緩速ろ過装置およびそれを含む緩速ろ過システム
【課題】簡単かつ適切にメンテナンスできる、緩速ろ過装置およびそれを含む緩速ろ過システムを提供する。
【解決手段】緩速ろ過システム１０は、上流側から順に、第１液体供給装置１２、緩速ろ過装置１４、第２液体供給装置１６および水消毒装置１８を含む。緩速ろ過装置１４は、緩速ろ過槽２４を含む。緩速ろ過槽２４は、上下方向に同軸上に並べられる上部槽２４ａおよび下部槽２４ｂを有する。下部槽２４ｂの内径は上部槽２４ａの内径よりも小さく、上部槽２４ａと下部槽２４ｂとの間には段部２６が設けられる。下部槽２４ｂにおいて支持台２８上には、最上段のろ過層Ｓ３の上面が段部２６と面一になるようにろ過層Ｓ１〜Ｓ３が設けられる。砂層であるろ過層Ｓ３の高さは略４００ｍｍに設定される。また、上部槽２４ａには高さ略５００ｍｍの水層Ｗが設けられる。
【解決手段】緩速ろ過システム１０は、上流側から順に、第１液体供給装置１２、緩速ろ過装置１４、第２液体供給装置１６および水消毒装置１８を含む。緩速ろ過装置１４は、緩速ろ過槽２４を含む。緩速ろ過槽２４は、上下方向に同軸上に並べられる上部槽２４ａおよび下部槽２４ｂを有する。下部槽２４ｂの内径は上部槽２４ａの内径よりも小さく、上部槽２４ａと下部槽２４ｂとの間には段部２６が設けられる。下部槽２４ｂにおいて支持台２８上には、最上段のろ過層Ｓ３の上面が段部２６と面一になるようにろ過層Ｓ１〜Ｓ３が設けられる。砂層であるろ過層Ｓ３の高さは略４００ｍｍに設定される。また、上部槽２４ａには高さ略５００ｍｍの水層Ｗが設けられる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は緩速ろ過装置およびそれを含む緩速ろ過システムに関し、より特定的には小型の緩速ろ過装置およびそれを含む緩速ろ過システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
非特許文献１には、水を緩速ろ過する緩速ろ過池が開示されている。このような緩速ろ過池では、砂層の上層部に物質が蓄積されることによって、ろ過抵抗が大きくなり、処理能力が低下する。処理能力の回復は、一般的には砂層の上層部を削り取ることによって行われる。そして、削り取り作業を繰り返した結果、砂層の高さが緩速ろ過処理後の水の水質維持に必要な最低限の高さ（最低高さ）まで低下すれば、洗浄された砂が緩速ろ過池に補給される。
【０００３】
通常、非特許文献１に開示されているように、砂層の最低高さは、４００ｍｍ程度に設定される。砂層の高さがこれ以上であれば、砂層の上層部における微生物等の活動や砂層内における物質の除去機能を維持でき、好ましい水質の水を得ることができる。また、通常、砂層の高さの上限は、７００ｍｍ〜９００ｍｍ程度に設定される。砂層の高さがこの程度であれば、上層部に物質が蓄積されるまでは円滑に緩速ろ過できる。また、砂層の上側の水層の高さは、９００ｍｍ〜１２００ｍｍ程度に設定するのが一般的である。
【非特許文献１】水道施設設計指針改定委員会著、「水道施設設計指針」、社団法人日本水道協会、２０００年３月３１日、ｐ．２３７−２４５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
メンテナンスする者が不慣れな場合、従来技術の緩速ろ過装置では、最低高さ未満に砂層を削ってしまい、緩速ろ過処理後の水の水質を低下させるおそれがあった。また、砂を必要以上に補給してしまい、円滑に緩速ろ過できなくなるおそれがあった。つまり、不慣れな者では適切にメンテナンスできないおそれがあった。
【０００５】
それゆえに、この発明の主たる目的は、簡単かつ適切にメンテナンスできる、緩速ろ過装置およびそれを含む緩速ろ過システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の目的を達成するために、請求項１に記載の緩速ろ過装置は、上部槽、前記上部槽の下側に設けられ前記上部槽よりも内径が小さい下部槽、および前記上部槽と前記下部槽との間に設けられる段部を有する緩速ろ過槽を備え、前記上部槽には水層が設けられ、前記下部槽には上面が前記段部と面一になるように砂層が設けられる。
【０００７】
請求項２に記載の緩速ろ過装置は、請求項１に記載の緩速ろ過装置において、前記上部槽には前記段部から上向きに水が導入されることを特徴とする。
【０００８】
請求項３に記載の緩速ろ過装置は、請求項１または２に記載の緩速ろ過装置において、前記砂層の高さは略４００ｍｍであることを特徴とする。
【０００９】
請求項４に記載の緩速ろ過装置は、請求項１から３のいずれかに記載の緩速ろ過装置において、前記水層の高さは略５００ｍｍであることを特徴とする。
【００１０】
請求項５に記載の緩速ろ過システムは、請求項１から４のいずれかに記載の緩速ろ過装置を含む緩速ろ過システムであって、前記緩速ろ過装置の損失水頭を測定するために前記緩速ろ過装置に連結される透明管を備える。
【００１１】
請求項６に記載の緩速ろ過システムは、請求項５に記載の緩速ろ過システムにおいて、前記緩速ろ過装置と前記透明管との間に設けられる３方弁をさらに含むことを特徴とする。
【００１２】
請求項７に記載の緩速ろ過システムは、請求項１から４のいずれかに記載の緩速ろ過装置を含む緩速ろ過システムであって、前記緩速ろ過装置での処理量を制御するために前記緩速ろ過装置の下流側に設けられる処理量制御手段を備える。
【００１３】
請求項１に記載の緩速ろ過装置では、その上面が段部と面一になるように緩速ろ過槽の下部槽に砂層が設けられる。メンテナンス作業時には、砂層の上層部の砂を削り取った後に段部を目安して砂層に砂を補充するだけで、砂層の高さを略一定に保つことができる。したがって、メンテナンスする者の経験・技能にかかわらず簡単かつ適切にメンテナンスできる。このように経験が浅い者であっても簡単かつ適切にメンテナンスできるので、この発明の緩速ろ過装置は、発展途上国において好適に用いられる。
【００１４】
請求項２に記載の緩速ろ過装置では、緩速ろ過槽の上部槽に段部から上向きに水が導入されることによって、砂層の上層部の撹拌を抑えることができる。これによって、上層部の微生物等の活動を維持でき、好ましい水質の水を得ることができる。また、水層を浮遊する物質をオーバーフローする水とともに緩速ろ過槽から流出させることができ、砂層の上面における物質の堆積を抑えることができる。
【００１５】
請求項３に記載の緩速ろ過装置では、砂層の高さを水質の維持に最低限必要な略４００ｍｍにすることによって、水質の低下を招くことなく緩速ろ過槽を小さくでき、１日の処理量が同程度の従来の装置に比べて小型に構成できる。したがって、設置を容易にできるとともにコストを低減できる。
【００１６】
通常、たとえば非特許文献１に開示されているように、緩速ろ過槽の水層の高さ（砂層上の水深）は、必要なろ過水頭（ろ過圧力）を確保するために９００ｍｍ〜１２００ｍｍ程度に設定することが推奨されている。また、水面に生じる波の影響によって砂層の上層部が撹拌されることを防止するためにも、水層の高さにはこのような値が推奨されている。このために、１日の処理量が数１０トン以下の小型の緩速ろ過装置であっても、緩速ろ過槽の高さは大型の緩速ろ過装置のものと同程度になっていた。しかし、小型の緩速ろ過装置では緩速ろ過槽の横幅（横断面）が小さくなるので、水層の高さをこのような値に設定すると、緩速ろ過槽が縦長になってしまい、砂層の上面に与えられる光が少なくなる。その結果、砂層の上層部の微生物等の活動が低下し、緩速ろ過処理後の水の水質が低下してしまう。小型の緩速ろ過装置であれば、緩速ろ過槽の砂層の高さも小さくてよいので、水層の高さが略５００ｍｍあれば、十分なろ過水頭を得ることができる。さらに、水層の高さが略５００ｍｍあれば、水面の波が砂層の上層部に与える影響もほとんどない。そこで、小型の緩速ろ過装置においては、請求項４に記載するように、小型の緩速ろ過槽を用いて水層の高さを略５００ｍｍにすることによって、砂層の上面に十分な光を与えることができ、砂層の上層部における微生物等の活動を活発にできる。その結果、好ましい水質の水を得ることができる。また、緩速ろ過槽を小さくでき、１日の処理量が同程度の従来の装置に比べて小型に構成できるので、設置を容易にできるとともにコストを低減できる。
【００１７】
