(57)【要約】【課題】汚泥である微生物群の生物化学的な自己分解作用に着目した画期的な汚泥の処分方法を提供すること。【解決手段】所定量（例えば容器の１５分の１）の汚泥を毎日所定時間毎に水槽中に取り込むとともに、汚泥が投入された水槽内に空気を連続的に供給して水槽内を高濃度の溶存酸素値を有する好気性環境にする。そして、汚泥を構成する微生物群の自己分解作用により汚泥を二酸化炭素と水に分解し、毎日投入した汚泥の量に相当する上澄み液を取り出し、汚泥を微生物の自己分解作用に基づいて処分する。【選択図】        図７
2007050390.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定量の汚泥を所定時間毎に水槽中に取り込むとともに、該汚泥が投入された水槽内に空気を連続的に供給して前記汚泥を高濃度の溶存酸素の好気性環境下に置き、
前記汚泥を構成する微生物群の自己分解作用により前記汚泥を二酸化炭素と水に分解し、該二酸化炭素は空中に放出し、該水は上澄み液として前記水槽内の排水口から外部に取り出すこと
ことを特徴とする好気性環境下における汚泥の処分方法。
【請求項２】
前記水槽内に毎日新たに投入する汚泥の量は、水槽内の全有効容積の１５分の１とし、前記微生物の自己分解作用により生成された水を、前記汚泥の投入量と同量だけ押し出すことにより上澄み液として毎日取り出すこと
を特徴とする請求項１に記載の好気性環境による汚泥の処分方法。
【請求項３】
空気供給管と、該空気供給管から供給される空気を上昇させるエアリフターと、汚泥中の微生物群を固着させてコロニーを形成する微生物固着接触材から形成される固定床から構成され、互いに隔壁で仕切られ、かつ清水がいっぱいに張水された第１、第２及び第３の水槽に、
前記第１、第２及び第３の水槽の全有効容積の１５分の１の汚泥を、前記第１の水槽に設けた汚泥投入口から毎日投入するとともに、前記空気供給管から空気を供給して高濃度の溶存酸素下の好気性環境を形成し、
汚泥投入開始から１５日経過した後以降は、前記第３の水槽に設けた上澄み液取出口より上澄み液を毎日取り出すことにより、１５日間で汚泥を水に変換して処分する汚泥処分方法。
【請求項４】
汚泥と清水が投入される水槽と、
前記水槽に設けられた汚泥投入口と、
前記水槽内に空気を供給する空気供給管と、
前記空気供給管から供給される空気の気泡を前記水槽の液面方向に導くエアリフターと、
前記投入された汚泥の中に埋没され、汚泥中の微生物群を固着させてコロニーを形成する微生物固着接触材から形成される固定床と、
前記水槽から上澄み液を取り出す上澄み液取出口と、を備え、
前記空気供給管から前記水槽内に注入した空気の気泡が、前記エアリフターを経て前記固定床の中心部を通って上向流となって上昇し、前記水槽の液面から下向流に転じて前記固定床を形成する微生物固着接触材の内部を通る構造である、
ことを特徴とする汚泥処分装置。
【請求項５】
汚泥と清水が投入される第1、第２及び第３の水槽と、
前記第1、第２及び第３の水槽内に空気を供給する第１、第２及び第３の空気供給管と、
前記第１、第２及び第３の空気供給管から供給される空気の気泡を前記第1、第２及び第３の水槽の液面方向に導く第１、第２及び第３のエアリフターと、
前記投入された汚泥の中に埋没され、汚泥中の微生物群を固着させてコロニーを形成する微生物固着接触材からなる第1、第２及び第３の固定床と、
前記第１の水槽の上部に設けられた汚泥投入口と、
前記第３の水槽の上部に設けられた上澄み液取出口と、を備え、
前記第１の水槽の前記汚泥投入口から投入された毎日の汚泥投入量だけ、前記第３の水槽に設けられた前記上澄み液取出口から上澄み液を取り出すことを特徴とする汚泥処分装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生物的汚水処理において必然的に汚泥が発生する場合の汚泥の処分方法に関し、特に、その汚泥を高濃度の溶存酸素の環境である好気性環境の下で汚泥を処分する方法及び汚泥処分装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ホテルなどの厨房排水や食品加工工場などの有機性汚水の処理において、特に発生する汚泥を処分することが極めて重要な課題となっている。このような有機性汚水の処理においては、従来から微生物群の持つ生物化学的な機能を利用しようとする試みがなされており、例えば、有機性汚水を微生物群の代謝の機能を作用させて浄化する、活性汚泥法などの手法が知られている。このような活性汚泥法を用いる場合には、その機能は微生物反応槽において作用するものであり、この反応槽から出てくる汚濁液は、沈殿槽で受け止められる。そして、この汚濁液に約２〜３時間の沈殿作用を与えると、無色透明な上澄み液が採取される。そして、それは処理水として取り出し、放流することができるものである。
【０００３】
しかし、沈殿分離された下部の物質は、活用済みの微生物群の残滓と水の混合液（以下、「汚泥」という。）であり、他に活用することができない物質であるため、何らかの方法で処分しなければならないものであった。しかし、この汚泥を処分する方法がないため、最終的には、高額な処分費用をかけて産業廃棄物処理業者にその処分を委託するより手立てがなかった。
【０００４】
これらの沈殿物は、余剰汚泥（以下、単に「汚泥」という。）と呼ばれているが、この汚泥と呼ばれるものにおいても、微生物群が代謝作用を終えてから８時間程度の間は、微生物群は生命を維持している。この事実は、非特許文献１における微生物の生理について記載により明白である。すなわち、非特許文献１には、微生物の体内及び体外における各微生物に特有な生化学作用は、酵素の触媒作用によるもので、酵素がなくては生物の生活に必要な化学反応は全く行われない旨が記載されており、さらに酵素は微生物の死後もある程度までその作用を持続させることができると記載されている。このため、微生物体は、死後自らの酵素の作用で分解されていくのである。この現象を自己分解作用（自己消化）という。
【０００５】
このような微生物群の残滓を含む汚泥は、およそ９９％の水とおよそ１％の微生物群の混合液であり、数時間が経過すれば腐敗し臭気を発する極めて厄介な物質であった。もちろん、貯蔵などの行為は成立しない物質であって、このことが汚水処理設備の施設者を悩ませていた。そして、この汚泥は、毎日連続的に発生するため、産業廃棄物として産業廃棄物処理業者に処分を委託しなければならなかった。
【０００６】
しかし、水分を９９％含む汚泥を、廃棄物処理業者にそのままの状態で処分を委託するには、費用対効果が悪いということが問題であった。つまり、汚泥のほとんどが水分であるのに、これをそのままの状態で処分するには、余りにも量的に嵩が多くなり、費用負担が大きくなるという問題である。このため、汚泥を日々排出する汚水処理設備の施設者は、このような問題意識をもち、その処分に苦慮しているというのが現実であった。
【０００７】
一方、そのような問題意識を持ちながらも、汚泥は出るものであるから仕方がないと考え、そして、その処分は日常の管理を行う施設者側が負うものであるという考え方が浸透していた。つまり、汚泥の処分のための費用負担は避けられないものという認識が汚水処理設備の施設者の間には常識として受け入れられていた。
【０００８】
もちろん、９９％の水分をできるだけ減らそうという試みは、濃縮法や脱水ケーキ等の手法により各所でなされているが、全てを排除することは理論的にありえないこととされていた。すなわち、濃縮法は、１日の汚泥の発生量に対して２０〜３０倍の容積をもつ水槽に溜め、静置することにより中間に位置する水分（以下、離脱液）を抜き取る方法である。この状態では、微生物群は既に死骸となっており、上記離脱液を排除した残留物の物性は、粘性が高く、かつ腐敗臭があり、さらに流動性があるものであった。この濃縮法によって得られた、微生物群の残滓は、微生物の死骸が混ざったおよそ25，000〜30，000ppmの密度をもつ濃縮汚泥である。この濃縮汚泥に至るまでには、汚泥の発生から２０〜３０日間の期間を要していた。
