JP6078534B2 - 管路内浄化装置、及び、管路内浄化装置の接続構造 - Google Patents

Description

本発明は、安価かつ高効率で汚水を浄化することができる管路内浄化装置に関する。また、本発明は、優れた流下性能と優れた浄化性能とを両立させることができる管路内浄化装置の接続構造に関する。

従来、汚水は、管路により下水処理施設まで移送され、汚水の浄化処理はすべて該下水処理施設で行われていた。そのため、下水処理施設では浄化用設備に伴う設備費用や設備スペースが必要であった。

近年、下水処理施設の負担を軽減するために、微生物を用いて管路内で汚水を浄化する方法が提案されている。例えば、特許文献１には、管路の内面に有用微生物群を含有したセラミック材の膜を設けることによって汚水を有用微生物と接触させ、汚水を浄化する管路用汚水浄化装置が開示されている。特許文献２には、管路内に、微生物が定着可能な通水性の固定床と、固定床中に酸素を供給するための酸素供給手段を有することにより、固定床が汚水中に浸漬した状態であっても、固定床中に酸素を供給し、好気性微生物の増殖を促進できる管路用浄水装置が開示されている。また、特許文献３には、圧送管の管路の内側にフィンを設け、圧送管内部に複数のパイプを設置することにより、汚水と微生物が接触する面積を拡大させ、効率的に汚水を浄化する方法が開示されている。

しかしながら、これらの方法では微生物との接触面積が未だ充分ではなく、微生物と汚水との接触時間が短いために浄化効率が低い。また、酸素供給手段を用いる場合には、設備費、施工費が高価になる等の問題があった。更に、管路用浄水装置は、汚水の流下性能を充分に確保し、埋設時等に生じる応力による破損を防止する必要がある。

特開平８−１６５７０４号公報 特開２０１０−０２４７７３号公報 実開平６−２４７９９号公報

本発明は、安価かつ高効率で汚水を浄化することができる管路内浄化装置を提供することを目的とする。また、本発明は、優れた流下性能と優れた浄化性能とを両立させることができる管路内浄化装置の接続構造を提供することを目的とする。

本発明は、水流量を確保し、透水性を有する流量確保部と、上記流量確保部の下部に位置し、上記流量確保部から供給された水の浄化を行う水浄化部とを有する管路内浄化装置である。
以下に本発明を詳述する。

本発明者らは、上述の構造の管路内浄化装置によれば、安価かつ高効率で汚水を浄化することができることを見出し、本発明を完成させるに至った。

本発明の管路内浄化装置は、水流量を確保し、透水性を有する流量確保部と、上記流量確保部の下部に位置し、上記流量確保部から供給された水の浄化を行う水浄化部とを有する。
上記流量確保部に透水性を付与する手段としては、例えば、流量確保部に開口部を設ける方法等が挙げられる。

上記流量確保部の表面積に対する開口部の占める割合は特に限定されないが、好ましい下限は５％、好ましい上限は８０％である。上記開口部の占める割合が５％未満であると、上記流量確保部と上記水浄化部との間への汚水供給量が不充分となることがある。上記開口部の占める割合が８０％を超えると、流量確保部に必要な強度が得られなくなることがある。

上記流量確保部の開口部の空隙の大きさは特に限定されないが、好ましい下限は１ｍｍ^２、好ましい上限は３０００ｍｍ^２である。上記空隙の大きさが１ｍｍ^２未満であると、充分な透水性が発現されず、上記流量確保部と上記水浄化部との間への汚水供給量が不充分となることがある。上記空隙の大きさが３０００ｍｍ^２を超えると、後述する微生物担体が流量確保部に流出することがある。
このような管路内浄化装置としては、例えば、外管と、透水性を有する内管とからなる二重管構造を有し、上記内管内が流量確保部となり、上記外管と上記内管との間隙が水浄化部となる管路内浄化装置（以下、二重管構造を有する管路内浄化装置ともいう）や、管路内を上部区画と下部区画とに分ける透水性の間仕切りを有し、上記上部区画が流量確保部となり、上記下部区画が水浄化部となる管路内浄化装置（以下、間仕切りを有する管路内浄化装置ともいう）等が挙げられる。
なお、本発明において管路とは、流体等を輸送するための管であり、閉じた横断面を持つ導管だけでなく、開渠（蓋無しの水路又は簡単に蓋をはずせる構造のもの）、暗渠（地下に埋設されている水路）を含むものとする。

上記二重管構造を有する管路内浄化装置において、上記内管は、管路内に汚水が供給された後の流路としての役割及び内管と外管との間へ汚水を供給する役割を有し、上記内管と上記外管との間において、上記内管から供給された汚水を浄化しながら流下させる。

上記内管を構成する材料としては、下水管路として使用可能な材料であれば特に限定されず、例えば、ポリエチレン、塩化ビニル等の樹脂や、繊維強化プラスチックスや、鋼、ダクタイル鋳鉄等の金属や、鉄筋コンクリート（ヒューム管）等が挙げられる。

上記内管の管路径方向の断面形状は、下水管路として使用可能な断面形状であれば特に限定されず、例えば、矩形、円形、卵形等の断面が閉塞した管が挙げられるが、円形であることが好ましい。

上記内管の管路径は特に限定されないが、好ましい下限は１００ｍｍ、好ましい上限は３０００ｍｍである。上記内管の管路径が１００ｍｍ未満であると、汚水中の固形物により汚水の移送ができなくなることがある。
なお、本明細書において「管路径」とは、管路の内側断面の外接円の直径を意味する。

