(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
前処理槽（Ｘ）と、
散気具（ｄａ）、好気性微生物用固定濾床（ａｅ）及び嫌気性微生物用固定濾床（ａｎ）を備える生物分解消化槽（Ａ）の少なくとも１槽とを設置してなり、
好気性微生物用固定濾床（ａｅ）の下部に嫌気性微生物用固定濾床（ａｎ）を配し、
生物分解消化槽（Ａ）へ処理水を流入させるための流入口を生物分解消化槽（Ａ）の上部に備え、処理水を流出させるための流出口を生物分解消化槽（Ａ）の最深部に備え、
好気性微生物用固定濾床（ａｅ）に遮断壁を壁面が鉛直方向になるように配して、散気具から供給される気泡が処理水の水面まで上昇できる上昇領域（ｕａ）を設けることにより、好気性微生物用固定濾床（ａｅ）内に下降領域（ｄａ）を形成させ、
嫌気性微生物用固定濾床（ａｎ）に遮断壁を壁面が鉛直方向になるように配して、処理水が深部から浅部へ上昇できる上昇領域（ｕａ）を設けることにより、嫌気性微生物用固定濾床（ａｎ）内に下降領域（ｄａ）を形成することを特徴とする生物学的排水処理装置。
【請求項２】
複数個の生物分解消化槽（Ａ）を直列に設置し、
この設置数が２〜１０個である請求項１に記載の生物学的排水処理装置。
【請求項３】
散気具を上昇領域（ｕａ）に配する請求項１又は２に記載の生物学的排水処理装置。
【請求項４】
散気具がエアレーションノズル及び／又はエジェクターである請求項１〜３のいずれに記載の生物学的排水処理装置。
【請求項５】
好気性微生物用固定濾床（ａｅ）及び嫌気性微生物用固定濾床（ａｎ）を構成する生物担体が、少なくとも互いに交差する複数個の板を備え、この板に大小異なる複数個の貫通孔を備える請求項１〜４のいずれかに記載の生物学的排水処理装置。
【請求項６】
後処理槽（Ｙ）として、集塊と処理水とを分離するための分離槽であって、
生物分解消化槽（Ａ）からの処理水を流入させるための流入口と、集塊を前処理槽（Ｘ）へ返送するための返送口と、処理水を放流又は別の後処理槽へ排出するための排出口とを有し、他の流出入口を持たない集塊分離槽（Ｂ）を設置する請求項１〜５のいずれかに記載の生物学的排水処理装置。
【請求項７】
後処理槽（Ｙ）として、集塊分離槽（Ｂ）の後段に、無機物質と処理水とを分離するための無機物質分離槽（Ｃ）を設置する請求項１〜６のいずれかに記載の生物学的排水処理装置。
【請求項８】
無機物質分離槽（Ｃ）に、金属粒子及び炭粒子が互いに接触し、多孔質に構成される炭／金属多孔質複合体を充填している請求項７に記載の生物学的排水処理装置。
【請求項９】
金属がアルミニウム及び／又は鉄である請求項８に記載の生物学的排水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生物学的排水処理装置に関する。さらに詳しくは好気性微生物と嫌気性微生物とを活用した生物学的排水処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
余剰汚泥の生成がほとんどない状態で排水を浄化する処理設備として、「少なくとも２以上の生物処理槽を備えた有機性廃水の処理設備であって、前記少なくとも２以上の生物処理槽の容量総計に対し、少なくとも１／２以上の容量相当分の生物処理槽に固定濾床（４）を設置し、該固定濾床（４）の濾材（８）は、比表面積が６０〜１００ｍ２／ｍ３となるように形成され、且つ前記固定濾床（４）が設置された生物処理槽の槽容積に対する濾材（８）の充填率が７０〜９０容量％となるように構成されていることを特徴とする有機性廃水の処理設備（特許文献１）」が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２６３５０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の処理設備では、必ずしも余剰汚泥の生成がほとんどない状態で排水を浄化できないという問題がある。
本発明の目的は、余剰汚泥が発生しない排水処理装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の生物学的排水処理装置の特徴は、前処理槽（Ｘ）と、
散気具（ｄａ）、好気性微生物用固定濾床（ａｅ）及び嫌気性微生物用固定濾床（ａｎ）を備える生物分解消化槽（Ａ）の少なくとも１槽とを設置してなり、
好気性微生物用固定濾床（ａｅ）の下部に嫌気性微生物用固定濾床（ａｎ）を配し、
生物分解消化槽（Ａ）へ処理水を流入させるための流入口を生物分解消化槽（Ａ）の上部に備え、処理水を流出させるための流出口を生物分解消化槽（Ａ）の最深部に備え、
