JP4532172B2 - 水処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、水処理技術に係り、詳しくは被処理水の処理経路に、生物膜が付着する生物膜付着部材が充填された充填領域を有する水処理装置の構築技術に関するものである。

従来、一般家庭等から排出される生活排水や、産業廃水等の汚水などの被処理水を好気処理する水処理技術が知られている（例えば、下記の特許文献１参照。）。
特許文献１の排水処理装置では、被処理水の処理経路に、接触ろ材のような部材が充填される充填領域が設けられ、当該充填領域に散気装置からの散気空気が供給されることによって、被処理水が好気処理されるようになっている。
上記特許文献１には、排水処理装置の具体的な構成が提示されているが、生物膜付着部材が充填された充填領域において被処理水の処理を行うこの種の水処理装置においては、当該充填領域を合理的に構築する要請がある。
特開平１０−２７７５７６号公報

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、被処理水の処理経路に、生物膜が付着する生物膜付着部材が充填された充填領域を有する水処理装置において、当該充填領域の合理化を図るのに有効な技術を提供することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明が構成される。なお、本発明は、一般家庭等から排出される生活排水や、産業廃水等の被処理水を処理する水処理装置の構築技術として好適に用いられる。

本発明にかかる水処理装置は、被処理水の処理経路に、生物膜が付着する生物膜付着部材が充填された充填領域を少なくとも有し、当該充填領域は更に積層状に配置される第１充填部及び第２充填部を少なくとも備える。本発明における「生物膜付着部材」としては、微生物等による生物膜の付着、保持が可能な各種の部材を広く用いることができる。典型的には、板状、球状、粒状、円筒状などの各種の接触ろ材を、本発明における「生物膜付着部材」として用いる。なお、本発明では、充填領域を、第１充填部及び第２充填部の２つの充填部を積層状に配置した２層の積層構造とする構成や、当該第１充填部及び第２充填部に更に別の１または複数の充填部を追加して積層状に配置した３層以上の積層構造とする構成を採り得る。

本発明における第１充填部は、第１の生物膜付着部材がブロック化された状態で充填される領域として構成される。ここでいう「ブロック化された状態」とは、第１の生物膜付着部材を１つの塊状の部材として取り扱うことが可能な態様を広く含む主旨である。典型的には、生物膜付着部材としての複数の板状部材を互いに繋ぎ止めて（連結して）１つの塊状の部材として第１充填部に充填する態様や、生物膜付着部材としての多数の粒状部材や球状部材を単一の箱状部材の内部に箱詰め充填する態様が、本発明における「第１の生物膜付着部材がブロック化された状態で充填される」の態様に相当する。
本発明における第２充填部は、第１充填部の下方に積層状に配置され、多数の第２の生物膜付着部材が不規則的に充填（ランダム充填）される領域として構成される。典型的には、当該第２充填部に筒状または球状の濾材を多数充填する構成を用いる。

本発明では、特に、第１充填部にブロック化された状態で充填された第１の生物膜付着部材が、第２充填部に不規則的に充填された状態の多数の第２の生物膜付着部材を上方から直に押さえ込むことで、当該第２の生物膜付着部材の第１充填部側への移動が規制されるように構成されている。具体的には、多数の第２の生物膜付着部材の上部に、ブロック化された状態で第２の生物膜付着部材の通過を規制することが可能な構成の第１の生物膜付着部材を載置し、当該第１の生物膜付着部材の自重作用によって多数の第２の生物膜付着部材を上方から直に押さえ込む構成を用いる。また、必要に応じて、ブロック化された状態で多数の第２の生物膜付着部材の上部に載置された第１の生物膜付着部材を、更に、係止部材等を介して水処理装置の本体側に係止する構成を用いることができる。
このような構成によれば、第１充填部に充填された第１の生物膜付着部材は、被処理水の生物処理に関与する本来の処理機能に加えて、多数の第２の生物膜付着部材を上方から直に押さえ込み、第２充填部において一度に固定化する機能を有することとなる。従って、多数の第２の生物膜付着部材を第２充填部において固定化するために、専用の部材などを用いる必要がなく、充填領域の構造が簡素化される。

