バイオ浄化循環システムトイレ
【課題】 汚水処理を迅速かつ安価にできるとともに、亜硝酸の存在下でも脱色効果を維持できるバイオ浄化循環システムトイレを提供する。
【解決手段】 バイオ浄化循環システムトイレ１では、アンモニアの亜硝酸型硝化をろ過槽７でおこない、脱窒を生物処理槽６でおこなう。さらに、ろ過槽７にｐＨセンサ３０を設け、そのｐＨセンサ３０の検出値に基づいて、ろ過槽７で亜硝酸型硝化がおこなわれるように、ｐＨ調整装置５０を制御して、ろ過槽７内の汚泥のｐＨを調整する。よって、ろ過槽７では亜硝酸型硝化反応を常に維持できる。また、亜硝酸型硝化脱窒法では、従来の硝酸型硝化脱窒法と比べ、ろ過槽７における酸素量が少なくてすむので、ブロワー２６の電力コストを低減できる。さらに、亜硝酸型硝化脱窒法では、アンモニアを硝酸まで変換する必要がないため、汚水中のアンモニアを迅速に処理できる。
【解決手段】 バイオ浄化循環システムトイレ１では、アンモニアの亜硝酸型硝化をろ過槽７でおこない、脱窒を生物処理槽６でおこなう。さらに、ろ過槽７にｐＨセンサ３０を設け、そのｐＨセンサ３０の検出値に基づいて、ろ過槽７で亜硝酸型硝化がおこなわれるように、ｐＨ調整装置５０を制御して、ろ過槽７内の汚泥のｐＨを調整する。よって、ろ過槽７では亜硝酸型硝化反応を常に維持できる。また、亜硝酸型硝化脱窒法では、従来の硝酸型硝化脱窒法と比べ、ろ過槽７における酸素量が少なくてすむので、ブロワー２６の電力コストを低減できる。さらに、亜硝酸型硝化脱窒法では、アンモニアを硝酸まで変換する必要がないため、汚水中のアンモニアを迅速に処理できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はバイオ浄化循環システムトイレに関し、詳細には微生物により汚水を浄化するバイオ浄化循環システムトイレに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のバイオ浄化循環システムトイレによれば、水洗便器から流れ出る汚水を受け入れ、生物処理槽で有機物分解およびアンモニアの硝化・脱窒処理をおこない、ろ過槽で生物処理水のろ過をおこない、さらに脱色槽でろ過されたろ過水の脱色処理をおこない、最後に脱色された処理水を再度洗浄水として水洗便器に供給する。そして、脱色槽におけるろ過水の脱色処理は、オゾン生成装置で生成されたオゾンを用いておこなわれるのが一般的である。オゾンは、強酸化性を有し、ろ過水中の色度成分を分解して脱色することにより、黄色を帯びたろ過水を透明な処理水に変換できる。
【０００３】
このような脱色槽を備えたバイオ浄化循環システムトイレにおいて、有機物処理は十分おこなえるが、汚水の性状によっては窒素除去が不十分にとどまる場合がある。特に、汚水のＣ／Ｎ比が低い場合（尿の割合が高い場合）には、窒素分が有機物に比べて過剰となり、窒素の除去が不十分になりやすい。このような場合には、硝化過程において発生した亜硝酸が蓄積される。そして、亜硝酸が蓄積されたままろ過水が脱色槽に入ると、オゾンを消費することにより亜硝酸が酸化して硝酸となる。このため、脱色に使用されるべきオゾンの量が減少してしまい、脱色効果が低下して処理水の色度が高くなり、使用者に不快感を与える場合があった。そこで、例えば、色度計により、処理水の色度を計測し、その計測値に基づいて、易分解性有機物を生物処理槽の汚泥内に添加することにより、不足する有機物濃度を補うことのできる循環式水洗トイレおよび循環式水洗トイレの汚水浄化方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−１３２０３７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、特許文献１に記載の循環式水洗トイレおよび循環式水洗トイレの汚水浄化方法において、安定した脱色効果を得るためには、易分解性有機物を生物処理槽内に多量に投入しなければならず、処理性能の維持にコストが高くなるという問題点があった。さらに、生物処理槽内の汚泥に亜硝酸を蓄積させないためには、亜硝酸を硝酸に硝化させる硝化菌の活性を高めなければならないため、汚泥内に空気（酸素）を十分に供給する必要がある。そのため、汚泥を曝気するブロワー（曝気装置）の運転にかかる消費電力が増大するという問題点もあった。さらに、微生物処理が安定せず、汚泥内に亜硝酸が蓄積した場合、オゾンが亜硝酸の酸化に利用されてしまい、結局はオゾンの脱色効果が低下するという問題点もあった。
【０００５】
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、汚水処理を迅速かつ安価にできるとともに、亜硝酸の存在下でも脱色効果を維持できるバイオ浄化循環システムトイレ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】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１に係るバイオ浄化循環システムトイレによれば、水洗便器からの汚水を受け入れ、汚水中の有機物を分解するとともに、窒素成分を除去する生物処理槽と、当該生物処理槽で処理された生物処理水を固液分離するろ過槽と、当該ろ過槽で固液分離されたろ過水を脱色処理する脱色槽とを有し、当該脱色槽で脱色された処理水を洗浄水として、前記水洗便器に循環させるバイオ浄化循環システムトイレにおいて、前記生物処理槽は、汚水中のアンモニアを亜硝酸に変換する亜硝酸型硝化をおこなう硝化槽と、当該硝化槽で生成された亜硝酸の脱窒をおこなう脱窒槽とから構成され、前記脱色槽には、ろ過水中の色度成分を吸着して脱色する活性炭を保持する活性炭保持手段が設けられている。
【０００７】
また、請求項２に係るバイオ浄化循環システムトイレによれば、請求項１に記載の発明の構成に加え、前記硝化槽には、汚泥のｐＨを検出するｐＨ検出手段と、汚泥中に酸又はアルカリを添加して、汚泥のｐＨを調整するｐＨ調整手段と、前記ｐＨ検出手段の検出値に基づいて、前記ｐＨ調整手段による酸又はアルカリの添加量を制御するｐＨ調整制御手段とが設けられ、前記ｐＨ調整制御手段は、前記硝化槽で亜硝酸型硝化がおこなわれるように、前記ｐＨ調整手段を制御して、前記硝化槽内の汚泥のｐＨを所定範囲内に調整することを特徴とする。
【０００８】
また、請求項３に係るバイオ浄化循環システムトイレによれば、請求項１又は２に記載の発明の構成に加え、前記硝化槽には、汚泥中の溶存酸素濃度を計測する溶存酸素濃度計測手段と、汚泥を曝気する曝気手段と、前記溶存酸素濃度計測手段の計測値に基づいて、前記曝気手段による曝気量を制御する曝気量制御手段とが設けられ、前記曝気量制御手段は、前記硝化槽内で亜硝酸型硝化がおこなわれるように、前記曝気手段を制御して、前記硝化槽内の汚泥中の溶存酸素濃度を所定範囲内に調整することを特徴とする。
【０００９】
また、請求項４に係るバイオ浄化循環システムトイレによれば、請求項１乃至３の何れかに記載の発明の構成に加え、前記ろ過槽は、前記生物処理槽を兼ねていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の請求項１に係るバイオ浄化循環システムトイレによれば、硝化槽では、汚水中のアンモニアを亜硝酸に変換し、その亜硝酸を脱窒槽で脱窒することができる。すなわち、亜硝酸を硝酸に変換することなく、直接亜硝酸から脱窒するので、アンモニアを迅速に処理することができる。さらに、アンモニアを亜硝酸、硝酸の順に変換してから、その硝酸を脱窒する従来の硝酸型硝化脱窒法に比べ、処理に必要な有機物量が少なくてすむので、汚泥内に有機物を過剰に投入する必要がない。よって、汚水処理性能の維持にかかるコストを低減することができる。また、従来の硝酸型硝化脱窒法に比べ、処理に必要な酸素量も少なくてすむ。そのため、汚泥に必要な酸素の供給量を減らすことができるので、その酸素供給にかかる電力消費を低減することもできる。以上のことから、汚水処理を安価にすることができる。また、脱色槽では、活性炭による脱色処理がおこなわれるので、ろ過水中に亜硝酸が存在してもろ過水の脱色効果を安定して維持することができる。
【００１１】
また、請求項２に係るバイオ浄化循環システムトイレによれば、請求項１に記載の効果に加え、硝化槽内の汚泥のｐＨは、ｐＨ検出手段によって計測されるため、汚泥の性状を迅速に把握することができる。さらに、ｐＨ調整制御手段は、ｐＨ検出手段の検出結果に基づいて、硝化槽で亜硝酸型硝化がおこなわれるようにｐＨ調整手段を制御するので、硝化槽では常に亜硝酸型硝化をおこなうことができる。
【００１２】
また、請求項３に係るバイオ浄化循環システムトイレによれば、請求項１又は２に記載の効果に加え、硝化槽内の汚泥中の溶存酸素濃度は、溶存酸素濃度検出手段によって計測されるため、汚泥の性状を迅速に把握することができる。さらに、曝気量制御手段は、溶存酸素濃度計測手段の計測結果に基づいて、硝化槽で亜硝酸型硝化がおこなわれるように曝気手段を制御するので、硝化槽では常に亜硝酸型硝化をおこなうことができる。また、汚泥の曝気量を制御するだけであるので、亜硝酸型硝化の維持が容易である。
【００１３】
また、請求項４に係るバイオ浄化循環システムトイレによれば、請求項１乃至３の何れかに記載の効果に加え、ろ過槽は、生物処理水をろ過するのみならず、汚水を生物処理する生物処理槽の機能を兼ねているため、システムを構成する処理槽の数を減らすことができる。したがって、バイオ浄化循環システムトイレ全体の大きさが縮小されるため、バイオ浄化循環システムトイレの設置面積を縮小することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の第１の実施形態であるバイオ浄化循環システムトイレ１について、図面に基づいて説明する。図１は、第１の実施形態であるバイオ浄化循環システムトイレ１の構成を示すブロック図であり、図２は、第１の実施形態であるバイオ浄化循環システムトイレ１の構成を示す模式図であり、図３は、従来の硝酸型硝化脱窒法の流れを示す模式図であり、図４は、亜硝酸型硝化脱窒法の流れを示す模式図である。なお、第１の実施形態であるバイオ浄化循環システムトイレ１は、汚水中のアンモニアを亜硝酸型硝化脱窒法で処理することにより、微生物による汚水処理を迅速かつ安価におこなうことができるものである。
【００１５】
はじめに、バイオ浄化循環システムトイレ１の概略構成について説明する。図１に示すように、バイオ浄化循環システムトイレ１は、水洗便器５と、当該水洗便器５から排出される汚水を受け入れ、汚水の生物処理をおこなう生物処理槽６と、当該生物処理槽６で処理された生物処理水を、槽内に浸漬されたろ過装置３２によってろ過処理をおこなうろ過槽７と、当該ろ過槽７でろ過処理されたろ過水を受け入れ、活性炭による脱色処理（吸着処理）をおこなう脱色槽８と、当該脱色槽８によって脱色処理された処理水を、再度洗浄水として、水洗便器５に供給するポンプ１２とから構成されている。さらに、バイオ浄化循環システムトイレ１には、ろ過槽７内に貯留する汚泥のｐＨを調整するｐＨ調整装置５０と、当該ｐＨ調整装置５０の制御をおこなう制御装置１５とが設けられている。
【００１６】
また、ろ過槽７には、ろ過装置３２によってろ過処理されて槽内に残留する残留高濃度汚泥を生物処理槽６に返送する返送汚泥管４４が設けられている。また、脱色槽８には、処理水（脱色処理水）の余剰分を、オーバーフローさせて、生物処理槽６に返送するオーバーフロー水管４５が設けられている。
【００１７】
