(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-03-08
(45)【発行日】2023-03-16
(54)【発明の名称】水処理装置
(51)【国際特許分類】
C02F 3/08 20230101AFI20230309BHJP
【ＦＩ】
C02F3/08 B
【請求項の数】
8
(21)【出願番号】P 2019048516
(22)【出願日】2019-03-15
(65)【公開番号】P2020146664
(43)【公開日】2020-09-17
【審査請求日】2022-02-04
(73)【特許権者】
【識別番号】000001834
【氏名又は名称】三機工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000512
【氏名又は名称】弁理士法人山田特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】長野 晃弘
(72)【発明者】
【氏名】松本 祐典
(72)【発明者】
【氏名】加藤 薫
(72)【発明者】
【氏名】松枝 孝
(72)【発明者】
【氏名】田中 信宏
【審査官】相田 元
(56)【参考文献】
【文献】特開２００３－２００１８４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００３－３３４５７９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００６－１１０４４２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平１０－２４４２９５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００３－２６０４９４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭６１－２９１０９９（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｃ０２Ｆ ３／０２－ ３／１０
Ｃ０２Ｆ ３／１２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
微生物を担持する担体と共に処理対象としての水を貯留する反応槽と、前記反応槽の底部に一端を、水面より上に他端を配置されたエアリフト管と、
前記エアリフト管の内部へ気体を送り込む導気管と、
前記エアリフト管の他端から前記反応槽の水面に向かって下り勾配をなし、水が両面間を通過できる隙間を備えた傾斜板とを備え、
前記エアリフト管に前記導気管から気体を吹き込むことで、前記反応槽内の担体と水を前記エアリフト管内へ吸入し、気体と共に前記エアリフト管の他端から排出して前記傾斜板に導き、担体は前記傾斜板に沿って落下させて反応槽へ戻す一方、前記傾斜板の隙間から下方へ流れる水は排出管を通して外部へ排出するよう構成され、
前記排出管を通る水の一部を前記反応槽へ戻す分配槽を設けたことにより、
前記反応槽内における微生物の保持量を調整するよう構成されたこと
を特徴とする水処理装置。
【請求項2】
前記分配槽は前記反応槽内に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の水処理装置。
【請求項3】
前記分配槽は、前記排出管からの水が供給される前段側の空間と、水を下流側へ排出する後段側の空間とに内部を分割する分割板と、
前記前段側の空間と前記分配槽の外側を仕切る外壁に設けられた堰と、
前記堰に設けられた流出口とを備え、
前記排出管から前段側の空間へ供給された水は、一部が前記流出口から前記反応槽へ流れ、一部が前記分割板を越えて前記後段側の空間へ流れるよう構成されてい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】
前記堰は高さを可変に構成されていることを特徴とする請求項３に記載の水処理装置。
【請求項5】
前記流出口は、前記堰の上縁に設けられ、下方に向かって幅が狭くなる形状を有する切れ込みであり、前記流出口のなす角度は５°以上６０°未満であることを特徴とする請求項４に記載の水処理装置。
【請求項6】
前記流出口の下端部に、先端部の形状を鈍く形成した鈍角部を備えた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】
前記前段側の空間を、前記排出管が接続される前段槽と、前記堰が設けられた中段槽とに分割する水位調整板を備え、前記排出管から前記前段槽に供給された水は、前記水位調整板を越えて前記中段槽に流れるよう構成されていることを特徴とする請求項３～６のいずれか一項に記載の水処理装置。
【請求項8】
前記前段側の空間に接続された前記排出管の出口は、下向きに設置されていることを特徴とする請求項３～７のいずれか一項に記載の水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、排水や汚水等の水を浄化処理するための装置に関する。
【背景技術】
【0002】
排水や汚水といった水を浄化する技術として、生物処理と呼ばれる方法が一般的に用いられている。水中に含まれる有機物等の物質を、微生物の働きにより分解し、あるいは無害化するのである。
【0003】
図７は、こうした生物処理を行うための装置として従来用いられている水処理装置の一例を示している。本従来例の水処理装置においては、活性炭やアンスラサイト、軽量骨材、あるいは樹脂等で形成された粒状の固形物である担体１が反応槽２内に投入されると共に、処理対象である水Ｗが反応槽２に導入されて、担体１に担持された微生物により水Ｗが浄化処理されるようになっている。反応槽２は、内部に水平方向に沿って設けられた仕切板３により上下に分割されており、該仕切板３の上側の処理室４に担体１が投入される。処理室４における仕切板３付近の高さには曝気管５が設けられ、外部の曝気ブロワ６から処理室４内へ空気Ａが送り込まれるようになっている。
