濾過システム
【課題】高濁度の水に対しても良好な浄化を実現できる緩速濾過法に基づく砂濾過システムが望まれていた。
【解決手段】第１濾過槽１１および第２濾過槽１２が直列に接続された２段式の砂濾過システムとする。第１濾過槽１１の濾過速度は、第２濾過槽１２の濾過速度よりも速くし、たとえば第２濾過槽１２の濾過速度の４倍とする。第１濾過槽１１で１次濾過された水は第２濾過槽１２へ供給されるが、第２濾過槽１２の濾過速度は第１濾過槽１１よりも遅いため、供給された水の一部は溢水口２０から溢水戻し管２１を通って常時沈殿槽２２へ戻される。
【効果】第２濾過槽１２においてスカムの発生が抑制され、第１濾過槽１１で１次濾過された水を第２濾過槽１２において良好に緩速濾過法により濾過できる。
【解決手段】第１濾過槽１１および第２濾過槽１２が直列に接続された２段式の砂濾過システムとする。第１濾過槽１１の濾過速度は、第２濾過槽１２の濾過速度よりも速くし、たとえば第２濾過槽１２の濾過速度の４倍とする。第１濾過槽１１で１次濾過された水は第２濾過槽１２へ供給されるが、第２濾過槽１２の濾過速度は第１濾過槽１１よりも遅いため、供給された水の一部は溢水口２０から溢水戻し管２１を通って常時沈殿槽２２へ戻される。
【効果】第２濾過槽１２においてスカムの発生が抑制され、第１濾過槽１１で１次濾過された水を第２濾過槽１２において良好に緩速濾過法により濾過できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、緩速濾過法を適用した濾過装置に関し、特に、緩速２段濾過法により水を濾過して浄化するための濾過システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
緩速濾過法は、たとえば砂層と砂層表面に増殖した微生物群によって水中の浮遊物質や溶解物質等の不純物を捕獲、酸化分解する作用に依存した浄水方法である。この方法は、比較的良好な原水（被処理水）に適する方法で、生物の機能を阻害しなければ、水中の懸濁物質や細菌を除去できるだけでなく、臭気、鉄、マンガン等も除くことができるといわれている。
【０００３】
浄化機能は、被処理水が細かい砂層を遅い速度で通過することにより、砂層表面で、水中の懸濁物質が抑留される。この抑留物質に、藻類や微生物が繁殖して、生物濾過層が形成される。この生物濾過層が形成されると懸濁物の阻止率が極めて高くなる。
緩速濾過における懸濁物の阻止は砂層の表面に集中するので、その部分で大きな濾過損失を生じる。砂層のごく表層のみで懸濁物の抑止が行われるので、濁度の高い水や藻類の異常に多い水は、表層の損失水頭を短時間に高め、濾過持続時間を短縮させる問題がある。よって、濁度が１０度の被処理水が限界である。
【０００４】
つまり、緩速濾過法は、一般に、被処理水の水質が比較的良好な場合には有効であるが、被処理水の水質が悪い場合には濾過効率や濾過性能を長時間良好に維持できない。
そこで、緩速濾過法によって、より効率の良い濾過を実現するために、逆洗付き２段細砂濾過装置が提案されている。
【特許文献１】特開２００５−２１１８０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
水の浄化方法として、一般に、緩速濾過法および急速濾過法が知られている。急速濾過法は、日本で広く用いられている水の濾過方法で、濁った水に硫酸バンド等の薬品を注入して、沈殿除去後、高速に濾過する方法である。ところが、急速濾過法は、濾過槽以外の付帯設備に場所を要し、薬品を混入するとともに、有機物や細菌の除去のために塩素を添加しなければならない。このため、維持管理コストが高価になるとともに、薬品代等も必要であるという問題がある。
【０００６】
そこで、本願発明者は、緩速濾過法に着目し、緩速濾過法において、（１）スカム対策（増殖藻類の対策）、（２）高濁度対策（濁度の高い水でも浄化できるように対策）、および（３）生活水混流水（有機物の含まれた水）に対する対策、を講じた新たな緩速濾過システムを開発した。
この発明は、高濁度の水に対しても良好な浄化を実現できる緩速濾過法に基づく濾過システムを提供することを主たる目的とする。
【０００７】
この発明は、また、増殖藻類の発生を抑え、長期間良好な濾過を持続できる緩速濾過法に基づく濾過システムを提供することを他の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１記載の発明は、第１濾過槽で濾過された水を第２濾過槽に移送し、当該第２濾過槽で当該水を更に濾過する濾過システムであって、前記第１濾過槽は、第１水槽と、前記第１水槽内に収容され、第１水槽内を水が通過することにより水に含まれる不純物を濾過するための第１濾過層と、前記第１濾過層で濾過された水を取り出すための第１水出口と、前記第１水出口から前記第２濾過槽に水を移送するための配水管とを有し、前記第２濾過槽は、前記配水管を介して移送される水を溜める第２水槽と、前記第２水槽内に収容され、第２水槽内を水が通過することにより水に含まれる不純物を濾過するための第２濾過層と、前記第２水槽に所定水位以上溜まる水を溢水させるための溢水口と、前記第２濾過層で濾過された水を取り出すための第２水出口とを有し、前記第１濾過槽の濾過速度は前記第２濾過槽の濾過速度よりも速くされており、前記第２濾過槽は、常時、前記溢水口から水が溢れ出るようにされていて、前記溢水口から溢れ出る水を前記第１濾過槽側へ戻すための溢水戻し装置が設けられていることを特徴とする濾過システムである。
【０００９】
請求項２記載の発明は、前記第２水槽を覆う遮光部材を備え、当該遮光部材には所定の透過光量の採光部が設けられていることを特徴とする、請求項１記載の濾過システムである。
請求項３記載の発明は、前記第２水出口から流出する水を溜めるための逆洗浄用タンクと、前記逆洗浄用タンクに溜められた水を前記第１濾過層の下方から前記第１水槽へ流入させる逆洗浄用水路とを有し、前記第１水槽の上部には、逆洗浄時の水を流出させるための逆洗浄水出口が備えられていることを特徴とする、請求項１または２に記載の濾過システムである。
【００１０】
請求項４記載の発明は、逆洗浄時に、前記逆洗浄用タンクに溜められた水を前記逆洗浄用水路を介して前記第１水槽へ流入させる処理は重力を利用して行われることを特徴とする、請求項３記載の濾過システムである。
請求項５記載の発明は、前記第１水槽に流入する水を一定量に維持するための定量供給装置が備えられていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の濾過システムである。
【００１１】
請求項６記載の発明は、前記定量供給装置は、水を前記第１水槽へ定量流入させるための水移送ポンプを含むことを特徴とする、請求項５記載の濾過システムである。
請求項７記載の発明は、前記定量供給装置は、前記第１水槽の上部に設けられ、供給される水を一定量ずつ第１水槽内へ流入させ、それ以上の水は前段側へ戻す計量槽を含むことを特徴とする、請求項５記載の濾過システムである。
【００１２】
請求項８記載の発明は、前記第１濾過槽および／または前記第２濾過槽は、水の比重より重い粒状の濾材を含む構成であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の濾過システムである。
請求項９記載の発明は、前記溢水口から溢れ出る水量は、前記第１水槽へ流入する水の汚濁度に応じて変更することを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の濾過システムである。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１記載の発明によれば、被処理水は第１濾過槽および第２濾過槽で緩速濾過法による濾過され、２段階で濾過され、不純物が除かれた浄水となる。
