JP7129208B2 - 濾過装置 - Google Patents

Description

本発明は濾過装置、特に詳しくは濾過槽の内部に濾過材層を有し、供給された原水を、濾過材層を通過させて濾過する濾過装置、特に、濾過槽内にスクリューによる濾過材洗浄機構を備えた濾過装置に関するものである。

従来、例えば特許文献１や２に示されているように、濾過槽の内部に濾過材層を有し、供給された原水を濾過材層を通過させて濾過する濾過装置が公知となっている。また、この種の濾過装置において濾過材を洗浄する機構として、同じく特許文献１や２に示されているように、螺旋状のスクリューを用いる洗浄機構が知られている。

上述のスクリューを用いる洗浄機構は基本的に、濾過槽内に立てて配置された円筒状の外筒、この外筒内に配置された回転軸に沿って設けられた螺旋状のスクリュー、およびこのスクリューを回転させるスクリュー駆動手段を有するもので、濾過槽内の濾過材を上記スクリューにより上方へ移送しながら揉み洗いする。

上記のスクリュー洗浄機構を用いて濾過材を洗浄することにより、濾過材層の目詰まりや、付着物、凝集物による濾過材の汚れに起因する濾過効率の低下を解消することができる。

特開２００４－１２１８８５号公報 特開２００５－１３１４４３号公報

スクリュー洗浄機構を備えた濾過装置は、上述した通り、高い濾過材洗浄効果が得られるものであるが、濾過効率および濾過材洗浄効率、並びに軽量化の点で改良の余地が残されている。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、スクリュー洗浄機構を備えた濾過装置において、濾過効率および濾過材洗浄効率を高め、そして軽量化を実現することを目的とする。

本発明による濾過装置は、
濾過槽の内部に濾過材層を有し、供給された原水を、濾過材層を通過させて濾過する濾過装置であって、
濾過槽内に立てて配置された円筒状の外筒、この外筒内において、該外筒の長手方向に長軸が延びる向きに設けられた螺旋状のスクリュー、およびこのスクリューを回転させるスクリュー駆動手段を有し、スクリューを回転させて濾過材を揉み洗いするスクリュー洗浄機構を備えた濾過装置において、
スクリューが、コイルばね型の形状とされていることを特徴とするものである。

ここで、上記「コイルばね型の形状」とは、スクリューの長軸方向から見たスクリューの形状が、部材が何も存在しない中央の孔の周囲にスクリュー羽根部材が環状に存在する形状を意味するものである。このようなコイルばね型の形状は、望ましくはスクリューの全長に亘って適用されるが、一部、例えばスクリュー長軸方向の端部等において、そのような形状とされていなくても構わない。

なお、本発明の濾過装置においては、スクリュー羽根部材のスクリュー長軸方向の一端部に、駆動手段の回転軸が連結されるのが望ましい。

また、本発明の濾過装置においては、スクリューを構成するスクリュー羽根部材の内周縁部に、スクリュー羽根部材の略全長に亘ってスクリュー長軸方向に延びて、スクリュー羽根部材の互いに離れている部分同士を連結する補強部材が固定されていることが望ましい。

上述したようにスクリュー羽根部材のスクリュー長軸方向の一端部に、駆動手段の駆動軸が連結される場合、上記補強部材は直接的にあるいは上記連結を果たす連結部材を介して、駆動手段の駆動軸に連結されているのが望ましい。

本発明の濾過装置においては、スクリューがコイルばね型の形状とされているので、つまりスクリュー長軸方向から見たスクリューの形状が、部材が何も存在しない中央の孔の周囲にスクリュー羽根部材が環状に存在する形状とされているので、上記孔の部分に存在する濾過材も濾過のために有効利用されることになる。こうして本発明の濾過装置は、従来装置に比べると、濾過槽内の断面積が共通なら、より大きな濾過面積を確保でき、濾過効率を高めることが可能となる。

