(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体中にナノバブルを発生させる第１バブル発生手段と、
前記ナノバブルが発生した後の前記液体が導入されるとともに、当該液体中に微生物を含有させる第１処理槽と、
前記第１処理槽内に設けられるとともに、前記第１処理槽内の前記液体を濾過して前処理水を作製するフィルターと、
前記前処理水中にナノバブルを発生させる第２バブル発生手段と、
前記ナノバブルが発生した後の前記前処理水を導入する第２処理槽と、
前記第２処理槽内に導入される前記前処理水と接触可能に設けられる、ポリビニルアルコールからなる担体と、を備え、
前記担体は細孔を有するとともに、前記担体上には微生物が固定化されており、
前記第１処理槽内に設けられている前記フィルターは、中空糸タイプのフィルターであり、
前記第１処理槽内に設けられている前記フィルターの内部に対して、前記第１バブル発生手段または前記第２バブル発生手段にて発生したナノバブルが吐出されていることを特徴とする水処理装置。
【請求項２】
前記細孔の孔径は、１９μｍ〜２１μｍであることを特徴とする請求項１に記載の水処理装置。
【請求項３】
前記第１処理槽内には、当該第１処理槽内に導入された前記液体に対して気体を吐出する第１散気手段と、当該第１処理槽内に導入された前記液体を攪拌して水流を発生させる第１攪拌手段とが備えられていることを特徴とする請求項１または２に記載の水処理装置。
【請求項４】
前記第２処理槽内には、当該第２処理槽内に導入された前記前処理水に対して気体を吐出する第２散気手段と、当該第２処理槽内に導入された前記前処理水を攪拌して水流を発生させるための第２攪拌手段とが備えられていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の水処理装置。
【請求項５】
前記第２散気手段および前記第２攪拌手段は共に、円筒形状のドラフト内に設けられており、
前記ドラフトの２つの開口は、それぞれ、前記第２処理槽の底面、または当該第２処理槽内に導入された前記前処理水の水面に対向するように配置されていることを特徴とする請求項４に記載の水処理装置。
【請求項６】
前記ドラフト内にて、前記第２攪拌手段は、前記第２散気手段よりも前記第２処理槽の底面側に配置されていることを特徴とする請求項５に記載の水処理装置。
【請求項７】
前記第２攪拌手段は、前記第２処理槽の底面側に向かって水流を発生させるものであることを特徴とする請求項６に記載の水処理装置。
【請求項８】
前記第２攪拌手段は、水中エアレータであることを特徴とする請求項４〜７の何れか１項に記載の水処理装置。
【請求項９】
前記第１処理槽内に導入された前記液体の酸化還元電位を測定するための第１酸化還元電位計、および前記第２処理槽内に導入された前記前処理水の酸化還元電位を測定するための第２酸化還元電位計の少なくとも一方と、
前記第１酸化還元電位計の測定結果に基づいて、前記第１散気手段によって吐出される気体量、および前記第１攪拌手段によって発生される水流量を調節すること、ならびに、前記第２酸化還元電位計の測定結果に基づいて、前記第２散気手段によって吐出される気体量、および前記第２攪拌手段によって発生される水流量を調節すること、の少なくとも一方を行うためのシーケンサーと、を備えることを特徴とする請求項３〜８の何れか１項に記載の水処理装置。
【請求項１０】
前記第２処理槽には蓋が備えられていることを特徴とする請求項１〜９の何れか１項に記載の水処理装置。
【請求項１１】
前記担体は、前記第２処理槽内を流動可能に備えられていることを特徴とする請求項１〜１０の何れか１項に記載の水処理装置。
【請求項１２】
前記担体の一部は、前記第２処理槽内を流動可能に備えられ、前記担体の残りは、前記第２処理槽内に固定化されて備えられていることを特徴とする請求項１〜１０の何れか１項に記載の水処理装置。
【請求項１３】
前記第２処理槽内に導入される前記前処理水は、前記第２処理槽の底面上に設けられた複数の吐出口を有する吐出手段によって前記第２処理槽内に吐出されることを特徴とする請求項１〜１２の何れか１項に記載の水処理装置。
【請求項１４】
前記第１バブル発生手段および前記第２バブル発生手段が、水中ポンプ型バブル発生機であることを特徴とする請求項１〜１３の何れか１項に記載の水処理装置。
【請求項１５】
前記第２処理槽内の前記前処理水が導入される急速ろ過塔、活性炭吸着塔、イオン交換
樹脂塔、またはキレート樹脂塔が備えられていることを特徴とする請求項１〜１４の何れか１項に記載の水処理装置。
【請求項１６】
前記第２処理槽の横断面の形状が、長さがａ（ｍ）である第１辺、および、長さがｂ（ｍ）である第２辺を有する四角形にて規定されるとともに、前記処理槽の縦方向の深さが、ｃ（ｍ）にて規定され、
ｃ：ａおよびｃ：ｂにて示される比が、共に１：１．０〜１．３であることを特徴とする請求項１〜１５の何れか１項に記載の水処理装置。
【請求項１７】
前記第２処理槽には、当該第２処理槽内に導入された前処理水を排出するための開口が設けられ、
前記開口は、スクリーンによって前記担体から隔離されていることを特徴とする請求項１〜１６の何れか１項に記載の水処理装置。
【請求項１８】
前記第２処理槽の内側面には、当該第２処理槽の横断面の中央に向かって突出した凸部が設けられ、
前記開口は、前記凸部よりも上側に設けられていることを特徴とする請求項１７に記載の水処理装置。
【請求項１９】
前記凸部の縦断面の形状は、三角形であることを特徴とする請求項１８に記載の水処理装置。
【請求項２０】
前記第１処理槽内には、活性炭からなる吸着手段が設けられていることを特徴とする請求項１〜１９の何れか１項に記載の水処理装置。
【請求項２１】
前記吸着手段は粒子状であって、前記第１処理槽内を流動可能に設けられていることを特徴とする請求項２０に記載の水処理装置。
【請求項２２】
液体中にナノバブルを発生させる第１バブル発生工程と、
前記ナノバブルが発生した後の前記液体を第１処理槽内に導入するとともに、当該液体に微生物を含有させる微生物処理工程と、
前記第１処理槽内に設けられたフィルターによって、前記第１処理槽内の液体を濾過して前処理水を作製する濾過工程と、
前記前処理水中にナノバブルを発生させる第２バブル発生工程と、
前記ナノバブルが発生した後の前記前処理水を第２処理槽内に導入する導入工程と、
前記第２処理槽内に導入される前記前処理水とポリビニルアルコールからなる担体とを接触させる接触工程と、を有し、
前記担体は細孔を有するとともに、前記担体上には微生物が固定化されており、
前記第１処理槽内に設けられている前記フィルターは、中空糸タイプのフィルターであり、
前記第１処理槽内に設けられている前記フィルターの内部に対して、前記第１バブル発生工程または前記第２バブル発生工程にて発生したナノバブルが吐出されていることを特徴とする水処理方法。
【請求項２３】
前記細孔の孔径は、１９μｍ〜２１μｍであることを特徴とする請求項２２に記載の水処理方法。
【請求項２４】
前記第１処理槽内に導入された前記液体に対して気体を吐出する第１気体吐出工程と、
前記第１処理槽内に導入された前記液体を攪拌する第１攪拌工程と、
前記第２処理槽内に導入された前記前処理水に対して気体を吐出する第２気体吐出工程と、
前記第２処理槽内に導入された前記前処理水を攪拌する第２攪拌工程と、を有することを特徴とする請求項２２または２３に記載の水処理方法。
【請求項２５】
前記第１気体吐出工程および前記第２気体吐出工程は、それぞれ、気体を吐出する吐出工程と気体を吐出しない不吐出工程とを交互に繰り返すことを特徴とする請求項２４に記載の水処理方法。
【請求項２６】
前記接触工程の後に、第２処理槽内の前記前処理水を、急速ろ過塔、活性炭吸着塔、イオン交換樹脂塔、またはキレート樹脂塔によって処理する工程を有することを特徴とする請求項２２〜２５の何れか１項に記載の水処理方法。
【請求項２７】
前記液体は、有機フッ素化合物含有水、有機フッ素化合物含有廃水、工場廃水、再利用水、河川水、下水、生活廃水であることを特徴とする請求項２２〜２６の何れか１項に記載の水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体から有機物等の混入物を除去することができる水処理装置および水処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、液体から有機物などの物質を除去する技術が、様々な分野で用いられている。例えば、廃液処理においては、廃水中の様々な物質を除去するために、微生物の物質分解能力を利用した技術が用いられている。
【０００３】
例えば、従来から、微生物固定化ゲル担体を用いる廃水処理装置が用いられている（例えば、特許文献１参照）。当該廃水処理装置は、浸漬膜濾過方式を採用した汚泥分離設備と、沈殿槽方式を採用した汚泥分離設備とを併用している。なお、当該廃水処理装置では、上記微生物固定化ゲル担体として、例えばポリビニルアルコール系含水ゲルが用いられている。
【０００４】
また、従来から、異なる機能を有する複数の槽を用いる廃水処理方法が用いられている（例えば、特許文献２参照）。当該廃水処理方法では、担体が流動している曝気槽、第１の活性汚泥槽、第２の活性汚泥槽、沈殿槽の順番で、廃水が様々な処理を受けている。なお、当該廃水処理方法では、上記担体として、例えばポリビニルアルコール架橋ゲル担体が用いられている。
【０００５】
また、従来から、微生物が固定化された担体が投入された廃水処理槽、および当該廃水処理槽から流出する処理水を濾過する膜モジュールを用いる廃水処理装置が用いられている（例えば、特許文献３参照）。なお、当該廃水処理装置では、上記担体としてポリビニルアルコール系含水ゲルが用いられている。
【０００６】
一方、従来から、小さな直径を有する気泡（バブル）には様々な作用があることが知られており、現在、このような気泡を様々な分野に利用する試みがなされている。
【０００７】
上記気泡は、その直径に応じて、マイクロバブル、マイクロナノバブルおよびナノバブルに分類することができる。具体的には、マイクロバブルは、その発生時において１０μｍ〜数十μｍの直径を有する気泡であり、マイクロナノバブルは、その発生時において数百ｎｍ〜１０μｍの直径を有する気泡であり、ナノバブルは、その発生時において数百ｎｍ以下の直径を有する気泡である。なお、マイクロバブルは、発生後の収縮運動によって、その一部がマイクロナノバブルに変化することがある。また、マイクロバブルの一部は水中にて収縮して、最後には消滅してしまうマイクロバブルもある。一方、ナノバブルは、長期に渡って液体中に存在することができるという性質を有している。
【０００８】
例えば、従来から、様々なナノバブルの利用方法、およびナノバブルを利用した各種装置が知られている（例えば、特許文献４参照）。より具体的には、特許文献４には、ナノバブルが、浮力の減少、表面積の増加、表面活性の増大、局所高圧場の生成、または静電分極の実現によって、界面活性作用および殺菌作用を示すことが記載されている。更に、特許文献４には、ナノバブルが有する界面活性作用および殺菌作用を用いて、各種対象を洗浄する技術および汚濁水を浄化する技術が記載されている。更に、特許文献４には、ナノバブルを用いて生体の疲労を回復する方法が記載されている。なお、特許文献４では、水を電気分解するとともに、当該水に超音波振動を加えることによって、ナノバブルを作製している。
【０００９】
また、従来から、液体を原料としてナノバブルを作製する方法が知られている（例えば、特許文献５参照）。上記作製方法は、液体中において、１）上記液体の一部を分解ガス化する工程、２）上記液体に超音波を印加する工程、または３）上記液体の一部を分解ガス化する工程および上記液体に超音波を印加する工程、からなるものである。なお、液体の一部を分解ガス化する工程として、電気分解法または光分解法を用いることができることが記載されている。
【００１０】