次に、生物処理槽６について説明する。図２に示すように、生物処理槽６の、水洗便器５側の内壁面６ａには、上面が開口する箱型の除去スクリーン２が設けられている。この除去スクリーン２は網目状の篩いであり、汚水中に含まれる大きな夾雑物を除去する。そして、生物処理槽６の底部には、水中ポンプ１３が設けられている。この水中ポンプ１３は、モータを駆動させて水流を形成することにより、槽内の汚泥を撹拌する。さらに、槽内には、生分解性プラスチック板を内部に複数収納する収納ケース４が、チェーン１８，１８によって、槽の上部から吊るされている。そして、この収納ケース４はステンレス板で構成されており、上部及び下部が開放されているため、水中ポンプ１３又は散気管２５ｂによる水流により、ケース内を通過する汚泥は、収納ケース４内に収納された生分解性プラスチック板の表面に効率よく接触する。この生分解性プラスチック板は、汚泥中の有機物濃度が低下した場合に、微生物によって徐々に分解される。よって、汚泥中で微生物が資化源として利用できる最低限の有機物濃度を確保することができる。
【００１８】
さらに、生物処理槽６の底部には、散気管２５ａ，２５ｂが設けられている。そして、散気管２５ａは、除去スクリーン２の下方に位置するように設けられている。これにより、散気管２５ａから放出される気泡は上昇し、除去スクリーン２の網目を通過するので、除去スクリーン２の網目における夾雑物の目詰まりを防止できる。一方、散気管２５ｂは、収納ケース４の側方に設置されている。これにより、散気管２５ｂから放出される気泡は上昇し、収納ケース４内を上方から下方へ流れる水流が発生する。また、これら散気管２５ａ，２５ｂは、ブロワー２５に接続されている。そして、ブロワー２５は、空気を散気管２５ａ，２５ｂに各々供給する。さらに、散気管２５ａ，２５ｂからは多数の気泡が汚泥中に放出され、生物処理槽６内の汚泥が曝気される。なお、生物処理槽６は、嫌気的条件下に調整される。そのため、ブロワー２５から送出される空気量は少な目に調整されている。これにより、生物処理槽６では、嫌気性菌である脱窒菌が活性化されるため、生物処理槽６では脱窒処理がおこなわれ、生物処理槽６は「脱窒槽」として機能する。また、生物処理槽６の底部には、生物処理槽６で処理された処理水（汚泥を含む）を汲み上げ、ろ過槽７に供給する水中ポンプ１４が設けられている。
【００１９】
また、生物処理槽６内には、内壁面６ａの面に対して平行に立設する取付板２０が、下部に隙間を空けて設けられている。そして、取付板２０には、槽内の水位を検出するための水位センサ２１が設けられている。この水位センサ２１は、取付板の略上段に設けられた上センサ２１ａ、略中段に設けられた中センサ２１ｂ、略下段に設けられた下センサ２１ｃの３つの水位センサにより構成されている。そして、これら上センサ２１ａ、中センサ２１ｂおよび下センサ２１ｃは、制御装置１５に接続されている。なお、この水位センサ２１は、一般的なフロートスイッチである。そして、制御装置１５は、これら各水位センサの出力信号により、生物処理槽の水位を判断する。
【００２０】
次に、ろ過槽７について説明する。図１および図２に示すように、このろ過槽７には、生物処理槽６の水中ポンプ１４から供給される生物処理水が供給される。この生物処理水には、生物処理槽６の汚泥が含まれるため、ろ過槽７では、この生物処理水のろ過処理がおこなわれる。そして、このろ過槽７の略中央には、ろ過装置３２が浸漬されている。このろ過装置３２には、複数のろ過膜が内部に保持され、そのろ過膜によって生物処理水がろ過される。そして、ろ過装置３２でろ過されたろ過水は、ろ過水供給管３３を介して、脱色槽８（第１脱色槽８ａ）に供給される。また、ろ過槽７の水位は、ろ過槽７に隣接する脱色槽８の水位より高めに設定されている。そのため、ろ過槽７と脱色槽８との間には水頭圧差が生じる。これにより、ろ過槽７の生物処理水は、その水頭圧差によって、ポンプなどを使用しなくてもろ過装置３２のろ過膜を通過し、ろ過膜を透過したろ過水は、ろ過水供給管３３を通過して脱色槽８に供給される。
【００２１】
また、ろ過槽７の底部には、ブロワー２６に接続された散気管２６ａが設けられている。このブロワー２６は常時稼働しているため、散気管２６ａから放出された気泡によって、ろ過槽７内に貯留する生物処理水が曝気される。そして、その散気管２６ａの上方に、ろ過装置３２が位置するため、ろ過装置３２のろ過膜に付着するＳＳ成分（浮遊汚濁成分）が除去される。
【００２２】
ここで、生物処理水には汚泥が含まれるため、ろ過槽７の槽内は、生物処理槽６と同様に汚泥が貯留される。そのため、ろ過槽７内の汚泥が曝気されると、生物処理水中に含まれる有機物やアンモニアの生物処理がおこなわれる。そして、ろ過槽７では、本発明の特徴であるアンモニアの亜硝酸型硝化がおこなわれる。したがって、このろ過槽７は、生物処理水をろ過するろ過機能に加え、亜硝酸型硝化をおこなう「生物処理槽」としての機能を兼ね備える。なお、この亜硝酸型硝化は、ろ過槽７内の汚泥のｐＨ（又は溶存酸素濃度）を調整することにより誘発されるが、その詳細については後述する。
【００２３】
また、ろ過槽７には、ｐＨセンサ３０が設けられ、当該ｐＨセンサ３０は制御装置１５に接続されている。このｐＨセンサ３０は、ろ過槽７内の生物処理水のｐＨを検出し、そのｐＨの検出値を検出信号に変換して、制御装置１５に出力する。また、ｐＨセンサ３０も、散気管２６ａの上方に設けられているので、散気管２６ａから放出された気泡によって、ｐＨセンサ３０に付着するＳＳ成分（浮遊汚濁成分）が除去される。また、ろ過装置３２で固液分離され、ろ過槽７に残存する残留高濃度汚泥は、水中ポンプ１４から生物処理水が供給される際に、ろ過槽７の水量が増加するため、ろ過槽７よりオーバーフローして、返送汚泥管４４により、生物処理槽６に返送される。なお、図１，図２に示すｐＨセンサ３０が、「ｐＨ検出手段」に相当する。
【００２４】
次に、脱色槽８について説明する。図２に示すように、脱色槽８は、第１脱色槽８ａと第２脱色槽８ｂとの２槽から構成され、その略中央は仕切壁１７で仕切られている。そして、その仕切壁１７の下部には、第１脱色槽８ａ内に貯留する処理水が、第２脱色槽８ｂに流入するための流通口１７ａが設けられている。さらに、第１脱色槽８ａの槽内には、活性炭が充填された第１活性炭充填カラム４０が設けられ、第２脱色槽８ｂの槽内には、第２活性炭充填カラム４１が設けられている。
【００２５】
ここで、第１活性炭充填カラム４０および第２活性炭充填カラム４１について説明する。図２に示すように、第１活性炭充填カラム４０および第２活性炭充填カラム４１は、略直方体状の枠を本体として備え、その枠の全面に網状の膜が貼られて構成されている。そして、その内側には粒状の活性炭が充填されている。この活性炭の材質は、細孔径の大きなものが選択され、例えば木質系や石炭系のものが好ましい。そして、このような構成からなる第１活性炭充填カラム４０および第２活性炭充填カラム４１内をろ過水が通過することにより、ろ過水中の色度成分が活性炭に吸着され、無色透明の処理水が生成される。さらに、２つの活性炭充填カラムを通過することにより、ろ過水を確実に脱色することができる。なお、第１活性炭充填カラム４０および第２活性炭充填カラム４１が、「活性炭保持手段」に相当する。
【００２６】
また、第１脱色槽８ａの底部には、散気管２７ａが配設され、当該散気管２７ａは、ブロワー２７に接続されている。一方、第２脱色槽８ｂの底部にも、散気管２８ａが配設され、当該散気管２８ａは、ブロワー２８に接続されている。そして、ブロワー２７，２８は、制御装置１５に接続されている。さらに、第１脱色槽８ａには、仕切壁１７の面に対して平行に立設する取付板３５が、下部に隙間を空けて設けられている。そして、この取付板３５には、槽内の水位を検出できる水位センサ３６が設けられている。そして、この水位センサ３６は、取付板３５の略上段に設けられた上センサ３６ａ、略下段に設けられた下センサ３６ｂの２つの水位センサにより構成されている。そして、これら上センサ３６ａおよび下センサ３６ｂは、制御装置１５に接続されている。そして、制御装置１５は、この各水位センサの出力信号により、脱色槽８の水位を判断する。
【００２７】
なお、この脱色槽８は、ろ過水を脱色する脱色機能に併せ、システム内の総水量を調整できる「蒸発槽」としての機能を併せもつ。例えば、生物処理槽６の水位が所定水位を超えている場合、又は脱色槽８の水位が所定水位を越えている場合には、システム内の総水量が多くなり、各水槽から汚泥又は処理水が溢れる恐れがある。そこで、制御装置１５は、脱色槽８のブロワー２７，２８を運転させ、脱色槽８内に貯留するろ過水を曝気する。これにより、脱色槽８に貯留するろ過水が蒸発するため、システム全体の総水量を減らすことができる。こうして、生物処理槽６の水位および脱色槽８の水位に応じて、ブロワー２７，２８における曝気量を調整することにより、システム全体の総水量を調整することができる。
【００２８】
こうして、脱色槽８で脱色処理された処理水は、ポンプ１２によって汲み上げられ、洗浄水として水洗便器５に供給される。なお、トイレの使用頻度が低い場合には、水洗便器５では洗浄水が使用されず、ろ過槽７から脱色槽８にろ過水が供給され続けるため、脱色槽８は処理水で満タン状態になる。この場合、処理水の一部はオーバーフロー水として、オーバーフロー水管４５により生物処理槽６に返送される。
【００２９】
次に、ｐＨ調整装置５０について説明する。図１および図２に示すように、ｐＨ調整装置５０は、酸のｐＨ調整液を補充するための酸補充タンク５１と、アルカリのｐＨ調整液を補充するためのアルカリ補充タンク５２とを備えている。そして、酸補充タンク５１の底部には酸添加チューブ５５が接続され、アルカリ補充タンク５２の底部にはアルカリ添加チューブ５６が接続されている。さらに、酸添加チューブ５５にはポンプ５７が介装され、アルカリ添加チューブ５６にはポンプ５８が介装されている。そして、ポンプ５７およびポンプ５８は、制御装置１５に各々接続されている。これら酸添加チューブ５５およびアルカリ添加チューブ５６の下流側端部は、ろ過槽７の内側に向けられている。したがって、酸添加チューブ５５から供給される酸およびアルカリ添加チューブ５６から供給されるアルカリは、ろ過槽７の汚泥内に確実に添加される。なお、酸補充タンク５１に補充される酸は硫酸であるが、これに限らず、塩酸、酢酸および硝酸等でもよい。さらに、アルカリ補充タンク５２に補充されるアルカリは水酸化ナトリウム溶液であるが、これに限られない。また、これら酸又はアルカリは適宜希釈して用いるのが好ましい。なお、図１に示すｐＨ調整装置５０が、「ｐＨ調整手段」に相当する。
【００３０】
次に、制御装置１５について説明する。図１および図２に示すように、この制御装置１５には、ブロワー２７，２８、ポンプ５７，５８、ｐＨセンサ３０、水位センサ２１，３６が各々接続されている。この制御装置１５は、ｐＨセンサ３０で計測されたｐＨの検出値により、ｐＨ調整装置５０におけるポンプ５７，５８の制御をおこなう。さらに、制御装置１５は、生物処理槽６の水位センサ２１と、脱色槽８の水位センサ３６で検出された生物処理槽６および脱色槽８の各水位により、ブロワー２７，２８の制御をおこなう。なお、図示しないが、制御装置１５は、中央処理演算装置としてのＣＰＵと、各種プログラムなどを記憶する読み出し専用のメモリであるＲＯＭと、実行中のプログラムを一時的に記憶したり、各種データなどを記憶する読み出しおよび書き込み可能なメモリであるＲＡＭとを備えている。また、図１に示す制御装置１５が、「ｐＨ調整制御手段」に相当する。
【００３１】
