(57)【要約】【課題】生物濾過処理槽を有する浄化槽において、生物濾過処理の効率、および担体の洗浄効率を一層向上するのに好適な技術を提供する。【解決手段】被処理水１０７ａを好気性処理する生物処理槽１０７を有する浄化槽であって、生物処理槽１０７は、好気性微生物が付着した多数の粒状の担体１３１が被処理水１０７ａ上方側に浮上して形成される生物処理領域１３７ｂを介して被処理水１０７ａに対する好気性処理を遂行し、担体１３１の浮上方向と逆方向に逆方向流を供給し、これによって生物処理領域１３７ｂを形成する各担体１３１を被処理水１０７ａ内に拡散し、担体１３１を洗浄可能に構成する。【選択図】　　図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理水を好気性処理する生物処理槽を有する浄化槽であって、前記生物処理槽は、好気性微生物が付着した多数の粒状の担体が前記被処理水上方側に浮上して形成される生物処理領域を介して前記被処理水に対する好気性処理を遂行し、
前記担体の浮上方向と逆方向に逆方向流を供給して前記生物処理領域を形成する前記各担体を前記被処理水内に拡散し、これによって当該担体を洗浄可能に構成したことを特徴とする浄化槽。
【請求項２】
請求項１に記載の浄化槽であって、前記生物処理領域に対し、前記担体の浮上方向と逆方向にエア流を供給することによって好気性処理を遂行するとともに、当該エア流の流量を好気性処理時よりも増大することによって前記担体を前記被処理水内に拡散し当該担体を洗浄することを特徴とする浄化槽。
【請求項３】
請求項１または２に記載の浄化槽であって、前記生物処理槽内には縦方向へ旋回する旋回流が形成され、当該旋回流のうちの下向流部分を利用して、前記生物処理領域を形成する担体を前記被処理水内に拡散し洗浄することを特徴とする浄化槽。
【請求項４】
請求項３に記載の浄化槽であって、
前記生物処理槽内には縦方向に延在する区画部材によって複数の領域に区画されるとともに、前記旋回流は当該複数の領域間に跨って縦方向に旋回するよう構成され、
前記生物処理領域は、前記複数の領域のうち少なくとも前記旋回流の下向流が流通される領域内において、前記多数の担体が被処理水上方側に浮上して形成されることを特徴とする浄化槽。
【請求項５】
請求項３から４までのいずれかに記載の浄化槽であって、前記旋回流は、生物処理槽内を縦方向へ旋回するエア旋回流によって規定され、当該エア旋回流によって前記生物処理領域における被処理水の好気性処理を遂行するとともに、当該エア旋回流の流量を好気性処理時よりも増大することによって前記担体を前記被処理水内に拡散し当該担体を洗浄することを特徴とする浄化槽。
【請求項６】
請求項１から５までのいずれかに記載の浄化槽であって、前記生物処理槽よりも上流側の処理槽を有し、前記担体の洗浄時において、前記生物処理領域の下部側から担体洗浄水を引き抜いて、前記上流側処理槽に移送することを特徴とする浄化槽。
【請求項７】
被処理水を好気性処理する生物処理槽を有するとともに、当該生物処理槽において、好気性微生物が付着した多数の粒状の担体が被処理水上方側に浮上して形成される生物処理領域を介して前記被処理水に対する好気性処理を遂行する浄化槽の使用方法であって、
前記担体の浮上方向と逆方向に水流を供給して前記生物処理領域を形成する前記各担体を前記被処理水内に拡散し、これによって当該担体を洗浄するステップを有することを特徴とする浄化槽の使用方法。
【請求項８】
被処理水を好気性処理する生物処理槽を有する浄化槽であって、
前記生物処理槽は、好気性微生物が付着した多数の粒状の担体が前記被処理水上方側に浮上して形成される生物処理領域を介して前記被処理水に対する好気性処理を遂行する第１の処理モードと、
前記生物処理領域に下向流を供給し、前記生物処理領域を形成する前記担体の全部または一部が前記被処理水内に拡散した状態で前記被処理水に対する好気性処理を遂行する第２の処理モードとの間で切り替え可能とされていることを特徴とする浄化槽。
【請求項９】
請求項８に記載の浄化槽であって、前記生物処理槽には、前記下向流の流量を前記第２の処理モードよりも増大することによって前記生物処理領域を形成する前記担体を被処理水内に拡散し、これによって当該担体を洗浄する第３の処理モードがさらに設定されていることを特徴とする浄化槽。
【請求項１０】
被処理水を好気性処理する生物処理槽を有する浄化槽の使用方法であって、
前記生物処理槽において、好気性微生物が付着した多数の粒状の担体が前記被処理水上方側に浮上して形成される生物処理領域を介して前記被処理水に対する好気性処理を遂行する第１の処理ステップと、
前記生物処理領域に下向流を供給し、前記生物処理領域を形成する前記担体の全部または一部が前記被処理水内に拡散した状態で前記被処理水に対する好気性処理を遂行する第２の処理ステップとを有することを特徴とする浄化槽の使用方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は生物処理槽を有する浄化槽の構築技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