また、従来から、オゾンガスからなるマイクロバブル（オゾンマイクロバブル）を利用する廃液処理装置が用いられている（例えば、特許文献６参照）。上記廃液処理装置では、オゾン発生装置によって作製されたオゾンガスと廃液とを、加圧ポンプを用いて混合することによって、オゾンガスからなるマイクロバブルを作製している。そして、当該マイクロバブルが廃液中の有機物と反応することによって、廃液中の有機物が酸化分解される。なお、マイクロバブルを利用した洗浄装置も従来から用いられており、当該装置は、機械油等が付着した金属の洗浄、牡蠣の洗浄、または入浴時における人体の洗浄等に利用されている。
【特許文献１】特開２００７−１８５５９８号公報（平成１９年７月２６日公開）
【特許文献２】特開２００１−１４５８９４号公報（平成１３年５月２９日公開）
【特許文献３】特開平１１−４２４９７号公報（平成１１年２月１６日公開）
【特許文献４】特開２００４−１２１９６２号公報（平成１６年４月２２日公開）
【特許文献５】特開２００３−３３４５４８号公報（平成１５年１１月２５日公開）
【特許文献６】特開２００４−３２１９５９号公報（平成１６年１１月１８日公開）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記従来の水処理装置および水処理方法は、処理水内に含まれる混入物（例えば、有機物など）を効果的に除去することができないという問題点を有している。
【００１２】
例えば、廃水を処理することを目的とした従来の微生物を用いた水処理装置および水処理方法では、微生物が固定化された担体に対して空気を供給する場合には、例えば粒子径の大きなバブルとして空気が供給されている。その結果、微生物に対して十分量の空気を供給することができないので、上記担体表面に十分量の微生物（例えば、好気性微生物）が繁殖することができない。なお、上記担体に細孔が設けられている場合には当該問題は更に深刻である。つまり、バブルの粒子径が大きいために当該バブルが細孔の内部に入ることができず、その結果、細孔の内部に微生物が繁殖することができない。その結果、従来の水処理方法および水処理方法は、担体の表面に固定化できる微生物の量が少ないので、処理水内に含まれる混入物を効果的に除去することができないという問題点を有している。
【００１３】
また、上述したように、従来の微生物を用いた水処理装置および水処理方法では、担体上に固定化された微生物に対して十分量の空気を供給することができなかったので、当該微生物（例えば、好気性微生物）が有する物質分解能力を十分に発揮させることができない。なお、上記担体に細孔が設けられている場合には当該問題は更に深刻であることは、当業者であれば容易に理解できるであろう。その結果、従来の水処理方法および水処理方法は、担体の表面に固定化されている微生物を十分には活性化できないので、処理水内に含まれる混入物を効果的に除去することができないという問題点を有している。
【００１４】
また、上記従来の微生物を用いた水処理装置および水処理方法は、基本的に微生物の物質分解能力のみに依存したものであるので、有機物などを十分に酸化するためには、大容量の微生物槽が必要である。その結果、従来の水処理装置および水処理方法は、装置が大型化するとともに莫大なコストを必要とするという問題点を有している。
【００１５】
また、上記従来の微生物を用いた水処理装置および水処理方法では、担体が槽内で沈殿することを防止するために、様々な攪拌装置を用いている。しかしながら、例えば槽内の担体量を増加させればこれらの攪拌装置では、担体を十分に攪拌することができない。つまり、従来の水処理装置および水処理方法は、特に担体の量が多くなればなるほど、十分には担体を攪拌することができないという問題点を有している。
【００１６】
また、上述したように、従来の微生物、またはバブルを用いた水処理装置および水処理方法は、処理水中の混入物を除去する能力が十分ではない。したがって、従来の水処理装置および水処理方法は、パーフルオロオクタスルホン酸（ＰＦＯＳ）またはパーフルオロオクタン酸（ＰＦＯＡ）などの有機フッ素化合物に代表される難分解性物質を効果的に除去することができないという問題点を有している。
【００１７】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、処理水中に含まれる混入物を効果的に除去し得る水処理装置および水処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本願発明者らは、上記課題に鑑み鋭意検討した結果、以下の１）〜６）を見出し、本願発明を完成させるに至った。つまり、
１）処理水にナノバブルを含有させた後に、当該処理水を微生物によって処理する。その後、当該処理水に更にナノバブルを含有させた後、当該処理水を、ポリビニルアルコールからなる担体が充填された水槽内に導入する。ナノバブルは、ポリビニルアルコールからなる担体であって細孔を有する担体の表面上（細孔内の表面上も含む）に付着して、その結果、上記担体の表面上に固定化された微生物が活性化し、それによって、処理水中に含有される混入物（例えば、有機物など）の処理効率が向上すること、
２）ナノバブルによって発生するフリーラジカルによって、混入物の処理効率が向上すること、
３）処理水にナノバブルを含有させた後に、当該処理水を微生物によって処理する。このとき、処理条件を、好気的条件と嫌気的条件とに繰り返して変化させる。次いで、当該処理水をポリビニルアルコールからなる担体であって細孔を有する担体が充填された水槽内に導入する。なお、当該担体の表面上には微生物が固定化されている。そして、上記水槽内を好気的条件と嫌気的条件とに交互に変化させる。これによって、好気性微生物が上記担体の表面に繁殖し、嫌気性微生物が上記担体の細孔内に繁殖する。その結果、処理水を好気性微生物および嫌気性微生物の両方によって処理することができるので、処理水中に含有される混入物の処理性能が向上すること、
４）有機フッ素系化合物（例えば、ＰＦＯＳ、ＰＦＯＡ）を合理的に処理する方法として、従来から活性炭吸着法が存在する。しかしながら、処理水中には有機フッ素化合物のみならず他の有機物が存在するので、当該方法では活性炭が短期間で破過し、その結果、活性炭を短期間で取替える必要があるという問題点を有している。そこで、有機フッ素化合物含有水中にナノバブルを含有させた後、当該有機フッ素化合物含有水を、液中膜が設けられた微生物槽にて処理する。その後、当該有機フッ素化合物含有水を細孔を有するポリビニルアルコールからなる担体が充填された槽内に導入する。これによって、処理水中の有機フッ素化合物以外の有機物が処理（例えば、分解）され、その結果、主として有機フッ素化合物を吸着するための活性炭の寿命を延ばすことができること、
５）ポリビニルアルコールからなる担体は、比重が約１．０２５（粒子径は、例えば４ｍｍなどに設定可能）である。また、ナノバブルは当該担体の表面に付着し易い。そして、上記担体の表面にバブルが付着すれば、担体とバブルとの複合体の比重が１に近くなり、その結果、当該複合体が容易に処理水中を浮遊することが可能になる。換言すれば、上記複合体は水槽の底部に沈殿し難いとともに、処理水の表面に浮上し難い。その結果、小さな撹拌エネルギーによって、槽内の担体を流動させることが可能になること、
６）液中膜（中空糸タイプ）をナノバブル含有水にて洗浄すれば、上記液中膜の高い洗浄効果が得られること。
【００１９】
本発明の水処理装置は、上記課題を解決するために、液体中にナノバブルまたはマイクロナノバブルを発生させる第１バブル発生手段と、前記ナノバブルまたはマイクロナノバブルが発生した後の前記液体が導入されるとともに、当該液体中に微生物を含有させる第１処理槽と、前記第１処理槽内に設けられるとともに、前記第１処理槽内の液体を濾過して前処理水を作製するフィルターと、前記前処理水中にナノバブルまたはマイクロナノバブルを発生させる第２バブル発生手段と、前記ナノバブルまたはマイクロナノバブルが発生した後の前記前処理水を導入する第２処理槽と、前記第２処理槽内に導入される前記前処理水と接触可能に設けられる、ポリビニルアルコールからなる担体と、を備え、前記担体は細孔を有するとともに、前記担体上には微生物が固定化されていることを特徴としている。
【００２０】
上記構成によれば、第１処理槽内では、ナノバブルまたはマイクロナノバブルを含有する液体と微生物とが混合される。その結果、液体中に含有される混入物（例えば、有機物など）を微生物によって分解除去することができる。また、上記第１処理槽内の液体はフィルターによって濾過されたて前処理水となる。その結果、当該前処理水から、不要な微生物などを除去することができる。
【００２１】
また、上記構成によれば、上記前処理水中にマイクロナノバブルまたはナノバブルが発生した後、当該前処理水が、上記第２処理槽内にて上記担体と接触する。このとき、上記担体には細孔が設けられているので、担体の表面積を増加させることができる。換言すれば、微生物が生育するための足場を増加させることができる。また、上記担体は、ポリビニルアルコールからなるものである。ポリビニルアルコールは微生物との接着性が良いので、上記構成によれば、担体の表面上に多くの微生物を固定化することができる。つまり、上記構成によれば、担体表面に、より多くの微生物を、より確実に固定化することができる。
【００２２】
また、上記構成によれば、上記第２処理槽内の前処理水中にはマイクロナノバブルまたはナノバブルが含有されている。当該バブルはサイズが小さいので、上記細孔内に容易に拡散することができる。また、マイクロナノバブルおよびナノバブルは、ポリビニルアルコールからなる担体に吸着しやすい性質を有している。したがって、上記構成によれば、担体表面に吸着したバブルによって、微生物に対して十分な気体（例えば、酸素など）を供給することができる。したがって、上記構成によれば、微生物の増殖活性および物質分解活性を上昇させることができる。
【００２３】
また、上述したように、マイクロナノバブルおよびナノバブルは、ポリビニルアルコールからなる担体に吸着し易い性質を有している。ポリビニルアルコールの比重は約１．０２５であるので、当該担体に気体が付着することによって、当該担体と気体との複合体の比重は、１に近くなる。つまり、上記複合体は、上記第２処理槽の底部に沈降し難い性質を示す。したがって、上記構成によれば、担体を容易に攪拌することができるので、当該担体の表面上に固定化された微生物に対して、良好に気体を供給することができるとともに、処理槽内に導入された処理水を嫌気性にした場合には、微生物の生育環境を容易に嫌気性条件に変更することができる。
【００２４】
また、上記構成によれば、処理対象である液体中に絶えずマイクロナノバブルまたはナノバブルが存在している。マイクロナノバブルおよびナノバブルはフリーラジカルを発生することができるので、上記構成によれば、フリーラジカルによって、液体中に含有される混入物を酸化分解することができる。
【００２５】
以上のことから、上記構成によれば、液体中に含まれる混入物を効果的に除去することができる。
【００２６】
本発明の水処理装置では、前記細孔の孔径は、略２０μｍであることが好ましい。
【００２７】
上記構成によれば、上記担体に設けられる細孔の孔径が小さい。したがって、上記構成によれば、担体の表面積を増加させることができるので、当該担体の表面に固定化することができる微生物の量を増加させることができる。その結果、上記構成によれば、液体中に含まれる混入物を効果的に除去することができる。
【００２８】
本発明の水処理装置では、前記第１処理槽内には、当該第１処理槽内に導入された前記液体に対して気体を吐出する第１散気手段と、当該第１処理槽内に導入された前記液体を攪拌して水流を発生させる第１攪拌手段とが備えられていることが好ましい。
【００２９】
