(57)【要約】【課題】生物濾過膜を適切に維持する。【解決手段】浸透取水装置１は、海底に設けられた砂層９１内に埋め込まれた取水部２と、取水部２に接続された接続部３と、接続部３を介して取水部２に連通し、砂層９１を浸透した海水である浸透水を取水部２を介して取水する取水ポンプ４とを備える。接続部３は、取水部２に接続された接続管３１と、接続管３１を通過した浸透水が流入する取水井３２とを備える。浸透取水装置１では、取水ポンプ４の停止状態において、取水井３２に貯溜される浸透水の水位と潮位との差により、取水部２から取水井３２への浸透水の流動が生じる。これにより、砂層９１における生物濾過膜を適切に維持することが実現される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
浸透取水装置であって、
海底に設けられた砂層内に埋め込まれた取水部と、
前記取水部に接続された接続部と、
前記接続部を介して前記取水部に連通し、前記砂層を浸透した海水である浸透水を前記取水部を介して取水する取水ポンプと、
を備え、
前記接続部が、
前記取水部に接続された接続管と、
前記取水ポンプの停止状態において、前記取水部から前記接続管に前記浸透水を流動させる補助取水手段と、
を有することを特徴とする浸透取水装置。
【請求項２】
請求項１に記載の浸透取水装置であって、
前記補助取水手段が、前記接続管を通過した前記浸透水が流入する貯溜部が設けられるとともに、前記取水ポンプの停止状態において、前記貯溜部に貯溜される前記浸透水の水位と潮位との差により、前記取水部から前記貯溜部へと前記浸透水を流動させる補助取水構造を有することを特徴とする浸透取水装置。
【請求項３】
請求項２に記載の浸透取水装置であって、
前記補助取水構造が、前記貯溜部内の前記水位を維持する水位維持機構を有することを特徴とする浸透取水装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載の浸透取水装置であって、
前記補助取水構造が、前記取水ポンプの停止状態において、前記貯溜部内の前記水位と潮位との差により、前記貯溜部内の前記浸透水を前記取水部から排出することを特徴とする浸透取水装置。
【請求項５】
請求項４に記載の浸透取水装置であって、
前記補助取水構造が、前記貯溜部内の前記浸透水に空気を供給する空気供給部を有することを特徴とする浸透取水装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１つに記載の浸透取水装置であって、
前記補助取水手段により前記取水部から取り込まれる前記浸透水の取水速度が５〜２００ｍ／日であることを特徴とする浸透取水装置。
【請求項７】
浸透取水装置であって、
海底に設けられた砂層内に埋め込まれた取水部と、
前記取水部に接続された接続部と、
前記接続部を介して前記取水部に連通し、前記砂層を浸透した海水である浸透水を前記取水部を介して取水する取水ポンプと、
を備え、
前記接続部が、
前記取水部に接続された接続管と、
前記接続管を通過した前記浸透水が流入する貯溜部と、
前記貯溜部内の前記浸透水に空気を供給する空気供給部と、
前記貯溜部内の前記浸透水を前記取水部から排出する手段と、
を有することを特徴とする浸透取水装置。
【請求項８】
浸透取水装置による浸透取水に用いられる生物濾過膜の維持方法であって、
前記浸透取水装置が、
海底に設けられた砂層内に埋め込まれた取水部と、
前記取水部に接続された接続管を有する接続部と、
前記接続部を介して前記取水部に連通し、前記砂層を浸透した海水である浸透水を前記取水部を介して取水する取水ポンプと、
を備え、
前記生物濾過膜の維持方法が、
ａ）前記取水ポンプを停止する工程と、
ｂ）前記取水ポンプの停止状態において、前記接続部により前記取水部から前記接続管に前記浸透水を流動させる工程と、
を備えることを特徴とする生物濾過膜の維持方法。
【請求項９】
浸透取水装置による浸透取水に用いられる生物濾過膜の維持方法であって、
前記浸透取水装置が、
海底に設けられた砂層内に埋め込まれた取水部と、
前記取水部に接続された接続部と、
前記接続部を介して前記取水部に連通し、前記砂層を浸透した海水である浸透水を前記取水部を介して取水する取水ポンプと、
を備え、
前記接続部が、
前記取水部に接続された接続管と、
前記接続管を通過した前記浸透水が流入する貯溜部と、
前記貯溜部内の前記浸透水に空気を供給する空気供給部と、
を有し、
前記生物濾過膜の維持方法が、
ａ）前記空気供給部により前記貯溜部内の前記浸透水に空気を供給する工程と、
ｂ）前記接続部により前記貯溜部内の前記浸透水を前記取水部から排出する工程と、