なお、本発明において、第１充填部及び第２充填部における被処理水の流通方向に関しては、被処理水が上層である第１充填部を流通した後に、下層である第２充填部を流通する下向きの流れを形成する構成であってもよいし、あるいは被処理水が下層である第２充填部を流通した後に、上層である第１充填部を流通する上向きの流れを形成する構成であってもよい。
また、本発明において、第１充填部における第１の生物膜付着部材の充填に際し、当該第１の生物膜付着部材は充填前に予めブロック化された状態に設定されるのが好ましい。このような構成によれば、第１の生物膜付着部材の充填作業や交換作業における作業性向上を図ることが可能となる。なお、必要に応じては、複数の第１の生物膜付着部材を第１充填部に充填する過程においてブロック化する構成を用いることもできる。

また第１充填部は、第１の生物膜付着部材として上下方向に延在する複数の板状部材が平行状に等間隔で配置された状態で互いに繋ぎ止められてブロック化された構成であるとともに、当該複数の板状部材の間隔が、第２充填部に充填された第２の生物膜付着部材の外径を下回る構成になっている。
このような構成によれば、多数の第２の生物膜付着部材を上方から直に押さえ込むべくブロック化された状態の第１の生物膜付着部材を容易に形成することが可能となり、充填領域の構造が更に簡素化される。

以上のように、本発明によれば、特に、被処理水の流通経路に配置された充填領域において、第１充填部にブロック化された状態で充填された第１の生物膜付着部材が、第２充填部に不規則的に充填された状態の多数の第２の生物膜付着部材を上方から直に押さえ込む構成によって、当該充填領域の構造を簡素化することができ、これにより当該充填領域の合理化を図ることが可能とされる。

以下に、本発明における一実施の形態の排水処理装置の構成等を図面に基づいて説明する。なお、本実施の形態は、一般家庭等から排出される排水（被処理水）の処理を行う排水処理装置について説明するものである。

本発明における「水処理装置」としての排水処理装置１００の処理フローが図１に示される。
図１に示すように、本実施の形態の排水処理装置１００は、槽状に成形された槽本体１０１の内部に各種の浄化処理機構を収容している。大別すると、処理工程の順に対応して上流（図１中の左側）から夾雑物除去槽１１０、嫌気濾床槽１３０、接触濾床槽１５０、処理水槽１７０、消毒槽１９０の各浄化処理機構が槽本体１０１に収容される。このような構成の槽本体１０１の内部に流入した排水は、夾雑物除去槽１１０、嫌気濾床槽１３０、接触濾床槽１５０、処理水槽１７０、消毒槽１９０で順次浄化処理されたのち、槽本体１０１の外部へ放流される。なお、本実施の形態では、各槽において処理される汚水（被処理水）および当該汚水を処理する処理過程において流れる水を「被処理水」ないし「水」と記載する。

夾雑物除去槽１１０は、槽本体１０１の最上流部に配置されており、流入口（図示省略）を通じて当該夾雑物除去槽１１０に被処理水が流入する構成になっている。この夾雑物除去槽１１０は、被処理水中に含まれる夾雑物を、流入バッフル（図示省略）などの固液分離手段を用いて被処理水から分離する処理を行う槽であり、被処理水の固液分離機能を果たす。この夾雑物除去槽１１０において夾雑物の除去処理がなされたあとの水は、その下流に配置された嫌気濾床槽１３０へと移流する。
嫌気濾床槽１３０は、被処理水中の有機汚濁物質を嫌気処理（還元）する機能を有する処理槽であり、典型的には、有機汚濁物質を嫌気処理（還元）する嫌気性微生物が付着する所定量の濾材が濾床に充填される構成を有する。この嫌気処理によってＢＯＤの低減と汚泥物の減量化が図られる。この嫌気濾床槽１３０で処理されたあとの水は、その下流に配置された接触濾床槽１５０へと移流する。
接触濾床槽１５０は、被処理水の好気処理及び濾過処理を行う機能を有する処理槽である。この接触濾床槽１５０で処理されたあとの水は、その下流に配置された処理水槽１７０へと移流する。
処理水槽１７０は、消毒槽１９０へ移流する前の水を一時的に貯留する機能を有する処理槽である。この処理水槽１７０に一時的に貯留された水は、その後消毒槽１９０へと移流する。
消毒槽１９０は、処理水槽１７０から流入した水を消毒処理する機能を有する処理槽であり、典型的には、消毒処理を行うための消毒剤（固形塩素剤）が充填された薬剤筒（図示省略）を備えている。この消毒槽１９０において消毒処理された水は、槽本体１０１の外部へ放流される。

