(57)【要約】【課題】本発明は、設備負荷が小さく小規模排水処理装置としても用いることができ汎用性に優れ、また排水中の有機物の酸化分解、金属イオンの酸化・析出、排水の脱臭，脱色，殺菌等を非常に効率良く行うことができ、かつ、排水基準を大幅に下回る清浄な処理水を得ることができ、さらに汚泥の濃縮性を向上させ固形廃棄物の発生量を大幅に減少させることができる排水処理装置及びこれを用いた土壌改良材の製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】本発明の排水処理装置は、排水流入口を有し排水が貯留される反応槽と、一端に排水吸引口が他端に排水注入口が形成され前記反応槽と連通する反応槽第１連通部と、前記反応槽第１連通部に配設され排水を循環させる反応槽第１ポンプと、前記反応槽第１ポンプの上流側の前記反応槽第１連通部に接続され系内にオゾンガスを供給する反応槽オゾンガス供給部と、を備える。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排水流入口を有し排水が貯留される反応槽と、一端に排水吸引口が他端に排水注入口が形成され前記反応槽と連通する反応槽第１連通部と、前記反応槽第１連通部に配設され排水を循環させる反応槽第１ポンプと、前記反応槽第１ポンプの上流側の前記反応槽第１連通部に接続され系内にオゾンガスを供給する反応槽オゾンガス供給部と、を備えていることを特徴とする排水処理装置。
【請求項２】
前記反応槽第１連通部に微細気泡発生手段が配設されていることを特徴とする請求項１に記載の排水処理装置。
【請求項３】
一端が前記反応槽の所定部に連通され他端が前記反応槽の上部に連通された反応槽第２連通部と、前記反応槽第２連通部に配設され排水を循環させる反応槽第２ポンプと、前記反応槽第２連通部の他端に接続された消泡ノズルと、を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の排水処理装置。
【請求項４】
前記反応槽に配設された冷却装置及び／又は前記反応槽に覆設された断熱部材を備えていることを特徴とする請求項１乃至３の内いずれか１に記載の排水処理装置。
【請求項５】
前記反応槽内の排水の水温が、２８℃以下好ましくは２０℃以下に維持されていることを特徴とする請求項１乃至４の内いずれか１に記載の排水処理装置。
【請求項６】
前記反応槽の底部若しくはその側部の所定部に接続された汚泥スラリー排出部及び／又は前記反応槽の上方の所定部に接続された排泡部を備えていることを特徴とする請求項１乃至５の内いずれか１に記載の排水処理装置。
【請求項７】
前記汚泥スラリー排出部及び／又は前記排泡部に接続された処理槽と、一端に汚泥吸引口が他端に汚泥注入口が形成され前記処理槽と連通する処理槽第１連通部と、前記処理槽第１連通部に配設され汚泥を循環させる処理槽第１ポンプと、前記処理槽第１ポンプの上流側の前記処理槽第１連通部に接続された処理槽オゾンガス供給部と、を備えていることを特徴とする請求項６に記載の排水処理装置。
【請求項８】
前記排水流入口に接続された溶解槽と、前記溶解槽に接続され排水を前記溶解槽に流入させる排水流入路と、前記排水流入路に配設され排水を圧送するとともに前記溶解槽内を加圧する圧送ポンプと、前記圧送ポンプの上流側の前記排水流入路に接続された溶解槽オゾンガス供給部と、を備えていることを特徴とする請求項１乃至７の内いずれか１に記載の排水処理装置。
【請求項９】
請求項１乃至８の内いずれか１に記載の排水処理装置を用い前記反応槽に貯留された排水を循環させながらオゾンガスを供給して排水をオゾン処理するオゾン処理工程と、前記オゾン処理工程で処理された処理水と汚泥スラリーとを前記反応槽から排出する排出工程と、排出された前記処理水及び／又は前記汚泥スラリーを脱水処理して土壌改良材として単独で若しくは配合して用いる固形分を採取する脱水処理工程と、を備えていることを特徴とする土壌改良材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、産業用廃水、下水及びし尿等の汚濁物質を含有する排水を処理する排水処理装置及びこれを用いた土壌改良材の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、産業用廃水、下水、汚濁水及びし尿等の排水に対して、凝集，沈殿，濾過等のような固液分離操作と化学反応を用いた物理化学処理や活性汚泥法等の生物処理等が行われている。これらによって処理された処理水は河川等に放流され、処理水と固液分離された余剰汚泥等の固形廃棄物は必要に応じて減容のため焼却され埋立等によって処分される。
そのため、少なくとも排水処理には、処理水中の有機物，有害物質，浮遊物質，栄養塩類等の汚染原因物質を除去し排水基準を満足する処理水を得ること、余剰汚泥等の固形廃棄物の発生量が少ないことが求められる。
近年、このような要求を満足させるための排水処理装置として、強い酸化力を有するオゾンを用いるものが開発されている。
【０００３】
従来の技術としては、例えば、（特許文献１）に「汚泥のｐＨを３〜６に調整した後加圧雰囲気下においてオゾンを含有した気体と接触させる有機汚泥の改質方法」が記載されている。
【０００４】
（特許文献２）には、「汚泥とオゾンガスとを混合接触処理させる第１処理工程と、第１処理工程で混合接触処理させた汚泥とオゾンガスとを一定時間滞留処理させる第２処理工程と、第２処理工程でオゾン処理された汚泥を分離液と濃縮汚泥とに固液分離処理させる第３処理工程と、を備えた汚泥処理方法」が記載されている。
【０００５】
（特許文献３）には、「加圧ポンプを備えて被処理水を供給する被処理水供給系と、オゾンを発生させるオゾン発生手段と、発生したオゾンを被処理水供給系の加圧ポンプの上流側に注入するオゾン注入手段と、オゾンが注入された被処理水を加圧状態を保ってオゾン反応槽内でオゾン反応処理させるオゾン反応手段と、を備えた高速オゾン反応システム」が記載されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開昭５９−４５００号公報
【特許文献２】
特開２０００−２４６２９３号公報
【特許文献３】
特開平１０−２３０２８５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の技術においては、以下のような課題を有していた。
（１）（特許文献１）に記載の技術は、加圧容器を要し装置が大型化・複雑化するという課題を有していた。
（２）容器内に充填されたオゾンを含有した気体中に汚泥水をシャワーリングして接触させるため、オゾンと汚泥との接触効率が低く処理効率が低いという課題を有していた。
（３）散気管を用いて汚泥水中にオゾンを供給するので、オゾンガスの気泡径が０．２〜０．８ｍｍと大きく汚泥水中に溶け込むオゾン溶存量が少なく処理効率を高めることができないという課題を有していた。また、散気管の目詰まりが起こり易くメンテナンス性に欠けるという課題を有していた。
（４）（特許文献２）に記載の技術は、汚泥とオゾンガスとを一定時間滞留処理させるので、汚泥処理に要する時間が長くなるという課題を有していた。
（５）オゾン滞留槽と重力濃縮槽とを要するので、装置全体が大型化するという課題を有していた。
（６）（特許文献３）に記載の技術は、加圧状態でオゾンと被処理水とが反応処理されるオゾン反応槽を要するので、装置が大型化・複雑化するという課題を有していた。
【０００８】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、構成が簡単で小型化できるので設備負荷が小さく小規模排水処理装置としても用いることができ汎用性に優れ、また排水中の有機物の酸化分解、金属イオンの酸化・析出、排水の脱臭，脱色，殺菌等を非常に効率良く行うことができ、かつ、排水基準を大幅に下回る清浄な処理水を得ることができ、さらに汚泥の濃縮性を向上させ固形廃棄物の発生量を大幅に減少させることができる排水処理装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、銅等の土壌汚染物質の含有量が少なく、かつ、大腸菌等の細菌類がなく無菌で衛生的で作物の栽培に適し、また好気性が著しく高く土壌菌等の繁殖も容易で、さらにコンポスト化も容易な汎用性に優れる土壌改良材の製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記従来の課題を解決するために本発明の排水処理装置及びこれを用いた土壌改良材の製造方法は、以下の構成を有している。
