(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
間欠的に曝気を行うサイフォン式散気装置であって、
少なくとも二つのサイフォン式散気管と、
前記サイフォン式散気管に空気を供給する空気供給手段と、を備え、
前記サイフォン式散気管は、
第一サイフォン室および前記第一サイフォン室の下流側の第二サイフォン室を含むサイフォン室と、
前記第一サイフォン室と前記第二サイフォン室とを連通している連通部と、
前記サイフォン室の下流に設けられた散気穴と、
前記サイフォン室から前記散気穴に至る経路と、
前記サイフォン室の上流に設けられた処理水流入部と、を有し、
前記空気供給手段は、
前記サイフォン式散気管が並ぶ方向に延びる分配管と、
前記分配管から分岐し、前記サイフォン式散気管に空気を供給する、少なくとも一つの空気供給口を有する導入部と、を備え、
前記分配管は、前記空気供給口の上方に設けられており、
前記導入部が有する前記空気供給口において、鉛直方向最上位にある空気供給口が、前記サイフォン室と前記経路とを仕切る仕切壁の下端よりも下部に設けられているサイフォン式散気装置。
【請求項２】
前記鉛直方向最上位にある空気供給口が、前記経路の最下端より上部に設けられている、請求項１に記載のサイフォン式散気装置。
【請求項３】
前記導入部が隣り合う前記サイフォン式散気管の間に位置するように設けられ、
前記空気供給口が、前記導入部における前記分配管と反対側の端部の前記処理水流入部に面する部分に形成された切欠部を含む、請求項１または２に記載のサイフォン式散気装置。
【請求項４】
前記導入部と隣り合う少なくとも二つの前記サイフォン式散気管のそれぞれのサイフォン室に、前記導入部から空気が供給される、請求項１〜３のいずれか一項に記載のサイフォン式散気装置。
【請求項５】
前記導入部は導管であって、前記空気供給口は、前記導管の下端に設けられている、請求項１〜４のいずれか一項に記載のサイフォン式散気装置。
【請求項６】
前記導入部の流路最小断面積が２０〜３５０ｍｍ２である、請求項１〜５のいずれか一項に記載のサイフォン式散気装置。
【請求項７】
前記散気穴の平面視形状は、前記サイフォン式散気管の配列方向に延びる長尺形状であり、
前記散気穴の平面視形状の面積は２５ｃｍ２以下であり、かつ、前記平面視形状の長手方向の長さは２５ｃｍ以下である、請求項１〜６のいずれか一項に記載のサイフォン式散気装置。
【請求項８】
前記散気穴の平面視形状の面積を用い、下式に基づいて算出される比Ｒ（単位：ｍ）が０．６以上の条件を満たす、請求項１〜７のいずれか一項に記載のサイフォン式散気装置。
Ｒ＝（前記サイフォン室の容積（単位：ｍ３））／（前記散気穴の平面視形状の面積（単位：ｍ２））
【請求項９】
前記導入部と前記サイフォン式散気管とが一体になっている、請求項１〜８の何れか一項に記載のサイフォン式散気装置。
【請求項１０】
前記分配管と前記サイフォン式散気管とが一体になっている、請求項１〜９のいずれか一項に記載のサイフォン式散気装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか一項に記載のサイフォン式散気装置と、
活性汚泥を含む汚泥含有処理水を膜分離する膜モジュールと、を備える膜分離活性汚泥装置。
【請求項１２】
活性汚泥を用いて原水を活性汚泥処理し、
前記活性汚泥処理で得られた汚泥含有処理水を膜分離処理することを含み、
前記膜分離において請求項１１に記載の膜分離活性汚泥装置を用いる水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サイフォン式散気装置、膜分離活性汚泥装置、水処理方法に関するものである。
本願は、２０１７年２月２２日に日本に出願された特願２０１７−０３０９１５号、および２０１７年６月１５日に日本に出願された特願２０１７−１１８０２４号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
工業廃水や生活廃水は、廃水中に含まれる有機物等を取り除く処理が施されてから、工業用水として再利用されるか、もしくは河川等に放流される。工業廃水等の処理方法としては、例えば活性汚泥法が挙げられる。活性汚泥法は、曝気して好気的な微生物に有機物等を分解させる方法である。【０００３】
また近年では、活性汚泥法による処理と、分離膜モジュールによる膜ろ過とを組み合わせた膜分離活性汚泥（ＭＢＲ）法による処理が行われるようになってきている。ＭＢＲ法による処理では、膜ろ過を継続するに従って分離膜表面に有機物等が堆積することにより、ろ過流量の低下や、膜間差圧の上昇が生じることがある。【０００４】
かかる問題に対して、ＭＢＲ法による処理では、膜モジュールの下方に設置した散気管により、膜表面への有機物の堆積を抑制している。具体的に、散気管から発生した気泡が膜表面に接触するときの衝撃、もしくは気泡の発生に伴う水流によって膜自体を振動させることにより、膜表面への有機物等の堆積を抑制している。【０００５】
膜表面の洗浄性の観点から気泡のサイズは大きい方が好ましい。特許文献１、２には、大きな気泡を効率的に放出するサイフォン式散気管が開示されている。また、特許文献３には、複数の吐出導管（サイフォン式散気管に相当する。）の上方または下方に配置された分配管が有する複数のガス出口からガスを供給し、複数の吐出導管から間欠的に気泡を吐出することが開示されている。【０００６】
また、特許文献４には、連続的な曝気運転に比べて電気代がかからず、且つ、特別な制御系を設けることなく簡単な構成で間欠曝気運転を可能とした膜分離ユニットが開示されている。【０００７】
サイフォン式散気管を膜モジュールの洗浄用に使用する場合、膜モジュールの大きさ、枚数に応じてサイフォン式散気管を複数個並べて使用する。各サイフォン式散気管に空気を供給するには、分配管から分岐した複数の導入管を各サイフォン式散気管の上部の空気供給口に直結するか、または各サイフォン式散気管の直下に穴あき単管を配して各サイフォン室内に空気を送り込む方法が用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−３４０２５０号公報
【特許文献２】特開２００４−３２２１００号公報
【特許文献３】特表２０１３−５０３７３８号公報
【特許文献４】特開２００９−１８３９３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、従来のサイフォン式散気管においては、膜面の洗浄性が必ずしも十分ではなかった。【００１０】
また、下方に配置した単管からサイフォン式散気管に空気を供給する態様では、単管が詰まりやすく、また単管が邪魔になってサイフォン室に被処理水が流入しにくくなり、散気される気泡が予期せず小さくなることがある。【００１１】
また、サイフォン式散気管の上部に形成した空気供給口から空気を供給する場合、散気管内に空気が供給されたときには該空気供給口が被処理水から露出する。この状態で汚泥が飛散して空気供給口に付着すると、該汚泥が乾燥して固化し、空気供給口が汚泥で閉塞されやすい。【００１２】
さらに、本発明者等が検討したところ、複数のサイフォン式散気管を並べ、分配管から分岐した複数の導入管を各サイフォン式散気管の上部に形成された空気供給口に直結すると、特に空気の流量が小さい場合に各サイフォン式散気管から均等に散気されないことがわかった。すなわち、各サイフォン式散気管からの散気の都度、いずれかのサイフォン式散気管から放出される気泡が予期せず小さくなったり、散気されなかったりすることがわかった。【００１３】
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、膜面の洗浄性に優れたサイフォン式散気装置、膜分離活性汚泥装置、ならびに水処理方法を提供することを目的とする。
また、空気供給口が汚泥で閉塞することを抑制でき、また空気流量が少なくても複数のサイフォン式散気管から均等に散気できるサイフォン式散気装置、膜分離活性汚泥装置、ならびに水処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、以下の構成を有する。
［１］間欠的に曝気を行うサイフォン式散気装置であって、
少なくとも二つのサイフォン式散気管と、
前記サイフォン式散気管に空気を供給する空気供給手段と、を備え、
前記サイフォン式散気管は、
第一サイフォン室および前記第一サイフォン室の下流側の第二サイフォン室を含むサイフォン室と、
前記第一サイフォン室と前記第二サイフォン室とを連通している連通部と、
前記サイフォン室の下流に設けられた散気穴と、
前記サイフォン室から前記散気穴に至る経路と、
前記サイフォン室の上流に設けられた処理水流入部と、を有し、
前記空気供給手段は、
前記サイフォン式散気管が並ぶ方向に延びる分配管と、
前記分配管から分岐し、前記サイフォン式散気管に空気を供給する、少なくとも一つの空気供給口を有する導入部と、を備え、
前記分配管は、前記空気供給口の上方に設けられており、
前記導入部が有する前記空気供給口において、鉛直方向最上位にある空気供給口が、前記サイフォン室と前記経路とを仕切る仕切壁の下端よりも下部に設けられているサイフォン式散気管。
［２］前記鉛直方向最上位にある空気供給口が、前記経路の最下端より上部に設けられている、［１］に記載のサイフォン式散気管。
［３］前記導入部が隣り合う前記サイフォン式散気管の間に位置するように設けられ、
前記空気供給口が、前記導入部における前記分配管と反対側の端部の前記処理水流入部に面する部分に形成された切欠部を含む、［１］または［２］に記載のサイフォン式散気装置。
［４］前記導入部と隣り合う少なくとも二つの前記サイフォン式散気管のそれぞれのサイフォン室に、前記導入部から空気が供給される、［１］〜［３］のいずれか一項に記載のサイフォン式散気装置。
［５］前記導入部は導管であって、前記空気供給口は、前記導管の下端に設けられている、［１］〜［４］のいずれか一項に記載のサイフォン式散気管。
［６］前記導入部の流路最小断面積が２０〜３５０ｍｍ２である、［１］〜［５］のいずれか一項に記載のサイフォン式散気装置。
［７］前記散気穴の平面視形状は、前記サイフォン式散気管の配列方向に延びる長尺形状であり、
前記散気穴の平面視形状の面積は２５ｃｍ２以下であり、かつ、前記平面視形状の長手方向の長さは２５ｃｍ以下である、［１］〜［６］のいずれか一項に記載のサイフォン式散気装置。
