(57)【要約】【課題】活性汚泥処理による二次処理水の処理装置及び方法に関し、ＢＯＤ値を２ｍｇ／ｌ以下、ＳＳを５ｍｇ以下、透視度数ｍ以下にするための処理法の提供。【解決手段】被処理排水を接触部材の存在下に曝気処理する排水処理装置において、被処理水流入口を有する隔壁と処理水排出口を有する隔壁により構成される空間部分は、下部に曝気手段を有し、処理水排出口を有する隔壁に、曝気によって生ずる被処理水の流れに沿って同じ方向に、接触部材が設置されており、この空間部分が並列に連続して設置されている排水処理装置及びこれを利用した方法。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理排水を接触部材の存在下に曝気処理する排水処理装置において、被処理水流入口を有する隔壁と処理水排出口を有する隔壁により構成される空間部分は、下部に曝気手段を有し、処理水排出口を有する隔壁に、曝気によって生ずる被処理水の流れに沿って同じ方向に、接触部材が設置されており、この空間部分が隣接して連続して設置されていることを特徴とする排水処理装置。
【請求項２】
前記接触部材は、板状の基材に、有機性高分子物質からなるフィラメントや繊維状、綿毛繊維状の材料、炭素繊維より選ばれる材料及び無機物質からなるフィラメントや繊維状の材料が層状に固定されているものであることを特徴とする請求項１記載の排水処理装置。
【請求項３】
前記空間部分が隣接して連続して設置されて反応槽を形成し、反応槽が複数設置されていることを特徴とする請求項１記載の排水処理装置。
【請求項４】
被処理排水を接触部材の存在下に曝気処理する排水処理方法において、被処理水流入口を有する隔壁と処理水排出口を有する隔壁により構成される空間部分内で、空間部に流入する被処理水を、空間部下部より供給される曝気によりエアリフトを形成し、処理水排出口を有する隔壁に設けられた接触材が曝気によって生ずる被処理水の流れの方向と同じ方向に、流れに沿って設置され、接触部材と接触させて排水処理を行い、処理後の排水を処理水排出口から排出させ、隣接して連続して同じく設置されている空間部に送り、同じく排水処理を行なうことを特徴とする排水処理方法。
【請求項５】
前記接触部材は、板状の基材に、有機性高分子物質からなるフィラメントや繊維状、綿毛繊維状の材料、炭素繊維より選ばれる材料及び無機物質からなるフィラメントや繊維状の材料が層状に固定されているものであることを特徴とする請求項４記載の排水処理方法。
【請求項６】
前記空間部分が隣接して連続して設置されて反応槽を形成し、反応槽が複数設置されていることを特徴とする請求項４記載の排水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は下水道或いは生活排水、産業排水などの排水処理装置及び排水処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
山地から平野に向かう流域の河川から水を取水し、これを利用して、人間が生活を営み、産業に従事し、活動を行なっていく上で排出される生活排水や工場排水を処理する、排水処理技術は、水質保全上必要不可な技術である。
排水処理技術に対する研究開発は、積極的に行なわれてきており、また、各公共地方団体では、早くからその必要性を理解し、開発された技術を積極的に利用して、河川水等の水質管理の改善に努めてきた。しかしながら、残念なことに、最終的に自然水域に流入する水質の改善に関して、十分な解決をみていない。
現行の排水処理技術では、排水中に含まれる、水より比重の重い有機物等を沈殿させ、又水より軽い夾雑物等をスクリーンなどにより除去する一次処理が行なわれている。この処理では、水に含まれる溶解性物質の除去は行なわれず、そのために二次処理が行なわれる。水に溶解している物質は、有機物質の場合が多く、微生物による処理が用いられる。このうちの代表的な方法が活性汚泥法である。
【０００３】
標準的な活性汚泥法では、空気中の酸素を連続的に供給しながら、活性汚泥（ＭＬＳＳ）と排水が混合される曝気法が採用され、最終沈殿地で沈降性の良好なフロックを形成し、十分な固液分離がなされなければならない。通常、曝気槽に流入するＢＯＤ量と曝気槽内の活性汚泥量との比を、０．２〜０．４ｋｇ−ＢＯＤ／ｋｇ−ＭＬＳＳ・日に維持すると、凝集及び沈降性に優れた活性汚泥フロックが生成されるとともに、良好なＢＯＤ除去が達成される。最終沈殿地で固液分離されて得られる上澄液は消毒されて処理水として放流される。わが国の都市下水の平均的ＢＯＤ濃度は、２００ｍｇ／ｌ程度であり、ＭＬＳＳ濃度を１，５００から２，０００ｍｇ／ｌに維持し、曝気時間を６〜８時間に設定されて運転される標準的活性汚泥法では、ＢＯＤ値は２０〜１０ｍｇ／ｌ程度に浄化される。さらに処理が必要とされる場合には、三次処理が施される。この三次処理には、凝集沈殿、砂ろ過、活性炭吸着、オゾン処理などが行なわれ、これを高度処理と呼んでいる。
【０００４】