次に、亜硝酸型硝化脱窒法について説明する。まず、従来の硝酸型硝化脱窒法について説明する。図３に示すように、従来の硝酸型硝化脱窒法は、汚水に含まれるアンモニアを曝気により亜硝酸に変換し、さらに亜硝酸を曝気により硝酸に変換してから脱窒して窒素を分離する方法である。この処理方法は、アンモニアを硝酸にまで変換する硝化菌と、硝酸を脱窒する脱窒菌とでおこなわれる。例えば、有機物が分解された結果、生成されたアンモニアイオンはアンモニア酸化菌（ニトロソモナス属等）によって亜硝酸イオン（ＮＯ２−）に変換される。
・２ＮＨ４＋＋３Ｏ２ → ２ＮＯ２−＋２Ｈ２Ｏ＋４Ｈ＋・・・（反応１）
次に亜硝酸酸化菌（ニトロバクター属等）が亜硝酸イオンを呼吸基質として取り込み、酸化することによって、亜硝酸イオンは硝酸イオン（ＮＯ３−）に変換される。なお、これらアンモニア酸化菌および亜硝酸酸化菌を総称して硝化菌とよばれ、一般的に好気性条件下で活性化する。
・２ＮＯ２−＋Ｏ２ → ２ＮＯ３−・・・（反応２）
さらに、生成された硝酸イオンは、脱窒菌によって脱窒されることにより、窒素が分離される。
・２ＮＯ３−＋５Ｈ２ → Ｎ２↑＋４Ｈ２Ｏ＋２ＯＨ−・・・（反応３）
そして、硝化菌は好気性条件下で活性化するため、汚泥を曝気することにより、反応１および反応２からなる硝化処理が促進される。一方、脱窒菌は嫌気性条件下で活性化し、汚泥中の有機物を資化源として反応３の脱窒処理をおこなう。そのため、汚泥の有機物濃度が低下したときには、汚泥中に有機物（易分解性有機物）を添加して脱窒処理を維持する方法が一般的である。
【００３２】
これに対し、亜硝酸型硝化脱窒法は、汚泥のｐＨを一定条件下で制御することにより誘発される。図４に示すように、亜硝酸型硝化脱窒法は、汚水に含まれるアンモニアを曝気により亜硝酸に変換し、硝酸まで変換することなく、その変換された亜硝酸から直接脱窒して窒素を分離する方法である。この処理方法は、上記の硝酸型硝化脱窒法と同様に硝化菌と脱窒菌とによっておこなわれる。そして、硝化菌であるアンモニア酸化菌を活性化させ、亜硝酸酸化菌の活性を抑えるため、ろ過槽７内に貯留する生物処理水（汚泥を含む）のｐＨを制御する。例えば、生物処理水のｐＨを７．５〜８．５に調整する。この条件下では、有機物が分解され、生成されたアンモニアは、反応１のように、アンモニア酸化菌によって亜硝酸イオン（ＮＯ２−）に変換される。次いで、亜硝酸酸化菌の活性は低く抑えられるため、反応１で生成した亜硝酸イオンは、亜硝酸酸化菌によって硝酸イオンにほとんど変換されず、汚泥内に蓄積された状態となる。そして、汚泥に蓄積した亜硝酸イオンは、処理水を通じてシステム内を循環し、生物処理槽６において、脱窒菌による反応４の脱窒処理がおこなわれる。
・２ＮＯ２−＋３Ｈ２ →Ｎ２＋２Ｈ２Ｏ＋２ＯＨ−・・・（反応４）
こうして反応１および反応４が繰り返され、図４に示す亜硝酸型硝化脱窒処理がおこなわれる。
【００３３】
この亜硝酸型硝化脱窒法では、従来の硝酸型硝化脱窒法と比べ、反応２で必要となる酸素が不要となるため、システム全体に必要な曝気量を全体の約３／４（理論値）まで低減することができる。したがって、ブロワー２６の運転にかかる電力消費が少なくてすむので、汚水処理にかかるコストを低減することができる。さらに、脱窒処理に必要な有機物量を、従来の硝酸型硝化脱窒法と比べ、約３／５（理論値）まで低減することができる。したがって、従来、汚泥に添加されていた不足分の有機物量を減らすことができるので、有機物の添加にかかるコストを低減することができる。さらに、反応２における亜硝酸イオンから硝酸イオンへの変換処理がおこなわれずに、亜硝酸イオンが直接脱窒されるため、汚水中のアンモニアを迅速に処理することができる。
【００３４】
次に、上記構成からなるバイオ浄化循環システムトイレ１における微生物処理について説明する。図１および図２に示すように、はじめに、水洗便器５から排出された汚水（糞尿）は、生物処理槽６に流入する。そして、生物処理槽６では、汚水中の有機物分解に加え、脱窒菌による脱窒処理がおこなわれる。また、脱窒菌は、汚水中の有機物を資化源（エネルギー源）として利用することにより、脱窒処理をおこなう。次いで、生物処理槽６で処理された生物処理水は、水中ポンプ１４によって、ろ過槽７に供給される。このため、ろ過槽７には、汚泥を含んだ処理水が貯留される。そして、制御装置１５は、ｐＨセンサ３０により検出されたろ過槽７内の汚泥のｐＨ検出値に基づいて、ろ過槽７の汚泥のｐＨがｐＨ７．５〜８．５の所定範囲内となるように、ｐＨ調整装置５０を制御する。例えば、ろ過槽７内の汚泥がｐＨ８．５を超えている場合は、ポンプ５７を運転させ、酸を添加する。反対に、ろ過槽７内の汚泥がｐＨ７．５未満の場合は、ポンプ５８を運転させ、アルカリを添加する。これにより、ろ過槽７の汚泥がｐＨ７．５〜８．５の範囲内に調整されるので、ろ過槽７では、アンモニアの亜硝酸型硝化がおこなわれる。そして、亜硝酸型硝化により生成した亜硝酸は、大部分がろ過槽７に残存する残留高濃度汚泥とともに、返送汚泥管４４により生物処理槽６に返送され、生物処理槽６で脱窒処理される。さらに、ろ過槽７内の生物処理水は、ろ過装置３２によってろ過され、ろ過水供給管３３を介して、脱色槽８に流入する。
【００３５】
そして、脱色槽８に流入したろ過水は、第１脱色槽８ａ、第２脱色槽８ｂの順に流れる。そのとき、第１活性炭充填カラム４０および第２活性炭充填カラム４１を通過するので、処理水中の色度成分が吸着され、無色透明の処理水が生成される。また、この処理水中には、亜硝酸型硝化により生成された亜硝酸が存在するが、活性炭はその影響を受けない。したがって、処理水中に亜硝酸が存在していても、第１活性炭充填カラム４０および第２活性炭充填カラム４１の脱色効果を維持できる。
【００３６】
そして、脱色槽８で脱色処理された処理水は、ポンプ１２の運転により、水洗便器５に供給され、再度洗浄水として使用される。そして、処理水中に蓄積する亜硝酸は、生物処理槽６に流入することにより、脱窒処理がおこなわれる。したがって、ろ過槽７で亜硝酸型硝化により生成された亜硝酸は、生物処理槽６において脱窒され、汚水中の窒素成分が除去される。こうして、これらの動作が繰り返されることにより、汚水処理を迅速かつ安価におこなうことができる。
【００３７】
以上説明したように、第１の実施形態であるバイオ浄化循環システムトイレ１によれば、水洗便器５から排出された汚水を受け入れ、汚水中の有機物分解をおこなうとともに、有機物分解によって生成されたアンモニアを亜硝酸型硝化脱窒処理をおこなうことにより、汚水の微生物処理を迅速かつ安価におこなうことができる。亜硝酸型硝化脱窒法は、亜硝酸型硝化により生成した亜硝酸を、脱窒反応により亜硝酸から直接窒素を分離するものである。そして、本実施形態のバイオ浄化循環システムトイレ１では、亜硝酸型硝化処理をろ過槽７でおこない、脱窒処理を生物処理槽６でおこなう。さらに、ろ過槽７にｐＨセンサ３０を設け、そのｐＨセンサ３０の検出値に基づいて、ろ過槽７内の生物処理水のｐＨが、亜硝酸型硝化がおこなわれる範囲内になるように、ｐＨ調整装置５０を制御する。これにより、ろ過槽７では常に亜硝酸型硝化を維持することができる。また、亜硝酸型硝化脱窒法では、従来の硝酸型硝化脱窒法と比べ、ろ過槽７における酸素量が少なくてすむので、ブロワー２６にかかる電力コストを少なくすることができる。さらに、亜硝酸型硝化脱窒法では、アンモニアを硝酸まで変換する必要がないため、汚水中のアンモニアを効率よく迅速に処理することができる。
【００３８】
次に、第２の実施形態であるバイオ浄化循環システムトイレ１００について説明する。図５は、第２の実施形態であるバイオ浄化循環システムトイレ１００の構成を示すブロック図であり、図６は、第２の実施形態であるバイオ浄化循環システムトイレ１００の構成を示す模式図である。なお、第２の実施形態であるバイオ浄化循環システムトイレ１００は、第１の実施形態であるバイオ浄化循環システムトイレ１の変形例であり、ｐＨセンサ３０の代わりに、ＤＯ（溶存酸素濃度）センサ２４を設けている点に特徴を有する。
【００３９】
なお、以下の説明において、バイオ浄化循環システムトイレ１００は、第１の実施形態であるバイオ浄化循環システムトイレ１とほぼ同じ構成であるため、同じ部分については説明を省略し、ＤＯセンサ２４と、そのＤＯ計測値に基づいてブロワー２６０を制御する制御装置１５０を中心に説明する。さらに、第１の実施形態であるバイオ浄化循環システムトイレ１と同じ構成部分に関しては、同じ符号を付して説明する。
【００４０】
図５および図６に示すように、バイオ浄化循環システムトイレ１００では、ろ過槽７内に貯留される生物処理水のＤＯを所定範囲内に制御することにより、ろ過槽７において亜硝酸型硝化をおこなうものである。したがって、第１の実施形態のバイオ浄化循環システムトイレ１のｐＨセンサ３０、ｐＨ調整装置５０は省略され、その代わりに、ろ過槽７には、槽内の処理水の溶存酸素濃度を計測するＤＯセンサ２４が設けられている。このＤＯセンサ２４は、一般的なＤＯセンサであり、汚泥中のＤＯ濃度又は酸素分圧によって発生する拡散電流又は還元電流を計測してＤＯ濃度を求めるものである。また、ＤＯセンサ２４は、散気管２６０ａから送出される気泡が接触しない位置に設けるのが好ましい。なお、図５に示すＤＯセンサ２４が、「溶存酸素濃度計測手段」に相当する。
【００４１】
また、このＤＯセンサ２４は、制御装置１５０に接続されている。そして、ＤＯセンサ２４は、計測して得られた拡散電流値又は還元電流値を出力信号として、制御装置１５０に出力している。そして、制御装置１５０は、ＤＯセンサ２４から出力された出力信号に基づいてＤＯ濃度を求めている。さらに、ろ過槽７に設けられたブロワー２６０は、制御装置１５０に接続されている。そして、制御装置１５０は、ＤＯセンサ２４で計測されたＤＯ計測値に基づいて、ブロワー２６０の運転を制御する。なお、ろ過槽７で亜硝酸型硝化をおこなうためには、ろ過槽７内の処理水のＤＯを所定範囲内（例えば、１〜３ｐｐｍ）になるように、ブロワー２６０による曝気量を制御する。なお、図５に示すブロワー２６０が、「曝気手段」に相当し、制御装置１５０が、「曝気量制御手段」に相当する。
【００４２】
以上説明したように、第２の実施形態であるバイオ浄化循環システムトイレ１００によれば、第１の実施形態であるバイオ浄化循環システムトイレ１と同様に、ろ過槽７で亜硝酸型硝化処理をおこない、生物処理槽６で脱窒反応をおこなうことにより、汚水の微生物処理を迅速かつ安価におこなうことができる。そして、ろ過槽７では、ブロワー２６０の曝気量によって、ろ過槽７内に貯留される処理水のＤＯを所定範囲内に制御することにより、亜硝酸型硝化をおこなうことができる。したがって、ブロワー２６０の運転を制御するだけであるので、亜硝酸型硝化脱窒処理の維持が容易である。
【００４３】
次に、第３の実施形態であるバイオ浄化循環システムトイレ２００について説明する。図７は、第３の実施形態であるバイオ浄化循環システムトイレ２００の構成を示すブロック図であり、図８は、バイオ浄化循環システムトイレ２００の構成を示す模式図である。なお、第３の実施形態であるバイオ浄化循環システムトイレ２００は、第１の実施形態であるバイオ浄化循環システムトイレ１の変形例であり、ろ過水を脱色する脱色工程が異なる。具体的には、タワー型活性炭充填カラム６５を外部に備え、当該タワー型活性炭充填カラム６５の逆洗をおこなうことにより、活性炭に詰まった不純物を除去できる点に特徴を有する。
【００４４】
