JP6989482B2 - 濾過装置および濾材流出抑制ユニット - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、濾過装置および濾材流出抑制ユニットに関する。

濾過塔内の濾材に被処理水を通すことで濾過が行われ、空気および洗浄水を用いて逆洗が行われる濾過装置が知られている。このような濾過装置は、濾材の流出抑制性能の向上を図ることができると望ましい。

特許第４８３１０５２号公報

本発明が解決しようとする課題は、濾材の流出抑制性能の向上を図ることができる濾過装置および濾材流出抑制ユニットを提供することである。

実施形態の濾過装置は、濾過槽と、逆洗部と、濾材流出抑制機構とを持つ。前記濾過槽は、濾材が収容され、被処理水が下降流で流れることで濾過が行われる。前記逆洗部は、前記濾過槽の下部に空気および洗浄水を供給して逆洗を行う。前記濾材流出抑制機構は、少なくとも前記濾過が行われる状態で前記濾材よりも上方に位置し、前記濾材が通過可能な隙間を有し、逆洗時に前記濾材中から排出される気泡を小さくする。

第１の実施形態の濾過システムの全体構成を示す図。 第１の実施形態の分断機構を示す平面図。 第１の実施形態の濾材流出抑制機構の配置高さを示す断面図。 第１の実施形態において気泡の大きさと気泡の上昇速度との関係を示す図。 第１の実施形態の濾材流出抑制機構が設けられた場合と、設けられていない場合との濾材年間流出率の実験結果を示す図。 第１の実施形態の第１変形例の分断機構を示す平面図。 第１の実施形態の第２変形例の分断機構を示す平面図。 第１の実施形態の第３変形例の分断機構を示す平面図。 第１の実施形態の第４変形例の分断機構を示す平面図。 第２の実施形態の濾過装置を示す図。 第３の実施形態の濾過装置を示す図。 第３の実施形態の濾材回収機構の支持機構を示す平面図。 第４の実施形態の濾材流出抑制機構の配置高さを示す断面図。

以下、実施形態の濾過装置および濾材流出抑制ユニットを、図面を参照して説明する。なお以下の説明では、同一または類似の機能を有する構成に同一の符号を付す。そして、それら構成の重複する説明は省略する場合がある。

（第１の実施形態）
図１から図５を参照し、第１の実施形態について説明する。
まず、濾過装置２０を含む水処理システム１の全体構成の一例について説明する。水処理システム１は、例えば、工業廃水などの被処理水に含まれる懸濁物質などを被処理水から除去する水処理システムである。

図１は、水処理システム１の全体構成を示す図である。水処理システム１は、例えば、１つ以上の前処理槽１０、濾過装置２０、処理水槽３０、および逆洗排水槽４０を含む。

前処理槽１０は、濾過装置２０の上流側に設けられている。前処理槽１０は、被処理水のイオン濃度の調整（ｐＨ調整）が行われる調整槽や、被処理水中の固形分のフロック化が行われる凝集槽、凝集させたフロックが沈殿分離される沈殿槽などである。前処理槽１０により所定の処理が行われた被処理水は、原水ポンプＰ１により濾過装置２０に送られる。なお、凝集処理などが既に済んでいる被処理水を対象とする場合は、前処理槽１０は省略されてもよい。

濾過装置２０は、被処理水を濾材Ｍに通すことで、被処理水中の固形分を被処理水から分離する。本実施形態では、被処理水は、濾過装置２０の上部に供給される。濾過装置２０の上部に供給された被処理水は、濾過装置２０内を下降流として流れ、濾過された処理水として濾過装置２０の下部から排出される。なお、濾過装置２０の構成および機能については詳しく後述する。

処理水槽３０は、濾過装置２０の下部に接続されており、濾過装置２０により濾過された処理水が流入する。例えば、処理水槽３０は、処理水槽３０に流入した処理水の一部を逆洗に用いる洗浄水として貯留する。

逆洗排水槽４０は、濾過装置２０の上部に接続されており、逆洗時に濾過装置２０内を上昇流として通過した洗浄水（逆洗排水）が流入する。

次に、濾過装置２０の構成および機能について説明する。濾過装置２０は、例えば、濾過塔１００、逆洗部２００、および濾材流出抑制ユニットＵＴを備えている。

濾過塔１００は、例えば、有底の筒状部材であり、略鉛直方向に起立して設けられている。濾過塔１００は、「濾過槽」の一例である。濾過塔１００内には、被処理水を濾過するための濾材Ｍが収容されている。被処理水は、濾過塔１００の上部に供給され、濾過塔１００に収容された濾材Ｍを下降流として通過することで濾過される。すなわち、被処理水中の固形分が濾材Ｍによって補足され、被処理水が浄化される。