上記内管は、透水性を有する。
上記内管に透水性を付与する手段としては、例えば、内管に開口部を設ける方法等が挙げられる。

上記外管を構成する材料としては、下水管路として使用可能な材料であれば特に限定されず、例えば、ポリエチレン、塩化ビニル等の樹脂や、繊維強化プラスチックスや、鋼、ダクタイル鋳鉄等の金属や、鉄筋コンクリート（ヒューム管）等が挙げられる。

上記外管の管路径方向の断面形状は、下水管路として使用可能な断面形状であれば特に限定されず、例えば、矩形、円形、卵形等が挙げられるが、埋設される場合は土圧による応力集中が発生しにくいことから円形であることが好ましい。また、埋設されない場合では、上記外管は、上部が管軸方向に連続して開口した溝管であってもよい。

上記外管の管路径は特に限定されないが、好ましい下限は、上記内管の管路径の１２０％、好ましい上限は上記内管の管路径の３００％である。上記外管の管路径が上記内管の管路径の１２０％未満であると、微生物担体を充分に充填できない等により浄化性能に劣るものとなることがある。上記外管の管路径が上記内管の管路径の３００％を超えると、汚水流量に対して外管の管路径が大きすぎるため、管材や布設等のコストが必要以上に大きくなりすぎることがある。

上記二重管構造を有する管路内浄化装置において、上記内管は、上記外管に設置された架台上に設置されていることが好ましい。このような二重管構造とする場合、例えば、内管と外管とをボルト等によって固定した場合、埋設時の土圧による応力集中等によって固定した部分が破損するおそれがあった。そこで本発明者らは、内管の固定方法について鋭意検討した結果、外管に架台を設置し、該架台上に内管を設置することにより、流下性能に優れ、埋設時等に生じる応力による破損を防止できる管路内浄化装置を得ることができることを見出した。

上記架台を構成する材料としては、上記内管や上記外管と同様の材料を用いることができる。
上記架台の形状としては、例えば、プレート状、支持部と脚部とを有する形状、半割管状等が挙げられる。なかでも、加工が容易であることから、プレート状が好ましい。

上記外管に設置される架台の数は特に限定されないが、上記外管の両端付近に少なくとも１つずつの架台を設置することが好ましい。

上記架台は、上記外管に固定されていることが好ましい。上記外管に架台が固定されていることにより、上記内管を安定して設置することができる。上記架台を上記外管に固定する方法としては、溶接、接着剤を用いた接着、接着パテを用いた接着等が挙げられる。

上記架台は、上記内管に固定されていることが好ましい。上記内管に架台が固定されていることにより、上記内管と上記架台とがずれたり、上記架台から上記内管が外れたりすることを防止できる。上記架台を上記内管に固定する方法としては、上記外管に固定する方法と同様の方法を用いることができる。

上記架台と上記内管との接触位置は、上記内管の中心よりも下部にあることが好ましい。上記架台と上記内管との接触位置が内管の中心以上の高さにあると、外管内部に内管を設置する作業が困難になるとともに、埋設時の土圧等によって架台、内管、及び、外管に大きな応力が生じることがある。

内管の上部と外管の上部とが接していたり、内管の上部と外管の上部とがボルト等を介して固定されていたりする場合、埋設時の土圧等によって大きな応力が生じることがあり、内管又は外管に亀裂や割れ等の不具合が生じることがあるため、二重管構造を有する管路内浄化装置は、上記内管の上部と上記外管の上部との間に間隙を有することが好ましい。

上記間仕切りを有する管路内浄化装置において、上記間仕切りで分けられる管路内の上部区画は、管路内に汚水が供給された後の流路としての役割及び下部区画へ汚水を供給する役割を有し、管路内の下部区画は、上部区画から供給された汚水を浄化して流下させる役割を有する。

上記間仕切りを有する管路内浄化装置において、管路の外壁となる管を構成する材料としては、上記二重管構造を有する管路内浄化装置と同様のものが挙げられる。以下、上記間仕切りを有する管路内浄化装置における管路の外壁となる管についても外管という。

上記間仕切りを構成する材料としては、例えば、ポリエチレン、塩化ビニル等の樹脂や、繊維強化プラスチックスや、鋼、ダクタイル鋳鉄等の金属や、鉄筋コンクリート等が挙げられる。

上記間仕切りの形状は、上部区画が流下性能に優れたものとなるため、外管と接する部分の高さが、外管と離れた部分、即ち、中心部分の高さよりも高くなる形状であることが好ましい。また、外管と接する部分の高さが中心部分の高さよりも高い場合、外管と接する部分付近に透水性を有するものとし、中心部分は透水性を有さないものとすることにより、水浄化部となる下部区画に微生物担体を充填した際に、管路内の水位に応じて、該微生物担体が汚水による浸漬と空気による曝露とを効率よく繰り返すことができる。

上記間仕切りに透水性を付与する手段としては、例えば、間仕切りに開口部を設ける方法等が挙げられる。

上記間仕切りの開口部の空隙の大きさは特に限定されないが、好ましい下限は１ｍｍ^２、好ましい上限は３０００ｍｍ^２である。上記空隙の大きさが１ｍｍ^２未満であると、充分な透水性が得られず、下部区画への汚水供給量が不充分となることがある。上記空隙の大きさが３０００ｍｍ^２を超えると、下部区画へ供給された汚水中の固形物により微生物担体に目詰まりが生じたり、微生物担体が上部区画内に流出したりすることがある。

