(57)【要約】【課題】浄化効率をさらに向上させることができる管路内浄化システムを提供する。【解決手段】本発明の管路内浄化システム１００は、浄化機能付管路２１０，２２０，・・・２４０，２５０と、処理水の貯留部Ａ，・・・Ｄと、帰還部３００とを含む。浄化機能付管路２１０，２２０，・・・２４０，２５０は、管路内に微生物が保持されている。処理水の貯留部Ａ，・・・Ｄは、浄化機能付管路２１０，２２０，・・・２４０，２５０に連通している。帰還部３００は、貯留部内Ａの処理水を上流側の浄化機能付管路２２０，・・・２４０に帰還させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
管路内に微生物が保持された浄化機能付管路と、前記浄化機能付管路に連通する処理水の貯留部と、前記貯留部内の処理水を上流側の浄化機能付管路に帰還させるための帰還部とを含む、管路内浄化システム。
【請求項２】
前記貯留部が人孔である、請求項１に記載の管路内浄化システム。
【請求項３】
前記帰還部が水中ポンプを含む、請求項１または２に記載の管路内浄化システム。
【請求項４】
前記帰還部がマンホールポンプを含む、請求項１から３のいずれか１項に記載の管路内浄化システム。
【請求項５】
帰還させる処理水の配水量が、前記浄化機能付管路の配水量の０．５倍以上２倍以下である、請求項１から４のいずれか１項に記載の管路内浄化システム。
【請求項６】
帰還先の前記上流側の浄化機能付管路の上流端と、帰還元の前記貯留部との距離が２００ｍ以上１０００ｍ以下である、請求項１から５のいずれか１項に記載の管路内浄化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、管路内に多量の微生物を保持することを目的とした微生物担体を備え、動力を使用せずに微生物に酸素を供給する手段を有する管路内浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、下水処理施設の負担を軽減するために、微生物を用いて管路内で汚水を浄化する方法が提案されている。例えば、特開平８−１６５７０４号公報（特許文献１）には、管路の内面に有用微生物群を含有したセラミック材の膜を設けることによって汚水を有用微生物と接触させ、汚水を浄化する管路用汚水浄化装置が開示されている。特開２０１０−０２４７７３号公報（特許文献２）には、管路内に、微生物が定着可能な通水性の固定床と、固定床中に酸素を供給するための酸素供給手段を有することにより、固定床が汚水中に浸漬した状態であっても、固定床中に酸素を供給し、好気性微生物の増殖を促進できる管路用浄水装置が開示されている。また、実開平６−２４７９９号公報（特許文献３）には、圧送管の管路の内側にフィンを設けること、または、圧送管内部に複数のパイプを設置することにより、汚水と微生物が接触する面積を拡大させ、効率的に汚水を浄化する方法が開示されている。
また、国際公開第２０１３／１７２２８８号（特許文献４）では、管路内に多量の微生物を保持することを目的とした微生物担体を備え、動力を使用せずに上記微生物に酸素を供給する手段を有する管路内浄化装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−１６５７０４号公報
【特許文献２】特開２０１０−０２４７７３号公報
【特許文献３】実開平６−２４７９９号公報
【特許文献４】国際公開第２０１３／１７２２８８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１および３に記載の手法では微生物と汚水との接触面積が未だ充分ではなく、かつ、微生物と汚水との接触時間が短いために浄化効率が低い問題がある。また、特許文献２に記載の酸素供給手段を用いる手法は、設備費、施工費が高価になる等の問題がある。特許文献４に記載の手法は、これらの問題が大幅に改善されているが、たとえば管路長が短い場合は、微生物と汚水との接触時間が十分確保できないため浄化効率の点で改善の余地が残っている。また、汚水の流量が極端に少ない場合も、微生物と汚水との接触面積が十分確保できないため浄化効率の点で改善の余地が残っている。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、浄化効率をさらに向上させることができる、管路内浄化システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記本発明の目的を達成するため、本発明は以下の発明を含む。