好気性微生物用固定濾床（ａｅ）に遮断壁を壁面が鉛直方向になるように配して、散気具から供給される気泡が処理水の水面まで上昇できる上昇領域（ｕａ）を設けることにより、好気性微生物用固定濾床（ａｅ）内に下降領域（ｄａ）を形成させ、
嫌気性微生物用固定濾床（ａｎ）に遮断壁を壁面が鉛直方向になるように配して、処理水が深部から浅部へ上昇できる上昇領域（ｕａ）を設けることにより、嫌気性微生物用固定濾床（ａｎ）内に下降領域（ｄａ）を形成する点を要旨とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の生物学的排水処理装置は、好気性微生物と嫌気性微生物とを効率的に活用して水処理できるため、余剰汚泥（微生物の死骸等）を発生しない。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の生物学的排水処理装置の一態様を模式的に表したフローシート（側面図）である。
【図２】本発明の生物学的排水処理装置のうち、散気具として、エアレーションノズルを用いる一態様であって、上昇領域（ｕａ）でエアレーションノズルから供給される気泡が処理水と共に上昇し、下降領域（ｄａ）で処理水が下降して、処理水が対流する様子を模式的に表した概念図（側面図）である（破線は処理水の流れを表す。）。
【図３】本発明の生物学的排水処理装置のうち、散気具として、気液混合エジェクターを用いる一態様であって、好気性微生物用固定濾床（ａｅ）の上部に、排出される混合液体の排出方向が水平方向になるように気液混合エジェクターを配置した様子を模式的に表した概念図（側面図）である（破線は処理水の流れを表す。）。
【図４】本発明の生物学的排水処理装置のうち、散気具として、気液混合エジェクターを用いる一態様であって、好気性微生物用固定濾床（ａｅ）の下部に、排出される混合液体の排出方向が水平方向になるように気液混合エジェクターを配置した様子を模式的に表した概念図（側面図）である（破線は処理水の流れを表す。）。
【図５】本発明の生物学的排水処理装置のうち、散気具として、気液混合エジェクターを用いる一態様であって、排出される混合液体の排出方向が上方向になるように気液混合エジェクターを気泡上昇領域（ｕａ）に配置した様子を模式的に表した概念図（側面図）である（破線は処理水の流れを表す。）。
【図６】実施例で調製した生物分解消化槽（Ａ）を模式的に表した側面図である（３桁の数字は寸法（ｍｍ）を表す。）。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
前処理槽（Ｘ）には、公知の前処理槽を使用でき、排水の流量や濃度の変動等を調整するための原水槽、好気性微生物を含む集塊（しゅうかい）の存在下で散気処理して、集塊に有機物を吸着させたり、好気性微生物を増殖させたりする原水調整槽（または曝気槽）を含む。
【０００９】
原水槽からポンプアップされた排水は、通常、スクリーンを通過させて、原水調整槽の移送されるが、排水の種類等により、ポンプを使用せず自然落下させてもよいし、スクリーンを通過させなくてもよいし、また、原水槽を設置しなくてもよい。
【００１０】
生物分解消化槽（Ａ）は、散気具（ｄａ）、好気性微生物用固定濾床（ａｅ）及び嫌気性微生物用固定濾床（ａｎ）を備える。
【００１１】
好気性微生物用固定濾床（ａｅ）は、生物担体から構成されていれば制限ないが、好気性微生物が住み着きやすく、微生物が集塊として脱落しがたく、十分な空気又は酸素が供給され、処理水が循環しやすい生物担体で構成されることが好ましい。
【００１２】
なお、好気性微生物用固定濾床（ａｅ）は、好気性微生物が住み着きやすい生物担体で構成され、十分な空気又は酸素が供給されるが、必ずしも好気性微生物だけが生息するものに限らず、生物担体に形成される生物膜（生物層）の内部に嫌気性微生物が生息する場合を除くものではない。同様に、嫌気性微生物用固定濾床（ａｎ）は、嫌気性微生物が住み着きやすい生物担体で構成され、空気又は酸素がほとんど供給されないが、必ずしも嫌気性微生物だけが生息するものに限らず、生物担体に形成される生物膜（生物層）の表層部等に好気性微生物が生息する場合を除くものではない。
【００１３】
このような好ましい生物担体としては、少なくとも互いに交差する複数個の板を備え、この板に大小異なる複数個の貫通孔を備える生物担体が含まれ、たとえば、中国実用新案特許ＣＮ２０１６８６５４９Ｕ号公報に記載された生物接触材構造や、特公昭４７-４１２２５号公報に記載された気液接触装置用充填体、特許文献１の図３に記載された濾材が好ましく例示される。
【００１４】
