JP6667188B2 - 水処理装置、水処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、被処理水の水処理技術に関するものである。

従来、水処理装置の一例である汚水浄化設備が下記特許文献１（特開２０１２−２１３６９６号公報）に開示されている。この汚水浄化設備は、複数の担体を用いて被処理水を濾過するための移動床式の担体濾過槽を備えている。この担体濾過槽は、複数の担体によって濾過処理のための濾床（濾過層）を形成し、被処理水に含まれる固形物をこの濾床の複数の担体で捕捉することによって、固形物の下流への流出を抑制するように構成されている。また、この種の担体濾過槽として、下記特許文献２（２０００−５７７９号公報）に開示の嫌気濾床槽のように、複数の担体からなる固定床式の濾床を用いて被処理水の濾過処理を行うものも知られている。

特開２０１２−２１３６９６号公報 特開２０００−５７７９号公報

ところで、上記のような担体濾過槽を備えた水処理装置を長期に運転した場合、濾過処理時に担体が捕捉した固形物によって濾床が閉塞して、濾過処理性能が低下するという問題が生じ得る。このような問題に対処するために、定期的に濾床の逆洗処理を行うための逆洗装置（例えば、特許文献２に開示の逆洗装置Ｇのように逆洗用空気を供給するための手段）を用いることができる。この逆洗装置によれば、逆洗装置から濾床に所定流量の逆洗用空気を供給することによって担体から固形物を剥離させることができる。しかしながら、逆洗装置を用いる場合、専用の空気供給配管、逆洗用空気の流量を調整するための機器、逆洗装置の作動時期を制御するためのタイマ等、逆洗処理に専用の要素が必要になる。その結果、構造が複雑になり装置コストが高くなる。

そこで、本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、被処理水の濾過処理を行う濾過処理部を含む水処理装置において、濾過処理部の構造を簡素化するのに有効な技術を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明にかかる水処理装置（１００）は、被処理水を貯留する槽本体（１０１）と、槽本体（１０１）の内部において被処理水の濾過処理を行う濾過処理部（１７０）と、を備える。濾過処理部（１７０）には、第１水位（ＷＬ１）よりも低水位である第２水位（ＷＬ２）に水位があるときの水面面積である低水位側面積（Ｓ２）から第１水位（ＷＬ１）に水位があるときの水面面積であり且つ低水位側面積（Ｓ２）を下回る高水位側面積（Ｓ１）まで水位面積を徐々に小さくするための傾斜壁（１７３，１７４）が設けられ、高水位側面積（Ｓ１）は第１水位（ＷＬ１）に水位があるときに複数の浮上担体（Ｃ）が密集して濾過処理のための濾床（Ｂ）を形成する大きさであり、濾過処理部（１７０）には、当該濾過処理部（１７０）とは別の処理部（１９０）との間を仕切るために水位変動方向に沿って延在する仕切り壁（１７２）と、仕切り壁（１７２）において第２水位（ＷＬ２）に相当する位置から当該位置よりも高水位側の位置までの範囲に開口形成された移流開口（１７２ａ）と、が設けられており、濾過処理部（１７０）は、複数の浮上担体（Ｃ）を被処理水とともに貯留し且つ被処理水が上向きに流れる状態で流入出の体積流量（Ｖａ，Ｖｂ）のバランスが変わることによって第１水位（ＷＬ１）と第２水位（ＷＬ２）との間で水位変動するように構成され、第１水位（ＷＬ１）までの水位上昇に伴い複数の浮上担体（Ｃ）を傾斜壁（１７３，１７４）に沿って上方へ動かして密集状態で滞留させることで水位方向の濾床断面積が低水位側に向かうにつれて大きくなるような濾床（Ｂ）を形成する一方で、第１水位（ＷＬ１）からの水位下降に伴い複数の浮上担体（Ｃ）を傾斜壁（１７３，１７４）に沿って下方へ動かして密集度を低下させるように構成されている。

