【手続補正書】
【提出日】平成16年4月14日(2004.4.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の名称】汚水の多段生物膜処理法
【特許請求の範囲】
【請求項１】筒状で内部を多数のハニカムチューブ状に形成し下部に空気噴出孔を設けた水処理槽の適宜数を横方向に独立区画させて並設すると共にそれらの下部を連通可能に形成し、第１水処理槽に原水を導入しながら空気を噴射して該原水をハニカム壁中を反復通過循環させて、曝気させると共に該ハニカム壁に付着形成された生物膜により処理した後、第２水処理槽に送り込んで第１水処理槽と同様に処理する操作を、河川の自然浄化工程に合わせて最終水処理槽まで順次連続的に行う汚水の多段生物膜処理法において、原水中に生物膜担体を投入し、処理槽内に前記生物膜担体を流動させてその表面に生物膜を形成させることを特徴とする汚水の多段生物膜処理法。
【請求項２】筒状で内部を多数のハニカムチューブ状に形成し下部に空気噴出孔を設けた水処理槽の適宜数を横方向に独立区画させて並設すると共にそれらの下部を連通可能に形成し、第１水処理槽に原水を導入しながら空気を噴射して該原水をハニカム壁中を反復通過循環させて、曝気させると共に該ハニカム壁に付着形成された生物膜により処理した後、第２水処理槽に送り込んで第１水処理槽と同様に処理する操作を、河川の自然浄化工程に合わせて最終水処理槽まで順次連続的に行う汚水の多段生物膜処理法において、処理槽内に泥鰌を同棲させることにより、ハニカム壁に付着し肥厚した生物膜を脱落させると共に生物膜を食害する小貝を捕食させることを特徴とする汚水の多段生物膜処理法。
【請求項３】筒状で内部を多数のハニカムチューブ状に形成し下部に空気噴出孔を設けた水処理槽の適宜数を横方向に独立区画させて並設すると共にそれらの下部を連通可能に形成し、第１水処理槽に原水を導入しながら空気を噴射して該原水をハニカム壁中を反復通過循環させて、曝気させると共に該ハニカム壁に付着形成された生物膜により処理した後、第２水処理槽に送り込んで第１水処理槽と同様に処理する操作を、河川の自然浄化工程に合わせて最終水処理槽まで順次連続的に行う汚水の多段生物膜処理法において、原水中に生物膜担体を投入し、処理槽内に前記生物膜担体を流動させてその表面に生物膜を形成させると共に、処理槽内に泥鰌を同棲させることにより、ハニカム壁に付着し肥厚した生物膜を脱落させると共に生物膜を食害する小貝を捕食させることを特徴とする汚水の多段生物膜処理法。
【請求項４】処理が進むにつれて、原水を水処理槽のハニカム壁中を通過循環させる空気量を漸減する請求項１〜３のいずれかに記載の汚水の多段生物膜処理法。
【請求項５】水処理工程を原水流入区、中流区、流出区の３段階に区分して、水処理槽を各区に適宜分別させて使用する請求項１〜４のいずれかに記載の汚水の多段生物膜処理法。
【請求項６】水処理槽の上部に日光を避ける遮光部材を配置する請求項１〜５のいずれかに記載の汚水の多段生物膜処理法。
【請求項７】一定期間処理を行った後、すべての水処理槽を洪水状態にして各水処理槽の底部に沈下した汚泥を流出させる請求項１〜６のいずれかに記載の汚水の多段生物膜処理法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、河川や湖沼などの汚水を浄化する際に、原水を生物処理するための多段生物膜処理法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、池や湖などの汚水を浄化する場合、原水を着水槽に導入し、該着水槽から凝集池に送り込み、ポリ塩化アルミニウム等の凝集剤を注入して凝集成分を凝集させ、次いで、フロック形成池において、凝集塊を成長増大させて汚れをボタン雪状のフロックに形成して沈殿池に送り込み、この沈殿池において、前記汚れのフロックを沈殿させた後、塩素を注入してアンモニア性窒素や鉄マンガンを酸化し濾過池に送り込んで、砂や砂利の層を通すことにより、上記酸化物や細菌を除去し、更に濾過水を活性炭素層を通すことにより脱臭してから、再度塩素を注入した後、浄水池に蓄えるようにしている。
【０００３】
