JP4774499B2

JP4774499B2 - 緩速濾過装置及び緩速濾過方法

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Publication number: JP4774499B2
Application number: JP2006040500A
Authority: JP
Inventors: 悦男丸井; 精榮水上; 裕一郎藤田; 浩史高田; 昇次久留; 賢一岡田
Original assignee: Gifu University
Current assignee: Gifu University
Priority date: 2006-02-17
Filing date: 2006-02-17
Publication date: 2011-09-14
Anticipated expiration: 2026-02-17
Also published as: JP2007216162A

Description

本発明は原水中の鉄分やマンガンを除去するのに利用される緩速濾過方法に関する。

地下水や井戸水などには余剰の鉄分やマンガンを含む場合がある。これらが懸濁粒子として存在する場合は、その地下水等の原水を濾材層に通して機械的分離する濾過操作が可能である。しかし、地下水等に鉄分が溶解している場合は機械的分離が不可能であり、これを解決する技術として例えば次のような発明が提案されている（特許文献１）。

特開２００５−２６７４号公報

しかしながら、特許文献１の技術はエアポンプ等からのエアを受水槽内へ噴射し空気中の酸素により鉄分を酸化させ、機械的分離可能な酸化鉄にする技術であり、エアポンプ等の動力源を要し、またランニングコストを高める原因にもなっていた。
他に、地下水などに溶解する鉄やマンガンの除去方法として、例えば砂層を用い微生物の働きで鉄等を除去する緩速濾過方法が提案されている。『このようにして濾過すると、砂層の表面に微生物の粘膜質ができ、この微生物膜の働きで濁りや細菌、藻類,油やアンモニア性窒素,有機物や異臭味,鉄やマンガンまでもが効果的に除去され』(http//www005.upp.so-net.ne.jp/wanatra/NW2/13filtration.htm)るとしている。しかし、従来の緩速濾過方法では、濾材層の最表層に繁殖し過ぎた微生物によって濾材層の通水抵抗が増し、地下水等の原水処理量が減り、さらには濾過装置から原水が溢れ出す問題があった。また従来の固定床による緩速濾過で、上昇した通水抵抗を下げるには、まず鉄除去に活発に働く最表層に繁殖した微生物の所から取り除いていかねばならず、通水抵抗を下げた後に再度濾過処理を行った時に、濾材の働きが悪く除去率が低下する問題があった。逆洗して再生する方法(例えば特開2005-211804号公報)が採用される場合も、濾材の働きが悪くなり、鉄やマンガンの除去率が低下する問題があった。逆洗再生によっても最表層部の微生物が除去されてしまい、濾材の働きが悪くなるのである。

本発明は上記問題点を解決するもので、特段の動力源を必要とせずに、原水中の鉄やマンガンを濾材に付着形成された微生物の働きで濾過し、しかも再生処理後も、鉄やマンガンを持続的且つ効率良く除去できる緩速濾過方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成すべく、請求項１に記載の発明の要旨は、濾材層ユニット(１)で槽内の一横断面域を敷き詰めて一段の濾材層ユニット集合物を形成するようにして、槽内の上下方向に多段の濾材層ユニット集合物が設けられ、且つ最下段の濾材層ユニット集合物よりも下方の槽壁に濾過水用の出口(４５)が設けられる濾過槽本体(４)と、該濾過槽本体に収納された最上段の前記濾材層ユニット集合物の上方位置に設けられる原水用の注入口(５２)と、を具備し、前記濾材層ユニット(１)が開口枠を形成した枠体(２ａ)の下面側開口を網状体又は多孔板からなる有孔底板(２ｂ)で塞いで一体化したユニット器(２)内に、粒状又は塊状の濾材(３０)を前記枠体の上縁よりも低く充填して濾材層(３)を形成する構造とし、原水(８１)が該濾材(３０)を浸漬状態に保ちつつ前記注入口(５２)から注がれ、前記各濾材層ユニット(１)に係る濾材層(３)を浸透、流下するようにして、該濾材に付着形成された微生物の働きで原水中の鉄及び／又はマンガンを除去する緩速濾過装置を用いて、原水の注入により緩速濾過し、原水中の鉄及び／又はマンガンの除去により微生物が増殖し濾材層の通水抵抗が上昇した時点で、最上段の濾材層ユニットをそのまま中段域の段積み箇所に組み替え収納する一方、その他の濾材層ユニットは濾材層の通水抵抗を下げて中段域の前記段積み箇所以外の所に収納し、その後、緩速濾過を続行し、原水中の鉄及び／又はマンガンを除去することを特徴とする緩速濾過方法にある。
請求項２の発明たる緩速濾過方法は、請求項１で、前記最上段の濾材層ユニットをそのまま中段域の段積み箇所に組み替え収納する一方、に代えて、最下段の濾材層ユニットをそのままの状態で最下段以外の段積み箇所に収納する一方、とし、且つ前記その他の濾材層ユニットは濾材層の通水抵抗を下げて中段域の前記段積み箇所以外の所に収納し、に代えて、その他の濾材層ユニットは濾材層の通水抵抗を下げて空いた残りの段積み箇所に収納し、とすることを特徴とする。

