(57)【要約】【課題】圧力濾過方式により濾過速度が速い生物接触濾過装置を提供する。【解決手段】原水が供給され濾過後の処理水が排出される密閉型の濾過槽１１と、濾過槽１１に充填された微生物を担持可能な濾材１４と、濾過槽１１内の水位を計測する水位計１５と、濾過槽１１内の気体を排気する排気弁１６と、水位を目標水位で保つように排気弁１６の排気流量を制御する制御手段１７とを備える。濾過槽１１が密閉型であるので圧力濾過方式で濾過でき濾過速度が速い。濾過槽１１内の水位を目標水位で保つように排気されるので、原水から気体が排出されても水位が下降したり上昇したりせず、連続的に安定した運転ができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原水が供給され濾過後の処理水が排出される密閉型の濾過槽と、
前記濾過槽に充填された、微生物を担持可能な濾材と、
前記濾過槽内の水位を計測する水位計と、
前記濾過槽内の気体を排気する排気弁と、
前記水位計で計測された水位を所定の目標水位で保つように前記排気弁の排気流量を制御する制御手段と、を備える
ことを特徴とする生物接触濾過装置。
【請求項２】
前記目標水位は、前記排気弁に達しない水位である
ことを特徴とする請求項１記載の生物接触濾過装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生物接触濾過装置に関する。さらに詳しくは、原水に含まれる鉄、マンガン、アンモニア性窒素等の不純物を、鉄バクテリア、マンガンバクテリア、硝化バクテリア等の微生物の働きにより除去する生物接触濾過装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、生物接触濾過装置に供給される原水は、微生物の活動に適した溶存酸素濃度にするために曝気が行われる。原水に取り込まれた空気の一部は濾過中に気泡となって排出されるため、従来の生物接触濾過装置は空気の排出が自在な濾過池または開放型の濾過槽で構成されている（例えば特許文献１）。このように、従来の生物接触濾過装置は、密閉型の濾過槽を用いることができないため圧力濾過方式を採用できず、主に自然平衡方式で濾過が行われるため濾過速度が遅いという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２９０７８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は上記事情に鑑み、圧力濾過方式により濾過速度が速い生物接触濾過装置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】
【０００５】
第１発明の生物接触濾過装置は、原水が供給され濾過後の処理水が排出される密閉型の濾過槽と、前記濾過槽に充填された、微生物を担持可能な濾材と、前記濾過槽内の水位を計測する水位計と、前記濾過槽内の気体を排気する排気弁と、前記水位計で計測された水位を所定の目標水位で保つように前記排気弁の排気流量を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。
第２発明の生物接触濾過装置は、第１発明において、前記目標水位は、前記排気弁に達しない水位であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
第１発明によれば、濾過槽が密閉型であるので、濾過槽内の圧力を高めることができ、圧力濾過方式で濾過できる。そのため、濾過速度が速い。しかも、濾過槽内の水位を目標水位で保つように排気されるので、原水から気体が排出されても水位が下降したり上昇したりせず、連続的に安定した運転ができる。
第２発明によれば、排気弁と水面とが気相で隔てられるので、排気弁に原水が付着せず、原水中の不純物が排気弁に付着して動作不良を起こすことを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の一実施形態に係る生物接触濾過装置が用いられた浄水設備の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