濾材Ｍは、例えば、第１濾材Ｍ１と、第１濾材Ｍ１の上方に設けられた第２濾材Ｍ２とを含む。第１濾材Ｍ１は、例えば濾過砂である。第２濾材Ｍ２は、第１濾材Ｍ１よりも粒子径が大きな濾材であり、例えばアンスラサイトである。

ここで、以下の説明における「濾材の粒子径」とは、特に説明がない限り、第２濾材Ｍ２の粒子径（すなわち、第１濾材Ｍ１と第２濾材Ｍ２とのうち大きい方の粒子径）を意味する。また、本明細書において「粒子径」とは、濾材を構成する粒子の有効径を意味する。「有効径」とは、濾材のふるい分け計算において累積通過質量百分率が１０％になる粒子の大きさを意味し、すなわち、その濾材の透水度が、全粒子の粒子径が同じと仮定した場合の透水度となるような粒子径を意味する。

本実施形態では、第１濾材Ｍ１の粒子径は、０．６ｍｍであり、第２濾材Ｍ２の粒子径は、１．２ｍｍである。ただし、第１濾材Ｍ１および第２濾材Ｍ２の粒子径は、上記例に限定されない。また、濾材Ｍは、第１濾材Ｍ１と第２濾材Ｍ２の２層構造である必要はなく、１種類の濾材により構成されてもよい。

逆洗部（逆洗ユニット）２００は、濾過塔１００の下部に空気および洗浄水を供給することで濾過装置２０の逆洗を行う装置である。逆洗部２００は、例えば、空気逆洗を行う空気逆洗部２１０と、水逆洗を行う水逆洗部２２０とを含む。

空気逆洗部２１０は、例えば、散気管２１１と、ブロワー２１２とを含む。散気管２１１は、濾過塔１００の底部に設けられ、濾材Ｍの下方に位置する。ブロワー２１２は、散気管２１１に接続され、空気逆洗を行うための空気を散気管２１１に送る。ブロワー２１２から散気管２１１に空気が送られることで、散気管２１１から濾過塔１００の下部に空気が供給され、空気逆洗が行われる。

水逆洗部２２０は、水逆洗用の洗浄水を濾過塔１００の下部に送るポンプＰ２を有する。本実施形態では、ポンプＰ２は、水逆洗用の洗浄水として、処理水槽３０に貯留された処理水の一部を濾過塔１００の下部に送る。なお、水逆洗用の洗浄水は、処理水槽３０に貯留された処理水に限定されず、別の場所から供給される水でもよい。

ここで、逆洗部２００による逆洗の一例について説明する。本実施形態では、逆洗として、空気逆洗と、水逆洗とが順番に行われる。

空気逆洗は、空気逆洗部２１０の散気管２１１から濾過塔１００の下部に空気が供給されることで行われる。この空気逆洗は、例えば約１０分間実施される。空気逆洗が行われると、濾過塔１００の下部に供給された空気が気泡となり、この気泡が空気の浮力により大きな上昇速度で濾材Ｍ中を上昇する。このとき、気泡と濾材Ｍとの間に摩擦による振動が生じ、この振動により濾材Ｍの表面に付着した固形分が剥がれる。

一方で、水逆洗は、空気逆洗の後に行われる。水逆洗は、水逆洗部２２０のポンプＰ２により濾過塔１００の下部に洗浄水が供給され、濾過塔１００内を洗浄水が上昇流として流れることで行われる。この水逆洗は、例えば約１０分間実施される。水逆洗が行われると、濾過塔１００内を上昇流として流れる洗浄水によって、空気逆洗で剥がされた固形分が押し上げられ、この固形分が外部（例えば逆洗排水槽４０）に排出される。これにより、濾材Ｍの洗浄が行われる。なお、逆洗で発生する排水は、逆洗排水槽４０に送られることに代えて、そのまま放流されてもよく、前処理槽１０に戻されてもよい。

