水処理装置及び水処理方法
【課題】反応槽と浸漬型膜分離装置とを組み合わせた、分解効率の高い水処理装置及び水処理方法を提供すること。
【解決手段】本発明の水処理装置は、
被処理水を曝気処理する反応槽が備えられた水処理装置であって、
前記反応槽は上端部及び下端部が開放された第一仕切によって、下部に散気装置を設置した第一領域と、散気装置を設けない第二領域とに分けられ、
前記散気装置は、
円柱状の管中心部と、
下端面が前記管中心部の径よりも大きな径を持つ管下部と、
上端面が前記管中心部の径よりも大きな径を持ち、かつ、前記管下部よりも長い管長を持つ管上部とを有しているエアリフト管である、ことを特徴とする。
【解決手段】本発明の水処理装置は、
被処理水を曝気処理する反応槽が備えられた水処理装置であって、
前記反応槽は上端部及び下端部が開放された第一仕切によって、下部に散気装置を設置した第一領域と、散気装置を設けない第二領域とに分けられ、
前記散気装置は、
円柱状の管中心部と、
下端面が前記管中心部の径よりも大きな径を持つ管下部と、
上端面が前記管中心部の径よりも大きな径を持ち、かつ、前記管下部よりも長い管長を持つ管上部とを有しているエアリフト管である、ことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、河川水、湖沼水、地下水等を浄化処理するための、又は下水、産業廃水等の有機性廃水を浄化処理するための処理装置及び処理方法であって、被処理水への曝気に使用する散気装置の形状に特徴を有するものに関する。
【背景技術】
【０００２】
有機性排水を処理する方法として、好気性細菌を保持する曝気槽に導入して曝気することにより酸化処理する方法が知られている。
【０００３】
曝気方法としては、槽内に上下開放された円筒状のチューブを設置し、円筒部の下部から空気を散気することにより、槽内の曝気と循環を行う装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２４９７１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示されている処理装置は、槽内の被処理水を流動させるために、多大な曝気動力が必要となり、処理コストが高くなるという問題があった。
【０００６】
特に、被処理水を曝気処理する反応槽に設置される散気装置（曝気装置）は、通常、中空円柱状の直筒管であるが、管上端部で急激に流路が拡大するため、管上部（出口）付近で圧力損失が発生するという問題があった。また、管下部（入口）付近にも被処理水流入時にデッドスペースが発生し、流路が実質的に狭くなることにより被処理水の流速が予定値よりも低下するという問題があった。
【０００７】
本発明は、小型、かつ、省エネルギーで分解効率の高い水処理装置及び水処理方法であって、反応槽における被処理水の流速を増大させた水処理装置及び水処理方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者等は、反応槽内を仕切（ドラフト板）によって２つの領域に分け、散気装置の管下部及び管上部の径を管中心部の系よりも大きくすることにより、反応槽内における被処理水の流速を増大させることが可能であることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【０００９】
具体的に、本発明は、
被処理水を曝気処理する反応槽が備えられた水処理装置であって、
前記反応槽は上端部及び下端部が開放された第一仕切によって、下部に散気装置を設置した第一領域と、散気装置を設けない第二領域とに分けられ、
前記散気装置は、
円柱状の管中心部と、
下端面が前記管中心部の径よりも大きな径を持つ管下部と、
上端面が前記管中心部の径よりも大きな径を持ち、かつ、前記管下部よりも長い管長を持つ管上部とを有しているエアリフト管である、
ことを特徴とする水処理装置に関する。
【００１０】
また、本発明は、
被処理水を曝気処理する反応槽によって被処理水を処理する方法であって、
前記反応槽は上端部及び下端部が開放された第一仕切によって、下部に散気装置を設置した第一領域と前記散気装置を設けない第二領域とに分けられ、
前記散気装置は、
円柱状の管中心部と、
下端面が前記管中心部の径よりも大きな径を持つ管下部と、
上端面が管中心部の径よりも大きな径を持ち、かつ、前記管下部よりも長い管長を持つ上部とを有して前記いるエアリフト管であり、
前記反応槽において前記散気装置から放出される空気によって、被処理水を前記第一領域及び前記第二領域間で循環させることを特徴とする水処理方法に関する。
【００１１】
本発明の処理装置及び処理方法では、散気装置のエアリフト管が円柱状の管中心部と、端部が管中心部の径よりも大きな径を持つ管下部及び管上部とを有し、かつ、管下部よりも管上部の管長を長く形成するという形状に特徴を有しているため、中空円柱状の直筒管と比較して、ブロアの動力が同じであっても被処理水の流速が大きい。エアリフト管は、平板状の散気装置と比較して設置スペースが小さくて済み、縦長の形状であるために第一領域と第二領域との間で被処理液を効率よく循環させることができるが、さらにエアリフト管の入口側（下部）及び出口側（上部）の端部の径が管中心部よりも大きくすることにより、入口側のデッドスペースが小さく、かつ、出口側の圧力損失が少なくなる。その結果、被処理水の流速が増大し、システムの必要動力を削減できる。
【００１２】
前記エアリフト管は、管中心部にエア供給部を設けることが好ましい。管中心部にエア供給部を設けることによって、供給された空気が上昇する力を利用して効率的に被処理水を循環させることができる。
【００１３】
本発明の処理装置及び処理方法では、反応槽内で微生物担体を用いて、好気性微生物の働きによって有機物を生物接触分解する（生物学的に分解する）ことも可能である。反応槽は、第一仕切で第一領域と第二領域とに分けられており、第一領域の下方に設置された散気装置から放出される空気（気泡）によって、被処理水及び微生物担体は第二領域へと移動する。第二領域の下方には散気装置が設置されていないため、被処理水及び微生物担体は、第二領域においては上方から下方に向かって流れる。第二領域と第一領域の下端部は連通しており、微生物担体は処理水の流れに沿って第一領域へと移動しやすい。
【００１４】
さらに、第二領域から第一領域に向けて第一領域の底面が低くなるように、反応槽の底面が傾斜していることが好ましい。第二領域から第一領域に向けて底面が低くなるように底面が傾斜しているため、微生物担体は第一領域へと移動しやすい。
【００１５】
このように、本発明の処理装置及び処理方法では、被処理水及び微生物担体の循環がスムーズであり、微生物担体表面の好気性微生物によって、有機物を効率よく生物接触分解することが可能である。なお、好気性微生物が分解しにくい有機物やその代謝物等は、微生物担体が粒状活性炭のような吸着性物質である場合には、微生物担体によって吸着除去することも可能である。
【００１６】
本発明の処理装置は、前記反応槽の処理水を膜分離する浸漬型膜分離装置が備えられた膜分離槽を備え、前記膜分離槽と前記反応槽とは、下端部が開放された第二仕切によって反応槽の第二領域と膜分離槽とが一体化されていることが好ましい。
【００１７】
また、本発明の処理方法は、下端部が開放された第二仕切によって、前記第二領域と浸漬型膜分離装置が備えられた膜分離槽とが接続されており、前記反応槽で処理した被処理水を前記膜処理槽で処理することが好ましい。
【００１８】
本発明の処理方法は、反応槽の処理水を膜分離する浸漬型膜分離装置を備えた膜分離槽を備え、前記膜分離槽と前記反応槽とは、下端部が開放された第二仕切によって反応槽の第二領域と膜分離槽とが一体化され、膜処理槽から反応槽に向けて高さが低くなるように底面が傾斜していることが好ましい。
【００１９】
また、本発明の処理装置は、前記膜処理槽から前記反応槽に向けて高さが低くなるように底面が傾斜していることが好ましい。
【００２０】
反応槽の第二領域と膜分離槽とは下端で接続されているが、反応槽の第一領域から第二領域及び膜分離槽に近づくほど、高さが増すように底面が傾斜しているため、反応槽の処理水に微生物担体として使用される粒状活性炭やその破片である粉末状活性炭が混入し、膜分離槽へと移動しにくい。そのため、活性炭による浸漬型膜分離装置の膜の目詰まりや損傷が防止される。
【００２１】
前記第二仕切は遮蔽部材を有しており、前記浸漬型膜分離装置を薬液洗浄する際に、該遮蔽部材によって前記反応槽と前記膜分離槽とを遮蔽することが好ましい。
【００２２】
膜分離槽内で膜分離を行う浸漬型膜分離装置は、内蔵する精密ろ過膜（ＭＦ膜）又は限外ろ過膜（ＵＦ膜）等の目詰まりを防止するため、定期的に次亜塩素酸／水酸化ナトリウム等の薬液を用いて薬液洗浄する必要がある。ＭＦ膜又はＵＦ膜の原水側（一次側）を薬液洗浄する場合、浸漬型膜分離装置全体を薬液に浸漬させる必要があるため、通常であれば、薬液洗浄時には浸漬型膜分離装置を膜分離槽から取り出さなければならない。しかし、第二仕切に設けられた遮蔽部材によって前記反応槽と前記膜分離槽とを遮蔽すれば、薬液が反応槽に混入して好気性微生物が悪影響を受けることを防止することが可能である。
【００２３】
前記第二仕切に隣接する第三仕切をさらに設けることによっても、ＭＦ膜又はＵＦ膜の原水側の薬液洗浄時に、薬液が反応槽に混入することを防止できる。ここで、
前記第三仕切は、前記第二仕切よりも前記膜分離槽側であり、
前記第三仕切の上端部は、前記第二仕切の上端部よりも低い位置にあり、
前記第三仕切の下端部は、底面に接しており、
前記第二仕切と前記第三仕切との間には、前記反応槽から前記膜分離槽に向かって処理水を供給する給水経路が形成されている。
【００２４】
このような第三仕切を設けることにより、反応槽と膜分離槽とは、第二仕切と、第二仕切に隣接する第三仕切とによって仕切られ、第二仕切と第三仕切との間には、反応槽から膜分離槽に向かって処理水を供給する給水経路が形成される。このため、反応槽内で浸漬型膜分離装置のＭＦ膜等の原水側を薬液洗浄しても、薬液が反応槽に混入することがなく、反応槽内の好気性微生物が、薬液による悪影響を受けることが防止できる。また、洗浄時間も短縮する。
【００２５】
さらに、第二仕切及び第三仕切という２個の仕切板によって、反応槽と膜分離槽が二重に隔離されているため、反応槽内で粒径の小さい微生物担体（例えば、粉末活性炭）を使用しても、膜分離槽へ微生物担体が侵入しにくく、ＭＦ膜等の目詰まりや損傷が防止できる。
【００２６】
なお、第三仕切を設ける場合には、膜分離槽から反応槽に向かって処理液を返送する返送経路を設けることが好ましい。第二仕切及び第三仕切によって反応槽と膜分離槽とが隔離されると、処理水は給水経路を通じて反応槽から膜分離槽へと向かって供給され、膜分離槽から反応槽へと向かっては、処理水は移動しない。このため、反応槽内の好気性微生物も、処理水と共に膜分離槽へと移動してしまうために、反応槽内の好気性微生物量が不足するおそれがある。
【００２７】
そこで、膜分離槽から反応槽に向かって処理液を返送する返送経路を設けることにより、濃縮された処理液と好気性微生物とを反応槽へと返送することが可能となる。なお、返送経路は、膜分離槽の底面又は下部と反応槽の底面又は下部とを接続するように設けることが好ましい。
【００２８】
前記微生物担体は、粒状活性炭、プラスチックビーズ等の樹脂製担体、多孔質セラミック粒子等を使用しうるが、特に粒状活性炭であることが好ましい。粒状活性炭は、多孔質であるため表面に好気性微生物が増殖しやすく、好気性微生物が分解できない物質を吸着する能力を有するためである。
【００２９】
前記膜分離槽の下方にも散気装置を設けることが好ましい。逆洗浄操作と平行して散気装置によってエアスクラビングを行うことにより、浸漬型膜分離装置の膜の目詰まりを防止できるためである。
【００３０】
前記膜分離槽においては、前記膜分離装置の近傍に固形分除去手段を設けることが好ましい。膜分離槽内に存在する不要な固形物質や代謝生成物を除去し、膜の目詰まりを防止するためである。固形分除去手段は、例えば、サイホン方式のドレン管、スラリーポンプに接続されたドレン管等を意味し、膜分離槽内の被処理水から固形分を装置外へと除去しうるものであれば足りる。
【００３１】
固形分除去手段としては、反応槽又は膜分離槽底部に設置されるドレン管が一般的であるが、本発明の水処理装置及び水処理方法では、第二仕切に隣接する第三仕切を有しない場合には、反応槽又は膜分離槽底部に粒状活性炭等の微生物担体が存在しているため、槽底部にドレン管のような固形分除去手段を設置すると、微生物担体が多量に排出されることになる。また、膜分離装置のＭＦ膜又はＵＦ膜を逆洗浄するときには、膜分離装置近傍の固形分濃度が上昇するため、第二仕切に隣接する第三仕切を有しない場合には、膜分離装置近傍に固形分除去手段を設置することが好ましい。
