JPWO2007049495A1 - 廃水処理装置及び廃水処理方法 - Google Patents

Abstract

処理槽１１は流入された原水に対して微生物による第１の有機物分解処理を行う。曝気槽１２は処理槽１１と隔壁１４によって区分され、処理槽１１から流入された処理槽１１の処理水に対して曝気処理及び微生物による第２の有機物分解処理を行う。上澄水返送機構は曝気槽１２の処理水から汚泥、洗澱固形物及び浮上固形物を除去した上澄水を曝気槽から処理槽へ返送する。

Description

本発明は廃水処理装置及び廃水処理方法、たとえば、一般家庭等で発生する生活廃水、工場廃水等の廃水を生物学的に処理する廃水処理装置及び廃水処理方法に関する。

有機性廃水を処理する方法として微生物による生物学的廃水処理が広く知られている。また、この生物学的廃水処理は、好気性微生物による好気性廃水処理と嫌気性微生物による嫌気性廃水処理とに分類される。さらに、好気性廃水処理においては、好気性微生物を大量に保持（固定）する必要があり、その方法として活性汚泥法がある。

活性汚泥法を用いた第１の従来の廃水処理装置は、流入された原水に対して好気性微生物による有機物分解処理を行うと共に、曝気処理を行って活性汚泥を培養する処理／曝気槽と、処理／曝気槽からの混合液を上澄水及び沈澱汚泥に分離する沈澱槽と、沈澱槽の上澄水を殺菌して放流する殺菌槽とからなる。この場合、沈澱槽から処理／曝気槽へ沈澱汚泥の一部を活性汚泥として返送することにより大量の好気性微生物を反応／曝気槽に保持（固定）している。

しかしながら、上述の第１の従来の廃水処理装置においては、余剰沈澱汚泥が大量に発生するので、余剰沈澱汚泥の汚泥減容化作業が必要である。たとえば、バキュームカ等による定期的な引抜き作業が必要である。引抜かれた汚泥は、屎尿処理施設で脱水処理されたり、中間の汚泥減容化処理施設でさらに水分除去されたりする。最終的には、最終処分場に投棄されたり、他の物質と焼成されて煉瓦等に加工されたり、あるいは堆肥、メタンガス、水素ガスとして再利用される。

また、上述の第１の従来の廃水処理装置においては、上澄水は殺菌液と共に放流されるので、放流された殺菌液が化学的な環境汚染を引起す。

活性汚泥法を用いた第２の従来の廃水処理装置は、流入された原水に対して好気性微生物による有機物分解処理を行う処理槽と、処理槽から流入した処理液に対して曝気処理を行って活性汚泥を培養する曝気槽と、曝気槽から処理水を殺菌して放流する殺菌槽とからなる。この場合、曝気槽から処理槽へ処理水と共に沈澱汚泥の一部を活性汚泥として返送することにより大量の好気性微生物を処理槽に保持（固定）している（参照：特許文献１）。

このように、上述の第２の従来の廃水処理装置においては、処理槽と曝気槽とが別個となるものの、沈澱槽が存在しないので、装置が小型化できると共に、余剰沈澱汚泥を少なくできる。

特開２００５−２５４０６５号公報

しかしながら、上述の第２の従来の廃水処理装置においても、余剰沈澱汚泥の汚泥減容化作業は依然として必要である。

また、上述の第２の従来の廃水処理装置においては、曝気槽から処理槽へ処理水と共に沈澱汚泥も返送されるので、有機物分解処理効率が低くなる。

さらに、上述の第２の従来の廃水処理装置においても、処理水は殺菌液と共に放流されるので、やはり放流された殺菌液が化学的な環境汚染を引起す。

従って、本発明の目的は、余剰沈澱汚泥の汚泥減容化作業を不要とした廃水処理装置及び廃水処理方法を提供することにある。

また、他の目的は、高い有機物分解処理効率の廃水処理装置及び廃水処理方法を提供することにある。

さらに、他の目的は、殺菌液を放流しないことにより環境に優しい廃水処理装置及び廃水処理方法を提供することにある。

上述の課題を達成するために本発明に係る廃水処理装置は、流入された原水に対して微生物による第１の有機物分解処理を行う処理槽と、この処理槽と隔壁によって区分され、処理槽から流入された処理槽の処理水に対して曝気処理及び微生物による第２の有機物分解処理を行う曝気槽と、この曝気槽の処理水から汚泥、洗澱固形物及び浮上固形物（スカム）を除去した上澄水を曝気槽から処理槽へ返送する上澄水返送機構とを具備する。これにより、処理槽に返送された微生物はエネルギー源である活性汚泥つまり栄養分がない飢餓状態となり、微生物は原水の有機物に対して高い有機物分解処理能力を発揮する。また、余剰沈澱汚泥も発生しない。

また、余剰沈澱汚泥が発生しないので、余剰沈澱汚泥の腐敗による臭気の問題がなく、従って、曝気槽の上部に開口を設ける。これにより、曝気処理によって蒸散された処理水の水分が曝気槽の開口から排出される。