請求項１において、濾過速度とは、単位時間当りに濾過槽で濾過される水量（濾過される水の総量）のことである。第１濾過槽の濾過速度は第２濾過槽の濾過速度よりも速くされているので、第１濾過槽では緩速濾過法および急速濾過法の双方の機能を併せ持った濾過が行われ、生物濾過槽の目詰まり等が生じにくく、被処理水中の不純物を大まかに除去される。
【００１４】
そして、大まかに不純物が除去された被処理水は、第２濾過槽において緩速濾過により濾過され、浄水となる。第２濾過槽の水はその一部が常時溢れ出ているため、第２濾過槽においてスカムの発生を防止できる。
請求項２記載の発明によれば、第２濾過槽における生物濾過膜の育成を保ちながら、濾過に不適切な藍藻類等のスカムの発生を抑えた濾過システムとすることができる。
【００１５】
請求項３記載の発明によれば、第１濾過槽の第１濾過層を逆洗浄水により洗浄し、第１濾過層のメンテナンスを行うことができる。
逆洗浄は、請求項４記載のように、重力を利用して逆洗浄水を流す構成とすれば、逆洗浄のために大型の駆動装置（ポンプ等）を必要とせず、廉価な逆洗浄装置を備えた濾過システムとすることができる。
【００１６】
請求項５記載の発明によれば、第１濾過槽の濾過速度に見合った量の被処理水を第１濾過槽へ供給することができる。よって、第１水槽から水が溢れたり、濾過する水が不足することがない。また、第１濾過槽はその濾過性能に応じた良好な濾過を行うことができる。
請求項６記載の発明によれば、水移送ポンプにより河川の水等を汲み上げ、第１濾過槽へ定量供給することができる。
【００１７】
請求項７記載の発明によれば、第１水槽へ流入する水（被処理水）が計量槽で一定量に調整される。よって、第１水槽へ供給される水が、たとえば重力を利用して流れ込む水であって流量が経時的に変化する場合であっても、あるいはポンプにより汲み上げられる水であってポンプの汲み上げ性能が調整できないような場合であっても、常に一定量に調整することができる。
【００１８】
請求項８記載の発明によれば、水の比重より重い粒状の濾材、たとえば砂、細砂、人工的に作ったセラミック粒子、金属粒子などを用いることにより、良好な緩速濾過を行うことができる。
請求項９記載の発明によれば、第２濾過槽により良好な緩速濾過を実現でき、また、スカムの発生を効率良く阻止することができる。さらに、被処理水の汚濁が多いときは溢水を増やし、戻し装置により戻された水が第１濾過槽で再濾過されるような構成とすることにより、第２濾過槽が短時間で閉塞することを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下には、図面を参照して、この発明の一実施形態として、２段式の砂濾過システムを例にとって具体的に説明をする。
図１は、この発明の一実施形態に係る２段式砂濾過システムの全体構成を示す図である。この実施形態に係る砂濾過システムには、第１濾過槽１１および第２濾過槽１２が備えられており、第１濾過槽１１および第２濾過槽１２は直列に接続されている。
【００２０】
第１濾過槽１１は、円筒状の第１水槽１３を有し、第１水槽１３内には上方から流入する水を自然落下により通過させ、水に含まれる不純物を濾過するための第１濾過砂層１４が収容されている。また、第１水槽１３の上部には定量供給部としての計量槽１５が備えられている。計量槽１５は供給される水を一定量ずつ水槽１３内へ流入させ、それ以上の水は上流側へ戻す機能を有している。計量槽１５は、この実施形態では、５〜９Ｌ／ｍｉｎの流量で水（被処理水）を第１濾過槽１１へ流入させる。第１水槽１３の下部には、第１濾過砂層１４で濾過された水を取り出すための第１水出口１６と、第１水出口１６から流出する水を重力により移送するための配水管１７とが備えられている。
【００２１】
第１水槽１３の寸法は、直径φ＝５６５ｍｍ、高さＨ＝２０００ｍｍである。また、その内部に収容された第１濾過砂層１４は、下層が砂利層（濾層厚：２５０ｍｍ）、上層がマンガン砂層（濾層厚：１０００ｍｍ）の２層構造とされている。
第２濾過槽１２は、遮光部材で構成された直方体状の第２水槽１８を有する。第２水槽１８内には上方から流入する水を自然落下により通過させ、水に含まれる不純物を濾過するための第２濾過砂層１９が収容されている。第２水槽１８の寸法は、長さＬ＝１１２０ｍｍ、幅Ｗ＝９００ｍｍ、高さＨ＝８５０ｍｍである。第２濾過砂層１９は下層が砂利層（濾層厚：３００ｍｍ）で、上層がマンガン砂層（濾層厚：２００ｍｍ）の２層構造とされている。そして、第２濾過槽１２内の水深を示す揚程の上限は３５０ｍｍとされ、それ以上の水（被処理水）が流入すると、その流入した所定水位以上の水は溢水口２０から溢れ出る構成となっている。溢水口２０には溢水戻し装置としての溢水戻し管２１が接続されており、溢水は溢水戻し管２１を経由して計量槽１５の上流側である沈殿槽２２へ戻される構成となっている。
【００２２】
ここで、第１濾過槽１１に溜められた水の水位２３は相対的に高く、第２濾過槽１２に溜められた水の水位２４は相対的に低く、両水位の間には高低差ｈ0 が生じるように設計されている。それゆえ、第１濾過槽１１で濾過されて第１水出口１６から流出する水は配水管１７に案内され第２濾過槽１２の第２水槽１８上部から重力により自然流入する。
第２濾過槽１２において第２濾過砂層１９で濾過された水は、第２水槽１８の下部に設けられた第２水出口２５から流出する。そして浄水バッファタンク２６に一時貯留され、浄化された処理水として取り出される。
【００２３】
ここで、第１濾過槽１１および第２濾過槽１２の濾過方法について説明をしておく。
第１濾過槽１１も、第２濾過槽１２も、原理的には緩速濾過法による濾過を行っている。
第１濾過槽１１および第２濾過槽１２の濾過の仕様を表１に示す。
【００２４】
【表１】
【００２５】
表１に示すように、第１濾過槽１１は、濾過速度が２８ｍ／日であり、第２濾過槽１２は濾過速度が７ｍ／日であって、第１濾過槽１１の濾過速度が第２濾過槽１２の濾過速度よりも速くされている。具体的には、この実施形態では、第１濾過槽１１の濾過速度は第２濾過槽１２の濾過速度の約４倍強に設定されている。
この実施形態では、第１濾過槽１１の第１濾過砂層１４を、２５０ｍｍの支持層および１０００ｍｍの濾過層の２層構成とし、支持層を１．０〜１０ｍｍの砂利で構成し、濾過層は０．６〜１．２ｍｍのフェライト系マンガン砂で構成した。
【００２６】
一方、第２濾過槽１２の第２濾過砂層１９は、３００ｍｍの支持層および２００ｍｍの濾過層の２層構成とし、支持層は１．０〜１０ｍｍの砂利で構成し、濾過層は０．３〜０．３５ｍｍのマンガン砂で構成した。マンガン砂の粒径を０．３〜０．３５ｍｍとしたことにより、有機物に対する最適な濾過を行える。
緩速濾過法では、懸濁物の阻止は、濾過層（砂層）の表面に集中し、ごく表層のみで懸濁物の抑止が行われる。なぜなら、緩速濾過では、砂層の表層部に抑留された抑留物質に藻類や微生物が繁殖して生物濾過層が形成されることにより、懸濁物の阻止率が極めて高くなるからである。ところが、生物濾過層が珪藻類のみで構成されている場合は良好な濾過が行われるが、藍藻類が発生したり増殖するとスカムとなるので、スカム発生を防止しなければならない。さらに、緩速濾過では、砂層表層部のみで懸濁物の抑止が行われるので、表層部の損失水頭が高まった場合には、表層部のメンテナンスを行わなければならない。
【００２７】
ところで、第１濾過槽１１における濾過機能を厳密に考察すると、第２濾過槽１２よりも濾過速度を速くしているために、緩速濾過法の特性と、急速濾過法の特性の両方の特性を有すると推定される。すなわち、（１）急速濾過における物理的処理（濁質成分の捕捉）、（２）緩速濾過における生物的処理（生物濾過）、の２つの特性を併せ持つと推定される。そこで、第１濾過槽１１に対してのみ、逆洗浄による砂のメンテナンスを行う構成を採用した。
【００２８】
