バイオ浄化循環システムトイレ
【課題】 汚水処理にかかるランニングコストを低減できるとともに、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、汚水中に含まれるアンモニアを、亜硝酸との存在下で、嫌気性アンモニア酸化により直接脱窒する嫌気性アンモニア酸化槽６ｂを備えている。この嫌気性アンモニア酸化槽では曝気がいらず、有機物を新たに添加する必要がないので、従来の硝酸型硝化脱窒法に比べ、汚水処理にかかるランニングコストを低減できる。また、脱色槽８での脱色処理は、活性炭によっておこなわれるので、脱色槽８の処理水中に亜硝酸が存在していても、その亜硝酸の影響を受けることがないので、脱色効率を維持することができる。
【解決手段】 バイオ浄化循環システムトイレ１では、汚水中に含まれるアンモニアを、亜硝酸との存在下で、嫌気性アンモニア酸化により直接脱窒する嫌気性アンモニア酸化槽６ｂを備えている。この嫌気性アンモニア酸化槽では曝気がいらず、有機物を新たに添加する必要がないので、従来の硝酸型硝化脱窒法に比べ、汚水処理にかかるランニングコストを低減できる。また、脱色槽８での脱色処理は、活性炭によっておこなわれるので、脱色槽８の処理水中に亜硝酸が存在していても、その亜硝酸の影響を受けることがないので、脱色効率を維持することができる。
【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率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、汚水処理にかかるランニングコストを低減できるとともに、亜硝酸の存在下でも脱色効率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、前記水洗便器から受け入れた汚水中のアンモニアを亜硝酸に変換する硝化槽と、当該硝化槽で変換された亜硝酸の脱窒をおこなう脱窒槽と、前記硝化槽で変換された亜硝酸と、前記水洗便器から受け入れた汚水中のアンモニアとを混合して嫌気性アンモニア酸化処理をおこなう嫌気性アンモニア酸化槽とから構成され、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。
【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、前記ろ過槽は、前記硝化槽を兼ねていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
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、嫌気性アンモニア酸化槽では、汚水中のアンモニアを、硝化槽で生成された亜硝酸と共存させることにより、嫌気性アンモニア酸化をおこなうことができる。嫌気性アンモニア酸化では、酸素を必要としないため、アンモニアを硝酸に変換して脱窒する従来の硝酸型硝化脱窒法に比べ、汚水処理に必要な曝気動力にかかる電力コストを低減することができる。さらに、嫌気性アンモニア酸化では有機物を必要としないため、嫌気性アンモニア酸化槽内への有機物の添加が不要となる。これらにより、汚水処理にかかるランニングコストを低減することができる。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脱色槽における脱色効率を安定して維持できる。
【０００９】
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に記載の発明の効果に加え、ろ過槽は、生物処理水をろ過するろ過槽としての機能のみならず、生物処理水中に含まれるアンモニアの亜硝酸型硝化をおこなう硝化槽としての機能も有する。したがって、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】
【００１０】
以下、本発明の一実施の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、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、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、硝酸型硝化脱窒法の流れを示す模式図であり、図４は、亜硝酸型硝化法と、嫌気性アンモニア酸化法（アナモックス法）とで構成された処理法の流れを示す模式図である。なお、図１に示すように、本実施形態であるバイオ浄化循環システムトイレ１は、汚水に含まれるアンモニアを嫌気性アンモニア酸化で処理する嫌気性アンモニア酸化槽６ｂを備え、汚水処理に必要な曝気量の低減および添加する有機物量の低減をはかることにより、汚水処理にかかるランニングコストを低減できるものである。
【００１１】
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、小便器３および水洗便器５と、当該小便器３および水洗便器５から排出される汚水（糞・尿）を受け入れ、その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（活性炭による吸着処理）をおこなう脱色槽８と、当該脱色槽８で脱色された処理水を、再度洗浄水として、水洗便器５に供給するポンプ１２とを主体にして構成されている。また、ろ過槽７には、槽内に貯留する汚泥のｐＨを調整するｐＨ調整装置５０が設けられ、当該ｐＨ調整装置５０は、制御装置１５に接続されている。そして、制御装置１５は、ろ過槽７に設けられたｐＨセンサ３０の検出結果に基づいて、ｐＨ調整装置５０を制御する。さらに、生物処理槽６には、空気を送給するブロワー２５が設けられ、ろ過槽７には、ブロワー２６が設けられ、脱色槽８には、ブロワー２７，２８が各々設けられている。なお、図１に示す小便器３および水洗便器５が、「水洗便器」に相当する。
【００１２】
次に、生物処理槽６について説明する。図１および図２に示すように、生物処理槽６は２槽で構成され、汚水中に含まれる有機物の分解に加え、亜硝酸および硝酸を脱窒する脱窒槽６ａと、亜硝酸およびアンモニアの存在下で嫌気性アンモニア酸化をおこなう嫌気性アンモニア酸化槽６ｂとで構成されている。
【００１３】
まず、脱窒槽６ａについて説明する。図２に示すように、脱窒槽６ａの、汚水が流入する側の内壁面１６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。さらに、脱窒槽６ａ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。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、脱窒槽６ａの汚泥中には、微生物が資化源として利用できる最低限の有機物濃度が確保されている。また、脱窒槽６ａの底部には、散気管２５ａが設けられ、当該散気管２５ａは、ブロワー２５に接続されている。なお、この散気管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。そのため、散気管２５ａから放出される気泡によって、除去スクリーン２の夾雑物等による目詰まりを防止できる。また、脱窒槽６ａの底部には、脱窒槽６ａ内に貯留する生物処理水（汚泥を含む）を汲み上げ、次の嫌気性アンモニア酸化槽６ｂに供給する水中ポンプ１１が設けられている。
