(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基底部、ならびに前記基底部から所定距離離れた上部に配置されて前記基底部と共に下部チャンバを形成するプレートと、
逆洗前に前記下部チャンバの内部の水及びスラッジを排出するために前記基底部に設置されている排出口と、
前記プレートの上部に支持され、上部層が上部チャンバの基底部を形成する濾材層と、
前記下部チャンバに処理しようとする廃水を導入するために前記下部チャンバに連結されている廃水導入手段と、
運転空気を前記プレートの上部の濾材層に供給するための運転空気導入手段と、
前記プレートから所定距離離れた上部に配置され、前記運転空気導入手段と連通する複数の通気管に装着される複数の散気装置と、
逆洗時に逆洗空気を前記下部チャンバに供給するための逆洗空気導入手段と、
逆洗時に逆洗水を前記下部チャンバに供給するための逆洗水導入手段と、
前記プレートを通過して前記下部チャンバから前記濾材層まで延びている複数のノズルと、
前記濾材層を通過した処理水を排出するための処理水排出手段と、
前記濾材層を通過した処理水を前記下部チャンバに搬送するための搬送水導入手段と、
を備える廃水処理装置を利用した回分式生物膜の廃水処理方法であって、
（ａ）空気が供給されない条件で、処理しようとする廃水を前記廃水処理装置の廃水供給手段を通じて前記下部チャンバに流入させた後、前記濾材層を上向きに通過させて前記上部チャンバの充填水位まで満たす段階と、
（ｂ）無酸素条件で前記上部チャンバに満たされた廃水を前記搬送水導入手段を通じて前記下部チャンバに搬送した後前記濾材層を上向きに通過するように循環させ、廃水中の有機物と濾材層内の脱窒微生物とを利用して以前サイクルの残存窒酸性窒素を脱窒させ、さらに前記廃水中の有機物と前記濾材層内の従属燐除去微生物とを利用して燐放出反応を進める段階と、
（ｃ）前記運転空気導入手段を通じて空気を供給しつつ前記上部チャンバから廃水を前記搬送水導入手段を通じて前記下部チャンバに搬送した後で前記濾材層を上向きに通過するように循環させ、有機窒素とアンモニア性窒素とを窒酸化微生物を利用して窒酸化させ、従属燐除去微生物を利用して燐過剰摂取反応を進める段階と、
（ｄ）前記上部チャンバから前記処理水排出手段を通じて処理水を排出する段階と、
を含むことを特徴とする回分式生物膜の廃水処理方法。
【請求項２】
基底部、ならびに前記基底部から所定距離離れた上部に配置されて前記基底部と共に下部チャンバを形成するプレートと、
逆洗前に前記下部チャンバの内部の水及びスラッジを排出するために前記基底部に設置されている排出口と、
前記プレートの上部に支持され、上部層が上部チャンバの基底部を形成する濾材層と、
運転空気を前記プレートの上部の濾材層に供給するための運転空気導入手段と、
前記プレートから所定距離離れた上部に配置され、前記運転空気導入手段と連通する複数の通気管に装着される複数の散気装置と、
逆洗時に逆洗空気を前記下部チャンバに供給するための逆洗空気導入手段と、
逆洗時に逆洗水を前記下部チャンバに供給するための逆洗水導入手段と、
前記プレートを通過して前記下部チャンバから前記濾材層まで延びている複数のノズルと、
前記濾材層を通過した処理水を排出するための処理水排出手段と、
前記濾材層を通過した処理水を前記下部チャンバに搬送するために前記下部チャンバに連結されている搬送水導入手段と、
処理しようとする廃水を前記下部チャンバに導入するために前記搬送水導入手段に連結されている廃水導入手段と、
を備える廃水処理装置を利用した回分式生物膜の廃水処理方法であって、
（ａ）空気が供給されない条件で、処理しようとする廃水を前記廃水処理装置の前記搬送水導入手段に連結された前記廃水導入手段を通じて前記下部チャンバに流入させた後、前記濾材層を上向きに通過させて前記上部チャンバの充填水位まで満たす段階と、
（ｂ）無酸素条件で前記上部チャンバに満たされた廃水を前記搬送水導入手段を通じて前記下部チャンバに搬送した後前記濾材層を上向きに通過するように循環させ、廃水中の有機物と濾材層内の脱窒微生物とを利用して以前サイクルの残存窒酸性窒素を脱窒させ、さらに前記廃水中の有機物と前記濾材層内の従属燐除去微生物とを利用して燐放出反応を進める段階と、
（ｃ）前記運転空気導入手段を通じて空気を供給しつつ前記上部チャンバから廃水を前記搬送水導入手段を通じて前記下部チャンバに搬送した後で前記濾材層を上向きに通過するように循環させ、有機窒素とアンモニア性窒素とを窒酸化微生物を利用して窒酸化させ、従属燐除去微生物を利用して燐過剰摂取反応を進める段階と、
（ｄ）有機物、窒素及び燐が除去された処理水を前記処理水排出手段を通じて排出する段階と、
を含むことを特徴とする回分式生物膜の廃水処理方法。
【請求項３】
前記処理しようとする廃水を前記廃水処理装置に供給する前にまず沈殿槽に流入させ、廃水中の浮遊固形物の一部を除去する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１または２に記載の回分式生物膜の廃水処理方法。
【請求項４】