しかしながら、上記のような工程により水を浄化する場合、原水の汚染が著しいか、又は多数の細菌を含むと、多量の凝集剤を必要とするばかりでなく、沈殿効率が劣化して、濾過池における濾過層に目詰まりが生じて濾過機能が低下したり、活性炭層の吸着力の劣化が生じて脱臭効果が損なわれるおそれがあった。そこで、まず原水を曝気槽に導入し、原水中に空気を送り込んで曝気した後、上記の工程を実施することが行われたこともあったが、この方法では、大きな効果を挙げるまでには到っていない。特に、汚水中に含まれている細菌中に嫌気性耐塩素細菌（フラボバクテリア等）が含まれている場合が多いが、この嫌気性耐塩素細菌は塩素に対して耐性が強く、急速濾過等の通常の浄化処理では除去することができないばかりでなく繁殖力も旺盛で、溶存酸素が少ない嫌気性状態下や、アンモニア性窒素があるところで繁殖し、通常の塩素消毒ではこれを死滅させることができず、しかも、濾過層の表面やその中でも繁殖し、更には濾過池を抜けて配管の中でも繁殖して、蛇口から出てくることもあり、極めて好ましくない。
【０００４】
そこで、本発明の発明者は、水の浄化に際して、原水を着水槽又は沈殿池に導入する前に生物膜処理することにより、凝集剤の量を少なくでき、濾過層や活性炭層の寿命延長が可能で、浄化工程において、処理水のBODを１mg/リットルにまで浄化できる方法を発明し、先に特許出願を行っている（特願平2000-389923）。
【０００５】
この先願発明は、筒状で内部を多数のハニカムチューブ状に形成し下部に空気噴出孔を設けた水処理槽の適宜数を横方向に独立区画させて並設すると共にそれらの下部を連通可能に形成し、第１水処理槽に原水を導入しながら空気を噴射して該原水をハニカム壁中を反復通過循環させて、曝気させると共に該ハニカム壁に付着形成された生物膜により処理した後、第２水処理槽に送り込んで第１水処理槽と同様に処理する操作を、河川の自然浄化工程に合わせて最終水処理槽まで順次連続的に行うことを特徴とするもので、水処理槽のハニカム壁に形成される生物膜による生物酸化作用によって、アンモニア性窒素が除去されるばかりでなく、曝気により溶存酸素を充分に増加させ好気性状態にするので、嫌気性耐塩素細菌を死滅又はその繁殖を抑制できるなど、汚水をかなり高度に処理することができるが、ハニカム壁に形成された生物膜が肥厚すると、目詰まりを起こすおそれがあるなどの問題もあり、更に高度に処理できる方法の開発が望まれている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述のような事情に対応できる汚水の多段生物膜処理法を提供することを、その課題とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決することを目的としてなされた本発明の第一発明の構成は、筒状で内部を多数のハニカムチューブ状に形成し下部に空気噴出孔を設けた水処理槽の適宜数を横方向に独立区画させて並設すると共にそれらの下部を連通可能に形成し、第１水処理槽に原水を導入しながら空気を噴射して該原水をハニカム壁中を反復通過循環させて、曝気させると共に該ハニカム壁に付着形成された生物膜により処理した後、第２水処理槽に送り込んで第１水処理槽と同様に処理する操作を、河川の自然浄化工程に合わせて最終水処理槽まで順次連続的に行う汚水の多段生物膜処理法において、原水中に生物膜担体を投入し、処理槽内に前記生物膜担体を流動させてその表面に生物膜を形成させることを特徴とし、また、第二発明の構成は、筒状で内部を多数のハニカムチューブ状に形成し下部に空気噴出孔を設けた水処理槽の適宜数を横方向に独立区画させて並設すると共にそれらの下部を連通可能に形成し、第１水処理槽に原水を導入しながら空気を噴射して該原水をハニカム壁中を反復通過循環させて、曝気させると共に該ハニカム壁に付着形成された生物膜により処理した後、第２水処理槽に送り込んで第１水処理槽と同様に処理する操作を、河川の自然浄化工程に合わせて最終水処理槽まで順次連続的に行う汚水の多段生物膜処理法において、処理槽内に泥鰌を同棲させることにより、ハニカム壁に形成され肥厚した生物膜を脱落させると共に生物膜を食害する小貝を捕食させることを特徴とするものであり、更に、第三発明の構成は、筒状で内部を多数のハニカムチューブ状に形成し下部に空気噴出孔を設けた水処理槽の適宜数を横方向に独