廃水処理装置及び廃水処理方法
【課題】従来のスポンジ担体活性汚泥法と同等以上の廃水処理性能を確保しつつ、大幅な省スペース化を実現する。
【解決手段】水平面に対して直立すると共に上端が開放され、下端が閉鎖された筒状の反応槽と、前記反応槽内を上側の有担体区画と下側の無担体区画とに仕切る網状部材と、前記網状部材の下側或いは上側に設置され、外部から供給される酸素含有気体を前記反応槽内に散気する散気装置と、を備え、前記反応槽は、活性汚泥などの微生物及び複数の多孔質担体が充填されていると共に、上端から処理対象廃水が導入され、前記網状部材は、前記有担体区画から前記無担体区画への前記多孔質担体の移動を阻止する。
【解決手段】水平面に対して直立すると共に上端が開放され、下端が閉鎖された筒状の反応槽と、前記反応槽内を上側の有担体区画と下側の無担体区画とに仕切る網状部材と、前記網状部材の下側或いは上側に設置され、外部から供給される酸素含有気体を前記反応槽内に散気する散気装置と、を備え、前記反応槽は、活性汚泥などの微生物及び複数の多孔質担体が充填されていると共に、上端から処理対象廃水が導入され、前記網状部材は、前記有担体区画から前記無担体区画への前記多孔質担体の移動を阻止する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃水処理装置及び廃水処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
好気条件で繁殖できる微生物による有機性廃水の生物処理技術は長い歴史があり、散水ろ床法、活性汚泥法、生物膜法など各種の処理技術が開発されてきた。その代表的なものである活性汚泥法は、単なる酸素による有機物の酸化分解の他、アンモニアの酸化反応と、この反応で生成される硝酸塩と有機物との反応とを組み合わせた硝化脱窒法など、システム的にもいくつかのバリエーションがある。
【０００３】
活性汚泥法は、フロックと呼ばれる微生物の凝集体を反応槽内で流動させて廃水の浄化を行うものだが、廃水の流入によって押し出されたフロックを沈殿池で沈降分離して濃縮・返送する必要があるため、フロックの濃縮性によって反応槽内の微生物濃度が制限されて、一定以上に処理速度が上がらないという限界があった。また、活性汚泥法の一種として、反応槽にポリウレタンフォームなど多孔質担体（スポンジキューブ）を投入し、それらスポンジキューブに微生物を付着させて微生物濃度を高めて反応速度の高速化を実現するスポンジ担体活性汚泥法が知られている（下記非特許文献１、２参照）。
【０００４】
このスポンジ担体活性汚泥法を利用した処理設備は、廃水を受け入れると共にスポンジキューブが投入される反応槽と、該反応槽内の微生物への酸素供給とスポンジキューブの流動を担う散気装置と、スポンジキューブに付着しない微生物を沈降分離し、清澄な上澄液を放流するための沈殿池と、スポンジキューブが沈殿池に流出するのを防ぐスクリーンと、沈殿池に沈降した微生物を反応槽に返送するための汚泥返送装置と、反応槽内で沈殿池側に偏ってしまうスポンジキューブを廃水流入側に返送するスポンジ返送装置から成る。
【０００５】
このスポンジ担体活性汚泥法は、標準活性汚泥法よりも高い効果が期待できるものの、反応槽は通常旋回流により攪拌される方式なので幅と高さの寸法がほぼ同じである。また、それにより反応槽の一部しか散気しないのでスポンジキューブの良好な流動を保つために、その充填率（スポンジ容積／反応槽容積）を通常３０％以下にする必要があり（非特許文献１参照）、スポンジキューブ内の微生物濃度が１００００ｍｇ／Ｌまで上昇したとしても、反応槽の平均的微生物濃度は倍にも達しなかった。これらのことから、従来のスポンジ担体活性汚泥法では設備スペースの大幅な省スペース化は望めなかった。
【０００６】
設備スペースの省スペース化を実現するためには、旋回流に頼らず、高濃度の担体を充填し、且つ廃水と微生物との接触効率を高めるような工夫が必要である。その中には反応槽を竪型にし、上昇流で担体を流動させる流動床の技術がある。流動床の担体としてスポンジキューブを用いる試みもされたが、そのままでは散気によりスポンジキューブの多くが水面上に浮上してしまう（その結果、廃水と微生物の接触ができない）ため、スポンジキューブを鉄のワイヤーで取り巻くなどの工夫が必要であった（下記非特許文献３参照）。
【０００７】
また、反応槽の一部を上昇流、一部を下降流として、スポンジキューブをポンプ等で強制的に循環する工夫もされたが（下記特許文献１及び２参照）、散気は上昇流の部分で行うため、そこではスポンジキューブが浮上してしまい、少なくとも上昇流部分の下部でスポンジキューブの濃度が高くならないという限界があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−２３４８５号公報
【特許文献２】特許第３８２５４９６号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】田中育ら（1996）担体投入活性汚泥法による下水の窒素・リンの同時除去．第33回下水道研究発表会講演集, p.543-545.
【非特許文献２】国吉健郎ら（2002）担体添加方活性汚泥法による処理概要および運転コストについて．第39回下水道研究発表会講演集, p.749-751.
【非特許文献３】Kargi & Karapinar (1997) Performance of fluidized bed bioreactor containing wire-mesh sponge particles in wastewater treatment. Waste Management Vol.17, No.1, p.65-70.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、従来のスポンジ担体活性汚泥法と同等以上の廃水処理性能を確保しつつ、大幅な省スペース化を実現可能な廃水処理装置及び廃水処理方法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】
【００１１】
従来のスポンジ担体活性汚泥法における課題は、反応槽内で旋回流を生じさせることが主な要因となっている。つまり、旋回流による多孔質担体の良好な流動を保つために、多孔質担体の充填率を低く抑えなければならず、それゆえ、箱型の比較的大きな反応槽が必要となって、思うように省スペースにならないのである。
【００１２】
本願発明者は、上記のような従来課題の主要因であった旋回流に頼らない方法の実効性を確認するために、次のような廃水処理試験を実施した。この廃水処理試験では、円筒状の反応槽を垂直に立て（反応槽の上端は開放され、下端は閉鎖されている）、当該反応槽内に活性汚泥及び立方体形状の多孔質担体（以下、スポンジキューブと称す）を充填し、反応槽の上端開放部から廃水を導入すると共に、反応槽の底部付近から空気を供給した（曝気した）。
【００１３】
つまり、本廃水処理試験は、設置面積（水平断面積）が小さく、鉛直方向に細長く延びる反応槽内において、旋回流に頼らずに、反応槽の上端開放部から廃水を導入することでスポンジキューブの充填層に生じる下降流によって廃水とスポンジキューブ（これに付着した微生物）との接触を試みたものである（以下では、このような処理方法を新処理方法と称す）。この場合、スポンジキューブを旋回流動させる必要がないため、スポンジキューブの充填率を従来のスポンジ担体活性汚泥法よりも高く設定した。
【００１４】
表１に、本廃水処理試験の結果（表１中の「試験結果Ａ」）を示す。なお、表１では比較のために実施した従来のスポンジ担体活性汚泥法による廃水処理試験の結果（表１中の「試験結果Ｂ」）も一緒に記載している。また、両試験結果ともに、非破壊検査、特に浸透液を被検査物の表面に浸透させてクラックの発生状況を観察する浸透探傷検査に用いられる浸透液を含む廃水（発泡性を有する廃水）を、ポリウレタンフォーム製のスポンジキューブを用いて処理した結果を示している。
【００１５】
周知のように、浸透探傷検査は、クラックの観察方法の違いにより、蛍光染料を含む浸透液を用いる蛍光浸透探傷検査と、赤色染料を含む浸透液を用いる染色浸透探傷検査とに分類される。また、各浸透液は、その余剰分の除去方法（洗浄方法）の違いにより、水洗性、後乳化性、溶剤除去性に分類される。
【００１６】
水洗性浸透液は、基本成分である油脂類と着色成分（蛍光染料或いは赤色染料）の他、その油脂類を水洗浄可能とする乳化剤（界面活性剤）を含んでいる。また、後乳化性浸透液は、基本成分である油脂類と着色成分のみを含んでおり、その余剰分の洗浄時に乳化剤が添加されて水洗性を得るものである。これら水洗性浸透液と後乳化性浸透液とのいずれを用いても、余剰浸透液の洗浄によって油脂類、着色成分及び乳化剤などの有機物を含む廃水（以下、ＦＰＩ廃水と称す）が生じることになる。
【００１７】
このようなＦＰＩ廃水中の有機物は、ポリウレタン樹脂、すなわち主鎖の繰り返し単位中にウレタン結合（-NHCOO-）をもつ高分子化合物の発泡体（ポリウレタンフォーム）に極めて吸着されやすい性質を有している。そのため、表１に示す両試験では、ＦＰＩ廃水を処理するために、ポリウレタンフォーム製のスポンジキューブを用いているのである。
【００１８】
【表１】
【００１９】
表１に示す通り、新処理方法を用いることにより、従来のスポンジ担体活性汚泥法と比較して、半分の滞留時間で同等のＣＯＤＣｒ除去率を達成できることがわかった。つまり、これらの試験結果から、新処理方法の採用によって、従来のスポンジ担体活性汚泥法と同等以上の廃水処理性能を確保しつつ、省スペース化（反応槽の設置面積が小さくなる）を実現可能であることが示された。
【００２０】
反応槽内の微生物（スポンジキューブ）の濃度を高める観点から、スポンジキューブの充填率は高い方が良いし、新処理方法を採用すればスポンジキューブの充填率を高く設定することができるが、一方、スポンジキューブの充填率を高くし過ぎると、反応槽内でスポンジキューブ同士が隙間無く密集するため、スポンジキューブの流動性が阻害されて、逆に廃水とスポンジキューブとの接触が減る恐れが考えられる。しかし、本願発明者の実験（表１）によれば、新処理方法の採用に当って、スポンジキューブの充填率を５０％〜６０％の範囲で設定する（従来のスポンジ担体活性汚泥法では３０％程度が限界）と、従来のスポンジ担体活性汚泥法の２倍の流量で同程度の良好なＣＯＤＣｒ除去率を達成できるとの結果が得られ、この恐れは払拭された。
【００２１】
また、本願発明者は、スポンジキューブの充填率を６０％に設定した新処理方法と、従来の標準活性汚泥法（スポンジキューブを使用しない活性汚泥法）及びスポンジ担体活性汚泥法との微生物の単位量あたりの適正負荷が同等と想定して、それぞれの方法を採用した場合の反応槽の所要敷地面積を試算したところ、表２に示す結果を得た。この表２に示す通り、新処理方法の採用によって、従来の標準活性汚泥法は勿論のこと、従来の旋回流式のスポンジ担体活性汚泥法をはるかに上回る省スペース効果を得られることがわかった。
【００２２】
【表２】
【００２３】
また、本願発明者は、スポンジキューブの浮上確認試験の実施により、新処理方法の採用に当って、スポンジキューブが反応槽の水面上に浮上して微生物が乾燥等により死滅するとの懸念に対しては、反応槽の底部付近に供給する空気量、つまり曝気量を増やして液体中の上昇流の発生を活発にすることで、スポンジキューブの浮上割合を軽減できることを見出した。
【００２４】
図６（ａ）は、スポンジキューブの浮上確認試験の結果であり、横軸が曝気量、縦軸がスポンジキューブの浮上割合である。この試験は、一辺の長さが１０ｍｍのスポンジキューブと、２０ｍｍのスポンジキューブとをそれぞれ４日間水に浸漬した後、片方ずつ、その全容積が一定となるように、水が張られた内径７７ｍｍの円筒状の反応槽に投入し、反応槽の底部付近に供給する空気量（曝気量）を増減させて、スポンジキューブが浮上する割合を調べたものである。なお、スポンジキューブの充填率を高くすると、反応槽の内壁面との接触によって浮上が妨げられるため、充填率を２５％として試験を行なった。
【００２５】
その結果、図６（ａ）に示す通り、曝気量を増やす程、スポンジキューブの浮上割合が減少すること、また、その浮上割合の減少量はスポンジキューブの一辺の長さが長い程大きくなることがわかった。図６（ａ）に示す結果からは、スポンジ径を２０ｍｍ以上にし、曝気量を３０ｍＬ／ｃｍ２／ｍｉｎ以上とすることで、スポンジキューブの浮上を大きく軽減できることが示された。勿論、スポンジキューブの浮上割合は、反応槽のサイズ、スポンジキューブの充填率、スポンジキューブの材質、廃水の性状などの各種条件によって異なるため、それぞれの条件に応じて曝気量を適切に設定することが必要である。
【００２６】
さらに、本願発明者は、反応槽の上方から液面に対して散水試験を実施することにより、反応槽の底部から反応槽の上方へ液体を循環させて液面に散水することで、スポンジキューブの浮上をさらに抑制できることを見出した。図６（ｂ）は、散水試験の結果であり、横軸が散水の流速、縦軸が水面上に浮き出たスポンジキューブの高さである。図６（ｂ）に示す通り、液面に対する散水の流速を上げる程、スポンジキューブの浮上を抑制できることがわかる。
