特開 2022-147719 散水・生物ろ過方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022147719

(43)【公開日】2022-10-06

(54)【発明の名称】散水・生物ろ過方法

(51)【国際特許分類】

   C02F 3/04 20060101AFI20220929BHJP

   C02F 3/06 20060101ALI20220929BHJP

【ＦＩ】

C02F3/04

C02F3/06

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021049096

(22)【出願日】2021-03-23

(71)【出願人】

【識別番号】507214083

【氏名又は名称】メタウォーター株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】506239304

【氏名又は名称】高知市

(71)【出願人】

【識別番号】504174180

【氏名又は名称】国立大学法人高知大学

(74)【代理人】

【識別番号】110000800

【氏名又は名称】特許業務法人創成国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】宮田 篤

(72)【発明者】

【氏名】中沢 仁吾

(72)【発明者】

【氏名】大和 信大

(72)【発明者】

【氏名】米津 直紀

(72)【発明者】

【氏名】尾崎 歩

(72)【発明者】

【氏名】藤原 拓

【テーマコード（参考）】

4D003

【Ｆターム（参考）】

4D003AA01

4D003AA02

4D003AB02

4D003BA03

4D003CA02

4D003CA03

4D003DA21

4D003DA29

4D003EA15

4D003EA23

4D003EA24

4D003EA30

4D003FA05

(57)【要約】      （修正有）

【課題】エネルギーコストを低減しつつ、被処理水中の有機物や懸濁物質の除去効果を高める、散水・生物ろ過方法を提供する。
【解決手段】散水・生物ろ過装置１００は、ろ材１０３が充填されたろ床１０４と、前記ろ床の上方に配置された被処理水の散水部１０８と、前記ろ床の下方に配置された処理水の流出部１３６とを備え、前記ろ床の下部及び下方に前記散水部から散水された被処理水が前記ろ床を流下して滞留する貯留部１０５が設けられ、前記ろ床の前記貯留部の水に浸漬されていない部分が、前記散水部から散水された被処理水が流下する散水ろ床１０６をなし、前記ろ床の前記貯留部の水に浸漬された部分が生物ろ過部１０７をなしており、前記散水ろ床の内部に空気を流通させるための空気流通手段１０９が設けられている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ろ材が充填されたろ床と、
前記ろ床の上方に配置された被処理水の散水部と、
前記ろ床の下方に配置された処理水の流出部とを備え、
前記ろ床の下部及び下方に前記散水部から散水された被処理水が前記ろ床を流下して滞留する貯留部が設けられ、
前記ろ床の前記貯留部の水に浸漬されていない部分が、前記散水部から散水された被処理水が流下する散水ろ床をなし、
前記ろ床の前記貯留部の水に浸漬された部分が生物ろ過部をなしており、
前記散水ろ床の内部に空気を流通させるための空気流通手段が設けられ、
前記生物ろ過部の下部又は下方に曝気手段が設けられ、前記ろ床の下方に洗浄排水の流出部が設けられている散水・生物ろ過装置を用い、
前記空気流通手段により、前記散水ろ床に空気を流通させつつ、被処理水を前記散水部から前記散水ろ床の上部に散水させ、前記散水ろ床、前記生物ろ過部を通過させ、前記貯留部で所定時間滞留させた後、前記流出部から取出す通常運転と、
前記処理水の流出部及び前記洗浄排水の流出部を閉じ、前記空気流通手段を停止して、前記ろ床全体が水没するまで水張りを行う水張り工程、前記曝気手段から空気を供給して、前記ろ床に充填されたろ材を流動洗浄する曝気洗浄工程、及び前記洗浄排水の流出部を開いて洗浄排液を排水する排水工程からなる曝気洗浄とを、所定のタイミングで交互に行い、
前記曝気洗浄工程の際に、前記生物ろ過部に位置していたろ材がその表面に生物膜を付着させたままろ床全体へと分散するように、曝気量を調整することを特徴とする散水・生物ろ過方法。

【請求項2】

前記散水ろ床及び前記生物ろ過部の少なくとも何れか一方におけるろ材に対する生物付着量（Ｂｍ）を測定し、この生物付着量（Ｂｍ）に基づいて、前記曝気洗浄工程における曝気量を調整する、請求項１記載の散水・生物ろ過方法。

【請求項3】

前記散水ろ床及び前記生物ろ過部の少なくとも何れか一方の空隙率（ＶＲｏ）を測定し、この空隙率に基づいて前記生物付着量（Ｂｍ）を求める、請求項２に記載の散水・生物ろ過方法。

【請求項4】

前記散水ろ床の下部にも曝気手段を設け、前記生物ろ過部の下部に配置された曝気手段と、前記散水ろ床の下部に配置された曝気手段とを、選択的にあるいは同時に作動させることにより、前記曝気洗浄工程を行う、請求項１～３のいずれか１項に記載の散水・生物ろ過方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、例えば下水処理施設などにおいて、被処理水から有機物や懸濁物質を除去するために用いられる散水・生物ろ過方法に関する。

【背景技術】

【0002】

散水ろ床型水処理装置は、ろ材を充填したろ材層を設けた水槽を有し、被処理水をろ材層の上方から散水して、被処理水がろ材層を通過する過程で、ろ材層のろ材表面に付着した微生物による有機物の分解や、浮遊する懸濁物質のろ材層による捕捉作用によって、被処理水に含まれる有機物や懸濁物質を除去するものである。