また、濾過材の洗浄時、スクリューの中央の孔の部分に存在する濾過材が、スクリューの回転で生じる渦によって掻き混ぜられるようになり、この点から濾過材洗浄効率が高められる。さらに逆流洗浄においても、スクリューの中央に孔の部分が有るために外筒内に逆洗水が流入しやすくなり、逆流洗浄効果が高くなって、この点からも濾過材洗浄効率が高められる。

さらに本発明の濾過装置においては、スクリューの形状が中央に孔を有する形状とされているので、スクリューが軽量化され得る。こうしてスクリューが軽量化されれば、濾過槽を構成する例えば鏡板等の部材として比較的低強度の部材を適用可能となり、濾過装置のコストダウンも実現される。

本発明の一実施形態による濾過装置を示す縦断面図 図１の濾過装置が備える濾過槽の平面図 図１の濾過装置に用いられた濾床を示す平面図 図３の３ｂ－３ｂ線で切断した濾床の部分を示す断面図 図１の濾過装置が備えるスクリューを示す部分平面図

以下、本発明による濾過装置の実施形態について、添付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よる濾過装置を示す縦断面図、図２は、図１の濾過装置の濾過槽を示す平面図である。以下、図１および図２を参照して説明する。

本実施形態の濾過装置１は、図１に示すように、上下が閉鎖された略円筒形の濾過槽２と、この濾過槽２の内側の下部において水平に配置された例えば鋼板からなる濾床４と、濾過槽２の湾曲した上壁２０に取り付けられたスクリュー洗浄機構（以下、単に洗浄機構ともいう）６とを有する。この洗浄機構６は、後述するモータ２６、減速機構部２７、台座２８、洗浄槽（外筒）３８および、スクリュー３２を含む。さらに濾過装置１は、処理水出口管４６および原水注入管５６も有する。

濾過槽２には、４本の支持脚８（図１では１本のみを示す）が取り付けられており、これによって、濾過槽２が床面１０上に設置される。なお、濾過槽２を支える構造としては、このような支持脚８に限らず、その他、帯状の板材を巻いて構成された支持構造等が適用されてもよい。濾床４は、濾過槽２の湾曲した底壁９から上方に離して設けられている。なお、底壁９および上述の上壁２０は、例えば鏡板から構成される。濾床４には、濾過された処理水（濾過水）を集水して下方に通過させる複数のストレーナ１２が設置されている。なお、濾床４およびストレーナ１２の詳細については後述する。また、前述の原水注入管５６は、図１において、濾過槽２の右側に位置しており、原水の出口が上向きの略Ｌ字状を呈している。この原水注入管５６は、他の形状とすることも可能である。

濾床４上には、原水注入管５６から注入された原水を濾過するための濾過材１４の層が配されている。例えばステンレス鋼板等の鋼板からなる濾床４は、濾過材１４等の重量を支えるために、一般に厚みが５ｍｍ程度から３０ｍｍ程度に形成される。濾過材１４は、具体的には、約０．２ｍｍ～４．９ｍｍの直径（粒径）を有するものである。この直径は、処理する原水の水質にもよるが、一般的には約０．６～１ｍｍであることがより好ましい。濾過材１４は、複数のものが積層されてもよく、その場合は一例として、下側に直径が０．６ｍｍ程度の砂、上側に直径が１．２ｍｍ程度のアンスラサイト等が用いられる。濾床４の詳細については、後述する。濾過材１４の上方から流入した原水１６は、濾過材１４の層を通過して濾過された後にストレーナ１２を通過して、浄化された処理水として濾床４から下方に流れる。

濾過槽２の上壁２０の中央部には、円形の取付口２２が形成されており、この取付口２２に洗浄機構６がボルト（図示せず）により取り付けられている。取付口２２の周縁は、取付用のリム２４に形成されている。リム２４上には、モータ２６および減速機構部２７を取り付けた台座２８が取り付けられている。この台座２８には、複数の軸受３０を有する保持部３６が形成されており、これらの軸受３０により、後述するスクリュー回転用の駆動軸３４がぶれなく回転自在に支持されている。