請求項５に記載の緩速ろ過システムでは、透明管を目視するだけで緩速ろ過装置の損失水頭を簡単に測定できる。ひいては、緩速ろ過装置のメンテナンスの要否を簡単かつ適切に判断できる。
【００１８】
請求項６に記載の緩速ろ過システムでは、緩速ろ過装置と透明管との間に３方弁が設けられることによって、透明管から水を排出でき、損失水頭の測定時以外は透明管を空の状態に保つことができる。これによって、透明管内における水の腐敗および２次汚染を防止でき、緩速ろ過装置からの浄水が汚染されることを防止できる。
【００１９】
請求項７に記載の緩速ろ過システムでは、緩速ろ過装置の下流側に設けられる処理量制御手段によって、緩速ろ過装置における処理量（ろ過速度）が略一定に保たれる。したがって、ろ過速度の管理が不要になり、システムの管理に要する手間を軽減できる。また、ろ過速度が一定であることによって、緩速ろ過装置における微生物等の生息環境を最適化し、緩速ろ過を安定させることができる。
【００２０】
この発明において、「緩速ろ過」とは、５〜８ｍ／日程度の速度で水を流しながら微生物や藻によって水をろ過することをいう。
【発明の効果】
【００２１】
この発明によれば、簡単かつ適切にメンテナンスできる、緩速ろ過装置およびそれを含む緩速ろ過システムが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面を参照してこの発明の実施の形態について説明する。
図１を参照して、この発明の一実施形態の緩速ろ過システム１０は、たとえば８ｍ（縦）×１０ｍ（横）程度の小型の浄水システムに用いられ、小型に構成される。
【００２３】
緩速ろ過システム１０は、上流側から順に、第１液体供給装置１２、緩速ろ過装置１４、第２液体供給装置１６および水消毒装置１８を含む。
【００２４】
第１液体供給装置１２は、水を収容するタンク１２ａを含む。タンク１２ａには、川、池、井戸等の水源からの水が、荒ろ過装置（図示せず）によって荒ろ過（１次ろ過）された後に供給される。タンク１２ａには、弁２０が介挿されるパイプ２２を介して緩速ろ過装置１４が接続される。
【００２５】
第１液体供給装置１２は、タンク１２ａ内の水を流量制御装置（図示せず）によって略一定の流量で緩速ろ過装置１４に供給する。この実施形態では、略３．６Ｌ（リットル）／分の流量で第１液体供給装置１２から緩速ろ過装置１４に給水され、緩速ろ過装置１４への１日の給水量は略５．２トンとなる。なお、第１液体供給装置１２の流量制御装置としては、第２液体供給装置１６の流量制御装置５４（後述）と同様のものが用いられる。
【００２６】
図２〜図５に示すように、緩速ろ過装置１４は、緩速ろ過槽２４を含む。緩速ろ過槽２４は、それぞれ横断面円形に形成される上部槽２４ａおよび下部槽２４ｂを有する。上部槽２４ａと下部槽２４ｂとは上下方向に同軸上に並べられる。図４に示すように、下部槽２４ｂの内径Ｄ１は上部槽２４ａの内径Ｄ２よりも小さく、上部槽２４ａと下部槽２４ｂとの間には円環状の段部２６が設けられる。
【００２７】
この実施形態では、緩速ろ過槽２４は、着色ＦＲＰを含んで構成され、またはＦＲＰとＦＲＰによって挟まれた遮光部材（たとえばアルミニウムホイールや黒色のプラスティックシート）とを含んで構成される。また、たとえば、上部槽２４ａの内径Ｄ２はφ１２００ｍｍ、下部槽２４ｂの内径Ｄ１はφ１０００ｍｍに設定される。したがって、段部２６の幅は１００ｍｍになる。
【００２８】
図５に示すように、下部槽２４ｂ内の底面には、たとえばＦＲＰからなる支持台２８が配置される。図６に示すように、支持台２８は、円板状の板状部材３０、板状部材３０の周縁部に沿うように板状部材３０の下面に設けられる円環状の枠体３２、および板状部材３０の下面中央に設けられる十字状の板状部材３４を含む。板状部材３０には、枠体３２の内側の位置に複数の貫通孔３０ａが設けられる。また、枠体３２には、４つの切り欠き３２ａが等間隔に設けられる。支持台２８の各部の厚みはたとえば１０ｍｍに設定される。また、板状部材３０の貫通孔３０ａの直径はたとえば１０ｍｍに設定される。
【００２９】
図５に示すように、下部槽２４ｂにおいて支持台２８上には、下から順にろ過層Ｓ１とろ過層Ｓ２とろ過層Ｓ３とからなる３層構造のろ材が配置される。この実施形態では、ろ過層Ｓ１のろ材は１５〜３０ｍｍのれきであり、ろ過層Ｓ２のろ材は２〜５ｍｍのれきであり、ろ過層Ｓ３のろ材は０．５〜０．６ｍｍの砂である。ろ過層Ｓ１〜Ｓ３のろ材の大きさをこのように設定することによって、ドレン作業時に水流によってろ過層Ｓ３のろ材（砂）が貫通孔３０ａを介して支持台２８の下に落ちることを防止できる。
【００３０】
ろ過層Ｓ１〜Ｓ３は、砂層であるろ過層Ｓ３の上面（表面）が段部２６と面一になるように下部槽２４ｂに設けられる。言い換えれば、ろ過層Ｓ１〜Ｓ３は、最上段のろ過層Ｓ３が上部槽２４ａ内に至らないように下部槽２４ｂに設けられる。この実施形態では、ろ過層Ｓ１の高さ（厚み）は略６５ｍｍに設定され、ろ過層Ｓ２の高さは略５０ｍｍに設定され、ろ過層Ｓ３の高さは略４００ｍｍに設定される。
【００３１】
緩速ろ過槽２４の段部２６には、上部槽２４ａに水を導入するための入水パイプ３６が取り付けられる。図２および図３に示すように、入水パイプ３６には、プレハブジョイント３７を介してパイプ３８が連結される。パイプ３８の一端にはタンク１２ａに取り付けられるパイプ２２が連結され（図１参照）、パイプ３８の他端には弁４０が取り付けられる。第１液体供給装置１２からの水は、パイプ２２，３８、プレハブジョイント３７およびパイプ３６を介して緩速ろ過槽２４の上部槽２４ａに供給される。図５に示すように、上部槽２４ａには、入水パイプ３６を介して第１液体供給装置１２からの水が上向きに導入され、水層Ｗが設けられる。
【００３２】
また、下部槽２４ｂの側面下部には浄水を排出するためのパイプ４２が取り付けられ、パイプ４２には弁４４が取り付けられる。さらに、上部槽２４ａの側面上部には、上部槽２４ａから水をオーバーフローさせるためのパイプ４６が取り付けられる。パイプ４６は、水層Ｗの高さ｛水面から段部２６（ろ過層Ｓ３の上面）までの深さ｝が５００ｍｍを超えたときに、上部槽２４ａから水をオーバーフローさせる位置に取り付けられる。
【００３３】
緩速ろ過装置１４における水のろ過速度（流量）ひいては処理量は、処理量制御手段である下流側の第２液体供給装置１６からの水の流量に応じて設定される。この実施形態では、緩速ろ過装置１４における通常の処理量が略４．０トン／日（ろ過速度が略５ｍ／日）に設定され、第１液体供給装置１２からの給水量（略５．２トン／日）よりも小さくなる。したがって、通常、緩速ろ過装置１４に供給された水の一部はパイプ４６を介して緩速ろ過槽２４からオーバーフローし、上部槽２４ａの水層Ｗの高さは略５００ｍｍに保たれる。
【００３４】
パイプ４６にはプレハブジョイント４７を介してパイプ４８（図１参照）が連結され、パイプ４８にはタンク５０が接続される。緩速ろ過槽２４からオーバーフローした水は、パイプ４６、プレハブジョイント４７およびパイプ４８を介してタンク５０に供給される。タンク５０内の水は、たとえば、上述の荒ろ過装置における荒ろ過槽の洗浄や荒ろ過槽の充填等に有効利用される。
【００３５】
このような緩速ろ過装置１４では、水層Ｗの水が主としてろ過層Ｓ３でろ過され浄化される。詳しくは、砂層であるろ過層Ｓ３の上層部には、微生物や藻が繁殖することによって生物ろ過層が形成されている。このようなろ過層Ｓ３を水層Ｗの水が通過（流下）することによって水中の物質が除去される。これによって浄水が得られる。ろ過層Ｓ３からの浄水は、ろ過層Ｓ２，Ｓ１、支持台２８の貫通孔３０ａおよび切り欠き３２ａ、パイプ４２、ならびに弁４４を介して緩速ろ過装置１４から流出する。
【００３６】
なお、緩速ろ過槽２４には透光性を有する蓋（図示せず）を被せてもよい。これによって、ろ過層Ｓ３における微生物等の活動を遮光によって阻害することなく、緩速ろ過槽２４内に落ち葉や虫等が入ることや緩速ろ過槽２４内で藻類が過剰に繁殖することを防止できる。
【００３７】
図２、図７および図８に示すように、第２液体供給装置１６は、緩速ろ過装置１４からの水（浄水）を収容するタンク５２、およびタンク５２から一定の流量で水を流出させるための流量制御装置５４を含む。
【００３８】