【0004】
仕切板３には集水ストレーナ７が設けられており、処理室４において処理された水Ｗが集水ストレーナ７により担体１を除かれて下方の集水室８へ抜けるようになっている。集水室８は、さらに処理水管９を介して処理水槽１０に接続されている。
【0005】
また、集水室８には外部の逆洗ブロワ１１から逆洗用の送気管１２を通じて空気Ａを送り込むことができるようになっており、処理水槽１０の下方には、逆洗用の送水管１３の一端が接続されている。送水管１３の他端は処理水管９に接続されており、送水管１３の途中に備えた逆洗ポンプ１４の作動により、処理水槽１０内の水Ｗを処理水槽１０から反応槽２へ送り込むことができるようになっている。
【0006】
反応槽２の上部にはサイホン管１５が設けられており、反応槽２内の水Ｗが一定の水位を超えると、超過分がサイホン管１５を通じて外部へ排出されるようになっている。
【0007】
水処理を行う場合、反応槽２に対し、上方から処理対象の水Ｗが導入される。水Ｗ中の物質は、処理室４において担体１に担持された微生物の働きによって処理される。水Ｗは、処理室４内を下方へ向かう間に微生物反応により浄化され、仕切板３に設けられた集水ストレーナ７を通じて集水室８へ抜ける。さらに、処理水管９を通って処理水槽１０へ移り、沈殿等の必要な処理を経て、環境中へ放出される。
【0008】
浄化処理の実行中、反応槽２の処理室４に対しては、曝気ブロワ６から曝気管５を通して空気Ａが送り込まれる。これにより水Ｗ中に酸素が溶け込まされ、処理室４内の水Ｗ中の物質が、担体１に担持された好気性微生物により酸化される。
【0009】
運転時間の経過に伴い、処理室４内の担体１には微生物が繁殖し、担体１の表面に生物膜からなる固形物が形成される。こうした固形物は、担体１の目詰まりや固着を生じさせ、水Ｗの通過抵抗を増大させ、浄化効率の低下を招く。そこで、このような反応槽２を備えた水処理装置を運転する場合は、定期的に逆洗を行い、担体１の表面の固形物を剥がし落とす必要がある。
【0010】
逆洗を行う際は、逆洗ブロワ１１から反応槽２の集水室８へ多量の空気Ａを送り込む。集水室８へ送り込まれた空気Ａは、仕切板３の集水ストレーナ７を通じて処理室４へ流れ込む。処理室４では、流れ込んだ空気Ａの勢いにより、水Ｗと共に担体１が撹拌される。担体１が互いに衝突し、表面を擦り合わせながら水Ｗ中を上下に動くことで、担体１の表面に付着する固形物が剥離する。
【0011】
続いて、送水管１３に設けられた逆洗ポンプ１４を作動させ、処理水槽１０内の水Ｗを反応槽２の集水室８へ送り込む。水Ｗは集水ストレーナ７を通じて処理室４へ流れ込み、先の空気Ａの吹き込みに伴い剥がれ落ちた固形物と共に、サイホン管１５から外部へ排出される。
【0012】
ところで、このような水処理装置では、本来の役割である水Ｗの浄化処理と、逆洗とを同時に実行することができない。つまり、逆洗の実行中は水Ｗの浄化処理を行うことができないので、連続的な浄化処理が要求される場所では複数個の反応槽が必要となり、浄化のための設備が大型化してしまう。また、逆洗を常時実行することはできないので、逆洗を行ってから次の逆洗を行うまでの間、徐々に担体１に固形物が増え、浄化効率が低下していってしまう。よって、一定以上の浄化効率を確保しようとすれば設備全体がさらに大型化してしまうという問題がある。
【0013】
また、逆洗のための逆洗ブロワ１１や送気管１２、送水管１３、逆洗ポンプ１４といった機構を備える必要があるし、逆洗に十分な量の水を確保するためには処理水槽１０の容積も大きくしなくてはならない。
【0014】
そこで、こうした問題を解決し、コンパクトで浄化効率の高い水処理装置を実現し得る技術として、本願出願人により下記特許文献１に記載の下向流型生物膜浄化装置が既に提案され、実用化されている。
【0015】
図８～図１０は下記特許文献１に記載の下向流型生物膜浄化装置と同等の水処理装置を示している。ここに示した水処理装置は、直径２ｍｍ～１０ｍｍ程度の粒状の固形物である担体１が投入された反応槽２０と、該反応槽２０内に酸素を供給する散気装置２１を備えている。散気装置２１は、反応槽２０内に配置された散気管２１ａに対し、外部の散気ブロワ２２から反応槽２０内へ酸素を含む気体（例えば、空気）Ａを送り込むようになっている。
【0016】
反応槽２０内における散気管２１ａよりも下方の位置には、下向きに開口２３ａを有する椀型の集水室２３が設けられている。開口２３ａの高さは、反応槽２０の最下部よりは上方である。集水室２３の内部には、処理水管２４の一端が開口している。処理水管２４は、集水室２３の内側から開口２３ａを通り、さらに反応槽２０の壁を貫通して外部へ延び、他端は処理水槽２５に接続されている。
【0017】
処理対象の原水である水Ｗは、反応槽２０の外に設けた原水槽２６に貯留され、原水ポンプ２７によって汲み上げられ、原水管２８を通じて反応槽２０に供給されるようになっている。
【0018】
水処理の際には、反応槽２０に対して処理対象である水Ｗが上方から導入されると共に、散気装置２１から空気Ａが供給される。そして、水Ｗが担体１の槽を下方へ通過する間、微生物の働きによって浄化される。浄化された水は、集水室２３から処理水管２４に引き込まれ、処理水槽２５に導かれる。
【0019】
そして、本例の場合、このような水Ｗの浄化処理と並行して、担体１の洗浄処理をも実行できるようになっている。
【0020】