【０００９】
また、脱水ケーキと呼ばれる汚泥処分方法は、それを専業とする機械設備メーカーがあるほど世の中に広く浸透しているものであり、この手法は、汚泥に化学薬剤である凝集剤を添加して凝集させ、さらに脱水し易くするためにオガクズを混和して、脱水機により圧搾して機械的に離脱液を排除するものである。これにより、作製された脱水ケーキとしての残留物は、微生物の死骸とオガクズが混合した約７５％の含水率の半固形物となるのである。この半固形物にする脱水ケーキ手法は、１日の汚泥の発生量を1日で完了できる点で、濃縮法に比べ遥かに短い時間で実現できるものであるが、化学薬剤である凝集剤や脱水機という動力手段を用いるため、費用負担が大きいという問題があった。また、この手法は、単なる現場の処置に過ぎないものであった。
【００１０】
また、汚泥の処分まで進んだものではないが、微生物を利用して有機排水系の汚水を浄化する汚水浄化装置が知られている。この汚水浄化装置は、連続気孔を有するセラミック素材からなる微生物固着床を作製し、この微生物固着床を水槽内に入れて、その中に空気を注入して好気性環境を保ち、生物化学的な手法により水処理を行うものである（例えば、特許文献１を参照。）。
【００１１】
特許文献１に開示されている微生物固着床に用いた微生物固着接触材を図１１に示す。微生物群固着接触材１００は、微生物固着床を形成する複数のポーラスなセラミックス素材１０１と、このセラミック素材１０１を所定間隔で支持するための間隙支持体１０２とから構成される。このセラミック素材１０１は、ケイ酸（ＳｉＯ２）を主成分とする粘土の焼成品（ガラス化前後の１２６９℃で焼くと、連続気孔ができる）であり、１ミクロン程度の大きさの微生物が入りやすい２ミクロン程度の連続気孔を持っている。このため、微小な細菌類や微生物群の子孫がセラミックのポアの中に棲みつくことができ、安定した増殖を営むことができるようになっている。また、大型（数１０ミクロンから数百ミクロン）の原生動物や後生動物もポーラスなセラミック表面に凹凸があるため、安定して増殖固着することができる。このように構成されたセラミック素材１０１と間隙支持体１０２は、枠体１０３に固定され、汚水中に沈められる。そして、セラミックのポア内部と外部の両方固着された微生物群のもたらす生物化学的な機能により、汚れた水が浄化されるのである。
【００１２】
この図１１に示したセラミックス素材１０１を微生物固着接触材１００に用いて微生物群の固着床とすれば、微生物群が強固なコロニーの生物膜を形成するので、微生物の大量培養を図ることができる。そして、これらの微生物群の生物膜が汚水を浄化するため、有機排水に適用して多大な効果があることが立証されている。
すなわち、特許文献１に記載の発明は、ポーラスなセラミック素材を用いた微生物群の大量培養の実現によって高濃度の汚水に対しても酸化分解能力を向上させ、短時間で汚水を浄化するものである。したがって、微生物固着接触材という概念を持たない、つまり、前記活性汚泥法（混合浮遊法）では処理できない高濃度の汚濁負荷を持つ、ホテルの厨房排水、食品加工工場の油脂分を含む排水などの産業排水や、あるいは、低濃度の汚濁負荷である地域型下水処理（例えば農村集落排水処理など）を効率よく浄化することができる点で極めて効果的である。
【特許文献１】特開昭６４−３０４６７号公報
【非特許文献１】横井利直著「土壌」（昭和57年5月15日東京農業大学通信教育部発行）第127頁参照。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかし、上述した濃縮法や脱水ケーキの手法をもってしても、汚泥の中の水分を完全に除去することは不可能であり、これらの手法においても、汚泥発生量の全体積の２５〜３０％に相当する濃縮汚泥や脱水ケーキ（人の目に映る残留物としてはタダのゴミ）を残すという欠点があった。また、特許文献１に記載されたような汚水浄化装置においては、汚泥を処分するのではなく、単に汚水の浄化にとどまっていた。ここでも、汚泥の中にある水分を完全に除去することはまったく想定されておらず、また大量の汚泥を処分するという考え方自体がなかった。すなわち、特許文献１に記載の汚水浄化装置は、微生物群に栄養源である汚水・有機物を与え、微生物群を増殖させるものであり、この微生物群の働きにより汚水を浄化させるというものである。ここには、微生物群の自己分解作用により汚泥を分解して消滅させるという考え方は皆無であった。
【００１４】
本発明は、上記問題点に鑑み、汚泥である微生物群の生物化学的な自己分解作用に着目した画期的な汚泥の処分方法を提供することを目的としている。すなわち、人の目に映る物質である残留物としての汚泥（微生物群）を、透明な物質（水）と炭酸ガス（二酸化炭素）に転換して消滅させることができる汚泥の処分方法とその汚泥処分装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決し、本発明の目的を達成するため、請求項１に係る発明は、所定量の汚泥（例えば、水槽の容積の１５分の１）を所定時間毎（例えば毎日）に水槽中に取り込むとともに、該汚泥が投入された水槽内に空気を連続的に供給して前記汚泥を高濃度の溶存酸素の好気性環境下に置き、汚泥を構成する微生物群の自己分解作用により汚泥を二酸化炭素と水に分解し、二酸化炭素は空中に放出するとともに、生成された水は水槽内の排水口から外部に取り出すことを特徴とする好気性環境下における汚泥の処分方法である。
【００１６】
また、請求項２に係る発明は、請求項１に係る汚泥の処分方法において、水槽内に毎日新たに投入する汚泥の量を、１５日で汚泥が水槽内にいっぱいになるように水槽内の容積の１５分の１とし、連日繰り返される微生物の自己分解作用により生成された水を、汚泥の投入量と同量だけ押し出す形で取り出すことを特徴とするものである。
【００１７】
また、請求項３に係る発明は、空気供給管と、該空気供給管から供給される空気を上昇させるエアリフターと、汚泥中の微生物群を固着させてコロニーを形成する微生物固着接触材から形成される固定床から構成され、互いに隔壁で仕切られ、かつ清水がいっぱいに張水された第１、第２及び第３の水槽に、これら第１、第２及び第３の水槽の全有効容積の１５分の１ずつ、第１槽に設けた汚泥投入口から汚泥を毎日投入するとともに、第１、第２及び第３の水槽の下部に設けた空気供給管から空気を供給して高濃度の溶存酸素下の好気性環境を形成し、汚泥投入開始から１５日経過した後は、第３の水槽に設けた上澄み液取出口より上澄み液を毎日取り出すことにより、１５日間で汚泥を水に変換して処分する汚泥処分方法である。
【００１８】
また、請求項４に係る汚泥処分装置は、汚泥と清水が投入される水槽と、該水槽に設けられた汚泥投入口と、該水槽内に空気を供給する空気供給管と、該空気供給管から供給される空気の気泡を前記水槽の水面方向に導くエアリフターと、投入された汚泥の中に埋没され、汚泥中の微生物群を固着させてコロニーを形成する微生物固着接触材から形成される固定床と、水槽から上澄み液を取り出す上澄み液取出口と、を備え、空気供給管から水槽内に注入した空気の気泡が、上向流となってエアリフターを経て前記固定床の中心部を通って上昇し、水槽の液面から下向流に転じて前記固定床を形成する微生物固着接触材の内部を通る構造を有することを特徴としている。
【００１９】
