(57)【要約】【課題】外部から担体沈降防止および曝気に必要以外の動力を供給せず、処理槽内に循環流を形成し、担体とスクリーンとを円滑に分離して目詰まりが発生せず、担体の戻りが良好な排水生物処理槽と生物処理方法を提供することである。【解決手段】微生物を固定した担体を浮遊状態で含む排水生物処理槽の流出側に担体分離用のスクリーン７を設置し、このスクリーン７の前面側の、仕切り板１９と可動仕切り部材２０、２０ａを設けたダクト壁面４ｆの下端側から処理槽１ａ〜１ｃの両側底部に沿って担体戻り用の循環ダクト１７、１７ａを設け、流入側壁面２に設けたエジェクタ管８、８ａから流入する被処理水の吸引流れにより、被処理水と担体の戻り流とのエジェクタ型混合域が形成されるようにしたのである。それによりスクリーン７の前面側での下降流により担体を分離して目詰まりを防止でき、循環ダクト１７、１７ａ内での担体の滞留も防止可能となる。【選択図】  図８
2004209452.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微生物を固定した担体を浮遊状態で含む排水生物処理槽の被処理水の流出側に設置した担体分離用のスクリーンと、このスクリーンの前面側に対向するダクト壁面と、このダクト壁面の下端側から前記処理槽の底部に沿って流入側に至る担体の戻り用のダクト壁面とにより形成される循環ダクトとを備えた排水の生物処理槽であって、前記処理槽の流入側に流入した被処理水の吸引流れを形成するように、上流側との水位差に基づく位置エネルギを運動エネルギに変換する手段を設けたことを特徴とする排水の生物処理槽。
【請求項２】
微生物を固定した担体を浮遊状態で含む複数の排水生物処理槽が、被処理水の通過部を設けた隔壁を介して直列に連結され、最下流の生物処理槽の流出側に設置した担体分離用のスクリーンと、前記スクリーンの前面側に対向するダクト壁面と、このダクト壁面の下端側から前記処理槽の底部に沿い、前記隔壁を貫通して最上流の生物処理槽の流入側に至る担体の戻り用のダクト壁面とにより形成される循環ダクトとを備えた排水生物処理槽であって、前記処理槽の流入側に流入した被処理水の吸引流れを形成するように、上流側との水位差に基づく位置エネルギを運動エネルギに変換する手段を設けたことを特徴とする排水の生物処理槽。
【請求項３】
前記位置エネルギを運動エネルギに変換する手段が、前記処理槽の流入側壁面の下部に設けたエジェクタ管であり、このエジェクタ管の効果による吸引流れにより、上流側から流入する被処理水と循環ダクトからの担体の戻り流とを混合するエジェクタ型混合域が形成されるようにしたことを特徴とする請求項１または２に記載の排水の生物処理槽。
【請求項４】
前記スクリ−ン前面側に対向したダクト壁面と流入側のダクト壁面とを連結管により接続して循環ダクトを形成したことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の排水の生物処理槽。
【請求項５】
前記処理槽の流入側に形成されたエジェクタ型混合域に曝気装置を組み入れたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の排水の生物処理槽。
【請求項６】
前記スクリーンの前面側に対向するダクト壁面が、前記処理槽の底部両側に分岐し、この分岐したダクト壁面の下端側から流路が前記処理槽の両側底部に沿って流入側に至り、さらにそれぞれの流路が流入側壁面に沿って上方に延びるようにして担体の戻り用の循環ダクトが形成され、この上方に延びた循環ダクトの内部に、前記エジェクタ管をそれぞれ設けたことを特徴とする請求項３に記載の排水の生物処理槽。
【請求項７】
前記エジェクタ管が流量調整手段を備えていることを特徴とする請求項６に記載の排水の生物処理槽。
【請求項８】
前記スクリーンの前面側に対向するダクト壁面のスクリーン側に形成された内部空間が、仕切り板により分割され、その下端側がそれぞれ、前記処理槽の両側底部に沿って流入側に至る流路に接続されて前記循環ダクトが形成され、前記ダクト壁面の上部に、分割された内部空間のそれぞれに対応して、前記処理槽からの担体の流入を防止するための可動仕切り部材を設けたことを特徴とする請求項６または７に記載の排水の生物処理槽。
【請求項９】
前記循環ダクトに、処理水および／または担体を投入していない上流側の水槽中の被処理水を供給する配管を設けたことを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の排水の生物処理槽。
【請求項１０】
前記処理槽の底部に沿った循環ダクトに、一端側がこの循環ダクトに連通し、他端側が処理槽内の水面から突出するように空気抜き管を設けたことを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の排水の生物処理槽。
【請求項１１】
微生物を固定した担体を用いて排水を生物学的に処理する排水生物処理法であって、被処理水の流出側に設けたスクリーンにより分離された担体の、流入側への戻り用の循環ダクトを設けた排水生物処理槽で、前記流入側に被処理水の吸引流れを発生させ、この吸引流れによるエジェクタ効果により、前記処理槽の流入側と流出側との間に循環流を形成して前記スクリーンへの担体の付着を防止し、かつ、前記担体を、循環ダクトを介して流入側へ戻し、被処理水と混合するようにしたことを特徴とする排水の生物処理方法。