好気性微生物用固定濾床（ａｅ）において、生物担体の設置方法に制限はないが、保守・点検等の観点から、液体及び気体が自由に循環できる多孔質板（金網、パンチングメタル及びエキスパンドメタル等）又は多孔質袋（網袋等）で形成された容器に複数の生物担体を保持して設置することが好ましい。
【００１５】
嫌気性微生物用固定濾床（ａｎ）は、生物担体から構成されていれば制限ないが、嫌気性微生物が住み着きやすく、微生物が集塊として脱落しがたく、処理水が循環しやすい生物担体で構成されることが好ましい。
【００１６】
このような好ましい生物担体としては、好気性微生物用固定濾床（ａｅ）を構成するのに好ましい生物担体と同様のものが含まれ、同様のものが好ましく例示される。
【００１７】
嫌気性微生物用固定濾床（ａｎ）において、生物担体の設置方法に制限はないが、保守・点検等の観点から、液体が自由に循環できる多孔質板（金網、パンチングメタルおよびエキスパンドメタル等）又は多孔質袋（網袋等）で形成された容器に複数の生物担体を保持して設置することが好ましい。
【００１８】
嫌気性微生物用固定濾床（ａｎ）は、好気性微生物用固定濾床（ａｅ）の下部に配置されていれば制限なく、すなわち、好気性微生物用固定濾床（ａｅ）がより水面に近い箇所に設置され、嫌気性微生物用固定濾床（ａｎ）が好気性微生物固定濾床（ａｅ）よりも深い箇所に設置されている必要がある。そして、嫌気性微生物用固定濾床（ａｎ）は最深部の底に密着させず、嫌気性微生物用固定濾床（ａｎ）の下に処理水が出入りできるスペースを設けることが好ましい（図１、２参照）。このようなスペースを設けると、処理水が、生物分解消化槽（Ａ）内をさらに対流（循環）しやすくなる。
【００１９】
好気性微生物用固定濾床（ａｅ）と嫌気性微生物用固定濾床（ａｎ）とは、隣接又は接近していてもよいが、好気性微生物用固定濾床（ａｅ）に気泡が供給でき、嫌気性微生物用固定濾床（ａｎ）には気泡が供給されないように一定距離を置いて設置することが好ましい。この一定距離は、気泡の供給量に対応する排水の汚染具合や排水量等により適宜決定できる。
【００２０】
好気性微生物用固定濾床（ａｅ）及び嫌気性微生物用固定濾床（ａｎ）の大きさは、排水の汚染具合（ＢＯＤ、ＣＯＤ等）や排水量等により適宜決定できるが、嫌気性微生物用固定濾床（ａｎ）の大きさが好気性微生物用固定濾床（ａｅ）の大きさよりも大きいことが好ましく、さらに好ましくは嫌気性微生物用固定濾床（ａｎ）の体積が好気性微生物用固定濾床（ａｅ）の体積の１．５〜４倍となる大きさ、特に好ましくは嫌気性微生物用固定濾床（ａｎ）の体積が好気性微生物用固定濾床（ａｅ）の体積の１．７〜３．５倍となる大きさである。
【００２１】
嫌気性微生物用固定濾床（ａｎ）が好気性微生物用固定濾床（ａｅ）の下部に配置されていると、好気性微生物用固定濾床（ａｅ）に空気又は酸素を供給しやすく、嫌気性微生物用固定濾床（ａｎ）には空気又は酸素が接触しがたくなる他に、嫌気性微生物が発生させる気体（メタン、硫化水素等）が、嫌気性微生物用固定濾床（ａｎ）の上部にある好気性微生物用固定濾床（ａｅ）に供給され、好気性微生物によって処理されるため、これらの気体が生物学的排水処理装置の外部に排出されにくくなるため、大気汚染等の問題が発生しない。また、好気性微生物用固定濾床（ａｅ）から脱落する集塊（排水量の変動等によって脱落することがある）や浮遊している集塊が、嫌気性微生物用固定濾床（ａｎ）に受け止められ、集塊が嫌気性微生物によって処理され、過剰な集塊を消化できる。このように嫌気性微生物用固定濾床（ａｎ）が好気性微生物用固定濾床（ａｅ）の下部に配置されていると、これらは相互扶助の関係を保つことができる。
【００２２】
好気性微生物用固定濾床（ａｅ）に遮断壁を壁面が鉛直方向になるように配して、散気具から供給される気泡が処理水の水面まで上昇できる上昇領域（ｕａ）を設けることが好ましい。なお、この上昇領域（ｕａ）を設けることにより、好気性微生物用固定濾床（ａｅ）内に下降領域（ｄａ）が形成される（図２参照）。そして、この上昇領域（ｕａ）には、生物担体を配しても配さなくてもよいが、上昇領域（ｕａ）に生物担体を配する場合、下降領域（ｄａ）に生物担体を配しないというように、上昇領域（ｕａ）又は下降領域（ｄａ）のいずれか一方にのみ生物担体を配することが好ましい。
【００２３】
気泡上昇領域（ｕａ）と水下降領域（ｄａ）との間に遮断壁を配置する場合、好気性微生物用固定濾床（ａｅ）を構成してもよい多孔質板の一部を遮断壁に置き換えてもよいし、多孔質板と重ねて遮断壁を設けてもよい。
【００２４】
