(57)【要約】【課題】ポンプを用いない簡易な構成によって反応槽への排水の流入を行うことができる水処理方法及び水処理装置を提供することにある。【解決手段】本実施形態は、排水を流入させる流入工程と、前記排水を生物汚泥により生物処理する生物処理工程と、前記生物汚泥を沈降させる沈降工程と、前記生物処理した生物処理水を排出させる排出工程とを有する運転サイクルを繰り返して行う反応槽１０を用いた水処理方法であって、反応槽１０には、前記沈降工程において反応槽１０底部に形成された生物汚泥層の界面位置より低い位置に配置された流入口１２と、流入口１２から垂直方向上方に延びた流入管１４とが設けられ、前記流入工程では、前記排水を重力によって流入管１４内を流下させ、流入口１２から、前記生物汚泥層中に供給する水処理方法である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排水を流入させる流入工程と、前記排水を生物汚泥により生物処理する生物処理工程と、前記生物汚泥を沈降させる沈降工程と、前記生物処理した生物処理水を排出させる排出工程とを有する運転サイクルを繰り返して行う反応槽を用いた水処理方法であって、
前記反応槽には、前記沈降工程において前記反応槽底部に形成された生物汚泥層の界面位置より低い位置に配置された流入口と、前記流入口から垂直方向上方に延びた流入部とが設けられ、
前記流入工程では、前記排水を重力によって前記流入部内を流下させ、前記流入口から、前記生物汚泥層中に供給することを特徴とする水処理方法。
【請求項２】
前記運転サイクルでは、前記流入工程を行いながら、前記排出工程を行うことを特徴とする請求項１に記載の水処理方法。
【請求項３】
排水を連続的に流入しながら生物汚泥により生物処理する連続式生物処理槽に、前記反応槽内の生物汚泥を供給する汚泥供給工程、前記反応槽内の生物処理水を供給する処理水供給工程のうち少なくともいずれか１つを備える、請求項１又は２に記載の水処理方法。
【請求項４】
前記流入工程では、前記排水を重力によって前記流入部内を流下させ、前記流入口から、前記生物汚泥層中に水平方向又は水平方向より下方に供給することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の水処理方法。
【請求項５】
排水を流入させる流入工程と、前記排水を生物汚泥により生物処理する生物処理工程と、前記生物汚泥を沈降させる沈降工程と、前記生物処理した生物処理水を排出させる排出工程とを有する運転サイクルを繰り返して行う反応槽を備えた水処理装置であって、
前記反応槽には、前記沈降工程において前記反応槽底部に形成された生物汚泥層の界面位置より低い位置に配置された流入口と、前記流入口から垂直方向上方に延びた流入部とが設けられ、
前記流入工程では、前記排水を重力によって前記流入部内を流下させ、前記流入口から、前記生物汚泥層中に供給することを特徴とする水処理装置。
【請求項６】
前記運転サイクルでは、前記流入工程を行いながら、前記排出工程を行うことを特徴とする請求項５に記載の水処理装置。
【請求項７】
排水を連続的に流入しながら生物汚泥により生物処理する連続式生物処理槽に、前記反応槽内の生物汚泥を供給する汚泥供給部、前記反応槽内の生物処理水を供給する処理水供給部のうち少なくともいずれか１つを備える、請求項５又は６に記載の水処理装置。
【請求項８】
前記流入口は、水平方向又は水平方向より下方に向かって開口していることを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水処理方法及び水処理装置の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、生物学的排水処理には、フロックと呼ばれる微生物の集合体（好気性生物汚泥）を活用した活性汚泥法が用いられている。しかし、活性汚泥法では、沈殿池でフロック（好気性生物汚泥）と処理水を分離する際、フロックの沈降速度が遅いために沈殿池の表面積を非常に大きくしなければならない場合がある。また、活性汚泥法の処理速度は、生物処理槽内の汚泥濃度に依存しており、汚泥濃度を高めることで処理速度を増加させることができるが、バルキングなどの固液分離障害が発生するなどにより、処理を維持することができなくなる場合がある。
【０００３】
一方、嫌気性生物処理では、グラニュールと呼ばれる微生物が緻密に集合し粒状となった集合体を活用することが一般的である。グラニュールは非常に沈降速度が速く、微生物が緻密に集合しているため、生物処理槽内の汚泥濃度を高くすることができ、排水の高速処理を実現することが可能である。しかし、嫌気性生物処理は、好気性処理（活性汚泥法等）に比べて処理対象の排水種が限られていることや、処理水温を３０〜３５℃に維持する必要がある等の問題点を有する場合がある。また、嫌気性生物処理単独では、処理水の水質が悪く、河川等へ放流する場合には、別途活性汚泥法等の好気性処理を実施することが必要となる場合もある。
