(57)【要約】【課題】汚水を処理する際に発生する汚泥の量を低減させることが可能な汚水の処理装置を提供する。【解決手段】水槽と、水槽内の液面部位を完全に遮断し、水槽底部で通水できる構成に仕切ることにより、水槽を微生物反応槽と水路とに分割する仕切板とからなる汚水の処理装置を形成する。そして、記微生物反応槽に、汚水を投入する投入口と、空気を供給する空気供給管と、空気供給管の上方に位置して設けられたエアリフターと、空気供給管及びエアリフターから噴出する気泡を固定床に直撃させないためにエアリフターの上方に位置して設けられた内筒と、微生物反応槽内で内筒の周囲に設けられ、微生物群が固着して微生物群のコロニーが形成される微生物固着接触材を有する固定床とを形成する。さらに、水路に、微生物反応槽内で処理された汚水が排出される汚水の排出口を形成する。【選択図】図１
2008136912.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水槽と、
前記水槽内の液面部位を完全に遮断し、前記水槽底部で通水できる構成に仕切ることにより、前記水槽を微生物反応槽と水路とに分割する仕切板と、
前記微生物反応槽に汚水を投入する投入口と、
前記微生物反応槽に空気を供給する空気供給管と、
前記空気供給管の上方に位置して設けられたエアリフターと、
前記空気供給管及び前記エアリフターから噴出する気泡を前記固定床に直撃させないために前記エアリフターの上方に位置して設けられた内筒と、
前記微生物反応槽内で前記内筒の周囲に設けられ、微生物群が固着して前記微生物群のコロニーが形成される微生物固着接触材を有する固定床と、
前記水路に設けられ、前記微生物反応槽内で処理された汚水が排出される汚水の排出口と
を有することを特徴とする汚水の処理装置。
【請求項２】
前記汚水の処理装置は、前記空気供給管から前記水槽内に供給された空気の気泡が前記エアリフターを経て前記内筒内を上昇し、該空気の気泡によって発生する上向流が、前記水槽の液面から下向流に転じて前記固定床の内部を通り、前記水槽内の液体が、前記水槽の下部から前記水路を通じて排出口に移動する構造とされることを特徴とする請求項１に記載の汚水の処理装置。
【請求項３】
前記水槽が多段式に複数個設けられ、前段の前記水槽の汚水の排出口と後段の前記水槽の汚水の投入口とが連結されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の汚水の処理装置。
【請求項４】
前記内筒が、前記微生物反応槽の液面近くまで、かつ、水槽の底部に間隙をもたせて設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の汚水の処理装置。
【請求項５】
水槽を仕切板によって微生物反応槽と水路とに分けて、
前記微生物反応槽の内筒の周囲に微生物固着接触材で構成する固定床を設けて活用する微生物群を固着コロニーと浮遊性微生物群との二つの活用形態として、
時間当たり所定量の汚水を連続的に前記水槽中に取り込むとともに、
前記微生物反応槽内に連続して空気を供給して、前記微生物反応槽の汚水を高濃度の溶存酸素値の好気性環境下に置くことにより、
前記微生物反応槽内で前記汚水に含まれる有機物を、前記微生物群が分泌する分解酵素によって分解し、
前記微生物反応槽の前記浮遊性微生物群を、前記水槽内に設けた前記仕切板により前記微生物反応槽内部にとどめて、
前記分解によって処理された汚水を、前記微生物反応槽から前記仕切板の下部を通し、前記水路を通じて排出口から前記水槽の外部に排出する
ことを特徴とする汚水の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、汚水の処理装置及び処理方法に関し、特に、好気性環境下において、微生物群の生化学的反応である代謝作用を利用して汚水を浄化する中で、特に、活用する微生物群の残滓（汚泥）を限りなくゼロに近づける汚水の処理方法及び処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ホテルなどの厨房排水や食品加工工場などで発生する有機性汚水を処理するために、生化学的手法による多くの汚水処理技術が確立されてきた。しかし、活用する微生物群の汚泥の発生は必然という考え方と、汚泥の処分費用が経済的な不利をもたらすことに疑問が投げかけられる時代に至り、汚泥の発生が極めて重要な課題となっている。このような有機性汚水の処理においては、従来から微生物群の持つ生物化学的な機能を利用しようとする試みがなされてきており、例えば、有機性汚水を微生物群の代謝の機能を作用させて浄化する、活性汚泥法や接触酸化法などの手法が知られている。
【０００３】
活性汚泥法とは、所定量の汚水を微生物反応槽に取り込み、汚水に含まれる溶解性有機物と微生物群との代謝作用（微生物群の増殖）を活用して汚水を浄化するという考え方の処理方法である。このときの微生物群の活用形態は混合浮遊法であり、その微生物の生態は、遅滞期、対数的増殖期、安定期および死滅期のように示されている。そして、残留微生物群以外は、処理水と共に水槽から流出する（例えば、非特許文献１参照）。
【０００４】
この活性汚泥法を用いた汚水処理の一例を図１２を用いて説明する。
【０００５】
図１２に示した処理装置は、水槽８１と、水槽８１に設けられた汚水の流入口８８及び流出口８９、水槽８１内に空気を供給するための空気供給管８６及び散気管８４によって構成されている。そして、水槽８１内は、隔壁８７によって２段に分けられ、隔壁８７に設けられた通水口８９ａによって液相が移動できるように構成されている。そして、処理装置の外部に沈殿槽２００が設けられている。
また、水槽８１内の微生物群を点によって表し、水槽８１内の水流の挙動を矢印によって表している。水槽８１内の微生物群は、自ら吐しゃする高分子物質によって粘性をもつ半固体となり、フロックと呼ばれる小さな集団（塊）として存在している。
【０００６】
次に、図１２の処理装置を用いた汚水の処理方法について説明する。
【０００７】
まず、汚水を流入口８８から流入させ、水槽８１内において汚水と微生物群とを接触させることにより、微生物群の代謝作用を利用して汚水を浄化する。そして、水槽８１内で、微生物群によって浄化した水（浄化水）は、流出口８９から沈殿槽２００に排出される。
【０００８】
水槽８１内は空気供給管８６から散気管８４を介して空気が微細な気泡として水槽８１に供給されているため、好気条件となっている。また、この散気管８４から微細な気泡によって、水槽８１内の液相が矢印で示したように、水槽８１内を循環するように撹拌されている。
【０００９】
また、水槽８１内の微生物群によるフロックは、外力に対して非常に弱い。このため、散気管８４からの空気による外力によって、フロックが解体されることを避けなければならない。従って、散気管８４からの空気の供給は、フロックに対する外力を小さくするために、微細な気泡によって行われている。
そして、散気管８４から供給される微細な気泡によって発生する循環流は緩やかな速度であるため、汚水とフロックとの相対速度が非常に低くなり、接触度も小さい。
【００１０】
上述の処理装置を用いた汚水の処理方法では、流出口８９から排出される浄化水には、水槽８１内の微生物群のフロックが含まれている。このため、処理装置からは浄化水と、微生物群のフロックとの混合物が排出される。
このため、排出された浄化水は、沈殿槽２００において微生物群を沈殿させ、沈殿した微生物群と上澄み液８９とを分離する必要がある。そして、上澄み液８９は採取して処理水として排出し、沈殿した活用済みの微生物群は汚泥として改めて処分する必要がある。
【００１１】
また、散気管８４から供給される空気は、フロックの解体を避けるため、微細化されている。この微細化された気泡は、水槽８１内の液相を循環させる力が弱く、液相内を循環できない微生物群が沈降することによって水槽８１の底に堆積する。
このため、水槽８１の底部に微生物群が沈殿し、沈殿物が堆積することにより、底泥８５が発生する。
この底泥８５も、沈殿槽２００内の汚泥と同様に処分する必要がある。
【００１２】
次に、接触酸化法とは、好気性環境の中で微生物群に担体を与え、この担体に生物膜を形成させることにより、担体に付着した生物膜に、汚水を接触させることによって汚水を浄化するという考え方の処理方法である。
【００１３】
上述の担体としては、水よりも比重が重く、水槽内で沈降性を有する担体や、水よりも比重が軽く、水槽内で浮上する性質を有する担体がある。
水よりも比重の重い担体としては、例えば、自然石塊、鉱石、木炭、セラミックボール等があり、水よりも比重の軽い担体としては、例えば、ボール状、糸状、ハニカム状等に加工された樹脂成型品がある。
【００１４】
接触酸化法を用いた汚水処理の一例として、水よりも比重の重い担体を用いた処理装置による汚水の処理方法を図１３を用いて説明する。
【００１５】
図１３に示した処理装置は、水槽９１と、水槽９１に設けられた汚水の流入口９８及び流出口９９、水槽９１内に空気を供給するための空気供給管９６及び散気管９４、接触材として金属製の籠９３内に投入された固定床９２が設けられている。そして、水槽９１内は、隔壁９７によって３段に分けられ、隔壁９７に設けられた通水口９９ａによって液相が移動できるように構成されている。そして、処理装置の外部に沈殿槽２００が設けられている。
なお、水槽９１内の点は微生物群を表し、水槽９１内の矢印は水流の挙動を表している。
【００１６】
固定床９２は、自然石塊、磁性を帯びた鉱石、木炭、セラミックボール及び樹脂成形物等から形成される。そして、この固定床９２の表面に微生物群が生物膜を形成することによって、微生物の付着が起き始める。
【００１７】
次に、図１３の処理装置を用いた汚水の処理方法について説明する。
【００１８】
まず、汚水を流入口９８から流入させ、水槽９１内において汚水と微生物群とを接触させることにより、微生物群の代謝作用を利用して汚水を浄化する。そして、水槽９１内で、微生物群によって浄化した水（浄化水）は、流出口９９から沈殿槽２００に排出される。
【００１９】
水槽９１内には空気供給管９６から散気管９４を介して空気が微細な気泡として供給されているため、水槽９１内は好気条件となっている。また、この散気管９４からの微細な気泡によって、矢印で示したように、水槽９１内の液相が水槽９１内を循環するように撹拌される。
【００２０】
ところで、固定床９２は、籠９３内で互いに接触するように配置されているため、接触材の空隙率が低く構成されている。さらに、固定床９２の表面において生物膜が成長するため、この成長した生物膜によって徐々に空隙が小さくなってしまう。
その結果、接触材同士の間隙に目詰まり現象が発生し、水槽９１内の液相の循環や空気の供給が妨げられ、汚水の供給が徐々に減少して、遂には供給不能に陥る。
【００２１】
このような目詰まりを解消するため、接触材を水洗して余剰な生物膜を除去する方法や、水槽内において大量の空気を固定床９２に向けて噴射し、生物膜を破壊する方法が行われていた。
【００２２】
