(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプにより供給される汚水を下部に受けて上向流で流動させ、汚水を嫌気性微生物と接触させて、汚水中の汚濁物質を嫌気処理する嫌気処理槽と、この嫌気処理槽からの処理水を上部に受けて下向流で流動させ、前記処理水を好気性微生物および空気に接触させて、前記処理水中の汚濁物質を好気処理する好気処理槽と、を具備する曝気レス水処理装置において、
前記嫌気処理槽の下部に配置され、前記嫌気性微生物としてアップフロー・アンエアロビック・スラッジ・ブランケット、消化汚泥、および生物学的窒素除去法または生物学的リン除去法の嫌気汚泥中の嫌気性微生物のうちの少なくとも１つを汚水中に浮遊させた浮遊汚泥部と、
前記嫌気処理槽の上部に配置され、かつ前記嫌気処理槽の高さ方向に直列に配置され、互いに形状が異なる担体を有する複数の担体グループを有し、前記嫌気性微生物としてアップフロー・アンエアロビック・スラッジ・ブランケット、消化汚泥、および生物学的窒素除去法または生物学的リン除去法の嫌気汚泥中の嫌気性微生物のうちの少なくとも１つを付着させた担体を支持する担体支持部を有し、上向流の汚水と前記担体との接触が促進されるように前記担体支持部により前記担体が支持され、前記担体支持部に支持された担体に前記浮遊汚泥部から流れてきた嫌気性微生物をさらに付着させ、前記嫌気性微生物が前記嫌気処理槽から前記好気処理槽へ流出するのを防止する担体部と、
を有することを特徴とする曝気レス水処理装置。
【請求項２】
前記担体部は、前記担体支持部に吊り下げ支持される複数のひも状担体を有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記ひも状担体は、幹ひもと、前記幹ひもを中心としてその周囲に取り付けられた複数の枝ひもと、を有することを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記ひも状担体の相互間距離を前記ひも状担体の外周径の−１倍から＋４倍までの範囲とすることを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記担体部は、前記担体の充填率を１０〜５０％の範囲とすることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項６】
粒径の大きな第１の担体を前記担体部の下部に配置し、前記第１の担体よりも粒径の小さな第２の担体を前記担体部の上部に配置したことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の装置。
【請求項７】
表面積の小さな材質の第１の担体を前記担体部の下部に配置し、前記第１の担体よりも表面積の大きな材質の第２の担体を前記担体部の上部に配置したことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の装置。
【請求項８】
形状均一性が高い塊状の担体を前記担体部の下部に配置し、前記塊状の担体よりも形状均一性が低いひも状の担体を前記担体部の上部に配置したことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、都市下水、工場排水、家庭排水等の汚水を微生物により浄化処理する曝気レス水処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
汚水を浄化処理する手段として、嫌気性微生物と好気性微生物を利用する曝気レス水処理装置が例えば特許文献１により提案されている。図２２に示すように、従来の曝気レス水処理装置１００では、汚水はポンプ１０２の駆動によりラインＬ１を通って嫌気リアクタ１０４内に導入される。嫌気リアクタ１０４は、嫌気性微生物が粒状に塊となったアップフロー・アンエアロビック・スラッジ・ブランケット（Up flow Anaerobic Sludge Blanket、嫌気性上向流汚泥床、以下「ＵＡＳＢ」という）部１０５と上澄み部１０６とを備えており、汚水は上向流１０７となってＵＡＳＢ部１０５を通過する際に、ＵＡＳＢ部１０５の嫌気性微生物と接触して汚水中の有機汚濁物質が除去される。嫌気処理により有機汚濁物質が除去された水は、上澄み部１０６、越流部１０８、ラインＬ２を順次通過して好気リアクタ１１０の上部に供給される。
【０００３】
好気リアクタ１１０は、好気性微生物付着担体部１１１、担体支持部１１２、下部空隙部１１３を備えている。下部空隙部１１３には、空気ライン１１５を介してブロワ１１４に連通する散気管１１６が配置され、さらにその側面部にはラインＬ３を介して処理水貯留槽１１８が連通している。好気リアクタ１１０内に供給された嫌気処理水は、下降流１１９で好気性微生物付着担体部１１１の好気性微生物と接触する過程で、嫌気リアクタ１０４内の処理水中に残存する有機汚濁物質が処理された後に、貯留槽１１８へ排出される。
【特許文献１】特開平１１−２８５６９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の水処理装置の処理操作中においては、以下に列記する種々の変動や外乱を発生するおそれがある。
【０００５】
(1)流入水量の増加
(2)流入水質の悪化（有機汚濁物質の増加）
(3)流入水への毒物等の混入
(4)流入水中の浮遊物質（ＳＳ）の増加
(5)ガス発生量の増加
(6)流入水質の低濃度化（高濃度ＢＯＤ産業排水から低濃度ＢＯＤ下水へ）
これらの変動や外乱(1)〜(6)を生じると、従来の水処理装置１００では、嫌気リアクタ１０４内の嫌気性微生物（ＵＡＳＢ）が流出し、その結果として次の(i)〜(iii)の問題を生じる。
【０００６】
（i）嫌気リアクタ内の微生物濃度の低下
（ii）好気リアクタ内の嫌気化
（iii）処理水の水質低下
通常、ＵＡＳＢ部１０５の最上部では、汚水ポンプ１０２からの流入量による線速度Ｌｖ（Line Velocity）とＵＡＳＢの粒子の落下速度とが釣り合って、一定の高さでバランスしている。
【０００７】
しかしながら、(1)汚水の流入量が増大して嫌気リアクタ１０４の上向流１０７の速度、すなわち線速度Ｌｖが増大した場合に、ＵＡＳＢ部１０５の最上部が上方に移行し、嫌気性微生物が嫌気リアクタ１０４から好気リアクタ１１０へ流出してしまうという問題を生じる。通常、ＵＡＳＢは約２ｍ／ｈ以下の線速度Ｌｖでは流出しないが、線速度Ｌｖが２ｍ／ｈを超えると嫌気リアクタ１０４の上部へ移行（浮上）して、嫌気リアクタ１０４から好気リアクタ１１０のほうに流出していくからである。
【０００８】
また、(2)汚水の流入水質が悪化した場合、あるいは(3)汚水中に毒物や阻害物質が混入した場合には、嫌気リアクタ１０４のＵＡＳＢの限界負荷値を超え、ＵＡＳＢの過大増殖による比重の低下、ＵＡＳＢの分散化および縮小化により比重が低下する。ＵＡＳＢの比重が低下すると、上記(1)と同様に、嫌気性微生物が嫌気リアクタ１０４から下流側の好気リアクタ１１０に流出しやすくなる。
【０００９】
また、(4)流入水の浮遊物質（ＳＳ）が増加した場合、これらＳＳの揃断力や攪拌力によって嫌気性微生物の塊り（凝集体）であるＵＡＳＢが破砕されてしまい、ＵＡＳＢの分散化と縮小化を招来するという問題点もある。