【００１４】
そして、上記構成からなる脱窒槽６ａは、嫌気的条件に調整される。よって、ブロワー２５から送出される空気量は少な目に調整され、槽内の汚泥は間欠的に曝気される。さらに、槽内が間欠的に曝気されるため、間欠的に汚泥内に対流が起こり、汚泥と汚水とが相まって接触効率を向上させている。そして、槽内の汚泥が嫌気的条件に調整されると、嫌気性菌である脱窒菌が活性化されるので、脱窒槽６ａでは脱窒処理がおこなわれる。さらに、脱窒槽６ａには、水洗便器５から排出される汚水（糞・尿）が流入するため、汚水中に含まれる有機物が分解される。なお、この脱窒槽６ａにおける処理の詳細については後述する。
【００１５】
次に、本発明の特徴である嫌気性アンモニア酸化槽６ｂについて説明する。図２に示すように、嫌気性アンモニア酸化槽６ｂには、脱窒槽６ａの水中ポンプ１１によって供給される生物処理水（汚泥を含む）が貯留される。さらに、槽内に貯留する生物処理水には、嫌気性アンモニア酸化菌が固定化された固定化担体６０が多数浮遊している。なお、この固定化担体６０の一例としては、ＰＶＡゲル担体、ポリエチレン製担体、ポリエチレングリコール製担体、繊維状担体、不織布担体、又は、嫌気性アンモニア酸化細菌群の自己造粒グラニュールなどが挙げられる。そして、嫌気性アンモニア酸化槽６ｂの底部の略中央には、槽内に貯留する生物処理水、汚泥および固定化担体６０をともに対流させる水中ポンプ１３が設けられている。したがって、固定化担体６０と汚水との接触が促進され、嫌気性アンモニア酸化菌による嫌気性アンモニア酸化が良好におこなわれる。
【００１６】
また、嫌気性アンモニア酸化槽６ｂの底部には、槽内で嫌気性アンモニア酸化処理された生物処理水を汲み上げ、ろ過槽７に供給する水中ポンプ１４が設けられている。さらに、水中ポンプ１４は、その周囲をスクリーン１４ａに囲繞されている。そのため、ろ過槽７内に固定化担体６０が流出してしまうのを防ぐことができる。
【００１７】
そして、上記構成からなる嫌気性アンモニア酸化槽６ｂは、嫌気的条件に調整される。嫌気的条件に調整された槽内では、固定化担体６０に固定化された嫌気性アンモニア酸化菌が活性化され、汚泥に含まれるアンモニアの嫌気性アンモニア酸化がおこなわれる。また、嫌気性アンモニア酸化槽６ｂには、小便器３から排出される汚水（尿）が流入する。これは、嫌気性アンモニア酸化槽６ｂ内でおこなわれる嫌気性アンモニア酸化では、アンモニアと亜硝酸の存在を必須条件とするため、アンモニアを多く含有する尿を全て嫌気性アンモニア酸化槽６ｂに流入させている。さらに、嫌気性アンモニア酸化槽６ｂでは、汚泥の流動性を確保して、固定化担体６０を汚泥全体に拡散させるために、槽内に水洗便器５から排出される固形物が流入しないようになっている。また、嫌気性アンモニア酸化槽６ｂには、ろ過槽７でアンモニアから亜硝酸に硝化された硝化液を含む残留高濃度汚泥の一部が返送汚泥管４４によって返送されるようになっている。
【００１８】
次に、ろ過槽７について説明する。図２に示すように、このろ過槽７には、嫌気性アンモニア酸化槽６ｂの水中ポンプ１４によって供給された生物処理水（汚泥を含む）が貯留される。そして、ろ過槽７内には、生物処理水をろ過するろ過装置３２が浸漬されている。このろ過装置３２は、複数のろ過膜（図示外）を内部に保持し、当該ろ過膜によって生物処理水をろ過してろ過水を生成する。さらに、ろ過装置３２には、脱色槽８（第１脱色槽８ａ）にろ過水を供給するろ過水供給管３３が接続されている。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。さらに、その散気管２６ａの上方には、ろ過装置３２が位置するため、散気管２６ａから送出された分散空気が、ろ過装置３２のろ過膜に接触することにより、ろ過膜表面が洗われ、ろ過膜表面にＳＳ成分（浮遊汚濁成分）等が付着するのを防止している。
【００１９】
また、ろ過槽７には、槽内に貯留する汚泥のｐＨを検出するためのｐＨセンサ３０が設けられ、当該ｐＨセンサ３０は、その検出信号を制御装置１５に出力している。そして、ろ過槽７の上方には、槽内の汚泥のｐＨを調整するｐＨ調整装置５０が設けられ、当該ｐＨ調整装置５０の稼働は、制御装置１５によって制御されている。なお、ｐＨ調整装置５０の詳細については後述する。
【００２０】
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ので、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、ろ過装置３２のろ過膜を通過し、生成したろ過水は、ろ過水供給管３３を通過して脱色槽８に供給される。
【００２１】
そして、上記構成からなるろ過槽７は、好気的条件に調整される。好気的条件に調整された槽内では、生物処理水中の汚泥に含まれる硝化菌が活性化する。さらに、制御装置１５は、ｐＨ調整装置５０を制御し、槽内の汚泥のｐＨが所定範囲内（例えば、ｐＨ７．５〜８．５）になるように制御することで、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。この亜硝酸型硝化は、生物処理水中のアンモニアを亜硝酸に変換するものであり、その詳細については後述する。したがって、ろ過槽７は、生物処理水をろ過する「ろ過槽」としての機能に加え、汚泥中に含まれるアンモニアを亜硝酸に変換する「硝化槽」としての機能を兼ね備えている。
【００２２】
また、ろ過槽７には、常時、嫌気性アンモニア酸化槽６ｂから生物処理水が供給されており、ろ過槽７に残存する、亜硝酸型硝化で生成した硝化液（亜硝酸）を含む残留高濃度汚泥は、ろ過槽７よりオーバーフローして返送汚泥管４４によって脱窒槽６ａに返送される。また、その一部は、嫌気性アンモニア酸化槽６ｂにも返送されるようになっている。
【００２３】
ここで、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。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。
【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、その内側にはペレット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、散気管２７ａおよび散気管２８ａから各々送出された分散空気は、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を通過することにより、活性炭４３に付着するＳＳ成分等を除去する。