本例における反応槽２０は、下部に下方へ向かって断面積の小さくなる逆円錐形の縮径部２０ａを備え、縮径部２０ａよりも上側は、高さによらず径の等しい円柱形の形状である。このような形状の反応槽２０の中心軸に沿って、担体１を洗浄するためのエアリフト管２９が設けられている。エアリフト管２９は、下端を縮径部２０ａの最下部付近に、上端を反応槽２０における水面よりも上側に配置されており、下端付近には、エアリフト管２９内へ気体（例えば、空気）Ａを導入するための導気管３０の一端が接続されている。導気管３０は反応槽２０の外部へ延びており、導気管３０の他端から洗浄用ブロワ３１によりエアリフト管２９内へ空気Ａが送り込まれるようになっている。
【0021】
エアリフト管２９の上端部の周囲には、分離装置３２が設置されている。分離装置３２は、本体部３２ａと、遮蔽板３２ｂを備えている。本体部３２ａは、エアリフト管２９の上部を囲むように配置され、エアリフト管２９の上端から径方向外側に向かって下り勾配をなす傾斜板３２ｃと、該傾斜板３２ｃの下方に配置される受け皿３２ｄを備えている。傾斜板３２ｃは、両面間を水Ｗが通過でき、且つ担体１の粒を通さない程度の隙間を備えた板状の部材であり、例えば金網やパンチングメタル、あるいは柵状の部材等である。本例の場合、図１０に示す如く、長方形状の傾斜板３２ｃが４枚、平面視でエアリフト管２９を中心としてＸ字状に配置されている（図１０では、傾斜板３２ｃとしては手前側にあたる２枚のみが表れている）。４枚の傾斜板３２ｃの上辺は、正方形をなしてエアリフト管２９の上端を囲んでおり、該正方形を覆うように略四角台形状の誘導部３２ｅが設置され、エアリフト管２９の上端は、誘導部３２ｅの上部の中心に開口している。傾斜板３２ｃの上辺と、平面視で円形であるエアリフト管２９の上端の間が、誘導部３２ｅにより接続される形である。
【0022】
各傾斜板３２ｃの傾斜方向に沿った２辺には、それぞれ上方へ立ち上がるように縁部３２ｆが設けられている。
【0023】
遮蔽板３２ｂは、円筒面状の形状をなす部材であり、本体部３２ａの上方にエアリフト管２９の上端を囲むように設置される。遮蔽板３２ｂの下端は、本体部３２ａの上面をなす誘導部３２ｅあるいは傾斜板３２ｃの上部に対し、少なくとも担体１の通過を許容する程度の距離を開けて配置される。
【0024】
受け皿３２ｄは、傾斜板３２ｃおよび誘導部３２ｅの下方に配置される皿状の部材であり、後述するように、傾斜板３２ｃから下方へ流れる水Ｗを受けるために設置される。一方、受け皿３２ｄは、傾斜板３２ｃに沿って落ちる担体１を受けることがないよう、各傾斜板３２ｃにあたる部分の縁が、傾斜板３２ｃの下辺を超えて径方向外側に張り出さないように設けられる。受け皿３２ｄの中心は、エアリフト管２９が貫通している。
【0025】
受け皿３２ｄには排出管３３の一端が接続されており、受け皿３２ｄの受けた水Ｗを外部へ排出できるようになっている。排出管３３の他端は、反応槽２０とは別に設けた洗浄水処理槽３４に接続されている。洗浄水処理槽３４の上部には、戻し管３５の一端が接続され、戻し管３５の他端は原水槽２６に接続されている。
【0026】
担体１の洗浄処理は、洗浄用ブロワ３１からエアリフト管２９に対して空気Ａを吹き込むことによって行う。洗浄用ブロワ３１から吹き込まれた空気Ａは、導気管３０からエアリフト管２９に到達すると、エアリフト管２９内を上方へ向かう。この際、エアリフト管２９の下端からは、反応槽２０の底部に溜まった担体１が水Ｗと共に吸入され、空気Ａの動きに伴ってエアリフト管２９内を上昇する。ここで、エアリフト管２９の下端は、下向きの傾斜を有する縮径部２０ａの最下部に開口しているので、反応槽２０の底部に溜まった担体１はエアリフト管２９の下端部の開口付近に自重によって集まり、これにより、エアリフト管２９への担体１の吸入がスムーズに行われる。尚、集水室２３は、担体１の溜まる反応槽２０の下部に位置しているが、開口２３ａが下を向くように配置されているので、浄化されて集水室２３から処理水管２４を通じて処理水槽２５へ抜き出される水Ｗに関しては、担体１が分離された状態で抜き出されることになる。
【0027】
水Ｗと共にエアリフト管２９内を上昇する間、担体１と水Ｗは空気Ａによって撹拌され、これにより、担体１の表面に付着した生物膜等の固形物は剥離し、担体１が洗浄される。そして、洗浄された担体１と、剥離した固形物を含む水Ｗが、空気Ａと共にエアリフト管２９の上端から排出される。
【0028】
水Ｗと担体１は、エアリフト管２９の上端から分離装置３２の本体部３２ａの上方へ排出される。この際、エアリフト管２９の上端を囲むように配置された遮蔽板３２ｂにより、排出される水Ｗや担体１が勢い良く周囲に放出されることは防止され、水Ｗと担体１はエアリフト管２９の上端から本体部３２ａの誘導部３２ｅのなす面に沿うように排出され、さらに径方向外側に位置する傾斜板３２ｃへ誘導される。
【0029】
傾斜板３２ｃは、担体１の粒を通さない程度の隙間を備えているので、エアリフト管２９の上端から排出された担体１は傾斜板３２ｃの表面を伝って下方に落下し、反応槽２０内に戻される。この際、傾斜板３２ｃの傾斜方向に沿った二辺には縁部３２ｆが備えられているので、担体１が傾斜板３２ｃの側辺（縁部３２ｆの備えられた辺）を超えて受け皿３２ｄに落下することは防がれる。一方、排出された水Ｗの大半は、担体１から剥離した固形物と共に、傾斜板３２ｃの隙間から下方へ流れ、受け皿３２ｄに受けられる。
【0030】
受け皿３２ｄの水Ｗは、担体１から剥離した固形物と共に排出管３３から外部の洗浄水処理槽３４へ排出され、貯留される。洗浄水処理槽３４では、水Ｗの沈殿処理が行われ、底部に沈殿した固形物は適宜抜き出されて汚泥として処理される。洗浄水処理槽３４の上澄みは、原水槽２６に戻され、再び反応槽２０へ戻される。
【0031】
担体１の洗浄処理は、上述の如き水Ｗの浄化処理を行いつつ、それと同時に実行することができる。尚、洗浄処理は、浄化処理の実行中、連続的に行うこともできるが、通常は定期的に短時間、実行すれば十分である。
