(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一固液分離室と、この第一固液分離室の中に配置されて底部では第一固液分離室に連通する開口部を設けられる第二固液分離室とを有する嫌気処理槽と、散気部材が配されるとともに、槽の有効容積（１００％）に対して比重１．０以上１．１以下の生物担体である充填材が嵩容積換算で３０〜６０％を占めて充填され、散気すると前記充填材が槽内液とともに流動して流動床を形成する好気処理槽と、濾過槽とを備え、これら嫌気処理槽、好気処理槽、濾過槽を上流からこの順番で配置され、上記第二固液分離室から好気処理槽への移流が、定量移送するエアリフトポンプにてなされる汚水浄化槽。
【請求項２】
請求項１において、充填材が、ポリプロピレンを基材とする中空円筒状生物担体である汚水浄化槽。
【請求項３】
請求項１又は２において、好気処理槽と濾過槽とが、並置される汚水浄化槽。
【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の汚水浄化槽と、これに好適に用いられる好気処理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、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。前記好気濾床槽は、粒状担体を充填した上区画（生物反応層）と、同じく粒状担体を充填した下区画（濾過層）とに分けられ、通常運転時は上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、下区画に固定床（濾過層）を形成させている（特開平９−２４８５８４号公報）。この場合、上区画及び下区画に充填される粒状担体は１０ｍｍ角程度のスポンジ状の粒状担体であり、充填率はその有効容積に対して嵩容積換算で各々８０％程度である。
【０００３】
また、この技術分野における理論では、汚水浄化槽の好気処理槽における充填材（又は、生物担体）の充填量／充填率と有機物分解との関係は、一次反応で近似できるとされている。詳しくは、一次反応に近似して求めた見掛反応速度係数から、生物担体の表面積を考慮した反応速度係数を求め、これを基に計算した「反応速度」（反応に与かる生物担体の総表面積×実質滞留時間。処理前後のＢＯＤ等から計算できる。）と「生物担体の充填率」とをプロットすれば、生物担体の最適充填率が決定できるとされている。図６は、この場合の典型的なパターンである。反応速度（生物担体の総表面積×滞留時間；ｙ軸）は充填率（ｘ軸）に概ね比例し、所定の充填率（最適充填率）を越えると反応速度はプラトーに達する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、上記した汚水浄化装置を更に改良し、有機物（ＢＯＤ）等を酸化的生物分解して処理後の排水性能を一層高め、より小型の汚水浄化槽を提供することであり、あるいは従来よりも小型で好適に用いられる好気処理槽を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、先に述べた理論に基づき好気処理槽の最適化を検討していたところ、用いる生物担体の種類によっては、意外にも、生物担体の充填率が４０％前後において、反応速度が最高（処理後のＢＯＤ濃度は最低）となり、充填率をそれ以上に高めると反応速度は逆に悪くなる（ＢＯＤ濃度は高くなる）ことを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００６】
すなわち、本発明は、第一固液分離室と、この第一固液分離室の中に配置されて底部では第一固液分離室に連通する開口部を設けられる第二固液分離室とを有する嫌気処理槽と、散気部材が配されるとともに、槽の有効容積（１００％）に対して比重１．０以上１．１以下の生物担体である充填材が嵩容積換算で３０〜６０％を占めて充填され、散気すると前記充填材が槽内液とともに流動して流動床を形成する好気処理槽と、濾過槽とを備え、これら嫌気処理槽、好気処理槽、濾過槽を上流からこの順番で配置され、上記第二固液分離室から好気処理槽への移流が、定量移送するエアリフトポンプにてなされる汚水浄化槽である。
【０００７】
ここで、充填材としては、比重１．０以上１．１以下の生物担体が好ましく用いられる。散気部材７から散気する生物反応時に、これをよく流動させるためである。
【０００８】
上記充填材（すなわち、生物担体）としては、ポリプロピレンを基材とする中空円筒状生物担体が好ましく用いられる。更に、中空円筒状担体は外径及び高さが各々約１０ｍｍ程度のものが好ましい。
【０００９】
本発明は、また、上流から順に、嫌気処理槽（第一固液分離室２１及び第二固液分離室２２）、上記の好気処理槽１、及び濾過槽２３を備える汚水浄化槽２０でもある。
【００１０】
上記汚水浄化槽において、嫌気処理槽の好ましいものとしては、第一固液分離室２１と、その第一固液分離室２１の中に配置されて底部では前記第一固液分離室２１に連通する開口部２６を有する第二固液分離室２２とからなる槽である。
【００１１】
また、上記汚水浄化槽において、前記好気処理槽１と前記濾過槽２３とは、上下に配置することもできるが、好ましくは隣接して並置させる。
【００１２】
【作用】
好気処理槽における生物担体として、外径及び高さが約１０ｍｍの中空円筒粒状の生物担体を用いた場合に、充填率が嵩容積で４０％前後のときにＢＯＤで見た反応速度が最高となる理由は、次のように推定される。
生物担体の４０％前後の充填率は、従来の約８０％に比べて相当に低いので、（生物反応用）散気部材７から散気したときに生物担体５を概ね均一に流動させることができる。そのため、生物担体５と液とは充分に接触し、有機物の分解が良好に行われると考えられる。