［８］前記散気穴の平面視形状の面積を用い、下式に基づいて算出される比Ｒ（単位：ｍ）が０．６以上の条件を満たす、［１］〜［７］のいずれか一項に記載のサイフォン式散気装置。
Ｒ＝（前記サイフォン室の容積（単位：ｍ３））／（前記散気穴の平面視形状の面積（単位：ｍ２））
［９］前記導入部と前記サイフォン式散気管とが一体になっている、［１］〜［８］の何れか一項に記載のサイフォン式散気装置。
［１０］前記分配管と前記サイフォン式散気管とが一体になっている、［１］〜［９］のいずれか一項に記載のサイフォン式散気装置。
［１１］［１］〜［１０］のいずれか一項に記載のサイフォン式散気装置と、
活性汚泥を含む汚泥含有処理水を膜分離する膜モジュールと、を備える膜分離活性汚泥装置。
［１２］活性汚泥を用いて原水を活性汚泥処理し、
前記活性汚泥処理で得られた汚泥含有処理水を膜分離処理することを含み、
前記膜分離において［１１］に記載の膜分離活性汚泥装置を用いる水処理方法。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、膜面の洗浄性に優れたサイフォン式散気装置および膜分離活性汚泥装置、ならびに水処理方法が提供される。
また、空気供給口が汚泥で閉塞することを抑制でき、また空気流量が少なくても複数のサイフォン式散気管から均等に散気できるサイフォン式散気装置および膜分離活性汚泥装置、ならびに水処理方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第一の態様の水処理方法に用いる水処理装置の一例を示した概略模式図である。
【図２】本発明の第一の態様のサイフォン式散気管１の模式斜視図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。
【図４】従来のサイフォン式散気管の作動機構を説明する模式断面図である。
【図５】複数のサイフォン式散気管Ｄから気泡を発生させる際の空気の流れを示す模式断面図である。
【図６】本発明の第一の態様のサイフォン式散気装置１０から気泡を発生させる際の空気の流れを示す模式断面図である。
【図７】実施例で用いたサイフォン式散気装置１０の構成を示す模式斜視図である。
【図８】本発明の第二の態様の水処理方法に用いる水処理装置の一例を示した概略模式図である。
【図９】本発明の第二の態様のサイフォン式散気装置の一例を示した概略正面図である。
【図１０】図９のサイフォン式散気装置の平面図である。
【図１１】図１０のサイフォン式散気装置のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。
【図１２】図９のサイフォン式散気装置のＩ−Ｉ断面図である。
【図１３】図９のサイフォン式散気装置のＩＩ−ＩＩ断面図である。
【図１４】サイフォン式散気管の作動機構を説明する断面図である。
【図１５】本発明の第二の態様のサイフォン式散気装置の作動機構を説明する断面図である。
【図１６】本発明の第二の態様のサイフォン式散気装置の他の例を示した断面図である。
【図１７】本発明の第二の態様のサイフォン式散気装置の他の例を示した断面図である。
【図１８】本発明の第二の態様のサイフォン式散気装置の他の例を示した断面図である。
【図１９】従来のサイフォン式散気装置の作動機構を説明する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態の一例について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明において例示される図の寸法等は一例であって、本発明はそれらに必ずしも限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。
【００１８】
＜本発明の第一の態様＞
［水処理装置］
以下、本発明の第一の態様の水処理方法に用いる水処理装置の一例について、図１に基づいて説明する。
【００１９】
図１は、本発明の第一の態様の水処理方法に係る水処理装置の構成を示す模式図である。図１に示すように、本発明の第一の態様の水処理装置１０００は、活性汚泥処理槽１１と、膜分離槽２１と、処理水槽４１とを備えている。
【００２０】
さらに、水処理装置１０００は、図示を省略するが、活性汚泥処理槽１１に流入する原水の流量を調整する流量調整槽、膜分離槽２１から余剰汚泥を引く抜く引抜ポンプ、膜分離槽２１に薬液や希釈水を送液する送液手段、および処理水槽４１から工場や河川等に処理水を放流する放流手段等を備えている。
【００２１】
水処理装置による水処理方法では、最初に、工業廃水や生活廃水等の廃水（原水）を活性汚泥処理槽１１で活性汚泥処理し、生物処理水とする（活性汚泥処理工程）。次に、活性汚泥処理槽１１の下流に設けられた膜分離槽２１で、活性汚泥および生物処理水を含む汚泥含有処理水を膜分離処理する（膜分離工程）。汚泥含有処理水の一部は、汚泥返送手段３０によって膜分離槽２１から活性汚泥処理槽１１に返送される。汚泥含有処理水を膜分離した後の処理水は、処理水槽４１に貯留される。
【００２２】
活性汚泥処理槽１１は、活性汚泥処理を行うために活性汚泥を充填するものである。
活性汚泥処理槽１１には、第一の流路１２と第二の流路１３とが接続している。第一の流路１２は、工場や家庭等から排出された原水を活性汚泥処理槽１１に流入させる流路である。一方、第二の流路１３は、活性汚泥処理槽１１から排出された汚泥含有処理水を膜分離槽２１に流入させる流路である。
【００２３】
また、活性汚泥処理槽１１内には槽内を好気条件に維持するために散気装置１４が設置されている。
散気装置１４は、空気を活性汚泥処理槽１１内に散気する散気管１４ａと、散気管１４ａに空気を供給する導入管１４ｂと、空気を送気するブロア１４ｃとを備えている。
散気管１４ａとしては、ブロア１４ｃから供給される空気を上方へ吐出できるものであれば特に限定されないが、例えば、穴あきの単管やメンブレンタイプのものが挙げられる。
【００２４】
膜分離槽２１は、活性汚泥処理槽１１から送られた、活性汚泥および生物処理水を含む汚泥含有処理水を溜めるものである。
膜分離槽２１は、本発明の一態様を適用した膜分離活性汚泥装置１００を備えている。
膜分離活性汚泥装置１００については後述する。
【００２５】
汚泥返送手段３０は、膜分離槽２１から活性汚泥処理槽１１に、汚泥含有処理水の一部を返送するものである。
汚泥返送手段３０は、第四の流路３１を備えている。第四の流路３１は、汚泥含有処理水の一部を膜分離槽２１から排出し、活性汚泥処理槽１１に流入させる流路である。
第四の流路３１には、ポンプ３１ａが設置されている。これにより、膜分離槽２１内の汚泥含有処理水の一部を膜分離槽２１から活性汚泥処理槽１１に返送することができる。
【００２６】
処理水槽４１は、汚泥含有処理水を膜分離した後の処理水を貯留するものである。
【００２７】
（膜分離活性汚泥装置）
図１に示すように、膜分離活性汚泥装置１００（以下、「ＭＢＲ装置１００」と称することがある。）は、膜モジュール２２と、膜モジュール２２の下方に設けられたサイフォン式散気装置１０と、を備えている。
【００２８】
膜モジュール２２は、活性汚泥を含む汚泥含有処理水を膜分離するものである。膜モジュール２２は分離膜を備え、この分離膜により汚泥含有処理水が生物処理水と活性汚泥とに固液分離（膜分離）される。
【００２９】
分離膜としては、分離能を有するものであれば特に限定されず、例えば、中空糸膜、平膜、チューブラ膜、モノリス型膜等が挙げられる。これらの中でも、容積充填率が高いことから、中空糸膜が好ましい。
【００３０】
分離膜として中空糸膜を用いる場合、その材質としては、例えば、セルロース、ポリオレフィン、ポリスルホン、ポリフッ化ビニリデンフロライド（ＰＶＤＦ）、ポリ四フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）等が挙げられる。これらの中でも、中空糸膜の材質としては、耐薬品性やｐＨ変化に強い点から、ＰＶＤＦ、ＰＴＦＥが好ましい。
分離膜としてモノリス型膜を用いる場合は、セラミック製の膜を用いることが好ましい。
【００３１】
分離膜に形成される微細孔の平均孔径としては、一般に限外分離膜と呼ばれる膜で０．００１μｍ〜０．１μｍ程度であり、一般に精密分離膜と呼ばれる膜で０．１μｍ〜１μｍ程度である。本実施形態においては平均孔径が上記範囲内である分離膜を用いることが好ましい。
【００３２】
膜モジュール２２には、第三の流路３３が接続している。第三の流路３３は、分離膜を透過した処理水を膜分離槽２１から排出し、処理水槽４１に流入させる流路である。
第三の流路３３には、ポンプ３３ａが設置されている。これにより、膜モジュール２２の分離膜を透過した処理水を膜分離槽２１から排出できるようになっている。
【００３３】
サイフォン式散気装置１０は、サイフォン作用を利用することで間欠的に曝気を行う散気装置である。サイフォン式散気装置１０は、少なくとも二つのサイフォン式散気管と、少なくとも二つの導入管と、を備えている。
【００３４】
図２は、本実施形態のサイフォン式散気管１の模式斜視図である。図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。また図３に示す矢印は、サイフォン式散気管１内の汚泥含有処理水の流れを表している。図２および図３に示すように、サイフォン式散気管１は、サイフォン室２と、経路４と、連通部５と、散気穴６と、処理水流入口７と、を備えている。本明細書では、処理水流入口７から散気穴６へ向かう廃水の流れを想定したとき処理水流入口７側を「上流」とし、散気穴６側を「下流」とする。
【００３５】
サイフォン式散気管１は、複数の板状部材を組み合わせてなる箱状の筐体であり、上板１Ａと、４枚の側板１Ｂと、底板１Ｃと、第一仕切壁４ａと、第二仕切壁４ｂと、を有している。側板１Ｂおよび第一仕切壁４ａは、上板１Ａから上板１Ａの下方に延びている。
第二仕切壁４ｂは、底板１Ｃから底板１Ｃの上方に延びており、第一仕切壁４ａの側板１Ｂ側に位置している。第一仕切壁４ａと第二仕切壁４ｂとは互いに対向している。
【００３６】