嫌気性微生物用固定濾床（ａｎ）に遮断壁を壁面が鉛直方向になるように配して、処理水が深部から浅部へ上昇できる上昇領域（ｕａ）を設けることが好ましい。なお、この上昇領域（ｕａ）を設けることにより、嫌気性微生物用固定濾床（ａｎ）内に下降領域（ｄａ）が形成される（図２参照）。そして、この上昇領域（ｕａ）には、生物担体を配しても配さなくてもよいが、上昇領域（ｕａ）に生物担体を配する場合、下降領域（ｄａ）に生物担体を配しないというように、上昇領域（ｕａ）又は下降領域（ｄａ）のいずれか一方にのみ生物担体を配することが好ましい。
【００２５】
気泡上昇領域（ｕａ）と水下降領域（ｄａ）との間に遮断壁を配置する場合、嫌気性微生物用固定濾床（ａｎ）を構成してもよい多孔質板の一部を遮断壁に置き換えてもよいし、多孔質板と重ねて遮断壁を設けてもよい。
【００２６】
好気性微生物用固定濾床（ａｅ）及び嫌気性微生物用固定濾床（ａｎ）に遮断壁を壁面が鉛直方向になるように配して、上昇領域（ｕａ）を設ける場合、好気性微生物用固定濾床（ａｅ）に配する遮断壁の仮想延長面と嫌気性微生物用固定濾床（ａｎ）に配する遮断壁の仮想延長面とが重なるように、それぞれの遮断壁を配することが好ましい。すなわち、好気性微生物用固定濾床（ａｎ）に形成される上昇領域（ｕａ）と嫌気性微生物用固定濾床（ａｎ）に形成される上昇領域（ｕａ）とが連続して形成されることが好ましい。このように上昇領域（ｕａ）が連続して形成されると、処理水が生物分解消化槽（Ａ）の最深部から処理水の水面まで連続した処理水の流れが形成されやすく、この流れと共に、下降領域（ｄａ）を処理水が最深部へ容易に下降できる（図２参照）。
【００２７】
散気具（ｄａ）は、好気性微生物用固定濾床（ａｅ）に生息する好気性微生物に空気又は酸素を供給できれば制限なく、エアレーションノズル及び／又はエジェクター等が使用できる。
なお、エジェクターとは、ポンプ等の機械的運動によらず、管内を流れる主流体（空気、水等）がより細い管を通過する際、より高速になると共に圧力が低下し、この圧力の低下により吸い込み口から他の流体（副流体；空気、水等）を吸い込み、流体同士が混合して排出できる部材である。そして、主流体として液体（水等）、副流体として気体（空気又は酸素等）を用いる気液混合エジェクターと、主流体として液体（水等）、副流体として液体（水等）を用いる液液混合エジェクターとがある。
【００２８】
散気具の設置位置としては、嫌気性微生物用固定濾床（ａｎ）よりも深部（下部）に配しないことが好ましい。散気具を嫌気性微生物用固定濾床（ａｎ）よりも深部（下部）に配すると、嫌気性微生物用固定濾床（ａｎ）への空気又は酸素が供給され、嫌気性微生物の成育が阻害されやすくなる。すなわち、嫌気性微生物用固定濾床（ａｎ）には空気又は酸素が供給されず、好気性微生物用固定濾床（ａｅ）にだけ空気又は酸素が供給できるように、散気具を配することが好ましい。散気具は、空気又は酸素を供給するだけではなく、この供給により、気泡の上昇と共に処理水を上昇させることができる。したがって、散気具から供給される気泡が上昇領域（ｕａ）を上昇できるように設置することが好ましい。
【００２９】
散気具として、エアレーションノズルを用いる場合、エアレーションノズルから供給される気泡が処理水中を上昇することによって、生物分解消化槽（Ａ）中の処理水に対流を生じさせ、かつ、上昇する気泡が好気性微生物用固定濾床（ａｅ）に妨げられることなく、処理水の水面まで上昇できるように、エアレーションノズルを配することが好ましく、さらに好ましくは上記の通り遮断壁を配置し上昇領域を設けて、（ｉ）好気性微生物用固定濾床（ａｎ）に形成される上昇領域（ｕａ）、（ｉｉ）好気性微生物用固定濾床（ａｎ）に形成される上昇領域（ｕａ）と嫌気性微生物用固定濾床（ａｎ）に形成される上昇領域（ｕａ）との間、又は（ｉｉｉ）嫌気性微生物用固定濾床（ａｎ）に形成される上昇領域（ｕａ）に、エアレーションノズルを配することである。
【００３０】
このようにエアレーションノズルを配すると、上昇領域（ｕａ）において気泡と処理水とが混合しながら、気泡及び処理水が共に上昇し、引き続き、下降領域（ｄａ）において気泡及び処理水の混合液が好気性微生物用固定濾床（ａｅ）と接触しながら下降するため、気泡が好気性微生物に消費され、処理水が浄化されながら下降し、処理水の大部分が嫌気性微生物用固定濾床（ａｎ）へ移動し、一部の処理水が再び、上昇領域（ｕａ）において気泡と処理水とが混合しながら共に上昇するという対流（処理水の循環）が生じる（図２参照）。
【００３１】