さらに、請求項５に記載される汚泥処分装置は、汚泥と清水が投入される第1、第２及び第３の水槽と、該第1、第２及び第３の水槽内に空気を供給する第１、第２及び第３の空気供給管と、該第１、第２及び第３の空気供給管から供給される空気の気泡を前記第1、第２及び第３の水槽の液面方向に導く第１、第２及び第３のエアリフターと、投入された汚泥の中に埋没され、汚泥中の微生物群を固着させてコロニーを形成する微生物固着接触材からなる第1、第２及び第３の固定床と、第１の水槽の上部に設けられた汚泥投入口と、第３の水槽の上部に設けられた上澄み液取出口と、を備え、第１の水槽の汚泥投入口から投入された毎日の汚泥投入量だけ、第３の水槽に設けられた上澄み液取出口から上澄み液を取り出すことを特徴とするものである。
【００２０】
上述した請求項１〜請求項５に係る本発明の機能を実現させるため、以下の（１）から（７）の条件が前提となっている。
（１）汚泥の微生物群が生命を維持している間（発生後、概ね８時間以内）に容器(水槽)に取り込むこと
（２）不可欠な要素として固定床を設置すること
（３）エアリフターを配備して空気を供給すること
（４）溶存酸素の値は概ね4〜６ｐｐｍとし、それを維持すること
（５）汚泥投入から水になる時間を概ね２週間を目標にすること
（６）容器の全有効容積を１日の汚泥処分量の概ね２週間分として計算すること
（７）常温常圧（１８℃以下にしない）で稼動させること
【００２１】
本発明の汚泥の処分方法及び処分装置は、いずれも汚泥を高濃度の溶存酸素の環境下に置いて、微生物自らがもつ自己分解という機能を誘導して汚泥を無害な水にして消滅させるものであり、好気性環境において微生物群が水と二酸化炭素に自己分解するという微生物の生理を効率的に利用した発明であり、後述するように顕著な効果が得られている。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、従来問題になっていた、汚水処理設備の施設者を悩ましていた汚泥が１５日程度の短期間で水に分解して消滅してしまうという効果があり、汚水処理設備の施設者にとって汚泥を処分するための労力や費用負担を著しく減少させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態の例について説明するが、その前に、本発明に至った経緯について説明しておく。
まず、本発明者らは、本発明より前に、汚泥が水に変換することになるという事実に関する三つの知見があった。
【００２４】
一つは、汚泥を数日間程度ためておく水槽に、特許文献１の汚水浄化装置で用いられている不要になった微生物固着接触材を投棄するつもりで投入したのである。そして、試しにこの不要になった微生物固着接触材に空気を送り続けたのであるが、約２ケ月後に水槽の水面部分に上澄み液の発生を視認した。ここで、上澄み液が発生したということは、汚泥を構成する微生物群の何らかの働きによって汚泥が水に変わったことを意味している。
【００２５】
二つ目は、上述した「土壌」という図書からの知識である（非特許文献１参照）。この図書には、地球上の川や降雨と大気と土壌および微生物群の自然界の構成に基づいて、液相（水）と気相（空気）と固相（土壌）および微生物（好気性）の関係を、水中に実現する構想が描かれている。
【００２６】
三つ目は、上記図書からのヒントを得て、液相（水）、気相（空気）、固相（土壌）および微生物（好気性）の関係を水中に実現する構想を、鮭解体工場のＢＯＤ（Biological Oxygen Demand：生物化学的酸素要求量）負荷濃度4,390ppmの汚水で試験を行ったことである。この結果、少ない空気（気相）の供給で、液相の溶存酸素値を容易に高められることを見出したのである。これは、固相（土壌）の存在が重要な役割を果たしているからであると考えられる。なお、ＢＯＤとは、水中の有機物が微生物の働きによって分解されるときに消費される酸素の量のことであり、河川の有機汚濁を測る代表的な指標として知られているものである。また、溶存酸素（ＤＯ:Dissolved Oxygen）とは、水中に溶解している酸素量のことであり、水質汚濁が進んで水中の有機物が増えると、好気性微生物による有機物の分解に伴って多量の酸素が消費されるため、水中の溶存酸素濃度は低下することになる。
【００２７】
一般に、固相をもたない微生物の活用形態として、混合浮遊法（代表例として活性汚泥法）というものがあるが、通常の混合浮遊法では、上述した鮭解体工場のような高濃度のBOD負荷の液相を、高い溶存酸素の値にすることはできない。従来の概念からすれば、せいぜい溶存酸素を１．２〜２．２ppm（ｍｇ／L）程度にすることが限界であった。一方、液相中に固相（例えば、セラミック等の微生物固着接触材）が存在すると、固相自体が、固相の周囲の液相に存在する浮遊性の微生物群の密度を低下させる働きを持ち、同時に、液相の粘性の低下を招くことが分かっていた（特許文献１参照）。この密度と粘性の低下という事象は、固相としてセラミックス素材を用いていたからであって、このセラミック素材と微生物とは極めて相性がよく大量培養を可能にしていたからである。
【００２８】
この相性のよさが微生物群の快適な棲み処となり、このセラミック素材が、浮遊する微生物群を吸い寄せる形でコロニーを形成する。そして、このコロニーの形成時に、微生物が吐しゃする高分子物質を吸着したと推定される。このため、固相の周りの液相における浮遊性微生物群の密度を低下させ、あわせて粘性の低下をもたらしたと結論づけることができる。発明者らは、この現象を固液分離現象と呼んでいる。
【００２９】
ここで微生物の自己分解機能であるが、微生物群に多くの空気を送り続けると自己酸化するという概念があり、この化学反応は、数式１で示される。
【００３０】
[数１]
（Ｃ５Ｈ７ＮＯ２）ｎ＋５ｎＯ２→５ｎＣＯ２＋２ｎＨ２Ｏ＋ｎＮＨ３−ΔＨ
【００３１】
この式は、好気性環境における生化学的酸化反応という代謝の系における自己酸化を意味するものであり、その反応式の左辺で表される微生物（Ｃ５Ｈ７ＮＯ２）ｎに、酸素を供給すると、数式１のような反応が起こり、右辺に示すような二酸化炭素（ＣＯ２）と水（Ｈ２Ｏ）が生成されるのである。この生化学的酸化反応自体は従来から知られている式である。ΔＨは分解に際して遊離される熱エネルギーである。
【００３２】
しかし、この数式１の原理はわかっていたが、好気性環境における生化学酸化反応である微生物の自己分解を使って、汚泥を清水に変えるという考えは原理的な数式としてわかっていても、これを実際に試した人はいない。これは、汚泥中に空気を多く送ることが不経済であるという考え方が支配的であったことと、汚泥堆積物である残留物の存在を容認する方が経済的であるとの通念から来ているものと思われる。
つまり、汚泥に多くの空気を送り込めば、溶存酸素値が増すであろうことは想像できることではあるが、そのためには膨大な設備と費用が必要になる。したがって、多くの空気を送り込まない状態で溶存酸素値を高めることができないかを考える必要があった。
【００３３】
すなわち、微生物群の自己分解は、食物連鎖反応の捕食作用（作用１）であると考えることができる。そして、栄養源が遮断され高濃度の溶存酸素の環境であれば、貧栄養状態となって細胞が減衰せざるをえないのである。このような環境においては、細胞の収縮作用（作用２）という事象を招くことになる。数式1に示すような好気性微生物の異化作用としての二酸化炭素と水の生成という事象は、二酸化炭素を炭酸ガスと呼ぶことから、ガスをとってガス化作用（作用３）と名づけることとする。このガス化作用も、微生物の挙動の一つである。
【００３４】
この３つの作用のメカニズムが進行するとき、微生物群が容器内に止まり、生命の終焉を迎える生理の上で、微生物固有の機能として、自らの細胞を消滅させる自己分解に至るのである。そして、そのときの環境は溶存酸素値が概ね４〜６ppmにおいて誘導できるものである。また、少ない空気の供給によって高濃度の溶存酸素の環境を与え、維持するためには、液相の中における固相の存在が不可欠の要素となる。これにより、自己分解という微生物固有の機能の誘導が起こり、汚泥を水という物質に転換することができる。
【００３５】