すなわち、この実施形態では、第１濾過槽１１の第１濾過砂層１４を逆洗浄するための逆洗浄タンク３０が備えられている。逆洗浄タンク３０は、その容積がたとえば５００Ｌであり、タンク内底面３０ｂの高さ位置が第１濾過槽１１の水位２３よりも高い位置に設置されている。浄水バッファタンク２６に溜まった浄水は、ポンプ３１で汲み出され、汲み上げ水路３２を通って逆洗浄タンク３０に貯留される。逆洗浄タンク３０内にはフロートスイッチ３３が備えられており、フロートスイッチ３３により逆洗浄タンク３０内に浄水が満たされると、ポンプ３１による汲み出しが停止される。
【００２９】
第１濾過槽１１により予め定める時間の濾過が行われるごとに、または、第１濾過槽１１の損失水頭が所定値に達するごとに、逆洗浄タンク３０に溜められた浄水は逆洗浄水供給管３４を通って第１水槽１３下部に設けられた第１水出口１６から第１水槽１３下方へ流入する。そして流入する水は第１水槽１３内を上向流として流れ、第１濾過砂層１４の逆洗浄を行う。これにより、第１濾過砂層１４の主として表層部に付着していた抑留物質は第１水槽１３の上部に設けられた逆洗浄水出口からオーバーフローにより流出する。逆洗浄終了後には、粒度の大きな砂から先に沈降し、下層に粒径の大きな濾過砂（支持材としての砂利）が成層し、上層に細かな濾材としての濾過砂（細砂層）が成層する。よって、逆洗浄後は、第１濾過砂層１４は元の状態に戻る。
【００３０】
なお、逆洗浄水供給管３４、第１水出口１６および配水管１７の間で不所望の方向へ水が流れないように、第１水出口１６近傍の逆洗浄水供給管３４にはバルブ３６が設けられ、同様に、第１水出口１６近傍の配水管１７にもバルブ３７が設けられている。
第１濾過槽１１の第１砂濾過層１４を逆洗浄するために、浄水を逆洗浄タンク３０に溜める構成を採用すると、比較的低能力のポンプ３１により、浄水バッファタンク３６に溜まった水を汲み上げることができ、逆洗浄のための装置構成を簡素なものとすることができる。換言すれば、逆洗浄タンク３０を設けず、たとえば浄水バッファタンク２６に溜められた水をポンプ圧により逆洗浄に用いようとすると、能力の高いポンプを用いなければならず、設備が高価なものとなってしまう。この実施形態では、逆洗浄タンク３０を設け、逆洗浄水を重力により流す構成としたので、簡素な構成で逆洗浄を実現することができる。なお、高出力ポンプ等により第１濾過槽の逆洗浄を行う構成を採用することも、もちろん可能である。
【００３１】
一方、第２濾過槽１２には、その濾過速度以上に配水管１７を通って第１濾過槽１１で１次濾過された水が供給される。このため、第２濾過槽１２の水位２４が溢水口２０に達すると、溢水口２０から溢水戻し管２１を通って余剰水が沈殿槽２２へ戻される。この実施形態では第２濾過槽１２内の上方に溜まった水は常時溢水口２０から溢れ出ているため、第２濾過槽１２に溜まった水の水面にスカムが発生することはほとんどない。
【００３２】
また、第２濾過槽１２は、第２水槽１８が遮光部材で構成されると共に、遮光蓋２７が被せられている。遮光蓋２７には、たとえば直径２００ｍｍの入光用ガラス窓が備えられていて、当該ガラス窓からの光のみが第２濾過槽１２内へ入射する仕組みである。それ以外の光は遮られている。このため、上記溢水と併せて、第２濾過槽１２内で藍藻類が増殖することが防止されている。その反面、珪藻は育成するようにされている。よって、第２濾過槽１２において緩速濾過による良好な２次濾過を行うことができる。
【００３３】
なお、第２水槽１８を遮光部材で構成し、遮光蓋２７を被せる構成に代えて、第２水槽１８（第２濾過槽１２）を遮光部材で覆い、その遮光部材には所定の大きさ、または所定の透光性を有する採光部が設けられている構成としてもよい。つまり、藍藻類の増殖を阻止するが、珪藻の育成を助ける光を導入する採光部（採光窓や採光スリットなど）が設けられた構成としてもよい。
【００３４】
第２濾過槽１２において、溢水口２０から溢水戻し管２１を通って戻される水の水量は、第２濾過槽１２へ供給される水の水量の１／２０〜１／２の範囲に設定されている。この範囲であれば、溢水により藍藻の増殖を阻止でき（良好なスカム対策を実現でき）、濾過システムとしての損失、すなわち１次濾過された水を無駄にせず、いかに効率良く２次濾過するかという観点から見た損失も少ない。
【００３５】
なお、戻される水の量は、被処理水の汚濁度により変更してもよい。被処理水の汚濁度が高い場合は、第２濾過槽１２へ供給される水のたとえば約半分を溢水させて第１濾過槽１１の上流側へ戻す。こうすると、第１濾過槽１１で再濾過される被処理水の割合が増え、１次濾過によりある程度まで浄化された水を第２濾過槽１２で緩速濾過することができる。よって、第２濾過槽１２の濾過性能が長時間維持でき、メンテナンス回数を減らすことができる。溢水により戻す水の量は、被処理水の汚濁度が低い程、上記１／２より減らした所定量とすればよい。
【００３６】
この実施形態においては、第１濾過槽１１から第２濾過槽１２へは、重力により水が移送される構成とした。このため、第２濾過槽１２の溢水口２０からの溢水は溢水戻し管２１を通って沈殿槽２２へ重力により戻される構成とした。つまり、溢水の戻し先を、第１濾過槽１１側であって、第１濾過槽１１よりも前段の水位が低い沈殿槽１２とした。このような構成に代え、溢水口２０からの溢水を、たとえば第１濾過槽１１へ戻すように構成することも可能である。その場合、水の位置エネルギーが高い場所に戻すことになり、重力のみでは戻せない。そこで、溢水戻し管２１にポンプを介挿（溢水戻し管２１およびポンプ（図示せず）によって溢水戻し装置を構成）し、ポンプの力によって溢水口２０からの溢水が第１濾過槽１１（より具体的には第１水槽１３の上方から該水槽１３内）へ戻される構成とすることもできる。この場合、第１濾過槽１１へ戻される溢水量は一定であるから、計量槽１５を通じて供給される水の量を調整することにより、第１濾過槽１１へ流入する水のトータル量を一定に維持することができる。また、この場合、第２濾過槽１２からの溢水が第１濾過槽で確実に再濾過され、第２濾過槽１２へ流入する水を相対的に濁度の低いものとすることができる。
【００３７】
図１をさらに参照して、この実施形態では、河川の水がポンプ４０により汲み上げられる。汲み上げ水路４１におけるポンプ４０の上流側にはたとえば金網等で構成された大きな塵挨を除去するためのフィルタ４２が備えられている。ポンプ４０で汲み上げられる河川の水（原水）は沈殿槽２２に一旦溜められる。沈殿槽２２にはフロートスイッチ４３が備えられており、フロートスイッチ４３によりポンプ４０のオン／オフが制御される。汲み上げられた原水は、まず、第１槽２２ａに溜められる。第１槽２２ａに溜まった水は仕切り壁４４を超えて第２槽２２ｂへ流入する。すなわち、ポンプ４０で汲み上げられた水は第１槽２２ａへ一旦流入し、原水に含まれる汚濁物質のうち重量の重いものは第１槽２２ａの底面に沈殿する。そして原水の主として上澄み水が第２槽２２ｂへ流入する。
【００３８】
沈殿槽２２の第２槽２２ｂの水はポンプ４５により汲み上げ管４６を通って汲み上げられ、被処理水用タンク４７に溜められる。被処理水用タンク４７にはフロートスイッチ４８が備えられている。フロートスイッチ４８により被処理水用タンク４７に常時一定量の被処理水が溜まるようにポンプ４５が駆動される。
被処理水用タンク４７に溜まった水はポンプ４９により汲み出され、給水管５０を通って計量槽１５へ供給される。そして計量槽１５により水は一定量ずつ第１水槽１３へ上方から供給される。たとえば５Ｌ／ｍｉｎ（処理量７．２ｍ3 ／日相当）の水が供給される。それ以上の水は、循環管５１を経て被処理水用タンク４７へ戻される。
【００３９】
上記の構成において、ポンプ４９を、たとえば５Ｌ／ｍｉｎの水を定量汲み上げることのできる定量ポンプとすることにより、計量槽１５および循環管５１を省略することができる。
