WO2016132556A1 - 生物膜を利用した懸濁質除去方法および懸濁質除去装置 - Google Patents

Abstract

スラッジ処理設備が不要であり、且つ水質基準を満たす濾液を安価に得られる懸濁質除去方法および懸濁質除去装置を提供することを目的とする。本発明の懸濁質除去方法は、固体濾材が充填されてなる濾過層（２ａ）に、凸要素を供給し固体濾材の表面に凸部を付与する工程と、凸部を付与する工程で凸要素を供給した後、予め設定された基準に基づいて固体濾材の表面に凸部が付与されているか否かを判定し、凸部が付与されていると判定された場合に凸要素の供給量を凸部付与時よりも低減する工程と、固体濾材の表面に生物膜を形成する工程と、凸要素の供給量が低減された状態で、凸部が付与された固体濾材を有する濾過層（２ａ）に、懸濁質を含む被処理水を通水する工程と、を備えている。

Description

生物膜を利用した懸濁質除去方法および懸濁質除去装置

　本発明は、懸濁質除去方法および懸濁質除去装置に関するものである。本発明は、特に海水淡水化プラントおよび水処理プラントで用いられる生物膜を利用した懸濁質除去方法および懸濁質除去装置に関するものである。

　近年、世界的な水不足から海水を淡水化する市場が拡大しており、海水淡水化プラントの建設が進められている。海水を淡水にする技術として、逆浸透膜（ＲＯ膜）により、海水中の塩分を除去して淡水を生成する方法が知られている。ＲＯ膜を用いた濾過装置では、前処置として懸濁質の除去が行われる。

　懸濁質を除去する際には、一般に海水に凝集剤を連続注入して懸濁質を凝集させる。凝集剤としては鉄塩が用いられる。該金属は、水中でアルカリ成分と反応して金属の水酸化物を生成する。

　金属の水酸化物はバインダーとして作用し、海水中の懸濁質が衝突・接触することにより集塊し、フロックを生じさせる。凝集剤の注入量は、海水中に含まれる懸濁質の量に応じて増減させる。例えば、凝集剤として鉄塩を用いる場合、海水中で鉄として０．５ｐｐｍから１０ｐｐｍとなるように鉄塩が注入される。

　懸濁質を分離する別の方法として、フィルタ濾過、遠心分離および固体濾材を用いた濾過などがある。固体濾材を用いる方法は、フィルタ濾過や遠心分離と比べ安価で、メンテナンスが容易であるというメリットがある。通常、固体濾材には、直径３００μｍから２５００μｍの大きさのものが用いられる。除去したい懸濁質が小さい場合には、被処理水に凝集剤を添加し、フロックを形成させることで除去対象物を大きくした後、濾過する。この場合も、凝集剤が被処理水に連続注入される。

　凝集剤を連続注入するとフロックが成長し、後流の濾過器により容易に捕捉されるようになる。しかしながら濾過器自体は定期的に洗浄し、内部に堆積したフロックを系外へ排出する必要がある。濾過器内に堆積したフロックは、逆洗浄により濾過器内から排出される。

　固体濾材を用いる方法では、非特許文献１に開示されているように凝集剤を用いず、固体濾材を充填した濾過器で生物膜を利用して懸濁質を分離することも知られている。

KazuhisaTakeuchi et al., "The study of environmentally friendly pretreatment system", Desalination andWater Treatment, Volume 51, Issue 7-9, February 2013, pages 1874-1880

　逆洗浄の際に出る洗浄廃水は濁質が高く、そのまま海域に排出すると環境に悪影響を及ぼす。そのため、洗浄廃水は脱水機等で固液分離し、残った固体分はスラッジとして系外で廃棄処分する。スラッジの処理には、スラッジ処理設備が必要となる。凝集剤を連続注入する方法は、環境負荷が高い。

　固体濾材を用いた濾過において大量の凝集剤が使われた場合、フロックが濾過層で捕捉され、濾過層の差圧が上昇する。差圧が上昇すると被処理水が通りにくくなり除去効率が低下する。差圧を下げるためには、濾過層を逆洗浄する必要がある。しかしながら逆洗浄した直後の濾過層は、懸濁質の除去率（捕捉率）が低く、濾液の水質が安定するまで長い時間（例えば５時間以上）を要し、濾液の水質悪化の要因となる。

　固体濾材を用いた濾過による懸濁質の除去メカニズムとしては、例えば、篩い分け、空隙内や隙間のよどみでの沈殿等のさえぎり効果による除去、または付着・吸着（静電、分子間力、粘着）など、様々なことが考えられるが、現状においてその全様は未解明である。そのため、除去率の向上、および、負荷変動または起動時における濾液の水質の安定化に課題がある。

　除去メカニズムのうち、さえぎりによる懸濁質の除去に着目すると、固体濾材の粒径が小さいほど流路が狭くなるため、より小さい懸濁質を除去できるようになる。また小さい固体濾材を用いると、固体濾材の比表面積が増大するため、ブラウン運度により固体濾材の表面に捕捉できる微細な懸濁質の除去率を上げることができる。

　しかしながら、小さい固体濾材を用いた場合、濾過器の圧損が大きく、送水ポンプの動力が上昇するため、運転量が増大する。また、運転圧が高いため、固体濾材を収容する容器の耐圧性を増す必要があり、装置費用が増大する。すなわち、固体濾材を小さくして除去率を向上させることは、費用とのトレードオフの関係にある。

　非特許文献１のように生物膜を利用して懸濁質を除去（分離）する装置において、生物膜が成長し、除去効果を発揮するまでに２週間から一か月程度の時間を要する。また、生物膜を利用した懸濁質除去装置では装置の運転を休止すると、除去性能が一時的に低下し、回復するまでに時間（例えば５時間以上）を要するという課題がある。また、生物膜を利用した懸濁質除去装置では、被処理水中の懸濁質濃度が急激に変動した場合に追従できないという課題がある。

　本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、スラッジ処理設備が不要であり、且つ所望の水質基準を満たす濾液を安価に得られる生物膜を利用した懸濁質除去方法および懸濁質除去装置を提供することを目的とする。また本発明は、起動時または運転休止後の再起動時に所望の水質基準を満たす濾液を従来よりも早く得られ、被処理水の負荷変動にも追従できる生物膜を利用した懸濁質除去方法および懸濁質除去装置を提供することを目的とする。

　本発明者らは、鋭意研究の結果、固体濾材を用いた従来の濾過方法では、０．１μｍから１０μｍの懸濁質が除去され難いという新たな知見を得た。これに基づき、本発明者らは０．１μｍから１０μｍ以下の懸濁質を除去するための生物膜を利用した懸濁質除去方法および懸濁質除去装置を発明した。

　本発明は、生物膜を利用した懸濁質除去方法であって、 固体濾材が充填されてなる濾過層に、凸要素を供給し前記固体濾材の表面に凸部を付与する工程と、前記固体濾材の表面に予め設定された基準を満たす凸部が付与されているか否かを判定する工程と、凸部が付与されていると判定された場合に前記凸要素の供給量を凸部付与時よりも低減する工程と、前記固体濾材の表面に生物膜を形成する工程と、前記凸要素の供給量が低減された状態で、前記凸部が付与された固体濾材を有する前記濾過層に、懸濁質を含む被処理水を通水する工程と、を備えている懸濁質除去方法を提供する。

　上記発明では、固体濾材の表面に凸部を付与することにより、濾過層内での被処理水の流れにミクロな変化を生じさせて、０．１μｍ以上１０μｍ以下の大きさの懸濁質を捕捉する。これにより０．１μｍ以上１０μｍ以下の大きさの懸濁質が多く含まれている被処理水であっても、濾液の水質を向上させることができる。被処理水の水質変動（負荷変動）を許容し、濾液の水質を安定にできる。

　上記発明では、固体濾材の表面に凸部を付与するべく濾過層に凸要素を供給するため、短時間で安定的に凸部を付与できる。凸部が付与された固体濾材が充填されてなる濾過層は、被処理水から懸濁質を除去する工程の開始初期から高い除去率（捕捉率）で安定的に懸濁質を除去（捕捉）できる。これにより、従来と比較して濾過装置の起動時間を短縮できる。

　上記発明では、凸要素の供給量を低減した状態で被処理水から懸濁質を除去するため、凸要素を連続供給した場合と比較してスラッジの生成量を少なくできる。それにより、濾過層での差圧の上昇が抑制されるため逆洗浄間隔を延ばすことができる。

　上記発明では、生物膜を形成することで、凸要素の供給量を低減した後も、凸部を成長させられる。それにより、濾過層での懸濁質除去能を維持し、濾液の水質を安定化できる。

　上記発明の一態様では、前記凸要素の供給量を低減する工程において、前記凸要素の供給を停止するとよい。

　凸要素の供給を停止することで、スラッジの生成を防止できるため、スラッジの処理設備も必要でなくなる。

　上記発明の一態様では、前記凸部を付与する工程と並行して前記被処理水を前記濾過層に通水する工程を更に備えていてもよい。それにより被処理水の濾過をしながら、必要に応じて凸部を付与できる。

　上記発明の一態様では、前記濾過層から出た濾液の水質を検査する工程を備え、前記濾液の検査値が予め設定された閾値を超えた場合に、前記固体濾材の表面に予め設定された基準を満たす前記凸部が形成されていないと判定して前記凸部を付与する工程を実施し、前記濾液の検査値が予め設定された閾値以下である場合に、前記固体濾材の表面に予め設定された基準を満たす前記凸部が付与されていると判定して前記凸要素の供給量を凸部付与時よりも低減するとよい。

　凸要素は固体濾材の表面に付着して凸部となっているため、剥れることもあり得る。また生物膜が付着して成長した凸部は、微生物が死滅すると生物膜が剥れてしまう。凸部または生物膜が剥れると濾過層の除去能も低下するため、濾液の水質が悪化する。上記一態様によれば、濾液の水質に応じて凸部を付与するため、濾液の水質をより安定にできる。

　上記発明の一態様では、前記濾過層の一方の側と前記濾過層の他方の側との差圧を計測する工程を備え、前記凸部を付与する工程において、計測した前記差圧が所定値未満となる範囲で前記凸要素を供給することができる。

　凸部を過剰に形成して被処理水の流路を狭くすれば小径の固体濾材を用いたときと同様にさえぎり効果が向上するが、上記発明の一態様によればさえぎり効果が向上するほど流路を狭くしなくても、凸部により０．１μｍ以上１０μｍ以下の大きさの懸濁質を捕捉できる濾過層として再生される。凸部を付与することにより生じる濾過層の差圧を所定値未満とすることで、初期差圧を低く抑え、逆洗間隔を長くすることができる。

　上記発明の一態様では、前記凸部を付与する工程で前記濾過層から出た濾液に含まれる凸要素の量を、直接的または間接的に計測する工程を備え、計測した前記凸要素の量が予め設定された閾値以下になった場合に、前記固体濾材の表面に予め設定された基準を満たす前記凸部が付与されたと判定することができる。

　凸要素が濾過層に供給されると、凸要素が固体濾材の表面に付着して凸部となる。凸部を付与する工程において、濾液に含まれる凸要素の量の減少は、凸要素が固体濾材の表面に付着したことの指標となる。よって、上記一態様によれば、０．１μｍ以上１０μｍ以下の大きさの懸濁質を捕捉するのに必要な凸部を付与できる。