上記間仕切りは、嵌合、溶接、接着剤を用いた接着等、使用する材料や用途等に応じた公知の方法により、上記外管に設置することができる。

上記水浄化部において、汚水を浄化する方法としては、例えば、ばっ気装置を用いる方法や微生物を用いる方法等が挙げられる。なかでも、動力を使用せずに汚水を浄化することができるため、微生物を用いる方法が好ましく、本発明の管路内浄化装置は、上記水浄化部に微生物担体が充填されていることがより好ましい。上記水浄化部に微生物担体を充填することにより、微生物担体の流出を防止しながら多量の微生物を保持することが可能となり、高いＢＯＤ（Ｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｏｘｙｇｅｎ Ｄｅｍａｎｄ）除去量を得ることができる。
上記「微生物担体」とは、好気性微生物や嫌気性微生物等を付着させるために使用する粒状や小片の材料を意味し、汚水の通水開始後１〜４週間程度経過した後に好気性微生物や嫌気性微生物等が自然に微生物担体に付着し、増殖する。

上記微生物担体を構成する材料は特に限定されず、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリウレタン等の樹脂やセラミックス等が挙げられる。微生物担体には透水性が必要であることから、ポリエチレン、ポリプロピレン等の疎水性材料の場合、親水化処理が施されていることが好ましい。
上記微生物担体は、酸素と微生物とを効率よく接触させる必要があるため、比表面積が大きく、かつ、目詰まりをしにくい繊維状体、発泡体、多孔質体、網状体等を用いることが好ましい。
上記微生物担体に発泡体を用いる場合は、微生物担体内部まで汚水が透水することが好ましいことから、独立気泡タイプの発泡体よりも、連続気泡タイプの発泡体を用いることが好ましい。

上記微生物担体の形状は特に限定されず、例えば、球状、直方体状、立方体状、シート状、繊維状、網状等が挙げられる。また、微生物担体の流出防止や内管の固定化のために、上記微生物担体を更に透水性の高い容器等、例えば、網状体や有孔管（後述する担体保持管）等に封入してもよい。

上記微生物担体は、一つあたりの体積が２５ｍｍ^３以上であることが好ましい。一つあたりの体積が２５ｍｍ^３未満であると、微生物担体が汚水とともに流出することがある。

上記微生物担体が繊維状体や発泡体である場合、比表面積を大きくするために、空隙率が高いものが好ましい。具体的には、空隙率が５０％を超えるものが好ましく、８０％を超えるものがさらに好ましい。
なお、本明細書において上記「空隙率」とは、単位体積当たりにおける隙間の割合を１００分率で表したものを意味する。

上記微生物担体は、管路内の水位に応じて、汚水による浸漬と、空気による曝露とを繰り返すことが好ましい。そのため、本発明の管路内浄化装置は、上記微生物担体が適度に汚水による浸漬と空気による曝露とを繰り返すことができるように、上記微生物担体を充填する高さや充填率が調節されていることが好ましい。
二重管構造を有する管路内浄化装置において、上記微生物担体を充填する高さの好ましい下限は、上記外管の管路径の２０％である。上記微生物担体を充填する高さが、上記外管の管路径の２０％未満であると、高い浄化性能が得られないことがある。
上記微生物担体の充填率は、上記外管と上記内管で囲まれた体積に対する微生物担体の体積の割合で定義され、その好ましい下限は１０％、好ましい上限は１００％である。上記充填率が１０％未満であると、高い浄化性能が得られないことがある。

上記微生物担体の流出を防止すること等を目的として、上記微生物担体は、透水性を有する担体保持材によって水浄化部に固定されていることが好ましい。
上記担体保持材の材料としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等が挙げられる。上記担体保持材は、管状の担体保持管であり、水浄化部の容積を調節し、かつ、保持する機能を有することが好ましい。

上記担体保持管の管路径方向の断面形状は、矩形であってもよいし、円形であってもよいが、円形であることが好ましい。

上記担体保持管の管路径の好ましい下限は上記微生物担体の大きさに対して２倍、上記担体保持管の管路径の好ましい上限は上記微生物担体の大きさに対して３０倍である。上記担体保持管の管路径が上記微生物担体の大きさの２倍未満であると、担体保持管への微生物担体の充填が困難となることがある。上記担体保持管の管路径が上記微生物担体の大きさの３０倍を超えると、担体保持管同士の間隔が広すぎて汚水が微生物担体を通らずに通過することがある。

上記担体保持管は、透水性を有する。
上記担体保持管に透水性を付与する手段としては、例えば、担体保持管に開口部を設ける方法等が挙げられる。

上記担体保持管の表面積に対する開口部の占める割合は特に限定されないが、好ましい下限は２０％、好ましい上限は９５％である。上記開口部の占める割合が２０％未満であると、上記微生物担体への汚水供給量が不充分となることがある。上記開口部の占める割合が９５％を超えると、担体保持管が強度に劣るものとなることがある。

上記担体保持管の開口部の空隙の大きさは特に限定されないが、好ましい下限は５ｍｍ^２、好ましい上限は４００ｍｍ^２である。上記空隙の大きさが５ｍｍ^２未満であると、担体保持管への汚水流入が不充分となることがある。上記空隙の大きさが４００ｍｍ^２を超えると、担体保持管から微生物担体が流出することがある。

