(57)【要約】【課題】構成が簡便であり、安価であり、通水路が閉塞し難く、水処理性能が高い水処理装置の提供。【解決手段】被処理水を処理する水処理装置であって；水処理装置がタンク、被処理水の流入口および排出口を有し、タンクの少なくとも一部の領域がろ材層を有し、被処理水が被処理水の流入口を通過してタンクに給水され、ろ材層を通過した処理水が排出口から排出され、ろ材層が多孔質の担体Ａおよび多孔質の担体Ｂを含み、担体Ａの圧縮強度が２０ｋｇｆ／ｃｍ２以上であり、担体Ｂの圧縮強度が担体Ａの圧縮強度よりも小さく、担体Ａの粒径が担体Ｂの粒径より大きい、水処理装置；この水処理装置の管理方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理水を処理する水処理装置であって；
前記水処理装置がタンク、被処理水の流入口および排出口を有し、
前記タンクの少なくとも一部の領域がろ材層を有し、
前記被処理水が前記被処理水の流入口を通過して前記タンクに給水され、
前記ろ材層を通過した処理水が前記排出口から排出され、
前記ろ材層が多孔質の担体Ａおよび多孔質の担体Ｂを含み、
前記担体Ａの圧縮強度が２０ｋｇｆ／ｃｍ２以上であり、
前記担体Ｂの圧縮強度が前記担体Ａの圧縮強度よりも小さく、
前記担体Ａの粒径が前記担体Ｂの粒径より大きい、水処理装置。
【請求項２】
前記担体Ａの短軸が１０ｍｍ以上であり、
前記担体Ａの長軸が１５０ｍｍ以下であり、
前記担体Ａの長軸が前記担体Ｂの長軸より大きい、請求項１に記載の水処理装置。
【請求項３】
前記担体Ａおよび前記担体Ｂが完全混合状態である、請求項１または２に記載の水処理装置；
ただし、完全混合状態とは、前記担体Ａおよび前記担体Ｂの混合物の任意の箇所から採取された前記担体Ａおよび前記担体Ｂの混合比が、前記混合物の全体についての前記担体Ａおよび前記担体Ｂの混合比に等しい状態のことをいう。
【請求項４】
前記担体Ａの比重が０．３〜１．５ｇ／ｃｍ３であり、
前記担体Ａと前記担体Ｂとの比重差が０．８ｇ／ｃｍ３以内である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の水処理装置。
【請求項５】
前記担体Ａおよび前記担体Ｂの合計に対する、前記担体Ｂの混合比率が０体積％より大きく、５０体積％以下である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の水処理装置。
【請求項６】
前記担体Ａおよび前記担体Ｂの合計に対する、前記担体Ｂの混合比率が５〜３５体積％である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の水処理装置。
【請求項７】
前記タンクが、タンク上部およびタンク下部に分ける接続部材を有し、
前記タンク上部が前記ろ材層を含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の水処理装置。
【請求項８】
前記タンク上部が散水ろ床槽であり、
前記被処理水の流入口が散水手段を備え、
前記タンク下部が生物処理槽であり、
前記タンク下部が酸素を含む気体の供給手段を備える、請求項７に記載の水処理装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の水処理装置の管理方法であって、
前記ろ材層を冠水させ、
冠水させた前記ろ材層に対して気体を接触させて洗浄を行い、
洗浄後の前記ろ材層から冠水に用いた水を排水する、水処理装置の管理方法。
【請求項１０】
前記タンクが、タンク上部およびタンク下部に分ける接続部材を有し、
前記タンク上部が前記ろ材層を含み、
前記タンク下部が酸素を含む気体の供給手段を備え、
前記ろ材層を冠水させる際に前記タンク下部およびタンク上部を冠水させ、
前記気体が前記タンク下部から流入する気体である、請求項９に記載の水処理装置の管理方法。
【請求項１１】
前記担体Ａと前記担体Ｂとの比重差が０．８ｇ／ｃｍ３以内であり、
前記排水により前記担体Ａおよび前記担体Ｂを完全混合状態とする、請求項９または１０に記載の水処理装置の管理方法。；
ただし、完全混合状態とは、前記担体Ａおよび前記担体Ｂの混合物の任意の箇所から採取された前記担体Ａおよび前記担体Ｂの混合比が、前記混合物の全体についての前記担体Ａおよび前記担体Ｂの混合比に等しい状態のことをいう。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水処理装置および水処理装置の管理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
生物処理を行う水処理装置として、さまざまな方法で微生物を担体に保持した水処理装置が知られている（特許文献１〜３参照）。
【０００３】
特許文献１には、生物処理法を用いた排水処理リアクタに充填し使用する微生物を固定化するための微生物固定化担体であって、微生物を固定化する多孔体と、排水処理リアクタの横断面と同一の大きさを有し、多孔体を規則正しく配置し、保持することが可能な多数の空間部を有するフレームとを含み、多孔体は、フレームの１の空間部と同じ大きさの複数の多孔体からなり、フレームは、複数のフレームを積み重ねても変形しない強度を有する微生物固定化担体が記載されている。
【０００４】
特許文献２には、処理空間中に充填配置された保水体に、処理水を伝わらせて流下させ、処理空間内に酸素含有ガスを導入するとともに、処理空間から気体を排出することによって、処理水をろ過するとともに保水体の付着微生物により処理水中および／または酸素含有ガス中の処理対象物を分解処理する散水式浄化装置用保水体であって、保水体は、処理空間内に充填配置された状態で内側に通気路を形成可能な保形性を有する筒状芯材を有するとともに、筒状芯材の内外表面に微生物を付着育成可能な繊維材料または多孔質材料からなる被覆担体層を形成してあり、通気路は、被覆担体層に微生物が付着育成された状態で通気自在に開放される散水式浄化装置用保水体が記載されている。
【０００５】
特許文献３には、排水中の窒素分を単槽で硝化し且つ脱窒する方法であって、酸素透過性が異なる２種類以上の微生物固定化担体を対象排水が充填された処理槽に投入し、微好気性条件下、この処理槽内で、アンモニア態窒素を亜硝酸、硝酸に変換し、更に窒素ガスに変換して除去することを特徴とする単槽硝化脱窒方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２２００７５号公報
【特許文献２】特開２０１２−１７９５１７号公報
【特許文献３】特開２００３−８０２９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の水処理装置は、多孔質の担体を規則正しく配置し、保持することが可能な多数の空間部を有する構成のフレームを製造するコストが高いものであった。また、特許文献１に記載の水処理装置では、フレームが多孔質ではないため、フレームの体積割合が大きいために水処理性能も低くなると考えられる。