散気具として、エジェクターを用いる場合、主流体は処理水であり、副流体として空気又は酸素を用いる気液混合エジェクターを用いる。気液混合エジェクターは、好気性微生物用固定濾床（ａｅ）に、空気又は酸素と処理水との混合液体を供給できれば、どこに配置してもよいが、嫌気性微生物用固定濾床（ａｎ）にこの混合液体が接触しがたいように、また、好気性微生物用固定濾床（ａｅ）及び嫌気性微生物用固定濾床（ａｎ）が直接混合液体の噴射を受けないように、配置することが好ましい。すなわち、好気性微生物用固定濾床（ａｅ）の上部及び／又は下部において、排出される混合液体の排出方向が水平方向又は水平方向に対して±３０（好ましくは±２０、さらに好ましくは±１０）度の角度となる方向になるように気液混合エジェクターを配置するか（図３、４参照）、エアレーションノズルを用いる場合のように上昇領域（ｕａ）を設けて、この気泡上昇領域（ｕａ）内において、排出される混合液体の排出方向が上方向になるように気液混合エジェクターを配置する（図５参照）ことが好ましい。このように気液混合エジェクターを配置すると、気泡上昇領域（ｕａ）において気泡と処理水とが混合しながら共に上昇し、引き続き、水下降領域（ｄａ）において気泡と処理水との混合液が好気性微生物用固定濾床（ａｅ）と接触しながら下降するため、気泡が好気性微生物に消費され、処理水が浄化されながら下降し、処理水の一部が嫌気性微生物用固定濾床（ａｎ）へ移動し、一部の処理水が再び、気泡上昇領域（ｕａ）において気泡と処理水とが混合しながら共に上昇するという対流（処理水の循環）が生じる（図５参照）。
【００３２】
エアレーションノズル及び／又は気液エジェクターを用いても、嫌気性微生物用固定濾床（ａｎ）に処理水を十分に循環できない場合、液液混合エジェクターや攪拌翼、循環ポンプ等を用いて、処理水の循環を補助してもよい。これらのうち、保守・点検等の観点から、液液混合エジェクターが好ましい。
また、処理水の循環を促進させるため、好気性微生物用固定濾床（ａｅ）で設置できる遮断壁と同様の遮断壁を嫌気性微生物用固定濾床に設けて、循環の流れを一定の方向に促すこともできる。
【００３３】
エアレーションノズルとしては、エアーレーションできれば制限なく使用できるが、中国実用新案特許ＣＮ２０１６８６５５３Ｕ号公報に記載された曝気盤構造が好ましく例示される。また、エジェクターとしては、気液混合又は液液混合できれば制限なく、たとえば、バブリング・ジェット・ノズル、タンクミキシングエダクター（スプレーイングシステムジャパン株式会社）が提示できる。
【００３４】
散気具（ｄａ）、好気性微生物用固定濾床（ａｅ）及び嫌気性微生物用固定濾床（ａｎ）について、それぞれの大きさ、形状等は、排水の汚染具合や排水量等によって適宜決定できる。
【００３５】
生物分解消化槽（Ａ）は、少なくとも１槽とを設置すればよいが、好ましくは２〜１０個の設置数、さらに好ましくは３〜８個、特に好ましくは４〜６個である。なお、複数個の生物分解消化槽（Ａ）を設置する場合、生物分解消化槽（Ａ）は直列に設置することが好ましい。
【００３６】
複数個の生物分解消化槽（Ａ）を直列に設置する場合、すべての生物分解消化槽（Ａ）のうち、前段になる程、空気又は酸素の供給量を多くし、後段になる程、空気又は酸素の供給量を少なくすることが好ましい。これは、排水中の有機分を前段で効率よく処理し、後段では集塊（浮遊したもの、脱落したものの両方を含む）を効率よく処理するためである。
【００３７】
生物分解消化槽（Ａ）への処理水の流出入口の位置に制限はないが、前段の前処理槽（Ｘ）又は生物分解消化槽（Ａ）から生物分解消化槽（Ａ）へ処理水を流入させるための流入口は、生物分解消化槽（Ａ）の上部に備えることが好ましい。また、後段の後処理槽（Ｙ）又は生物分解消化槽（Ａ）へ処理水を流出させるための流出口は、生物分解消化槽（Ａ）の最深部に備えることが好ましい（図１、図６参照）。流入口が生物分解消化槽（Ａ）の上部に備えると、排水が、まず、好気性微生物用固定濾床（ａｅ）と接触してから、つぎに、嫌気性微生物用固定濾床（ａｎ）と接触するため、さらに効率的よく排水を浄化処理できる。また、流出口を生物分解消化槽（Ａ）の最深部に備えると、好気性微生物用固定濾床（ａｅ）から嫌気性微生物用固定濾床（ａｎ）への処理水の流れが促進され、さらに効率よく排水を浄化できると共に、処理水が、生物分解消化槽（Ａ）内をさらに対流（循環）しやすくなる。
【００３８】
本発明の生物学的排水処理装置には、後処理槽（Ｙ）を設置することが好ましい。
後処理槽（Ｙ）としては、集塊分離槽（Ｂ）及び無機物質分離槽（Ｃ）が含まれる。
【００３９】
集塊分離槽（Ｂ）は、集塊と処理水とを分離するための分離槽であって、生物分解消化槽（Ａ）からの処理水を流入させるための流入口と、集塊を前処理槽（Ｘ）へ返送するための返送口と、処理水を放流又は別の後処理槽へ排出するための排出口とを有し、他の流出入口を持たないものである。すなわち、余剰集塊（または余剰汚泥）を生物学的排水処理装置の外部へ排出する出口を持たない集塊分離槽である。