本発明の一実施形態に係る生物接触濾過装置１は、図１に示すような浄水設備Ａの一部として用いられる。なお、浄水設備Ａは例示であり、生物接触濾過装置１は浄水設備Ａとは別の構成の浄水設備に用いられてもよい。
【０００９】
まず、浄水設備Ａの構成について説明する。
浄水設備Ａは、井戸水や河川の水等に含まれる鉄、マンガン、アンモニア性窒素等の不純物を除去するのに適した浄水設備である。以下、井戸水や河川の水等の処理対象の水を「原水」と称する。浄水設備Ａは、原水に含まれる鉄、アンモニア性窒素、および一部のマンガンを除去するための生物接触濾過装置１と、残りのマンガンを除去するための除マンガン濾過装置２とを備えている。
【００１０】
ポンプ３によって汲み上げられた原水は、供給配管Ｐ１を流れる途中でエジェクター４により空気を自吸して曝気が行われる。曝気により溶存酸素濃度が調整された原水は生物接触濾過装置１に供給される。生物接触濾過装置１では、原水に含まれる鉄は水酸化物となり、一部のマンガンは酸化物となって捕捉される。原水に含まれるアンモニア性窒素は硝化される。このようにして生物接触濾過装置１で中間処理水が生成される。中間処理水は、中間処理水配管Ｐ２を流れる途中で、塩素剤注入ユニット５から次亜塩素酸ナトリウム等の塩素剤が添加され殺菌されるとともに、凝集剤注入ユニット６からポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）等の凝集剤が添加され、生物接触濾過装置１で捕捉しきれなかった酸化物や水酸化物、懸濁物質が凝集される。その後、中間処理水は除マンガン濾過装置２に供給される。除マンガン濾過装置２は、濾過槽２１の内部に、二酸化マンガンをコーティングした触媒２２が充填されたものである。除マンガン濾過装置２では、中間処理水に残存するマンガンが二酸化マンガンにより酸化されるとともに、除濁が行われ浄水が生成される。なお、触媒２２にコーティングされた二酸化マンガンは、中間処理水に残存するマンガンを酸化することにより触媒能が弱くなるが、塩素剤注入ユニット５から添加された塩素剤により酸化され触媒能が元に戻る。塩素剤はこのように触媒２２の二酸化マンガンを活性化させる機能も有する。浄水は、浄水配管Ｐ３を介して浄水槽７に導かれ貯留される。
【００１１】
つぎに、生物接触濾過装置１の構成を説明する。
生物接触濾過装置１は、略円筒形の密閉型の濾過槽１１を備える。濾過槽１１の上部には供給口１２が設けられ、下部には排出口１３が設けられている。供給口１２には供給配管Ｐ１が接続されており、濾過槽１１に原水が供給される。排出口１３には中間処理水配管Ｐ２が接続されており、濾過槽１１から濾過後の中間処理水が排出される。なお、「中間処理水」が特許請求の範囲に記載の「処理水」に相当する。また、特許請求の範囲に記載の「密閉型の濾過槽」とは、原水が供給される供給口、および処理水が排出される排出口を除き、濾過槽が気密、液密に構成されていることを意味する。濾過槽１１の形状は特に限定されず、円筒形のほか、角筒形でも直方体でもよい。
【００１２】
濾過槽１１には、供給口１２と排出口１３との間の一部の領域に濾材１４が充填されている。濾材１４としては、生物接触濾過に用いられる微生物を担持可能な濾材であれば特に限定されないが、例えば、ゼオライト、アンスラサイト、ザクロ石、軽石、活性炭等の多孔質濾材のほか、濾過砂を用いることができる。
【００１３】
井戸水や河川の水には、土壌中に元々存在する鉄バクテリア（鉄酸化細菌）、硝化バクテリア（硝化細菌）、マンガンバクテリア（マンガン酸化細菌）等の微生物が含まれている。原水を生物接触濾過装置１に供給することで、原水に含まれているこれらの微生物が濾材１４に付着し増殖して濾過機能を発揮する。濾材１４に担持された微生物の生物処理を利用することで原水に含まれる鉄、マンガン、アンモニア性窒素等の不純物を除去して中間処理水が生成される。具体的には、原水に含まれる鉄は鉄バクテリアの作用により水酸化物となり濾材１４に捕捉される。一部のマンガンはマンガンバクテリアの作用により酸化物となり濾材１４に捕捉される。アンモニア性窒素は硝化バクテリアの作用により硝化される。
【００１４】
