JP2009254967A - 水処理システム - Google Patents

Abstract

【課題】オゾン処理と生物処理を用いて有機物を除去する水処理方式において、オゾン処理の効率を向上することにより、高い有機物除去性能を有する経済性の高い水処理システムを提供する。
【解決手段】マイクロバブル生成装置１Ａで被処理水中に生成したオゾンマイクロバブルを、オゾン反応槽１１Ａに注入する。この被処理水を、生物反応槽２１Ａの生物活性炭層２３に形成した生物膜で処理し、有機物をさらに分解、吸着処理する。オゾンマイクロバブルは酸化力と反応性が高いため、効率良く有機物を分解するとともに、生物難分解性有機物を生物易分解性有機物に変性させることができる。また、反応性が高いため処理後の溶存オゾン濃度が低減され、生物・活性炭処理槽２１Ａの微生物の健全性を維持できる。これによって、被処理水中の有機物除去効率と維持管理性が向上し、水処理の経済性が向上する。
【選択図】図１

Description

本発明は、下水、河川水、湖沼水、産業排水等の有機物除去に好適なマイクロバブルを利用した水処理システムに関する。

地形上の制約から下水処理水を湖沼等に放流する場合、湖沼の水質保全と環境保護の観点から、放流水の水質を向上する必要がある。特に、放流先の湖沼等が閉鎖性水域を形成する場合は、生態系への影響を考慮し、放流水中の有機物の削減が求められる。環境庁告示第５９号（「水質汚濁に係わる環境基準について」、昭和４６年１２月２８日）に、湖沼を対象とする水質汚濁に係わる環境基準が示されている。基準項目には、化学的酸素要求量（ＣＯＤ：Chemical Oxygen Demand）が掲げられ、水道１級の水源、及びヒメマス等の水産生物が生育する湖沼では、ＣＯＤ基準値として１ｍｇ／Ｌが提示されている。

このような湖沼全体の有機物低減の取り組みとして、〔非特許文献１〕には、下水処理水の超高度処理の技術が記載されている。非特許文献１に記載の水処理設備は、オゾン処理と、生物処理の一種である生物・活性炭処理を組み合わせた水処理（以下、「オゾン、生物・活性炭処理」と称する）の方式であり、放流水のＣＯＤ目標値を３ｍｇ／Ｌに定めた実証設備である。有機物を含む水のオゾン処理では、オゾン注入率に対応してＣＯＤ成分が分解され、生物易分解性の生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ：Biochemical Oxygen Demand）成分と生物難分解性のＣＯＤ成分が生成する。
生物・活性炭処理では、主に活性炭に付着した微生物がＢＯＤ成分を分解し、活性炭が残りのＢＯＤ成分、及びＣＯＤ成分を吸着する。

〔非特許文献２〕には、オゾン、生物・活性炭処理方式の課題として、オゾン注入の効率化、生物活性炭の寿命延長、及び処理コストの低減が挙げられている。

上記と同様のオゾン処理と生物処理を組み合わせた水処理（以下、「オゾン、生物処理」と称する）方式の従来技術として、〔特許文献１〕には、オゾン注入装置と紫外線照射装置、及び生物ろ過手段で構成され、被処理水にオゾンガスを溶解させて紫外線を照射し、その後、生物ろ過を行う技術が記載されている。また、オゾン注入量と紫外線照射量を制限し、ＢＯＤ成分を増加して生物ろ過手段で分解する。この技術によれば、オゾン処理後の溶存オゾンは紫外線で分解され、生物ろ過手段のオゾン酸化による負荷が軽減されることが記載されている。

〔特許文献２〕には、オゾン処理と生物処理の間に気泡塔を設け、被処理水にオゾンガスを溶解させたオゾン処理水に、空気をパージした後に、生物処理を行う排水の高度処理方法と装置の技術が記載されている。この技術によれば空気パージによって、オゾン処理後の溶存オゾン濃度を低下させ、生物膜ろ過手段のオゾン酸化による負荷を軽減することが記載されている。

〔特許文献３〕には、オゾン、生物処理システムにおいて、生物処理後の処理水の一部を抽出してオゾン処理の被処理水に加え、オゾン処理と生物処理の間で還流させる水の浄化処理方法が記載されている。この技術によれば、被処理水の容積当たりの接触時間を増加し、ＣＯＤ成分の除去性能を向上することが記載されている。

〔非特許文献２〕には、マイクロバブルは、直径が５０マイクロメータ以下の気泡であり、一般に、このサイズの気泡は、周囲流体への気泡内気体の溶け込みにより、液中で縮小していき、約２分で完全溶解すること、マイクロバブルは、周囲液体への溶け込みにしたがって直径が減少するため、表面張力の効果により内部が高温、高圧になること、マイクロバブルは体積に対する表面積比が大きいため溶解効率が高くなり、気体の圧力に比例して溶解度が増加するヘンリーの法則によって溶解がさらに促進されること、マイクロバブルは消滅時に殺菌力を有するラジカルを発生し、このラジカルによって、細菌、有機物を分解できるため、浄化、殺菌、消毒効果が得られることが記載されている。

〔非特許文献３〕には、気体オゾンの溶け込んだオゾン水は酸化還元電位が高く、強力な殺菌効果を有すること、オゾン水の製造にマイクロバブルを用いれば、溶解速度が高いため、溶解せずに液面から上方に離脱するオゾンガスが減少し、オゾンの利用効率が向上することが記載されている。以下、マイクロバブルは、このように定義することとする。

更に、〔非特許文献４〕、〔非特許文献５〕には、発明者が実施した水処理実験において、オゾンのマイクロバブルの溶解効率、及び反応効率は高く、水処理性能が高いことが記載されている。
特開平１１−３３５９２号公報 特開平９−２９２８５号公報 特開平５−１０４０９４号公報 滋賀県平成１８年版環境白書、２００７年３月 「水の特性と新しい利用技術」、株式会社エヌ・ティー・エス、１４２−１４６頁、２００４年５月１７日 「新版オゾン利用の新技術」、サンユー書房、７４−８３頁、１９８８年 第４３回下水道研究発表会講演集、社団法人日本下水道協会、８２１−８２３頁、２００６年６月２６日 第４４回下水道研究発表会講演集、社団法人日本下水道協会、７３３−７３５頁、２００７年６月２９日