【請求項１２】
前記吸引流れを、請求項１から１０のいずれかに記載の排水生物処理槽を用いて、発生させるようにしたことを特徴とする請求項１１に記載の排水の生物処理方法。
【請求項１３】
前記吸引流れを排水生物処理槽間の被処理水の水位差により形成するようにしたことを特徴とする請求項１１または１２に記載の排水の生物処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、微生物固定化担体を利用して生物学的に汚水処理を行なう排水の生物処理槽およびこの処理槽を用いた排水の生物処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
排水の新しい生物処理法の一つとして、担体に微生物を固定し、窒素やりん等の富栄養化成分を除去する微生物包括固定法が開発されている。この方法では、一例を図１２に示すように、一般に、排水等の被処理水が充満した処理槽２１に、ペレット状の担体Ａが投入され、この担体Ａに排水を処理する微生物が固定され、処理槽２１中への微生物が高濃度に維持されるようになっている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図１２に示した処理槽２１では、その底部に空気供給源に連通した曝気装置２２が配設され、また、その内部には、傾斜したスクリーン２３を有する担体分離装置が設けられ、スクリーン２３の目詰まりを効果的に抑制するために、スクリーン２３に対向してほぼ並行に、モータ２４の駆動軸に連結されたプーリ２５、２５ａに、無端状のベルト２６を巻き掛けた移動壁装置２７が設けられている。
【０００４】
前記曝気装置２２から細やかに散気された空気により被処理水が攪拌されると、担体に固定された微生物に酸素が供給され、かつ、被処理水と担体Ａとが混合した状態で流動し、被処理水中の窒素などが生物学的に処理され、被処理水は移動壁装置２７の上端を越えてスクリーン２３とベルト２６の対向面２６Ａとの間を下降し、このスクリーンを通過して、流出口２８から排水される。この過程で、移動壁装置２７のベルト２６の周回移動により、スクリーン２３に与える被処理水の平行流の流速が大きくなり、スクリーン２３の洗浄効果が高められる。
【０００５】
また、他の例では、図１３に示すように、上部と下部に開口を設けた阻流板３２を配置し、下部開口に、支柱３３に支持されてプロペラ式攪拌機３４をそれぞれ配備した汚水処理槽３１が開示されている（例えば、特許文献２参照）。この汚水処理槽３１では、プロペラ式攪拌機３４を作動させることにより、阻流板３２によって区分された区画ごとに、阻流板３２を挟んで上下に、流入口３５から流入した被処理水の循環流が形成されるため、担体Ａが流出口３６に偏らずに、処理槽３１の全体に分散される。また、ブロワ３７を運転し、曝気装置３８から散気させることにより、阻流板３２によって区分された区画ごとに旋回流が発生し、充分に生物学的に処理された被処理水が、スクリーンを備えた流出口３６から流出する。
【０００６】
さらに、スクリーンに付着した担体を分離する装置として、水中攪拌曝気装置による吸引動力および循環ポンプにより誘起したスクリーン全面の下降流によるせん断力で、前記担体を除去する装置も開発されている（例えば、非特許文献３参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−８６１７７号公報（［０００６］〜［００２６］）
【特許文献２】
特開平７−１３６６７９号公報（［０００５］〜［００１５］）
【非特許文献３】
第３６回下水道研究発表会講演集（１９９９）、Ｐ．５７７〜Ｐ．５７９
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特開２００２−８６１７７号公報に開示された汚水処理槽２１では、被処理水の下降流にさらに強制流動を与えて、スクリーン２３の洗浄効果を高めるために、スクリーン２３の前面側に対向して、モータ駆動の移動壁装置２７を設けており、一方、特開平７−１３６６７９号公報では、汚水処理槽３１内に阻流板３２を設け、被処理水の循環流を形成し、担体Ａの偏在防止のために、阻流板３２の下部開口にプロペラ式攪拌機３４を設けている。このため、いずれの場合でも、担体の沈降を防止するために必要な攪拌や担体に固定された微生物に酸素を供給する曝気に必要な動力以上の動力を余分に必要とし、スクリーン閉塞防止し、前記処理槽への担体の戻りや分散を良好にするために前記装置類を新たに設置することでイニシャルコストが増大し、それらの運転・管理を行なうことでランニングコストが増大するなど、設備コストおよびエネルギ消費の観点から問題がある。また、担体分離のために水中曝気装置を用いる場合でも、曝気に必要な動力以外に、循環ポンプによる攪拌動力が必要である。
【０００９】
また、停電が発生した場合、非常電源が起動するまでに数秒から数十秒の時間を必要とするため、この間にスクリーンから担体を除去する被処理水の流れがなくなると、上記いずれの場合も、瞬時にスクリーンの目詰まりが発生して処理槽から汚水と担体とが溢れ出すおそれがある。
【００１０】
そこで、この発明の課題は、外部から担体沈降防止および曝気以外には動力供給を必要とせずに、処理槽内に循環流を形成して担体とスクリーンとを円滑に分離でき、スクリーンに目詰まりが発生せず、担体の戻りが良好な排水の生物処理槽および生物処理方法を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するためにこの発明では以下の構成を採用したのである。