なお、以下の説明において、バイオ浄化循環システムトイレ２００は、第１の実施形態であるバイオ浄化循環システムトイレ１とほぼ同じ構成であるため、同じ部分については説明を省略し、タワー型活性炭充填カラム６５を中心にして説明する。さらに、第１の実施形態であるバイオ浄化循環システムトイレ１と同じ構成部分に関しては、同じ符号を付して説明する。
【００４５】
図７に示すように、バイオ浄化循環システムトイレ２００は、第１の実施形態であるバイオ浄化循環システムトイレ１の脱色槽８の代わりに蒸発槽９を備えている。この蒸発槽９は、図２に示す脱色槽８から第１活性炭充填カラム４０および第２活性炭充填カラム４１を除き、１槽にしたものである。したがって、蒸発槽９は、ろ過槽７から供給されたろ過水を一時的に貯留し、曝気によってろ過水を蒸発させることにより、システム内の総水量の調整をする。
【００４６】
そして、図７，図８に示すように、蒸発槽９の下流側には、タワー型活性炭充填カラム６５が設けられ、蒸発槽９とタワー型活性炭充填カラム６５との間には、ろ過水流入管６０が接続されている。そして、そのろ過水流入管６０には、流路の開閉をおこなう開閉バルブ６１が設けられている。さらに、タワー型活性炭充填カラム６５の下流側には、タワー型活性炭充填カラム６５で脱色された処理水を貯留する処理水タンク６８が設けられ、タワー型活性炭充填カラム６５と処理水タンク６８との間には、処理水流入管６６が接続されている。そして、その処理水流入管６６には、ポンプ６７が設けられている。さらに、処理水タンク６８内に貯留された処理水は、ポンプ１２によって、水洗便器５に供給される。また、タワー型活性炭充填カラム６５には、カラム内の逆洗排水を生物処理槽６に返送する逆洗排水返送管７０が接続されている。なお、ポンプ６７は、ローラ式の周知のポンプであり、ローラの回転によって、処理水流入管６６内に流入する処理水を処理水タンク６８に向かって押し出すものである。したがって、ローラの回転方向を逆向きにすることにより、処理水タンク６８の処理水を、タワー型活性炭充填カラム６５に向かって押し出すことができる。
【００４７】
次に、蒸発槽９について説明する。図８に示すように、この蒸発槽９には、第１の実施形態である脱色槽８に設けられた水位センサ３６と同様の水位センサ３６０が設けられ、取付板３５０に設けられている。そして、水位センサ３６０は、上センサ３６０ａおよび下センサ３６０ｂで構成されている。さらに、蒸発槽９の底部には、ブロワー２７０に接続された散気管２７０ａが設けられている。そして、ブロワー２７０は、制御装置２５０に接続されている。よって、制御装置２５０は、水位センサ２１で検出される生物処理槽６の水位と、水位センサ３６０で検出される蒸発槽９の水位とに基づいて、ブロワー２７０の運転を制御する。そして、ブロワー２７０の運転により、蒸発槽９内のろ過水が曝気されることにより、槽内の処理水が蒸発し、システム内の総水量の調整をおこなうことができる。
【００４８】
次に、タワー型活性炭充填カラム６５について説明する。図８に示すように、このタワー型活性炭充填カラム６５は、略筒状体を本体に備え、その軸線方向両端部の開口部が栓によって閉塞されている。そして、その内側に活性炭４３が充填されている。そして、このタワー型活性炭充填カラム６５の軸線方向一端部には、ろ過水入り口６５ａが形成され、その反対の他端部には、処理水出口６５ｂが形成されている。さらに、ろ過水入り口６５ａには２つの穴が穿設され、そのうちの１つには、ろ過水流入管６０が嵌挿され、もう１つには、逆洗排水返送管７０が嵌挿されている。一方、処理水出口６５ｂには１つの穴が穿設され、その穴には処理水流入管６６が嵌挿されている。なお、タワー型活性炭充填カラム６５が、「活性炭保持手段」に相当する。
【００４９】
次に、上記構成からなるバイオ浄化循環システムトイレ２００の脱色工程での脱色処理動作について説明する。図７および図８に示すように、まず、ろ過槽７のろ過装置３２でろ過されたろ過水は、蒸発槽９に供給されて槽内に貯留される。そして、開閉バルブ６１は常時開放されている。そして、ポンプ６７が運転すると、蒸発槽９内のろ過水は、ろ過水流入管６０を流れ、タワー型活性炭充填カラム６５のろ過水入り口６５ａ（図８参照）からカラム内に流入する。さらに、タワー型活性炭充填カラム６５の活性炭４３で脱色処理された処理水は、処理水出口６５ｂ（図８参照）から流出し、処理水流入管６６を流れる。次いで、処理水流入管６６を流れた処理水は、処理水タンク６８内に供給される。したがって、処理水タンク６８には、無色透明の処理水が貯留される。そして、水洗便器５が使用されると、ポンプ１２が運転を開始するため、処理水タンク６８内に貯留された処理水が、洗浄水として水洗便器５に供給される。
【００５０】
次に、タワー型活性炭充填カラム６５の逆洗動作について説明する。このタワー型活性炭充填カラム６５は、継続して長期間使用されると、ろ過水中のＳＳ成分（浮遊汚濁成分）がカラム内の活性炭４３の細孔に詰まるため、活性炭４３の吸着能力が低下する。そのため、バイオ浄化循環システムトイレ２００では、タワー型活性炭充填カラム６５の逆洗をおこなう。そして、その逆洗動作にともなう逆洗水の供給および逆洗排水の処理は、このバイオ浄化循環システムトイレ２００内でまかなうことができる。
【００５１】
図７および図８に示すように、まず、開閉バルブ６１を閉じ、ろ過水流入管６０の流路を閉塞する。そして、ポンプ６７のローラの回転を逆向きに回転させることにより、処理水タンク６８内の処理水は、タワー型活性炭充填カラム６５に向かって流れ、処理水出口６５ｂ（図８参照）からカラム内に流入する。これにより、カラム内では処理水が逆向きに流れるため、活性炭に付着したＳＳ成分（浮遊汚濁成分）が除去される。次いで、除去されたＳＳ成分（浮遊汚濁成分）を含んだ逆洗排水は、ろ過水入り口６５ａ（図８参照）から排出される。このとき、ろ過水流入管６０の開閉バルブ６１は閉塞されているので、逆洗排水は、逆洗排水返送管７０を流れる。そして、逆洗排水返送管７０を流れた逆洗排水は、生物処理槽６内に返送されるため、システム内から外部に逆洗排水が排出されないため、システムの周辺環境を汚染させることがない。また、逆洗水を、処理水タンク６８内の処理水を用いることで、新たに水道水を供給する必要もない。
【００５２】
以上説明したように、第３の実施形態であるバイオ浄化循環システムトイレ２００によれば、第１の実施形態であるバイオ浄化循環システムトイレ１と同様に、ろ過槽７で亜硝酸型硝化処理をおこない、生物処理槽６で脱窒反応をおこなうことにより、汚水の微生物処理を迅速かつ安価におこなうことができる。そして、蒸発槽９に貯留するろ過水を、タワー型活性炭充填カラム６５で脱色することにより、無色透明の処理水を生成することができる。また、バイオ浄化循環システムトイレ２００では、タワー型活性炭充填カラム６５の逆洗をおこなうことができ、その逆洗動作にともなう逆洗水の供給および逆洗排水の処理をバイオ浄化循環システムトイレ２００内でまかなうことができる。したがって、システムの周辺環境を汚染させることがないので、排水設備のない場所（山、海など）等でも、バイオ浄化循環システムトイレ２００を設置することができる。
【００５３】
なお、本発明は、上記の各実施形態に限定されることなく、各種の変形が可能である。例えば、第１乃至第３の実施形態において、ろ過槽７は、ろ過機能に併せ、亜硝酸型硝化処理をおこなう生物処理機能を有するが、例えば、生物処理槽６を２槽にし、それぞれを「脱窒槽」と「硝化槽」とに分け、ろ過槽７はろ過機能のみを有するようにしてもよい。
【００５４】
また、第１および第２の実施形態では、脱色槽８を第１脱色槽８ａおよび第２脱色槽８ｂの２槽に構成したが、１槽でもよく２槽以上でもよく、トイレの使用頻度および汚水処理量を考慮して槽の数を調整すればよい。なお、活性炭充填カラムの設置個数も、脱色処理性能と汚水処理量とを考慮して調整すればよい。
【００５５】
さらに、亜硝酸型硝化をおこさせるために、ろ過槽７内に貯留する生物処理水のｐＨ又はＤＯを制御したが、ｐＨおよびＤＯをともに制御して、亜硝酸型硝化を誘発してもよい。また、亜硝酸型硝化を誘発させる手段として、上記実施形態で説明したｐＨおよびＤＯの他にも、温度などの他の条件によって、亜硝酸型硝化を誘発させてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明のバイオ浄化循環システムトイレは、排水の制限がある地域等に設置して利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】第１の実施形態であるバイオ浄化循環システムトイレ１の構成を示すブロック図である。
【図２】第１の実施形態であるバイオ浄化循環システムトイレ１の構成を示す模式図である。
【図３】従来の硝酸型硝化脱窒法の流れを示す模式図である。
【図４】亜硝酸型硝化脱窒法の流れを示す模式図である。
【図５】第２の実施形態であるバイオ浄化循環システムトイレ１００の構成を示すブロック図である。
【図６】第２の実施形態であるバイオ浄化循環システムトイレ１００の構成を示す模式図である。
【図７】第３の実施形態であるバイオ浄化循環システムトイレ２００の構成を示すブロック図である。
【図８】第３の実施形態であるバイオ浄化循環システムトイレ２００の構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【００５８】
１ バイオ浄化循環システムトイレ（第１の実施形態）
５ 水洗便器
６ 生物処理槽
７ ろ過槽
１５ 制御装置
２４ ＤＯセンサ
３０ ｐＨセンサ
４０ 第１活性炭充填カラム
４１ 第２活性炭充填カラム
５０ ｐＨ調整装置
６５ タワー型活性炭充填カラム
１００ バイオ浄化循環システムトイレ（第２の実施形態）
１５０ 制御装置
２００ バイオ浄化循環システムトイレ（第３の実施形態）
２５０ 制御装置
２６０ ブロワー
【技術分野】
【０００１】
本発明はバイオ浄化循環システムトイレに関し、詳細には微生物により汚水を浄化するバイオ浄化循環システムトイレに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のバイオ浄化循環システムトイレによれば、水洗便器から流れ出る汚水を受け入れ、生物処理槽で有機物分解およびアンモニアの硝化・脱窒処理をおこない、ろ過槽で生物処理水のろ過をおこない、さらに脱色槽でろ過されたろ過水の脱色処理をおこない、最後に脱色された処理水を再度洗浄水として水洗便器に供給する。そして、脱色槽におけるろ過水の脱色処理は、オゾン生成装置で生成されたオゾンを用いておこなわれるのが一般的である。オゾンは、強酸化性を有し、ろ過水中の色度成分を分解して脱色することにより、黄色を帯びたろ過水を透明な処理水に変換できる。
【０００３】
