流化床式过滤装置 本发明涉及用于净化下水、排水或河湖等中污水(原水、被处理水)的流化床式过滤装置。
现有技术中，净化下水、排水或河湖等中污水的方法，有称为接触氧化法或浸渍滤床法等的水处理法。这些水处理法中，由于微生物的氧化分解作用对净化有很大贡献，所以也称为生物过滤法或生物膜过滤法。该水处理法中，把作为滤材(接触材)的蜂巢状管、尼龙带、塑料成形滤材、木炭或活性炭、陶瓷、砂等粒状滤材充填在过滤槽内，使污水流过该过滤槽，将原水中的悬浊物质(SS)、有机物等除去。
上述水处理法中，随着运转的进行，自生于原水中的微生物渐渐地在滤材表面上繁殖，形成称为生物膜的膜，以此促进污浊物的除去效果。
过滤的方法可分为固定床式和流化床式。通常，流化床式过滤是借助原水的流动使滤材层一边流动化一边进行过滤，采用比重稍大于水的粒子状滤材，自下而上地流过原水，使滤材层流动化。在固定床式过滤中，原水中的污浊物被集中地捕集在滤材层的入口附近，所以在短期间内容易产生入口部的堵塞，而在流化床式过滤中，由于滤材不断地流动，所以不容易引起堵塞。
现有的流化床式过滤装置，例如有日本特开平3-38289号公报揭示的型式。
但是，这种现有的流化床式过滤装置中，因为用于将被处理水(污浊水)供给过滤槽的给水配管的排出口设置在滤材层中，所以，在停止运转时，有时滤材层的滤材粒子侵入给水配管中而堵塞给水配管。一旦给水配管被滤材堵塞住，只靠给水泵的压力将堵塞在给水配管内的滤材排出是困难的。因此，不容易进行再起动，在停止运转进行维修时成为大问题。
另一种现有地流化床式过滤装置中，用砂砾层和多孔板等将滤材层支承在过滤槽内的上方，在过滤槽的下部形成空间部，将给水配管的排出口设置在该空间部内。根据该构造，虽然滤材不会侵入给水配管内，但由于多孔板或砂砾层的部分成为固定床，所以，该部分容易产生堵塞。产生堵塞时，用设置在过滤槽内的空间部内的散气管等进行清洗，但有着该清洗操作的频度高的缺点。而且，进行清洗操作时，在滤材层内繁殖的、用于净化的微生物也被洗掉，所以，清洗频度高也导致生物处理功能的降低。
本发明的目的是提供一种流化床式过滤装置，该装置能防止滤材粒子堵塞配管，在运转停止后容易再起动，而且清洗频度低。
为了实现上述目的，本发明的流化床式过滤装置，在过滤槽内充填着粒子状滤材，污浊水自下而上地流过该过滤槽，粒子状滤材一边被水流引起流动化一边进行水的净化；其特征在于，它备有支承层、第1给水配管和第2给水配管；上述支承层设置在前述过滤槽内，支承由前述粒子状滤材构成的滤材层，并且在过滤槽内下部形成空间部；上述第1给水配管具有在前述空间部中的排出口，用于供给要净化的原水；上述第2给水配管具有在前述滤材层中的排出口，用于供给要净化的原水。
本发明的流化床式过滤装置，备有过滤槽和泵(取水或给水泵)，该过滤槽设置在高于作为净化对象的净化水域水面的位置并充填着粒子状滤材，具有被处理水导入部和放出已净化处理水的放水部，上述泵设置在净化对象水域中，从该水域取出要净化的处理水，供给过滤槽的被处理水导入部；污浊水自下而上地流过前述过滤槽，粒子状滤材一边被水流引起流动化一边进行净化处理运转；其特征在于，它备有支承层、第1给水配管和第2给水配管；上述支承层设置在前述过滤槽内，支承由前述粒子状滤材构成的滤材层，并且在过滤槽内下部形成空间部；上述第1给水配管具有在前述空间部中的排出口，用于供给要净化的原水；上述第2给水配管具有在前述滤材层中的排出口，用于供给要净化的原水，用若干系统的给水配管向过滤槽内供给污浊水。
另外，上述过滤槽的下部也可以水没入被净化水域地进行设置。
在向过滤槽内供给被处理水的给水配管的途中也可以设置将被处理水向大气开放的机构。
