(57)【要約】      （修正有）【課題】曝気洗浄後における有機物の分解作用の低下を抑制することが可能な、散水ろ床型水処理装置の提供。【解決手段】散水ろ床型水処理装置は、被処理水を生物反応処理するための水槽１１と、前記水槽に収容されているろ材層１５と、前記ろ材層１５よりも重力方向の上側に配され、前記被処理水を前記ろ材層に散布する散水器１２と、前記ろ材層１５よりも重力方向の下側に設けられ、前記ろ材層を通過した処理水を前記水槽から排出する第１排出口Ｔ２ａと、前記ろ材層１５の重力方向の下側に少なくとも１つが配され、かつ前記ろ材層１５に空気を送出する１又は複数の曝気部１９，２０と、を有している。前記ろ材層１５は、第１ろ材１６ａで主として構成される、重力方向の下側に配された第１ろ材層１６と、前記第１ろ材１６ａよりも比重が軽い第２ろ材１７ａで主として構成される、前記第１ろ材層１６の重力方向の上側に配された第２ろ材層１７とを有している。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理水を生物反応処理するための水槽と、
前記水槽に収容されているろ材層と、
前記ろ材層よりも重力方向の上側に配され、前記被処理水を前記ろ材層に散布する散水器と、
前記ろ材層よりも重力方向の下側に設けられ、前記ろ材層を通過した処理水を前記水槽から排出する第１排出口と、
前記ろ材層よりも重力方向の下側に設けられ、前記ろ材層を洗浄した水を前記水槽から排出する第２排出口と、
前記ろ材層の重力方向の下側に少なくとも１つが配され、かつ前記ろ材層に空気を送出する１又は複数の曝気部と、
を有し、
前記ろ材層は、第１ろ材で主として構成される、重力方向の下側に配された第１ろ材層と、前記第１ろ材よりも比重が軽い第２ろ材で主として構成される、前記第１ろ材層の重力方向の上側に配された第２ろ材層とを有していることを特徴とする散水ろ床型水処理装置。
【請求項２】
前記曝気部は、前記ろ材層の重力方向の下側に配された第１曝気部と、前記ろ材層の重力方向の中間部に配された第２曝気部と、
を有する、請求項１に記載の散水ろ床型水処理装置。
【請求項３】
前記第１ろ材は、比重が１．０〜１．２であり、
前記第２ろ材は、比重が０．９〜１．０であり、
前記第１ろ材と前記第２ろ材の比重の差は、０．０３以上である、請求項１又は２に記載の散水ろ床型水処理装置。
【請求項４】
前記第１ろ材層と前記第２ろ材層の重力方向の厚さの比は、３：７乃至８：２である、請求項１乃至３のいずれかに記載の散水ろ床型水処理装置。
【請求項５】
被処理水を生物反応処理するための水槽と、
前記水槽に収容されているろ材層と、
前記ろ材層よりも重力方向の上側に配され、前記被処理水を前記ろ材層に散布する散水器と、
前記ろ材層よりも重力方向の下側に設けられ、前記ろ材層を通過した処理水を前記水槽から排水する第１排出口と、
前記ろ材層よりも重力方向の下側に設けられ、前記ろ材層を洗浄した水を前記水槽から排出する第２排出口と、
前記ろ材層の重力方向の下側に少なくとも１つが配され、かつ記ろ材層に空気を送出する１又は複数の曝気部とを有する散水ろ床型水処理装置の洗浄方法であって、
前記ろ材層として、第１ろ材で主として構成される、重力方向の下側に配された第１ろ材層と、前記第１ろ材よりも比重が軽い第２ろ材で主として構成される、前記第１ろ材層の重力方向の上側に配された第２ろ材層とを有するものを用い、
前記水槽に水を張って前記ろ材層を水中に浸漬させる水張り工程と、
前記曝気部から前記ろ材層に空気を送出させて前記第１ろ材と前記第２ろ材とを攪拌する曝気工程と、
前記曝気工程終了後、前記第２排出口から前記水を排出する排水工程とを含む操作を行うことを特徴とする散水ろ床型水処理装置の洗浄方法。
【請求項６】
前記曝気部は、前記ろ材層の重力方向の下側に配された第１曝気部と、前記ろ材層の重力方向の中間部に配された第２曝気部と、を有し、
前記曝気工程は、
前記第１曝気部、又は第１曝気部及び第２曝気部から、空気を送出させる第１曝気工程と、
前記第１曝気部からの空気の噴出を停止して、前記第２曝気部から空気を送出させる第２曝気工程と、
前記第２曝気部からの空気の送出を停止する曝気終了工程と、
を含むことを特徴とする請求項５に記載の散水ろ床型水処理装置の洗浄方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水槽に収容されたろ材の表面に被処理水を散水して被処理水を浄化する散水ろ床型水処理装置及び散水ろ床型水処理装置の洗浄方法に関する。
