特許 7461274 水処理設備

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-03-26

(45)【発行日】2024-04-03

(54)【発明の名称】水処理設備

(51)【国際特許分類】

   C02F 1/00 20230101AFI20240327BHJP

【ＦＩ】

C02F1/00 J

C02F1/00 A

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2020178100

(22)【出願日】2020-10-23

(65)【公開番号】P2022069113

(43)【公開日】2022-05-11

【審査請求日】2023-06-12

(73)【特許権者】

【識別番号】000001373

【氏名又は名称】鹿島建設株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100129425

【弁理士】

【氏名又は名称】小川 護晃

(74)【代理人】

【氏名又は名称】西山 春之

(74)【代理人】

【識別番号】100168642

【弁理士】

【氏名又は名称】関谷 充司

(74)【代理人】

【識別番号】100099623

【弁理士】

【氏名又は名称】奥山 尚一

(74)【代理人】

【氏名又は名称】松島 鉄男

(74)【代理人】

【識別番号】100125380

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 綾子

(74)【代理人】

【識別番号】100142996

【弁理士】

【氏名又は名称】森本 聡二

(74)【代理人】

【識別番号】100166268

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 祐

(74)【代理人】

【識別番号】100170379

【弁理士】

【氏名又は名称】徳本 浩一

(74)【代理人】

【識別番号】100217076

【弁理士】

【氏名又は名称】宅間 邦俊

(74)【代理人】

【氏名又は名称】有原 幸一

(72)【発明者】

【氏名】田中 耕一

【審査官】石岡 隆

(56)【参考文献】

【文献】特開２０００－０３７６８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭４８－１０６９６４（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２００５－０８１２３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－１０３６１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－０３７６８７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ０２Ｆ１／００、１／２８、１／５２－１／５６

Ｂ０１Ｄ２１／００－２１／３４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被処理水を浄化する水処理設備であって、
上下方向に延伸した筒状の構造体と、
前記構造体の周囲を取り囲むように設けられ、前記被処理水が流通可能な上下に多段の水路を形成するための水路形成体と、
前記水路に設けられる前記被処理水の浄化用の設備と、
を含み、
前記浄化用の設備に付帯する付帯設備のうちの少なくとも一部が、前記構造体の内側の領域に配置されている、水処理設備。

【請求項2】

前記構造体及び前記水路形成体における上下方向の少なくとも下端部は、地中に埋設されている、請求項１に記載の水処理設備。

【請求項3】

前記水路形成体は、前記構造体の周囲を取り囲むように配置される筒状の筒部と、前記多段の水路の段毎に設けられ前記筒部と前記構造体との間を接続する底部と、前記多段の水路のうちの上下に隣接する水路同士を連通させる連通部と、を有する、請求項１又は２に記載の水処理設備。

【請求項4】

前記水路形成体は、前記筒部の中心軸線回りの所定の角度位置において前記水路を横断して遮断する遮断壁を有する、請求項３に記載の水処理設備。

【請求項5】

前記遮断壁は、同一段の前記水路を平面視で複数の領域に区画可能に、前記底部の複数の箇所に設けられている、請求項４に記載の水処理設備。

【請求項6】

被処理水を浄化する水処理設備であって、
上下方向に延伸した筒状の構造体と、
前記構造体の周囲を取り囲むように設けられ、前記被処理水が流通可能な上下に多段の水路を形成するための水路形成体と、
前記水路に設けられる前記被処理水の浄化用の設備と、
を含み、
前記水路形成体は、前記構造体の周囲を取り囲むように配置される筒状の筒部と、前記多段の水路の段毎に設けられ前記筒部と前記構造体との間を接続する底部と、前記多段の水路のうちの上下に隣接する水路同士を連通させる連通部と、前記筒部の中心軸線回りの所定の角度位置において前記水路を横断して遮断する遮断壁と、を有する、水処理設備。

【請求項7】

前記遮断壁は、同一段の前記水路を平面視で複数の領域に区画可能に、前記底部の複数の箇所に設けられている、請求項６に記載の水処理設備。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、被処理水を浄化する水処理設備に関する。

【背景技術】

【0002】

浄水場等の水処理設備（換言すると、水処理施設）では、河川等の水源から取水した被処理水を、着水、凝集、沈殿、濾過といった処理プロセスを経て浄化することにより、水道水等として配水している。

【0003】

この種の水処理設備の一例としては、特許文献１に開示された浄水設備（以下では、水処理設備という）が知られている。この水処理設備は、河川から取水された被処理水が流入する着水井ユニットと、被処理水中の濁質成分を凝集させてフロックを形成するフロック形成池ユニットと、このフロックを沈殿させて除去する沈殿池ユニットと、被処理水を濾過する濾過池ユニットとを有しており、被処理水がこれらのユニットを順次通過することによって浄化されるようになっている。そして、上記の各ユニットは、浄水場等の敷地内において互いに隣接してそれぞれ個別且つ平面的に設けられており、当該敷地における大半のエリア（面積）を占有している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００３－５３１０７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、近年、改修時期（更新時期）を迎える多くの既存の浄水場等において、既存の水処理設備の運転を維持したまま同じ敷地内において、新たな水処理設備の構築が求められる場合がある。このような場合において、既存の浄水場等の敷地内における空きスペースが狭く、新たな水処理設備の構築が困難な場合があり、その工夫が求められている。

【0006】

そこで、本発明は、既存の浄水場等の敷地内においてコンパクトに構築することが可能な水処理設備を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一側面によると、被処理水を浄化する水処理設備が提供される。この水処理設備は、上下方向に延伸した筒状の構造体と、前記構造体の周囲を取り囲むように設けられ、前記被処理水が流通可能な上下に多段の水路を形成するための水路形成体と、前記水路に設けられる前記被処理水の浄化用の設備と、を含む。