前記処理水の排出段階以後、前記逆洗空気導入手段及び前記ノズルを通じて逆洗空気を前記下部チャンバから前記濾材層に供給して前記濾材層を膨脹させた後、逆洗空気供給を中断して前記逆洗水導入手段及び前記ノズルとを通じて逆洗水を供給し前記濾材層を洗浄する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１または２に記載の回分式生物膜の廃水処理方法。
【請求項５】
前記逆洗水は請求項１または２で排出された処理水であることを特徴とする請求項４に記載の回分式生物膜の廃水処理方法。
【請求項６】
各段階は、プログラマブルロジックコントローラによる自動運転により反復されることを特徴とする請求項１または２に記載の回分式生物膜の廃水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生物濾過工程を利用した廃水処理装置及びこれを利用した廃水処理方法に関し、より詳細には生物濾過技術を利用する回分式の廃水処理装置及びこれを利用した廃水処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
生物学的な下廃水の処理技術のうちの一つとして浮遊成長法がある。これは浮遊成長微生物を利用する方式であり、下廃水と微生物とを反応槽で混合して反応槽の下部から空気を供給することにより廃水と微生物との接触を円滑にする方法である。反応槽内の微生物は供給される空気中の酸素を利用して汚染物質を除去する。このような浮遊成長法のうちの一つとして連続回分式処理技術（Ｓｅｑｕｅｎｃｉｎｇ Ｂａｔｃｈ Ｒｅａｃｔｏｒ：以下、「ＳＢＲ」とする）がある。
【０００３】
図１は、ＳＢＲ方法による廃水処理工程が行われる回分式反応槽を示す模式図である。
図１に示すように、まず反応槽１内に処理しようとする廃水を充填水位Ｈｉまで満たした後、廃水を撹拌しつつ曝気装置３を利用して曝気し反応させる。次に、反応が完了したら、スラッジを沈殿させて反応槽の水位が排出水位Ｈｏになるまで上澄み水を処理水としてデカンティング（ｄｅｃａｎｔｉｎｇ）し排出する。最後に、新しい廃水を反応槽に流入させる前にサイクルタイムを調節するために、一定時間全ての装置の動作を止める。
【０００４】
このようなＳＢＲ方法は連続式活性スラッジ工程を変形した技術であり、反応槽内の微生物群に非正常状態の環境圧力を加えることにより微生物の選択をして、連続式活性スラッジ工程で生じうる衝撃負荷による影響、沈澱池での沈降性、ならびに２次沈澱池による敷地面積増加などの問題点を補完した技術である。
このようなＳＢＲには衝撃負荷の緩衝能力、ならびにスラッジの沈降性にすぐれる長所があるが、次のような問題点がある。
【０００５】
（１）廃水充填→反応→沈殿→排出→運転停止の複雑な段階よりなり、反応時間が長い。
（２）処理水排出のためのデカンタ（ｄｅｃａｎｔｅｒ）が必要なので、非経済的で安全性が不良である。
（３）流量制御はサイクルタイムが長く困難である。
（４）発生悪臭がひどく浮遊スカム（ｓｃｕｍ）が発生するので、固体／液体分離が困難である。
（５）排出またはデカンティングする時にスラッジが流出しやすい。
【０００６】
生物学的下廃水の処理技術の他の方法として連続式生物濾過方法がある。
図２は連続式生物濾過方法が行われる連続式かつ生物濾過方式の廃水処理装置を示す。
図２を参照して廃水中の窒素除去反応を説明する。まず、処理しようとする廃水を脱窒反応槽５の廃水供給手段２を通じて無酸素条件で下部チャンバ７に流入させた後、濾材層９を上向きに通過させる。この時、廃水中の有機物と濾材層９とに棲息する脱窒微生物を利用して、窒酸化反応槽１１から内部搬送手段２３を通じて搬送された窒酸性窒素が脱窒される。
【０００７】
次に、第１排出手段を通じて脱窒槽５を通過した処理水を窒酸化反応槽１１の下部チャンバ１３に流入させる。この時、運転空気導入手段１７を通じて窒酸化反応槽１１内に空気が供給される。下部チャンバ１３に流入した廃水は濾材層１５を上向きに通過しつつこれに含まれていた有機窒素とアンモニア性窒素とが窒酸化微生物により窒酸化される。
【０００８】
最後に、窒酸化反応槽１１を通過した処理水は第２排出手段１９を通じて別個の貯流槽２１に排出される。貯流槽２１には処理が完了した処理水が排出される。一方、逆洗時には貯流槽２１から処理水を逆洗水導入手段２５により脱窒反応槽５と窒酸化反応槽１１との下部チャンバ７、１３に流入させて濾材層９、１５を洗浄する。その後、逆洗に使われた処理水は逆洗水排出手段２７により沈殿槽または沈砂池に排出される。
【０００９】
このような原理で作動する連続式生物濾過方法は、濾材層の物理的濾過機能だけを利用する連続式物理的濾過技術に比べて濾過層の物理的濾過機能だけでなく、濾過層に棲息する微生物による生物学的分解を同時に利用して廃水を処理するために、廃水を経済的かつ効果的に処理できる。
【００１０】
しかし、連続式生物濾過方法にも次のような問題点が存在する。
（１）微生物膜の燐放出及び過剰摂取メカニズムによる生物学的な燐除去が不可能である。
（２）一つの反応槽内で窒素と燐とを同時に除去できない。
（３）反応槽が２つ以上必要である。