【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ている。ろ材層のろ材には、被処理水に含まれている有機物を分解する、すなわち、生物反応処理をする微生物が付着している。そして、被処理水をろ材層に散水すると、被処理水がろ材層を通過する過程で、被処理水中の有機物が微生物によって分解されて浄化され、水槽の下部から排出されるようになっている。
【０００３】
ろ材層のろ材には、被処理水が生物反応処理される過程で生じる汚泥や、被処理水中の浮遊物等の付着物が付着する。ろ材にこれらの付着物が厚く付着すると微生物の活性が低下するため、ろ材層を洗浄することが定期的に行なわれている。
【０００４】
ろ材層の洗浄方法の１つの方法として、水槽に水を張ってろ材層を水に浸漬させ、曝気等の手段によってろ材層を攪拌し、次いで水を水槽から排出する、いわゆる曝気洗浄する方法が特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２０１２／１６１３３９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
散水ろ床型水処理装置において、被処理水中に含まれる有機物は、ろ材に付着した様々な微生物によって分解される。例えば、被処理水に含まれる蛋白質は、アンモニア化成菌によってアンモニアに分解され、次いで分解されたアンモニアは、硝酸化成菌によって酸化されて硝酸になる。
【０００７】
被処理水中に含まれる蛋白質が上記のような過程を経て分解される結果、ろ材層の上方に配置されたろ材表面には、アンモニア化成菌が比較的多く付着し、ろ材層の下方に配置されたろ材表面には、硝酸化成菌が比較的多く付着した状態となる。このように、ろ材層を構成するろ材の表面には、ろ材層の上下方向に沿って、被処理水の有機物の分解に適した微生物叢が形成される。
【０００８】
しかしながら、曝気洗浄においては、曝気部によって発生した水槽内の水流によって、水槽の下方に配されたろ材が舞い上がり、水槽の上方に配されたろ材と混合されるため、ろ材層の上下方向に沿って変化するように形成された微生物叢が乱されてしまう。例えば、アンモニア化成菌が付着していた上方のろ材の一部が下方に移動し、硝酸化成菌が付着していた下方のろ材の一部が上方に移動する。
【０００９】
それ故、曝気洗浄の後、微生物叢が元に戻るまでは、被処理水中に含まれる有機物の分解、浄化作用が効率よく行われなくなり、有機物の分解、浄化が不十分になる可能性があった。例えば、アンモニア化成菌による蛋白質のアンモニアへの分解、硝酸化成菌によるアンモニアの硝酸への酸化の速度が低下して、蛋白質の分解、浄化が不十分となる可能性があった。
【００１０】
そして、曝気洗浄の前と同等の生物反応処理の速度とするためには、水槽の下方から上方に移動した硝酸化成菌を担持したろ材にアンモニア化成菌を担持させ、かつ水槽の上方から下方に移動したアンモニア化成菌を担持したろ材に硝酸化成菌を担持させなければならない。しかし、曝気洗浄の前と同じ状態の微生物叢にするには、時間がかかるという問題があった。特に硝酸化成菌は、増殖する速度がアンモニア化成菌よりも遅く、曝気洗浄の前と同じ状態の菌叢になるまでに時間がかかるという問題があった。
【００１１】
本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、散水ろ床型水処理装置の曝気洗浄後における有機物の分解作用の低下を抑制することが可能な散水ろ床型水処理装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明の散水ろ床型水処理装置は、被処理水を生物反応処理するための水槽と、前記水槽に収容されているろ材層と、前記ろ材層よりも重力方向の上側に配され、前記被処理水を前記ろ材層に散布する散水器と、前記ろ材層よりも重力方向の下側に設けられ、前記ろ材層を通過した処理水を前記水槽から排出する第１排出口と、前記ろ材層よりも重力方向の下側に設けられ、前記ろ材層を洗浄した水を前記水槽から排出する第２排出口と、前記ろ材層の重力方向の下側に少なくとも１つが配され、かつ前記ろ材層に空気を送出する１又は複数の曝気部と、を有し、前記ろ材層は、第１ろ材で主として構成される、重力方向の下側に配された第１ろ材層と、前記第１ろ材よりも比重が軽い第２ろ材で主として構成される、前記第１ろ材層の重力方向の上側に配された第２ろ材層とを有していることを特徴としている。
【００１３】
本発明の散水ろ床型水処理装置によれば、ろ材層は、第１ろ材で主として構成される、重力方向の下側に配された第１ろ材層と、前記第１ろ材よりも比重が軽い第２ろ材で主として構成される、第１ろ材層の重力方向の上側に配された第２ろ材層とを有している。従って、洗浄のために水槽に水を張って曝気処理を行うことにより、第１ろ材と第２ろ材とが入り混じっても、曝気処理が終了すると、比重の大きい（重い）第１ろ材は下方に沈降し、比重の小さい（軽い）第２ろ材は上方に移動するので、上下のろ材が入れ替わることが少なくなる。その結果、ろ材層の上下で異なっていた、洗浄前の微生物叢が復元しやすくなり、洗浄後の微生物による有機物の分解作用の低下を抑制して、生物化学反応の立ち上がりを早くすることができる。