【００２７】
さらに、本願発明者は、ＦＰI廃水のような発泡性の強い廃水に対して、反応槽の底部から反応槽の上方へ液体を循環させて液面に散水することによる発泡抑止効果を見出した。即ち、表１の試験結果Ａを得たのと同じ装置に、ＦＰI廃水中の極めて発泡性の強い成分の溶液を通水したところ、水面から装置上面まで７０ｃｍの余裕高をとっても泡が溢れ出したが、他の条件は変えずに、反応槽の底部から反応槽の上方への間欠的な液体循環を行ったところ、泡が溢れ出すのを防止することができた。
【００２８】
本願発明者は、以上のような各種試験の結果に基づき、上記課題を解決し得る廃水処理装置及び廃水処理方法を発明したものである。
すなわち、上記課題を解決するために、本発明では、廃水処理装置に係る第１の解決手段として、水平面に対して直立すると共に上端が開放され、下端が閉鎖された筒状の反応槽と、前記反応槽内を上側の有担体区画と下側の無担体区画とに仕切る網状部材と、前記網状部材の下側或いは上側に設置され、外部から供給される酸素含有気体を前記反応槽内に散気する散気装置と、を備え、前記反応槽は、活性汚泥などの微生物及び複数の多孔質担体が充填されていると共に、上端から処理対象廃水が導入され、前記網状部材は、前記有担体区画から前記無担体区画への前記多孔質担体の移動を阻止する、という手段を採用する。
【００２９】
また、本発明では、廃水処理装置に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、一端が前記無担体区画と連通し、他端が前記反応槽の液面上で開口する液体循環配管と、前記液体循環配管の途中に設置され、前記無担体区画の液体を前記液体循環配管を介して前記反応槽の液面へ返送する液体返送装置とを備える、という手段を採用する。
【００３０】
また、本発明では、廃水処理装置に係る第３の解決手段として、上記第１または第２の解決手段において、一端が前記無担体区画と連通し、他端が前記反応槽の液面と同じ高さ位置で開口する液体排出管を備える、という手段を採用する。
【００３１】
また、本発明では、廃水処理装置に係る第４の解決手段として、上記第１の解決手段において、側部から底部へ向かって傾斜する傾斜部及び溜まった上澄液を外部へ流出させるための流出口を有する沈殿槽と、一端が前記反応槽の無担体区画と連通し、他端が前記沈殿槽と連通する第１の液体循環配管と、一端が前記沈殿槽の底部と連通し、他端が前記反応槽の液面上で開口する第２の液体循環配管と、前記第２の液体循環配管の途中に設置され、前記沈殿槽の底部の液体を前記第２の液体循環配管を介して前記反応槽の液面へ返送する液体返送装置とを備える、という手段を採用する。
【００３２】
また、本発明では、廃水処理装置に係る第５の解決手段として、上記第１の解決手段において、側部から底部へ向かって傾斜する傾斜部及び濾過液を外部へ流出させるための流出口を有する濾過槽と、前記濾過槽内に設置され、前記濾過槽に溜まった液体を濾過膜によって濾過して得られる濾過液を前記流出口を介して流出させる濾過構造体と、一端が前記反応槽の無担体区画と連通し、他端が前記反応槽の液面と同じ高さ位置で前記濾過槽側へ延びて前記濾過槽と連通する第１の液体循環配管と、一端が前記反応槽の液面と同じ高さ位置で前記第１の液体循環配管と接続されて連通し、他端が上方へ延びて開口するガス抜き管と、一端が前記濾過槽の底部と連通し、他端が前記反応槽の液面上で開口する第２の液体循環配管と、前記第２の液体循環配管の途中に設置され、前記濾過槽の底部の液体を前記第２の液体循環配管を介して前記反応槽の液面へ返送する液体返送装置とを備える、という手段を採用する。
【００３３】
また、本発明では、廃水処理装置に係る第６の解決手段として、上記第５の解決手段において、前記濾過槽内において前記濾過構造体の下部に設置され、外部から供給される空気を前記濾過構造体に向けて散気する洗浄用散気装置を備える、という手段を採用する。
【００３４】
また、本発明では、廃水処理装置に係る第７の解決手段として、上記第１の解決手段において、濾過液を外部へ流出させるための流出口を有する濾過槽と、前記濾過槽内を上側の濾過区画と下側の逆洗排水貯留区画とに仕切る仕切り板と、前記濾過区画内の上側領域に設置され、前記濾過区画内の液体を濾過して前記濾過液とする濾過層と、前記濾過区画内の上側領域の濾過層内に設置され、外部から供給される空気を前記濾過区画内に散気する逆洗用散気装置と、一端が前記反応槽の無担体区画と連通し、他端が前記濾過槽の濾過区画内の下側領域と連通する第１の液体循環配管と、一端が前記反応槽の液面と同じ高さ位置で前記第１の液体循環配管と接続されて連通し、他端が上方へ延びて開口するガス抜き管と、前記ガス抜き管の水位を計測する第１の水位計と、一端が前記濾過区画内の下側領域と連通し、他端が前記逆洗排水貯留区画と連通する逆洗排水管と、前記逆洗用散気装置に対する空気供給ラインに介挿され、前記第１の水位計による前記ガス抜き管の水位計測結果に応じて開閉状態が制御される第１の制御弁と、前記逆洗排水管に介挿され、前記第１の水位計による前記ガス抜き管の水位計測結果に応じて開閉状態が制御される第２の制御弁と、一端が前記濾過槽の逆洗排水貯留区画と連通し、他端が前記反応槽の液面上で開口する第２の液体循環配管と、前記第２の液体循環配管の途中に設置され、前記濾過槽の逆洗排水貯留区画の液体を前記第２の液体循環配管を介して前記反応槽の液面へ返送する液体返送装置とを備える、という手段を採用する。
【００３５】
また、本発明では、廃水処理装置に係る第８の解決手段として、上記第７の解決手段において、前記濾過槽の逆洗排水貯留区画の水位を計測する第２の水位計を備え、前記液体返送装置は、前記第２の水位計による前記逆洗排水貯留区画の水位計測結果に応じて作動／停止が制御される、という手段を採用する。
【００３６】
また、本発明では、廃水処理装置に係る第９の解決手段として、上記第１〜第８のいずれか１つの解決手段において、前記反応槽の上端開放部からの前記多孔質担体の流出を防止するために、前記上端開放部を覆うように設置された担体流出防止部材を備える、という手段を採用する。
【００３７】
一方、本発明では、廃水処理方法に係る第１の解決手段として、上記第１〜第９のいずれか１つの解決手段を有する廃水処理装置を用いて、発泡性を有する前記処理対象廃水を処理する、という手段を採用する。
【００３８】
また、本発明では、廃水処理方法に係る第２の解決手段として、上記第２〜第９のいずれか１つの解決手段を有する廃水処理装置を用いて、発泡性を有する前記処理対象廃水を、前記液体返送装置を連続的または間欠的に作動させて、前記反応槽の液面に生成される泡を消泡しながら処理する、という手段を採用する。
【００３９】
さらに、本発明では、廃水処理方法に係る第３の解決手段として、上記第１または第２の解決手段において、前記発泡性を有する処理対象廃水は、非破壊検査に用いられる浸透液を含む廃水である、という手段を採用する。
【発明の効果】
【００４０】
本発明によれば、従来のスポンジ担体活性汚泥法と同等以上の廃水処理性能を確保しつつ、大幅な省スペース化を実現可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の第１実施形態における廃水処理装置Ａの構成概略図である。
【図２】本発明の第２実施形態における廃水処理装置Ｂの構成概略図である。
【図３】本発明の第３実施形態における廃水処理装置Ｃの構成概略図である。
【図４】本発明の第４実施形態における廃水処理装置Ｄの構成概略図である。
【図５】本発明の第５実施形態における廃水処理装置Ｅの構成概略図である。
【図６】本願発明者が事前に実施したスポンジキューブの浮上確認試験の結果である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態について説明する。
〔第１実施形態〕
まず、本発明の第１実施形態について説明する。図１は、第１実施形態における廃水処理装置Ａの構成概略図である。この図１において、符号１は、水平面に対して直立すると共に上端が開放され、下端が閉鎖された筒状の反応槽である。なお、この反応槽１の水平断面形状は、円形状でも多角形状でも良い。この反応槽１は、活性汚泥などの微生物（図示省略）及び複数の多孔質担体Ｓが予め充填されていると共に、上端側部に設けられた廃水導入口１ａを介して外部から処理対象廃水Ｘが導入される。
【００４３】
処理対象廃水Ｘは、例えば非破壊検査に用いられる浸透液を含む廃水（発泡性を有する廃水）である。多孔質担体Ｓは、例えば立方体形状に成形されたポリウレタンフォームである。既に述べたように、ポリウレタンフォームは浸透液を含む廃水の処理に好適な多孔質担体である。以下では、この多孔質担体ＳをスポンジキューブＳと称す。また、スポンジキューブＳの充填率は５０〜６０％の範囲で設定することが好ましい。
【００４４】
符号２は、反応槽１内を上側の有担体区画１ｂと下側の無担体区画１ｃとに仕切る網状部材（以下、スクリーンと称す）であり、反応槽１内の底部に近い位置に水平状態で設置されている。このスクリーン２は、液体（活性汚泥を含む）を通すがスポンジキューブＳを通さない空隙を多数有しており、有担体区画１ｂから無担体区画１ｃへのスポンジキューブＳの移動を阻止するものである。つまり、無担体区画１ｃよりも容積がはるかに大きい有担体区画１ｂ内に、全てのスポンジキューブＳが充填されてスポンジキューブＳの充填層が形成される。
【００４５】
符号３は、スクリーン２の直下に設置され、外部から供給される空気等の酸素含有気体を反応槽１の水平断面の全面を覆うように散気する散気装置である。この散気装置３から反応槽１内に供給（散気）される空気量（曝気量）は、反応槽１のサイズ、スポンジキューブＳのサイズ、充填率及び材質、処理対象廃水Ｘの性状などの各種条件に応じて、スポンジキューブＳの浮上が抑制されるよう適切に設定すれば良い。
【００４６】
符号４は、一端が無担体区画１ｃと連通し、他端が反応槽１の液面と同じ高さ位置まで延びて開口する液体排出管である。この液体排出管４は、反応槽１の無担体区画１ｃに溜まった液体（清浄化された処理対象廃水Ｘ）を処理水Ｙとして反応槽１の液面と同じ高さ位置でオーバーフローするためのものである。
【００４７】
上記のように構成された第１実施形態の廃水処理装置Ａによって実現される廃水処理プロセスは以下の通りである。
反応槽１の上端側部に設けられた廃水導入口１ａから反応槽１の内部へ導入された処理対象廃水Ｘは、反応槽１内の下方へ向かって流れ込み、有担体区画１ｂ（スポンジキューブＳの充填層）に下降流が形成される。一方、散気装置３から反応槽１内に散気された空気（酸素）は、有担体区画１ｂへ向かって上昇し、スポンジキューブＳに付着した微生物に供給される。
【００４８】
上記のように有担体区画１ｂに形成された下降流によって、処理対象廃水ＸとスポンジキューブＳ（これに付着した微生物）との接触が促進され、微生物による処理対象廃水Ｘに含まれる有機物の分解が促進される。処理対象廃水Ｘは、有担体区画１ｂの下方に降下するほど清浄化され、有機物含有量の少ない処理対象廃水Ｘが無担体区画１ｃに溜まることになる。ここで、有担体区画１ｂと無担体区画１ｃは、スクリーン２によって仕切られているため、スポンジキューブＳが無担体区画１ｃに侵入することはない。
【００４９】
反応槽１の無担体区画１ｃに溜まった液体（清浄化された処理対象廃水Ｘ）は、液体排出管４を通じて徐々に上昇し、液体排出管４内の反応槽１の液面と同じ高さ位置に到達した時点で、処理水Ｙとして液体排出管４から外部へ流出する（オーバーフロー）。
以上のような第１実施形態の廃水処理装置Ａによると、従来のスポンジ担体活性汚泥法と同等以上の廃水処理性能を確保しつつ、大幅な省スペース化を実現可能である。
【００５０】
〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図２は、第２実施形態における廃水処理装置Ｂの構成概略図である。この図２に示すように、第２実施形態の廃水処理装置Ｂは、第１実施形態と同様の反応槽１、スクリーン２、散気装置３及び液体排出管４に加えて、液体循環配管５及び液体返送装置６を新たに備えている。
【００５１】
液体循環配管５は、一端が反応槽１の無担体区画１ｃと連通し、他端が反応槽１の液面上で開口する配管である。また、液体返送装置６は、液体循環配管５の途中に設置され、無担体区画１ｃに溜まった液体（清浄化された処理対象廃水Ｘ）を液体循環配管５を介して反応槽１の液面へ循環水Ｘａとして返送する循環ポンプである。なお、この液体返送装置６は、連続的に作動させても良いし、間欠的に作動させても良い。
【００５２】
上記のように構成された第２実施形態の廃水処理装置Ｂによって実現される廃水処理プロセスは以下の通りである。