を備えることを特徴とする生物濾過膜の維持方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、浸透取水装置および生物濾過膜の維持方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、海底の砂層を浸透した海水を取水する海底浸透取水（以下、単に「浸透取水」という。）が行われている。浸透取水では、砂層に付着している好気性微生物が、海水中の有機物を摂食、分解することにより清澄な海水が得られる。砂層の好気性微生物は、浸透取水における濾過性能に大きな影響を及ぼす生物濾過膜としての役割を果たす。
【０００３】
なお、特許文献１では、砂ろ過層内に埋め込まれた取水管に定期的に海水を逆流させて、砂ろ過層を逆洗する逆洗装置が提案されている。逆洗装置では、海洋に対し上げ潮時に連通する一方、下げ潮時に隔離される海水貯留部と、取水管に接続された導水管と海水貯留部との間に連結される連結管とが設けられる。そして、下げ潮により下降する海洋の潮位と海水貯留部内の水位との間に所定の水頭差が生じたときに、連結管において海水の流通が許容され、海水貯留部の海水が連結管を介して逆流する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第６０２６３５８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、浸透取水を行う浸透取水装置において通常運転を停止している間、海底の砂層内の海水が、ほとんど入れ替わることなく滞留する。この場合、砂層内の海水中の酸素が好気性微生物により消費され、当該海水中の溶存酸素量（Dissolved Oxygen）が低くなる。溶存酸素量が０に近くなると、好気性微生物が死滅して腐敗汚泥が発生する。したがって、通常運転の長期間の停止後、通常運転を再開する際には、砂層内の腐敗汚泥を除去するために複数回の逆洗作業が必要になる。また、好気性微生物の死滅により砂層における有機物の除去能力が低下し、濾過性能が低下する。砂層において好気性微生物が繁殖して濾過性能が回復するまでには、数日〜数ヶ月の時間が必要となる。よって、浸透取水装置において通常運転を停止している間、砂層内の好気性微生物を生存させて、生物濾過膜を適切に維持する手法が求められている。
【０００６】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、生物濾過膜を適切に維持することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の発明は、浸透取水装置であって、海底に設けられた砂層内に埋め込まれた取水部と、前記取水部に接続された接続部と、前記接続部を介して前記取水部に連通し、前記砂層を浸透した海水である浸透水を前記取水部を介して取水する取水ポンプとを備え、前記接続部が、前記取水部に接続された接続管と、前記取水ポンプの停止状態において、前記取水部から前記接続管に前記浸透水を流動させる補助取水手段とを有する。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の浸透取水装置であって、前記補助取水手段が、前記接続管を通過した前記浸透水が流入する貯溜部が設けられるとともに、前記取水ポンプの停止状態において、前記貯溜部に貯溜される前記浸透水の水位と潮位との差により、前記取水部から前記貯溜部へと前記浸透水を流動させる補助取水構造を有する。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の浸透取水装置であって、前記補助取水構造が、前記貯溜部内の前記水位を維持する水位維持機構を有する。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項２または３に記載の浸透取水装置であって、前記補助取水構造が、前記取水ポンプの停止状態において、前記貯溜部内の前記水位と潮位との差により、前記貯溜部内の前記浸透水を前記取水部から排出する。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の浸透取水装置であって、前記補助取水構造が、前記貯溜部内の前記浸透水に空気を供給する空気供給部を有する。
【００１２】
請求項６に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれか１つに記載の浸透取水装置であって、前記補助取水手段により前記取水部から取り込まれる前記浸透水の取水速度が５〜２００ｍ／日である。
【００１３】