【００１２】
即ち、微生物を固定した担体を浮遊状態で含む排水生物処理槽の被処理水の流出側に設置した担体分離用のスクリーンと、このスクリーンの前面側に対向するダクト壁面と、このダクト壁面の下端側から前記処理槽の底部に沿って流入側に至る担体の戻り用のダクト壁面とにより形成される循環ダクトとを備えた排水生物処理槽であって、前記処理槽の流入側に、流入した被処理水の吸引流れを形成するように上流側との水位差に基づく位置エネルギを運動エネルギに変換する手段を設けて排水の生物処理槽を構成したのである。
【００１３】
前記生物処理槽は、通常、複数直列に配置されて汚水等の被処理水が生物処理され、上流側の処理槽の方の水位が高いため、例えば、図１に示すように、通常、隣接する処理槽間には水位差Δｈが存在する。この水位差Δｈにより、生物処理槽１の流入側壁面２に設けた下部開口３から、隣接する上流側の生物処理槽１ａの被処理水が流入する。その際に、上流側処理槽１ａの持つ位置エネルギが下部開口３を通過する際に運動エネルギに変換され、被処理水の運動量が、処理槽１内の周囲の流体を引き込む吸引流れが形成される。
【００１４】
このように、生物処理槽１に着目すれば、その流入側に、流入した被処理水の吸引流れが、流入側壁面２と仕切り板Ｔとで形成される流路で上方向に生じることにより、流入側にエジェクタ型混合域Ｍが形成される。そして、この被処理水は、循環ダクト４の外壁面４ａ、４ｂ、４ｃで形成された反応域５で水中攪拌機６により攪拌されながら、前記担体Ａと混合接触して生物処理され、スクリーン７の前面側では、担体Ａが混合した被処理水の下降流が形成される。この下降流により、電力などの外部エネルギを供給しなくても、スクリーン７から担体Ａを取り除いて目詰まりを防止することができ、生物処理された被処理水がスクリーン７を通過して下流側の処理槽１ｂの方へ流出するとともに、被処理水の一部が循環ダクト４の戻り流となって、担体Ａを処理槽１の流入側まで流動させることができる。このように、流入側に形成されたエジェクタ型混合域Ｍで被処理水と返送された担体Ａとが混合され、処理槽内に循環流が形成される。
【００１５】
なお、前記水位差Δｈは、前記下部開口３の断面積、即ちエジェクタ部の面積と被処理水の処理流量から決まり、処理槽内での循環流の形成に必要な吸引流れが発生するように、処理流量に対応して、エジェクタ部断面積が設計される。また、上流側の処理槽から横方向に被処理水を導入して、吸引流れを生じさせることもできる。
【００１６】
そして、前記循環ダクト４内を処理槽１の上流側まで流動してきた担体Ａを含む戻り流は、流入側での吸引流れの作用、即ちエジェクタ効果により形成されるエジェクタ型混合域で、被処理水と混合されて前記反応域５に送られ、このエジェクタ型混合域Ｍでの被処理水と担体Ａとの混合効果により、前記反応域５での被処理水の生物処理が効果的に行なわれる。
【００１７】
ここで、前記循環ダクト内での担体を返送する戻り流の流動性について検討すると、エジェクタ型混合域での運動量保存式は、
ρ（Ｗ１Ｖ１２＋Ｗ２Ｖ２２）＋（Ｗ１＋Ｗ２）（ｐ−Δｐ）＝ρＷ３Ｖ３２＋Ｗ３ｐ−−（１）
となり、循環ダクト内での担体を含む戻り流の圧力損失Δｐは、
Δｐ＝λＬ［（Ｗ０＋Ｗ４）／（２Ｗ０Ｗ４）］×ρＶ４／２  −−−−−−−−−−−−（２）
となる。
ここに、Ｗ０：スクリーンの幅        Ｗ１〜Ｗ４：図１に示した各位置での流路高さ（ｍ）  Ｖ１〜Ｖ４：同各位置での流速（ｍ／ｓ）  λ：圧力損失係数
Ｌ：処理槽底部の循環ダクト長さ（ｍ）  ρ：密度（１０００ｋｇ／ｍ３）
Δｈ：処理槽間の水位差、である。
式（１）と式（２）とを連立させると、
Δｐ＝λＬ［（Ｗ０＋Ｗ４）／（２Ｗ０Ｗ４）］×ρＶ４／２＝ρ［Ｗ１Ｗ２／Ｗ３２］（Ｖ１２−Ｖ２）２  −−−−−−−−−−−−−−−−−−−（３）
流入する被処理水の流速Ｖ１は、被処理水の流量Ｑ０および下部開口部３の面積、即ちエジェクタ部面積から求めることができるので、式（３）はＶ２に関する２次式となって、
Ｖ２＝［α±（α×β）０．５］×Ｖ１／（α−β）  −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−（４）
となる。
ここで、α＝Ｗ１Ｗ２／Ｗ３、 β＝λＬ［（Ｗ０＋Ｗ４）／（４Ｗ０Ｗ４３）］×Ｗ２２  である。 
【００１８】
例えば、被処理水の流量Ｑ０＝１２６０ｍ３／ｈの場合、Ｗ０＝４（ｍ）、Ｗ１＝０．０８８（ｍ）、Ｗ２＝０．２（ｍ）、Ｗ４＝０．２（ｍ）、Ｌ＝５（ｍ）、Δｈ＝５０（ｍｍ）、圧力損失係数λは、担体が含まれるため粘性が大きくなることを考慮して、λ＝０．２と見積もると、式（４）により、戻り流の流速Ｖ２が求まり、このＶ２の値から、式（３）により、処理槽底部の循環ダクト内での圧力損失Δｐが求まり、式（２）を用いて循環ダクト４内での戻り流の流速Ｖ４が求まる。この流速Ｖ４が算出されると、担体Ａを含む戻り流の流量Ｑ４＝Ｖ４×Ｗ４×Ｗ０×３６００＝８１７ｍ３／ｈとなる。いま、担体Ａの処理槽への投入率（槽内水量に対する比率）を１０％とすると、循環ダクト内の戻り流に含まれる担体の比率Ｒは、概略、
Ｒ＝（１２６０＋８１７）×０．１／８１７≒０．２５