【００３２】
なお、固形分除去手段としてドレン管を設置する場合、ドレン管からの固形分除去量（排出量）を、タイマー設定の自動弁により制御することが好ましい。膜分離装置のＭＦ膜又はＵＦ膜の逆洗浄のタイミングに合わせて、膜分離装置近傍の固形分を効率よく除去するためである。
【００３３】
前記浸漬型膜分離装置は、ＭＦ膜又はＵＦ膜によって膜分離する種類であることが好ましい。ＭＦ膜及びＵＦ膜は単位面積あたりの透水性に優れており、飲料水に合致する水質を得る事が可能だからである。なお、ＭＦ膜及びＵＦ膜は、容積効率及び省エネルギーの観点から、平膜よりも中空糸膜であることがより好ましい。
【発明の効果】
【００３４】
本発明の水処理装置及び水処理方法は、散気装置の形状により被処理液の流速が大きく、ブロア動力の軽減によるコスト削減が可能である。
【００３５】
また、反応槽と膜分離槽とを一体化した場合、設置スペースが小さくて済み、従来の生物接触ろ過装置及び活性炭ろ過装置の組み合わせた場合と比較して、1/3以下の設置面積で設備設計が可能である。また、粒状活性炭を好気性微生物の担体とした場合には、有機物の好気性分解と吸着処理とを同時に行うことが可能であり、処理水の水質も高く、原水の水質変動にも追従しやすい。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、本発明の実施の形態について、適宜図面を参酌しながら説明する。なお、本発明は以下の記載に限定されない。
【００３７】
（実施の形態１）
本発明に係る水処理装置及び水処理方法で使用する散気装置の一例を、図１に示す。散気装置１０は、円柱状の管中心部１０ｃと、下端面３２ａが管中心部１０ｃの径よりも大きな径を持つ管下部１０ａと、上端面３２ｂが管中心部の径よりも大きな径を持つ管上部１０ｂとから構成されるエアリフト管であり、管中心部１０ｃは中空の円柱状である。また、下端面３２ａ及び上端面３２ｂは、いずれも円形となっている。図１において、Ｘ−Ｘ’は垂直方向の中心線であり、下端面３２ａの内径（直径）Ａは、管中心部１０ｃの内径（直径）ｄよりも大きい。同様に、上端面３２ｂの内径（直径）Ｂも管中心部１０ｃの内径ｄよりも大きい。さらに、１０ｂの長さ（管長）は１０ａの長さよりも長い。
【００３８】
図１の散気装置１０では、管下部１０ａは曲線的に外側へと広がっており、管上部１０ｂは直線的に外側へと広がっているが、下端面３２ａの内径Ａ及び上端面３２ｂの内径Ｂが、管中心部１０ｃの内径ｄよりも大きければ足り、管下部１０ａ及び管上部１０ｂが同じ形状でもよい。
【００３９】
ただ、被処理水が流入する際に剥離領域（デッドスペース）を小さくするという理由により、図２に示すように、管下部３２ａのＲ部は、Ｒ部の半径をｒとした場合（点Ｐは、Ｒ部を構成する円の中心）、ｒ/ｄ＝1/10以上6/10以下（ｄは管中心部の内径）とすることが好ましい。なお、剥離領域ができると、剥離に伴い渦が生成するために圧力損失が増加する。そのため、剥離領域を小さくすることによって圧力損失の低減も図ることができる。
【００４０】
また、急激な流路の拡大による圧力損失をより効果的に抑制するという理由により、図３に示すように、管上部３２ｂの側壁は、外側への傾斜角度θが2°≦θ≦7°であることが好ましく、3≦θ≦5°であることがより好ましい。さらには、１０ａを形成する管上部は直線的に形成されることが好ましい。これは管上部が管下部のように曲線で形成されると、流路が急激に拡大する箇所が形成され、その結果、圧力損失が大きくなる可能性があるためである。なお、管中央部と管上部の接合部分はなめらかに接合されていてもよい。
【００４１】
管中心部１０ｃの長さは、内径（直径）ｄの3倍以上5倍以下とすることが好ましい。内径ｄの3倍未満では被処理水の流れに偏りを生じやすいためであり、5倍を超えると管内の抵抗が大きくなりすぎるためである。
【００４２】
なお、下端面３２ａの内径Ａは、管中心部の内径ｄよりも1.2倍以上2.2倍以下であることが好ましい。また、上端面３２ｂの内径Ｂも、管中心部の内径ｄよりも1.2倍以上2.2倍以下であることが好ましい。
【００４３】
次に、本発明に係る水処理装置に外部装置を接続した水処理システムの一例を、図４に示す。なお、図４では、本発明に係る水処理装置は、断面図として表されており、反応槽と膜分離槽とが一体化した構造を有している。
【００４４】
本発明の水処理装置４は、粒状活性炭等の微生物担体を利用して被処理水を曝気処理（散気処理）する反応槽７と、反応槽７の処理水を膜分離する浸漬型膜分離装置１３を備える膜分離槽１２とが一体化した構造となっている。なお、図４では微生物担体は省略されている。
【００４５】
第二仕切１１の下端部１４は開放されており、反応槽７と膜分離槽１２とは下端部１４よって連通している。また、反応槽７は、上端部９ａ及び下端部９ｂが開放された第一仕切８（ドラフト板）によって、第一領域５と第二領域６とに分けられる。なお、上端部９ａ及び下端部９ｂは、それぞれ5cm以上10cm以下及び5cm以上15cm以下とすることが好ましい。
【００４６】
上端部９ａ（第一仕切８と液面との距離）を5cm以上とするのは、エアリフトにより持ち上げられた反応槽内の被処理液及び微生物担体が第一仕切８を越流する際、スムーズな流れになるようにするためである。もし、第一仕切８の上端が液面付近にあるか又は液面から出ると、越流の際の抵抗となりスムーズな流れが形成されない。その一方、上端部９ａが10cmを超えると、越流した被処理液等が流動方向の板に衝突して反転し、逆流を生じることとなり、仕切り効果が小さくなる。
【００４７】
第一領域５の下方には散気装置１０が設置されている。散気装置１０は、管中心部１０ｃの側面下方に、ブロア１８からエア経路１９ａを経て供給される空気を筒内に放出する給気口３１が存在する。給気口３１から供給された空気は、気泡として管中心部１０ｃ及び管上部１０ｂを経て第一領域５に放出される。また、第二領域６は、第二仕切１１を介して膜分離槽１２に隣接している。散気装置１０としてエアリフト管を用いることにより、少ない曝気量（散気量）で微生物担体の循環と酸素溶解を効率よく行うことができるが、散気装置１０の管下部１０ａ及び管上部１０ｂの内径が、管中心部１０ｃの内径よりも大きいことにより、被処理液の流速が通常の中空円柱状のエアリフト管よりも高くなる。
【００４８】
なお、散気装置１０は、第一領域５の内寸及び水深に適した寸法に調整された物を選択して使用することが好ましい。また、第一領域５内に１基設置してもよく、複数基並列して設置してもよい。
【００４９】
膜分離槽１２には、浸漬型膜分離装置１３の下方に散気装置（膜分離槽の散気装置）３０が設置されており、ブロア１８からエア経路１９ｂを経て空気が供給される。この散気装置３０は、通常運転（膜ろ過）時や後述する逆洗浄時に、膜分離槽１２内に気泡を放出することにより、浸漬型膜分離装置１３のＭＦ膜又はＵＦ膜をエアスクラビングし、目詰まりを防止する。散気装置３０は、例えば、直径10〜30mm程度の管に、直径2〜3mmの孔を2〜3cmピッチで開孔したものであり、主に粗大気泡形成を目的としているが、このような構造に限定されない。
【００５０】
なお、膜分離装置の散気装置３０は、微生物担体を槽内で撹拌する必要がないため、反応槽の散気装置１０とは異なり、通常の散気装置を使用すれば足りる。
【００５１】
膜分離槽１２には、固形分除去手段として、ドレン管１７が設置されている。このドレン管１７は、重力の作用を利用したサイホン方式によって固形分を排出させてもよく、スラリーポンプによって固形分を排出させてもよい。
【００５２】
水処理装置４の底面は、第一領域５では大部分が水平であるが、第二領域６を経て膜分離槽１２へと近づくほど、底面の高さが増すように傾斜している。水平な底面１５ａと傾斜した底面１５ｂとがなす角度(底面１５ｂの傾斜角θ)は、15°以上45°以下の範囲とすることが好ましい。
【００５３】
第二仕切１１の下端と底面１５ｂとの隙間（下端部１４の高さ）は、10cm以上20cm以下とすることが好ましい。なお、この数値範囲は、膜処理量として20m3/日を想定した数値である。膜処理量が20m3/日以上であれば上記数値範囲を大きくなる方向に設計し、20m3/日以下であれば上記数値範囲を小さくなる方向に設計することが好ましい。
【００５４】
第二仕切１１の下端部１４を流れる流速は、膜分離装置１３の処理量に依存する。膜分離装置１３の処理量を下端部１４の断面積（すなわち、第二仕切１１の開口部分の面積）で除することにより断面通過流速が算出されるが、この流速が微生物担体の終末沈降速度（水中の単一粒子（ここでは粒状活性炭等の微生物担体）が水中を沈降する時、重力と水抵抗が釣り合って一定速度で沈降するようになる速度）よりも相当大きい場合には、微生物担体の膜分離槽１２への混入が避けられない。この混入を避けるために、微生物担体の終末速度程度以下になるよう、下端部１４の高さを調節する。
【００５５】
次に、図４の水処理システムにおける被処理水の処理手順について説明する。原水槽１に貯水された原水は、原水ポンプ２によって経路３を通じて水処理装置４の反応槽７へと給水される。原水は、第一領域５又は第二領域６のいずれに給水してもよい。反応槽７には微生物担体が投入され、第一領域５の下方にある散気装置１０から酸素を含む気体（空気等）の気泡を放出することにより、反応槽内の被処理水の酸素濃度を高く維持する。そして、微生物担体の表面で好気性微生物が増殖し、被処理水中の有機物が好気的に分解される。
【００５６】
反応槽７と膜分離槽１２とは、第二仕切１１の下端部１４によって連通しているため、反応槽内の被処理水（曝気処理後）は、下端部１４から膜分離槽１２へと供給することが可能である。膜分離槽１２には、浸漬型膜分離装置１３が設置されており、曝気処理（散気処理）後の被処理水を膜分離（固液分離）する。
【００５７】
この浸漬型膜分離装置１３は、膜の目詰まり防止の観点からはＭＦ膜又はＵＦ膜が中空糸型であり、縦置きとすることが好ましい。また、流路圧損を小さくするため、浸漬型膜分離装置１３は、長さ0.7m以上2.0m以下、内径0.6mm以上1.5mm以下とすることが好ましい。
【００５８】
第二領域６と膜分離槽１２とは、下端部１４で連通しているため、反応槽７の処理水は、下端部１４から膜分離槽１２へと供給される。浸漬型膜分離装置１３の処理水（透過水）は、経路１６を経て水処理装置４の外部に供給される。経路１６内の処理水は、経路２３ａ→経路２６→吸引ポンプ２４→経路２５→流量計２０→経路２１という順序で移動し、処理水タンク２２に貯水される。処理水タンク２２内の処理水が水道基準を満たしている場合には、塩素消毒等を施した後、飲用に供することが可能となる。
【００５９】
フミン酸等の有機物質は、生物処理、膜分離処理、吸着処理によっても取り除くことが困難であるが、塩素消毒時に一部分解される。このため、処理水タンク２２内の処理水についても、フミン酸等が残存している場合には、塩素消毒によって色度が半減する。
【００６０】
なお、図４に示すように、経路１６の下流に逆洗水槽２２を設置し、浸漬型膜分離装置１３のＭＦ膜又はＵＦ膜を洗浄する際（膜分離の休止中）には、経路２３から処理水の一部を経路１６へと供給し、浸漬型膜分離装置１３のＭＦ膜又はＵＦ膜を逆洗浄する構成とすることが好ましい。浸漬型膜分離装置１３は、10〜30分程度継続して膜分離を行い、膜分離操作の休止中に1〜2分間この逆洗浄操作を行うことが好ましい。逆洗浄操作が終われば、膜分離操作を再開する。
【００６１】
逆洗浄操作時には、図５に示すように、処理水タンク２２内の処理水は、経路２３ｂ→経路２６→吸引ポンプ２４→経路２５→経路１６という順序で移動し、浸漬型膜分離装置１３へと供給される。
【００６２】
膜分離槽１２においては、浸漬型膜分離装置１３の下方に、散気装置３０を設置することがより好ましい。エア経路１９ｂから供給される空気を、散気装置３０によって、浸漬型膜分離装置１３の下方から通常運転（膜ろ過）時又は逆洗浄時に放出してエアスクラビングを行うことにより、浸漬型膜分離装置１３のＭＦ膜又はＵＦ膜への汚泥等の付着防止効果、目詰まり防止効果及び洗浄効率が向上するためである。
【００６３】
なお、浸漬型膜分離装置１３のＭＦ膜又はＵＦ膜の目詰まり防止のため、次亜塩素酸溶液貯留槽２７内の次亜塩素酸溶液（濃度3mg/L〜500mg/L）を、薬液ポンプ２８によって薬液経路２９から経路１６へと供給し、一定期間毎に浸漬型膜分離装置１３のＭＦ膜又はＵＦ膜を薬液洗浄することがさらに好ましい。
【００６４】