ここで、このような濾過装置２０に生じるひとつの事象について説明する。空気逆洗を行うために多くの空気を濾過塔１００の下部に供給すると、空気逆洗が終了した時点で多くの気泡が濾材Ｍ中に蓄積された状態となる。この状態で水逆洗に移行し、濾過塔１００の下部に洗浄水を供給すると、濾材Ｍ中に蓄積された多くの気泡が洗浄水によって一斉に押し出され、高速流となって上昇することがある。なかには、複数の気泡が合体して成長するなどして比較的大きな気泡（例えば、直径が１ｃｍ〜１０ｃｍ程度の気泡）が高速で濾材Ｍ中を上昇することがある。このような大きな気泡が濾材Ｍ中を高速で上昇すると、気泡の上昇に伴って濾材Ｍの一部が濾過塔１００の外部に流出することがある。そこで本実施形態の濾過装置２０は、このような濾材Ｍの流出を抑制するため、次に説明する濾材流出抑制ユニットＵＴを備えている。

濾材流出抑制ユニットＵＴは、逆洗時に濾材Ｍが濾過塔１００から流出することを抑制するための濾材流出抑制機構３００を含む。濾材流出抑制機構３００は、例えば、濾過塔１００内に設けられ、濾過装置２０によって濾過が行われる状態で濾材Ｍよりも上方に位置する。濾材流出抑制機構３００は、逆洗時に濾材Ｍ中から排出される気泡を小さくする。例えば、濾材流出抑制機構３００は、空気逆洗時に濾材Ｍ中に蓄積されて水逆洗時に濾材Ｍ中から濾材Ｍの一部を伴い浮上する気泡を小さくする。これを実現するため、濾材流出抑制機構３００は、例えば、逆洗時に濾材流出抑制機構３００を通過する気泡を小さく分断する分断機構３１０を含む。

図２は、本実施形態の分断機構３１０を示す平面図である。本実施形態では、分断機構３１０は、複数の第１線状部材３１１と、複数の第２線状部材３１２と、外郭部材３１３とを含む。

複数の第１線状部材３１１および複数の第２線状部材３１２は、外郭部材３１３の内側に配置されている。複数の第１線状部材３１１は、互いの間に一定の間隔を空けて第１方向に並べられている。複数の第１線状部材３１１は、互いに略平行に配置されている。複数の第２線状部材３１２は、互いの間に一定の間隔を空けて第１方向とは交差した（例えば略直交した）第２方向に並べられている。複数の第２線状部材３１２は、互いに略平行に配置されている。第１および第２の線状部材３１１，３１２の各々は、例えば、直線状に延びた部材である。

本実施形態では、複数の線状部材３１１，３１２が互いに交差して設けられることで、網構造が形成されている。第１線状部材３１１および第２線状部材３１２は、それぞれ「線状部」の一例である。なお本明細書において「線状部」および「線状部材」とは、上方から見た場合に線状に見える部分または部材を広く意味する。すなわち、「線状部」および「線状部材」とは、棒状や角柱状に延びた部材に限定されず、上方から見た場合に線状に見えるように、略鉛直方向に沿って配置された板部材などでもよい。

外郭部材３１３は、複数の線状部材３１１，３１２に接続され、複数の線状部材３１１，３１２を支持している。外郭部材３１３は、例えば濾過塔１００の内周面の形状に沿う環状（例えば円環状）に形成されている。外郭部材３１３は、不図示の固定具により濾過塔１００の内周面に固定される。これにより、分断機構３１０が濾過塔１００内に設置される。

以上のような構成により、分断機構３１０は、分断機構３１０を鉛直方向に貫通した複数の隙間（開口、通路）Ｓを有する。すなわち本実施形態では、複数の隙間Ｓは、それぞれ複数の第１線状部材３１１の間に形成されている。別の観点で見ると、複数の隙間Ｓは、それぞれ複数の第２線状部材３１２の間に形成されている。隙間Ｓの大きさは、高速流を生じさせる比較的大きな気泡（例えば、直径が１ｃｍ〜１０ｃｍ程度の気泡）よりも小さく設定される。例えば、隙間Ｓの大きさ（幅Ｗ）は、１ｃｍ以下に設定される。「隙間Ｓの幅Ｗ」とは、隙間Ｓの水平方向に沿う幅のなかで、最小の幅を意味する。

一方で、複数の隙間Ｓは、逆洗時に濾材Ｍの一部が分断機構３１０を超えて上方まで流動可能なように、濾材Ｍの少なくとも一部を通す隙間として機能する。本実施形態では、隙間Ｓの大きさ（幅Ｗ）は、濾材Ｍの粒子径（有効径）の１．５倍以上に設定される。別の観点によれば、隙間Ｓの大きさ（幅Ｗ）は、濾材Ｍを構成する粒子の最大径よりも大きく設定される。例えば、「最大径」は、濾材Ｍの均等係数が１．１の場合、有効径の約１．５倍の大きさであり、濾材Ｍの均等係数が１．２の場合、有効径の約２倍の大きさであり、濾材Ｍの均等係数が１．４の場合、有効径の約２．６倍の大きさである。

