JP4599419B2

JP4599419B2 - 曝気レス水処理装置

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Publication number: JP4599419B2
Application number: JP2008037890A
Authority: JP
Inventors: 正彦堤; 卓巳小原; 伸行足利; 勝也山本; 博田村; 和彦納田; 和太郎篠原
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2008-02-19
Filing date: 2008-02-19
Publication date: 2010-12-15
Anticipated expiration: 2028-02-19
Also published as: JP2009195778A; CN101514045B; CN101514045A

Description

本発明は、都市下水、工場排水、家庭排水等の汚水を微生物により浄化処理する曝気レス水処理装置に関する。

汚水を浄化処理する手段として微生物を利用する曝気レス水処理装置が種々提案されている。例えば特許文献１は、図１７に示すように、従来技術の好気リアクタ部分に嫌気リアクタ部分を付加した曝気レス水処理装置を提案している。この従来装置100では、汚水は、ポンプ102を有する水配管L1を介して、密閉状態で構成された嫌気リアクタ103の底部に供給される。

嫌気リアクタ103の担体充填部104には、支持体105に連結された多数のひも状担体106が上部から吊り下げられている。これらのひも状担体106の表面には嫌気性微生物が付着固定されている。汚水は、これらのひも状担体106表面の嫌気性微生物と接触するプロセスで、汚水中の汚濁物質が約５０％除去され、上方の上澄み部107まで上向流で流れる。さらに、汚水は、越流部108および水配管L2を順次通って好気リアクタ110の上部開口に配置された散水部111に供給される。

散水部111には複数の孔部112が開口し、これらの孔部112から図中の矢印方向に嫌気処理水が散水され、好気リアクタ110内を流下するようになっている。好気リアクタ110の担体充填部113には、支持体114に連結された多数のひも状担体115が上部から吊り下げられている。これらのひも状担体115の表面には好気性微生物が付着固定されている。約５０％の汚濁物質が残存する嫌気処理水は、ひも状担体115の表面に付着された好気性微生物と接触するプロセスで、残存する汚濁物質が除去される。汚濁物質が除去された水は、液面116に滴下して集まり、リアクタ底部の貯留部117から水配管L3を通って処理水として処理水貯留部118に排出される。

また、特許文献２は、図１８に示すように、他の従来技術の好気リアクタ部分を嫌気リアクタ部分に付加した曝気レス水処理装置を提案している。この従来装置200では、水配管L2の端部に第１の散水部211を配するとともに、支持体114の上方に第２の散水部212を配している。嫌気リアクタ103の出口水は、水配管L2を介してこの第１の散水部211に供給され、ここで第２の散水部212に散水され、散水が均一化される。汚水は上向流となって担体部106を通過する際に、担体に付着した嫌気性微生物と接触して汚水中の有機汚濁物質が除去される。この嫌気処理により有機汚濁物質の一部が除去された水は、上澄み部107、越流部108、ラインL2を順次通って散水部211に供給され、散水部211から好気リアクタ210内に散水され、好気リアクタ210内を流下するようになっている。好気リアクタ210の担体充填部113には、上部に球状体212が充填され、その下部に支持体114に連結された多数のひも状担体115が上部から吊り下げられている。これらのひも状担体115の表面には好気性微生物が付着固定されている。

散水された嫌気処理水は、下降流で球状体212の空隙を通過した後に、ひも状担体115に付着した好気性微生物と接触する過程で、嫌気処理水中に残存する有機汚濁物質が除去される。汚濁物質が除去された水は、液面116に滴下して集まり、リアクタ底部の貯留部117から水配管L3を通って処理水として処理水貯留部118に排出される。
特開２００３−７１４７８公報特開平１０−３２８６８３公報

しかしながら、従来の曝気レス水処理装置は、水処理操作中において次に列記する種々の問題を生じるおそれがある。

（１）散水状態の不均一化による水と担体との非接触部分増加と、水処理効率の低下
汚水中には浮遊物質（ＳＳ）が多量に含まれている。このＳＳ、またはＳＳと嫌気リアクタからの嫌気性微生物が、好気リアクタの散水部に流入することにより、特許文献１の装置100では散水部111の孔部112が目詰まりし、特許文献２の装置200では球状体212の空隙部が目詰まりする。このような目詰まりを生じると、散水が不均一になり、ひも状担体115に接触しない水流が生じて、好気性微生物と接触することなく未処理の状態で汚水がリアクタ底部まで落下する。このため、処理水中に汚濁物質が多量に残存し、好気リアクタの水処理効率が低下する。

（２）ひも状担体吊り下げ構造による水の下降速度増大と、水処理効率の低下
ひも状担体115は、支持体114に連結されるとともに、吊り下げ構造で好気リアクタ内に配されている。吊り下げ構造では、ひも状担体115の上方から散水された場合であっても、水が担体に接触・吸着されずにそのまま直ぐに流下してしまうおそれがある。特に水流量が増大した場合において、ひも状担体115の表面に付着した好気性微生物と水が接触する時間が短くなるため、水中の汚濁物質が十分に除去されず、好気リアクタの水処理効率が低下する。

本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、好気リアクタの散水部が汚水中の浮遊物質等で目詰まりした場合であっても、好気リアクタに対する散水を均一化して水処理効率を向上させることができ、また、水流量が増加した場合であっても、担体への水の下降速度を増加させることなく、担体との接触時間を長く維持して、水処理効率を向上させることができる曝気レス水処理装置を提供することを目的とする。