〔特許文献１〕に記載の従来技術では、オゾン注入装置と生物ろ過手段の他に、紫外線照射装置段が必要であり、設備コスト、運転コストが増加する。また、オゾン注入量と紫外線照射量を制限することにより、逆にＣＯＤ成分の分解性能が低下する可能性がある。
〔特許文献２〕に記載の従来技術では、空気パージのため、気泡塔、ブロワ等を設置する必要があり、設備コスト、運転コストが増加する可能性がある。
〔特許文献３〕に記載の従来技術では、生物処理後の処理水の一部をオゾン処理の槽に還流することにより、設備規模の割に処理容量が減少するため、運転コストが増加する可能性がある。

本発明の目的は、以上の問題に鑑み、オゾン処理と生物処理を用いて有機物を除去する水処理方式において、オゾン処理の効率を向上することにより、高い有機物除去性能を有する経済性の高い水処理システムを提供することにある。

上記目的を達成するため本発明の水処理システムは、オゾンガスを発生させるオゾン発生装置と、オゾン発生装置により発生されたオゾンガスを気体源としてマイクロバブルを発生するマイクロバブル生成装置と、マイクロバブル生成装置により発生されたオゾンマイクロバブルを被処理水中に注入し被処理水を酸化処理するオゾン反応槽と、オゾン反応槽の後段に設けられた有機物の生物処理装置と、を備え、オゾン反応槽で被処理水中の有機物を、オゾンマイクロバブルを用いて分解処理した後に、オゾン反応槽で分解されなかった難分解性の有機物、及びオゾンマイクロバブルによって生物易分解性に変性した有機物を、生物処理装置で生物処理することを特徴とする。

オゾン反応槽にオゾンマイクロバブルを含む被処理水により酸化分解処理するので、オゾンの被処理水中への溶解効率が高く、被処理水中の有機物を効率的に生物易分解性のＢＯＤ成分に変性する。そして、オゾン処理後の溶存オゾン濃度は低下する。オゾン反応槽の後段に設けられた生物処理装置に導かれたオゾン処理水中のＢＯＤ成分は、生物処理装置で分解処理されが、溶存オゾン濃度が低いので、従来のように溶存オゾン濃度が高い場合よりも生物処理装置における有機物分解性能が向上する。

本発明によれば、オゾン処理と生物処理を用いて有機物を除去する水処理方式において、オゾン処理の効率を向上することにより、高い有機物除去性能を有する経済性の高い水処理システムを提供することができる。

《第１の実施形態》
以下、本発明の第１の実施形態に係わる水処理システムについて、図１を参照しながら説明する。図１は第１の実施形態に係わる水処理システムの構成を示す縦断面図である。
本実施形態の水処理システム１００Ａは、図１に示すように、主にマイクロバブルを生成する被処理水の循環流路３０を含むマイクロバブル生成装置１Ａ、オゾン反応槽１１Ａ、生物・活性炭処理槽（生物反応槽）２１Ａ、で構成される。そして、オゾン反応槽１１Ａと生物処理装置である生物・活性炭処理槽２１Ａはオゾン処理水流出路３２により連通されている。

（マイクロバブル生成装置）
マイクロバブル生成装置１Ａは、オゾンガスを発生させるオゾン発生装置２と、発生されたオゾンガスの流量を制御する流量調整弁６１と、被処理水にオゾンガスを混合するオゾンガス混合装置３と、オゾンガス混合装置３の後流側に配され、被処理水を昇圧して吐出するポンプ４と、ポンプ４の吐出側に配された気水分離装置５と、気水分離装置５の後流側ノズル（減圧装置）６と、ポンプ入口圧力を調整するためにオゾンガス混合装置３の上流側に配された流量調整弁６２と、循環流路３０と、オゾン発生装置２と流量調整弁６１とオゾンガス混合装置３とを結ぶオゾンガス注入管６３と、を含んで構成されている。

ここで、オゾンガス混合装置３には、エゼクタ形式、散気管方式、直接混合等の気液混合方式のものが適用される。
気水分離装置５は、タンク構造であり上部に図示しないエアベントが設けられており、オゾンガス混合装置３で混合されたオゾンガスのうち被処理水に溶解しなかった気泡を気水分離装置５の上部に集め、前記したエアベントから図示しないバッファタンクに配管で集める。前記したバッファタンクには図示しない減圧弁とそれに接続する配管が設けられ、その配管はオゾンガス混合装置３につながるオゾンガス注入管６３に接続されている。
なお、図示しないバッファタンクから更にもう一本の配管が分岐され、この配管がリリーフ弁を通してオゾン反応槽１１Ａの底部に設けた図示しない散気管に接続され、溶解しなかったオゾンを、散気管からオゾン反応槽１１Ａ内に放出するようにしても良い。

ノズル６は、昇圧されたオゾンガスが溶解した被処理水を減圧し、マイクロバブルを生成して被処理水中に生成するようになっている。
循環流路３０は、オゾン反応槽１１Ａの後記する第１の区画（仕切区画）１１ａの被処理水を吸引して抽水する抽水管８から流量調整弁６２、オゾンガス混合装置３を経由してポンプ４の吸込口に接続し、ポンプ４の吐出口から気水分離装置５、ノズル６を経由してオゾン反応槽１１Ａの第１の区画１１ａに開口する注入管７に接続している。
ちなみに、ポンプ４は、図示しないインバータからの電力により所定の回転速度で駆動される。

マイクロバブル生成装置１Ａには、オゾン発生装置２から吐出されるオゾンガスの流量を計測する図示しないオゾン流量計やオゾンガス濃度計が設けられる。また、オゾン反応槽１１Ａ内には、後記する溶存オゾン濃度計１２が設けられる。インバータによるポンプ４の回転速度やオゾン発生装置２のオゾン放電電流は、図示しない操作盤から手動で調整しても良いし、マイクロコンピュータを含む制御装置１０を用いても良い。制御装置１０を用いる場合、ポンプ４を駆動する図示しないインバータによるモータの回転速度、オゾン発生装置２におけるオゾン放電電流の調整によるオゾン発生量、及び流量調整弁６１の開度を制御し、オゾン反応槽１１Ａ内における溶存オゾン量を制御する。

