JP7426053B1

JP7426053B1 - 生物ろ過装置、水ろ過システム及び水ろ過方法

Info

Publication number: JP7426053B1
Application number: JP2023129264A
Authority: JP
Inventors: 光宏岡本
Original assignee: NIHON SHISETSU CO., LTD
Current assignee: NIHON SHISETSU CO., LTD
Priority date: 2023-08-08
Filing date: 2023-08-08
Publication date: 2024-02-01
Anticipated expiration: 2043-08-08
Also published as: JP2025024896A

Abstract

【課題】水質を維持できる生物ろ過装置、水ろ過システム及び水ろ過方法を提供する。
【解決手段】生物ろ過装置１００は、ろ過材収容容器１０と、ろ過材収容容器１０に収容されたろ過材２０と、被処理水Ｗｉをろ過材収容容器１０に給水する給水管３０と、ろ過材収容容器１０からの処理水Ｗｅを排水する排水管４０と、を備える。ろ過材２０は複数の粒状体を積み重ねた集合体である。給水管３０の給水口３０ａは、集合体の天端２０ｔより上方にある。排水管４０は、天端２０ｔより下方にある。生物ろ過装置１００は、ろ過材収容容器１０内の水位Ｌを天端２０ｔより下方に保持可能である。
【選択図】図２

Description

本発明は、生物ろ過装置、水ろ過システム及び水ろ過方法に関するものである。

従来から、魚介類等の生体を畜養又は陸上養殖する水の水質を維持するため、様々な種類のろ過装置が用いられている。ろ過装置に使用されるろ過材には、時間が経過するにつれて、ろ過材を構成する粒体の内部に形成された空隙に、アンモニア及び亜硝酸塩を分解する微生物が定着していき、生物ろ過機能が上昇していく。その反面、ろ過材の空隙には、生体の排泄物、餌の食べ残し等の有機物を含む汚れが詰まっていくので、物理ろ過機能が低下していく。ろ過材から汚れを取り除く洗浄をすると、物理ろ過機能が復元するが、洗浄によって空隙に定着していた生物相も取り除かれるため、洗浄後に再び生物ろ過の効果を発揮させて水質を維持するには、時間を要していた。

特許第３７６９６８０号公報

そこで、本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであって、水質を維持できる生物ろ過装置、水ろ過システム及び水ろ過方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、以下の構成によって把握される。
（１）本発明の生物ろ過装置は、ろ過材収容容器と、前記ろ過材収容容器に収容されたろ過材と、被処理水を前記ろ過材収容容器に給水する給水管と、前記ろ過材収容容器からの処理水を排水する排水管と、を備え、前記ろ過材は複数の粒状体を積み重ねた集合体であり、前記給水管の給水口は、前記集合体の天端より上方にあり、前記排水管は、前記天端より下方にあり、前記ろ過材収容容器内の水位を前記天端より下方に保持可能である。
（２）上記（１）において、前記排水管は、前記集合体の下端より上方にあってよい。
（３）上記（１）又は（２）において、前記給水口は、上向きに開口している。
（４）上記（１）又は（２）において、前記排水管は、低水位排水管と、中水位排水管と、を有し、前記低水位排水管又は中水位排水管への排水の流れを切り替え可能な開閉弁を備えてよい。
（５）上記（４）において、前記排水管は、前記集合体の天端より上方にある高水位排水管と、を有し、前記高水位排水管への排水の流れを切り替え可能な開閉弁を備え、前記ろ過材収容容器内に空気の噴流を起こすブロアを備えてよい。
（６）上記（１）における生物ろ過装置を備える水ろ過システムは、水槽と、前記水槽の水が循環する環水路環水路を備え、前記環水路は、前記水槽に戻る第１水路と前記生物ろ過装置に向かう第２水路とに分岐していてよい。
（７）上記（１）における生物ろ過装置を用いた水ろ過方法は、前記集合体の一部を前記ろ過材収容容器から取り出す取出工程と、前記ろ過材収容容器に残った前記集合体の残部を洗浄する洗浄工程と、前記集合体の一部を前記ろ過材収容容器に戻して前記残部の上方に積み重ねる戻工程と、を含んでよい。
（８）上記（７）において、前記取出工程と前記洗浄工程との間に、前記残部の天端より上方の水位まで水を満たす差水工程を含んでよい。
（９）上記（５）における生物ろ過装置を用いた水ろ過方法は、前記低水位排水管及び前記中水位排水管を閉鎖して前記高水位排水管を開放した状態で、前記ブロアを起動し、前記ろ過材を攪拌してよい。

本発明によれば、水質を維持できる生物ろ過装置、水ろ過システム及び水ろ過方法を提供できる。

水ろ過システムの全体図である。第１実施形態に係る生物ろ過装置の概略図である。中水位での通常運転時における生物ろ過装置の概略図である。低水位での通常運転時における生物ろ過装置の概略図である。洗浄時における生物ろ過装置の概略図である。洗浄直後における生物ろ過装置の概略図である。第２実施形態に係る生物ろ過装置の給水口の概略図である。図７におけるＡ矢視断面図である。

