JP2013173095A - 下水処理水の再処理方法、及びその設備、並びに緩速生物ろ過池槽及びその逆洗浄装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
下水処理水の溶存態ケイ酸濃度を高めて、高い溶存態ケイ酸濃度を必要とする流域に放流して、生物学的に好環境を形成する。
【解決手段】
下水処理水を原水Ｗ₀ として、当該原水Ｗ₀ の固形浮遊物類を除去する粗ろ過槽Ｄと、固形浮遊物類が除去された原水Ｗ₁ を一次貯留させる池層Ｐ₁ とその下層に設けられた砂層から成るろ過層Ｆ₁ との境界部に生物ろ過層Ｂ₁ が形成された緩速生物ろ過池槽Ｅ₁ とを用いて、１５ｍ／日よりも小さなろ過速度で、粗ろ過された原水Ｗ₁ をろ過して、ろ過層Ｆ₁ を構成する砂からの珪素の溶出作用によって、ろ過されたろ過水（再生水）Ｗ₂ の溶存態ケイ酸濃度を高めて、当該ろ過水（再生水）Ｗ₂ を水田、沿岸漁場、湖沼等の高い溶存態ケイ酸濃度を必要とする流域に放流する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、下水処理施設で処理された下水処理水を原水として、当該下水処理水を再処理して再生水を得る方法、及びその設備、並びに緩速生物ろ過池槽、及びその逆洗浄装置に関するものである。
また、本明細書で使用の「下水処理水」とは、下水処理施設において活性汚泥法等により処理された下水であって、塩素消毒されていない下水をいう。なお、塩素消毒を施した下水は、生物ろ過を阻害するため、本発明の課題を達成し得ないから、本発明の処理対象下水から排除している。
更に、「緩速生物ろ過」とは、ろ過層を構成する砂層による物理ろ過作用と、池層の底部に形成された生物ろ過層による生物ろ過作用との併用によって、１５ｍ／日よりも小さなろ過速度で原水をろ過することをいう。

農村集落排水事業及び漁村環境整備事業に係る生活排水施設が、各地の農漁村の生活環境整備として建設されてきたが、これらの処理水については、放流先である水田や沿岸漁場に悪影響が及ばないように配慮されてきた。

一例を挙げれば、漁場では、有害赤潮発生に関する窒素（Ｎ）・リン（Ｐ）の除去や、塩素、オゾン、紫外線等によるノロウィルスの消毒又は除去である。水産の場である閉鎖性水域では、Ｎ・Ｐ過剰による赤潮の被害が報道されることが多いが、有害赤潮の他、貝毒、二枚貝の斃死の多くが非ケイ藻プランクトンである渦鞭毛藻類に起因し、この発生原因の一つがＳｉ（ケイ素）の相対的な不足であるとの指摘がある。即ち、これまでのＮ・Ｐに対する削減技術ではなく、豊かな自然の恵を復活させるために欠かせないＳｉ等の供給技術が必要であることが分かってきた。

一方、下水処理水のうち大腸菌群数が一定値以上のものに関しては、塩素消毒して放流することが義務付けられているものの、下水処理水は、消毒等を除く他の処理が施されることなく放流されているのが現状であるが、世界的な水資源の枯渇により、下水処理水である再生水を農業、具体的には畑地灌漑や水田に利用する研究がなされており、再生水を農業に利用する場合には、作物の収量・品質に及ぼす影響を考慮することが不可欠となる。例えば、非特許文献１には、「下水処理場から水再生プラントに送られた再生水は、凝集ろ過した後に、活性炭吸着したうえで農業用水、河川放流、地下水涵養、修景用水に再利用され、農業用水に関しては、前記再生水がため池に送られ、河川水と共に水田に灌漑利用されている。」と記載されている。また、非特許文献２には、「下水処理水を再処理した再生水の窒素濃度と水稲生育への影響及び対応策」が記述され、再生水中の窒素（Ｎ）は、水稲の生育に影響を与え、過剰供給の場合には、過繁茂による倒伏や食味悪化が生ずるために、再生水の希釈の必要が生ずるが、再生水中の窒素濃度が１ｍｇ／Ｌ程度の場合には、そのまま利用しても問題はないと記述されている。

また、「水稲の籾殻重と登熟に対するケイ酸の影響」と題する論文である非特許文献３において、米質低下の原因である乳白米の発生率は、籾殻中のSiO₂の含有量と負の相関関係があり、換言すると、籾殻中のSiO₂の含有量が多いと乳白米の発生率が低く、当該含有量が少ないと乳白米の発生率が高いという相関関係が報告されている。即ち、水稲栽培においては、水中におけるＳｉの存在は、好影響を与えることが知られている。

しかし、上記した非特許文献１，２では、下水処理水を再処理した再生水を水稲栽培に利用する知見は示されているが、再処理の方法は、凝集ろ過或いは活性炭吸着であり、再生水における水稲栽培に好影響を与えるＳｉの濃度に着目する知見は存在していない。

また、本発明の共同発明者の一人である「中本信忠」は、１９８４年８月７〜８日において、長野県上田市水道局浄水場の緩速ろ過池において、着水井、流入水、並びに２号池及び３号池における流出水の時刻に対する溶存珪酸濃度についての調査を行い、図７には、その結果が示されている。２号池（削り取り後使用日数３日、ろ過速度約５ｍ／日、損失水頭８ｃｍ）は、藻類（メロシラ）が殆ど発生していない緩速ろ過池であり、３号池（削り取り後使用日数１１日、ろ過速度約３ｍ／日、損失水頭１２ｃｍ）は、藻類が多量に発生している緩速ろ過池である。なお、水源は、千曲川支流の神川で、降雨の影響を受ける状況にあった。

上記の調査結果からは、浄水において、流入水と流出水の溶存態ケイ酸濃度は、最大で１０ｍｇ ＳｉＯ₂ ／Ｌの差が読み取られ、ケイ酸バクテリアによりろ過層を形成する砂層から終日溶出し続ける溶存態ケイ酸は、昼間は生物ろ過層を形成するケイ藻類に吸収されるものの、夜間には吸収されないため流出水の溶存態ケイ酸濃度が上昇することが読み取れる。このように、浄水の緩速ろ過において、溶存珪酸濃度（溶存態ケイ酸濃度）が高まるという知見が得られた。

また、藍藻類のミクロキスティマス属が異常繁殖する現象は「アオコ」と称され、アオコの発生が顕著であった元汽水湖の霞ヶ浦や手賀沼は、かつては内水面漁業も盛んな観光地であったが、富栄養化によるアオコの発生が、水産資源と観光資源の双方の価値を減ずることになった。類似の現象は日本の各地で発生し、このような地域における生活排水対策として下水道設備が建設されてきたが、特に「特別環境保全公共下水道事業」として整備されてきた事例が多い。この事業による下水処理施設の放流先が、富栄養化の防止を目的とする湖沼であることも少なくない。

茨城県内水面水産試験場は主として霞ヶ浦等の湖沼における内水面水産業に寄与する研究活動をしているが、重要な水産資源の一つが「ワカサギ」であり、アオコの発生はワカサギの漁獲減少の一因とされ、その対策試験の結果報告が非特許文献４である。「霞ケ浦の最近のワカサギ資源の動向について」と題する研究報告である非特許文献４によると、湖水にｐＨが上昇しないように注意してケイ酸ソーダを溶解させると、アオコの発生は抑制され、ケイ藻のシネドラが１００倍に増殖し、その上位種のワムシが対象区に比べ４倍に増加した。この食物連鎖はワカサギが漁獲高の上位を占めていたときと同じであり、実験に供した湖水はワカサギの漁獲という観点からはケイ素不足であると推察される。従って、アオコの発生が見られる湖沼へのケイ素（Ｓｉ）の供給は、観光資源と水産資源の双方にとって好結果をもたらすといえる。

また、日本の国土は火山性であるため、ケイ酸（シリカ）質であり、ケイ酸の含有量が多い。このため、日本の水は、外国に比較して硬度の低い軟水であって、飲料とした場合には「おいしい水」とされている。一方、日本の水、特に地下水はケイ酸質であるために、工業的に利用した場合には、ボイラー、ボイラー管等の内壁にシリカスケールが生成され易く、その除去が不可欠である。よって、日本の水を工業的に利用する場合は、水に含まれるケイ酸の存在は、長年に亘って障害視されている。特に、地熱発電所における熱水輸送管の内壁へのシリカスケールの付着は、その付着量が多大のために深刻な問題となっている。このように、日本の水を工業的に利用した場合には、内部に含まれるケイ酸が負の作用を奏することは、周知である。

そこで、共同発明者の一人である「井上祥一郎」は、閉鎖性の沿岸漁場、湖沼及び水田がＳｉを必要としている知見に基づいて、下水処理施設から大量に発生して、そのまま放流する以外の用途が殆ど考えられていない下水処理水に着目し、共同発明者の他の一人である「中本信忠」の上記知見を下水処理水に適用する着想を得て、本発明を完成するに至った。