制御装置１０は、特開２００７−２１３９３号公報に記載されているように、ノズル６の開度を制御し、循環流路３０を流れる流量やポンプ４の吐出圧等に応じて適切にオゾンマイクロバブルが生成されるように制御しても良い。ノズル６の上流側には圧力計が設けられる。

このように、手動、あるいは自動制御によって、オゾン反応槽１１Ａ内における溶存オゾン量を溶存オゾン濃度計１２で計測し、オゾン濃度目標値と比較して、オゾン反応槽１１Ａに注入するオゾン量の過不足を演算し、後段の生物処理装置である生物・活性炭処理槽２１Ａの生物・活性炭層２３の活性炭や微生物が酸化され過ぎないように溶存オゾン濃度を所定の幅内（オゾン濃度目標値）に制御できる。従って、オゾン反応槽１１Ａに供給される被処理水の量や被処理水中の有機物の濃度に応じた適切なオゾンマイクロバブルのオゾン反応槽１１Ａへの注入ができる。

（オゾン反応槽）
オゾン反応槽１１Ａは、複数の仕切板１３によって複数の区画（仕切区画）１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄに分割されている。仕切板１３は、オゾン反応槽１１Ａの底部との間に連通路を有する仕切板１３Ａ，１３Ｃと下部がオゾン反応槽１１Ａの底部と接続し上部を被処理水が乗り越えて連通する仕切板１３Ｂが交互に流れ方向に配置されるように構成されている。水処理システム１００Ａのオゾン反応槽１１Ａの第１の区画１１ａに導入された被処理水は、先ず仕切板１３Ａの下部の連通路から下流側の次の区画１１ｂに流れ、仕切板１３Ｂを乗り越えて下流側の次の区画１１ｃに流れる動作を繰り返して、オゾン処理された被処理水（オゾン処理水とも称する）として、オゾン処理水流出路３２を経て、次の生物・活性炭処理槽２１Ａに流入するようになっている。

第１の区画１１ａのオゾン反応槽１１Ａの壁の水深レベルにおける中央よりやや下方には、オゾンのマイクロバブルを含んだ被処理水を第１の区画１１ａに注入するためにマイクロバブル生成装置１Ａの循環流路３０の注入管７が開口している。また、第１の区画１１ａのオゾン反応槽１１Ａの壁の、前記した注入管７の位置より下方で、オゾン反応槽１１Ａの底部より上方には、オゾンを混合する被処理水を循環流路３０に取り込む抽水管８が開口している。

オゾン反応槽１１Ａは、上部が蓋で覆われており、被処理水から離脱してオゾン反応槽１１Ａの上部気相空間内に溜まったオゾンを導く排オゾン流路１７が設けられ、排オゾン処理装置１９に接続している。排オゾン処理装置１９は、排オゾンを、例えば、触媒による分解処理をして大気へ放出するための装置である。オゾン処理水のオゾン反応槽１１Ａからの排出口の近く（図１では区画１１ｄの排出口の近く）には、溶存オゾン濃度計１２が設けられ、オゾン処理水の溶存オゾン濃度が計測される。制御装置１０により、自動制御でオゾン反応槽１１Ａ内の溶存オゾン濃度を制御する場合には、溶存オゾン濃度計１２からの溶存オゾン濃度を示す信号が、制御装置１０に送信される。手動による制御の場合は、図示しない操作盤面上等に、計測された溶存オゾン濃度が表示される。これを目視確認して、オゾン発生装置２のオゾン放電電流を調整することもできる。

（生物・活性炭処理槽）
生物・活性炭処理槽２１Ａは、活性炭の表面又はその孔内に水処理用の微生物を付着させたものからなる生物・活性炭層２３を水処理槽内に固定したものであり、生物・活性炭層２３の上側からオゾン処理水を導入し、生物・活性炭層２３を下側へ通過した被処理水が処理水排水流路３３から排出されるようになっている。

次に、オゾンのマイクロバブルの生成及びオゾン反応槽１１Ａでの作用について説明する。
オゾンガス混合装置３を経た気液二相流状態のオゾンと被処理水は、ポンプ４で加圧され、オゾンガスの一部が被処理水に加圧溶解する。加圧された被処理水に含まれる未溶解のオゾンガス気泡は、気水分離装置５で分離する。オゾンが溶解した被処理水は、ノズル６によって減圧され、オゾンガスが発泡し、オゾンマイクロバブルが生成される。生成したオゾンマイクロバブルは、注入管７からオゾン反応槽１１Ａに注入される。

注入管７によりオゾン反応槽１１Ａに注入されたオゾンマイクロバブルは、第１の区画１１ａから次の区画１１ｂ、更に次の区画１１ｃ，１１ｄと流れる過程で被処理水と更に混合し、被処理水中のＣＯＤ成分がオゾンマイクロバブルによって生物易分解性のＢＯＤ成分に分解される。ＢＯＤ成分と分解されずに残った生物難分解性のＣＯＤ成分は、オゾン被処理水に同伴し、オゾン処理水流出路３２を通って生物・活性炭処理槽２１Ａに流入する。この過程で溶存オゾンは消費され減少する。
オゾン反応槽１１Ａの気相に処理水中から離脱して集まった排オゾンガスは排オゾン流路１７を経て排オゾン処理装置１９にて、例えば、接触触媒により通常の酸素に戻され、大気中に放出される。

なお、オゾン反応槽１１Ａに注入されたオゾンマイクロバブルは、マイクロバブルは体積に対する表面積比が大きいため溶解効率が高くなり、気体の圧力に比例して溶解度が増加するヘンリーの法則によって溶解がさらに促進されること、マイクロバブルは消滅時に殺菌力を有するＯＨラジカルを発生し、このＯＨラジカルによって、細菌、有機物を分解できるため、オゾン反応槽１１Ａにおける有機物の生物易分解性のＢＯＤ成分への分解に効率的に消費される。つまり、このオゾンマイクロバブルを注入されたオゾン処理において、オゾンマイクロバブルの高い反応性によって、被処理水の有機物の分解が促進され、生物難分解性のＣＯＤ成分が減少し、ＢＯＤ成分が増加する。これによって、後工程の生物処理によって分解される有機物が増加することになる。
また、オゾンマイクロバブルをオゾン反応槽１１Ａに注入するので、オゾンの気泡が表面に浮き上がりにくく、長くオゾン反応槽１１Ａの被処理水中にとどまる。

