JP6030003B2 - 汚水処理装置および汚水処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、下水や産業排水など汚水処理に関するもので、より具体的には、平時においては、流入水量や汚濁負荷量の変動に対して速やかに対応でき、また、地震、津波、集中豪雨などの災害や異常気象で機能不全に陥った汚水処理施設に対する応急復旧対策として使用することもできる汚水処理装置および汚水処理方法に関するものである。

産業活動や生活サイクルの多様化により、汚水の排出量やその水質は大きく変動する傾向にあり、環境保全や公共用水域等の水質汚濁防止のため、このような汚水の変動に対しても確実に汚水を処理する必要がある。
そこで、通常は汚水を安定して適正に処理するため、大きな汚水貯留槽を設けたり、処理能力に余裕を持った汚水処理装置を構築したり、高度な処理ユニットを導入したりして、処理の安定化を図っている。

一方、災害や異常気象などで機能不全に陥った汚水処理施設では、被災直後の人員、物資および電気などの確保が困難な状況においても既存の水槽や池などの土木構造物を活用した沈殿および消毒処理など、可能な限りの処理を行い（緊急措置）、公衆衛生の確保や浸水被害軽減に迅速に対応し(応急復旧）、再度災害を防止することを目的とした「本復旧」へと移行させていくことになるが、災害等はその程度や規模が千差万別であり、且つ被災した汚水処理施設の規模や汚水処理方式も様々であり、具体的な緊急措置、応急復旧の方策はその時々の状況に応じて適宜行なわれる。

既存の汚水処理施設の水槽、各種配管、動力機器類等の復旧が可能である場合には、早急に復旧が見込まれる設備と、予想される汚水の流入量とから実現可能な処理方針を定め、これに基づいて仮設の汚水処理装置を構築し、完全復旧までの間、汚水の処理を行うことになる。また、既存の汚水処理施設の機械設備等の復旧が困難な場合には、既存の汚水処理装置の簡易な改造や流路変更を行って、処理水放流先の水系への影響を最小限にとどめるような汚水処理を行うことになる。改造の事例としては、水槽に接触ろ材を設置して曝気を行い、汚濁物質を簡易処理するなどの場合がある。

水槽に接触ろ材を設置して行う接触酸化法としては、接触ろ材としての生物膜担体を有する生物ろ床と空気供給部とを備えた水質浄化流路を環状に形成し、該水質浄化流路における処理原水の流入位置を逐次変更し、さらに処理原水の流入位置の変更に合わせて浄化水の排出位置を変更して水質浄化流路内を流れる液の経路を変える生物ろ床式水質浄化方法および装置が知られている（特許文献１の段落００１９乃至段落００２４参照）。この水質浄化方法によれば、接触ろ材に成長する生物膜が目詰まりを起こしにくく、水質浄化作用が低下しにくいとされる。

しかし、特許文献１に記載された水質浄化装置と方法を、大きな負荷変動や応急復旧の対策として用いたとしても、例えば汚水の前処理が不十分で、生物反応槽に流入する汚水にし渣が多く含まれている（懸濁物質濃度が高い）場合、し渣等が接触ろ材に絡み付いて目詰まりを起こしたり、閉塞（ろ材にし渣等が付着すると共に生物膜の生長を促して肥厚化し、生物膜への十分な空気供給ができない状況）したりしてしまうが、これに十分に対応できなくなる可能性があり、安定した汚水処理を行うことが困難である。

特開２００２−１０２８７５号公報（段落〔００１９〕乃至段落〔００２４〕）

汚水の流入量や汚濁負荷量の大きな変動に対して、汚水を安定して適正に処理するため、大きな汚水貯留槽の設置、処理能力に余裕を持った汚水処理装置の構築、高度な処理ユニットの導入等により、汚水処理を安定して行うことはできる。しかし、その場合には、汚水処理装置の大型化、設置面積の増大、建設コストや運転コストの上昇など、費用やエネルギー消費量の増大を招くばかりか、維持管理作業や保守点検業務が煩雑化してしまい、省資源や省エネルギーといった効率的な汚水処理に逆行するという課題があった。

例えば平時における汚濁負荷量の急激な増大に対応する場合や被災後の応急復旧の現場では、汚水処理装置の安定的な生物処理や運転開始（立上）のために十分な量の汚泥（種汚泥）を急に入手するのは困難であることから、その限られた量の汚泥（種汚泥）で速やかに生物反応槽の処理機能を安定化させる必要があるという課題があった。

また、応急復旧にろ材を用いた汚水処理を行う場合には、汚水に含まれるし渣の除去などの前処理が十分でなく、さらに汚水中の懸濁（浮遊性）物質濃度が高いと、ろ材に閉塞が生じやすくなり、この閉塞は時間経過と共に増大し、生物膜に十分な酸素が行き渡らなくなり、生物膜内部の嫌気化が進み（腐敗し）、汚水の好気的な生物処理に支障をきたしてしまう。そして、汚水が十分に処理されないまま短絡して排出されてしまうと、処理水質の悪化や放流先水域の水質汚濁を招くという課題があった。また、ろ材の閉塞を抑制するために、ろ材に対して空気洗浄等を行う場合においても、水面下に設置されているろ材の閉塞状況を外部から確認できないため、その閉塞状況に応じて、適切にろ材を洗浄できないという課題があった。

平時においても、また被災後の応急復旧においても、一般に、生物反応槽内に設置されたろ材のうち、汚水が流入する上流側のものは生物膜の付着量が多くなり、処理水が流出する下流側のものは生物膜の付着量が少なくなる傾向にある。このため、生物反応槽に設置されたすべてのろ材が均一且つ有効に利用されにくいという課題があった。また、例えば平時における汚濁負荷量の急激な増大に対応する場合や被災後の応急復旧の現場では、汚水処理装置から余分にまたは新たに発生する汚泥の処分が困難であるため、その汚泥の発生量を極力少なくしながら、汚水処理を行う必要があり、さらには機能不全に陥った汚水処理装置の処理機能を速やかに回復させ、安定させることで、処理水質の悪化や放流先水域の水質汚濁を最小限に抑える必要があるという課題があった。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、平時においては、流入水量や汚濁負荷量の変動に対して速やかに対応でき、また、地震、津波、集中豪雨などの災害や異常気象で機能不全に陥った汚水処理施設に対する応急復旧対策として使用することもできる汚水処理装置および汚水処理方法を提供することを目的とする。

本発明に係る汚水処理装置は、汚水を導入して好気性生物処理する生物反応槽と、該生物反応槽の混合液を処理水と分離汚泥とに固液分離する固液分離設備と、前記分離汚泥を前記生物反応槽へ返送する汚泥返送管と、前記生物反応槽内に一つまたは二つ以上設けられていると共に、幹糸および枝糸を有するひも状ろ材が複数配設されたろ材モジュールと、該ろ材モジュールの下方に設けられた散気器とを備えたことを特徴とするものである。

本発明に係る汚水処理装置は、前記汚水に含まれるし渣を除去するし渣除去設備を備えていることを特徴とするものである。

本発明に係る汚水処理装置は、前記生物反応槽が、複数の汚水流入口を備えていることを特徴とするものである。

本発明に係る汚水処理装置は、前記固液分離設備が、水槽と、複数枚の分離羽根が間隙をもって配設されていると共に、前記混合液が流入する回転筒と、該回転筒を回転させる駆動機と、沈降した分離汚泥を掻き寄せる汚泥掻寄機とを備えた回転筒式固液分離槽であることを特徴とするものである。

本発明に係る汚水処理方法は、幹糸および枝糸を有するひも状ろ材が複数配設されたろ材モジュールを一つまたは二つ以上生物反応槽に設け、該生物反応槽に汚水を導入し、前記ろ材モジュールの下方から散気して好気性生物処理を行い、前記生物反応槽から流出する混合液を処理水と分離汚泥とに固液分離し、前記分離汚泥の一部または全部を前記生物反応槽へ返送することを特徴とするものである。