このような脱色槽を備えたバイオ浄化循環システムトイレにおいて、有機物処理は十分おこなえるが、汚水の性状によっては窒素除去が不十分にとどまる場合がある。特に、汚水のＣ／Ｎ比が低い場合（尿の割合が高い場合）には、窒素分が有機物に比べて過剰となり、窒素の除去が不十分になりやすい。このような場合には、硝化過程において発生した亜硝酸が蓄積される。そして、亜硝酸が蓄積されたままろ過水が脱色槽に入ると、オゾンを消費することにより亜硝酸が酸化して硝酸となる。このため、脱色に使用されるべきオゾンの量が減少してしまい、脱色効果が低下して処理水の色度が高くなり、使用者に不快感を与える場合があった。そこで、例えば、色度計により、処理水の色度を計測し、その計測値に基づいて、易分解性有機物を生物処理槽の汚泥内に添加することにより、不足する有機物濃度を補うことのできる循環式水洗トイレおよび循環式水洗トイレの汚水浄化方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−１３２０３７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、特許文献１に記載の循環式水洗トイレおよび循環式水洗トイレの汚水浄化方法において、安定した脱色効果を得るためには、易分解性有機物を生物処理槽内に多量に投入しなければならず、処理性能の維持にコストが高くなるという問題点があった。さらに、生物処理槽内の汚泥に亜硝酸を蓄積させないためには、亜硝酸を硝酸に硝化させる硝化菌の活性を高めなければならないため、汚泥内に空気（酸素）を十分に供給する必要がある。そのため、汚泥を曝気するブロワー（曝気装置）の運転にかかる消費電力が増大するという問題点もあった。さらに、微生物処理が安定せず、汚泥内に亜硝酸が蓄積した場合、オゾンが亜硝酸の酸化に利用されてしまい、結局はオゾンの脱色効果が低下するという問題点もあった。
【０００５】
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、汚水処理を迅速かつ安価にできるとともに、亜硝酸の存在下でも脱色効果を維持できるバイオ浄化循環システムトイレ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】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１に係るバイオ浄化循環システムトイレによれば、水洗便器からの汚水を受け入れ、汚水中の有機物を分解するとともに、窒素成分を除去する生物処理槽と、当該生物処理槽で処理された生物処理水を固液分離するろ過槽と、当該ろ過槽で固液分離されたろ過水を脱色処理する脱色槽とを有し、当該脱色槽で脱色された処理水を洗浄水として、前記水洗便器に循環させるバイオ浄化循環システムトイレにおいて、前記生物処理槽は、汚水中のアンモニアを亜硝酸に変換する亜硝酸型硝化をおこなう硝化槽と、当該硝化槽で生成された亜硝酸の脱窒をおこなう脱窒槽とから構成され、前記脱色槽には、ろ過水中の色度成分を吸着して脱色する活性炭を保持する活性炭保持手段が設けられている。
【０００７】
また、請求項２に係るバイオ浄化循環システムトイレによれば、請求項１に記載の発明の構成に加え、前記硝化槽には、汚泥のｐＨを検出するｐＨ検出手段と、汚泥中に酸又はアルカリを添加して、汚泥のｐＨを調整するｐＨ調整手段と、前記ｐＨ検出手段の検出値に基づいて、前記ｐＨ調整手段による酸又はアルカリの添加量を制御するｐＨ調整制御手段とが設けられ、前記ｐＨ調整制御手段は、前記硝化槽で亜硝酸型硝化がおこなわれるように、前記ｐＨ調整手段を制御して、前記硝化槽内の汚泥のｐＨを所定範囲内に調整することを特徴とする。
【０００８】
また、請求項３に係るバイオ浄化循環システムトイレによれば、請求項１又は２に記載の発明の構成に加え、前記硝化槽には、汚泥中の溶存酸素濃度を計測する溶存酸素濃度計測手段と、汚泥を曝気する曝気手段と、前記溶存酸素濃度計測手段の計測値に基づいて、前記曝気手段による曝気量を制御する曝気量制御手段とが設けられ、前記曝気量制御手段は、前記硝化槽内で亜硝酸型硝化がおこなわれるように、前記曝気手段を制御して、前記硝化槽内の汚泥中の溶存酸素濃度を所定範囲内に調整することを特徴とする。
【０００９】
また、請求項４に係るバイオ浄化循環システムトイレによれば、請求項１乃至３の何れかに記載の発明の構成に加え、前記ろ過槽は、前記生物処理槽を兼ねていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の請求項１に係るバイオ浄化循環システムトイレによれば、硝化槽では、汚水中のアンモニアを亜硝酸に変換し、その亜硝酸を脱窒槽で脱窒することができる。すなわち、亜硝酸を硝酸に変換することなく、直接亜硝酸から脱窒するので、アンモニアを迅速に処理することができる。さらに、アンモニアを亜硝酸、硝酸の順に変換してから、その硝酸を脱窒する従来の硝酸型硝化脱窒法に比べ、処理に必要な有機物量が少なくてすむので、汚泥内に有機物を過剰に投入する必要がない。よって、汚水処理性能の維持にかかるコストを低減することができる。また、従来の硝酸型硝化脱窒法に比べ、処理に必要な酸素量も少なくてすむ。そのため、汚泥に必要な酸素の供給量を減らすことができるので、その酸素供給にかかる電力消費を低減することもできる。以上のことから、汚水処理を安価にすることができる。また、脱色槽では、活性炭による脱色処理がおこなわれるので、ろ過水中に亜硝酸が存在してもろ過水の脱色効果を安定して維持することができる。
【００１１】
また、請求項２に係るバイオ浄化循環システムトイレによれば、請求項１に記載の効果に加え、硝化槽内の汚泥のｐＨは、ｐＨ検出手段によって計測されるため、汚泥の性状を迅速に把握することができる。さらに、ｐＨ調整制御手段は、ｐＨ検出手段の検出結果に基づいて、硝化槽で亜硝酸型硝化がおこなわれるようにｐＨ調整手段を制御するので、硝化槽では常に亜硝酸型硝化をおこなうことができる。
【００１２】
また、請求項３に係るバイオ浄化循環システムトイレによれば、請求項１又は２に記載の効果に加え、硝化槽内の汚泥中の溶存酸素濃度は、溶存酸素濃度検出手段によって計測されるため、汚泥の性状を迅速に把握することができる。さらに、曝気量制御手段は、溶存酸素濃度計測手段の計測結果に基づいて、硝化槽で亜硝酸型硝化がおこなわれるように曝気手段を制御するので、硝化槽では常に亜硝酸型硝化をおこなうことができる。また、汚泥の曝気量を制御するだけであるので、亜硝酸型硝化の維持が容易である。
【００１３】
また、請求項４に係るバイオ浄化循環システムトイレによれば、請求項１乃至３の何れかに記載の効果に加え、ろ過槽は、生物処理水をろ過するのみならず、汚水を生物処理する生物処理槽の機能を兼ねているため、システムを構成する処理槽の数を減らすことができる。したがって、バイオ浄化循環システムトイレ全体の大きさが縮小されるため、バイオ浄化循環システムトイレの設置面積を縮小することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の第１の実施形態であるバイオ浄化循環システムトイレ１について、図面に基づいて説明する。図１は、第１の実施形態であるバイオ浄化循環システムトイレ１の構成を示すブロック図であり、図２は、第１の実施形態であるバイオ浄化循環システムトイレ１の構成を示す模式図であり、図３は、従来の硝酸型硝化脱窒法の流れを示す模式図であり、図４は、亜硝酸型硝化脱窒法の流れを示す模式図である。なお、第１の実施形態であるバイオ浄化循環システムトイレ１は、汚水中のアンモニアを亜硝酸型硝化脱窒法で処理することにより、微生物による汚水処理を迅速かつ安価におこなうことができるものである。
【００１５】
はじめに、バイオ浄化循環システムトイレ１の概略構成について説明する。図１に示すように、バイオ浄化循環システムトイレ１は、水洗便器５と、当該水洗便器５から排出される汚水を受け入れ、汚水の生物処理をおこなう生物処理槽６と、当該生物処理槽６で処理された生物処理水を、槽内に浸漬されたろ過装置３２によってろ過処理をおこなうろ過槽７と、当該ろ過槽７でろ過処理されたろ過水を受け入れ、活性炭による脱色処理（吸着処理）をおこなう脱色槽８と、当該脱色槽８によって脱色処理された処理水を、再度洗浄水として、水洗便器５に供給するポンプ１２とから構成されている。さらに、バイオ浄化循環システムトイレ１には、ろ過槽７内に貯留する汚泥のｐＨを調整するｐＨ調整装置５０と、当該ｐＨ調整装置５０の制御をおこなう制御装置１５とが設けられている。
【００１６】
また、ろ過槽７には、ろ過装置３２によってろ過処理されて槽内に残留する残留高濃度汚泥を生物処理槽６に返送する返送汚泥管４４が設けられている。また、脱色槽８には、処理水（脱色処理水）の余剰分を、オーバーフローさせて、生物処理槽６に返送するオーバーフロー水管４５が設けられている。
【００１７】
次に、生物処理槽６について説明する。図２に示すように、生物処理槽６の、水洗便器５側の内壁面６ａには、上面が開口する箱型の除去スクリーン２が設けられている。この除去スクリーン２は網目状の篩いであり、汚水中に含まれる大きな夾雑物を除去する。そして、生物処理槽６の底部には、水中ポンプ１３が設けられている。この水中ポンプ１３は、モータを駆動させて水流を形成することにより、槽内の汚泥を撹拌する。さらに、槽内には、生分解性プラスチック板を内部に複数収納する収納ケース４が、チェーン１８，１８によって、槽の上部から吊るされている。そして、この収納ケース４はステンレス板で構成されており、上部及び下部が開放されているため、水中ポンプ１３又は散気管２５ｂによる水流により、ケース内を通過する汚泥は、収納ケース４内に収納された生分解性プラスチック板の表面に効率よく接触する。この生分解性プラスチック板は、汚泥中の有機物濃度が低下した場合に、微生物によって徐々に分解される。よって、汚泥中で微生物が資化源として利用できる最低限の有機物濃度を確保することができる。
【００１８】
さらに、生物処理槽６の底部には、散気管２５ａ，２５ｂが設けられている。そして、散気管２５ａは、除去スクリーン２の下方に位置するように設けられている。これにより、散気管２５ａから放出される気泡は上昇し、除去スクリーン２の網目を通過するので、除去スクリーン２の網目における夾雑物の目詰まりを防止できる。一方、散気管２５ｂは、収納ケース４の側方に設置されている。これにより、散気管２５ｂから放出される気泡は上昇し、収納ケース４内を上方から下方へ流れる水流が発生する。また、これら散気管２５ａ，２５ｂは、ブロワー２５に接続されている。そして、ブロワー２５は、空気を散気管２５ａ，２５ｂに各々供給する。さらに、散気管２５ａ，２５ｂからは多数の気泡が汚泥中に放出され、生物処理槽６内の汚泥が曝気される。なお、生物処理槽６は、嫌気的条件下に調整される。そのため、ブロワー２５から送出される空気量は少な目に調整されている。これにより、生物処理槽６では、嫌気性菌である脱窒菌が活性化されるため、生物処理槽６では脱窒処理がおこなわれ、生物処理槽６は「脱窒槽」として機能する。また、生物処理槽６の底部には、生物処理槽６で処理された処理水（汚泥を含む）を汲み上げ、ろ過槽７に供給する水中ポンプ１４が設けられている。
【００１９】
また、生物処理槽６内には、内壁面６ａの面に対して平行に立設する取付板２０が、下部に隙間を空けて設けられている。そして、取付板２０には、槽内の水位を検出するための水位センサ２１が設けられている。この水位センサ２１は、取付板の略上段に設けられた上センサ２１ａ、略中段に設けられた中センサ２１ｂ、略下段に設けられた下センサ２１ｃの３つの水位センサにより構成されている。そして、これら上センサ２１ａ、中センサ２１ｂおよび下センサ２１ｃは、制御装置１５に接続されている。なお、この水位センサ２１は、一般的なフロートスイッチである。そして、制御装置１５は、これら各水位センサの出力信号により、生物処理槽の水位を判断する。
【００２０】