従来の下水処理プロセスの１つである標準活性汚泥法において、水処理のために消費されるエネルギの内訳は下記(a)〜(c)である。

(a)汚水ポンプ（下水を反応槽へ供給するポンプ）：２０〜３０％
(b)返送ポンプ（最終沈殿池汚泥を曝気槽へ返送するポンプ）：約１０％
(c)ブロワ（曝気槽内に空気を供給する曝気装置）：５０〜６０％
上記のエネルギ内訳を検討してみると、目標とするエネルギ７０％を達成するためには、多くのエネルギを占める(c)を採用することは不利である。実際には(c)を用いて目標とする省エネルギを達成することは不可能であるため、(c)のブロワは用いられていない。一方、(a)の汚水ポンプは地中深い下水管内の下水を地上の水処理装置に供給するためには必要不可欠である。従って、ブロワを使用することなく、汚水ポンプ等の必要不可欠な機器のみを有する簡素化されたシンプルな水処理システムを構築し、そのプロセス技術を確立する必要がある。そこで、本発明者らは上記の課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、以下に述べる簡素化されたシンプルな構成の水処理技術として曝気レス水処理装置を開発した。

本発明に係る曝気レス水処理装置は、汚水を上部から自然落下により供給し、微生物を付着させた担体と下降流で接触させて汚水中の汚濁物質を水処理する曝気レス水処理装置において、水供給手段から汚水を受けて貯留する水貯留部と、前記水貯留部よりも下方に設けられ、好気性微生物を付着させた複数の細長形状担体を吊り下げ支持する支持体を有し、前記複数の細長形状担体は前記支持体より下方に配置され、好気性微生物により汚水中の汚濁物質を分解処理する好気性下降流固定床を形成する担体充填部と、前記水貯留部と前記担体充填部との間において前記支持体より上方に配置され、前記水貯留部から流出する汚水が前記複数の細長形状の担体と接触して流下するように該汚水を前記水貯留部から前記担体充填部に伝え導く連結水案内部と、前記連結水案内部の下端と前記支持体との間に形成される１０〜１００ｍｍの間隙と、を具備することを特徴とする。

本発明の曝気レス水処理装置によれば、好気性下向流リアクタの散水部が汚水中の浮遊物質等で目詰まりした場合であっても、好気性下向流リアクタに対する散水を均一化して水処理効率を向上させることができる。また、本発明の曝気レス水処理装置によれば、水流量が増加した場合であっても、吊り下げ支持された担体への水の下降速度を速めることなく、担体との接触時間を十分に長く維持して水処理効率を向上させることができる。

以下に本発明を実施するための種々の実施の形態について説明する。

本発明に係る曝気レス水処理装置は、汚水を上部から自然落下により供給し、微生物を付着させた担体と下降流で接触させて汚水中の汚濁物質を水処理する曝気レス水処理装置において、水供給手段から汚水を受けて貯留する水貯留部と、前記水貯留部よりも下方に設けられ、好気性微生物を付着させた複数の細長形状担体を吊り下げ支持する支持体を有し、前記複数の細長形状担体は前記支持体より下方に配置され、好気性微生物により汚水中の汚濁物質を分解処理する好気性下降流固定床を形成する担体充填部と、前記水貯留部と前記担体充填部との間において前記支持体より上方に配置され、前記水貯留部から流出する汚水が前記複数の細長形状の担体と接触して流下するように該汚水を前記水貯留部から前記担体充填部に伝え導く連結水案内部と、前記連結水案内部の下端と前記支持体との間に形成される１０〜１００ｍｍの間隙と、を備えている。

本発明の装置では、好気性下向流リアクタの担体充填部に担体を吊り下げ支持する構造を採用しているので、担体の表面に沿って汚水を上方から下方に向けて流下させる必要があるが、水貯留部と担体充填部との間に連結水案内部を配置しているので、この連結水案内部により水貯留部から流下する汚水を担体に伝え導き、担体に付着した好気性微生物に汚水を確実に接触させることができる。担体は、例えば幹ひもの周囲に多数のブラシ毛やループ毛を植え付けたひも状、あるいは金属ワイヤまたは金属ロッドの周囲に多数のブラシ毛やループ毛を植え付けた索状またはロッド状の細長形状を有するものであり、これに付着した好気性微生物と汚水中の有機汚濁物質とが高い頻度で接触し、処理効率が急激に上昇する。このように担体において好気性微生物と汚水が高効率に接触するため、長期間にわたり劣化することなく好気性微生物の活性が維持される。連結水案内部を設けることにより、水貯留部からの水を担体に確実に接触させることができ、処理効率の低下を防止することができる。

本発明において、連結水案内部と担体充填部との間に１０〜１００ｍｍの間隙部を有することが好ましい。間隙部が１０ｍｍ未満になると、連結水案内部と支持体との間に目詰まりを生じやすくなるとともに、水と空気との接触が少なくなる。一方、間隙部が１００ｍｍを超えると、水の飛散・蒸発が盛んになり水の損失量が増加する。このような間隙部を設けることにより、汚水と空気とが接触する機会が増加し、好気処理の効率がさらに向上する。

本発明において、連結水案内部は、毛管現象またはサイフォンの原理を利用して水貯留部内の水を移動させる機能を有することが好ましい。連結水案内部には種々の構造を採用することができる。例えば水貯留部の底部に開口する孔に管状（又は筒状）の部材を取り付け、この管状部材を介して水を滴下させる構造（図２）としてもよいし、水貯留部内から毛管力により水を吸い上げて滴らせる毛管機能をもつ構造（図５、図６）としてもよい。このような構造を採用することにより、水貯留部から各担体に対して確実に水を流下させることができ、好気性微生物と水との接触反応効率を増大化させることができる。

本発明において、水貯留部は単一の孔を有し、担体は単一の孔から分岐するように複数本が取り付けられ、単一の孔を通って複数本の担体の各々に水が分配されるようにしてもよい（図１４）。このようにすると水が担体に接触しないでスルーパスすることがなく、各担体に水が確実に接触して流下するとともに、各担体に水が均等に分配されるようになる。

