(57)【要約】  第一発明の水処理装置は、流入水を第１のろ材層でろ過するろ過槽と、ろ過槽の後段側に配置され、硝化細菌を用いて流入水を硝化処理する硝化槽と、硝化槽から流出した硝化処理水の少なくとも一部をろ過槽に返送する返送手段とを備える。第二発明の水処理装置は、流入水を第１のろ材層でろ過するろ過槽と、硝化細菌が付着したろ材が充填された第２のろ材層を有する散水ろ床と、脱窒細菌を用いて流入水を脱窒処理する無酸素槽と、散水ろ床から流出した硝化処理水の少なくとも一部を無酸素槽へ送水する返送ラインとを備え、散水ろ床がろ過槽および無酸素槽よりも後段側に配置されている。
2015001708.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
還元性硫黄成分およびアンモニア性窒素を含む被処理水を処理する水処理装置であって、
ろ材が充填された第１のろ材層を有し、流入水を前記第１のろ材層でろ過するろ過槽と、
前記ろ過槽の後段側に配置され、硝化細菌を用いて流入水を硝化処理する硝化槽と、
前記硝化槽から流出した硝化処理水の少なくとも一部を前記ろ過槽に返送する返送手段と、
を備え、
前記ろ過槽において、前記還元性硫黄成分を酸化すると共に、硝酸性窒素および／または亜硝酸性窒素を脱窒することを特徴とする、水処理装置。
【請求項２】
前記ろ過槽において、硫黄酸化脱窒細菌を用いて前記還元性硫黄成分を酸化することを特徴とする、請求項１に記載の水処理装置。
【請求項３】
前記被処理水は、有機物を更に含み、
前記水処理装置は、前記ろ過槽と前記硝化槽との間に、脱窒細菌を用いて流入水を脱窒処理する無酸素槽を更に備える、請求項１または２に記載の水処理装置。
【請求項４】
前記硝化槽は、前記硝化細菌が付着した担体を内部に有する、請求項１〜３の何れかに記載の水処理装置。
【請求項５】
前記水処理装置は、前記硝化槽の後段側に固液分離槽を更に備え、
前記固液分離槽は、流入水中の固形分の一部を沈殿させる沈殿部と、前記固形分の一部を沈殿させた流入水を複数の円筒形ろ材が充填された第２のろ材層でろ過するろ過部とを有する、請求項１〜４の何れかに記載の水処理装置。
【請求項６】
前記水処理装置は、前記ろ過槽の前段側に混合槽をさらに備え、
前記返送手段は、前記混合槽を介して前記硝化処理水を前記ろ過槽に返送し、
前記混合槽において、前記被処理水と前記硝化処理水とが混合される、請求項１〜５の何れかに記載の水処理装置。
【請求項７】
前記水処理装置は、制御部と、前記第１のろ材層を経たろ過水由来の還元性硫黄成分の量を測定する還元性硫黄成分量測定手段とを更に備え、
前記制御部は、前記還元性硫黄成分量測定手段により所定量以上の還元性硫黄成分が検出された場合に、前記硝化処理水の返送量を所定量増加させるように制御する、請求項１〜６の何れかに記載の水処理装置。
【請求項８】
有機物およびアンモニア性窒素を含む被処理水を処理する水処理装置であって、
ろ材が充填された第１のろ材層を有し、流入水を前記第１のろ材層でろ過するろ過槽と、
硝化細菌が付着したろ材が充填された第２のろ材層と、流入水を前記第２のろ材層に散布する散布機構とを有し、前記散布機構で散布した流入水を前記第２のろ材層で硝化処理する散水ろ床と、
脱窒細菌を用いて流入水を脱窒処理する無酸素槽と、
前記散水ろ床から流出した硝化処理水の少なくとも一部を前記無酸素槽へ送水する返送ラインと、
を備え、
前記散水ろ床が、前記ろ過槽および前記無酸素槽よりも後段側に配置されている、水処理装置。
【請求項９】
前記無酸素槽が、前記脱窒細菌が付着した担体を有し、
前記ろ過槽が、前記無酸素槽の前段側に配置されている、請求項８に記載の水処理装置。
【請求項１０】
前記散水ろ床は、前記第２のろ材層を洗浄する洗浄手段を備え、
前記洗浄手段は、
前記散水ろ床内に洗浄水を貯留して前記第２のろ材層を冠水させる洗浄水貯留機構と、
冠水した前記第２のろ材層の前記硝化細菌が付着したろ材を撹拌して洗浄する撹拌洗浄機構と、
撹拌洗浄後の洗浄水を排出する排水機構と、
を有する、請求項８または９に記載の水処理装置。
【請求項１１】
前記水処理装置は、前記散水ろ床を複数有し、
複数の前記散水ろ床は並列に配置され、
各散水ろ床は、前記散布機構を用いて散布される流入水を前記洗浄水として使用し、
前記洗浄手段は、前記散布機構を用いて散布される流入水の流量を制御する流量調節機構を更に備える、請求項１０に記載の水処理装置。
【請求項１２】
前記散水ろ床は、前記散布機構を用いて散布される流入水を前記洗浄水として使用し、
前記排水機構が、前記撹拌洗浄後の洗浄水を前記ろ過槽に送水し、
前記撹拌洗浄後の洗浄水が、前記ろ過槽の前記第１のろ材層でろ過される、請求項１０または１１に記載の水処理装置。
【請求項１３】
前記水処理装置は、前記散水ろ床の後段側に固液分離槽を更に備え、
前記固液分離槽は、流入水中の固形分の一部を沈殿させる沈殿部と、前記固形分の一部を沈殿させた流入水を複数の円筒形ろ材が充填された第３のろ材層でろ過するろ過部とを有する、請求項８〜１２の何れかに記載の水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水処理装置に関するものである。具体的には、本発明の第一発明は、還元性硫黄成分およびアンモニア性窒素を含有する被処理水を処理する際に好適に用いられる水処理装置に関し、本発明の第二発明は、有機物およびアンモニア性窒素を含有する被処理水を処理する際に好適に用いられる水処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、有機物を含有する被処理水（例えば、下水、畜産排水、工場排水など）を処理する方法として、散水ろ床法が用いられている（例えば、特許文献１参照）。具体的には、散水ろ床法を用いた水処理装置では、ＢＯＤ酸化細菌などの好気性細菌が付着したろ材よりなるろ材層を有する散水ろ床を使用し、散水ろ床のろ材層に被処理水を散布することにより、好気性細菌を用いて被処理水中の有機物を処理している。【０００３】
また、近年、散水ろ床に流入する有機物量を低減して散水ろ床を小型化する技術として、好気的処理槽である散水ろ床の前段側に固液分離装置を設け、散水ろ床に流入する被処理水から固形有機物を予め除去することが提案されている。具体的には、固液分離装置および散水ろ床を用いた下水処理システムとして、所定のろ材が充填されたろ材充填層を有し、上向流でろ材充填層内に下水を通過させて下水を固形成分とろ過水とに分離する固液分離装置と、固液分離装置の後段に設置された散水ろ床とを備える下水処理システムが提案されている（例えば、特許文献２参照）。この下水処理システムによれば、下水中に含まれている固形有機物を固液分離装置で除去し、散水ろ床に流入する有機物量を低減する（即ち、散水ろ床にかかる有機物負荷を低減する）ことができるので、散水ろ床における処理負荷を低減し、散水ろ床を小型化することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１−２８１１９６号公報
【特許文献２】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】
【０００５】
しかし、本発明者らは、上述のような、好気的処理槽の前段に、ろ材が充填されたろ過槽からなる固液分離装置を配置した水処理装置では、ろ過槽内の酸化還元電位が低下するため、下水等の還元性硫黄成分を含む被処理水中に含まれる還元性硫黄成分が還元されて、ろ過槽から硫化水素が生じてしまうことを見いだした。そして、このような硫化水素発生の問題に対し、本発明者らは、ろ過槽内で還元性硫黄成分を酸化し、硫化水素の発生を抑制することに着想した。【０００６】
そこで、本発明の第一発明は、好気的処理槽の前段にろ過槽を配置した水処理装置において、ろ過槽における硫化水素の発生を抑制することを目的とする。【０００７】
また、上記従来の散水ろ床法を用いた水処理装置には、散水ろ床を更に小型化するという点において改善の余地があった。更に、上記従来の散水ろ床法を用いた水処理装置では、被処理水中に含まれている有機物の処理のみに着目しており、被処理水中に含まれているアンモニア性窒素などの窒素成分の処理については何ら着目されていなかった。【０００８】
そこで、本発明の第二発明は、散水ろ床法を用いた水処理装置において、散水ろ床を小型化しつつ、被処理水中に含まれている有機物およびアンモニア性窒素の双方の効率的な処理を可能にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明は、上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、第一発明の水処理装置は、還元性硫黄成分およびアンモニア性窒素を含む被処理水を処理する水処理装置であって、ろ材が充填された第１のろ材層を有し、流入水を前記第１のろ材層でろ過するろ過槽と、前記ろ過槽の後段側に配置され、硝化細菌を用いて流入水を硝化処理する硝化槽と、前記硝化槽から流出した硝化処理水の少なくとも一部を前記ろ過槽に返送する返送手段と、を備え、前記ろ過槽において、前記還元性硫黄成分を酸化すると共に、硝酸性窒素および／または亜硝酸性窒素を脱窒することを特徴とする。このように、硝化槽の前段にろ過槽を配置した水処理装置において、硝化槽から流出した硝化処理水の少なくとも一部をろ過槽に返送し、ろ過槽において、還元性硫黄成分を酸化することにより、ろ過槽における硫化水素の発生を抑制することができる。また、この水処理装置では、ろ過槽において硝酸性窒素および／または亜硝酸性窒素を脱窒することにより、硝化槽から排出される硝化処理水中の窒素量を低減し、水処理装置により得られる処理水の性状を一層向上させることができる。なお、上記第一発明では、ろ過槽における還元性硫黄成分の酸化に、硫黄酸化脱窒細菌を用いることが好ましい。硫黄酸化脱窒細菌を用いれば、還元性硫黄成分の酸化と、硝酸性窒素および／または亜硝酸性窒素の脱窒とを同時に行い、被処理水を効率的に処理することができるからである。【００１０】
ここで、第一発明の水処理装置において、前記被処理水は、有機物を更に含み、前記水処理装置は、前記ろ過槽と前記硝化槽との間に、脱窒細菌を用いて流入水を脱窒処理する無酸素槽を更に備えることが好ましい。無酸素槽がろ過槽と硝化槽との間に配置されていると、硝化槽における硝化に先立って、無酸素槽において、ろ過水中に残存した有機物を低減させることができるからである。【００１１】