（第１実施形態）
以下、図面を参照して本発明の第１実施形態について詳細に説明する。
図１は、水ろ過システムＳの全体図である。図２は、第１実施形態に係る生物ろ過装置１００の概略図である。図３は、中水位での通常運転時における生物ろ過装置１００の概略図である。図４は、低水位での通常運転時における生物ろ過装置１００の概略図である。図５は、洗浄時における生物ろ過装置１００の概略図である。図６は、洗浄直後における生物ろ過装置１００の概略図である。
なお、以下では、生物ろ過装置１００を、魚介類等の水生生物を畜養する水ろ過システムＳの環水路Ｃに適用する例を説明する。なお、生物ろ過装置１００は、魚介類等の水生生物を出荷する前に一時的にいけす等で飼育する畜養に限らず、生体を人工的に育て増やす養殖等のための水ろ過システムＳに適用してもよい。なお、通常運転時とは、水ろ過システムＳにより水生生物を飼育している状態であり、生物ろ過装置１００の洗浄時とは区別される概念である。

（水ろ過システム）
図１に示すように、水ろ過システムＳは、水槽２００と、水槽２００の水が循環する環水路Ｃを備えている。水ろ過システムＳは、水槽２００から水槽２００まで一巡する環水路Ｃ内で、矢印で示されている方向に、流水を循環させるものである。なお、環水路Ｃの途中（例えば、水槽２００）では、適宜、蒸発した流水を補うために新水を注水したり、流水の一部を排水したりしてよい。

水ろ過システムＳは、主に、魚介類等の水生生物を飼育する水槽２００と、水槽２００からの排水からアンモニア硝化を行う生物ろ過装置１００と、環水路Ｃ内で流水を循環させる動力を供給する第１ポンプＰと、を備えている。
第１ポンプＰは、環水路Ｃにおける水槽２００の直後に設けられてよく、生物ろ過装置１００の直後に設けられてもよい。

水ろ過システムＳは、適宜、水槽２００からの排水（被ろ過水、飼育水）から粗大な固形物及び懸濁物（ＳＳともいう。）を除去する物理ろ過装置３００を備えていてもよい。物理ろ過装置３００は、生物ろ過装置１００より上流に設けられることが好ましい。

水ろ過システムＳは、適宜、物理ろ過装置３００からの排水を殺菌する殺菌装置４００を備えていてもよい。殺菌装置４００は、例えば、紫外線により殺菌するＵＶ殺菌装置であってよい。殺菌装置４００は、生物ろ過装置１００より上流に設けられることが好ましい。なお、殺菌装置４００は、生物ろ過装置１００より下流に設けられてもよい。

ここで、環水路Ｃは、水槽２００に戻る第１水路Ｃ１と生物ろ過装置１００に向かう第２水路Ｃ２とに分岐していてよい。これにより、環水路Ｃを流れる水槽２００からの被処理水の一部を水槽２００に戻して、残部を生物ろ過装置１００に向かわせることができるので、環水路Ｃを流れる水の流速及び流量を高く維持できるとともに、第１ポンプＰの負荷を軽減できる。

（生物ろ過装置）
第１実施形態に係る生物ろ過装置１００は、ろ過材収容容器１０と、ろ過材収容容器１０に収容されたろ過材２０と、被処理水Ｗｉをろ過材収容容器１０に給水する給水管３０と、ろ過材収容容器１０からの処理水Ｗｅを排水する排水管４０と、を備えている。

ろ過材収容容器１０は、流水による水圧に耐え得る剛性を有するものであり、アクリル製又は塩化ビニル製であってよく、ろ過材２０の汚れ具合等の内部の様子を確認できるようにするために、透明であることが好ましい。

ろ過材収容容器１０の上部は、ろ過材２０に定着した微生物に空気を自然に供給するため、大気に開放されている。言い換えると、ろ過材収容容器１０の上部は、蓋で密閉されていない。これにより、微生物の熟成を促すことができ、ろ過材２０への微生物の定着を促進できる。

ろ過材収容容器１０は、洗浄時における下方から上方に向けた空気の噴流（エアレーション）を通過させるためのブロア１１を有している。ブロア１１は、ろ過材収容容器１０内に空気の噴流を起こす。ブロア１１に接続されたノズル１２は、ろ過材収容容器１０の内側の下部において、上方に向けた状態で設けられている。これにより、ろ過材収容容器１０に流水が満たされた状態で下方から上方に向けた空気の噴流（エアレーション）を発生させることができる。よって、ろ過材収容容器１０の内部に積み重ねられたろ過材２０の集合体をろ過材収容容器１０から取り出すことなくろ過材収容容器１０の内部で洗浄（逆洗）できる。したがって、生物ろ過によって生じてろ過材２０の微細な隙間を閉塞させていた汚泥を、ろ過材２０から取り除くことができ、生物棲息のためのスペースを取り戻して、ろ過材２０による生物ろ過機能を復活させることができる。また、通常運転時にブロア１１による空気の噴流を利用してろ過材２０を攪拌することで、流動床として用いることができ、ろ過材２０への生物膜の形成を促進できる。このように、ブロア１１は、逆洗用にも流動床用にも兼ねることができる。