ここで、上記の接触濾床槽１５０の具体的な構成を図２及び図３を参照しながら説明する。図１中の接触濾床槽１５０の断面構造が図２に示され、図２中の接触濾床槽１５０における充填領域１５０ａの内部構造をあらわす斜視図が図３に示される。

図２に示すように、本実施の形態の接触濾床槽１５０は、被処理水が槽上部から槽下部へと下向きに流下する流通経路に充填領域１５０ａを備え、当該充填領域１５０ａの下方に散気装置１５３が配置された構成を有する。
充填領域１５０ａは、第１充填部１５１及び第２充填部１５２を備える。すなわち、この充填領域１５０ａは、第１充填部１５１（充填領域上層）及び第２充填部１５２（充填領域下層）による２層構造になっている。この充填領域１５０ａは、被処理水の処理経路に配置された領域であり、当該充填領域１５０ａが本発明における「充填領域」を構成する。
更に、本実施の形態では、充填領域１５０ａの下層を構成する第２充填部１５２の下方に散気装置１５３を配置する構成になっている。散気装置１５３は、ブロワ１５４に接続されており、当該ブロワ１５４から供給された圧縮空気を、多数の散気孔（図示省略）を通じて第２充填部１５２の下方から上方に向けて供給する機能を有する。ブロワ１５４は、通常運転時（散気運転時）及び逆洗運転時に運転され、逆洗運転時には通常運転時よりも風量が増加された空気が、散気装置１５３を介して第２充填部１５２の各領域のうち逆洗領域の下方に供給される設定になっている。これら散気装置１５３及びブロワ１５４等によって本発明における「散気手段」が構成される。なお、本実施の形態の接触濾床槽１５０では、第２充填部１５２の下方に設置された散気装置１５３から供給された空気は、第２充填部１５２及び第１充填部１５１において順次分散されて、充填領域１５０ａの全面に供給される構成になっている。本構成からこの接触濾床槽１５０は、「全面ばっ気式の接触濾床槽」とも称呼される。

図３に示すように、第１充填部１５１は、波板状の波板接触材１５１ａをブロック化した状態で充填する領域として構成される。具体的には、この第１充填部１５１では、上下方向に延在する複数の波板接触材１５１ａが平行状に等間隔（規則的に）に配置された状態、すなわち互いに隣接する波板接触材１５１の間隔ｄ１が一定間隔となるように配置された状態で、互いに繋ぎ止められ（連結され）、１つの塊状の部材としてブロック化されている。このブロック化された波板状の波板接触材１５１ａには、好気性微生物の生物膜が付着する。被処理水が第１充填部１５１を下向きに流下する際、波板接触材１５１ａに付着した好気性微生物が被処理水と接触することによって、主に被処理水中の有機汚濁物質が好気処理（酸化）される。このブロック化された状態の波板接触材１５１ａが、本発明における「第１の生物膜付着部材」に対応しており、また当該ブロック化された状態の波板接触材１５１ａが充填された第１充填部１５１が、本発明における「第１充填部」に対応している。