しかし、固定床９２に付着していた生物膜を破壊する方法では、破壊された生物膜が遊離し、生物膜を形成していた微生物群の多くが水槽９１内の固定床の上面域に噴出するという問題が生じる。
このため、図１３の処理装置を用いた汚水の処理方法では、流出口９９から排出される浄化水に水槽９１内を浮遊する微生物群が含まれるので、浄化水と微生物群との混合物が排出されてしまう。また、破壊された生物膜の自然的修復には１〜２週間程度を有するために、生物膜の不安定性が指摘されることにつながる。
【００２３】
従って、排出された浄化水は、沈殿槽２００において微生物群を沈殿させ、沈殿した微生物群と上澄み液とを分離する必要がある。そして、上澄み液は採取して処理水として排出し、沈殿した活用済みの微生物群は汚泥として改めて処分する必要がある。
【００２４】
また、水槽９１内を浮遊する微生物群が、沈降することにより、水槽９１の底部に沈殿物が堆積し、底泥９５が発生する。
このため、水槽９１の底部に微生物群が沈殿し、沈殿物が堆積することにより、底泥９５が発生する。この底泥９５も、沈殿槽２００内の汚泥と同様に改めて処分する必要がある。
【００２５】
また、上述した接触酸化法に属する方法ではあるが、固定床として連続気孔をもつセラミックス素材からなる微生物固着接触材を用いた汚水の処理が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【００２６】
この汚水の処理装置は、上述した接触酸化法に用いる接触材として、微生物固着接触材を水槽内に入れて固定床を形成し、その中に空気を供給して好気性環境を保ち、生物化学的な手法により汚水を浄化する汚水の処理装置である。
【００２７】
特許文献１に開示されている微生物固定床に用いた微生物固着接触材を図１４に示す。
【００２８】
微生物固定床を形成する微生物固着接触材１００は、複数のポーラスなセラミックス素材１０１と、このセラミックス素材１０１を所定間隔に支持するための間隙支持体１０２とから構成される。
このセラミックス素材１０１は、ケイ酸（ＳｉＯ２）を主成分とする粘土の焼成品であり、ケイ酸を主成分とする粘土をガラス化前後の１２６０℃で焼くことによって、１μｍ程度の大きさの微生物群が入りやすい２〜３０μｍ程度の連続気孔を有している。
【００２９】
このため、微小な細菌類や微生物群の子孫がセラミックスの気孔の中に棲みつくことができ、安定した増殖を営むことができるようになっている。また、大型（数１０μｍから数百μｍ）の原生動物や後生動物もポーラスなセラミックス素材の表面に凹凸があるため、安定して増殖し固着コロニーという生物膜を形成することができる。
【００３０】
このように構成されたセラミックス素材１０１と間隙支持体１０２は、枠体１０３に固定され、水中に沈められる。そして、セラミックス素材の気孔内部と外部の両方に固着された微生物群のもたらす生物化学的な代謝機能により、汚水が処理される。
【００３１】
この図１４に示したセラミックス素材１０１を微生物固着接触材１００に用いて微生物群の固定床とすれば、微生物群が強固なコロニーの生物膜を形成するので、微生物群の大量培養を図ることができる。特に、間隙支持体１０２によりセラミックス素材１０１の相互間隙はおよそ３２ｍｍに保持されており、適切な溶存酸素の環境さえ維持されていれば、形成された生物膜同士が接触することなく、目詰り現象を誘引することがないため、有機性汚水の処理装置に適用して多大な効果があることが立証されている。
【００３２】
すなわち、特許文献１に記載の発明は、ポーラスなセラミックス素材を用いた微生物群の大量培養の実現によって高濃度域の汚水に対しても酸化分解能力を向上させ、短時間で汚水を処理することができる。
従って、上述した活性汚泥法や、従来の接触酸化法では対応が困難であった、高濃度の汚濁負荷をもつホテルの厨房排水、食品加工工場の油脂分を含む排水などの産業排水、又は、低濃度域の地域型下水処理（例えば、農村集落排水処理など）を効率よく浄化できる点で極めて効果的である。
【００３３】
【特許文献１】特開昭６４−３０６９７号公報
【非特許文献１】武藤暢夫編著「汚水処理実務マニュアル」（昭５５年１０月３０日株式会社オーム社発行）第１８頁
【非特許文献２】横井利直著「土壌」（昭和５７年５月１５日東京農業大学通信教育部発行）第１２７頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３４】
しかしながら、上述の特許文献１に記載の処理装置でも、少ないけれども汚泥の発生は止むを得ないという常識の範囲の中にあり、沈殿槽を備えていた。つまり、汚泥を改めて処分すること、汚泥の処分費用の経済的負担という課題が残っていた。
【００３５】
従って、特許文献１に記載の処理装置においても、上述した活性汚泥法や固定床方式の接触酸化法と同様、浄化水と共に、水槽中を浮遊する微生物群が排出される。
また、水槽内を浮遊する微生物群が、沈降することにより、水槽の底部に沈殿物が堆積し、底泥が発生する。
【００３６】
このため、処理装置の他に、沈殿槽を設ける必要があり、この沈殿槽において微生物群を沈殿させ、沈殿した微生物群と上澄み液とを分離するようにしている。この沈殿槽の上澄み液は採取して処理水として排出することができるが、沈殿した微生物群は汚泥として改めて処分しなければならない。
【００３７】
上述した問題の解決のため、本発明においては、汚水を処理する際に発生する汚泥に関し、活用済みの微生物群の残滓（汚泥）を限りなく０に近づけ、汚泥がほとんどでない仕組みである、汚水の処理装置及び処理方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００３８】
本発明の汚水の処理装置は、水槽と、水槽内の液面部位を完全に遮断し、水槽底部で通水できる構成に仕切ることにより、水槽を微生物反応槽と水路とに分割する仕切板と、微生物反応槽に汚水を投入する投入口と、微生物反応槽に空気を供給する空気供給管と、空気供給管の上方に位置して設けられたエアリフターと、空気供給管及びエアリフターから噴出する気泡を固定床に直撃させないためにエアリフターの上方に位置して設けられた内筒と、微生物反応槽内で内筒の周囲に設けられ、微生物群が固着して微生物群のコロニーが形成される微生物固着接触材を有する固定床と、水路に設けられ、微生物反応槽内で処理された汚水が排出される汚水の排出口とを有することを特徴とする。
【００３９】
また、本発明の汚水処理方法は、水槽を仕切板によって微生物反応槽と水路とに分けて、微生物反応槽の内筒の周囲に微生物固着接触材で構成する固定床を設けて活用する微生物群を固着コロニーと浮遊性微生物群との二つの活用形態とする。そして、時間当たり所定量の汚水を連続的に水槽中に取り込むとともに、微生物反応槽内に連続して空気を供給して、微生物反応槽の汚水を高濃度の溶存酸素値の好気性環境下に置くことにより、微生物反応槽内で汚水に含まれる有機物を、微生物群が分泌する分解酵素によって分解する。さらに、微生物反応槽の浮遊性微生物群を、水槽内に設けた仕切板により微生物反応槽内部にとどめて、分解によって処理された汚水を、微生物反応槽から仕切板の下部を通し、水路を通じて排出口から水槽の外部に排出することを特徴とする。
【００４０】
上述した手段において最も効果的であることは、汚泥を発生させないことである。
これらの事象は、例えば、「土壌」（非特許文献２参照）という書籍の生理という項の中で、微生物はその死後も酵素の働きがしばらく続き、自らの細胞固体も自己分解される、と記述されている。本発明は、この微生物群の自己分解という機能を活用している。
【００４１】
土壌は固体であるため、その中の微生物はほとんど移動しない。しかし、気相や液相の中の微生物群は容易に移動する。
つまり、土壌の微生物群は土壌（固相）の中及び上に存在し、遊離していないものであるので、土壌にとどまっていることを意味している。このため、自己分解という事象を誘導できることは、固相にとどめることが一つの要素であり、重要である。
そして、高濃度の溶存酸素という自己分解に必要な環境が整っているという条件が、もう一つの重要な要素である。
【００４２】
従来、生物的汚水浄化技術（活性汚泥法や接触酸化法）による設備の微生物群が存在する水槽は、１槽だけではなく、通水口をもつ隔壁により区画されて、多段階に形成されている。
ここでは、汚水を連続投入して浄化する連続の系では、汚水の流路の流れに伴うように、微生物群も同時に移動している。このため、微生物群の流出分を沈殿槽で受け止めていた。つまり、従来の連続する反応槽では、処理水と微生物が共に流出していた。
【００４３】
上述した微生物群を固相及び液相にとどめる方法を模索した。その結果得られた解が、仕切板という発想に至り、水流を分断する方法を考え付いたのである。
【００４４】
例えば、１区画の生物反応槽を仕切板により仕切ることで、その仕切板の前後において、別の二つの空間が生じる。この仕切板は、液面部分では完全に水流を遮断し、水槽の底部においては、適切な通水ができる空隙をもっている。
【００４５】
この別の二つの空間の、前の方に位置する空間に、微生物固着接触材で構成する固定床と、空気を供給する空気供給管と、供給する空気を回転流に換えるエアリフターと、空気の回転流が固定床の固着コロニーを直撃することを防ぐために設けた内筒を有する微生物反応槽になる。
【００４６】
また、別の仕切板の後方である空間で、通水口をもつ隔壁の間に生じる空間を水路と呼び、空気の供給は行われない。
【００４７】
従って、活用する微生物群は、仕切板の前方に位置する微生物反応槽の中で、固定床に定着する固着コロニーと、微生物群の生態の中で対数的増殖期を越えて固着能力を失った老化微生物群（安定期、死滅期）からなる浮遊性微生物群という、二つの形態になっている。
【００４８】
そして、固着コロニーという形の微生物群は、前記微生物反応槽にとどまることは必然であり、また、仕切板の存在が浮遊性微生物群の水路への移動を妨げる。
【００４９】
上述の手段を汚泥が出ない仕組みの原形とすることにより、汚泥を発生させないで、汚水の浄化作用も同時に行うことができる。
【００５０】
本発明の汚水の処理装置及び処理方法は、いずれも汚水を高濃度の溶存酸素の環境下に置いて、微生物群の代謝機能を誘導して汚水を処理でき、さらに、微生物群自らの自己分解という機能を誘導して、好気性環境において微生物群を最終的に自己分解させることができる。
【発明の効果】
【００５１】
本発明の汚水の処理装置及び処理方法によれば、汚水の処理に用いる微生物群を処理装置内で自己分解させることにより、装置外部への微生物群の排出量を限りなく０とし、汚水を処理することができる。
また、汚泥の発生を限りなく０に近づけることにより、産業廃棄物として処分していた汚泥の処分費用という不経済性を改善することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５２】
本発明の具体的な実施の形態の説明に先立ち、本発明の概要について説明する。
【００５３】