反応槽１の上端側部に設けられた廃水導入口１ａから反応槽１の内部へ導入された処理対象廃水Ｘは、反応槽１内の下方へ向かって流れ込み、有担体区画１ｂ（スポンジキューブＳの充填層）に下降流が形成される。一方、散気装置３から反応槽１内に散気された空気（酸素）は、有担体区画１ｂへ向かって上昇し、スポンジキューブＳに付着した微生物に供給される。
【００５３】
上記のように有担体区画１ｂに形成された下降流によって、処理対象廃水ＸとスポンジキューブＳ（これに付着した微生物）との接触が促進され、微生物による処理対象廃水Ｘに含まれる有機物の分解が促進される。処理対象廃水Ｘは、有担体区画１ｂの下方に降下するほど清浄化され、有機物含有量の少ない処理対象廃水Ｘが無担体区画１ｃに溜まることになる。ここで、有担体区画１ｂと無担体区画１ｃは、スクリーン２によって仕切られているため、スポンジキューブＳが無担体区画１ｃに侵入することはない。
【００５４】
反応槽１の無担体区画１ｃに溜まった液体（清浄化された処理対象廃水Ｘ）は、液体排出管４を通じて徐々に上昇し、液体排出管４内の反応槽１の液面と同じ高さ位置に到達した時点で、処理水Ｙとして液体排出管４から外部へ流出する（オーバーフロー）。
【００５５】
一方、反応槽１の無担体区画１ｃに溜まった液体の一部は、液体返送装置６によって連続的或いは間欠的に液体循環配管５を介して反応槽１の液面上方まで返送され、その位置から液面に向かって循環水Ｘａとして散水される。この循環水Ｘａは、有担体区画１ｂに形成される下降流を強化して処理対象廃水ＸとスポンジキューブＳとの接触を促進すると共に、スポンジキューブＳの浮上を抑制し、さらに、液面に生成される泡を消泡する。
【００５６】
以上のような第２実施形態の廃水処理装置Ｂによると、第１実施形態と同様な効果に加えて、上述したような処理対象廃水ＸとスポンジキューブＳとの接触促進の強化、スポンジキューブＳの浮上抑制の強化、さらに、液面に生成される泡の消泡を実現できるという効果を得られる。
なお、液体返送装置６として、上記のような循環ポンプに替えて、液体循環配管５内に空気を散気して、その空気のエアリフト効果で無担体区画１ｃに溜まった液体を反応槽１の液面上方まで返送（循環）させる循環用散気装置を設けても良い。
【００５７】
〔第３実施形態〕
上記第１及び第２実施形態共に、微生物が増殖してスポンジキューブＳ外にフロックとして出てきた場合、反応槽１の無担体区画１ｃに接続されたドレン（図示省略）から、適宜、余剰汚泥として抜き出す必要があるが、余剰汚泥を濃縮する機構がないので、余剰汚泥の乾燥重量に比べて処理すべき汚泥量（容積）が大きくなる。従って、第１及び第２実施形態の構成はシンプルではあるが、生分解しやすい有機物やＳＳを多く含む処理対象廃水Ｘが高負荷で流入する場合には適さない。
【００５８】
次に説明する本発明の第３実施形態は、処理すべき余剰汚泥量を削減でき、生分解しやすい有機物やＳＳを多く含む処理対象廃水Ｘが高負荷で流入する場合に対して好適なものである。図３は、第３実施形態における廃水処理装置Ｃの構成概略図である。この図３に示すように、第３実施形態の廃水処理装置Ｃは、第１実施形態と同様の反応槽１、スクリーン２及び散気装置３に加えて、沈殿槽７、ガス抜き管８、第１の液体循環配管９、第２の液体循環配管１０、液体返送装置１１及びドレン１２を新たに備えている。なお、第３実施形態の廃水処理装置Ｃでは、第１実施形態で説明した液体排出管４は削除されている。
【００５９】
沈殿槽７は、水平面に対して直立すると共に上端が開放され、下端が閉鎖された筒状の槽であって、側部７ａから底部７ｂへ向かって傾斜する傾斜部７ｃ及び溜まった上澄液を処理水Ｙとして外部へ流出させるための流出口７ｄを有している。なお、この沈殿槽７の水平断面形状は、円形状でも多角形状でも良い。
【００６０】
ガス抜き管８は、沈殿槽７内に設置され、一端が沈殿槽７の液面上で開口し、他端が沈殿槽７の液面下で開口する管状部材である。第１の液体循環配管９は、一端が反応槽１の無担体区画１ｃと連通し、他端がガス抜き管８の途中（正確にはガス抜き管８の液面より下の部分）に接続されて連通する配管である。
【００６１】
第２の液体循環配管１０は、一端が沈殿槽７の底部７ｂ近傍と連通し、他端が反応槽１の液面上で開口する配管である。液体返送装置１１は、第２の液体循環配管１０の途中に設置され、沈殿槽７の底部７ｂに溜まった液体を第２の液体循環配管１０を介して反応槽１の液面へ返送する循環ポンプである。なお、この液体返送装置１１は、連続的に作動させても良いし、間欠的に作動させても良い。ドレン１２は、沈殿槽７の底部７ｂ近傍に接続された水抜き弁である。
【００６２】
上記のように構成された第３実施形態の廃水処理装置Ｃによって実現される廃水処理プロセスは以下の通りである。
反応槽１の上端側部に設けられた廃水導入口１ａから反応槽１の内部へ導入された処理対象廃水Ｘは、反応槽１内の下方へ向かって流れ込み、有担体区画１ｂ（スポンジキューブＳの充填層）に下降流が形成される。一方、散気装置３から反応槽１内に散気された空気（酸素）は、有担体区画１ｂへ向かって上昇し、スポンジキューブＳに付着した微生物に供給される。
【００６３】
上記のように有担体区画１ｂに形成された下降流によって、処理対象廃水ＸとスポンジキューブＳ（これに付着した微生物）との接触が促進され、微生物による処理対象廃水Ｘに含まれる有機物の分解が促進される。処理対象廃水Ｘは、有担体区画１ｂの下方に降下するほど清浄化され、有機物含有量の少ない処理対象廃水Ｘが無担体区画１ｃに溜まることになる。ここで、有担体区画１ｂと無担体区画１ｃは、スクリーン２によって仕切られているため、スポンジキューブＳが無担体区画１ｃに侵入することはない。
【００６４】
反応槽１の無担体区画１ｃに溜まった液体（清浄化された処理対象廃水Ｘ）は、第１の液体循環配管９を通じてガス抜き管８へ至り、ガス抜き管８を経由して沈殿槽７内に流入する。この沈殿槽７に流入した液体に含まれる活性汚泥などの微生物は沈降して沈殿槽７の底部７ｂに沈殿する。ここで、沈殿槽７には傾斜部７ｃが設けられているため、活性汚泥などの微生物が底部７ｂに沈殿しやすい。一方、活性汚泥などの微生物の沈殿によって得られた上澄水は、沈殿槽７の上部側面に設けられた流出口７ｄから処理水Ｙとして外部に流出する。
【００６５】
また、沈殿槽７の底部７ｂに溜まった液体（沈殿した活性汚泥などの微生物を高濃度に含む液体）は、液体返送装置１１によって連続的或いは間欠的に第２の液体循環配管１０を介して反応槽１の液面上方まで返送され、その位置から液面に向かって循環水Ｘｂとして散水される。これにより、沈殿槽７において濃縮された活性汚泥などの微生物が反応槽１へ戻されるので、第１及び第２実施形態よりも反応槽１内の微生物を確実に維持できる。
【００６６】
また、余剰汚泥は、沈殿槽７の底部７ｂで濃縮されてドレン１２から外部へ排出されるので、第１及び第２実施形態よりも処理すべき汚泥量は減少する。なお、循環水Ｘｂは、第２実施形態と同様、反応槽１の有担体区画１ｂに形成される下降流を強化すると共に、スポンジキューブＳの浮上を抑制し、さらに、液面に生成される泡を消泡する役割も担う。
以上のような第３実施形態の廃水処理装置Ｂによると、第１及び第２実施形態と同様な効果に加えて、処理すべき余剰汚泥量を削減できる（生分解しやすい有機物やＳＳを多く含む処理対象廃水Ｘが高負荷で流入する場合に対して好適）という効果を得られる。
【００６７】
〔第４実施形態〕
次に、本発明の第４実施形態について説明する。図４は、第４実施形態における廃水処理装置Ｄの構成概略図である。この図４に示すように、第４実施形態の廃水処理装置Ｄは、第１実施形態と同様の反応槽１、スクリーン２及び散気装置３に加えて、濾過槽１３、濾過膜モジュール１４、洗浄用散気装置１５、第１の液体循環配管１６、ガス抜き管１７、第２の液体循環配管１８、液体返送装置１９及びドレン２０を新たに備えている。なお、第４実施形態の廃水処理装置Ｄでは、第１実施形態で説明した液体排出管４は削除されている。
【００６８】
濾過槽１３は、水平面に対して直立すると共に上端が開放され、下端が閉鎖された筒状の槽であって、側部１３ａから底部１３ｂへ向かって傾斜する傾斜部１３ｃ及び後述の濾過膜モジュール１４から得られる濾過液を処理水Ｙとして外部へ流出させるための流出口１３ｄを有している。なお、この沈殿槽１３の水平断面形状は、円形状でも多角形状でも良い。
【００６９】
濾過膜モジュール１４は、精密濾過膜等の濾過膜に囲まれてなる濾過構造体であり、濾過槽１３内の中央部に設置されて、濾過槽１３に溜まった液体を濾過膜によって濾過して得られる濾過液を流出口１３ｄを介して外部に流出させる。洗浄用散気装置１５は、濾過槽１３内において濾過膜モジュール１４の下部に設置され、外部から供給される空気を濾過膜モジュール１４に向けて散気する。
【００７０】
第１の液体循環配管１６は、一端が反応槽１の無担体区画１ｃと連通し、他端が反応槽１の液面と同じ高さ位置で濾過槽１３側へ延びて濾過槽１３と連通する配管である。ガス抜き管１７は、一端が反応槽１の液面と同じ高さ位置で上記第１の液体循環配管１６と接続されて連通し、他端が上方へ延びて開口する管状部材である。
【００７１】
第２の液体循環配管１８は、一端が濾過槽１３の底部１３ｂ近傍と連通し、他端が反応槽１の液面上で開口する配管である。液体返送装置１９は、第２の液体循環配管１８の途中に設置され、濾過槽１３の底部１３ｂに溜まった液体を第２の液体循環配管１８を介して反応槽１の液面へ返送する循環ポンプである。なお、この液体返送装置１９は、連続的に作動させても良いし、間欠的に作動させても良い。ドレン２０は、濾過槽１３の底部１３ｂ近傍に接続された水抜き弁である。
【００７２】
上記のように構成された第４実施形態の廃水処理装置Ｄによって実現される廃水処理プロセスは以下の通りである。
反応槽１の上端側部に設けられた廃水導入口１ａから反応槽１の内部へ導入された処理対象廃水Ｘは、反応槽１内の下方へ向かって流れ込み、有担体区画１ｂ（スポンジキューブＳの充填層）に下降流が形成される。一方、散気装置３から反応槽１内に散気された空気（酸素）は、有担体区画１ｂへ向かって上昇し、スポンジキューブＳに付着した微生物に供給される。
【００７３】
上記のように有担体区画１ｂに形成された下降流によって、処理対象廃水ＸとスポンジキューブＳ（これに付着した微生物）との接触が促進され、微生物による処理対象廃水Ｘに含まれる有機物の分解が促進される。処理対象廃水Ｘは、有担体区画１ｂの下方に降下するほど清浄化され、有機物含有量の少ない処理対象廃水Ｘが無担体区画１ｃに溜まることになる。ここで、有担体区画１ｂと無担体区画１ｃは、スクリーン２によって仕切られているため、スポンジキューブＳが無担体区画１ｃに侵入することはない。
【００７４】
反応槽１の無担体区画１ｃに溜まった液体（清浄化された処理対象廃水Ｘ）は、第１の液体循環配管１６を通じて濾過槽１３内に流入する。この濾過槽１３に流入した液体に含まれる活性汚泥などの微生物は濾過膜モジュール１４によって取り除かれ、濾過槽１３の底部１３ｂへ沈降して溜まる。ここで、濾過槽１３には傾斜部１３ｃが設けられているため、活性汚泥などの微生物が底部１３ｂに溜まりやすい。一方、活性汚泥などの微生物が除去されて得られる濾過液は処理水Ｙとして濾過膜モジュール１４から流出口１３ｄを介して外部に流出する。
ここで、濾過膜モジュール１４の目詰まり等により濾過性能が低下した場合には、洗浄用散気装置１５から空気を供給することで、濾過膜モジュール１４を洗浄して濾過性能を回復させることができる。
【００７５】
また、濾過槽１３の底部１３ｂに溜まった液体（活性汚泥などの微生物を高濃度に含む液体）は、液体返送装置１９によって連続的或いは間欠的に第２の液体循環配管１８を介して反応槽１の液面上方まで返送され、その位置から液面に向かって循環水Ｘｃとして散水される。これにより、濾過槽１３において濃縮された活性汚泥などの微生物が反応槽１へ戻されるので、第１及び第２実施形態よりも反応槽１内の微生物を確実に維持できる。
【００７６】
また、余剰汚泥は、濾過槽１３の底部１３ｂで濃縮されてドレン２０から外部へ排出されるので、第１及び第２実施形態よりも処理すべき汚泥量は減少する。なお、循環水Ｘｃは、第２実施形態と同様、反応槽１の有担体区画１ｂに形成される下降流を強化すると共に、スポンジキューブＳの浮上を抑制し、さらに、液面に生成される泡を消泡する役割も担う。
【００７７】
以上のような第４実施形態の廃水処理装置Ｄによると、第１及び第２実施形態と同様な効果に加えて処理すべき余剰汚泥量を削減できるという効果を得られる。また、第４実施形態の廃水処理装置Ｄでは、濾過槽１３内において、沈殿ではなく、濾過によって液体中の混濁物（活性汚泥等）を除去するので、第３実施形態よりも一層浄化された処理水Ｙを得られる。
なお、濾過槽１３の水位は濾過膜モジュール１４の詰まり具合により変動するが、ガス抜き管１７内の水位は維持されるので、反応槽１の水位は変動しない。
【００７８】
〔第５実施形態〕