【００１０】
本発明の請求項１に記載の排水処理装置は、排水流入口を有し排水が貯留される反応槽と、一端に排水吸引口が他端に排水注入口が形成され前記反応槽と連通する反応槽第１連通部と、前記反応槽第１連通部に配設され排水を循環させる反応槽第１ポンプと、前記反応槽第１ポンプの上流側の前記反応槽第１連通部に接続され系内にオゾンガスを供給する反応槽オゾンガス供給部と、を備えた構成を有している。
この構成により、以下のような作用が得られる。
（１）排水が貯留される反応槽と、反応槽と連通する反応層第１連通部と、反応層第１連通部に配設された反応槽第１ポンプと、オゾンガスを系内に供給する反応槽オゾンガス供給部と、を備えているので、反応槽，反応槽第１連通部内の排水にオゾンガスを微細気泡にして拡散して供給することにより、オゾンの酸化力によって排水中の有機物の酸化分解、金属イオンの酸化・析出、排水の脱臭，脱色，殺菌等が行われ排水基準を大幅に下回る清浄な処理水を得ることができる。
（２）オゾンガスを反応槽第１ポンプの上流側に供給するので、供給されたオゾンガスを反応槽第１ポンプのインペラにより排水中に微細気泡として拡散させることができる。また、反応層第１連通部を備え排水を循環させるので、排水が反応槽内で撹拌されて排水が微細気泡のオゾンガスと同伴し繰り返しオゾンガスと接触し排水処理効率を高めることができる。
（３）オゾンの酸化分解によって、汚泥中のタンパク質等の有機性物質等が酸化分解されて可溶化されるとともに、粘性を発現するタンパク質等の分解により汚泥の粘性が低下するので、汚泥の濃縮性を向上させ汚泥の発生量を大幅に減少させることができる。
（４）オゾンガスを用いて酸化分解するので、流入水質や水量の変動、気候等の環境条件の変動に対しても、安定して水質の良好な処理水を得ることができる。
（５）オゾンを用いた酸化分解によって酸素が生成されるので、周辺環境に二次的な環境汚染を引き起こさず、また処理水や汚泥はオゾンの強力な酸化力によって殺菌され衛生的である。さらに、処理水はオゾンの酸化力によって好気性の水質に変化しているので、河川等へ放流することはもちろん、生物処理の前処理として生物分解槽に注入することもでき応用性が高い。
（６）装置の構成が簡単なので、建設費や運転管理費を少なくすることができ設備負荷を小さくすることができ、大都市近郊や工場等の大規模な排水処理だけでなく、中小都市や農山村地域において汚濁水発生源若しくは小集落ごとに排水処理を行う小規模排水処理装置として用いることができる。また、設置に多くの敷地面積を要さないので、車両等に搭載して汚濁水発生源や小集落等を巡回する移動式の排水処理装置としても用いることができ汎用性に優れる。
【００１１】
ここで、排水としては、産業用廃水、下水、有機性や無機性の浮遊物質を含有する汚濁水及びし尿等が用いられる。
【００１２】
反応槽オゾンガス供給部としては、化学反応，光化学反応，電解反応，放電反応（無声放電）等によってオゾンガスを生成し供給するものが用いられる。反応槽オゾンガス供給部は空気中の酸素を原料にすることができるが、反応槽オゾンガス供給部に酸素ガス発生部を接続し、空気中の酸素濃度を高めて高濃度の酸素を反応槽オゾンガス供給部に供給することにより、空気中のオゾンガス濃度を高めることができる。これにより、反応槽，反応槽第１連通部に空気，酸素とともに高濃度のオゾン若しくは酸素とともに高濃度のオゾンを供給しオゾン発生量を高め排水の酸化分解効率を高めることができる。
【００１３】
反応槽内の排水の容量（Ｌ）に対するオゾン量（ｍｇ）を表すオゾン注入率（ｍｇ／Ｌ）としては、排水の汚濁度にもよるが、３０〜１０００ｍｇ／Ｌが用いられる。オゾン注入率が３０ｍｇ／Ｌより少なくなるにつれ排水の容量に対するオゾン量が少なく処理効率が低下する傾向がみられ、１０００ｍｇ／Ｌより多くなるにつれ反応槽オゾンガス供給部を駆動するために多大な電力等を要しエネルギー効率が低下したり反応槽オゾンガス供給部の寿命が短くなる傾向がみられるため、いずれも好ましくない。
なお、オゾン注入率（ｍｇ／Ｌ）は、（数１）で表される。
【数１】
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【００１４】
オゾンに加え、紫外線、過酸化水素水、酸化チタン等の金属酸化触媒等を排水に照射、添加若しくは接触等させることにより、有機物等の分解をより促進させるとともに環境ホルモン，ダイオキシン，有機塩素化合物等の環境汚染物質の分解を促進させることができる。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の排水処理装置であって、前記反応槽第１連通部に微細気泡発生手段が配設された構成を有している。
この構成により、請求項１で得られる作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）反応槽第１連通部に微細気泡発生手段が配設されているので、オゾンガスを微細気泡に含有させて排水中に供給することができ、オゾンの排水中の滞在時間を長くすることができるとともに排水に対するオゾンの溶解度を増加させて酸化分解反応を活発化させることができ、さらに排水中の汚濁物質が微細気泡に付着して浮上分離され排水処理効率を高めることができる。
【００１６】
ここで、微細気泡発生手段としては、反応槽第１ポンプの下流側の反応槽第１連通部に配設されたエゼクタを備えたものを用いることができる。これにより、排水注入口から噴射される排水の噴流による負圧によりエゼクタからオゾンガスを吸引し、気体流に作用する剪断作用によりオゾンを含有する微細気泡を発生させることができる。また、反応槽第１連通部に配設された渦流タービンポンプ（ニクニ社製）等の上流側に反応槽オゾンガス供給部を設け、該ポンプで渦流を発生させながらオゾンガスを排水に拡散させ気液を圧送することができる。この場合は、反応槽第１ポンプと微細気泡発生手段とを兼用させることができる。これにより、高濃度のオゾンガスを微細気泡として排水中に溶存させることができるとともに装置構成を簡単にできる。また、反応槽第１ポンプの上流側に反応槽オゾンガス供給部を設け、該ポンプの下流側の反応槽第１連通部に微細気泡発生装置（バブルタンク社製）を配設することができる。これにより、オゾンを含有する排水中の気泡を著しく微細化させることができる。なお、微細気泡発生手段は、これらに限定するものではなく、排水中の気泡を微細化させることができるものであれば用いることができる。
【００１７】
微細気泡の平均の気泡径としては、０．０１〜２００μｍ好ましくは０．５〜５０μｍが好適である。平均の気泡径が０．５μｍより小さくなるにつれ微細気泡の発生手段が複雑化する傾向がみられ、５０μｍより大きくなるにつれ、排水の粘度にもよるが、排水中に供給した微細気泡が直ちに浮上し排水中に滞留する時間が短く処理効率が低下する傾向がみられるため好ましくない。特に、０．０１μｍより小さくなるか２００μｍより大きくなるとこれらの傾向が著しくなるため、いずれも好ましくない。なお、気泡径の測定は、水面にガラス板を置き水中の気泡をデジタルカメラで撮影し画像処理を行い算出することができる。
【００１８】
本発明の請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の排水処理装置であって、一端が前記反応槽の所定部に連通され他端が前記反応槽の上部に連通された反応槽第２連通部と、前記反応槽第２連通部に配設され排水を循環させる反応槽第２ポンプと、前記反応槽第２連通部の他端に接続された消泡ノズルと、を備えた構成を有している。