この水処理装置によれば、被処理水の水位が第１水位にあるときは、複数の浮上担体が密集して濾過処理のための濾床を形成する濾過処理状態になる。この濾過処理状態では、濾床によって被処理水に含まれる固形物が固液分離される。その結果、所望の濾過処理性能が得られる。第２水位に比べて高水位である第１水位の場合には、第２水位の場合よりも固形物が濾過処理部から流出し易く、このタイミングで濾床を形成して濾過機能が発揮されるため合理的である。更に、濾過処理部への被処理水の流入量が増えることによって自動的に濾床が形成されて濾過処理機能が得られるため濾過処理を行うための特別な制御が必要なく、また濾過処理部への被処理水の流入に応じて濾過処理機能が得られるため濾過処理に要するエネルギーを低く抑えることが可能になる。一方で、被処理水の水位が第２水位にあるときは、第１水位のときよりも水面面積が大きくなることによって濾床の形、即ち複数の浮上担体が流動不能或いは流動可能な状態で滞留する領域の形状が変化する。このとき、固形物を捕捉している複数の浮上担体の相対位置が変化することで当該浮上担体から固形物が剥離し易くなる。これにより、濾床における固形物の閉塞を防止する逆洗処理のような効果が得られる。この場合、濾床における固形物の閉塞を防止するための逆洗装置やそれに付随する機器等を用いる必要がない。その結果、濾過処理部の構造を簡素化することで装置コストを低く抑えることができる。

上記構成の水処理装置（１００）において、濾過処理部（１７０）は、被処理水の水位が第２水位（ＷＬ２）から第１水位（ＷＬ１）へと変動する際に、水面面積が低水位側面積（Ｓ２）から高水位側面積（Ｓ１）まで徐々に小さくなるように構成されるのが好ましい。本構成によれば、低水位側面積と高水位側面積との間の水面面積の変化に応じて濾床の形を円滑に変化させることができる。

上記構成の水処理装置（１００）において、濾過処理部（１７０）は、当該濾過処理部（１７０）とは別の処理部（１９０）との間を仕切るために水位変動方向に沿って延在する仕切り壁（１７２）と、仕切り壁（１７２）において第２水位（ＷＬ２）に相当する位置（Ｐａ）から当該位置（Ｐａ）よりも高水位側の位置（Ｐｂ）までの範囲に開口形成された移流開口（１７２ａ）と、を備えるのが好ましい。本構成によれば、濾過処理部において、被処理水の処理を第２水位以上の水位で連続的に行うことが可能になる。

上記目的を達成するために、本発明にかかる水処理方法は、水処理装置（１００）に含まれる濾過処理部（１７０）において被処理水の濾過処理を行う方法である。この水処理方法は、濾過処理部（１７０）において、複数の浮上担体（Ｃ）を被処理水とともに貯留させ、被処理水の水位が第１水位（ＷＬ１）にあるときの水面面積である高水位側面積（Ｓ１）が、被処理水の水位が第１水位（ＷＬ１）よりも低水位である第２水位（ＷＬ２）にあるときの水面面積である低水位側面積（Ｓ２）を下回り、且つ複数の浮上担体（Ｃ）が密集によって濾過処理のための濾床（Ｂ）を形成する大きさになるように設定する。この場合、被処理水の水位変動を利用して、被処理水の水位が第１水位（ＷＬ１）にあるときに濾床（Ｂ）を形成させて当該濾床（Ｂ）によって濾過処理を行う一方で、被処理水の水位が第１水位（ＷＬ１）から第２水位（ＷＬ２）まで低下したときに高水位側面積（Ｓ１）から低水位側面積（Ｓ２）への水面面積の変化に応じて濾床（Ｂ）の形を変化させる。

この水処理方法によれば、被処理水の水位が第１水位にあるときに、複数の浮上担体によって形成された濾床を用いて濾過処理状態になるため所望の濾過処理性能を得ることができる。一方で、被処理水の水位が第１水位から第２水位に低下したときには、第１水位のときよりも水面面積が大きくなることによって濾床の形が変化する。このとき、固形物を捕捉している複数の浮上担体の相対位置が変化することで当該浮上担体から固形物が剥離し易くなる。これにより、濾床における固形物の閉塞を防止する逆洗処理のような効果を得ることができる。

尚、上記説明においては、発明の理解を助けるために、実施形態に対応する発明の構成に対して、実施形態で用いた符号を括弧書きで添えているが、発明の各構成要件は前記符号によって規定される実施形態に限定されるものではない。