上記構成によれば、第１散気手段から吐出された気体、および第１攪拌手段によって生じた水流によって、上記第１処理槽内を容易に攪拌することができる。つまり、上記第１処理槽内を好気的条件にする場合には、上記第１散気手段から気体を吐出することによって、上記液体に対して気体（例えば、酸素）を供給することができると共に、上記第１処理槽内の液体および微生物を攪拌することができる。一方、上記第１処理槽内を嫌気的条件にする場合には、上記第１攪拌手段によって、上記第１処理槽内の液体および微生物を攪拌することができる。なお、上記第１処理槽内を嫌気的条件に設定する場合には、例えば、当該第１処理槽内への給気を停止すればよい。第１処理槽内の酸素は微生物によって消費されるので、その結果、第１処理槽内は徐々に嫌気的条件に変化する。また、好気的条件にて被処理水と微生物とを最大限に効率よく接触させる場合には、上記第１散気手段および上記第１攪拌手段の両方を稼動させればよい。以上のように、上記構成によれば、第１処理槽内の液体が好気的条件であっても嫌気的条件であっても、第１処理槽内の液体および微生物を容易に攪拌することができる。これによって、上記第１処理槽内の処理効果を増加させることができるとともに、余剰の活性汚泥は発生することを防止することができる。
【００３０】
本発明の水処理装置では、前記第２処理槽内には、当該第２処理槽内に導入された前記前処理水に対して気体を吐出する第２散気手段と、当該第２処理槽内に導入された前記前処理水を攪拌して水流を発生させるための第２攪拌手段とが備えられていることが好ましい。
【００３１】
上記構成によれば、第２散気手段から吐出された気体、および第２攪拌手段によって生じた水流によって、上記第２処理槽内の担体を容易に攪拌することができる。つまり、上記第２処理槽内を好気的条件にする場合には、上記第２散気手段から気体を吐出することによって、上記第２処理槽内の前処理水に対して気体（例えば、酸素）を供給することができると共に、上記第２処理槽内の担体を攪拌することができる。一方、上記第２処理槽内を嫌気的条件にする場合には、上記第２攪拌手段によって、上記第２処理槽内の担体を攪拌することができる。なお、上記第２処理槽内を嫌気的条件に設定する場合には、例えば、当該第２処理槽内への給気を停止すればよい。第２処理槽内の酸素は微生物によって消費されるので、その結果、第２処理槽内は徐々に嫌気的条件に変化する。また、好気的条件にて被処理水と微生物とを最大限に効率よく接触させる場合には、上記第２散気手段および上記第２攪拌手段の両方を稼動させればよい。以上のように、上記構成によれば、第２処理槽内が好気的条件であっても嫌気的条件であっても、第２処理槽内の担体を容易に攪拌することができる。しかも、上記担体は、ポリビニルアルコールによって形成されている。ポリビニルアルコールの表面には、好気性微生物および嫌気性微生物の両方を、固定化および増殖させることが可能である。したがって、上記構成によれば、上記担体の表面上に固定化された微生物の物質分解能力を最大限に引き出すことができるとともに、液体中に含まれる混入物を効果的に除去することができる。なお、ナノバブルおよびマイクロナノバブルは、好気性微生物のみならず嫌気性微生物をも活性化することができる。
【００３２】
本発明の水処理装置では、前記第２散気手段および前記第２攪拌手段は共に、円筒形状のドラフト内に設けられており、前記ドラフトの２つの開口は、それぞれ、前記第２処理槽の底面、または当該第２処理槽内に導入された前記前処理水の水面に対向するように配置されていることが好ましい。
【００３３】
上記構成によれば、第２散気手段および第２攪拌手段によって発生される水流の方向を規定することができる。その結果、第２処理槽内の担体を、より効果的に攪拌することができる。
【００３４】
本発明の水処理装置では、前記ドラフト内にて、前記第２攪拌手段は、前記第２散気手段よりも前記第２処理槽の底面側に配置されていることが好ましい。
【００３５】
上記構成によれば、第２散気手段によって、上記ドラフト内に上向きの水流を発生させることができる。そしてこのとき、上記第２攪拌手段は上記第２散気手段よりも下側に配置されているので、上記第２散気手段によって発生した水流が、上記第２攪拌手段によって妨げられることがない。また、上記第２攪拌手段によって上向きの水流を発生させれば、上記第２散気手段によって生じる水流を増強することができる。一方、上記第２攪拌手段によって下向きの水流を発生させれば、上記第２散気手段によって生じる水流とは逆向きの水流を発生させることができる。したがって、上記構成によれば、上記第２処理槽内に効率よく水流を発生させることができる。
【００３６】
本発明の水処理装置では、前記第２攪拌手段は、前記第２処理槽の底面側に向かって水流を発生させるものであることが好ましい。
【００３７】
上記構成によれば、上記第２散気手段によって生じる水流とは逆向きの水流を発生させることができる。したがって、上記構成によれば、上記第２処理槽内（特に、処理槽の底部側）に効率よく水流を発生させることができる。
【００３８】
本発明の水処理装置では、前記第２攪拌手段は、水中エアレータであることが好ましい。
【００３９】
上記構成によれば、第２処理槽内に導入された前処理水、および担体を、水流による攪拌および空気曝気による攪拌の両方によって攪拌することができる。その結果、攪拌効果を増すことができるとともに、上記前処理水中に気体を供給することができる。
【００４０】
本発明の水処理装置では、前記第１処理槽内に導入された前記液体の酸化還元電位を測定するための第１酸化還元電位計、および前記第２処理槽内に導入された前記前処理水の酸化還元電位を測定するための第２酸化還元電位計の少なくとも一方と、前記第１酸化還元電位計の測定結果に基づいて、前記第１散気手段によって吐出される気体量、および前記第１攪拌手段によって発生される水流量を調節するとともに、前記第２酸化還元電位計の測定結果に基づいて、前記第２散気手段によって吐出される気体量、および前記第２攪拌手段によって発生される水流量を調節するためのシーケンサーと、を備えることが好ましい。
【００４１】
上記構成によれば、第１酸化還元電位計、第２酸化還元電位計によって、それぞれ、上記第１処理槽内に導入された液体の酸化還元電位、上記第２処理槽内に導入された前処理水の酸化還元電位が測定される。その結果、第１処理槽内および第２処理槽内が好気性条件または嫌気性条件の何れの状態であるか知ることができる。そして、当該測定結果に基づいて、上記シーケンサーを介して上記第１散気手段、第１攪拌手段、第２散気手段および第２攪拌手段の動作を制御すれば、上記第１処理槽内および上記第２処理槽内を好気性条件または嫌気性条件の何れかに設定することができる。例えば、上記第１処理槽内および上記第２処理槽内を好気的条件に設定する場合には、上記第１散気手段および上記第２散気手段によって気体（例えば、酸素など）を吐出すればよい。一方、上記第１処理槽内および上記第２処理槽内を嫌気的条件に設定する場合には、例えば、上記第１散気手段および上記第２散気手段の動作を停止するとともに、上記第１攪拌手段および上記第２攪拌手段によって水流を発生させればよい。
【００４２】
本発明の水処理装置では、前記第２処理槽には蓋が備えられていることが好ましい。
【００４３】
上記構成によれば、上記第２処理槽内を外部環境から隔離することができる。したがって、上記第２処理槽内を嫌気的条件に設定する場合には、第２処理槽内の嫌気的条件を、より厳密に制御することができる。
【００４４】
本発明の水処理装置では、前記担体は、前記第２処理槽内を流動可能に備えられていることが好ましい。
【００４５】
上記構成によれば、上記担体と上記第２処理槽内に導入された前処理水とが偏りなく接触する。また、上記構成によれば、上記担体の表面上にマイクロナノバブルまたはナノバブルが付着し易い。つまり、上記構成によれば、上記担体の表面を、より確実に好気的条件にすることができるので、上記担体の表面上に、より多くの好気性微生物を繁殖させることができる。なお、主として好気性微生物を用いて処理水を処理する場合、処理水の流入負荷（例えば、ＢＯＤ負荷またはＣＯＤ負荷など）を高く設定することができる。その結果、上記構成によれば、より効果的に処理水を処理することができる。
【００４６】
本発明の水処理装置では、前記担体の一部は、前記第２処理槽内を流動可能に備えられ、前記担体の残りは、前記第２処理槽内に固定化されて備えられていることが好ましい。
【００４７】
上記構成によれば、流動可能である担体は上記第２処理槽内の前処理水と偏りなく接触し、固定化されている担体は、前処理水との接触において偏りを生じる。つまり、流動可能である担体は、より多くの酸素と接触するので、当該担体の表面上には、主として好気性微生物が繁殖する。一方、固定化されている担体は、酸素との接触が少なくなるので、当該担体の表面（特に、細孔内の担体表面）上には、主として嫌気性微生物が増殖する。つまり、上記構成によれば、より効果的に上記液体を好気性微生物および嫌気性微生物の両方にて処理することができる。つまり、上記構成によれば、嫌気性微生物を、より多く繁殖させることができる。
【００４８】
本発明の水処理装置では、前記第２処理槽内に導入される前記前処理水は、前記第２処理槽の底面上に設けられた複数の吐出口を有する吐出手段によって前記第２処理槽内に吐出されることが好ましい。
【００４９】
上記構成によれば、第２処理槽の底部に存在する前処理水および担体に対して、より多くのナノバブルまたはマイクロナノバブルを供給しながら、当該前処理水および担体を攪拌することができる。したがって、上記構成によれば、より多くの好気性微生物によって、液体中に含まれる混入物を処理することができる。
【００５０】
本発明の水処理装置では、前記第１バブル発生手段および前記第２バブル発生手段が、水中ポンプ型バブル発生機であることが好ましい。
【００５１】
水中ポンプ型バブル発生機は、そのバブル発生機構故に、例えば最もサイズの大きいマイクロナノバブルを発生させることができる。また、水中ポンプ型バブル発生機は、必要とする空気量が最も多いので、多量のバブルを発生させることができる。したがって、上記構成によれば、多量のマイクロナノバブルまたはナノバブルを発生させることができるので、液体中に含まれる混入物をより好気的条件下にて処理することができる。
【００５２】
本発明の水処理装置では、前記第２処理槽内の前記前処理水が導入される急速ろ過塔、活性炭吸着塔、イオン交換樹脂塔、またはキレート樹脂塔が備えられていることが好ましい。
【００５３】
上記構成によれば、液体中に含有される混入物を、より確実に除去することができる。例えば、急速ろ過塔の後に活性炭吸着塔を連結することが好ましい。この場合、活性炭吸着塔に液体が導入される前に、当該液体中の浮遊物質を予め除去することができる。つまり、活性炭表面に付着する浮遊物質を少なくすることができる。そして、これによって、活性炭吸着塔の寿命を延ばすことができる。また、有機フッ素化合物などの難分解性物質は、活性炭吸着塔に吸着されるので、液体中に含有された混入物を、より効果的に除去することができる。
【００５４】
本発明の水処理装置では、前記第２処理槽の横断面の形状が、長さがａ（ｍ）である第１辺、および、長さがｂ（ｍ）である第２辺を有する四角形にて規定されるとともに、前記処理槽の縦方向の深さが、ｃ（ｍ）にて規定され、ｃ：ａおよびｃ：ｂにて示される比が、共に１：１．０〜１．３であることが好ましい。
【００５５】
上記構成によれば、上記第２処理槽内に導入された前処理水および担体を効果的に流動させることができるので、上記担体が沈殿することを防止することができる。その結果、より効果的に、液体中に含有される混入物を処理することができる。
【００５６】
本発明の水処理装置では、前記第２処理槽には、当該第２処理槽内に導入された前処理水を排出するための開口が設けられ、前記開口は、フィルターによって前記担体から隔離されていることが好ましい。
【００５７】
上記構成によれば、上記第２処理槽内の担体が、上記開口を介して処理槽外へ流出することを防止することができる。
【００５８】
本発明の水処理装置では、前記第２処理槽の内側面には、当該第２処理槽の横断面の中央に向かって突出した凸部が設けられ、前記開口は、前記凸部よりも上側に設けられていることが好ましい。