この構成により、請求項１又は２で得られる作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）反応槽第２連通部と、反応槽第２連通部に配設された反応槽第２ポンプと、反応槽第２連通部に接続された消泡ノズルと、を備えているので、注入された微細気泡に付着して浮上分離した汚濁物質に消泡ノズルから排水を吹き付けて消泡させ、汚濁物質を再び排水中に懸濁させることができる。また、排水の流滴等を反応槽上部のオゾンガス層に繰り返し接触させることができる。これによって、汚濁物質がオゾンガスに繰り返し接触し汚濁物質の分解が促進され排水処理効率を高めることができる。
【００１９】
本発明の請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３の内いずれか１に記載の排水処理装置であって、前記反応槽に配設された冷却装置及び／又は前記反応槽に覆設された断熱部材を備えた構成を有している。
この構成により、請求項１乃至３の内いずれか１で得られる作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）反応槽が冷却装置や断熱部材を備えているので、気温の高い夏季においても排水の水温を低く保つことができ、オゾンの溶解度を高め酸化分解反応等の反応を向上させ排水処理効率を向上させることができる。水に対するオゾンの溶解度は水温が低いほど大きくなるからである。
【００２０】
ここで、冷却装置としては、（１）反応槽の外部に冷却用ジャケットを配設し内部に冷却水や冷風等を流したり氷等を蓄えて冷却するもの、（２）反応槽の外部に放熱用フィンを配設して空冷することによって冷却するもの、（３）反応槽の内部に冷却ガス噴射ノズルを配設し冷却されたガスを排水内に注入することによって排水を冷却するもの等のいずれか１以上を用いることができる。
【００２１】
本発明の請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４の内いずれか１に記載の排水処理装置であって、前記反応槽内の排水の水温が、２８℃以下好ましくは２０℃以下に維持された構成を有している。
この構成により、請求項１乃至４の内いずれか１で得られる作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）反応槽内の排水の水温が低温に維持されているので、オゾンの溶解度が低下するのを防止し安定した排水処理効率を得ることができる。
【００２２】
ここで、反応槽内の排水の水温が２０℃より高くなるにつれ水に対するオゾンの溶解度が低下しオゾンによる酸化分解反応が乏しくなり排水処理効率が低下する傾向がみられるため好ましくない。特に、水温が２８℃より高くなると、この傾向が著しくなるので好ましくない。なお、排水の水温の下限は、排水が凍りつかない水温であればよいため、０℃より高い温度に維持されていればよい。但し、反応槽等の内部が常に流動でき凍りつかない状態であれば、０℃以下の水温でも構わない。
【００２３】
本発明の請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５の内いずれか１に記載の排水処理装置であって、前記反応槽の底部若しくはその側部の所定部に接続された汚泥スラリー排出部及び／又は前記反応槽の上方の所定部に接続された排泡部を備えた構成を有している。
この構成により、請求項１乃至５の内いずれか１で得られる作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）汚泥スラリー排出部や排泡部を備えているので、排水のオゾン処理を行った後に反応槽の底部に沈降した汚泥や微細気泡に付着した汚泥を処理水とは別に反応槽の外部に排出することができ、排水中の汚泥を分離濃縮することができる。
【００２４】
本発明の請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の排水処理装置であって、前記汚泥スラリー排出部及び／又は前記排泡部に接続された処理槽と、一端に汚泥吸引口が他端に汚泥注入口が形成され前記処理槽と連通する処理槽第１連通部と、前記処理槽第１連通部に配設され汚泥を循環させる処理槽第１ポンプと、前記処理槽第１ポンプの上流側の前記処理槽第１連通部に接続された処理槽オゾンガス供給部と、を備えた構成を有している。
この構成により、請求項６で得られる作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）汚泥スラリー排出部や排泡部に接続された処理槽を備えているので、反応槽から排出された汚泥を処理槽でオゾンを用いてさらに酸化分解させることができ、汚泥等の固形廃棄物の減容を図ることができる。
（２）反応槽の底部に沈降した汚泥や微細気泡に付着して浮上分離した汚泥を処理槽に導いて汚泥を濃縮させ減容させることができるので、反応槽と処理槽で並行して排水処理を進めることができ作業性に優れる。
【００２５】
ここで、処理槽第１連通部には、請求項２で説明した微細気泡発生手段を配設することができる。これにより、請求項２に記載の作用と同様の作用が得られる。
【００２６】
本発明の請求項８に記載の発明は、請求項１乃至７の内いずれか１に記載の排水処理装置であって、前記排水流入口に接続された溶解槽と、前記溶解槽に接続され排水を前記溶解槽に流入させる排水流入路と、前記排水流入路に配設され排水を圧送するとともに前記溶解槽内を加圧する圧送ポンプと、前記圧送ポンプの上流側の前記排水流入路に接続された溶解槽オゾンガス供給部と、を備えた構成を有している。
この構成により、請求項１乃至７の内いずれか１で得られる作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）排水流入口に接続された溶解槽と、排水流入路に配設され排水を圧送するとともに溶解槽内を加圧する圧送ポンプと、排水流入路に接続された溶解槽オゾンガス供給部と、を備えているので、溶解槽内で排水が加圧されオゾンを過飽和状態で溶解させることができオゾンによる酸化分解効率を高めることができる。
（２）溶解槽内で加圧されてオゾンが過飽和状態で溶解した排水が大気圧下の反応槽に放出されるので、溶解したオゾンが微細気泡として多量に出現し汚濁物質の浮上分離及び酸化分解反応が直ちに行われ排水処理時間を著しく短縮することができ作業性に優れる。
【００２７】
ここで、圧送ポンプは溶解槽を０．２〜１ＭＰａの圧力で加圧するのが好ましい。圧力が０．２ＭＰａより小さくなるにつれ圧力が小さいためオゾンの溶解度の増加量が少なく酸化分解効率の増加効果を高め難い傾向がみられ、圧力が１ＭＰａより大きくなるにつれ耐圧性を高めるため溶解槽が大型化し設備負荷が増大する傾向がみられるため好ましくない。
なお、排水流入路には、請求項２で説明した微細気泡発生手段を配設することができる。これにより、請求項２に記載の作用と同様の作用が得られる。
【００２８】
本発明の請求項９に記載の土壌改良材の製造方法は、請求項１乃至８の内いずれか１に記載の排水処理装置を用い前記反応槽に貯留された排水を循環させながらオゾンガスを供給して排水をオゾン処理するオゾン処理工程と、前記オゾン処理工程で処理された処理水と汚泥スラリーとを前記反応槽から排出する排出工程と、排出された前記処理水及び／又は前記汚泥スラリーを脱水処理して土壌改良材として単独で若しくは配合して用いる固形分を採取する脱水処理工程と、を備えた構成を有している。
この構成により、以下のような作用が得られる。
（１）オゾン処理された処理水や汚泥スラリーを脱水処理して固形分を採取するので、大腸菌等の細菌類がなく無菌で衛生的な土壌改良材を製造することができる。また、処理水等の溶存酸素量が著しく高いので、固形分の好気性が高く土壌菌等が繁殖し易く作物の栽培に適した土壌改良材を製造することができる。オゾンの酸化作用によって有害細菌類が死滅するとともにオゾンが分解した酸素で酸化されているからである。また、処理水を脱水処理して採取された固形分からは、銅，カドミウム，亜鉛等の土壌汚染物質の含有量の少ない土壌改良材を製造することができる。オゾン処理によって排水中の土壌汚染物質の金属イオンが酸化され析出し処理水から分離されるので処理水に含まれず、そのため処理水を脱水処理されて採取された固形分中にも含まれないからである。
