(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
有効容積に対し嵩容積で３０〜６０％の生物担体を充填した生物反応室と、有効容積に対し嵩容積で６０〜９０％の濾材を充填し、下方に洗浄排水引き抜きポンプを配置させた濾過室とをこの順で配し、濾過室における空塔速度ＳＶ（濾過室における濾過流量Ｑを濾材込みの濾過部の容積Ｖで除した値）を２．０以上１０ｈ−１以下とし、濾過室の線速度ＬＶ（濾過流量Ｑを濾過部断面積で除した値）を３．０ｍ／ｈ以下として制御する、好気処理槽の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、し尿、その他の生活排水、これらの合併汚水（単に、汚水ともいう）等を生物化学的に浄化処理するため好適に用いられる好気処理槽の運転方法、好気処理槽及び汚水浄化槽に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
汚水浄化槽は、従来から種々知られている。そのうちの一つは、特開平９−２４８５８４号公報で開示されるように、上流側から順に、嫌気濾床槽第１室、嫌気濾床槽第２室、好気濾床槽、処理水槽及び消毒槽を備える汚水浄化槽である。ここで、好気濾床槽は、粒状担体を充填した上区画（生物反応部）と、同じく粒状担体を充填した下区画（濾過部）とに分けられ、通常運転時は瀑気用散気部材から空気を吐出させて上区画に流動床を形成させ、下区画（濾過部）に固定床（濾過部）を形成させている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記した好気処理槽又は汚水浄化槽を更に改良するものであり、濾過部（固定床）におけるＳＳ（浮遊性固形分；浮遊物質）濾過性能を高める「好気処理槽の運転方法」、これを利用した好気処理槽及び汚水浄化槽を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
濾材充填高さ（Ｈ）は高いほど、また、線速度（ＬＶ）や空塔速度（ＳＶ）は小さいほど、一般的に濾過性能は良くなる。しかし、濾材充填高さが高いほど、また、線速度や空塔速度が小さいほどに、濾過室の濾過部は大型化する。本発明者らは、濾材を所定量充填した試験濾過装置を用いて種々検討した結果、最適の濾過流量（流速）を明らかにすることができ、本発明を完成するに至った。
【０００５】
すなわち、本発明は、生物反応室２と濾過室３とがこの順に配されている好気処理槽１を運転する際に、前記濾過室３における濾過流量（速度）を、空塔速度（ＳＶ）を指標として、これを２．０以上１０ｈ−１以下となるように制御する好気処理槽１の運転方法である。
【０００６】
ここで、濾過室における濾過流量は、更に、線速度（ＬＶ）としては、３．０ｍ/ｈ以下の範囲に制御する。
【０００７】
また、本発明は、生物反応室２と濾過室３とがこの順に配されている好気処理槽１であって、前記濾過室３における濾過流量は、空塔速度（ＳＶ）で高くとも１０ｈ-1となるように制御されている好気処理槽１でもある。
【０００８】
また、本発明は、上記好気処理槽１（生物反応室２＋濾過室３）を備えている汚水浄化槽にも関する。
ここで、上記好気処理槽１の上流には、好ましくは、流量調整機能をもつ嫌気処理槽を設ける。
【０００９】
なお、濾過室３における空塔速度ＳＶ（ｈ−１）とは、濾過室３における濾過流量Ｑ（ｍ３／ｈ）を濾材込みの濾過部（濾過層）の容積Ｖ（ｍ３）で除した値で定義する。また、線速度ＬＶ（ｍ／ｈ）とは、上記濾過流量Ｑ（ｍ３／ｈ）÷濾過部断面積（ｍ２）の値で定義する。
【００１０】
【作用】