（１）
本発明の管路内浄化システムは、浄化機能付管路と、処理水の貯留部と、帰還部とを含む。浄化機能付管路は、管路内に微生物が保持されている。処理水の貯留部は、浄化機能付管路に連通している。帰還部は、貯留部内の処理水を上流側の浄化機能付管路に帰還させる。
【０００７】
この構成によって、浄化機能付管路で浄化処理された排水の一部が帰還部によって再び同じ浄化機能付管路で浄化処理されるため、浄化効率が大きく改善する。
【０００８】
（２）
貯留部は人孔であってよい。
この場合、既設の構造を有効利用することができ、実施が容易である点で好ましい。
【０００９】
（３）
帰還部は水中ポンプを含んでよい。
この場合、自吸力が少なくて済む点で好ましい。
【００１０】
（４）
帰還部はマンホールポンプを含んでよい。
この場合、既存の装置を有効利用することができ、実施が容易である点で好ましい。
【００１１】
（５）
帰還させる処理水の配水量は、浄化機能付管路の配水量の０．５倍以上２倍以下であってよい。
この場合、浄化効率をより大きく改善することができる。
なお、配水量とは、単位時間当たりの配水量をいう。
【００１２】
（６）
帰還先の上流側の浄化機能付管路の上流端と、帰還元の前記貯留部との距離は、２００ｍ以上１０００ｍ以下であってよい。
この場合、浄化効率をより大きく改善することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、浄化効率をさらに向上させることができる管路内浄化システムが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】従来の管路内浄化システムの一例を示す。
【図２】第１実施形態の管路内浄化システムを示す。
【図３】図２の一部（浄化機能付き管路）の模式的分解図である。
【図４】図２の一部（浄化機能付き管路）の断面拡大図である。
【図５】第２実施形態の管路内浄化システムを示す。
【図６】図５の一部（貯留部および内部）の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１に、従来の管路内浄化システムの一例を模式的に示す。図１に示す管路内浄化システム９００は、浄化機能付管路２１０，２２０，２３０・・・と、処理水の貯留部Ａ，Ｂ・・・とを含む。
【００１６】
浄化機能付管路２１０，２２０，２３０・・・は、下水管渠内部に微生物を保持しており、微生物を汚水配水と接触させることにより、汚水の配水とともに汚水を浄化処理する。浄化機能付管路２１０，２２０，２３０・・・は、図中矢印の方向に自然に処理水が配水するように、下流に向かって低位となる勾配が付けられている。
【００１７】
貯留部Ａ，Ｂ・・・は人孔であり、浄化機能付管路２１０，２２０，２３０・・・による処理水を一時的に貯留する。貯留部Ａ，Ｂ・・・は、通常７５ｍ以上の間隔で設けられている。
【００１８】
浄化機能付管路２３０はその下流端が貯留部Ｂに連結することで貯留部Ｂ内に連通している。これにより、浄化機能付管路２３０内の処理水は貯留部Ｂ内に注がれ貯留される。貯留部Ｂは浄化機能付管路２３０の連結位置より下に浄化機能付管路２２０の上流端が連結されることで浄化機能付管路２２０に連通している。これにより、貯留部Ｂ内に貯留されている処理水は浄化機能付管路２２０内に配水される。
【００１９】
同様に、浄化機能付管路２２０が貯留部Ａに連通され、さらに浄化機能付管路２１０に連通されることで、汚水が上流から下流へ配水されるとともに浄化処理される。
【００２０】
［第１実施形態］