【発明の効果】

【0008】

前記一側面による水処理設備によると、被処理水が流通可能な上下に多段の水路を形成するための水路形成体が上下方向に延伸した筒状の構造体の周囲を取り囲むように設けられており、前記水路に被処理水の浄化用の設備が設けられている。したがって、被処理水の水路を筒状の構造体の周囲において上下に立体的に集約することができると共に、浄化用の設備をこの水路に沿って構築することができ、従来と比較してコンパクトな水処理設備を構築することができる。このようにして、既存の浄水場等の敷地内においてコンパクトに構築することが可能な水処理設備を提供することができる。

【0009】

また、水処理設備を従来よりもコンパクトに構築することにより、メンテナンスの効率化を図ることができる。そして、被処理水の浄化用の設備を、例えば、被処理水に対する各処理プロセスに対応して、水路に沿って設けることができるため、各処理プロセスの間を接続する配管類の簡素化又は省略を図ることもできる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の第１実施形態に係る水処理設備の全体構成を説明するための概念図である。

【図2】前記水処理設備の上面図である。

【図3】図２に示すＡ－Ａ矢視位置の断面図である。

【図4】前記水処理設備の水路形成体における上段の水路部分を周方向に展開して示した概略の部分展開図である。

【図5】前記水路形成体における中段の水路部分を周方向に展開して示した概略の部分展開図である。

【図6】前記水路形成体における下段の水路部分を周方向に展開して示した概略の部分展開図である。

【図7】前記水処理設備の貯水槽の部分を周方向に展開して示した概略の部分展開図である。

【図8】本発明の第２実施形態に係る水処理設備を説明するための上面図である。

【図9】前記第２実施形態に係る水処理設備を周方向に展開して示した概略の展開図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の実施の形態について、図を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る水処理設備１００の全体構成を説明するための概念図である。図２は水処理設備１００の上面図であり、図３は図２に示すＡ－Ａ矢視位置の断面図（縦断面図）である。特に限定されるものではないが、本実施形態では、水処理設備１００は、浄水場に設けられ水源から取水された被処理水を浄化して水道水（飲料水）として配水可能な、設備（水処理施設ともいう）であるものとする。

【0012】

図１では、図の簡略化のため、後述する浄化用の設備４、付帯設備６、扉１ｂ、水路内配管Ｌ１等については図示を省略されており、主に、水処理設備１００における主要な構造物が示されている。

【0013】

前記浄水場の敷地内には、図示を省略したが、既に、従来型の水処理設備の各処理プロセスを構成する着水井、混和池、フロック形成池、沈殿池、濾過池等がそれぞれ個別且つ平面的に配置されている。そして、水処理設備１００は、前記浄水場における空きスペースに構築されるものとする。

【0014】

図１～図３に示すように、本実施形態では、水処理設備１００は、筒状の構造体１と、水路形成体２と、水路形成体２の下方に設けられる貯水槽３と、被処理水の浄化用の設備４と、揚水ポンプ５と、付帯設備６と、を含む。なお、本実施形態において揚水ポンプ５が本発明に係る「ポンプ」に相当する。

【0015】

本実施形態では、構造体１及び水路形成体２の全体が地中（地盤内）に埋設されている。詳しくは、構造体１及び水路形成体２の上端面は、地上側に露出している。なお、地盤における所定の深度には、支持力（強度）の比較的に高い支持層Ｇ１が存在しているものとする。また、図示を省略するが、構造体１及び水路形成体２の地上側に露出した部分を上方から覆うように、地上側に屋根構造物を構築してもよい。

【0016】

水処理設備１００は、例えば、鉄筋コンクリート製の地中連続壁等の上下方向に延伸した円筒状の土留壁１０（換言すると円形立坑）の内側の領域に構築されている。つまり、円形立坑内に、新たな浄水場の建物及び設備の一式が構築されている。この円筒状の土留壁１０は、例えば、地表面から支持層Ｇ１まで延在しており、土留壁１０の下端部は支持層Ｇ１に貫入し支持層Ｇ１により支持されている。なお、本実施形態において、「上下方向」とは、鉛直方向（重力方向の作用する方向）だけでなく、概ね鉛直方向に向いた方向、つまり、鉛直方向に対して僅かに傾いた方向も含む。

【0017】

構造体１は、上下方向に延伸した筒状の構造部材であり、例えば、鉄筋コンクリートからなる。本実施形態では、構造体１は、円筒状に形成されており、その中心軸線が上下方向（鉛直方向）に延伸している。そして、構造体１は、例えば、その下端部が貯水槽３の後述する円筒状の内側筒部３ｃの上端部に接続され、内側筒部３ｃと一体に形成されている。具体的には、構造体１と内側筒部３ｃとの円筒状の一体物は、地表面から支持層Ｇ１の手前まで延在しており、水処理設備１００の径方向中心側の構造部材をなしている。また、構造体１の下端開口は、内底壁１ａにより閉塞されている。そして、この内底壁１ａの形成深度は、例えば、水路形成体２の後述する下段の底部２ｂの形成深度と一致している。

【0018】

水路形成体２は、構造体１の周囲を取り囲むように設けられ、被処理水が流通可能な上下に多段（図では３段）の水路Ｌを形成するためのものである。また、水路形成体２は、例えば、鉄筋コンクリートからなり、構造体１と一体になって、水処理設備１００の構造部材をなしている。