本発明の緩速濾過方法は、多層構造の濾材に付着形成した微生物の力を借りて特段の動力源を必要とせずに濾過し、しかも濾材層の抵抗が上昇した時点で簡便に通水抵抗を下げ回復でき、その回復させた再生後も、鉄やマンガンを持続的且つ効率良く除去できるなど優れた効果を発揮する。

以下、本発明に係る緩速濾過方法について詳述する。
（１）実施形態１
図１〜図７は本発明の緩速濾過方法の一形態で、図１は濾材層ユニットを鎖線図示した緩速濾過装置の平面図、図２は図１のI-I線矢視図、図３はユニット器の斜視図、図４は鉄分除去を主目的とする緩速濾過方法の説明図、図５,図６は性能比較実験グラフ、図７はマンガン除去を主目的とする緩速濾過方法の説明図である。

（１−１）緩速濾過装置
緩速濾過装置(以下、単に「濾過装置」という)は、濾過槽本体４と注入口５２とを具備する。濾過槽本体４は、濾材層ユニット１で槽内の一横断面域を水平に敷き詰め一段の濾材層ユニット集合物１Ｃを形成するようにして、槽内の上下方向に多段の濾材層ユニット集合物１Ａ〜１Ｃが設けられ、且つ最下段の濾材層ユニット集合物１Ｃよりも下方の槽壁４１に濾過水用の出口４５が設けられた濾過装置の主要部である。
濾過槽本体４は槽本体４ａと該槽本体内に充填される複数の盤状濾材層ユニット１からなる。

槽本体４ａは図１,図２のごとく水路形成した横長の側溝本体の両端面を塞いだ上面開口の受槽(水槽)で、その本体は横断面Ｕ字形にして長手方向等断面形状のコンクリート製側溝本体を加工したものである。槽本体４ａの内底面上には集水管４３が縦通載置される。槽内の底面に原水８１が処理された後の濾過水８２の集水管４３を配設し、該集水管４３から濾過水用出口４５に導く引出管４４が設けられる。集水管４３に設けられた継手４３１を介して引出管４４が複数分岐し、各引出管４４は底壁寄りの槽側壁４１に設けた濾過水用の出口４５を貫通し槽本体４ａの出口ノズル４６と接続する。集水管４３の管表面には多数の透孔４３ｃが設けられ、原水８１は多段の濾材層ユニット集合物１Ａ〜１Ｃを浸透,流下する過程で濾過され、槽本体４ａ内の底部にまで流下した処理水たる濾過水８２が、該透孔４３ｃを通り、集水管４３,引出管４４を経て出口ノズル４６に達するようになっている。各出口ノズル４６からは出口配管４７が図２のように一旦立ち上がった後、それぞれの出口配管４７が濾過水８２の主管４８まで導かれる。濾過槽本体４内の水面８１ａと処理水出口(すなわち出口配管４７を通る濾過水８２)との水位差Ｈによる位置エネルギによって緩速濾過がなされる(図２)。
ここでは、該集水管４３と該引出管４４が濾材層ユニット集合物１Ｃの形成用支持台に利用される。集水管４３,引出管４４の上に、濾材層ユニット１を水平に敷き詰め、横並びに敷き詰めた面に空所ができないようにして濾材層ユニット集合物１Ｃの一段目部分を形成する。その後、さらに濾材層ユニット１を水平に敷き詰めるようにして順次積み重ねていき、槽内の上下方向に多段の濾材層ユニット集合物１Ａ〜１Ｃを設ける。濾材層ユニット１の側周壁２１ａを槽内壁４１ａに当接させるようにして該濾材層ユニット１が段積み収納される。各濾材層ユニット１がぐらつかないようにするため、また原水８１が濾材層ユニット集合物１Ａ〜１Ｃの濾材層３を流下する際、濾材層ユニット１と槽内壁４１ａとの間をショートパスするのを防ぐためである。本実施形態は図１のごとく槽内の一水平面上に６個の濾材層ユニット１を水平に敷き詰めて濾材層ユニット集合物１Ｃの１段を形成し、図２のごとくその濾材層ユニット集合物１Ａ〜１Ｃを３段設けている。

濾材層ユニット１は、一定面積を有する濾材層３が所定厚みでユニット化された濾材３０の単位体で、ユニット器２と濾材層３とを備える。
ユニット器２は開口枠を形成した枠体２ａの下面側開口を網状体又は多孔板等の有孔底板２ｂで塞いで一体化してなる上面開口の受器である(図３)。本実施形態は、木製帯板からなる一対の長片２１１と短片２１２とで開口枠を形成する。図３のごとく長片２１１と短片２１２の帯幅方向を起立させて枠体２ａを形成し、平面視長方形の開口枠とする。そして、枠体２ａがつくる下面側の開口を金網の有孔底板２ｂで塞いだ後、該有孔底板２ｂの外周縁を枠体２ａと枠当て部材２５ａとで挟着してビス止め一体化する。符号２５ｂは補強部材、符号２６は有孔底板２ｂの弛み防止用にその下側から当てがい、両短片２１２,２１２間に張設した線部材、符号２９は両長片２１１,２１１間に掛け渡し、枠体上縁２３に固着される帯板片かならなる把手を示す。ここで使用される複数のユニット器２は同形品で、槽本体４ａに収納される複数個の他に、必要に応じて予備品がいくつか準備される。
有孔底板２ｂは金網の他、樹脂製ネット,金網状エキスパンデッドメタル,ラス等の網状体や、パンチングメタル等の多孔板とすることができる。またユニット器２は、枠体２ａと有孔底板２ｂの組付け構造とせず、例えば枠体２ａと多数小孔を設けた有孔底板２ｂとが当初から一体成形される樹脂成形品等とすることができる。