（２）処理水や汚泥スラリーを固液分離して得られた固形分は、有機物が分解され窒素やリン等を含有するので作物の栽培に適している。
（３）オゾンの酸化力によって好気性の土質に変化しているので、もみがら，わら等の有機物を加えた後にコンポスト化することも容易であり汎用性に優れる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１は実施の形態１における排水処理装置の模式図である。
図中、１は実施の形態１における排水処理装置、２は産業用廃水，下水及びし尿等の排水が集水されて貯留された排水貯留槽、３は排水貯留槽２内に浸漬され集水された排水を揚水する排水ポンプ、４は排水ポンプ３に一端が接続された排水供給路、５は排水供給路４に配設された排水供給弁、６は排水が貯留される反応槽、７は反応槽６の下部側に形成され排水供給路４の他端側が接続された排水流入口、８は反応槽６の上方及び下方と連通する反応槽第１連通部、９は反応槽第１連通部８の一端に形成され反応槽６に供給された排水を吸引する排水吸引口、１０は反応槽第１連通部８の他端に形成され排水吸引口９から吸引された排水を反応槽６内に注入する排水注入口、１１は反応槽第１連通部８に配設され排水を排水吸引口９から排水注入口１０へと循環する反応槽第１ポンプである。本実施の形態においては反応槽第１ポンプ１１として渦流タービンポンプ（ニクニ社製）を用い、これを微細気泡発生手段として兼用した。
１２は反応槽第１ポンプ１１の上流側の反応槽第１連通部８に接続され酸素を無声放電式のオゾナイザー等によりオゾンガス化し空気，酸素とともにオゾン若しくは酸素とともにオゾンを系内に供給する反応槽オゾンガス供給部、１３はゼオライト等を用いて空気からオゾンの原料となる高濃度の酸素を製造し反応槽オゾンガス供給部１２に供給する酸素ガス発生部、１４は一端が反応槽６の下方に連通され他端が反応槽６の上方に連通された反応槽第２連通部、１５は反応槽第２連通部１４に配設され排水を循環する反応槽第２ポンプ、１６は反応槽第２連通部１４の他端に接続され反応槽６の上部に配設された消泡ノズル、１７は反応槽６の底部に接続された汚泥スラリー排出部、１８は汚泥スラリー排出部１７に配設された排泥弁、１９は汚泥スラリー排出部１７に配設された排泥ポンプ、２０は汚泥スラリー排出部１７に配設された濾過装置等の固液分離装置、２１は反応槽６の上方の所定部に接続された排泡部、２２は排泡部２１に配設された排泡ポンプ、２３は反応槽６の所定部に接続された処理水排出部、２４は処理水排出部２３に配設された処理水排出弁、２５は処理水排出部２４に配設された処理水排出ポンプ、２６は処理水排出部２３に配設された濾過装置等の固液分離装置、２７は反応槽６の上部に接続された排ガス管、２８は排ガス管２７に配設され排ガス中のオゾン濃度を測定するオゾン濃度検出装置、２９は排ガス管２７に配設され排ガス中のオゾンを吸着して分解する活性炭等を含有する排オゾン処理装置である。
【００３０】
以上のように構成された実施の形態１における排水処理装置について、以下その使用方法を説明する。
オゾン処理工程において、始めに、排水供給路４に配設された排水供給弁５を開弁した後、排水ポンプ３を駆動し排水貯留槽２に集水された排水を反応槽６に供給する。排水の水面の高さが排水吸引口９よりも高い位置まで達した後、排水ポンプ３を停止するとともに排水供給弁５を閉止する。
次に、反応槽第１ポンプ１１を駆動して排水を循環するとともに酸素ガス発生部１３，反応槽オゾンガス供給部１２を駆動して、所定濃度のオゾンガスを平均粒径０．０１〜２００μｍの微細気泡に含有させて排水中に溶存させ排水注入口１０から反応槽６内に注入する。これにより、排水中の汚濁物質が微細気泡に付着して浮上分離し反応槽６の上方に無数の汚濁物質が付着した泡が現れる。このとき、系内に供給するオゾンガス濃度は、排ガス管２７に配設されたオゾン濃度検出装置２８の検出値が所定の基準値以下になるように最適量に調整する。
次に、反応槽第２ポンプ１５を駆動して排水を消泡ノズル１６から噴射する。これにより、反応槽６の上方に発現した泡が消されて泡に付着していた汚濁物質は再び排水中に懸濁する。これを繰り返すことによって、オゾンによる排水中の汚濁物質の酸化分解が繰り返し行われる。
反応槽６内に所定濃度のオゾンガスを所定時間注入した後、反応槽第１ポンプ１１，反応槽オゾンガス供給部１２，酸素ガス発生部１３を停止する。次いで、排出工程において、排泥弁１８を開弁するとともに排泥ポンプ１９を駆動して反応槽６の底部に沈降した汚泥を汚泥スラリーとして汚泥スラリー排出部１７から反応槽６の外部に排出する。さらに、排泡ポンプ２２を駆動して排泡部２１から汚濁物質が付着した泡を反応槽６の外部に排出する。次いで、処理水排出弁２４を開弁した後、処理水排出ポンプ２５を駆動して、処理水排出部２３から汚泥スラリーや泡が除去された処理水を反応槽６から排出する。
脱水処理工程において、処理水は固液分離装置２６によって固形分が除去された後、河川等に放流される。固液分離装置２６によって分離され脱水処理された固形分は、必要に応じて施肥や発酵，水分量調整等の処理がなされ土壌改良材として利用することができる。また、汚泥スラリー１７から排出された汚泥スラリーは固液分離装置２０で脱水処理されて固形分が採取される。この固形分も土壌改良材として用いることができる。
【００３１】
以上のように、実施の形態１における排水処理装置は構成されているので、以下のような作用が得られる。
（１）排水が貯留される反応槽と、反応槽と連通する反応層第１連通部と、反応層第１連通部に配設された反応槽第１ポンプと、オゾンガスを系内に供給する反応槽オゾンガス供給部と、を備えているので、反応槽，反応槽第１連通部内の排水にオゾンガスを微細気泡にして拡散して供給することにより、オゾンの酸化力によって排水中の有機物の酸化分解、金属イオンの酸化・析出、排水の脱臭，脱色，殺菌等が行われ排水基準を大幅に下回る清浄な処理水を得ることができる。
（２）オゾンガスを反応槽第１ポンプの上流側に供給するので、供給されたオゾンガスを反応槽第１ポンプのインペラにより排水中に微細気泡として拡散させることができる。また、反応層第１連通部を備え排水を循環させるので、排水が反応槽内で撹拌されて排水が微細気泡のオゾンガスと同伴し繰り返しオゾンガスと接触し酸化分解や殺菌効率を高めることができる。
（３）オゾンガスを平均粒径０．０１〜２００μｍの微細気泡に含有させて排水中に供給するので、オゾンの排水中の滞在時間を長くすることができるとともに排水中の溶解度を増加させて酸化分解反応を活発化させることができ、さらに排水中の汚濁物質に付着して浮上分離させることができ排水処理効率を高めることができる。
（４）オゾンの酸化分解によって、汚泥中のタンパク質等の有機性物質等が酸化分解されて可溶化されるとともに、粘性を発現するタンパク質等の分解により汚泥の粘性が低下するので、汚水中の泥状物の濃縮性を向上させ汚泥の発生量を大幅に減少させることができる。
（５）オゾンガスを用いて酸化分解するので、流入水質や水量の変動、気候等の環境条件の変動に対しても、安定して水質の良好な処理水を得ることができる。
（６）オゾンを用いた酸化分解によって酸素が生成されるので、周辺環境に二次的な環境汚染を引き起こさず、また処理水や汚泥はオゾンの強力な酸化力によって殺菌され衛生的である。さらに、処理水はオゾンの酸化力によって好気性の水質に変化しているので、河川等へ放流することはもちろん、生物処理の前処理として生物分解槽に注入することもでき応用性が高い。
