(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直方体構造を有し、下から上へ順次入水領域（３）、逆洗部材（２）、玉石層（４）、セ
ラミックサイト層（５）、およびアルミナと二酸化チタンからなる機能性フィルタ層或い
は鉄ポリヒドロキシ錯体で修飾されたモンモリロナイト層からなる機能性フィルタ層（６
）を含み、頂部の外側にオーバーフロー堰（７）が設けられるバイオフィルムリアクター
（１）と、
入水ポンプ（９）を備えた入水管（１０）を介して前記入水領域（３）に接続され、内部
にスターラー（１１）が設けられ、汚水を貯蔵するための注入口プール（８）と、
計量ポンプ（１４）を備えた試薬添加管（１５）を介して注入口プール（８）に接続され
、貯蔵キノンレドックスメディエーターを貯蔵するための第１の試薬貯蔵ボックス（１２
）、硫黄源を貯蔵するための第２の試薬貯蔵ボックス（１３）、および炭素源を貯蔵する
ための第３の試薬貯蔵ボックス（２０）と、
水排出管（１９）を介して前記オーバーフロー堰（７）に接続され、逆洗水ポンプ（２３
）を備えた逆洗管（１７）を介して前記逆洗部材（２）に接続され、その上部にバルブ付
きの水排出口（１６１）が設けられ、浄化水を貯蔵するための出口プール（１６）と、
入水ポンプ（９）、スターラー（１１）、計量ポンプ（１４）、逆洗水ポンプ（２３）と
電気的に接続され、装置全体の動作を制御するためのＰＬＣコントローラー（１８）と、
を含むことを特徴とする汚水の独立栄養脱窒処理および従属栄養脱窒処理に使用される汚
水を浄化するためのバイオフィルムリアクター。
【請求項２】
請求項１に記載のバイオフィルムリアクター（１）を使用して、汚水の独立栄養脱窒処理
および従属栄養脱窒処理に使用される汚水を浄化するための動作方法であって、
Ｓ１：処理する生物化学的廃水を検出し、その炭素−窒素比を測定し、入水状況に応じて
入水全窒素負荷を算出して、算出結果に従って、従属栄養脱窒モードまたは硫黄の独立栄
養‐従属栄養脱窒モードを選択して処理し、選択された処理方式に応じて、バイオフィル
ムリアクター（１）への後継の処理および薬物添加を実施すること、
Ｓ２：従属栄養脱窒モードを選択して廃水を処理する場合、フィルターが正常に開始され
た後、動作環境温度に応じて水に連続的または間欠的に５０〜１２０ｎＭキノンレドック
スメディエーターを加え、
硫黄の独立栄養‐従属栄養脱窒モードを選択して廃水を処理する場合、廃水中の炭素−窒
素比に応じて一定量の硫黄源を追加し、バイオフィルムを培養しフィルターを正常に開示
した後、動作環境温度に応じて水に連続的または間欠的に７０〜１５０ｎＭキノンレドッ
クスメディエーターを加え、脱窒を強化させる、を含むことを特徴とする動作方法。
【請求項３】
前記生物化学的廃水は、都市汚水処理場の生物化学的廃水、産業廃水の生物化学的廃水の
中のいずれか１つであり、全窒素濃度が３０ｍｇ／Ｌ以下であることを特徴とする請求項
２に記載の動作方法。
【請求項４】
前記従属栄養脱窒モードが、ＣＯＤ／ＴＮ≧３、入水により設計された入水全窒素負荷が
０．２５〜０．６０ｋｇ・ＴＮ／(ｍ３・ｄ)である条件下で選択され、
前記硫黄の独立栄養‐従属栄養脱窒モードが、ＣＯＤ／ＴＮ<３、入水により設計された
入水全窒素負荷が０．０５〜０．３５ｋｇ・ＴＮ／(ｍ３・ｄ)である条件下で選択される
、ことを特徴とする請求項２に記載の動作方法。
【請求項５】
前記従属栄養脱窒モードでは、温度が１５〜２５℃である場合、キノンレドックスメディ
エーターを一日おきに加え、添加濃度が８０〜１２０ｎＭであり、温度が１０〜１５℃で
ある場合、連続的に投与し、投与濃度が５０〜１００ｎＭであり、前記キノンレドックス
メディエーターは、アントラキノン−２−スルホン酸ナトリウム、１,２−ナフトキノン
−４−スルホン酸ナトリウム、アントラキノン−２,６−ジスルホン酸二ナトリウムの中
のいずれか１つであることを特徴とする請求項２に記載の動作方法。
【請求項６】
硫黄の独立栄養‐従属栄養脱窒モードにおいて、従属栄養脱窒モードでは、前記硫黄源は
元素硫黄、硫化ナトリウムまたはチオ硫酸ナトリウムの中のいずれか１つであることを特
徴とする請求項２に記載の動作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオフィルム汚水処理の技術分野に属し、具体的には、汚水を高度に浄化す
るためのバイオフィルムリアクターおよびその動作方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
汚水処理排水基準の継続的な改善に伴い、汚水中の全窒素や全リンなどの汚染物質の除去
は、汚水処理プラントに大きな課題を引き起こし、汚水に新しい汚染物質や他の物質が徐
々に注目されるように、高度な汚水処理と安全な再利用による排水の生物学的毒性の低減
は、汚水処理における研究ホットスポットの１つになる。
【０００３】
従来の活性汚泥プロセスは、次第に厳格化する汚水排出基準を満たすことが困難であり、
バイオフィルム法の脱窒フィルタープロセスは、その簡単な操作、小さな設置面積、低コ
スト、および深い脱窒により、益々広く適用されている。炭素源を追加する方法と比較し
てコストが低いため、硫黄の独立栄養-従属栄養脱窒およびその他の方法が脱窒フィルタ
ープロセスに徐々に適用されているが、従来の従属栄養脱窒と比較すると、その脱窒速度