本発明の管路内浄化装置は、複数の担体保持材を有し、かつ、各担体保持材間に流路となる間隙を有することが好ましい。各担体保持材間に流路となる間隙を形成することにより、上記担体保持材を用いずに微生物担体をそのまま充填した場合に比べ、汚水中の固形物等による微生物担体の目詰まりが起こりにくくなる。

本発明の管路内浄化装置は、底部に、流路となる管軸方向に沿って連続して形成された底部連続間隙を有することが好ましい。上記底部連続間隙を有することにより、上記水浄化部における汚水の流下性能を確保することができる。なお、上記二重管構造を有する管路内浄化装置において、上述した架台を設置する場合は、外管の底部と架台との間に管軸方向に沿って連続した流路となる底部連続間隙を有することが好ましい。
上記水浄化部における流下性能を充分に確保することができるとともに、管路内清掃等のメンテナンス作業を容易に行うことができるため、上記底部連続間隙の管路径方向断面積は７ｃｍ^２以上であることが好ましい。上記底部連続間隙を設ける方法としては、上記外管と上記内管との間に微生物担体を略上側、底部連続間隙を略下側となるように分ける透水性の間仕切りを設ける方法や、上記外管と上記内管との間に微生物担体を略上側、底部連続間隙を略下側となるように分ける透水性を有する底部連続間隙保持材を設置する方法等が挙げられる。上記底部連続間隙保持材は上記担体保持材と同じく透水性を有するため、上記担体保持材に微生物担体を封入せず、そのまま上記底部連続間隙保持材として用いてもよい。

本発明の管路内浄化装置の接続構造であって、上流側の管路内浄化装置Ａと、下流側の管路内浄化装置Ｂとを、水路を有する人孔を介して接続した構造であり、上記人孔において、上記管路内浄化装置Ａの水浄化部を流れてきた水が、上記管路内浄化装置Ｂの流量確保部へ流れ込むように、上記管路内浄化装置Ａと上記管路内浄化装置Ｂとが接続されている管路内浄化装置の接続構造もまた、本発明の１つである。
本発明の管路内浄化装置では、流量確保部から供給され、水浄化部にて浄化された水は、そのまま水浄化部を流れることとなる。そのため、このような管路内浄化装置では、下流側になるほど、流量確保部を流れる水が少なくなって充分な流下性能が得られなくなる。そこで本発明者らは鋭意検討した結果、人孔において、上流側の管路内浄化装置の水浄化部を流れてきた水が、下流側の管路内浄化装置の流量確保部へ流れ込むように接続することにより、一旦水浄化部に供給された水を再び流量確保部に戻すことで、優れた流下性能と優れた浄化性能とを両立させることができることを見出した。

本発明の管路内浄化装置の接続構造は、上流側の管路内浄化装置Ａと、下流側の管路内浄化装置Ｂとを、水路を有する人孔を介して接続した構造を有する。
本発明の管路内浄化装置の接続構造では、上記人孔において、上記管路内浄化装置Ａの水浄化部を流れてきた水が、上記管路内浄化装置Ｂの流量確保部へ流れ込むように、上記管路内浄化装置Ａと上記管路内浄化装置Ｂとが接続されている。このような人孔によって、管路内浄化装置Ａの流量確保部から水浄化部に供給され、そのまま管路内浄化装置Ａの水浄化部を流れてきた水が、管路内浄化装置Ｂの流量確保部に供給されることとなり、流下性能を低下させることなく優れた浄化性能を発揮することができる。

管路内浄化装置Ａの水浄化部を流れてきた水は、全量が管路内浄化装置Ｂの流量確保部に供給されることが好ましいが、流下性能を確保するためには少なくとも管路内浄化装置Ａの水浄化部を流れてきた水の少なくとも５０％以上が、管路内浄化装置Ｂの流量確保部に供給されることが好ましい。

上記人孔は、上記管路内浄化装置Ａと上記管路内浄化装置Ｂとの接続部以外は、下水管路の接続に用いられる公知の人孔と同様のものを用いることができる。

上記人孔において、上記管路内浄化装置Ａの水浄化部を流れてきた水が、上記管路内浄化装置Ｂの流量確保部へ流れ込むようにする方法としては、上記人孔に接続する上記管路内浄化装置Ａと上記管路内浄化装置Ｂとの高さに差を設ける方法や、ポンプ等の装置を用いる方法等が挙げられる。なかでも、動力を必要としないため、上記管路内浄化装置Ａと上記管路内浄化装置Ｂとの高さに差を設ける方法が好ましい。
上記管路内浄化装置Ａと上記管路内浄化装置Ｂとの高さに差を設ける方法としては、例えば、上記人孔に、上記管路内浄化装置Ａの水浄化部以下の高さ、かつ、上記管路内浄化装置Ｂの流量確保部以上の高さとなる水路を設ける方法等が挙げられる。上記人孔の水路は、管路内浄化装置Ａの水浄化部及び上記管路内浄化装置Ｂの流量確保部と同じ高さでそれぞれの管路内浄化装置と接続することが好ましい。

本発明によれば、安価かつ高効率で汚水を浄化することができる管路内浄化装置を提供できる。また、本発明によれば、優れた流下性能と優れた浄化性能とを両立させることができる管路内浄化装置の接続構造を提供できる。