本発明者らが集積した別途のデータ（図６）から、普及型家庭用浄化槽のＢＯＤ許容濃度２０ｍｇ／Ｌ（以下）をクリアするには、ＳＳ濃度は約８ｍｇ／Ｌ以下でなければならないことが分かっている。そして、本発明は、後述するように試験濾過装置を用いた実験で、処理済み液のＳＳ濃度８ｍｇ／Ｌ以下を達成する濾過部の限界濾過流量は、空塔速度（ＳＶ）として１０ｈ-1であることを見出したことに基づいている。すなわち、本発明に係る運転方法や好気処理槽もしくは汚水浄化槽では、濾過室での空塔速度（ＳＶ）を高くとも１０ｈ-1に制御するので、処理済み液のＳＳ濃度は８ｍｇ／Ｌ以下となり、したがって、ＢＯＤ許容濃度２０ｍｇ／Ｌ（以下）をクリアできる。但し、空塔速度（ＳＶ）をあまりに小さくすると濾過室における濾過部の容量が大きくなって装置全体がコンパクトとはならないので、空塔速度（ＳＶ）は少なくとも２．０ｈ-1以上、好ましくは５．０ｈ-1以上、更に好ましくは７．０ｈ-1以上とする。線速度（ＬＶ）としては少なくとも０．６ｍ/ｈ以上、好ましくは１．５ｍ/ｈ以上、更に好ましくは２．０ｍ/ｈ以上とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を更に具体的に説明する。はじめに、試験例を説明する。
（試験例）
用いた試験濾過装置（概略断面図）を図１に示した。装置の大きさは内径１００ｍｍ、有効容量５Ｌの円筒型である。充填した濾材は、ポリプロピレンを基材とする連通気泡部及び独立気泡部を有する多孔質の中空円筒状濾材（外径１０ｍｍ、内径７ｍｍ、長さ１０ｍｍ、関西化工株式会社製）で、外面及び内面に凹凸があり、比重は１．０１である。
濾材の充填高さＨは、２００、３５０及び５００ｍｍの３通りとし、各々について、ＬＶを０．５、２．０、３．０及び５．０ｍ／ｈ（ＳＶとしては０．８、３．２、４．７及び７．９ｈ-1）に変化させ、試験した。装置への流入液（原水）は、下水処理場の活性汚泥の希釈液（ＳＳ濃度として５０ｍｇ／Ｌになるように水道水で希釈）を用い、装置容量の３倍量（すなわち、装置内の液が原水でほぼ完全に置換される液量）を通液後に処理済み液をサンプリングした。
【００１２】
図２（ａ）は濾材充填高さを横軸とし、縦軸を処理済み液のＳＳ濃度としてプロットしたものであり、同（ｂ）はＳＶを横軸とし、縦軸を処理済み液のＳＳ濃度として再プロットしたものである。図２（ｂ）から、処理済み液のＳＳ濃度はＳＶに依存した曲線であることが分かるとともに、処理済み液のＳＳ濃度を８ｍｇ／Ｌ以下（普及型家庭用浄化槽のＢＯＤ濃度２０ｍｇ／Ｌに相当）をクリアするためには、ＳＶの上限は１０ｈ-1であることが分かる。また、そのときのＬＶの上限は約３．０ｍ／ｈであることも分かる。
【００１３】
次に、本発明の好気処理槽について説明する。
図３は、本発明の一例の好気処理槽である。好気処理槽１は生物反応室２と濾過室３とが並置され構成されている。生物反応室２は、一辺の側壁上部（図３では左側）に汚水の流入口４が設けられると共に、その流入口４を囲むようにして立設した移流室５が槽内壁側に設けられ、流入した汚水を槽底部に移流させる。また、流入口４と反対側の側壁上部（図３では右側）には、流出口６が設けられている。また、移流室５には、流入した汚水を通過させるが生物担体７を通過させない通水部（スリット、メッシュ等からなるもの）８を槽底部付近に設けている。
【００１４】
生物担体７と槽内液とを流動・撹拌させ、併せて酸素を供給するために、ブロワ１０から供給される空気を、槽底部に配置した平面視四角形のループ状の（生物反応用）散気部材９から吐出させる。また、生物反応室２の水位面より下側に、液は通過させるが生物担体７を通過させない通水部材（スリット、メッシュ等からなるもの）１１を配置して流動床を形成させている。
【００１５】
なお、生物反応室２は平面視で円形にすることもできる。但し、汚水浄化槽に組み込むことを考慮すると、好ましくは略四角形である。
移流室５は平面視で半円形や三角形等にすることもできる。
