(57)【要約】  新しく組立てから短時間のうちに河川や地下から採取した原水を飲料水などに処理できるようにした緩速濾過装置を提供する。  濾過砂層、原水供給部及び取出し口部とを備えた緩速濾過装置において、濾過槽(11)内の濾過砂層(13)上方に濾過砂層(13)を覆って設けられ、藻類繁殖の担体となるネット(15)と、ネット(15)直下に設けられ、ネット(15)を所定の温度に保持する発熱ヒータ(18)と、濾過槽(11)内のネット(15)上方に設けられ、ネット(15)に光を照射して藻類の生育を促進する藻類育成ランプ(16)と、を備える。                                      ７
2010125662.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
濾過槽内に設けられ、原水を微生物処理するとともに夾雑物を濾過する濾過砂層と、該濾過砂層の上方に設けられ、原水を受入れて濾過砂層に原水を供給する原水供給部と、上記濾過砂層の下方に設けられ、濾過済み水を取り出す取出し口部とを備えた緩速濾過装置において、
上記濾過槽(11)内の濾過砂層(13)上方に濾過砂層(13)を覆って設けられ、藻類育成繁殖の担体となるネット(15)と、
該ネット(15)直下に設けられ、上記ネット(15)を所定の温度に保持する発熱ヒータ(18)と、
上記濾過槽(11)内のネット(15)上方に設けられ、上記ネット(15)に光を照射して藻類の生育繁殖を促進する藻類育成ランプ(16)と、
を備えたことを特徴とする微生物処理に優れた緩速濾過装置。
【請求項２】
上記濾過槽(11)に取付けられ、上記原水供給部にエアーを含有する原水を吹き込むことによって原水を曝気する曝気パイプ(34)を更に備えた請求項１記載の微生物処理に優れた緩速濾過装置。
【請求項３】
上記濾過槽（１１）の底部に設けられ、上記濾過砂層（１３）に向けて逆洗浄水を圧送して濾過砂層（１３）及びネット（１５）に付着した余剰汚泥及び濾過物を湧き上がらせる逆洗浄ノズル（３０）と、
上記湧き上がった余剰汚泥及び濾過物を複数の吸引ノズル（２５）で吸引して排出通路（１９，２４，２６，２７）から排出する汚泥排出装置と、
上記吸引ノズル（２５）を上記ネット（１５）の直上方にて上記ネット（１５）の表面に沿って移動させる駆動機構と、
を更に備えた請求項１記載の微生物処理に優れた緩速濾過装置。
【請求項４】
上記濾過槽(11)は円筒状をなし、上記駆動機構は、上記濾過槽(11)の中央に回転軸(19)を垂直に延びて設ける一方、上記複数の吸引ノズル(25)を水平アーム(24)に長手方向に間隔をあけて取付け、上記回転軸(19)に水平アーム(24)の基部を固定し、駆動源(22)によって上記回転軸(19)を回転させるように構成されている請求項２記載の微生物処理に優れた緩速濾過装置。
【請求項５】
上記濾過槽(11')は四角形函状をなし、上記駆動機構は、上記濾過槽(11') の上方に水平に設けられた第１レール(51)と、該第１レール(51)に該１レール(51)に沿ってスライド自在に水平に支持され上記第１レール(51)と直交する方向に延びる第２レール(52)と、該第２レール(52)に該第２レール(52)に沿ってスライド自在に支持され垂直下方に延設され下端に吸引ノズル(25)が取付けられた排水パイプ(54)とから構成されている請求項２記載の微生物処理に優れた緩速濾過装置。
【請求項６】
上記ネット(15)は０．０５３ｍｍ〜０．２８３ｍｍの範囲内の目開きのステンレス鋼製の金網で製作されている請求項１記載の微生物処理に優れた緩速濾過装置。
【請求項７】
上記濾過砂層(13)の表層は、平均径０．０８ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲内の微細焼砂によって構成されている請求項１記載の微生物処理に優れた緩速濾過装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は微生物処理に優れた緩速濾過装置に関し、特に新しく装置を組み立ててから短時間のうちに微生物を育成し繁殖させ、河川や地下から採取した水（以下、「原水」という）を飲料水などに処理できるようにした装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