本発明において、支持体に設けられ、連結水案内部から供給された水を分散させて担体に分配する水分散部をさらに有することが好ましい。例えば支持体の上面に担体に１対１に対応する小突起（円錐状、半球状などの形状）を形成し、これらの小突起により滴下水を破砕して小粒化する構造（図７）としてもよいし、担体の上部に傘の骨のように放射状に延び出す針状突起を取り付け、これらの針状突起により滴下水を破砕して小粒化する構造（図８）としてもよいし、連結部の毛管機能をもつ管の先端を分割して細分化された開口から小粒化した水を滴下する構造（図９）としてもよい。このような構造を採用することにより、水を小粒化して水と好気性微生物との接触機会を増加させ、反応効率を向上させることができる。さらに、小粒化した水を滴下することにより、水が担体の各々に万遍なく分配され、処理の均一性が向上するという利点もある。

本発明において、担体に取り付けられ、流下する水を一時的に貯留して水の滞留時間を長くする担体の水貯留分配容器をさらに有することが好ましい。このような構造（図１０）を採用することにより、担体に沿って流下する水が水貯留分配容器に一旦溜まり、ここに滞留する水を少量ずつ担体に沿って流下させることにより好気性微生物と水との接触時間が長くなり、反応効率をさらに向上させることができる。

担体充填部は、担体の相互間隔を調整する間隔調整手段をさらに有することが好ましい。間隔調整手段には、複数の担体を束ねることができる縮小拡張可能なリング状または環状のロープやワイヤを用いることができる（図１１）。また、担体充填部は、担体が互いに交差する交差部分を有することが好ましい。このような交差部分は、前述の間隔調整手段により複数の担体を束ねることにより形成することができる（図１１）。

さらに、本発明装置は、好気性微生物を付着させた担体を有する担体充填部を備えた好気性下向流リアクタの前段に設けられ、ポンプ駆動の汚水を下部に受け、受けた汚水の上向き流を嫌気性微生物を付着させた担体に通流させて処理し、処理した水を上部から前記好気性下向流リアクタに送り出す嫌気性上向流リアクタをさらに有することができる。

なお、本発明の曝気レス水処理装置では、通常、好気性下向流リアクタの前段に嫌気性上向流リアクタを配置して、嫌気処理した後に好気処理するように両処理を組み合わせて用いるが、好気処理のみを用いて汚水を浄化処理することも可能である（図１６）。好気処理だけを利用するシステムでは、ある程度は処理効率が犠牲になるが、好気性下向流リアクタ内の目詰まりの原因となるものは浮遊物質（ＳＳ）のみとなるので、嫌気処理側からの嫌気性微生物の流れ込みが無くなった分だけ目詰まりの発生頻度が低減することを期待できるからである。

さらに、嫌気性上向流リアクタにも吊り下げ構造の担体を配置すると、嫌気性微生物と汚水中の有機汚濁物質とが高い頻度で接触するため処理効率が急激に上昇する。このとき嫌気性微生物は、上向流にのって浮上しようとするが、その大部分が担体に強固に吸着捕捉されるため、嫌気性上向流リアクタから好気性下向流リアクタへほとんど流出しない。このようにして嫌気性上向流リアクタ内での処理効率が向上し、嫌気性上向流リアクタ内における嫌気性微生物の歩留まりが上昇するとともに、嫌気性微生物が流れ込まない分だけ、好気性下向流リアクタ内での処理効率がさらに向上する。

次に、添付の図面を参照して本発明を実施するための種々の形態として、本発明の曝気レス水処理装置を下水処理設備に用いた場合についてそれぞれ説明する。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態を図１と図２を参照して説明する。第１の実施形態の曝気レス水処理装置１Ａは、前段に嫌気リアクタ３を備え、後段に好気リアクタ１０を備えている。嫌気リアクタ３の底部にはラインＬ１を介してポンプ２の吐出口が接続され、図示しない汚水供給源から汚水がポンプ駆動により下方から嫌気リアクタ３内に導入されるようになっている。

嫌気リアクタ３の担体充填部４には多数のひも状担体６が支持体５によって吊り下げ支持されている。これらのひも状担体６は相互間距離がほぼ等間隔になるように配置されている。ひも状担体６は、幹ひもの周囲に多数のループ毛またはブラシ毛（ナイロン等の合成繊維）を植え付けたものであり、この表面に付着した嫌気性微生物と汚水中の有機汚濁物質とが高い頻度で接触し、処理効率が急激に上昇する。このようにひも状担体６において嫌気性微生物と汚水が高効率に接触するため、嫌気性微生物の活性が長期間にわたり劣化することなく所望レベルに維持される。支持体５には多数の孔が開口し、これらの孔を通過した水が上澄み部７の越流部８から溢れ出し、溢れ出した水がオーバーフローラインＬ２を通って好気リアクタ１０に流入するようになっている。

好気リアクタ１０は上部が開口している。この上部開口に水貯留部２１が設けられ、嫌気リアクタ３からの嫌気処理水を受けて水貯留部２１内に一時的に水を貯留するようにしている。水貯留部２１は、底面が広くて平らなたらい形状に形成され、その底面に複数の孔２２が開口している。これらの孔２２は、水貯留部２１から担体充填部４に水が均等に分配されるようにほぼ等ピッチ間隔に配置されている。孔２２の形状は、丸、四角、六角のいずれであってもよいが、丸であることが好ましい。穿孔加工が容易であり、また水が円滑に通流するからである。孔２２の径は、ひも状担体１５の外周径サイズに応じて適宜選択される。例えばひも状担体１５の外周径ｄ₁が３０ｍｍの場合は、孔２２の径ｄａを１５ｍｍにする。このように孔２２の径ｄａは、ひも状担体１５の外周径ｄ₁の約半分か、又はそれ以下のサイズにする（ｄａ≦ｄ₁／２）ことが好ましい。