流出口６は、流入した汚水の短絡を防止することから、流入口４から遠い反対側の壁側に配置させることが好ましい。
散気部材９は、平面視四角形のループ状に代えて、円形又は三角形のループ状、目の字状、あるいは一の字状等にすることもできる（散気部材１６も同様である）。
通水部材１１は、生物担体７が流出口６から流出しない手段を講じれば、水位面より上に設けてもよく、場合によっては取り除くこともできる。この通水部材１１には、生物担体７の出し入れ口または点検口を設けることもできる。
また、移流室５を流出口６側に配置させることもできる。この場合、その底部付近には通水部を設ける。
【００１６】
生物担体７は、生物反応室２の有効容積（水位面以下の容積から水位面以下の移流室５の容積を差し引いた容積）に対して、嵩容積で３０〜６０％、好ましくは３５〜５５％をその生物反応室２に充填する。槽内液と生物担体７とが散気部材９からのばっ気によって、良好に流動若しくは撹拌されて接触し、さらには溶存酸素の均一拡散によって、有機物の分解を良好に行わせるためである。
【００１７】
また、生物担体７は、少しの撹拌力で液中で浮遊して流動するものがよい。比重では０．９〜１．１のものが好ましく、よく流動させることができる。比重が０．９未満であると、生物担体７の流動が全域に行き渡りにくくなる。比重が１．１を超えると、生物担体７の一部が生物反応室２の底部や底部コーナー部に溜りやすい。このような状態になると、有機物分解の能力が低下気味となる。比重は、その濾材の重量を予め空気中で測定したのち（その重量をＷ1とする）、これを９５℃の蒸留水中で３０分加熱してその充填材中に水を十分しみ込ませ、２０℃に冷却後、浮力の影響下にその重量を測定し（その重量をＷ2とする）、Ｗ1／（Ｗ1−Ｗ2）で計算する値とする。
【００１８】
生物担体７の基材は、成形加工性の点から、好ましくはポリプロピレンであり、更に好ましくは表面積の大きな多孔質体である。その他に、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアルコール、ポリビニルフォルマール等の合成樹脂から成形することもできる。また、活性炭、セラミックス、アンスラサイト（石炭に一種）、炭酸カルシウム、タルク又は珪砂等の無機物を基材に添加してもよい。
【００１９】
生物担体７の形状は、好ましくは中空円筒状であり、その大きさは塊として見た場合の径及び長さで５〜２０ｍｍ程度が好ましい。他に、球状、円柱状、立方体状、網様円筒状、ヘチマ状、骨格球状等とすることもできる。生物担体７は、比表面積が大きいものほど好ましい。
【００２０】
濾過室３には、生物反応室２側の側壁上部の流出口６から汚水が流入する。また、流出口６と反対側または直角方向の側壁には、移流室１２及び流出口１３を設けている。また、濾過室３内には、濾材１４を保持する濾過部（濾過層）を形成させるために、液は通すが濾材１４は通さない通水部材（スリット、メッシュ等）１５（１５ａ、１５ｂ）を濾過部の上方及び下方に設けている。
【００２１】
濾過部の下方又は下部には、洗浄時に濾過部をバブリングするために、散気部材１６を配置させている。また、濾過部の洗浄時に、濾過部の下方から洗浄排水を引き抜く洗浄排水引き抜きポンプ１７も配置させている。液の流れ方向は下向流である。洗浄排水引き抜きポンプ１７には、ブロワ１０から空気を供給する。
【００２２】
通水部材１５ａには、濾材１４の出し入れ口または点検口を設けることもできる。
【００２３】
濾過室３に充填する濾材１４について説明する。濾材１４は、通常時は沈降し、洗浄時は少しの撹拌力で流動させるために、比重が１．０〜１．１のものが好ましい。比重が１．０未満であると、汚水流入時に濾過部が流動してしまうため、濾過性能が悪化する。また、比重が１．１を超えると、濾過部洗浄時にバブリングしても濾材が流動しにくくなり、捕捉したＳＳが剥離せず、濾過部が閉塞しやすくなる。
