(57)【要約】【課題】活性汚泥方式と生物膜方式の両方の特性を有する曝気処理装置を提供する。【解決手段】曝気槽１の内部には筒体３が立設されている。筒体３の内部には上下多孔板５，６が設けられており、これら多孔板５，６の間にセラミック質の粒体状の生物膜坦体７が多数装填されている。筒体３の下端部には汚水流入口８が開口されている。曝気槽１の底部には、曝気槽１の内部に空気を送給する散気装置１０と、筒体３の内部に空気を送給する散気装置がそれぞれ配設されている。生物膜坦体７は、散気装置の送気圧により筒体内を流動する。【選択図】          図１
2004223320.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
曝気槽内の汚水に空気を送り込み、微生物により汚水を浄化処理する曝気処理装置において、
前記曝気槽の略中央部に立設された筒体と、前記曝気槽の内部と前記筒体の内部にそれぞれ空気を送り込む送気手段とを備えており、
前記筒体は、その内部の上下に多孔板を設け、これら多孔板の間に、前記送気手段の送気圧により流動する多数の生物膜坦体を装填するとともに、前記筒体の前記下側多孔板よりも下部の位置に、曝気槽内の汚水を筒体内に導くための汚水流入口を設けており、
前記筒体内部への送気手段は、前記下側多孔板の下方から前記生物膜坦体に向けて空気を吐出するものであることを特徴とする曝気処理装置。
【請求項２】
前記生物膜坦体は、粒体状の多孔質セラミック材であることを特徴とする請求項１に記載の曝気処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、屎尿汚水、家畜糞尿汚水、工場汚水等の生活汚水や産業汚水を曝気処理により浄化する曝気処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
生活汚水、動物飼育舎の糞尿等の有機物を含む汚水の浄化処理法として従来から知られている活性汚泥処理法は、例えば以下の文献に詳しく記載されている。
【０００３】
【非特許文献１】
厚生省生活衛生局水道環境部監修「浄化槽の維持管理」，昭和６０年４月，（財）日本環境整備教育センター編集・発行，Ｐ．３０−３１，１７１，１９８
【０００４】
即ち、活性汚泥処理法は、曝気槽内に貯留された汚水に空気を供給しながら汚水に含まれる微生物を増殖活性化させ、汚濁物質である有機物を微生物に分解捕食させて浄化処理する方法である。その処理水は、沈殿槽に移送して上澄液と沈殿汚泥とに分離し、沈殿汚泥は、曝気槽内での活性汚泥を安定化させるために一部を同槽に返送するとともに、余剰汚泥を別槽に移送し、下水道処理施設等へ運搬処理している。また上澄液は、必要な殺菌処理を行なった後、河川に放流するか、そのまま下水道に放流している。
【０００５】
前述の曝気槽は、活性汚泥処理法において最も重要な役割を果たす槽であり、大別して、微生物を汚水中に浮遊した状態で処理する活性汚泥方式と、坦体に微生物を付着させた状態で処理する接触曝気方式とがある。図３から図５は過去に設計施工された曝気槽の例を示している。
【０００６】
図３は活性汚泥方式の一例であり、曝気槽３０の内部に散気装置３１から所定量の空気を送気し、汚水をゆっくりと攪拌させながら浮遊微生物により汚水浄化処理を行なうものである。また図４は接触曝気方式の一例であり、曝気槽３０の内部に網目多層構造の接触材３２を装着し、その接触材３２に微生物膜を付着、生成させ、その微生物膜を利用して汚水中の有機物を捕食させるものである。さらに図５は生物膜方式の例であり、曝気槽３０の内部の上下に装着された網目状支持板３４，３４の間に、プラスチックやスポンジ等から造られた多数の粒体状の生物膜坦体３５を装填したものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