【0003】

散水ろ床型水処理装置は、曝気を必要としない省エネルギー型の水処理装置であるが、処理水の水質は活性汚泥法と概ね同程度であり、更なる処理性向上の余地があった。

【0004】

この問題に対処するため、下記特許文献１には、被処理水を処理する水処理装置であって；被処理水の散水手段、ろ材層、一次処理水の排出口および気体流入口を備える散水ろ床槽と；一次処理水の流入口、二次処理水の排出口、酸素を含む気体の供給手段および気体排出口を備える生物処理槽と；散水ろ床槽の気体流入口と、生物処理槽の気体排出口との間の接続部材とを有し；ろ材層の内部に、ろ材層を通過する被処理水の流れ方向と、生物処理槽から排出されて散水ろ床槽に流入する気体の流れ方向とが向流となる領域を有する、水処理装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１８－６９１８３号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１に記載された方法によれば、散水ろ床槽を通過した水を、更に曝気がなされている生物処理槽に通過させることにより、被処理水中の有機物をより効果的に分解除去できると考えられる。

【0007】

しかしながら、生物処理槽で曝気を行うことによって、有機物の分解を行うために、エネルギーコストがかかるという問題がある。

【0008】

したがって、本発明の目的は、エネルギーコストを低減しつつ、被処理水中の有機物や懸濁物質の除去効果を高めることができる、散水・生物ろ過方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記目的を達成するため、本発明の散水・生物ろ過方法は、
ろ材が充填されたろ床と、
前記ろ床の上方に配置された被処理水の散水部と、
前記ろ床の下方に配置された処理水の流出部とを備え、
前記ろ床の下部及び下方に前記散水部から散水された被処理水が前記ろ床を流下して滞留する貯留部が設けられ、
前記ろ床の前記貯留部の水に浸漬されていない部分が、前記散水部から散水された被処理水が流下する散水ろ床をなし、
前記ろ床の前記貯留部の水に浸漬された部分が生物ろ過部をなしており、
前記散水ろ床の内部に空気を流通させるための空気流通手段が設けられ、
前記生物ろ過部の下部に曝気手段が設けられ、前記ろ床の下方に洗浄排水の流出部が設けられている散水・生物ろ過装置を用い、
前記空気流通手段により、前記散水ろ床に空気を流通させつつ、被処理水を前記散水部から前記散水ろ床の上部に散水させ、前記散水ろ床、前記生物ろ過部を通過させ、前記貯留部で所定時間滞留させた後、前記流出部から取出す通常運転と、
前記処理水の流出部及び前記洗浄排水の流出部を閉じ、前記空気流通手段を停止して、前記ろ床全体が水没するまで水張りを行う水張り工程、前記曝気手段から空気を供給して、前記ろ床に充填されたろ材を流動洗浄する曝気洗浄工程、及び前記洗浄排水の流出部を開いて洗浄排液を排水する排水工程からなる曝気洗浄とを、所定のタイミングで交互に行い、
前記曝気洗浄工程の際に、前記生物ろ過部に位置していたろ材がその表面に生物膜を付着させたままろ床全体へと分散するように、曝気量を調整することを特徴とする。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、ろ床の下部を貯留部の水に浸漬させて、生物ろ過部を設けたので、散水ろ床を通過した水に含まれる溶存酸素を利用して、生物ろ過部において微生物による有機物の分解とアンモニアの硝化がなされる。また、生物ろ過部において、懸濁物質（以下「ＳＳ」と略称する）の除去効果も高められる。したがって、散水ろ床と生物ろ過部との両方で、有機物の分解とアンモニアの硝化、及びＳＳの除去がなされるので、より浄化された処理水を得ることができる。

【0011】

また、曝気洗浄時には、水張り工程、曝気洗浄工程、及び排水工程を行うことにより、ろ材に過剰に付着した汚泥を除去して処理性能を維持することができる。その際、生物ろ過部のろ材には、蛋白質などの有機物を分解する微生物や、蛋白質の分解によって生じるアンモニアを硝化する微生物などの生物膜が形成されている。このろ材を、流動洗浄の曝気量を調整することにより、ろ床全体へと広げる。このことにより、生物ろ過部で過剰であった生物膜量を適正に低減しつつ、散水ろ床での生物膜量は増加し、ろ床全体としての有機物分解やアンモニアの硝化を促進することができる。この流動洗浄の際に、併せてろ床内の老廃した生物膜も排出できる。

【0012】

また、過剰に付着した生物膜を排出することのみを目的としていた従来の洗浄よりも、本法のように弱めの流動洗浄条件に調整することにより、曝気にかかる電気代を削減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明による散水・生物ろ過方法の一実施形態に適用される散水・生物ろ過装置を示す概略構成図である。