【００１４】
本発明の散水ろ床型水処理装置においては、前記曝気部は、前記ろ材層の重力方向の下側に配された第１曝気部と、前記ろ材層の重力方向の中間部に配された第２曝気部と、を有することが好ましい。
【００１５】
上記態様によれば、第１曝気部単独、又は第１曝気部及び第２曝気部から曝気させることにより、ろ材層全体のろ材を攪拌することができるので、洗浄操作を効率よく行うことができる。次いで、第１曝気部を停止して、第２曝気部から曝気させることにより、主としてろ材層の上方に配置されたろ材が攪拌されるので、ろ材層の上方に移動していた第１ろ材が沈降して第１ろ材層に戻りやすくなり、第１ろ材で主として構成される第１ろ材層と、第２ろ材で主として構成される第２ろ材層とが復元しやすくなる。
【００１６】
本発明の散水ろ床型水処理装置においては、前記第１ろ材は、比重が１．０〜１．２であり、前記第２ろ材は、比重が０．９〜１．０であり、前記第１ろ材と前記第２ろ材の比重の差は、０．０３以上であることが好ましい。
【００１７】
上記態様によれば、第１ろ材の比重は、水と同等かそれよりも重いため、水槽の底部側に移動しやすくなる。第２ろ材の比重は、水と同等かそれよりも軽く、かつ、第１ろ材よりも０．０３以上軽いため、水槽の上部側に浮上しやすくなる。従って、曝気洗浄後に第１ろ材層に戻る第１ろ材の割合や、第２ろ材層に戻る第２ろ材の割合を高めることができる。
【００１８】
また、前記第１ろ材層と前記第２ろ材層の重力方向の厚さの比は、３：７乃至８：２であることが好ましい。
【００１９】
上記態様によれば、第１ろ材層と第２ろ材層の重力方向の厚さの比を上記の範囲にすることにより、洗浄後の微生物叢の変動を少なくすることができ、被処理水中の有機物の分解効率を良好に維持することができる。
【００２０】
一方、本発明の散水ろ床型水処理装置の洗浄方法は、被処理水を生物反応処理するための水槽と、前記水槽に収容されているろ材層と、前記ろ材層よりも重力方向の上側に配され、前記被処理水を前記ろ材層に散布する散水器と、前記ろ材層よりも重力方向の下側に設けられ、前記ろ材層を通過した処理水を前記水槽から排水する第１排出口と、前記ろ材層よりも重力方向の下側に設けられ、前記ろ材層を洗浄した水を前記水槽から排出する第２排出口と、前記ろ材層の重力方向の下側に少なくとも１つが配され、かつ記ろ材層に空気を送出する１又は複数の曝気部を有する散水ろ床型水処理装置の洗浄方法であって、前記ろ材層として、第１ろ材で主として構成される、重力方向の下側に配された第１ろ材層と、前記第１ろ材よりも比重が軽い第２ろ材で主として構成される、前記第１ろ材層の重力方向の上側に配された第２ろ材層とを有するものを用い、前記水槽に水を張って前記ろ材層を水中に浸漬させる水張り工程と、前記曝気部から前記ろ材層に空気を送出させて前記第１ろ材と前記第２ろ材とを攪拌する曝気工程と、前記曝気工程終了後、前記第２排出口から前記水を排出する排水工程とを含む操作を行うことを特徴としている。
【００２１】
本発明の散水ろ床型水処理装置の洗浄方法によれば、水張り工程の後、曝気工程を行うことにより、第１ろ材と第２ろ材とが攪拌され、それぞれのろ材表面に付着した汚泥や、被処理水中の浮遊物等が除去されて、微生物が作用しやすい形態に復元される。そして、曝気工程が終わると、比重の重い第１ろ材は下方に沈み、比重の軽い第２ろ材は上方に浮き上がる傾向があるので、下方の第１ろ材層には第１ろ材が主として集積し、上方には第２ろ材が主として集積するので、ろ材層が上下で入れ替わることを少なくすることができる。その結果、第１ろ材層の微生物叢と、第２ろ材層の微生物叢とを元の状態に戻すことができ、洗浄後の微生物による有機物の分解作用の低下を抑制して、生物化学反応の立ち上がりを早くすることができる。
【００２２】
本発明の散水ろ床型水処理装置の洗浄方法においては、前記曝気部は、前記ろ材層の重力方向の下側に配された第１曝気部と、前記ろ材層の重力方向の中間部に配された第２曝気部と、を有し、前記曝気工程は、前記第１曝気部、又は第１曝気部及び第２曝気部から、空気を送出させる第１曝気工程と、前記第１曝気部からの空気の送出を停止して、前記第２曝気部から空気を送出させる第２曝気工程と、前記第２曝気部からの空気の送出を停止する曝気終了工程と、を含むことが好ましい。
【００２３】