各孔２２に連通するように管状または筒状の連結水案内部２３が水貯留部２１の底部にそれぞれ取り付けられている。連結水案内部２３は、下方の担体充填部１２に向けて延び出し、その下端は支持体１４に支持されたひも状担体１５に１対１に対応するように向き合って開口している。連結水案内部２３の下端と支持体１４との間には所定の間隙２４が形成されている。この間隙２４は１０〜１００ｍｍの範囲に設定することが好ましい。間隙２４が１０ｍｍ未満になると、連結水案内部２３と支持体１４との間に目詰まりを生じやすくなるばかりでなく、水と空気との接触が少なくなるからである。一方、間隙２４が１００ｍｍを超えると、水の飛散・蒸発が盛んになり水の損失量が増加するからである。

担体充填部１２には多数のひも状担体１５が支持体１４に吊り下げ支持されている。水貯留部２１に水が溜まると、溜まった水は孔２２から連結水案内部２３に流れ出し、連結水案内部２３内を通って下端開口から一定量の水流又は液滴２４となってひも状担体１５の各々に供給される。

ひも状担体１５は、幹ひも１５ｃの周囲に多数のループ毛またはブラシ毛（ナイロン等の合成繊維）１５ｆを植え付けたものであり（図１３参照）、この表面に付着した好気性微生物と汚水中の有機汚濁物質とが高い頻度で接触し、処理効率が急激に上昇するようになっている。ひも状担体１５は担体充填部１２の上端（支持体１４の位置）から下端（底部水溜り１７の液面１６の直上）までにわたる長さを有している。また、ひも状担体１５は、相互間距離が所定の等間隔に離間するように支持体１４に吊り下げ支持されている。通常、ひも状担体１５の相互間距離Ｌ₁は、ひも状担体１５の外周径ｄ₁の−１倍から＋４倍までの範囲とすることが好ましい。隣り合うひも状担体１５は、図１３の（ａ）に示すように間隔をあけて離れていてもよいし、図１３の（ｂ）に示すようにその一部が互いに重なり合っていてもよい。ここで、隣り合うひも状担体１５が重なり合って接する状態をマイナス倍率で表記することにした。ひも状担体１５の相互間距離Ｌ₁が外周径ｄ₁の−１倍より小さいと、通気性が悪くなり、好気性微生物に十分な量の空気が供給されなくなるために処理効率が低下する。一方、ひも状担体１５の相互間距離Ｌ₁が外周径ｄ₁の４倍より大きいと、水がひも状担体１５に接触することなくそのまま下方にスルーパスして処理効率が低下するおそれがあるからである。

好気リアクタ１０の底部には水貯留部１７が設けられている。水貯留部１７の形状は漏斗状（すり鉢状）であり、外周部から中心部に向けて徐々に傾斜し、中心部が最も低くなっている。水貯留部１７に溜まった処理水は、排出ラインＬ３を介して処理水貯留部１８に排出されるようになっている。排出ラインＬ３は、水貯留部１７の液面１６のある近傍のリアクタ１０の側壁に連通している。また、図示しない汚泥排出ラインが水貯留部１７の最も低いところに連通し、この汚泥排出ラインを介して好気リアクタ１０の底部に沈殿した汚泥が排出されるようになっている。

次に、ひも状担体１５を吊り下げ支持する支持体１４の一例について図３及び図４を参照して説明する。

支持体１４は、左右一対のアーム部１４ａと、ひも状担体１５が取り付けられる取付部１４ｂとを備えている。アーム部１４ａは、好気リアクタ３の上部フレーム（図示せず）に引っ掛かけられるように図３に示すように側方から見てＬ字形に、また安定性を確保するために図４に示すように上方から見てコ字形に形成されている。取付部１４ｂは、左右一対のアーム部１４ａの間に水平かつ平行に設けられた複数本の平行バーであり、これらの平行バーの各々に等ピッチ間隔にひも状担体１５の上端が結びつけられている。各ひも状担体１５は、上端のみが拘束され、下端は自由な状態にある。なお、ひも状担体１５の取り付け間隔は、取付部１４ｂの相互間隔とほぼ同じに設定されている。このため、図４に示すように担体充填部１２の全体にひも状担体１５が均等に配置されている。

次に、本実施形態の曝気レス水処理装置１Ａの諸作用について説明する。

（１）嫌気リアクタ内の水処理作用
ポンプ２の駆動により汚水がラインＬ１を介して嫌気リアクタ３の底部に供給され、ひも状担体６の表面に付着固定された嫌気性微生物と上向流で流動接触する。これにより汚水中の汚濁物質、特に有機汚濁物質が除去される。この化学反応は主に下式（１）に従って進行する。嫌気性微生物の１種である酸発酵菌は、高分子の炭水化物等の有機汚濁物質を脂肪酸、単糖類、アミノ酸に分解し、さらに酢酸まで分解する。また、嫌気性微生物の１種であるメタン発酵菌は、この酢酸をメタンと二酸化炭素に分解する。

有機汚濁物質（高分子の炭水化物、脂肪、蛋白質）
→ 脂肪酸、アミノ酸、単糖類 …酸発酵菌
（Ｒ−ＣＯＯＨ、ＲＣＨＮＨ_２ＣＯＯＨ、Ｃ_６Ｈ_１２Ｏ_６）
→ 酢酸 …酸発酵菌
（ＣＨ_３ＣＯＯＨ）
→ メタン＋二酸化炭素 …メタン発酵菌
（ＣＨ_４）（ＣＯ_２） …（１）
このように、有機汚濁物質が分解除去された水は、ひも状担体６の上方及び支持体５を通過し、液面７、越流部８、ラインＬ２を順次通過して、好気リアクタ１０内に供給される。