本発明に係る汚水処理装置によれば、汚水を導入して好気性生物処理する生物反応槽と、この生物反応槽の混合液を処理水と分離汚泥とに固液分離する固液分離設備と、分離汚泥を生物反応槽へ返送する汚泥返送管と、前記生物反応槽内に一つまたは二つ以上設けられていると共に、幹糸および枝糸を有するひも状ろ材が複数配設されたろ材モジュールと、該ろ材モジュールの下方に設けられた散気器とを含む構成としたので、次のような優れた作用効果を奏する。
(1) ろ材モジュールを構成するひも状ろ材は、活性汚泥処理など好気性生物処理を行う生物反応槽において、汚水の流入や散気器（散気板や散気管など）からの空気の供給によって発生する生物反応槽内の流動により柔らかに動き、とくに枝糸が幹糸と接続する部分を支点として上下左右に柔軟に揺れ動くことで、ひも状ろ材に付着成長した生物膜と汚水が効率よく接触できると共に、好気条件下で確実に好気性生物処理が促進される。これにより、汚水処理装置の処理能力をより高めることができるので、汚水処理装置の大型化や高度化をしなくて済み、これらに伴う建設コストや運転コストなどの費用やエネルギー消費量の増大を回避することができる。
(2) 一方、散気器によって、活性汚泥処理など好気性生物処理を行う生物反応槽内へ空気を供給し、その空気泡の上昇により生物反応槽内に上向流を発生させると共に、ひも状ろ材に付着成長した生物膜へ汚濁物質の酸化分解に必要な酸素を確実に供給することができる。また、好気性生物処理に伴ってひも状ろ材に付着成長した生物膜が肥大化していくが、生物反応槽内の上向流、それによる枝糸の揺れ動き、気泡の衝突などにより、その生物膜の一部を剥離させることができ、ろ材の閉塞や生物膜表面積の減少を防止でき、効率的な好気性生物処理が可能となる。
(3) 汚水中に含まれるし渣が多かったり、前処理でのし渣除去が不十分だったりして、懸濁（浮遊）物質濃度が高い汚水が生物反応槽へ導入される場合、し渣に由来する分解されにくい繊維質のものがろ材に絡んでしまうため、比較的簡単にろ材を閉塞させる可能性がある。しかし、ひも状ろ材は上述したように生物反応槽内の流動で自ら揺れ動いたり、空気泡が衝突したりすることで、閉塞等を容易に解消することができる。仮に、重大な閉塞等が生じた場合でも、ろ材モジュール自体を引き上げて、ひも状ろ材の閉塞箇所を適宜確認して、必要な清掃（剥離作業等）を行うことができる。これにより、ろ材閉塞の解消、生物膜肥大化の抑制、生物膜表面積の確保などが可能となり、適正に生物膜を保持し、十分に酸素供給も行えるので、生物反応槽で安定して効率的な好気性生物処理を維持できる。
(4) ろ材モジュールを引き上げることにより、ろ材モジュール毎の生物膜の付着度合を確認でき、付着度合いに基づき、ろ材モジュール毎に空気洗浄の条件（洗浄空気量、洗浄頻度）を容易に設定することが可能となるため、効率的且つ的確な汚水の好気性生物処理を行うことができる。
(5) ろ材モジュールを上流側と下流側との間で配置換えを行うことにより、上流側のろ材モジュールを構成する、生物膜の付着量の多いひも状ろ材を下流側へ、逆に下流側のろ材モジュールを構成する、生物膜の付着量の少ないひも状ろ材を上流側へ移すことで、生物反応槽内に設置されたすべてのひも状ろ材を均一且つ有効に利用し、これにより、生物反応槽全体での好気性生物処理を均一に行うことができる。

本発明に係る汚水処理装置によれば、活性汚泥処理など好気性生物処理を行う生物反応槽に、幹糸および枝糸を有するひも状ろ材が複数配設されたろ材モジュールを一つまたは二つ以上設けた構成としたので、次のような優れた作用効果を奏する。
(1) 広い表面積を確保することが可能なひも状ろ材を複数配設したろ材モジュールを一つまたは二つ以上設けたので、そのろ材表面に付着成長する生物膜の付着量を増大させ、散気器からの散気による好気条件下での好気性生物処理を促進することができることから、汚水処理装置の処理能力をより高めることができる。
(2) 表面積の広いひも状ろ材に付着成長する生物膜は、汚水の好気性生物処理を担う活性汚泥生物等を常に保持できるため、平時においては、固液分離設備から返送される汚泥量を抑えて生物反応槽のＭＬＳＳ（浮遊汚泥濃度）を低くすると共に空気量を抑えて運転することができ、運転コストや維持管理作業を軽減することができる。
汚濁（有機物）負荷が極端に低減した場合などでは、固液分離設備からの汚泥返送を停止して運転することで、より一層運転コストや維持管理作業を軽減するだけでなく、活性汚泥生物等を生残させることができる。逆に、汚濁（有機物）負荷が極端に増加した場合などでは、固液分離設備からの汚泥の返送量を増加させ、速やかに生物反応槽のＭＬＳＳを高くすることができるため、安定した汚水の好気性生物処理を行うことができる。
(3) また、極端な負荷変動ではない場合、例えば観光地を抱える地域での汚水処理施設では、汚濁負荷ピーク期には汚泥返送量を最大にして汚水処理を行い、過渡期には汚泥返送量を段階的に減少させて汚水処理し、閑散期には汚泥返送を完全に停止して接触酸化方式で汚水処理することもできる。そして、このような汚濁負荷に応じた運転を、汚泥返送量などの簡便な調整で速やかに行うことが可能であるため、災害復旧時や異常気象（大雨洪水など）時などにおいても、流入する汚水の質や量に応じて、速やかに適切な処理を行うことができる。
(4) 汚水処理装置の運転開始時（立上時）には、好気性生物処理に不可欠の活性汚泥（種汚泥）を生物反応槽に投入して生物反応槽の処理機能を早期に安定化させる必要があるが、被災後の速やかな立上げに必要な十分量の種汚泥を入手するのはとても難しい。このような場合であっても、固液分離設備で分離した分離汚泥を汚泥返送管によって直ちに生物反応槽に返送することにより、災害後でも生物反応槽の処理能力を早期に安定化させることができる。また、被災地の復興が進むにつれて変化すると予想される汚水の量や質に応じて処理能力の増強が可能となる。

本発明に係る汚水処理装置によれば、汚水に含まれるし渣を除去するし渣除去設備を備えた構成としたので、次のような優れた作用効果を奏する。
汚水に髪の毛や繊維質のものなどのし渣が多く含まれていたり、前処理での固液分離が不十分であったりすると、そのし渣が多量に生物反応槽に流入し、生物反応槽内に設置されているろ材モジュールやひも状ろ材に絡みついて汚損を引き起こし、さらには、ひも状ろ材の枝糸の揺れ動きを妨害するばかりか、絡みついたし渣の周りに生物膜が付着成長して、ひも状ろ材全体が生物膜に覆われて一本の円柱状になってしまうこともあり、そうなると好気性生物処理に重大な支障が生じてしまい処理機能不全に陥る。
そこで、このような状況に陥らせないために、し渣除去設備を設け、予め汚水からし渣を十分に除去し、し渣が除去された汚水を生物反応槽に流入させる。これにより、ひも状ろ材を良好な状態に保持できると共に、生物膜面積の減少を抑制でき、十分に処理機能を発揮させることができる。また、し渣を確実に除去することにより、管路の閉塞も防止でき、さらに、し渣に起因する汚泥発生量の増大を抑制することも可能であり、もって汚水処理装置全体を良好に維持することができる。

本発明に係る汚水処理装置によれば、生物反応槽に複数の汚水流入口を備えた、好ましくは生物反応槽の上流から下流にわたり複数の汚水流入口を備えた構成としたので、次のような優れた作用効果を奏する。
上述したように、生物反応槽内において、ひも状ろ材への生物膜の付着量は、通常、汚水が流入する上流側で多くなり、生物反応槽混合液（混合液）が流出する下流側で少なくなる傾向にある。つまり、汚濁（有機物）負荷が高いところでは付着（成長）量が大きく、低いところでは小さい。そこで、複数の汚水流入口から汚水を適宜流入させることにより、汚濁負荷の大小をならすことができ、ひも状ろ材への生物膜の付着量の設置場所による偏りを容易にコントロールすることが可能となる。
例えば、汚濁（有機物）負荷の高い汚水の一部を生物反応槽の下流側の方（生物反応槽の中間地点など）に流入させることで、上流側への汚濁（有機物）負荷を低減させると共に、下流側への汚濁（有機物）負荷を増大させて下流側のひも状ろ材に付着する生物膜の増殖を促すことができ、これにより生物反応槽内のひも状ろ材への生物膜の付着量をならすことができ、もってすべてのひも状ろ材を有効に利用して生物反応槽全体の処理効率を上昇させることができる。また、汚濁（有機物）負荷が低い場合には、上流側から下流側にわたるすべてのろ材モジュールに対して、少ないながら有機物負荷をかけることができ、継続的な低汚濁負荷による解体現象を防止して、生物膜を維持することができる。
なお、汚水を生物反応槽の段階的（例えば生物反応槽内に設けられた区画毎）に流入させてもよい（ステップ流入）。

本発明に係る汚水処理装置によれば、固液分離設備を、水槽と、複数枚の分離羽根が間隙をもって配設されていると共に、混合液が流入する回転筒と、該回転筒を回転させる駆動機と、沈降した分離汚泥を掻き寄せる汚泥掻寄機とを備えた回転筒式固液分離槽としたので、次のような優れた作用効果を奏する。
(1) 回転する回転筒内に流入してきた混合液を、通常の重力沈降に比べ速やかに処理水と分離汚泥とに分離でき、処理水に同伴して流出しやすい微細な汚泥フロックも捕捉することも可能であり、清澄な処理水を得ることができる。
(2) また、効率よく固液分離できるため、確実に分離汚泥が得られると共に、汚泥濃度を高めることができ、汚泥処理や場外搬出する汚泥量を少なくすることが可能となる。
(3) 汚水処理装置においては、汚濁物質の負荷量が一定であれば、発生する分離汚泥量（重量）もほぼ一定となる。分離汚泥量が一定であれば分離汚泥濃度が高いほど分離汚泥容量（容積）が小さくなり、汚泥処理や搬出処分に要する処理処分や運搬にかかる労力、エネルギーおよび費用が抑えられる。