図２に、第１実施形態の管路内浄化システムを模式的に示す。図２に示す管路内浄化システム１００は、前述の路内浄化システム９００と同様の浄化機能付管路２１０，２２０，２３０・・・と、処理水の貯留部Ａ，Ｂ・・・とを含む。図２では、浄化機能付管路２１０，２２０およびそれらを連通する貯留部Ａと、より上流側の浄化機能付管路２４０，２５０およびそれらを連通する貯留部Ｄと、を図示している。
【００２１】
さらに管路内浄化システム１００は、帰還部３００を含む。帰還部３００は、ポンプ３１０と帰還管３２０とを含む。ポンプ３１０は貯留部Ａ内に設けられる。ポンプ３１０は貯留されている処理水中に設けられた水中ポンプであり、処理水を吸い上げる。ポンプ３１０は、処理水の水位により運転および停止を繰り返す。ポンプ３１０としては、マンホールポンプを利用することができる。帰還管３２０は、ポンプ３１０から上流の貯留部Ｄまで延長しており、貯留部Ｄ内に連通している。帰還管３２０には流量調整弁が設けられており、処理水の上流への帰還量を調整することができる。
【００２２】
浄化機能付管路２５０，２４０，・・・２２０内を通って浄化処理され、貯留部Ａ内に貯留された処理水の一部は、ポンプ３１０で吸い上げられる。吸い上げられた貯留部Ａ内の処理水は、帰還管３２０を通じて上流の貯留部Ｄへ帰還される。返された処理水は、再び浄化機能付管路２４０，・・・２２０内を通って浄化処理される。このように帰還管３２０によって連結された貯留部Ａおよび貯留部Ｄの間で処理水が循環することにより、処理水がそれらの間を連通する浄化機能付管路２２０，・・・２４０を何度も通るため、浄化効率が大きく向上する。
【００２３】
したがって、配水管システム全体において管路内浄化システム１００の浄化機能付管路２１０，２２０，・・・２４０，２５０が占める長さが短い場合であっても、同じ浄化機能付管路２２０，・・・２４０を繰り返し利用するため、浄化機能付管路２２０，・・・２４０によるトータルの処理時間が長くなることで、より効率的に浄化を行うことができる。また、浄化機能付管路２１０，２２０，・・・２４０，２５０内の配水量（単位時間当たりの配水量）が少ない場合であっても、同じ浄化機能付管路２２０，・・・２４０を繰り返し利用するため、浄化機能付管路２２０，・・・２４０によるトータルの処理量が多くなることで、より効率的に浄化を行うことができる。
【００２４】
帰還管３２０により処理水が帰還および循環される循環距離Ｌは、たとえば、２００ｍ以上１０００ｍｍ以下である。距離Ｌが上記下限値以上であることは、浄化効率向上の効果を得る点で好ましく、上記上限値以下であることは、処理水帰還のための動力を節約する点で好ましい。
【００２５】
ポンプ３１０で吸い上げられ帰還管３２０により上流へ帰還される処理水の配水量（単位時間当たりの配水量）は、上流からの配水量つまり浄化機能付管路２５０内の配水量中の配水量（単位時間当たりの配水量）の０．５倍以上２倍以下であってよい。この量の処理水が帰還されて再び浄化機能付管路２４０内の配水と合流することにより、合流後の浄化機能付管路２２０，・・・２４０内の配水量は１．５倍以上３倍以下となる。したがって、帰還される配水量が上記下限値以上であることは、処浄化効率向上の効果を得る点で好ましく、上記上限値以下であることは、浄化機能付管路２１０，２２０，・・・２４０，２５０内の処理水の水位の上がりすぎを抑え微生物への接触効率を良好に保つとともに、処理水帰還のための動力を節約する点で好ましい。
【００２６】
図３に、浄化機能付管路２１０の一例の模式的分解図を示し、図４に図３に示す浄化機能付管路２１０を軸心に垂直な面で切断した場合の断面図を示す。他の浄化機能付管路２２０，・・・２４０，２５０も同じ構造を有する。
【００２７】
図３および図４に示すように、浄化機能付管路２１０は、管路２１９内にセパレータ２１２が挿入されて構成されている。セパレータ２１２は、管路２１９内を下部の浄化部９１１と上部の流量確保部９１５とに仕切る。さらに、セパレータ２１２の浄化部９１１に、担体２１４が配設される。セパレータ２１２は、塩化ビニル系樹脂、オレフィン系樹脂などの熱可塑性樹脂、および、エポキシ系樹脂、不飽和ポリエステル系樹脂などの熱硬化性樹脂、および繊維強化プラスチック（ガラス繊維、カーボン繊維などの繊維材料で樹脂が強化された複合材）などで構成される。
