JP7813082B2

JP7813082B2 - 脱炭素型浄化槽

Info

Publication number: JP7813082B2
Application number: JP2025537333A
Authority: JP
Inventors: 孝岸脇
Original assignee: ARECO CO., LTD.
Current assignee: ARECO CO., LTD.
Priority date: 2023-07-30
Filing date: 2024-07-22
Publication date: 2026-02-12
Anticipated expiration: 2044-07-22
Also published as: JPWO2025028331A1; WO2025028331A1

Description

本発明は、化石燃料のように温暖化ガスの排出を生じることのない駆動用エネルギーを用いて浄化処理のための駆動を可能とする浄化処理装置、すなわち脱炭素型浄化槽に関する。

従来、汚水などを生物ろ過により浄化する浄化槽は、前段部（上流側）において比較的大きいろ過担体が充填されて嫌気的処理が行われ、後段部（下流側）では比較的小さいろ過担体が充填され、外部に設置された送風機から空気が供給される好気的処理が行われている。

また、この種の浄化槽としては、好気的処理を行う処理槽において、送風機から供給される空気を用いてろ過担体が収容されている処理槽の水位を瞬時に低下させることにより、ろ過担体等の洗浄を行う洗浄装置（以下、単に「洗浄装置」とも言う。）を備える浄化槽が知られている（特許文献１～４等を参照）。

斯かる洗浄装置は、送風機に接続された空気供給管と、処理槽内に水没されて空気供給管から送られる空気を貯留する空気溜室と、空気溜室内に挿通されて空気溜室内の空気が所定量貯留された際に貯留された空気を処理槽外へ排出する排出管と、を備え、排出管から空気溜室内の貯留空気が排出されることにより、処理槽内の水が空気溜室内に流入し、処理槽の水位を瞬時に低下させ、処理槽内のろ過担体を洗浄するように構成されている。

特開平８－１３２０８２号公報特開２０１０－１８４２１０号公報特開２０１０－２０７６６２号公報特開２０２１－１０８７６号公報

例えば日本国内に設置されて可動している浄化槽は、約７５０万基（２０１９年）とされている。各浄化槽に付設された送風機は各種発電施設から提供される電力を使用して駆動している。ここで、各送風機が２４時間稼働し、その平均動力を５０Ｗ（０．０５ｋＷ）と仮定した場合、約４０万ｋＷの電力となり、原子力発電所の１基分程度の電力が浄化槽のみによって消費されていることになる。近年の脱炭素化に向けた取り組みが加速している現状を鑑みた場合、このようなエネルギー消費を伴う浄化槽に対しても脱炭素化を見据えた取り組み（改良）が求められている。

そこで、本発明は、従来型の電力消費に代わる新たなエネルギー消費によりろ過担体の洗浄を行うことができる浄化槽、すなわち脱炭素型浄化槽を提供することを、解決すべき課題とする。

上記課題の解決は、本発明に係る脱炭素型浄化槽により達成される。すなわち、この浄化槽は、ろ過担体が収容される少なくとも一つの嫌気処理槽を含む複数の処理槽と、前記嫌気処理槽内のろ過担体を洗浄する洗浄装置と、を備え、前記洗浄装置は、ガスを貯留可能なガス溜まり部と、前記ガス溜まり部に接続され、前記複数の処理槽のうち少なくとも一つの処理槽で発生したガスをその上部で収集するガス収集部と、再生可能エネルギーを利用して発電された電力により駆動し直接的に又は間接的に前記ガス溜まり部に外気をガスとして供給する外気供給装置と、前記ガス溜まり部に貯留されたガスで駆動し、前記複数の処理槽のうち下流側に位置する処理槽内部の処理水を上流側に位置する処理槽に返送可能に構成されたエアリフトポンプと、を備え、前記ガス溜まり部に貯留されたガスが所定量に達して貯留されたガスと処理水との圧力均衡が崩れた際に前記エアリフトポンプを作動させて、ガス溜まり部内の水位上昇に伴う嫌気処理槽内の処理水の流れを発生させることにより、ろ過担体を洗浄可能とした点をもって特徴付けられる。