タンク５２は上端開口の中空略直方体状に形成され、タンク５２の上端部には蓋５６が被せられる。蓋５６にはタンク５２内を外気と連通するためのパイプ５８が設けられる。また、タンク５２の底面にはパイプ６０が取り付けられる。図２に示すように、パイプ６０にはＴ字ジョイント６１を介してパイプ６２が連結され、パイプ６２には弁４４が接続される。タンク５２には、パイプ６２、Ｔ字ジョイント６１およびパイプ６０を介して緩速ろ過装置１４からの水が供給される。
【００３９】
図９〜図１１に示すように、流量制御装置５４は取り付け部材６４を含む。取り付け部材６４は、略短冊状の取り付け板６４ａと、取り付け板６４ａの下面に設けられる挿通部材６４ｂとを含む。取り付け板６４ａ上には２つの略球状の浮き６６が取り付けられ、挿通部材６４ｂにはボルト６８によって略直方体状のキャップ７０が揺動可能に取り付けられる。キャップ７０は水を導入するための貫通孔７０ａを有し、貫通孔７０ａには孔７２ａを有する中空円板状の調整部材７２が装着される。調整部材７２の孔７２ａの大きさによって、流量制御装置５４に導入される水の流量ひいては流量制御装置５４から流出する水の流量が調整される。この実施形態では、孔７２ａの直径が７．８ｍｍに設定され、流量制御装置５４からの水の流量は略２．８Ｌ／分（略４．０トン／日）となる。
【００４０】
キャップ７０にはパイプ７４の一端が装着される。パイプ７４はその一端から他端にまで延びる流路７４ａと側面から流路７４ａに貫通する貫通孔７４ｂとを有する。貫通孔７４ｂにはホース７６の一端が嵌入され、流路７４ａがホース７６を介して大気に開放される。ホース７６の先端部は、取り付け板６４ａ上に設けられる略Ｌ字状の保持部材７８によって保持される。なお、２つの浮き６６は、パイプ７４内が水で充満された状態でもホース７６の先端が水面上に位置する浮力を有するサイズで構成される。
【００４１】
パイプ７４の他端には、パイプ７４を揺動可能に支持するためにタンク５２の側面下方寄りに設けられる支持部材８０が取り付けられる。
【００４２】
支持部材８０は、パイプ７４に接続されるキャップ８０ａ、キャップ８０ａに接続されるパイプ８０ｂ、パイプ８０ｂに取り付けられるナット８０ｃ、および蓋８０ｄを含む。
【００４３】
キャップ８０ａは、たとえば直方体状に形成され、嵌入孔および当該嵌入孔と直交する貫通孔（ともに図示せず）を有し、したがって略Ｔ字状の孔を有する。キャップ８０ａの嵌入孔にはパイプ７４が嵌入され、貫通孔には一方側からパイプ８０ｂが回動可能に挿入されかつ他方側から蓋８０ｄが設けられ、パイプ７４と８０ｂとがキャップ８０ａを介して略Ｌ字状に連通される。そして、パイプ８０ｂをタンク５２の側面に挿通してパイプ８０ｂの鍔部８０ｅとナット８０ｃとでタンク５２の側面を挟みナット８０ｃを締めることによって、タンク５２の側面に支持部材８０が固定される。なお、キャップ８０ａに対するパイプ８０ｂの取り付け部近傍および蓋８０ｄの取り付け部近傍にはそれぞれ、Ｏリング８０ｆおよび８０ｇが装着される。
【００４４】
このような流量制御装置５４を用いた第２液体供給装置１６では、タンク５２内の水位（水面の高さ）の変化に伴う浮き６６の浮動によって、取り付け部材６４がキャップ７０に対して揺動するとともにパイプ７４が支持部材８０に対して揺動する（図７参照）。これによって、タンク５２内の水位にかかわらず、水面からパイプ７４の導水口（調整部材７２の孔７２ａ）までの深さが略一定となり、当該導水口に加わる水圧が安定する。また、ホース７６によってパイプ７４内は大気圧に保たれている。したがって、タンク５２内の水位にかかわらずパイプ７４の流路７４ａを流れる水量を常に略一定にでき、タンク５２から略一定の流量（略４．０トン／日）で水を流出させることができる。したがって、この実施形態では、第２液体供給装置１６からの水の流量が略４．０トン／日となり、緩速ろ過装置１４における水の処理量が略４．０トン／日に設定される。また、２つの球状の浮き６６を取り付け板６４ａ上に横方向に並べて取り付けることによって、パイプ７４内の水の有無にかかわらず、２つの球状の浮き６６ひいては流量制御装置５４の姿勢が崩れることなく、円滑に送水できる。なお、タンク５２内では緩速ろ過装置１４からの浄水を扱うので、パイプ７４には殺菌作用を有する銅パイプが使用される。
【００４５】
流量制御装置５４の支持部材８０には３方弁８２が接続される。図１に示すように、３方弁８２には、水消毒装置１８に取り付けられるパイプ８４が接続される。
【００４６】
水消毒装置１８は、第２液体供給装置１６からの水を収容するタンク８６、およびタンク８６内で水中に配置される電解塩素発生装置８８を含む。水消毒装置１８では、電解塩素発生装置８８の駆動に伴ってタンク８６内の水に含まれる塩素イオンが電気分解される。これによって、次亜塩素酸イオンおよび次亜塩素酸が生成され、タンク８６内の水が消毒される。このように水消毒装置１８で消毒された水は、たとえば飲料水として利用される。電解塩素発生装置８８の駆動開始および駆動停止のタイミングは、たとえばタンク８６内の水位に基づいてコントローラ（図示せず）が制御する。
【００４７】
また、図２、図７および図８に示すように、Ｔ字ジョイント６１にはパイプ９０の一端が接続される。パイプ９０には緩速ろ過処理後の浄水を採取するための弁９２が介挿される。また、パイプ９０の他端には、３方弁９４を介して、緩速ろ過装置１４の損失水頭を測定するための透明管９６、および透明管９６内の水を外部に排出するための排出パイプ９８が接続される。
【００４８】
このような緩速ろ過システム１０の緩速ろ過装置１４では、時間経過に伴って、ろ過層Ｓ３の上層部における物質の蓄積およびろ過層Ｓ３の上面における物質の堆積が進み、水層Ｗの水がろ過層Ｓ３を通過（流下）しにくくなる。つまり、時間経過に伴って、ろ過抵抗が大きくなり、ろ過速度ひいては処理量が小さくなる。このように閉塞状態になって処理能力が低下すれば、以下のようなメンテナンス作業によって、緩速ろ過装置１４の処理能力を回復させる。
【００４９】
まず、弁２０を閉じて第１液体供給装置１２から緩速ろ過装置１４への給水を停止する。その後、弁４０を開いて緩速ろ過槽２４の上部槽２４ａから水を排出（ドレン）する。このとき、第２液体供給装置１６に取り付けられる３方弁８２を操作して、第２液体供給装置１６から外部に水を排出するようにしてもよい。これによって、パイプ４２を介して緩速ろ過槽２４から流出する水量が多くなり迅速に上部槽２４ａから水を排出できる。
【００５０】
上部槽２４ａからの水の排出が完了すれば、ろ過層Ｓ３の上層部を５ｍｍ〜１０ｍｍ程度削り取る。そして、ろ過層Ｓ３の上面が段部２６と面一になるようにろ過層Ｓ３に砂を補充する。つまり、下部槽２４ｂにおいて、ろ過層Ｓ３の上層部５ｍｍ〜１０ｍｍ程度の砂を入れ替える。これによって緩速ろ過装置１４の処理能力を回復させることができる。その後、弁４０を閉じて、弁２０を開き、第１液体供給装置１２から緩速ろ過装置１４への給水を再開する。
【００５１】
このようなメンテナンス作業の要否は、透明管９６を用いて緩速ろ過装置１４の損失水頭を測定することによって判断される。
【００５２】
図７に示すように、損失水頭の測定時には、３方弁９４によって、排出パイプ９８への水の流入が遮断され、かつパイプ９０と透明管９６とが連通される。これによって矢印Ｆ１で示すようにパイプ９０から透明管９６に水が流入し、透明管９６内の水位が上昇する。このように上昇した透明管９６内の水位を目視することによって、緩速ろ過装置１４の損失水頭を測定でき、緩速ろ過装置１４におけるろ過抵抗を確認できる。透明管９６内の水位が低いほど（損失水頭が大きいほど）、緩速ろ過装置１４におけるろ過抵抗は大きくなっている。したがって、たとえば図２に示すように透明管９６に目印９６ａを付しておき、透明管９６内の水位が目印９６ａを下回っていれば、上述のメンテナンス作業が行われる。
【００５３】
また、損失水頭の測定後には、３方弁９４によって、パイプ９０からの水の流出が遮断され、かつ透明管９６と排出パイプ９８とが連通される。これによって矢印Ｆ２で示すように透明管９６から排出パイプ９８に水が流入し、透明管９６内の水が外部に排出される。したがって、損失水頭の測定時以外は透明管９６が空の状態に保たれる。
【００５４】
このような緩速ろ過システム１０によれば、緩速ろ過装置１４のメンテナンス作業時に、段部２６を目安して下部槽２４ｂのろ過層Ｓ３の砂を入れ替えるだけで、ろ過層Ｓ３の高さを略一定に保つことができる。したがって、メンテナンスする者の経験・技能にかかわらず簡単かつ適切にメンテナンスできる。このように経験が浅い者であっても簡単かつ適切に緩速ろ過装置１４をメンテナンスできるので、緩速ろ過システム１０は、発展途上国において好適に用いられる。