農業農村工学会誌 第７９巻 第１１号の第８０９〜８１２頁 農業農村工学会誌 第７９巻 第１１号の第８１３〜８１６頁 日本土壌肥料学雑誌 第５８巻 第２号（１９８７） 茨城県内水面水産試験場調査研究報Ｎｏ．１８（１９８１）

本発明は、溶存態ケイ酸濃度を高めるべく下水処理水を再処理して、その再生水を沿岸漁場、或いは水田等の高い溶存態ケイ酸濃度を必要とする流域に放流することにより、下水処理水を有効に再利用して、漁場又は湖沼の水産生物の生育、或いは水田の水稲栽培に対して生物学的に好環境を形成することを課題としている。

上記課題を解決するための請求項１の発明は、下水処理施設で処理された下水処理水を原水として、当該下水処理水を再処理して再生水とする方法であって、礫層に対して前記原水を通過させて、内部の固形浮遊物類を除去するための粗ろ過槽と、当該粗ろ過槽の直下流に配置されて、固形浮遊物類が除去された前記原水を一次貯留させる池層とその下層に設けられた砂層から成るろ過層との境界部に生物ろ過層が形成された緩速生物ろ過池槽とを用い、粗ろ過済の原水を、前記緩速生物ろ過池槽の池層に供給することにより、当該緩速生物ろ過池槽と、その直上流側の粗ろ過槽との水頭差により、前記生物ろ過層により前記原水を生物ろ過した後に、ろ過層の部分で下向流を生じさせて、１５ｍ／日よりも小さなろ過速度で前記原水を緩速生物ろ過し、前記緩速生物ろ過時において、ろ過層を構成する砂からの珪素の溶出作用によって、ろ過された再生水の溶存態ケイ酸濃度を高めて、当該再生水を水田、沿岸漁場、湖沼等の高い溶存態ケイ酸濃度を必要とする流域に放流することを特徴としている。

原水である下水処理水は、その性質上、浮遊物質であるＳＳ（Suspended Solid)）の濃度及びＢＯＤ（生物化学的酸素要求量）は、いずれも高くて、ＤＯ（Dissolved Oxygen) 〔溶存酸素濃度〕が低いので、粗ろ過槽の砂礫層を通して粗ろ過させることにより、前記ＳＳの濃度、及びＢＯＤが下がって、ＤＯが高められることにより、原水である下水処理水が前処理される。また、粗ろ過槽においては、砂礫層と上層の池層との間に藻類が育って生物ろ過層が形成され、藻類の光合成によっても、原水の酸素濃度が高められると共に、砂礫層を通過時に砂礫類からＳｉが溶出されるために、溶存態ケイ酸濃度も高められる。

緩速生物ろ過池槽においては、粗ろ過槽においてＳＳ濃度及びＢＯＤが下げられて、ＤＯが高められた粗ろ過済の原水が供給されて、ろ過層の上部に一時貯留されることにより池層が形成されて、当該池層の底部であるろ過層との境界部に生物ろ過層が形成される。この生物ろ過層は、好気性の生物であるバクテリア等の微生物類、藻類、小型動物類等が食物連鎖を形成する生態系であって、好気条件下において、上記した微生物類は、酸素呼吸をしながら、ウィルス、細菌、病原性微生物、有機物、臭気物質が分解・除去されることにより、原水が生物ろ過（生物浄化）される。また、生物ろ過層においては、藻類の光合成により酸素が溶出されるため、粗ろ過槽においてもＤＯが高められた粗ろ過済の原水は、緩速生物ろ過池槽の生物ろ過層においても、再度、ＤＯが高められる。

請求項１の発明においては、緩速生物ろ過池槽のろ過層を構成する砂層は、ろ過層を構成する砂礫類の構成元素に占めるＳｉの割合が高いために、耐用年数の長いＳｉの供給源となって、浸透ろ過されるろ過中の未ろ過水に対してＳｉ（ケイ素）が連続的に溶出される。即ち、ろ過層を形成する砂層においては、Bacillus mucilaginosus ,Bacterium caldolyticus , Proteus mirabilis 等の微生物（ケイ酸バクテリア）が活動しており、緩速生物ろ過が実施される低いろ過速度の下では、前記活動が砂層を構成する砂からＳｉを溶出させるのに十分である。このため、ろ過層を形成する砂層を下向流として流れる未ろ過水中に溶出されたＳｉは、Melosia 等の付着ケイ藻が利用する以外は、余剰溶存態Ｓｉとなって、周辺漁場、或いは水田に放流される。放流先においては、余剰溶存態Ｓｉの存在により、ケイ酸濃度が高められて、漁場では、ケイ藻を増殖させて赤潮生物を抑制し、水田では、乳白米の発生を抑制し、周辺環境に好影響を及ぼす。以下において、未ろ過水がろ過層を下向きに流れるろ過方式を「ダウンフロー方式」という。

特に、請求項１の発明では、原水として用いる下水処理水は、家庭での温水使用等の影響を受けるために、浄水原水の地下水や表流水に比較して、一般的に水温が高く、しかも処理段階で有機物や栄養塩類を含むために栄養塩類濃度が高いことからして、河川水等を原水とする浄水の緩速生物ろ過に比較して、上記したケイ酸バクテリアがろ過層を構成する砂層からＳｉを溶出させる能力が高い。このため、未ろ過水中に溶出される余剰溶存態Ｓｉの総量が多くなり、その結果、再処理により得られた再生水の溶存態ケイ酸濃度は、浄水の緩速生物ろ過に比較して高いために、余剰溶存態Ｓｉが上記した周辺環境に好影響を及ぼす程度が大きくなる。

また、下水処理の最終沈殿施設では、ユスリカ等の衛生昆虫の卵や幼虫が繁殖する場合が多いために、原水である下水処理水には、上記の衛生昆虫の卵や幼虫が含まれる。このため、生物ろ過層を形成する藻類に対しては、上記した衛生昆虫の卵や幼虫は上位種となるため、藻類が摂食されて、その摂取量が当該藻類の増殖量を上回る場合には、当該藻類の減少を招き、甚だしい場合には、藻類の消失、即ち、生物ろ過層の消失を招き易いという特質がある。これに対する手段としては、後述の請求項７の発明のように、ダウンフロー方式に対してアップフロー方式を併用させて、生物ろ過層の減少又は消失の時点で、アップフロー方式に変更することにより、当該生物ろ過層の早期再生が可能となる。

また、浄水における緩速生物ろ過は、設計指針として概ね５ｍ／日を超えないように規制されており、１５ｍ／日を限度として、ろ過層における微生物作用によるＳｉの十分な溶出は認められる。この結果、緩速生物ろ過の速度が速い分だけ、緩速生物ろ過池槽のろ過能力が高まって、単位時間当たりの原水の再処理量が増大される。

このように、請求項１の発明によれば、ろ過層を形成する砂類から溶出して水に含まれる溶存態ケイ酸は、当該水を工業的に利用した場合には、熱源機器であるボイラー、ボイラー管、地熱発電所における熱水輸送管等の内壁に対するシリカスケールの付着が障害となって、溶存態ケイ酸が各種機器に対して負として作用するのに対して、原水である下水処理水を緩速生物ろ過させることにより、ろ過層である砂層を下向流となって流れる未ろ過水に対して溶出されるＳｉは、再生水中では溶存態ケイ酸となって、当該再生水を水田、沿岸漁場、湖沼等の高い溶存態ケイ酸濃度を必要とする流域に放流することにより、当該溶存態ケイ酸が正に作用して、周辺環境に好影響を及ぼす。このように、原水の性質、及び再生水の利用方法の相違によって生ずる溶存態ケイ酸の正の作用は、溶存態ケイ酸を含む水を工業的に使用した場合に発生する当該溶存態ケイ酸の負の作用と根本的に相違する。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記緩速生物ろ過池槽の池層の水深は、４０〜６０ｃｍであることを特徴としている。

緩速生物ろ過池槽を構成する生物ろ過層においては、当該生物ろ過層を形成する藻類が光合成を行って生育しているため、池層の水深は浅い程、光量が多くなって、光合成の作用が増して、生物ろ過の作用が増す。この見地から、請求項２の発明では、前記池層の水深が４０〜６０ｃｍであると、十分な光量であり、しかも池層の上部に浮上した藻類の離脱物の越流排出を支障なく行える。

請求項３の発明は、下水処理施設で処理された下水処理水を原水として、当該下水処理水を再処理して再生水とする方法であって、礫層に対して前記原水を通過させて、内部の固形浮遊物類を除去するための粗ろ過槽と、当該粗ろ過槽の直下流に配置されて、ろ過水を一次貯留させる池層とその下層の砂層から成るろ過層との境界部に生物ろ過層が形成された緩速生物ろ過池槽とを用いて、粗ろ過済の原水を、前記ろ過層の下方の粗ろ過済原水供給部に供給することにより、当該緩速生物ろ過池槽と、その直上流側の粗ろ過槽との水頭差により、ろ過層及び池層の各部分で上向流を生じさせて、１５ｍ／日よりも小さなろ過速度で前記原水を緩速生物ろ過し、前記緩速生物ろ過時において、前記ろ過層を構成する砂からの珪素の溶出作用によって、ろ過された再生水の溶存態ケイ酸濃度を高めて、当該再生水を水田、沿岸漁場等の高い溶存態ケイ酸濃度を必要とする流域に放流することを特徴としている。