さらに、処理水の水分は曝気槽の開口から蒸散排出されるので、有機物分解処理、曝気処理及び上澄水返送処理は外部へ放流水を流出させないクローズド方式にさせる。これにより、殺菌液の放流がなくなり、環境に優しくなる。

また、本発明に係る廃水処理方法は、原水を処理槽に流入させて微生物による有機物分解処理を行う工程と、有機物分解処理された処理水を曝気槽に流入させて曝気処理を行う工程と、曝気処理された処理水から汚泥、沈澱固形物及び浮上固形物を除去した上澄水を処理槽に返送する工程とを具備する。

本発明によれば、曝気処理された処理水の汚泥、沈澱固形物及び浮上固形物を含まない上澄水のみを曝気槽から処理槽へ戻すので、余剰沈澱汚泥をなくすことができ、従って、余剰沈澱汚泥の汚泥減容化作業を不要にできる。また、処理槽の微生物を飢餓的状態にするので、高い有機物分解処理効率が得られる。さらに、クローズド方式の採用により殺菌液の放流がないので、環境に優しくできる。

図１は本発明に係る廃水処理装置の第１の実施の形態を示す図である。図１の廃水処理装置は一般家庭の生活廃水等の廃水を含む原水を処理するためのものである。

図１において、浄化槽１Ａは、微生物（好気性微生物、嫌気性微生物の両方）による有機物分解処理を行う処理槽１１、処理槽１１から流入された処理水に対して曝気処理及び微生物（主に、好気性微生物）による有機物分解処理を行う曝気槽１２、及び曝気槽１２
内の上部に設けられ、曝気処理された処理水から上澄水を分離する分離槽１３よりなる。つまり、分離槽１３は処理水から汚泥、沈澱固形物及び浮上固形物を除去して上澄水のみを蓄積する。尚、浄化槽１Ａは縦断面図で示されている。

処理槽１１と曝気槽１２との間には上部に貫通孔が形成された隔壁１４が設けられ、また、曝気槽１２と分離槽１３との間には上部に貫通孔が形成された隔壁１５が設けられている。隔壁１４の貫通孔の高さは隔壁１５の貫通孔の高さより高くされている。従って、処理槽１１で処理された処理水は隔壁１４を越えて曝気槽１２へ流入され、また、曝気槽１２の上澄水は隔壁１５を越えて曝気槽１２へ流入される。

処理槽１１上部には蓋１１１が設けられている。この場合、蓋１１１には開口がない。また、処理槽１１には、処理槽１１の有機物分解処理状態を検出する状態検出センサ１１２が設けられている。たとえば、状態検出センサ１１２は、好気性微生物による有機物分解処理により発生した炭酸ガス（ＣＯ_２）を検出する炭酸ガスセンサ、この炭酸ガスの濃度を検出する炭酸ガス濃度検出センサ、嫌気性微生物による有機物分解処理により発生したメタンガス（ＣＨ_４）を検出するメタンガスセンサ、このメタンガスの濃度を検出するメタンガス濃度センサ、あるいは原水中の溶存酸素量を検出する溶存酸素量センサである。尚、状態検出センサ１１２は曝気槽１２に設けてもよい。さらに、隔壁１４には、処理槽１１の深い箇所の処理水が曝気槽１２に流れ込むように管１１３が設けられている。尚、管１１３は隔壁１４の貫通孔を通過している。

曝気槽１２上部には蓋１２１が設けられており、この場合、蓋１２１には図２に示すごとく複数の開口１２１ａが設けられている。また、曝気槽１２の底部には、気泡上の空気を放出する曝気機構１２２が設けられている。この曝気機構１２２には、浄化槽１の外部に設けられたブロワ１６から空気供給管１６ａを介して加圧空気が供給される。

曝気機構１２２は、好気性微生物による好気性廃水処理に用いると共に、本発明においては、クローズド方式の廃水処理装置の実現に寄与する。つまり、曝気機構１２２によって曝気槽１２内に供給された空気と曝気槽１２内の処理水との接触蒸散作用により、処理水の水分は蓋１２１の開口１２１ａより排出される。この結果、浄化槽１Ａの処理水を河川等の水環境中に放流する必要がなくなるので、クローズド方式の廃水処理装置を実現できる。また、一般家庭等でディスポーザ（粉砕機）で処理された廃水も放流することなく処理できる。

分離槽１３には、上澄水返送機構としての水中ポンプ１３１及び返送管路１３２が設けられている。この返送管路１３２は分離槽１３から処理槽１１へ通じている。また、水位検出センサ１３３が設けられている。尚、水中ポンプ１３は外部ポンプでもよい。また、処理槽１１の返送管路１３２の先端部には散水装置１３２ａが設けられている。これにより、処理槽１１の処理水の上部の浮上固形物（スカム）を散逸させることができる。尚、この返送管路１３２は管１１３の貫通孔と異なる隔壁１４の貫通孔を通過している。

制御ユニット１７は状態検出センサ１１２及び水位検出センサ１３３の各出力信号に応じてブロワ１６及び水中ポンプ１３１を制御するものであって、マイクロコンピュータによって構成されている。