【００５５】
小型の緩速ろ過槽２４を用いる緩速ろ過装置１４によれば、ろ過層Ｓ３の上層部を削り取る際に段部２６を足場として利用でき、足載せ用の板等を別途準備する必要もない。さらに、ろ過層Ｓ３上で作業する必要がなくなり、ろ過層Ｓ３内の微生物等に悪影響を与えることも防止でき、ろ過層Ｓ３を緩速ろ過に適した状態に保つことができる。
【００５６】
緩速ろ過槽２４の上部槽２４ａに段部２６から上向きに水が導入されることによって、ろ過層Ｓ３の上層部の撹拌を抑えることができる。これによって、ろ過層Ｓ３の上層部の微生物等の活動を維持でき、好ましい水質の水を得ることができる。また、水層Ｗを漂う藻、ならびに水層Ｗに落ちた枯葉および虫等の水層Ｗを浮遊する物質をオーバーフローする水とともに上部槽２４ａから流出させることができる。これによって、ろ過層Ｓ３の上面における物質の堆積を抑えることができ、２次的な汚染を引き起こすことも防止できる。
【００５７】
砂層の高さが４００ｍｍあれば緩速ろ過の浄化機能に問題がないことが一般的に知られている。砂層であるろ過層Ｓ３の高さを緩速ろ過処理後の水の水質維持に最低限必要な略４００ｍｍにすることによって、水質の低下を招くことなく緩速ろ過槽２４を小さくでき、１日の処理量が同程度の従来の装置に比べて小型に構成できる。したがって、設置を容易にできるとともにコストを低減できる。
【００５８】
必要なろ過水頭（ろ過圧力）の確保、および砂層の撹拌防止のために、水層の高さを９００ｍｍ〜１２００ｍｍ程度に設定することが一般的に推奨されている。しかし、上述の荒ろ過装置による荒ろ過（前処理段階）で濁度が十分に除去されていれば、小型の緩速ろ過装置１４では、このような高さの水層は不要である。小型の緩速ろ過装置１４では、水層Ｗの高さが略５００ｍｍあれば、十分なろ過水頭を得ることができ、水面の波がろ過層Ｓ３の上層部に与える影響もほとんどない。小型の緩速ろ過槽２４を用いて水層Ｗの高さを略５００ｍｍにすることによって、ろ過層Ｓ３の上面に十分な光（屋外に配置される場合は日光）を与えることができる。これによって、ろ過層Ｓ３の上層部における微生物等の活動が活発になり、好ましい水質の水を得ることができる。また、ろ過層Ｓ３の高さを略４００ｍｍにするとともに水層Ｗの高さを略５００ｍｍにすることによって、より一層、緩速ろ過槽２４を小さくでき、１日の処理量が同程度の従来の装置に比べて小型に構成できる。したがって、より一層、設置を容易にできるとともにコストを低減できる。
【００５９】
透明管９６内の水位を目視するだけで簡単に緩速ろ過装置１４の損失水頭を測定でき、緩速ろ過装置１４のメンテナンスの要否を簡単かつ適切に判断できる。
【００６０】
緩速ろ過装置１４と透明管９６との間に３方弁９４を設けることによって、透明管９６から水を排出でき、損失水頭の測定時以外は透明管９６を空の状態に保つことができる。これによって、透明管９６内における水の腐敗および不純物の混入による２次汚染を防止でき、緩速ろ過装置１４からの浄水が汚染されることを防止できる。
【００６１】
緩速ろ過装置１４の下流側に設けられる第２液体供給装置１６によって、緩速ろ過装置１４におけるろ過速度が略一定に保たれる。したがって、ろ過速度の管理が不要になり、緩速ろ過システム１０の管理に要する手間を軽減できる。また、ろ過速度が一定であることによって、緩速ろ過装置１４における微生物等の生息環境を最適化し、緩速ろ過を安定させることができる。
【００６２】
また、第２液体供給装置１６によれば、流量制御装置５４を用いることによって、タンク５２内の構造を単純化できタンク５２を小さくできる。それに伴ってタンク５２内の水を減らすことができ、水を汚染する機会を減らすことができる。
【００６３】
図２に示すように、タンク５２に対する流量制御装置５４の取り付け位置すなわち排出口の位置を、下部槽２４ｂの上端（ろ過層Ｓ３の上面）下１００ｍｍの高さに設定することによって、タンク５２内の水位をろ過層Ｓ３の上面下１００ｍｍまで自動的に低下させることができる。緩速ろ過装置１４のメンテナンス作業時にタンク５２内の水位をここまで下げれば、ろ過層Ｓ３の上層部から水がなくなり、作業を円滑に行える。
【００６４】
緩速ろ過装置１４よりも下流側の第２液体供給装置１６や水消毒装置１８のメンテナンスや清掃時には、弁４４を閉じればこれらの装置への給水を絶つことができる。また、弁９２を開けることによって、緩速ろ過装置１４からの水を直接かつ容易に採取・測定できる。これによって、緩速ろ過槽２４内の水質を直接かつ正確に把握できる。さらに、たとえば緩速ろ過装置１４が十分に機能していないときには、３方弁８２を開けることによって第２液体供給装置１６の水を廃棄できる。
【００６５】
水消毒装置１８によれば、その内部の電解塩素消毒装置８８によって緩速ろ過装置１４からの水に含まれる塩素イオンを用いて次亜塩素酸イオンおよび次亜塩素酸を発生させて水を消毒し細菌の繁殖を防止できる。したがって、次亜塩素酸液を水に直接供給する場合とは異なり、薬品を管理する必要がなく安全な飲料水を得ることができる。
【００６６】
以上のように浄水システム１０によれば、薬品を必要とせず簡単にシステムの駆動およびメンテナンスを行え、特に、開発途上国の村落、病院、学校、寺院等の比較的小規模な浄水施設を必要とする所に好適に用いられる。
【００６７】
なお、緩速ろ過槽２４は、メンテナンスする者が段部２６に立った状態でシャベル等の先端部をろ過層Ｓ３の上面中央部に到達させることができる程度の任意の大きさに設定できる。
【００６８】
また、上述の実施形態では、処理量制御手段として第２液体供給装置１６を用いる場合について説明したが、処理量制御手段はこれに限定されない。処理量制御手段としては、たとえば特開２０００−２４６０８７号公報に開示されている装置を用いてもよく、一定量の水を供給可能な任意の供給装置を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】この発明の一実施形態の緩速ろ過システムの配管の一例を示す図解図である。
【図２】緩速ろ過装置、第２液体供給装置および透明管を示す図解図である。
【図３】緩速ろ過装置の一例を示す側面図である。
【図４】緩速ろ過装置の一例を示す平面図解図である。
【図５】緩速ろ過槽の一例を示す図解図である。
【図６】（ａ）は緩速ろ過槽内に配置される支持台の一例を示す正面図であり、（ｂ）はその底面図である。
【図７】第２液体供給装置、透明管および３方弁の一例を示す図解図である。
【図８】蓋をはずした状態の第２液体供給装置、透明管および３方弁の一例を示す平面図である。
【図９】流量制御装置の一例を示す正面図である。
【図１０】流量制御装置の一例を示す背面図である。
【図１１】流量制御装置の一例を示す側面図である。
【符号の説明】
【００７０】
１０ 緩速ろ過システム
１２ 第１液体供給装置
１４ 緩速ろ過装置
１６ 第２液体供給装置
１８ 水消毒装置
２４ 緩速ろ過槽
２４ａ 上部槽
２４ｂ 下部槽
２６ 段部
５４ 流量制御装置
８２，９４ ３方弁
９６ 透明管
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３ ろ過層
Ｗ 水層
【技術分野】
【０００１】
この発明は緩速ろ過装置およびそれを含む緩速ろ過システムに関し、より特定的には小型の緩速ろ過装置およびそれを含む緩速ろ過システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
非特許文献１には、水を緩速ろ過する緩速ろ過池が開示されている。このような緩速ろ過池では、砂層の上層部に物質が蓄積されることによって、ろ過抵抗が大きくなり、処理能力が低下する。処理能力の回復は、一般的には砂層の上層部を削り取ることによって行われる。そして、削り取り作業を繰り返した結果、砂層の高さが緩速ろ過処理後の水の水質維持に必要な最低限の高さ（最低高さ）まで低下すれば、洗浄された砂が緩速ろ過池に補給される。
【０００３】
通常、非特許文献１に開示されているように、砂層の最低高さは、４００ｍｍ程度に設定される。砂層の高さがこれ以上であれば、砂層の上層部における微生物等の活動や砂層内における物質の除去機能を維持でき、好ましい水質の水を得ることができる。また、通常、砂層の高さの上限は、７００ｍｍ〜９００ｍｍ程度に設定される。砂層の高さがこの程度であれば、上層部に物質が蓄積されるまでは円滑に緩速ろ過できる。また、砂層の上側の水層の高さは、９００ｍｍ〜１２００ｍｍ程度に設定するのが一般的である。