この実施形態では、河川の水を汲み上げ、第１濾過槽１１へ供給するために３つのポンプ４０、４５、４９を有する構成としているが、被処理水がたとえば山間部の池や湖等の水であり、その水を重力により第１濾過槽１１へ導ける場合には、ポンプ等の動力源を不要にすることは、もちろん可能である。
【００４０】
図２は、計量槽１５の構成および作用を説明するための図解図である。
計量槽１５は、小容量のタンク６１を備え、タンク６１の底面には給水管５０（図１参照）の上端が連通されている。ポンプ４９（図１参照）で汲み上げられる被処理水は給水管５０を送られ、タンク６１の底面側からタンク６１内に溜まる。タンク６１の上方側壁には流出口６２が形成されている。タンク６１に被処理水が溜まり、その水位が流出口６２を超えると、流出口６２から被処理水は流出して、第１濾過槽１１（第１水槽１３）へと流入する。流出口６２の開口面積は一定であるから、流出口６２全体を通って水が流出する際、その流出量は一定量に保たれる。給水管５０によりタンク６１へ供給される被処理水の量が流出口６２から流出する水量よりも多い場合、余剰の水はタンク６１の上部（流出口６２よりも上位側）に設けられた戻し口６３から流れ出、循環管５１を通って被処理水用タンク４７へ戻る。
【００４１】
なお、計量槽１５の構成は、上述した構成のものに限定されるわけではなく、被処理水を第１濾過槽１１へ定量供給できる構成であれば他の構成であってもよい。
図３に、図１に示す２段式の砂濾過システムにより検証した被処理水の浄化における濁度の性能推移を示す。また、図４に被処理水の色度の性能推移を示す。
図３において、横軸は日数を示し、縦軸は濁度（ＮＴＵ）を表わしている。
【００４２】
図３に示すように、原水の濁度は、日により大きく変動している。これは、原水は河川の水であり、降雨時の汚濁の変動等により濁度が大きく変化するからである。
これに対し、第１濾過槽１１で濾過した後の水はその濁度がかなり低くなっており、さらに第２濾過槽１２により濾過した処理水は、その濁度がほとんどゼロに近く安定していることが理解できる。
【００４３】
なお、図３において第１１日目〜第２０日目および第３０日目〜第３９日目の間は、装置の点検のために稼働させなかったので、データが欠落している。
図４の色度の性能推移のグラフにおいても、横軸は日数であり、縦軸は色度（ＴＣＵ）を表わしている。
色度についても、原水である河川の水は降雨時の汚濁の変動が激しく、色度が大きく変動している。これに対し、第１濾過槽１１で濾過した後の水はその色度がかなり低下されていることがわかる。さらに第２濾過槽１２によって濾過された後の水は、原水の色度が大きい場合であってもかなり低い色度まで増加されていることが理解できる。
【００４４】
図４においても、第１１日目〜第２０日目および第３０日目〜第３９日目の間は、装置を停止して点検していたため、データが取られていない。
図５に、図１に示す砂濾過システムに使用した原水、第１濾過槽１１で濾過した後の水および第２濾過槽１２で濾過した後の水を、参考写真として示す。
図５に示すように、茶褐色に濁った原水が、第１濾過槽１１により濾過され、さらに第２濾過槽１２で濾過された後には、透明な浄水になっていることが理解できる。
【００４５】
この実施形態の２段式の砂濾過システムでは、第１濾過槽１１の第１濾過砂層１４にはフェライト系マンガン砂を用い、第２濾過槽１２の第２濾過砂層１９にはマンガン砂を用いたが、これは、浄水実験に使用した被処理水（原水）の特性を考慮したためである。濾材としての細砂の種類や粒径は、被処理水の性質に合わせて適切なものを採用すればよく、この実施例の内容に限定されるものではない。
【００４６】
この実施形態では、濾過システムを砂濾過システムとして構成したので、濾材は、第１濾過槽１１および第２濾過槽１２共に砂（細砂）を用いた。しかし、この発明において、濾材は砂に限定されるものではなく、水の比重より重たい粒状の濾材、たとえばセラミック粒子、金属粒子等の砂以外の濾材を用いることもできる。
この発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】この発明の一実施形態に係る２段式砂濾過システムの全体構成を示す図である。
【図２】計量槽１５の構成および作用を説明するための図解図である。
【図３】この発明の一実施形態に係る２段式砂濾過システムにより検証した被処理水の浄化における濁度の性能推移を示すグラフである。
【図４】この発明の一実施形態に係る２段式の砂濾過システムにより検証した被処理水の浄化における色度の性能推移を示すグラフである。
【図５】この発明の一実施形態に係る２段式の砂濾過システムに使用した原水、第１濾過槽１１で濾過した後の水および第２濾過槽１２で濾過した後の水を示す参考写真である。
【符号の説明】
【００４８】
１１ 第１濾過槽
１２ 第２濾過槽
１３ 第１水槽
１４ 第１濾過砂層
１５ 計量槽
１６ 第１水出口
１７ 配水管
１８ 第２水槽
１９ 第２濾過砂層
２０ 溢水口
２１ 溢水戻し管
２５ 第２水出口
３０ 逆洗浄タンク
３５ 逆洗浄水出口
【技術分野】
【０００１】
この発明は、緩速濾過法を適用した濾過装置に関し、特に、緩速２段濾過法により水を濾過して浄化するための濾過システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
緩速濾過法は、たとえば砂層と砂層表面に増殖した微生物群によって水中の浮遊物質や溶解物質等の不純物を捕獲、酸化分解する作用に依存した浄水方法である。この方法は、比較的良好な原水（被処理水）に適する方法で、生物の機能を阻害しなければ、水中の懸濁物質や細菌を除去できるだけでなく、臭気、鉄、マンガン等も除くことができるといわれている。
【０００３】
浄化機能は、被処理水が細かい砂層を遅い速度で通過することにより、砂層表面で、水中の懸濁物質が抑留される。この抑留物質に、藻類や微生物が繁殖して、生物濾過層が形成される。この生物濾過層が形成されると懸濁物の阻止率が極めて高くなる。
緩速濾過における懸濁物の阻止は砂層の表面に集中するので、その部分で大きな濾過損失を生じる。砂層のごく表層のみで懸濁物の抑止が行われるので、濁度の高い水や藻類の異常に多い水は、表層の損失水頭を短時間に高め、濾過持続時間を短縮させる問題がある。よって、濁度が１０度の被処理水が限界である。
【０００４】
つまり、緩速濾過法は、一般に、被処理水の水質が比較的良好な場合には有効であるが、被処理水の水質が悪い場合には濾過効率や濾過性能を長時間良好に維持できない。
そこで、緩速濾過法によって、より効率の良い濾過を実現するために、逆洗付き２段細砂濾過装置が提案されている。
【特許文献１】特開２００５−２１１８０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
水の浄化方法として、一般に、緩速濾過法および急速濾過法が知られている。急速濾過法は、日本で広く用いられている水の濾過方法で、濁った水に硫酸バンド等の薬品を注入して、沈殿除去後、高速に濾過する方法である。ところが、急速濾過法は、濾過槽以外の付帯設備に場所を要し、薬品を混入するとともに、有機物や細菌の除去のために塩素を添加しなければならない。このため、維持管理コストが高価になるとともに、薬品代等も必要であるという問題がある。
【０００６】
そこで、本願発明者は、緩速濾過法に着目し、緩速濾過法において、（１）スカム対策（増殖藻類の対策）、（２）高濁度対策（濁度の高い水でも浄化できるように対策）、および（３）生活水混流水（有機物の含まれた水）に対する対策、を講じた新たな緩速濾過システムを開発した。
この発明は、高濁度の水に対しても良好な浄化を実現できる緩速濾過法に基づく濾過システムを提供することを主たる目的とする。
【０００７】