浸漬型膜分離装置１３によって膜分離（膜ろ過）を継続すると、反応槽７及び膜分離槽１２内の被処理水中に浮遊好気性微生物が増殖し、その働きによって原水中の鉄、マンガン等の無機成分が固体の酸化物へと変化する。このため、反応槽７及び膜分離槽１２内の被処理水中の固形分濃度は徐々に上昇する。そのままでは、反応槽７における有機物の分解効率が低下し、膜分離装置１３のＭＦ膜又はＵＦ膜も目詰まりしやすくなる。
【００６５】
このため、膜分離槽１２に固形分除去手段として、例えば、スラリーポンプに接続されたドレン管１７を設置し、定期的に膜分離槽１２内の固形物質を排出し、反応槽７及び膜分離槽１３内の被処理液中の固形分濃度を500mg/L以上4000mg/L以下の範囲に調整することが好ましい。
【００６６】
なお、被処理液中の固形分濃度とは、微生物担体とは別に被処理液中に浮遊している微生物等の固形分濃度であり、微生物担体は含まれない。
【００６７】
本発明では、浮遊好気性微生物によって原水中の鉄、マンガン等の無機成分を固体の酸化物へと変化させ、それを固形物質として固形分除去手段によって系外に排出するため、微生物担体だけでは除去することが困難である原水中の無機成分も効果的に除去することが可能である。
【００６８】
次に、反応槽７における曝気処理（散気処理）について、図６を参照しながら説明する。図６では、微生物担体として粒状活性炭を使用している。反応槽７の第一領域５下方の散気装置１０からは、エア経路１９ａを経て供給された空気が、気泡４０として管上部１０ｂの上端面３２ｂから放出される。この気泡４０によって、反応槽７内の被処理水の酸素濃度が高く維持され、好気性微生物が活動しやすい状態となる。
【００６９】
なお、反応槽７内の溶存酸素濃度は6mg/L以上とし、固形分濃度は500mg/L以上4000mg/L以下とすることが好ましい。また、反応槽７の滞留時間（曝気時間）は、15分以上60分以下とすることが好ましい。
【００７０】
反応槽７には、好気性微生物の担体として粒状活性炭４１が投入されており、粒状活性炭４１の表面で好気性微生物が被処理水中の有機物を分解（生物接触分解）する。好気性微生物によって分解されにくい難分解性有機物等は、粒状活性炭４１によって吸着除去することができる。
【００７１】
微生物担体としては、粒状活性炭以外にゼオライト等の粒状吸着剤、樹脂製の粒状体又は筒状体等も適用可能であるが、好気性微生物が分解できない物質を吸着除去するためには、粒状活性炭やゼオライト等の吸着能を有する粒状体を使用することが好ましい。なお、微生物担体として粒状活性炭４１を使用する場合、粒径が0.5mm以上2mm以下であるものが適している。
【００７２】
散気装置１０の上端面３２ｂから放出された気泡４０は、第一領域５を上昇する。被処理水も気泡４０に伴って上昇し、粒状活性炭４１も同様に上方へと移動する。このとき、散気装置１０の下端面３２ａからは気泡が出ないようにする。上端面３２ｂ及び下端面３２ａは開放されているため、気泡４０を上端面３２ｂから放出すると、第一領域５の底面１５ａに沈降している粒状活性炭は、下端面３２ａから被処理水と共に吸い込まれることになる。
【００７３】
第一仕切８の上端部９ａが開放されているため、第一領域５の被処理水及び粒状活性炭４１は、上端部９ａを通って第二領域６へと移動する。そして、第二領域６には散気装置が設置されておらず、また、第一仕切８の下端部９ｂにおいても第一領域５と第二領域６とが連通しているため、第二領域６では被処理水及び粒状活性炭４１は、上端部９ａから下端部９ｂへと移動する。すなわち、散気装置管１０の上端面３２ｂからの気泡４０放出によって、反応槽内の粒状活性炭４１が第一領域５→上端部９ａ→第二領域→下端部９ｂという方向で循環する。
【００７４】
第一領域５の底面１５ａは、水処理装置４の底面として最も低い位置にある。そして、底面１５ａから第二領域６を経て膜分離槽１２に近づくほど、底面１５ｂは高さが増すように傾斜しているため、第二領域６の底面１５ｂに沈降した粒状活性炭４１は、第一仕切８の下端部９ｂを経て、第一領域５の底面１５ａへと移動しやすい。底面１５ａに移動した粒状活性炭４１は、上述したように、散気装置１０の下端面３２ａへと吸い込まれた後、上端面３２ｂから気泡と共に放出され、再び反応槽７内を循環する。
【００７５】
このように、実施の形態１の水処理装置４では、散気装置１０、第一仕切８及び傾斜した底面１５ｂにより、反応槽７における粒状活性炭４１の循環流動が促進され、好気性微生物による有機物の分解効率が高い。また、散気装置１０の形状上の特徴により、円柱状のエアリフト管と比較して、同じ動力でも反応槽７内における被処理液の流速が高く、反応槽７の底部に粒状活性炭４１が滞留しにくい。
【００７６】
ここで、反応槽７に添加する粒状活性炭４１は、反応槽内の被処理水中で2重量％以上15重量％以下とすることが好ましい。なお、粒状活性炭の代わりに粉末活性炭を使用すると、反応槽７内で微生物担体を流動させるために必要な動力は少なくなるが、膜分離槽１２へ粉末活性炭（粒状活性炭から摩擦等により生じたもの）が流入しやすくなり、浸漬型膜分離装置のＭＦ膜又はＵＦ膜が目詰まりしやすくなるので好ましくない。
【００７７】
反応槽７の第二領域６と膜分離槽１２とは、第二仕切１１の下端部１４によって連通しているが、底面１５ｂは第二領域６下方が低く、膜分離槽１２下方が高くなるように傾斜しているため、第二領域６内で沈降した粒状活性炭４１は、下端１４から膜分離槽１２へは混入しにくい構造となっている。
【００７８】
（実施の形態２）
本発明に係る水処理装置（膜分離槽と一体化した水処理装置）に外部装置を接続した水処理システムの別の一例を、図７に示す。実施の形態２の水処理装置は、第二仕切１１の下部に遮蔽部材３３が設けられている以外は、実施の形態１の水処理装置と同様である。
【００７９】
上述した次亜塩素酸溶液貯留槽２７内の次亜塩素酸溶液を経路１６から浸漬型膜分離装置１３に供給してＭＦ膜又はＵＦ膜を薬液洗浄する方法は、ＭＦ膜又はＵＦ膜の透過水側（二次側）の目詰まり防止には有効であるが、ＭＦ膜又はＵＦ膜の原水側（一次側）の目詰まり防止の効果は低い。このため、長期間、浸漬型膜分離装置１３を使用した場合には、ＭＦ膜又はＵＦ膜を酸性及び／又はアルカリ性の薬液中に浸漬させて、ＭＦ膜又はＵＦ膜の原水側も薬液洗浄する必要が生じる。
【００８０】
図４に示す水処理装置４では、第二仕切１１の下端部１４は開放されており、反応槽７と膜分離槽１２とは、常時連通しているため、ＭＦ膜又はＵＦ膜の原水側を薬液洗浄する場合、膜分離槽１２から浸漬型膜分離装置１３を取り出し、酸性及び／又はアルカリ性の薬液中に浸漬させる必要がある。
【００８１】
ここで、第二仕切１１の下部に、図７Ａに示すような遮蔽部材３３を設ければ、通常運転時には反応槽７と膜分離槽１２とを連通させ、ＭＦ膜又はＵＦ膜の原水側の薬液洗浄時には、図７Ｂに示すように反応槽７と膜分離槽１２とを遮断することが可能となる。遮蔽部材３３は、第二仕切１１の下端部１４の全部を遮蔽し、反応槽７と膜分離槽１２との間の被処理液の移動を防止することができれば足り、材質、厚み等は特に限定されない。
【００８２】
図７Ａ及び図７Ｂに示す遮蔽部材３３を有する水処理装置では、ＭＦ膜又はＵＦ膜の原水側の薬液洗浄を行う場合、まず水処理装置４の運転を停止し、遮蔽部材３３を図７Ａから図７Ｂの状態に移動させる。こうして反応槽７と膜分離槽１２とを遮断した後、膜分離槽１２の底面に設けられている排水管３４から膜分離槽１２内の処理水を排水する。このとき、経路３から反応槽７への原水供給も停止する。
【００８３】
その後、膜分離槽１２に薬液を注入し、浸漬型膜分離装置１３全体を薬液洗浄に浸漬させることにより、ＭＦ膜又はＵＦ膜の原水側の薬液洗浄を行う。このとき、膜分離槽の散気装置３０から空気を放出し、エアスクラビングを行うことが効果的である。なお、高濃度の薬液を原液とする場合、膜分離槽１２内の処理水に直接薬液を注入し、薬液濃度を調整してもよい。
【００８４】
さらに、ＭＦ膜又はＵＦ膜の処理水側より膜内部の汚染物を除去するために、予め調整された洗浄薬液をタンク２７に充填し、ポンプ２８で供給する。ＭＦ膜又はＵＦ膜の処理水側より供給された薬液は、膜内部を通過させて膜分離槽に逆流出させる。これにより、ＭＦ膜又はＵＦ膜内部の汚染物を効果的に除去することができる。
【００８５】
この薬液洗浄が終了すれば、排水管３４から使用済み薬液を排水する。水道水等を用いてすすぎも行い、そのすすぎ排水も排水管３４から排水する。
【００８６】
すすぎ排水中の薬液濃度が許容範囲以下になれば、遮蔽部材３３を図７Ｂから図７Ａの状態に徐々に戻し、膜分離槽内１２に反応槽７内の被処理水を注入する。その後、水処理装置４内の被処理液量を調整し、水処理システムの運転を再開する。
【００８７】
このように、第二仕切１１に遮蔽部材３３を設けることにより、浸漬型膜分離装置１３を膜分離槽１２内に設置したまま、ＭＦ膜又はＵＦ膜の原水側の薬液洗浄を実施することができる。
【００８８】
なお、遮蔽部材は、図８Ａ及び図８Ｂに示すように、第二仕切１１と一体化させてもよい（図８Ａ及び図８Ｂでは符号３５）。この場合、通常運転時には遮蔽部材３５は第二仕切１１内に収納されている。
【００８９】
遮蔽部材による遮蔽効果を高めるためには、水処理装置４の底面１５ｂに遮蔽部材３３の下部を嵌め込む遮蔽補助部材３６を設けることがより好ましい。遮蔽補助部材３６は、例えば、ゴム製パッキン等である。
【００９０】
ＭＦ膜又はＵＦ膜の薬液洗浄には、次亜塩素酸以外の薬液も使用しうる。例えば、ＭＦ膜又はＵＦ膜のスケール除去には、酸性溶液を使用することができる。
【００９１】
（実施の形態３）
本発明に係る水処理装置（膜分離槽と一体化した水処理装置）に外部装置を接続した水処理システムのさらに別の一例を、図９に示す。実施の形態３の水処理装置は、第二仕切１１に隣接する第三仕切７１が設けられている以外は、実施の形態１の水処理装置と同様である。
【００９２】
実施の形態３の水処理装置では、第二仕切１１の下端部１４ａは開放されているが、第三仕切７１の下端部７１ａは底面１５と接している。反応槽７と膜分離槽１２とは給水経路７２によって接続されているが、第三仕切７１の上端部７１ｂは、第二仕切１１の上端部１４ｂよりも低い位置にあるため、膜分離槽１２の水面は、第三仕切７１の上端部７１ｂと同じ高さとなり、反応槽７の水面よりも低い位置となる。このため、給水経路７２においては、処理水は反応槽７から膜分離槽１２に向かって供給され、その逆方向には流れない。
【００９３】
また、反応槽７と膜分離槽１２とが第二仕切１１及び第三仕切７１によって二重に隔離されているため、反応槽７内で粒径の小さい微生物担体を使用しても、膜分離槽１２へ微生物担体が侵入しにくく、ＭＦ膜等の目詰まりや損傷が防止される。
【００９４】
なお、第三仕切７１の上端部７１ｂは、第二仕切１１の上端部１４ｂよりも10cm以上30cm以下低い位置であることが好ましい。これらの数値範囲は、膜処理量として20m3/日を想定した数値である。膜処理量が20m3/日以上であれば上記数値範囲を大きくなる方向に設計し、20m3/日以下であれば上記数値範囲を小さくなる方向に設計することが好ましい。
【００９５】
給水経路７２第二仕切１１の下端部１４を流れる処理水の流速は、膜分離装置１３の処理量に依存する。膜分離装置１３の処理量を給水経路７２下端部１４の断面積（水平方向の断面積すなわち、第二仕切１１の開口部分の面積）で除することにより断面通過流速が算出される。流路の幅を決める際には、使用する活性炭（粒径が判明している）の静水中における終端速度をSTOKES式から算出し、その終端速度よりも小さくなるような流路幅を、膜処理水を流路断面積で除して求める方法を採用する。
【００９６】
膜分離槽１２内では、浸漬型膜分離装置１３によって処理水が膜分離され、膜分離された透過水は、経路１６から水処理装置４の外部に供給される。このとき、外部に供給される透過水の量だけ膜分離槽１２内の処理水は減少するため、透過水量に相当する量の処理水が反応槽７から膜分離槽１２へと給水される。
【００９７】
処理液中の好気性微生物は、浸漬型膜分離装置１３のＭＦ膜又はＵＦ膜によってろ過されないため、膜分離槽１２内の好気性微生物濃度は徐々に上昇する。一方、通水経路７２では、膜分離槽１２から反応槽７へと処理水は流れないため、反応槽７内の好気性微生物濃度は徐々に減少してしまう。このため、水処理システムを連続運転していると、反応槽７において、被処理水（原水）に含まれる有機物の分解（生物接触分解）が不十分になりやすい。
【００９８】
このため、膜分離槽の底面又は下部と、反応槽の底面又は下部とを接続するように返送経路７４を設け、膜分離槽１２から反応槽７に向かって、好気性微生物を含む濃縮された処理液を返送することが好ましい。なお、返送経路７４には、必要に応じてポンプ７５を設置する。
【００９９】