　上記発明の一態様では、前記凸部を付与する工程における前記濾過層への前記凸要素の総供給量をカウントし、カウントした総供給量が予め設定された閾値に達した場合に、前記固体濾材の表面に予め設定された基準を満たす前記凸部が付与されたと判定することができる。

　濾過層への凸要素の総供給量を予め設定しておくことで、容易に所望の凸部を付与できる。

　上記発明の一態様では、前記被処理水を通水する工程において、前記被処理水を粗粒分離部に通水し、前記被処理水に含まれる１０μｍよりも大きな懸濁質を主として分離した一次被処理水とした後、前記一次被処理水を前記濾過層に通水し、０．１μｍ以上１０μｍ以下の大きさの懸濁質を除去するのが好ましい。

　粒径の大きな懸濁質を多く含む被処理水では、さえぎり効果により早期に目詰まりすることがある。上記一態様によれば、粗粒分離部により大粒径の懸濁質を粗取りしているため、濾過部では大粒径の懸濁質の影響が少ない状態で０．１μｍ以上１０μｍ以下の大きさの懸濁質を除去できる。よって、濾過部から出た濾液の水質を安定化できるとともに、濾過層での差圧がたちにくくなり、逆洗浄の間隔を延長できる。

　被処理水に塩素などの酸化剤が含まれる場合は、上記発明の一態様において、前記被処理水に亜硫酸水素ナトリウムを添加した後、前記被処理水を前記濾過層に通水するとよい。

　それにより、被処理水に残留している塩素を除去できるため、生物膜の成長を阻害する要因を排除できる。

　上記発明の一態様では、前記凸部の高さを４μｍ以上とするとよい。それにより、凸部で１０μｍ以下の大きさの懸濁質を捕捉できる。凸部の高さが低すぎると、ミクロな流れを生成しにくくなるとともに、懸濁質粒子も付着しにくくなる。

　上記発明の一態様では、前記固体濾材の平均粒径を３００μｍ以上２５００μｍ以下にするとよい。それにより、初期状態における濾過層の差圧を抑えつつ、さえぎり効果が得られる濾過層にできる。

　上記発明の一態様では、前記凸要素をカオリンとすることができる。上記発明の一態様では、前記凸要素を塩化鉄とすることができる。上記発明の一態様では、前記凸要素を高分子ポリマーとすることができる。

　凸要素を上記材料とすることで、固体濾材の表面に安価に凸部を形成できる。凸要素を上記材料とすることで、濾過層の差圧をほとんど上げずに、０．１μｍ以上１０μｍ以下の大きさの懸濁質粒子を捕捉できる濾過層にできる。

　上記発明の一態様では、前記凸要素の供給量を低減する工程において、前記濾過層を通過する溶液中で前記凸要素の含有量が鉄（Ｆｅ）として０．５ｐｐｍ未満となるよう前記凸要素の供給量を低減するとよい。

　凸要素の供給を低減することで、スラッジの生成を抑制できる。一方、少ないながらも凸要素の供給を継続することで、凸部が剥がれ落ちた場合、または、被処理水の水質が悪化した場合であっても追加で凸部が形成されるため、濾液の水質を安定化できる。

　上記発明の一態様では、前記被処理水を通す方向とは逆向きに、前記凸部が前記固体濾材の表面に維持されるよう前記濾過層に洗浄液を通液して前記濾過層を逆洗浄する工程を含んでいることが好ましい。

　固体濾材の表面の凸部を維持しながら濾過層を洗浄することで、逆洗浄した後であっても、凸部で懸濁質を捕捉できる濾過層として再生できる。これにより、従来と比較して、逆洗浄した後、所望の水質の濾液を得ることができる。凸部は１００％維持する必要はなく、逆洗浄後に所望の水質の濾液が得られる程度に凸部を維持すればよい。

　上記発明の一態様では、前記濾過層を逆洗浄する工程において、前記固体濾材の展開率を抑制して前記凸部が前記固体濾材の表面に維持されるよう前記洗浄液の通液速度を制御するとよい。

　展開率を抑えることで、凸部が剥れないよう固体濾材の動きを抑制し、凸部を固体濾材の表面に維持できる。

　上記発明の一態様では、空気を導入することにより前記濾過層を逆洗浄する空気洗浄の工程を経ずに、前記濾過層に前記洗浄液を通液する。

　空気を導入して濾過層を洗浄する空気洗浄を行わないことで、固体濾材の動きを抑制して洗浄を行うことができる。それにより、凸部を固体濾材の表面に維持できる。

　上記発明の一態様では、前記濾過層を逆洗浄する工程において、前記濾過層の展開率を取得し、前記濾過層の展開率を０％より大きく３０％未満にする。

　展開率を３０％以下として液洗浄することで、逆洗浄効果を得つつ、凸部を固体濾材の表面に維持できる。展開率を５％以下にして液洗浄した濾過層は、逆洗浄の直後から逆洗浄前と同等もしくはそれに近い値の水質の濾液を得られるものとなる。

　上記発明の一態様では、前記逆洗浄することにより生じた逆洗濾液を回収する工程と、前記被処理水を通水する方向に向けて前記逆洗濾液を前記濾過層に通液し、前記固体濾材の表面に凸部を再形成する工程と、を含んでいるとよい。

　逆洗濾液には、逆洗浄により固体濾材から剥れた懸濁質、または、凸要素および懸濁質が含まれている。逆洗濾液の懸濁質濃度は、被処理水の懸濁質濃度よりも高い。逆洗濾液を回収し、濾過層に通液することで凸部を再形成できる。これにより、逆洗浄後に濾液の水質が安定するまでの時間を短縮できる。懸濁質または凸要素および懸濁質を回収して再利用するため、新たに使用する凸要素の量を低減でき、処理コストを抑制できる。

　本発明は、生物膜を利用した懸濁質除去装置であって、固体濾材が充填されてなる濾過層を有する濾過部と、前記濾過部の一方の側に被処理水を供給して、前記濾過層に前記被処理水を通水する被処理水供給部と、前記濾過部の一方の側に凸要素を供給する凸要素供給部と、前記濾過部の他方の側から出た濾液の水質を検査する水質検査部と、予め設定された基準に基づき、前記固体濾材の表面に凸部が付与されているか否かを判定する判定部と、前記判定部で凸部が形成されていないと判定された場合に、前記固体濾材の表面に凸部が付与されるよう前記濾過部に前記凸要素を供給し、前記判定部で凸部が付与されていると判定された場合に、前記凸部が形成されていないと判定された場合よりも前記凸要素の供給量を低減するよう前記凸要素供給部を制御する制御部と、を備えている懸濁質除去装置を提供する。

　上記発明の一態様では、前記制御部は、前記判定部で凸部が付与されていると判定された場合に、前記凸要素の供給を停止するよう前記凸要素供給部を制御してもよい。

　上記発明の一態様では、前記濾過部の上流側に接続され、前記濾過部に通水する前の前記被処理水に亜硫酸水素ナトリウムを添加するＳＢＳ添加部を備えているとよい。

　本発明の生物膜を利用した懸濁質除去方法および懸濁質除去装置は、凸部を付与した固体濾材が充填されてなる濾過層で被処理水を濾過することで、スラッジ処理設備が不要であり、且つ水質基準を満たす濾液を安価に得られる。また本発明の生物膜を利用した懸濁質除去方法および懸濁質除去装置は、起動時または運転休止後の再起動時に所望の水質基準を満たす濾液を従来よりも早く得られ、被処理水の負荷変動にも追従できる。また、本発明によれば、凸要素を供給することで差圧を上げずに除去性能を回復させることができる。

第１実施形態に係る懸濁質除去装置の概略構成図である。 逆洗手段を説明する図である。 生物膜について説明する模式図である。 第２実施形態の変形例に係る懸濁質除去装置の概略構成図である。 第３実施形態の変形例に係る懸濁質除去装置の概略構成図である。 流路幅ｄ_０を説明する模式図である。 検討１におけるシミュレーション結果を示す図である。 被処理水の流れを説明する模式図である。 検討２におけるシミュレーション結果を示す図である。 検討２におけるシミュレーション結果を示す図である。 検討２におけるシミュレーション結果を示す図である。 検討３におけるシミュレーション結果を示す図である。 検討４における濾過層の差圧の計測結果を示す図である。 検討４における試験Ａおよび試験ＢのＳＤＩの測定結果を示す図である。 検討５における濾過部（濾過層）の差圧の計測結果を示す図である。 検討５における濾過部（濾過層）から出た濾液のＳＤＩの測定結果を示す図である。 検討６における粗粒分離部および濾過部（濾過層）の差圧の計測結果を示す図である。 検討６，７，８における濾過部（濾過層）から出た濾液のＳＤＩの測定結果を示す図である。 検討７における粗粒分離部および濾過部（濾過層）の差圧の計測結果を示す図である。 検討８における粗粒分離部および濾過部（濾過層）の差圧の計測結果を示す図である。 検討９における洗浄速度と展開率との関係を計算した結果を示す図である。 検討９における試験Ａの洗浄速度と差圧との関係を示す図である。 検討９における試験Ｂの洗浄速度と差圧との関係を示す図である。 検討９における洗浄速度と次の洗浄直前のＳＤＩの関係を示す図である。 検討９における洗浄速度と洗浄３０分後のＳＤＩの関係を示す図である。

　以下に、本発明に係る懸濁質除去方法、および懸濁質除去装置の一実施形態について、図面を参照して説明する。
〔第１実施形態〕
　図１は、本実施形態に係る懸濁質除去装置の概略構成図である。懸濁質除去装置１は、濾過部２、被処理水供給部３、凸要素供給部４、水質検査部５、判定部６および凸部形成制御部７（制御部）を備えている。

　濾過部２は、少なくとも１つの濾過層２ａと、濾過層２ａの一方の側に設けられた第１開口部２ｂと、濾過層の他方の側に設けられた第２開口部２ｃとを有している。第１開口部２ｂおよび第２開口部２ｃは濾過部２の液体の流出入口である。第１開口部２ｂには、第１流路８が接続されている。第２開口部２ｃには、第２流路９が接続されている。

　濾過層２ａは、濾過部内に固体濾材が充填されてなるものである。固体濾材の充填率は、適宜設定される。１つの濾過層２ａは１種類の材質からなる固体濾材で構成されている。濾過層２ａは、濾過部内に複数積層されていてもよい。例えば、砂が充填された砂濾過層と、破砕炭が充填されてなる破砕炭濾過層とが積層されていてもよい。異なる材質の固体濾材は表面の状態が異なる。異なる材質で構成された濾過層を組み合わせると、広範な大きさの懸濁質を除去できる。

　固体濾材は粒状または繊維状のものを用いる。例えば、固体濾材は砂、アンスラサイト、破砕活性炭、および繊維束などである。破砕活性炭は塩素を除去する効果を有しているため、固体濾材を破砕活性炭とすると、濾過部で被処理水に含まれる塩素を除去できる。それにより後段にＲＯ膜が設けられた場合であっても、ＲＯ膜の劣化を抑制できる。