【0019】

本実施形態では、水路形成体２は、筒状の筒部２ａと、底部２ｂと、遮断壁２ｃと、流入部２ｄと、連通部２ｅと、流出部２ｆと、を有している。

【0020】

水路形成体２の筒部２ａは、構造体１の周囲を取り囲むように構造体１の外側においてこの構造体１と間隔を空けて配置されるものである。本実施形態では、筒部２ａは、円筒状に形成されており、構造体１の外周面と離隔した内周面を有している。筒部２ａの中心軸線Ｘは、土留壁１０及び構造体１の中心軸線に合わせられており、上下方向（鉛直方向）に延伸している。そして、筒部２ａは、その下端部が貯水槽３の後述する円筒状の外側筒部３ｂの上端部に接続され、外側筒部３ｂと一体に形成されている。具体的には、筒部２ａと外側筒部３ｂとの円筒状の一体物は、地表面から支持層Ｇ１の手前まで延在しており、水処理設備１００の径方向外側の構造部材をなしている。

【0021】

本実施形態では、水路形成体２の筒部２ａと外側筒部３ｂとの円筒状の一体物の外周面が土留壁１０の内周面に沿うように、筒部２ａと外側筒部３ｂとの円筒状の一体物が土留壁１０の内側に配置されている。

【0022】

水路形成体２の底部２ｂは、筒部２ａと構造体１との間を接続するものである。本実施形態では、底部２ｂは、多段の水路Ｌの段毎に設けられており、多段（図では３段）の水路Ｌのうちの上下に隣接する水路同士の隔壁をなしている。具体的には、水路形成体２は、上段の水路Ｌの底面を構成する上段の底部２ｂと、中段の水路Ｌの底面を構成する中段の底部２ｂと、下段の水路Ｌの底面を構成する下段の底部２ｂとを有しており、上段の底部２ｂは上段と中段の水路Ｌ同士の隔壁をなし、中段の底部２ｂは中段と下段の水路Ｌ同士の隔壁をなしている。また、本実施形態では、各段の底部２ｂは、それぞれ筒部２ａの中心軸線Ｘ（換言すると、構造体１の中心軸線）に対して直交し水平になるように設けられ、環状の円板として形成されている。

【0023】

本実施形態では、水路形成体２は、構造体１と一体になって（つまり、構造体１と協働して）多段の水路Ｌを構成（形成）している。具体的には、各段の水路Ｌは、対応する底部２ｂの上面と筒部２ａの内周面と構造体１の外周面とにより区画された領域として形成されている。

【0024】

ここで、被処理水は、水路Ｌの表面に沿って流通するだけでなく、水路Ｌに設けられる配管部材及び被処理水の浄化用の設備４内を通じて水路Ｌに沿って流通することができる。例えば、本実施形態では、被処理水は、上段及び中段の水路Ｌでは水路Ｌの表面に沿って流通し、下段の水路Ｌでは後述する水路内配管Ｌ１及び被処理水の浄化用の設備４内を通じて下段の水路Ｌに沿って流通するようになっている（図３参照）。また、各段の水路Ｌ内の点検、清掃、及び、機器搬入等のため、構造体１における各段の水路Ｌに対応する高さ位置には、扉１ｂが設けられている（図３参照）。

【0025】

水路形成体２の遮断壁２ｃは、筒部２ａの中心軸線Ｘ回りの所定の角度位置において水路Ｌを筒部２ａの径方向に横断して水路Ｌを遮断する壁体である。本実施形態では、遮断壁２ｃは、多段の水路Ｌの段毎に一つずつ設けられている。具体的には、各段の遮断壁２ｃが形成されている中心軸線Ｘ回りの角度位置は同一であり、各段の遮断壁２ｃ同士は上下方向に一列に並んでいる。また、各遮断壁２ｃは、矩形の平板状に形成され、底部２ｂ上で起立した状態で構造体１の外周面から筒部２ａの内周面まで延在している。そして、各遮断壁２ｃの上端部は、例えば、上段の水路Ｌでは地表面まで延在し、中段及び下段の水路Ｌでは上方の底部２ｂの下面まで延在している。これにより、本実施形態では、各段の遮断壁２ｃによって、各段において、平面視で中心軸線Ｘ回りに概ね１周するＣ形状（円弧状）の水路Ｌが構成されている。

【0026】

水路形成体２の流入部２ｄは、水源から取水された被処理水（処理前の原水）を水路Ｌへ導くためのものである。本実施形態では、流入部２ｄは、管状の配管部材からなり、筒部２ａの上端近傍の高さ位置（深度）で且つ上段の遮断壁２ｃの近傍の中心軸線Ｘ回りの角度位置において、土留壁１０及び筒部２ａを径方向に貫通するように設けられている。なお、図示を省略するが、流入部２ｄを、水路形成体２の地上側に開口部の上方に配置し、被処理水を上段の水路Ｌの上方から落水させてもよい。

【0027】

水路形成体２の連通部２ｅは、多段の水路Ｌのうちの上下に隣接する水路同士を連通させるものであり、筒部２ａや底部２ｂに設けられる。本実施形態では、多段の水路Ｌにおいて、各段の水路Ｌは他の段の水路Ｌに対して上下に分断されており、連通部２ｅは分断された上下に隣接する水路同士を連通している。この連通部２ｅを介して、多段の水路Ｌの全体に亘って上下に連続した水流が形成されている。本実施形態では、３段の水路Ｌが設けられており、連通部２ｅは、上段と中段の水路間の連通用と、中段と下段の水路間の連通用にそれぞれ設けられている。また、各連通部２ｅは、例えば、管状の配管部材からなる。

