JP4945110B2 - 水処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、水処理技術に係り、詳しくは被処理水に含まれる汚泥を消化する機能を有する水処理装置の構築技術に関する。

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処理する種々の技術が提案されている。例えば、下記特許文献１には、被処理水の処理経路に、汚泥を好気性消化する消化槽が設けられ、この消化槽において被処理水中の汚泥の好気性消化が行われるように構成された水処理装置が開示されている。この特許文献１には、水処理装置において被処理水中の汚泥を消化するための具体的な構成が提示されているが、被処理水中の汚泥の消化を行うこの種の水処理装置においては、汚泥を効率的に処理する更なる技術に対する要請がある。
特開２００２−２２４６９９号公報

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、被処理水に含まれる汚泥を消化する機能を有する水処理装置において、汚泥の効率的な処理に資する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をはじめ、厨房排水、産業廃水等の各種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、第１の処理経路、第２の処理経路、汚泥分離部、汚泥消化部、汚泥移送手段を少なくとも備える。
本発明の第１の処理経路は、汚泥を含む被処理水が流通する経路として構成され、この第１の処理経路に汚泥分離部が少なくとも配置される。一方、本発明の第２の処理経路は、第１の処理経路から分岐した後、当該第１の処理経路に合流する経路として構成され、この第２の処理経路に汚泥消化部が少なくとも配置される。すなわち、汚泥消化部は、第１の処理経路から独立した処理領域として構成される。なお、第１の処理経路から分岐して第２の処理経路に移流した水は、当該第２の処理経路において処理された後、再び第１の処理経路に移送されることとなる。このとき、第２の処理経路において処理された水は、第１の処理経路のうち分岐前と同一の領域へ移送される構成であってもよいし、あるいは第１の処理経路のうち分岐前とは異なる領域へ移送される構成であってもよい。

本発明の汚泥分離部は、第１の処理経路において被処理水中の汚泥を分離する機能を有する。典型的には、濾材が充填された濾床や、バッフル等の固液分離手段（夾雑物除去手段）、また沈降分離作用（沈殿作用）によって汚泥を固液分離する固液分離手段を用いて、本発明の汚泥分離部を構成することができる。ここでいう沈降分離作用は、汚泥を含む被処理水を滞留させたときの水と汚泥との間の比重差によって得られる。この汚泥分離部にて分離された汚泥は、本発明の汚泥移送手段を介して本発明の汚泥消化部へと移送される。この汚泥移送手段は、典型的には、エアリフト式のポンプや水中ポンプ等の移送ポンプ、及びそれに付随する移送配管類を用いて構成される。本発明の汚泥消化部は、第１の処理経路から分岐した第２の処理経路において被処理水中の汚泥を消化する機能を有する。従って、第１の処理経路に存在する汚泥は、汚泥分離部にて濃縮されたのち、この第１の処理経路から独立した第２の処理経路に移送され、汚泥消化部において微生物の働きによって消化され分解されることとなる。

本発明では、特にこの汚泥消化部に好気領域及び固液分離領域が含まれる。汚泥消化部の好気領域は、散気手段からのエア散気によって被処理水中の汚泥を好気性消化する領域として構成される。ここでいう「好気性消化」とは、汚泥中の有機物を微生物の働きによって分解する処理であって、特に好気雰囲気下において好気性微生物の働きによって汚泥中の有機物を分解する処理とされる。汚泥消化部の固液分離領域は、好気領域にて処理された水を沈降分離作用によって固液分離する領域として構成される。そして、この汚泥消化部においては、固液分離領域にて分離した汚泥をポンプ移送によって好気領域へと移送し、この好気領域にて処理された水を当該固液分離領域へと循環させる。固液分離領域にて分離した固形物を好気領域へと移送するポンプ移送に関しては、エアリフト式のポンプや水中ポンプ等の移送ポンプ、及びそれに付随する移送配管類を用いることができる。また、この汚泥消化部においては、固液分離領域にて分離した上澄水を第１の処理経路へと移送する。

このような構成によれば、固液分離領域にて分離され滞留する汚泥を含む水を、移送ポンプによって積極的に引き抜いて好気領域へと循環させることによって、汚泥を好気領域にて迅速且つ効率的に消化することができ、固液分離領域における汚泥の堆積量を抑えることができる。汚泥消化部は、好気領域を含む好気消化槽と固液分離領域を含む沈殿槽とをそれぞれの槽底部において連通する開口部を備え、これにより好気消化槽の好気領域にて処理された水が当該開口部を通じて沈殿槽の固液分離領域へと循環されるのが好ましい。

本発明にかかる水処理装置では、汚泥分離部は、被処理水中の汚泥を沈降分離作用によって分離する構成によって、汚泥消化部の固液分離領域として兼用化されている。また、汚泥移送手段は、固液分離領域にて分離した汚泥をポンプ移送によって汚泥消化部の好気領域へと移送する手段として兼用化されている。

このような構成によれば、汚泥分離部は、第１の処理経路から第２の処理経路へと汚泥を引き抜く機能と、汚泥消化部の好気領域にて処理された水を沈降分離作用によって固液分離する機能を兼ね備えることとなる。従って、構造を簡素化することで、コストの低減及び維持管理の容易化を図ることが可能となる。
また、本構成に関し、第１の処理経路の最上流に汚泥分離部を配設して、水処理装置への流入水が汚泥分離部に最初に流入する構成を採用するのが好ましい。このような構成によれば、汚泥分離部によって流入水に含まれるＳＳ（浮遊物質）成分の分離を行うことが可能となり、これによって汚泥分離部の下流の処理領域におけるＳＳ負荷を低減させるのに有効とされる。