次に、本発明の第５実施形態について説明する。図５は、第５実施形態における廃水処理装置Ｅの構成概略図である。この図５に示すように、第５実施形態の廃水処理装置Ｅは、第１実施形態と同様の反応槽１、スクリーン２及び散気装置３に加えて、濾過槽２１、仕切り板２２、濾過層２３、逆洗用散気装置２４、第１の液体循環配管２５、ガス抜き管２６、逆洗用レベル計２７、逆洗排水管２８、逆洗空気用電磁弁２９、逆洗排水用電磁弁３０、第２の液体循環配管３１、液体返送装置３２及び返送用レベル計３３を新たに備えている。なお、第５実施形態の廃水処理装置Ｅでは、第１実施形態で説明した液体排出管４は削除されている。
【００７９】
濾過槽２１は、水平面に対して直立すると共に上端が開放され、下端が閉鎖された筒状の槽であって、側部の所定高さ位置には後述の濾過層２３から得られる濾過液を処理水Ｙとして外部へ流出させるための流出口２１ａを有している。なお、この沈殿槽２１の水平断面形状は、円形状でも多角形状でも良い。仕切り板２２は、完全に水を遮断する板であり、濾過槽２１内を上側の濾過区画２１ｂと下側の逆洗排水貯留区画２１ｃとに仕切るものである。逆洗排水貯留区画２１ｃの最大容量は、濾過区画２１ｂの水の占める有効容積と同程度かそれ以上であることが望ましい。なお、逆洗排水貯留区画２１ｃの側部にはガス抜き口２１ｄが設けられている。
【００８０】
濾過層２３は、濾過区画２１ｂを上下に分割する領域の上側領域に設置されて濾過区画２１ｂ内の液体を濾過するものであり、下層側から網状部材層２３ａ（スクリーン）、砂利層２３ｂ、珪砂やプラスチック製の濾材層２３ｃの順で水平断面の全面を覆うように積層されて成る。なお、流出口２１ａは、この濾過区画２１ｂにおける濾過層２３の上方側面に設けられている。逆洗用散気装置２４は、濾過区画２１ｂ内の濾材層２３ｃ内に設置され、外部から供給される空気を水平断面の全面を覆うように濾過区画２１ｂ内に散気するものである。
【００８１】
第１の液体循環配管２５は、一端が反応槽１の無担体区画１ｃと連通し、他端が濾過槽２１の濾過区画２１ｂ内の下側領域と連通する配管である。ガス抜き管２６は、一端が反応槽１の液面と同じ高さ位置で上記第１の液体循環配管２５と接続されて連通し、他端が上方へ延びて開口する管状部材である。逆洗用レベル計２７は、ガス抜き管２６の水位を計測する第１の水位計である。逆洗排水管２８は、一端が濾過槽２１の濾過区画２１ｂ内の下側領域と連通し、他端が逆洗排水貯留区画２１ｃと連通する配管である。
【００８２】
逆洗空気用電磁弁２９は、逆洗用散気装置２４に対する空気供給ラインに介挿され、逆洗用レベル計２７によるガス抜き管２６の水位計測結果に応じて開閉状態が制御される第１の制御弁である。逆洗排水用電磁弁３０は、逆洗排水管２８に介挿され、逆洗用レベル計２７によるガス抜き管２６の水位計測結果に応じて開閉状態が制御される第２の制御弁である。なお、これら逆洗空気用電磁弁２９及び逆洗排水用電磁弁３０は、通常、閉状態に制御される。
【００８３】
第２の液体循環配管３１は、一端が濾過槽２１の逆洗排水貯留区画２１ｃの底部近傍と連通し、他端が反応槽１の液面上で開口する配管である。液体返送装置３２は、第２の液体循環配管３１の途中に設置され、濾過槽２１の逆洗排水貯留区画２１ｃに溜まった液体を第２の液体循環配管３１を介して反応槽１の液面へ返送する循環ポンプである。返送用レベル計３３は、濾過槽２１の逆洗排水貯留区画２１ｃの水位を計測する第２の水位計である。上記の液体返送装置３２は、返送用レベル計３３による逆洗排水貯留区画２１ｃの水位計測結果に応じて作動／停止が制御される。
【００８４】
上記のように構成された第５実施形態の廃水処理装置Ｅによって実現される廃水処理プロセスは以下の通りである。
反応槽１の上端側部に設けられた廃水導入口１ａから反応槽１の内部へ導入された処理対象廃水Ｘは、反応槽１内の下方へ向かって流れ込み、有担体区画１ｂ（スポンジキューブＳの充填層）に下降流が形成される。一方、散気装置３から反応槽１内に散気された空気（酸素）は、有担体区画１ｂへ向かって上昇し、スポンジキューブＳに付着した微生物に供給される。
【００８５】
上記のように有担体区画１ｂに形成された下降流によって、処理対象廃水ＸとスポンジキューブＳ（これに付着した微生物）との接触が促進され、微生物による処理対象廃水Ｘに含まれる有機物の分解が促進される。処理対象廃水Ｘは、有担体区画１ｂの下方に降下するほど清浄化され、有機物含有量の少ない処理対象廃水Ｘが無担体区画１ｃに溜まることになる。ここで、有担体区画１ｂと無担体区画１ｃは、スクリーン２によって仕切られているため、スポンジキューブＳが無担体区画１ｃに侵入することはない。
【００８６】
反応槽１の無担体区画１ｃに溜まった液体（清浄化された処理対象廃水Ｘ）は、第１の液体循環配管２５を通じて濾過槽２１の濾過区画２１ｂ内に流入する。この濾過区画２１ｂに流入した液体は、濾過層２３に入り、スクリーン２３ａ、砂利層２３ｂ、濾材層２３ｃを経て上昇するうちに、その含有する活性汚泥等の懸濁物が除去され、清澄な水（濾過液）が処理水Ｙとして流出口２１ａから流出（オーバーフロー）する。
【００８７】
懸濁物で濾過層２３が目詰まりしてくると、ガス抜き管２６の水位が上昇する。これを逆洗用レベル計２７で検知し、逆洗空気用電磁弁２９及び逆洗排水用電動弁３０を開状態とする。すると、逆洗用散気装置２４によって濾過区画２１ｂ内に空気が供給され、濾過区画２１ｂ内の液体はその空気で攪拌されながら、逆洗排水管２８を経て逆洗排水貯留区画２１ｃに落下し、同時に濾過層２３に捕捉された懸濁物の大部分が逆洗排水貯留区画２１ｃに落下する。
【００８８】
これによりガス抜き管２６の水位が下がるため、これを逆洗用レベル計２７で検知し、遅延タイマで適当な時間の経過後に逆洗空気用電磁弁２９及び逆洗排水用電動弁３０を閉状態に戻す。この一連の操作で逆洗排水貯留区画２１ｃの水位が上昇すれば、返送用レベル計３３でそれを検知し、逆洗排水貯留区画２１ｃの液体（活性汚泥を高濃度に含む液体）は、液体返送装置３２によって第２の液体循環配管３１を介して反応槽１の液面上方まで返送され、その位置から液面に向かって循環水Ｘｄとして散水される。
【００８９】
これにより、濾過槽２１において濃縮された活性汚泥などの微生物が反応槽１へ戻されるので、第１及び第２実施形態よりも反応槽１内の微生物を確実に維持できる。返送用レベル計３３にて逆洗排水貯留区画２１ｃの水位が底面近くまで低下したことを検知して、液体返送装置３２を停止させる。なお、循環水Ｘｄは、第２実施形態と同様、反応槽１の有担体区画１ｂに形成される下降流を強化すると共に、スポンジキューブＳの浮上を抑制し、さらに、液面に生成される泡を消泡する役割も担う。
【００９０】
以上のような第５実施形態の廃水処理装置Ｅによると、第１及び第２実施形態と同様な効果に加えて、第３実施形態と同様に処理すべき余剰汚泥量を削減できるという効果を得られる。また、第５実施形態の廃水処理装置Ｅでは、濾過槽２１内において、沈殿ではなく、濾過によって液体中の混濁物（活性汚泥等）を除去するので、第３実施形態よりも一層浄化された処理水Ｙを得られる。
なお、濾過槽２１の水位は濾過層２３の詰まり具合により変動するが、ガス抜き管２６内の水位は維持されるので、反応槽１の水位は変動しない。
【００９１】
以上、本発明の第１〜第５実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、以下のような変形例が挙げられる。
上記第１〜第５実施形態では、反応槽１において、スクリーン２の下方に散気装置３を設置する場合を例示したが、この散気装置３をスクリーン２の上方に設置しても良い。
また、上記第１〜第５実施形態において、反応槽１の廃水導入口１ａに、スポンジキューブＳの逆流を防ぐためのストレーナを設けても良い。
また、上記第１〜第５実施形態において、反応槽１の上端開放部からのスポンジキューブＳの流出を防止するために、反応槽１の上端開放部を覆うように担体流出防止部材（例えば網状の蓋など）を設けても良い。
また、上記第１〜第５実施形態では、処理対象廃水Ｘとして非破壊検査に用いられる浸透液を含む廃水を例示したが、本発明は発泡性を有する廃水の処理に広く適用することができる。スポンジキューブＳの材質は処理対象廃水の性状に応じて適宜変更すれば良い。
【符号の説明】
【００９２】
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ…廃水処理装置、１…反応槽、２…スクリーン（網状部材）、３…散気装置、４…液体排出管、５…液体循環配管、６、１１、１９、３２…液体返送装置、７…沈殿槽、８、１７、２６…ガス抜き管、９、１６、２５…第１の液体循環配管、１０、１８、３１…第２の液体循環配管、１２、２０…ドレン（水抜き弁）、１３、２１…濾過槽、１４…濾過膜モジュール（濾過構造体）、１５…洗浄用散気装置、２２…仕切り板、２３…濾過層、２４…逆洗用散気装置、２７…逆洗用レベル計（第１の水位計）、２８…逆洗排水管、２９…逆洗空気用電磁弁（第１の制御弁）、３０…逆洗排水用電磁弁（第２の制御弁）、３３…返送用レベル計（第２の水位計）、Ｓ…スポンジキューブ（多孔質担体）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃水処理装置及び廃水処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
好気条件で繁殖できる微生物による有機性廃水の生物処理技術は長い歴史があり、散水ろ床法、活性汚泥法、生物膜法など各種の処理技術が開発されてきた。その代表的なものである活性汚泥法は、単なる酸素による有機物の酸化分解の他、アンモニアの酸化反応と、この反応で生成される硝酸塩と有機物との反応とを組み合わせた硝化脱窒法など、システム的にもいくつかのバリエーションがある。
【０００３】
活性汚泥法は、フロックと呼ばれる微生物の凝集体を反応槽内で流動させて廃水の浄化を行うものだが、廃水の流入によって押し出されたフロックを沈殿池で沈降分離して濃縮・返送する必要があるため、フロックの濃縮性によって反応槽内の微生物濃度が制限されて、一定以上に処理速度が上がらないという限界があった。また、活性汚泥法の一種として、反応槽にポリウレタンフォームなど多孔質担体（スポンジキューブ）を投入し、それらスポンジキューブに微生物を付着させて微生物濃度を高めて反応速度の高速化を実現するスポンジ担体活性汚泥法が知られている（下記非特許文献１、２参照）。
【０００４】
このスポンジ担体活性汚泥法を利用した処理設備は、廃水を受け入れると共にスポンジキューブが投入される反応槽と、該反応槽内の微生物への酸素供給とスポンジキューブの流動を担う散気装置と、スポンジキューブに付着しない微生物を沈降分離し、清澄な上澄液を放流するための沈殿池と、スポンジキューブが沈殿池に流出するのを防ぐスクリーンと、沈殿池に沈降した微生物を反応槽に返送するための汚泥返送装置と、反応槽内で沈殿池側に偏ってしまうスポンジキューブを廃水流入側に返送するスポンジ返送装置から成る。
【０００５】
このスポンジ担体活性汚泥法は、標準活性汚泥法よりも高い効果が期待できるものの、反応槽は通常旋回流により攪拌される方式なので幅と高さの寸法がほぼ同じである。また、それにより反応槽の一部しか散気しないのでスポンジキューブの良好な流動を保つために、その充填率（スポンジ容積／反応槽容積）を通常３０％以下にする必要があり（非特許文献１参照）、スポンジキューブ内の微生物濃度が１００００ｍｇ／Ｌまで上昇したとしても、反応槽の平均的微生物濃度は倍にも達しなかった。これらのことから、従来のスポンジ担体活性汚泥法では設備スペースの大幅な省スペース化は望めなかった。
【０００６】
設備スペースの省スペース化を実現するためには、旋回流に頼らず、高濃度の担体を充填し、且つ廃水と微生物との接触効率を高めるような工夫が必要である。その中には反応槽を竪型にし、上昇流で担体を流動させる流動床の技術がある。流動床の担体としてスポンジキューブを用いる試みもされたが、そのままでは散気によりスポンジキューブの多くが水面上に浮上してしまう（その結果、廃水と微生物の接触ができない）ため、スポンジキューブを鉄のワイヤーで取り巻くなどの工夫が必要であった（下記非特許文献３参照）。
【０００７】
また、反応槽の一部を上昇流、一部を下降流として、スポンジキューブをポンプ等で強制的に循環する工夫もされたが（下記特許文献１及び２参照）、散気は上昇流の部分で行うため、そこではスポンジキューブが浮上してしまい、少なくとも上昇流部分の下部でスポンジキューブの濃度が高くならないという限界があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−２３４８５号公報
【特許文献２】特許第３８２５４９６号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】田中育ら（1996）担体投入活性汚泥法による下水の窒素・リンの同時除去．第33回下水道研究発表会講演集, p.543-545.
【非特許文献２】国吉健郎ら（2002）担体添加方活性汚泥法による処理概要および運転コストについて．第39回下水道研究発表会講演集, p.749-751.