也可以对上述第1和第2给水配管分别设置独立的给水泵，可以将高压低流量型的第1给水泵与第1给水配管连接，将比第1给水泵低压大流量的第2给水泵与第2给水配管连接。
也可以在第1给水配管上连接泵，强制地向支承层下部空间加压给水，第2给水配管与顶槽连接，将从该顶槽由重力自然流下的要净化原水供给到滤材层中。
另外，本发明的流化床式过滤装置，是将若干个流化床式过滤槽串联连接而形成多级式流化床式过滤装置，在上述过滤槽内充填着粒子状滤材，使污浊水自下而上地流过该过滤槽，该粒子状滤材一边被水流引起流动化一边进行水的净化，被处理水依次流过上述若干个过滤槽而被净化；其特征在于，上述各级过滤槽内，备有支承由前述粒子状滤材构成的滤材层、并且在过滤槽内下部形成空间部的支承层；在第1级过滤槽内备有排出口处于空间部内的给水配管；在第2级以后的过滤槽内，备有排出口处于空间部内的给水配管和排出口处于滤材层内的给水配管。另外，在上述的第1级过滤槽中也可以备有排出口处于滤材层中的给水配管。
另外，也可以在高于过滤槽的位置处设置顶槽，上述第1和第2给水配管与该顶槽连接，将从该顶槽由重力自然流下的要净化原水供给上述空间部和滤材层中，第2给水配管在比第1给水配管低的位置与顶槽连接。
另外，也可以将第2给水配管的排出口部分的流路断面做成为朝着排出口顶端部分末端变宽的状态；或者闭塞该排出口部分的前端，在该排出口部分的给水配管圆筒部设置条形孔，从该条形孔排出被处理水。另外，也可以在第2给水配管的排出口下方设置滤材侵入防止板。另外，也可以将第2给水配管的至少一部分用柔软材料构成，该由柔软材料构成的部分在通水停止时被水压压瘪，使给水配管的一部分闭塞。
具有上述2系统给水配管的本发明中，在运转开始时，先用第1给水配管流通污水，然后用第2给水配管流通污水，通过这样地切换流路进行使用，可以使装置的再起动容易。
另外，也可以在过滤槽内的空间部设置清洗滤材用的散气机构，这时，可在第2给水配管上设置阀或逆止阀。即，用散气机构在过滤槽内进行曝气时，通过阀操作等将第2给水配管闭塞，可防止滤材侵入第2给水配管内。
本发明的其它特征、目的和优点，在以下的参照附图说明中将更加清楚。
图1是表示本发明流化床式过滤装置一实施例的剖视图。
图2～图7分别是表示本发明其它实施例的剖视图。
图8是表示本发明中所用的给水配管排出口部分构造的正视图。
图9是表示本发明中所用的给水配管排出口附近构造的正视图。
图10是表示本发明中所用的给水配管排出口部分另一种构造的正视图。
图11是图10的A-A′线剖视图。
图12A、B是表示本发明中所用的给水配管排出口部分的其它构造例的正视图。
图13是表示现有的一种流化床式过滤装置的剖视图。
图14是表示现有的另一种流化床式过滤装置的剖视图。
图13表示现有的一种流化床式过滤装置。在过滤槽1的内部，充填着微细粒子状的滤材，形成过滤层2。原水由泵3通过给水配管4从过滤槽1下部排出，自下而上地通过滤材层2内，作为处理水从处理水排出用的流槽5排出。该构造中，由于给水配管4的排出口设置在滤材层2中，所以在停止运转时，滤材层2的滤材粒子有时侵入给水配管4中，堵塞给水配管4，只靠泵3的压力难以将堵塞在给水配管内的滤材排出。