【００２７】
こうして、各処理槽で処理され、脱色槽８で脱色された処理水は、ポンプ１２によって汲み上げられ、洗浄水として小便器３および水洗便器５に供給される。なお、トイレの使用頻度が低い場合には、小便器３および水洗便器５で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に返送されるようになっている。
【００２８】
次に、嫌気性アンモニア酸化法（アナモックス法）について説明する。この嫌気性アンモニア酸化法とは、汚水中に含まれるアンモニアを硝酸まで変換して脱窒する硝酸型硝化脱窒法とは異なり、アンモニアを亜硝酸と共存させた状態で直接脱窒するものである。従来の硝酸型硝化脱窒法において、硝化処理では所定量の酸素が必要となるため、汚泥内を曝気させるブロワーなどの曝気動力が必要であった。さらに、脱窒処理では脱窒菌の資化源となる有機物が必要となるため、汚泥内に不足する有機物は新たに添加しなければならなかった。しかし、嫌気性アンモニア酸化法では、一定条件下で、アンモニアを亜硝酸と共存させることで、汚水の脱窒処理が迅速にできるので、曝気動力にかかる電力コストや有機物添加にかかるコストを低減することにより、汚水処理のランニングコストを低減できるものである。
【００２９】
次に、硝酸型硝化脱窒法と嫌気性アンモニア酸化法との違いを反応式を用いて説明する。例えば、硝酸型硝化脱窒法では、以下の（反応１）から（反応３）までの反応がおこなわれる。
２ＮＨ４＋＋３Ｏ２ → ２ＮＯ２−＋２Ｈ２Ｏ＋４Ｈ＋・・・（反応１）
２ＮＯ２−＋ Ｏ２ → ２ＮＯ３− ・・・（反応２）
２ＮＯ３−＋５Ｈ２ → Ｎ２↑＋４Ｈ２Ｏ＋２ＯＨ−・・・（反応３）
この方法は、硝化菌による硝化反応と脱窒菌による脱窒反応とでおこなわれる。図３に示すように、硝化反応は、汚水中のアンモニアを硝化して亜硝酸を生成する反応１と、当該反応１で生成された亜硝酸をさらに硝化して硝酸に変換する反応２とで構成される。そして、硝化反応は硝化菌によっておこなわれ、当該硝化菌は、反応１をおこなうアンモニア硝化菌と、反応２をおこなう亜硝酸硝化菌との２種の菌で構成されているである。また、脱窒反応は、反応２で生成された硝酸を脱窒する反応であり、脱窒菌によっておこなわれる。そして、脱窒菌が有機物を資化源として利用することにより、脱窒がおこなわれる。したがって、反応１および反応２では酸素を必要とし、反応３では有機物が必要となる。
【００３０】
一方、嫌気性アンモニア酸化法では、図４に示すように、アンモニアから亜硝酸を生成する反応１に引き続き、アンモニアおよび亜硝酸の存在下において以下の反応４がおこなわれる。
ＮＨ４＋＋ＮＯ２− → Ｎ２↑＋２Ｈ２Ｏ・・・（反応４）
この反応４は、嫌気性アンモニア酸化とよばれ、独立栄養細菌である嫌気性アンモニア酸化菌によっておこなわれる。なお、この嫌気性アンモニア酸化菌の一例としては、Ｃａｎｄｉｄａｔｕｓ Ｓｃａｌｉｎｄｕａ ｂｒｏｄａｅ，Ｃａｎｄｉｄａｔｕｓ Ｓｃａｌｉｎｄｕａ ｗａｇｎｅｒｉ，Ｃａｎｄｉｄａｔｕｓ Ｂｒｏｃａｄｉａ ａｎａｍｍｏｘｉｄａｎｓ，Ｃａｎｄｉｄａｔｕｓ Ｋｕｅｎｅｎｉａ ｓｔｕｔｔｇａｒｔｉｅｎｓｉｓなどが挙げられる。そして、嫌気性アンモニア酸化は、嫌気的条件でおこなわれる。さらに、嫌気性アンモニア酸化では、酸素および有機物を必要としないため、それらアンモニアおよび亜硝酸から直接脱窒することができる。そして、本実施形態のバイオ浄化循環システムトイレ１において、図４に示す反応１の亜硝酸型硝化は、ろ過槽７でおこなわれ、反応４の嫌気性アンモニア酸化は、嫌気性アンモニア酸化槽６ｂでおこなわれる。そして、反応４の式より、汚泥中のアンモニア濃度と亜硝酸濃度とが１：１のときに、過不足なく窒素が分離する。
【００３１】
なお、ろ過槽７でおこなわれる亜硝酸型硝化（反応１）は、アンモニア硝化菌の活性が、亜硝酸硝化菌の活性よりも優勢にすることでおこなわれる。なお、これらの菌の活性の制御は、ろ過槽７内の汚泥のｐＨを所定範囲（例えば、ｐＨ：７．５〜８．５）内に制御することでおこなわれる。そして、ろ過槽７内の汚泥のｐＨの制御は、制御装置１５によるｐＨ調整装置５０の制御によっておこなわれ調整される。
【００３２】
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の汚水処理方法について説明する。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、脱窒槽６ａに流入する。一方、小便器３から排出された汚水（尿）は、嫌気性アンモニア酸化槽６ｂに流入する。そして、脱窒槽６ａでは、嫌気的条件であるため、汚泥中の脱窒菌のはたらきによって、汚水中の有機物が分解され、さらには、汚水中の硝酸および亜硝酸の脱窒処理がおこなわれる。ここでいう亜硝酸は、返送汚泥管４４によってろ過槽７から返送された残留高濃度汚泥に含まれる亜硝酸が相当する。また、トイレの使用頻度が低く、水洗便器５から脱窒槽６ａ内に流入する汚水の流入量が減少し、脱窒槽６ａの汚泥中の有機物濃度が低くなっても、脱窒菌は、収納ケース４内に収納された生分解性プラスチック板を分解することで、資化源として利用される有機物濃度が確保され、脱窒効率を維持することができる。次いで、脱窒槽６ａで処理された生物処理水は、水中ポンプ１１によって、嫌気性アンモニア酸化槽６ｂに供給される。
【００３３】
そして、嫌気性アンモニア酸化槽６ｂには、脱窒槽６ａで有機物分解および脱窒処理された生物処理水および汚泥が貯留される。この生物処理水には、脱窒槽６ａで有機物分解されたときに生成したアンモニアが含まれる。また、嫌気性アンモニア酸化槽６ｂには、小便器３から排出された汚水（尿）が流入し、汚泥中の微生物による有機物分解（尿素分解）によりアンモニアが生成される。さらに、嫌気性アンモニア酸化槽６ｂには、返送汚泥管４４から硝化液（亜硝酸）を含む残留高濃度汚泥が流入するため、槽内の生物処理水には、アンモニアおよび亜硝酸が存在する。さらに、槽内の水中ポンプ１３によって、これらアンモニアおよび亜硝酸を含む生物処理水と、多数の固定化担体６０とが相まって混合される。これにより、生物処理水に含まれるアンモニアおよび亜硝酸は、固定化担体６０に固定化された嫌気性アンモニア酸化菌によって、嫌気性アンモニア酸化がおこなわれ、生物処理水中から窒素が分離される。そして、嫌気性アンモニア酸化槽６ｂで処理された生物処理水は、スクリーン１４ａを介し、汚泥とともに水中ポンプ１４によって、ろ過槽７に供給される。
【００３４】