なお、反応槽７内の流れに沿って移送させることができるため、膜分離槽１２で濃縮された微生物を、傾斜を設けた反応槽底部へ戻す経路を設ける場合、ポンプ７５等の移送設備は最小限のもので済むか、あるいは不要となる。
【０１００】
返送経路７４は、通常運転時に常時開いておく必要はなく、一定時間毎に開くようにすれば足りる。なお、実施の形態３の膜分離槽１２には、ドレン管１７は設置されていないが、排水経路７３が固形分除去手段としての機能を有している。膜分離槽内に存在する不要な固形物質や代謝生成物を除去し、膜の目詰まりを防止する目的で、浸漬型膜分離装置１３の近傍に別途独立してドレン管等の固形分除去手段を設けてもよい。
【０１０１】
通常、ＭＦ膜又はＵＦ膜の原水側を薬液洗浄するためには、浸漬型膜分離装置１３を膜分離槽１２から取り出し、薬液洗浄槽内の酸性及び／又はアルカリ性の薬液に浸漬する必要がある。しかし、実施の形態３の水処理装置４では、膜分離槽１２内の処理液が反応槽７へと向かって流れない構造となっているため、膜分離槽１２をそのまま浸漬型膜分離装置１３の薬液洗浄槽として使用しても、薬液が反応槽７に混入することがない。
【０１０２】
ここで、ＭＦ膜又はＵＦ膜の原水側を薬液洗浄する操作について説明する。まず、水処理装置４の運転を停止し、排水経路７３から膜分離槽１２内の処理水を排水する。このとき、経路３から反応槽７への原水供給も停止する。
【０１０３】
そして、膜分離槽１２内に薬液を注入し、浸漬型膜分離装置１３全体を薬液中に浸漬させる。このとき、ＭＦ膜又はＵＦ膜の透過水側の薬液洗浄も行うことが好ましい。また、散気装置３０から空気を放出し、エアスクラビングを行うことも効果的である。なお、高濃度の薬液を原液とする場合、膜分離槽１２内の処理水に直接薬液を注入し、薬液濃度を調整してもよい。
【０１０４】
薬液洗浄が終了すれば、排水経路７３から使用済み薬液を排水する。水道水等を用いてすすぎも行い、そのすすぎ排水も排水経路７３から排水する。すすぎ排水中の薬液濃度が許容範囲以下になれば排水経路７３を閉じ、経路３から反応槽７への原水供給を再開する。そうすることにより、膜分離槽内１２に反応槽７内の被処理水が注入される。浸漬型膜分離装置１３全体が水面下になるまで膜分離槽１２内の水位が戻れば、水処理装置４の運転を再開する。
【０１０５】
＜運転方法＞
次に、本発明の水処理装置（実施の形態１〜３）の運転方法について説明する。水処理装置起動時には、原水及び粒状活性炭を同時に反応槽内に供給し、粒状活性炭を除く反応槽内の固形物濃度が500mg/L以上となるまで、膜分離槽内の固形分除去は行わず、自然立ち上げとする。
【０１０６】
まず反応槽において、被処理水の水質に応じて一定時間曝気処理（散気処理）を行い、その後、被処理水が膜分離槽に流れ込むことにより膜分離処理に移行する。曝気処理中は、反応槽内の固形分濃度が過剰とならないように、水道基準を満たす最低固形分濃度（500mg/L）を維持しながら、過剰の固形分を膜分離槽に設置した固形分除去手段によって抜き取る。
【０１０７】
膜分離装置における透過流束は、0.3m/日以上1.0m/日以下に設定する。流束が大きいほど、次亜塩素酸溶液による薬液洗浄の間隔を短くする。なお、次亜塩素酸溶液を浸漬型膜分離装置に逆流させて逆洗浄する場合、次亜塩素酸溶液は反応槽内で消費されることになるため、特段の処理設備は必要としない。
【０１０８】
なお、本発明の水処理装置の処理水（浸漬型膜分離装置の透過水）が水道基準を満たさない場合には、処理水をさらに活性炭吸着装置等の高度処理装置によって高度処理することができる。
【０１０９】
［実施例１］
図１０に示す構造及び寸法を有する水処理装置のラボ実験機を用い、ブロアによって10L/minの空気を散気装置１０に供給した場合における反応槽底面付近の被処理液の流速について、コンピュータシミュレーションによる流動解析を行った。流動解析にはFLUENT6.3（ANSYS社）を用いた。
【０１１０】
実施例１の散気装置１０は、管中心部の内径40mm、全体の長さ400mm、管下部のＲ部のｒ／ｄ＝0.3、下端面の内径64mm、管上部の外側への傾斜角θ＝5°、管上部の長さ230mm、管下部の長さ12mmである。散気装置１０の下端面から反応槽の底面との間の距離は50mmとし、散気装置１０の下端面から160mmの位置に15Aの配管を接続し、10L/minの空気を散気装置内に吹き込むという設定とした。また、このラボ実験機の奥行きは、図１０(b)に示すように200cmであり、水張り有効容積は140Lである。
【０１１１】
［比較例１］
散気装置が、内径40mm、長さ400mmの中空円筒であること以外、すべて比較例と同じ設定条件で、反応槽底面付近の被処理液の流速について、コンピュータシミュレーションを実施した。
【０１１２】
実施例１及び比較例１の反応槽底部における流速コンターのシミュレーション結果を、図１１に示す。図１１より、実施例（図１１(b)）は、比較例（図１１(a)）よりも反応槽底面における流速が高く、反応槽底面に粒状活性炭等の微生物担体が蓄積されにくいことが確認された。
【０１１３】
また、実施例１及び比較例１について、反応槽底面から2cmの水平断面における底部流速軸の比率を、図１２に示す。図１２からも、実施例１では比較例１と比較して流速の高い部分が多く、20cm/sを超える高い流速は実施例においてのみ発生していることが確認された。
【０１１４】
［実施例２］
図１０に示した反応槽において、微生物担体として密度1400kg/m3、代表長さ2.3mmの塩化ビニル製ビーズを使用する場合の水中のビーズ挙動について、コンピュータシミュレーションにより解析を行った。なお、散気装置及び空気量は実施例１と同じとした。
【０１１５】
［比較例２］
比較例１と同じ散気装置を使用する以外、すべて実施例２と同様にしてビーズ挙動をコンピュータシミュレーションにより解析した。
【０１１６】
まず、実施例２のビーズ挙動のシミュレーション結果を、図１４に示す。実施例２では、ビーズが第一領域及び第二領域の間で、滞留することなく循環していることが確認された。
【０１１７】
次に、比較例２のビーズ挙動のシミュレーション結果を、図１３に示す。実施例２と同じ10L/minの空気量（図１３(a)）では、ビーズが第一領域上部で滞留し、第二領域へとビーズがほとんど移動していないことが確認された。また、20L/minの空気量（図１３(b)）としても、第一領域上部でのビーズ滞留が全く改善されないことも確認された。すなわち、比較例２では、散気装置への空気吹き込み量を増やしても、微生物担体を反応槽内で効率よく循環させることは不可能であった。
【産業上の利用可能性】
【０１１８】
本発明の水処理装置及び水処理方法は、飲料水製造、各種廃水処理等の分野で有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１１９】
【図１】本発明で使用する散気装置の外観図である。
【図２】散気装置の管下部の構造を表す図である。
【図３】散気装置の管上部の構造を表す図である。
【図４】実施の形態１の水処理装置を含む水処理システムの一例を示す図である（通常運転時）。
【図５】実施の形態１の水処理装置を含む水処理システムの一例を示す図である（逆洗浄操作時）。
【図６】実施の形態１の水処理装置における被処理水の流れを説明する図である。
【図７Ａ】実施の形態２の水処理装置を含む水処理システムの一例を示す図である（通常運転時）。
【図７Ｂ】実施の形態２の水処理装置を含む水処理システムの一例を示す図である（薬液洗浄時）。
【図８Ａ】実施の形態２の水処理装置を含む水処理システムの別の一例を示す図である（通常運転時）。
【図８Ｂ】実施の形態２の水処理装置を含む水処理システムの別の一例を示す図である（薬液洗浄時）。
【図９】実施の形態３の水処理装置を含む水処理システムの一例を示す図である。
【図１０】実施例１のラボ実験機の構造及び寸法を表す断面図であり、(a)は中心部における縦断面図、(b)は(a)に直交する面における寸法を示す図である。
【図１１】ラボ実験機の反応槽底面付近の流速コンター図であり、(a)は比較例１、(b)は実施例１である。
【図１２】実施例１及び比較例１について、反応槽底面から2cmの水平断面における底部流速軸の比率を示すグラフである。
【図１３】比較例２のビーズ挙動解析図であり、(a)は空気量10mL/min、(b)は空気量20mL/minにおける解析図である。
【図１４】実施例２のビーズ挙動解析図である。
【符号の説明】
【０１２０】
１：原水槽
２：原水ポンプ
３：経路
４：水処理装置
５：第一領域
６：第二領域
７：反応槽
８：第一仕切（ドラフト板）
９ａ：第一仕切の上端部
９ｂ：第一仕切の下端部
１０：散気装置
（１０ａ：管下部、１０ｂ：管上部、１０ｃ：管中心部）
１１：第二仕切
１２：膜分離槽
１３：浸漬型膜分離装置
１４ａ：第二仕切の下端部
１４ｂ：第二仕切の上端部
１５：底面
１５ａ：底面（水平部分）
１５ｂ：底面（傾斜部分）
１６，５５：経路
１７：ドレン管（固形分除去手段）
１８：ブロア
１９ａ，１９ｂ：エア経路
２０：流量計
２１，２５，２６：経路
２２：処理水タンク
２３ａ，２３ｂ：経路
２４：吸引ポンプ
２７：次亜塩素酸貯留槽
２８：薬液ポンプ
２９：薬液経路
３０：膜分離槽の散気装置
３１：給気口
３２ａ：散気装置の下端面
３２ｂ：散気装置の上端面
３２ｃ：散気装置の管中心部の断面
３３：遮蔽部材
３４：排水管
３５：第二仕切内に収容可能な遮蔽部材
３６：遮蔽補助部材
４０：気泡
４１：粒状活性炭（微生物担体）
７１：第三仕切
７１ａ：第三仕切の下端部
７１ｂ：第三仕切の上端部
７２：給水経路
７３：排水経路
７４：返送経路
７５：ポンプ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、河川水、湖沼水、地下水等を浄化処理するための、又は下水、産業廃水等の有機性廃水を浄化処理するための処理装置及び処理方法であって、被処理水への曝気に使用する散気装置の形状に特徴を有するものに関する。
【背景技術】
【０００２】
有機性排水を処理する方法として、好気性細菌を保持する曝気槽に導入して曝気することにより酸化処理する方法が知られている。
【０００３】
曝気方法としては、槽内に上下開放された円筒状のチューブを設置し、円筒部の下部から空気を散気することにより、槽内の曝気と循環を行う装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２４９７１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示されている処理装置は、槽内の被処理水を流動させるために、多大な曝気動力が必要となり、処理コストが高くなるという問題があった。
【０００６】
特に、被処理水を曝気処理する反応槽に設置される散気装置（曝気装置）は、通常、中空円柱状の直筒管であるが、管上端部で急激に流路が拡大するため、管上部（出口）付近で圧力損失が発生するという問題があった。また、管下部（入口）付近にも被処理水流入時にデッドスペースが発生し、流路が実質的に狭くなることにより被処理水の流速が予定値よりも低下するという問題があった。
【０００７】
本発明は、小型、かつ、省エネルギーで分解効率の高い水処理装置及び水処理方法であって、反応槽における被処理水の流速を増大させた水処理装置及び水処理方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者等は、反応槽内を仕切（ドラフト板）によって２つの領域に分け、散気装置の管下部及び管上部の径を管中心部の系よりも大きくすることにより、反応槽内における被処理水の流速を増大させることが可能であることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【０００９】
具体的に、本発明は、
被処理水を曝気処理する反応槽が備えられた水処理装置であって、
前記反応槽は上端部及び下端部が開放された第一仕切によって、下部に散気装置を設置した第一領域と、散気装置を設けない第二領域とに分けられ、
前記散気装置は、
円柱状の管中心部と、
下端面が前記管中心部の径よりも大きな径を持つ管下部と、
上端面が前記管中心部の径よりも大きな径を持ち、かつ、前記管下部よりも長い管長を持つ管上部とを有しているエアリフト管である、
ことを特徴とする水処理装置に関する。
【００１０】
また、本発明は、
被処理水を曝気処理する反応槽によって被処理水を処理する方法であって、
前記反応槽は上端部及び下端部が開放された第一仕切によって、下部に散気装置を設置した第一領域と前記散気装置を設けない第二領域とに分けられ、
前記散気装置は、
円柱状の管中心部と、
