材を必ずしも適正に展開できない虞がある。

【0007】

本発明は、このような事情に鑑み、過不足のない流量範囲の逆洗水でろ材を逆洗することにより、逆洗工程を適正に進めることが可能なろ過装置および水処理システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明は、ろ材を逆洗水で逆洗して再生するろ過装置であって、前記ろ材に逆洗水を供給する給水手段と、前記ろ材に逆洗水を供給したときの通水抵抗値を検出する通水抵抗検出手段と、前記給水手段による逆洗水の流量を変化させ、この流量の変化量に対する前記通水抵抗検出手段によって検出された通水抵抗値の変化量の比率である通水抵抗変化率に基づいて、逆洗時の逆洗流量を設定する逆洗流量設定手段と、を備えるろ過装置に関する。

【0009】

前記逆洗流量設定手段は、前記通水抵抗変化率が所定の閾値以下となる流量範囲内の流量を、逆洗時の逆洗流量として設定することが好ましい。

【0010】

また、前記逆洗流量設定手段は、前記通水抵抗変化率が所定の閾値以下となる流量範囲の下限流量である流動開始流量に基づいて、逆洗時の逆洗流量を設定することが好ましい。

【0011】

また、前記逆洗流量設定手段は、前記流動開始流量の近傍の流量を、逆洗時の逆洗流量として設定することが好ましい。

【0012】

また、本発明は、前記ろ過装置が給水ライン上に設置される水処理システムに関する。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、過不足のない流量範囲の逆洗水でろ材を逆洗することにより、逆洗工程を適正に進めることが可能なろ過装置および水処理システムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1A】本発明の第１実施形態に係る水処理システムの模式図であって、通水工程の様子を示す図である。

【図1B】本発明の第１実施形態に係る水処理システムの模式図であって、逆洗工程の様子を示す図である。

【図2】本発明の第１実施形態に係る水処理システムの砂ろ過装置の制御系を示すブロック図である。

【図3】砂ろ過装置の逆洗時における圧力挙動の傾向を示すグラフである。

【図4】砂ろ過装置の逆洗時における圧力挙動の実測値を例示するグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。なお、本明細書における「ライン」とは、流路、経路、管路などの流体の流通が可能なラインの総称である。

【0016】

［第１実施形態］
図１Ａおよび図１Ｂは、本発明の第１実施形態に係る水処理システムの模式図であって、それぞれ、通水工程および逆洗工程の様子を示す図である。図２は、本発明の第１実施形態に係る水処理システムの砂ろ過装置の制御系を示すブロック図である。図３は、砂ろ過装置の逆洗時における圧力挙動の傾向を示すグラフである。図４は、砂ろ過装置の逆洗時における圧力挙動の実測値を例示するグラフである。

【0017】

この第１実施形態に係る水処理システム１は、井水、河川水、工業用水などの原水をろ過して処理水を生成するものであり、図１Ａおよび図１Ｂに示すように、原水ポンプ２と、ろ過装置としての砂ろ過装置３と、処理水タンク４と、を主体に構成されている。また、砂ろ過装置３は、ろ材が収容されたろ過塔５と、給水手段としての逆洗水ポンプ６と、を備えている。

【0018】

ここで、原水ポンプ２とろ過塔５との間には、第１給水ラインＬ１が配設されている。この第１給水ラインＬ１には、第１制御弁Ｖ１が設けられている。また、ろ過塔５と処理水タンク４との間には、第２給水ラインＬ２が配設されている。この第２給水ラインＬ２には、第２制御弁Ｖ２が設けられている。さらに、第２給水ラインＬ２から分岐する形で第３給水ラインＬ３が配設されている。この第３給水ラインＬ３には、逆洗水ポンプ６および第３制御弁Ｖ３が設けられている。また、ろ過塔５には、第４給水ラインＬ４が配設されている。この第４給水ラインＬ４には、第４制御弁Ｖ４が設けられている。なお、これらの制御弁（第１制御弁Ｖ１、第２制御弁Ｖ２、第３制御弁Ｖ３、第４制御弁Ｖ４）としては、電動弁、電磁弁などを用いることができる。

【0019】

原水ポンプ２は、原水供給源（図示せず）に接続されて砂ろ過装置３の上流側に配置され、下流側に配置された砂ろ過装置３内のろ過塔５に、第１給水ラインＬ１経由で原水を供給する。

【0020】

砂ろ過装置３は、原水に含まれる懸濁物質を除去し、原水から処理水（懸濁物質が除去された原水）を生成する。この砂ろ過装置３は、図１Ａおよび図１Ｂに示すように、塔式ろ過装置を構成しており、ろ過塔５と、逆洗水ポンプ６と、を備えている。なお、第１給水ラインＬ１の下流端部および第４給水ラインＬ４の上流端部は、ろ過塔５内のろ材床の上方に位置決めされている。一方、第２給水ラインＬ２の上流端部は、ろ過塔５内のろ材床の下方に位置決めされている。