（７）装置の構成が簡単なので、建設費や運転管理費を少なくすることができ設備負荷を小さくすることができ、大都市近郊や工場等の大規模な排水処理だけでなく、中小都市や農山村地域において汚濁水発生源若しくは小集落ごとに排水処理を行う小規模排水処理装置として用いることができる。また、設置に多くの敷地面積を要さないので、車両等に搭載して汚濁水発生源や小集落等を巡回する移動式の排水処理装置としても用いることができ汎用性に優れる。
（８）反応槽第２連通部と、反応槽第２連通部に配設された反応槽第２ポンプと、反応槽第２連通部に接続された消泡ノズルと、を備えているので、注入された微細気泡に付着して浮上分離した汚濁物質に消泡ノズルから排水を吹き付けて消泡させ、汚濁物質を再び排水中に懸濁させることができる。これによって、汚濁物質がオゾンガスに繰り返し接触し汚濁物質の分解が促進され排水処理効率を高めることができる。
（９）汚泥スラリー排出部や排泡部を備えているので、排水のオゾン処理を行った後に反応槽の底部に沈降した汚泥や微細気泡に付着した汚泥を処理水とは別に反応槽の外部に排出することができ、排水中の汚泥を分離濃縮することができる。
（１０）酸素ガス発生装置が反応槽オゾンガス供給部に接続されているので、強制的に空気中の酸素濃度を高めて高濃度の酸素を反応槽オゾンガス供給部に供給することによりオゾンガス濃度を高めることができる。これにより、反応槽，反応槽第１連通部に供給するオゾン発生量を高め排水の酸化分解効率を高めることができる。また、汚濁水の含有有機物量に応じてオゾンガスを適正量発生させることができ、処理効率を高めることができる。
（１１）排ガス管にオゾン濃度検出装置が配設されているので、排ガス中のオゾンガス濃度がほぼゼロになるように反応槽オゾンガス供給部から発生するオゾンガス濃度を調整して、酸化反応に必要な最適量のオゾンを排水中に供給することができオゾンを排水処理に無駄なく利用することができる。
【００３２】
本実施の形態においては、反応槽第１ポンプ１１に渦流タービンポンプを用い、これを微細気泡発生手段として用いる場合を説明したが、これに代えて、反応槽第１ポンプ１１の下流側の反応槽第１連通部８にエゼクタを備えた微細気泡発生手段８ａを配設する場合もある。これにより、排水注入口１０から噴射される排水の噴流による負圧によりオゾンを吸引し、気体流に作用する剪断作用により排水中に微細気泡を発生させることができる。また、反応槽第１ポンプの下流側に微細気泡発生装置（バブルタンク社製）を配設し、より微細な気泡径を有する微細気泡を発生させることができる。
また、反応槽第１連通部８の一端に形成された排水吸引口９が反応槽６の上方と連通する場合について説明したが、排水吸引口９を反応槽６の下方乃至上方の所定部と連通させ反応槽６内の排水を吸引させる場合もある。また、排水注入口１０や排水吸引口９を反応槽６の複数箇所と連通させることもできる。これにより、排水の循環効率を高めることができる。
【００３３】
（実施の形態２）
図２は本発明の実施の形態２における排水処理装置の模式図である。なお、実施の形態１と同様のものは、同じ符号を付して説明を省略する。
図中、３０は実施の形態２における排水処理装置、３１は反応槽６の側壁に配設され反応槽６内の排水を２８℃以下好ましくは２０℃以下の水温に維持する冷却装置としての冷却用ジャケット、３２は汚泥スラリー排出部１７，排泡部２１が接続された処理槽、３３は処理槽３２の上方及び下方と連通する処理槽第１連通部、３３ａは反応槽第１連通部３３に配設されたエゼクタを備えた微細気泡発生手段、３４は処理槽第１連通部３３の一端に形成され処理槽３２に供給された汚泥スラリーを吸引する汚泥吸引口、３５は処理槽第１連通部３３の他端に形成され汚泥吸引口３４から吸引された汚泥スラリーを処理槽３２内に注入する汚泥注入口、３６は処理槽第１連通部３３に配設され汚泥スラリーを汚泥吸引口３４から汚泥注入口３５へと循環する処理槽第１ポンプ、３７は処理槽第１ポンプ３６の上流側の処理槽第１連通部３３に配設された微細気泡発生手段３３ａに接続され酸素を無声放電式のオゾナイザー等によりオゾンガス化し系内に空気，酸素とともにオゾン若しくは酸素とともにオゾンを供給する処理槽オゾンガス供給部、３８はゼオライト等を用いて空気からオゾンの原料となる高濃度の酸素を製造し処理槽オゾンガス供給部３７に供給する酸素ガス発生部、３９は一端が処理槽３２の下方に連通され他端が処理槽３２の上方に連通された処理槽第２連通部、４０は処理槽第２連通部３９に配設され汚泥を循環する処理槽第２ポンプ、４１は処理槽第２連通部３９の他端に接続され処理槽３２の上部に配設された消泡ノズル、４２は処理槽３２に接続されスラリー状の汚泥を排出する第１汚泥排出部、４３は第１汚泥排出部４２に配設された第１汚泥排出弁、４４は処理槽３２の底部に接続されスラリー状の汚泥を排出する第２汚泥排出部、４５は第２汚泥排出部４４に配設された第２汚泥排出弁、４６は第１汚泥排出部４２と第２汚泥排出部４３に接続された汚泥排出部、４７は汚泥排出部４６に配設された汚泥排出ポンプ、４８は汚泥排出部４６に配設された濾過装置等の固液分離装置、４９は処理槽３２の上部に接続された排ガス管、５０は排ガス管４９に配設され排ガス中のオゾン濃度を測定するオゾン濃度検出装置、５１は排ガス管４９に配設され排ガス中のオゾンを吸着して分解する活性炭等を含有する排オゾン処理装置である。
実施の形態２においても実施の形態１と同様に、エゼクタを備えた微細気泡発生手段３３ａに代えて、処理槽第１ポンプ３６として渦流タービンポンプ等を用い、オゾンを微細気泡として汚泥注入口３５から発生させる場合もある。これにより、オゾンを含有する微細気泡の平均の気泡径を０．０１〜２００μｍにすることができる。
【００３４】
実施の形態２における排水処理装置が実施の形態１と異なる点は、反応槽６に冷却装置としての冷却用ジャケット３１が配設されている点、汚泥スラリー排出部１７及び排泡部２１に接続された処理槽３２を備え、処理槽３２が、処理槽第１ポンプ３６と処理槽オゾンガス供給部３７の配設された処理槽第１連通部３３と、消泡ノズル４１が接続された処理槽第２連通部３９と、を備えている点である。
処理槽３２で処理された排泡や汚泥スラリーは、汚泥排出ポンプ４７を駆動することによって第１汚泥排出部４２及び第２汚泥排出部４４から処理槽３２の外部へ排出され、固液分離装置４８によって汚泥スラリー等から固形分が採取される。採取された固形分は土壌改良材として用いることができる。
【００３５】
以上のように、実施の形態２における排水処理装置は構成されているので、実施の形態１に記載の作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）反応槽が冷却装置を備えているので、気温の高い夏季においても排水の水温を低く保つことができ、オゾンの溶解度を高め酸化分解反応等の反応を向上させ排水処理効率を向上させることができる。水に対するオゾンの溶解度は水温が低いほど大きくなるからである。
（２）汚泥スラリー排出部や排泡部に接続された処理槽を備えているので、汚泥スラリーを処理槽でオゾンを用いて酸化分解させることができ、さらに汚泥等の固形廃棄物の減容を図ることができる。
（３）反応槽の底部に沈降した汚泥や微細気泡に付着して浮上分離した汚泥を処理槽に導いて汚泥を濃縮させ減容させることができるので、反応槽と処理槽で並行して排水処理を進めることができ作業性に優れる。
【００３６】
なお、本実施の形態においては、処理槽第１連通部３３の一端に形成された汚泥吸引口３４が処理槽３２の上方と連通する場合について説明したが、汚泥吸引口３４を処理槽３２の下方乃至上方の所定部と連通させ処理槽３２内の汚泥スラリーを吸引させる場合もある。これにより、処理槽３２内に貯留された汚泥スラリーの量が少ないときでも処理槽第１連通部３３で汚泥スラリーを循環させてオゾン処理を行うことができ操作性に優れる。
【００３７】
（実施の形態３）
図３は本発明の実施の形態３における排水処理装置の模式図である。なお、実施の形態１と同様のものは、同じ符号を付して説明を省略する。