図１の廃水処理装置には、原水源である洗濯機２１、浴槽２２、シンク２３、トイレット２４等が合流枡２５及び流入管路２６を介して処理槽１１の上流側に連結されている。尚、洗濯機２１、浴槽２２、シンク２３、トイレット２４等は平面配置図で示されている。

図１の廃水処理装置においては、洗濯機２１、浴槽２２、シンク２３、トイレット２４等の原水源から処理槽１１に流入された原水に対して微生物による有機物分解処理を行い、処理槽１１の処理水に対して曝気槽１２において曝気処理を行い、曝気処理された処理水の上澄水のみを曝気槽１２から処理槽１１に返送する。この結果、処理槽１１において、微生物が必要とする栄養分（活性汚泥）が減少する一方、酸素が豊富な高溶存酸素状態（好気状態）となり、従って、処理槽１１内の微生物の摂食活動が最も効率的な飢餓的状態となる。このような飢餓的状態の微生物は高い有機物分解処理能力を発揮することになる。

つまり、処理槽１１においては、曝気された処理水の上澄水の供給により微生物の総量は減少しない。他方、処理槽１１に流入される微生物の栄養分は原水中の有機物と従来の返送分の活性汚泥との和であるが、この返送活性汚泥がない分、処理槽１１内の微生物の栄養分は著しく減少して微生物の総量に対して相対的に減少する。これにより、処理槽１１内においては、微生物の栄養分の総量が微生物の総量に比較して減少するという不均衡状態となる。この不均衡状態を上述の飢餓的状態と呼ぶ。

尚、従来は、処理槽において、溶存酸素量の多い好気的状態を原水中の有機物に活性汚泥を加えた十分な飽食状態にしていた。この結果、微生物は比較的消化分解し易い栄養素のみを捕食する摂食行動をし、従って、比較的消化分解しにくい栄養素、微生物の死骸等は汚泥となり、余剰汚泥が著しく増大していた。このように、常に飽食状態にすることは浄化槽１Ａにとって好ましいことではない。

処理槽１１における原水中の有機物の総量と微生物の総量とが一定の関係を有するように、制御ユニット１７は状態検出センサ１１２及び水位検出センサ１３３の各出力信号に応じて上澄水の返送量つまり水中ポンプ１３１及び曝気槽１２の曝気処理を制御し、処理槽１１における微生物を飢餓状態にする。状態検出センサ１１２が炭酸ガスセンサの場合には、制御ユニット１７は図３に示すフローにより動作し、状態検出センサ１１２が炭酸ガス濃度センサの場合には、制御ユニット１７は図４に示すフローにより動作し、状態検出センサ１１２がメタンガスセンサの場合には、制御ユニット１７は図５に示すフローにより動作し、状態検出センサ１１２がメタンガス濃度センサの場合には、制御ユニット１７は図６に示すフローにより動作し、状態検出センサ１１２が溶存酸素量センサの場合には、制御ユニット１７は図７に示すフローにより動作する。尚、いずれのフローも所定時間毎に実行される。

図３では、ステップ３０１にて、水位検出センサ１３３の出力信号より分離槽１３の上澄水の水位レベルが比較的小さい所定値Ｌ_１を超えているか否かを判別する。この結果、上澄水の水位レベルが所定値Ｌ_１を超えている場合に、ステップ３０２に進み、他方、上澄水の水位レベルが所定値Ｌ_１以下の場合には水中ポンプ１３１の空転防止のためにステップ３０５に進む。ステップ３０２では、炭酸ガスセンサの出力信号により、処理槽１１内に炭酸ガスが存在するか否かを判別する。この結果、ステップ３０２にて炭酸ガスが存在すると判別された場合には、原水中の有機物の総量が大きいと判別してステップ３０３に進み、水中ポンプ１３１をオンにし、かつ、曝気処理用ブロワ１６をオンもしくは連続（高作動）運転状態にする。これにより、好気性微生物による好気性廃水処理効率が上昇すると共に、処理水の蒸散量が増加する。他方、ステップ３０２にて炭酸ガスが存在しないと判別された場合には、原水中の好気性有機物の総量が小さいと判別してステップ３０４に進み、水中ポンプ１３１をオンにするが、曝気処理用ブロワ１６をオフもしくは断続（低作動）運転状態にする。これにより嫌気性微生物による嫌気性廃水処理効率が上昇する。ステップ３０４では、水中ポンプ１３１をオフにし、かつ曝気処理用ブロワ１６をオフもしくは断続（低作動）運転状態にする。この場合、処理水の蒸散は行われず、上澄水の水位の低下を抑止する。そして、ステップ３０６に図３のフローは終了する。