（４）高濃度廃水の場合には濾材層に閉塞が発生する可能性が高く、高濃度廃水処理に適用するのは難しい。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、従来のＳＢＲ方法及び連続式生物濾過方法の問題点を解決するための回分式かつ生物濾過方式の廃水処理装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、前記廃水処理装置を利用した廃水処理方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために本発明は次に説明する第１態様による廃水処理装置を提供する。
すなわち、本発明の第１態様による廃水処理装置は、基底部、ならびに前記基底部から所定距離離れた上部に配置されて前記基底部と共に下部チャンバを形成するプレートと、逆洗前に前記下部チャンバ内の水及びスラッジを排出するために前記基底部に設置されている排出口と、前記プレート上部に支持されてその上部層は上部チャンバの基底部を形成する濾材層と、前記下部チャンバに処理しようとする廃水を導入するために前記下部チャンバに連結されている廃水導入手段と、運転空気を前記プレート上部の濾材層に供給するための運転空気導入手段と、前記プレートから所定距離離れた上部に配置され、前記運転空気導入手段と連通する複数の通気管に装着される複数の散気装置と、逆洗時に逆洗空気を前記下部チャンバに供給するための逆洗空気導入手段と、逆洗時に逆洗水を前記下部チャンバに供給するための逆洗水導入手段と、前記プレートを通過して前記下部チャンバから前記濾材層まで延びている複数のノズルと、前記濾材層を通過した処理水を排出するための処理水排出手段と、前記濾材層を通過した処理水を前記下部チャンバに搬送するための搬送水導入手段とを備えることを特徴とする。
【００１３】
前記目的を達成するために本発明はまた、前記第１態様による廃水処理装置の変形として次に説明する第２態様による廃水処理装置を提供する。
すなわち、本発明の第２態様による廃水処理装置は、基底部、ならびに前記基底部から所定距離離れた上部に配置されて前記基底部と共に下部チャンバを形成するプレートと、逆洗前に前記下部チャンバ内の水及びスラッジを排出するために前記基底部に設置されている排出口と、前記プレート上部に支持されてその上部層は上部チャンバの基底部を形成する濾材層と、運転空気を前記プレート上部の濾材層に供給するための運転空気導入手段と、前記プレートから所定距離離れた上部に配置され、前記運転空気導入手段と連通する複数の通気管に装着される複数の散気装置と、逆洗時に逆洗空気を前記下部チャンバに供給するための逆洗空気導入手段と、逆洗時に逆洗水を前記下部チャンバに供給するための逆洗水導入手段と、前記プレートを通過して前記下部チャンバから前記濾材層まで延びている複数のノズルと、前記濾材層を通過した処理水を排出するための処理水排出手段と、前記濾材層を通過した処理水を前記下部チャンバに搬送するために前記下部チャンバに連結されている搬送水導入手段と、処理しようとする廃水を前記下部チャンバに導入するために前記搬送水導入手段に連結されている廃水導入手段とを備えることを特徴とする。
【００１４】
本発明の第１及び第２態様による廃水処理装置において、正常運転時には処理しようとする廃水、処理水またはそれらの混合水が運転空気と共にまたは運転空気なしに前記濾材層を上向きに通過し、逆洗時には逆洗空気と逆洗水とが前記濾材層を上向きに通過することが望ましい。
【００１５】
本発明の第１及び第２態様による廃水処理装置において、前記散気装置は正常運転時には微生物の成長に最適条件が形成されるように微細なバブル形態の運転空気を均一に供給し、逆洗時には空気供給を遮断しても処理廃水の逆流を防止できる手段を備えることが望ましい。
【００１６】
本発明の第１及び第２態様による廃水処理装置において、前記ノズルは正常運転時には処理しようとする廃水、前記処理水またはそれらの混合水を前記下部チャンバから前記濾材層に供給し、逆洗時には逆洗空気と逆洗水とを前記下部チャンバから前記濾材層に供給し、逆洗空気の注入時に前記下部チャンバに所定高さの空気層を形成できる手段を備え、濾材層を膨脹させるので、十分な圧力の逆洗空気を均等に供給することが望ましい。
【００１７】
本発明の第１及び第２態様による廃水処理装置において、前記濾材層が、前記プレートの上部面から前記散気装置を覆っている所定高さの支持層により支持されていることが望ましい。
本発明の第１及び第２態様による廃水処理装置は、前記上部チャンバの水位を自動的に調節するための水位調節装置をさらに含むことが望ましい。
【００１８】
本発明の第１及び第２態様による廃水処理装置において、前記上部チャンバの側面は前記上部チャンバに満たされる処理水の容量を極大化するためにテーパリングされていることが望ましい。
本発明の第１及び第２態様による廃水処理装置は、前記搬送水導入手段を通じて処理水を流入させてこれを一時保存した後、前記流入した処理水を前記下部チャンバに供給するための貯流槽をさらに含むことができるが、これはそれぞれ本発明の第３及び第４態様による廃水処理装置に該当する。
【００１９】