図中、６０は実施の形態３における排水処理装置、６１は一端が排水ポンプ３に接続され排水貯留槽２に貯留された排水が流れる排水流入路、６２は排水流入路６１に配設された排水流入弁、６３は排水流入弁６１の下流側の排水流入路６１に配設され排水を圧送する圧送ポンプ、６４は圧送ポンプ６３の上流側の排水流入路に接続され酸素を無声放電式のオゾナイザー等によりオゾンガス化し空気，酸素とともにオゾン若しくは酸素とともにオゾンを系内に供給する溶解槽オゾンガス供給部、６５はゼオライト等を用いて空気からオゾンの原料となる高濃度の酸素を製造し溶解槽オゾンガス供給部６４に供給する酸素ガス発生部、６６は排水流入路６１の他端が接続された溶解槽、６７は一端が溶解槽６６に接続され他端が反応槽６の排水流入口７に接続された連通部、６８は連通部６７に配設された連通弁、６９は連通弁６８より下流側の連通部６７に配設された排水輸送ポンプ、７０は溶解槽６６に配設された冷却装置としての冷却用ジャケット、７１は反応槽６に覆設された断熱部材、７２は冷却ガスを発生する冷却装置としての冷却ガス発生部、７３は溶解槽７０の内部の下部側に配設された冷却装置としての冷却ガス噴射ノズルである。
なお、本実施の形態においても実施の形態１乃至２と同様に、排水流入路６１にエゼクタ（図示しない）を有する微細気泡発生手段や、圧送ポンプ６３として微細気泡発生手段として兼用できる渦流タービンポンプ等を用い、オゾンを微細気泡として発生させることができる。これにより、オゾンを含有する微細気泡の平均の気泡径を０．０１〜２００μｍにすることができる。
【００３８】
以上のように構成された実施の形態３における排水処理装置について、以下その使用方法を説明する。
始めに、連通部６７に配設された連通弁６８を閉止し排水流入路６１に配設された排水流入弁６２を開弁した後、排水ポンプ３を駆動し排水貯留槽２に集水された排水を揚水する。次いで、圧送ポンプ６３を駆動するとともに酸素ガス発生部６５，溶解槽オゾンガス供給部６４を駆動して、オゾンを含有する微細気泡が溶解した排水を排水流入路６１から溶解槽６６内に圧送し、微細気泡が溶解した排水を０．２〜１ＭＰａの圧力で所定時間加圧する。さらに、オゾンの溶解度を高めるために冷却用ジャケット７０を用いて溶解槽６６を冷却する。
所定時間が経過した後、圧送ポンプ６３，酸素ガス発生部６５，溶解槽オゾンガス供給部６４を停止するとともに連通弁６８を開弁し、さらに排水輸送ポンプ６９を駆動することによって、溶解槽６６内の排水を反応槽６内へ輸送する。これにより、溶解槽６６内で加圧されてオゾンが過飽和状態で溶解した排水を大気圧下の反応槽６に放出させる。このとき、溶存していた微細気泡が多量に反応槽６内に出現し汚濁物質の浮上分離が行われる。反応槽６内の排水の水面の高さが排水吸引口９よりも高い位置まで達した後、排水輸送ポンプ６９を停止するとともに連通弁６８を閉止する。
次いで、反応槽第１ポンプ１１を駆動して排水を循環するとともに酸素ガス発生部１３，反応槽オゾンガス供給部１２を駆動して、オゾンを含有する微細気泡を排水注入口１０から反応槽６内に注入し、反応槽６内でオゾンによる排水処理を行う。排水の水温が高い場合は、反応槽６内の排水中のオゾンの溶解度を高めるため冷却ガス噴射ノズル７３から冷却ガスを排水中に注入し排水の水温を２８℃以下好ましくは２０℃以下の低温に維持する。
これ以後の排水処理装置の使用方法は、実施の形態１で説明したものと同様なので説明を省略する。
【００３９】
以上のように、実施の形態３における排水処理装置は構成されているので、実施の形態１に記載の作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）排水流入口に接続された溶解槽と、排水流入路に配設され排水を圧送するとともに溶解槽内を加圧する圧送ポンプと、排水流入路に接続し排水に供給される微細気泡が含有するオゾンガスを発生する溶解槽オゾンガス供給部と、を備えているので、溶解槽内で排水が加圧されオゾンを過飽和状態で溶解させることができオゾンによる酸化分解効率を高めることができる。
（２）溶解槽内で０．２〜１Ｐａの圧力で加圧されてオゾンが過飽和状態で溶解した排水が大気圧下の反応槽に放出されるので、溶解したオゾンが微細気泡として多量に出現し汚濁物質の浮上分離及び酸化分解反応が直ちに行われ排水処理時間を著しく短縮することができ作業性に優れる。
（３）反応槽や溶解槽が冷却装置や断熱部材を備えているので、気温の高い夏季においても排水の水温を低く保つことができ、オゾンの溶解度が低下して酸化分解反応が乏しくなり排水処理効率が低下するのを防止することができる。
【００４０】
（実施の形態４）
図４は本発明の実施の形態４における排水処理装置の模式図である。なお、実施の形態１と同様のものは、同じ符号を付して説明を省略する。
図中、８０は実施の形態４における排水処理装置、８１は排水ポンプ３が一端に接続された排水供給路、８２は排水供給路８１が複数本に分岐され他端が複数の排水処理装置１に接続された分岐供給路、８３は分岐供給路８２に配設された分岐供給弁、８４は排水処理装置１の各々に一端が接続された複数本の分岐処理水排出部、８５は複数本の分岐処理水排出部８４が収束した処理水排出部、８６は処理水排出部８５に配設された濾過装置等の固液分離装置である。
【００４１】
実施の形態４における排水処理装置が実施の形態１と異なる点は、排水供給路８１が分岐して複数の排水処理装置１が並列して配設されている点である。
【００４２】
以上のように、実施の形態４における排水処理装置は構成されているので、実施の形態１に記載の作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）複数の排水処理装置が並列して配設されているので、排水処理を終えて処理水を排出した排水処理装置に順次未処理の排水を供給して排水処理を行うことができ、排水処理能力を著しく高めることができる。
【００４３】
【実施例】
以下、本発明を実施例により具体的に説明する。なお、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
実施の形態１で説明した排水処理装置を用いて排水処理効果を確認した。排水としては、山口県田万川町江崎集落排水浄化センターの沈殿槽の下部から汲み上げた排水を用いた。山口県田万川町江崎集落排水浄化センターは、各家庭から集められた排水中の大きな夾雑物をスクリーンを用いて除去した後、流量調整槽、接触曝気槽、沈殿槽を経て汚泥と放流水とに分離して排水の処理を行っている。沈殿槽は、接触曝気槽に充填された接触材より剥離した汚泥を沈殿分離させるもので、沈殿槽の下部から汲み上げた排水には多くの汚泥が含まれている。
この排水２００Ｌを容量が２５０Ｌの反応槽内に貯留した後、反応槽オゾンガス供給部、酸素ガス発生部、反応槽第１ポンプを駆動し、排水内にオゾンを含有する微細気泡を供給した。このときのオゾン発生量は９．９８ｇ／ｈ、オゾンガス濃度は２０．８ｇ／Ｎｍ３であった。また、排ガス中に含まれるオゾンガス濃度は０ｇ／Ｎｍ３であった。さらに、反応槽第２ポンプを駆動し消泡ノズルから排水を噴射させて泡に付着して浮上分離した汚濁物質を排水内に繰り返し懸濁させた。排水内にオゾンを含有する微細気泡の供給を開始してからの経過時間（処理時間）毎（０，２０，５０，１２０分毎）に反応槽内から処理水を採取し、浮遊物質（ＳＳ）、ＢＯＤ、ＣＯＤ、全窒素（以下、Ｔ−Ｎという）、孔径１μｍのガラス繊維濾紙（ＧＦＰ）を用いて濾過した濾液のＢＯＤ（以下、ＢＯＤＳという）、濾液のＣＯＤ（以下、ＣＯＤＳという）、アンモニア性窒素（ＮＨ４＋−Ｎ）、硝酸性窒素（ＮＯ３−−Ｎ）、亜硝酸性窒素（ＮＯ２−−Ｎ）を測定した。なお、ＢＯＤ、ＣＯＤ（過マンガン酸カリウム酸化法による）、Ｔ−Ｎ、ＮＨ４＋−Ｎ、ＮＯ３−−Ｎ、ＮＯ２−−Ｎの測定はＪＩＳ　Ｋ　０１０２に従って行った。また、ＢＯＤＳ、ＣＯＤＳの測定は、試料をの濾過操作以外はＪＩＳ　Ｋ　０１０２に従って行った。ＳＳの測定は昭和４６年環境庁告示５９号に従って行った。
なお、１２０分間の排水処理におけるオゾン注入率は９９．８ｍｇ／Ｌであった。また、排水の温度は２０℃であった。
【００４４】