【００５９】
上記構成によれば、上記凸部によって、上記第２処理槽内に導入された前処理水および担体の流動を妨げることができる。換言すれば、上記凸部を境界として、上記第２処理槽内の環境を好気的条件または嫌気的条件に分けることができる。例えば、上記凸部よりも上側の第２処理槽内の環境を好気的条件に設定することができるとともに、上記凸部よりも下側の第２処理槽内の環境を嫌気的条件に設定することができる。その結果、上記第２処理槽の上側に好気性微生物を増殖させることができるとともに、上記処理槽の下側に嫌気性微生物を増殖させることができる。そして、好気性微生物および嫌気性微生物の両方を繁殖させることにより、本発明の水処理装置によって処理することができる混入物の種類が多くなるとともに、嫌気性微生物を繁殖させることによって微生物汚泥の消化が起こり、その結果、余剰汚泥の発生を少なくすることができる。また、上記構成によれば、第２処理槽に導入された前処理水および担体の流動方向を変化させることができるので、第２処理槽に設けられた開口から上記担体が流出することを防止することができる。
【００６０】
本発明の水処理装置では、前記凸部の縦断面の形状は、三角形であることが好ましい。
【００６１】
上記構成によれば、上記凸部によって、上記第２処理槽内導入された前処理水および担体の流動を妨げることができる。
【００６２】
本発明の水処理装置では、前記第１処理槽内には、活性炭からなる吸着手段が設けられていることが好ましい。
【００６３】
上記構成によれば、上記吸着手段に吸着させることよって、第１処理槽内の液体から混入物を除去することができる。また、活性炭には多くの細孔が存在するので、当該細孔内に好気性微生物および嫌気性微生物を繁殖さることができる。その結果、液体中に含まれる混入物を微生物によって効果的に除去することができる。
【００６４】
本発明の水処理装置では、前記吸着手段は粒子状であって、前記第１処理槽内を流動可能に設けられていることが好ましい。
【００６５】
上記構成によれば、上記第１処理槽内の液体および吸着手段を小さな力で攪拌することができる。その結果、液体中に含まれる混入物を、効率よく上記吸着手段に吸着させることができる。
【００６６】
本発明の水処理装置では、前記フィルターは、中空糸タイプのフィルターであることが好ましい。
【００６７】
中空糸タイプのフィルターは、濾過精度が高い。したがって、上記構成によれば、液体中に含まれる混入物の処理に有効であるサイズの小さい好気性微生物および嫌気性微生物をも、第１処理槽内に保持することができる。その結果、第１処理槽における処理効果を上げることができる。
【００６８】
本発明の水処理装置では、前記フィルターに対して、第３散気手段によって気体が吐出されていることが好ましい。
【００６９】
上記構成によれば、上記フィルターを吐出される気体によって形成される水流によって常時洗浄することができる。また、第１処理槽内に導入された液体は、ナノバブルまたはマイクロナノバブルを含有するので、当該バブルによって発生するフリーラジカルの酸化効果によっても、上記フィルターを常時洗浄することができる。その結果、上記構成によれば、上記フィルターの性能が低下することを防止することができる。
【００７０】
本発明の水処理方法は、上記課題を解決するために、液体中にナノバブルまたはマイクロナノバブルを発生させる第１バブル発生工程と、前記ナノバブルまたはマイクロナノバブルが発生した後の前記液体を第１処理槽内に導入するとともに、当該液体に微生物を含有させる微生物処理工程と、前記第１処理槽内に設けられたフィルターによって、前記第１処理槽内の液体を濾過して前処理水を作製する濾過工程と、前記前処理水中にナノバブルまたはマイクロナノバブルを発生させる第２バブル発生工程と、前記ナノバブルまたはマイクロナノバブルが発生した後の前記前処理水を第２処理槽内に導入する導入工程と、前記第２処理槽内に導入される前記前処理水とポリビニルアルコールからなる担体とを接触させる接触工程と、を有し、前記担体は細孔を有するとともに、前記担体上には微生物が固定化されていることを特徴としている。
【００７１】
上記構成によれば、第１処理槽内では、ナノバブルまたはマイクロナノバブルを含有する液体と微生物とが混合される。その結果、液体中に含有される混入物（例えば、有機物など）を微生物によって分解除去することができる。また、上記第１処理槽内の液体はフィルターによって濾過されたて前処理水となる。その結果、当該前処理水から、不要な微生物などを除去することができる。
【００７２】
また、上記構成によれば、上記前処理水中にマイクロナノバブルまたはナノバブルが発生した後、当該前処理水が、上記第２処理槽内にて上記担体と接触する。このとき、上記担体には細孔が設けられているので、担体の表面積を増加させることができる。換言すれば、微生物が生育するための足場を増加させることができる。また、上記担体は、ポリビニルアルコールからなるものである。ポリビニルアルコールは微生物との接着性が良いので、上記構成によれば、担体の表面上に多くの微生物を固定化することができる。つまり、上記構成によれば、担体表面に、より多くの微生物を、より確実に固定化することができる。
【００７３】
また、上記構成によれば、上記第２処理槽内の前処理水中にはマイクロナノバブルまたはナノバブルが含有されている。当該バブルはサイズが小さいので、上記細孔内に容易に拡散することができる。また、マイクロナノバブルおよびナノバブルは、ポリビニルアルコールからなる担体に吸着しやすい性質を有している。したがって、上記構成によれば、担体表面に吸着したバブルによって、微生物に対して十分な気体（例えば、酸素など）を供給することができる。したがって、上記構成によれば、微生物の増殖活性および物質分解活性を上昇させることができる。
【００７４】
また、上述したように、マイクロナノバブルおよびナノバブルは、ポリビニルアルコールからなる担体に吸着し易い性質を有している。ポリビニルアルコールの比重は約１．０２５であるので、当該担体に気体が付着することによって、当該担体と気体との複合体の比重は、１に近くなる。つまり、上記複合体は、上記第２処理槽の底部に沈降し難い性質を示す。したがって、上記構成によれば、担体を容易に攪拌することができるので、当該担体の表面上に固定化された微生物に対して、良好に気体を供給することができるとともに、処理槽内に導入された処理水を嫌気性にした場合には、微生物の生育環境を容易に嫌気性条件に変更することができる。
【００７５】
また、上記構成によれば、処理対象である液体中に絶えずマイクロナノバブルまたはナノバブルが存在している。マイクロナノバブルおよびナノバブルはフリーラジカルを発生することができるので、上記構成によれば、フリーラジカルによって、液体中に含有される混入物を酸化分解することができる。
【００７６】
以上のことから、上記構成によれば、液体中に含まれる混入物を効果的に除去することができる。
【００７７】
本発明の水処理方法では、前記細孔の孔径は、略２０μｍであることが好ましい。
【００７８】
上記構成によれば、上記担体に設けられる細孔の孔径が小さい。したがって、上記構成によれば、担体の表面積を増加させることができるので、当該担体の表面に固定化することができる微生物の量を増加させることができる。その結果、上記構成によれば、液体中に含まれる混入物を効果的に除去することができる。
【００７９】
本発明の水処理方法は、前記第１処理槽内に導入された前記液体に対して気体を吐出する第１気体吐出工程と、前記第１処理槽内に導入された前記液体を攪拌する第１攪拌工程と、前記第２処理槽内に導入された前記前処理水に対して気体を吐出する第２気体吐出工程と、前記第２処理槽内に導入された前記前処理水を攪拌する第２攪拌工程と、を有することが好ましい。
【００８０】
上記構成によれば、上記第１処理槽内および上記第２処理槽内を、好気的条件または嫌気的条件に設定することができる。したがって、上記構成によれば、液体中の混入物を様々な微生物によって処理することができるので、上記液体中に含まれる混入物の処理効果（除去効果）を高めることができる。また、上記構成によれば、嫌気性微生物を多く繁殖させることができるので、上記第１処理槽内で過剰量の活性汚泥が発生することを防止することができる。
【００８１】
本発明の水処理方法では、前記第１気体吐出工程および前記第２気体吐出工程は、それぞれ、気体を吐出する吐出工程と気体を吐出しない不吐出工程とを交互に繰り返すことが好ましい。
【００８２】
上記構成によれば、好気性微生物と嫌気性微生物との両方を好適に培養繁殖させることができる。その結果、上記液体中に含まれる混入物の処理効果（除去効果）を高めることができる。例えば、記構成によれば、上記担体がポリビニルアルコールによって形成されているとともに、当該担体には細孔が設けられている。ポリビニルアルコールの表面には、好気性微生物および嫌気性微生物の両方が固定化できるとともに、固定化された両微生物は、当該担体上で増殖することができる。また、上記構成によれば、サイズの小さなバブルを用いるので、当該バブルは上記細孔内に容易に拡散することができる。従来技術では、担体に細孔を設けたとしても当該細孔内では主として嫌気性微生物が繁殖していた。一方、本願発明では、上記細孔内にまで、好気性微生物を繁殖させることができる。したがって、上記構成によれば、担体の表面上に固定化される微生物の量を増加させることができるので、処理水中に含まれる混入物をより効果的に処理することができる。また、好気性微生物と嫌気性微生物との両方を処理槽内に高濃度に繁殖させることができるので、様々な種類の混入物を処理することができる。また、嫌気性微生物を繁殖させることができるので、微生物汚泥の消化が起こり、これによって余剰汚泥の発生を少なくすることができる。
【００８３】
本発明の水処理方法は、前記接触工程の後に、第２処理槽内の前記前処理水を、急速ろ過塔、活性炭吸着塔、イオン交換樹脂塔、またはキレート樹脂塔によって処理する工程を有することが好ましい。
【００８４】
上記構成によれば、液体中に含有される混入物を、より確実に除去することができる。
【００８５】
本発明の水処理方法は、前記液体は、有機フッ素化合物含有水、有機フッ素化合物含有廃水、工場廃水、再利用水、河川水、下水、生活廃水であることが好ましい。
【００８６】
上記構成によれば、液体中に含有される混入物を効果的に除去することができる。
【発明の効果】
【００８７】
本発明の水処理装置は、以上のように、液体中にナノバブルまたはマイクロナノバブルを発生させる第１バブル発生手段と、前記ナノバブルまたはマイクロナノバブルが発生した後の前記液体が導入されるとともに、当該液体中に微生物を含有させる第１処理槽と、前記第１処理槽内に設けられるとともに、前記第１処理槽内の前記液体を濾過して前処理水を作製するフィルターと、前記前処理水中にナノバブルまたはマイクロナノバブルを発生させる第２バブル発生手段と、前記ナノバブルまたはマイクロナノバブルが発生した後の前記前処理水を導入する第２処理槽と、前記第２処理槽内に導入される前記前処理水と接触可能に設けられる、ポリビニルアルコールからなる担体と、を備え、前記担体は細孔を有するとともに、前記担体上には微生物が固定化されているものである。
【００８８】
また、本発明の水処理方法は、以上のように、液体中にナノバブルまたはマイクロナノバブルを発生させる第１バブル発生工程と、前記ナノバブルまたはマイクロナノバブルが発生した後の前記液体を第１処理槽内に導入するとともに、当該液体に微生物を含有させる微生物処理工程と、前記第１処理槽内に設けられたフィルターによって、前記第１処理槽内の液体を濾過して前処理水を作製する濾過工程と、前記前処理水中にナノバブルまたはマイクロナノバブルを発生させる第２バブル発生工程と、前記ナノバブルまたはマイクロナノバブルが発生した後の前記前処理水を第２処理槽内に導入する導入工程と、前記第２処理槽内に導入される前記前処理水とポリビニルアルコールからなる担体とを接触させる接触工程と、を有し、前記担体は細孔を有するとともに、前記担体上には微生物が固定化されている方法である。