本発明にかかる水処理装置は、更に固液分離領域の汚泥滞留領域に汚泥誘導手段を備える。この汚泥誘導手段は、固液分離領域の各部位のうち汚泥が滞留する汚泥滞留領域から好気領域へと延在するポンプ移送経路の流入部分に向けて汚泥を誘導する手段として構成される。この汚泥誘導手段の具体的な構成として、ポンプ移送経路の流入部分に向けて下り傾斜とされた傾斜部を有するホッパー構造（漏斗状に形成された構造）を用いることができる。

このような構成によれば、固液分離領域にて分離されて汚泥滞留領域に滞留する汚泥は、汚泥誘導手段によってポンプ移送経路の流入部分に向けて誘導され、高濃度の汚泥がポンプ移送によって汚泥滞留領域から引き抜かれることとなるため、汚泥滞留領域における汚泥界面（「汚泥堆積高さ」ともいう）を低くすることが可能となる。これによって、汚泥滞留領域における汚泥の堆積量を大幅に減少させることができるため、堆積汚泥の嫌気化によるスカムの発生自体を抑制することができ、スカム浮上による汚泥の流出を防止することが可能となる。

本発明にかかる水処理装置では、汚泥消化部は、好気領域に濾材が充填された構成とされる。ここでいう濾材には、好気領域に充填される規則充填物や不規則充填物が広く包含され、球状、円柱状、円筒状、板状など、各種の形状のものを濾材として用いることができる。これによって、汚泥分離部から汚泥消化部へと移送された汚泥に含まれる夾雑物がこの濾材によって捕捉されるとともに、散気手段から散気された散気エアがこの濾材を通過する際に分散され微細化されるようになっている。

このような構成によれば、好気消化に用いる散気エア中の酸素を被処理水に溶解させる酸素溶解効率を高めることが可能となる。酸素溶解効率を高めることで、散気手段からの散気エア風量を抑えることができ、散気手段に係るエネルギーの省力化が図られる。また、散気エアのこの分散効果に加えて、被処理水中の汚泥に含まれる夾雑物をこの濾材によって捕捉することで、散気手段や移送ポンプなどの目詰まり防止や閉塞防止を図ることが可能となる。このように、汚泥消化部に濾材を充填する簡便な構成によって、酸素溶解効を高める機能と、夾雑物を捕捉する機能の両機能を満たすことができるため合理的である。

本発明にかかる水処理装置では、更に前記第１の処理経路に好気処理部及び好気汚泥移送手段を備える。
本発明の好気処理部は、汚泥分離部において汚泥が分離された後の水を好気処理する機能を有する。典型的には、接触材等が充填された充填部に散気エアを供給する構成の処理部によって、本発明の好気処理部を構成することができる。
本発明の好気汚泥移送手段は、好気処理部によって好気処理された水に含まれる好気汚泥（活性汚泥や生物膜）を固液分離領域へと直接的に移送する機能を有する。典型的には、エアリフト式のポンプ機構や、水位差による自然流れの原理（自然返送）を用いて本発明の好気汚泥移送手段を構成することができる。これにより、好気汚泥（活性汚泥や生物膜）中に多く含まれる捕食性の高い原生動物や後生動物などの微生物は、固液分離領域にて沈降濃縮されたのち、好気領域へと移送されることとなる。

このような構成によれば、汚泥の自己酸化作用に加えて、好気処理部から移送された微生物の捕食作用によって、好気領域における汚泥消化速度（「汚泥消化効率」、「汚泥削減率」、「汚泥減量化率」とすることもできる）を高めることが可能となる。また、好気処理部の好気汚泥を含む水を、一旦固液分離領域に移送してこの固液分離領域にて沈降濃縮させたのち、好気領域へと間接的に移送するため、この好気領域のＨＲＴ（水理学的滞留時間）が短くなり汚泥消化速度が下がるのを抑えることが可能となる。

以上のように、本発明によれば、被処理水に含まれる汚泥を消化する機能を有する水処理装置において、特に汚泥分離部にて分離された汚泥を消化する汚泥消化部に、好気領域及び固液分離領域を設け、固液分離領域にて沈降分離作用によって固液分離された汚泥を、移送ポンプによって固液分離領域の汚泥滞留領域から積極的に引き抜いて好気領域へと循環させることによって、汚泥を好気領域にて迅速且つ効率的に消化することができ、固液分離領域における汚泥の堆積量を抑えることが可能となった。

以下に、本発明における「水処理装置」の実施形態として、第１実施の形態の排水処理装置１００及び第２実施の形態の排水処理装置３００につき、図面に基づいて説明する。これら排水処理装置１００及び排水処理装置３００は、いずれも一般家庭等から排出される排水（被処理水）の処理を行う水処理装置として構成される。

（第１実施の形態）
本発明における「水処理装置」の第１実施の形態である排水処理装置１００の処理フローが図１に示される。

図１に示すように、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。この浄化処理機構は、嫌気濾床槽１１０、接触ばっ気槽１３０、第１沈殿槽１５０、消毒槽１７０、好気消化槽２１０、第２沈殿槽２２０に大別される。このような構成の槽本体１０１の内部に流入した被処理水（「排水」、「汚水」或いは「水」ともいう）は、嫌気濾床槽１１０、接触ばっ気槽１３０、第１沈殿槽１５０、消毒槽１７０によって形成される第１の処理経路（本発明における「第１の処理経路」に対応する処理経路）にて順次処理されるようになっている。この第１の処理経路の接触ばっ気槽１３０にて好気処理され、第１沈殿槽１５０にて沈降分離された汚泥を含む水（汚泥水）は、第２の処理経路の後述する第２沈殿槽２２０へと循環される構成とされる。