オゾンマイクロバブルの高い反応性によって、オゾン反応槽１１Ａから生物・活性炭処理槽２１Ａに流入するオゾン処理水の溶存オゾン濃度が減少するため、オゾンマイクロバブルの注入を採用していない従来技術と同じオゾン反応槽の排出口付近の溶存オゾン濃度の場合のオゾン反応槽に注入され時の溶存オゾン濃度に比較すると、オゾン反応槽１１Ａにおけるオゾン注入濃度を増加できる。これによって、更に生物難分解性のＣＯＤ成分が減少する。

また、手動制御、又は制御装置１０による自動制御により、オゾン反応槽１１Ａの排出口付近に設けた溶存オゾン濃度を所定値以下に抑制するように、オゾン発生装置２や、ポンプ４の回転速度、ノズル６の開度等を制御するので、溶存オゾン濃度は、後流側の生物・活性炭処理槽２１Ａの活性炭の酸化や微生物の活性度に負荷が掛からないように容易に調整される。
その結果、オゾン処理水流出路３２に従来のように溶存オゾン濃度を低減するための紫外線照射装置を設ける必要が無い。

次に生物・活性炭処理槽２１Ａ内における作用を説明する。
生物・活性炭処理槽２１Ａ内に生物・活性炭層２３が設置され、活性炭に付着した微生物によって前記した被処理水（オゾン処理水）中のＢＯＤ成分が分解される。また、未分解のＢＯＤ成分と前記した生物難分解性のＣＯＤ成分が、活性炭に吸着除去される。
生物・活性炭処理槽２１Ａに導入されるオゾン処理水中のＢＯＤ成分が増加するため、生物処理によって分解される有機物が増加し、効率的に微生物によりＢＯＤ成分が水とＣＯ_２等に分解され、生物・活性炭処理槽２１Ａから排出される処理水中の有機物が減少する。

一方、オゾン反応槽１１Ａの排出口における溶存オゾン濃度の減少によって、生物・活性炭層２３に付着した微生物がオゾン酸化によって損傷することがなく、微生物の活性を高めることができる。これによって、生物処理性能を向上できるとともに、微生物への酸化による負荷を軽減し、特許文献１から３に記載の従来技術と比較して微生物の寿命を延長できる。更に、溶存オゾン濃度の減少によって、活性炭の酸化を防止でき、特許文献１から３に記載の従来技術と比較して活性炭の寿命を延長できる。また、オゾン反応槽１１Ａで生物難分解性のＣＯＤ成分が、特許文献１から３に記載の従来技術と比較して減少するので活性炭の吸着性能が長続きする。

本実施形態の水処理システム１００Ａによれば、オゾン処理と生物処理を組み合わせた水処理方式において、生物処理における生物の活性を高め、活性炭やそれに付着した微生物の寿命を延長でき、生物処理性能を高めることができる。これにより、処理効率の良い経済性の高い水処理システムを提供することができる。

《第１の実施形態の変形例》
以下、本実施形態の変形例を、図２を参照しながら説明する。図２は第１の実施形態の変形例に係わる水処理システムの構成を表す縦断面図である。
第１の実施形態と同じ構成については同じ符号を付し重複する説明を省略する。
本変形例の水処理システム１００Ｂは、図２に示すように第１の実施形態における生物処理装置である生物・活性炭処理槽２１Ａの代わりに生物・活性炭処理槽（生物反応槽）２１Ｂに置き換わるだけで、他の構成は第１の実施形態における水処理システム１００Ａと同じである。
生物・活性炭処理槽２１Ｂにおいて、オゾン反応槽１１Ａで発生した排オゾンが、排オゾン処理装置１９で分解処理後に、生物・活性炭処理槽２１Ｂの底部に配置した散気管４９を介して注入される以外、生物・活性炭処理槽２１Ｂの構成は第１の実施形態における生物・活性炭処理槽２１Ａの構成と同じである。
排オゾン処理装置１９の排気は、オゾン処理後の酸素であり、これを生物・活性炭処理槽２１Ｂに注入することにより、溶存酸素濃度が増加し、微生物の活性を高めることができる。これによって、生物処理性能を向上できる。また、排オゾン流路１７内のオゾン濃度が低い場合、排オゾン処理装置１９を用いず、直接、生物・活性炭処理槽２１Ｂに注入しても良い。

本変形例の水処理システム１００Ｂによれば、オゾン処理と生物処理を組み合わせた水処理方式において、第１の実施形態よりも生物処理槽の溶存酸素濃度を高めることができ、生物処理における生物の活性を高め、生物処理性能を高めることができる。この効果によって、経済性の高い水処理システムを提供することができる。

《第２の実施形態》
次に、本発明の第２の実施形態に係わる水処理システムについて図３及び図４を参照しながら説明する。図３は第２の実施形態に係わる水処理システムの構成を表す縦断面図であり、図４は生物膜ろ過のメカニズムを説明する模式図である。
第１の実施形態と同じ構成については同じ符号を付し重複する説明を省略する。
本実施形態における水処理システム１０３は、図３に示すように第１の実施形態における生物処理装置である生物・活性炭処理槽２１Ａが、生物膜ろ過槽（生物反応槽）４１に置き換わるだけで、他の構成は第１の実施形態における水処理システム１００Ａと同じである。

本実施形態における生物膜ろ過槽４１は、図３に示すように上下に水槽内に間隔をあけて配された支持板４５Ａ，４５Ｂと、支持板４５Ａ，４５Ｂの上下間に保持された生物固定化担体層４３からなり、オゾン処理水流出路３２から生物固定化担体層４３の上側にオゾン処理水を導入し、生物固定化担体層４３を下側へ通過した被処理水が処理水排水流路３３から排出されるようになっている。
生物固定化担体層４３の逆洗用のブロワ４７が設けられ、ブロワ４７からの吐出空気が生物膜ろ過槽４１の支持板４５Ａより下方の生物膜ろ過槽４１の底部に配置された散気管４９に導かれるように配管されており、更に逆洗排水流路３４が、支持板４５Ｂより上方位置に設置されている。

