排水処理装置および排水処理方法
【課題】地震、津波または集中豪雨などの災害で被災し機能不全に陥った水処理施設に対する応急復旧対策等としても使用できる排水処理方法および排水処理装置を提供する。
【解決手段】排水処理装置は、流入する排水を処理する生物反応槽１と、この生物反応槽１内に配設された複数のろ材モジュール２と、各ろ材モジュール２の下方に設けられた散気装置３と、生物反応槽１からの処理液を処理水と分離汚泥に固液分離する固液分離槽４とから構成されており、各ろ材モジュール２には、幹糸６ａおよび枝糸６ｂを備えた複数のひも状ろ材６が配設されている。
【解決手段】排水処理装置は、流入する排水を処理する生物反応槽１と、この生物反応槽１内に配設された複数のろ材モジュール２と、各ろ材モジュール２の下方に設けられた散気装置３と、生物反応槽１からの処理液を処理水と分離汚泥に固液分離する固液分離槽４とから構成されており、各ろ材モジュール２には、幹糸６ａおよび枝糸６ｂを備えた複数のひも状ろ材６が配設されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、簡便な水処理方法に関するもので、地震、津波または集中豪雨などの災害で被災し機能不全に陥った水処理施設に対する応急復旧対策等として使用できる他、応急復旧後または平時においても、例えば、汚濁物質濃度の高い産業排水等、他の分野の排水処理に適用が可能な排水処理方法および排水処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
災害などで機能不全に陥った水処理施設は、災害直後の人員、物資および電気などの確保が困難な状況においても既存の水槽や池などの土木構造物を活用した沈殿および消毒処理など、可能な限りの処理を行い（緊急措置）、公衆衛生の確保や浸水被害軽減に迅速に対応し(応急復旧）、再度災害を防止することを目的とした「本復旧」へと移行させていく必要がある。
【０００３】
しかし、災害はその程度や規模が千差万別であり、且つ災害を受けた水処理施設の規模や水処理方式も様々であり、具体的な緊急措置、応急復旧の方策はその時々の状況に応じて適宜行なわれる。
【０００４】
既存の水処理施設の水槽や各種配管、動力機器類等の復旧が可能である場合には、早急に復旧が見込まれる設備と、予想される排水の流入量とから実現可能な処理方針を定め、これに基づいて仮設の処理システムを構築し、「本復旧」までの間、排水の処理を行うことになる。
【０００５】
これに対し、既存の水処理施設の各種配管や動力機器類の復旧が困難で機能不全に陥っている場合には、既存の水処理施設での排水の流路や水槽の機能を簡易な改造によって変更して処理水が放流される水系への影響が少なく、許容される最低限の排水処理を行うことになる。この場合、例えば、水槽に接触ろ材を設置して曝気を行い、汚濁物質を簡易処理する接触酸化法などの適用が考えられる。
【０００６】
水槽に接触ろ材を設置して行う接触酸化法としては、接触ろ材としての生物膜担体を有する生物ろ床と空気供給部とを備えた水質浄化流路を環状に形成し、該水質浄化流路における処理原水の流入位置を逐次変更し、さらに処理原水の流入位置の変更に合わせて浄化水の排出位置を変更して水質浄化流路内を流れる液の経路を変える生物ろ床式水質浄化方法および装置が知られている（特許文献１の段落００１９乃至段落００２４参照）。この水質浄化方法によれば、接触ろ材に成長する生物膜が目詰まりを起こしにくく、水質浄化作用が低下しにくいとされる。
しかし、特許文献１に記載された水質浄化装置と方法を応急復旧対策として用いたとしても、応急復旧時に想定される前処理の不十分な排水に含まれるし渣などの高い濃度の懸濁物質（浮遊性物質：ＳＳ）による接触ろ材の目詰まり（閉塞）に十分に対応することが困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−１０２８７５号公報（段落〔０００６〕）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
応急復旧にろ材を用いた排水処理を行う場合においては、し渣の除去などスクリーンによる前処理が十分でなく排水中の浮遊性物質濃度が高いために、ろ材に閉塞が生じ、この閉塞は時間の経過と共に増大し、十分な酸素が生物膜に供給されなくなり、嫌気環境下で生物膜の内部が腐敗すると共に、水槽内におけるろ材設置領域が排水処理に供されないデッドスペースとなり、排水の流路が短絡する結果、当該水槽の生物処理能力の低下を招くという課題があった。
【０００９】
ろ材の閉塞を抑制するために、ろ材に対して空気洗浄等を行う場合においても、水面下に設置されているろ材の閉塞状況を外部から確認できないため、その閉塞状況に応じて、適宜、ろ材を洗浄できないという課題があった。
【００１０】
応急復旧では、排水処理装置の運転開始時（立上時）に生物反応槽に投入されるべき汚泥（種汚泥）の入手が困難であるため、限られた量の種汚泥で早期に生物反応槽の処理機能を安定化させる必要があるという課題があった。
【００１１】
ろ材への生物膜の付着量は、排水が流入する上流側では生物膜の付着量が多くなり、処理液が流出する下流側では生物膜の付着量が少なくなるなど、水槽におけるろ材の設置場所によって異なる。このため、水槽に設置されたすべてのろ材が均一かつ有効に利用されていないという課題があった。
【００１２】
応急復旧時には、従来の排水処理装置から発生する汚泥の処分が困難であるため、汚泥の発生量を少なくする必要があるという課題があった。
【００１３】
応急復旧では、被災し機能不全に陥った排水処理装置のうち、使用可能な設備を転用して排水処理を行い、処理水を放流する水系への負荷を最小限に抑える必要があるという課題があった。
【００１４】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、例えば、地震、津波および集中豪雨などの災害で被災し機能不全に陥った水処理施設に対する応急復旧対策等としても使用できる排水処理方法および排水処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に係る排水処理装置は、幹糸および枝糸を備えたひも状ろ材が複数配設されたろ材モジュールと、該ろ材モジュールが一つまたは二つ以上設けられていると共に、流入する排水を処理する生物反応槽と、前記ろ材モジュールの下方に設けられた散気設備と、前記生物反応槽の処理液を導入して、処理水と分離汚泥に固液分離する固液分離槽とからなることを特徴とするものである。
【００１６】
本発明に係る排水処理装置は、前記分離汚泥の一部または全部を前記生物反応槽へ返送する汚泥返送管が設けられていることを特徴とするものである。
【００１７】
本発明に係る排水処理装置は、前記生物反応槽には、上流側から下流側にわたり複数の排水流入口が設けられていることを特徴とするものである。
【００１８】
本発明に係る排水処理装置は、前記固液分離槽には、複数枚の分離羽根が間隙をもって配設されていると共に、前記処理液が流入する回転筒が設けられていることを特徴とするものである。
【００１９】
本発明に係る排水処理装置は、前記生物反応槽は流入調整槽および／または前曝気槽であり、前記固液分離槽は最初沈殿池であることを特徴とするものである。
【００２０】
本発明に係る排水処理方法は、流入調整槽および／または前曝気槽に、幹糸および枝糸を備えたひも状ろ材が複数本配設されたろ材モジュールを一つまたは二つ以上設け、散気設備で曝気しながら流入する排水を処理し、最初沈殿池に、前記流入調整槽および／または前記前曝気槽から流出する処理液を導入して処理水と分離汚泥に固液分離することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る排水処理装置によれば、幹糸および枝糸を備えたひも状ろ材が複数配設されたろ材モジュールと、該ろ材モジュールが一つまたは二つ以上設けられていると共に、流入する排水を処理する生物反応槽と、前記ろ材モジュールの下方に設けられた散気設備と、前記生物反応槽の処理液を導入して、処理水と分離汚泥に固液分離する固液分離槽とを含む構成としたので、次のような優れた作用効果を奏する。
ろ材モジュールを構成するひも状ろ材の枝糸は、生物反応槽内において、処理対象液（生物反応槽内に導入され、かつ、種汚泥または浮遊汚泥等の活性汚泥により生物処理を受けている排水）などの液体や散気装置から供給される気体などの流体の応力に対して幹糸と接続する部分を支点として上下左右に自由に且つ柔軟に動く（自由動）構造となっている。一方、散気設備は、処理対象液中に空気を供給し、その空気の浮力等により処理対象液中に上昇流を発生させると共に、ひも状ろ材に増殖した生物膜に対して汚濁物質の酸化分解に必要な酸素を供給する。生物処理中にひも状ろ材の表面に形成された生物膜が後述のように肥大化しても、上昇流や枝糸の自由動などにより、その生物膜の一部が剥離し、ろ材の閉塞を防止できる。
仮に、し渣の除去などスクリーンによる前処理が十分ではなく浮遊物質濃度が高い排水によってろ材が閉塞した場合でも、ろ材モジュールを引き上げることにより、ろ材の閉塞箇所を適宜、確認し、必要に応じて清掃を行うことが可能となる。これにより閉塞箇所の増大を抑制し、常に生物膜に十分な酸素供給が行えるようになるため、生物反応槽の生物処理能力を維持できる。
また、ろ材モジュールを引き上げることにより、ろ材モジュール毎の生物膜の付着度合を確認できるため、ろ材モジュール毎に空気洗浄の条件（洗浄空気量、洗浄頻度）を容易に設定することができ、かつ、生物反応槽の生物処理能力を安定化させることができる。
【００２２】
本発明に係る排水処理装置によれば、分離汚泥の一部または全部を生物反応槽へ返送する汚泥返送管を設ける構成としたので、次のような優れた作用効果を奏する。
排水処理装置の運転開始時（立上時）には種となる汚泥（種汚泥）を生物反応槽に投入して生物反応槽の処理機能を早期に安定化させることが行われるが、災害後に遠方の排水処理施設から立上げに必要な十分量の種汚泥を入手し輸送することは困難であることが予想される。このような場合であっても、本発明では、生物反応槽から処理液と共に流出する種汚泥を再度生物反応槽に返送することが可能となり、少ない種汚泥を有効に再利用して、応急復旧においても生物反応槽の処理能力を早期に安定化させることができる。
また、分離汚泥の一部または全部を生物反応槽へ返送し、浮遊法と生物膜法とを混在させることができることから、ろ材に付着する生物膜量の調整が可能となる。
さらに、被災都市の復興が進むにつれて変化すると予想される排水の量や質に応じて処理能力の増強が可能となる。
【００２３】
本発明に係る排水処理装置によれば、生物反応槽に、上流側から下流側にわたり複数の排水流入口を設ける構成としたので、次のような優れた作用効果を奏する。
生物反応槽内において、ろ材への生物膜の付着量は、通常、排水が流入する上流側で多くなり、処理液が流出する下流側で少なくなる。この場合、上記複数の排水流入口から排水を適宜、供給することにより、ろ材への生物膜の付着量を容易にコントロールすることが可能となる。例えば、汚濁物質濃度の高い排水を直接生物反応槽の下流側に供給することで、上流側に供給される汚濁物質量を低減させると共に、下流側に供給される汚濁物質量を増大させて下流側のろ材に付着する生物膜を増殖させることができる。これにより、各ろ材への生物膜の付着量を均一化し、かつ、すべてのろ材を有効に利用することができる。