請求項１の発明は、ダウンフロー方式であるのに対して、請求項３の発明は、緩速生物ろ過池槽と、その直上流側に設置された粗ろ過槽との水頭差を利用して、ろ過層の部分において未ろ過水が上向きに流れる（以下、このろ過方式を「アップフロー方式」という）点において異なるが、ろ過層を形成する砂層においてＳｉが溶出されて、ろ過水に対して溶存態ケイ酸として取り込まれる作用に関しては、下向流に対して相違はない。未ろ過水が上向きに流れるので、緩速生物ろ過池槽の池層の底部に形成される生物ろ過層を形成する藻類が上向流によって分離或いは剥離され易いが、当該分離又は剥離によって、ろ過池層の底部に新鮮面が新規に形成され、豊かな光量、及び栄養塩類の存在によって、新規の藻類が生育して、生物ろ過層が回復され易いという特質を有する。

また、請求項３の発明は、アップフロー方式であるために、ろ過層を形成する砂層の最下層部において、原水である下水処理水に含まれる浮遊物質が目詰り状態となり易く、この目詰り状態が成長して、最終的には、大きなろ過抵抗となって、設定ろ過流量に対するろ過流量が減少した場合には、緩速生物ろ過池槽におけるろ過層よりも下方の部分に設けられた排水口の開放により、池層に貯留されているろ過水、及びろ過層内の未ろ過水を下向きに流して、ろ過層を逆洗浄して、前記浮遊物質の目詰まり状態を解消する。また、後述の請求項１２の発明によって、ろ過層の最下層部が浮遊物質により目詰り状態に至る時間を長くできて、上記した逆洗浄の頻度を少なくできる。

請求項４の発明は、請求項３の発明において、前記緩速生物ろ過池槽の池層の水深は８０〜１１０ｃｍであることを特徴としている。

アップフロー方式の請求項３の発明では、ろ過層の目詰りが一定状態に達した場合には、池層、及びろ過層に、それぞれ貯留されているろ過水、及び未ろ過水を下向きに流す逆洗浄により、ろ過層、特にその最下層部の目詰りの程度が最も大きな部分を洗浄して、目詰まりを解消している。この逆洗浄は、水量が多い程効果が大きい。このため、緩速生物ろ過池槽の池層の水深を、生物ろ過層を形成する藻類の光合成に必要な光量を確保できることを条件として、最大にすることにより、当該藻類の光合成により成長できる環境を保持した上で、上記した逆洗浄に必要な水量を最大に確保できる。この条件の下で、池層の水深を８０〜１１０ｃｍと定めた。

請求項５の発明は、請求項１ないし４のいずれかの発明において、前記粗ろ過槽における原水の流れは、上向流であることを特徴としている。

粗ろ過槽における原水の流れが下向流であると、ろ過層である礫層を原水がろ過される際に、礫層に存在するケイ酸バクテリアにより酸素が消費されて、ＤＯが低下された状態で、緩速生物ろ過池槽に供給されるのに対して、上向流の場合には、池層の底部に存在する生物ろ過層を構成する藻類の光合成により酸素が溶出されて、ＤＯが高められるので、粗ろ過槽における原水の流れは、上向流の方が好ましい。

請求項６は、請求項１ないし５のいずれかの発明において、前記粗ろ過槽に供給される原水は、部分飛散等させて、空気との接触機会の増加により溶存酸素濃度を高めることを特徴としている。

本発明の再処理方法の対象原水である下水処理水は、浄水の原水に比較すると栄養塩類、浮遊物質がともに豊富であって、しかも水温が高い特質があって、嫌気状態になり易く、そのままでは、再生水としての水質条件が満たされない場合がある。そこで、請求項６の発明では、粗ろ過槽に原水を供給する前に、例えば、傾斜樋から原水を一時貯留槽に供給することにより、落下時に飛散する等して、空気との接触機会が増加して、原水の溶存酸素濃度が高められて、嫌気状態を緩和できる。この結果、空気との接触機会の増大、及び生物ろ過層を構成する藻類からの酸素供給によって、緩速生物ろ過池槽の砂層であるろ過層を通過する原水は、好気状態となって、ケイ酸バクテリアの活動が活発化させられて、Ｓｉの溶出が促される。

請求項７の発明は、下水処理施設で処理された下水処理水を原水として、当該下水処理水を再処理して再生水とする方法であって、礫層に対して前記原水を通過させて、内部の固形浮遊物類を除去するための粗ろ過槽と、原水又はろ過水を一時貯留する池層とその下層に設けられた砂層から成るろ過層との境界部に生物ろ過層が形成された緩速生物ろ過池槽を用いて、粗ろ過済の原水を、前記池層に供給することにより、前記生物ろ過層により前記原水を生物ろ過した後に、ろ過層の部分で下向流を生じさせて、１５ｍ／日よりも小さなろ過速度で前記原水をダウンフロー方式でろ過して、前記生物ろ過層を形成する藻類が少なくなって、生物ろ過能力が低くなった時点において、粗ろ過済の原水の供給部を前記ろ過層の下方に変更して、前記緩速生物ろ過池槽と、その直上流側の粗ろ過槽との水頭差によって、前記ろ過層の部分に上向流を生じさせて、前記原水をアップフロー方式でろ過することにより、当該ろ過層と池層との境界部に新規の生物ろ過層が形成された後に、再度、ダウンフロー方式に変更する操作を所定の周期で繰り返して、前記ダウンフロー、及びアップフローの両方式によるろ過時において、前記ろ過層を構成する砂からの珪素の溶出作用によって、ろ過された再生水の溶存態ケイ酸濃度を高めて、当該再生水を水田、沿岸漁場、湖沼等の高い溶存態ケイ酸濃度を必要とする流域に放流することを特徴としている。

ダウンフロー方式では、生物ろ過層を構成する藻類は、下向流により池層の底部（ろ過層の表層）に留まる傾向があると共に、ろ過層の表層部には、原水に含まれる浮遊物質が溜まり易いのに対して、アップフロー方式では、上向流により池層の底部から剥離される傾向にあるため、ろ過層の表層部には、藻類の生育可能な新鮮面が形成され易い。一方、上記したように、原水である下水処理水には、下水処理の最終沈殿池で繁殖するユスリカ等の衛生昆虫の幼虫が含まれ、この幼虫が生物ろ過層を形成する藻類を摂食するために、当該藻類の減少を招き、甚だしい場合には、消失することがある。このため、同一の緩速生物ろ過池槽において、ダウンフロー方式で緩速生物ろ過を行っている状態において、生物ろ過層を形成する藻類が減少、又は消失した場合には、原水の供給部を、ろ過層の下方に変更して、アップフロー方式で原水を緩速生物ろ過することにより、ろ過層の表層を新鮮面を形成することにより、藻類の生育が促されて、新規の生物ろ過層が形成される。この状態で、再度、ダウンフロー方式に戻す操作を繰り返すことにより、ダウンフロー及びアップフローの各方式のそれぞれの利点を取り込んだ緩速生物ろ過を行える。具体的には、上記した新規の生物ろ過層の形成に加えて、ろ過層の目詰りを逆洗浄により解消する観点からは、フロー方式の変更当初においては、いずれのフロー方式においても、常時逆洗浄が行われているのと同様の状態となって、本来の逆洗浄、及びろ過層を形成する砂層の表層部の削り取り作業の各頻度が少なくなる利点もある。

請求項８の発明は、請求項１ないし７のいずれかの発明において、前記下水処理施設は、農村集落排水事業又は漁村環境整備事業に係る生活排水処理施設、或いは特定環境保全公共下水道に係る施設であることを特徴としている。

法律に基づいて実施された上記事業に係る生活排水処理施設、又は特定環境保全公共下水道に係る施設は、水田、沿岸漁場、或いは湖沼に近い部分に存在しているので、生活排水処理施設と放流地までの距離が短いために、再生水の放流に伴う配管設置等の下水道の設置コストを削減できる。

請求項９の発明は、下水処理施設で処理された下水処理水を原水として、当該下水処理水を再処理して再生水とするために前記下水処理施設に設置される下水処理水の再処理設備であって、礫層に対して前記原水を通過させて、内部の固形浮遊物類を除去するための粗ろ過槽と、当該粗ろ過槽の直下流に配置されて、固形浮遊物類が除去された前記原水を一次貯留させる池層とその下層に設けられた砂層から成るろ過層との境界部に生物ろ過層が形成された緩速生物ろ過池槽とを備えていることを特徴としている。

請求項９の発明は、請求項１，３，７のいずれかの下水処理再生方法を実施するために、下水処理施設に設置される設備を特定したものであり、その作用効果は、請求項１，３，７に記載の通りである。