また別の観点によれば、隙間Ｓの大きさ（幅Ｗ）は、複数の第１線状部材３１１が並ぶ方向における第１線状部材３１１の幅ＷＡよりも大きく、複数の第２線状部材３１２が並ぶ方向における第２線状部材３１２の幅ＷＢよりも大きい。

分断機構３１０を構成する素材（線状部材３１１，３１２や外郭部材３１３を構成する素材）は、特に限定されない。例えば、分断機構３１０は、水と空気に触れる環境で機能するため、耐久性を考えると塩化ビニールやステンレスなど、腐食されにくい材質で形成されると好ましい。また、分断機構３１０の形状は、円形である必要はなく、濾過塔１００の内部形状に応じて適宜変更可能である。

次に、濾材流出抑制機構３００の配置高さの一例について説明する。
図３は、本実施形態の濾材流出抑制機構３００の配置高さを示す断面図である。
濾材流出抑制機構３００（分断機構３１０）は、例えば濾過装置２０によって濾過が行われる状態で濾材Ｍの上面Ｕよりも上方に位置する（図３中の（ａ）参照）。

濾材流出抑制機構３００（分断機構３１０）は、空気逆洗時に、例えば濾材Ｍの上面Ｕよりも上方に位置する（図３中の（ｂ）参照）。本実施形態の濾材流出抑制機構３００は、複数の隙間Ｓを有することで、空気逆洗に伴い濾材Ｍの一部が濾材流出抑制機構３００を超えて上方まで移動することを許容する。

ここで、空気逆洗が行われる場合、空気逆洗を開始する前に、濾過塔１００内の水位が下げられる。空気逆洗が行われる場合、濾材Ｍ内で成長した大きな気泡が突発的に上昇し、その気泡周辺に位置する一部の濾材Ｍが気泡に同伴して水面まで上昇するため、一部の濾材Ｍが濾材流出抑制機構３００を超えることがある。ただし、水位が下げられているため濾材Ｍが外部に流出する可能性は小さく、突発的に濾材流出抑制機構３００を超えた濾材Ｍも濾材流出抑制機構３００に設けられた複数の隙間Ｓを通じて再び濾材流出抑制機構３００の下方に戻る。

濾材流出抑制機構３００（分断機構３１０）は、水逆洗時に、例えば、膨張した濾材Ｍの上面Ｕよりも下方に位置する（図３中の（ｃ）参照）。すなわち、水逆洗が開始されると、洗浄水が供給されることで濾材Ｍ全体が徐々に膨らむ。濾材流出抑制機構３００は、複数の隙間Ｓを有することで、水逆洗時に濾材Ｍが膨張して濾材Ｍの一部が濾材流出抑制機構３００を超えて上方まで流動することを許容する。濾材流出抑制機構３００の上方まで流動した一部の濾材Ｍは、水逆洗が終了するときに、濾材流出抑制機構３００に設けられた複数の隙間Ｓを通じて再び濾材流出抑制機構３００の下方に戻る。

次に、濾材流出抑制機構３００の作用について説明する。
図４は、気泡の大きさと気泡の上昇速度（水逆洗速度に対する相対上昇速度）との関係を示す図である。気泡上昇速度と気泡の大きさとの関係は指数関係であり、気泡が大きいほど、上昇速度が顕著に大きくなることが分かる。本発明者らの実験によれば、水逆洗の開始時に大きな気泡が発生すると、その気泡周辺の濾材Ｍの上昇速度は、水逆洗速度の約６０倍に達する場合があることも確認された。

ここで本実施形態では、水逆洗の開始時に濾材Ｍの一部を伴い浮上する比較的大きな気泡は、分断機構３１０を通過する過程で、複数の線状部材３１１，３１２により仕切られた比較的小さな隙間Ｓを通過することで複数の気泡に分断される。これにより、上昇する気泡の大きさが小さくなる。気泡の大きさが小さくなると、図４に示すように、気泡の上昇速度が大きく低下する。その結果、気泡に伴い上昇中だった濾材Ｍの上昇速度も抑えられ、濾材Ｍが沈降しやすくなる。これにより、濾材Ｍの流出が抑制される。