高度処理では、凝集処理を添加した被処理水を浸漬型膜分離装置を設けた処理槽に導入し、被処理水を槽内で凝集処理するとともに、槽内に供給されるオゾンを含む曝気空気によって酸化処理を施す方法（特許文献１）があるが、大型のスペースと多額の建設費や維持費を要するものであり、オゾン処理と生物ろ過槽で処理し、膜処理を利用する方法（特許文献２）などがあるが、高エネルギーを必要とする膜処理などの高度処理をおこなうものであり、装置上の経費や薬品代等の維持管理や運転費が高価にならざるをえないものである。
また、酵母槽の処理と活性汚泥処理の２段階処理も行なわれる方法（特許文献３）が、知られているが、大型の装置を２段で構成することは設備建設及び運転経費の点で高価となる。
【０００５】
高度処理には、反応槽を用いて活性汚泥による好気的な処理と嫌気的な処理を行なう処理装置（特許文献４）、活性汚泥処理により生物処理した排水を、膜モジュールを浸漬するとともに、水中に設置した散気装置によりエアリフト上昇流を発生させ、生物反応槽から供給される生物処理水を前記モジュールから吸引ポンプで吸引し、透過水を採水する膜浸漬槽とを備えた生物処理装置（特許文献５）を用いてＳＳやＢＯＤの改善を図っている。又、排水のＳＳを除去した分離水を、少なくとも脱窒菌を固定化した立体的網目状粒状物の固定床と硝化菌を固定化した立体的網目状粒状物の好気性浸漬固定床に通水する方法（特許文献６）、単一槽内で、処理した後、中空粒状体ろ材を充填した充填ろ過床によるＳＳろ過、立体的網目状粒状体ろ材を充填したろ床における好気性生物処理膜を上向流で行なう方法（特許文献７、特許文献８）などが知られている。これらの装置や方法は、有効なものであるが、大規模な処理施設では処理に大きな反応槽を必要とし、反応時間なども流れ系で処理する場合には短時間で行なうことが必要であり、この点で問題を有するものである。
【０００６】
また、従来の活性汚泥処理を行なうにあたり、仕切り板により仕切られた曝気手段を有するチャンバーを利用する方法がある（特許文献９。特許文献１０）。さらに、高度化処理を組み合わせた処理も行なわれている。一端側から被処理水を流入する流入部を有し、他端側に処理水を流出する流出部を有し、流入部から流出部に向けて処理水を流通する処理槽と、この処理槽内に所定間隔をおいて複数配置され、処理槽内を複数の処理室に仕切り、流入部から流出部に向けて流れる処理水を通過させるスクリーンと、処理槽内の被処理水を曝気する曝気手段と、処理槽内の下部に設けられ、沈降する汚泥を貯留する汚泥部とを含み、スクリーンに付着する微生物によって、被処理水を浄化する装置も知られている（特許文献１１）。また、活性汚泥を二つの曝気槽、汚泥分離槽、凝集沈殿槽及び汚泥返送配管により汚泥を返送する装置（特許文献１２）、複数の金属水流送水板を利用するシステム（特許文献１３）、接触酸化装置を前段に、抗菌材を充填した流動床を組み合わせる浄化方法（特許文献１４）などが知られている。これらも、活性汚泥法による大規模施設としての利用には使用することが困難と考えられる。
また、従来の活性汚泥処理法としての十分な処理を期待することができず、十分な処理と制御を意図する総合処理方法（特許文献１５、特許文献１６）などを行なうことができない。
【０００７】
活性汚泥処理法では、自然水域の水質保全を考慮した場合、ＢＯＤ値が前記の２０〜１０ｍｇ／ｌでは十分でなく、また、ＳＳ分が残存し、処理水の透明度の点でも十分ではなく、理想としては十分な三次処理を施して排水することが必要であり、二次処理としての活性汚泥法に続く、効率のよい三次処理方法の開発が必要となっている。
【０００８】
活性汚泥法は、細菌類、真菌類、原生動物や後生動物などの微生物から構成され、これらの中で細菌類や真菌類などの従属栄養微生物は排水中の有機物を分解、資化して、浄化が行なわれる。これらの微生物は、一次捕食者の原生動物によって捕食され、更に二次捕食者である輪虫などの後生動物に受け継がれるという食物連鎖が営まれ、汚水の浄化が行なわれる。活性汚泥法に続く三次処理にあっても、この食物連鎖を大切にする処理方法が必要であると考えら、この微生物の働きを十分に利用した三次処理の開発が必要とされている。
【０００９】
【特許文献１】
特開平７−２３２１９７号公報
【特許文献２】
特開平７−１８５５４６号公報
【特許文献３】
特開平７−１３２２９８号公報
【特許文献４】
特開平６−３２８０９９号公報
【特許文献５】
特開平８−２９９９７９号公報
【特許文献６】
特開平６−４７３９８号公報
【特許文献７】
特開平６−２３３８０号公報
【特許文献８】
特開平６−１７０３９３号公報
【特許文献９】
特開昭６３−８８０９６号公報
【特許文献１０】
特開平１−２４２１９３号公報
【特許文献１１】
特開平９−１５５３９１号公報
【特許文献１２】
特開２００２−２６３６７５号公報
【特許文献１３】
特開２００２−４５８７９号公報
【特許文献１４】
特開平８−１９２１８９号公報
【特許文献１５】
特開２００２−１２６７７９号公報
【特許文献１６】