上記態様によれば、第１曝気工程において、第１ろ材層と第２ろ材層の全体のろ材が攪拌されて、それらの表面に付着した汚泥や水中の浮遊物を効果的に除去することができる。第１曝気工程が終了すると、比重の違いによって、第１ろ材は下方に沈み、第２ろ材は上方に移動して、第１ろ材層には第１ろ材が多く含有され、第２ろ材層には第２ろ材が多く含有される状態になるが、第１ろ材が第２ろ材層に混入したまま、あるいは第２ろ材が第１ろ材層に混入したままで残るものもある。
【００２４】
そこで、第１曝気工程終了後に、前記第１曝気部からの空気の送出を停止して、ろ材層の重力方向の中間部に配置された前記第２曝気部から空気を送出させる第２曝気工程を行うと、ろ材層の上方に位置する第２ろ材層が主として攪拌され、第２ろ材層に混入した第１ろ材が沈むと共に、第１ろ材層に混入した第２ろ材が上方に移動して、第１ろ材層に第１ろ材を、第２ろ材層に第２ろ材を、それぞれより多く戻すことができるので、洗浄処理前のそれぞれのろ材の配置関係をより完璧に復元し、微生物叢の変化をより効果的に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明による散水ろ床水処理装置の斜視図である。
【図２】本発明による散水ろ床水処理装置の図１のＡ−Ａ線の断面図である。
【図３】本発明による散水ろ床水処理装置の洗浄方法を示すフローである。
【図４】図３のステップＳ１０１が行われた直後の水槽の態様を示した図である。
【図５】図３のステップＳ１０２が行われている最中の水槽の態様を示した図である。
【図６】図３のステップＳ１０３が行われている最中の水槽の態様を示した図である。
【図７】図３のステップＳ１０４が行われた直後の水槽の態様を示した図である。
【図８】実施例２に係る散水ろ床水処理装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００２６】
以下、図面を参照しつつ、本発明による散水ろ床型水処理装置について説明する。散水ろ床型水処理装置は、被処理水に含まれている有機物を微生物によって分解処理する装置である。
【００２７】
図１に示すように、散水ろ床水処理装置１０の水槽１１は、その内部に被処理水を収容可能に円筒状に形成されている。水槽１１の上端は、開口して形成されている。水槽１１には、微生物が付着した複数のろ材によって構成されているろ材層（図示せず）が充填（収容）されている。水槽１１は、被処理水を生物反応処理するための収容部材である。尚、水槽１１は、円筒状に限られず角筒状であってもよい。また、水槽１１は、地下を掘って形成されたプールのような槽であってもよい。また、水槽１１の上端は必ずしも開口していなくてもよく、閉塞して形成されていてもよい。水槽１１の上端を閉塞して形成した場合は、水槽１１の内部を視認可能な点検口を水槽１１の上端に設けるとよい。
【００２８】
水槽１１の開口端の近傍には、被処理水をろ材層に向けて散布する散水器１２が設けられている。散水器１２は、例えば、被処理水の散布による反力を利用して水槽１１の円周方向に沿って回転する回転式散水器である。
【００２９】
図２は、図１の散水ろ床水処理装置のＡ−Ａ線断面を示している。図２に示すように、支持板１３は、水槽１１の重力方向における下方に設けられている。支持板１３は、水槽１１の内壁の形状に沿うように円板状且つ網目状に形成されている。
【００３０】
支持板１３上には、被処理水の生物処理を行うためのろ材層１５が配されている。ろ材層１５は、水槽１１において重力方向の下方側に配されている第１ろ材層１６と、第１ろ材層１６の重力方向の上方に配された第２ろ材層１７を含む。
【００３１】
第１ろ材層１６は、複数の第１ろ材１６ａによって主として構成されている。複数の第１ろ材１６ａは、例えば、一端が開口する円筒状に形成されている。複数のろ材１６ａの各々は、支持板１３の網目よりも大きく形成されている。従って、支持板１３は、ろ材層１５の複数の第１ろ材１６ａを支持すると共に、第１ろ材１６ａが支持板１３よりも重力方向の下方に移動することを防止する。
【００３２】
複数の第１ろ材１６ａの各々は、水と同等又はそれ以上の比重を有する。複数の第１ろ材１６ａの各々は、例えば、比重が１．０〜１．２である。このような比重を有する材料としては、ポリウレタンやポリプロピレン等の樹脂に比重調整剤を混ぜて成型したものが挙げられる。
【００３３】
比重調整剤としては、例えば、タルク（滑石）、マイカ（雲母）、ケイ酸カルシウム、ガラス繊維、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、硫酸バリウム、硫酸カルシウム等の無機充填剤が挙げられる。
【００３４】