濾材層３は前記ユニット器２の上面開口２０から粒状又は塊状の濾材３０を前記枠体２ａの上縁よりも低く充填して該ユニット器内に形成される濾材３０の充填層である。ユニット器２に係る枠体２ａの高さを例えば１０cm〜２０cmにし、濾材層３の高さｈ_１は３cm〜６cmに設定する。図２は模式的図示で、実際には濾材層３の上面から枠体２ａの上面までの高さｈ_２は濾材層３の高さの１.５倍〜４倍の範囲になるよう設定する。鉄バクテリア等の微生物９が繁殖し易いように水空間を広くとるためである。ここでは、枠体２ａの高さが約１５cmであり、該濾材３０を枠体２ａの有孔底板２ｂ上に充填していき濾材層３の高さを約５cmとし、濾材層上面３０ａから枠体上縁２３までの高さを約１０cmとしている。
本実施形態は濾材３０として焼成球状濾材(東名実業株式会社製の商品名：ＣＢ濾材)を用いる。該濾材３０は鉄分を捕食する微生物９が付着成育するのに適した多孔質の表面特性を有する高温焼成セラミックで、またその直径が１０〜１５mmφの球形であり、濾材層３における配列が規則正しくなり偏流,閉塞が起こり難くなっている。

注入口５２は濾過槽本体４に収納された最上段の前記濾材層ユニット集合物１Ａの上方位置に設けられる原水用の注入口である。本実施形態は図１のごとく原水用配管５が槽本体４ａの長手方向に沿って配設され、該配管５に組み込まれた継手５５から所定間隔で３本の分岐管５１が分岐する。各分岐管５１の先端の注入口５２が図２のごとく槽本体４ａの上面開口の上方で下向きに配される。

既述のごとく、槽本体４ａには濾材層ユニット１を水平に敷き詰めた濾材層ユニット集合物１Ａ〜１Ｃが３段形成され、濾過槽本体４は濾材層３が３層設けられる多層構造の濾過装置とする。そして原水８１が注入口５２から全ての濾材３０を浸漬状態に保って濾過槽本体４内へと注がれ、３段の濾材層ユニット集合物の各濾材層ユニット１に係る濾材層３を浸透、流下する間に、該濾材３０に付着形成された微生物９の働きで原水８１中の鉄及び／又はマンガン(鉄及びマンガン、又は鉄、又はマンガン)を除去できる緩速濾過装置になっている。３段の濾材層ユニット集合物１Ａ〜１Ｃの全ての濾材３０を浸漬状態に保つことによって、鉄及び／又はマンガンを捕食する微生物９が増殖しやすい環境になり、原水８１から鉄及び／又はマンガンを効果的除去する緩速濾過装置になる。原水８１が各濾材層３をダウンフローし、鉄及び／又はマンガンが除去された後の濾過水８２は、集水管４３,引出管４４を経て出口ノズル４６へと導かれる。該出口ノズル４６からは出口配管４７が図２のように一旦立ち上がった後、濾過水８２の主管４８まで導かれる。
尚、図２で上下の濾材層ユニット集合物１Ａ,１Ｂ(又は１Ｂ,１Ｃ)間の空きスペースは把手２９が占める空間を便宜的に図示するものである。

（１−２）緩速濾過方法
（１−２ａ)第１の方法
緩速濾過方法は前記緩速濾過装置を用いて例えば次のように行われる。
まず、地下水や伏流水等の原水８１を注入口５２から濾過装置に注入し緩速濾過する(第１工程)。原水８１の水面８１ａが槽本体４ａの上面開口寄り、すなわち図２の鎖線位置付近になるようにして、全ての濾材３０を浸漬状態に保ちつつ原水８１を注入口５２から注ぐ。注入された原水８１は図２に示す落差Ｈの位置エネルギを保有し、該原水８１が各濾材層ユニット１に係る濾材層３を浸透、流下する。そしてその過程で、該濾材３０に付着形成された微生物９が働き、原水８１中の鉄及び／又はマンガンを除去する。ここで、原水の水面８１ａから最上段の濾材層ユニット１ａ(最上段の濾材層ユニット集合物１Ａ)までの水深αは５cm以上とするとより好ましくなる。注入口５２から注がれた原水８１が真下にある濾材層ユニット１だけでなく、図２で紙面垂直方向に配設されている濾材層ユニット１,１,…へも流れるようにするためである。
鉄及び／又はマンガンを捕食する有用微生物９は原水８１に浸漬された水中で繁殖する。それら有用微生物９は濾材層３の内部で成長するよりも、濾材層３の上部,上面域でより活発に増殖成長する。本濾過装置は濾材層３が多層(多段)構造になっているので、同じ槽容量、横断面積であっても単なる固定層のものと比較すると、鉄及び／又はマンガンを捕食する微生物９の成育が多層の数だけ倍増し、原水８１中の鉄及び／又はマンガンがより永く持続的に除去されることとなる。また濾材層３の上部,上面域で増殖した鉄及び／又はマンガンを捕食する微生物９は濾材層上面３０ａから上方へと成長しようとするが、本濾過装置では濾材層上面３０ａから枠体上縁２３まで既述のごとく所定高さを確保し、濾材層ユニット１内に濾材層上面３０ａの上方に微生物９が繁殖しやすい空間(水空間)を設けているので、鉄及び／又はマンガンのさらなる持続的除去ができるようになっている。