となる。即ち、戻り流の担体Ａの含有率は２５％程度となって、良好な流動性が保たれ、処理槽内に循環流が円滑に形成される。
【００１９】
微生物を固定した担体を浮遊状態で含む複数の排水の生物処理槽が、被処理水の通過部を設けた隔壁を介して直列に連結され、最下流の生物処理槽の流出側に設置した担体分離用のスクリーンと、前記スクリーンの前面側に対向するダクト壁面と、このダクト壁面の下端側から前記処理槽の底部に沿い、前記隔壁を貫通して最上流の生物処理槽の流入側に至る担体の戻り用のダクト壁面とにより形成される循環ダクトとを備えた排水の生物処理槽であって、前記処理槽の流入側に、流入した被処理水の吸引流れを形成するように上流側との水位差に基づく位置エネルギを運動エネルギに変換する手段を設けて排水の生物処理槽を構成することができる。
【００２０】
このような装置構成では、最上流の処理槽の流入側で、位置エネルギを運動エネルギに変換する手段により吸引流れを生じさせるために必要な水位差Δｈは、この最上流の処理槽とこの最上流の処理槽に隣接する上流側処理槽との間で確保できればよいため、処理槽全体の水位差を低く抑えることができる。また、前記スクリーンは、最下流の処理槽にのみ設ければよく、前記エジェクタ混合域も、最上流の処理槽の流入側のみに設ければよいため、生物処理槽を連結した場合の装置構成が簡便となり、経済的である。さらに、循環ダクトにより、最下流の処理槽１ｈから最上流の処理槽１ｆに担体Ａが返送されるので、下流側の処理槽への担体の偏在が防止される。
【００２１】
前記位置エネルギを運動エネルギに変換する手段が、前記処理槽の流入側壁面の下部に設けたエジェクタ管であり、このエジェクタ管の効果による吸引流れにより、上流側から流入する被処理水と循環ダクトからの担体の戻り流とを混合するエジェクタ型混合域が形成されるようにすることが望ましい。
【００２２】
このようにすれば、上記流入管から処理槽内に流出する被処理水の流速が、流入側壁面に処理槽の幅に亘って流入口を設けた場合よりも大きくなり、エジェクタ型混合域での被処理水と、最下流の処理槽から循環ダクトを介して戻された担体との混合がより効果的に行なわれる。
【００２３】
前記スクリ−ン前面側に対向したダクト壁面と流入側のダクト壁面とを連結管により接続して循環ダクトを形成することもできる。
【００２４】
このようにすれば、連結管の断面が軸対象形状であるため、ダクト高さを大きくとれるので、夾雑物によるダクト閉塞の危険性がより少なくなる。また、処理槽の底面からの循環ダクトを形成する連結管として、既存の市販の管材を用いることができるため、経済的である。
【００２５】
前記処理槽の流入側に形成されたエジェクタ型混合域に曝気装置を組み入れることが望ましい。
【００２６】
このようにすれば、曝気装置により、エジェクタ型混合域に供給される空気が、本来の曝気作用に加えて、エアリフト効果を発揮するため、所要の水位差Δｈを確保できない場合などでも、前記吸引流れを生じさせるに必要な吸引力を補うことができる。
【００２７】
前記スクリーンの前面側に対向するダクト壁面が、前記処理槽の底部両側に分岐し、この分岐したダクト壁面の下端側から流路が前記処理槽の両側の底部に沿って流入側に至り、さらにそれぞれの流路が流入側壁面に沿って上方に延びるようにして担体の戻り用の循環ダクトが形成され、この上方に延びた循環ダクトの内部に、前記エジェクタ管をそれぞれ設けて排水の生物処理槽を構成することもできる。
【００２８】
前記排水生物処理槽では、通常、担体の堆積を防止するために、底部両側は、長手方向に沿って、側面から底面にかけ下方へ傾斜した斜面状に形成されている。上記のように、前記処理槽の両側底部に、その流出側から流入側へ至る長手方向に流路を設けるようにすれば、斜面状に形成された処理槽の両側底部のスペースを有効に利用することができる。それにより、循環ダクトを処理槽内に設けずに済み、生物処理の反応域が実質的に広くなるなど、処理槽内の容積をより有効利用できる。
【００２９】
前記エジェクタ管が流量調整手段を備えていることが望ましい。
【００３０】
前記担体を返送する循環ダクト内の流速は、ダクト内の圧力損失を防止する観点から３０ｍｍ／ｓ以下に、担体がダクト内に沈降し、滞留することを防止する観点から１０ｃｍ／ｓ以上にする必要があることから、通常、１０〜３０ｃｍ／ｓと低速であり、排水中の繊維質などの異物や微生物が分泌する膜などによって循環ダクト内が閉塞する危険性がある。前記流量調整手段により、一方のエジェクタ管を閉じると、閉じた方の循環ダクトも流動が停止するため、処理槽の流入側での水位差（Δｈ）が増加する。この水位差（Δｈ）の増加により、他方のエジェクタ管から流出する被処理水が増加し、それに伴って循環ダクト内の流速も増加するため、ダクト内面に付着している前記異物や分泌膜の除去が可能となる。
【００３１】
前記スクリーンの前面側に対向するダクト壁面のスクリーン側に形成された内部空間が、仕切り板により分割され、その下端側がそれぞれ、前記処理槽の両側底部に沿って流入側に至る流路に接続されて前記循環ダクトが形成され、前記ダクト壁面の上部に、分割された内部空間のそれぞれに対応して、前記処理槽からの担体の流入を防止するための可動仕切り部材を設けることが望ましい。
【００３２】