【００１０】
さらに、(5)ＵＡＳＢの嫌気活性度が高くなると、嫌気性微生物はメタンガスやＣＯ2ガスを多量に発生して発酵ガスを生成する。この発酵ガスは上向流において乱流状態を招来するため、ＵＡＳＢそのものを巻き込んで上向流とともに同時に好気リアクタ１１０のほうへ流出させてしまう。
【００１１】
また、(6)ＵＡＳＢは、本来、ＢＯＤ（生化学的酸素要求量）が数1000〜数万mg/Lの高濃度有機汚濁物質を含む産業排水処理装置に利用されており、下水のようにＢＯＤが100〜200mg/Lのように、低濃度有機汚濁物質を含む処理装置に適用した場合、以下の問題を生じる。
【００１２】
ＵＡＳＢを構成する嫌気性微生物は高濃度ＢＯＤで生産される粘着性物質により塊状に強く凝集しているが、下水のように低濃度ＢＯＤに適用された場合には、粘着物質が生産されなくなり、塊状の嫌気性微生物が分散化・縮小化される。このようにＵＡＳＢが分散化・縮小化することによりその比重が小さくなり、ＵＡＳＢが嫌気リアクタ１０４の上方に浮上して嫌気リアクタ１０４から流出する。
【００１３】
上述のように、（i）嫌気リアクタ１０４内のＵＡＳＢ部１０５の容積が減少する、すなわち嫌気性微生物の濃度が減少すると、嫌気リアクタ１１０の処理能力が低下する。
【００１４】
また、(ii)ＵＡＳＢは嫌気性微生物の塊りであるので、次工程の好気リアクタ１１０へ流出することにより、好気リアクタ１１０内の溶存酸素濃度（ＤＯ）が低下して嫌気化し、好気リアクタ１１０内の好気性微生物の活性が低下する。このため、上記嫌気リアクタ１０４の処理性能のみならず、好気リアクタ１１０の処理性能も低下する。
【００１５】
さらに、（iii)これらリアクタ１０４，１１０の性能低下により、汚水中の有機汚濁物質を十分に除去することができなくなり、最終的には処理水の水質が低下するという問題点がある。
【００１６】
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、処理操作中に種々の変動や外乱を受けた場合に、嫌気性微生物が嫌気リアクタから流出することを抑制し、嫌気リアクタおよび好気リアクタの処理性能をともに安定化することができ、その結果、処理水の水質を安定にして排出できる曝気レス水処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
従来の下水処理プロセスの１つである標準活性汚泥法において、水処理のために消費されるエネルギの内訳は下記(a)〜(c)である。
【００１８】
(a)汚水ポンプ（下水を反応槽へ供給するポンプ）：２０〜３０％
(b)返送ポンプ（最終沈殿池汚泥を曝気槽へ返送するポンプ）：約１０％
(c)ブロワ（曝気槽内に空気を供給する曝気装置）：５０〜６０％
上記のエネルギ内訳を検討してみると、目標とするエネルギ７０％を達成するためには、多くのエネルギを占める(c)を採用することは不利である。実際には(c)を用いて目標とする省エネルギを達成することは不可能であるため、(c)のブロワは用いられていない。一方、(a)の汚水ポンプは地中深い下水管内の下水を地上の水処理装置に供給するためには必要不可欠である。従って、ブロワを使用することなく、汚水ポンプ等の必要不可欠な機器のみを有するシステムを構築し、そのプロセス技術を確立する必要がある。そこで、本発明者らは上記の課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、以下に述べる簡素化されたシンプルな水処理システムとそのプロセス技術を確立することができた。
【００１９】
本発明に係る曝気レス水処理装置は、ポンプにより供給される汚水を下部に受けて上向流で流動させ、汚水を嫌気性微生物と接触させて、汚水中の汚濁物質を嫌気処理する嫌気処理槽と、この嫌気処理槽からの処理水を上部に受けて下向流で流動させ、前記処理水を好気性微生物および空気に接触させて、前記処理水中の汚濁物質を好気処理する好気処理槽と、を具備する曝気レス水処理装置において、
前記嫌気処理槽の下部に配置され、前記嫌気性微生物としてアップフロー・アンエアロビック・スラッジ・ブランケット、消化汚泥、および生物学的窒素除去法または生物学的リン除去法の嫌気汚泥中の嫌気性微生物のうちの少なくとも１つを汚水中に浮遊させた浮遊汚泥部と、
前記嫌気処理槽の上部に配置され、かつ前記嫌気処理槽の高さ方向に直列に配置され、互いに形状が異なる担体を有する複数の担体グループを有し、前記嫌気性微生物としてアップフロー・アンエアロビック・スラッジ・ブランケット、消化汚泥、および生物学的窒素除去法または生物学的リン除去法の嫌気汚泥中の嫌気性微生物のうちの少なくとも１つを付着させた担体を支持する担体支持部を有し、上向流の汚水と前記担体との接触が促進されるように前記担体支持部により前記担体が支持され、前記担体支持部に支持された担体に前記浮遊汚泥部から流れてきた嫌気性微生物をさらに付着させ、前記嫌気性微生物が前記嫌気処理槽から前記好気処理槽へ流出するのを防止する担体部と、
を有することを特徴とする。
【００２０】
嫌気処理槽の下部に汚水を上向流で供給すると、先ず浮遊汚泥部において浮遊する嫌気性微生物と接触して汚水が一次処理される。この一次処理では嫌気性微生物と汚水中の有機汚濁物質との接触頻度が比較的少ないために処理効率はそれほど高いものにならないが、前処理としての役割は十分に達成される。
【００２１】
次いで、上向流の汚水は固定床としての担体部において嫌気性微生物と接触して二次処理される。この二次処理では、嫌気性微生物と汚水中の有機汚濁物質とが高い頻度で接触するため処理効率が急激に上昇する。このとき上向流にのって浮遊汚泥部から担体部に流れ込んできた嫌気性微生物は、その大部分が担体に吸着捕捉されるため、嫌気処理槽から好気処理槽へほとんど流出しなくなる。このようにして嫌気処理槽内での処理効率が向上するとともに、嫌気処理槽内における嫌気性微生物の歩留まりが上昇する。
【００２２】
上記の装置において、前記担体部の上方にメッシュ、ストレーナー、邪魔板およびろ過装置のうちの少なくとも１つをさらに有することが好ましい。メッシュ等により嫌気処理槽側から好気処理槽側への嫌気性微生物の流出が抑制され、嫌気処理槽内における嫌気性微生物の増殖が可能になる。ちなみに嫌気性微生物は、高濃度の廃水（BOD：1000〜10000mg/L）には安定に存在するが、低濃度の下水（BOD：約200mg/L）には不安定であるため、メッシュ等により嫌気性微生物の流出を制限すると、嫌気性処理槽内で嫌気性微生物が増殖しやすい環境がつくられる。これにより嫌気性処理槽内の嫌気性微生物が高活性度を維持し、長期間にわたって処理効率が低下し難くなる。
【００２３】
担体部は、嫌気処理槽の高さ方向に直列に配置された複数の担体グループを有することができる。担体部において担体グループを二段または三段（あるいは四段以上）に多段に直列配置すると、嫌気性微生物による処理効率がさらに向上するばかりでなく、嫌気性微生物の流出をさらに有効に防止することができる。
【００２４】