さらに、排水を生物反応槽の任意の位置（例えば区分けされたろ材の区画毎）に供給すること（ステップ流入）により、その区画毎に生物膜の増殖、すなわち付着量をコントロールすることが可能となる。
【００２４】
本発明に係る排水処理装置によれば、固液分離槽に、複数枚の分離羽根が間隙をもって配設されていると共に、処理液が流入する回転筒を設ける構成としたので、次のような優れた作用効果を奏する。
固液分離槽において分離された分離汚泥の濃度を高くすることができ、場外へ搬出される汚泥容積を少なくすることが可能となる。排水処理装置においては汚濁物質の負荷量が一定であれば、発生する分離汚泥量（重量）もほぼ一定となる。分離汚泥量（重量）が一定であれば分離汚泥濃度が濃いほど分離汚泥容量（容積）が小さくなり、搬出処分に要する運搬や処分に係る労力、エネルギーおよび費用が抑えられる。
【００２５】
本発明に係る排水処理装置によれば、生物反応槽として流入調整槽および／または前曝気槽を用い、固液分離槽として最初沈殿池を用いる構成としたので、次のような優れた作用効果を奏する。
被災して機能不全となった水処理施設の流入調整槽、前曝気槽または最初沈殿池を利用して、応急復旧を比較的低コストに且つ速やかに進めることが可能となる。下水などの水処理施設において、流入調整槽や前曝気槽は排水を収水する（下水）管路に最も近い排水処理施設の水槽であり、且つ、他の水処理施設を構成する水槽と比較して容量が小さい。このため、水処理施設が機能不全に陥った場合、他の水槽と比較して排水を受け入れ易い。また、ろ材モジュールを流入調整槽や前曝気槽に配設する場合においても、容量が小さいため、ろ材モジュールの配設されていない区画（空のスペース）が少なくなり、排水の短絡による処理不良を起こしにくい。
【００２６】
本発明に係る排水処理方法によれば、流入調整槽および／または前曝気槽に、幹糸および枝糸を備えたひも状ろ材が複数本配設されたろ材モジュールを一つまたは二つ以上設け、散気設備で曝気しながら流入する排水を処理し、最初沈殿池に、前記流入調整槽および／または前記前曝気槽から流出する処理液を導入して処理水と分離汚泥に固液分離する構成としたので、次のような優れた作用効果を奏する。
ろ材モジュールの設置場所を入れ替えることにより、ろ材への生物的、物理的負荷を均一にすることが可能となる。ひも状ろ材に付着する生物膜は汚濁物質負荷によって増殖し、肥大する。同時に生物反応槽の上流側では、し渣などの浮遊物質がひも状ろ材に絡みつくなどしてろ材上に留まる。ひも状ろ材の材質は生物学的、物理的に耐久性の高いものが選定されているが、上流側のろ材モジュールに配設されているひも状ろ材は常に高い生物的、物理的負荷にさらされている。ろ材モジュールの設置場所を適宜入れ替えることにより、この負荷を全モジュールに対して均一にかけることで、生物的、物理的負荷を均一化することができる。
【００２７】
本発明に係る排水処理装置および排水処理方法は、被災して機能不全となった水処理施設の応急復旧にその用途が限定されるものではなく、例えば、汚濁物質濃度の高い産業排水等、他の分野の排水処理に適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施の形態１による排水処理装置の全体構成を示す部分断面図である。
【図２】図１に示した排水処理装置の生物反応槽を拡大して示す部分断面図である。
【図３】図２に示したろ材モジュールを構成するろ材の一形態を拡大して示す断面図である。
【図４】図２に示したろ材モジュールを引き上げた状態を示す部分断面図である。
【図５】図２に示したろ材モジュールの配置を交換する作業を示す正面図である。
【図６】本発明の実施の形態２による排水処理装置の全体構成を示す部分断面図である。
【図７】本発明の実施の形態３による排水処理装置の全体構成を示す部分断面図である。
【図８】本発明の実施の形態４による排水処理装置の全体構成を示す部分断面図である。
【図９】（ａ）は回転筒の外部構成を示す正面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視図であり、（ｃ）は（ａ）および（ｂ）に示した回転筒を配設した固液分離槽の全体構成を示す断面図である。
【図１０】実施例１におけるＢＯＤ除去率、ＣＯＤＭｎ除去率およびＳＳ除去率の経時的な安定性を示したグラフである。
【図１１】実施例２におけるＢＯＤ除去率、ＣＯＤＭｎ除去率およびＳＳ除去率の経時的な安定性を示したグラフである。
【図１２】実施例１、２における生物反応槽内の浮遊汚泥濃度の経時的な安定性を示したグラフである。
【図１３】実施例１、２における固液分離槽内への回転筒の設置前後の分離汚泥濃度、余剰汚泥濃度の変化および経時的な安定性を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１による排水処理装置の全体構成を示す部分断面図であり、図２は図１に示した排水処理装置の生物反応槽を拡大して示す部分断面図であり、図３は図２に示したろ材モジュールを構成するろ材の一形態を拡大して示す断面図であり、図４は図２に示したろ材モジュールを引き上げた状態を示す部分断面図であり、図５は図２に示したろ材モジュールの配置を交換する作業を示す正面図である。
この実施の形態１による排水処理装置は、流入する排水を処理する生物反応槽１と、この生物反応槽１内の処理対象液の液面下に配設された複数のろ材モジュール２と、各ろ材モジュール２の下方に設けられた散気装置３と、生物反応槽１からの処理液を重力沈降により処理水と分離汚泥に固液分離する固液分離槽４とから概略構成されており、分離汚泥を生物反応槽１へ返送しない一過型の排水処理装置である。
【００３０】
図１および図２に示すように、生物反応槽１内には、複数のろ材モジュール２を支持する支持体５が配設されている。支持体５は、互いに離間する一対の脚部５ａと、両脚部５ａ間の上部に設けられた矩形状の板部５ｂとから概略構成されている。板部５ｂには、各ろ材モジュール２を個別に引上げ可能に保持する手段（図示せず）が設けられている。この保持手段としては、例えば、ろ材モジュール２を上下方向に移動可能に支持する溝などであってもよいが、これに限定されるものではない。また、図４および図５に示すようなろ材モジュール２の引上げや生物反応槽１外への取り出しには、機械的に吊り上げる機構（図示せず）を用いてもよい。
【００３１】
この実施の形態１では、排水の流入する上流側から処理液の流出する下流側への方向に沿って、４つのろ材モジュール２（最上流側ろ材モジュール２ａ、上流側ろ材モジュール２ｂ、下流側ろ材モジュール２ｃおよび最下流側ろ材モジュール２ｄ）が一列に整列するように１つの支持体５によって支持されている。
【００３２】
各ろ材モジュール２は、矩形状の枠体であり、この枠体内には、複数のひも状ろ材６が上下方向に沿って、互いに平行でかつ所定の間隔をもって配設されている。ひも状ろ材６は、図３に示すように、幹糸６ａと、この幹糸６ａの長さ方向に沿って間隔をもって配設され、かつ、幹糸６ａの側面から離間する方向に延在する複数の枝糸６ｂとから構成されている。枝糸６ｂは、液体（処理対象液）や気体などの流体の応力に対して幹糸６ａと接続する部分を支点として上下左右に自由に且つ柔軟に動く（自由動）構造となっている。このように構成されたひも状ろ材６の表面上には、生物反応槽１内の処理対象液中の有機物等を分解する微生物が付着し、集積して生物膜６ｃが形成されることになる。
なお、生物反応槽１の容積に対するひも状ろ材６が占める容積（バルク）は２５％〜６５％の範囲で設定するが、３５％程度であることが好ましい。
【００３３】
ひも状ろ材６のろ材モジュール２への固定方法としては、ひも状ろ材６の幹糸６ａの両端をろ材モジュール２の枠体にフック等の固定手段により固定する方法が挙げられるが、これに限定されるものではない。
【００３４】
この実施の形態１では、散気装置３は、４つのろ材モジュール２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの下方にそれぞれ配設される４つの散気装置３（最上流側散気装置３ａ、上流側散気装置３ｂ、下流側散気装置３ｃおよび最下流側散気装置３ｄ）と、これらに対して空気を供給する送風機（図示せず）と、各散気装置３からの空気量やタイミング等を調節するバルブ（図示せず）とから構成されている。また、各散気装置３としては、例えば、ゴム製のチューブの上部に細かい切込みを入れ、この切込みが空気の膨張圧力によって広がって噴出口となり空気を放出するタイプが挙げられるが、これに限定されるものではない。なお、散気装置３は、ろ材モジュール２の下方に設けられていればよく、例えば、生物反応槽１内の底部に設けられてもよい。また、この実施の形態１では、各散気装置３がそれぞれ１つのろ材モジュール２に対する位置に配設されているが、これに限定されるものではなく、例えば、１つの散気装置３が複数のろ材モジュール２の下方に設けられてもよい。この場合、１つの散気装置３は、各ろ材モジュール２に対応する下方位置に個別の噴出口を有していることが望ましい。なお、上記散気装置３に加えて、ろ材モジュール２に対する空気洗浄用に散気装置を配設してもよい。この場合の散気装置としては、ろ材モジュール２のひも状ろ材６の閉塞を解消させる粗大気泡を発生させるタイプであることが望ましい。
【００３５】
固液分離槽４は、図１および図４に示すように、円錐形状の傾斜底部を有する水槽７と、この水槽７内に配設された汚泥掻寄機８とから概略構成されている。水槽７の上部には、生物反応槽１からの処理液を受け入れるための処理液導入口７ａと、処理水を排出するための処理水排出口７ｂが設けられ、傾斜底部の最深部には、分離汚泥を排出するための汚泥排出口７ｃが設けられている。汚泥掻寄機８は、水槽７の傾斜底部上を回転しながら移動し、その傾斜底部上に堆積した汚泥を掻き寄せて汚泥排出口７ｃに流下させる汚泥掻寄板８ａと、この汚泥掻寄板８ａの回転駆動力を発生する回転モータ８ｂと、この回転モータ８ｂの回転駆動力を汚泥掻寄板８ａに伝達する回転軸８ｃとから構成されている。なお、汚泥排出口７ｃには、分離汚泥を系外に排出して引き取るためのポンプ（図示せず）が接続されている。
【００３６】
次に排水処理について説明する。
まず、図１に示す排水処理装置を立ち上げるために、排水を生物反応槽１内に流入させる。この時、外部から調達した種汚泥を生物反応槽１内に投入することが望ましい。種汚泥の入手が困難な場合には、排水中に生息する微生物を種汚泥として生物反応槽１で増殖させてもよい。排水は、種汚泥または浮遊汚泥等の活性汚泥により生物処理を受ける処理対象液として、排水による押出流と散気設備３による散気の上昇流の相互の作用によって生物反応槽１内で流動し、ひも状ろ材６の枝糸６ｂ間を通過してひも状ろ材６と接触する。ひも状ろ材６の表面には、生物処理中に生物膜６ｃが形成されるが、生物膜６ｃは、ＢＯＤ（生物化学的酸素要求量）およびＣＯＤＭｎ（１００℃における過マンガン酸カリウムによる化学的酸素要求量）の処理に伴い好気性微生物が増殖するとともに、生物膜６ｃへのＳＳの付着もあるため、経時的に生物膜６ｃ（汚泥）は肥大化していく。このように、ひも状ろ材６の表面では、常に、生物膜６ｃの増殖、肥大化および剥離からなる一連のサイクルが繰り返され、排水に対する生物処理が適正に行われる好気性微生物量および生物相が保たれる。一方、散気設備３による散気や枝糸６ｂの自由動などにより、肥大化した生物膜６ｃの一部が剥離することから、ひも状ろ材６の閉塞が防止される。これにより、生物膜６ｃを維持できるので、生物処理を安定化させることができる。