前記排水処理槽の設計処理流量よりも、排水流量がかなり低い場合には、それぞれの循環ダクトでの戻り流の流速は小さく、循環ダクトの底部に担体が沈降し、滞留する危険性がある。このため、前記可動部仕切り部材を前記ダクト壁面に取り付けて、仕切り板により分割した一方の内部空間への担体の流入を防止すれば、エジェクタ管による吸引流れは継続しているため、この一方の内部空間の下端側から延びた循環ダクトには、分割した他方の内部空間のスクリーンを通過した担体を含まない処理水が流入し、循環ダクト内での担体の沈降や滞留を防止することができる。
【００３３】
前記循環ダクトに、処理水および／または担体を投入していない上流側の水槽中の被処理水を供給する配管を設けることもできる。
【００３４】
このようにすれば、上流側水槽の方が高水位であるため、ポンプを必要とせず、循環ダクトに被処理水を導入し、ダクト底部への担体の沈降や滞留を防止することができる。また、この場合、循環ダクトに導入される被処理水中の汚泥の長時間にわたる堆積を防止するため、当該処理槽からの処理水の一部を循環ダクトに供給すると効果的である。なお、前記上流側水槽は、担体を投入していない排水貯留槽および担体を投入した前記処理槽の両方を含む。
【００３５】
前記処理槽の底部に沿って循環ダクトに、一端側がこの循環ダクトに連通し、他端側が処理槽内の水面から突出するように空気抜き管を設けることが望ましい。
【００３６】
このようにすれば、循環ダクト内での空気溜まりの発生を防止できるため、戻り流が円滑に流動し、担体の返送が阻害されずに済む。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明の実施形態を添付の図２〜図１１に基づいて説明する。
【００３８】
図２（ａ）および（ｂ）は、第１の実施形態を示したもので、生物処理槽１ｃは、複数の生物処理槽を直列に配置した連結型の生物処理槽で、中間に位置する生物処理槽である。この生物処理槽１ｃの流出側には、担体分離用のスクリーン７が、この処理槽１ｃの全幅にわたり、かつ、その高さが処理槽１ｃ内の汚水などの被処理水の水位Ｈよりも高くなるように設置されている。前記処理槽１ｃの流入側壁面２の下部の幅方向に、隣接する上流側の生物処理槽１ｄからの被処理水が流入し、一例として、上方に流れるように複数のエジェクタ管８が設けられている。前記スクリーン７の前面側には、所要の間隔Ｓ１をもって、その上部から下方に延び、処理槽１ｃの全幅にわたるダクト壁面４ａが対向して設けられ、同様に処理槽１ｃの流入側にも、前記エジェクタ管８と所要の間隔Ｓ２をもって、流入側の下部から上方に延び、処理槽１ｄの全幅にわたるダクト壁面４ｂが設けられている。
【００３９】
図２（ｂ）に示したように、処理槽１ｃとその上流側の処理槽１ｄとの間には、水位差Δｈが存在し、この水位差Δｈは、被処理水の流量とエジェクタ部の面積、即ちエジェクタ管８の断面積の総和から決まるため、被処理水の吸引流れの作用により、処理槽１ｃ内に循環流を生じる所要の水位差となるように、被処理水の流量に対応して、エジェクタ部の面積が設計されている。
【００４０】
前記ダクト壁面４ａ、４ｂは、いずれもその高さが、処理槽１ｃの水位Ｈよりも低くなるように設けられ、それぞれの下部で、図２（ｃ）に示すような連結管９で接続されて、流入側と流出側とが連通した循環ダクト４が形成されている。前記処理槽１ｃの流出側壁面１０の下部には、流入側壁面２の場合と同様に、その幅方向に複数の開口部３ｂが設けられ、それぞれの開口部３ｂに、隣接する下流側の処理槽１ｅ側に突出した、前記エジェクタ管８と同様のエジェクタ管８ａが設けられ、このエジェクタ管８ａは、下流側の処理槽１ｅの流入側のエジェクタ管となっている。また、前記処理槽１ｃの底部は、図２（ｃ）に示したダクト壁４ａの底部形状のように、その中央部から両側面部にかけて上方に傾斜し、担体Ａの堆積を防止するように形成されている。
【００４１】
前記ダクト壁面４ａ、４ｂ、処理槽１ｃの側壁１１、１１ａおよび連結管９の外表面で形成される反応域５に、硝酸菌などの微生物が固定された、ＰＥＧ（ポリエチレングリコール）などのペレット状の担体Ａが投入され、処理槽１ｃの側壁１１に設けた水中攪拌機６により攪拌されて沈降が防止され、かつ、曝気されて、担体Ａが被処理水中に浮遊状態で混合されている。
【００４２】
この発明の第１の実施形態は以上のような構成であり、以下にその機能について説明する。
【００４３】
前記生物処理槽１ｃとその上流側の生物処理槽１ｄとの間には、図２に示したように、水位差Δｈが存在するため、この水位差Δｈにより、生物処理槽１ｄの流入側壁面２に設けたエジェクタ管８により、上流側の処理槽１ｄから被処理水が流入する。その際に、前述のように、上流側処理槽１ａの持つ位置エネルギがエジェクタ管８を通過する際に運動エネルギに変換され、被処理水の運動量が、処理槽１内の周囲の流体を引き込む吸引流れが生じる。
【００４４】
この吸引流れの作用、即ちエジェクタ効果により、前記処理槽１ｃの流入側と流出側との間に循環流が形成され、スクリーン７の前面側に生じる下降流により、このスクリーン７への担体Ａの付着が防止され、停電が発生しても、スクリーン７に目詰まりが発生しない。そして、前記エジェクタ混合域Ｍで、循環ダクト４を介して流入側へ戻された担体Ａと被処理水とが混合され、この混合流体が前記反応域５へ供給されて、処理槽１内での担体の分布を均一にすることができ、被処理水の生物処理を効果的に行なうことができる。
【００４５】
