JP2005324112A - 汚水浄化再生装置及び蒸発反応槽 - Google Patents

Abstract

【課題】 曝気槽と蒸発反応槽で汚水を効率よく分解・蒸発させるコンパクトな蒸発反応槽及び汚水浄化再生装置を提供すること。
【解決手段】 汚水を曝気槽と蒸発反応槽で処理する汚水浄化再生装置であって、前記蒸発反応槽下部に曝気槽からの処理水を導入する導入部と、前記蒸発反応槽底部に散気管と、前記蒸発反応槽中央部に汚水を生物化学的に処理する微生物処理部と、処理水に一部が浸漬しかつ処理水面のほぼ全面を覆う微細構造物とを備える。また、前記微生物処理部が前記微細構造物を兼ねていてもよい。
【選択図】 図３

Description

本発明は、汚水による悪臭の発生を抑え、排水を出さずに浄化再生する装置に関する。

従来の汚水再利用式水洗トイレの浄化再生装置では、便器からの汚水を微生物処理して便器洗浄水として再利用しているが、蒸発室を設けてオーバーフローした浄化水を蒸発させている（例えば、特許文献１参照。）。

また、別のし尿処理装置では、濾材を充填した反応槽で生物学的処理によって有機物を分解しているが、処理液を反応槽外周面のパンチング孔から蒸発させている（例えば、特許文献２参照。）。
特開平１１−５０５０９号公報 特開２００２−１１９９８８号公報

特許文献１における第２図（ｃ）のように、蒸発室の底部から空気を吹き出して水面から蒸発させる構成では、吹き出す空気量で蒸発量を多少制御できるものの、水面の面積によって最も制約を受けている。従って、蒸発量を多くするには、蒸発室を大きくせざるを得ず、装置全体の大型化を招く。

特許文献２のおける図１のように、反応槽の壁面をパンチング材で構成し、処理水を外周に蒸散させる構成では、壁面を外気に曝す必要があり、さらに水受けガイドのスペースを確保しなければならない。そのため、装置の配置に制約を受け、また装置全体の大型化を招く。

以上に述べた従来の構成では、十分な蒸発処理をするためには装置を大型化する必要がある、或いは装置壁面を大気にさらすような配置を強いられるという問題があった。

本発明は、上記問題を鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、汚水を効率よく浄化・蒸発させるコンパクトな蒸発反応槽を提供するものである。また、前記蒸発反応槽を汚水浄化再生装置に組み入れることで、無臭で無排水の汚水浄化再生装置を提供するものである。

前記課題を解決するために、本発明による汚水浄化再生装置は、蒸発反応槽下部に曝気槽からの処理水を導入する導入部と、蒸発反応槽底部に散気管と、蒸発反応槽中央部に汚水を生物化学的に処理する微生物処理部と、処理水に一部が浸漬しかつ処理水面のほぼ全面を覆う微細構造物とを備えていることを特徴とする。

この構成によれば、処理水に浸漬する微細構造物が処理水を毛細管現象で吸い上げるとともに、大気に接する部分の表面積が水面の面積よりはるかに広いため、水分を効率よく蒸発させることができる。また、散気管によって強制蒸発させているので、蒸発量を制御することが容易である。

上記目的を達成するために、請求項２に記載の本発明の汚水浄化再生装置は、微細構造物が微生物保持材であることを特徴とする。

この構成によれば、蒸発反応槽中央部に加え、上部にある水面部付近すなわち微細構造物でも微生物による浄化作用を行うので、臭気をさらに除去することができる。

請求項３に記載の本発明の汚水浄化再生装置は、微生物処理部が前記微細構造物を兼ねていることを特徴とする。

この構成によれば、装置の構成要件が減るのでコストダウンにつながり、また製造・メンテナンスの工数も減らすことができる。

請求項４に記載の本発明の汚水浄化再生装置は、微細構造物が処理水に浸漬し、かつ処理水の水位より上に少なくとも１５ｍｍの厚みをもつことを特徴とする。

この構成によれば、散気管による攪拌で処理水の水面がある程度上下動しても微細構造物の上面は大気に接しているので、蒸発促進効果を維持することができる。

請求項５に記載の本発明の蒸発反応槽は、蒸発反応槽の下部に汚水導入部と、蒸発反応槽の底部に散気管と、蒸発反応槽の中央部に微生物処理部と、処理水に一部が浸漬した微細構造物とを備えたことを特徴とする。