ちなみに嫌気性微生物は、高濃度の廃水（BOD：1000〜10000mg/L）中には安定に存在するが、低濃度の下水（BOD：約200mg/L）中では不安定になるため、メッシュ等により嫌気性微生物の流出を制限するようにすると、嫌気リアクタ３内で嫌気性微生物が増殖しやすい環境がつくられる。これにより嫌気リアクタ３内の嫌気性微生物が高活性度を維持し、長期間にわたり処理効率が低下し難くなる。

（２）好気リアクタの散水作用
好気リアクタ１０において、水貯留部２１内に嫌気リアクタ３の出口水（嫌気処理水）が供給され、該出口水が水貯留部２１内に暫定的に貯留される。次いで、貯留された水は、水貯留部２１から孔２２、連結水案内部２３、間隙２４を通ってひも状担体１５が吊り下がっている支持体１４の上部に水流として供給される。すなわち、オーバーフローラインＬ２を通って供給される嫌気リアクタ３の出口水は、そのほとんどがひも状担体１５の最上部に供給されることとなる。

この作用を図２を用いてさらに詳細に説明する。連結水案内部２３は内部が空洞になった連結管となっており、この連結水案内部２３内を水貯留部２１の水が流下し、その下端開口から水滴２５となって連結水案内部２３を離脱し、間隙２４を自由落下し、最終的にはひも状担体１５を吊り下げている支持体１４の上面に衝突する。この水滴２５は、空気と接触しているので空気取込が発生する。さらに、下方のひも状担体１５に水が衝突した時にも、散水作用が働き、散水の均一化とともに、空気取込が発生する。

（３）好気リアクタの水処理作用
ひも状担体１５には、好気性微生物が付着されており、嫌気リアクタ３の出口水中の残存した有機汚濁物質や嫌気リアクタ１０で発生した硫化水素等は、上記空気を取り込んだ水と、この好気性微生物と常圧空気下接触することによって、下式（２）と（３）の化学反応により分解除去される。

有機汚濁物質＋酸素 → 二酸化炭素＋水
（（ＣxＨyＯz）＋（x+y/4-z/2）Ｏ_２ → xＣＯ_２＋ y/2 Ｈ_２Ｏ） …（２）
硫化水素＋酸素 → 硫酸＋水素イオン
（Ｈ_２Ｓ＋２Ｏ_２ → ＳＯ_４＋２Ｈ^＋ …（３）
本実施形態の効果は、以下の通りである。

（１）連結水案内部２３と支持体１４との間の間隙２４による空気取込量の増加
本実施形態の装置１Ａでは、連結水案内部２３と支持体１４との間に間隙２４を形成しているので、この間隙２４において空気中の酸素を取り込み、（２）式や（３）式に示す好気リアクタの水処理効率が向上するといった効果が得られる。

（２）上記の間隙２４からの水滴２５が支持体２４等に衝突することによる、空気取込量の増加と、散水の均一化
同様に間隙２４があるため、この間隙２４を自由落下する水滴２５が、支持体１４やそれに連結されたひも状担体１５と衝突することによって、さらに空気取込量が増大する。それとともに、水滴２５が衝突することで、散水効果が高くなり、散水が均一化してひも状担体１５の表面を満遍なく流下することとなる。

従って、空気取込量の増大に加えて、ひも状担体１５と水との接触効率向上との相乗作用により、さらに、上記水処理効率が向上するといった効果が得られる。

本発明の他の実施形態として以下に述べる種々の変形や変更が可能である。なお、以下に述べる他の実施形態が上記第１の実施形態と重複する部分の説明は省略する。

（第２の実施形態）
図５を参照して本発明の第２の実施形態に係る曝気レス水処理装置１Ｅについて説明する。

上記第１の実施形態の装置１Ａでは直管状の連結水案内部２３を介して各ひも状担体１５に水を分配していたが、本実施形態の装置１Ｅでは毛細管機能を有する連結水案内部２３ｂを介して水を支持体１４に供給するようにしている。すなわち、連結水案内部２３ｂは、毛細管機能を有する細管構造部材からなり、一端が水貯留部２１に貯留された水中に浸漬され、他端が下方の支持体１４に向けて垂れ下がり、毛管力により水貯留部２１から水を吸い上げ、支持体１４の孔２２に水滴２５を滴下する。このような毛細管機能を有する連結水案内部２３ｂとして、吸水性のある材料、例えば布や綿等の材料、あるいは中空の細管などを用いることができる。

本実施形態の作用として、連結水案内部２３ｂ、例えば布の一端を、水貯留部２１に貯留された水中に底部まで浸漬させ、布２３ｂの他端から水滴２５として支持体１４まで滴下させる。

本実施形態によれば、毛細管機能を有する連結部２３ｂとして布を使用したので、吸水効果が高まる。このため、水貯留部２１内の水を満遍なく、支持体１４に吊り下がっているひも状担体１５に供給することができ、散水の均一化がさらに向上するという効果を奏することができる。

また、本実施形態によれば、毛細管機能を有する連結部２３ｂとして布を使用したので、この布は、水貯留部２１内の水流変化等によって、揺れを生じる。この揺れの作用によって、水滴２５の落下位置が、ひも状担体１５の径範囲内で微小変化を起こし、散水の均一化が向上する。また、ひも状担体１５表面に付着した好気性微生物との接触効率が向上し、上式（２）、（３）の反応が促進され、水処理効率が向上する。

（第３の実施形態）
図６を参照して本発明の第３の実施形態に係る曝気レス水処理装置１Ｆについて説明する。

上記第３の実施形態の装置１Ｆでは毛細管機能を有する連結水案内部２３ｂ（例えば布）を介して水を支持体１４に供給するようにしたが、本実施形態の装置１Ｆでは、サイフォン機能を有する連結水案内部２３ｂを用いてひも状担体１５の各々に水を分配するようにしている。すなわち、本実施形態では連結水案内部２３ｂとして、内部が空洞になったサイフォン機能を有する細管を用いた。