一方、被処理水が嫌気濾床槽１１０で処理されたときに発生する汚泥を含む水（汚泥水）は、前記の第１の処理経路から独立した第２の処理経路（本発明における「第２の処理経路」に対応する処理経路）を構成する好気消化槽２１０及び第２沈殿槽２２０にて順次処理されるようになっている。この第２の処理経路において、第２沈殿槽２２０にて沈降分離された汚泥（固形物）は、好気消化槽２１０へと循環される一方、第２沈殿槽２２０にて沈降分離された上澄水は、第１の処理経路の嫌気濾床槽１１０へと返送される構成とされる。

ここで、図１に示す排水処理装置１００の槽内部の構成が図２に示される。
図２に示す例では、排水処理装置１００の槽本体１０１の内部に、図中左側から好気消化槽２１０、第２沈殿槽２２０、嫌気濾床槽１１０、接触ばっ気槽１３０、第１沈殿槽１５０、消毒槽１７０の順で各槽が配置されている。

図２に示すように、槽本体１０１に設けられた流入管１０２は、嫌気濾床槽１１０に接続されており、被処理水はこの流入管１０２を通じて、まず最初に嫌気濾床槽１１０に流入する。
嫌気濾床槽１１０は、被処理水中に含まれる夾雑物やＳＳ（浮遊物質）成分等の分離・除去、及び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る。この嫌気濾床槽１１０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１１２が濾床１１１に充填された構成を有する。この濾材１１２としては、例えば球状の濾材を好適に用いる。嫌気濾床槽１１０に流入した被処理水が、この濾床１１１を上向きに流れる際に被処理水中の有機汚濁物質が嫌気処理（還元）され、ＢＯＤの低減と汚泥の減量化が図られる。また、濾床１１１に充填された濾材１１２によって、被処理水中に含まれる夾雑物やＳＳ等の分離・除去が行われることとなる。この嫌気濾床槽１１０における固形物の分離・除去処理によって発生する汚泥は、エアリフト式のポンプである第１エアリフト１１３によって槽底部から抜き出されて、好気消化槽２１０へと移送される（「汚泥移送Ａ」という）。一方、この嫌気濾床槽１１０にて汚泥が分離されたあとの水は、槽上部に形成された移流開口１１４を通じて接触ばっ気槽１３０へ移流する。

このように、本実施の形態の嫌気濾床槽１１０は、被処理水中の汚泥を分離する機能を有する処理槽であり、この嫌気濾床槽１１０が本発明における「第１の処理経路において被処理水中の汚泥を分離する汚泥分離部」に対応している。また、詳細については後述するが、好気消化槽２１０及び第２沈殿槽２２０は、被処理水中の汚泥を消化する機能を有する処理槽であり、これら好気消化槽２１０及び第２沈殿槽２２０が本発明における「第２の処理経路において被処理水中の汚泥を消化する汚泥消化部」を構成している。また、第１エアリフト１１３は、嫌気濾床槽１１０から第２沈殿槽２２０へと汚泥を移送する機能を有する移送ポンプであり、この第１エアリフト１１３が本発明における「汚泥分離部にて分離された汚泥を汚泥消化部へと移送する汚泥移送手段」を構成している。
なお、仕様によっては、この嫌気濾床槽１１０にかえて、バッフル等を用いて固形物の分離・除去を単純な沈降分離によって行う夾雑物除去槽を用いることもできる。

接触ばっ気槽１３０は、嫌気濾床槽１１０で固液分離されたあとの水の好気処理を行う機能を有する処理槽である。この接触ばっ気槽１３０は、有機汚濁物質を好気処理（酸化）する好気性微生物が付着する所定量の接触材１３２が充填部１３１に充填された構成を有する。また、充填部１３１の下方には、好気処理に用いるエア散気用の第１散気装置１３４が配置されている。この接触ばっ気槽１３０において、第１散気装置１３４から散気された散気エアが充填部１３１に供給された状態で、下向き流れの被処理水が接触材１３２に接触することによって、この被処理水中の有機汚濁物質が好気処理されることとなる。この接触ばっ気槽１３０で処理されたあとの水は、充填部１３１の下方に形成された開口部１３５を通じて第１沈殿槽１５０に移流する。このように、接触ばっ気槽１３０は、嫌気濾床槽１１０において汚泥が分離された後の水を好気処理する処理槽であり、この接触ばっ気槽１３０が本発明における「汚泥分離部において汚泥が分離された後の水を好気処理する好気処理部」を構成している。

第１沈殿槽１５０は、接触ばっ気槽１３０で処理されたあとの水の沈降分離作用（「沈殿作用」ともいう）によって固液分離を行う処理槽である。ここでいう沈降分離作用は、第１沈殿槽１５０において、汚泥を含む被処理水を滞留させたときの水と汚泥との間の比重差によって得られる。これにより、接触ばっ気槽１３０から第１沈殿槽１５０に移流した水は、この第１沈殿槽１５０において滞留する際に、汚泥等の固形分と上澄水とに固液分離されることとなる。この第１沈殿槽１５０にて固液分離されたあとの水（上澄水）は、当該第１沈殿槽１５０の上部から開口部１５１を通じて消毒槽１７０へ移流する。一方、この第１沈殿槽１５０における固液分離によって発生する汚泥（固形物）は、当該第１沈殿槽１５０の底部領域１５３に吸入口が配設された第２エアリフト１５２によって第２沈殿槽２２０へと返送（循環）される。第２エアリフト１５２によって返送されるこの汚泥には、接触ばっ気槽１３０における好気処理に由来の好気汚泥（活性汚泥や生物膜）が含まれる。このように、第２エアリフト１５２は、接触ばっ気槽１３０によって好気処理された水に含まれる好気汚泥を第２沈殿槽２２０へと移送する移送ポンプであり、この第２エアリフト１５２が本発明における「好気処理部によって好気処理された水に含まれる好気汚泥を汚泥消化部へと移送する好気汚泥移送手段」を構成する。