請求項１０の発明は、原水貯留槽と粗ろ過槽との間に、当該原水を部分飛散させる等して供給することにより、空気との接触機会を増加させて、溶存酸素濃度を高めるための原水一時貯留槽を備えていることを特徴としている。

例えば、傾斜樋を通して原水を原水一時貯留槽に供給すると、傾斜樋から原水が落下する際の飛散等により、空気との接触機会が増加して、溶存酸素濃度が高められ、これにより、緩速生物ろ過池槽のろ過層を原水が通過する際に好気状態となって、ケイ酸バクテリアの活動を活発化させられる。

請求項１１の発明は、請求項３の下水処理水の再処理方法の実施に使用される緩速生物ろ過池槽であって、前記緩速生物ろ過池槽のろ過層の下部は、下方から上方に向けて礫、砂利、砂の順に粒度の変化を持たせて配置することにより、当該ろ過層の最下層部は、原水中に含まれる浮遊物質をろ過する浮遊物質ろ過層となっていることを特徴としている。

アップフロー方式では、原水中の浮遊物質がろ過層の下部に付着して堆積し易いが、請求項１１の発明のように、ろ過層の下部を、下方から上方に向けて礫、砂利、砂の順に粒度が順次小さくなるように変化させて配置することにより、当該ろ過層の最下層部を浮遊物質ろ過層として機能させることができて、原水がろ過層に上向流となって流入する際に、当該原水に含まれる浮遊物質は、前記浮遊物質ろ過層の部分で効果的にろ過されて、取り除かれると共に、ろ過層の逆洗浄を行う場合においても、浮遊物質ろ過層は、ろ過層の最も下層に位置しているために、洗浄され易い。

請求項１２の発明は、請求項３の下水処理水の再処理方法を実施の際に、緩速生物ろ過池槽のろ過層を無動力で逆洗浄するための装置であって、池層の水面よりも高い位置に屈曲部が位置する逆Ｕ字状のサイホン管の一端部は、前記緩速生物ろ過池槽のろ過層の下方の貯水部に接続されて、当該サイホン管の他端部は、前記緩速生物ろ過池槽のろ過層よりも低い位置に水面を有する洗浄水一時貯留槽に貯留された原水内に水没され、かつ、前記貯水部における前記洗浄水一時貯留槽の水面よりも高い部分と、前記サイホン管における貯水部に接続される側とは、サイホン機能遮断管により接続され、前記ろ過層のろ過抵抗の増大により、前記サイホン管内に粗ろ過済原水が充満されることにより、サイホン機能により前記池層に貯留されているろ過水、及びろ過層中の未ろ過水を下向流として逆流させて、前記ろ過層を洗浄すると共に、前記貯水部の水位が前記サイホン機能遮断管よりも低くなると、サイホン機能が遮断されて、ろ過層に本来の上向流が生ずる構成であることを特徴としている。

請求項１２の発明によれば、緩速生物ろ過池槽の連続使用によって、原水中の浮遊物質がろ過層、特にその最下層部に徐々に入り込んで閉塞度が高まると、ろ過抵抗が増大するために、サイホン管の緩速生物ろ過池槽に連結された側の管部水位が高まる。ろ過層のろ過抵抗が更に高まると、サイホン管の一方の管部の水位は最高位に達し、頂部を越えて、他方の管部に原水が流入して、当該他方の管部が原水で充満されると、サイホン作用によって、緩速生物ろ過池槽から外部に原水、或いはろ過水又はろ過中の水が流れ出る。この結果、ろ過層においては、ろ過水又はろ過中の水が下方に向けて流れて、当該ろ過層が逆洗浄される。なお、ろ過抵抗の上昇は、サイホン管の緩速生物ろ過池槽の側の管部の水位が、当該緩速生物ろ過池槽の水位を超えて上昇することによりわかるので、水位差が一定値に達した場合には、粗ろ過槽からの原水の流入を停止させる。

そして、ろ過層の洗浄が進んで、前記貯水部の水位が前記サイホン機能遮断管よりも低くなると、サイホン機能が遮断されて、ろ過層に本来の上向流が生じて、原水のろ過が復活される。このように、下向流によるろ過層の逆洗浄と、上向流による原水のろ過とが交互に繰り返されて、ろ過層が無動力で逆洗浄される。

本発明は、下水処理施設で処理された下水処理水を原水として、当該原水をダウンフロー方式又はアップフロー方式で緩速生物ろ過するという簡単な方法により、Ｓｉを供給できて溶存態ケイ酸が高められ、しかも生物浄化されたろ過水を、沿岸漁場、湖沼等のような高い溶存態ケイ酸濃度を必要とする流域に放流することにより、周辺環境に好影響を与えられる。

また、本発明によれば、同一の緩速生物ろ過池槽を用いて、ダウンフロー方式及びアップフロー方式による緩速生物ろ過を所定の周期で交互に繰り返すことにより、ダウンフロー方式において、原水に含まれるユスリカ等の衛生昆虫の幼虫が藻類を摂取することにより消失し易い生物ろ過層の再生が可能になると共に、フロー方式の変更は、直前の方式において生じたろ過層の目詰まりに対して逆洗浄として作用するために、ろ過層を形成する砂層の表層部の削り取り作業の頻度が少なくなるという特有の効果が奏される。

更に、本発明によれば、アップフロー方式で下水処理水を処理する場合において、逆Ｕ字状のサイホン管を備えた逆洗浄装置を緩速生物ろ過池槽に接続することにより、ろ過層の洗浄を無動力で行える。

本発明に係る下水処理水の再処理方法の全体を示す模式図である。 緩速生物ろ過池槽Ｅ₁ において、粗ろ過済の原水Ｗ₁ をダウンフロー方式で緩速生物ろ過している状態を示す模式的断面図である。 緩速生物ろ過池槽Ｅ₁ において、粗ろ過済の原水Ｗ₁ アップフロー方式で緩速生物ろ過している状態を示す模式的断面図である。 逆洗浄装置Ｋを備えたアップフロー方式の緩速生物ろ過池槽Ｅ₂ の模式的断面図である。 （ａ），（ｂ）は、それぞれ緩速生物ろ過池槽Ｅ₂ のろ過層Ｆ₂ のろ過抵抗の増大によりサイホン管Ｓの水位が高まった状態、及びサイホン管Ｓの水位が最上部まで達して、空気吸引排出管３２により管内の空気が吸引されている状態の模式的断面図である。 （ｃ），（ｄ）は、それぞれサイホン管Ｓのサイホン機能を奏している状態、及びサイホン機能が遮断された状態の模式的断面図である。 緩速生物ろ過池槽Ｅ₂ のろ過層Ｆ₂ の下層部の部分拡大断面図である。 浄水ろ過池における着水井、流入水、及び流出水の時間に対する溶存態ケイ酸濃度の調査結果を示すグラフである。

以下、複数の実施例を挙げて、本発明を更に詳細に説明する。

最初に、図１ないし図３を参照して、アップフロー又はダウンフローのいずれかの方式を選択して、下水処理水を原水として、当該原水を緩速生物ろ過することにより、処理水にＳｉが供給されて溶存態ケイ酸濃度が高められるメカニズムについて説明する。図１は、本発明に係る下水処理水の再処理方法の全体を示す模式図であり、図２及び図３は、それぞれ原水をダウンフロー及びアップフローの各方式で緩速生物ろ過している状態を示す緩速生物ろ過池槽Ｅ₁ の模式的断面図である。

雨水を除く生活排水等の下水は、下水管を通して下水処理施設に送られて、最初沈殿池に貯留されることにより、下水中の浮遊物質（ＳＳ）を沈降により除去した後に、活性汚泥法等により下水を浄化させて、汚泥が分離除去された下水は、最終沈殿池に一定時間だけ貯留されて、その底部に汚泥を沈殿させ、上澄水を放流している。この上澄水のうち塩素消毒されていないものが、本発明の処理対象である下水処理水である。大腸菌群数の値が規定値を超える下水処理水は、塩素消毒して放流することが義務付けられており、塩素消毒された下水処理水に対しては生物ろ過の作用は期待できないので、本発明の処理対象水から排除してある。本発明は、従来、そのまま放流されていた下水処理水を原水として、溶存態ケイ酸濃度を高めるために当該原水を緩速生物ろ過した後に、高い溶存態ケイ酸濃度を必要とする流域に放流する点に特徴を有している。

図１において、原水供給部Ａからは、傾斜パイプ５１を介して原水一時貯留槽Ｃに原水Ｗ₀ が供給されて一時的に貯留される。傾斜パイプから成る原水供給管５１の先端からは、原水Ｗ₀ が原水一時貯留槽Ｃに低い落差でもって、落下状態で供給されることにより、その大部分が周囲に飛散される。これにより、栄養塩類及び浮遊物質の双方が豊富で、水温の高い下水処理水は、そのままでは嫌気状態であるために、腐敗が進み易いが、飛散された原水Ｗ₀ は、空気との十分な接触機会を確保されることにより、酸素が供給されてＤＯが高められ、再生水としての水質条件が満たされる。なお、原水供給部Ａには、下水処理施設の最終沈殿池の上澄水（下水処理水）から引き抜かれて供給される。なお、原水一時貯留槽Ｃに一時貯留される原水Ｗ₀ を、貯留前に空気接触させる手段としては、上記手段の他に種々考えられ、例えば、原水Ｗ₀ を網目部材の上に一端落下させ、当該網目部材の網目を通過して落下する間に空気との接触機会を確保する方法もある。