以上のように、本発明によれば、被処理水の濾過処理を行う濾過処理部を含む水処理装置において、濾過処理部の構造を簡素化することが可能になった。

図１は、本実施形態の水処理装置の概要を示す図である。 図２は、図１中の処理水槽の断面構造を示す図である。 図３は、図１中の処理水槽の第１水位及び第２水位のそれぞれにおける水面面積を示す図である。 図４は、図１中の処理水槽において、被処理水の水位が第２水位から第１水位に向けて上昇する途中の様子を示す図である。 図５は、図１中の処理水槽において、被処理水の水位が第１水位にあるときの様子を示す図である。 図６は、図１中の処理水槽において、被処理水の水位が第１水位から第２水位まで低下したときの様子を示す図である。 図７は、図６中の処理水槽の変更例を示す図である。

以下、本発明に係る水処理装置の一実施形態について図面に基づいて説明する。この水処理装置は、一般家庭、集合住宅、商業施設、公共施設、工場等の設備から排出される生活排水や産業廃水等の原水の浄化処理を行う装置に好適に用いられる。

本実施形態の水処理装置の説明のための図面では、槽本体の上下方向を矢印Ｘで示している。この場合、槽本体のマンホール側が槽上部であり、その反対側が槽下部（槽底部）である。槽本体の前後方向（縦幅方向）を矢印Ｙで示している。この場合、槽本体の流入管側が槽前部であり、その反対側である流入管側が槽後部である。槽本体の左右方向（横幅方向）を矢印Ｚで示している。

図１に示されるように、本実施形態の水処理装置１００は、当該装置の外郭を成す槽本体１０１を備えている。槽本体１０１は、いずれも半割れ状に成形された上槽及び下槽を上下方向Ｘについて互いに突き合わせて固定することによって構成されている。槽本体１０１の槽前部には、槽内への処理前の水（以下、「原水」ともいう）の流入のための流入管１０２が取り付けられている。槽本体１０１の槽後部には、槽内で処理された処理後の水の流出のための流出管１０３が取り付けられている。槽本体１０１の槽上部には、入槽、槽内点検、槽内清掃に用いるマンホール１０４が設けられている。処理前の水（原水）には、屎尿及び雑排水（生活系の汚水）が含まれている。このような原水を処理する水処理装置１００は、「浄化槽」或いは「合併処理浄化槽」とも称呼される。尚、本明細書では、槽本体１０１の槽内を流れる水全般を「被処理水」、或いは単に「水」という。

槽本体１０１は、被処理水を貯留する。この槽本体１０１は、複数の処理部を収容し、且つ複数の処理部のそれぞれと別の処理部とを仕切るための仕切り壁（図示省略）を備えている。複数の処理部には、夾雑物除去槽１１０、嫌気濾床槽１３０、接触濾床槽１５０、処理水槽１７０及び消毒槽１９０が含まれている。

夾雑物除去槽１１０は、複数の処理部のうち最上流に配置された処理部である。この夾雑物除去槽１１０は、原水に含まれているゴミなどの大きな固形物（夾雑物）を水中から取り除く固液分離処理を行う機能を有する。この夾雑物除去槽１１０では、濾材等を用いることなく沈降分離の原理によって被処理水の固液分離処理が行われる。この夾雑物除去槽１１０で処理された後の水は、引き続いて嫌気濾床槽１３０で処理される。

嫌気濾床槽１３０は、複数の濾材が充填された濾床１３１を備えている。被処理水が濾床１３１を通過する際、濾材によって固形物である浮遊汚濁成分が分離される。ここでいう「浮遊汚濁成分」とは、水中に浮遊する不溶解性の成分である。以下の説明では、この浮遊汚濁成分を「ＳＳ（suspended solids）」という。また、濾材に付着している嫌気性微生物の働きによって、溶存酸素のない条件下（無酸素状態）で有機汚濁物質が嫌気分解され、且つ酸化態窒素の還元脱窒が行われる。この嫌気濾床槽１３０で処理された後の水は、引き続いて接触濾床槽１５０で処理される。

接触濾床槽１５０は、複数の濾材が充填された濾床１５１を備えている。被処理水が濾床１５１を通過する際、前記の濾床１３１の場合と同様に、濾材によって固形物であるＳＳが分離される。また、濾材に付着している好気性微生物の働きによって、溶存酸素が存在する条件下（有酸素状態）で有機汚濁物質が好気分解される。この接触濾床槽１５０で好気処理された後の水は、引き続いて処理水槽１７０で処理される。