【００３７】
ＢＯＤ、ＣＯＤＭｎおよびＳＳを代表とする指標で表される処理対象液中の汚濁物質は、ひも状ろ材６の表面上の生物膜６ｃ内の好気性微生物と散気設備３により好気性微生物に供給される酸素によって好気性処理される（主にＢＯＤおよびＣＯＤＭｎ）と共に生物膜６ｃに主にＳＳが付着するなどして浄化されて処理液となる。生物反応槽１における処理対象液の平均滞留時間は０．５時間から２４時間の範囲が好ましい。このときのＢＯＤ容積負荷は０．２〜１０ｋｇＢＯＤ／ｍ３・ｄの範囲となる。
【００３８】
ここで、ろ材モジュール２の空気洗浄等について説明する。
生物反応槽１内では、排水が直接流入するため、上流側ほど、浮遊物質や汚濁物質の濃度が濃く、生物膜６ｃの付着量が一般に多い。このため、最上流側ろ材モジュール２ａは、下流側のろ材モジュール２ｂ，２ｃおよび２ｄと比べてひも状ろ材６が閉塞に陥る可能性が最も高く、その下流側で閉塞の可能性が低くなる。そこで、まず、最上流側ろ材モジュール２ａから順次、下流側のろ材モジュール２ｂ，２ｃおよび２ｄを引き上げて閉塞状況を確認した上で、閉塞している場合には、引き上げた状態で清掃を行うか、あるいは、ろ材モジュール２を支持体５に戻して散気装置３による曝気で各ろ材モジュール２の空気洗浄を行う。生物反応槽１内に流入した排水の性状等と閉塞状況との関係が明らかになっている場合には、排水の性状等に応じて各ろ材モジュール２に対する空気洗浄を定期的に行うことで、閉塞状況を未然に回避できる。図４は、引上げの例示として、上流側ろ材モジュール２ｂを引き上げて閉塞状況を確認する作業を示している。
【００３９】
次に、散気設備３を常時、稼動させた場合のろ材モジュール２の空気洗浄について説明する。
散気設備３は常時、生物反応槽１の底部側から空気を処理対象液中に供給する（散気する）ことによって空気に含まれる酸素を処理対象液中に溶解し、好気性微生物に酸素を供給すると、処理対象液中に供給された空気は浮力によって空気の周りにある処理対象液中の水分や固形分を押し上げながら上昇するため、生物反応槽１内に上昇流を発生させる。さらに、上昇流となった処理対象液と空気の混合液は、主にひも状ろ材６の枝糸６ｂに自由動を生じさせ、生物膜６ｃの一部を剥離させる。この好気性微生物に酸素を供給することを目的とした常時空気供給を行う散気装置３では、設置場所によって生物膜６ｃの付着状況が異なるろ材モジュール２毎に適切な洗浄条件を設定することは困難である。この実施の形態１において、散気設備３はろ材モジュール２毎に独立して設けているから、ろ材モジュール２毎に適切な洗浄空気量（例えば通常の散気量に対して１．２〜２．５倍の空気量）および適切な洗浄頻度（例えばろ材モジュール２ｄ）を１回洗浄する間にろ材モジュール２ａを２回以上洗浄する）に設定して洗浄を行う。
【００４０】
次に、ろ材モジュール２の配置交換について説明する。
図５は、最上流側ろ材モジュール２ａと下流側ろ材モジュール２ｃを交換する作業を示している。最も閉塞状況に陥りやすい最上流側ろ材モジュール２ａを生物反応槽外に取出し、ひも状ろ材６の閉塞等の確認および清掃を行った後に、比較的浮遊物質や汚濁物質の濃度が低い状態に置かれていた下流側ろ材モジュール２ｃと配置交換を行うことで、ひも状ろ材６に係る生物的、物理的負荷を各ろ材モジュール２に対して均等にかけることが可能となる。図５に示した配置交換例に限定されるものではなく、ひも状ろ材６の閉塞状況は過去の配置交換履歴に基づき生物的、物理的負荷が各ひも状ろ材６に対して均一となるように配置交換することが望ましい。
【００４１】
生物反応槽１内において、生物処理を受けた処理対象液は、剥離した生物膜６ｃの一部（汚泥）を含み、処理液として固液分離槽４内に送られる。この固液分離槽４内では、処理液は、重力沈降により、処理液から汚泥が分離されて処理水と分離汚泥が得られる。処理水は次の水処理施設（図示せず）に送られ、沈降した汚泥は汚泥掻寄機８の汚泥掻寄板８ａにより掻き寄せられて汚泥排出口７ｃから分離汚泥として排出し、脱水処理等を経て焼却等処分される。分離汚泥の含水率が低い場合には、汚泥の発生量を抑制できるので、焼却等処分量を低減できる。この場合、特に、大量に焼却等処分できない被災地の水処理施設では、有利である。
【００４２】
以上のように、この実施の形態１によれば、生物反応槽１内の処理対象液が生物処理される間、散気装置３による散気により生じる上昇流やひも状ろ材６の枝糸６ｂの自由動などにより、ひも状ろ材６に形成される生物膜６ｃの増殖、肥大化および剥離からなる一連のサイクルが繰り返され、ひも状ろ材６の閉塞を防止できる。これにより、生物膜６ｃを維持できるので、生物処理を安定化させることができる。この生物処理の安定化により、排水処理装置から早期に種汚泥を得ることができるので、この種汚泥を近隣の他の水処理施設に安定供給し、その水処理施設の立上げに寄与することもできる。
【００４３】
仮に、し渣の除去などスクリーンによる前処理が十分ではなく浮遊物質濃度が高い排水によってひも状ろ材６が閉塞した場合でも、ろ材モジュール２を引き上げることにより、ひも状ろ材６の閉塞箇所を適宜、確認し、必要に応じて清掃を行うことが可能となる。これにより閉塞箇所の増大を抑制し、常に生物膜６ｃに十分な酸素供給が行えるようになるため、生物反応槽１の生物処理能力を維持できる。
【００４４】
また、ろ材モジュール２を引き上げることにより、ろ材モジュール２毎の生物膜６ｃの付着度合を確認できるため、ろ材モジュール２毎に空気洗浄の条件（洗浄空気量、洗浄頻度）を容易に設定することができ、かつ、生物反応槽１の生物処理能力を安定化させることができる。
【００４５】
なお、この実施の形態１では、４つのろ材モジュール２が生物反応槽１内に１列に配設されているが、生物反応槽１の槽形状や規模に応じて、ろ材モジュールの数や配置を変更してもよい。また、ろ材モジュールの形状は排水処理装置において統一されていることが望ましいが、生物反応槽１の形状や要求される処理能力に応じて形状の異なるろ材モジュールを混在させてもよい。
【００４６】
ろ材モジュール２のひも状ろ材６に付着する生物膜６ｃや生物反応槽１内の浮遊汚泥には、処理対象液から窒素やリンを除去する比較的代謝速度の遅い微生物が存在する。このタイプの微生物が生物膜６ｃから離脱し、処理液と共に、生物反応槽１内から固液分離槽４へ早期に排出されると、窒素やリンを効率よく除去できなくなる。そこで、当該微生物を担持した浮遊性担体を生物反応槽１内に投入することが望ましい。浮遊性担体としては、例えば、スポンジ状のキューブに当該微生物を担持させたものが使用可能であり、担体の材質としては、ひも状ろ材６から生物膜６ｃを剥離させるおそれがあるため、硬質より軟質のものが好ましい。
【００４７】
この実施の形態１では、ひも状ろ材６は、図３に示した構成の幹糸６ａと枝糸６ｂによるものに限定されない。ひも状ろ材としては、液体（処理対象液）や気体などの流体の応力に対して自由動を行えるものであり、微生物の付着、集積により生物膜６が形成され、肥大化が進み、その生物膜６の一部が剥離され、また新しい微生物の付着というサイクルが繰り返されるものであれば、どのような構成であってもよく、例えば枝糸６ｂに相当する部分がリング状であってもよい。
【００４８】
なお、この実施の形態１では、ろ材モジュール２を配設する水槽として生物反応槽１を利用したが、被災して機能不全となった水処理施設の流入調整槽および／または前曝気槽を利用してもよい。この場合、応急復旧を比較的低コストに且つ速やかに進めることが可能となる。また、流入調整槽や前曝気槽の容量が小さいため、ろ材モジュール２の配設されていない区画（空のスペース）が少なくなり、排水の短絡による処理不良を起こしにくいという効果がある。さらに、流入調整槽の場合には、散気装置を新たに設ける必要があるが、この散気装置とろ材モジュール２とを一体化してユニットを構成し、そのユニットを流入調整槽内に配設してもよい。このユニットを利用することにより、速やかに流入調整槽に生物反応槽としての機能をもたせることができるので、応急復旧対策として優れた効果を奏する。
【００４９】
実施の形態２．
図６は本発明の実施の形態２による排水処理装置の全体構成を示す部分断面図であり、図１乃至図５と同一構成要素には同一符号を付して重複説明を省略する。
この実施の形態２による排水処理装置は、固液分離槽４から排出された分離汚泥の一部または全部を生物反応槽１に返送する汚泥返送管９を設けた循環型である点で、実施の形態１による構成と異なる。
【００５０】
汚泥返送管９は、固液分離槽４の汚泥排出口７ｃと、生物反応槽１へ流入する排水の供給管とを連絡するものであり、汚泥排出口７ｃから分離汚泥を引き取るための吸引ポンプ（図示せず）に接続されている。返送された汚泥は、排水と混合した状態で、生物反応槽１内に供給されるように構成されている。この実施の形態２では、分離汚泥の一部または全部を生物反応槽１に流入する排水の供給管に返送しているが、生物反応槽１内に直接返送してもよい。いずれの場合も、返送量は排水の処理量に対して３％〜１００％の範囲で設定可能である。
【００５１】
次に排水処理について説明する。
固液分離槽４から排出された分離汚泥の一部または全部が汚泥返送管９を経て生物反応槽１内に返送される。この汚泥の返送により、生物反応槽１内の処理対象液中の浮遊汚泥濃度が上昇するので、高濃度の浮遊汚泥と、この浮遊汚泥の増加に伴って付着量が増加する生物膜６ｃにより、処理対象液に対する生物処理を安定化させることができる。一方、返送されずに系外に排出される余剰汚泥は、脱水処理等を経て焼却等処分される。余剰汚泥の含水率が低い場合には、汚泥の発生量を抑制できるので、焼却等処分量を低減できる。
【００５２】
以上のように、この実施の形態２によれば、汚泥返送管９を経由して汚泥を返送させることにより、生物反応槽１内の処理対象液中の浮遊汚泥濃度を上昇させることができるので、高濃度の浮遊汚泥と、この浮遊汚泥の増加に伴って付着量が増加する生物膜６ｃにより、処理対象液に対する生物処理を安定化させることができる。
【００５３】
実施の形態３．
図７は本発明の実施の形態３による排水処理装置の全体構成を示す部分断面図であり、図６と同一構成要素には同一符号を付して重複説明を省略する。
この実施の形態３による排水処理装置は、排水の供給管から分岐した第１分岐管１０と、この第１分岐管１０をさらに分岐した第２分岐管１１、第３分岐管１２と、上流側ろ材モジュール２ｂの上方に設けられ、かつ、第２分岐管１１から排水等の供給を受ける排水流入口１３と、最下流側ろ材モジュール２ｄの上方に設けられ、かつ、第３分岐管１２から排水等の供給を受ける排水流入口１４とを有する点で、実施の形態２による構成と異なる。