【００８９】
それゆえ、第１処理槽内で予め、液体中に含有される混入物質の少なくとも一部を微生物によって分解除去することができるとともに、フィルターによって、液体から、不要な微生物や浮遊物等を除去することができるという効果を奏する。また、上記担体は流動性に優れているので、小さな攪拌力にて上記担体を攪拌することができるという効果を奏する。また、上記担体は高含水性であるとともに酸素透過性に優れており、しかも当該担体には細孔が設けられているので、担体上に多くの微生物を固定化することができる。しかも、上記第２処理槽内に導入される処理水中にはマイクロナノバブルまたはナノバブルなどのサイズの小さいバブルが含有されているので、当該バブルは上記細孔内に容易に侵入・拡散することができる。その結果、上記担体の表面上に固定化された微生物の量を多くすることができる、換言すれば、担体上に固定化された微生物の増殖を活発にすることができるとともに、マイクロバブルやナノバブルの微生物活性化作用も含めて、当該微生物の物質分解能力を最大限に引き出すことができるという効果を奏する。また、本願発明は、好気性微生物と嫌気性微生物との両方を利用することができるので、廃水などの処理工程にて発生する余剰汚泥の量を少なくすることができるという効果を奏する。また、上記担体は化学的に架橋された構造によって不溶化しているので、担体自体が生分解を受け難いという効果を奏する。そして、本願発明は上述したような優れた効果を奏するので、廃水などの処理能力を、従来の活性汚泥法の処理能力の２〜３倍にまで高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００９０】
〔実施の形態１〕
図１に、本実施の形態の水処理装置を示す。
【００９１】
本実施の形態の水処理装置では、まず処理対象である液体が前槽５５に導入される。
【００９２】
上記液体としては特に限定されず、適宜処理したい液体を用いることができる。例えば、上記液体としては、有機フッ素化合物含有水、有機フッ素化合物含有廃水、工場廃水、再利用水、河川水、下水、または生活廃水などを挙げることができるが、これらに限定されない。また、上記工場廃水、再利用水、河川水、下水、または生活廃水などの中には、有機フッ素化合物を含有したものもある。なお、本実施の形態の水処理装置では、上記液体の一例として、有機フッ素化合物含有水を用いている。
【００９３】
有機フッ素化合物含有水は、前槽５５に貯蔵された後、ポンプ５６によって第１バブル発生槽５７に導入される。
【００９４】
上記第１バブル発生槽５７には第１バブル発生部４２（第１バブル発生手段）が設けられており、当該第１バブル発生手段４２によって、ナノバブルまたはマイクロバブルが作製される。なお、本実施の形態の水処理装置に用いている第１バブル発生部４２は、主としてナノバブルを発生させるための構成である。
【００９５】
第１バブル発生部４２は、第１気体せん断部６２を有する気液混合循環ポンプ６１、第２気体せん断部６３、第３気体せん断部５９、電動ニードルバルブ６６、空気配管６５、および各種管から構成されている。
【００９６】
以下に第１バブル発生部４２について説明する。
【００９７】
まず、空気配管６５を介して気体（例えば、空気または酸素など）が第１気体せん断部６２中に供給されるとともに、管６０を介して液体が第１気体せん断部６２中に供給される。第１気体せん断部６２中の気体と液体とは、気液混合循環ポンプ６１によって混合・せん断され、その結果、上記気体からなるマイクロバブルが形成される。
【００９８】
上記気液混合循環ポンプ６１は高揚程のポンプであればよく、適宜公知のポンプを用いることができる。具体的には、上記気液混合循環ポンプ６１は、揚程４０ｍ以上の高揚程のポンプ、換言すれば４ｋｇ／ｃｍ２以上の圧力で気液混合物を押し出すことができるポンプであることが好ましい。上記構成によれば、多量のマイクロバブルを作製することができる。さらに、気液混合循環ポンプ６１は、２ポールを有するポンプであることが好ましい。ポンプには、２ポールを有するポンプと４ポールを有するポンプとが存在し、２ポールを有するポンプの方が、４ポールを有するポンプと比較してトルクが安定している。したがって、より安定に多量のマイクロバブルを作製することができる。
【００９９】
第１気体せん断部６２の形状は特に限定されないが、当該第１気体せん断部６２中にて回転せん断流を効率よく発生させるためにも、円筒形の流路を有するものであることが好ましい。なお、当該流路中を、バブル含有水が通過する。
【０１００】
第１気体せん断部６２中の気体および液体には気液混合循環ポンプ６１によって圧力がかけられ、その結果、第１気体せん断部６２中に、液体および気体の混相旋回流が発生する。更に詳細には、気液混合循環ポンプ６１にはインペラと呼ばれる羽根が備えられており、当該羽根を高速回転させることによって、混相旋回流が形成される。上記第１気体せん断部６２の中心部には、上記混相旋回流が高速にて旋回する結果生じる気体空洞部が形成される。そして、気液混合循環ポンプ６１によって更に気体空洞部に圧力を加えることによって、気体空洞部は竜巻状の細長い形状になる。その結果、より高速で旋回する回転せん断流を発生させることができる。なお、上記気体空洞部内は負圧となるので、当該負圧を利用すれば、外部から当該気体空洞部に対して気体を自給することが可能になる。
【０１０１】
上記空気配管６５を介して、上記気体空洞部に気体を自給させながら混相旋回流を高速旋回させることによって、上記混相旋回流を切断・粉砕することができる。なお、切断・粉砕は、第１気体せん断部６２の出口近傍における、第１気体せん断部６２の内外の気液混合物の旋回速度の差によって生じる。
【０１０２】
上記回転せん断流の回転速度は特に限定されないが、５００〜６００回転／秒であることが好ましい。なお、上記回転せん断流の回転速度は、上記羽根（インペラ）の回転速度を調節することによって設定することができる。上記構成によれば、上記第１気体せん断部６２によって、多量のマイクロバブルを作製することができる。
【０１０３】
すなわち、第１気体せん断部６２において、流体力学的に気液混合物の圧力を制御することによって負圧形成部に対して気体（例えば、酸素など）を吸入し、気液混合循環ポンプ６１によって上記気液混合物を高速流体運動させることによって更に負圧部を形成し、これによって、マイクロバブルを発生させることができる。換言すれば、気液混合循環ポンプ６１によって処理水と気体とを効果的に自給混合溶解し、気液混合物を圧送することによって、マイクロバブル白濁水を製造することができる。そして、第１気体せん断部６２にて作製されたマイクロバブルは、管を介して第２気体せん断部６３に圧送される。つまり、上記マイクロバブル白濁水に圧力をかけた状態にて、当該マイクロバブル白濁水を第２気体せん断部６３内に送り込む。このとき気液混合循環ポンプ６１は高揚程のポンプであるので、揚程が４０ｍ以上であれば、４ｋｇ/ｃｍ２以上の圧力をかけた状態にて、マイクロバブル白濁水を第２気体せん断部６３内に送り込むことができる。
【０１０４】
第２気体せん断部６３の形は特に限定されないが、当該第２気体せん断部６３中にて回転せん断流を更に細くするためにも、円筒形の流路を有するものであることが好ましい。また、上記流路の形は、上記第１気体せん断部６２の流路よりも上面および下面の直径が短い円筒形であることが好ましい。
【０１０５】
上記構成によれば、第１気体せん断部６２にて形成された回転せん断流を第２気体せん断部６３に圧送することによって、第２気体せん断部６３中にて、上記第１気体せん断部６２にて形成された回転せん断流をより細くすることができるとともに、回転せん断流の回転速度を上昇させることができる。その結果、第１気体せん断部６２にて形成されたマイクロバブルを用いてナノバブルおよびマイクロナノバブルを作製することができるとともに、超高温の極限反応場を形成することができる。
【０１０６】
極限反応場では、局所的に高温高圧状態となる。そして、当該極限反応場では、フリーラジカルが発生する。フリーラジカルは安定化するために他の原子から電子を奪う性質があり、それ故に、強力な酸化作用を示すとともに、熱を発生する。したがって、本実施の形態の水処理装置は、フリーラジカルに由来する酸化作用によっても、処理水中に含まれる混入物を酸化分解することができる。なお、ナノバブルは水中に長時間存在することができる。具体的には、ナノバブルは２ヶ月以上、水中に存在し続けることができる。したがって、上記酸化作用および後段における微生物活性化作用は、長時間維持することができる。
【０１０７】
上記第２気体せん断部６３にて形成されたバブル含有水は、管６４を介して第３気体せん断部５９に供給される。上記第２気体せん断部６３にて作製されたバブルは、当該第３気体せん断部５９にて更にせん断されて、バブルサイズが更に小さくなる。なお、第３気体せん断部５９としては、上記第２気体せん断部６３と同じ構成を用いることが可能である。なお、第２気体せん断部６３については既に説明したので、ここでは第３気体せん断部５９の説明を省略する。
【０１０８】
なお、本実施の形態の水処理装置における第１バブル発生部４２としては、市販されているものを用いることができる。具体的には、株式会社  協和機設製のバビダスＨＹＫ型などを用いて主としてナノバブルを作製することができるが、これに限定されない。また、上記第１バブル発生部４２として、ナノプラネット研究所製のＭ２−ＬＭ型を用いることが可能である。当該第１バブル発生部４２を用いれば、主としてマイクロナノバブルを作製することができる。
【０１０９】
上記第３気体せん断部５９によって、マイクロナノバブルまたはナノバブルを含有する処理水が第１バブル発生槽５７内に、水流５８として吐出される。
【０１１０】
なお、本実施の形態の水処理装置では、信号線１１を介して、シーケンサー１４によって、電動ニードルバル６６の開閉動作および気液混合循環ポンプ６１の動作が制御されることが好ましい。これによって、第３気体せん断部５９から吐出されるナノバブルおよびマイクロナノバブルの量を調節することができる。
【０１１１】
上記第１バブル発生槽５７内に吐出されたバブル含有水は、管６７を介して第１処理槽７０内に導入される。更に具体的には、上記バブル含有水は、上記第１処理槽７０の底部に設けられた第１攪拌部８２（第１攪拌手段）に導入された後、当該第１攪拌部８２によって、水流３６として第１処理槽７０内に吐出されることが好ましい。なお、上記第１処理槽７０内には、各種微生物が繁殖しており、当該微生物によってバブル含有水中の混入物が除去される。当該微生物としては特に限定されないが、好気性微生物と嫌気性微生物との両方であることが好ましい。また、当該微生物は、本実施の形態の水処理装置にて処理する液体中に、元々混入している微生物であってもよい。
【０１１２】
上記第１攪拌部８２は第１処理槽７０内の液体に対して嫌気的に水流を生じさせることができるものであればよく、その具体的な構成は特に限定されない。例えば、上記第１攪拌部８２としては、新明和工業株式会社製の水中エアレータＳＪＰ型を用いることができるが、これに限定されない。上記第１攪拌部８２を用いれば、嫌気的に水流を発生させることができるので、第１処理槽７０内の嫌気性微生物の活性を高めることができる。第１処理槽７０にはバブル含有水が導入されるが、当該バブルの空気量は、１分間当り１リットル以下である。その結果、当該バブルによって第１処理槽７０内の溶存酸素濃度が上昇することはない。上記第１処理槽７０に対して別途酸素を供給しない限り、その微量のバブルは微生物に消費されて、その結果、第１処理槽７０内は嫌気的条件となる。しかしながら、当該バブルは、微生物の活性化、および被処理水中の有機物等の酸化分解には有効な量である。
【０１１３】