　固体濾材の平均粒径は３００μｍ以上２５００μｍ以下から選択される。「固体濾材の平均粒径」の定義は、ＡＷＷＡ　Ｂ１００－０１、ＪＩＳ８８０１に準拠する。

　被処理水供給部３は、濾過部２の一方の側に被処理水を供給して、濾過層２ａに被処理水を通水できる。本実施形態において、被処理水供給部３は、被処理水タンク３ａおよび第１供給手段３ｂで構成されている。被処理水供給部３は、第１流路８を介して濾過部２の第１開口部２ｂに接続されている。被処理水タンク３ａは、被処理水が貯留される容器である。貯留される被処理水は、海水、汚水、工業廃水などである。第１供給手段３ｂは、ポンプなどである。第１供給手段３ｂは、被処理水タンク３ａに貯留された被処理水を、第１流路８を介して濾過部２に供給できる。

　凸要素供給部４は、濾過部２の一方の側に凸要素を供給できる。本実施形態において、凸要素供給部４は、凸要素タンク４ａおよび第２供給手段４ｂで構成されている。凸要素供給部４は、被処理水供給部３よりも下流側で、第１流路８を介して濾過部２の第１開口部２ｂに接続されている。凸要素タンク４ａは、凸要素が収容される容器である。第２供給手段４ｂは、ポンプなどである。第２供給手段４ｂは、凸要素タンク４ａに収容された凸要素を、第１流路８を介して濾過部２に供給できる。

　凸要素は、塩化鉄、硫酸鉄、ポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）、硫酸アルミニウム、鉱物、高分子ポリマー（カチオン系高分子ポリマー、アニオン系高分子ポリマー、およびノニオン系高分子ポリマー）および無機顔料などである。鉱物は、例えばカオリンである。カチオン系高分子ポリマーは、ポリアクリル酸エステル系、ポリメタクリル酸エステル系およびポリアクリルアミド系が適している。アニオン系高分子ポリマーは、ポリアクリルアミド系、ポリアクリル酸系が好適である。ノニオン系高分子ポリマーは、ポリアクリル酸エステル系、ポリメタクリル酸エステル系、およびポリアクリルアミド系が好適である。無機顔料は、例えば炭酸カルシウム、タルク、および酸化チタンである。凸要素は、粉末または液体であってよい。本実施形態において凸要素は、所定濃度に調製された溶液（凸部形成液）の状態で凸要素タンク内に収容されている。

　例えば、塩化鉄は水中で水酸化鉄となり、水酸化鉄の微小フロックが固体濾材の表面に付着して凸部となる。微小フロックには水中の微粒子が巻き込まれていてもよい。例えば、カオリンは固体濾材の表面に物理的に付着して凸部となる。例えば、高分子ポリマーは水中に含まれる粒子が固体濾材に付着するための接着剤として作用し、粒子とともに固体濾材の表面に付着して凸部となる。

　濾過層に供給される凸要素は、１種類または２種類以上であってもよい。例えば、カオリンと高分子ポリマーを濾過層に供給すると、カオリンが固体濾材の表面に物理的に付着するとともに、水中に含まれる粒子およびカオリンが高分子ポリマーの接着剤作用により固体濾材の表面に付着して凸部となる。

　水質検査部５は、濾過部の他方の側から出た濾液の水質を検査するものである。例えば水質検査部５は、ＳＤＩ（シルト密度指数）計測器、濁度計、ＴＯＣ計、ＳＳ計、ＵＶ計、およびＣＯＤ計などである。図１において水質検査部５は第２流路９および判定部６に接続されている。水質検査部５は、濾過部２から第２流路９へ排出された濾液の水質を検査し、検査結果を判定部６へと出力できる。

　判定部６は、予め設定された基準に基づき、固体濾材の表面に凸部が付与されているか否かを判定できる。本実施形態において「基準」は、水質検査部５で得られる検査値に設けられた閾値である。判定部６は、水質検査部５で得られた検査値が予め設定された閾値を超えた場合に予め設定された基準を満たす凸部が付与されていない（以降、凸部が付与されていないと略す）と判定し、検査値が閾値以下になった場合に予め設定された基準を満たす凸部が付与されている（以降、凸部が付与されていると略称する）と判定できる。閾値は、検査する水質項目に応じて適宜設定される。判定部６は、凸部形成制御部７に組み込まれていてもよい。

　なお、本実施形態において判定部６は、凸要素の総供給量をカウントするカウント手段を備えていてもよい（不図示）。例えば、カウント手段は、第２供給手段４ｂに接続される。例えば、カウント手段は、第２供給手段４ｂの電源のＯＮ／ＯＦＦの信号を受信し、第２供給手段４ｂの電源がＯＮになっている時間と、凸部形成液中の凸要素の濃度に基づき、凸要素の総供給量をカウントできる。判定部６は、カウントした凸要素の総供給量が予め設定された閾値に達した場合に、固体濾材の表面に基準量の凸部が付与されたと判定できる。判定部６は、第２供給手段４ｂまたは凸部形成制御部７に組み込まれていてもよい。判定部６がカウント手段を備えている場合、判定部６はカウント手段および水質検査部５の少なくとも一方の情報に基づいて凸部が付与されているか否かを判定できるよう設定されている。

　凸部形成制御部７は、判定部６で凸部が形成されていないと判定された場合に固体濾材の表面に凸部が付与されるよう凸要素を供給し、凸部が付与されていると判定された場合に凸要素の供給量を低減するよう凸要素供給部４からの凸要素の供給量を制御できる。固体濾材の表面に凸部を付与するために必要な凸要素の供給量は、凸要素の種類に応じて適宜設定されている。「凸要素の供給量を低減する」とは、凸部付与時よりも凸要素の供給量を低くすることを意味する。

　塩化鉄および高分子ポリマー等の凝集効果が得られる凸要素を使用する場合、凸要素の供給量は、少なくとも凝集効果を期待できない量まで低減するよう設定される。「凸要素の供給量を低減する」には、凸要素の供給を停止することも含まれる。

　懸濁質除去装置１は、濾過部２の上流側で被処理水に亜硫酸水素ナトリウム（ＳＢＳ）を添加するＳＢＳ添加部１０を備えているとよい。ＳＢＳ添加部１０は、濾過部２の上流側にある第１流路８に接続されている。海水または排水処理水などの被処理水には、次亜塩素酸等の酸化剤が含まれている。このような酸化剤は生物を殺菌してしまうため、生物膜の形成が遅れてしまう。ＳＢＳ添加部はＳＢＳを被処理水に添加することで酸化剤を中和し、生物膜の形成が遅れることを防止する。

　懸濁質除去装置１は、濾過部２の下流側に逆浸透膜処理部１１、電気透析部（不図示）、または蒸発器（不図示）などを備えていてもよい。逆浸透膜処理部１１は、例えば、複数の逆浸透膜エレメントを容器内に有する逆浸透膜処理装置である。逆浸透膜処理装置は、濾過部２を通過した被処理水（濾液）を逆浸透膜（ＲＯ膜）によってイオンや塩類などを含む濃縮水と、淡水とに分けることができる。

　懸濁質除去装置１は、図２に示すような濾過層２ａを逆洗浄するための逆洗手段を備えていることが好ましい。図２は逆洗手段の構成を説明するための図である。逆洗手段は、洗浄液供給部１２、および逆洗浄制御部１３を備えている。濾過部２は、第３開口部２ｄ、第４開口部２ｅを有している。第４開口部２ｅは、濾過層２ａの一方の側に設けられている。第３開口部２ｄは濾過層の他方の側に設けられている。第３開口部２ｄおよび第４開口部２ｅは洗浄液の流出入口である。第３開口部２ｄには、第３流路１４が接続されている。第４開口部２ｅには、第４流路１８が接続されている。

　洗浄液供給部１２は、濾過部２の他方の側に洗浄液を供給して、被処理水を通す方向とは逆向きに濾過層２ａに洗浄液を通液できる。図２において、洗浄液供給部１２は洗浄液タンク１２ａおよび第３供給手段１２ｂで構成されている。洗浄液供給部１２は、第３流路１４を介して第３開口部２ｄに接続されている。洗浄液タンク１２ａは、洗浄液が貯留される容器である。貯留される洗浄液は、海水（被処理水）または濾過層２ａを通過した一次被処理水である。濾過部２の後段にＲＯ脱塩装置または電気透析装置が設けられた場合、貯留される洗浄液は濾過層２ａで分離された濃縮水（ブライン）などである。第３供給手段１２ｂは、供給速度を調整可能なポンプなどである。第３供給手段１２ｂは、洗浄液タンク１２ａに貯留された洗浄液を、第３流路１４を介して濾過部２に供給できる。

　逆洗浄制御部１３は、固体濾材の展開率を抑制し、凸部が固体濾材の表面に維持されるよう洗浄液の通液速度を制御する。この通液速度は、所望の逆洗浄効果を得られるものである。

　「凸部が固体濾材の表面に維持される」とは、すべての凸部が固体濾材の表面に維持されることに限定されるものではない。予め設定された基準量の凸部を維持できた場合、逆洗浄後の濾過層は逆洗浄前と同等の懸濁質除去能を発揮できる。一部の凸部を維持した場合、逆洗浄後の濾過層は、凸部が完全に剥離した濾過層よりも高い懸濁質除去能を発揮できる。どの程度の凸部を維持すればよいか（基準量）は予備試験などで予め確認しておく。逆洗浄後に濾過層から出た濾液のＳＤＩが逆洗浄前に濾過層から出た濾液のＳＤＩと同等もしくはそれに近い値になる程度に凸部を維持できるとよい。

　「所望の洗浄効果」とは逆洗浄した後に、被処理水を濾過層に通水した際に濾過層の差圧が初期差圧に戻っていることを意味する。上記通液速度で洗浄液を通液して所望の洗浄効果が得られるか否かは予備試験等で予め確認しておく。

　図２において逆洗浄制御部１３は、濾過層の展開率を取得し、所定の展開率以下となるよう洗浄液の通液速度を制御できる。展開率は、砂の粒径、砂の密度、水温等によって実験式から算出することができる。展開率は、濾過部の内部に設けた固体濾材の動きを感知できるセンサで取得してもよい。「展開率」は、洗浄液の流れを受けて固体濾材が洗浄液の流れ方向に移動した際の移動距離の濾過層の長さに対する割合である。洗浄液を通液する前の濾過層の長さをＬ_１、洗浄液を通液した際の濾過層の長さをＬ_２、とした場合、展開率は（Ｌ_２－Ｌ_１）／Ｌ_１×１００の式から算出できる。動力のエネルギー消費を抑えるためには、展開率を０％より大きく３０％未満、好ましくは０％より大きく５％以下とするとよい。

　逆洗手段は、回収部１６および凸部再形成部１７を備えているとよい。
　回収部１６は、逆洗浄することにより生じた逆洗濾液（濾過層を通過した洗浄液）を回収し、貯留できる。回収部１６は、第４流路１８を介して第４開口部２ｅに接続されている。

　凸部再形成部１７は、回収した逆洗濾液を被処理水の通水方向に向けて濾過層に通液できる。凸部再形成部１７は、例えば回収部１６に接続されたポンプである。凸部再形成部１７は、第１流路８を介して濾過部２の第１開口部２ｂに接続されている。

　逆洗浄後、凸部が剥がれて濾過層の懸濁質除去能が低下している場合、固体濾材の表面に凸要素を供給して凸部を形成する必要がある。逆洗濾液には、逆洗浄により剥がれた凸部の凸要素が含まれている。この逆洗濾液を濾過層に通液することで、再度凸要素を固体濾材の表面に付着させて凸部を再形成できる。逆洗浄液を凸部の再形成に利用することで、凸要素の再添加が不要もしくは再添加量を低減できる。これにより、処理コストを抑えられる。