サイフォン室２は、空気を貯留するものである。サイフォン室２は、第二仕切壁４ｂの上端４ｂ１から第一仕切壁４ａの下端４ａ１までの高さを有する空間を指す。サイフォン室２は、第二仕切壁４ｂにより第一サイフォン室２Ａと第二サイフォン室２Ｂとに区切られている。第一サイフォン室２Ａの上方、および第二サイフォン室２Ｂの上方は、連通部５と連通している。第一仕切壁４ａの一部は、サイフォン室２と経路４とに面している。換言すると、第一仕切壁４ａの一部は、サイフォン室２と経路４とを仕切っている。また、第二仕切壁４ｂの一部はサイフォン室２に面している。第二仕切壁４ｂの上端４ｂ１は、少なくとも第一仕切壁４ａの下端４ａ１よりも上方に位置している。
なお、本明細書において、第一仕切壁４ａは、請求の範囲における仕切壁に相当する。
【００３７】
底板１Ｃの長さは、上板１Ａよりも小さくなっている。処理水流入口７は、側板１Ｂと底板１Ｃとによって形成されている隙間を指す。処理水流入口７は、サイフォン室２の下方（または上流）に位置している。処理水流入口７は、サイフォン式散気管１の外部とサイフォン室２とを連通させる。また、処理水流入口７は、第一仕切壁４ａの下端４ａ１よりも下方に位置している。
【００３８】
上板１Ａには、散気穴６が設けられており、散気穴６は、サイフォン室２の下流に設けられている。また、導入管１ａは、上板１Ａの厚み方向に貫通している。
【００３９】
散気穴６の平面視形状は、サイフォン式散気管１の配列方向に延びる長尺の矩形状である。散気穴６の平面視形状の面積は、好ましくは２５ｃｍ２以下であり、より好ましくは２０ｃｍ２以下である。また、散気穴６の平面視形状の長手方向の長さは、好ましくは２５ｃｍ以下であり、より好ましくは２０ｃｍ以下である。
【００４０】
また、本実施形態においては、散気穴６の平面視形状の面積を用い、下式に基づいて算出される比Ｒ（単位：ｍ）が０．６以上の条件を満たす。また、比Ｒは、好ましくは０．６１以上であり、より好ましくは０．６７超である。
Ｒ＝（サイフォン室の容積（単位：ｍ３））／（散気穴の平面視形状の面積（単位：ｍ２））
【００４１】
また、散気穴６の面積を増やしてサイフォン式散気管１の数を減らすことで、コスト削減につながることから、比Ｒは好ましくは０．８以下であり、より好ましくは０．７５以下である。比Ｒの上限値と下限値とは任意に組み合わせることが可能である。
【００４２】
上式において、サイフォン室２の容積は、サイフォン室２の奥行、幅および高さを実測して得られる値から求めることができる。
【００４３】
経路４は、サイフォン室２から散気穴６に至る経路を指す。第二仕切壁４ｂの残部および第一仕切壁４ａは、経路４に面している。
【００４４】
サイフォン式散気管１は、膜分離槽２１を平面視したときに、膜モジュール２２における分離膜の間と散気穴６とが重なり合う位置に設けられている。
【００４５】
なお、経路４のうち、サイフォン室２および連通部５に面しない部分に開口部が設けられていてもよい。換言すると、第一仕切壁４ａ以外に開口部が設けられていてもよい。さらに、この開口部の開口量を調整可能な調整機構を備えていてもよい。サイフォン式散気管１がこのような調整機構を有することで、気泡の大きさや間欠時間を調整することができる。
【００４６】
ここで、従来のサイフォン式散気管の作動機構について説明する。図４は、従来のサイフォン式散気管の作動機構を説明する模式断面図である。図４に示すように、従来のサイフォン式散気管Ｄにおいて、気体供給口Ｓはサイフォン室２内に設けられている。図４（ａ）に示すように、作動開始前の状態において、サイフォン室２、連通部５（図３参照。）および経路４内は汚泥含有処理水で満たされている。ここに、導入管Ｔの気体供給口Ｓから、空気を連続的に供給する。
【００４７】
気体供給口Ｓから空気を供給し続けると、図４（ｂ）に示すように、サイフォン室２内の汚泥含有処理水が、散気穴６や処理水流入口７から押し出されて、サイフォン室２の液面Ｌが次第に降下する。
【００４８】
さらに気体供給口Ｓから空気を供給し続け、液面Ｌの高さが第一仕切壁４ａの下端４ａ１よりも低くなると、図４（ｃ）に示すように、サイフォン室２および連通部５に貯留していた空気Ａが経路４を通って散気穴６から一挙に放出され、気泡２０を形成する。また、気泡２０の形成と同時に、処理水流入口７からサイフォン室２に汚泥含有処理水が流入し、再び図４（ａ）に示す状態となる。このようにして、サイフォン式散気管１においては、図４（ａ）〜（ｃ）の状態が繰り返される。
【００４９】
このような従来のサイフォン式散気管Ｄを複数連結して、複数のサイフォン式散気管Ｄから気泡を発生させることを想定する。図５は、複数のサイフォン式散気管Ｄから気泡を発生させる際の空気の流れを示す模式断面図である。なお、図５においては、便宜上、複数のサイフォン式散気管Ｄの配列方向を異ならせてある。また、図５では、三つのサイフォン式散気管Ｄを用いる場合を図示してある。
【００５０】
このようなサイフォン式散気装置を用い、複数のサイフォン式散気管Ｄから気泡を発生させることを検討すると、次のような現象が生じることがある。
通常、サイフォン式散気管１から発生する気泡によって、サイフォン室２の液面Ｌの高さは常時変動している。サイフォン室２の液面Ｌの高さが複数のサイフォン式散気管Ｄでそれぞれ異なる場合、液面Ｌの高さが第一仕切壁４ａの下端４ａ１に達するまでの時間が異なる。例えば、サイフォン式散気管Ｄ１において、先に液面Ｌの高さが第一仕切壁４ａの下端４ａ１に達すると、気泡２０が発生する。一方、残りのサイフォン式散気管Ｄにおいて、気泡が少量しか発生しない、または、全く気泡が発生しないことがある。
【００５１】
このような現象について、本発明者らは次のように推測した。まず、サイフォン式散気管Ｄ１が気泡を発生させることでサイフォン式散気管Ｄ１内が負圧になる。ここで、サイフォン式散気管Ｄ１のサイフォン室は、導入管Ｔを介して、残りのサイフォン式散気管Ｄのサイフォン室と連通している。そのため、残りのサイフォン式散気管Ｄに貯留させた空気Ａ１が導入管Ｔを逆流して、サイフォン式散気管Ｄ１に流出する。よって、残りのサイフォン式散気管Ｄおいて、気泡が少量しか発生しない、または、全く気泡が発生しないと推測した。
【００５２】
このような課題について、本発明者らが鋭意検討を重ねた結果、導入管が有する気体供給口の高さに着目し、空気の流れを制御することで、複数のサイフォン式散気管からムラなく気泡を発生させることが可能なサイフォン式散気装置を見出し、本発明を完成させた。
【００５３】
図６は、本実施形態のサイフォン式散気装置１０から気泡を発生させる際の空気の流れを示す模式断面図である。なお、図６においては、便宜上、複数のサイフォン式散気管１の配列方向を異ならせてある。また、図６においては、三つのサイフォン式散気管１と、三つの導入管１ａと、が図示してある。
【００５４】
三つのサイフォン式散気管１は、直列に配置されている。三つのサイフォン式散気管１は、サイフォン式散気管１Ｘと、サイフォン式散気管１Ｙと、サイフォン式散気管１Ｚと、から構成されている。
【００５５】
三つの導入管１ａは、三つのサイフォン式散気管１に空気を供給するものである。三つの導入管１ａは、導入管１ａＸと、導入管１ａＹと、導入管１ａＺと、から構成されている。導入管１ａＸは、サイフォン式散気管１Ｘに対応し、導入管１ａＹは、サイフォン式散気管１Ｙに対応し、導入管１ａＺは、サイフォン式散気管１Ｚに対応している。
【００５６】
三つの導入管１ａは、分配管１ｃにより接続している。三つの導入管１ａは、分配管１ｃから鉛直下向きに真っ直ぐ延びている。また、分配管１ｃは、分配管１ｃに空気を送気するブロア１ｂに接続している。ブロア１ｂが送気した空気Ａは、分配管１ｃを通り、分配管１ｃに接続した三つの導入管１ａにそれぞれ分配される。
【００５７】
少なくとも一つのサイフォン式散気管１において、導入管１ａが有する気体供給口３は、第一仕切壁４ａの下端４ａ１よりも下方に設けられている。また、複数の導入管１ａを接続する分配管１ｃは、気体供給口３の上方で接続している。サイフォン式散気管１において、すなわち、気体供給口３は、空気Ａを貯留可能なサイフォン室２の外側に配置されている。そのため、本実施形態のサイフォン式散気装置１０を用いた場合、次のようなことが想定される。
【００５８】
まず、サイフォン式散気管１Ｘが気泡を発生させることでサイフォン式散気管１Ｘ内が負圧になる。ここで、サイフォン式散気管１Ｘのサイフォン室は、残りのサイフォン式散気管１のサイフォン室から独立している。そのため、残りのサイフォン式散気管１のサイフォン室に貯留させた空気Ａ１は導入管Ｔを逆流せず、サイフォン式散気管１Ｘに流出しないと推測される。よって、残りのサイフォン式散気管１においても、気泡を発生させることができると考えられる。
【００５９】
導入管１ａの断面形状は、特に制限されない。例えば、導入管１ａの断面形状が円形である場合、導入管１ａの内径は、４ｍｍ以上２５ｍｍ以下が好ましく、４．５ｍｍ以上１５ｍｍ以下がより好ましく、５ｍｍ以上１０ｍｍ以下がさらに好ましく、５．５ｍｍ以上８．５ｍｍ未満がとりわけ好ましい。導入管１ａの内径が４ｍｍ以上であると、汚泥が詰まりにくいため好ましい。本実施形態において、導入管１ａの内径は一定になっている。
【００６０】
また、導入管１ａの内径が２５ｍｍより大きいと、複数の導入管１ａのうち、ブロア１ｂに近い導入管１ａや、サイフォン式散気管１の設置面の勾配等により水圧が相対的に低くなっている導入管１ａに、優先的に空気が分配されやすい。したがって、導入管１ａの内径が２５ｍｍ以下であると、分配管１ｃから複数の導入管１ａに効率よく空気を分配させることができる。
【００６１】
本実施形態において、分配管１ｃの断面積は、導入管１ａよりも大きくなるように構成されている。分配管１ｃの断面形状は、特に制限されない。例えば、分配管１ｃの断面形状が円形である場合、分配管１ｃの内径は、２０ｍｍ以上６０ｍｍが好ましい。
【００６２】
気体供給口３は、側板１Ｂの下端１Ｂ１よりも上方に設けられていることが好ましい。
気体供給口３が側板１Ｂの下端１Ｂ１よりも上方に設けられていることで、導入管１ａが不必要に長くなるのを抑制し、低コスト化につながる。
【００６３】
サイフォン式散気装置１０において、サイフォン式散気装置１０を構成する全ての導入管１ａの気体供給口３が、第一仕切壁４ａの下端４ａ１よりも下方に設けられていることが好ましい。
【００６４】
気体供給口３を導入管１ａに形成しやすいことから、気体供給口３は、導入管１ａの下端１ａ１に設けられている。