図４では、ステップ４０１にて、水位検出センサ１３３の出力より分離槽１３の上澄水の水位レベルが所定値Ｌ_１を超えているか否かを判別する。この結果、上澄水の水位レベルが所定値Ｌ_１を超えている場合に、ステップ４０２に進み、他方、上澄水の水位レベルが所定値Ｌ_１以下の場合には水中ポンプ１３１の空転防止のためにステップ４０３に進む。ステップ４０２では、炭酸ガス濃度センサの出力信号に応じて水中ポンプ１３１のオンデューティ比及び曝気処理用ブロワ１６のオンデューティ比を制御する。たとえば、炭酸ガス濃度センサの出力信号により検出された処理槽１１内の炭酸ガス濃度が大きい場合には、原水中の好気性有機物の総量が大きいと判別して水中ポンプ１３１のオンデューティ比を大きくして上澄水の返送量を大きくし、かつ、曝気処理用ブロワ１６のオンデューティ比を大きくする。これにより、好気性微生物による好気性廃水処理効率が上昇すると共に処理水の蒸散量が増加する。他方、炭酸ガス濃度センサの出力信号により検出された処理槽１１内の炭酸ガス濃度が小さい場合には、原水中の好気性有機物の総量が小さいと判別して水中ポンプ１３１のオンデューティ比を小さくして上澄水の返送量を小さくし、かつ、曝気処理用ブロワ１６のオンデューティ比を小さくする。これにより、好気性微生物による好気性廃水処理効率が低下すると共に処理水の蒸散量が減少する。ステップ４０３では、水中ポンプ１３１をオフにし、かつ曝気処理用ブロワ１６をオフもしくは断続（低作動）運転状態にする。これにより嫌気性微生物による嫌気性廃水処理効率が上昇する。この場合、処理水の蒸散は行われず、上澄水の水位の低下を抑止する。そして、ステップ４０４に図４のフローは終了する。

尚、図３もしくは図４における炭酸ガスもしくはその濃度を検出しているのは、好気性微生物による好気性廃水処理をモニタするためであり、この結果、好気性微生物による好気性廃水処理を主に制御していることになる。

図５では、ステップ５０１にて、水位検出センサ１３３の出力信号より分離槽１３の上澄水の水位レベルが所定値Ｌ_１を超えているか否かを判別する。この結果、上澄水の水位レベルが所定値Ｌ_１を超えている場合に、ステップ５０２に進み、他方、上澄水の水位レベルが所定値Ｌ_１以下の場合には水中ポンプ１３１の空転防止のためにステップ５０４に進む。ステップ５０２では、メタンガスセンサの出力信号により、処理槽１１内にメタンガスが存在するか否かを判別する。この結果、ステップ５０２にてメタンガスが存在すると判別された場合には、原水中の嫌気性有機物の総量が大きいと判別してステップ５０３に進み、水中ポンプ１３１をオンにし、かつ、曝気処理用ブロワ１６をオフもしくは断続（低作動）運転状態にする。これにより、嫌気性微生物による嫌気性廃水処理効率が上昇する。他方、ステップ５０２にてメタンガスが存在しないと判別された場合には、原水中の嫌気性有機物の総量が小さいと判別してステップ５０４に進み、水中ポンプ１３１をオンもしくは連続（高作動）運転状態 にし、かつ、曝気処理用ブロワ１６をオンもしくは連続（高作動）運転状態にする。これにより、嫌気性微生物による嫌気性廃水処理効率が上昇すると共に処理水の蒸散が行われる。ステップ５０５では、水中ポンプ１３１をオフにし、かつ曝気処理用ブロワ１６をオフもしくは断続（低作動）運転状態にする。この場合、処理水の蒸散は行われず、上澄水の水位の低下を抑止する。そして、ステップ５０６に図５のフローは終了する。

図６では、ステップ６０１にて、水位検出センサ１３３の出力より分離槽１３の上澄水の水位レベルが所定値Ｌ_１を超えているか否かを判別する。この結果、上澄水の水位レベルが所定値Ｌ_１を超えている場合に、ステップ６０２に進み、他方、上澄水の水位レベルが所定値Ｌ_１以下の場合には水中ポンプ１３１の空転防止のためにステップ６０３に進む。ステップ６０２では、メタンガス濃度センサの出力信号に応じて水中ポンプ１３１のオンデューティ比及び曝気処理用ブロワ１６のオンデューティ比を制御する。たとえば、メタンガス濃度センサの出力信号により検出された処理槽１１内のメタンガス濃度が大きい
場合には、原水中の嫌気性有機物の総量が大きいと判別して水中ポンプ１３１のオンデューティ比を大きくして上澄水の返送量を大きくし、かつ、曝気処理用ブロワ１６のオンデューティ比を小さくする。これにより、嫌気性微生物による嫌気性廃水処理効率が上昇すると共に処理水の蒸散量は減少する。他方、メタンガス濃度センサの出力信号により検出された処理槽１１内のメタンガス濃度が小さい場合には、原水中の嫌気性有機物の総量が小さいと判別して水中ポンプ１３１のオンデューティ比を小さくして上澄水の返送量を小さくし、かつ、曝気処理用ブロワ１６のオンデューティ比を大きくする。これにより、嫌気性微生物による嫌気性廃水処理効率が低下すると共に処理水の蒸散量は増加する。
ステップ６０３では、水中ポンプ１３１をオフにし、かつ曝気処理用ブロワ１６をオフもしくは断続（低作動）運転状態にする。この場合、処理水の蒸散は行われず、上澄水の水位の低下を抑止する。そして、ステップ６０４に図６のフローは終了する。

尚、図５もしくは図６におけるメタンガスもしくはその濃度を検出しているのは、嫌気性微生物による嫌気性廃水処理をモニタするためであり、この結果、嫌気性微生物による嫌気性廃水処理を主に制御していることになる。