ここで、鉄バクテリア等の微生物９を利用する水処理技術は未だ十分解明されていないが、鉄やマンガンを捕食するバクテリアの種類（優先種）としてはLeptothrix属、Gallionella族が知られている。本発明者等は、実験過程で鉄を捕食する鉄バクテリア等の有用微生物９(以下、「鉄捕食微生物」という。)が多段の濾材層ユニット１の上中段域、なかでも最上段の濾材層ユニット集合物１Ａに係る濾材層上部で活発に繁殖するのを見出す一方、最下段の濾材層ユニット集合物１Ｃの濾材層上部ではマンガンを捕食するマンガンバクテリア等の有用微生物９(以下、「マンガン捕食微生物」という。)が活発に繁殖するのを確認している。さらに鉄捕食微生物９が褐色を呈し、マンガン捕食微生物９が黒色を呈することが判明し、誰でも肉眼で視認できるのを確認している。

原水８１を濾過処理し、原水８１中の鉄及び／又はマンガンの継続除去がなされていくと、微生物９の増殖,成長が進む。微生物９の増殖,成長が進むと、濾材層ユニット１内の濾材層上面３０ａよりも上方空間(水空間)に微生物９の繁殖が視認される。また濾過装置の通水抵抗が次第に上昇していくのを測定することができる。濾材層３の通水抵抗が増すことによって原水の処理量が低下する。本実施形態の場合、高低差Ｈの位置エネルギが略一定であることから、濾材層３を通過する際の通水抵抗が増すに従い原水８１の処理量が低下していき、これを容易に測定監視できる。
そこで、原水８１中の鉄及び／又はマンガンの除去によって微生物９が増殖し、濾材層３の通水抵抗が上昇したある時点、例えば原水８１の処理水量が運転開始時点の１／２になる時点で濾過装置を一旦停止する(第２工程)。

次いで、濾過槽本体４から各濾材層ユニット１を取り出す(図４の左図)。各濾材層３には鉄バクテリア等の微生物９が繁殖している。最上段の濾材層ユニット１ａで繁殖する微生物９はそのまま残して、最上段以外の濾材層ユニット１ｂ,１ｃを水洗いする。続いて、原水８１中の鉄分を除去する場合は最上段の濾材層ユニット１ａをそのまま中段域の段積み箇所に組み替え収納する（図４の右図)。一方、その他の濾材層ユニット１を洗浄し濾材層３の通水抵抗を下げた後、中段の段積み箇所以外の所に収納する(第３工程)。最上段以外の濾材層ユニット１ｂ,１ｃは全て通水抵抗になっている微生物９等を取り除く。最上段の濾材層ユニット１ａをそのまま収納するのは、最上段の濾材層３に活力ある鉄捕食微生物９が繁殖しており、これを引き続き原水８１中の鉄除去に有効活用させるためである。通水抵抗に関しては最上段の以外の濾材層ユニット１ｂ,１ｃの交換或いは洗浄によって下げることができる。予め、洗浄等によって通水抵抗を低くした濾材層ユニット１の予備品を別途用意しておき、これと交換するのであれば、原水８１を止める時間が短くなり、すぐ再稼動できるため効率的になる。最上段の濾材層ユニット１ａを中段域の段積み箇所に組み替え収納するのは、通水抵抗の再生処理後の最上段の濾材層ユニット１に活力ある新たな鉄捕食微生物９を成育させるためである。

しかる後、再び緩速濾過を続行し、原水８１中の鉄及び／又はマンガンを除去していく(第４工程)。その後、濾材層３の通水抵抗が所定値を越えて上昇すれば、すなわち原水８１の処理量が所定値よりも低下すれば、前述の第２工程〜第４工程を繰り返す。このようにして濾過操作を行うことで、原水８１中の除鉄濾過をメインにした濾過が可能になる。