原水から飲料水を生成する方式には一般的に緩速濾過方式と急速濾過方式とが知られている。緩速濾過方式は原水を濾過砂層によって微生物処理するとともに夾雑物を濾過することによって浄化するという方式であり、塩素などの薬品を使用して処理する急速濾過方式に比して処理速度は遅いものの、薬品臭さが少ないという点で飲料用には優れている（特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５）。【０００３】
かかる緩速濾過装置では装置を新しく組み立てて立ち上げた場合、微生物が濾過砂層に発生し定着し増殖させてから稼働させないと、原水の浄化処理が不十分となるおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０７−３０８５１８号公報
【特許文献２】特開２００１−２５６１１号公報
【特許文献３】特開２００３−２７５７８２号公報
【特許文献４】特開２００５−２１１８０４号公報
【特許文献５】特開２００３−２４７１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来の緩速濾過装置では微生物の発生、定着及び増殖を自然のなりゆきにゆだねているので、装置を新設してから稼働するまでに相当な期間を待機する必要があった。【０００６】
本発明はかかる問題点に鑑み、装置を新設したときに短時間のうちに微生物を育成させ繁殖させ、原水を迅速に浄化させることができるようにした緩速濾過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】
【０００７】
本発明に係る微生物処理に優れた緩速濾過装置は、濾過槽内に設けられ、原水を微生物処理するとともに夾雑物を濾過する濾過砂層と、該濾過砂層の上方に設けられ、原水を受入れて濾過砂層に原水を供給する原水供給部と、上記濾過砂層の下方に設けられ、濾過済み水を取り出す取出し口部とを備えた緩速濾過装置において、上記濾過槽内の濾過砂層上方に濾過砂層を覆って設けられ、藻類育成繁殖の担体となるネットと、該ネット直下に設けられ、上記ネットを所定の温度に保持する発熱ヒータと、上記濾過槽内の上記ネット上方に設けられ、上記ネットの藻類に光を照射して藻類の生育繁殖を促進する藻類育成ランプと、を備えたことを特徴とする。【０００８】
本発明の特徴の１つは濾過砂層の上方にネットを設け、発熱ヒータによってネットを所定の温度に保持し、藻類育成ランプによってネット上方から太陽光に似た光を照射して藻類の生育を促進し、ネットに藻類を発生・定着・繁殖させるようにした点にある。【０００９】
これにより、微生物が発生し定着し増殖する環境を素早く形成することができ、緩速濾過装置を立ち上げた場合に迅速に稼働を開始することができ、相当の期間を待機する必要がない。本件発明者らの実験によれば、従来の緩速濾過装置では新しく組み立ててから稼働できるまでにほぼ１カ月程度必要であったが、本発明に係る緩速濾過装置では約１０日で稼働できることが確認された。【００１０】
藻類を早期に発生させ繁殖させる上で、光と温度が重要である。そこで、藻類育成ランプを設け、光、具体的には太陽光と特性の類似した光を照射するようにしている。これにより、藻類の生育及び繁殖が促進され、藻類及びネットと下方の濾過砂層の表層との間の隙間が微生物の住処となり、原水が効率よく微生物処理されるとともに、原水に漂う夾雑物はネットの藻類に絡まり、夾雑物が分離された原水が下方の濾過砂層に送られ、濾過砂層で夾雑物が分離されるとともに、濾過砂層に形成された微生物膜によって微生物処理される。【００１１】