図７では、ステップ７０１にて、水位検出センサ１３３の出力信号より分離槽１３の上澄水の水位レベルが所定値Ｌ_１を超えているか否かを判別する。この結果、上澄水の水位レベルが所定値Ｌ_１を超えている場合に、ステップ７０２に進み、他方、上澄水の水位レベルが所定値Ｌ_１以下の場合には水中ポンプ１３１の空転防止のためにステップ７０３に進む。ステップ７０２では、溶存酸素量センサの出力信号により検出された処理槽１１内の溶存酸素量に応じて水中ポンプ１３１のオンデューティ比及び曝気処理用ブロワ１６のオンデューティ比を制御する。たとえば、溶存酸素量が小さい場合には、水中ポンプ１３１のオンデューティ比を大きくして上澄水の返送量を大きくし、かつ、曝気処理用ブロワ１６のオンデューティ比を大きくする。これにより好気性微生物による好気性廃水処理効率が上昇すると共に処理水の蒸散量は増加する。他方、溶存酸素量が大きい場合には、水中ポンプ１３１のオンデューティ比を小さくして上澄水の返送量を小さくし、かつ、曝気処理用ブロワ１６のオンデューティ比を小さくする。これにより嫌気性微生物による嫌気性廃水処理効率が上昇すると共に処理水の蒸散量は減少する。つまり、処理槽１１内の溶存酸素量が所定値となるようにフィードバック制御し、これにより、好気性微生物による好気性廃水処理及び嫌気性微生物による嫌気性廃棄物処理を交互に行う。他方、ステップ７０３では、水中ポンプ１３１をオフにし、かつ曝気処理用ブロワ１６をオフもしくは断続（低作動）運転状態にする。この場合、処理水の蒸散は行われず、上澄水の水位の低下を抑止する。そして、ステップ７０４に図７のフローは終了する。

図８は本発明に係る廃水処理装置の第２の実施の形態を示す図である。図８においては、図１の浄化槽１Ａの代りに、浄化槽１Ｂを設けてある。

図１においては、浄化槽１Ａの内部に返送管路１３２が設けてあるが、図８においては、浄化槽１Ｂの外部に返送管路１３２’を設けてある。この返送管路１３２’はシンク２３が連結された合流桝２５に連結されている。これにより、流入管路２６の一部も返送管路として作用する。図８においても、図１の廃水処理装置と同様に、制御ユニット１７が状態検出センサ１１２及び水位検出センサ１３３の各出力信号に応じて水中ポンプ１３１及び曝気槽９２の曝気処理を制御する。従って、図８の本発明の第２の実施の形態においては、図１の本発明の第１の実施の形態の効果に加えて、原水に加えて処理水が合流桝２５及び流入管路２６を流れるので、流入管路２６の内壁に固形の油脂分等が付着するのを防止できるという効果を奏する。

図９は本発明に係る廃水処理装置の第３の実施の形態を示す図である。図９においては、図８の浄化槽１Ｂの代りに、浄化槽１Ｃを設けてある。

図８においては、分離槽１３には水中ポンプ１３１及び水位検出センサ１３２を設けてあるが、図９の分離槽１３’には水中ポンプ及び水位検出センサを設けていない。その代り、図９の返送管路１３２’を分離槽１３’の隔壁１５の貫通孔より低い場所に連結して返送管路１３２’の途中に上澄水貯留槽１８を設け、図８の水中ポンプ１３１及び水位検出センサ１３２に対応する水中ポンプ１８１及び水位検出センサ１８２を設けてある。尚、水中ポンプ１８１は外部ポンプとすることもできる。また、上澄水貯留槽１８の底部には、気泡状の空気を放出する曝気機構１８３が設けられ、この曝気機構１８３はブロワ１６から空気供給管１６ｂを介して加圧空気が供給される。さらに、上澄水貯留槽１８の上部には蓋１８４が設けられており、この場合、蓋１８４には図１０に示すごとく開口１８４ａが設けられている。図９においても、図１の廃水処理装置と同様に、制御ユニット１７が状態検出センサ１１２及び水位検出センサ１８２の各出力信号に応じて水中ポンプ１８３及び曝気槽１２、上澄水貯留槽１８の曝気処理をする。尚、上澄水貯留槽１８は縦断面図で示されている。

図９に示す本発明の第３の実施の形態においても、図８に示す本発明の第２の実施の形態と同様の効果が期待できる。

図８、図９に示す廃水処理装置はクローズド方式であるが、図１１の（Ａ）、（Ｂ）に示すごとく、余剰処理水（上澄水）を放流することも可能である。すなわち、図８の浄化槽１Ｂの返送管路１３２’（図１１の（Ａ））もしくは図９の上澄水貯留槽１８の返送管路１３２’（図１１の（Ｂ））に切替弁３１を設けて放流管路３２を設ける。放流管路３２には殺菌槽３３及び水質監視センサ３４が設けられ、水質監視センサ３４の出力信号はモデムを通じて監視センタに送られるようにする。