【図2】本発明による散水・生物ろ過方法の一実施形態における洗浄工程を示す説明図である。

【図3】本発明による散水・生物ろ過方法の他の実施形態に適用される散水・生物ろ過装置を示す概略構成図である。

【図4】本発明による散水・生物ろ過装置が適用された下水処理装置の一実施形態を示す概略構成図である。

【図5】試験例で用いた下水処理装置の概略構成を示す説明図である。

【図6】試験例における汚泥付着率の経日変化を示す図表である。

【発明を実施するための形態】

【実施例0014】

以下、図面を参照しつつ、本発明による散水・生物ろ過方法の実施形態を説明する。

【0015】

図１には、本発明による散水・生物ろ過方法の一実施形態に適用される散水・生物ろ過装置が示されている。この散水・生物ろ過装置１００は、被処理水が上方から散水されるろ過槽１０１を有している。ろ過槽１０１内の下方には多孔板１０２が配置され、この多孔板１０２上に多数のろ材１０３が積層されて、ろ床１０４が形成されている。ろ材１０３としては、特に限定されないが、例えばポリウレタンやポリプロピレン等の樹脂、セラミックス、石などでできたものを採用することができる。好ましい例としては、両端が開口する円筒状に形成された樹脂を用いることができる。

【0016】

ろ過槽１０１内の下方には、ろ床１０４を通過した水の貯留部１０５が設けられている。そして、ろ床１０４の下方部分が貯留部１０５の水に浸漬されており、ろ床１０４は、水に浸漬されていない散水ろ床１０６と、水に浸漬された生物ろ過部１０７とに分かれている。

【0017】

ろ過槽１０１の上方には、例えば、回転軸を中心として放射状に伸びた複数の散水管などで構成される散水部１０８が配置されており、被処理水が散水ろ床１０６の上面に散水されるようになっている。なお、散水部１０８には、被処理水の供給管１３５が接続されており、供給管１３５の途中には流量計１３７が取付けられていて、被処理水の供給量が経時的に測定できるようになっている。

【0018】

散水ろ床１０６の下部には、ろ過槽１０１内の空気を抜き出して、外部の空気を散水ろ床１０６に流通させる空気流通手段１０９が設けられている。したがって、散水ろ床１０６内は、空気が流通しており、散水ろ床１０６を通過する被処理水に空気を接触させて、被処理水の溶存酸素濃度が高まるようになっている。

【0019】

貯留部１０５は、連通部１１０を介して調整槽１１１に連通されている。貯留部１０５の水位と、調整槽１１１の水位は、パスカルの原理により同じ水位となる。したがって、どちらの水位が変化しても、最終的には同じ水位になるように水の移動がなされる。

【0020】

調整槽１１１には、第１ポンプ１１２が設けられ、第１ポンプ１１２によって処理水が次の処理工程に送り出されるようになっている。また、調整槽１１１には水面の高さを測定するレベル計１１３が取付けられており、測定された水面の高さは制御装置１１４に送信されるようになっている。

【0021】

制御装置１１４は、レベル計１１３で測定された水位に基づいてろ過槽１０１の水位を求め、ろ過槽１０１の水位が所定の範囲から外れたときは、第１ポンプ１１２に作動信号を送って調整槽１１１の水の流出量を制御し、ろ過槽１０１の水位が所定の範囲に維持されるように制御する。ろ過槽１０１の水位によって、生物ろ過部１０７の高さ方向の長さが設定されることになる。

【0022】

散水・生物ろ過装置１００は、ブロア１２０を有している。ブロア１２０には、弁１２１を介して曝気管１２２が接続されており、曝気管１２２は、ろ過槽１０１の生物ろ過部１０７の最下部に挿入されて、多孔板１０２の上方に配置されている。なお、曝気管１２２は、生物ろ過部１０７の下部又は下方に配置されていればよく、例えば多孔板１０２の下方に配置されていてもよい。この実施形態では、ブロア１２０、弁１２１、曝気管１２２が、本発明における曝気手段を構成している。ろ床１０４のろ材１０３に微生物やハエなどの生物や懸濁粒子等が付着して、散水される被処理水の通過抵抗が高くなったとき、連通部１１０を図示しないバルブや仕切り板などによって閉じ、散水ろ床１０６のろ材１０３も水に浸漬されるように、ろ過槽１０１に水を貯留させ、ブロア１２０を作動させて曝気管１２２から空気を噴出させることにより、ろ材１０３を攪拌洗浄できるようになっている。

【0023】

ろ過槽１０１の底部には、貯留部１０５の水を排出する排出管１３６が連結されており、排出管１３６に連結された第２ポンプ１１５によって貯留部１０５の水を流出できるようになっている。攪拌洗浄によってろ材１０３表面から剥離した汚泥を含有する洗浄排水は、第２ポンプ１１５によって排出管１３６を通して取出すことができるようになっている。ろ過槽１０１の底部の排出管１３６が連結された部分が、本発明における洗浄排水の流出部をなしている。洗浄排水の流出部は、ろ過槽１０１の底部に限らず、ろ床１０４の下方に配置されていればよい。

【0024】

また、排出管１３６の途中には、三方弁１１６を介して返送路１１７が連結されており、返送路１１７の先端は、供給管１３５に連結されていて、貯留部１０５の水を、返送路１１７及び供給管１３５を介して、散水部１０８に循環できるようになっている。この実施形態では、三方弁１１６、返送路１１７が、本発明における循環手段を構成している。