【００５４】
この実施の形態３では、第１分岐管１０が汚泥返送管９の接続部分の下流側に設けられているので、第２分岐管１１，第３分岐管１２を経由して、排水と返送汚泥との混合物が排水流入口１３，１４に供給される。排水流入口１３から生物反応槽１内に供給される排水と返送汚泥との混合物は、上流側ろ材モジュール２ｂ上に供給される。また、排水流入口１４から生物反応槽１内に供給される排水と返送汚泥との混合物は、最下流側ろ材モジュール２ｄ上に供給される。
【００５５】
なお、第１分岐管１０を汚泥返送管９の接続部分の上流側に設けてもよい。この場合には、排水流入口１３，１４に排水のみが上流側ろ材モジュール２ｂおよび最下流側ろ材モジュール２ｄ上に供給される。排水と返送汚泥との混合物は、生物反応槽１の排水の最上流側から供給されることになる。また、この実施の形態３は、排水流入口１３，１４を設けた点に特徴があるため、汚泥返送管９は無くてもよい。この場合には、図１に示した実施の形態１による排水処理装置に排水流入口１３，１４を設けた構成となる。
【００５６】
以上のように、この実施の形態３によれば、排水流入口１３，１４を設けたことにより、排水と返送汚泥との混合物が上流側ろ材モジュール２ｂおよび最下流側ろ材モジュール２ｄ内の生物膜６ｃにより効率よく生物処理を受けることができる。
【００５７】
実施の形態４．
図８は本発明の実施の形態４による排水処理装置の全体構成を示す部分断面図であり、図９（ａ）は回転筒の外部構成を示す正面図であり、図９（ｂ）は図９（ａ）のＡ−Ａ矢視図であり、図９（ｃ）は図９（ａ）および図９（ｂ）に示した回転筒を配設した固液分離槽の全体構成を示す断面図であり、図６と同一構成要素には同一符号を付して重複説明を省略する。
この実施の形態４による排水処理装置は、固液分離槽４内に、生物反応槽１からの処理液を導入する回転筒１５を設けた点で、図６に示した実施の形態２による構成と異なる。回転筒１５は、汚泥掻寄機８の回転軸８ｃに支持されており、回転モータ８ｂにより回転可能である。この回転筒１５は、図９（ａ）および図９（ｂ）に示すように、回転軸８ｃの軸線方向に延在し、かつ、周方向に配列された複数の分離羽根１６と、各分離羽根１６間に形成された複数の間隙１７とから概略構成されている。分離羽根１６は、その横断面形状が回転筒１５の内側に屈曲する「く」の字状に成型された細長い短冊状の部材である。間隙１７は狭いため、処理液中の汚泥フロック１８は、間隙１７からの流出が困難となると共に、分離羽根１６の屈曲形状により、汚泥フロック１８が回転筒１５の内方に戻される。一方、処理液から分離された処理水は間隙１７を経由して回転筒１５の外側に流出する。これにより、回転筒１５内の処理液中の汚泥フロック１８の濃度が上昇するため、処理液に対する固液分離処理が促進する。また、回転筒１５は、汚泥掻寄機８の回転軸８ｃに支持されており、汚泥掻寄板８ａと等速度で回転可能である。
【００５８】
この実施の形態４では、分離羽根１６は、「く」の字形状となっているが、回転筒１５内の汚泥が回転筒１５の外側に流出しにくい構造であれば、板状であっても、椀状であっても、「く」の字の変形であっても、緩やかに湾曲であってもよく、「く」の字の形状に限らない。また、分離羽根１６は全て同じ形状・大きさであっても、一つ置き、二つ置きに同じ形状・大きさであっても、全てランダムであってもよい。間隔１７も等間隔である必要はなく、ランダムな間隔であっても、一つ置き、二つ置きに同一の間隔となるように設定されてもよい。さらに分離羽根１６の形状は回転筒１５の大きさなどにより変えることができる。
【００５９】
以上のように、この実施の形態４によれば、固液分離槽４において分離された分離汚泥の濃度を高くすることができ、場外へ搬出される汚泥容積を少なくすることが可能となる。排水処理装置においては汚濁物質の負荷量が一定であれば、発生する分離汚泥量（重量）もほぼ一定となる。分離汚泥量（重量）が一定であれば分離汚泥濃度が濃いほど分離汚泥容量（容積）が小さくなり、搬出処分に要する運搬や処分に係る労力、エネルギーおよび費用が抑えられる。
【実施例】
【００６０】
実施例１．
この実施例１は、図１に示した排水処理装置を用いて行った排水に対する生物処理の一例である。図１０は排水の主な汚濁指標として、実施例１におけるＢＯＤ除去率（黒塗りダイヤで示す）、ＣＯＤＭｎ除去率（黒塗り四角で示す）およびＳＳ除去率（黒塗り三角で示す）の経時的な安定性を示したグラフである。図１０において、各除去率は実施期間中の１週間毎の平均値を示したものである。
実施期間中、ＢＯＤ除去率は約７５％以上、ＣＯＤＭｎ除去率約６２％以上およびＳＳ除去率約８０％以上に維持されており、良好な排水処理が行われていることが示されている。これら汚濁指標（ＢＯＤ、ＣＯＤＭｎ、ＳＳ）の除去率からも、この発明の実施の形態１における排水処理装置は、ろ材モジュールに配設されたひも状ろ材に付着している生物膜において、し渣などの付着による閉塞が抑制され、異なる設置場所でも生物膜付着量が均一となるという作用により、安定した生物処理能力が維持できることが分かる。
【００６１】
図１２は実施例１における生物反応槽内の浮遊汚泥濃度の経時的な安定性を示したグラフであり、実施例１は図１２の黒塗りダイヤで示されている。各浮遊汚泥濃度は実施期間中の１週間毎の平均値を示したものである。実施期間中、ひも状ろ材６の枝糸６ｂの自由動による生物膜の増殖及び剥離作用や、各々のろ材モジュールを引き上げ、し渣などによるひも状ろ材の閉塞状況や生物膜付着量の管理を適宜行ったため、浮遊汚泥濃度は約２５０ｍｇ／Ｌとほぼ一定であった。浮遊汚泥濃度が一定に保たれていたことから、ひも状ろ材へ付着している生物膜への酸素供給および汚濁物質の処理（吸着・分解）が良好に行える状態が維持されたことがわかる。
【００６２】
図１３は実施例１における固液分離槽内への回転筒の設置前後の分離汚泥濃度の変化および経時的な安定性を示したグラフであり、実施例１は図１３の黒塗りダイヤで示されている。分離汚泥濃度は実施期間中の１週間毎の平均値を示したものである。実施例１の実施期間中、生物反応槽への汚濁物質負荷は一定（平均ＢＯＤ容積負荷：６．０ｋｇ／ｍ３・ｄ）であった。
図１３において、実施例１は実施期間の第５週から第８週までは固液分離槽４に回転筒１５を設けた排水処理装置としている。第５週から第８週までの間、実施例１において分離汚泥濃度は１２０００ｍｇ／Ｌ以上であり、回転筒１５の設置によって分離汚泥濃度が安定して濃くなっている。これによって排出される分離汚泥量（容量）が減少した。
【００６３】
実施例２．
この実施例２は、図６に示した排水処理装置を用いて行った排水に対する生物処理の一例である。図１１は排水の主な汚濁指標として、実施例２におけるＢＯＤ除去率（黒塗りダイヤで示す）、ＣＯＤＭｎ除去率（黒塗り四角で示す）およびＳＳ除去率（黒塗り三角で示す）の経時的な安定性を示したグラフである。各除去率は実施期間中の１週間毎の平均値を示したものである。
実施期間中、ＢＯＤ除去率は約８０％以上、ＣＯＤＭｎ除去率約７０％以上およびＳＳ除去率約８８％以上に維持されており、良好な排水処理が行われていることが示されている。
【００６４】
図１２は実施例２における生物反応槽内の浮遊汚泥濃度の経時的な安定性を示したグラフでもあり、実施例２は図１２の黒塗り四角で示されている。各浮遊汚泥濃度は実施期間中の１週間毎の平均値を示したものである。実施期間中、排水の処理量に対して汚泥の返送量（汚泥返送率）を１０％とした。ひも状ろ材６の枝糸６ｂの自由動による生物膜の増殖及び剥離作用や、各々のろ材モジュールを引き上げ、し渣などによるひも状ろ材の閉塞状況や生物膜付着量の管理を適宜行ったため、浮遊汚泥濃度は約２３５０ｍｇ／Ｌから約２５００ｍｇ／Ｌの間でほぼ一定であった。
【００６５】
図１３は実施例２における固液分離槽内への回転筒の設置前後の余剰汚泥濃度の変化および経時的な安定性を示したグラフでもあり、実施例２は図１３の黒塗り四角で示されている。余剰汚泥濃度は実施期間中の１週間毎の平均値を示したものである。実施例２でも、実施例１と同様に、実施期間中、生物反応槽への汚濁物質負荷は一定（平均ＢＯＤ容積負荷：６．０ｋｇ／ｍ３・ｄ）であった。
【００６６】
図１３において、実施例２は実施期間の第５週から第８週までは固液分離槽４に回転筒１５を設けた実施の形態４における排水処理装置としている。第５週から第８週までの間、実施例２において余剰汚泥濃度は１３０００ｍｇ／Ｌ以上であり、回転筒１５の設置によって余剰汚泥濃度が安定して濃くなっている。これによって排出される余剰汚泥量（容量）が減少した。
【符号の説明】
【００６７】
１ 生物反応槽
２ ろ材モジュール
２ａ 最上流側ろ材モジュール
２ｂ 上流側ろ材モジュール
２ｃ 下流側ろ材モジュール
２ｄ 最下流側ろ材モジュール
３ 散気装置
３ａ 最上流側散気装置
３ｂ 上流側散気装置
３ｃ 下流側散気装置
３ｄ 最下流側散気装置
４ 固液分離槽
５ 支持体
５ａ 脚部
５ｂ 板部
６ ひも状ろ材
６ａ 幹糸
６ｂ 枝糸
６ｃ 生物膜
７ 水槽
７ａ 処理液導入口
７ｂ 処理水排出口
７ｃ 汚泥排出口
８ 汚泥掻寄機
８ａ 汚泥掻寄板
８ｂ 回転モータ
８ｃ 回転軸
９ 汚泥返送管
１０ 第１分岐管
１１ 第２分岐管
１２ 第３分岐管
１３ 排水流入口
１４ 排水流入口
１５ 回転筒
１６ 分離羽根
１７ 間隙
１８ 汚泥フロック
【技術分野】
【０００１】
本発明は、簡便な水処理方法に関するもので、地震、津波または集中豪雨などの災害で被災し機能不全に陥った水処理施設に対する応急復旧対策等として使用できる他、応急復旧後または平時においても、例えば、汚濁物質濃度の高い産業排水等、他の分野の排水処理に適用が可能な排水処理方法および排水処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
災害などで機能不全に陥った水処理施設は、災害直後の人員、物資および電気などの確保が困難な状況においても既存の水槽や池などの土木構造物を活用した沈殿および消毒処理など、可能な限りの処理を行い（緊急措置）、公衆衛生の確保や浸水被害軽減に迅速に対応し(応急復旧）、再度災害を防止することを目的とした「本復旧」へと移行させていく必要がある。
【０００３】
しかし、災害はその程度や規模が千差万別であり、且つ災害を受けた水処理施設の規模や水処理方式も様々であり、具体的な緊急措置、応急復旧の方策はその時々の状況に応じて適宜行なわれる。
【０００４】
既存の水処理施設の水槽や各種配管、動力機器類等の復旧が可能である場合には、早急に復旧が見込まれる設備と、予想される排水の流入量とから実現可能な処理方針を定め、これに基づいて仮設の処理システムを構築し、「本復旧」までの間、排水の処理を行うことになる。
【０００５】
これに対し、既存の水処理施設の各種配管や動力機器類の復旧が困難で機能不全に陥っている場合には、既存の水処理施設での排水の流路や水槽の機能を簡易な改造によって変更して処理水が放流される水系への影響が少なく、許容される最低限の排水処理を行うことになる。この場合、例えば、水槽に接触ろ材を設置して曝気を行い、汚濁物質を簡易処理する接触酸化法などの適用が考えられる。
