(57)【要約】【課題】    水処理装置の微生物処理工程からは余剰の有機汚泥が毎年発生し、脱水ケーキ換算で年間約７００万トンとも云われている膨大な量で、直接の運搬費用だけでもトン当たり約５〜７万円と云われ、減容化やリサイクル技術もあるが、焼却処分や投棄処分も行われていて、最終処分場は全国的に見てもあと数年で満杯の状態と云われ、新たな施設の建設は、水源域の汚染等の問題もあり困難で、安価で根本的に解決できる技術が社会的に要請されている。【解決手段】水処理装置において、処理水を揚水する水中又は陸上ポンプ等とこの揚水を水処理装置の原水流入口又は第一槽に返送して水処理装置間を再循環するための管路とを有する機構を水処理装置に設けて、微生物の活動を制御することで処理効率を向上させて余剰の有機汚泥の引き抜きを不要する。【選択図】  図１  
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
微生物処理工程を持つ全ての水処理装置において、処理水を水中ポンプや陸上ポンプ等により揚水し、水処理装置の原水流入口又は第一槽に返送する処理水の再循環の機構を設けた水処理装置で、この再循環の管路の途上に於いて固形物の除去を行う装置や補助ろ過装置等のいかなる装置も設けずに、水処理装置内に発生する各種微生物の活動を制御して、浄化効率を向上させて余剰の有機汚泥の引き抜きを不要とする水処理装置。
【請求項２】
図１に記載するように単独及び合併浄化槽に於いては、処理水を沈殿固形物と共に揚水する動力として水中ポンプ又は陸上ポンプ等のポンプ１と送水先をこれらの浄化槽の第１槽の流入槽に返送して吐出させるための再循環用の配管又はホース２で構成された機構を設けた単独浄化槽や合併浄化槽。
【請求項３】
この処理水の再循環を行う機構の基本の構成としては、揚水する動力としての水中又は陸上ポンプ１と、揚水して沈殿固形物を吸い上げながら水処理装置の原水流入口や第１槽に返送し再循環するための配管又はホース２からなるが、揚水量又は送水量を制御するための装置及び流量制御用バルブや、水質監視用センサー及び水位を関知する水位センサーやこれらの機器の稼働及び作動状況を遠隔集中監視したり制御を行うために必要な遠隔監視通信用のモデム等を付属させた機構を含む浄化槽等の水処理装置。
【請求項４】
図２に於いて示すように、既設の単独浄化槽の場合に於いて、この単独浄化槽を合併浄化槽に取り替えることなく処理効率を向上させて合併浄化槽として利用し、単独浄化槽から発生する余剰の有機汚泥の引き抜きを不要とさせるために、図２に示す様に処理水を揚水するための動力としての水中又は陸上ポンプ１と、この放流先を厨房廃水と洗濯廃水等が流入する合流マスに配管又はホース２を接続して、既設の単独浄化槽との間に水循環を行う方法や、既設の合併浄化槽に於いて同様に再循環の管路を設けて合併浄化槽間に処理水の再循環を行い、余剰の有機汚泥の引き抜きを不要とする方法。
【請求項５】
図３の様に微生物による処理工程を設けている公共下水道等の大規模な終末下水道処理施設や中小規模のコミニティープラント及び散水ろ床方式や固定ろ床方式の微生物処理工程を有するこれら水処理装置等に於いて、図３に示す様に処理水を貯留する槽や池より沈殿固形物と共に揚水するための水中又は陸上ポンプ１と、揚水された処理水を水処理工程の最全部に位置する沈砂地や沈砂槽又は活性汚泥槽に吐出させるための再循環用の配管又はホース２からなる機構を設けた水処理装置。
【請求項６】
既存の公共下水道の終末下水道処理施設や中小規模のコミティープラントや固定ろ床方式の水処理装置等に於いて、微生物処理効率を向上さて余剰の有機汚泥の引き抜きを不要とする目的で、図３に示す様に処理水を貯留する槽や池より沈殿固形物と共に揚水するための水中又は陸上ポンプ１と、揚水された処理水を水処理工程の最全部に位置する沈砂地や沈砂槽又は活性汚泥槽に吐出させるための再循環用の配管又はホース２からなる機構を設ける方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微生物処理工程を有する浄化槽を含む全ての水処理装置に於いて発生する微生物の死骸や生物分解の速度が異なる熔解汚染物質及び処理水中に含まれる微生物を繰り返し循環させることでこの再循環の管路の途上にいかなる装置も設けずに、微生物による処理効率を制御して、これまで微生物処理による水処理装置に於いて宿命的に発生する余剰の有機汚泥の引き抜きを不要とする事を目的とする水循環の機構を設けた水処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