ろ過材収容容器１０の下部には、ろ過材２０を載置可能にするとともに、洗浄時における下方から上方に向けた空気の噴流を通過させるための目皿１３を有している。目皿１３には、ろ過材２０を通さず、ノズル１２からの空気を通すことが可能な大きさの穴が複数設けられている。これにより、逆洗する際に、ろ過材収容容器１０の内部に積み重ねられたろ過材２０の集合体を満遍なく攪拌でき、ろ過材２０を効果的に洗浄できる。

ろ過材収容容器１０の最下部には、ろ過材収容容器１０内に溜まった被処理水を排水可能なドレン１４が設けられている。これにより、例えば、ろ過材収容容器１０の清掃に用いた水、又は、ろ過材２０の洗浄に用いた水をろ過材収容容器１０内から排水できる。

ろ過材２０は複数の粒状体を積み重ねた集合体である。ろ過材２０を構成する粒状体は、多孔質に形成された弾性体であることが好ましい。ろ過材２０は、例えば、ポリビニルアルコール（以下、「ＰＶＡ」と呼ぶ場合がある。）により形成されるものであり、水中に生育する雑菌類及びＳＳ（ＳｕｓｐｅｎｄｅｄＳｏｌｉｄｓ、水中の粉塵）等の吸着能力が高く、水のろ過機能に優れるものである。なお、ろ過材１は、ポリビニルアルコールを主成分とするものであり、物理ろ過及び硝化細菌等の微生物による生物ろ過を阻害しない範囲で、不純物が含まれてもよい。ろ過材２０は、例えば、３ｃｍ^３から８ｃｍ^３のかさ容積を有する立方体又はシート状体であり、ろ過材２０は、平均気泡径約４５０μｍから１５００μｍの完全連続気泡のセル構造を有し、３０００ｍ^２／ｍ^３から４０００ｍ^２／ｍ^３の比表面積を有し、８０％から９６％の気孔率を有する、ＰＶＡ樹脂製の粒状体である。なお、ろ過材２０の集合体は、取り扱いを簡便にするため、複数の粒状態をネットに入れてまとめた群を複数集めたものであってよい。

ここで、給水口３０ａは、ろ過材２０の集合体の天端２０ｔより上方にある。排水管４０は、ろ過材２０の集合体の天端２０ｔより下方にある。ろ過材収容容器１０内の水位Ｌにおける水頭と排水管４０が設けられた高さ位置（例えば、中水位排水管４０Ｍの設けられた高さ位置）における水頭とは同じになるので、生物ろ過装置１００は、ろ過材収容容器１０内の水位Ｌを天端２０ｔより下方に保持できる。これにより、ろ過材収容容器１０内において、水位Ｌより上方にあるろ過材２０の集合体の上部を、空気に晒した状態で、給水口３０ａから散水された被処理水Ｗｉを受けられる状態にできる。よって、ろ過材２０に空気と被処理水Ｗｉとを豊富に供給することで、ろ過材２０に定着した微生物を活性化できる。よって、生物ろ過装置１００によれば、ろ過材２０の洗浄によって物理ろ過機能を回復できるとともに、生物ろ過機能の回復を早くできるので、水槽２００を含む環水路Ｃを流れる水の水質を維持できる。なお、給水口３０ａは、単一であっても、複数であってもよい。

給水口３０ａは、上向きに開口している。これにより、被処理水Ｗｉを、空気に晒されたろ過材２０の集合体の天端２０ｔの上面に均等にまんべんなく散水できる。よって、ろ過材２０の全体に被処理水Ｗｉ及び空気を満遍なく供給でき、生物ろ過装置１００に効率よく生物ろ過機能を発揮させることができる。

排水管４０（の高さ位置）は、ろ過材２０の集合体の天端２０ｔより下方であって、ろ過材２０の集合体の下端２０ｂより上方にあることが好ましい。これにより、水位Ｌより下方にあるろ過材２０の集合体の下部を、水に浸された状態にできる。よって、微生物の定着が少ない（洗浄直後の）ろ過材２０を集合体における下部に配置して、微生物の定着が多い（洗浄していない）ろ過材２０を集合体における上部に配置した場合に、被処理水Ｗｉの重力方向の流れにより、上部にあるろ過材２０に定着された微生物の一部を下部にあるろ過材２０に移すことができる。よって、微生物の定着が少ない（洗浄直後の）ろ過材２０への微生物の定着を促進できる。したがって、生物ろ過装置１００によれば、ろ過材２０の洗浄によって物理ろ過機能を復帰できるとともに、生物ろ過機能の復帰を早くできるので、水槽２００を含む環水路Ｃを流れる水の水質を維持できる。

