(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円形断面を有する縦型の外塔内部に半径のより小さい内塔を組み込み、この内塔を曝気槽、外部を調整槽としたものであって、該曝気の内底部近傍に液中膜分離装置を組み込み、該液中膜分離装置の下方に曝気装置を設置するとともに液中膜分離装置から分離された処理水を塔外へ排出する排出パイプと内塔用の汚泥引抜き管及び外塔用の汚泥引抜き管を塔下部に設けたことを特徴とする補助排水処理装置。
【請求項２】
パイプ等の突条物を、塔内周部に螺旋状に取り付けたものである、請求項１記載の補助排水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、排水を生物処理した結果生じる活性汚泥塔を膜分離装置で固液分離する装置に関わり、特に多価型円件断面を有する塔型の者に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、浄化槽の一種として、横型の円形断面を有する排水処理装置が、使用されている。これは、横型の円形断面のものを輪切り状又は縦割りの数室に仕切って、調整槽、曝気槽、汚泥（濃縮）貯留槽、処理水槽等に区画したものである。そして、多くはＦＲＰで一体成型され、地中に設置してトイレ排水及び生活排水を一括処理する合併槽として、下水道が普及していない地域で主として使用されている。
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところが、この種装置は容量が少ないこともあり、処理能力を越えた排水の流入があると、処理不十分なまま排出されたり、処理水中にＳＳや汚泥が混入する傾向にある。ただ、この種装置は一般家庭で使用されることが多く、一応の処理がなされていればそれで良いと認識されることも多い。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
そこで本発明者は、この種の装置の処理能力を向上させ、近来特に厳しくなりつつある排水基準を満足させることを目標に鋭意研究した結果、本発明を完成させるに至った。即ち本発明者は、最近固液分離技術として注目されている膜分離技術に着目し、これを応用した液中膜分離装置を、横型円形断面の処理装置の曝気槽部分に組み込んだ。この液中膜分離装置は、バルキングや汚泥浮上などによる固液分離障害が無く、設置面積が少なくてすみしかも安定した水質の処理水が得られる。
【０００５】
そして、液中膜分離装置は装置の下方からエアレーションすることにより、全体の曝気処理が行なわれると同時に、膜の清掃も併せて行える利点がある。尚、曝気槽は断面が円形であるため、デッドゾーンも生じず理想的なエアレーションが行える。このことは、曝気槽でのＭＬＳＳ濃度が１〜３万ppm にもなって粘度が高くなるので、特に重要である。膜処理装置には、平型、チューブラー型、中空糸型、スパイラル型等種々な形式のものがある。液中膜分離装置は、これらを排水（被処理水）中に浸漬し、透過水をパイプ等で曝気槽外に排出するものである。その場合、排出パイプの位置と被処理水レベルの差が圧力差となって、液中膜分離装置に働く。また膜の種類もその分離対象により逆浸透膜（ＲＯ膜）、限外濾過膜（ＵＦ膜）、精密濾過膜（ＭＦ膜）など種々なものが使用される。現在排水処理では限外濾過膜が一般に用いられているが、これは他の膜に比較して透過圧力が比較的低く、高固形物負荷に耐え、分子量分画の選択範囲が広いことによる。また、限外濾過膜はＳＳ、大腸菌、ウイルス、高分子有機物を確実に除去することによる。
【０００６】