【００２４】
また、濾材１４の充填率は、濾過部の有効容積に対して嵩容積で６０〜９０％が好ましい。充填率が９０％以上になると、濾過部の洗浄時に濾材１４が動きにくく、捕捉したＳＳは剥離しにくい。また、６０％以下とすると、濾過室の容量が大きくなるとともに、濾過部の洗浄に要する時間も余計にかかることになる。
【００２５】
濾材１４の基材は、成形加工性の点から、好ましくはポリプロピレンであり、更に好ましくは表面に凹凸があるものである。その他に、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアルコール、ポリビニルフォルマール等の合成樹脂から成形することもできる。また、活性炭、セラミックス、アンスラサイト（石炭に一種）、炭酸カルシウム、タルク又は珪砂等の無機物を基材に添加してもよい。
【００２６】
濾材１４の形状は、好ましくは中空円筒状であり、その大きさは塊として見た場合の径及び長さで各々５〜２０ｍｍ程度が好ましい。他に、球状、円柱状、立方体状、網様円筒状、ヘチマ状、骨格球状等とすることもできる。
【００２７】
また、濾過室３の移流室１２を生物反応室２の流出口６側に設けて、濾過部の液の流れを上向きにすることもできる。この場合、濾材の比重は０．９以上１．０未満とすることが好ましい。
【００２８】
次に、上記好気処理槽１の上流側に流量調整部２７を設けた汚水浄化槽の例を図４で説明する。汚水浄化槽２０は、上流側から、第一の嫌気処理槽となる第一固液分離室２１、第二の嫌気処理槽となる第二固液分離室２２、好気処理槽１及び消毒槽２４で構成されている。
【００２９】
第一固液分離室２１には汚水流入口２５があり、第一固液分離室２１と第二固液分離室２２とは、第二固液分離室２２底部の開口部２６で繋がっている。また、第一固液分離室２１及び第二固液分離室２２には、汚水の流入変動を平均化して後段の好気処理槽１以降へ定量移送するための流量調整部２７（低水位Ｌ．Ｗ．Ｌ〜高水位Ｈ．Ｗ．Ｌの間）を設けている。第二固液分離室２２には、槽内液を好気処理槽１へ定量移送する移送用ポンプ２８を設けてあり、その吸込み口２９は低水位Ｌ．Ｗ．Ｌに設けている。
【００３０】
移送用ポンプ２８は、低水位Ｌ．Ｗ．Ｌ〜高水位Ｈ．Ｗ．Ｌのいずれの水位においても、濾過室における濾過流量は、ＳＶで１０ｈ-1以下、ＬＶで３．０ｍ／ｈ以下となるような揚水能力を持つものを用いる。内径１３ｍｍの管を用いたエアリフトポンプの場合のポンプ特性を図５に示す。図５に示すように、低水位Ｌ．Ｗ．Ｌ〜高水位Ｈ．Ｗ．Ｌのいずれの水位においても、濾過室における濾過流量はＳＶで１０ｈ-1以下、ＬＶで３．０ｍ／ｈ以下となっている。なお、移送用ポンプ２８には、同様の揚水能力を持つ電動ポンプ等を用いることもできる。
また、第一固液分離室２１及び第二固液分離室２２は、生物付着材（生物担体、濾材、接触材ともいう）が充填された濾床をもつ嫌気濾床槽でもよく、嫌気処理槽は１槽のみであってもよい。
【００３１】
汚水浄化槽２０における好気処理槽１の説明は、前記図３での説明と重複するので省略する。但し、移流室１８の中には、生物反応室２からの移流液の一部を第一固液分離室２１へ循環させる循環用エアリフトポンプ３０と、濾過室３の洗浄排水を引き抜き第一固液分離室２１へ移送させる洗浄排水引き抜きポンプ１７とを配置させている。なお、循環用エアリフトポンプ３０及び洗浄排水引き抜きポンプ１７は、電動ポンプ等の移送ポンプを用いることもできる。また、循環用エアリフトポンプ３０は、取り除くこともできる。
【００３２】