上記のようにして、ＤＯが高められた原水一時貯留槽Ｃ内の原水Ｗ₀ は、原水供給管５２を介して粗ろ過槽Ｄを構成する槽本体１の最下部の貯水部２に供給される。粗ろ過槽Ｄは、緩速生物ろ過池槽Ｅ₁ に原水Ｗ₀ を供給する前に、当該原水Ｗ₀ に含まれる固形物質等を予め除去すると共に、原水Ｗ₀ を粗ろ過する機能を果している。このため、粗ろ過槽Ｄは、前処理槽とも称することができる。粗ろ過槽Ｄは、槽本体１の貯水部２の直上に礫層から成るろ過層Ｆ₀ が配置されて、複数の支持体（図示せず）により支持され、ろ過層Ｆ₀ の上層には、３０〜４０ｃｍの水深Ｈ₀ の池層Ｐ₀ が形成されて、粗ろ過槽Ｄと原水一時貯留槽Ｃとの水位差Ｈ₁₀により、ろ過層Ｆ₀ 内において原水一時貯留槽Ｃから貯水部２に供給された原水に上向流を生じさせて、当該原水Ｗ₀ を粗ろ過する構成である。池層Ｐ₀ には、設定水深を維持する超流管３が配置されていて、当該超流管３から超流した原水（粗ろ過水）Ｗ₁ は、原水供給管５３を介して緩速生物ろ過池槽Ｅ₁ に供給される。粗ろ過槽Ｄのろ過層Ｆ₀ を形成する礫層を構成する基本元素は珪素であるため、当該礫層に生存しているケイ酸バクテリアの作用により、礫層から珪素が溶出されるため、粗ろ過槽Ｄのろ過層Ｆ₀ を通過する原水Ｗ₀ の溶存態ケイ酸は、ある程度高められる。

粗ろ過槽Ｄにおいては、原水Ｗ₀ 中の栄養塩類の摂取により、池層Ｐ₀ の底部に藻類、好気性の微生物、小型動物類が生育を開始して、生物ろ過層Ｂ₀ が形成されるに至る。池層Ｐ₀ の水深Ｈ₀ は浅いために、藻類の光合成が活発であるため、生物ろ過層Ｂ₀ を上向流となって通過する原水Ｗ₀ には、光合成により生じた酸素が供給されて、ＤＯが高められると共に、病原菌、臭気物質等は、生物ろ過層Ｂ₀ により生物浄化される。

このように、粗ろ過槽Ｄは、上向流であると、生物ろ過層Ｂ₀ を構成する藻類の光合成により水中に酸素が溶出され、その状態で、即ち、溶存酸素濃度が高められた原水（粗ろ過水）Ｗ₁ 内の酸素が、ろ過層Ｆ₀ を形成する礫層に存在するケイ酸バクテリアの活動に消費されることなく、緩速生物ろ過池槽Ｅ₁ に供給される。このため、緩速生物ろ過池槽Ｅ₁ に供給される原水（粗ろ過水）Ｗ₁ のＤＯを高くする観点からは、下向流に比較して、上向流の方が望ましいが、下向流であっても、原水Ｗ₀ の粗ろ過機能は果されるので、下向流を排除するものではない。なお、粗ろ過槽Ｄにおいては、上記理由により上向流が好ましいとの着想は、本発明の共同発明者の一人である「岩瀬範泰」が発案した。

緩速生物ろ過池槽Ｅ₁ は、図２及び図３に詳細に図示されているように、槽本体１１の底部に、透水性コンクリート等から成る透水性の支持層１２が多数の支持体１３で支持されて槽本体１１の底面との間に所定の間隔をおいて配置され、当該支持層１２の上部に砂層から成るろ過層Ｆ₁ が形成され、当該ろ過層Ｆ₁ の上部は、ダウンフロー方式では原水を貯留させると共に、アップフロー方式では、ろ過層Ｆ₁ を通過したろ過水を設定水深を保持して貯留させる池層Ｐ₁ となっている。ろ過層Ｆ₁ を形成する砂の有効径は、緩速生物ろ過を実現させるために、０．３〜１．０ｍｍであって、均等係数は、２．０以下である。ろ過層Ｆ₁ を構成する砂の有効径、均等係数等によって、ろ過速度が定められ、通常は３〜１５ｍ／日である。ろ過層Ｆ₁ の高さは、７０ｃｍ以上を必要とする。越流管１４は、槽本体１１の縦壁体１５を貫通して、当該槽本体１１内に入り込んでいて、当該槽本体１1 内における越流管1 ４の垂直部の上面開口である流入口１６の位置によって、池層Ｐ₁ の水深Ｈ₁ が定められる。

下水処理水の緩速生物ろ過法においては、池槽Ｐ₁ の底部であって、当該池層Ｐ₁ とろ過層Ｆ₁ との境界部に、生物ろ過層Ｂ₁ が成形される。この生物ろ過層Ｂ₁ は、光合成によって繁殖される藻類の外に、好気性の生物であるバクテリア等の微生物類、小型動物類等が食物連鎖を形成する生態系であって、好気条件下において、上記微生物類は、酸素呼吸をしながら、ウィルス、細菌、病原体、微生物、有機物、臭気物質が分解・除去されることにより、原水が生物ろ過（生物浄化）される部分である。

前記池層Ｐ₁ の水深Ｈ₁ は、生物ろ過層Ｂ₁ を形成する藻類に光合成に必要な十分な光量を与えられる深さであって、かつ未ろ過の原水又はろ過済のろ過水を一次貯留するのに十分な深さである。この二つの条件、特に、前者の光合成のための十分な光量確保の観点を優先させると、４０〜６０ｃｍが好ましい。

槽本体１１の底面と直上の支持層１２との間に形成される底部空間Ｇ₁ は、ダウンフロー方式では、ろ過層Ｆ₁ を通って流下したろ過水が、槽本体１１内から外部に排出される間において、当該ろ過水を一次的に貯留しておくろ過水一次貯留空間であり、アップフロー方式では、粗ろ過槽Ｄから供給される原水が槽本体１１内に最初に流入する原水流入空間となっている。緩速生物ろ過池槽Ｅ₁ は、ダウンフロー方式とアップフロー方式の双方を可能にしているために、越流管１４が貫通する縦壁体１５と対向する別の縦壁体１７における池槽Ｐ₁ 及び底部空間Ｇ₁ に対応する部分には、それぞれダウンフロー方式及びアップフロー方式の各場合における原水が流入する原水供給口１８，１９がそれぞれ形成されている。原水供給管５３における各原水供給口１８，１９に接続される部分には、ダウンフロー方式及びアップフロー方式のいずれか一方を選択するための開閉バルブＶ₁ ，Ｖ₂ がそれぞれ設けられている。

アップフロー及びダウンフローのいずれの方式においても、緩速生物ろ過池槽Ｅ₁ と粗ろ過槽Ｄとの水位差Ｈ₁₁によって、粗ろ過槽Ｄから緩速生物ろ過池槽Ｅ₁ の側に粗ろ過済の原水（粗ろ過水）Ｗ₁ が流れて、当該緩速生物ろ過池槽Ｅ₁ の池層Ｐ₁ 又は底部空間Ｇ₁ に粗ろ過済の原水（粗ろ過水）Ｗ₁ が供給される。

また、縦壁体１５における底部空間Ｇ₁ の部分には、ダウンフロー方式においてろ過水を排出させる排出口２１が形成されて、当該排出口２１に排出管２２が接続されている。排出管２２には開閉バルブＶ₃ が設けられ、当該排出管２２における開閉バルブＶ₃ よりも上流側には、ドレンバルブＶ₄ が設けられている。ドレンバルブＶ₄ は、緩速生物ろ過池槽Ｅ₁ をアップフロー方式を主体にして使用し続けた場合において、ろ過層Ｆ₁ の逆洗浄を行う場合に使用され、各開閉バルブＶ₁ 〜Ｖ₃ を全て「閉」にして、ドレンバルブＶ₄ のみを「開」にすることにより、緩速生物ろ過池槽Ｅ₁ 内に貯留されている水を排出させることにより、ろ過層Ｆ₁ の部分に下向流（逆洗流）を生じさせて、当該ろ過層Ｆ₁ を逆洗浄する。