特開２００２−３３１２８３号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
この発明が解決しようとする課題は、活性汚泥処理による二次処理水の処理に際し、ＢＯＤ値を２ｍｇ／ｌ以下、ＳＳを５ｍｇ以下、透視度数ｍ以下にするための、活性汚泥の特性を利用した効率よい処理法を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
活性汚泥処理により二次処理を行なった被処理水に関し、種々の検討を行い、以下の処理方法を行なうことにより良好な結果が得られることを見出した。
従来、被処理水を接触部材と接触させる場合には、接触部材を充填している固定床に被処理水を導入して処理を行なってきた。この方法は、被処理水を処理するうえで有効な処理方法であるが、従属栄養細菌群を中心とする微生物群が一次捕食者の原生動物によって捕食され、更に二次捕食者である輪虫などの後生動物に受け継がれるという食物連鎖が営まれることによる、汚水の浄化としては、ＳＲＴ（Ｓｏｌｉｄｓ  Ｒｅｔｅｎｔｉｏｎ  Ｔｉｍｅ）を余程大きくしない限り十分な処理を行なうことはできない。
一方、固着性生物処理法でも、接触部材貫流通過型処理方式では微生物による被処理水の浄化を期待することができないものと考えられる。すなわち、接触部材中を貫流するように被処理水を流すため相当の流速及び圧力を維持しなければならず、接触部材の表面では処理のために十分な接触時間を確保することができず、結果的に微生物は接触部材の表面では繁殖することが困難な状態となり、微生物の能力を十分には発揮できないものと考えられる。
【００１２】
そこで、被処理水を接触部材と接触させる時には、十分な好気的条件下において従属栄養細菌を主体とする微生物による食物連鎖機構を発展、進行させて、微生物がその能力を十分に発揮できる環境を確立することが必要であると考えた。そこで、被処理水の流れの方向を、設置されている接触部材に沿って流れるようにし、接触部材における上では、従属栄養細菌を主体とする微生物が繁殖しやすい状況を作り出すために、できるだけ有効空間が大きいものとすることが効率的であることを考慮し、この方法を行なうことができる装置を考え、その装置により被処理水を処理すると、被処理水の処理を十分に行なうことができることを見いだした。
【００１３】
具体的な装置としては、以下のとおりのものである。
被処理排水を接触部材の存在下に曝気処理するに際し、被処理水流入口を有する隔壁と処理水排出口を有する隔壁により構成される空間部分が、底部に曝気手段を有し、接触部材が曝気によって生ずる被処理水の流れの方向と同じ方向での流れに沿って設置されているものである。
そして、この空間部分が並列に複数設置されており、被処理水は、順次、空間部分を流れ、同様に処理が進められる。そして、処理が十分に進められた空間部分から清浄化された被処理水を取り出すことができる。
また、前記被処理水の接触部材よる処理については、被処理水は曝気により形成されるエアリフトにより上昇する流れによって行なわれるものであり、被処理水は、上昇流・上部水平流・下降流・下部水平流と循環する間に接触部材上の微生物と接触しながら処理が行なわれる。この際に、接触部材は流れに沿って設置されており、接触部材は空間部分を十分に有するものであるから、空気の存在下に被処理水と十分な接触時間をとることができる。
その結果、微生物の食物連鎖を伴った排水中の有機物の浄化が行なわれことができるものと考えられ、十分な処理が可能となるものである。
【００１４】
この知見に基づいて本発明を完成させた。本発明によれば、以下の発明が提供される。
（１）被処理排水を接触部材の存在下に曝気処理する排水処理装置において、被処理水流入口を有する隔壁と処理水排出口を有する隔壁により構成される空間部分は、下部に曝気手段を有し、処理水排出口を有する隔壁に、曝気によって生ずる被処理水の流れに沿って同じ方向に、接触部材が設置されており、この空間部分が隣接して連続して設置されていることを特徴とする排水処理装置。
（２）前記接触部材は、板状の基材に、有機性高分子物質からなるフィラメントや繊維状、綿毛繊維状の材料、炭素繊維より選ばれる材料及び無機物質からなるフィラメントや繊維状の材料が層状に固定されているものであることを特徴とする（１）記載の排水処理装置。
（３）前記空間部分が隣接して連続して設置されて反応槽を形成し、反応槽が複数設置されていることを特徴とする（１）記載の排水処理装置。
（４）被処理排水を接触部材の存在下に曝気処理する排水処理方法において、被処理水流入口を有する隔壁と処理水排出口を有する隔壁により構成される空間部分内で、空間部に流入する被処理水を、空間部下部より供給される曝気によりエアリフトを形成し、処理水排出口を有する隔壁に設けられた接触材が曝気によって生ずる被処理水の流れの方向と同じ方向に、流れに沿って設置され、接触部材と接触させて排水処理を行い、処理後の排水を処理水排出口から排出させ、隣接して連続して同じく設置されている空間部に送り、同じく排水処理を行なうことを特徴とする排水処理方法。