図３に示した活性汚泥方式は、曝気槽３０に上述のように沈殿槽から沈殿汚泥の一部を返送しているが、流入する汚水の濃度、流入水量等の環境変化に対応して槽内の汚泥濃度を安定化させることが難しく、汚泥濃度を高く保持して運転した場合、浄化能力は高まるものの、特に小型の曝気槽では処理能力に限界があり、汚泥が沈殿槽に流出し、結果的に余剰汚泥が増大するという問題がある。また、立ち上げ時に種汚泥の投入が必要であり、この汚泥が曝気槽３０内で増殖しないうちに沈殿槽に流出するようなことがあるため、一定のＭＬＳＳ（活性汚泥浮遊物質）を保持するまで時間が掛かる等の問題がある。
【０００８】
また図４の接触曝気方式は、活性汚泥方式に比べて、汚水の流量変動に対して微生物の流出が少なく浄化能力が安定していることや、余剰汚泥が少ないこと、沈殿槽から汚泥を返送する手間が省けること、等の利点がある。しかしながら、栄養や酸素の供給が生物膜の表面に限定されるため、散気装置３１により接触材３２の全面に均一に酸素を供給するようにしなければならず、また接触材３２が生物膜で肥厚するのを防ぐため、ときどき逆洗装置３３により接触材３２の生物膜を剥離し、それを槽外に排出するための操作が必要であるという問題がある。しかも、接触材３２は曝気槽３０の内部の複数箇所に設けられた架台３６に支持固定する必要があり、これらは施工現場において単品毎に組み立てられているため、生産性が悪く、施工コストも高くなる等の問題がある。
【０００９】
さらに、図５に示した生物膜方式では、曝気槽容量の、５０〜６０％程度の多量の生物膜坦体３５を装填しなければならないこと、生物膜坦体３５の重量により網目支持板３４の強度の弱い部分、例えば曝気槽３０との接続部（図中○部分）が破損し、生物膜坦体３５が飛び出したり脱落したりする可能性があること、生物膜坦体３５の装填層の下方から散気装置３１により全面に曝気する必要があるため、散気装置３１の交換ができにくい構造であること、等の問題がある。
【００１０】
本発明は上述のような問題点を解決するために提案されたものである。即ち、本発明は、同一の曝気槽内において活性汚泥方式と生物膜方式の両方の特性を生かし、流入する汚水の濃度変動等があっても安定した浄化処理をすることができ、余剰汚泥の発生を低減させることができる曝気処理装置を提供することである。
【００１１】
また本発明は、生物膜坦体の全体に均一に空気を供給できるようにし、生物膜坦体による浄化能力の向上と安定化を図るとともに、据え付け施工後に短期間で操業を立ち上げることができ、さらに生物膜坦体に付着する汚泥を特別な装置によらずに自然に剥離することができる曝気処理装置を提供することである。
【００１２】
また本発明は、工場ラインにおいて簡単に組み立てができ、かつ低コストで量産化することが可能であり、さらには施工現場における工期を短縮することができ、補修や維持管理も簡単で低コストで行なえる曝気処理装置を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するため、本発明の曝気処理装置は、前記曝気槽の略中央部に立設された筒体と、前記曝気槽の内部と前記筒体の内部にそれぞれ空気を送り込む送気手段とを備えており、
前記筒体は、その内部の上下に多孔板を設け、これら多孔板の間に、前記送気手段の送気圧により流動する多数の生物膜坦体を装填するとともに、前記筒体の前記下側多孔板よりも下部の位置に、曝気槽内の汚水を筒体内に導くための汚水流入口を設けており、
前記筒体内部への送気手段は、前記下側多孔板の下方から前記生物膜坦体に向けて空気を吐出するものであることを特徴とする。
【００１４】
これにより、曝気槽内の汚水は筒体内部を通って循環し、各送気手段により供給された空気（酸素）により曝気処理されると同時に、筒体内部において汚水は生物膜坦体と接触し、生物膜方式による浄化が行われる。また生物膜坦体は、筒体内部を送気圧によって上下方向に流動し、その間、互いに生物膜坦体が衝突し合って、生物膜坦体に付着した余剰汚泥が剥離し、汚水の循環流に乗って筒体外部に放出され、筒体外の活性汚泥として生成する。
【００１５】
前記曝気槽の構造は、汚水処理量、設置場所、等の条件等により任意に設計される。また、前記筒体の筒径や筒長も曝気槽の構造や汚水処理条件に応じで設計され、必要であれば曝気槽内に複数設けるようにしても良い。
【００１６】