また、特許文献２に記載の水処理装置は、筒状芯材に不織布を巻いた担体を製造するコストが高いものであった。
一方、特許文献３に記載の多孔質ポリイミドの担体および多孔質セルロースの担体の組み合わせでは圧縮強度が不足しており、通水路が容易に閉塞し、水処理も連続通水も困難であることがわかった。
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、構成が簡便であり、安価であり、通水路が閉塞し難く、水処理性能が高い水処理装置を提供することである。
また、本発明が解決しようとする課題は、構成が簡便であり、安価であり、通水路が閉塞し難く、水処理性能が高い水処理装置を、簡便な方法で効率的に洗浄できる水処理装置の管理方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、上記の課題を解決するために鋭意検討を行った。
その結果、２種類以上の多孔質の担体を用い、担体の種類ごとの圧縮強度および粒径を制御することにより、構成が簡便であり、安価であり、通水路が閉塞し難く、水処理性能が高い水処理装置を提供できることを見出すに至った。
上記課題を解決するための具体的な手段である本発明の構成と、本発明の好ましい構成を以下に記載する。
【００１０】
［１］  被処理水を処理する水処理装置であって；
水処理装置がタンク、被処理水の流入口および排出口を有し、
タンクの少なくとも一部の領域がろ材層を有し、
被処理水が被処理水の流入口を通過してタンクに給水され、
ろ材層を通過した処理水が排出口から排出され、
ろ材層が多孔質の担体Ａおよび多孔質の担体Ｂを含み、
担体Ａの圧縮強度が２０ｋｇｆ／ｃｍ２以上であり、
担体Ｂの圧縮強度が担体Ａの圧縮強度よりも小さく、
担体Ａの粒径が担体Ｂの粒径より大きい、水処理装置。
［２］  担体Ａの短軸が１０ｍｍ以上であり、
担体Ａの長軸が１５０ｍｍ以下であり、
担体Ａの長軸が担体Ｂの長軸より大きい［１］に記載の水処理装置。
［３］  担体Ａおよび担体Ｂが完全混合状態である［１］または［２］に記載の水処理装置；
ただし、完全混合状態とは、担体Ａおよび担体Ｂの混合物の任意の箇所から採取された担体Ａおよび担体Ｂの混合比が、混合物全体についての担体Ａおよび担体Ｂの混合比に等しい状態のことをいう。
［４］  担体Ａの比重が０．３〜１．５ｇ／ｃｍ３であり、
担体Ａと担体Ｂとの比重差が０．８ｇ／ｃｍ３以内である［１］〜［３］のいずれか一つに記載の水処理装置。
［５］  担体Ａおよび担体Ｂの合計に対する、担体Ｂの混合比率が０体積％より大きく、５０体積％以下である［１］〜［４］のいずれか一つに記載の水処理装置。
［６］  担体Ａおよび担体Ｂの合計に対する、担体Ｂの混合比率が５〜３５体積％である［１］〜［４］のいずれか一つに記載の水処理装置。
［７］  タンクが、タンク上部およびタンク下部に分ける接続部材を有し、
タンク上部がろ材層を含む［１］〜［６］のいずれか一つに記載の水処理装置。
［８］  タンク上部が散水ろ床槽であり、
被処理水の流入口が散水手段を備え、
タンク下部が生物処理槽であり、
タンク下部が酸素を含む気体の供給手段を備える［７］に記載の水処理装置。
［９］  ［１］〜［８］のいずれか一つに記載の水処理装置の管理方法であって、
ろ材層を冠水させ、
冠水させたろ材層に対して気体を接触させて洗浄を行い、
洗浄後のろ材層から冠水に用いた水を排水する、水処理装置の管理方法。
［１０］  タンクが、タンク上部およびタンク下部に分ける接続部材を有し、
タンク上部がろ材層を含み、
タンク下部が酸素を含む気体の供給手段を備え、
ろ材層を冠水させる際にタンク下部およびタンク上部を冠水させ、
気体がタンク下部から流入する気体である［９］に記載の水処理装置の管理方法。
［１１］  担体Ａと担体Ｂとの比重差が０．８ｇ／ｃｍ３以内であり、
排水により担体Ａおよび担体Ｂを完全混合状態とする［９］または［１０］に記載の水処理装置の管理方法。；
ただし、完全混合状態とは、担体Ａおよび担体Ｂの混合物の任意の箇所から採取された担体Ａおよび担体Ｂの混合比が、混合物全体についての担体Ａおよび担体Ｂの混合比に等しい状態のことをいう。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、構成が簡便であり、安価であり、通水路が閉塞し難く、水処理性能が高い水処理装置を提供できる。
また、本発明によれば、構成が簡便であり、安価であり、通水路が閉塞し難く、水処理性能が高い水処理装置を、簡便な方法で効率的に洗浄できる水処理装置の管理方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、実施例１〜５および比較例１の水処理装置で水処理した際の、担体Ｂ含有率とＴＯＣ除去率の関係を示したグラフである。
【図２】図２は、実施例１〜５および比較例１の水処理装置で水処理した際の、担体Ｂ含有率と逆洗頻度の関係を示したグラフである。
【図３】図３は、本発明の水処理装置の一例を示した概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下において、本発明について詳細に説明する。以下に記載する構成要件の説明は、代表的な実施形態や具体例に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施形態に限定されるものではない。なお、本明細書において「〜」を用いて表される数値範囲は「〜」前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
【００１４】
［水処理装置］
本発明の水処理装置は、被処理水を処理する水処理装置であって；
水処理装置がタンク、被処理水の流入口および排出口を有し、
タンクの少なくとも一部の領域がろ材層を有し、
被処理水が被処理水の流入口を通過してタンクに給水され、
ろ材層を通過した処理水が排出口から排出され、
ろ材層が多孔質の担体Ａおよび多孔質の担体Ｂを含み、
担体Ａの圧縮強度が２０ｋｇｆ／ｃｍ２以上であり、
担体Ｂの圧縮強度が担体Ａの圧縮強度よりも小さく、
担体Ａの粒径が担体Ｂの粒径より大きい。
本発明によれば、構成が簡便であり、安価であり、通水路が閉塞し難く、水処理性能が高い水処理装置を提供できる。
【００１５】
いかなる理論に拘泥するものでもないが、生物処理をする水処理装置では、水処理装置のタンク内における担体の充填率と空隙率のバランスが、通水路が閉塞し難く、かつ、水処理性能が高い水処理装置とするために重要である。水処理装置のタンク内において担体の充填率が高過ぎると、生物処理する微生物が多く保持されるが、担体間隔が狭いために生物膜が生長して通水路の閉塞が容易に生じて通水性（および／または通気性）が失われる。逆に水処理装置のタンク内において空隙率が高いと、被処理水と微生物の接触機会が少なくなり、水処理性能が低くなる。なお、上述した特開２００９−２２００７５号公報や特開２０１２−１７９５１７号公報では、水処理装置のタンク内における担体の充填率と空隙率のバランスを調節するために、構成が複雑で、高価な担体とフレームを使用している。