　凸部形成制御部７および逆洗浄制御部１３は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体等から構成されている。そして、各種機能を実現するための一連の処理は、一例として、プログラムの形式で記憶媒体等に記憶されており、このプログラムをＣＰＵがＲＡＭ等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、各種機能が実現される。なお、プログラムは、ＲＯＭやその他の記憶媒体に予めインストールしておく形態や、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶された状態で提供される形態、有線又は無線による通信手段を介して配信される形態等が適用されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記憶媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、半導体メモリ等である。

　次に、本実施形態に係る懸濁質除去方法について説明する。本実施形態に係る懸濁質除去方法は、以下の（Ｓ１）から（Ｓ６）の工程を備えている。
（Ｓ１）凸部を付与する工程
（Ｓ２）凸部が付与されているか否かを判定する工程
（Ｓ３）凸要素の供給量を凸部付与時よりも低減する工程
（Ｓ４）凸部が形成されている固体濾材を有する濾過層に、懸濁質を含む被処理水を通水する工程
（Ｓ５）生物膜を形成する工程
（Ｓ６）濾過層を逆洗浄する工程

　凸部を付与する工程（Ｓ１）では、濾過層２ａに凸要素を供給して、固体濾材の表面に凸部を付与する。

　凸要素は、塩化鉄、硫酸鉄、ポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）、硫酸アルミニウム、鉱物、高分子ポリマー（カチオン系高分子ポリマー、アニオン系高分子ポリマー、およびノニオン系高分子ポリマー）および無機顔料などである。鉱物は、例えばカオリンである。カチオン系高分子ポリマーは、ポリアクリル酸エステル系、ポリメタクリル酸エステル系およびポリアクリルアミド系が適している。アニオン系高分子ポリマーは、ポリアクリルアミド系、ポリアクリル酸系が好適である。ノニオン系高分子ポリマーは、ポリアクリル酸エステル系、ポリメタクリル酸エステル系、およびポリアクリルアミド系が好適である。無機顔料は、例えば炭酸カルシウム、タルク、および酸化チタンである。

　凸要素は、それ自身が固体濾材の表面に付着して凸部となる、または、水中の粒子と固体濾材とを接着するものである。例えば、塩化鉄は水中で水酸化鉄となり、水酸化鉄の微小フロックが固体濾材の表面に付着して凸部となる。微小フロックには水中の微粒子が巻き込まれていてもよい。例えば、カオリンは固体濾材の表面に物理的に付着して凸部となる。例えば、高分子ポリマーは水中に含まれる粒子が固体濾材に付着するための接着剤として作用し、粒子とともに固体濾材の表面に付着して凸部となる。

　濾過層に供給する凸要素は、１種類または２種類以上であってもよい。例えば、カオリンと高分子ポリマーを濾過層に供給すると、カオリンが固体濾材の表面に物理的に付着するとともに、水中に含まれる粒子およびカオリンが高分子ポリマーの接着剤作用により固体濾材の表面に付着して凸部となる。

　凸要素は、粉末または微粒子を含む懸濁液であってよい。本実施形態では、凸要素を、凸要素を含む溶液（凸部形成液）の状態で供給する。凸部形成液の溶媒は、工業用水、海水、清水などである。凸要素が高分子ポリマーの場合、凸部形成液は、粒子を含む溶液（例えば海水）で調整されるとよい。

　凸部形成液中の凸要素の濃度は、濾過層２ａを通過する際に所定量の凸要素が供給されるよう設定する。凸要素の供給量は、凸要素の種類および被処理水の成分などに応じて適宜設定され得る。

　凸部の付与は、凸部形成液を濾過層２ａの一方の側から他方の側へと通液することで行う。これにより固体濾材の表面に凸部が付与される。凸部形成液の濾過速度は、被処理水の濾過速度と同じにするとよい。濾過速度の調整は、第１供給手段３ｂまたは第２供給手段４ｂで行うことができる。第１供給手段３ｂで濾過速度を調整する場合、凸部を付与する工程（Ｓ１）と並行して被処理水を濾過層２ａに通水する。

　次に、固体濾材の表面に凸部が付与されているか否かを判定する（Ｓ２）。固体濾材の表面に凸部が付与されているか否かは、予め設定された基準に基づいて判定する。本実施形態では、濾過層２ａから出た濾液の水質を検査し、得られた検査値によって予め設定された基準を満たす凸部が付与されているか否かを判定する。以降、凸部が付与されている、凸部が付与されていないと略称する。

　水質の検査は、ＳＤＩ計測器、濁度計、ＴＯＣ計、ＳＳ計、ＵＶ計、およびＣＯＤ計などで行う。閾値は検査方法に応じて設定する。例えば、検査方法がＳＤＩである場合、閾値はＳＤＩ＜４などとすることができる。

　濾液の検査値が予め設定された閾値以下である場合に、固体濾材の表面に凸部が付与されていると判定して凸要素の供給量を凸部付与時よりも低減する（Ｓ３）。凸要素の供給量をどの程度まで低減するかは、凸要素の種類に応じて適宜設定され得る。供給量に応じて凝集効果を得られる凸用途を使用する場合、低減後の凸要素の供給量は、被処理水に添加されても凝集効果が期待できない程度の量である。例えば、凸要素が塩化鉄である場合には、濾過層２ａを通過させる溶液量に対し鉄（Ｆｅ）として０．５ｐｐｍ未満となる程度まで低減する。（Ｓ３）工程では、凸要素の供給を停止して、凸要素の供給量を０にしてもよい。

　懸濁質を含む被処理水の濾過層２ａへの通水（Ｓ４）は、凸要素の供給量を低減した（または停止した）状態で行う。このとき濾過層２ａに充填された固体濾材の表面には凸部が付与されている。

　生物膜を形成する工程（Ｓ５）では、濾過層２ａに微生物を含む溶液を供給する。微生物を含む溶液を濾過層２ａの一方の側から他方の側へと通液すると固体濾材の表面に生物膜が形成される。被処理水に微生物が含まれていれば、被処理水を濾過層２ａに供給してもよい。その場合、被処理水を濾過層２ａに通水している間、生物膜を形成する工程（Ｓ５）を実施していることになる。被処理水を濾過層２ａに通水すると、被処理水に含まれる懸濁質が凸部に付着し、それ自身が有効な凸部となり得る。

　被処理水に塩素（Ｃｌ）が含まれている場合、被処理水にＳＢＳを添加した後、濾過層２ａに通水するとよい。ＳＢＳの添加量は、残留塩素量に応じて決定する。ＳＢＳは、酸化還元電位（ＯＲＰ）が所定値となるように添加するとよい。例えば、ＯＲＰが２００ｍＶ以下となるようＳＢＳを添加する。これにより、生物膜形成の阻害要因を排除できる。

　本実施形態において、凸部を付与する工程（Ｓ１）は、懸濁質除去の初期工程または、一旦固体濾材の表面に付与した凸部が処理の途中で剥れた場合、被処理水の成分が変動し濾液の水質が悪化した場合などに実施できる。水質の検査は、濾過層２ａに凸要素または被処理水などの溶液を通液している間、継続的に実施する。

　濾液の検査値が予め設定された閾値を超えた場合には、固体濾材の表面に凸部が形成されていないと判定して凸部が付与される量の凸要素を濾過層２ａに供給する。濾液の検査値が予め設定された閾値以下である場合に、固体濾材の表面に凸部が付与されていると判定して凸要素の供給量を凸部付与時よりも低減する。

　固体濾材が充填された濾過層に凸要素を供給すると、凸要素が固体濾材に接触し、固体濾材の表面に凸部が付与される。被処理水から懸濁質を除去する際に、初期段階で濾過層に凸要素を通液することにより、短時間で固体濾材の表面に凸部を付与できる。

　凸部が付与された固体濾材が充填されてなる濾過層は、被処理水から懸濁質を除去する工程の開始初期から高い除去率で安定的に懸濁質を除去できる。そのため、従来と比較して懸濁質除去装置の起動時間を短縮できる。また、凸部が付与された固体濾材が充填された濾過層は、０．１μｍ以上１０μｍ以下の懸濁質を捕捉できるため、０．１μｍ以上１０μｍ以下の大きさの懸濁質が多く含まれている被処理水であっても、濾液の水質を向上させることができる。すなわち、被処理水の水質変動への対応が可能となる。３００μｍ以上２５００μｍ以下の固体濾材の表面に凸部が付与されると、さえぎり効果以上の懸濁質除去効果が得られる。

　凸要素の供給量を低減することで、スラッジの生成を抑制できる。これにより濾過層での差圧の上昇が抑制されるため逆洗浄の間隔を延ばすことができ、スラッジの処理設備も必要でなくなる。

　凸要素の供給を停止したとしても、一旦、固体濾材の表面に凸部が付与されていれば、凸部が剥がれ落ちるまで、上記（Ｓ４）の工程における濾液の水質を安定化できる。少ないながらも凸要素の供給を継続すると、凸部の補充ができる。そのため凸部が剥れたとしても濾液の水質を安定に維持できる。また、凸要素の供給を停止した場合には凸要素の使用量を少なくできるため、処理コストを低減できる。

　濾過層に微生物を含む溶液（例えば海水）を供給すると、微生物が固体濾材Ｓに付着し、固体濾材の表面に生物膜ＢＦが形成される。微生物を含む溶液を流し続けると、生物膜ＢＦは先に形成された生物膜ＢＦを核として成長する。生物膜ＢＦは、先に形成された生物膜ＢＦに酸素・栄養が供給されるよう被処理水の流路Ｆを確保しながら成長するため、図３に示すような凸部となると考えられる（Costerton, J.W.; Lewandowski,
Z.; Caldwell, D.E.; Korber, D.R.; Lappin-Scott, H.M. “Microbial Biofilms”,
Annual Reviews of Microbiology 49, pp. 711-745 (1995).参照）。

　本実施形態における凸要素は、微生物以外に由来するものである。凸要素を供給することで生物膜を形成するよりも早く、短時間で固体濾材の表面に凸部を付与できる。そのような固体濾材に微生物を含む溶液を供給すると、微生物は凸部に付着して生物膜を形成し、凸部を核として成長すると考えられる。凸部に付着した生物膜はそれ自身が凸部の一部となる。凸部が大きくなれば、凸部に０．１μｍ以上１０μｍ以下の大きさの懸濁質が付着しやすくなる。本実施形態では、凸要素の供給量を低減した後も生物膜を形成することで凸部を大きくできるため、濾液の水質をより長い間安定にできる。

　被処理水を通水している間濾液の水質検査しているため、濾液の水質が低下した場合に固体濾材の表面に再度凸部を付与できる。凸部が剥れて懸濁質の除去能が低下した場合や、被処理水に含まれる懸濁質量が多くなった場合など、所望の水質が得られるよう付与する凸部の量を調整できるため、濾液の水質をより安定にできる。

　なお、本実施形態の凸部を付与する工程（Ｓ１）、濾過部に固体濾材を充填した後に凸部を付与するが、別の容器内で凸部を付与した固体濾材を、濾過部に充填して濾過層とした場合にも同様の効果を得られる。

　所定時間運転後、もしくは濾過層の差圧が一定値を超えた場合などには、濾過層を逆洗浄する工程（Ｓ６）を実施する。

　濾過層を逆洗浄する工程（Ｓ６）では、被処理水を通す方向とは逆向きに、濾過層に洗浄液を通液する。その際、凸部が固体濾材の表面に維持されるよう洗浄液を濾過層の他方の側に供給する。洗浄液は、所望の洗浄効果を得られる速度であり、且つ、固体濾材の展開率を抑制できるような速度で通液する。