本発明に係る汚水処理方法によれば、幹糸および枝糸を有するひも状ろ材が複数配設されたろ材モジュールを一つまたは二つ以上設けた生物反応槽に汚水を導入し、前記ろ材モジュールの下方から散気して好気性生物処理を行い、前記生物反応槽から流出する混合液を処理水と分離汚泥とに固液分離し、前記分離汚泥の一部または全部を前記生物反応槽へ返送する構成としたので、次のような優れた作用効果を奏する。
(1) ひも状ろ材には生物膜が形成され、汚水の好気性生物処理を担う活性汚泥生物等が常に保持されるため、平時においては、固液分離設備から返送する汚泥量を抑えて生物反応槽のＭＬＳＳを低くして空気量を抑えて運転することができ、運転コストや維持管理作業を軽減することができ、汚濁（有機物）負荷が極端に低減した場合などにおいては、固液分離設備からの汚泥返送を停止して運転することで、より一層運転コストや維持管理作業を軽減するだけでなく、活性汚泥生物等を生残させることができ、逆に汚濁（有機物）負荷が極端に増加した場合などにおいては、固液分離設備からの汚泥の返送量を増加させ、速やかに生物反応槽のＭＬＳＳを高くすることができるため、安定した汚水の好気性生物処理を行うことができる。
(2) ひも状ろ材には生物膜が形成されることにより、また固液分離した分離汚泥を返送することにより、生物反応槽では汚水の好気性生物処理を担う活性汚泥生物等を常に保持できるため、災害や異常気象等による応急復旧時においても、速やかに安定した処理機能を発揮（回復）させることができる。

本発明に係る汚水処理装置および汚水処理方法は、いずれも、上述したように、平時においては、汚水処理施設に流入してくる下水や産業排水などの水量や汚濁負荷量が変動しても速やかに対応でき、また、地震、津波、集中豪雨などの災害や異常気象で機能不全に陥った汚水処理施設に対する応急復旧対策として使用することもできるので、平時においても、また被災時においても、放流先の水質に見合った処理水を得ることができることから、環境保全や処理水放流先の水域等の水質汚濁防止にとても有効である。

本発明の実施の形態１による汚水処理装置の全体構成を示す部分断面図である。 図１に示した汚水処理装置の生物反応槽を拡大して示す部分断面図である。 図２に示したろ材モジュールを構成するろ材の一形態を拡大した断面図である。 図２に示したろ材モジュールが引き上げ可能なことを示す部分断面図である。 図２に示したろ材モジュールの設置場所が変更可能なことを示す正面図である。 本発明の実施の形態２による汚水処理装置の全体構成を示す部分断面図である。 本発明の実施の形態３による汚水処理装置の全体構成を示す部分断面図である。 （ａ）は回転スクリーン式し渣除去機２０の外部構成を示す断面図であり、（ｂ）はスクリーン式し渣除去機２１の外部構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態４による汚水処理装置にかかり、（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、生物反応槽内におけるろ材モジュールと散気器の設置例を示す断面図である。 本発明の実施の形態５による汚水処理装置の全体構成を示す部分断面図である。 本発明の実施の形態５による汚水処理装置にかかり、（ａ）は回転筒の外部構成を示す正面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視図であり、（ｃ）は（ａ）および（ｂ）に示した回転筒式固液分離槽の全体構成を示す断面図である。 汚水の主な汚濁指標の除去に関し、実施例１におけるＢＯＤ除去率、ＣＯＤＭｎ除去率およびＳＳ除去率の経時変化を示したグラフである。 汚水の主な汚濁指標の除去に関し、実施例２におけるＢＯＤ除去率、ＣＯＤＭｎ除去率およびＳＳ除去率の経時変化を示したグラフである。 汚泥返送率の変更による実施例３の生物反応槽内のＭＬＳＳ（浮遊汚泥濃度）の経時変化を示したグラフである。 固液分離設備として回転筒式固液分離槽と沈殿分離槽を設置したことによる実施例４の分離汚泥濃度の経時変化を示したグラフである。 ひも状ろ材の設置（形状）例を示す写真である。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１による汚水処理装置の全体構成を示す部分断面図であり、図２は図１に示した汚水処理装置の生物反応槽を拡大して示す部分断面図であり、図３は図２に示したろ材モジュールを構成するろ材の一形態を拡大して示す断面図であり、図４は図２に示したろ材モジュールが引上げ可能なことを示す部分断面図であり、図５は図２に示したろ材モジュールの設置場所が変更可能なことを示す正面図であり、図１６はひも状ろ材の設置（形状）例を示す写真である。
る。
この実施の形態１による汚水処理装置は、流入する汚水を活性汚泥処理など好気性生物処理する生物反応槽１と、この生物反応槽１の水面下に配設された複数のろ材モジュール２と、ろ材モジュール２の下方に設けられた散気器３ａと、生物反応槽１からの混合液を処理水と分離汚泥に固液分離する沈殿分離槽４（固液分離設備）と、分離汚泥を生物反応槽１へ返送する汚泥返送管９とから概略構成されている。

図１および図２に示すように、生物反応槽１内に設けられている複数のろ材モジュール２は支持体５で支持されている。支持体５は、互いに離間する一対の脚部５ａと、両脚部５ａ間の上部に設けられた矩形状の板部５ｂとから概略構成されている。板部５ｂには、各ろ材モジュール２を個別に引き上げられるように引上用部材（図示せず）が設けられている。この引上用部材としては、例えば、ろ材モジュール２を上下方向に移動可能に支持する溝やフックなどであってもよいが、これに限定されるものではない。また、図４および図５に示すようなろ材モジュール２の引上げや生物反応槽１外への取り出しには、機械的に吊り上げる機構（図示せず）を用いてもよい。

この実施の形態１では、汚水が流入する上流（流入）側から混合液の流出する下流（流出）側への流下方向に沿って、４つのろ材モジュール２（最上流側ろ材モジュール２ａ、上流側ろ材モジュール２ｂ、下流側ろ材モジュール２ｃおよび最下流側ろ材モジュール２ｄ）が配置されていて、これらは支持体５によって支持されている。

各ろ材モジュール２は、矩形状の枠体であり、この枠体内には、複数のひも状ろ材６が上下方向に沿って、好ましくは互いに平行で且つ所定の間隔をもって配設されている。ひも状ろ材６は、図３に示すように、幹糸６ａと、この幹糸６ａの長さ方向に沿って間隔をもって配設され、且つ、幹糸６ａの側面から離間する方向に延在する複数の枝糸６ｂとから構成されている。生物反応槽１の水面下でのひも状ろ材６は、液体（汚水や混合液）の流れや気体の流れ（散気）などの生物反応槽内の流動により柔らかに動き、とくに枝糸６ｂは幹糸６ａと接続する部分を支点として上下左右に柔軟に揺れ動く構造となっている。このように構成されたひも状ろ材６の表面上には、生物反応槽１に流入する汚水に含まれる有機物等を分解する微生物が付着・成長して集積し、生物膜６ｃが形成されることになる。

生物反応槽１の容積に対するひも状ろ材６が占める容積（バルク）は、処理状況（水量や水質）や処理設備の大きさなどに基づき２０％〜７０％の範囲で設定するが、概ね３０〜５５％であることが好ましい。また、ひも状ろ材６のろ材モジュール２への固定方法としては、ひも状ろ材６の幹糸６ａの両端をろ材モジュール２の枠体にフック等の固定手段により固定する方法が挙げられるが、これに限定されるものではない。さらに、ひも状ろ材６は、生物反応槽１内で鉛直方向に配設することが望ましいが、状況により横方向に配設してもよい。
なお、図３では、枝糸６ｂは幹糸６ａの長さ方向に沿って左右交互に配設されているが、左右交互ではなく同じ位置で枝糸６ｂを左右両方向へ伸ばすようにしてもよい。例えば、一本の枝糸６ｂを左右両方向へ伸びるように幹糸６ａに結着する。その際、図１６に示すように、長さ方向に沿って間隔（０．５〜１０ｃｍ）を持たせ、且つ角度（１５〜６０度）をずらして複数の枝糸６ｂを結着して、枝糸６ｂをらせん状（ＤＮＡ状）に展開させてもよい。このような形状とすることにより、ひも状ろ材６を平面的ではなく立体的に形成することができ、汚水との接触にも有効である。