图14表示现有的另一种流化床式过滤装置。在滤材层2的下部，设置着支承滤材层2用的砂砾层6，在砂砾层6的下面设置着多孔板7。由该砂砾层6和多孔板7将滤材层2支承在滤过槽1内的上方，在过滤槽1的下部形成空间部，给水配管4的排出口设在该空间部内。该构造中，虽然滤材不会侵入给水配管4内，但是因为多孔板7或砂砾层6的部分成为了固定床，所以，在该部分容易产生堵塞，抵削了流化床式过滤装置的“不容易堵塞”这一优点。在产生了堵塞时，必须采用清洗操作来排出堵塞的污浊物，在图14的净化装置中，在过滤槽1内的空间部内设置着散气管9，由鼓风机8使过滤槽1内曝气，利用空气进行清洗。进行该清洗操作时，在滤材层2内繁殖的、有助于净化的微生物也被清洗掉，所以，清洗频度高时，导致生物处理功能降低。因此，必须加大清洗操作间隔，以保持生物处理功能。
下面，参照图1至图12说明本发明的实施例。
图1至图4分别表示本发明的具体例。图5至图7分别表示将上述图1至图4的具体例进行适当组合而构成的系统的构造。图8至图12是表示给水配管排出口部分的构造。
图1中，多孔板7设置在过滤槽1内下方，在多孔板7的上面设置着砂砾层6，滤材层2设在由多孔板7和砂砾层6构成的支承层的上面。构成滤材层2的滤材粒子，可采用活性炭或无烟煤、方英石、沸石等天然矿石或者硅砂等。滤材粒子的大小最好在1mm左右，在选定滤材时，应根据滤材粒子的大小和密度适当地调节使滤材层流动化的速度。将原水供给过滤槽1的给水配管被设置成2个系统，一个给水配管(第1给水配管)4a的排出口在形成于多孔板7下部的空间部1a中开口，另一个给水配管(第2给水配管)4b的排出口在滤材层2中开口。各给水配管4a、4b上设有阀10a、10b，可以变换流路。由给水泵(加压式的给水机构)3向过滤槽1内供给的原水通过阀10a、10b的操作从上述2系统的给水配管4a、4b有选择地流过，自下而上地流过滤槽1内后，从流槽5作为处理水流出。另外，在过滤槽1下部的空间部内设置着散气管9，可以由鼓风机8使过滤槽1内曝气。当多孔板7或砂砾层6或滤材层2产生堵塞时，该散气管9送入空气，进行滤材的清洗操作。
如上所述，图1所示的流化床式过滤装置中，具有4a和4b这样2个系统的给水配管，使用给水配管4a时，原水通过多孔板7和砂砾层6，所以，该部分容易产生堵塞。为了充分发挥流化床式过滤装置的不容易堵塞这一优点，在通常的运转时，最好使用给水配管4b，不通过多孔板7和砂砾层6地进行过滤。但是，在给水配管4b停止运转期间，有时滤材粒子会侵入配管内，这时，给水配管4b的系统中流水阻力大，仅靠泵3的压力不能将侵入的滤材粒子排出给水配管4b，有可能不能再起动。这时，先打开阀10a，关闭阀10b，只使用给水配管4a通水。由于给水配管4a的排出口与过滤槽1下部的空间连通，所以，滤材粒子不会侵入，只用泵3的压力可以很容易地通水。然后，至打开着阀10a的状态，也打开阀10b，预先从给水配管4a向滤材层2通水，使滤材层2流动化并膨胀，这样，给水配管4b的排出口附近的滤材粒子的充填密度与运转停止时(滤材静止时)相比变小。这样，给水配管4b的流水阻力减小，侵入给水配管4b内的滤材粒子被排出而可以通水。然后，如果关闭阀10a，则回到通常的运转状态，可容易地进行再起动。另外，进行该运转操作时，给水配管4a只在再起动时使用，在通常的运转状态，污浊水不通过多孔板7和砂砾层6，所以，多孔板7或砂砾层6经过长期间也不产生堵塞。即，可大幅度地加大清洗间隔。
当多孔板7或砂砾层6或滤材层2产生堵塞时，用鼓风机8从设置在过滤槽1下部的散气管9向过滤槽1内送入空气，进行清洗操作。该清洗操作时，如果空气进入给水配管4b内，则在给水配管4a中产生逆流，使滤材粒子强制性地侵入给水配管4b内。为此，为进行该清洗操作而使过滤槽1内曝气时，以关闭阀10b的方式进行控制，使得给水配管4b中难以产生逆流。这样，可防止滤材侵入给水配管内，可比较容易地进行运转的再起动。