これまでは、処理水を原水の流入口に返送する目的は、高濃度の原水の希釈水として利用する概念はあるが、処理水の再循環により微生物処理槽内に存在する微生物本来の活動習性を制御することに着目してこなかったために、微生物処理に於いてはその宿命として余剰の有機汚泥が発生することを前提とした減容化や自動の余剰汚泥の抜き取り装置等の技術が開発されてきていて、この減容化に関する技術としては、大型の下水道処理施設等に於いては凝集沈殿剤を添加混合して固液分離を行い固形物を圧縮減容化したり、オゾン発生装置を使用してその酸化力により有機余剰汚泥を分解して減容化するものや、特定の活性化した微生物の種を活性汚泥工程に投入したりして微生物処理を促進して有機余剰汚泥の発生の約４０％程度を減量化する技術や、また微生物が付着するろ床を多段化したり、いくつかの連続した各微生物処理槽を設けてその処理槽ごとにバッキし再循環したりして微生物による処理の効率を上げたり、また再循環の回路に膜モジュールや除去装置を設けるなどして微生物処理がしにくい燐などの溶解物質や固形物を除去したりする方法があるが、再循環を行うための揚水用のポンプと循環用の配管回路だけで浄化槽内に元々生息している微生物の活動習性を制御して、処理能力を飛躍的に向上させることで根本的に有機余剰汚泥の引き抜きを不要とさせる機構を有する水処理装置はない。
【０００３】
微生物処理で水処理を行う方法では、定期的に余剰の有機汚泥を活性汚泥処理工程やバッキ槽に返送し、その余剰汚泥の量が増加すると定期的にバキュームカーにより引き抜き、屎尿処理施設に運搬して脱水処理したり、中間の減容化処理施設で更に水分を除去したりして最終汚泥を遠隔地の最終処分場に投棄するか、他の物質と混合焼成して煉瓦に再加工したり、また一部は堆肥化やメタンガスや直接水素ガス化するなどを行ってエネルギー源として再利用する方法があるが、投資額も大きくそのリサイクル処理量は排出される余剰汚泥量全体の数パーセント程度と云われていて、今後更に浄化槽や公共下水道の普及に伴い運搬手段や終末処分場を含む処理施設が益々不足するために、自治体は既にある施設の建て替えや規模の拡大を計る必要に迫られている。
【０００４】
現状の浄化槽には、微生物の活動を制御する機構がないために処理効率に限界があり、浄化槽全体の構造物の大きさを更に一段と小型化し製品の製造コストや運搬費用の削減にを進めるには微生物の活動を制御する基本的な方法を備えた水処理装置が不可欠である。
【０００５】
合併浄化槽全体の大きさが大きいため敷地の大きさによっては、設置が困難で利用できない場所もある。
【０００６】
水処理装置で処理能力を常時超える様な場合には、浄化槽の場合ではより大型のものに交換するしかなく、入れ替えの費用自体が高額となり、更に保守管理費用もそれに伴って増大する。
【０００７】
大規模な下水道処理施設として終末下水道処理施設があるが、有機余剰汚泥の処理方法として汚泥の脱水処理、メタン発酵菌を利用してメタンガスを製造したり、直接水素ガスを製造したりして発電や発生した熱を活性汚泥処理工程の処理を安定化させるための熱源や、メタン発酵菌の活動を促進するための熱源として利用したりするため約４０％が自己消費されることや、余剰有機汚泥を利用したメタンガス発電施設を建設するには今だ多大の投資が必要で採算性には課題があり、余剰の有機汚泥が発生しない技術こそが最も基本的に必要である。
【０００８】
これまでの微生物処理方式を利用している終末下水道処理施設などでは、処理に必要な電気の消費量が大きいため、近年建設が促進されている風力や太陽光を利用した発電施設などから得られる自然エネルギーを利用しても、これまでは画期的な省電力で稼働する下水道処理設備を造ることはできないため、自然エネルギーを利用するための投資効果を向上させるには限界があり、これらの自然エネルギーを利用するには、まず電力を消費する対象施設の画期的な省エネルギー化が最も必要とされる。
【０００９】