また、第一発明の水処理装置において、前記硝化槽は、前記硝化細菌が付着した担体を内部に有することが好ましい。硝化槽内の硝化細菌が担体に担持されていることにより、硝化処理水を返送ラインにより返送し、ろ過槽において処理させるにあたり、ろ過槽の閉塞を低減することができるからである。【００１２】
更に、第一発明の水処理装置は、前記硝化槽の後段側に固液分離槽を更に備え、前記固液分離槽は、流入水中の固形分の一部を沈殿させる沈殿部と、前記固形分の一部を沈殿させた流入水を複数の円筒形ろ材が充填された第２のろ材層でろ過するろ過部とを有することが好ましい。硝化槽の後段側に固液分離槽を設ければ、硝化槽から流出した硝化処理水中に含まれている固形物を除去してより清浄な処理水を得ることができるからである。【００１３】
また、第一発明の水処理装置は、前記ろ過槽の前段側に混合槽をさらに備え、前記返送手段は、前記混合槽を介して前記硝化処理水を前記ろ過槽に返送し、前記混合槽において、前記被処理水と前記硝化処理水とが混合されることが好ましい。硝化処理水を予め被処理水と混合させてからろ過槽に流入させるので、ろ過槽における硫化水素の発生をより確実に抑制することができるからである。また、かかる構成によれば、硫黄酸化脱窒細菌を用いて還元性硫黄成分を酸化する場合に、ろ過槽内に流入する流入水中に硝酸性窒素および／または亜硝酸性窒素を確実に存在させるようにして、ろ過槽内における硫黄酸化脱窒反応を効率化することができる。【００１４】
そして、第一発明の水処理装置は、制御部と、前記第１のろ材層を経たろ過水由来の還元性硫黄成分の量を測定する還元性硫黄成分量測定手段とを更に備え、前記制御部は、前記還元性硫黄成分量測定手段により所定量以上の還元性硫黄成分が検出された場合に、前記硝化処理水の返送量を所定量増加させるように制御することが好ましい。ろ過槽中の還元性硫黄成分量に応じて硝化処理水の返送量を調節することにより、ろ過槽における硫化水素の発生を効果的に防止することができるからである。【００１５】
また、この発明は、上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、第二発明の水処理装置は、有機物およびアンモニア性窒素を含む被処理水を処理する水処理装置であって、ろ材が充填された第１のろ材層を有し、流入水を前記第１のろ材層でろ過するろ過槽と、硝化細菌が付着したろ材が充填された第２のろ材層と、流入水を前記第２のろ材層に散布する散布機構とを有し、前記散布機構で散布した流入水を前記第２のろ材層で硝化処理する散水ろ床と、脱窒細菌を用いて流入水を脱窒処理する無酸素槽と、前記散水ろ床から流出した硝化処理水の少なくとも一部を前記無酸素槽へ送水する返送ラインとを備え、前記散水ろ床が、前記ろ過槽および前記無酸素槽よりも後段側に配置されていることを特徴とする。このように、ろ過槽および無酸素槽よりも後段側に散水ろ床を配置すれば、ろ過槽における固形有機物の除去および無酸素槽における脱窒処理時の有機物の消費により、散水ろ床に流入する有機物量を低減することができる。従って、有機物を効率的に処理しつつ、散水ろ床を小型化することができる。また、返送ラインを設けて硝化処理水の少なくとも一部を無酸素槽に送水すれば、被処理水中のアンモニア性窒素を散水ろ床で硝化すると共に、生成した硝酸性窒素および／または亜硝酸性窒素を無酸素槽で脱窒処理することができる。従って、散水ろ床の小型化および被処理水中の有機物の効率的な処理を達成しつつ、被処理水中のアンモニア性窒素を効率的に処理することができる。【００１６】
ここで、第二発明の水処理装置は、前記無酸素槽が、前記脱窒細菌が付着した担体を有し、前記ろ過槽が、前記無酸素槽の前段側に配置されていることが好ましい。無酸素槽が担体を有する場合、脱窒細菌を無酸素槽内に高濃度で保持して脱窒処理を効率的に進めることができる。従って、無酸素槽を小型化することができる。更に、ろ過槽を無酸素槽の前段側に配置すれば、固形物が無酸素槽に流入するのを防止して、担体自体や、担体の流出を防止するためのスクリーンなどに固形物が引っ掛かるのを防止することができる。従って、固形物の引っ掛かりによる水路の閉塞などの問題が生じるのを防止することができる。【００１７】
また、第二発明の水処理装置は、前記散水ろ床は、前記第２のろ材層を洗浄する洗浄手段を備え、前記洗浄手段は、前記散水ろ床内に洗浄水を貯留して前記第２のろ材層を冠水させる洗浄水貯留機構と、冠水した前記第２のろ材層の前記硝化細菌が付着したろ材を撹拌して洗浄する撹拌洗浄機構と、撹拌洗浄後の洗浄水を排出する排水機構とを有することが好ましい。散水ろ床が洗浄手段を有する場合、洗浄手段を用いて散水ろ床を洗浄することにより、ろ床ハエの卵および幼虫、ろ材の表面に過度に付着した生物膜、並びに、ろ材間に補捉された固形物を散水ろ床から除去することができる。従って、ろ床ハエや悪臭の発生を抑制しつつ、被処理水を効率的に処理することができる。【００１８】
更に、第二発明の水処理装置は、前記散水ろ床を複数有し、複数の前記散水ろ床は並列に配置され、各散水ろ床は、前記散布機構を用いて散布される流入水を前記洗浄水として使用し、前記洗浄手段は、前記散布機構を用いて散布される流入水の流量を制御する流量調節機構を更に備えることが好ましい。散布機構を用いて散布される流入水を散水ろ床の洗浄水として使用する場合、洗浄手段が流量調節機構を備えていれば、洗浄対象の散水ろ床への流入水（洗浄水）の流入量を一時的に増加させて第２のろ材層を冠水させるまでに要する時間を短縮し、短時間で散水ろ床を洗浄することができる。【００１９】
また、第二発明の水処理装置は、前記散水ろ床は、前記散布機構を用いて散布される流入水を前記洗浄水として使用し、前記排水機構が、前記撹拌洗浄後の洗浄水を前記ろ過槽に送水し、前記撹拌洗浄後の洗浄水が、前記ろ過槽の前記第１のろ材層でろ過されることが好ましい。散布機構を用いて散布される流入水を散水ろ床の洗浄水として使用する場合、排水機構が撹拌洗浄後の洗浄水をろ過槽に送水すれば、撹拌洗浄後の洗浄水を効率的に処理することができる。【００２０】
そして、第二発明の水処理装置は、前記散水ろ床の後段側に固液分離槽を更に備え、前記固液分離槽は、流入水中の固形分の一部を沈殿させる沈殿部と、前記固形分の一部を沈殿させた流入水を複数の円筒形ろ材が充填された第３のろ材層でろ過するろ過部とを有することが好ましい。散水ろ床の後段側に固液分離槽を設ければ、散水ろ床から流出した硝化処理水中に含まれている固形物を除去してより清浄な処理水を得ることができる。
【発明の効果】
【００２１】
第一発明の水処理装置によれば、ろ過槽における硫化水素の発生を抑制することができる。
第二発明の水処理装置によれば、散水ろ床を小型化しつつ、被処理水中に含まれている有機物およびアンモニア性窒素の双方を効率的に処理することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第一発明に従う代表的な水処理装置の概略構成を示す説明図である。
【図２】第二発明に従う代表的な水処理装置の概略構成を示す説明図である。
【図３】図２に示す水処理装置の散水ろ床について、第２のろ材層を洗浄している状態を示す説明図である。
【図４】図２に示す水処理装置の散水ろ床の変形例を示す斜視図である。
【図５】図２に示す水処理装置の変形例の概略構成を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
［第一発明の水処理装置］
以下、第一発明の実施の形態を、図面に基づき詳細に説明する。
【００２４】
（水処理装置）
図１に、第一発明の水処理装置の一例の概略構成を示す。ここで、図１に示す水処理装置１０００は、還元性硫黄成分およびアンモニア性窒素を含む被処理水の処理に用いられる。そして、水処理装置１０００は、被処理水槽１１０と、ろ過槽１２０と、無酸素槽１３０と、互いに並列に配置された２つの硝化槽１４０Ａ，１４０Ｂと、硝化処理水槽１５０と、固液分離槽１６０と、制御部１８０とを備えている。
なお、以下では、水処理装置１０００に被処理水が流入する側を「前段側」と称し、水処理装置１０００から処理水が流出する側を「後段側」と称する。
【００２５】
＜被処理水＞
還元性硫黄成分およびアンモニア性窒素を含む被処理水としては、特に限定されることなく、例えば、下水、畜産排水、工場排水などが挙げられる。さらに、被処理水は、有機物を含むことが好ましい。被処理水中に含まれる有機物としては、固形有機物と、溶解性有機物とが挙げられる。
【００２６】
＜被処理水槽＞
被処理水槽１１０には、被処理水が貯留されている。好ましくは、被処理水槽１１０は、被処理水と、後に詳細に説明する、返送ライン１７０により返送された硝化処理水とが混合される混合槽として機能する。このように、硝化処理水を予め被処理水と混合させてからろ過槽１２０Ａ，１２０Ｂに流入させることで、ろ過槽における硫化水素の発生をより確実に抑制することができる。そして、被処理水槽１１０は、被処理水ライン１１２を介してろ過槽１２０Ａ，１２０Ｂと接続されている。具体的には、水処理装置１０００では、被処理水槽１１０内に設置された被処理水ポンプ１１１と、ろ過槽１２０Ａ，１２０Ｂとが被処理水ライン１１２により接続されている。そして、被処理水槽１１０に貯留された被処理水は、被処理水ポンプ１１１および被処理水ライン１１２を介してろ過槽１２０Ａ，１２０Ｂへと送水される。
なお、第一発明の水処理装置では、返送ライン１７０を、被処理水ライン１１２に直接接続し、被処理水ライン１１２内において、被処理水と返送ライン１７０により返送された硝化処理水とが混合されるように構成することももちろん可能である。
【００２７】
ここで、被処理水ライン１１２は、被処理水ポンプ１１１と、ろ過槽１２０Ａ，１２０Ｂとの間で二股に分岐しており、２本に分岐したうちの一方のラインが第１ろ過槽１２０Ａに接続し、他方のラインが第２ろ過槽１２０Ｂに接続している。そして、第１ろ過槽１２０Ａに接続する一方のラインには、第１被処理水弁１１３Ａが設けられており、第２ろ過槽１２０Ｂに接続する他方のラインには、第２被処理水弁１１３Ｂが設けられている。
【００２８】