【００４０】
集塊の返送先としては、原水調整槽が好ましいが、生物分解消化槽（Ａ）にも返送してもよい。
【００４１】
本発明の生物学的排水処理装置において、微生物（好気性微生物、嫌気性微生物）は、排水中の有機分を摂取し、気体（二酸化炭素、メタン、アンモニア、硫化水素等）と水とを排出するが、これらの気体のうち、嫌気性微生物が排出する気体（メタン、アンモニア、硫化水素等）は好気性微生物が再摂取し、二酸化炭素と水や、自己の細胞等に変換するため、結局、排水中に含まれる有機分は、水と二酸化炭素とに変換され、これらが生物学的排水処理装置の外部へ放出されることとなる。
しかし、これらの他に、微生物は、無機物質（硝酸イオン、硫酸イオン、リン酸イオン、金属イオン及びこれらから構成される化合物等）も摂取すると共に排出し（または摂取されずにそのまま存在するものもあるかもしれない）、一部の無機物質（硝酸イオン、硫酸イオン等）は、集塊の返送や食物連鎖等により、アンモニア、窒素、硫化水素等にも変換されたりもするが、金属イオン（特に重金属イオン）やリン酸イオン等は、このまま放流水（または処理水）に含んだまま、生物学的排水処理装置の外部へ放出されてしまう。
そこで、本発明の生物学的排水処理装置には、放流する直前の処理水から、金属イオン（特に重金属イオン）やリン酸イオン等を分離除去するための無機物質分離槽（Ｃ）を設置することが好ましい。
【００４２】
無機物質分離槽（Ｃ）は、集塊分離槽（Ｂ）の後段に設置され、無機物質と処理水とを分離するためのものである。特に、放流水に含んだまま放出すると問題となる重金属原子やリン原子を分離して、これらを除いた処理水のみを放出するためのものである。
【００４３】
無機物質分離槽（Ｃ）には、放流する直前の処理水から、金属イオン（特に重金属イオン）やリン酸イオン等を分離除去できる無機物質分離材が充填されていることが好ましいが、通電により無機物質を除去してもよい。
【００４４】
無機物質分離材としては、活性炭、ゼオライト、珪藻土、活性白土等を用いてもよいが、金属粒子及び炭粒子が互いに接触し、多孔質に構成される炭／金属多孔質複合体が好ましい。
【００４５】
このような炭／金属多孔質複合体としては、特開２０１１−２５１６０号公報に記載された水処理用炭−金属複合体や、ＴＥＲＲＡＳＴシリーズ（炭／金属多孔質複合体；株式会社アオヤマエコシステム）が好ましく使用できる。
【００４６】
炭／金属多孔質複合体において、金属と炭とは接触して電池を形成していると考えられ、水中で、金属が溶出し、この金属が無機物質を補足し、凝集沈殿するものと考えられる。したがって、炭／金属多孔質複合体の金属としては、分離したい無機物質の種類によって適宜決定できるが、多くの種類の無機物質を凝集沈殿できることから、アルミニウム及び鉄が好ましい。
【００４７】
本発明の生物学的排水処理装置は、有機分を含む排水であって、生物学的に浄化処理できる排水であれば、種類、濃度、量等に関係なく、浄化処理することができる。たとえば、生活排水、屎尿排水、工場排水、製造工程の途中で発生する製造排水の他、家庭用生活排水等にも適用できる。
【実施例】
【００４８】
＜実施例１＞
ステンレス製エキスパンドメタル（ＳＷ３６ｍｍ、ＬＷ１０１．６ｍｍ）製の側面及び底面をもち、外寸で幅７４０ｍｍ×奥行き７４０ｍｍ×高さ５００ｍｍの直方体の中央に、直径２１０ｍｍ×高さ５００ｍｍの円柱状の遮断壁（３）を壁面が鉛直方向になるように設け、この内部に、生物担体として中国実用新案特許ＣＮ２０１６８６５４９Ｕ号公報に記載された生物接触材構造を充填して、好気性微生物用固定濾床（１）を調製した。
【００４９】
ステンレス製エキスパンドメタル（ＳＷ３６ｍｍ、ＬＷ１０１．６ｍｍ）製の側面及び底面をもち、外寸で幅７４０ｍｍ×奥行き７４０ｍｍ×高さ１０００ｍｍの立方体の中央に、直径２１０ｍｍ×高さ１０００ｍｍの円柱状の遮断壁（３）を壁面が鉛直方向になるように設け、この内部に、生物担体として中国実用新案特許ＣＮ２０１６８６５４９Ｕ号公報に記載された生物接触材構造を充填して、嫌気性微生物用固定濾床（２）を調製した。
【００５０】
内寸で幅７５０ｍｍ×奥行き７５０ｍｍ×高さ２２００ｍｍの直方体状ステンレス槽内に、嫌気性微生物用固定濾床（２）の底面が直方体状ステンレス槽の底面から２００ｍｍとなるように、嫌気性微生物用固定濾床（２）を保持するための固定アングルバー４本を取り付け、この固定アングルバーに、嫌気性微生物用固定濾床（２）を保持させ、また、好気性微生物用固定濾床（１）の上面が直方体状ステンレス槽の上端から２００ｍｍとなるように、好気性微生物用固定濾床（１）を直方体状ステンレス槽の上端からつり下げた。
【００５１】