これに対し、本発明では、担体Ａの圧縮強度が２０ｋｇｆ／ｃｍ２以上あると、通水路が閉塞し難くなり、十分に通水路を確保できる。
また、本発明では、小さな担体Ｂの圧縮強度が、大きな担体Ａの圧縮強度よりも小さいため、小さな担体Ｂがつぶれて担体Ａの隙間に適度にフィットでき、適度に通水路を狭くして被処理水と微生物の接触機会が十分となる。
さらに本発明では、担体Ａも担体Ｂも多孔質であり、かつ、微生物を保持できる担体である（単なるフレームではない）ため、圧縮強度が大きい担体Ａと圧縮強度が小さい担体Ｂの両方が生物処理に寄与でき、水処理性能が高い。複雑な形状で強度が高いが微生物を保持できないフレームと担体の組合せと比べると、明らかに水処理性能は高くなる。
以下、本発明の水処理装置の好ましい態様について説明する。
【００１６】
＜水処理装置の使用態様＞
水処理装置は、ＢＯＤ（Ｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｏｘｙｇｅｎ  Ｄｅｍａｎｄ）、ＣＯＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｏｘｙｇｅｎ  Ｄｅｍａｎｄ）、ＴＯＣ（Ｔｏｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃａｒｂｏｎ）低減などの有機物低減、ならびに、アンモニアの硝化などの好気生物処理に適用できる。
水処理装置は、屋内に設置しても、屋外に設置してもよい。
【００１７】
＜水処理装置の構成＞
全体的な水処理装置の構成を説明する。
本発明では、水処理装置がタンク、被処理水の流入口および排出口を有する。タンク、被処理水の流入口および排出口の構成としては、特に制限は無い。
【００１８】
本発明では、タンクの少なくとも一部の領域がろ材層を有する。タンク内のろ材層の配置については、特に制限はない。
本発明の水処理装置は、少なくとも散水ろ床槽として用いることが好ましい。本発明の水処理装置は、タンクを散水ろ床槽としてのみ用いた水処理装置としてもよい。また、本発明の水処理装置は、タンク上部をろ材層を配置した散水ろ床槽とし、タンク下部を生物処理槽とした一体化した装置としてもよい。タンクを散水ろ床槽としてのみ用いた水処理装置とする場合、さらに別の生物処理槽を下流に接続してもよい。
ここで、散水ろ床槽は、曝気を必要としない省エネルギー型の水処理装置であるが、処理水の水質が生物処理槽に比べて劣る。生物処理槽は処理水の水質に優れる水処理装置である。本明細書中、特に断りなく生物処理槽という場合は、活性汚泥法の生物処理槽を意味する。活性汚泥法の生物処理槽では、酸素を含む気体の供給手段（いわゆる曝気装置）を連続的に供給する。
散水ろ床槽の後段に生物処理槽を設けた場合に、散水ろ床槽を通過した処理水の水質を高める方法として、生物処理槽に溶解しきれずに残った酸素を散水ろ床槽および／または生物処理槽で再利用することが考えられる。
【００１９】
本発明の水処理装置では、タンク上部を散水ろ床槽とし、タンク下部を生物処理槽とすることが好ましい。
図３に、本発明の水処理装置の一例を示した。本明細書中、上とは重力の反対方向を意味し、下とは重力の方向を意味する。
図３では、タンク上部を散水ろ床槽とし、タンク下部を生物処理槽としてある。散水ろ床槽および生物処理槽を上下（縦）に接続することによって、省スペース化を図ることができ、水処理装置のイニシャルコストが小さくなる。また、散水ろ床槽および生物処理槽を上下（縦）に接続することによって、機器数の減少による製造コストの低下および省エネルギー化（消費電力の減少）をできる。例えば、生物処理槽に一次処理水を送るための送液ポンプ、散水ろ床槽に気体を供給するための吸引ポンプ、連通管から供給される気体を散水ろ床槽内に均一化するための攪拌翼等の機器を用いる必要が無くなる。
従来、散水ろ床槽および生物処理槽を直列に上下方向に配置しなかった理由は、散水ろ床槽の洗浄をしないとろ材の閉塞物や水が増して、散水ろ床槽が重くなり、生物処理槽が散水ろ床槽の重みに耐えられないためである。これに対し、本発明の水処理装置の好ましい態様では、後述する水処置装置の管理方法による効率的な洗浄が可能であるため、上に配置する散水ろ床槽への被処理水が貯まり、散水ろ床槽の質量が増加した状態になることを防止できる。そのため、上下方向に散水ろ床槽および生物処理槽を接続する構造上の問題を解決することができる。
【００２０】
本発明では、水処理装置の底面積が、タンク上部の底面積およびタンク下部の底面積のうち大きい方の底面積と等しいことが好ましい。この構成とすることで、省スペース化を図ることができ、水処理装置のイニシャルコストが小さくなる。タンク下部の底面積がタンク上部の底面積よりも大きく、水処理装置の底面積がタンク下部の底面積と等しいことがより好ましい。
本発明の水処理装置では処理水の水質を高められる。そのため、タンク下部または後段に生物処理槽を設置する場合であっても、従来知られていた散水ろ床槽の後段に生物処理槽を設ける方法の生物処理槽よりも、生物処理槽を（必要に応じて）スケールダウンすることができる。
【００２１】
図３に示した水処理装置の一例は、被処理水１の散水手段１２、ろ材層１３、一次処理水の排出口１４および気体流入口１５を備えるタンク上部１１を有する。タンク上部１１は、被処理水１の散水手段１２の上部に被処理水の流入口１０を有する。
図３に示した水処理装置の一例は、一次処理水の流入口２２、二次処理水の排出口２３、酸素を含む気体の供給手段２４および気体排出口２５を備えるタンク下部２１を有する。
図３に示した水処理装置の一例は、タンク上部１１の気体流入口１５と、タンク下部２１の気体排出口２５との間の接続部材３１を有する。
図３に示した水処理装置の一例は、ろ材層が多孔質の担体Ａおよび多孔質の担体Ｂを含む。
【００２２】
本発明では、被処理水が被処理水の流入口を通過してタンクに給水され、ろ材層を通過した処理水が排出口から排出される。以上の水の流れを達成できれば、特にその達成方法に制限は無い。
図３では、水の流れを実線の矢印で示した。図３に示すとおり、被処理水１は、散水手段１２によってろ材層１３に散水され、ろ材層１３の担体（担体Ａまたは担体Ｂ。担体に保持された細菌等は不図示）を上から下の流れ方向で通過することによって処理され、一次処理水の排出口１４（接続部材３１でもある）を介して一次処理水２としてタンク上部１１から排出される。次いで、一次処理水２は、一次処理水の流入口２２（接続部材３１でもある）からタンク下部２１に導入される。タンク下部２１の内部の活性汚泥（不図示）を通過することによって処理され、二次処理水の排出口２３を介して二次処理水３としてタンク下部２１から排出される。
なお、タンク上部とタンク下部に区切らず、タンク下部が存在しない場合は、ろ材層を通過した処理水である一次処理水２を、最終的に得られた処理水としてもよい。
【００２３】