また、図３に示すように、第２充填部１５２は、多数の濾材１５２ａを不規則的にランダム充填する領域として構成される。濾材１５２ａは、断面形状が円形の円筒状（外径ｄ２）であり、濾材壁面がいわゆる「ヘチマ様筒状」の構成を有する。このような構成の濾材１５２ａが多数充填されたこの第２充填部１５２を、通常運転時（散気運転時）に被処理水が下向きに流下する際、主にこの濾材１５２ａによって被処理水中のＳＳ（浮遊物質）が濾過処理される。不規則的に充填されたこの多数の濾材１５２ａが、本発明における「第２の生物膜付着部材」に対応しており、また当該多数の濾材１５２ａが不規則的に充填された第２充填部１５２が、本発明における「第２充填部」に対応している。

ここで、本実施の形態では、第１充填部１５１にブロック化された状態で充填された波板接触材１５１ａが、第２充填部１５２に不規則的に充填された多数の濾材１５２ａを上方から直に押さえ込むことで、濾材１５２ａの第１充填部１５１側への移動を規制する機能を有する。具体的には、ブロック化された状態の波板接触材１５１ａは、多数の濾材１５２ａの上部に直に配置（載置）されるとともに、槽本体１０１側に固定された係止部材（図２中に示す係止部材１５６）に係止されている。また、波板接触材１５１における間隔ｄ１と濾材１５２ａの外径ｄ２との関係において、間隔ｄ１が外径ｄ２を下回るように構成されている。なお、ここでいう濾材１５２ａの外径ｄ２は、当該濾材１５２ａの最大径を示すものであり、典型的には濾材１５２ａの長尺方向に関する長さが当該濾材１５２ａの外径ｄ２に相当する。

充填領域１５０ａのこのような構成により、多数の濾材１５２ａは、波板接触材１５１ａの自重及び係止部材１５６による固定化作用によって、第２充填部１５２において固定化されるとともに、当該多数の濾材１５２ａが波板接触材１５１ａの間を通り抜けて第１充填部１５１側へ移動するのが規制されることとなる。ブロック化された状態の波板接触材１５１ａが多数の濾材１５２ａを直に押さえ込むこのような構成によれば、多数の濾材１５２ａをブロック化された状態の波板接触材１５１ａを用いて第２充填部１５２に一度に固定化することができるため、多数の濾材１５２ａを固定化する機能を有する専用の部材などを用いる必要がなく、充填領域１５０ａの構造が簡素化される。

また、本実施の形態では、ブロック化された状態の波板接触材１５１ａが充填された第１充填部１５１の第１の空隙率が、多数の濾材１５２ａが不規則的に充填された第２充填部１５２の第２の空隙率よりも大きくなるように構成されている。第１の空隙率は、第１充填部１５１において、波板接触材１５１ａ充填前の全体積に対する当該波板接触材１５１ａ充填後の空隙部分の体積の比率として規定される。同様に、第２の空隙率は、第２充填部１５２において、濾材１５２ａ充填前の全体積に対する当該濾材１５２ａ充填後の空隙部分の体積の比率として規定される。すなわち、波板接触材１５１ａの充填状態にある第１充填部１５１よりも、濾材１５２ａの充填状態にある第２充填部１５２の方が空隙率が小さく（比表面積が大きく）、被処理水が第１充填部１５１及び第２充填部１５２を順次流通する際に、上流から下流に流れるにつれて空隙率が小さくなる（比表面積が大きくなる）。また、本実施の形態では、第２充填部１５２における第２の空隙率の設定に関しては、通常運転時において所望の濾過機能を有するとともに、散気装置１５３から供給された空気を第２充填部１５２において微細化することが可能となるように当該第２の空隙率を設定するのが好ましい。

このような構成によれば、充填領域１５０ａの上層である第１充填部１５１の空隙率を、下層である第２充填部１５２の空隙率よりも相対的に大きくすることによって、第１充填部１５１における生物処理性能（好気処理性能）は維持しつつ、当該第１充填部１５１の波板接触材１５１ａに生物膜による閉塞が起こるのを防止することが可能となる。このとき、散気装置１５３から供給された空気を第２充填部１５２において微細化する構成によって、被処理水に対する酸素溶解効率を高めることができ、第１充填部１５１における生物処理性能が向上することとなる。一方で、第２充填部１５２では、通常運転時において所望の濾過機能が果たされるとともに、第２充填部１５２の各領域のうち逆洗領域の濾材１５２ａに付着した被濾過物は、逆洗運転時に通常運転時よりも風量が増加された空気の散気による剥離作用によって洗浄（逆洗）されることとなる。従って、充填領域１５０ａにおいて生物処理性能と濾過性能を両立するとともに、当該充填領域１５０ａの閉塞防止を図ることが可能となる。