【0028】

具体的には、上段と中段の水路間の連通部２ｅは、上段の底部２ｂにおける遮断壁２ｃの流入部２ｄ側と反対の面に近接した位置で、底部２ｂを貫通するように設けられている。これにより、上段の水路Ｌの被処理水は、当該連通部２ｅを介して下方（中段）の水路Ｌに向かって重力によって自然流下（落水）する。この時、上段の水路Ｌには、上方から視た平面視で、筒部２ａの中心軸線Ｘを中心として反時計回りに概ね１周する水流（主流）が形成されている（図１～図３参照）。

【0029】

また、中段と下段の水路間の連通部２ｅは、筒部２ａ及び土留壁１０を貫通するように設けられている。詳しくは、中段と下段の水路間の連通部２ｅは、流入部２ｄに対応する中心軸線Ｘ回りの角度位置において地中内で上下方向に延伸し、その上端部が中段の水路Ｌの上端近傍の高さ位置（深度）で筒部２ａ及び土留壁１０を貫通し、下端部が下段の水路Ｌの上端近傍の高さ位置（深度）で筒部２ａ及び土留壁１０を貫通している。これにより、中段の水路Ｌの被処理水は、当該連通部２ｅを介して下方（下段）の水路Ｌに向かって重力によって自然流下する。この時、中段の水路Ｌでは、上方から視た平面視で、筒部２ａの中心軸線Ｘを中心として時計回りに概ね１周する水流（主流）が形成されている（図１及び図３参照）。

【0030】

本実施形態では、前述したように、下段の水路Ｌでは、水路内配管Ｌ１及び被処理水の浄化用の設備４（詳しくは、後述する複数の濾過器４ｈ）内を通じて下段の水路Ｌに沿って流通するようになっている（図３参照）。水路内配管Ｌ１は、下段の水路Ｌ内において、当該水路Ｌの上流端から下流端まで構造体１の周囲を取り囲むように円弧状に延伸するメイン配管Ｌ１ａと、メイン配管Ｌ１ａと連通部２ｅの下端部との間を接続する接続配管Ｌ１ｂと、メイン配管Ｌ１ａと各濾過器４ｈとの間を接続する枝管Ｌ１ｃとからなる。

【0031】

水路形成体２の流出部２ｆは、下段の水路Ｌと貯水槽３との間を連通するものである。本実施形態では、流出部２ｆは、例えば、管状の配管部材からなり、下段の底部２ｂの周方向に間隔を空けた複数の位置において底部２ｂを貫通するように設けられている。

【0032】

具体的には、各流出部２ｆは、浄化用の設備４（後述する濾過器４ｈ）毎に設けられている。これにより、下段の水路Ｌの被処理水は、各流出部２ｆを介して下方の貯水槽３に重力によって自然流下する。この時、この下段の水路Ｌでは、連通部２ｅからの被処理水は、メイン配管Ｌ１ａを通じて流れることにより、上方から視た平面視で、筒部２ａの中心軸線Ｘを中心として反時計回りに概ね１周する水流（主流）が形成されている（図１及び図３参照）。

【0033】

以上のように、各段の水路Ｌにおける水流の方向について着目すると、本実施形態では、多段の水路Ｌにおける水流の中心軸線Ｘ回りの回転方向が、段が変わる毎に逆転するようになっている。これにより、水路長の増大を図りつつ、多段の水路Ｌの全体に亘って連続した水流が形成されている。

【0034】

貯水槽３は、水路形成体２の下方に設けられ水路Ｌからの被処理水を貯水するものである。また、貯水槽３は、例えば、鉄筋コンクリートからなり、構造体１及び水路形成体２と一体になって、水処理設備１００の構造部材をなしている。

【0035】

具体的には、貯水槽３は、円板状の床版部３ａと、床版部３ａの外縁部と水路形成体２の筒部２ａの下端部との間を接続し筒部２ａを下方から支持する円筒状の外側筒部３ｂと、床版部３ａの中央部と構造体１の下端部との間を接続し構造体１を下方から支持する円筒状の内側筒部３ｃとを有する。特に限定されるものではないが、外側筒部３ｂは水路形成体２の筒部２ａと一体に形成され、内側筒部３ｃは構造体１と一体に形成されている。

【0036】

被処理水の浄化用の設備４は、被処理水の浄化用の処理プロセスに必要な機器や構造物であり、主に水路形成体２における水路Ｌに設けられる。

【0037】

ここで、処理プロセスとしては、適宜の複数の処理プロセスを適用することができ、各処理プロセスの実行箇所は多段の水路Ｌの水流の方向に沿って適宜に設定される。そして、適用した各処理プロセスに応じて必要な機器又は構造物（つまり、浄化用の設備４）が、多段の水路Ｌにおいて処理プロセスの順番に応じた箇所にそれぞれ設けられる。

【0038】

本実施形態では、水処理設備１００は水源から取水した被処理水の着水から水道水の配水までに必要な各処理プロセスを実行可能に構成されている。つまり、この水処理設備１００だけで、被処理水に対する水道水レベルまでの浄化及びその配水が完結するようになっているものとする。特に限定されるものではないが、本実施形態の水処理設備１００では、主な処理プロセスとして、例えば、着水プロセスＰ１と、薬品注入プロセスＰ２と、混和プロセスＰ３と、フロック形成プロセスＰ４と、沈殿プロセスＰ５と、集水プロセスＰ６、濾過プロセスＰ７と、を含む。

【0039】

図４～図６は、本実施形態において適用された上述の各処理プロセスの概要を説明するための図である。具体的には、図４～図６には、水路形成体２における各段の水路部分を筒部２ａの周方向に展開して構造体１の外周面側から筒部２ａの内周面に向かって視た平面視で示した概略の部分展開図がそれぞれ示されている。図４は上段の水路部分に対応し、図５は中段の水路部分に対応し、図６は下段の水路部分に対応する。また、図７には、水処理設備１００の貯水槽３の部分を外側筒部３ｂの周方向に展開して内側筒部３ｃの外周面側から外側筒部３ｂの内周面に向かって視た平面視で示した概略の部分展開図が示されている。