一方、屎尿処理場や下水処理場或いは各種工場における排水処理装置は、コンクリート製の槽を地上或いは地下に設置したものが多い。この場合、規模にもよるが数ケ月の工期を要する。また、一端設置してしまえば、その改造も大変である。そこで本発明者は、受水槽として利用されているパネル組み立て式水槽に着目し、それ自体或いはその一部をパネルで仕切って曝気槽とし、該曝気槽の内部に液中膜分離装置を組み込んだ排水処理装置も開発した。
【０００７】
パネル組み立て式の排水処理装置は、鉄やステンレスの支柱にＦＲＰや鉄板製のパネルを取り付けて組み立てるもので、２〜３日で設置が完了する。そして、通常は地上に設置し、必要に応じて調整槽や汚泥貯留槽、処理水槽となる部分を仕切りで区画してもよい。パネル組み立て式の特徴は、設置後の段階でも、必要に応じて曝気槽や調整槽等の容量を容易に増減できる点にある。但し、パネル組み立て式の場合、コーナー部が生じ、該部分がデッドスペースになるおそれがある。そこで、コーナー部に丸みを持たせるようにＦＲＰ素材で内張りするとよい。また、パネルを固定するボルト等も、錆防止やデッドスペース防止のため、ＦＲＰ素材でカバーするなどするとよい。
【０００８】
また、大口径のパイプや筒状体を用いたり複数の部材を組み合わすことにより、円形断面を有する縦型の塔を作り、その塔自体全部或いはその内部を縦方向に仕切って曝気槽とし、該曝気槽の内部に液中膜分離装置を組み込んだ排水処理装置も開発した。この場合、高さを十分に高く採ると、この曝気槽は調整槽も兼ねることができる。また、高負荷脱窒も可能になる。しかも、設置面積が少なくて済む利点がある。
【０００９】
尚、この縦型の円形断面の場合、及び前記したパネル組み立て式の場合には、従来の排水処理装置に付加する形で設置し、その処理水を再度本発明装置で処理すると、設備費も殆どかからずに、高度に処理された中水を低コストで大量に製造することができる。この場合、これらの装置は曝気槽を主体に構成したものでよく、他には処理水槽（別途設けてもよい）を付設するだけでその目的を達する。或いは、これら縦型の円形断面或いはパネル組み立て式のものを区画して、曝気槽、調整槽、処理水槽、更には汚泥貯留槽を設けた独立した排水処理装置としてもよい。得られた中水を、トイレ洗浄水等に用いれば、上水の使用量（下水道料金が付加される）がそれだけ減少し、大幅なコストダウンとなる。
【００１０】
一方、生活排水中には、台所排水に起因する油分（ノルマルヘキサン抽出物）がかなりの濃度で含まれている。屎尿処理場や下水処理場に於けるノルマルヘキサン抽出物（油分）の排出基準は３０ppm であるが、これらの装置では加圧浮上やグリストラップ或いは遠心分離等で除去して低濃度化しているが、一般家庭や小規模な排水施設ではこれらを備えることは不可能である。従って、油分が含まれていればその油分が膜表面に付着して、膜透過流束（フラックス）を大幅に低下させ、ついには処理不能に陥るおそれがある。
【００１１】
本発明では、これに対処するために、植物からの抽出物質であるサポニン含有剤を排水中に添加することもできる。このサポニン含有剤は、調整槽或いは曝気槽に投入する。ある実験によれば、サポニン含有剤無添加の場合、膜が７日程度で目詰まりを起こしたが、１０ppm 程度添加した場合には、１ケ月以上経過してもフラックスの低下が見られなかった。しかも、サポニンは膜を透過するので、処理水をといれ洗浄水に使用すると、便器に付着している黄バミも取れしかも脱臭効果が見られた。
【００１２】
サポニンとは、植物体に含有される配糖体の一種で、セッケンのように著しくアワ立つコロイド水溶液を作るものの総称であり、多くの植物から見出されている。本発明では用いるサポニンの種類は問わないが、コストや安定供給の点から、植物体中の含有量が多く且つその植物が大量に存在し安定して入手できるものが好ましい。この観点から、キラヤサポニンやユッカ、なぎいかだ、大豆、砂糖大根等から得られるサポニンが好ましい。この内特に、南米のチリー、ボリビア、ペルー等に自生するシャボンの木（学名：Quilaia saponaria Mol.バラ科）から抽出したキラヤサポニンが好適である。これは、キラヤ酸をアグリコン（配糖体の非糖質部分）とするトリテルペン系の配糖体であり、構造及び分析技術が解明されている数少ないサポニンであるし、比較的サポニン含有濃度の高い抽出液が得られることによる。