従来の生物化学的反応による汚水処理の根幹は、微生物群の代謝により、汚水中に含まれる有機物の生化学的分解という現象を誘導することにとどまっていた。
これに対し、本発明の汚水処理は、さらに、微生物の生態は前記したとおりであるが、微生物群の持つ自己分解という事象は、生態の中の安定期と死滅期に至る微生物群の処遇を如何にすべきか、という課題を取り上げ、微生物群の自己分解という機能を活用している。
【００５４】
まず、微生物群を用いた汚水の処理方法の概要について説明する。
有機物を含む汚水は、動植物体に由来して生化学的分解を受けやすいものである。そして、動植物体による有機物の分解は、水域中の溶存酸素を消費することによって行われ、最終的に簡単な無機物にまで変化する。
ところで、この水域中の酸素を消費する反応は、純化学的な反応と、生物体の介在による生化学的な反応とに区別することができる。
そして、有機物の分解反応の大部分は、生化学的な反応によって行われる。
この生化学的な反応とは、微生物群の代謝に伴う一連の反応によって有機物が酸化分解される。このときに消費される溶存酸素の量がＢＯＤ（Biological Oxygen Demand：生物化学的酸素要求量）である。
【００５５】
このような、酸素が充分に補給されている好気性条件下の微生物群の代謝による有機物の酸化分解は、酸素が充分に補給さている好気条件で行われ、複雑な有機物も酸化分解されることによって、二酸化炭素（ＣＯ２）、水（Ｈ２Ｏ）、硫酸根（−ＳＯ４）、硝酸根（−ＮＯ３）のように、酸素で飽和された無機物にまで変化する。
以上のように、微生物群の代謝によって、有機物を含む汚水を浄化することができる。
【００５６】
次に、本発明に特有の微生物群の自己分解について説明する。この自己分解の概要は、上述の「土壌」（非特許文献２参照）という図書に記載されている。この図書には、地球上の川や降雨と大気と土壌および微生物群の自然界の構成に基づいて、液相（水）と気相（空気）と固相（土壌）及び微生物群（好気性）の関係を、水中に実現する構想が描かれている。
【００５７】
微生物群の体内及び体外における各微生物群の生化学的な作用は、全て酵素の働きによって行われる。そして、酵素は、微生物群の体内だけでなく、体外にも分泌されるため、有機物を栄養素とする微生物群が、複雑な有機物を分解して体内に摂取できる。つまり、上述の微生物群の代謝による有機物の分解も微生物群から分泌される酵素の働きによるものである。
【００５８】
ところが、この酵素は、微生物群の死後もある程度までその作用を持続する。このため、微生物群と酵素とを、同じ水域内に保持することにより、微生物群自身が酵素の作用で分解されてしまう。このような、微生物群が自ら分泌する酵素によって分解される作用が、微生物群の自己分解という考え方である。
【００５９】
また、微生物に多くの空気を送り続けると、自己酸化して分解されることが知られている。
以下の反応式は、好気性環境下における微生物群の自己酸化について表す式である。
【００６０】
［化１］
（Ｃ５Ｈ７ＮＯ２）ｎ+５ｎＯ２→５ｎＣＯ２+２ｎＨ２Ｏ+ｎＮＨ３−ΔＨ
【００６１】
この反応式は、左辺に示した、好気性環境における浄化作用を担う微生物群（Ｃ５Ｈ７ＮＯ２）ｎが、酵素の作用により空気（酸素・５ｎＯ２）と反応して生物化学的反応が起こり、右辺に示したように二酸化炭素（ＣＯ２）と水（Ｈ２Ｏ）が生成されることを表している。ΔＨは化学反応に際し遊離される熱エネルギーである。
【００６２】
このように、微生物群に対して、空気（酸素）を供給することにより、微生物群が酸素によって分解され、二酸化炭素、水、及び、窒素化合物など、最終的に酸素で飽和された無機物まで変化する。
このため、微生物群に対して酸素を供給し続けることにより、微生物群の自己酸化により、微生物群を分解することができる。
本発明においては、この微生物群の自己酸化も、上述の微生物群の自己分解というに含めるものとする。
【００６３】
また、生物的汚水処理技術は、有機物の分解酵素の作用と、微生物群の新陳代謝に依存していることが原理である。従って、汚水の浄化という概念が成立している。しかし、活用する微生物群が反応槽に滞留する時間には限りがあるため、この時間の経過により微生物群が流出することを余儀なくされている事実がある。
【００６４】
次に、処理装置内における上述の微生物群の挙動について説明する。
【００６５】
まず、汚水中に含まれる有機物を生物的に分解する微生物群は、微生物固着接触材により構成される固定床の存在が、多様で豊富な生物相（細菌類、原生動物、後生動物、微小動物）を形成する。
この多様な生物相は、食物連鎖反応による捕食作用にしたがって、例えば、浮遊性微生物群のフロックを細菌類が捕食する等の現象が発現される。
そして、高濃度の溶存酸素値の環境下で、有機物の分解によって汚水が浄化されることにより、順次栄養源となる有機物が減少すると、微生物群は一種の飢餓状態となり、細胞の収縮作用によって、細胞固体が減衰する。
そして、捕食作用及び収縮作用が処理装置内で起こることにより、処理装置内の微生物群の細胞の個体数が減少する。
【００６６】
さらに、上述したように、処理装置内において、自ら分泌した酵素によって微生物群が分解され、また、微生物群に空気を送り続けることによって微生物が酸化分解され、自己分解が起こる。
【００６７】
上述の作用を処理装置の中で誘導するために、水槽を仕切板によって微生物反応槽と水路とを形成し、固定床がある微生物反応槽内部の液相の中で上述の作用が起こることにより、微生物の生涯を全うさせて、自己分解を誘導することにつながっている。
つまり、活用する微生物群を二つの形態（固着コロニーと浮遊性微生物群）にして、強固な固着コロニーは勿論、固定床の素材上に留まるが、浮遊性微生物群も微生物反応槽内部に留めることが重要である。
そして、従来排出されていた代謝後の微生物群が処理装置内で分解されることにより、汚水の処理による処理装置からの汚泥の排出を、限りなくゼロにすることができる。
従って、処理装置から、ほとんど汚泥を発生させずに汚水を処理することができる。
【００６８】
また、上述した反応式のように多くの酸素を送り続けると、微生物群は自己分解するが、多くの酸素を送り続ける手段は極めて不経済である。そのためには、少ない酸素の供給で溶存酸素の値を高められる手段が必要であり、重要になる。
本発明では、固定床に固着するコロニーの形と、コロニーから離脱した老化微生物群という形で活用するようになっている。この固着コロニーを形成するためには、微生物群が吐しゃする高分子物質が多く消費されている。そのために、液相の粘度が著しく低下する事象につながっている。この粘度の低下が、少ない空気の供給で、溶存酸素の値を容易に高めることができる。
【００６９】
続いて、本発明の具体的な実施の形態について、図面を用いて説明する。
【００７０】
本発明の第１の実施の形態として、汚水の処理装置の概略構成図を図１Ａ及び図１Ｂに示す。図１Ａは斜視図を示し、図１Ｂは、図１ＡのＡ−Ａ断面図であり、処理装置内部の循環の様子を表す図である。
【００７１】
図１Ａ及び図１Ｂに示す処理装置は、仕切板５と、汚水を投入するための汚水投入口８と、処理装置で処理した水を装置外に排出するための排出口９とが設けられた水槽１から構成されている。
また、水槽１は、微生物固着接触材に固着した微生物群によって汚水を処理するための微生物反応槽１０と、微生物反応槽１０で処理された水が排出口９へと通じるための水路１１とに分けて構成されている。そして、この微生物反応槽１０と水路１１とを区切るための手段として仕切板５が設けられている。
【００７２】
仕切板５の下方は水槽１との間に所定の間隔を有し、液相は、微生物反応槽１０と水路１１との間を通って移動できる構成になっている。
【００７３】
汚水投入口８から水槽１に投入れた汚水（液相）は、液面１２まで満たされ、これは排出口９の高さとほぼ同じ高さである。
【００７４】
微生物反応槽１０には、微生物固着接触材で構成される固定床３が液面１２よりも下方で液相中に動揺しない様に配置されている。
この固定床３は、図１４に示した微生物固着接触材１００と同様の構成であり、複数のポーラスなセラミックス素材が間隔支持体によって、例えば３ｃｍ以上の所定の間隔をあけて支持されている。そして、微生物固着接触材の体積に対するポーラスなセラミックス素材の充填率（体積比）が１５％以下となるように構成されている。
このポーラスなセラミック素材は、酸化シリカ（ＳｉＯ）を主成分として成り、１μｍ程度の大きさの微生物群が入りやすいように、２μｍ〜３０μｍ程度の連続気孔を持っている。
【００７５】
このため、微小な細菌類や微生物群の子孫がポーラスなセラミックの気孔の中に棲みつき、安定して増殖することができる。また、ポーラスなセラミック素材表面には凹凸が形成されており、大型の原生動物や後生動物である微生物群も固着して安定した生物膜を形成することができる。このように、固定床３を構成するポーラスなセラミックス素材は、処理装置内の微生物群が安定して固着するのに相性がよいため、図１４に示した固定床を用いることによって約９０％以上の微生物群を、固定床に生物膜を固着させて固着コロニーという形態で存在させることができる。
そして、残りの約１０％以下の微生物群は、固着コロニーから剥がれ落ち、微生物反応槽１０を浮遊する浮遊性微生物群という形態で存在することになる。
【００７６】
また、約９０％の微生物群を固定床に生物膜を固着させて固着コロニーという形態で存在させることができるため、微生物群の吐しゃする高分子物質のほとんどが、上述の固定床に微生物群の固着コロニーを形成するために消費される。
従って、液相中には、微生物群が吐しゃする高分子物質がほとんど残存しないため、高分子物質による液相の粘度上昇が発生しない。
このように、第１の実施の形態に、上述の固定床３を用いることにより、微生物から吐しゃされる高分子物質が液相に残存しないため、液相の粘度を低くすることができ、少ない空気の供給量でも液相の溶存酸素濃度を高めることができる。
【００７７】
また、微生物反応槽１０は、底部に空気供給管６と、微生物反応槽１０内の液相を循環させるためのエアリフト効果を発生するエアリフター４とが設けられている。この空気供給管６とエアリフター４とによって、微生物反応槽１０内に空気が供給され、また、エアリフター４が発生するエアリフト効果により、微生物反応槽１０内を液相が循環するように構成されている。
【００７８】
第１の実施の形態の微生物反応槽１０では、固定床３は１２個（３段、４列）の微生物固着接触材から形成され、その中心部には、固定床３が置かれず、エアリフター４から供給される空気が液面１２まで通るように、内筒２が設けられている。
【００７９】
なお、水槽１内と微生物反応槽１０と水路１１とに区切るための手段としては、仕切板５に限らずどのような構成であってもよい。
微生物反応槽１０内に排出口９を設けると、液相中の浮遊性微生物群が排出口９から、処理装置の外部に排出されてしまう。このため、微生物反応槽１０内に排出口９を設けることができず、微生物反応槽１０から隔てられた位置に排出口９を設ける必要がある。そして、この微生物反応槽１０と排出口９とを通じるための水路１１が必要となる。
