(57)【要約】  本発明の一態様にかかる下水処理システム（１）は、散水ろ床（３）の前段に固液分離装置（２）を備える。固液分離装置（２）は、所定のろ材が充填された第１のろ材充填層を有し、上向きの流れで第１のろ材充填層内に下水（Ｗ１）を通過させて、下水（Ｗ１）を固形成分とろ過水（Ｗ２）とに分離する。また、固液分離装置（２）は、所定のタイミングに、下向きの流れで第１のろ材充填層内にろ過水（Ｗ２）を通過させて、第１のろ材充填層を逆洗浄する。散水ろ床（３）は、微生物を付着したろ材が充填された第２のろ材充填層を有し、第２のろ材充填層の上部にろ過水（Ｗ２）を散布して、第２のろ材充填層内にろ過水（Ｗ２）を流下させ、微生物によってろ過水（Ｗ２）を生物処理して得た処理水（Ｗ３）を流出する。
2012161339.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定のろ材が充填された第１のろ材充填層を有し、上向きの流れで前記第１のろ材充填層内に処理対象の下水を通過させて、前記下水を固形成分とろ過水とに分離し、所定のタイミングに、下向きの流れで前記第１のろ材充填層内に前記ろ過水を通過させて、前記第１のろ材充填層を逆洗浄する固液分離装置と、
前記固液分離装置の後段に設置され、微生物を付着したろ材が充填された第２のろ材充填層を有し、前記第２のろ材充填層の上部に前記ろ過水を散布して、前記第２のろ材充填層内に前記ろ過水を流下させ、前記微生物によって前記ろ過水を生物処理して得た処理水を流出する散水ろ床と、
を備えたことを特徴とする下水処理システム。
【請求項２】
前記散水ろ床は、前記第２のろ材充填層を洗浄する洗浄手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の下水処理システム。
【請求項３】
前記洗浄手段は、
前記散水ろ床内の少なくとも前記第２のろ材充填層を冠水させた洗浄液に空気を噴出して、前記第２のろ材充填層内の各ろ材を撹拌洗浄する旋回流を前記洗浄液に発生させる空気噴出管と、
前記空気が噴出される噴出領域と前記空気が噴出されない非噴出領域とに前記散水ろ床内を仕切って、前記旋回流の発生を促進する仕切板と、
前記各ろ材の撹拌洗浄後の前記洗浄液を排出する排出管と、
を備えたことを特徴とする請求項２に記載の下水処理システム。
【請求項４】
前記洗浄手段は、サイフォンの原理を用いて、前記第２のろ材充填層内の各ろ材を洗浄することを特徴とする請求項２または３に記載の下水処理システム。
【請求項５】
前記第２のろ材充填層内のろ材は、円筒形状に形成された円筒形ろ材であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の下水処理システム。
【請求項６】
前記散水ろ床の後段に設置され、前記散水ろ床から前記処理水を受け入れつつ前記処理水中の固液成分の沈殿処理を行う沈殿部と、円筒形状に形成された複数の円筒形ろ材を用いて前記沈殿処理後の処理水のろ過処理を行うろ過部とを有する後段固液分離装置をさらに備え、
前記固液分離装置に比して低速な流れで前記沈殿処理後の処理水を前記ろ過部に上向きに通過させて、前記複数の円筒形ろ材の空隙内に前記沈殿処理後の処理水中の固形成分を捕捉するとともに、前記固形成分を除去した処理水を流出することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の下水処理システム。
【請求項７】
前記後段固液分離装置は、
前記ろ過部内に流入した前記沈殿処理後の処理水に空気を噴出して、前記複数の円筒形ろ材を撹拌洗浄する旋回流を前記ろ過部内に発生させる空気噴出管と、
前記旋回流によって前記ろ過部の上部に溢れ出た洗浄排水を流通する洗浄排水路と、
を備えたことを特徴とする請求項６に記載の下水処理システム。
【請求項８】
前記散水ろ床の後段に設置され、好気性微生物の生物膜が形成された生物膜ろ過層を有し、前記処理水を曝気処理せず、無曝気状態の前記処理水を前記生物膜ろ過層内に通過させ、前記好気性微生物によって前記処理水を生物処理して得た処理水を流出する生物膜ろ過装置をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の下水処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下水を処理する下水処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、生活排水または工場排水等の下水を処理する下水処理システムとして、標準活性汚泥法によるもの、嫌気性ラグーン方式によるもの、或いは、散水ろ床法によるもの等、様々な下水処理システムが実用化されている。【０００３】
標準活性汚泥法による下水処理システムでは、反応タンク内に処理対象の下水を流入しつつ、この反応タンク内に存在する多種類の好気性微生物に対して酸素を供給する曝気処理を行う。これによって、反応タンク内の下水中に含まれる有機物は、好気性微生物の作用によって分解処理され、この結果、安定した処理水質が得られる。【０００４】
しかし、標準活性汚泥法による下水処理システムでは、曝気処理に多くの電力が消費されるため、下水処理時の電気代が高額化する。また、下水処理過程において発生する汚泥の処理に、多額の費用が必要となる。この結果、標準活性汚泥法による下水処理システムでは、他の方式に比して下水処理時のランニングコストが高額になるという問題がある。【０００５】
また、標準活性汚泥法では、沈殿池内の汚泥が沈殿し難くなり、この結果、沈殿池から汚泥等が流出するバルキング現象が発生する。このため、標準活性汚泥法による下水処理システムの維持管理には、専門的な知識を要するというデメリットもある。【０００６】
一方、嫌気性ラグーン方式による下水処理システムでは、嫌気性微生物が存在するラグーン中に下水を流入し、ラグーン中の嫌気性微生物の作用によって下水を浄化する。この場合、容易に下水処理システムの維持管理を行えるとともに、低消費電力での下水処理が可能になる。【０００７】
しかし、嫌気性ラグーン方式による下水処理システムでは、処理対象の下水の生物化学的酸素要求量（Biochemical  Oxygen  Demand：ＢＯＤ）の低減が困難であるため、河川や海の汚染が懸念される。また、ラグーン内に発生した汚泥の引き抜き処理ができないため、ラグーン内に汚泥が堆積してしまい、この結果、ＢＯＤの低減率がさらに悪化する。さらには、汚泥が過剰に堆積した場合、ラグーンにおける下水処理能力が低下し、最終的には、同一ラグーン内での下水処理が実行できなくなるというデメリットもある。【０００８】
上述したような標準活性汚泥法または嫌気性ラグーン方式による下水処理システムのデメリットに鑑みて、近年、散水ろ床法による下水処理システムが見直されつつある。散水ろ床法による下水処理システムは、一般に、図１３に示すような構成を有する。【０００９】
すなわち、散水ろ床法による下水処理システム１００は、図１３に示すように、最初沈殿池１０１と、散水ろ床１０２と、最終沈殿池１０３とを備える。最初沈殿池１０１では、処理対象の下水が緩やかに流入され、この下水に含まれるゴミ等の固形物の沈殿処理が行われる。その後、沈殿処理後の下水の上澄み水が、固形物を分離した分離水として最初沈殿池１０１から散水ろ床１０２に流れる。【００１０】
散水ろ床１０２は、砕石等のろ材を層状に堆積したろ材層を有し、このろ材層の各ろ材表面に微生物を付着させている。最初沈殿池１０１から流入された分離水は、散水ろ床１０２のろ材層に上方から散布され、このろ材層の空隙を通りつつ、散水ろ床１０２の底部へ流下する。この際、ろ材層内の各ろ材と分離水との温度の高低差を利用して、空隙内での気体の流れ（上昇または下降）を起こして通気する。また、ろ材層内を流下する分離水内の有機物は、各ろ材表面の微生物によって分解処理される。この分解処理後の処理水は、散水ろ床１０２から最終沈殿池１０３に流れる。【００１１】
最終沈殿池１０３では、散水ろ床１０２から処理水が流入され、この処理水に含まれる固形物の沈殿処理が行われる。その後、沈殿処理後の処理水の上澄み水が、処理水として最終沈殿池１０３から排出される。【００１２】
なお、上述した散水ろ床１０２の別例として、無酸素雰囲気の槽内に、立体的網目状の芯材に沿わせて吸水性の汚泥付着糸を配し、網目孔サイズ５〜３０ｍｍの合成繊維製平面部材を充填し、この槽上部に原水散水部を設けて、この部材内部に液膜状で流下させてメタン発酵処理した後、この処理槽底部から処理水を流出させる嫌気性散水ろ床がある（特許文献１参照）。また、同一処理槽内における上部に嫌気部を設けるとともに下部に好気部を設け、この嫌気部および好気部の双方において生物反応を行わせる散水ろ床型排水処理装置もある（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００７−１７５６８６号公報
【特許文献２】特開２０１１−９２８６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、上述した従来の散水ろ床法による下水処理システムでは、少なくとも散水ろ床の前段に最初沈殿池を必要とするため、システム全体の設置スペースが大きくなるという問題があった。また、最初沈殿池から散水ろ床に流入される処理対象の下水の浮遊性固形物（Suspended  Solids：ＳＳ）の濃度が高いため、散水ノズルの目詰まりが多発するという問題があった。【００１５】
さらに、散水ろ床前段の最初沈殿池では、処理対象の下水の微細なＳＳまたは固形性ＢＯＤの除去が十分ではなく、このため、最初沈殿池において分離しきれなかった固形物等の汚物が散水ろ床のろ材層内に滞留し、この滞留汚物の腐敗によって悪臭が発生し、または、この滞留汚物に起因してろ床ハエが発生するという問題があった。【００１６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、散水ろ床からの悪臭およびろ床ハエの発生を抑制できるとともに、散水ノズルの目詰まり防止およびシステム設置の省スペース化を実現可能な下水処理システム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】
【００１７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる下水処理システムは、所定のろ材が充填された第１のろ材充填層を有し、上向きの流れで前記第１のろ材充填層内に処理対象の下水を通過させて、前記下水を固形成分とろ過水とに分離し、所定のタイミングに、下向きの流れで前記第１のろ材充填層内に前記ろ過水を通過させて、前記第１のろ材充填層を逆洗浄する固液分離装置と、前記固液分離装置の後段に設置され、微生物を付着したろ材が充填された第２のろ材充填層を有し、前記第２のろ材充填層の上部に前記ろ過水を散布して、前記第２のろ材充填層内に前記ろ過水を流下させ、前記微生物によって前記ろ過水を生物処理して得た処理水を流出する散水ろ床と、を備えたことを特徴とする。【００１８】