この発明は、また、増殖藻類の発生を抑え、長期間良好な濾過を持続できる緩速濾過法に基づく濾過システムを提供することを他の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１記載の発明は、第１濾過槽で濾過された水を第２濾過槽に移送し、当該第２濾過槽で当該水を更に濾過する濾過システムであって、前記第１濾過槽は、第１水槽と、前記第１水槽内に収容され、第１水槽内を水が通過することにより水に含まれる不純物を濾過するための第１濾過層と、前記第１濾過層で濾過された水を取り出すための第１水出口と、前記第１水出口から前記第２濾過槽に水を移送するための配水管とを有し、前記第２濾過槽は、前記配水管を介して移送される水を溜める第２水槽と、前記第２水槽内に収容され、第２水槽内を水が通過することにより水に含まれる不純物を濾過するための第２濾過層と、前記第２水槽に所定水位以上溜まる水を溢水させるための溢水口と、前記第２濾過層で濾過された水を取り出すための第２水出口とを有し、前記第１濾過槽の濾過速度は前記第２濾過槽の濾過速度よりも速くされており、前記第２濾過槽は、常時、前記溢水口から水が溢れ出るようにされていて、前記溢水口から溢れ出る水を前記第１濾過槽側へ戻すための溢水戻し装置が設けられていることを特徴とする濾過システムである。
【０００９】
請求項２記載の発明は、前記第２水槽を覆う遮光部材を備え、当該遮光部材には所定の透過光量の採光部が設けられていることを特徴とする、請求項１記載の濾過システムである。
請求項３記載の発明は、前記第２水出口から流出する水を溜めるための逆洗浄用タンクと、前記逆洗浄用タンクに溜められた水を前記第１濾過層の下方から前記第１水槽へ流入させる逆洗浄用水路とを有し、前記第１水槽の上部には、逆洗浄時の水を流出させるための逆洗浄水出口が備えられていることを特徴とする、請求項１または２に記載の濾過システムである。
【００１０】
請求項４記載の発明は、逆洗浄時に、前記逆洗浄用タンクに溜められた水を前記逆洗浄用水路を介して前記第１水槽へ流入させる処理は重力を利用して行われることを特徴とする、請求項３記載の濾過システムである。
請求項５記載の発明は、前記第１水槽に流入する水を一定量に維持するための定量供給装置が備えられていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の濾過システムである。
【００１１】
請求項６記載の発明は、前記定量供給装置は、水を前記第１水槽へ定量流入させるための水移送ポンプを含むことを特徴とする、請求項５記載の濾過システムである。
請求項７記載の発明は、前記定量供給装置は、前記第１水槽の上部に設けられ、供給される水を一定量ずつ第１水槽内へ流入させ、それ以上の水は前段側へ戻す計量槽を含むことを特徴とする、請求項５記載の濾過システムである。
【００１２】
請求項８記載の発明は、前記第１濾過槽および／または前記第２濾過槽は、水の比重より重い粒状の濾材を含む構成であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の濾過システムである。
請求項９記載の発明は、前記溢水口から溢れ出る水量は、前記第１水槽へ流入する水の汚濁度に応じて変更することを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の濾過システムである。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１記載の発明によれば、被処理水は第１濾過槽および第２濾過槽で緩速濾過法による濾過され、２段階で濾過され、不純物が除かれた浄水となる。
請求項１において、濾過速度とは、単位時間当りに濾過槽で濾過される水量（濾過される水の総量）のことである。第１濾過槽の濾過速度は第２濾過槽の濾過速度よりも速くされているので、第１濾過槽では緩速濾過法および急速濾過法の双方の機能を併せ持った濾過が行われ、生物濾過槽の目詰まり等が生じにくく、被処理水中の不純物を大まかに除去される。
【００１４】
そして、大まかに不純物が除去された被処理水は、第２濾過槽において緩速濾過により濾過され、浄水となる。第２濾過槽の水はその一部が常時溢れ出ているため、第２濾過槽においてスカムの発生を防止できる。
請求項２記載の発明によれば、第２濾過槽における生物濾過膜の育成を保ちながら、濾過に不適切な藍藻類等のスカムの発生を抑えた濾過システムとすることができる。
【００１５】
請求項３記載の発明によれば、第１濾過槽の第１濾過層を逆洗浄水により洗浄し、第１濾過層のメンテナンスを行うことができる。
逆洗浄は、請求項４記載のように、重力を利用して逆洗浄水を流す構成とすれば、逆洗浄のために大型の駆動装置（ポンプ等）を必要とせず、廉価な逆洗浄装置を備えた濾過システムとすることができる。
【００１６】
請求項５記載の発明によれば、第１濾過槽の濾過速度に見合った量の被処理水を第１濾過槽へ供給することができる。よって、第１水槽から水が溢れたり、濾過する水が不足することがない。また、第１濾過槽はその濾過性能に応じた良好な濾過を行うことができる。
請求項６記載の発明によれば、水移送ポンプにより河川の水等を汲み上げ、第１濾過槽へ定量供給することができる。
【００１７】
請求項７記載の発明によれば、第１水槽へ流入する水（被処理水）が計量槽で一定量に調整される。よって、第１水槽へ供給される水が、たとえば重力を利用して流れ込む水であって流量が経時的に変化する場合であっても、あるいはポンプにより汲み上げられる水であってポンプの汲み上げ性能が調整できないような場合であっても、常に一定量に調整することができる。
【００１８】
請求項８記載の発明によれば、水の比重より重い粒状の濾材、たとえば砂、細砂、人工的に作ったセラミック粒子、金属粒子などを用いることにより、良好な緩速濾過を行うことができる。
請求項９記載の発明によれば、第２濾過槽により良好な緩速濾過を実現でき、また、スカムの発生を効率良く阻止することができる。さらに、被処理水の汚濁が多いときは溢水を増やし、戻し装置により戻された水が第１濾過槽で再濾過されるような構成とすることにより、第２濾過槽が短時間で閉塞することを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下には、図面を参照して、この発明の一実施形態として、２段式の砂濾過システムを例にとって具体的に説明をする。
図１は、この発明の一実施形態に係る２段式砂濾過システムの全体構成を示す図である。この実施形態に係る砂濾過システムには、第１濾過槽１１および第２濾過槽１２が備えられており、第１濾過槽１１および第２濾過槽１２は直列に接続されている。
【００２０】
第１濾過槽１１は、円筒状の第１水槽１３を有し、第１水槽１３内には上方から流入する水を自然落下により通過させ、水に含まれる不純物を濾過するための第１濾過砂層１４が収容されている。また、第１水槽１３の上部には定量供給部としての計量槽１５が備えられている。計量槽１５は供給される水を一定量ずつ水槽１３内へ流入させ、それ以上の水は上流側へ戻す機能を有している。計量槽１５は、この実施形態では、５〜９Ｌ／ｍｉｎの流量で水（被処理水）を第１濾過槽１１へ流入させる。第１水槽１３の下部には、第１濾過砂層１４で濾過された水を取り出すための第１水出口１６と、第１水出口１６から流出する水を重力により移送するための配水管１７とが備えられている。
【００２１】
第１水槽１３の寸法は、直径φ＝５６５ｍｍ、高さＨ＝２０００ｍｍである。また、その内部に収容された第１濾過砂層１４は、下層が砂利層（濾層厚：２５０ｍｍ）、上層がマンガン砂層（濾層厚：１０００ｍｍ）の２層構造とされている。