従来の単層の固定層と、実施形態１の３段に濾材層ユニット集合物１Ａ〜１Ｃ(３層構造の濾材層３)との性能比較実験した。濾過処理の開始後６０日近くまで従来法の装置で濾過した後、その濾過層を実施形態１の槽本体４ａに組み込み、濾過槽本体４とした。その後、従来法と並行して実施形態１の濾過方法を実験した。図５は経過日数に対する濾過水８２(処理水)のFe濃度を示し、図６は経過日数に対する単位面積当たりの処理水量を示す。
図５から３段(多段)の濾過層３,３,３にすることにより鉄除去効率が高くなるのが判る。実際、鉄捕食バクテリアの繁殖が各濾材層３の上部に繁殖しているのが確認され、鉄捕食微生物９の成育,成長を視認できた。処理水量も従来法に比べ良好な結果が得られた(図６)。その理由は定かでないが、濾材層３が多層と違って単層になる場合は、微生物９の成育数全体が少なくても、単層上部のみに微生物９が集中し目詰まりを起こしやすい状況をつくり通水抵抗を上げてしまうからと考えられる。

（１−２ａ)第２の方法
原水８１中のマンガンを主に除去しようとする濾過方法である。前記第１の方法の第２工程で濾過装置を一旦停止するところまで同じであるが、次の第３工程で、第１の方法に代え次のように行う。最下段の濾材層ユニット１ｃをそのまま最下段以外の段積み箇所に収納する一方、その他の濾材層ユニット１ａ,１ｂを洗浄し濾材層３の通水抵抗を下げた後、空いた残りの段積み箇所に収納する(図７)。
最下段の濾材層ユニット１ｃをそのまま収納するのは、最下段の濾材層３に活力あるマンガン捕食微生物９が既に繁殖しており、これを引き続き原水８１中のマンガン除去に有効活用させるためである。通水抵抗に関しては最下段の以外の濾材層ユニット１の交換或いは洗浄によって容易に下げることができる。また、最下段の濾材層ユニット１を最下段以外の段積み箇所に組み替え収納するのは、通水抵抗の再生処理後に配される最下段の濾材層ユニット１に新たな活力あるマンガン捕食微生物９を成育させるためである。さらにいえば、最下段にあった濾材層ユニット１ｃを組み替え収納する先は、最上段以外の段積み箇所に収納するのがより好ましくなる。最上段にすると、鉄捕食微生物９の繁殖に負けてしまう虞があるからである。
他の工程,構成は第１の方法と同じで、その説明を省く。

（１−３）効果
このように構成した濾過方法により以下のような効果を発揮する。
まず、本濾過装置及び濾過方法によれば、特段の動力源を必要とせず、原水８１の水面８１ａと出口配管４７との高低差Ｈによる位置エネルギの動力源だけで、原水８１中に含まれる懸濁微粒子のみならず溶解する鉄やマンガンを濾材３０に付着形成された微生物９の働きで濾過できる。原水８１の位置エネルギのみを利用し、特許文献１のごとくエアポンプ等のエネルギを別途必要としないので経済的である。動力を使えない地域(電気がきていない地域や開発途上国等)において実施可能であるので、そのような地域での貢献度は一層高くなる。また除鉄,除マンガンに化学物質や薬品を用いず、本来その水に生息している(休眠中を含む)鉄バクテリア等の除鉄,除マンガン能力のある微生物９を利用するので、環境に負荷がなく極めて安全な発明になっている。
そして、濾材層３の上部やその上面３０ａがそれら除鉄,除マンガンの微生物９の成育,成長する場所になっていることから、３層(多層)の濾材層３を形成する３層(多段)の濾材層ユニット集合物１Ａ〜１Ｃを槽本体４ａに充填する本濾過装置及びこれを用いた濾過方法は、３層(多層）の濾材層３の各上部や各上面がそれぞれ原水８１中の鉄,マンガンを除去するのに機能し、多大な威力を発揮する。
また、各濾材層ユニット１ａ〜１ｃには、ユニット器２の下方部分にだけ濾材層３を充填して濾材層３の上に枠体２ａで囲われた空間(水空間)が設けられるので、濾材層上面３０ａから上方に向けて、鉄,マンガンを捕食する微生物９が繁殖し易くなっている。単に濾材層３を多層にするのに比べ、さらに鉄及び／又はマンガンの持続的除去がなされるようになる。
加えて、従来の緩速濾過による鉄除去技術は経験的なものであり、濾材層３の通水抵抗が上昇したときに再生処理や掃除等に大変な労力負担を強いられていたが、本濾過装置によれば濾材層３がユニット化された濾材層ユニット１に納まっているので、通水抵抗を下げる洗浄作業等が容易になる。濾材層ユニット１のユニット器２,２,…はハンドリングに適した単位体で、且つ同形であるので、再生処理後の槽本体４ａ内での取出しや、組み戻し等の組み換えも容易である。