（５）前記接触部材は、板状の基材に、有機性高分子物質からなるフィラメントや繊維状、綿毛繊維状の材料、炭素繊維より選ばれる材料及び無機物質からなるフィラメントや繊維状の材料が層状に固定されているものであることを特徴とする（４）記載の排水処理方法。
（６）前記空間部分が隣接して連続して設置されて反応槽を形成し、反応槽が複数設置されていることを特徴とする（４）記載の排水処理方法。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の装置及び方法について、図１乃至図３を用いて説明する。
図１は、排水処理装置の被処理水流入口を有する隔壁と処理水排出口を有する隔壁により構成される空間部分装置の全体図であり、図２及び３は、断面図（図２は、図１のＡ−Ａ’方向、図３は図２のＢ−Ｂ’方向）、及び図４及び５は被処理水の流れを示す図である。
また、図６は、実験装置の全体図、図７は、実験装置の正面図、平面図及び横断図である。
【００１６】
本発明の処理の対象となる被処理水は、活性汚泥処理法により処理された水であり、一般的には、ＢＯＤ値が前記の１０ｍｇ／ｌ程度のもの場合によっては、それ以下のものである。また、ＳＳ分が多く残り、透明度も十分でないものが対象となる。ＣＯＤ値は、１０ｍｇ／ｌ程度であっても十分に対応することができる。
【００１７】
被処理排水は、ポンプにより、処理装置に供給される。供給される空間部分（５）は、被処理水流入口（１）を有する隔壁（３）と処理水排出口（２）を有する隔壁（４）により構成される。空間部（５）が、直列に並べられており、これらがいくつか集合した状態で反応槽（９）が形成される（図１の場合には、３つの空間部から１つの反応槽が形成されている。）。空間部を、いくつにするかは、適宜決定することができる。場合によっては、槽を設けることなく、空間部のみを直列でいくつも並べることができる。
隔壁（３、４）は、コンクリートなどの無機系化合物からなる板、耐腐食性の金属板或いは有機高分子化合物からなる樹脂の板などの中から適宜選択して設置される。板状物の設置に際しては、ガイドなどを設けて取り替え可能にすることができる。隔壁の底部は隣接する空間部分に対して被処理水が流入したり、排出したりすることができるように底部の間に空間を設けて設置することができる。場合によっては空間部をなくして、隣接する空間部と被処理水の流入や流出がないようにすることもできる。
空間部分の底部には、空気送気管（８）が設置されており、曝気手段（６）を有している。
曝気手段は、空気を圧送するブロアとブロアから供給される圧縮空気を送気管から、水中で気泡として空気を発生させる散気口（６）から構成される。散気口には、パイプに供給口を設けたもの、散気手段を設けて、散気部分を介してる空気を供給するもの、ディスクフューザを設けたものなどの各種のものが用いられる。これらは各々空間部分毎に設置することもできるし、各々空間部分に共通で設置することもできる。
曝気することにより処理水に空気を供給すると共に、供給された空気は空気チューブを形成し、空間部内に処理水の上昇流となるエアリフトを形成することができる（空気の流れについては後で述べる。）。
曝気量は、被処理水の状況に応じて適宜変化させることができる。通常の活性汚泥処理では、処理水あたり３倍から７倍程度（体積比）の空気が供給される。曝気手段の下部には底部が設けられている。底部は、沈殿物を一方に集積させるなどの目的のために傾斜して設置される。中央部に向かって底が深くするようにすることができるし、また、片方に向かって傾斜させることもできる。いずれも深い部分に沈殿物を沈積させ、これを集めて回収するようにすることができる。
【００１８】
処理水排出口を有する隔壁（４）には、接触部材（７）が固定されている。
接触部材（７）は、有機性高分子物質、無機系高分子物質からなるフィラメント、繊維、綿毛状繊維、或いは炭素繊維などの繊維が、板状又は平面状の基材（支持部材）に固定されている。支持部材は、空間部の一方の隔壁を形成している。フィラメントや繊維の太さは適宜選択することができる。
合成樹脂のフィラメントを用いる場合には、フィラメントをそのまま支持板に固定して用いることができる。また、このフィラメントから繊維を製造し、これを支持板に固定することもできる。そして、繊維には、芯材をいれておくこともできる。繊維によりネット状に網目を形成し、このネットを支持板に固定することもできる。
フィラメントや繊維を固定することにより形成され層の形態は、複数のフィラメント、繊維、綿毛状繊維、或いは炭素繊維などの繊維がループを形成した状態で固定することもできるし、綿状にしたものを層として固定することもできるし、これらが絡まった状態としたものを固定することができる。
固定方法には、埋め込み、針金、板などの固定手段による固定、接着剤による固定、溶着など各種の固定手段が適宜選択される。
フィラメント、繊維又はネットにより、かさ高の層を形成する。このかさ高の層は空間が多いものが有効である。