この場合に、粒径の大きな第１の担体を担体部の下部に配置し、この第１の担体よりも粒径の小さな第２の担体を担体部の上部に配置することができる。異なる粒径の担体グループをこのように配置すると、先ず第１の担体グループにより汚水が低効率処理され、次いで第２の担体グループにより汚水が高効率処理され、段階的に処理効率が上昇していくため、長期間にわたり劣化することなく嫌気性微生物の活性が維持される。
【００２５】
表面積の小さな材質の第１の担体を担体部の下部に配置し、第１の担体よりも表面積の大きな材質の第２の担体を担体部の上部に配置することができる。異なる表面積の担体グループをこのように配置すると、先ず第１の担体グループにより汚水が低効率処理され、次いで第２の担体グループにより汚水が高効率処理され、段階的に処理効率が上昇していくため、長期間にわたり劣化することなく嫌気性微生物の活性が維持される。
【００２６】
形状均一性が高い塊状の担体を担体部の下部に配置し、塊状（ボール状）の担体よりも形状均一性が低いひも状（索状、ブラシ状）の担体を担体部の上部に配置することができる。異なる形状均一性の担体グループをこのように配置すると、先ず塊状の担体グループにより汚水が低効率処理され、次いでひも状の担体グループにより汚水が高効率処理され、段階的に処理効率が上昇していくため、長期間にわたり劣化することなく嫌気性微生物の活性が維持される。塊状の担体には円柱、円筒、球形、立方体、直方体、各種の正多面体を用いることができる。ひも状の担体として、例えば図５Ａ、図５Ｂ、図６Ａ、図６Ｂに示すように、幹ひも３３ｃの周囲に多数のブラシ毛（枝ひも）３３ｄが植毛された吊り下げブラシひもを用いることができる。この場合に、ひも状担体の相互間距離をひも状担体の外周径の−１倍から＋４倍までの範囲とすることが好ましい。隣り合うひも状担体は、図６Ａに示すように間隔をあけて離れていてもよいし、図６Ｂに示すようにその一部が互いに重なり合っていてもよい。ここで、隣り合うひも状担体が重なり合って接する状態をマイナス倍率で表記することにした。ひも状担体の相互間距離Ｌ1が外周径ｄ1の−１倍より小さいと、水の通流性が悪くなり、嫌気性微生物に十分な量の水が接触しなくなるために処理効率が低下する。一方、ひも状担体の相互間距離Ｌ1が外周径ｄ1の４倍より大きいと、水がひも状担体に接触することなくそのまま上方にスルーパスして処理効率が低下するおそれがあるからである。
また、担体部は、担体の充填率を１０〜５０％の範囲とすることが好ましい。嫌気性微生物付着担体部の充填率は、有効容積（嫌気処理槽内の水が入っている実容積）の約２０％程度である。この充填率は１０〜５０％の範囲で種々変えることができる。１０％未満の充填率では、嫌気固定床としての分解機能が十分に発揮されないからである。一方、充填率が５０％を超えると、流動抵抗が増大して汚水が嫌気処理槽内を円滑な上向流として通流し難くなるとともに、汚水ポンプの負荷が増大してその寿命が短くなるからである。
【００２７】
担体部、担体部上部および嫌気処理槽の出口のうちの少なくとも１つから嫌気性微生物を浮遊汚泥部に返送するための返送手段をさらに有することができる。担体部にて嫌気性微生物を捕捉吸着するとは言っても、微生物のすべてを捕捉することはできないので、担体部を通過して好気処理槽のほうに流出しようとする嫌気性微生物を浮遊汚泥部に返送することにより、嫌気処理槽内における嫌気性微生物の歩留まりをさらに向上させることができる。
【００２８】
嫌気処理槽内の水流を上向流から下向流に逆転させる逆流手段をさらに有することができる。逆流手段により嫌気処理槽内の水流の向きを逆転させることにより、担体に付着した嫌気性微生物の劣化を防ぎ、その活性を維持することができる。この嫌気処理槽内の水流の逆転は、定期的に行うようにしてもよいし、処理槽内部の状態の監視結果に従って不定期に行うようにしてもよい。
【００２９】
嫌気処理槽の浮遊汚泥部には、アップフロー・アンエアロビック・スラッジ・ブランケット（ＵＡＳＢ）、消化汚泥、および生物学的窒素除去または生物学的リン除去法の嫌気汚泥中の嫌気性微生物のうちの少なくとも１つを存在させることができる。また、担体部にも、ＵＡＳＢ、消化汚泥、および生物学的窒素除去法または生物学的リン除去法の嫌気汚泥中の嫌気性微生物のうちの少なくとも１つを存在させることができる。このうちＵＡＳＢは、処理性能は最も高いが、高価である。消化汚泥は、中程度の処理性能を有するが、下流側の濃縮汚泥処理工程で容易に得ることができるものであるため最も廉価であり、かつ入手しやすい。生物学的窒素除去法等の嫌気汚泥は、中程度の処理性能を有しているが、消化汚泥に比べると高価であり、かつ入手しにくい。よって、総合的にみた場合に、嫌気性微生物含有物には消化汚泥が最も適しているようである。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、汚水の流入量が増加した場合、流入水質が悪化した場合、流入水中に毒物等が混入した場合、あるいは嫌気リアクタ内の発酵ガスが増加した場合、流入水質が高濃度ＢＯＤの産業排水から低濃度ＢＯＤの下水に変更されたなどにおいて、嫌気性微生物が流出することを抑制し、嫌気リアクタおよび好気リアクタの処理性能をともに安定化することができ、その結果、処理水の水質を安定にして排出できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、添付の図面を参照して本発明を実施するための種々の形態を説明する。
【００３２】
（第１の実施形態）  
本実施形態では、本発明の曝気レス水処理装置を下水処理設備に用いた場合について説明する。  
図１に示すように、曝気レス水処理装置１は、前段に嫌気リアクタ２１を備え、後段に好気リアクタ１０を備えている。嫌気リアクタ２１の底部には供給ラインＬ１を介してポンプ２の吐出口が接続され、図示しない汚水供給源から汚水がポンプ２の駆動により下方から嫌気リアクタ２１内に導入されるようになっている。嫌気リアクタ２１の上部と好気リアクタ１０の上部はオーバーフローラインＬ２によって接続されている。嫌気リアクタ２１の上部開口には蓋が被せられている。メンテナンス作業者は、蓋を開けて嫌気リアクタ２１の内部を保守点検することができるようになっている。好気リアクタ１０の上部開口は大気中に開放されている。
【００３３】
嫌気リアクタ２１は、下方から順に、浮遊汚泥部２２、第１の上澄み部２３、担体支持部２４、多数の担体を有する嫌気性微生物付着担体部２５、第２の上澄み部２６および越流部２７を備えている。浮遊汚泥部２２には所定量のＵＡＳＢを投入して、嫌気リアクタ２１の下部にＵＡＳＢを浮遊させている。嫌気性微生物付着担体部２５の担体は、ＵＡＳＢの嫌気性微生物が付着・固定され、その形状がひも状であり、担体支持部２４により支持されている。
【００３４】
次に、ひも状担体３３を吊り下げ支持する支持体の一例について図２、図３、図４を参照して説明する。
【００３５】