このように、本発明に係る浄化槽では、各処理槽内で発生したガスを収集するガス収集部を設けてこのガス収集部をガス溜まり部に接続すると共に、再生可能エネルギーを利用して発電された電力により駆動し外気をガスとしてガス溜まり部に供給する外気供給装置を設けたので、従来型の送風機のように、化石燃料を使用して作り出した電力エネルギーを一切用いることなく、自然エネルギーのみでエアリフトポンプを作動させることができる。また、ガス収集部と外気供給装置を併設することによって、各処理槽内で発生するガスの量が少ない場合であっても、ガス溜まり部にエアリフトポンプが作動するに足る量のガスを一定のスパンで供給することが可能となる。以上より、本発明によれば、二酸化炭素などの温室効果ガスの発生抑制に寄与しつつ優れた洗浄効果を安定的に付与することが可能となる。

以上のように、本発明に係る脱炭素型浄化槽によれば、従来型の電力エネルギーに代わる自然エネルギーのみにより、ろ過担体の洗浄を行うことができるので、脱炭素化に寄与することができつつも、ろ過担体の安定的な洗浄効果により当該浄化槽の浄化能力を長期間にわたって担保することが可能となる。

本発明の一実施形態に係る脱炭素型浄化槽を断面視した図である。図１に示す脱炭素型浄化槽を平面視した図である。図１に示す脱炭素型浄化槽の使用の一例を示す図で、ガス溜まり部にガスが溜まり始めた状態を示す図である。図１に示す脱炭素型浄化槽の使用の一例を示す図で、エアリフトポンプ内にガスが流入し始めた状態を示す図である。図１に示す脱炭素型浄化槽の使用の一例を示す図で、エアリフトポンプ内へのガスの流入が進んだ状態を示す図である。図１に示す脱炭素型浄化槽の使用の一例を示す図で、エアリフトポンプ内におけるガスの圧力と処理水の圧力との均衡が崩れた際の状態を示す図である。図１に示す脱炭素型浄化槽の使用の一例を示す図で、エアリフトポンプによる処理水のリフトアップが生じた際の状態を示す図である。本発明の他の実施形態に係る脱炭素型浄化槽を断面視した図である。本発明の他の実施形態に係る脱炭素型浄化槽を断面視した図である。

以下、本発明の一実施形態に係る脱炭素型浄化槽の内容を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る脱炭素型浄化槽１の断面図を示している。この浄化槽１は、複数の処理槽２～４と、洗浄装置５とを主に備える。

また、洗浄装置５は、ガス溜まり部７と、ガス収集部８と、外気供給装置９と、太陽光発電装置１０と、エアリフトポンプ１１とを備える。

複数の処理槽２～４は、少なくとも一つの嫌気処理槽を含んでいる。本実施形態では、三つの処理槽２～４全てが嫌気処理槽として機能し得る。これら三つの処理槽２～４のうち最も上流側に位置する第一処理槽２は、仕切り壁１３を介して相対的に上流側の第一室２ａと、相対的に下流側の第二室２ｂとに区画されている。この場合、処理水Ｗの流入口１４が第一室２ａの上部に設けられる。また、複数のろ過担体６ａが第二室２ｂの所定領域に収容され、上下の規制部１５ａ，１５ｂによりろ過担体６ｂの上下方向の移動が所定範囲に規制された状態となっている。規制部１５ａ、１５ｂは、ろ過担体６ｂを通さない金網、プラスチック製網等で構成され得る。各ろ過担体６ａには嫌気性微生物が付着しており、ろ過担体６ａ（第一処理槽２の第二室２ｂ）を通過する処理水Ｗに対して嫌気性微生物の代謝反応を利用した分解処理が施されるようになっている。

