(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部は上端が開口した収容空間である収容体（１１）と、
前記収容空間内に位置し、前記収容体（１１）を、上部に位置する囲い堰領域（１３）と下部に位置する閉鎖領域（１４）とに仕切り、前記収容体（１１）には、前記閉鎖領域（１４）に連通する給水管（１８）と、前記囲い堰領域（１３）に連通する出水管（１９）とが開設され、前記囲い堰領域（１３）には、材料濾過層（１３１）と前記材料濾過層（１３１）上に位置する土壌層（１３２）とが敷設され、前記土壌層（１３２）は、草本植物（１３３）を植え付けるように設置され、前記閉鎖領域（１４）に浸透濾過フィラー（１４１）が充填される仕切板（１２）と、
前記仕切板（１２）に分布され、水生植物（１５１）を載置して植え付けるように設置される管体（１５２）を含み、前記管体（１５２）が前記仕切板（１２）を貫通し、前記閉鎖領域（１４）と前記囲い堰領域（１３）とを連通する複数の植物浄化カラム（１５）と、
を備え、前記管体（１５２）は着脱可能に前記仕切板（１２）に取り付けられ、前記管体（１５２）の上端口が前記土壌層（１３２）以上であり、前記管体（１５２）の下端口が前記浸透濾過フィラー（１４１）内に位置し、前記管体（１５２）の内腔は、複数株の前記水生植物（１５１）からなる集束根系柱芯（１５３）で充満される、汚水処理装置。
【請求項２】
前記管体（１５２）には、前記閉鎖領域（１４）に連通する給水孔（１５２１）と、前記囲い堰領域（１３）に連通する出水孔（１５２２）とが開設されている、請求項１に記載の汚水処理装置。
【請求項３】
前記管体（１５２）の上部には、出水整流リング（１５４）が回動可能に嵌設され、前記出水整流リング（１５４）には、前記出水孔（１５２２）に対応する貫通孔（１５４１）が開設され、前記出水整流リング（１５４）を回転することにより、前記出水孔（１５２２）の開閉を制御することができる、請求項２に記載の汚水処理装置。
【請求項４】
前記管体（１５２）の内部に可撓性曝気管（１５５）が設けられ、前記可撓性曝気管（１５５）の下端は、前記集束根系柱芯（１５３）を差し込むように設置され、前記可撓性
曝気管（１５５）の上端はエアポンプに連結されている、請求項１に記載の汚水処理装置。
【請求項５】
前記材料濾過層（１３１）と前記土壌層（１３２）との間に、メッシュ材（１３４）が設けられている、請求項１に記載の汚水処理装置。
【請求項６】
前記閉鎖領域（１４）内において前記給水管（１８）箇所に、配水管（１６）が連結され、前記配水管（１６）は前記閉鎖領域（１４）の底部に位置し、前記配水管（１６）は本管および支管で構成される分岐構造であり、前記支管に複数の透水孔が開設されている、請求項１に記載の汚水処理装置。
【請求項７】
前記囲い堰領域（１３）内において前記出水管（１９）箇所に、集水管（１７）が連結され、前記集水管（１７）は前記囲い堰領域（１３）の底部に位置し、前記集水管（１７）は本管および支管で構成される分岐構造であり、前記支管に複数の透水孔が開設されている、請求項１に記載の汚水処理装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の汚水処理装置に適用する汚水処理方法であって、
前処理された汚水を給水管（１８）を介して閉鎖領域（１４）に排出し、閉鎖領域（１４）は通性嫌気および嫌気の反応条件であり、浸透濾過フィラー（１４１）および付着微生物の作用で、汚水の初期浄化を実現することと、
初期浄化された水流は、動力または差圧の作用で上昇して植物浄化カラム（１５）に入り、植物の根域の環境および微生物の作用により、汚水の中間浄化を実現することと、
中間浄化された水は囲い堰領域（１３）に流れ込み、材料濾過層（１３１）、土壌層（１３２）、および草本植物（１３３）の根域の環境の作用および好気の反応条件で、汚水の最終浄化を実現し、最終浄化された水を出水管（１９）から流出させることと、
を含む、汚水処理方法。
【請求項９】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の汚水処理装置（１）を含む、汚水処理システム。
【請求項１０】