次に、ろ過槽７について説明する。図１および図２に示すように、このろ過槽７には、生物処理槽６の水中ポンプ１４から供給される生物処理水が供給される。この生物処理水には、生物処理槽６の汚泥が含まれるため、ろ過槽７では、この生物処理水のろ過処理がおこなわれる。そして、このろ過槽７の略中央には、ろ過装置３２が浸漬されている。このろ過装置３２には、複数のろ過膜が内部に保持され、そのろ過膜によって生物処理水がろ過される。そして、ろ過装置３２でろ過されたろ過水は、ろ過水供給管３３を介して、脱色槽８（第１脱色槽８ａ）に供給される。また、ろ過槽７の水位は、ろ過槽７に隣接する脱色槽８の水位より高めに設定されている。そのため、ろ過槽７と脱色槽８との間には水頭圧差が生じる。これにより、ろ過槽７の生物処理水は、その水頭圧差によって、ポンプなどを使用しなくてもろ過装置３２のろ過膜を通過し、ろ過膜を透過したろ過水は、ろ過水供給管３３を通過して脱色槽８に供給される。
【００２１】
また、ろ過槽７の底部には、ブロワー２６に接続された散気管２６ａが設けられている。このブロワー２６は常時稼働しているため、散気管２６ａから放出された気泡によって、ろ過槽７内に貯留する生物処理水が曝気される。そして、その散気管２６ａの上方に、ろ過装置３２が位置するため、ろ過装置３２のろ過膜に付着するＳＳ成分（浮遊汚濁成分）が除去される。
【００２２】
ここで、生物処理水には汚泥が含まれるため、ろ過槽７の槽内は、生物処理槽６と同様に汚泥が貯留される。そのため、ろ過槽７内の汚泥が曝気されると、生物処理水中に含まれる有機物やアンモニアの生物処理がおこなわれる。そして、ろ過槽７では、本発明の特徴であるアンモニアの亜硝酸型硝化がおこなわれる。したがって、このろ過槽７は、生物処理水をろ過するろ過機能に加え、亜硝酸型硝化をおこなう「生物処理槽」としての機能を兼ね備える。なお、この亜硝酸型硝化は、ろ過槽７内の汚泥のｐＨ（又は溶存酸素濃度）を調整することにより誘発されるが、その詳細については後述する。
【００２３】
また、ろ過槽７には、ｐＨセンサ３０が設けられ、当該ｐＨセンサ３０は制御装置１５に接続されている。このｐＨセンサ３０は、ろ過槽７内の生物処理水のｐＨを検出し、そのｐＨの検出値を検出信号に変換して、制御装置１５に出力する。また、ｐＨセンサ３０も、散気管２６ａの上方に設けられているので、散気管２６ａから放出された気泡によって、ｐＨセンサ３０に付着するＳＳ成分（浮遊汚濁成分）が除去される。また、ろ過装置３２で固液分離され、ろ過槽７に残存する残留高濃度汚泥は、水中ポンプ１４から生物処理水が供給される際に、ろ過槽７の水量が増加するため、ろ過槽７よりオーバーフローして、返送汚泥管４４により、生物処理槽６に返送される。なお、図１，図２に示すｐＨセンサ３０が、「ｐＨ検出手段」に相当する。
【００２４】
次に、脱色槽８について説明する。図２に示すように、脱色槽８は、第１脱色槽８ａと第２脱色槽８ｂとの２槽から構成され、その略中央は仕切壁１７で仕切られている。そして、その仕切壁１７の下部には、第１脱色槽８ａ内に貯留する処理水が、第２脱色槽８ｂに流入するための流通口１７ａが設けられている。さらに、第１脱色槽８ａの槽内には、活性炭が充填された第１活性炭充填カラム４０が設けられ、第２脱色槽８ｂの槽内には、第２活性炭充填カラム４１が設けられている。
【００２５】
ここで、第１活性炭充填カラム４０および第２活性炭充填カラム４１について説明する。図２に示すように、第１活性炭充填カラム４０および第２活性炭充填カラム４１は、略直方体状の枠を本体として備え、その枠の全面に網状の膜が貼られて構成されている。そして、その内側には粒状の活性炭が充填されている。この活性炭の材質は、細孔径の大きなものが選択され、例えば木質系や石炭系のものが好ましい。そして、このような構成からなる第１活性炭充填カラム４０および第２活性炭充填カラム４１内をろ過水が通過することにより、ろ過水中の色度成分が活性炭に吸着され、無色透明の処理水が生成される。さらに、２つの活性炭充填カラムを通過することにより、ろ過水を確実に脱色することができる。なお、第１活性炭充填カラム４０および第２活性炭充填カラム４１が、「活性炭保持手段」に相当する。
【００２６】
また、第１脱色槽８ａの底部には、散気管２７ａが配設され、当該散気管２７ａは、ブロワー２７に接続されている。一方、第２脱色槽８ｂの底部にも、散気管２８ａが配設され、当該散気管２８ａは、ブロワー２８に接続されている。そして、ブロワー２７，２８は、制御装置１５に接続されている。さらに、第１脱色槽８ａには、仕切壁１７の面に対して平行に立設する取付板３５が、下部に隙間を空けて設けられている。そして、この取付板３５には、槽内の水位を検出できる水位センサ３６が設けられている。そして、この水位センサ３６は、取付板３５の略上段に設けられた上センサ３６ａ、略下段に設けられた下センサ３６ｂの２つの水位センサにより構成されている。そして、これら上センサ３６ａおよび下センサ３６ｂは、制御装置１５に接続されている。そして、制御装置１５は、この各水位センサの出力信号により、脱色槽８の水位を判断する。
【００２７】
なお、この脱色槽８は、ろ過水を脱色する脱色機能に併せ、システム内の総水量を調整できる「蒸発槽」としての機能を併せもつ。例えば、生物処理槽６の水位が所定水位を超えている場合、又は脱色槽８の水位が所定水位を越えている場合には、システム内の総水量が多くなり、各水槽から汚泥又は処理水が溢れる恐れがある。そこで、制御装置１５は、脱色槽８のブロワー２７，２８を運転させ、脱色槽８内に貯留するろ過水を曝気する。これにより、脱色槽８に貯留するろ過水が蒸発するため、システム全体の総水量を減らすことができる。こうして、生物処理槽６の水位および脱色槽８の水位に応じて、ブロワー２７，２８における曝気量を調整することにより、システム全体の総水量を調整することができる。
【００２８】
こうして、脱色槽８で脱色処理された処理水は、ポンプ１２によって汲み上げられ、洗浄水として水洗便器５に供給される。なお、トイレの使用頻度が低い場合には、水洗便器５では洗浄水が使用されず、ろ過槽７から脱色槽８にろ過水が供給され続けるため、脱色槽８は処理水で満タン状態になる。この場合、処理水の一部はオーバーフロー水として、オーバーフロー水管４５により生物処理槽６に返送される。
【００２９】
次に、ｐＨ調整装置５０について説明する。図１および図２に示すように、ｐＨ調整装置５０は、酸のｐＨ調整液を補充するための酸補充タンク５１と、アルカリのｐＨ調整液を補充するためのアルカリ補充タンク５２とを備えている。そして、酸補充タンク５１の底部には酸添加チューブ５５が接続され、アルカリ補充タンク５２の底部にはアルカリ添加チューブ５６が接続されている。さらに、酸添加チューブ５５にはポンプ５７が介装され、アルカリ添加チューブ５６にはポンプ５８が介装されている。そして、ポンプ５７およびポンプ５８は、制御装置１５に各々接続されている。これら酸添加チューブ５５およびアルカリ添加チューブ５６の下流側端部は、ろ過槽７の内側に向けられている。したがって、酸添加チューブ５５から供給される酸およびアルカリ添加チューブ５６から供給されるアルカリは、ろ過槽７の汚泥内に確実に添加される。なお、酸補充タンク５１に補充される酸は硫酸であるが、これに限らず、塩酸、酢酸および硝酸等でもよい。さらに、アルカリ補充タンク５２に補充されるアルカリは水酸化ナトリウム溶液であるが、これに限られない。また、これら酸又はアルカリは適宜希釈して用いるのが好ましい。なお、図１に示すｐＨ調整装置５０が、「ｐＨ調整手段」に相当する。
【００３０】
次に、制御装置１５について説明する。図１および図２に示すように、この制御装置１５には、ブロワー２７，２８、ポンプ５７，５８、ｐＨセンサ３０、水位センサ２１，３６が各々接続されている。この制御装置１５は、ｐＨセンサ３０で計測されたｐＨの検出値により、ｐＨ調整装置５０におけるポンプ５７，５８の制御をおこなう。さらに、制御装置１５は、生物処理槽６の水位センサ２１と、脱色槽８の水位センサ３６で検出された生物処理槽６および脱色槽８の各水位により、ブロワー２７，２８の制御をおこなう。なお、図示しないが、制御装置１５は、中央処理演算装置としてのＣＰＵと、各種プログラムなどを記憶する読み出し専用のメモリであるＲＯＭと、実行中のプログラムを一時的に記憶したり、各種データなどを記憶する読み出しおよび書き込み可能なメモリであるＲＡＭとを備えている。また、図１に示す制御装置１５が、「ｐＨ調整制御手段」に相当する。
【００３１】
次に、亜硝酸型硝化脱窒法について説明する。まず、従来の硝酸型硝化脱窒法について説明する。図３に示すように、従来の硝酸型硝化脱窒法は、汚水に含まれるアンモニアを曝気により亜硝酸に変換し、さらに亜硝酸を曝気により硝酸に変換してから脱窒して窒素を分離する方法である。この処理方法は、アンモニアを硝酸にまで変換する硝化菌と、硝酸を脱窒する脱窒菌とでおこなわれる。例えば、有機物が分解された結果、生成されたアンモニアイオンはアンモニア酸化菌（ニトロソモナス属等）によって亜硝酸イオン（ＮＯ２−）に変換される。
・２ＮＨ４＋＋３Ｏ２ → ２ＮＯ２−＋２Ｈ２Ｏ＋４Ｈ＋・・・（反応１）
次に亜硝酸酸化菌（ニトロバクター属等）が亜硝酸イオンを呼吸基質として取り込み、酸化することによって、亜硝酸イオンは硝酸イオン（ＮＯ３−）に変換される。なお、これらアンモニア酸化菌および亜硝酸酸化菌を総称して硝化菌とよばれ、一般的に好気性条件下で活性化する。
・２ＮＯ２−＋Ｏ２ → ２ＮＯ３−・・・（反応２）
さらに、生成された硝酸イオンは、脱窒菌によって脱窒されることにより、窒素が分離される。
・２ＮＯ３−＋５Ｈ２ → Ｎ２↑＋４Ｈ２Ｏ＋２ＯＨ−・・・（反応３）
そして、硝化菌は好気性条件下で活性化するため、汚泥を曝気することにより、反応１および反応２からなる硝化処理が促進される。一方、脱窒菌は嫌気性条件下で活性化し、汚泥中の有機物を資化源として反応３の脱窒処理をおこなう。そのため、汚泥の有機物濃度が低下したときには、汚泥中に有機物（易分解性有機物）を添加して脱窒処理を維持する方法が一般的である。
【００３２】
これに対し、亜硝酸型硝化脱窒法は、汚泥のｐＨを一定条件下で制御することにより誘発される。図４に示すように、亜硝酸型硝化脱窒法は、汚水に含まれるアンモニアを曝気により亜硝酸に変換し、硝酸まで変換することなく、その変換された亜硝酸から直接脱窒して窒素を分離する方法である。この処理方法は、上記の硝酸型硝化脱窒法と同様に硝化菌と脱窒菌とによっておこなわれる。そして、硝化菌であるアンモニア酸化菌を活性化させ、亜硝酸酸化菌の活性を抑えるため、ろ過槽７内に貯留する生物処理水（汚泥を含む）のｐＨを制御する。例えば、生物処理水のｐＨを７．５〜８．５に調整する。この条件下では、有機物が分解され、生成されたアンモニアは、反応１のように、アンモニア酸化菌によって亜硝酸イオン（ＮＯ２−）に変換される。次いで、亜硝酸酸化菌の活性は低く抑えられるため、反応１で生成した亜硝酸イオンは、亜硝酸酸化菌によって硝酸イオンにほとんど変換されず、汚泥内に蓄積された状態となる。そして、汚泥に蓄積した亜硝酸イオンは、処理水を通じてシステム内を循環し、生物処理槽６において、脱窒菌による反応４の脱窒処理がおこなわれる。
・２ＮＯ２−＋３Ｈ２ →Ｎ２＋２Ｈ２Ｏ＋２ＯＨ−・・・（反応４）
こうして反応１および反応４が繰り返され、図４に示す亜硝酸型硝化脱窒処理がおこなわれる。
【００３３】
この亜硝酸型硝化脱窒法では、従来の硝酸型硝化脱窒法と比べ、反応２で必要となる酸素が不要となるため、システム全体に必要な曝気量を全体の約３／４（理論値）まで低減することができる。したがって、ブロワー２６の運転にかかる電力消費が少なくてすむので、汚水処理にかかるコストを低減することができる。さらに、脱窒処理に必要な有機物量を、従来の硝酸型硝化脱窒法と比べ、約３／５（理論値）まで低減することができる。したがって、従来、汚泥に添加されていた不足分の有機物量を減らすことができるので、有機物の添加にかかるコストを低減することができる。さらに、反応２における亜硝酸イオンから硝酸イオンへの変換処理がおこなわれずに、亜硝酸イオンが直接脱窒されるため、汚水中のアンモニアを迅速に処理することができる。