第一処理槽２の下流側に第二処理槽３が配設される。第二処理槽３は、仕切り壁１６を介して相対的に上流側の第一室３ａと、相対的に下流側の第二室３ｂとに区画されている。第一室３ａの所定領域に複数のろ過担体６ａが収容され、上下の規制部１５ａ，１５ｂによりろ過担体６ｂの上下方向の移動が所定範囲に規制された状態となっている。第一処理槽２の場合と同様、第二処理槽３内の各ろ過担体６ａには嫌気性微生物が付着しており、ろ過担体６ａ（第二処理槽３の第一室３ａ）を通過する処理水Ｗに対して嫌気性微生物の代謝反応を利用した分解処理が施されるようになっている。

第二処理槽３の下流側に第三処理槽４が配設される。第三処理槽４の所定領域に複数のろ過担体６ｂが収容され、上下の規制部１６ａ，１６ｂによりろ過担体６ｂの上下方向の移動が所定範囲に規制された状態となっている。ここでは、相対的に大きなろ過担体６ａが上流側の処理槽（第一処理槽２及び第二処理槽３）内に配設され、相対的に小さなろ過担体６ｂが下流側の処理槽（第三処理槽４）内に配設されている。規制部１６ａ、１６ｂは、ろ過担体６ｂを通さない金網、プラスチック製網等で構成され得る。

この場合、流入口１４から第一処理槽２の第一室２ａに流入した処理水Ｗは、第一室２ａの下方から第二室２ｂに流入し、ろ過担体６ａの収容領域を下方から上方に向けて通過した後、第二室２ｂの上方から第二処理槽３に流入する。第二処理槽３に流入した処理水Ｗは、上方から下方に向けて第一室３ａに設けられたろ過担体６ａの収容領域を上方から下方に向けて通過し、隣接する第二室３ｂに流入した後、第二室３ｂを下方から上方に向けて通過し、上方から第三処理槽４に流入する。第三処理槽４に流入した処理水Ｗは、上方から下方に向けて第三処理槽４に設けられたろ過担体６ｂの収容領域を上方から下方に向けて通過した後、さらに下流側に設けられた放出口１７を通じて脱炭素型浄化槽１の外に放出される。

以下、洗浄装置５の詳細を説明する。

ガス溜まり部７は例えば略箱状をなすもので、下方に向けて開口した形態をなし、これにより所定のガスを貯留可能としている。本実施形態では、ガス溜まり部７は第三処理槽４内部に配設されており、第三処理槽４における処理水Ｗの水面位置よりも低い位置に配設されている。そのため、後述するガスＧａ，Ｇｂがガス溜まり部７に全く貯留されていない状態では、ガス溜まり部７の全域が処理水Ｗに水没した状態にある（図１を参照）。

ガス収集部８は、複数の処理槽２～４のうち少なくとも一つの処理槽内で発生したガスＧａをその上部で収集可能に構成され、流通管１８を介してガス溜まり部７に接続される。これにより、ガス収集部８で収集したガスＧａをガス溜まり部７まで送って貯留可能としている。本実施形態では、ガス収集部８は下方に開口しかつ下方に向かうにつれて開口面積が増大する形状を成している。上記構成のガス収集部８は、第二処理槽３の第一室３ａのうち、ろ過担体６ａの収容領域の上方に配設されている。これにより、ろ過担体６ａの収容領域又は各処理槽２～４の底部に堆積した汚泥などの沈殿物Ｓにおいて有機性汚水が微生物により分解する過程で発生する有機ガスであるガスＧａを収集可能としている。

外気供給装置９は、外気Ｇｂをガス溜まり部７にガスとして供給可能とするもので、太陽光発電装置１０で生成した電力で駆動可能とされている。ここで外気供給装置９としては任意の気体供給機器が使用でき、例えばブロアが好適に用いられる。本実施形態では、外気供給装置９に外気供給管２４が接続され、外気供給管２４の先端開口部がガス溜まり部７の下方位置に配設されることにより、外気供給装置９により圧送された外気Ｇｂが外気供給管２４を通じてガス溜まり部７に直接供給されるようになっている。