藻類育成ランプには例えば照射波長域が３００ｎｍ〜７８０ｎｍである人工太陽照明灯を使用できる。藻類育成ランプは一定時間おきに点灯させるようにしてもよいが、点灯制御の機器が必要となってコスト高を招来するので、２４時間連続点灯させるのがよい。【００１２】
また、ネットの直下（例えば、濾過砂層の表層）に発熱ヒータを設けて表層を一定の温度、例えば２０°Ｃ〜３０°Ｃに保持しているので、微生物を安定的に育成し増殖させることができる。発熱ヒータは一定時間おきに通電して発熱させてもよく、２４時間連続して発熱させるようにしてもよい。【００１３】
上述のように、微生物を効率よく育成し増殖させるようにすると、短期間のうちに余剰汚泥や濾過物（夾雑物、処理残渣等）が多量に発生し、目詰まりを起こして原水の濾過速度が低下するおそれがあることから、汚泥を除去する必要がある。【００１４】
従来の緩速濾過装置では装置を分解して濾過砂層の表層を削り取り、あるいは逆洗浄水を用いて汚泥を濾過砂層から分離し、汚泥の混じった原水を排水することが行われていたが、作業が煩雑であるばかりでなく、時間がかかっていた。【００１５】
そこで、濾過砂層の直上に複数の吸引ノズルを配列し、これを表層に沿って移動させて逆洗浄水によって湧き上がった余剰汚泥及び濾過物を吸引して系外に排出するようにすると、余剰汚泥及び濾過物を自動的にかつ迅速に除去することができる。【００１６】
すなわち、濾過槽の底部に設けられ、濾過砂層に向けて逆洗浄水を圧送して濾過砂層及びネットに付着した余剰汚泥及び濾過物を湧き上がらせる逆洗浄ノズルと、湧き上がった余剰汚泥及び濾過物を複数の吸引ノズルで吸引して排出通路から排出する汚泥排出装置と、上記吸引ノズルを上記ネットの直上方にて上記ネットの表面に沿って移動させる駆動機構とを更に備えるのがよい。【００１７】
藻類育成ランプの照射によってネットに藻類が短期間のうちに育成し繁殖し、微生物が増殖するので、原水を曝気すると、原水中に溶存している鉄の酸化が促進されるとともに、臭気物質を除去でき、さらには原水中の溶存酸素によって好気性微生物の活動が促進され、有機物、鉄、マンガン、アンモニア態窒素を効率よく除去できる。【００１８】
曝気装置は例えばエアーを吹き込むタイプでもよいが、酸素の溶存を促進する上で、エアーを吹き込んだ原水を供給するのがよい。すなわち、濾過槽に取付けられ、原水供給部にエアーを含有する原水を吹き込むことによって原水を曝気する曝気パイプを更に備えるのがよい。【００１９】
駆動機構は次のような構造を採用できる。濾過槽が円筒状の場合、駆動機構は、濾過槽の中央に回転軸を垂直に延びて設ける一方、複数の吸引ノズルを水平アームに長手方向に間隔をあけて取付け、回転軸に水平アームの基部を固定し、駆動源によって回転軸を回転させるように構成することができる。【００２０】
また、濾過槽が四角形函状の場合、駆動機構は濾過槽の上方に水平に設けられた第１レールと、該第１レールに該１レールに沿ってスライド自在に水平に支持され上記第１レールと直交する方向に延びる第２レールと、該第２レールに該第２レールに沿ってスライド自在に支持され垂直下方に延設され下端に吸引ノズルが取付けられた排水管とから構成されることができる。【００２１】
ネットは微細な目開きであることが望ましい。目開きが大き過ぎると、繁殖した藻類の網目が大きくなりすぎ、夾雑物が藻類の網目をすり抜け、藻類の微生物と接触することなく濾過砂層に向かう原水が多くなるからである。他方、目開きが小さ過ぎると、目詰まりが発生しやすくなる。具体的には、ネットは０．０５３ｍｍ〜０．２８３ｍｍの範囲内の目開きが好ましい。【００２２】
ネットの材質は藻類を担持できるものであればよいが、飲料水への影響を考慮すると、ステンレス鋼、例えばＳＵＳ３０５製の金網を採用するのがよい。【００２３】