なお、微生物が増殖するまでに時間を要する場合もあるため、その期間を短縮するため、予め微生物が担持された濾材１４を濾過槽１１に充填してもよい。さらになお、本実施形態の生物接触濾過装置１は、鉄、マンガン、アンモニア性窒素を含む井戸水や河川の水を処理対象とするため、濾材１４に担持される微生物として、鉄バクテリア、マンガンバクテリア、硝化バクテリアが好適に利用される。しかし、濾材１４には前記微生物の以外にも生物接触濾過に用いられる種々の微生物が担持されてもよい。また、その種類は一種類でもよく複数種類でもよい。
【００１５】
生物接触濾過装置１に供給される原水は、濾材１４に担持された微生物の活動に適した溶存酸素濃度にするために曝気が行われる。前述のごとく、本実施形態においては、原水はエジェクター４により空気を自吸して曝気が行われる。なお、エジェクター４にブロワーやコンプレッサーを接続し、空気を加圧溶解させてもよい。また、生物接触濾過装置１へ供給する前に原水を曝気する構成以外にも、濾過槽１１の内部に散気装置等を設置し、生物接触濾過装置１の内部で原水を曝気する構成でもよい。さらに、空気を原水に供給する構成に代えて、酸素ボンベ等を用いて酸素を原水に供給する構成としてもよい。
【００１６】
曝気により原水に取り込まれた気体（空気や酸素）の一部は、濾過槽１１の内部で気泡となって原水から分離し排出される。本実施形態のように濾過槽１１が密閉型であると排出された気体は逃げ道がないので濾過槽１１の上部に蓄積する。仮に、蓄積された気体を濾過槽１１の外部に排気しないと、濾過槽１１上部の気相の圧力が徐々に上昇し、濾過槽１１内の水位を押し下げて濾材１４より低くなる恐れがある。そうなると、原水を十分に濾過できなくなるため、これを防止するためには濾過槽１１内の気体を排気する必要がある。本実施形態の生物接触濾過装置１は、濾過槽１１内の気体を排気する排気機構に特徴を有する。
【００１７】
生物接触濾過装置１の排気機構は、濾過槽１１内の水位を計測する水位計１５と、濾過槽１１内の気体を排気する排気弁１６と、水位計１５および排気弁１６に接続された制御手段１７とからなる。水位計１５としては、測定結果を制御手段１７に入力できるものであれば特に限定されず、静電容量式、超音波式、電波式、フロート式等の種々の水位計を用いることができる。
【００１８】
濾過槽１１の上部には排気管１８が接続されており、排気管１８に排気弁１６が設けられている。排気弁１６を開くことで排気管１８を介して濾過槽１１内の気体を排気できる。排気弁１６としては、制御手段１７の制御により排気流量を制御できるものであれば特に限定されず、例えば電動比例制御弁が用いられる。
【００１９】
制御手段１７は、コンピュータまたは電子回路で構成されており、水位計１５の測定結果を入力として、その測定結果を基に排気管１８の排気流量を制御する。具体的には、制御手段１７は、水位計１５で計測された水位を所定の目標水位で保つように排気弁１６の開度を調整して排気流量を制御する。すなわち、濾過槽１１内の水位を制御量、排気管１８の排気流量を操作量とするフィードバック制御を行う。
【００２０】
生物接触濾過装置１の排気機構は上記のような構成であり、濾過槽１１内の水位を目標水位で保つように排気されるので、原水から気体が排出されても気相の圧力が上昇して水位が下降することがない。また、生物接触濾過装置１は濾過処理を継続するに従い、酸化物や水酸化物等が濾材１４に付着して損失水頭が徐々に上昇する。しかし、損失水頭が上昇しても排気機構の働きにより水位が上昇することがない。このように、濾過槽１１内の気体を排気しつつ、気相の圧力を適度な圧力に調整できるので、濾過槽１１内の水位が下降したり上昇したりせず、連続的に安定した運転ができる。
【００２１】
ここで、上記目標水位は排気弁１６に達しない水位に設定される。本実施形態のように排気管１８に排気弁１６が設けられた構成では、目標水位は濾過槽１１と排気管１８の接続部に達しない水位に設定される。また、排気弁１６（濾過槽１１と排気管１８の接続部）と原水の水面との間に所定の厚みの気相が設けられるように目標水位を設定することが好ましい。目標水位は、排気弁１６と水面とが気相で隔てられ、原水の流入等の衝撃により飛沫が飛んでも排気弁１６に原水が付着しないような水位に設定される。
【００２２】
原水が排気弁１６に付着すると、酸化物や水酸化物等の不純物が排気弁１６に付着して動作不良を起こすことがある。しかし、上記のように目標水位を設定することで、排気弁１６と水面とが気相で隔てられるので、排気弁１６に原水が付着せず、排気弁１６の動作不良を防止できる。また、排気管１８から原水が噴き出すことも防止できる。