【非特許文献１】水道施設設計指針改定委員会著、「水道施設設計指針」、社団法人日本水道協会、２０００年３月３１日、ｐ．２３７−２４５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
メンテナンスする者が不慣れな場合、従来技術の緩速ろ過装置では、最低高さ未満に砂層を削ってしまい、緩速ろ過処理後の水の水質を低下させるおそれがあった。また、砂を必要以上に補給してしまい、円滑に緩速ろ過できなくなるおそれがあった。つまり、不慣れな者では適切にメンテナンスできないおそれがあった。
【０００５】
それゆえに、この発明の主たる目的は、簡単かつ適切にメンテナンスできる、緩速ろ過装置およびそれを含む緩速ろ過システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の目的を達成するために、請求項１に記載の緩速ろ過装置は、上部槽、前記上部槽の下側に設けられ前記上部槽よりも内径が小さい下部槽、および前記上部槽と前記下部槽との間に設けられる段部を有する緩速ろ過槽を備え、前記上部槽には水層が設けられ、前記下部槽には上面が前記段部と面一になるように砂層が設けられる。
【０００７】
請求項２に記載の緩速ろ過装置は、請求項１に記載の緩速ろ過装置において、前記上部槽には前記段部から上向きに水が導入されることを特徴とする。
【０００８】
請求項３に記載の緩速ろ過装置は、請求項１または２に記載の緩速ろ過装置において、前記砂層の高さは略４００ｍｍであることを特徴とする。
【０００９】
請求項４に記載の緩速ろ過装置は、請求項１から３のいずれかに記載の緩速ろ過装置において、前記水層の高さは略５００ｍｍであることを特徴とする。
【００１０】
請求項５に記載の緩速ろ過システムは、請求項１から４のいずれかに記載の緩速ろ過装置を含む緩速ろ過システムであって、前記緩速ろ過装置の損失水頭を測定するために前記緩速ろ過装置に連結される透明管を備える。
【００１１】
請求項６に記載の緩速ろ過システムは、請求項５に記載の緩速ろ過システムにおいて、前記緩速ろ過装置と前記透明管との間に設けられる３方弁をさらに含むことを特徴とする。
【００１２】
請求項７に記載の緩速ろ過システムは、請求項１から４のいずれかに記載の緩速ろ過装置を含む緩速ろ過システムであって、前記緩速ろ過装置での処理量を制御するために前記緩速ろ過装置の下流側に設けられる処理量制御手段を備える。
【００１３】
請求項１に記載の緩速ろ過装置では、その上面が段部と面一になるように緩速ろ過槽の下部槽に砂層が設けられる。メンテナンス作業時には、砂層の上層部の砂を削り取った後に段部を目安して砂層に砂を補充するだけで、砂層の高さを略一定に保つことができる。したがって、メンテナンスする者の経験・技能にかかわらず簡単かつ適切にメンテナンスできる。このように経験が浅い者であっても簡単かつ適切にメンテナンスできるので、この発明の緩速ろ過装置は、発展途上国において好適に用いられる。
【００１４】
請求項２に記載の緩速ろ過装置では、緩速ろ過槽の上部槽に段部から上向きに水が導入されることによって、砂層の上層部の撹拌を抑えることができる。これによって、上層部の微生物等の活動を維持でき、好ましい水質の水を得ることができる。また、水層を浮遊する物質をオーバーフローする水とともに緩速ろ過槽から流出させることができ、砂層の上面における物質の堆積を抑えることができる。
【００１５】
請求項３に記載の緩速ろ過装置では、砂層の高さを水質の維持に最低限必要な略４００ｍｍにすることによって、水質の低下を招くことなく緩速ろ過槽を小さくでき、１日の処理量が同程度の従来の装置に比べて小型に構成できる。したがって、設置を容易にできるとともにコストを低減できる。
【００１６】
通常、たとえば非特許文献１に開示されているように、緩速ろ過槽の水層の高さ（砂層上の水深）は、必要なろ過水頭（ろ過圧力）を確保するために９００ｍｍ〜１２００ｍｍ程度に設定することが推奨されている。また、水面に生じる波の影響によって砂層の上層部が撹拌されることを防止するためにも、水層の高さにはこのような値が推奨されている。このために、１日の処理量が数１０トン以下の小型の緩速ろ過装置であっても、緩速ろ過槽の高さは大型の緩速ろ過装置のものと同程度になっていた。しかし、小型の緩速ろ過装置では緩速ろ過槽の横幅（横断面）が小さくなるので、水層の高さをこのような値に設定すると、緩速ろ過槽が縦長になってしまい、砂層の上面に与えられる光が少なくなる。その結果、砂層の上層部の微生物等の活動が低下し、緩速ろ過処理後の水の水質が低下してしまう。小型の緩速ろ過装置であれば、緩速ろ過槽の砂層の高さも小さくてよいので、水層の高さが略５００ｍｍあれば、十分なろ過水頭を得ることができる。さらに、水層の高さが略５００ｍｍあれば、水面の波が砂層の上層部に与える影響もほとんどない。そこで、小型の緩速ろ過装置においては、請求項４に記載するように、小型の緩速ろ過槽を用いて水層の高さを略５００ｍｍにすることによって、砂層の上面に十分な光を与えることができ、砂層の上層部における微生物等の活動を活発にできる。その結果、好ましい水質の水を得ることができる。また、緩速ろ過槽を小さくでき、１日の処理量が同程度の従来の装置に比べて小型に構成できるので、設置を容易にできるとともにコストを低減できる。
【００１７】
請求項５に記載の緩速ろ過システムでは、透明管を目視するだけで緩速ろ過装置の損失水頭を簡単に測定できる。ひいては、緩速ろ過装置のメンテナンスの要否を簡単かつ適切に判断できる。
【００１８】
請求項６に記載の緩速ろ過システムでは、緩速ろ過装置と透明管との間に３方弁が設けられることによって、透明管から水を排出でき、損失水頭の測定時以外は透明管を空の状態に保つことができる。これによって、透明管内における水の腐敗および２次汚染を防止でき、緩速ろ過装置からの浄水が汚染されることを防止できる。
【００１９】
請求項７に記載の緩速ろ過システムでは、緩速ろ過装置の下流側に設けられる処理量制御手段によって、緩速ろ過装置における処理量（ろ過速度）が略一定に保たれる。したがって、ろ過速度の管理が不要になり、システムの管理に要する手間を軽減できる。また、ろ過速度が一定であることによって、緩速ろ過装置における微生物等の生息環境を最適化し、緩速ろ過を安定させることができる。
【００２０】
この発明において、「緩速ろ過」とは、５〜８ｍ／日程度の速度で水を流しながら微生物や藻によって水をろ過することをいう。
【発明の効果】
【００２１】
この発明によれば、簡単かつ適切にメンテナンスできる、緩速ろ過装置およびそれを含む緩速ろ過システムが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面を参照してこの発明の実施の形態について説明する。
図１を参照して、この発明の一実施形態の緩速ろ過システム１０は、たとえば８ｍ（縦）×１０ｍ（横）程度の小型の浄水システムに用いられ、小型に構成される。
【００２３】
緩速ろ過システム１０は、上流側から順に、第１液体供給装置１２、緩速ろ過装置１４、第２液体供給装置１６および水消毒装置１８を含む。
【００２４】
第１液体供給装置１２は、水を収容するタンク１２ａを含む。タンク１２ａには、川、池、井戸等の水源からの水が、荒ろ過装置（図示せず）によって荒ろ過（１次ろ過）された後に供給される。タンク１２ａには、弁２０が介挿されるパイプ２２を介して緩速ろ過装置１４が接続される。
【００２５】
第１液体供給装置１２は、タンク１２ａ内の水を流量制御装置（図示せず）によって略一定の流量で緩速ろ過装置１４に供給する。この実施形態では、略３．６Ｌ（リットル）／分の流量で第１液体供給装置１２から緩速ろ過装置１４に給水され、緩速ろ過装置１４への１日の給水量は略５．２トンとなる。なお、第１液体供給装置１２の流量制御装置としては、第２液体供給装置１６の流量制御装置５４（後述）と同様のものが用いられる。
【００２６】
図２〜図５に示すように、緩速ろ過装置１４は、緩速ろ過槽２４を含む。緩速ろ過槽２４は、それぞれ横断面円形に形成される上部槽２４ａおよび下部槽２４ｂを有する。上部槽２４ａと下部槽２４ｂとは上下方向に同軸上に並べられる。図４に示すように、下部槽２４ｂの内径Ｄ１は上部槽２４ａの内径Ｄ２よりも小さく、上部槽２４ａと下部槽２４ｂとの間には円環状の段部２６が設けられる。