この実施の形態１では、散気器（散気板）３ａは、４つのろ材モジュール２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの下方にそれぞれ配設された最上流側散気板３ａ、上流側散気設備３ｂ、下流側散気設備３ｃおよび最下流側散気設備３ｄと、これらに空気を供給する送風機、送気管、空気量やタイミング等を調節するバルブ（いずれも図示せず）とから概略構成されている。また、散気器（散気板）３ａとしては、例えば、ゴム製のチューブの上部に細かい切込みを入れ、この切込みが空気の膨張圧力によって広がって噴出口となり空気を放出するタイプや多孔質の陶板などが挙げられるが、これらに限定されるものではなく、例えば表面に散気孔が多数設けられた図６に示す散気器（散気管）３ｅやジェット噴流式の散気器（図示せず）を用いてもよい。
なお、散気器（散気板）３ａは、ろ材モジュール２の下方に設けられていればよく、例えば、生物反応槽１内の底部に設けられてもよい。また、この実施の形態１では、各散気板（３ａ〜３ｄ）がそれぞれ１つのろ材モジュール（２ａ〜２ｄ）に対する位置に配設されているが、これに限定されるものではなく、要は好気性生物処理に必要な酸素が供給でき、生物反応槽１内の流動が確保でき、必要に応じて肥厚した生物膜６ｃを剥離することができるような散気が得られれば、数量や設置場所は特に限定されない。
また、上記作用を効率よく得るには、図２に示すように、散気板（３ａ〜３ｄ）を、対応するろ材モジュール（２ａ〜２ｄ）の下方で個別に散気できるよう配置することが望ましい。また、上記散気器（散気板）３ａに加えて、ろ材モジュール２に対する空気洗浄用の散気器を別途設けてもよく、ろ材モジュール２のひも状ろ材６の異物（絡みついたし渣など）の除去、肥厚した生物膜６ｃの剥離、閉塞の解消等のために、粗大気泡を発生させるタイプであることが好ましい。

沈殿分離槽４（固液分離設備）は、図１に示すように、円錐形状の傾斜底部を有する水槽７と、この水槽７内に配設された汚泥掻寄機８とから概略構成されている。水槽７の上部には、生物反応槽１から流出する混合液を受け入れる手段（図示せず）や、処理水を排出するための処理水排出口７ｂが設けられ、傾斜底部の最深部には、分離汚泥を排出するための汚泥排出口７ｃが設けられている。汚泥掻寄機８は、水槽７の底部で回転し、底部に堆積した分離汚泥を汚泥排出口７ｃへ掻き寄せる汚泥掻寄板８ａと、この汚泥掻寄板８ａの回転駆動力を発生する回転モータ８ｂと、汚泥掻寄板８ａを支持すると共に回転モータ８ｂの回転駆動力を伝達する回転軸８ｃとから概略構成されている。掻き寄せられた分離汚泥は、汚泥排出口７ｃより、汚泥引抜ポンプ２３を介して引き抜かれる。
なお、図１では固液分離設備４として沈殿分離槽（円形沈殿池）を用いたが、これに限定されるものではなく、例えば図１０に示す回転筒式固液分離槽４でもよく、また生物反応槽１内に浸漬配置された膜分離器でもよく、もちろん矩形沈殿池でもよく、要は混合液を効率よく確実に処理水と分離汚泥に分離できる設備であればよい。

汚泥返送管９は、図１に示すように、沈殿分離槽４の汚泥排出口７ｃから、汚泥引抜ポンプ２３により引き抜かれた分離汚泥を、返送汚泥として生物反応槽１へ返送する移送管であり、汚泥返送を中止したり、分離汚泥を余剰汚泥として引き抜いたりするなどの際に開閉する開閉弁２４を備えている。また、分離汚泥を余剰汚泥として引き抜いて系外に排出するための排泥管にも、同様に開閉弁２４を備えている。なお、この実施の形態１では、返送汚泥を直接、生物反応槽１へ返送しているが、これに限らず、予め返送汚泥と汚水とを混合させるために、例えば図１０に示すように、汚泥返送管９を汚水流入管路２５に接続した構成としてもよい。

次に汚水処理について説明する。
まず、図１に示す汚水処理装置では、汚水を生物反応槽１へ流入させ、返送汚泥と混合して、好気性生物処理が行われる。なお、応急復旧時など返送汚泥が十分に確保できない時は、外部から調達した種汚泥を生物反応槽１内に投入することが望ましく、また種汚泥の入手が困難な場合には、汚水中に生息する微生物を種汚泥として生物反応槽１で増殖させてもよい。
生物反応槽１へ流入した汚水は、返送汚泥や種汚泥（つまり活性汚泥）と混合して、散気器（散気板）３ａからの散気で好気性生物処理（主に有機物の酸化分解）される。すなわち、汚水と活性汚泥が混合した混合液は、槽内の押出流や散気による上向流などの流動を受けて生物反応槽１内で流動し、ひも状ろ材６と接触する。ひも状ろ材６の表面には、好気性生物処理に伴い生物膜６ｃが形成され成長する。
生物膜６ｃでは、汚水に含まれる有機物（ＢＯＤやＣＯＤＭｎ）の酸化分解に伴い好気性微生物が増殖すると共に、ひも状ろ材６自体や生物膜６ｃへのＳＳの付着（懸濁物質の吸着やし渣などの絡み付き）もあるため、時間経過と共に生物膜６ｃ（汚泥）は肥大化していき、槽内の流動などでその一部がひも状ろ材６（とくに揺れ動く枝糸６ｂ）から剥離していく。

このように、ひも状ろ材６の表面では、常に、生物膜６ｃの増殖、肥大化および剥離からなる一連のサイクルが繰り返され、汚水の好気性生物処理を担う活性汚泥生物等の量および生物相（細菌〜原生動物〜後生動物）が保たれ、浮遊する活性汚泥（生物等）と共に汚水を浄化していく。
なお、生物膜６ｃが適正な剥離される、つまりひも状ろ材６に付着したＳＳ（吸着した懸濁物質や絡み付いたし渣など）が除去され、主に枝糸６ｂで肥厚した生物膜６ｃが剥離され、ひも状ろ材の閉塞が解消されることにより、生物膜６ｃの表面積、枝糸６ｂの揺れ動き、ひも状ろ材６と混合液との接触を良好に維持でき、安定して効率的な好気性生物処理を行うことができる。

要するに、生物反応槽１に流入した汚水は、まず活性汚泥（返送汚泥）と混合して、汚水中に含まれる主に溶解性の有機物やＳＳ（懸濁物質）が活性汚泥フロックに吸着し、次いで槽内の流動により、ひも状ろ材６と接触してさらに有機物やＳＳ（懸濁物質やし渣など）が吸着（付着）し、散気による好気条件下で有機物が酸化分解され、浄化されていく。
このように、生物反応槽１では、活性汚泥（返送汚泥）の存在下で、ひも状ろ材６が配置されることにより、好気性生物処理を担う活性汚泥生物等が十分に確保できるので、たとえ流入する汚水量や汚濁負荷量が増大しても、適正な散気で汚水を効率よく確実に浄化することができ、良好な水質の処理水を排出することができる。
なお、生物反応槽１における汚水の平均滞留時間は、所望する処理水質や処理条件により適宜設定されるが、概ね０．５〜２４時間の範囲が好ましく、ＢＯＤ容積負荷にして０．１〜５．０ｋｇＢＯＤ／ｍ^３・ｄの範囲が妥当である。

次に、好気性生物処理に重要な役割を果たすろ材モジュール２（ひも状ろ材６）の洗浄について説明する。
生物反応槽１内では、汚水の流入する上流（流入）側ほど、有機物やＳＳなどの汚濁物質の濃度が高く、下流（流出）側に比べて、ひも状ろ材６の生物膜６ｃの付着量が多く、成長速度も速くなる。このため、最上流側ろ材モジュール２ａは、明らかに最下流側ろ材モジュール２ｄに比べて、生物膜６ｃが肥厚し、ひも状ろ材６が閉塞する可能性が高い。そこで、図４に示すように、閉塞の可能性が高い最上流側ろ材モジュール２ａから順次引き上げて、その閉塞（肥厚）状況を確認し、閉塞が確認された場合には、速やかに清掃を行うか、または、ろ材モジュール２を支持体５に戻して散気器（散気板）３ａによる散気（空気吐出）で空気洗浄（剥離作業）を行う。
なお、生物反応槽１内に流入した汚水の性状等と閉塞状況との関係が明らかになっている場合には、汚水の性状等に応じてろ材モジュール２に対する空気洗浄を定期的に行うことで、閉塞やこれに伴う処理機能不全を未然に回避できる。空気洗浄では、例えば散気器（散気板）３ａからの空気吐出量を一時的にアップさせ、肥厚した生物膜６ｃに多くの空気泡を衝突させることにより、剥離させ、閉塞を解消する。