図５は処理時間と処理水中のＳＳ，ＢＯＤ，ＣＯＤの関係を示した図であり、図６は処理時間と処理水中のＴ−Ｎ，ＢＯＤＳ，ＣＯＤＳ，ＮＨ４＋−Ｎの関係を示した図である。表１は処理時間に対する処理水中のＮＯ３−−Ｎ、ＮＯ２−−Ｎの量を示した表である。
【表１】
2004141697.tif 000004
図５乃至図６から、処理時間１２０分で処理水中のＳＳ，ＢＯＤ，ＣＯＤ，Ｔ−Ｎ，ＢＯＤＳ，ＣＯＤＳ，ＮＨ４＋−Ｎを著しく小さくすることができることが確認された。なお、処理時間１２０分後の各測定値は、ＳＳ：８．０ｍｇ／Ｌ，ＢＯＤ：１０．４ｍｇ／Ｌ，ＣＯＤ：１０．６ｍｇ／Ｌ，Ｔ−Ｎ：１４．８ｍｇ／Ｌ，ＢＯＤＳ：１０．２ｍｇ／Ｌ，ＣＯＤＳ：８．５ｍｇ／Ｌ，ＮＨ４＋−Ｎ：０．３４ｍｇ／Ｌであった。
なお、図６において、ＢＯＤＳ，ＣＯＤＳの値が処理時間２０〜５０分にかけて一時的に増加しているのは、オゾンの酸化作用によって、汚濁物質が濾紙を通過できる溶解性物質に変化し、その後分解されたことを示していると推察している。また、表１において、処理時間１２０分後にＮＯ３−−Ｎ、ＮＯ２−−Ｎの量が増加しているのは、オゾンの酸化作用によってＮＨ４＋−Ｎの分解が進んだことを示していると推察している。
下水道法施行令が求める排水基準では２次処理（具体的には活性汚泥法や散水濾過法等を中心とした処理）により、ＢＯＤが２０ｍｇ／Ｌ以下、ＳＳが７０ｍｇ／Ｌ以下とされているので、本実施例によれば、強い酸化作用を有するオゾンの微細気泡による浮上分離と汚濁物質の分解により、排水基準を大幅に下回る清浄な処理水が得られることが明らかになった。
【００４５】
（実施例２）
実施の形態２で説明した排水処理装置を用いて排水処理効果を確認した。排水としては、山口県田万川町江崎集落排水浄化センターの沈殿槽の下部から汲み上げた排水を用いた。
この排水２００Ｌを容量２５０Ｌの反応槽内に貯留した後、冷却用ジャケットを用いて反応槽内の排水の水温を２５℃に維持した後、反応槽オゾンガス供給部、酸素ガス発生部、反応槽第１ポンプを駆動し、排水内にオゾンを含有する微細気泡を供給した。このときのオゾン発生量は６１．６ｇ／ｈ、オゾンガス濃度は６８．５ｇ／Ｎｍ３であった。また、排ガス中に含まれるオゾンガス濃度は０ｇ／Ｎｍ３であった。さらに、反応槽第２ポンプを駆動し消泡ノズルから排水を噴射させて泡に付着して浮上分離した汚濁物質を排水内に繰り返し懸濁させた。排水内にオゾンを含有する微細気泡の供給を３０分間行った後（処理時間３０分）、反応槽内から処理水と排泡及び排泥スラリー（以下、排泡・排泥という）とを採取し、ｐＨ、溶存酸素量（ＤＯ）、ＢＯＤ、ＣＯＤ、ＢＯＤＳ、ＣＯＤＳ、浮遊物質（ＳＳ）、揮発性浮遊物質（ＶＳＳ）、蒸発残留物（１０５〜１１０℃で２時間乾燥後の残留物）、強熱減量（蒸発残留物を８００℃程度の高温で強熱した減量分）、全窒素（Ｔ−Ｎ）、アンモニア性窒素（ＮＨ４＋−Ｎ）、硝酸性窒素（ＮＯ３−−Ｎ）、亜硝酸性窒素（ＮＯ２−−Ｎ）、全リン（Ｔ−Ｐ）、Ｃｕ、一般細菌数、大腸菌数を測定した。なお、ＢＯＤ、ＣＯＤ（過マンガン酸カリウム酸化法による）、Ｔ−Ｎ、ＮＨ４＋−Ｎ、ＮＯ３−−Ｎ、ＮＯ２−−Ｎの測定はＪＩＳ　Ｋ０１０２に従って行った。また、ＢＯＤＳ、ＣＯＤＳの測定は、試料の濾過操作以外はＪＩＳ　Ｋ　０１０２に従って行った。ＳＳの測定は昭和４６年環境庁告示５９号に従って行った。その他の分析操作は下水試験法に準拠した。なお、３０分間の排水処理におけるオゾン注入率は３０８ｍｇ／Ｌであった。
反応槽内及び処理槽内の排水や汚泥スラリー等を全て排出した後、同様に山口県田万川町江崎集落排水浄化センターの沈殿槽から汲み上げた排水２００Ｌを同じ反応槽内に貯留した後、冷却用ジャケットを用いて反応槽内の排水の水温を２０℃に維持した。次いで、同様の処理を３０分間行った後に処理水を採取し、同様の分析を行った。これらの分析値を未処理の排水の分析値と比較した。その結果を表２に示す。
【表２】
2004141697.tif 000005
【００４６】
表２から、以下のことが明らかになった。
（１）排水の水温を２０℃に維持することにより、２５℃に維持した場合と比較して、処理水のｐＨが低くなり溶存酸素量が高くなることが確認された。これは、水温が低い方がオゾンの溶解度が高まり酸化分解が活発に行われることを示している。また、排水（原水）の溶存酸素量と比較すると１０倍程度の高い値を示すことが明らかになった。これは処理水や排泡・排泥が好気性の水質や土質に変化していることを示している。
（２）排水の水温を２０℃に維持することにより、２５℃に維持した場合と比較して、ＢＯＤＳ、ＣＯＤＳが高くなることが確認された。これは、オゾンによる酸化分解が活発化するため、排水中の有機物が分解されて低分子化し溶解性の有機物が増加したことを示している。
（３）排水と比較して処理水中のＣｕの量が著しく減少していることが確認された。これは、排水中のＣｕイオンが酸化されて析出し、処理水から分離されて排泡や排泥中に含まれたことを示している。この結果、処理水を脱水処理して採取される固形分は、土壌汚染物質であるＣｕの含有量が著しく少ないことが明らかになった。また、排泡・排泥には窒素、リン等の栄養塩類が多量に含まれており植物の栽培に適していることが明らかになった。
（４）処理水中の一般細菌数及び大腸菌数をほぼ０にできることが確認された（下水道法施行令が求める排水基準では２次処理により、大腸菌群数は３０００個／ｃｍ３以下）。これにより、処理水、処理水や排泥・排泡を脱水処理して採取される固形分は、無菌で非常に衛生的であることが明らかになった。これらの結果から、従来は大部分が埋立処理されていた余剰汚泥等の固形廃棄物を、土壌改良材としてリサイクルすることが可能であり、排水を資源として有効に活用できることを示している。
（５）排水（原水）に比べて処理水の粘度が低下するとともに、排泡・排泥の蒸発残留物の量が、排水の蒸発残留物の量の約５倍に増加することが確認された。これは、排泡・排泥が排水に比べ濃度が約５倍に増加し著しく濃縮されていることを示している。この結果、本実施例によれば、汚泥の濃縮性を向上させ余剰汚泥等の固形廃棄物の発生量を大幅に減少させることができることが明らかになった。
【００４７】
【発明の効果】
以上のように、本発明の排水処理装置及びこれを用いた土壌改良材の製造方法によれば、以下のような有利な効果が得られる。
請求項１に記載の発明によれば、
（１）排水が貯留される反応槽と、反応槽と連通する反応層第１連通部と、反応層第１連通部に配設された反応槽第１ポンプと、オゾンガスを系内に供給する反応槽オゾンガス供給部と、を備えているので、反応槽，反応槽第１連通部内の排水にオゾンガスを微細気泡にして拡散して供給することにより、オゾンの酸化力によって排水中の有機物の酸化分解、金属イオンの酸化・析出、排水の脱臭，脱色，殺菌等が行われ排水基準を大幅に下回る清浄な処理水を得ることができる排水処理装置を提供することができる。このため産業用廃水等の処理だけでなく、上水、工業用水等の水処理全般に広く用いることにできる汎用性に優れた排水処理装置を提供することができる。
（２）オゾンガスを反応槽第１ポンプの上流側に供給するので、供給されたオゾンガスを反応槽第１ポンプのインペラにより排水中に微細気泡として拡散させることができる。また、反応層第１連通部を備え排水を循環させるので、排水が反応槽内で撹拌されて排水が微細気泡のオゾンガスと同伴し繰り返しオゾンガスと接触し排水処理効率を高めることができる。
（３）オゾンの酸化分解によって、汚泥中のタンパク質等の有機性物質等が酸化分解されて可溶化されるとともに、粘性を発現するタンパク質等の分解により汚泥の粘性が低下するので、汚泥の濃縮性を向上させ汚泥の発生量を大幅に減少させることができる排水処理装置を提供することができる。
（４）オゾンガスを用いて酸化分解するので、流入水質や水量の変動、気候等の環境条件の変動に対しても、安定して水質の良好な処理水を得ることができる安定性に優れた排水処理装置を提供することができる。