【００２７】
この実施形態では、緩速ろ過槽２４は、着色ＦＲＰを含んで構成され、またはＦＲＰとＦＲＰによって挟まれた遮光部材（たとえばアルミニウムホイールや黒色のプラスティックシート）とを含んで構成される。また、たとえば、上部槽２４ａの内径Ｄ２はφ１２００ｍｍ、下部槽２４ｂの内径Ｄ１はφ１０００ｍｍに設定される。したがって、段部２６の幅は１００ｍｍになる。
【００２８】
図５に示すように、下部槽２４ｂ内の底面には、たとえばＦＲＰからなる支持台２８が配置される。図６に示すように、支持台２８は、円板状の板状部材３０、板状部材３０の周縁部に沿うように板状部材３０の下面に設けられる円環状の枠体３２、および板状部材３０の下面中央に設けられる十字状の板状部材３４を含む。板状部材３０には、枠体３２の内側の位置に複数の貫通孔３０ａが設けられる。また、枠体３２には、４つの切り欠き３２ａが等間隔に設けられる。支持台２８の各部の厚みはたとえば１０ｍｍに設定される。また、板状部材３０の貫通孔３０ａの直径はたとえば１０ｍｍに設定される。
【００２９】
図５に示すように、下部槽２４ｂにおいて支持台２８上には、下から順にろ過層Ｓ１とろ過層Ｓ２とろ過層Ｓ３とからなる３層構造のろ材が配置される。この実施形態では、ろ過層Ｓ１のろ材は１５〜３０ｍｍのれきであり、ろ過層Ｓ２のろ材は２〜５ｍｍのれきであり、ろ過層Ｓ３のろ材は０．５〜０．６ｍｍの砂である。ろ過層Ｓ１〜Ｓ３のろ材の大きさをこのように設定することによって、ドレン作業時に水流によってろ過層Ｓ３のろ材（砂）が貫通孔３０ａを介して支持台２８の下に落ちることを防止できる。
【００３０】
ろ過層Ｓ１〜Ｓ３は、砂層であるろ過層Ｓ３の上面（表面）が段部２６と面一になるように下部槽２４ｂに設けられる。言い換えれば、ろ過層Ｓ１〜Ｓ３は、最上段のろ過層Ｓ３が上部槽２４ａ内に至らないように下部槽２４ｂに設けられる。この実施形態では、ろ過層Ｓ１の高さ（厚み）は略６５ｍｍに設定され、ろ過層Ｓ２の高さは略５０ｍｍに設定され、ろ過層Ｓ３の高さは略４００ｍｍに設定される。
【００３１】
緩速ろ過槽２４の段部２６には、上部槽２４ａに水を導入するための入水パイプ３６が取り付けられる。図２および図３に示すように、入水パイプ３６には、プレハブジョイント３７を介してパイプ３８が連結される。パイプ３８の一端にはタンク１２ａに取り付けられるパイプ２２が連結され（図１参照）、パイプ３８の他端には弁４０が取り付けられる。第１液体供給装置１２からの水は、パイプ２２，３８、プレハブジョイント３７およびパイプ３６を介して緩速ろ過槽２４の上部槽２４ａに供給される。図５に示すように、上部槽２４ａには、入水パイプ３６を介して第１液体供給装置１２からの水が上向きに導入され、水層Ｗが設けられる。
【００３２】
また、下部槽２４ｂの側面下部には浄水を排出するためのパイプ４２が取り付けられ、パイプ４２には弁４４が取り付けられる。さらに、上部槽２４ａの側面上部には、上部槽２４ａから水をオーバーフローさせるためのパイプ４６が取り付けられる。パイプ４６は、水層Ｗの高さ｛水面から段部２６（ろ過層Ｓ３の上面）までの深さ｝が５００ｍｍを超えたときに、上部槽２４ａから水をオーバーフローさせる位置に取り付けられる。
【００３３】
緩速ろ過装置１４における水のろ過速度（流量）ひいては処理量は、処理量制御手段である下流側の第２液体供給装置１６からの水の流量に応じて設定される。この実施形態では、緩速ろ過装置１４における通常の処理量が略４．０トン／日（ろ過速度が略５ｍ／日）に設定され、第１液体供給装置１２からの給水量（略５．２トン／日）よりも小さくなる。したがって、通常、緩速ろ過装置１４に供給された水の一部はパイプ４６を介して緩速ろ過槽２４からオーバーフローし、上部槽２４ａの水層Ｗの高さは略５００ｍｍに保たれる。
【００３４】
パイプ４６にはプレハブジョイント４７を介してパイプ４８（図１参照）が連結され、パイプ４８にはタンク５０が接続される。緩速ろ過槽２４からオーバーフローした水は、パイプ４６、プレハブジョイント４７およびパイプ４８を介してタンク５０に供給される。タンク５０内の水は、たとえば、上述の荒ろ過装置における荒ろ過槽の洗浄や荒ろ過槽の充填等に有効利用される。
【００３５】
このような緩速ろ過装置１４では、水層Ｗの水が主としてろ過層Ｓ３でろ過され浄化される。詳しくは、砂層であるろ過層Ｓ３の上層部には、微生物や藻が繁殖することによって生物ろ過層が形成されている。このようなろ過層Ｓ３を水層Ｗの水が通過（流下）することによって水中の物質が除去される。これによって浄水が得られる。ろ過層Ｓ３からの浄水は、ろ過層Ｓ２，Ｓ１、支持台２８の貫通孔３０ａおよび切り欠き３２ａ、パイプ４２、ならびに弁４４を介して緩速ろ過装置１４から流出する。
【００３６】
なお、緩速ろ過槽２４には透光性を有する蓋（図示せず）を被せてもよい。これによって、ろ過層Ｓ３における微生物等の活動を遮光によって阻害することなく、緩速ろ過槽２４内に落ち葉や虫等が入ることや緩速ろ過槽２４内で藻類が過剰に繁殖することを防止できる。
【００３７】
図２、図７および図８に示すように、第２液体供給装置１６は、緩速ろ過装置１４からの水（浄水）を収容するタンク５２、およびタンク５２から一定の流量で水を流出させるための流量制御装置５４を含む。
【００３８】
タンク５２は上端開口の中空略直方体状に形成され、タンク５２の上端部には蓋５６が被せられる。蓋５６にはタンク５２内を外気と連通するためのパイプ５８が設けられる。また、タンク５２の底面にはパイプ６０が取り付けられる。図２に示すように、パイプ６０にはＴ字ジョイント６１を介してパイプ６２が連結され、パイプ６２には弁４４が接続される。タンク５２には、パイプ６２、Ｔ字ジョイント６１およびパイプ６０を介して緩速ろ過装置１４からの水が供給される。
【００３９】
図９〜図１１に示すように、流量制御装置５４は取り付け部材６４を含む。取り付け部材６４は、略短冊状の取り付け板６４ａと、取り付け板６４ａの下面に設けられる挿通部材６４ｂとを含む。取り付け板６４ａ上には２つの略球状の浮き６６が取り付けられ、挿通部材６４ｂにはボルト６８によって略直方体状のキャップ７０が揺動可能に取り付けられる。キャップ７０は水を導入するための貫通孔７０ａを有し、貫通孔７０ａには孔７２ａを有する中空円板状の調整部材７２が装着される。調整部材７２の孔７２ａの大きさによって、流量制御装置５４に導入される水の流量ひいては流量制御装置５４から流出する水の流量が調整される。この実施形態では、孔７２ａの直径が７．８ｍｍに設定され、流量制御装置５４からの水の流量は略２．８Ｌ／分（略４．０トン／日）となる。
【００４０】
キャップ７０にはパイプ７４の一端が装着される。パイプ７４はその一端から他端にまで延びる流路７４ａと側面から流路７４ａに貫通する貫通孔７４ｂとを有する。貫通孔７４ｂにはホース７６の一端が嵌入され、流路７４ａがホース７６を介して大気に開放される。ホース７６の先端部は、取り付け板６４ａ上に設けられる略Ｌ字状の保持部材７８によって保持される。なお、２つの浮き６６は、パイプ７４内が水で充満された状態でもホース７６の先端が水面上に位置する浮力を有するサイズで構成される。
【００４１】
パイプ７４の他端には、パイプ７４を揺動可能に支持するためにタンク５２の側面下方寄りに設けられる支持部材８０が取り付けられる。
【００４２】
支持部材８０は、パイプ７４に接続されるキャップ８０ａ、キャップ８０ａに接続されるパイプ８０ｂ、パイプ８０ｂに取り付けられるナット８０ｃ、および蓋８０ｄを含む。
【００４３】
キャップ８０ａは、たとえば直方体状に形成され、嵌入孔および当該嵌入孔と直交する貫通孔（ともに図示せず）を有し、したがって略Ｔ字状の孔を有する。キャップ８０ａの嵌入孔にはパイプ７４が嵌入され、貫通孔には一方側からパイプ８０ｂが回動可能に挿入されかつ他方側から蓋８０ｄが設けられ、パイプ７４と８０ｂとがキャップ８０ａを介して略Ｌ字状に連通される。そして、パイプ８０ｂをタンク５２の側面に挿通してパイプ８０ｂの鍔部８０ｅとナット８０ｃとでタンク５２の側面を挟みナット８０ｃを締めることによって、タンク５２の側面に支持部材８０が固定される。なお、キャップ８０ａに対するパイプ８０ｂの取り付け部近傍および蓋８０ｄの取り付け部近傍にはそれぞれ、Ｏリング８０ｆおよび８０ｇが装着される。