次に、散気器（散気板）３ａから常時散気している場合のろ材モジュール２（ひも状ろ材６）の空気洗浄について説明する。
汚水の有機物濃度が高いなど散気器（散気板）３ａから常時散気している、つまり常に酸素を供給して好気性生物処理を促進している場合、生物反応槽１内では空気泡の上昇により、槽内に上向流が形成される。そして、この空気泡の上昇および上向流の形成による槽内の流動で、主にひも状ろ材６の枝糸６ｂが活発に揺れ動き続けることになり、生物膜６ｃの一部を剥離させ、ろ材モジュール２の洗浄ができる。
この好気性生物処理のための散気は、肥厚した生物膜６ｃの剥離（洗浄）にも有効であるが、散気器（散気板）３ａの設置場所や生物膜６ｃの肥厚状況によっては、複数のろ材モジュール２全てにおいて適切に洗浄することは困難である。
そこで、実施の形態１において、散気板（３ａ〜３ｄ）を、ろ材モジュール（２ａ〜２ｄ）毎に設けるように構成し、すべてのろ材モジュール（２ａ〜２ｄ）に適切な洗浄空気量（例えば通常の１．２〜２．５倍の空気量）および適切な洗浄頻度（例えばろ材モジュール２ｄを１回洗浄する間にろ材モジュール２ａを２回以上洗浄する）に設定して洗浄を行うことで、ろ材モジュール２が確実に洗浄されて良好な状態を維持できる。

次に、ろ材モジュール２の設置場所の変更について説明する。
図５は、最上流側ろ材モジュール２ａと下流側ろ材モジュール２ｃとの設置場所の変更を示している。
汚濁（有機物や懸濁物質）負荷が高く生物膜６ｃが肥厚しやすい最上流側ろ材モジュール２ａを生物反応槽１外に取り出し、ひも状ろ材６の閉塞等の確認および清掃を行った後に、汚濁負荷が低い状態に置かれていた下流側ろ材モジュール２ｃと設置場所を変更する。このような作業を適宜実施することにより、各ひも状ろ材６や各ろ材モジュール（２ａ〜２ｄ）に掛かる生物学的、物理学的、化学的な負担をならすことができ、一部のひも状ろ材６や一部のろ材モジュール２の極端な劣化や破損を防ぐことができる。
なお、図５に示した設置場所変更例に限定されるものではなく、ろ材モジュール２の設置場所変更履歴やひも状ろ材６の閉塞状況を参考に、生物学的、物理学的、化学的な負担が各ひも状ろ材６に対してなるべく均一になるように設置場所を変更することが望ましい。

生物反応槽１では、汚水の好気性生物処理が進み、剥離した生物膜６ｃの一部（剥離汚泥）を含む活性汚泥の混合液が固液分離設備４（沈殿分離槽）へ移流する。この沈殿分離槽４では、流入した混合液が、重力沈降により処理水と沈殿汚泥とに固液分離される。処理水は処理水排出口７ｂを介して排出（放流）され、沈殿汚泥は汚泥掻寄機８の汚泥掻寄板８ａにより掻き寄せられ、分離汚泥として汚泥排出口７ｃから汚泥引抜ポンプ２３で引き抜かれ、汚泥返送管９を介して生物反応槽１へ返送される。また、一部の分離汚泥は余剰汚泥として系外に排出され、脱水処理等や焼却など処理・処分される。
返送汚泥と余剰汚泥の量や返送（引抜）時間等の調整は、汚泥引抜ポンプ２３や開閉弁２４の操作で、適宜行う。なお、汚濁負荷がとても低い場合には、前述したように分離汚泥の生物反応槽１への返送は行わない。その場合、生物反応槽１はいわゆる接触酸化槽としての役目を果たすことになり、剥離汚泥が中心となる分離汚泥（発生量：少）は全量系外に排出して、処理処分することになる。汚泥の返送量は、諸状況に応じて、汚水の流入量に対して０％〜１００％の範囲で設定されることが好ましい。

以上のように、この実施の形態１によれば、生物反応槽１では、流入した汚水が、活性汚泥処理されると共に、生物反応槽１内の散気や汚水流入などによる流動により揺れ動くひも状ろ材６、とくに枝糸６ｂに付着増殖する生物膜６ｃと効率よく接触して浄化されていく。汚濁負荷が高い時は、返送汚泥量を増やす（高ＭＬＳＳ）と共に十分に散気することで、確実に汚水を好気性生物処理することができ、汚濁負荷が低くなった場合には、汚泥返送量を低減する（低ＭＬＳＳ）と共に散気量を抑えることで、エネルギー消費を抑制して効率よく汚水を好気性生物処理することができる。また、このような適正な汚水の好気性生物処理を行うことができるため、緊急対応時には速やかに種汚泥を得る、つまり活性汚泥を増殖させることができ、さらには復旧途上の近隣の汚水処理施設へ増殖した活性汚泥を種汚泥として供給でき、この施設の立上げに寄与することもできる。

仮に、汚濁負荷が高く、ひも状ろ材６が頻繁に閉塞する可能性がある場合でも、ろ材モジュール２を引き上げて容易に閉塞状況の確認や清掃を行うことができ、これにより生物膜６ｃの表面積、枝糸６ｂの揺れ動き、ひも状ろ材６と混合液との接触が良好に維持され、常に生物膜６ｃへ十分な酸素供給が行えるので、生物反応槽１の生物処理能力を良好に維持できる。また、ろ材モジュール２を引き上げてろ材モジュール２毎の生物膜６ｃの付着度合を確認できるため、ろ材モジュール２毎に空気洗浄の条件（洗浄空気量、洗浄頻度）を容易に設定することができる。
なお、この実施の形態１では、４つのろ材モジュール２ａ〜２ｄが生物反応槽１内に１列に配設されているが、生物反応槽１の槽形状や規模、汚水処理施設の規模等に応じて、ろ材モジュールの数や配置を変更してもよい。また、ろ材モジュール２の形状は汚水処理装置において統一されていることが望ましいが、生物反応槽１の形状や要求される処理能力に応じて形状の異なるろ材モジュール（例えば、浮遊性の筒状ろ材や固定式の繊維状ろ材など）を混在させてもよい。

ろ材モジュール２のひも状ろ材６に付着する生物膜６ｃや生物反応槽１内の活性汚泥には、汚水から窒素やリンを除去する比較的代謝（増殖）速度の遅い細菌類が存在する。この細菌類は、混合液と共に生物反応槽１から固液分離設備４へ流出しやすいので、汚水からの窒素やリンの除去性能が低下してしまう。そこで、窒素やリンの除去性能を維持するために、この細菌類を担持する浮遊性担体を生物反応槽１内へ投入することが望ましい。浮遊性担体としては、例えば、スポンジ状のキューブや多孔性のろ材などが使用可能であり、浮遊性担体の材質としては、ひも状ろ材６と接触して生物膜６ｃを不必要に剥離させてしまわないように、硬質のものより軟質のものが好ましい。

この実施の形態１では、図３に示したように幹糸６ａと枝糸６ｂから構成されるひも状ろ材６が好適であるが、特にこれに限定されるものではなく、ひも状ろ材としては、汚水の流入や散気による流動で揺れ動くものであり、生物膜６ｃが形成され、肥大化（成長）が進み、その生物膜６ｃの一部が剥離され、新たに成長するというサイクルが繰り返されるものであれば、どのような構成、構造、材質であってもよく、例えば枝糸６ｂに相当する部分がリング状や渦巻状の長糸であってもよい。

実施の形態２．
図６は本発明の実施の形態２による汚水処理装置の全体構成を示す部分断面図であり、図８（ａ）は図６のし渣除去設備１４である回転スクリーン式し渣除去機２０を示す部分断面図である。図１乃至図５と同一構成要素には同一符号を付して重複説明を省略する。
この実施の形態２による汚水処理装置は、汚水流入管路２５に、し渣除去設備１４として回転スクリーン式し渣除去機２０を設けた点、散気器として散気管３ｅで構成した点で、実施の形態１における構成と異なる。

回転スクリーン式し渣除去機２０は、図８（ａ）に示すように、汚水流入管路２５で開口し、ウェッジワイヤーやバーで形成された回転スクリーン２０ａと、捕捉したし渣を移送するスクリューコンベア２０ｂと、これらを駆動させる駆動機２０ｃとから略構成され、生物反応槽１に向かって汚水流入管路２５を流れてくる汚水に含まれるし渣を捕捉して、スクリューコンベア２０ｂによる搬送中のし渣に対する圧密作用で、し渣を脱水し、脱水し渣を排出するものである。

また、散気管３ｅは、塩ビ管などの耐腐食性のある管部材に、複数の散気孔が設けられたものであり、生物反応槽１の下部（通常は底部付近）に、流下（長手）方向に沿って延在させるものである。その設置場所は、ろ材モジュール２の下方であれば、ろ材モジュール２の真下でも、それ以外のところでもかまわず、また設置数は１本でも複数本でもかまわない。要は、生物反応槽１内を確実に散気でき、槽内の流動を生じさせ、肥厚した生物膜６ｃを剥離できれば、特に限定されるものではない。