この構成によれば、微細構造物による蒸発促進効果が得られるので、同じ蒸発量を実現する蒸発反応槽を小型化することができる。

本発明の効果として、蒸発反応槽の蒸発作用が促進されるので、蒸発反応槽及び汚水浄化再生装置全体が小型化でき、一般家庭や山小屋にも適用しやすくなる。また、蒸発反応槽の上部から水分を蒸発させているので、上部のみを開放状態にしておけばよいので、装置全体を小型化しやすく、また地下に埋設することも容易で、省スペースな配置が可能になるという利点がある。さらに、散気管による強制蒸発作用を使うことによって、利用者の数や季節に応じて蒸発量を制御し、循環させる再生水の量を適切に保ち、かつ排水を出さずに済むという利点がある。

以下、本発明の実施の形態を図１〜図８に基づいて説明する。

図１は本発明の汚水浄化再生装置１の平面図的にみた透視図である。図１において、全体の大きさは2400mm×2600mmであり、異物除去槽２と曝気槽３と蒸発反応槽４と脱色槽５と貯水槽６とがそれぞれ連結されている。図示しないトイレからの汚水・汚物は導通管７から導かれ、ステンレス籠８を配置し所定の大きさをもつ固形物を籠内に捕獲し取り除く。汚水と汚物は２連ポンプ９により装置上部まで揚水され、連通管１１により隣接する曝気槽３まで導かれる。曝気槽３で処理された処理水はオーバーフローさせ、中間部１０に導く。中間部１０は曝気槽内にあり、下部において蒸発反応槽４に連結されている。処理水は蒸発反応槽の下部の連通管１２から導入され、蒸発反応槽で処理された処理水は上部の連通管１３から脱色槽５に導かれる。脱色槽で処理された水はポンプによって連通管１４を通じて貯水槽６上部に揚水され、貯水槽に貯水される。貯水槽６の水はポンプと還流管１５によってトイレに導かれ、水洗水として利用される。

図２は図１における汚水浄化再生装置１の下半分を側面図的にみた透視図である。図面左から、異物除去槽２と貯水槽６と脱色槽５が並んでいる。装置の深さ方向の大きさは、2200mmである。各槽は、厚さ3mmのステンレス板で構成されている。トイレからの汚水・汚物は導通管７から異物除去槽２へ導入される。ステンレス籠８で固形物が除去された後、汚水・汚物は２連ポンプ９で連通管１１を経て、曝気槽に導かれる。脱色槽５はスノコ台の上に袋詰した活性炭２６（容積にして約１４４リットル）を配置している。この実施形態では、一日平均１５０人（最大３００人）の使用に対応できる。

図３は図１における汚水浄化再生装置１の上半分を側面図的にみた透視図である。図面左から曝気槽３と蒸発反応槽４が並び、各槽は実質的に中空で縦長角柱形状をしている。異物除去槽２からの処理水は連通管１１によって曝気槽上部から導かれる。曝気槽３の内部は滞留槽１６と攪拌槽１７と中間部１０に分離されており、滞留槽内には微生物保持材１８が遍在しており、攪拌槽の底部に散気管１９が配置されている。中間部１０では攪拌槽１７でオーバーフローした処理水を貯水し、下部にある連通管１２で蒸発反応槽４につながっている。蒸発反応槽４は、底部に散気管２０があり、槽の深さ方向中央部付近に網目状微生物保持材２１を配置し、さらにその上に微細構造物２２を配置した。微細構造物２２の一部は処理水に浸漬しているが、残る一部は大気に接している。処理水は蒸発反応槽上部にある連通管１３で隣接する脱色槽５につながっている。

曝気槽３の滞留槽にある微生物保持材１８は、特開2001-191090号公報などで公知の排水処理用の接触材で、その表面に保持された微生物の働きによって汚泥処理する。微生物保持材１８は、芯材となる経糸と、その経糸から螺旋放射状にかつ揺動可能に突出された多数の緯糸とによって構成されている。この緯糸が辺材となって処理範囲を広げている。また、緯糸の先端は固定されていないので、処理水の流れ等によって先端部に揺らぎが与えられる。すなわち、接触材が水中で揺動することにより、付着汚泥が先端部から徐々に剥離し、そのため接触材は安定した付着汚泥量を維持できる。

曝気槽３の攪拌槽底部には散気管１９が配置され、水中にエアーを吹き込むことで曝気を行う。また、エアーの噴出によって攪拌槽には下から上に向かう水流が生じる。滞留槽１６と攪拌槽１７の仕切り板２３を越えた処理水は滞留槽に還流する。滞留槽では上から下に向かう水流が形成され、ダウンフローの間に微生物保持材と接触することで汚泥が減容される。