次に、洗浄機構６について詳細に説明する。洗浄機構６の円筒状の洗浄槽（外筒）３８は、上部に円板状の取付壁２９を有する。そして、取付壁２９が台座２８とともにリム２４にボルト（図示せず）により取り付けられている。図中、ボルトはその位置を示す中心線に代えて省略して示す。このようにして、洗浄槽３８の上部がリム２４に取り付けられると、洗浄槽３８の略全体が濾過槽２の上部から垂下している状態となる。

図１に示すように洗浄槽３８の下部は、開放した円形の下部開口４０となっている。洗浄槽３８の上部には、その外周に沿って所定間隔で形成されて上下方向に延びる複数の上部開口４２が形成されている。下部開口４０は濾過材１４の中に位置するように、洗浄槽３８と濾過材１４との位置関係が決められている。洗浄槽３８の内側には、洗浄槽３８と共にスクリューコンベアを構成するスクリュー３２が配置されている。スクリュー３２を回転させるための駆動軸３４は、比較的小径の縮径部３４ａと、直径の大きい大径部３４ｂとから構成されている。

駆動軸３４は、継手４９を介してモータ２６と連結されている。駆動軸３４に強度を持たせるための大径部３４ｂは、上端部から下に所定の長さの部分は無垢の棒状とされ、その下端には円板３７が固定されている。円板３７には、螺旋形のスクリュー羽根部材（以下、単に羽根部材という）４３が連結されている。そこで、モータ２６の駆動軸３４が回転されると、羽根部材４３が回転される。なお、羽根部材４３と円板３７との連結については、後に詳しく説明する。

羽根部材４３の外縁は、洗浄槽３８の内周面との間に僅かにギャップを形成して配置されている。このギャップの寸法は、濾過材１４の粒径の約３倍が望ましい。このギャップにより、羽根部材４３と洗浄槽３８との間に濾過材１４が挟まっても、濾過材１４が破砕するおそれが少なくなる。

次に、濾過槽２の外部に付属する部品について説明する。濾過槽２の湾曲した底壁９の中央には、下方に延びる処理水出口管４６が取り付けられている。前述したように濾過材１４の層を通過して濾過された後にストレーナ１２を通過した処理水は、この処理水出口管４６を通って濾過槽２の外に送出される。また、濾過槽２の上部には、濾過槽２内の空気を排出する空気抜き弁８１が取り付けられている。

次に、図３および図４を参照して濾床４について説明する。図３は、濾床４の半分のみを示す平面図である。また図４は、濾床４を図３の３ｂ－３ｂ線で切断した状態を示す断面図である。濾床４は、例えばステンレス鋼製の４つの板状部分から構成されている。より詳しくは、濾床４は１対の半月状部分４ａ、４ｂおよび、それらの半月状部分４ａ、４ｂの間に配された１つの略矩形部分４ｃから構成されている。略矩形部分４ｃの一辺は弧状部分４７として形成されている。なお図３では、上記部分４ａ、４ｂおよび４ｃの各半分のみを示している。つまり濾床４は、図３において、１つの直径の両側に線対称の円板状である。なお濾床４は、必ずしも上記部分４ａ、４ｂおよび４ｃのように割り振って構成する必要はなく、濾過槽２の大きさに応じて適宜割り振って構成することができる。

濾床４には、多数の孔６０が穿設されており、これらの孔６０に、前述のストレーナ１２が配設されている。また、各部分４ａ、４ｂ、４ｃには、それらの外周に沿って所定間隔で複数個のねじ止め用の小孔６２が穿設されている。他方、濾過槽２の内周面には、その内周に沿った環状の取付リング６４が突設されている。この取付リング６４には、前述の小孔６２に対応するねじ孔６３が形成されている。また濾過槽２には、各部分４ａ、４ｂ、４ｃの相互の合わせ目に沿って、断面Ｔ字状の支持梁６６が取り付けられている。そして、この支持梁６６にも、ねじ孔６３が形成されている。上記部分４ａ、４ｂ、４ｃは、小孔６２およびねじ孔６３にボルト６１が螺入されることにより、取付リング６４および支持梁６６にねじ止め固定される。