次に、上記構成の接触濾床槽１５０の充填領域１５０ａに波板接触材１５１ａ及び多数の濾材１５２ａを充填する作業の過程を図４及び図５を参照しながら説明する。ここで、図４は、図３中の充填領域１５０ａの第２充填部１５２に多数の濾材１５２ａを充填する様子を示す斜視図であり、図５は、図３中の充填領域１５０ａの第１充填部１５１に、予めブロック化された波板接触材１５１ａを充填する様子を示す斜視図である。

図４に示すように、まず充填領域１５０ａの上方から第２充填部１５２へ向けて多数の濾材１５２ａを所定量投入する。このとき、第２充填部１５２の下部に、被処理水の流通は許容するが濾材１５２ａの移動は規制する架台ネット１５５を予め設置しておく。これにより、第２充填部１５２へ向けて投入された多数の濾材１５２ａは、架台ネット１５５を基点として当該架台ネット１５５の上部に堆積することとなり、第２充填部１５２への濾材１５２ａの充填が完了する。

その後、図５に示すように、充填領域１５０ａの上方から第１充填部１５１へ向けて、予めブロック化された状態の波板接触材１５１ａを直に充填する。このとき、当該予めブロック化された波板接触材１５１ａは、先に充填が完了した状態の多数の濾材１５２ａの上に直に載置される。予めブロック化された状態の波板接触材１５１ａを充填する本構成は、充填作業や交換作業における作業性向上を図るうえで有効である。更に、ブロック化された状態の波板接触材１５１ａを、槽本体１０１側に固定された係止部材（図２中に示す係止部材１５６）に係止させる。これにより、波板接触材１５１ａの自重及び係止部材１５６による固定化作用によって、多数の濾材１５２ａを第２充填部１５２において一度に固定化するのに有効な押さえ込み力が付与される。波板接触材１５１ａの自重のみによって多数の濾材１５２ａの固定化作用が得られる場合には、必要に応じては係止部材１５６の設置を省略することもできる。また、必要に応じては、複数の波板接触材１５１ａを第１充填部１５１に充填する過程において互いに繋ぎ止めてブロック化する方法を用いることもできる。

〔他の実施の形態〕
なお、本発明は上記の実施の形態のみに限定されるものではなく、種々の応用や変形が考えられる。例えば、上記実施の形態を応用した次の各形態を実施することもできる。

上記実施の形態では、第１充填部１５１に波板状の波板接触材１５１ａ（第１の生物膜付着部材）を充填し、第２充填部１５２にヘチマ様筒状の濾材１５２ａ（第２の生物膜付着部材）を充填する構成について記載したが、本発明では、第１充填部にブロック化された状態で充填された第１の生物膜付着部材が、第２充填部に不規則的に充填された状態の多数の第２の生物膜付着部材を上方から直に押さえ込むことが可能な構成であればよく、第１充填部及び第２充填部に充填される生物膜付着部材の種類、形状等は、必要に応じて適宜変更可能である。

また、上記実施の形態では、接触濾床槽１５０の充填領域１５０ａを、第１充填部１５１及び第２充填部１５２による２層構造とする場合について記載したが、本発明では、充填領域１５０ａを第１充填部１５１及び第２充填部１５２を元にした２層以上の多層構造とすることができる。例えば、図２に示す構成の充填領域１５０ａにかえて、図６に示すような構成の充填領域１５０ｂ（本発明における「充填領域」に対応）を用いることもできる。