なお、導入管に設けられた気体供給口は、複数設けられていてもよい。ただし、導入管に複数の気体供給口が設けられている場合には、複数の気体供給口のうち、鉛直方向最上位にある空気供給口が、サイフォン室と経路とを仕切る仕切壁の下端よりも下部になるように空気供給口が設けられる。また、複数の気体供給口のうち、少なくとも一つは、導入管の下端に設けられていることが好ましい。
【００６５】
以上のような構成のサイフォン式散気装置１０によれば、次のような効果が得られる。
【００６６】
複数のサイフォン式散気管１のサイフォン室は、互いに独立している。そのため、複数のサイフォン式散気管１のうち先に気泡を発生されるものがあっても、残りのサイフォン式散気管１のサイフォン室に貯留させた空気Ａ１は導入管Ｔを介して流出しないと推測される。よって、残りのサイフォン式散気管１においても、気泡を発生させることができると考えられる。
【００６７】
また、散気穴６の平面視形状の面積は、従来のサイフォン式散気装置と比べて大きい。そのため、サイフォン式散気装置１０は、従来のサイフォン式散気装置より大きな気泡を発生させることができ、洗浄できる範囲を広くすることができる。
【００６８】
散気穴６の平面視形状の面積を用い、上式に基づいて算出される比Ｒが０．６以上であると、サイフォン式散気管１内の液面の高さが変動する場合においても、複数のサイフォン式散気管１からムラなく気泡を発生させることができる。また、サイフォン式散気装置１０を傾斜面に設ける場合には、サイフォン作用に及ぼす影響が大きいことから特に有効である。
【００６９】
このような寸法を有する散気穴６を備えることで、サイフォン式散気管１内の液面の高さが変動する場合においても、高い洗浄性を維持しながら複数のサイフォン式散気管１からムラなく気泡を発生させることができる。また、サイフォン式散気装置１０を傾斜面に設ける場合には、サイフォン作用に及ぼす影響が大きいことから特に有効である。
【００７０】
さらに、サイフォン式散気装置１０において、分配管１ｃは複数のサイフォン式散気管１の下方に備えてられていない。そのため、サイフォン式散気装置１０は、水位が低い場所においても使用可能である。
【００７１】
さらに、本実施形態においては、洗浄性を向上させるために多数のサイフォン式散気管を設けたり、気泡を拡散させるような構成を別途設けたりする必要がなく、装置自体を簡略化することができる。
【００７２】
したがって、本実施形態のサイフォン式散気装置１０は、膜面の洗浄性に優れている。
【００７３】
また、このようなサイフォン式散気装置１０を備えたＭＢＲ装置によれば、サイフォン式散気管１内の液面の高さが変動する場合においても、有機物が膜面に堆積するのを効果的に抑えることができる。
【００７４】
さらに、このようなＭＢＲ装置１００を用いた水処理方法によれば、サイフォン式散気管１内の液面の高さが変動する場合においても、有機物が膜面に堆積するのを効果的に抑え、安定的に水処理を行うことができる。
【００７５】
なお、本発明の一態様のサイフォン式散気管および膜分離活性汚泥装置、ならびに水処理方法は、上述した実施形態に限定されない。
【００７６】
例えば、上記実施形態において、複数の導入管１ａは、上板１Ａの厚み方向に貫通しているとしたが、これに限定されない。例えば、複数の導入管１ａのうち少なくとも一つの導入管１ａは、サイフォン室２に面している側板１Ｂの厚み方向に貫通していてもよい。
【００７７】
また、複数の導入管１ａは、分配管１ｃから鉛直下向きに真っ直ぐ延びているとしたが、これに限定されない。複数の導入管１ａのうち少なくとも一つの導入管１ａは、水平方向からの傾斜角が４５度以上となるように傾いていてもよい。導入管１ａの傾斜角が４５度以上であると、導入管１ａ内に流入した汚泥を外に流出させやすく、導入管１ａ内に汚泥が詰まるのを抑制することができる。複数の導入管１ａが傾斜していることにより、サイフォン式散気管１の上方の空間を少なくすることができる。これにより、膜面との距離を少なくし、膜面の洗浄性を向上させることができる。
【００７８】
さらに、複数の導入管１ａの内径は、一定になっているとしたが、上板１Ａから遠ざかる方向に漸減していてもよい。その場合、導入管１ａ内に汚泥が流入しにくくなり、導入管１ａ内に汚泥が詰まるのを抑制することができる。
【００７９】
さらに、上記実施形態において、活性汚泥処理槽１１と膜分離槽２１とが別々に設けられている形態例を示したが、活性汚泥処理槽１１の中に膜分離槽２１が設けられていてもよい。
【００８０】
＜本発明の第二の態様＞
［水処理装置］
以下、本発明第二の態様の水処理方法に用いる水処理装置の一例について、図８に基づいて説明する。
図８に示すように、本実施形態の水処理装置Ｓ１０００は、活性汚泥処理槽Ｓ１１と、活性汚泥処理槽Ｓ１１の後段に設けられた膜分離槽Ｓ２１と、膜分離槽Ｓ２１の後段に設けられた処理水槽Ｓ４１とを備えている。さらに、水処理装置Ｓ１０００は、図示を省略するが、活性汚泥処理槽Ｓ１１に流入する原水の流量を調整する流量調整槽、膜分離槽Ｓ２１から余剰汚泥を引く抜く引抜ポンプ、膜分離槽Ｓ２１に薬液や希釈水を送液する送液手段、および処理水槽Ｓ４１から工場や河川等に処理水を放流する放流手段等を備えている。
【００８１】
活性汚泥処理槽Ｓ１１は、活性汚泥処理を行うために活性汚泥を充填するものである。
活性汚泥処理槽Ｓ１１には、第一の流路Ｓ１２と第二の流路Ｓ１３とが接続されている。第一の流路Ｓ１２は、工場や家庭等から排出された原水を活性汚泥処理槽Ｓ１１に流入させる流路である。第二の流路Ｓ１３は、活性汚泥処理槽Ｓ１１から排出された汚泥含有処理水（被処理水）を膜分離槽Ｓ２１に流入させる流路である。
【００８２】
活性汚泥処理槽Ｓ１１内には槽内を好気条件に維持するために散気装置Ｓ１４が設置されている。
散気装置Ｓ１４は、空気を活性汚泥処理槽Ｓ１１内に散気する散気管Ｓ１４ａと、散気管Ｓ１４ａに空気を供給する導入管Ｓ１４ｂと、空気を送気するブロアＳ１４ｃとを備えている。
散気管Ｓ１４ａとしては、ブロアＳ１４ｃから供給される空気を上方へ吐出できるものであれば特に限定されず、例えば、穴あきの単管やメンブレンタイプのものが挙げられる。
【００８３】
膜分離槽Ｓ２１は、活性汚泥処理槽Ｓ１１から送られてきた、活性汚泥および生物処理水を含む汚泥含有処理水を溜めるものである。
膜分離槽Ｓ２１は、本発明の一態様を適用した膜分離活性汚泥装置Ｓ１００（以下、「ＭＢＲ装置Ｓ１００」と称することがある。）を備えている。ＭＢＲ装置Ｓ１００については後述する。
【００８４】
膜分離槽Ｓ２１と活性汚泥処理槽Ｓ１１には汚泥返送手段Ｓ３０が接続されている。汚泥返送手段Ｓ３０は、膜分離槽Ｓ２１から活性汚泥処理槽Ｓ１１に、汚泥含有処理水の一部を返送するものである。
汚泥返送手段Ｓ３０は、第四の流路Ｓ３１を備えている。第四の流路Ｓ３１は、汚泥含有処理水の一部を膜分離槽Ｓ２１から排出し、活性汚泥処理槽Ｓ１１に流入させる流路である。
第四の流路Ｓ３１には、ポンプＳ３１ａが設置されている。これにより、膜分離槽Ｓ２１内の汚泥含有処理水の一部を膜分離槽Ｓ２１から活性汚泥処理槽Ｓ１１に返送することができる。
【００８５】
処理水槽Ｓ４１は、汚泥含有処理水を膜分離した後の処理水を貯留するものである。
【００８６】
（膜分離活性汚泥装置）
ＭＢＲ装置Ｓ１００は、複数の膜モジュールＳ２２と、膜モジュールＳ２２の下方に設けられたサイフォン式散気装置Ｓ１０と、を備えている。
【００８７】
膜モジュールＳ２２は、活性汚泥を含む汚泥含有処理水を膜分離するものである。膜モジュールＳ２２は分離膜を備え、この分離膜により汚泥含有処理水が生物処理水と活性汚泥とに固液分離（膜分離）される。
【００８８】
分離膜としては、分離能を有するものであれば特に限定されず、例えば、中空糸膜、平膜、チューブラ膜、モノリス型膜等が挙げられる。これらの中でも、容積充填率が高いことから、中空糸膜が好ましい。
【００８９】
分離膜として中空糸膜を用いる場合、その材質としては、例えば、セルロース、ポリオレフィン、ポリスルホン、ポリフッ化ビニリデンフロライド（ＰＶＤＦ）、ポリ四フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）等が挙げられる。これらの中でも、中空糸膜の材質としては、耐薬品性やｐＨ変化に強い点から、ＰＶＤＦ、ＰＴＦＥが好ましい。
分離膜としてモノリス型膜を用いる場合は、セラミック製の膜を用いることが好ましい。
【００９０】
分離膜に形成される微細孔の平均孔径としては、一般に限外分離膜と呼ばれる膜で０．００１μｍ〜０．１μｍ程度であり、一般に精密分離膜と呼ばれる膜で０．１μｍ〜１μｍ程度である。本実施形態においては平均孔径が上記範囲内である分離膜を用いることが好ましい。
【００９１】
膜モジュールＳ２２には、第三の流路Ｓ３３が接続されている。第三の流路Ｓ３３は、分離膜を透過した処理水を膜分離槽Ｓ２１から排出し、処理水槽Ｓ４１に流入させる流路である。
第三の流路Ｓ３３には、ポンプＳ３３ａが設置されている。これにより、膜モジュールＳ２２の分離膜を透過した処理水を膜分離槽Ｓ２１から排出できるようになっている。
【００９２】
サイフォン式散気装置Ｓ１０は、図９〜図１３に示すように、水平方向に一列に並んで配置された５個のサイフォン式散気管Ｓ１と、それら各サイフォン式散気管Ｓ１に空気を供給する空気供給手段Ｓ５０とを備えている。
【００９３】
サイフォン式散気管Ｓ１は、複数の板状部材を組み合わせてなる箱状の筐体であり、上板部Ｓ１Ａと、２枚の側板部Ｓ１Ｂと、２枚の側板部Ｓ１Ｃと、底板部Ｓ１Ｄと、第一仕切壁Ｓ４ａと、第二仕切壁Ｓ４ｂと、を備えている。
【００９４】
各サイフォン式散気管Ｓ１を形成する２枚の側板部Ｓ１Ｂと２枚の側板部Ｓ１Ｃは、それぞれ矩形状であり、側板部Ｓ１Ｂが側板部Ｓ１Ｃよりも幅が広くなっている。各サイフォン式散気管Ｓ１を形成する２枚の側板部Ｓ１Ｂと２枚の側板部Ｓ１Ｃは、側板部Ｓ１Ｂ同士が対向し、側板部Ｓ１Ｃ同士が対向するように、それぞれ上板部Ｓ１Ａの下面から下方に延びるように設けられている。２枚の側板部Ｓ１Ｂと２枚の側板部Ｓ１Ｃとで、断面長方形状の四角筒が形成されている。サイフォン式散気装置Ｓ１０における５個のサイフォン式散気管Ｓ１は、隣り合うサイフォン式散気管Ｓ１の互いの側板部Ｓ１Ｃの面が向かい合うように連なっている。
【００９５】
各上板部Ｓ１Ａにおける１つの側板部Ｓ１Ｂ寄りの部分には、その側板部Ｓ１Ｂに沿うように延びる散気穴Ｓ６が形成されている。第一仕切壁Ｓ４ａは、正面視形状が矩形状であり、図１２および図１３に示すように、散気穴Ｓ６を挟んで側板部Ｓ１Ｂと互いの面が向かい合うようにして、上板部Ｓ１Ａから下方に延びるように設けられている。