　逆洗浄する工程（Ｓ６）は、洗浄液のみで行い、空気を導入して濾過層を洗浄する空気洗浄は実施しない。空気洗浄は洗浄液を用いた逆洗浄よりも固体濾材の動きを大きくし、濾過層内で固体濾材を混合する洗浄方法である。空気洗浄を実施しないことで、固体濾材の動きを抑制できる。

　濾過層を逆洗浄する工程（Ｓ６）では、例えば、濾過層の展開率を取得し、濾過層の展開率が０％より大きく３０％未満、好ましくは０％より大きく５％以下となるような速度で洗浄液を通液するよう制御するとよい。

　固体濾材の表面に凸部が維持されるよう逆洗浄して濾過層を再生することで、逆洗浄直後から所望の水質基準を満たす濾液を安定に得ることができる。

　なお、濾過層を逆洗浄する工程（Ｓ６）は、上記（Ｓ５）で形成した生物膜を維持するよう実施するとなおよい。「生物膜を維持する」とは、すべての生物膜が維持される必要はなく、予め設定された基準を満たす凸部を構成する生物膜が維持されればよい。例えば、図３の紙面左側にあるような大きさの生物膜が維持されればよく、図３の紙面の一番右側にある２００μｍ程度の生物膜は維持されずにはがれてしまってもよい。

〔第２実施形態〕
　図４は、懸濁質除去装置２１の概略構成図である。懸濁質除去装置２１は、粗粒分離部２２を備えている以外は、第１実施形態と同様の構成である。

　粗粒分離部２２は、被処理水供給部３と濾過部２との間で且つ凸要素供給部４よりも前段に設けられている。粗粒分離部２２は、被処理水に含まれる１０μｍよりも大きな懸濁質を主として分離する。粗粒分離部２２は、砂濾過装置、または浮上分離装置などである。粗粒分離部２２が砂濾過装置の場合、凝集剤を添加することなく被処理水を通水してもよい。粗粒分離部２２が浮上分離装置の場合、被処理水に飽和加圧水を混ぜ、発生させた大量の気泡（マイクロエアー）をＳＳ（汚泥や浮遊物）に付着・浮上させる事で固液分離を行う。

　本実施形態では、被処理水を粗粒分離部２２に通水することで、被処理水から主に１０μｍよりも大きな懸濁質を分離し、一次被処理水とする。その後、一次被処理水を濾過層へと導き、０．１μｍ以上１０μｍ以下の大きさの懸濁質を除去する。

　濾過層２ａへの凸要素の供給は、一次被処理水を濾過層に導くと同時に行うことができる。濾過層２ａへの凸要素の供給は、一次被処理水を濾過層２ａに導く前に行われてもよい。いずれの場合も、第１実施形態に従って、固体濾材の表面に凸部を付与した後、凸要素の供給量を低減（または停止）する。

　本実施形態によれば、被処理水の大粒径の懸濁質の粗取りと、０．１μｍ以上１０μｍ以下の中粒径の懸濁質の除去とを分けることで、濾過層での目詰まり等による差圧の上昇を抑えることができる。それにより、濾過層の濾液の水質を安定化できるとともに、濾過層の逆洗浄の頻度を減らすことができる。

〔第３実施形態〕
　第３実施形態は、懸濁質除去装置が差圧計測部を備えている点が第１実施形態と異なっている。第１実施形態と同様の構成については同じ符号を付し、説明は省略する。

　図５は、本実施形態に係る懸濁質除去装置の概略構成図である。懸濁質除去装置３１は、濾過部２（濾過装置）、被処理水供給部３、凸要素供給部４、水質検査部５、判定部３６、凸部形成制御部３７および差圧計測部３２を備えている。

　差圧計測部３２は、濾過層２ａ（濾過部２）の一方の側（第１開口部側）と他方の側（第２開口部側）との差圧を計測できる。本実施形態において、差圧計測部３２は濾過部２の一方の側と、他方の側とに接続されている。例えば、差圧計測部３２は、水圧計である。水圧計は、濾過部２の一方の側の圧力と他方の側の圧力とを検知し、差圧を計測する。

　判定部３６は、予め設定された基準に基づき、固体濾材の表面に凸部が付与されたか否かを判定できる。本実施形態において判定部３６は、濾過部２の他方の側（第２開口部側）から出た濾液に含まれる凸要素の量を直接的または間接的に計測する凸要素量計測手段を備えている（不図示）。凸要素量計測手段は、凸要素の量を直接的または間接的に計測できるものであればよい。例えば、凸要素が塩化鉄である場合、凸要素量計測手段として鉄濃度をモニターできる水質分析計を用いて凸要素を直接的に計測できる。例えば、凸要素量計測手段としてＳＤＩ測定器を用いると、凸要素を間接的に計測できる。例えば、凸要素がカオリンである場合、凸要素量計測手段として濁度計を用いると凸要素を間接的に計測できる。

　凸要素を間接的に計測する場合には、凸要素量計測手段が水質検査手段を兼ねることもできる。本実施形態において、凸要素量計測手段はＳＤＩ計測器であり、水質検査手段を兼ねている。

　判定部３６は、凸要素量計測手段の計測値が予め設定された閾値以下になった場合に固体濾材の表面に予め設定されて基準を満たす凸部が付与されたと判定できる。判定部３６は、計測値が所定値以下となり、その状態が一定時間維持されたことを確認した場合に固体濾材の表面に予め設定されて基準を満たす凸部が付与されたと判定してもよい。判定部３６は、凸部形成制御部３７に組み込まれていてもよい。

　凸部形成制御部３７は、差圧計測部３２、判定部３６および第２供給手段４ｂに接続されている。凸部形成制御部３７は、差圧計測部３２で計測された差圧が所定値未満となるよう凸要素供給部４からの凸要素の供給量を制御できる。凸部形成制御部３７は、差圧計測部３２で計測された差圧値を受信して、該差圧値が所定値未満に維持されるよう自動的に凸要素供給部４からの凸要素の供給量を制御する。

　凸部形成制御部３７は、判定部３６で凸部が付与されていないと判定された場合に、固体濾材の表面に凸部が付与されるよう凸要素を供給し、判定部３６で凸部が付与されたと判定された場合に凸要素の供給量を低減するよう凸要素供給部４を制御できる。

　水処理装置３１は、濾過部２の下流側に逆浸透膜処理部１１、電気透析部（不図示）、または蒸発器（不図示）などを備えていてもよい。水処理装置３１は、濾過層２ａを逆洗するための逆洗手段を備えていてもよい（不図示）。

　本実施形態に係る懸濁質除去方法は、以下の（Ｓ１１）から（Ｓ１６）の工程を備えている。
（Ｓ１１）凸部を付与する工程
（Ｓ１２）濾過層の一方の側と濾過層の他方の側との差圧を計測する工程
（Ｓ１３）凸要素の供給量を凸部付与時よりも低減する工程
（Ｓ１４）凸部が付与された固体濾材を有する濾過層に、懸濁質を含む被処理水を通水する工程
（Ｓ１５）生物膜を形成する工程
（Ｓ１６）濾過層を逆洗浄する工程

　凸部を付与する工程（Ｓ１１）では、濾過層２ａに凸要素を供給して、固体濾材の表面に凸部を付与する。濾過層２ａに凸要素を供給する手順は第１実施形態と同様である。

　本実施形態では、濾過層２ａに凸要素を供給している際に、濾過層２ａの一方の側と他方の側との差圧を計測する（Ｓ１２）。上記凸部を付与する工程（Ｓ１１）では、（Ｓ１２）で計測した差圧が所定値未満となる範囲で凸要素を濾過層２ａに供給する。計測した差圧が所定値以上になったら、速やかに凸要素の供給を停止する。「所定値」は、濾過部の許容圧力に基づいて設定されてもよく、予備試験などを行い予め設定してもよい。予備試験では、例えば、任意の濃度で凸要素を含む凸部形成液を濾過層に通液し、濾過層の差圧を計測するとともに濾液の水質を検査する。濾液の検査値が所望の値となったときの濾過層の差圧を所定値とすることができる。

　（Ｓ１３）工程では、凸部を付与する工程（Ｓ１１）で濾過層２ａから出た濾液に含まれる凸要素の量を直接的または間接的に計測する。計測した凸要素の量が予め設定された閾値以下になった場合に、固体濾材の表面に凸部が付与されたと判定する。凸部が付与されたと判定された場合、第１実施形態の（Ｓ３）の工程と同様に凸要素の供給量を低減（または停止）する。

　懸濁質を含む被処理水の濾過層２ａへの通水（Ｓ１４）は、第１実施形態の（Ｓ４）の工程と同様に凸要素の供給量を低減した（または停止した）状態で行う。

　懸濁質を含む被処理水を通水する工程（Ｓ１４）では、第１実施形態の工程（Ｓ４）と同様に濾過層から出た濾液の水質を検査するとよい。

　生物膜を形成する工程（Ｓ１５）および濾過層を逆洗浄する工程（Ｓ１６）は第１実施形態の（５）および（Ｓ６）と同様に実施すればよい。

　本実施形態によれば、濾過層の一方の側と他方の側との差圧を計測することで、凸部形成による差圧上昇を確実に抑制できる。

　本実施形態によれば、凸要素を供給した際に出る濾液の凸要素の量を計測することで、凸要素が濾液に出てきていないことを確認できる。それにより、間接的ではあるが固体濾材の表面に凸部が形成されたことを確認できる。

　次に、本発明に到る根拠および作用効果について説明する。

（検討１）
　シミュレーションにより、固体濾材が充填されてなる濾過層に懸濁質を含む被処理水を通水した場合における、濾過層で捕捉される懸濁質の大きさ（捕捉粒子径）と捕捉率との関係について検討した。シミュレーションはブラウン運動による拡散と、さえぎり効果を考慮した濾過における収支式を作成して実施した。流路幅ｄ_０は、互いに接触した３つの固体濾材で囲まれた領域内にある、３つの固体濾材に接する小円の直径に相当する（図６参照）。表面の凹凸により生じる流れの乱れに起因する懸濁質の拡散は考慮していない。固体濾材は球状とし、その粒径は、１００μｍ、３００μｍ（工業的に砂濾過で用いられる砂の最小径）、１２００μｍ（工業的に砂濾過で用いられる砂の最大径）、とした。濾過速度を２５ｍ／ｈ（空塔速度１２．５ｍ／ｈの砂濾過塔の断面空隙率５０％相当）とした。本シミュレーションでは、流路幅ｄ_０は固体濾材粒径と同じとした。

　シミュレーション結果を図７に示す。同図において、横軸が捕捉粒子径（μｍ）、縦軸が捕捉率（％）である。図７によれば、固体濾材は小さいほど、１０μｍ程度大きさの懸濁質の捕捉率が上昇した。しかしながら、工業的に砂濾過で使用される砂の最小径の大きさの固体濾材を用いた場合も０．１μｍから５μｍの大きさの懸濁質をほとんど捕捉できないことが確認された。

　上記（検討１）の結果によれば、固体濾材を用いた濾過では、０．１μｍ以上１０μｍ以下の懸濁質をほとんど除去できていない。この結果から、従来は、同じ固体濾材を用いて濾過した場合であっても、０．１μｍ以上１０μｍ以下の懸濁質を多く含む被処理水ほど、濾液の水質が悪化していたと示唆される。