なお、第一発明の水処理装置は、被処理水槽を有していなくてもよく、例えば初沈流入水路などの被処理水流路から被処理水をろ過槽に送水してもよい。この場合、返送ライン１７０は、被処理水ライン１１２に対して、または、ろ過槽１２０Ａ，１２０Ｂの下部に対して、直接接続される。
【００２９】
＜ろ過槽＞
ろ過槽１２０は、被処理水槽１１０の後段側に配置され、内部に互いに並列に配置された第１ろ過槽１２０Ａおよび第２ろ過槽１２０Ｂを含む。さらに、ろ過槽１２０は、ろ過水由来の還元性硫黄成分の量を測定する還元性硫黄成分量測定手段１２７を含むことが好ましい。そして、第１ろ過槽１２０Ａおよび第２ろ過槽１２０Ｂでは、被処理水槽１１０から流入した被処理水（流入水）がろ過される。
【００３０】
第１ろ過槽１２０Ａおよび第２ろ過槽１２０Ｂは、特に限定されることなく、上向流式のろ過槽であり、各槽内に、スクリーン１２２Ａ，１２２Ｂと、スクリーン１２２Ａ，１２２Ｂで支持された複数の浮上ろ材からなる第１のろ材層１２１Ａ，１２１Ｂと、第１のろ材層１２１Ａ，１２１Ｂの下側に設置された被処理水流入口と、第１のろ材層１２１Ａ，１２１Ｂの下側に設置された逆洗排水排出口とを備えている。そして、第１ろ過槽１２０Ａおよび第２ろ過槽１２０Ｂの被処理水流入口には、被処理水ライン１１２が接続されている。また、第１ろ過槽１２０Ａおよび第２ろ過槽１２０Ｂの逆洗排水排出口には、逆洗排水ライン１２５Ａ，１２５Ｂが接続されており、各逆洗排水ライン１２５Ａ，１２５Ｂには、逆洗排水弁１２６Ａ，１２６Ｂが設けられている。
【００３１】
更に、ろ過槽１２０Ａ，１２０Ｂのスクリーン１２２Ａ，１２２Ｂの上側には、共通ろ過水貯留部１２３が設けられている。そして、第１ろ過槽１２０Ａおよび第２ろ過槽１２０Ｂにおいて下側から流入した流入水を第１のろ材層１２１Ａ，１２１Ｂでろ過して得たろ過水は、共通ろ過水貯留部１２３に貯留される。
【００３２】
また、共通ろ過水貯留部１２３のろ過水流出口は、ろ過水ライン１２４を介して無酸素槽１３０と接続されている。具体的には、共通ろ過水貯留部１２３のろ過水流出口と、無酸素槽１３０の流入部１３１とは、ろ過水ライン１２４により接続されている。そして、第１ろ過槽１２０Ａおよび第２ろ過槽１２０Ｂの第１のろ材層１２１Ａ，１２１Ｂで被処理水をろ過して得たろ過水は、共通ろ過水貯留部１２３のろ過水流出口から流出し、ろ過水ライン１２４を介して例えば自然流下により無酸素槽１３０へと流入する。
【００３３】
ろ過槽１２０Ａ，１２０Ｂで使用する浮上ろ材は、例えば、硫黄還元菌及び硫黄酸化脱窒細菌を担持する。浮上ろ材に硫黄還元菌及び硫黄酸化脱窒細菌を担持させる方法としては、馴養運転などの既知の手法を用いることができる。なお、ろ過槽１２０Ａ，１２０Ｂの浮上ろ材は、硫黄還元菌及び硫黄酸化脱窒細菌に加え、従属栄養性の脱窒細菌や、硫黄酸化脱窒細菌以外の硫黄酸化細菌などを担持していてもよい。
上述したように、被処理水ライン１１２を介してろ過槽１２０Ａ，１２０Ｂに流入する流入水には、返送ライン１７０により返送された硝化処理水が混合されている。したがって、ろ過槽１２０Ａ，１２０Ｂ内は、硝化処理水中の溶存酸素に起因して下部（被処理水流入口側）は好気条件となり得るが、上部に向かうに従って嫌気条件となる。また、ろ過槽１２０Ａ，１２０Ｂ内には、被処理水中の還元性硫黄成分に加えて、硝化処理水由来の硝酸性窒素および／または亜硝酸性窒素が豊富に存在する。このため、特にろ過槽１２０Ａ，１２０Ｂ内の上部は、硫黄還元菌だけでなく、硫黄酸化脱窒細菌の生育にも適した条件となっている。なお、硝化処理水「由来の」硝酸性窒素および／または亜硝酸性窒素とは、被処理水槽（混合槽）１１０において被処理水と混合された硝化処理水に含有されていた硝酸性窒素および／または亜硝酸性窒素を意味する。
【００３４】
また、ろ過槽１２０Ａ，１２０Ｂで使用する浮上ろ材は、流入水よりも比重の小さい（即ち、流入水で浮く）ろ材である。そして、ろ過槽１２０Ａ，１２０Ｂでは、浮上ろ材として、発泡樹脂製の粒子状の浮上ろ材などの既知の浮上ろ材を用いることができる。具体的には、浮上ろ材としては、見掛け比重が０．１〜０．８であり、５０％圧縮硬さが０．１ＭＰａ以上であり、サイズが４〜１０ｍｍであるろ材を用いることができる。浮上ろ材の素材は、例えば、発泡ポリエチレン、発泡ポリスチレン、及び発泡ポリプロピレンである。
また、ろ過槽１２０Ａ，１２０Ｂでは、第１のろ材層１２１Ａ，１２１Ｂの上側に配置するスクリーン１２２Ａ，１２２Ｂとして、浮上ろ材の流出を防止し得るスクリーン、例えばパンチングメタル等を用いることができる。
【００３５】
そして、第１ろ過槽１２０Ａおよび第２ろ過槽１２０Ｂでは、第１被処理水弁１１３Ａおよび第２被処理水弁１１３Ｂを開き、逆洗排水弁１２６Ａ，１２６Ｂを閉じた状態で被処理水をろ過槽１２０Ａ，１２０Ｂ内に流入させることにより、第１のろ材層１２１Ａ，１２１Ｂで流入水をろ過することができる。具体的には、ろ過槽１２０Ａ，１２０Ｂでは、流入水中に含まれている粗大な固形物（例えば、直径１００μｍ以上の有機固形物および無機固形物）が第１のろ材層１２１Ａ，１２１Ｂに捕捉され、流入水中から除去される。
【００３６】
本発明者らは、ろ過槽１２０Ａ，１２０Ｂ内、特にろ材層１２１Ａ，１２１Ｂの上部におけるＯＲＰ（oxidation / reduction potential、酸化還元電位）は、ろ過槽１２０Ａ，１２０Ｂ内に流入する流入水のＯＲＰが低いことや、ろ過槽１２０Ａ，１２０Ｂ内に存在する微生物の作用に起因して、例えば、−３００ｍＶ以下のように過剰に低くなることを見いだした。ＯＲＰが低下する一つの要因としては、ろ過槽１２０Ａ，１２０Ｂ内おける硫酸還元菌による硫酸イオンの還元反応が考えられる。そして、ろ過槽内のＯＲＰが過剰に低くなると、硫黄還元菌により、流入水中の還元性硫黄成分が還元されて、硫化水素が発生する。ここで、還元性硫黄成分とは、価数が０以下の硫黄成分を意味し、例えば、硫化水素、チオ硫酸などに含まれる硫黄成分を指す。
【００３７】
そこで、本発明者らは、ろ過槽１２０Ａ，１２０Ｂ内において、例えば硫黄酸化脱窒細菌により、流入水中の還元性硫黄成分を酸化することで、第１ろ過槽１２０Ａおよび第２ろ過槽１２０Ｂにおいて発生した硫化水素イオン（ＨＳ-）を酸化させて硫酸とすることに着想した。
ここで、従来のろ過槽では、下水などの被処理水をそのままろ過しているため、流入水中に含まれる硝酸性窒素および／または亜硝酸性窒素が不足し、硫黄酸化脱窒細菌を利用した処理はできなかった。例えば、代表的な硫黄酸化脱窒細菌である、Thiobacillus denitrificansによる硫黄酸化脱窒反応は以下の式の通りである。
［Thiobacillus denitrificansによる硫黄酸化脱窒反応式］
0.421H2S＋0.421HS-＋NO3-＋0.346CO2＋0.0865HCO3-＋0.0865NH4+ → 0.0865C5H7O2N＋0.5N2＋0.842SO42-＋0.413H2O＋0.262H+
上記反応式からも明らかな通り、硫黄酸化脱窒細菌では、窒素源に乏しい環境では、硫黄酸化脱窒反応を行うことができない。
【００３８】
しかし、第一発明では、被処理水ライン１１２を介してろ過槽１２０Ａ，１２０Ｂ内に流入する流入水に、返送ライン１７０により返送された硝化処理水が混合されているため、ろ過槽の流入水中に十分な量の硝酸性窒素および／または亜硝酸性窒素が含まれるようになる。従って、ろ過槽１２０Ａ，１２０Ｂ内における硫黄酸化脱窒細菌を利用した処理が容易となる。このようにして、第一発明ではろ過槽１２０Ａ，１２０Ｂ内で発生した硫化水素イオンを、硫黄酸化脱窒細菌によって酸化して硫酸とすることで、ろ過槽１２０Ａ，１２０Ｂから放出される硫化水素量を低減することができる。さらに、硫黄酸化脱窒細菌は、返送ライン１７０により返送された硝化処理水由来の硝酸性窒素および／または亜硝酸性窒素を脱窒する。これにより、硝化槽１４０Ａ，１４０Ｂから排出される硝化処理水中の窒素量を低減し、水処理装置１０００により得られる処理水の性状を一層向上させることができる。
【００３９】
さらに、水処理装置１０００において、上述のように、被処理水槽１１０を被処理水と硝化処理水との混合槽として機能させることで、ろ過槽１２０内に流入する流入水中に硝酸性窒素および／または亜硝酸性窒素を確実に存在させるようにして、ろ過槽１２０内における硫黄酸化脱窒反応を効率化することができる。この場合、ろ過槽１２０Ａ，１２０Ｂ内に流入する流入水のＯＲＰが過剰に低くなることを回避することもできる。これにより、ろ過槽１２０における硫化水素の発生をより確実に抑制することができるようになる。
また、混合槽（或いはろ過槽１２０Ａ，１２０Ｂ内）にて被処理水に対して硝化処理水を混合させることで、被処理水中に元々含有されていた硫化水素や、ろ過槽１２０において発生してしまった硫化水素についても、硫黄酸化脱窒細菌により酸化することができる。
【００４０】
なお、ろ過槽１２０内で起こる反応は、上記硫黄酸化脱窒細菌による反応に限定されるものではない。例えば、ろ過槽１２０内、特にろ材層１２１Ａ，１２１Ｂの下部では、硝化処理水中に含まれていた溶存酸素を利用した、硫黄酸化細菌などによる還元性硫黄成分の酸化反応も起こっていると推察される。また、ろ過槽１２０内、特にろ材層１２１Ａ，１２１Ｂの上部では、脱窒細菌などによる硝酸性窒素および／または亜硝酸性窒素の脱窒反応も起こっていると推察される。そして、ろ過槽１２０では、これらの反応によっても、硫化水素量および窒素量を低減することができると推察される。
【００４１】
還元性硫黄成分量測定手段１２７は、ろ過水由来の還元性硫黄成分の量を測定する機能を持つ。ここで、「ろ過水由来」の還元性硫黄成分とは、第１のろ材層１２１Ａ，１２１Ｂを経た、ろ過水中の還元性硫黄成分あるいは、ろ過槽１２０内の気相部分あるいはろ過槽１２０の後段においてろ過水から放出される還元性硫黄成分を意味する。水処理装置１０００の制御部１８０は、還元性硫黄成分量測定手段１２７の測定結果に基づいて、返送ライン１７０による硝化処理水の返送量を制御する。この点については、「硝化処理水の返送量の制御動作」として後に詳述する。
【００４２】