なお、外気Ｇｂは、上述のようにガス溜まり部７に対して直接的に供給してもよいし、間接的に供給してもよい。すなわち、本実施形態のようにガス溜まり部７が連通管１８を介してガス収集部８と接続されている場合、ガス収集部８又は連通管１８内部に外気Ｇｂが供給されるように、外気供給装置９及び外気供給管２４を構成してもよい。

エアリフトポンプ１１は、ガスＧａ，Ｇｂの流入を許容する第一流通管１９と、第二流通管２０と、第一流通管１９の下端部と第二流通管２０の下端部とを連通する連通管２１とを一体的に有する。この場合、第一流通管１９と第二流通管２０とは上下方向に延び、かつ連通管２１は水平方向に延びた状態で相互に接続される。なお、ここでいう『上下方向に延び』とは、必ずしも鉛直方向に沿って延びる形態のみを意味する訳ではなく、多少の傾きは許容され得る。同様にここでいう『水平方向に延び』とは、必ずしも水平方向に沿って延びる形態のみを意味する訳ではなく、水平方向に対する多少の傾きは許容され得る。また、図示例では、これら流通管１９，２０は何れも直線状に延びているが、もちろん湾曲した形状を完全に排除するものではない。

第一流通管１９には、連通管２１との接続位置よりも上方に開口部１９ａが設けられており、この開口部１９ａはガス溜まり部７内に配置される。本実施形態では、開口部１９ａは、第一流通管１９に接続されたチーズ（Ｔ字型継手）１９ｂの３つの接続口のうちの上方を向く接続口である。チーズ１９ｂの側方を向く接続口に第一流通管１９が接続されている。また、第二流通管２０の連通管２１と反対側の端部（上端部）には返送管２２が接続されている。返送管２２は、エアリフトポンプ１１が配設される処理槽（ここでは第三処理槽４）よりも上流側に位置する処理槽（ここでは第一処理槽２）まで延びている。

また、第一流通管１９に処理水Ｗの引き込み管２３が接続されている。本実施形態では、チーズ１９ｂの下方を向く接続口に引き込み管２３が接続されている。この場合、引き込み管２３は上下方向に延び、後述するエアリフトポンプ１１の作用で第三処理槽４の底部近傍の処理水Ｗを引き込み可能とされる。

次に、上記構成の脱炭素型浄化槽１の使用の一例を、主に図３～図７に基づいて説明する。

まず処理水Ｗを導入した初期段階においては、図１に示すように、ガス溜まり部７とガス収集部８がともに全域にわたって各処理槽３，４中の処理水Ｗに水没した状態にある。この場合、エアリフトポンプ１１を構成する第一流通管１９、第二流通管２０、及び連通管２１もまた処理水Ｗで満たされた状態にある。

ここで流入口１４より処理水Ｗが第一処理槽２内に流入すると、流入した処理水Ｗに対して各処理槽２～４により上述した浄化処理（ここでは嫌気的処理）が施される。この際、図３を参照して、第二処理槽３の第一室３ａで発生したガスＧａは、ろ過担体６ａの上方に位置するガス収集部８により収集され、連通管１８を通じてガス溜まり部７に送られる。これにより、少なくとも第二処理槽３で発生したガスＧａがガス溜まり部７に貯留される。また、太陽光発電装置１０が稼働可能な天候状況である場合には、太陽光発電装置１０で生成された電力により外気供給装置９が駆動し、これにより外気供給管２４を通じてガス溜まり部７に外気Ｇｂがガスとして供給される（図３を参照）。