鉄分が多い原水８１に対しては、濾材層３の通水抵抗が上昇した時に、最上段の濾材層ユニット１ａは微生物が繁殖したそのままの状態で中段域の段積み箇所に組み替え、一方、その他の濾材層ユニット１ｂ,１ｃは洗浄した後、他の箇所に収納することで、除鉄濾過が円滑に進む。該濾材層ユニット１ｂ,１ｃに関しては、予め洗浄等で通水抵抗を低くした濾材層ユニット１の交換予備品を、他の箇所に収納することでもよい。活力ある鉄捕食微生物９は最上段の濾材層ユニット１ａに生息しており、これがそのまま生かされるので、通水抵抗の再生処理後も鉄除去能力が落ちずに持続的な除鉄濾過ができる。
また、マンガン分が多い原水８１に対しては、濾材層３の通水抵抗が上昇した時に、最下段の濾材層ユニット１ｃは微生物が繁殖したそのままの状態で最下段以外の段積み箇所に組み替え、一方、その他の濾材層ユニット１ａ,１ｂは洗浄した後、他の箇所に収納することで、除マンガン濾過が円滑に進む。他の濾材層ユニット１ａ,１ｂは、通水抵抗を下げた交換用予備品を用意しておき、これらと交換することでもよい。活力あるマンガン捕食微生物９は最下段の濾材層ユニット１ｃに生息しており、これがそのまま生かされるので、通水抵抗を下げた再生処理後もマンガン除去能力が落ちずに持続的な除マンガン濾過ができる。原水８１から取り除きたい元素を優先的に除去できる。そして、鉄捕食微生物９が褐色を呈し、マンガン捕食微生物９が黒色を呈することを見出したので、作業者は簡単にそれを視認でき、濾過方法自体が平易になり、その維持管理も楽になる。誰でも鉄バクテリア等の鉄捕食微生物９の生息状況や、除鉄,除マンガン状況を目視でき、微生物９による除鉄,除マンガンの仕組みを理解できる濾過装置及び濾過方法になっている。自然から学ぶ学習教材としても打ってつけとなる。

さらに、本発明は実施形態に記載のごとく槽本体４ａに水路等の側溝を利用でき、側溝内に多段の濾材層３を設置し効率的な除鉄,除マンガン濾過が可能になる。主に鉄分とマンガンを高濃度に含む使用困難な水を浄化し、環境用水として使用可能になり、さらに農業用水,産業用水,水道水源への利用の途も開くことができるなど多大な効を奏する。

（２）実施形態２
本実施形態は、実施形態１でユニット器２内に濾材３０を直接充填して濾材層３を形成するのに代え、濾材３０をメッシュ状の袋体６内に収納し、該濾材入り袋体６をユニット器２内に充填して濾材層３を形成する濾過装置である。またこの濾過装置を用いる濾過方法である。メッシュ状の袋体６とは網の目又は網目織りの袋をいう。ここでの袋体６は成田養魚園の商品3042濾材専用アミ袋を用いる。図８ごとくの袋口６５に紐６２を取付けたメッシュ状袋体６に濾材３０を入れ、紐６２で縛った後、該濾材入り袋体６を濾材層３としてユニット器２内に充填する。符号６１は袋口６５の周囲に設けた紐通し孔である。他の構成は実施形態１と同様で、その説明を省く。
このように構成した濾過装置及び濾過方法は、実施形態１の効果に加え、濾材３０が袋体６に収納されるので、濾材層ユニット１の段積み箇所の段取り変え等におけるハンドリングが一層楽になる。また濾材層３の通水抵抗が上がった際、不用な微生物９等を洗浄で取り除く作業も一層容易になる。

（３）実施形態３
本実施形態は実施形態１の濾過装置に、少なくとも下面が網状又は多孔板からなる図９のような籠体７をさらに具備する緩速濾過装置とし、該籠体７を槽本体４ａ内に段積み収納された最上段の濾材層ユニット１ａ上に載置できるようにして(図１０のイ）、この濾過装置を用い、最上段の濾材層ユニット１ａ上に該籠体７を載置した状態で原水８１の注入により緩速濾過する。ここで、籠体７はその全てが水中に入り、且つ水面８１ａから籠体７までの水深βを５cm以上とするのがより好ましい。濾過槽本体４内へ供給される原水８１が、図１０の紙面垂直方向に在る個々の籠体７へ流れ易くなるためである。籠体７は槽本体４ａの横幅に略等しくして最上段の濾材層ユニット１の上面に、同図の紙面垂直方向に複数個並べる。そして、原水８１中の鉄及び／又はマンガンの除去により微生物９が増殖し、濾材層３の通水抵抗が上昇した時点(図１０のロ)で、該籠体７を持ち上げることにより該籠体７内へ増殖、侵入した微生物９も随伴させて濾材３０から分離する(図１０のハ)。このように微生物９の分離処理をしながらも引き続き濾過を行う濾過方法である。