図３では、気体の流れを破線の矢印で示した。図３に示すとおり、気体４は、気体の供給手段２４によってタンク下部２１の内部に供給され、タンク下部２１の気体排出口２５（接続部材３１でもある）を介してタンク下部２１から排出される。次いで、気体４は、気体流入口１５（接続部材３１でもある）からタンク上部１１に導入され、ろ材層１３を下から上の流れ方向で通過し、タンク上部の気体排出口１６を介してタンク上部１１から排出される。
図３に示した本発明の水処理装置の一例は、ろ材層１３の内部に、ろ材層１３を通過する被処理水１の流れ方向（上から下）と、タンク下部２１から排出されてタンク上部１１に流入する気体４の流れ方向（下から上）とが向流となる領域を有する。散水方向と散気方向が向流となる領域を有することで、水と気体の接触効率が良くなり、水への酸素溶解効率が向上する。
【００２４】
本発明の水処理装置の各構成について、順に説明する。なお、水処理装置の各構成としては、本明細書中に記載の内容に加えて、特開２０１５−３３６６６号公報の［００１５］〜［００３９］の内容を本発明の趣旨に反しない範囲で用いることができ、この公報の内容は参照して本明細書に組み入れられる。
【００２５】
＜タンク＞
タンクとしては、特に制限は無い。タンクは、円筒状であっても、直方体状であってもよい。タンクは底面、側面および天板を有することが好ましい。タンクの底面、側面および天板は凹凸を有さないことが好ましい。上記の簡便な形状のタンクを用いることで、構成が簡便であり、安価である水処理装置としやすい。
水処理装置を屋内に設置する場合、例えばタンクを直径３０ｃｍ程度の円筒状のサイズとしてもよく、縦１５ｃｍおよび横１５ｃｍ、高さ２ｍ程度の直方体のサイズとしてもよい。水処理装置を屋外に設置する場合、例えばタンクを縦１０ｍおよび横１０ｍ程度の直方体状のサイズとしてもよい。
タンクの少なくとも一部の領域がろ材層を有する。タンク全体がろ材層を有していてもよく、タンク上部のみがろ材層を有していてもよい。タンク上部のみがろ材層を有することが好ましい。
本発明では、タンクが、タンク上部およびタンク下部に分ける接続部材を有し、タンク上部がろ材層を含むことがより好ましい。タンク上部とタンク下部の比率は特に制限はないが、例えばタンク上部を１５０ｃｍとし、タンク下部を５０ｃｍとすることができる。
本発明では、タンク上部が散水ろ床槽であり、被処理水の流入口が散水手段を備え、タンク下部が生物処理槽であり、タンク下部が酸素を含む気体の供給手段を備えることが特に好ましい。
以下の説明では、タンク上部を散水ろ床槽とし、タンク下部を生物処理槽とする場合について説明するが、本発明の水処理装置はこの態様に限定されるものではない。
【００２６】
＜タンク上部＞
タンク上部は、被処理水の流入口、ろ材層、一次処理水の排出口を備えることが好ましい。タンク上部は、さらに気体流入口を備えることが好ましい。
一次処理水の排出口を、本発明の水処理装置の排出口としてもよい。
【００２７】
（被処理水）
被処理水が被処理水の流入口を通過してタンクに給水される。
被処理水の種類としては、特に制限はない。
被処理水の例としては、例えば、下水、畜産排水、工業排水等の様々な種類の汚水を挙げることができる。
【００２８】
被処理水１をタンク上部１１に送液する際は、ポンプを用いて積極的に送液してもよく、高低差によって送液してもよい。ポンプを用いて積極的に送液することが好ましい。
図３に示すとおり、被処理水１をタンク上部１１に送液する配管に、必要に応じて、被処理水のＴＯＣ測定装置５１を設けることができる。この構成により、被処理水のＴＯＣの変動を管理し、安定的に水処理装置を稼働させるように管理することができる。
被処理水をタンク上部に送液する配管には、不図示のバルブを設けることが好ましい。この構成により、後述の水処理装置の管理方法において、ろ材を冠水させるためにタンク下部およびタンク上部の水位を制御できる。
被処理水は、貯水タンク（不図示）に一時的に貯水していてもよい。後述のろ材層の馴養の際に被処理水を用いる場合は、水処置装置の排出口から貯水タンクへ水を循環させてもよい。
【００２９】
（被処理水の流入口）
被処理水の流入口としては、特に制限は無い。例えば、タンクの天板に、密栓を設けて、密栓に被処理水の流入口として給水管を設けることができる。
本発明では、被処理水の流入口が散水手段を備えることが好ましい。散水手段としては特に制限は無い、公知の散水手段を用いることができる。散水手段は、１個であっても、複数個であってもよい。複数個の散水手段を用いる場合、均一に配置することが好ましい。
【００３０】
（ろ材層）
本発明では、ろ材層が多孔質の担体Ａおよび多孔質の担体Ｂを含む。
ろ材層は、担体Ａおよび担体Ｂ以外に、その他の担体を有していてもよい。ろ材層は、担体Ａおよび担体Ｂのみを有することが好ましい。
本明細書中、単に担体という場合は、担体Ａおよび担体Ｂならびにその他の担体を区別しないこととする。
水処理装置内において、担体は、担体に細菌等が保持された「ろ材」として使用されることが好ましい。
【００３１】
ろ材層の内部に、ろ材層を通過する被処理水の流れ方向と、タンク下部から排出されてタンク上部に流入する気体の流れ方向とが向流となる領域を有することが好ましい。
ろ材層を通過する被処理水の流れ方向と、タンク下部から排出されてタンク上部に流入する気体の流れ方向とが向流となる領域はろ材層の全領域であっても、ろ材層の一部の領域であってもよく、ろ材層の全領域であることが好ましい。
ろ材層と、散水手段および気体流入口の位置関係としては特に制限はない。本発明では、散水手段と気体流入口の間にろ材層が存在することが好ましい。この位置関係とすることによって、ろ材層を通過する被処理水の流れ方向と、タンク下部から排出されてタンク上部に流入する気体の流れ方向とが向流となる領域を、ろ材層の全領域にすることができる。
本発明では、ろ材層が気体流入口の上部に位置し、かつ、散水手段がろ材層の上部に位置することがより好ましい。この構成とすることで、重力によりろ材層を通過する被処理水の流れ方向と、気体流入口から上方向に向けて流入する気体の流れ方向とを向流にしやすくできる。
図１に示した水処理装置は、ろ材層１３が気体流入口１５の上部に位置し、かつ、散水手段１２がろ材層１３の上部に位置する構成である。また、図３に示した水処理装置では、ろ材層を通過する被処理水の流れ方向と、タンク下部から排出されてタンク上部に流入する気体の流れ方向とが向流となる領域は、ろ材層の上下方向の全領域である。
【００３２】
担体を充填させたろ材層は、馴養することが好ましい。馴養とは、阻害物質に強い耐性を持つ活性汚泥を育てるための工程のことである。主に下水処理、工場排水処理の場合に馴養することが好ましい。
【００３３】
（担体）
本発明では、多孔質の担体Ａおよび多孔質の担体Ｂを用いる。
多孔質の担体は、気泡構造を有することが好ましく、発泡体であることがより好ましい。