生物固定化担体４３ａ（図４参照）としては、例えば、アンスラサイトなどの一般的な濾材であり、図４に示すように、生物固定化担体４３ａの周囲に微生物が付着して形成された微生物膜４３ｂができており、これが生物処理を行う。生物膜ろ過槽４１の処理水は、処理水排水流路３３から排水される。

本実施形態におけるマイクロバブル生成装置１Ａ及びオゾン反応槽１１Ａの作用、効果は第１の実施形態の場合と同じであるので重複する記述を省略し、生物膜ろ過槽４１の作用、効果と水処理システム１０３の効果だけを述べる。
ＢＯＤ成分と分解されずに残った生物難分解性のＣＯＤ成分は、オゾン処理水に同伴し、オゾン処理水流出路３２を通って生物膜ろ過槽４１に流入する。オゾン処理水に同伴した浮遊物質（ＳＳ：Suspended Solids）成分３５（図４参照）は、生物固定化担体層４３の空隙に捕捉され、ろ過される。
生物膜ろ過槽４１内に設けられた支持板４５Ａ、４５Ｂに保持された生物固定化担体層４３では、生物固定化担体４３ａの表面に付着した微生物膜４３ｂによって前記オゾン処理水中のＢＯＤ成分が分解される。

本処理では、オゾンマイクロバブルの高い反応性によって、水処理システム１０３に供給された被処理水のＣＯＤ成分の分解が促進され、生物難分解性のＣＯＤ成分が減少し、ＢＯＤ成分が増加する。これによって、生物処理装置である生物膜ろ過槽４１で分解される有機物が増加し、生物膜ろ過槽４１から排出される処理水の有機物が減少する。また、オゾンマイクロバブルの高い反応性によって、オゾン反応槽１１Ａから生物膜ろ過槽４１に流入するオゾン処理水の溶存オゾン濃度が減少するため、オゾン反応槽１１Ａにおけるオゾン注入率を増加できる。これによって、更に生物難分解性のＣＯＤ成分が減少しＢＯＤ成分が増加するため、生物膜ろ過槽４１における生物処理によって分解される有機物が増加し、生物膜ろ過槽４１から排出される処理水の有機物が減少する。

ちなみに、ブロワ４７で空気を散気管４９から吹き込むことにより気泡が生物固定化担体層４３を上方に通過するときに生物固定化担体４３ａの間をすり抜けて、生物固定化担体４３ａを揺り動かし、その際にろ過した浮遊物質成分３５を上方に気泡とともに生じる上昇流で押し流し、逆洗排水流路３４から排出する。

本実施形態の水処理システム１０３によれば、オゾン処理と生物固定化担体層４３の膜ろ過処理を組み合わせた水処理方式において、マイクロバブルの利用でオゾン処理効率を向上することにより、有機物除去性能を高めることができる。また、被処理水に同伴した浮遊物質成分３５も捕捉し、水質を高めることができる。更に、オゾン処理水の溶存オゾン濃度を低減することによって生物処理における生物の活性を高め、生物処理性能を高めることができるとともに、生物処理におけるオゾン酸化による生物への負荷を軽減し、生物の寿命を延長して維持管理のコストを低減できる。これによって、経済性の高い水処理システムを提供することができる。

なお、本実施形態における生物膜ろ過槽４１の構成は前記したものに限定されるものではなく、生物固定化担体４３ａとして、例えば、浮遊性の発泡ポリプロピレン（浮遊濾材）を用いた生物固定化担体層４３を支持体４５Ａ，４５Ｂの間に保持し、オゾン処理水を生物固定化担体層４３の下方から上方に通過するように流しても良い。
なお、この場合の逆洗は、処理水を別のポンプで生物固定化担体層４３の上方から下方に流し、生物膜ろ過槽４１の底部に設けた逆洗排水流路３４からろ過した浮遊物質成分３５を排出する。

《第３の実施形態》
次に、本発明の第３の実施形態に係わる水処理システムについて図５及び図６を参照しながら説明する。図５は第３の実施形態に係わる水処理システムの構成を表す縦断面図であり、図６は生物膜のメカニズムを説明する模式図である。
第１の実施形態と同じ構成については同じ符号を付し重複する説明を省略する。
本実施形態における水処理システム１０５は、図５に示すように第１の実施形態における生物処理装置である生物・活性炭処理槽２１Ａが、生物膜分離槽（生物反応槽）５１に置き換わるだけで、他の構成は第１の実施形態における水処理システム１００Ａと同じである。
本実施形態における生物膜分離槽５１には、分離膜５３が組み込まれる。分離膜５３は図６に示すように生物膜分離槽５１の下部の一次側下部ヘッダ領域５４Ａに導入されたオゾン処理水は、分離膜５３の一次側流路５２Ａから分離膜５３の二次側流路５２Ｂに通過し、上部の二次側ヘッダ領域５４Ｃに集まり、処理水排水流路３３から排水される。

そのような構成とするため二次側流路５２Ｂの下端は下部端隔離部材５３ａで閉じられ、一次側流路５２Ａの上端は二次側ヘッダ領域５４Ｃと隔離する上部端隔離部材５３ｂで閉じられ、且つ、一次側上部ヘッダ領域５４Ｂに互いに連通するようになっている。
分離膜５３の逆洗用のブロワ４７が設けられ、ブロワ４７からの吐出空気が一次側下部ヘッダ領域５４Ａに配置された散気管４９に導かれるように配管されている。更に、一次側上部ヘッダ領域５４Ｂは逆洗排水流路３４に接続し、逆洗排水流路３４には通常時は閉じられている図示しない逆洗排水流路弁が設けられている。