また、第１ろ過槽１２０Ａおよび第２ろ過槽１２０Ｂでは、ろ過の継続により第１のろ材層１２１Ａ，１２１Ｂが閉塞して差圧が上昇した場合、或いは、所定のろ過時間が経過した場合には、第１被処理水弁１１３Ａおよび第２被処理水弁１１３Ｂを閉じ、逆洗排水弁１２６Ａ，１２６Ｂを開くことで、第１のろ材層１２１Ａ，１２１Ｂを逆洗（逆流洗浄）することができる。具体的には、逆洗排水弁１２６Ａ，１２６Ｂを開き、共通ろ過水貯留部１２３に貯留されているろ過水を下向流で流すことにより、第１のろ材層１２１Ａ，１２１Ｂを構成する浮上ろ材を下方に展開させ、第１のろ材層１２１Ａ，１２１Ｂを洗浄することができる。なお、第１のろ材層１２１Ａ，１２１Ｂの逆洗時に生じる逆洗排水（第１のろ材層１２１Ａ，１２１Ｂに捕捉されていた固形物を含む排水）は、特に限定されることなく、逆洗排水ライン１２５Ａ，１２５Ｂを介して適当な排水処理設備へと送水し、処理することができる。
【００４３】
ここで、ろ過槽１２０Ａ，１２０Ｂでは、任意に、第１のろ材層１２１Ａ，１２１Ｂの下側に空気供給管（図示せず）を設け、第１のろ材層１２１Ａ，１２１Ｂを逆洗する際に空気供給管から空気を供給して浮上ろ材を撹拌し、逆洗効率を高めてもよい。また、水処理装置１０００では、ろ過槽１２０Ａ，１２０Ｂの逆洗は、同時に行ってもよいし、交互に行ってもよいが、ろ過槽１２０Ａ，１２０Ｂの逆洗を交互に（即ち、逆洗を実施するタイミングを異ならせて）実施すれば、被処理水の処理を連続的に行うことができる。また、２つのろ過槽１２０Ａ，１２０Ｂを並列配置しているので、１つのろ過槽で被処理水のろ過を継続しつつ、他のろ過槽の第１のろ材層を逆洗することができる。
【００４４】
なお、第一発明の水処理装置で用いるろ過槽は、上記構成に限定されることはない。第一発明の水処理装置では、特に限定されることなく、ろ材層を有する既知のろ過槽を用いることができる。また、第一発明の水処理装置では、ろ過槽の数は、任意の数とすることができる。更に、第一発明の水処理装置では、ろ過水以外の水を用いて第１のろ材層を逆洗してもよい。
【００４５】
＜無酸素槽＞
水処理装置１０００は、互いに並列に配置された第１ろ過槽１２０Ａおよび第２ろ過槽１２０Ｂの後段側であって、硝化槽１４０Ａ，１４０Ｂの前段側に配置された、無酸素槽１３０を備えることが好ましい。ここで、無酸素槽１３０は、流入部１３１と、流入部１３１の後段側に位置する脱窒処理部１３２とを有している。脱窒処理部１３２には、複数の固定床担体１３３が設置されることが好ましい。
【００４６】
そして、無酸素槽１３０では、第１ろ過槽１２０Ａおよび第２ろ過槽１２０Ｂで得たろ過水が、脱窒細菌を用いて脱窒処理される。具体的には、無酸素槽１３０では、ろ過水が流入部１３１に流入し、次いで、脱窒処理部１３２へと流入して、固定床担体１３３に付着した脱窒細菌により脱窒処理される。即ち、無酸素槽１３０の脱窒処理部１３２では、従属栄養細菌である脱窒細菌が、ろ過水中に含まれている有機物（特に、溶解性有機物）を消費しつつ、ろ過水中の硝酸性窒素および／または亜硝酸性窒素を還元して窒素ガスとする。
【００４７】
なお、固定床担体１３３としては、揺動型固定床担体などの既知の固定床担体、例えば、複数本の繊維の一部を芯材に固定してなる固定床担体などを用いることができる。また、固定床担体１３３に脱窒細菌を付着させる方法としては、馴養運転などの既知の手法を用いることができる。
ここで、水処理装置１０００では、無酸素槽１３０の前段にろ過槽１２０Ａ，１２０Ｂが設けられているので、無酸素槽１３０では、毛髪などの細長い固形物が絡みやすい担体（例えば、繊維状の担体）も用いることができる。毛髪等の固形物はろ過槽１２０Ａ，１２０Ｂで十分に除去されるからである。
【００４８】
また、無酸素槽１３０は、脱窒処理水ライン１３４を介して硝化槽１４０Ａ，１４０Ｂと接続されている。具体的には、水処理装置１０００では、無酸素槽１３０の脱窒処理部１３２と、硝化槽１４０Ａ，１４０Ｂとが、脱窒処理水ポンプ１３５を有する脱窒処理水ライン１３４により接続されている。そして、無酸素槽１３０の脱窒処理部１３２でろ過水を脱窒処理して得た脱窒処理水は、脱窒処理水ポンプ１３５および脱窒処理水ライン１３４を介して硝化槽１４０Ａ，１４０Ｂへと送水される。
【００４９】
ここで、脱窒処理水ライン１３４は、脱窒処理水ポンプ１３５と、硝化槽１４０Ａ，１４０Ｂとの間で二股に分岐しており、２本に分岐したうちの一方のラインが第１硝化槽１４０Ａに接続し、他方のラインが第２硝化槽１４０Ｂに接続している。
【００５０】
このように、水処理装置１０００が、ろ過槽１２０と各硝化槽１４０Ａ，１４０Ｂとの間に配置された無酸素槽１３０を備えることで、各硝化槽１４０Ａ，１４０Ｂにおける硝化に先立って、無酸素槽１３０において、ろ過水中に残存した有機物を低減させることができる。
なお、第一発明の水処理装置で用いる無酸素槽は、上記構成に限定されることはない。すなわち、第一発明の水処理装置では、担体に担持されていない浮遊状態の脱窒細菌を利用した、浮遊法による無酸素槽や、流動床担体を用いた無酸素槽や、迂流式構造の無酸素槽などの既知の無酸素槽を用いることができる。
ここで、無酸素槽内に脱窒細菌を高濃度で保持して脱窒処理を効率的に進めることを可能にし、無酸素槽を小型化する観点、および、汚泥の流出を抑制して後段側に位置する硝化槽などの閉塞を抑制する観点からは、第一発明の水処理装置では、流動床担体または固定床担体などの担体を用いた無酸素槽を使用することが好ましい。なお、流動床担体としては、既知のスポンジ担体などを用いることができ、流動床担体を用いる場合には、無酸素槽内に、撹拌装置と、流動床担体の流出を防止するスクリーンとを配置すればよい。
【００５１】
ここで、脱窒処理という無酸素槽１３０の機能的側面に鑑みれば、無酸素槽１３０の位置は、ろ過槽１２０の前段でも問題ないように考えられる。しかしながら、水処理装置１０００では、ろ過槽１２０において、例えば硫黄酸化脱窒細菌を利用して、還元性硫黄成分を酸化する。このため、ろ過槽１２０内に流入させる流入水中に、硝酸性窒素および／または亜硝酸性窒素が含有されることが好ましい。したがって、水処理装置１０００において、無酸素槽１３０の位置は、ろ過槽１２０と各硝化槽１４０Ａ，１４０Ｂとの間であることが好ましい。
【００５２】
＜硝化槽＞
第１硝化槽１４０Ａおよび第２硝化槽１４０Ｂは、無酸素槽１３０の後段側に、互いに並列に配置されている。硝化槽１４０Ａ，１４０Ｂは、例えば、散水ろ床、流動床、固定床、浮遊法による硝化槽、及び、エアレーションタンク等である。
本実施形態では、硝化槽１４０Ａ，１４０Ｂが散水ろ床であるものとして図示する。そして、硝化槽１４０Ａ，１４０Ｂでは、無酸素槽１３０から流出した脱窒処理水（硝化槽流入水）が硝化処理される。
【００５３】
散水ろ床として例示する、各硝化槽１４０Ａ，１４０Ｂは、その内部に、スクリーン１４３Ａ，１４３Ｂと、スクリーン１４３Ａ，１４３Ｂで支持された、硝化細菌が付着した担体である複数のろ材からなる硝化槽ろ材層１４２Ａ，１４２Ｂと、硝化槽ろ材層１４２Ａ，１４２Ｂの上側に設置されて脱窒処理水を硝化槽ろ材層１４２Ａ，１４２Ｂに散布する散布機構１４１Ａ，１４１Ｂと、硝化槽ろ材層１４２Ａ，１４２Ｂの下側に設置された硝化処理水流出口と、硝化槽ろ材層１４２Ａ，１４２Ｂの下側に設置された洗浄排水排出口とを備えている。そして、各硝化槽１４０Ａ，１４０Ｂでは、硝化槽ろ材層１４２Ａ，１４２Ｂを構成するろ材に硝化細菌が付着しており、散布機構１４１Ａ，１４１Ｂで散布した脱窒処理水は、硝化槽ろ材層１４２Ａ，１４２Ｂで硝化処理される。即ち、硝化槽１４０Ａ，１４０Ｂの硝化槽ろ材層１４２Ａ，１４２Ｂでは、硝化細菌が、脱窒処理水（硝化槽流入水）中に含まれているアンモニア性窒素を酸化して硝酸性窒素および／または亜硝酸性窒素とする。
なお、硝化槽ろ材層１４２Ａ，１４２Ｂを構成するろ材には、少なくとも硝化細菌が付着していれば、他の細菌、例えばＢＯＤ酸化細菌などが付着していてもよい。硝化細菌に加えてＢＯＤ酸化細菌もろ材に付着していれば、脱窒処理水中に残存している有機物（ろ過槽１２０Ａ，１２０Ｂおよび無酸素槽１３０で除去されなかった有機物）も硝化槽ろ材層１４２Ａ，１４２Ｂで分解処理することができる。
【００５４】
また、各硝化槽１４０Ａ，１４０Ｂの散布機構１４１Ａ，１４１Ｂには、脱窒処理水ライン１３４が接続されている。また、各硝化槽１４０Ａ，１４０Ｂの硝化処理水流出口には、硝化処理水ライン１４８Ａ，１４８Ｂ（１４８）が接続されている。なお、硝化処理水ライン１４８Ａ，１４８Ｂ（１４８）は、硝化槽１４０Ａ，１４０Ｂの硝化処理水流出口と、硝化処理水槽１５０とを接続しており、各硝化槽１４０Ａ，１４０Ｂから延びる２本の硝化処理水ライン１４８Ａ，１４８Ｂは、硝化槽１４０Ａ，１４０Ｂと硝化処理水槽１５０との間で合流して１本の硝化処理水ライン１４８となっている。
【００５５】
ここで、散布機構１４１Ａ，１４１Ｂとしては、特に限定されることなく、脱窒処理水を硝化槽ろ材層１４２Ａ，１４２Ｂに散布可能な既知の散水機、例えば、回転式散水機などを用いることができる。
また、硝化槽ろ材層１４２Ａ，１４２Ｂで使用するろ材としては、特に限定されることなく、ポリウレタンまたはポリプロピレン等の樹脂製のろ材を用いることができる。具体的には、ろ材としては、円筒形状に形成された樹脂製のろ材を用いることができる。そして、硝化槽ろ材層１４２Ａ，１４２Ｂは、スクリーン１４３Ａ，１４３Ｂ上にろ材を充填して形成することができる。なお、ろ材に硝化細菌やＢＯＤ酸化細菌を付着させる方法としては、馴養運転などの既知の手法を用いることができる。
更に、硝化槽ろ材層１４２Ａ，１４２Ｂの下側に配置するスクリーン１４３Ａ，１４３Ｂとしては、ろ材の流出を防止し得るスクリーン、例えばパンチングメタル等を用いることができる。
【００５６】
また、各硝化槽１４０Ａ，１４０Ｂのスクリーン１４３Ａ，１４３Ｂの下側には、硝化処理水貯留部１４４Ａ，１４４Ｂが設けられている。そして、各硝化槽１４０Ａ，１４０Ｂにおいて流入した脱窒処理水を硝化処理して得た硝化処理水は、硝化処理水貯留部１４４Ａ，１４４Ｂに貯留される。
【００５７】
そして、第１硝化槽１４０Ａおよび第２硝化槽１４０Ｂでは、脱窒処理水を硝化槽１４０Ａ，１４０Ｂ内に流入させることにより、硝化槽ろ材層１４２Ａ，１４２Ｂで脱窒処理水を硝化処理することができる。具体的には、硝化槽１４０Ａ，１４０Ｂでは、散布機構１４１Ａ，１４１Ｂを用いて硝化槽ろ材層１４２Ａ，１４２Ｂに散布された脱窒処理水中のアンモニア性窒素が、硝化槽ろ材層１４２Ａ，１４２Ｂのろ材に付着した硝化細菌により硝化される。そして、得られた硝化処理水は、硝化処理水貯留部１４４Ａ，１４４Ｂおよび硝化処理水流出口を介して硝化槽１４０Ａ，１４０Ｂから流出し、硝化処理水ライン１４８を通って例えば自然流下により硝化処理水槽１５０へと流入する。