気泡構造は、連続気泡構造であることが好ましく、気泡自体が繋がり、担体を貫通する貫通孔が形成されている構造であることが好ましい。連続気泡構造であることで、被処理水は担体を通過しやすい。連続気泡構造を有する担体は、吸水性に優れたスポンジ状の構造体とすることができる。
【００３４】
本発明では、担体Ａの圧縮強度が２０ｋｇｆ／ｃｍ２以上であり、２５ｋｇｆ／ｃｍ２以上であることが好ましく、２７．５ｋｇｆ／ｃｍ２以上であることがより好ましい。担体Ａの圧縮強度の上限値は特に制限は無く、例えば、１００ｋｇｆ／ｃｍ２以下であることが好ましく、５０ｋｇｆ／ｃｍ２以下であることがより好ましい。
本発明では、担体Ｂの圧縮強度が担体Ａの圧縮強度よりも小さい。担体Ｂの圧縮強度の下限値は、例えば０．００１ｋｇｆ／ｃｍ２以上であることが好ましく、０．００５ｋｇｆ／ｃｍ２以上であることがより好ましく、０．０１０ｋｇｆ／ｃｍ２以上であることが特に好ましい。担体Ｂの圧縮強度の上限値は、１０ｋｇｆ／ｃｍ２以下であることが好ましく、１ｋｇｆ／ｃｍ２以下であることがより好ましく、０．１ｋｇｆ／ｃｍ２以下であることが特に好ましい。
本発明における担体Ａの圧縮強度は、担体Ａの圧縮強度を測定した際の平均値として求める。担体Ｂの圧縮強度についても同様である。圧縮強度の測定方法としては、ＪＩＳ  Ｋ  ７２２０に記載の方法を用いる。
【００３５】
本発明では、担体Ａの粒径が担体Ｂの粒径より大きい。ただし、担体Ａの粒径が担体Ｂの粒径より大きくなり過ぎないことが好ましい。具体的には、１つの担体Ａが担体Ｂを内包していないことが好ましい。
本明細書中、担体の長軸は、担体の最も長い径を意味する。担体の短軸は、担体の最も短い径を意味し、短軸は長軸と直交していなくてもよい。担体の粒径は、「担体の長軸」と「担体の短軸」との平均値を意味する。なお、担体が球体であり、長軸と短軸を有さない場合は、球体の直径を長軸かつ短軸かつ粒径とする。本発明における担体Ａの長軸、短軸または粒径は、担体Ａの長軸、短軸または粒径を測定した際の平均値として求める。担体Ｂの長軸、短軸または粒径についても同様である。
本発明では、担体Ａの短軸が１０ｍｍ以上であることが好ましい。
本発明では、担体Ａの長軸が１５０ｍｍ以下であることが好ましく、１００ｍｍ以下であることがより好ましく、７５ｍｍ以下であることが特に好ましい。
本発明では、担体Ａの長軸が担体Ｂの長軸より大きいことが好ましい。担体Ａの長軸が担体Ｂの長軸より２０ｍｍ以上大きいことがより好ましく、４０ｍｍ以上大きいことが特に好ましい。
担体Ａおよび担体Ｂのサイズは、被処理水の組成や接続部材の形状にあわせて、調整することができる。
【００３６】
本発明では、担体Ａおよび担体Ｂが完全混合状態であることが好ましい。
ただし、完全混合状態とは、混合物の任意の箇所から採取された担体の混合比が、混合物全体についての担体の混合比（構成比）に等しい（実質的に等しいと同義）状態のことをいう。２箇所の担体の混合比が実質的に等しいとは、２箇所の担体の混合比が完全に等しい場合に加え、水処理分野において許容される程度の誤差を含むことを意味する。２種類の担体を充填する場合であれば２箇所の担体の混合比の違いが３０％以下であることが好ましく、２０％以下であることがより好しく、１０％以下であることが特に好ましい。
完全混合状態とする方法としては特に制限は無く、任意の水を通水したり、送風機で気体を通気させたりして担体Ａおよび担体Ｂを流動させることによって、完全混合状態のろ材層を形成することができる。
ろ材層の内部における担体Ａおよび担体Ｂの状態は、さらに以下の状態であることが好ましい。
ろ材層の内部において、水処理時および／または洗浄時に担体Ａおよび担体Ｂがそれぞれ独立に流動可能であることが好ましい。特に担体Ａと担体Ｂが独立して存在し、担体Ｂが担体Ａから離れて流動可能であることが好ましい。
ろ材層において、担体Ａの表面の一部に、他の担体Ａと担体Ｂを介して接触している領域があることが、適度な通水路となり、通水路が閉塞し難くなる観点から好ましい。
【００３７】
本発明では、担体Ａの比重が０．３〜１．５ｇ／ｃｍ３であることが好ましい。担体Ａの比重の下限値は０．４ｇ／ｃｍ３以上であることがより好ましく、０．５ｇ／ｃｍ３以上であることが特に好ましい。担体Ａの比重の上限値は１．２ｇ／ｃｍ３以下であることがより好ましく、１．０ｇ／ｃｍ３以下であることが特に好ましい。担体Ａの比重が１．５ｇ／ｃｍ３以下であると、水処理時および／または洗浄時に担体Ａを水に浮かせて流動させることができ、水処理時により通水路が閉塞し難くなり、洗浄時により効率的な洗浄をすることができる。
本発明では、担体Ｂの比重が０．３〜１．５ｇ／ｃｍ３であることが好ましい。担体Ｂの比重の下限値は０．７ｇ／ｃｍ３以上であることがより好ましく、１．０ｇ／ｃｍ３以上であることが特に好ましい。担体Ｂの比重の上限値は１．２ｇ／ｃｍ３以下であることがより好ましく、１．１ｇ／ｃｍ３以下であることが特に好ましい。
本発明では、担体Ａと担体Ｂとの比重差が０．８ｇ／ｃｍ３以内であることが、担体Ａおよび担体Ｂが完全混合状態になりやすい観点から好ましい。担体Ａと担体Ｂとの比重差が、０．７ｇ／ｃｍ３以内であることがより好ましく、０．６ｇ／ｃｍ３以内であることが特に好ましい。
本発明における担体Ａの比重は、担体Ａの比重を測定した際の平均値として求める。担体Ｂの比重についても同様である。比重の測定方法としては、ＪＩＳ  Ｚ  ８８０７に記載の方法を用いる。
なお、担体Ａおよび担体Ｂの比表面積は、いずれも特に制限はない。
【００３８】
本発明では、担体Ａおよび担体Ｂの合計に対する、担体Ｂの混合比率が０体積％より大きく、５０体積％以下であることが好ましく、５〜３５体積％であることがより好ましい。
また、ろ材層に含まれるすべての担体の合計に対する、担体Ｂの混合比率が０体積％より大きく、５０体積％以下であることが好ましく、５〜３５体積％であることがより好ましい。
【００３９】
担体Ａの空隙率は３０〜８０％以上であることが好ましく、４０〜７０％以上であることがより好ましい。担体Ｂの空隙率は９０％以上であることが好ましく、９５％以上であることがより好ましい。ここで、空隙率は、（単位体積あたりの原料重量−単位体積あたりの担体乾燥重量）／（単位体積あたりの原料重量）×１００で求めることができる。
【００４０】
ろ材層に用いられる担体の材質は、本発明の趣旨に反しない限り、その他の制限はない。ろ材層に用いられる担体として、キューブ；スポンジ担体；円筒状のプラスチックなどの樹脂製パイプ；砂利；軽石などの従来知られた担体を使用することができる。
例えば、担体Ａとして、軽石を用いることが好ましい。担体Ｂとして、スポンジ担体を用いることが好ましい。
担体としては、市販の担体を加工して用いることもできる。
【００４１】
（一次処理水の排出口）
一次処理水の排出口としては特に制限はない。一次処理水の排出口として、連通管を用いてもよく、後述する接続部材を用いてもよい。後述する接続部材を用いることが好ましい。
一次処理水の排出口は、タンク上部の気体流入口と同じ部材であっても、異なる部材であってもよい。本発明では、機器数の減少による製造コストの低下の観点から、タンク上部の気体流入口および一次処理水の排出口が同じ部材であることが好ましい。