汚水は滞留槽１６と攪拌槽１７との間を交互に循環し、その間に汚物は物理的分解と好気性菌と嫌気性菌による生物化学的分解が行われる。散気管１９で発生した気泡が微生物保持材１８に直接あたらないように仕切り板２３を設けている。また、滞留槽から攪拌槽にいたる底面は、攪拌槽に向かって傾斜しており、十分分解されていない汚物は、傾斜に沿って攪拌槽の底部に移動する。散気管から噴出される気泡によって、底面に沈殿した汚物を攪拌し、汚物の固形物を互いに衝突させて分解する。汚物が小さくなることによって、微生物保持材に汚物が付着しやすくなり、その結果微生物による分解処理が促進される。

曝気槽３の中間部１０は、攪拌槽１７とは反対側の面で滞留槽１６に接している。滞留槽でオーバーフローした処理水が中間部上部から流れ込み、中間部下部に配置した連通管１２から蒸発反応槽に導かれる。

蒸発反応槽４は、散気管２０が配置され処理水が攪拌される攪拌部と網目状微生物保持材が配置され処理水が浄化処理される微生物処理部２１と微細構造物２２が配置され処理水が蒸発されるとともに脱色槽に導かれる蒸発促進部がある。散気管２０からのエアーは、微生物処理部の微生物の活動を活性化する目的と蒸発促進部の蒸発作用を促進する目的がある。つまり、蒸発量を多くしたい場合には、散気管からの送風量を増やせばよい。

ここで用いた網目状微生物保持材は、保水性のある合成樹脂でできている。微生物保持材の表面は微細加工されており、その中に微生物が多数繁殖している。微生物保持材は蒸発反応槽の深さ方向中間部に設けられたスノコ台の上に深さ方向約800mmにわたって配置されている。処理水は下から浸透し、微生物処理部２１を経て微細構造物２２に至る。

微細構造物２２は、吸水性を有し、皺等を形成して表面積を増大した多孔性樹脂である。厚さ160mmのうち、半分まで処理水に浸漬している。蒸発反応槽においても、曝気槽の仕切り板２３で決まる水位とほぼ同じ高さまで水位が達するので、この高さに微細構造物２２と連通管１３を配置し、処理水を脱色槽へ導いている。微細構造物は30〜1000ミクロンの連通細孔を有し、微生物の好適な住処を提供するとともに、多孔質であるため水分を毛細管現象で吸い上げる。微細構造物が微生物保持材であれば、蒸発段階においても脱臭・分解作用を受けられるので、浄化がより促進する。微細構造物の大気に接している部分では、表面積が大きくなっているので、吸い上げた水分をすばやく拡散蒸発させることができる。つまり、微細構造物を用いることによって、蒸発面積を三次元的に拡大して、蒸発を促進している。

同じ水分量を蒸発させるのであれば、水面から直接蒸発させる場合より、水面をはさんで微細構造物を浸漬させた場合の方が槽の断面積は小さくてよい。従って、微細構造物を用いることによって、蒸発反応槽及び汚水浄化再生装置を小型化することができる。蒸発促進効果を高めるためには、大気に接する水面のほぼ全面にわたって、微細構造物が覆っていることが必要である。

また、蒸発反応槽底部に配置した散気管２０からの送風量によっても蒸発量を制御することができる。散気管としては、例えば大一産業株式会社のF―２００型クリーンタワーを用いればよい。F―２００型クリーンタワーでは、送風量を毎分０．０５〜０．２立方メートルまで変えることができる。利用者が多くて、再生水に余剰が出そうな時は、送風量を多くして、蒸発を促進させる。また、夏季で自然蒸発量が多く、再生水が不足しそうな時は、送風量を少なくして、蒸発を抑制する。

図４は、農山漁村などの一般家庭用汚水浄化再生装置を側面図的にみた透視図である。幅1000mm、高さ2400mmの中に曝気槽３、蒸発反応槽４、脱色槽５・貯水槽６が配置されている。各槽はステンレス製であるが、装置全体は木製外装とした。木製材料であれば、設置場所の近くで入手できる間伐材を利用できるというメリットがある。曝気槽・脱色槽・貯水槽については、第１の実施形態と同じである。奥行きは500mmあり、この実施形態では、一日平均２０人のし尿を処理できる。