另外，也可省略掉阀10a和10b。在通常的运转状态，给水配管4b比给水配管4a的流水阻力小，小的这一部分阻力相当于不通过多孔板7和砂砾层6的部分的阻力。所以，即使不进行阀操作，也主要是使用给水配管4b。另外，也可用逆止阀代替阀10b，在使过滤槽1内曝气时，可防止给水配管4b内的空气逆流，防止滤材粒子侵入。
另外，在该实施例中，是采用多孔板7和砂砾层6将滤材层2支承在过滤槽1内的某高度以上，但是根据滤材粒子的大小情况，也可只采用多孔板7，或者不采用多孔板而采用有孔块体或狭缝式滤网。
图2是图1所示流化床式过滤装置的变形例。标注了与图1中相同标号的部分表示是相同或相当的部分。该例中，在第1、第2给水配管4a、4b的上游侧，分别独立地连接着第1给水泵3a、第2给水泵3b。在图1所示的例子中，在如前述那样的运转停止后的再起动时，因为需要由一台泵3向两个给水配管4a、4b供给水，所以，必须将泵3的容量加大到一定程度。本例中，由于在给水配管4a、4b上分别连接着独立的泵3a、3b，所以，泵3b只要使用适合于通常运转能力的泵，即可具有不必常时地使用大容量的泵的优点，可进行高效率的运转。
另外，本例中，如果泵3a是高压低流量型泵，泵3b是低压高流量型泵，则能进一步提高效率。在使用泵3b和给水配管4b的通常运转时，因为只需要使滤材层2流动化的压力，所以，泵3b可以为低压。再通水时，在使用泵3a和给水配管4a时，由于水要通过多孔板7和砂砾层6，所以，与泵3b相比，泵3a最好是高压型泵。
图3是图1所示装置的另一变形例。该例中，设置了顶槽11作为向过滤槽1供给原水的装置。由泵3吸上的原水一旦被供给顶槽(将被处理水向大气开放的装置)11，该原水通过与顶槽11连接的给水配管4a或4b被导入过滤槽1中。给水配管4a和4b的排出口与图1所示的装置同样地，在形成于多孔板7下面的空间部1a和滤材层2中开口。2根给水配管4a、4b在不同的高度与顶槽11连接。通常运转时用的给水配管4b在比给水配管4a低的位置与顶槽11连接。装置起动时，滤材粒子侵入给水配管4b中流水阻力大时，顶槽11的水位上升，在上升到与给水配管4a的连接部时，原水通过给水配管4a从多孔板7的下面供给到过滤槽1内。这样，滤材层2流动化并膨胀，所以给水配管4b的流水阻力也变小，原水也通过给水配管4b流动。在通常的运转状态时，由于给水配管4b比给水配管4a的流水阻力小，所以，顶槽的水位返回原来的位置，与图1所示例同样地，装置的再起动容易，并且使多孔板7和砂砾层6的堵塞限制在最小程度。另外，本例中，不必操作阀，可自动地进行给水配管4a和4b的流路切换。
在给水配管4b上设有逆止阀16，在使过滤槽1内曝气时，可防止气泡侵入给水配管4b内，可防止滤材粒子侵入给水配管4b内，所以再起动容易。
图4是表示图1所示装置的又一个变形例。本例中，给水配管4b的排出口在滤材层2中开口，给水配管4a的排出口在形成于多孔板7下面的空间部1a内。由顶槽11向给水配管4b给水，由泵3向给水配管4a供给水。通常运转时，被处理水从上游侧供给到顶槽11内。运转停止后的再通水时，由泵3通过给水配管4a供给水时，可以直接采用被处理水，也可以设置储存处理水的槽、采用槽内的保持一定量的处理水。本例中，即使在多孔板7或砂砾层6处的压力损失增大，由于从给水配管4a的给水可由泵3加压来进行，所以，能更加可靠地进行从给水配管4a的通水，运转停止后的再通水的起动也能更加顺利地进行。另外，在净化河川水的情况下，或者处理在前段从其它净化处理设施放流出来的水的情况下，由于可以将来自上游的流水直接地导入顶槽11进行处理，所以，在通常运转时不必使用泵，可提高效率。