本実施形態の作用として、サイフォン機能を有する連結水案内部２３ｂとして内部が空洞になった細管を使用したので、水はサイフォンの原理に従って細管内を通ってひも状担体１５の各々に分配される。

本実施形態によれば、サイフォン機能を利用しているので、水は連続して流下し、たとえ汚水中に浮遊物質（ＳＳ）が多く含まれていたとしても、このサイフォン機能を有する連結部内に、ＳＳが詰まって流れが停止するようなことがなくなる。よって、常に安定して汚水をこのサイフォン機能を有する連結部内中を流下させることが可能となる。

（第４の実施形態）
図７を参照して本発明の第４の実施形態に係る曝気レス水処理装置１Ｇについて説明する。

本実施形態の装置１Ｇでは、上記第３の実施形態の装置１Ｆと同様に毛細管機能を有する連結水案内部２３ｂ（例えば布）により水を水滴２５として間隙２４に自由落下させ、支持体１４に滴下するようにしているが、本実施形態の装置１Ｇでは支持体１４の上面に水分散部２６を取り付けている点が異なる。すなわち、水分散部２６は、円錐状の突起からなり、これに水滴２５を滴下すると砕けて細粒化した小粒子水滴２７を生じる。これらの小粒子水滴２７は、ひも状担体１５に対して均一に接触しやすいため、さらに処理効率が向上することが期待される。

本実施形態の作用として、連結水案内部２３ｂの最下部から流出した水貯留部２１内の水は、水滴２５として滴下して、水分散部２６ｂの円錐頂点に衝突する。衝突後、最初の水滴２５よりも径が小さくなった小粒子水滴２７となり、ひも状担体１５まで落下し、ひも状担体１５の表面に付着した好気性微生物と高い接触率で接触する。

本実施形態によれば、水分散部２６として円錐状の突起を採用しているので、効率的に散水作用を発揮させることができ、さらに処理効率を上昇させることができる。

なお、本実施形態では水分散部として円錐状の突起を用いたが、これをナイフエッジ状や鋸歯状とすることもできる。

（第５の実施形態）
図８を参照して本発明の第５の実施形態に係る曝気レス水処理装置１Ｇについて説明する。

上記第７の実施形態の装置１Ｇでは毛細管機能を有する連結水案内部２３ｂ（例えば布）により水を水滴２５として間隙２４に自由落下させ、支持体１４の上面に取り付けた水分散部２６に滴下するようにしたが、本実施形態の装置１Ｈでは、支持体１４の下方に水分散部２６ｂを設けている。すなわち、水分散部２６ｂは、ひも状担体１５の幹ひもの上端近傍に取り付けた放射状の針骨（傘の骨）である。

本実施形態の作用として、水滴２５は、水分散部２６ｂの針骨に衝突して、細粒化されて小粒子水滴２７となり、下方のひも状担体１５へ供給される。

本実施形態によれば、水分散部２６ｂがひも状担体１５の各々に直接取り付けられているので、担体表面の微生物と水とを均一かつ満遍なく接触させることが可能となる。

（第６の実施形態）
図９を参照して本発明の第６の実施形態に係る曝気レス水処理装置１Ｊについて説明する。

本実施形態の装置１Ｊは、毛細管機能を有する連結水案内部２３ｂの最下部から２本に分岐されるように配された水分散部２６ｃを備えている。

本実施形態の作用として、連結水案内部２３ｂを流下する水は、２本に分岐された各々の水分散部２６ｃに浸透して、各々の２本の散水部２６ｃから小粒子水滴２７として散水される。

本実施形態によれば、水分散部２６ｃが連結水案内部２３ｂに直結されているので、上記第４の実施形態（図７）や第５の実施形態（図８）に比べて、流量変動や水質変動により水滴２５の落下位置がずれたとしても、小粒子水滴２７をひも状担体１５に確実に接触させることが可能となる。

（第７の実施形態）
図１０を参照して本発明の第７の実施形態に係る曝気レス水処理装置１Ｋについて説明する。

本実施形態の装置１Ｋは、好気リアクタ１０の上部に孔２２および連結水案内部２３を有する水貯留部２１が配置され、その下部に支持体１４に吊り下げ支持されたひも状担体１５が配置され、さらに、ひも状担体１５に担体の水貯留分配容器３０が高さ方向に３個ずつ取り付けられている。

本実施形態の作用として、水貯留部２１から孔２２および連結水案内部２３を順次通って支持体１４に水が供給される。水は、支持体１４に連結されたひも状担体１５の中心部あるいはその側面部を伝わりながら流下していき、ひも状担体１５に配されている担体の水貯留分配容器３０まで流下し、この水貯留分配容器３０内に一旦貯留される。水貯留分配容器３０に水が満杯になると、水貯留分配容器３０から水が越流して、下方のひも状担体１５に順次流下していく。

本実施形態によれば、担体の水貯留分配容器３０により水の流下時間を延長することができるので、好気性微生物と水との接触時間が長くなり、水処理効率が向上する。

また、一旦担体の水貯留分配容器３０に貯留させるため、この水貯留分配容器３０の水面と水滴とが衝突し、新たな散水作用により散水の均一化向上も達成できるといった効果も生じる。

（第８の実施形態）
図１１と図１２と図１３を参照して本発明の第８の実施形態に係る曝気レス水処理装置１Ｌについて説明する。

本実施形態の装置１Ｌは、担体充填部１２において支持体１４に吊り下げ支持されたひも状担体１５の相互間隔を調整する間隔調整手段３１を備え、さらに、ひも状担体１５が互いに交差する交差部分を有している。すなわち、図１２の（ａ）に示す状態から、環状の間隔調整手段３１の径を縮小することにより、複数本のひも状担体１５の長さ中央付近が束ねられ、これにより図１２の（ｂ）に示す状態のひも状担体１５に担体交差部が形成されるようになっている。