が低く、動作環境の温度が比較的に低いとき、脱窒フィルターでの脱窒プロセスが阻害さ
れ、脱窒効率が大幅に低下し、脱窒率を効果的に高める方法は、その応用で直面する主な
問題の１つである。一般的に言えば、脱窒フィルターの脱窒率を上げる方法は、主に担体
を改善し、硝化装置の設計を改善し、バイオエンリッチャーを追加し、動作温度を上げる
などであり、たとえば、中国の発明特許「マルチポイント強化脱窒および脱窒生物フィル
ター」 「プール」（公開番号ＣＮ２０８２００５０６Ｕ）は、給水と炭素源の投与ポン
プを複数配置して水を分配し、投与することにより、単位時間あたりの水頭損失を減らし
、脱窒フィルターの効率を改善するという目的を達成できるが、設備コストが高くなり、
操作が難しくなり、中国の発明特許「河川水中の強化された脱窒のための生態学的マトリ
ックス粒子の調製方法と応用」（公開番号ＣＮ１０６３６５３０５Ｂ）は、高透過性多孔
質材料、無機バインダー、トウモロコシの穂軸などの徐放性炭素源で構成されています生
態学的マトリックス粒子は、生態学的フィルターと人工湿地で炭素源をゆっくり放出する
ために使用され、それによって窒素除去の目的を達成できるが、このような粒子の基質強
度は一般に大きく、その効果は徐放性炭素源の放出とともに徐々に変化し、効果を維持す
るために、フィラーを間欠的に補充する必要がある。近年、いくつかのキノンは、電子キ
ャリアとして作用することにより微生物間の電子移動の効率を改善し、それにより、硝酸
塩および亜硝酸塩を除去する微生物の速度を効果的に高め、従来の従属栄養脱窒フィルタ
ーに適用できることを示しているが、新しいタイプの硫黄独立栄養-従属栄養脱窒フィル
ターは、生化学的尾水処理の強化された脱窒のための新しいアイデアを提供する。
【０００４】
リンの高度除去という観点から見ると、技術の進歩に伴い、アルミニウム化合物は全リン
除去で比較的良好な性能を示しているが、フィルターにアルミニウムと鉄の化合物を追加
する従来の方法は、フィルターの操作とコストに影響を与え、総リンを除去するための固
体搭載アルミナイドフィルターメディアの使用は、潜在的に実現可能な方法になり、さら
に、二酸化チタンまたは限られたスペースのマイクロ／ナノ触媒酸化の使用は、内分泌か
く乱物質などのテール水に残っている微量の新しい汚染物質を効果的に分解でき、パーソ
ナルケア製品などの最終的な排水の毒性を低減し、処理後の廃水の再利用の安全性を確保
する。したがって、生化学的廃水と新しい汚染物質の全リンに対する脱窒フィルターの浄
化効果を同時に改善する機能フィルター層を設定することで、脱窒フィルターの高度な処
理のための潜在的に効果的な技術的手段と重要な開発方向となり、全リンと新しい汚染物
質の同時除去は、既存の特許文献にはほとんど記載していない。
【０００５】
同時に、バイオフィルムの老化プロセス中に形成された「スラッジ」は、脱窒フィルター
システムの動作にも一定の悪影響を及ぼし、リアクターによる汚染物質の高度除去には不
利であり、バイオフィルターを定期的に逆洗し、システムのバイオフィルムの活性を回復
することは、バイオフィルムリアクターと省エネ運転の高度浄化効率を改善するための重
要な手段でもある。
【発明の概要】
【０００６】
本発明は、脱窒フィルター汚水を高度に浄化するとき全窒素、全リン除去プロセスでは、
薬物または炭素源の添加による動作負担と低温条件による低い脱窒効率の問題を解決し、
汚水処理中の毒性低減を考慮し、汚水を高度に浄化と安全再利用に新しい装置（バイオフ
ィルムリアクター、バイオフィルム反応機）およびその装置の動作方法を提供する。
【０００７】
本発明の技術的解決策は、以下の通りである。汚水を高度に浄化するためのバイオフィル
ムリアクターは、
直方体構造を有し、下から上へ順次進水領域、逆洗部材、玉石層、セラミックサイト層、
およびアルミナと二酸化チタンからなる機能性フィルタ層、またはポリヒドロキシコンプ
レックス修飾モンモリロナイト層からなる機能性フィルタ層を含み、頂部の外側にオーバ
ーフロー堰が設けられるバイオフィルムリアクターと、
進水ポンプを備えた進水管を介して前記進水領域に接続され、内部にスターラーが設けら
れ、汚水を貯蔵するための注入口プールと、
計量ポンプを備えた試薬添加管を介して注入口プールに接続され、貯蔵キノンレドックス
メディエーターを貯蔵するための第１の試薬貯蔵ボックス、硫黄源を貯蔵するための第２
の試薬貯蔵ボックス、および炭素源を貯蔵するための第３の試薬貯蔵ボックスと、
水排出管を介して前記オーバーフロー堰に接続され、逆洗水ポンプを備えた逆洗管を介し
て前記逆洗部材にも接続され、その上部にバルブ付きの水排出口が設けられ、浄化水を貯
蔵するための出口プールと、
進水ポンプ、スターラー、計量ポンプ、逆洗水ポンプと電気的に接続され、装置全体の動
作を制御するためのＰＬＣコントローラーと、を含む。
【０００８】
さらに、逆洗部材は、フィルターレンガおよびフィルターレンガの下に位置する棚板を含
み、棚板とバイオフィルムリアクターの底部は逆洗水ポンプが接続された逆洗水分配領域
であり、逆洗水分配領域に位置する逆洗ガスパイプが設けられ、逆洗ガスパイプが逆洗水
ポンプ付きの逆洗管を介して出口プールに接続され、
フィルターレンガの両側に、隣接するフィルターレンガに接続され隣接するフィルターレ
ンガを等しい幅のスリットで分離する接続筒と接続柱が設けられ、フィルターレンガ内部