少なくとも２つの前記汚水処理装置（１）は、管路（２）を介して直列接続および並列接続のうちの少なくとも１つの形態により接続される、請求項９に記載の汚水処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、汚水処理の技術分野に関し、例えば、汚水処理装置、処理方法および処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
小規模の生活汚水の処理方法として、土壌浸透法は、近年、ますます普遍的に応用されている。土壌浸透法は、自然生態浄化の原理に基づき、通常の嫌気、好気の汚水処理プロセスを組み合わせて形成されたその場での汚水の生態処理技術である。すなわち、生活汚水を腐敗溝で沈殿、嫌気前処理した後、配水管を介して土壤浸透濾過溝に分配し、毛細管浸透および土壤浸透濾過の作用で汚水が各箇所へ拡散し、物理的エントラップメント、化学沈殿と吸着、および微生物分解等の作用により、水中の汚染物が除去される。
【０００３】
しかし、土壌浸透法にもいくつかの制約性の問題が存在し、そのうち、敷地面積が大きく、窒素とリンの除去効果が悪いことは突出した欠点である。また、土壤浸透濾過汚水処理施設は、表層に土壌層が配置されて植物が植え付けられたが、施設の構造、植物の品種に限られることにより、植物根系の特有の汚染物を除去する作用はごく僅かであるため、人工湿地植物による生態処理効果を達成しにくく、処理施設に対する外観緑化のみに限られている。
【０００４】
また、土壤浸透濾過池は、地面の地形に合わせて設計されることが多いため、地面に固定され、移動しにくく、且つ、土壤浸透濾過池のサイズは汚水処理量に応じて調節できず、土壌浸透法の汚水の生態処理分野での普及と応用を大きく制限する。長年にわたって、土壌浸透法の欠点に対して多くの改善、最適化対策が現れてきたが、経済性、適用性、および有効性の両立の角度から解決することはできなかった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、従来技術における土壌浸透法に存在する敷地面積が大きく、植物根系の生態作用が限られ、窒素とリンの除去効果が悪いという突出した問題を解決し、土壌浸透法技術の優位性を保持する上で、利点を発揮して短所を避け、汚水の処理効果および総合的コストパフォーマンスを向上させる汚水処理装置および処理方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
内部は上端が開口した収容空間である収容体と、
前記収容空間内に位置し、前記収容体を、上部に位置する囲い堰領域と下部に位置する閉鎖領域とに仕切り、前記収容体には、前記閉鎖領域に連通する給水管と、前記囲い堰領域に連通する出水管とが開設され、前記囲い堰領域には、材料濾過層と前記材料濾過層上に位置する土壌層とが敷設され、前記土壌層は、草本植物を植え付けるように設置され、前記閉鎖領域に浸透濾過フィラーが充填される仕切板と、
前記仕切板に分布され、水生植物を載置して植え付けるように設置される管体を含み、前記管体が前記仕切板を貫通し、前記閉鎖領域と前記囲い堰領域とを連通する複数の植物浄化カラムと、
を備える汚水処理装置。
【０００７】
好ましくは、前記管体は着脱可能に前記仕切板に取り付けられ、前記管体の上端口が前記土壌層以上であり、前記管体の下端口が前記浸透濾過フィラー内に位置し、前記管体の
内腔は、複数株の前記水生植物からなる集束根系柱芯で充満される。
【０００８】
好ましくは、前記管体には、前記閉鎖領域に連通する給水孔と、前記囲い堰領域に連通する出水孔とが開設されている。
【０００９】
好ましくは、前記管体の上部には、出水整流リングが回動可能に嵌設され、前記出水整流リングには、前記出水孔に対応する貫通孔が開設され、前記出水整流リングを回転することにより、前記出水孔の開閉を制御することができる。
【００１０】
好ましくは、前記管体の内部に可撓性曝気管が設けられ、前記可撓性曝気管の下端は、前記集束根系柱芯を差し込むように設置され、前記可撓性曝気管の上端はエアポンプに連結されている。
【００１１】
好ましくは、前記材料濾過層と前記土壌層との間に、メッシュ材が設けられている。
【００１２】
好ましくは、前記閉鎖領域内において前記給水管箇所に、配水管が連結され、前記配水管は前記閉鎖領域の底部に位置し、前記配水管は本管および支管で構成される分岐構造であり、前記支管に複数の透水孔が開設されている。
【００１３】
好ましくは、前記囲い堰領域内において前記出水管箇所に、集水管が連結され、前記集水管は前記囲い堰領域の底部に位置し、前記集水管は本管および支管で構成される分岐構造であり、前記支管に複数の透水孔が開設されている。