次いで、ろ過槽７には、汚泥を含んだ生物処理水が貯留される。そして、ろ過槽７では、ブロワー２６により、槽内の汚泥が曝気されることで、好気的条件に調整される。また、槽内の汚泥は、ｐＨ調整装置５０によって所定範囲内（例えば、ｐＨ７．５〜８．５）に調整される。ここで、ろ過槽７の汚泥のｐＨは、ｐＨセンサ３０によって連続的（又は間欠的）に検出され、その検出結果に基づいて、制御装置１５がｐＨ調整装置５０のポンプ５７，５８を各々制御することにより、ろ過槽７内の汚泥のｐＨを調整する。すると、汚泥中では、アンモニアを硝化して亜硝酸に変換するアンモニア硝化菌が活性化され、亜硝酸を硝化して硝酸に変換する亜硝酸硝化菌の活性が抑制される。そのため、汚泥に含まれるアンモニアは、アンモニア硝化菌によって亜硝酸まで変換されるが、亜硝酸硝化菌の活性が抑制されているため、汚泥中には硝酸よりも亜硝酸が蓄積される。そして、ろ過槽７から溢れる硝化液（亜硝酸）を含む残留高濃度汚泥は、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、脱窒槽６ａおよび一部が嫌気性アンモニア酸化槽６ｂに返送される。したがって、残留高濃度汚泥に含まれる亜硝酸は、脱窒槽６ａで脱窒され、嫌気性アンモニア酸化槽６ｂでは嫌気性アンモニア酸化に利用される。
【００３５】
そして、ろ過槽７に貯留する生物処理水は、ろ過装置３２のろ過膜によってろ過処理され、ろ過水はろ過水供給管３３を介して、脱色槽８に流入する。次いで、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、この槽内の処理水中には、ろ過槽７で生成された亜硝酸が存在するが、活性炭４３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、小便器３および水洗便器５に各々供給され、再度洗浄水として使用される。また、洗浄水（処理水）中に含まれる亜硝酸は、再度生物処理槽６に流入することにより、脱窒処理および嫌気性アンモニア酸化処理がおこなわれるので、汚水に含まれる窒素成分は確実に除去される。こうして、以上の動作が繰り返されることにより、汚水中の有機物およびアンモニアが処理される。
【００３７】
以上説明したように、本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、汚水中に含まれるアンモニアの嫌気性アンモニア酸化をおこなう嫌気性アンモニア酸化槽６ｂを備えているので、従来の硝酸型硝化脱窒法に比べ、汚水処理にかかる曝気量を少なくすることができる。また、汚水処理にかかる有機物添加量を少なくすることもできる。したがって、汚水処理にかかるランニングコストの低減をはかることができる。さらに、ろ過槽７では、生物処理水をろ過する「ろ過槽」としての機能に加え、亜硝酸型硝化をおこなう「硝化槽」としての機能を兼ね備えている。よって、生物処理槽６に、新たに硝化槽を設ける必要がないので、バイオ浄化循環システムトイレ１全体を小さくすることができ、設置スペースを縮小することができる。また、脱色槽８における脱色処理は、活性炭４３による第１活性炭充填カラム４０および第２活性炭充填カラム４１によっておこなわれるので、脱色槽８の処理水中に亜硝酸が存在していても、その亜硝酸の影響を受けることなく脱色効率を維持することができる。
【００３８】
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、上記実施形態において、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「硝化槽」としての機能を有するが、例えば、生物処理槽６を３槽にして「硝化槽」を設け、ろ過槽７はろ過機能のみを有するようにしてもよい。
【００３９】
また、ろ過槽７では、亜硝酸型硝化をおこなうために、槽内の汚泥のｐＨを所定範囲内に制御したが、汚泥中の溶存酸素濃度（ＤＯ）を測定し、その検出結果によって、槽内のＤＯを所定範囲（例えば、２ｐｐｍ以下）に制御するために、ブロワー２６による曝気量を制御してもよい。さらに、本実施形態では図示しなかったが、各処理槽には温度を一定条件に保つためのサーモスタットが設けられているが、そのサーモスタットを制御することにより、ろ過槽７内に貯留する汚泥の温度を所定範囲内（例えば、３０℃〜４０℃）に制御することにより、亜硝酸型硝化をおこなってもよい。
【００４０】
さらに、嫌気性アンモニア酸化槽６ｂ内の汚泥のアンモニア濃度と、亜硝酸濃度とが１：１となるように制御してもよい。例えば、嫌気性アンモニア酸化槽６ｂに流入する脱窒槽６ａから流入する生物処理水と、小便器３から排出される汚水（尿）とのそれぞれのアンモニア濃度と、嫌気性アンモニア酸化槽６ｂに流入する生物処理水と、ろ過槽７から嫌気性アンモニア酸化槽６ｂに返送される一部の残留高濃度汚泥の亜硝酸濃度とを予めデータとして求め、そのデータに基づいて、嫌気性アンモニア酸化槽６ｂに返送される残留高濃度汚泥量を調整することにより、嫌気性アンモニア酸化を効率的におこなってもよい。
【００４１】
また、脱色槽８を２槽に構成したが、１槽でも、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。
【００４２】
さらに、ろ過槽７でろ過されたろ過水を外部に汲み出し、外部に設けられた活性炭充填カラムを通して脱色をおこない、その脱色水を洗浄水として使用するようにしてもよい。また、ポンプ１２の前段階で処理水を一次的に貯留する貯留タンクを設け、当該貯留タンクの処理水を利用して、活性炭充填カラムを定期的に逆洗するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明のバイオ浄化循環システムトイレは、トイレに限らず、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】
【００４４】
【図１】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】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】硝酸型硝化脱窒法の流れを示す模式図である。
【図４】亜硝酸型硝化法と、嫌気性アンモニア酸化法（アナモックス法）とで構成された処理方法の流れを示す模式図である。
【符号の説明】
【００４５】
１ バイオ浄化循環システムトイレ
３ 小便器
５ 水洗便器
６ 生物処理槽
６ａ 脱窒槽
６ｂ 嫌気性アンモニア酸化槽
７ ろ過槽
８ 脱色槽
８ａ 第１脱色槽
８ｂ 第２脱色槽
４０ 第１活性炭充填カラム
４１ 第２活性炭充填カラム
４３ 活性炭