一次処理水２をタンク上部１１から排出する際は、ポンプを用いて積極的に送液してもよく、高低差によって送液してもよい。高低差によって送液することが好ましい。
【００４２】
（気体流入口）
気体流入口としては特に制限はない。気体流入口として、連通管を用いてもよく、後述する接続部材を用いてもよい。後述する接続部材を用いることが好ましい。
タンク下部に供給された気体のなるべく多くがタンク上部に供給されるように、タンク上部およびタンク下部を接続することが好ましい。具体的には、後述する接続部材を用い、必要に応じてタンク下部の上部のうちタンク上部と接続されていない部分に蓋を設けることが好ましい。
タンク上部の処理性を高めるために、タンク下部を介さずに直接タンク上部に気体を供給する気体流入口をさらに設けてもよい。例えば、任意の補助配管を設けてタンク上部に気体を供給してもよい。補助配管は単独配管であっても、タンク下部への気体の供給手段の配管からの分岐であってもよい。タンク下部２１への気体の供給手段２４の配管からの分岐である補助配管が設けられ、補助配管を通じて、タンク下部２１を介さずに直接タンク上部１１に気体４を供給できる構成も好ましい。
【００４３】
（タンク上部の気体排出口）
タンク上部の気体排出口では、タンク下部から流入する気体を排出することが好ましい。タンク上部の気体排出口としては特に制限はない。
タンク上部が、タンク上部の水平断面の一部または全部が開放された気体排出口を散水手段の上方に有し、タンク下部から排出されてタンク上部に流入する気体が、タンク上部の気体排出口から排出されることが好ましい。
タンク上部が、タンク上部の水平断面の一部が開放された気体排出口を有することがより好ましく、タンク上部の水平断面の一部の面積を可変的な調整ができるように開放された気体排出口を有することが特に好ましい。
タンク上部の一部の面積を可変的な調整ができるように開放された気体排出口を有する場合、タンク上部へ流れ込む気体の量を調整できる。好気処理であるタンク上部は、ろ材層の内部で散水方向と散気方向をより対向させやすくして処理効率を高めるために、気体量を調整できることが好ましい。
また、タンク上部の一部の面積を可変的な調整ができるように開放された気体排出口を有する場合、後述の水処理装置の管理方法を用いてろ材層を冠水して洗浄する際に、タンク上部を容易に大気開放しやすくできる。
タンク上部１１の水平断面（上部）の一部が解放された気体排出口１６が、水平方向に開閉自在な蓋４１を有する構成が挙げられる。蓋４１を連続的に開閉することによって、タンク上部１１の水平断面の一部の面積を可変的な調整ができるように開放された気体排出口１６とすることができる。
蓋は一例であり、蓋と同様に、ダンパーやバルブを代わりに用いることができる。例えば、タンク上部の気体排出口のバルブを設け、タンク上部の気体排出口１６である排気管の開度を調整することも好ましい。タンク下部２１からの気体の供給の分散の程度、散水手段の散水の分散の程度などにあわせて、タンク上部の気体排出口のバルブの開度を可変的に調整することができる。一般的には、各タンク上部へのタンク下部２１からの気体の風量が均等分配できるように調整することが好ましい。
なお、タンク上部の全部が開放された気体排出口を有する場合、すなわち上部が全面開放されたタンク上部の場合も、水処理装置の性能上の問題はない。
【００４４】
＜接続部材＞
水処理装置は、タンク上部の気体流入口と、タンク下部の気体排出口との間の接続部材を有することが好ましい。
接続部材が、面内の一部に開口を有する仕切りであることが好ましい。
タンク上部とタンク下部との接続部材として、パンチングメタル、ストレーナー、スクリーン等が挙げられる。
接続部材の開口径が、ろ材層に用いられる担体Ａおよび担体Ｂのサイズ（例えば、断面の最大軸。直径など）より小さいことが好ましい。
【００４５】
＜タンク下部＞
タンク下部は、生物処理槽（曝気槽とも言われる）とすることが好ましい。
タンク下部を生物処理槽とすることにより、ろ材層を通過した処理水（一次処理水）が仮に放流レベルの水質に達していなかった場合に、放流レベルの水質まで処理することができる。
生物処理槽の活性汚泥や、活性汚泥に用いる細菌等については好気的であれば特に制限はない。有機物（ＴＯＣ、ＢＯＤ、ＣＯＤ）およびアンモニア態窒素などの酸化処理や低減に用いられる活性汚泥や細菌等を、本発明では好ましく用いることができる。
タンク下部の水位は、タンク上部のろ材層を冠水させる洗浄時を除いて、水処理装置の稼働中はタンク上部およびタンク下部の境界以下であればよい。タンク上部およびタンク下部の境界と、タンク下部の水面との間に空間があってもよく、空間がなくてもよい。図１〜４には、タンク上部およびタンク下部の境界である接続部材３１と、水面との間に空間がある態様を示した。
【００４６】
（一次処理水の流入口）
タンク下部の一次処理水の流入口としては特に制限はない。一次処理水の流入口として、連通管を用いてもよく、後述する接続部材を用いてもよい。後述する接続部材を用いることが好ましい。
一次処理水の流入口は、タンク下部の気体排出口と同じ部材であっても、異なる部材であってもよい。本発明では、機器数の減少による製造コストの低下の観点から、タンク下部の気体排出口および一次処理水の流入口が同じ部材であることが好ましい。
一次処理水の流入口に、必要に応じて、一次処理水のＴＯＣ測定装置５２を設けることができる。この構成により、一次処理水のＴＯＣの変動を管理し、安定的に水処理装置を稼働させるように管理することができる。
一次処理水のＴＯＣの濃度が被処理水のＴＯＣの濃度よりも低いことが好ましい。本発明の水処理装置は、ＴＯＣ除去率が６０％以上であることが好ましく、６２％以上であることがより好ましく、６６％以上であることが特に好ましい。ＴＯＣ除去率は、以下の式で算出される。
（ＴＯＣ除去率）＝１００％×｛（被処理水のＴＯＣの濃度）−（一次処理水のＴＯＣの濃度）｝／（被処理水のＴＯＣの濃度）
一次処理水のＴＯＣ測定装置５２とあわせて、溶存酸素の測定装置（不図示）を設けてもよい。一次処理水の溶存酸素の濃度が被処理水の溶存酸素の濃度よりも高いことが好ましい。
【００４７】
（二次処理水の排出口）
二次処理水の排出口としては特に制限はない。
二次処理水の排出口を、本発明の水処理装置の排出口としてもよい。
二次処理水の排出口２３に、必要に応じて、二次処理水のＴＯＣの測定装置および／または溶存酸素の測定装置（不図示）を設けることができる。この構成により、二次処理水のＴＯＣおよび／または溶存酸素の変動を管理し、安定的に水処理装置を稼働させるように管理することができる。
二次処理水の排出口には、不図示のバルブを設けることが好ましい。この構成により、後述の水処理装置の管理方法において、ろ材層を冠水させるためにタンク下部およびタンク上部の水位を制御できる。
【００４８】
（気体の供給手段）