生物処理槽を有する浄化槽の構築技術の一例が、特開２００１−２５９６７４号に開示されている。これによれば、担体を用いた汚水の処理効率および逆洗効率双方を向上するべく、生物処理領域と濾過処理領域とを並列的に配置構成し、生物処理領域内の散気上向流によって処理水が当該生物処理領域から隣接する濾過処理領域へ旋回流を形成しつつ移動可能に構成され、しかも当該旋回流を介して、濾過処理領域内の担体を生物処理領域へ暫時移送することにより、各処理領域における担体充填量を変化させる技術が開示されている。
【０００３】
この開示技術では、通常運転時に、生物処理領域の担体充填量を相対的に増加させることで生物処理効率を向上する一方、濾過処理領域の担体充填量を相対的に減少させることで、逆洗時の濾過処理領域の洗浄効率を向上することが可能とされるが、さらに被処理水に対する担体の挙動特性を当該担体の比重等も参照しつつ考察し、さらに逆洗時における水流の効率的利用についても考察しつつ、一層合理的な生物処理槽の構成を探求する要請がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、生物処理槽を有する浄化槽において、生物処理領域の合理的構築、および担体洗浄時の洗浄効率向上に資する技術を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するため、各請求項記載の発明が構成される。請求項１に記載の発明によれば、被処理水を好気性処理する生物処理槽を有する浄化槽が構成される。この生物処理槽は、好気性微生物が付着した多数の粒状の担体が被処理水上方側に浮上して形成される生物処理領域を介して、当該被処理水に対する好気性処理（酸化処理の一種であり、散気処理とも称呼される）を遂行する。本発明では担体の浮上を利用して生物処理領域が形成可能であれば足り、担体の浮力が作用する方向（鉛直上方）と、実際に担体が浮上する方向とが一致する必要はない。なお本発明に係る浄化槽は、屎尿、浴室排水、雨水等といった汚濁物質濃度の高低を問わず各種被処理水を処理可能な汚水処理装置を広く包含するものとする。
【０００６】
多数の粒状担体が被処理水上方側に浮上して生物処理領域を形成するには、典型的には当該担体の比重を被処理水の比重よりも小さくするのが好ましい。あるいは下方から上向流を供給することで担体が被処理水内を浮上するように構成してもよい。後者の場合には、担体の比重を被処理水の比重と同等あるいは概ね前後する程度に設定してもよい。また生物処理領域を介して被処理水に対する好気性処理を遂行するには、担体に付着した好気性微生物に適宜エア流を供給するのが好ましい。エア流は、例えばブロワ等を用いた散気装置によって供給可能である。
【０００７】
被処理水に対する好気性処理が進行するにつれて、ＳＳ（ＳｕｓｐｅｎｄｅｄＳｏｌｉｄ）等の固形生成物が生じることになるが、これらの固形生成物は、多数の担体が集まって形成された生物処理領域において各担体ないし担体間の微小な間隙に捕捉され易くなる。すなわち本発明における生物処理領域は好気性処理によって生じた固形生成物の濾過機能を奏することも可能である。一方、濾過作用が進行するにつれて捕捉される固形生成物量が増大するのに伴い、固形生成物が担体ないし担体間に堆積して生物処理領域の目詰まりが生じるのを防止する必要がある。
【０００８】
そこで本発明では、担体の浮上方向と逆方向に逆方向流を供給して生物処理領域を形成する各担体を被処理水内に拡散し各担体を洗浄可能に構成している。すなわち各担体が被処理水内を浮上することで形成された生物処理領域につき、担体の浮上方向と逆方向への流れを介して生物処理領域を形成する各担体を被処理水中に拡散させることで当該生物処理領域を離散・崩壊させる構成である。これにより上記固形生成物が担体から離脱し、当該担体の洗浄が行われる。担体の拡散の態様としては、各担体が完全に被処理水内にランダムに拡散して生物処理領域を全的崩壊させる形態、一部の担体が被処理水内に拡散して生物処理領域を部分的に崩壊、あるいは緩やかに崩壊させる形態等が広く包含されるものとする。
【０００９】
なお担体の浮上作用を利用して形成される生物処理領域を離散・崩壊させ、これによって拡散した担体を洗浄する本発明の趣旨に鑑み、「担体の浮上方向と逆方向」とは、逆方向流が担体の浮上方向と逆方向となる成分を有すれば足り、流れ全体が担体の浮上方向と逆方向を向く態様、浮上方向と傾斜する方向を向く態様等を広く包含するものとする。また「逆方向流」は、典型的には、ブロワからのエアを被処理水に供給することで形成されるエア流がこれに該当する。逆方向流の流量に関しては、担体の浮上力に抗して当該担体を被処理水内に拡散可能な範囲内において適宜選択することができる。
【００１０】
各担体の洗浄が終了した場合、逆方向流を停止し、あるいは担体の浮上力以下に低減することにより、被処理水内に拡散していた担体が浮上して生物処理領域を形成することにより被処理水に対する好気性処理を再開することが可能となる。
【００１１】
すなわち本発明では、担体の浮上作用を利用して生物処理領域を形成するとともに、各担体を洗浄する場合にのみ、担体の浮上に抗するように逆方向流を供給して各担体を被処理水中に拡散させる。洗浄が終了した場合、逆方向流を停止ないし低減させて担体が浮上可能とすることで生物処理領域が簡単に再構成できるので、合理的な構成を有する生物処理領域が提供可能となる。
【００１２】
（請求項２に記載の発明）