【００５８】
なお、上述したとおり、硝化槽１４０Ａ，１４０Ｂは、硝化細菌を用いて硝化槽流入水を硝化処理する硝化槽として構成されうるが、なかでも、硝化槽１４０Ａ，１４０Ｂとして、散水ろ床、流動床、固定床のように、硝化細菌が付着した担体を内部に有する硝化槽を採用することが好ましい。硝化処理水を返送ライン１７０によりろ過槽１２０に返送し、ろ過槽１２０において処理させるにあたり、硝化処理水中の固形分を減らして、ろ過槽１２０の閉塞を低減することができるからである。また、第一発明の水処理装置では、硝化槽の数は、任意の数とすることができる。
【００５９】
そして、水処理装置１０００では、ろ過槽１２０Ａ，１２０Ｂおよび無酸素槽１３０よりも後段側に硝化槽１４０Ａ，１４０Ｂを配置しているので、ろ過槽１２０Ａ，１２０Ｂにおける固形有機物の除去および無酸素槽１３０における脱窒処理時の有機物の消費により、硝化槽１４０Ａ，１４０Ｂに流入する有機物量を低減することができる。これにより、硝化槽１４０Ａ，１４０Ｂの硝化槽ろ材層１４２Ａ，１４２Ｂに、ＢＯＤ酸化細菌よりも硝化細菌を優先的に付着・増殖させ、脱窒処理水の硝化処理をより効率的に行うことができる。
【００６０】
＜硝化処理水槽＞
硝化処理水槽１５０は、互いに並列に配置された硝化槽１４０Ａ，１４０Ｂの後段側に配置されている。そして、硝化処理水槽１５０は、硝化槽１４０Ａ，１４０Ｂから硝化処理水ライン１４８を介して流入した硝化処理水を貯留する。ここで、硝化処理水槽１５０は、移送ライン１５１を介して固液分離槽１６０と接続されている。また、硝化処理水槽１５０は、返送ライン１７０を介して被処理水槽１１０と接続されている。
なお、移送ライン１５１には、移送ポンプ１５２が設けられており、返送ライン１７０には返送ポンプ１７１及び返送ライン弁１７２が設けられている。
【００６１】
ここで、硝化槽１４０Ａ，１４０Ｂから流出して硝化処理水槽１５０に貯留された硝化処理水の一部は、移送ライン１５１および移送ポンプ１５２を介して固液分離槽１６０へと送水される。また、硝化槽１４０Ａ，１４０Ｂから流出して硝化処理水槽１５０に貯留された硝化処理水の残部は、返送ライン１７０および返送ポンプ１７１を介して被処理水槽１１０へと送水される。そして、被処理水槽１１０へと送水された硝化処理水中に含まれている硝酸性窒素および／または亜硝酸性窒素は、ろ過槽１２１Ａ,１２１Ｂ、および無酸素槽１３０で脱窒処理される。
【００６２】
なお、第一発明の水処理装置は、硝化処理水槽を有していなくてもよく、例えば硝化槽の硝化処理水貯留部から硝化処理水を固液分離槽やろ過槽に送水してもよい。
【００６３】
＜固液分離槽＞
固液分離槽１６０は、硝化処理水槽１５０の後段側に配置されている。ここで、固液分離槽１６０は、沈殿部１６１と、沈殿部１６１の後段側に位置するろ過部１６２とを有しており、ろ過部１６２には、複数の円筒形ろ材が充填された第２のろ材層１６３が設置されている。なお、固液分離槽１６０は、槽の底部に沈殿した固形分を沈殿部１６１に掻き寄せる往復式掻寄機（図示せず）を槽の下部に備えていてもよい。
【００６４】
沈殿部１６１では、硝化処理水槽１５０から流入した硝化処理水（固液分離槽流入水）を沈殿処理して硝化処理水中の固形分の一部を沈殿させる。そして、沈殿部１６１で沈殿した固形分は、沈殿部１６１の下部に設けられた固形分排出ライン１６５を介して抜き出されて処理される。具体的には、沈殿部１６１で沈殿した固形分は、固形分排出ライン１６５に設けられた固形分排出弁１６６を例えば所定時間毎に開くことにより、固液分離槽１６０から排出されて処理される。
【００６５】
ろ過部１６２では、固形分の一部を沈殿させた硝化処理水を第２のろ材層１６３でろ過して硝化処理水から固形分を更に除去する。
ここで、ろ過部１６２は、複数の円筒形ろ材が充填された第２のろ材層１６３と、第２のろ材層１６３の上側に配置されて円筒形ろ材の流出を防止するスクリーン１６４と、ろ過部１６２のスクリーン１６４の上側に配置された処理水ライン１６７と、処理水ライン１６７に設けられた処理水ポンプ１６８とを備えている。そして、ろ過部１６２では、処理水ポンプ１６８を用いて硝化処理水を第２のろ材層１６３に上向流で通水させることにより、硝化処理水を第２のろ材層１６３でろ過する。
【００６６】
なお、ろ過部１６２で使用する円筒形ろ材としては、例えば、比重が１未満の樹脂製円筒形ろ材などの既知の円筒形ろ材を用いることができる。具体的には、円筒形ろ材としては、ポリプロピレン製の円筒形ろ材を用いることができる。
また、スクリーン１６４としては、円筒形ろ材の流出を防止し得るスクリーン、例えばパンチングメタル等を用いることができる。
【００６７】
このように、水処理装置１０００では、硝化槽１４０Ａ，１４０Ｂの後段側に固液分離槽１６０を設けているので、硝化槽１４０Ａ，１４０Ｂから流出した微細な固形物（例えば、ろ材から剥離した生物膜等）も除去して、より清浄な処理水を得ることができる。
【００６８】
ここで、第一発明の水処理装置は、固液分離槽を有していなくてもよい。また、第一発明の水処理装置に用いる固液分離槽のろ過部は、下向流を用いて第２のろ材層１６３を逆洗するための既知の逆洗機構を備えていてもよい。
【００６９】
＜硝化処理水の返送量の制御動作＞
制御部１８０は、還元性硫黄成分量測定手段１２７により検出される還元性硫黄成分の量が所定量未満となるように、硝化処理水の返送量を制御する。具体的には、制御部１８０は、還元性硫黄成分量測定手段１２７により所定量以上の還元性硫黄成分が検出された場合に、返送ライン１７０を介した硝化処理水の返送量を所定量増加させるように制御する。このように、水処理装置１０００では、ろ過水由来の還元性硫黄成分量に応じて硝化処理水の返送量を調節することで、ろ過槽１２０における硫化水素の発生を効果的に防止することができる。
【００７０】
以上、一例を用いて第一発明の水処理装置について説明したが、第一発明の水処理装置は、上記一例に限定されることはなく、第一発明の水処理装置には、適宜変更を加えることができる。
【００７１】
［第二発明の水処理装置］
次に、以下に、第二発明の実施の形態を、図面に基づき詳細に説明する。なお、各図において同一の符号を付したものは、同一の構成要素を示すものとする。
【００７２】
（水処理装置）
図２に、第二発明の水処理装置の一例の概略構成を示す。ここで、図２に示す水処理装置１００は、有機物およびアンモニア性窒素を含む被処理水の処理に用いられる。そして、水処理装置１００は、被処理水槽１０と、互いに並列に配置された２つのろ過槽２０Ａ，２０Ｂと、無酸素槽３０と、互いに並列に配置された２つの散水ろ床４０Ａ，４０Ｂと、硝化処理水槽５０と、固液分離槽６０とを備えている。
なお、以下では、水処理装置１００に被処理水が流入する側を「前段側」と称し、水処理装置１００から処理水が流出する側を「後段側」と称する。
【００７３】
＜被処理水＞
有機物およびアンモニア性窒素を含む被処理水としては、特に限定されることなく、例えば、下水、畜産排水、工場排水などが挙げられる。なお、被処理水中に含まれる有機物としては、固形有機物と、溶解性有機物とが挙げられる。
【００７４】
＜被処理水槽＞
被処理水槽１０には、被処理水が貯留されている。また、被処理水槽１０は、被処理水ライン１２を介してろ過槽２０Ａ，２０Ｂと接続されている。具体的には、水処理装置１００では、被処理水槽１０内に設置された被処理水ポンプ１１と、ろ過槽２０Ａ，２０Ｂとが被処理水ライン１２により接続されている。そして、被処理水槽１０に貯留された被処理水は、被処理水ポンプ１１および被処理水ライン１２を介してろ過槽２０Ａ，２０Ｂへと送水される。
【００７５】
ここで、被処理水ライン１２は、被処理水ポンプ１１と、ろ過槽２０Ａ，２０Ｂとの間で二股に分岐しており、２本に分岐したうちの一方のラインが第１ろ過槽２０Ａに接続し、他方のラインが第２ろ過槽２０Ｂに接続している。そして、第１ろ過槽２０Ａに接続する一方のラインには、第１被処理水弁１３Ａが設けられており、第２ろ過槽２０Ｂに接続する他方のラインには、第２被処理水弁１３Ｂが設けられている。
【００７６】
なお、第二発明の水処理装置は、被処理水槽を有していなくてもよく、例えば初沈流入水路などの被処理水流路から被処理水をろ過槽に送水してもよい。
【００７７】
＜ろ過槽＞
第１ろ過槽２０Ａおよび第２ろ過槽２０Ｂは、被処理水槽１０の後段側に、互いに並列に配置されている。そして、第１ろ過槽２０Ａおよび第２ろ過槽２０Ｂでは、被処理水槽１０から流入した被処理水（ろ過槽流入水）がろ過される。
【００７８】
各ろ過槽２０Ａ，２０Ｂは、特に限定されることなく、上向流式のろ過槽であり、各槽内に、スクリーン２２Ａ，２２Ｂと、スクリーン２２Ａ，２２Ｂで支持された複数の浮上ろ材からなる第１のろ材層２１Ａ，２１Ｂと、第１のろ材層２１Ａ，２１Ｂの下側に設置された被処理水流入口と、第１のろ材層２１Ａ，２１Ｂの下側に設置された逆洗排水排出口とを備えている。そして、各ろ過槽２０Ａ，２０Ｂの被処理水流入口には、被処理水ライン１２が接続されている。また、各ろ過槽２０Ａ，２０Ｂの逆洗排水排出口には、逆洗排水ライン２５Ａ，２５Ｂが接続されており、各逆洗排水ライン２５Ａ，２５Ｂには、逆洗排水弁２６Ａ，２６Ｂが設けられている。
【００７９】
更に、ろ過槽２０Ａ，２０Ｂのスクリーン２２Ａ，２２Ｂの上側には、共通ろ過水貯留部２３が設けられている。そして、各ろ過槽２０Ａ，２０Ｂにおいて下側から流入した被処理水を第１のろ材層２１Ａ，２１Ｂでろ過して得たろ過水は、共通ろ過水貯留部２３に貯留される。
【００８０】
また、共通ろ過水貯留部２３のろ過水流出口は、ろ過水ライン２４を介して無酸素槽３０と接続されている。具体的には、共通ろ過水貯留部２３のろ過水流出口と、無酸素槽３０の流入部３１とは、ろ過水ライン２４により接続されている。そして、各ろ過槽２０Ａ，２０Ｂの第１のろ材層２１Ａ，２１Ｂで被処理水をろ過して得たろ過水は、共通ろ過水貯留部２３のろ過水流出口から流出し、ろ過水ライン２４を介して例えば自然流下により無酸素槽３０へと流入する。