また、本発明にかかる下水処理システムは、上記の発明において、前記散水ろ床は、前記第２のろ材充填層を洗浄する洗浄手段を備えたことを特徴とする。【００１９】
また、本発明にかかる下水処理システムは、上記の発明において、前記洗浄手段は、前記散水ろ床内の少なくとも前記第２のろ材充填層を冠水させた洗浄液に空気を噴出して、前記第２のろ材充填層内の各ろ材を撹拌洗浄する旋回流を前記洗浄液に発生させる空気噴出管と、前記空気が噴出される噴出領域と前記空気が噴出されない非噴出領域とに前記散水ろ床内を仕切って、前記旋回流の発生を促進する仕切板と、前記各ろ材の撹拌洗浄後の前記洗浄液を排出する排出管と、を備えたことを特徴とする。【００２０】
また、本発明にかかる下水処理システムは、上記の発明において、前記洗浄手段は、サイフォンの原理を用いて、前記第２のろ材充填層内の各ろ材を洗浄することを特徴とする。【００２１】
また、本発明にかかる下水処理システムは、上記の発明において、前記第２のろ材充填層内のろ材は、円筒形状に形成された円筒形ろ材であることを特徴とする。【００２２】
また、本発明にかかる下水処理システムは、上記の発明において、前記散水ろ床の後段に設置され、前記散水ろ床から前記処理水を受け入れつつ前記処理水中の固液成分の沈殿処理を行う沈殿部と、円筒形状に形成された複数の円筒形ろ材を用いて前記沈殿処理後の処理水のろ過処理を行うろ過部とを有する後段固液分離装置をさらに備え、前記固液分離装置に比して低速な流れで前記沈殿処理後の処理水を前記ろ過部に上向きに通過させて、前記複数の円筒形ろ材の空隙内に前記沈殿処理後の処理水中の固形成分を捕捉するとともに、前記固形成分を除去した処理水を流出することを特徴とする。【００２３】
また、本発明にかかる下水処理システムは、上記の発明において、前記後段固液分離装置は、前記ろ過部内に流入した前記沈殿処理後の処理水に空気を噴出して、前記複数の円筒形ろ材を撹拌洗浄する旋回流を前記ろ過部内に発生させる空気噴出管と、前記旋回流によって前記ろ過部の上部に溢れ出た洗浄排水を流通する洗浄排水路と、を備えたことを特徴とする。【００２４】
また、本発明にかかる下水処理システムは、上記の発明において、前記散水ろ床の後段に設置され、好気性微生物の生物膜が形成された生物膜ろ過層を有し、前記処理水を曝気処理せず、無曝気状態の前記処理水を前記生物膜ろ過層内に通過させ、前記好気性微生物によって前記処理水を生物処理して得た処理水を流出する生物膜ろ過装置をさらに備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、散水ろ床法による下水処理システムにおいて、散水ろ床からの悪臭およびろ床ハエの発生を抑制できるとともに、散水ノズルの目詰まり防止およびシステム設置の省スペース化を実現することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１にかかる下水処理システムの概略構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態１にかかる下水処理システムの固液分離装置の一構成例を示す模式図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態１にかかる下水処理システムの散水ろ床の一構成例を示す模式図である。
【図４】図４は、実施の形態１における散水ろ床の処理水槽の一構成例を示す模式図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態１にかかる下水処理システムの後段固液分離装置の一構成例を示す模式図である。
【図６】図６は、ろ過部上の処理水路の一構成例を示す模式図である。
【図７】図７は、固液分離装置が逆洗浄機能を実行している状態を示す模式図である。
【図８】図８は、散水ろ床を構成する処理水槽がろ材充填層の洗浄機能を実行している状態を示す模式図である。
【図９】図９は、後段固液分離装置のろ材洗浄機能を説明するための模式図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施の形態２にかかる下水処理システムの概略構成を示すブロック図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施の形態２にかかる下水処理システムの生物膜ろ過装置の一構成例を示す模式図である。
【図１２】図１２は、本発明における散水ろ床の一変形例を示す模式図である。
【図１３】図１３は、従来の散水ろ床法による下水処理システムの概略構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下に、本発明にかかる下水処理システムの好適な実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００２８】
（実施の形態１）
まず、本発明の実施の形態１にかかる下水処理システムの構成について説明する。図１は、本発明の実施の形態１にかかる下水処理システムの概略構成を示すブロック図である。図１に示すように、本実施の形態１にかかる下水処理システム１は、処理対象の下水Ｗ１の固液分離処理を行う固液分離装置２と、固液分離装置２によって得られたろ過水Ｗ２の生物処理を行う散水ろ床３と、散水ろ床３によって得られた処理水Ｗ３の更なる固液分離処理を行う後段固液分離装置４とを備える。
【００２９】
固液分離装置２は、処理対象の下水Ｗ１に対する第１段階目の浄水処理を行うためのものである。具体的には、固液分離装置２は、生活排水または工場排水等の下水Ｗ１を受け入れ、この下水Ｗ１の固液分離処理を行う。この固液分離処理において、固液分離装置２は、風車形状等の特殊な形状のろ材（後述する浮上ろ材）を用いて下水Ｗ１をろ過処理する。これによって、固液分離装置２は、下水Ｗ１中の固形成分、例えば、夾雑物、ＳＳおよび固形性ＢＯＤを同時に捕捉する。この結果、固液分離装置２は、下水Ｗ１中の固形成分を徹底的に除去して、ろ過水Ｗ２を得る。また、固液分離装置２は、天候によって変動する固液分離装置２への下水Ｗ１の流入水量に対応して下水Ｗ１のろ過速度を変更し、これによって、下水Ｗ１に対する高効率の固液分離処理を行う。例えば、雨天時において下水Ｗ１の流入水量が晴天時に比して増加した場合、固液分離装置２は、この下水Ｗ１の増水に応じてろ過速度を上げて、下水Ｗ１の高速ろ過処理を行う。これによって、固液分離装置２は、たとえ雨天時であっても、下水Ｗ１中の固形成分とろ過水Ｗ２とに下水Ｗ１を効率よく分離する。このような固液分離装置２は、得られたろ過水Ｗ２を散水ろ床３に送出する。一方、固液分離装置２は、下水Ｗ１の固液分離処理を行うために必要なろ過手段を洗浄する逆洗浄機能を有し、所定のタイミングに、この逆洗浄機能を有効にする。
【００３０】
散水ろ床３は、処理対象の下水Ｗ１に対する第２段階目の浄水処理を行うためのものである。具体的には、散水ろ床３は、固液分離装置２の後段（すなわち下流側）に設置され、固液分離装置２によって得られたろ過水Ｗ２を受け入れる。ついで、散水ろ床３は、このろ過水Ｗ２を生物処理して、処理水Ｗ３を得る。その後、散水ろ床３は、後段固液分離装置４に処理水Ｗ３を送出する。また、散水ろ床３は、このろ過水Ｗ２の生物処理に必要なろ過手段の洗浄機能を有し、所定のタイミングに、この洗浄機能を有効にする。
【００３１】
後段固液分離装置４は、処理対象の下水Ｗ１に対する第３段階目の浄水処理を行うためのものである。具体的には、後段固液分離装置４は、散水ろ床３の後段に設置される固液分離手段である。後段固液分離装置４は、散水ろ床３によって得られた処理水Ｗ３を受け入れ、この処理水Ｗ３中の比較的粗大な固形成分の沈殿処理と、沈殿せずに残る微細な固形性分のろ過処理との二段階の固液分離を行う。この処理水Ｗ３の固液分離処理において、後段固液分離装置４は、ＳＳ除去率を高めるために、円筒形状等の特殊な形状のろ材を用い、且つ、上述した固液分離装置２に比して低速なろ過処理を行う。これによって、後段固液分離装置４は、処理水Ｗ３中の微細な固形成分までをも確実に捕捉除去することができる。一方、後段固液分離装置４は、処理水Ｗ３の固液分離処理を行うために必要なろ過手段を洗浄する洗浄機能を有し、所定のタイミングに、この洗浄機能を有効にする。
【００３２】
つぎに、図１に示した固液分離装置２について詳細に説明する。ここでは、まず、固液分離装置２の構成について説明し、その後、固液分離装置２による下水Ｗ１の固液分離処理について説明する。
【００３３】
図２は、本発明の実施の形態１にかかる下水処理システムの固液分離装置の一構成例を示す模式図である。図２に示すように、この固液分離装置２は、処理対象の下水Ｗ１を貯留する分配槽２０およびろ過水槽２１を備える。また、固液分離装置２は、この下水Ｗ１の固液分離処理を行うためのろ材充填層２２（第１のろ材充填層）と、この固液分離処理によって得られたろ過水Ｗ２を貯留する共通ろ過水槽２３とを備える。さらに、固液分離装置２は、下水Ｗ１を流通するための複数の流入配管２１ａ〜２１ｄ、分配管２４、弁２４ａ〜２４ｄおよびポンプ２４ｅと、ろ過水Ｗ２を散水ろ床３へ流通するための開水路２５とを備える。
【００３４】
また、固液分離装置２は、ろ材充填層２２の逆洗浄機能を実行するための逆洗浄手段として、図２に示すように、排水槽２６と、複数の排水管２７ａ〜２７ｄおよび排水弁２８ａ〜２８ｄと、空気管２９とを備える。
【００３５】
分配槽２０は、外部から下水Ｗ１を受け入れる水槽であり、ろ過水槽２１側と壁によって隔てられている。ろ過水槽２１は、固液分離処理（ろ過処理）を実行する前の下水Ｗ１を貯留する水槽である。ろ過水槽２１は、ろ材充填層２２の下方に配置され、図２に示すように、流入配管２１ａ〜２１ｄ別に複数の水槽に分けられている。
【００３６】
複数の流入配管２１ａ〜２１ｄは、上述したろ過水槽２１における複数の水槽に各々下水Ｗ１を流入する管である。流入配管２１ａ〜２１ｄは、図２に示すように、ろ過水槽２１の各水槽に各々配置される。
【００３７】
ろ材充填層２２は、ろ過水槽２１に貯留された下水Ｗ１の固液分離処理を行うためのものである。具体的には、ろ材充填層２２は、ろ過水槽２１の各水槽の上方に配置され、８００ｍｍ以下、より好ましくは６００ｍｍ以下の層厚に形成される。このろ材充填層２２の内部には、複数の浮上ろ材（図示せず）が、下水Ｗ１中の固形成分を捕捉するに十分な細かさの空隙を形成する状態で充填されている。また、ろ材充填層２２の上面にはスクリーン２２ａが設置される。スクリーン２２ａは、液体成分を通すとともに、ろ材充填層２２内の浮上ろ材の流出を防止する。
【００３８】