前記他の目的を達成するために本発明は、（ａ）空気が供給されない条件で、処理しようとする廃水を第１態様または第３態様による廃水処理装置の廃水供給手段を通じて前記下部チャンバに流入させた後、前記濾材層を上向きに通過させて前記上部チャンバの充填水位まで満たす段階と、（ｂ）無酸素条件で前記上部チャンバに満たされた廃水を前記搬送水導入手段を通じて前記下部チャンバに搬送させた後前記濾材層を上向きに通過するように循環させ、前記廃水中の有機物と前記濾材層内の脱窒微生物とを利用して以前サイクルの残存窒酸性窒素を脱窒させ、また前記廃水中の有機物と前記濾材層内の従属燐除去微生物とを利用して燐放出反応を進める段階と、（ｃ）前記運転空気導入手段を通じて空気を供給しつつ、前記上部チャンバから廃水を前記搬送水導入手段を通じて前記下部チャンバに搬送させた後前記濾材層を上向きに通過するように循環させ、有機窒素とアンモニア性窒素とを窒酸化微生物を利用して窒酸化させ、従属燐除去微生物を利用して燐過剰摂取反応を進める段階と、（ｄ）前記上部チャンバから前記処理水排出手段を通じて処理水を排出する段階とを含むことを特徴とする廃水処理方法を提供する。
【００２０】
前記他の目的を達成するために本発明はまた、（ａ）空気が供給されない条件で、処理しようとする廃水を第２または第４態様による廃水処理装置の前記搬送水導入手段に連結された前記廃水導入手段を通じて前記下部チャンバに流入させた後、前記濾材層を上向きに通過させて前記上部チャンバの充填水位まで満たす段階と、（ｂ）無酸素条件で前記上部チャンバに満たされた廃水を前記搬送水導入手段を通じて前記下部チャンバに搬送させた後前記濾材層を上向きに通過するように循環させ、前記廃水中の有機物と前記濾材層内の脱窒微生物とを利用して以前サイクルの残存窒酸性窒素を脱窒させ、また前記廃水中の有機物と前記濾材層内の従属燐除去微生物とを利用して燐放出反応を進める段階と、（ｃ）前記運転空気導入手段を通じて空気を供給しつつ、前記上部チャンバから廃水を前記搬送水導入手段を通じて前記下部チャンバに搬送させた後、前記濾材層を上向きに通過するように循環させ、有機窒素とアンモニア性窒素とを窒酸化微生物を利用して窒酸化させ、従属燐除去微生物を利用して燐過剰摂取反応を進める段階と、（ｄ）前記処理水排出手段を通じて、有機物、窒素及び燐が除去された処理水を排出する段階とを含むことを特徴とする廃水処理方法を提供する。
【００２１】
前記他の目的を達成するために本発明はまた、（ａ）第１態様または第３項態様による廃水処理装置の運転空気導入手段を通じて空気を供給しつつ、処理しようとする廃水を前記廃水供給手段を通じて前記下部チャンバに流入させた後、前記濾材層を上向きに通過させて前記上部チャンバの充填水位まで満たす段階と、（ｂ）前記廃水処理装置の運転空気導入手段を通じて空気を供給しつつ、前記上部チャンバから廃水を前記搬送水導入手段を通じて前記下部チャンバに搬送させた後前記濾材層を上向きに通過するように循環させ、有機窒素とアンモニア性窒素とを窒酸化微生物を利用して窒酸化させる段階と、（ｃ）前記処理水排出手段を通じて、前記窒酸化段階を経た処理水を排出する段階とを含むことを特徴とする廃水処理方法を提供する。
【００２２】
前記他の目的を達成するために本発明はまた、（ａ）空気を供給しつつ、処理しようとする廃水を第２または第４態様による廃水処理装置の前記搬送水導入手段に連結された前記廃水導入手段を通じて前記下部チャンバに流入させた後、前記濾材層を上向きに通過させて前記上部チャンバの充填水位まで満たす段階と、（ｂ）前記廃水処理装置の運転空気導入手段を通じて空気を供給しつつ、前記上部チャンバから廃水を前記搬送水導入手段を通じて前記下部チャンバに搬送させた後で前記濾材層を上向きに通過するように循環させ、有機窒素とアンモニア性窒素とを窒酸化微生物を利用して窒酸化させる段階と、（ｃ）前記処理水排出手段を通じて前記窒酸化段階を経た処理水を排出する段階とを含むことを特徴とする廃水処理方法を提供する。
【００２３】
前記他の目的を達成するために本発明はまた、（ａ）処理しようとする廃水を第１態様または第３態様による廃水処理装置の前記廃水供給手段を通じて無酸素条件で前記下部チャンバに流入させた後、前記濾材層を上向きに通過させて前記上部チャンバの充填水位まで満たす段階と、（ｂ）無酸素条件で前記上部チャンバに満たされた廃水を前記搬送水導入手段を通じて前記下部チャンバに搬送させた後で前記濾材層を上向きに通過するように循環させ、前記廃水中の有機物と前記濾材層内の脱窒微生物とを利用して以前サイクルの残存窒酸性窒素を脱窒させる段階と、（ｃ）前記運転空気導入手段を通じて空気を供給しつつ、前記上部チャンバから廃水を前記搬送水導入手段を通じて前記下部チャンバに搬送させた後で前記濾材層を上向きに通過するように循環させ、有機窒素とアンモニア性窒素とを窒酸化微生物を利用して窒酸化させる段階と、（ｄ）前記処理水排出手段を通じて前記窒酸化段階を経た処理水を排出する段階とを含むことを特徴とする廃水処理方法を提供する。
【００２４】
前記他の目的を達成するために本発明はまた、（ａ）処理しようとする廃水を第２態様または第４態様による廃水処理装置の前記搬送水導入手段に連結された前記廃水導入手段を通じて無酸素条件で前記下部チャンバに流入させた後、前記濾材層を上向きに通過させて前記上部チャンバの充填水位まで満たす段階と、（ｂ）無酸素条件で前記上部チャンバに満たされた廃水を前記搬送水導入手段を通じて前記下部チャンバに搬送させた後前記濾材層を上向きに通過するように循環させ、前記廃水中の有機物と前記濾材層内の脱窒微生物とを利用して以前サイクルの残存窒酸性窒素を脱窒させる段階と、（ｃ）前記運転空気導入手段を通じて空気を供給しつつ、前記上部チャンバから前記廃水を前記搬送水導入手段を通じて前記下部チャンバに搬送させた後前記濾材層を上向き通過するように循環させ、有機窒素とアンモニア性窒素とを窒酸化微生物を利用して窒酸化させる段階と、（ｄ）前記処理水排出手段を通じて前記窒酸化段階を経た処理水を排出する段階とを含むことを特徴とする廃水処理方法を提供する。