【０００６】
水槽に接触ろ材を設置して行う接触酸化法としては、接触ろ材としての生物膜担体を有する生物ろ床と空気供給部とを備えた水質浄化流路を環状に形成し、該水質浄化流路における処理原水の流入位置を逐次変更し、さらに処理原水の流入位置の変更に合わせて浄化水の排出位置を変更して水質浄化流路内を流れる液の経路を変える生物ろ床式水質浄化方法および装置が知られている（特許文献１の段落００１９乃至段落００２４参照）。この水質浄化方法によれば、接触ろ材に成長する生物膜が目詰まりを起こしにくく、水質浄化作用が低下しにくいとされる。
しかし、特許文献１に記載された水質浄化装置と方法を応急復旧対策として用いたとしても、応急復旧時に想定される前処理の不十分な排水に含まれるし渣などの高い濃度の懸濁物質（浮遊性物質：ＳＳ）による接触ろ材の目詰まり（閉塞）に十分に対応することが困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−１０２８７５号公報（段落〔０００６〕）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
応急復旧にろ材を用いた排水処理を行う場合においては、し渣の除去などスクリーンによる前処理が十分でなく排水中の浮遊性物質濃度が高いために、ろ材に閉塞が生じ、この閉塞は時間の経過と共に増大し、十分な酸素が生物膜に供給されなくなり、嫌気環境下で生物膜の内部が腐敗すると共に、水槽内におけるろ材設置領域が排水処理に供されないデッドスペースとなり、排水の流路が短絡する結果、当該水槽の生物処理能力の低下を招くという課題があった。
【０００９】
ろ材の閉塞を抑制するために、ろ材に対して空気洗浄等を行う場合においても、水面下に設置されているろ材の閉塞状況を外部から確認できないため、その閉塞状況に応じて、適宜、ろ材を洗浄できないという課題があった。
【００１０】
応急復旧では、排水処理装置の運転開始時（立上時）に生物反応槽に投入されるべき汚泥（種汚泥）の入手が困難であるため、限られた量の種汚泥で早期に生物反応槽の処理機能を安定化させる必要があるという課題があった。
【００１１】
ろ材への生物膜の付着量は、排水が流入する上流側では生物膜の付着量が多くなり、処理液が流出する下流側では生物膜の付着量が少なくなるなど、水槽におけるろ材の設置場所によって異なる。このため、水槽に設置されたすべてのろ材が均一かつ有効に利用されていないという課題があった。
【００１２】
応急復旧時には、従来の排水処理装置から発生する汚泥の処分が困難であるため、汚泥の発生量を少なくする必要があるという課題があった。
【００１３】
応急復旧では、被災し機能不全に陥った排水処理装置のうち、使用可能な設備を転用して排水処理を行い、処理水を放流する水系への負荷を最小限に抑える必要があるという課題があった。
【００１４】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、例えば、地震、津波および集中豪雨などの災害で被災し機能不全に陥った水処理施設に対する応急復旧対策等としても使用できる排水処理方法および排水処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に係る排水処理装置は、幹糸および枝糸を備えたひも状ろ材が複数配設されたろ材モジュールと、該ろ材モジュールが一つまたは二つ以上設けられていると共に、流入する排水を処理する生物反応槽と、前記ろ材モジュールの下方に設けられた散気設備と、前記生物反応槽の処理液を導入して、処理水と分離汚泥に固液分離する固液分離槽とからなることを特徴とするものである。
【００１６】
本発明に係る排水処理装置は、前記分離汚泥の一部または全部を前記生物反応槽へ返送する汚泥返送管が設けられていることを特徴とするものである。
【００１７】
本発明に係る排水処理装置は、前記生物反応槽には、上流側から下流側にわたり複数の排水流入口が設けられていることを特徴とするものである。
【００１８】
本発明に係る排水処理装置は、前記固液分離槽には、複数枚の分離羽根が間隙をもって配設されていると共に、前記処理液が流入する回転筒が設けられていることを特徴とするものである。
【００１９】
本発明に係る排水処理装置は、前記生物反応槽は流入調整槽および／または前曝気槽であり、前記固液分離槽は最初沈殿池であることを特徴とするものである。
【００２０】
本発明に係る排水処理方法は、流入調整槽および／または前曝気槽に、幹糸および枝糸を備えたひも状ろ材が複数本配設されたろ材モジュールを一つまたは二つ以上設け、散気設備で曝気しながら流入する排水を処理し、最初沈殿池に、前記流入調整槽および／または前記前曝気槽から流出する処理液を導入して処理水と分離汚泥に固液分離することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る排水処理装置によれば、幹糸および枝糸を備えたひも状ろ材が複数配設されたろ材モジュールと、該ろ材モジュールが一つまたは二つ以上設けられていると共に、流入する排水を処理する生物反応槽と、前記ろ材モジュールの下方に設けられた散気設備と、前記生物反応槽の処理液を導入して、処理水と分離汚泥に固液分離する固液分離槽とを含む構成としたので、次のような優れた作用効果を奏する。
ろ材モジュールを構成するひも状ろ材の枝糸は、生物反応槽内において、処理対象液（生物反応槽内に導入され、かつ、種汚泥または浮遊汚泥等の活性汚泥により生物処理を受けている排水）などの液体や散気装置から供給される気体などの流体の応力に対して幹糸と接続する部分を支点として上下左右に自由に且つ柔軟に動く（自由動）構造となっている。一方、散気設備は、処理対象液中に空気を供給し、その空気の浮力等により処理対象液中に上昇流を発生させると共に、ひも状ろ材に増殖した生物膜に対して汚濁物質の酸化分解に必要な酸素を供給する。生物処理中にひも状ろ材の表面に形成された生物膜が後述のように肥大化しても、上昇流や枝糸の自由動などにより、その生物膜の一部が剥離し、ろ材の閉塞を防止できる。
仮に、し渣の除去などスクリーンによる前処理が十分ではなく浮遊物質濃度が高い排水によってろ材が閉塞した場合でも、ろ材モジュールを引き上げることにより、ろ材の閉塞箇所を適宜、確認し、必要に応じて清掃を行うことが可能となる。これにより閉塞箇所の増大を抑制し、常に生物膜に十分な酸素供給が行えるようになるため、生物反応槽の生物処理能力を維持できる。
また、ろ材モジュールを引き上げることにより、ろ材モジュール毎の生物膜の付着度合を確認できるため、ろ材モジュール毎に空気洗浄の条件（洗浄空気量、洗浄頻度）を容易に設定することができ、かつ、生物反応槽の生物処理能力を安定化させることができる。
【００２２】
本発明に係る排水処理装置によれば、分離汚泥の一部または全部を生物反応槽へ返送する汚泥返送管を設ける構成としたので、次のような優れた作用効果を奏する。
排水処理装置の運転開始時（立上時）には種となる汚泥（種汚泥）を生物反応槽に投入して生物反応槽の処理機能を早期に安定化させることが行われるが、災害後に遠方の排水処理施設から立上げに必要な十分量の種汚泥を入手し輸送することは困難であることが予想される。このような場合であっても、本発明では、生物反応槽から処理液と共に流出する種汚泥を再度生物反応槽に返送することが可能となり、少ない種汚泥を有効に再利用して、応急復旧においても生物反応槽の処理能力を早期に安定化させることができる。
また、分離汚泥の一部または全部を生物反応槽へ返送し、浮遊法と生物膜法とを混在させることができることから、ろ材に付着する生物膜量の調整が可能となる。
さらに、被災都市の復興が進むにつれて変化すると予想される排水の量や質に応じて処理能力の増強が可能となる。
【００２３】
本発明に係る排水処理装置によれば、生物反応槽に、上流側から下流側にわたり複数の排水流入口を設ける構成としたので、次のような優れた作用効果を奏する。
生物反応槽内において、ろ材への生物膜の付着量は、通常、排水が流入する上流側で多くなり、処理液が流出する下流側で少なくなる。この場合、上記複数の排水流入口から排水を適宜、供給することにより、ろ材への生物膜の付着量を容易にコントロールすることが可能となる。例えば、汚濁物質濃度の高い排水を直接生物反応槽の下流側に供給することで、上流側に供給される汚濁物質量を低減させると共に、下流側に供給される汚濁物質量を増大させて下流側のろ材に付着する生物膜を増殖させることができる。これにより、各ろ材への生物膜の付着量を均一化し、かつ、すべてのろ材を有効に利用することができる。
さらに、排水を生物反応槽の任意の位置（例えば区分けされたろ材の区画毎）に供給すること（ステップ流入）により、その区画毎に生物膜の増殖、すなわち付着量をコントロールすることが可能となる。
【００２４】
本発明に係る排水処理装置によれば、固液分離槽に、複数枚の分離羽根が間隙をもって配設されていると共に、処理液が流入する回転筒を設ける構成としたので、次のような優れた作用効果を奏する。
固液分離槽において分離された分離汚泥の濃度を高くすることができ、場外へ搬出される汚泥容積を少なくすることが可能となる。排水処理装置においては汚濁物質の負荷量が一定であれば、発生する分離汚泥量（重量）もほぼ一定となる。分離汚泥量（重量）が一定であれば分離汚泥濃度が濃いほど分離汚泥容量（容積）が小さくなり、搬出処分に要する運搬や処分に係る労力、エネルギーおよび費用が抑えられる。
【００２５】
本発明に係る排水処理装置によれば、生物反応槽として流入調整槽および／または前曝気槽を用い、固液分離槽として最初沈殿池を用いる構成としたので、次のような優れた作用効果を奏する。
被災して機能不全となった水処理施設の流入調整槽、前曝気槽または最初沈殿池を利用して、応急復旧を比較的低コストに且つ速やかに進めることが可能となる。下水などの水処理施設において、流入調整槽や前曝気槽は排水を収水する（下水）管路に最も近い排水処理施設の水槽であり、且つ、他の水処理施設を構成する水槽と比較して容量が小さい。このため、水処理施設が機能不全に陥った場合、他の水槽と比較して排水を受け入れ易い。また、ろ材モジュールを流入調整槽や前曝気槽に配設する場合においても、容量が小さいため、ろ材モジュールの配設されていない区画（空のスペース）が少なくなり、排水の短絡による処理不良を起こしにくい。
【００２６】
本発明に係る排水処理方法によれば、流入調整槽および／または前曝気槽に、幹糸および枝糸を備えたひも状ろ材が複数本配設されたろ材モジュールを一つまたは二つ以上設け、散気設備で曝気しながら流入する排水を処理し、最初沈殿池に、前記流入調整槽および／または前記前曝気槽から流出する処理液を導入して処理水と分離汚泥に固液分離する構成としたので、次のような優れた作用効果を奏する。
ろ材モジュールの設置場所を入れ替えることにより、ろ材への生物的、物理的負荷を均一にすることが可能となる。ひも状ろ材に付着する生物膜は汚濁物質負荷によって増殖し、肥大する。同時に生物反応槽の上流側では、し渣などの浮遊物質がひも状ろ材に絡みつくなどしてろ材上に留まる。ひも状ろ材の材質は生物学的、物理的に耐久性の高いものが選定されているが、上流側のろ材モジュールに配設されているひも状ろ材は常に高い生物的、物理的負荷にさらされている。ろ材モジュールの設置場所を適宜入れ替えることにより、この負荷を全モジュールに対して均一にかけることで、生物的、物理的負荷を均一化することができる。