前記多孔板は、筒体内部に装填される生物膜坦体を保持するものであり、筒体内に溶接や固定ボルト等の手段で固定される。この多孔板としては、平板に多数の細孔を開けたものや、所定のメッシュ孔を有する網目材等を選らぶことができるが、ここではＳＵＳ平板に３ｍｍ程度の穴を多数開けたパンチングメタルが使用される。
【００１７】
前記生物膜坦体は、プラスチック、スポンジ、木炭等、様々な材質のものがあるが、ここではＢＯＤ除去性能や耐久性に優れ、高強度で比較的軽量なセラミック質坦体が使用される。このセラミック質坦体は、前記上下多孔板の間に７０〜８０％程度装填される。セラミック質坦体は、鋳物工場やセメント工場等で副生物として産出されるセラミック原料を焼成法等により造粒したものであり、無数の穴が開いている。そのセラミック質坦体は、前記多孔板の穴を通過しない程度の粒径を有し、送気手段の送気圧により筒体内を流動する程度の重さのものが使用される。
【００１８】
前記送気手段は、特に限定はされないが、ここでは散気式装置が使用される。散気装置からは、曝気槽内が所定のＤＯ（溶存酸素量）となる空気量が送気されるが、ＤＯ１ｍｇ／Ｌ以上で生物膜部が嫌気にならない程度の空気を送気するとよい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図１及び図２に基づいて説明する。図１において１はタンク型の曝気槽であり、基台２に支持させた状態で地中に設置される。この曝気槽１には、図示しないが、流入槽からの汚水を導入する流入管と、沈殿槽に処理液を排出する排出管が接続されている。また、前記曝気槽１内部の略中央部には図２に示すような筒体３が立設されており、この筒体３は曝気槽１の底部に固定ボルト等の固定手段により固定されている。
【００２０】
前記筒体３内の上下には多孔板５，６が固定されており、これら多孔板５，６の間に多数のセラミック質の生物膜坦体７が筒体容積の７０〜８０％程度装填されている。前記多孔板５，６は、円盤状のＳＵＳパンチングメタルで構成され、３ｍｍ程度の穴が多数開口されている。また、前記生物膜坦体７には無数の穴が開いている。さらに前記筒体３の下端部には、下側多孔板５より下方の位置に複数の汚水流入口８が開口されている。なお、前記生物膜坦体７を装填した筒体３は、組立ラインで曝気槽１の内部に組み付けられる。
【００２１】
一方、曝気槽１の底部には、筒体３の内部に空気を供給するための散気装置９（図２参照）と、曝気槽１の内部に空気を供給するための散気装置１０（図１参照）が配設されている。前記散気装置９は、筒体３の下側多孔板５より下部の位置に散気ノズル部が挿入され、筒体３から簡単に取り外すことができる構成となっている。
【００２２】
次に上述した曝気処理装置の操業例について説明する。まず曝気槽１は、流入槽から流入した汚水で満たされるが、立ち上げ時においては、筒体３の汚水流入口８から筒体３内に流入した汚水が生物膜坦体７に付着するため、曝気槽１内のＭＬＳＳが所定量に保持されるまでの間、この筒体３内で生成する微生物により浄化処理が行われる。
【００２３】
曝気槽１内の汚水は、散気装置９，１０からの送気圧により槽内を図１で矢視する方向に循環しながら曝気処理が行われ、微生物による汚水の浄化処理がなされる。即ち、筒体３内の汚水は、汚水流入口８から筒体３の内部に流入し、散気装置９により発生する上昇流によって下側多孔板５を通り、セラミック質の生物膜坦体７と均一に接触しながら筒体３の上方から筒外に流出する。
【００２４】
前記生物膜坦体７には微生物による膜が生成、定着されており、汚水が多数の生物膜坦体７と接触することにより、汚濁物質である有機物質が分解されることになる。この場合、散気装置９から送気された空気は下側多孔板５に衝突、分散し、水中で溶解しながら多孔板５の穴を通って上昇し、微生物坦体７に付着している微生物と接触する。溶存酸素は、汚水中の気泡が生物膜坦体７に衝突して微細化するため、通常の活性汚泥処理法に比べて高濃度の溶存酸素が生じることになる。また、筒体３内に流入する汚水には筒外の散気装置１０によって溶存酸素を含んでおり、生物膜坦体７に付着した微生物が活性化し、有機物の分解捕食が促進される。
【００２５】