蒸発反応槽の底部には、散気管２０が設置され処理水に酸素を送り込んで微生物の活動を活発にするとともに、蒸発作用を促進する。深さ約600mmの攪拌領域の上には、深さ約1000mmにわたって高温加工炭を敷き詰め、微生物処理部とし、さらにその上に深さ約40mmの微細構造物を配置した。微細構造物は処理水に浸漬しておかないと水分を吸い上げられないので効果が得られない。また、蒸発面積を確保するには、大気に接する面積が大きい方が望ましい。水位からの高さが10mm以下では散気管で発生する気泡による水面上下動で微細構造物の上面が水面に隠れることがしばしばあり、十分な蒸発促進効果が得られなかった。15mmにするとほぼ上面が常に露出するため、通常水面の蒸発より十分大きな蒸発量が得られた。また、上面の高さが水位から高すぎると、上面まで水分を吸い上げる時間がかかるので、逆効果になる。実験では、15mm以上650mm以下の厚さで好ましい結果が得られた。

蒸発反応槽の微細構造物２２は、クリストバライトを主成分とし、他に石英、鱗珪石、緑泥石等を加えて焼成成形したものである。貫通孔が数多く出来るように焼成すれば、平均細孔径が大きくなり、微生物を吸着、保持しやすくなる。脱色槽に導く連通管１３の高さが微細構造物の厚さ中央付近でかつ水面の高さになるように配置し、微細構造物の下半分を処理水に浸漬させる。

図５は、公園用の汚水浄化再生装置を平面図的にみた透視図である。2000mm×5000mmの中に図左から異物除去槽２、曝気槽３、蒸発反応槽４、脱色槽５・貯水槽６が配置されている。装置全体はコンクリート仕立てで地下埋設する。美観を重視する公園などでは、汚水浄化再生装置を隠すことを求められることがある。異物除去槽・曝気槽・脱色槽・貯水槽については、第１の実施形態と同じである。

蒸発反応槽の深さ方向中間部には、図示しない杉チップを厚さ800mmにわたって敷き詰め微生物処理部とした。底部の散気管２０によって攪拌された処理水は、杉チップ層を通過する際、微生物による浄化作用を受ける。その上に配置した図示しない微細構造物は、活性炭である。厚さ120mmのほぼ中央に水面がくるように微細構造物の一部を処理水に浸漬させている。その水位から隣接する脱色槽に処理水が導かれる。

本発明の蒸発反応槽では、上部のみを開放すればよいので、側面は隣接する各槽に接して配置できる。そのため、装置全体が小型化でき、地下埋設部分を小さくできる。

図６は、寒冷地用の汚水浄化再生装置を平面図的にみた透視図である。1800mm×1200mmの中に図左上に異物除去槽２、図左下に曝気槽３、図右下に蒸発反応槽４、図右上に脱色槽５・貯水槽６が配置されている。装置全体はコンクリート仕立てで、冬季における凍結防止のため地下に埋設した。この実施形態では、一日当たり５０〜１００人の使用に対応できる。

図示しないトイレからの汚水は、導通管７によって異物除去槽２に導かれ、固形物を除かれた汚水はポンプと連通管１１によって曝気槽３に導かれる。曝気槽３と蒸発反応槽４には共通のエアーポンプからの配管があり、散気管１９及び２０につながっている。曝気槽３の下部から連通管１２を通じて蒸発反応槽４に処理水が導かれ、蒸発反応槽４から脱色槽５へ連通管１３によって導かれる。脱色槽５を経た水は、隣接する貯水槽６に貯水され、還流管１５を通じてトイレの水洗水として利用される。

ところで、再生水が少なかったり、貯水していた水が蒸発したりして、水洗水が不足することもある。そういう場合のため、水位を検知するボールタップ２４を貯水槽に備え、ボールタップが所定水位以下になったことを検知すると、水道水あるいは川からの水を給水管２５を通じて供給してもらう。

蒸発反応槽の上部には、微細構造物がある。微細構造物は厚み約100mmの多孔性樹脂であり、その厚さのうち、約半分が処理水に浸漬している。

図７及び図８は、コンテナ用循環式トイレシステムである。２０フィートのコンテナサイズにトイレユニットと汚水浄化再生ユニットをそれぞれ収めてトラックで運搬できるようにした。運搬時には、水を抜いて運び、現地に設置してから約１５トンの水を注入して使用する。設置は、トラックに載せたままでもよいが、地上に台座を敷いて、その上に取り付けるのが好ましい。地震などの災害発生時や花火大会・祭り・コンサート・集会などのイベント等の一時的なニーズに応じて、本発明のトイレシステムを搬入・設置し、イベントが終了すれば速やかに撤去できる。