処理水槽１７０は、接触濾床槽１５０で好気処理された後の水を一時的に貯留する機能を有する。この処理水槽１７０は、貯留している水の一部を循環水ＣＷとして夾雑物除去槽１１０に循環するためのエアリフトポンプ１７１を備えている。この処理水槽１７０に貯留された後の水は、引き続いて消毒槽１９０で処理される。

消毒槽１９０は、複数の処理部のうち最下流に配置された処理部である。この消毒槽１９０は、被処理水の消毒処理を行うための消毒剤が充填された薬剤筒（図示省略）を備えている。この消毒槽１９０において、放流前の水が消毒処理される。尚、消毒処理後の水は、消毒槽１９０に設置された放流ポンプ（図示省略）によって流出管１０３を通じて放流される。或いは、消毒処理後の水は、槽本体１０１とは別体であり且つ流出管１０３に接続された放流ポンプ槽に設置された放流ポンプ（図示省略）によって放流される。

図２に示されるように、上記のエアリフトポンプ１７１は、処理水槽１７０の槽底部に位置する吸入口１７１ａから夾雑物除去槽１１０の槽上部に位置する吐出口１７１ｂまで延在する配管を備えている。エアリフトポンプ１７１の吸入口１７１ａの近傍には、駆動用空気を供給するためのブロワＢＬが接続されている。エアリフトポンプ１７１は、ブロワＢＬからの駆動用空気の供給によって作動するように構成されている。ブロワＢＬからエアリフトポンプ１７１に駆動用空気が供給されると、配管内に吸入口１７１ａから吐出口１７１ｂに向かう空気流れが形成される。この空気流れによって、エアリフトポンプ１７１は、被処理水を吸入口１７１ａから吸入して吐出口１７１ｂから吐出する。

処理水槽１７０は、槽本体１０１の内部において被処理水の濾過処理を行う機能を有する。この処理水槽１７０が本発明の「濾過処理部」に相当する。この機能を実現するために、処理水槽１７０は、複数の浮上担体Ｃを被処理水とともに貯留するように構成されている。浮上担体Ｃは、処理水槽１７０に貯留される被処理水よりも密度が小さく、水面付近に浮き上がり滞留するような担体である。この浮上担体Ｃとして、典型的には、円筒形状、ボール形状（球形状）の担体を用いることができる。この浮上担体Ｃが本発明の「浮上担体」に相当する。複数の浮上担体Ｃは、密集することによって被処理水の濾過処理のための濾床（後述の濾床Ｂ）を形成する。この濾床によれば、接触濾床槽１５０で処理された後の水に含まれる固形物であるＳＳは、濾過処理によって固液分離される。

水処理装置１００は、流入管１０２から槽本体１０１の内部に流入する原水の流入量に応じて、接触濾床槽１５０から処理水槽１７０に流入する被処理水の体積流量（以下、「第１の体積流量」という）と、処理水槽１７０から消毒槽１９０に流出する被処理水の体積流量（以下、「第２の体積流量」という）のバランスが変わるように構成されている。従って、処理水槽１７０では、被処理水の水位が第１水位ＷＬ１と第１水位ＷＬ１よりも低水位である第２水位ＷＬ２との間で変動する。この場合、処理水槽１７０における被処理水の水位は、流入管１０２からの原水の流入量に応じて受動的に変化する。例えば、第１の体積流量が第２の体積流量を上回る場合、被処理水の水位は、第２水位ＷＬ２から第１水位ＷＬ１に向けて上昇する。これに対して、第１の体積流量が第２の体積流量を下回る場合、被処理水の水位は、第１水位ＷＬ１から第２水位ＷＬ２に向けて低下する。

処理水槽１７０は、上下方向Ｘである水位変動方向に沿った平面上に延在する仕切り壁１７２を備えている。仕切り壁１７２は、処理水槽１７０とは別の処理部である消毒槽１９０との間を仕切るように構成されている。この仕切り壁１７２は、移流開口１７２ａを備えている。移流開口１７２ａは、仕切り壁１７２において第２水位ＷＬ２に相当する位置Ｐａから当該位置Ｐａよりも高水位側の位置Ｐｂまでの範囲に開口形成されている。移流開口１７２ａには、水の通過を許容し且つ浮上担体Ｃの通過を阻止する複数の開孔を有する開孔部材（図示省略）が設けられている。処理水槽１７０内の第１水位ＷＬ１に相当する位置にも同様の開孔部材が水面方向に沿って設けられている。このため、処理水槽１７０における被処理水の水位が第２水位ＷＬ２以上である場合に、当該被処理水は、押し出し流れの原理によって仕切り壁１７２の移流開口１７２ａを通じて消毒槽１９０に連続的に流入する。ここでいう仕切り壁１７２及び移流開口１７２ａがそれぞれ、本発明の「仕切り壁」及び「移流開口」に相当する。尚、このような構成に代えて、エアリフトポンプ１７１のような手段を介して処理水槽１７０から消毒槽１９０に被処理水を移送する構成を採用することもできる。