図１１の（Ａ）、（Ｂ）における切替弁３１は制御ユニット１７によって制御される。たとえば、図１３のフローに示すごとく、ステップ１３０１にて、水位検出センサ１３３（もしくは１８２）の出力信号により分離槽１３（もしくは上澄水貯留槽１８）の上澄水の水位レベルが比較的大きい所定値Ｌ_２（＞Ｌ_１）を超えているか否かを判別する。この結果、上澄水の水位レベルが所定値Ｌ_２を超えている場合にステップ１３０２に進み、切替弁３１を放流管路３２側に制御して放流制御を行う。他方、上澄水の水位レベルが所定値Ｌ_２以下の場合にはステップ１３０３に進み、切替弁３１を原水用の流入管路側に制御してクローズド制御を行う。そして、ステップ１３０４にて図１３のフローは終了する。

図８、図９の廃水処理装置は、図１３に示すごとく、公共下水道の集中処理を行うコミュニティプラントあるいは終末処理施設と呼ばれる大型廃水処理装置に適用することができる。すなわち、図８の浄化槽１Ｂの返送管路１３２’（図１３の（Ａ））もしくは図８の浄化槽１Ｃの返送管路１３２’（図１３の（Ｂ））に切替弁を設けずに放流管路３２を分流する。図１１と同様に、放流管路３２には殺菌槽３３及び水質監視センサ３４が設けられ、水質監視センサ３４の出力信号はモデムを通じて監視センタ（図示せず）に送るようにする。

他方、浄化槽１Ｂ（１Ｃ）の流入側には地下式原水貯留槽４１を設け、返送管路１３２’を流量調整弁４２を介して地下式原水貯留槽４１へ戻す。地下式原水貯留槽４１は揚水ポンプ（図示せず）を内蔵しており、これにより、原水及び処理水を地下式原水貯留槽４１から浄化槽１Ｂ（１Ｃ）へ流入させる。この場合、浄化槽１Ｂ（もしくは上澄水貯留槽１８）は水中ポンプ１３１（１８１）は不要にすることができ、これにより、処理水は自重で自然に返送管路１３２’及び放流管路３２に流れる。このとき、流量調整弁４２は処理水が必要以上に地下式原水貯留槽４１に流れ込まないようにする。言い換えると、地下
式原水貯留槽４１への処理水の流量の最大値は流量調整弁４２によって定められており、上澄水の流量がその最大値を超えようとした場合に、その上澄水は放流管路３２に流れ、放流されることになる。

図１３において、地下式原水貯留槽４１は浄化槽１Ｂ（１Ｃ）より低所に設けられている。この場合、もし地下式原水貯留槽４１が地上に設けられているとすれば、浄化槽１Ｂ（１Ｃ）はそれよりも高所に設けられていればよい。

図１１の各廃水処理装置は、図１４に示すごとく、複数の原水排出施設（一般家庭も含む）５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄが共同して浄化槽１Ｂ（１Ｃ）を利用する場合にも適用できる。通常、原水排出施設５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄから浄化槽１Ｂ（１Ｃ）までの原水管路５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄは長さ数ｋｍ〜数１０ｋｍであり、原水管路５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄの内壁に汚泥、沈澱固形物等が堆積したり、あるいは付着する。このような汚泥、沈澱固形物を効率的に除去するために、返送管路１３２’を返送管路５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄとして原水管路５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄの複数の箇所で返送する。尚、原水管路５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄの流通促進のために中継ポンプ５４が適宜設けられている。

詳しくは、図１５の（Ａ）に示すごとく、返送管路５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄは原水管路５２ａ（５２ｂ、５２ｃ、５２ｄ）に組込まれている。返送管路５３ａ（５３ｂ、５３ｃ、５３ｄ）には所定間隔で吐出部（開口）６１が設けられている。

さらに、図１５の（Ｂ）に示すごとく、吐出部６１には自走吐出部６２を設けることもできる。この自走吐出部６２は、吐出部６１に一端が固定されたホース６２ａ及び吐出ノズル６２ｂにより構成されている。この吐出ノズル６２ｂは原水管路５２ａの上流方向に対して斜めに配置されており、これにより、自走吐出部６２は原水管路５２ａ内を返送管路５３ａに沿って自走できるようになっている。つまり、自走吐出部６２は返送管路５３ａから吐出された上澄水の反動力によりホース６２ａの長さ分だけ移動し、その後、ホース６２ａの巻取力によって元の位置に戻る。従って、自走吐出部６２は所定距離だけ進退自走する。尚、各吐出ノズル６２ｂの開口の開閉を個別的に電気的に制御し、特定の吐出ノズルに集中させて処理水を集中返送することもできる。

上述の発明の実施の形態では、活性汚泥方法だけでなく、散水ろ床方法、固定ろ床方法、接触ろ過方法等の生活廃水及び産業廃水の廃水処理装置として用いることができる。また、上述の曝気処理において、空気ではなく、一酸化窒素（ＮＯ）や二酸化炭素（ＣＯ_２）等を曝気処理に用いても構わない。このようなガスによる曝気処理でも、水中の微生物の生理機能を制御して延命や摂食行動等の機能を高めることが可能である。