図３（ａ）および（ｂ）は、第２の実施形態を示したもので、３槽の排水生物処理槽１ｆ、１ｇ、１ｈが、図示していない被処理水の通過部を設けた隔壁１２、１２ａを介して直列に連結され、最下流の生物処理槽１ｈの流出側にのみ担体分離用のスクリーン７が設置され、最上流の生物処理槽１ｆの流入側壁面２の下部のみ、処理槽１ｆの幅方向に、複数のエジェクタ管８が設けられている。そして、前記スクリーン７の前面側には、所要の間隔Ｓ１をもって、その上部から下方に延び、処理槽１ｈの全幅にわたるダクト壁面４ｄが対向して設けられ、同様に処理槽１ｆの流入側にも、前記エジェクタ管８と所要の間隔Ｓ２をもって、流入側の下部から上方に延び、処理槽１ｄの全幅にわたるダクト壁面４ｅが設けられている。
【００４６】
前記ダクト壁面４ｄ、４ｅは、いずれもその高さが、処理槽１ｆ、１ｈの水位Ｈよりも低くなるように設けられ、それぞれの下部で、隔壁１２、１２ａを貫通した連結管９ａで接続されて、流入側と流出側とが連通した循環ダクト４が形成されている。そして、流入側では、エジェクタ管８とダクト壁面４ｅとにより、流入した被処理水と、前記循環ダクト４内を戻されてきた担体Ａとが、前記エジェクタ管８からの吸引流れにより混合されるエジェクタ型混合域Ｍが形成されている。        
【００４７】
このような装置構成では、最上流の処理槽１ｆの流入側で、前記吸引流れを生じさせるために必要な水位差Δｈは、この最上流の処理槽１ｆと隣接する上流側の処理槽１ｊとの間で確保できればよいため、処理槽１ｆ〜１ｈ間では全水位差を低く抑えることができる。また、前記スクリーン７は、最下流の処理槽１ｈにのみ設ければよく、前記エジェクタ混合域Ｍも、最上流の処理槽１ｆの流入側にのみに形成すればよいため、生物処理槽を複数連結した場合の装置構成が簡便となり、経済的である。
【００４８】
なお、図４に示すように、前記エジェクタ型混合域Ｍの下部、即ち、エジェクタ管８の下部に曝気装置１３を設けるようにすれば、そのエアリフト効果により、所要の水位差Δｈを確保しにくい場合に、被処理水の流入側への吸引力を補うことができる。
【００４９】
図５は、第３の実施形態を示したもので、図３に示した生物処理槽と同様に、３つの生物処理槽１ａ、１ｂ、１ｃが、被処理水の通過口１４、１４ａをそれぞれ設けた隔壁１２、１２ａを介して直列に連結されており、この場合は、最下流の処理槽１ｃに設けたスクリーン７の前面側に対向する下方に延びたダクト壁面４ｆが、この処理槽１ｃの底部両側に分岐してダクト壁面４ｇ、４ｈが形成されている。この分岐したダクト壁面４ｇ、４ｈの前端側から、処理槽１ｃの両側の底部に沿って傾斜して設けたダクト壁面４ｊ、４ｋと処理槽１ａ〜１ｃの両側底部の内壁面によりそれぞれ形成される流路が流入側に至り、さらに処理槽１ａの流入側壁面２および側壁面１１ｂ、１１ｃにそれぞれ沿って上方に延びるようにダクト壁面４ｍ、４ｎを設けてそれぞれ流路が形成され、これらのダクト壁面４ｆ、４ｊ、４ｍおよび４ｇ、４ｋ、４ｎによる流路で担体の戻り用の循環ダクト４が形成されている。そして、この両側の循環ダクト４、４の上方に延びる部分の内部に、前記エジェクタ管８、８がそれぞれ挿入されている。そして、処理槽１ｂの両側の底部に沿った循環ダクト４の中程に、一端側がこの循環ダクト４に連通し、他端側が処理槽内の水面から突出した空気抜き管１５がそれぞれ設けられている。
【００５０】
通常、排水生物処理槽の底部の両側には、担体の堆積を防止するために、側面側から底面側へ傾斜した斜面が、長手方向に沿って形成されている。上記のように、各処理槽１ａ〜１ｃの底部両側に、長手方向にそって斜面状のダクト壁面４ｊ、４ｋを設ければ、このダクト壁面４ｊ、４ｋが担体の堆積防止機能を有するため、各処理槽１ａ〜１ｃの両側底部のスペースを有効に使用することができ、各処理槽内に循環ダクトを通さずに済む。それにより、担体による被処理水との生物処理の反応域がより大きくとれるなど、処理槽内の容積をより有効に利用することができる。
【００５１】
また、担体の戻り流が循環ダクト４を通過する過程で、空気抜き管１５から処理槽外に排気されるため、処理槽１ａ〜１ｃに大量の微細気泡が滞留せず、空気溜まりの発生を防止できるため、戻り流が円滑に流動し、担体の返送が阻害されずに済む。さらに、エジェクタ管８を、流入側の循環ダクト４の上方に延びた部分の内部に設けたので、循環ダクト４内を戻された担体とエジェクタ管８から流出する被処理水との混合が効果的になされる。そして、処理槽１ａの流入側下部に、図４に示したように、曝気装置を設けることもでき、そのエアリフト効果により、処理槽１ａに戻された担体の均一混合が促進される。
【００５２】
図６は第４の実施形態を示したもので、最下流の生物処理槽１ｃに設けたスクリーン７の前面側に対向した、両側に側板を有するダクト壁面４ｆの下端側から生物処理槽１ａ、１ｂ、１ｃの底部両側に分岐したダクト壁面４ｇ、４ｈに、この底部両側に沿って設けた連結管９ｂ、９ｃの一端側がそれぞれ接続され、この連結管９ｂ、９ｃの他端側が、流入側壁面２に沿って上方に延びた混合管１６、１６ａにそれぞれ接続されて循環ダクト１７、１７ａが形成されている。この混合管１６、１６ａ、即ち上方に延びた循環ダクトの内部に設けたエジェクタ管８、８ａの入側に流量調節手段、即ちバルブ１８、１８ａが設けられている。このバルブ１８、１８ａとしては、仕切り弁、蝶型弁、扁心鋳造弁などを用いることができる。また、処理槽１ａの流入側に、図４に示したように、曝気装置を設けることもでき、図５の場合と同様の効果が得られる。さらに、図５に示したように、連結管９ｂ、９ｃの中程に、一端側がこの連結管９ｂ、９ｃにそれぞれ連通し、他端側が処理槽内の水面から突出した空気抜き管をそれぞれ設けることもできる。