【００２８】
本実施形態では、担体２１４は、管路２１９の軸心と管路２１９の最下位置とを結ぶ面に関して対向して固定配設された長尺体であるが、浄化部９１１内に設けられていればどのような態様で設けられてもよいし、どのような形状でもよい。担体２１４は、比表面積が大きい構造体であって、多孔質材料（たとえば、無機質多孔体、無機質発泡体、樹脂発泡体など）、繊維質材料（たとえば、不織布、織布、単繊維体、網状体など）、層状材料（たとえば、シート積層体など）が挙げられる。多孔質材料の微細孔は連続孔であることが好ましい。本実施形態では、樹脂の発泡体が用いられる。樹脂としては、オレフィン系樹脂（特にポリエチレン）、ウレタン樹脂、塩化ビニル系樹脂、アクリル系樹脂などで構成される。担体２１４に汚水を接触させることにより微生物が担持される。浄化部９１１内で、微生物が担持された担体２１４に汚水が接触することで、汚水が分解処理される。
【００２９】
セパレータ２１２の中央部は、断面形状が下に凸となるように湾曲していることでで、配水の流速を確保する。セパレータ２１２には透水孔２１５が穿設されており、流量確保部９１５内の水位が透水孔２１５の位置を超えた場合に、浄化部９１１へ配水を排出する。
【００３０】
［第２実施形態］
図５に、第２実施形態の管路内浄化システムを模式的に示す。図５に示す管路内浄化システム１００ａは、第１実施形態と同じ浄化機能付管路２２０，・・・２４０，２５０と、貯留部Ｄとを含む。
【００３１】
一方、管路内浄化システム１００ａは貯留部Ａａを含み、貯留部Ａａに、浄化機能付管路２２０の下流端と浄化機能付管路２９０の上流端とが連結されており、上流側の浄化機能付管路２２０の連結位置よりも下流側の浄化機能付管路２９０の連結位置の方が高くなるように構成されている。
【００３２】
さらに、管路内浄化システム１００ａは帰還部３００ａを含む。帰還部３００ａは、第１実施形態と同じポンプ３１０を含み、貯留部Ａａ内の処理水を吸い上げる。吸い上げられた処理水を通す圧送管は途中で分岐する。分岐の一方は帰還管３２０ａとして上流の貯留部Ｄへ連結され、貯留部Ａａ内の処理水の一部を貯留部Ｄへ帰還させる。分岐の他方は案内管３３０ａとして下流側の浄化機能付管路２９０内へ連通するように案内され、貯留部Ａａ内の処理水の別の一部を浄化機能付管路２９０内へ配水する。
【００３３】
図６は、貯留部Ａａおよびその内部の模式的拡大図である。図６に示すように、帰還管３２０ａと案内管３３０ａにはそれぞれ流量調整弁が設けられており、処理水の上流への帰還量および下流への汲み上げ量をそれぞれ調整することができる。貯留部Ａａにおいては、水位（高位Ｈ、低位Ｌ）によりポンプ３１０が運転および停止を繰り返す。
【００３４】
［変形例］
管路内浄化システム１００および管路内浄化システム１００ａでは、貯留部Ａ，Ａａ、・・・貯留部Ｄと連通するすべての管路が浄化機能付管路として構成されているが、この態様に限定されるものではない。たとえば、帰還部３００，３００ａの帰還管３２０，３２０ａによって処理水が循環される区間の管路（図２および図５の場合、浄化機能付管路２２０，・・・２４０）が浄化機能付管路で構成され、処理水が循環しない管路（図２および図５の場合、浄化機能付管路２１０，２５０，２９０）は浄化機能を有さない通常の管路であってもよい。
【００３５】
管路内浄化システム１００および管路内浄化システム１００ａでは、ポンプ３１０，３１０ａが水中ポンプとして構成されているが、この態様に限定されるものではない。たとえば、自吸性能がより高い地上設置型のポンプであってもよい。
【００３６】
管路内浄化システム１００ａでは、ポンプ３１０ａからの圧送管が帰還管３２０ａと案内管３３０ａとに分岐するように構成されているが、この態様に限定されるものではない。たとえば、ポンプ３１０ａから２本の圧送管が別個独立して延長し、一方の圧送管が帰還管として処理水を上流へ帰還させ、他方の圧送管が案内管として処理水を下流側の管路へ汲み上げるように構成してもよい。