【０００４】
近年、排水を間欠的に反応槽に流入させる半回分式処理装置を用いることで、嫌気性生物汚泥に限られず、好気性生物汚泥でも沈降性の高いグラニュール化した生物汚泥を形成できることが明らかとなってきた（例えば、特許文献１〜４参照）。グラニュール化した生物汚泥は、例えば、平均粒径が０．２ｍｍ以上となり、沈降速度が５ｍ／ｈ以上となる。なお、半回分式の生物処理では、１つの反応槽で（１）排水の流入、（２）処理対象物質の生物処理、（３）生物汚泥の沈降、（４） 処理水の排出といった４つの工程を繰り返し行うものが一般的である。
【０００５】
また、特許文献５には、（１）排水の流入において及び処理水の排出、（２）処理対象物質の生物処理、（３）生物汚泥の沈降といった３つの工程を繰り返し行う、半回分式の生物処理方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２００４／０２４６３８号
【特許文献２】特開２００８−２１２８７８号公報
【特許文献３】特許第４９７５５４１号公報
【特許文献４】特許第４８０４８８８号公報
【特許文献５】特開２０１６−７７９３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、半回分式の生物処理における排水の流入工程では、ポンプを用いて排水を槽の下部から供給するのが一般的であるが、この方法では、ランニングコストの増大が懸念されるため、簡易な排水流入方法が望まれている。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、ポンプを用いない簡易な構成によって反応槽への排水の流入を行うことができる水処理方法及び水処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、排水を流入させる流入工程と、前記排水を生物汚泥により生物処理する生物処理工程と、前記生物汚泥を沈降させる沈降工程と、前記生物処理した生物処理水を排出させる排出工程とを有する運転サイクルを繰り返して行う反応槽を用いた水処理方法であって、前記反応槽には、前記沈降工程において前記反応槽底部に形成された生物汚泥層の界面位置より低い位置に配置された流入口と、前記流入口から垂直方向上方に延びた流入部とが設けられ、前記流入工程では、前記排水を重力によって前記流入部内を流下させ、前記流入口から、前記生物汚泥層中に供給する水処理方法である。
【００１０】
前記水処理方法における前記運転サイクルでは、前記流入工程を行いながら、前記排出工程を行うことが好ましい。
【００１１】
前記水処理方法においては、排水を連続的に流入しながら生物汚泥により生物処理する連続式生物処理槽に、前記反応槽内の生物汚泥を供給する汚泥供給工程、前記反応槽内の生物処理水を供給する処理水供給工程のうち少なくともいずれか１つを備えることが好ましい。
【００１２】
前記水処理方法における前記流入工程では、前記排水を重力によって前記流入部内を流下させ、前記流入口から、前記生物汚泥層中に水平方向又は水平方向より下方に供給することが好ましい。
【００１３】
本発明は、排水を流入させる流入工程と、前記排水を生物汚泥により生物処理する生物処理工程と、前記生物汚泥を沈降させる沈降工程と、前記生物処理した生物処理水を排出させる排出工程とを有する運転サイクルを繰り返して行う反応槽を備えた水処理装置であって、前記反応槽には、前記沈降工程において前記反応槽底部に形成された生物汚泥層の界面位置より低い位置に配置された流入口と、前記流入口から垂直方向上方に延びた流入部とが設けられ、前記流入工程では、前記排水を重力によって前記流入部内を流下させ、前記流入口から、前記生物汚泥層中に供給する水処理装置である。
【００１４】
前記水処理装置における前記運転サイクルでは、前記流入工程を行いながら、前記排出工程を行うことが好ましい。。
【００１５】
前記水処理装置においては、排水を連続的に流入しながら生物汚泥により生物処理する連続式生物処理槽に、前記反応槽内の生物汚泥を供給する汚泥供給部、前記反応槽内の生物処理水を供給する処理水供給部のうち少なくともいずれか１つを備えることが好ましい。
【００１６】
前記水処理装置において、前記流入口は、水平方向又は水平方向より下方に向かって開口していることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、ポンプを用いない簡易な構成によって反応槽への排水の流入を行うことができる水処理方法及び水処理装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実施形態に係る水処理装置の一例を示す模式断面図である。