既存の技術では、家庭用の単独及び合併浄化槽などの様な小規模の水処理装置に対して余剰の有機汚泥の削減や除去を行う陸上設置型の補助装置が考案されているが、装置構造物が大きくまた費用対効果や設置場所など課題がある。
【００１０】
既設の単独浄化槽及び合併浄化槽等に於いては、第一槽から汚水を次の処理工程に送水供給し再循環する機構や装置がないために微生物による処理効率が低く、特に夏期には浄化槽から臭気が発生したり、処理能力を超えた場合は未処理の廃水が河川に流出したりする場合があり、その解決方法としては、これまでは浄化槽本体をより処理能力の大きな浄化槽に入れ替えて対応するか、または地上に補助的な浄化装置を設置して浄化槽との間を循環させたり、膜処理を行ったりして処理効率を上げる方法しかない。
【００１１】
また固定ろ床方式や接触板方式及び散水ろ床方式等の微生物処理工程を有する水処理装置に於いて、ろ床に有機汚泥や生物膜が徐々に付着して、ろ材の交換を交換したり逆洗する機構が必要で、接触板に付着堆積する余剰の微生物膜が剥離して処理水中に混入して障害が発生するために定期的な清掃などのメンテナンスが必要になる。
【特許文献１】特許公開２０００−８４５６９
【特許文献２】特許公開平１１−１６９８７２
【特許文献３】特許公開平７−２６５８９２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
水処理装置の微生物処理工程から引き抜きされる有機余剰汚泥は、脱水ケーキ換算で国内に於いては毎年年間約７００万トンとも云われている膨大な量であり、この処理にかかわる全ての費用を正確に算出することは難しいが、毎年継続して発生する社会的な費用の負担は運搬費用だけでもトン当たり約５〜７万円と云われていて、静岡県に於ける平成１２年度の下水道汚泥の年間発生量は、下水道普及率４８％の場合で約１５万５千立方メートルと推計されていて、これは平成７年度の１．５倍に当たり、対象の全国自治体の数は約３３００ほどと想定されるので、これらの費用の削減は重要な課題である。
【００１３】
余剰の有機汚泥の処理の方法としては、焼却施設での焼却処分や最終処分場での投棄処分があるが、消却処分場からはこれまで大量で高濃度のダイオキシンが発生して大きな環境問題を引き起こし、また埋め立て投棄処分場は全国的に見てもあと数年で満杯の状態と云われている。
【００１４】
また投棄処分場の新たな建設は、環境問題保護や最終処分場から出る浸出水による水源汚染の問題から建設が困難となってきていて、有機余剰汚泥は減容化技術の開発や一部堆肥したりその他の加工品としてリサイクルされたり、メタン発酵させて発電に利用したりしているが採算的には問題があり、より安価で根本的に解決できる技術が必要で、社会的な課題となっている。
【００１５】
有機余剰汚泥の処分のために必要な運搬手段としてのバキュームカーによる運搬費用及び処理を行う関連施設の維持管理費用や設備の更新や増設及び新たな建設などの費用も含め、毎年この費用には多額の税金が使われていて、今後もこれらの費用が増加することはあっても削減されることはない。
【００１６】
浄化槽等の水処理装置全体の構造物が大きいため、より多くの設置面積が必要であったり、設置すること自体が困難な場合もあり、装置の製作コストや運搬の費用をより大幅に削減することができないため、装置を使用する個人、企業及び自治体などの費用負担の大幅な削減を行うことはできない。
【００１７】
小型の合併浄化槽は、３槽構造となっているが、単独浄化槽の様に２槽構造で処理目的を達成できるため、現在の合併浄化槽もより更に小型化することが可能となる。
【００１８】
既に使用されている単独浄化槽を、合併浄化槽として交換せずに利用することが可能となる。
【００１９】
今後公共下水道から離脱し、浄化槽で一般家庭の下水道処理を計画している自治体設置管理型の場合、安価な費用では単独浄化槽を合併浄化槽と同様な処理性能として使用できないため、大量の既設の単独浄化槽を破壊して合併浄化槽に交換設置しなければならないため、社会的なコスト（莫大な税金）が必要とされる。この社会的なコスト負担の規模は、消費税額を１％引き上げた場合の予想税収額である年間２．５兆円を上回り、付属関連施設等で必要となっている総コストを加算するばこの約２倍以上に当たる消費税額２％以上の金額に達することが試算想定される。