また濾過槽２の略中央には、支持梁６６と直交して該支持梁６６と連結する断面Ｔ字状の支持梁６７が配置されている。支持梁６７はねじ孔６３を有し、このねじ孔６３および上記小孔６２にボルト６１が螺入されることにより、部分４ｃが上記と同様に支持梁６７にねじ止め固定される。また図４に示すように、支持梁６７の左右には支持梁６８が設けられている。この支持梁６８は、単に部分４ａおよび４ｂの荷重を受けるためのものであり、該支持梁６８に対して部分４ａ、４ｂおよび４ｃはねじ止め等によって固定される。

次に、濾床４に配設されるストレーナ１２について説明する。ストレーナ１２は、管の先端が中空の傘状部分１８となった、例えば「ＡＢストレーナー」と称される市販のものであり、ＡＢＳ樹脂製やＰＰ（ポリプロピレン）製である。傘状部分１８には、濾過材１４が通過しない狭幅の複数のスロット（液体通過部）１９が同心状に形成されており、濾過された液体のみを濾床４の下方に通過させるようにしている。

なお図４では、スロット１９を、中央のストレーナ１２のみに示している。そしてストレーナ１２の管の部分には雄ねじが形成され、この雄ねじにナット６５が螺合されることにより、該ナット６５および傘状部分１８により、ストレーナ１２が濾床４に取り付けられる。スロット１９は、濾過材１４が通過しない大きさのものであればよく、一般にその幅は約０．１ｍｍ～２．０ｍｍとされる。また、ストレーナ１２としては、従来、上記のように傘状部分を有するものに限らず、円柱状部分を有するものや、半円柱状部分を有するものも知られており、そのようなストレーナが用いられてもよい。

次に、再び図１を参照して、濾過槽２による濾過について説明する。まず、原水注入管５６を通して原水１６が濾過槽２内に注入される。その際、空気抜き弁８１から、濾過槽２内の空気が排出される。原水１６の水位は、本実施形態の場合、原水注入管５６を越えて濾過槽２の上部まで達するように、つまり、濾過槽２内の略全体が原水１６で満たされるように設定される。原水１６は洗浄槽３８の外の濾過材１４に浸透するとともに、洗浄槽３８内にも上部開口４２から進入する。そこで原水１６は、洗浄槽３８内の濾過材１４に浸透し、洗浄槽３８内においても濾過される。

濾過材１４を浸透し、濾過された水（処理水）は、ストレーナ１２を経て濾床４を通過して、濾過槽２の下部の処理水出口管４６から外部に送出され、使用に供される。なお、以上述べた濾床４およびストレーナ１２は、集水機構を構成している。

次に、濾過材１４の層における目詰まりを解消するための、濾過材１４の洗浄方法について詳しく説明する。なお、本装置が行う濾過材洗浄には、逆洗水を供給しながらスクリュー３２を回転させて行うものと、逆洗水の供給だけで行うものとの２種類があるが、以下では前者を単に「洗浄」あるいは「スクリュー洗浄」と称し、後者を「逆流洗浄」あるいは「逆洗」と称することにする。

最初に、スクリュー洗浄について説明する。スクリュー３２を回転させるためのモータ２６を起動する前に、処理水出口管４６から浄水（逆洗水）を濾過槽２内に逆流させ、濾床４を経て濾過材１４中に浄水を噴出させる。こうして濾過材１４に対して下から逆洗水が噴き上げられると、濾過材１４が逆洗水中に（原水が残っている際には逆洗水および原水中に）浮遊する。これにより、モータ起動時のモータ２６への負荷が低減される。モータ２６が駆動されて、スクリュー３２が回転すると、スクリュー３２の羽根部材４３、特に洗浄槽３８の下方に露出した部分の羽根部材４３により、濾過材１４が上方の洗浄槽３８内に押し上げられる。