【００８１】
ここで、ろ過槽２０Ａ，２０Ｂで使用する浮上ろ材とは、被処理水よりも比重の小さい（即ち、被処理水中で浮く）ろ材である。そして、ろ過槽２０Ａ，２０Ｂでは、浮上ろ材として、発泡樹脂製の粒子状の浮上ろ材などの既知の浮上ろ材を用いることができる。具体的には、浮上ろ材としては、見掛け比重が０．１〜０．８であり、５０％圧縮硬さが０．１ＭＰａ以上であり、サイズが４〜１０ｍｍであるろ材を用いることができる。
また、ろ過槽２０Ａ，２０Ｂでは、第１のろ材層２１Ａ，２１Ｂの上側に配置するスクリーン２２Ａ，２２Ｂとして、浮上ろ材の流出を防止し得るスクリーン、例えばパンチングメタル等を用いることができる。
【００８２】
そして、第１ろ過槽２０Ａおよび第２ろ過槽２０Ｂでは、第１被処理水弁１３Ａおよび第２被処理水弁１３Ｂを開き、逆洗排水弁２６Ａ，２６Ｂを閉じた状態で被処理水をろ過槽２０Ａ，２０Ｂ内に流入させることにより、第１のろ材層２１Ａ，２１Ｂで被処理水をろ過することができる。具体的には、ろ過槽２０Ａ，２０Ｂでは、被処理水中に含まれている粗大な固形物（例えば、直径１００μｍ以上の有機固形物および無機固形物）が第１のろ材層２１Ａ，２１Ｂに補捉され、被処理水中から除去される。
【００８３】
また、第１ろ過槽２０Ａおよび第２ろ過槽２０Ｂでは、ろ過の継続により第１のろ材層２１Ａ，２１Ｂが閉塞して差圧が上昇した場合、或いは、所定のろ過時間が経過した場合には、第１被処理水弁１３Ａおよび第２被処理水弁１３Ｂを閉じ、逆洗排水弁２６Ａ，２６Ｂを開くことで、第１のろ材層２１Ａ，２１Ｂを逆洗（逆流洗浄）することができる。具体的には、逆洗排水弁２６Ａ，２６Ｂを開き、共通ろ過水貯留部２３に貯留されているろ過水を下向流で流すことにより、第１のろ材層２１Ａ，２１Ｂを構成する浮上ろ材を下方に展開させ、第１のろ材層２１Ａ，２１Ｂを洗浄することができる。なお、第１のろ材層２１Ａ，２１Ｂの逆洗時に生じる逆洗排水（第１のろ材層２１Ａ，２１Ｂに補捉されていた固形物を含む排水）は、特に限定されることなく、逆洗排水ライン２５Ａ，２５Ｂを介して適当な排水処理設備へと送水し、処理することができる。
【００８４】
ここで、ろ過槽２０Ａ，２０Ｂでは、任意に、第１のろ材層２１Ａ，２１Ｂの下側に空気供給管（図示せず）を設け、第１のろ材層２１Ａ，２１Ｂを逆洗する際に空気供給管から空気を供給して浮上ろ材を撹拌し、逆洗効率を高めてもよい。また、水処理装置１００では、ろ過槽２０Ａ，２０Ｂの逆洗は、同時に行ってもよいし、交互に行ってもよいが、ろ過槽２０Ａ，２０Ｂの逆洗を交互に（即ち、逆洗を実施するタイミングを異ならせて）実施すれば、被処理水の処理を連続的に行うことができる。
【００８５】
なお、第二発明の水処理装置で用いるろ過槽は、上記構成に限定されることはなく、第二発明の水処理装置では、特に限定されることなく、ろ材層を有する既知のろ過槽を用いることができる。また、第二発明の水処理装置では、ろ過槽の数は、任意の数とすることができる。更に、第二発明の水処理装置では、ろ過水以外の水を用いて第１のろ材層を逆洗してもよい。
【００８６】
＜無酸素槽＞
無酸素槽３０は、互いに並列に配置された第１ろ過槽２０Ａおよび第２ろ過槽２０Ｂの後段側に配置されている。ここで、無酸素槽３０は、流入部３１と、流入部３１の後段側に位置する脱窒処理部３２とを有しており、脱窒処理部３２には、複数の固定床担体３３が設置されている。
【００８７】
そして、無酸素槽３０では、第１ろ過槽２０Ａおよび第２ろ過槽２０Ｂで得たろ過水と、後に詳細に説明する散水ろ床４０Ａ，４０Ｂから流出した硝化処理水の一部との混合水（無酸素槽流入水）が、脱窒細菌を用いて脱窒処理される。具体的には、無酸素槽３０では、ろ過水と硝化処理水とが流入部３１に流入して混合され、得られた混合水が脱窒処理部３２へと流入して、固定床担体３３に付着した脱窒細菌により脱窒処理される。即ち、無酸素槽３０の脱窒処理部３２では、従属栄養細菌である脱窒細菌が、ろ過水と硝化処理水との混合水（無酸素槽流入水）中に含まれている有機物（特に、溶解性有機物）を消費しつつ、混合水中の硝酸性窒素および／または亜硝酸性窒素を還元して窒素ガスとする。
【００８８】
なお、固定床担体３３としては、揺動型固定床担体などの既知の固定床担体、例えば、複数本の繊維の一部を芯材に固定してなる固定床担体などを用いることができる。また、固定床担体３３に脱窒細菌を付着させる方法としては、馴養運転などの既知の手法を用いることができる。
ここで、水処理装置１００では、無酸素槽３０の前段にろ過槽２０Ａ，２０Ｂが設けられているので、無酸素槽３０では、毛髪などの細長い固形物が絡みやすい担体（例えば、繊維状の担体）も用いることができる。毛髪等の固形物はろ過槽２０Ａ，２０Ｂで十分に除去されるからである。
【００８９】
また、無酸素槽３０は、脱窒処理水ライン３４を介して散水ろ床４０Ａ，４０Ｂと接続されている。具体的には、水処理装置１００では、無酸素槽３０の脱窒処理部３２と、散水ろ床４０Ａ，４０Ｂとが、脱窒処理水ポンプ３５を有する脱窒処理水ライン３４により接続されている。そして、無酸素槽３０の脱窒処理部３２で混合水を脱窒処理して得た脱窒処理水は、脱窒処理水ポンプ３５および脱窒処理水ライン３４を介して散水ろ床４０Ａ，４０Ｂへと送水される。
【００９０】
ここで、脱窒処理水ライン３４は、脱窒処理水ポンプ３５と、散水ろ床４０Ａ，４０Ｂとの間で二股に分岐しており、２本に分岐したうちの一方のラインが第１散水ろ床４０Ａに接続し、他方のラインが第２散水ろ床４０Ｂに接続している。そして、第１散水ろ床４０Ａに接続する一方のラインには、第１脱窒処理水弁３６Ａが設けられており、第２散水ろ床４０Ｂに接続する他方のラインには、第２脱窒処理水弁３６Ｂが設けられている。
【００９１】
なお、第二発明の水処理装置で用いる無酸素槽は、上記構成に限定されることはなく、第二発明の水処理装置では、特に限定されることなく、流動床担体を用いた無酸素槽や、迂流式構造の無酸素槽などの既知の無酸素槽を用いることができる。
ここで、無酸素槽内に脱窒細菌を高濃度で保持して脱窒処理を効率的に進めることを可能にし、無酸素槽を小型化する観点、および、汚泥の流出を抑制して後段側に位置する散水ろ床などの閉塞を抑制する観点からは、第二発明の水処理装置では、流動床担体または固定床担体などの担体を用いた無酸素槽を使用することが好ましい。なお、流動床担体としては、既知のスポンジ担体などを用いることができ、流動床担体を用いる場合には、無酸素槽内に、撹拌装置と、流動床担体の流出を防止するスクリーンとを配置すればよい。
【００９２】
＜散水ろ床＞
第１散水ろ床４０Ａおよび第２散水ろ床４０Ｂは、無酸素槽３０の後段側に、互いに並列に配置されている。そして、第１散水ろ床４０Ａおよび第２散水ろ床４０Ｂでは、無酸素槽３０から流出した脱窒処理水（散水ろ床流入水）が硝化処理される。
【００９３】
各散水ろ床４０Ａ，４０Ｂは、スクリーン４３Ａ，４３Ｂと、スクリーン４３Ａ，４３Ｂで支持された複数のろ材からなる第２のろ材層４２Ａ，４２Ｂと、第２のろ材層４２Ａ，４２Ｂの上側に設置されて脱窒処理水を第２のろ材層４２Ａ，４２Ｂに散布する散布機構４１Ａ，４１Ｂと、第２のろ材層４２Ａ，４２Ｂの下側に設置された硝化処理水流出口と、第２のろ材層４２Ａ，４２Ｂの下側に設置された洗浄排水排出口とを備えている。そして、各散水ろ床４０Ａ，４０Ｂでは、第２のろ材層４２Ａ，４２Ｂを構成するろ材に硝化細菌が付着しており、散布機構４１Ａ，４１Ｂで散布した脱窒処理水は、第２のろ材層４２Ａ，４２Ｂで硝化処理される。即ち、散水ろ床４０Ａ，４０Ｂの第２のろ材層４２Ａ，４２Ｂでは、硝化細菌が、脱窒処理水（散水ろ床流入水）中に含まれているアンモニア性窒素を酸化して硝酸性窒素および／または亜硝酸性窒素とする。
なお、第２のろ材層４２Ａ，４２Ｂを構成するろ材には、少なくとも硝化細菌が付着していれば、他の細菌、例えばＢＯＤ酸化細菌などが付着していてもよい。硝化細菌に加えてＢＯＤ酸化細菌もろ材に付着していれば、脱窒処理水中に残存している有機物（ろ過槽２０Ａ，２０Ｂおよび無酸素槽３０で除去されなかった有機物）も第２のろ材層４２Ａ，４２Ｂで分解処理することができる。
【００９４】
また、各散水ろ床４０Ａ，４０Ｂの散布機構４１Ａ，４１Ｂには、脱窒処理水ライン３４が接続されている。また、各散水ろ床４０Ａ，４０Ｂの硝化処理水流出口には、硝化処理水ライン４８Ａ，４８Ｂ（４８）が接続されており、各硝化処理水ライン４８Ａ，４８Ｂには、硝化処理水弁４９Ａ，４９Ｂが設けられている。更に、各散水ろ床４０Ａ，４０Ｂの洗浄排水排出口には、洗浄排水ライン８０Ａ，８０Ｂ（８０）が接続されており、各洗浄排水ライン８０Ａ，８０Ｂには、洗浄排水弁８１Ａ，８１Ｂが設けられている。
なお、硝化処理水ライン４８Ａ，４８Ｂ（４８）は、散水ろ床４０Ａ，４０Ｂの硝化処理水流出口と、硝化処理水槽５０とを接続しており、各散水ろ床４０Ａ，４０Ｂから延びる２本の硝化処理水ライン４８Ａ，４８Ｂは、散水ろ床４０Ａ，４０Ｂと硝化処理水槽５０との間で合流して１本の硝化処理水ライン４８となっている。また、洗浄排水ライン８０Ａ，８０Ｂ（８０）は、散水ろ床４０Ａ，４０Ｂの洗浄排水排出口と、被処理水槽１０とを接続しており、各散水ろ床４０Ａ，４０Ｂから延びる２本の洗浄排水ライン８０Ａ，８０Ｂは、散水ろ床４０Ａ，４０Ｂと被処理水槽１０との間で合流して１本の洗浄排水ライン８０となっている。
【００９５】
ここで、散布機構４１Ａ，４１Ｂとしては、特に限定されることなく、脱窒処理水を第２のろ材層４２Ａ，４２Ｂに散布可能な既知の散水機、例えば、回転式散水機などを用いることができる。
また、第２のろ材層４２Ａ，４２Ｂで使用するろ材としては、特に限定されることなく、ポリウレタンまたはポリプロピレン等の樹脂製のろ材を用いることができる。具体的には、ろ材としては、円筒形状に形成された樹脂製のろ材を用いることができる。そして、第２のろ材層４２Ａ，４２Ｂは、スクリーン４３Ａ，４３Ｂ上にろ材を充填して形成することができる。なお、ろ材に硝化細菌やＢＯＤ酸化細菌を付着させる方法としては、馴養運転などの既知の手法を用いることができる。
更に、第２のろ材層４２Ａ，４２Ｂの下側に配置するスクリーン４３Ａ，４３Ｂとしては、ろ材の流出を防止し得るスクリーン、例えばパンチングメタル等を用いることができる。