請求項７に記載の発明は、浸透取水装置であって、海底に設けられた砂層内に埋め込まれた取水部と、前記取水部に接続された接続部と、前記接続部を介して前記取水部に連通し、前記砂層を浸透した海水である浸透水を前記取水部を介して取水する取水ポンプとを備え、前記接続部が、前記取水部に接続された接続管と、前記接続管を通過した前記浸透水が流入する貯溜部と、前記貯溜部内の前記浸透水に空気を供給する空気供給部と、前記貯溜部内の前記浸透水を前記取水部から排出する手段とを有する。
【００１４】
請求項８に記載の発明は、浸透取水装置による浸透取水に用いられる生物濾過膜の維持方法であって、前記浸透取水装置が、海底に設けられた砂層内に埋め込まれた取水部と、前記取水部に接続された接続管を有する接続部と、前記接続部を介して前記取水部に連通し、前記砂層を浸透した海水である浸透水を前記取水部を介して取水する取水ポンプとを備え、前記生物濾過膜の維持方法が、ａ）前記取水ポンプを停止する工程と、ｂ）前記取水ポンプの停止状態において、前記接続部により前記取水部から前記接続管に前記浸透水を流動させる工程とを備える。
【００１５】
請求項９に記載の発明は、浸透取水装置による浸透取水に用いられる生物濾過膜の維持方法であって、前記浸透取水装置が、海底に設けられた砂層内に埋め込まれた取水部と、前記取水部に接続された接続部と、前記接続部を介して前記取水部に連通し、前記砂層を浸透した海水である浸透水を前記取水部を介して取水する取水ポンプとを備え、前記接続部が、前記取水部に接続された接続管と、前記接続管を通過した前記浸透水が流入する貯溜部と、前記貯溜部内の前記浸透水に空気を供給する空気供給部とを有し、前記生物濾過膜の維持方法が、ａ）前記空気供給部により前記貯溜部内の前記浸透水に空気を供給する工程と、ｂ）前記接続部により前記貯溜部内の前記浸透水を前記取水部から排出する工程とを備える。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、生物濾過膜を適切に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】浸透取水装置の構成を示す図である。
【図２】通常運転を停止する場合における浸透取水装置の動作の流れを示す図である。
【図３】浸透取水装置の動作を説明するための図である。
【図４】浸透取水装置の動作を説明するための図である。
【図５】浸透取水装置の動作を説明するための図である。
【図６】浸透取水装置の動作を説明するための図である。
【図７】浸透取水装置の他の例を示す図である。
【図８】浸透取水装置の動作を説明するための図である。
【図９】浸透取水装置の動作を説明するための図である。
【図１０】浸透取水装置の動作を説明するための図である。
【図１１】浸透取水装置の動作を説明するための図である。
【図１２】接続部の他の例を示す図である。
【図１３】取水部の他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１は、本発明の一の実施の形態に係る浸透取水装置１の構成を示す図である。浸透取水装置１は、例えば海水を取水、処理して淡水を製造する海水淡水化システムに設けられる。当該システムでは、浸透取水装置１により取水された海水は、図示省略の処理部により処理され、淡水が製造される。
【００１９】
浸透取水装置１は、取水部２と、接続部３と、取水ポンプ４と、水位センサ５１と、図示省略の制御部とを備える。制御部は、浸透取水装置１の全体制御を担う。取水部２は、海底に設けられた砂層９１内に埋め込まれる。図１の例では、箱状の筐体９０内に所定の粒径の砂が砂層９１として敷き詰められ、砂層９１内に取水部２が配置される。砂層９１には、取水部２を支持するための砂利（砂利層）等が含まれてもよい。取水部２は、例えば周囲にスクリーンが設けられた取水管であり、砂層９１を浸透した海水（以下、「浸透水」という。）が取水部２に取り込まれる。
【００２０】
接続部３は、取水部２に接続される。詳細には、接続部３は、接続管３１と、取水井３２と、送水管３３と、空気供給部３４とを備える。接続管３１の一端は、取水部２に接続される。接続管３１には接続バルブ３１１が設けられており、接続バルブ３１１を開いた状態において、取水部２により取り込まれた浸透水が接続管３１を流れる。取水井３２は、例えば、地面を掘って形成した井戸である。接続管３１の他端は、取水井３２の底部または底部の近傍に接続される。接続管３１を通過した浸透水は取水井３２に流入し、取水井３２にて貯溜される。取水井３２は、浸透水を貯溜する貯溜部である。取水井３２は、大気開放されており、浸透水の水平な液面が形成される。
【００２１】