【非特許文献３】Kargi & Karapinar (1997) Performance of fluidized bed bioreactor containing wire-mesh sponge particles in wastewater treatment. Waste Management Vol.17, No.1, p.65-70.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、従来のスポンジ担体活性汚泥法と同等以上の廃水処理性能を確保しつつ、大幅な省スペース化を実現可能な廃水処理装置及び廃水処理方法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】
【００１１】
従来のスポンジ担体活性汚泥法における課題は、反応槽内で旋回流を生じさせることが主な要因となっている。つまり、旋回流による多孔質担体の良好な流動を保つために、多孔質担体の充填率を低く抑えなければならず、それゆえ、箱型の比較的大きな反応槽が必要となって、思うように省スペースにならないのである。
【００１２】
本願発明者は、上記のような従来課題の主要因であった旋回流に頼らない方法の実効性を確認するために、次のような廃水処理試験を実施した。この廃水処理試験では、円筒状の反応槽を垂直に立て（反応槽の上端は開放され、下端は閉鎖されている）、当該反応槽内に活性汚泥及び立方体形状の多孔質担体（以下、スポンジキューブと称す）を充填し、反応槽の上端開放部から廃水を導入すると共に、反応槽の底部付近から空気を供給した（曝気した）。
【００１３】
つまり、本廃水処理試験は、設置面積（水平断面積）が小さく、鉛直方向に細長く延びる反応槽内において、旋回流に頼らずに、反応槽の上端開放部から廃水を導入することでスポンジキューブの充填層に生じる下降流によって廃水とスポンジキューブ（これに付着した微生物）との接触を試みたものである（以下では、このような処理方法を新処理方法と称す）。この場合、スポンジキューブを旋回流動させる必要がないため、スポンジキューブの充填率を従来のスポンジ担体活性汚泥法よりも高く設定した。
【００１４】
表１に、本廃水処理試験の結果（表１中の「試験結果Ａ」）を示す。なお、表１では比較のために実施した従来のスポンジ担体活性汚泥法による廃水処理試験の結果（表１中の「試験結果Ｂ」）も一緒に記載している。また、両試験結果ともに、非破壊検査、特に浸透液を被検査物の表面に浸透させてクラックの発生状況を観察する浸透探傷検査に用いられる浸透液を含む廃水（発泡性を有する廃水）を、ポリウレタンフォーム製のスポンジキューブを用いて処理した結果を示している。
【００１５】
周知のように、浸透探傷検査は、クラックの観察方法の違いにより、蛍光染料を含む浸透液を用いる蛍光浸透探傷検査と、赤色染料を含む浸透液を用いる染色浸透探傷検査とに分類される。また、各浸透液は、その余剰分の除去方法（洗浄方法）の違いにより、水洗性、後乳化性、溶剤除去性に分類される。
【００１６】
水洗性浸透液は、基本成分である油脂類と着色成分（蛍光染料或いは赤色染料）の他、その油脂類を水洗浄可能とする乳化剤（界面活性剤）を含んでいる。また、後乳化性浸透液は、基本成分である油脂類と着色成分のみを含んでおり、その余剰分の洗浄時に乳化剤が添加されて水洗性を得るものである。これら水洗性浸透液と後乳化性浸透液とのいずれを用いても、余剰浸透液の洗浄によって油脂類、着色成分及び乳化剤などの有機物を含む廃水（以下、ＦＰＩ廃水と称す）が生じることになる。
【００１７】
このようなＦＰＩ廃水中の有機物は、ポリウレタン樹脂、すなわち主鎖の繰り返し単位中にウレタン結合（-NHCOO-）をもつ高分子化合物の発泡体（ポリウレタンフォーム）に極めて吸着されやすい性質を有している。そのため、表１に示す両試験では、ＦＰＩ廃水を処理するために、ポリウレタンフォーム製のスポンジキューブを用いているのである。
【００１８】
【表１】
【００１９】
表１に示す通り、新処理方法を用いることにより、従来のスポンジ担体活性汚泥法と比較して、半分の滞留時間で同等のＣＯＤＣｒ除去率を達成できることがわかった。つまり、これらの試験結果から、新処理方法の採用によって、従来のスポンジ担体活性汚泥法と同等以上の廃水処理性能を確保しつつ、省スペース化（反応槽の設置面積が小さくなる）を実現可能であることが示された。
【００２０】
反応槽内の微生物（スポンジキューブ）の濃度を高める観点から、スポンジキューブの充填率は高い方が良いし、新処理方法を採用すればスポンジキューブの充填率を高く設定することができるが、一方、スポンジキューブの充填率を高くし過ぎると、反応槽内でスポンジキューブ同士が隙間無く密集するため、スポンジキューブの流動性が阻害されて、逆に廃水とスポンジキューブとの接触が減る恐れが考えられる。しかし、本願発明者の実験（表１）によれば、新処理方法の採用に当って、スポンジキューブの充填率を５０％〜６０％の範囲で設定する（従来のスポンジ担体活性汚泥法では３０％程度が限界）と、従来のスポンジ担体活性汚泥法の２倍の流量で同程度の良好なＣＯＤＣｒ除去率を達成できるとの結果が得られ、この恐れは払拭された。
【００２１】
また、本願発明者は、スポンジキューブの充填率を６０％に設定した新処理方法と、従来の標準活性汚泥法（スポンジキューブを使用しない活性汚泥法）及びスポンジ担体活性汚泥法との微生物の単位量あたりの適正負荷が同等と想定して、それぞれの方法を採用した場合の反応槽の所要敷地面積を試算したところ、表２に示す結果を得た。この表２に示す通り、新処理方法の採用によって、従来の標準活性汚泥法は勿論のこと、従来の旋回流式のスポンジ担体活性汚泥法をはるかに上回る省スペース効果を得られることがわかった。
【００２２】
【表２】
【００２３】
また、本願発明者は、スポンジキューブの浮上確認試験の実施により、新処理方法の採用に当って、スポンジキューブが反応槽の水面上に浮上して微生物が乾燥等により死滅するとの懸念に対しては、反応槽の底部付近に供給する空気量、つまり曝気量を増やして液体中の上昇流の発生を活発にすることで、スポンジキューブの浮上割合を軽減できることを見出した。
【００２４】
図６（ａ）は、スポンジキューブの浮上確認試験の結果であり、横軸が曝気量、縦軸がスポンジキューブの浮上割合である。この試験は、一辺の長さが１０ｍｍのスポンジキューブと、２０ｍｍのスポンジキューブとをそれぞれ４日間水に浸漬した後、片方ずつ、その全容積が一定となるように、水が張られた内径７７ｍｍの円筒状の反応槽に投入し、反応槽の底部付近に供給する空気量（曝気量）を増減させて、スポンジキューブが浮上する割合を調べたものである。なお、スポンジキューブの充填率を高くすると、反応槽の内壁面との接触によって浮上が妨げられるため、充填率を２５％として試験を行なった。
【００２５】
その結果、図６（ａ）に示す通り、曝気量を増やす程、スポンジキューブの浮上割合が減少すること、また、その浮上割合の減少量はスポンジキューブの一辺の長さが長い程大きくなることがわかった。図６（ａ）に示す結果からは、スポンジ径を２０ｍｍ以上にし、曝気量を３０ｍＬ／ｃｍ２／ｍｉｎ以上とすることで、スポンジキューブの浮上を大きく軽減できることが示された。勿論、スポンジキューブの浮上割合は、反応槽のサイズ、スポンジキューブの充填率、スポンジキューブの材質、廃水の性状などの各種条件によって異なるため、それぞれの条件に応じて曝気量を適切に設定することが必要である。
【００２６】
さらに、本願発明者は、反応槽の上方から液面に対して散水試験を実施することにより、反応槽の底部から反応槽の上方へ液体を循環させて液面に散水することで、スポンジキューブの浮上をさらに抑制できることを見出した。図６（ｂ）は、散水試験の結果であり、横軸が散水の流速、縦軸が水面上に浮き出たスポンジキューブの高さである。図６（ｂ）に示す通り、液面に対する散水の流速を上げる程、スポンジキューブの浮上を抑制できることがわかる。
【００２７】
さらに、本願発明者は、ＦＰI廃水のような発泡性の強い廃水に対して、反応槽の底部から反応槽の上方へ液体を循環させて液面に散水することによる発泡抑止効果を見出した。即ち、表１の試験結果Ａを得たのと同じ装置に、ＦＰI廃水中の極めて発泡性の強い成分の溶液を通水したところ、水面から装置上面まで７０ｃｍの余裕高をとっても泡が溢れ出したが、他の条件は変えずに、反応槽の底部から反応槽の上方への間欠的な液体循環を行ったところ、泡が溢れ出すのを防止することができた。
【００２８】
本願発明者は、以上のような各種試験の結果に基づき、上記課題を解決し得る廃水処理装置及び廃水処理方法を発明したものである。
すなわち、上記課題を解決するために、本発明では、廃水処理装置に係る第１の解決手段として、水平面に対して直立すると共に上端が開放され、下端が閉鎖された筒状の反応槽と、前記反応槽内を上側の有担体区画と下側の無担体区画とに仕切る網状部材と、前記網状部材の下側或いは上側に設置され、外部から供給される酸素含有気体を前記反応槽内に散気する散気装置と、を備え、前記反応槽は、活性汚泥などの微生物及び複数の多孔質担体が充填されていると共に、上端から処理対象廃水が導入され、前記網状部材は、前記有担体区画から前記無担体区画への前記多孔質担体の移動を阻止する、という手段を採用する。
【００２９】
また、本発明では、廃水処理装置に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、一端が前記無担体区画と連通し、他端が前記反応槽の液面上で開口する液体循環配管と、前記液体循環配管の途中に設置され、前記無担体区画の液体を前記液体循環配管を介して前記反応槽の液面へ返送する液体返送装置とを備える、という手段を採用する。
【００３０】
また、本発明では、廃水処理装置に係る第３の解決手段として、上記第１または第２の解決手段において、一端が前記無担体区画と連通し、他端が前記反応槽の液面と同じ高さ位置で開口する液体排出管を備える、という手段を採用する。
【００３１】
また、本発明では、廃水処理装置に係る第４の解決手段として、上記第１の解決手段において、側部から底部へ向かって傾斜する傾斜部及び溜まった上澄液を外部へ流出させるための流出口を有する沈殿槽と、一端が前記反応槽の無担体区画と連通し、他端が前記沈殿槽と連通する第１の液体循環配管と、一端が前記沈殿槽の底部と連通し、他端が前記反応槽の液面上で開口する第２の液体循環配管と、前記第２の液体循環配管の途中に設置され、前記沈殿槽の底部の液体を前記第２の液体循環配管を介して前記反応槽の液面へ返送する液体返送装置とを備える、という手段を採用する。
【００３２】
また、本発明では、廃水処理装置に係る第５の解決手段として、上記第１の解決手段において、側部から底部へ向かって傾斜する傾斜部及び濾過液を外部へ流出させるための流出口を有する濾過槽と、前記濾過槽内に設置され、前記濾過槽に溜まった液体を濾過膜によって濾過して得られる濾過液を前記流出口を介して流出させる濾過構造体と、一端が前記反応槽の無担体区画と連通し、他端が前記反応槽の液面と同じ高さ位置で前記濾過槽側へ延びて前記濾過槽と連通する第１の液体循環配管と、一端が前記反応槽の液面と同じ高さ位置で前記第１の液体循環配管と接続されて連通し、他端が上方へ延びて開口するガス抜き管と、一端が前記濾過槽の底部と連通し、他端が前記反応槽の液面上で開口する第２の液体循環配管と、前記第２の液体循環配管の途中に設置され、前記濾過槽の底部の液体を前記第２の液体循環配管を介して前記反応槽の液面へ返送する液体返送装置とを備える、という手段を採用する。
【００３３】
また、本発明では、廃水処理装置に係る第６の解決手段として、上記第５の解決手段において、前記濾過槽内において前記濾過構造体の下部に設置され、外部から供給される空気を前記濾過構造体に向けて散気する洗浄用散気装置を備える、という手段を採用する。
【００３４】
また、本発明では、廃水処理装置に係る第７の解決手段として、上記第１の解決手段において、濾過液を外部へ流出させるための流出口を有する濾過槽と、前記濾過槽内を上側の濾過区画と下側の逆洗排水貯留区画とに仕切る仕切り板と、前記濾過区画内の上側領域に設置され、前記濾過区画内の液体を濾過して前記濾過液とする濾過層と、前記濾過区画内の上側領域の濾過層内に設置され、外部から供給される空気を前記濾過区画内に散気する逆洗用散気装置と、一端が前記反応槽の無担体区画と連通し、他端が前記濾過槽の濾過区画内の下側領域と連通する第１の液体循環配管と、一端が前記反応槽の液面と同じ高さ位置で前記第１の液体循環配管と接続されて連通し、他端が上方へ延びて開口するガス抜き管と、前記ガス抜き管の水位を計測する第１の水位計と、一端が前記濾過区画内の下側領域と連通し、他端が前記逆洗排水貯留区画と連通する逆洗排水管と、前記逆洗用散気装置に対する空気供給ラインに介挿され、前記第１の水位計による前記ガス抜き管の水位計測結果に応じて開閉状態が制御される第１の制御弁と、前記逆洗排水管に介挿され、前記第１の水位計による前記ガス抜き管の水位計測結果に応じて開閉状態が制御される第２の制御弁と、一端が前記濾過槽の逆洗排水貯留区画と連通し、他端が前記反応槽の液面上で開口する第２の液体循環配管と、前記第２の液体循環配管の途中に設置され、前記濾過槽の逆洗排水貯留区画の液体を前記第２の液体循環配管を介して前記反応槽の液面へ返送する液体返送装置とを備える、という手段を採用する。
【００３５】
また、本発明では、廃水処理装置に係る第８の解決手段として、上記第７の解決手段において、前記濾過槽の逆洗排水貯留区画の水位を計測する第２の水位計を備え、前記液体返送装置は、前記第２の水位計による前記逆洗排水貯留区画の水位計測結果に応じて作動／停止が制御される、という手段を採用する。
【００３６】