また、水路１１は、微生物反応槽１０の下方から移動する液相が排出口９へ到達するまでの通路であり、微生物反応槽１０からの液相を排出口９まで導ければどのような構成であってもかまわない。
【００８０】
第１の実施の形態では、水槽１を仕切板５で区切ることにより、１つの水槽内に微生物反応槽１０と水路１１とを同時に形成でき、水槽１と仕切板５以外の構成が必要ない点で有利である。
【００８１】
エアリフター４については、詳しくは後述するが、本発明の第１の実施の形態では、株式会社オーエイチエル社製の空気供給設備（エアレーター：商品名）を用いている。
【００８２】
次に、図１Ｂを用いて、上述の処理装置を用いた汚水の処理方法について説明する。
【００８３】
まず、上述の構成の処理装置の汚水投入口８から、水槽１内に汚水を投入する。このとき、投入された汚水（液相）は、微生物反応槽１０から仕切板５の下方を通り、水路１１を上昇していき、液面１２まで達すると、水槽１に設けられた排出口９を通じて、水槽１の外部へ放出される。このため、汚水投入口８から汚水が投入されている間は、液面１２は常に一定の高さを維持する。
【００８４】
次に、空気供給管６からエアリフター４を介して、微生物反応槽１０内に空気塊２０を放出する。このとき、放出された空気塊２０は、微生物反応槽１０内にのみ存在し、仕切板５によって区切られた水路１１内には空気は供給されない。
空気の供給量は、微生物反応槽１０内の溶存酸素値を測定して、汚水の処理、及び、微生物群の自己分解のために必要となる高濃度、例えば４〜６ｐｐｍの溶存酸素値と成るように、空気供給管６からの空気の供給量を調節する。
【００８５】
微生物反応槽１０内に放出される空気塊２０は、エアリフター４内で膨張して空気塊２０ａのように成長する。そして、エアリフター４から放出されると、空気塊２０ｂ、２０ｃのように、さらに膨張しながら内筒２内を上昇する。このとき、空気塊２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、その浮力によって内筒２内を上昇することにより液相１０に対して、図１（ｂ）において矢印で示した上向流２１を誘導する。
【００８６】
このとき、上向流２１が内筒２の内側を上昇することにより、固定床３に直接、空気塊２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ及び上向流２１が衝突するのを防ぐことができる。このため、これらの衝突によって、固定床３に形成されている微生物群の生物膜が破壊されるのを防ぐことができる。
【００８７】
この上向流２１が液面１２に達すると、上向流２１は、液面２０の四方に拡散して水平流２１ａとなる。そして、水平流２１ａは、微生物反応槽１０の内壁にぶつかることによって、内筒２の外側と内壁の間を下降する下向流２１ｂとなる。
下向流２１ｂは、固定床３を通過して微生物反応槽１０の底面まで達し、エアリフター４から連続して空気塊２０を発生させる際に発生する吸引力に引かれて、吸引流２１ｃ、２１ｄとなり、再び上向流２１となって内筒２内を上昇する。
【００８８】
このように、エアリフター４によって発生するエアリフト効果により、微生物反応槽１０内の液相は、空気塊２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃの浮力によって発生する上向流２１、水平流２１ａ、下向流２１ｂ、及び、吸引流２１ｃ，２１ｄによって循環している。
【００８９】
この際、上向流２１内の空気塊２０ｃは、液面１２に達したときに大部分が大気中に飛散する。しかし、このとき液面１２よりの下側で発生する微小な気泡２０ｄは、水平流２１ａ及び下向流２１ｂと共に微生物反応槽１０内を移動する。また、この気泡２０ｄは、微生物反応槽１０内を移動する間に液相内に溶解し、液相中で溶存酸素となる。
【００９０】
この溶存酸素が混合した下向流２１ｂが内筒２の周囲に配備された固定床３を通過し、固定床３がもつ微生物固着接触材を構成するセラミックス素材上に成長した微生物群の固着コロニーに接触する。
このように、微生物反応槽１０内に発生している溶存酸素を含んだ循環流により、固定床３において固着コロニーとなっている微生物群に汚水を接触させることができ、セラミックス上の微生物群を好気条件下で汚水に含まれる有機物等と反応させて汚水の分解処理を行うことができる。
【００９１】
微生物反応槽１０内において、上述の微生物群は、約９０％が固着コロニーとして、固定床３に固着し、残りの約１０％が浮遊性微生物群として微生物反応槽１０内の液相に浮遊している。また、浮遊性微生物群の一部は、沈降性を有し、微生物反応槽１０の底部方向に沈降しようとする。
【００９２】
このとき、浮遊性微生物群は、エアリフト効果により微生物反応槽１０内を循環する水流に乗って、微生物反応槽１０内を循環している。つまり、浮遊性微生物群は、エアリフター４のエアリフト効果によって、上向流２１として内筒２内を上昇し、水平流２１ａ、下向流２１ｂとして槽内の底部に達し、吸引流２１ｃ、２１ｄとして再び、エアリフター４に吸引されて、上向流２１となる。
このため、沈降性を有する浮遊性微生物群が存在する場合にも、微生物反応槽１０の底部から、吸引流２１ｃ、２１ｄによって、再びエアリフター４から上向流２１に移動させられるため、水槽１の底部に微生物群が堆積せず、底泥が発生しない。
【００９３】
また、水槽１には、連続して汚水投入口８から汚水が投入されているため、液面１２を超えた量の液相は、排出口９から水槽１の外へ排出される。投入された汚水は、水槽１内に仕切板５が設けられているため、微生物反応槽１０から、仕切板５の下方を通り、水路１１を通じて排出口９から排出される。
【００９４】
このとき、浮遊性微生物群は、下向流２１ｂによって微生物反応槽１０の底部に達した後、エアリフター４による吸引流２１ｃ，２１ｄによって、微生物反応槽１０の中心方向に引き寄せられるため、仕切板５の下方から水路１１を通り、排出口９から排出されにくくなっている。
つまり、第１の実施の形態の処理装置では、浮遊性微生物群が、微生物反応槽１０内の循環流によって、微生物反応槽１０内にとどまり、微生物反応槽１０からほとんど排出されない構成となっている。
【００９５】
上述のように、第１の実施の形態の処理装置では、浮遊性微生物群が水槽１の底部に堆積することがない。また、浮遊性微生物群が排出口９から、処理装置の外部にほとんど排出されないことにより、微生物群は、微生物反応槽１０内にとどまることができる。
そして、微生物群が微生物反応槽１０内に留まることによって、上述した好気条件下での微生物群の自己分解の説明の通りに、代謝後の微生物群が処理装置内で分解されて、汚水の処理による処理装置からの汚泥の排出を、限りなくゼロにすることができる。
【００９６】
従って、第１の実施の形態の処理装置では、微生物群が自己分解することによって、処理装置から、ほとんど汚泥を発生させずに汚水を処理することができる。
【００９７】
次に、図２に基づいて、第１の実施の形態で用いた空気供給管６とエアリフター４、及び、エアリフター４によって発生するエアリフト効果について説明する。
【００９８】
第１の実施の形態で用いられるエアリフター４は、上述したように、水槽１の底部からわずかに離れて液相中に配置され、その下に空気供給管６の開口部先端が上向きに配置されている。
【００９９】
エアリフター４の内側の下部には、２枚の半円形状ガイドベーン２６ａ，２６ｂが互いに直交するように配置されている。そして、直交する２枚のガイドベーン２６ａと２６ｂとの交点から下部方向に、ガイドベーン２６ａ，２６ｂの端部に沿って三角仕切板２５が設けられている。
【０１００】
空気供給管６から排出された空気は、三角仕切板２５によって２枚のガイドベーン２６ａ，２６ｂのそれぞれの方向に２分される。この２分された液相と空気は、２枚のガイドベーン２６ａと２６ｂに衝突し、ガイドベーンの４５度の傾斜角度に沿って上昇し、下から見て右方向の旋回流として上昇する。
【０１０１】
この結果、ガイドベーン２６ａ，２６ｂによって生じた旋回流が上昇する際、旋廻による遠心力が働くため、エアリフター４内の液体は、エアリフター４の内壁方向に押し付けられながら上昇していく。
また、エアリフター４の内側の中心部は、圧力勾配が小さい低圧部となるため、圧縮されていた空気塊の大部分が膨張しながら上昇し、エアリフター４内に大きな浮力が発生する。このため、エアリフター４の内外で大きな圧力差が発生し、この圧力差によって、エアリフター４の下側に極めて強い吸引力が発生するため、水槽１の底部から液体をエアリフター４に吸引することができ、連続してエアリフター４から空気と液体を放出することができる。
【０１０２】
このように、エアリフター４が発生するエアリフト効果により、微生物反応槽１０内の液相を循環させることができる。
また、エアリフト効果によってエアリフター４の下側に強い吸引力が発生するため、水槽１の底部に沈殿しようとする沈降性を有する浮遊性微生物群を、微生物反応槽１０内に循環させることができる。このため、微生物群が沈殿することによって処理装置の底部に発生する汚泥の堆積を防ぐことができる
【０１０３】
また、エアリフター４の内壁には、ソロバンの玉のような形状の突起物（カーレントカッター）２７が、ガイドベーン２６ａ、２６ｂの上方に多数形成されている。
この突起物２７は、エアリフター４の内壁に、１段当たり６個設けられ、さらに、これが４段あることによって、合計２４個の突起物２７が設けられている。
【０１０４】
上述したエアリフター４の内壁に押し付けられながら上昇していく液体は、この突起物２７に衝突し、乱流と渦流とを発生して、空気を巻き込みながら上昇していく。そして、巻き込んだ空気の一部が液体中に溶解することにより、溶存酸素の高い液体となる。
このため、汚水の処理、及び、微生物群の自己分解のために必要となる高濃度、例えば４〜６ｐｐｍの酸素溶存下で、微生物反応槽の好気条件を維持することができる。
【０１０５】
次に、本発明の第２の実施の形態の処理装置を、図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃに示す。
【０１０６】
第２の実施の形態の処理装置は、図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃに示すように、上述の第１の実施の形態の処理装置と同様の構成を用いて、水槽を３つ直列に連結することによって構成されている。図３Ａは斜視図、図３Ｂは平面図を示し、図３Ｃは、図３Ａ及び図３ＢのＢ−Ｂ断面図であり、処理装置内部の循環の様子を表す図である。
【０１０７】
第２の実施の形態の処理装置は、水槽１が隔壁７ａ，７ｂによって、水槽１ａ、水槽１ｂ、水槽１ｃの３つに分割されて構成されている。
水槽１ａ，１ｂ，１ｃは、第１の実施の形態の処理装置と同様の構成を有している。