タンク下部への気体の供給手段としては特に制限はない。曝気装置として公知の気体の供給手段を用いることができる。例えば、ブロワ、ラインブロワなどを挙げることができる。気体の供給手段の気体供給部位は、１個であっても、複数個であってもよい。複数個の気体供給部位を用いる場合、均一に配置することが好ましい。タンク下部の形状にもよるが、タンク下部へ気体を供給した場合、気体が上昇するにつれて気体が水中で拡散して均一に供給されるため、気体の供給手段の気体供給部位を厳密に均一に配置しなくてもよい。
供給する気体は、酸素を含む気体であれば特に制限はない。例えば、空気や、空気よりも酸素の含有率を高めた気体などを挙げることができる。また、圧縮された気体を用いてもよい。
【００４９】
（気体排出口）
タンク下部の気体排出口では、気体の供給手段から供給される気体を排出することが好ましい。タンク下部の気体排出口としては特に制限はない。
気体排出口として、連通管を用いてもよく、後述する接続部材を用いてもよい。後述する接続部材を用いることが好ましい。
タンク下部の気体排出口の好ましい態様は、タンク上部の気体流入口の好ましい態様と同様である。
【００５０】
（二次処理水）
二次処理水の溶存酸素の濃度が被処理水の溶存酸素の濃度よりも高いことが好ましい。本発明の水処理装置は、二次処理水の溶存酸素の濃度によって制限されるものではない。
【００５１】
＜その他の装置＞
水処理装置は、その他の装置を備えていてもよい。
例えば、タンク下部の下流に沈殿槽を設けることが、通常は好ましい。
【００５２】
［水処理装置の管理方法］
本発明の水処理装置の管理方法は、本発明の水処理装置の管理方法であって、ろ材層を冠水させ、冠水させたろ材層に対して気体を接触させて洗浄を行い、洗浄後のろ材層から冠水に用いた水を排水する。
これらの構成により、構成が簡便であり、安価であり、通水路が閉塞し難く、水処理性能が高い水処理装置を、簡便な方法で効率的に洗浄できる。特に、一般的な冠水に加えて、空気による物理的な洗浄で担体の閉塞物を効率的に除去することが好ましい。担体の閉塞が懸念されるタンク上部の逆流洗浄において、タンク下部からの気体の供給を併用することで、高い洗浄効果（閉塞物除去）を得ることができる。
特に高負荷排水あるいは夾雑物が多い排水へタンク上部を単独で適用する場合、担体が閉塞する可能性が大きく、一般的な逆流洗浄（逆洗ともいう）では効率的に閉塞物を剥離させることが難しい。また、特開２０１５−３３６６６号公報に記載の方法では、タンク上部の担体の洗浄方法が冠水である為、閉塞物を十分に除去できない可能性がある。これに対し、本発明の水処理装置の管理方法によれば、上記のとおり、担体の閉塞物を効率的に除去することができる。特に、担体が流動する場合は、担体を流動洗浄して閉塞物をより効率的に除去することができる。そのため、逆洗回数（逆洗頻度）を少なくしても、被処理水または処理水が水処理装置から溢れ出ずに、水処理装置を長い時間、連続運転できる。
本発明では、タンクが、タンク上部およびタンク下部に分ける接続部材を有し、タンク上部がろ材層を含み、タンク下部が酸素を含む気体の供給手段を備えることが好ましい。
本発明では、ろ材層を冠水させる際にタンク下部およびタンク上部を冠水させ、気体がタンク下部から流入する気体であることが好ましい。
【００５３】
水処理装置の管理方法では、タンク下部およびろ材層を冠水させる方法が、二次処理水の排出速度を一次処理水の流入速度よりも遅くし、かつ、一次処理水の排出速度を被処理水の流入速度よりも遅くする方法であることが好ましい。
二次処理水の排出速度を一次処理水の流入速度よりも遅くする方法は、二次処理水の排出口のバルブの開度を「タンク下部への一次処理水の流入水量（流入速度）＞タンク下部からの二次処理水の排出水量（排出速度）」となるように調整する方法でもよい。二次処理水の排出口のバルブ完全に閉める方法でもよい。
一次処理水の排出速度を被処理水の流入速度よりも遅くする方法は、被処理水をタンク上部に送液する配管のバルブの開度を「タンク上部への被処理水の流入水量（流入速度）＞タンク上部からの一次処理水の流出水量（排出速度）」となるように調整する方法でもよい。被処理水をタンク上部に送液する配管のバルブ全開する方法でもよい。
洗浄が終わった後は、洗浄後のろ材層から冠水に用いた水を排水する。洗浄後のろ材層から冠水に用いた水を排水する方法としては制限は無く、完全に排水する必要もない。例えば、二次処理水の排出速度、一次処理水の流入速度および被処理水の流入速度を、元の稼働中の速度に戻すように調整することにより、容易にろ材層から冠水に用いた水を排水し、水処理装置を再稼働できる。
本発明では、担体Ａと担体Ｂとの比重差が０．８ｇ／ｃｍ３以内であることが、排水により担体Ａおよび担体Ｂが完全混合状態に自動で配置しやすく、好ましい。
【実施例】
【００５４】
以下に実施例と比較例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。従って、本発明の範囲は以下に示す具体例により限定的に解釈されるべきものではない。
【００５５】
［実施例１〜５および比較例１］
＜水処理装置＞
底面積１５ｃｍ角、高さ２ｍの透明アクリル樹脂製のタンク（タンク上部１１およびタンク下部２１の全体の枠組み）を用いて、以下の方法で実施例１〜５および比較例１の水処理装置を作製した。実施例１の水処理装置の概略図を図３に示した。
水処理装置のタンクの天板に密栓を設けた。
密栓に人工下水（ＴＯＣ  ２００ｍｇ／Ｌ）を供給する被処理水の流入口１０および排気管（タンク上部の気体排出口１６）を設けた。
被処理水の流入口の先端には、散水手段１２としてスプレーノズルを設けた。
水処理装置は、タンクの底部から高さ５０ｃｍの位置にスクリーン（接続部材３１）を設置し、タンク上部およびタンク下部に分割した。スクリーンは、面内の一部に開口をパターン状に多数有する仕切りである。
タンク上部１１を、担体を充填するろ材層１３を有する散水ろ床槽とした。
タンク下部２１に排水管（二次処理水の排出口２３）と散気管（タンク下部の気体排出口２５）を設けた。タンク下部２１を、生物処理槽とした。
【００５６】
＜担体＞
・担体Ａ（粒径が大きい担体）
サンプル名：担体Ａ−１。
概要：主成分が二酸化ケイ素の軽石（主成分とは、全質量の５０質量％以上を占める成分を意味し、好ましくは９０質量％以上を占める成分）。
寸法：１０〜７５ｍｍ。短軸が１０ｍｍ以上であり、長軸が２０ｍｍ以上７５ｍｍ以下である。
比重：０．５〜１．０ｇ／ｃｍ３。
圧縮強度：２７．５〜４６．５ｋｇｆ／ｃｍ２。
空隙率：４０〜７０％。
【００５７】
・担体Ｂ
サンプル名：担体Ｂ−１。
概要：ポリウレタン素材のスポンジ担体。
寸法：１０ｍｍ角の立方体。立方体の外接球の直径に相当する長軸は１７．３ｍｍである。
比重：１．０〜１．１ｇ／ｃｍ３。担体Ａ−１との比重差が０．５ｇ／ｃｍ３以下である。
圧縮強度：０．０１２ｋｇｆ／ｃｍ２。
空隙率：９７％。
【００５８】
＜担体充填方法＞
タンク上部に２種類以上の担体を充填する。２種類以上の担体を充填する際に、担体を充填する順番はどちらからでもよい。