【００１４】
以上のような汚水処理装置に適用する汚水の処理方法であって、
前処理された汚水を給水管を介して閉鎖領域に排出し、閉鎖領域は通性嫌気および嫌気の反応条件であり、浸透濾過フィラーおよび付着微生物の作用で、汚水の初期浄化を実現することと、
初期浄化された水流は、動力または差圧の作用で上昇して植物浄化カラムに入り、植物の根域の環境および微生物の作用により、汚水の中間浄化を実現することと、
中間浄化された水は囲い堰領域に流れ込み、材料濾過層、土壌層、および草本植物の根域の環境の作用および好気の反応条件で、汚水の最終浄化を実現し、最終浄化された水を、出水管から流出させることと、
を含む、汚水処理方法。
【００１５】
従来技術における土壤浸透濾過池に存在する調節に不利で、使用しにくく、普及と適用が限られている技術的課題を解決する汚水処理システム。
【００１６】
上述したような汚水処理装置を含む汚水処理システム。
【００１７】
好ましくは、少なくとも２つの前記汚水処理装置は、管路を介して直列接続および並列接続のうちの少なくとも１つの形態により接続される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る汚水処理装置は、土壌浸透法の汚水処理効果を大きく強化することができることにより、単位処理量に必要な施設の敷地面積を縮小することができるとともに、窒素とリンの除去効果も明らかに改善されるため、汚水の土壤浸透濾過処理技術の経済性、適用性および有効性を向上させることができる。
【００１９】
本発明に係る汚水処理システムは、各汚水処理装置の植物浄化カラムの数を調節することができるとともに、汚水処理装置の数も調節できる。汚水処理装置は直列接続されても
よく、並列接続されてもよく、定格処理量を有する一体化施設を構成する。また、汚水処理の特殊なニーズにより、他の異なる処理プロセスと組み合わせ、複合型汚水処理施設を構成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】一実施例に係る汚水処理装置の構造模式図である。
【図２】一実施例に係る汚水処理装置の平面図である。
【図３】一実施例に係る汚水処理装置の植物浄化カラムの部分断面構造模式図である。
【図４】一実施例に係る汚水処理装置の植物浄化カラムの部分分解構造模式図である。
【図５】一実施例に係る汚水処理システムの構造模式図である。
【符号の説明】
【００２１】
１−汚水処理装置、２−管路、１１−収容体、１２−仕切板、１３−囲い堰領域、１４−閉鎖領域、１５−植物浄化カラム、１６−配水管、１７−集水管、１８−給水管、１９−出水管、１３１−材料濾過層、１３２−土壌層、１３３−草本植物、１３４−メッシュ材、１４１−浸透濾過フィラー、１５１−水生植物、１５２−管体、１５３−集束根系柱芯、１５４−出水整流リング、１５５−可撓性曝気管、１５２１−給水孔、１５２２−出水孔、１５４１−貫通孔。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１〜図４に示すように、本実施例は、土壤浸透濾過と植物根系機能との相乗作用を利用して生活汚水を処理し、収容体１１、仕切板１２および植物浄化カラム１５を備える汚水処理装置１を提供する。
【００２３】
収容体１１の内部は上端が開口した収容空間であり、収容体１１は土構築物であってもよく、地下、地面または架空に設置された溝体、缶体構造であってもよく、ここで、収容体１１の形状、材料を制限しない。収容体１１は必要に応じて移動することができ、柔軟に使用でき、適応範囲が広い。
【００２４】
仕切板１２は収容空間内に位置し、収容体１１を、上部に位置する囲い堰領域１３と、下部に位置する閉鎖領域１４とに仕切り、囲い堰領域１３は仕切板１２の上にあるため、囲い堰領域１３の上端が開放式である。囲い堰領域１３は下から上まで材料濾過層１３１、メッシュ材１３４および土壌層１３２が順に敷設され、材料濾過層１３１は異なる材質、粒状の水浸透媒体で配設され、メッシュ材１３４は透水性および濾過機能を有し、材料濾過層１３１と土壌層１３２とを隔離するように設置され、土壌層１３２には、根系が発達し、耐湿かつ耐寒の常緑草本植物１３３が植え付けられ、草本植物１３３の根系が土壌層１３２に入り込んで材料濾過層１３１内に達することができる。閉鎖領域１４に浸透濾過フィラー１４１が充填され、浸透濾過フィラー１４１は、異なる形状、材質、性状の複数種の浸透濾過フィラー１４１を組み合わせて配設したものであってもよい。