本発明の管路内浄化装置の一例を示す管路径方向断面図であり、（ａ）水位が高い場合、（ｂ）水位が低い場合をそれぞれ示す。 本発明の管路内浄化装置の別の一例を示す管路径方向断面図である。 本発明の管路内浄化装置の別の一例を示す管路径方向断面図である。 本発明の管路内浄化装置の別の一例を示す管路径方向断面図である。 担体保持管の管路径方向断面図である。 本発明の管路内浄化装置の別の一例を示す管路径方向断面図である。 本発明の管路内浄化装置の別の一例を示す管路径方向断面図である。 本発明の管路内浄化装置の別の一例を示す管路径方向断面図であり、（ａ）は、管路内の水量が多い場合、（ｂ）は、管路内の水量が少ない場合をそれぞれ示す。 本発明の管路内浄化装置の別の一例を示す管路径方向断面図である。 本発明の管路内浄化装置の別の一例を示す管路径方向断面図である。 本発明の管路内浄化装置の別の一例を示す管路径方向断面図である。 従来の管路内浄化装置の一例を示す管路径方向断面図である。 本発明の管路内浄化装置における架台の設置方法の一例を示す（ａ）斜視図及び（ｂ）管路径方向断面図である。 本発明の管路内浄化装置における架台の設置方法の別の一例を示す（ａ）斜視図及び（ｂ）管路径方向断面図である。 本発明の管路内浄化装置における架台の設置方法の別の一例を示す（ａ）斜視図及び（ｂ）管路径方向断面図である。 本発明の管路内浄化装置の接続構造の一例を示す管路軸方向断面図である。 本発明の管路内浄化装置の接続構造の一例を示す斜視図である。 本発明の管路内浄化装置の接続構造の別の一例を示す管路軸方向断面図である。

以下に図面を用いて本発明の管路内浄化装置を更に詳しく説明するが、本発明は、これら図面に示した実施形態のみに限定されない。

図１は、本発明の管路内浄化装置の一例を示す管路径方向断面図である。
本発明の管路内浄化装置は、図１に示すように、外管１と、開口部４を有する内管３とによる二重管構造を有し、かつ、上記二重管構造の間隙に微生物担体５が充填されることにより構成されている。

内管３は、開口部４を設けることで透水性が付与されている。外管１の内部に、このような透水性を有する内管３を有することにより、微生物が分解困難な汚水中の固形物の多くを内管３により移送し、微生物が分解容易な汚水が微生物担体５を有する内管３と外管１との間に供給されるため、安定して汚水の浄化処理を行うことができる。

図１の管路内浄化装置は、時間経過による管路内水位の上下により、微生物担体５の汚水による浸漬と、空気による曝露とが繰り返される。図１では、内管３が外管１の中央部に配置されており、微生物担体５は外管１の管路径１／２の高さまで充填されている。内管３の水位が水面２の場合（図１（ａ））、外管１の水位は内管３の水位よりやや低くなる。内管３に流れる水量が低下し、内管３の水位が内管の水面６となった場合（図１（ｂ））、汚水は外管１にほとんど浸透せず、外管１の水位は外管１の水面７にまで低下する。このとき微生物担体５は空気に触れることができる。外管１の水位は、時間経過に伴って上下を繰り返すため、微生物担体５もこれに応じた間隔で空気に曝露し、好気性微生物による好気性分解に必要な酸素を供給できる。また、微生物担体５が汚水に浸漬した状態では、嫌気性微生物が増殖し、汚水を嫌気分解することができる。

図２、図３は、本発明の管路内浄化装置の別の一例を示す管路径方向断面図である。
本発明の管路内浄化装置は、図２、図３のように外管１と内管３の配置を変えたものであってもよい。図２のように外管１と内管３の配置を変えた場合、微生物担体５が空気に触れている時間は長くなるが、その充填量は少なくなる。これに対して、図３のように外管１と内管３の配置を変えた場合、上記微生物担体５の充填量は多くなるが、上記微生物担体５が汚水中に浸漬している時間は長くなる。このように、外管１と内管３の配置を変えることにより、汚水の流量、性状に対応した処理が可能となる。

図４は、本発明の管路内浄化装置の別の一例を示す管路径方向断面図である。
本発明の管路内浄化装置は、図４のように外管１と内管３の間隔を保持するために、担体保持管８を設けたものであることが好ましい。担体保持管８は、内管３の重量を支えるのに充分な強度を保持しており、かつ、外周から汚水が浸透しやすくなるように、開口部を設けている。担体保持管８の内部に、耐荷重が小さく、比表面積の大きな微生物担体５を充填することにより、上記微生物担体５自体に内管３による荷重が掛かり、圧密されることを防ぐ働きをする。上記担体保持管８は、隣接する担体保持管同士の間に間隙９を設けることにより、微生物担体５をそのまま充填した場合に比べ、汚水中の固形物等による目詰まりが起こりにくくなる。

図５は、担体保持管の管路径方向断面図である。内部に微生物担体５を充填した担体保持管８を示している。担体保持管８は開口部１０を設けることで、透水性が付与されている。

図６は、本発明の管路内浄化装置の別の一例を示す管路径方向断面図である。図６の管路内浄化装置では、外管１の底部に、外管１と内管３との間を上下に分ける透水性の底部連続間隙保持材１１が設けられている。外管１の底部に設けられた底部連続間隙保持材１１と外管１の底部との間に形成された底部連続間隙１２が流路となることで、外管１と内管３との間の流下性能を充分に確保することができる。

図７は、本発明の管路内浄化装置の別の一例を示す管路径方向断面図である。
本発明の管路内浄化装置は、図１に示すように、外管１が、間仕切り１３によって上部区画１５と下部区画１６とに分けられた構造を有する。