空気供給部３４は、コンプレッサ３４１と、噴出管３４２とを備える。コンプレッサ３４１は地上に配置され、噴出管３４２は、取水井３２の底部に配置される。コンプレッサ３４１により生成された圧縮空気は、噴出管３４２に供給される。噴出管３４２には、多数の微小な孔が形成されており、当該微小な孔を介して圧縮空気が取水井３２内に吹き込まれる。このように、空気供給部３４では、バブリングにより、取水井３２内の浸透水に空気が供給される、すなわち、取水井３２内の浸透水に対する曝気が行われる。
【００２２】
送水管３３は、取水井３２と取水ポンプ４とを接続する。具体的には、送水管３３の一端は、取水井３２内において底部の近傍に配置される。送水管３３の他端は、地上に設置された取水ポンプ４に接続される。接続管３１の接続バルブ３１１を開いた状態では、取水ポンプ４は、接続部３を介して取水部２に連通する。すなわち、取水部２と取水ポンプ４との間において浸透水が流通可能となる。水位センサ５１は、地上に配置され、超音波により海水面との間の距離を測定する。水位センサ５１として、静電容量式の水位センサや、海中に設置される水圧計等が利用されてもよい。本実施の形態では、取水井３２内にも水位センサ（図示省略）が設けられる。
【００２３】
浸透取水装置１の通常運転では、例えば、接続バルブ３１１を全開した状態で取水ポンプ４が作動し、送水動作を行う。これにより、取水井３２内の浸透水が連続的に吸い上げられ、濾過部等の後段（下流側）の設備へと送られる。また、取水ポンプ４が常時作動することにより、図１中に矢印Ａ１にて示すように、取水井３２に貯溜される浸透水の水位（液面の位置）が、取水部２が設けられた位置における海の潮位よりも低い状態が維持される。これにより、浸透水が取水部２を介して連続的に取水され、取水井３２に流入する。図１では、砂層９１内に示す矢印により、浸透水が流れる方向を示している（後述の図３、図５、図７、図８、図１０において同様）。
【００２４】
海水が砂層９１を浸透する際に、砂層９１に付着している好気性微生物が、海水中の有機物を摂食、分解することにより、取水部２において清澄な浸透水が得られる。また、取水部２から下流側において、海生生物が付着することが防止される。浸透取水装置１では、取水ポンプ４による取水井３２内の浸透水の吸い上げ、および、取水部２を介した浸透水の取水が並行して行われる。なお、浸透取水装置１の通常運転では、空気供給部３４は利用されない。もちろん、通常運転において、空気供給部３４が作動されてもよい。
【００２５】
また、浸透取水装置１の通常運転では、定期的に、または、任意のタイミングで逆洗処理が行われる。例えば、取水ポンプ４よりも後段において浸透水を貯溜する浸透水タンクが設けられており、逆洗処理では、取水ポンプ４を停止し、かつ、接続バルブ３１１を閉じた状態で、当該浸透水タンクから取水井３２内に浸透水が供給される。取水井３２内の水位が潮位よりも所定値以上高くなると、接続バルブ３１１が開かれる。これにより、取水井３２内の浸透水が、接続管３１を介して取水部２へと逆流し、取水部２から排出される。その結果、砂層９１中の砂が攪拌され、通常運転時に砂層９１に捕捉される目詰まり物質が、砂と共に巻き上げられ、海中に拡散して除去される。逆洗処理では、取水部２から浸透水が所定の流速（流量）で排出されるように、接続バルブ３１１の開度が調整される。
【００２６】
次に、海水淡水化システムにおけるポンプの交換、あるいは、配管のクリーニング等のメンテナンスのため、浸透取水装置１における通常運転を停止する場合の動作について、図２を参照して説明する。
【００２７】
通常運転の停止時には、まず、接続バルブ３１１が閉じられ、続いて、取水ポンプ４が停止される（ステップＳ１１）。取水ポンプ４の停止直後では、潮位と取水井３２内の水位との間に、ある程度の水位差が設けられる。ここでは、上げ潮時に取水ポンプ４が停止されたものとする。もちろん、取水ポンプ４は下げ潮時に停止されてもよい。浸透取水装置１では、取水ポンプ４を停止するとともに、接続バルブ３１１を閉じることにより、取水井３２内の水位が一定に保持（維持）される。接続バルブ３１１は、取水ポンプ４の停止状態において取水井３２内の水位を維持する水位維持機構である。その後、空気供給部３４の作動が開始される（ステップＳ１２）。これにより、取水井３２内の浸透水に空気が供給され、取水井３２内の浸透水において溶存酸素量が高い状態が維持される。
【００２８】