【００９６】
底板部Ｓ１Ｄは、散気穴Ｓ６が形成されている側の側板部Ｓ１Ｂの下端寄りの部分から内側に延びるように設けられている。底板部Ｓ１Ｄにおける側板部Ｓ１Ｃの面方向の長さは、上板部Ｓ１Ａよりも短くなっている。底板部Ｓ１Ｄにより、２枚の側板部Ｓ１Ｂと２枚の側板部Ｓ１Ｃで形成された四角筒の下方の開口部分のほぼ半分が塞がれ、該開口部分における底板部Ｓ１Ｄで塞がれていない部分が処理水流入部Ｓ７となっている。
【００９７】
第二仕切壁Ｓ４ｂは、底板部Ｓ１Ｄにおける第一仕切壁Ｓ４ａの散気穴Ｓ６とは反対側に位置する端部から上方に延びるように設けられている。第一仕切壁Ｓ４ａと第二仕切壁Ｓ４ｂとは互いの面が対向している。
サイフォン式散気管Ｓ１においては、処理水流入部Ｓ７から散気穴Ｓ６へ向かう廃水の流れを想定したとき処理水流入部Ｓ７側を「上流」とし、散気穴Ｓ６側を「下流」とする。
【００９８】
サイフォン室Ｓ２は、空気を貯留するものである。サイフォン室Ｓ２は、サイフォン式散気管Ｓ１内の第一仕切壁Ｓ４ａよりも処理水流入部Ｓ７側における、第二仕切壁Ｓ４ｂの上端Ｓ４ｂ１から第一仕切壁Ｓ４ａの下端Ｓ４ａ１までの高さを有する空間を指す。サイフォン室Ｓ２は、第二仕切壁Ｓ４ｂにより第一サイフォン室Ｓ２Ａと第二サイフォン室Ｓ２Ｂとに区切られている。
【００９９】
第一サイフォン室Ｓ２Ａの上方、および第二サイフォン室Ｓ２Ｂの上方は、連通部Ｓ５で連通されている。サイフォン式散気管Ｓ１内の第二サイフォン室Ｓ２Ｂから散気穴Ｓ６までの部分が経路Ｓ４となっている。第一仕切壁Ｓ４ａの一部は、サイフォン室Ｓ２と経路Ｓ４とに面している。換言すると、第一仕切壁Ｓ４ａの一部は、サイフォン室Ｓ２と経路Ｓ４とを仕切っている。また、第二仕切壁Ｓ４ｂの一部はサイフォン室Ｓ２に面している。第二仕切壁Ｓ４ｂの上端Ｓ４ｂ１は、少なくとも第一仕切壁Ｓ４ａの下端Ｓ４ａ１よりも上方に位置している。処理水流入部Ｓ７は、サイフォン式散気管Ｓ１の底部に形成され、第一仕切壁Ｓ４ａの下端Ｓ４ａ１よりも下方に位置している。
【０１００】
このようにサイフォン式散気管Ｓ１の内部には、上流から下流に向かって、第一サイフォン室Ｓ２Ａ、連通部Ｓ５、第二サイフォン室Ｓ２Ｂ、経路Ｓ４がこの順に形成されている。そして、サイフォン式散気管Ｓ１におけるサイフォン室Ｓ２の下流において、経路Ｓ４のサイフォン室Ｓ２よりも高い位置に散気穴Ｓ６が形成され、サイフォン室Ｓ２の上流には処理水流入部Ｓ７が形成されている。処理水流入部Ｓ７により、サイフォン式散気管Ｓ１の外部とサイフォン室Ｓ２とが連通されている。
【０１０１】
散気穴Ｓ６の平面視形状は、サイフォン式散気管Ｓ１の配列方向に延びる長尺の矩形状である。散気穴Ｓ６の平面視形状の面積は、好ましくは４０ｃｍ２以下であり、より好ましくは２５ｃｍ２以下、更に好ましくは２０ｃｍ２以下である。また、散気穴Ｓ６の平面視形状の長手方向の長さは、好ましくは４０ｃｍ以下であり、より好ましくは２５ｃｍ以下、更に好ましくは２０ｃｍ以下である。
【０１０２】
また、本実施形態においては、散気穴Ｓ６の平面視形状の面積を用い、下式に基づいて算出される比Ｒ（単位：ｍ）が０．６以上の条件を満たす。また、比Ｒは、好ましくは０．６１以上であり、より好ましくは０．６７超である。
Ｒ＝（サイフォン室の容積（単位：ｍ３））／（散気穴の平面視形状の面積（単位：ｍ２））
【０１０３】
サイフォン式散気装置１０におけるサイフォン式散気管Ｓ１の数は、この例では５個であるが、膜モジュールＳ２２の大きさ、枚数に応じて適宜設定でき、４個以下であってもよく、６個以上であってもよい。
【０１０４】
サイフォン式散気管Ｓ１の材質は、特に限定されず、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ＡＳ樹脂、ＡＢＳ樹脂、アクリル樹脂（ＰＭＭＡ）、ポリ塩化ビニル樹脂（ＰＶＣ）、ポリアセタール樹脂（ＰＯＭ）、ポリアミド樹脂（ＰＡ）、ポリエチレンテレフタレート樹脂（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート樹脂（ＰＢＴ）、ポリカーボネート樹脂（ＰＣ）、変性ポリフェニレンエーテル樹脂（ＰＰＥ）、ポリフェニレンスルファイド樹脂（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ）、ポリスルフォン樹脂（ＰＳｆ）、ポリエーテルスルフォン樹脂（ＰＥＳ）等が挙げられる。サイフォン式散気管Ｓ１の材質は、１種であってもよく、２種以上の組み合わせであってもよい。また、ステンレス（ＳＵＳ３０４系、ＳＵＳ３１６系）等の金属製であってもよい。
【０１０５】
空気供給手段Ｓ５０は、図８〜図１３に示すように、分配管Ｓ１ｃと、分配管Ｓ１ｃに空気を送るブロアＳ１ｂと、分配管Ｓ１ｃから分岐した４つの導入部Ｓ１ａと、分配管Ｓ１ｃから分岐した１つの導入部Ｓ１ｄと、を備えている。
【０１０６】
分配管Ｓ１ｃは、各サイフォン式散気管Ｓ１の上方において、サイフォン式散気装置Ｓ１０の長さ方向、すなわち５個のサイフォン式散気管Ｓ１が並ぶ方向に延びるように設けられている。分配管Ｓ１ｃは、平面視で、サイフォン式散気管Ｓ１の幅方向における散気穴Ｓ６とは反対側の端部上に位置している。
【０１０７】
分配管Ｓ１ｃの断面積は、後述する導入部Ｓ１ａ，Ｓ１ｄの断面積よりも大きくなるように構成されている。分配管Ｓ１ｃの断面形状は、特に制限されない。例えば、分配管Ｓ１ｃの断面形状が円形である場合、分配管Ｓ１ｃの内径は、１０ｍｍ以上６０ｍｍ以下が好ましい。
【０１０８】
分配管Ｓ１ｃとしては、特に限定されず、例えば、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、フッ素系樹脂（ＰＴＦＥ、ＰＶＤＦ、ＰＦＡ）、ナイロン、ポリウレタン等の樹脂製の配管やチューブ、ステンレス（ＳＵＳ３０４系、ＳＵＳ３１６系）等の金属製配管等が挙げられる。分配管Ｓ１ｃの材質は、１種であってもよく、２種以上の組み合わせであってもよい。
【０１０９】
４つの導入部Ｓ１ａは、それぞれが分配管Ｓ１ｃにおける隣り合うサイフォン式散気管Ｓ１の間に対応する部分から分岐し、隣り合うサイフォン式散気管Ｓ１の間を上下方向に延びるように設けられている。各導入部Ｓ１ａは、分配管Ｓ１ｃから分岐した管状の分岐管部Ｓ５２と、分岐管部Ｓ５２の下端側に設けられた下側筒部Ｓ５４とを備えている。
【０１１０】
下側筒部Ｓ５４は、両隣のサイフォン式散気管Ｓ１における対向する２枚の側板部Ｓ１Ｃと、それら側板部Ｓ１Ｃの端部同士を繋ぐように設けられた２枚の側板部Ｓ５４ａと、２枚の側板部Ｓ１Ｃおよび２枚の側板部Ｓ５４ａからなる四角筒の上側の開口端を塞ぐように設けられた天板部Ｓ５４ｂとで形成された筒状の部分である。分岐管部Ｓ５２の内部と下側筒部Ｓ５４の内部とが連通するように、分岐管部Ｓ５２の下端部が天板部Ｓ５４ｂに接続されている。各導入部Ｓ１ａにおいては、下側筒部Ｓ５４を形成する一対の側板部Ｓ５４ａおよび天板部Ｓ５４ｂは、隣り合うサイフォン式散気管Ｓ１と一体になっている。
【０１１１】
この例の下側筒部Ｓ５４は、一対の側板部Ｓ５４ａの側端同士を繋ぐ側板として、両隣のサイフォン式散気管Ｓ１の側板部Ｓ１Ｃを利用している。すなわち、この例では、下側筒部Ｓ５４と、下側筒部Ｓ５４の両隣のサイフォン式散気管Ｓ１とがそれぞれ側板部Ｓ１Ｃを共有している。
【０１１２】
下側筒部Ｓ５４の下端は開口端になっている。また、各々の導入部Ｓ１ａにおける下側筒部Ｓ５４の下流側の側板としてサイフォン式散気管Ｓ１と共有している側板部Ｓ１Ｃの下端部には切欠部Ｓ５４ｃが形成されている。すなわち、導入部Ｓ１ａの分配管Ｓ１ｃと反対側の端部における、下流側のサイフォン式散気管Ｓ１の処理水流入部Ｓ７に面する部分に切欠部Ｓ５４ｃが形成されている。導入部Ｓ１ａにおいては、下側筒部Ｓ５４の下端の開口端と切欠部Ｓ５４ｃとからなる空気供給口Ｓ３ａが形成されている。
各導入部Ｓ１ａは、それぞれ空気供給口Ｓ３ａから、各導入部Ｓ１ａの下流側のサイフォン式散気管Ｓ１のサイフォン室Ｓ２に処理水流入部Ｓ７を通じて空気を供給するようになっている。
なお、側板部Ｓ１Ｃには、切欠部Ｓ５４ｃの他に１つ以上の空気供給口が設けられていてもよい。ただし、切欠部Ｓ５４ｃの他に１つ以上の空気供給口が設けられる場合には、切欠部Ｓ５４ｃの他に設けられた空気供給口のうち、鉛直方向最上位にある空気供給口が、サイフォン室と経路とを仕切る仕切壁の下端よりも下部になるように設けられる。
【０１１３】
導入部Ｓ１ａを長さ方向に垂直な方向に切断したときの流路最小断面積は、２０ｍｍ２〜３５０ｍｍ２が好ましく、２８ｍｍ２〜２００ｍｍ２がより好ましく、３５ｍｍ２〜１００ｍｍ２がさらに好ましく、４０ｍｍ２〜６０ｍｍ２が特に好ましい。導入部Ｓ１ａの流路最小断面積が前記範囲の下限値以上であれば、導入部Ｓ１ａ内が汚泥で閉塞しにくい。導入部Ｓ１ａの流路最小断面積が前記範囲の上限値以下であれば、各サイフォン式散気管Ｓ１に空気が均等に分配されやすくなる。
なお、流路最小断面積とは、導入部の流路断面積が最小となる流路最小断面積部における断面積を意味する。
【０１１４】
導入部Ｓ１ａの流路最小断面積部（図示無し）は、高さ方向の任意の位置に少なくとも１箇所あればよい。汚泥流入による閉塞防止の観点から、導入部Ｓ１ａのできるだけ高い位置に流路最小断面積部を設けるのが好ましい。
【０１１５】
切欠部Ｓ５４ｃの正面視形状は、矩形の上部が上方に凸となるように円弧状に突出した形状になっている。なお、切欠部Ｓ５４ｃの正面視形状は、前記形状には限定されず、例えば、三角形状、半円状、矩形状等であってもよい。なかでも、切欠部Ｓ５４ｃの正面視形状としては、上方に向かうにつれて幅が狭くなる形状が好ましい。切欠部Ｓ５４ｃでは上部がより汚泥で詰まりやすいが、切欠部Ｓ５４ｃが上方に向かうにつれて幅が狭くなる形状であれば、切欠部Ｓ５４ｃの上部が汚泥で詰まっても幅の広い下部からサイフォン式散気管Ｓ１内に空気を効率的に供給しやすい。具体的には、切欠部Ｓ５４ｃの正面視形状としては、この例のような矩形の上部が上方に凸となるように円弧状に突出した形状や、三角形状、半円状が好ましい。
切欠部Ｓ５４ｃの鉛直方向最上部は、第一仕切壁Ｓ４ａの下端Ｓ４ａ１よりも下部に設けられている。また、切欠部Ｓ５４ｃの鉛直方向最上部は、経路Ｓ４の最下端よりも上部に設けられていることが好ましい。