第１槽１ａには、汚水を投入するための汚水投入口８が設けられ、第３槽１ｃには、処理装置で処理した水を処理装置の外に移送するための排出口９が設けられている。また、水槽１ａと水槽１ｂ、及び、水槽１ｂと水槽１ｃとの間の隔壁７ａ，７ｂには、通水口９ａ，９ｂが設けられている。この通水口９ａ，９ｂにより、水槽１ａの排出口と水槽１ｂの汚水の投入口、及び水槽１ｂの排出口と水槽１ｃの汚水の投入口が連結するように構成され、各水槽が連通するように構成されている。
【０１０８】
また、各水槽１ａ，１ｂ，１ｃには、微生物固着接触材に固着した微生物群によって汚水を処理するための微生物反応槽１０ａ，１０ｂ，１０ｃと、微生物反応槽１０ａ，１０ｂ，１０ｃで処理された水が通水口９ａ，９ｂ及び、排出口９へと通じるための水路１１ａ，１１ｂ，１１ｃとを隔てる手段として、仕切板５が設けられている。
そして、仕切板５の下方は水槽の底部との間に所定の間隔をもち、微生物反応槽１０ａ，１０ｂ，１０ｃと水路１１ａ，１１ｂ，１１ｃとは液相の移動ができるように構成されている。
【０１０９】
汚水投入口８から水槽１ａに投入された汚水（液相）は、液面１２まで満たされる。そして、水槽１ａから通水口９ａを通り、水槽１ｂに移動した液相及び、水槽１ｂから通水口９ｂを通り、水槽１ｃに移動した液相も同様に液面１２まで満たされる。この液面１２の高さは、通水口９ａ，９ｂ及び排出口９の高さとほぼ同じ高さであり、この高さを超える液相は、通水口９ａ，９ｂを通って隣の水槽へ移動し、水槽１ｃの排出口９から装置外へ排出される。
【０１１０】
微生物反応槽１０ａ，１０ｂ，１０ｃには、微生物固着接触材で構成される固定床３が液面１２よりも下方で液相中に動揺しない様に配置されている。この固定床３は、上述の第１の実施の形態で説明したものと同様であり、図１４に示した微生物固着接触材１００と同様の構成である。
【０１１１】
このため、微小な細菌類や微生物群の子孫がポーラスなセラミックの気孔の中に棲みつき、安定して増殖することができる。また、ポーラスなセラミック素材表面には凹凸が形成されており、大型の原生動物や後生動物である微生物群も固着して安定した生物膜を形成することができる。このように、固定床３を構成するポーラスなセラミックス素材は、処理装置内の微生物群が安定して固着するのに相性がよいため、図１４に示した固定床を用いることによって約９０％以上の微生物群を、固定床に生物膜を固着させて固着コロニーという形態で存在させることができる。そして、残りの約１０％以下の微生物群は、固着コロニーから剥がれ落ち、微生物反応槽１０ａ，１０ｂ，１０ｃを浮遊する浮遊性微生物群という形態で存在することになる。
【０１１２】
また、約９０％の微生物群を、固定床に生物膜を固着させて固着コロニーという形態で存在させることができるため、微生物群の吐しゃする高分子物質のほとんどが、上述の固定床に微生物群の固着コロニーを形成するために消費される。
従って、液相中には、微生物群が吐しゃする高分子物質がほとんど排出されないため、高分子物質による液相の粘度上昇が発生しない。
このように、第２の実施の形態に固定床３を用いることにより、微生物から吐しゃされる高分子物質が液相に残存しないため、液相の粘度を低くすることができ、少ない空気の供給量でも液相の溶存酸素濃度を容易に高めることができる。
【０１１３】
また、微生物反応槽１０ａ，１０ｂ，１０ｃは、底部に空気供給管６と、微生物反応槽１０内の液相を循環させるためのエアリフト効果を発生するエアリフター４とが設けられている。この空気供給管６とエアリフター４とによって、微生物反応槽１０ａ，１０ｂ，１０ｃ内に空気が供給され、また、エアリフター４のエアリフト効果により、微生物反応槽１０ａ，１０ｂ，１０ｃ内を液相が循環するように構成されている。
【０１１４】
第２の実施の形態の微生物反応槽１０では、固定床３は８個（２段、４列）の微生物固着接触材から形成され、その中心部には、固定床３が置かれず、エアリフター４から供給される空気が液面１２まで通るように、内筒２が設けられている。
【０１１５】
なお、水槽１ａ，１ｂ，１ｃ内を微生物反応槽１０ａ，１０ｂ，１０ｃと水路１１ａ，１１ｂ，１１ｃとに区切る手段としては、仕切板５に限らず、どのような構成であってもよい。
微生物反応槽１０ａ，１０ｂ，１０ｃ内に通水口９ａ，９ｂ、又は、排出口９を設けると、液相中の浮遊性微生物群が通水口９ａ，９ｂ、及び、排出口９から、隣の水槽及び処理装置の外部に排出されてしまう。このため、微生物反応槽１０内に排出口９を設けることができず、微生物反応槽１０ａ，１０ｂ，１０ｃから隔てられた位置に通水口９ａ，９ｂ、又は、排水口９を設ける必要がある。そして、この微生物反応槽１０と排出口９とを通じるために水路１１ａ，１１ｂ，１１ｃが必要となる。
また、水路１１ａ，１１ｂ，１１ｃは、微生物反応槽１０ａ，１０ｂ，１０ｃの下方から移動する液相が、通水口９ａ，９ｂ、及び、排出口９へ到達するまでの通路であり、微生物反応槽１０からの液相を排出口９まで導ければどのような構成であってもかまわない。
【０１１６】
第２の実施の形態では、水槽１ａ，１ｂ，１ｃを仕切板５で区切ることにより、１つの水槽内に微生物反応槽１０ａ，１０ｂ，１０ｃと水路１１ａ，１１ｂ，１１ｃとを同時に形成でき、水槽１ａ，１ｂ，１ｃと仕切板５以外の構成が必要ない点で有利である。
【０１１７】
エアリフター４については、上述したように、第１の実施の形態と同様に株式会社オーエイチエル社製の空気供給設備（エアレーター：商品名）を用いている。
【０１１８】
次に、図３Ｃを用いて、第２の実施の形態の処理装置を用いた汚水の処理方法について説明する。
【０１１９】
まず、上述の構成の処理装置の汚水投入口８から、水槽１ａ内に汚水を投入する。このとき、投入された汚水（液相）は、微生物反応槽１０ａから仕切板５の下方を通り、水路１１ａを上昇していき、液面１２まで達すると、水槽１ａに設けられた通水口９ａを通じ、水槽１ｂに流入する。また、これと同様に、水槽１ｂに流入した液相は、微生物反応槽１０ｂから仕切板５の下方を通り、水路１１ｂを上昇していき、液面１２まで達すると、水槽１ｂに設けられた通水口９ｂを通じ、水槽１ｃに流入する。
そして、水槽１ｃに流入した液相は、微生物反応槽１０ｃから仕切板５の下方を通り、水路１１ｃを上昇していき、液面１２まで達すると、水槽１ｃに設けられた排出口９を通じ、装置外へ排出される。
このため、汚水投入口８から汚水が投入されている間は、液面１２は常に一定の高さを維持する。
【０１２０】
次に、空気供給管６からエアリフター４を介して、微生物反応槽１０ａ，１０ｂ，１０ｃ内に、空気（図示せず）を放出する。このとき、放出された空気は、微生物反応槽１０ａ，１０ｂ，１０ｃ内にのみ供給され、仕切板５によって区切られた水路１１ａ，１１ｂ，１１ｃ内には空気は供給されていない。
空気の供給量は、微生物反応槽１０ａ，１０ｂ，１０ｃ内の溶存酸素値を測定して、汚水の処理、及び、微生物群の自己分解のために必要となる高濃度、例えば４〜６ｐｐｍの溶存酸素値と成るように、空気供給管６からの空気の供給量を調節する。
【０１２１】
微生物反応槽１０内に放出される空気は、エアリフター４内で膨張する。そして、エアリフター４から放出されると、さらに膨張しながら内筒２内を上昇する。このとき、この膨張した空気は、その浮力によって内筒２内を上昇することにより液相に対して、図３Ｃにおいて矢印で示した上向流２１を誘導する。
【０１２２】
このとき、上向流２１が内筒２を上昇することにより、上向流２１が直接固定床３に衝突するのを防ぐことができる。このため、上向流２１の衝突によって、固定床３に形成されている微生物群の生物膜が破壊されるのを防ぐことができる。
【０１２３】
この上向流２１が液面１２に達すると、上向流２１は、液面２０の四方に拡散して水平流２１ａとなる。そして、水平流２１ａは、微生物反応槽１０ａ，１０ｂ，１０ｃのそれぞれの内壁にぶつかることによって、内筒２の外側と内壁の間を下降する下向流２１ｂになる。
下向流２１ｂは、固定床３を通過して微生物反応槽１０の底面まで達し、エアリフター４から連続して空気塊２０を発生させる際に発生する吸引力に引かれて、吸引流２１ｃ、２１ｄとなり、再び上向流２１となって内筒２内を上昇してする。
【０１２４】
このように、エアリフター４によって発生するエアリフト効果により、微生物反応槽１０ａ，１０ｂ，１０ｃ内の液相は、エアリフター４から放出される空気の浮力によって発生する上向流２１、水平流２１ａ、下向流２１ｂ、及び、吸引流２１ｃ，２１ｄによって循環している。
【０１２５】
この際、上向流２１内の空気塊２０ｃは、液面１２に達したときに大部分が大気中に飛散する。しかし、このとき液面１２の下側で発生する微小な気泡は、水平流２１ａ及び下向流２１ｂと共に微生物反応槽１０ａ，１０ｂ，１０ｃ内を移動する。また、この微小な気泡は、微生物反応槽１０ａ，１０ｂ，１０ｃ内を移動する間に液相内に溶解し、液相中で溶存酸素となる。
【０１２６】
この溶存酸素が混合した下向流２１ｂが内筒２の周囲に配備された固定床３を通過し、固定床３がもつ微生物固着接触材を構成するセラミックス素材上に成長した微生物群の固着コロニーに接触する。
このように、微生物反応槽１０ａ，１０ｂ，１０ｃ内に発生している溶存酸素を含んだ循環流により、固定床３において固着コロニーとなっている微生物群に汚水を接触させる。これにより、セラミックス上の微生物群を好気条件下で汚水に含まれる有機物等と反応させて汚水の分解処理を行うことができる。
【０１２７】
微生物反応槽１０ａ，１０ｂ，１０ｃ内において、上述の微生物群は、約９０％が固着コロニーとして、固定床３に固着し、残りの約１０％が浮遊性微生物群として微生物反応槽１０ａ，１０ｂ，１０ｃ内の液相に浮遊している。また、浮遊性微生物群の一部は、沈降性を有し、微生物反応槽１０の底部方向に沈降しようとする。
【０１２８】
このとき、浮遊性微生物群は、エアリフト効果により微生物反応槽１０ａ，１０ｂ，１０ｃ内を循環する水流によって循環している。つまり、浮遊性微生物群は、エアリフター４のエアリフト効果によって、上向流２１として内筒２内を上昇し、水平流２１ａ、下向流２１ｂとして槽内の底部に達し、吸引流２１ｃ、２１ｄとして再び、エアリフター４に吸引されて、上向流２１となる。
このため、沈降性を有する浮遊性微生物群が存在する場合にも、微生物反応槽１０ａ，１０ｂ，１０ｃの底部から、吸引流２１ｃ、２１ｄによって、再びエアリフター４から上向流２１に移動させられるため、水槽１の底部に微生物群が堆積せず、底泥が発生しない。
【０１２９】
また、水槽１ａには、連続して汚水投入口８から汚水が投入されているため、液面１２を超えた量の液相は、通水口９ａを通り水槽１ｂに流入し、さらに通水口９ｂを通り水槽１ｃに流入する。そして、水槽１ｃから排出口９を通じて処理装置の外へ排出される。
【０１３０】
この際、投入された汚水は、水槽１ａ，１ｂ，１ｃ内に仕切板５が設けられているため、微生物反応槽１０ａ，１０ｂ，１０ｃから、仕切板５の下方を通り、水路１１ａ，１１ｂ，１１ｃを通じて通水口９ａ，９ｂを通り、排出口９から排出される。
【０１３１】