排水管を閉じ、被処理水の流入口から水を給水し、担体が冠水するまで水処理装置のタンクに貯水する。散気管から２０Ｌ／ｍｉｎの空気を１０分間給気して担体を流動させ、２種類以上の担体を完全混合状態にする。
上記の担体Ａおよび担体Ｂのみを担体として用い、担体Ｂ充填率を１０体積％（実施例１）、２０体積％（実施例２）、３０体積％（実施例３）、４０体積％（実施例４）、５０体積％（実施例５）として、担体Ａおよび担体Ｂを完全混合状態とした。完全混合状態となった後、散気管を閉じ、排水管を開けて水処理装置のタンク内の水を排出する。水を排出した後も、完全混合状態が維持されることを確認した。
なお、比較例１では担体Ａのみを用い、担体Ｂ充填率を０体積％とした。
【００５９】
以上の方法で、実施例１〜５および比較例１の水処理装置を作製した。
【００６０】
＜水処理および評価＞
担体Ｂ充填率が０体積％（比較例１）、１０体積％（実施例１）、２０体積％（実施例２）、３０体積％（実施例３）、４０体積％（実施例４）、５０体積％（実施例５）の場合において、容積負荷１．０ｋｇ−ＴＯＣ／ｍ３／ｄａｙで水処理を行った。
被処理水のＴＯＣ測定装置５１によって被処理水のＴＯＣを測定し、一次処理水のＴＯＣ測定装置５２によって得られた処理水（一次処理水）のＴＯＣを測定した。
得られた処理水（一次処理水２）のＴＯＣ除去率を算出したところ、担体Ａおよび担体Ｂを混合した実施例１〜５は、担体Ａのみを用いた比較例１よりもＴＯＣ除去率が高いことが分かった。なお、実施例１〜５間の比較から、担体Ｂの混合比が大きくなるにつれ、ＴＯＣ除去率が増加した。得られた結果を図１に示した。
また、担体Ｂ充填率が４０体積％以上になるとタンク内の通水路が塞がれやすくなり、１日に１〜２回の逆洗頻度では連続通水は困難であったため、逆洗頻度が顕著に増加した。得られた結果を図２に示した。
【００６１】
［比較例２］
担体として以下の担体Ａおよび担体Ｂのみを用い、担体Ｂの充填率を３０体積％として実施例１と同様の方法で担体を水処理装置のタンクに充填し、比較例２の水処理装置を作製した。比較例２の水処理装置は、担体Ｂの圧縮強度が担体Ａの圧縮強度と同じである。
【００６２】
＜担体＞
・担体Ａ
サンプル名：担体Ａ−１。
概要：主成分が二酸化ケイ素の軽石。
寸法：１０〜７５ｍｍ。短軸が１０ｍｍ以上であり、長軸が２０ｍｍ以上７５ｍｍ以下である。
比重：０．５〜１．０ｇ／ｃｍ３。
圧縮強度：２７．５〜４６．５ｋｇｆ／ｃｍ２。
空隙率：４０〜７０％。
【００６３】
・担体Ｂ
サンプル名：比較用担体Ｂ−２。
概要：主成分が二酸化ケイ素の軽石。
寸法：２〜１０ｍｍ。短軸が２ｍｍ以上であり、長軸が１０ｍｍ以下である。
比重：０．５〜１．０ｇ／ｃｍ３。
圧縮強度：２７．５〜４６．５ｋｇｆ／ｃｍ２。
空隙率：４０〜７０％。
【００６４】
＜水処理および評価＞
比較例２の水処理装置を用いて、容積負荷１．０ｋｇ−ＴＯＣ／ｍ３／ｄａｙで水処理を行った。
被処理水のＴＯＣ測定装置５１によって被処理水のＴＯＣを測定し、一次処理水のＴＯＣ測定装置５２によって得られた処理水（一次処理水）のＴＯＣを測定した。
その結果、得られた処理水（一次処理水）のＴＯＣ除去率は５９％となり、実施例１〜５よりもＴＯＣ除去性能が劣る結果となった。
【００６５】
［比較例３］
担体として以下の担体Ａおよび担体Ｂのみを用い、担体Ｂの充填率を３０体積％として実施例１と同様の方法で担体を水処理装置のタンクに充填し、比較例３の水処理装置を作製した。比較例３の水処理装置は、担体Ａの圧縮強度が２０ｋｇｆ／ｃｍ２より小さく、また、担体Ｂの圧縮強度が担体Ａの圧縮強度と同じである。
【００６６】
＜担体＞
・担体Ａ
サンプル名：担体Ａ−２。
概要：ポリウレタン素材のスポンジ担体。
寸法：２０ｍｍ角。
比重：１．０〜１．１ｇ／ｃｍ３。
圧縮強度：０．０１２ｋｇｆ／ｃｍ２。
空隙率：９７％。
【００６７】
・担体Ｂ
サンプル名：担体Ｂ−１。
概要：ポリウレタン素材のスポンジ担体。
寸法：１０ｍｍ角。
比重：１．０〜１．１ｇ／ｃｍ３。
圧縮強度：０．０１２ｋｇｆ／ｃｍ２。
空隙率：９７％。
【００６８】
＜水処理および評価＞
比較例３の水処理装置を用いて、容積負荷１．０ｋｇ−ＴＯＣ／ｍ３／ｄａｙで水処理を行った。
被処理水のＴＯＣ測定装置５１によって被処理水のＴＯＣを測定し、一次処理水のＴＯＣ測定装置５２によって得られた処理水（一次処理水）のＴＯＣを測定した。
その結果、担体が圧密されてろ材層１３中の通水路が容易に閉塞し、水処理も連続通水も困難であった。
【００６９】
以上の実施例１〜５および比較例１〜３から、本発明によれば、構成が簡便であり、安価であり、通水路が閉塞し難く、水処理性能が高い水処理装置を提供できることがわかった。
【００７０】
［実施例１１〜１３］
＜水処理装置の管理方法＞
実施例１〜３で用いた水処理装置を長時間運用した。その後、二次処理水の排出口のバルブを調整して二次処理水の排出速度を一次処理水の流入速度よりも遅くし、かつ、被処理水の流入口のバルブを調整して一次処理水の排出速度を被処理水の流入速度よりも遅くした。その結果、タンク下部およびろ材層を冠水させた。実施例１〜３で用いた水処理装置は、タンク下部の上面およびタンク上部の底面はいずれも開放されており、接続部材３１を介して、互いに連結されているため、以上の操作でタンク下部およびろ材層を冠水できた。なお、水処理装置の管理方法は、以上の操作に制限されるものではない。
その後、冠水させたろ材層に対してタンク下部から流入する気体を接触させて洗浄を行った。すなわち、タンク下部からの気泡を、接続部材３１を通過し、水中でろ材層に直接接触して破裂させた。
洗浄後の水処理装置について、洗浄後のろ材層から冠水に用いた水を排水した結果、特にその他の人為的な操作をせずに、排水後に担体Ａおよび担体Ｂが再び完全混合状態となっていたことを確認した。
洗浄後の水処理装置を再度運用したところ、水処理能力は回復し、十分に担体Ａおよび担体Ｂは洗浄されたことがわかった。
以上の実施例１１〜１３より、本発明によれば、構成が簡便であり、安価であり、通水路が閉塞し難く、水処理性能が高い水処理装置を、簡便な方法で効率的に洗浄できることがわかった。
【符号の説明】
【００７１】
１    被処理水
２    一次処理水
３    二次処理水
４    気体
１０  被処理水の流入口
１１  タンク上部
１２  散水手段
１３  ろ材層
１４  一次処理水の排出口
１５  気体流入口
１６  タンク上部の気体排出口
２１  タンク下部
２２  一次処理水の流入口
２３  二次処理水の排出口
２４  気体の供給手段
２５  気体排出口
３１  接続部材
４１  蓋
５１  被処理水のＴＯＣ測定装置
５２  一次処理水のＴＯＣ測定装置
Ａ    担体Ａ
Ｂ    担体Ｂ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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