下端面が前記管中心部の径よりも大きな径を持つ管下部と、
上端面が管中心部の径よりも大きな径を持ち、かつ、前記管下部よりも長い管長を持つ上部とを有して前記いるエアリフト管であり、
前記反応槽において前記散気装置から放出される空気によって、被処理水を前記第一領域及び前記第二領域間で循環させることを特徴とする水処理方法に関する。
【００１１】
本発明の処理装置及び処理方法では、散気装置のエアリフト管が円柱状の管中心部と、端部が管中心部の径よりも大きな径を持つ管下部及び管上部とを有し、かつ、管下部よりも管上部の管長を長く形成するという形状に特徴を有しているため、中空円柱状の直筒管と比較して、ブロアの動力が同じであっても被処理水の流速が大きい。エアリフト管は、平板状の散気装置と比較して設置スペースが小さくて済み、縦長の形状であるために第一領域と第二領域との間で被処理液を効率よく循環させることができるが、さらにエアリフト管の入口側（下部）及び出口側（上部）の端部の径が管中心部よりも大きくすることにより、入口側のデッドスペースが小さく、かつ、出口側の圧力損失が少なくなる。その結果、被処理水の流速が増大し、システムの必要動力を削減できる。
【００１２】
前記エアリフト管は、管中心部にエア供給部を設けることが好ましい。管中心部にエア供給部を設けることによって、供給された空気が上昇する力を利用して効率的に被処理水を循環させることができる。
【００１３】
本発明の処理装置及び処理方法では、反応槽内で微生物担体を用いて、好気性微生物の働きによって有機物を生物接触分解する（生物学的に分解する）ことも可能である。反応槽は、第一仕切で第一領域と第二領域とに分けられており、第一領域の下方に設置された散気装置から放出される空気（気泡）によって、被処理水及び微生物担体は第二領域へと移動する。第二領域の下方には散気装置が設置されていないため、被処理水及び微生物担体は、第二領域においては上方から下方に向かって流れる。第二領域と第一領域の下端部は連通しており、微生物担体は処理水の流れに沿って第一領域へと移動しやすい。
【００１４】
さらに、第二領域から第一領域に向けて第一領域の底面が低くなるように、反応槽の底面が傾斜していることが好ましい。第二領域から第一領域に向けて底面が低くなるように底面が傾斜しているため、微生物担体は第一領域へと移動しやすい。
【００１５】
このように、本発明の処理装置及び処理方法では、被処理水及び微生物担体の循環がスムーズであり、微生物担体表面の好気性微生物によって、有機物を効率よく生物接触分解することが可能である。なお、好気性微生物が分解しにくい有機物やその代謝物等は、微生物担体が粒状活性炭のような吸着性物質である場合には、微生物担体によって吸着除去することも可能である。
【００１６】
本発明の処理装置は、前記反応槽の処理水を膜分離する浸漬型膜分離装置が備えられた膜分離槽を備え、前記膜分離槽と前記反応槽とは、下端部が開放された第二仕切によって反応槽の第二領域と膜分離槽とが一体化されていることが好ましい。
【００１７】
また、本発明の処理方法は、下端部が開放された第二仕切によって、前記第二領域と浸漬型膜分離装置が備えられた膜分離槽とが接続されており、前記反応槽で処理した被処理水を前記膜処理槽で処理することが好ましい。
【００１８】
本発明の処理方法は、反応槽の処理水を膜分離する浸漬型膜分離装置を備えた膜分離槽を備え、前記膜分離槽と前記反応槽とは、下端部が開放された第二仕切によって反応槽の第二領域と膜分離槽とが一体化され、膜処理槽から反応槽に向けて高さが低くなるように底面が傾斜していることが好ましい。
【００１９】
また、本発明の処理装置は、前記膜処理槽から前記反応槽に向けて高さが低くなるように底面が傾斜していることが好ましい。
【００２０】
反応槽の第二領域と膜分離槽とは下端で接続されているが、反応槽の第一領域から第二領域及び膜分離槽に近づくほど、高さが増すように底面が傾斜しているため、反応槽の処理水に微生物担体として使用される粒状活性炭やその破片である粉末状活性炭が混入し、膜分離槽へと移動しにくい。そのため、活性炭による浸漬型膜分離装置の膜の目詰まりや損傷が防止される。
【００２１】
前記第二仕切は遮蔽部材を有しており、前記浸漬型膜分離装置を薬液洗浄する際に、該遮蔽部材によって前記反応槽と前記膜分離槽とを遮蔽することが好ましい。
【００２２】
膜分離槽内で膜分離を行う浸漬型膜分離装置は、内蔵する精密ろ過膜（ＭＦ膜）又は限外ろ過膜（ＵＦ膜）等の目詰まりを防止するため、定期的に次亜塩素酸／水酸化ナトリウム等の薬液を用いて薬液洗浄する必要がある。ＭＦ膜又はＵＦ膜の原水側（一次側）を薬液洗浄する場合、浸漬型膜分離装置全体を薬液に浸漬させる必要があるため、通常であれば、薬液洗浄時には浸漬型膜分離装置を膜分離槽から取り出さなければならない。しかし、第二仕切に設けられた遮蔽部材によって前記反応槽と前記膜分離槽とを遮蔽すれば、薬液が反応槽に混入して好気性微生物が悪影響を受けることを防止することが可能である。
【００２３】
前記第二仕切に隣接する第三仕切をさらに設けることによっても、ＭＦ膜又はＵＦ膜の原水側の薬液洗浄時に、薬液が反応槽に混入することを防止できる。ここで、
前記第三仕切は、前記第二仕切よりも前記膜分離槽側であり、
前記第三仕切の上端部は、前記第二仕切の上端部よりも低い位置にあり、
前記第三仕切の下端部は、底面に接しており、
前記第二仕切と前記第三仕切との間には、前記反応槽から前記膜分離槽に向かって処理水を供給する給水経路が形成されている。
【００２４】
このような第三仕切を設けることにより、反応槽と膜分離槽とは、第二仕切と、第二仕切に隣接する第三仕切とによって仕切られ、第二仕切と第三仕切との間には、反応槽から膜分離槽に向かって処理水を供給する給水経路が形成される。このため、反応槽内で浸漬型膜分離装置のＭＦ膜等の原水側を薬液洗浄しても、薬液が反応槽に混入することがなく、反応槽内の好気性微生物が、薬液による悪影響を受けることが防止できる。また、洗浄時間も短縮する。
【００２５】
さらに、第二仕切及び第三仕切という２個の仕切板によって、反応槽と膜分離槽が二重に隔離されているため、反応槽内で粒径の小さい微生物担体（例えば、粉末活性炭）を使用しても、膜分離槽へ微生物担体が侵入しにくく、ＭＦ膜等の目詰まりや損傷が防止できる。
【００２６】
なお、第三仕切を設ける場合には、膜分離槽から反応槽に向かって処理液を返送する返送経路を設けることが好ましい。第二仕切及び第三仕切によって反応槽と膜分離槽とが隔離されると、処理水は給水経路を通じて反応槽から膜分離槽へと向かって供給され、膜分離槽から反応槽へと向かっては、処理水は移動しない。このため、反応槽内の好気性微生物も、処理水と共に膜分離槽へと移動してしまうために、反応槽内の好気性微生物量が不足するおそれがある。
【００２７】
そこで、膜分離槽から反応槽に向かって処理液を返送する返送経路を設けることにより、濃縮された処理液と好気性微生物とを反応槽へと返送することが可能となる。なお、返送経路は、膜分離槽の底面又は下部と反応槽の底面又は下部とを接続するように設けることが好ましい。
【００２８】
前記微生物担体は、粒状活性炭、プラスチックビーズ等の樹脂製担体、多孔質セラミック粒子等を使用しうるが、特に粒状活性炭であることが好ましい。粒状活性炭は、多孔質であるため表面に好気性微生物が増殖しやすく、好気性微生物が分解できない物質を吸着する能力を有するためである。
【００２９】
前記膜分離槽の下方にも散気装置を設けることが好ましい。逆洗浄操作と平行して散気装置によってエアスクラビングを行うことにより、浸漬型膜分離装置の膜の目詰まりを防止できるためである。
【００３０】
前記膜分離槽においては、前記膜分離装置の近傍に固形分除去手段を設けることが好ましい。膜分離槽内に存在する不要な固形物質や代謝生成物を除去し、膜の目詰まりを防止するためである。固形分除去手段は、例えば、サイホン方式のドレン管、スラリーポンプに接続されたドレン管等を意味し、膜分離槽内の被処理水から固形分を装置外へと除去しうるものであれば足りる。
【００３１】
固形分除去手段としては、反応槽又は膜分離槽底部に設置されるドレン管が一般的であるが、本発明の水処理装置及び水処理方法では、第二仕切に隣接する第三仕切を有しない場合には、反応槽又は膜分離槽底部に粒状活性炭等の微生物担体が存在しているため、槽底部にドレン管のような固形分除去手段を設置すると、微生物担体が多量に排出されることになる。また、膜分離装置のＭＦ膜又はＵＦ膜を逆洗浄するときには、膜分離装置近傍の固形分濃度が上昇するため、第二仕切に隣接する第三仕切を有しない場合には、膜分離装置近傍に固形分除去手段を設置することが好ましい。
【００３２】
なお、固形分除去手段としてドレン管を設置する場合、ドレン管からの固形分除去量（排出量）を、タイマー設定の自動弁により制御することが好ましい。膜分離装置のＭＦ膜又はＵＦ膜の逆洗浄のタイミングに合わせて、膜分離装置近傍の固形分を効率よく除去するためである。
【００３３】
前記浸漬型膜分離装置は、ＭＦ膜又はＵＦ膜によって膜分離する種類であることが好ましい。ＭＦ膜及びＵＦ膜は単位面積あたりの透水性に優れており、飲料水に合致する水質を得る事が可能だからである。なお、ＭＦ膜及びＵＦ膜は、容積効率及び省エネルギーの観点から、平膜よりも中空糸膜であることがより好ましい。
【発明の効果】
【００３４】
本発明の水処理装置及び水処理方法は、散気装置の形状により被処理液の流速が大きく、ブロア動力の軽減によるコスト削減が可能である。
【００３５】
また、反応槽と膜分離槽とを一体化した場合、設置スペースが小さくて済み、従来の生物接触ろ過装置及び活性炭ろ過装置の組み合わせた場合と比較して、1/3以下の設置面積で設備設計が可能である。また、粒状活性炭を好気性微生物の担体とした場合には、有機物の好気性分解と吸着処理とを同時に行うことが可能であり、処理水の水質も高く、原水の水質変動にも追従しやすい。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、本発明の実施の形態について、適宜図面を参酌しながら説明する。なお、本発明は以下の記載に限定されない。
【００３７】
（実施の形態１）
本発明に係る水処理装置及び水処理方法で使用する散気装置の一例を、図１に示す。散気装置１０は、円柱状の管中心部１０ｃと、下端面３２ａが管中心部１０ｃの径よりも大きな径を持つ管下部１０ａと、上端面３２ｂが管中心部の径よりも大きな径を持つ管上部１０ｂとから構成されるエアリフト管であり、管中心部１０ｃは中空の円柱状である。また、下端面３２ａ及び上端面３２ｂは、いずれも円形となっている。図１において、Ｘ−Ｘ’は垂直方向の中心線であり、下端面３２ａの内径（直径）Ａは、管中心部１０ｃの内径（直径）ｄよりも大きい。同様に、上端面３２ｂの内径（直径）Ｂも管中心部１０ｃの内径ｄよりも大きい。さらに、１０ｂの長さ（管長）は１０ａの長さよりも長い。
【００３８】
図１の散気装置１０では、管下部１０ａは曲線的に外側へと広がっており、管上部１０ｂは直線的に外側へと広がっているが、下端面３２ａの内径Ａ及び上端面３２ｂの内径Ｂが、管中心部１０ｃの内径ｄよりも大きければ足り、管下部１０ａ及び管上部１０ｂが同じ形状でもよい。
【００３９】
ただ、被処理水が流入する際に剥離領域（デッドスペース）を小さくするという理由により、図２に示すように、管下部３２ａのＲ部は、Ｒ部の半径をｒとした場合（点Ｐは、Ｒ部を構成する円の中心）、ｒ/ｄ＝1/10以上6/10以下（ｄは管中心部の内径）とすることが好ましい。なお、剥離領域ができると、剥離に伴い渦が生成するために圧力損失が増加する。そのため、剥離領域を小さくすることによって圧力損失の低減も図ることができる。
【００４０】
また、急激な流路の拡大による圧力損失をより効果的に抑制するという理由により、図３に示すように、管上部３２ｂの側壁は、外側への傾斜角度θが2°≦θ≦7°であることが好ましく、3≦θ≦5°であることがより好ましい。さらには、１０ａを形成する管上部は直線的に形成されることが好ましい。これは管上部が管下部のように曲線で形成されると、流路が急激に拡大する箇所が形成され、その結果、圧力損失が大きくなる可能性があるためである。なお、管中央部と管上部の接合部分はなめらかに接合されていてもよい。
【００４１】
管中心部１０ｃの長さは、内径（直径）ｄの3倍以上5倍以下とすることが好ましい。内径ｄの3倍未満では被処理水の流れに偏りを生じやすいためであり、5倍を超えると管内の抵抗が大きくなりすぎるためである。
【００４２】
なお、下端面３２ａの内径Ａは、管中心部の内径ｄよりも1.2倍以上2.2倍以下であることが好ましい。また、上端面３２ｂの内径Ｂも、管中心部の内径ｄよりも1.2倍以上2.2倍以下であることが好ましい。
【００４３】