また、上記第１攪拌部８２は、第１処理槽７０内において、上向きに水流を発生させるものであってもよく、下向きに水流を発生させるものであってもよい。上記第１攪拌部８２が下向きに水流を発生させるものであれば、嫌気的条件となりやすい第１処理槽の底部を嫌気的に攪拌することができるので、第１処理槽における嫌気的微生物の混入物質除去効果を高めることができる。
【０１１４】
また、上記第１処理槽７０には、当該第１処理槽内のバブル含有水に対して気体を吐出する第１散気部８１（第１散気手段）が設けられていることが好ましい。第１散気部８１から気泡３５を吐出することによって、第１処理槽７０内に上向きの水流３７を発生させることができる。これによって、第１処理槽７０内の好気性微生物の活性を高めることができる。なお、第１散気部８１は第１処理槽７０内に気体を吐出できるものであればよく、その具体的な構成は特に限定されない。例えば、本実施の形態の水処理装置では、管６８を介して、ブロワー６９によって第１散気部８１に対して空気を供給する構成を用いているが、これに限定されない。なお、このとき、第１散気部８１に対して供給される空気の量は、バルブ８４によって調節することが可能である。
【０１１５】
また、上記第１処理槽７０には、当該第１処理槽７０内で処理された後のバブル含有水を濾過するためのフィルター４５が設けられていることが好ましい。フィルター４５としては特に限定されず、適宜公知のフィルターを用いることができる。例えば、上記フィルター４５は、液中膜であることが好ましい。更に、上記フィルター４５は、中空糸タイプのフィルターであることが好ましい。以下に、フィルター４５として液中膜を用いた例について説明する。
【０１１６】
微生物と液体とを固液分離するための液中膜であるフィルター４５は、数多くの中空糸７３、液中膜架台７２、配管を接続するためのフランジ７５およびフランジ７６、中空糸７３を常時空気洗浄するための、洗浄用散気管５２（第３散気手段）から構成されていることが好ましい。
【０１１７】
上記中空糸７３の小孔サイズは特に限定されないが、略０．２μｍであることが好ましい。上記構成によれば、液体中の微生物等の浮遊物質を完全に物理的に固液分離することができる。
【０１１８】
また、上記中空糸７３は、次亜塩素酸ナトリウム等の薬品によって薬品洗浄することも可能であるが、この場合、洗浄するためにフィルター４５を取り外す等の作業が必要となる。そこで、フィルター４５に対して、上記第１バブル発生槽５７にて作製されたバブル含有水、または後述する第２バブル発生槽１内のバブル含有水を直接吐出することが好ましい。上記構成によれば、フィルター４５を取り外すことなく、常時、中空糸７３の内部を洗浄することができる。
【０１１９】
また、本実施の形態の水処理装置では、洗浄用散気管５２からフィルター４５に対して気体を吐出することが好ましい。上記構成によれば、フィルター４５を取り外すことなく、常時、中空糸７３の外部を洗浄することができる。
【０１２０】
また、本実施の形態の水処理装置では、信号線１１を介して、シーケンサー１４によって、バルブ８４、バルブ８３、バルブ４６、および第１攪拌部８２の動作が制御され得る。例えば、バルブ４６を開いて１日の大部分の時間、洗浄用散気管５２から気体を吐出すれば、常時中空糸７３の外部を洗浄することができるので、フィルターの濾過能力が低下することを防止することができる。また１日のうち２０分〜３０分、シーケンサー１４からの信号によってポンプ７９を運転して、管７７を介してフィルター４５に対して第２バブル発生槽１内のバブル含有水を吐出すれば、常時中空糸７３の内部を洗浄することができる。これによって、フィルターの濾過能力が低下することを防止することができる。
【０１２１】
フィルター４５によって濾過されたバブル含有水（前処理水）は、次いで、ポンプ７８によって、管２３および管７４を介して第２バブル発生槽１に導入され、その後、第２バブル発生部４３（第２バブル発生手段）によって、更にナノバブルまたはマイクロナノバブルが作製される。
【０１２２】
第２バブル発生部４３は、第１気体せん断部３を有する気液混合循環ポンプ２、第２気体せん断部４、第３気体せん断部６、電動ニードルバルブ９、空気配管８、および各種管から構成されている。そして、上記第３気体せん断部６からは第２バブル発生槽１に対してバブルを含有する水流２６が吐出されている。上記第２バブル発生部４３の各構成は、上述した第１バブル発生部４２の各構成と同じものを用いることができるので、ここでは、その説明を省略する。
【０１２３】
上記第２バブル発生部４３によって更にバブル量が増加されたバブル含有水は、管１０を介して第２処理槽１５内に導入される。
【０１２４】
第２処理槽１５内に導入されたバブル含有水は、当該第２処理槽１５内において、担体１６と接触することができる。当該担体１６には細孔が設けられているとともに、当該担体１６の表面上には多くの微生物が固定化されている。そして、当該微生物によって上記バブル含有水に含有される様々な混入物（例えば、有機物など）が分解処理される。以下に、上記第２処理槽１５内にて行われる微生物を用いた分解処理に関して説明する。
【０１２５】
上述したように、第２処理槽１５は、処理水中に含有される混入物を主として微生物によって分解処理するための処理槽として機能する。なお、処理水中には、ナノバブルまたはマイクロナノバブルが存在しているので、第２処理槽１５内においても当該バブルによってフリーラジカルが発生し、当該フリーラジカルによる混入物の酸化分解が続いている。
【０１２６】
上記第２処理槽１５としては特に限定されず、適宜公知の槽を用いることができる。上記第２処理槽１５の形状としては特に限定されないが、例えば、上記第２処理槽１５におけるバブル含有水の収容部の形状は、立方体または直方体であることが好ましい。このとき、上記第２処理槽１５の横断面の形状（上記収容部の横断面の形状）が、長さがａ（ｍ）である第１辺、および、長さがｂ（ｍ）である第２辺を有する四角形にて規定されるとともに、前記第２処理槽１５の縦方向の深さ（上記収容部の縦方向の深さ）が、ｃ（ｍ）にて規定され、ｃ：ａおよびｃ：ｂにて示される比が、共に１：１．０〜１．３であることが更に好ましい。
【０１２７】
上記第２処理槽１５には、蓋が設けられていることが好ましい。上記蓋は、上記第２処理槽１５の内部を密閉構造にすることができるものであればよく、具体的な構成は特に限定されない。また、当該蓋には、空気抜きに用いられる管４９が設けられていることが好ましい。
【０１２８】
上記構成によれば、上記第２処理槽１５内のバブル含有水を外部環境から隔離することができるので、第２処理槽１５の内部を好気的条件または嫌気的条件に厳密に設定することができる。例えば、上記第２処理槽１５内を嫌気的条件に設定する場合には、第２処理槽１５内のバブル含有水を外気から隔離することができるので、嫌気的条件をより厳密に制御することができる。また、上記第２処理槽１５内を好気的条件に設定する場合には、上記管４９によって過剰な気体（例えば、酸素など）を取り除くことができるので、好気的条件をより厳密に制御することができる。
【０１２９】
また、上記第２処理槽１５には、当該第２処理槽１５内のバブル含有水の酸化還元電位を測定するための酸化還元電位計４７が設けられていることが好ましい。酸化還元電位計４７としては特に限定されず、適宜公知の酸化還元電位計を用いることができる。なお、当該酸化還元電位計４７の機能については、後述する。
【０１３０】
上記第２処理槽１５の内部、換言すれば、上記収容部には、ポリビニルアルコールからなる担体１６が設けられており、当該担体１６には細孔が設けられている。
【０１３１】
上記担体１６の具体的な構成としては、ポリビニルアルコールによって形成されているとともに、当該担体１６に対して細孔が形成されているものであればよく、特に限定されない。例えば、上記担体１６としては、ポバール樹脂を用いることが好ましい。更に具体的には、上記担体１６としては、株式会社クラレ製のクラゲール（登録商標）を用いることが好ましい。例えば、上記クラゲールは、直径約４ｍｍ、比重１．０２５の粒子であって、１粒子あたり約１０億個の微生物を固定化することができる。したがって、上記構成によれば、担体１６の表面上に固定化される微生物の量を多くすることができる。
【０１３２】
上記細孔の孔径としては特に限定されず、必要に応じて適宜設定することができる。例えば、上記孔径は、１９μｍ〜２１μｍであることが好ましい。更に好ましくは、略２０μｍである。上記構成によれば、上記担体１６の表面積を増すことができるとともに、当該細孔中に容易にマイクロナノバブルおよびナノバブルを拡散させることができる。また、ポリビニルアルコールの表面には、ナノバブルおよびマイクロナノバブルが付着しやすい。その結果、担体１６の表面に固定化された微生物を、より活性化させることができる。
【０１３３】
また、上記担体１６の表面には、微生物が固定化されている。上記微生物としては特に限定されないが、好気性微生物または嫌気性微生物であることが好ましい。更に具体的には、上記微生物としては超微小の糸ミミズ類、原生動物、またはバクテリア等であることが好ましいが、これらに限定されない。
【０１３４】
上記担体１６の形状としては特に限定されず、適宜目的にあった形状であり得る。例えば、上記担体１６の形状は、粒子状であることが好ましい。上記構成によれば、担体１６は第２処理槽１５内を流動し易いので、弱い力によって上記担体１６を攪拌することができる。また、上記構成によれば、担体１６の表面積を増加させることができるので、担体１６の表面上により多くの微生物を固定化させることができる。
【０１３５】
また、上記担体１６は、上記第２処理槽１５内を流動可能に備えられ得る。換言すれば、上記担体１６は第２処理槽１５の表面に固定されることなく、第２処理槽１５内のバブル含有水中を浮遊するように設けられ得る。また、上記担体１６は、その一部が上記第２処理槽１５内を流動可能に備えられ、上記担体１６の残りが上記第２処理槽１５内に固定化されて備えられていてもよい。なお、担体１６の一部を流動可能とし、残りを固定化する場合には、全担体１６の量に対する固定化される担体１６の量の比率は特に限定されず、適宜設定することができる。このとき、固定化する担体１６の量が多いほど嫌気性微生物の量を増やすことができるので、所望とする好気性微生物と嫌気性微生物との量比を考慮して、全担体１６の量に対する固定化される担体１６の量の比率を決定すればよい。
【０１３６】
上記第２処理槽１５内には、第２処理槽１５内に気体を吐出する第２散気部１９（第２散気手段）が設けられていることが好ましい。上記第２散気部１９によって第２処理槽１５内のバブル含有水に対して気体（気泡１８）を吐出することによって、第２処理槽１５の内部を好気的条件に設定することができる。また上記気体は処理水中を水面に向かって上昇するので、上昇水流を発生させることができる。そして、これによって、第２処理槽１５内の処理水および担体１６を攪拌することができる。
【０１３７】
上記第２散気部１９には、管１３を介してブロワー１２から気体が供給されており、当該気体が、第２散気部１９から第２処理槽１５内に吐出されている。なお、上記管１３には、バルブ８５が設けられているとともに、当該バルブ８５の開閉動作が、シーケンサー１４によって制御されていることが好ましい。上記第２散気部１９およびブロワー１２の具体的な構成としては特に限定されず、適宜公知の構成を用いることができる。また、ブロワー１２から第２散気部１９に対して供給される気体としても特に限定されない。例えば、空気または酸素などを用いることが可能であるが、これらに限定されない。
【０１３８】