支持体は、左右一対のアーム部３３ａと、ひも状担体３３が取り付けられる複数本の水平バー３３ｂとを備えている。アーム部３３ａは、嫌気リアクタ２１の上部フレーム（図示せず）に引っ掛かけられるように図３に示すように側方から見てＬ字形に、また安定性を確保するために図４に示すように上方から見てコ字形に形成されている。水平バー３３ｂは、左右一対のアーム部３３ａの間に水平かつ平行に設けられた一様な径の中実または中空の棒である。各ひも状担体３３は、上端のみが水平バー３３ｂに拘束され、下端は自由な状態にある。ひも状担体３３は、図５Ａおよび図５Ｂに示すように幹ひも３３ｃを中心としてその周囲に多数の枝ひも３３ｄが環状または螺旋状に植え付けられた歯間ブラシに類似する形状である。枝ひも３３ｄの数は、図５Ａに示すひも状担体３３Ａのように８本としてもよいし、図５Ｂに示すひも状担体３３Ｂのように１２本としてもよい。枝ひも３３ｄの数は最大２０本まで増やすことができる。しかし、枝ひも３３ｄの数が２０本を超えると、水や嫌気性微生物との相互接触性が劣化して処理効率が低下する。
【００３６】
複数本のひも状担体３３は、左右一対の支持アーム３３ａに支持された複数の水平バー３３ｂに結びつけられ、嫌気リアクタ２１の上部に吊り下げ支持されている。これらのひも状担体３３は相互間距離Ｐ１がほぼ等ピッチ間隔になるように水平バー３３ｂに取り付けられている。また、水平バー３３ｂの相互間隔Ｐ２もほぼ等ピッチ間隔である。これらの水平バー３３ｂは、支持アーム３３ａに沿って水平方向にスライド移動可能に左右一対の支持アーム３３に連結されている。水平バー３３ｂをスライド移動させることにより、図３に示す広い相互間隔Ｐ２から図４に示す狭い相互間隔Ｐ３に変えることができる。このような水平バー３３ｂ（ひも状担体３３）の相互間隔調整手段として手動式のラック・ピニオン機構などを用いることができる。
【００３７】
ひも状担体３３は、フィラメント、撚り線、平坦な帯、螺旋状の帯、九十九折の帯などの可撓性を有する細長い部材を単独で又は２つ以上を組み合わせてつくることができる。また、ひも状担体の材料には合成繊維、天然繊維、合成繊維と天然繊維とを混合した混合繊維のいずれをも用いることができる。本実施形態ではひも状担体３３の材料としてナイロンのような合成繊維を用いた。
【００３８】
本実施形態の嫌気性微生物付着担体部２５においては、ひも状担体３３の表面積が極めて大きく、かつ形状も複雑であるため、小サイズで小比重の嫌気性微生物を効率よく捕獲することができ、好気リアクタ側への嫌気性微生物の流出を有効に防ぐことができる。
【００３９】
また、嫌気性微生物付着担体部２５は、左右一対の支持アーム３３ａを嫌気リアクタ２１のフレームに引っ掛けるだけで装着でき、さらに交換時にはこれを持ち上げるだけで嫌気リアクタ２１から簡単に取り外すことができるため、メンテナンス作業性に非常に優れるという利点がある。
【００４０】
本実施形態では、嫌気性微生物付着担体部２５の充填率は、有効容積（嫌気リアクタ２１内の水が入っている実容積）の約２０％程度である。この充填率は１０〜５０％の範囲で種々変えることができる。１０％未満の充填率では、嫌気固定床としての分解機能が十分に発揮されない。一方、充填率が５０％を超えると、流動抵抗が増大して汚水が嫌気リアクタ２１内を円滑な上向流として通流し難くなるとともに、汚水ポンプ２の負荷が増大してその寿命が短くなる。通常、充填率を２０〜３０％の範囲にすると最も良好な処理状態が得られることが経験的に把握されている。
【００４１】
嫌気リアクタ２１の下部に供給ラインＬ１を介して汚水ポンプ２が接続され、図示しない汚水供給源から浮遊汚泥部２２の下方に汚水が導入されるようになっている。導入された汚水は、嫌気リアクタ２１内を上向流となって浮遊汚泥部２２→第１の上澄み部２３→嫌気性微生物付着担体部２５→第２の上澄み部２６→越流部２７の順に通流する。さらに、嫌気リアクタ２１の越流部２７は、オーバーフローラインＬ２を介して好気リアクタ１０の上部に連通している。
【００４２】
好気リアクタ１０は、上部から順に、好気性微生物付着担体部１１、担体支持部１２、下部空隙部１３を備えている。担体支持部１２には上記と同様のひも状担体３３が吊り下げ支持されている。浮遊汚泥部２２と担体部２５とで有機汚濁物質が除去された水は、嫌気リアクタ２１の上澄み部２６、越流部２７、ラインＬ２を順次通過して好気リアクタ１０の上部に供給され、好気リアクタ１０内にて下降流１９で好気性微生物付着担体部１１の好気性微生物と接触する過程で、嫌気リアクタ２１内の処理水中に残存する有機汚濁物質が処理された後に、排出ラインＬ３を通って貯留槽１８へ排出されるようになっている。
【００４３】
次に、本実施形態の曝気レス水処理装置の作用を説明する。  
（ａ）嫌気リアクタ内の水処理作用  
汚水は、汚水ポンプ２を駆動することによって、ラインＬ１を介して嫌気リアクタ２１の底部に供給され、嫌気リアクタ２１内を上向流で通流する。次いで、汚水は、嫌気リアクタ２１内のメタン菌、酸発酵菌、硫酸還元菌などの嫌気性微生物が浮遊する浮遊汚泥部２２に供給され、嫌気性微生物の凝集体であるＵＡＳＢによって、汚水中の有機汚濁物質が除去・分解される。さらに、ひも状担体３３の表面に付着した嫌気性微生物と汚水中の有機汚濁物質とが高い頻度で接触し、処理効率が急激に上昇する。その化学反応は下式（１）（２）（３）に示す通りである。すなわち、酸発酵菌は、式（１）に従って高分子の炭水化物等の有機汚濁物質をパルミチン酸、ステアリン酸、オレイン酸などの脂肪酸に分解する。さらに、酸発酵菌は、式（２）に従って脂肪酸を酢酸に分解する。また、メタン発酵菌は、式（３）に従って酢酸をメタンと二酸化炭素に分解する。
【００４４】
有機汚濁物質（高分子の炭水化物、脂肪、蛋白質）＊酸発酵菌
→  脂肪酸（Ｒ−ＣＯＯＨ、ＲＣＨＮＨ2ＣＯＯＨ）    …（１）
脂肪酸＊酸発酵菌  →  酢酸（ＣＨ3ＣＯＯＨ）        …（２）
酢酸（ＣＨ3ＣＯＯＨ）＊メタン発酵菌  →  メタン（ＣＨ4）＋二酸化炭素（ＣＯ2）
…（３）
このように有機汚濁物質が分解除去された処理水は、第１の上澄み部２３を上向流で通流し、担体支持部２４の孔を通過して、嫌気性微生物付着担体部２５の嫌気性微生物と接触する。この嫌気性微生物付着担体部２５では、上記浮遊汚泥部２２を通過した有機汚濁物質の残存したものをさらに上式（１）（２）（３）の化学反応に従ってさらに分解する。このように、ひも状担体３３において嫌気性微生物と汚水が高効率に接触するため、嫌気性微生物の活性が長期間にわたり劣化することなく所望レベルに維持される。このようにして浮遊汚泥部２２と担体部２５とで二段階に分けて分解された処理水は、第２の上澄み部２６、越流部２７、オーバーフローラインＬ２を通って好気リアクタ１０の上部に供給される。
【００４５】
（ｂ）好気リアクタ内の水処理作用  
処理水は、好気リアクタ１０内では下向流で通流する。下向流の汚水１９を好気性微生物付着担体部１１と空気と接触させることによって、上記嫌気リアクタ２１で分解されずに残存した有機汚濁物質や、嫌気リアクタ２１で発生した硫化水素を、下式（４）と（５）の反応にしたがって分解除去する。
【００４６】
有機汚濁物質＋酸素  →  二酸化炭素＋水
（ＣxＨyＯz）＋（x+y/4-z/2）Ｏ2  →  xＣＯ2＋y/2 Ｈ2Ｏ    …（４）
硫化水素＋酸素  →  硫酸＋水素イオン
Ｈ2Ｓ＋２Ｏ2  →   ＳＯ4  ＋２Ｈ+                      …（５）