【００１３】
サポニン含有剤は、植物体から抽出した抽出液（溶媒を含む）をそのまま用いてもよく、それを精製したもの自体でもよい。抽出の方法は通常の方法でよく、エタノール等の低級アルコール等で抽出できる。更に、精製物や抽出液を粉状、顆粒状、又は錠剤に加工したものも用いられる。尚、植物体から抽出した抽出液中には、糖類や蛋白質が多く含まれているが、膜の種類によってはこれらが好ましくない働きをすることがある。このような場合、精製物のみを使用するか、抽出液に精製物を添加して使用するようにするとよい。
【００１４】
ところで、サポニンは配糖体であるため微生物の栄養分となり、酸素溶解量を多くすることとあいまって微生物の繁殖を助ける結果、処理効率が向上する。特に、本発明の場合曝気槽でのＭＬＳＳが多いので、酸素溶解量が多くなることは非常に重要である。更に、サポニン含有剤は油分の乳化分解作用があるので、排水中にかなり多く（数百ppm ）の油分が含まれていても、膜の目詰まり等が有効に防止される結果となる。サポニン含有剤の添加量は、排水中の油分の濃度によって異なるが、通常は、排水に対して精製物換算で0.01〜1.２ppm （含有量４％液として、２〜３０ppm ）、特に0.１２〜0.４ppm （含有量４％液として、３〜１０ppm ）程度である。添加は、液状サポニン含有剤の場合定量ポンプで常時滴下する等の方法を採るとよい。錠剤や顆粒剤等の固型剤の場合は、適量を適宜間隔をおいて投入するとよい。サポニン含有剤の添加箇所は、曝気槽やそれより上流側の調整槽等である。
【００１５】
【実施例】
（実施例  １）
次に、本発明を図面に示す実施例に基づいて詳細に説明する。図１及び図２は本発明の一例を示すもので、横型円形断面のものである。この排水処理装置１は、横型の円形断面の本体を輪切りにして、調整槽２、曝気槽３及び処理水槽４の３つに区画されている。曝気槽３の中央底部には、液中膜分離装置５、その下方に曝気装置６が固設されている。
【００１６】
調整槽２に間欠的に投入される排水（被処理水）は、ポンプ７で曝気槽３に定量送りされる。曝気槽３では、所定時間（ＢＯＤ濃度や有機物の分解性の善し悪しにより、数時間〜数日）曝気処理する。一方、液中膜分離装置５からは、チューブ５１を介して処理水が押し出され、処理水槽４に貯蔵される。この押し出しは、曝気槽３の液面ＷＬとチューブ５１の位置との高さの差Ｈの圧力によって行なわれる。得られる処理水は、膜の種類にもよるが、限外濾過膜の場合にはＢＯＤ濃度が２〜３ppm 程度と極めて低濃度になる。また、窒素分は脱窒菌の作用で脱窒されるし、燐分は濃縮された汚泥とともに引抜きされるので、処理水中のこれらの濃度も大幅に減少する。また、大腸菌も除去され、この処理水は中水として、散水やトイレ排水として十分に再利用できるものである。一方、曝気槽３中では汚泥の濃度が次第に増加し、ＭＬＳＳが１〜２万ppm 、場合によっては３万ppm にも達する。従って、その一部をそのまま汚泥として引き抜けばよい。或いはこの引き抜いた汚泥を、別途汚泥貯留槽に溜め、ここから引き抜くようにしてもよい。尚、排水中に含まれる今日雑物を除去するスクリーン等は図示を省略してある。
【００１７】