消毒槽１７０は、第１沈殿槽１５０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る。この消毒槽１７０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１７１を備えている。この消毒槽１７０において薬剤筒１７１からの消毒剤によって消毒処理された水は、槽本体１０１に設けられた放流管１０３を通じて槽本体１０１の外部へと放流される。

好気消化槽２１０は、嫌気濾床槽１１０から第１エアリフト１１３によって移送された汚泥（汚泥移送Ａによる汚泥）と、第２沈殿槽２２０から第３エアリフト２２２によって移送された汚泥（汚泥移送Ｂによる汚泥）を分解するための好気性消化を行う処理槽である。この好気消化槽２１０は、好気消化部２１１に濾材１１２と同様の球状の濾材２１２が多数充填された構成を有するともに、好気処理部２１１の下方にエア散気用の第２散気装置２１３が設置された構成を有する。この濾材１１２にかえて、円柱状、円筒状、板状などの形状の濾材を用いることもできる。好気消化槽２１０のこのような構成により、第２散気装置２１３からエア散気がなされた好気雰囲気下（酸素存在下）において、被処理水が好気処理部２１１を下向きに流れることによって当該被処理水中の汚泥の好気性消化がなされることとなる。ここでいう「好気性消化」とは、汚泥中の有機物を微生物の働きによって分解する処理であって、特に好気雰囲気下において好気性微生物の働きによって汚泥中の有機物を分解する処理とされる。ここでいう好気消化槽２１０が、本発明における「好気領域」に相当し、第２散気装置２１３が、本発明における「散気手段」に相当する。この好気消化槽２１０にて汚泥の好気性消化がなされた後の水は、好気消化槽２１０の槽底部に形成された開口部２１４を通じて第２沈殿槽２２０へと移流（循環）することとなる。

特に、本実施の形態の好気消化槽２１０では、好気処理部２１１に濾材２１２を充填させる構成を採用している。この濾材２１２が、本発明における「濾材」に相当する。本構成によれば、嫌気濾床槽１１０から移送される汚泥に含まれる夾雑物がこの濾材２１２によって捕捉されることとなり、第２散気装置２１３や後述する第３エアリフト２２２における目詰まり防止や閉塞防止を図ることが可能となる。また、本構成によれば、第２散気装置２１３から散気された散気エアが濾材２１２を通過する際に分散され微細化されることとなり、これによって散気エア中の酸素を被処理水により多く溶解させる（酸素溶解効率を高める）ことができ、汚泥の好気消化に酸素を効率良く使用することが可能となる。また、酸素溶解効率を高めることで、第２散気装置２１３からの散気エア風量を抑えることができ、第２散気装置２１３に係るエネルギーの省力化が図られる。

なお、濾材２１２による散気エアの分散効果に関しては、本発明者らは好気処理部２１１に濾材２１２を充填していない場合（実施例１）と充填している場合（実施例２）との効果の違いを検証する測定を行った。この測定では、実施例１及び実施例２において、第２散気装置２１３による散気風量Ｑ［Ｌ／ｍｉｎ］を増やした場合の酸素溶解効率Ｅ［％］を計測して比較した。なお、ここでいう酸素溶解効率Ｅ［％］は、被処理水に対する酸素の溶解の度合いを示すものであって、実験にて用いることができる。この酸素溶解効率Ｅ［％］から、更に酸素供給量Ｗ［ｋｇ−Ｏ _２ ／ｍ^３／ｄａｙ］を算出することもできる。

図３は、本実施の形態の好気消化槽２１０の構成に関し、好気処理部２１１への濾材２１２の充填効果測定における酸素溶解効率Ｅ［％］と散気風量Ｑ［Ｌ／ｍｉｎ］との関係を示すグラフである。図３中において、実施例１を破線で示し実施例２を実線で示している。図３に示すように、実施例１及び実施例２ともに、第２散気装置２１３からの散気風量Ｑが増えるに伴って酸素溶解効率Ｅが増加していく中で、同一の散気風量では実施例２の方が実施例１よりも酸素溶解効率Ｅが多いことが確認された。このことから、第２散気装置２１３からの散気風量が同一であっても、濾材充填がなされていない実施例１よりも、濾材充填がなされている実施例２の方が、相対的に被処理水により多くの酸素を溶解させることが可能であることが確認された。

また、好気消化槽２１０に流入する汚泥の量は、嫌気濾床槽１１０へ流入する汚水の流入量に比して極めて少ないため、この好気消化槽２１０の容量を適正に設定することによって、当該好気消化槽２１０のＨＲＴ（水理学的滞留時間）を充分に確保することが可能となる。好気消化槽２１０におけるＨＲＴが長くなることによって、いわゆる「汚泥の好気性消化」、すなわち汚泥の内生呼吸による自己酸化処理が促進され、汚泥の減量を行うことが可能となるとともに、好気消化槽２１０を小容量化することによって装置全体のコンパクト化を図ることができる。