上述の第１の従来の廃水処理装置においては、処理水の生物化学的酸素要求量ＢＯＤは単独浄化槽で２０〜８０ｍｇ／ｌ、合併浄化槽で５〜２０ｍｇ／ｌであるのに対し、上述の本発明の実施の形態では、生物化学的酸素要求量ＢＯＤは、いずれの浄化槽でも７ｍｇ／ｌ以下であった。従って、本発明においては、生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ）、化学的酸素要求量（ＣＯＤ）の高価な分析器を用いたメンテナンスは不要となる。また、処理槽１１及び曝気槽１２のいずれにおいても、除去すべき過剰沈澱汚泥、スカムの発生はなかった。

尚、上述の発明の実施の形態では、空気ではなく、一酸化窒素ガス（ＮＯ）や二酸化炭素ガス（ＣＯ_２）等を用いてもよい。このようなガスによる曝気処理でも、水中の微生物の生理機能を制御して延命や摂食行動等の機能を高めることが可能である。

本発明に係る廃水処理装置の第１の実施の形態を示す図である。 図１の曝気槽の蓋の平面図である。 図１の制御ユニットの動作を示すフローチャートである。 図１の制御ユニットの動作を示すフローチャートである。 図１の制御ユニットの動作を示すフローチャートである。 図１の制御ユニットの動作を示すフローチャートである。 図１の制御ユニットの動作を示すフローチャートである。 本発明に係る廃水処理装置の第２の実施の形態を示す図である。 本発明に係る廃水処理装置の第３の実施の形態を示す図である。 図９の上澄水貯留槽の蓋の平面図である。 図８、図９の廃水処理装置の適用例を示す図である。 図１１の制御ユニットの動作を示すフローチャートである。 図１１の廃水処理装置の変更例を示す図である。 図１１の廃水処理装置の他の変更例を示す図である。 図１４の原水排出施設の近傍の拡大図である。

符号の説明

１Ａ、１Ｂ、１Ｃ：浄化槽
１１：処理槽
１２：曝気槽
１３：分離槽
１４、１５：隔壁
１６：曝気処理用ブロワ
１７：制御ユニット
１８：上澄水貯留槽
２１：洗濯機
２２：浴槽
２３：シンク
２４：トイレット
３１：切替弁
３２：放流管路
３３：殺菌槽
３４：水質監視センサ
４１：地下式原水貯留槽
４２：流量調整弁
５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄ：原水排出施設
５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄ：原水管路
５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄ：返送管路
５４：中継ポンプ
６１：吐出部
６２：自走吐出部

上述の課題を達成するために本発明に係る廃水処理装置は、流入された原水に対して微生物による第１の有機物分解処理を行う処理槽と、この処理槽と隔壁によって区分され、処理槽から流入された処理槽の処理水に対して曝気処理及び微生物による第２の有機物分解処理を行う曝気槽と、この曝気槽の処理水から汚泥、沈殿固形物及び浮上固形物（スカム）を除去した上澄水を曝気槽から処理槽へ返送する上澄水返送機構とを具備する。これにより、処理槽に返送された微生物はエネルギー源である活性汚泥つまり栄養分がない飢餓状態となり、微生物は原水の有機物に対して高い有機物分解処理能力を発揮する。また、余剰沈澱汚泥も発生しない。

分離槽１３には、上澄水返送機構としての水中ポンプ１３１及び返送管路１３２が設けられている。この返送管路１３２は分離槽１３から処理槽１１へ通じている。また、水位検出センサ１３３が設けられている。尚、水中ポンプ１３１は外部ポンプでもよい。また、処理槽１１の返送管路１３２の先端部には散水装置１３２ａが設けられている。これにより、処理槽１１の処理水の上部の浮上固形物（スカム）を散逸させることができる。尚、この返送管路１３２は管１１３の貫通孔と異なる隔壁１４の貫通孔を通過している。

図１１の（Ａ）、（Ｂ）における切替弁３１は制御ユニット１７によって制御される。たとえば、図１２のフローに示すごとく、ステップ１２０１にて、水位検出センサ１３３（もしくは１８２）の出力信号により分離槽１３（もしくは上澄水貯留槽１８）の上澄水の水位レベルが比較的大きい所定値Ｌ_２（＞Ｌ_１）を超えているか否かを判別する。この結果、上澄水の水位レベルが所定値Ｌ_２を超えている場合にステップ１２０２に進み、切替弁３１を放流管路３２側に制御して放流制御を行う。他方、上澄水の水位レベルが所定値Ｌ_２以下の場合にはステップ１２０３に進み、切替弁３１を原水用の流入管路側に制御してクローズド制御を行う。そして、ステップ１２０４にて図１２のフローは終了する。

Claims (25)