図２及び図３が参照されるように、処理水槽１７０は、被処理水の水位が第１水位ＷＬ１にあるときの水面面積である高水位側面積Ｓ１が、被処理水の水位が第２水位ＷＬ２にあるときの水面面積である低水位側面積Ｓ２を下回るように構成されている。特に、処理水槽１７０は、被処理水の水位が第１水位ＷＬ１から第２水位ＷＬ２へと変動する際に、水面面積が高水位側面積Ｓ１から低水位側面積Ｓ２まで徐々に小さくなるように構成されている。本構成を実現するために、処理水槽１７０は、その槽上部を狭めた構造を有する。この構造として、処理水槽１７０に槽上部において被処理水が貯留される貯留領域を区画する区画部材に、水位上昇に伴って水面面積を徐々に小さくするための傾斜壁１７３，１７４を設けた構造を用いている。この場合、傾斜壁１７３の傾斜角度は、傾斜壁１７４の傾斜角度と相違してもよいし、或いは傾斜壁１７４の傾斜角度と同一であってもよい。

また、第１水位ＷＬ１での水面面積である高水位側面積Ｓ１は、複数の浮上担体Ｃが密集によって濾過処理のための濾床Ｂを形成する大きさに設定されている。ここでいう「複数の浮上担体Ｃが密集によって濾過処理のための濾床Ｂを形成する大きさ」とは、水面付近に浮き上がった複数の浮上担体Ｃを密接状態で滞留させることができる水面面積をいう。この水面面積を、例えば、複数の浮上担体Ｃを所定の平面上に最密状態で配置したときの、当該平面の面積（以下、「第１の面積」という）、若しくは当該平面の第１の面積以下の面積（以下、「第２の面積」という）として定めることができる。高水位側面積Ｓ１を第１の面積に設定した場合、複数の浮上担体Ｃは密接状態で水面に沿って滞留する。高水位側面積Ｓ１を第２の面積に設定した場合、複数の浮上担体Ｃが密接状態で水面に沿って滞留し、更に水位方向について複数の浮上担体Ｃが積層された状態で滞留する。

以下、図４〜図６を参照しつつ、上記構成の処理水槽１７０における水処理について具体的に説明する。

図４に示されるように、接触濾床槽１５０から処理水槽１７０に流入する第１の体積流量が処理水槽１７０から消毒槽１９０に流出する第２の体積流量を上回る場合、処理水槽１７０における被処理水の水位は、第２水位ＷＬ２から第１水位ＷＬ１に向けて上昇する。この水位上昇時に、水面面積は、傾斜壁１７３，１７４にしたがって低水位側面積Ｓ２から高水位側面積Ｓ１まで徐々に小さくなる。従って、水面付近に浮遊している複数の浮上担体Ｃの密集度は、徐々に上がるが、被処理水に残留するＳＳを捕捉するための濾床Ｂを形成するまでには至らない。即ち、複数の浮上担体Ｃは、互いに密集することなく被処理水中に分散した分散状態（換言すれば、密集度が相対的に低い状態）にある。この分散状態では、隣接する浮上担体Ｃの間の間隙がＳＳの大きさを上回るため、浮上担体Ｃに一部のＳＳが付着するものの所望の濾過機能は発揮されない。その結果、処理水槽１７０に貯留されている被処理水は、ＳＳの固液分離が行われることなく仕切り壁１７２の移流開口１７２ａを通じて体積流量Ｖａで消毒槽１９０に移流する。