【図２】（Ａ）〜（Ｃ）は、流入管の配置例を説明するための反応槽の模式上面図である。
【図３】流入工程時の水処理装置の状態の一例を示す模式断面図である。
【図４】生物処理工程時の水処理装置の状態の一例を示す模式断面図である。
【図５】沈降工程時の水処理装置の状態の一例を示す模式断面図である。
【図６】排出工程時の水処理装置の状態の一例を示す模式断面図である。
【図７】本実施形態に係る水処理装置の他の一例を示す模式断面図である。
【図８】本実施形態の水処理装置の他の一例を示す模式断面図である。
【図９】本実施形態の水処理装置の他の一例を示す模式断面図である。
【図１０】本実施形態の水処理装置の他の一例を示す模式断面図である。
【図１１】本実施形態の水処理装置の他の一例を示す模式断面図である。
【図１２】本実施形態の水処理装置の他の一例を示す模式断面図である。
【図１３】（Ａ）は、本実施形態の水処理装置の他の一例を示す模式断面図であり、（Ｂ）は、本実施形態の水処理装置の他の一例を示す模式上面図である。
【図１４】本実施形態の水処理装置の他の一例を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の実施の形態について以下説明する。本実施形態は本発明を実施する一例であって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。
【００２０】
図１は、本実施形態に係る水処理装置の一例を示す模式断面図である。図１に示すように、水処理装置１は、反応槽１０と、ブロワ１８及び散気管２０を備える散気装置、処理水排出管２２、制御装置２４を備えている。
【００２１】
反応槽１０には、槽内に排水を流入させる流入口１２及び流入管１４が設けられている。流入管１４は、流入口１２から垂直方向上方に延びた流入部である。本明細書において、垂直方向に延びた流入部には、略垂直方向に延びた流入部も含まれる。略垂直方向は、垂直方向に対して４５°以内の傾斜角度を有する方向を含む。流入管１４には電磁バルブ１４ａが設置されており、電磁バルブ１４ａは制御装置２４と電気的に接続されている。
【００２２】
流入口１２は、後述する沈降工程において、反応槽１０の底部上に形成された生物汚泥層の界面位置より低い位置に配置されている。なお、図１に示す流入口１２は、流入管１４の下端に設けられ、水平方向に向かって開口している。
【００２３】
図２（Ａ）〜（Ｃ）は、流入管の配置例を説明するための反応槽の模式上面図である。流入口１２を設けた流入管１４の数は、特に制限されるものではないが、排水の拡散性を高める点で、複数とすることが望ましい。角型状の反応槽を例にすると、流入口１２を設けた流入管１４は、例えば、図２（Ａ）に示すような反応槽１０の対角上の少なくとも２カ所、図２（Ｂ）に示すような反応槽１０の対辺上の少なくとも２カ所、又は図２（Ｃ）に示すような反応槽の同一辺上の少なくとも２カ所のうち、少なくともいずれか１つに配置されていることが望ましい。
【００２４】
また、反応槽１０には、反応槽１０内で生物処理された処理水を排出する排出口１６が設けられている。排出口１６には、処理水排出管２２が接続されている。処理水排出管２２には電磁バルブ２２ａが設置されており、電磁バルブ２２ａは、制御装置２４と電気的に接続されている。
【００２５】
散気装置を構成するブロワ１８は、散気管２０に接続されており、ブロワ１８により酸素や空気等の曝気ガスが散気管２０に送られ、散気管２０により曝気ガスが反応槽１０内に供給される。これにより、反応槽１０内の水が流動し撹拌される。なお、図での説明は省略するが、例えば、モータの回転に伴って撹拌翼が回転するような撹拌装置を反応槽１０に設置して、反応槽１０内の水を撹拌してもよい。図１に示す水処理装置１は、好気条件での生物処理を想定したものであるが、嫌気条件での生物処理にも適用可能である。そして、嫌気条件で処理する場合には、散気装置を設置せずに、撹拌装置を設置すればよい。
【００２６】
制御装置２４は、例えば、プログラムを演算するＣＰＵ、プログラムや演算結果を記憶するＲＯＭ及びＲＡＭから構成されるマイクロコンピュータと電子回路等で構成され、散気装置や電磁バルブの開閉を制御する機能を有するものである。
【００２７】
以下に、本実施形態の水処理装置１の動作の一例を説明する。
【００２８】
図３は、流入工程時の水処理装置の状態の一例を示す模式断面図である。制御装置２４により、電磁バルブ１４ａが開放されて、排水が、重力によって、流入管１４内を流下し、流入口１２から反応槽１０内に供給される。流入口１２は、後述する沈降工程により形成された生物汚泥層３０の界面位より低い位置に配置され、水平方向に開口しているので、図３に示すように、排水は、流入口１２から生物汚泥層３０中に水平方向に供給される。
【００２９】