間仕切り１３は、開口部１４を設けることで透水性が付与されている。このような透水性を有する間仕切り１３を有することにより、汚水中の固形物の多くを上部区画１５により移送し、固形物の含有割合の少ない汚水が下部区画１６に供給されるため、安定して汚水の浄化処理を行うことができる。

図８は、本発明の管路内浄化装置の別の一例を示す管路径方向断面図であり、（ａ）は、管路内の水量が多い場合、（ｂ）は、管路内の水量が少ない場合をそれぞれ示す。図８に示したように、下部区画１６に微生物担体５を充填することで汚水を浄化する場合、上述したように、微生物が分解困難な固形物の多くが上部区画１５により移送され、該固形物の含有割合が少なく、微生物による分解が容易となった汚水が下部区画１６に供給されることで安定した浄化性能が得られる。

図８の管路内浄化装置は、時間経過による管路内水位の上下により、微生物担体５の汚水による浸漬と、空気による曝露とが繰り返される。図８において、間仕切り１３は、外管１と接する部分の高さが、外管１と離れた部分、即ち、中心部分の高さよりも高くなっており、上部区画１５の流下性能に優れる。更に、間仕切り１３が、外管１と接する部分付近に開口部を有し、中心部分は開口部を有さないものとなっており、管路内の水位に応じて、微生物担体５が汚水による浸漬と空気による曝露とを効率よく繰り返すことができる。

図８の管路内浄化装置において、管路内を流れる水量が多い場合（図８（ａ））、下部区画１６の水面１８は上部区画１５の水面１７よりやや低くなる。管路内を流れる水量が少ない場合（図８（ｂ））、汚水は下部区画１６にほとんど供給されず、下部区画１６の水位が低下する。このとき微生物担体５が空気に触れる。下部区画１６の水位は、時間経過に伴って上昇と下降とを繰り返すため、微生物担体５もこれに応じて空気に曝露され、好気性微生物による好気性分解に必要な酸素が供給される。また、微生物担体５が汚水に浸漬した状態では、嫌気性微生物が増殖し、汚水を嫌気性分解することができる。

図９は、本発明の管路内浄化装置の別の一例を示す管路径方向断面図である。図９の管路内浄化装置では、間仕切り１３の高さが一定であるため、図８の管路内浄化装置に比べ、流下性能及び微生物による浄化性能に劣るものとなる。

図１０は、本発明の管路内浄化装置の別の一例を示す管路径方向断面図である。
図１０の管路内浄化装置では、微生物担体５が担体保持管８により固定されている。担体保持管８の内部に、微生物担体５を充填することにより、微生物担体５の流出を防止することができる。また、担体保持管８は、各担体保持管８間に流路となる間隙９を形成するように設置されており、該間隙９が流路となることで、微生物担体５をそのまま充填した場合（図８）に比べ、汚水中の固形物等による目詰まりが起こりにくくなる。

図１１は、本発明の管路内浄化装置の別の一例を示す管路径方向断面図である。図１１の管路内浄化装置では、下部区画１６を更に上下に分ける透水性の底部連続間隙保持材１１が設けられている。下部区画１６内に設けられた底部連続間隙保持材１１と外管１の底部との間に形成された底部連続間隙１２が流路となることで、図８の管路内浄化装置に比べ、下部区画１６の流下性能を充分に確保することができる。

図１２は、従来の管路内浄化装置の一例を示す管路径方向断面図である。図１２の管路内浄化装置は、内管や間仕切りを有さず、外管１の内面に微生物膜１９を有する。図１２のような微生物膜を利用した従来の管路内浄化装置と、図１のような微生物担体を利用した管路と、図８のような微生物担体を利用した管路内浄化装置とにおける表面積、ＢＯＤ負荷量、ＢＯＤ除去量をそれぞれ、表１、表２、表３に示した。

表１に示したように、図１２に示したような微生物膜を利用した管路内浄化装置において、管路径３５０ｍｍの配管内面の１／２に微生物膜が付着している場合では、外管１ｍ当たりの微生物膜表面積は０．５５ｍ^２／ｍとなる。
一方、表２に示したように、図１に示したような微生物担体を利用した管路内浄化装置において、管路径３５０ｍｍの外管と管路径２００ｍｍの内管を用い、その間隙の１／２に微生物担体として比表面積３０００ｍ^２／ｍ^３のスポンジ状担体を充填した場合では、外管の管路軸方向１ｍ当たりの担体表面積は、９６ｍ^２／ｍとなる。このように二重管構造の間隙に比表面積が大きい微生物担体を充填することにより、管路内面の生物膜を用いる場合と比較して、１００倍以上の表面積を保持することができる。
また、表３に示したように、図８に示したような微生物担体を利用した管路内浄化装置において、管路径３５０ｍｍの外管の管路内を、間仕切りにより、上部区画と下部区画とが容積比で１：１となるように分け、充填量が４０Ｌ／ｍとなるように微生物担体を充填し、微生物担体に比表面積３０００ｍ^２／ｍ^３のスポンジ状担体を用いた場合では、下部区画１ｍ当たりの担体表面積は、１２０ｍ^２／ｍとなる。このように下部区画に比表面積が大きい微生物担体を充填することにより、管路内面の生物膜を用いる場合と比較して、１００倍以上の表面積を保持することができる。
表１に示したように、微生物膜によるＢＯＤ表面積負荷量を５ｇ／ｍ^２・ｄ、ＢＯＤ除去率を９０％とすると、図１２のような微生物膜を利用した管路内浄化装置の管路軸方向１ｍ当たりの１日当たりＢＯＤ除去量は２．５ｇ／ｍ・ｄと試算される。一方、表２、３に示したように、微生物担体のＢＯＤ容積負荷量を１ｋｇ／ｍ^３・ｄ、ＢＯＤ除去率を９０％とすると、図１及び図８のようなスポンジ状担体を利用した管路内浄化装置の管路軸方向１ｍ当たりの１日当たりＢＯＤ除去量は２９ｇ／ｍ・ｄと試算される。このように、二重管構造と微生物担体を用いることにより、微生物膜の１０倍以上にもなるＢＯＤ除去量を達成することができる。