【００２５】
収容体１１には、閉鎖領域１４に連通する給水管１８と、囲い堰領域１３に連通する出水管１９とが開設されている。閉鎖領域１４内において給水管１８箇所に、配水管１６が連結され、配水管１６は閉鎖領域１４の底部に位置し、配水管１６は本管および支管で構成される分岐構造であり、支管に複数の透水孔が開設され、透水孔は密集して均一に設置されることで、給水が十分で均一であることを確保する。囲い堰領域１３内において出水管１９箇所に、集水管１７が設けられ、集水管１７は囲い堰領域１３の底部に位置し、集水管１７は本管および支管で構成される分岐構造であり、支管に複数の透水孔が開設され、透水孔は密集して均一に設置されることで、給水が十分で均一であることを確保する。
【００２６】
複数の植物浄化カラム１５が仕切板１２に分布され、植物浄化カラム１５は、水生植物１５１を載置して植え付けるように設置される管体１５２を含み、管体１５２が仕切板１２を貫通し、閉鎖領域１４と囲い堰領域１３とを連通する。管体１５２は着脱可能に仕切板１２に取り付けられ、必要に応じて管体１５２の数を設けることができる。管体１５２の上端口が土壌層１３２以上であり、管体１５２の下端口が浸透濾過フィラー１４１内に位置し、複数の水生植物１５１が集束根系柱芯１５３を構成し、集束根系柱芯１５３が管体１５２の内腔に充満する。水生植物１５１の根系が発達し、葦、ガマまたは菖蒲であってもよい。
【００２７】
集束根系柱芯１５３は事前に育成する必要があり、すなわち、専用容器内に水生植物の苗を植え付け、且つ、水生植物の根系が最終的に集束、密集した柱状体に形成するように、水生植物の根系の発育を調整・制御し、集束根系柱芯１５３の根系の密度、直径、長さが要求に達した後、管体１５２内に移植し、浄化機能を発揮する。その後、集束根系柱芯１５３は管体１５２の軸方向に沿って下へ延伸して発育し続ける。管体１５２内の水生植物１５１は、定期的に刈り込み、茎葉を刈り取る必要があるほか、水生植物１５１の良好な生長環境および根系分布を確保し、集束根系柱芯１５３の生態浄化作用を最大限に発揮するように、根系をリアルタイムに養生する必要がある。
【００２８】
管体１５２には、閉鎖領域１４に連通する給水孔１５２１と、囲い堰領域１３に連通する出水孔１５２２とが開設されている。給水孔１５２１は仕切板１２以下に位置し、集束根系柱芯１５３と閉鎖領域１４内の水との接触面積を大きくさせ、水が管体１５２に流れ込みやすくなる。出水孔１５２２は仕切板１２以上に位置し、且つ材料濾過層１３１に位置し、集束根系柱芯１５３の水が囲い堰領域１３に流れやすくなる。
【００２９】
管体１５２の仕切板１２以上に位置する部分には、出水整流リング１５４が回動可能に嵌設され、出水整流リング１５４には、出水孔１５２２に対応する貫通孔１５４１が開設され、貫通孔１５４１は出水孔１５２２と１対１で対応して設けられ、出水整流リング１５４を回転することにより、出水孔１５２２の開閉を制御することができる。貫通孔１５４１と出水孔１５２２とがずれ、出水孔１５２２が閉じた場合、管体１５２から出た水は、上端口から溢れて落下した後、囲い堰領域１３で流れ、下へ浸透し、汚水が囲い堰領域１３に入る前に酸素を増加させ、好気反応を促進することができる。貫通孔１５４１と出水孔１５２２とが重なり、出水孔１５２２が開いた場合、管体１５２から出た水は、貫通孔１５４１を介して直接材料濾過層１３１に入り、北方地域の施設の冬の運転に適用し、水の凍結を回避する。
【００３０】
管体１５２の内部に可撓性曝気管１５５が設けられ、可撓性曝気管１５５の下端が集束根系柱芯１５３に差し込み、可撓性曝気管１５５の上端がエアポンプに連結され、集束根系柱芯１５３の内部の酸素を増加するように外部の気体を集束根系柱芯１５３に充填することができ、水生植物１５１の根域の再酸素化環境および成長条件を改善し、生態浄化効果、特に窒素とリンの除去率を向上させる。
【００３１】
以上のように設置すると、囲い堰領域１３の上の平面配置は、主に水生植物１５１および草本植物１３３で構成され、両者とも春、夏、および秋に正常に成長でき、人工湿地に類似する汚水の生態処理機能を発揮するとともに、良好な植生生態景観を創り出すこともできる。北方地域の冬の水生植物１５１の上部の葉茎が枯れたが、根域の環境は依然として一定の生態作用を保持するため、補助措置を採用すると、気候条件の施設の処理効果への悪影響を回避することができる。それと同時に、土壌層１３２には、ライグラス、ジャノヒゲ、およびタマリュウ等のような根系が発達し、耐湿かつ耐寒の多年生常緑草本植物１３３が植え付けられたため、冬における生態作用は依然として保持でき、更に、常緑習