排水管４０は、低水位排水管４０Ｌと、中水位排水管４０Ｍと、を有していてよい。そして、排水管４０は、低水位排水管４０Ｌ又は中水位排水管４０Ｍへの排水の流れを切り替え可能な開閉弁４１を備えていてよい。排水管４０は、適宜、高水位排水管４０Ｈを有していてよい。排水管４０は、適宜、高水位排水管４０Ｈへの排水の流れを切り替え可能な開閉弁４１を備えていてよい。

アンモニア態窒素を分解することを優先する場合は、アンモニア態窒素を分解する好気性生物の活性を上げるため、低水位排水管４０Ｌを開いて、低水位での通常運転を行うことが好ましい。硝酸態窒素の脱窒を促進させたい場合は、硝酸態窒素を脱窒する嫌気性生物の活性を上げるため、低水位排水管４０Ｌを閉じて、中水位又は高水位での通常運転を行うことが好ましい。
そして、水槽２００又は生物ろ過装置１００を含む環水路Ｃでの水質（アンモニア態窒素濃度、硝酸態窒素濃度等）をチェックして、その水質に応じて水位Ｌをコントロールしてよい。これにより、効果的に生物ろ過を機能させて、水質を改善できる。

低水位排水管Ｌは、中水位排水管４０Ｍが設けられた高さ位置より下方、好ましくは、目皿１３の位置、すなわち、ろ過材２０の集合体の下端２０ｂより下方に設けられている。

中水位排水管４０Ｍは、天端２０ｔと下端２０ｂとの中間の高さ位置に設けられている。中水位排水管４０Ｍは、好ましくは、天端２０ｔと下端２０ｂとの間を二分する高さ位置に設けられている。

高水位排水管４０Ｈは、天端２０ｔと同等か天端２０ｔより上方かろ過材収容容器１０の上端と同等の高さ位置に設けられている。

開閉弁４１は、それぞれに個別に設けてもよく、三方弁又は切換弁であってもよい。これにより、例えば、水ろ過システムＳの通常運転時は、図３に示すように、中水位排水管４０Ｍを開放して低水位排水管４０Ｌ及び高水位排水管４０Ｈを閉鎖（任意）するように開閉弁４１を操作することで、水位Ｌを集合体の天端２０ｔと下端２０ｂとの中間に維持できる。また、例えば、水ろ過システムＳの通常運転時において、ろ過材２０を完全に空気に晒す場合は、低水位排水管４０Ｌを開放して中水位排水管４０Ｍ及び高水位排水管４０Ｈを閉鎖するように開閉弁４１を操作することで、水位Ｌを集合体の下端２０ｂより下方に維持できる。また、例えば、水ろ過システムＳ（生物ろ過装置１００）の洗浄時は、低水位排水管４０Ｌ及び中水位排水管４０Ｍを閉鎖して高水位排水管４０Ｈを開放するように開閉弁４１を操作することで、水位Ｌを集合体の天端２０ｔと同等かそれより上方に維持できる。

このように、排水管４０は、低水位排水管４０Ｌと、中水位排水管４０Ｍと、を有しているので、水ろ過システムＳを稼働するシーン（通常運転時、洗浄時等）、気温又は水温等の環境に応じて、水位Ｌを調整できる。

また、排水管４０は、低水位排水管４０Ｌと、中水位排水管４０Ｍと、高水位排水管４０Ｈと、を有していると、高水位排水管４０Ｈの高さが集合体の天端２０ｔより上方に位置しているので、低水位排水管４０Ｌ及び中水位排水管４０Ｍを閉鎖するように開閉弁４１を操作することで、水位Ｌを集合体の天端２０ｔより上方に維持できる。言い換えると、低水位排水管４０Ｌ及び中水位排水管４０Ｍを閉鎖するように開閉弁４１を操作することで、水位Ｌを高く維持して集合体を全て水に浸した状態にできる。水位Ｌをこのように高い状態にして、通常運転し（第１ポンプＰによる給水管３０から排水管４０への被処理水Ｗｉの流れを維持したまま）、ブロア１１を駆動してろ過材収容容器１０内に空気の噴流（エアレーション）を起こすと、ろ過材２０をろ過材収容容器１０内の水中で懸濁浮遊させた状態（流動床）にできる。これにより、ろ過材２０に生物膜の形成を促進することができ、ばっ気により常に攪拌されているため、被処理水Ｗｉとの接触効率を高めることができる。よって、生物ろ過装置１００の生物ろ過機能を促進できる。
また、排水管４０は、低水位排水管４０Ｌと、中水位排水管４０Ｍと、高水位排水管４０Ｈと、を有していると、低水位排水管４０Ｌ、中水位排水管４０Ｍ及び高水位排水管４０Ｈを閉鎖するように開閉弁４１を操作して、給水管３０から排水管４０への被処理水Ｗｉの流れを止める（第１ポンプＰを停止する）ことで、水位Ｌを高い状態にして逆洗することができる。