【0040】

本実施形態では、着水プロセスＰ１は上段の水路Ｌにおいて実行され、薬品注入プロセスＰ２、混和プロセスＰ３、フロック形成プロセスＰ４、沈殿プロセスＰ５及び集水プロセスＰ６は中段の水路Ｌにおいて実行され、濾過プロセスＰ７は下段の水路Ｌにおいて実行される。

【0041】

図４に示すように、上段の水路Ｌにおける着水プロセスＰ１では、水源から取水した被処理水を、流入部２ｄを介して、上段の水路Ｌ内に着水（流入）させる。そして、着水した被処理水は、連通部２ｅを通じて中段の水路Ｌに自然流下する。本実施形態では、着水プロセスＰ１では、浄化用の設備４は必要ないものとし、上段の水路Ｌには、浄化用の設備４は設けられていないものとする。また、図示を省略するが、上段の底部２ｂに形成された連通部２ｅに、流量計や開度調整弁を設け、流量が調整された状態で、被処理水が上段の水路Ｌから中段の水路Ｌへ供給されるように構成してもよい。この場合、前記流量計や開度調整弁が浄化用の設備４の一部であるといえる。

【0042】

図５に示すように、中段の水路Ｌには、主な浄化用の設備４として、薬品注入ノズル４ａ、高速撹拌機（フラッシュミキサーともいう）４ｂ、低速撹拌機（フロキュレーターともいう）４ｃ、傾斜板４ｄ等の機器と、複数（図では３個）の上下蛇行用壁体４ｅ、複数（図では２個）の整流壁体４ｆ、排泥滞留壁体４ｇ等の構造物とが設けられている。中段の水路Ｌでは、水流の上流側から順に、薬品注入プロセスＰ２、混和プロセスＰ３、フロック形成プロセスＰ４、沈殿プロセスＰ５及び集水プロセスＰ６が実行される。

【0043】

薬品注入プロセスＰ２では、被処理水内の濁質成分を凝集させてフロックを形成するための薬品（例えば、ポリ塩化アルミニウム）を、薬品注入ノズル４ａを介して被処理水に注入する。混和プロセスＰ３では、被処理水を高速撹拌機４ｂによって攪拌し、注入した薬品と被処理水とを混ぜ合わせる。これにより、薬品が被処理水内に均一に分散し、被処理水内の濁質成分のフロック化が促進される。フロック形成プロセスＰ４では、混和プロセス後の被処理水を低速撹拌機４ｃによって緩やかに攪拌し、フロックの成長を促進させる。沈殿プロセスＰ５では、フロック形成プロセス後の被処理水内のフロックを、傾斜板４ｄを介して沈殿（沈降）させる。集水プロセスＰ６では、フロックが沈殿された被処理水が集められる。

【0044】

そして、複数の上下蛇行用壁体４ｅは、混和プロセスＰ３からフロック形成プロセスＰ４の実行領域に設けられており、これらの領域において被処理水が上下に蛇行して十分な時間を掛けて下流側に流れ、フロックが十分に成長するようになっている。また、整流壁体４ｆは沈殿プロセスＰ５の実行領域の上流側と下流側に設けられている。この整流壁体４ｆには複数の孔が開口されており、この孔を通じて被処理水が流通する。これにより、沈殿プロセスＰ５の実行領域内における被処理水の水流が整えられて、フロックの巻き上げが抑制されるようになっている。また、排泥滞留壁体４ｇは、傾斜板４ｄの下方に沈殿したフロックからなる排泥を滞留させるスペースを形成するための壁体である。この排泥は、図示を省略した排泥排出機によって、設備外に排出可能に構成されている。そして、集水プロセスＰ６では、沈殿プロセスＰ５の実行領域の下流側の整流壁体４ｆを通過した被処理水を集水領域に集めて、連通部２ｅを通じて下段の水路Ｌに自然流下させる。

【0045】

図６に示すように、下段の水路Ｌには、主な浄化用の設備４として、複数の濾過器４ｈが設けられている。

【0046】

濾過プロセスＰ７では、沈殿プロセスＰ５及び集水プロセスＰ６後の被処理水を複数の濾過器４ｈを通過させることにより、被処理水を濾過して水道水レベルまで浄化する。詳しくは、中段の水路Ｌから連通部２ｅ、接続配管Ｌ１ｂ、メイン配管Ｌ１ａを経由して自然流下した被処理水は、各枝管Ｌ１ｃを通じて対応する濾過器４ｈに流入し、濾過処理後の被処理水は対応する流出部２ｆを通じて貯水槽３へ自然流下する。

【0047】

そして、図７に示すように、濾過処理後の被処理水が貯水槽３に貯留される。この貯水槽３では、図示を省略するが、例えば、外側筒部３ｂと内側筒部３ｃとの間の領域において、消毒用の塩素等が注入される。

【0048】

図３に戻って、揚水ポンプ５は、貯水槽３内の被処理水（水道水）を上方に吸い揚げるポンプである。そして、貯水槽３の内側筒部３ｃには、配水口３ｃ１が開口されており、この配水口３ｃ１を介して、外側筒部３ｂと内側筒部３ｃとの間の領域の塩素等の注入後の被処理水（水道水）が、内側筒部３ｃの内側の領域に流入可能になっている。揚水ポンプ５は、この内側筒部３ｃの内側の領域から被処理水（水道水）を上方に吸い揚げて、水道水として配水可能に構成されている。本実施形態では、揚水ポンプ５は、構造体１の内側の領域に配置されている。具体的には、揚水ポンプ５は、構造体１の内側の内底壁１ａ上に設けられている。