請求項２に記載の発明によれば、上記浄化槽の生物処理領域に対し、担体の浮上方向と逆方向にエア流を供給することによって好気性処理を遂行する。そして当該エア流の流量を好気性処理時のエア流の流量よりも増大することにより、担体を被処理水内に拡散させて洗浄する。すなわち本発明では、担体の浮上方向と逆方向に供給されるエア流の流量の強弱によって、被処理水を好気性処理するための散気エアと、担体を洗浄するための逆方向流とを規定するものである。エア流の流量を増減することで、被処理水の好気性処理および担体の洗浄を行うことができるので、特に好気性処理のための散気装置と、担体洗浄のための大容量の洗浄流供給装置を別途設ける必要もなく、合理的な生物処理槽の構成を得ることが可能となる。
【００１３】
（請求項３に記載の発明）
請求項３に記載の発明によれば、上記請求項１または２における浄化槽の生物処理槽内において、縦方向へ旋回する旋回流が形成される。すなわち旋回流は生物処理槽内において上方に向かって流れる旋回箇所（上向流部分）と、下方に向かって流れる旋回箇所（下向流部分）とを併有する。本発明では、当該旋回流のうちの下向流部分を利用して、生物処理領域を形成する担体を前記被処理水内に拡散し洗浄する。「旋回流」は、例えば、生物処理槽内にブロワ等によってエアを吐出してエア流を形成するとともに、当該エア流を生物処理槽内で旋回させて形成するのが好ましい。旋回流の下降流部分を利用して担体を被処理水内に拡散し（生物処理領域を崩壊させ）、担体を洗浄する構成により水流の円滑かつ合理的な形成が可能となり、エネルギー効率に優れた浄化槽を提供することが可能となる。
【００１４】
（請求項４に記載の発明）
請求項４に記載の発明によれば、請求項３に記載の浄化槽における生物処理槽につき、縦方向に延在する区画部材によって複数の領域に区画するとともに、旋回流が当該複数の領域間に跨って縦方向に旋回するよう構成する。換言すれば、複数の領域のうちの一部の領域では旋回流の上向流が流通し、他の領域では旋回流の下向流が流通するよう構成する。かかる複数の領域のうち、旋回流の下向流が流通する領域において、好気性微生物が付着した多数の担体が被処理水上方側に浮上して生物処理領域が形成されるよう構成する。区画部材によって生物処理槽を複数の領域に区画するとともに、旋回流の上向流部分と下向流部分とを各区画領域に流通させ、かかる領域を利用しつつ生物処理領域を形成するため、担体洗浄の際に旋回流を一層合理的に利用することが可能となる。なお区画部材によって区画される複数の領域は、相互に担体の流通を許容する形態、許容しない形態のいずれも好適に採用可能である。
【００１５】
（請求項５）
請求項５に記載の発明によれば、上記請求項３ないし４に記載の浄化槽における旋回流がエア旋回流によって規定されるとともに、当該エア旋回流の流量の強弱を適宜切り替えることにより、生物処理領域における好気性処理および担体の洗浄を切り替える構成とされる。エア旋回流の強弱によって好気性処理と担体洗浄を遂行することで、水流の円滑かつ合理的な形成が可能となり、エネルギー効率に優れた浄化槽を提供することが可能となる。
【００１６】
（請求項６に記載の発明）
請求項６に記載の発明によれば、上記各浄化槽における生物処理槽につき、担体を洗浄する際に生じた担体洗浄水が、生物処理領域の下部側から引き抜かれて上流側処理槽に移送され、汚水処理を重畳的に繰り返す構成が採用される。換言すれば、担体の浮上方向と逆方向への水流によって担体が被処理水内に拡散して洗浄されることで生じた固形生成物が、被処理水内を浮遊しつつ当該水流によって生物処理領域の下方側へと下降する。これにより、かかる固形生成物を包含する担体洗浄水を生物処理領域の下部（すなわち担体洗浄水の下流側）において引き抜くことで、できるだけ多くの浮遊固形生成物を捕捉して引き抜き、生物処理槽以降の被処理水の水質悪化を極力抑制することが可能となる。
【００１７】
（請求項７に記載の発明）
請求項７に記載の発明によれば、請求項１に記載の浄化槽と実質的に同等の構成を有する浄化槽の合理的な使用方法が提供されることとなる。もちろん請求項２以降に記載の各浄化槽の構成要素と実質的に同等の構成要素を付加した浄化槽に関する使用方法を構成することも可能である。
【００１８】
（請求項８に記載の発明）
請求項８に記載の発明によれば、被処理水の上方側に担体が浮上して形成される生物処理領域によって被処理水に対する好気性処理を遂行する第１の処理モードと、かかる生物処理領域に対して下向流、すなわち担体の浮上方向とは反対に水流を供給することで担体の全部または一部が被処理水内に拡散した状態で被処理水に対する好気性処理を遂行する第２の処理モードとの間で切り替え可能な構成が得られる。例えば浄化槽の運転開始当初は第１の処理モードによって省エネを計りつつ好気性処理を遂行し、定常運転の際には高処理能力を維持するべく第２の処理モードに切り替える等といったように浄化槽駆動時の選択性・利便性が向上することとなる。
【００１９】
なお第１の処理モードは、浮上した担体が集積することで各担体の流動を規制したいわゆる浸漬濾床式の好気性処理に対応可能であり、第２の処理モードは、担体の流動を許容したいわゆる担体流動式の好気性処理に対応が可能である。第２の処理モードは、生物処理領域を構成する担体の全部または一部が被処理水内に拡散した状態とされるため、当該拡散状の担体に対する洗浄効果を同時に得ることも可能である。
【００２０】
（請求項９に記載の発明）