図４は、生物処理工程時の水処理装置の状態の一例を示す模式断面図である。流入工程によって、反応槽１０内の排水の水位が所定の水位に達した段階で、制御装置２４により、電磁バルブ１４ａが閉じられると共に、ブロワ１８が稼働される。これにより、図４に示すように、曝気ガスが散気管２０から反応槽１０内に供給され、反応槽１０内の排水及び生物汚泥が撹拌される。そして、反応槽１０内の排水が、生物汚泥により生物処理されて（生物処理工程）、排水中の処理対象物質（例えば、有機物等）が分解される。
【００３０】
図５は、沈降工程時の水処理装置の状態の一例を示す模式断面図である。生物処理工程を所定時間実施した後、制御装置２４によりブロワ１８の稼働が停止されて、反応槽１０内の排水の撹拌及び曝気が停止される。これにより、図５に示すように、生物汚泥の沈降が行われ（沈降工程）、反応槽１０の底部上には生物汚泥層３０が形成される。
【００３１】
図６は、排出工程時の水処理装置の状態の一例を示す模式断面図である。所定時間沈降工程が実施されて、反応槽１０の底部上に生物汚泥層３０が形成された後、制御装置２４により、電磁バルブ２２ａが開放されて、図６に示すように、反応槽１０内において生物処理された生物処理水が排出口２８から処理水排出管２２に排出される（排出工程）。処理水は、処理水排出管２２から水処理装置１の系外へ排出される。そして、所定時間排出工程を実施した後、前述の流入工程に戻る。
【００３２】
このように、図１に示す水処理装置１においては、流入工程、生物処理工程、沈降工程、排出工程の４つの工程を繰り返す運転サイクルを行うが、流入工程では、排水を重力によって、反応槽１０内に流入させている。すなわち、図１に示す水処理装置１においては、ポンプを用いない簡易な構成によって排水を流入させることが可能となるため、例えば、設備費用や運転管理費用等のランニングコストの増大が抑えられる。特に大規模処理設備用の水処理装置として、本実施形態の水処理装置１を適用することで、設備費用や運転管理費用を効果的に削減できると考えられる。
【００３３】
ここで、上記運転サイクルにおける沈降性の高い生物汚泥（例えば、グラニュール化した生物汚泥）の形成には、細菌が生産する細胞外基質（ＥＰＳ）が影響していると考えられている。そして、ＥＰＳを形成するには、反応槽１０内で生物処理される処理対象物質の濃度勾配を形成することが重要である。例えば、排水中の有機物を生物処理する場合には、有機物の濃度勾配を形成することが重要であり、アンモニア態窒素や硝酸態窒素等の窒素含有物質を生物処理する場合には、窒素含有物質の濃度勾配を形成することが重要である。そして、処理対象物質の濃度勾配は、例えば、流入工程において、反応槽１０内の処理対象物質濃度を高くし（飽食状態）、生物処理工程において、反応槽１０内の処理対象物質を消費させて、反応槽１０内の処理対象物質濃度を低下させる（飢餓状態）ことによって形成される。そして、本実施形態では、流入工程において、排水を流入口１２から生物汚泥層３０中に供給しているため、排水を嫌気状態で生物汚泥に接触させることができる。これにより、本実施形態では、流入工程において、排水中の処理対象物質が不要に消費されることが抑えられて、反応槽１０内に残存する処理対象物質濃度を効率的に高くすることができるため、反応槽１０内の処理対象物質の濃度勾配を大きくすることが可能となる。その結果、沈降性の高い生物汚泥の形成が可能となり、ひいては生物処理速度を向上させることが可能となる。
【００３４】
本実施形態の水処理装置の運転条件や変形例等について、以下説明する。
【００３５】
本実施形態の水処理装置１に適用される排水は、例えば、食品加工工場排水、化学工場排水、半導体工場排水、機械工場排水、下水、し尿、河川水等の生物分解性を有する物質（処理対象物質）を含有する排水等である。生物分解性を有する物質は、例えば、有機物、アンモニア性窒素、硝酸態窒素等の窒素含有物質等である。例えば、有機物を含む排水を生物処理する場合、排水中の有機物は生物汚泥（微生物） との接触により、二酸化炭素まで分解される。また、例えば、窒素含有物質を含む排水を生物処理する場合、排水中の窒素含有物質は生物汚泥（微生物）との接触により、窒素ガスにまで分解される。
【００３６】
本実施形態の水処理装置１に適用される排水に油脂分が多く含まれる場合には、生物処理に悪影響を及ぼす場合があるため、反応槽１０へ供給される前の排水に、浮上分離、凝集加圧浮上、吸着等の既存の手法にて、例えば１５０ｍｇ／Ｌ以下程度にまで油脂分を除去しておくことが好ましい。
【００３７】
本実施形態の水処理装置１に適用される排水中のＢＯＤ濃度は、特に制限されるものではない。一般的に、沈降性の高い生物汚泥の形成が困難とされる排水中のＢＯＤ濃度は、５０〜２００ｍｇ／Ｌの範囲とされているが、本実施形態に係る水処理装置１によれば、上記ＢＯＤ濃度の範囲でも、沈降性の高い生物汚泥を形成することが可能となる。なお、本実施形態に係る水処理装置１では、例えば、沈降性指標であるＳＶＩ３０が５０ｍＬ／ｇ以下、ＳＶＩ５が７０ｍＬ／ｇ以下の生物汚泥を形成することが可能である。