【0032】
このような水処理装置によれば、担体１の洗浄に際して水Ｗの浄化処理を停止する必要がなく、したがって、水処理装置の稼働率を向上させることができ、また、担体１に多量の固形物が付着する前に担体１を洗浄することができる。このため、小型の設備で高い効率による水処理が可能である。担体１の洗浄処理に要する設備も、図７に示す如き例における逆洗用の設備と比較して小型である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0033】
【文献】特開昭６１－２９１０９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0034】
しかしながら、図８～図１０に記載の如き水処理装置であっても、場合によっては要求される性能を満足できない可能性も考えられる。具体的には、例えば別の浄化処理を経た水を原水とし、これに対しさらに浄化処理を行うことを考えると、有機物の濃度が低く、且つアンモニアの残存する水を高速で処理する場合が想定される。具体的には、例えばＣ－ＢＯＤ（Carbonaceous Biochemical Oxygen Demand）にして２０ｍｇ／Ｌ程度の有機物に対し、アンモニアを２０ｍｇ／Ｌ程度含む水が処理対象となる。この場合、時間あたりの水処理量が、通常と比較して多くなる。通常の排水を処理しようとする場合、上記特許文献１に記載の如き下向流型生物膜浄化装置では、反応槽面積あたりの通水量は２０ｍ３／ｍ２・日程度であるが、上述のように有機物濃度が低く且つアンモニアの残存する水を処理しようとすると、通水量はこの２～３倍程度になる。したがって、担体の目詰まりを防止するためには、原因となる固形物の量を少なくする必要がある。
【0035】
図８～図１０に記載の水処理装置の場合、担体１の洗浄の効率は、例えば洗浄を行う時間や頻度、エアリフト管２９に送り込む空気Ａの量などによって制御することができる。つまり、反応槽２０内における固形物の量を少なくしようとすれば、これらを調整し、洗浄の程度を大きくすることで担体１に付着する固形物の量を少なく保てば良い。ところが、反応槽２０内に固形物が少ないということは、すなわち浄化反応を行う微生物が少ないことを意味する。特に、アンモニアを酸化する微生物は、好気性微生物の中でも増殖が比較的遅く、アンモニアの浄化を意図する場合、反応槽２０内における固形物量を減らしてしまうと、満足な浄化性能を出すことが難しい。閉塞防止のために固形物量を減らすことが、浄化性能を高めるうえで制限要因となってしまうのである。
【0036】
また、１５℃前後の低温の水を処理しようとする場合にも同様の問題がある。低温では微生物の反応速度が遅いので、浄化性能を高めるには多量の固形物を反応槽２０内に維持する必要があるが、そのために洗浄の程度を低くすれば、担体１の目詰まりが生じてしまう。
【0037】
本発明は、斯かる実情に鑑み、簡便な構成により高い効率で水を浄化し得る水処理装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【0038】
本発明は、微生物を担持する担体と共に処理対象としての水を貯留する反応槽と、前記反応槽の底部に一端を、水面より上に他端を配置されたエアリフト管と、前記エアリフト管の内部へ気体を送り込む導気管と、前記エアリフト管の他端から前記反応槽の水面に向かって下り勾配をなし、水が両面間を通過できる隙間を備えた傾斜板とを備え、前記エアリフト管に前記導気管から気体を吹き込むことで、前記反応槽内の担体と水を前記エアリフト管内へ吸入し、気体と共に前記エアリフト管の他端から排出して前記傾斜板に導き、担体は前記傾斜板に沿って落下させて反応槽へ戻す一方、前記傾斜板の隙間から下方へ流れる水は排出管を通して外部へ排出するよう構成され、前記排出管を通る水の一部を前記反応槽へ戻す分配槽を設けたことにより、前記反応槽内における微生物の保持量を調整するよう構成されたことを特徴とする水処理装置にかかるものである。
【0039】
本発明の水処理装置において、前記分配槽は前記反応槽内に配置することができる。
【0040】
本発明の水処理装置において、前記分配槽は、前記排出管からの水が供給される前段側の空間と、水を下流側へ排出する後段側の空間とに内部を分割する分割板と、前記前段側の空間と前記分配槽の外側を仕切る外壁に設けられた堰と、前記堰に設けられた流出口とを備え、前記排出管から前段側の空間へ供給された水は、一部が前記流出口から前記反応槽へ流れ、一部が前記分割板を越えて前記後段側の空間へ流れるよう構成することができる。
【0041】
本発明の水処理装置において、前記堰は高さを可変に構成することができる。
【0042】
本発明の水処理装置において、前記流出口は、前記堰の上縁に設けられ、下方に向かって幅が狭くなる形状を有する切れ込みとし、前記流出口のなす角度は５°以上６０°未満とすることができる。
【0043】
本発明の水処理装置においては、前記流出口の下端部に、先端部の形状を鈍く形成した鈍角部を備えることができる。
【0044】
本発明の水処理装置は、前記前段側の空間を、前記排出管が接続される前段槽と、前記堰が設けられた中段槽とに分割する水位調整板を備え、前記排出管から前記前段槽に供給された水は、前記水位調整板を越えて前記中段槽に流れるよう構成することができる。
【0045】
本発明の水処理装置において、前記前段側の空間に接続された前記排出管の出口は、下向きに設置することができる。
【発明の効果】
【0046】
本発明の水処理装置によれば、簡便な構成により高い効率で水を浄化し得るという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【0047】
【図1】本発明の実施による水処理装置の形態の一例を示す全体概略図である。