また、生物担体の比重が、水の比重に近い１．０〜１．１のものを用いると、生物反応時に生物担体はよく流動する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
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）
図１の試験装置を用いて、集合住宅からの排水の浄化処理の試験を行なった。生物担体は、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担体で、外径１０ｍｍ、内径７ｍｍ、長さ１０ｍｍの中空円筒状であり、外面及び内面に凹凸があり、比重は１．０２（関西化工株式会社製）である。また、流動床槽（好気処理槽）の有効容量は３Ｌで、生物担体をそれぞれ（嵩容積で）１０、２０、４０、６０及び８０％に充填したものを用いた。流動床槽に負荷させた原料液（集合住宅からの排水）のＢＯＤは平均１１０ｍｇ／Ｌ、ＢＯＤ容積負荷率は０．８ｋｇ／ｍ3・日で、沈殿槽からの流出液についてＢＯＤ濃度を測定した。
【００１４】
図２に試験結果を示す。図２は、生物担体の最適充填率（すなわち、流出液のＢＯＤが最小を示す充填率）が４５％前後であり、これは少なすぎても、また、多すぎても流出液のＢＯＤは悪化した。少ない場合は、流動床槽に存在する微生物の絶対量が不足していると考えられ、また、多い場合は、生物担体の一部が流動しないで槽底部に沈降するためと考えられる。
【００１５】
次に、本発明に係る好気処理槽について、添付図面を参照しながら説明する。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、平面視で略四角形であり、一辺の側壁上部（図３では左側）に汚水の流入口２が設けられると共に、その流入口２を囲むようにして立設した平面視略四角形の移流室３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２と反対側の側壁上部（図３では右側）には、流出口４が設けられている。また、移流室３には、流入した汚水を通過させるが生物担体５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）６を槽底部付近に設けている。
【００１６】
生物担体５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、平面視四角形のループ状の（生物反応用）散気部材７を槽底部に配置し、これにブロワ８から空気を送る。また、好気処理槽１の水位面より下側に、液は通過させるが生物担体５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）９を配置して流動床を形成させている。
【００１７】
なお、好気処理槽１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３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４は、流入した汚水の短絡を防止することから、流入口２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７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。
通水部材９は、生物担体５が流出口４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９には、生物担体５の出し入れ口または点検口を設けることもできる。
【００１８】
図４は、本発明の別の例の好気処理槽である。移流室３を流出口４側に配置させたものであり、その底部付近には図３と同様の通水部６を設けている。その他の構成はいずれも図３と同様であるので、詳細の説明は省略する。
【００１９】
好気処理槽１に充填する充填材（生物担体）５について説明する。生物担体５は、好気処理槽１の有効容積（水位面以下の容積から水位面以下の移流室３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％に充填する。槽内液と生物担体５とが散気部材７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。充填率が６０％を超えると、生物担体５は好気処理槽１の底部や底部コーナー部に溜りやすい。これを解消するためには、必要量以上の空気を吐出させるブロワが必要となり、消費電力が増大する。また、充填率が３０％未満では、生物担体５に付着する微生物の総量が減少し、有機物分解の能力が低下する。
【００２０】
また、生物担体５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１．０〜１．１のものが好ましい。これをよく流動させることができる。比重が１．０未満であると、生物担体５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５の一部が好気処理槽１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。
【００２１】
生物担体５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）又は珪砂等の無機物を基材に添加してもよい。
【００２２】
生物担体５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約１０ｍｍ程度（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５は、比表面積が大きいものほど好ましい。
【００２３】