【００３８】
流入工程における流入口１２の流速は、反応槽１０の構造、大きさ等によって適宜設定されるものであって、特に制限はないが、例えば、１ｃｍ／ｓｅｃ以上、２００ｃｍ／ｓｅｃ以下であることが好ましく、１０ｃｍ／ｓｅｃ以上、１００ｃｍ／ｓｅｃ以下であることがより好ましい。流入口１２の流速が１ｃｍ／ｓｅｃよりも小さい場合は、排水と生物汚泥とが効率的に接触しないため、流入工程において槽内に残存する処理対象物質の濃度が低下する場合がある。また、流入口１２の流速が２００ｃｍ／ｓｅｃよりも大きい場合は、反応槽内が過剰に撹拌され、沈降した汚泥が再度浮遊することにより排水と生物汚泥とが効率的に接触できず、グラニュール化が進行しない場合や、再度浮遊した生物汚泥が排出口より流出し、処理機能を維持できなくなる場合がある。
【００３９】
流入口１２の設置位置は、沈降工程において反応槽１０の底部上に形成された生物汚泥層３０の界面位置より低い位置であれば特に制限されるものではないが、通常、反応槽１０の高さが有効水深として２ｍ〜８ｍで設計され、生物汚泥層３０の界面高さが反応槽１０の高さの１０％〜５０％で運用されることを想定すると、流入口１２は反応槽１０の底部から４ｍ以内の高さの位置に設置されていることが好ましく、２ｍ以内の高さの位置に設置されていることがより好ましく、１ｍ以内の高さに設置されていることがさらに好ましい。
【００４０】
排水の流入率は、例えば、１０％以上２００％以下の範囲とすることが好ましい。排水の流入率とは、反応槽１０内の有効容積に対する運転１サイクルにおける排水の流入量の比率である。排水の流入率を上記範囲とすることで、流入工程において反応槽１０内に残存する処理対象物質の濃度をより高めることが可能となり、沈降性の高い生物汚泥をより効率的に形成することが可能となる。
【００４１】
生物処理工程における反応槽１０内の汚泥濃度は、汚泥の健全性（沈降性、活性等） を維持する等の点で、例えば１，５００ 〜３０，０００ｍｇ／Ｌの範囲であることが好ましい。また、汚泥負荷は、汚泥の健全性の維持等の点で、０．０５〜０．６０ｋｇ−ＢＯＤ／ｋｇ−ＭＬＳＳ／ｄａｙの範囲であることが好ましく、０．１〜０．５ｋｇ−ＢＯＤ／ｋｇ−ＭＬＳＳ／ｄａｙの範囲であることがより好ましい。生物処理工程時間は、例えば、汚泥負荷が上記の範囲になるように設定される。なお、汚泥負荷が上記範囲より高くなった場合や汚泥濃度が上記範囲より高くなった場合には、反応槽１０内から生物汚泥を引き抜くことが望ましい。
【００４２】
反応槽１０内のｐＨは、一般的な微生物に適する範囲に設定されることが望ましく、例えば６〜９であることが好ましく、６．５〜７．５であることがより好ましい。ｐＨ値が前記範囲外となる場合は、酸、アルカリを添加して、上記範囲となるようにｐＨ調整することが好ましい。反応槽１０内の溶存酸素（ＤＯ）は、好気条件では、０．５ｍｇ／Ｌ以上、特に１ｍｇ／Ｌ以上であることが望ましい。
【００４３】
沈降工程の時間は、生物処理工程が終了してから、反応槽１０の底部上に生物汚泥層３０が形成されるまでの時間であれば特に制限されるものではないが、生物汚泥層３０の汚泥界面高さが反応槽１０高さの１０％〜５０％になるまでの時間であることが好ましい。
【００４４】
反応槽１０の形状としては、図２に示すような角型状に限定されず、例えば、円筒状等でもよい。角型状の反応槽は、例えば、下水処理場等のような大規模処理場で採用される。
【００４５】
本実施形態の運転サイクルは、流入工程、生物処理工程、沈降工程、排出工程を有するものであればよく、前述した流入工程、生物処理工程、沈降工程、排出工程の４つの工程を繰り返す運転サイクル以外に、流入工程を行いながら排出工程を行う工程（以下、流入／排出工程）と、生物処理工程、沈降工程の３つの工程を繰り返す運転サイクルも含まれる。以下に、後者の運転サイクルを行う水処理装置について説明する。
【００４６】
図７は、本実施形態に係る水処理装置の他の一例を示す模式断面図である。図７における水処理装置２において、図１の水処理装置１と同様の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。図７に示す水処理装置２では、反応槽の１側面に排出口１６が設けられている。そして、排出口１６は、反応槽１０の水面位に配置されている（実質的には、排出口１６の下端が、反応槽１０の水面位に位置している）。なお、本実施形態では、後述するように、排水の流入と共に処理水の排出を行うため、反応槽１０の水面位は実質的に変動しない。また、図７に示す水処理装置２には、反応槽１０の外側に設けられる処理水集水路３２を備えている。処理水集水路３２は、反応槽１０に設けられた排出口１６を介して反応槽１０の内部と連通している。