【０１１６】
正面視での切欠部Ｓ５４ｃの幅は、当該切欠部の最大幅が４〜３０ｍｍが好ましく、８〜２０ｍｍがより好ましい。切欠部Ｓ５４ｃの前記最大幅が前記範囲の上限値以下であれば、サイフォン式散気管Ｓ１内に空気を効率的に供給しやすい。切欠部Ｓ５４ｃの前記最大幅が前記範囲の下限値以上であれば、切欠部の汚泥閉塞が起こりにくい。
【０１１７】
導入部Ｓ１ｄは、分配管Ｓ１ｃにおける最も上流側に位置するサイフォン式散気管Ｓ１の上流側から分岐し、サイフォン式散気管Ｓ１の側板部Ｓ１Ｃの外側に沿って上下方向に延びるように設けられている。導入部Ｓ１ｄは、分配管Ｓ１ｃから分岐した管状の分岐管部Ｓ５６と、分岐管部Ｓ５６の下端側に設けられた下側筒部Ｓ５８とを備えている。
【０１１８】
下側筒部Ｓ５８は、最も上流側に位置するサイフォン式散気管Ｓ１の上流側の側板部Ｓ１Ｃと、その側板部Ｓ１Ｃの両端部からそれぞれ外側に分配管Ｓ１ｃの長さ方向に沿って延びる２枚の長方形状の側板部Ｓ５８ａと、それら２枚の側板部Ｓ５８ａにおける側板部Ｓ１Ｃから遠い側の端部を繋ぐように設けられた側板部Ｓ５８ｄと、側板部Ｓ１Ｃ、２枚の側板部Ｓ５８ａおよび側板部Ｓ５８ｄからなる四角筒の上側の開口端を塞ぐように設けられた天板部Ｓ５８ｂとで形成された筒状の部分である。分岐管部Ｓ５６の内部と下側筒部Ｓ５８の内部とが連通するように、分岐管部Ｓ５６の下端部が天板部Ｓ５８ｂに接続されている。導入部Ｓ１ｄにおいては、下側筒部Ｓ５８を形成する一対の側板部Ｓ５８ａおよび天板部Ｓ５８ｂは、隣り合うサイフォン式散気管Ｓ１と一体になっている。
【０１１９】
この例の下側筒部Ｓ５８は、一対の側板部Ｓ５８ａの片側の側端同士を繋ぐ側板として、隣り合うサイフォン式散気管Ｓ１の側板部Ｓ１Ｃを利用している。すなわち、この例では、下側筒部Ｓ５８と、下側筒部Ｓ５８と隣り合うサイフォン式散気管Ｓ１とが側板部Ｓ１Ｃを共有している。
【０１２０】
下側筒部Ｓ５８の下端は開口端になっている。また、導入部Ｓ１ｄにおける下側筒部Ｓ５８の下流側の側板としてサイフォン式散気管Ｓ１と共有している側板部Ｓ１Ｃの下端部には切欠部Ｓ５８ｃが形成されている。すなわち、導入部Ｓ１ｄの分配管Ｓ１ｃと反対側の端部における、下流側のサイフォン式散気管Ｓ１の処理水流入部Ｓ７に面する部分に切欠部Ｓ５８ｃが形成されている。導入部Ｓ１ｄにおいては、下側筒部Ｓ５８の下端の開口端と切欠部Ｓ５８ｃとからなる空気供給口Ｓ３ｂが形成されている。
導入部Ｓ１ｄは、空気供給口Ｓ３ｂから、導入部Ｓ１ｄの下流側のサイフォン式散気管Ｓ１のサイフォン室Ｓ２に処理水流入部Ｓ７を通じて空気を供給するようになっている。
【０１２１】
導入部Ｓ１ｄの流路最小断面積の好ましい態様は、導入部Ｓ１ａの流路最小断面積の好ましい態様と同じである。
【０１２２】
切欠部Ｓ５８ｃの正面視形状は、図１３に示すように、矩形の上部が上方に凸となるように円弧状に突出した形状になっている。なお、切欠部Ｓ５８ｃの正面視形状は、前記形状には限定されず、例えば、三角形状、半円状、矩形状等であってもよい。
切欠部Ｓ５８ｃの正面視形状および面積の好ましい態様は、切欠部Ｓ５４ｃの好ましい態様と同じである。
【０１２３】
前述のように、サイフォン式散気装置Ｓ１０においては、図１０に示すように、各サイフォン式散気管Ｓ１の上板部Ｓ１Ａと、各導入部Ｓ１ａの天板部Ｓ５４ｂと、導入部Ｓ１ｄの天板部Ｓ５８ｂとは一体となっており、それらは全体として平面視で長尺の矩形状の天板Ｓ１０ａからなっている。また、図１２に示すように、サイフォン式散気装置Ｓ１０の同じ側に位置する、各サイフォン式散気管Ｓ１の側板部Ｓ１Ｂと、各導入部Ｓ１ａの側板部Ｓ５４ａと、導入部Ｓ１ｄの側板部Ｓ５８ａとは一体となっており、それらは全体として平面視で長尺の矩形状の側板部Ｓ１０ｂからなっている。
【０１２４】
このように、サイフォン式散気装置Ｓ１０においては、各サイフォン式散気管Ｓ１が一体になっている。これにより、各導入部Ｓ１ａ，Ｓ１ｄの空気供給口Ｓ３ａ，Ｓ３ｂの上下方向の位置合わせや、各サイフォン式散気管Ｓ１の上下方向の位置合わせが不要になるため、各サイフォン式散気管Ｓ１から均等に散気させることが容易になる。また、サイフォン式散気装置Ｓ１０の組み立て作業が容易になるうえ、部品点数が減らせるためコスト的にも有利である。
【０１２５】
導入部Ｓ１ａ，Ｓ１ｄの材質は、特に限定されず、例えば、サイフォン式散気管Ｓ１で挙げたものと同じものが挙げられる。導入部Ｓ１ａ，Ｓ１ｄの材質は、１種であってもよく、２種以上の組み合わせであってもよい。
【０１２６】
分配管Ｓ１ｃは、各サイフォン式散気管Ｓ１よりも上方に位置しているため、各導入部Ｓ１ａの空気供給口Ｓ３ａおよび導入部Ｓ１ｄの空気供給口Ｓ３ｂよりも上方に位置している。これにより、空気供給手段Ｓ５０においてブロアＳ１ｂに近い上流側のサイフォン式散気管Ｓ１ばかりに空気が供給されることを抑制でき、複数のサイフォン式散気管Ｓ１に均等に空気を供給できるため、各サイフォン式散気管Ｓ１から均等に散気させることができる。
【０１２７】
サイフォン式散気装置Ｓ１０は、膜分離槽Ｓ２１を平面視したときに、膜モジュールＳ２２における隣り合う分離膜の間と各サイフォン式散気管Ｓ１の散気穴Ｓ６とが重なり合う位置に設けられていることが好ましい。なお、サイフォン式散気装置Ｓ１０は、膜分離槽Ｓ２１を平面視したときに、各サイフォン式散気管Ｓ１の散気穴Ｓ６が膜モジュールＳ２２と交差するように設けられていてもよい。
【０１２８】
以下、サイフォン式散気管Ｓ１の散気機構について説明する。
作動開始前においては、図１４（ａ）に示すように、サイフォン式散気管Ｓ１内におけるサイフォン室Ｓ２、連通部Ｓ５および経路Ｓ４は汚泥含有処理水ＳＢ（被処理水）で満たされている。空気供給手段Ｓ５０におけるブロアＳ１ｂから分配管Ｓ１ｃに送気し、分配管Ｓ１ｃから各導入部Ｓ１ａ，Ｓ１ｄに分配した空気ＳＡを空気供給口Ｓ３ａ，Ｓ３ｂから各サイフォン式散気管Ｓ１内のサイフォン室Ｓ２に連続的に供給する。空気供給口Ｓ３ａ，Ｓ３ｂから空気ＳＡを供給し続けると、図１４（ｂ）に示すように、サイフォン室Ｓ２内の汚泥含有処理水ＳＢが散気穴Ｓ６や処理水流入部Ｓ７から押し出されて、サイフォン室Ｓ２の液面ＳＳが次第に降下する。
【０１２９】
さらに空気供給口Ｓ３ａ，Ｓ３ｂから空気ＳＡを供給し続け、液面ＳＳの高さが第一仕切壁Ｓ４ａの下端Ｓ４ａ１よりも低くなると、図１４（ｃ）に示すように、経路Ｓ４内と第一サイフォン室Ｓ２Ａとの２つの気液界面高さの差によって空気ＳＡが経路Ｓ４に移動し、散気穴Ｓ６から一挙に放出されて気泡Ｓ２０を形成する。散気穴Ｓ６から散気されると、図１４（ｄ）に示すように、処理水流入部Ｓ７から汚泥含有処理水ＳＢが流入することで、液面ＳＳの高さは第二仕切壁Ｓ４ｂの上端Ｓ４ｂ１付近まで上昇する。そして、図１４（ｂ）〜（ｄ）の状態が繰り返し行われることで、間欠的に曝気される。
【０１３０】
前述したように、分配管から分岐した導入管を複数のサイフォン式散気管のそれぞれの上部に直結して空気を供給するサイフォン式散気装置では、特に空気の流量が小さい場合に、各サイフォン式散気管からの散気の都度、いずれかのサイフォン式散気管から放出される気泡が予期せず小さくなったり、散気されなかったりして、各サイフォン式散気管から均等に散気されにくい。
【０１３１】
図１９に例示した従来のサイフォン式散気装置Ｓ２１０を例に具体的に説明する。サイフォン式散気装置Ｓ２１０は、水平方向に並んで配置された３つのサイフォン式散気管Ｓ２０１Ｘ，Ｓ２０１Ｙ，Ｓ２０１Ｚと、各サイフォン式散気管Ｓ２０１Ｘ，Ｓ２０１Ｙ，Ｓ２０１Ｚの上方に設けられ、それら各サイフォン式散気管Ｓ２０１Ｘ，Ｓ２０１Ｙ，Ｓ２０１Ｚに空気を供給する空気供給手段Ｓ２５０とを備えている。
【０１３２】
空気供給手段Ｓ２５０は、各サイフォン式散気管Ｓ２０１Ｘ，Ｓ２０１Ｙ，Ｓ２０１Ｚの上方に設けられた分配管Ｓ２０１ｃと、分配管Ｓ２０１ｃに空気を送るブロアと、分配管Ｓ２０１ｃから下方に分岐した３つの導入管Ｓ２０１ａＸ，Ｓ２０１ａＹ，Ｓ２０１ａＺを備えている。各サイフォン式散気管Ｓ２０１Ｘ，Ｓ２０１Ｙ，Ｓ２０１Ｚは、それらの上部における連通部Ｓ２０５が面する部分に空気供給口Ｓ２０３が設けられている以外は、サイフォン式散気管Ｓ１と同様の態様である。３つの導入管Ｓ２０１ａＸ，Ｓ２０１ａＹ，Ｓ２０１ａＺがそれぞれサイフォン式散気管Ｓ２０１Ｘ，Ｓ２０１Ｙ，Ｓ２０１Ｚの空気供給口Ｓ２０３に直結されている。
【０１３３】
サイフォン式散気装置Ｓ２１０においては、サイフォン室Ｓ２０２内の液面ＳＳの揺らぎや、設置勾配、装置製造誤差等に起因するサイフォン式散気管Ｓ２０１Ｘ，Ｓ２０１Ｙ，Ｓ２０１Ｚ間の設置高さ差等の影響によって、各サイフォン室Ｓ２０２内の液面ＳＳの高さにバラツキが生じ、各サイフォン式散気管Ｓ２０１Ｘ，Ｓ２０１Ｙ，Ｓ２０１Ｚの散気のタイミングにずれが生じることがある。
【０１３４】
例えば、サイフォン式散気管Ｓ２０１Ｘの散気のタイミングがサイフォン式散気管Ｓ２０１Ｙ，Ｓ２０１Ｚよりも早い場合、内部の空気ＳＡが放出される際にサイフォン式散気管Ｓ２０１Ｘ内の空気ＳＡが存在している部分が負圧になると、分配管Ｓ２０１ｃおよび各導入管Ｓ２０１ａＸ，Ｓ２０１ａＹ，Ｓ２０１ａＺ内の空気がサイフォン式散気管Ｓ２０１Ｘ内に引き込まれる。これにより、特にブロアからの空気の流量が小さい場合に、分配管Ｓ２０１ｃおよび各導入管Ｓ２０１ａＸ，Ｓ２０１ａＹ，Ｓ２０１ａＺが減圧されることで、サイフォン式散気管Ｓ２０１Ｙ，Ｓ２０１Ｚ内の空気ＳＡが各導入管Ｓ２０１ａＹ，Ｓ２０１ａＺを通じて逆流する。このように、サイフォン式散気管Ｓ２０１Ｙ，Ｓ２０１Ｚでは、経路Ｓ２０４を通じて散気される空気ＳＡの一部が導入管Ｓ２０１ａＹ，Ｓ２０１ａＺを通じて逆流することで、放出される気泡が小さくなったり、気泡が放出されなかったりする。
また、サイフォン式散気管Ｓ２０１Ｙやサイフォン式散気管Ｓ２０１Ｚのいずれかの散気のタイミングが早い場合も、散気のタイミングが遅れたサイフォン式散気管において、同様の機構で放出される気泡が小さくなったり、気泡が放出されなかったりする。
【０１３５】