図１３は、本発明の管路内浄化装置における架台の設置方法の一例を示す（ａ）斜視図及び（ｂ）管路径方向断面図である。
図１３の管路内浄化装置では、内管３の底部の形状に沿った切欠きが形成されたプレート状の架台２０が外管１に設置されており、内管３は架台２０上に設置されている。プレート状の架台２０と外管１の底部との間には、管軸方向に沿って連続した流路となる底部連続間隙１２が形成されており、外管１と内管３との間における汚水の流下性能が確保されている。

図１４は、本発明の管路内浄化装置における架台の設置方法の別の一例を示す（ａ）斜視図及び（ｂ）管路径方向断面図である。
図１４の管路内浄化装置では、内管３の底部に沿った形状の支持部と脚部とを有する架台２０が外管１に設置されており、内管３は架台２０上に設置されている。このような架台２０を用いる場合、内管３を安定して設置し、かつ、内管３と架台２０とがずれたり、架台２０から内管３が外れたりすることを防止するため、架台２０は、外管１及び内管３と固定されていることが好ましい。架台２０と外管１の底部との間には、管軸方向に沿って連続した流路となる底部連続間隙１２が形成されており、外管１と内管３との間における汚水の流下性能が確保されている。

図１５は、本発明の管路内浄化装置における架台の設置方法の別の一例を示す（ａ）斜視図及び（ｂ）管路径方向断面図である。
図１５の管路内浄化装置では、３つの半割管が連なってなる架台２０が外管１に設置されており、内管３は架台２０上に設置されている。図１５の管路内浄化装置では、架台２０の３つの半割管により、３点で内管３を支持している。架台２０と外管１の底部との間には、各半割管によって管軸方向に沿って連続した流路となる底部連続間隙１２が形成されており、外管１と内管３との間における汚水の流下性能が確保されている。

図１３〜１５に示した管路内浄化装置において、架台２０の内管との接触位置は内管３の中心よりも下部にあり、このため内管の重量を支えるための接着力が必要なく、外管内部に内管を設置する作業も容易となる。また、内管３の上部と外管１の上部との間には間隙が形成されている。このため、埋設時の土圧等での応力集中による亀裂や割れ等の不具合を防止することができる。

図１３〜１５に示した管路内浄化装置は、外管１の底部と内管３との間に広い間隙を有するため、この間隙に多量の微生物担体を充填することができる。外管１と内管３との間に充填した微生物担体で汚水を浄化する場合、上述したように、微生物が分解困難な固形物の多くが内管３により移送され、該固形物の含有割合が少なく、微生物による分解が容易となった汚水が外管１と内管３との間に供給されることで安定した浄化性能が得られる。

図１６は、本発明の管路内浄化装置の接続構造の一例を示す管路軸方向断面図であり、図１７は、本発明の管路内浄化装置の接続構造の一例を示す斜視図である。
本発明の管路内浄化装置の接続構造は、図１６、１７に示したように、上流側の管路内浄化装置Ａ１００と、下流側の管路内浄化装置Ｂ２００とを、水路３０１を有する人孔３００を介して接続した構造を有する。

図１６、１７の管路内浄化装置の接続構造で接続される管路内浄化装置Ａ１００及び管路内浄化装置Ｂ２００は、それぞれ外管１０１と内管１０２、外管２０１と内管２０２とによる二重管構造を有する。図１６、１７に示した管路内浄化装置Ａ１００及び管路内浄化装置Ｂ２００では、内管１０２、２０２内がそれぞれ流量確保部１０３、２０３となり、外管１０１と内管１０２との間隙、外管２１と内管２２との間隙がそれぞれ水浄化部１０４、２０４となる。

図１８は、本発明の管路内浄化装置の接続構造の別の一例を示す管路軸方向断面図である。
図１８の管路内浄化装置の接続構造で接続される管路内浄化装置Ａ１００及び管路内浄化装置Ｂ２００は、外管１０１、２０１が、それぞれ間仕切り１０５、２０５によって、上部区画と下部区画とに分けられた構造を有する。図１８に示した管路内浄化装置Ａ１００及び管路内浄化装置Ｂ２００では、上部区画がそれぞれ流量確保部１０３、２０３となり、下部区画がそれぞれ水浄化部１０４、２０４となる。

図１８において、間仕切り１０５、２０５には、開口部を設ける等により透水性が付与されている。このような透水性を有する間仕切り１０５、２０５を有することにより、水中の固形物の多くを、流量確保部１０３、２０３により移送し、固形物の含有割合の少ない水が水浄化部１０４、２０４に供給されるため、図１８に示した管路内浄化装置Ａ１００、Ｂ２００は、図１６、１７に示した管路内浄化装置Ａ１００、Ｂ２００と同様に、水浄化部１０４、２０４において安定して水の浄化処理を行うことができる。