　以上より、本発明者らは、負荷変動に対応し、濾液の水質を安定させるためには０．１μｍ以上１０μｍ以下の大きさの懸濁質を除去すればよいとの結論を導き出した。従来の固体濾材を用いた濾過において０．１μｍ以上１０μｍ以下の大きさの懸濁質が除去されない理由は以下のように考えられる。

　固体濾材が充填されてなる濾過層に被処理水を通水した際の、被処理水の流れの模式図を図８に示す。同図において、符号Ｓは固体濾材であり、紙面上下方向に延びる線Ｆは被処理水の流線である。濾過層を流れる被処理水は、通常、図８のような層流状態にある。層流状態において、固体濾材の表面に近づくほど、被処理水の流速は小さくなり、固体濾材の表面には流速が略ゼロになる領域（阻止層領域）があることが知られている。

　固体濾材が充填されてなる濾過層に被処理水を通水すると、被処理水に含まれる粗大な懸濁質は、固体濾材の隙間を通過できずに捕捉される。固体濾材の固体濾材の隙間を通過できる大きさの懸濁質であっても、そのうち比較的大きな懸濁質は慣性の法則により層流から外れて固体濾材に衝突して捕捉され得る。被処理水に含まれる懸濁質のうち微細な懸濁質（直径が０．１μｍを下回るコロイド粒子）はブラウン運動による拡散により固体濾材で捕捉され得る。

　一方、被処理水に含まれる懸濁質のうち中程度の大きさの懸濁質（直径が０．１μｍ以上１０μｍ以下の粒子）は、慣性の法則等では層流から外れることができず、層流にのって濾過層を通過する。

　以上の考えに基づき、中程度の大きさの懸濁質（粒径が０．１μｍ以上１０μｍ以下の粒子）を意図的に層流から外す方法について検討した。

（検討２）
　シミュレーションにより、凸部を付与した固体濾材が充填されてなる濾過層に、懸濁質を含む被処理水を通水した場合における懸濁質の挙動について検討した。シミュレーションは格子ボルツマン法（流体の流れを分子運動論を用いて、懸濁質の動きを運動方程式を用いて解析する方法）で行った。ブラウン運動による拡散は考慮してない。流路幅ｄ_０は固体濾材径相当の６００μｍ、流路長さは１．５ｍｍ、流速は２５ｍ／ｈ（空塔速度１２．５ｍ／ｈの砂濾過塔の断面空隙率５０％相当）とした。固体濾材表面に高さ６０μｍ、幅６０μｍの凸部があるとし、懸濁質の粒径は、１μｍ（懸濁質Ｓ１）、５μｍ（懸濁質Ｓ２）とした。懸濁質の大きさと凸部の大きさ、流路幅からさえぎり効果はない条件となっている。

シミュレーション結果を図９から図１１に示す。図９から図１１において紙面縦方向が流路幅ｄ_０であり、被処理水は紙面左から右へ向けて流れる。図９は、懸濁質の流れを示す図である。図１０は被処理水の通水初期、図１１は被処理水の通水後期における凸部の様子を示す図である。

　図９によれば、凸部Ｃがあることにより懸濁質Ｍの流れ方向にミクロな変化が生じていることが確認できた。これにより、中程度の大きさの懸濁質が層流からはずれ、該外れた中程度の大きさの懸濁質が阻止領域に入り込みやすくなり、中程度の大きさの懸濁質の捕捉率を上げられることが確認された。

　図１０および図１１によれば、表面に凸部が形成された固体濾材が充填されてなる濾過層に被処理水を通水すると、凸部Ｃに懸濁質Ｍが付着することが確認された。懸濁質Ｍが付着する位置は、被処理水の通水方向上流側を向く角部であった。通水初期（図１０）に懸濁質が凸部に付着し、通水後期（図１１）には通水初期に凸部に付着した懸濁質を核として他の懸濁質が付着し、凸部が成長することが確認された。

　図示しないが、表面に凸部が形成されていない固体濾材が充填された濾過層に被処理水を通水しても、固体濾材の表面に懸濁質が付着することはなかった。

　上記（検討２）の結果によれば、濾過層に凸要素を供給して基準量の凸部を付与しておけば、その後凸要素の供給量を低減または停止したとしても、被処理水に含まれる懸濁質が凸部に付着して凸部を成長させられ得ることが示唆される。

（検討３）
　格子ボルツマン法を用いて、海水中の０．４５μｍ（ＳＤＩ測定用フィルタの平均細孔径）から１０μｍの懸濁質が付着するために必要な固体濾材表面の凸部の最小サイズについて検討した。ブラウン運動による拡散は考慮していない。凸部は矩形、固体濾材表面から凸部の最高部までの垂直長さを高さと定義した。懸濁質の粒径は０．４５μｍ、２μｍ、５μｍ、１０μｍとし、それぞれについて計算を行った。流路幅ｄ_０は固体濾材径相当の６００μｍ、流路長さは１２００μｍ、流速は０．００６ｍ／ｓ（空塔速度１０．８ｍ／ｈの砂濾過塔の断面空隙率５０％相当の値）とした。シミュレーション結果を図１２に示す。同図において、横軸が捕捉粒子径（μｍ）、縦軸が凸部の高さ（μｍ）である。

　図１２によれば、凸部のサイズが大きいほど小さな懸濁質を捕捉できた。４μｍの矩体（凸部）を設置することで、１０μｍの懸濁質が除去できた。図１２によれば、０．４５μｍの懸濁質を除去するためには、高さ４０μｍの矩形（凸部）が必要であった。

（検討４）
＜試験Ａ＞
　固体濾材が充填されてなる濾過層に、凸要素を含む凸部形成液を３時間通液して固体濾材の表面に凸部を付与した。その後、凸部形成液の通液を停止し、その状態で濾過層に被処理水を３時間通水した。濾過速度は１０ｍ／ｈとした。

　濾過塔（塔径５ｃｍ）は、アンスラサイト濾過層、砂濾過層、および砂利濾過層の３層構成とした。アンスラサイト濾過層、砂濾過層、および砂利濾過層は被処理水の通水方向上流側から順に並んでいる。アンスラサイト濾過層は、平均粒径７００μｍのアンスラサイトが充填されてなる濾過層である。アンスラサイト濾過層の長さは２００ｍｍである。砂濾過層は、平均粒径４７５μｍの砂が充填されてなる濾過層である。砂濾過層の長さは５００ｍｍである。砂利濾過層は、平均粒径２０００μｍの砂利が充填されてなる濾過層である。砂利濾過層の長さは１００ｍｍである。

　凸要素は、塩化鉄（ＦｅＣｌ_３：和光純薬（株））とした。塩化鉄は、次式（１）のように水中のアルカリ成分と反応して鉄の水酸化物を生成する。この鉄の水酸化物が濾材に付着し、凸部を形成すると考えた。
 
ＦｅＣｌ_３＋３ＨＣＯ_３ ^－＝Ｆｅ（ＯＨ）_３＋３ＣＯ_２＋３Ｃｌ^－・・・（１）
 

　被処理水は海水とした。通水前の海水のＳＤＩは６．１４であった。凸要素を含む凸部形成液を調製し、凸部形成液は被処理水とともに濾過層に通液した。凸部形成液中の凸要素の濃度は、通水量に対してＦｅ濃度が１ｐｐｍとなるようにした。

　被処理水を通水している間、差圧計測器にて濾過層の差圧を計測した。また、濾過層を通過した液体（濾液）のＦｅ濃度およびＳＤＩを継続的に測定した。Ｆｅ濃度は、ＪＩＳ　Ｂ８２２４に記載の２，４，６－トリ－２－ピリジル－１，３，５－トリアジン吸光光度法（略称：ＴＰＴＺ吸光光度法）で測定した。

　ＳＤＩは、直径４７ｍｍ、平均細孔径０．４５μｍのフィルタを用い、２０６ｋＰａにて濾過・採取するのに要した時間より、下記式（２）から求める。
ＳＤＩ_Ｔｍ＝（１－Δｔ_１／Δｔ_２）×１００／Ｔｍ・・・（２）
Δｔ_１：最初に５００ｍｌを、濾過・採取するのに要した時間（秒）
Δｔ_２：Ｔｍ分後に５００ｍｌを、濾過・採取するのに要した時間（秒）
Ｔｍ：ｔ_１濾過・採取開始時間からｔ_２濾過・採取開始時間までの時間（通常は１５分）

　ＳＤＩ指数の上限値は６．６７である。ＳＤＩが低下することから、０．４５μｍより大きな懸濁質の粒子の割合が減っていることが示唆される。

＜試験Ｂ＞
　比較として、濾過層に凸部形成液を通液せず、海水のみ通水し、試験Ａと同様に測定を行った。

　図１３に、濾過層の差圧の計測結果を示す。同図において、横軸は経過時間（ｈ）、縦軸が濾過層の差圧（ｋＰａ）である。図１３によれば、試験Ａにおいて、水酸化鉄を含む凸部形成液を通液することにより濾過層の差圧はわずかに上昇したが、凸部形成液の通液を停止した後、差圧の上昇はみられなかった。試験Ｂ（凸部形成液を通液しない場合）では、同時間内において濾過層の差圧にほとんど変化はみられなかった。

図１４に試験Ａおよび試験ＢのＳＤＩの測定結果を示す。同図において、横軸が経過時間（ｈ）、縦軸がＳＤＩ（－）である。

　図１４によれば、試験Ａでは通液２時間から３時間で濾液のＳＤＩは４程度まで低下した。凸部形成液の通液を停止した後も濾液のＳＤＩは、４程度を維持できた。

　図１４には示さないが、試験Ａにおいて、通液２時間後には濾液のＦｅ濃度は１μｇ／Ｌ（検出下限）に達した。これにより、凸部形成液に含まれる鉄の水酸化物が濾過層に留まっていることがわかる。凸部形成液の通液を停止した後、濾液のＦｅ濃度は１μｇ／Ｌを維持していた。これにより、濾過層に留まっている鉄の水酸化物が、その後の通水で剥れていないことを確認できた。

　被処理水に対してＦｅ濃度が１ｐｐｍとなるよう凸部形成液を３時間通液すれば、濾液の水質を安定にするために必要な凸部を固体濾材の表面に付与できることが確認された。濾過層から鉄の水酸化物が抜けない限り、懸濁質の除去能を維持できると考えられる。

　図１４によれば、試験Ｂのように凸部形成液を通液せずに、被処理水のみを通水した場合、濾液のＳＤＩは５．２１と高いままであった。試験Ｂでは、主にさえぎり効果とブラウン運動による拡散により懸濁質は除去されるが、中程度（０．１μｍから１０μｍ）の懸濁質が除去できていないためＳＤＩが十分下がらなかったと考えられる。ＳＤＩが高止まりしした原因は、中程度の懸濁質が除去できていないためと考えられる。

　本検討の結果によれば、濾過層に凸部形成液を通液した後、２時間から３時間で速やかに濾液の水質を改善できる。凸部形成液の通液を停止した後も濾液の水質は安定していた。

　通常の凝集剤を使用した砂濾過では、凝集剤を連続添加する。凝集剤および被処理水中に含まれる懸濁質により形成される汚泥によって濾過層が目詰まりを起こすため、濾過を継続するに従い差圧が上昇する。そのため、一般に空気洗浄（空気バブリングによる濾材同士の衝突による洗浄）と濾過層の展開率が３０％となるような洗浄速度で濾過層を洗浄する必要がある。一方、凸部形成液を注入し固体濾材表面に凸をつける本濾過方法では、被処理水中に含まれる懸濁質を捕捉するだけなので、差圧が上昇せず、固体濾材層の洗浄頻度を低減させることができる。