【００５３】
このように、エジェクタ管８、８ａの入側にバルブ１８、１８ａを設けることにより、例えば、バルブ１８を全閉にして、エジェクタ管８からの生物処理槽１ａ内への流れおよび循環ダクト１７内での戻り流を停止させると、流入側壁面２での水位差は４倍に増加する。それにより、バルブ１８ａが開放しているエジェクタ管８ａからの処理槽１ａ内への流速が増加し、このエジェクタ効果による吸引流れによって、循環ダクト１７ａ内の流速も増加するため、循環ダクト１７ａの内面に付着している繊維質や微生物が分泌する膜などの異物の除去が可能となる。同様の操作により、循環ダクト１７内面の清掃も行なうことができる。
【００５４】
なお、前記循環ダクトは、上述のように、処理槽１ａ〜１ｃの底部両側にそれぞれ沿った合計２本のみならず、複数本設けることができ、従って、エジェクタ管も複数本設けることができる。一般に、ｎ組の循環ダクトとエジェクタ管とを設ける場合、前記バルブ操作により、１本のエジェクタ管を閉じると、流入側壁面２での水位差は、［ｎ／（ｎ−１）］２となる。この水位差の増加に伴って、開放しているエジェクタ管から処理槽内への流速が増加するため、循環ダクト内の流速が上昇し、ダクト内面の清掃効果が高まる。
【００５５】
ここで、処理流量、即ち処理槽１ａへの被処理水の流入流量と、流入側での水位差および循環ダクト１７、１７ａ内の流速との関係について定量的に考えると以下のようになる。図７は、処理流量１１１０ｍ３／ｈに設計された生物処理槽（図６参照）で、エジェクタ管８、８ａの内径がそれぞれ３２０ｍｍ、循環ダクト１７、１７ａの内径がそれぞれ７５０ｍｍの場合の、流入流量と水位差および循環ダクト内流速との関係についての実験結果を示したものである。
【００５６】
前記バルブ１８、１８ａを全開にした両肺運転では、水位差が３００ｍｍの場合、循環ダクト１７、１７ａ内の流速は３１ｃｍ／ｓ程度となる。このとき、循環流量に対する流入流量の比は、およそ０．８である。ここで、一方のバルブ、例えば、バルブ１８を閉じた片肺運転を行なうと、水位差は１２００ｍｍに増加し、それに伴って、循環ダクト内流速を５１ｃｍ／ｓ程度にまで、一時的に増加させることができる。この状態では、循環流量に対する流入流量の比は０．６５程度に低下するため、スクリーン７の表面に付着する担体を除去する性能が低下し、スクリーン７が閉塞し始める。しかし、バルブ１８の操作により、エジェクタ管８の全閉時間を短時間にし、かつ、この短時間の全閉操作を繰り返すことにより、スクリーン７の閉塞が進行しない間に、５１ｃｍ／ｓ程度の流速で循環ダクト内壁面に付着した前記の異物や膜を除去することが可能となる。なお、生物処理槽によっては、水位差１２００ｍｍを確保できない場合がある。そのような場合には、前記の短時間の全閉操作とその間の部分閉鎖操作などのバルブ操作により、循環ダクト内での単位時間当たりの平均流速を上昇させて循環ダクト内壁面の清掃を行ない、循環ダクト壁内面に付着した異物や膜を除去することが可能である。
【００５７】
図８は第５の実施形態を示したもので、スクリーン７の前面側に対向した、両側に側板を有するダクト壁面４ｆのスクリーン７側の内部空間が仕切り板１９により分割され、前記ダクト壁面４ｆの下端側から処理槽１ｃの底部両側に分岐したダクト壁面４ｇ、４ｈが、生物処理槽１ａ、１ｂ、１ｃの底部両側に沿って設けた連結管９ｂ、９ｃに接続されている。そして、分割された内部空間のそれぞれに対して、処理槽１ｃからの担体の流入を防止するための、可動仕切り部材２０、２０ａを備えている。この可動仕切り部材２０、２０ａは、ダクト壁面４ｆに取り付けたときに、その上端が被処理水面よりも高くなるように形成されている。これらの他は、図６に示した排水生物処理槽と同様の構成であり、前述のように、エジェクタ管８、８ａの内径はそれぞれ３２０ｍｍ、循環ダクト１７、１７ａの内径はそれぞれ７５０ｍｍである。なお、図６の排水生物処理槽の場合と同様に、処理槽１ａの流入側に曝気装置を設けることができ、前述の効果が得られる。
【００５８】
前記可動仕切り部材２０、２０ａを用いて、循環ダクト１７、１７ａ内での担体の沈降や滞留を防止する方法について、実験結果に基づいて以下に説明する。被処理水の流入流量が１１１０ｍ３／ｈとなるように設計された生物処理槽では、例えば、流入流量が３００ｍ３／ｈと少ない場合には、循環ダクト１７、１７ａ内の流速は８ｃｍ／ｓ程度にしか達せず、この程度の戻り流の流速では、循環ダクト１７、１７ａ内に担体が沈降し、滞留するおそれが大きい。この沈降・滞留を避けるために、一方の可動仕切り部材、例えば、可動仕切り部材２０をダクト壁面４ｆにはめ込む。このはめ込んだ可動仕切り部材２０の上端は、被処理水の水面よりも高いため、担体は可動仕切り部材２０をはめ込んだ方の内部空間には流入せず、従って、循環ダクト１７内にも流入しない。
【００５９】