かさ高の層には、表面に活性汚泥が付着し、曝気された状態で、その表面で好気処理が行なわれる。処理に際して、用いられる合成樹脂には、塩化ビニル、塩化ビニリデン、ポリエステル、ポリアミド、ポリビニルアルコール、ポリエチレン、アクリル、メタクリル、スチレンなどが用いられる。炭素繊維、ガラス繊維、アルミナ繊維、チタン酸カリウム、炭化珪素などの無機系の繊維も用いることができる。
支持板には合成樹脂の織物や板、無機系の板状体、コンクリート製の板、或いは隔壁などにこれらの繊維を直接に植え付けて接着することもできる。この支持板は隣の空間を隔てる隔壁の役割を果たしている。
層の高さ（厚み）及び層の面積を、どの程度にするかは、被処理水の量により変化させることができる。層の高さは、補処理水との接触の状態を決めことになるので、十分に接触させようととすると、ある程度の高さを決めて十分に被処理水と接触させるようにすることが必要である。また、層の面積も被処理水との接触を保ち、十分な処理を行う上で、十分な面積にすることが必要である。
接触部材は処理水と接触するために、内部に空間（隙間）を有することが必要である。接触部材は、フィラメントや繊維により形成されているので、補処理水は自由にその内部に入り込むことができる。これは川底の植物のように流れに従って、揺れ動くこともできる。
接触部材の中の空間が占める割合を空隙率と言う。空隙率は、接触部材の体積全体が、有機性高分子物質又は無機系高分子物質で構成されると仮定して算出される重量に対する、実際に接触部材を構成するための有機性高分子物質又は無機系高分子物質の重量として定義される。
空隙率の割合は、９９から８５％、好ましくは９９から９０％程度である。
本発明の実施例で使用した接触部材については、以下の通りである。
接触部材は、綿毛状プラスティック（ポリエステル繊維）である。
接触部材の形状及び厚さは、厚さ１ｃｍで、重量が１２．２ｇであり、面積は、幅２１ｃｍ×高さ４１ｃｍである。
これらのについて空隙率を計算すると、９８．５％となる。
【００１９】
複数の空間部（５）を形成させたものを、一つの反応槽（９）中に入れて、反応槽を形成する。反応槽には被処理水の流入口と排出口が設けられているが、これらの口以外には相互に処理水が流入したり、排出したりすることによる連絡部分は設けられていない。
【００２０】
処理水と曝気により形成される上昇流、エアリフトによる流れにより、接触部材と接触して、水処理が行われる。このような接触部材による具体的な作用・効果は、以下の通りである。
本発明の接触部材は前記の構造をしており、空間部を有するものであるから、被処理水と空気が接触部材の空間部内で十分に接触する構造をしている。
そのため従属栄養細菌を主体とする微生物群（原生動物、下級後生動物）もこの空間部に生活することができ、かつ、綿毛状プラスティック繊維そのものにも微生物群は付着可能であることから、被処理水中の残存溶解性有機物質を極めて有効に微生物群に接触させることができる。
また、微生物群が付着可能な綿毛状プラスティック繊維そのものと被処理水との接触や、微生物群の居住空間である綿毛状繊維の空間を被処理水が通過することによっても、被処理水中の溶解性有機物は極めて有効に微生物群と接触し有効な処理がなされていくものである。
したがって、接触部材を使用しない場合（換言すれば、単に、空間部が隔壁のみで形成されている場合）、接触部材が密な状態であり、処理水が接触部材の内部に入り込みにくい場合では、本発明の場合のような微生物の積極的な作用は期待できないので、水処理は促進されない結果となる。
微生物による積極的な作用は、一定処理操作の後の接触部材を引き上げたときの状態を観察することにより、理解することができる。
【００２１】
曝気手段（６）は、空気を圧送するブロアとブロアから供給される圧縮空気を空気送気管（８）、水中で気泡の形で空気を発生させる散気管から構成される。散気方式には、パイプに供給口を設けたもの、散気部分を設けて供給するもの、ディスクフューザを設けたものなどの各種のものが用いられる。これらは各々空間部分毎に設置することもできるし、各々空間部分に共通で設置することもできる。
曝気することにより処理水に空気を供給すると共に、供給された空気は空気チューブを形成し、空間部内に処理水の上昇流、エアリフトを形成することができる。
曝気量は、被処理水の状況に応じて適宜変化させることができる。通常の活性汚泥処理では、処理水あたり３倍から７倍程度（体積比）の空気が供給される。
【００２２】
図４及び図５により被処理水の空間部内の流れを説明する。
被処理水（ａ）は、被処理水流入口（１）から空間部分（５）に供給される。被処理水により満たされている空間部分（５）には、曝気手段（６）により空気が供給される。