濾過砂層の構造は公知のものを採用することができる。例えば、平均径０．０８ｍｍ〜０．３ｍｍの第１の微細焼砂層と、該第１の微細焼砂層の下側に設けられ、平均径０．４ｍｍ〜１．８ｍｍの第２の細砂層と、該第２の細砂層の下側に設けられ、平均径２ｍｍ〜２０ｍｍの第３の砂利層及びぐり石層から構成されることができる。焼砂を用いたのは山砂、川砂、海砂に付着する有機性不純物や雑菌、その他の夾雑物を焼くことによって予め除去し、濾過砂層に規定の濁度、３０度よりも優れた洗浄濁度を得るためである。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係る緩速濾過装置の好ましい実施形態の全体を示す概略構成図である。
【図２】上記実施形態において藻類が育成し繁殖した状態(a)、微生物が定着するとともに夾雑物が捕獲された状態(b)及び余剰汚泥及び濾過物を吸引している状態(c)を示す図である。
【図３】上記実施形態における水平アームと吸引ノズルの作動状態を示す図である。
【図４】上記実施形態における曝気パイプの構造例を示す図である。
【図５】上記実施形態における濾過砂層の構造の１例を示す図である。
【図６】第２の実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明を図面に示す具体例に基づいて詳細に説明する。図１ないし図５は本発明に係る微生物処理に優れた緩速濾過装置の好ましい実施形態を示す。図において、緩速濾過装置１０は有底円筒状の浄水容器（濾過槽）１１を備え、浄化容器１１の上面開口は蓋１１Ｃによって封鎖され、又浄水容器１１の底部には多孔板（又はネット）１１Ａによって濾過済み水の空間１１Ｂが仕切られ、濾過済み水の空間１１Ｂに面する槽壁には濾過済み水（飲料水）を系外に取り出す取出し管１２が連通して接続されている。
【００２６】
浄化容器１０内の仕切り板（又はネット）１１Ａの上方には濾過砂層１３が設けられ、原水を微生物処理するとともに夾雑物を濾過するようになっている。この濾過砂層１３には例えば図５に示されるような粒度分布が採用されている。例えば、平均径０．０８ｍｍ〜０．３ｍｍの第１の微細焼砂層１３Ａと、第１の微細焼砂層１３Ａの下側に設けられ、平均径０．４ｍｍ〜１．８ｍｍの第２の細焼砂層１３Ｂと、第２の細焼砂層１３Ｂの下側に設けられ、平均径２ｍｍ〜２０ｍｍの第３の砂利層及びぐり石層１３Ｃとから構成されている。なお、濾過砂層１３の側面は直接槽壁に接するようにしてもよく、又濾過砂層１３の側面を濾過布、例えば絹布で覆うようにしてもよい。
【００２７】
濾過砂層１３の上方には原水供給部１４が設けられ、該原水供給部１４は原水を受入れて濾過砂層１３に向けて原水を供給するようになっている。
【００２８】
浄化容器１１内の濾過砂層１３の直上には藻類育成繁殖の担体として用いられるネット１５が濾過砂層１３の表面を覆うように設けられ、ネット１５は例えば線径０．０５１ｍｍのステンレス鋼線を用い、２００メッシュ、つまり目開き０．０７６ｍｍの金網に製作され、ネット１５の周囲は環状のフレーム１５Ａに固定され、フレーム１５Ａは浄化容器１１の内壁面に密着されて保持されている。
【００２９】
浄化容器１１の蓋１１Ｃには筒状のライトセットポール１７が取付けられ、ライトセットポール１７の底面は透明材料、例えば透明ガラスで形成され、ライトセットポール１７内の底面近くには藻類育成ランプ１６が内蔵され、藻類育成ランプ１６は浄化容器１１内のネット１５上方に位置され、ネット１５の藻類に光を照射して藻類の生育繁殖を促進するようになっている。
【００３０】
濾過砂層１３の表層にはセンサー付きの発熱ヒータ１８がネット１５の直下にて埋設され、濾過砂層１３の表層及びネット１５を一定の温度に保持するようになっている。
【００３１】
また、浄化容器１１の蓋１１Ｃの中央には軸受１９Ａが取付けられ、軸受１９Ａにはパイプ状の回転軸１９が下方に延びて取付けられ、回転軸１９の上部には伝達プーリ２０が固定され、伝達プーリ２０はベルト２１によって駆動モータ２２の駆動プーリ２３に連結され、駆動モータ２２は取付けブラケット２２Ａによって浄化容器１１の蓋１１Ｃに取付けられている。
【００３２】