第２沈殿槽２２０は、第１沈殿槽１５０の底部領域１５３から第２エアリフト１５２によって返送（循環）された水と、好気消化槽２１０において汚泥の好気性消化がなされたあとの水を受け入れ、沈降分離作用（沈殿作用）によって固液分離する処理槽である。ここでいう沈降分離作用は、第２沈殿槽２２０において、汚泥を含む被処理水を滞留させたときの水と汚泥との間の比重差によって得られる。被処理水がこの第２沈殿槽２２０において滞留する際に、汚泥等の固形分と上澄水とに固液分離されることとなる。ここでいう第２沈殿槽２２０が、本発明における「固液分離領域」に相当する。この第２沈殿槽２２０にて固液分離されたあとの水（上澄水）は、当該第２沈殿槽２２０の上部から移流開口２２１を通じて嫌気濾床槽１１０へ移流する。一方、この第２沈殿槽２２０における固液分離によって発生する汚泥（「固形物」ともいう）は、当該第２沈殿槽２２０の底部に配設された第３エアリフト２２２によって好気消化槽２１０へとポンプ移送（循環）される（「汚泥移送Ｂ」という）。

特に、本実施の形態では、第１沈殿槽１５０の底部領域１５３に存在する好気汚泥（活性汚泥や生物膜）を含む水を循環水として第２沈殿槽２２０へと移送する構成であるため、この好気汚泥中に多く含まれる捕食性の高い原生動物や後生動物などの微生物は、第２沈殿槽２２０にて沈降濃縮されたのち、第３エアリフト２２２によって好気消化槽２１０へと移送されることとなる。これにより、汚泥の自己酸化作用に加えて、第１沈殿槽１５０から移送された微生物の捕食作用によって、好気消化槽２１０における汚泥消化速度（「汚泥消化効率」、「汚泥削減率」、「汚泥減量化率」とすることもできる）を高めることが可能となる。また、本構成に関しては、第１沈殿槽１５０からの循環水を直接的に好気消化槽２１０へ移送するのではなく、一旦第２沈殿槽２２０に移送してこの第２沈殿槽２２０にて微生物を沈降濃縮させたのち、好気消化槽２１０へと間接的に移送するため、この好気消化槽２１０のＨＲＴ（水理学的滞留時間）が短くなり汚泥消化速度が下がるのを抑えることが可能となる。

ここで、この第２沈殿槽２２０の更なる詳細な構成を図４を参照しつつ説明する。図４には、図２中の第２沈殿槽２２０周辺の具体的構成が示されている。
図４に示すように、第２沈殿槽２２０の下部には、ホッパー構造（漏斗状に形成された構造）２２３が設けられている。このホッパー構造２２３は、第２沈殿槽２２０の底部（汚泥滞留領域）に滞留する汚泥等の固形物を、第３エアリフト２２２の吸入部２２２ａが配置された吸入領域２２４に向けて誘導するべく、吸入領域２２４に向けて下り傾斜とされた傾斜部２２３ａを有する。このホッパー構造２２３を、傾斜部２２３ａが２面から４面に形成されたホッパー構造として構成することができる。なお、必要に応じては、傾斜部２２３ａを２面から４面以外の多面に形成したり、湾曲面として形成してもよい。この傾斜部２２３ａ（ホッパー構造２２３）が、本発明における「汚泥を誘導する汚泥誘導手段」を構成する。このホッパー構造２２３にかえて、細長い溝によるスロット形状や、その他の汚泥誘導構造を適宜用いることもできる。

ホッパー構造２２３のこのような構成によれば、第２沈殿槽２２０の汚泥滞留領域に滞留する汚泥を、ポンプ移送経路の流入部分、すなわち第３エアリフト２２２の吸入領域２２４へと積極的に誘導する（寄せ集める）ことが可能となる。このとき、第３エアリフト２２２を常時或いは間欠的に運転して吸入領域２２４に滞留する高濃度の汚泥を積極的に引き抜き、好気消化槽２１０へと循環させることによって、汚泥を好気消化槽２１０にて迅速且つ効率的に消化することができ、第２沈殿槽２２０の底部における汚泥の堆積量を抑えることができる。好ましくは、第３エアリフト２２２を常時運転することで、第２沈殿槽２２０の底部における汚泥の堆積量を抑える効果をより高める。これにより、汚泥濃度（ＭＬＳＳ）が例えば１０，０００〜１５，０００［ｍｇ／Ｌ］と高濃度であっても、第２沈殿槽２２０の底部に形成される汚泥界面を短時間で低くすることが可能となる。

特に、第２沈殿槽２２０の下部にホッパー構造２２３を設け、第３エアリフト２２２の吸入領域２２４へと汚泥を寄せ集めることによって、第３エアリフト２２２による汚泥の引き抜き効果が高まることとなるため、汚泥界面を低くする効果を更に高めることが可能となる。また、これによって、第２沈殿槽２２０の底部における汚泥の堆積量を大幅に減少させることができるため、堆積汚泥の嫌気化によるスカムの発生自体を抑制することができ、スカム浮上による汚泥の流出を防止することが可能となる。

なお、第２沈殿槽２２０の底部に滞留する汚泥を、第３エアリフト２２２によって積極的に移送する効果、及び第２沈殿槽２２０の底部に滞留する汚泥を、第３エアリフト２２２の吸入領域２２４へと積極的に誘導する効果に関しては、本発明者らは前述の「汚泥移送Ｂ」が無い場合（比較例）、「汚泥移送Ｂ」のみの場合（実施例１）、「汚泥移送Ｂ」＋「ホッパー構造２２３」の場合（実施例２）との効果の違いを検証する測定を行った。この測定では、比較例、実施例１及び実施例２において、第２沈殿槽２２０の底部の界面高さＨ[ｍｍ]の時間経過を計測して比較した。