図１６、１７における管路内浄化装置Ａ１００及び管路内浄化装置Ｂ２００は、外管１０１の底部と内管１０２との間及び外管２０１の底部と内管２０２との間に広い間隙を有するため、この間隙をそれぞれ水浄化部１０４、２０４として多量の微生物担体を充填することができる。水浄化部１０４、２０４に充填した微生物担体で汚水を浄化する場合、上述したように、微生物が分解困難な固形物の多くが流量確保部１０３、２０３により移送され、該固形物の含有割合が少なく、微生物による分解が容易となった汚水が水浄化部１０４、２０４に供給されることで安定した浄化性能が得られる。

図１６〜１８の管路内浄化装置の接続構造では、上流側の管路内浄化装置Ａ１００の外管１０１の底部と、下流側の管路内浄化装置Ｂ２００の内管２０２の底部とが、人孔３００の水路３０１で接続されている。このような構造を有することにより、一旦管路内浄化装置Ａ１００の流量確保部１０３から水浄化部１０４に供給された水が、人孔３００の水路３０１を通って管路内浄化装置Ｂ２００の流量確保部２０３に供給されることとなり、流下性能を低下させずに優れた浄化性能を発揮することができる。

本発明によれば、安価かつ高効率で汚水を浄化することができる管路内浄化装置を提供できる。また、本発明によれば、優れた流下性能と優れた浄化性能とを両立させることができる管路内浄化装置の接続構造を提供できる。

１ 外管
２ 内管の水面
３ 内管
４ 内管の開口部
５ 微生物担体
６ 内管の水面
７ 外管の水面
８ 担体保持管
９ 間隙（流路）
１０ 担体保持管の開口部
１１ 底部連続間隙保持材
１２ 底部連続間隙（流路）
１３ 間仕切り
１４ 間仕切りの開口部
１５ 上部区画
１６ 下部区画
１７ 上部区画の水面
１８ 下部区画の水面
１９ 微生物膜
２０ 架台
１００ 管路内浄化装置Ａ
１０１ 管路内浄化装置Ａの外管
１０２ 管路内浄化装置Ａの内管
１０３ 管路内浄化装置Ａの流量確保部
１０４ 管路内浄化装置Ａの水浄化部
１０５ 管路内浄化装置Ａの間仕切り
２００ 管路内浄化装置Ｂ
２０１ 管路内浄化装置Ｂの外管
２０２ 管路内浄化装置Ｂの内管
２０３ 管路内浄化装置Ｂの流量確保部
２０４ 管路内浄化装置Ｂの水浄化部
２０５ 管路内浄化装置Ｂの間仕切り
３００ 人孔
３０１ 人孔の水路

Claims (15)

1. 水流量を確保し、透水性を有する流量確保部と、前記流量確保部の下部に位置し、前記流量確保部から供給された水の浄化を行う水浄化部とを有し、前記流量確保部に開口部が設けられており、該開口部を介して前記流量確保部から前記水浄化部に水が供給されることを特徴とする管路内浄化装置。
2. 外管と、透水性を有する内管とからなる二重管構造を有し、前記内管内が流量確保部となり、前記外管と前記内管との間隙が水浄化部となることを特徴とする請求項１記載の管路内浄化装置。
3. 内管は、外管に設置された架台上に設置されていることを特徴とする請求項２記載の管路内浄化装置。
4. 架台は、外管に固定されていることを特徴とする請求項３記載の管路内浄化装置。
5. 架台は、内管に固定されていることを特徴とする請求項３又は４記載の管路内浄化装置。
6. 架台と内管との接触位置が内管の中心よりも下部にあることを特徴とする請求項３、４又は５記載の管路内浄化装置。
7. 内管の上部と外管の上部との間に間隙を有することを特徴とする請求項２、３、４、５又は６記載の管路内浄化装置。
8. 管路内を上部区画と下部区画とに分ける透水性の間仕切りを有し、前記上部区画が流量確保部となり、前記下部区画が水浄化部となることを特徴とする請求項１記載の管路内浄化装置。
9. 水浄化部に微生物担体が充填されていることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７又は８記載の管路内浄化装置。
10. 微生物担体は、管路内の水位に応じて、汚水による浸漬と、空気による曝露とを繰り返すことを特徴とする請求項９記載の管路内浄化装置。
11. 微生物担体は、透水性を有する担体保持材によって水浄化部に固定されていることを特徴とする請求項９又は１０記載の管路内浄化装置。
12. 担体保持材が管状の担体保持管であり、水浄化部の容積を調節し、かつ、保持する機能を有することを特徴とする請求項１１記載の管路内浄化装置。
13. 複数の担体保持材を有し、かつ、各担体保持材間に流路となる間隙を有することを特徴とする請求項１１又は１２記載の管路内浄化装置。
14. 底部に、管軸方向に沿って連続した流路となる底部連続間隙を有することを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２又は１３記載の管路内浄化装置。
15. 請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３又は１４記載の管路内浄化装置の接続構造であって、
    上流側の管路内浄化装置Ａと、下流側の管路内浄化装置Ｂとを、水路を有する人孔を介して接続した構造であり、
    前記人孔において、前記管路内浄化装置Ａの水浄化部を流れてきた水が、前記管路内浄化装置Ｂの流量確保部へ流れ込むように、前記管路内浄化装置Ａと前記管路内浄化装置Ｂとが接続されている
    ことを特徴とする管路内浄化装置の接続構造。

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