また、回転軸１９の下端にはパイプ状の水平アーム２４が連通して固定され、水平アーム２４の先端は閉鎖され、水平アーム２４には複数の吸引ノズル２５が間隔をあけかつ水平アーム２４内に連通して取付けられている。
【００３３】
回転軸１９の上端は閉鎖され、回転軸１９の上端部は密閉ボックス２６の挿通穴に挿通されて抜止めリング２６Ａによって抜止めされ、密閉ボックス２６と回転軸１９との間にはシールリング（図示せず）が介在され、回転軸１９には排出口１９Ｂが形成されて密閉ボックス２６内に連通され、密閉ボックス２６には排出パイプ（排出通路）２７が連通して接続され、排水パイプ２７の途中にはポンプ２８が接続されている。
【００３４】
他方、浄化容器１１の濾過済み水の空間１１Ｂ内には平坦な逆洗浄ボックス２９が浄化容器１１の底面をほぼ覆うように配置され、逆洗浄ボックス２９には逆洗浄ノズル３０が格子点の位置に設けられ、逆洗浄ボックス２９には逆洗浄パイプ３１が接続され、逆洗浄パイプ３１の先端は逆洗浄水の貯留タンク３２に至り、逆洗浄パイプ３１の途中にはポンプ３３が接続されている。
【００３５】
また、浄化容器１１の蓋１１Ｃには曝気パイプ３４が挿通して取付けられ、曝気パイプの先端にはノズル３４Ｂが取付けられ、曝気パイプ３４内にはエアーパイプ３４Ａが挿通され、エアーパイプ３４Ａの先端はノズル３４Ｂの受け部と対向され、曝気パイプ３４の上流端にはポンプが接続され、エアーパイプ３４Ａからのエアーがノズル３４Ｂの受け部に衝突され、曝気パイプ３４内に流通する原水と混合され、ノズル３４Ｂの孔から吐出されるようになっている。
【００３６】
本例の緩速濾過装置１０を新しく組み立てて稼働する場合、原水供給部１４に原水を供給して貯留するとともに、藻類育成ランプ１６を点灯させ、ネット１５に向けて太陽光に特性の似た光を２４時間連続照射する。同時に、発熱ヒータ１８に通電して濾過砂層１３の表層及びネット１５を一定の温度、例えば２０°Ｃ〜３０°Ｃに保持する。すると、濾過砂層１３の表層及びネット１５は原水に含まれていた藻類が育成し繁殖するのに適した温度となるので、藻類４０がネット１５に付着し、光の照射を受けて育成し定着し、短時間のうちに繁殖する（図２の(a) ）。
【００３７】
藻類４０が繁殖すると、微生物４１が藻類４０を住処として定着し迅速に繁殖することができ、下方の濾過砂層１３の表層にも微生物が定着し繁殖する（図２の(b) ）。
【００３８】
こうして微生物４１が繁殖すると、緩速濾過装置１０の稼働を開始する。稼働は原水が濾過砂層１３を５〜１５ｍ／ｈｒ程度の流速で通過するように原水供給部１４内に原水を供給し、取出し管１２から濾過済み水を取り出すことによって行う。
【００３９】
また、曝気パイプ３４のノズル３４Ｂからエアーを含んだ原水を供給し、原水内に酸素を溶存させる。原水が濾過砂層１３に向けて送られると、原水に含まれている比較的大きな夾雑物、例えばごみ、虫やたまごなどがネット１５の藻類４０に絡みつき、除去される。同時に、藻類４１に住み着いた微生物が原水中の有機性の不純物を分解処理するが、上述のように原水を曝気すると、原水中に溶存している鉄の酸化が促進されるとともに、臭気物質を除去でき、さらには原水中の溶存酸素によって好気性微生物の活動が促進され、有機物、鉄、マンガン、アンモニア態窒素を効率よく除去できる。
【００４０】
こうしてある程度浄化された原水が濾過砂層１３に送られ、濾過砂層１３によって濾過されるとともに、濾過砂層１３の微生物によって処理され、例えば比較的小さな夾雑物や有機性汚泥だけでなく、クリプトスポリジウム、サイクロスポーラー、ジアルジア等の原虫なども除去され、濾過済みの水が浄化容器１１の底部及び取出し管１２から系外に取り出される。
【００４１】
本例の緩速濾過装置１０では藻類４０が繁殖する環境が整っているので、ネット１５や濾過砂層１３の表層には枯れた藻類、余剰汚泥、濾過した夾雑物（濾過物）など多量に堆積し、目詰まりが発生し、原水の浄化速度が遅くなる。
【００４２】