図１３を参照して担体交差部の作用、効果について詳しく説明する。

ひも状担体１５を幹ひも１５ｃとループ状の拡張部１５ｆからなるものとモデル化してみると、間隔調整手段３１を使用しないときには隣り合うひも状担体１５が互いに離れている。このとき、図１６の（ａ）に示すように、一方の拡張部１５ｆの最外周から他方の拡張部１５ｆの最外周までの距離が担体の相互間隔Ｌ１にあたる。この相互間隔Ｌ１が大きくなればなるほど通気性が良くなり、空気が好気性微生物に十分に接触して好気処理反応が促進される。しかし、相互間隔Ｌ１が過大になると、ここをスルーパスする水（好気性微生物と非接触の水）の量が増加して、水の処理率が低下する。水のスルーパスを有効に防止するためには、本発明者らの経験則に基づくものであるが、相互間隔Ｌ１が担体の直径ｄ１の４倍までが限界である（Ｌ１≦４×ｄ１）。

そこで、間隔調整手段３１を使用して、隣り合うひも状担体１５を接近させ、さらに相互に接触させて担体交差部を形成する。このような担体交差部では、図１６の（ｂ）に示すように、隣り合う担体の拡張部１５ｆ同士が重なり合うので、水がスルーパスしにくくなり、水と好気性微生物との接触率が増加する。このため、処理効率が格段に向上する。しかし、隣り合う担体同士を過剰に重ね合わせると、通気性が悪くなり、空気が好気性微生物に十分に供給されなくなり、かえって処理効率を低下させることになる。このため、担体交差部においては、担体の重ね合せ長さＬ１（マイナスの相互間隔）を拡張部１５ｆの張り出し長さｄ３（＝（ｄ１−ｄ２）／２）までに制限し、ある程度の通気性を確保して処理効率の低下を抑えるようにする。

本実施形態の作用として、連結部２３から落下した水滴は、支持体１４を介してひも状担体１５に供給される。前記と同様に、ひも状担体１５の中心部若しくはその周辺部を落下して、ひも状担体１５に付着している好気性微生物と接触して水処理される。ここで、担体交差部まで水が落下すると、この担体交差部で水の貯留が生じて、水の流下速度を減少させる。水の流下速度が減少された後、次に下方のひも状担体まで順次落下していく。

本実施形態の効果として、上記第７の実施形態（図１０）のように担体の水貯留分配容器３０のような構造物を設けなくとも、紐や針金等の材料で束ねることができるので、安価でメンテナンス容易な水貯留部を配設することができる。

（第９の実施形態）
図１４を参照して本発明の第９の実施形態に係る曝気レス水処理装置１Ｍについて説明する。

本実施形態の装置１Ｍでは、複数本のひも状担体１５を上端部で１つに束ねて支持板１４に吊り下げ支持し、かつ、単一の連結水案内部２３を水貯留部２１に取り付けている。複数のひも状担体１５は、上端のみが束ねられているので、全体としてはちょうど千羽鶴を吊り下げたような形状になっている。

このような吊り下げ構造のひも状担体１５においては、束ねられた上端部が担体交差部に該当し、この担体交差部に対して上方の単一の連結水案内部２３から水を滴下又は流下すると、水は各担体１５に均等に分配される。このため、処理の均一性が向上し、その結果、処理効率が上昇する。

（第１０の実施形態）
図１５を参照して本発明の第１０の実施形態に係る曝気レス水処理装置１Ｎについて説明する。

担体の種類に関して、嫌気リアクタ３および好気リアクタ１０においてひも状担体６，１５をそれぞれ用いたが、これらの担体に限定されることはない。円筒状や球状、四面体等各種形状の担体を使用することも可能である。また、その担体の大きさも限定されることはない。さらに、ひも状担体６，１５の設置は、嫌気リアクタ３、好気リアクタ１０ともに、各々のリアクタに３個ずつ配したが、この個数もプラントの規模に応じて複数個配することができる。また、ひも状担体６の長さは、嫌気リアクタ３で有効高さの９割、好気リアクタ１０で有効高さの８割を配したが、この割合も限定されない。

上記第１の実施形態の装置１Ａ（図１）がひも状担体６を配した嫌気性上向流固定床の嫌気リアクタ３を使用したのに対して、本実施形態の装置１Ｎではひも状担体を用いない、嫌気性微生物同士が付着して数mmの大きさの塊状となったグラニュール３２を配したリアクタを使用することもできる。

本実施形態の作用として、グラニュール３２の嫌気性微生物が汚水中の汚濁物質を処理した後で、その処理水を好気リアクタ１０の水貯留部２１と連結部２２とにより散水されて、嫌気リアクタ１０のひも状担体１５に供給される。

本実施形態の効果として、グラニュール３２が、汚水中のＳＳ（浮遊物質）と付着して非常が小さくなり流出しても、この好気リアクタ１０の水貯留部２１により捕獲されるので、それを再度、嫌気リアクタ３に返送等することにより、嫌気リアクタ３内の嫌気性微生物濃度を低くすることなく、安定的に水処理運転することが可能となる。また、グラニュール３２を使用することにより、ひも状担体６の初期コストを抑制できるといった効果を生じる。さらに、グラニュール３２は、汚水１中の有機物濃度が高い場合、例えば食品産業排水のようにＢＯＤ（Biochemical Oxygen Demand、生化学的酸素要求量）が、1000mg/L以上となる場合には、安定かつ効率的に水処理できるので、そのような排水の場合には、高負荷運転ができるため、省スペースが可能となる。

（第１１の実施形態）
図１６を参照して本発明の第１１の実施形態に係る曝気レス水処理装置１Ｐについて説明する。

本実施形態の曝気レス水処理装置１Ｐでは、汚水ポンプ２がラインＬ１を介して好気リアクタ１０上部の水貯留部２１に直接連結されている。好気リアクタ１０の水貯留部２１の下方には、支持体１４に吊り下げ支持されたひも状担体１５が配置されている。これらのひも状担体１５の表面には好気性微生物が付着されている。