の４つのコーナーで傾斜した斜め仕切り板が設けられ、４つの斜め仕切り板上に複数の水
・ガス分配管が設けられ、４つの斜め仕切り板は、フィルターレンガ内部を中心にある六
角柱空洞、および４つのコーナーにある空洞に分割し、上層の２つの空洞の頂部にフィル
ターレンガを垂直に貫通する第１の逆洗穴が設けられ、下層の２つの空洞の側面にフィル
ターレンガを水平に貫通する第２の逆洗穴が設けられ、
六角柱空洞の内部に、六角柱空洞を上方のガス分配空洞と下方の水分配空洞に分割するた
めの仕切り板が水平に配置され、水分配空洞の底部に進水のための切りかけが設けられ、
棚板が水分配空洞の下に位置し切りかけと連通する進水溝が開設され、逆洗水を水分配空
洞に導入し順次下層の斜め仕切り板の水・ガス分配管を通過して下層の２つの空洞に進入
させ二次水分配し、最終的に両側の第１の逆洗穴から隣接する２つのフィルターレンガ間
のスリットに流れ、スリットを通って上向きに逆洗を行い、逆洗ガスパイプ上に複数のガ
スクロスノズルが設けられ、ガスクロスノズルが上向きに順次棚板と仕切り板上の予設穴
を通過してガス分配空洞に延伸し、逆洗気流をガス分配空洞に導入し順次上層斜め仕切り
板の水・ガス分配管を通過して上層２つの空洞に到達し、二次ガス分配し、最終的にフィ
ルターレンガ頂部の第２の逆洗穴から吐出され、フィルター層をガス逆洗する。逆洗時の
ガス・水の分配は個別または同時に行われる。本発明のフィルターレンガの内部はコンク
リートを流し込んで作られ、斜め仕切り板と仕切り板内部に衝撃力を抵抗するための補強
リブが設けられる。
【０００９】
さらに、機能性フィルタ層の作製方法は、以下のステップを含む。
前記機能性フィルタ層の作製方法は、以下のステップを含む。
ステップ１：アルミニウムイオンで、濃度１０〜１２ｇ／Ｌの硫酸アルミニウム溶液を調
製し、水酸化ナトリウムを加えて溶液のｐＨを約７．０に調整し、５〜１０分間攪拌し、
反応により水酸化アルミニウム沈殿を生成した後、１〜２ｇ／Ｌの二酸化チタン粉末を溶
液に加えて均一に攪拌し、そして密閉容器に入れ１００〜１１０℃に加熱し、２４〜３６
ｈ振とうして、粒子径２０〜３０μｍの硫酸アルミニウム−二酸化チタン混合液を形成す
る。
ステップ２：前記硫酸アルミニウム−二酸化チタン混合液に重量％５〜１０％のフライア
ッシュを焼結して得られた多孔質セラミックサイトを加え、洗浄した後調製された溶液に
２０〜３０分間浸漬し、取り出した後、分子力を使用してミクロンレベルの硫酸アルミニ
ウムとナノレベルの二酸化チタンをセラミックサイトの細孔構造に付着させ、自然に乾燥
させる。
【００１０】
本発明は、さらに、ポリヒドロキシコンプレックス修飾モンモリロナイト層からなる機能
性フィルタ層を提供し、ポリヒドロキシコンプレックス修飾モンモリロナイト層中のモン
モリロナイトは重量％で、６５．５％ＳｉＯ２、１４．３％Ａｌ２Ｏ３、１．７８％Ｆｅ
２Ｏ３、１．０８％ＣａＯ、１．４２％ＭｇＯ、０．２％Ｋ２Ｏ、０．１９％ＴｉＯ２か
らなる。
ポリヒドロキシコンプレックス修飾モンモリロナイトの作製方法は、以下のステップを含
む。
ステップ１：固液比１：１００のモンモリロナイト懸濁液を２４ｈ膨潤させ、２２ｋＨｚ
超音波下で５ｍｉｎ分散させる。
ステップ２：０．１ＭＦｅＣｌ３溶液に０．１ＭＮａＯＨ溶液を加え、[ＯＨ]／[Ｆｅ]=
２．０にし、鉄ポリヒドロキシ錯体を形成し、修飾溶液を調製する。
ステップ３：鉄と粘土の比率が１．０ｍｍｏｌ／ｇになるように、修飾溶液を粘土懸濁液
に滴下し、混合した懸濁溶液を室温で２４ｈ保持し、粘土を遠心分離し、蒸留水で塩素が
含まないまで洗浄し、室温で乾燥させ、５００℃で２ｈ焼成する。
【００１１】
本発明は、さらに、上記バイオフィルムリアクターを使用して汚水を高度に浄化するため
の動作方法を提供し、それは以下のステップを含む。
Ｓ１：処理する生物化学的廃水を検出し、その炭素−窒素比を測定し、進水状況に応じて
進水全窒素負荷を算出して、算出結果に従って、従属栄養脱窒モードまたは硫黄の独立栄
養‐従属栄養脱窒モードを選択して処理し、選択された処理方式に応じて、バイオフィル
ター（１）への後継の処理および薬物添加を実施する。
Ｓ２：従属栄養脱窒モードを選択して廃水を処理する場合、フィルターが正常に開始され
た後、動作環境温度に応じて水に連続的または間欠的に５０〜１２０ｎＭキノンレドック
スメディエーターを加え、
硫黄の独立栄養‐従属栄養脱窒モードを選択して廃水を処理する場合、廃水中の炭素−窒
素比に応じて一定量の硫黄源を追加し、バイオフィルムを培養しフィルターを正常に開示
した後、動作環境温度に応じて水に連続的または間欠的に７０〜１５０ｎＭキノンレドッ
クスメディエーターを加え、脱窒を強化する目的を達成する。
【００１２】
さらに、前記生物化学的廃水は、都市汚水処理場の生物化学的廃水、産業廃水の生物化学
的廃水の１つであり、全窒素濃度が３０ｍｇ／Ｌ以下である。
【００１３】
さらに、前記従属栄養脱窒モードが、ＣＯＤ／ＴＮ≧３、進水により設計された進水全窒
素負荷が０．２５〜０．６０ｋｇ・ＴＮ／(ｍ３・ｄ)である条件下で選択され、
前記硫黄の独立栄養‐従属栄養脱窒モードが、ＣＯＤ／ＴＮ<３、進水により設計された
進水全窒素負荷が０．０５〜０．３５ｋｇ・ＴＮ／(ｍ３・ｄ)である条件下で選択される
。
さらに、前記従属栄養脱窒モードでは、温度が１５〜２５℃である場合、キノンレドック