図５は、本実施の形態の第２沈殿槽２２０の構成に関し、汚泥移送Ｂ及びホッパ構造２２３の効果測定における界面高さＨ［ｍｍ］と経過時間Ｔ［ｍｉｎ］との関係を示すグラフである。図５中において、実施例１を細実線で示し、実施例２を太実線で示し、比較例を破線で示している。図５に示すように、比較例、実施例１及び実施例２ともに、時間が経過するに伴って界面高さＨが低下していく中で、比較例よりも実施例１の方が界面高さを大幅に低下させることができ、更に実施例１よりも実施例２の方が界面高さを低下させることができることが確認された。

（第２実施の形態）
次に、本発明における「水処理装置」の第２実施の形態である排水処理装置３００について説明する。ここでは、第１実施の形態である排水処理装置１００との相違部分についてのみ説明するものとし、その他の共通部分についての詳細な構成及び作用効果についての説明は省略する。排水処理装置１００との相違部分としては、流入水が嫌気濾床槽１１０でなく、まず第２沈殿槽２２０に流入する構成である点、及び嫌気濾床槽１１０から好気消化槽２１０へと向かう汚泥移送経路が省略されている点が挙げられる。

本発明における「水処理装置」の第２実施の形態である排水処理装置３００の処理フローが図６に示される。

図６に示すように、排水処理装置３００は、排水処理装置１００と同様に、槽本体１０１の内部に嫌気濾床槽１１０、接触ばっ気槽１３０、第１沈殿槽１５０、消毒槽１７０、好気消化槽２１０、第２沈殿槽２２０を収容する構成とされる。このような構成の槽本体１０１の内部に流入した被処理水（「排水」、「汚水」或いは「水」ともいう）は、第２沈殿槽２２０、嫌気濾床槽１１０、接触ばっ気槽１３０、第１沈殿槽１５０、消毒槽１７０によって形成される第１の処理経路（本発明における「第１の処理経路」に対応した処理経路）にて順次処理されるようになっている。この第１の処理経路において、第２沈殿槽２２０にて沈降分離された汚泥（固形物）を含む水は、後述する好気消化槽２１０へと循環される一方、第２沈殿槽２２０にて沈降分離された上澄水は、第１の処理経路の嫌気濾床槽１１０へと移流する構成とされる。

一方、第２沈殿槽２２０にて沈降分離された汚泥（固形物）を含む水は、前記の第１の処理経路から独立した第２の処理経路（本発明における「第２の処理経路」に対応した処理経路）を構成する好気消化槽２１０にて処理されるようになっている。この第２の処理経路は、第２沈殿槽２２０と好気消化槽２１０との間の循環経路として規定される。

ここで、図６に示す排水処理装置３００の槽内部の構成が図７に示される。
図７に示す排水処理装置３００は、排水処理装置１００と同様に、図中左側から好気消化槽２１０、第２沈殿槽２２０、嫌気濾床槽１１０、接触ばっ気槽１３０、第１沈殿槽１５０、消毒槽１７０の順で各槽が槽本体１０１内に配置されている。

図７に示すように、槽本体１０１に設けられた流入管１０２は、第２沈殿槽２２０に接続されており、被処理水はこの流入管１０２を通じて、まず最初に第２沈殿槽２２０に流入する。この第２沈殿槽２２０は、特に流入水に含まれるＳＳ（浮遊物質）成分の分離を行うことによって、その下流の嫌気濾床槽１１０におけるＳＳ負荷を低減させる第１の機能と、第１沈殿槽１５０の底部領域１５３から第２エアリフト１５２によって返送（循環）された水と、好気消化槽２１０において汚泥の好気性消化がなされたあとの水を受け入れ、沈降分離作用によって固液分離する第２の機能を併せ持つ処理槽である。この第２沈殿槽２２０が第１の機能（流入水中のＳＳ成分分離機能）を有することによって、排水処理装置１００のような嫌気濾床槽１１０からの汚泥引き抜き（汚泥移送Ａ）を行う必要がなくなり構造を簡素化することで、コストの低減及び維持管理の容易化を図ることが可能となる。また、この第２沈殿槽２２０が第１の機能（流入水中のＳＳ成分分離機能）と第２の機能（固液分離機能）を兼用化することによって、装置のコンパクト化を図ることが可能となる。

この排水処理装置３００では、排水処理装置１００の場合と同様に、第２沈殿槽２２０にて固液分離されたあとの水（上澄水）は、当該第２沈殿槽２２０の上部から移流開口２２１を通じて嫌気濾床槽１１０へ移流する。一方、この第２沈殿槽２２０における固液分離によって発生する固形物（汚泥）は、当該第２沈殿槽２２０の底部に配設された第３エアリフト２２２によって好気消化槽２１０へとポンプ移送（循環）される（「汚泥移送Ｂ」という）。

このように、本実施の形態の第２沈殿槽２２０は、第１の処理経路及び第２の処理経路の分岐箇所において、被処理水中の汚泥を沈降分離作用によって固液分離する機能を有する処理槽であり、この第２沈殿槽２２０が本発明における「第１の処理経路において被処理水中の汚泥を分離する汚泥分離部」及び「好気領域にて処理された水を沈降分離作用によって固液分離する固液分離領域」を構成している。また、好気消化槽２１０が、本発明における「第２の処理経路において被処理水中の汚泥を消化する汚泥消化部」及び「散気手段からのエア散気によって被処理水中の汚泥を好気性消化する好気領域」を構成している。