本実施形態の作用として、汚水は、ポンプ２を駆動することによって、直接的に好気リアクタ１０内に供給されて水処理される。

本実施形態の効果として、図１の担体を使用する場合には、汚水１中の有機物濃度が低い場合、例えば都市下水のようにＢＯＤが100〜200mg/Lの場合でも、安定的に処理できるのに対して、さらに有機物濃度が低い場合、例えば100mg/L以下の場合では、好気リアクタ１０単独の処理が可能となり、水処理システム全体として、省スペース、省コスト運転が可能となる。また、汚水中に多くのＳＳが存在していても、水貯留部２１でトラップ、除去できるといった効果も生じる。

以上、種々の実施の形態を挙げて説明したが、本発明は上記各実施の形態のみに限定されるものではなく、種々変形および組み合わせることが可能である。

本発明の実施形態に係る曝気レス水処理装置を示すブロック断面図。図１の装置の要部を模式的に示す斜視図。本発明の他の実施形態に係る曝気レス水処理装置の好気リアクタ内の担体部を示す側面図。図３の担体部の平面図。本発明の他の実施形態に係る曝気レス水処理装置の要部を模式的に示す斜視図。本発明の他の実施形態に係る曝気レス水処理装置の要部を模式的に示す斜視図。本発明の他の実施形態に係る曝気レス水処理装置の要部を模式的に示す斜視図。本発明の他の実施形態に係る曝気レス水処理装置の要部を模式的に示す斜視図。本発明の他の実施形態に係る曝気レス水処理装置の要部を模式的に示す斜視図。本発明の他の実施形態に係る曝気レス水処理装置を示すブロック断面図。本発明の他の実施形態に係る曝気レス水処理装置を示すブロック断面図。（ａ）は交差前の担体部を示す平面図、（ｂ）は交差後の担体部を示す平面図。（ａ）は離間して配置された１組のひも状担体を示す平面模式図、（ｂ）は互いに一部が重なり合うように配置された１組のひも状担体を示す平面模式図。本発明の他の実施形態に係る曝気レス水処理装置を示すブロック断面図。本発明の他の実施形態に係る曝気レス水処理装置を示すブロック断面図。本発明の他の実施形態に係る曝気レス水処理装置を示すブロック断面図。従来の装置を模式的に示すブロック断面図。他の従来の装置を模式的に示すブロック断面図。

符号の説明

１Ａ，１Ｅ，１Ｆ，１Ｇ，１Ｈ，１Ｊ，１Ｋ，１Ｌ，１Ｍ，１Ｎ，１Ｐ…曝気レス水処理装置、２…ポンプ、
３…嫌気性上向流リアクタ（嫌気リアクタ）、４…担体充填部、５…支持体、
６…ひも状担体、７…液面（上澄み部）、８…越流部、
１０…好気性下向流リアクタ（好気リアクタ）、
１２…担体充填部、１４…支持体、１４ａ…アーム部、１４ｂ…サポート部、
１５…ひも状担体、１５ｂ…ストッパー、１５ｃ…幹ひも、１５ｆ…拡張部、
１６…液面、１７…底部、１８…処理水貯留部、
２１…水貯留部、２２…孔、２３…連結水案内部（水ガイド）、
２４…間隙、２５，２７…水滴、
２６，２６ｃ…水分散部、
３０…担体の水貯留分配容器、
３１…結束部材、３２…グラニュール、
Ｌ１〜Ｌ３…ライン、Ｐ…ポンプ。

Claims

汚水を上部から自然落下により供給し、微生物を付着させた担体と下降流で接触させて汚水中の汚濁物質を水処理する曝気レス水処理装置において、
水供給手段から汚水を受けて貯留する水貯留部と、
前記水貯留部よりも下方に設けられ、好気性微生物を付着させた複数の細長形状担体を吊り下げ支持する支持体を有し、前記複数の細長形状担体は前記支持体より下方に配置され、好気性微生物により汚水中の汚濁物質を分解処理する好気性下降流固定床を形成する担体充填部と、
前記水貯留部と前記担体充填部との間において前記支持体より上方に配置され、前記水貯留部から流出する汚水が前記複数の細長形状担体と接触して流下するように該汚水を前記水貯留部から前記担体充填部に伝え導く連結水案内部と、
前記連結水案内部の下端と前記支持体との間に形成される１０〜１００ｍｍの間隙と、
を具備することを特徴とする曝気レス水処理装置。
前記支持体に設けられ、前記連結水案内部から供給された水を分散させて前記複数の細長形状担体に分配する水分散部をさらに有することを特徴とする請求項１記載の曝気レス水処置装置。
前記複数の細長形状担体に取り付けられ、流下する水を一時的に貯留して水の滞留時間を長くする担体の水貯留分配容器をさらに有することを特徴とする請求項１記載の曝気レス水処理装置。
前記担体充填部は、前記複数の細長形状担体の相互間隔を調整する間隔調整手段をさらに有することを特徴とする請求項１記載の曝気レス水処理装置。
前記担体充填部は、前記複数の細長形状担体が互いに交差する交差部分を有することを特徴とする請求項１記載の曝気レス水処理装置。
前記支持体は、前記複数の細長形状担体が取り付けられる取付部と、前記取付部を両側から支持する一対のアーム部と、を有することを特徴とする請求項１記載の曝気レス水処理装置。
前記取付部は、前記一対のアーム部の間に水平かつ平行に設けられた複数本の平行バーからなり、
前記アーム部は、側方から見た形状がＬ字形であり、かつ上方から見た形状がコ字形であることを特徴とする請求項６記載の曝気レス水処理装置。