第２濾過槽１２は、遮光部材で構成された直方体状の第２水槽１８を有する。第２水槽１８内には上方から流入する水を自然落下により通過させ、水に含まれる不純物を濾過するための第２濾過砂層１９が収容されている。第２水槽１８の寸法は、長さＬ＝１１２０ｍｍ、幅Ｗ＝９００ｍｍ、高さＨ＝８５０ｍｍである。第２濾過砂層１９は下層が砂利層（濾層厚：３００ｍｍ）で、上層がマンガン砂層（濾層厚：２００ｍｍ）の２層構造とされている。そして、第２濾過槽１２内の水深を示す揚程の上限は３５０ｍｍとされ、それ以上の水（被処理水）が流入すると、その流入した所定水位以上の水は溢水口２０から溢れ出る構成となっている。溢水口２０には溢水戻し装置としての溢水戻し管２１が接続されており、溢水は溢水戻し管２１を経由して計量槽１５の上流側である沈殿槽２２へ戻される構成となっている。
【００２２】
ここで、第１濾過槽１１に溜められた水の水位２３は相対的に高く、第２濾過槽１２に溜められた水の水位２４は相対的に低く、両水位の間には高低差ｈ0 が生じるように設計されている。それゆえ、第１濾過槽１１で濾過されて第１水出口１６から流出する水は配水管１７に案内され第２濾過槽１２の第２水槽１８上部から重力により自然流入する。
第２濾過槽１２において第２濾過砂層１９で濾過された水は、第２水槽１８の下部に設けられた第２水出口２５から流出する。そして浄水バッファタンク２６に一時貯留され、浄化された処理水として取り出される。
【００２３】
ここで、第１濾過槽１１および第２濾過槽１２の濾過方法について説明をしておく。
第１濾過槽１１も、第２濾過槽１２も、原理的には緩速濾過法による濾過を行っている。
第１濾過槽１１および第２濾過槽１２の濾過の仕様を表１に示す。
【００２４】
【表１】
【００２５】
表１に示すように、第１濾過槽１１は、濾過速度が２８ｍ／日であり、第２濾過槽１２は濾過速度が７ｍ／日であって、第１濾過槽１１の濾過速度が第２濾過槽１２の濾過速度よりも速くされている。具体的には、この実施形態では、第１濾過槽１１の濾過速度は第２濾過槽１２の濾過速度の約４倍強に設定されている。
この実施形態では、第１濾過槽１１の第１濾過砂層１４を、２５０ｍｍの支持層および１０００ｍｍの濾過層の２層構成とし、支持層を１．０〜１０ｍｍの砂利で構成し、濾過層は０．６〜１．２ｍｍのフェライト系マンガン砂で構成した。
【００２６】
一方、第２濾過槽１２の第２濾過砂層１９は、３００ｍｍの支持層および２００ｍｍの濾過層の２層構成とし、支持層は１．０〜１０ｍｍの砂利で構成し、濾過層は０．３〜０．３５ｍｍのマンガン砂で構成した。マンガン砂の粒径を０．３〜０．３５ｍｍとしたことにより、有機物に対する最適な濾過を行える。
緩速濾過法では、懸濁物の阻止は、濾過層（砂層）の表面に集中し、ごく表層のみで懸濁物の抑止が行われる。なぜなら、緩速濾過では、砂層の表層部に抑留された抑留物質に藻類や微生物が繁殖して生物濾過層が形成されることにより、懸濁物の阻止率が極めて高くなるからである。ところが、生物濾過層が珪藻類のみで構成されている場合は良好な濾過が行われるが、藍藻類が発生したり増殖するとスカムとなるので、スカム発生を防止しなければならない。さらに、緩速濾過では、砂層表層部のみで懸濁物の抑止が行われるので、表層部の損失水頭が高まった場合には、表層部のメンテナンスを行わなければならない。
【００２７】
ところで、第１濾過槽１１における濾過機能を厳密に考察すると、第２濾過槽１２よりも濾過速度を速くしているために、緩速濾過法の特性と、急速濾過法の特性の両方の特性を有すると推定される。すなわち、（１）急速濾過における物理的処理（濁質成分の捕捉）、（２）緩速濾過における生物的処理（生物濾過）、の２つの特性を併せ持つと推定される。そこで、第１濾過槽１１に対してのみ、逆洗浄による砂のメンテナンスを行う構成を採用した。
【００２８】
すなわち、この実施形態では、第１濾過槽１１の第１濾過砂層１４を逆洗浄するための逆洗浄タンク３０が備えられている。逆洗浄タンク３０は、その容積がたとえば５００Ｌであり、タンク内底面３０ｂの高さ位置が第１濾過槽１１の水位２３よりも高い位置に設置されている。浄水バッファタンク２６に溜まった浄水は、ポンプ３１で汲み出され、汲み上げ水路３２を通って逆洗浄タンク３０に貯留される。逆洗浄タンク３０内にはフロートスイッチ３３が備えられており、フロートスイッチ３３により逆洗浄タンク３０内に浄水が満たされると、ポンプ３１による汲み出しが停止される。
【００２９】
第１濾過槽１１により予め定める時間の濾過が行われるごとに、または、第１濾過槽１１の損失水頭が所定値に達するごとに、逆洗浄タンク３０に溜められた浄水は逆洗浄水供給管３４を通って第１水槽１３下部に設けられた第１水出口１６から第１水槽１３下方へ流入する。そして流入する水は第１水槽１３内を上向流として流れ、第１濾過砂層１４の逆洗浄を行う。これにより、第１濾過砂層１４の主として表層部に付着していた抑留物質は第１水槽１３の上部に設けられた逆洗浄水出口からオーバーフローにより流出する。逆洗浄終了後には、粒度の大きな砂から先に沈降し、下層に粒径の大きな濾過砂（支持材としての砂利）が成層し、上層に細かな濾材としての濾過砂（細砂層）が成層する。よって、逆洗浄後は、第１濾過砂層１４は元の状態に戻る。
【００３０】
なお、逆洗浄水供給管３４、第１水出口１６および配水管１７の間で不所望の方向へ水が流れないように、第１水出口１６近傍の逆洗浄水供給管３４にはバルブ３６が設けられ、同様に、第１水出口１６近傍の配水管１７にもバルブ３７が設けられている。
第１濾過槽１１の第１砂濾過層１４を逆洗浄するために、浄水を逆洗浄タンク３０に溜める構成を採用すると、比較的低能力のポンプ３１により、浄水バッファタンク３６に溜まった水を汲み上げることができ、逆洗浄のための装置構成を簡素なものとすることができる。換言すれば、逆洗浄タンク３０を設けず、たとえば浄水バッファタンク２６に溜められた水をポンプ圧により逆洗浄に用いようとすると、能力の高いポンプを用いなければならず、設備が高価なものとなってしまう。この実施形態では、逆洗浄タンク３０を設け、逆洗浄水を重力により流す構成としたので、簡素な構成で逆洗浄を実現することができる。なお、高出力ポンプ等により第１濾過槽の逆洗浄を行う構成を採用することも、もちろん可能である。
【００３１】
一方、第２濾過槽１２には、その濾過速度以上に配水管１７を通って第１濾過槽１１で１次濾過された水が供給される。このため、第２濾過槽１２の水位２４が溢水口２０に達すると、溢水口２０から溢水戻し管２１を通って余剰水が沈殿槽２２へ戻される。この実施形態では第２濾過槽１２内の上方に溜まった水は常時溢水口２０から溢れ出ているため、第２濾過槽１２に溜まった水の水面にスカムが発生することはほとんどない。
【００３２】
また、第２濾過槽１２は、第２水槽１８が遮光部材で構成されると共に、遮光蓋２７が被せられている。遮光蓋２７には、たとえば直径２００ｍｍの入光用ガラス窓が備えられていて、当該ガラス窓からの光のみが第２濾過槽１２内へ入射する仕組みである。それ以外の光は遮られている。このため、上記溢水と併せて、第２濾過槽１２内で藍藻類が増殖することが防止されている。その反面、珪藻は育成するようにされている。よって、第２濾過槽１２において緩速濾過による良好な２次濾過を行うことができる。
【００３３】
なお、第２水槽１８を遮光部材で構成し、遮光蓋２７を被せる構成に代えて、第２水槽１８（第２濾過槽１２）を遮光部材で覆い、その遮光部材には所定の大きさ、または所定の透光性を有する採光部が設けられている構成としてもよい。つまり、藍藻類の増殖を阻止するが、珪藻の育成を助ける光を導入する採光部（採光窓や採光スリットなど）が設けられた構成としてもよい。
【００３４】
第２濾過槽１２において、溢水口２０から溢水戻し管２１を通って戻される水の水量は、第２濾過槽１２へ供給される水の水量の１／２０〜１／２の範囲に設定されている。この範囲であれば、溢水により藍藻の増殖を阻止でき（良好なスカム対策を実現でき）、濾過システムとしての損失、すなわち１次濾過された水を無駄にせず、いかに効率良く２次濾過するかという観点から見た損失も少ない。
