急速重力砂ろ過器: ろ過床の設計の開発

暗渠にはさまざまな設計があり、飲料水から浮遊物質を除去する際に重要です。 Severn Trent Services Ltd の David Shepherd が最近の動向について説明します。

懸濁物質の除去における飲料水フィルターの性能は、フィルター暗渠の設計とフィルター媒体のサポートに大きく依存します。 現在、ヨーロッパ全土で設置が増えている TETRA LP ブロック (ロープロファイル) など、さまざまな急速重力フィルター フロア技術が利用可能です。

あらゆる負荷条件下で高速重力フィルターが効果的かつ効率的に機能するには、媒体全体の洗浄が重要な要件です。 重力フィルターの逆洗は、ろ過実行中に媒体によって収集された固体を除去するために必要です。 メディアを流動化して洗浄するには、水の上向きの流れ、または空気と水の組み合わせが必要です。

適切な濾材は急速重力フィルターの性能にとって重要ですが、濾過と逆洗の性能はフィルター暗渠の設計と濾材のサポートに大きく依存することが証拠によって示唆されています。 最近開発された二重平行横暗渠排水により、逆洗水と空気が均一に分配されることが証明されています。 二重平行横暗渠では、フィルター内の砂利支持層の代わりに焼結プラスチック プレートが使用されます。 異なる気孔率の複合プレートも使用されます。

フィルター暗渠の機能と種類

急速重力砂ろ過器の主な構成要素は、ろ材、砂利支持層、およびろ過暗渠です。 暗渠は濾材と砂利を支える役割を果たします。 ろ過水をフィルターの底から均一に収集します。 逆洗中に空気と水をフィルターの底全体に均等に分配します。 これらの機能の鍵となるのは、濾過の均一性と、逆洗空気と水の分配の均一性です。 逆洗水の分配が均一であることが特に重要です。 フィルターの効率は逆洗サイクルの有効性に依存します。

英国で使用される暗渠の主なタイプは、ヘッダーおよび横型、プレナム床またはノズル型、および二重並列横型ブロック暗渠です。 後者は市場では比較的新しい開発であり、ますます使用されています。

ヘッダー・ラテラルタイプ

暗渠の最も単純なタイプは、ヘッダーおよび横型暗渠です (図 1)。 このタイプの暗渠では、逆洗水はヘッダーと呼ばれるパイプまたは加圧水路を通ってフィルターの底部に流入します。 ラテラルと呼ばれるパイプがヘッダーに直角に接続され、フィルター砂利の中に埋められます。 側面は一連のオリフィスを通して逆洗水を分配します。

ヘッダーおよび横暗渠の最大の欠点は、逆洗水を均一に分配することが難しいことです。 ヘッダー内の逆洗水の速度が速いため、ヘッダーの静圧は端部で最も高くなります。 このため、ヘッダーの端の側面が流れの大部分を受け取ります。 これは、ヘッダーから側面のオリフィスまで水頭損失を再配分することで解決できます。 これを効果的にするには、オリフィス全体の水頭損失が 2 ～ 3 m 程度である必要があり、これはポンプ コストを増加させます。 このタイプの暗渠のもう 1 つの問題は、ヘッダーにオリフィスがないことです。 逆洗流がないため、このエリアは適切に洗浄されません。

プレナムフロアタイプ

プレナム床またはノズル タイプの暗渠は、ノズルまたはストレーナが貫通する仮の床で構成されます (図 2)。 ノズル システムには大きなオリフィスがあり、メディアがノズルに入らないように砂利を使用する必要があります。 ストレーナー システムは、フィルター媒体を保持するために細かい開口部を使用します。 プレナムフロアの設計では、ヘッダーやラテラルの設計と同様の水力分布の問題が発生する可能性があります。 流入する水の速度は、プレナムが非常に大きくない限り、流量が入口および側面近くで最大になるような速度です。 さらに、ノズルの間隔はフィルターの床面積 1 m3 あたり 40 ～ 60 個と非常に広い (最大 200 mm) ことが多く、逆洗中にデッドスポットが発生する可能性があります。

プレナム床タイプ暗渠の使用には他にも課題があります。 暗渠の偽底は本質的に構造破壊を受けやすいものです。 逆洗中、プレナムの下側にはかなりの上向きの圧力がかかります。 逆洗水に含まれる懸濁物質や砂や砂利の破片でストレーナーが詰まると、この問題はさらに悪化します。 逆洗サイクルを繰り返すと、繰り返しの屈曲により床が破裂する可能性があります。 ストレーナの清掃は濾材を取り外すことによってのみ行うことができます。 人員がプレナムエリアにアクセスすることは健康と安全のリスクとなるため、メンテナンスは複雑になります。 最後に、プレナム床暗渠のノズルは、システムの設置中に損傷することがよくあります。

2パス横方向設計

2 パスの横暗渠は、より一般的に使用されるシステムの問題を克服するように設計されています。 均一な分布の問題は、2 つの平行な側面を使用することで解決されます (図 3)。 中央（フィーダー）ラテラルには、その長さに沿って、補償ラテラルと呼ばれる第 2 の平行なラテラルまで延びるオリフィスがあります。 逆洗中、水はパイプまたは加圧水路から中央フィーダー側管に入り、この側管のオリフィスを通って補償側管に分配されます。 他の単一ラテラルと同様に、最大の流量は入口点から最も遠いオリフィスを通って発生します。 この流量の変動は補償側部で均一化され、システムは水頭損失を最小限に抑えながらフィルター底部全体に逆洗水を均一に分配することができます。