これに対して、本実施形態のサイフォン式散気装置Ｓ１０では、各サイフォン式散気管Ｓ１の間に配された各導入部Ｓ１ａの空気供給口Ｓ３ａや導入部Ｓ１ｄの空気供給口Ｓ３ｂから、各サイフォン式散気管Ｓ１のサイフォン室Ｓ２に、サイフォン室Ｓ２よりも下流側の処理水流入部Ｓ７を通じて空気ＳＡが供給される。このように、サイフォン式散気管Ｓ１の外側の導入部Ｓ１ａ，Ｓ１ｄから、空気ＳＡがサイフォン式散気管Ｓ１内のサイフォン室Ｓ２に供給される。そのため、導入部Ｓ１ａ，Ｓ１ｄの空気供給口Ｓ３ａ，Ｓ３ｂは、サイフォン式散気装置Ｓ１０の作動時に常に汚泥含有処理水ＳＢで満たされている部分に存在している。これにより、図１５に示すように、いずれかのサイフォン式散気管Ｓ１（図１５（ａ））の散気のタイミングが、他のサイフォン式散気管Ｓ１（図１５（ｂ）、図１５（ｃ））よりも早くなり、タイミングの早いサイフォン式散気管Ｓ１内の空気ＳＡが存在する部分が負圧となっても、その負圧が各導入部Ｓ１ａ，Ｓ１ｄを通じて他のサイフォン式散気管Ｓ１に影響することがない。その結果、空気流量が少なくても、散気のタイミングが遅れたサイフォン式散気管Ｓ１内の空気ＳＡが逆流せず、サイフォン式散気管Ｓ１から放出される気泡が予期せず小さくなることが抑制されることから、複数のサイフォン式散気管Ｓ１から均等に散気することができる。
【０１３６】
また、サイフォン式散気管Ｓ１の外側に配された導入部Ｓ１ａ，Ｓ１ｄから空気供給口Ｓ３ａ，Ｓ３ｂを通じて空気ＳＡが供給されるが、導入部Ｓ１ａ，Ｓ１ｄの空気供給口Ｓ３ａ，Ｓ３ｂはサイフォン式散気管Ｓ１内の空気ＳＡが貯まる部分にはないことから、空気供給口Ｓ３ａ，Ｓ３ｂに付着した汚泥が乾燥して固化することで、空気供給口Ｓ３ａ，Ｓ３ｂが閉塞することも抑制される。
【０１３７】
以上説明したように、本発明では、サイフォン式散気装置の空気供給手段において、分配管から分岐した導入部が隣り合うサイフォン式散気管の間に位置し、該導入部によりサイフォン式散気管の外側から処理水流入部を通じてサイフォン室に空気を供給する。そのため、複数のサイフォン式散気管において散気のタイミングがずれても、散気のタイミングが遅れたサイフォン式散気管内の空気が逆流せず、複数のサイフォン式散気管から均等に散気することができる。また、導入部の空気供給口が閉塞することも抑制される。
【０１３８】
なお、本発明のサイフォン式散気装置は、前記したサイフォン式散気装置Ｓ１０には限定されない。例えば、本発明のサイフォン式散気装置は、導入部から、該導入部と隣り合う少なくとも二つのサイフォン式散気管のそれぞれのサイフォン室に空気が供給されるものであってもよい。具体的には、例えば、図１６に例示したサイフォン式散気装置Ｓ１０Ａであってもよい。図１６における図１１と同じ部分は同符合を付して説明を省略する。
【０１３９】
サイフォン式散気装置Ｓ１０Ａは、水平方向に一列に並んで配置された６個のサイフォン式散気管Ｓ１と、それら各サイフォン式散気管Ｓ１に空気を供給する空気供給手段Ｓ５０Ａとを備えている。空気供給手段Ｓ５０Ａは、分配管Ｓ１ｃと、分配管Ｓ１ｃから分岐した３つの導入部Ｓ１ａとを備えている。サイフォン式散気装置Ｓ１０Ａでは、６個のサイフォン式散気管Ｓ１を、上流側から２個ずつのサイフォン式散気管Ｓ１を一組とする三組としたときに、各導入部Ｓ１ａが、分配管Ｓ１ｃにおける各組の隣り合うサイフォン式散気管Ｓ１の間に対応する部分から分岐し、隣り合うサイフォン式散気管Ｓ１の間を上下方向に延びるように設けられている。
【０１４０】
６個のサイフォン式散気管Ｓ１は、サイフォン式散気装置Ｓ１０と同様に一体となっている。また、各々の導入部Ｓ１ａにおける下側筒部Ｓ５４の上流側および下流側の側板として両隣のサイフォン式散気管Ｓ１と共有している側板部Ｓ１Ｃの下端部には、それぞれ切欠部Ｓ５４ｃが形成されている。すなわち、導入部Ｓ１ａの分配管Ｓ１ｃと反対側の端部における、上流側と下流側のサイフォン式散気管Ｓ１の処理水流入部Ｓ７に面する部分にそれぞれ切欠部Ｓ５４ｃが形成されている。これにより、各導入部Ｓ１ａは、それぞれの空気供給口Ｓ３ａから、各導入部Ｓ１ａの両隣のサイフォン式散気管Ｓ１のサイフォン室Ｓ２に処理水流入部Ｓ７を通じて空気を供給するようになっている。
サイフォン式散気装置Ｓ１０Ａの上記した部分以外の態様は、サイフォン式散気装置Ｓ１０の態様と同様である。
【０１４１】
サイフォン式散気装置Ｓ１０Ａにおいても、サイフォン式散気装置Ｓ１０と同様に、空気流量が少なくても、散気のタイミングが遅れたサイフォン式散気管Ｓ１内の空気が逆流せず、サイフォン式散気管Ｓ１から放出される気泡が予期せず小さくなることが抑制されることから、複数のサイフォン式散気管Ｓ１から均等に散気することができる。また、導入部Ｓ１ａの空気供給口Ｓ３ａに付着した汚泥が乾燥して固化することで、空気供給口Ｓ３ａが閉塞することも抑制される。
【０１４２】
また、サイフォン式散気装置Ｓ１０Ａのように、１つの導入部Ｓ１ａから両隣のサイフォン式散気管Ｓ１に空気を供給する態様は、サイフォン式散気装置Ｓ１０のように１つのサイフォン式散気管Ｓ１に対して１つの導入部Ｓ１ａを設ける態様に比べて、導入部Ｓ１ａの数を少なくして空気の分配数を減らせるため、各サイフォン式散気管Ｓ１に均等に空気を供給しやすい点で有利である。
【０１４３】
また、本発明のサイフォン式散気装置は、図１７に例示したサイフォン式散気装置Ｓ１０Ｂであってもよい。図１７における図１２と同じ部分は同符合を付して説明を省略する。
サイフォン式散気装置Ｓ１０Ｂは、水平方向に６個ずつが平行して二列に並んで配置された合計１２個のサイフォン式散気管Ｓ１と、それら各サイフォン式散気管Ｓ１に空気を供給する空気供給手段Ｓ５０Ｂとを備えている。
【０１４４】
空気供給手段Ｓ５０Ｂは、分配管Ｓ１ｃと、分配管Ｓ１ｃから分岐した３つの導入部Ｓ１ａとを備えている。空気供給手段Ｓ５０Ｂの分配管Ｓ１ｃは、平面視において、６個ずつのサイフォン式散気管Ｓ１が並んだ二列の間に、６個ずつのサイフォン式散気管Ｓ１が並ぶ列の長さ方向に沿って延びるように配置されている。サイフォン式散気装置Ｓ１０Ｂでは、１２個のサイフォン式散気管Ｓ１を、上流側から各列の２個ずつで合計４個ずつのサイフォン式散気管Ｓ１を一組とする三組としたときに、各導入部Ｓ１ａが、分配管Ｓ１ｃにおける各組の各列で隣り合うサイフォン式散気管Ｓ１の間に対応する部分から分岐している。サイフォン式散気装置Ｓ１０Ｂでは、平面視で、１つの導入部Ｓ１ａの周囲に４個のサイフォン式散気管Ｓ１が配置された状態になっている。
【０１４５】
空気供給手段Ｓ５０Ｂの３つの導入部Ｓ１ａと１２個のサイフォン式散気管Ｓ１とは、サイフォン式散気装置Ｓ１０と同様に一体となっている。
各導入部Ｓ１ａの下側筒部Ｓ５４では、列の長さ方向において、それぞれの列で位置が対応している２つのサイフォン式散気管Ｓ１の側板部Ｓ１Ｃの互いに近い側の端部を繋ぐ２つの側板部Ｓ５４ｄが設けられている。また、各列において、隣り合う２つのサイフォン式散気管Ｓ１の対向する２枚の側板部Ｓ１Ｃの分配管Ｓ１ｃから遠い側の端部同士を繋ぐ２つの側板部Ｓ５４ａが設けられている。各導入部Ｓ１ａの下側筒部Ｓ５４は、導入部Ｓ１ａの周囲に配された４つのサイフォン式散気管Ｓ１の導入部Ｓ１ａ側の側板部Ｓ１Ｃと、２枚の側板部Ｓ５４ｄと、２枚の側板部Ｓ５４ａとにより四角筒状になっている。また、各導入部Ｓ１ａの下側筒部Ｓ５４が、各列において隣り合うサイフォン式散気管Ｓ１の間を上下方向に延びるように設けられている。
【０１４６】
また、各々の導入部Ｓ１ａにおける下側筒部Ｓ５４の上流側および下流側の側板として周囲の４つのサイフォン式散気管Ｓ１と共有している側板部Ｓ１Ｃの下端部には、それぞれ切欠部Ｓ５４ｃが形成されている。すなわち、導入部Ｓ１ａの分配管Ｓ１ｃと反対側の端部における、周囲の４つのサイフォン式散気管Ｓ１の処理水流入部Ｓ７に面する部分にそれぞれ切欠部Ｓ５４ｃが形成されている。これにより、各導入部Ｓ１ａは、それぞれの空気供給口Ｓ３ａから、各導入部Ｓ１ａの周囲の４つのサイフォン式散気管Ｓ１のサイフォン室Ｓ２に処理水流入部Ｓ７を通じて空気を供給するようになっている。
サイフォン式散気装置Ｓ１０Ｂの上記した部分以外の態様は、サイフォン式散気装置Ｓ１０の態様と同様である。
【０１４７】
サイフォン式散気装置Ｓ１０Ｂにおいても、サイフォン式散気装置Ｓ１０と同様に、空気流量が少なくても、散気のタイミングが遅れたサイフォン式散気管Ｓ１内の空気が逆流せず、サイフォン式散気管Ｓ１から放出される気泡が予期せず小さくなることが抑制されることから、複数のサイフォン式散気管Ｓ１から均等に散気することができる。また、導入部Ｓ１ａの空気供給口Ｓ３ａに付着した汚泥が乾燥して固化することで、空気供給口Ｓ３ａが閉塞することも抑制される。
【０１４８】
また、サイフォン式散気装置Ｓ１０Ｂのように、１つの導入部Ｓ１ａから周囲の４つのサイフォン式散気管Ｓ１に空気を供給する態様は、サイフォン式散気装置Ｓ１０Ａよりもさらに導入部Ｓ１ａの数を少なくして空気の分配数を減らせるため、各サイフォン式散気管Ｓ１に均等に空気を供給しやすい点で有利である。
【０１４９】
また、本発明のサイフォン式散気装置は、分配管とサイフォン式散気管とが一体になっているものであってもよい。具体的には、例えば、図１８に例示したサイフォン式散気装置Ｓ１０Ｃであってもよい。図１８における図１１と同じ部分は同符合を付して説明を省略する。
【０１５０】
サイフォン式散気装置Ｓ１０Ｃは、水平方向に一列に並んで配置された６個のサイフォン式散気管Ｓ１と、それら各サイフォン式散気管Ｓ１に空気を供給する空気供給手段Ｓ５０Ｃとを備えている。空気供給手段Ｓ５０Ｃは、分配管Ｓ１ｃと、分配管Ｓ１ｃから分岐した３つの導入部Ｓ１ｅとを備えている。サイフォン式散気装置Ｓ１０Ｃでは、６個のサイフォン式散気管Ｓ１を、上流側から２個ずつのサイフォン式散気管Ｓ１を一組とする三組としたときに、各導入部Ｓ１ｅが、分配管Ｓ１ｃにおける各組の隣り合うサイフォン式散気管Ｓ１の間に対応する部分から分岐し、隣り合うサイフォン式散気管Ｓ１の間に上下方向に延びるように設けられている。
【０１５１】
導入部Ｓ１ｅは、分配管Ｓ１ｃから分岐した管状の分岐管部Ｓ５２を有しない以外は、空気供給手段Ｓ５０，Ｓ５０Ａにおける導入部Ｓ１ａと同じである。サイフォン式散気装置Ｓ１０Ｃの態様は、導入部Ｓ１ｅ分岐管部Ｓ５２を有さず、分配管Ｓ１ｃが各サイフォン式散気管Ｓ１と一体とされている以外は、サイフォン式散気装置Ｓ１０Ａの態様と同じである。
【０１５２】
サイフォン式散気装置Ｓ１０Ｃにおいても、サイフォン式散気装置Ｓ１０と同様に、空気流量が少なくても、散気のタイミングが遅れたサイフォン式散気管Ｓ１内の空気が逆流せず、サイフォン式散気管Ｓ１から放出される気泡が予期せず小さくなることが抑制されることから、複数のサイフォン式散気管Ｓ１から均等に散気することができる。また、導入部Ｓ１ｅの空気供給口Ｓ３ａに付着した汚泥が乾燥して固化することで、空気供給口Ｓ３ａが閉塞することも抑制される。