【００３５】
なお、戻される水の量は、被処理水の汚濁度により変更してもよい。被処理水の汚濁度が高い場合は、第２濾過槽１２へ供給される水のたとえば約半分を溢水させて第１濾過槽１１の上流側へ戻す。こうすると、第１濾過槽１１で再濾過される被処理水の割合が増え、１次濾過によりある程度まで浄化された水を第２濾過槽１２で緩速濾過することができる。よって、第２濾過槽１２の濾過性能が長時間維持でき、メンテナンス回数を減らすことができる。溢水により戻す水の量は、被処理水の汚濁度が低い程、上記１／２より減らした所定量とすればよい。
【００３６】
この実施形態においては、第１濾過槽１１から第２濾過槽１２へは、重力により水が移送される構成とした。このため、第２濾過槽１２の溢水口２０からの溢水は溢水戻し管２１を通って沈殿槽２２へ重力により戻される構成とした。つまり、溢水の戻し先を、第１濾過槽１１側であって、第１濾過槽１１よりも前段の水位が低い沈殿槽１２とした。このような構成に代え、溢水口２０からの溢水を、たとえば第１濾過槽１１へ戻すように構成することも可能である。その場合、水の位置エネルギーが高い場所に戻すことになり、重力のみでは戻せない。そこで、溢水戻し管２１にポンプを介挿（溢水戻し管２１およびポンプ（図示せず）によって溢水戻し装置を構成）し、ポンプの力によって溢水口２０からの溢水が第１濾過槽１１（より具体的には第１水槽１３の上方から該水槽１３内）へ戻される構成とすることもできる。この場合、第１濾過槽１１へ戻される溢水量は一定であるから、計量槽１５を通じて供給される水の量を調整することにより、第１濾過槽１１へ流入する水のトータル量を一定に維持することができる。また、この場合、第２濾過槽１２からの溢水が第１濾過槽で確実に再濾過され、第２濾過槽１２へ流入する水を相対的に濁度の低いものとすることができる。
【００３７】
図１をさらに参照して、この実施形態では、河川の水がポンプ４０により汲み上げられる。汲み上げ水路４１におけるポンプ４０の上流側にはたとえば金網等で構成された大きな塵挨を除去するためのフィルタ４２が備えられている。ポンプ４０で汲み上げられる河川の水（原水）は沈殿槽２２に一旦溜められる。沈殿槽２２にはフロートスイッチ４３が備えられており、フロートスイッチ４３によりポンプ４０のオン／オフが制御される。汲み上げられた原水は、まず、第１槽２２ａに溜められる。第１槽２２ａに溜まった水は仕切り壁４４を超えて第２槽２２ｂへ流入する。すなわち、ポンプ４０で汲み上げられた水は第１槽２２ａへ一旦流入し、原水に含まれる汚濁物質のうち重量の重いものは第１槽２２ａの底面に沈殿する。そして原水の主として上澄み水が第２槽２２ｂへ流入する。
【００３８】
沈殿槽２２の第２槽２２ｂの水はポンプ４５により汲み上げ管４６を通って汲み上げられ、被処理水用タンク４７に溜められる。被処理水用タンク４７にはフロートスイッチ４８が備えられている。フロートスイッチ４８により被処理水用タンク４７に常時一定量の被処理水が溜まるようにポンプ４５が駆動される。
被処理水用タンク４７に溜まった水はポンプ４９により汲み出され、給水管５０を通って計量槽１５へ供給される。そして計量槽１５により水は一定量ずつ第１水槽１３へ上方から供給される。たとえば５Ｌ／ｍｉｎ（処理量７．２ｍ3 ／日相当）の水が供給される。それ以上の水は、循環管５１を経て被処理水用タンク４７へ戻される。
【００３９】
上記の構成において、ポンプ４９を、たとえば５Ｌ／ｍｉｎの水を定量汲み上げることのできる定量ポンプとすることにより、計量槽１５および循環管５１を省略することができる。
この実施形態では、河川の水を汲み上げ、第１濾過槽１１へ供給するために３つのポンプ４０、４５、４９を有する構成としているが、被処理水がたとえば山間部の池や湖等の水であり、その水を重力により第１濾過槽１１へ導ける場合には、ポンプ等の動力源を不要にすることは、もちろん可能である。
【００４０】
図２は、計量槽１５の構成および作用を説明するための図解図である。
計量槽１５は、小容量のタンク６１を備え、タンク６１の底面には給水管５０（図１参照）の上端が連通されている。ポンプ４９（図１参照）で汲み上げられる被処理水は給水管５０を送られ、タンク６１の底面側からタンク６１内に溜まる。タンク６１の上方側壁には流出口６２が形成されている。タンク６１に被処理水が溜まり、その水位が流出口６２を超えると、流出口６２から被処理水は流出して、第１濾過槽１１（第１水槽１３）へと流入する。流出口６２の開口面積は一定であるから、流出口６２全体を通って水が流出する際、その流出量は一定量に保たれる。給水管５０によりタンク６１へ供給される被処理水の量が流出口６２から流出する水量よりも多い場合、余剰の水はタンク６１の上部（流出口６２よりも上位側）に設けられた戻し口６３から流れ出、循環管５１を通って被処理水用タンク４７へ戻る。
【００４１】
なお、計量槽１５の構成は、上述した構成のものに限定されるわけではなく、被処理水を第１濾過槽１１へ定量供給できる構成であれば他の構成であってもよい。
図３に、図１に示す２段式の砂濾過システムにより検証した被処理水の浄化における濁度の性能推移を示す。また、図４に被処理水の色度の性能推移を示す。
図３において、横軸は日数を示し、縦軸は濁度（ＮＴＵ）を表わしている。
【００４２】
図３に示すように、原水の濁度は、日により大きく変動している。これは、原水は河川の水であり、降雨時の汚濁の変動等により濁度が大きく変化するからである。
これに対し、第１濾過槽１１で濾過した後の水はその濁度がかなり低くなっており、さらに第２濾過槽１２により濾過した処理水は、その濁度がほとんどゼロに近く安定していることが理解できる。
【００４３】
なお、図３において第１１日目〜第２０日目および第３０日目〜第３９日目の間は、装置の点検のために稼働させなかったので、データが欠落している。
図４の色度の性能推移のグラフにおいても、横軸は日数であり、縦軸は色度（ＴＣＵ）を表わしている。
色度についても、原水である河川の水は降雨時の汚濁の変動が激しく、色度が大きく変動している。これに対し、第１濾過槽１１で濾過した後の水はその色度がかなり低下されていることがわかる。さらに第２濾過槽１２によって濾過された後の水は、原水の色度が大きい場合であってもかなり低い色度まで増加されていることが理解できる。
【００４４】
図４においても、第１１日目〜第２０日目および第３０日目〜第３９日目の間は、装置を停止して点検していたため、データが取られていない。
図５に、図１に示す砂濾過システムに使用した原水、第１濾過槽１１で濾過した後の水および第２濾過槽１２で濾過した後の水を、参考写真として示す。
図５に示すように、茶褐色に濁った原水が、第１濾過槽１１により濾過され、さらに第２濾過槽１２で濾過された後には、透明な浄水になっていることが理解できる。
【００４５】
この実施形態の２段式の砂濾過システムでは、第１濾過槽１１の第１濾過砂層１４にはフェライト系マンガン砂を用い、第２濾過槽１２の第２濾過砂層１９にはマンガン砂を用いたが、これは、浄水実験に使用した被処理水（原水）の特性を考慮したためである。濾材としての細砂の種類や粒径は、被処理水の性質に合わせて適切なものを採用すればよく、この実施例の内容に限定されるものではない。
【００４６】
この実施形態では、濾過システムを砂濾過システムとして構成したので、濾材は、第１濾過槽１１および第２濾過槽１２共に砂（細砂）を用いた。しかし、この発明において、濾材は砂に限定されるものではなく、水の比重より重たい粒状の濾材、たとえばセラミック粒子、金属粒子等の砂以外の濾材を用いることもできる。
この発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】この発明の一実施形態に係る２段式砂濾過システムの全体構成を示す図である。
【図２】計量槽１５の構成および作用を説明するための図解図である。