【００２５】
本発明による廃水処理方法において、処理しようとする廃水を廃水処理装置に供給する前にまず沈殿槽に流入させ、廃水中の浮遊固形物の一部を除去する段階をさらに含むことが望ましい。
本発明による廃水処理方法において、処理水排出段階以後に逆洗空気導入手段と複数のノズルとを通じて逆洗空気を下部チャンバから濾材層に供給して濾材層を膨脹させた後、逆洗空気供給を中断して逆洗水導入手段と複数のノズルとを通じて逆洗水を供給し濾材層を洗浄する段階をさらに含むことができる。
【００２６】
本発明による廃水処理方法において、逆洗水は第１から第４態様による廃水処理装置のうちいずれか一態様による廃水処理装置から排出された処理水であることが望ましい。
本発明による廃水処理方法において、各段階がプログラマブルロジックコントローラにより自動運転されることが望ましい。
【００２７】
本発明による回分式生物濾過方式の廃水処理装置を利用して廃水を処理すれば、従来の連続式生物濾過方法で達成できなかった生物学的燐除去が可能であり、一つの反応槽内で窒素と燐とを同時に除去できて運転操作が簡便になる。また、処理水の水質も従来のＳＢＲ方法や連続式生物濾過方法に比べてより一層優れている。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
図３は、本発明の第１実施例による廃水処理装置を示す断面図であり、その廃水処理装置は反応槽３０、プレート３２、運転空気導入手段３５、逆洗空気導入手段３４、廃水導入手段４０、水位調節装置４５、処理水排出手段４８、複数のノズル４６、複数の散気装置４２、複数の通気管４４、搬送水導入手段５７及び上部チャンバ６２などを含む。
【００２９】
反応槽３０の基底部３１はプレート３２と共に下部チャンバ３３を形成し、プレート３２は流入廃水がノズル４６を通じてのみプレート３２上部に流入できるように反応槽３０内壁に密着して設置されている。
プレート上部には濾材層５０が位置し、濾材層５０は所定高さの支持層５２により支持されうる。濾材層５０の表面層上部には上部チャンバ６２を形成する。支持層５２は砂利のような材料よりなり、支持層５２の高さは反応槽３０内の散気装置４２の高さにより決定されるが、運転空気が濾材層５０に全般的に均一に供給されうるように散気装置と濾材とが直接接触しないようにする。また、支持層５２はより高価な濾材の浪費を防止する。
【００３０】
本発明の実施例による装置に使われうる濾材は微生物の脱着と付着とが容易な材質としてクレイが主に使われ、石炭灰も使用される。廃水処理時の濾材の安定した定着と逆洗時の濾材層の膨脹効果とを考慮する時に、濾材の比重は１〜２が望ましく、濾材の大きさは廃水処理容量、濾過効率及び取扱適性を考慮して適当な孔隙率を持つように選択し、例えばその直径が２〜８ｍｍであることが望ましい。
【００３１】
反応槽の側壁には下部チャンバ３３に処理しようとする廃水を導入するための廃水導入手段４０、運転空気をプレート上部の濾材層５０に供給するための運転空気導入手段３５、逆洗時に逆洗空気を下部チャンバ３３に供給するための逆洗空気導入手段３４、逆洗時に逆洗水を下部チャンバに供給するための逆洗水導入手段４１、処理水を排出するための処理水排出手段４８、ならびに濾材層を通過した処理水を下部チャンバに搬送するための搬送水導入手段５７が設置されている。また、運転空気導入手段３５には運転空気ブロア３８が連結されており、逆洗空気導入手段３４には逆洗空気ブロア３６が連結されている。
【００３２】
本実施例による廃水処理装置は、逆洗前に下部チャンバ３３内の水及びスラッジを排出するために基底部３１に排出口６０が設置されている。水位調節装置４５は上部チャンバ６２内の水位が充填水位Ｈｉに到達すると、廃水導入手段４０のポンプ（図示せず）の作動を中断させて弁（図示せず）を閉じ、上部チャンバ６２内の水位が排出水位Ｈｏに到達するまで処理水排出手段４８により処理水を逆洗水貯蔵槽５４に排出するか、または搬送水導入手段５７に送る。
【００３３】
搬送水導入手段５７は処理水排出手段４８から処理水を下部チャンバ３３に搬送し、逆洗配水排出手段５５は逆洗に使われた処理水を逆洗配水沈殿槽５６に送る。逆洗配水沈殿槽５６ではその下部に沈んだスラッジを排出して廃棄し、上澄み水は廃水が反応槽３０に流入する前にとどまる沈殿槽（図示せず）に送る。
処理水排出手段４８に設置されている弁（図示せず）は回分式で運転される本実施例による廃水処理装置において全ての廃水処理段階が完了して処理水を逆洗水貯蔵槽５４に排出する時にだけ開き、その他の段階では閉じている。
【００３４】
図４は本発明の第２実施例による廃水処理装置を示す断面図である。図４に示すように、この第２実施例による廃水処理装置は図３の第１実施例による廃水処理装置と比較する時、底流槽４９がさらに設置されている点だけで異なる。底流槽４９は搬送水導入手段５７を通じて処理水を流入させてこれを一時保存した後、前記流入した処理水を下部チャンバ３３に供給するためのものである。このように底流槽４９をさらに設置すれば、上部チャンバ６２の上部余裕高が低くなり、反応槽３０を低くできるメリットがある。その他に、図３に表示された参照符号と同じ参照符号は図３の第１実施例と同じ部材を示す。