立区画させて並設すると共にそれらの下部を連通可能に形成し、第１水処理槽に原水を導入しながら空気を噴射して該原水をハニカム壁中を反復通過循環させて、曝気させると共に該ハニカム壁に付着形成された生物膜により処理した後、第２水処理槽に送り込んで第１水処理槽と同様に処理する操作を、河川の自然浄化工程に合わせて最終水処理槽まで順次連続的に行う汚水の多段生物膜処理法において、原水中に生物膜担体を投入し、処理槽内に前記生物膜担体を流動させてその表面に生物膜を形成させると共に、処理槽内に泥鰌を同棲させることにより、ハニカム壁に形成され肥厚した生物膜を脱落させると共に生物膜を食害する小貝を捕食させることを特徴とするものである。
【０００８】
本発明の発明者は、河川における水は上流から下流に流れて行くうちに川底にある石や砂に微生物が付着して生物膜を形成し、この生物膜が川の中の有機物や流下する浮遊物を摂食，分解したり、アンモニアを酸化して、水を浄化することに着目し、汚染の激しい原水に人為的にこれを適用すれば、原水は大いに浄化されて、浄水場における浄化処理を円滑に行うことができるとの発想から、研究を重ねた結果、前述の先願発明を完成させたのである。つまり、自然河川の浄化作用を忠実に再現させることにより汚水を浄化するようにしたものである。
【０００９】
即ち、処理槽に生物膜が効率よく形成できるようにするため、該処理槽の内部を多数のハニカムチューブ状に形成して、汚水がハニカム壁に接触する面積を大きくし、実施に際しては、水処理槽を流入区、中流区及び流出区の各段階に分けて処理するようにすると共に、流入区においては、汚染の著しい原水を処理するため、曝気用の空気量を多くして原水の循環速度を早くし、中流区においては、流入区において生物膜処理された原水を更に生物膜処理するため、導入した水を曝気するための空気量を上流区より少なくして生物膜処理を行った後、流出区に送り込んで、最後の生物膜処理を行うのであるが、導入された原水は上記２段階における生物膜処理が急速に進んで浄化されているため、曝気するための空気量を中流区より更に少なくして、生物膜処理し、沈殿池に向け排出するのである。なお、上記における水処理槽の数は、処理すべき原水の汚れに応じて使用するものとし、例えば、６基使用する場合、各区に２基ずつ、又は流入区に３基、中流区に２基、流出区に１基使用するようにしたり、５基使用する場合、流入区と中流区に各２基、流出区に１基使用するようにしてもよい。
【００１０】
また、上記における流入区の水処理槽のハニカム壁には、バクテリア、真菌類、藻類、原生動物等が生物膜を形成して、この生物膜による生物酸化作用により、アンモニア性窒素を除去すると共に固形有機物、溶解有機物を分解し、次いで、それを栄養分として原生動物が増殖し、中流区においては、ミジンコ、ヒル、ミミズ、ワムシ等の微小動物が生物膜上に発生増殖して、微生物や原生動物を捕食するため、藻類、バクテリアは効率よく減少する。また、流出区では、ヒル、ミミズ、ミジンコ等の大型の後生動物、水性動物が生物膜上に増殖し、大型の後生動物が微小動物を捕食するので、発生汚泥量がいよいよ少なくなる。従って、浄水場において、沈殿池に送り込まれる原水が予め生物膜処理されて大いに浄化された状態となるので、浄水場における浄水作業が高度且つ円滑に行われるようになるばかりでなく、従来大量に使用されていた凝集剤の量を少なくでき、濾過層の目詰まりが生じなくなり、且つ活性炭層の寿命が大幅に延長される。また、高度に浄化された場合には、活性炭を使用する必要もなくなる。
【００１１】
しかしながら、本発明においては、上記の効果を更に向上させるために、原水に生物膜担体を加えて処理槽内を流動させるようにした。このように生物膜担体を流動させると、生物膜担体の表面積は極めて大きくこれに着生形成される生物膜面積も著大になるから、生物酸化能も飛躍的に増大するが、スラッジの生成量も多くなる。一方、ハニカム壁面に形成される固定生物膜は前記生物膜担体表面に形成される生物膜面積に比べて小さいが、生物膜面に増殖する後生動物、即ち、ミジンコ、ヒル、ミミズ、ワムシ、貝等の微小動物が生物膜を捕食するので、前記スラッジも減少する。従って、著大な量の生物膜による生物酸化と、生物膜を捕食減量させる後生動物群との相補作用によって、機能の安定した生物膜浄化機能が発揮されることになる。