【0025】

ろ過槽１０１の貯留部１０５には、溶存酸素計１１８が取付けられており、貯留部１０５の水の溶存酸素濃度を測定できるようになっている。溶存酸素計１１８で測定された溶存酸素濃度は、循環量制御装置１１９に送られ、循環量制御装置１１９は、貯留部１０５内の水の溶存酸素濃度が所定値より低くなったときに、第２ポンプ１１５及び三方弁１１６に信号を送って、貯留部１０５内の水を、返送路１１７を通して散水部１０８に送り、散水ろ床１０６に循環させるようになっている。なお、この溶存酸素計１１８は取り付けてあることが望ましいが、なくても問題はない。あらかじめ循環率を変化させた実験を行うことにより、循環率と溶存酸素濃度（ＤＯ）の関係を求め、その結果に基づいて循環率を設定できる。

【0026】

一方、前述した制御装置１１４は、ブロア１２０、弁１２１、第２ポンプ１１５、三方弁１１６にも接続されており、ろ過槽１０１の水位だけでなく、ろ材１０３の洗浄操作を制御する洗浄制御装置を兼ねている。

【0027】

次に、この散水・生物ろ過装置１００を用いた、本発明の被処理水の散水・生物ろ過方法の一実施形態を説明する。

【0028】

本発明において、被処理水としては、例えば、下水処理施設で処理される水であって、有機物や懸濁物質を含有する水が適用でき、例えば下水処理施設における最初沈殿池からの流出水や、流入下水を前段ろ過装置に通した水などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。

【0029】

被処理水は、散水部１０８から散水ろ床１０６上面に散水され、散水ろ床１０６のろ材１０３の隙間を通って流下する。このとき、空気流通手段１０９によって、散水ろ床１０６のろ材１０３の隙間を流れる空気流が発生しており、被処理水はこの空気流に接触して溶存酸素濃度が高められる。そして、被処理水は、ろ材１０３の表面に接触して、ろ材１０３の表面に付着している微生物層によって有機物の分解やアンモニアの硝化がなされると共に、含有する懸濁物質（ＳＳ）のろ過除去がなされる。

【0030】

散水ろ床１０６を通過した被処理水は、次に貯留部１０５の水中に浸漬された生物ろ過部１０７を通過する。生物ろ過部１０７のろ材１０３には、散水ろ床１０６のろ材１０３よりも、より多くの微生物が付着しており、散水ろ床１０６を通過するときに増加した水中の溶存酸素を利用して、有機物分解やアンモニアの硝化が更に効果的になされる。また、生物ろ過部１０７のろ材１０３の表面に付着した微生物によってＳＳの除去効果も高められる。

【0031】

また、生物ろ過部１０７は貯留部１０５の水に浸漬されているので、被処理水の通過速度が低下し、被処理水は、貯留部１０５に所定時間滞留することとなる。これによって、微生物による有機物分解やアンモニアの硝化を時間をかけて進行させると共に、散水部１０８から供給される被処理水の流入量が変動したときのバッファー槽としての役割を果たすこともできる。

【0032】

ろ床１０４の高さ方向における散水ろ床１０６の長さと、生物ろ過部１０７の長さは、特に限定されないが、高さ方向において、ろ床１０４の全体の長さを１０としたとき、散水ろ床１０６の長さ：生物ろ過部１０７の長さ＝５～９．５：０．５～５となるようにすることが好ましく、８～９．５：０．５～２となるようにすることがより好ましい。上記範囲に設定することにより、散水ろ床１０６及び生物ろ過部１０７の両者において、有機物分解やアンモニアの硝化作用並びにＳＳの除去作用が良好に得られるようにすることができる。

【0033】

そして、この実施形態では、レベル計１１３によって調整槽１１１の水面の水位（ろ過槽１０１の水位と同じになる）が測定され、この水位が所定の範囲から外れたときは、水位制御装置１１４が第１ポンプ１１２に作動信号を送って調整槽１１１の水の流出量を制御し、ろ過槽１０１の水位が所定の範囲に維持されるように制御するので、生物ろ過部１０７の高さ方向の長さを常に好ましい範囲に保つことができる。

【0034】

また、被処理水が散水ろ床１０６を通過するときに増加した溶存酸素は、散水ろ床１０６のろ材１０３や、生物ろ過部１０７のろ材１０３の表面に付着する微生物が有機物を分解したり、アンモニアを硝化したりするのに利用されるのであるが、溶存酸素が不足すると、生物ろ過部１０７における有機物の分解やアンモニアの硝化作用が弱まる。

【0035】

そこで、この実施形態では、溶存酸素計１１８によって貯留部１０５の水の溶存酸素濃度が測定され、その測定値が循環量制御装置１１９に送られ、循環量制御装置１１９は、貯留部１０５内の水の溶存酸素濃度が所定値より低くなったときに、第２ポンプ１１５及び三方弁１１６に信号を送って、貯留部１０５内の水を、返送路１１７を通して散水部１０８に送り、散水ろ床１０６に循環させるようになっている。貯留部１０５内の水の循環量を増大させることにより、一部の水が散水ろ床１０６を複数回通過することとなり、散水ろ床１０６を流通する空気流に触れる時間が長くなって、貯留部１０５の水の溶存酸素濃度を高めることができる。