性は水生植物１５１の枯れによる冬の景観性への悪影響を補う。
【００３２】
上記汚水処理装置を採用して汚水処理を行う汚水処理方法は、以下のステップを含む。
【００３３】
前処理された汚水が給水管１８を介して配水管１６に流れ込み、閉鎖領域１４に散布し、浸透濾過フィラー１４１および付着微生物の作用、および嫌気、通性嫌気の反応条件で、物理、化学、微生物プロセスにより、水中の汚染物を濾過、吸着、沈殿、分解し、汚水の初期浄化を実現する。
【００３４】
初期浄化された水流は、動力または差圧の作用で上昇して植物浄化カラム１５に入り、管体１５２内の集束根系柱芯１５３が活性水生植物の根域の環境を構成し、物理、植物、および微生物プロセスにより、水中の汚染物を更に吸収、吸着、富化および分解し、汚水の中間浄化を実現する。
【００３５】
植物浄化カラム１５の中間浄化で出た水は、管体１５２の上端口から溢れて落下し、囲い堰領域１３に流れ込み、材料濾過層１３１、土壌層１３２および草本植物１３３の根域の環境作用および好気の反応条件で、物理、微生物、および植物プロセスにより、水中の汚染物を吸収、吸着、分解し、汚水の最終浄化を実現する。最終浄化された水が基準を達成し、集水管１７を介して出水管１９から流出される。
【００３６】
汚水に対して三段階の浄化を行い、嫌気、通性嫌気、好気を主とする反応フローを順に完成する。ここで、植物浄化カラム１５で構成された活性水生植物の根域の環境により、土壌浸透法による汚水処理施設は、完全な「土壤−植物−微生物」という生態浄化システムを確立し、特に、発達して集束した水生植物の根系は、直接汚水の浄化プロセスに参加し、土壤浸透濾過と植物根系との相乗作用で、土壌浸透法の汚水処理効果を大きく強化することができ、単位処理量に必要な施設の敷地面積を縮小することができるとともに、窒素とリンの除去効果も明らかに改善されるため、汚水の土壤浸透濾過処理技術の経済性、適用性および有効性を向上させることができる。
【００３７】
図５に示すように、本発明は、関連技術における土壤浸透濾過池に存在する調節に不利で、使用しにくく、普及と適用が限られている技術的課題を解決する汚水処理システムを更に提供する。上記汚水処理装置１を含み、汚水処理装置１の数は、実際の汚水処理量に応じて設置することができ、１つであってもよく、複数であってもよい。少なくとも２つの汚水処理装置１は、管路２を介して直列接続および並列接続の少なくとも１つを利用して接続することができる。並列接続の形態は施設の汚水処理能力を増大させることができるが、直列接続の形態は汚水処理効果を向上させることができるため、この形態は比較的強い柔軟性、適用性を有する。
【００３８】
収容体１１の規模は、汚水処理量に応じて設置することができ、１つの大型の収容体１１に対応する数の植物浄化カラム１５を配設し、定格処理量を有する一体化施設を構成してもよく、複数の単一の収容体１１を組み立て、定格汚水処理量を有する１セットの施設を組み合わせて構成してもよい。また、汚水処理の特殊なニーズにより、他の異なる処理プロセスと組み合わせ、複合型汚水処理施設を構成してもよい。
【００３９】
本実施例において、４つの単一の収容体１１を採用し、２つずつ並列接続した後、前後に直列接続する形態で１セットの２段階の汚水処理施設として組み合わせ、それぞれの収容体１１に合計１０個の２列の植物浄化カラム１５が配設され、前処理された汚水は同時に２つの収容体１１の給水管１８に入り、それぞれの収容体１１の出水管１９は、更に次の収容体１１の給水管１８に連結されるため、汚水に対して２回の高次処理を行う。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明の汚水処理装置、処理方法および処理システムは、関連技術における土壌浸透法に存在する敷地面積が大きく、植物根系の生態作用が限られ、窒素とリンの除去効果が悪いという突出した問題を解決する。
【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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