そして、粗ろ過済の原水（粗ろ過水）Ｗ₁ をダウンフロー方式にて緩速生物ろ過するには、開閉バルブＶ₁ ，Ｖ₃ を開き、残りの他のバルブＶ₂ ，Ｖ₄ を閉じて行う。これにより、粗ろ過槽Ｄと緩速生物ろ過池槽Ｅ₁ の水位差Ｈ₁₁によって、粗ろ過済の原水（粗ろ過水）Ｗ₁ は、原水供給管５３及び緩速生物ろ過池槽Ｅ₁ の原水供給口１８を通って、緩速生物ろ過池槽Ｅ₁ の池層Ｐ₁ に流入して、生物ろ過層Ｂ₁ を通過した後に、砂層で形成されるろ過層Ｆ₁ を通過する間に緩速生物ろ過されて、支持層１２の下方のろ過水一時貯留空間Ｇ₁ に一時的に貯留された後に、排出口２１を通って排出管２２により外部に再生水として放流される。

上記の作用が継続されることにより、池層Ｐ₁ の最下部であって、当該池層Ｐ₁ とろ過層Ｆ₁ との境界部に珪藻、緑藻等の藻類が発生して、光合成の作用により成長し、粗ろ過済の原水Ｗ₁ に含まれているバクテリア等の微生物類、ユスリカ等の衛生昆虫の卵や幼虫である小型動物類が取り込まれて、食物連鎖の生態系である生物ろ過層Ｂ₁ が形成される。好気条件下において、上記した微生物類は、酸素呼吸をしながら、ウィルス、細菌、病原性微生物、臭気物質等が分解・除去されることにより、原水（粗ろ過水）Ｗ₁ が浄化される。また、生物ろ過層Ｂ₁ を構成する藻類の光合成により水中に酸素が供給されて、放流水であるろ過水Ｗ₂ が好気状態の再生水となって、放流水としては好ましい水質状態となる。更に、池層Ｐ₁ に供給された原水（粗ろ過水）Ｗ₁ のうち余剰分は、越流管１４を通って緩速生物ろ過池槽Ｅ₁ の外部に排出され、その際に、上記した生物ろ過層Ｂ₁ を形成している藻類の分離物は、水中を浮上して、越流水と一緒に緩速生物ろ過池槽Ｅ₁ の外部に排出される。

生物ろ過層Ｂ₁ を通過した粗ろ過済の原水Ｗ₁ は、砂層で形成されるろ過層Ｆ₁ 内に浸透流入して、３〜１５ｍ/ 日の低速度で緩速生物ろ過されて、当該ろ過層Ｆ₁ の下方のろ過水一時貯留空間Ｇ₁ に一時貯留された後に、排出口２１及び排出管２２を通って外部に排出されて放流される。原水（粗ろ過水）Ｗ₁ がろ過層Ｆ₁ を形成する砂層に浸透流入してろ過される際に、砂層の内部で活動しているケイ酸バクテリアの作用によって、砂層を形成する各砂からＳｉが連続的に溶出されていて、砂層を下向きに低速度で流れる被ろ過水中に溶存して、溶存態ケイ酸となる。ろ過層Ｆ₁ を形成する砂層の上記作用によって、当該ろ過層Ｆ₁ を通過してろ過水（再生水）Ｗ₂ の溶存態ケイ酸濃度は、原水Ｗ₀ 及び粗ろ過済の原水Ｗ₁ に比較して高くなる。

ここで、例えば、緩速ろ過の速度が１５ｍ/ 日の場合は、約６０ｃｍ／時であって、緩速ろ過の速度が大きい程、原水（粗ろ過水）Ｗ₁ がろ過層Ｆ₁ を通過するろ過時における酸素消費量が少なくなって、ろ過層Ｆ₁ を構成する砂層からのＳｉの溶出による溶存態ケイ酸を高めたうえで、ＤＯの低下を防止できて、放流水が貧酸素となって、放流流域において水産生物の死滅等の悪影響が出るのを防止できる。また、緩速ろ過の速度が大きいことにより、ろ過能力も高まって、単位時間当たりの原水の処理能力が大きくなる。この観点からして、緩速ろ過の速度は、１５ｍ/ 日よりも小さいことを条件として、可能な限り大きいことが望ましいと言える。

上記したダウンフロー方式の緩速生物ろ過を継続させると、ろ過層Ｆ₁ を形成する砂層の表層部に原水（粗ろ過水）Ｗ₁ に含まれる浮遊物質が目詰りして、ろ過抵抗が大きくなると共に、生物ろ過層Ｂ₁ においては、原水（粗ろ過水）Ｗ₁ 中に含まれていた衛生昆虫の幼虫であるユスリカ等が珪藻を摂取する等して、生物ろ過層Ｂ₁ を形成する藻類が減少したり、消失する。この時点で、各バルブＶ₁ ，Ｖ₃ を閉じて、別のバルブＶ₂ を開くことにより、ろ過層Ｆ₁ の下方の底部空間Ｇ₁ を原水供給空間として用いて、ろ過層Ｆ₁ の下方から原水（粗ろ過水）Ｗ₁ を供給して、ろ過層Ｆ₁ において上向流を生じさせて、原水（粗ろ過水）Ｗ₁ を緩速生物ろ過するアップフロー方式に切り替える。

アップフロー方式においても、ろ過層Ｆ₁ を形成する砂層からＳｉが溶出されて、ろ過水に対して溶存態ケイ酸として取り込まれる作用に関しては、ダウンフロー方式に対して相違はない。未ろ過水が上向きに流れるので、池層Ｐ₁ の底部に形成される生物ろ過層Ｂ₁ を形成する藻類が上向流によって分離或いは剥離され易いが、当該分離又は剥離によって、池層Ｐ₁ の底部に新鮮面が新規に形成され、豊かな光量、及び栄養塩類の存在によって、新規の藻類が生育して、失われていた生物ろ過層Ｂ₁ が回復される。ろ過層Ｆ₁ でろ過されて、溶存態ケイ酸濃度が高められたろ過水は、当該ろ過層Ｆ₁ の上方の池層Ｐ₁ に達し、水位Ｈ₁ を越えようとするろ過水である再生水は、越流管１４を通して外部に放流される。また、ダウンフロー方式で緩速生物ろ過を行うと、経時的にろ過層Ｆ₁ の上層部の砂層に原水（粗ろ過水）Ｗ₁ 中の浮遊物質が詰まって、目詰まりが発生しているが、アップフロー方式に切り替えることにより、上記目詰まりが軽減される。

また、アップフロー方式においては、ろ過層Ｆ₁ を形成する砂層の最下層部において、原水（粗ろ過水）Ｗ₁ に含まれる浮遊物質が目詰り状態となり易く、この目詰り状態が成長して、最終的には、大きなろ過抵抗となって、設定ろ過流量に対するろ過流量が減少した場合には、バルブＶ₂ の閉止、及び緩速生物ろ過池槽Ｅ₁ におけるろ過層よりも下方の部分に設けられた排出口２１及びドレンバルブＶ₄ の開放により、池層Ｐ₁ に貯留されているろ過水、及びろ過層Ｆ₁ 内に滞留している未ろ過水を下向きに流して、ろ過層Ｆ₁ が逆洗浄されて、前記浮遊物質の目詰まり状態を解消する。

そして、藻類の成長等により生物ろ過層Ｂ₁ が再生された場合には、元のダウンフロー方式に戻して、緩速生物ろ過を行う。ダウンフロー方式により、未ろ過水及びろ過水の下向流により、直前のアップフロー方式の緩速生物ろ過の際にろ過層Ｆ₁ の最下層部で発生した砂層の目詰りは、逆洗浄により軽減される。このため、同一の緩速生物ろ過池層Ｅ₁ をダウンフロー方式を主体にして、アップフロー方式と併用させて、原水（粗ろ過水）Ｗ₁ の流れる方向を交互に変更することにより、フロー方式の変更当初においては、常時、ろ過層Ｆ₁ を逆洗浄することになるため、砂層への浮遊物質の目詰りを除去するためのろ過層Ｆ₁ の表層部の削取り作業の頻度を少くできる。

このようにして、緩速生物ろ過池槽Ｅ₁ のろ過層Ｆ₁ を緩速で浸透してろ過されることにより溶存態ケイ酸濃度が高められた再生水は、閉鎖性の沿岸漁場、湖沼、或いは水田に放流されると、溶存態ケイ酸の量の増大により珪藻類が増殖されたりすることにより、生物学的な好環境が形成されることは、既述の通りである。

上記のようにして、原水供給部Ａから供給された原水Ｗ₀ が原水一時貯留槽Ｃに落下供給され、その後に、当該原水Ｗ₀ が粗ろ過槽Ｄにより粗ろ過されて、緩速生物ろ過池層Ｅ₁ により、溶存態ケイ酸濃度、及びＤＯ（溶存酸素濃度）が高められたろ過水が放流される。ここで、原水Ｗ₀ のＳＳの濃度、ＢＯＤ、及びＤＯをそれぞれ１０，２０，０．５ｍｇ／Ｌとすると、ろ過水のそれらは、いずれも５ｍｇ／Ｌ程度まで改善される。このため、そのまま放流しても全く問題はない。