以上のような構成によれば、濾材Ｍの流出抑制性能の向上が図られた濾過装置２０を提供することができる。ここで、濾過装置２０の濾過性能を高く維持するためには、閉塞した懸濁物質を排出する逆洗を頻繁に行う必要がある。しかしながら、上述したような比較的大きな気泡の上昇が逆洗時に生じると、気泡の上昇に伴い濾材Ｍの一部が流出する場合がある。本発明者らの試算によれば、気泡の上昇に伴う濾材Ｍの流出は、年間で濾材全体の５％〜１０％に達する場合もある。このため濾過性能を維持するためには定期的に濾材Ｍを補充する必要がある。

そこで、本実施形態の濾過装置２０は、逆洗時に濾材Ｍ中から排出される気泡を小さくする濾材流出抑制機構３００を有する。このような構成によれば、比較的大きな気泡の上昇が生じた場合に、その気泡を小さくすることで濾材Ｍの流出量を減少させることができる。その結果、濾過装置２０の性能が長期間維持可能になるとともに、濾材Ｍの追加頻度も減少するため、濾過装置２０のメンテナンス性を高めることができる。また、濾材Ｍの追加頻度が減少すると、メンテナンス費用の低減も図ることができる。また、本実施形態の構成によれば、簡単な構造により濾材Ｍの流出抑制性能の向上を図ることができる。これにより、濾過装置２０の低コスト化を図ることもできる。

図５は、濾材流出抑制機構３００が設けられた場合と、設けられていない場合との濾材年間流出率の実験結果を示す図である。図５中において、「隙間ｘ_１」は、濾材流出抑制機構３００が設けられた場合であって、隙間Ｓの幅Ｗがｘ_１［ｍｍ］の場合の濾材年間流出率を示し、「隙間ｘ_２」は、濾材流出抑制機構３００が設けられた場合であって、隙間Ｓの幅Ｗがｘ_２［ｍｍ］の場合の濾材年間流出率を示し、「設置なし」とは、濾材流出抑制機構３００が設けられていない場合の濾材年間流出率を示す。ｘ_１［ｍｍ］は、ｘ_２［ｍｍ］よりも小さい。ただし、ｘ_１［ｍｍ］は、濾材Ｍの粒子径の１．５倍以上の大きさである。

図５を見ると、濾材流出抑制機構３００が設けられていない場合に比べて、濾材流出抑制機構３００が設けられることで、濾材年間流出率が低下することが分かる。また、濾材流出抑制機構３００を設ける場合は、隙間Ｓが小さいほど、濾材年間流出率が低下することが分かる。

ここで、分断機構３１０の隙間Ｓが小さい場合、濾材Ｍが濾材流出抑制機構３００を超えて上方まで流動することができず、濾材Ｍが濾材流出抑制機構３００の下部に堆積し、濾材Ｍの流動性が低下してしまうことが考えられる。逆洗時に濾材Ｍの流動性が低下すると、逆洗による洗浄効果が低下する。

そこで本実施形態では、分断機構３１０は、濾材Ｍの一部が分断機構３１０を超えて上方まで流動可能なように濾材Ｍの少なくとも一部を通す複数の隙間Ｓを有する。このような構成によれば、空気逆洗時と水逆洗時とうち少なくとも一方において濾材Ｍが大きく流動することを許容することができる。これにより、逆洗による洗浄効果の向上を図ることができる。

本実施形態では、隙間Ｓの大きさは、濾材Ｍの粒子径の１．５倍以上である。このような構成によれば、例えば、均等係数が１．１倍の濾材Ｍが用いられた場合に、最大径の粒子も含め多くの粒子が隙間Ｓを通過することができる。また、均等係数が１．１倍よりも大きな濾材Ｍが用いられた場合でも、多くの粒子が隙間Ｓを通過することができる。これにより、例えば空気逆洗時や水逆洗時において、濾材Ｍの一部が分断機構３１０の上方まで移動しやすくなる。また、このような構成によれば、逆洗が終了したときに、分断機構３１０の上方まで移動していた濾材Ｍが隙間Ｓを通じて分断機構３１０の下方に戻りやすくなる。分断機構３１０の上方まで移動した濾材Ｍが分断機構３１０の下方に戻りやすいと、分断機構３１０の上に濾材Ｍが堆積することが抑制され、濾材Ｍがより有効に使われやすくなる。