汚水浄化槽２０（図４）での汚水処理を説明する。流入汚水は、実線矢印で示すとおり、汚水流入口２５から第一固液分離室２１に入り、固液分離及び嫌気的生物処理が行われる。ここを通過した移流液は、第二固液分離室２２に入り、さらに固液分離及び嫌気的生物処理が行われる。第一固液分離室２１及び第二固液分離室２２で流入汚水の流量変動を緩和しつつ、移送用エアリフトポンプ２８により液を好気処理槽１へ定量移送する。
【００３３】
好気処理槽１へ流入した液は、散気部材９から吐出される空気及び流動する生物担体７と充分に接触して、好気的生物分解が進行する。分解された有機物の一部は微生物に転換され、その微生物の一部は生物担体７に付着し、あるいは液中に浮遊（ＳＳとして）する。通水部８から移流室１８に流入した液は、循環用エアリフトポンプ３０によって一部が連続又は間欠的に第一固液分離室２１に返送され、ＳＳが分離される。また残りの液は流出口６から濾過室３へ入る。入った液は、濾材１４によってＳＳが捕捉除去されるとともに、引き続き生物的処理も行われる。有機物及びＳＳが除去された液は、消毒槽２４を経て放流口３１から処理済み液として放流される。
【００３４】
濾過室３における洗浄は次のようにして行われる。先ず、（洗浄用）散気部材１６から空気を吐出させ、濾過部をバブリングしてＳＳを剥離させる。このとき、洗浄排水引き抜きポンプ１７を稼動し、濾過室３の底部から洗浄排水を引き抜いて第一固液分離室２１に返送する。この際、できる限り洗浄排水の全量を引き抜きことが好ましい。洗浄排水の引き抜きの完了によって、洗浄は終了する。この洗浄は、第一固液分離室２１の水位が低水位（Ｌ．Ｗ．Ｌ）付近にあるとき（即ち、汚水の流入のないとき）に行うのが好ましい。
【００３５】
【発明の効果】
本発明の運転方法又は本発明の好気処理槽もしくは汚水浄化槽によれば、特開平９−２４８５８４号公報で開示したような汚水浄化槽は更に改良され、濾過室におけるＳＳ濾過性能は高まり、安定して汚水処理ができる。
また、本発明の好気処理槽もしくは汚水浄化槽によれば、濾過室での濾過流量が最適化されているので、従来よりも少量の濾材で済み、したがって、好気処理槽もしくは汚水浄化槽の小型化に寄与する。
また、流量調整機能がある嫌気処理槽を好気処理槽の上流に配置した汚水浄化槽では、流入汚水の流量変動が大きくても、濾過室での濾過流量（線速度と空搭速度）を容易に制御できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】使用した試験濾過装置の概略断面図。
【図２】試験結果のグラフで、（ａ）は濾材充填高さを横軸としたもの、（ｂ）はＳＶを横軸としたもの。
【図３】本発明の一例の好気処理槽の概略断面図。
【図４】本発明の一例の汚水浄化槽の概略断面図。
【図５】本発明の一例のエアリフトポンプの特性を示すグラフ。
【図６】普及型家庭用浄化槽におけるＳＳ濃度とＢＯＤ濃度との相関を示すグラフ。
【符号の説明】
１：好気処理槽    ２：生物反応室    ３：濾過室
４：流入口    ５：移流室    ６：流出口
７：生物担体    ８：通水部    ９：（生物反応用）散気部材
１０：ブロワ    １１：通水部材    １２：移流室
１３：流出口      １４：濾材
１５ａ，１５ｂ：通水部材    １６：（濾過室洗浄用）散気部材
１７：洗浄用エアリフトポンプ    １８：移流室
２０：汚水浄化槽    ２１：嫌気処理槽第一室（第一固液分離室）
２２：嫌気処理槽第二室（第二固液分離室）    ２４：消毒槽
２５：汚水流入口    ２６：開口部    ２７：流量調整部
２８：移送用エアリフトポンプ    ２９：吸込み口
３０：循環用エアリフトポンプ    ３１：放流口
【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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