【００９６】
また、各散水ろ床４０Ａ，４０Ｂのスクリーン４３Ａ，４３Ｂの下側には、硝化処理水貯留部４４Ａ，４４Ｂが設けられている。そして、各散水ろ床４０Ａ，４０Ｂにおいて流入した脱窒処理水を硝化処理して得た硝化処理水は、硝化処理水貯留部４４Ａ，４４Ｂに貯留される。
【００９７】
更に、各散水ろ床４０Ａ，４０Ｂは、共通ブロア４５、および、共通ブロア４５と各散水ろ床４０Ａ，４０Ｂ内とを接続する空気供給ライン４６を有している。ここで、空気供給ライン４６は、共通ブロア４５と散水ろ床４０Ａ，４０Ｂとの間で二股に分岐して各散水ろ床４０Ａ，４０Ｂのスクリーン４３Ａ，４３Ｂの下側まで延在している。そして、第１散水ろ床４０Ａ内まで延在する一方のラインには、第１空気供給弁４７Ａが設けられており、第２散水ろ床４０Ｂ内まで延在する他方のラインには、第２空気供給弁４７Ｂが設けられている。
【００９８】
そして、第１散水ろ床４０Ａおよび第２散水ろ床４０Ｂでは、第１脱窒処理水弁３６Ａおよび第２脱窒処理水弁３６Ｂ、並びに、硝化処理水弁４９Ａ，４９Ｂを開き、第１空気供給弁４７Ａおよび第２空気供給弁４７Ｂ、並びに、洗浄排水弁８１Ａ，８１Ｂを閉じた状態で脱窒処理水を散水ろ床４０Ａ，４０Ｂ内に流入させることにより、第２のろ材層４２Ａ，４２Ｂで脱窒処理水を硝化処理することができる。具体的には、散水ろ床４０Ａ，４０Ｂでは、散布機構４１Ａ，４１Ｂを用いて第２のろ材層４２Ａ，４２Ｂに散布された脱窒処理水中のアンモニア性窒素が、第２のろ材層４２Ａ，４２Ｂのろ材に付着した硝化細菌により硝化される。そして、得られた硝化処理水は、硝化処理水貯留部４４Ａ，４４Ｂおよび硝化処理水流出口を介して散水ろ床４０Ａ，４０Ｂから流出し、硝化処理水ライン４８を通って例えば自然流下により硝化処理水槽５０へと流入する。
【００９９】
また、第１散水ろ床４０Ａおよび第２散水ろ床４０Ｂでは、硝化処理の継続により第２のろ材層４２Ａ，４２Ｂが閉塞した場合、或いは、所定の処理時間が経過した場合には、脱窒処理水ポンプ３５、第１脱窒処理水弁３６Ａ、第２脱窒処理水弁３６Ｂ、散布機構４１Ａ，４１Ｂ、共通ブロア４５、第１空気供給弁４７Ａ、第２空気供給弁４７Ｂ、硝化処理水弁４９Ａ，４９Ｂおよび洗浄排水弁８１Ａ，８１Ｂを洗浄手段として機能させ、例えば以下のようにして、第２のろ材層４２Ａ，４２Ｂを洗浄することができる。
【０１００】
即ち、最初に、脱窒処理水ポンプ３５、第１脱窒処理水弁３６Ａ、第２脱窒処理水弁３６Ｂ、散布機構４１Ａ，４１Ｂ、硝化処理水弁４９Ａ，４９Ｂおよび洗浄排水弁８１Ａ，８１Ｂを洗浄水貯留機構として機能させ、散水ろ床４０Ａ，４０Ｂ内に洗浄水としての脱窒処理水を貯留して第２のろ材層４２Ａ，４２Ｂを冠水させる。具体的には、脱窒処理水ポンプ３５を運転し、第１脱窒処理水弁３６Ａ、第２脱窒処理水弁３６Ｂを開いた状態で、硝化処理水弁４９Ａ，４９Ｂおよび洗浄排水弁８１Ａ，８１Ｂを閉じ、散水ろ床４０Ａ，４０Ｂ内に脱窒処理水を貯留して第２のろ材層４２Ａ，４２Ｂを冠水させる。
【０１０１】
次に、共通ブロア４５、第１空気供給弁４７Ａおよび第２空気供給弁４７Ｂを撹拌洗浄機構として機能させ、冠水した第２のろ材層４２Ａ，４２Ｂのろ材を撹拌して洗浄する。具体的には、第１散水ろ床４０Ａを洗浄する場合について図３に示すように、共通ブロア４５を運転し、第１空気供給弁４７Ａおよび第２空気供給弁４７Ｂを開いて空気供給ライン４６から空気を散水ろ床４０Ａ，４０Ｂ内に供給することにより、散水ろ床４０Ａ，４０Ｂ内に旋回流を発生させ、第２のろ材層４２Ａ，４２Ｂのろ材４２ａを撹拌して洗浄する。
なお、第２のろ材層４２Ａ，４２Ｂのろ材４２ａを撹拌して洗浄する際には、少なくとも硝化処理水弁４９Ａ，４９Ｂおよび洗浄排水弁８１Ａ，８１Ｂを閉じていればよい。従って、脱窒処理水ポンプ３５、第１脱窒処理水弁３６Ａ、第２脱窒処理水弁３６Ｂおよび散布機構４１Ａ，４１Ｂを用いた散水ろ床４０Ａ，４０Ｂ内への脱窒処理水の供給は、継続してもよいし、停止してもよい。
【０１０２】
最後に、洗浄排水弁８１Ａ，８１Ｂを排水機構として機能させ、第２のろ材層４２Ａ，４２Ｂの撹拌洗浄に用いた洗浄水を散水ろ床４０Ａ，４０Ｂ内から排出する。具体的には、硝化処理水弁４９Ａ，４９Ｂを閉じた状態で、洗浄排水弁８１Ａ，８１Ｂを開き、第２のろ材層４２Ａ，４２Ｂの撹拌洗浄後の洗浄水（洗浄排水）を散水ろ床４０Ａ，４０Ｂ内から排出する。そして、排出された洗浄排水は、洗浄排水ライン８０を介して例えば自然流下により被処理水槽１０へと流入し、被処理水と共にろ過槽２０Ａ，２０Ｂへと送水されて処理される。
なお、洗浄排水を散水ろ床４０Ａ，４０Ｂ内から排出する際には、脱窒処理水ポンプ３５、第１脱窒処理水弁３６Ａ、第２脱窒処理水弁３６Ｂおよび散布機構４１Ａ，４１Ｂを用いた散水ろ床４０Ａ，４０Ｂ内への脱窒処理水の供給は、継続してもよいし、停止してもよい。また、共通ブロア４５、空気供給ライン４６、第１空気供給弁４７Ａおよび第２空気供給弁４７Ｂを用いた散水ろ床４０Ａ，４０Ｂ内への空気の供給は、継続してもよいし、停止してもよい。更に、散水ろ床４０Ａ，４０Ｂ内から排出された洗浄排水は、被処理水槽１０へ送水することなく、別途設けられた排水処理設備に送水して処理してもよい。
【０１０３】
上述のようにして第２のろ材層４２Ａ，４２Ｂを洗浄することで、ろ床ハエの卵および幼虫、ろ材の表面に過度に付着した生物膜、並びに、ろ材間に補捉された固形物を散水ろ床から除去することができる。従って、第２のろ材層４２Ａ，４２Ｂの閉塞を防止することができると共に、悪臭やろ床ハエの発生を抑制することができる。
【０１０４】
ここで、水処理装置１００では、散水ろ床４０Ａ，４０Ｂの第２のろ材層４２Ａ，４２Ｂの洗浄は、同時に行ってもよいし、交互に行ってもよいが、散水ろ床４０Ａ，４０Ｂの第２のろ材層４２Ａ，４２Ｂの洗浄を交互に（即ち、洗浄を実施するタイミングを異ならせて）実施すれば、水処理装置１００を用いた被処理水の処理を連続的に行うことができる。
なお、水処理装置１００のように複数の散水ろ床を有し、脱窒処理水（散水ろ床流入水）を洗浄水として使用する場合において、散水ろ床の第２のろ材層の洗浄のタイミングを異ならせて被処理水の処理を連続的に行う場合には、散布機構を用いて散布される脱窒処理水の流量を制御する流量調節機構を設けることが好ましい。流量調節機構を設ければ、洗浄中の散水ろ床に供給する脱窒処理水の流量を、他の（硝化処理を実施している）散水ろ床に供給する脱窒処理水の流量よりも大きくして、散水ろ床の洗浄を短時間で終わらせることができるからである。ここで、水処理装置１００では、流量調節機構としては、例えば、脱窒処理水ポンプ３５の吐出量、並びに、第１脱窒処理水弁３６Ａおよび第２脱窒処理水弁３６Ｂの開度を制御する制御装置（図示せず）を用いることができる。制御装置により脱窒処理水ポンプ３５の吐出量を増加させつつ、洗浄される側の散水ろ床４０Ａ，４０Ｂに接続された脱窒処理水弁３６Ａ，３６Ｂの開度を大きくすれば、洗浄中の散水ろ床に供給する脱窒処理水の流量を大きくし、第２のろ材層４２Ａ，４２Ｂを冠水させるまでに要する時間を短縮することができる。
【０１０５】
なお、第二発明の水処理装置で用いる散水ろ床は、上記構成に限定されることはない。第二発明の水処理装置では、特に限定されることなく、硝化細菌を用いた硝化処理が可能な既知の散水ろ床を用いることができる。また、第二発明の水処理装置では、散水ろ床の数は、任意の数とすることができる。更に、第二発明の水処理装置では、脱窒処理水以外の水を用いて第２のろ材層を洗浄してもよい。
【０１０６】
具体的には、第二発明の水処理装置で用いる散水ろ床は、例えば図４に示すような構成のものであってもよい。ここで、図４では、円筒状の水槽内に隔壁を配置して複数（図示例では６つ）の散水ろ床９０Ａ〜９０Ｆを形成している。また、円筒状の水槽の上部には、３本の散水ノズル部９２を有する回転式散水装置９１が設置されており、脱窒処理水ライン３４を介して供給された脱窒処理水は、回転式散水装置９１の散水ノズル部９２から散水ろ床９０Ａ〜９０Ｆ内に散布される。なお、各散水ろ床は、脱窒処理水の散布機構として回転式散水装置９１を用いている以外は、上述した散水ろ床４０Ａ，４０Ｂと同様の構成を有している。また、回転式散水装置９１は、各散水ろ床に散布される脱窒処理水の流量を制御する流量調節機構としての回転位置検出器と回転速度調整器とを備えている。そして、回転式散水装置９１は、第２のろ材層を洗浄中の散水ろ床の上を散水ノズル部９２が通過する際には、回転速度を落とすことにより、洗浄中の散水ろ床に供給する脱窒処理水の流量を、他の（硝化処理を実施している）散水ろ床に供給する脱窒処理水の流量よりも大きくすることが可能とされている。
【０１０７】
＜硝化処理水槽＞
硝化処理水槽５０は、互いに並列に配置された散水ろ床４０Ａ，４０Ｂの後段側に配置されている。そして、硝化処理水槽５０は、散水ろ床４０Ａ，４０Ｂから硝化処理水ライン４８を介して流入した硝化処理水を貯留する。ここで、硝化処理水槽５０は、移送ライン５１を介して固液分離槽６０と接続されている。また、硝化処理水槽５０は、返送ライン７０を介して無酸素槽３０と接続されている。
なお、移送ライン５１には、移送ポンプ５２が設けられており、返送ライン７０には返送ポンプ７１が設けられている。
【０１０８】
ここで、散水ろ床４０Ａ，４０Ｂから流出して硝化処理水槽５０に貯留された硝化処理水の一部は、移送ライン５１および移送ポンプ５２を介して固液分離槽６０へと送水される。また、散水ろ床４０Ａ，４０Ｂから流出して硝化処理水槽５０に貯留された硝化処理水の残部は、返送ライン７０および返送ポンプ７１を介して無酸素槽３０へと送水される。そして、無酸素槽３０へと送水された硝化処理水中に含まれている硝酸性窒素および／または亜硝酸性窒素は、無酸素槽３０で脱窒処理される。
【０１０９】
なお、第二発明の水処理装置は、硝化処理水槽を有していなくてもよく、例えば散水ろ床の硝化処理水貯留部から硝化処理水を固液分離槽や無酸素槽に送水してもよい。
【０１１０】
＜固液分離槽＞
固液分離槽６０は、硝化処理水槽５０の後段側に配置されている。ここで、固液分離槽６０は、沈殿部６１と、沈殿部６１の後段側に位置するろ過部６２とを有しており、ろ過部６２には、複数の円筒形ろ材が充填された第３のろ材層６３が設置されている。なお、固液分離槽６０は、槽の底部に沈殿した固形分を沈殿部６１に掻き寄せる往復式掻寄機（図示せず）を槽の下部に備えていてもよい。