この設計の実際の応用では、ブロック内にフィーダーと補償側部を組み込んだ高密度ポリエチレン製の予備成形ブロックが使用されます (図 4)。 ブロックは連結され、側面がフィルター全体にわたって連続的に整列するように端から端まで列に配置されます (図 5)。 ブロックの列はフィルターの全幅にわたって互いに隣接して配置され、水路上のブロックは特別なアンカーロッドで固定され、列間の小さなスペースはグラウトで満たされます。 これには、ブロックを互いに固定して平らで水平な床を形成する効果があります。

従来の暗渠設計と比較して、2 パス横システムは逆洗水と空気をより均一に分配します。 フィルターコンパートメントのシンプルな構造により、平面的な平面を実現します。 プレナムフロアに障害が発生したり、ノズルやストレーナが詰まることがありません。 取り付けも簡単です。

エアー洗浄の使用

捕捉された固形物や水処理化学物質はフィルター媒体に強く付着する可能性があります。 フィルターを洗浄する従来の方法は、媒体を流動化させるのに十分な速度できれいな水をベッドの底から汲み上げることでした。 付着した固形物は剪断されて除去されます。 この方法の問題は、剪断作用がすべての媒体から化学フロックを除去するには十分ではない可能性があることです。 メディアが完全に洗浄されていない場合、固形物の蓄積により泥団子が発生し、フィルターの目詰まりが発生し、性能が低下する可能性があります。 これを克服する 1 つの方法は、逆洗サイクルに空気洗浄または空気と水を組み合わせた洗浄を組み込むことです。

2 パスブロック設計では、空気と水がフィーダーの横から入ります。 フィーダ側部の上部近くのオリフィスは、逆洗空気を補償側側部に排出します。 フィーダ側部の下部に位置する大きなオリフィスは、逆洗水を補償側部に排出します。 空気と水の混合物は、補償側部の上部にあるオリフィスから排出されます。

砂利支持層

砂利の支持層は、細かい濾材が暗渠に入り込んで暗渠を詰まらせるのを防ぎ、逆洗水と空気をフィルター内に分散させるのに役立ちます。 通常、数層の砂利が使用されます。 最も単純な形式では、最大サイズの砂利 (約 20 mm) が底にあります。 その上には、最上部で 2 mm までの細かい砂利の層があります。 各層の厚さは約 50 mm、砂利の合計の深さは最大 300 mm になることがあります。 逆洗に空気洗浄が使用される場合、「砂時計」構成を使用するのが通例です。 この構成は、暗渠への媒体の侵入を制限し、逆洗時の油圧衝撃による砂利の堆積を防ぐのに効果的です。

最近、はるかに浅い深さで砂利層の機能を果たすことができる媒体保持プレートが開発されました。 メディア保持プレートは高密度ポリエチレン製の多孔質成形プレートで、セルフタッピングネジを使用して暗渠ブロックに取り付けられます。 プレートの端は承認されたポリウレタンシーラントでシールされており、露出した端も横漏れを防ぐためにシールされています。 プレートの厚さは約 30 mm で、厚さ 300 mm までの砂利層を置き換えるのに使用されます。 その結果、フィルターを浅くしたり、より深いメディアを使用したりすることができます。 メディア保持プレート全体の水頭損失は、メディア保持プレートが置き換える砂利と同じか、それよりも小さくなります。

保持プレートは3種類を用意しています。 単一の多孔性プレートは 2 つのメーカーから入手可能です。 500 または 700 ミクロンの単一多孔層があります。 300 ミクロン (上層) と 500 ミクロンの 2 層で構成されるバイプレートと、500 ミクロン材料の 2 つの外側層の間に 300 ミクロンの層が挟まれたトリプレートが、あるメーカーから入手可能です。 より大きな細孔サイズは、より細かい材料を閉塞から保護するために使用されます。 より大きな孔径は、ほとんどの濾過用途に優れており、特に微細なガーネットや活性炭を使用する用途に適しています。

商用利用

二重横暗渠は 1970 年代に米国で初めて開発されました。 元のブロックは 1 つの一次側壁と 2 つの二次側壁で構成され、高さ 300 mm、幅 250 mm でした。

現在のデザインは 1990 年代後半に開発され、ロー プロファイル ブロック (LP ブロック) と呼ばれています。 これは、幅 412 mm、高さ 225 mm の単一のブロックです。 ブロックは 2 つのチャネルに分割されます。 ブロックのプロファイルが低いため、フィルターをより浅くしたり、メディアの深さをより深くしたりできます。 さらに、ブロックの一次側面積が他のブロックに比べて大きいため、10m までの長さの分布に優れています。 幅の広いブロックは、他のブロックに比べて設置時間が短くなり、列間のグラウトの量も少なくなります。 二重横暗渠ブロック設計は、新築だけでなく改修用途にも適応できます。

経営成績

フィルター内の不均一分布の程度は、ブロックの二次チャンバー内のタッピングからの圧力を側面の長さに沿って測定することによって決定されます。 偏在率は次の式で計算されます: 偏在 (%) = (1-√(最小プレス/最大プレス)) × 100。偏在率は 10% 未満である必要があります。

結論

デュアル並列横暗渠は、設置の容易さ、分配の均一性、よりコンパクトなフィルター設計、オペレーターの安全性の向上など、いくつかの利点をユーザーに提供するモジュラーブロックタイプの暗渠です。