【００３７】
管路内浄化システム１００，１００ａでは、浄化機能付管路２１０，２２０，・・・２４０，２５０が管路（浄化機能付管路２１０の場合、管路２１９）内に微生物担持担体が設けられたセパレータを有する構造を例示したが、この態様に限定されるものではない。浄化機能付管路２１０，２２０，・・・２４０，２５０は、浄化機能が付いていればどのような態様のものでもよく、たとえば管路２１９の内壁全周を微生物含有膜体でライニングした態様、管路２１９内に微生物が定着可能な通水性の固定床を設けた態様、管路２１９内に微生物が付着したフィンが突設されている態様、管路２１９内に微生物が付着した複数の管が入れ子状態で設けられた態様、管路２１９が小径の管を収容し、当該小径の管内に微生物担持担体が収容された態様などが挙げられる。
【実施例】
【００３８】
［比較例１］
図１に示す管路内浄化システム９００を形成した。浄化機能付管路２１０，２２０，２３０の口径は２００ｍｍ、長さは５００ｍｍ、勾配は２‰、材質は硬質塩化ビニル製であった。浄化機能付管路２１０，２２０，２３０を流れる汚水の配水量が５ｍ３／ｈとなるように配水量を調整した。
【００３９】
結果、流速は約０．３６ｍ／ｓ、流下時間は約２４ｍｉｎ、水深ｈは約３６ｍｍであった。
【００４０】
［実施例１］
図２に示す管路内浄化システム１００を形成した。浄化管の口径は２００ｍｍ、循環距離Ｌは５００ｍｍ、各浄化機能付管路の勾配は２‰、各浄化機能付管路の材質は硬質塩化ビニル製であった。
【００４１】
浄化機能付管路２５０を流れる汚水の配水量を５ｍ３／ｈとし、貯留部Ａにおいてポンプ３１０で吸い上げられ帰還管３２０で帰還される配水量を２倍とすることで、循環により増量した浄化機能付管路２２０，・・・２４０内の配水量が３倍の１５ｍ３／ｈとなるように配水量を調整した。
【００４２】
結果、循環が起こっている区画（浄化機能付管路２２０，・・・２４０）の流速は約０．４８ｍ／ｓ、流下時間は約１７分、浄化機能付管路２２０，・・・２４０内の水深ｈは約６２ｍｍであった。
【００４３】
［評価］
以上のように、帰還部による処理水の循環を行うことにより、浄化機能付管路内の水深ｈが大きくなるため、微生物を担持した担体２１４と処理水との接触面積が増加し、浄化効率が向上する。また、見掛け上の接触時間は比較例１に比べて短くなる（２４分から１７分）が、配水量の２倍量を循環させていることで実質的な接触時間は１７分の３倍の５１分となるため、担体２１４と処理水との接触時間も増加し、浄化効率が向上する。
【００４４】
本発明の好ましい実施形態は上記の通りであるが、本発明はそれらのみに限定されるものではなく、本発明の趣旨から逸脱することのない様々な実施形態が他になされる。
【００４５】
［実施形態における各部と請求項の各構成要素との対応関係］
本明細書において、管路内浄化システム１００，１００ａが「管路内浄化システム」に相当し、浄化機能付管路２１０，２２０，・・・２４０，２５０が「浄化機能付管路」に相当し、管路２１９が「管路」に相当し、担体２１４に担持されている微生物が「微生物」に相当し、帰還部３００，３００ａが「帰還部」に相当し、ポンプ３１０が「水中ポンプ」および「マンホールポンプ」に相当し、貯留部Ａ，Ａａ，Ｂ，・・・Ｄが「貯留部」および「人孔」に相当し、距離Ｌが「浄化機能付管路の上流端と帰還元の貯留部との距離」に相当する。
【符号の説明】
【００４６】
１００，１００ａ  管路内浄化システム
２１０，２２０，・・・２４０，２５０  浄化機能付管路
２１９  管路
２１４  微生物を担持した担体
３００，３００ａ  帰還部
３１０  ポンプ（水中ポンプ）
Ａ，Ａａ，Ｂ，・・・Ｄ  貯留部
Ｌ  （浄化機能付管路の上流端と帰還元の貯留部との）距離
【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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