（５）オゾンを用いた酸化分解によって酸素が生成されるので、周辺環境に二次的な環境汚染を引き起こさず、またオゾンの強力な酸化力によって殺菌され衛生的な処理水や汚泥の得られる排水処理装置を提供することができる。さらに、処理水はオゾンの酸化力によって好気性の水質に変化しているので、河川等へ放流することはもちろん、生物処理の前処理として生物分解槽に注入することもでき応用性の高い排水処理装置を提供することができる。
（６）装置の構成が簡単なので、建設費や運転管理費を少なくすることができ設備負荷を小さくすることができ、大都市近郊や工場等の大規模な排水処理だけでなく、中小都市や農山村地域において汚濁水発生源若しくは小集落ごとに排水処理を行う小規模排水処理装置として用いることができる排水処理装置を提供することができる。また、設置に多くの敷地面積を要さないので、車両等に搭載して汚濁水発生源や小集落等を巡回する移動式の排水処理装置としても用いることができ汎用性に優れた排水処理装置を提供することができる。
【００４８】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１の効果に加え、
（１）反応槽第１連通部に微細気泡発生手段が配設されているので、オゾンガスを微細気泡に含有させて排水中に供給することができ、オゾンの排水中の滞在時間を長くすることができるとともに排水に対するオゾンの溶解度を増加させて酸化分解反応を活発化させることができ、さらに排水中の汚濁物質が微細気泡に付着して浮上分離され排水処理効率に著しく優れた排水処理装置を提供することができる。
【００４９】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２の効果に加え、
（１）反応槽第２連通部と、反応槽第２連通部に配設された反応槽第２ポンプと、反応槽第２連通部に接続された消泡ノズルと、を備えているので、注入された微細気泡に付着して浮上分離した汚濁物質に消泡ノズルから排水を吹き付けて消泡させ、汚濁物質を再び排水中に懸濁させることができる。また、排水の流滴等を反応槽上部のオゾンガス層に繰り返し接触させることができる。これによって、汚濁物質がオゾンガスに繰り返し接触し汚濁物質の分解が促進される排水処理効率の高い排水処理装置を提供することができる。
【００５０】
請求項４に記載の発明によれば、請求項１乃至３の内いずれか１の効果に加え、
（１）反応槽が冷却装置や断熱部材を備えているので、気温の高い夏季においても排水の水温を低く保つことができ、オゾンの溶解度を高め酸化分解反応等の反応を向上させ排水処理効率の高い排水処理装置を提供することができる。
【００５１】
請求項５に記載の発明によれば、請求項１乃至４の内いずれか１の効果に加え、
（１）反応槽内の排水の水温が低温に維持されているので、オゾンの溶解度が低下するのを防止し安定した排水処理効率を得ることができる安定性に優れた排水処理装置を提供することができる。
【００５２】
請求項６に記載の発明によれば、請求項１乃至５の内いずれか１の効果に加え、
（１）汚泥スラリー排出部や排泡部を備えているので、排水のオゾン処理を行った後に反応槽の底部に沈降した汚泥や微細気泡に付着した汚泥を処理水とは別に反応槽の外部に排出することができ、排水中の汚泥を分離濃縮することができ濃縮性が高く固形廃棄物の発生量が少ない排水処理装置を提供することができる。
【００５３】
請求項７に記載の発明によれば、請求項６の効果に加え、
（１）汚泥スラリー排出部や排泡部に接続された処理槽を備えているので、反応槽から排出された汚泥を処理槽でオゾンを用いてさらに酸化分解させることができ、汚泥等の固形廃棄物の減容を図ることができる排水処理装置を提供することができる。
（２）反応槽の底部に沈降した汚泥や微細気泡に付着して浮上分離した汚泥を処理槽に導いて汚泥を濃縮させ減容させることができるので、反応槽と処理槽で並行して排水処理を進めることができ作業性に優れた排水処理装置を提供することができる。
【００５４】
本発明の請求項８に記載の発明によれば、請求項１乃至７の内いずれか１の効果に加え、
（１）排水流入口に接続された溶解槽と、排水流入路に配設され排水を圧送するとともに溶解槽内を加圧する圧送ポンプと、排水流入路に接続された溶解槽オゾンガス供給部と、を備えているので、溶解槽内で排水が加圧されオゾンを過飽和状態で溶解させることができオゾンによる酸化分解効率を高めることができる排水処理装置を提供することができる。
（２）溶解槽内で加圧されてオゾンが過飽和状態で溶解した排水が大気圧下の反応槽に放出されるので、溶解したオゾンが微細気泡として多量に出現し汚濁物質の浮上分離及び酸化分解反応が直ちに行われ排水処理時間を著しく短縮することができ作業性に優れた排水処理装置を提供することができる。
【００５５】
本発明の請求項９に記載の発明によれば、
（１）オゾン処理された処理水や汚泥スラリーを脱水処理して固形分を採取するので、大腸菌等の細菌類がなく無菌で衛生的な土壌改良材を製造できる土壌改良材の製造方法を提供することができる。また、処理水等の溶存酸素量が著しく高いので、固形分の好気性が高く土壌菌等が繁殖し易く作物の栽培に適した土壌改良材を製造できる土壌改良材の製造方法を提供することができる。また、処理水を脱水処理して採取された固形分からは、銅，カドミウム，亜鉛等の土壌汚染物質の含有量の少ない土壌改良材を製造できる土壌改良材の製造方法を提供することができる。
（２）処理水を固液分離して得られた固形分は、有機物が分解され窒素やリン等を含有するので作物の栽培に適した土壌改良材の製造方法を提供することができる。
（３）オゾンの酸化力によって好気性の土質に変化しているので、もみがら，わら等の有機物を加えた後にコンポスト化することも容易であり汎用性に優れた土壌改良材が製造できる土壌改良材の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１における排水処理装置の模式図
【図２】実施の形態２における排水処理装置の模式図
【図３】実施の形態３における排水処理装置の模式図
【図４】実施の形態４における排水処理装置の模式図
【図５】処理時間と処理水中のＳＳ，ＢＯＤ，ＣＯＤの関係を示した図
【図６】処理時間と処理水中のＴ−Ｎ，ＢＯＤＳ，ＣＯＤＳ，ＮＨ４＋−Ｎの関係を示した図
【符号の説明】
１　排水処理装置
２　排水貯留槽
３　排水ポンプ
４　排水供給路
５　排水供給弁
６　反応槽
７　排水流入口
８　反応槽第１連通部
９　排水吸引口
１０　排水注入口
１１　反応槽第１ポンプ
１２　反応槽オゾンガス供給部
１３　酸素ガス発生部
１４　反応槽第２連通部
１５　反応槽第２ポンプ
１６　消泡ノズル
１７　汚泥スラリー排出部
１８　排泥弁
１９　排泥ポンプ
２０　固液分離装置
２１　排泡部
２２　排泡ポンプ
２３　処理水排出部
２４　処理水排出弁
２５　処理水排出ポンプ
２６　固液分離装置
２７　排ガス管
２８　オゾン濃度検出装置
２９　排オゾン処理装置
３０　排水処理装置
３１　冷却用ジャケット
３２　処理槽
３３　処理槽第１連通部
３３ａ　微細気泡発生手段
３４　汚泥吸引口
３５　汚泥注入口
３６　処理槽第１ポンプ
３７　処理槽オゾンガス供給部
３８　酸素ガス発生部
３９　処理槽第２連通部
４０　処理槽第２ポンプ
４１　消泡ノズル
４２　第１汚泥排出部
４３　第１汚泥排出弁
４４　第２汚泥排出部
４５　第２汚泥排出弁
４６　汚泥排出部
４７　汚泥排出ポンプ
４８　固液分離装置
４９　排ガス管
５０　オゾン濃度検出装置
５１　排オゾン処理装置
６０　排水処理装置
６１　排水流入路
６２　排水流入弁
６３　圧送ポンプ
６４　溶解槽オゾンガス供給部
６５　酸素ガス発生部
６６　溶解槽
６７　連通部
６８　連通弁
６９　排水輸送ポンプ
７０　冷却用ジャケット
７１　断熱部材
７２　冷却ガス発生部
７３　冷却ガス噴射ノズル
８０　排水処理装置
８１　排水供給路
８２　分岐供給路
８３　分岐供給弁
８４　分岐処理水排出部
８５　処理水排出部
８６　固液分離装置
【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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