【００３５】
図５は、本発明の第３実施例による廃水処理装置を示す断面図である。
図５に示すように、この第３実施例による廃水処理装置は図３の第１実施例による廃水処理装置と比較する時、廃水導入手段４０’が直接反応槽３０に連結されずに搬送水導入手段５７に連結されている点だけで異なる。従って、処理しようとする廃水は搬送水導入手段５７を通じて反応槽３０に供給される。廃水が搬送水導入手段５７を通じて反応槽３０に供給される時には搬送水導入手段５７に設置されている弁（図示せず）は浸っている状態となる。その他に図３に表示された参照符号と同じ参照符号は図３の第１実施例と同じ部材を示す。
【００３６】
図６は、本発明の第４実施例による廃水処理装置を示す断面図である。図６に示すように、この第４実施例による廃水処理装置は図５の第３実施例による廃水処理装置と比較する時、底流槽４９がさらに設置されている点だけで異なる。底流槽４９の役割は前述の通りであり、その他に図５に表示された参照符号と同じ参照符号は図５の第３実施例と同じ部材を示す。
【００３７】
本発明の第１から第４実施例による廃水処理装置において、上部チャンバ６２の側面はじょうご形のようにテーパリングされうるが、これにより上部チャンバ６２に満たされる処理水の容量が極大化されうる。これ以外にも、上部チャンバ６２の一方側面だけがテーパリングされても１回のバッチ処理で処理できる処理水の容量を増加させられる。
【００３８】
次に、図３から図６を参照して、本発明の第１から第４実施例による廃水処理装置を利用した回分式の廃水処理方法を説明する。これにより本発明の第１から第４実施例による廃水処理装置の構造及び作動原理がより明らかになる。
【００３９】
（１）有機物及び固形物除去、窒酸化、脱窒及び脱燐のための廃水処理方法
空気が供給されない条件で、廃水供給手段（図３及び図４の４０、または図５及び図６の４０’）を通じて処理しようとする廃水を下部チャンバ３３に流入させた後、濾材層５０を上向きに通過させて上部チャンバの充填水位Ｈｉまで満たす。廃水は複数のノズル４６を通じて均等に分配され、支持層５２と濾材層５０とを順に上向きに通過して上部チャンバ６２に移動する。水位調節装置４５は上部チャンバ６２内の水位が充填水位Ｈｉに到達すれば、廃水導入手段４０、４０’のポンプ（図示せず）の作動を中断させて弁（図示せず）を閉じる。
一方、廃水はまず下部チャンバ３３に供給される前に１次的に沈砂池または沈殿槽（図示せず）を経て浮遊性固形物の一部を除去することが逆洗周期を長くできるという点で望ましい。
【００４０】
次に、無酸素条件で上部チャンバ６２に満たされた廃水を搬送水導入手段５７を通じて下部チャンバ３３に搬送させた後で濾材層５０を上向きに通過するように循環させる。廃水が下部チャンバ３３から濾材層５０に入り込む前に廃水は複数のノズル装置４６を通じてプレート３２の上部に上向きに移動する。
廃水が濾材層５０を上向きに移動する時に廃水中の浮遊性固形物は濾材層５０により濾され、濾材層内の脱窒微生物は廃水中の有機物を利用して以前サイクルの残存窒酸性窒素を窒素ガスに転換させ窒素を除去して脱窒させる。
【００４１】
濾材層５０の下部で、従属燐除去微生物は廃水中の有機物を利用して燐放出反応を進める。燐放出反応を進めるためには融存酸素があってはならない。燐放出微生物の細胞内に含まれているＡＴＰ（Ａｄｅｎｏｓｉｎｅ ｔｒｉｐｈｏｓｐｈａｔｅ）は燐を放出しつつＡＤＰ（Ａｄｅｎｏｓｉｎｅ ｄｉｐｈｏｓｐｈａｔｅ）になるのであるが、燐放出微生物はこの時生じるエネルギーを利用して有機物をＰＨＢ（Ｐｏｌｙｈｙｄｒｏｘｙｂｕｔｙｒａｔｅ）形態で細胞内に保存する。
【００４２】
上の段階が終了すれば、運転空気ブロア３８を作動させて運転空気導入手段３５を通じて空気を供給しつつ、上部チャンバ６２から廃水を搬送水導入手段５７を通じて下部チャンバ３３に搬送させた後で濾材層５０を上向きに通過するように循環させる。運転空気導入手段３８を通じて供給される空気は複数の通気管４４に装着された複数の散気装置４２を通じて微細なバブル形態で濾材層全般にわたり均等に分配されるべく、上向きに供給される。
【００４３】
ノズル４６を通じて支持層５２と濾材層５０とに入り込んだ廃水が濾材層５０を上向きに移動する時に廃水中の浮遊性固形物は濾材層５０により濾され、このような好気性条件で窒酸化微生物は供給される酸素を利用して廃水中の有機窒素とアンモニア性窒素とを窒酸化させて窒酸性窒素に転換させる。
【００４４】
一方、燐を放出した従属燐除去微生物は蓄積されたＰＨＢの一部を酸素を利用して酸化し、過剰にエネルギーを蓄積する。エネルギーを得る酸化過程において、外部に存在する廃水中の無機燐と加水分解されて無機燐に転換された有機燐と細胞から放出された無機燐とは過剰に摂取されて、高分子燐の形態で微生物内に保存されており、逆洗時に固形物の形態で除去される。
【００４５】
上の段階が終了すると、搬送水導入手段５７、運転空気導入手段３５及び運転空気ブロア３８が作動を止めて処理水排出手段４８の弁（図示せず）が開いてポンプ（図示せず）が作動し、上部チャンバ６２の水位が排出水位Ｈｏになるまで処理水が逆洗水貯蔵槽５４に移送される。