図５に示されるように、処理水槽１７０における被処理水の水位上昇時に水位が第１水位ＷＬ１に達したときに、水面面積が高水位側面積Ｓ１になる。このとき、複数の浮上担体Ｃが密集して濾床Ｂを形成する密集状態になる。この密集状態では、濾床Ｂの隣接する浮上担体Ｃ同士の間隙が無くなる、或いはこの間隙がＳＳの大きさを下回る。従って、被処理水に残留するＳＳは、隣接する浮上担体Ｃの間を自由に通過することができず、浮上担体Ｃに捕捉されて固液分離される。即ち、水位上昇時にのみ形成された濾床Ｂによって所望の濾過機能が得られる状態（以下、「濾過処理状態」ともいう）になる。この濾過処理状態では、処理水槽１７０に貯留されている被処理水は、ＳＳの固液分離が行われた後に仕切り壁１７２の移流開口１７２ａを通じて体積流量Ｖｂ（＞Ｖａ）で消毒槽１９０に移流する。

尚、処理水槽１７０から消毒槽１９０にＳＳが流出するのを抑えるために、第２水位ＷＬ２から少しでも水位が上昇したときに複数の浮上担体Ｃが最密充填状態となるようにするのが好ましい。この目的のために、典型的には、第２水位ＷＬ２よりも高水位側の領域の水面面積、及び浮上担体Ｃの充填量のうちの少なくとも一方を、浮上担体Ｃが最密充填状態となるように設定することができる。

図６に示されるように、前記の濾過処理状態の後、接触濾床槽１５０から処理水槽１７０に流入する第１の体積流量が処理水槽１７０から消毒槽１９０に流出する第２の体積流量を下回る場合、処理水槽１７０における被処理水の水位が第１水位ＷＬ１から第２水位ＷＬ２に向けて低下する。この水位低下時に、濾過処理状態から、所望の濾過機能が得られない状態（以下、「濾過処理解除状態」ともいう）に切り替わる。この濾過処理解除状態では、第１水位ＷＬ１のときよりも水面面積が大きくなることによって濾床Ｂの形が変化する。従って、高水位側面積Ｓ１から低水位側面積Ｓ２への水面面積の変化に応じて濾床Ｂの形を変化させることができる。このとき、ＳＳを捕捉している複数の浮上担体Ｃの相対位置が変化することで当該浮上担体ＣからＳＳが剥離し易くなる。ここでいう「濾床Ｂの形」とは、複数の浮上担体Ｃが流動不能或いは流動可能な状態で滞留する領域の形状をいう。濾床Ｂの形が変化する形態の１つとして、複数の浮上担体Ｃの密集度が下がり隣接する浮上担体Ｃ同士の間隙が広がって濾床Ｂ自体が形成されなくなった場合には、ＳＳを捕捉している浮上担体Ｃが流動化して互いに衝突するため、浮上担体ＣからＳＳが剥離する。浮上担体Ｃから剥離したＳＳは、その自重によって処理水槽１７０の槽底部に沈降して堆積する。堆積したＳＳは、エアリフトポンプ１７１によって循環水ＣＷとともに夾雑物除去槽１１０に返送される。

尚、図６の説明では、第１水位ＷＬ１から第２水位ＷＬ２への水位変化によって濾床Ｂの形が変化する形態の１つとして、濾床Ｂ自体が形成されない場合について記載しているが、濾床Ｂの形が変化する別形態として、高水位側面積Ｓ１から低水位側面積Ｓ２への水面面積の変化に応じて濾床Ｂは形を変えながらも当該濾床Ｂ自体を維持する（複数の浮上担体Ｃの密集度は殆ど変らない）場合が有り得る。例えば、図６において、複数の浮上担体Ｃが第２水位ＷＬ２付近で図５中のような最密充填状態を形成することもできる。この場合も、濾床Ｂの形が変化することによって、濾過処理に用いた複数の浮上担体ＣからＳＳを剥離させるという作用効果が少なくとも担保される。