ここで、ろ材充填層２２内の浮上ろ材としては、見掛け比重が０．１〜０．８であり、５０％圧縮硬さが０．１ＭＰａ以上であり、サイズが４〜１０ｍｍである材質のものが用いられる。見掛け比重が０．１未満であると望ましい圧縮強さを得ることができず、０．８を超えると水との比重差が小さくなって、ろ材充填層２２から流出するおそれがある。また、５０％圧縮硬さを０．１ＭＰａ以上としたのは、これよりも軟質であると、下水Ｗ１を高速な水流でろ過処理する際に圧密されてしまい、この結果、ＳＳ捕捉能力が低下するためである。さらに、サイズが４ｍｍ未満であると浮上ろ材相互間の間隙が小さくなって閉塞し易くなり、一方、サイズが１０ｍｍとなっても浮上ろ材によるＳＳ捕捉能力が低下するためである。
【００３９】
このような特性の浮上ろ材は、発泡ポリエチレン、発泡ポリスチレン、発泡ポリプロピレン等を用いて、製造することができる。また、浮上ろ材の形状は、風車形状または十字形状等の凹凸のある形状とする。これによって、ろ材充填層２２に浮上ろ材を充填した時に、充填された各浮上ろ材の相互間に非直線的な間隙が形成され、この結果、各浮上ろ材によるＳＳ捕捉効果を高めることができる。なお、このろ材充填層２２のＳＳ捕捉効果を高めるためには、ろ材充填層２２の全容積に対する各浮上ろ材間の空隙容積の比率（すなわち、ろ材充填層２２の空隙率）を５０％程度に調整することが望ましい。
【００４０】
共通ろ過水槽２３は、下水Ｗ１の固液分離処理によって得られるろ過水Ｗ２を貯留するためのものである。具体的には、共通ろ過水槽２３は、図２に示すように、ろ材充填層２２の上方に配置され、ろ過水槽２１の各水槽内の下水Ｗ１を各々固液分離処理して得られた各ろ過水Ｗ２を集める共通の水槽である。
【００４１】
分配管２４、弁２４ａ〜２４ｄおよびポンプ２４ｅは、分配槽２０内の下水Ｗ１をろ過水槽２１の各水槽に分配するためのものである。具体的には、分配管２４は、分配槽２０と複数の流入配管２１ａ〜２１ｄとを連通する管である。弁２４ａ〜２４ｄは、分配管２４の各流水口近傍に各々配置され、ポンプ２４ｅは、この分配管２４内に配置される。分配管２４は、弁２４ａ〜２４ｄが開状態である際、ポンプ２４ｅの作用によって、分配槽２０から複数の流入配管２１ａ〜２１ｄに下水Ｗ１を分配流通させ、各流入配管２１ａ〜２１ｄを介して、ろ過水槽２１の各水槽に下水Ｗ１を各々流通させる。弁２４ａ〜２４ｄは、各々個別に開閉することができる。このため、弁２４ａ〜２４ｄの開閉によって、ろ過水槽２１の各水槽のうち、下水Ｗ１を流入したい水槽に下水Ｗ１を流入できる。なお、図２では、流入配管２１ｂ〜２１ｄの上部側の図示を省略しているが、流入配管２１ｂ〜２１ｄは、分配管２４と各々連通している。
【００４２】
開水路２５は、共通ろ過水槽２３内のろ過水Ｗ２を固液分離装置２の後段に位置する散水ろ床３（図１参照）に流通させるためのものである。具体的には、開水路２５は、上部側が開口している水路であり、共通ろ過水槽２３と図１に示した散水ろ床３とを連通する。開水路２５は、共通ろ過水槽２３から自然流下してきたろ過水Ｗ２を受け入れ、受け入れたろ過水Ｗ２を散水ろ床３へ自然流下させる。
【００４３】
排水槽２６、複数の排水管２７ａ〜２７ｄ、排水弁２８ａ〜２８ｄおよび空気管２９は、上述したように、固液分離装置２におけるろ材充填層２２の逆洗浄機能を実行するための逆洗浄手段を構成する。具体的には、排水槽２６は、ろ材充填層２２を逆洗浄した後の洗浄済み液体（以下、逆洗排水という）を貯留する。排水管２７ａ〜２７ｄは、ろ過水槽２１の各水槽と排水槽２６とを各々連通する管である。排水弁２８ａ〜２８ｄは、排水管２７ａ〜２７ｄに各々配置され、各排水管２７ａ〜２７ｄを開閉する。空気管２９は、ろ材充填層２２の逆洗浄に寄与する空気をろ材充填層２２内に噴出する。
【００４４】
つぎに、図２の実線矢印に示される下水Ｗ１またはろ過水Ｗ２の流れを参照しつつ、固液分離装置２による下水Ｗ１の固液分離処理について説明する。下水Ｗ１は、まず、生活排水または工場排水等の外部からの汚水として、分配槽２０に流入される。この場合、下水Ｗ１は、ポンプ等の動力を用いて強制的に流入してもよいし、自然流によって流入してもよい。
【００４５】
分配槽２０に貯留された下水Ｗ１は、分配管２４内を流通して各流入配管２１ａ〜２１ｄに各々分配される。つぎに、流入配管２１ａ〜２１ｄ内の各下水Ｗ１は、自然流下してろ過水槽２１に流入し、その後、図２の実線矢印に示すように、ろ過水槽２１の各水槽に各々流入する。
【００４６】
ろ過水槽２１の各水槽内の下水Ｗ１は、上向きの流れでろ材充填層２２を通過する。この場合、各水槽内の下水Ｗ１は、図２の実線矢印に示すように、ろ材充填層２２の下部から上部に向かってろ材充填層２２内を通過する間に、ろ材充填層２２によってろ過処理される。すなわち、ろ材充填層２２は、上述した内部の各浮上ろ材によって、これら各浮上ろ材間の空隙内を通過中の上向流の下水Ｗ１に含まれる夾雑物、ＳＳおよび固形性ＢＯＤ等の各種固形成分を漏れなく捕捉して、この上向流の下水Ｗ１を固形成分とろ過水Ｗ２とに徹底的に分離する。このようにして、固液分離装置２による下水Ｗ１の固液分離処理が達成される。なお、上述したろ材充填層２２による下水Ｗ１のろ過速度は、分配槽２０への下水Ｗ１の流入水量に対応して調整され、これによって、下水Ｗ１の高速ろ過処理が可能になる。この結果、固液分離装置２は、下水Ｗ１に対して高効率の固液分離処理を行うことができる。
【００４７】
上述した固液分離処理によって得られたろ過水Ｗ２は、スクリーン２２ａを通過して共通ろ過水槽２３内に流入（合流）する。その後、ろ過水Ｗ２は、図２の実線矢印に示すように、開水路２５内に流入して共通ろ過水槽２３から散水ろ床３へ流れる。
【００４８】
つぎに、図１に示した散水ろ床３について詳細に説明する。ここでは、まず、散水ろ床３の構成について説明し、その後、散水ろ床３によるろ過水Ｗ２の生物処理（ろ過処理）について説明する。
【００４９】
図３は、本発明の実施の形態１にかかる下水処理システムの散水ろ床の一構成例を示す模式図である。図３に示すように、この散水ろ床３は、微生物を付着したろ材が充填された層（第２のろ材充填層）を内包するろ床本体３０と、固液分離装置２によって得られたろ過水Ｗ２をろ床本体３０の内部に散布する回転式散水装置３１と、ろ床本体３０の内部と図１に示した後段固液分離装置４とを連通する流通管３２とを備える。また、図３には特に図示しないが、散水ろ床３は、ろ床本体３０内のろ材充填層を洗浄する洗浄機能を実行するための洗浄手段を備える。
【００５０】
ろ床本体３０は、表面に微生物を付着した複数のろ材が充填された槽であり、図３に示すように、６つの処理水槽３０ａ〜３０ｆを組み合わせて構成される。処理水槽３０ａ〜３０ｆの各々は、ろ材充填層内の微生物によってろ過水Ｗ２を生物処理して浄化する水処理機能と、このろ材充填層を洗浄する洗浄機能とを備える。なお、これら処理水槽３０ａ〜３０ｆの構成の詳細については、後述する。
【００５１】
回転式散水装置３１は、上述した固液分離装置２から流出されたろ過水Ｗ２をろ床本体３０の処理水槽３０ａ〜３０ｆの各内部に散布するためのものである。具体的には、回転式散水装置３１は、図２に示した固液分離装置２の開水路２５と連通するように配管されている。この回転式散水装置３１の配管は、開水路２５から、図３に示すようにろ床本体３０の内部を通り、ろ床本体３０の中心部Ｃにおいて上向きに延伸してろ床本体４０の上部に露出している。また、この配管の端部には、水流によってろ床本体３０の円周方向に回転する回転機構が設けられる。ろ床本体３０の上部には、この回転機構からろ床本体３０の円周部Ａに向けて放射状に、複数（例えば３つ）の散水ノズルが設けられる。これら複数の散水ノズルの各々は、この回転式散水装置３１の配管と連通し、この回転機構の作用によって、ろ床本体３０の円周方向に回転する。なお、回転式散水装置３１の散水ノズルの数は、３つ（図３参照）に限定されず、１つでもよいし、複数でもよい。このような回転式散水装置３１は、配管を介して固液分離装置２からろ過水Ｗ２を受け入れ、ろ過水Ｗ２の流れによって回転機構とともに各散水ノズルを回転させる。回転式散水装置３１は、このように回転する各散水ノズルの散水口から、処理水槽３０ａ〜３０ｆ内の各ろ材充填層上面にろ過水Ｗ２を一様に散布する。
【００５２】
流通管３２は、ろ床本体３０の処理水槽３０ａ〜３０ｆによってろ過水Ｗ２を生物処理して得た処理水Ｗ３を、散水ろ床３の後段に位置する後段固液分離装置４（図１参照）に流通させるためのものである。具体的には、流通管３２は、ろ床本体３０の下層、すなわち、処理水槽３０ａ〜３０ｆの各下層と後段固液分離装置４とを連通する管である。流通管３２は、自然流下またはポンプ等の作用によって、処理水槽３０ａ〜３０ｆの各下層から後段固液分離装置４へ処理水Ｗ３を流通させる。
【００５３】
つぎに、上述した処理水槽３０ａ〜３０ｆの構成について詳細に説明する。なお、処理水槽３０ａ〜３０ｆの各構成は互いに同様であるため、以下では、処理水槽３０ａの構成を代表して説明する。
【００５４】
図４は、実施の形態１における散水ろ床の処理水槽の一構成例を示す模式図である。図４に示すように、処理水槽３０ａは、微生物を付着したろ材３５が充填されたろ材充填層３３ｂ（第２のろ材充填層）と、上述したろ床本体３０の流通管３２（図３参照）と処理水槽３０ａの内部とを連通する流通管３４ａと、ろ材３５の流出を防止するろ材流出防止網３３ｄとを備える。また、処理水槽３０ａは、ろ材充填層３３ｂの洗浄機能を実行するための洗浄手段として、弁３４ｂ，３９ｂと、送風装置３７ａと、空気噴出管３７ｂと、邪魔板３８と、洗浄排水管３９ａとを備える。
【００５５】
処理水槽３０ａは、表面に微生物を付着したろ材３５が充填された槽であり、ろ材充填層３３ｂと、ろ材充填層３３ｂの上層３３ａと下層３３ｃとに区分けされる。処理水槽３０ａの上層３３ａ側は開口しており、この開口によって外部と処理水槽３０ａ内部との通気が可能となっている。また、処理水槽３０ａの上層３３ａ側には回転式散水装置３１の散水ノズルが位置し、処理水槽３０ａの下層３３ｃ側は、流通管３４ａおよび洗浄排水管３９ａと連通している。
【００５６】
ろ材充填層３３ｂは、固液分離装置２によって得られたろ過水Ｗ２の生物処理を行うためのものである。ろ材充填層３３ｂには、上層３３ａ側から下層３３ｃ側に向けてろ過水Ｗ２が自然流下できる程度の空隙を形成するように、複数のろ材３５が充填される。ろ材流出防止網３３ｄは、ろ材充填層３３ｂに配置され、ろ材充填層３３ｂ内の複数のろ材３５を支持する。また、ろ材流出防止網３３ｄは、液体成分を通すとともに、ろ材充填層３３ｂから下層３３ｃへのろ材３５の流出を防止する。なお、ろ材充填層３３ｂによってろ過水Ｗ２を生物処理して得られた処理水Ｗ３は、このろ材流出防止網３３ｄを通り、ろ材充填層３３ｂの下面側から自然流下して、処理水槽３０ａの下層３３ｃに流れる。
【００５７】