【００４６】
上の段階が終了すれば、次の廃水を反応槽３０に流入させる前に全ての装置の動作を止めて一定時間廃水装置を停止する。これは新しい廃水を反応槽内に充填する前に反応時間を調節し、さらに微生物の内生呼吸による酸素消耗で濾過層の状態を無酸素状態に維持するためである。
このようなアイドル工程の完了後には、次に新しく処理される廃水を反応槽に流入させた後で前述の段階が反復される。
【００４７】
一方、濾材層５０は浮遊性固形物や過剰成長した微生物カスがたくさん入り込んでいるために、一定の期間廃水処理装置を運転した後、例えば２日ごとに逆洗する必要がある。
逆洗段階では、まず排出口６０を開放して下部チャンバ３３内の水及びスラッジを排出する。次に、反応槽３０の下部チャンバ３３に逆洗空気を逆洗空気ブロア３６及び逆洗空気導入手段３４を利用して供給し、逆洗空気はノズル４６を通じて濾材層５０に供給される。この時、下部チャンバ３３にはノズル４６により一定高さの空気層が形成されるために、濾材層５０を膨脹させるのに十分な圧力の空気が均等に供給されうる。次に、逆洗水導入手段４１を通じて逆洗水を下部チャンバ３３に供給する。下部チャンバ３３に流入した逆洗水は複数のノズル３０を通じて、膨脹された濾材層５０に供給される。このような過程を順序及び時間を調節して行うことで，濾材層内部に入り込んでいる汚染物質を効果的に除去し、濾材層５０を洗浄する。
【００４８】
（２）有機物と固形物除去及び窒酸化のための廃水処理方法
運転空気導入手段３５を通じて空気を供給しつつ、処理しようとする廃水を廃水供給手段（図３及び図４の４０、または図５及び図６の４０’）を通じて下部チャンバ３３に流入させた後で濾材層５０を上向きに通過させて上部チャンバの充填水位Ｈｉまで満たす。水位調節装置４５は上部チャンバ６２内の水位が充填水位Ｈｉに到達すると、廃水導入手段４０、４０’のポンプ（図示せず）の作動を中断させて弁（図示せず）を閉じる。
一方、廃水はまず下部チャンバ３３に供給される前に１次的に沈砂池または沈殿槽（図示せず）を経て浮遊性固形物の一部を除去することが逆洗周期を長くできるという点で望ましい。
【００４９】
上の段階が終了すれば、運転空気ブロア３８を作動させて運転空気導入手段３５を通じて空気を供給しつつ、上部チャンバ６２から廃水を搬送水導入手段５７を通じて下部チャンバ３３に搬送させた後で濾材層５０を上向きに通過するように循環させる。運転空気導入手段３５を通じて供給される空気は複数の通気管４４に装着された散気装置４２を通じて微細なバブル形態で濾材層全般にわたり均等に分配されるべく、上向きに供給される。
【００５０】
ノズル４６を通じて支持層５２及び濾材層５０に入り込んだ廃水が濾材層５０を上向きに移動する時に廃水中の浮遊性固形物は濾材層５０により濾され、このような好気性条件で窒酸化菌は供給される酸素を利用して廃水中の有機窒素及びアンモニア性窒素を窒酸化させて窒酸性窒素に転換させる。
【００５１】
上の段階が終了すると、搬送水導入手段５７、運転空気導入手段３５及び運転空気ブロア３８が作動を止めて処理水排出手段４８の弁（図示せず）が開いてポンプ（図示せず）が作動し、上部チャンバ６２の水位が排出水位Ｈｏになるまで処理水が逆洗水貯蔵槽５４に移送される。
このような窒酸化工程の完了後には次に処理される廃水を反応槽に流入させた後で前述の段階が反復される。
逆洗段階は上の（１）有機物及び固形物除去、窒酸化、脱窒及び脱燐のための廃水処理方法と同一に実施される。
【００５２】
（３）有機物と固形物除去及び脱窒と窒酸化のための廃水処理方法
無酸素条件で廃水供給手段（図３及び図４の４０、または図５及び図６の４０’）を通じて処理しようとする廃水を下部チャンバ３３に流入させた後で濾材層５０を上向きに通過させて上部チャンバの充填水位Ｈｉまで満たす。水位調節装置４５は上部チャンバ６２内の水位が充填水位Ｈｉに到達すると、廃水導入手段４０、４０’のポンプ（図示せず）の作動を中断させて弁（図示せず）を閉じる。
一方、廃水はまず下部チャンバ３３に供給される前に１次的に沈砂池または沈殿槽（図示せず）を経て浮遊性固形物の一部を除去することが逆洗周期を長くできるという点で望ましい。
【００５３】
次に、無酸素条件で上部チャンバ６２に満たされた廃水を搬送水導入手段５７を通じて下部チャンバ３３に搬送させた後で濾材層５０を上向きに通過するように循環させる。廃水が下部チャンバ３３から濾材層５０に入り込む前に廃水は複数のノズル装置４６を通じてプレート３２上部に上向きに移動する。
廃水が濾材層５０を上向きに移動する時に廃水中の浮遊性固形物は濾材層５０により濾され、濾材層内の脱窒微生物は廃水中の有機物を利用して以前サイクルの残存窒酸性窒素を窒素ガスに転換させて窒素を除去し脱窒させる。
【００５４】
上の段階が終了すれば、運転空気ブロア３８を作動させて運転空気導入手段３５を通じて空気を供給しつつ、上部チャンバ６２から廃水を搬送水導入手段５７を通じて下部チャンバ３３に搬送した後で濾材層５０を上向きに通過するように循環させる。
廃水が濾材層５０を上向きに移動する時に廃水中の浮遊性固形物は濾材層５０により濾され、このような好気性条件で窒酸化微生物は供給される酸素を利用して廃水中の有機窒素及びアンモニア性窒素を窒酸化させて窒酸性窒素に転換させる。
【００５５】