【００４４】
このような流量制御装置５４を用いた第２液体供給装置１６では、タンク５２内の水位（水面の高さ）の変化に伴う浮き６６の浮動によって、取り付け部材６４がキャップ７０に対して揺動するとともにパイプ７４が支持部材８０に対して揺動する（図７参照）。これによって、タンク５２内の水位にかかわらず、水面からパイプ７４の導水口（調整部材７２の孔７２ａ）までの深さが略一定となり、当該導水口に加わる水圧が安定する。また、ホース７６によってパイプ７４内は大気圧に保たれている。したがって、タンク５２内の水位にかかわらずパイプ７４の流路７４ａを流れる水量を常に略一定にでき、タンク５２から略一定の流量（略４．０トン／日）で水を流出させることができる。したがって、この実施形態では、第２液体供給装置１６からの水の流量が略４．０トン／日となり、緩速ろ過装置１４における水の処理量が略４．０トン／日に設定される。また、２つの球状の浮き６６を取り付け板６４ａ上に横方向に並べて取り付けることによって、パイプ７４内の水の有無にかかわらず、２つの球状の浮き６６ひいては流量制御装置５４の姿勢が崩れることなく、円滑に送水できる。なお、タンク５２内では緩速ろ過装置１４からの浄水を扱うので、パイプ７４には殺菌作用を有する銅パイプが使用される。
【００４５】
流量制御装置５４の支持部材８０には３方弁８２が接続される。図１に示すように、３方弁８２には、水消毒装置１８に取り付けられるパイプ８４が接続される。
【００４６】
水消毒装置１８は、第２液体供給装置１６からの水を収容するタンク８６、およびタンク８６内で水中に配置される電解塩素発生装置８８を含む。水消毒装置１８では、電解塩素発生装置８８の駆動に伴ってタンク８６内の水に含まれる塩素イオンが電気分解される。これによって、次亜塩素酸イオンおよび次亜塩素酸が生成され、タンク８６内の水が消毒される。このように水消毒装置１８で消毒された水は、たとえば飲料水として利用される。電解塩素発生装置８８の駆動開始および駆動停止のタイミングは、たとえばタンク８６内の水位に基づいてコントローラ（図示せず）が制御する。
【００４７】
また、図２、図７および図８に示すように、Ｔ字ジョイント６１にはパイプ９０の一端が接続される。パイプ９０には緩速ろ過処理後の浄水を採取するための弁９２が介挿される。また、パイプ９０の他端には、３方弁９４を介して、緩速ろ過装置１４の損失水頭を測定するための透明管９６、および透明管９６内の水を外部に排出するための排出パイプ９８が接続される。
【００４８】
このような緩速ろ過システム１０の緩速ろ過装置１４では、時間経過に伴って、ろ過層Ｓ３の上層部における物質の蓄積およびろ過層Ｓ３の上面における物質の堆積が進み、水層Ｗの水がろ過層Ｓ３を通過（流下）しにくくなる。つまり、時間経過に伴って、ろ過抵抗が大きくなり、ろ過速度ひいては処理量が小さくなる。このように閉塞状態になって処理能力が低下すれば、以下のようなメンテナンス作業によって、緩速ろ過装置１４の処理能力を回復させる。
【００４９】
まず、弁２０を閉じて第１液体供給装置１２から緩速ろ過装置１４への給水を停止する。その後、弁４０を開いて緩速ろ過槽２４の上部槽２４ａから水を排出（ドレン）する。このとき、第２液体供給装置１６に取り付けられる３方弁８２を操作して、第２液体供給装置１６から外部に水を排出するようにしてもよい。これによって、パイプ４２を介して緩速ろ過槽２４から流出する水量が多くなり迅速に上部槽２４ａから水を排出できる。
【００５０】
上部槽２４ａからの水の排出が完了すれば、ろ過層Ｓ３の上層部を５ｍｍ〜１０ｍｍ程度削り取る。そして、ろ過層Ｓ３の上面が段部２６と面一になるようにろ過層Ｓ３に砂を補充する。つまり、下部槽２４ｂにおいて、ろ過層Ｓ３の上層部５ｍｍ〜１０ｍｍ程度の砂を入れ替える。これによって緩速ろ過装置１４の処理能力を回復させることができる。その後、弁４０を閉じて、弁２０を開き、第１液体供給装置１２から緩速ろ過装置１４への給水を再開する。
【００５１】
このようなメンテナンス作業の要否は、透明管９６を用いて緩速ろ過装置１４の損失水頭を測定することによって判断される。
【００５２】
図７に示すように、損失水頭の測定時には、３方弁９４によって、排出パイプ９８への水の流入が遮断され、かつパイプ９０と透明管９６とが連通される。これによって矢印Ｆ１で示すようにパイプ９０から透明管９６に水が流入し、透明管９６内の水位が上昇する。このように上昇した透明管９６内の水位を目視することによって、緩速ろ過装置１４の損失水頭を測定でき、緩速ろ過装置１４におけるろ過抵抗を確認できる。透明管９６内の水位が低いほど（損失水頭が大きいほど）、緩速ろ過装置１４におけるろ過抵抗は大きくなっている。したがって、たとえば図２に示すように透明管９６に目印９６ａを付しておき、透明管９６内の水位が目印９６ａを下回っていれば、上述のメンテナンス作業が行われる。
【００５３】
また、損失水頭の測定後には、３方弁９４によって、パイプ９０からの水の流出が遮断され、かつ透明管９６と排出パイプ９８とが連通される。これによって矢印Ｆ２で示すように透明管９６から排出パイプ９８に水が流入し、透明管９６内の水が外部に排出される。したがって、損失水頭の測定時以外は透明管９６が空の状態に保たれる。
【００５４】
このような緩速ろ過システム１０によれば、緩速ろ過装置１４のメンテナンス作業時に、段部２６を目安して下部槽２４ｂのろ過層Ｓ３の砂を入れ替えるだけで、ろ過層Ｓ３の高さを略一定に保つことができる。したがって、メンテナンスする者の経験・技能にかかわらず簡単かつ適切にメンテナンスできる。このように経験が浅い者であっても簡単かつ適切に緩速ろ過装置１４をメンテナンスできるので、緩速ろ過システム１０は、発展途上国において好適に用いられる。
【００５５】
小型の緩速ろ過槽２４を用いる緩速ろ過装置１４によれば、ろ過層Ｓ３の上層部を削り取る際に段部２６を足場として利用でき、足載せ用の板等を別途準備する必要もない。さらに、ろ過層Ｓ３上で作業する必要がなくなり、ろ過層Ｓ３内の微生物等に悪影響を与えることも防止でき、ろ過層Ｓ３を緩速ろ過に適した状態に保つことができる。
【００５６】
緩速ろ過槽２４の上部槽２４ａに段部２６から上向きに水が導入されることによって、ろ過層Ｓ３の上層部の撹拌を抑えることができる。これによって、ろ過層Ｓ３の上層部の微生物等の活動を維持でき、好ましい水質の水を得ることができる。また、水層Ｗを漂う藻、ならびに水層Ｗに落ちた枯葉および虫等の水層Ｗを浮遊する物質をオーバーフローする水とともに上部槽２４ａから流出させることができる。これによって、ろ過層Ｓ３の上面における物質の堆積を抑えることができ、２次的な汚染を引き起こすことも防止できる。
【００５７】
砂層の高さが４００ｍｍあれば緩速ろ過の浄化機能に問題がないことが一般的に知られている。砂層であるろ過層Ｓ３の高さを緩速ろ過処理後の水の水質維持に最低限必要な略４００ｍｍにすることによって、水質の低下を招くことなく緩速ろ過槽２４を小さくでき、１日の処理量が同程度の従来の装置に比べて小型に構成できる。したがって、設置を容易にできるとともにコストを低減できる。
【００５８】
必要なろ過水頭（ろ過圧力）の確保、および砂層の撹拌防止のために、水層の高さを９００ｍｍ〜１２００ｍｍ程度に設定することが一般的に推奨されている。しかし、上述の荒ろ過装置による荒ろ過（前処理段階）で濁度が十分に除去されていれば、小型の緩速ろ過装置１４では、このような高さの水層は不要である。小型の緩速ろ過装置１４では、水層Ｗの高さが略５００ｍｍあれば、十分なろ過水頭を得ることができ、水面の波がろ過層Ｓ３の上層部に与える影響もほとんどない。小型の緩速ろ過槽２４を用いて水層Ｗの高さを略５００ｍｍにすることによって、ろ過層Ｓ３の上面に十分な光（屋外に配置される場合は日光）を与えることができる。これによって、ろ過層Ｓ３の上層部における微生物等の活動が活発になり、好ましい水質の水を得ることができる。また、ろ過層Ｓ３の高さを略４００ｍｍにするとともに水層Ｗの高さを略５００ｍｍにすることによって、より一層、緩速ろ過槽２４を小さくでき、１日の処理量が同程度の従来の装置に比べて小型に構成できる。したがって、より一層、設置を容易にできるとともにコストを低減できる。
【００５９】