【図2】本実施例の水処理装置の要部の形態を示す斜視図であり、分配槽の構成を示している。
【図3】本実施例の水処理装置における流出口の形状について簡略的に説明する図である。
【図4】本実施例の水処理装置の要部の形態の別の一例を示す概略断面図である。
【図5】本発明の参考例による水処理装置の形態を示す概略図である。
【図6】本発明の別の参考例による水処理装置の形態を示す概略図である。
【図7】従来における水処理装置の一例を示す全体概略図である。
【図8】従来における水処理装置の別の一例を示す全体概略図である。
【図9】従来における水処理装置の別の一例における要部を示す概略正断面図であり、特に反応槽の構成を示している。
【図10】従来における水処理装置の別の一例における要部を示す斜視図であり、分離装置の構成を示している。
【発明を実施するための形態】
【0048】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
【0049】
【0050】
本実施例の水処理装置は、基本的な構成は図８～図１０に示す従来例と同様であり、微生物を担持する担体１と共に処理対象としての水Ｗを貯留する反応槽２０と、該反応槽２０内に酸素を供給する散気装置２１を備えている。反応槽２０内の散気管２１ａよりも下方の位置には椀型の集水室２３が設けられ、集水室２３の内部には、処理水管２４の一端が開口している。処理水管２４は、集水室２３の内側と、処理水槽２５を接続している。処理対象の原水である水Ｗは、反応槽２０の外に設けた原水槽２６に貯留され、原水ポンプ２７によって汲み上げられ、原水管２８を通じて反応槽２０に供給されるようになっている。
【0051】
また、円筒形の壁の下部に逆円錐形の縮径部２０ａを備えた反応槽２０の中心軸に沿って、エアリフト管２９が設けられている。エアリフト管２９は、反応槽２０の底部に一端（下端）が、水面より上に他端（上端）が位置するように配置されており、エアリフト管２９の下端付近には、導気管３０の一端が接続されている。そして、導気管３０の他端から洗浄用ブロワ３１によりエアリフト管２９内へ気体（例えば、空気）Ａが送り込まれるようになっている。
【0052】
水面から上方へ突出するように配置されたエアリフト管２９の上端部の周囲には、本体部３２ａと、遮蔽板３２ｂを備えた分離装置３２が設けられている。本体部３２ａは、傾斜板３２ｃと受け皿３２ｄを備えており、傾斜板３２ｃとしては、エアリフト管２９の上端を囲むように長方形状の板が複数枚（ここでは４枚）配置されている。各傾斜板３２ｃは、両面間を水Ｗが通過でき、且つ担体１が通過できない程度の隙間を備えている。各傾斜板３２ｃは、エアリフト管２９の上端から径方向外側の水面へ向かう向きに下り勾配をなすように配置され、エアリフト管２９の上端と、４枚の傾斜板３２ｃの上辺の間は、略四角台形状の誘導部３２ｅにより接続されている。各傾斜板３２ｃの傾斜方向に沿った２辺には、それぞれ上方へ突出する縁部３２ｆが設けられている。
【0053】
エアリフト管２９から排出される水Ｗや担体１を分離装置３２で受けるにあたっては、エアリフト管２９の出口である上端を傾斜板３２ｃで取り囲むことが確実且つ効率が良く、好適である。この際、例えば傾斜板３２ｃを円錐面とし、その頂点にあたる位置にエアリフト管２９の上端を配置しても良いが、円錐面状の部材は形成に手間や費用が嵩んでしまう。そこで、本実施例のように長方形状の傾斜板３２ｃでエアリフト管２９の上端を囲むようにすると、分離装置３２を平面的で単純な形状の傾斜板３２ｃにより構成することができ、分離装置３２を備えた反応槽２０を設置するにあたり、建設費を低く抑えることができる。また、このようにした場合、円形断面のエアリフト管２９と傾斜板３２ｃとの間や、傾斜板３２ｃ同士の間には隙間が生じることになるが、エアリフト管２９と傾斜板３２ｃとの間は誘導部３２ｅで接続し、また、傾斜板３２ｃには傾斜方向に関して両脇に縁部３２ｆを設けることで、水Ｗや担体１を傾斜板３２ｃへ正しく誘導し、また傾斜板３２ｃの脇から担体１が落下することを防止し、後述する担体１の洗浄にあたり、エアリフト管２９から排出された担体１を確実に反応槽２０へ戻すことができる。
【0054】
本体部３２ａの上方には、エアリフト管２９の上端を囲むように円筒面状の遮蔽板３２ｂが設置される。傾斜板３２ｃおよび誘導部３２ｅの下方には、受け皿３２ｄが設置される。受け皿３２ｄには排出管３３が接続されており、分離装置３２に回収された水Ｗは、排出管３３を通って外部に排出され、洗浄水処理槽３４に導かれるようになっている。洗浄水処理槽３４の上部には、戻し管３５の一端が接続され、戻し管３５の他端は原水槽２６に接続されている。
【0055】
以上の構成については図８～図１０に示した例と概ね共通しているが、本実施例の場合、反応槽２０の内部に分配槽４０を備えた点を特徴としている。この分配槽４０は、排出管３３の途中に設けられており、排出管３３を通る水Ｗの一部を反応槽２０へ戻すようになっている。
【0056】
分配槽４０の構成を図２に示す。分配槽４０は、内部に水Ｗを貯留する方形の槽であり、内部は垂直方向に沿った面をなす２枚の板（水位調整板４１および分割板４２）により、３つの空間（前段槽４０ａ、中段槽４０ｂ、後段槽４０ｃ）に分割されている。尚、ここでは、分割板４２の前段側にあたる空間（ここに示した例においては、前段槽４０ａと中段槽４０ｂにより構成される空間）を「前段側の空間」、分割板４２の後段側にあたる空間（後段槽４０ｃにより構成される空間）を「後段側の空間」と称することとする。
【0057】