好気性微生物用固定濾床（１）及び嫌気性微生物用固定濾床（２）の円柱状の遮断壁（３）で囲まれた上昇領域（ｕａ）を気泡が上昇できるように、嫌気性微生物用固定濾床（２）の円柱状の遮断壁（３）の中央に、エアレーションノズル（４；中国実用新案特許ＣＮ２０１６８６５５３Ｕ号公報に記載された曝気盤構造）を設置し、これと空気移送配管を接続した。
【００５２】
処理水を流入させるための流入口（７）を直方体状ステンレス槽の上端付近に設け、処理水を流出させるための流出口（８）を直方体状ステンレス槽の底面付近に設けて、生物分解消化槽（Ａ）を調製した（図６参照）。同様にして、全部で４個の生物分解消化槽（Ａ）を調製した。
【００５３】
内寸で幅４００ｍｍ×奥行き７５０ｍｍ×高さ２２００ｍｍの直方体状ステンレス槽の上端付近に、排水を受け入れるための受け入れ口（１２）を設け、処理水を流出させるための流出口（８）を直方体状ステンレス槽の高さ１０００ｍｍ付近に設けて、原水槽（Ｘ１）を調製した。
【００５４】
内寸で幅４００ｍｍ×奥行き７５０ｍｍ×高さ２２００ｍｍの直方体状ステンレス槽の底面中央付近に、エアレーションノズル（４；中国実用新案特許ＣＮ２０１６８６５５３Ｕ号公報に記載された曝気盤構造）に設置し、これと空気移送配管を接続し、排水を流入させるための流入口（７）を直方体状ステンレス槽の上端付近に設け、処理水を流出させるための流出口（８）を直方体状ステンレス槽の底面付近に設け、集塊分離槽からの返送集塊を受け入れる返送集塊流入口（１１）を設けて、原水調整槽（Ｘ２）を調製した。
【００５５】
内寸で幅４００ｍｍ×奥行き４００ｍｍ×高さ２２００ｍｍの直方体状ステンレス槽の下部に、底面が４００ｍｍ×４００ｍｍ×高さ５００ｍｍの四角錐を底面が上に、頂点が下になるように設け、この頂点部に返送集塊の取り出し口（１０）を設け、処理水を流入させるための流入口（７）を直方体状ステンレス槽の上端から１０００ｍｍ付近に設けて、処理水を流出させるための流出口（８）を直方体状ステンレス槽の上端付近に設けて、集塊分離槽（Ｂ）を調製した。
【００５６】
内寸で幅４００ｍｍ×奥行き４００ｍｍ×高さ２２００ｍｍの直方体状ステンレス槽（Ｃ１）の底面中央付近に、処理水を流入させるための流入口（７）を設け、処理水をこの槽に隣接する直方体状ステンレス槽（Ｃ２；内寸で幅４００ｍｍ×奥行き４００ｍｍ×高さ２２００ｍｍ）へ流出させるための流出口（８）を直方体状ステンレス槽（Ｃ１）の上端付近に設け、さらに、直方体状ステンレス槽（Ｃ２）の下部に、底面が４００ｍｍ×４００ｍｍ×高さ５００ｍｍの四角錐を底面が上に、頂点が下になるように設け、この頂点部に無機物の取り出し口（９）を設け、直方体ステンレス槽（Ｃ１）の流出口（８）からの処理水を流入させるための流入口（７）を直方体状ステンレス槽（Ｃ２）の高さ１０００ｍｍ付近に設け、直方体ステンレス槽（Ｃ２）の上端付近に処理水を放流するための放流口（１３）を設けて、さらに、直方体ステンレス槽（Ｃ１）に、炭／金属多孔質複合体（ＴＥＲＲＡＳＴ  Ｆｅ；鉄と炭との多孔質複合体、株式会社アオヤマエコシステム）をポリエチレン製メッシュ袋に充填したものを装填して、直方体ステンレス槽（Ｃ１）の内部を炭金属多孔質複合体で埋め尽くして、無機物質分離槽（Ｃ）を調製した。
【００５７】
４個の生物分解消化槽（Ａ）を直列に配置し、最前段の生物分解消化槽（Ａ）の前に原水調整槽（Ｘ２）を配置し、この前に原水槽（Ｘ１）を配置し、さらに、最後段の生物分解消化槽（Ａ）の後に集塊分離槽（Ｂ）を配置し、この後に無機物質分離槽（Ｃ）を設置して、それぞれの槽が直列になるように、流出口（８）と流入口（７）とを配管接続し、空気移送配管にブロワーを配管接続し、集塊分離槽（Ｂ）の返送集塊の取り出し口（１０）と原水調整槽の返送集塊流入口（１１）とを配管接続し、必要に応じて、各配管の途中に移送ポンプを設けて、本発明の生物学的排水処理装置を調製した（図１参照）。
【００５８】
本発明の生物学的排水処理装置を用いて、化学工場のＶＯＣ除去スクラバー排水（約９０００リットル／日）を処理し、ＪＩＳ  Ｋ０１０２：２００８の「２１．生物化学酸素消費量（ＢＯＤ）、３２．溶存酸素（３２．３隔膜電極法）」、「１７．１００℃における過マンガン酸カリウムによる酸素消費量（ＣＯＤＭｎ）」、「１４．２全蒸発残留物」に準拠して、受け入れ排水及び放流水について、ＢＯＤ、ＣＯＤ及び全蒸発残留物を測定し、これらの結果を表１に示した（単位はすべてｐｐｍである。）。
また、９７日間の排水処理の後、余剰集塊（または余剰汚泥）の発生は認められず、返送集塊の量も僅かであった。
【００５９】