【0036】

一方、被処理水を散水ろ床１０６，生物ろ過部１０７に通してろ過処理運転を続けると、散水ろ床１０６のろ材１０３や、生物ろ過部１０７のろ材１０３の表面に付着した微生物やＳＳが汚泥となって溜まっていくことになる。この汚泥付着率には適切な範囲があり、汚泥が過剰に付着すると、処理性能が低下したり、被処理水の通過圧損が増大してろ過効率が低下したりすることになる。また、散水ろ床１０６のろ材１０３には、ハエの幼虫や卵が付着して悪臭を放つことがある。このため、所定のタイミングで、ろ材１０３の洗浄が必要となる。

【0037】

その場合には、以下の洗浄操作を行う。この洗浄操作を図１，２を参照して説明する。

【0038】

図２におけるSTEP１は、通常運転時の状態を示している。この状態で、洗浄操作を開始する際には、STEP２に示すように、排出管１３６を閉じ、空気流通手段１０９を停止して閉じる。そして、散水部１０８から散水をして貯留部１０５に貯留されていた水の水位を上昇させていく（水張り工程）。なお、貯留部１０５の水の水位と一緒に調製槽１１の水位も上昇していく。

【0039】

このとき、制御装置１１４により、レベル計１１３によって測定される水位の変化と、流量計１３７によって測定される被処理水の流量とから、ろ床１０４及び調整槽１１１に充填される水の体積を求めることができる。そして、両者に充填された水の体積から、調整槽１１１に充填された水の体積を差し引くことにより、ろ過槽１０１に充填された水の体積を求めることができる。

【0040】

この場合、生物ろ過部１０７が水没した状態から被処理水を供給する場合には、散水ろ床１０６に充填される水の体積を求めることができる。また、洗浄操作の開始時に、三方弁１１６を開いて第２ポンプ１１５を作動させることにより、全ての貯留水を一度排出してから、散水部１０８から被処理水を供給すれば、ろ床１０４全体に充填される水の体積と、生物ろ過部１０７に充填される水の体積と、散水ろ床１０６に充填される水の体積をそれぞれ求めることができる。

【0041】

上記体積は、ろ材１０３及びそれに付着した生物付着部を除いた空間の体積に相当する。そして、この空間の体積と、その部分のろ過槽１０１の容積とから、空隙率（ＶＲｏ）を求めることができる。

【0042】

なお、充填した水は洗浄排水として排出されるが、排水量は少ないほうが好ましい。このため、調整槽１１１よりも容積の小さい、例えばパイプなどを水深測定用に貯留部１０５と連結して設けて、そのパイプ内にレベル計１１３を挿入して、連結部１１０にはバルブを設ける構造としてもよい。その場合には、ろ床１０４と調整槽１１１とを連結する流路を遮断して、ろ床１０４及び並設したパイプに水を充填することになる。

【0043】

そして、上記と同様な方法により、初期状態での空隙率（ＶＲｏ１）を求めておくことより、初期状態での空隙率（ＶＲｏ１）に対して減った空隙率（ＶＲｏ１－ＶＲｏ）を求めることができる。この減った空隙率（ＶＲｏ１－ＶＲｏ）は、その空間における生物付着量Bmによって減少した空隙率に相当するので、これを生物付着率(%)として定義する。なお、上記生物付着率の測定方法については、特許第６５４５８５７号公報に詳しく説明されているので、同文献を参照されたい。

【0044】

すなわち、生物ろ過部１０７が水没した状態から被処理水を供給する場合には、散水ろ床１０６に充填される水の体積を求めることにより、散水ろ床１０６の生物付着率(%)を求めることができ、全ての貯留水を一度排出してから、散水部１０８から被処理水を供給すれば、ろ床１０４全体の生物付着率(%)と、生物ろ過部１０７の生物付着率(%)と、散水ろ床１０６の生物付着率(%)を求めることができる。

【0045】

そして、STEP２に示すように、ろ床１０４が完全に浸漬された状態になったら、散水部１０８からの散水を停止する。

【0046】

次に、STEP３で示すように、曝気操作を開始する（曝気洗浄工程）。曝気操作は、弁１２１を開き、ブロア１２０を作動させて、曝気管１２２から空気を噴出させることにより行う。これによって、ろ材１０３が撹拌され、ろ材１０３の表面に付着した微生物の膜や、ハエの卵や幼虫などの生物や、ろ材に付着した懸濁物質などが剥がし落とされる。

【0047】

しかしながら、ろ材表面に付着している微生物は、通常運転に戻った際に、被処理水中の有機物を分解したり、アンモニアの硝化を行ったりする生物処理に必要なものであるため、除去しすぎると、微生物による浄化作用が損なわれてしまう。

【0048】

そこで、本発明では、洗浄制御装置１４２により、STEP２で求めた生物付着率に応じて、曝気の条件（曝気量及び曝気時間）を制御する。すなわち、生物付着率が多い場合は、曝気の条件を強くし、生物付着率が少ない場合は、曝気の条件を弱くする。これによって、ろ材１０３表面における生物付着率が最適な状態になるように、洗浄操作を行うことができる。

【0049】

なお、ろ過槽１０１の平面視における単位面積当たりの曝気風量は、特に限定されないが、０．２５ｍ³／（ｍ²・分）以上１．５ｍ³／（ｍ²・分）以下であることが好ましく、０．２５ｍ³／（ｍ²・分）以上０．５ｍ³／（ｍ²・分）以下であることがより好ましい。