複数の第１ろ材１６ａの各々には、有機物を酸化分解して生物化学的酸素要求量（BOD（Biochemical Oxygen Demand））を低減させる好気性微生物や、アンモニアを硝酸に酸化させる硝酸化成菌などが担持されている。硝酸化成菌としては、例えば、アンモニアを亜硝酸に酸化する亜硝酸菌や、亜硝酸を硝酸に酸化する硝酸菌なが挙げられる。例えば、ニトロソモナス（Nitrosomonas）属、ニトロソコッカス（Nitorosococcus）属、ニトロソスピラ（Nitrosospira）属が挙げられる。
【００３５】
また、第２ろ材層１７は、複数の第２ろ材１７ａによって主として構成されている。複数の第２ろ材１７ａは、例えば、一端が開口する円筒状に形成されている。複数のろ材１７ａの各々は、支持板１３の網目よりも大きく形成されている。従って、支持板１３は、ろ材層１５の複数の第２ろ材１７ａを支持すると共に、第２ろ材１７ａが支持板１３よりも重力方向の下方に移動することを防止する。
【００３６】
複数の第２ろ材１７ａの各々は、水と同等又はそれ以下の比重、すなわち、第１ろ材よりも軽い比重を有する。尚、第１ろ材１６ａと第２ろ材１７ａとの比重の差は、０．０３以上であるようにするとよい。
【００３７】
複数の第２ろ材１７ａの各々は、例えば、比重が０．９〜１．０である。このような比重を有する材料としては、ポリウレタンやポリプロピレン等の樹脂が挙げられる。複数の第２ろ材１７ａの各々には、有機物を分解する微生物が担持されている。
【００３８】
このような微生物としては、例えば、有機物を酸化分解して生物化学的酸素要求量（BOD（Biochemical Oxygen Demand））を低減させる好気性微生物や、タンパク質を分解し、アミノ酸を経てアンモニアにまで分解させるアンモニア化成菌が挙げられる。
【００３９】
BODを低減させる好気性微生物としては、例えば、ワムシ、ツリガネムシなどの従属栄養微生物や、様々な好気性細菌が挙げられる。アンモニア化成菌としては、例えば、バチルス（Bacillus）属や、シュードモナス（Pseudomonas）属など、多くの一般細菌が挙げられる。
【００４０】
第１ろ材層１６と第２ろ材層１７の重力方向の厚さの比は、被処理水の成分に応じて変更するとよい。第１ろ材層１６と第２ろ材層１７の重力方向の厚さの比は、例えば、３：７乃至８：２とするとよい。
【００４１】
配管Ｔ１は、被処理水を水槽１１に導く水路である。配管Ｔ１は、水槽１１の外部から内部に至るまで配設されている。配管Ｔ１は、水槽１１内において水槽１１の底面の中心に対して垂直方向、かつ重力方向の上方に延びて形成されている。配管Ｔ１の先端には、散水器１２が接続されている。散水器１２は、配管Ｔ１の先端から水平方向外周に向けて放射状に延びる複数の散水管１２ａを有し、各散水管１２ａには、その長さ方向に沿って複数の図示しない噴水口が設けられている。また、散水管１２ａを有する噴水器１２は、配管Ｔ１の先端で水平回転可能に取付けられており、前記噴水口は、噴出する水の反力によって、散水器１２が回転するような向きに配置されている。
【００４２】
したがって、配管Ｔ１から被処理水が供給されると、散水器１２の散水管１２ａを通り、その噴水口から被処理水が噴出して、ろ材層１５に向けて散布される。この際、散水管１２ａの噴水口から噴出する水の反力によって、散水器１２が回転し、被処理水がろ材層１５に向けて均等に散布されるようになっている。
【００４３】
水槽１１の支持板１３の下方には、ろ材層１５を通過した処理水が貯留される空間１８が設けられている。そして、この空間１８の底部近傍の壁面に排水管Ｔ２が接続されて、排水管Ｔ２の流入口が空間１８に開口し、この開口が処理水を排出する第１排出口Ｔ２ａをなしている。
【００４４】
排水管Ｔ２は、例えば、自然流下によって水槽１１から処理水を排水させることが可能である。尚、弁Ｖ１が、排水管Ｔ２に設けられており、ろ材層１５を洗浄するために水を貯留する際に、弁Ｖ１を閉じることによって、排水管Ｔ２から水が流出することを防ぐことができる。
【００４５】
また、水槽１１の上記空間１８の底部近傍の壁面には、もう１つの排水管Ｔ５が接続されている。排水管Ｔ５の流入口が空間１８に開口し、この開口が洗浄水を排水するための第２排出口Ｔ５ａをなしている。排水管Ｔ５には、弁Ｖ２が取付けられている。ろ材層１５を洗浄した後、弁Ｖ２を開いて、洗浄水を、第２排出口Ｔ５ａから排水管Ｔ５を通して排水できるようになっている。
【００４６】
ブロワＢＬ１及びブロワＢＬ２は、モータの駆動軸の回転に伴って回転するファンを備える送風装置である。ブロワＢＬ１は、水槽１１内まで配管された空気噴出管Ｔ３に接続されている。ブロワＢＬ２は、水槽１１内まで配管された空気噴出管Ｔ４に接続されている。