次に、上記好気処理槽を組み込んだ汚水浄化槽（図５）について説明する。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、移流室３、濾過槽２３及び消毒槽２４で構成されている。
【００２４】
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エアリフトポンプ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。なお、第一固液分離室２１及び第二固液分離室２２は、生物担体が充填された濾床をもつ嫌気濾床槽でもよく、また、嫌気処理槽は１槽のみであってもよい。
【００２５】
汚水浄化槽２１における好気処理槽１は、前記図４の構成のものを配置させているので、詳細な説明は省略する。但し、移流室３の中には、好気処理槽１からの移流水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、濾過槽２３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３１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３１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。
【００２６】
濾過槽２３は、主に浮遊懸濁物質（ＳＳ）を捕捉除去するもので、槽内に濾過層を形成させる濾材を充填している。濾過槽２３では、好気処理槽１から持ち越される溶存酸素により、引き続き好気的生物処理も進む。濾過層の下方又は下部には、洗浄時、濾過層をバブリングするための散気部材３２を配置させている。また、濾過層の洗浄時、濾過層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３１も配置させている。液の流れ方向は下向流である。移送用エアリフトポンプ２８、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３１には、ブロワ３３から空気が供給される。なお、上記液の流れ方向は上向流とすることもできる。
【００２７】
汚水浄化槽２０における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。
【００２８】
好気処理槽１へ流入した液は、散気部材７から吐出される空気及び流動する生物担体と充分に接触して、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に付着し、あるいは液中に浮遊（ＳＳとして）する。通水部６から移流室３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４から濾過槽２３へ入る。入った液は、充填材（濾材）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３４から処理済み水として放流される。
【００２９】
濾過槽２３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３２から空気を吐出させ、濾過層をバブリングしてＳＳを剥離させる。このとき、洗浄排水引き抜きポンプ３１を稼動し、濾過槽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、出来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。
【００３０】
【発明の効果】
本発明の好気処理槽によれば、槽に充填する生物担体の使用量を従来よりも少ない量（有効容積に対して嵩容積で３０〜６０％）で、有機物（ＢＯＤ）を生物的に酸化分解できる。また、コスト低減に寄与する。更に、従来よりも小容積の生物担体で最大の処理効率を発揮するので、装置の小型化にも寄与する。
比重が１．０以上１．１以下の生物担体を用いれば、あるいは、これに加えて、外径及び高さが約１０ｍｍのポリプロピレン製の中空円筒状担体を用いれば、好気処理槽の機能（ＢＯＤの酸化分解等）を最大限に発揮させることができる。この好気処理槽を組み込んだ汚水浄化槽は全体が従来よりも小型化され、また、吐出空気量の低い（すなわち、低消費電力型）ブロワを用いることもできるので、節電・省エネルギーに寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図１】集合住宅排水の処理に用いた試験装置の概略図。
【図２】試験結果のグラフ。
【図３】本発明の一例の好気処理槽で、（ａ）は概略平面図、（ｂ）はＡ―Ａ面における概略断面図。
【図４】本発明の別の例の好気処理槽で、（ａ）は概略平面図、（ｂ）はＢ―Ｂ面における概略断面図。
【図５】本発明の一例の汚水浄化槽で、（ａ）は概略平面図、（ｂ）はＣ―Ｃ面における概略断面図。
【図６】「生物担体の充填率」（ｘ軸）と「生物担体の総表面積×滞留時間」（反応速度；ｙ軸）との関係の典型的なパターンを示すグラフ。
【符号の説明】
１：好気処理槽    ２：流入口
３：移流室    ４：流出口
５：充填材（生物担体；生物付着材）
６：通水部
７：（生物反応用）散気部材    ８：ブロワ
９：通水部材    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）
２３：濾過槽    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：洗浄排水引抜ポンプ    ３２：（洗浄用）散気部材
３３：ブロワ
３４：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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