生物ろ過装置１００は、図１及び図２に示すように、ろ過材収容容器１０内の水を、ろ過材収容容器１０の下方から取り出して給水管３０に合流させて循環させる第２ポンプＰ２を備えていることが好ましい。これにより、ろ過材２０を通過させる水量が増えるので、生物ろ過の機能を促進させることができ、第１ポンプＰの負荷を軽減できる。

生物ろ過装置１００は、図２に示すように、ろ過材収容容器１０の上端に着脱自在に設けられて継ぎ足され、ろ過材収容容器１０の高さを嵩上げして容器の側壁の一部となる嵩上げ部１６を有していてよい。これにより、ろ過材収容容器１０にろ過材２０を収容する限界量（限界高さ）を増やすことができ、既存のろ過材２０の上に新たなろ過材２０を積み増すことができ、生物ろ過性能を上げることができる。

（ろ過方法）
次に、生物ろ過装置１００を用いた水ろ過システムSによる被処理水のろ過方法について説明する。

（Ａ１）まず、図１に示すように、水ろ過システムＳの環水路Ｃに、水槽２００及び生物ろ過装置１００を設置する。なお、あらかじめ水槽２００が設置された水ろ過システムＳの環水路Ｃに、生物ろ過装置１００を追加的に設置してもよい。なお、適宜、水ろ過システムＳの環水路Ｃに、物理ろ過装置３００又は／及び殺菌装置４００を設置する。この際、図３に示すように、生物ろ過装置１００において、ろ過材２０の集合体を、目皿１３の上に積み重ねるようにして載せて配置する。ろ過材２０の集合体は、目皿１３の上面の高さと同じとなる下端２０ｂから高水位排水管４０Ｈの高さと略同じとなる天端２０ｔまでの範囲で積み重ねられる。ブロア１１の運転は停止しておく。

（Ａ１１）
ここで、中水位での通常運転時における生物ろ過装置１００では、図３に示すように、低水位排水管４０Ｈを閉鎖し、中水位排水管４０Ｍを開放しておく。高水位排水管４０Ｌの開閉は任意である。ここでは、高水位排水管４０Ｌを開放しておく。

（Ａ１２）
ここで、低水位での通常運転時における生物ろ過装置１００では、図４に示すように、低水位排水管４０Ｌを開放しておく。中水位排水管４０Ｍ及び高水位排水管４０Ｈの開閉は任意である。ここでは、中水位排水管４０Ｍ及び高水位排水管４０Ｈを開放しておく。

（Ａ１３）
ここで、高水位での通常運転時における生物ろ過装置１００では、低水位排水管４０Ｌ及び中水位排水管４０Ｍを閉鎖し、高水位排水管４０Ｈを開放した状態にする。そして、通常運転の際にブロア１１を駆動して、ろ過材２０をエアレーションによるばっ気とともに常に攪拌して流動している状態にする。このように、生物ろ過装置１００を流動床として使用することもできる。

（Ａ２１）続いて、第１ポンプＰを起動して、環水路Ｃに水槽２００からの被処理水Ｗｉを流して循環させる。すると、中水位での通常運転時における生物ろ過装置１００では、図３に示すように、生物ろ過装置１００のろ過材収容容器１０の上部に設けられた給水管３０の給水口３０ａから被処理水Ｗｉが吐出する。給水口３０ａが上方を向いている場合、給水口３０ａから吐出した被処理水Ｗｉは、シャワーのようにろ過材２０の集合体の天端２０ｔに均等に満遍なく降りかかるので好ましい。被処理水Ｗｉは、ろ過材２０に接触することよって物理的作用で不純物をろ過され、生物的作用により魚にとって毒性の高いアンモニア態窒素を分解することで弱毒化されながら、ろ過材２０の集合体の上部から下部に向けて重力方向に流れ、排水管４０に排水される。そして、水位Ｌは、中水位排水管４０Ｍと同程度の高さで安定する。そして、ろ過材２０の集合体の下部は被処理水Ｗｉに浸された状態になり、上部は空気に晒された状態になる。なお、この際、第２ポンプＰ２を駆動して、ろ過材収容容器１０内の水を循環させてもよい。

（Ａ２２）低水位での通常運転時における生物ろ過装置１００では、図４に示すように、中水位での通常運転時生物ろ過装置１００と同様に、ろ過材収容容器１０の上部に設けられた給水管３０の給水口３０ａから被処理水Ｗｉが吐出する。被処理水Ｗｉは、ろ過材２０に接触することよって物理的作用で不純物をろ過され、生物的作用で弱毒化されながら、ろ過材２０の集合体の上部から下部に向けて重力方向に流れ、排水管４０に排水される。そして、水位Ｌは、低水位排水管４０Ｌと同程度の高さで安定する。そして、ろ過材２０の集合体の全部が、空気に晒された状態になる。