本実施形態におけるマイクロバブル生成装置１Ａ及びオゾン反応槽１１Ａの作用、効果は第１の実施形態の場合と同じであるので重複する記述を省略し、生物膜分離槽５１の作用、効果と水処理システム１０５の効果だけを述べる。
図６に示すように、分離膜５３の表面に微生物５３ｃが付着し、生物処理を行う。オゾン反応槽１１Ａに注入されたオゾンマイクロバブルは、被処理水に混合し、被処理水中のＣＯＤ成分がオゾンマイクロバブルによってＢＯＤ成分に分解される。ＢＯＤ成分と分解されずに残った生物難分解性のＣＯＤ成分は、オゾン処理水に同伴し、オゾン処理水流出路３２を通って生物膜分離槽５１に流入する。分離膜５３の一次側流路５２Ａの表面では、オゾン処理水に同伴した浮遊物質成分３５も捕捉され、分離される。生物膜分離槽５１内に設けられた分離膜５３では、一次側流路５２Ａ表面に付着した微生物５３ｃによってオゾン処理水中のＢＯＤ成分が分解される。

オゾン処理では、オゾンマイクロバブルの高い反応性によって、水処理システム１０５に供給された被処理水のＣＯＤ成分の分解が促進され、生物難分解性のＣＯＤ成分が減少し、ＢＯＤ成分が増加する。これによって、生物処理によって分解される有機物が増加し、生物膜分離槽５１から排出される処理水の有機物が減少する。また、オゾンマイクロバブルの高い反応性によって、オゾン反応槽１１Ａから生物膜分離槽５１に流入するオゾンマイクロバブル処理水の溶存オゾン濃度が減少するため、オゾン反応槽１１Ａにおけるオゾン注入率を増加できる。これによって、さらに生物難分解性のＣＯＤ成分が減少し、ＢＯＤ成分が増加するため、更に生物処理によって分解される有機物が増加し、生物膜分離槽５１から排出される処理水の有機物が減少する。

ちなみに、前記した図示しない逆洗排水流路弁を開放した状態で、ブロワ４７で空気を散気管４９から吹き込むことにより気泡が一次側流路５２Ａを上方に通過するときに、分離膜５３を揺り動かし、その際にろ過した浮遊物質成分３５を上方に気泡とともに生じる上昇流で押し流し、逆洗排水流路３４から排出する。

本実施形態の水処理システム１０５によれば、オゾン処理と生物膜分離処理を組み合わせた水処理方式において、マイクロバブルの利用でオゾン処理効率を向上することにより、有機物除去性能を高めることができる。また、被処理水に同伴した浮遊物質成分３５も捕捉し、水質を高めることができる。更に、オゾン処理水の溶存オゾン濃度を低減することによって生物処理における生物の活性を高め、生物処理性能を高めることができるとともに、生物処理におけるオゾン酸化による生物への負荷を軽減し、生物の寿命を延長して維持管理のコストを低減できる。これによって、経済性の高い水処理システムを提供することができる。

なお、図５及び図６では平板上の分離膜５３で模式的に説明したが、分離膜５３の形状はそれに限定されるものではない。例えば、円筒形の分離膜や、更に細い中空糸膜を分離膜５３として多数の中空糸膜を両端で束ねて１つのパイプの中に格納し、両端で中空糸の内部の中空部分側を二次側、中空糸の外側を一次側とするように隔離部材で仕切るようにしたユニットを用いても良い。

《第４の実施形態》
次に、本発明の第４の実施形態に係わる水処理システムについて図７を参照しながら説明する。図７は第４の実施形態に係わる水処理システムの構成を表す縦断面図である。
第１の実施形態と同じ構成については同じ符号を付し重複する説明を省略する。
本実施形態における水処理システム１０７は、図７に示すように第１の実施形態における生物処理装置である生物・活性炭処理槽２１Ａが、生物処理槽（生物反応槽）５５と沈殿池５６に置き換わるだけで、他の構成は第１の実施形態における水処理システム１００Ａと同じである。

本実施形態における生物処理槽５５には、汚泥等の生物担体５７が投入される。生物担体５７には微生物が付着し、生物処理を行う。生物処理槽５５に、曝気用のブロワ４７が設けられ、ブロワ４７からの吐出空気が生物処理槽５５の底部に配置された散気管４９に導かれるように配管されている。また、生物処理槽５５は沈殿池５６と上部で連通している。沈殿池５６では汚泥を沈殿させる。そして、沈殿池５６の底部と生物処理槽５５底部とは返送配管５８ａで結ばれ、返送配管５８ａの途中に返送ポンプ５８ｂが設けられている。

本実施形態におけるマイクロバブル生成装置１Ａ及びオゾン反応槽１１Ａの作用、効果は第１の実施形態の場合と同じであるので重複する記述を省略し、生物処理槽５５及び沈殿池５６の作用、効果と水処理システム１０７の効果だけを述べる。
オゾン反応槽１１Ａに注入されたオゾンマイクロバブルは、被処理水に混合し、被処理水中のＣＯＤ成分がオゾンマイクロバブルによってＢＯＤ成分に分解される。ＢＯＤ成分と分解されずに残った生物難分解性のＣＯＤ成分は、オゾン処理水に同伴し、オゾン処理水流出路３２を通って生物処理槽５５に流入する。生物処理槽５５では、ブロワ４７、散気管４９によって、空気が曝気され、生物処理槽５５の微生物の酸素を供給され、微生物の活性度が増加する。

生物担体５７に付着した微生物によって、オゾン処理水中のＢＯＤ成分が分解される。生物担体５７は、処理水とともに生物処理槽５５から沈殿池５６に移動し、沈殿池５６の底部に沈降する。沈降した生物担体５７は、返送配管５８ａ、返送ポンプ５８ｂ等とから構成される返送系５８を通り、生物処理槽５５に戻される。生物処理槽５５の底部に戻された生物担体５７は曝気による上昇流により底部から舞い上がりオゾン処理水と撹拌される。