【0021】

さらに、砂ろ過装置３は、図２に示すように、逆洗工程を適正に進めるための制御系として、通水抵抗検出手段としての通水抵抗検出部３１と、逆洗流量設定手段としての逆洗流量設定部３２と、を備えている。

【0022】

通水抵抗検出部３１は、ろ材に逆洗水を供給したときの通水抵抗値を検出する。具体的には、逆洗水の通水抵抗が圧力損失となって現れるとの考えに立脚して、ろ過塔５内のろ材床の入口側（底部側）と出口側（上部側）との差圧から通水抵抗値を求める。なお、この差圧は、図示しない圧力計を用いて、図１Ｂに示すように、第３給水ラインＬ３を流れる逆洗水の圧力Ｐ１および第４給水ラインＬ４を流れる逆洗水の圧力Ｐ２を測定し、両者の圧力差ΔＰ（＝Ｐ１−Ｐ２）を算出することによって求めることができる。

【0023】

また、逆洗流量設定部３２は、逆洗水の流量を所定の割合で増大させ、通水抵抗変化率に基づいて、逆洗時の逆洗流量を設定する。ここで、通水抵抗変化率とは、逆洗水の流量の変化量に対する通水抵抗値（通水抵抗検出部３１の検出値）の変化量の比率（＝通水抵抗値の変化量／逆洗水の流量の変化量）を意味する。

【0024】

処理水タンク４は、砂ろ過装置３の下流側に配置され、処理水を貯留する。そして、処理水タンク４は、この処理水を供給先の要求に応じて外部に供給するとともに、後述する逆洗工程において、この処理水を逆洗水として砂ろ過装置３に供給する。

【0025】

次に、この水処理システム１の処理工程について説明する。この処理工程には、主に、砂ろ過装置３で原水をろ過して処理水を生成するための通水工程と、砂ろ過装置３のろ過塔５内のろ材を逆洗水で逆洗して再生するための逆洗工程と、が含まれる。

【0026】

まず、通水工程では、図１Ａに示すように、第１制御弁Ｖ１および第２制御弁Ｖ２が開いているとともに、第３制御弁Ｖ３および第４制御弁Ｖ４が閉じている状態で、原水ポンプ２が駆動される。すると、原水供給源から原水が第１給水ラインＬ１を通ってろ過塔５内のろ材床の上方に供給される。そして、この原水がろ過塔５内のろ材床を上部から底部へ通過するときにろ過されて、処理水が生成される。その後、この処理水が第２給水ラインＬ２を通って処理水タンク４に供給される。

【0027】

また、逆洗工程では、図１Ｂに示すように、第１制御弁Ｖ１および第２制御弁Ｖ２が閉じているとともに、第３制御弁Ｖ３および第４制御弁Ｖ４が開いている状態で、逆洗水ポンプ６が駆動される。すると、処理水タンク４から処理水が第３給水ラインＬ３を通ってろ過塔５内のろ材床の下方に供給される。そして、この処理水が逆洗水としてろ過塔５内のろ材床を底部から上部へ通過するときに、ろ材を逆洗して再生する。その後、この処理水（逆洗水）が第４給水ラインＬ４を通って排出される。

【0028】

このような逆洗工程において、逆洗水の流量を増大させたとき、ろ過塔５内のろ材床の入口側（底部側）と出口側（上部側）との差圧がどのように変化するかについては、図３に示すように、Ｓ字カーブを描きつつ単調に増加するものと予想される。なお、図３のグラフにおいて、横軸は逆洗水の線速度（逆洗水の流量に相当）を表し、縦軸はろ材床の入口側と出口側との差圧を表す。

【0029】

すなわち、初期の静止層では、ろ過塔５内のろ材が展開しないため、逆洗水の流量にほぼ比例して差圧が増大する。その後、逆洗水の流量が増大すると、流動層に移行し、ろ材が逆洗水に持ち上げられて展開するため、逆洗水の流量が増大しても、差圧がほとんど増大しない。その結果、差圧の変化が緩やかになる。つまり、流量の変化量に対する差圧の変化量の比率（図３のグラフの傾き）を差圧変化率とすると、流動層における差圧変化率は、静止層における差圧変化率より小さくなる。その後、逆洗水の流量をさらに増大させると、スラッギングが発生して、差圧の変化がやや急になる。ここで、流動層に移行してからスラッギングが発生する前までの領域が、理想的な逆洗領域になる。

【0030】

実際、水温１７．５℃の条件下で、２個のカラム（カラム１、カラム２）を用いて、ろ材（平均粒径０．５ｍｍ）を展開するのに必要な差圧を実験（カラム実験）で確認した。なお、ろ材床の長さは約１０００ｍｍ、ろ材床の体積は約２Ｌとした。その結果、カラム１、カラム２のいずれについても、図４に示すように、上述した予想どおりの圧力挙動を示した。図４のグラフにおいて、横軸はカラム中の逆洗水の線速度（単位：ｍ／ｈ）を表し、縦軸はろ材床の入口側と出口側との差圧（単位：ｋＰａ）を表す。