このとき、浮遊性微生物群は、下向流２１ｂによって微生物反応槽１０ａ，１０ｂ，１０ｃの底部に達した後、エアリフター４による吸引流２１ｃ，２１ｄによって、微生物反応槽１０の中心方向に引き寄せられる。このため、微生物反応槽１０ａ，１０ｂ，１０ｃ内を循環する浮遊性微生物群は、仕切板５の下方から、水路１１ａ，１１ｂ，１１ｃを通り、通水口９ａ，９ｂ及び排出口９から、排出されにくい構造となっている。
【０１３２】
つまり、浮遊性微生物群は、微生物反応槽１０ａ，１０ｂ，１０ｃ内の循環流によって、微生物反応槽１０ａ，１０ｂ，１０ｃ内にとどまり、微生物反応槽１０ａ，１０ｂ，１０ｃからほとんど排出されないようになっている。
【０１３３】
すなわち、第２の実施の形態の処理装置では、浮遊性微生物群が水槽１の底部に堆積しないため、また、浮遊性微生物群が排出口９から、処理装置の外部にほとんど排出されないため、微生物群は、微生物反応槽１０内の循環流にとどまる。
そして、この浮遊性微生物群が微生物反応槽１０内の循環流にとどまることにより、上述した好気条件化での微生物群の自己分解の説明の通りに、代謝後の微生物群が処理装置内で分解されて、汚水の処理による処理装置からの汚泥の排出を、限りなくゼロにすることができる。
【０１３４】
従って、第２の実施の形態の処理装置では、微生物群が自己分解することによって、処理装置から、ほとんど汚泥を発生させずに汚水を処理することができる。
【０１３５】
このように、処理装置を多段階にして直列的に連結させることにより、ＢＯＤ濃度の高い汚水を効率的に処理することができる。このようなＢＯＤ濃度の高い汚水の処理は、一つの微生物反応槽だけではその処理に時間がかかるため非効率となる。つまり、微生物反応槽一つでＢＯＤ濃度の高い汚水を処理するためには、微生物反応槽内に汚水を循環させておく時間を長くしなければならないので、処理装置に時間当たりに投入できる汚水の量が少なくなるのである。しかし、微生物反応槽を多段階にすることにより、高濃度の汚水を１段目において一定のＢＯＤ濃度まで低下させて次の段に移動させることができる。さらに、段を経るごとにＢＯＤ濃度を低下させるように構成することにより、一つの段で行う処理の負担が少なくなる。このため、一つの処理装置に汚水を留めておく時間が短くなり、時間当たりに処理装置に投入できる汚水の量が多くなる。
従って、処理装置を多段階にすることによって、ＢＯＤ濃度負荷の高い汚水を効率的に処理することができる。
【０１３６】
次に、図４Ａ，Ｂを用いて、第２の実施の形態の処理装置によって汚水を処理する際の微生物群の様子について説明する。
図４Ａは、水槽１ａ，１ｂ，１ｃ内の固定床３を構成する、ポーラスなセラミックス素材３０ａ，３０ｂ，３０ｃの断面図である。そして、このセラミックス素材３０ａ，３０ｂ，３０ｃの表面に微生物群が固着して、固着コロニー３１ａ，３１ｂ，３１ｃを形成している。また、セラミックス素材３０ａ，３０ｂ，３０ｃ及び固着コロニー３１ａ，３１ｂ，３１ｃの周りには、液相中を浮遊する浮遊性微生物群３２ａ，３２ｂ，３２ｃが存在している。このとき、処理槽内の微生物群は、約９０％が固着コロニーを形成する微生物群として存在し、残りの約１０％が浮遊性微生物群として存在している。
【０１３７】
図４Ｂは、図３Ｃに示した第２の実施の形態の処理装置の断面図に、上述の浮遊性微生物群３２ａ，３２ｂ，３２ｃをドットで示している。また、液相内における、浮遊性微生物群の密度を、微生物反応槽１０ａ，１０ｂ，１０ｃ及び水路１１ａ，１１ｂ，１１ｃ内の浮遊性微生物群３２ａ，３２ｂ，３２ｃを示すドットの密度を変えることによって模式的に表している。
なお、固定床３のセラミック素材には、図４Ａで示したように、固着コロニー３１ａ，３１ｂ，３１ｃが形成されているが、簡略化のために図４Ｂでは記載を省略している。また、微生物群の様子以外については、図３Ｃに示した構成と同一であるため、同一の符号を付して説明を省略する。
【０１３８】
図４Ａ，Ｂに示すように、処理装置中の微生物群は、固着コロニー３１ａ，３１ｂ，３１ｃと、浮遊性微生物群３２ａ，３２ｂ，３２ｃとの２つの形態として液相中に存在している。
固着コロニー３１ａ，３１ｂ，３１ｃは、微生物自らが吐しゃする高分子物質によってセラミクス素材３０ａ，３０ｂ，３０ｃの表面に固着して強固なコロニーを形成した微生物群である。そして、浮遊性微生物群３２ａ，３２ｂ，３２ｃは、固着コロニーとなるための高分子物質を吐しゃできなくなった微生物群であり、液相内の循環流に乗って遊動している。
【０１３９】
図４Ａに示すように、水槽１ａから水槽１ｃに進むに従い、セラミックス素材３０ａ，３０ｂ，３０ｃの表面の固着コロニー３１ａ，３１ｂ，３１ｃの膜厚が低下している。
このとき、溶存酸素値が微生物群の活動に適した４〜６ｐｐｍでる場合の固着コロニー３１ａ，３１ｂ，３１ｃのそれぞれの膜厚は、例えば、水槽１ａの固着コロニー３１ａの膜厚が３〜４ｍｍであり、水槽１ｂの固着コロニー３１ｂの膜厚が１〜２ｍｍであり、水槽１ｃの固着コロニー３１ｃの膜厚が１ｍｍ未満となる。
これは、処理装置内に投入された汚水が、水槽１ａから、水槽１ｂ、水槽１ｃを通過するごとに、汚水中の有機物が微生物によって分解される。このため、微生物群の栄養素となる汚水中の有機物の量が減少し、微生物量が減少する。つまり、上述した収縮作用が処理装置内で起こることにより、処理装置内の微生物群の細胞の個体数が減少するためと考えられる。
【０１４０】
また、図４Ａ，Ｂに示すように、水槽１ａから水槽１ｃに進むに従い、浮遊性微生物群３２ａ，３２ｂ，３２ｃの密度が低下している。
さらに、水槽１ａ，１ｂ，１ｃの微生物反応槽１０ａ，１０ｂ，１０ｃ内の浮遊性微生物群の密度と、水路１１ａ，１１ｂ，１１ｃ内の浮遊性微生物群の密度とを比較すると、水路１１ａ，１１ｂ，１１ｃ内の浮遊性微生物群の密度が低くなっている。
これは、上述の固着コロニーの膜厚が低下するのと同様の理由で、処理装置内の微生物群の細胞の個体数が減少するためと考えられる。
【０１４１】
さらに、浮遊性微生物群の場合には個体数の減少に加えて、仕切板５の存在によって、水槽１ａの微生物反応槽１０ａ内から、水路１１ａへの微生物群の移動が妨げられていると考えられる。これと同様に、水槽１ｂ，１ｃにおいても、仕切板５の存在により、微生物反応槽１０ｂ，１０ｃ内から、水路１１ｂ，１１ｃへの微生物群の移動が妨げられていると考えられる。
従って、水槽１ａから水槽１ｃに進むに従い、浮遊性微生物群３２ａ，３２ｂ，３２ｃの密度が低下すると考えられる。
【０１４２】
なお、第２の実施の形態の処理装置は、３段階で構成されているが、この段数や処理装置のサイズ等は特に限定されず任意である。つまり、時間当たりに処理することが必要な汚水量や、汚水のＢＯＤ濃度、処理装置を設置する場所等に応じて設計すればよい。例えば、処理装置の段数を増やすことによって処理能力が向上するので、高濃度の汚水を大量に処理するためには、段数を増やすことが効果的である。
【０１４３】
（実験例１）
次に、実際に汚水の処理装置を作製し、汚水の処理を行った。
なお、作製した処理装置は、第２の実施の形態として、図３Ａ〜Ｃを用いて説明した処理装置と同様の構成であるため、以下の説明においても図３Ａ〜Ｃと同じ符号を用いて説明する。また、処理装置は、水槽内部の水流や微生物群の挙動が観察できるように、透明なアクリル樹脂板により作製した。
【０１４４】
まず、実験例１において作製した処理装置の各寸法は、下記の通りである。
なお、処理装置の水槽１ａ，１ｂ，１ｃは、共に同じ大きさで構成したため、装置の寸法は、水槽１ａについてのみ説明し、水槽１ｂ，１ｃについては省略する。
【０１４５】
水槽１ａ平面寸法は、微生物反応槽１０ａが縦横７５０ｍｍであり、水路１１ａが縦７５０ｍｍ、横１００ｍｍであり、有効水深は共に１５００ｍｍで構成した。従って、微生物反応槽１０ａの有効容積は約０．８４ｍ３であり、水路１１ａの有効容積は約０．１１ｍ３であり、水槽１ａの総有効容積は約０．９６ｍ３である。
水槽１ａに水槽１ｂ，１ｃを加えた処理装置全体の長さは、２５５０ｍｍであり、体積は、約２．８７ｍ３である。
【０１４６】
エアリフター４は、全長３００ｍｍ、内径が５０ｍｍであり、エアリフター４の下端が水槽１ａの底面から１５０ｍｍ離れた位置に設置されている。そして、エアリフター４の下部に設置される空気供給管６の先端の口径は、１５ｍｍである。
【０１４７】
固定床３を構成する微生物固着接触材の寸法は、２００×２００×５００ｍｍであり、この微生物固着接触材が内筒２の周囲に１６個（４段、４列）配置されている。この微生物固着接触材のポーラスなセラミック素材の表面積の合計は、約８．０ｍ２である。
内筒２は、約３００×３００ｍｍである。
【０１４８】
微生物反応槽１０ａから水路１１ａへ液相が移動するための仕切板５と水槽１ａとの間隔は、１００ｍｍである。
【０１４９】
上述の構成の処理装置に、汚水を投入することによって汚水の処理を行った。
投入される汚水は、ＢＯＤ濃度が７４０ｐｐｍであり、投入量は汚水処理日量３〜５ｍ３（毎分２〜４Ｌ）である。
【０１５０】
まず、図５及び図６を用いて、実験例１の処理装置内を、汚水の処理及び微生物群の自己分解に適した４〜６ｐｐｍの好気条件とするための空気の供給量、及び、空気の供給による装置内の液相の溶存酸素濃度について説明する。
【０１５１】
図５は、処理装置への空気供給量の測定値を示す。図５において、横軸は、投入された汚水が処理装置内を移動して排出されるまでの時間軸を水槽１ａ，１ｂ，１ｃの微生物反応槽１０ａ，１０ｂ，１０ｃ及び水路１１ａ，１１ｂ，１１ｃで示し、縦軸は、各微生物反応槽１０ａ，１０ｂ，１０ｃへ供給される空気量（ＮＬ／ｍｉｎ）を示す。
空気供給量の測定は、空気供給管６のそれぞれにフローメーターを取り付けて測定した。
【０１５２】
図５より、水槽１ａの微生物反応槽１０ａへの空気の供給量は約３８０ＮＬ／ｍｉｎであり、水槽１ｂの微生物反応槽１０ｂへの空気の供給量は約２８０ＮＬ／ｍｉｎであり、水槽１ｃの微生物反応槽１０ｃへの空気の供給量は約２５０ＮＬ／ｍｉｎであった。
【０１５３】
水槽１ａから水槽１ｃに行くに従い、空気の供給量を少なくしている。これは、多段階の処理装置において、段数を下るごとにＢＯＤ濃度が低下するため、微生物群の酸素の要求量が少なくなるためである。そして、微生物反応槽１０ａ，１０ｂ，１０ｃのそれぞれの溶存酸素値を、汚水の処理に適した４〜６ｐｐｍで維持させるために、図５で示したように空気の供給量を減少させた。
なお、水路１１ａ，１１ｂ，１１ｃへの空気の供給は行わなかったため、図５では水路１１ａ，１１ｂ，１１ｃへの空気の供給量を０で示した。
【０１５４】
次に、図６は、微生物反応槽１０ａ，１０ｂ，１０ｃ及び水路１１ａ，１１ｂ，１１ｃ内の液相の溶存酸素値の測定値を示す。図６において、横軸は、投入された汚水が処理装置内を移動して排出されるまでの時間軸を水槽１ａ，１ｂ，１ｃの微生物反応槽１０ａ，１０ｂ，１０ｃ及び水路１１ａ，１１ｂ，１１ｃで示し、縦軸は、微生物反応槽１０ａ，１０ｂ，１０ｃ及び水路１１ａ，１１ｂ，１１ｃ内の溶存酸素量（ｐｐｍ）を示す。