前記バルブ１８、１８ａは全開であり、エジェクタ管８から被処理水が処理槽１ａに流入し、前述のように、エジェクタ効果による吸引流れを生じるため、仕切り板１９により分割された、可動仕切り部材２０ａをはめ込んでいない方の内部空間からスクリーン７を通過した処理水が、図９に示すように、スクリーン７を逆方向に通過して循環ダクト１７内に流入する。この状態を続けることにより、循環ダクト１７内を、担体を含まない処理水により置換できる。この置換の終了後に、バルブ１８を全閉としてエジェクタ管８からの被処理水の流入を停止させた片肺運転を行なうと、もう一方の循環ダクト１７ａでは、戻り流の流速が１４ｃｍ／ｓ程度に上昇し、担体の沈降・滞留を防止することができる。なお、図１０は、可動仕切り部材２０をはめ込んでいない通常時の処理状況を示したもので、仕切り部材で分割されたそれぞれの内部空間から、被処理水はスクリーン７を透過し、担体Ａは循環ダクト１７、１７ａを通って、吸引流れにより混合管１６、１６ａから処理槽内に戻される。前記図９は、可動仕切り部材２０をはめ込むことにより、スクリーン７を透過した処理水が、逆方向に再透過することにより、循環ダクト１７を通過して戻される担体Ａを、この処理水で置換した状態を示したものである。同様にして、可動仕切り部材２０ａの方をダクト壁面４ｆにはめ込むことにより、循環ダクト１７ａの方を処理水で置換し、もう一方の循環ダクト１７の戻り流の流速を前述の１４ｃｍ／ｓ程度に上昇させ、担体の沈降・滞留を防止する片肺運転を行なうことができる。
【００６０】
図１１は第６の実施形態を示したもので、図９に示したように、スクリーン７を透過した担体を含まない処理水がスクリーン７を逆方向に透過して循環ダクト内に流入させる代わりに、供給管２１により、上流側水槽から被処理水をスクリ−ン７を逆方向に透過させて、循環ダクト１７内に導くようにした状態を示したものである。上流側水槽の方が高水位であるため、被処理水の供給を、ポンプを必要とせず簡便に行なうことができる。この場合、被処理水中に含まれる汚泥が循環ダクト１７内に堆積するのを防止するため、スクリーン７を透過した処理水の一部を、供給管２１ａから循環ダクト１７に戻すようにすることが望ましい。この供給管２１、２１ａは、循環ダクト１７ａについても同様に設置することができる。
【００６１】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、微生物を固定した担体を用いて排水処理を行なう排水生物処理槽の流入側に、上流側の排水生物処理槽との被処理水の水位差によって流入した被処理水の周りの流体を引き込む吸引流れを発生させ、前記処理槽の流入側にエジェクタ型混合域を形成し、かつ、処理槽内に循環流を形成するようにしたので、電力などの外部エネルギを供給しなくても、担体分離用のスクリーンへの担体の付着を防止でき、停電発生時でもスクリーンの目詰まりを回避できる。また、循環流の形成に外部エネルギを用いないため、装置構成を簡素化でき、経済的である。
【００６２】
さらに、前記吸引流れの作用、即ちエジェクタ効果により、流入側へ、循環ダクト内を沈降・滞留せずに戻された担体と被処理水とが混合されるので、これらの混合流が処理槽の反応域へ供給されて、処理槽内での担体の分布を均一にすることができ、生物処理が効果的に行なわれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態の排水の生物処理槽での吸引流れについての説明図
【図２】（ａ）第１の実施形態の生物処理槽の平面図
（ｂ）（ａ）の生物処理槽の縦断側面図
（ｃ）（ａ）の生物処理槽の要部を示す斜視図
【図３】（ａ）第２の実施形態の排水の生物処理槽の平面図
（ｂ）（ａ）の生物処理槽の縦断側面図
【図４】図３に示した排水の生物処理槽の流入側の要部を示す縦断側面図
【図５】第３の実施形態の排水の生物処理槽の斜視図
【図６】第４の実施形態の一部を切り欠いた排水の生物処理槽の斜視図
【図７】図６の排水生物処理槽での流入流量と水位差および循環ダクト内流速との関係を示す説明図
【図８】第５の実施形態の一部を切り欠いた排水の生物処理槽の斜視図
【図９】図７の排水の生物処理槽の通常運転時の担体と被処理水の流れを示す説明図
【図１０】図７の排水の生物処理槽の可動仕切り部材をはめ込んで担体の流入を防止した状態を示す説明図
【図１１】第６の実施形態の一部を切り欠いた排水の生物処理槽の斜視図
【図１２】従来技術の排水の生物処理槽の断面図
【図１３】他の従来技術の排水の生物処理槽の断面図
【符号の説明】
１、１ａ〜１ｈ：生物処理槽    ２、２ａ：流入側壁面      ３：下部開口
４：循環ダクト              ４ａ〜４ｎ：ダクト壁面      ５：反応域
６：水中攪拌機                ７：スクリーン      ８、８ａ：エジェクタ管
９、９ａ、９ｂ、９ｃ：連結管          １０：流出側壁面
１１、１１ａ〜１１ｃ：側壁    １２、１２ａ：隔壁      １３：曝気装置
１４、１４ａ：通過口          １５：空気抜き管    １６、１６ａ：混合管
１７、１７ａ：循環ダクト１８、１８ａ、１８ｂ：バルブ      １９：仕切り板
２０、２０ａ：可動仕切り部材    ２１、２１ａ：供給管
Ａ：担体                    Ｈ：水位          Ｍ：エジェクタ混合域
Ｓ１、Ｓ２：間隔              Ｔ：仕切り板
【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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