図面に示す液中膜分離装置５は、２枚の限外濾過膜がセットになって複数組組み込まれており、２枚の膜の内側に負圧（上記Ｈによる）がかかっているため、外側から処理された水が吸引され、それが集められて処理水槽４に送られる。処理水槽４中に溜まった処理水は、ポンプ８により系外に導出される。液中膜分離装置５の下部に曝気装置６を配置してあるので、膜の表面の付着物はこの曝気により除去される。尚、曝気槽３の周囲は、例えばパイプ３１を巻き付けるなどして補強するとよい。
【００１８】
排水中にサポニン含有剤としてキラヤサポンニ４％含有物を、１０ppm 添加した場合、１ケ月たっても膜透過流束は殆ど減少しない結果が得られた。このような結果が生じたのは、油分がサポニン含有剤によって乳化され、バクテリアによって分解されやすい状態になったこと、またバクテリアの活性化が図れてこの乳化された油分が効率良く分解されたり汚泥に吸着されたことによると思われる。
【００１９】
（実施例  ２）
図３は、従来使用されている既設の横型の円形断面を有する排水処理装置９の曝気槽３に、液中膜分離装置５を組み込んだ、他の例を示す。この場合、従来の汚泥貯留槽１０は、そのまま汚泥貯留槽として使用してもよいし、その隔壁を除去して、曝気槽３を広くしてもよい。汚泥貯留槽１０へは、曝気槽３からポンプ１１により汚泥を送り込み、そこの上澄み液は、ポンプ１２により曝気槽３に返却する。他は、前記例と同じである。
【００２０】
（実施例  ３〜実施例  ５）
図４は、パネル組み立て式の排水処理装置の一例を示す。この排水処理装置１３は、ステンレスの支柱（図示略）にＦＲＰ製のパネルを取り付けて組み立てた有蓋式のもので、同じくＦＲＰ製のパネル１４で仕切って調整槽２と曝気槽３にしたものである。このタイプのものは、処理水槽を欠くので、処理水はそのまま放流するか、別途容器に溜めてトイレ洗浄水等に使用する。また図５の排水処理装置１５は、処理水槽４を加えて３分割したもの、図６の排水処理装置１６は、更に汚泥貯留槽１０を加えて４分割したものを示す。これらの排水処理装置は、主として地上或いは高架上に設置される。また図示は省略するが、パネルで曝気槽３のみを形成したもの、或いは曝気槽３と処理水槽４を形成したものは、他の排水処理装置に追加する形で設置して、中水製造装置として有効に作動する。
【００２１】
（実施例  ６）
図７は、円形断面を有する縦型の塔自体を曝気槽３兼調整槽２とした排水処理装置１７を示す。図示のものは、直径３ｍ程度のコンクリート或いはＦＲＰ製の円筒１８を３段積みして１０ｍ程度の高さのものを形成し、その下部に曝気装置６を設置したものである。このタイプの排水処理装置は、塔の上部から曝気装置６までの距離が大きいので、それ自体が調整槽２として作用する特徴がある。。ＦＲＰ製の円筒の場合、その下部外周に補強用のパイプ３１を巻き付けている。或いは、図示は省略するが、パイプ等を内周或いは外周のほぼ全面にわたって、リング状或いは螺旋状に取り付けてもよい。特に、内面にある程度の幅のものを螺旋状に取り付けると、曝気により内部の排水が渦巻き状の運動を起こし、曝気効率の向上が期待できる。汚泥は、曝気槽３の底部のほうから引き抜く。
【００２２】
（実施例  ７）
図８は、図７のに示す装置の変形例であり、縦型の外塔１９の内部に半径のより小さい内塔２０を組み込み、この内部の塔を曝気槽３とし、外部を調整槽２とした排水処理装置２１を示す。装置の下部には、内筒用の汚泥引抜き管２２と外筒用の汚泥引抜き管２３が組み込まれている。
【００２３】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の排水処理装置は、横型の円形断面を有するものや、パネル組み立て式水槽、或いは円形断面を有する縦型の塔自体或いはその内部を仕切って曝気槽とし、この該曝気槽の内部に液中膜分離装置を組み込んだものである。また、必要に応じて調整槽、汚泥貯留槽或いは処理水槽を区画したものである。従って、以下に示すような効果を生じる。