【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率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、汚水処理にかかるランニングコストを低減できるとともに、亜硝酸の存在下でも脱色効率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、前記水洗便器から受け入れた汚水中のアンモニアを亜硝酸に変換する硝化槽と、当該硝化槽で変換された亜硝酸の脱窒をおこなう脱窒槽と、前記硝化槽で変換された亜硝酸と、前記水洗便器から受け入れた汚水中のアンモニアとを混合して嫌気性アンモニア酸化処理をおこなう嫌気性アンモニア酸化槽とから構成され、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。
【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、前記ろ過槽は、前記硝化槽を兼ねていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
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、嫌気性アンモニア酸化槽では、汚水中のアンモニアを、硝化槽で生成された亜硝酸と共存させることにより、嫌気性アンモニア酸化をおこなうことができる。嫌気性アンモニア酸化では、酸素を必要としないため、アンモニアを硝酸に変換して脱窒する従来の硝酸型硝化脱窒法に比べ、汚水処理に必要な曝気動力にかかる電力コストを低減することができる。さらに、嫌気性アンモニア酸化では有機物を必要としないため、嫌気性アンモニア酸化槽内への有機物の添加が不要となる。これらにより、汚水処理にかかるランニングコストを低減することができる。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脱色槽における脱色効率を安定して維持できる。
【０００９】
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に記載の発明の効果に加え、ろ過槽は、生物処理水をろ過するろ過槽としての機能のみならず、生物処理水中に含まれるアンモニアの亜硝酸型硝化をおこなう硝化槽としての機能も有する。したがって、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】
【００１０】
以下、本発明の一実施の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、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、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、硝酸型硝化脱窒法の流れを示す模式図であり、図４は、亜硝酸型硝化法と、嫌気性アンモニア酸化法（アナモックス法）とで構成された処理法の流れを示す模式図である。なお、図１に示すように、本実施形態であるバイオ浄化循環システムトイレ１は、汚水に含まれるアンモニアを嫌気性アンモニア酸化で処理する嫌気性アンモニア酸化槽６ｂを備え、汚水処理に必要な曝気量の低減および添加する有機物量の低減をはかることにより、汚水処理にかかるランニングコストを低減できるものである。
【００１１】
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、小便器３および水洗便器５と、当該小便器３および水洗便器５から排出される汚水（糞・尿）を受け入れ、その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（活性炭による吸着処理）をおこなう脱色槽８と、当該脱色槽８で脱色された処理水を、再度洗浄水として、水洗便器５に供給するポンプ１２とを主体にして構成されている。また、ろ過槽７には、槽内に貯留する汚泥のｐＨを調整するｐＨ調整装置５０が設けられ、当該ｐＨ調整装置５０は、制御装置１５に接続されている。そして、制御装置１５は、ろ過槽７に設けられたｐＨセンサ３０の検出結果に基づいて、ｐＨ調整装置５０を制御する。さらに、生物処理槽６には、空気を送給するブロワー２５が設けられ、ろ過槽７には、ブロワー２６が設けられ、脱色槽８には、ブロワー２７，２８が各々設けられている。なお、図１に示す小便器３および水洗便器５が、「水洗便器」に相当する。
【００１２】
次に、生物処理槽６について説明する。図１および図２に示すように、生物処理槽６は２槽で構成され、汚水中に含まれる有機物の分解に加え、亜硝酸および硝酸を脱窒する脱窒槽６ａと、亜硝酸およびアンモニアの存在下で嫌気性アンモニア酸化をおこなう嫌気性アンモニア酸化槽６ｂとで構成されている。
【００１３】
まず、脱窒槽６ａについて説明する。図２に示すように、脱窒槽６ａの、汚水が流入する側の内壁面１６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。さらに、脱窒槽６ａ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。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、脱窒槽６ａの汚泥中には、微生物が資化源として利用できる最低限の有機物濃度が確保されている。また、脱窒槽６ａの底部には、散気管２５ａが設けられ、当該散気管２５ａは、ブロワー２５に接続されている。なお、この散気管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。そのため、散気管２５ａから放出される気泡によって、除去スクリーン２の夾雑物等による目詰まりを防止できる。また、脱窒槽６ａの底部には、脱窒槽６ａ内に貯留する生物処理水（汚泥を含む）を汲み上げ、次の嫌気性アンモニア酸化槽６ｂに供給する水中ポンプ１１が設けられている。
【００１４】
そして、上記構成からなる脱窒槽６ａは、嫌気的条件に調整される。よって、ブロワー２５から送出される空気量は少な目に調整され、槽内の汚泥は間欠的に曝気される。さらに、槽内が間欠的に曝気されるため、間欠的に汚泥内に対流が起こり、汚泥と汚水とが相まって接触効率を向上させている。そして、槽内の汚泥が嫌気的条件に調整されると、嫌気性菌である脱窒菌が活性化されるので、脱窒槽６ａでは脱窒処理がおこなわれる。さらに、脱窒槽６ａには、水洗便器５から排出される汚水（糞・尿）が流入するため、汚水中に含まれる有機物が分解される。なお、この脱窒槽６ａにおける処理の詳細については後述する。
【００１５】
次に、本発明の特徴である嫌気性アンモニア酸化槽６ｂについて説明する。図２に示すように、嫌気性アンモニア酸化槽６ｂには、脱窒槽６ａの水中ポンプ１１によって供給される生物処理水（汚泥を含む）が貯留される。さらに、槽内に貯留する生物処理水には、嫌気性アンモニア酸化菌が固定化された固定化担体６０が多数浮遊している。なお、この固定化担体６０の一例としては、ＰＶＡゲル担体、ポリエチレン製担体、ポリエチレングリコール製担体、繊維状担体、不織布担体、又は、嫌気性アンモニア酸化細菌群の自己造粒グラニュールなどが挙げられる。そして、嫌気性アンモニア酸化槽６ｂの底部の略中央には、槽内に貯留する生物処理水、汚泥および固定化担体６０をともに対流させる水中ポンプ１３が設けられている。したがって、固定化担体６０と汚水との接触が促進され、嫌気性アンモニア酸化菌による嫌気性アンモニア酸化が良好におこなわれる。