ここで、ろ材３５は、ポリウレタンまたはポリプロピレン等の物質の表面に微生物を付着させたものであり、その比重は、水の比重（＝１．０）に近似する値、例えば０．９である。また、ろ材３５は、例えば図４に示すように円筒形状に形成された円筒形ろ材である。ろ材３５の円筒内外の各表面状態は、平滑であってもよいが、ろ過水Ｗ２に対する接触面積の増大に有効な表面状態、例えば、微細な凹凸状態、蛇腹状態、または、これらを組み合わせた状態であることが望ましい。このような円筒形状のろ材３５が充填されたろ材充填層３３ｂにおいて、各ろ材３５の相互間に非直線的な空隙が形成され、且つ、各ろ材３５の円筒中空部分によって空隙が形成される。この場合、ろ材充填層３３ｂの全容積に対する各ろ材３５による空隙容積の比率、すなわち、ろ材充填層３３ｂの空隙率は、例えば９０％程度になる。ろ材３５の外壁面および内壁面は、これら空隙内を流下するろ過水Ｗ２と接触することになり、これによって、ろ材３５とろ過水Ｗ２との接触面積が十分に大きくなる。この結果、ろ材充填層３３ｂ（各ろ材３５）によるろ過水Ｗ２の生物処理能力は、処理水槽３０ａに対して要望される必要レベル以上に向上する。
【００５８】
弁３４ｂ，３９ｂ、送風装置３７ａ、空気噴出管３７ｂ、邪魔板３８、および洗浄排水管３９ａは、処理水槽３０ａにおけるろ材充填層３３ｂの洗浄機能を実行するための洗浄手段を構成する。弁３４ｂは、処理水槽３０ａ内に洗浄液を流入してろ材充填層３３ｂの洗浄機能を発揮させる期間、流通管３４ａの開口を閉じて、後段固液分離装置４への処理水Ｗ３の流通を遮断する。
【００５９】
送風装置３７ａは、ろ材充填層３３ｂ内の各ろ材３５の洗浄に必要な空気を空気噴出管３７ｂに送給する。空気噴出管３７ｂは、処理水槽３０ａ内の少なくともろ材充填層３３ｂを冠水させた洗浄液に空気を噴出して、ろ材充填層３３ｂ内の各ろ材３５を撹拌洗浄する旋回流を、この洗浄液に発生させる。具体的には、空気噴出管３７ｂは、図４に示すように処理水槽３０ａの下層３３ｃに配置される。空気噴出管３７ｂは、処理水槽３０ａの中心壁３６ａの近傍且つ下層３３ｃから、ろ材充填層３３ｂに向けて、送風装置３７ａからの空気を噴出して、この洗浄液の上下方向の旋回流を発生させる。なお、ろ材充填層３３ｂは、図３に示したろ床本体３０を代表する処理水槽３０ａ内の層であり、散水ろ床３内のろ材充填層（第２のろ材充填層）の一つに他ならない。
【００６０】
邪魔板３８は、図４に示すように、処理水槽３０ａの中心壁３６ａ側の領域と円周壁３６ｂ側の領域とに処理水槽３０ａの槽内領域を仕切る仕切板である。なお、中心壁３６ａは、処理水槽３０ａの側壁のうちの、図３に示したろ床本体３０の中心部Ｃ側の側壁である。円周壁３６ｂは、処理水槽３０ａの側壁のうちの、ろ床本体３０の円周部Ａ側の側壁である。邪魔板３８は、図４に示すように、中心壁３６ａよりも円周壁３６ｂ（すなわちろ床本体３０の外壁側）に近い位置に設けられ、上述したように処理水槽３０ａの槽内領域を仕切る。このようにして、邪魔板３８は、空気噴出管３７ｂから空気が噴出される領域（以下、中心側領域という）と、空気が噴出されない領域（以下、円周側領域という）とに、処理水槽３０ａの槽内領域を仕切る。このような邪魔板３８は、処理水槽３０ａ内に貯留した洗浄液へ空気噴出管３７ｂから空気を噴出することによって発生した洗浄液流の一部を邪魔し、これによって、この洗浄液の旋回流（具体的には上下方向の旋回流）の発生を促進する。なお、処理水槽３０ａ内の中心側領域は散水ろ床３内における空気の噴出領域であり、処理水槽３０ａ内の円周側領域は散水ろ床３内における空気の非噴出領域である。すなわち、邪魔板３８は、散水ろ床３内を噴出領域と非噴出領域とに仕切って、洗浄液の旋回流の発生を促進する仕切板の一つに他ならない。
【００６１】
洗浄排水管３９ａは、各ろ材３５の撹拌洗浄後の洗浄液を排出する排出管である。弁３９ｂは、この洗浄排水管３９ａを開閉するための弁である。洗浄排水管３９ａは、弁３９ｂによって開放された期間、処理水槽３０ａの下層３３ｃから、上述した洗浄液の旋回流によって各ろ材３５を撹拌洗浄した後の洗浄液を外部に排出する。
【００６２】
つぎに、図４の矢印に示されるろ過水Ｗ２または処理水Ｗ３の流れを参照しつつ、処理水槽３０ａによるろ過水Ｗ２の生物処理について説明する。ろ過水Ｗ２は、上述した固液分離装置２から回転式散水装置３１の管内を流通して、処理水槽３０ａ内に流入される。この場合、ろ過水Ｗ２は、回転式散水装置３１の各散水ノズルから自然流下して、ろ材充填層３３ｂの上面に散布される。
【００６３】
ろ材充填層３３ｂの上面に散布されたろ過水Ｗ２は、ろ材充填層３３ｂの通気とともに自然流下して、ろ材充填層３３ｂを通過する。例えば、図４の波線矢印に示されるように、回転式散水装置３１から散布されたろ過水Ｗ２は、各ろ材３５の表面と順次接触しつつ自然流下する。このろ材３５とろ過水Ｗ２との接触時に、ろ材３５表面の微生物が、ろ過水Ｗ２中の有機物を分解処理する。
【００６４】
このように、ろ材充填層３３ｂ内を流下中のろ過水Ｗ２は、ろ材３５と接触する毎に微生物によって生物処理され続け、この結果、有機物が分解除去された処理水Ｗ３として、ろ材流出防止網３３ｄから処理水槽３０ａの下層３３ｃに流下する。このようにして、処理水槽３０ａによるろ過水Ｗ２の生物処理が達成される。
【００６５】
上述した生物処理によって得られた処理水Ｗ３は、弁３４ｂを介して、処理水槽３０ａの下層３３ｃから流通管３４ａに流出し、その後、流通管３４ａを通じて流通管３２（図３参照）に流通し、流通管３２から後段固液分離装置４へ流れる。この場合、弁３４ｂは開いた状態であるため、処理水Ｗ３は、下層３３ｃに流下した後、直ちに流通管３４ａ内に流れる。このため、上述した生物処理の実行時に、処理水Ｗ３がろ材充填層３３ｂの上面の高さまで溜まることは、あり得ない。
【００６６】
なお、図３に示したろ床本体３０の処理水槽３０ｂ〜３０ｆによるろ過水Ｗ２の水処理機能は、上述した処理水槽３０ａの場合と同様である。すなわち、処理水槽３０ｂ〜３０ｆの各々は、回転式散水装置３１の各散水ノズルからろ材充填層上面に散布されたろ過水Ｗ２を、処理水槽３０ａと同様に各ろ材３５表面の微生物によって生物処理し、これによって得られた処理水Ｗ３を、流通管３２等を通じて後段固液分離装置４へ送出する。
【００６７】
つぎに、図１に示した後段固液分離装置４について詳細に説明する。ここでは、まず、後段固液分離装置４の構成について説明し、その後、後段固液分離装置４による処理水Ｗ３の固液分離処理について説明する。
【００６８】
図５は、本発明の実施の形態１にかかる下水処理システムの後段固液分離装置の一構成例を示す模式図である。図５に示すように、この後段固液分離装置４は、散水ろ床３からの処理水Ｗ３を受け入れて沈殿処理する沈殿部４０と、この沈殿処理後の処理水Ｗ３のろ過処理を行うろ過部４１と、このろ過処理によって得られた処理水Ｗ４を排出するための処理水路４３および排水路４４と、処理水路４３から排水路４４への流水経路を開閉する電動ゲート４５ａおよび駆動部４５ｂとを備える。また、後段固液分離装置４は、処理水Ｗ３の沈殿処理によって処理水Ｗ３から分離した沈殿物を沈殿部４０の沈殿物集積部４０ａに掻き寄せる往復式掻寄機４６ａと、往復式掻寄機４６ａを動作させる駆動部４６ｂとを備える。さらに、後段固液分離装置４は、ろ過部４１内に充填された各ろ材４２の洗浄機能を実行するための洗浄手段として、図５に示すように、送風装置４７ａと、空気噴出管４７ｂと、洗浄排水路４８とを備える。また、後段固液分離装置４は、駆動部４５ｂ，４６ｂおよび送風装置４７ａの各動作を制御する制御部４９を備える。
【００６９】
沈殿部４０は、散水ろ床３（図１，３参照）から処理水Ｗ３を受け入れつつ、処理水Ｗ３中の汚泥等の固形成分の沈殿処理を行う。具体的には、沈殿部４０は、散水ろ床３からの処理水Ｗ３中の固形成分を底部に沈殿させる。また、沈殿部４０は、汚泥等の固形成分が除去された処理水Ｗ３、すなわち沈殿処理後の処理水Ｗ３を、処理水Ｗ３の流入時の流れを利用して自然に、ろ過部４１の下部へ流す。
【００７０】
また、沈殿部４０は、処理水Ｗ３の流入側に沈殿物集積部４０ａを有する。沈殿物集積部４０ａは、沈殿部４０内において処理水Ｗ３から沈殿分離した汚泥等の固形成分を沈殿物として集積する。なお、沈殿物集積部４０ａ内の沈殿物は、所定の期間が経過する都度または所定量の沈殿物を集積する都度、排出管等（図示せず）を通じて沈殿物集積部４０ａから引き抜かれる。
【００７１】
ろ過部４１は、上述した沈殿処理後の処理水Ｗ３に対して更に固液分離処理（ろ過処理）を行うためのものである。具体的には、ろ過部４１は、沈殿部４０内の排水路４４側に配置され、内壁によって複数（例えば格子状）に分割された各槽内に、複数のろ材４２を有する。これら複数のろ材４２は、ろ過部４１内の各槽に充填され、ろ過部４１内において、沈殿処理後の処理水Ｗ３中の固形成分（ＳＳ等）を捕捉するに十分な細かさの空隙を形成する。ろ過部４１は、これら複数のろ材４２を用いて、沈殿処理後の処理水Ｗ３のろ過処理を行う。このろ過処理において、ろ過部４１は、図２に示した固液分離装置２に比して低速な流れで、沈殿処理後の処理水Ｗ３をろ過部４１内へ上向きに通過させる。これによって、ろ過部４１は、複数のろ材４２の空隙内、具体的には各ろ材４２の表面に、この沈殿処理後の処理水Ｗ３中のＳＳ等の固形成分を捕捉するとともに、処理水Ｗ３から固形成分を除去した処理水Ｗ４を上面の処理水路４３内へ流出する。
【００７２】
ここで、ろ過部４１内のろ材４２は、その表面に生物膜が形成されていない点等を除き、上述した散水ろ床３のろ材３５（図４参照）と略同様の構成を有する。すなわち、ろ材４２は、円筒形状に形成された円筒形ろ材であり、上述したろ材３５に比して小さく、ろ材４２の比重は、水の比重に近似する値、例えば０．９である。また、ろ材４２の円筒内外の各表面状態は平滑であってもよいし、他の状態、例えば微細な凹凸状態や蛇腹状態等であってもよい。このような円筒形状のろ材４２は、ろ過部４１内において、図４に示したろ材充填層３３ｂ内のろ材３５と同様に、ろ材相互間に非直線的な空隙を形成するとともに、円筒中空部分による空隙を形成する。このようなろ材４２が充填されたろ過部４１内のろ材充填層の空隙率は、例えば９０％程度になる。これによって、ろ材４２と処理水Ｗ３との接触面積は十分に大きくなり、この結果、各ろ材４２による処理水Ｗ３のろ過処理能力は、ろ過部４１に対して要望される必要レベル以上に向上する。
【００７３】
一方、ろ過部４１の上面にはスクリーン４１ａが配置され、ろ過部４１の下面にはスクリーン４１ｂが配置される。スクリーン４１ａ，４１ｂは、液体成分を通すとともに、ろ過部４１内からのろ材４２の流出を防止する。
【００７４】
処理水路４３は、ろ過部４１によって得られた処理水Ｗ４の排水経路を形成するものであり、ろ過部４１の上面に配置される。図６は、ろ過部上の処理水路の一構成例を示す模式図である。図５，６に示すように、処理水路４３は、上部側が開口した水路であり、ろ過部４１の上部において、排水路４４に繋がる複数の排水経路を形成する。このような処理水路４３は、スクリーン４１ａを通じてろ過部４１の上部に溢れ出た処理水Ｗ４を受け入れ、沈殿部４０の側壁に形成された開口部を介して、この処理水Ｗ４を排水路４４へ自然流下させる。なお、処理水路４３の側壁は、洗浄排水路４８に比して低い。このため、ろ過部４１の上部に溢れ出た処理水Ｗ４は、電動ゲート４５ａが処理水路４３から排水路４４への排水経路を開放している期間、すなわち処理水Ｗ３のろ過処理を実施している期間、洗浄排水路４８内へ流入せずに処理水路４３内へ流入する。