【００１２】
また、本発明においては、更に、処理槽内に適宜数の泥鰌を放流して同棲させるようにした。このように泥鰌を同棲させると、スラッジの量が減少し、また、ハニカム壁に肥厚に形成された生物膜を脱落させるばかりでなく、生物膜を食害する小貝（サカマキ貝等）を捕食するので、生物酸化機能の劣化を防ぐことができる。即ち、水棲生物の生態系は、図４に示すように、４段階のピラミッド状に構成されているが、先願発明のハニカム内の生態系は魚を欠く２段階のみで構成されているため、安定性に欠けるところがあったが、魚類を加えることにより、更に一段と安定性を増すと共に処理効率の向上が期待される。
因みに、泥鰌は空気呼吸のため垂直遊泳する習性を持つ唯一の淡水魚であり、前記ハニカム壁の径は13mm程度であるから、泥鰌はハニカム壁内を上下に自由に遊泳でき、この上下遊泳時にハニカム壁に肥厚に形成された生物膜を脱落させことができるのである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明処理法の実施の形態例を図により説明する。図１は本発明処理法を実施している状態の正面図、図２は水処理槽の平面図、図３は浄水場における水処理工程のフローシート、図４は水棲生物の生態系を示す図である。
【００１４】
図において、１〜６は、内部をハニカムチューブｈ状に形成した３段重ねの水処理槽で、その下部に水処理槽１〜６内に曝気用の空気を噴出する空気噴出ノズル1a〜6aが設けられており、水処理槽１，２は原水の流入区Ａ用の水処理に、同じく３，４は水処理槽１，２において処理された原水を受け入れて更に処理する中流区Ｂ用の水処理槽、５，６は水処理槽３，４において処理された原水を処理してその下部から排出する流出区Ｃ用の水処理槽で、これら水処理槽は着水槽の前又は後に配備し、沈殿池に送り込まれる前に原水を前処理するのに使用されるものであり、水処理槽１の手前側上部に設けた受水部1bから原水を受け入れ、水処理槽６の後部に設けた排出部6bから排出するようになっている。また、図中、1c〜6cは水処理槽１〜６の下部に設けた水噴射部で、各水処理槽１〜６の下部に溜まった汚泥を排出する際に使用するものであり、先願発明も本発明も上記と略同様に実施される。
【００１５】
即ち、先願発明においては、水処理槽１に河川や池、湖からの原水が送り込まれたら、空気噴出ノズル1aから空気を上に向けて噴出させると、前述したように、水処理槽1の入水部1aから送り込まれた原水は、水処理槽１，２の中をハニカム壁ｈに接触しながら循環し、前記生物膜担体及びハニカム壁ｈには、バクテリア、真菌類、藻類、原生動物等の上流生態系動物が生物膜を形成して、固形有機物、溶解有機物をバクテリアが分解し、それを栄養分として、バクテリア、真菌類などの微生物及び原生動物等が増殖し、水処理槽３，４においては、それらのハニカム壁ｈに、ワムシやミミズ等の小型微小動物、原生動物等の中流生態系動物が生物膜に常住して、バクテリア、原生動物などを捕食するので、藻類、バクテリア等は減少する。また、水処理槽５，６では、下流生態系動物のヒル、ミミズ、ミジンコ、小魚等の大型後生動物、水性動物が出現して、微小動物を捕食する。このようにして、上位の生物が下位の生物を捕食する、いわゆる食物連鎖の上位に進むにつれて、発生汚泥量が少なくなる。なお、一定期間上記の処理を行った後、すべての水処理槽１〜６を洪水状態にし、水処理槽１にも設けたポンプ1c〜6cを駆動して、それら水処理槽１〜６の底部に沈下した汚泥を流出させ、新たな処理に使用するようにする。
【００１６】
上記の操作において、流入区Ａの水処理槽１，２における空気ノズル1a，2aから噴出させる空気の量を大量にし、中流区Ｂの水処理槽３，４の空気ノズル3a，4aからの空気量は前段の2/3程度にし、更に、流出区Ｃの水処理槽５，６においては、流入区Ａの空気量の1/3程度と、漸減させる。これは、流入区Ａにおいては原水の汚れが著しく、中流区Ｂでは流入区Ａにおいて生物膜処理されて汚染度がある程度改善された原水を曝気するので、流入区Ａの2/3程度の空気量で充分であり、流出区Ｃでは更に汚れの改善された原水を曝気するからである。
【００１７】