本実施形態では、濾材流出抑制機構３００（分断機構３１０）は、水逆洗時に濾材Ｍが膨張した状態で濾材Ｍの上面Ｕよりも下方となる高さに配置されている。このような構成によれば、後述する第４の実施形態と比べて濾過塔１００内の低い位置で気泡を小さくすることができるので、濾材Ｍの流出をさらに抑制することができる場合がある。

次に、第１の実施形態の４つの変形例について説明する。なお、各変形例において、以下に説明する以外の構成は、第１の実施形態と略同じである。

（第１変形例）
図６は、第１変形例の分断機構３１０を示す平面図である。本変形例では、分断機構３１０の第１および第２の線状部材３１１，３１２の各々は、直線状に延びた部材ではなく、１つ以上の曲線部を含む部材である。

（第２変形例）
図７は、第２変形例の分断機構３１０を示す平面図である。本変形例では、分断機構３１０は、ハニカム状の網構造を有する。すなわち本変形例では、分断機構３１０は、複数の第１線状部３１５と、複数の第２線状部３１６と、複数の第３線状部３１７とを含む。

複数の第１線状部３１５は、隙間Ｓを互いの間に空けて第１方向に並べられている。複数の第１線状部３１５は、互いに略平行に配置されている。複数の第２線状部３１６は、隙間Ｓを互いの間に空けて第１方向とは交差した第２方向に並べられている。複数の第２線状部３１６は、互いに略平行に配置されている。複数の第３線状部３１７は、隙間Ｓを互いの間に空けて、第１方向および第２方向とは交差した第３方向に並べられている。複数の第３線状部３１７は、互いに略平行に配置されている。

これら第１から第３の線状部３１５，３１６，３１７が互いに連結されることでハニカム構造が形成されている。第１から第３の線状部３１５，３１６，３１７の各々は、「線状部」の一例である。

（第３変形例）
図８は、第３変形例の分断機構３１０を示す平面図である。本変形例では、分断機構３１０は、第２線状部材３１２を有さず、直線状に形成された第１線状部材３１１のみで構成されている。

（第４変形例）
図９は、第４変形例の分断機構３１０を示す平面図である。本変形例では、分断機構３１０は、第３変形例と同様に、第２線状部材３１２を有さず、第１線状部材３１１のみで構成されている。本変形例では、第１線状部材３１１は、直線状に延びた部材ではなく、１つ以上の曲線部を含む部材である。

これら第１から第４の変形例の構成によっても、第１の実施形態と同様に、濾材Ｍの流出抑制性能の向上を図ることができる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。第２実施形態は、濾材流出抑制機構３００が多段式に設けられた複数の分断機構３１０Ａ，３１０Ｂを有する点で第１の実施形態とは異なる。なお以下に説明する以外の構成は、第１の実施形態と略同じである。

図１０は、第２の実施形態の濾過装置２０を示す図である。本実施形態では、濾材流出抑制機構３００は、第１分断機構３１０Ａと、第２分断機構３１０Ｂとを含む。第１分断機構３１０Ａおよび第２分断機構３１０Ｂの各々の構成は、第１の実施形態の分断機構３１０の構成と同様である。

本実施形態では、第１分断機構３１０Ａは、濾過装置２０によって濾過が行われる状態で濾材Ｍよりも上方に位置し、逆洗時に濾材Ｍ中から排出される気泡を小さくする。第２分断機構３１０Ｂは、第１分断機構３１０Ａの上方に配置され、第１分断機構３１０Ａよりも上方に移動する気泡を小さく分断する。例えば、第１分断機構３１０Ａの隙間Ｓと、第２分断機構３１０Ｂの隙間Ｓとは、上方から見た場合に重なるように配置されている。

このような構成によれば、濾材Ｍの流出抑制性能のさらなる向上を図ることができる。すなわち、分断機構３１０が１段のみの場合は、分断機構３１０により小さく分断された気泡同士が上昇の途中で再結合する可能性がある。そこで本実施形態では、第１分断機構３１０Ａの上方に第２分断機構３１０Ｂが設けられている。これにより、第１分断機構３１０Ａを通過した後に結合して大きくなった気泡を第２分断機構３１０Ｂにより再び小さく分断することができる。また、複数の分断機構３１０Ａ，３１０Ｂが設けられることで、気泡をさらに小さくすることも可能である。気泡をさらに小さくすることができると、気泡の上昇速度をさらに抑えることができるため、同伴される濾材Ｍの上昇速も抑えられ、その結果、濾材Ｍの流出をさらに減少させることができる。なお、分断機構３１０は、３段以上の段数で設けられてもよい。