上述したように、微生物群の周囲における環境の条件さえ整えば、微生物群はその環境の中で生涯を全うできる。そして、その生命の終蔦まで、及び、死後もしばらくの間、自らの生理の上で細胞の消滅という挙動（自己分解）を示すことが分かったのである。
【００３６】
つまり、ある条件さえ整えば、微生物は自己完結型のライフを営む、とする考え方である。このように、本発明は、微生物の自己分解が上述した３作用のメカニズムで進行するという仮説に基づいて、独創的な汚泥の処分方法を提案するものである。
【００３７】
[実験例１]
図１は、本発明の実施の形態を説明する上で必要な実験例を説明するための図であり、微生物群の自己分解作用により、汚泥を水に分解して消滅させるための装置の概略構造を示す図である。図１（ａ）は水槽と固定床（固相：微生物固着接触材）の配置関係を示す斜視図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａの断面図であり、空気の循環を説明するための図である。
【００３８】
図１（ａ）から分かるように、水槽７には約10,000ppmという密度の汚泥８（液相）がほぼ有効容積いっぱいに満たされている。８ａは汚泥８の液面である。そして、水槽７の汚泥８（液相）中には、微生物固着接触材で構成される固定床（固相）９が液面８ａより下方で水没する形で動揺しないように配置されている。この固定床９は、特許文献１に記載の汚水浄化装置に使われているのと同じものである。繰り返しになるが、この固定床９は、複数のポーラスなセラミックス素材で構成され、このセラミック素材は間隔支持体により所定の間隔をあけて支持される構造になっている。そして、このセラミック素材の主成分は酸化シリカ（ＳｉＯ）であり、１ミクロン程度の大きさの微生物が入りやすい２ミクロン程度の連続気孔を持っている。このため、微小な細菌類や微生物群の子孫がポーラスなセラミックのポアの中に棲みつくことができ、安定した増殖を営むことができるのである。また、ポーラスなセラミック素材表面には凹凸が形成されており、大型の原生動物や後生動物である微生物群も固着して安定した生物膜となるのである。
【００３９】
また、水槽７の底部には空気供給管１０とエアリフター１１が設けられており、このエアリフター１１を介して水槽７内に空気が供給されるようになっている。当該試験機では、固定床９は８個の微生物固着接触材から形成され、その中心部（３００ｍｍ×３００ｍｍ）には固定床９を置かずに、空気と上向流が通りやすくなるように通路が形成されている。エアリフター１１については、詳しくは後述するが、本発明の実施の形態では、株式会社オーエイチエル社製の空気供給設備（エアレーター：商品名）を用いている。
【００４０】
次に、図１（ｂ）に基づいて、上記汚泥処分装置の動作を説明する。ここで水槽７の有効容積を０．７４ｍ３としている。これは試験装置の概寸が縦横各０．７ｍであり、有効水深が１．５ｍであることに依存している。このように水槽７に予め固定床（固相）９とエアリフター１１を配備して、有効容積全体を満たすように、約７４０Ｌ（リットル）の汚泥８を取り込んでおく。そして、２５ｍｍの口径を持つ空気供給管１０よりエアリフター１１を介して空気塊１２を放出する。
【００４１】
この結果、まず、エアリフター１１から汚泥（液相）８に対して放出される気泡１２は、膨張しながら気泡１２aのように成長する。そして、その浮力により上向流１３を誘導して汚泥８（液相）の液面８ａに達し四方面に拡散する。この液面８ａに達した空気塊１２ａの大部分は大気中に飛散するが、微細になった気泡は汚泥８（液相）に混合しており、液面８ａ付近で拡散した微細気泡を含む汚泥（液相）８は、反転する形で下向流１３ａとなり、固定床９内を下降しながら通過する。このとき、汚泥（液相）８に混合する微細気泡の酸素が汚泥（液相）８に溶解して溶存酸素となる。
【００４２】
ここで、エアリフター１１の下縁は、水槽７の底部より約１５０ｍｍに位置しており、空気供給管１０より連続して空気塊１２が噴出されると、エアリフター１１の下部に吸引流１３ｂが生じる。したがって、汚泥（液相）８内には上昇する流れと下降する流れが生じて、固定床（固相）９のセラミックス素材に接触しながら通過する循環流となって流れ続ける。
【００４３】
ここで、固定床（固相）９は、直径２２ｍｍで長さ１９０ｍｍのセラミックス素材で構成されている。そして、循環流の抵抗とならないようにセラミック素材の相互の間隔を約３０ｍｍに保つ空隙を持たせるようにしている。固定床（固相）９に用いる接触材の体積の最小原単位は０．０２ｍ３である。これを分かり易く説明すると、原単位を５０個合わせた枠１ｍ３の体積に、セラミックス素材が1,700本整然と固定されている状態である。そして、このときの平面積の合計は23．64ｍ２であって、汚泥（液相）８はこの固定床（固相）９の六面から容易に進入できセラミックス素材の表面に接触できるとともに、この表面積へ汚泥（液相）８の微生物群が圧密されて強固なコロニー（生物膜）を形成することができる。
【００４４】
ただ、このコロニーの形成には二つの側面がある。一つはコロニーが圧密状態を示す理由として、微生物群固有の生理である粘性をもつ高分子物質の分泌が利用されてコロニーを形成するものである。また、二つ目の側面としては、汚泥（液相）８の微生物群をセラミックス素材が引き寄せた形のコロニーであって、この結果、汚泥（液相）８自体の浮遊性微生物の個体数を減少させたと同じ効果を表すものである。これは上述した微生物群の機能の一つである固液分離現象によるものである。
【００４５】
ここで、それぞれのセラミックス素材の表面には、およそ３ｍｍ前後の厚みをもつコロニー（生物膜）が形成されており、比較的大きな循環流にも耐えられるようになっている。この固液分離現象により液相８内の微生物個体密度や粘性が低下するのであるが、この液相８内に、エアリフター１１を介して連続して空気が送りこまれると、空気中の酸素分子が拡散され易く移行速度が大きくなる。そして、同時に強い循環流を得ることが可能であるから、結果として溶存酸素値２を容易に高めることが可能になる。この固液分離現象による効果は、溶存酸素濃度を高めるとともに、かつ、溶存酸素濃度を高い状態に維持できる極めて重要な現象であると考えられる。このような環境であれば水槽７の底に堆積汚泥（底泥）が形成されるのを妨げることができるので、堆積汚泥による腐敗がなく、硫化水素の発生による臭気を伴う事象が解消されるのである。
【００４６】
ここで、図２に基づいて、本発明の実施の形態における重要な構成要素である、空気供給管１０とエアリフター１１について説明しておく。
本発明の実施形態で用いられるエアリフター１１は、上述したように、水槽７の底部に配置され（底部から１５０ｍｍ離れた位置）、その中に空気供給管１０の開口部先端が上向きに配置されている。エアリフター１１の周囲には液相である汚泥８が充満している。
【００４７】
エアリフター１１の内径は１２５ｍｍであり、その内側の底部には、２枚の半円形状ガイドベーン２１ａ、２１ｂが互いに直交するように９０度の勾配で配置されている。また、エアリフター１１の上部には、ソロバンの玉のような形状をした多数の突起物（「カーレントカッター」ともいう。）２３が形成されている。そして、空気供給管１０の開口部付近に三角仕切り板２２が設けられており、この三角仕切り板２２により、空気供給管１１から排出された空気が２分されて２枚のガイドベーン２１ａと２２ｂ方向に分かれて供給される。この２分された液相（汚泥）と空気は、２枚のガイドベーン２１ａと２１ｂに衝突し、ガイドベーンの４５度の傾斜角度によって下から見て右方向の旋回流として上昇する。
【００４８】
そして、ガイドベーン２１ａと２１ｂによって生じた旋回流が上昇するときに、遠心力が働いてエアリフター１１の内壁方向に液体（汚泥）が押し付けられる。この結果、エアリフター１１の中心部と内壁との間に圧力勾配が生じ、この圧力勾配の発生によってエアリフター１１の内壁に液体（汚泥）が押し付けられながら上昇していくのである。このエアリフターの内壁には「カーレントカッター」と呼ばれる突起物２３が４段設けられている。この突起物２３は円周上の１段に６個設けられ、４段で合計２４個が各段の間に位置するように配置されている。