また、本発明では、廃水処理装置に係る第９の解決手段として、上記第１〜第８のいずれか１つの解決手段において、前記反応槽の上端開放部からの前記多孔質担体の流出を防止するために、前記上端開放部を覆うように設置された担体流出防止部材を備える、という手段を採用する。
【００３７】
一方、本発明では、廃水処理方法に係る第１の解決手段として、上記第１〜第９のいずれか１つの解決手段を有する廃水処理装置を用いて、発泡性を有する前記処理対象廃水を処理する、という手段を採用する。
【００３８】
また、本発明では、廃水処理方法に係る第２の解決手段として、上記第２〜第９のいずれか１つの解決手段を有する廃水処理装置を用いて、発泡性を有する前記処理対象廃水を、前記液体返送装置を連続的または間欠的に作動させて、前記反応槽の液面に生成される泡を消泡しながら処理する、という手段を採用する。
【００３９】
さらに、本発明では、廃水処理方法に係る第３の解決手段として、上記第１または第２の解決手段において、前記発泡性を有する処理対象廃水は、非破壊検査に用いられる浸透液を含む廃水である、という手段を採用する。
【発明の効果】
【００４０】
本発明によれば、従来のスポンジ担体活性汚泥法と同等以上の廃水処理性能を確保しつつ、大幅な省スペース化を実現可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の第１実施形態における廃水処理装置Ａの構成概略図である。
【図２】本発明の第２実施形態における廃水処理装置Ｂの構成概略図である。
【図３】本発明の第３実施形態における廃水処理装置Ｃの構成概略図である。
【図４】本発明の第４実施形態における廃水処理装置Ｄの構成概略図である。
【図５】本発明の第５実施形態における廃水処理装置Ｅの構成概略図である。
【図６】本願発明者が事前に実施したスポンジキューブの浮上確認試験の結果である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態について説明する。
〔第１実施形態〕
まず、本発明の第１実施形態について説明する。図１は、第１実施形態における廃水処理装置Ａの構成概略図である。この図１において、符号１は、水平面に対して直立すると共に上端が開放され、下端が閉鎖された筒状の反応槽である。なお、この反応槽１の水平断面形状は、円形状でも多角形状でも良い。この反応槽１は、活性汚泥などの微生物（図示省略）及び複数の多孔質担体Ｓが予め充填されていると共に、上端側部に設けられた廃水導入口１ａを介して外部から処理対象廃水Ｘが導入される。
【００４３】
処理対象廃水Ｘは、例えば非破壊検査に用いられる浸透液を含む廃水（発泡性を有する廃水）である。多孔質担体Ｓは、例えば立方体形状に成形されたポリウレタンフォームである。既に述べたように、ポリウレタンフォームは浸透液を含む廃水の処理に好適な多孔質担体である。以下では、この多孔質担体ＳをスポンジキューブＳと称す。また、スポンジキューブＳの充填率は５０〜６０％の範囲で設定することが好ましい。
【００４４】
符号２は、反応槽１内を上側の有担体区画１ｂと下側の無担体区画１ｃとに仕切る網状部材（以下、スクリーンと称す）であり、反応槽１内の底部に近い位置に水平状態で設置されている。このスクリーン２は、液体（活性汚泥を含む）を通すがスポンジキューブＳを通さない空隙を多数有しており、有担体区画１ｂから無担体区画１ｃへのスポンジキューブＳの移動を阻止するものである。つまり、無担体区画１ｃよりも容積がはるかに大きい有担体区画１ｂ内に、全てのスポンジキューブＳが充填されてスポンジキューブＳの充填層が形成される。
【００４５】
符号３は、スクリーン２の直下に設置され、外部から供給される空気等の酸素含有気体を反応槽１の水平断面の全面を覆うように散気する散気装置である。この散気装置３から反応槽１内に供給（散気）される空気量（曝気量）は、反応槽１のサイズ、スポンジキューブＳのサイズ、充填率及び材質、処理対象廃水Ｘの性状などの各種条件に応じて、スポンジキューブＳの浮上が抑制されるよう適切に設定すれば良い。
【００４６】
符号４は、一端が無担体区画１ｃと連通し、他端が反応槽１の液面と同じ高さ位置まで延びて開口する液体排出管である。この液体排出管４は、反応槽１の無担体区画１ｃに溜まった液体（清浄化された処理対象廃水Ｘ）を処理水Ｙとして反応槽１の液面と同じ高さ位置でオーバーフローするためのものである。
【００４７】
上記のように構成された第１実施形態の廃水処理装置Ａによって実現される廃水処理プロセスは以下の通りである。
反応槽１の上端側部に設けられた廃水導入口１ａから反応槽１の内部へ導入された処理対象廃水Ｘは、反応槽１内の下方へ向かって流れ込み、有担体区画１ｂ（スポンジキューブＳの充填層）に下降流が形成される。一方、散気装置３から反応槽１内に散気された空気（酸素）は、有担体区画１ｂへ向かって上昇し、スポンジキューブＳに付着した微生物に供給される。
【００４８】
上記のように有担体区画１ｂに形成された下降流によって、処理対象廃水ＸとスポンジキューブＳ（これに付着した微生物）との接触が促進され、微生物による処理対象廃水Ｘに含まれる有機物の分解が促進される。処理対象廃水Ｘは、有担体区画１ｂの下方に降下するほど清浄化され、有機物含有量の少ない処理対象廃水Ｘが無担体区画１ｃに溜まることになる。ここで、有担体区画１ｂと無担体区画１ｃは、スクリーン２によって仕切られているため、スポンジキューブＳが無担体区画１ｃに侵入することはない。
【００４９】
反応槽１の無担体区画１ｃに溜まった液体（清浄化された処理対象廃水Ｘ）は、液体排出管４を通じて徐々に上昇し、液体排出管４内の反応槽１の液面と同じ高さ位置に到達した時点で、処理水Ｙとして液体排出管４から外部へ流出する（オーバーフロー）。
以上のような第１実施形態の廃水処理装置Ａによると、従来のスポンジ担体活性汚泥法と同等以上の廃水処理性能を確保しつつ、大幅な省スペース化を実現可能である。
【００５０】
〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図２は、第２実施形態における廃水処理装置Ｂの構成概略図である。この図２に示すように、第２実施形態の廃水処理装置Ｂは、第１実施形態と同様の反応槽１、スクリーン２、散気装置３及び液体排出管４に加えて、液体循環配管５及び液体返送装置６を新たに備えている。
【００５１】
液体循環配管５は、一端が反応槽１の無担体区画１ｃと連通し、他端が反応槽１の液面上で開口する配管である。また、液体返送装置６は、液体循環配管５の途中に設置され、無担体区画１ｃに溜まった液体（清浄化された処理対象廃水Ｘ）を液体循環配管５を介して反応槽１の液面へ循環水Ｘａとして返送する循環ポンプである。なお、この液体返送装置６は、連続的に作動させても良いし、間欠的に作動させても良い。
【００５２】
上記のように構成された第２実施形態の廃水処理装置Ｂによって実現される廃水処理プロセスは以下の通りである。
反応槽１の上端側部に設けられた廃水導入口１ａから反応槽１の内部へ導入された処理対象廃水Ｘは、反応槽１内の下方へ向かって流れ込み、有担体区画１ｂ（スポンジキューブＳの充填層）に下降流が形成される。一方、散気装置３から反応槽１内に散気された空気（酸素）は、有担体区画１ｂへ向かって上昇し、スポンジキューブＳに付着した微生物に供給される。
【００５３】
上記のように有担体区画１ｂに形成された下降流によって、処理対象廃水ＸとスポンジキューブＳ（これに付着した微生物）との接触が促進され、微生物による処理対象廃水Ｘに含まれる有機物の分解が促進される。処理対象廃水Ｘは、有担体区画１ｂの下方に降下するほど清浄化され、有機物含有量の少ない処理対象廃水Ｘが無担体区画１ｃに溜まることになる。ここで、有担体区画１ｂと無担体区画１ｃは、スクリーン２によって仕切られているため、スポンジキューブＳが無担体区画１ｃに侵入することはない。
【００５４】
反応槽１の無担体区画１ｃに溜まった液体（清浄化された処理対象廃水Ｘ）は、液体排出管４を通じて徐々に上昇し、液体排出管４内の反応槽１の液面と同じ高さ位置に到達した時点で、処理水Ｙとして液体排出管４から外部へ流出する（オーバーフロー）。
【００５５】
一方、反応槽１の無担体区画１ｃに溜まった液体の一部は、液体返送装置６によって連続的或いは間欠的に液体循環配管５を介して反応槽１の液面上方まで返送され、その位置から液面に向かって循環水Ｘａとして散水される。この循環水Ｘａは、有担体区画１ｂに形成される下降流を強化して処理対象廃水ＸとスポンジキューブＳとの接触を促進すると共に、スポンジキューブＳの浮上を抑制し、さらに、液面に生成される泡を消泡する。
【００５６】
以上のような第２実施形態の廃水処理装置Ｂによると、第１実施形態と同様な効果に加えて、上述したような処理対象廃水ＸとスポンジキューブＳとの接触促進の強化、スポンジキューブＳの浮上抑制の強化、さらに、液面に生成される泡の消泡を実現できるという効果を得られる。
なお、液体返送装置６として、上記のような循環ポンプに替えて、液体循環配管５内に空気を散気して、その空気のエアリフト効果で無担体区画１ｃに溜まった液体を反応槽１の液面上方まで返送（循環）させる循環用散気装置を設けても良い。
【００５７】
〔第３実施形態〕
上記第１及び第２実施形態共に、微生物が増殖してスポンジキューブＳ外にフロックとして出てきた場合、反応槽１の無担体区画１ｃに接続されたドレン（図示省略）から、適宜、余剰汚泥として抜き出す必要があるが、余剰汚泥を濃縮する機構がないので、余剰汚泥の乾燥重量に比べて処理すべき汚泥量（容積）が大きくなる。従って、第１及び第２実施形態の構成はシンプルではあるが、生分解しやすい有機物やＳＳを多く含む処理対象廃水Ｘが高負荷で流入する場合には適さない。
【００５８】
次に説明する本発明の第３実施形態は、処理すべき余剰汚泥量を削減でき、生分解しやすい有機物やＳＳを多く含む処理対象廃水Ｘが高負荷で流入する場合に対して好適なものである。図３は、第３実施形態における廃水処理装置Ｃの構成概略図である。この図３に示すように、第３実施形態の廃水処理装置Ｃは、第１実施形態と同様の反応槽１、スクリーン２及び散気装置３に加えて、沈殿槽７、ガス抜き管８、第１の液体循環配管９、第２の液体循環配管１０、液体返送装置１１及びドレン１２を新たに備えている。なお、第３実施形態の廃水処理装置Ｃでは、第１実施形態で説明した液体排出管４は削除されている。
【００５９】
沈殿槽７は、水平面に対して直立すると共に上端が開放され、下端が閉鎖された筒状の槽であって、側部７ａから底部７ｂへ向かって傾斜する傾斜部７ｃ及び溜まった上澄液を処理水Ｙとして外部へ流出させるための流出口７ｄを有している。なお、この沈殿槽７の水平断面形状は、円形状でも多角形状でも良い。
【００６０】
ガス抜き管８は、沈殿槽７内に設置され、一端が沈殿槽７の液面上で開口し、他端が沈殿槽７の液面下で開口する管状部材である。第１の液体循環配管９は、一端が反応槽１の無担体区画１ｃと連通し、他端がガス抜き管８の途中（正確にはガス抜き管８の液面より下の部分）に接続されて連通する配管である。
【００６１】
第２の液体循環配管１０は、一端が沈殿槽７の底部７ｂ近傍と連通し、他端が反応槽１の液面上で開口する配管である。液体返送装置１１は、第２の液体循環配管１０の途中に設置され、沈殿槽７の底部７ｂに溜まった液体を第２の液体循環配管１０を介して反応槽１の液面へ返送する循環ポンプである。なお、この液体返送装置１１は、連続的に作動させても良いし、間欠的に作動させても良い。ドレン１２は、沈殿槽７の底部７ｂ近傍に接続された水抜き弁である。
【００６２】
上記のように構成された第３実施形態の廃水処理装置Ｃによって実現される廃水処理プロセスは以下の通りである。
反応槽１の上端側部に設けられた廃水導入口１ａから反応槽１の内部へ導入された処理対象廃水Ｘは、反応槽１内の下方へ向かって流れ込み、有担体区画１ｂ（スポンジキューブＳの充填層）に下降流が形成される。一方、散気装置３から反応槽１内に散気された空気（酸素）は、有担体区画１ｂへ向かって上昇し、スポンジキューブＳに付着した微生物に供給される。
【００６３】
上記のように有担体区画１ｂに形成された下降流によって、処理対象廃水ＸとスポンジキューブＳ（これに付着した微生物）との接触が促進され、微生物による処理対象廃水Ｘに含まれる有機物の分解が促進される。処理対象廃水Ｘは、有担体区画１ｂの下方に降下するほど清浄化され、有機物含有量の少ない処理対象廃水Ｘが無担体区画１ｃに溜まることになる。ここで、有担体区画１ｂと無担体区画１ｃは、スクリーン２によって仕切られているため、スポンジキューブＳが無担体区画１ｃに侵入することはない。
【００６４】
反応槽１の無担体区画１ｃに溜まった液体（清浄化された処理対象廃水Ｘ）は、第１の液体循環配管９を通じてガス抜き管８へ至り、ガス抜き管８を経由して沈殿槽７内に流入する。この沈殿槽７に流入した液体に含まれる活性汚泥などの微生物は沈降して沈殿槽７の底部７ｂに沈殿する。ここで、沈殿槽７には傾斜部７ｃが設けられているため、活性汚泥などの微生物が底部７ｂに沈殿しやすい。一方、活性汚泥などの微生物の沈殿によって得られた上澄水は、沈殿槽７の上部側面に設けられた流出口７ｄから処理水Ｙとして外部に流出する。
【００６５】
また、沈殿槽７の底部７ｂに溜まった液体（沈殿した活性汚泥などの微生物を高濃度に含む液体）は、液体返送装置１１によって連続的或いは間欠的に第２の液体循環配管１０を介して反応槽１の液面上方まで返送され、その位置から液面に向かって循環水Ｘｂとして散水される。これにより、沈殿槽７において濃縮された活性汚泥などの微生物が反応槽１へ戻されるので、第１及び第２実施形態よりも反応槽１内の微生物を確実に維持できる。
【００６６】
また、余剰汚泥は、沈殿槽７の底部７ｂで濃縮されてドレン１２から外部へ排出されるので、第１及び第２実施形態よりも処理すべき汚泥量は減少する。なお、循環水Ｘｂは、第２実施形態と同様、反応槽１の有担体区画１ｂに形成される下降流を強化すると共に、スポンジキューブＳの浮上を抑制し、さらに、液面に生成される泡を消泡する役割も担う。