そこで、ポンプ３３を作動させ、逆洗浄ノズル３０から逆洗浄水を濾過砂層１３に向けて圧送する。すると、逆洗浄水が濾過砂層１３を通って濾過砂層１３の表面から湧き出し、濾過砂層１３の表層及びネット１５に付着した余剰汚泥や濾過物を湧き上がらせるので、駆動モータ２２を作動させ、水平アーム２４を回転軸１９の廻りに旋回させるとともに、ポンプ２８を作動させ、図２の(c)及び図３に示されるように、湧き上がった余剰汚泥や濾過物を吸引ノズル２５から吸引し、水平アーム２４、回転軸１９、密閉ボックス２６及び排出パイプ２７を経て系外に吸引し排出すると、ネット１５及び濾過砂層１３の表層を洗浄し再生することができる。
【００４３】
ネット１５及び濾過砂層１３の洗浄再生は作業者が目で確認して行ってもよく、定期的（自動的）に行ってもよい。
【００４４】
以上のように、濾過砂層１３における微生物処理と夾雑物の濾過の前に、藻類と微生物によるフィルターの機能を設けるようにしたので、原水を長期にわたって効率よく浄化できるとともに、消耗品などが生ずることがなく、メンテナンスもほとんど必要がなく、結果的に安価な緩速濾過装置が得られる。
【００４５】
図６は第２の実施形態を示す。本例では浄化容器（濾過槽）１１’が四角形函状をなし、浄化容器１１’の両側には支柱５０が固定され、支柱５０の上端間には第１レール５１が掛け渡され、第１レール５１には第２レール５２が第１レール５１の長手方向に沿ってスライド自在に支持されている。
【００４６】
第２レール５２は第１レール５１と直交する方向に延び、第２レール５２には排出パイプ５４の基部５３が第２レール５２に沿ってスライド自在に支持されて排出パイプ５４は垂直下方に延び、その下端には吸引ノズル２５が接続され、又基部５３には排出ホース５５が接続され、図示しないポンプによって吸引されるようになっている。
【００４７】
また、第２レール５２の基部５２Ａ及び排出パイプ５４の基部５３には駆動モータを含む駆動機構が内蔵され、第２レール５２を第１レール５１に沿ってスライドさせ、排出パイプ５４を第２レール５２に沿ってスライドさせ、逆洗浄水によって濾過砂層１３の表層及びネット１５から湧き上がった余剰汚泥や濾過物を吸引して除去できるようになっている。
【００４８】
なお、浄化容器１１’が四角形函状であり、第１、第２レール５１、５２及び排出パイプ５４によって余剰野汚泥等を排出する点が第１の実施形態と異なり、濾過砂層、ネット、藻類育成ランプ、逆洗浄ボックス及び逆洗浄ノズルは図示していないが第１の実施形態と同様に設けられている。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明によれば、新しく組み立てたときに短時間のうちに稼働を開始でき、又長期にわたって効率よく原水を浄化でき、メンテナンスフリーで安価な緩速濾過装置を提供でき、その実用価値は高い。
【符号の説明】
【００５０】
１０      緩速濾過装置
１１      浄化容器（濾過槽）
１１Ｃ    蓋
１２      取出し口部
１３      濾過砂層
１４      原水供給部
１５      ネット
１６      藻類育成ランプ
１８      発熱ヒータ
１９      回転軸
２２      駆動モータ
２４      水平アーム
２５      吸引ノズル
２６      密閉ボックス
２７      排出パイプ
２８      ポンプ
３０      逆洗浄ノズル
５１      第１レール
５２      第２レール
５４      排出パイプ
【図１】
2010125662.tif 000003
【図２】
2010125662.tif 000004
【図３】
2010125662.tif 000005
【図４】
2010125662.tif 000006
【図５】
2010125662.tif 000007
【図６】
2010125662.tif 000008
【国際調査報告】
2010125662.tif 000009
2010125662.tif 000010
2010125662.tif 000011
2010125662.tif 000012