【００４７】
空気噴出管Ｔ３は、水槽１１内に挿入されて、第１ろ材層１６の重力方向の下方において、その先端部が水槽１１の内壁から水平方向に伸びるように配されている。尚、空気噴出管Ｔ３の先端部は、ろ材層１５の第１ろ材層１６及び第２ろ材層１７の間に位置する中間部１５ａよりも重力方向の下側に配されていればよいが、第１ろ材層１６の最下部に配されていることが好ましい。空気噴出管Ｔ３の先端部は、複数の空気噴出孔を有しており、ろ材層１５の重力方向の下側に配された第１曝気部１９をなしている。
【００４８】
空気噴出管Ｔ４は、水槽１１内に挿入されて、空気噴出管Ｔ３よりも重力方向の上方において、その先端部が水槽１１の内壁から水平方向に伸びるように配されている。空気噴出管Ｔ４の先端部は、複数の空気噴出孔を有しており、ろ材層１５の重力方向の中間部１５ａに配された第２曝気部２０をなしている。
【００４９】
本発明においては、少なくとも第１ろ材層１６の重力方向の下方に配置された第１曝気部１９があればよいが、好ましくは、ろ材層１５の重力方向の中間部１５ａに配された第２曝気部２０が設けられる。
【００５０】
空気噴出管Ｔ３の先端部に設けられた第１曝気部１９、及び空気噴出管Ｔ４の先端部に設けられた第２曝気部２０は、例えば多孔質の材料からなるパイプで形成され、無数に形成された空気噴出孔を通して、細かい気泡が拡散して噴出するようになっている。
【００５１】
以上で説明した散水ろ床型水処理装置においては、被処理水の浄化処理が次のようにして行われる。すなわち、被処理水は、ろ材層１５にむけて散水器１２から散布される。
【００５２】
被処理水は、ろ材層１５の空隙を通り、水槽１１の底部へ流下する。そして、ろ材層１５内を流下する被処理水に含まれている有機物は、ろ材層１５に担持された微生物によって酸化分解される。すなわち、まず第１ろ材層１６の複数のろ材１６ａの表面に担持されている微生物によって二酸化炭素やアンモニアに分解処理される。第１ろ材層１６において生成されたアンモニアは、第２ろ材層１７において硝酸に酸化される。このように生物分解処理された処理水は、空間１８に流入した後、第１排出口Ｔ２ａから排水管Ｔ２に流入して水槽１１の外部に排水される。
【００５３】
図３は、散水ろ床型水処理装置の洗浄工程を示している。図３に示すように、散水ろ床型水処理装置の洗浄は、まず、水槽１１に水を張ってろ材層１５を水中に浸漬させる水張り工程（ステップＳ１０１）が行われる。具体的には、排水管Ｔ２の弁Ｖ１及び排水管Ｔ５の弁Ｖ２を閉じたうえで水槽１１に水が給水される。
【００５４】
この水張り工程においては、水張りしない状態でのろ材層１５の高さを１．０としたとき、水面の高さが１．１〜１．５倍となるように水張りすることが好ましい。その結果、この実施例では、図２に示すように、第１ろ材層１６が沈み、第２ろ材層１７が浮き上がって、両者の間に隙間が生じるようになっている。空気噴出管Ｔ４の第２曝気部２０は、上記隙間に配置されることが好ましい。
【００５５】
第１曝気部及び第２曝気部である空気噴出管Ｔ３及び空気噴出管Ｔ４から、空気を送出させる第１曝気工程（ステップＳ１０２）が行われる。具体的には、ブロワＢＬ１及びブロワＢＬ２から空気噴出管Ｔ３及び空気噴出管Ｔ４へ空気が送入され、第１曝気部１９及び第２曝気部２０から空気が送出される。
【００５６】
ステップＳ１０２における第１曝気工程が行われることにより、水槽１１に張られた水において重力方向の上方に向かう上昇流及び重力方向の下方に向かう下降流が生じる。
【００５７】
その結果、第１ろ材層１６の複数の第１ろ材１６ａは、上昇流に乗って重力方向の上方に移動し、第２ろ材層１７の複数の第２ろ材１７ａは、下降流に乗って重力方向の下方に移動する。この結果、第１ろ材層１６の複数の第１ろ材１６ａ及び第２ろ材層１７の第２ろ材１７ａが混ざり合うことになる。
【００５８】
この際、複数の第１ろ材１６ａ及び複数の第２ろ材１７ａの表面が互いに擦り合わされることにより、複数の第１ろ材１６ａ及び複数の第２ろ材１７ａの表面に付着した汚泥や、被処理水中の浮遊物等の付着物が剥離される。尚、ステップＳ１０２における第１曝気工程は、空気噴出管Ｔ３の第１曝気部１９のみから空気を送出させることによって行われるようにしてもよい。
【００５９】
次に、空気噴出管Ｔ３の第１曝気部１９からの空気の送出を停止して、空気噴出管Ｔ４の第２曝気部２０から空気を送出させる第２曝気工程（ステップＳ１０３）が行われる。具体的には、ブロワＢＬ１から空気噴出管Ｔ３への空気の送出が停止され、ブロワＢＬ２から空気噴出管Ｔ４への空気の送出が行われる。
【００６０】