【0049】

付帯設備６は、浄化用の設備４に付帯する設備である。本実施形態では、付帯設備６のうちの少なくとも一部が、筒状の構造体１の内側の領域に配置されている。付帯設備６としては、例えば、薬品注入ノズル４ａへ薬品を供給するための薬品注入装置本体６ａが構造体１の内側の内底壁１ａ上に設けられている。

【0050】

以上のように構成された水処理設備１００では、水源から取水した被処理水を多段の水路Ｌを介して自然流下させ、この自然流下の過程で浄化用の全ての処理プロセスを実行することにより被処理水を水道水レベルまで浄化させ、最後にこの水道水を地上側にポンプアップして配水している。

【0051】

また、本実施形態では、水処理設備１００は構造体１と内側筒部３ｃとの一体物を内筒とし筒部２ａと外側筒部３ｂとの一体物を外筒とした二重の同心円筒状の構造を有しており、この外筒の内側の領域に、水処理設備１００における前記外筒以外の主要な構成要素が配置されている。

【0052】

次に、本実施形態の水処理設備１００の構築方法の概略を説明する。

【0053】

まず、水処理設備１００の構築予定の浄水場における空きスペースの地中に、鉄筋コンクリート製の地中連続壁等の円筒状の土留壁１０を建て込む。この土留壁１０は支持層Ｇ１まで建て込まれる。次に、例えば、土留壁１０（換言すると、円形立坑）の内側の領域を掘削しつつ、水路形成体２の筒部２ａ及び貯水槽３の外側筒部３ｂを土留壁１０に沿って構築すると共に、貯水槽３の床版部３ａを構築する。そして、貯水槽３の内側筒部３ｃ及び構造体１を構築すると共に、水路形成体２の各段の底部２ｂを構築し、その後、浄化用の設備４、揚水ポンプ５、付帯設備６等についての設備工事を行うことにより、水処理設備１００の構築が完了する。

【0054】

かかる本実施形態による水処理設備１００によれば、被処理水が流通可能な上下に多段の水路Ｌを形成するための水路形成体２が上下方向に延伸した筒状の構造体１の周囲を取り囲むように設けられており、水路Ｌに被処理水の浄化用の設備４が設けられている。したがって、被処理水の水路Ｌを筒状の構造体１の周囲において上下に立体的に集約することができると共に、浄化用の設備４をこの水路Ｌに沿って構築することができ、従来と比較してコンパクトな水処理設備１００を構築することができる。このようにして、既存の浄水場等の敷地内においてコンパクトに構築することが可能な水処理設備１００を提供することができる。

【0055】

また、水処理設備１００を従来よりもコンパクトに構築することにより、メンテナンスの効率化を図ることができる。そして、被処理水の浄化用の設備４を、例えば、被処理水に対する各処理プロセスに対応して、水路Ｌに沿って設けることができるため、各処理プロセスの間を接続する配管類の簡素化又は省略を図ることもできる。また、既存の浄水場の敷地内における狭隘なスペースの有効活用を図ることもできる。

【0056】

本実施形態では、構造体１及び水路形成体２の全体が地中に埋設されている。これにより、既存の浄水場における地中内のスペースを有効活用することができるとともに、地上側における景観を維持することができる。

【0057】

本実施形態では、水処理設備１００は、円筒状の土留壁１０（換言すると円形立坑）の内側の領域に構築されている。このような円筒状の土留壁１０（円形立坑）は土圧や水圧をその円周方向の圧縮力で受け持てる。そのため、円筒状の土留壁１０の内部に無支保の巨大な空間を確保することができるとともに、土留壁１０の内側の掘削時における土留壁１０の外側における地盤等の変位量が非常に少なくなり、既存の水処理設備の近傍において、水処理設備１００についての近接施工が可能となる。

【0058】

本実施形態では、水処理設備１００は、水路形成体２の下方に設けられ水路Ｌからの被処理水を貯水する貯水槽３と、貯水槽３内の被処理水を上方に吸い揚げる揚水ポンプ５と、を更に含むものとした。これにより、例えば、地表面側から自然流下されて各処理プロセスを経て浄化された被処理水を貯水槽３内に一旦貯水し、出来上がった水道水を揚水ポンプ５によって配水することができ、被処理水の着水から配水に至る一連のプロセスを完結させることができる。

【0059】

本実施形態では、浄化用の設備４に付帯する付帯設備６のうちの少なくとも一部（図では、薬品注入装置６ａ）や揚水ポンプ５が、構造体１の内側の領域に配置されている。これにより、構造体１の内側の領域（スペース）を有効利用することができるとともに、付帯設備６や揚水ポンプ５等のメンテナンスを効率的に行うこともできる。また、水処理設備１００の中央部に、筒状の構造体１を配置することによって、構造体１の内側の領域の換気が十分に行われ、配管や機械等における錆の発生の防止又は抑制を図ることができ、さらに、扉１ｂを通じて各段の水路Ｌ内の点検、清掃、機器の入れ替え等のメンテナンスの作業を効率よく行うことができる。

【0060】

実施形態では、水路形成体２は、筒部２ａと、多段の水路Ｌの段毎に設けられ筒部２ａと構造体１との間を接続する底部２ｂと、多段の水路Ｌのうちの上下に隣接する水路同士を連通させる連通部２ｅと、を有するものとした。これにより、各段の水路Ｌにおいて比較的に長い滞留時間を確保しつつ、分断された上下に隣接する水路同士を連通部２ｅにより連通することができ、この連通部２ｅを介して、多段の水路Ｌの全体に亘って上下に連続した水流を形成することができる。