スクリュー３２の回転の初期段階では、前述した逆洗水の逆流が継続される。こうしてスクリュー３２を逆流洗浄下と同じ状態で回転させることによって、スクリュー回転時のモータ２６の負荷を低減させると共に、洗浄槽３８の外側の濾過材１４と、洗浄槽３８の内側の濾過材１４とが、スクリュー３２の遠心力により容易に混ざり合い、かつ移動することで全体の濾過材１４が満遍なく洗浄されるようになる。逆洗水の供給は、その後に供給量（つまりは流速）が落とされ、または停止されるが、その状態下で、濾過材１４の洗浄のためにスクリュー３２の回転は継続される。

押し上げられた濾過材１４の粒子同士は、羽根部材４３の回転により互いに擦れ合って揉み洗いされつつ上昇し、上部開口４２から洗浄槽３８外に排出される。このとき、濾過材１４が水面上に落下したときの衝撃で、汚濁物質が濾過材１４から剥離することが促進される。落下した濾過材１４は、洗浄の経過に従って下降し、再び羽根部材４３により洗浄槽３８内に押し上げられて揉み洗いされる。このようにして、洗浄槽３８内で濾過材１４の洗浄が繰り返されて、濾過材１４から汚濁物質が剥離される。前述した通り、図１に示すようにスクリュー３２の下端４４が、濾床４の近傍に位置しているので、濾床４に近い位置に有る濾過材１４も押し上げられて、多くの濾過材１４が満遍なく洗浄される。

なお、スクリュー洗浄機構６による濾過材洗浄工程においては、スクリュー３２が連続して回転している期間内に、濾過材１４を浮遊させる洗浄水の供給が、間に供給量低減期間および供給停止期間を挟んで複数回繰り返される。

以上述べたスクリュー洗浄機構６による濾過材洗浄工程が完了すると、スクリュー３２の回転が停止される前に、処理水出口管４６から再度浄水を逆流させて、すすぎ効果を得る逆流洗浄（逆洗）が行われる。この逆洗は、スクリュー３２の停止後も継続される。処理水出口管４６から逆流した逆洗水は、濾床４のストレーナ１２のスロット１９を経て濾過材１４の層に噴出する。このとき、ストレーナ１２に詰まった汚濁物質も、逆洗水によりスロット１９から容易に除去される。

そして、濾過材１４から剥離した汚濁物質は浮遊して、それを含んだ水と共に原水注入管５６から外部へ排出される。逆流洗浄時に、逆洗水（洗浄水）は、羽根部材４３の前述したギャップを通過して洗浄槽３８内にも効果的に逆流するので、洗浄槽３８内の汚濁物質も排出される。

次に、図１に示した円板３７と羽根部材４３との連結について詳しく説明する。螺旋状の羽根部材４３は、例えばステンレス鋼等の金属から形成されている。そして羽根部材４３は、スクリュー３２の長軸方向から見た形状が図５に示すような形状とされている。すなわち羽根部材４３は、部材が何も存在しない中央の円孔４３ａの周囲に環状に存在している。それによりスクリュー３２は、その略全長に亘って、前述したようなコイルばね型の形状となっている。

また、上記環状の羽根部材４３の内周縁部には、この羽根部材４３の略全長に亘ってスクリュー長軸方向に延びる、一例として４本の長尺の補強部材３５が固定されている。これらの補強部材３５も、例えばステンレス鋼等の金属から形成されている。各補強部材３５はより詳しくは、円筒形の部材の一部をその長軸に沿って細長く切り取ったような、板状の形とされたものである。これらの補強部材３５は、環状の羽根部材４３の内周縁部に（本例では内周面の上に）溶接等によって固定され、羽根部材４３の互いに離れている部分同士を溶接等によって連結している。