（Ａ３）水ろ過システムＳを稼働した状態で所定期間経過した後、生物ろ過装置１００のろ過機能を回復するため、ろ過材２０を洗浄する。
この際、第１ポンプＰを停止する。そして、図５に示すように、低水位排水管４０Ｌ及び中水位排水管４０Ｍを閉鎖しておく。なお、高水位排水管４０Ｈの開閉は任意であるが、ここでは、高水位排水管４０Ｈを閉鎖しておく。
そして、ろ過材２０の集合体の一部Ｂをろ過材収容容器１０から取り出す（取出工程）。具体的には、例えば、ろ過材２０の集合体の全体のおよそ半分を、ろ過材収容容器１０の側面に設けられた取出口１５から取り出す。

（Ａ４）そして、適宜、図５に示すように、ろ過材収容容器１０にろ過材２０の集合体の残部Ａの天端２０ｔより上方の水位Ｌまで水を満たす（差水工程）。この際、

（Ａ５）次に、ろ過材収容容器１０に残った集合体の残部Ａを洗浄する（洗浄工程）。この際、ブロア１１を起動し、ノズル１２から上方に向けてエアを噴出させる。これにより、ろ過材収容容器１０内に噴流を起こせるので、効果的に残部Ａを洗浄できる。

（Ａ６）次に、図６に示すように、先の差水工程で取り出したろ過材２０の集合体の一部Ｂをろ過材収容容器１０に戻して集合体の残部Ａの上方に積み重ねる（戻工程）。

（Ａ７）そして、第１ポンプＰの運転を再開する。すなわち、水ろ過システムＳによる被処理水Ｗｉのろ過を再開する。
中水位での通常運転時における生物ろ過装置１００では、図６に示すように、低水位排水管４０Ｌを閉鎖し、中水位排水管４０Ｍを開放しておく。なお、高水位排水管４０Ｈの開閉は任意であるが、ここでは、高水位排水管４０Ｈを開放しておく。
低水位での通常運転時における生物ろ過装置１００では、図４に示すように、低水位排水管４０Ｌ、中水位排水管４０Ｍ及び高水位排水管４０Ｈを開放しておく。
すると、図６に示すように、生物ろ過装置１００のろ過材収容容器１０の上部に設けられた給水管３０の給水口３０ａから被処理水Ｗｉが吐出する。被処理水Ｗｉは、ろ過材２０に接触することよって物理的作用で不純物をろ過され、生物的作用で弱毒化されながら、ろ過材２０の集合体の上部から下部に向けて重力方向に流れ、排水管４０に排水される。そして、中水位での通常運転時の場合、水位Ｌは、中水位排水管４０Ｍと同程度の高さで安定する。低水位での通常運転時の場合、水位Ｌは、低水位排水管４０Ｌと同程度の高さで安定する。そして、中水位での通常運転時の場合、ろ過材２０の集合体の下部は被処理水Ｗｉに浸された状態になり、上部は空気に晒された状態になる。低水位での通常運転時の場合、ろ過材２０の集合体の全部は空気に晒された状態になる。ここで、ろ過材２０の集合体の残部Ａは洗浄されて、死亡した生物膜等による閉塞が取り除かれて、物理ろ過機能が回復した状態になっている反面、生物ろ過機能が低下した状態になっている。他方、ろ過材２０の集合体の一部Ｂは、洗浄されていないので、物理ろ過機能が低下した状態になっている反面、生物ろ過機能が高く維持された状態になっている。したがって、ろ過材２０の集合体の一部Ｂが残部Ａの上方に位置するので、被処理水Ｗｉの流れにより一部Ｂに定着していた微生物の一部が残部Ａに移り、残部Ａへの微生物の再定着を促進させることができる。また、水位Ｌより上方にあるろ過材２０の集合体の上部を、空気に晒した状態で、給水口３０ａから散水された被処理水Ｗｉを受けられる状態にできる。よって、ろ過材２０に空気と被処理水Ｗｉとを豊富に供給することで、ろ過材２０に定着した微生物を活性化できる。このようにすることで、ろ過材２０の集合体の全体として、物理ろ過機能を回復させることができるとともに、生物ろ過機能の回復を早めることができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る生物ろ過装置１００について詳細に説明する。なお、以下、第１実施形態に係る生物ろ過装置１００と共通する事項については説明を省略する場合がある。
図７は、第２実施形態に係る生物ろ過装置１００の給水管３０の詳細図である。図８は、図７におけるＡ矢視断面図である。

第２実施形態に係る生物ろ過装置１００は、図７では図示を省略しているが、図２に示すように、第１実施形態に係る生物ろ過装置１００と同様に、ろ過材収容容器１０と、ろ過材収容容器１０に収容されたろ過材２０と、被処理水Ｗｉをろ過材収容容器１０に給水する給水管３０と、ろ過材収容容器１０からの処理水Ｗｅを排水する排水管４０と、を備えている。