また、本発明は、下水処理施設の最終沈殿池に対して必要な水位差を確保して、粗ろ過槽Ｄ及び緩速生物ろ過池槽Ｅ₁ を隣接設置するのみで実施可能であるので、容易に、しかも低コストで実施できる。

次に、図４及び図５を参照して、逆洗浄装置Ｋを備えたアップフロー方式の緩速生物ろ過池槽Ｅ₂ について説明する。図４は、逆洗浄装置Ｋを備えたアップフロー方式の緩速生物ろ過池槽Ｅ₂ の模式的断面図であり、図５（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ逆洗浄装置Ｋを構成するサイホン管Ｓの作用の変化を経時的に示す模式的断面図である。なお、前記の緩速生物ろ過池槽Ｅ₁ と同一又は同等の部分には、同一符号を付し、逆洗浄装置Ｋとの関係で、ろ過層Ｆ₂ の逆洗浄の作用に関してのみ説明し、ろ過作用について既述のとおりであるので、説明を略す。

槽本体１１’の下部には、漏斗状となった貯水部３１が形成され、当該貯水部３１にサイホン管Ｓの一方の管部Ｓａの下端部が連結管３０で連結され、当該サイホン管Ｓの他方の管部Ｓｂの下端は、洗浄水一時貯留槽Ｊの水中に差し込まれている。サイホン管Ｓのわん曲頂部Ｓｃの上端部には、当該わん曲頂部Ｓｃまで達した原水（粗ろ過水）Ｗ₁ が下降する際に、当該サイホン管Ｓ内に残存する空気を吸引して排出する空気吸引排出管３２が連結され、その下端は、洗浄水一時貯留槽Ｊの水中に差し込まれている。空気吸引排出管３２の途中には、当該空気吸引排出管３２内を下降する原水の流れにより、サイホン管Ｓの管部Ｓｂに残存している空気の吸引を容易にするためのエジェクター部３３が設けられ、当該エジェクター部３３と、サイホン管Ｓの管部Ｓｂの上端部とは、連通管３４で連結されている。エジェクター部３３は、空気がサイホン管Ｓ内の残存空気が吸引され易いように、前記空気吸引排出管３２及び連通管３４の内径よりも遥かに大きな横断面を有している。

また、緩速生物ろ過池槽Ｅ₂ の貯水部３１におけるろ過層Ｆ₂ の直下の部分と、サイホン管Ｓの管部Ｓａとは、サイホン機能によって、サイホン管Ｓ内を流れている水流を遮断して、サイホン機能を遮断させるためのサイホン機能遮断管３６を介して連結されている。なお、洗浄水一時貯留槽Ｊには、越流した洗浄水を排出させる排出管３５が連結されている。

次に、図５−Ａ及び図５−Ｂを参照して、緩速生物ろ過池槽Ｅ₂ のろ過層Ｆ₂ の逆洗浄について説明する。ろ過時間の経過により、ろ過層Ｆ₂ のろ過抵抗が増大すると、図５−Ａ（ａ）に示されるように、サイホン管Ｓの管部Ｓａの水位が緩速生物ろ過池槽Ｅ₂ の水位よりも徐々に高くなって、図５−Ａ（ｂ）に示されるように、サイホン管Ｓの水位がわん曲頂部Ｓｃに達すると、当該サイホン管Ｓ内の原水Ｗ₀ は、直ちに別の管部Ｓｂに流れることなく、その途中に設けられた空気吸引排出管３２を通って、洗浄水一時貯留槽Ｊに落下する。サイホン管Ｓにおける原水（粗ろ過水）Ｗ₁ で満たされていない部分は、空気が充満されていて、空気吸引排出管３２を落下する原水（粗ろ過水）Ｗ₁ の速い流れによって、サイホン管Ｓのわん曲頂部Ｓｃの部分の空気を一緒に取り込むと共に、エジェクター部３３を通過する際に、連通管３４を通して別の管部Ｓｂ内の空気も取り込まれて、空気吸引排出管３２を速い速度で落下する原水流と一緒となって、即ち、原水流が泡状となって、洗浄水一時貯留槽Ｊに排出される。これにより、サイホン管Ｓ内の中空部の圧力が徐々に低下するために、管部Ｓｂの水位が徐々に上昇して、中空部の容積が徐々に小さくなる。

上記の作用が連続して繰り返されると、サイホン管Ｓ内の空気は殆どなくなって、その中空部は負圧に近くなり、図５−Ｂ（ｃ）に示されるように、サイホン作用によって、サイホン管Ｓの各管部Ｓａ，Ｓｂに原水（粗ろ過水）Ｗ₁ の連続流が発生して、洗浄水一時貯留槽Ｊ内に流出され、更に排出管３５を通って外部に排出される。サイホン管Ｓ内が原水（粗ろ過水）Ｗ₁ で充満されて、サイホン作用が発生することは、例えば、わん曲頂部Ｓｃにセンサ（図示せず）を取付けることにより検出可能である。そして、サイホン管Ｓのサイホン作用が開始された時点で、バルブＶ₂ を閉じて、緩速生物ろ過池槽Ｅ₂ に対して原水（粗ろ過水）Ｗ₁ が流入するのを阻止する。

これにより、緩速生物ろ過池槽Ｅ₂ の水位が下がって、池層Ｐ₂ のろ過水Ｗ₂ 及びろ過中の原水（粗ろ過水）Ｗ₁ は、下向流となってろ過層Ｆ₂ を流れることにより、当該ろ過層Ｆ₂ が逆洗浄される。

そして、緩速生物ろ過池槽Ｅ₂ の水位がろ過層Ｆ₂ よりも下がって、図５−Ｂ（ｄ）のように、サイホン機能遮断管３６の部分まで達すると、サイホン管Ｓの内部が大気と連通されることにより、管部Ｓａの水位は、緩速生物ろ過池槽Ｅ₂ の水位と同じになると共に、管部Ｓｂの水位は、サイホン管Ｓの内部が空気で充満されるために、洗浄水一時貯留槽Ｊの水位と同じになる。

上記の時点で、再度、バルブＶ₂ を開くと、粗ろ過槽Ｄから原水（粗ろ過水）Ｗ₁ が緩速生物ろ過池槽Ｅ₂ に連続供給されて、越流管１４で規制される水位まで上昇することにより、原水（粗ろ過水）Ｗ₁ は、上向流となってろ過層Ｆ₂ によりろ過される。

このように、サイホン管Ｓのサイホン作用によって、緩速生物ろ過池槽Ｅ₂ のろ過作用と、そのろ過層Ｆ₂ の逆洗浄作用とが一定の周期で交互に繰り返されて、ろ過層Ｆ₂ の逆洗浄を無動力で行える。なお、上記したサイホン管を用いた逆洗浄装置は、本発明の共同発明者の一人である「岩瀬範泰」の発案である。

また、アップフロー方式の緩速生物ろ過池槽Ｅ₂ においては、ろ過層Ｆ₂ を構成する砂層の下層部を、図６に示されるように、下方から上方に向けて、礫４１、砂利４２、砂４３の順に粒度の変化を持たせることにより、当該下層部を、原水（粗ろ過水）Ｗ₁ 中に含まれる浮遊物質を効果的にろ過可能である浮遊物質ろ過層Ｆ₂₁とすることにより、原水（粗ろ過水）Ｗ₁ がろ過層Ｆ₂ に上向流となって流入する際に、当該原水（粗ろ過水）Ｗ₁ に含まれる浮遊物質は、前記浮遊物質ろ過層Ｆ₂₁の部分で効果的にろ過されて、取り除かれると共に、ろ過層Ｆ₂ の逆洗浄を行う場合においても、浮遊物質ろ過層Ｆ₂₁は、ろ過層Ｆ₂ の最も下層に位置しているために、洗浄され易い。この浮遊物質ろ過層Ｆ₂₁も、本発明の共同発明者の一人である「岩瀬範泰」の発案である。

また、上記した下水処理水の再処理設備が設置される下水処理施設は、いずれであっても可能であるが、特に、農村集落排水事業又は漁村環境整備事業に係る生活排水処理施設、或いは特定環境保全公共下水道に係る施設である場合には、法律に基づいて実施された上記事業に係る生活排水処理施設、又は特定環境保全公共下水道に係る施設は、水田、沿岸漁場、或いは湖沼に近い部分に存在しているので、生活排水処理施設と放流地までの距離が短いために、再生水の放流に伴う配管設置等の下水道の設置コストを削減できる利点がある。

また、本発明の再処理方法の原水である下水処理水とは、本来的には、下水処理施設において活性汚泥法等により処理された下水であるが、その他に、本発明の共同発明者の一人である「井上祥一郎」の発明に係る特許第4842781 号の「人工水底窪地を原因とする青潮発生の抑制方法」において、好気性泥を沈降分離して発生する上澄水を、本発明の下水処理水の再生方法の原水とすることも可能である。特許第4842781 号の青潮発生の抑制技術に、本発明を加えることにより、青潮対策のみならず、沿岸漁場において、ケイ藻プランクトンの増殖により、赤潮対策も併せて講ずることが可能となる。