下面，参照图5至图7说明适当组合多台图1至图4所示流化床式过滤装置而构成的流动造纸机过滤装置系统的构造。
图5是第1系统的构造。是将过滤装置呈3级串联连接的结构，第1级组装着相当于上述图1的过滤装置，第2和第3级组装着相当于上述图3的过滤装置。被处理水被泵3通过第1级过滤装置A后，借助顶槽11的水位差依次地向第2级、第3级的过滤槽B、C中通水。采用这种构造，可以用一台泵向3级过滤装置通水。在第1级过滤装置A，备有与泵3连接的2个系统的给水配管4a及4b。在通常运转时用给水配管4b，再起动时当给水配管4b被滤材粒子堵塞时，在从给水配管4a通水了后切换为给水配管4b。在第2、第3级过滤装置B、C，备有与顶槽11连接的2个系统给水配管4a和4b，通常时用给水配管4b，再起动时当给水配管4b堵塞时，顶槽11的水位上升，从给水配管4a通水。
本系统的流化床式过滤装置中，也可以省略掉第1级过滤装置A的给水配管4b或4a中的任何一个。即，在第1级过滤装置A，由于被处理水由泵3供给，可得到比第2、第3级中从顶槽11给水时大的水压，即使在省略掉给水配管4a、并且滤材粒子一定程度地侵入给水配管4b，该侵入的滤材粒子也能被大的压力排出。另外，当省略掉给水配管4b时，即使固定床部分即砂砾层6或多孔板7的压力损失增大，即使不用泵3的大压力进行清洗操作，也能继续运转。
图6是第2系统的构造。在将过滤装置呈3级串联连接这一点与图5同样，但它是第1级组装着相当于图2的过滤装置，第2、第3级中组装着相当于图4的过滤装置的构成。本例中，在给水配管4a上设置着独立的泵3a，所以，在装置停止后的再通水时，泵3的排出压力可直接作用于给水配管4a，能切实地进行再通水。另外，该例中也与图5所示例同样地，可省略掉第1级过滤装置A的给水配管4b或4a中的任何一个。
图7是第3系统的构造。本例的流化床式过滤装置，适用于直接净化污浊的湖泊、水库、蓄水池等水域。该系统也是与图5所示同样地连接着3级过滤装置A～C的构造，该流化床式过滤装置设置在被净化水域内。装置可以用浮子等浮游地设置在水面上，也可以直接放置在水域的底部。这样地设置在被净化水域内，与设置在陆地上相比，可以缩短被处理水的运送路径，可将通水所需的动力减小为最小程度，具有节能效果。另外，在图7所示例中，给水配管4a、4b分别形成若干分支地设置在各级过滤槽A～C内，各级过滤槽分别具有并列设置的2个过滤槽。根据该构造，因为各级过滤槽内的流动状态均匀，所以可有效地进行净化处理，尤其是被处理水量多时更加有效。
图8是图1至图7所示本发明流化床式过滤装置中用的给水配管4b的排出口部分的构造图。
当滤材粒子侵入到在滤材层2中有排出口的给水配管4b时，给水配管4b被堵塞，不容易再通水。为了防止这一点，在图8例中，给水配管4b的流路截面朝向排出口顶端进行扩宽，这样，即使滤材粒子在一定程度上侵入给水配管4b内，在再起动时也容易排出滤材粒子。通过采用该图8所示的排出口构造，可以使流化床式过滤装置的再起动变得容易。
图9是表示流化床式过滤装置中的给水配管4b的排出口附近构造的图，滤材粒子不容易侵入给水配管4b内的构造。
在流化床式过滤装置中，为了清洗滤材而用鼓风机8通过散气管9送入空气使过滤槽1内曝气时，有时气泡会侵入给水配管4b内，产生空气逆流，滤村粒子被强制地侵入给水配管4b内。为此，在本例中，在给水配管4b的排出口下方，距排出口前端一定距离地设置滤材侵入防止板12。根据该构造，使过滤槽1曝气时，排出口附近的气泡如图9中箭头所示地流动，所以气泡不侵入给水配管4b内。因此，采用该例可以防止空气逆流造成的滤材向给水配管4b内的侵入，可以使再起动更容易。