なお、ＶＯＣ除去スクラバー排水は、スクラバー排水をスクラバータンクに溜め置いて、循環再利用し、１週間に１度の割合で新鮮な水と入れ替えているが、本試験において、９７日間、水の入れ替えを行わすに試験した。また、５７日後〜９７日後について、全蒸発残留物の測定は行わなかった。
【００６０】
【表１】
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【００６１】
＜実施例２＞
実施例１で調製した生物学的排水処理装置の１／２の大きさの装置を用いて、塗装ライン前処理排水（３３０リットル／日）を３日間にわたって処理し、３日後に、ＪＩＳ  Ｋ０１０２：２００８の「４５．全窒素、４５．２紫外吸光光度法」、「４６．全リン、４６．３．２硝酸−過塩素酸分解法」、「５３．亜鉛、５３．３ＩＣＰ発光分光分析法」、「５９．ニッケル、５９．３ＩＣＰ発光分光分析法」、「３４．フッ素、３４．１ランタン−アリザリンコンプレキソン吸光光度法」に準拠して、受け入れ排水及び放流水について、全窒素、全リン、亜鉛、ニッケル及びフッ素を測定し、これらの結果を表２に示した（単位はすべてｐｐｍである。）。
また、３日の排水処理後、余剰集塊（または余剰汚泥）及び返送集塊の発生は認められなかった。
【００６２】
【表２】
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【００６３】
＜実施例３＞
実施例１で調製した生物学的排水処理装置の１／２の大きさの装置（ただし、無機物質分離槽（Ｃ）を設けず、集塊分離槽（Ｂ）の処理水の流出口を放流口としてここから放流した。）を用いて、石鹸製造工場排水（１０００リットル／日）を２２日間にわたって処理し、２２日後に、ＪＩＳ  Ｋ０１０２：２００８の「２１．生物化学酸素消費量（ＢＯＤ）、３２．溶存酸素（３２．３隔膜電極法）」及び「環境庁告示第６４号別表４（ヘキサン抽出物質；試料をｐＨ４以下の塩酸酸性にして、試料中の油分をヘキサンにより抽出し、約８０℃でヘキサンを揮散させて残留する物質の質量を測定する方法、残渣には、鉱物油と動植物油とその他の不揮発性物質が含まれる。）」に準拠して、受け入れ排水及び放流水について、ＢＯＤ及びノルマルヘキサン抽出物質含有量を測定し、これらの結果を表３に示した（単位はすべてｐｐｍである。）。
また、２２日の排水処理後、余剰集塊（または余剰汚泥）及び返送集塊の発生は認められなかった。
【００６４】
【表３】
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【００６５】
＜実施例４＞
実施例１で調製した生物学的排水処理装置の１／２の大きさの装置（ただし、無機物質分離槽（Ｃ）を設けず、集塊分離槽（Ｂ）の処理水の流出口を放流口としてここから放流した。）を用いて、木材加工工場排水（１０００リットル／日）を２４日間にわたって処理し、２４日後に、ＪＩＳ  Ｋ０１０２：２００８の「２１．生物化学酸素消費量（ＢＯＤ）、３２．溶存酸素（３２．３隔膜電極法）」、「１７．１００℃における過マンガン酸カリウムによる酸素消費量（ＣＯＤＭｎ）」及び「環境庁告示第６４号別表４（ヘキサン抽出物質）」に準拠して、受け入れ排水及び放流水について、ＢＯＤ、ＣＯＤＭｎ及びノルマルヘキサン抽出物質含有量を測定し、これらの結果を表４に示した（単位はすべてｐｐｍである。）。
また、２４日の排水処理後、余剰集塊（または余剰汚泥）及び返送集塊の発生は認められなかった。
【００６６】
【表４】
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【００６７】
以上の通り、本発明の生物学的排水処理装置は、難分解物質を含むような化学工場からの排水であっても、効率的に浄化できるにも関わらず、余剰集塊（または余剰汚泥）の発生がは認められず、返送集塊の量もないか又は僅かであった。
【符号の説明】
【００６８】
１  好気性微生物用固定濾床（ａｅ）
２  嫌気性微生物用固定濾床（ａｎ）
３  遮断壁
４  エアレーションノズル
５  気液混合エジェクター
６  処理水の水面
７  処理水の流入口
８  処理水の流出口
９  無機物の取り出し口
１０  返送集塊の取り出し口
１１  返送集塊流入口
１２  排水の受け入れ口
１３  処理水の放流口
【００６９】
ｕａ  上昇領域
ｄａ  下降領域
Ｘ１  前処理槽（原水槽）
Ｘ２  前処理槽（原水調整槽）
Ａ  生物分解消化槽
Ｂ  集塊分離槽
Ｃ  無機物質分離槽
【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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