請求項９に記載の発明によれば、上記請求項８に記載の浄化槽において、さらに第２の処理モードにおける下向流の単位時間当たりの流量を増大し、生物処理領域を形成する担体を被処理水内に拡散して洗浄する第３の処理モードが設定される。本発明によれば、浸漬濾床式の好気性処理、担体流動式の好気性処理、担体を流動させることによる洗浄処理を簡便に切り替えることが可能であり、合理的な構造の浄化槽が提供されることとなる。
【００２１】
（請求項１０に記載の発明）
請求項１０に記載の発明によれば、請求項８に記載の浄化槽と実質的に同等の構成を有する浄化槽の合理的な使用方法が提供されることとなる。もちろん請求項９に記載の各浄化槽の構成要素と実質的に同等の構成要素を付加した浄化槽に関する使用方法を構成することも可能である。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態である浄化槽、および当該浄化槽に設けられる生物処理槽の詳細につき、図面を参照しつつ説明する。本実施の形態に係る浄化槽１０１の全体的な構成が図１および図２に模式的に示される。本実施の形態に係る浄化槽１０１は、浄化槽ハウジング１０２内にて処理流路１１７を通じて連接された各処理槽を有する。具体的には被処理水が浄化槽ハウジング１０２内に流入する流入部１１３側から、夾雑物除去槽１０３、嫌気処理槽１０５、生物処理槽１０７、処理水槽１０９、消毒槽１１１の順で配列され、さらに浄化槽ハウジング１０２とは別に形成されるとともに、当該浄化槽ハウジング１０２に連接された放流ポンプ槽１１５に対し、処理流路１１７を通じて接続される。そして各処理槽にて適宜処理を受けた被処理水は放流ポンプ槽１１５から浄化槽１０１外部へ放流される。
【００２３】
本実施の形態における浄化槽１０１は、各種の汚濁物質濃度を有する被処理水（汚水）に対応することができるが、本実施の形態では、その典型例として、いわゆる小型の合併処理槽として利用される浄化槽１０１を用いる。
【００２４】
流入部１１３を通じて浄化槽ハウジング１０２内に流入した被処理水については、まず夾雑物除去槽１０３において、被処理水中の比較的大きめの固形物等の夾雑物が固液分離されて当該被処理水から除去処理される。
【００２５】
夾雑物除去槽１０３で処理された被処理水は、次に嫌気処理槽１０５へ移送される。嫌気処理槽１０５内には、特に図示しないものの、有機汚濁物を嫌気処理（還元処理）する嫌気性微生物が付着した濾材が設けられており、被処理水中の有機汚濁物が当該嫌気処理槽１０５内の嫌気性微生物によって適宜嫌気処理されることになる。
【００２６】
嫌気処理槽１０５において嫌気処理された被処理水は、次に生物処理槽１０７に移送される。生物処理槽１０７で適宜生物処理（好気性処理）を受けた被処理水は、処理流路１１７を通じて処理水槽１０９に送られる。処理水槽１０９では被処理水が包含する固形成分が沈降することで当該被処理水に対する沈静化処理が行われる。さらに被処理水は、処理水槽１０９から消毒槽１１１へと送られ、適宜消毒処理を受けた後で放流ポンプ槽１１５に送られ、当該放流ポンプ槽１１５から浄化槽１０１外部に放流される。放流ポンプ槽は、浄化槽１０１の設置状況に応じて付設される部材であり、特に図示しないものの内部にポンプが配設され、例えば勾配の関係で被処理水を自然放流することが困難な場合に利用される。
【００２７】
本発明の特徴的構成要素である生物処理槽１０７の詳細な構成が図３に示される。生物処理槽１０７には粒状の担体１３１が多数充填されるとともに、処理流路１１７を通じて被処理水１０７ａが流入するよう構成される。生物処理槽１０７は、その底部に傾斜状のテーパー部１０８が形成されるとともに、中央領域には仕切壁１２１が当該生物処理槽１０７の上下方向に延在して配置される。生物処理槽１０７内は、仕切壁１２１により、第１の区画領域１２３および第２の区画領域１２５という複数の区画領域に区分される。複数の区画領域１２３，１２５は本発明における「複数の領域」に対応する。第１および第２の区画領域１２３，１２５は、仕切壁１２１の上方に形成された上方流動部１２７、および下方に形成された下方流動部１２９によって相互に連通されている。すなわち上方および下方流動部１２７，１２９においては、生物処理槽１０７内の被処理水１０７ａおよび各担体１３１の流通が許容されるよう構成される。
【００２８】
第１の区画領域１２３の底部領域にはエア供給手段１３３が配置されている。エア供給手段１３３は、ブロワ１３４に接続され、第１の区画領域１２３に向かってエアを供給可能に構成されている。エア供給手段は、例えばブロワ１３４に接続された多孔性の筒状部材によって形成し、多数の小孔からエアがバブル状に吐出されるよう構成するのが好ましい。またエア供給手段から供給されるエアの単位時間あたりの流量は、ブロワ１３４の駆動制御手段（特に図示しない）を介して適宜可変とされている。
【００２９】
第２の区画領域１２５の底部領域には、エアリフトポンプ１４３が接続され、生物処理槽１０７内の被処理水の一部は、エアリフトポンプ１４３および当該エアリフトポンプ１４３に連接された移送管１４５を介して夾雑物除去槽１０３へ還流し、上流側処理槽からの処理を繰り返し受けることが可能に構成される。また同じく第２の区画領域１２５の底部領域には、処理流路１１７が接続されて生物処理領域１０７内の被処理水を下流側処理槽である処理水槽１０９（図１および図２参照）に移送可能に構成される。なお被処理水移送用のエアリフトポンプ１４３が設けられる第２の区画領域１２５の底部領域は、本発明における「生物処理領域の下部側」に対応する。