（ｃ）嫌気リアクタからの嫌気性微生物の流出抑制作用  
上記（ａ）の水処理作用の他に、嫌気リアクタ２１内の作用としては、浮遊汚泥部２２中の嫌気性微生物の集合体であるＵＡＳＢの流出抑制作用がある。
【００４７】
処理操作中に大きな変動や外乱を生じたとき、すなわち、(1)汚水中の流入量が増大した場合、(2)汚水中の流入水質が増大した場合、(3)汚水中に毒物等の嫌気性微生物の活性を阻害する物質が混入した場合において、浮遊汚泥部２２内に存在する嫌気性微生物の集合物が、分散化してバラバラとなったり、嫌気性微生物の集合物にメタンなどの発酵ガスが付着して比重が小さくなったりする現象が発生する。
【００４８】
ひも状担体３３は、幹ひも３３ｃの周囲に多数のループ毛またはブラシ毛３３ｄを植え付けたものであり、この表面に付着した好気性微生物と汚水中の有機汚濁物質とが高い頻度で接触し、処理効率が急激に上昇するようになっている。ひも状担体３３は担体充填部の上端（支持体２４の位置）から下端（遊汚泥部２２より上方の位置）までにわたる長さＬを有している（図２）。また、ひも状担体３３は、相互間距離Ｐ１が所定の等間隔に離間するように支持体２４，３３ａ，３３ｂに吊り下げ支持されている。通常、ひも状担体３３の相互間距離Ｌ1は、ひも状担体３３の外周径ｄ1の−１倍から＋４倍までの範囲とすることが好ましい。隣り合うひも状担体３３は、図６Ａに示すように間隔をあけて離れていてもよいし、図６Ｂに示すようにその一部が互いに重なり合っていてもよい。ここで、隣り合うひも状担体３３が重なり合って接する状態をマイナス倍率で表記することにした。ひも状担体３３の相互間距離Ｌ1が外周径ｄ1の−１倍より小さいと、水の通流性が悪くなり、嫌気性微生物に十分な量の水が接触しなくなるために処理効率が低下する。一方、ひも状担体３３の相互間距離Ｌ1が外周径ｄ1の４倍より大きいと、水がひも状担体３３に接触することなくそのまま上方にスルーパスして処理効率が低下するおそれがあるからである。
【００４９】
図７に示すように、浮遊汚泥部２２の嫌気性微生物の集合物であるＵＡＳＢは、比重が小さくなると、汚水の上向流にのって浮上し、担体部２５に到達する。担体部２５の担体上には、メタン菌や酸発酵菌などの嫌気性微生物や通性嫌気性微生物（嫌気性でも好気性でも生育できる微生物）が強固に付着している。浮上したＵＡＳＢは、担体部２５内の嫌気性微生物または担体の表面に付着し、第２の上澄み部２６まで到達することなく、担体部２５内に定着し、浮遊汚泥部嫌気性微生物部２２ｂを形成する。このように、比重が小さくなった浮遊汚泥部２２中の嫌気性微生物は、担体部２５において捕捉されるため、その上方に位置する越流部２７まで浮上しなくなり、オーバーフローラインＬ２を通って好気リアクタ１０に流出しなくなる。
【００５０】
この比重の小さくなった嫌気性微生物が嫌気性微生物付着担体部２５において捕捉されやすい理由は、第１に親水性の高い同じ嫌気性微生物同士であるからであり、第２に担体部２５では嫌気性微生物が担体に強固に付着しているからである。このように浮遊汚泥部嫌気性微生物は、嫌気リアクタ２１内の担体部２５に固定されるため、好気リアクタ１０に流出しなくなる。
【００５１】
本実施形態の効果を次の（i）と（ii）に示す。  
（i）嫌気リアクタ内での嫌気性微生物濃度の低下抑制効果
処理操作中に変動や外乱が発生した場合であっても、浮遊汚泥部２２の嫌気性微生物が嫌気リアクタ２１から好気リアクタ１０のほうに流出することを抑制できる。よって、嫌気リアクタ２１内の嫌気性微生物濃度の低下を抑制でき、嫌気リアクタ２１の水処理運転が安定化する。
【００５２】
（ii）好気リアクタ内の嫌気化、好気処理の低下抑制効果
上記のように、嫌気リアクタ２１から嫌気性微生物が流出することを抑制できるので、好気リアクタ１０内に嫌気性微生物が流出しなくなる。このため、好気リアクタ１０内が嫌気化しなくなる（酸素が無くなる）。好気リアクタ１０が嫌気化しなくなることで、上記の式（４）と式（５）にしたがって有機汚濁物質や硫化水素を効率的に除去できるようになり、好気処理効率の低下を抑制できる。
【００５３】
特に、この好気リアクタ１０では、ブロアやコンプレッサなどの加圧空気源を使用しない、大気圧空気を自然落下で供給する方式であるので、それらの加圧空気源方式と比べて、上記の式（４）と式（５）に示す酸素が不足しやすくなりがちである。しかし、上記のように本実施形態の装置１では、嫌気性微生物の好気リアクタ１０への流出を抑制できるので、このように好気リアクタ１０が嫌気化することなく、効率的に、有機汚濁物質や硫化水素を低減することが可能となる。
【００５４】
本実施形態の効果として、ひも状担体３３は比表面積が大きいため、嫌気性微生物および好気性微生物を多量に付着させて、嫌気リアクタ２１及び好気リアクタ１０内の微生物濃度を高くさせることができる。従って、各々の処理効率が向上し、処理水質が向上するといった効果を有する。また、ひも状担体３３は、図２に示す支持アーム３３ａを担体支持部２４に係止するだけで簡単かつ容易に設置することができるので、担体の清掃、修理、交換などのメンテナンス作業が非常に容易になるといった効果もある。
【００５５】
図６Ａと図６Ｂを参照して担体の相互間距離が処理に及ぼす作用、効果について説明する。
【００５６】
ひも状担体３３を幹ひも３３ｃおよびループ状の枝ひも３３ｄからなるものとモデル化すると、間隔調整手段を使用しないときには隣り合うひも状担体３３が互いに離れている。このとき、図６Ａに示すように、一方の枝ひも３３ｄの最外周から他方の枝ひも３３ｄの最外周までの距離が担体の相互間隔Ｌ１にあたる。この相互間隔Ｌ１が大きくなればなるほど汚水の通流性が良くなり、汚水が嫌気性微生物に十分に接触して嫌気処理反応が促進される。しかし、相互間隔Ｌ１が過大になると、ここをスルーパスする水（嫌気性微生物と非接触の汚水）の量が増加して、汚水の処理率が低下する。汚水のスルーパスを有効に防止するためには、本発明者らの経験則に基づくものであるが、相互間隔Ｌ１が担体の直径ｄ１の４倍までが限界である（Ｌ１≦４×ｄ１）。
【００５７】
そこで、間隔調整手段を使用して、隣り合うひも状担体３３を接近させ、さらに相互に接触させて担体交差部を形成する。このような担体交差部では、図６Ｂに示すように、隣り合う担体の枝ひも３３ｄ同士が重なり合うので、汚水がスルーパスしにくくなり、汚水と嫌気性微生物との接触率が増加する。このため、処理効率が格段に向上する。しかし、隣り合う担体同士を過剰に重ね合わせると、汚水の通流性が悪くなり、汚水が嫌気性微生物に十分に供給されなくなり、かえって処理効率を低下させることになる。このため、担体交差部においては、担体の重ね合せ長さＬ１（マイナスの相互間隔）を枝ひも３３ｄの張り出し長さｄ３（＝（ｄ１−ｄ２）／２）までに制限し、ある程度の通気性を確保して処理効率の低下を抑えるようにする。
【００５８】
本発明の他の実施形態として以下に述べる種々の変形や変更が可能である。なお、以下に述べる他の実施形態が上記第１の実施形態と重複する部分の説明は省略する。
【００５９】
（１）嫌気性微生物付着担体部２５の充填率（第２の実施形態）  