上述のようにしてガス溜まり部７にガスが貯留されるに従い、ガス溜まり部７における気液界面（処理水Ｗの水面）位置が次第に押し下げられる。そして、エアリフトポンプ１１のガス流入口となる第一流通管１９の開口部１９ａまで処理水Ｗが押し下げられることで、第一流通管１９にガスＧａ，Ｇｂが流入し、第一流通管１９内の気液界面が押し下げられる（図４及び図５を参照）。

そして、さらにガス溜まり部７へのガスＧａ，Ｇｂの供給が進み、ガス溜まり部７におけるガスＧａ，Ｇｂの貯留量が所定量に達した際、言い換えると、エアリフトポンプ１１内におけるガスＧａ，Ｇｂの圧力と処理水Ｗの圧力との均衡が崩れた際（例えば図６に示す状態）、エアリフトポンプ１１内のガスＧａ，Ｇｂが、返送管２２を通じてエアリフトポンプ１１外に排出される。この排出現象に伴って、第三処理槽４のうちガス溜まり部７の下方に位置する処理水Ｗが瞬時に上昇すると共に、ガス溜まり部７の下部とつながるろ過担体６ｂの収容領域直下の処理水Ｗが下方に向けて瞬時に引き込まれる流れが生じる（何れも図７を参照）。これにより第三処理槽４内のろ過担体６ｂの洗浄処理が施される。

また、上述したガスＧａ，Ｇｂの流動に伴い、ガス溜まり部７と連通するガス収集部８内のガスＧａが、連通管１８、ガス溜まり部７、及び返送管２２を介して、エアリフトポンプ１１外に排出される。この排出現象に伴って、ガス収集部８の直下に位置する処理水Ｗが瞬時に上昇する流れが生じる。これにより第二処理槽３内のろ過担体６ａに洗浄処理が施される。

また、本実施形態では、処理水Ｗの引き込み管２３の下端開口部を、第三処理槽４の底部近傍に配置したので、上述したガスＧａ，Ｇｂの流動作用に伴い、引き込み管２３の下端開口部を通じて第三処理槽４の底部近傍の処理水Ｗが引き上げられると共に、底部に堆積した沈殿物Ｓが引き上げられ、処理水Ｗと共に第一処理槽２に返送される。これにより、下流側の沈殿物Ｓの量が減少する。また、上流側の処理槽（ここでは第一処理槽２）に返送された沈殿物Ｓが処理水Ｗと共に各処理槽２～４による浄化処理を受けることによっても沈殿物Ｓの量が減少する。

以上述べたように、本実施形態に係る脱炭素型浄化槽１では、第二処理槽３内で発生したガスＧａを収集するガス収集部８を設けてこのガス収集部８をガス溜まり部７に接続すると共に、太陽光発電装置１０により駆動し外気Ｇｂをガスとしてガス溜まり部７に供給する外気供給装置９を設けたので、従来型の送風機のように、化石燃料を使用して作り出した電力エネルギーを一切用いることなく、自然エネルギーのみでエアリフトポンプ１１を作動させることができる。また、ガス収集部８と外気供給装置９を併設することによって、第二処理槽３内で発生するガスＧａの量が少ない場合であっても、ガス溜まり部７にエアリフトポンプ１１が作動するに足る量のガスＧｂを一定のスパンで供給することが可能となる。以上より、本実施形態に係る脱炭素型浄化槽１によれば、二酸化炭素などの温室効果ガスの発生抑制に寄与しつつ優れた洗浄効果を安定的に付与することが可能となる。

以上、本発明の一実施形態について述べたが、本発明に係る脱炭素型浄化槽は、その趣旨を逸脱しない範囲において、上記以外の構成を採ることも可能である。
上記実施形態では、太陽光発電装置１０を例示したが、再生可能エネルギーを利用して発電された電力を発生させる装置であれば、太陽光発電に限定されず、たとえば、二酸化炭素を発生させない他の再生可能エネルギー、例えば、風力、地熱、水力、バイオマス等を利用した発電装置であってもよい。