前段槽４０ａの下部には、排出管３３の上流側の部分（上流側の排出管３３ａ）が接続され、後段槽４０ｃの底部には、排出管３３の下流側の部分（下流側の排出管３３ｂ）が接続されている。中段槽４０ｂと後段槽４０ｃの間を分割する分割板４２の高さは、前段槽４０ａと中段槽４０ｂの間を分割する水位調整板４１の高さよりも低く設定されている。そして、排出管３３から分配槽４０に流れる水Ｗは、まず前段側の空間をなす前段槽４０ａに供給され、次いで水位調整板４１を越えて中段槽４０ｂに流れ、さらに分割板４２を越えて後段側の空間をなす後段槽４０ｃに流入し、後段槽４０ｃから下流側の排出管３３ｂへ排出されるようになっている。
【0058】
中段槽４０ｂと、分配槽４０の外側を仕切る外壁の一部には、高さを調整可能な堰４３が設置されており、堰４３の上縁部には、流出口４３ａが設けられている。流出口４３ａは、下方に向かって幅が狭くなるよう、堰４３の上縁部にＶ字状に形成された切れ込みと、該切れ込みから外側へ伸びる樋状の導水部を備えている。堰４３の高さを、流出口４３ａの下端の高さが分割板４２の上縁の高さより低くなるよう設定すると、中段槽４０ｂ内に溜まった水Ｗの一部は、堰４３の流出口４３ａから外側へ流れる。分配槽４０は反応槽２０の内部に備えられているので（図１参照）、流出口４３ａから外側へ流れた水Ｗは反応槽２０へ戻ることになる。
【0059】
つまり、本実施例では、担体１の洗浄を行う際、エアリフト管２９の上端から排出されて分離装置３２に回収された水Ｗは分配槽４０を経由するが、そのうち一部は分割板４２を越えて後段槽４０ｃに流入し、排出管３３から外部（洗浄水処理槽３４）へ排出され、一部は流出口４３ａから反応槽２０へ流れることになる。一方、水Ｗと共にエアリフト管２９の上端から排出された担体１に関しては、全量が傾斜板３２ｃ上面を通って反応槽２０へ落下する。
【0060】
水Ｗの浄化処理に伴って担体１に蓄積した固形物は、担体１の洗浄処理（エアリフト管２９への空気Ａの吹き込み）の実行により担体１から剥離する。図８～図１０に示した例の場合、剥離した固形物を含んでエアリフト管２９の上端から排出され、分離装置３２により回収された水Ｗのほぼ全量が排出管３３から外部へ排出されることになるが、図１、図２に示す本実施例の場合、水Ｗは一旦分配槽４０を経由し、そのうち流出口４３ａを通る一部は、固形物と共にそのまま反応槽２０へ戻される。
【0061】
つまり、図８～図１０に示した従来の水処理装置では、担体１の目詰まりや固着の防止のために洗浄を行った場合に、担体１から剥離した固形物の大部分を反応槽２０の外部へ排出することになり、これが浄化処理の効率向上を制限する要因となっていたが、本実施例によれば、洗浄処理により担体１の目詰まりや固着は防止しつつも、剥離した固形物の一部を反応槽２０に戻すことで、反応槽２０内における微生物群の保持量を保ち、浄化効率を向上させることができるのである。
【0062】
一般に、微生物による水処理を行う際には、浄化性能の指標として槽内における固形物の滞留時間（ＳＲＴ：Sludge Retention Time）を用いることができる。これは、槽内に存在する固形物の総量を、浄化処理や洗浄に伴って単位時間あたりに流出する固形物の量で割った値として求めることができ、この値が大きいほど浄化性能が高いと言うことができる。一般的な水処理装置においては、ＳＲＴがおおむね１０日程度以上あれば良いとされるが、特にアンモニアの除去を目的とする場合、アンモニア酸化細菌は増殖が遅いため、高めのＳＲＴ値が要求される。
【0063】
【0064】
ただし、
・Ｖ：反応槽における水の容量
・Ｃ：反応槽内における固形物の濃度
・ＱＯＵＴ：水の浄化処理に伴って処理水管から排出される水の量
・ＣＯＵＴ：処理水管から排出される水中の固形物の濃度
・ＱＷＡＳＨ：担体の洗浄処理に伴って排出管から排出される水の量
・ＣＷＡＳＨ：排出管から排出される水中の固形物の濃度
・Ｖ：反応槽における水の容量
・Ｃ：反応槽内における固形物の濃度
・ＱＯＵＴ：水の浄化処理に伴って処理水管から排出される水の量
・ＣＯＵＴ：処理水管から排出される水中の固形物の濃度
・ＱＷＡＳＨ：担体の洗浄処理に伴って排出管から排出される水の量
・ＣＷＡＳＨ：排出管から排出される水中の固形物の濃度
【0065】
【0066】
ただし、
・ａ：担体の洗浄処理の際、分配槽から反応槽に戻る水の割合（０＜ａ≦１）
・ａ：担体の洗浄処理の際、分配槽から反応槽に戻る水の割合（０＜ａ≦１）
【0067】
つまり、本実施例においては、分配槽４０を設置することにより、担体１の洗浄処理の際にエアリフト管２９から排出される水Ｗのうち、割合ａに相当する量が反応槽２０へ戻されることになる。その結果、上記式２におけるＳＲＴの値は、上記式１におけるＳＲＴの値よりも大きくなり、浄化性能を向上させることができるのである。
【0068】
担体１の洗浄時において、分離装置３２から分配槽４０を通って反応槽２０に戻る水Ｗの割合（以下、「返流量」と称する）ａは、分割板４２に対する堰４３の高さを変えることで調整することができる。すなわち、仮に流出口４３ａの下端を分割板４２の上端よりも高く設定した場合には、前段側の空間をなす中段槽４０ｂから流れる水Ｗのうち、概ね全量が分割板４２を越えて後段側の空間をなす後段槽４０ｃに流入することになるが、流出口４３ａの下端の位置を分割板４２の上端よりも低くすれば、中段槽４０ｂ内の水Ｗの一部が流出口４３ａを越えて反応槽２０へ戻る。そして、流出口４３ａの位置が分割板４２の上端に対して低いほど、返流量は大きくなる。
【0069】
流出口４３ａからの返流量は、該流出口４３ａの形状にも左右される。流出口４３ａは、図３に示す如く、下方に向かって幅が狭くなる形状を有する切れ込みとして構成されているが、この切れ込みである流出口４３ａのなす角度αが小さければ、それだけ流出口４３ａの上下の位置による返流量の変動は小さくなる。つまり、角度αを十分小さくすれば、堰４３の高さの変更を介した返流量の調整は容易になる。ただし、角度αが小さすぎると、返流量の変更に必要な堰４３の高さの変更量が大きくなりすぎてしまう。したがって、流出口４３ａのなす角度αとして好適な範囲は、例えば５°以上６０°未満、より好ましくは１０°以上３０°以下である。