【００１６】
また、嫌気性アンモニア酸化槽６ｂの底部には、槽内で嫌気性アンモニア酸化処理された生物処理水を汲み上げ、ろ過槽７に供給する水中ポンプ１４が設けられている。さらに、水中ポンプ１４は、その周囲をスクリーン１４ａに囲繞されている。そのため、ろ過槽７内に固定化担体６０が流出してしまうのを防ぐことができる。
【００１７】
そして、上記構成からなる嫌気性アンモニア酸化槽６ｂは、嫌気的条件に調整される。嫌気的条件に調整された槽内では、固定化担体６０に固定化された嫌気性アンモニア酸化菌が活性化され、汚泥に含まれるアンモニアの嫌気性アンモニア酸化がおこなわれる。また、嫌気性アンモニア酸化槽６ｂには、小便器３から排出される汚水（尿）が流入する。これは、嫌気性アンモニア酸化槽６ｂ内でおこなわれる嫌気性アンモニア酸化では、アンモニアと亜硝酸の存在を必須条件とするため、アンモニアを多く含有する尿を全て嫌気性アンモニア酸化槽６ｂに流入させている。さらに、嫌気性アンモニア酸化槽６ｂでは、汚泥の流動性を確保して、固定化担体６０を汚泥全体に拡散させるために、槽内に水洗便器５から排出される固形物が流入しないようになっている。また、嫌気性アンモニア酸化槽６ｂには、ろ過槽７でアンモニアから亜硝酸に硝化された硝化液を含む残留高濃度汚泥の一部が返送汚泥管４４によって返送されるようになっている。
【００１８】
次に、ろ過槽７について説明する。図２に示すように、このろ過槽７には、嫌気性アンモニア酸化槽６ｂの水中ポンプ１４によって供給された生物処理水（汚泥を含む）が貯留される。そして、ろ過槽７内には、生物処理水をろ過するろ過装置３２が浸漬されている。このろ過装置３２は、複数のろ過膜（図示外）を内部に保持し、当該ろ過膜によって生物処理水をろ過してろ過水を生成する。さらに、ろ過装置３２には、脱色槽８（第１脱色槽８ａ）にろ過水を供給するろ過水供給管３３が接続されている。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。さらに、その散気管２６ａの上方には、ろ過装置３２が位置するため、散気管２６ａから送出された分散空気が、ろ過装置３２のろ過膜に接触することにより、ろ過膜表面が洗われ、ろ過膜表面にＳＳ成分（浮遊汚濁成分）等が付着するのを防止している。
【００１９】
また、ろ過槽７には、槽内に貯留する汚泥のｐＨを検出するためのｐＨセンサ３０が設けられ、当該ｐＨセンサ３０は、その検出信号を制御装置１５に出力している。そして、ろ過槽７の上方には、槽内の汚泥のｐＨを調整するｐＨ調整装置５０が設けられ、当該ｐＨ調整装置５０の稼働は、制御装置１５によって制御されている。なお、ｐＨ調整装置５０の詳細については後述する。
【００２０】
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ので、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、ろ過装置３２のろ過膜を通過し、生成したろ過水は、ろ過水供給管３３を通過して脱色槽８に供給される。
【００２１】
そして、上記構成からなるろ過槽７は、好気的条件に調整される。好気的条件に調整された槽内では、生物処理水中の汚泥に含まれる硝化菌が活性化する。さらに、制御装置１５は、ｐＨ調整装置５０を制御し、槽内の汚泥のｐＨが所定範囲内（例えば、ｐＨ７．５〜８．５）になるように制御することで、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。この亜硝酸型硝化は、生物処理水中のアンモニアを亜硝酸に変換するものであり、その詳細については後述する。したがって、ろ過槽７は、生物処理水をろ過する「ろ過槽」としての機能に加え、汚泥中に含まれるアンモニアを亜硝酸に変換する「硝化槽」としての機能を兼ね備えている。
【００２２】
また、ろ過槽７には、常時、嫌気性アンモニア酸化槽６ｂから生物処理水が供給されており、ろ過槽７に残存する、亜硝酸型硝化で生成した硝化液（亜硝酸）を含む残留高濃度汚泥は、ろ過槽７よりオーバーフローして返送汚泥管４４によって脱窒槽６ａに返送される。また、その一部は、嫌気性アンモニア酸化槽６ｂにも返送されるようになっている。
【００２３】
ここで、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。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。
【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、その内側にはペレット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、散気管２７ａおよび散気管２８ａから各々送出された分散空気は、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を通過することにより、活性炭４３に付着するＳＳ成分等を除去する。
【００２７】
こうして、各処理槽で処理され、脱色槽８で脱色された処理水は、ポンプ１２によって汲み上げられ、洗浄水として小便器３および水洗便器５に供給される。なお、トイレの使用頻度が低い場合には、小便器３および水洗便器５で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に返送されるようになっている。
【００２８】
次に、嫌気性アンモニア酸化法（アナモックス法）について説明する。この嫌気性アンモニア酸化法とは、汚水中に含まれるアンモニアを硝酸まで変換して脱窒する硝酸型硝化脱窒法とは異なり、アンモニアを亜硝酸と共存させた状態で直接脱窒するものである。従来の硝酸型硝化脱窒法において、硝化処理では所定量の酸素が必要となるため、汚泥内を曝気させるブロワーなどの曝気動力が必要であった。さらに、脱窒処理では脱窒菌の資化源となる有機物が必要となるため、汚泥内に不足する有機物は新たに添加しなければならなかった。しかし、嫌気性アンモニア酸化法では、一定条件下で、アンモニアを亜硝酸と共存させることで、汚水の脱窒処理が迅速にできるので、曝気動力にかかる電力コストや有機物添加にかかるコストを低減することにより、汚水処理のランニングコストを低減できるものである。
【００２９】
次に、硝酸型硝化脱窒法と嫌気性アンモニア酸化法との違いを反応式を用いて説明する。例えば、硝酸型硝化脱窒法では、以下の（反応１）から（反応３）までの反応がおこなわれる。
２ＮＨ４＋＋３Ｏ２ → ２ＮＯ２−＋２Ｈ２Ｏ＋４Ｈ＋・・・（反応１）