このように構成された実施の形態２における汚水処理装置では、沈殿分離槽４から排出された分離汚泥の一部または全部が汚泥返送管９を介して生物反応槽１へ返送され、これにより生物反応槽１ではＭＬＳＳを通常１０００〜５０００ｍｇ／Ｌに維持できる。そして、回転スクリーン式し渣除去機２０で、し渣が除去された汚水が生物反応槽１へ導入され、散気管３ｅからの散気による好気条件下において、活性汚泥とひも状ろ材６に付着成長した生物膜６ｃにより、汚水を効率よく確実に好気性生物処理することができる。

以上のように、この実施の形態２によれば、とくに回転スクリーン式し渣除去機２０を設けたので、汚水に含まれるし渣を十分に除去すること可能となり、これによりひも状ろ材２のみならずろ材モジュール６へのし渣などの繊維状の異物の絡み付きを抑制できると共に、生物膜６ｃの過大な肥大化を防止でき、生物膜６ｃの表面積を十分に確保して、活性汚泥との相乗効果により、効率的で良好な好気性生物処理を行うことができ、剥離汚泥を含む余剰汚泥の削減にも有効である。
なお、返送汚泥にも繊維状の異物（し渣等）が多く含まれる場合には、汚泥返送管９を汚水移送管路２５の回転スクリーン式し渣除去機２０より上流まで延伸させて、返送汚泥に含まれる繊維状の異物（し渣等）を除去してもよい。

実施の形態３．
図７は本発明の実施の形態３による汚水処理装置の全体構成を示す部分断面図であり、図８（ｂ）は図７のし渣除去設備１４であるスクリーン式し渣除去機２１を示す部分断面図である。図１乃至図６と同一構成要素には同一符号を付して重複説明を省略する。
この実施の形態３による汚水処理装置は、汚水流入管路２５に、し渣除去設備１４としてスクリーン式し渣除去機２１を設けた点、汚水流入管路２５から分岐した分岐管１０、分岐管１０から延伸する分岐管１１、分岐管１１から延伸する分岐管１２、およびそれぞれの管に設けられ生物反応槽１へ汚水を流入させる汚水流入口１３を有する点で、実施の形態２における構成と異なる。なお、実施の形態１と同様に、散気器（散気板）３ａを採用している。

スクリーン式し渣除去機２１は、図８（ｂ）に示すように、汚水流入管路２５に配設され、ウェッジワイヤーやバーで形成されたスクリーン２１ａと、このスクリーン２１ａで捕捉したし渣を掻き取る掻取部材（レーキ）２１ｄと、この掻取部材２１ｄが複数配設され、掻取部材２１ｄをスクリーン２１ａに沿って移動させるチェーンベルト２１ｂと、このチェーンベルト２１ｂを駆動する駆動機２１ｃとから略構成され、生物反応槽１に向かって汚水流入管路２５を流れてくる汚水に含まれるし渣を捕捉し、捕捉したし渣を掻き取りながら搬送し排出するものである。

また、図７に示すように、分岐管１０は汚水流入管路２５から分岐して、生物反応槽１の最上流側ろ材モジュール２ａと上流側ろ材モジュール２ｂとの間に、汚水流入口１３を介して汚水を流入させ、分岐管１１は分岐管１０から延伸して、生物反応槽１の上流側ろ材モジュール２ｂと下流側ろ材モジュール２ｃとの間に、汚水流入口１３を介して汚水を流入させ、分岐管１２は分岐管１１から延伸して、生物反応槽１の下流側ろ材モジュール２ｃと最下流側ろ材モジュール２ｄとの間に、汚水流入口１３を介して汚水を流入させるものである。

このように構成された実施の形態３における汚水処理装置では、スクリーン式し渣除去機２１で、し渣が除去された汚水が生物反応槽１に流入するが、分岐管１０、分岐管１１および分岐管１２により生物反応槽１の上流側から下流側にわたり複数の箇所で汚水を流入させることができ、これにより生物反応槽１に流入した汚水は、それぞれの流入箇所で直ちに活性汚泥と混合し、また生物膜６ｃと接触することが可能となり、速やかに効率よく好気性生物処理を行うことができる。

なお、実施の形態３では、分岐管１１は分岐管１０から延伸させ、分岐管１２は分岐管１１から延伸させる構成としたが、これに限るものではなく、分岐管１１も分岐管１２も直接汚水流入管路２５から分岐させてもよく、また汚水流入管路２５を介さず、し渣除去設備１４に直接複数の分岐管を設けてもよく、要は生物反応槽１の複数の箇所に、し渣が除去された汚水を流入させることができればよい。

以上のように、この実施の形態３によれば、とくにスクリーン式し渣除去機２１を設けたので、汚水に含まれるし渣を十分に除去すること可能となり、これによりひも状ろ材２のみならずろ材モジュール６へのし渣などの繊維状の異物の絡み付きを抑制できると共に、生物膜６ｃの過大な肥大化を防止でき、生物膜６ｃの表面積を十分に確保して、活性汚泥との相乗効果により、効率的で良好な好気性生物処理を行うことができ、剥離汚泥を含む余剰汚泥の削減にも有効である。
また、実施の形態２．と同様に、汚水流入口１３を複数備えているので、生物反応槽１の複数の箇所に、し渣が除去された汚水を流入させることができ、それぞれの流入箇所で速やかに好気性生物処理を行うことができると共に、生物反応槽１内のおける汚濁負荷を分散化できるため、ひも状ろ材６の生物膜６ｃの付着成長（肥厚）をならす、つまり偏りをなくすことができ、維持管理や清掃作業の効率化にも有効となる。
さらに、汚水流入量の減少や希薄化で汚濁負荷が低減した場合には、生物反応槽１では汚泥返送を停止すると共に空気量を抑えて低負荷運転に切り替えるが、汚濁負荷の低い状況が続くと、例えば最下流側ろ材モジュール２ｄのひも状ろ材６の生物膜６ｃは有機物負荷、つまり基質の供給が途絶えてしまう可能性があり、解体現象が生じて生物膜６ｃの維持が難しくなる。そのような場合にも、実施の形態２．と同様に、実施の形態３による汚水処理装置では、生物反応槽１の複数の箇所に、し渣が除去された汚水を流入させて、生物反応槽１の全体にわたって基質の供給を行うことができ、これにより、ろ材モジュール２（とくに下流の２ｃや２ｄ）のひも状ろ材６の生物膜６ｃを維持することができる。

実施の形態４．
図９（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、本発明の実施の形態４による汚水処理装置の生物反応槽１の構成を示す部分断面図（汚水が流下する一断面の図）である。図１乃至図８と同一構成要素には同一符号を付して重複説明を省略する。
この実施の形態４では、汚水処理装置の生物反応槽１におけるろ材モジュール２と、ろ材モジュール２の下方に設けられた散気器３ａとの配置について、異なるパターンを例示し説明する。
つまり、図９（ａ）では、生物反応槽１の一方の側壁に沿って、ろ材モジュール２を配設し、他方の側壁の底部付近に散気器（散気板）３ａを設けている。図９（ｂ）では、生物反応槽１の両方の側壁に沿ってろ材モジュール２を配設し、生物反応槽１中心部の底部付近に散気器（散気板）３ａを設けている。図９（ｃ）では、生物反応槽１の両方の側壁付近を除いてろ材モジュール２を配設し、このろ材モジュール２の直下の底部付近に散気器（散気管）３ｅを設けている。

図９（ａ）では、上記の通り構成することにより、散気設備３の送風機２６から送気管２６ａを介して供給される空気が散気器（散気板）３ａから散気され、空気泡の上昇により生物反応槽１内の散気器（散気板）３ａが設けられている側壁付近に上向流が発生し、ろ材モジュール２が配設されている側壁付近では反転して下向流となる。これにより生物反応槽１内では上下方向の旋回流が形成され、生物反応槽１内の混合液が流動すると共に、ろ材モジュール２のひも状ろ材６を揺れ動かし、さらに活性汚泥やひも状ろ材６の生物膜６ｃに酸素を供給することができる。なお、散気器（散気板）３ａはろ材モジュール２の直下に設けられてなく、上昇する空気泡がほとんどひも状ろ材６に衝突しないため、生物膜６ｃの剥離は緩やかに行われることになる。

図９（ｂ）では、上記の通り構成することにより、散気設備３の送風機２６から送気管２６ａを介して供給される空気が散気器（散気板）３ａから散気され、空気泡の上昇により生物反応槽１内の散気器（散気板）３ａが設けられている中心部付近に上向流が発生し、ろ材モジュール２が配設されている両方の側壁付近では反転して下向流となる。これにより生物反応槽１内では上下方向の旋回流が形成され、図９（ａ）と同様の作用や効果を得ることができる。