オゾン処理では、オゾンマイクロバブルの高い反応性によって、水処理システムに供給された被処理水の有機物の分解が促進され、生物難分解性のＣＯＤ成分が減少し、ＢＯＤ成分が増加する。これによって、生物処理によって分解される有機物が増加し、排出される処理水の有機物が減少する。また、オゾンマイクロバブルの高い反応性によって、オゾン反応槽１１Ａから生物処理槽５５に流入するオゾンマイクロバブル処理水の溶存オゾン濃度が減少するため、オゾン反応槽１１Ａにおけるオゾン注入率を増加できる。これによって、更に生物難分解性のＣＯＤ成分が減少しＢＯＤ成分が増加するため、更に生物処理によって分解される有機物が増加し、沈殿池５６から排出される処理水の有機物が減少する。

本実施形態の水処理システム１０７によれば、オゾン処理と生物処理及び沈殿池を組み合わせた水処理方式において、マイクロバブルの利用でオゾン処理効率を向上することにより、有機物除去性能を高めることができる。また、オゾン処理水の溶存オゾン濃度を低減することによって生物処理における生物の活性を高め、生物処理性能を高めることができるとともに、生物処理におけるオゾン酸化による生物への負荷を軽減し、生物の寿命を延長して維持管理のコストを低減できる。これによって、経済性の高い水処理システムを提供することができる。

《第５の実施形態》
次に、本発明の第５の実施形態に係わる水処理システムについて図８を参照しながら説明する。図８は第５の実施形態における水処理システムの構成を表す縦断面図である。
第１の実施形態と同じ構成については同じ符号を付し重複する説明を省略する。
本実施形態における水処理システム１０９は、図８に示すように第１の実施形態における生物処理装置である生物・活性炭処理槽２１Ａが、オゾン反応槽１１Ａの後段に配置した活性炭処理槽（活性炭吸着装置）７１に置き換わるだけで、他の構成は第１の実施形態における水処理システム１００Ａと同じである。活性炭処理槽７１には活性炭層７３が設置されている。

オゾン反応槽１１Ａに注入されたオゾンマイクロバブルは、被処理水に混合し、被処理水中のＣＯＤ成分は、オゾンマイクロバブルによってＢＯＤ成分に分解される。ＢＯＤ成分と分解されずに残った生物難分解性のＣＯＤ成分は、オゾン処理水に同伴し、オゾン処理水流出路３２を通って活性炭処理槽７１に流入する。
活性炭処理槽７１内に活性炭層７３が設置され、ＢＯＤ成分、及び生物難分解性のＣＯＤ成分が、活性炭に吸着除去される。

オゾン処理では、オゾンマイクロバブルの高い反応性によって、水処理システムに供給された被処理水の有機物の分解が促進され、生物難分解性のＣＯＤ成分が減少する。これによって、活性炭処理槽７１から排出される処理水の有機物が減少する。また、オゾンマイクロバブルの高い反応性によって、オゾン反応槽１１Ａから活性炭処理槽７１に流入するオゾンマイクロバブル処理水の溶存オゾン濃度が減少するため、オゾン反応槽１１Ａにおけるオゾン注入率を増加できる。これによって、さらに生物難分解性のＣＯＤ成分が減少する。

一方、溶存オゾン濃度の減少によって、活性炭の酸化を防止でき、従来と比較して活性炭の寿命を延長できる。
本実施形態の水処理システム１０９によれば、オゾン処理と活性炭処理を組み合わせた水処理方式において、マイクロバブルの利用でオゾン処理効率を向上することにより、有機物除去性能を高めることができる。また、活性炭の寿命を延長して維持管理のコストを低減できる。以上の効果によって、経済性の高い水処理システムを提供することができる。

《変形例》
第１の実施形態及びその変形例、並びに第２の実施形態から第５の実施形態の変形例を、図９、図１０を参照しながら説明する。図９は第１の変形例における水処理システムの構成を表す縦断面図であり、図１０は第２の変形例における水処理システムの構成を表す縦断面図である。
ここでは、第１の実施形態に適用した場合を例に説明するが、それ以外の第１の実施形態の変形例、並びに第２の実施形態から第５の実施形態実施形態にも適用できる。
なお、第１の実施形態と同じ構成については同じ符号を付し、重複する説明を省略する。

（第１の変形例）
図９に示す水処理システム１００Ｃでは、第１の実施形態におけるマイクロバブル生成装置１Ａの代わりにマイクロバブル生成装置１Ｂに置き換わり、オゾン反応槽１１Ａの代わりにオゾン反応槽１１Ｂに置き換わっている。被処理水供給流路３１がオゾンガス混合装置３の上流側に接続され、流路内において被処理水の全量に直接オゾンマイクロバブルを生成させる。オゾンマイクロバブルが生成された被処理水は注入管７からオゾン反応槽１１Ｂの第１の区画１１ａに注入される。従って、マイクロバブル生成装置１Ｂでは被処理水が循環されず、ワンウェイのオゾン注入となっている。これによって、被処理水とオゾンマイクロバブルの接触を促進することができる。
この場合も、手動制御、又は制御装置１０による自動制御により、オゾン反応槽１１Ｂの排出口付近に配置された溶存オゾン濃度計１２からの信号に対応してオゾン発生装置２のオゾン放電電流や、ポンプ４を駆動する図示しないインバータ等を制御し、オゾン反応槽１１Ａの排出口における溶存オゾン量を調整しても良い。

（第２の変形例）
図１０に示す水処理システム１００Ｄでは、第１の実施形態におけるオゾン反応槽１１Ａの代わりに、仕切板１３を削除したオゾン反応槽１１Ｃに置き換えることにより、オゾン反応槽１１Ａを簡素化している。

第１及び第２の変形例の水処理システム１００Ｃ、１００Ｄによれば、オゾンマイクロバブルを利用することによって、オゾン処理と生物処理に基づく水処理システムの有機物除去性能を向上できるとともに、維持管理のコストを低減できる。これによって、経済性の高い水処理システムを提供することができる。

（その他の変形例）
更に、第１の実施形態の変形例における排オゾンの利用は第１の実施形態だけではなく、第２の実施形態から第３の実施形態にも適用できる。

第１の実施形態に係わる水処理システムの構成を示す縦断面図である。 第１の実施形態の変形例に係わる水処理システムの構成を表す縦断面図である。 第２の実施形態に係わる水処理システムの構成を表す縦断面図である。 生物膜ろ過のメカニズムを説明する模式図である。 第３の実施形態に係わる水処理システムの構成を表す縦断面図である。 生物膜のメカニズムを説明する模式図である。 第４の実施形態に係わる水処理システムの構成を表す縦断面図である。 第５の実施形態における水処理システムの構成を表す縦断面図である。 第１の変形例における水処理システムの構成を表す縦断面図である。 第２の変形例における水処理システムの構成を表す縦断面図である。