第２の実施形態の嫌気性微生物付着担体部２５の担体は、ＵＡＳＢの嫌気性微生物が付着・固定され、プラスチック製の筒体、球体、楕円球体、立方体、直方体、多面体、螺旋状体など種々の形状・形態を有するモジュールフィラー（module filler）であり、担体支持部２４により支持されている。
【００６０】
上記第１の実施形態の装置１では、嫌気性微生物付着担体部２５の充填率を有効容積（嫌気リアクタ２１内の水が入っている実容積）の約２０％程度としたが、本発明において担体部２５の充填率はこれのみに限定されるものではない。本実施形態の装置１Ａでは、図８に示すように、例えば担体部２５の充填率を５〜２０％程度に低減し、浮遊汚泥部２２の嫌気性微生物が中心の水処理運転を行い、同担体部２５を主に嫌気性微生物の流出抑制を目的として用いることができる。
【００６１】
一方、担体部２５の充填率を２０〜８０％に増加させ、浮遊汚泥部２２の嫌気性微生物主体の運転ではなく、固定床である担体部２５の嫌気性微生物主体の水処理運転とすることも可能である。
【００６２】
担体部２５の充填率を増加させると、図９に示すように、浮遊汚泥部２２の嫌気性微生物担体２２ｂが担体部２５のところで停止され、さらに上部のオーバーフロー部２７まで浮遊汚泥部２２が上昇しなくなるので、嫌気リアクタ２１からの嫌気性微生物担体２２ｂの流出が有効に防止される。
【００６３】
（２）嫌気性微生物付着担体部２５上方の流出抑制構造（第３の実施形態）  
上記第１の実施形態の装置１では、嫌気性微生物付着担体部２５の上方に第２の上澄み部２６と越流部２７を設けたが、本発明において嫌気リアクタの上部構造はこれのみに限定されるものではない。下方の浮遊汚泥部２２から浮上した嫌気性微生物の集合物が担体部２５の担体表面に付着し過ぎて、同担体の比重が小さくなった場合に、この担体そのものが浮上するおそれがある。
【００６４】
そこで、本実施形態の曝気レス水処理装置では、担体部の上方にストッパを設け、比重が小さくなって浮上しようとする担体を停止させるようにしている。例えば図１０に示す曝気レス水処理装置１Ｂでは、嫌気性微生物付着担体部２５の上方にストッパとして担体の径よりも小さな孔を有する金網状のメッシュ３０を取り付けている。
【００６５】
本実施形態の装置１Ｂによれば、図１１に示すように、メッシュ３０は、嫌気リアクタ２１内における上向流を阻害することなく、比重が小さくなった担体２２ｂが無制限に浮上するのを防ぎ、担体そのもの及び担体に付着した嫌気性微生物が越流部２７から好気リアクタ１０に流出するのを有効に阻止することができる。
【００６６】
また、本実施形態の装置１Ｂにおいては、メッシュ３０に嫌気性微生物付着担体２２ｂが捕獲された状態であっても、汚水の流入量が減少した場合、流入水質が低下した場合、あるいは流入水中の毒物が減少して元の状態に戻った場合などにおいて、メッシュ３０に捕獲されている担体２２ｂから嫌気性微生物が剥離して下方に沈降したり、嫌気性微生物の増殖量が減少したりするという利点がある。さらに、嫌気性微生物付着担体の比重が大きくなって元に戻った場合、同担体が下方に沈降して、元の状態に復帰するといった利点もある。
【００６７】
（３）嫌気性微生物付着担体部２５上方の流出抑制構造（第４の実施形態）
さらに、図１０に示す装置１Ｂのメッシュ３０の代わりに、図１２に示す装置１Ｃでは複数対の傾斜邪魔板３１を担体部２５の上方に並べて配置することもできる。一対の傾斜邪魔板３１は、嫌気リアクタ２１の軸（垂直軸）に対して傾斜し、かつ下方に向かってハの字状に開いている。
【００６８】
このように配置された複数対の傾斜邪魔板３１により小比重の担体を効率よく捕獲できるばかりでなく、邪魔板が傾斜しているので、浮上した担体とそれに付着した嫌気性微生物との攪拌状態が強くなり、それにより嫌気性微生物が担体から剥離しやすくなる。このため、一時的に浮上した担体と嫌気性微生物が沈降して、再び担体部２５に配置されるという効果がある。
【００６９】
（４）嫌気性微生物付着担体部２５の多層化（第５の実施形態）  
上記第２の実施形態の装置１Ａでは嫌気性微生物付着担体部２５を単層構造としているが、図１３に示す本実施形態の装置１Ｄでは２層以上の嫌気性微生物付着担体部２５ｂ，２５ｃを有する複数層構造とすることもできる。すなわち、本実施形態の曝気レス水処理装置１Ｄは、第１の嫌気性微生物付着担体部２５ｂに加えて、さらに同じ担体が同じ充填量で投入された第２の嫌気性微生物付着担体部２５ｃをさらに有する。
【００７０】
本実施形態の装置１Ｄでは、汚水の流入量の増大等により下方の浮遊汚泥部２２中の嫌気性微生物の集合物の比重が小さくなった場合等において、第１の担体部２５ｂで捕獲しきれなかった比重が小さくなった嫌気性微生物の集合物（ＵＡＳＢ等）を、第２の担体部２５ｃにより捕獲することができた。従って、流入量の増大等の変化により嫌気性微生物が浮上してきた場合に、これらを第１及び第２の担体部２５ｂ，２５ｃで確実に捕獲できるため、嫌気性微生物の集合物の浮上流出を抑制できる。
【００７１】
（５）嫌気性微生物付着担体部２５の異種粒径担体（第６の実施形態）  
上記第５の実施形態の装置１Ｄでは複数の嫌気性微生物付着担体部２５ｂ，２５ｃにほぼ同径の担体を用いた。これに対して、本実施形態の装置１Ｅでは、図１４に示すように、下段側の第１の嫌気性微生物付着担体部２５ｂの担体として上記第１の実施形態の担体とほぼ同じ粒径の第１の担体を用いるが、上段側の第２の嫌気性微生物付着担体部３２の担体には前記第１の担体よりも粒径の小さい異種粒径の第２の担体を用いる。
【００７２】
浮遊汚泥部２２中の嫌気性微生物の縮小化により、あるいは嫌気性微生物の一部の比重が低下して比重にばらつきを生じることにより、粒径の異なる異種粒径の嫌気性微生物２２ｃ，２２ｄが浮上する場合があったが、この場合は、粒径の小さな嫌気性微生物２２ｄを担体部で捕獲することができないで上方に流出させてしまうおそれがあった。しかし、本実施形態の装置１Ｅでは、図１５に示すように、上段の第２の嫌気性微生物付着担体部３２には小粒径の担体が配置されており、この担体粒径が小さいため担体の表面積が大きくなり、小さな浮上した嫌気性微生物２２ｄをも捕獲することが可能となる。
【００７３】
このため、流入量の変動等が原因となって、嫌気性微生物の比重低下のばらつきがあったとしても、この担体部３２との接触により、嫌気性微生物の浮上流出を効果的に抑制することが可能となる。
【００７４】
（６）嫌気性微生物付着担体部２５の異種表面積担体（第７の実施形態）  
本実施形態の曝気レス水処理装置は、その構造を具体的に図示していないが、図１４の装置１Ｅと同様に、第１の担体部の上方に第２の担体部を配置した上下二段の構造としている。本実施形態の装置では、第２の担体部の担体を異種表面積担体とし、第２の担体部の担体の表面積を第１の担体部の担体の表面積と異なるものとしている。例えば、同じ形状（例えば円筒形状）で、同じ粒径であっても、第１の担体に塩化ビニル製の担体を用い、第２の担体にポリプロピレン（ＰＰ）製の担体を用いることができる。
【００７５】