【００４９】
エアリフター１１の内壁に押し付けられながら上昇していく液体（汚泥）は、この突起物２３に衝突しながら上昇していくが、このとき、乱流（または渦流）が発生し、空気を巻き込んで上昇していく。この液体と空気の混合において、巻き込んだ空気の一部を微細な気泡にするので、これによって溶存酸素の高い液体（汚泥）となるのである。
【００５０】
また、エアリフター１１の内側の中心部では、圧力勾配が小さい低圧部となるため、圧縮されていた空気塊の大部分が膨張しながら上昇する。これにより、大きな浮力が発生するため、エアリフター１１と水槽７の底部との間隙（１５０ｍｍ）部分に極めて強い吸引力が発生するのである。この吸引力が水槽７の底部に沈殿（堆積）した汚泥を再びエアリフター１１内に巻き上げることになる。発明者らは、この効果をエアリフト効果と呼んでいる。
【００５１】
この強力で連続したエアリフト効果が、水槽７の底部に溜まろうとする汚泥を吸引するため、水槽７の底面には汚泥が堆積されることがない。つまり、汚泥の堆積を防ぐことができるのである。これは、遠心力によるエアリフター１１内に形成される圧力勾配と、空気と液相との比重差により、エアリフター１１の内壁部に水層（汚泥を含む水の層）を作り、エアリフター１１の中心部に空気の層（空洞）を生じさせることに起因している。
【００５２】
以上説明したように、実験例１では、空気供給管１０、エアリフター１１及び固定床９との絶妙な組み合わせにより水槽底部への汚泥の堆積現象がなくなることが説明できた。そして、その結果、汚泥内に固液分離現象を引起すとともに、高濃度の溶存酸素下で微生物の自己分解作用が進んで、上澄み液が生成されることが確認された。
【００５３】
図３は、実験例１における測定データを示したものであり、図３（ａ）は、約10，000ppmの密度の汚泥（液相）に対して、空気を供給して高濃度の溶存酸素の環境が与えられ始めてからの経過日数を横軸にとり、縦軸に空気供給量１をとった図である。同様に、図３（ｂ）は縦軸に溶存酸素値２（ppm）、図３（ｃ）は縦軸にＳＳ分析値３（ppm）を、そして図３（ｄ）は縦軸に上澄み液量４（％）をとった図である。
【００５４】
図３（ａ）の空気供給量１は汚泥を入れる容器に送り込む空気量（NL／min）を示し、図３（ｂ）の溶存酸素値２（ppm）は、液相（汚泥）８の１ｍ３当たりの酸素量（ｇ／ｍ３又はｍｇ／Ｌ）を示している。また、図３（ｃ）のＳＳ分析値３は、水中に分散している固形粒子成分を表す指標（ppm）を示すものである。ここでＳＳ分析値の“ＳＳ”は“Suspended Solid”の頭文字で「懸濁物質」とも呼ばれる。ただし、大型のものあるいはコロイド状のものは対象とされない。ＪＩＳによれば、２ｍｍ以下の径で、しかも濾紙（６種）の目にとどまるものに限定している。この懸濁物質が水中に浮遊して濁りを与え、また、沈殿した場合には水底の堆積物となるものである。すなわち、このＳＳ分析値３は、水中に浮遊する微生物群の個体数を表したものであり、６種の濾紙を通過できなかった微生物群の質量を「乾燥重量（ｇ）」として表したものである。また、図３（ｄ）に示す上澄み液量４は、水槽７中の上澄み液量、すなわち、汚泥が分解して水になった量を百分率（％）で示したものである。
【００５５】
上述したように、図３に示す試験データは、最初に約10，000ppmの汚泥を容器の容積全体に1回だけ取り込み、汚泥を追加することなく空気を送り続けながら１５日間におけるそれぞれの量の変化を調べた結果である。図３（ａ）に示すように、容器内の約10，000ppmの汚泥に対して８日目まで毎日一定量の空気を供給した。この結果、溶存酸素値２の計測値は７日目ころまで１〜１．５ppm程度であったが、８〜９日目頃から急激に上昇し６ppmを記録したことが認められた（図３（ｂ）参照）。また、７日目ころまでは、上澄み液４もほとんど採取できない状態（１０％程度）であったが、溶存酸素値２が増加し始める８〜９日目頃になると、ＳＶ試験の上澄み液４が増加する傾向を示し、１２日目以降はほぼ３０％以上になった（図３（ｄ）参照）。この３０％という数字は、上澄み液を十分に回収できる状態を示している。また、図３（ｃ）に示されるように、ＳＳ分析値３は、８日目ころから徐々に減少傾向を示し、１５日経過後にはほぼ5,500ppmとなった。
【００５６】
ここで、図３（ｂ）の溶存酸素値２が６ppmになった８日目には、空気供給量１を若干低減している(図３（ａ)参照。）。これは溶存酸素値２が６ppmまでは必要ないのでもう少し空気供給量を減らしてもよいと判断した結果である。９日目以降は、溶存酸素値２は少し下降線を辿るが、以降４〜５ppmで安定している（図３（ｂ）参照）。ＳＶ（sludge volume）試験の上澄み液量４も暫増傾向を示している。ここで「ＳＶ試験」とは、微生物の活用状態が混合浮遊法（つまり、活性汚泥法）において、反応槽内部の微生物群の量を示す指標を知るための試験である。つまり、３０分間に沈降した微生物（汚泥）量をメスシリンダーにより簡易的に計測し、その微生物(汚泥)量が所定の計測値に近いかどうかを判断するものである。
また、微生物密度を示すＳＳ分析値３も、同様に９日目以降、継続して下降線を辿っている。このＳＳ分析値３や溶存酸素値２および上澄み液量４などの度合いを示すと、表１のようになる。
【００５７】
【表１】
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【００５８】
この図３および表１からわかるように、空気供給量１を若干低減した９日目以降において溶存酸素値２がいったん６ppmから４ppm程度に下がってもその後再び６ppm程度にまで漸増している。そして、１０日、１１〜１５日までＳＳ計量値(ppm)は下がり続けるとともに、上澄み液量（％）は増えていることが認識される。この事実は、汚泥に対する高い溶存酸素の環境の提供が、ＳＳ分析値３の下降（暫減）と高い上澄み液量４が得られることを示しており、本発明の成果を実証することができたと考えられる。
【００５９】
[実験例２]
上述した試験は、水槽７の全体量に汚泥６を最初に１回投入して約１５日間その汚泥６がどのように変わるかを観察する試験であったが、実験例２として説明する試験は、最初から水槽７に汚泥６を入れて置くことをせずに、最初に水槽７の全体に清水５を張水して置き、第１日に水槽７の有効容積に対して約１５分の１に相当する体積の汚泥６を送り込む方法をとった。そして、２日日以降１５日目まで同じ量（水槽容積の約１５分の１に相当する体積の汚泥）を毎日投入するようにした。このように、汚泥の量（負荷量）６は直線的に増加していくから、最初張水した清水５は毎日一定量が追い出される形で容器７から押し出され、１５日目に液相８は清水５から投入汚泥６に入れ替わり、投入汚泥が10,000ppmとなる計算である。
【００６０】
図４は、空気供給量１、溶存酸素値２、ＳＳ分析値３、上澄み液量４がどのように変化したかを示した図である。図４（ｂ）に示されるように、溶存酸素値２は、汚泥の投入が日々進むにつれて、７ppm程度から減少していき、８日目に２．５ppmまで減少した。ここで、図４（ａ）に示されるように、空気供給量を２００（ＮＬ／min）から４００（ＮＬ／min）に増加させている。空気供給量１を増加させた結果、溶存酸素値２は上昇傾向に転じ、１５日目には４．５ppmを示した（図４（ｂ）参照）。溶存酸素値２が４ppm以上であれば、高濃度の溶存酸素環境ということができる。
【００６１】