最上段の濾材層３の上部ではとりわけ鉄捕食微生物９が活発に繁殖し、原水８１に鉄分が多い場合には濾材層３の上部の通水抵抗が大きくなる。籠体７を最上段の濾材層ユニット１の濾材層３の上面３０ａに置くことによって、鉄捕食微生物９が籠体７の底板７１の通孔７１ｃを通って籠体７内に侵入する。籠体７内に侵入し、鉄分を捕食して成育,成長した鉄微生物９は、籠体７を持ち上げたときに籠体７内に収納されたまま一緒に持ち上げられ、籠体７に入った該鉄捕食微生物９を濾過槽本体４から分離除去できるようになる。余剰の鉄捕食微生物９の取り除き作業は籠体７を持ち上げるだけで済むので、濾過装置の運転を停止させることなく、原水８１を流したまま、濾材層３の抵抗が上がってきたところで適宜籠体７を持ち上げ、余剰の微生物９を取除くことができ理にかなった濾過方法になっている。取除いた後の原水８１の鉄分除去低下が懸念される場合は、籠体７に捕獲収納された微生物９全てを除去するのでなく、その一部を籠体７に残してまた最上段の濾材層ユニット１の濾材層３の上面３０ａに置いて濾過を続行することで何ら支障はない。実施形態２のメッシュ状袋体６を備える濾過装置を用いて行うこともできる。

本実施形態の籠体７は図９ごとくのセキスイの角カゴ深型大の型番「KK544PG」を用いた。該籠体７は射出成形品で、その外表面がキャビティ型の型面に当接して滑面が形成される一方、籠体７の内表面はメッシュ状の網目形成のために滑り止め機能のある凹凸が形成されている。この構造は、前述の籠体７の底板７１の通孔７１ｃを通って籠体７内に侵入してきた鉄捕食微生物９が、籠体７を持ち上げたときに前記滑面によって籠体７と該籠体外にいる微生物９と容易に切り離され、また籠体７内にいる微生物９は前記凹凸に係止,収納される状態にして籠体７と一緒に随伴するので、好都合になっている。

このように構成した濾過方法は、実施形態１の効果に加え、濾材層３の通水抵抗が上昇してきた時点で、籠体７を持ち上げると濾材層上面３０ａで繁殖した微生物９を一緒に籠体７内に収納させて持ち上げることができるので、濾過槽本体４から抵抗になる微生物９を容易に取除くことができる。楽に通水抵抗を下げることができる。濾過処理を停止し、濾材層ユニット１,１,…をいちいち槽本体４ａの外へ取り出す手間もいらず、いたって簡単に濾材層３の再生処理ができる。実施形態１と組み合わせることによって、上水の濾過処理時間を長くすることができ、上水処理を停止し、濾材層ユニット１を槽本体４ａ外へ出して洗浄等で通水抵抗を下げる作業労苦を減らせる。労力負担が大きい洗浄作業を減らしながらも、濾過処理量,濾過処理時間を増やすことができ有益となる。実施形態２と組み合わせれば、さらに実施形態２の効果も得られ極めて有益になる。
なお、本籠体７と併用して、また該籠体に代えて網状体をさらに具備する緩速濾過装置とし、該網状体を槽本体４ａ内に段積み収納された最上段の濾材層ユニット１ａ上に載置できるようにして、原水中の鉄及び／又はマンガンの除去により微生物が増殖し、濾材層の通水抵抗が上昇した時点で、該網状体を持ち上げることにより該網状体内へ増殖、侵入した微生物も随伴させて濾材から分離する方法を採ることもできる。該網状体を生分解可能な樹脂や太陽光や雨水の作用で自然崩壊する植物由来樹脂(例えば特許第3632763号)で形成すれば環境に優しく廃棄がさらに簡単になる。

（４）その他
（４−１）その１
前記籠体７は、実施形態１のような濾材層３が多層構造の濾過槽本体４を用いずとも、従来のごとく槽本体４ａ内に充填された単純な一の固定層からなる濾材３０の濾材層上面３０ａに該籠体７を載置した状態で、濾材層上面３０ａへ原水８１を注入し、固定層を該原水８１が浸透,流下するようにして緩速濾過する濾過方法にも適用できる。原水８１中の鉄及び／又はマンガンの除去により微生物９が増殖し濾材層３の通水抵抗が上昇した時点で、該籠体７を持ち上げることにより籠体７内へ増殖、侵入した微生物９も随伴させて濾材３０から分離する濾過方法を採るのである(図１１)。
図１１(イ)は従来の濾過装置で槽本体４ａ内に濾材３０が単層の濾材層３を形成するが、この状態を確保した後、該濾材層３の上面３０ａに籠体７を載置する。そして、濾材層上面３０ａよりも上方位置から原水８１を注入し、籠体７及び濾材３０を浸漬状態にして濾過する。その後、原水８１中の鉄及び／又はマンガンの除去により微生物９が増殖し、濾材層３の通水抵抗が上昇した時点(図１１のロ)で、該籠体７を持ち上げることにより該籠体７内へ増殖、侵入した微生物９も随伴させて濾材３０から分離する(図１１のハ)。斯かる微生物９の分離処理をしながらも引き続き濾過を行う。他の構成は実施形態３と同様でその説明を省く。
このように構成した濾過方法は、実施形態３で籠体７を用いた場合と同様の効果が得られる。