【００２７】
本発明に係る排水処理装置および排水処理方法は、被災して機能不全となった水処理施設の応急復旧にその用途が限定されるものではなく、例えば、汚濁物質濃度の高い産業排水等、他の分野の排水処理に適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施の形態１による排水処理装置の全体構成を示す部分断面図である。
【図２】図１に示した排水処理装置の生物反応槽を拡大して示す部分断面図である。
【図３】図２に示したろ材モジュールを構成するろ材の一形態を拡大して示す断面図である。
【図４】図２に示したろ材モジュールを引き上げた状態を示す部分断面図である。
【図５】図２に示したろ材モジュールの配置を交換する作業を示す正面図である。
【図６】本発明の実施の形態２による排水処理装置の全体構成を示す部分断面図である。
【図７】本発明の実施の形態３による排水処理装置の全体構成を示す部分断面図である。
【図８】本発明の実施の形態４による排水処理装置の全体構成を示す部分断面図である。
【図９】（ａ）は回転筒の外部構成を示す正面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視図であり、（ｃ）は（ａ）および（ｂ）に示した回転筒を配設した固液分離槽の全体構成を示す断面図である。
【図１０】実施例１におけるＢＯＤ除去率、ＣＯＤＭｎ除去率およびＳＳ除去率の経時的な安定性を示したグラフである。
【図１１】実施例２におけるＢＯＤ除去率、ＣＯＤＭｎ除去率およびＳＳ除去率の経時的な安定性を示したグラフである。
【図１２】実施例１、２における生物反応槽内の浮遊汚泥濃度の経時的な安定性を示したグラフである。
【図１３】実施例１、２における固液分離槽内への回転筒の設置前後の分離汚泥濃度、余剰汚泥濃度の変化および経時的な安定性を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１による排水処理装置の全体構成を示す部分断面図であり、図２は図１に示した排水処理装置の生物反応槽を拡大して示す部分断面図であり、図３は図２に示したろ材モジュールを構成するろ材の一形態を拡大して示す断面図であり、図４は図２に示したろ材モジュールを引き上げた状態を示す部分断面図であり、図５は図２に示したろ材モジュールの配置を交換する作業を示す正面図である。
この実施の形態１による排水処理装置は、流入する排水を処理する生物反応槽１と、この生物反応槽１内の処理対象液の液面下に配設された複数のろ材モジュール２と、各ろ材モジュール２の下方に設けられた散気装置３と、生物反応槽１からの処理液を重力沈降により処理水と分離汚泥に固液分離する固液分離槽４とから概略構成されており、分離汚泥を生物反応槽１へ返送しない一過型の排水処理装置である。
【００３０】
図１および図２に示すように、生物反応槽１内には、複数のろ材モジュール２を支持する支持体５が配設されている。支持体５は、互いに離間する一対の脚部５ａと、両脚部５ａ間の上部に設けられた矩形状の板部５ｂとから概略構成されている。板部５ｂには、各ろ材モジュール２を個別に引上げ可能に保持する手段（図示せず）が設けられている。この保持手段としては、例えば、ろ材モジュール２を上下方向に移動可能に支持する溝などであってもよいが、これに限定されるものではない。また、図４および図５に示すようなろ材モジュール２の引上げや生物反応槽１外への取り出しには、機械的に吊り上げる機構（図示せず）を用いてもよい。
【００３１】
この実施の形態１では、排水の流入する上流側から処理液の流出する下流側への方向に沿って、４つのろ材モジュール２（最上流側ろ材モジュール２ａ、上流側ろ材モジュール２ｂ、下流側ろ材モジュール２ｃおよび最下流側ろ材モジュール２ｄ）が一列に整列するように１つの支持体５によって支持されている。
【００３２】
各ろ材モジュール２は、矩形状の枠体であり、この枠体内には、複数のひも状ろ材６が上下方向に沿って、互いに平行でかつ所定の間隔をもって配設されている。ひも状ろ材６は、図３に示すように、幹糸６ａと、この幹糸６ａの長さ方向に沿って間隔をもって配設され、かつ、幹糸６ａの側面から離間する方向に延在する複数の枝糸６ｂとから構成されている。枝糸６ｂは、液体（処理対象液）や気体などの流体の応力に対して幹糸６ａと接続する部分を支点として上下左右に自由に且つ柔軟に動く（自由動）構造となっている。このように構成されたひも状ろ材６の表面上には、生物反応槽１内の処理対象液中の有機物等を分解する微生物が付着し、集積して生物膜６ｃが形成されることになる。
なお、生物反応槽１の容積に対するひも状ろ材６が占める容積（バルク）は２５％〜６５％の範囲で設定するが、３５％程度であることが好ましい。
【００３３】
ひも状ろ材６のろ材モジュール２への固定方法としては、ひも状ろ材６の幹糸６ａの両端をろ材モジュール２の枠体にフック等の固定手段により固定する方法が挙げられるが、これに限定されるものではない。
【００３４】
この実施の形態１では、散気装置３は、４つのろ材モジュール２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの下方にそれぞれ配設される４つの散気装置３（最上流側散気装置３ａ、上流側散気装置３ｂ、下流側散気装置３ｃおよび最下流側散気装置３ｄ）と、これらに対して空気を供給する送風機（図示せず）と、各散気装置３からの空気量やタイミング等を調節するバルブ（図示せず）とから構成されている。また、各散気装置３としては、例えば、ゴム製のチューブの上部に細かい切込みを入れ、この切込みが空気の膨張圧力によって広がって噴出口となり空気を放出するタイプが挙げられるが、これに限定されるものではない。なお、散気装置３は、ろ材モジュール２の下方に設けられていればよく、例えば、生物反応槽１内の底部に設けられてもよい。また、この実施の形態１では、各散気装置３がそれぞれ１つのろ材モジュール２に対する位置に配設されているが、これに限定されるものではなく、例えば、１つの散気装置３が複数のろ材モジュール２の下方に設けられてもよい。この場合、１つの散気装置３は、各ろ材モジュール２に対応する下方位置に個別の噴出口を有していることが望ましい。なお、上記散気装置３に加えて、ろ材モジュール２に対する空気洗浄用に散気装置を配設してもよい。この場合の散気装置としては、ろ材モジュール２のひも状ろ材６の閉塞を解消させる粗大気泡を発生させるタイプであることが望ましい。
【００３５】
固液分離槽４は、図１および図４に示すように、円錐形状の傾斜底部を有する水槽７と、この水槽７内に配設された汚泥掻寄機８とから概略構成されている。水槽７の上部には、生物反応槽１からの処理液を受け入れるための処理液導入口７ａと、処理水を排出するための処理水排出口７ｂが設けられ、傾斜底部の最深部には、分離汚泥を排出するための汚泥排出口７ｃが設けられている。汚泥掻寄機８は、水槽７の傾斜底部上を回転しながら移動し、その傾斜底部上に堆積した汚泥を掻き寄せて汚泥排出口７ｃに流下させる汚泥掻寄板８ａと、この汚泥掻寄板８ａの回転駆動力を発生する回転モータ８ｂと、この回転モータ８ｂの回転駆動力を汚泥掻寄板８ａに伝達する回転軸８ｃとから構成されている。なお、汚泥排出口７ｃには、分離汚泥を系外に排出して引き取るためのポンプ（図示せず）が接続されている。
【００３６】
次に排水処理について説明する。
まず、図１に示す排水処理装置を立ち上げるために、排水を生物反応槽１内に流入させる。この時、外部から調達した種汚泥を生物反応槽１内に投入することが望ましい。種汚泥の入手が困難な場合には、排水中に生息する微生物を種汚泥として生物反応槽１で増殖させてもよい。排水は、種汚泥または浮遊汚泥等の活性汚泥により生物処理を受ける処理対象液として、排水による押出流と散気設備３による散気の上昇流の相互の作用によって生物反応槽１内で流動し、ひも状ろ材６の枝糸６ｂ間を通過してひも状ろ材６と接触する。ひも状ろ材６の表面には、生物処理中に生物膜６ｃが形成されるが、生物膜６ｃは、ＢＯＤ（生物化学的酸素要求量）およびＣＯＤＭｎ（１００℃における過マンガン酸カリウムによる化学的酸素要求量）の処理に伴い好気性微生物が増殖するとともに、生物膜６ｃへのＳＳの付着もあるため、経時的に生物膜６ｃ（汚泥）は肥大化していく。このように、ひも状ろ材６の表面では、常に、生物膜６ｃの増殖、肥大化および剥離からなる一連のサイクルが繰り返され、排水に対する生物処理が適正に行われる好気性微生物量および生物相が保たれる。一方、散気設備３による散気や枝糸６ｂの自由動などにより、肥大化した生物膜６ｃの一部が剥離することから、ひも状ろ材６の閉塞が防止される。これにより、生物膜６ｃを維持できるので、生物処理を安定化させることができる。
【００３７】
ＢＯＤ、ＣＯＤＭｎおよびＳＳを代表とする指標で表される処理対象液中の汚濁物質は、ひも状ろ材６の表面上の生物膜６ｃ内の好気性微生物と散気設備３により好気性微生物に供給される酸素によって好気性処理される（主にＢＯＤおよびＣＯＤＭｎ）と共に生物膜６ｃに主にＳＳが付着するなどして浄化されて処理液となる。生物反応槽１における処理対象液の平均滞留時間は０．５時間から２４時間の範囲が好ましい。このときのＢＯＤ容積負荷は０．２〜１０ｋｇＢＯＤ／ｍ３・ｄの範囲となる。
【００３８】
ここで、ろ材モジュール２の空気洗浄等について説明する。
生物反応槽１内では、排水が直接流入するため、上流側ほど、浮遊物質や汚濁物質の濃度が濃く、生物膜６ｃの付着量が一般に多い。このため、最上流側ろ材モジュール２ａは、下流側のろ材モジュール２ｂ，２ｃおよび２ｄと比べてひも状ろ材６が閉塞に陥る可能性が最も高く、その下流側で閉塞の可能性が低くなる。そこで、まず、最上流側ろ材モジュール２ａから順次、下流側のろ材モジュール２ｂ，２ｃおよび２ｄを引き上げて閉塞状況を確認した上で、閉塞している場合には、引き上げた状態で清掃を行うか、あるいは、ろ材モジュール２を支持体５に戻して散気装置３による曝気で各ろ材モジュール２の空気洗浄を行う。生物反応槽１内に流入した排水の性状等と閉塞状況との関係が明らかになっている場合には、排水の性状等に応じて各ろ材モジュール２に対する空気洗浄を定期的に行うことで、閉塞状況を未然に回避できる。図４は、引上げの例示として、上流側ろ材モジュール２ｂを引き上げて閉塞状況を確認する作業を示している。
【００３９】
次に、散気設備３を常時、稼動させた場合のろ材モジュール２の空気洗浄について説明する。
散気設備３は常時、生物反応槽１の底部側から空気を処理対象液中に供給する（散気する）ことによって空気に含まれる酸素を処理対象液中に溶解し、好気性微生物に酸素を供給すると、処理対象液中に供給された空気は浮力によって空気の周りにある処理対象液中の水分や固形分を押し上げながら上昇するため、生物反応槽１内に上昇流を発生させる。さらに、上昇流となった処理対象液と空気の混合液は、主にひも状ろ材６の枝糸６ｂに自由動を生じさせ、生物膜６ｃの一部を剥離させる。この好気性微生物に酸素を供給することを目的とした常時空気供給を行う散気装置３では、設置場所によって生物膜６ｃの付着状況が異なるろ材モジュール２毎に適切な洗浄条件を設定することは困難である。この実施の形態１において、散気設備３はろ材モジュール２毎に独立して設けているから、ろ材モジュール２毎に適切な洗浄空気量（例えば通常の散気量に対して１．２〜２．５倍の空気量）および適切な洗浄頻度（例えばろ材モジュール２ｄ）を１回洗浄する間にろ材モジュール２ａを２回以上洗浄する）に設定して洗浄を行う。