（検討５）
　粗粒分離部（塔径５ｃｍ）および濾過部（塔径５ｃｍ）を備えた懸濁質除去装置を用いて、懸濁質除去試験を実施した。

　粗粒分離部は、砂濾過装置とした。砂濾過装置は、平均粒径３５０μｍの砂が充填されてなる砂濾過層（長さ１２００ｍｍ）と、平均粒径２０００μｍの砂利が充填されてなる砂利濾過層（長さ１００ｍｍ）とを有する。砂濾過層は砂利濾過層よりも被処理水の通水方向上流側にある。

　濾過部は濾過層を有する。濾過層は、平均粒径７００μｍのアンスラサイトが充填されてなるアンスラサイト濾過層（長さ２００ｍｍ）と、平均粒径３５０μｍの砂が充填されてなる砂濾過層（長さ１０００ｍｍ）と、平均粒径２０００μｍの砂利が充填されてなる砂利濾過層（長さ１００ｍｍ）とで構成されている。被処理水の通水方向上流側から、アンスラサイト濾過層、砂濾過層および砂利濾過層の順に配置されている。

　被処理水供給部により、粗粒分離部に被処理水を通水した。次いで粗粒分離部から出た濾液（一次処理水）を濾過部に通水した。濾過部に入る前の一次処理水に凸部形成液を添加し、凸部形成液の通液と一次処理水の通水とを同時に実施した。通液開始後３時間で凸形成液の通液を停止した。凸形成液の通液を停止した後も、一次被処理水の通水を３時間続けた。

　被処理水、一次処理水を通水している間、差圧計測器にて粗粒分離部および濾過部の差圧を計測した。また、濾過部を通過した液体（濾液）のＳＤＩを継続的に測定した。濾過速度は１０ｍ／ｈとした。

　凸要素は、塩化鉄（ＦｅＣｌ_３）とし、一次処理水に対してＦｅ濃度が１ｐｐｍとなるよう凸部形成液を供給した。通水前の海水のＳＤＩは６．２８である。

　図１５に、粗粒分離部および濾過部（濾過層）の差圧の計測結果を示す。同図において、横軸が経過時間（ｈ）、縦軸が差圧（ｋＰａ）である。図１５によれば、被処理水を通水している間、粗粒分離部において濾過部の差圧にほとんど変化はみられなかった。図１５によれば、凸部形成液を通液している間、濾過部の差圧はわずかに上昇したが、凸部形成液の通液を停止した後で一次処理水のみを通水している間に差圧の上昇はみられなかった。

　図１６に、濾過部から出た濾液のＳＤＩの測定結果を示す。同図において、横軸が経過時間（ｈ）、縦軸がＳＤＩ（－）である。図１６によれば、通水前の海水のＳＤＩは、６以上であったが、凸部形成液を２時間から３時間通液すると、濾過部の濾液のＳＤＩは４未満まで低下した。濾過部の濾液のＳＤＩは、凸部形成液の通液を停止した後も４未満を維持できた。ＲＯ（逆浸透）膜への供給水に必要な濁質濃度の基準は一般にＳＤＩ＜４であり、通液２時間から３時間の濾液はこの水質基準を満たしていた。

　検討１から検討３の結果によれば、粗粒分離部では主に０．１μｍよりも小さい懸濁質、および１０μｍよりも大きな懸濁質が主に捕捉されると考えられる。粗粒が除かれた一次処理水を濾過部（濾過層）に通水してＳＩＤが低下していることから、濾過層では０．１μｍ以上１０μｍ以下の中程度の大きさの懸濁質が捕捉されていると考えられる。

（検討６）
　粗粒分離部（塔径５ｃｍ）および濾過部（塔径５ｃｍ）を備えた懸濁質除去装置を用いて、懸濁質除去試験を実施した。粗粒分離部は、砂濾過装置とした。砂濾過装置は、平均粒径３５０μｍの砂が充填されてなる砂濾過層（長さ８００ｍｍ）と、平均粒径２０００μｍの砂利が充填されてなる砂利濾過層（長さ１００ｍｍ）とを有する。砂濾過層は砂利濾過層よりも被処理水の通水方向上流側にある。

　濾過部は濾過層を有する。濾過層は、平均粒径７００μｍのアンスラサイトが充填されてなるアンスラサイト濾過層（長さ２００ｍｍ）と、平均粒径３５０μｍの砂が充填されてなる砂濾過層（長さ６００ｍｍ）と、平均粒径２０００μｍの砂利が充填されてなる砂利濾過層（長さ１００ｍｍ）とで構成されている。被処理水の通水方向上流側から、アンスラサイト濾過層、砂濾過層および砂利濾過層の順に配置されている。

　被処理水供給部により、粗粒分離部に被処理水を通水した。次いで粗粒分離部から出た濾液（一次処理水）を濾過部に通水した。濾過部に入る前の一次処理水に凸部形成液を添加し、凸部形成液の通液と一次処理水の通水とを同時に実施した。通液開始後３時間で凸形成液の通液を停止した。凸形成液の通液を停止した後も、一次処理水の通水を３時間続けた。

　被処理水、一次処理水を通水している間、差圧計測器にて粗粒分離部および濾過部の差圧を計測した。また、濾過部を通過した液体（濾液）のＳＤＩを継続的に測定した。濾過速度は１０ｍ／ｈとした。

　凸要素は、カオリンとした。カオリンは、平均粒径１０μｍから１５μｍの粉末を用いた（竹原化学工業社製）。一次処理水に対してカオリン濃度が２ｐｐｍとなるよう凸部形成液を供給した。通水前の海水のＳＤＩは５．２である。

　図１７に、粗粒分離部および濾過部（濾過層）の差圧の計測結果を示す。同図において、横軸が経過時間（ｈ）、縦軸が差圧（ｋＰａ）である。図１７によれば、被処理水を通水している間、粗粒分離部および濾過部の差圧にほとんど変化はみられなかった。

　図１８に、濾過部から出た濾液のＳＤＩの測定結果を示す。同図において、横軸が経過時間（ｈ）、縦軸がＳＤＩ（－）である。図１８によれば、濾過層に凸部形成液を通液した後、濾液のＳＤＩは速やかに４を下回った。カオリンが捕捉され凸部となり、その凸部により中程度の大きさの懸濁質が除去されていると考えられる。この時、粗粒分離部、および濾過部の差圧の上昇が小さいことを確認した。

　濾過塔の性能を表す指標としてＬ／Ｄが用いられる。Ｌ／Ｄとは、層厚Ｌを粒径Ｄで除したものである。Ｌ／Ｄは、単位濾過面積当たりの濾材総面積に比例する値であり、同値が大きい程単位濾過面積当たりの濾材表面積が大きいことになる。本試験装置のＬ／Ｄは４３８５であった。カオリンの投入量からＬを算出、粒径として１２．５μｍ（平均粒径の算術平均）を用いてＬ／Ｄを算出すると０．４であった。このことから、表面積を上げることなくＳＤＩ＜４を満たすことができることが分かった。

（検討７）
　凸要素として高分子ポリマーを含む凸部形成液を一次処理水に供給し、上記（検討６）と同様に濾過部の差圧、濾過部の濾液のＳＤＩを測定した。濾過速度は１０ｍ／ｈとした。

　固体濾材および濾過層は、上記（検討６）と同様である。高分子ポリマーは、ハイモ株式会社製のハイモロックＱ７０７（ポリアミド系、分子量（推定）＝７万、比重＝１．１５）を用いた。一次処理水に対して高分子ポリマー濃度が０．５ｐｐｍとなるよう凸部形成液を供給した。被処理水は海水である。通水前の海水のＳＤＩは５．２であった。

　図１９に、粗粒分離部および濾過部（濾過層）の差圧の計測結果を示す。同図において、横軸は経過時間（ｈ）、縦軸が濾過層の差圧（ｋＰａ）である。図１９によれば、被処理水を通水している間、粗粒分離部および濾過部の差圧にほとんど変化はみられなかった。

　図１８に、濾過部から出た濾液のＳＤＩの測定結果を示す。図１８によれば、海水のＳＤＩは、５．２であったが、凸部形成液を２時間から３時間通液すると、濾過部の濾液のＳＤＩは４未満に低下した。濾過部の濾液のＳＤＩは、凸部形成液の通液を停止した後も４未満を維持できた。高分子ポリマーが海水中の懸濁質を利用し、固体濾材表面に凸部を形成したことでＳＤＩが低減されたと考えられた。この時、粗粒分離部、および濾過部の差圧の上昇が小さいことを確認した。

（検討８）
　凸要素としてカオリンおよび高分子ポリマーを含む凸部形成液を一次処理水に供給し、上記（検討６）と同様に濾過部の差圧、濾過部の濾液のＳＤＩを測定した。濾過速度は１０ｍ／ｈとした。

　固体濾材および濾過層は、上記（検討６）と同様である。カオリンは、平均粒径１０μｍから１５μｍの粉末を用いた（竹原化学工業社製）。高分子ポリマーは、ハイモ株式会社製のハイモロックＱ７０７（ポリアミド系、分子量（推定）＝７万、比重＝１．１５）を用いた。一次処理水に対してカオリンが２ｐｐｍ、高分子ポリマーが０．５ｐｐｍとなるよう凸部形成液を供給した。被処理水は海水である。通水前の海水のＳＤＩは５．６であった。

　図２０に、粗粒分離部および濾過部（濾過層）の差圧の計測結果を示す。同図において、横軸は経過時間（ｈ）、縦軸が濾過層の差圧（ｋＰａ）である。図２０によれば、被処理水を通水している間、粗粒分離部において濾過部の差圧にほとんど変化はみられなかった。図２０によれば、凸部形成液を通液している間、濾過部の差圧は上昇せず、凸部形成液の通液を停止した後も、濾過部の差圧は上昇しなかった。

　図１８に、濾過部から出た濾液のＳＤＩの測定結果を示す。図１８によれば、通水前の海水のＳＤＩは、５．６以上であったが、凸部形成液を２時間から３時間通液すると、濾過部の濾液のＳＤＩは４未満に低下した。濾過部の濾液のＳＤＩは、凸部形成液の通液を停止した後も４未満を維持できた。カオリン、および高分子ポリマーにより、固体濾材表面に凸部が形成されたことでＳＤＩが低減されたと考えられる。

（検討９）
　固体濾材が充填されてなる濾過層に、濾過速度一定で一次濾過した海水を通水し濾過を実施した。その後、４８時間ごとに濾過方向とは反対方向から所定の速度の濾過水を１０分間通水した。濾過速度は１２ｍ／ｈとした。洗浄速度は２０ｍ／ｈとした。

　濾過塔（塔径３０ｃｍ）は、砂濾過層の１層構成とした。砂濾過層は、平均粒径４５０μｍの砂が充填されてなる濾過層である。砂濾過層の長さは６００ｍｍである。

　図２１に洗浄速度と展開率との関係を計算した結果を示す。同図において、横軸が洗浄（ｍ／ｈ）、縦軸が展開率（％）である。図２１によると、平均粒径を４５０μｍ、温度２５℃、塩濃度＝３５ｇ／ｋｇとした場合、本試験の濾過層では、２０ｍ／ｈの洗浄速度で洗浄を行うと砂の展開率が３％程になった。４０ｍ／ｈ以上で洗浄すると、凝集剤を使用した砂濾過層で一般的に用いられる３０％の展開率になった。