【0050】

また、曝気時間は、特に限定されないが、０．５～２０分が好ましく、０．５～５分がより好ましい。

【0051】

そして、曝気洗浄後にろ材１０３の表面に付着して残る生物付着率が、好ましくは５％～２５％、より好ましくは１０％～２０％の範囲に維持されるように曝気条件を制御することが好ましい。

【0052】

こうして所定の条件で曝気撹拌作業を行った後、STEP４にて、ブロア１２０を停止して曝気撹拌作業を終了する。このとき、散水ろ床１０６にあったろ材１０３と、生物ろ過部１０７にあったろ材１０３とが入り混じり、それぞれのろ材１０３が全体的に分散した状態となる。その結果、生物ろ過部１０７にあった、微生物層が比較的豊富に付着したろ材１０３が、散水ろ床１０６にも拡散して、散水ろ床１０６における微生物を豊富にすることができる。

【0053】

そして、洗浄操作が終了すると、STEP５において、三方弁１１６が排出方向に開き、ポンプ１１５が作動して、洗浄排水が排出される（排水工程）。洗浄排水が全て排出されると、三方弁１１６が閉じ、再びSTEP１に戻って散水部１０８から散水が始まり、通常運転が開始される。

【0054】

このように、本発明の散水・生物ろ過方法によれば、曝気洗浄工程（STEP３）において、生物ろ過部１０７にあったろ材１０３が散水ろ床１０６にも拡散するので、生物ろ過部１０７で過剰であった生物膜量を適正に低減しつつ、散水ろ床１０６での生物膜量は増加し、ろ床１０４全体としての有機物分解やアンモニアの硝化を促進することができる。この流動洗浄の際に、併せてろ床内の老廃した生物膜も排出することができる。

【0055】

また、ろ材１０３への生物付着量（Ｂｍ）を測定し、この生物付着量（Ｂｍ）に基づいて、曝気洗浄工程における曝気量を調整することによって、ろ材１０３の表面に残存する生物膜の量をより正確に調整することができる。

【0056】

そして、生物付着量（Ｂｍ）は、ろ床の空隙率（ＶＲｏ）によって求めることができ、初期状態の空隙率（ＶＲｏ１）からの差によって、生物付着率を求めることができるので、この生物付着率に応じて曝気撹拌条件を制御することができる。

【0057】

図３には、本発明を実施するための散水・生物ろ過装置の他の実施形態が示されている。なお、図１の実施形態と実質的に同一部分には、同符号を付して、その説明を省略することにする。

【0058】

この散水・生物ろ過装置１００ａでは、曝気手段が前記実施形態と異なっている。すなわち、ブロア１２０に連結された送気管１２６が、第１分岐管１２７と第２分岐管１２８とに分岐している。そして、第１分岐管１２７は第１弁１２９を介して第１曝気管１３０に連結され、第１曝気管１３０は貯留部１０５に挿入されて、生物ろ過部１０７の下部に配置されている。なお、第１曝気管１３０は、生物ろ過部１０７の下部又は下方に配置されていればよく、例えば多孔板１０２の下方に配置されていてもよい。また、第２分岐管１２８は、第２弁１３１を介して第２曝気管１３２に連結され、第２曝気管１３２は、ろ過槽１０１内の散水ろ床１０６の下部に挿入配置されている。

【0059】

また、この実施形態では、調整槽１１１及びレベル計１１３が設けられておらず、その代わりに、３つの水面検出装置が取付けられている。すなわち、生物ろ過部１０７の下部又は下方に第１の水面検出装置１４０、散水ろ床１０６の下部又は下方に第２の水面検出装置１４１、散水ろ床１０６の上部又は上方に第３の水面検出装置１４２が設置され、これらが制御装置１１４に接続されている。また、制御装置１１４は、ブロア１２０、第１弁１２９、第２弁１３１にも接続されている。

【0060】

したがって、ろ材１０３の洗浄操作時に、全ての貯留水を一度排出してから被処理水を供給すれば、水面が上昇して、第１の水面検出装置１４０、第２の水面検出装置１４１、第３の水面検出装置１４２を水面が通過する時間と、その間の流量計１３７の流量とから、前述した計算方法によって、生物ろ過部１０７の空隙率と、散水ろ床１０６の空隙率とを求めることができ、初期状態の空隙率（ＶＲｏ１）からの差によって、それぞれの生物付着率（Ｂｍ）を求めることができる。

【0061】

こうして、ろ過槽１０１に水を貯めて散水ろ床１０６のろ材１０３も水没する状態にし、第２弁１３１を閉じて第１弁１２９を開き、第１曝気管１３０のみから曝気すれば、ろ床１０４全体のろ材１０３を撹拌することができる。また、第１弁１２９を閉じて第２弁１３１を開き、第２曝気管１３２のみから曝気すれば、散水ろ床１０６のろ材１０３のみを撹拌することができる。更に、第１弁１２９，第２弁１３１を両方開き、第１曝気管１３０と第２曝気管１３２の両方から曝気すれば、生物ろ過部１０７のろ材１０３よりも散水ろ床１０６のろ材１０３の方が強く撹拌されるようにすることができる。