前記生物膜坦体７の表面には徐々に汚泥が付着するが、生物膜坦体７は常に上下方向に流動しながら互いに衝突し合うため、付着汚泥は所定期間経過後、自然に生物膜坦体７から剥離し、筒外に放出され、筒外の汚泥として生成される。なお、流動する生物膜坦体７は上下の多孔板５，６にも衝突するため、多孔板５，６に付着した汚泥も離脱する。
【００２６】
一方、筒体３の外側では、汚水が散気装置１０によって曝気され、通常の活性汚泥処理が行われている。一般に、活性汚泥処理法で出現する微生物は、フロック形成細菌と、このフロックに固着あるいは匍匐した微小動物（原生動物）であり、汚水中の有機物の分解は細菌が担い、微小動物は細菌を捕食することで発生汚泥を減少させ、処理水を透明にする働きがあるとされている。通常の活性汚泥処理法は、常に散気により攪拌されているために、微小動物の生存にとっては不利な環境にあり、また、増殖速度の遅い生物は曝気槽１で増殖しないういちに洗い流されてしまう。しかし本発明では、活性汚泥処理法として不利な微小動物や、増殖速度の遅い微生物、さらには散気の攪拌速度に著しく感受性の高い微小後生動物が、筒体３の生物膜坦体７に生成され、曝気槽１内に生存する微生物と相俟って、汚泥処理に係わる生物の多様化を図ることができる。このため、様々な流入汚水環境に対応することができ、安定した汚水浄化処理が可能となる。
【００２７】
また通常の活性汚泥処理法では、水温の低下に伴って生物の比増殖速度が低下するが、本発明では上述のように生物の多様性が増加し、安定な生態系が形成されるため、低温でも耐性のある生物によって汚水が浄化処理されることになる。
【００２８】
なお、曝気槽１内で曝気処理された処理水は、沈殿槽に移送され、処理水に含まれる汚泥が沈殿分離されるとともに、上澄水が殺菌処理された後、河川に放流されるか、そのまま下水道に放流される。
【００２９】
【発明の効果】
上述した本発明によれば、同一の曝気槽内に活性汚泥方式と生物膜方式の浄化処理法が併存するため、両方の特性を生かして、流入する汚水の濃度変動等があっても安定した汚水の浄化処理をすることができ、余剰汚泥の発生を低減させることができる。また、沈殿槽からの汚泥返送工程を省くことができるため、設備コストや操業コストを抑えることができ、さらには設備全体の小型化を図ることができる。
【００３０】
また本発明は、筒体の下方から下側多孔板を介して送気するため、筒体内の生物膜坦体の全体に均一に空気を供給でき、その生物膜坦体による浄化能力の向上と安定化を図ることができる。また、従来の立ち上げ時に必要とされた種汚泥投入が不要となり、据え付け施工後に短期間で操業を立ち上げることができ（設備設置後、２週間程度で汚水の浄化が期待できる）、さらに生物膜坦体に付着する汚泥は、筒体内部を生物膜坦体が流動する際、互いに衝突して自然に剥離するため、付着汚泥を剥離するための装置や除去作業が不要になる。
【００３１】
また本発明は、筒体内に固定された多孔板の間に生物膜坦体を装填するため、従来の生物膜方式に比較して生物膜坦体の装填量も少なくて済み、重量も軽いため多孔板の破損、生物膜坦体の脱落等を防ぐことができる。
【００３２】
また本発明は、工場ラインにおいて簡単に組立ができるため低コストで量産化が実現でき、施工現場における組立作業が省けるため、工期を短縮することができる。さらには散気装置交換等の修理維持も簡単に行なうことができ、維持費も安価である、等の効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の曝気処理装置の実施態様を示す概略図である。
【図２】図１における筒体の内部構成を示す概略図である。
【図３】従来における活性汚泥方式の曝気槽の概略図である。
【図４】従来における接触曝気方式の曝気槽の概略図である。
【図５】従来における生物膜方式の曝気槽の概略図である。
【符号の説明】
１は曝気槽
２は基台
３は筒体
５，６は多孔板
７は生物膜坦体
８は汚水流入口
９，１０は散気装置
【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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