図９（ｃ）では、上記の通り構成することにより、散気設備３の送風機２６から送気管２６ａを介して供給される空気が二つの散気器（散気管）３ｅから散気され、空気泡の上昇により生物反応槽１内に配設されたろ過モジュール２に向かって上向流が発生し、ろ材モジュール２が配設されていない両方の側壁付近では反転して下向流となる。これにより、生物反応槽１内では上下方向の旋回流が形成され、生物反応槽１内の混合液が流動すると共に、ろ材モジュール２のひも状ろ材６を活発に揺れ動かし、さらに活性汚泥やひも状ろ材６の生物膜６ｃに酸素を供給することができる。
なお、散気器（散気管）３ｅはろ材モジュール２の直下に設けられていて、上昇する空気泡が常にひも状ろ材６に衝突するため、生物膜６ｃの剥離が進むことになり、生物膜６ｃの剥離および新たな成長を促進させることができる。

以上のように、この実施の形態４によれば、生物反応槽１内おいて、適宜ろ材モジュール２や散気器（３ａや３ｅ）を配設することができ、流入する汚水の水質や水量、季節変動、汚水処理施設の規模など各要素を考慮して、適切な構成を選定することで、良好で安定した好気性生物処理を行うことができる。
なお、汚水の流入量が多くて生物反応槽１内の流動が十分に得られ、常に生物膜６ｃの剥離が促されている場合には、図９（ａ）や図９（ｂ）の構成が好ましく、汚水の流入量の少なかったり、汚濁負荷が高かったりして、生物膜６ｃの肥厚が進みやすい場合には、図９（ｃ）の構成が好ましい。

実施の形態５．
図１０は本発明の実施の形態５による汚水処理装置の全体構成を示す部分断面図であり、図１１は図１０の固液分離設備である回転筒式固液分離槽４の構成を示す図であり、図１１（ａ）は回転筒の外部構成を示す正面図であり、図１１（ｂ）は図１１（ａ）のＡ−Ａ矢視図であり、図１１（ｃ）は回転筒式固液分離槽４の全体構成を示す断面図であり、図１乃至図９と同一構成要素には同一符号を付して重複説明を省略する。
この実施の形態５による汚水処理装置は、汚水流入管路２５に、し渣除去設備１４として上向流式ろ材槽２２を設けた点、汚泥返送管９が汚水流入管路２５に接続している点、固液分離設備として回転筒式固液分離槽４を設けた点で、実施の形態１乃至４による構成と異なる。

図１０に示すように、し渣除去設備１４としての上向流式ろ材槽２２内には、ろ材が充填されたろ床２２ａが配設されていて、上向流式ろ材槽２２の下部から導入された汚水はろ床２２ａを上向流で通過することにより、汚水に含まれる繊維状の異物などのし渣や懸濁物質を確実に捕捉し除去することができ、し渣が除去された汚水は上向流式ろ材槽２２の上部より流出して生物反応槽１へ送られる。これにより、生物反応槽１においては、ひも状ろ材６のみならず、ろ材モジュール２へのし渣などの繊維状の異物の絡み付きを抑制できると共に、生物膜６ｃの過大な肥大化を防止でき、生物膜６ｃの表面積を十分に確保でき、生物膜６ｃと活性汚泥との相乗効果により、効率的で良好な好気性生物処理を行うことができ、剥離汚泥を含む余剰汚泥の削減にも有効である。
なお、ろ床２２ａに充填されるろ材は、ひも状ろ材６を用いることもできるが、し渣を確実に捕捉して保持できる浮遊性の筒状ろ材、砂礫、陶製部材、繊維状ろ材などを用いることが好ましく、それらを混在させてもよい。また、ろ材の洗浄（捕捉したし渣の排除）は、一旦上向流式ろ材槽２２への汚水の流入を停止させ、槽水位を下げて、上方より洗浄水を供給することで洗浄することができる（フラッシュ洗浄）。

一方、図１０に示すように、汚泥返送管９を汚水流入管路２５に接続した構成とすることにより、固液分離設備４から排出された分離汚泥を、生物反応槽１へ返送して好気性生物処理を行う場合、予め汚水流入管路９で、し渣が除去された汚水と返送汚泥を混合して、生物反応槽１へ流入させることができる。これにより汚水と返送汚泥が予め混合され、生物反応槽１へ流入した直後から、速やかに且つ効率よく好気性生物処理を行うことができ、また汚水と返送汚泥が一緒に生物反応槽１へ流入するので、槽内に十分な流動（押し出し流れ)を形成することができ、ひも状ろ材の揺れ動きを促進させ、また槽底部への汚泥堆積などを防止することもできる。

図１１（ａ）、（ｂ）および（ｃ）に示すように、回転筒式固液分離槽４の回転筒１５は、水槽７の水面下に、または上端が水面上に出るように配設され、汚泥掻寄機８の回転軸８ｃに支持されており、回転モータ８ｂにより回転可能である。この回転筒１５は、図１１（ａ）および図１１（ｂ）に示すように、円周に沿って複数の分離羽根１６が配設されていて、各分離羽根１６間に間隙１７が形成されている。分離羽根１６は、その横断面形状が回転筒１５の内側に「く」または「へ」の字状に屈曲した細長い板状部材である。

混合液導入口７ａから回転する回転筒１５内へ導入された混合液は、回転筒１５の回転に同伴して緩やかに回転し、混合液に含まれる汚泥フロック１８には向心力が働き、中心部（回転軸８ｃ方向）に寄せられると共に、重力により水槽７の底部へ沈降していく。その際、微細な汚泥フロック１８等は、幅が１〜１００ｍｍ程度に形成された間隙１７から処理水の流れに乗って回転筒１５の外側へ流出しようとするが、回転している分離羽根１６の屈曲形状部分に衝突して、回転筒１５の内側に戻されるため、流出を防止することができる。一方、処理水（汚泥フロック１８等が分離された清澄水）は間隙１７を通過して回転筒１５の外側に流出して、排出される。

このように、回転筒１５内へ導入された混合液の汚泥フロック１８等は、回転する回転筒１５内からの流出が阻まれ、また回転筒１５の下方に形成される汚泥ゾーンに汚泥フロック１８が捕捉される作用も働いて、固液分離が効率よく進み、通常の重力沈殿に比べ速やかに且つ確実に汚泥フロック１８等を分離することができ、さらに効率的な固液分離により沈殿した汚泥の濃度も高めることができる。
なお、回転筒１５は、汚泥掻寄機８の回転軸８ｃに支持されており、回転モータ８ｂにより汚泥掻寄板８ａと等速度で回転させてもよく、別途駆動機を設けて回転筒１５を別途回転させてもよい。

この実施の形態５では、分離羽根１６は、その横断面が「く」または「へ」の字形状となっているが、回転筒１５内の汚泥フロック１８等が回転筒１５の外側に流出しにくい構造であれば、板状であっても、椀状であっても、「く」や「へ」の字の変形であっても、緩やかな湾曲であっても鋭利な屈曲であってもよい。また、分離羽根１６は全て同じ形状、大きさであっても、一つ置き、二つ置きに同じ形状、大きさであっても、全てランダムであってもよい。間隔１７も等間隔である必要はなく、ランダムな間隔であっても、一つ置き、二つ置きに同一の間隔となるように設定されてもよい。さらに、分離羽根１６の形状は、回転筒１５の大きさや水量負荷などを考慮して、短冊状、台形、正方形、半円形など適宜選定すればよい。

以上のように、この実施の形態５によれば、し渣除去設備１４として上向流式ろ材槽２２を採用することにより、目の粗いスクリーン式のし渣除去機より確実に、し渣を除去でき、また予め汚水と返送汚泥を混合させることができ、良好な好気性生物処理を行うことができる。また、固液分離設備として回転筒式固液分離槽４を採用することにより、重力沈殿に比べ速やかに且つ確実に汚泥フロック１８等を分離することができて効率的な固液分離が可能となり、また効率的な固液分離により沈殿した汚泥の濃度も高めて排出される分離汚泥の濃度を高くすることができ、処理・処分する汚泥（余剰汚泥）の減容化が可能となり、余剰汚泥の処理、運搬、処分に係る労力、エネルギー、費用等を低減することができる。

実施例１．
この実施例１は、図１に示した汚水処理装置を用いて行った汚水の好気性生物処理の一例である。図１２は汚水の主な汚濁指標の除去に関し、ＢＯＤ除去率（黒塗りダイヤで示す）、ＣＯＤＭｎ除去率（黒塗り四角で示す）およびＳＳ除去率（黒塗り三角で示す）の経時変化を示したグラフであり、各汚濁指標の除去率は実施期間中の１週間毎の平均値で示したものである。
運転状況としては、汚濁負荷の少ない期間であり、汚水のＢＯＤ濃度は５５〜６５ｍｇ／Ｌであり、ＢＯＤ容積負荷は０．２５〜０．３０ｋｇ／ｍ^３・ｄであり、汚泥返送率１０〜２０％で、生物反応槽の浮遊汚泥濃度（ＭＬＳＳ）は８００〜１０００ｍｇ／Ｌであった。
実施期間中、ＢＯＤ除去率は概ね７５％以上、ＣＯＤＭｎ除去率は概ね６２％以上およびＳＳ除去率は概ね８０％以上に維持されており、汚濁負荷が低い期間であっても良好な好気性生物処理が行われていることが示されている。
これら汚濁指標（ＢＯＤ、ＣＯＤＭｎ、ＳＳ）の除去率からも、本発明の実施の形態１における汚水処理装置は、生物反応槽１の活性汚泥とひも状ろ材６に付着成長している生物膜６ｃとの相乗効果で、また低汚濁負荷に対応して、低汚泥返送率でＭＬＳＳを低く維持し、空気量を抑えた省エネルギー運転で、効率がよく安定した好気性生物処理性能を維持できることが分かる。