【0070】
また、角度αをこのように十分小さくする場合、水Ｗ中に含まれる固形物等が流出口４３ａに詰まりやすくなってしまうことが考えられる。そこで、図３に示す如く、流出口４３ａの下端部に、切れ込みの先端部の形状が鈍くなっている鈍角部４３ｂを備えるようにしても良い。このようにすると、流出口４３ａの下端部に極端に幅の狭い部分が存在しないため、流出口４３ａに詰まりが生じにくくなる。尚、ここでは鈍角部４３ｂの形状として逆台形状を例示したが、鈍角部４３ｂの形状はこれに限定されず、例えば円弧等の曲線であっても良いし、鋭角の三角形以外の多角形状であっても良い。
【0071】
また、本実施例では、分割板４２の前段側の空間を水位調整板４１により前段槽４０ａと中段槽４０ｂとに分割しており、上流側の排出管３３ａから供給される水Ｗは、一旦前段槽４０ａに貯留され、水位調整板４１の上端を越えて中段槽４０ｂに流れ、均等な水位で貯留されたうえで分割板４２の上端または流出口４３ａに流れる。このため、前段槽４０ａに流れ込む水Ｗの流量が多い場合も、水Ｗは均等な水位で流出口４３ａと分割板４２に分配される。こうして、上流側の排出管３３ａから供給される水Ｗの量が多くても、流出口４３ａへの水Ｗの分配量を安定させることができる。
【0072】
堰４３の高さを可変にする機構としては、適宜の機構を採用することができる。例えば、高さの異なる複数の堰４３を用意し、必要な返流量の設定に応じて交換するようにしても良いし、あるいは、堰４３を上下２枚に分割した構成とし、流出口４３ａを備えた上側の板を下側の板に対してスライドさせることで高さを変更できるようにしても良い。
【0073】
分配槽４０は、ここでは反応槽２０の内部に設置した場合を説明したが、反応槽２０の外部（例えば、反応槽２０から外へ伸びる排出管３３の下流側端部など）に設置することも可能である。ただし、その場合は流出口４３ａから排出される水Ｗを反応槽２０に戻すための配管を別途設ける必要がある。分配槽４０を反応槽２０内に配置すれば、流出口４３ａから排出された水Ｗはそのまま反応槽２０に戻ることになり、返流のための配管が不要であるという点で有利である。
【0074】
図４は、分配槽の形態の別の一例を示している。この別の実施例の分配槽５０では、図２に示した分配槽４０における水位調整板４１にあたる構成が省略されており、分配槽５０の内部は、分割板５１により、前段側の空間をなす前段槽５０ａと、後段側の空間をなす後段槽５０ｂの２つに分割されている。そして、前段槽５０ａに上流側の排出管３３ａの出口が接続されると共に、前段槽５０ａと分配槽５０の外側を仕切る外壁の一部に、高さを可変に構成され、且つ上端部に流出口５２ａを備えた堰５２が設置されている。
【0075】
分配槽５０の作用効果については、図２に示した分配槽４０と基本的に同様である。ただし、ここに示す分配槽５０のように水位調整板４１（図２参照）を省略した場合、図４中に示す如く上流側の排出管３３ａの下流側端部を前段槽５０ａの内部に伸ばし、出口を下向きに設置することが好ましい。図２に示した分配槽４０の場合、前段槽４０ａに流れ込む水Ｗの流量が多くても、水Ｗは上述したように、一旦水位調整板４１を越えることで水位を均等に調整されて流出口４３ａと分割板４２に分配される。一方、ここに示す分配槽５０の場合、水位調整板４１に相当する構成を備えていないため、仮に前段槽５０ａに水Ｗを供給する上流側の排出管３３ａの出口が真横あるいは上を向いていると、流量が多い場合に水Ｗの勢いのために水面の高さが安定せず、流出口５２ａへの水Ｗの分配が不安定になるおそれがある。そこで、上流側の排出管３３ａの出口を下に向けて設置しておけば、流量が多い場合であっても、前段槽５０ａに供給される水Ｗは一旦底面に向けて流れてから槽内を上昇するので、前段槽５０ａにおける水位が安定し、それにより流出口５２ａへの水Ｗの分配量が安定する。
【0076】
ところで、上記本実施例のように、浄化効率を高める目的で担体１の洗浄に伴って剥離した固形物を反応槽２０に戻すことを考えた場合、例えば図５に参考例として示す如く、排出管３３の途中に開度によって内部を流通する水Ｗの量を調整できる流量調整バルブ３３ｃを設け、洗浄水処理槽３４へ向かう水Ｗの量を制限することが考えられる。この場合、エアリフト管２９から排出されたが洗浄水処理槽３４へ向かうことができない余剰の水Ｗは、受け皿３２ｄから溢れて反応槽２０に戻ることになる。
【0077】
しかしながら、このような仕組みを採用した場合、水Ｗに含まれる固形物により、流量調整バルブ３３ｃが閉塞するリスクが生じる。流量調整バルブ３３ｃが閉塞すれば、水Ｗと共に固形物の全量が反応槽２０に戻り、浄化効率が著しく低下してしまうことになる。このような事態を避けるためには流量調整バルブ３３ｃを頻繁にメンテナンスする必要があり、手間や費用が生じてしまう。
【0078】
また、水処理装置の運転にあたっては、浄化の効率や担体１における微生物の担持量、反応槽２０への水Ｗの供給量といった条件に応じ、担体１の洗浄の際にエアリフト管２９へ送り込む空気Ａの量や、洗浄処理の時間等を変更するような場合も考えられる。こういった変更を行えば、洗浄処理の際に反応槽２０に戻される水Ｗの量や、洗浄処理による反応槽２０中の固形物量の変動量が変化する。このため、適当な浄化効率を保つためには、洗浄処理の条件の変更に伴い、流量調整バルブ３３ｃの開度を都度調節する必要がある。こうした調節を手動で行うのは非常に煩雑である。開度の自動調節機構を別途装備することもできるが、それにも費用と手間が生じる。
【0079】
また、図６に別の参考例として示すように、洗浄水処理槽３４に溜まった固形物を反応槽２０へ戻す固形物戻し管３９を設け、担体１の洗浄処理の間あるいは洗浄処理の後、適当な量の固形物を反応槽２０へ戻すことも考えられるが、この方式では固形物を反応槽２０へ戻すためにポンプ３９ａを設置し、作動させる必要がある。