【0031】

そこで、砂ろ過装置３の逆洗流量設定部３２は、ろ過塔５内のろ材を逆洗する際に、流動開始流量に基づいて逆洗流量を設定する。より具体的に、逆洗流量設定部３２は、流動開始流量の近傍の流量を逆洗流量として設定する。ここで、流動開始流量とは、差圧変化率が所定の閾値以下となる流量範囲の下限（図３に示すＦ１）における逆洗水の流量を意味する。また、流動開始流量の近傍の流量とは、流動開始流量よりも僅かに多い流量を意味する。流動開始流量の近傍の流量は、流動開始流量に所定の係数を乗じることによって求めてもよく、流動開始流量に所定の流量を加算することによって求めてもよい。

【0032】

その結果、砂ろ過装置３において、過不足のない流量範囲の逆洗水でろ過塔５内のろ材を逆洗することにより、逆洗工程を適正に進めることができる。したがって、逆洗水の流量が不足することに起因する不都合（ろ材の性能を十全に発揮できないこと）も、逆洗水の流量が過剰であることに起因する不都合（ろ材が流出する虞が高くなること）も、その発生を未然に防止することか可能となる。

【0033】

しかも、逆洗水の流量が流動開始流量に基づいて設定されるため、逆洗水の流量を簡易に設定することができる。また、逆洗水の流量が流動開始流量より大きくなるため、流動開始流量を決定する差圧の算出に誤差があっても、ろ過塔５内のろ材が展開している状態を確保することができる。

【0034】

［その他の実施形態］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前述した実施形態に限定されるものではない。また、本実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本実施形態に記載されたものに限定されるものではない。

【0035】

例えば、上述した第１実施形態では、水処理システム１の逆洗工程において、処理水を逆洗水として用いる場合について説明した。しかし、処理水と同等以上の品質を持つ清浄水を逆洗水として代用または併用することもできる。

【0036】

また、上述した第１実施形態では、水処理システム１の逆洗工程において、流動開始流量の近傍の流量を逆洗流量として設定する場合について説明した。しかし、必ずしも流動開始流量の近傍の流量を逆洗流量として設定する必要はなく、差圧変化率が所定の閾値以下となる流量範囲内の任意の流量を逆洗流量として設定しても構わない。

【0037】

また、上述した第１実施形態では、水処理システム１の逆洗工程において、逆洗水の流量を増大させて流動開始流量を決定する場合について説明した。この逆洗水の流量を増大させる動作は、必ずしも流量ゼロから始める必要はなく、流動開始流量より少ないことが予め分かっている流量から始めてもよい。

【0038】

また、上述した第１実施形態では、水処理システム１の逆洗工程において、差圧変化率（すなわち、流量の変化量に対する差圧の変化量の比率）に着目して逆洗流量を設定する場合について説明した。しかし、例えば、逆洗流量が時間に比例して増えるように制御することにより、時間に対する差圧の変化量の比率（差圧の変化速度）を代用することも可能である。

【0039】

また、上述した第１実施形態では、ろ材を逆洗する際に、逆洗水の通水抵抗が圧力損失となって現れるとの考えに立脚して、ろ材床の入口側と出口側との差圧から通水抵抗値を求める場合について説明した。しかし、ろ材床の入口側と出口側との差圧に限らず、何らかの手法で通水抵抗値を求めるようにすればよい。例えば、ろ材床の入口側の圧力のみで代用することも可能である。この場合、逆洗時の逆洗流量として設定するときに、差圧変化率に代えて通水抵抗変化率（すなわち、流量の変化量に対する通水抵抗値の変化量の比率）を用いることにより、差圧変化率を用いる場合と同様に、過不足のない流量範囲の逆洗水でろ過塔５内のろ材を逆洗して、逆洗工程を適正に進めることができる。

【0040】

また、上述した第１実施形態では、ろ過装置が砂ろ過装置３である場合について説明した。しかし、ろ材を逆洗水で逆洗して再生するものである限り、その他のろ過装置（例えば、除鉄除マンガン装置、活性炭ろ過装置など）にも、本発明を同様に適用することができる。

【0041】

また、上述した第１実施形態では、ろ過装置としての砂ろ過装置３が１台だけ設置された水処理システム１について説明した。しかし、複数（同種であると異種であるとを問わず）のろ過装置が設置された水処理システム（図示せず）に本発明を同様に適用することも可能である。

【0042】

さらに、本発明は、これを単独で用いてもよく、また、逆洗水の温度に応じて逆洗流量を適宜増減させる従来の技術と組み合わせて使用しても構わない。

【符号の説明】

【0043】

１……水処理システム
２……原水ポンプ
３……砂ろ過装置（ろ過装置）
４……処理水タンク
５……ろ過塔
６……逆洗水ポンプ（給水手段）
３１……通水抵抗検出部（通水抵抗検出手段）
３２……逆洗流量設定部（逆洗流量設定手段）
Ｌ１……第１給水ライン
Ｌ２……第２給水ライン
Ｌ３……第３給水ライン
Ｌ４……第４給水ライン

【図1A】

【図1B】

【図2】

【図3】

【図4】