従って、浄水場における着水槽の手前又は着水槽から沈殿部に導入する前に先願発明の処理法により原水を生物膜処理すれば、沈殿池にはかなり高度に汚れを改善された原水が送り込まれるので、最終的にBOD１mg/リットルにまで浄化することが可能となる。なお、上記実施例においては、水処理槽を各区に２基ずつ合計６基使用するようにしたが、水処理槽の数は処理すべき原水の汚れに応じて適宜採択するものとする。
【００１８】
しかしながら、本発明の第一発明においては、原水に表面積が大きくその表面に着生形成される生物膜面積も大きい生物膜担体ｎを加えて処理槽内を流動させるようにしたから、生物酸化能も飛躍的に増大する一方、スラッジの生成量も多くなる。一方、ハニカム壁面に形成される固定生物膜は前記生物膜担体ｎの表面に形成される生物膜面積に比べて小さいが、生物膜面に増殖する後生動物、即ち、ミジンコ、ヒル、ミミズ、ワムシ、貝等の微小動物が生物膜を捕食するので、前記スラッジも減少する。従って、著大な量の生物膜担体による生物酸化と、生物膜を捕食減量させる後生動物群との相補作用によって、機能の安定した生物膜浄化機能が発揮されることになり、先願発明に比べて処理能力は著しく向上する。
【００１９】
一方、第二発明においては、処理槽内に適宜数の泥鰌を放流して同棲させるようにしたから、スラッジの量が減少し、また、ハニカム壁に肥厚に形成された生物膜を脱落させるばかりでなく、生物膜を食害する小貝（サカマキ貝等）を捕食するので、生物酸化機能の劣化を防ぐことができると共に安定性を増し、処理効率は著しく向上する。
【００２０】
更に、第三発明は、先願発明に第一発明と第二発明の要部を加えたため、処理槽内に投入される生物膜担体と処理槽内に同棲させた泥鰌の作用により、上記第一発明と第二発明の相乗効果を挙げることとなり、汚水の生物膜処理効果を一層向上させることができる。
【００２１】
【発明の効果】
本発明は上述の通りであって、水処理工程を、原水流入区、中流区、流出区の３段階に区分して、各区に適した数の水処理槽を使用するようにし、原水流入区においては曝気に大量の空気を噴出させ、中流区においてはそれより少なく、流出区においては更に中流区より少ない空気を噴出させるようにし、原水に生物膜担体を投入してこの担体の表面に生物膜を形成させるようにしたから、この方法を浄水場の沈殿部に送り込む前の段階で実施することにより、かなり高度に原水の水質を改善することができる。
【００２２】
従って、従来、浄水場において使用している凝集剤の使用量をおよそ半減できると共に、沈殿槽における沈殿が容易になり、砂濾過層や活性炭層の目詰まりは解消されて、良質の水を得ることが可能となる。更に、沈殿汚泥量が少なくなるばかりでなく、汚泥の脱水性が著しく向上する。
【００２３】
上記のほか、原水中に含まれたアンモニア性窒素を除去できるし、曝気により溶存酸素を充分に増加させ好気性状態にするので、原水中に嫌気性耐塩素細菌が含まれていてもこれを死滅又はその繁殖を抑制できて、嫌気性耐塩素細菌が蛇口から放出されるのを防止できる外、上昇したphは下がり、有機物が分解されるなどの効果もある。また、カビ臭除去にも著しい効果があるので、脱臭用に使用される活性炭の交換期間が約２倍以上延長されるか、又は活性炭設備が不要となる。
【００２４】
更に、処理槽内に泥鰌を同棲させることにより、スラッジの量が減少し、また、ハニカム壁に肥厚に形成された生物膜を脱落させるばかりでなく、生物膜を食害する小貝（サカマキ貝等）を捕食するので、生物酸化機能の劣化を防ぐことができると共に安定性を増して、処理効率は著しく向上するし、生物膜担体の投入と泥鰌の同棲を併用することにより、それらの相乗効果によって、汚水の生物膜処理効果は著しく向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一例を実施している状態の斜視図。
【図２】水処理槽の平面図。
【図３】本発明方法を浄水場に適用した場合の水処理工程のフローシート。
【図４】水棲生物の生態系を示す図。
【符号の説明】
Ａ      流入区
Ｂ      中流区
Ｃ      流出区
１〜６  水処理槽
1a〜6a  空気噴射孔
1b      水処理槽1の受水部
1c〜6c  水噴射部
6b      水処理槽6の排出部
ｈ  ハニカム壁
ｎ  生物膜担体