浸透取水装置１では、水位センサ５１により潮位が常時測定され、制御部により、測定結果に基づいて満潮であるか否か、および、干潮であるか否かが判定される。満潮および干潮の判定は、潮汐表（理論計算値）を参照することにより行われてもよい。図３に示すように、満潮となると（すなわち、満潮であると判定されると）、接続バルブ３１１が開かれる。これにより、取水井３２内の水位の維持が解除される。図３中に矢印Ａ３にて示すように、潮位が取水井３２内の水位よりも高くなっており、通常運転時と同様に、取水部２により浸透水が取り込まれ、接続管３１を介して取水井３２へと流動する（ステップＳ１３）。また、砂層９１において取水部２の上方の部分にも、新たな海水が流れ込む。
【００２９】
以上のように、浸透取水装置１では、接続管３１、接続バルブ３１１および取水井３２を含む補助取水構造が、取水ポンプ４の停止状態において、取水井３２内の水位と潮位との差を利用して、取水部２から取水井３２へと浸透水を流動させる。このとき、取水部２における浸透水の流速、すなわち、取水速度が、通常運転時の取水速度よりも過度に速い場合、砂層９１が固くなる（締まる）可能性がある。補助取水構造により、取水部２から取り込まれる浸透水の取水速度は、通常運転時の取水速度以下であることが好ましく、例えば、５〜２００［ｍ／日］である。なお、取水速度は、単位時間当たりの取水量［ｍ３］を１日当たりの取水量に換算し、換算値を取水部２の面積［ｍ２］で割ることにより求められる。本実施の形態における取水速度の算出では、取水井３２内に設けられる既述の水位センサにより得られる水位上昇速度と、取水井３２の断面積とが用いられる。取水部２における取水速度は、接続バルブ３１１の開度を調整することにより変更（制御）可能である。
【００３０】
取水井３２内の水位が次第に高くなり、図４に示すように、潮位とほぼ等しくなると、取水部２および接続管３１における浸透水の流動が停止する。その後、接続バルブ３１１が閉じられ、満潮時の潮位に相当する高さにて取水井３２内の水位が維持される。既述のように、接続バルブ３１１は、上記補助取水構造における水位維持機構である。図４では、閉じた状態の接続バルブ３１１を黒く塗りつぶしている（後述の図６ないし図１１において同様）。
【００３１】
図５に示すように、干潮となると（すなわち、干潮であると判定されると）、接続バルブ３１１が開かれ、取水井３２内の水位の維持が解除される。図５中に矢印Ａ５にて示すように、潮位が取水井３２内の水位よりも低くなっており（実際には、両者間において満潮時の潮位と干潮時の潮位との差に相当する水位差となっており）、取水井３２内の浸透水が接続管３１を流動して取水部２から排出される（ステップＳ１４）。換言すると、取水井３２内の浸透水が、接続管３１を介して取水部２へと逆流する。取水井３２内の浸透水では、空気供給部３４により溶存酸素量が高い状態が維持されており、取水部２の近傍の砂層９１に対して、溶存酸素量が高い水が供給される。
【００３２】
このとき、取水部２から排出される浸透水の流速は、通常運転における逆洗処理時の流速以下であることが好ましい。なお、逆洗処理時の流速は、例えば５００〜１０００［ｍ／日］であり、好ましくは６００〜８００［ｍ／日］である。排出される浸透水の流速の算出では、取水速度の算出と同様に、取水井３２内に設けられる既述の水位センサにより得られる水位低下速度と、取水井３２の断面積とが用いられる。取水部２から排出される浸透水の流速も、既述の取水速度と同様に、接続バルブ３１１の開度を調整することにより変更（制御）可能である。
【００３３】
取水井３２内の水位が次第に低くなり、図６に示すように、潮位とほぼ等しくなると、取水部２および接続管３１における浸透水の流動が停止する。その後、接続バルブ３１１が閉じられ、干潮時の潮位に相当する高さにて取水井３２内の水位が維持される。次に満潮となるときには、潮位が取水井３２内の水位よりも高くなっており、接続バルブ３１１を開くことにより、取水部２により浸透水が取り込まれる（ステップＳ１３）。
【００３４】
以上のように、浸透取水装置１では、通常運転を再開するまで、上記ステップＳ１３，Ｓ１４の動作が繰り返される。満潮および干潮は、約６時間置きに発生するため、取水ポンプ４の停止状態において、１日に４回、浸透水を取水部２内で流動させることが可能となる。浸透取水装置１では、大掛かりな装置や、大きな電力を使用することなく、潮汐を利用して、低コストにて取水部２に海水を通水することが可能である。
【００３５】
繰り返されるステップＳ１３，Ｓ１４では、原則として、取水井３２における、満潮時と干潮時との水位差に相当する高さ分の水量が、取水部２により取り込まれる、または、取水部２から排出される。砂層９１に滞留する海水、詳細には、砂層９１において取水部２から上側の部分に滞留する海水の全体を、満潮時および干潮時に入れ替えるには、上記水量が、砂層９１における上記部分の容積（以下、「砂層９１における浸透容積」という。）以上であることが好ましい。水平面における取水井３２の断面積が高さ方向に一定である場合には、例えば、砂層９１における浸透容積［ｍ３］を、満潮時と干潮時との水位差［ｍ］で除して得た面積が、取水井３２にて必要な最小断面積となる。