【００７５】
排水路４４は、後段固液分離装置４の外部へ処理水Ｗ４を排水するためのものである。具体的には、排水路４４は、上部側が開口した水路であり、沈殿部４０の側壁の開口部を介して処理水路４３と後段固液分離装置４の外部とを連通する。排水路４４は、処理水路４３から自然流下してきた処理水Ｗ４を受け入れ、受け入れた処理水Ｗ４を外部へ自然流下させる。これによって、排水路４４は、後段固液分離装置４の外部への処理水Ｗ４の排水を達成する。
【００７６】
電動ゲート４５ａおよび駆動部４５ｂは、上述した処理水路４３と排水路４４との連通経路を開閉するためのものである。具体的には、電動ゲート４５ａは、沈殿部４０の側壁に形成された開口部に配置される。駆動部４５ｂは、電動ゲート４５ａの開閉動作の駆動源である。すなわち、電動ゲート４５ａは、駆動部４５ｂの作用によって、この開口部の開閉動作を行い、これによって、処理水路４３と排水路４４との連通経路を開閉する。この連通経路の開放によって、処理水路４３から排水路４４への処理水Ｗ４の流通が可能となり、この連通経路の閉鎖によって、処理水路４３から排水路４４への処理水Ｗ４の流通が停止する。
【００７７】
往復式掻寄機４６ａおよび駆動部４６ｂは、沈殿部４０の底部に溜まった沈殿物を沈殿物集積部４０ａ内へ掻き寄せるためのものである。具体的には、往復式掻寄機４６ａは、楔形等の所定形状をなす複数のスクレーパを備え、沈殿物集積部４０ａからろ過部４１の下部に向けて延伸した構造を有する。駆動部４６ｂは、駆動軸等を介して往復式掻寄機４６ａと接続され、往復式掻寄機４６ａの駆動源として機能する。往復式掻寄機４６ａは、沈殿部４０底部の沈殿物に複数のスクレーパを接触させつつ、駆動部４６ｂの作用によって、往復式掻寄機４６ａの延伸方向（図５の太線両側矢印参照）に往復動作する。この結果、往復式掻寄機４６ａは、沈殿部４０底部の沈殿物を沈殿物集積部４０ａ内へ順次掻き寄せる。
【００７８】
送風装置４７ａ、空気噴出管４７ｂ、および洗浄排水路４８は、ろ過部４１内に充填された複数のろ材４２の洗浄機能を実行するための洗浄手段を構成する。なお、これら複数のろ材４２の洗浄機能が発揮される期間、電動ゲート４５ａは、処理水路４３と排水路４４との連通経路を閉じて、後段固液分離装置４の外部への処理水流通を遮断する。
【００７９】
送風装置４７ａは、ろ過部４１内に充填された複数のろ材４２の洗浄に必要な空気を空気噴出管４７ｂに送給する。空気噴出管４７ｂは、ろ過部４１内に流入した沈殿処理後の処理水Ｗ３に空気を噴出して、これら複数のろ材４２を撹拌洗浄する旋回流を、ろ過部４１内に発生させる。具体的には、空気噴出管４７ｂは、図５に示すように、ろ過部４１を構成する複数の槽に対応して分岐する多孔管である。空気噴出管４７ｂの空気噴出口は、これら複数の槽の各内部のうち、ろ材４２の充填層の下部であり且つ槽側壁部の近傍に配置される。空気噴出管４７ｂは、各ろ材４２の充填層に対し、その下層側から上方に向けて送風装置４７ａからの空気を噴出して、ろ過部４１内の処理水Ｗ３に上下方向の旋回流を発生させる。
【００８０】
洗浄排水路４８は、各ろ材４２の撹拌洗浄後の洗浄排水を排出するための排水路である。具体的には図６に示すように、洗浄排水路４８は、上部側が開口した水路であり、上述した処理水路４３に比して高い側壁を有して、ろ過部４１の上部に洗浄排水の排水経路を形成する。このような洗浄排水路４８は、上述した旋回流によってスクリーン４１ａからろ過部４１の上部に溢れ出た洗浄排水、すなわち、各ろ材４２の洗浄に用いた処理水Ｗ３を受け入れ、外部または沈殿部４０に向けて、この処理水Ｗ３を流通する。
【００８１】
制御部４９は、電動ゲート４５ａの駆動部４５ｂ、往復式掻寄機４６ａの駆動部４６ｂ、および送風装置４７ａの各動作を制御する。具体的には、制御部４９は、沈殿部４０内の処理水Ｗ３がろ過部４１によってろ過処理される期間、電動ゲート４５ａの開動作によって処理水路４３から排水路４４への連通経路を開放するように、駆動部４５ｂを制御する。また、制御部４９は、ろ過部４１内の各ろ材４２の洗浄機能が発揮される期間、電動ゲート４５ａの閉動作によって処理水路４３から排水路４４への連通経路を閉鎖するように、駆動部４５ｂを制御する。さらに、この期間、制御部４９は、空気噴出管４７ｂに空気を送給するように送風装置４７ａを制御する。一方、制御部４９は、所定の期間、連続的または断続的に往復式掻寄機４６ａを往復動作させるように駆動部４６ｂを制御する。
【００８２】
つぎに、図５，６の実線矢印に示される処理水Ｗ３，Ｗ４の流れを参照しつつ、後段固液分離装置４による処理水Ｗ３の固液分離処理について説明する。処理水Ｗ３は、まず、上述した散水ろ床３の流通管３２内を流通して、沈殿部４０内に自然流下する。
【００８３】
図５の実線矢印に示すように、沈殿部４０に流入した処理水Ｗ３は、その自然流下時の流入力を利用して、沈殿部４０の入側（沈殿物集積部４０ａ側）からろ過部４１の下部に向けて流れる。この期間、処理水Ｗ３中の汚泥等の固形成分は、処理水Ｗ３から分離して、沈殿部４０の底部に沈殿する。また、ろ過部４１の下部側から溢れた処理水Ｗ３は、沈殿部４０内において循環し、最終的に、ろ過部４１の下部に流れる。この場合においても、処理水Ｗ３中からの固形成分の沈殿分離は継続される。このようにして、後段固液分離装置４による処理水Ｗ３の固液分離処理のうちの一つ、すなわち、処理水Ｗ３の沈殿処理が達成される。なお、沈殿部４０の底部に沈殿した固形成分、すなわち、処理水Ｗ３から分離した沈殿物は、往復式掻寄機４６ａによって沈殿物集積部４０ａ内に掻き寄せられる。
【００８４】
上述した沈殿処理後の処理水Ｗ３は、ろ過部４１の下部に到達した後、図５の実線矢印に示すように、上向きの流れでスクリーン４１ｂおよびろ過部４１内を順次通過する。この場合、沈殿処理後の処理水Ｗ３は、図２に示した固液分離装置２のろ過処理に比して低速な流れで、複数のろ材４２の空隙内を通過する。このように沈殿処理後の処理水Ｗ３がろ材４２の空隙内を通過する間、この処理水Ｗ３中の固形成分は、各ろ材４２の表面に付着する。このような各ろ材４２への固形成分の付着によって、ろ過部４１は、この処理水Ｗ３中のＳＳ等の固形成分を漏れなく捕捉して、この処理水Ｗ３を固形成分と処理水Ｗ４とに分離する。このようにして、後段固液分離装置４による処理水Ｗ３の固液分離処理のうちの一つ、すなわち、処理水Ｗ３のろ過処理が達成される。
【００８５】
上述した固液分離処理（沈殿処理およびろ過処理）によって得られた処理水Ｗ４は、図５の実線矢印に示すように、スクリーン４１ａを通過してろ過部４１の上部に溢れ出る。続いて、処理水Ｗ４は、処理水路４３内に流入し、図６の実線矢印に示すように、処理水路４３から排水路４４内へ自然流下する。その後、処理水Ｗ４は、排水路４４内を自然流下して、外部環境に排出される。
【００８６】
つぎに、上述した固液分離装置２の逆洗浄機能について説明する。図７は、固液分離装置が逆洗浄機能を実行している状態を示す模式図である。なお、図７において、実線矢印は、液体の流れを示す。
【００８７】
図７に示すように、固液分離装置２は、上部側の共通ろ過水槽２３から下部側のろ過水槽２１に向けて強制的に流水することによって、通常の固液分離処理時とは逆方向の流水状態をろ材充填層２２に発生させて、ろ材充填層２２を逆洗浄する。
【００８８】
具体的には、逆洗浄機能を有効にする際、まず、排水弁２８ａ〜２８ｄを開状態にし、排水管２７ａ〜２７ｄを介して、ろ過水槽２１の各水槽内の下水Ｗ１を排水槽２６に導く。ついで、排水弁開放から所定の時間（例えば１０〜３０秒）が経過後に、図７に示すように、空気管２９からろ過水槽２１の各水槽に空気を導入する。
【００８９】
この状態において、共通ろ過水槽２３内のろ過水Ｗ２は、下向きの流れでろ材充填層２２を通過、すなわち逆流する。これとともに、空気管２９は、ろ材充填層２２の下面側から、ろ材充填層２２内の各浮上ろ材に向けて空気を放出する。これらの作用の相乗効果によって、ろ材充填層２２内の各浮上ろ材は、層内においてばらけるとともに転回または揺動等の動作を起こし、この結果、各浮上ろ材表面の微細粒子またはＳＳ等の固形成分が剥がれる。
【００９０】
この各浮上ろ材表面から剥がれた固形成分は、ろ過水槽２１内の下水Ｗ１またはろ材充填層２２内を逆流してきたろ過水Ｗ２とともに、排水管２７ａ〜２７ｄ内を流通して排水槽２６内に流入する。排水槽２６は、上述した固形成分を含む下水Ｗ１およびろ過水Ｗ２を逆洗排水として貯留する。
【００９１】
ここで、ろ材充填層２２内の浮上ろ材は、上述したように、０．１〜０．８の範囲内の見掛け比重を有する。このため、浮上ろ材は、ろ材充填層２２の上面からろ過水Ｗ２が逆流した場合であっても、ろ材充填層２２の内部において動作するにとどまり、ろ材充填層２２から流出することはない。
【００９２】
上述したようにして、固液分離装置２の逆洗浄機能が達成される。なお、固液分離装置２は、上述した逆洗浄機能を所定のタイミングで実行する。例えば、固液分離装置２は、ろ材充填層２２のろ過抵抗が所定の閾値以上である場合に逆洗浄を実行してもよいし、所定の時間が経過する毎に逆洗浄を実行してもよいし、これらの組み合わせでもよい。
【００９３】
この場合、固液分離装置２は、ろ材充填層２２のろ過抵抗を測定する測定部と、この測定部の測定結果に基づいて排水弁２８ａ〜２８ｄの開閉駆動を制御する制御部とを備えてもよいし、経過時間を測定する計時部と、この計時部の出力に基づいて排水弁２８ａ〜２８ｄの開閉駆動を制御する制御部とを備えてもよい。または、固液分離装置２は、上述した測定部、計時部および制御部を備えてもよい。
【００９４】
つぎに、上述した散水ろ床３のろ材充填層の洗浄機能について説明する。図８は、散水ろ床を構成する処理水槽がろ材充填層の洗浄機能を実行している状態を示す模式図である。この図８において、実線矢印は、液体の流れを示す。なお、散水ろ床３のろ材充填層の洗浄機能は、散水ろ床３を構成する複数の処理水槽３０ａ〜３０ｆ（図３参照）の各々において同様である。このため、以下では、散水ろ床３の洗浄機能の一例として、図４に示した処理水槽３０ａのろ材充填層３３ｂの洗浄機能を代表して説明する。
【００９５】
図８に示すように、処理水槽３０ａは、その内部に洗浄液を十分に貯留し、下層３３ｃ側からろ材充填層３３ｂへの空気噴出によって、ろ材充填層３３ｂ内の各ろ材３５を強制的に撹拌し、この撹拌後の洗浄液を洗浄排水管３９ａから排出することによって、ろ材充填層３３ｂを洗浄する。
【００９６】
具体的には、ろ材充填層３３ｂの洗浄機能を有効にする際、まず、弁３４ｂ，３９ｂを閉状態にし、処理水Ｗ３の排出を止める。ついで、ろ材充填層３３ｂの洗浄液としての洗浄水Ｗ５を、回転式散水装置３１の各散水ノズルから処理水槽３０ａに流入して、処理水槽３０ａの内部に洗浄水Ｗ５を貯留する。なお、洗浄水Ｗ５は、散水ノズルを用いずに処理水槽３０ａの上部開口から処理水槽３０ａに流入してもよい。