【図３】この発明の一実施形態に係る２段式砂濾過システムにより検証した被処理水の浄化における濁度の性能推移を示すグラフである。
【図４】この発明の一実施形態に係る２段式の砂濾過システムにより検証した被処理水の浄化における色度の性能推移を示すグラフである。
【図５】この発明の一実施形態に係る２段式の砂濾過システムに使用した原水、第１濾過槽１１で濾過した後の水および第２濾過槽１２で濾過した後の水を示す参考写真である。
【符号の説明】
【００４８】
１１ 第１濾過槽
１２ 第２濾過槽
１３ 第１水槽
１４ 第１濾過砂層
１５ 計量槽
１６ 第１水出口
１７ 配水管
１８ 第２水槽
１９ 第２濾過砂層
２０ 溢水口
２１ 溢水戻し管
２５ 第２水出口
３０ 逆洗浄タンク
３５ 逆洗浄水出口
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１濾過槽で濾過された水を第２濾過槽に移送し、当該第２濾過槽で当該水を更に濾過する濾過システムであって、
前記第１濾過槽は、
第１水槽と、
前記第１水槽内に収容され、第１水槽内を水が通過することにより水に含まれる不純物を濾過するための第１濾過層と、
前記第１濾過層で濾過された水を取り出すための第１水出口と、
前記第１水出口から前記第２濾過槽に水を移送するための配水管とを有し、
前記第２濾過槽は、
前記配水管を介して移送される水を溜める第２水槽と、
前記第２水槽内に収容され、第２水槽内を水が通過することにより水に含まれる不純物を濾過するための第２濾過層と、
前記第２水槽に所定水位以上溜まる水を溢水させるための溢水口と、
前記第２濾過層で濾過された水を取り出すための第２水出口とを有し、
前記第１濾過槽の濾過速度は前記第２濾過槽の濾過速度よりも速くされており、前記第２濾過槽は、常時、前記溢水口から水が溢れ出るようにされていて、
前記溢水口から溢れ出る水を前記第１濾過槽側へ戻すための溢水戻し装置が設けられていることを特徴とする濾過システム。
【請求項２】
前記第２水槽を覆う遮光部材を備え、当該遮光部材には所定の透過光量の採光部が設けられていることを特徴とする、請求項１記載の濾過システム。
【請求項３】
前記第２水出口から流出する水を溜めるための逆洗浄用タンクと、
前記逆洗浄用タンクに溜められた水を前記第１濾過層の下方から前記第１水槽へ流入させる逆洗浄用水路とを有し、
前記第１水槽の上部には、逆洗浄時の水を流出させるための逆洗浄水出口が備えられていることを特徴とする、請求項１または２に記載の濾過システム。
【請求項４】
逆洗浄時に、前記逆洗浄用タンクに溜められた水を前記逆洗浄用水路を介して前記第１水槽へ流入させる処理は重力を利用して行われることを特徴とする、請求項３記載の濾過システム。
【請求項５】
前記第１水槽に流入する水を一定量に維持するための定量供給装置が備えられていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の濾過システム。
【請求項６】
前記定量供給装置は、水を前記第１水槽へ定量流入させるための水移送ポンプを含むことを特徴とする、請求項５記載の濾過システム。
【請求項７】
前記定量供給装置は、前記第１水槽の上部に設けられ、供給される水を一定量ずつ第１水槽内へ流入させ、それ以上の水は前段側へ戻す計量槽を含むことを特徴とする、請求項５記載の濾過システム。
【請求項８】
前記第１濾過槽および／または前記第２濾過槽は、水の比重より重い粒状の濾材を含む構成であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の濾過システム。
【請求項９】
前記溢水口から溢れ出る水量は、前記第１水槽へ流入する水の汚濁度に応じて変更することを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の濾過システム。
【請求項１】
第１濾過槽で濾過された水を第２濾過槽に移送し、当該第２濾過槽で当該水を更に濾過する濾過システムであって、
前記第１濾過槽は、
第１水槽と、
前記第１水槽内に収容され、第１水槽内を水が通過することにより水に含まれる不純物を濾過するための第１濾過層と、
前記第１濾過層で濾過された水を取り出すための第１水出口と、
前記第１水出口から前記第２濾過槽に水を移送するための配水管とを有し、
前記第２濾過槽は、
前記配水管を介して移送される水を溜める第２水槽と、
前記第２水槽内に収容され、第２水槽内を水が通過することにより水に含まれる不純物を濾過するための第２濾過層と、
前記第２水槽に所定水位以上溜まる水を溢水させるための溢水口と、
前記第２濾過層で濾過された水を取り出すための第２水出口とを有し、
前記第１濾過槽の濾過速度は前記第２濾過槽の濾過速度よりも速くされており、前記第２濾過槽は、常時、前記溢水口から水が溢れ出るようにされていて、
前記溢水口から溢れ出る水を前記第１濾過槽側へ戻すための溢水戻し装置が設けられていることを特徴とする濾過システム。
【請求項２】
前記第２水槽を覆う遮光部材を備え、当該遮光部材には所定の透過光量の採光部が設けられていることを特徴とする、請求項１記載の濾過システム。
【請求項３】
前記第２水出口から流出する水を溜めるための逆洗浄用タンクと、
前記逆洗浄用タンクに溜められた水を前記第１濾過層の下方から前記第１水槽へ流入させる逆洗浄用水路とを有し、
前記第１水槽の上部には、逆洗浄時の水を流出させるための逆洗浄水出口が備えられていることを特徴とする、請求項１または２に記載の濾過システム。
【請求項４】
逆洗浄時に、前記逆洗浄用タンクに溜められた水を前記逆洗浄用水路を介して前記第１水槽へ流入させる処理は重力を利用して行われることを特徴とする、請求項３記載の濾過システム。
【請求項５】
前記第１水槽に流入する水を一定量に維持するための定量供給装置が備えられていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の濾過システム。
【請求項６】
前記定量供給装置は、水を前記第１水槽へ定量流入させるための水移送ポンプを含むことを特徴とする、請求項５記載の濾過システム。
【請求項７】
前記定量供給装置は、前記第１水槽の上部に設けられ、供給される水を一定量ずつ第１水槽内へ流入させ、それ以上の水は前段側へ戻す計量槽を含むことを特徴とする、請求項５記載の濾過システム。
【請求項８】
前記第１濾過槽および／または前記第２濾過槽は、水の比重より重い粒状の濾材を含む構成であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の濾過システム。
【請求項９】
前記溢水口から溢れ出る水量は、前記第１水槽へ流入する水の汚濁度に応じて変更することを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の濾過システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００９−２８５６１８（Ｐ２００９−２８５６１８Ａ）
【公開日】平成２１年１２月１０日（２００９．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１４３４７３（Ｐ２００８−１４３４７３）
【出願日】平成２０年５月３０日（２００８．５．３０）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１２月１０日（２００９．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年５月３０日（２００８．５．３０）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
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