スメディエーターを一日おきに加え、添加濃度が８０〜１２０ｎＭであり、温度が１０〜
１５℃である場合、連続的に投与し、投与濃度が５０〜１００ｎＭであり、前記キノンレ
ドックスメディエーターは、アントラキノン−２−スルホン酸ナトリウム、１,２−ナフ
トキノン−４−スルホン酸ナトリウム、アントラキノン−２,６−ジスルホン酸二ナトリ
ウム中のいずれか１つである。
【００１４】
さらに、硫黄の独立栄養‐従属栄養脱窒モードにおいて、従属栄養脱窒モードでは、前記
硫黄源は元素硫黄、硫化ナトリウムまたはチオ硫酸ナトリウム中のいずれか１つである。
従属栄養脱窒と独立栄養脱窒によりそれぞれ全窒素を除去するための量の比が１:１〜１:
２であり、硫黄源の投与量と硫黄の独立栄養脱窒により除去される全窒素の量の比は、３
〜５ｋｇ元素硫黄／ｋｇ・ＴＮ、５〜６ｋｇ硫化ナトリウム／ｋｇ・ＴＮ、８〜１０ｋｇ
チオ硫酸ナトリウム／ｋｇ・ＴＮの比で投与する。
【００１５】
本発明の有益な効果は以下の通りである。
（１）本発明は、炭素源の追加によって引き起こされる高コストの欠陥を補うために硫黄
独立栄養-従属栄養脱窒を使用し、基本的に流入する有機物濃度の条件を変更しない微量
キノンレドックスメディエーターの追加を使用し、限られた炭素源濃度の条件下で、脱窒
フィルターの脱窒能力を改善して、脱窒を強化する目的を達成し、総窒素を増やし、除去
率を高め、炭素源を追加する方法と比較して、コストを効果的に節約できる。
（２）本発明は、フィルター材料層またはポリヒドロキシ複合体修飾モンモリロナイト層
からなる機能性フィルター材料層としてアルミナおよび二酸化炭素セラムサイトを使用し
、これにより、薬剤投与システムが大幅に簡素化され、全リンの除去効果が向上し、効果
的に水の毒性を減らす。
（３）本発明は、バイオフィルムリアクターの汚水処理プロセスにおける全窒素、全リン
、および生物学的毒性の除去を大幅に改善でき、高度浄化効果が大きく、処理後の汚水の
再利用の安全性が向上する。
（４）本発明の逆洗部材により、水の分配の均一性は９０％以上に達し、逆洗のエネルギ
ー消費は３０％〜４０％削減される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の装置の全体構造概略図である。
【図２】本発明のフィルターレンガの断面概略図である。
【図３】本発明のフィルターレンガの上面図である。
【図４】本発明のフィルターレンガの右側面図である。
【図５】本発明の仕切り板の平面概略図である。
【図６】本発明の逆洗部材の組立概略図である。
【図７】本発明の強化常温条件下で従属栄養脱窒フィルターにより高度に二次排水を浄化する動作効果図である。
【図８】本発明の強化低温条件下で硫黄の独立栄養‐従属栄養脱窒フィルターにより高度に産業廃水の二次生物化学的廃水を浄化する動作効果図である。
【図９】本発明の強化低温条件下で従属栄養脱窒フィルターにより高度に都市廃水を浄化する二次生物化学的廃水脱窒の動作効果図である。
【図１０】本発明の強化常温条件下で硫黄の独立栄養‐従属栄養脱窒フィルターにより高度に都市汚水処理場の二次生物化学的廃水を浄化するの動作効果図。
【００１７】
［符号の説明］
１        バイオフィルムリアクター
２        逆洗部材
２１      フィルターレンガ
２２      棚板
２３      逆洗水ポンプ
２４      逆洗水分配領域
２５      逆洗气ポンプ
２６      逆洗ガスパイプ
２７      接続筒
２８      接続柱
２９      斜め仕切り板
２１０    水・ガス分配管
２１１    六角柱空洞
２１２    空洞
２１３    第１の逆洗穴
２１４    第２の逆洗穴
２１５    仕切り板
２１６    ガス分配空洞
２１７    水分配空洞
２１８    切りかけ
２１９    進水溝
２２０    ガスクロスノズル
２２１    予設穴
３        進水領域
４        玉石層
５        セラミックサイト層
６        機能性フィルタ層
７        オーバーフロー堰
８        注入口プール
９        進水ポンプ
１０      進水管
１１      スターラー
１２      第１の試薬貯蔵ボックス
１３      第２の試薬貯蔵ボックス
１４      計量ポンプ
１５      試薬添加管
１６      出口プール
１６１    水排出口
１７      逆洗管
１８      ＰＬＣコントローラー
１９      水排出管
２０      第３の試薬貯蔵ボックス
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の内容をさらに理解するために、以下実施例を参照して本発明を詳細に説明する。
実施例１
図１に示すように、汚水を高度に浄化するためのバイオフィルムリアクターは、直方体構
造を有するバイオフィルムリアクター１であり、バイオフィルムリアクター１は下から上
へ順次逆洗部材２、進水領域３、玉石層４、セラミックサイト層５およびアルミナと二酸
化チタンからなる機能性フィルタ層６を含み、バイオフィルムリアクター１の頂部の外側
にオーバーフロー堰７が設けられ、水流が大きすぎると、進水領域３を逆洗部材２の下方
に設置し、それによって逆洗部材２により進水を均一に分配し、玉石層４への衝撃を低減
する。