【００９７】
洗浄水Ｗ５は、弁３４ｂ，３９ｂが閉じているため、処理水槽３０ａの内部において順次増水し、最終的には、少なくともろ材充填層３３ｂを冠水させる。すなわち、処理水槽３０ａ内の洗浄水Ｗ５の液面は、下層３３ｃからろ材充填層３３ｂに順次達し、ついには、上層３３ａ内の高さまで達する。
【００９８】
洗浄水Ｗ５の液面が処理水槽３０ａの上層３３ａに達した状態において、処理水槽３０ａへの洗浄水Ｗ５の供給が停止し、ついで、送風装置３７ａが、空気噴出管３７ｂに空気を送給する。空気噴出管３７ｂは、図８に示すように、処理水槽３０ａの中心壁３６ａの近傍且つ下層３３ｃから、処理水槽３０ａ内の洗浄水Ｗ５に送風装置３７ａからの空気を噴出する。この空気噴出管３７ｂからの空気は、図８の実線矢印に示すように、洗浄水Ｗ５が邪魔板３８の周りを上下方向に旋回する旋回流を発生させる。すなわち、この噴出空気の作用によって、洗浄水Ｗ５は、処理水槽３０ａ内の中心側領域において上向きに流れ、上層３３ａにおいて、中心壁３６ａ側から円周壁３６ｂ側へ向けて横向きに流れる。また、洗浄水Ｗ５は、処理水槽３０ａ内の円周側領域において下向き流れ、ろ材流出防止網３３ｄの上部および下層３３ｃにおいて、円周壁３６ｂ側から中心壁３６ａ側へ向けて横向きに流れる。洗浄水Ｗ５の旋回流は、これら一連の流れの組み合わせによって成り立つ。
【００９９】
また、上述したような噴出空気の作用による洗浄水Ｗ５の旋回流の発生は、邪魔板３８によって促進される。すなわち、邪魔板３８は、処理水槽３０ａ内の中心側領域において、洗浄水Ｗ５の上向流以外の流れを邪魔しつつ上向流に変化させ、これによって、洗浄水Ｗ５の上向流を強化する。これと同時に、邪魔板３８は、処理水槽３０ａ内の円周側領域において、洗浄水Ｗ５の下向流以外の流れを邪魔しつつ下向流に変化させ、これによって、洗浄水Ｗ５の下向流を強化する。
【０１００】
なお、処理水槽３０ａ内の中心側領域および円周側領域は、上述したように、邪魔板３８によって仕切られた処理水槽３０ａ内の領域である。詳細には、中心側領域は、中心壁３６ａと邪魔板３８との間の領域であって、空気噴出管３７ｂから空気が噴出される噴出領域である。円周側領域は、円周壁３６ｂと邪魔板３８との間の領域であって、空気が噴出されない非噴出領域である。
【０１０１】
上述したように強化された旋回流の洗浄水Ｗ５は、ろ材充填層３３ｂに充填された複数のろ材３５を撹拌洗浄する。具体的には、これら複数のろ材３５の各々は、図８の実線矢印に示すように、洗浄水Ｗ５の旋回流によってばらけるとともに、洗浄水Ｗ５とともに強制的に邪魔板３８の周りを上下方向に旋回する。これと同時に、各ろ材３５は、洗浄水Ｗ５の作用によって強制的に転回または揺動等の動作を起こす。この結果、各ろ材３５表面に付着していた生物膜、ろ床ハエの卵および幼虫、その他ろ過水Ｗ２から除去した汚物等の付着物は、各ろ材３５表面から剥がれ、洗浄汚物として洗浄水Ｗ５中に漂う。なお、このような洗浄水Ｗ５の旋回流による各ろ材３５の撹拌洗浄は、各ろ材３５の洗浄に十分な時間、実施される。
【０１０２】
各ろ材３５の撹拌洗浄後、弁３９ｂを開状態にして洗浄排水管３９ａを開放する。上述した撹拌洗浄後の洗浄水Ｗ５は、洗浄排水として、洗浄汚物とともに、ろ材流出防止網３３ｄを通過して洗浄排水管３９ａから外部に排出される。ここで、ろ材３５の比重は、上述したように水の比重に近似する値に設定されている。また、ろ材流出防止網３３ｄによって、ろ材充填層３３ｂから下層３３ｃへのろ材３５の流出が阻止される。このため、ろ材３５は、上述した撹拌洗浄後に、ろ材充填層３３ｂの内部に留まる。なお、送風装置３７ａの空気送給は、撹拌洗浄後の洗浄水Ｗ５の排出期間中に継続してもよいし、弁３９ｂの開放時に停止してもよい。
【０１０３】
上述したようにして、処理水槽３０ａのろ材充填層３３ｂの洗浄機能が達成される。このような処理水槽３０ａは、ろ材充填層３３ｂの水処理能力が所定の閾値以下に低下した場合にろ材３５の洗浄を実行してもよいし、所定の時間が経過する毎にろ材３５の洗浄を実行してもよいし、これらの組み合わせでもよい。なお、図３に示した処理水槽３０ｂ〜３０ｆの各ろ材洗浄機能は、上述した処理水槽３０ａの場合と同様である。
【０１０４】
つぎに、上述した後段固液分離装置４のろ材洗浄機能について説明する。図９は、後段固液分離装置のろ材洗浄機能を説明するための模式図である。この図９において、実線矢印は、液体の流れを示す。以下、上述した図５，６および図９を参照しつつ、後段固液分離装置４によるろ過部４１の各ろ材４２の洗浄機能を詳細に説明する。
【０１０５】
後段固液分離装置４は、沈殿部４０への処理水Ｗ３の流入と、沈殿物集積部４０ａへの沈殿物の掻き寄せとを継続しつつ、処理水Ｗ３をろ材洗浄液として用いて、ろ過部４１内の各ろ材４２を洗浄する。
【０１０６】
具体的には、ろ過部４１のろ材洗浄機能を有効にする際、まず、電動ゲート４５ａを閉状態にして、排水路４４への処理水流出を止める。この状態において、ろ過部４１内の各ろ材４２は、処理水Ｗ３中に冠水する。
【０１０７】
ついで、後段固液分離装置４は、ろ過部４１内への処理水Ｗ３の流入を継続しつつ、送風装置４７ａおよび空気噴出管４７ｂを用いて、ろ過部４１内の処理水Ｗ３へ空気を噴出する。すなわち、送風装置４７ａは、制御部４９の制御に基づいて、空気噴出管４７ｂに空気を送給する。空気噴出管４７ｂは、図９に示すように、ろ過部４１の側壁近傍且つ下部側から、ろ過部４１内の処理水Ｗ３に送風装置４７ａからの空気を噴出する。
【０１０８】
この空気噴出管４７ｂからの空気は、図９の実線矢印に示すように、ろ過部４１内において処理水Ｗ３が上下方向に旋回する旋回流を発生させる。すなわち、この噴出空気の作用によって、処理水Ｗ３は、ろ過部４１内の空気噴出領域において上向きに流れるとともに、ろ過部４１内の空気非噴出領域において下向き流れる。この結果、ろ過部４１内の処理水Ｗ３は、図９に示すように、各槽中央を旋回中心として旋回する。なお、空気噴出領域は、空気噴出管４７ｂから空気が噴出される領域であり、空気非噴出領域は、空気が噴出されない領域である。
【０１０９】
上述したような旋回流の処理水Ｗ３は、ろ過部４１内に充填された複数のろ材４２を撹拌洗浄する。具体的には、これら複数のろ材３５の各々は、図９の実線矢印に示すように、処理水Ｗ３の旋回流によってばらけるとともに、ろ過部４１内において処理水Ｗ３とともに強制的に上下方向に旋回する。これと同時に、各ろ材４２は、この処理水Ｗ３の作用によって強制的に転回または揺動等の動作を起こす。この結果、各ろ材４２表面に付着していたＳＳ等の付着物は、各ろ材４２表面から容易に剥がれ、洗浄汚物として処理水Ｗ３中に漂う。なお、このような処理水Ｗ３の旋回流による各ろ材４２の撹拌洗浄は、各ろ材４２の洗浄に十分な時間、実施される。
【０１１０】
また、上述した各ろ材４２の撹拌洗浄が実施される期間、図９に示すように、処理水Ｗ３は、スクリーン４１ｂを通過してろ過部４１の下部からろ過部４１内へ順次、追加流入する。既に各ろ材４２の撹拌洗浄に用いられたろ過部４１内の処理水Ｗ３は、このろ過部４１内への処理水Ｗ３の追加流入に伴い、洗浄汚物とともにスクリーン４１ａを通過してろ過部４１の上部に溢れ出る。このようにろ過部４１の上部に溢れ出た処理水Ｗ３は、洗浄汚物とともに洗浄排水路４８内へ流入する。洗浄排水路４８は、図６に示したように、ろ過部４１の上部において処理水路４３と異なる排水路を形成している。洗浄排水路４８は、洗浄汚物を伴ってろ過部４１の上部に溢れ出た処理水Ｗ３を、洗浄排水として、後段固液分離装置４の外部槽（汚物処理槽等）へ流通する。なお、洗浄排水路４８は、このような洗浄排水を沈殿部４０へ流通してもよい。
【０１１１】
上述した各ろ材４２の撹拌洗浄を所定の時間実施した後、送風装置４７ａは、制御部４９の制御に基づいて、空気噴出管４７ｂへの空気の送給を停止する。この結果、ろ過部４１内の処理水Ｗ３および各ろ材４２の旋回流は減衰し、最終的に、この旋回流は停止する。制御部４９は、この旋回流の停止後から所定時間が経過するまで、駆動部４５ｂの制御を通して電動ゲート４５ａの閉状態を維持する。これによって、制御部４９は、ろ過部４１の上部に溢れ出た処理水Ｗ３中の洗浄汚物の濃度（例えばＳＳの濃度）が所定値以下に安定して減少するまで、排水路４４への処理水流出を阻止する。制御部４９は、この処理水Ｗ３中の洗浄汚物の濃度が所定値以下に安定して減少したタイミングに、電動ゲート４５ａの開放するように駆動部４５ｂを制御する。
【０１１２】
上述したようにして、ろ過部４１内の各ろ材４２の洗浄機能が達成される。後段固液分離装置４は、沈殿部４０の水位が所定のレベル以上に上昇した場合にろ材４２の洗浄を実行してもよいし、所定の時間が経過する毎にろ材４２の洗浄を実行してもよいし、これらの組み合わせでもよい。
【０１１３】
以上、説明したように、本発明の実施の形態１では、散水ろ床法による下水処理システムにおいて、散水ろ床の前段に、従来の最初沈殿池の代わりに固液分離装置を設置し、この固液分離装置が、処理対象の下水中のＳＳおよび固形性ＢＯＤ等の固形成分を捕捉している。このため、散水ろ床に処理対象の液体を流入する前の段階において、この処理対象の液体に本来含まれる固形成分を徹底的に除去することができる。この結果、散水ろ床の前段において、処理対象の下水を固形成分とろ過水とに徹底的に固液分離できるとともに、得られたろ過水中の有機物の殆どを溶解性有機物にすることができる。これによって、後段の散水ろ床への有機物負荷を低減できることから、散水ろ床の小型化を促進でき、この結果、最初沈殿池に比して極めて狭いスペースに、散水ろ床法による下水処理システムを設置できて、システム設置の省スペース化を図れる。さらには、散水ろ床に処理対象の液体を散布する散水ノズルの目詰まりを防止することができる。
【０１１４】
また、散水ろ床の前段の固液分離装置によって処理対象の液体中の固形成分を除去しているため、散水ろ床の前段において固液分離処理をしない場合よりもコンパクトな散水ろ床法の下水処理システムを構築できる。この結果、標準活性汚泥法に比して維持管理が容易であり且つ標準活性汚泥法と同等以上の浄水処理能力を有する下水処理システムを実現できるとともに、そのシステム設置の省スペース化を実現できる。
【０１１５】
さらに、散水ろ床の前段の固液分離装置によって処理対象の液体中のＳＳおよび固形性ＢＯＤ等を除去しているため、散水ろ床のろ材充填層の悪臭発生を抑制できる。さらには、散水ろ床にろ材充填層の洗浄機能を付加したため、所望のタイミングに散水ろ床内の各ろ材を洗浄することができる。これによって、散水ろ床のろ材充填層の腐敗および虫の卵または幼虫の付着を抑制でき、この結果、散水ろ床の悪臭発生をより一層抑制できるとともに、ろ床ハエの発生を防止できる。
【０１１６】
また、散水ろ床の後段に後段固液分離装置を設置し、この後段固液分離装置が、散水ろ床からの処理水に対して沈殿処理および低速ろ過処理を行っている。このため、散水ろ床からの処理水から汚泥等の固形成分を沈殿分離できるとともに、この沈殿処理後の処理水からＳＳ等の固形成分を捕捉除去できる。これによって、処理水中の固形成分（特にＳＳ）の除去率を可能な限り向上することができ、この結果、より透明度の高く清浄な処理水を外部環境に排出することができる。