以上のような第３実施形態の廃水処理装置Ｂによると、第１及び第２実施形態と同様な効果に加えて、処理すべき余剰汚泥量を削減できる（生分解しやすい有機物やＳＳを多く含む処理対象廃水Ｘが高負荷で流入する場合に対して好適）という効果を得られる。
【００６７】
〔第４実施形態〕
次に、本発明の第４実施形態について説明する。図４は、第４実施形態における廃水処理装置Ｄの構成概略図である。この図４に示すように、第４実施形態の廃水処理装置Ｄは、第１実施形態と同様の反応槽１、スクリーン２及び散気装置３に加えて、濾過槽１３、濾過膜モジュール１４、洗浄用散気装置１５、第１の液体循環配管１６、ガス抜き管１７、第２の液体循環配管１８、液体返送装置１９及びドレン２０を新たに備えている。なお、第４実施形態の廃水処理装置Ｄでは、第１実施形態で説明した液体排出管４は削除されている。
【００６８】
濾過槽１３は、水平面に対して直立すると共に上端が開放され、下端が閉鎖された筒状の槽であって、側部１３ａから底部１３ｂへ向かって傾斜する傾斜部１３ｃ及び後述の濾過膜モジュール１４から得られる濾過液を処理水Ｙとして外部へ流出させるための流出口１３ｄを有している。なお、この沈殿槽１３の水平断面形状は、円形状でも多角形状でも良い。
【００６９】
濾過膜モジュール１４は、精密濾過膜等の濾過膜に囲まれてなる濾過構造体であり、濾過槽１３内の中央部に設置されて、濾過槽１３に溜まった液体を濾過膜によって濾過して得られる濾過液を流出口１３ｄを介して外部に流出させる。洗浄用散気装置１５は、濾過槽１３内において濾過膜モジュール１４の下部に設置され、外部から供給される空気を濾過膜モジュール１４に向けて散気する。
【００７０】
第１の液体循環配管１６は、一端が反応槽１の無担体区画１ｃと連通し、他端が反応槽１の液面と同じ高さ位置で濾過槽１３側へ延びて濾過槽１３と連通する配管である。ガス抜き管１７は、一端が反応槽１の液面と同じ高さ位置で上記第１の液体循環配管１６と接続されて連通し、他端が上方へ延びて開口する管状部材である。
【００７１】
第２の液体循環配管１８は、一端が濾過槽１３の底部１３ｂ近傍と連通し、他端が反応槽１の液面上で開口する配管である。液体返送装置１９は、第２の液体循環配管１８の途中に設置され、濾過槽１３の底部１３ｂに溜まった液体を第２の液体循環配管１８を介して反応槽１の液面へ返送する循環ポンプである。なお、この液体返送装置１９は、連続的に作動させても良いし、間欠的に作動させても良い。ドレン２０は、濾過槽１３の底部１３ｂ近傍に接続された水抜き弁である。
【００７２】
上記のように構成された第４実施形態の廃水処理装置Ｄによって実現される廃水処理プロセスは以下の通りである。
反応槽１の上端側部に設けられた廃水導入口１ａから反応槽１の内部へ導入された処理対象廃水Ｘは、反応槽１内の下方へ向かって流れ込み、有担体区画１ｂ（スポンジキューブＳの充填層）に下降流が形成される。一方、散気装置３から反応槽１内に散気された空気（酸素）は、有担体区画１ｂへ向かって上昇し、スポンジキューブＳに付着した微生物に供給される。
【００７３】
上記のように有担体区画１ｂに形成された下降流によって、処理対象廃水ＸとスポンジキューブＳ（これに付着した微生物）との接触が促進され、微生物による処理対象廃水Ｘに含まれる有機物の分解が促進される。処理対象廃水Ｘは、有担体区画１ｂの下方に降下するほど清浄化され、有機物含有量の少ない処理対象廃水Ｘが無担体区画１ｃに溜まることになる。ここで、有担体区画１ｂと無担体区画１ｃは、スクリーン２によって仕切られているため、スポンジキューブＳが無担体区画１ｃに侵入することはない。
【００７４】
反応槽１の無担体区画１ｃに溜まった液体（清浄化された処理対象廃水Ｘ）は、第１の液体循環配管１６を通じて濾過槽１３内に流入する。この濾過槽１３に流入した液体に含まれる活性汚泥などの微生物は濾過膜モジュール１４によって取り除かれ、濾過槽１３の底部１３ｂへ沈降して溜まる。ここで、濾過槽１３には傾斜部１３ｃが設けられているため、活性汚泥などの微生物が底部１３ｂに溜まりやすい。一方、活性汚泥などの微生物が除去されて得られる濾過液は処理水Ｙとして濾過膜モジュール１４から流出口１３ｄを介して外部に流出する。
ここで、濾過膜モジュール１４の目詰まり等により濾過性能が低下した場合には、洗浄用散気装置１５から空気を供給することで、濾過膜モジュール１４を洗浄して濾過性能を回復させることができる。
【００７５】
また、濾過槽１３の底部１３ｂに溜まった液体（活性汚泥などの微生物を高濃度に含む液体）は、液体返送装置１９によって連続的或いは間欠的に第２の液体循環配管１８を介して反応槽１の液面上方まで返送され、その位置から液面に向かって循環水Ｘｃとして散水される。これにより、濾過槽１３において濃縮された活性汚泥などの微生物が反応槽１へ戻されるので、第１及び第２実施形態よりも反応槽１内の微生物を確実に維持できる。
【００７６】
また、余剰汚泥は、濾過槽１３の底部１３ｂで濃縮されてドレン２０から外部へ排出されるので、第１及び第２実施形態よりも処理すべき汚泥量は減少する。なお、循環水Ｘｃは、第２実施形態と同様、反応槽１の有担体区画１ｂに形成される下降流を強化すると共に、スポンジキューブＳの浮上を抑制し、さらに、液面に生成される泡を消泡する役割も担う。
【００７７】
以上のような第４実施形態の廃水処理装置Ｄによると、第１及び第２実施形態と同様な効果に加えて処理すべき余剰汚泥量を削減できるという効果を得られる。また、第４実施形態の廃水処理装置Ｄでは、濾過槽１３内において、沈殿ではなく、濾過によって液体中の混濁物（活性汚泥等）を除去するので、第３実施形態よりも一層浄化された処理水Ｙを得られる。
なお、濾過槽１３の水位は濾過膜モジュール１４の詰まり具合により変動するが、ガス抜き管１７内の水位は維持されるので、反応槽１の水位は変動しない。
【００７８】
〔第５実施形態〕
次に、本発明の第５実施形態について説明する。図５は、第５実施形態における廃水処理装置Ｅの構成概略図である。この図５に示すように、第５実施形態の廃水処理装置Ｅは、第１実施形態と同様の反応槽１、スクリーン２及び散気装置３に加えて、濾過槽２１、仕切り板２２、濾過層２３、逆洗用散気装置２４、第１の液体循環配管２５、ガス抜き管２６、逆洗用レベル計２７、逆洗排水管２８、逆洗空気用電磁弁２９、逆洗排水用電磁弁３０、第２の液体循環配管３１、液体返送装置３２及び返送用レベル計３３を新たに備えている。なお、第５実施形態の廃水処理装置Ｅでは、第１実施形態で説明した液体排出管４は削除されている。
【００７９】
濾過槽２１は、水平面に対して直立すると共に上端が開放され、下端が閉鎖された筒状の槽であって、側部の所定高さ位置には後述の濾過層２３から得られる濾過液を処理水Ｙとして外部へ流出させるための流出口２１ａを有している。なお、この沈殿槽２１の水平断面形状は、円形状でも多角形状でも良い。仕切り板２２は、完全に水を遮断する板であり、濾過槽２１内を上側の濾過区画２１ｂと下側の逆洗排水貯留区画２１ｃとに仕切るものである。逆洗排水貯留区画２１ｃの最大容量は、濾過区画２１ｂの水の占める有効容積と同程度かそれ以上であることが望ましい。なお、逆洗排水貯留区画２１ｃの側部にはガス抜き口２１ｄが設けられている。
【００８０】
濾過層２３は、濾過区画２１ｂを上下に分割する領域の上側領域に設置されて濾過区画２１ｂ内の液体を濾過するものであり、下層側から網状部材層２３ａ（スクリーン）、砂利層２３ｂ、珪砂やプラスチック製の濾材層２３ｃの順で水平断面の全面を覆うように積層されて成る。なお、流出口２１ａは、この濾過区画２１ｂにおける濾過層２３の上方側面に設けられている。逆洗用散気装置２４は、濾過区画２１ｂ内の濾材層２３ｃ内に設置され、外部から供給される空気を水平断面の全面を覆うように濾過区画２１ｂ内に散気するものである。
【００８１】
第１の液体循環配管２５は、一端が反応槽１の無担体区画１ｃと連通し、他端が濾過槽２１の濾過区画２１ｂ内の下側領域と連通する配管である。ガス抜き管２６は、一端が反応槽１の液面と同じ高さ位置で上記第１の液体循環配管２５と接続されて連通し、他端が上方へ延びて開口する管状部材である。逆洗用レベル計２７は、ガス抜き管２６の水位を計測する第１の水位計である。逆洗排水管２８は、一端が濾過槽２１の濾過区画２１ｂ内の下側領域と連通し、他端が逆洗排水貯留区画２１ｃと連通する配管である。
【００８２】
逆洗空気用電磁弁２９は、逆洗用散気装置２４に対する空気供給ラインに介挿され、逆洗用レベル計２７によるガス抜き管２６の水位計測結果に応じて開閉状態が制御される第１の制御弁である。逆洗排水用電磁弁３０は、逆洗排水管２８に介挿され、逆洗用レベル計２７によるガス抜き管２６の水位計測結果に応じて開閉状態が制御される第２の制御弁である。なお、これら逆洗空気用電磁弁２９及び逆洗排水用電磁弁３０は、通常、閉状態に制御される。
【００８３】
第２の液体循環配管３１は、一端が濾過槽２１の逆洗排水貯留区画２１ｃの底部近傍と連通し、他端が反応槽１の液面上で開口する配管である。液体返送装置３２は、第２の液体循環配管３１の途中に設置され、濾過槽２１の逆洗排水貯留区画２１ｃに溜まった液体を第２の液体循環配管３１を介して反応槽１の液面へ返送する循環ポンプである。返送用レベル計３３は、濾過槽２１の逆洗排水貯留区画２１ｃの水位を計測する第２の水位計である。上記の液体返送装置３２は、返送用レベル計３３による逆洗排水貯留区画２１ｃの水位計測結果に応じて作動／停止が制御される。
【００８４】
上記のように構成された第５実施形態の廃水処理装置Ｅによって実現される廃水処理プロセスは以下の通りである。
反応槽１の上端側部に設けられた廃水導入口１ａから反応槽１の内部へ導入された処理対象廃水Ｘは、反応槽１内の下方へ向かって流れ込み、有担体区画１ｂ（スポンジキューブＳの充填層）に下降流が形成される。一方、散気装置３から反応槽１内に散気された空気（酸素）は、有担体区画１ｂへ向かって上昇し、スポンジキューブＳに付着した微生物に供給される。
【００８５】
上記のように有担体区画１ｂに形成された下降流によって、処理対象廃水ＸとスポンジキューブＳ（これに付着した微生物）との接触が促進され、微生物による処理対象廃水Ｘに含まれる有機物の分解が促進される。処理対象廃水Ｘは、有担体区画１ｂの下方に降下するほど清浄化され、有機物含有量の少ない処理対象廃水Ｘが無担体区画１ｃに溜まることになる。ここで、有担体区画１ｂと無担体区画１ｃは、スクリーン２によって仕切られているため、スポンジキューブＳが無担体区画１ｃに侵入することはない。
【００８６】
反応槽１の無担体区画１ｃに溜まった液体（清浄化された処理対象廃水Ｘ）は、第１の液体循環配管２５を通じて濾過槽２１の濾過区画２１ｂ内に流入する。この濾過区画２１ｂに流入した液体は、濾過層２３に入り、スクリーン２３ａ、砂利層２３ｂ、濾材層２３ｃを経て上昇するうちに、その含有する活性汚泥等の懸濁物が除去され、清澄な水（濾過液）が処理水Ｙとして流出口２１ａから流出（オーバーフロー）する。
【００８７】
懸濁物で濾過層２３が目詰まりしてくると、ガス抜き管２６の水位が上昇する。これを逆洗用レベル計２７で検知し、逆洗空気用電磁弁２９及び逆洗排水用電動弁３０を開状態とする。すると、逆洗用散気装置２４によって濾過区画２１ｂ内に空気が供給され、濾過区画２１ｂ内の液体はその空気で攪拌されながら、逆洗排水管２８を経て逆洗排水貯留区画２１ｃに落下し、同時に濾過層２３に捕捉された懸濁物の大部分が逆洗排水貯留区画２１ｃに落下する。
【００８８】
これによりガス抜き管２６の水位が下がるため、これを逆洗用レベル計２７で検知し、遅延タイマで適当な時間の経過後に逆洗空気用電磁弁２９及び逆洗排水用電動弁３０を閉状態に戻す。この一連の操作で逆洗排水貯留区画２１ｃの水位が上昇すれば、返送用レベル計３３でそれを検知し、逆洗排水貯留区画２１ｃの液体（活性汚泥を高濃度に含む液体）は、液体返送装置３２によって第２の液体循環配管３１を介して反応槽１の液面上方まで返送され、その位置から液面に向かって循環水Ｘｄとして散水される。
【００８９】
これにより、濾過槽２１において濃縮された活性汚泥などの微生物が反応槽１へ戻されるので、第１及び第２実施形態よりも反応槽１内の微生物を確実に維持できる。返送用レベル計３３にて逆洗排水貯留区画２１ｃの水位が底面近くまで低下したことを検知して、液体返送装置３２を停止させる。なお、循環水Ｘｄは、第２実施形態と同様、反応槽１の有担体区画１ｂに形成される下降流を強化すると共に、スポンジキューブＳの浮上を抑制し、さらに、液面に生成される泡を消泡する役割も担う。
【００９０】
以上のような第５実施形態の廃水処理装置Ｅによると、第１及び第２実施形態と同様な効果に加えて、第３実施形態と同様に処理すべき余剰汚泥量を削減できるという効果を得られる。また、第５実施形態の廃水処理装置Ｅでは、濾過槽２１内において、沈殿ではなく、濾過によって液体中の混濁物（活性汚泥等）を除去するので、第３実施形態よりも一層浄化された処理水Ｙを得られる。
なお、濾過槽２１の水位は濾過層２３の詰まり具合により変動するが、ガス抜き管２６内の水位は維持されるので、反応槽１の水位は変動しない。
【００９１】
以上、本発明の第１〜第５実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、以下のような変形例が挙げられる。
上記第１〜第５実施形態では、反応槽１において、スクリーン２の下方に散気装置３を設置する場合を例示したが、この散気装置３をスクリーン２の上方に設置しても良い。
また、上記第１〜第５実施形態において、反応槽１の廃水導入口１ａに、スポンジキューブＳの逆流を防ぐためのストレーナを設けても良い。
また、上記第１〜第５実施形態において、反応槽１の上端開放部からのスポンジキューブＳの流出を防止するために、反応槽１の上端開放部を覆うように担体流出防止部材（例えば網状の蓋など）を設けても良い。