２ＮＯ２−＋ Ｏ２ → ２ＮＯ３− ・・・（反応２）
２ＮＯ３−＋５Ｈ２ → Ｎ２↑＋４Ｈ２Ｏ＋２ＯＨ−・・・（反応３）
この方法は、硝化菌による硝化反応と脱窒菌による脱窒反応とでおこなわれる。図３に示すように、硝化反応は、汚水中のアンモニアを硝化して亜硝酸を生成する反応１と、当該反応１で生成された亜硝酸をさらに硝化して硝酸に変換する反応２とで構成される。そして、硝化反応は硝化菌によっておこなわれ、当該硝化菌は、反応１をおこなうアンモニア硝化菌と、反応２をおこなう亜硝酸硝化菌との２種の菌で構成されているである。また、脱窒反応は、反応２で生成された硝酸を脱窒する反応であり、脱窒菌によっておこなわれる。そして、脱窒菌が有機物を資化源として利用することにより、脱窒がおこなわれる。したがって、反応１および反応２では酸素を必要とし、反応３では有機物が必要となる。
【００３０】
一方、嫌気性アンモニア酸化法では、図４に示すように、アンモニアから亜硝酸を生成する反応１に引き続き、アンモニアおよび亜硝酸の存在下において以下の反応４がおこなわれる。
ＮＨ４＋＋ＮＯ２− → Ｎ２↑＋２Ｈ２Ｏ・・・（反応４）
この反応４は、嫌気性アンモニア酸化とよばれ、独立栄養細菌である嫌気性アンモニア酸化菌によっておこなわれる。なお、この嫌気性アンモニア酸化菌の一例としては、Ｃａｎｄｉｄａｔｕｓ Ｓｃａｌｉｎｄｕａ ｂｒｏｄａｅ，Ｃａｎｄｉｄａｔｕｓ Ｓｃａｌｉｎｄｕａ ｗａｇｎｅｒｉ，Ｃａｎｄｉｄａｔｕｓ Ｂｒｏｃａｄｉａ ａｎａｍｍｏｘｉｄａｎｓ，Ｃａｎｄｉｄａｔｕｓ Ｋｕｅｎｅｎｉａ ｓｔｕｔｔｇａｒｔｉｅｎｓｉｓなどが挙げられる。そして、嫌気性アンモニア酸化は、嫌気的条件でおこなわれる。さらに、嫌気性アンモニア酸化では、酸素および有機物を必要としないため、それらアンモニアおよび亜硝酸から直接脱窒することができる。そして、本実施形態のバイオ浄化循環システムトイレ１において、図４に示す反応１の亜硝酸型硝化は、ろ過槽７でおこなわれ、反応４の嫌気性アンモニア酸化は、嫌気性アンモニア酸化槽６ｂでおこなわれる。そして、反応４の式より、汚泥中のアンモニア濃度と亜硝酸濃度とが１：１のときに、過不足なく窒素が分離する。
【００３１】
なお、ろ過槽７でおこなわれる亜硝酸型硝化（反応１）は、アンモニア硝化菌の活性が、亜硝酸硝化菌の活性よりも優勢にすることでおこなわれる。なお、これらの菌の活性の制御は、ろ過槽７内の汚泥のｐＨを所定範囲（例えば、ｐＨ：７．５〜８．５）内に制御することでおこなわれる。そして、ろ過槽７内の汚泥のｐＨの制御は、制御装置１５によるｐＨ調整装置５０の制御によっておこなわれ調整される。
【００３２】
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の汚水処理方法について説明する。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、脱窒槽６ａに流入する。一方、小便器３から排出された汚水（尿）は、嫌気性アンモニア酸化槽６ｂに流入する。そして、脱窒槽６ａでは、嫌気的条件であるため、汚泥中の脱窒菌のはたらきによって、汚水中の有機物が分解され、さらには、汚水中の硝酸および亜硝酸の脱窒処理がおこなわれる。ここでいう亜硝酸は、返送汚泥管４４によってろ過槽７から返送された残留高濃度汚泥に含まれる亜硝酸が相当する。また、トイレの使用頻度が低く、水洗便器５から脱窒槽６ａ内に流入する汚水の流入量が減少し、脱窒槽６ａの汚泥中の有機物濃度が低くなっても、脱窒菌は、収納ケース４内に収納された生分解性プラスチック板を分解することで、資化源として利用される有機物濃度が確保され、脱窒効率を維持することができる。次いで、脱窒槽６ａで処理された生物処理水は、水中ポンプ１１によって、嫌気性アンモニア酸化槽６ｂに供給される。
【００３３】
そして、嫌気性アンモニア酸化槽６ｂには、脱窒槽６ａで有機物分解および脱窒処理された生物処理水および汚泥が貯留される。この生物処理水には、脱窒槽６ａで有機物分解されたときに生成したアンモニアが含まれる。また、嫌気性アンモニア酸化槽６ｂには、小便器３から排出された汚水（尿）が流入し、汚泥中の微生物による有機物分解（尿素分解）によりアンモニアが生成される。さらに、嫌気性アンモニア酸化槽６ｂには、返送汚泥管４４から硝化液（亜硝酸）を含む残留高濃度汚泥が流入するため、槽内の生物処理水には、アンモニアおよび亜硝酸が存在する。さらに、槽内の水中ポンプ１３によって、これらアンモニアおよび亜硝酸を含む生物処理水と、多数の固定化担体６０とが相まって混合される。これにより、生物処理水に含まれるアンモニアおよび亜硝酸は、固定化担体６０に固定化された嫌気性アンモニア酸化菌によって、嫌気性アンモニア酸化がおこなわれ、生物処理水中から窒素が分離される。そして、嫌気性アンモニア酸化槽６ｂで処理された生物処理水は、スクリーン１４ａを介し、汚泥とともに水中ポンプ１４によって、ろ過槽７に供給される。
【００３４】
次いで、ろ過槽７には、汚泥を含んだ生物処理水が貯留される。そして、ろ過槽７では、ブロワー２６により、槽内の汚泥が曝気されることで、好気的条件に調整される。また、槽内の汚泥は、ｐＨ調整装置５０によって所定範囲内（例えば、ｐＨ７．５〜８．５）に調整される。ここで、ろ過槽７の汚泥のｐＨは、ｐＨセンサ３０によって連続的（又は間欠的）に検出され、その検出結果に基づいて、制御装置１５がｐＨ調整装置５０のポンプ５７，５８を各々制御することにより、ろ過槽７内の汚泥のｐＨを調整する。すると、汚泥中では、アンモニアを硝化して亜硝酸に変換するアンモニア硝化菌が活性化され、亜硝酸を硝化して硝酸に変換する亜硝酸硝化菌の活性が抑制される。そのため、汚泥に含まれるアンモニアは、アンモニア硝化菌によって亜硝酸まで変換されるが、亜硝酸硝化菌の活性が抑制されているため、汚泥中には硝酸よりも亜硝酸が蓄積される。そして、ろ過槽７から溢れる硝化液（亜硝酸）を含む残留高濃度汚泥は、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、脱窒槽６ａおよび一部が嫌気性アンモニア酸化槽６ｂに返送される。したがって、残留高濃度汚泥に含まれる亜硝酸は、脱窒槽６ａで脱窒され、嫌気性アンモニア酸化槽６ｂでは嫌気性アンモニア酸化に利用される。
【００３５】
そして、ろ過槽７に貯留する生物処理水は、ろ過装置３２のろ過膜によってろ過処理され、ろ過水はろ過水供給管３３を介して、脱色槽８に流入する。次いで、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、この槽内の処理水中には、ろ過槽７で生成された亜硝酸が存在するが、活性炭４３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、小便器３および水洗便器５に各々供給され、再度洗浄水として使用される。また、洗浄水（処理水）中に含まれる亜硝酸は、再度生物処理槽６に流入することにより、脱窒処理および嫌気性アンモニア酸化処理がおこなわれるので、汚水に含まれる窒素成分は確実に除去される。こうして、以上の動作が繰り返されることにより、汚水中の有機物およびアンモニアが処理される。