好気消化槽２１０では、第２沈殿槽２２０から第３エアリフト２２２によって移送された汚泥（汚泥移送Ｂによる汚泥）を分解するための好気性消化が行われ、この好気消化槽２１０にて汚泥の好気性消化がなされた後の水は、好気消化槽２１０の槽底部に形成された開口部２１４を通じて第２沈殿槽２２０へと移流（循環）することとなる。

排水処理装置３００におけるこのような構成は、請求項に記載の「汚泥分離部は、被処理水中の汚泥を沈降分離作用によって分離する構成によって汚泥消化部の固液分離領域として兼用化される構成」、及び「汚泥移送手段は、固液分離領域にて分離した汚泥をポンプ移送によって汚泥消化部の好気領域へと移送する手段として兼用化された構成」に相当する。

以上のように、上記の第１実施の形態及び第２実施の形態によれば、第２沈殿槽２２０の底部に滞留する汚泥を、第３エアリフト２２２によって積極的に引き抜いて好気消化槽２１０へと循環させることによって、汚泥を好気消化槽２１０にて迅速且つ効率的に消化することができ、第２沈殿槽２２０の底部における汚泥の堆積量を抑えることができる。特に、第２沈殿槽２２０の下部にホッパー構造２２３を設け、第３エアリフト２２２の吸入領域２２４へと汚泥を寄せ集めることによって、高濃度の汚泥が第３エアリフト２２２によって引き抜かれることとなるため、汚泥界面を低くすることが可能となる。これによって、第２沈殿槽２２０の底部における汚泥の堆積量を大幅に減少させることができるため、堆積汚泥の嫌気化によるスカムの発生自体を抑制することができ、スカム浮上による汚泥の流出を防止することが可能となる。

また、上記の第１実施の形態及び第２実施の形態によれば、好気消化部２１１に濾材２１２を充填することによって、第２散気装置２１３から散気された散気エアが濾材２１２を通過する際に分散され微細化されることとなり、これによって好気消化に用いる酸素の溶解効率を高めることが可能となる。酸素溶解効率を高めることで、第２散気装置２１３からの散気エア風量を抑えることができ、第２散気装置２１３に係るエネルギーの省力化が図られる。また、第１実施の形態では、散気エアのこの分散効果に加えて、嫌気濾床槽１１０から移送される汚泥に含まれる夾雑物をこの濾材２１２によって捕捉することができ、第２散気装置２１３や後述する第３エアリフト２２２における目詰まり防止や閉塞防止を図ることが可能となる。

また、上記の第１実施の形態及び第２実施の形態によれば、第１沈殿槽１５０の底部領域１５３に存在する好気汚泥（活性汚泥や生物膜）を含む水を循環水として第２沈殿槽２２０へと移送することによって、好気消化槽２１０における汚泥消化速度を高めることが可能となる。特に、第１沈殿槽１５０からの循環水を、第２沈殿槽２２０を経由させたのちに好気消化槽２１０へと間接的に移送することによって、この好気消化槽２１０のＨＲＴが短くなり汚泥消化速度が下がるのを抑えることが可能となる。

また、上記の第２実施の形態によれば、槽本体へと流入した被処理水（流入水）を、最初に第２沈殿槽２２０によって処理し、特に流入水に含まれるＳＳ成分の分離を行うことによって、その下流の嫌気濾床槽１１０におけるＳＳ負荷を低減させることが可能となる。これによって、嫌気濾床槽１１０からの汚泥引き抜き（汚泥移送Ａ）を行う必要がなくなり構造を簡素化することで、コストの低減及び維持管理の容易化を図ることが可能となる。また、この第２沈殿槽２２０が、流入水中のＳＳ成分分離機能と、固液分離機能を兼用化することによって、第１実施の形態に比して装置のコンパクト化することが可能となる。

〔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２沈殿槽２２０の下部にホッパー構造２２３を設ける場合について記載したが、本発明では、少なくとも第２沈殿槽２２０にて分離された汚泥を第３エアリフト２２２によって引き抜くことが可能であれば足り、必要に応じてはホッパー構造２２３を省略することもできる。

また、上記実施の形態では、好気消化槽２１０の好気消化部２１１に濾材２１２を充填する場合について記載したが、本発明では、好気消化槽２１０において散気エアの供給によって汚泥の好気処理が行われればよく、必要に応じては好気消化部２１１への濾材２１２の充填を省略することもできる。また、好気消化槽２１０において被処理水に対する酸素溶解効率を高める手段として、濾材を充填する構成について記載したが、本発明においては、エア散気がなされた被処理水を撹拌する手段を用いることによって、被処理水に対する酸素溶解効率を高めるように構成してもよい。

また、上記第１実施の形態の排水処理装置１００では、第１の処理経路に設置された嫌気濾床槽１１０において固液分離された汚泥は、第２の処理経路に設置された好気消化槽２１０において汚泥の消化がなされた後、第２沈殿槽２２０を経由して再び嫌気濾床槽１１０へ返送される構成について記載したが、本発明では、第２沈殿槽２２０の下流の返送先は嫌気濾床槽１１０に限定されず、当該返送先として第１の処理経路の他の処理領域を適宜選択することが可能である。

また、上記実施の形態では、第１沈殿槽１５０の好気汚泥が第２沈殿槽２２０へと移送される構成について記載したが、本発明では、第１沈殿槽１５０の好気汚泥を好気消化槽２１０或いは嫌気濾床槽１１０へと返送する構成を用いてもよいし、必要に応じては第１沈殿槽１５０から第２沈殿槽２２０への好気汚泥の移送を省略した構成を用いることもできる。