図６に示す充填領域１５０ｂは、図２に示す第１充填部１５１及び第２充填部１５２を備えたうえに、更に第１充填部１５１の上方に第３充填部１５７を備える構成になっている。すなわち、この充填領域１５０ｂは、第１充填部１５１（充填領域中層）、第２充填部１５２（充填領域下層）及び第３充填部１５７（充填領域上層）による３層構造になっている。第３充填部１５７は、粒状担体１５７ａを充填する領域として構成され、単一の箱状部材１５７ｂの内部に多数の粒状担体１５７ａが箱詰め充填されて配置されている。粒状担体１５７ａは、粒状の中空円筒形に形成され、この粒状担体１５７ａには、有機汚濁物質を好気分解する好気性微生物の生物膜が付着する。箱状部材１５７ｂは、被処理水の通過は許容するが粒状担体１５７ａの通過は規制する多孔板によって構成されている。多数の粒状担体１５７ａは、箱状部材１５７ｂ内を流動できる程度に充填されている。多数の粒状担体１５７ａの充填作業に関しては、予め箱状部材１５７ｂに充填した多数の粒状担体１５７ａを当該箱状部材１５７ｂごと第３充填部１５７に設置する方法や、予め第３充填部１５７に設置された箱状部材１５７ｂに数の粒状担体１５７ａを投入する方法を用いることができる。
本例のように、第１充填部１５１及び第２充填部１５２に、更に第３充填部１５７を設けることによって、充填領域１５１ｂにおける生物処理性能を向上させることが可能となる。また、本例では、単一の箱状部材１５７ｂの内部に予め箱詰め充填されブロック化された状態の多数の粒状担体１５７ａが、第１充填部１５１の上部に直に積層される構成になっている。このような構成によれば、第１充填部１５１における波板接触材１５１ａの充填作業や交換作業における作業性の向上に加え、更に第３充填部１５３における多数の粒状担体１５７ａの充填作業や交換作業においてもその作業性の向上を図ることが可能となる。

本発明における水処理装置の一実施の形態の排水処理装置１００の処理フローを示す図である。 図１中の接触濾床槽１５０の断面構造を示す図である。 図２中の接触濾床槽１５０における充填領域１５０ａの内部構造をあらわす斜視図である。 図３中の充填領域１５０ａの第２充填部１５２に多数の濾材１５２ａを充填する様子を示す斜視図である。 図３中の充填領域１５０ａの第１充填部１５１に、予めブロック化された波板接触材１５１ａを充填する様子を示す斜視図である。 図２中の充填領域１５０ａの別の実施の形態の充填領域１５０ｂの構成を示す図である。

１００…排水処理装置
１０１…槽本体
１１０…夾雑物除去槽
１３０…嫌気濾床槽
１５０…接触濾床槽
１５０ａ，１５０ｂ…充填領域
１５１…第１充填部
１５１ａ…波板接触材
１５２…第２充填部
１５２ａ…濾材
１５３…散気装置
１５４…ブロワ
１５５…架台ネット
１５６…係止部材
１５７…第３充填部
１５７ａ…粒状担体
１５７ｂ…箱状部材
１７０…処理水槽
１９０…消毒槽

Claims (1)

1. 被処理水の処理経路に充填領域を有し、当該充填領域に充填された生物膜付着部材に生物膜が付着する水処理装置であって、
   前記充填領域は、第１の生物膜付着部材がブロック化された状態で充填される第１充填部と、前記第１充填部の下方に積層状に配置され、多数の第２の生物膜付着部材が不規則的に充填される第２充填部とを備え、前記第１充填部は、前記第１の生物膜付着部材として上下方向に延在する複数の板状部材が平行状に等間隔で配置された状態で互いに繋ぎ止められてブロック化された構成であるとともに、当該複数の板状部材の間隔が、前記第２充填部に充填された前記第２の生物膜付着部材の外径を下回る構成であり、
   前記第１充填部にブロック化された状態で充填された前記複数の板状部材が、前記第２充填部に不規則的に充填された状態の前記多数の第２の生物膜付着部材を上方から直に押さえ込むことで、当該第２の生物膜付着部材の第１充填部側への移動を規制する構成であることを特徴とする水処理装置。

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