本実施形態によれば、類似の形状、粒径であるので、通常水処理運転の有機汚濁物質の除去性能が安定する。また、異種の表面積担体であるので、前記と同様に、流入量が増大等した場合にも、上方の第２の同担体部で効率的に浮上した嫌気性微生物を捕獲することが可能となる。
【００７６】
（７）嫌気性微生物付着担体部２５の異種形状担体（第８の実施形態）  
本実施形態の曝気レス水処理装置１Ｆでは、図１６に示すように、嫌気リアクタ２１の下段側に第１の嫌気性微生物付着担体部２５ｂを配置し、上段側に異種形状担体を有する第２の嫌気性微生物付着担体部３３を配置している。すなわち、第１の担体部２５ｂの担体が球形状であるのに対して、第２の担体部３３の担体を立方体形状としている。このような組み合せにすると、球形状の第１の担体では捕獲し難い微生物であっても、立方体形状の第２の担体では、四隅が角張っていることから、第１の担体で捕獲できなかった微生物を捕獲することができる。このため、比重の小さな浮上しやすい嫌気性微生物であっても、第２の担体部３３によって捕獲でき、好気リアクタ１０側への嫌気性微生物の流出を抑制できるようになる。
【００７７】
また、第１及び第２の異種形状担体の形状は、球形と立方体の組合せのみに限定されない。図示はしないが、例えば、次のような異種形状の担体を組み合わせて用いることが可能である。
【００７８】
１）第１の担体：球形状  ＋  第２の担体：円筒状
２）第１の担体：球形状  ＋  第２の担体：ひも状
３）第１の担体：円筒状  ＋  第２の担体：ひも状
すなわち、第２の担体の形状が第１の担体の形状よりも均一性が高くなるようにすることで、嫌気リアクタ内において嫌気性微生物を高い効率で捕獲することができ、好気リアクタ側への嫌気性微生物の流出を有効に抑制することができる。
【００７９】
上記２）、３）の異種形状担体の組合せのうち、嫌気性微生物の流出防止やメンテナンスの容易性より、第２の担体としてひも状の担体を用いることが望ましい。
【００８０】
（８）浮上した嫌気性微生物の返送ライン（第９の実施形態）  
本実施形態の曝気レス水処理装置１Ｇは、図１７に示すように、越流部２７に連通するオーバーフローラインＬ２に第１の弁４０を有するとともに、オーバーフローラインＬ２から分岐する返送ラインＬ４に第２の弁４１を有している。オーバーフローラインＬ２から返送ラインＬ４が分岐する箇所にはドレンポット４３が取り付けられている。このドレンポット４３は、嫌気リアクタ２１から溢れ出したオーバーフロー水を一時的に溜めておき、嫌気性微生物を沈殿させる機能を有するものである。
【００８１】
本実施形態の装置１Ｇでは、定常運転時には、第１の弁４０を開け、第２の弁４１を閉じて、オーバーフローラインＬ２を介して嫌気処理水を嫌気リアクタ２１から好気リアクタ１０の上部に供給する。ここで、嫌気リアクタ２１内の浮遊汚泥部２２や嫌気性微生物付着担体部２５中の嫌気性微生物が、流入量増加等の影響により、比重が小さくなったり分散化したりして浮上した場合に、上記弁４０，４１の開閉を逆にする。すなわち、第１の弁４０を閉じ、第２の弁４１を開けることによって、オーバーフローラインＬ２まで浮上した嫌気性微生物を返送ラインＬ４を通して嫌気リアクタ２１の底部に返送し、再利用することができる。これにより嫌気性微生物の歩留まりが向上するばかりでなく、嫌気性微生物の混入により下工程の好気処理の効率を阻害しなくなる。
【００８２】
本実施形態によれば、嫌気性微生物付着担体部２５だけでは捕獲し難い粒径の小さい等の嫌気性微生物をも嫌気リアクタ２１に返送することで、嫌気リアクタ２１内の嫌気性微生物の濃度低下を抑制することが可能となる。
【００８３】
なお、本実施形態は、図１７に示す装置１Ｇのみに限定されず、これ以外にも以下の変形や変更が可能である。
【００８４】
図１７の装置１Ｇでは、返送ラインＬ４を嫌気リアクタ２１と好気リアクタ１０の間のオーバーフローラインＬ２から分岐させているが、この返送ラインＬ４を、越流部２７の外側下方、嫌気リアクタ２１内の第２の上澄み部２６、又は、嫌気性微生物付着担体部２５の途中に設けるようにしてもよい（返送ラインＬ４の入口の変更）。
【００８５】
また、図１７の水処理装置１Ｇでは、返送ラインＬ４を嫌気リアクタ２１の底部に接続しているが、この返送ラインＬ４を、汚水ポンプ２の前段部に接続させるようにしてもよい（返送ラインＬ４の出口の変更）。この場合に、第１の弁４０と第２の弁４１の開閉操作のみならず、ポンプ２を駆動して嫌気リアクタ２１に嫌気性微生物を循環返送することができるため、嫌気リアクタ２１内の嫌気性微生物の濃度（存在量）が低下し難くなる。
【００８６】
（９）浮上した嫌気性微生物の逆流ライン（第１０の実施形態）  
本実施形態の曝気レス水処理装置１Ｈは、図１８に示すように、オーバーフローラインＬ２から分岐する返送ラインＬ５と、ラインＬ２／Ｌ５の分岐点を間に挟んでオーバーフローラインＬ２に取り付けた一組の弁４９，５０と、返送ラインＬ５に取り付けた弁５１と、ポンプ２からの供給ラインＬ１に取り付けた弁５３と、嫌気リアクタ２１の下部からポンプ２の上流側の供給ラインＬ１までの間をつなぐバイパスラインＬ６と、バイパスラインＬ６に取り付けた弁５４と、これらの弁４９，５０，５１，５３，５４の開閉動作等を制御する制御器５５と、担体の状態（例えば、担体の位置、微生物の付着状況など）を検知するセンサ５６と、を備えている。
【００８７】
本実施形態の装置１Ｈによれば、通常の水処理運転では、弁５１，弁５３，弁５４を閉じ、弁４９，５０を開けて、嫌気リアクタ２１の処理水の全てを好気リアクタ１０へ供給している。しかし、浮遊汚泥部２２の嫌気性微生物が浮上流出した場合には、弁５１，弁５３，弁５４を開け、弁４９，５０を閉じて、通常の水処理運転と逆向きの流れの運転を実施する。すなわち、制御器５５は、センサ５６から検知信号を受信すると、それに基づいてポンプ２の駆動および弁４９，５０，５１，５３，５４の開閉動作をそれぞれ制御する。具体的には、弁５０を閉じて、弁５１、５３、５４を開けて、嫌気リアクタ２１の水流を上方から下方に逆流の運転を行う。このように逆流の運転を行うことによって、嫌気リアクタ２１の上方に流出した嫌気性微生物が強制的に嫌気リアクタ２１内を下降流で流れ、嫌気性微生物付着担体２５及び／又は浮遊汚泥部２２内に戻される。このようにして嫌気性微生物を嫌気リアクタ２１内に戻した後は、上記弁４９，５０，５１，５３，５４の開閉を元の状態に復帰させ、通常の水処理運転を再開する。
【００８８】
この効果として、捕獲できなかった少量の流出した嫌気性微生物をも、逆流運転によって、元の所定位置まで戻すことができ、そのため、嫌気リアクタ２１内の嫌気性微生物濃度を維持できる。
【００８９】
（１０）消化汚泥による浮遊汚泥部（第１１の実施形態）  
第１の実施形態の装置１では、浮遊汚泥部２２内には、嫌気性微生物の集合体であるＵＡＳＢ（粒径が１〜５ｍｍ）を投入していたが、本発明において、浮遊汚泥部２２内の嫌気性微生物はＵＡＳＢのみに限定されない。
【００９０】