給水管３０の給水口３０ａは、集合体の天端２０ｔより上方にある。排水管４０は、天端２０ｔより下方にある。生物ろ過装置１００は、ろ過材収容容器１０内の水位Ｌを天端２０ｔより下方に保持できる。

ここで、給水管３０は、図７及び図８に示すように、開口する向きの異なる複数の給水口３０ａを有している。これにより、給水口３０ａから出た水を、集合体の天端２０ｔに満遍なく散水させることができる。

給水口３０ａは、斜め上を含む上向きに開口していてよい。これにより、一つの給水口３０ａから吐出される水が到達できる水平距離を長くすることができ、散水範囲を広げることができる。よって、給水口３０ａから出た水を、集合体の天端２０ｔにより満遍なく散水させることができる。

給水口３０ａは、散水管３２の延在方向に沿って複数設けられてよい。これにより、散水範囲を広げることができる。給水口３０ａは、散水管３２の延在方向に沿って等間隔のように規則的に設けられてよく、給水口３０ａは、散水管３２の延在方向に沿って不規則的な間隔で設けられてよい。給水口３０ａは、散水管３２の延在方向に沿って一列設けられてよく、散水管３２の延在方向に沿って二列以上設けられてもよい。

給水管３０は、支持管３１と、支持管３１に支持されて略水平方向に沿って延びる散水管３２と、を有している。なお、一つの給水管３０に対して、複数の支持管３１及び散水管３２の組を設けてよい。一つの支持管３１に対して、二つの散水管３２を設けることに限らず、一つの散水管３２を設けてよく、三つ以上の複数の散水管３２を設けてもよい。複数の散水管３２を有するものとする場合、それら散水管３２をその延在方向が平行になるように配置してよく、延在方向が異なるように配置してもよい。

散水管３２は、中空のパイプである。散水管３２は、直線状に延びるパイプであってよい。散水管３２の一端は閉塞されており、他端は支持管３１に接続されている。散水管３２には、複数の給水口３２ａが設けられている。

図７に示すように、ここでは、例えば、給水口３０ａは、一つの散水管３２について、散水管３２の延在方向に沿って二列で等間隔で複数設けられている。給水口３０ａの各列同士の成す角は、散水管３２の延在方向に垂直な断面視で軸心ｇを中心として約９０度となっている。

図８に示すように、給水口３２ａは、散水管３２の延在方向に垂直な断面において、軸心（断面の図心を延在方向に繋いだ線）ｇを通る鉛直線Ｇに対して、例えば、４５度傾斜した方向に開口している。これにより、給水口３２ａから吐出した水の飛距離を長くでき、散水範囲を広げることができる。

支持管３１は、散水管３２を回転自在に支持している。これにより、散水管３２に設けられた給水口３０ａの向きを変えることができる。よって、散水された水が集合体の天端２０ｔ上に満遍なく行き渡るように調整できる。支持管３１は、具体的には、例えば、配管の分岐部に使用される、いわゆるチーズと呼ばれる、３箇所の継手部を有するＴ字型の継手であってよい。支持管３１は、その一つ目の継手部を、分岐前の本流の給水管３０と接続している。支持管３１は、二つ目の継手部に、一つのパイプ状の散水管３２を嵌めた状態で支持している。支持管３１は、残りの継手部に、一つのパイプ状の散水管３２を嵌めた状態で支持している。なお、支持管３１と散水管３２とは、テーパ面同士で篏合してもよく、ねじ（適宜、シールねじ、テーパねじ）で篏合してもよい。

散水管３２は、支持管３１に対して回転自在に支持されているので、軸心ｇを中心として（例えば、１８０度）回転させると、図８に示すように、給水口３２ａが開口する向きを、上向き（図８の上方の図）から、下向き（図８の下方の図）に変えることができる。よって、支持管３１に対して回転自在に支持された散水管３２により、集合体の天端２０ｔの広さに応じて散水範囲を調整できる。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明に係る生物ろ過装置、水ろ過システム及び水ろ過方法は上述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変化が可能である。

以上説明したように、実施形態に係る生物ろ過装置１００は、ろ過材収容容器１０と、ろ過材収容容器１０に収容されたろ過材２０と、被処理水Ｗｉをろ過材収容容器１０に給水する給水管３０と、ろ過材収容容器１０からの処理水Ｗｅを排水する排水管４０と、を備えている。ろ過材２０は複数の粒状体を積み重ねた集合体である。給水管３０の給水口３０ａは、集合体の天端２０ｔより上方にある。排水管４０は、天端２０ｔより下方にある。ろ過材収容容器１０内の水位Ｌを天端２０ｔより下方に保持可能である。これにより、ろ過材収容容器１０内において、水位Ｌより上方にあるろ過材２０の集合体の上部を、空気に晒した状態で、給水口３０ａから散水された被処理水Ｗｉを受けられる状態にできる。よって、ろ過材２０に空気と被処理水Ｗｉとを豊富に供給することで、ろ過材２０に定着した微生物を活性化できる。よって、生物ろ過装置１００によれば、ろ過材２０の洗浄によって物理ろ過機能を回復できるとともに、生物ろ過機能の回復を早くできるので、水槽２００を含む環水路Ｃを流れる水の水質を維持できる。