この状態で流入する被処理水は、空間部を下降する下降水流を形成し［２］（中括弧及びその中の数字は数字を丸で囲んだもの、即ち［２］は▲２▼を意味する。以下同じ）、やがて空間部下部の底部付近に達し［３］、下部水平流を形成し［４］、次に上昇流を形成し［５］、上部に達すると上部水平流を形成し［６］、やがて、再びやや進行した状態で、空間部を下降する下降流を形成し［７］、やがて空間部下部の底部付近に達し［８］、下部水平流を形成し［９］、次に上昇流を形成し［１０］、上部に達すると上部水平流を形成し［１１］、やがて、再びやや進行した状態で、空間部を形成する下降する下降水流を形成し［１２］、やがて空間部下部の底部付近に達し［１３］、下部水平流を形成し［１４］、次に上昇流を形成し［１５］、上部に達すると上部水平流を形成し［１６］、このような循環をくり返しながら、空間部で処理された被処理水は、処理水排出口（２）から排出され、次の空間部に供給される。ここでも、同様な処理を繰り返す。
空間部で被処理水の流れは二方向から構成される。一つは、前記のように循環流れである（Ｙ方向）。もう一つは循環しながらわずかに前進する流れである（Ｘ方向）。被処理水が進行することを表している。
被処理水は、上昇流（［５］、［１０］、［１５］）・上部水平流（［６］、［１１］、［１６］）・下降流（［２］、［７］、［１２］）・下部水平流（［４］、［９］、［１４］）を形成する。その間に水処理が行われ、空間部分を循環する。そして、この中でも、処理の中で、供給される空気によるエアリフトの流れによって形成される被処理水による上昇流、及び下降流による流れは、接触部材上で、空気の存在下に微生物の作用を受けるので、処理は促進される。
空間部分を循環しつつ被処理水は、その一部が、処理水排出口（２）を経て、次の空間部分の被処理水流入口（１）から次の空間部分に被処理水として供給される。そして、隣の空間部分においても、前記と同様な処理操作が繰り返される。
本発明の実施例では、上昇流・上部水平流・下降流・下部水平流（Ｙ方向の流れ）を形成する流速は、２０〜３０ｃｍ／秒の範囲で行った。また、空間部から隣の空間部に流れ（Ｘ方向の流れ）の流速は、０．０２ｃｍ／秒程度の値であることを確認している。
これらの値は、処理水の滞留時間、処理時間を決定する値となるが、処理装置の規模に応じて、また、処理水の状態、水温や気温などの水処理に与える影響などを考慮して適宜変更することができる。
形成される空間部分は、各々隔壁の底部において相互に被処理水が流れ込む場合について説明したが、場合によっては閉鎖されていてもよい。
空間部分は、通常並列に幾つかが並べられている。これらが幾つかの空間部分となって、一つの槽を形成するようにしてもよい。このような槽を幾つか並列に並べることにより処理装置を構成することもできる。空間部分を並列に幾つも設置することでも差し支えない。
空間部分の底部は、平らであってもよいし、傾斜を持たせた斜めのものでもよい。中央部が深くなっており、その両側が傾斜を有するように形成することもできる。傾斜を持たせることにより底部に、汚泥などの沈殿物を集めることができるので、沈殿物を排出を容易に行なうことができる。
空間部分の上部分は、開放されていてもよいし、閉鎖されていてもよい。
【００２３】
本発明による処理後の被処理水は、一般的には、被処理水の状態にもよるが、ＢＯＤ値が前記の１０ｍｇ／ｌ程度の被処理水を処理した場合に２ｍｇ／ｌ以下にすることができる。さらに、ＳＳ分が５ｍｇ／ｌのものは１ｍｇ／ｌ以下とすることができる。透視度は１ｍ程度から３〜４ｍ程度（透視度計は最大１ｍなので推定値）とすることができる。ＣＯＤ値は、１０ｍｇ／ｌの程度のものを６ｍｇ／ｌ程度とすることができる。処理時間は、気温、処理量、施設規模によるが、２．５時間程度で処理することができる。
被処理水の流速は、適宜設定することができる。一般的には、２０ｃｍ／秒〜３０ｃｍ／秒程度である。
【００２４】
【実施例】
以下に実施例により、本発明の内容を説明する。
本発明は、この実施例に限定されるものではない。
【００２５】
実施例
条件
有効容量１７７ｌの反応槽を２系列準備した（図１）。
第１系列は、流入水量Ｑ＝７０．６  ｌ／時、滞留時間  ２．５時間、流速２５ｃｍ／秒
水温：２３〜２５℃
曝気量：５０  ｌ／分
接触部材の構成：１枚の面積８６１ｃｍ２、４（空間部分）／１反応槽とし、合計で５槽を設置した。
接触部材：ポリエステル綿毛状：空隙率９８．５％
重量：１２．２  ｇ／接触部材、
層の厚さ：１ｃｍ、
支持板の材料：３ｍｍ厚保透明硬質塩化ビニール板
第２系列は、流入水量Ｑ＝３５．３  ｌ／時、滞留時間５．０時間、流速２５ｃｍ／秒
水温：２３〜２５℃
曝気量：５０  ｌ／分
接触部材の構成：１枚の面積８６１ｃｍ２、４（空間部分）／１反応槽、合計で反応槽として５槽を設置した。
接触部材：ポリエステル綿毛状：空隙率９８．５％
重量：１２．２ｇ／毎、
層の厚さ：１ｃｍ、
支持板の材料：３ｍｍ厚保透明硬質塩化ビニール板
処理期間  いずれも２ヶ月
【００２６】
結果は以下のとおりである。
図８は、ＢＯＤの、図９は、ＳＳの、第１系列の結果である。
図１０は、ＢＯＤの、図１１は、ＳＳの、第２系列の結果である。