【0061】

次に、本発明の第２実施形態に係る水処理設備１００について説明する。第２実施形態に係る水処理設備１００では、各段の遮断壁２ｃの枚数及び貯水槽３内の構造が第１実施形態と異なる。以下では、第１実施形態と同一の要素については同一の符号を用いて説明を省略又は簡略化し、主に第１実施形態と異なる部分について説明する。

【0062】

図８は第２実施形態に係る水処理設備１００を説明するための上面図であり、図９は第２実施形態に係る水処理設備１００を筒部２ａ（外側筒部３ｂ）の周方向に展開して構造体１（内側筒部３ｃ）の外周面側から筒部２ａ（外側筒部３ｂ）の内周面に向かって視た平面視で示した概略の部分展開図が各段毎に示されている。図９（ａ）は上段の水路部分に対応し、図９（ｂ）は中段の水路部分に対応し、図９（ｃ）は下段の水路部分に対応し、図９（ｄ）は貯水槽３の部分に対応する。

【0063】

第２実施形態では、水路形成体２の遮断壁２ｃは、同一段の水路Ｌを平面視で複数の領域に区画可能に、底部２ｂの複数の箇所に設けられている。具体的には、多段の水路Ｌの段毎に二つずつ設けられており、同一段の水路Ｌは上方から視た平面視で２つの領域に区画されている。

【0064】

第２実施形態では、貯水槽３における内側筒部３ｃと外側筒部３ｂとの間の領域を平面視で二つの領域に区画可能に、床版部３ａにおける遮断壁２ｃには、二つの区画壁３ｄが設けられている。具体的には、区画壁３ｄは、矩形の平板状に形成され、床版部３ａ上で起立した状態で内側筒部３ｃの外周面から外側筒部３ｂの内周面まで延在している。そして、区画壁３ｄの上端部は、下段の水路Ｌの底部２ｂの下面まで延在している。

【0065】

詳しくは、各段の水路Ｌにおいて、遮断壁２ｃの中心軸線Ｘ回りの角度位置について、一方の遮断壁２ｃの角度位置を基準とすると、他方の遮断壁２ｃは１８０°回転した角度位置に設けられている。これにより、各段において、平面視で中心軸線Ｘ回りに概ね半周するＣ形状（円弧状）の水路Ｌが構成されている。同様に、貯水槽３において、区画壁３ｄの中心軸線Ｘ回りの角度位置について、一方の区画壁３ｄの角度位置を基準とすると、他方の区画壁３ｄは１８０°回転した角度位置に設けられている。これにより、内側筒部３ｃと外側筒部３ｂとの間に、平面視で中心軸線Ｘ回りに概ね半周するＣ形状（円弧状）の貯水領域が形成されている。そして、各段の一方の遮断壁２ｃ及び一方の区画壁３ｄが形成されている中心軸線Ｘ回りの角度位置は同一であり、これらは上下方向に一列に並んでいる。同様に、各段の他方の遮断壁２ｃ及び他方の区画壁３ｄが形成されている中心軸線Ｘ回りの角度位置は同一であり、これらは上下方向に一列に並んでいる。

【0066】

第２実施形態では、流入部２ｄ、連通部２ｅ及び流出部２ｆは各段において二つの領域毎にそれぞれ設けられている。具体的には、流入部２ｄは二つ設けられ、上方から視た平面視で、一方の遮断壁２ｃが二つの流入部２ｄの間に位置するように、各流入部２ｄが設けられている。そして、上段と中段の間の連通部２ｅも二つ設けられ、上方から視た平面視で、他方の遮断壁２ｃが二つの連通部２ｅの間に位置するように、上段と中段の間の各連通部２ｅが設けられている。また、中段と下段の間の連通部２ｅも二つ設けられ、上方から視た平面視で、一方の遮断壁２ｃが二つの連通部２ｅの間に位置するように、中段と下段の間の各連通部２ｅが設けられている。そして、流出部２ｆは貯水槽３における区画壁３ｄにより区画された各領域内に三つずつ（合計６個）設けられている。また、扉１ｂについても、各段及び貯水槽３において二つの領域毎にそれぞれ設けられている。そして、配水口３ｃ１についても、貯水槽３の二つの領域毎にそれぞれ設けられている。

【0067】

そして、各段の一方の領域の水路Ｌにおける水流の方向と各段の他方の領域の水路Ｌにおける水流の方向についてそれぞれ着目すると、第２実施形態においても多段の水路Ｌにおける水流の中心軸線Ｘ回りの回転方向が、段が変わる毎に逆転するようになっている。

【0068】

また、上方から視た平面視で、二つの遮断壁２ｃで区画された一方の領域と他方の領域では、それぞれ、着水プロセスＰ１から濾過プロセスＰ７までの一連の処理プロセスをそれぞれ実行可能に構成されている。具体的には、図示を簡略化したが、図９に示すように、中段の水路Ｌの各領域には、それぞれ、図５で示した被処理水の浄化用の各設備４が流入部２ｄ側から連通部２ｅ側に処理プロセスの順番に並ぶように設けられている。そして、下段の水路Ｌの各領域には、三つの濾過器４ｈと半周分の円弧状の水路内配管Ｌ１がそれぞれ設けられている。