上記の実施形態によれば、被処理水の水位が第１水位ＷＬ１にあるときは、複数の浮上担体Ｃが密集して濾過処理のための濾床Ｂを形成する濾過処理状態になる。この濾過処理状態では、濾床Ｂによって被処理水に含まれるＳＳ（固形物）が固液分離される。その結果、所望の濾過処理性能が得られる。第２水位ＷＬ２に比べて高水位である第１水位ＷＬ１の場合には、第２水位ＷＬ２の場合よりもＳＳが処理水槽１７０から流出し易く、このタイミングで濾床Ｂを形成して濾過機能が発揮されるため合理的である。更に、処理水槽１７０への被処理水の流入量が増えることによって自動的に濾床Ｂが形成されて濾過処理機能が得られるため濾過処理を行うための特別な制御が必要なく、また処理水槽１７０への被処理水の流入に応じて濾過処理機能が得られるため濾過処理に要するエネルギーを低く抑えることが可能になる。一方で、被処理水の水位が第２水位ＷＬ２にあるときは、第１水位ＷＬ１のときよりも水面面積が大きくなることによって濾床Ｂの形が変化する。このとき、ＳＳを捕捉している複数の浮上担体Ｃの相対位置が変化することで当該浮上担体ＣからＳＳが剥離し易くなる。これにより、濾床ＢにおけるＳＳの閉塞を防止する逆洗処理のような効果が得られる。この場合、濾床ＢにおけるＳＳの閉塞を防止するための逆洗装置やそれに付随する機器等を用いる必要がない。その結果、処理水槽１７０の構造を簡素化することで装置コストを低く抑えることができる。また、処理水槽１７０における被処理水の水位変動を利用して濾過処理状態と濾過処理解除状態との切り替えを簡便に行うことができる。

また、上記の実施形態によれば、傾斜壁１７３，１７４を利用して被処理水の水位が第２水位ＷＬ２から第１水位ＷＬ１へと変動する際に、水面面積が低水位側面積Ｓ２から高水位側面積Ｓ１まで徐々に小さくなるように構成したため、低水位側面積Ｓ２と高水位側面積Ｓ１との間の水面面積の変化に応じて濾床Ｂの形を円滑に変化させることができる。

本発明は、上記の典型的な実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の応用や変形が考えられる。例えば、上記の実施形態を応用した次の各形態を実施することもできる。

上記の実施形態では、処理水槽１７０において、被処理水の水位が第２水位ＷＬ２から第１水位ＷＬ１へと変動する際に、水面面積が低水位側面積Ｓ２から高水位側面積Ｓ１まで徐々に小さくなる場合について記載したが、参考例では、少なくとも高水位側面積Ｓ１が低水位側面積Ｓ２を下回る構成であれば、第１水位ＷＬ１と第２水位ＷＬ２との間での水面面積の変化態様については、種々の形態を採り得る。例えば、第１水位ＷＬ１と第２水位ＷＬ２との間の所定水位での水面面積が低水位側面積Ｓ２を上回るような形態を採用することもできる。

上記の実施形態では、処理水槽１７０の水位低下によって浮上担体Ｃを流動化させる構成について言及したが、本発明では、本構成に代えて或いは加えて、水流や散気を利用して浮上担体Ｃを流動化させる構成を採用することもできる。一例として、図６中の処理水槽１７０を図７中の処理水槽２７０に置き換えることができる。この処理水槽２７０は、槽底部に散気管２７５を備える以外は、処理水槽１７０と同一の構造を有する。散気管２７５にはブロワＢＬが接続されている。ブロワＢＬは、処理水槽２７０の水位が第２水位ＷＬ２以下にあるときに散気管２７５への散気（空気の供給）を行うように制御される。このときに生じる空気の気泡や水流が浮上担体Ｃに作用するため当該浮上担体Ｃが流動化する。

上記の実施形態では、処理水槽１７０における被処理水の水位が流入管１０２からの原水の流入量に応じて受動的に変化することによって濾過処理状態と濾過処理解除状態とが切り替わる場合について記載したが、本発明では、処理水槽１７０における被処理水の水位を積極的に制御することによって、濾過処理状態と濾過処理解除状態とを切り替えるようにしてもよい。例えば、前述のエアリフトポンプ１７１のように、被処理水を吸入口から吸入して吐出口から吐出する構成の放流用エアリフトポンプを用い、その吸入口を移流開口１７２ａの位置Ｐａと位置Ｐｂとの間の領域に配置し、その吐出口を槽本体１０１の槽外に配置することができる。この放流用エアリフトポンプで放流される放流量を制御することによって、処理水槽１７０における被処理水の水位を制御し、その結果、濾過処理状態と濾過処理解除状態とを切り替えることができる。