【００４７】
以下に、本実施形態の水処理装置２の動作の一例を説明する。
【００４８】
制御装置２４により、電磁バルブ１４ａが開放されて、排水が流入管１４を通り、流入口１２から反応槽１０内に流入される。反応槽１０内の排水の水位が所定の水位に達した段階で、制御装置２４により、電磁バルブ１４ａが閉じられると共に、ブロワ１８が稼働される。これにより、曝気ガスが散気管２０から反応槽１０内に供給され、反応槽１０内の排水及び生物汚泥が撹拌される。そして、反応槽１０内の排水が、生物汚泥により生物処理されて（生物処理工程）、排水中の処理対象物質（例えば、有機物等）が分解される。生物処理工程を所定時間実施した後、制御装置２４によりブロワ１８の稼働が停止されて、反応槽１０内の排水の撹拌及び曝気が停止される。これにより、生物汚泥の沈降が行われ（沈降工程）、反応槽１０の底部上には生物汚泥層が形成される。所定時間沈降工程が実施されて、反応槽１０の底部上に生物汚泥層３０が形成された後、制御装置２４により、電磁バルブ１４ａが開放されて、排水が、重力によって、流入管１４内を流下し、流入口１２から生物汚泥層中に供給されると共に、反応槽１０内において生物処理された生物処理水が排出口１６から処理水集水路３２に排出される（流入／排出工程）。処理水は、処理水集水路３２から水処理装置１の系外へ排出される。そして、所定時間流入／排出工程を実施した後、前述の生物処理工程に戻る。
【００４９】
流入／排出工程時間は、例えば、排水の流入率、及び反応槽１０への排水の流量に応じて決められる。ところで、反応槽１０への排水の流量を反応槽１０の水平断面積で除した値である反応槽１０の水面積負荷を高く設定すると、汚泥中の軽い汚泥画分を選択的に系外へ排出させ、沈降性の高い汚泥画分を槽内に残存させることが可能となるため、沈降性の高い生物汚泥の形成は促進されるが、汚泥の沈降性が高くない立上げ期間等においては、槽内の汚泥が流出し、生物処理機能の悪化が懸念される。一方、反応槽１０の水面積負荷を低く設定すると、汚泥の選択効果が低くなり、さらに排水の流入率を高くした場合には、流入／排出工程時間が長くなり、沈降性の高い汚泥の形成が困難になることが懸念される。上記事情を鑑みると、反応槽１０への水面積負荷は０．５ｍ／ｈ以上、２０ｍ／ｈ以下とすることが好ましく、１ｍ／ｈ以上１０ｍ／ｈ以下の範囲とすることが好ましい。また、槽内の生物汚泥の沈降性向上に伴い、反応槽１０の水面積負荷を高く設定することが可能になった場合には、生物汚泥の沈降性に応じて、反応槽１０の水面積負荷を上昇させ、水面積負荷と排水の流入率に応じて、流入／排出工程時間を短縮させることも可能である。
【００５０】
図８は、本実施形態の水処理装置の他の一例を示す模式断面図である。図８に示す水処理装置３において、図１に示す水処理装置１と同様の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。図８に示す水処理装置３は、隔壁１７を有する。隔壁１７は、反応槽１０内に垂直方向に立設しており、反応槽１０内を第１室１０ｆ及び第２室１０ｇに区画している。隔壁１７の下方には、第１室１０ｆと第２室１０ｇを連通する開口部が設けられており、当該開口部が、これまで説明してきた流入口１２となる。そして、隔壁１７により区画された第１室１０ｆが、流入口１２から垂直方向上方に延びた流入部となり、隔壁１７により区画された第２室１０ｇが、上記運転サイクル（流入工程、生物処理工程、沈降工程、排出工程）を行う部屋となる。
【００５１】
図８に示す水処理装置３の流入工程では、制御装置２４により電磁バルブ３４ａが開放されて、排水が原水導入管３４から第１室１０ｆに供給される。排水は、重力によって第１室１０ｆ内を流下して、流入口１２から第２室１０ｇの底部上に形成されている生物汚泥層中に供給される。そして、この流入工程後、第２室１０ｇ内において、生物処理工程、沈降工程、排出工程が行われる。なお、図７に示すように、排出口１６を反応槽１０の水面位に配置して、流入／排出工程、生物処理工程、沈降工程を行ってもよい。
【００５２】
隔壁１７に設けられる開口部（流入口１２）の形状としては、特に限定されるものではなく、矩型でもよいし、円又は楕円型等でもよい。また、開口部（流入口１２）は隔壁１７に１つ以上形成されていればよい。
【００５３】
隔壁１７の設置位置は、特に制限はないが、排水を第２室１０ｇ内の生物汚泥層に効率よく接触させることができる等の点では、反応槽１０の垂直断面視における第１室１０ｆの幅の割合は、第２室１０ｇの幅に対して１／２以下となるように隔壁１７を設置することが好ましく、１／５以下となるように隔壁１７を設置することがより好ましい。
【００５４】