【0069】

第２実施形態による水処理設備１００によれば、着水プロセスＰ１、薬品注入プロセスＰ２、混和プロセスＰ３、フロック形成プロセスＰ４、沈殿プロセスＰ５、集水プロセスＰ６、濾過プロセスＰ７までの一連の処理プロセスをそれぞれ実行可能に、浄化用の設備４が二組設けられている。これにより、例えば、通常運転時は、一方の組（領域）の浄化用の設備４により浄化運転を行い、他方の組（領域）の浄化用の設備４の運転は停止させるといった運用を行い。一方の組（領域）の浄化用の設備４のメンテナンス時や故障時に、他方の組（領域）の浄化用の設備４による浄化運転に切り替えるといった運用を行うことができる。これにより、メンテナンス時等においても水道水の配水を連続的に行うことができる。また、これに限らず、必要な配水量の増加等に応じて、二組の浄化用の設備４を同時並列的に運転させてもよい。なお、本実施形態では、各段の水路Ｌは二つの領域に区画されるものとしたが、これに限らず、三つ以上の領域に区画されてもよい。また、貯水槽３に区画壁３ｄを設けなくてもよい。

【0070】

なお、各実施形態において、構造体１及び水路形成体２の全体が地中に埋設されているものとしたが、これに限らず、構造体１及び水路形成体２における上下方向の少なくとも下端部が地中に埋設されていてもよいし（つまり、半地下構造でもよいし）、全体が地表面上に位置していてもよい。

【0071】

また、各実施形態において、水処理設備１００は、水源から取水した被処理水の着水から水道水の配水までの処理プロセスを完結するように構成されていたが、これに限らない。例えば、処理プロセスの全体を前半と後半や前プロセスと中プロセスと後プロセス等といった複数の大区分に分け、水処理設備１００においては一つの大区分における各処理プロセスを各段にさらに振り分けて実行するように、必要な浄化用の設備４が設けられてもよい。具体的には、例えば、一台の水処理設備１００で、上段から順に、着水プロセスＰ１、薬品注入プロセスＰ２及び混和プロセスＰ３だけを実行可能に各段に必要な浄化用の設備４を設けるようにしてもよいし、一台の水処理設備１００で、上段から順に、フロック形成プロセスＰ４、沈殿プロセスＰ５、及び、集水プロセスＰ６だけを実行可能に各段に必要な浄化用の設備４を設けるようにしてもよい。また、多段の水路Ｌの段数は３段以上であってもよい。

【0072】

また、第２実施形態のように各段の水路Ｌが複数の領域に区画される場合には、上下に隣接する領域を一群とし、この一群の領域を構成する水路部分に対して前記大区分の各処理プロセスを実行するように構成してもよい。この場合、大区分間の被処理水の移送用の揚水ポンプを設ければよい。

【0073】

各実施形態において、水路形成体２は、筒部２ａと、多段の水路Ｌの段毎に設けられ筒部２ａと構造体１との間を接続する底部２ｂと、多段の水路Ｌのうちの上下に隣接する水路同士を連通させる連通部２ｅと、を有するものとしたが、これに限らない。図示を省略するが、水路形成体２は、筒部２ａと、筒部２ａの中心軸線Ｘ回りに螺旋状に旋回しつつ筒部２ａと構造体１との間を接続する螺旋底部とからなる構成としてもよい。この場合には、連通部２ｅは不要である。この構成であっても、側面視で多段の水路Ｌが形成されていることになるとともに、多段の水路Ｌの全体に亘って上下に連続した水流が形成されている。

【0074】

また、構造体１、水路形成体２の筒部２ａ、貯水槽３の外側筒部３ｂ及び内側筒部３ｃは、それぞれ円筒状に限らず、楕円筒状、角筒状等の各種の筒状に形成されてもよい。また、貯水槽３の内側筒部３ｃは設けなくてもよい。

【0075】

また、図示を省略するが、水路Ｌを上方から視た平面視で筒部２ａの径方向に水流を蛇行させる邪魔板を水路Ｌに設けてもよい。これにより、水路Ｌの水路長をさらに増大させることができる。なお、上下蛇行用壁体４ｅは、水路Ｌの側断面視で上下方向に水流を蛇行させる邪魔板であるともいえる。

【0076】

また、水処理設備１００による浄化レベルは、水道水レベルに限らず、工業用水レベル等であってもよい。そして、浄化レベルに応じた浄化用の設備４を水路Ｌに設ければよい。また、水処理設備１００は、浄水場に限らず、例えば、下水処理場や工場等に設けてもよく、一般家庭や工場等で発生する下水や工業廃水を被処理水として取水して浄化し、河川等へ排水する設備として用いてもよい。この場合、河川等への排水基準を満たす浄化レベルに応じた浄化用の設備４を水路Ｌに設ければよい。

【0077】

以上、本発明の好ましい実施形態及びその変形例について幾つか説明したが、本発明は上記の各実施形態及びその変形例に制限されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形及び変更が可能である。

【符号の説明】

【0078】

１…構造体、
２…水路形成体、
２ａ…筒部、
２ｂ…底部、
２ｃ…遮断壁、
２ｅ…連通部、
３…貯水槽、
４…浄化用の設備、
４ａ…薬品注入ノズル（浄化用の設備）、
４ｂ…高速撹拌機（浄化用の設備）、
４ｃ…低速撹拌機（浄化用の設備）、
４ｄ…傾斜板（浄化用の設備）、
４ｅ…上下蛇行用壁体（浄化用の設備）、
４ｆ…整流壁体（浄化用の設備）、
４ｇ…排泥滞留壁体（浄化用の設備）、
４ｈ…濾過器（浄化用の設備）、
５…揚水ポンプ（ポンプ）、
６…付帯設備、
６ａ…薬品注入装置本体（付帯設備）、
１００…水処理設備、
Ｌ…水路、
Ｘ…筒部の中心軸線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】