【００３０】
生物処理槽１０７内に充填された多数の粒状の担体１３１は、当該生物処理槽１０７に流入する被処理水１０７ａの比重よりも若干小さな比重を有するよう構成される。すなわち担体１３１は沈静状態にある被処理水１０７ａ中を上方に浮上するよう構成される。従って生物処理槽１０７内の各担体１３１は、当該生物処理槽１０７内の被処理水１０７ａの上方に浮上して集積することにより、生物処理領域１３７を形成することとなる。具体的には、第１の区画領域１２３内の被処理水１０７ａの上方に浮上して集積した担体１３１は第１の生物処理領域１３７ａを形成し、第２の区画領域１２５内の被処理水１０７ａの上方に浮上して集積した担体１３１は第２の生物処理領域１３７ｂを形成する。
【００３１】
なお本実施の形態における担体１２７は、特に図示しないものの、中空円筒状に形成されることによって表面の実効面積を増大させ、有機汚濁物を好気処理する好気性微生物を多数付着可能に構成される。また本実施の形態における担体１３１の比重は０．９２程度に設定されている。各担体１３１の材質、断面形状、外形形状、寸法、寸法比等については、当該担体１３１の比重や流動抵抗等のファクターを考慮しつつ適宜設定することが好ましい。
【００３２】
上記のように構成される生物処理槽１０７の作用について説明する。生物処理槽１０７が散気運転された状態が図４に示される。本実施の形態における散気運転の意義としては、生物処理槽１０７において、第１の生物処理領域１３７ａおよび第２の生物処理領域１３７ｂ内の担体１３１に付着した好気性微生物が被処理水の好気性処理（酸化処理）を行うとともに、好気性処理によって生じたＳＳ（Ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ　Ｓｏｌｉｄ）等の固形生成物を各担体１３１および各担体１３１間にて捕捉し保持することで、被処理水を濾過処理する運転状態、すなわち当該生物処理槽１０７の通常運転状態をいうものとする。
【００３３】
生物処理槽１０７において散気運転を行う場合、処理流路１１７から生物処理槽１０７に流入した被処理水１０７ａに対する好気性処理を遂行するべく、第１の区画領域１２３の下部に設けられたエア供給手段１３３から上方に向けてエア上向流１３３ａが吐出される。このエア上向流１３３ａは、被処理水１０７ａを上方に流動させつつ第１の区画領域１２３内を上昇し、第１の生物処理領域１３７ａにエアを供給する水流として規定される。この結果、第１の生物処理領域１３７ａを構成する各担体１３１に付着した多数の好気性微生物が、エア上向流１３３ａからエアの供給を受けて、第１の生物処理領域１３７ａ内の被処理水１０７ａに対する好気性処理を行う。
【００３４】
第１の区画領域１２３内を上昇したエア上向流１３３ａは、仕切壁１２１上部の上方流動部１２７を経由して第２の区画領域１２５に流通する。これによって第２の区画領域１２５内にはエア下向流１３３ｂが形成される。このエア下向流１３３ｂは、第２の区画領域１２５内の担体１３１の浮上方向とは逆方向となるように第２の区画領域１２５内を下降し、第２の生物処理領域１３７ｂにエアを供給する。第１の生物処理領域１３７ａと同様に、第２の生物処理領域１３７ｂを構成する各担体１３１には多数の好気性微生物が付着しており、当該好気性微生物は、エア下向流１３３ｂによるエアの供給を受けて、第２の区画領域１２５内の被処理水１０７ａに対する好気性処理を遂行する。
【００３５】
第２の区画領域１２５内を下降していったエア下向流１３３ｂは、仕切壁１２１下部の下方流動部１２９を通じて第２の区画領域１２３の下部へ還流する。これにより第１および第２の区画領域１２３，１２５には、エア上向流１３３ａおよびエア下向流１３３ｂを主体とするとともに、上方流動部１２７および下方流動部１２９を介して曲折されて生物処理槽１０７内を縦方向に旋回するエアの旋回流１３５が形成されることになる。
【００３６】
この旋回流１３５は、本発明における「複数の領域間に跨って縦方向に旋回する旋回流」に対応し、生物処理領域１０７内の被処理水１０７ａを循環状に流動させるとともに、エア供給手段１３３による上向エア流１３３ａによって生物処理槽１０７内の全領域に渡って効率的にエア流および水流を行き渡らせる役割を果たす。本実施の形態では、かかる旋回流１３５を利用することにより、相対的に少量のエア上向流１３３ａを供給することによって、生物処理槽１０７全体に旋回流１３５を形成し、当該旋回流１３５を利用して各生物処理領域１３７ａ，１３７ｂにおける好気性処理を遂行することが可能であり、エネルギー効率に優れた散気運転が実現される。また本実施の形態では、上記のように生物処理槽１０７の底部にテーパー部１０８が形成されているため、旋回流１３５の流動を一層円滑に行わしめることが可能である。
【００３７】
なお旋回流１３５のうち、特に第２の区画領域１２５における下降流１３３ｂは、本発明における「担体の浮上方向と逆方向の逆方向流」に対応する。また生物処理槽１０７内の第１および第２の生物処理領域１３７ａ，１３７ｂのうち、本発明における「担体洗浄のため、担体の浮上方向と逆方向に逆方向流が供給される生物処理領域」には第２の生物処理領域１３７ｂが対応する。