また、上記第２処理槽１５内には、第２処理槽１５内のバブル含有水および担体１６を攪拌するために水流を発生させる第２攪拌部５３（第２攪拌手段）が設けられていることが好ましい。第２攪拌部５３の具体的な構成としては特に限定されず、適宜公知の構成を用いることができる。例えば、上記第２攪拌部５３としては、処理水に対して気体を吐出しないものであることが好ましい。上記構成によれば、第２処理槽１５の内部を嫌気的条件に設定したままで、バブル含有水および担体１６を攪拌することができる。更に具体的には、上記第２攪拌部５３としては、水中エアレータであることが好ましいが、これに限定されない。なお、上記第２攪拌部５３として水中エアレータなどを用いる場合には、上記第２攪拌部５３には、管１３を介してブロワー１２から気体が供給されることが好ましい。なお、当該管１３にはバルブ８６が設けられ、これによって、第２攪拌部５３に供給される気体の量が調節されることが好ましい。
【０１３９】
上記第２散気部１９および第２攪拌部５３は、上記第２槽１５内に設けられた水流発生管１７内（ドラフト）に設けられることが好ましい。
【０１４０】
上記水流発生管１７が設けられる位置は特に限定されないが、上記第２処理槽１５の中心部であることが好ましい。上記構成によれば、第２処理槽１５内のバブル含有水および担体１６を均等に攪拌することができる。
【０１４１】
上記水流発生管１７の形状としては特に限定されないが、例えば、円筒形状であることが好ましい。そして、このとき、上記水流発生管１７の２つの開口は、それぞれ、第２処理槽１５の底面、または当該第２槽１５内に導入されたバブル含有水の水面に対向するように配置されていることが好ましい。
【０１４２】
また、上記水流発生管１７の内部には、上記第２攪拌部５３の下部に当該第２攪拌部５３を固定支持するため支持板２１が設けられていることが好ましい。更に、上記支持板２１には、担体１６が通過し得るサイズを有する複数の開口が設けられていることが好ましい。例えば、上記担体１６の形状が直径４ｍｍの略球形である場合には、上記開口の直径は６ｍｍであることが好ましい。上記構成によれば、上記開口を介して自由に担体１６が流動することができるので、第２処理槽１５内の処理水および担体１６を効果的に流動させることができる。
【０１４３】
上記第２攪拌部５３および第２散気部１９の第２処理槽１５内の配置は特に限定されないが、両構成共に、上記水流発生管１７の内部に設けられることが好ましい。上記構成によれば、第２処理槽１５内の水流の方向を容易に制御することができる。
【０１４４】
また、このとき水流発生管１７内における第２攪拌部５３の位置は、上記第２散気部１９よりも第２処理槽１５の底面側であることが好ましい。上記構成によれば、第２散気部１９によって形成される水流を、第２攪拌部５３によって妨げることを防止することができる。このとき、第２攪拌部５３によって形成される水流の方向は、上向き（バブル含有水の水面に向かう方向）であってもよいし、下向き（第２処理槽１５の底面に向かう方向）であってもよい。第２攪拌部５３によって形成される水流の方向が上向きである場合、第２槽１５内の上側に存在するバブル含有水および担体１６をより効果的に攪拌することができる。また、第２散気部１９と第２攪拌部５３とを同時に用いることにより、より強い水流を発生させることができる。一方、第２攪拌部５３によって形成される水流の方向が下向きである場合、第２処理槽１５内の上側に存在するバブル含有水および担体１６をより効果的に攪拌することができる。
【０１４５】
上述した気液混合循環ポンプ２、電動ニードルバルブ９、ブロワー１２、第２散気部１９、第２攪拌部５３および酸化還元電位計４７は、信号線１１を介してシーケンサー１４に接続されている。上記酸化還元電位計４７によって第２処理槽１５内のバブル含有水の酸化還元電位が測定され、当該測定値は、酸化還元電位調節計４８に送られる。上記酸化還元電位調節計４８では、上記測定値に基づいて、第２処理槽１５内のバブル含有水が好気的条件にあるのか嫌気的条件にあるのか判断する。なお、上記酸化還元電位調節計４８には、予め第２処理槽１５内のバブル含有水の所望の状態（嫌気的または好気的）を記憶させておくことも可能である。なお、上記バブル含有水の所望の状態は、経時的に変化するものであってもよい。例えば、好気的条件と嫌気的条件とを繰り返すものであってもよい。そして、上記酸化還元調節計４８から、各種情報がシーケンサー１４に伝達される。
【０１４６】
上記シーケンサー１４は、上記酸化還元電位調節計４８の判断に基づいて、気液混合循環ポンプ２、電動ニードルバルブ９、ブロワー１２、第２散気部１９および第２攪拌部５３などの動作を制御することができる。これによって、第２処理槽１５内の状態を好気的条件または嫌気的条件に設定することができるので、担体１６の表面上に固定化される微生物の種類（好気性微生物または嫌気性微生物）を制御することができる。つまり、本実施の形態の水処理装置では、好気性微生物と嫌気性微生物の両方を同時に繁殖させて、両方の微生物によって混入物を処理（分解除去）することができる。すなわち、従来技術では１つの槽にて好気性微生物と嫌気性微生物との両方を充分に繁殖させることができなかったが、本実施の形態の水処理装置では、１つの槽にて好気性微生物と嫌気性微生物との両方を充分に繁殖させることができる。
【０１４７】
酸化還元電位計４７の値がプラスである場合には、第２処理槽１５の内部は好気的条件であり、逆にマイナスである場合には、第２処理槽１５の内部は嫌気的条件である。そして、本実施の形態の水処理装置では、第２処理槽１５の内部条件を適切に制御することによって、好気性微生物と嫌気性微生物との両方が、適切に共存できる環境を生み出している。
【０１４８】
シーケンサー１４による気液混合循環ポンプ２、電動ニードルバルブ９、ブロワー１２、第２散気部１９、および第２攪拌部５３の動作の制御方法は特に限定されない。上記制御方法は、例えば、各構成の運転時間、および／または、運転する構成の組み合わせを適切に制御する方法であり得る。例えば、第２処理槽１５の内部を好気的条件に設定する場合には、ブロワー１２および第２散気部１９を駆動させればよい。一方、第２槽１５の内部を嫌気的条件に設定する場合には、ブロワー１２および第２散気部１９を停止させるとともに、第２攪拌部５３を駆動させればよい。また、上記第２処理槽１５の内部を、好気的条件と嫌気的条件とに連続的に変化させることも可能である。
【０１４９】
以上のようにして第２処理槽１５内にて処理されたバブル含有水は、処理水として管２２を介して第２処理槽１５の外へ排出される。当該排出された処理水は、処理済の液体として所望の用途に用いられ得る。また、上記処理水に対して、さらなる浄化処理を施すことも可能である。このことについては、別の実施の形態にて説明する。
【０１５０】
〔実施の形態２〕
本発明の他の実施の形態について、図２に基づいて説明する。なお、本実施の形態において説明すること以外の構成は、実施の形態１と同じである。また、説明の便宜上、実施の形態１の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１５１】
本実施の形態の水処理装置では、処理対象の液体として工場廃水を用いるとともに、第２処理槽１５の底面上にバブル含有水流入部２５が設けられている。そして、上記バブル含有水流入部２５から、第２バブル発生槽１内のバブル含有水が吐出されている。
【０１５２】
上記バブル含有水流入部２５は、第２バブル発生槽１内のバブル含有水を吐出できるものであればよく、その具体的な構成は特に限定されない。例えば、上記バブル含有水流入部２５は、バブル含有水を吐出する吐出口を複数有するものであることが好ましい。
【０１５３】
上記構成によれば、工場廃水中の有機物を、ナノバブルおよびマイクロナノバブルに由来する強力なフリーラジカルによって酸化分解することができる。また、ナノバブルおよびマイクロナノバブルは、担体１６の表面に固定化された微生物を活性化することができるので、従来の水処理方法や水処理装置と比較して、液体中の混入物を効果的に除去することができる。また、上記構成によれば、第２処理槽１５内の担体１６の密度が高い場合にも、当該担体１６を効果的に攪拌することができる。
【０１５４】
〔実施の形態３〕
本発明の他の実施の形態について、図３に基づいて説明する。なお、本実施の形態において説明すること以外の構成は、実施の形態１と同じである。また、説明の便宜上、実施の形態１の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１５５】
本実施の形態の水処理装置では、処理対象の液体として再利用水を用いるとともに、第１処理槽７０内にも担体３８が設けられている。なお、上記担体３８は、上述した担体１６と同じ構成である。
【０１５６】
本実施の形態の水処理装置は、例えば工場廃水処理後の再利用や、工場からの廃水であって再利用可能な比較的汚染度の低い水を処理する場合に適している。
【０１５７】
上記構成によれば、第１処理槽７０内の微生物濃度が低い場合であっても、その少ない微生物を担体３８の表面に固定化することができるので、第１処理槽７０の処理性能を高めることができる。
【０１５８】
〔実施の形態４〕
本発明の他の実施の形態について、図４に基づいて説明する。なお、本実施の形態において説明すること以外の構成は、実施の形態１と同じである。また、説明の便宜上、実施の形態１の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１５９】
本実施の形態の水処理装置では、処理対象の液体として河川水を用いている。また、本実施の形態の水処理装置では、第２処理槽１５から蓋を削除している。
【０１６０】
上記構成によれば、河川水中の微量の有機物を、ナノバブルおよびマイクロナノバブル由来の強力なフリーラジカルによって酸化分解することができる。これによって、被処理水の化学的酸素要求量および全有機炭素の値を低くすることができる。その結果、半導体工場や液晶工場での超純水製造装置の原水に適する水質を有する水を作製することが可能であるとともに、超純水製造設備のイニシャルコストおよびランニングコストを低減することができる。
【０１６１】
また、第２処理槽１５が開放型となっているので、第２処理槽１５内を主として好気的条件に設定することが可能である。なお、好気的条件にて長く運転する方が、効果的に処理できる対象も存在する。
【０１６２】
〔実施の形態５〕
本発明の他の実施の形態について、図５に基づいて説明する。なお、本実施の形態において説明すること以外の構成は、実施の形態１と同じである。また、説明の便宜上、実施の形態１の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１６３】
本実施の形態の水処理装置では、処理対象の液体として下水を用いている。また、本実施の形態の水処理装置では、第２処理槽１５の側面に設けられた処理済の液体を排出するための開口に、傾斜面を有するスクリーン容器５１が設けられている。
【０１６４】
上記スクリーン容器５１は、第２処理槽１５から担体１６が流出することを防止することができるものであればよく、その具体的な構成は特に限定されない。例えば、上記スクリーン容器５１は、各種フィルターであり得る。更に具体的には、上記スクリーン容器５１は、例えば、３．５ｍｍ×３．５ｍｍの複数の開口を有するとともに、空気によって洗浄可能な傾斜面を有するフィルターであり得る。なお、上記傾斜面に対しては、散気管（図示せず）から気体を吐出することによって、常時、スクリーン容器５１を洗浄することが好ましい。
【０１６５】
上記構成によれば、液体中に含まれる混入物を効果的に除去することができる。
【０１６６】
〔実施の形態６〕
本発明の他の実施の形態について、図６に基づいて説明する。なお、本実施の形態において説明すること以外の構成は、実施の形態１と同じである。また、説明の便宜上、実施の形態１の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１６７】
本実施の形態の水処理装置では、処理対象の液体として生活廃水を用いている。また、本実施の形態の水処理装置では、第１処理槽７０に酸化還元電位計３３が設けられるとともに、処理槽外部に酸化還元電位調節計３４が設けられている。
【０１６８】
上記酸化還元電位計３３および酸化還元電位調節計３４としては特に限定されず、適宜公知の構成を用いることができる。