図９は、本実施形態の水処理装置の他の一例を示す模式断面図である。図９に示す水処理装置４において、図１に示す水処理装置１と同様の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。図９に示す水処理装置４では、流入口１２が反応槽１０の側面に設けられており、流入口１２から垂直方向上方に延びる流入管１４が反応槽１０の外側に配置されている。このように、流入管１４は、反応槽１０の外側に設けられていてもよい。
【００５５】
図１０〜１２は、本実施形態の水処理装置の他の一例を示す模式断面図である。図１０〜１２に示す水処理装置５において、図１に示す水処理装置１と同様の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。図１０に示す水処理装置５では、流入管１４の下端に流入口１２ａが形成されている。図１０に示す流入口１２ａは、垂直方向下方に向かって開口しており、排水は流入口１２ａから生物汚泥層中に垂直方向下方に供給される。また、図１１に示す水処理装置５では、流入管１４の側面２カ所に流入口１２ｂが形成されている。図１１に示すそれぞれの流入口１２ｂは水平方向に向かって開口しており、排水はそれぞれの流入口１２ｂから生物汚泥層中に水平方向に供給される。また、図１２に示す水処理装置５では、流入管１４の下端及び側面の２カ所に流入口１２ａ，１２ｂが形成されている。図１２に示す下端部の流入口１２ａは垂直方向に向かって開口し、側面の流入口１２ｂは水平方向に向かって開口し、排水は、下端部の流入口１２ａから生物汚泥層中に垂直方向に供給され、側面の流入口１２ｂから生物汚泥層中に水平方向に供給される。
【００５６】
流入口は、流入管１つ当たりに少なくとも１個設けられていればよいが、排水の拡散性等の点で、図１１〜図１２に示すように、２個以上設けられていることが好ましい。また、流入口の開口方向は、特に限定されるものではないが、排水の拡散性を考慮して、図１１〜１３に示すように水平方向又は水平方向より下方であることが好ましい。すなわち、排水は、流入口から生物汚泥層中に水平方向又は水平方向より下方に供給されることが好ましい。
【００５７】
図１３（Ａ）は、本実施形態の水処理装置の他の一例を示す模式断面図であり、図１３（Ｂ）は、本実施形態の水処理装置の他の一例を示す模式上面図である。図１３に示す水処理装置６において、図１に示す水処理装置１と同様の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。なお、図１３（Ｂ）においては、ブロワ１８及び散気管２０を備える散気装置、制御装置２４を省略している。図１３に示す水処理装置６は、反応槽１０の上部に設けられ、略水平方向に延びる排水流入トラフ３６、反応槽１０内の水面位に設けられ、略水平方向に延びる処理水集水トラフ３８を備えている。排水流入トラフ３６には、複数の流入管１４が接続されている。流入管１４の下端及び側面に流入口１２ａ，１２ｂが形成されている。
【００５８】
図１３に示す水処理装置６は、流入／排出工程、生物処理工程、沈降工程を繰り返す運転サイクルを行う。具体的には、流入／排出工程では、各排水流入トラフ３６から各流入管１４に排水が流れ込み、重力により、流入管１４内を流下して、流入口（１２ａ，１２ｂ）から生物汚泥層中に供給されると共に、反応槽１０内の生物処理水が、処理水集水トラフ３８に越流して、処理水集水トラフ３８から反応槽１０外へ排出される。流入／排出工程後、前述した生物処理工程、沈降工程が行われる。
【００５９】
本実施形態の水処理装置により形成された沈降性の高い生物汚泥は、自身の生物処理に用いてもよいし、反応槽１０から取り出して、他の生物処理槽に供給してもよい。他の生物処理槽としては、本実施形態のような半回分式でもよいし、排水を連続的に導入しながら生物処理を行う連続式でもよい。また、本実施形態の水処理装置により得られた生物処理水を、他の生物処理槽（連続式又は半回分式）に供給してもよい。以下、図面を用いて、具体的に説明する。
【００６０】
図１４は、本実施形態の水処理装置の他の一例を示す概略構成図である。図１４に示す水処理装置７は、反応槽１０、連続式生物処理槽４０を備える。反応槽１０は、本実施形態の反応槽であり、具体的構成は既述の通りであるので省略する。図１４に示す水処理装置７は、原水導入管４２ａ，４２ｂ、処理水供給管４４、生物汚泥供給管４６、処理水排出管４８を備えている。処理水供給管４４にはバルブ４４ａが設けられ、生物汚泥供給管４６にはバルブ４６ａが設けられている。
【００６１】
原水導入管４２ａは反応槽１０（具体的には流入部）に接続されている。原水導入管４２ｂは連続式生物処理槽４０に接続されている。処理水供給管４４の一端は、反応槽１０に接続され、他端は、連続式生物処理槽４０に接続されている。また、生物汚泥供給管４６の一端は、反応槽１０に接続され、他端は、連続式生物処理槽４０に接続されている。処理水排出管４８は、連続式生物処理槽４０に接続されている。