【００３６】
通常運転を再開する際には、空気供給部３４の作動が停止され、取水再開時の所定の処理が行われる。既述のように、取水ポンプ４は下げ潮時に停止されてもよく、この場合、ステップＳ１１，Ｓ１２の後、ステップＳ１４，Ｓ１３の動作が順に行われる。
【００３７】
ここで、取水部２と取水ポンプ４とが１つの接続管により直接的に接続される比較例の浸透取水装置を想定する。比較例の浸透取水装置では、通常運転の停止後、再開まで砂層９１内の海水が、ほとんど入れ替わることなく滞留する。この場合、砂層９１内の海水中の酸素が好気性微生物により消費され、当該海水中の溶存酸素量が低くなる。溶存酸素量が０に近くなると、好気性微生物が死滅して腐敗汚泥が発生する。したがって、比較例の浸透取水装置では、通常運転の長期間の停止後、通常運転を再開する際に、砂層９１内の腐敗汚泥を除去するために複数回の逆洗処理が必要になる。また、好気性微生物の死滅により砂層９１における有機物の除去能力が低下しており、濾過性能が低下する。砂層９１において好気性微生物が繁殖して濾過性能が回復するまでには、数日〜数ヶ月の時間が必要となる。したがって、濾過性能が回復するまで、海水淡水化システムにおける後段の処理において薬剤の投入量を増加させる必要がある。
【００３８】
これに対し、浸透取水装置１では、通常運転を停止している間、取水井３２に貯溜される浸透水の水位と潮位との差により、取水部２から取水井３２への浸透水の流動が間欠的に生じる。このように、取水ポンプ４の停止状態において、取水部２から浸透水を取り込むことにより、砂層９１内に海水を流入させ、砂層９１内の海水において、ある程度の溶存酸素量を確保することができる。これにより、生物濾過に寄与する砂層９１内の好気性微生物に対する、通常運転の停止によるダメージを少なくして好気性微生物を生存させ、生物濾過膜を適切に維持することが実現される。その結果、通常運転を再開する際における逆洗処理が不要となる、または、逆洗処理の回数を少なくすることができる。また、通常運転の再開時における濾過性能の低下を抑制して、好気性微生物の死滅に起因する薬剤の投入量の増加を抑制することができる。
【００３９】
ところで、取水速度が過度に低い場合には、砂層９１の上部に存在する好気性微生物により海水中の酸素が消費されてしまい、砂層９１における取水部２近傍に存在する好気性微生物に対して酸素があまり供給されない可能性がある。これに対し、浸透取水装置１では、接続バルブ３１１が、水位維持機構として取水井３２内の水位を維持することにより、取水井３２内の水位と潮位との差を大きくした状態で、取水部２から取水井３２への浸透水の流動を開始することができる。その結果、取水部２における取水速度を容易に高くすることができ、砂層９１における取水部２近傍の好気性微生物に対してある程度の量の酸素を供給することが可能となる。既述のように、取水部２における好ましい取水速度は、５〜２００［ｍ／日］である。
【００４０】
上記比較例の浸透取水装置では、取水部２と取水ポンプ４とを直接的に接続する接続管内の浸透水も、入れ替わることなく滞留する。したがって、接続管内の浸透水に含まれる好気性微生物により浸透水中の酸素が消費され、当該浸透水の溶存酸素量が低くなる。これにより、嫌気性微生物である硫酸塩還元菌が活性化し、硫化水素等の有毒ガスを発生させる。硫化水素は、接続管内の浸透水に溶け込んで、当該浸透水を酸性にする。したがって、比較例の浸透取水装置では、通常運転の長期間の停止後、通常運転を再開する際に、接続管内の腐敗した水を除去するための捨て水工程が必要になる。
【００４１】
これに対し、浸透取水装置１では、取水井３２内の浸透水に空気を供給する空気供給部３４が設けられる。これにより、取水井３２に貯溜される浸透水の溶存酸素量が高い状態を維持することができ、硫酸塩還元菌による硫化水素等の発生を抑制することができる。その結果、通常運転を再開する際における捨て水工程を省略することが可能となる。また、取水井３２内の水位と潮位との差により、取水井３２内の浸透水を取水部２に逆流させる際に、溶存酸素量が高い浸透水を取水部２から排出することができる。これにより、砂層９１における取水部２近傍の好気性微生物に対して、十分な量の酸素を供給することができ、生物濾過膜を適切に維持することが可能となる。砂層９１における取水部２近傍の好気性微生物に対して酸素を供給するという観点では、取水井３２内の浸透水を取水部２から排出する直前の期間、例えば満潮時から干潮時までの期間にのみ、空気供給部３４が作動されてもよい。