図７は、トイレユニットの平面図的にみた透視図である。洋式便器２７が６穴、小便器２８が３穴ある。図の上半分を女性用、下半分を男性用としてもよい。汚水・汚物は、各便器からユニット下部の図示しない便通管で集められる。汚水・汚物は図示しない異物除去槽を経て、汚水浄化再生ユニットに導く。

図８は、汚水浄化再生ユニットの平面図的にみた透視図である。トイレユニットからの汚水・汚物は連通管１１によって曝気槽３に導かれ、以降図左から右へ処理されながら、貯水槽６まで導かれる。曝気槽３には滞留槽１６と攪拌槽１７があり、攪拌槽底部には散気管１９を配置し曝気を行う。蒸発反応槽４では、スノコ台の上に網目状微生物保持材を上部まで敷き詰めている。ここでは、微生物処理部２１と蒸発促進部に同じものを使っている。連通管１３の水位に達した処理水は脱色槽５に導かれる。活性炭２６を下から上へ通過した処理水は、貯水槽６に貯水される。

なお、通常、トイレユニット１基に対して、汚水浄化再生ユニット１基を組み合わせるが、場合によっては、トイレユニット２基に対して、汚水浄化再生ユニット１基を組み合わせてもよい。

なお、トイレユニットには、身体障害者及び老人向けに地面から段差なしで入室できるトイレユニットを用意するのが好ましい。

なお、ポンプの電源として、家庭用コンセントから電力がとれない場合があるので、装置屋根に太陽電池パネルを設けるかあるいは、自家発電装置を収容してもよい。

なお、実施例１における異物除去槽の２連ポンプは予備のために設けたものである。動作時には交互に作動させて、一方がなんらかのトラブルで停止してもすぐに全体が停止しないようにする。

なお、脱色槽に用いる活性炭は針葉樹系の木材であればよいが、入手しやすさと浄化能力の高さの点から杉またはカラマツが好ましい。

なお、冬季での使用では、曝気槽や蒸発反応槽に送り込む空気を暖めておくのがよい。

実施例１の汚水浄化再生装置の全体構成を示した説明図である。 実施例１の汚水浄化再生装置の部分構造を示した説明図である。 実施例１の汚水浄化再生装置の部分構造を示した説明図である。 実施例２の汚水浄化再生装置の全体構成を示した説明図である。 実施例３の汚水浄化再生装置の全体構成を示した説明図である。 実施例４の汚水浄化再生装置の全体構成を示した説明図である。 実施例５の循環式水洗トイレユニットの構成を示した説明図である。 実施例５の汚水浄化再生ユニットの構成を示した説明図である。

符号の説明

１ 汚水浄化再生装置
２ 異物除去槽
３ 曝気槽
４ 蒸発反応槽
５ 脱色槽
６ 貯水槽
７ 導通管
８ ステンレス籠
９ ポンプ
１０ 中間部
１１〜１４ 連通管
１５ 還流管
１６ 滞留槽
１７ 攪拌槽
１８ 微生物保持材
１９〜２０ 散気管
２１ 微生物処理部
２２ 微細構造物
２３ 仕切り板
２４ ボールタップ
２５ 給水管
２６ 活性炭
２７ 洋式便器
２８ 小便器

Claims (5)

1. 汚水を曝気槽と蒸発反応槽とを用いて浄化再生する汚水浄化再生装置において、前記蒸発反応槽下部に曝気槽からの処理水を導入する導入部と、前記蒸発反応槽底部に散気管と、前記蒸発反応槽中央部に汚水を生物化学的に処理する微生物処理部と、処理水に一部が浸漬しかつ処理水面のほぼ全面を覆う微細構造物とを備えたことを特徴とする汚水浄化再生装置。
2. 請求項１において、前記微細構造物が微生物保持材であることを特徴とする汚水浄化再生装置。
3. 請求項１において、前記微生物処理部が前記微細構造物を兼ねていることを特徴とする汚水浄化再生装置。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれかの請求項において、前記微細構造物が処理水に浸漬し、かつ処理水の水位より上に少なくとも１５ｍｍの厚みをもつことを特徴とする汚水浄化再生装置。
5. 汚水を浄化・蒸発させる蒸発反応槽において、該蒸発反応槽の下部に汚水導入部と、該蒸発反応槽の底部に散気管と、該蒸発反応槽の中央部に微生物処理部と、処理水に一部が浸漬した微細構造物とをもつことを特徴とする蒸発反応槽。

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