溶存酸素値の測定は、微生物反応槽１０ａ，１０ｂ，１０ｃ及び水路１１ａ，１１ｂ，１１ｃ内の液相を採取し、溶存酸素計によって測定した。
【０１５５】
図６に示したように、水槽１ａの微生物反応槽１０ａでは、溶存酸素量が３．８〜４．２ｐｐｍを示し平均４．０ｐｐｍを示した。そして、水路１１ａでは、溶存酸素量が３．６〜４．０ｐｐｍを示し、微生物反応槽１０ａ内の溶存酸素量の平均をやや下回る程度であった。
水槽１ｂの微生物反応槽１０ｂでは、溶存酸素量が４．０〜４．５ｐｐｍを示し平均４．２５ｐｐｍを示した。水路１１ｂでは、溶存酸素量が４ｐｐｍ前後を示し、微生物反応槽１０ｂ内の溶存酸素量の平均をやや下回る程度であった。
水槽１ｃの微生物反応槽１０ｃでは、溶存酸素量が４．０〜５．０ｐｐｍを示し平均４．５ｐｐｍを示した。水路１１ｃでは、溶存酸素量が４．５ｐｐｍ前後を示し、微生物反応槽１０ｃ内の溶存酸素量の平均をやや下回る程度であった。
【０１５６】
図６に示したように、微生物反応槽内に図５で示した空気供給量を与えることにより、微生物群の自己分解という機能の誘導が最も効果的な環境である、４〜６ｐｐｍを維持することができる。従来、主に設定されていた溶存酸素値、１．８〜２．２ｐｐｍのような環境では、微生物群の自己分解という作用が発生しないため、４〜６ｐｐｍという従来に比べて高濃度の溶存酸素が必要となる。また、このような高濃度の溶存酸素値で、汚水の処理装置の微生物反応槽を運用することは、従来ではほとんど行われていなかった。
【０１５７】
また、水路内の溶存酸素値が微生物反応槽の溶存酸素値に比べて低くなるのは、微生物反応槽における酸化分解反応によって酸素が消費され、また、水路内には空気が供給されていないため、微生物反応槽から水路へ移動する液相の溶存酸素値が微生物反応槽の溶存酸素値よりも相対的に低くなるためである。
【０１５８】
上述の通り、図５及び図６に示したように、実験例１の処理装置内に空気を供給し、空気に含まれる酸素を液相に溶解させることにより、液相を好気条件とすることができ、この好気条件によって、微生物群の生化学的な反応を導くことができる。
【０１５９】
次に、図７に示すＢＯＤ減衰曲線を用いて、装置内に投入された汚水が処理される様子を説明する。
【０１６０】
図７に、微生物反応槽１０ａ，１０ｂ，１０ｃ及び水路１１ａ，１１ｂ，１１ｃ内の液相のＢＯＤ濃度の減衰度合いを表すＢＯＤ減衰曲線を示す。
【０１６１】
図７に示したＢＯＤ減衰曲線は、公認の分析機関（民間会社）の分析による計量証明書から、そのＢＯＤ濃度の減衰度合いを示すものである。
図７において、横軸は、投入された汚水が処理装置内を移動して排出されるまでの時間軸を水槽１ａ，１ｂ，１ｃの微生物反応槽１０ａ，１０ｂ，１０ｃ及び水路１１ａ，１１ｂ，１１ｃで示し、縦軸は、水槽１ａ，１ｂ，１ｃ内の液相のＢＯＤ濃度（ｐｐｍ）を示す。
【０１６２】
図７では、まず、ＢＯＤ濃度が７４０ｐｐｍの汚水が、水槽１ａの微生物反応槽１０ａに投入される。そして、微生物反応槽１０ａには、二つの形態の微生物群（固着コロニーと浮遊性微生物群）が存在し、この微生物群の代謝作用により、水槽１ａでの滞留時間（約３〜４時間）において、ＢＯＤ濃度が７４０ｐｐｍから約５０ｐｐｍまで減衰することを示している。
次に、処理装置内の液相が、水槽１ａから水槽１ｂに移り、水槽１ｂでの滞留時間（３〜４時間）において、ＢＯＤ濃度が約５０ｐｐｍから約５ｐｐｍまで減衰する。さらに、水槽１ｂから水槽１ｃに移り、ＢＯＤ濃度が約５ｐｐｍから約２ｐｐｍまで減衰している。
【０１６３】
つまり、汚水中に含まれる有機物が、微生物群の代謝作用によって分解され、ＢＯＤ濃度が７４０ｐｐｍであった汚水が、約２ｐｐｍまで浄化されていたことを示す。また、このＢＯＤ濃度２ｐｐｍという数値は、ほぼ無色透明の処理水が得られたことを示している。
【０１６４】
従って、図７で示したＢＯＤ減衰曲線より、実験例１の処理装置によって汚水の処理ができたことが分かる。
また、実験例１では、ＢＯＤ濃度が７４０ｐｐｍの汚水を用いたが、これよりも高濃度の汚水、例えば１２００ｐｐｍ程度の汚水を処理することも可能である。その場合には、微生物反応槽での滞留時間を本実験よりも長くすることで、ＢＯＤ濃度を低下させることができる。また、食品加工工場などから排出されるＢＯＤ濃度が３０００ｐｐｍを超えるような汚水に対しては、微生物反応槽及び水路からなる水槽の数を、実験例１の処理装置よりも多くすることで対応できる。例えば、実験例１の３つの水槽に、さらに１つの水槽を追加し、この追加した水槽において汚水のＢＯＤ濃度を３０００ｐｐｍから１２００ｐｐｍまで減少させることにより高濃度の汚水を処理することができる。
【０１６５】
また、実験例１では、処理装置に投入される汚水処理日量は、３〜５ｍ３（毎分２〜４Ｌ）であったが、これより多くの汚水を処理する必要がある場合には、処理装置の底面積を大きくすることによって、処理装置の容積を大きくするなどして対応することができる。
特に、処理日量が５００ｍ３を超えるような場面では、上述の多段式に構成した処理装置を並列に並べることが効果的である。例えば、処理日量を５００ｍ３としたとき、１列の処理装置の処理量を１００ｍ３／日とし、処理装置を５列並列し、この汚水を処理することができる。
また、このような場合には、処理装置を構成するためには建造物の構造基準（強度など）を満たすことも重要である。
【０１６６】
次に、図８〜図１０を用いて、汚水を処理する際に、実験例１の処理装置から浮遊性微生物群が排出されないことについて説明する。
【０１６７】
図８は、微生物反応槽１０ａ，１０ｂ，１０ｃ及び水路１１ａ，１１ｂ，１１ｃ内の液相中を浮遊する微生物群の量を示す。
【０１６８】
図８に示した微生物量は、微生物反応槽１０ａ、１０ｂ、１０ｃ及び水路１１ａ、１１ｂ、１１ｃ内の液相を５００ｃｃのビーカーに採取した後、このビーカーを３０分間静置し、液相内に浮遊する微生物群を沈殿させる。そして、ビーカー内の目盛り５００ｃｃを１００％とし、沈殿した微生物群が５００ｃｃビーカー内を占める割合で、微生物沈殿量を表した。
図８において、横軸は、投入された汚水が処理装置内を移動して排出されるまでの時間軸を水槽１ａ，１ｂ，１ｃの微生物反応槽１０ａ，１０ｂ，１０ｃ及び水路１１ａ，１１ｂ，１１ｃで示し、縦軸は、微生物反応槽１０ａ，１０ｂ，１０ｃ及び水路１１ａ，１１ｂ，１１ｃ内の微生物群の沈殿量（％）を示す。
【０１６９】
図８より、水槽１ａの微生物反応槽１０ａでの微生物沈殿量は、約３５％であり、水路１１ａでの微生物沈殿量は、約１５％であった。また、水槽１ｂの微生物反応槽１０ｂでは約１２％、水路１１ｂでは約５％、水槽１ｃの微生物反応槽１０ｃでは約３％、水路１１ｃでは１％未満であった。
つまり、汚水が投入されてからの時間が経過するほど、沈殿物量が減少し、同一水槽内でも、微生物反応槽よりも水路のほうが、微生物量が減少している。
【０１７０】
このように、同一水槽内において、微生物反応槽と水路では、沈殿物量が大きく異なり、微生物反応槽内に比べて水路内の沈殿物量が大きくて低下している。これは、水路内の液相中を浮遊する微生物群の量が、微生物反応槽内に比べて非常に少ないことを示している。
水路内の液相には、もともと微生物は存在しないため、この液相内の微生物群は、微生物反応槽内を浮遊する微生物群が、液相の移動に伴って水路内に移動したものと考えられる。
つまり、微生物反応槽内の微生物量に比べて水路内の微生物量が著しく低くなっていることは、液相が微生物反応槽から水路へ移動する際に、微生物反応槽と、水路と隔てる仕切板によって微生物群の移動が妨げられているということを意味する。
従って、微生物反応槽と水路とを仕切板によって区切ることにより、液相中の浮遊性微生物群を微生物反応槽内で循環させることができ、処理装置から微生物群を排出させずに汚水の処理を行うことができる。
【０１７１】
次に、図９は、微生物反応槽１０ａ，１０ｂ，１０ｃ及び水路１１ａ，１１ｂ，１１ｃ内の液相の透視度を示す。
【０１７２】
図９に示した透視度は、微生物反応槽１０ａ、１０ｂ、１０ｃ及び水路１１ａ、１１ｂ、１１ｃ内の液相を、ＪＩＳで定められている「透視度計」を用いて計測する。透視度計は、直径５０ｍｍで長さ５００ｍｍのガラスの容器であり、容器の底に十字マークが入った板（ＪＩＳ指定）が設けられている。この透視度計に、微生物反応槽１０ａ、１０ｂ、１０ｃ及び水路１１ａ、１１ｂ、１１ｃ内の液相を採取し、容器の底の十字マークが視認できる水深を測定した。
【０１７３】
図９において、横軸は、投入された汚水が処理装置内を移動して排出されるまでの時間軸を水槽１ａ，１ｂ，１ｃの微生物反応槽１０ａ，１０ｂ，１０ｃ及び水路１１ａ，１１ｂ，１１ｃで示し、縦軸は、微生物反応槽１０ａ，１０ｂ，１０ｃ及び水路１１ａ，１１ｂ，１１ｃ内の液相の透視度（ｃｍ）を示す。
【０１７４】
図９に示したように、水槽１ａの微生物反応槽１０ａから採取した試料では、透視度は、ほぼ０ｃｍであった。しかし、水路１１ａの試料では、５ｃｍとなり、透視度が上昇していることがわかる。そして、水槽１ｂの微生物反応槽１０ｂの透視度は、１０〜１５ｃｍであり、水路１１ｂの透視度は、２０ｃｍであった。水槽１ｃの微生物反応槽１０ｃの透視度は、２５〜３０ｃｍであり、水路１１ｃの透視度は、５０ｃｍ以上であった。
【０１７５】
このように、汚水が投入されてからの時間が経過するほど、液相の透視度が上昇している。これは、液相が、水槽１ａから水槽１ｃに移動する間に、液相中に含まれる汚水中の有機物や微生物等の目に見える不純物の量が減少したことを示している。
特に、水路１１ｃ内の液相の透視度が５０ｃｍ以上であったことは、微生物等の不純物がほとんど存在しないことを示している。この５０ｃｍ以上という透視度は、例えば、水質汚濁防止法によるＢＯＤ２０ｐｐｍ以下での透視度が、３０ｃｍ以上であることに比べると、非常に優れていることが分かる。
【０１７６】
次に、図１０は、微生物反応槽１０ａ，１０ｂ，１０ｃ及び水路１１ａ，１１ｂ，１１ｃ内の液相中の浮遊性微生物群の密度を示す。
【０１７７】
図１０に示した浮遊性微生物群の密度は、微生物反応槽１０ａ、１０ｂ、１０ｃ及び水路１１ａ、１１ｂ、１１ｃ内の微生物群をＳＳ（Suspended Solid）分重量に換算して計量した。ＳＳ分重量の計量は、ＪＩＳに従い、２ｍｍ以下の径で、しかも濾紙（６種）の目にとどまるものを測定し、このＳＳ分の乾燥重量（ｇ）で計量した後、１立方メートルの水に溶かしたと仮定した場合の密度をｐｐｍ（ｇ／ｍ３）の単位で表した。
【０１７８】
図１０において、横軸は、投入された汚水が処理装置内を移動して排出されるまでの時間軸を水槽１ａ，１ｂ，１ｃの微生物反応槽１０ａ，１０ｂ，１０ｃ及び水路１１ａ，１１ｂ，１１ｃで示し、縦軸は、微生物反応槽１０ａ，１０ｂ，１０ｃ及び水路１１ａ，１１ｂ，１１ｃ内の浮遊微生物群の密度（ｐｐｍ）を示す。
【０１７９】
図１０より、水槽１ａの微生物反応槽１０ａ内の浮遊性微生物群の密度は、４００ｐｐｍであり、水路１１ａ内では、２２ｐｐｍである。また、水槽１ｂの微生物反応槽１０ｂでは、４２ｐｐｍであり、水路１１ｂでは、２ｐｐｍであり、水槽１ｃの微生物反応槽１０ｃでは、１８ｐｐｍであり、水路１１ｃでは、１ｐｐｍ以下であった。