実施形態に係る水ろ過システムＳは、水槽２００と、水槽２００の水が循環する環水路Ｃと、を備えている。環水路Ｃは、水槽２００に戻る第１水路Ｃ１と生物ろ過装置１００に向かう第２水路Ｃ２とに分岐している。これにより、環水路Ｃを流れる水槽２００からの被処理水の一部Ｂを水槽２００に戻して、残部Ａを生物ろ過装置１００に向かわせることができるので、環水路Ｃを流れる水の流速及び流量を高く維持できるとともに、第１ポンプＰの負荷を軽減できる。よって、本水ろ過システムＳにより、水槽２００を含む環水路Ｃを流れる水の水質を維持できる。

実施形態に係るろ過方法は、集合体の一部Ｂをろ過材収容容器１０から取り出す取出工程と、ろ過材収容容器１０に残った集合体の残部Ａを洗浄する洗浄工程と、集合体の一部Ｂをろ過材収容容器１０に戻して残部Ａの上方に積み重ねる戻工程と、を含んでいる。これにより、ろ過材２０の集合体の全体として、物理ろ過機能を回復させることができるとともに、生物ろ過機能の回復を早めることができる。よって、本ろ過方法により、水槽２００を含む環水路Ｃを流れる水の水質を維持できる。

１０ろ過材収容容器
１００生物ろ過装置
１１ブロア
１２ノズル
１３目皿
１４ドレン
２０ろ過材
２００水槽
２０ｂ下端
２０ｔ天端
３０給水管
３１支持管
３２散水管
３００物理ろ過装置
３０ａ給水口
４０排水管
４００殺菌装置
４０Ｈ高水位排水管
４０Ｍ中水位排水管
４０Ｌ低水位排水管
４１開閉弁
Ｃ環水路
Ｃ１第１水路
Ｃ２第２水路
Ｌ水位
Ｐ第１ポンプ
Ｐ２第２ポンプ
Ｓ水ろ過システム
Ｗｅ処理水
Ｗｉ被処理水
ｇ軸心
Ｇ鉛直線

Claims

ろ過材収容容器と、前記ろ過材収容容器に収容されたろ過材と、被処理水を前記ろ過材
収容容器に給水する給水管と、前記ろ過材収容容器からの処理水を排水する排水管と、を
備え、
前記ろ過材は複数の粒状体を積み重ねた集合体であり、
前記給水管の給水口は、前記集合体の天端より上方にあり、
前記排水管は、前記天端より下方にあり、
前記ろ過材収容容器内の水位を前記天端より下方に保持可能であり、
前記排水管は、前記集合体の下端より上方にあり、
前記給水口は、上向きに開口し、
前記排水管は、前記下端より下方に設けられた低水位排水管と、前記天端と前記下端との中間の高さ位置に設けられた中水位排水管と、前記天端より上方にある高水位排水管とを有し、
前記低水位排水管、前記中水位排水管又は前記高水位排水管への排水の流れを切り替え可能な開閉弁を備え、
前記ろ過材収容容器内に空気の噴流を起こすブロアを備え、
前記給水口は、開口する向きの異なる複数の前記給水口を有する
生物ろ過装置。
前記給水口は、斜め上を含む上向きに開口する
請求項１に記載の生物ろ過装置。
前記給水管は、支持管と、前記支持管に支持されて略水平方向に沿って延びる散水管と、を有し、
前記給水口は、前記散水管の延在方向に沿って複数設けられる
請求項１又は請求項２に記載の生物ろ過装置。
前記支持管は、前記散水管を回転自在に支持する
請求項３に記載の生物ろ過装置。
水槽と、前記水槽の水が循環する環水路と、を備え、
前記環水路は、前記水槽に戻る第１水路と前記生物ろ過装置に向かう第２水路とに分岐
している
請求項１に記載の生物ろ過装置を備える水ろ過システム。
前記低水位排水管を開放して前記中水位排水管及び前記高水位排水管を閉鎖するように前記開閉弁を操作して、前記給水口から前記被処理水を吐出させ、
前記低水位排水管及び前記中水位排水管を閉鎖して前記高水位排水管を開放した状態で、前記ブロアを起動し、前記ろ過材を攪拌する
請求項１に記載の生物ろ過装置を用いた水ろ過方法。
前記集合体の一部を前記ろ過材収容容器から取り出す取出工程と、
前記ろ過材収容容器に残った前記集合体の残部を洗浄する洗浄工程と、
前記集合体の一部を前記ろ過材収容容器に戻して前記残部の上方に積み重ねる戻工程と
、を含む
請求項６に記載の生物ろ過装置を用いた水ろ過方法。
前記取出工程と前記洗浄工程との間に、
前記残部の天端より上方の水位まで水を満たす差水工程を含む
請求項７に記載の水ろ過方法。