【０１１７】
さらに、上述した散水ろ床および後段固液分離装置のろ過部のろ材として、円筒形ろ材を用いている。このため、容易にろ材製造できるとともに、水処理時における処理対象水とろ材表面との接触面積およびろ材充填層の空隙率を可能な限り増大できる。この結果、ろ材に要するコストを低減できるとともに、散水ろ床および後段固液分離装置の各水処理効率を向上できる。
【０１１８】
また、後段固液分離装置において、沈殿部内にろ過部を設置しているため、後段固液分離装置の小型化を促進できる。この結果、散水ろ床法による下水処理システムの小型化且つシステム設置の省スペース化に寄与できる。さらに、沈殿部内に流入した処理対象水の流入力を利用して、ろ過部内にろ過対象水を自然流入している。このため、ろ過対象水の流入ポンプをろ過部に設置する必要がなく、この結果、後段固液分離装置の装置構成を簡易化できるとともに、後段固液分離装置の製造コストおよび設置コストを可能な限り低減できる。
【０１１９】
さらに、後段固液分離装置のろ過部の洗浄液として、沈殿部内の貯留水（上述した処理水Ｗ３）を用いているため、ろ過部洗浄のための洗浄液を別途準備する必要がなく、且つ、沈殿部内への処理対象水の流入を継続しつつ、ろ過部を洗浄できる。これによって、洗浄液の流入ポンプ等のろ過部洗浄用設備が不要になるとともに、沈殿部内における処理対象水の沈殿処理を継続しつつ、ろ過部を洗浄できる。この結果、ろ過部洗浄に要するコストを可能な限り低減できるとともに、ろ過部の洗浄時であっても、処理対象水の沈殿処理効率を高く維持できる。
【０１２０】
また、各ろ材を冠水させた洗浄液に空気を噴出することによって、この洗浄液に旋回流を発生させ、この旋回流によって各ろ材を撹拌洗浄している。このため、各ろ材表面からＳＳ等の付着物を簡易に除去することができる。
【０１２１】
（実施の形態２）
つぎに、本発明の実施の形態２について説明する。実施の形態２では、上述した実施の形態１における散水ろ床３の後段に生物膜ろ過装置を設置し、散水ろ床３からの処理水Ｗ３を生物膜ろ過装置によって生物処理している。
【０１２２】
図１０は、本発明の実施の形態２にかかる下水処理システムの概略構成を示すブロック図である。図１０に示すように、本実施の形態２にかかる下水処理システム１１は、上述した実施の形態１にかかる下水処理システム１の後段固液分離装置４に代えて生物膜ろ過装置５を備える。その他の構成は実施の形態１と同じであり、同一構成部分には同一符号を付している。
【０１２３】
生物膜ろ過装置５は、本実施の形態２において、処理対象の下水Ｗ１に対する第３段階目の浄水処理を行うためのものである。具体的には、生物膜ろ過装置５は、散水ろ床３の後段に設置され、散水ろ床３によって得られた処理水Ｗ３を受け入れる。ついで、生物膜ろ過装置５は、この処理水Ｗ３を更に生物処理して、処理水Ｗ６を得る。その後、生物膜ろ過装置５は、川や池等の外部環境に処理水Ｗ６を排出する。
【０１２４】
つぎに、本実施の形態２における生物膜ろ過装置５について詳細に説明する。ここでは、まず、生物膜ろ過装置５の構成について説明し、その後、生物膜ろ過装置５による処理水Ｗ３の生物処理（ろ過処理）について説明する。
【０１２５】
図１１は、本発明の実施の形態２にかかる下水処理システムの生物膜ろ過装置の一構成例を示す模式図である。図１１に示すように、この生物膜ろ過装置５は、散水ろ床３からの処理水Ｗ３を受け入れて生物処理する生物処理槽５０と、この生物処理によって得られた処理水Ｗ６を排出する排水管５４とを備える。
【０１２６】
生物処理槽５０は、図１１に示すように、上層５１と、散水ろ床３からの処理水Ｗ３の生物処理を実行する生物膜ろ過層５２と、生物膜ろ過層５２を支持する支持砂利層５３とを備える。生物処理槽５０は、上層５１側に散水ろ床３の流通管３２が接続され、この流通管３２と連通している。生物処理槽５０は、流通管３２内を通って流入する処理水Ｗ３を上層５１内に受け入れる。
【０１２７】
生物膜ろ過層５２は、散水ろ床３によって得られた処理水Ｗ３の生物処理を行うためのものである。生物膜ろ過層５２には、上層５１内に散布された処理水Ｗ３が自然流下できる程度に、各ろ材の相互間において空隙を形成した状態でろ材が充填される。
【０１２８】
ここで、生物膜ろ過層５２に充填されるろ材の表面には、少なくとも好気性の微生物が付着されている。なお、この生物膜ろ過層５２内のろ材の形状は、生物膜ろ過層５２内を自然流下中の処理水Ｗ３とろ材表面との接触面積が大きくなるような形状に形成されればよい。
【０１２９】
支持砂利層５３は、生物膜ろ過層５２内のろ材に比してサイズが大きい砂利が充填された層である。支持砂利層５３は、上述した生物膜ろ過層５２を下方から支持するとともに、生物膜ろ過層５２から自然流下した処理水Ｗ６を下流側に流す。
【０１３０】
排水管５４は、生物膜ろ過層５２によって処理水Ｗ３を生物処理して得られた清浄な処理水Ｗ６を川や池等の外部環境に排出するためのものである。具体的には、排水管５４は、生物処理槽５０の下部であって支持砂利層５３の下流側に配置され、支持砂利層５３と連通する。排水管５４は、支持砂利層５３から自然流下した処理水Ｗ４を外部環境へ排出する。
【０１３１】
つぎに、図１１の実線矢印に示される処理水Ｗ３，Ｗ４の流れを参照しつつ、生物膜ろ過装置５による処理水Ｗ３の生物処理について説明する。処理水Ｗ３は、まず、上述した散水ろ床３の流通管３２内を流通して、生物処理槽５０の上層５１内に自然流下する。
【０１３２】
上層５１内に流入した処理水Ｗ３は、生物膜ろ過層５２内に自然流下する。生物膜ろ過層５２内に流入した処理水Ｗ３は、生物膜ろ過層５２内の各ろ材表面と順次接触しつつ自然流下し、このろ材表面と接触する毎に微生物によって生物処理され続ける。
【０１３３】
ここで、生物膜ろ過層５２内を通過中の処理水Ｗ３は、上述した散水ろ床３によって通気されつつ生物処理されて得られた処理水であるため、溶存酸素量（Dissolved  Oxygen：ＤＯ）が例えば４〜８［ｍｇ／ｌ］の値に高く保たれる。このため、生物処理槽５０は、処理水Ｗ３を生物処理する際に、生物膜（特に好気性微生物）に酸素を供給する曝気処理を行う必要がない。すなわち、生物処理槽５０は、処理水Ｗ３を曝気処理せず、無曝気状態の処理水Ｗ３を生物膜ろ過層５２内に通過させる。この結果、生物膜ろ過層５２内の好気性微生物は、無曝気状態で処理水Ｗ３を生物処理できる。
【０１３４】
生物膜ろ過層５２は、上述したようにＤＯが高い処理水Ｗ３を無曝気環境下で生物処理し、この結果、この処理水Ｗ３中の有機物（例えば有機性汚濁物質等）を分解処理するとともに、この処理水Ｗ３中のＳＳを捕捉除去する。このようにして、生物膜ろ過装置５による処理水Ｗ３の生物処理が達成される。
【０１３５】
その後、生物膜ろ過層５２は、上述したように処理水Ｗ３を生物処理して得られた処理水Ｗ６を下流側の支持砂利層５３に自然流出する。支持砂利層５３に到達した処理水Ｗ６は、支持砂利層５３内を自然流下しつつ、排水管５４の開口部に向けて流れる。その後、処理水Ｗ６は、排水管５４内を自然流下して、外部環境に排出される。なお、処理水Ｗ６は、上述した実施の形態１における処理水Ｗ４と同様に透明度が高く清浄なものである。
【０１３６】
以上、説明したように、本発明の実施の形態２では、後段固液分離装置に代えて生物膜ろ過装置を散水ろ床の後段に配置し、この生物膜ろ過装置が、散水ろ床による処理水を生物処理するように構成し、その他は実施の形態１と同様に構成している。このため、実施の形態１の場合と略同様の作用効果を享受するとともに、この生物膜ろ過装置にＤＯが高い処理水を供給することができる。これによって、この生物膜ろ過装置は、散水ろ床からの処理水に曝気処理する必要がなく、無曝気環境下において処理水の生物処理を行うことができる。この結果、散水ろ床からの処理水に含まれる有機性汚濁物質およびＳＳ等を捕捉除去でき、これによって、実施の形態１の場合と同様に透明度の高く清浄な処理水を外部環境に排出することができる。
【０１３７】
（変形例）
つぎに、上述した散水ろ床３の変形例について説明する。本発明の実施の形態１，２における散水ろ床３は、弁によって開放された洗浄排水管から洗浄排水を自然流出させていたが、散水ろ床３の変形例では、サイフォンの原理を利用して洗浄排水を排出している。図１２は、本発明における散水ろ床の一変形例を示す模式図である。図１２に示すように、本変形例にかかる散水ろ床は、実施の形態１，２における洗浄排水管３９ａおよび弁３９ｂに代えて洗浄排水管３９ｃを備える。その他の構成は実施の形態１，２と同じであり、同一構成部分には同一符号を付している。
【０１３８】
すなわち、本変形例にかかる散水ろ床のろ床本体は、実施の形態１，２と同様に複数の処理水槽３０ａ〜３０ｆによって構成されるが、本変形例において、処理水槽３０ａ〜３０ｆの各々は、洗浄排水管３９ａおよび弁３９ｂに代えて洗浄排水管３９ｃを備える。なお、図１２には、これら複数の処理水槽３０ａ〜３０ｆのうちの処理水槽３０ａが図示されているが、本変形例において、処理水槽３０ａの構成および機能（水処理機能およびろ材洗浄機能）は、残りの処理水槽３０ａ〜３０ｆと同様である。また、この処理水槽３０ａの水処理機能は、実施の形態１，２と同様である。以下では、図１２を参照しつつ、本変形例における処理水槽３０ａの構成および洗浄機能を代表して説明する。
【０１３９】
図１２に示すように、本変形例における処理水槽３０ａは、ろ材充填層３３ｂの洗浄機能を実行するための洗浄手段として、実施の形態１と同様の弁３４ｂ、送風装置３７ａ、空気噴出管３７ｂ、および邪魔板３８と、洗浄排水管３９ｃとを備える。その他の構成は、上述したように、実施の形態１，２と同じである。
【０１４０】
洗浄排水管３９ｃは、コの字型またはＵ字型等の断面形状に形成された排水管である。洗浄排水管３９ｃ内の流通経路の折り返し位置は、図１２に示すように、処理水槽３０ａの上層３３ａ側に形成され、洗浄排水管３９ｃの排水口は下層３３ｃ側に形成される。このような洗浄排水管３９ｃは、後述するように、この折り返し位置の頂部の高さまで処理水槽３０ａ内部に洗浄液が貯留された場合に、サイフォンの原理によって、この処理水槽３０ａ内部の洗浄液を管内に流通させて外部に排出する。
【０１４１】
なお、上述した固液分離装置２からのろ過水Ｗ２を生物処理して処理水Ｗ３を得る期間、弁３４ｂは開いた状態である、このため、処理水Ｗ３は、下層３３ｃに流下した後、直ちに流通管３４ａ内に流れる。したがって、ろ過水Ｗ２の生物処理の実行時に、処理水Ｗ３がろ材充填層３３ｂの上面の高さまで溜まることは殆どなく、勿論、処理水Ｗ３が洗浄排水管３９ｃの折り返し位置の頂部の高さまで溜まることは、あり得ない。
【０１４２】