ＢＯＤ、ＳＳの経日変化に見られるように第１系列の滞留時間２．５時間、第２系列の滞留時間５．０時間の処理状況に関しては、第２系列の滞留時間５．０時間の第２槽あたりの処理水が若干安定している程度であって、第３槽以降の処理水では、滞留時間２．５時間も滞留時間５時間でも大きな差は見られない。従って、本高度処理装置では、第１系列の滞留時間２．５時間で十分である。
以降については第１系列の滞留時間２．５時間の処理データを中心に考察する。
図８  滞留時間２．５時間第１系列  流入水のＢＯＤ最大１０．３ｍｇ／ｌ、最小１．６ｍｇ／ｌ、平均約６ｍｇ／ｌ、に対し、流出水のＢＯＤ最大２．８ｍｇ／ｌ、最小０．１ｍｇ／ｌ、平均約０．６ｍｇ／ｌの良好な結果を得ている。
処理場での下水処理の状況が良好なため流入水のＢＯＤが平均６ｍｇ／ｌであるので、処理水平均ＢＯＤ約０．６ｍｇ／ｌに対し約９０％の除去率である。
流入水のＢＯＤが２０ｍｇ／ｌであっても、目標であるＢＯＤ２ｍｇ／ｌ以下の処理水は得られると考えられる。
図９は、滞留時間２．５時間第１系列  ＳＳについては９月の約一ヶ月間は流入水のＳＳ最大５ｍｇ／ｌ、最小２ｍｇ／ｌ、平均約３ｍｇ／ｌ、に対し、流出水のＳＳ最大２ｍｇ／ｌ、最小０．３ｍｇ／ｌ、平均約１ｍｇ／ｌの良好な結果を得た。
１０月に入って流入水ＳＳがＳＳ最大１４ｍｇ／ｌ、最小４．５ｍｇ／ｌ、平均約８ｍｇ／ｌ若干高くなっている。処理水ＳＳも高くなっているが、これは付着生物のうち、一部の下等後生動物の抜け殻や甲殻類の発生による固形分の浮遊によるものであると考えられるが、接触部材の工夫や沈殿池等の増設により対応可能であると考えれる。
図１０は、第２系列滞留時間５．０時間の流入水及び処理水のＢＯＤ、及び図１１は、第２系列滞留時間５．０時間の流入水及び処理水のＳＳである。前記で記述しているように、第３槽以降の処理水では、滞留時間２．５時間も滞留時間５時間でも大きな差は見られない。
図１２、及び図１３は、滞留時間２．５時間、第１系列ＢＯＤの槽内変化を示している。９月１２日のデータでは、流入水ＢＯＤ３．１１ｍｇ／ｌが接触流下につれて除去され０．０９ｍｇ／ｌとなって流出し、約９７％の極めて良好な除去がなされている。また９月３０日のデータでは、流入水ＢＯＤ７．８ｍｇ／ｌが接触流下につれて除去され０．７９ｍｇ／ｌとなって流出し、約９０％の良好な除去がなされている。
図１４、図１５は、滞留時間５．０時間第２系列ＢＯＤの槽内変化を示している。前記しているように、第３槽以降の処理水では、滞留時間２．５時間も滞留時間５時間でも大きな差は見られない。
図１６、図１７は、滞留時間２．５時間第１系列のＳＳの槽内変化を示している。
９月１２日のデータでは、流入水ＳＳ２．７ｍｇ／ｌが接触流下につれて除去され０．７５ｍｇ／ｌとなって流出し、約７２％の除去がなされている。また９月１６日のデータでは、流入水ＢＯＤ２．５ｍｇ／ｌが接触流下につれて除去され０．８５ｍｇ／ｌとなって流出し、約６６％のな除去がなされている。第１槽で３．６５ｍｇ／ｌと一度上昇しているのは、第１槽での採水時に付着汚泥が剥離したことによるものと考えられる。
なお、透視度に関しては、流入水透視度が７０〜９０ｃｍであるのに対し、流出水は１０月４日まで３ｍから４ｍ以上（透視時計は１ｍが限界のため推定値）であり、極めて清澄な処理水が得られている。
１０月６日以降は付着生物のうち、一部の下等後生動物の抜け殻や甲殻類の発生による固形分の浮遊によるものがあり、流出水透視度は一時的に１ｍをきっている。
図１８、図１９は、滞留時間２．５時間第１系列のアンモニア性窒素および硝酸性窒素の槽内変化を示している。約１ヶ月にわたる実下水処理場での運転では極めて安定した処理が行われ、目標値を達成し、さらにアンモニア性窒素の硝化も進行している。すなわち、１０月２４日のデータでは、５．４ｍｇ／ｌのアンモニア性窒素が第３槽で殆ど硝化され、アンモニア性窒素は殆ど残存していない。同日の硝酸性窒素はアンモニア性窒素の硝化により亜硝酸性窒素を経て硝酸性窒素に硝化されていることが分かる。
図２０、図２１は、滞留時間２．５時間第１系列の１０月２６日のアンモニア性窒素および硝酸性窒素の槽内変化を示している。
１０月２６日のデータでは、６．４６ｍｇ／ｌのアンモニア性窒素が第２槽で殆ど硝化され、アンモニア性窒素は殆ど残存していない。同日の硝酸性窒素はアンモニア性窒素の硝化により亜硝酸性窒素を経て順調に硝酸性窒素に硝化されていることが分かる。
なお、浄化センターでは処理状況がきわめて良好なため、活性汚泥エアレーションタンク内ですでに一部硝化が進んでおり、そのため最終沈殿池上澄み水である本装置への流入水が一部硝酸性窒素８ｍｇ／ｌ程度の検出が見られているものである。
【００２７】
実施例のまとめ
（１）接触槽は５段の独立水槽で構成されて、被処理水は各水槽を押し出し流れ的に流下し、ＢＯＤ、ＳＳ、アンモニア性窒素等が滞留時間２．５時間で順調に処理を受けていることがわかる。
（２）各水槽には、好気性細菌群や原生動物、後生動物が付着増殖可能な接触材４枚が１０ｃｍ間隔で抜き差し交換可能な状態で固定されているが、第３槽まででＢＯＤ、ＳＳ、硝化等の有効な生物処理はほぼ完了することが判明した。