図１、図２、図３、図４、図５、図６に示すように、逆洗部材２は、フィルターレンガ２
１およびフィルターレンガ２１の下方に位置する棚板２２を含み、棚板２２とバイオフィ
ルムリアクター１の底部は、逆洗水ポンプ２３が接続された逆洗水分配領域２４であり、
逆洗水分配領域２４に位置する逆洗ガスパイプ２６が設けられ、逆洗ガスパイプ２６は逆
洗水ポンプ２３を備えた逆洗管１７を介して出口プール１６に接続され、
フィルターレンガ２１の両側に隣接するフィルターレンガ２１に接続され隣接するフィル
ターレンガ２１を等しい幅のスリットに分割する接続筒２７と接続柱２８が設けられ、フ
ィルターレンガ２１の内部の４つのコーナーに、それぞれ傾斜した斜め仕切り板２９が設
けられ、４つの斜め仕切り板２９上に複数の水・ガス分配管２１０が設けられ、４つの斜
め仕切り板２９は、フィルターレンガ２１の内部を中心位置の六角柱空洞２１１、および
４つのコーナーの空洞２１２に分割し、上層の２つの空洞２１２の頂部にフィルターレン
ガ２１を垂直に貫通する第２の逆洗穴２１４が設けられ、下層の２つの空洞２１２の側面
にフィルターレンガ２１を水平に貫通する第１の逆洗穴２１３が設けられ、
六角柱空洞２１１の内部に、六角柱空洞２１１を上方のガス分配空洞２１６と下方の水分
配空洞２１７に分割するための仕切り板２１５が水平に配置され、水分配空洞２１７の底
部に進水のための切りかけ２１８が設けられ、棚板２２が水分配空洞２１７の下方に位置
し切りかけ２１８と連通する進水溝２１９が開設され、逆洗水を水分配空洞２１７に導入
し順次下層斜め仕切り板２９の水・ガス分配管２１０を通過して下層２つの空洞２１２に
到達し、二次水分配し、最終的に両側の第１の逆洗穴２１３から隣接する２つのフィルタ
ーレンガ２１間のスリットに流れ、スリットにより上向きに水流逆洗し、逆洗ガスパイプ
２６上に複数のガスクロスノズル２２０が設けられ、ガスクロスノズル２２０が上向きに
順次棚板２２と仕切り板２１５上の予設穴２２１を通過してガス分配空洞２１６に延伸し
、逆洗気流をガス分配空洞２１６に導入し順次上層斜め仕切り板２９の水・ガス分配管２
１０を通過して上層２つの空洞２１２に到達し、二次ガス分配し、最終的にフィルターレ
ンガ２１の頂部の第２の逆洗穴２１４から吐出され、フィルター層をガス逆洗する。逆洗
時のガス・水の分配は単独または同時に行われる。本発明のフィルターレンガ２１の内部
はコンクリートを流し込んで作られ、斜め仕切り板２９と仕切り板２１５内部に衝撃力を
抵抗するための補強リブが設けられる。
図１に示すように、汚水を貯蔵するための注入口プール８は、進水ポンプ９を備えた進水
管１０を介して進水領域３に接続され、注入口プール８内に、スターラー１１が設けられ
、キノンレドックスメディエーターを貯蔵するための第１の試薬貯蔵ボックス１２、硫黄
源を貯蔵するための第２の試薬貯蔵ボックス１３は、第１の試薬貯蔵ボックス１２、第２
の試薬貯蔵ボックス１３、第３の試薬貯蔵器２０はそれぞれ計量ポンプ１４を備えた試薬
添加管１５を介して注入口プール８に接続され、浄化水を貯蔵するための出口プール１６
は、水排出管１９を介してオーバーフロー堰７に接続され、出口プール１６は逆洗水ポン
プ２３を備えた逆洗管１７を介して逆洗部材２にも接続され、出口プールの上部にバルブ
付きの水排出口１６１が設けられ、処理された廃水を即時に排出し、出口プール１６内に
十分な逆洗用水を確保し、装置全体の動作を制御するためのＰＬＣコントローラー１８は
、それぞれ進水ポンプ９、スターラー１１、計量ポンプ１４、逆洗水ポンプ２３と電気的
に接続される。
本装置の動作方法は以下の通りである。まず廃水を検出し、検出対象にはＣＯＤ濃度、Ｔ
Ｎ濃度、硝酸態窒素濃度、アンモニア態窒素濃度、亜硝酸態窒素濃度、全リン、ｐＨ、環
境温度が含まれる。ＣＯＤ／ＴＮから硝化モードを選択し、ＣＯＤ／ＴＮ≧３、進水によ
り設計された進水全窒素負荷が０．２５〜０．６０ｋｇ・ＴＮ／(ｍ３・ｄ)の場合、従属
栄養脱窒モードを選択し、ＣＯＤ／ＴＮ<３、進水により設計された進水全窒素負荷が０
．０５〜０．３５ｋｇ・ＴＮ／(ｍ３・ｄ)の場合、硫黄の独立栄養‐従属栄養脱窒モード
を選択する。
貯水のために廃水を注入口プール８に導入し、従属栄養脱窒モードを選択すると、第１の
試薬貯蔵ボックス１２の計量ポンプ１４を開き、必要に応じてキノンレドックスメディエ
ーターを連続的または間欠的に注入口プール８に投与し、スターラー１１により均一に攪
拌・混合し、進水ポンプ９を介して注入口プール８内の廃水を進水管１０から進水領域３
のＡエリア２２１に輸送し、廃水が連通管２２３を介して上向きにＢエリア２２２までオ
ーバーフローし、順次玉石層４、セラミックサイト層５、機能性フィルタ層６を通過して
層ごと浄化・濾過され、浄化水がオーバーフロー堰７に流入した後水排出管１９から出口
プール１６に流入し、リアクターの全窒素量が排水要求を満たさなくなると、必要に応じ
て第３の試薬貯蔵ボックス２０を開き炭素源を投与する。
硫黄の独立栄養‐従属栄養脱窒モードを選択すると、まず第２の試薬貯蔵ボックス１３の
計量ポンプ１４を開き、廃水中の炭素−窒素比に応じて一定量の硫黄源を加え、バイオフ
ィルムを培養した後、進水ポンプ９を開きバイオフィルムリアクター１に注水し始め、動
作環境温度に応じて第１の試薬貯蔵ボックス１２の計量ポンプ１４を選択的に開き、進水
中に連続的または間欠的にキノンレドックスメディエーターを加え、脱窒を強化する目的