また、上記実施の形態では、嫌気濾床槽１１０が上向流にて被処理水の処理を行う構成について記載したが、この嫌気濾床槽１１０における被処理水の流れを下向流とした構成を採用することもできる。被処理水の流れを下向流とした場合、濾材１１２を用いて固形物の分離・除去を行う構成は、とりわけペーパー（紙類）や髪の毛といった比較的粗大な夾雑物に対する除去効率が高く、したがって粗大な夾雑物によって第１エアリフト１１３に目詰まりが発生するのを防止することが可能となる。

また、上記第２実施の形態の排水処理装置３００では、第２沈殿槽２２０は沈降分離作用によって汚泥を固液分離する構成となっているが、本構成にかえて、濾材が充填された濾床によって汚泥を固液分離する構成を用いてもよい。

また、上記実施の形態は、一般家庭等から排出される生活排水を処理する水処理技術を例にして説明したが、本発明は、生活排水をはじめ、厨房排水、産業廃水等の各種の被処理水を処理する水処理技術に適用され得る。

本発明における「水処理装置」の第１実施の形態である排水処理装置１００の処理フローを示す図である。 図１に示す排水処理装置１００の槽内部の構成を示す図である。 本実施の形態の好気消化槽２１０の構成に関し、好気処理部２１１への濾材２１２の充填効果測定における酸素溶解効率Ｅ［％］と散気風量Ｑ［Ｌ／ｍｉｎ］との関係を示すグラフである。 図２中の第２沈殿槽２２０周辺の具体的構成を示す図である。 本実施の形態の第２沈殿槽２２０の構成に関し、汚泥移送Ｂ及びホッパー構造２２３の効果測定における界面高さＨ［ｍｍ］と経過時間Ｔ［ｍｉｎ］との関係を示すグラフである。 本発明における「水処理装置」の第２実施の形態である排水処理装置３００の処理フローを示す図である。 図６に示す排水処理装置３００の槽内部の構成を示す図である。

１００，３００…排水処理装置
１０１…槽本体
１０２…流入管
１０３…放流管
１１０…嫌気濾床槽
１１１…濾床
１１２…濾材
１１３…第１エアリフト
１１４…移流開口
１３０…接触ばっ気槽
１３１…充填部
１３２…接触材
１３４…第１散気装置
１３５…開口部
１５０…第１沈殿槽
１５１…開口部
１５２…第２エアリフト
１５３…底部領域
１７０…消毒槽
１７１…薬剤筒
２１０…好気消化槽
２１１…好気処理部
２１２…濾材
２１３…第２散気装置
２１４…開口部
２２０…第２沈殿槽
２２１…移流開口
２２２…第３エアリフト
２２３…ホッパー構造
２２３ａ…傾斜部
２２４…吸入領域

Claims (5)

1. 汚泥を含む被処理水が流通する第１の処理経路と、前記第１の処理経路から分岐したのち当該第１の処理経路に合流する第２の処理経路と、前記第１の処理経路において被処理水中の汚泥を分離する汚泥分離部と、前記第２の処理経路において被処理水中の汚泥を消化する汚泥消化部と、前記汚泥分離部にて分離された汚泥を前記汚泥消化部へと移送する汚泥移送手段と、を有する水処理装置であって、
   前記汚泥消化部は、散気手段からのエア散気によって被処理水中の汚泥を好気性消化する好気領域と、前記好気領域にて処理された水を沈降分離作用によって固液分離する固液分離領域を含み、前記固液分離領域にて分離した汚泥をポンプ移送によって前記好気領域へと移送し、この好気領域にて処理された水を当該固液分離領域へと循環させる一方、前記固液分離領域にて分離した上澄水を前記第１の処理経路へと移送する構成であり、
   更に前記第１の処理経路に、前記汚泥分離部で汚泥が分離された後の水を好気処理する好気処理部と、前記好気処理部による好気処理で生じた好気汚泥を含む水を前記好気処理部から前記汚泥消化部の前記固液分離領域へと直接的に移送する好気汚泥移送手段とを備えることを特徴とする水処理装置。
2. 請求項１に記載の水処理装置であって、
   前記汚泥消化部は、前記好気領域を含む好気消化槽と前記固液分離領域を含む沈殿槽とをそれぞれの槽底部において連通する開口部を備え、これにより前記好気消化槽の前記好気領域にて処理された水が当該開口部を通じて前記沈殿槽の前記固液分離領域へと循環されることを特徴とする水処理装置。
3. 請求項１または２に記載の水処理装置であって、
   前記汚泥分離部は、被処理水中の汚泥を沈降分離作用によって分離する構成によって前記汚泥消化部の前記固液分離領域として兼用化され、前記汚泥移送手段は、前記固液分離領域にて分離した汚泥をポンプ移送によって前記汚泥消化部の前記好気領域へと移送する手段として兼用化された構成であることを特徴とする水処理装置。
4. 請求項１〜３のうちのいずれかに記載の水処理装置であって、
   前記固液分離領域の汚泥滞留領域には、当該汚泥滞留領域から前記好気領域へと延在するポンプ移送経路の流入部分に向けて汚泥を誘導する汚泥誘導手段が設けられていることを特徴とする水処理装置。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の水処理装置であって、
   前記汚泥消化部は、前記好気領域に濾材が充填された構成であり、これによって前記汚泥分離部から前記汚泥消化部へと移送された汚泥に含まれる夾雑物がこの濾材によって捕捉されるとともに、前記散気手段から散気された散気エアがこの濾材を通過する際に分散され微細化されることを特徴とする水処理装置。

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