【００４２】
図７は、浸透取水装置の他の例を示す図である。図７の浸透取水装置１ａでは、接続部３の構成が、図１の浸透取水装置１と相違する。具体的には、図１の取水井３２に代えてチャンバ３２ａが設けられる。チャンバ３２ａは、浸透水を貯溜する貯溜部である。チャンバ３２ａの底部には、水位センサ５２が設けられており、チャンバ３２ａ内の浸透水の水位が水位センサ５２により監視される。
【００４３】
チャンバ３２ａの上部には、通気管３２１が設けられる。接続管３１はチャンバ３２ａの下部に接続され、送水管３３の一端が、チャンバ３２ａ内に配置される。チャンバ３２ａは、通気管３２１、接続管３１および送水管３３を除いて密閉される。通気管３２１には、通気バルブ３２２が設けられる。送水管３３には、送水バルブ３３１が設けられる。浸透取水装置１ａにおいて、通気バルブ３２２を閉じた状態では、接続管３１、チャンバ３２ａおよび送水管３３は、一繋がりの配管と等価であり、当該配管において、立ち上がり部分（チャンバ３２ａ）の直径が大きくされていると捉えることができる。なお、接続管３１には、バルブ（接続バルブ３１１）は設けられない。また、図７の浸透取水装置１ａでは、空気供給部３４が省略される。
【００４４】
浸透取水装置１ａの通常運転では、例えば、通気バルブ３２２を閉じ、かつ、送水バルブ３３１を全開した状態で取水ポンプ４が作動する。これにより、チャンバ３２ａ内の浸透水が連続的に吸い上げられ、濾過部等の後段（下流側）の設備へと送られる。また、チャンバ３２ａ内の浸透水の吸い上げにより、浸透水が取水部２を介して取水され、チャンバ３２ａ内に流入する。逆洗処理では、例えば、取水ポンプ４よりも後段に設けられた浸透水タンクからチャンバ３２ａ内に浸透水が供給される。これにより、チャンバ３２ａ内の浸透水が、接続管３１を介して取水部２へと逆流し、取水部２から排出される。
【００４５】
浸透取水装置１ａにおいて通常運転を停止する際には、取水ポンプ４が停止されるとともに、送水バルブ３３１が閉じられる（図２：ステップＳ１１）。浸透取水装置１ａでは、通気バルブ３２２は予め閉じられており、チャンバ３２ａ内の液面上方の空間における気密性が保たれている。その結果、チャンバ３２ａ内の水位がほぼ一定に保たれる（水位が維持される。）。通気バルブ３２２は、チャンバ３２ａに対する水位維持機構として捉えることが可能である。なお、チャンバ３２ａ内の空気の圧縮および膨張により、多少の水位の変動は発生してもよい。ここでは、下げ潮時に取水ポンプ４が停止されたものとする。したがって、ステップＳ１４，Ｓ１３の動作が順に行われる。図７の浸透取水装置１ａでは、空気供給部３４が省略されており、ステップＳ１２の動作は行われない。
【００４６】
図８に示すように、干潮となると、通気バルブ３２２が開かれ、チャンバ３２ａ内の水位の維持が解除される。このとき、潮位がチャンバ３２ａ内の水位よりも低くなっており、チャンバ３２ａ内の浸透水が、接続管３１を介して取水部２へと逆流し、取水部２から浸透水が排出される（ステップＳ１４）。また、通気管３２１を介して空気がチャンバ３２ａ内に流入する。取水部２から排出される浸透水の流速等の好ましい条件は、図１の浸透取水装置１と同様である。当該流速の算出では、水位センサ５２により得られる水位低下速度と、チャンバ３２ａの断面積とが用いられる。浸透水の流速は、通気バルブ３２２の開度を調整することにより変更可能である（ステップＳ１３において同様）。チャンバ３２ａ内の水位が次第に低くなり、図９に示すように、潮位とほぼ等しくなると、取水部２および接続管３１における浸透水の流動が停止する。その後、通気バルブ３２２が閉じられ、干潮時の潮位に相当する高さにてチャンバ３２ａ内の水位が維持される。
【００４７】
図１０に示すように、満潮となると、通気バルブ３２２が開かれ、チャンバ３２ａ内の水位の維持が解除される。このとき、潮位がチャンバ３２ａ内の水位よりも高くなっており、取水部２により浸透水が取り込まれ、接続管３１を介してチャンバ３２ａへと流動する（ステップＳ１３）。また、通気管３２１を介して空気がチャンバ３２ａから流出する。取水部２から取り込まれる浸透水の流速等の好ましい条件は、図１の浸透取水装置１と同様である。当該流速の算出では、水位センサ５２により得られる水位上昇速度と、チャンバ３２ａの断面積とが用いられる。浸透取水装置１ａでは、接続管３１、チャンバ３２ａおよび通気バルブ３２２を含む補助取水構造が、取水ポンプ４の停止状態において、チャンバ３２ａ内の水位と潮位との差により、取水部２からチャンバ３２ａへと浸透水を流動させる。
【００４８】