この段階が終了すると、搬送水導入手段５７、運転空気導入手段３５及び運転空気ブロア３８が作動を止めて処理水排出手段４８の弁（図示せず）が開いてポンプ（図示せず）が作動し、上部チャンバ６２の水位が排出水位Ｈｏになるまで処理水が逆洗水貯蔵槽５４に移送される。
上の段階が終了すると、次の廃水を反応槽３０に流入させる前に全ての装置の動作を止めて一定時間廃水装置を放置する。これは新しい廃水を反応槽内に充填する前に流量を調節し、また微生物の内生呼吸による酸素消耗で濾過層の状態を無酸素の状態に維持するためである。
このようなアイドル工程の完了後には、次に処理される廃水を反応槽に流入させた後で前述の段階が反復される。
【００５６】
逆洗段階は、上の（１）有機物及び固形物除去、窒酸化、脱窒及び脱燐のための廃水処理方法と同一に実施される。
一方、搬送水導入手段５７の途中に底流槽４９が設置されている本発明の第２及び第４実施例による廃水処理装置を使用して廃水を処理する場合には、上部チャンバ６２ではなく底流槽４９において各処理段階を終えた処理水を集水することにより、上部チャンバ６２の上部余裕高が低くなり、反応槽３０を低められるメリットがある。
【００５７】
以下、具体的な使用例をあげて本発明の実施例をより詳細に説明するが、これに本発明が限定されないことはもちろんである。
＜使用例＞
下水処理場の下水を対象に図３の第１実施例による装置を利用して有機物及び固形物を除去して窒酸化、脱窒及び脱燐のための廃水処理方法を次のような条件の下で行った。
【００５８】
支持層の高さ；３０ｃｍ
濾材層の高さ；３ｍ
濾材の種類及び大きさ；クレイ、２〜６ｍｍ
廃水充填流量；濾材層の体積を基準に６７〜１３３％
処理時間；３〜６時間
逆洗周期；１回／２日
【００５９】
１次沈殿槽を経た下水を流入水として、第１実施例による装置を経て放出される処理水を流出水として水質検査をした。流入水及び流出水の有機物濃度はＳＣＯＤｃｒ、窒素濃度はアンモニア性窒素（ＮＨ４−Ｎ）と総窒素（Ｔ−Ｎ）、燐濃度はＯｒｔｈｏ−Ｐで表した（単位：ｍｇ／ｌ）。標準方法により分析し、その結果を表１に示す。
【００６０】
【表１】
0004125941.tif 000002
【００６１】
表１を参照すれば、本実施例による回分式、生物濾過方式の廃水処理装置を利用して廃水を回分式で処理すれば生物学的な燐除去が可能であり、一つの反応槽だけでも窒素及び燐を同時に効率的に除去できることが分かる。従って、廃水処理装置の運転操作が簡便になる。
【００６２】
下記の表２は、本発明の実施例による回分式及び生物濾過方式の廃水処理装置を利用して廃水を回分式で処理する方式の効率を従来の連続式及び生物濾過方式の廃水処理装置を利用して廃水を連続式に処理する方式のそれと比較したものである。
【００６３】
【表２】
0004125941.tif 000003
【００６４】
ここで、ＢＯＤとＣＯＤとは有機物含有量の尺度であり、ＳＳは浮遊物質の尺度であり、Ｔ−Ｐは総燐を示す。
表２を参照すれば、本発明の実施例による回分式及び生物濾過方式の廃水処理装置を利用して廃水を回分式で処理すれば、連続式生物濾過方式による廃水処理方法に比べて処理時間はよりかかるが、有機物質と浮遊物質、窒素及び燐を効率的に除去できることが分かる。特に、連続式生物濾過技術の場合には燐をほとんど除去できないが、回分式及び生物濾過方式によれば燐までも度効率的に除去できることが分かる。
【００６５】
【発明の効果】
本発明による回分式の廃水処理装置を利用して廃水を処理すれば次のような効果がある。
（１）微生物膜の燐放出及び過剰摂取メカニズムにより生物学的に廃水中の燐を除去できる。
（２）一つの反応槽内で有機汚染物、浮遊性汚染物質、窒素及び燐を効率的に除去でき、装置構造及び運転操作が簡便で処理水の水質にすぐれる。
（３）別途の沈殿槽を必要としないために狭い敷地面積にも設置可能である。
（４）システムの安全性にすぐれ、自動運転による人力節減及び運転の容易性を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のＳＢＲ方法による廃水処理工程が行われる回分式反応槽を示す模式図である。
【図２】従来の連続式生物濾過方法が行われる連続式及び生物濾過方式の廃水処理装置を示す模式図である。
【図３】本発明の第１実施例による廃水処理装置を示す断面図である。
【図４】本発明の第２実施例による廃水処理装置を示す断面図である。
【図５】本発明の第３実施例による廃水処理装置を示す断面図である。
【図６】本発明の第４実施例による廃水処理装置を示す断面図である。
【符号の説明】
３１  基底部
３２  プレート
３３  下部チャンバ
３４  逆洗空気導入手段
３５  運転空気導入手段
４０  廃水導入手段
４１  逆洗水導入手段
４２  散気装置
４４  通気管
４５  水位調節装置
４６  ノズル
４８  処理水排出手段
５０  濾材層
５７  搬送水導入手段
６０  排出口
６２  上部チャンバ
【図１】
0004125941.tif 000004
【図２】
0004125941.tif 000005
【図３】
0004125941.tif 000006
【図４】
0004125941.tif 000007
【図５】
0004125941.tif 000008
【図６】
0004125941.tif 000009