【００４０】
次に、ろ材モジュール２の配置交換について説明する。
図５は、最上流側ろ材モジュール２ａと下流側ろ材モジュール２ｃを交換する作業を示している。最も閉塞状況に陥りやすい最上流側ろ材モジュール２ａを生物反応槽外に取出し、ひも状ろ材６の閉塞等の確認および清掃を行った後に、比較的浮遊物質や汚濁物質の濃度が低い状態に置かれていた下流側ろ材モジュール２ｃと配置交換を行うことで、ひも状ろ材６に係る生物的、物理的負荷を各ろ材モジュール２に対して均等にかけることが可能となる。図５に示した配置交換例に限定されるものではなく、ひも状ろ材６の閉塞状況は過去の配置交換履歴に基づき生物的、物理的負荷が各ひも状ろ材６に対して均一となるように配置交換することが望ましい。
【００４１】
生物反応槽１内において、生物処理を受けた処理対象液は、剥離した生物膜６ｃの一部（汚泥）を含み、処理液として固液分離槽４内に送られる。この固液分離槽４内では、処理液は、重力沈降により、処理液から汚泥が分離されて処理水と分離汚泥が得られる。処理水は次の水処理施設（図示せず）に送られ、沈降した汚泥は汚泥掻寄機８の汚泥掻寄板８ａにより掻き寄せられて汚泥排出口７ｃから分離汚泥として排出し、脱水処理等を経て焼却等処分される。分離汚泥の含水率が低い場合には、汚泥の発生量を抑制できるので、焼却等処分量を低減できる。この場合、特に、大量に焼却等処分できない被災地の水処理施設では、有利である。
【００４２】
以上のように、この実施の形態１によれば、生物反応槽１内の処理対象液が生物処理される間、散気装置３による散気により生じる上昇流やひも状ろ材６の枝糸６ｂの自由動などにより、ひも状ろ材６に形成される生物膜６ｃの増殖、肥大化および剥離からなる一連のサイクルが繰り返され、ひも状ろ材６の閉塞を防止できる。これにより、生物膜６ｃを維持できるので、生物処理を安定化させることができる。この生物処理の安定化により、排水処理装置から早期に種汚泥を得ることができるので、この種汚泥を近隣の他の水処理施設に安定供給し、その水処理施設の立上げに寄与することもできる。
【００４３】
仮に、し渣の除去などスクリーンによる前処理が十分ではなく浮遊物質濃度が高い排水によってひも状ろ材６が閉塞した場合でも、ろ材モジュール２を引き上げることにより、ひも状ろ材６の閉塞箇所を適宜、確認し、必要に応じて清掃を行うことが可能となる。これにより閉塞箇所の増大を抑制し、常に生物膜６ｃに十分な酸素供給が行えるようになるため、生物反応槽１の生物処理能力を維持できる。
【００４４】
また、ろ材モジュール２を引き上げることにより、ろ材モジュール２毎の生物膜６ｃの付着度合を確認できるため、ろ材モジュール２毎に空気洗浄の条件（洗浄空気量、洗浄頻度）を容易に設定することができ、かつ、生物反応槽１の生物処理能力を安定化させることができる。
【００４５】
なお、この実施の形態１では、４つのろ材モジュール２が生物反応槽１内に１列に配設されているが、生物反応槽１の槽形状や規模に応じて、ろ材モジュールの数や配置を変更してもよい。また、ろ材モジュールの形状は排水処理装置において統一されていることが望ましいが、生物反応槽１の形状や要求される処理能力に応じて形状の異なるろ材モジュールを混在させてもよい。
【００４６】
ろ材モジュール２のひも状ろ材６に付着する生物膜６ｃや生物反応槽１内の浮遊汚泥には、処理対象液から窒素やリンを除去する比較的代謝速度の遅い微生物が存在する。このタイプの微生物が生物膜６ｃから離脱し、処理液と共に、生物反応槽１内から固液分離槽４へ早期に排出されると、窒素やリンを効率よく除去できなくなる。そこで、当該微生物を担持した浮遊性担体を生物反応槽１内に投入することが望ましい。浮遊性担体としては、例えば、スポンジ状のキューブに当該微生物を担持させたものが使用可能であり、担体の材質としては、ひも状ろ材６から生物膜６ｃを剥離させるおそれがあるため、硬質より軟質のものが好ましい。
【００４７】
この実施の形態１では、ひも状ろ材６は、図３に示した構成の幹糸６ａと枝糸６ｂによるものに限定されない。ひも状ろ材としては、液体（処理対象液）や気体などの流体の応力に対して自由動を行えるものであり、微生物の付着、集積により生物膜６が形成され、肥大化が進み、その生物膜６の一部が剥離され、また新しい微生物の付着というサイクルが繰り返されるものであれば、どのような構成であってもよく、例えば枝糸６ｂに相当する部分がリング状であってもよい。
【００４８】
なお、この実施の形態１では、ろ材モジュール２を配設する水槽として生物反応槽１を利用したが、被災して機能不全となった水処理施設の流入調整槽および／または前曝気槽を利用してもよい。この場合、応急復旧を比較的低コストに且つ速やかに進めることが可能となる。また、流入調整槽や前曝気槽の容量が小さいため、ろ材モジュール２の配設されていない区画（空のスペース）が少なくなり、排水の短絡による処理不良を起こしにくいという効果がある。さらに、流入調整槽の場合には、散気装置を新たに設ける必要があるが、この散気装置とろ材モジュール２とを一体化してユニットを構成し、そのユニットを流入調整槽内に配設してもよい。このユニットを利用することにより、速やかに流入調整槽に生物反応槽としての機能をもたせることができるので、応急復旧対策として優れた効果を奏する。
【００４９】
実施の形態２．
図６は本発明の実施の形態２による排水処理装置の全体構成を示す部分断面図であり、図１乃至図５と同一構成要素には同一符号を付して重複説明を省略する。
この実施の形態２による排水処理装置は、固液分離槽４から排出された分離汚泥の一部または全部を生物反応槽１に返送する汚泥返送管９を設けた循環型である点で、実施の形態１による構成と異なる。
【００５０】
汚泥返送管９は、固液分離槽４の汚泥排出口７ｃと、生物反応槽１へ流入する排水の供給管とを連絡するものであり、汚泥排出口７ｃから分離汚泥を引き取るための吸引ポンプ（図示せず）に接続されている。返送された汚泥は、排水と混合した状態で、生物反応槽１内に供給されるように構成されている。この実施の形態２では、分離汚泥の一部または全部を生物反応槽１に流入する排水の供給管に返送しているが、生物反応槽１内に直接返送してもよい。いずれの場合も、返送量は排水の処理量に対して３％〜１００％の範囲で設定可能である。
【００５１】
次に排水処理について説明する。
固液分離槽４から排出された分離汚泥の一部または全部が汚泥返送管９を経て生物反応槽１内に返送される。この汚泥の返送により、生物反応槽１内の処理対象液中の浮遊汚泥濃度が上昇するので、高濃度の浮遊汚泥と、この浮遊汚泥の増加に伴って付着量が増加する生物膜６ｃにより、処理対象液に対する生物処理を安定化させることができる。一方、返送されずに系外に排出される余剰汚泥は、脱水処理等を経て焼却等処分される。余剰汚泥の含水率が低い場合には、汚泥の発生量を抑制できるので、焼却等処分量を低減できる。
【００５２】
以上のように、この実施の形態２によれば、汚泥返送管９を経由して汚泥を返送させることにより、生物反応槽１内の処理対象液中の浮遊汚泥濃度を上昇させることができるので、高濃度の浮遊汚泥と、この浮遊汚泥の増加に伴って付着量が増加する生物膜６ｃにより、処理対象液に対する生物処理を安定化させることができる。
【００５３】
実施の形態３．
図７は本発明の実施の形態３による排水処理装置の全体構成を示す部分断面図であり、図６と同一構成要素には同一符号を付して重複説明を省略する。
この実施の形態３による排水処理装置は、排水の供給管から分岐した第１分岐管１０と、この第１分岐管１０をさらに分岐した第２分岐管１１、第３分岐管１２と、上流側ろ材モジュール２ｂの上方に設けられ、かつ、第２分岐管１１から排水等の供給を受ける排水流入口１３と、最下流側ろ材モジュール２ｄの上方に設けられ、かつ、第３分岐管１２から排水等の供給を受ける排水流入口１４とを有する点で、実施の形態２による構成と異なる。
【００５４】
この実施の形態３では、第１分岐管１０が汚泥返送管９の接続部分の下流側に設けられているので、第２分岐管１１，第３分岐管１２を経由して、排水と返送汚泥との混合物が排水流入口１３，１４に供給される。排水流入口１３から生物反応槽１内に供給される排水と返送汚泥との混合物は、上流側ろ材モジュール２ｂ上に供給される。また、排水流入口１４から生物反応槽１内に供給される排水と返送汚泥との混合物は、最下流側ろ材モジュール２ｄ上に供給される。
【００５５】
なお、第１分岐管１０を汚泥返送管９の接続部分の上流側に設けてもよい。この場合には、排水流入口１３，１４に排水のみが上流側ろ材モジュール２ｂおよび最下流側ろ材モジュール２ｄ上に供給される。排水と返送汚泥との混合物は、生物反応槽１の排水の最上流側から供給されることになる。また、この実施の形態３は、排水流入口１３，１４を設けた点に特徴があるため、汚泥返送管９は無くてもよい。この場合には、図１に示した実施の形態１による排水処理装置に排水流入口１３，１４を設けた構成となる。
【００５６】
以上のように、この実施の形態３によれば、排水流入口１３，１４を設けたことにより、排水と返送汚泥との混合物が上流側ろ材モジュール２ｂおよび最下流側ろ材モジュール２ｄ内の生物膜６ｃにより効率よく生物処理を受けることができる。
【００５７】
実施の形態４．
図８は本発明の実施の形態４による排水処理装置の全体構成を示す部分断面図であり、図９（ａ）は回転筒の外部構成を示す正面図であり、図９（ｂ）は図９（ａ）のＡ−Ａ矢視図であり、図９（ｃ）は図９（ａ）および図９（ｂ）に示した回転筒を配設した固液分離槽の全体構成を示す断面図であり、図６と同一構成要素には同一符号を付して重複説明を省略する。
この実施の形態４による排水処理装置は、固液分離槽４内に、生物反応槽１からの処理液を導入する回転筒１５を設けた点で、図６に示した実施の形態２による構成と異なる。回転筒１５は、汚泥掻寄機８の回転軸８ｃに支持されており、回転モータ８ｂにより回転可能である。この回転筒１５は、図９（ａ）および図９（ｂ）に示すように、回転軸８ｃの軸線方向に延在し、かつ、周方向に配列された複数の分離羽根１６と、各分離羽根１６間に形成された複数の間隙１７とから概略構成されている。分離羽根１６は、その横断面形状が回転筒１５の内側に屈曲する「く」の字状に成型された細長い短冊状の部材である。間隙１７は狭いため、処理液中の汚泥フロック１８は、間隙１７からの流出が困難となると共に、分離羽根１６の屈曲形状により、汚泥フロック１８が回転筒１５の内方に戻される。一方、処理液から分離された処理水は間隙１７を経由して回転筒１５の外側に流出する。これにより、回転筒１５内の処理液中の汚泥フロック１８の濃度が上昇するため、処理液に対する固液分離処理が促進する。また、回転筒１５は、汚泥掻寄機８の回転軸８ｃに支持されており、汚泥掻寄板８ａと等速度で回転可能である。