次に、図４（ｃ）に示されるＳＳ分析値３であるが、このＳＳ分析値３は、７日目くらいまでは、ゼロから1，000ppm前後に近い値へと上昇する推移を示している。この頃の液相８の色相はほぼ透明感をもつ無色に近いものであった。つまり、清水５が投入汚泥量６に入れ替わりつつある状況を考えれば当然のことではあるが、ここに見える事象を説明すれば、この７日間は毎日の負荷量は直線的に増加していたにも拘わらず、この期間において溶存酸素値２は７ppmから４ppm程度まで下がっただけで、高濃度の溶存酸素環境は維持されている。ここで、毎日一定量の汚泥が投入されているにもかかわらず、ＳＳ分析値３が７日間の間、ゼロ乃至1,000ppm程度に維持されているということは、微生物群が同定床（固相）９のコロニーを形成していることが主な理由であると考えられる。
【００６２】
ところが、７日目から８日目にかけて溶存酸素値２が４ppmから２．５ppmに急落している（図４（ｂ）参照）。また、図４（ｃ）からわかるように、ＳＳ分析値３は、初日から７日目まではゼロから1,000ppmまでなだらかに上昇していたが、９日目から１０日目にかけて2,000から4,000ppmまで急激に上昇している。これは、7日目においてこのコロニーの形成が一段落したものと推測することができる。
【００６３】
そこで、図４（ａ）に示すように、８日目に空気供給量１を倍に増加したのである。すると、５日後には溶存酸素値２が４ppmと上昇し（図４（ｂ）参照）、ＳＳ分析値３の上昇は１０日目以降なだらかに変化するようになった（図４（ｃ）参照）。１５日目の最終的なＳＳ分析値３は、約5,500ppmを示している。
【００６４】
また、図４（ｄ）に示すように、当初は水槽７には清水５がいっぱいになっているので上澄み液量４は１００％であるが、毎日の汚泥６の投入にしたがって、この割合が徐々に減少していく。４日目頃から急激に低下し、８日目には上澄み液量４の割合が２０％程度まで下がった。しかし、８日目から空気供給量１を４００（NL/min）に増加させたこともあって、上澄み液量４の割合は増加傾向に転じ、１５日目には４０％程度になった。この４０％という数字は、上澄み液量４を外部に取り出す上で差し支えない十分な割合である。
【００６５】
汚泥６の投入開始から１５日経過すると、清水５と汚泥６とは水槽７内において理論上では入れ替わった状態となるはずである。したがって、微生物の自己分解という機能が働かないときは、ＳＳ分析値３は当初の汚泥６の濃度である10,000ppmを示すはずであるが、ここでは微生物の自己分解作用によりＳＳ分析値３は、汚泥投入後１０日目頃には4,000ppm前後になり、１５日目には5,500ppmを示した。
【００６６】
図４は、汚泥６の投入開始から１５日間の試験データの一例を示したものだが、発明者らはその後も継続して実験を行った。すなわち、その後１２０日間に亘り１日１回、同量の汚泥６を投入しながら継続して試験を行った。ここで、空気の送り込みを止めない限り、１５日目に見られる溶存酸素値２とＳＳ分析値３および上澄み液量４の各数値は多少のバラツキはあるものの、ほぼ安定した数字を示した。このことから、微生物の自己分解作用が働いた結果、溶存酸素値２は４．５ppm近辺で安定し、ＳＳ分析値３も5,500ppm近辺で安定していることが確認できた。
【００６７】
次に、この１２０日間の実験において、発明者らは、１日に１回、水槽７へ有効容積の１５分の１相当の汚泥６を投入するという前提で、空気供給量１を故意に減少させ、溶存酸素値２、ＳＳ分析値３、上澄み液量４がどのように変化するかを調べる実験を行った。言うまでもなく、この実験では、固定床（固相）９、空気供給管１０及びエアリフター１１は従来どおり配置したままである。
【００６８】
この結果を図５（ａ）から図５（ｄ）に示す。図５（ａ）は、当初４００（NL/min）供給していた空気量を、２日間の間、１５０（NL/min）に下げた場合の図である。ここで、（NL/min）は（ノルマル・リットル／分）を示し、１分間に供給する空気量をリットルで示したものである。ノルマルは「通常の」の意味で、空気量を測定する通常の単位である。
図５（ｂ）は溶存酸素値２の変化を示したものであり、空気供給量を減らしたことにより、溶存酸素値２は当初の５ppmから１ppmまで減少した。そして、３日目に空気供給量１を当初の状態である４００（NL/min）に復帰させると、溶存酸素値２も元の状態である５ppmに戻った。図５（ｃ）はＳＳ分析値３を示したものであり、当初5,000ppm程度のＳＳ分析値３は、空気供給量１を減少させることによって、8,000ppm近くまで上昇する。そして、空気供給量１を当初の状態に戻すと、再び5,000ppm程度にまで下がって安定することがわかった。
また、当初３５％程度を示していた上澄み液量４は、空気供給量１の減少とともに下降し、１０％程度までに減少した。そして、空気供給量１を当初の状態に戻すと、再び３５％程度まで復帰した。この実験の結果、高濃度の溶存酸素値２を維持するためには空気供給量１を４００（NL/min）程度定常的に維持する必要があることがわかった。
【００６９】
次に、固定床（固相）９を取り外し、エアリフター１１を散気管に交換した状態で、空気供給量１を４００（NL/min）供給し続けた状態で、溶存酸素値２、ＳＳ分析値３、上澄み液量４がどのように変化するかを調べる実験を行った。この結果を、図６（ａ）〜図６（ｄ）に示す。このグラフにおいて、横軸は時間（日）である。
【００７０】
図６（ａ）〜（ｄ）からわかるように、空気供給量１が当初の４００（NL/min）を維持していても（図６（ａ）参照）、溶存酸素値２は１〜２ppmを示し、これが最高濃度の限界の溶存酸素値であり、例えば４ppm以上に高まることはなかった。また、ＳＳ分析値３も7,500ppm〜8,000ppm程度に推移し、それ以下に下がることはなかった（図６（ｂ）参照）。
【００７１】
また、上澄み液量４は、５〜１０％の範囲で低位安定を示し、水として外部に取り出すことができる程度には至らなかった。この図６からわかることは、固定床（固相）９を取り外し、エアリフター１１を散気管に交換して微細な気泡を水槽７内に送り込んだ場合は、仮に、散気管からの空気供給量１が同じであっても、水槽７内の液相８の溶存酸素値２を高めることは非常に困難であるということである。すなわち、溶存酸素値２は、およそ２ppmを超えることはなく、水槽７の底部に堆積した汚泥が硫化水素による臭気を発し続けるのである。このことは、エアリフター１１を用いないために散気管自身から発する空気の気泡が小さいことと、固定床９がないために固定床９に汚泥の主成分である微生物群がコロニーを形成できないことなどから、汚泥が水槽７の底部に堆積されてしまうからであると推定される。また、散気管から発する気泡は微細であるために循環流も生じにくくなっていることも挙げられる。
【００７２】
この結果、液相８のＳＶ試験によって上澄み液量４を得ることも非常に困難となり、ＳＳ分析値３が高い状態で横ばいであることから、液相８の粘性も高いままであることが判明した。つまり、この意味するところは、水流に対する抵抗が小さい固定床（固相）９の固液分離現象と気泡を大きくした空気塊１２の上向流と水槽７内の循環流を生むエアリフター１１の存在が、高濃度の溶存酸素値を得るために極めて重要な要素であるということである。
【００７３】
[実施例]
次に、本発明の実施の形態の例（実施例）について図７〜図１０に基づいて説明する。
図７は、本発明の実施の形態例である汚泥処分装置を示す斜視図である。図８（ａ）と（ｂ）は図７に示す実施形態例の平面図と正面図であり、本発明の実施の形態例の動作を説明するための図である。本発明の汚泥処分装置は、水槽である容器７が３つに分割され、分割された水槽である第１槽７ａ、第２槽７ｂ及び第３槽７ｃがその上層部において流出連結孔２４ａと２４ｂで連結されている。
【００７４】