（３）処理装置は極めて単純な構成であり、社会資本としての第１義的基本要件を満たすとともに、有効に処理している。
（４）接触材はプラスティック繊維綿毛布団状であり、固定枠に固着され、脱着可能な状態でセットされていて、処理状況に応じて柔軟に対応でき、極めて有効であることが分かった。
（５）接触材は取り外しが可能であり、極端に生物膜が肥厚し、生物膜内部が嫌気的となったり、処理機能が低下した場合には、当該接触材を外して汚泥処理を行なって更新したり、交換したりして処理機能の回復を図ることができる。
（６）各水槽には、気泡曝気による被処理水の流下方向に直角な接触面に沿う旋回流れが生じ、接触面に非常にソフトに接触し、水塊は有効に処理を受けていることが分かった。
（７）河川等の自浄作用をコンパクトに装置内で再現する処理法であり、自然の原理に沿うものであって、無理なく有機物の処理を行うことができることがわかった。
（８）被処理水中の残存有機物は接触材に自然派生的に生育する好気性細菌により吸着酸化され、一部は細菌体に変化し、さらに細菌は原生動物、後生動物に捕食されることにより食物連鎖機構が確立され、汚泥の発生が抑制されていることが分かった。
（９）接触材に付着する固着性生物処理法であることからＳＲＴ（ＳｏｌｉｄｓＲｅｔｅｎｔｉｏｎ  Ｔｉｍｅ）が大きく、比増殖速度の小さな硝化細菌や原生動物、後生動物も存在でき、有機物除去に寄与していることがわかった。但し、時期的には羽化性の昆虫が発生することが分かった。
（１０）被処理水中の残存ＳＳもしくは細菌体に変化し、さらに原生動物、後生動物の形となったＳＳは接触材に吸着され、被処理水から除去されることが確認された。
（１１）被処理水中の有機物濃度が処理の進行によって低下すると、アルカリ度の可能範囲で、滞留時間２．５時間の条件下で第３槽あたりまででアンモニア性窒素の硝化が極めて有効に進行することが確認された。
【００２８】
【発明の効果】
本発明の排水処理装置及び排水処理方法によれば、活性汚泥処理による二次処理水の処理に際し、微生物の働きを十分に利用して、ＢＯＤ値を２ｍｇ／ｌ以下、ＳＳを５ｍｇ以下、透視度数ｍ以下にすることができる。この処理装置や処理方法は建設・維持費も問題が無く、安定に長期運転ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】排水処理装置の被処理水流入口を有する隔壁と処理水排出口を有する隔壁により構成される空間部分装置の全体図。
【図２】図２は、図１の断面図（図１のＡ−Ａ方向）である。
【図３】図３は、断面図（図１のＢ−Ｂ方向）である。
【図４】被処理水の流れを示す図である。
【図５】被処理水の流れを示す図である。
【図６】本発明の実施例の全体図である。
【図７】本発明の実施例の正面図、平面図、横断図である。
【図８】第１系列のＢＯＤの測定結果である。
【図９】第１系列のＳＳの測定結果である。
【図１０】第２系列のＢＯＤの測定結果である。
【図１１】第２系列のＳＳの測定結果である。
【図１２】９月１２日の滞留時間２．５時間、第１系列ＢＯＤの槽内変化を示す図である。
【図１３】９月３０日の滞留時間２．５時間、第１系列ＢＯＤの槽内変化を示す図である。
【図１４】９月１２日の滞留時間５時間、第１系列ＢＯＤの槽内変化を示す図である。
【図１５】９月３０日の滞留時間５時間、第１系列ＢＯＤの槽内変化を示す図である。
【図１６】９月１２日の滞留時間２．５時間、第１系列ＳＳの槽内変化を示す図である
【図１７】９月１６日の滞留時間２．５時間、第１系列ＳＳの槽内変化を示す図である。
【図１８】１０月２４日の滞留時間２．５時間、第１系列のアンモニア性窒素の槽内変化を示す図である。
【図１９】１０月２４日の滞留時間２．５時間、第１系列の硝酸性窒素の槽内変化を示す図である。
【図２０】１０月２６日の滞留時間２．５時間、第１系列のアンモニア性窒素の槽内変化を示す図である。
【図２１】１０月２６日の滞留時間２．５時間、第１系列の硝酸性窒素の槽内変化を示す図である。
【符号の説明】
１    被処理水流入口
２    処理水排出口
３    隔壁
４    隔壁
５    空間部分
６    曝気手段
７    接触部材
８    空気送気管
９    反応槽
【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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【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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【図２０】
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【図２１】
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