次に、本発明に係る水処理装置に外部装置を接続した水処理システムの一例を、図４に示す。なお、図４では、本発明に係る水処理装置は、断面図として表されており、反応槽と膜分離槽とが一体化した構造を有している。
【００４４】
本発明の水処理装置４は、粒状活性炭等の微生物担体を利用して被処理水を曝気処理（散気処理）する反応槽７と、反応槽７の処理水を膜分離する浸漬型膜分離装置１３を備える膜分離槽１２とが一体化した構造となっている。なお、図４では微生物担体は省略されている。
【００４５】
第二仕切１１の下端部１４は開放されており、反応槽７と膜分離槽１２とは下端部１４よって連通している。また、反応槽７は、上端部９ａ及び下端部９ｂが開放された第一仕切８（ドラフト板）によって、第一領域５と第二領域６とに分けられる。なお、上端部９ａ及び下端部９ｂは、それぞれ5cm以上10cm以下及び5cm以上15cm以下とすることが好ましい。
【００４６】
上端部９ａ（第一仕切８と液面との距離）を5cm以上とするのは、エアリフトにより持ち上げられた反応槽内の被処理液及び微生物担体が第一仕切８を越流する際、スムーズな流れになるようにするためである。もし、第一仕切８の上端が液面付近にあるか又は液面から出ると、越流の際の抵抗となりスムーズな流れが形成されない。その一方、上端部９ａが10cmを超えると、越流した被処理液等が流動方向の板に衝突して反転し、逆流を生じることとなり、仕切り効果が小さくなる。
【００４７】
第一領域５の下方には散気装置１０が設置されている。散気装置１０は、管中心部１０ｃの側面下方に、ブロア１８からエア経路１９ａを経て供給される空気を筒内に放出する給気口３１が存在する。給気口３１から供給された空気は、気泡として管中心部１０ｃ及び管上部１０ｂを経て第一領域５に放出される。また、第二領域６は、第二仕切１１を介して膜分離槽１２に隣接している。散気装置１０としてエアリフト管を用いることにより、少ない曝気量（散気量）で微生物担体の循環と酸素溶解を効率よく行うことができるが、散気装置１０の管下部１０ａ及び管上部１０ｂの内径が、管中心部１０ｃの内径よりも大きいことにより、被処理液の流速が通常の中空円柱状のエアリフト管よりも高くなる。
【００４８】
なお、散気装置１０は、第一領域５の内寸及び水深に適した寸法に調整された物を選択して使用することが好ましい。また、第一領域５内に１基設置してもよく、複数基並列して設置してもよい。
【００４９】
膜分離槽１２には、浸漬型膜分離装置１３の下方に散気装置（膜分離槽の散気装置）３０が設置されており、ブロア１８からエア経路１９ｂを経て空気が供給される。この散気装置３０は、通常運転（膜ろ過）時や後述する逆洗浄時に、膜分離槽１２内に気泡を放出することにより、浸漬型膜分離装置１３のＭＦ膜又はＵＦ膜をエアスクラビングし、目詰まりを防止する。散気装置３０は、例えば、直径10〜30mm程度の管に、直径2〜3mmの孔を2〜3cmピッチで開孔したものであり、主に粗大気泡形成を目的としているが、このような構造に限定されない。
【００５０】
なお、膜分離装置の散気装置３０は、微生物担体を槽内で撹拌する必要がないため、反応槽の散気装置１０とは異なり、通常の散気装置を使用すれば足りる。
【００５１】
膜分離槽１２には、固形分除去手段として、ドレン管１７が設置されている。このドレン管１７は、重力の作用を利用したサイホン方式によって固形分を排出させてもよく、スラリーポンプによって固形分を排出させてもよい。
【００５２】
水処理装置４の底面は、第一領域５では大部分が水平であるが、第二領域６を経て膜分離槽１２へと近づくほど、底面の高さが増すように傾斜している。水平な底面１５ａと傾斜した底面１５ｂとがなす角度(底面１５ｂの傾斜角θ)は、15°以上45°以下の範囲とすることが好ましい。
【００５３】
第二仕切１１の下端と底面１５ｂとの隙間（下端部１４の高さ）は、10cm以上20cm以下とすることが好ましい。なお、この数値範囲は、膜処理量として20m3/日を想定した数値である。膜処理量が20m3/日以上であれば上記数値範囲を大きくなる方向に設計し、20m3/日以下であれば上記数値範囲を小さくなる方向に設計することが好ましい。
【００５４】
第二仕切１１の下端部１４を流れる流速は、膜分離装置１３の処理量に依存する。膜分離装置１３の処理量を下端部１４の断面積（すなわち、第二仕切１１の開口部分の面積）で除することにより断面通過流速が算出されるが、この流速が微生物担体の終末沈降速度（水中の単一粒子（ここでは粒状活性炭等の微生物担体）が水中を沈降する時、重力と水抵抗が釣り合って一定速度で沈降するようになる速度）よりも相当大きい場合には、微生物担体の膜分離槽１２への混入が避けられない。この混入を避けるために、微生物担体の終末速度程度以下になるよう、下端部１４の高さを調節する。
【００５５】
次に、図４の水処理システムにおける被処理水の処理手順について説明する。原水槽１に貯水された原水は、原水ポンプ２によって経路３を通じて水処理装置４の反応槽７へと給水される。原水は、第一領域５又は第二領域６のいずれに給水してもよい。反応槽７には微生物担体が投入され、第一領域５の下方にある散気装置１０から酸素を含む気体（空気等）の気泡を放出することにより、反応槽内の被処理水の酸素濃度を高く維持する。そして、微生物担体の表面で好気性微生物が増殖し、被処理水中の有機物が好気的に分解される。
【００５６】
反応槽７と膜分離槽１２とは、第二仕切１１の下端部１４によって連通しているため、反応槽内の被処理水（曝気処理後）は、下端部１４から膜分離槽１２へと供給することが可能である。膜分離槽１２には、浸漬型膜分離装置１３が設置されており、曝気処理（散気処理）後の被処理水を膜分離（固液分離）する。
【００５７】
この浸漬型膜分離装置１３は、膜の目詰まり防止の観点からはＭＦ膜又はＵＦ膜が中空糸型であり、縦置きとすることが好ましい。また、流路圧損を小さくするため、浸漬型膜分離装置１３は、長さ0.7m以上2.0m以下、内径0.6mm以上1.5mm以下とすることが好ましい。
【００５８】
第二領域６と膜分離槽１２とは、下端部１４で連通しているため、反応槽７の処理水は、下端部１４から膜分離槽１２へと供給される。浸漬型膜分離装置１３の処理水（透過水）は、経路１６を経て水処理装置４の外部に供給される。経路１６内の処理水は、経路２３ａ→経路２６→吸引ポンプ２４→経路２５→流量計２０→経路２１という順序で移動し、処理水タンク２２に貯水される。処理水タンク２２内の処理水が水道基準を満たしている場合には、塩素消毒等を施した後、飲用に供することが可能となる。
【００５９】
フミン酸等の有機物質は、生物処理、膜分離処理、吸着処理によっても取り除くことが困難であるが、塩素消毒時に一部分解される。このため、処理水タンク２２内の処理水についても、フミン酸等が残存している場合には、塩素消毒によって色度が半減する。
【００６０】
なお、図４に示すように、経路１６の下流に逆洗水槽２２を設置し、浸漬型膜分離装置１３のＭＦ膜又はＵＦ膜を洗浄する際（膜分離の休止中）には、経路２３から処理水の一部を経路１６へと供給し、浸漬型膜分離装置１３のＭＦ膜又はＵＦ膜を逆洗浄する構成とすることが好ましい。浸漬型膜分離装置１３は、10〜30分程度継続して膜分離を行い、膜分離操作の休止中に1〜2分間この逆洗浄操作を行うことが好ましい。逆洗浄操作が終われば、膜分離操作を再開する。
【００６１】
逆洗浄操作時には、図５に示すように、処理水タンク２２内の処理水は、経路２３ｂ→経路２６→吸引ポンプ２４→経路２５→経路１６という順序で移動し、浸漬型膜分離装置１３へと供給される。
【００６２】
膜分離槽１２においては、浸漬型膜分離装置１３の下方に、散気装置３０を設置することがより好ましい。エア経路１９ｂから供給される空気を、散気装置３０によって、浸漬型膜分離装置１３の下方から通常運転（膜ろ過）時又は逆洗浄時に放出してエアスクラビングを行うことにより、浸漬型膜分離装置１３のＭＦ膜又はＵＦ膜への汚泥等の付着防止効果、目詰まり防止効果及び洗浄効率が向上するためである。
【００６３】
なお、浸漬型膜分離装置１３のＭＦ膜又はＵＦ膜の目詰まり防止のため、次亜塩素酸溶液貯留槽２７内の次亜塩素酸溶液（濃度3mg/L〜500mg/L）を、薬液ポンプ２８によって薬液経路２９から経路１６へと供給し、一定期間毎に浸漬型膜分離装置１３のＭＦ膜又はＵＦ膜を薬液洗浄することがさらに好ましい。
【００６４】
浸漬型膜分離装置１３によって膜分離（膜ろ過）を継続すると、反応槽７及び膜分離槽１２内の被処理水中に浮遊好気性微生物が増殖し、その働きによって原水中の鉄、マンガン等の無機成分が固体の酸化物へと変化する。このため、反応槽７及び膜分離槽１２内の被処理水中の固形分濃度は徐々に上昇する。そのままでは、反応槽７における有機物の分解効率が低下し、膜分離装置１３のＭＦ膜又はＵＦ膜も目詰まりしやすくなる。
【００６５】
このため、膜分離槽１２に固形分除去手段として、例えば、スラリーポンプに接続されたドレン管１７を設置し、定期的に膜分離槽１２内の固形物質を排出し、反応槽７及び膜分離槽１３内の被処理液中の固形分濃度を500mg/L以上4000mg/L以下の範囲に調整することが好ましい。
【００６６】
なお、被処理液中の固形分濃度とは、微生物担体とは別に被処理液中に浮遊している微生物等の固形分濃度であり、微生物担体は含まれない。
【００６７】
本発明では、浮遊好気性微生物によって原水中の鉄、マンガン等の無機成分を固体の酸化物へと変化させ、それを固形物質として固形分除去手段によって系外に排出するため、微生物担体だけでは除去することが困難である原水中の無機成分も効果的に除去することが可能である。
【００６８】
次に、反応槽７における曝気処理（散気処理）について、図６を参照しながら説明する。図６では、微生物担体として粒状活性炭を使用している。反応槽７の第一領域５下方の散気装置１０からは、エア経路１９ａを経て供給された空気が、気泡４０として管上部１０ｂの上端面３２ｂから放出される。この気泡４０によって、反応槽７内の被処理水の酸素濃度が高く維持され、好気性微生物が活動しやすい状態となる。
【００６９】
なお、反応槽７内の溶存酸素濃度は6mg/L以上とし、固形分濃度は500mg/L以上4000mg/L以下とすることが好ましい。また、反応槽７の滞留時間（曝気時間）は、15分以上60分以下とすることが好ましい。
【００７０】
反応槽７には、好気性微生物の担体として粒状活性炭４１が投入されており、粒状活性炭４１の表面で好気性微生物が被処理水中の有機物を分解（生物接触分解）する。好気性微生物によって分解されにくい難分解性有機物等は、粒状活性炭４１によって吸着除去することができる。
【００７１】
微生物担体としては、粒状活性炭以外にゼオライト等の粒状吸着剤、樹脂製の粒状体又は筒状体等も適用可能であるが、好気性微生物が分解できない物質を吸着除去するためには、粒状活性炭やゼオライト等の吸着能を有する粒状体を使用することが好ましい。なお、微生物担体として粒状活性炭４１を使用する場合、粒径が0.5mm以上2mm以下であるものが適している。
【００７２】
散気装置１０の上端面３２ｂから放出された気泡４０は、第一領域５を上昇する。被処理水も気泡４０に伴って上昇し、粒状活性炭４１も同様に上方へと移動する。このとき、散気装置１０の下端面３２ａからは気泡が出ないようにする。上端面３２ｂ及び下端面３２ａは開放されているため、気泡４０を上端面３２ｂから放出すると、第一領域５の底面１５ａに沈降している粒状活性炭は、下端面３２ａから被処理水と共に吸い込まれることになる。
【００７３】
第一仕切８の上端部９ａが開放されているため、第一領域５の被処理水及び粒状活性炭４１は、上端部９ａを通って第二領域６へと移動する。そして、第二領域６には散気装置が設置されておらず、また、第一仕切８の下端部９ｂにおいても第一領域５と第二領域６とが連通しているため、第二領域６では被処理水及び粒状活性炭４１は、上端部９ａから下端部９ｂへと移動する。すなわち、散気装置管１０の上端面３２ｂからの気泡４０放出によって、反応槽内の粒状活性炭４１が第一領域５→上端部９ａ→第二領域→下端部９ｂという方向で循環する。
【００７４】
第一領域５の底面１５ａは、水処理装置４の底面として最も低い位置にある。そして、底面１５ａから第二領域６を経て膜分離槽１２に近づくほど、底面１５ｂは高さが増すように傾斜しているため、第二領域６の底面１５ｂに沈降した粒状活性炭４１は、第一仕切８の下端部９ｂを経て、第一領域５の底面１５ａへと移動しやすい。底面１５ａに移動した粒状活性炭４１は、上述したように、散気装置１０の下端面３２ａへと吸い込まれた後、上端面３２ｂから気泡と共に放出され、再び反応槽７内を循環する。
【００７５】