【0080】
これに対し、図１、図２あるいは図４に示すように、分離装置３２により回収された水Ｗの一部を分配槽４０，５０を用いて反応槽２０へ戻す方式を採用した場合、エアリフト管２９から排出される水Ｗの量が変動しても、必ず概ね一定の割合の水Ｗを反応槽２０へ戻すことができる。図５に示す流量調整バルブ３３ｃや、図６に示すポンプ３９ａのような装置は不要であり、分割板４２，５１と堰４３，５２を備えた分配槽４０，５０を反応槽２０に設置しただけの簡単な構成で、反応槽２０への固形物の回収を実行できる。
【0081】
また、図示は省略するが、例えば傾斜板３２ｃの一部を板状の部材で覆い、エアリフト管２９から排出される水Ｗの一部を傾斜板３２ｃを通過させずに反応槽２０へ戻すといった仕組みも考えられる。このような構成を採用した場合、非常に簡単な構成である程度安定した返流量を確保できると思われるが、エアリフト管２９からの水Ｗの排出が多い場合には、想定より多くの水Ｗが傾斜板３２ｃを通過してしまうような事態も考えられる。図１～図４に示すように分配槽４０，５０を設けた構成であれば、より安定した返流量を確保することができる。
【0082】
以上のように、上記本実施例は、微生物を担持する担体１と共に処理対象としての水Ｗを貯留する反応槽２０と、反応槽２０の底部に一端を、水面より上に他端を配置されたエアリフト管２９と、エアリフト管２９の内部へ気体（空気）Ａを送り込む導気管３０と、エアリフト管２９の他端から反応槽２０の水面に向かって下り勾配をなし、水Ｗが両面間を通過できる隙間を備えた傾斜板３２ｃとを備え、エアリフト管２９に導気管３０から気体Ａを吹き込むことで、反応槽２０内の担体１と水Ｗをエアリフト管２９内へ吸入し、気体Ａと共にエアリフト管２９の他端から排出して傾斜板３２ｃに導き、担体１は傾斜板３２ｃに沿って落下させて反応槽２０へ戻す一方、傾斜板３２ｃの隙間から下方へ流れる水Ｗは排出管３３を通して外部へ排出するよう構成され、排出管３３を通る水Ｗの一部を反応槽２０へ戻す分配槽４０，５０を設けている。このようにすると、担体１の洗浄により目詰まりや固着は防止しつつ、剥離した固形物の一部を反応槽２０に戻すことで、反応槽２０内における微生物群の保持量を保ち、浄化効率を向上させることができる。
【0083】
また、各実施例において、分配槽４０，５０は反応槽２０内に配置することができる。このようにすれば、流出口４３ａ，５２ａから排出された水Ｗがそのまま反応槽２０に戻るので、返流のための配管を不要とすることができる。
【0084】
また、各実施例において、分配槽４０は、排出管３３からの水Ｗが供給される前段側の空間と、水Ｗを下流側へ排出する後段側の空間とに内部を分割する分割板４２，５１と、前記前段側の空間と分配槽４０の外側を仕切る外壁に設けられた堰４３，５２と、堰４３，５２に設けられた流出口４３ａ，５２ａとを備え、排出管３３から前段側の空間へ供給された水Ｗは、一部が前記流出口４３ａ，５２ａから反応槽２０へ流れ、一部が分割板４２，５１を越えて前記後段側の空間へ流れるよう構成されている。このようにすれば、分割板４２，５１と堰４３，５２を備えた分配槽４０，５０を反応槽２０に設置しただけの簡単な構成で、反応槽２０への固形物の回収を行うことができる。
【0085】
また、各実施例において、堰４３，５２は高さを可変に構成されている。このようにすれば、堰４３，５２の高さを変えることにより、分配槽４０，５０から反応槽２０に戻る水Ｗの割合を調整することができる。
【0086】
また、各実施例において、流出口４３ａは、堰４３の上縁に設けられ、下方に向かって幅が狭くなる形状を有する切れ込みとし、流出口４３ａのなす角度は５°以上６０°未満とすることができる。このようにすれば、堰４３の高さの変更を介した返流量の調整を容易にすることができる。
【0087】
また、各実施例においては、流出口４３ａの下端部に、先端部の形状を鈍く形成した鈍角部４３ｂを備えることができる。このようにすれば、流出口４３ａに詰まりを生じにくくすることができる。
【0088】
また、一部の実施例は、前記前段側の空間を、排出管３３が接続される前段槽４０ａと、堰４３が設けられた中段槽４０ｂとに分割する水位調整板４１を備え、排出管３３から前段槽４０ａに供給された水Ｗは、水位調整板４１を越えて中段槽４０ｂに流れるよう構成されている。このようにすれば、流量が多い場合における流出口４３ａへの水Ｗの分配量を安定させることができる。
【0089】
また、一部の実施例において、前記前段側の空間に接続された排出管３３の出口は、下向きに設置されている。このようにしても、流量が多い場合における流出口５２ａへの水Ｗの分配量を安定させることができる。
【0090】
したがって、上記本実施例によれば、簡便な構成により高い効率で水を浄化し得る。
【0091】
尚、本発明の水処理装置は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【0092】
１ 担体
２０ 反応槽
２９ エアリフト管
３０ 導気管
３２ｃ 傾斜板
３３ 排出管
４０ 分配槽
４０ａ 前段槽
４０ｂ 中段槽
４１ 水位調整板
４２ 分割板
４３ 堰
４３ａ 流出口
５０ 分配槽
５１ 分割板
５２ 堰
５２ａ 流出口
Ａ 空気
Ｗ 水
２０ 反応槽
２９ エアリフト管
３０ 導気管
３２ｃ 傾斜板
３３ 排出管
４０ 分配槽
４０ａ 前段槽
４０ｂ 中段槽
４１ 水位調整板
４２ 分割板
４３ 堰
４３ａ 流出口
５０ 分配槽
５１ 分割板
５２ 堰
５２ａ 流出口
Ａ 空気
Ｗ 水
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】