本実施形態の曝気レス水処理装置１Ｊでは、図１９に示すように、粒径が０．０１〜１ｍｍと小さい消化汚泥を浮遊汚泥部に投入し、消化汚泥による浮遊汚泥部６０を用いる。このような消化汚泥は、上述した特許文献１に記載されているように好気処理の下工程で得られるものであるため、ＵＡＳＢに比べてコストが小さく、低コストの運転が可能である。また、消化汚泥はＵＡＳＢに対して粒径が小さいため前記下水流量の増大等の変動に対して、流出しやすいといった問題点もあるが、本実施形態の装置１Ｈでは、上方に嫌気性微生物付着担体部２５を有しており、この担体に付着した嫌気性微生物と、消化汚泥中の嫌気性微生物同士が付着して、この担体部２５で捕獲されやすいといった利点もある。
【００９１】
また、ＵＡＳＢ、消化汚泥のみならず、通性嫌気性菌が含まれる、嫌気好気活性汚泥法、循環式硝化脱窒法、嫌気−無酸素−好気法（Ａ２Ｏ法）等（社団法人日本下水道協会発行、高度処理施設設計マニュアル（案）、平成６年５月２５日発行）の嫌気汚泥や無酸素汚泥も使用できる。この場合、通性嫌気性菌も含まれるので、流入水中にＤＯ（溶存酸素濃度）が含まれた場合でも、この通性嫌気性菌により有機汚濁物質の除去活性が低下することなく、処理水質が安定化するといった効果も生じる。
【００９２】
（１１）消化汚泥による嫌気性微生物付着担体（第１２の実施形態）  
第１の実施形態の装置１では、嫌気性微生物付着担体部２５内には、嫌気性微生物の集合体であるＵＡＳＢの嫌気性微生物を付着させたが、この担体部２５内の嫌気性微生物はＵＡＳＢのみに限定されない。
【００９３】
本実施形態の装置１Ｋでは、図２０に示すように、上記図１９の装置１Ｊと同様に、担体に付着させる嫌気性微生物は、ＵＡＳＢではなく、消化汚泥を投入した、消化汚泥による嫌気性微生物付着担体部６１を使用する。この場合も前記と同様に、消化汚泥はＵＡＳＢに比べて廉価であるため、低コストの運転が可能になるという利点がある。
【００９４】
他の実施例として、消化汚泥の代わりに、嫌気好気活性汚泥法等の嫌気汚泥も使用することができる。この場合の効果として、消化汚泥よりもさらにコスト小の運転が可能となる。
【００９５】
本発明の装置では、下水を汚水ポンプで嫌気性固定床型リアクタに供給し、このリアクタ内を上向流で上昇させて、内部に存在する嫌気性微生物により下水中の有機物を大まかに一次処理する。次いで、嫌気性固定床型リアクタからの排水を好気性固定床型リアクタ内に導入し、好気性固定床型リアクタ内を下降流で下降させ、内部に存在する好気性微生物により排水中に残存する有機物を清澄に処理する。
【００９６】
（１２）微量空気の供給（第１３の実施形態）
第１の実施形態の装置１では、好気リアクタ１０は上部開放系による大気圧空気供給を使用しているが、本実施形態の装置１Ｌでは図２１に示すように、通気手段として、通気孔１４とファン１５とを配置することにより、微量の空気供給を行うことができる。なお、通気孔及びファンは複数設けるようにしても良い。
【００９７】
この場合、ファン１５を作動することにより、通気孔１４から好気性微生物付着担体部１１を介してファン１５へ空気の流れを発生させる。この空気の流れにより、好気性微生物付着担体部１１の好気性微生物と空気とを接触させ、（４）式や（５）式で示したように、好気処理に必要な酸素量を増加させた状態で、好気処理される。
【００９８】
この場合の効果として、（４）式や（５）式で示した、好気性微生物付着担体部１１での必要空気量が不足した場合にも、これらのファンによる、空気供給により、必要空気量を補充することができる。従って、好気リアクタ１０の処理効率を安定して維持することが可能となる。
【００９９】
以上、種々の実施の形態を挙げて説明したが、本発明は上記各実施の形態のみに限定されるものではなく、種々変形および組み合わせることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る曝気レス水処理装置を模式的に示すブロック断面図。
【図２】嫌気処理槽内の嫌気性微生物付着担体部のひも状担体を模式的に示す側面図。
【図３】ひも状担体の相互間隔を広げたときの嫌気性微生物付着担体部を模式的に示す平面図。
【図４】ひも状担体の相互間隔を狭めたときの嫌気性微生物付着担体部を模式的に示す平面図。
【図５Ａ】ひも状担体の拡大平面図。
【図５Ｂ】他の実施形態のひも状担体の拡大平面図。
【図６Ａ】離間して配置された１対のひも状担体を示す平面模式図。
【図６Ｂ】互いに一部が重なり合うように隣接配置された１対のひも状担体を示す平面模式図。
【図７】図１に示す第１実施形態の装置の作用を説明するためのブロック断面図。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る曝気レス水処理装置を模式的に示すブロック断面図。
【図９】図８に示す第２実施形態の装置の作用を説明するためのブロック断面図。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係る曝気レス水処理装置を模式的に示すブロック。
【図１１】図１０に示す第３実施形態の装置の作用を説明するためのブロック断面図。
【図１２】本発明の第４の実施形態に係る曝気レス水処理装置を模式的に示すブロック第１実施形態の装置の作用を説明するためのブロック断面図。
【図１３】本発明の第５の実施形態に係る曝気レス水処理装置を模式的に示すブロック断面図。
【図１４】本発明の第６および第７の実施形態に係る曝気レス水処理装置を模式的に示すブロック断面図。
【図１５】図１４に示す第６および第７の実施形態の装置の作用を説明するためのブロック断面図。
【図１６】本発明の第８の実施形態に係る曝気レス水処理装置を模式的に示すブロック断面図。
【図１７】本発明の第９の実施形態に係る曝気レス水処理装置を模式的に示すブロック断面図。
【図１８】本発明の第１０の実施形態に係る曝気レス水処理装置を模式的に示すブロック断面図。
【図１９】本発明の第１１の実施形態に係る曝気レス水処理装置を模式的に示すブロック断面図。
【図２０】本発明の第１２の実施形態に係る曝気レス水処理装置を模式的に示すブロック断面図。
【図２１】本発明の第１３の実施形態に係る曝気レス水処理装置を模式的に示すブロック断面図。
【図２２】従来の装置を模式的に示すブロック断面図。
【符号の説明】
【０１０１】
１Ａ〜１Ｈ，１Ｊ，１Ｋ，１Ｌ…曝気レス水処理装置、
１０…好気リアクタ（好気処理槽）、
１１…好気性微生物付着担体部、
２１…嫌気リアクタ（嫌気処理槽）、
２２…浮遊汚泥部、２２ｂ…浮遊汚泥部嫌気性微生物部（嫌気性微生物担体、ＵＡＳＢ）、
２３…第１の上澄み部、
２４…担体支持部、
２５…嫌気性微生物付着担体部、
２５ｂ…異種粒径担体を有する第２の嫌気性微生物付着担体部、
２５ｃ…第２の嫌気性微生物付着担体部、
２６…第２の上澄み部、
２７…越流部、
３０…メッシュ、３１…邪魔板、
３２…異種粒径担体を有する第２の嫌気性微生物付着担体部、
４０，４１，４９，５０，５１…弁、
５５…制御器、５６…センサ、
６０…消化汚泥による浮遊汚泥部、
６１…消化汚泥による嫌気性微生物付着担体部、
Ｌ１〜Ｌ５…ライン、Ｐ…ポンプ、Ｂ…ブロワ。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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