（４−２）その２
その１の濾過方法で、実施形態２記載の濾材３０をメッシュ状の袋体６内に収納し、該濾材入り袋体６で濾材層３を形成して濾過する方法である。
図８ごとくの袋口６５に紐６２を取付けたメッシュ状袋体６に濾材３０を入れ、紐６２で縛った後、該濾材３０入り袋体６を濾材層３として槽本体４ａに充填する(図１２のイ)。次いで、袋体６入りの濾材層３の上面３０ａに籠体７を載置する。かくのごとくして、濾材層上面３０ａよりも上方位置から原水８１を注入し、籠体７及び濾材３０を浸漬状態にして濾過する。その後、原水８１中の鉄及び／又はマンガンの除去により微生物９が増殖し、濾材層３の通水抵抗が上昇した時点(図１２のロ)で、該籠体７を持ち上げることにより該籠体７内へ増殖、侵入した微生物９も随伴させて濾材３０,槽本体４ａから分離する(図１２のハ)。斯かる微生物９の分離処理をしながらも、引き続き濾過を行う。
このように構成した濾過方法はその１に記載の効果に加え、実施形態２に記載の濾材３０を袋体６に収納したことによる効果と同様の効果が得られる。

尚、本発明においては前記実施形態に示すものに限られず、目的,用途に応じて本発明の範囲で種々変更できる。濾材層ユニット集合物１Ａ〜１Ｃ,濾材層ユニット１,ユニット器２,濾材層３,濾過槽本体４,槽本体４ａ,原水用配管５,袋体６,籠体７等の形状,大きさ,材質等は用途に合わせて適宜選択できる。例えば、実施形態では３層の濾材層３、３段の濾材層ユニット集合物１Ａ〜１Ｃとしたが、これ以外の多層構造の濾材層３,濾材層ユニット集合物とすることができる。濾材層ユニット１は集水管４３,引出管４４を利用してその上に濾材層ユニット集合物１Ａ〜１Ｃを形成したが、槽本体４ａ内に簀を敷いて、この上に濾材層ユニット集合物を形成することもできる。

実施形態１の濾材層ユニットを鎖線図示した緩速濾過装置の平面図である。図１のI-I線矢視図である。ユニット器の斜視図である。緩速濾過方法の説明図である。性能比較実験グラフである。性能比較実験グラフである。緩速濾過方法の説明図である。実施形態２の袋体の斜視図である。実施形態３の籠体の斜視図である。実施形態３の緩速濾過方法の説明図である。単層の濾材層の上面に籠体を置いて濾過する方法の説明図である。図１１で濾材を袋体に収納して濾過する方法の説明図である。

符号の説明

１濾材層ユニット
１Ａ,１Ｂ,１Ｃ濾材層ユニット集合物
１ａ最上段の濾材層ユニット
１ｃ最下段の濾材層ユニット
２ユニット器
２ａ枠体
２ｂ有孔底板
３濾材層
３０濾材
３０ａ濾材層の上面
４濾過槽本体
４ａ槽本体
４１槽壁
４５濾過水の出口
５２原水用の注入口
６袋体
７籠体
７１底板(下面)
８１原水
８１ａ水面
８２濾過水
９微生物

Claims

濾材層ユニット(１)で槽内の一横断面域を敷き詰めて一段の濾材層ユニット集合物を形成するようにして、槽内の上下方向に多段の濾材層ユニット集合物が設けられ、且つ最下段の濾材層ユニット集合物よりも下方の槽壁に濾過水用の出口(４５)が設けられる濾過槽本体(４)と、該濾過槽本体に収納された最上段の前記濾材層ユニット集合物の上方位置に設けられる原水用の注入口(５２)と、を具備し、前記濾材層ユニット(１)が開口枠を形成した枠体(２ａ)の下面側開口を網状体又は多孔板からなる有孔底板(２ｂ)で塞いで一体化したユニット器(２)内に、粒状又は塊状の濾材(３０)を前記枠体の上縁よりも低く充填して濾材層(３)を形成する構造とし、原水(８１)が該濾材(３０)を浸漬状態に保ちつつ前記注入口(５２)から注がれ、前記各濾材層ユニット(１)に係る濾材層(３)を浸透、流下するようにして、該濾材に付着形成された微生物の働きで原水中の鉄及び／又はマンガンを除去する緩速濾過装置を用いて、
原水の注入により緩速濾過し、原水中の鉄及び／又はマンガンの除去により微生物が増殖し濾材層の通水抵抗が上昇した時点で、最上段の濾材層ユニットをそのまま中段域の段積み箇所に組み替え収納する一方、その他の濾材層ユニットは濾材層の通水抵抗を下げて中段域の前記段積み箇所以外の所に収納し、その後、緩速濾過を続行し、原水中の鉄及び／又はマンガンを除去することを特徴とする緩速濾過方法。
前記最上段の濾材層ユニットをそのまま中段域の段積み箇所に組み替え収納する一方、に代えて、最下段の濾材層ユニットをそのままの状態で最下段以外の段積み箇所に収納する一方、とし、且つ前記その他の濾材層ユニットは濾材層の通水抵抗を下げて中段域の前記段積み箇所以外の所に収納し、に代えて、その他の濾材層ユニットは濾材層の通水抵抗を下げて空いた残りの段積み箇所に収納し、とする請求項１記載の緩速濾過方法。