また、段落「０００９」及び「００１０」において、「アオコ」の異常繁殖により湖沼に生息する水産資源、及び湖沼の観光資源が害されることを述べ、このような湖沼に、本発明の方法により下水処理水を再処理して、溶存態ケイ酸濃度が高められた再生水を放流することにより、ケイ藻類が増殖されて、「アオコ」の発生を抑制できて、上記した各資源の価値を保持できる。このような場合において、「アオコ」の繁殖している湖沼水を原水として、本発明に係る再処理設備により再処理することにより、湖沼水の溶存態ケイ酸濃度を高めることができ、そのまま元の湖沼に放流することにより、「アオコ」の発生を抑制できる。

このように、本発明の再処理方法の原水である「下水処理水」とは、下水処理場で処理された本来の下水処理水の他に、特許第4842781 号の方法により好気性泥を沈降分離して発生する上澄水、或いは「アオコ」の発生している湖沼水も含まれる。

Ａ：原水供給部
Ｂ₀,Ｂ₁ ：生物ろ過層
Ｃ：原水一時貯留槽
Ｄ：粗ろ過槽
Ｅ₁,Ｅ₂ ：緩速生物ろ過池槽
Ｆ₀,Ｆ₁,Ｆ₂ ：ろ過層
Ｆ₂₁：浮遊物質ろ過層
Ｇ₁,Ｇ₂ ：底部空間（ろ過水一時貯留空間，原水供給空間）
Ｊ：洗浄水一時貯留槽
Ｋ：逆洗浄装置
Ｓ：サイホン管
Ｓa,Ｓb ：サイホン管の各管部
Ｓc ：サイホン管のわん曲頂部
Ｗ₀ ：原水
Ｗ₁ ：粗ろ過済の原水
Ｗ₂ ：ろ過水（再生水）
３６：サイホン機能遮断管

Claims (12)

1. 下水処理施設で処理された下水処理水を原水として、当該下水処理水を再処理して再生水とする方法であって、
   礫層に対して前記原水を通過させて、内部の固形浮遊物類を除去するための粗ろ過槽と、当該粗ろ過槽の直下流に配置されて、固形浮遊物類が除去された前記原水を一次貯留させる池層とその下層に設けられた砂層から成るろ過層との境界部に生物ろ過層が形成された緩速生物ろ過池槽とを用い、
   粗ろ過済の原水を、前記緩速生物ろ過池槽の池層に供給することにより、当該緩速生物ろ過池槽と、その直上流側の粗ろ過槽との水頭差により、前記生物ろ過層により前記原水を生物ろ過した後に、ろ過層の部分で下向流を生じさせて、１５ｍ／日よりも小さなろ過速度で前記原水を緩速生物ろ過し、
   前記緩速生物ろ過時において、ろ過層を構成する砂からの珪素の溶出作用によって、ろ過された再生水の溶存態ケイ酸濃度を高めて、当該再生水を水田、沿岸漁場、湖沼等の高い溶存態ケイ酸濃度を必要とする流域に放流することを特徴とする下水処理水の再処理方法。
2. 前記緩速生物ろ過池槽の池層の水深は、４０〜６０ｃｍであることを特徴とする請求項１に記載の下水処理水の再処理方法。
3. 下水処理施設で処理された下水処理水を原水として、当該下水処理水を再処理して再生水とする方法であって、
   礫層に対して前記原水を通過させて、内部の固形浮遊物類を除去するための粗ろ過槽と、当該粗ろ過槽の直下流に配置されて、ろ過水を一次貯留させる池層とその下層の砂層から成るろ過層との境界部に生物ろ過層が形成された緩速生物ろ過池槽とを用いて、
   粗ろ過済の原水を、前記ろ過層の下方の粗ろ過済原水供給部に供給することにより、当該緩速生物ろ過池槽と、その直上流側の粗ろ過槽との水頭差により、ろ過層及び池層の各部分で上向流を生じさせて、１５ｍ／日よりも小さなろ過速度で前記原水を緩速生物ろ過し、
   前記緩速生物ろ過時において、前記ろ過層を構成する砂からの珪素の溶出作用によって、ろ過された再生水の溶存態ケイ酸濃度を高めて、当該再生水を水田、沿岸漁場、湖沼等の高い溶存態ケイ酸濃度を必要とする流域に放流することを特徴とする下水処理水の再処理方法。
4. 前記緩速生物ろ過池槽の池層の水深は８０〜１１０ｃｍであることを特徴とする請求項３に記載の下水処理水の再処理方法。
5. 前記粗ろ過槽における原水の流れは、上向流であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の下水処理水の再処理方法。
6. 前記粗ろ過槽に供給される原水は、部分飛散等させて、空気との接触機会の増加により溶存酸素濃度を高めることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の下水処理水の再処理方法。
7. 下水処理施設で処理された下水処理水を原水として、当該下水処理水を再処理して再生水とする方法であって、
   礫層に対して前記原水を通過させて、内部の固形浮遊物類を除去するための粗ろ過槽と、原水又はろ過水を一時貯留する池層とその下層に設けられた砂層から成るろ過層との境界部に生物ろ過層が形成された緩速生物ろ過池槽を用いて、
   粗ろ過済の原水を、前記池層に供給することにより、前記生物ろ過層により前記原水を生物ろ過した後に、ろ過層の部分で下向流を生じさせて、１５ｍ／日よりも小さなろ過速度で前記原水をダウンフロー方式でろ過して、前記生物ろ過層を形成する藻類が少なくなって、生物ろ過能力が低くなった時点において、
   粗ろ過済の原水の供給部を前記ろ過層の下方に変更して、前記緩速生物ろ過池槽と、その直上流側の粗ろ過槽との水頭差によって、前記ろ過層の部分に上向流を生じさせて、前記原水をアップフロー方式でろ過することにより、当該ろ過層と池層との境界部に新規の生物ろ過層が形成された後に、再度、ダウンフロー方式に変更する操作を所定の周期で繰り返して、
   前記ダウンフロー、及びアップフローの両方式によるろ過時において、前記ろ過層を構成する砂からの珪素の溶出作用によって、ろ過された再生水の溶存態ケイ酸濃度を高めて、当該再生水を水田、沿岸漁場、湖沼等の高い溶存態ケイ酸濃度を必要とする流域に放流することを特徴とする下水処理水の再処理方法。
8. 前記下水処理施設は、農村集落排水事業又は漁村環境整備事業に係る生活排水処理施設、或いは特定環境保全公共下水道に係る施設であることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の下水処理水の再処理方法。
9. 下水処理施設で処理された下水処理水を原水として、当該下水処理水を再処理して再生水とするために前記下水処理施設に設置される下水処理水の再処理設備であって、
   礫層に対して前記原水を通過させて、内部の固形浮遊物類を除去するための粗ろ過槽と、
   当該粗ろ過槽の直下流に配置されて、固形浮遊物類が除去された前記原水を一次貯留させる池層とその下層に設けられた砂層から成るろ過層との境界部に生物ろ過層が形成された緩速生物ろ過池槽と、
   を備えていることを特徴とする下水処理水の再処理設備。
10. 原水供給部と粗ろ過槽との間に、当該原水を部分飛散させる等して供給することにより、空気との接触機会を増加させて、溶存酸素濃度を高めるための原水一時貯留槽を備えていることを特徴とする請求項９に記載の下水処理水の再処理設備。
11. 請求項３の下水処理水の再処理方法の実施に使用される緩速生物ろ過池槽であって、
    前記緩速生物ろ過池槽のろ過層の下部は、下方から上方に向けて礫、砂利、砂の順に粒度の変化を持たせて配置することにより、当該ろ過層の最下層部は、原水中に含まれる浮遊物質をろ過する浮遊物質ろ過層となっていることを特徴とする下水処理水の再処理方法に用いられる緩速生物ろ過池槽。
12. 請求項３の下水処理水の再処理方法を実施の際に、緩速生物ろ過池槽のろ過層を無動力で逆洗浄するための装置であって、
    池層の水面よりも高い位置に屈曲部が位置する逆Ｕ字状のサイホン管の一端部は、前記緩速生物ろ過池槽のろ過層の下方の貯水部に接続されて、当該サイホン管の他端部は、前記緩速生物ろ過池槽のろ過層よりも低い位置に水面を有する洗浄水一時貯留槽に貯留された原水内に水没され、
    かつ、前記貯水部における前記洗浄水一時貯留槽の水面よりも高い部分と、前記サイホン管における貯水部に接続される側とは、サイホン機能遮断管により接続され、
    前記ろ過層のろ過抵抗の増大により、前記サイホン管内に粗ろ過済原水が充満されることにより、サイホン機能により前記池層に貯留されているろ過水、及びろ過層中の未ろ過水を下向流として逆流させて、前記ろ過層を洗浄すると共に、前記貯水部の水位が前記サイホン機能遮断管よりも低くなると、サイホン機能が遮断されて、ろ過層に本来の上向流が生ずる構成であることを特徴とする緩速生物ろ過池層の逆洗浄装置。

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