【００２３】
生物接触濾過装置１は、濾過槽１１が密閉型であるので、ポンプ３による原水の圧送により濾過槽１１内の圧力を高めることができ、圧力濾過方式で濾過できる。そのため、自然平衡方式等に比べて濾過速度が速い。しかも、濾過槽１１内の水位を目標水位で保つように排気されるので、水位が下降したり上昇したりせず、連続的に安定した運転ができる。
【００２４】
また、生物接触濾過装置１は圧力濾過方式で濾過できるため、自然平衡方式等の濾過装置に比べて装置を小型化することができ、設備コストを安くできる。例えば、損失水頭の上昇を考慮して水圧を高くするために濾過槽１１の高さを高く設定する必要がない。
【００２５】
本実施形態の浄水設備Ａのように、一般に、生物接触濾過装置１は、除マンガン濾過装置２等の他の濾過装置と組み合わせて用いられる。仮に、生物接触濾過装置１が開放型であると、原水を供給するポンプ３の動圧を処理水側に働かせることができないため、生物接触濾過装置１から排出される中間処理水を後段の除マンガン濾過装置２に供給するには、中間処理水配管Ｐ２に別のポンプを設ける必要がある。しかし、本実施形態の生物接触濾過装置１は圧力濾過方式で濾過できるため、ポンプ３の動圧のみで中間処理水を除マンガン濾過装置２に供給し、浄水を浄水槽７に供給できる。このように余分なポンプを設置する必要がなく、その付帯設備および接地場所が不要であるので、設備コストを安くできる。
【００２６】
また、一般に、原水への曝気には気液接触時に騒音が発生するので、仮に、生物接触濾過装置１が開放型であると、曝気で生じる騒音がそのまま外部に漏れて、騒音が問題となる。外部への騒音を低減するために生物接触濾過装置を建屋内に設置することも考えられるが、この場合設備コストが高くなるという問題がある。しかし、本実施形態では、原水への曝気は、供給配管Ｐ１または生物接触濾過装置１内部の密閉空間で行われるので、曝気で生じる騒音が外部に漏れず、建屋内に設置する必要がない。そのため、設備コストを安くできる。
【実施例】
【００２７】
上記浄水設備Ａを用いて井戸水の濾過を行った。ここで、濾過速度を250m/日、連続濾過時間を24時間、生物接触濾過装置１の排気機構の目標水位を、濾材１４で構成された濾層表面からの水面の高さで1.35m（水面から濾過槽１１の上蓋までの高さで0.2m）とした。なお、排気管１８は濾過槽１１上端の上蓋に接続されている。
【００２８】
前記条件で浄水設備Ａを運転し、運転中の濾過槽１１内の水位、生物接触濾過装置１の処理水量、エジェクター４からの吸気量、排気弁１６からの排気量、排気弁１６の開度、濾過槽１１内の圧力を測定した。その結果を表１に示す。
【表１】
2014240050.tif 000003
【００２９】
表１に示すように、24時間の連続濾過の間、濾過槽１１内の水位を1.35mで安定的に維持できることが分かった。また、運転中の処理水量、吸気量、排気量はほぼ一定であった。このことから、生物接触濾過装置１は、連続的に安定した運転ができることが分かった。
【００３０】
また、排気弁１６の開度は濾過時間の経過とともに徐々に小さくなり、濾過槽１１内の圧力は濾過時間の経過とともに徐々に大きくなることが分かった。これは、濾過処理を継続するに従い損失水頭が徐々に増大するため、濾過槽１１内の圧力が一定であると水位が上昇するが、これを排気弁１６の開度を小さくして排気流量を少なくすることで濾過槽１１内の圧力を高めて、水位を一定に保っているからである。このことから、生物接触濾過装置１は、濾過槽１１内の気体を排気しつつ、気相の圧力を適度な圧力に調整して、濾過槽１１内の水位を一定に保ち連続的に安定した運転ができることが分かった。
【符号の説明】
【００３１】
Ａ    浄水設備
１    生物接触濾過装置
１１  濾過槽
１２  供給口
１３  排出口
１４  濾材
１５  水位計
１６  排気弁
１７  制御手段
１８  排気管
２    除マンガン濾過装置
３    ポンプ
４    エジェクター
５    塩素剤注入ユニット
６    凝集剤注入ユニット
７    浄水槽
【図１】
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