実施例２．
この実施例２は、図６に示した汚水処理装置を用いて行った汚水の好気性生物処理の一例である。図１３は汚水の主な汚濁指標の除去に関し、ＢＯＤ除去率（黒塗りダイヤで示す）、ＣＯＤＭｎ除去率（黒塗り四角で示す）およびＳＳ除去率（黒塗り三角で示す）の経時変化を示したグラフであり、各汚濁指標の除去率は実施期間中の１週間毎の平均値で示したものである。
運転状況としては、汚濁負荷の多い期間であり、汚水のＢＯＤ濃度は１５０〜１９０ｍｇ／Ｌであり、ＢＯＤ容積負荷は０．９０〜１．１０ｋｇ／ｍ^３・ｄであり、汚泥返送率８５〜１１０％で、生物反応槽のＭＬＳＳは２０００〜２７００ｍｇ／Ｌであった。
実施期間中、ＢＯＤ除去率は概ね８０％以上、ＣＯＤＭｎ除去率は概ね７０％以上およびＳＳ除去率は概ね８８％以上に維持されており、汚濁負荷が高い期間であっても良好な好気性生物処理が行われていることが示されている。
これら汚濁指標（ＢＯＤ、ＣＯＤＭｎ、ＳＳ）の除去率からも、本発明の実施の形態２における汚水処理装置は、生物反応槽１の活性汚泥とひも状ろ材６に付着成長している生物膜６ｃとの相乗効果で、また高汚濁負荷に対応して、高汚泥返送率でＭＬＳＳを高く維持した運転で、確実で安定した好気性生物処理性能を維持できることが分かる。

実施例３．
この実施例３は、図６に示した汚水処理装置を用い、汚泥返送率を変化させて行った汚水の好気性生物処理の一例である。図１４は、生物反応槽１内のＭＬＳＳの経時変化を示したグラフであり、汚濁負荷のとても低い時期（汚泥返送率５％）が黒塗りダイヤで示されていて、汚濁負荷の高い時期（汚泥返送率９０％）が黒塗り四角で示されている。各ＭＬＳＳは実施期間中の１週間毎の平均値を示したものである。
実施期間中、ひも状ろ材６の枝糸６ｂの揺れ動きや上昇する空気泡による生物膜６ｃの成長（増殖）および剥離や、各々のろ材モジュール２を引き上げ、し渣などによるひも状ろ材６の閉塞状況や生物膜付着量の管理を適宜行ったため、ＭＬＳＳは低負荷時では２５０〜３００ｍｇ／Ｌで、高負荷時では２３００〜２５００ｍｇ／Ｌで、それぞれ概ね一定であった。ＭＬＳＳが一定に保たれていたことから、活性汚泥およびひも状ろ材６で付着成長している生物膜６ｃへの酸素供給および汚濁物質の処理（吸着・酸化・分解）が良好に行える状態が維持されたことがわかる。

実施例４．
この実施例４は、図１０に示した汚水処理装置を用いて行った汚水の好気性生物処理の一例である。図１５は、図１０に示した固液分離設備として回転筒式固液分離槽４を設置した場合の分離汚泥濃度の経時変化を示したグラフであり、汚泥返送率１０％で且つＭＬＳＳ１０００ｍｇ/Ｌでの低負荷運転時が黒塗りダイヤで示されていて、汚泥返送率１００％で且つＭＬＳＳ２７００ｍｇ／Ｌの高負荷運転時が黒塗り四角で示されている。分離汚泥濃度は実施期間中の１週間毎の平均値を示したものである。実施期間中、生物反応槽１への汚濁物質負荷は概ね一定（平均ＢＯＤ容積負荷：約１．０ｋｇ／ｍ^３・ｄ）であった。なお、回転筒式固液分離槽４の高い分離性能および分離汚泥の高濃度化を確認するために、実施期間の第１週から第４週までは図１に示した沈殿分離槽４を用いて、実施期間の第５週から第８週までは回転筒式固液分離槽４を用いて、好気性生物処理を行った。

図１５からわかるように、低負荷運転時の第１週から第４週における分離汚泥濃度は１００００〜１１０００ｍｇ／Ｌであったが、第５週から第８週における分離汚泥濃度は１２０００〜１３０００ｍｇ／Ｌであり、高負荷運転時の第１週から第４週における分離汚泥濃度は１２０００ｍｇ／Ｌ前後であったが、第５週から第８週における分離汚泥濃度は１３０００〜１４０００ｍｇ／Ｌであり、回転筒式固液分離槽４を設置したことによって固液分離性能が向上して分離汚泥濃度が安定して高くなり、これによって排出される余剰汚泥量を削減することができた。

１ 生物反応槽，
２ ろ材モジュール，
２ａ 最上流側ろ材モジュール， ２ｂ 上流側ろ材モジュール，
２ｃ 下流側ろ材モジュール， ２ｄ 最下流側ろ材モジュール，
３ 散気設備，
３ａ 散気器（散気板、最上流側散気板）， ３ｂ 上流側散気板，
３ｃ 下流側散気板， ３ｄ 最下流側散気板， ３ｅ 散気器（散気管），
４ 固液分離設備（沈殿分離槽、回転筒式固液分離槽），
５ 支持体，
５ａ 脚部， ５ｂ 板部，
６ ひも状ろ材，
６ａ 幹糸， ６ｂ 枝糸，６ｃ 生物膜，
７ 水槽，
７ａ 混合液導入口， ７ｂ 処理水排出口， ７ｃ 汚泥排出口，
８ 汚泥掻寄機，
８ａ 汚泥掻寄板， ８ｂ 回転モータ， ８ｃ 回転軸，
９ 汚泥返送管，
１０ 第１分岐管， １１ 第２分岐管， １２ 第３分岐管，
１３ 汚水流入口， １４ し渣除去設備，
１５ 回転筒， １６ 分離羽根， １７ 間隙，
１８ 汚泥フロック，
２０ 回転スクリーン式し渣除去機（し渣除去設備），
２０ａ 回転スクリーン， ２０ｂ スクリューコンベア， ２０ｃ 駆動機，
２１ スクリーン式し渣除去機（し渣除去設備），
２１ａ スクリーン， ２１ｂ チェーンベルト， ２１ｃ 駆動機，
２１ｄ 掻取部材，
２２ 上向流式ろ材槽（し渣除去設備）， ２２ａ ろ床，
２３ 汚泥引抜ポンプ， ２４ 開閉弁， ２５ 汚水流入管路，
２６ 送風機， ２６ａ 送気管

Claims (5)

1. 汚水を導入して好気性生物処理する生物反応槽と、
   該生物反応槽の混合液を処理水と分離汚泥とに固液分離する固液分離設備と、
   前記分離汚泥を前記生物反応槽へ返送する汚泥返送管と、
   前記生物反応槽内に一つまたは二つ以上設けられていると共に、幹糸および枝糸を有するひも状ろ材が複数配設されたろ材モジュールと、
   該ろ材モジュールの下方に設けられた散気器と、
   互いに離間する一対の脚部と、該両脚部間の上部に設けられた矩形状の板部とを備え、前記ろ材モジュールを個別に引き上げ可能に保持する手段を前記矩形状の板部に設けた支持体と
   を備えたことを特徴とする汚水処理装置。
2. 前記汚水に含まれるし渣を除去するし渣除去設備を備えている
   ことを特徴とする請求項１に記載の汚水処理装置。
3. 前記生物反応槽は、複数の汚水流入口を備えている
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の汚水処理装置。
4. 前記固液分離設備は、
   水槽と、
   複数枚の分離羽根が間隙をもって配設されていると共に、前記混合液が流入する回転筒と、
   該回転筒を回転させる駆動機と、
   沈降した分離汚泥を掻き寄せる汚泥掻寄機と
   を備えた回転筒式固液分離槽である
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の汚水処理装置。
5. 幹糸および枝糸を有するひも状ろ材が複数配設されたろ材モジュールを一つまたは二つ以上生物反応槽に設け、
   該生物反応槽に汚水を導入し、
   前記ろ材モジュールの下方から散気して好気性生物処理を行い、
   前記生物反応槽から流出する混合液を処理水と分離汚泥とに固液分離し、
   前記分離汚泥の一部または全部を前記生物反応槽へ返送することを含み、
   汚濁負荷が高くなった時は、前記分離汚泥の前記生物反応槽への返送汚泥量を増やし、
   汚濁負荷が低くなった時は、前記分離汚泥の前記生物反応槽への返送汚泥量を低減する
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の汚水処理装置の汚水処理方法。

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