　一次濾過した海水を通水している間、差圧計にて濾過層の差圧を計測した。また、洗浄終了３０分後のＳＤＩと、次の洗浄を行う直前のＳＤＩを計測した。

　比較として、洗浄速度を所定の速度に変更し、洗浄速度による差圧への影響、および洗浄終了後のＳＤＩへの影響を検証した。本試験では、展開率（洗浄速度）を、展開率０％（１５ｍ／ｈ）、展開率３．３％（２０ｍ／ｈ）、展開率１５％（３０ｍ／ｈ）、展開率２６％（４０ｍ／ｈ）とした。

　図２２および図２３に洗浄速度と差圧の関係を示す。図２２は、洗浄速度２０ｍ／ｈで洗浄を行った場合（試験Ａ）の図である。図２３は、洗浄速度を２０ｍ／ｈ、１５ｍ／ｈ、３０ｍ／ｈ、４０ｍ／ｈで洗浄を行った場合（試験Ｂ）の図である。図２２および図２３において、横軸は検討実施日、縦軸は濾過層の差圧である。濾過塔の初期差圧はともに５ｋＰａである。本試験Ａ、Ｂで設定した洗浄速度で洗浄した場合、すべての洗浄速度で洗浄後の差圧が初期差圧と同じ５ｋＰａになった。濾過により、懸濁質が捕捉され差圧が上昇するが、洗浄により差圧を上昇させた懸濁質が剥がされ、差圧が元に戻ったことを確認した。

　図２４に、洗浄速度と次の洗浄直前（洗浄後４６ｈｈから４７ｈ）のＳＤＩの関係を示す。同図において、横軸は検討実施日、縦軸は被処理水の濾液のＳＤＩ（－）である。図２４によると、次の洗浄直前にＳＤＩを測定した場合、展開率３．３％（洗浄速度２０ｍ／ｈ）に対して、展開率を０％から２６％（洗浄速度を１５ｍ／ｈから４０ｍ／ｈ）に変更した場合でもＳＤＩに差は見られなかった。洗浄速度が濾液のＳＤＩに影響を与えないことを確認した。

　図２５に、洗浄速度と洗浄３０分後のＳＤＩの関係を示す。同図において、横軸は検討実施日（時間）、縦軸は被処理水の濾液のＳＤＩ（－）である。洗浄３０分後の水質に関して、展開率０％（洗浄速度１５ｍ／ｈ）で実施した場合は、展開率３．３％（洗浄速度２０ｍ／ｈ）で実施した場合よりもＳＤＩが高くなっている。洗浄後のＳＤＩの低減は、展開率３．３％（洗浄速度が２０ｍ／ｈ）の方が早いことが確認できた。洗浄後の立ち上がり時間を短縮するためには、濾過砂が展開する２０ｍ／ｈの逆洗が望ましいと考えられる。

　凝集剤を用いた砂濾過では、砂濾材に付着した凝集剤由来の汚泥を剥離させるために空気洗浄および３０％程の展開率となる洗浄速度で激しく洗浄する。

　本試験結果より、展開率を抑えた緩やかな洗浄でも、洗浄効果を得られることが分かった。空気洗浄を行い、濾過層の展開率を大きくし、固体濾材層に形成された生物膜を全て剥離するような激しい洗浄ではなく、空気洗浄を実施せず展開率を低く抑え、生物膜を適度に剥離する洗浄でも洗浄効果を得られることが分かった。

　空気洗浄を実施せず展開率を低く抑えた洗浄により、動力を削減することができると考えられる。

１，２１　懸濁質除去装置
２　濾過部
２ａ　濾過層
２ｂ　第１開口部
２ｃ　第２開口部
３　被処理水供給部
３ａ　被処理水タンク
３ｂ　第１供給手段
４　凸要素供給部
４ａ　凸要素タンク
４ｂ　第２供給手段
５　水質検査部
６　判定部
７　凸部形成制御部（制御部）
８　第１流路
９　第２流路
１０　ＳＢＳ添加部
１１　逆浸透膜処理部
２２　粗粒分離部

Claims (24)

1. 　生物膜を利用した懸濁質除去方法であって、
   　固体濾材が充填されてなる濾過層に、凸要素を供給し前記固体濾材の表面に凸部を付与する工程と、
   　前記固体濾材の表面に予め設定された基準を満たす凸部が付与されているか否かを判定する工程と、
   　凸部が付与されていると判定された場合に前記凸要素の供給量を凸部付与時よりも低減する工程と、
   　前記固体濾材の表面に生物膜を形成する工程と、
   　前記凸要素の供給量が低減された状態で、前記凸部が付与された固体濾材を有する前記濾過層に、懸濁質を含む被処理水を通水する工程と、
   を備えている懸濁質除去方法。
2. 　前記凸要素の供給量を低減する工程において、前記凸要素の供給を停止する請求項１に記載の懸濁質除去方法。
3. 　前記凸部を付与する工程と並行して前記被処理水を前記濾過層に通水する工程を更に備えている請求項１または請求項２に記載の懸濁質除去方法。
4. 　前記濾過層から出た濾液の水質を検査する工程を備え、
   　前記濾液の検査値が予め設定された閾値を超えた場合に、前記固体濾材の表面に予め設定された基準を満たす前記凸部が形成されていないと判定して前記凸部を付与する工程を実施し、前記濾液の検査値が予め設定された閾値以下である場合に、前記固体濾材の表面に予め設定された基準を満たす前記凸部が付与されていると判定して前記凸要素の供給量を凸部付与時よりも低減する請求項１から請求項３のいずれかに記載の懸濁質除去方法。
5. 　前記濾過層の一方の側と前記濾過層の他方の側との差圧を計測する工程を備え、
   　前記凸部を付与する工程において、計測した前記差圧が所定値未満となる範囲で前記凸要素を供給する請求項１から請求項４のいずれかに記載の懸濁質除去方法。
6. 　前記凸部を付与する工程で前記濾過層から出た濾液に含まれる凸要素の量を、直接的または間接的に計測する工程を備え、計測した前記凸要素の量が予め設定された閾値以下になった場合に、前記固体濾材の表面に予め設定された基準を満たす前記凸部が付与されたと判定する請求項１から請求項５のいずれかに記載の懸濁質除去方法。
7. 　前記凸部を付与する工程における前記濾過層への前記凸要素の総供給量をカウントし、カウントした総供給量が予め設定された閾値に達した場合に、前記固体濾材の表面に予め設定された基準を満たす前記凸部が付与されたと判定する請求項１から請求項３のいずれかに記載の懸濁質除去方法。
8. 　前記被処理水を通水する工程において、
   　前記被処理水を粗粒分離部に通水し、前記被処理水に含まれる１０μｍよりも大きな懸濁質を主として分離した一次被処理水とした後、
   　前記一次被処理水を前記濾過層に通水し、０．１μｍ以上１０μｍ以下の大きさの懸濁質を除去する請求項１から請求項７に記載の懸濁質除去方法。
9. 　前記被処理水に亜硫酸水素ナトリウムを添加した後、前記被処理水を前記濾過層に通水する請求項１から請求項８のいずれかに記載の懸濁質除去方法。
10. 　前記凸部の高さを４μｍ以上とする請求項１から請求項９のいずれかに記載の懸濁質除去方法。
11. 　前記固体濾材の平均粒径を３００μｍ以上２５００μｍ以下にする請求項１から請求項１０のいずれかに記載の懸濁質除去方法。
12. 　前記凸要素をカオリンとする請求項１から請求項１１のいずれかに記載の懸濁質除去方法。
13. 　前記凸要素を塩化鉄とする請求項１から請求項１１のいずれかに記載の懸濁質除去方法。
14. 　前記凸要素の供給量を低減する工程において、前記濾過層を通過する溶液中で前記凸要素の含有量が鉄として０．５ｐｐｍ未満となるよう前記凸要素の供給量を低減する請求項１３に記載の懸濁質除去方法。
15. 　前記凸要素を高分子ポリマーとする請求項１から請求項１４のいずれかに記載の懸濁質除去方法。
16. 　前記被処理水を通す方向とは逆向きに、前記凸部が前記固体濾材の表面に維持されるよう前記濾過層に洗浄液を通液して前記濾過層を逆洗浄する工程を含んでいる請求項１から請求項１５のいずれかに記載の懸濁質除去方法。
17. 　前記濾過層を逆洗浄する工程において、前記固体濾材の展開率を抑制して前記凸部が前記固体濾材の表面に維持されるよう前記洗浄液の通液速度を制御する請求項１６に記載の懸濁質除去方法。
18. 　空気を導入することにより前記濾過層を逆洗浄する空気洗浄の工程を経ずに、前記濾過層に前記洗浄液を通液する請求項１７に記載の懸濁質除去方法。
19. 　前記濾過層を逆洗浄する工程において、前記濾過層の展開率を取得し、前記濾過層の展開率を０％より大きく３０％未満にする請求項１６から請求項１８のいずれかに記載の懸濁質除去方法。
20. 　前記逆洗浄することにより生じた逆洗濾液を回収する工程と、
    　前記被処理水を通水する方向に向けて前記逆洗濾液を前記濾過層に通液し、前記固体濾材の表面に凸部を再形成する工程と、
    を含んでいる請求項１６から請求項１９のいずれかに記載の懸濁質除去方法。
21. 　前記被処理水を通す方向とは逆向きに、前記濾過層に洗浄液を通液して前記濾過層を逆洗浄する工程と、
    　前記逆洗浄することにより生じた逆洗濾液を回収する工程と、
    　前記被処理水を通水する方向に向けて前記逆洗濾液を前記濾過層に通液し、前記固体濾材の表面に凸部を再形成する工程と、
    を含んでいる請求項１から請求項１５のいずれかに記載の懸濁質除去方法。
22. 　生物膜を利用した懸濁質除去装置であって、
    　固体濾材が充填されてなる濾過層を有する濾過部と、
    　前記濾過部の一方の側に被処理水を供給して、前記濾過層に前記被処理水を通水する被処理水供給部と、
    　前記濾過部の一方の側に凸要素を供給する凸要素供給部と、
    　前記濾過部の他方の側から出た濾液の水質を検査する水質検査部と、
    　予め設定された基準に基づき、前記固体濾材の表面に凸部が付与されているか否かを判定する判定部と、
    　前記判定部で凸部が形成されていないと判定された場合に、前記固体濾材の表面に凸部が付与されるよう前記濾過部に前記凸要素を供給し、前記判定部で凸部が付与されていると判定された場合に、前記凸部が形成されていないと判定された場合よりも前記凸要素の供給量を低減するよう前記凸要素供給部を制御する制御部と、
    を備えている懸濁質除去装置。
23. 　前記制御部は、前記判定部で凸部が付与されていると判定された場合に、前記凸要素の供給を停止するよう前記凸要素供給部を制御する請求項２２に記載の懸濁質除去装置。
24. 　前記濾過部の上流側に接続され、前記濾過部に通水する前の前記被処理水に亜硫酸水素ナトリウムを添加するＳＢＳ添加部を備えている請求項２２または請求項２３に記載の懸濁質除去装置。

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