【００３８】
生物処理槽１０７内の被処理水１０７ａが第１および第２の生物処理領域１３７ａ，１３７ｂにおいて好気性処理を受けることでＳＳ等の固形生成物が発生することになるが、かかる固形生成物は各生物処理領域１３７ａ，１３７ｂの各担体１３１および担体１３１間に捕捉されて保持される。かくして被処理水１０７ａに対する濾過処理が遂行されることとなる。換言すれば、第１および第２の生物処理領域１３７ａ，１３７ｂは、第１および第２の区画領域１２３，１２５において各被処理水１０７ａの上方に浮上・集積することで流動を規制された各担体１３１によって好気性処理および濾過処理を遂行する浸漬式濾床としての機能を奏することとなる。
【００３９】
第１および第２の生物処理領域１３７ａ，１３７ｂにおいて好気性処理および濾過処理が行われた被処理水１０７ａは、生物処理槽１０７の底部に設けられた処理流路１１７から処理水槽１０９（図１および図２参照）に送られることとなる。また一部の被処理水１０７ａについては、旋回流１３５の下流側である第２の区画領域１２５の下部からエアリフトポンプ１４３によって引抜かれ、移送管１４５を通じて夾雑物除去槽１０３に還流され、再度各処理槽における処理を受けることとなる。
【００４０】
さらに第２の生物処理領域１３７ｂにおいて好気性処理および濾過処理を受けた被処理水１０７ａの一部は、旋回流１３５によって再び第１の区画領域１２３側（第１の生物処理領域１３７ａ側）に還流されることにより、重畳的な好気性処理を受けることになる。すなわち旋回流１３５の形成により、被処理水１０７ａに対する好気性処理および濾過処理を重畳的に繰り返すことによって、好気性処理および濾過処理の効果を高めることが可能となる。
【００４１】
上記散気運転による生物処理（好気性処理および濾過処理）が進行するにつれて、第１および第２の生物処理領域１３７ａ，１３７ｂ内の担体１３１によるＳＳ等の固形生成物の捕捉量が増大することになるため、各処理領域１３７ａ，１３７ｂにおける担体１３１の目詰まりを解消する必要が生じてくる。このため本実施の形態では、図５に示すように担体１３１の洗浄作業を遂行する。担体１３１の洗浄を行うには、ブロワ１３４によるエア供給手段１３３の単位時間当たりのエア供給量（エア流量）を増大することにより、散気運転時よりも単位時間当たりの流量が増大した強いエア上向流１３６ａを第１の区画領域１２３に吐出する。
【００４２】
かかる強いエア上向流１３６ａは、仕切壁１２１の上部側の上方流動部１２７を介して第２の区画領域１２５内に強いエア下向流１３６ｂを形成するとともに、下部側の下方流動部１２９から第１の区画領域１２３へ還流し、生物処理槽１０７全体に強いエア旋回流１３６を形成する。換言すれば、担体洗浄作業の際のエア旋回流１３６の単位時間あたりの流量は、散気運転時の旋回流１３５の単位時間当たりの流量よりも大きくなるように構成されている。かかる担体洗浄作業の際の強い旋回流１３６は、散気運転時に形成された旋回流１３５（図４参照）と順方向をなす。また上述のように生物処理槽１０７の底部に形成されたテーパー部１０８により旋回流１３６の一層円滑な循環が確保されている。なお担体洗浄作業時における第２の区画領域１２５内のエア下向流１３６ｂは、本発明における「逆方向流」に対応する。
【００４３】
この旋回流１３６により、第１の区画領域１２３内の上方に形成された第１の生物処理領域１３７ａ（図３および図４参照）を構成する各担体１３１が流動し、旋回流１３６の流れに乗って上方流動部１２７から第２の区画領域１２５側へ移動することとなる。また、第２の区画領域１２５内の上方に形成された第２の生物処理領域１３７ｂ（図３および図４参照））を構成する各担体１３１については、旋回流１３６によって形成される強いエア下向流１３６ｂが、被処理水１０７ａに対する担体１３１の浮力を上回るように第２の区画領域１２５内に供給されるため、各担体１３１は第２の区画領域１２５下方へと流動・拡散するとともに、下方流動部１２９から第１の区画領域１２３側へ移動していく。
【００４４】
これによって第１および第２の生物処理領域１３７ａ，１３７ｂが崩壊し、各担体１３１は旋回流１３６によって第１および第２の区画領域に渡って流動することとなる。生物処理槽１０７内を循環状に流動する各担体１３１は、この強い旋回流１３６の水流（エア流）によって洗浄され、担体１３１に付着したＳＳ等の固形生成物が被処理水１０７ａ内を浮遊することとなる。担体１３１から固形生成物が離脱して浮遊した状態の被処理水１０７ａは「担体洗浄水」と規定される。
【００４５】
かかる担体洗浄水は、第２の区画領域１２５下部のエアリフトポンプ１４３によって引抜かれ、移送管１４５を通じて夾雑物除去槽１０３（図１、図２参照）へ送られ、再度上流側の処理槽から順次処理を受けることとなる。なお担体１３１の洗浄時には、処理流路１１７から生物処理槽１０７に被処理水１０７ａが流入するよう構成されるので、担体洗浄水の引き抜きによって生物処理槽１０７内の被処理水１０７ａの水位が急減することはない。
【００４６】
散気運転時よりも単位時間あたりの流量の大きな強い旋回流１３６による担体１３１の洗浄を終了させる場合、ブロワ１３４によるエア供給手段１３３からの単位時間当たりのエア供給量を散気運転時の水準まで低減させる。これにより図５に示すように生物処理槽１０７内を全領域的に旋回流動していた担体１３１の浮力が、弱められた当該旋回流の流動力を上回ることとなり、各担体１３１が被処理水１０７ａ内を浮上して集積し、図３に示すような第１および第２の生物処理領域１３７ａ，１３７ｂが再構築されることになる。