符号の説明

１Ａ，１Ｂ マイクロバブル生成装置
２ オゾン発生装置
３ オゾンガス混合装置
４ ポンプ
５ 気水分離装置
６ ノズル（減圧装置）
７ 注入管
８ 抽水管
１０ 制御装置
１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ オゾン反応槽
１２ 溶存オゾン濃度計
１３，１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ 仕切板
２１Ａ，２１Ｂ 生物・活性炭処理槽（生物反応槽）
２３ 生物活性炭層
３０ 循環流路
３１ 被処理水供給流路
３２ オゾン処理水流出路
３３ 処理水排水流路
３４ 逆洗排水流路
４１ 生物膜ろ過槽（生物反応槽）
４３ 生物固定化担体層
４３ａ 生物固定化担体
４７ ブロワ
４９ 散気管
５１ 生物膜分離槽（生物反応槽）
５３ 分離膜（膜分離装置）
５５ 生物処理槽（生物反応槽）
５６ 沈殿池
７１ 活性炭処理槽（活性炭吸着装置）
７３ 活性炭層
１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１０３，１０５，１０７，１０９ 水処理システム

Claims (11)

1. オゾンガスを発生させるオゾン発生装置と、
   該オゾン発生装置により発生されたオゾンガスを気体源としてマイクロバブルを発生するマイクロバブル生成装置と、
   該マイクロバブル生成装置により発生されたオゾンマイクロバブルを被処理水中に注入し被処理水を酸化処理するオゾン反応槽と、
   該オゾン反応槽の後段に設けられた有機物の生物処理装置と、を備え、
   前記オゾン反応槽で前記被処理水中の有機物を、前記オゾンマイクロバブルを用いて分解処理した後に、前記オゾン反応槽で分解されなかった難分解性の有機物、及びオゾンマイクロバブルによって生物易分解性に変性した有機物を、前記生物処理装置で生物処理することを特徴とする水処理システム。
2. 前記マイクロバブル生成装置は、
   前記オゾン発生装置により発生されたオゾンガスを被処理水中に混合するオゾンガス混合装置と、
   前記オゾンガスが混合された前記被処理水を加圧するポンプと、
   該ポンプで加圧されたオゾンガスが混入された被処理水を減圧してマイクロバブルを生成する減圧装置と、
   を少なくとも含むことを特徴とする請求項１に記載の水処理システム。
3. 前記オゾン反応槽は、複数の仕切板で前段から後段へと流れることが可能な仕切区画に分けられ、前記被処理水を最前段の仕切区画に受け入れ、
   前記マイクロバブル生成装置は、前記最前段の仕切区画から抽水された前記被処理水中に前記オゾンマイクロバブルを生成させて、再び前記最前段の仕切区画に注入することを特徴とする請求項２に記載の水処理システム。
4. 前記生物処理装置は、
   微生物を固定床に固定した生物反応槽で構成され、
   前記固定床に活性炭を用い、該活性炭の層に生物膜を形成し、
   前記オゾンマイクロバブルが注入された被処理水中の有機物を前記生物膜で分解し、前記活性炭で吸着処理することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の水処理システム。
5. 前記生物処理装置は、
   曝気装置と、生物固定化担体を有する生物反応槽で構成され、
   前記オゾンマイクロバブルが注入された処理水中の有機物を前記生物固定化担体に保持された微生物で分解することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の水処理システム。
6. 前記生物処理装置は、
   被処理水を膜の一次側から二次側に通過させて被処理水中の有機物を分離する膜分離装置を有する生物反応槽で構成され、
   前記オゾンマイクロバブルが注入された被処理水中の有機物を前記膜分離装置の膜面に保持された微生物で分解することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の水処理システム。
7. 前記生物処理装置は、
   被処理水を濾過する濾材を有する生物反応槽で構成され、
   前記オゾンマイクロバブルが注入された被処理水中の有機物を、前記濾材に保持された微生物で分解することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の水処理システム。
8. 前記生物処理装置は生物反応槽と沈殿池で構成され、
   前記オゾンマイクロバブルが注入された被処理水中の有機物を、前記生物反応槽に投入した微生物で分解し、前記微生物を前記沈殿池で沈殿させて処理水と分離することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか1項に記載の水処理システム。
9. 前記生物処理装置の生物反応槽に前記オゾン反応槽の排オゾンガスを供給することを特徴とする請求項３から請求項８のいずれか１項に記載の水処理システム。
10. オゾンガスを発生させるオゾン発生装置と、
    該オゾン発生装置により発生されたオゾンガスを気体源とするマイクロバブルを発生するマイクロバブル生成装置と、
    該マイクロバブル生成装置により発生されたオゾンマイクロバブルを被処理水中に注入し被処理水を酸化処理するオゾン反応槽と、
    該オゾン反応槽の後段に設けられた活性炭吸着装置と、を備え、
    前記オゾン反応槽で前記被処理水中の有機物を、オゾンマイクロバブルを用いて分解処理した後に、前記オゾン反応槽で分解されなかった難分解性の有機物、及びオゾンマイクロバブルによって生物易分解性に変性した有機物を、前記活性炭吸着装置において吸着処理することを特徴とする水処理システム。
11. 少なくとも前記オゾン発生装置によるオゾン発生量と前記ポンプの回転速度を制御する制御装置と、
    前記オゾン反応槽における前記酸化処理された被処理水オゾン濃度を計測する溶存オゾン濃度計と、を備え、
    前記制御装置は溶存オゾン濃度計の計測値をオゾン濃度目標値と比較して、前記水処理槽に注入するオゾン量の過不足を演算し、該演算結果をもとに前記ポンプの回転速度と前記オゾン発生装置のオゾン発生量を制御することを特徴とする請求項２に記載の水処理システム。

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