【００３４】
次に、上記構成からなるバイオ浄化循環システムトイレ１における微生物処理について説明する。図１および図２に示すように、はじめに、水洗便器５から排出された汚水（糞尿）は、生物処理槽６に流入する。そして、生物処理槽６では、汚水中の有機物分解に加え、脱窒菌による脱窒処理がおこなわれる。また、脱窒菌は、汚水中の有機物を資化源（エネルギー源）として利用することにより、脱窒処理をおこなう。次いで、生物処理槽６で処理された生物処理水は、水中ポンプ１４によって、ろ過槽７に供給される。このため、ろ過槽７には、汚泥を含んだ処理水が貯留される。そして、制御装置１５は、ｐＨセンサ３０により検出されたろ過槽７内の汚泥のｐＨ検出値に基づいて、ろ過槽７の汚泥のｐＨがｐＨ７．５〜８．５の所定範囲内となるように、ｐＨ調整装置５０を制御する。例えば、ろ過槽７内の汚泥がｐＨ８．５を超えている場合は、ポンプ５７を運転させ、酸を添加する。反対に、ろ過槽７内の汚泥がｐＨ７．５未満の場合は、ポンプ５８を運転させ、アルカリを添加する。これにより、ろ過槽７の汚泥がｐＨ７．５〜８．５の範囲内に調整されるので、ろ過槽７では、アンモニアの亜硝酸型硝化がおこなわれる。そして、亜硝酸型硝化により生成した亜硝酸は、大部分がろ過槽７に残存する残留高濃度汚泥とともに、返送汚泥管４４により生物処理槽６に返送され、生物処理槽６で脱窒処理される。さらに、ろ過槽７内の生物処理水は、ろ過装置３２によってろ過され、ろ過水供給管３３を介して、脱色槽８に流入する。
【００３５】
そして、脱色槽８に流入したろ過水は、第１脱色槽８ａ、第２脱色槽８ｂの順に流れる。そのとき、第１活性炭充填カラム４０および第２活性炭充填カラム４１を通過するので、処理水中の色度成分が吸着され、無色透明の処理水が生成される。また、この処理水中には、亜硝酸型硝化により生成された亜硝酸が存在するが、活性炭はその影響を受けない。したがって、処理水中に亜硝酸が存在していても、第１活性炭充填カラム４０および第２活性炭充填カラム４１の脱色効果を維持できる。
【００３６】
そして、脱色槽８で脱色処理された処理水は、ポンプ１２の運転により、水洗便器５に供給され、再度洗浄水として使用される。そして、処理水中に蓄積する亜硝酸は、生物処理槽６に流入することにより、脱窒処理がおこなわれる。したがって、ろ過槽７で亜硝酸型硝化により生成された亜硝酸は、生物処理槽６において脱窒され、汚水中の窒素成分が除去される。こうして、これらの動作が繰り返されることにより、汚水処理を迅速かつ安価におこなうことができる。
【００３７】
以上説明したように、第１の実施形態であるバイオ浄化循環システムトイレ１によれば、水洗便器５から排出された汚水を受け入れ、汚水中の有機物分解をおこなうとともに、有機物分解によって生成されたアンモニアを亜硝酸型硝化脱窒処理をおこなうことにより、汚水の微生物処理を迅速かつ安価におこなうことができる。亜硝酸型硝化脱窒法は、亜硝酸型硝化により生成した亜硝酸を、脱窒反応により亜硝酸から直接窒素を分離するものである。そして、本実施形態のバイオ浄化循環システムトイレ１では、亜硝酸型硝化処理をろ過槽７でおこない、脱窒処理を生物処理槽６でおこなう。さらに、ろ過槽７にｐＨセンサ３０を設け、そのｐＨセンサ３０の検出値に基づいて、ろ過槽７内の生物処理水のｐＨが、亜硝酸型硝化がおこなわれる範囲内になるように、ｐＨ調整装置５０を制御する。これにより、ろ過槽７では常に亜硝酸型硝化を維持することができる。また、亜硝酸型硝化脱窒法では、従来の硝酸型硝化脱窒法と比べ、ろ過槽７における酸素量が少なくてすむので、ブロワー２６にかかる電力コストを少なくすることができる。さらに、亜硝酸型硝化脱窒法では、アンモニアを硝酸まで変換する必要がないため、汚水中のアンモニアを効率よく迅速に処理することができる。
【００３８】
次に、第２の実施形態であるバイオ浄化循環システムトイレ１００について説明する。図５は、第２の実施形態であるバイオ浄化循環システムトイレ１００の構成を示すブロック図であり、図６は、第２の実施形態であるバイオ浄化循環システムトイレ１００の構成を示す模式図である。なお、第２の実施形態であるバイオ浄化循環システムトイレ１００は、第１の実施形態であるバイオ浄化循環システムトイレ１の変形例であり、ｐＨセンサ３０の代わりに、ＤＯ（溶存酸素濃度）センサ２４を設けている点に特徴を有する。
【００３９】
なお、以下の説明において、バイオ浄化循環システムトイレ１００は、第１の実施形態であるバイオ浄化循環システムトイレ１とほぼ同じ構成であるため、同じ部分については説明を省略し、ＤＯセンサ２４と、そのＤＯ計測値に基づいてブロワー２６０を制御する制御装置１５０を中心に説明する。さらに、第１の実施形態であるバイオ浄化循環システムトイレ１と同じ構成部分に関しては、同じ符号を付して説明する。
【００４０】
図５および図６に示すように、バイオ浄化循環システムトイレ１００では、ろ過槽７内に貯留される生物処理水のＤＯを所定範囲内に制御することにより、ろ過槽７において亜硝酸型硝化をおこなうものである。したがって、第１の実施形態のバイオ浄化循環システムトイレ１のｐＨセンサ３０、ｐＨ調整装置５０は省略され、その代わりに、ろ過槽７には、槽内の処理水の溶存酸素濃度を計測するＤＯセンサ２４が設けられている。このＤＯセンサ２４は、一般的なＤＯセンサであり、汚泥中のＤＯ濃度又は酸素分圧によって発生する拡散電流又は還元電流を計測してＤＯ濃度を求めるものである。また、ＤＯセンサ２４は、散気管２６０ａから送出される気泡が接触しない位置に設けるのが好ましい。なお、図５に示すＤＯセンサ２４が、「溶存酸素濃度計測手段」に相当する。
【００４１】
また、このＤＯセンサ２４は、制御装置１５０に接続されている。そして、ＤＯセンサ２４は、計測して得られた拡散電流値又は還元電流値を出力信号として、制御装置１５０に出力している。そして、制御装置１５０は、ＤＯセンサ２４から出力された出力信号に基づいてＤＯ濃度を求めている。さらに、ろ過槽７に設けられたブロワー２６０は、制御装置１５０に接続されている。そして、制御装置１５０は、ＤＯセンサ２４で計測されたＤＯ計測値に基づいて、ブロワー２６０の運転を制御する。なお、ろ過槽７で亜硝酸型硝化をおこなうためには、ろ過槽７内の処理水のＤＯを所定範囲内（例えば、１〜３ｐｐｍ）になるように、ブロワー２６０による曝気量を制御する。なお、図５に示すブロワー２６０が、「曝気手段」に相当し、制御装置１５０が、「曝気量制御手段」に相当する。
【００４２】
以上説明したように、第２の実施形態であるバイオ浄化循環システムトイレ１００によれば、第１の実施形態であるバイオ浄化循環システムトイレ１と同様に、ろ過槽７で亜硝酸型硝化処理をおこない、生物処理槽６で脱窒反応をおこなうことにより、汚水の微生物処理を迅速かつ安価におこなうことができる。そして、ろ過槽７では、ブロワー２６０の曝気量によって、ろ過槽７内に貯留される処理水のＤＯを所定範囲内に制御することにより、亜硝酸型硝化をおこなうことができる。したがって、ブロワー２６０の運転を制御するだけであるので、亜硝酸型硝化脱窒処理の維持が容易である。
【００４３】
次に、第３の実施形態であるバイオ浄化循環システムトイレ２００について説明する。図７は、第３の実施形態であるバイオ浄化循環システムトイレ２００の構成を示すブロック図であり、図８は、バイオ浄化循環システムトイレ２００の構成を示す模式図である。なお、第３の実施形態であるバイオ浄化循環システムトイレ２００は、第１の実施形態であるバイオ浄化循環システムトイレ１の変形例であり、ろ過水を脱色する脱色工程が異なる。具体的には、タワー型活性炭充填カラム６５を外部に備え、当該タワー型活性炭充填カラム６５の逆洗をおこなうことにより、活性炭に詰まった不純物を除去できる点に特徴を有する。
【００４４】
なお、以下の説明において、バイオ浄化循環システムトイレ２００は、第１の実施形態であるバイオ浄化循環システムトイレ１とほぼ同じ構成であるため、同じ部分については説明を省略し、タワー型活性炭充填カラム６５を中心にして説明する。さらに、第１の実施形態であるバイオ浄化循環システムトイレ１と同じ構成部分に関しては、同じ符号を付して説明する。
【００４５】
図７に示すように、バイオ浄化循環システムトイレ２００は、第１の実施形態であるバイオ浄化循環システムトイレ１の脱色槽８の代わりに蒸発槽９を備えている。この蒸発槽９は、図２に示す脱色槽８から第１活性炭充填カラム４０および第２活性炭充填カラム４１を除き、１槽にしたものである。したがって、蒸発槽９は、ろ過槽７から供給されたろ過水を一時的に貯留し、曝気によってろ過水を蒸発させることにより、システム内の総水量の調整をする。
【００４６】
そして、図７，図８に示すように、蒸発槽９の下流側には、タワー型活性炭充填カラム６５が設けられ、蒸発槽９とタワー型活性炭充填カラム６５との間には、ろ過水流入管６０が接続されている。そして、そのろ過水流入管６０には、流路の開閉をおこなう開閉バルブ６１が設けられている。さらに、タワー型活性炭充填カラム６５の下流側には、タワー型活性炭充填カラム６５で脱色された処理水を貯留する処理水タンク６８が設けられ、タワー型活性炭充填カラム６５と処理水タンク６８との間には、処理水流入管６６が接続されている。そして、その処理水流入管６６には、ポンプ６７が設けられている。さらに、処理水タンク６８内に貯留された処理水は、ポンプ１２によって、水洗便器５に供給される。また、タワー型活性炭充填カラム６５には、カラム内の逆洗排水を生物処理槽６に返送する逆洗排水返送管７０が接続されている。なお、ポンプ６７は、ローラ式の周知のポンプであり、ローラの回転によって、処理水流入管６６内に流入する処理水を処理水タンク６８に向かって押し出すものである。したがって、ローラの回転方向を逆向きにすることにより、処理水タンク６８の処理水を、タワー型活性炭充填カラム６５に向かって押し出すことができる。
【００４７】
次に、蒸発槽９について説明する。図８に示すように、この蒸発槽９には、第１の実施形態である脱色槽８に設けられた水位センサ３６と同様の水位センサ３６０が設けられ、取付板３５０に設けられている。そして、水位センサ３６０は、上センサ３６０ａおよび下センサ３６０ｂで構成されている。さらに、蒸発槽９の底部には、ブロワー２７０に接続された散気管２７０ａが設けられている。そして、ブロワー２７０は、制御装置２５０に接続されている。よって、制御装置２５０は、水位センサ２１で検出される生物処理槽６の水位と、水位センサ３６０で検出される蒸発槽９の水位とに基づいて、ブロワー２７０の運転を制御する。そして、ブロワー２７０の運転により、蒸発槽９内のろ過水が曝気されることにより、槽内の処理水が蒸発し、システム内の総水量の調整をおこなうことができる。
【００４８】
次に、タワー型活性炭充填カラム６５について説明する。図８に示すように、このタワー型活性炭充填カラム６５は、略筒状体を本体に備え、その軸線方向両端部の開口部が栓によって閉塞されている。そして、その内側に活性炭４３が充填されている。そして、このタワー型活性炭充填カラム６５の軸線方向一端部には、ろ過水入り口６５ａが形成され、その反対の他端部には、処理水出口６５ｂが形成されている。さらに、ろ過水入り口６５ａには２つの穴が穿設され、そのうちの１つには、ろ過水流入管６０が嵌挿され、もう１つには、逆洗排水返送管７０が嵌挿されている。一方、処理水出口６５ｂには１つの穴が穿設され、その穴には処理水流入管６６が嵌挿されている。なお、タワー型活性炭充填カラム６５が、「活性炭保持手段」に相当する。