第１槽７ａは、仕切板２５ａ１と２５ａ２で仕切られ、７ａ１、７ａ２、及び７ａ３でという３つの空間となっており、これら３つの空間は、その下部において連通している。これに対して、第１槽７ａと第２槽７ｂとは隔壁２６で完全に仕切られており、第１槽７ａから第２槽７ｂへの水の移動は両者を連結する上層部の流出連結孔２４ａを通じてのみ行われるようになっている。同様に、第２槽７ｂと第３槽７ｃも隔壁２７で完全に仕切られており、第２槽７ｂから第３槽７ｃへの水の移動は上層部に設けられている流出連結孔２４ｂを通じてのみ行われる。
【００７５】
第１槽７ａを構成する３つの水槽７ａ１、７ａ２、及び７ａ３には、その汚泥（液相）中に固定床９ａ１、９ａ２、及び９ａ３が配備されている。言うまでもなく、これらの固定床は微生物固着接触材から構成されるものである。各槽７ａ１、７ａ２、及び７ａ３に配置される固定床９ａ１、９ａ２、及び９ａ３は、図の点線で示すような１単位の微生物固着接触材（図９参照）が４８個で構成されている。そして、それぞれの水槽の中心部には微生物固着接触材のない空間が形成されている。第２槽７ｂと第３槽７ｃも同様に４８単位の微生物固着接触材から構成された固定床９ｂ、９ｃが設けられている。
【００７６】
また、第１槽７ａの分割された３つの水槽にはそれぞれエアリフター１１ａ１、１１ａ２、及び１１ａ３がそれぞれの固定床９ａ１、９ａ２、及び９ａ３の中心部下部に配置されている。そして、これらエアリフター１１ａ１、１１ａ２、及び１１ａ３には、空気供給管１０ａ１、１０ａ２、及び１０ａ３から連続して空気が供給されるようになっている。
【００７７】
第２槽７ｂと第３槽７ｃにおいても、第１槽７ａと同様に、固定床９ａと９ｃの中心部下部にエアリフター１１ｂと１１ｃが配備され、これらエアリフター１１ｂと１１ｃには空気供給管１０ｂと１０ｃから空気が供給される。ここで、第２槽７ｂと第３槽７ｃにおける空気の供給方法であるが、第１槽７ａへの空気供給と異なり、所定のプログラムにしたがって空気の供給の停止を含めて制御されるようになっている。なお、第１槽７ａには汚泥供給管１４が設けられており、第３槽７ｃには上澄み液の取出口１５が設けられている。
【００７８】
ここで第１槽７ａ（７ａ１＋７ａ２＋７ａ３）の有効容積は、1日分の汚泥投入量の９倍とし、第２槽７ｂ、及び第３槽７ｃの有効容積はそれぞれ汚泥1日投入量の３倍として、第１槽７ａ〜第３槽７ｃの合計の有効容積は汚泥1日投入量の１５倍となるように設計している。
【００７９】
ここで、エアリフター１１の空気供給量と１つのエアリフター１１が担当できる底面積について説明しておく。
エアリフター１１には、口径の違いにより５インチタイプと２インチタイプの２種類があるが、２インチタイプのものは試験用のプロトタイプに限られて用いられ、実用的には通常５インチタイプが用いられる。したがって、本実施の形態で用いられるエアリフターは５インチタイプのものである。２インチタイプのものと５インチタイプのものでは、いうまでもなく空気の供給量が異なる。２インチタイプでは毎分３００〜５００NL（ノルマル・リットル）であるが、５インチタイプのものは、毎分８００〜１２００NLの空気供給ができる。
【００８０】
この空気供給量の違いから１本のエアリフターが担当する底面積、すなわち１本のエアリフターでエアリフト効果が発揮できる面積には限界がある。つまり、２インチタイプでは、およそ０．６ｍ２（０．７５ｍ×０．７５ｍ）であり、５インチタイプのものは４ｍ２（２ｍ×２ｍ）である。この基準が守られないと、汚泥が水槽（反応槽）の底面に堆積してしまい、例え、微生物固着接触材による固定床を備えていても、本発明の効果を達成することはできない。なお、エアリフター（５インチタイプの場合）の上部に位置する５００ｍｍ×５００ｍｍの空間には微生物固着接触材は配置されない。
【００８１】
ここで、１日の処分汚泥量を３．０ｍ３と仮定して、図７に示す第１槽〜第３槽に必要なエアリフターの数を計算する。まず、第３槽７ｃに必要な有効容積は処分汚泥量３日分であるから、３×３＝９（ｍ３）となる。仮に、有効水深を２．５ｍと仮定すると、底面積は３．６ｍ２となり、前記基準の４ｍ２より小さい値となる。したがって、第３槽７ｃに必要なエアリフターの数は５インチタイプのものが１個でよいということになる。
【００８２】
同様に、第２槽７ｂも処分汚泥量が３日分としているので、５インチタイプのエアリフターが１個必要となる。一方、第１槽７ａは９日分の汚泥を蓄積するので、３×９＝２７（ｍ３）となり、有効水深を２．５ｍとすると、底面積は１０．８ｍ２になる。これを５インチタイプの１個のエアリフターの担当できる底面積４ｍ２で割ると、約２．７個となる。つまり、５インチタイプ３個のエアリフターが必要になる。したがって、第１槽７ａには、仕切り板で区分された各部に５インチタイプのエアリフター１個を配置するようにした。
【００８３】
次に、上記のように構成された本発明の実施形態例である汚泥処分装置の動作について図７に基づいて説明する。
当初は、第１槽７ａ〜第３槽７ｃまでの全体に、有効容積いっぱい（液面８ａまで）に清水が張水された状態になっている。そして、毎日、第１槽７ａ（７ａ１＋７ａ２＋７ａ３）の有効容積の９分の１の汚泥を汚泥投入口１４から投入していく。そして、毎日の汚泥の投入量に相当する清水が第３槽７ｃの上部に設けられている上澄み液出口１５から外部に排出される。これを１５日間にわたって繰り返すと、第１槽７ａから第３槽７ｃに至るまで、当初有効容積いっぱいに張水した清水は全て汚泥に置き換わる計算になる。
【００８４】
図８は、本発明の実施形態例を説明するための平面図（ａ）と正面図（ｂ）である。汚泥投入口１４から汚泥が供給されると、空気供給装置２８ａから空気供給管１０ａを通ってエアリフター１１ａに空気が供給される。エアリフター１１ａは図２にその構造を示したが、その内部に分割された空気の通路が形成される。そして、既に述べたように、エアリフター１１の内壁に押し付けられながら上昇していく液体（汚泥）が、エアリフター１１ａ内の突起物２３（図２参照）に衝突しながら上昇していく。このとき、乱流（または渦流）が発生し、空気を巻き込み、巻き込んだ空気の一部を微細な気泡にするため、溶存酸素の高い液体（汚泥）となる。
【００８５】
既に図１の試験機（実験例１）で説明したように、第１槽７ａの区分されたそれぞれの槽７ａ１、７ａ２、及び７ａ３では、空気の循環流が生じて、清水と汚泥が混ざった状態となる。汚泥投入口１４から投入された汚泥と同じ量の水が、流出連絡孔２４ａを通って第２槽７ｂに移動し、同様に第１槽から第２槽に移動した汚泥と同量の水が第２槽からだ第３槽に順次移動する。そして第３槽からは上澄み液が出口１５経由で外部に取り出される。当然のことながら、区分された全ての水槽において、図１で説明した循環流は発生している。
【００８６】
本発明の実施形態例（実施例）では、１５日間の間、第１槽７ａ〜第３槽７ｃまでの全体の容積の１５分の１ずつ毎日汚泥を投入した後に、その後１２０日間に渡り、さらに汚泥を全体容積の１５分の1ずつ毎日汚泥投入口１４から投入して、実験を試みた。図９は、その実験結果を示す図である。図９において、横軸は図７（ａ）に示される実施例の汚泥投入口１４からの距離に対応するものである。すなわち、汚泥供給口１４が設けられている第１槽７ａの左端を起端として、上澄み液の取り出し出口が設けられている第３槽７ｃの右端を終端としている。
【００８７】
ここで、本発明の実施の形態例（実施例）における汚泥６の投入条件は、汚泥６の微生物が生命を維持している間に水槽容器７に取り込むこととしたことである。つまり、汚泥（微生物）は発生してから最大８時間以内は生きているとしたから、そうであれば１日の運用は３回に分割する必要がある。つまり、１日の投入汚泥量６の３分の１相当を、例えば、０時、８時、１６時のように３回に分けた時間サイクルで投入することにした。
このように汚泥を投入することは、スケルトン・ダイヤグラムを用いた電気制御のシーケンスを組み制御することによって極めて簡単に実現できることである。この３回に分割する制御方式を８時間モデルと呼んで、汚泥投入ポンプと空気供給設備の運転と静置時間などをタイマーにより制御するようにした。