を達成する。
一定の時間が経過してバイオフィルムリアクター１を逆洗する必要がある場合、進水ポン
プ９を閉じ進水を停止する同時に、逆洗水ポンプ１７を開き出口プール１６内の貯蔵浄化
水をＢエリア２２２に送り、同時に逆洗气ポンプ２５を開き、浄化水と逆洗ガスをフィル
ターレンガ２１の水流通道２１１を循環し、流量制御隙間２１２から外側に分散し、隣接
する２つのフィルターレンガ２１間の隙間から、上向きに水・ガスを均一に分配し逆洗を
行い、同時に浄化水が水流通道２１１中を流れる期間、フィルターレンガ２１の頂部に開
設された逆洗穴２１４を介して上層ろ材を均一に逆洗する。フィルターレンガ２１は接続
穴２１６を介して棚板２２の連通管２２３に固定的に接続され、フィルターレンガ２１の
変位を防止することができる。異なるエリアで進水と逆洗を行うことでフィルターレンガ
詰まりを効果的に防止し、逆洗効率を高め、逆洗エネルギー消費を低減することができる
。
【００１９】
実施例２
本実施例は、脱窒フィルターが従属栄養脱窒方式を採用して高度に二次生物化学的廃水を
浄化する場合、キノンレドックスメディエーターを加えて脱窒を強化する方法に関する。
処理する二次生物化学的廃水を検出した結果、そのＣＯＤ濃度が５０〜６５ｍｇ／Ｌであ
り、ＴＮ濃度が１６〜１９ｍｇ／Ｌであり、硝酸態窒素濃度が１４〜１７ｍｇ／Ｌであり
、アンモニア態窒素濃度が０．４〜０．６ｍｇ／Ｌであり、亜硝酸態窒素濃度が０．２〜
０．８ｍｇ／Ｌであり、全リンが０．５０〜０．５８ｍｇ／Ｌであり、ｐＨが７．４〜７
．６であり、環境温度が１８℃である。検出結果から分かるように、そのＣＯＤ／ＴＮが
３を超え、油圧保持時間が１．０ｈであり、進水全窒素負荷が０．５ｋｇ・ＴＮ／(ｍ３
・ｄ)であり、従属栄養脱窒フィルター処理を選択し、温度が常温であるため、間欠投与
方式を採用し、上向きの方式で脱窒フィルターを動作させる。
比較組と試験組の２組の硝化装置を設置しそれぞれ廃水を処理し、比較組では実施例１中
の機能性フィルタ層６のない装置で動作する。試験組では実施例１中の機能性フィルタ層
６を備えた硝化装置で動作する。
機能性フィルタ層６の作製方法は以下の通りである。１０ｇ／Ｌ（アルミニウムイオンで
）の硫酸アルミニウム溶液（Ａｌ２(ＳＯ４)３・１８Ｈ２Ｏ）を調製し、水酸化ナトリウ
ムを加えて溶液ｐＨを約７．０に調整し、６分間攪拌した後１．８ｇ／Ｌの二酸化チタン
（ＴｉＯ２）粉末を溶液に加え、溶液を密閉容器で１００℃に加熱し、２４時間振とうし
た後、５ｗｔ％フライアッシュと混合した多孔質セラミックサイトを選択し、洗浄して調
製された溶液に３０分間浸漬し、その後取り出して自然乾燥させ、機能性フィルタ層を得
る。
硝化装置の動作期間、全窒素の出入る水の水質については、図７に示すように、７０日動
作後、硝化装置の排水が比較的に安定し、脱窒フィルター排水を検出した結果、その排水
ＴＮ濃度が８〜１１ｍｇ／Ｌであり、全窒素除去率が比較的低く、この時、試験組では進
水中、１日おき１２０ｍＭの１,２−ナフトキノン−４−スルホン酸ナトリウムを加え、
その排水ＴＯＣとＴＮ濃度を検出し、その後の３５日の動作中、レドックスメディエータ
ーを加えた後、排水中のＴＯＣ濃度がほとんど変化せず、排水全窒素濃度が３．５〜８．
５ｍｇ／Ｌであり、比較組と比較すると、平均全窒素除去率が３．７５ｍｇ／Ｌ向上し、
全窒素除去率が２４．６％向上し、脱窒を強化する目的を達成した、同時に排水全リンが
０．２０〜０．２８ｍｇ／Ｌであり、発光細菌を使用した生物学的毒性試験から分かるよ
うに、試験組の排水の相対抑制率は、比較組よりも２６％〜３２％低減した。単位質量当
たりの全窒素を除去するのに必要な酢酸ナトリウムの質量を６ｇ酢酸ナトリウム／ｇＴＮ
とすると、酢酸ナトリウム２２．５ｍｇ／Ｌを添加する必要があり、酢酸ナトリウムの価
格を２５００元／トンとし、１,２−ナフトキノン−４−スルホン酸ナトリウムを２２０
０元／ｋｇ(９５％純度)として計算すると、コストを０．０２２元／ｍ３節約し、炭素源
投与コストを３８．７％節約することができる。逆洗部材の水の分配の均一性が９３％に
達し、逆洗エネルギー消費が３４％削減された。
【００２０】
実施例３
本実施例は、脱窒フィルターは硫黄の独立栄養‐従属栄養脱窒方式を採用して低温下で高
度に産業廃水（紡績廃水）の二次生物化学的廃水を浄化するとき、キノンレドックスメデ
ィエーターを加えて脱窒を強化する方法に関する。
処理する二次生物化学的廃水を検出した結果、そのＣＯＤ濃度が３０〜３５ｍｇ／Ｌであ
り、ＴＮ濃度が１５〜１８ｍｇ／Ｌであり、硝酸態窒素濃度が１３〜１５ｍｇ／Ｌであり
、アンモニア態窒素濃度が０．１〜０．３ｍｇ／Ｌであり、亜硝酸態窒素濃度が０．１〜
０．４ｍｇ／Ｌであり、全リンが０．１５〜０．２６ｍｇ／Ｌであり、ｐＨが７．５〜７
．８であり、環境温度が１０℃である。そのＣＯＤ／ＴＮが３未満であるため、油圧保持
時間が２．０ｈであり、進水全窒素負荷が０．１５ｋｇ・ＴＮ／(ｍ３・ｄ)であるため、
硫黄の独立栄養‐従属栄養脱窒フィルター処理を使用し、温度が低温条件であるため、連
続的投与方式を使用し、上向き方式で脱窒フィルターを動作させ、油圧保持時間を２．０
ｈとし、硫化ナトリウムを硫黄源として選択し、従属栄養脱窒と独立栄養逆消化１:１の
比で添加するので、添加される硫化ナトリウム濃度が４０ｍｇ／Ｌである。