【０１５３】
また、分配管Ｓ１ｃをサイフォン式散気管Ｓ１と一体とする態様は、強度がより高い点で有利である。また、サイフォン式散気装置Ｓ１０Ｃの組み立て作業が容易になるうえ、部品点数が減らせるためコスト的にも有利である。
【０１５４】
本発明のサイフォン式散気装置は、空気供給手段の分配管や導入部がサイフォン式散気管と一体になっていなくてもよい。例えば、導入部として、サイフォン式散気管の下端よりも下まで延びる管状の導入管が設けられ、該導入管の下端の開口端からなる空気供給口からサイフォン式散気管内のサイフォン室に処理水導入部を通じて空気を供給するサイフォン式散気装置であってもよい。
また、導入部の端部に切欠部が形成されておらず、空気供給口が切欠部を含まないサイフォン式散気装置であってもよい。
【０１５５】
［水処理方法］
以下、本発明の第一の態様および第二の態様に係る水処理方法の一例として、前記した水処理装置Ｓ１０００を用いた水処理方法について説明する。本発明の水処理方法は、水処理装置Ｓ１０００に代えて、水処理装置１０００を用いて行うこともできる。本発明の水処理方法は、活性汚泥を用いて原水を活性汚泥処理する活性汚泥処理工程と、活性汚泥処理工程で得られた汚泥含有処理水を膜分離する膜分離工程と、を有している。
【０１５６】
（活性汚泥処理工程）
水処理装置Ｓ１０００による水処理方法では、工場や家庭等から排出された工業廃水や生活廃水等の廃水（原水）を第一の流路Ｓ１２を通じて活性汚泥処理槽Ｓ１１に流入させ、活性汚泥処理槽Ｓ１１で活性汚泥処理し、生物処理水とする。処理後の汚泥含有処理水（被処理水）は、第二の流路Ｓ１３を通じて膜分離槽Ｓ２１に流入させる。
【０１５７】
（膜分離工程）
膜分離槽Ｓ２１では、ＭＢＲ装置Ｓ１００の膜モジュールＳ２２により、活性汚泥および生物処理水を含む汚泥含有処理水（被処理水）を膜分離処理する。膜分離処理中においては、サイフォン式散気装置Ｓ１０により曝気を行う。
サイフォン式散気装置Ｓ１０においては、定期的に導入部Ｓ１ａ内に水を注入して汚泥閉塞を抑制することが好ましい。
【０１５８】
汚泥含有処理水ＳＢの一部は、汚泥返送手段Ｓ３０によって膜分離槽Ｓ２１から活性汚泥処理槽Ｓ１１に返送する。膜モジュールＳ２２により汚泥含有処理水ＳＢを膜分離した後の処理水は、第三の流路Ｓ３３を通じて処理水槽Ｓ４１に送って貯留する。処理水槽Ｓ４１で貯留する処理水は、工業用水として再利用したり、河川等に放流したりすることができる。
【０１５９】
また、本発明の水処理方法は、活性汚泥処理槽１１（Ｓ１１）の中にＭＢＲ装置１００（Ｓ１００）が設けられた水処理装置を用いて、活性汚泥処理工程と膜分離工程とを同時に行う方法であってもよい。
【０１６０】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【実施例】
【０１６１】
以下に本発明を実施例により説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。【０１６２】
実施例１〜４
図７に例示したサイフォン式散気装置１０と同様の構成のサイフォン式散気装置を作成した。サイフォン式散気装置１０は、三つのサイフォン式散気管１を備えている。サイフォン式散気装置１０において、三つのサイフォン式散気管１は全て同じ形状であり、外寸で２００ｍｍ×２００ｍｍ×７０ｍｍの筐体である。また、サイフォン式散気管１が有するサイフォン室２の容積は、１１７０ｍｌであった。さらに、サイフォン式散気管１が有する散気穴６の平面視形状は矩形であった。散気穴６の平面視形状の面積は１９ｃｍ２であり、その平面視形状の長手方向の長さは１９ｃｍであった。図７に示す各サイフォン式散気管１において、下式に基づいて算出される比Ｒは０．６２であった。
Ｒ＝（サイフォン室の容積（単位：ｍ３））／（散気穴の平面視形状の面積（単位：ｍ２））【０１６３】
このサイフォン式散気装置１０を水槽に入れ、表１に示す勾配を付けた底面に沿うように浸漬した。そして、第一仕切壁４ａの下端４ａ１よりも下方に設けられている気体供給口３を介して、６０Ｌ／分の空気を連続供給した。そして、三つのサイフォン式散気管１から気泡が発生するか検討した。なお、サイフォン式散気管１から気泡が発生する様子を目視で確認した。【０１６４】
比較例１
図７に示す各サイフォン式散気管１が有する気体供給口３の位置を、第一仕切壁４ａの下端４ａ１よりも上方にしたこと以外は、実施例１と同様にして行い、気泡が発生するか検討した。【０１６５】
この評価において、三つのサイフォン式散気管１から安定的に気泡が発生するものを「ＡＡ」とし、安定的ではないが、三つのサイフォン式散気管１から気泡が発生するものを「Ａ」とし、三つのサイフォン式散気管１のうち、気泡が発生しない領域があるものを「Ｂ」とした。結果を表１に示す。【０１６６】
表１において、実施例１〜４および比較例１の各サイフォン式散気管１が有する気体供給口３の位置が第一仕切壁４ａの下端４ａ１より下方であるものを「下方」とし、気体供給口３の位置が第一仕切壁４ａの下端４ａ１より上方であるものを「上方」とした。【０１６７】
【表１】
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【０１６８】
実施例１〜４および比較例１において、図７に示すサイフォン式散気装置１０の運転に伴い、サイフォン室２の液面の高さが変動しているのを確認した。実施例１〜４のサイフォン式散気装置１０において、表１に示す水槽底面の勾配の条件のうち少なくとも一つの条件にて、全てのサイフォン式散気管１から気泡が安定的に発生するのを確認した。また、実施例３および実施例４において、表１に示す水槽底面の勾配の条件にて、全てのサイフォン式散気管１から気泡が安定的に発生するのを確認した。【０１６９】
一方、比較例１のサイフォン式散気装置１０において、表１に示す水槽底面の勾配の条件にて、少なくとも一つのサイフォン式散気管１から気泡が発生しないことを確認した。【０１７０】
実施例Ｓ１〜Ｓ４
図１６に例示したサイフォン式散気装置Ｓ１０Ａと同様の構成のサイフォン式散気装置を作製した。該サイフォン式散気装置は、６つのサイフォン式散気管が全て同じ形状であり、各サイフォン式散気管は外寸で高さ２００ｍｍ×長さ１６２ｍｍ×幅７０ｍｍの筐体とした。サイフォン式散気管のサイフォン室の容積は９７３ｍｌ、散気穴の平面視形状の面積は１５ｃｍ２とした。内径２０ｍｍ（断面積３１４ｍｍ２）の分配管から、流路最小断面積５０ｍｍ２の導入部（流路最小断面積部以外の断面積１８００ｍｍ２）に空気を供給し、図１３と同様の形状の切欠部（幅２０ｍｍ）を介してサイフォン室に空気を供給した。なお、流路最小断面積部は、導入部におけるサイフォン式散気管の上板部と同じ位置に設けた。【０１７１】
このサイフォン式散気装置を水槽に入れ、表１に示す勾配を付けた底面に沿うように浸漬し、６０Ｌ／分の空気を連続供給した。そして、６つのサイフォン式散気管から気泡が発生する様子を目視で確認した。【０１７２】
比較例Ｓ１
サイフォン式散気管の数が６つである以外は図１９に例示したサイフォン式散気装置Ｓ２１０と同様の構成のサイフォン散気装置を用い、分配管から６つのサイフォン式散気管の上方に直接空気を供給する以外は、実施例Ｓ１と同様にして空気を連続供給して６つのサイフォン式散気管から気泡が発生する様子を目視で確認した。【０１７３】
各例のサイフォン式散気装置の気泡発生状態の評価は、６つのサイフォン式散気管から安定的に気泡が発生するものを「ＡＡ」とし、安定的ではないが、６つのサイフォン式散気管から気泡が発生するものを「Ａ」とし、６つのサイフォン式散気管のうち、気泡が発生しない領域があるものを「Ｂ」とした。結果を表２に示す。【０１７４】
表２において、実施例Ｓ１〜Ｓ４および比較例Ｓ１の各サイフォン式散気管１が有する気体供給口Ｓ３の位置が第一仕切壁Ｓ４ａの下端Ｓ４ａ１より下方であるものを「下方」とし、気体供給口Ｓ３の位置が第一仕切壁Ｓ４ａの下端Ｓ４ａ１より上方であるものを「上方」とした。【０１７５】
【表２】
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【０１７６】
比較例Ｓ１においては、水槽底面の勾配が無い場合においても、液面の揺らぎの影響で各サイフォン室内の液面が第一仕切壁の下端に到達するタイミングにバラツキが生じ、いずれかのサイフォン式散気管で全く空気が放出されないことがあった。【０１７７】
実施例Ｓ１およびＳ２においては、水槽底面の勾配が無い場合において、他のサイフォン式散気管からの空気放出に影響されることなく、全てのサイフォン式散気管から気泡が放出された。
実施例Ｓ３においては、水槽底面の勾配によって各サイフォン式散気管に分配される空気量にバラツキが生じることがあるものの、他のサイフォン式散気管からの空気放出に影響されることなく、全てのサイフォン式散気管から気泡が放出された。
実施例Ｓ４においては、１５／１０００の水槽底面の勾配であっても、他のサイフォン式散気管からの空気放出に影響されることなく、全てのサイフォン式散気管から気泡が放出された。
【符号の説明】
【０１７８】
１…サイフォン式散気管、１ａ…導入管、１ｃ…分配管、２…サイフォン室、２Ａ…第一サイフォン室、２Ｂ…第二サイフォン室、３…気体供給口、４…経路、５…連通部、６…散気穴、１０…サイフォン式散気装置、１ａ１…導入管の下端、４ａ１…第一仕切壁（仕切壁）の下端、１４…散気装置、１４ａ…散気管、２２…膜モジュール、１００…膜分離活性汚泥装置、Ａ，Ａ１…空気
Ｓ１…サイフォン式散気管、Ｓ１ａ，Ｓ１ｄ，Ｓ１ｅ…導入部、Ｓ１ｂ…ブロア、Ｓ１ｃ…分配管、Ｓ２…サイフォン室、Ｓ２Ａ…第一サイフォン室、Ｓ２Ｂ…第二サイフォン室、Ｓ３ａ，Ｓ３ｂ…空気供給口、Ｓ５…連通部、Ｓ６…散気穴、Ｓ７…処理水流入部、Ｓ１０，Ｓ１０Ａ〜Ｓ１０Ｃ…サイフォン式散気装置、Ｓ１１…活性汚泥処理槽、Ｓ２１…膜分離槽、Ｓ２１ａ…底面部、Ｓ２２…膜モジュール、Ｓ４１…処理水槽、Ｓ５０，Ｓ５０Ａ〜Ｓ５０Ｃ…空気供給手段、Ｓ１００…膜分離活性汚泥装置、Ｓ１０００…水処理装置。
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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