【００８８】
図１０は、上述した８時間モデルによる汚泥の自己消化法試験を示したスケルトン・ダイヤグラムである。図１０に示すように、一日２４時間を３区分に分け、８時間サイクルで汚泥の投入、空気の供給、上澄み液の排出等の処理を行うようにした。第１槽７ａに対しては、２４時間の間停止することなく空気を供給している。これに対し、第２槽７ｂと第３槽７ｃへの空気の供給は、８時間の中で４５分間だけ停止するようにしている。その４５分おうちの前半の３０分は汚泥の沈殿が進む時間であり、その後の１５分間で新たな汚泥の投入が行われる。この１５分間に投入される汚泥の量は、１日分の汚泥の３分の１となる。そして、この汚泥が投入される間は、第３槽７ｃの上部に設けられた上澄み液出口１５から、上澄み液４がオーバーフローして取り出されるように制御される。故に、液面８ａは第１槽７ａ〜第３槽７ｃまで常に一定となる。
【００８９】
第１槽７ａと第２槽７ｂと第３槽７ｃの有効容積を１５で割ると、各槽の約３分の１の有効容積は、汚泥1日投入量６と同量となる（第１槽７ａの有効容積は、当然のことながら第２槽７ｂあるいは第３槽７ｃの３倍として計算している）。そうであれば、それを少し上回る程度の上澄み液４が得られれば、翌日に１日分の汚泥６を投入すると、その投入量が得られた上澄み液４を押し出す形で第３槽７ｃから排出されることになる。
【００９０】
本例では、汚泥６を汚泥投入口１４から投入する３０分前に、第２槽７ｂと第３槽７ｃの空気供給を停止するようにしている。そして、この３０分間の静置時間を第２槽７ｂと第３槽７ｃに与えることにより第３槽７ｃの上澄み液出口１５から上澄み液４を取り出すようにした。その後、不図示の汚泥投入ポンプを作動させ汚泥投入口１４から第１槽７ａに１日分の３分の１の汚泥６を入れ、再び通気を開始するようにした。このサイクルを８時間ごとに毎日繰り返すようにした。
【００９１】
図９（ａ）は、空気供給量１を示している。この図９（ａ）からわかるように、第１槽７ａには毎日４００（ＮＬ／min）の空気が供給されている。第２槽７ｂ及び第３槽７ｃには、第１槽７ａよりやや少ない３００（ＮＬ／min）の空気が供給されている。
この実験結果は、溶存酸素値２、ＳＳ分析値３及び上澄み液量４がそれぞれの槽でどのように変化したか、図９（ｂ）から図９（ｄ）に示す。
図９（ｂ）は溶存酸素値２が第１槽７ａから第３槽７ｃまでの間でどのように変化するかを示した図である。この図９（ｂ）からかわるように、第１槽７ａの溶存酸素値２は概ね３ppm程度で推移し変化していないが、第２槽７ｂの溶存酸素値２は概ね４ppm程度に上昇している。そして、第３槽７ｃの溶存酸素値２はさらに上昇し、概ね４．５ppm程度になることがわかる。
【００９２】
また、図９（ｃ）は、このような高い溶存酸素値２の環境の中で、ＳＳ分析値３がどのように変化するかを調べたものである。第１槽７ａでは区分されたより下流側の水槽に行くにしたがって概ね10,000ppm〜9,000ppm程度まで低下している。しかし、第２槽７ｂでは9,000〜7,500ppm程度まで低下し、さらに第３槽７ｃに至ると概ね5,500ppm程度にまで低下した。
【００９３】
この結果は、図９（ｄ）の上澄み液量４の変化に顕著に現れている。ＳＶ試験によれば、第１槽７ａでは、上澄み液量４は概ね５〜１０％程度しか得られないが、第２槽７ｂでは上澄み液量４が概ね２０％前後になっている。そして、第３槽７ｃに至ったＳＶ試験では、概ね４０％程度の上澄み腋４が得られることが実証された。
【００９４】
以上の実験結果を見ると、第１槽７ａでは微生物（汚泥）の自己分解という機能は９日間の滞留時間相当において顕著ではないが進行していることが理解される。そして、第１槽７ａからその液相８が第２槽７ｂへ押し出されて高濃度の溶存酸素下に置かれると、ＳＳ分析値３は急激に低くなる（7,500ppm程度まで）。そして、この状態で第２槽７ｂと第３槽７ｃへの空気供給を止めて静置すると、ＳＳ分析値３が下がった分だけ上澄み液４が得易くなっていることがわかる。さらに、この上澄み液４が第３槽７ｃへ押し出されて高濃度の溶存酸素下に置かれると、ＳＳ分析値３は概ね5,500ppm程度にまで低下し、同様に静置時間において得られる上澄み液４は第３槽７ｃの有効容積の３分の１を十分に越えることができるのである。このサイクルが繰り返されて、第３槽７ｃの上澄み液出口１５から毎日上澄み液４が取り出される。このように、汚泥投入口１４から投入した汚泥６は15日の間、第１槽７ａ〜第３槽７ｃに至る間に、微生物の自己分解機能により、清水と二酸化炭素に分解し、上澄み液として第３槽７ｃに設けられた上澄み液出口１５からは移出されるのである。
【００９５】
本実験は、図９に示したように、水槽７に張水した清水５と、汚泥６がおよそ１５日間で入れ替わった時点以降の１２０日間の試験において、ある区間を限定して計測し分析した結果を示したものである。この結果、上述したように、上澄み液量４が第３槽７ｃにおいて概ね４０％程度になることを実証したものであり、言うまでもなく再現性はある。
【００９６】
本発明は、図８を一実施の形態として説明しているが、上記実施の形態以外に限らず、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の態様をとりうることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明の汚泥処分装置の一実験例を構成する１水槽の装置構造とその断面図である。
【図２】本発明の汚泥処分装置に備え付けるエアリフターの斜視図である。
【図３】図１の実験例（１）の装置において、汚泥を水槽の有効容積いっぱいに１回だけ投入して実験した結果を示す図である。
【図４】図１の実験例（２）の装置において、清水を水槽の有効容積いっぱいに投入して、毎日水槽の有効容積の１５分の１に相当する汚泥を１５日間投入した実験結果を示す図である。
【図５】空気供給量を急激に減らしたときの、溶存酸素値、ＳＳ分析値、上澄み液量の変化を示す図である。
【図６】空気供給量を一定にし、固定床をはずし、エアリフターを用いないで散気管を用いて空気を投入したときの実験結果を示す図である。
【図７】隔壁で仕切られた第１、第２及び第３槽からなる本発明の実施形態の例を示す斜視図である。
【図８】図８（ａ）は、図７に示す本発明の実施形態例の平面図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【図９】図７に示す本発明の実施形態例の装置を用いて実験した結果を示す図である。
【図１０】図７に示す本発明の実施形態例において、汚泥の導入の上澄み液の排出を８時間モードで制御するときのスケルトン・ダイアグラムである。
【図１１】従来例及び本発明用いられる固定床を構成する微生物固着接触材の一単位構造を示す概観図である。
【符号の説明】
【００９８】
１・・・空気供給量、２・・・溶存酸素値、３・・・ＳＳ分析値、４・・・上澄み液量、５・・・清水、６・・・汚泥（微生物の残滓）、７、７ａ、７ｂ、７ｃ・・・水槽（容器）、８・・・液相（汚泥）、８ａ・・・液面、９、９ａ、９ｂ、９ｃ・・・固定床、１０、１０ａ（１０ａ１〜１０ａ３）、１０ｂ、１０ｃ・・・空気供給管、１１，１１ａ（１１ａ１〜１１ａ３），１１ｂ，１１ｃ・・・エアリフター、１２、１２ａ・・・気泡、１３・・・上向流、１３ａ・・・下向流、１３ｂ・・・吸引流（エアリフターに巻き込まれる流れ）、１４・・・汚泥投入口、１５・・・上澄み液取出し口、２５・・・仕切り板、２６，２７・・・隔壁、２８ａ、２８ｂ、２８ｃ・・・ブロア（空気供給用ポンプ）
【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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