比較組と試験組の２組の硝化装置を設置しそれぞれ廃水を処理し、比較組では実施例１中
の機能性フィルタ層６のない装置で動作する。試験組では実施例１中の機能性フィルタ層
６を備えた硝化装置で動作する。
機能性フィルタ層６の作製方法は以下の通りである。重量％で、６５．５％ＳｉＯ２、１
４．３％Ａｌ２Ｏ３、１．７８％Ｆｅ２Ｏ３、１．０８％ＣａＯ、１．４２％ＭｇＯ、０
．２％Ｋ２Ｏ、０．１９％ＴｉＯ２でモンモリロナイトを構成し、その固液比１：１００
のモンモリロナイト懸濁液を２４ｈ膨潤させ、２２ｋＨｚ超音波下で５ｍｉｎ分散させる
。０．１ＭＦｅＣｌ３溶液に０．１ＭＮａＯＨ溶液を加え、[ＯＨ]／[Ｆｅ]=２．０にし
、鉄ポリヒドロキシ錯体を使用して修飾溶液を調製した。修飾溶液を、鉄と粘土の比率が
１．０ｍｍｏｌ／ｇになるように粘土懸濁液に滴下し、混合した懸濁溶液を室温で２４ｈ
保持した。粘土を遠心分離し、蒸留水で塩素が含まないまで洗浄し、室温で乾燥させ、５
００℃で２ｈ焼成した後機能性層ろ材を得る。
リアクターの動作結果は、図８に示すように、７０日動作させると、リアクターの排水が
比較的に安定し、脱窒フィルターの排水を検出した結果、その排水ＴＮ濃度が９〜１２ｍ
ｇ／Ｌであり、全窒素除去率が低く、このとき試験組では進水中、７０ｍＭのアントラキ
ノン−２,６−ジスルホン酸二ナトリウムを連続的に投与し、その排水ＴＯＣとＴＮ濃度
を検出し、その後の３５日の動作中、レドックスメディエーターを添加し、排水ＴＯＣ濃
度がほとんど変化せず、排水全窒素濃度が５．８〜９．６ｍｇ／Ｌであり、比較組と比較
すると、平均全窒素除去率が３．１０ｍｇ／Ｌ向上し、全窒素除去率が１８．２％向上し
、脱窒を強化する目的を達成し、同時に排水全リンが０．０８〜０．１４ｍｇ／Ｌであり
、発光細菌を使用した生物学的毒性試験から分かるように、試験組の排水の相対抑制率が
比較組よりも４８％〜５２％低減した。単位質量当たりの全窒素を除去するのに必要な酢
酸ナトリウムの質量を６ｇ酢酸ナトリウム／ｇＴＮとすると、酢酸ナトリウム１８．６ｍ
ｇ／Ｌを添加する必要があり、酢酸ナトリウムの価格を２５００元／トンとし、アントラ
キノン−２,６−ジスルホン酸二ナトリウムを１２００元／ｋｇ(９０％純度)として計算
すると、コスト０．０２０元／ｍ３節約でき、炭素源投与コストを４２．３％節約ことが
できる。逆洗部材の水の分配の均一性が９４．５％に達し、逆洗エネルギー消費が３５％
削減された。
【００２１】
実施例４
本実施例は、脱窒フィルターは従属栄養脱窒方式を使用して低温下で高度に都市廃水の二
次生物化学的廃水を浄化する場合、キノンレドックスメディエーターを加えて脱窒を強化
する方法に関する。
処理する都市廃水を検出した結果、そのＣＯＤ濃度が４０〜６０ｍｇ／Ｌであり、ＴＮ濃
度が１４〜１６ｍｇ／Ｌであり、硝酸態窒素濃度が１３〜１５ｍｇ／Ｌであり、アンモニ
ア態窒素濃度が０．４〜０．６ｍｇ／Ｌであり、亜硝酸態窒素濃度が０．２〜０．５ｍｇ
／Ｌであり、全リンが０．５６〜０．６４ｍｇ／Ｌであり、ｐＨが７．０〜７．２であり
、環境温度が１２℃である。そのＣＯＤ／ＴＮが大体３を超えるため、油圧保持時間が１
．５ｈであり、進水全窒素負荷が０．４ｋｇ・ＴＮ／(ｍ３・ｄ)であるため、従属栄養脱
窒フィルター処理を使用し、温度が低温条件であるので、連続的投与の方式を使用し、重
力流方式で脱窒フィルターを動作させる。
比較組と試験組の２組硝化装置を設置しそれぞれ廃水を処理し、比較組では実施例１中の
機能性フィルタ層６のない装置で動作する。試験組では実施例１中の機能性フィルタ層６
を備えた硝化装置で動作する。
機能性フィルタ層６の作製方法は以下の通りである。１０ｇ／Ｌ（アルミニウムイオンで
）の硫酸アルミニウム溶液（Ａｌ２(ＳＯ４)３・１８Ｈ２Ｏ）を調製し、水酸化ナトリウ
ムを加えて溶液ｐＨを約７．０に調整し、６分間攪拌した後１．０ｇ／Ｌの二酸化チタン
（ＴｉＯ２）粉末を溶液に加え、溶液を密閉容器で１０５℃に加熱し、４８時間振とうし
た後、１０ｗｔ％フライアッシュと混合した多孔質セラミックサイトを選択し、洗浄し、
調製された溶液に３０分間浸漬した後取り出し、自然乾燥させ、機能性フィルタ層を得る
。
リアクター動作結果は図９に示すように、７０日動作すると、排水が比較的安定し、脱窒
フィルター排水を検出した結果、その排水ＴＮ濃度が９〜１１ｍｇ／Ｌであり、全窒素除
去率が低く、このとき試験組では進水中、８０ｍＭのアントラキノン−２−スルホン酸ナ
トリウムを連続的に投与し、その排水ＴＮ濃度を検出し、その後３５日の動作中、レドッ
クスメディエーターを加えた後、排水全窒素濃度が４．５〜６．４ｍｇ／Ｌであり、比較
組と比較すると、平均全窒素除去率が４．５５ｍｇ／Ｌ向上し、全窒素除去率が４２．５
％向上し、脱窒を強化する目的を達成し、同時に排水全リンが０．２６〜０．３６ｍｇ／
Ｌに達し、発光細菌を使用した生物学的毒性試験から分かるように、試験組の排水相対抑
制率が比較組よりも１８％〜２４％削減した。単位質量当たりの全窒素を除去するのに必
要な酢酸ナトリウムの質量を６ｇ酢酸ナトリウム／ｇＴＮとすると、酢酸ナトリウム２７
．３ｍｇ／Ｌを添加必要があり、酢酸ナトリウムを２５００元／トンとし、アントラキノ
ン−２−スルホン酸ナトリウムを１６００元／ｋｇ(９２％純度)として計算すると、コス
ト０．０２８元／ｍ３節約でき、炭素源投与コストを４１．８％節約した。逆洗部材の水