上記４本の補強部材３５は、各一端部が円板３７の一表面（下表面）に溶接等によって固定されている。それと共に羽根部材４３も、スクリュー３２の長軸方向の一端面（上端面）が、円板３７の一表面に溶接等によって固定されている。以上の構成においては、モータ２６によって駆動軸３４が回転されて、円板３７が回転されると、羽根部材４３が回転する。こうして羽根部材４３を回転させることにより、前述した洗浄機構６による濾過材の洗浄がなされ得る。

従来のこの種の濾過装置に用いられている一般的なスクリューは、中心部を延びる回転軸の周りに羽根部材が取り付けられてなるものであるのに対し、本実施形態におけるスクリュー３２は以上説明した通り、コイルばね型の形状のものとされている。このようなコイルばね型の形状のスクリュー３２は、基本的に羽根部材４３のみから構成された場合は、十分な強度を確保するのが難しい。しかし本実施形態におけるスクリュー３２は、以上説明した通りの４本の補強部材３５により補強されて、十分な強度を備えたものとなっている。

以上説明した通り本実施形態の濾過装置１においては、スクリュー３２の中央に円孔４３ａが存在するので、この円孔４３ａの部分に存在する濾過材１４も濾過のために有効利用されることになる。こうして本実施形態の濾過装置１は、従来装置に比べると、濾過槽２内の断面積が共通なら、より大きな濾過面積を確保でき、濾過効率を高めることが可能となる。

また、濾過材１４の洗浄時、スクリュー３２の中央の円孔４３ａの部分に存在する濾過材１４が、スクリュー３２の回転で生じる渦によって掻き混ぜられるようになり、この点から濾過材洗浄効率が高められる。さらに逆流洗浄においても、スクリュー３２の中央に円孔４３ａが有るために洗浄槽３８内に逆洗水が流入しやすくなり、逆流洗浄効果が高くなって、この点からも濾過材洗浄効率が高められる。

さらに実施形態の濾過装置１においては、スクリュー３２の形状が中央に円孔４３ａを有する形状とされているので、スクリュー３２が軽量化され得る。こうしてスクリュー３２が軽量化されれば、底壁９および上壁２０を構成する例えば鏡板等の部材として比較的低強度の部材を適用可能となり、濾過装置１のコストダウンも実現される。

１ 濾過装置
２ 濾過槽
４ 濾床
６ スクリュー洗浄機構
１２ ストレーナ
１４ 濾過材
１６ 原水
２６ モータ
３２ スクリュー
３４ 駆動軸
３５ 補強部材
３７ 円板
３８ 洗浄槽（外筒）
４３ スクリュー羽根部材

Claims (3)

1. 濾過槽の内部に濾過材層を有し、供給された原水を、前記濾過材層を通過させて濾過する濾過装置であって、
   前記濾過槽内に立てて配置された円筒状の外筒、この外筒内において、該外筒の長手方向に長軸が延びる向きに設けられた螺旋状のスクリュー、およびこのスクリューを回転させるスクリュー駆動手段を有し、前記スクリューを回転させて濾過材を揉み洗い洗浄するスクリュー洗浄機構を備えた濾過装置において、
   前記スクリューが、該スクリューを構成する螺旋状のスクリュー羽根部材が、スクリューの長軸方向から見たとき、スクリューの回転軸から軸外方に離れた位置において環状をなす、コイルばね型の形状とされていることを特徴とする濾過装置。
2. 前記スクリューの長軸方向の一端部において、スクリューを構成するスクリュー羽根部材に、前記駆動手段の回転軸が連結されている請求項１に記載の濾過装置。
3. 前記スクリューを構成するスクリュー羽根部材の内周縁部に、スクリューの略全長に亘ってスクリュー長軸方向に延びて、スクリュー羽根部材の互いに離れている部分同士を連結する補強部材が固定されている請求項１または２に記載の濾過装置。

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