（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態について説明する。第３実施形態は、濾材流出抑制機構３００の上に堆積した濾材Ｍを濾過塔１００内に落下させる濾材回収機構３２０が設けられた点で第１の実施形態とは異なる。なお以下に説明する以外の構成は、第１の実施形態と略同じである。

図１１は、第３の実施形態の濾過装置２０を示す図である。本実施形態では、濾過装置２０は、濾材流出抑制機構３００に加え、濾材回収機構３２０を備えている。濾材回収機構３２０は、濾材流出抑制機構３００の上（例えば分断機構３１０の上）に堆積した濾材Ｍを濾過塔１００内に落下させる。本実施形態では、濾材回収機構３２０は、分断機構３１０を支持する支持機構３２１と、分断機構３１０を振動させるバイブレータ３２２とを含む。

図１２は、本実施形態の濾材回収機構３２０の支持機構３２１を示す平面図である。支持機構３２１は、例えば、フレーム３２１ａと、複数の支持部材３２１ｂとを含む。フレーム３２１ａは、不図示の固定具により濾過塔１００の内周面に固定される。分断機構３１０は、フレーム３２１ａの内側に配置されている。支持部材３２１ｂは、分断機構３１０と支持部材３２１ｂとの間に設けられている。これにより、分断機構３１０は、支持部材３２１ｂを介してフレーム３２１ａに支持されている。支持部材３２１ｂは、ゴムまたはばねを有して弾性変形可能であるか、不図示の機構によりスライド移動可能である。これにより、分断機構３１０は、フレーム３２１ａの内側で水平方向に往復移動可能（振動可能）になっている。

バイブレータ３２２は、不図示の接続部材により分断機構３１０に接続されている。バイブレータ３２２は、分断機構３１０の上に堆積した濾材Ｍを濾過塔１００内に落下させるように、分断機構３１０を水平方向に振動させる。

このような構成によれば、濾過装置２０のメンテナンス性をさらに高めることができる。すなわち、隙間Ｓが一定以上の大きさを有する場合であっても、例えば逆洗する回数が増えるに従い、少量の濾材Ｍが分断機構３１０の上に堆積する場合が生じ得る。分断機構３１０の上に濾材Ｍが堆積すると、実質的な隙間Ｓの間隔が狭くなることもあり、濾材Ｍが追加的に堆積しやすくなる。

そこで本実施形態では、分断機構３１０の上に堆積した濾材Ｍを濾過塔１００内に落下させる濾材回収機構３２０が設けられている。これにより、分断機構３１０の上に堆積した濾材Ｍを例えば定期的に落下させることができ、濾材流出抑制機構３００の機能を維持することができる。このため、濾過装置２０のメンテナンス性を高めることができる。

なお、濾材流出抑制機構３００の構成は、上記例に限定されず、濾材流出抑制機構３００の上に堆積した濾材Ｍを落下させることができる構成であれば、具体的な構成は問わない。例えば、濾材流出抑制機構３００は、分断機構３１０の上を自動掃除する掃除機構などでもよい。

（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態について説明する。第４実施形態は、濾材流出抑制機構３００が第１の実施形態と比べて高い位置に配置された点で第１の実施形態とは異なる。なお以下に説明する以外の構成は、第１の実施形態と略同じである。

図１３は、本実施形態の濾過装置２０を示す断面図である。図１３中の（ａ），（ｂ），（ｃ）は、それぞれ「濾過装置２０によって濾過が行われる時」、「空気逆洗時」、および「水逆洗時」を示す。

本実施形態では、濾材流出抑制機構３００（分断機構３１０）は、水逆洗時に、濾材Ｍが膨張した状態でも濾材Ｍの上面Ｕよりも上方となる高さに配置されている。すなわち本実施形態では、濾過装置２０の水逆洗時に濾材Ｍが膨張して到達する高さが予め計算または実験により求められており、その高さよりも上方に濾材流出抑制機構３００（分断機構３１０）が設置される。例えば、膨張率が３０％の濾材Ｍが１００ｃｍ積層される場合、濾材流出抑制機構３００は、高さ１３０ｃｍ以上の場所に設置される。

このような構成によれば、濾材流出抑制機構３００によって濾材Ｍの流動性が阻害されにくく、濾材Ｍの流動性を大きく確保することができる。このため、逆洗による洗浄効果をより高めることができる場合がある。