【０１６９】
上記構成によれば、第１処理槽７０内のバブル含有水の酸化還元電位を正確に測定できる。そして、酸化還元電位計３３によって測定された酸化還元電位は、酸化還元電位調節計３４に送られ、次いで、信号線１１を介してシーケンサー１４に入力される。そして、当該測定結果がシーケンサー１４によって判断された後、第１処理槽７０内の条件が所定の条件になるように、様々な構成（例えば、バルブ８３・８４・４６、ブロワー６９および第１攪拌部８２など）の動作が制御される。
【０１７０】
すなわち、上記構成によれば、処理対処の液体の性質に応じて第１処理槽内の状態を設定することができる。例えば、生活廃水中にアンモニア性窒素が多く含まれていれば、アンモニア性窒素を硝化するために、好気的条件にて長時間処理すればよい。また、生活廃水中に硝酸性窒素が多く含まれていれば、硝酸性窒素を脱窒するために、嫌気的条件にて長時間処理すればよい。
【０１７１】
〔実施の形態７〕
本発明の他の実施の形態について、図７に基づいて説明する。なお、本実施の形態において説明すること以外の構成は、実施の形態１と同じである。また、説明の便宜上、実施の形態１の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１７２】
本実施の形態の水処理装置では、処理対象の液体として有機フッ素化合物含有廃水を用いている。また、本実施の形態の水処理装置では、管２２の後段に、さらに追加設備として急速ろ過塔３９、活性炭吸着塔４０が設けられているとともに、そして活性炭吸着塔４０における使用済みの活性炭が、セメント工場４４に導入されている。
【０１７３】
上記急速ろ過塔３９、および活性炭吸着塔４０の具体的な構成としては特に限定されず、適宜公知の構成を用いることができる。
【０１７４】
上記急速ろ過塔３９では、浮遊物質を除去することができる。また、上記活性炭吸着塔４０では、各種物質を吸着除去することができる。
【０１７５】
活性炭吸着塔４０は、処理水中に有機物などが残存していると吸着効果が低下する。しかしながら、上記構成によれば、液体中の有機物等を除去することができるので、活性炭吸着塔４０の機能を最大限発揮させることができるとともに、難分解性である有機フッ素化合物をも完全に除去することができる。
【０１７６】
また、上記活性炭吸着塔４０内の活性炭は、使用後、セメント工場４４に搬入されて、燃料の一部として利用される。その結果、活性炭に吸着されている有機フッ素化合物が、セメント工場４４にて完全に分解処理（例えば、燃焼温度１４００℃）されることになる。有機フッ素化合物は、１２５０℃以上で分解するので、セメント工場４４に吸着後の使用済活性炭を持ち込んで処分すれば、確実に処理することができる。
【０１７７】
〔実施の形態８〕
本発明の他の実施の形態について、図８に基づいて説明する。なお、本実施の形態において説明すること以外の構成は、実施の形態１と同じである。また、説明の便宜上、実施の形態１の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１７８】
本実施の形態の水処理装置では、処理対象の液体として有機フッ素化合物含有廃水を用いている。また、本実施の形態の水処理装置では、管２２の後段に、さらに追加設備として急速ろ過塔３９、イオン交換樹脂塔４１が設けられているとともに、そしてイオン交換樹脂塔４１における使用済みのイオン交換樹脂が、セメント工場４４に導入されている。
【０１７９】
上記急速ろ過塔３９、およびイオン交換樹脂塔４１の具体的な構成としては特に限定されず、適宜公知の構成を用いることができる。なお、イオン交換樹脂塔４１は、有機フッ素化合物の末端がスルホン酸塩やカルボン酸塩に対して有効にイオン交換して、イオン交換樹脂に吸着するものであることが好ましい。
【０１８０】
上記急速ろ過塔３９では、浮遊物質を除去することができる。また、上記イオン交換樹脂塔４１では、各種物質を吸着除去することができる。
【０１８１】
イオン交換樹脂塔４１は、処理水中に有機物などが残存していると吸着効果（イオン交換効果）が低下する。しかしながら、上記構成によれば、液体中の有機物等を除去することができるので、イオン交換樹脂塔４１の機能を最大限発揮させることができるとともに、難分解性である有機フッ素化合物をも完全に除去することができる。
【０１８２】
また、上記イオン交換樹脂塔４１内のイオン交換樹脂は、使用後、セメント工場４４に搬入されて、燃料の一部として利用される。その結果、イオン交換樹脂に吸着されている有機フッ素化合物が、セメント工場４４にて完全に分解処理（例えば、燃焼温度１４００℃）されることになる。有機フッ素化合物は、１２５０℃以上で分解するので、セメント工場４４に吸着後の使用済イオン交換樹脂を持ち込んで処分すれば、確実に処理することができる。
【０１８３】
〔実施の形態９〕
本発明の他の実施の形態について、図９に基づいて説明する。なお、本実施の形態において説明すること以外の構成は、実施の形態１と同じである。また、説明の便宜上、実施の形態１の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１８４】
本実施の形態の水処理装置では、処理対象の液体として有機フッ素化合物含有廃水を用いている。また、本実施の形態の水処理装置では、管２２の後段に、さらに追加設備として急速ろ過塔３９、キレート樹脂塔９０が設けられているとともに、そしてキレート樹脂塔９０における使用済みのキレート樹脂が、セメント工場４４に導入されている。
【０１８５】
上記急速ろ過塔３９、およびキレート樹脂塔９０の具体的な構成としては特に限定されず、適宜公知の構成を用いることができる。なお、キレート樹脂塔９０は、有機フッ素化合物の末端がスルホン酸塩やカルボン酸塩に対して有効に交換して、キレート樹脂に吸着するものであることが好ましい。
【０１８６】
上記急速ろ過塔３９では、浮遊物質を除去することができる。また、上記活性炭吸着塔４０では、各種物質を吸着除去することができる。
【０１８７】
キレート樹脂塔９０は、処理水中に有機物などが残存していると吸着効果が低下する。しかしながら、上記構成によれば、液体中の有機物等を除去することができるので、活性炭吸着塔４０の機能を最大限発揮させることができるとともに、難分解性である有機フッ素化合物をも完全に除去することができる。
【０１８８】
また、上記キレート樹脂塔９０内のキレート樹脂は、使用後、セメント工場４４に搬入されて、燃料の一部として利用される。その結果、キレート樹脂に吸着されている有機フッ素化合物が、セメント工場４４にて完全に分解処理（例えば、燃焼温度１４００℃）されることになる。有機フッ素化合物は、１２５０℃以上で分解するので、セメント工場４４に吸着後の使用済キレート樹脂を持ち込んで処分すれば、確実に処理することができる。
【実施例】
【０１８９】
〔実施例１〕
図１に基づいて、水処理装置を作製した。当該水処理装置では、前槽５５の容量を０．１ｍ３、第１バブル発生槽５７の容量を０．１ｍ３、第１処理槽７０の容量を５ｍ３、第２バブル発生槽１の容量を０．１ｍ３、第２処理槽１５の容量を５ｍ３とした。また、上記第２処理槽１５内には、ポバール樹脂（株式会社クラレ製のクラゲール（登録商標））を約１ｍ３（第２槽１５の容量の約２０％）加えた。また、ナノバブル発生機である第１バブル発生部４２および第２バブル発生部４３としては、株式会社協和機設社製のバビタスＨＹＫ−３２を用いた。なお、上記バビタスＨＹＫ−３２が備える気液混合循環ポンプ２の動力は、３．７ｋｗであった。
【０１９０】
また、第１攪拌部８１および第２攪拌部５３としては、新明和工業株式会社製の水中エアレータＳＵ１５を用いた。なお、当該水中エアレータＳＵ１５は、吐出水量が９ｍ３／分、出力が１．５ｋｗ、本体重量が１７５ｋｇである水中エアレータである。
【０１９１】
上記水処理装置に有機物を含有した工場廃水を導入して、当該廃水を１ヶ月間処理した。なお、上記廃水としては、半導体工場から排出される有機物含有廃水を用い、当該有機物含有廃水の処理前のＴＯＣ値（全有機炭素）は、１１２ｐｐｍであった。
【０１９２】
一方、１ヶ月間の処理を行った後の有機物含有廃水（処理水４５）のＴＯＣ値は、１２ｐｐｍであった。
【０１９３】
〔実施例２〕
図７に基づいて、水処理装置を作製した。なお、当該水処理装置は図１に示す水処理装置とほぼ同じであるが、急速ろ過塔３９の容量を０．０５ｍ３、活性炭吸着塔４０の容量を０．２ｍ３として、約1ヶ月の運転を行った。
【０１９４】
有機フッ素化合物含有廃水として、ＰＦＯＳ（パーフルオロオクタンスルホン酸）を準備して、前槽５５に添加し、通常運転後、活性炭吸着塔４０出口の処理水のＰＦＯＳを側定して除去率をもとめたところ、９９％であった。なお、ＰＦＯＳの測定は、公知の方法に基づいて行った。
【０１９５】
なお本発明は、以上説示した各構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施の形態や実施例にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施の形態や実施例についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１９６】
本発明によれば、処理水中に含まれる混入物（例えば、有機物）を効果的に除去することができる。そのため、本発明は、廃水処理装置および水浄化装置に代表される各種水処理装置やその部品を製造する分野に利用することができるだけでなく、さらには、混入物が除去された純度の高い液体を用いる必要がある分野に、広く応用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１９７】
【図１】本発明における水処理装置の実施の一形態を示す模式図である。
【図２】本発明における水処理装置の他の実施の形態を示す模式図である。
【図３】本発明における水処理装置のさらに他の実施の形態を示す模式図である。
【図４】本発明における水処理装置のさらに他の実施の形態を示す模式図である。
【図５】本発明における水処理装置のさらに他の実施の形態を示す模式図である。
【図６】本発明における水処理装置のさらに他の実施の形態を示す模式図である。
【図７】本発明における水処理装置のさらに他の実施の形態を示す模式図である。
【図８】本発明における水処理装置のさらに他の実施の形態を示す模式図である。
【図９】本発明における水処理装置のさらに他の実施の形態を示す模式図である。
【符号の説明】
【０１９８】
２・６１  気液混合循環ポンプ
３・６２  第１気体せん断部
４・６３  第２気体せん断部
６・５９  第３気体せん断部
８・６５  空気配管
９・６６  電動ニードルバルブ
１０・１３・２２・２３・４９・６０・６４・６７・６８・７４・７７  管
１１  信号線
１２・６９  ブロワー
１４  シーケンサー
１６  担体
１７  水流発生管（ドラフト）
１９  第２散気部（第２散気手段）
２１  支持板
２５  バブル含有水流入部
２６・３６・３７・５８  水流
３３・４７  酸化還元電位計
３４・４８  酸化還元電位調節計
３９  急速ろ過塔
４０  活性炭吸着塔
４１  イオン交換樹脂塔
４２  第１バブル発生部（第１バブル発生手段）
４３  第２バブル発生部（第２バブル発生手段）
４４  セメント工場
４５  フィルター
５２  洗浄用散気管（第３散気手段）
５３  第２攪拌部（第２攪拌手段）
５５  前槽
５６・７８・７９  ポンプ
５７  第１バブル発生槽
６９  ブロワー
７０  第１処理槽
７２  液中膜架台
７３  中空糸
７５・７６  フランジ
８１  第１散気部（第１散気手段）
８２  第１攪拌部（第１攪拌手段）
８５  バルブ
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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