つぎに、本変形例にかかる散水ろ床の洗浄機能の一例として、処理水槽３０ａのろ材充填層３３ｂの洗浄機能を説明する。本変形例におけるろ材充填層３３ｂの洗浄機能は、サイフォンの原理を用いて洗浄水Ｗ５の下向流を発生させるとともに洗浄排水管３９ｃから洗浄排水を排出すること以外、実施の形態１，２と同様である。以下では、図１２を参照しつつ、この洗浄機能に関する本変形例と実施の形態１，２との相違点を説明する。なお、図１２において、実線矢印は、液体の流れを示す。
【０１４３】
図１２に示すように、処理水槽３０ａは、空気噴出管３７ｂによる下層３３ｃからの空気噴出によって各ろ材３５を強制的に撹拌しつつ、回転式散水装置３１の各散水ノズルから自然流下する洗浄水Ｗ５を順次受け入れる。処理水槽３０ａ内の洗浄水Ｗ５は、空気噴出管３７ｂから噴出された空気によって旋回流を起こしつつ、新たな洗浄水Ｗ５の追加流入によって順次増量される。この状態において、処理水槽３０ａ内の洗浄水Ｗ５の液面は、ろ材充填層３３ｂよりも上方に達し、ついには、上層３３ａの高さまで達する。
【０１４４】
この洗浄水Ｗ５の流入に伴い、洗浄水Ｗ５は、図１２に示すように、洗浄排水管３９ｃの内部に流入する。この場合、洗浄排水管３９ｃ内に流入した洗浄水Ｗ５の液面は、処理水槽３０ａ内の洗浄水Ｗ５の液面と略同じ高さとなる。
【０１４５】
その後、洗浄排水管３９ｃ内の洗浄水Ｗ５の液面は、処理水槽３０ａ内への洗浄水Ｗ５の流入に伴って上昇し、最終的に、洗浄排水管３９ｃの折り返し位置の頂部の高さＨに到達する。この際、図１２に示すように、処理水槽３０ａ内の洗浄水Ｗ５の液面も、この高さＨに到達している。
【０１４６】
この状態において、洗浄水Ｗ５は、洗浄排水管３９ｃを用いたサイフォンの原理によって、図１２の実線矢印に示すように洗浄排水管３９ｃの排水口から排出される。これに伴って、処理水槽３０ａ内の洗浄水Ｗ５は、ろ材流出防止網３３ｄを通過後に洗浄排水管３９ｃを通って強制的に排出される。この洗浄水Ｗ５の強制的な排出現象は、処理水槽３０ａ内において旋回中の洗浄水Ｗ５に下向流を強制的に発生させる。すなわち、処理水槽３０ａ内の洗浄水Ｗ５には、空気噴出等による旋回流とサイフォンの原理による下向流とが同時に発生する。処理水槽３０ａ内の洗浄水Ｗ５は、このような旋回流と下向流との相乗作用によって、より一層強力に各ろ材３５を撹拌洗浄する。この結果、各ろ材３５表面に付着していた生物膜、ろ床ハエの卵および幼虫、その他ろ過水Ｗ２から除去した汚物等の付着物は、より確実に各ろ材３５表面から剥がれ、洗浄汚物として洗浄水Ｗ５中に漂う。
【０１４７】
上述した撹拌洗浄後の洗浄水Ｗ５は、洗浄排水として、洗浄汚物とともに、ろ材流出防止網３３ｄを通過して洗浄排水管３９ｃから外部に排出される。一方、ろ材３５は、上述したようにサイフォンの原理によって洗浄水Ｗ５が洗浄排水管３９ｃの排水口から排出された場合であっても、ろ材流出防止網３３ｄの作用等によって、撹拌洗浄後にろ材充填層３３ｂの内部に留まる。したがって、ろ材３５は、洗浄排水管３９ｃに流入することはない。上述したようにして、本変形例におけるろ材充填層３３ｂの洗浄機能が達成される。
【０１４８】
以上、説明したように、本変形例では、各ろ材の洗浄手段のうちの洗浄排水管としてサイフォン管を用い、サイフォンの原理を利用して、各ろ材の撹拌洗浄の水流を強化するとともに洗浄排水を排出するように構成し、その他を実施の形態１，２と同様に構成している。このため、実施の形態１，２の場合と同様の作用効果を享受するとともに、サイフォンの原理による下向流を洗浄水の旋回流に追加して、各ろ材の撹拌力を高めることができ、この結果、ろ材洗浄能力を高めて、より確実に各ろ材を洗浄することができる。
【０１４９】
なお、上述した実施の形態１，２および変形例では、散水ろ床３の後段に、後段固液分離装置４または生物膜ろ過装置５を設置していたが、これに限らず、散水ろ床３の後段に、後段固液分離装置４以外の固液分離装置（例えば沈殿部内にろ過層を備えていない固液分離装置）を備えてもよいし、生物膜ろ過装置５以外の生物膜ろ過装置（例えば曝気式の生物膜ろ過装置）を設置してもよいし、通常の最終沈殿池を設置してもよい。
【０１５０】
或いは、散水ろ床３を最終浄水手段にして散水ろ床の後段に浄水処理施設を設置せず、散水ろ床３による処理水を外部環境に排出してもよい。なお、上述した散水ろ床３による処理水Ｗ３は、後段固液分離装置４による処理水Ｗ４または生物膜ろ過装置５による処理水Ｗ６に比して透明度は劣るものの、外部環境に流出しても環境上問題ない程度に浄化処理されている。
【０１５１】
また、上述した実施の形態１，２および変形例では、ろ材充填層の洗浄機能を有する散水ろ床を用いた下水処理システムを例示していたが、これに限らず、ろ材充填層の洗浄機能を有していない散水ろ床を用いた下水処理システムであってもよい。
【０１５２】
さらに、上述した実施の形態１，２および変形例では、散水ろ床３のろ材充填層３３ｂを洗浄するために洗浄水Ｗ５を用いたが、これに限らず、固液分離装置２によって処理されたろ過水Ｗ２を処理水槽３０ａに流入し、このろ過水Ｗ２によってろ材充填層３３ｂを洗浄してもよい。このことは、残りの処理水槽３０ｂ〜３０ｆについても同様である。
【０１５３】
また、上述した実施の形態１，２および変形例では、固液分離装置２においてポンプ２４ｅを動作させて下水Ｗ１を流通させていたが、これに限らず、ポンプ２４ｅを用いなくてもよい。すなわち、ポンプ等の動力を用いずに、高低差（位置エネルギー）を利用して下水Ｗ１を分配槽２０またはろ過水槽２１に自然に流入してもよい。
【０１５４】
さらに、上述した実施の形態２では、生物膜ろ過装置５の上部から処理水Ｗ３を自然流下させていたが、これに限らず、生物膜ろ過装置５の側部から処理水Ｗ３を流入してもよいし、生物膜ろ過層５２を生物処理槽５０の上部側に配置して生物膜ろ過装置５の下部から処理水Ｗ３を流入してもよい。何れの場合であっても、無曝気環境下で生物膜ろ過層５２に処理水Ｗ３を流入すればよい。
【０１５５】
また、上述した実施の形態１，２および変形例では、固液分離装置２のろ過水槽２１を４分割していたが、これに限らず、固液分離装置２は、上向きの流れで下水Ｗ１がろ材充填層２２を通過するための水槽が１以上備わっているろ過水槽であればよい。
【０１５６】
さらに、上述した実施の形態１，２および変形例では、散水ろ床または後段固液分離装置のろ材として、円筒形ろ材を用いていたが、これに限らず、ろ材の形状は、ろ材と処理対象水との接触面積を大きくする形状であれば、多角形状または十字形状等の所望の形状であってもよい。
【０１５７】
また、上述した変形例では、散水ろ床の各ろ材を洗浄する際、噴出空気による旋回流とサイフォンの原理による下向流とを組み合わせて各ろ材を撹拌洗浄していたが、これに限らず、噴出空気による旋回流を用いず、サイフォンの原理による下向流を利用して各ろ材を撹拌洗浄してもよい。この場合、送風装置および空気噴出管等の空気供給手段と邪魔板とを散水ろ床に設けなくてもよい。また、散水ろ床による処理水Ｗ３をサイフォンの原理によって流出してもよい。この場合、流通管３４ａの代わりにサイフォン管を設け、このサイフォン管から処理水Ｗ３を流出してもよいし、このサイフォン管として洗浄排水管３９ｃを用いてもよい。
【０１５８】
さらに、上述した実施の形態１，２および変形例では、６つの処理水槽３０ａ〜３０ｆを組み合わせてなるろ床本体３０を備えた散水ろ床３を例示したが、ろ床本体３０を構成する処理水槽の数は、６つに限定されない。すなわち、ろ床本体３０は、単一の処理水槽によって構成されてもよいし、複数の処理水槽によって構成されてもよい。
【０１５９】
また、上述した実施の形態１，２および変形例では、散水ろ床の各処理水槽内に邪魔板を配置していたが、これに限らず、散水ろ床内に邪魔板を配置せず、空気噴出のみによって洗浄液に旋回流を発生させてもよい。この場合、散水ろ床に要望されるろ材洗浄能力に応じて、散水ろ床内に邪魔板を配置するか否かを決定してもよい。
【０１６０】
さらに、上述した実施の形態１では、後段固液分離装置４のろ過部４１を複数の槽に分割していたが、これに限らず、ろ過部４１は、単一の槽であってもよい。すなわち、本発明において、ろ過部４１の槽数は、特に問わない。
【０１６１】
また、上述した実施の形態１では、後段固液分離装置４の沈殿部４０における沈殿物を往復式掻寄機４６ａによって沈殿物集積部４０ａに掻き寄せていたが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、沈殿物集積部４０ａに沈殿物を集めることができれば、チェーンフライト式掻寄機等、往復式以外の装置であってもよい。
【０１６２】
また、上述した実施の形態１，２および変形例により本発明が限定されるものではなく、上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。その他、上述した実施の形態１，２または変形例に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例および運用技術等は全て本発明に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１６３】
以上のように、本発明にかかる下水処理システムは、散水ろ床法による下水処理システムに有用であり、特に、散水ろ床からの悪臭およびろ床ハエの発生を抑制できるとともに、散水ノズルの目詰まり防止およびシステム設置の省スペース化を実現できる下水処理システムに適している。
【符号の説明】
【０１６４】
１，１１，１００  下水処理システム
２  固液分離装置
３，１０２  散水ろ床
４  後段固液分離装置
５  生物膜ろ過装置
２０  分配槽
２１  ろ過水槽
２１ａ〜２１ｄ  流入配管
２２，３３ｂ  ろ材充填層
２２ａ，４１ａ，４１ｂ  スクリーン
２３  共通ろ過水槽
２４  分配管
２４ａ〜２４ｄ，３４ｂ，３９ｂ  弁
２４ｅ  ポンプ
２５  開水路
２６  排水槽
２７ａ〜２７ｄ，５４  排水管
２８ａ〜２８ｄ  排水弁
２９  空気管
３０  ろ床本体
３０ａ〜３０ｆ  処理水槽
３１  回転式散水装置
３２，３４ａ  流通管
３３ａ，５１  上層
３３ｃ  下層
３３ｄ  ろ材流出防止網
３５，４２  ろ材
３６ａ  中心壁
３６ｂ  円周壁
３７ａ，４７ａ  送風装置
３７ｂ，４７ｂ  空気噴出管
３８  邪魔板
３９ａ，３９ｃ  洗浄排水管
４０  沈殿部
４０ａ  沈殿物集積部
４１  ろ過部
４３  処理水路
４４  排水路
４５ａ  電動ゲート
４５ｂ，４６ｂ  駆動部
４６ａ  往復式掻寄機
４８  洗浄排水路
４９  制御部
５０  生物処理槽
５２  生物膜ろ過層
５３  支持砂利層
１０１  最初沈殿池
１０３  最終沈殿池
Ｗ１  下水
Ｗ２  ろ過水
Ｗ３，Ｗ４，Ｗ６  処理水
Ｗ５  洗浄水
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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