以上、いくつかの実施形態および変形例について説明した。ただし、実施形態および変形例は、上記例に限定されない。例えば、上述した複数の実施形態および変形例は、互いに組み合わせて実施されてもよい。また、上述した実施形態および変形例の濾過装置２０および濾材流出抑制ユニットＵＴは、空気逆洗の後に水逆洗が行われる装置に限定されず、空気水混合逆洗が行われる装置に適用されてもよい。また、濾材流出抑制機構３００は、逆洗時に濾材Ｍ中から排出される気泡を小さくすることができる機構であればよく、上述した機構に限定されない。

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、濾過装置は、逆洗時に前記濾材中から排出される気泡を小さくする濾材流出抑制機構を持つことにより、濾材の流出抑制性能の向上を図ることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１…水処理システム、２０…濾過装置、１００…濾過塔（濾過槽）、２００…逆洗部、３００…濾材流出抑制機構、３１０…分断機構、３１０Ａ…第１分断機構、３１０Ｂ…第２分断機構、３１１…第１線状部材（第１線状部）、３１２…第２線状部材（第２線状部）、３１５…第１線状部、３１６…第２線状部、３１７…第３線状部、３２０…濾材回収機構、ＵＴ…濾材流出抑制ユニット、Ｍ…濾材、Ｓ…隙間。

Claims (10)

1. 濾材が収容され、被処理水が下降流で流れることで濾過が行われる濾過槽と、
   前記濾過槽の下部に空気および洗浄水を供給して逆洗を行う逆洗部と、
   少なくとも前記濾過が行われる状態で前記濾材よりも上方に位置し、前記濾材が通過可能な隙間を有し、逆洗時に前記濾材中から排出される気泡を小さくする濾材流出抑制機構と、
   を備えた濾過装置。
2. 前記濾材流出抑制機構は、通過する前記気泡を小さく分断する分断機構を含み、
   前記分断機構は、互いに略平行に配置された複数の第１の線状部を有し、
   前記隙間は、前記複数の第１の線状部の間に形成されている、
   請求項１に記載の濾過装置。
3. 前記分断機構は、前記複数の第１の線状部に交差する互いに略平行に配置された複数の第２線状部を更に有し、
   前記隙間は、前記複数の第１の線状部と前記複数の第２の線状部との間に形成されている、
   請求項２に記載の濾過装置。
4. 前記隙間の大きさは、前記濾材の粒子径の１．５倍以上である、
   請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載の濾過装置。
5. 前記隙間の大きさは、前記濾材を構成する粒子の最大径よりも大きい、
   請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載の濾過装置。
6. 前記濾材流出抑制機構は、それぞれが前記被処理水の流れる方向で互いに異なる位置に配置されている複数の前記分断機構を含む、
   請求項２または請求項３に記載の濾過装置。
7. 前記濾材流出抑制機構の上に堆積した濾材を前記濾過槽内に落下させる濾材回収機構をさらに備えた、
   請求項１から請求項６のうちいずれか１項に記載の濾過装置。
8. 前記濾材流出抑制機構は、水逆洗時に前記濾材が膨張した状態でも前記濾材よりも上方となる位置に配置されている、
   請求項１から請求項７のうちいずれか１項に記載の濾過装置。
9. 濾材が収容され、被処理水が下降流で流れることで濾過が行われる濾過槽と、前記濾過槽の下部から空気および洗浄水を供給して逆洗を行う逆洗部とを備える濾過装置に設けられる濾材流出抑制ユニットであって、
   少なくとも前記濾過が行われる状態で前記濾材よりも上方に位置し、前記濾材が通過可能な隙間を有し、逆洗時に前記濾材中から排出される気泡を小さくする濾材流出抑制機構、
   を備えた濾材流出抑制ユニット。
10. 筒状の槽体と、
    前記槽体に収容され、被処理水が通過する過程で濾過を行う濾材と、
    前記濾材が収容されている位置より、濾過を行うときに前記被処理水が流れる方向で下流側に配置され、前記槽体に空気を供給する空気供給部と、
    前記濾材が収容されている位置より、濾過を行うときに前記被処理水が流れる方向で下流側に配置され、前記槽体に洗浄水を供給する洗浄水供給部と、
    前記濾材が収容されている位置より、濾過を行うときに前記被処理水が流れる方向で上流側に配置され、前記濾材が通過可能な隙間を有し、前記濾材を洗浄するときに前記濾材中から排出される気泡を小さくする濾材流出抑制機構と、
    を備えた濾過装置。

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