このように、実施の形態１の水処理装置４では、散気装置１０、第一仕切８及び傾斜した底面１５ｂにより、反応槽７における粒状活性炭４１の循環流動が促進され、好気性微生物による有機物の分解効率が高い。また、散気装置１０の形状上の特徴により、円柱状のエアリフト管と比較して、同じ動力でも反応槽７内における被処理液の流速が高く、反応槽７の底部に粒状活性炭４１が滞留しにくい。
【００７６】
ここで、反応槽７に添加する粒状活性炭４１は、反応槽内の被処理水中で2重量％以上15重量％以下とすることが好ましい。なお、粒状活性炭の代わりに粉末活性炭を使用すると、反応槽７内で微生物担体を流動させるために必要な動力は少なくなるが、膜分離槽１２へ粉末活性炭（粒状活性炭から摩擦等により生じたもの）が流入しやすくなり、浸漬型膜分離装置のＭＦ膜又はＵＦ膜が目詰まりしやすくなるので好ましくない。
【００７７】
反応槽７の第二領域６と膜分離槽１２とは、第二仕切１１の下端部１４によって連通しているが、底面１５ｂは第二領域６下方が低く、膜分離槽１２下方が高くなるように傾斜しているため、第二領域６内で沈降した粒状活性炭４１は、下端１４から膜分離槽１２へは混入しにくい構造となっている。
【００７８】
（実施の形態２）
本発明に係る水処理装置（膜分離槽と一体化した水処理装置）に外部装置を接続した水処理システムの別の一例を、図７に示す。実施の形態２の水処理装置は、第二仕切１１の下部に遮蔽部材３３が設けられている以外は、実施の形態１の水処理装置と同様である。
【００７９】
上述した次亜塩素酸溶液貯留槽２７内の次亜塩素酸溶液を経路１６から浸漬型膜分離装置１３に供給してＭＦ膜又はＵＦ膜を薬液洗浄する方法は、ＭＦ膜又はＵＦ膜の透過水側（二次側）の目詰まり防止には有効であるが、ＭＦ膜又はＵＦ膜の原水側（一次側）の目詰まり防止の効果は低い。このため、長期間、浸漬型膜分離装置１３を使用した場合には、ＭＦ膜又はＵＦ膜を酸性及び／又はアルカリ性の薬液中に浸漬させて、ＭＦ膜又はＵＦ膜の原水側も薬液洗浄する必要が生じる。
【００８０】
図４に示す水処理装置４では、第二仕切１１の下端部１４は開放されており、反応槽７と膜分離槽１２とは、常時連通しているため、ＭＦ膜又はＵＦ膜の原水側を薬液洗浄する場合、膜分離槽１２から浸漬型膜分離装置１３を取り出し、酸性及び／又はアルカリ性の薬液中に浸漬させる必要がある。
【００８１】
ここで、第二仕切１１の下部に、図７Ａに示すような遮蔽部材３３を設ければ、通常運転時には反応槽７と膜分離槽１２とを連通させ、ＭＦ膜又はＵＦ膜の原水側の薬液洗浄時には、図７Ｂに示すように反応槽７と膜分離槽１２とを遮断することが可能となる。遮蔽部材３３は、第二仕切１１の下端部１４の全部を遮蔽し、反応槽７と膜分離槽１２との間の被処理液の移動を防止することができれば足り、材質、厚み等は特に限定されない。
【００８２】
図７Ａ及び図７Ｂに示す遮蔽部材３３を有する水処理装置では、ＭＦ膜又はＵＦ膜の原水側の薬液洗浄を行う場合、まず水処理装置４の運転を停止し、遮蔽部材３３を図７Ａから図７Ｂの状態に移動させる。こうして反応槽７と膜分離槽１２とを遮断した後、膜分離槽１２の底面に設けられている排水管３４から膜分離槽１２内の処理水を排水する。このとき、経路３から反応槽７への原水供給も停止する。
【００８３】
その後、膜分離槽１２に薬液を注入し、浸漬型膜分離装置１３全体を薬液洗浄に浸漬させることにより、ＭＦ膜又はＵＦ膜の原水側の薬液洗浄を行う。このとき、膜分離槽の散気装置３０から空気を放出し、エアスクラビングを行うことが効果的である。なお、高濃度の薬液を原液とする場合、膜分離槽１２内の処理水に直接薬液を注入し、薬液濃度を調整してもよい。
【００８４】
さらに、ＭＦ膜又はＵＦ膜の処理水側より膜内部の汚染物を除去するために、予め調整された洗浄薬液をタンク２７に充填し、ポンプ２８で供給する。ＭＦ膜又はＵＦ膜の処理水側より供給された薬液は、膜内部を通過させて膜分離槽に逆流出させる。これにより、ＭＦ膜又はＵＦ膜内部の汚染物を効果的に除去することができる。
【００８５】
この薬液洗浄が終了すれば、排水管３４から使用済み薬液を排水する。水道水等を用いてすすぎも行い、そのすすぎ排水も排水管３４から排水する。
【００８６】
すすぎ排水中の薬液濃度が許容範囲以下になれば、遮蔽部材３３を図７Ｂから図７Ａの状態に徐々に戻し、膜分離槽内１２に反応槽７内の被処理水を注入する。その後、水処理装置４内の被処理液量を調整し、水処理システムの運転を再開する。
【００８７】
このように、第二仕切１１に遮蔽部材３３を設けることにより、浸漬型膜分離装置１３を膜分離槽１２内に設置したまま、ＭＦ膜又はＵＦ膜の原水側の薬液洗浄を実施することができる。
【００８８】
なお、遮蔽部材は、図８Ａ及び図８Ｂに示すように、第二仕切１１と一体化させてもよい（図８Ａ及び図８Ｂでは符号３５）。この場合、通常運転時には遮蔽部材３５は第二仕切１１内に収納されている。
【００８９】
遮蔽部材による遮蔽効果を高めるためには、水処理装置４の底面１５ｂに遮蔽部材３３の下部を嵌め込む遮蔽補助部材３６を設けることがより好ましい。遮蔽補助部材３６は、例えば、ゴム製パッキン等である。
【００９０】
ＭＦ膜又はＵＦ膜の薬液洗浄には、次亜塩素酸以外の薬液も使用しうる。例えば、ＭＦ膜又はＵＦ膜のスケール除去には、酸性溶液を使用することができる。
【００９１】
（実施の形態３）
本発明に係る水処理装置（膜分離槽と一体化した水処理装置）に外部装置を接続した水処理システムのさらに別の一例を、図９に示す。実施の形態３の水処理装置は、第二仕切１１に隣接する第三仕切７１が設けられている以外は、実施の形態１の水処理装置と同様である。
【００９２】
実施の形態３の水処理装置では、第二仕切１１の下端部１４ａは開放されているが、第三仕切７１の下端部７１ａは底面１５と接している。反応槽７と膜分離槽１２とは給水経路７２によって接続されているが、第三仕切７１の上端部７１ｂは、第二仕切１１の上端部１４ｂよりも低い位置にあるため、膜分離槽１２の水面は、第三仕切７１の上端部７１ｂと同じ高さとなり、反応槽７の水面よりも低い位置となる。このため、給水経路７２においては、処理水は反応槽７から膜分離槽１２に向かって供給され、その逆方向には流れない。
【００９３】
また、反応槽７と膜分離槽１２とが第二仕切１１及び第三仕切７１によって二重に隔離されているため、反応槽７内で粒径の小さい微生物担体を使用しても、膜分離槽１２へ微生物担体が侵入しにくく、ＭＦ膜等の目詰まりや損傷が防止される。
【００９４】
なお、第三仕切７１の上端部７１ｂは、第二仕切１１の上端部１４ｂよりも10cm以上30cm以下低い位置であることが好ましい。これらの数値範囲は、膜処理量として20m3/日を想定した数値である。膜処理量が20m3/日以上であれば上記数値範囲を大きくなる方向に設計し、20m3/日以下であれば上記数値範囲を小さくなる方向に設計することが好ましい。
【００９５】
給水経路７２第二仕切１１の下端部１４を流れる処理水の流速は、膜分離装置１３の処理量に依存する。膜分離装置１３の処理量を給水経路７２下端部１４の断面積（水平方向の断面積すなわち、第二仕切１１の開口部分の面積）で除することにより断面通過流速が算出される。流路の幅を決める際には、使用する活性炭（粒径が判明している）の静水中における終端速度をSTOKES式から算出し、その終端速度よりも小さくなるような流路幅を、膜処理水を流路断面積で除して求める方法を採用する。
【００９６】
膜分離槽１２内では、浸漬型膜分離装置１３によって処理水が膜分離され、膜分離された透過水は、経路１６から水処理装置４の外部に供給される。このとき、外部に供給される透過水の量だけ膜分離槽１２内の処理水は減少するため、透過水量に相当する量の処理水が反応槽７から膜分離槽１２へと給水される。
【００９７】
処理液中の好気性微生物は、浸漬型膜分離装置１３のＭＦ膜又はＵＦ膜によってろ過されないため、膜分離槽１２内の好気性微生物濃度は徐々に上昇する。一方、通水経路７２では、膜分離槽１２から反応槽７へと処理水は流れないため、反応槽７内の好気性微生物濃度は徐々に減少してしまう。このため、水処理システムを連続運転していると、反応槽７において、被処理水（原水）に含まれる有機物の分解（生物接触分解）が不十分になりやすい。
【００９８】
このため、膜分離槽の底面又は下部と、反応槽の底面又は下部とを接続するように返送経路７４を設け、膜分離槽１２から反応槽７に向かって、好気性微生物を含む濃縮された処理液を返送することが好ましい。なお、返送経路７４には、必要に応じてポンプ７５を設置する。
【００９９】
なお、反応槽７内の流れに沿って移送させることができるため、膜分離槽１２で濃縮された微生物を、傾斜を設けた反応槽底部へ戻す経路を設ける場合、ポンプ７５等の移送設備は最小限のもので済むか、あるいは不要となる。
【０１００】
返送経路７４は、通常運転時に常時開いておく必要はなく、一定時間毎に開くようにすれば足りる。なお、実施の形態３の膜分離槽１２には、ドレン管１７は設置されていないが、排水経路７３が固形分除去手段としての機能を有している。膜分離槽内に存在する不要な固形物質や代謝生成物を除去し、膜の目詰まりを防止する目的で、浸漬型膜分離装置１３の近傍に別途独立してドレン管等の固形分除去手段を設けてもよい。
【０１０１】
通常、ＭＦ膜又はＵＦ膜の原水側を薬液洗浄するためには、浸漬型膜分離装置１３を膜分離槽１２から取り出し、薬液洗浄槽内の酸性及び／又はアルカリ性の薬液に浸漬する必要がある。しかし、実施の形態３の水処理装置４では、膜分離槽１２内の処理液が反応槽７へと向かって流れない構造となっているため、膜分離槽１２をそのまま浸漬型膜分離装置１３の薬液洗浄槽として使用しても、薬液が反応槽７に混入することがない。
【０１０２】
ここで、ＭＦ膜又はＵＦ膜の原水側を薬液洗浄する操作について説明する。まず、水処理装置４の運転を停止し、排水経路７３から膜分離槽１２内の処理水を排水する。このとき、経路３から反応槽７への原水供給も停止する。
【０１０３】
そして、膜分離槽１２内に薬液を注入し、浸漬型膜分離装置１３全体を薬液中に浸漬させる。このとき、ＭＦ膜又はＵＦ膜の透過水側の薬液洗浄も行うことが好ましい。また、散気装置３０から空気を放出し、エアスクラビングを行うことも効果的である。なお、高濃度の薬液を原液とする場合、膜分離槽１２内の処理水に直接薬液を注入し、薬液濃度を調整してもよい。
【０１０４】
薬液洗浄が終了すれば、排水経路７３から使用済み薬液を排水する。水道水等を用いてすすぎも行い、そのすすぎ排水も排水経路７３から排水する。すすぎ排水中の薬液濃度が許容範囲以下になれば排水経路７３を閉じ、経路３から反応槽７への原水供給を再開する。そうすることにより、膜分離槽内１２に反応槽７内の被処理水が注入される。浸漬型膜分離装置１３全体が水面下になるまで膜分離槽１２内の水位が戻れば、水処理装置４の運転を再開する。
【０１０５】
＜運転方法＞
次に、本発明の水処理装置（実施の形態１〜３）の運転方法について説明する。水処理装置起動時には、原水及び粒状活性炭を同時に反応槽内に供給し、粒状活性炭を除く反応槽内の固形物濃度が500mg/L以上となるまで、膜分離槽内の固形分除去は行わず、自然立ち上げとする。
【０１０６】
まず反応槽において、被処理水の水質に応じて一定時間曝気処理（散気処理）を行い、その後、被処理水が膜分離槽に流れ込むことにより膜分離処理に移行する。曝気処理中は、反応槽内の固形分濃度が過剰とならないように、水道基準を満たす最低固形分濃度（500mg/L）を維持しながら、過剰の固形分を膜分離槽に設置した固形分除去手段によって抜き取る。
【０１０７】
膜分離装置における透過流束は、0.3m/日以上1.0m/日以下に設定する。流束が大きいほど、次亜塩素酸溶液による薬液洗浄の間隔を短くする。なお、次亜塩素酸溶液を浸漬型膜分離装置に逆流させて逆洗浄する場合、次亜塩素酸溶液は反応槽内で消費されることになるため、特段の処理設備は必要としない。
【０１０８】
なお、本発明の水処理装置の処理水（浸漬型膜分離装置の透過水）が水道基準を満たさない場合には、処理水をさらに活性炭吸着装置等の高度処理装置によって高度処理することができる。
【０１０９】
［実施例１］
図１０に示す構造及び寸法を有する水処理装置のラボ実験機を用い、ブロアによって10L/minの空気を散気装置１０に供給した場合における反応槽底面付近の被処理液の流速について、コンピュータシミュレーションによる流動解析を行った。流動解析にはFLUENT6.3（ANSYS社）を用いた。
【０１１０】
実施例１の散気装置１０は、管中心部の内径40mm、全体の長さ400mm、管下部のＲ部のｒ／ｄ＝0.3、下端面の内径64mm、管上部の外側への傾斜角θ＝5°、管上部の長さ230mm、管下部の長さ12mmである。散気装置１０の下端面から反応槽の底面との間の距離は50mmとし、散気装置１０の下端面から160mmの位置に15Aの配管を接続し、10L/minの空気を散気装置内に吹き込むという設定とした。また、このラボ実験機の奥行きは、図１０(b)に示すように200cmであり、水張り有効容積は140Lである。