【0062】

そして、この実施形態では、前述の方法によって求めた、生物ろ過部１０７の生物付着率（Ｂｍ）と、散水ろ床１０６の生物付着率（Ｂｍ）とにより、上記曝気条件を調整することができる。すなわち、散水ろ床１０６のろ材１０３の汚泥やハエの幼虫や卵による生物付着率（Ｂｍ）、生物ろ過部１０７の汚泥による生物付着率（Ｂｍ）に応じて、それぞれのろ材１０３の洗浄効果を調整することができる。例えば、生物ろ過部１０７のろ材１０３に付着した微生物などの汚泥は、ある程度残存するように洗浄した方が、運転を再開したときに有機物の分解やアンモニアの硝化作用が迅速に立ち上がるので好ましい。これに対して、散水ろ床１０６のろ材１０３には、汚泥だけでなく、ハエの幼虫や卵などが付着していることがあり、生物ろ過部１０７のろ材１０３よりも強く洗浄する必要が生じることがある。したがって、散水ろ床１０６のろ材１０３の洗浄強度と、生物ろ過部１０７のろ材１０３の洗浄強度を調整することによって、それぞれのろ材１０３を適切な状態に維持することができる。

【0063】

例えば、曝気洗浄工程の際、最初に第１弁１２９を閉じて第２弁１３１を開き、第２曝気管１３２のみから曝気して、散水ろ床１０６のろ材１０３のみを撹拌することにより、散水ろ床１０６のろ材１０３に付着している汚泥や、ハエの幼虫や卵などを剥離し、次いで、第２弁１３１を閉じて第１弁１２９を開き、第１曝気管１３０のみから曝気することにより、ろ床１０４全体のろ材１０３を撹拌洗浄し、生物ろ過部１０７のろ材１０３も洗浄すると共に、生物ろ過部１０７のろ材１０３を散水ろ床１０６に拡散するようにしてもよい。

【0064】

図４には、本発明の散水・生物ろ過方法を実施するための下水処理装置の一実施形態が示されている。なお、図１の実施形態と実質的に同一部分には、同符号を付して、その説明を省略することにする。

【0065】

この下水処理装置２００は、第１の固液分離装置２１０と、散水・生物ろ過装置１００と、第２の固液分離装置２２０とを備えている。第１の固液分離装置２１０は、例えば下水処理施設における最終沈殿池から流出する被処理水から、ＳＳを除去するための前段ろ過装置である。この第１の固液分離装置２１０は、被処理水導入路２１１と、ろ材層２１３を有するろ過槽２１２とを有している。被処理水導入路２１１から流入した被処理水は、被処理水導入路２１１内を下降してろ過槽２１２に入り、ろ材層２１３の下方から上方に通過してろ過された後、越流によって次の散水・生物ろ過装置１００に送られるようになっている。ろ材層２１３としては、例えば浮上型のろ材を用いることができる。

【0066】

散水・生物ろ過装置１００は、特に限定されないが、この実施形態の場合、複数のろ過槽１０１が生物処理槽１３３内に並んで配置されている。各ろ過槽１０１には、散水ろ床１０６，生物ろ過部１０７を有するろ床１０４と、生物ろ過部１０７を水没状態に保つ貯留部１０５とが設けられている。また、各ろ過槽１０１の散水ろ床１０６の上方には、散水部１０８がそれぞれ配置されている。各ろ過槽１０１の貯留部１０５には、図示しないが、生物処理槽１３３と連結する管およびバルブがそれぞれ設けてあり、各ろ過槽１０１の洗浄が可能となっている。散水ろ床１０６、生物ろ過部１０７を通過した処理水は、共通の生物処理槽１３３内に貯留されるようになっている。生物処理槽１３３内には、第１ポンプ１１２が設けられ、散水ろ床１０６及び生物ろ過部１０７を通過した水を第２の固液分離装置２２０に送るようになっている。また、生物処理槽１３３内には第３ポンプ１３４が設けられ、散水ろ床１０６及び生物ろ過部１０７を通過して生物処理槽１３３内に貯留された水の一部を返送路１１７を通して散水部１０８に返送し、循環できるようになっている。

【0067】

第２の固液分離装置２２０は、ろ過槽２２１と、ろ材層２２２とを備え、散水・生物ろ過装置１００で処理された水をろ過槽２２１の下方から導入して、ろ材層２２２を下方から上方に通過させ、残存するＳＳを更に除去して清浄化するようになっている。

【0068】

次に、この下水処理装置２００を用いた、本発明による下水処理方法の一実施形態を説明する。

【0069】

例えば下水処理場の流入下水を被処理水として、この被処理水を第１の固液分離装置２１０の被処理水導入路２１１に導入し、ろ過槽２１２の下方に流入させて、ろ材層２１３を下方から上方に通過させることにより、被処理水に含まれるＳＳを除去する。

【0070】

次に、第１の固液分離装置２１０で処理された被処理水を散水・生物ろ過装置１００の散水部１０８から散水ろ床１０６上に散水し、散水ろ床１０６を通過させた後、更に貯留部１０５の水に浸漬された生物ろ過部１０７を通過させる。これによって、前述したように、散水ろ床１０６のろ材１０３や、生物ろ過部１０７のろ材１０３の表面に付着した微生物による有機物の分解やアンモニアの硝化、被処理水に含まれるＳＳの更なる除去がなされる。なお、前述した態様で、貯留部１０５の水の溶存酸素濃度を測定し、溶存酸素濃度が不足するときは、第３ポンプ１３４によって貯留部１０５の水を散水部１０８に循環させ、生物ろ過部１０７における微生物の活性を維持するようにする。