透明管９６内の水位を目視するだけで簡単に緩速ろ過装置１４の損失水頭を測定でき、緩速ろ過装置１４のメンテナンスの要否を簡単かつ適切に判断できる。
【００６０】
緩速ろ過装置１４と透明管９６との間に３方弁９４を設けることによって、透明管９６から水を排出でき、損失水頭の測定時以外は透明管９６を空の状態に保つことができる。これによって、透明管９６内における水の腐敗および不純物の混入による２次汚染を防止でき、緩速ろ過装置１４からの浄水が汚染されることを防止できる。
【００６１】
緩速ろ過装置１４の下流側に設けられる第２液体供給装置１６によって、緩速ろ過装置１４におけるろ過速度が略一定に保たれる。したがって、ろ過速度の管理が不要になり、緩速ろ過システム１０の管理に要する手間を軽減できる。また、ろ過速度が一定であることによって、緩速ろ過装置１４における微生物等の生息環境を最適化し、緩速ろ過を安定させることができる。
【００６２】
また、第２液体供給装置１６によれば、流量制御装置５４を用いることによって、タンク５２内の構造を単純化できタンク５２を小さくできる。それに伴ってタンク５２内の水を減らすことができ、水を汚染する機会を減らすことができる。
【００６３】
図２に示すように、タンク５２に対する流量制御装置５４の取り付け位置すなわち排出口の位置を、下部槽２４ｂの上端（ろ過層Ｓ３の上面）下１００ｍｍの高さに設定することによって、タンク５２内の水位をろ過層Ｓ３の上面下１００ｍｍまで自動的に低下させることができる。緩速ろ過装置１４のメンテナンス作業時にタンク５２内の水位をここまで下げれば、ろ過層Ｓ３の上層部から水がなくなり、作業を円滑に行える。
【００６４】
緩速ろ過装置１４よりも下流側の第２液体供給装置１６や水消毒装置１８のメンテナンスや清掃時には、弁４４を閉じればこれらの装置への給水を絶つことができる。また、弁９２を開けることによって、緩速ろ過装置１４からの水を直接かつ容易に採取・測定できる。これによって、緩速ろ過槽２４内の水質を直接かつ正確に把握できる。さらに、たとえば緩速ろ過装置１４が十分に機能していないときには、３方弁８２を開けることによって第２液体供給装置１６の水を廃棄できる。
【００６５】
水消毒装置１８によれば、その内部の電解塩素消毒装置８８によって緩速ろ過装置１４からの水に含まれる塩素イオンを用いて次亜塩素酸イオンおよび次亜塩素酸を発生させて水を消毒し細菌の繁殖を防止できる。したがって、次亜塩素酸液を水に直接供給する場合とは異なり、薬品を管理する必要がなく安全な飲料水を得ることができる。
【００６６】
以上のように浄水システム１０によれば、薬品を必要とせず簡単にシステムの駆動およびメンテナンスを行え、特に、開発途上国の村落、病院、学校、寺院等の比較的小規模な浄水施設を必要とする所に好適に用いられる。
【００６７】
なお、緩速ろ過槽２４は、メンテナンスする者が段部２６に立った状態でシャベル等の先端部をろ過層Ｓ３の上面中央部に到達させることができる程度の任意の大きさに設定できる。
【００６８】
また、上述の実施形態では、処理量制御手段として第２液体供給装置１６を用いる場合について説明したが、処理量制御手段はこれに限定されない。処理量制御手段としては、たとえば特開２０００−２４６０８７号公報に開示されている装置を用いてもよく、一定量の水を供給可能な任意の供給装置を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】この発明の一実施形態の緩速ろ過システムの配管の一例を示す図解図である。
【図２】緩速ろ過装置、第２液体供給装置および透明管を示す図解図である。
【図３】緩速ろ過装置の一例を示す側面図である。
【図４】緩速ろ過装置の一例を示す平面図解図である。
【図５】緩速ろ過槽の一例を示す図解図である。
【図６】（ａ）は緩速ろ過槽内に配置される支持台の一例を示す正面図であり、（ｂ）はその底面図である。
【図７】第２液体供給装置、透明管および３方弁の一例を示す図解図である。
【図８】蓋をはずした状態の第２液体供給装置、透明管および３方弁の一例を示す平面図である。
【図９】流量制御装置の一例を示す正面図である。
【図１０】流量制御装置の一例を示す背面図である。
【図１１】流量制御装置の一例を示す側面図である。
【符号の説明】
【００７０】
１０ 緩速ろ過システム
１２ 第１液体供給装置
１４ 緩速ろ過装置
１６ 第２液体供給装置
１８ 水消毒装置
２４ 緩速ろ過槽
２４ａ 上部槽
２４ｂ 下部槽
２６ 段部
５４ 流量制御装置
８２，９４ ３方弁
９６ 透明管
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３ ろ過層
Ｗ 水層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部槽、前記上部槽の下側に設けられ前記上部槽よりも内径が小さい下部槽、および前記上部槽と前記下部槽との間に設けられる段部を有する緩速ろ過槽を備え、
前記上部槽には水層が設けられ、
前記下部槽には上面が前記段部と面一になるように砂層が設けられる、緩速ろ過装置。
【請求項２】
前記上部槽には前記段部から上向きに水が導入される、請求項１に記載の緩速ろ過装置。
【請求項３】
前記砂層の高さは略４００ｍｍである、請求項１または２に記載の緩速ろ過装置。
【請求項４】
前記水層の高さは略５００ｍｍである、請求項１から３のいずれかに記載の緩速ろ過装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の緩速ろ過装置を含む緩速ろ過システムであって、
前記緩速ろ過装置の損失水頭を測定するために前記緩速ろ過装置に連結される透明管を備える、緩速ろ過システム。
【請求項６】
前記緩速ろ過装置と前記透明管との間に設けられる３方弁をさらに含む、請求項５に記載の緩速ろ過システム。
【請求項７】
請求項１から４のいずれかに記載の緩速ろ過装置を含む緩速ろ過システムであって、
前記緩速ろ過装置での処理量を制御するために前記緩速ろ過装置の下流側に設けられる処理量制御手段を備える、緩速ろ過システム。
【請求項１】
上部槽、前記上部槽の下側に設けられ前記上部槽よりも内径が小さい下部槽、および前記上部槽と前記下部槽との間に設けられる段部を有する緩速ろ過槽を備え、
前記上部槽には水層が設けられ、
前記下部槽には上面が前記段部と面一になるように砂層が設けられる、緩速ろ過装置。
【請求項２】
前記上部槽には前記段部から上向きに水が導入される、請求項１に記載の緩速ろ過装置。
【請求項３】
前記砂層の高さは略４００ｍｍである、請求項１または２に記載の緩速ろ過装置。
【請求項４】
前記水層の高さは略５００ｍｍである、請求項１から３のいずれかに記載の緩速ろ過装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の緩速ろ過装置を含む緩速ろ過システムであって、
前記緩速ろ過装置の損失水頭を測定するために前記緩速ろ過装置に連結される透明管を備える、緩速ろ過システム。
【請求項６】
前記緩速ろ過装置と前記透明管との間に設けられる３方弁をさらに含む、請求項５に記載の緩速ろ過システム。
【請求項７】
請求項１から４のいずれかに記載の緩速ろ過装置を含む緩速ろ過システムであって、
前記緩速ろ過装置での処理量を制御するために前記緩速ろ過装置の下流側に設けられる処理量制御手段を備える、緩速ろ過システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００９−２９７６４７（Ｐ２００９−２９７６４７Ａ）
【公開日】平成２１年１２月２４日（２００９．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１５４６５３（Ｐ２００８−１５４６５３）
【出願日】平成２０年６月１２日（２００８．６．１２）
【出願人】（００００１００７６）ヤマハ発動機株式会社 (3,045)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１２月２４日（２００９．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月１２日（２００８．６．１２）
【出願人】（００００１００７６）ヤマハ発動機株式会社 (3,045)
【Ｆターム（参考）】
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