【００５８】
この実施の形態４では、分離羽根１６は、「く」の字形状となっているが、回転筒１５内の汚泥が回転筒１５の外側に流出しにくい構造であれば、板状であっても、椀状であっても、「く」の字の変形であっても、緩やかに湾曲であってもよく、「く」の字の形状に限らない。また、分離羽根１６は全て同じ形状・大きさであっても、一つ置き、二つ置きに同じ形状・大きさであっても、全てランダムであってもよい。間隔１７も等間隔である必要はなく、ランダムな間隔であっても、一つ置き、二つ置きに同一の間隔となるように設定されてもよい。さらに分離羽根１６の形状は回転筒１５の大きさなどにより変えることができる。
【００５９】
以上のように、この実施の形態４によれば、固液分離槽４において分離された分離汚泥の濃度を高くすることができ、場外へ搬出される汚泥容積を少なくすることが可能となる。排水処理装置においては汚濁物質の負荷量が一定であれば、発生する分離汚泥量（重量）もほぼ一定となる。分離汚泥量（重量）が一定であれば分離汚泥濃度が濃いほど分離汚泥容量（容積）が小さくなり、搬出処分に要する運搬や処分に係る労力、エネルギーおよび費用が抑えられる。
【実施例】
【００６０】
実施例１．
この実施例１は、図１に示した排水処理装置を用いて行った排水に対する生物処理の一例である。図１０は排水の主な汚濁指標として、実施例１におけるＢＯＤ除去率（黒塗りダイヤで示す）、ＣＯＤＭｎ除去率（黒塗り四角で示す）およびＳＳ除去率（黒塗り三角で示す）の経時的な安定性を示したグラフである。図１０において、各除去率は実施期間中の１週間毎の平均値を示したものである。
実施期間中、ＢＯＤ除去率は約７５％以上、ＣＯＤＭｎ除去率約６２％以上およびＳＳ除去率約８０％以上に維持されており、良好な排水処理が行われていることが示されている。これら汚濁指標（ＢＯＤ、ＣＯＤＭｎ、ＳＳ）の除去率からも、この発明の実施の形態１における排水処理装置は、ろ材モジュールに配設されたひも状ろ材に付着している生物膜において、し渣などの付着による閉塞が抑制され、異なる設置場所でも生物膜付着量が均一となるという作用により、安定した生物処理能力が維持できることが分かる。
【００６１】
図１２は実施例１における生物反応槽内の浮遊汚泥濃度の経時的な安定性を示したグラフであり、実施例１は図１２の黒塗りダイヤで示されている。各浮遊汚泥濃度は実施期間中の１週間毎の平均値を示したものである。実施期間中、ひも状ろ材６の枝糸６ｂの自由動による生物膜の増殖及び剥離作用や、各々のろ材モジュールを引き上げ、し渣などによるひも状ろ材の閉塞状況や生物膜付着量の管理を適宜行ったため、浮遊汚泥濃度は約２５０ｍｇ／Ｌとほぼ一定であった。浮遊汚泥濃度が一定に保たれていたことから、ひも状ろ材へ付着している生物膜への酸素供給および汚濁物質の処理（吸着・分解）が良好に行える状態が維持されたことがわかる。
【００６２】
図１３は実施例１における固液分離槽内への回転筒の設置前後の分離汚泥濃度の変化および経時的な安定性を示したグラフであり、実施例１は図１３の黒塗りダイヤで示されている。分離汚泥濃度は実施期間中の１週間毎の平均値を示したものである。実施例１の実施期間中、生物反応槽への汚濁物質負荷は一定（平均ＢＯＤ容積負荷：６．０ｋｇ／ｍ３・ｄ）であった。
図１３において、実施例１は実施期間の第５週から第８週までは固液分離槽４に回転筒１５を設けた排水処理装置としている。第５週から第８週までの間、実施例１において分離汚泥濃度は１２０００ｍｇ／Ｌ以上であり、回転筒１５の設置によって分離汚泥濃度が安定して濃くなっている。これによって排出される分離汚泥量（容量）が減少した。
【００６３】
実施例２．
この実施例２は、図６に示した排水処理装置を用いて行った排水に対する生物処理の一例である。図１１は排水の主な汚濁指標として、実施例２におけるＢＯＤ除去率（黒塗りダイヤで示す）、ＣＯＤＭｎ除去率（黒塗り四角で示す）およびＳＳ除去率（黒塗り三角で示す）の経時的な安定性を示したグラフである。各除去率は実施期間中の１週間毎の平均値を示したものである。
実施期間中、ＢＯＤ除去率は約８０％以上、ＣＯＤＭｎ除去率約７０％以上およびＳＳ除去率約８８％以上に維持されており、良好な排水処理が行われていることが示されている。
【００６４】
図１２は実施例２における生物反応槽内の浮遊汚泥濃度の経時的な安定性を示したグラフでもあり、実施例２は図１２の黒塗り四角で示されている。各浮遊汚泥濃度は実施期間中の１週間毎の平均値を示したものである。実施期間中、排水の処理量に対して汚泥の返送量（汚泥返送率）を１０％とした。ひも状ろ材６の枝糸６ｂの自由動による生物膜の増殖及び剥離作用や、各々のろ材モジュールを引き上げ、し渣などによるひも状ろ材の閉塞状況や生物膜付着量の管理を適宜行ったため、浮遊汚泥濃度は約２３５０ｍｇ／Ｌから約２５００ｍｇ／Ｌの間でほぼ一定であった。
【００６５】
図１３は実施例２における固液分離槽内への回転筒の設置前後の余剰汚泥濃度の変化および経時的な安定性を示したグラフでもあり、実施例２は図１３の黒塗り四角で示されている。余剰汚泥濃度は実施期間中の１週間毎の平均値を示したものである。実施例２でも、実施例１と同様に、実施期間中、生物反応槽への汚濁物質負荷は一定（平均ＢＯＤ容積負荷：６．０ｋｇ／ｍ３・ｄ）であった。
【００６６】
図１３において、実施例２は実施期間の第５週から第８週までは固液分離槽４に回転筒１５を設けた実施の形態４における排水処理装置としている。第５週から第８週までの間、実施例２において余剰汚泥濃度は１３０００ｍｇ／Ｌ以上であり、回転筒１５の設置によって余剰汚泥濃度が安定して濃くなっている。これによって排出される余剰汚泥量（容量）が減少した。
【符号の説明】
【００６７】
１ 生物反応槽
２ ろ材モジュール
２ａ 最上流側ろ材モジュール
２ｂ 上流側ろ材モジュール
２ｃ 下流側ろ材モジュール
２ｄ 最下流側ろ材モジュール
３ 散気装置
３ａ 最上流側散気装置
３ｂ 上流側散気装置
３ｃ 下流側散気装置
３ｄ 最下流側散気装置
４ 固液分離槽
５ 支持体
５ａ 脚部
５ｂ 板部
６ ひも状ろ材
６ａ 幹糸
６ｂ 枝糸
６ｃ 生物膜
７ 水槽
７ａ 処理液導入口
７ｂ 処理水排出口
７ｃ 汚泥排出口
８ 汚泥掻寄機
８ａ 汚泥掻寄板
８ｂ 回転モータ
８ｃ 回転軸
９ 汚泥返送管
１０ 第１分岐管
１１ 第２分岐管
１２ 第３分岐管
１３ 排水流入口
１４ 排水流入口
１５ 回転筒
１６ 分離羽根
１７ 間隙
１８ 汚泥フロック
【特許請求の範囲】
【請求項１】
幹糸および枝糸を備えたひも状ろ材が複数配設されたろ材モジュールと、
該ろ材モジュールが一つまたは二つ以上設けられていると共に、流入する排水を処理する生物反応槽と、
前記ろ材モジュールの下方に設けられた散気設備と、
前記生物反応槽の処理液を導入して、処理水と分離汚泥に固液分離する固液分離槽と
からなることを特徴とする排水処理装置。
【請求項２】
前記分離汚泥の一部または全部を前記生物反応槽へ返送する汚泥返送管が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の排水処理装置。
【請求項３】
前記生物反応槽には、
上流側から下流側にわたり複数の排水流入口が設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の排水処理装置。
【請求項４】
前記固液分離槽には、
複数枚の分離羽根が間隙をもって配設されていると共に、前記処理液が流入する回転筒が設けられている
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の排水処理装置。
【請求項５】
前記生物反応槽は流入調整槽および／または前曝気槽であり、
前記固液分離槽は最初沈殿池である
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の排水処理装置。
【請求項６】
流入調整槽および／または前曝気槽に、
幹糸および枝糸を備えたひも状ろ材が複数本配設されたろ材モジュールを一つまたは二つ以上設け、
散気設備で曝気しながら流入する排水を処理し、
最初沈殿池に、
前記流入調整槽および／または前記前曝気槽から流出する処理液を導入して処理水と分離汚泥に固液分離する
ことを特徴とする排水処理方法。
【請求項１】
幹糸および枝糸を備えたひも状ろ材が複数配設されたろ材モジュールと、
該ろ材モジュールが一つまたは二つ以上設けられていると共に、流入する排水を処理する生物反応槽と、
前記ろ材モジュールの下方に設けられた散気設備と、
前記生物反応槽の処理液を導入して、処理水と分離汚泥に固液分離する固液分離槽と
からなることを特徴とする排水処理装置。
【請求項２】
前記分離汚泥の一部または全部を前記生物反応槽へ返送する汚泥返送管が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の排水処理装置。
【請求項３】
前記生物反応槽には、
上流側から下流側にわたり複数の排水流入口が設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の排水処理装置。
【請求項４】
前記固液分離槽には、
複数枚の分離羽根が間隙をもって配設されていると共に、前記処理液が流入する回転筒が設けられている
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の排水処理装置。
【請求項５】
前記生物反応槽は流入調整槽および／または前曝気槽であり、
前記固液分離槽は最初沈殿池である
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の排水処理装置。
【請求項６】
流入調整槽および／または前曝気槽に、
幹糸および枝糸を備えたひも状ろ材が複数本配設されたろ材モジュールを一つまたは二つ以上設け、
散気設備で曝気しながら流入する排水を処理し、
最初沈殿池に、
前記流入調整槽および／または前記前曝気槽から流出する処理液を導入して処理水と分離汚泥に固液分離する
ことを特徴とする排水処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１３−４９０１３（Ｐ２０１３−４９０１３Ａ）
【公開日】平成２５年３月１４日（２０１３．３．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８８３６１（Ｐ２０１１−１８８３６１）
【出願日】平成２３年８月３１日（２０１１．８．３１）
【出願人】（３９１０２２４１８）株式会社西原環境 (21)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月１４日（２０１３．３．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月３１日（２０１１．８．３１）
【出願人】（３９１０２２４１８）株式会社西原環境 (21)
【Ｆターム（参考）】
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