【００３７】
以上説明したように、本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、汚水中に含まれるアンモニアの嫌気性アンモニア酸化をおこなう嫌気性アンモニア酸化槽６ｂを備えているので、従来の硝酸型硝化脱窒法に比べ、汚水処理にかかる曝気量を少なくすることができる。また、汚水処理にかかる有機物添加量を少なくすることもできる。したがって、汚水処理にかかるランニングコストの低減をはかることができる。さらに、ろ過槽７では、生物処理水をろ過する「ろ過槽」としての機能に加え、亜硝酸型硝化をおこなう「硝化槽」としての機能を兼ね備えている。よって、生物処理槽６に、新たに硝化槽を設ける必要がないので、バイオ浄化循環システムトイレ１全体を小さくすることができ、設置スペースを縮小することができる。また、脱色槽８における脱色処理は、活性炭４３による第１活性炭充填カラム４０および第２活性炭充填カラム４１によっておこなわれるので、脱色槽８の処理水中に亜硝酸が存在していても、その亜硝酸の影響を受けることなく脱色効率を維持することができる。
【００３８】
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、上記実施形態において、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「硝化槽」としての機能を有するが、例えば、生物処理槽６を３槽にして「硝化槽」を設け、ろ過槽７はろ過機能のみを有するようにしてもよい。
【００３９】
また、ろ過槽７では、亜硝酸型硝化をおこなうために、槽内の汚泥のｐＨを所定範囲内に制御したが、汚泥中の溶存酸素濃度（ＤＯ）を測定し、その検出結果によって、槽内のＤＯを所定範囲（例えば、２ｐｐｍ以下）に制御するために、ブロワー２６による曝気量を制御してもよい。さらに、本実施形態では図示しなかったが、各処理槽には温度を一定条件に保つためのサーモスタットが設けられているが、そのサーモスタットを制御することにより、ろ過槽７内に貯留する汚泥の温度を所定範囲内（例えば、３０℃〜４０℃）に制御することにより、亜硝酸型硝化をおこなってもよい。
【００４０】
さらに、嫌気性アンモニア酸化槽６ｂ内の汚泥のアンモニア濃度と、亜硝酸濃度とが１：１となるように制御してもよい。例えば、嫌気性アンモニア酸化槽６ｂに流入する脱窒槽６ａから流入する生物処理水と、小便器３から排出される汚水（尿）とのそれぞれのアンモニア濃度と、嫌気性アンモニア酸化槽６ｂに流入する生物処理水と、ろ過槽７から嫌気性アンモニア酸化槽６ｂに返送される一部の残留高濃度汚泥の亜硝酸濃度とを予めデータとして求め、そのデータに基づいて、嫌気性アンモニア酸化槽６ｂに返送される残留高濃度汚泥量を調整することにより、嫌気性アンモニア酸化を効率的におこなってもよい。
【００４１】
また、脱色槽８を２槽に構成したが、１槽でも、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。
【００４２】
さらに、ろ過槽７でろ過されたろ過水を外部に汲み出し、外部に設けられた活性炭充填カラムを通して脱色をおこない、その脱色水を洗浄水として使用するようにしてもよい。また、ポンプ１２の前段階で処理水を一次的に貯留する貯留タンクを設け、当該貯留タンクの処理水を利用して、活性炭充填カラムを定期的に逆洗するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明のバイオ浄化循環システムトイレは、トイレに限らず、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】
【００４４】
【図１】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】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】硝酸型硝化脱窒法の流れを示す模式図である。
【図４】亜硝酸型硝化法と、嫌気性アンモニア酸化法（アナモックス法）とで構成された処理方法の流れを示す模式図である。
【符号の説明】
【００４５】
１ バイオ浄化循環システムトイレ
３ 小便器
５ 水洗便器
６ 生物処理槽
６ａ 脱窒槽
６ｂ 嫌気性アンモニア酸化槽
７ ろ過槽
８ 脱色槽
８ａ 第１脱色槽
８ｂ 第２脱色槽
４０ 第１活性炭充填カラム
４１ 第２活性炭充填カラム
４３ 活性炭
【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、
前記水洗便器から受け入れた汚水中のアンモニアを亜硝酸に変換する硝化槽と、
当該硝化槽で変換された亜硝酸の脱窒をおこなう脱窒槽と、
前記硝化槽で変換された亜硝酸と、前記水洗便器から受け入れた汚水中のアンモニアとを混合して嫌気性アンモニア酸化処理をおこなう嫌気性アンモニア酸化槽と
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】
前記ろ過槽は、前記硝化槽を兼ねてい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、
前記水洗便器から受け入れた汚水中のアンモニアを亜硝酸に変換する硝化槽と、
当該硝化槽で変換された亜硝酸の脱窒をおこなう脱窒槽と、
前記硝化槽で変換された亜硝酸と、前記水洗便器から受け入れた汚水中のアンモニアとを混合して嫌気性アンモニア酸化処理をおこなう嫌気性アンモニア酸化槽と
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】
前記ろ過槽は、前記硝化槽を兼ねてい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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００６−７５７８４（Ｐ２００６−７５７８４Ａ）
【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２００４−２６５０３０（Ｐ２００４−２６５０３０）
【出願日】平成１６年９月１３日（２００４．９．１３）
【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１３日（２００４．９．１３）
【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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