また、上記第１〜第５実施形態では、処理対象廃水Ｘとして非破壊検査に用いられる浸透液を含む廃水を例示したが、本発明は発泡性を有する廃水の処理に広く適用することができる。スポンジキューブＳの材質は処理対象廃水の性状に応じて適宜変更すれば良い。
【符号の説明】
【００９２】
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ…廃水処理装置、１…反応槽、２…スクリーン（網状部材）、３…散気装置、４…液体排出管、５…液体循環配管、６、１１、１９、３２…液体返送装置、７…沈殿槽、８、１７、２６…ガス抜き管、９、１６、２５…第１の液体循環配管、１０、１８、３１…第２の液体循環配管、１２、２０…ドレン（水抜き弁）、１３、２１…濾過槽、１４…濾過膜モジュール（濾過構造体）、１５…洗浄用散気装置、２２…仕切り板、２３…濾過層、２４…逆洗用散気装置、２７…逆洗用レベル計（第１の水位計）、２８…逆洗排水管、２９…逆洗空気用電磁弁（第１の制御弁）、３０…逆洗排水用電磁弁（第２の制御弁）、３３…返送用レベル計（第２の水位計）、Ｓ…スポンジキューブ（多孔質担体）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平面に対して直立すると共に上端が開放され、下端が閉鎖された筒状の反応槽と、
前記反応槽内を上側の有担体区画と下側の無担体区画とに仕切る網状部材と、
前記網状部材の下側或いは上側に設置され、外部から供給される酸素含有気体を前記反応槽内に散気する散気装置と、を備え、
前記反応槽は、微生物及び複数の多孔質担体が充填されていると共に、上端から処理対象廃水が導入され、
前記網状部材は、前記有担体区画から前記無担体区画への前記多孔質担体の移動を阻止することを特徴とする廃水処理装置。
【請求項２】
一端が前記無担体区画と連通し、他端が前記反応槽の液面上で開口する液体循環配管と、
前記液体循環配管の途中に設置され、前記無担体区画の液体を前記液体循環配管を介して前記反応槽の液面へ返送する液体返送装置と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の廃水処理装置。
【請求項３】
一端が前記無担体区画と連通し、他端が前記反応槽の液面と同じ高さ位置で開口する液体排出管を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の廃水処理装置。
【請求項４】
側部から底部へ向かって傾斜する傾斜部及び溜まった上澄液を外部へ流出させるための流出口を有する沈殿槽と、
一端が前記反応槽の無担体区画と連通し、他端が前記沈殿槽と連通する第１の液体循環配管と、
一端が前記沈殿槽の底部と連通し、他端が前記反応槽の液面上で開口する第２の液体循環配管と、
前記第２の液体循環配管の途中に設置され、前記沈殿槽の底部の液体を前記第２の液体循環配管を介して前記反応槽の液面へ返送する液体返送装置と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の廃水処理装置。
【請求項５】
側部から底部へ向かって傾斜する傾斜部及び濾過液を外部へ流出させるための流出口を有する濾過槽と、
前記濾過槽内に設置され、前記濾過槽に溜まった液体を濾過膜によって濾過して得られる濾過液を前記流出口を介して流出させる濾過構造体と、
一端が前記反応槽の無担体区画と連通し、他端が前記反応槽の液面と同じ高さ位置で前記濾過槽側へ延びて前記濾過槽と連通する第１の液体循環配管と、
一端が前記反応槽の液面と同じ高さ位置で前記第１の液体循環配管と接続されて連通し、他端が上方へ延びて開口するガス抜き管と、
一端が前記濾過槽の底部と連通し、他端が前記反応槽の液面上で開口する第２の液体循環配管と、
前記第２の液体循環配管の途中に設置され、前記濾過槽の底部の液体を前記第２の液体循環配管を介して前記反応槽の液面へ返送する液体返送装置と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の廃水処理装置。
【請求項６】
前記濾過槽内において前記濾過構造体の下部に設置され、外部から供給される空気を前記濾過構造体に向けて散気する洗浄用散気装置を備えることを特徴とする請求項５に記載の廃水処理装置。
【請求項７】
濾過液を外部へ流出させるための流出口を有する濾過槽と、
前記濾過槽内を上側の濾過区画と下側の逆洗排水貯留区画とに仕切る仕切り板と、
前記濾過区画内の上側領域に設置され、前記濾過区画内の液体を濾過して前記濾過液とする濾過層と、
前記濾過区画内の上側領域の濾過層内に設置され、外部から供給される空気を前記濾過区画内に散気する逆洗用散気装置と、
一端が前記反応槽の無担体区画と連通し、他端が前記濾過槽の濾過区画内の下側領域と連通する第１の液体循環配管と、
一端が前記反応槽の液面と同じ高さ位置で前記第１の液体循環配管と接続されて連通し、他端が上方へ延びて開口するガス抜き管と、
前記ガス抜き管の水位を計測する第１の水位計と、
一端が前記濾過区画内の下側領域と連通し、他端が前記逆洗排水貯留区画と連通する逆洗排水管と、
前記逆洗用散気装置に対する空気供給ラインに介挿され、前記第１の水位計による前記ガス抜き管の水位計測結果に応じて開閉状態が制御される第１の制御弁と、
前記逆洗排水管に介挿され、前記第１の水位計による前記ガス抜き管の水位計測結果に応じて開閉状態が制御される第２の制御弁と、
一端が前記濾過槽の逆洗排水貯留区画と連通し、他端が前記反応槽の液面上で開口する第２の液体循環配管と、
前記第２の液体循環配管の途中に設置され、前記濾過槽の逆洗排水貯留区画の液体を前記第２の液体循環配管を介して前記反応槽の液面へ返送する液体返送装置と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の廃水処理装置。
【請求項８】
前記濾過槽の逆洗排水貯留区画の水位を計測する第２の水位計を備え、
前記液体返送装置は、前記第２の水位計による前記逆洗排水貯留区画の水位計測結果に応じて作動／停止が制御されることを特徴とする請求項７に記載の廃水処理装置。
【請求項９】
前記反応槽の上端開放部からの前記多孔質担体の流出を防止するために、前記上端開放部を覆うように設置された担体流出防止部材を備えることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の廃水処理装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の廃水処理装置を用いて、発泡性を有する前記処理対象廃水を処理することを特徴とする廃水処理方法。
【請求項１１】
請求項２〜９のいずれか一項に記載の廃水処理装置を用いて、発泡性を有する前記処理対象廃水を、前記液体返送装置を連続的または間欠的に作動させて、前記反応槽の液面に生成される泡を消泡しながら処理することを特徴とする廃水処理方法。
【請求項１２】
前記発泡性を有する処理対象廃水は、非破壊検査に用いられる浸透液を含む廃水であることを特徴とする請求項１０または１１に記載の廃水処理方法。
【請求項１】
水平面に対して直立すると共に上端が開放され、下端が閉鎖された筒状の反応槽と、
前記反応槽内を上側の有担体区画と下側の無担体区画とに仕切る網状部材と、
前記網状部材の下側或いは上側に設置され、外部から供給される酸素含有気体を前記反応槽内に散気する散気装置と、を備え、
前記反応槽は、微生物及び複数の多孔質担体が充填されていると共に、上端から処理対象廃水が導入され、
前記網状部材は、前記有担体区画から前記無担体区画への前記多孔質担体の移動を阻止することを特徴とする廃水処理装置。
【請求項２】
一端が前記無担体区画と連通し、他端が前記反応槽の液面上で開口する液体循環配管と、
前記液体循環配管の途中に設置され、前記無担体区画の液体を前記液体循環配管を介して前記反応槽の液面へ返送する液体返送装置と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の廃水処理装置。
【請求項３】
一端が前記無担体区画と連通し、他端が前記反応槽の液面と同じ高さ位置で開口する液体排出管を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の廃水処理装置。
【請求項４】
側部から底部へ向かって傾斜する傾斜部及び溜まった上澄液を外部へ流出させるための流出口を有する沈殿槽と、
一端が前記反応槽の無担体区画と連通し、他端が前記沈殿槽と連通する第１の液体循環配管と、
一端が前記沈殿槽の底部と連通し、他端が前記反応槽の液面上で開口する第２の液体循環配管と、
前記第２の液体循環配管の途中に設置され、前記沈殿槽の底部の液体を前記第２の液体循環配管を介して前記反応槽の液面へ返送する液体返送装置と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の廃水処理装置。
【請求項５】
側部から底部へ向かって傾斜する傾斜部及び濾過液を外部へ流出させるための流出口を有する濾過槽と、
前記濾過槽内に設置され、前記濾過槽に溜まった液体を濾過膜によって濾過して得られる濾過液を前記流出口を介して流出させる濾過構造体と、
一端が前記反応槽の無担体区画と連通し、他端が前記反応槽の液面と同じ高さ位置で前記濾過槽側へ延びて前記濾過槽と連通する第１の液体循環配管と、
一端が前記反応槽の液面と同じ高さ位置で前記第１の液体循環配管と接続されて連通し、他端が上方へ延びて開口するガス抜き管と、
一端が前記濾過槽の底部と連通し、他端が前記反応槽の液面上で開口する第２の液体循環配管と、
前記第２の液体循環配管の途中に設置され、前記濾過槽の底部の液体を前記第２の液体循環配管を介して前記反応槽の液面へ返送する液体返送装置と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の廃水処理装置。
【請求項６】
前記濾過槽内において前記濾過構造体の下部に設置され、外部から供給される空気を前記濾過構造体に向けて散気する洗浄用散気装置を備えることを特徴とする請求項５に記載の廃水処理装置。
【請求項７】
濾過液を外部へ流出させるための流出口を有する濾過槽と、
前記濾過槽内を上側の濾過区画と下側の逆洗排水貯留区画とに仕切る仕切り板と、
前記濾過区画内の上側領域に設置され、前記濾過区画内の液体を濾過して前記濾過液とする濾過層と、
前記濾過区画内の上側領域の濾過層内に設置され、外部から供給される空気を前記濾過区画内に散気する逆洗用散気装置と、
一端が前記反応槽の無担体区画と連通し、他端が前記濾過槽の濾過区画内の下側領域と連通する第１の液体循環配管と、
一端が前記反応槽の液面と同じ高さ位置で前記第１の液体循環配管と接続されて連通し、他端が上方へ延びて開口するガス抜き管と、
前記ガス抜き管の水位を計測する第１の水位計と、
一端が前記濾過区画内の下側領域と連通し、他端が前記逆洗排水貯留区画と連通する逆洗排水管と、
前記逆洗用散気装置に対する空気供給ラインに介挿され、前記第１の水位計による前記ガス抜き管の水位計測結果に応じて開閉状態が制御される第１の制御弁と、
前記逆洗排水管に介挿され、前記第１の水位計による前記ガス抜き管の水位計測結果に応じて開閉状態が制御される第２の制御弁と、
一端が前記濾過槽の逆洗排水貯留区画と連通し、他端が前記反応槽の液面上で開口する第２の液体循環配管と、
前記第２の液体循環配管の途中に設置され、前記濾過槽の逆洗排水貯留区画の液体を前記第２の液体循環配管を介して前記反応槽の液面へ返送する液体返送装置と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の廃水処理装置。
【請求項８】
前記濾過槽の逆洗排水貯留区画の水位を計測する第２の水位計を備え、
前記液体返送装置は、前記第２の水位計による前記逆洗排水貯留区画の水位計測結果に応じて作動／停止が制御されることを特徴とする請求項７に記載の廃水処理装置。
【請求項９】
前記反応槽の上端開放部からの前記多孔質担体の流出を防止するために、前記上端開放部を覆うように設置された担体流出防止部材を備えることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の廃水処理装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の廃水処理装置を用いて、発泡性を有する前記処理対象廃水を処理することを特徴とする廃水処理方法。
【請求項１１】
請求項２〜９のいずれか一項に記載の廃水処理装置を用いて、発泡性を有する前記処理対象廃水を、前記液体返送装置を連続的または間欠的に作動させて、前記反応槽の液面に生成される泡を消泡しながら処理することを特徴とする廃水処理方法。
【請求項１２】
前記発泡性を有する処理対象廃水は、非破壊検査に用いられる浸透液を含む廃水であることを特徴とする請求項１０または１１に記載の廃水処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１８７５５７（Ｐ２０１２−１８７５５７Ａ）
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５５５０２（Ｐ２０１１−５５５０２）
【出願日】平成２３年３月１４日（２０１１．３．１４）
【出願人】（５９１１０４８１５）株式会社アイ・エヌ・シー・エンジニアリング (8)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１４日（２０１１．３．１４）
【出願人】（５９１１０４８１５）株式会社アイ・エヌ・シー・エンジニアリング (8)
【Ｆターム（参考）】
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