上記の実施形態では、夾雑物除去槽１１０、嫌気濾床槽１３０、接触濾床槽１５０、処理水槽１７０及び消毒槽１９０の五つの処理部を備えた水処理装置１００について記載したが、本発明では、少なくとも処理水槽１７０に相当する処理部を備えた水処理装置に対して、本発明を適用することができる。この場合、処理水槽１７０に相当する処理部以外の処理部の数や種類は、必要に応じて種々選択可能である。また、処理水槽１７０において浮上担体Ｃを用いて濾過処理を行う構造を、夾雑物除去槽１１０、嫌気濾床槽１３０、接触濾床槽１５０及び消毒槽１９０のうちの少なくとも一つの処理部に設けることもできる。

１００…水処理装置、１０１…槽本体、１１０…夾雑物除去槽、１３０…嫌気濾床槽、１５０…接触濾床槽、１７０…処理水槽、１７１…エアリフトポンプ、１７２…仕切り壁、１７２ａ…移流開口、１９０…処理水槽、２７０…処理水槽、２７５…散気管、Ｂ…濾床、Ｃ…浮上担体、ＷＬ１…第１水位、ＷＬ２…第２水位、Ｓ１…高水位側面積、Ｓ２…低水位側面積

Claims (3)

1. 被処理水を貯留する槽本体と、前記槽本体の内部において被処理水の濾過処理を行う濾過処理部と、を備えた水処理装置であって、
   前記濾過処理部には、第１水位よりも低水位である第２水位に水位があるときの水面面積である低水位側面積から前記第１水位に水位があるときの水面面積であり且つ前記低水位側面積を下回る高水位側面積まで水位面積を徐々に小さくするための傾斜壁が設けられ、前記高水位側面積は前記第１水位に水位があるときに複数の浮上担体が密集して濾過処理のための濾床を形成する大きさであり、
   前記濾過処理部には、当該濾過処理部とは別の処理部との間を仕切るために水位変動方向に沿って延在する仕切り壁と、前記仕切り壁において前記第２水位に相当する位置から当該位置よりも高水位側の位置までの範囲に開口形成された移流開口と、が設けられており、
   前記濾過処理部は、前記複数の浮上担体を被処理水とともに貯留し且つ被処理水が上向きに流れる状態で流入出の体積流量のバランスが変わることによって前記第１水位と前記第２水位との間で水位変動するように構成され、前記第１水位までの水位上昇に伴い前記複数の浮上担体を前記傾斜壁に沿って上方へ動かして密集状態で滞留させることで水位方向の濾床断面積が低水位側に向かうにつれて大きくなるような前記濾床を形成する一方で、前記第１水位からの水位下降に伴い前記複数の浮上担体を前記傾斜壁に沿って下方へ動かして密集度を低下させるように構成されている、水処理装置。
2. 請求項１に記載の水処理装置であって、
   前記傾斜壁は、低水位側に傾斜して設けられた第１傾斜壁と、前記第１傾斜壁から高水位側に向けて前記第１傾斜壁の傾斜角度よりも大きい傾斜角度で延びる第２傾斜壁と、によって構成されている、水処理装置。
3. 水処理装置に含まれる濾過処理部において被処理水の濾過処理を行う水処理方法であって、
   前記濾過処理部に、第１水位よりも低水位である第２水位に水位があるときの水面面積である低水位側面積から前記第１水位に水位があるときの水面面積であり前記低水位側面積を下回る高水位側面積まで水位面積を徐々に小さくするための傾斜壁を設け、前記高水位側面積を前記第１水位に水位があるときに複数の浮上担体が密集して濾過処理のための濾床を形成する大きさとし、
   前記濾過処理部に、当該濾過処理部とは別の処理部との間を仕切るために水位変動方向に沿って延在する仕切り壁と、前記仕切り壁において前記第２水位に相当する位置から当該位置よりも高水位側の位置までの範囲に開口形成された移流開口と、を設け、
   前記濾過処理部に前記複数の浮上担体を被処理水とともに貯留し且つ被処理水が上向きに流れる状態で流入出の体積流量のバランスが変わることによって前記第１水位と前記第２水位との間で水位変動することを利用して、前記第１水位までの水位上昇に伴い前記複数の浮上担体を前記傾斜壁の傾斜に沿って上方へ動かして密集状態で滞留させることで水位方向の濾床断面積が低水位側に向かうにつれて大きくなるような前記濾床を形成する一方で、前記第１水位からの水位下降に伴い前記複数の浮上担体を前記傾斜壁に沿って下方へ動かして密集度を低下させる、水処理方法。

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