１  横型円形断面の場合、液中膜分離装置と極めて相性が良く、水流が良好なため洗浄能力が上がってフラックスが１０％以上アップし、膜処理が長期間良好に行なわれる。特に、サポニン含有剤を添加すると、高ＭＬＳＳなため粘度が高くなりがちな曝気槽に於ける排水の粘度を低下させる効果がある。更に、サポニン含有剤の添加により、酸素の溶存率もアップし、油分の乳化も良好に行えるので、全体として処理効率の向上及び膜の洗浄回数の低下効果が大きい。サポニン含有剤の添加は、本発明の他の装置においても、同様の効果を示すものである。
２  横型円形断面の場合、デッドスペースが無く、初起動時に瞬時に正常運転が可能になる。
３  横型円形断面の場合、従来既設のものに組み込むことも容易にできる。
４  パネル組み立て式の場合、従来のコンクリート製槽のものに比べて極めて短時間で設置でき、また材料も大量に供給されているので製造コストが低いとともに、緊急時や臨時催し場所での設置などに特に威力を発揮する。
５  パネル組み立て式の場合、組み立てが自在であり、装置が稼働した後でも、曝気槽塔の容量の変更が簡単にできる。
６  パネル組み立て式の場合、地上或いは高架上に設置できるので、装置の手入れが容易に行なえるし、補修も簡単にできる。また、内部のコーナー部に丸みを持たせることにより、デッドスペースを減少させることができる。
７  ＦＲＰ製のパネルの場合、濾過膜の大敵である汚泥塔の付着が少ない。
８  円形縦型の場合、主として地上設置になるが、単にコクリートやＦＲＰ製の円筒等を積み上げるだけであるから、技術もいらず低コストで短期間に設置できる。また、補修や補強も簡単に行なえる。
９  円形縦型の場合、高さを高くすれば、１槽で曝気槽と調整槽を兼用したものが得られる。また、深層曝気方式が採れる。
１０  サポニン含有剤を添加した場合、上記した膜洗浄効果、油分の乳化効果、酸素の拡散効果・溶解効率向上効果の他に、排水或いはその曝気処理時に発生する悪臭を除去する効果、更に汚泥減少効果がある。
１１  悪臭に関しては、本発明装置はいずれも曝気槽に蓋が設けられいるので、その拡散が防止され、サポニン含有剤による効果とあいまって、極めて衛生的な作業環境を提供する。
１２  得られた処理水は、中水としてトイレ洗浄水などに繰り返し里に宇できるので、水道料金の大幅な低減が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】横型の円形断面を有する排水処理装置の一例を示す縦断面図である。
【図２】図１におけるＸ−Ｘ栓断面図である。
【図３】横型の円形断面を有する排水処理装置の他の例を示す縦断面図である。
【図４】パネル組み立て式の排水処理装置の一例を示す縦断面図である。
【図５】パネル組み立て式の他の例を示す概略平面図である。
【図６】パネル組み立て式の更に異なる他の例を示す概略平面図である。
【図７】縦型円形断面を有する排水処理装置の一例を示す縦断面図である。
【図８】縦型円形断面を有する排水処理装置の他の例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１    排水処理装置
２    調整槽
３    曝気槽
４    処理水槽
５    液中膜分離装置
５１  チューブ
６    曝気装置
９    排水処理装置
１０    汚泥貯留槽
１３    排水処理装置
１４    パネル
１５    排水処理装置
１６    排水処理装置
１７    排水処理装置
１８    ＦＲＰ製の円筒
１９    外部の塔
２０    内部の塔
２１    排水処理装置
【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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