ステップＳ１０３における第２曝気工程が行われることにより、上昇流に乗って重力方向の上方に移動した第１ろ材層１６の複数の第１ろ材１６ａ及び重力方向の上方に位置する複数の第２のろ材１７ａが揺り動かされる。その結果、第２ろ材１７ａよりも比重が重い第１ろ材１６ａが重力方向の下方に向かって移動する。また、第１ろ材１６ａよりも比重が軽い第２ろ材１７ａが重力方向の上方に向かって移動する。尚、第２曝気工程は第１曝気工程よりも送出される空気の流速を遅くして実行されるとよい。このようにすることで、過剰に第１ろ材１６ａが重力方向の上方に舞い上がることを防止することができる。
【００６１】
第２曝気部である空気噴出管Ｔ４からの空気の送出を停止する曝気終了工程（ステップＳ１０４）行われる。具体的には、ブロワＢＬ２から空気噴出管Ｔ４への空気の送出が停止される。
【００６２】
このように、ステップＳ１０２乃至ステップＳ１０４によって、曝気部からろ材層１５に空気を送出させて１ろ材１６ａと第２ろ材１７ａとを攪拌する曝気工程が行われる。
【００６３】
最後に、排出口から水を排出する工程（ステップＳ１０５）が行われる。ステップＳ１０５においては、弁Ｖを開くことによって、水槽１１の水を外部に排水することができる。
【００６４】
図４乃至図７は、模擬実験装置を用いて、図３のステップＳ１０１乃至ステップＳ１０４までの工程を実験した結果を示している。
【００６５】
図４は、ステップＳ１０１の水張工程が行われた直後を示している。図４に示すように、白色で表されている第１ろ材層１６の第１ろ材１６ａは、その比重が第２のろ材よりも重く、かつ、水よりも重いため重力方向の下方に位置している。また、黒色で表されている第２のろ材層１７の第２ろ材１７ａは、その比重が第１ろ材１６ａよりも軽く、かつ、水よりも軽いため重力方向の上方に位置している。
【００６６】
図５は、ステップＳ１０２の第１曝気工程が行われている際の態様を示している。図５に示すように、第１の曝気工程においては、水槽１１に張られた水において重力方向の上方に向かう上昇流及び重力方向の下方に向かう下降流が生じる。
【００６７】
その結果、第１ろ材層１６の複数の第１ろ材１６ａは、上昇流に乗って重力方向の上方に移動し、第２ろ材層１７の複数の第２ろ材１７ａは、下降流に乗って重力方向の下方に移動する。この結果、第１ろ材層１６の複数の第１ろ材１６ａ及び第２ろ材層１７の第２ろ材１７ａが混ざり合うことになる。
【００６８】
図６は、ステップＳ１０３の第２曝気工程が行われている際の態様を示している。図６に示すように、第２曝気工程においては、上昇流に乗って重力方向の上方に移動した第１ろ材層１６の複数の第１ろ材１６ａ及び重力方向の上方に位置する複数の第２のろ材１７ａが揺り動かされる。その結果、第２ろ材１７ａよりも比重が重い第１ろ材１６ａが重力方向の下方に向かって移動する。また、第１ろ材１６ａよりも比重が軽い第２ろ材１７ａが重力方向の上方に向かって移動する。
【００６９】
図７は、ステップＳ１０４の曝気終了工程が行われた直後を示している。図７に示すように、第１ろ材層１６の第１ろ材１６ａは、重力方向の下方に位置している。また、第２のろ材層１７の第２ろ材１７ａは、重力方向の上方に位置している。
【００７０】
以上のように、本発明による散水ろ床型水処理装置１０によれば、ろ材層１５は、第１ろ材１６ａで主として構成される、重力方向の下側に配された第１ろ材層１６と、第１ろ材よりも比重が軽い第２ろ材１７ａで主として構成される第１ろ材層１６の重力方向の上側に配された第２ろ材層１７とを有している。それ故、水槽１１に水を張って曝気処理を行うことにより、第１ろ材１６ａと第２ろ材１７ａとが入り混じったとしても、曝気処理が終了すると、比重の大きい（重い）第１ろ材は重力方向の下方に沈降し、比重の小さい（軽い）第２ろ材は重力方向の上方に移動する。従って上下のろ材が入れ替わることが少なくなり、ろ材層１５の重力方向の上下で異なっていた、洗浄前の微生物叢が復元しやすくなり、洗浄後の微生物による有機物の分解作用の低下を抑制して、生物化学反応の立ち上がりを早くすることができる。
【００７１】
また、ステップＳ１０１の水張り工程の後、ステップＳ１０２乃至ステップＳ１０４の曝気工程を行うことにより、第１ろ材１６ａと第２ろ材１７ａとが攪拌され、それぞれのろ材表面に付着した汚泥や、被処理水中の浮遊物等の付着物が除去されて、微生物が作用しやすい形態に復元される。
【００７２】
そして、上記曝気工程が終わると、比重の重い（大きい）第１ろ材１６ａが下方に沈み、比重の軽い（小さい）第２ろ材は上方に浮き上がる傾向があるので、下方の第１ろ材層には第１ろ材が主として集積し、上方には第２ろ材が主として集積するので、ろ材層が上下で入れ替わることを少なくすることができる。
【００７３】