【００４７】
すなわち本実施の形態によれば、被処理水１０７ａ中の担体１３１の浮上作用を利用して第１および第２の生物処理領域１３７ａ，１３７ｂを形成し、これによって好気性処理を遂行する。従って生物処理領域形成のために各種の構造物を浄化槽１０１（特に生物処理槽１０７）に付設する必要がなく、低コストおよび維持管理が容易な浄化槽が得られる。一方、本実施の形態において各担体１３１を洗浄する場合には、当該担体１３１の浮力（浮上力）に抗するべく、単位時間あたりの流量を散気運転時よりも増大した強い旋回流１３６によって各担体１３１を被処理水１０７ａ中に拡散させる。すなわち、散気運転時における旋回流１３５（図４参照）の単位時間あたりの流量を増大して担体洗浄用の強い旋回流１３６とするのみで担体１３１の洗浄が遂行でき、合理的な担体洗浄構造が得られる。さらに担体１３１の洗浄が終了した場合、旋回流１３６の単位時間当たりの流量を低減し、被処理水１０７ａ中に拡散していた担体１３１が再度浮上し集積することによって生物処理領域１３７ａ，１３７ｂを容易に再構築することが可能であり、非常に合理的な構成を有するとともに好気性処理および担体洗浄時のエネルギー効率に優れた浄化槽１０１を構築することが可能となる。
【００４８】
なお本実施の形態では、担体１３１の洗浄を終了する際に、旋回流１３６の単位時間当たりの流量を散気運転時の水準まで弱めることで生物処理領域１３７ａ，１３７ｂの再構成を図ったが、一度エア供給手段によるエア流の供給を停止して、生物処理領域１３７ａ，１３７ｂの再構築とともに、被処理水の沈静化を促進する構成を採用してもよい。
【００４９】
（変更例）
本実施の形態に係る浄化槽１０１の変更例について図６および図７を参照して説明する。本変更例は、上記生物処理槽１０７における仕切壁１２１の変更に関する。従って上記実施の形態と実質的に同等の他の構成要素については、便宜上その詳細な説明を省略する。
【００５０】
図６に示すように、本変更例では、生物処理槽２０７は、仕切壁２２１によって第１および第２の区画領域２２３，２２５に区画される。仕切壁２２１の上方および下方には、それぞれ多孔プレート２２１ａ，２２１ｂが設けられている。この多孔プレート２２１ａ，２２１ｂに形成された多数の孔は、担体２３１よりも小径とされている。従って上方流動部２２７および下方流動部２２９においては、第１および第２の区画領域２２３，２２５相互間での被処理水２０７ａの流通は許容するものの担体２３１の流通は規制するよう構成される。
【００５１】
また本変更例では、担体２３１は第１の区画領域２２３には充填されず、第２の区画領域２２５側にのみ充填される。これにより生物処理領域２３７は、担体２３１が被処理水２０７ａ内を浮上することで第２の区画領域２２５の上方にのみ形成される。
【００５２】
本変更例では、散気運転時において、第１の区画領域２２３の下方に設けられたエア供給手段２３３からエア上向流２３３ａが供給されると、当該エア上向流２３３ａは、第１の区画領域２２３内の被処理水２０７ａを流動させつつ上方流動部２２７から第２の区画領域２２５に送られ、第２の区画領域２２５内を下向流２３３ｂとして下降し、下方流動部２２９から第１の区画領域２２３に還流される。かくして生物処理槽２０７内に旋回流２３５が形成され、当該旋回流２３５を介して第２の区画領域２２５内の生物処理領域２３７による被処理水２０７ａへの好気性処理が遂行される。
【００５３】
また好気性処理によって被処理水２０７ａから生じたＳＳ等の固形生成物による目詰まりを抑止する場合には、図７に示すように、上記旋回流２３５の単位時間あたりの流量を増大することで散気運転時よりも強い旋回流２３６を形成し、当該旋回流２３６による強い下向流２３６ｂを介して担体２３１を第２の区画領域２２５内全域に拡散させて洗浄する。このとき仕切壁２２１の上下箇所に設けられた多孔プレート２２１ａ，２２１ｂにより担体２３１が第２の区画領域２２５から第１の区画領域２２３側に流通することが規制されているため、担体２３１は第２の区画領域２２５内でのみ拡散され洗浄処理が遂行されることとなる。第２の区画領域２２５において生じた担体洗浄水は、第２の区画領域２２５の下部、すなわち旋回流２３６の流動下流側においてエアリフトポンプ２４３を介して引き抜かれ、移送管２４５を通じて夾雑物除去槽１０３へ還流される。
【００５４】
本変更例における第１の区画領域２２３は、第２の区画領域２２５におけるエア下向流２３３ｂをいかに効率よく形成するかに主眼を置いて用いられている。すなわち第２の区画領域２２５における被処理水１０７ａ内を各担体２３１が浮上・集積して形成された生物処理領域２３７に対し、当該担体２３１の浮上方向と逆方向、すなわち下方に向かって水流を効率的に供給するのに旋回流２３５を利用するに際し、もっぱら当該旋回流２３５を効率よく形成するために、エア上向流を供給するためのスペースとして第１の区画領域２２３を用いている。本変更例によれば、旋回流２３５，２３６を利用した効率のよい散気運転および担体洗浄処理を構成可能な上、さらに生物処理領域２３７の形成領域、およびその洗浄利用領域をコンパクトに形成することが可能であるため、エネルギー効率を一層向上した合理的な浄化槽を得ることが可能となる。