【００２０】
一般家庭やコンビニエンスストアーなどで使用されている浄化槽から廃水される屎尿、炊事、洗濯などのいわゆる下水道廃水の処理は、小型の水処理装置である浄化槽で行っているが、現行法では処理水の廃水基準項目は、中、大規模な処理装置で処理廃水されるものに準じた検査項目があるが、実際は廃水処理基準である生物化学的酸素要求量(BOD)や化学的酸素要求量(COD)の値の測定は、特別な目的以外では検査分析費用が高額であるために行うことがなく、特に一般家庭では不可能であり実行されることはなく、このためより処理水が安定する装置の開発が必要とされる。
【００２１】
台所から排出される生ゴミは、ディスポーザ（破砕機）によって廃水と一緒に処理しキッチン廃水として浄化槽で処理できれば、生ゴミも水処理として処理ができるが、現在ではこのディスポーザ廃水は廃水処理基準値以下にしてからでないと公共下水道へ放流できないなどの課題があり、この水循環を行える浄化槽を使用する場合では、このディスポーザ廃水は中間処理しなくとも浄化槽で水処理として処理ができる。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明は、水処理装置に於いて処理水を図１のポンプ１により沈殿固形物と共に揚水し、水処理装置の原水流入口又は第１槽に返送する再循環の管路２を設けることで、生息する微生物の活動習性を利用して処理効率を向上させて臭気の発生を防止し、有機余剰汚泥の引き抜きを不要とするものである。
【発明の効果】
【００２３】
水処理装置の最終工程からの処理水を処理装置の先頭の流入口に戻して処理装置間を再循環する管路を設けることで、処理装置内部の処理対象物である油分、有機物の溶解物や固形物及び燐等その他の溶解物など微生物による分解速度の異なるこれらの汚染物を含む水全体を再循環させることで、既存の単独浄化槽では通常のBOD値が２０〜８０mg/Lと云われているが安定して５mg/Lとなるために、この比較値で約４〜１５倍向上し、大規模、小規模などの規模の処理施設を問わず、水処理装置からの有機余剰汚泥の引き抜きが長期間不要とすることができ、これにより毎年発生している膨大な社会的な費用の発生をより合理的な方法で削減することが可能で、この社会的なコストの削減規模は、消費税額を１％引き上げた場合の予想税収額である年間２．５兆円を上回り、付属関連施設等で必要となっている総コストを加算すればこの約２倍以上に当たる消費税額２％以上の金額に達することが試算想定され、この水循環の機構や装置は既存の設備や装置がそのまま利用できるなど、これらの要素を総合的に考慮して十分社会的合理性のある技術である。
【００２４】
既設の単独浄化槽での生物化学的酸素要求量(BOD)の値で２０〜８０mg/Lを示しまた合併浄化槽の場合でも５〜２０mg/Lと不安定であるが、この方法による処理水は安定的に生物化学的酸素要求量(BOD)の値が５mg/L以下となり、処理能力が大幅に向上する。
【００２５】
一般家庭やコンビニエンスストアーなどで使用されている浄化槽から廃水される屎尿、炊事、洗濯などの廃水の処理は、小型の水処理装置である浄化槽を使用しているが、安定した処理効率を上げることで処理装置の信頼性が確保され、生物化学的酸素要求量(BOD)や化学的酸素要求量(COD)の高額な分析測定をする必要性が排除され、その他の検査項目については既存の水質管理用のセンサーを利用簡単に測定でき、そのため遠隔で集中管理することが可能になる。
【００２６】
更にこの方法によって水処理装置内全体の水循環を行うことにより、微生物による嫌気、好気処理等の各処理工程や、散水ろ床方式などの微生物固定単体を使用した微生物処理方式に於いも安定的な処理が行われるため、過剰な微生物膜の発生も防止でき、これまで特に夏期に発生していた水処理装置からの腐敗に伴う悪臭も防止できる。
【００２７】
微生物による浄化性能が向上することで、生ゴミを破砕処理するディスポーザからの廃水の処理が単独及び合併浄化槽に於いてもこの水循環を設けることで中間処理しなくとも浄化槽だけで処理が可能となる。
【００２８】
水処理装置の微生物処理工程や処理槽全体の容積を小さくすることができるので水処理装置全体をより小型化し、単独や合併と云った名称の不合理さが無くなり、製造コストを削減することができる。