【０１１１】
沈殿部６１では、硝化処理水槽５０から流入した硝化処理水（固液分離槽流入水）を沈殿処理して硝化処理水中の固形分の一部を沈殿させる。そして、沈殿部６１で沈殿した固形分は、沈殿部６１の下部に設けられた固形分排出ライン６５を介して抜き出されて処理される。具体的には、沈殿部６１で沈殿した固形分は、固形分排出ライン６５に設けられた固形分排出弁６６を例えば所定時間毎に開くことにより、固液分離槽６０から排出されて処理される。
【０１１２】
ろ過部６２では、固形分の一部を沈殿させた硝化処理水を第３のろ材層６３でろ過して硝化処理水から固形分を更に除去する。
ここで、ろ過部６２は、複数の円筒形ろ材が充填された第３のろ材層６３と、第３のろ材層６３の上側に配置されて円筒形ろ材の流出を防止するスクリーン６４と、ろ過部６２のスクリーン６４の上側に配置された処理水ライン６７と、処理水ライン６７に設けられた処理水ポンプ６８とを備えている。そして、ろ過部６２では、処理水ポンプ６８を用いて硝化処理水を第３のろ材層６３に上向流で通水させることにより、硝化処理水を第３のろ材層６３でろ過する。
【０１１３】
なお、ろ過部６２で使用する円筒形ろ材としては、例えば、比重が１未満の樹脂製円筒形ろ材などの既知の円筒形ろ材を用いることができる。具体的には、円筒形ろ材としては、ポリプロピレン製の円筒形ろ材を用いることができる。
また、スクリーン６４としては、円筒形ろ材の流出を防止し得るスクリーン、例えばパンチングメタル等を用いることができる。
【０１１４】
ここで、第二発明の水処理装置は、固液分離槽を有していなくてもよい。また、第二発明の水処理装置に用いる固液分離槽のろ過部は、下向流を用いて第３のろ材層６３を逆洗するための既知の逆洗機構を備えていてもよい。
【０１１５】
そして、上述した構成を有する水処理装置１００によれば、ろ過槽２０Ａ，２０Ｂおよび無酸素槽３０よりも後段側に散水ろ床４０Ａ，４０Ｂを配置しているので、ろ過槽２０Ａ，２０Ｂにおける固形有機物の除去および無酸素槽３０における脱窒処理時の有機物の消費により、散水ろ床４０Ａ，４０Ｂに流入する有機物量を低減することができる。従って、ろ過槽２０Ａ，２０Ｂおよび無酸素槽３０を利用して有機物を効率的に処理しつつ、散水ろ床を小型化することができる。特に、水処理装置１００によれば、散水ろ床４０Ａ，４０Ｂに流入する有機物量を低減することで、散水ろ床４０Ａ，４０Ｂの第２のろ材層４２Ａ，４２Ｂに、ＢＯＤ酸化細菌よりも硝化細菌を優先的に付着・増殖させ、脱窒処理水の硝化処理をより効率的に行うことができる。
【０１１６】
また、水処理装置１００では、返送ライン７０を設けて硝化処理水を無酸素槽３０に返送しているので、被処理水中のアンモニア性窒素を散水ろ床４０Ａ，４０Ｂで硝化すると共に、生成した硝酸性窒素および／または亜硝酸性窒素を無酸素槽３０で脱窒処理することができる。従って、散水ろ床４０Ａ，４０Ｂの小型化および被処理水中の有機物の効率的な処理を達成しつつ、被処理水中のアンモニア性窒素を効率的に処理することができる。
【０１１７】
更に、水処理装置１００では、固定床担体３３を用いて脱窒細菌を無酸素槽３０内に高濃度で保持しているので、脱窒処理を効率的に進め、無酸素槽３０を小型化することができる。また、担体を用いない場合と比較して無酸素槽３０から流出する脱窒処理水中の固形分量を低減することができるので、後段に位置する散水ろ床４０Ａ，４０Ｂが脱窒処理水中の固形分により早期に目詰まりするのを抑制することができると共に、散水ろ床４０Ａ，４０Ｂに流入する有機物量（特に、固形有機物量）を低減することができる。また、散水ろ床４０Ａ，４０Ｂの散布機構４１Ａ，４１Ｂが固形物により閉塞するのも抑制することができる。
【０１１８】
また、水処理装置１００では、無酸素槽３０をろ過槽２０Ａ，２０Ｂの後段に配置しているので、無酸素槽３０には粗大な固形物が除去されたろ過水が流入する。従って、無酸素槽３０において担体を使用した場合であっても、被処理水中に含まれている固形分が担体自体や担体の流出を防止するためのスクリーンに引っ掛かるのを防止することができる。その結果、固形物の引っ掛かりによる水路の閉塞などの問題が生じるのを防止することができる。
【０１１９】
更に、水処理装置１００では、２つのろ過槽２０Ａ，２０Ｂを並列配置しているので、１つのろ過槽で被処理水のろ過を継続しつつ、他のろ過槽の第１のろ材層を逆洗することができる。
また、水処理装置１００では、２つの散水ろ床４０Ａ，４０Ｂを並列配置しているので、１つの散水ろ床で脱窒処理水の硝化処理を継続しつつ、他の散水ろ床の第２のろ材層を洗浄することができる。なお、水処理装置１００では、第２のろ材層に散布される脱窒処理水の流量を制御する流量調節機構を設ければ、散水ろ床の洗浄を短時間で終わらせ、２つの散水ろ床を用いた脱窒処理水の硝化処理を早期に再開することができる。
【０１２０】
また、水処理装置１００では、散水ろ床４０Ａ，４０Ｂの第２のろ材層４２Ａ，４２Ｂの洗浄に使用した洗浄水（洗浄排水）を被処理水槽１０へと送水しているので、脱窒処理水を洗浄水として用いた場合であっても、洗浄排水中に含まれている固形分や、洗浄水として用いた脱窒処理水中に含まれていたアンモニア性窒素を、ろ過槽２０Ａ，２０Ｂや散水ろ床４０Ａ，４０Ｂで効率的に処理することができる。
【０１２１】
更に、水処理装置１００では、散水ろ床４０Ａ，４０Ｂの後段側に固液分離槽６０を設けているので、散水ろ床４０Ａ，４０Ｂの第２のろ材層４２Ａ，４２Ｂから流出した微細な固形物（例えば、ろ材から剥離した生物膜等）も除去して、より清浄な処理水を得ることができる。
【０１２２】
以上、一例を用いて第二発明の水処理装置について説明したが、第二発明の水処理装置は、上記一例に限定されることはなく、第二発明の水処理装置には、適宜変更を加えることができる。
【０１２３】
具体的には、第二発明の水処理装置は、例えば図５に示すような構成の装置であってもよい。ここで、図５に示す水処理装置２００は、無酸素槽３０の脱窒処理部３２が、複数の迂流壁３７を有する迂流式構造の脱窒処理部である点、硝化処理水槽５０を有しておらず、散水ろ床４０Ａ，４０Ｂから流出した硝化処理水が全て無酸素槽３０の流入部３１へと返送される点、ろ過槽２０Ａ，２０Ｂから流出したろ過水が脱窒処理部３２に流入する点、および、移送ライン５１が無酸素槽３０の流入部３１と固液分離槽６０とを接続している点以外は、先の一例の水処理装置１００と同様の構成を有している。
【０１２４】
また、第二発明の水処理装置では、無酸素槽をろ過槽の前段側に配置してもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１２５】
第一発明の水処理装置によれば、ろ過槽における硫化水素の発生を抑制することができる。
また、第二発明の水処理装置によれば、散水ろ床を小型化しつつ、被処理水中に含まれている有機物およびアンモニア性窒素の双方を効率的に処理することができる。
【符号の説明】
【０１２６】
１０  被処理水槽
１１  被処理水ポンプ
１２  被処理水ライン
１３Ａ，１３Ｂ  被処理水弁
２０Ａ，２０Ｂ  ろ過槽
２１Ａ，２１Ｂ  第１のろ材層
２２Ａ，２２Ｂ  スクリーン
２３  共通ろ過水貯留部
２４  ろ過水ライン
２５Ａ，２５Ｂ  逆洗排水ライン
２６Ａ，２６Ｂ  逆洗排水弁
３０  無酸素槽
３１  流入部
３２  脱窒処理部
３３  固定床担体
３４  脱窒処理水ライン
３５  脱窒処理水ポンプ
３６Ａ，３６Ｂ  脱窒処理水弁
３７  迂流壁
４０Ａ，４０Ｂ  散水ろ床
４１Ａ，４１Ｂ  散布機構
４２Ａ，４２Ｂ  第２のろ材層
４２ａ  ろ材
４３Ａ，４３Ｂ  スクリーン
４４Ａ，４４Ｂ  硝化処理水貯留部
４５  共通ブロア
４６  空気供給ライン
４７Ａ，４７Ｂ  空気供給弁
４８，４８Ａ，４８Ｂ  硝化処理水ライン
４９Ａ，４９Ｂ  硝化処理水弁
５０  硝化処理水槽
５１  移送ライン
５２  移送ポンプ
６０  固液分離槽
６１  沈殿部
６２  ろ過部
６３  第３のろ材層
６４  スクリーン
６５  固形分排出ライン
６６  固形分排出弁
６７  処理水ライン
６８  処理水ポンプ
７０  返送ライン
７１  返送ポンプ
８０，８０Ａ，８０Ｂ  洗浄排水ライン
８１Ａ，８１Ｂ  洗浄排水弁
９０Ａ〜９０Ｆ  散水ろ床
９１  回転式散水装置
９２  散水ノズル部
１００，２００  水処理装置
１１０  被処理水槽（混合槽）
１１１  被処理水ポンプ
１１２  被処理水ライン
１１３Ａ，１１３Ｂ  被処理水弁
１２０Ａ，１２０Ｂ  ろ過槽
１２１Ａ，１２１Ｂ  第１のろ材層
１２２Ａ，１２２Ｂ  スクリーン
１２３  共通ろ過水貯留部
１２４  ろ過水ライン
１２５Ａ，１２５Ｂ  逆洗排水ライン
１２６Ａ，１２６Ｂ  逆洗排水弁
１３０  無酸素槽
１３１  流入部
１３２  脱窒処理部
１３３  固定床担体
１３４  脱窒処理水ライン
１３５  脱窒処理水ポンプ
１４０Ａ，１４０Ｂ  硝化槽
１４１Ａ，１４１Ｂ  散布機構
１４２Ａ，１４２Ｂ  硝化槽ろ材層
１４３Ａ，１４３Ｂ  スクリーン
１４４Ａ，１４４Ｂ  硝化処理水貯留部
１４８，１４８Ａ，１４８Ｂ  硝化処理水ライン
１５０  硝化処理水槽
１５１  移送ライン
１５２  移送ポンプ
１６０  固液分離槽
１６１  沈殿部
１６２  ろ過部
１６３  第２のろ材層
１６４  スクリーン
１６５  固形分排出ライン
１６６  固形分排出弁
１６７  処理水ライン
１６８  処理水ポンプ
１７０  返送ライン
１７１  返送ポンプ
１７２  返送ライン弁
１８０  制御装置
１０００  水処理装置
【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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【国際調査報告】
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2015001708.tif 000009
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