【0071】

更に、処理された被処理水を第１ポンプ１１２により第２の固液分離装置２２０に送り、ろ材層２２２を下方から上方に通過させてろ過することにより、残存するＳＳを更に徹底的に除去して、放流することができる。

【0072】

上記実施形態において、第１の固液分離装置２１０は、大きなＳＳを除去する役割をなし、この実施形態で示すような浮上ろ材を用いた上向きろ過装置に限定されることなく、例えば最初沈殿池のような沈殿池を用いることもできる。また、第２の固液分離装置２２０は、散水・生物ろ過装置１００で処理された後も残存する細かいＳＳを除去する役割をなし、この実施形態で示されるような上向きろ過装置に限定されることなく、例えば最終沈殿池のような沈殿池を用いることもできる。

【0073】

また、散水・生物ろ過装置１００での処理によって、被処理水中の有機物やＳＳが許容範囲まで低減されるのであれば、第２の固液分離装置２２０を設けることなく、散水・生物ろ過装置１００で処理された水をそのまま放流することも可能である。それによって設備コストを低減することができる。

【0074】

なお、説明を省略したが、この実施形態においても、散水・生物ろ過装置１００には、曝気手段と、洗浄制御手段とが設けられており、前述したようなろ材の洗浄操作が定期的になされるようになっている。

【実施例0075】

図５に示される下水処理装置２００を用いて以下の試験を行った。この下水処理装置２００は、図４に示した下水処理装置２００を実験レベルで再現したものである。したがって、図４と共通する部分には、同符号を付してその説明を省略することにする。

【0076】

第１貯留槽２１４は、被処理水が導入される水槽であり、被処理水は第４ポンプ２１５を介して第１の固液分離装置２１０に送られるようになっている。第１の固液分離装置２１０は、ろ材層２１３を有し、被処理水はろ材層２１３を下方から上方に通過してろ過される。第２貯留槽２１６は、第１の固液分離装置２１０を通過した被処理水が貯留される水槽であり、ここに貯留された被処理水の一部は、第６ポンプ２１８により、本発明の実施例である散水・生物ろ過装置１００に送られる。また、第２貯留槽２１６に貯留された被処理水の一部は、第７ポンプ２１９により、従来の散水ろ過装置３００に送られる。

【0077】

散水・生物ろ過装置１００においては、前述した態様で、第６ポンプ２１８によって導入された被処理水が散水ろ床１０６上に散水され、散水ろ床１０６、生物ろ過部１０７を通過して処理される。こうして処理された水は、第２ポンプ１１５により第２の固液分離装置２２０に送られ、更に第２の固液分離装置２２０のろ材層２２２を下方から上方に通過して、自然流下で排出されるようになっている。

【0078】

散水ろ過装置３００においては、第７ポンプ２１９によって導入された被処理水が、多孔板３０３上に多数のろ材３０３が充填されてなる散水ろ床３０４上に散水され、散水ろ床３０４を上方から下方に通過して、第９ポンプ３１５により取出されるようになっている。

【0079】

なお、図示を省略したが、散水・生物ろ過装置１００及び散水ろ過装置３００のいずれにも、図１に示したブロア１２０、弁１２１、曝気管１２２からなる曝気手段が設けられており、定期的にろ材１０３、３０３の曝気洗浄を行うようにした。

【0080】

下記表１に、散水・生物ろ過装置１００及び散水ろ過装置３００におけるろ過槽１０１、ろ過槽３０１の大きさと、運転条件を示す。なお、表１における散水ろ床法は、散水ろ過装置３００のろ過槽３０１を用いたろ過（比較例）を意味し、散水・生物ろ過法は、散水・生物ろ過装置１００のろ過槽１０１を用いたろ過（実施例）を意味する。なお、実験は実下水で行ったので、降雨などによって流入する被処理水の量やＳＳ濃度は日々変化している。

【0081】

【表1】

【0082】

上記条件で被処理水の処理性能評価試験を行った。ここでは特に、ろ床の生物付着率の測定結果を図６に示す。

【0083】

図６はろ床の生物付着率の変化を示し、「散水ろ床法 全体」は、散水ろ過装置３００（比較例）における生物付着率（汚泥付着率）を示し、「散水・生物ろ過法 散水ろ床」は、散水・生物ろ過装置１００（実施例）における散水ろ床１０６の生物付着率を示し、「散水・生物ろ過法 生物ろ過部」は散水・生物ろ過装置１００（実施例）における生物ろ過部１０７における生物付着率を示し、「散水・生物ろ過法 全体」は散水・生物ろ過装置１００（実施例）におけるろ床１０４全体の生物付着率を示す。

【0084】

図６に示すように、運転を継続することにより、生物ろ過部の生物付着率は特に増大していく。このように、散水・生物ろ過法において、散水ろ床よりも生物ろ過部の方が、生物付着率の増加は速いことを、実験的に確認している。