【００４９】
次に、上記構成からなるバイオ浄化循環システムトイレ２００の脱色工程での脱色処理動作について説明する。図７および図８に示すように、まず、ろ過槽７のろ過装置３２でろ過されたろ過水は、蒸発槽９に供給されて槽内に貯留される。そして、開閉バルブ６１は常時開放されている。そして、ポンプ６７が運転すると、蒸発槽９内のろ過水は、ろ過水流入管６０を流れ、タワー型活性炭充填カラム６５のろ過水入り口６５ａ（図８参照）からカラム内に流入する。さらに、タワー型活性炭充填カラム６５の活性炭４３で脱色処理された処理水は、処理水出口６５ｂ（図８参照）から流出し、処理水流入管６６を流れる。次いで、処理水流入管６６を流れた処理水は、処理水タンク６８内に供給される。したがって、処理水タンク６８には、無色透明の処理水が貯留される。そして、水洗便器５が使用されると、ポンプ１２が運転を開始するため、処理水タンク６８内に貯留された処理水が、洗浄水として水洗便器５に供給される。
【００５０】
次に、タワー型活性炭充填カラム６５の逆洗動作について説明する。このタワー型活性炭充填カラム６５は、継続して長期間使用されると、ろ過水中のＳＳ成分（浮遊汚濁成分）がカラム内の活性炭４３の細孔に詰まるため、活性炭４３の吸着能力が低下する。そのため、バイオ浄化循環システムトイレ２００では、タワー型活性炭充填カラム６５の逆洗をおこなう。そして、その逆洗動作にともなう逆洗水の供給および逆洗排水の処理は、このバイオ浄化循環システムトイレ２００内でまかなうことができる。
【００５１】
図７および図８に示すように、まず、開閉バルブ６１を閉じ、ろ過水流入管６０の流路を閉塞する。そして、ポンプ６７のローラの回転を逆向きに回転させることにより、処理水タンク６８内の処理水は、タワー型活性炭充填カラム６５に向かって流れ、処理水出口６５ｂ（図８参照）からカラム内に流入する。これにより、カラム内では処理水が逆向きに流れるため、活性炭に付着したＳＳ成分（浮遊汚濁成分）が除去される。次いで、除去されたＳＳ成分（浮遊汚濁成分）を含んだ逆洗排水は、ろ過水入り口６５ａ（図８参照）から排出される。このとき、ろ過水流入管６０の開閉バルブ６１は閉塞されているので、逆洗排水は、逆洗排水返送管７０を流れる。そして、逆洗排水返送管７０を流れた逆洗排水は、生物処理槽６内に返送されるため、システム内から外部に逆洗排水が排出されないため、システムの周辺環境を汚染させることがない。また、逆洗水を、処理水タンク６８内の処理水を用いることで、新たに水道水を供給する必要もない。
【００５２】
以上説明したように、第３の実施形態であるバイオ浄化循環システムトイレ２００によれば、第１の実施形態であるバイオ浄化循環システムトイレ１と同様に、ろ過槽７で亜硝酸型硝化処理をおこない、生物処理槽６で脱窒反応をおこなうことにより、汚水の微生物処理を迅速かつ安価におこなうことができる。そして、蒸発槽９に貯留するろ過水を、タワー型活性炭充填カラム６５で脱色することにより、無色透明の処理水を生成することができる。また、バイオ浄化循環システムトイレ２００では、タワー型活性炭充填カラム６５の逆洗をおこなうことができ、その逆洗動作にともなう逆洗水の供給および逆洗排水の処理をバイオ浄化循環システムトイレ２００内でまかなうことができる。したがって、システムの周辺環境を汚染させることがないので、排水設備のない場所（山、海など）等でも、バイオ浄化循環システムトイレ２００を設置することができる。
【００５３】
なお、本発明は、上記の各実施形態に限定されることなく、各種の変形が可能である。例えば、第１乃至第３の実施形態において、ろ過槽７は、ろ過機能に併せ、亜硝酸型硝化処理をおこなう生物処理機能を有するが、例えば、生物処理槽６を２槽にし、それぞれを「脱窒槽」と「硝化槽」とに分け、ろ過槽７はろ過機能のみを有するようにしてもよい。
【００５４】
また、第１および第２の実施形態では、脱色槽８を第１脱色槽８ａおよび第２脱色槽８ｂの２槽に構成したが、１槽でもよく２槽以上でもよく、トイレの使用頻度および汚水処理量を考慮して槽の数を調整すればよい。なお、活性炭充填カラムの設置個数も、脱色処理性能と汚水処理量とを考慮して調整すればよい。
【００５５】
さらに、亜硝酸型硝化をおこさせるために、ろ過槽７内に貯留する生物処理水のｐＨ又はＤＯを制御したが、ｐＨおよびＤＯをともに制御して、亜硝酸型硝化を誘発してもよい。また、亜硝酸型硝化を誘発させる手段として、上記実施形態で説明したｐＨおよびＤＯの他にも、温度などの他の条件によって、亜硝酸型硝化を誘発させてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明のバイオ浄化循環システムトイレは、排水の制限がある地域等に設置して利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】第１の実施形態であるバイオ浄化循環システムトイレ１の構成を示すブロック図である。
【図２】第１の実施形態であるバイオ浄化循環システムトイレ１の構成を示す模式図である。
【図３】従来の硝酸型硝化脱窒法の流れを示す模式図である。
【図４】亜硝酸型硝化脱窒法の流れを示す模式図である。
【図５】第２の実施形態であるバイオ浄化循環システムトイレ１００の構成を示すブロック図である。
【図６】第２の実施形態であるバイオ浄化循環システムトイレ１００の構成を示す模式図である。
【図７】第３の実施形態であるバイオ浄化循環システムトイレ２００の構成を示すブロック図である。
【図８】第３の実施形態であるバイオ浄化循環システムトイレ２００の構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【００５８】
１ バイオ浄化循環システムトイレ（第１の実施形態）
５ 水洗便器
６ 生物処理槽
７ ろ過槽
１５ 制御装置
２４ ＤＯセンサ
３０ ｐＨセンサ
４０ 第１活性炭充填カラム
４１ 第２活性炭充填カラム
５０ ｐＨ調整装置
６５ タワー型活性炭充填カラム
１００ バイオ浄化循環システムトイレ（第２の実施形態）
１５０ 制御装置
２００ バイオ浄化循環システムトイレ（第３の実施形態）
２５０ 制御装置
２６０ ブロワー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水洗便器からの汚水を受け入れ、汚水中の有機物を分解するとともに、窒素成分を除去する生物処理槽と、当該生物処理槽で処理された生物処理水を固液分離するろ過槽と、当該ろ過槽で固液分離されたろ過水を脱色処理する脱色槽とを有し、当該脱色槽で脱色された処理水を洗浄水として、前記水洗便器に循環させるバイオ浄化循環システムトイレにおいて、
前記生物処理槽は、
汚水中のアンモニアを亜硝酸に変換する亜硝酸型硝化をおこなう硝化槽と、
当該硝化槽で生成された亜硝酸の脱窒をおこなう脱窒槽と
から構成され、
前記脱色槽には、
ろ過水中の色度成分を吸着して脱色する活性炭を保持する活性炭保持手段が設けられていることを特徴とするバイオ浄化循環システムトイレ。
【請求項２】
前記硝化槽には、
汚泥のｐＨを検出するｐＨ検出手段と、
汚泥中に酸又はアルカリを添加して、汚泥のｐＨを調整するｐＨ調整手段と、
前記ｐＨ検出手段の検出値に基づいて、前記ｐＨ調整手段による酸又はアルカリの添加量を制御するｐＨ調整制御手段と
が設けられ、
前記ｐＨ調整制御手段は、前記硝化槽で亜硝酸型硝化がおこなわれるように、前記ｐＨ調整手段を制御して、前記硝化槽内の汚泥のｐＨを所定範囲内に調整することを特徴とする請求項１に記載のバイオ浄化循環システムトイレ。
【請求項３】
前記硝化槽には、
汚泥中の溶存酸素濃度を計測する溶存酸素濃度計測手段と、
汚泥を曝気する曝気手段と、
前記溶存酸素濃度計測手段の計測値に基づいて、前記曝気手段による曝気量を制御する曝気量制御手段と
が設けられ、
前記曝気量制御手段は、前記硝化槽内で亜硝酸型硝化がおこなわれるように、前記曝気手段を制御して、前記硝化槽内の汚泥中の溶存酸素濃度を所定範囲内に調整することを特徴とする請求項１又は２に記載のバイオ浄化循環システムトイレ。
【請求項４】
前記ろ過槽は、前記生物処理槽を兼ねていることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のバイオ浄化循環システムトイレ。
【請求項１】
水洗便器からの汚水を受け入れ、汚水中の有機物を分解するとともに、窒素成分を除去する生物処理槽と、当該生物処理槽で処理された生物処理水を固液分離するろ過槽と、当該ろ過槽で固液分離されたろ過水を脱色処理する脱色槽とを有し、当該脱色槽で脱色された処理水を洗浄水として、前記水洗便器に循環させるバイオ浄化循環システムトイレにおいて、
前記生物処理槽は、
汚水中のアンモニアを亜硝酸に変換する亜硝酸型硝化をおこなう硝化槽と、
当該硝化槽で生成された亜硝酸の脱窒をおこなう脱窒槽と
から構成され、
前記脱色槽には、
ろ過水中の色度成分を吸着して脱色する活性炭を保持する活性炭保持手段が設けられていることを特徴とするバイオ浄化循環システムトイレ。
【請求項２】
前記硝化槽には、
汚泥のｐＨを検出するｐＨ検出手段と、
汚泥中に酸又はアルカリを添加して、汚泥のｐＨを調整するｐＨ調整手段と、
前記ｐＨ検出手段の検出値に基づいて、前記ｐＨ調整手段による酸又はアルカリの添加量を制御するｐＨ調整制御手段と
が設けられ、
前記ｐＨ調整制御手段は、前記硝化槽で亜硝酸型硝化がおこなわれるように、前記ｐＨ調整手段を制御して、前記硝化槽内の汚泥のｐＨを所定範囲内に調整することを特徴とする請求項１に記載のバイオ浄化循環システムトイレ。
【請求項３】
前記硝化槽には、
汚泥中の溶存酸素濃度を計測する溶存酸素濃度計測手段と、
汚泥を曝気する曝気手段と、
前記溶存酸素濃度計測手段の計測値に基づいて、前記曝気手段による曝気量を制御する曝気量制御手段と
が設けられ、
前記曝気量制御手段は、前記硝化槽内で亜硝酸型硝化がおこなわれるように、前記曝気手段を制御して、前記硝化槽内の汚泥中の溶存酸素濃度を所定範囲内に調整することを特徴とする請求項１又は２に記載のバイオ浄化循環システムトイレ。
【請求項４】
前記ろ過槽は、前記生物処理槽を兼ねていることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のバイオ浄化循環システムトイレ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００６−７５７３６（Ｐ２００６−７５７３６Ａ）
【公開日】平成１８年３月２３日（２００６．３．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２６２９５６（Ｐ２００４−２６２９５６）
【出願日】平成１６年９月９日（２００４．９．９）
【出願人】（０００１１０３２１）トヨタ車体株式会社 (1,272)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年３月２３日（２００６．３．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年９月９日（２００４．９．９）
【出願人】（０００１１０３２１）トヨタ車体株式会社 (1,272)
【Ｆターム（参考）】
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