1. 流入された原水に対して微生物による第１の有機物分解処理を行う処理槽（１１）と、
   該処理槽と第１の隔壁（１４）によって区分され、前記処理槽から流入された前記処理槽の処理水に対して曝気処理及び微生物による第２の有機物分解処理を行う曝気槽（１２）と、
   該曝気槽の処理水から汚泥、洗澱固形物及び浮上固形物を除去した上澄水を前記曝気槽から前記処理槽へ返送する上澄水返送機構と
   を具備する廃水処理装置。
2. 前記上澄水返送機構が前記上澄水を前記処理槽に散水するための散水装置（１３２ａ）を具備する請求項１に記載の廃水処理装置。
3. 前記曝気槽の上部に開口（１２１ａ）を設けた請求項１に記載の廃水処理装置。
4. 前記有機物分解処理、前記曝気処理及び前記上澄水返送処理は外部へ放流水を流出させないクローズド方式による請求項２に記載の廃水処理装置。
5. 前記上澄水返送機構が、
   前記曝気槽内の上部に第２の隔壁（１５）によって区画され、前記曝気槽の処理水から前記上澄水を分離する分離槽（１３）と、
   該分離槽に設けられたポンプ（１３１）と、
   前記分離槽と前記処理槽との間に連結され、前記ポンプにより前記上澄水を前記分離槽から前記処理槽へ返送する返送管路（１３２、１３２’）と
   を具備する請求項１に記載の廃水処理装置。
6. 前記返送管路（１３２）が前記曝気槽の内部及び前記処理槽の内部に配置された請求項５に記載の廃水処理装置。
7. 前記返送管路（１３２’）が前記曝気槽及び前記処理槽の外部に配置された請求項５に記載の廃水処理装置。
8. 前記上澄水返送機構が、
   前記曝気槽内の上部に第２の隔壁（１５）によって区画され、前記曝気槽の処理水から前記上澄水を分離する分離槽（１３’）と、
   前記分離槽と前記処理槽との間に連結され、前記上澄水を前記分離槽から前記処理槽へ返送する返送管路（１３２’）と
   を具備し、
   前記廃水処理装置が、さらに、
   前記返送管路の途中に上澄水貯留槽（１８）を具備し、該上澄水貯留槽の上部に開口（１８４ａ）及びポンプ（１８１）を設けた
   請求項７に記載の廃水処理装置。
9. さらに、前記返送管路に連結された外部放流のため放流管路（３２）を具備する請求項
   ７に記載の廃水処理装置。
10. さらに、前記返送管路と前記放流管路との分岐点に切替弁（３１）を設けた請求項９に記載の廃水処理装置。
11. さらに、前記原水と共に前記返送管路からの上澄水を貯留して前記処理槽へ送り込む原水貯留槽（４１）を具備する請求項７に記載の廃水処理装置。
12. 前記原水貯留槽が前記処理槽及び前記曝気槽より低い場所に設けられ、前記原水貯留槽が揚水ポンプを具備する請求項１１に記載の廃水処理装置。
13. 前記原水を前記処理槽へ流入させる原水管路（５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄ）に前記返送管路を組込むことにより前記原水に前記上澄水を返送させる請求項７に記載の廃水処理装置。
14. 前記返送管路に前記上澄水を前記原水管路に吐出させるための吐出部（６１）を設けた請求項１３に記載の廃水処理装置。
15. 前記吐出部にホース（６２ａ）及び吐出ノズル（６２ｂ）を有する自走吐出部を設けた請求項１４に記載の廃水処理装置。
16. 前記処理槽の有機物分解処理状態を検出する状態検出センサ（１１２）と、
    該状態検出センサの出力信号に応じて前記上澄水返送機構及び前記曝気処理の曝気槽の曝気処理を制御する制御ユニット（１７）と
    を具備する請求項１に記載の廃水処理装置。
17. 前記状態検出センサが炭酸ガスセンサである請求項１６に記載の廃水処理装置。
18. 前記状態検出センサが炭酸ガス濃度センサである請求項１６に記載の廃水処理装置。
19. 前記状態検出センサがメタンガスセンサである請求項１６に記載の廃水処理装置。
20. 前記状態検出センサがメタンガス濃度センサである請求項１６に記載の廃水処理装置。
21. 前記状態検出センサが溶存酸素量センサである請求項１６に記載の廃水処理装置。
22. 前記分離槽に流入された上澄水の水位を検出する水位検出センサ（１３３）と、
    該水位検出センサの出力信号に応じて前記上澄水返送機構及び前記曝気槽の曝気処理を制御する制御ユニット（１７）と
    を具備する請求項５に記載の廃水処理装置。
23. 前記上澄水貯留槽に流入された上澄水の水位を検出する水位検出センサ（１８２）と、
    該水位検出センサの出力信号に応じて前記上澄水返送機構及び前記曝気槽及び前記上澄水貯留槽の曝気処理を制御する制御ユニット（１７）と
    を具備する請求項８に記載の廃水処理装置。
24. 前記上澄水貯留槽に流入された上澄水の水位を検出する水位検出センサ（１８２）と、
    該水位検出センサの出力信号に応じて前記切替弁を制御する制御ユニット（１７）と
    を具備する請求項１０に記載の廃水処理装置。
25. 原水を処理槽（１１）に流入させて微生物による第１の有機物分解処理を行う工程と、
    該有機物分解処理された処理水を曝気槽（１２）に流入させて曝気処理及び微生物による第２の有機物分解処理を行う工程と、
    曝気処理された処理水から汚泥、洗澱固形物及び浮上固形物を除去した上澄水を前記処理槽に返送する工程とを具備する廃水処理方法。

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