图10和图11表示本发明流化床式过滤装置中所用的给水配管4b的排出口部分构造。是与图8不同的例。
即，该例所示的给水配管4b的排出口，在给水配管4b的侧面(圆筒部)开设条形孔13，给水配管4b的项端部由闭塞板14盖住。根据该构造，被处理水如图11中箭头所示地流动，与图9例同样地，在使过滤槽1曝气时，可防止气泡浸入给水配管4b内。
图12A、B也表示本发明流化床式过滤装置中所用的给水配管4b的排出口部分构造。是与图10不同的例。
该例中，在给水配管4b的排出口顶端部，安装着由橡胶、乙烯树脂或纤维等柔软材料构成的逆流防止部15。因为通常运转时，用给水配管4b进行通水，所以，逆流防止部15扩张，成为图12A所示状态。停止运转时，逆流防止部15被周围的水压压瘪而成为图12B所示状态。这样，逆流防止部15起到逆止阀的作用，可防止在运转停止期间水或空气向给水配管4b内逆流，防止滤材粒子的侵入。
图12A、B中的逆流防止部15也可以设在给水配管4b的中间，另外，将给水配管4b用柔软材料构成也能得到同样效果。
本发明的流化床式过滤装置中，备有支承层、第1给水配管、第2给水配管。上述支承层设置在前述过滤槽内，支承由粒子状滤材构成的滤材层，并且在过滤槽内下部形成空间部。上述第1给水配管具有在前述空间部中的排出口，用于供给要净化的原水。上述第2给水配管具有在前述滤材层中的排出口，用于供给要净化的原水。由于具有上述构造，即使滤材粒子侵入第2给水配管中引起堵塞，也能从第1给水配管将原水供给过滤槽，使滤材层流动化并膨胀，降低第2给水配管的流水阻力，返回到通常的运转状态。另外，支承滤材层的支承层部分通常只在装置的再起动时被通水，所以，能将支承层的堵塞频率成为最小限度。
另外，将若干过滤槽串联连接，使被处理水依次流过若干过滤槽的多级式流化床式过滤装置中，在第1级过滤槽由第1给水配管将污浊水供给过滤槽，在第2级以后的过滤槽由第1及第2系统的给水配管将污浊水供给过滤槽，这样，可以使得不到大压力的第2级以后的过滤槽容易再起动。
用设置在高于过滤槽位置的顶槽向过滤槽供给污浊水、并且第2给水配管在比第1给水配管低的位置与顶槽连接时，即使第2给水配管被滤材堵塞而造成通水困难，由于顶槽的水位上升，从第1给水配管以高水压通水，所以，从第2给水配管的通水也变得容易，不必操作阀等，可自动地再起动。
另外，将第2给水配管的排出口部分的流路断面做成为朝排出口顶端部扩开的形状时，即使滤材粒子一定程度地侵入第2给水配管内，在再起动时也能容易排出滤材粒子。
另外，将第2给水配管的排出口项端闭塞，在该给水配管的侧面(圆筒部)形成条形孔，从该条形孔中排出被处理水，或者，在第2给水配管的排出口下方，距该排出口一定距离地设置板状态构造物时，在为清洗滤材而使过滤槽曝气时，可防止气泡侵入给水配管内，可防止由第2给水配管内的空气逆流引起滤材粒子侵入，使再起动更容易。
将第2给水配管的全部或一部分用能被通水停止时的水压压瘪的柔软材料做成时，在运转停止时，被水压压瘪的配管部起到逆止阀的作用，可防止第2给水配管内的水或空气的逆流，可防止滤材粒子侵入，使再起动更容易。
另外，在运转开始时，先用第1给水配管流入污浊水，然后再用第2给水配管流入污浊水，通过这样地切换流路，即使滤材粒子侵入第2给水配管内造成通水困难，由于从第1给水配管流入的水使滤材层膨胀，可减低第2给水配管的流水阻力，可以使再起动容易。
通过在过滤槽内备有清洗滤材用的散气机构，并且，在第2给水配管上设有阀或逆止阀，所以，即使用散气机构进行过滤槽内的曝气时，也能防止因气泡侵入第2给水配管内造成的空气逆流，从而能防止滤材粒子侵入第2给水配管内。