【００５５】
なお本実施の形態および変更例から理解されるように、本発明は、担体１３１，２３１が被処理水１０７ａ，２０７ａ内を浮上して上方に集積することで生物処理領域１３７ｂ、２３７を形成し、かかる担体浮力に抗するように強い水流（エア流）を担体浮上方向と逆方向に供給することで各担体１３１，２３１を拡散させて洗浄するという特徴を有する。従ってかかる特徴を充足するのに最低限の要素以外のものはいずれも省略可能である。例えば旋回流１３６，２３６は、担体の浮上上向と逆方向に水流を供給するための手段であり、上記発明の特徴を実現する際に省略することが可能である。
【００５６】
上記変更例をも加味した場合、下記の態様が構成可能である。
（態様１）
「請求項４に記載の浄化槽であって、
前記区画部材の上下領域において、前記複数の領域間での前記担体および前記被処理水の流通が許容されることを特徴とする浄化槽」
この態様によれば、担体を洗浄するべく被処理水内に拡散した担体が複数の領域に流動可能に構成され、担体の洗浄効率が向上し得る。
【００５７】
（態様２）
「請求項４に記載の浄化槽であって、
前記区画部材の上下領域において、前記複数の領域間での前記被処理水の流通が許容される一方、前記担体の流通が規制されることを特徴とする浄化槽」
この態様によれば、担体を洗浄するべく被処理水内に拡散した担体が複数の領域に流動することを規制されるため、生物処理領域の構造をコンパクトに構成することが可能となる。
【００５８】
（第２の変更例）
上記した実施の形態では、担体１３１を洗浄する場合、エア供給手段１３３の単位時間当たりのエア供給量を散気運転時よりも増大し、これによって担体１３１を各区画領域１２３，１２５に拡散・流動させて洗浄していた。かかるエア供給量を多段階的に切り替え可能とすることで更なる変更形態が構成可能である。具体的には、図４に示す状態にて第１の散気運転を可能とする。更に、第１の散気運転の状態よりも単位時間当たりのエア供給量を増大した状態で（一方、図５に示す担体洗浄運転時よりも単位時間当たりのエア供給量が低減された状態で）、各担体１３１が各区画領域１２３，１２５内を拡散・流動しつつ被処理水１０７ａに対する好気性処理を行う運転状態を可能とする。これを第２の散気運転と規定する。さらに図５に示すように単位時間当たりエア供給量を増大し担体１３１の洗浄運転を行えるようにする。
【００５９】
すなわち散気運転を行うに際し、担体１３１が生物処理領域１３７を形成するとともに自由な流動を規制された状態で好気性処理を行う第１の処理モードと、第１の処理モードよりも単位時間当たりのエア供給量を増大することで担体１３１が生物処理槽１０７内を拡散および流動しつつ好気性処理を行う第２の処理モードと、更に第２の処理モードよりも単位時間当たりのエア供給量を増大することで生物処理槽１０７内を拡散および流動する担体１３１の洗浄を行う第３の処理モードとを切り替え可能に構成する変更形態が可能である。このように構成することで、例えば浄化槽１０１の運転開始当初は第１の処理モードによって省エネを計りつつ好気性処理を遂行し、定常運転の際には高処理能力を維持するべく第２の処理モードに切り替える等といった処理が可能となり、浄化槽１０１を駆動する際の選択性・利便性が向上することとなる。
【００６０】
なお上記第２の散気運転（第２の処理モード）においては、各担体１３１が生物処理槽１０７内を流動するため、当該担体１３１に対する洗浄効果も付与されることとなる。従って、第２の散気運転時に担体１３１の洗浄も図ることで、上記した第３の処理モードを省略する構成が採用可能である。
【００６１】
【発明の効果】
本発明によれば、生物処理槽を有する浄化槽において、生物処理領域の合理的構築、および担体洗浄時の洗浄効率向上に資する技術が提供されることとなった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る浄化槽の全体構成を示す。
【図２】同じく本発明の実施の形態に係る浄化槽の全体構成を模式的に示す。
【図３】本実施の形態に係る生物処理槽における生物処理領域形成の状態を示す。
【図４】生物処理槽における好気性処理の状態を示す。
【図５】生物処理槽において担体を洗浄する状態を示す。
【図６】本実施の形態の変更例を示す。
【図７】図６に示す変更例において担体を洗浄する状態を示す。
【符号の説明】
１０１　浄化槽
１０２　浄化槽ハウジング
１０３　夾雑物除去槽
１０５　嫌気濾床槽
１０７　生物処理槽
１０８　テーパー部
１０９　処理水槽
１１１　消毒槽
１１３　流入管
１１５　放流ポンプ
１１７　処理流路
１２０　被処理水
１２１　仕切壁
１２３　第１の区画領域
１２５　第２の区画領域
１２７　上方流動部
１２９　下方流動部
１３１　担体
１３３　エア供給手段
１３４　ブロワ
１３５　旋回流
１３６　担体洗浄時の旋回流
１３６ａ　エア上向流
１３６ｂ　エア下降流
１３７　生物処理領域
１４１　被処理水引抜部
１４３　エアリフトポンプ
１４５　移送管
【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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