【０１１１】
［比較例１］
散気装置が、内径40mm、長さ400mmの中空円筒であること以外、すべて比較例と同じ設定条件で、反応槽底面付近の被処理液の流速について、コンピュータシミュレーションを実施した。
【０１１２】
実施例１及び比較例１の反応槽底部における流速コンターのシミュレーション結果を、図１１に示す。図１１より、実施例（図１１(b)）は、比較例（図１１(a)）よりも反応槽底面における流速が高く、反応槽底面に粒状活性炭等の微生物担体が蓄積されにくいことが確認された。
【０１１３】
また、実施例１及び比較例１について、反応槽底面から2cmの水平断面における底部流速軸の比率を、図１２に示す。図１２からも、実施例１では比較例１と比較して流速の高い部分が多く、20cm/sを超える高い流速は実施例においてのみ発生していることが確認された。
【０１１４】
［実施例２］
図１０に示した反応槽において、微生物担体として密度1400kg/m3、代表長さ2.3mmの塩化ビニル製ビーズを使用する場合の水中のビーズ挙動について、コンピュータシミュレーションにより解析を行った。なお、散気装置及び空気量は実施例１と同じとした。
【０１１５】
［比較例２］
比較例１と同じ散気装置を使用する以外、すべて実施例２と同様にしてビーズ挙動をコンピュータシミュレーションにより解析した。
【０１１６】
まず、実施例２のビーズ挙動のシミュレーション結果を、図１４に示す。実施例２では、ビーズが第一領域及び第二領域の間で、滞留することなく循環していることが確認された。
【０１１７】
次に、比較例２のビーズ挙動のシミュレーション結果を、図１３に示す。実施例２と同じ10L/minの空気量（図１３(a)）では、ビーズが第一領域上部で滞留し、第二領域へとビーズがほとんど移動していないことが確認された。また、20L/minの空気量（図１３(b)）としても、第一領域上部でのビーズ滞留が全く改善されないことも確認された。すなわち、比較例２では、散気装置への空気吹き込み量を増やしても、微生物担体を反応槽内で効率よく循環させることは不可能であった。
【産業上の利用可能性】
【０１１８】
本発明の水処理装置及び水処理方法は、飲料水製造、各種廃水処理等の分野で有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１１９】
【図１】本発明で使用する散気装置の外観図である。
【図２】散気装置の管下部の構造を表す図である。
【図３】散気装置の管上部の構造を表す図である。
【図４】実施の形態１の水処理装置を含む水処理システムの一例を示す図である（通常運転時）。
【図５】実施の形態１の水処理装置を含む水処理システムの一例を示す図である（逆洗浄操作時）。
【図６】実施の形態１の水処理装置における被処理水の流れを説明する図である。
【図７Ａ】実施の形態２の水処理装置を含む水処理システムの一例を示す図である（通常運転時）。
【図７Ｂ】実施の形態２の水処理装置を含む水処理システムの一例を示す図である（薬液洗浄時）。
【図８Ａ】実施の形態２の水処理装置を含む水処理システムの別の一例を示す図である（通常運転時）。
【図８Ｂ】実施の形態２の水処理装置を含む水処理システムの別の一例を示す図である（薬液洗浄時）。
【図９】実施の形態３の水処理装置を含む水処理システムの一例を示す図である。
【図１０】実施例１のラボ実験機の構造及び寸法を表す断面図であり、(a)は中心部における縦断面図、(b)は(a)に直交する面における寸法を示す図である。
【図１１】ラボ実験機の反応槽底面付近の流速コンター図であり、(a)は比較例１、(b)は実施例１である。
【図１２】実施例１及び比較例１について、反応槽底面から2cmの水平断面における底部流速軸の比率を示すグラフである。
【図１３】比較例２のビーズ挙動解析図であり、(a)は空気量10mL/min、(b)は空気量20mL/minにおける解析図である。
【図１４】実施例２のビーズ挙動解析図である。
【符号の説明】
【０１２０】
１：原水槽
２：原水ポンプ
３：経路
４：水処理装置
５：第一領域
６：第二領域
７：反応槽
８：第一仕切（ドラフト板）
９ａ：第一仕切の上端部
９ｂ：第一仕切の下端部
１０：散気装置
（１０ａ：管下部、１０ｂ：管上部、１０ｃ：管中心部）
１１：第二仕切
１２：膜分離槽
１３：浸漬型膜分離装置
１４ａ：第二仕切の下端部
１４ｂ：第二仕切の上端部
１５：底面
１５ａ：底面（水平部分）
１５ｂ：底面（傾斜部分）
１６，５５：経路
１７：ドレン管（固形分除去手段）
１８：ブロア
１９ａ，１９ｂ：エア経路
２０：流量計
２１，２５，２６：経路
２２：処理水タンク
２３ａ，２３ｂ：経路
２４：吸引ポンプ
２７：次亜塩素酸貯留槽
２８：薬液ポンプ
２９：薬液経路
３０：膜分離槽の散気装置
３１：給気口
３２ａ：散気装置の下端面
３２ｂ：散気装置の上端面
３２ｃ：散気装置の管中心部の断面
３３：遮蔽部材
３４：排水管
３５：第二仕切内に収容可能な遮蔽部材
３６：遮蔽補助部材
４０：気泡
４１：粒状活性炭（微生物担体）
７１：第三仕切
７１ａ：第三仕切の下端部
７１ｂ：第三仕切の上端部
７２：給水経路
７３：排水経路
７４：返送経路
７５：ポンプ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理水を曝気処理する反応槽が備えられた水処理装置であって、
前記反応槽は上端部及び下端部が開放された第一仕切によって、下部に散気装置を設置した第一領域と、散気装置を設けない第二領域とに分けられ、
前記散気装置は、
円柱状の管中心部と、
下端面が前記管中心部の径よりも大きな径を持つ管下部と、
上端面が前記管中心部の径よりも大きな径を持ち、かつ、前記管下部よりも長い管長を持つ管上部とを有しているエアリフト管である、
ことを特徴とする水処理装置。
【請求項２】
前記エアリフト管は少なくとも管中心部に、反応槽内に空気を供給するためのエア経路が接続されていることを特徴とする請求項１記載の水処理装置。
【請求項３】
前記反応槽が担体を有し、前記担体が前記第一領域及び前記第二領域間を循環可能であり、かつ、被処理水を処理するための好気性微生物を担持させた微生物担体であることを特徴とする請求項１または２に記載の水処理装置。
【請求項４】
前記第二領域から前記第一領域に向けて高さが低くなるように底面の一部が傾斜していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項５】
前記反応槽の処理水を膜分離する浸漬型膜分離装置が備えられた膜分離槽を備え、
前記膜分離槽と前記反応槽とは、下端部が開放された第二仕切によって反応槽の第二領域と膜分離槽とが一体化されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項６】
前記膜処理槽から前記反応槽に向けて高さが低くなるように底面が傾斜していることを特徴とする請求項５に記載の水処理装置。
【請求項７】
被処理水を曝気処理する反応槽によって被処理水を処理する方法であって、
前記反応槽は上端部及び下端部が開放された第一仕切によって、下部に散気装置を設置した第一領域と前記散気装置を設けない第二領域とに分けられ、
前記散気装置は、
円柱状の管中心部と、
下端面が前記管中心部の径よりも大きな径を持つ管下部と、
上端面が管中心部の径よりも大きな径を持ち、かつ、前記管下部よりも長い管長を持つ上部とを有して前記いるエアリフト管であり、
前記反応槽において前記散気装置から放出される空気によって、被処理水を前記第一領域及び前記第二領域間で循環させることを特徴とする水処理方法。
【請求項８】
前記エアリフト管は少なくとも管中心部に、反応槽内に空気を供給するためのエア経路を有しており、
前記エア経路から前記エアリフト管内へと空気を供給することによって被処理水を曝気処理することを特徴とする請求項７に記載の水処理方法。
【請求項９】
前記反応槽が被処理水を処理する好気性微生物を担持した担体を収容し、前記微生物担体は前記第一領域及び前記第二領域間を循環することを特徴とする請求項７又は８に記載の水処理方法。
【請求項１０】
下端部が開放された第二仕切によって、前記第二領域と浸漬型膜分離装置が備えられた膜分離槽とが接続されており、
前記反応槽で処理した被処理水を前記膜処理槽で処理することを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１項に記載の水処理方法。
【請求項１】
被処理水を曝気処理する反応槽が備えられた水処理装置であって、
前記反応槽は上端部及び下端部が開放された第一仕切によって、下部に散気装置を設置した第一領域と、散気装置を設けない第二領域とに分けられ、
前記散気装置は、
円柱状の管中心部と、
下端面が前記管中心部の径よりも大きな径を持つ管下部と、
上端面が前記管中心部の径よりも大きな径を持ち、かつ、前記管下部よりも長い管長を持つ管上部とを有しているエアリフト管である、
ことを特徴とする水処理装置。
【請求項２】
前記エアリフト管は少なくとも管中心部に、反応槽内に空気を供給するためのエア経路が接続されていることを特徴とする請求項１記載の水処理装置。
【請求項３】
前記反応槽が担体を有し、前記担体が前記第一領域及び前記第二領域間を循環可能であり、かつ、被処理水を処理するための好気性微生物を担持させた微生物担体であることを特徴とする請求項１または２に記載の水処理装置。
【請求項４】
前記第二領域から前記第一領域に向けて高さが低くなるように底面の一部が傾斜していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項５】
前記反応槽の処理水を膜分離する浸漬型膜分離装置が備えられた膜分離槽を備え、
前記膜分離槽と前記反応槽とは、下端部が開放された第二仕切によって反応槽の第二領域と膜分離槽とが一体化されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項６】
前記膜処理槽から前記反応槽に向けて高さが低くなるように底面が傾斜していることを特徴とする請求項５に記載の水処理装置。
【請求項７】
被処理水を曝気処理する反応槽によって被処理水を処理する方法であって、
前記反応槽は上端部及び下端部が開放された第一仕切によって、下部に散気装置を設置した第一領域と前記散気装置を設けない第二領域とに分けられ、
前記散気装置は、
円柱状の管中心部と、
下端面が前記管中心部の径よりも大きな径を持つ管下部と、
上端面が管中心部の径よりも大きな径を持ち、かつ、前記管下部よりも長い管長を持つ上部とを有して前記いるエアリフト管であり、
前記反応槽において前記散気装置から放出される空気によって、被処理水を前記第一領域及び前記第二領域間で循環させることを特徴とする水処理方法。
【請求項８】
前記エアリフト管は少なくとも管中心部に、反応槽内に空気を供給するためのエア経路を有しており、
前記エア経路から前記エアリフト管内へと空気を供給することによって被処理水を曝気処理することを特徴とする請求項７に記載の水処理方法。
【請求項９】
前記反応槽が被処理水を処理する好気性微生物を担持した担体を収容し、前記微生物担体は前記第一領域及び前記第二領域間を循環することを特徴とする請求項７又は８に記載の水処理方法。
【請求項１０】
下端部が開放された第二仕切によって、前記第二領域と浸漬型膜分離装置が備えられた膜分離槽とが接続されており、
前記反応槽で処理した被処理水を前記膜処理槽で処理することを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１項に記載の水処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１０−１７２８４３（Ｐ２０１０−１７２８４３Ａ）
【公開日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１９４６７（Ｐ２００９−１９４６７）
【出願日】平成２１年１月３０日（２００９．１．３０）
【出願人】（０００１９２５９０）株式会社神鋼環境ソリューション (534)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月３０日（２００９．１．３０）
【出願人】（０００１９２５９０）株式会社神鋼環境ソリューション (534)
【Ｆターム（参考）】
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