【００２９】
水処理装置の規模を問わず、これまでよりも高度処理に必要であったエネルギー量をより削減することができる。
【００３０】
今後市場に於いて必要とされてる次世代型の下水処理方式としては、有機余剰汚泥の引き抜きを不要とする自己完結型で水処理装置全体が更なる小型化及び省エネルギー化が必要とされ、その目的を達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
浄化槽等に於いて活性汚泥槽であるバッキ処理槽の次工程にあるうわ水を保留する槽に水位センサーを付属させて、固形沈殿物を吸い上げるように水中ポンプを底部に設置し、パイプまたはホース等の管をこの水中ポンプに接続し、吐出先を浄化槽の流入口にある合流マス又は浄化槽の第一槽にて放流させるように接続して浄化槽間に処理水を再循環させるようにする。
【実施例１】
【００３２】
図２の様に単独浄化槽（５人用）を使用し、処理水の放流槽に水中ポンプを設置、揚水した処理水を図３の２の様にホース又は配管を設置し、その吐出先を浄化槽流入先の廃水マスに放流するようにして単独浄化槽間を循環させ、総廃水量が一月当たり５０〜４０M3で定量で、利用人数は平均で２〜３人と絶えず変化している状態に於いて、洗濯廃水と炊事からのシンク廃水は、バケツに取り水洗トイレに排出させて単独浄化槽に流入させ、できるだけ多くの廃水を単独浄化槽に流入させる工夫をし、循環水の状態及び図３中の流入槽である第一槽に溜まるスカムの滞留状態と第２槽のバッキ槽の汚泥の色、発泡状態、透明度及び臭気の発生度合いや、最終工程の浮上固形物とうわ水を分離する小さな分離槽に於けるスカムの発生状況や第１槽での大型の生物類の発生状況等を５年間に渡り監視続け、浄化槽内部での汚泥の消化状況を監視し、更に生物化学的酸素要求量(BOD)を分析し、分析結果も既存の単独浄化槽での通常の値である20~80mg/Lに比較し4.70mg/Lとなり当初の目的を達成でき、第１槽及び第２槽（バッキ槽）その他浄化槽内に除去すべき過剰な固形物などの発生は無く、内部は安定していてこの実施の第一目的である浄化槽からの余剰有機汚泥の引き抜きが必要と認められることは無い。
【実施例２】
【００３３】
オート・キャンプ場での実施例としては、２年間、２シーズン継続使用した状態の５０人用屎尿のみを処理する単独浄化槽を使用して試験を開始、その間の使用者数は２年間２シーズンの累計で約２００人、炊事、洗濯及びシャワー廃水はこの浄化槽へ流入は行わず別の廃水処理装置に流入する配管の接続環境に於いて、上記浄化槽を通常通りにバッキ稼働させている状態で、処理水の循環を行う替わりに毎分約１リットル水温摂氏１４度の清水を浄化槽の流入口から流入させ、単独浄化槽内に２年間連続しようして堆積したスカムやバッキ槽内の汚泥の消化状況を監視した結果、２週間後の状況では既に第１及び２槽にあったスカムは完全に消滅しており、ほぼ１週間後にはスカムの浄化は終了していたものと十分推測され、その後も２年ほど継続して同じ作業を繰り返し、同様の結果を得てこれまでに汚泥の引き抜きが必要と認めれるような状態は認められていない。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】単独浄化槽又は合併浄化槽等の生物処理装置を備えた水処理装置で、微生物処理の処理効率を上げ、余剰の有機汚泥の引き抜きを不要とする水循環の回路。
【図２】既設の単独浄化槽を微生物による処理効率を上げ、余剰の有機汚泥の引き抜きを不要とする水循環の方法と配管回路の改良。
【図３】コミニティープラント等大型の下水道の集中処理を行う微生物を利用する活性汚泥方式又は散水ろ床式の処理装置に於いて、微生物の処理効率を上げて、余剰の有機汚泥の引き抜きを不要とする水循環の回路。
【符号の説明】
【００３５】
１ 水中又は陸上ポンプ
２ 水循環を行うための配管又はホース
【図１】
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【図２】
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【図３】
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