【０１８０】
水槽１ａの微生物反応槽１０ａにおいて浮遊性微生物群の密度が４００ｐｐｍとは、微生物反応槽１０ａの容積０．８４ｍ３の中に、３３６ｇ（乾燥重量）のＳＳ分が混在していること表す。そして、水槽１ａの水路１１ａにおいて浮遊性微生物群の密度が２２ｐｐｍとは、水路１１ａの容積０．１１ｍ３中に、約２．５ｇのＳＳ分が混在していることを表している。
つまり、微生物反応槽１０ａから、水路１１ａには、浮遊性微生物群が約０．７５％しか移動せず、約９９．２５％の浮遊性微生物群が微生物反応槽１０ａにとどまったことを示している。
【０１８１】
また、水槽１ｂの微生物反応槽１０ｂにおいて浮遊性微生物群の密度が４２ｐｐｍとは、約３５ｇのＳＳ分が混在していること表す。そして、水槽１ｂの水路１１ｂにおいて浮遊性微生物群の密度が２ｐｐｍとは、約０．２ｇのＳＳ分が混在していることを表している。
つまり、微生物反応槽１０ｂから、水路１１ｂには、浮遊性微生物群が約０．５７％しか移動せず、約９９．４３％の浮遊性微生物群が微生物反応槽１０ｂにとどまったことを示している。
さらに、微生物反応槽１０ｂにおけるＳＳ分重量約３５ｇと、微生物反応槽１ａのＳＳ分重量３３６ｇとを比較すると、微生物反応槽１０ｂでは、ＳＳ分重量が約８９．６％減少したことになる。
【０１８２】
さらに、水槽１ｃの微生物反応槽１０ｃにおいて浮遊性微生物群の密度が４ｐｐｍとは、約３．４ｇのＳＳ分が混在していることを表す。そして、水槽１ｃの水路１１ｃにおいて浮遊性微生物群の密度が１ｐｐｍ以下とは、混在しているＳＳ分重量が０．１ｇ以下であることを表している。
つまり、微生物反応槽１０ｃから、水路１１ｃには、浮遊性微生物が約２．９％しか移動せず、約９７．１％の浮遊性微生物群が微生物反応槽１０ｃにとどまったことを示している。
さらに、微生物反応槽１０ｃにおけるＳＳ分重量約３．４ｇと、微生物反応槽１０ｂのＳＳ分重量約３５ｇとを比較すると、微生物反応槽１０ｃでは、ＳＳ分重量が約９０．３％減少したことになる。そして、微生物反応槽１０ｃにおけるＳＳ分重量約３．４ｇと、微生物反応槽１０ａのＳＳ分重量３３６ｇとを比較すると、微生物反応槽１０ｃでは、ＳＳ分が約９９％減少したことになる。
また、水槽１ｃの水路１１ｃにおけるＳＳ分重量０．１ｇ以下と、水槽１ａの微生物反応槽１０ａにおけるＳＳ分重量３３６ｇとを比較すると、水路１１ｃでは、ＳＳ分が９９．９％以上減少したことになる。
【０１８３】
このように、水槽１ａから水槽１ｃに進むに従って、液相中の浮遊性微生物量が減少していくことがわかる。
これは、水槽内に仕切板を設けることにより、浮遊性微生物群の微生物反応槽から水路への移動が妨げられていることを示している。
従って、微生物反応槽から隔てられた水路を設け、そこに通水口９ａ，９ｂ及び排出口９を設けることにより、液相中の浮遊性微生物群を微生物反応槽内で循環させることができ、処理装置から微生物群をほとんど排出させずに汚水の処理を行うことができる。
【０１８４】
（実験例２）
次に、実験例１で使用した水槽１ａ，１ｂ，１ｃによる３段階の処理装置から段数を１つ少なくして、水槽１ａ，１ｂによる２段階の処理装置として実験例２の処理装置を構成し、油脂分を含む汚水の処理を行った。実験例２で使用した処理装置は、水槽を、水槽１ａ，１ｂの２段階とした以外は第２の実施の形態として説明した処理装置と同様の構成であるため、以下の説明においても図３Ａ〜Ｃと同じ符号を用いて説明する。
【０１８５】
この実験例２において作製した処理装置の各寸法は、下記の通りである。
なお、処理装置の水槽１ａ，１ｂは、共に同じ大きさで構成したため、装置の寸法は、水槽１ａについてのみ説明し、水槽１ｂについては省略する。
【０１８６】
水槽１ａ平面寸法は、微生物反応槽１０ａが縦横７５０ｍｍであり、水路１１ａが縦７５０ｍｍ、横１００ｍｍであり、有効水深は共に１，５００ｍｍである。従って、微生物反応槽１０ａの有効容積は約０．８４ｍ３であり、水路１１ａの有効容積は約０．１１ｍ３であり、水槽１ａの総有効容積は約０．９６ｍ３である。
水槽１ａに水槽１ｂを加えた処理装置全体の長さは、１７００ｍｍであり、体積は、約１．９１ｍ３である。
【０１８７】
エアリフター４は、全長３００ｍｍ、内径が５０ｍｍであり、エアリフター４の下端が水槽１ａの底面から１５０ｍｍ離れた位置に設置されている。そして、エアリフター４の下部に設置される空気供給管６の先端の口径は、１５ｍｍである。
【０１８８】
固定床３を構成する微生物固着接触材の寸法は、２００×２００×５００ｍｍであり、この微生物固着接触材が内筒２の周囲に１６個（４段、４列）配置され、この微生物固着接触材の表面積の合計は、約８．０ｍ２である。
内筒２は、約３００×３００ｍｍである。
【０１８９】
微生物反応槽１０ａから水路１１ａへ液相が移動するための仕切板５と水槽１ａとの間隔は、１００ｍｍである。
【０１９０】
上述の構成の処理装置に、汚水を投入することによって汚水の処理を行った。
投入される汚水は、ＢＯＤ濃度が８５０ｐｐｍ、油脂分濃度が１５０ｐｐｍであり、投入量は汚水処理日量３〜５ｍ３（毎分２〜４Ｌ）である。
【０１９１】
次に、図１０に示すＢＯＤ減衰曲線及び油脂分減衰曲線を用いて、装置内に投入された油脂分を含む汚水が処理される様子を説明する。
【０１９２】
図１０は、微生物反応槽１０ａ，１０ｂ及び水路１１ａ，１１ｂ内の液相のＢＯＤ濃度の減衰度合いを表すＢＯＤ減衰曲線と、油脂分の減衰度合いを表す油脂分減衰曲線を示す。
【０１９３】
図１０に示したＢＯＤ減衰曲線及び油脂分減衰曲線は、公認の分析機関（民間会社）の分析による計量証明書から、そのＢＯＤ濃度及び油脂分濃度の減衰度合いを示すものである。
図１０において、横軸は、投入された汚水が処理装置内を移動して排出されるまでの時間軸を水槽１ａ，１ｂの微生物反応槽１０ａ，１０ｂ及び水路１１ａ，１１ｂで示し、縦軸は、水槽１ａ，１ｂ内の液相のＢＯＤ濃度（ｐｐｍ）及び油脂分濃度（ｐｐｍ）を示す。
【０１９４】
図１０では、まず、ＢＯＤ濃度８５０ｐｐｍ、油脂分濃度１５０ｐｐｍの汚水が、水槽１ａの微生物反応槽１０ａに投入される。そして、微生物反応槽１０ａには、二つの形態の微生物群（固着コロニーと浮遊性微生物群）が存在し、この微生物群の代謝作用により、水槽１ａでの滞留時間（約３〜４時間）において、ＢＯＤ濃度が８５０ｐｐｍから約８０ｐｐｍまで減衰し、油脂分濃度が１５０ｐｐｍから約６０ｐｐｍまで減衰している。
次に、処理装置内の液相が、水槽１ａから水槽１ｂに移り、水槽１ｂでの滞留時間（３〜４時間）において、ＢＯＤ濃度が約８０ｐｐｍから約４０ｐｐｍまで減衰し、油脂分濃度が約６０ｐｐｍから１０ｐｐｍまで減衰している。
【０１９５】
つまり、汚水中に含まれる有機物および油脂分が、微生物群の代謝作用によって分解され、ＢＯＤ濃度８５０ｐｐｍ、油脂分濃度１５０ｐｐｍであった汚水が、ＢＯＤ濃度約４０ｐｐｍ、油脂分濃度約１０ｐｐｍまで浄化されたことを示す。
【０１９６】
上述の通り、処理装置に設けられた固定床３の固着コロニーが、多様な生物相を示したことにより、微生物群の中に油脂分を分解する酵素を分泌する微生物群が含まれ、酵素の働きにより油脂分の加水分解を可能にした。また、油脂分は加水分解により、水溶性の脂肪酸（カルボン酸）とグリセリンとに分解されるが、短鎖のカルボン酸であれば、汚水中に含まれる有機物と同様に微生物群の代謝によって酸化分解することができる。
【０１９７】
従って、図１０で示したＢＯＤ減衰曲線及び油脂分減衰曲線より、実験例２の処理装置を用いることにより汚水に含まれる有機物と油脂分との両方を処理することができる。
また、実験例２では、ＢＯＤ濃度８５０ｐｐｍ、油脂分濃度１５０ｐｐｍの汚水を用いたが、これよりも高濃度の汚水、例えば、ＢＯＤ濃度が４０００ｐｐｍ以上、油脂分濃度が２００ｐｐｍ程度の汚水を処理することも可能である。その場合には、微生物反応槽での滞留時間を本実験よりも長くすることで、ＢＯＤ濃度や油脂分濃度を低下させることができる。さらに、高濃度の汚水に対しては、微生物反応槽及び水路からなる水槽の数を、実験例２の処理装置よりも多くすることで対応できる。例えば、実験例２の２つの水槽に、さらに１つの水槽を追加して汚水の処理を行うことで、高濃度の汚水を処理することができる。
【０１９８】
本発明は、上述の構成に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲でその他様々な構成が取り得る。
【図面の簡単な説明】
【０１９９】
【図１】本発明の第１の実施の形態の処理装置の斜視図（Ａ）と、第１の実施の形態の処理装置の断面図（Ｂ）である。
【図２】実施の形態で用いたエアリフターの構成図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態の処理装置の斜視図（Ａ）、平面図（Ｂ）、及び断面図（Ｃ）である。
【図４】本発明の第２の実施の形態の処理装置内の微生物の様子を示す図（Ａ）と、第２の実施の形態の処理装置の断面図（Ｂ）である。
【図５】実験例１の処理装置への空気供給量を示す図である。
【図６】実験例１の処理装置内の溶存酸素値を示す図である。
【図７】実験例１のＢＯＤ減衰曲線を示す図である。
【図８】実験例１の処理装置内の液相中の沈殿物量を示す図である。
【図９】実験例１の処理装置内の液相の透視度を示す図である。
【図１０】実験例１の処理装置内の液相の微生物群の密度を示す図である。
【図１１】実験例２のＢＯＤ減衰曲線及び油脂分減衰曲線を示す図である。
【図１２】従来の処理装置の断面図である。
【図１３】従来の処理装置の断面図である。
【図１４】従来及び本実施の形態の処理装置に用いられる、微生物固着接触材の構造を示す図である。
【符号の説明】
【０２００】
１，１ａ，１ｂ，１ｃ  水槽、２  内筒、３  固定床、４  エアリフター、５  仕切板、６  空気供給管、７ａ，７ｂ  隔壁、８  汚水投入口、９  排出口、９ａ，９ｂ  通水口、１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ  微生物反応槽、１１，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ  水路、１２  液面、２０，２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ  空気塊、２１  上向流、２１ａ  水平流、２１ｂ  下向流、２１ｃ，２１ｄ  吸引流、２５  ガイドベーン、２６ａ，２６ｂ  三角仕切板、２７  突起物、３０ａ，３０ｂ，３０ｃ  セラミックス素材、３１ａ，３１ｂ，３１ｃ  固着コロニー、３２ａ，３２ｂ，３２ｃ  浮遊性微生物群
【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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