【００６２】
原水導入管４２ａを流れる排水は反応槽１０に供給され、原水導入管４２ｂを流れる排水は、連続式生物処理槽４０に供給される。反応槽１０では、前述した運転サイクル（流入工程（流入／排出工程）、生物処理工程、沈降工程、排出工程）が行われる。そして、任意のタイミングでバルブ４６ａが開放されることで、反応槽１０で形成された沈降性の高い生物汚泥が、生物汚泥供給管４６から連続式生物処理槽４０に供給される。また、任意のタイミングでバルブ４４ａが開放されることで、反応槽１０内の処理水が、処理水供給管４４から連続式生物処理槽４０に供給される。連続式生物処理槽４０では、例えば、好気条件下で、且つ反応槽１０から供給された生物汚泥の存在下で、原水導入管４２ｂから連続的に流入する排水、及び反応槽１０から処理水供給管４４を通して適宜流入する排水が生物処理される。このように、反応槽１０で形成した沈降性の高い生物汚泥を連続式生物処理槽４０に供給することにより、例えば、連続式生物処理槽４０の生物処理速度を向上させることが可能となる。
【実施例】
【００６３】
以下、実施例を挙げ、本発明をより具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
【００６４】
（実施例）
有効容積１．４ｍ３の反応槽を用いて試験を行った。流入管は、図２（Ｂ）に示すように、反応槽の対辺上に２本設置した。流入口は、流入管に形成した開口であり、反応槽の中心部に向かって略水平方向に開口している。流入口の開口面積は０．１５ｍ２とした。排出口は、反応槽の側面に形成した。排出口の位置は、反応槽内の水面位に設定した。
【００６５】
試験に使用した排水として、都市下水を用いた。反応槽内に排水及び活性汚泥を投入して、所定時間、曝気撹拌した（生物処理工程）。生物処理工程後、所定時間、反応槽を静置した（沈降工程）。沈降工程後、排水を流入管に供給して、流入管内を重力によって流下させ、流入口から反応槽内の生物汚泥層中に水平方向に供給して、排出口から反応槽内の生物処理水を排出した（流入／排出工程）。排水の流量を、流入管１本当たり８Ｌ／ｍｉｎとし、流入口１箇所あたりの流速を約３．２ｍ／ｈ、排水の流入率を１００％に設定し、２００日間、上記運転を行った。
【００６６】
また、運転１日目、３１日目、１７２日目において、反応槽内の生物汚泥を採取し、生物汚泥のＳＶＩ測定を行った。ＳＶＩとは、生物汚泥の沈降性指標であり、以下の方法により求められる。まず、１Ｌのメスシリンダに１Ｌの汚泥を投入し、汚泥濃度ができるだけ均一となるように緩やかに撹拌した後、静置５分後及び３０分後の汚泥界面を測定する。そして、メスシリンダにおける汚泥の占める体積率（％）を計算する。次に、汚泥のＭＬＳＳ（ｍｇ／Ｌ）を測定する。これらを下記式に当てはめて、ＳＶＩ５及びＳＶＩ３０を算出する。
ＳＶＩ（ｍＬ／ｇ）＝汚泥の占める体積率×１０，０００／ＭＬＳＳ
【００６７】
運転１日目では、生物汚泥のＳＶＩ５が２２１ｍＬ／ｇ、ＳＶＩ３０が９６ｍＬ／ｇであったが、運転３１日目では、生物汚泥のＳＶＩ５が１２２ｍｇ／Ｌ、ＳＶＩ３０が６７ｍｇ／Ｌとなり、１７２日目では、生物汚泥のＳＶＩ５が４６ｍｇ／Ｌ、ＳＶＩ３０が３６ｍｇ／Ｌとなった。この結果から、ポンプを用いずに排水の導入を行う水処理方法によっても、沈降性の高い生物汚泥が得られた。
【００６８】
運転開始から３ヶ月後の反応槽に流入する前の排水のＢＯＤ濃度及び反応槽から排出された処理水のＢＯＤ濃度を測定したところ、流入前の排水ＢＯＤ濃度が１０３ｍｇ／Ｌであり、処理水ＢＯＤ濃度が１９ｍｇ／Ｌであった。すなわち、処理水ＢＯＤ濃度は、排水ＢＯＤ濃度に対して約１８％であったので、流入／排出工程後、反応槽内に残存したＢＯＤ濃度は排水ＢＯＤ濃度に対して約８２％であることがわかり、重力によって排水を供給する水処理方法であっても効率的に反応槽内ＢＯＤ濃度を高くできていることが確認できた。
【符号の説明】
【００６９】
１〜７  水処理装置、１０  反応槽、１２，１２ａ，１２ｂ  流入口、１４  流入管、１４ａ  電磁バルブ、１６  排出口、１７  隔壁、１８  ブロワ、２０  散気管、２２  処理水排出管、２２ａ  電磁バルブ、２４  制御装置、２８  排出口、３０  生物汚泥層、３２  処理水集水路、３４，４２ａ，４２ｂ  原水導入管、３４ａ  電磁バルブ、３６  排水流入トラフ、３８  処理水集水トラフ、４０  連続式生物処理槽、４４  処理水供給管、４４ａ，４６ａ  バルブ、４６  生物汚泥供給管、４８  処理水排出管。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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