の分配の均一性が９５％に達し、逆洗エネルギー消費が３８％削減された。
【００２２】
実施例５
本実施例は、脱窒フィルターは硫黄の独立栄養‐従属栄養脱窒方式を使用して常温下で高
度にある都市汚水処理場の二次生物化学的廃水を浄化する場合、キノンレドックスメディ
エーターを加えて脱窒を強化する方法に関する。
まず、ポリヒドロキシコンプレックス修飾モンモリロナイトを機能性フィルタ層６として
作製し、その作製方法は以下の通りである。
処理する地面のマイクロ汚水を検出した結果、そのＣＯＤ濃度が２０〜３０ｍｇ／Ｌで、
ＴＮ濃度が１５〜２０ｍｇ／Ｌで、硝酸態窒素濃度が１４〜１９ｍｇ／Ｌで、アンモニア
態窒素濃度が０．２〜０．３ｍｇ／Ｌで、亜硝酸態窒素濃度が０．２〜０．４ｍｇ／Ｌで
、全リンが０．２０〜０．２８ｍｇ／Ｌで、ｐＨが７．４〜７．６で、環境温度が２２℃
である。そのＣＯＤ／ＴＮが３未満であるため、硫黄の独立栄養‐従属栄養脱窒フィルタ
ー処理を使用し、温度が常温条件であるため、間欠的に投与し、重力流方式で脱窒フィル
ターを動作させ、油圧保持時間が２．５ｈであり、元素硫黄を硫黄源として選択し、従属
栄養脱窒と独立栄養逆消化１:１．５の比で添加し、添加される元素硫黄の量が８０ｍｇ
／Ｌである。
比較組と試験組の２組硝化装置を設置しそれぞれ廃水を処理し、比較組では実施例１中の
機能性フィルタ層６のない装置で動作する。試験組では実施例１中の機能性フィルタ層６
を備えた硝化装置で動作する。
機能性フィルタ層６の作製方法は以下の通りである。機能性フィルタ層６は、ポリヒドロ
キシコンプレックス修飾モンモリロナイト層からなり、ポリヒドロキシコンプレックス修
飾モンモリロナイト層中のモンモリロナイトは、重量％で、６５．５％ＳｉＯ２、１４．
３％Ａｌ２Ｏ３、１．７８％Ｆｅ２Ｏ３、１．０８％ＣａＯ、１．４２％ＭｇＯ、０．２
％Ｋ２Ｏ、０．１９％ＴｉＯ２からなる。
ポリヒドロキシコンプレックス修飾モンモリロナイトの作製方法は、以下のステップを含
む。固液比１：１００のモンモリロナイト懸濁液を２４ｈ膨潤させ、２２ｋＨｚ超音波下
で５ｍｉｎ分散させる。０．１ＭＦｅＣｌ３溶液に０．１ＭＮａＯＨ溶液を加え、[ＯＨ]
／[Ｆｅ]=２．０にし、鉄ポリヒドロキシ錯体を形成し、修飾溶液を調製する。修飾溶液
を、鉄と粘土の比率が１．０ｍｍｏｌ／ｇになるように粘土懸濁液に滴下し、混合した懸
濁溶液を室温で２４ｈ保持する。粘土を遠心分離し、蒸留水で塩素が含まないまで洗浄し
、室温で乾燥させた後、５００℃で２ｈ焼成して機能性フィルタ層を得る。
リアクターの結果は図１０に示すように、７０日動作すると、排水が比較的に安定し、脱
窒フィルター排水を検出した結果、その排水ＴＮ濃度が１０〜１３ｍｇ／Ｌであり、全窒
素除去率が低く、この時試験組では進水中、１日おき１２０ｍＭのアントラキノン−２,
６−ジスルホン酸二ナトリウムを投与し、その排水ＴＮ濃度を検出し、その後３５日の動
作中、レドックスメディエーターを添加した後、排水全窒素濃度が５．８〜７．６ｍｇ／
Ｌであり、比較組と比較すると、平均全窒素除が４．８ｍｇ／Ｌ向上し、全窒素除去率が
４１．７％向上し、脱窒を強化する目的を達成し、同時に排水全リンが０．１２〜０．１
６ｍｇ／Ｌに達し、発光細菌を使用した生物学的毒性試験から分かるように、試験組の排
水相対抑制率が比較組よりも１２％〜２０％削減した。単位質量当たりの全窒素を除去す
るのに必要な酢酸ナトリウムの質量を６ｇ酢酸ナトリウム／ｇＴＮとすると、酢酸ナトリ
ウム２８．８ｍｇ／Ｌを添加する必要があり、酢酸ナトリウムを２５００元／トンとし、
アントラキノン−２,６−ジスルホン酸二ナトリウムを１８００元／ｋｇ(９５％純度)と
して計算すると、コスト０．０３２元／ｍ３節約でき、炭素源投与コストを４４．８％節
約した。逆洗部材の水の分配の均一性が９６％に達し、逆洗エネルギー消費が４０％削減
された。
【００２３】
なお、当業者であれば、本発明の思想および具体的な実施例に基づいて、本発明の開示内
容及び常識からいくつかの変形を直接想到でき、その詳細を省略するが、他の方法、また
は従来技術の周知技術の置換、および特徴間の様々な組み合わせなどの実質的でない変更
によっても同様に本発明の機能および効果を達成することもできるが、それぞれ本発明の
保護範囲に含まれる。
【要約】      （修正有）【課題】汚水を高度に浄化するためのバイオフィルムリアクター、およびその動作方法を提供する。【解決手段】汚水を高度に浄化するためのバイオフィルムリアクター１は、直方体構造を有するバイオフィルムリアクター１であり、バイオフィルムリアクター１は下から上へ順次逆洗部材２、進水領域３、玉石層４、セラミックサイト層５およびアルミナと二酸化チタンからなる機能性フィルタ層６を含み、バイオフィルムリアクター１の頂部の外側にオーバーフロー堰７が設けられ、水流が大きすぎると、進水領域３を逆洗部材２の下方に設置し、それによって逆洗部材２により進水を均一に分配し、玉石層４への衝撃を低減する構造とする。【選択図】図１【図１】
0006811383.tif 000002
【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】
0006811383.tif 000008
【図８】
0006811383.tif 000009
【図９】
0006811383.tif 000010
【図１０】
0006811383.tif 000011