その結果、第１ろ材層の微生物叢と、第２ろ材層の微生物叢とを元の状態に戻すことができ、洗浄後の微生物による有機物の分解作用の低下を抑制して、生物化学反応の立ち上がりを早くすることができる。
【００７４】
特に、第１曝気工程において、第１ろ材層と第２ろ材層の全体のろ材が攪拌されて、それらの表面に付着した汚泥や水中の浮遊物を効果的に除去することができる。第１曝気工程が終了すると、比重の違いによって、第１ろ材は下方に沈み、第２ろ材は上方に移動して、第１ろ材層には第１ろ材が多く含有され、第２ろ材層には第２ろ材が多く含有される状態になるが、第１ろ材が第２ろ材層に混入したまま、あるいは第２ろ材が第１ろ材層に混入したままで残るものある。
【００７５】
そこで、第１曝気工程終了後に、第１曝気部である空気噴出管Ｔ３からの空気の噴出を停止して、ろ材層１５の重力方向の中間部１５ａに配置された第２曝気部である空気噴出管Ｔ４から空気を噴出させる第２曝気工程を行うと、ろ材層１５の上方に位置する第２ろ材層１７が主として攪拌され、第２ろ材層１７に混入した第１ろ材１６ａが沈むと共に、第１ろ材層１６ａに混入した第２ろ材１７ａが上方に移動して、第１ろ材層１６に第１ろ材１６ａを、第２ろ材層１７に第２ろ材１７ａを、それぞれより多く戻すことができるので、洗浄処理前のそれぞれのろ材の配置関係をより完璧に復元し、微生物叢の変化をより効果的に抑制することができる。
【００７６】
尚、本実施例においては、曝気部を空気噴出管Ｔ３及び空気噴出管Ｔ４で構成した。しかし、曝気部は空気噴出管Ｔ３のみで構成して実施してもよい。このように構成しても、曝気処理が終了すると、比重の大きい（重い）第１ろ材は重力方向の下方に沈降し、比重の小さい（軽い）第２ろ材は重力方向の上方に移動する。従って上下のろ材が入れ替わることが少なくなり、ろ材層１５の重力方向の上下で異なっていた、洗浄前の微生物叢が復元しやすくなり、洗浄後の微生物による有機物の分解作用の低下を抑制して、生物化学反応の立ち上がりを早くすることができる。
【００７７】
また、このように曝気部を構成した場合は、図３において説明したステップＳ１０３における第２曝気工程を省略して実施することになる。この場合、ステップＳ１０４の曝気終了工程からステップＳ１０５の排出工程の間を十分に長くとるとよい。このようにすることで、第１ろ材は重力方向の下方に沈降し、第２ろ材は重力方向の上方に移動する時間を十分にとることができる。
【実施例２】
【００７８】
実施例２に係る散水ろ床型水処理装置１０について説明する。実施例２に係る散水ろ床型水処理装置１０は、空気噴出管Ｔ３及び空気噴出管Ｔ４に空気を送出する送気装置がブロワＢＬ１のみよって行われている点で実施例１に係る散水ろ床型水処理装置１０とは異なる。
【００７９】
図８は、実施例２に係る散水ろ床型水処理装置１０の断面を示している。図８に示すように、空気噴出管Ｔ３及び空気噴出管Ｔ４は、共通の配管によって構成されている。ブロワＢＬ１は、空気噴出管Ｔ３及び空気噴出管Ｔ４に対して空気を送出可能に接続されている。
【００８０】
空気噴出管Ｔ３と空気噴出管Ｔ４との間には、弁Ｖ３が設けられている。弁Ｖ３は空気噴出管Ｔ４に送出される空気の量を調整することが可能である。従って、弁Ｖ３が閉じられると、空気噴出管Ｔ４に空気が送出されなくなる。また、弁Ｖ３が開けられると、空気噴出管Ｔ４に空気が送出される。
【００８１】
本実施例のように、空気噴出管Ｔ３及び空気噴出管Ｔ４を共通の配管で構成した場合には、実施例１の図３のステップＳ１０３の第２曝気工程においては、弁Ｖ２を閉じて実施される。これにより、空気噴出管Ｔ３からろ材層１５に向けて空気が送出されることを抑止することができる。
【００８２】
このように、空気噴出管Ｔ３及び空気噴出管Ｔ４を共通の配管によって構成しても、曝気洗浄後に上下のろ材が入れ替わることが少なくなり、ろ材層１５の重力方向の上下で異なっていた、洗浄前の微生物叢が復元しやすくなり、洗浄後の微生物による有機物の分解作用の低下を抑制して、生物化学反応の立ち上がりを早くすることができる。
【符号の説明】
【００８３】
１０  散水ろ床水処理装置
１１  水槽
１２  散水器
１２ａ  散水管
１５  ろ材層
１５ａ  中間部
１６  第１ろ材層
１６ａ  第ろ材
１７  第２ろ材層
１７ａ  第２ろ材
１８  空間
１９  第１噴出部
２０  第２噴出部
Ｔ２  排水管
Ｔ２ａ  第１排出口
Ｔ３  空気噴出管
Ｔ４  空気噴出管
Ｔ５  排水管
Ｔ５ａ  第２排出口
【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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