チャンバ３２ａ内の水位が次第に高くなり、図１１に示すように、潮位とほぼ等しくなると、取水部２および接続管３１における浸透水の流動が停止する。その後、通気バルブ３２２が閉じられ、満潮時の潮位に相当する高さにてチャンバ３２ａ内の水位が維持される。浸透取水装置１ａでは、通常運転を再開するまで、上記ステップＳ１４，Ｓ１３の動作が繰り返される。
【００４９】
図７の浸透取水装置１ａも、図１の浸透取水装置１と同様に、潮汐を利用して、取水部２からチャンバ３２ａへの浸透水の流動、および、チャンバ３２ａから取水部２への浸透水の流動が生じる。このように、取水ポンプ４の停止状態において、取水部２に海水を通水することにより、砂層９１における好気性微生物に対して酸素を供給し、生物濾過膜を適切に維持することが実現される。なお、浸透取水装置１ａでは、空気供給部３４が省略されるが、潮汐を利用して、チャンバ３２ａ内の浸透水が入れ替えられるため、チャンバ３２ａ内の浸透水においてある程度の溶存酸素量を確保することが可能である。したがって、硫酸塩還元菌の活性化を抑制して、通常運転を再開する際における捨て水工程を省略する、または、捨て水の量を少なくすることができる。
【００５０】
上記浸透取水装置１，１ａでは様々な変形が可能である。
【００５１】
上記浸透取水装置１，１ａでは、潮汐を利用する補助取水構造により浸透水を流動させることが実現されるが、例えば、送水能力および消費電力が取水ポンプ４よりも小さい小型の補助ポンプが接続部３（例えば、接続管３１）に設けられ、補助ポンプの作動により、取水部２から接続管３１に浸透水が流動してもよい。このように、取水ポンプ４の停止状態において、取水部２から接続管３１に浸透水を流動させる補助取水手段は、補助取水構造のみならず、様々な構成により実現可能である。同様に、補助ポンプの作動により貯溜部（上記の例では、取水井３２またはチャンバ３２ａ）内の浸透水が取水部２から排出されてもよく、貯溜部内の浸透水を取水部２から排出する手段も、様々な構成により実現可能である。なお、上記補助ポンプを利用する場合において、貯溜部を省略した構成が採用されてもよい。
【００５２】
図１の浸透取水装置１において、十分な大きさの貯溜部が設けられる場合には、接続バルブ３１１が省略されてもよい。この場合、取水部２から貯溜部への浸透水の流動、および、貯溜部内の浸透水の取水部２からの排出が、潮汐に合わせて少しずつ行われる。
【００５３】
空気供給部３４では、バブリング以外により曝気が行われてもよい。例えば、取水井３２の底部から吸い上げた浸透水を、取水井３２の上方から空気中に噴出して取水井３２に戻すことにより、曝気が行われてもよい。このように、空気供給部３４では、貯溜部における浸透水の液面以外から、貯溜部内の浸透水に対して空気を供給する様々な構成が利用可能である。
【００５４】
取水井３２またはチャンバ３２ａ内の水位を維持する水位維持機構は、接続バルブ３１１および通気バルブ３２２以外により実現されてもよい。例えば、図１２に示す接続部３では、取水井３２において、接続管３１が接続される開口にゲート３１１ａが設けられる。ゲート３１１ａが接続管３１の開口を閉じることにより、取水ポンプ４の停止状態において、取水井３２内の水位が維持される。
【００５５】
上記浸透取水装置１，１ａでは、筐体９０内に敷き詰められた砂層９１内に取水部２が埋め込まれるが、図１３に示すように、海底に設けられた凹部に取水部２を配置し、取水部２上に砂を敷き詰めることにより、取水部２が海底の砂層９１内に埋め込まれてもよい。
【００５６】
満潮および干潮が操作者により判断され、浸透取水装置１，１ａの制御部に対する操作者の入力により、図２のステップＳ１３，Ｓ１４の動作が行われてもよい。また、浸透取水装置１，１ａの設計によっては、接続バルブ３１１、通気バルブ３２２およびゲート３１１ａの開閉、すなわち、水位維持機構による貯溜部内の水位の維持および解除の切り替えが、操作者により手動にて行われてもよい。
【００５７】
上記実施の形態および各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わされてよい。
【符号の説明】
【００５８】
１，１ａ    浸透取水装置
２    取水部
３    接続部
４    取水ポンプ
３１    接続管
３２    取水井
３４    空気供給部
９１    砂層
３１１    接続バルブ
３１１ａ    ゲート
３２２    通気バルブ
３２ａ    チャンバ
Ｓ１１〜Ｓ１４    ステップ
【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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