例えば上記実施形態では、エアリフトポンプ１１のガス流入口となる第一流通管１９の開口部１９ａをガス溜まり部７内に配置した場合を例示したが、もちろんこれは限定されない。例えば図示は省略するが、第一流通管１９の開口部１９ａを直接連通管１８と接続して、ガス収集部８で収集したガスＧａを第一流通管１９に流入させてもよい。この場合、ガス溜まり部７は、第一流通管１９と連通管１８とで構成される。また、併せて図示は省略するが、連通管１８又は第一流通管１９に外気供給管２４を接続して、外気Ｇｂを直接第一流通管１９に送り込んでもよい。何れにしても、ガス溜まり部７に貯留されたガスＧａ，Ｇｂが所定量に達して貯留されたガスＧａ，Ｇｂと処理水Ｗとの圧力均衡が崩れた際にエアリフトポンプ１１を作動させて、ガス溜まり部７内の水位上昇に伴う嫌気処理槽内の処理水Ｗの流れを発生させることにより洗浄可能な限りにおいて、エアリフトポンプ１１及びガス溜まり部７は任意の構成をとることが可能である。

また、上記実施形態では、第二処理槽３内のろ過担体６ａの上方位置のみにガス収集部８を配設した場合を例示したが、もちろんこれ以外の構成をとることも可能である。例えば図示は省略するが、各処理槽２～４のうち二つ以上の処理槽内部に収容されたろ過担体６ａ，６ｂの上方位置にガス収集部８を配設し、各処理槽２～４のろ過担体６ａ，６ｂ収容領域で発生したガスＧａを収集し、ガス溜まり部７に送るようにしてもよい。

もちろん、嫌気処理槽でない処理槽であったとしても各種浄化処理により底部に沈殿物Ｓが堆積する場合には、堆積した沈殿物ＳからガスＧａが発生することがあるため、嫌気処理槽以外の処理槽にガス収集部８を配設してもかまわない。

また、以上の説明では、脱炭素型浄化槽１に三つの処理槽２～４を設けた場合を例示したが、もちろん二つ又は四つ以上の処理槽を設けてもよい。またそのうちの一つ以上の処理槽を嫌気処理槽以外の処理槽としてもよい。また、それら複数の処理槽の其々において処理水が流れる方向が図示例と異なる方向となるように構成することもできる。

また、エアリフトポンプ１１は、上記実施形態に限らず、例えば、図８に示すように第二流通管２０に引き込み管２３を接続することもできるし、或いは、図９に示すように第二流通管２０の下部を延長するようにして引き込み管２３を形成することもできる。

１脱炭素型浄化槽
２第一処理槽
３第二処理槽
４第三処理槽
５洗浄装置
６ａ，６ｂろ過担体
７ガス溜まり部
８ガス収集部
９外気供給装置
１０太陽光発電装置
１１エアリフトポンプ
１３，１６仕切り壁
１４流入口
１５ａ，１５ｂ，１６ａ，１６ｂ規制部
１７放出口
１８連通管
１９第一流通管
１９ａ開口部
２０第二流通管
２１連通管
２２返送管
２３引き込み管
２４外気供給管
Ｇａガス
Ｇｂ外気
Ｓ沈殿物
Ｗ処理水

Claims

ろ過担体が収容される少なくとも一つの嫌気処理槽を含む複数の処理槽と、
前記嫌気処理槽内の前記ろ過担体を洗浄する洗浄装置と、を備え、
前記洗浄装置は、
ガスを貯留可能なガス溜まり部と、
前記ガス溜まり部に接続され、前記複数の処理槽のうち少なくとも一つの処理槽で発生したガスをその上部で収集するガス収集部と、
再生可能エネルギーを利用して発電された電力により駆動し前記ガス溜まり部に外気をガスとして供給する外気供給装置と、
前記ガス溜まり部に貯留されたガスで駆動し、前記複数の処理槽のうち下流側に位置する処理槽内部の処理水を上流側に位置する処理槽に返送可能に構成されたエアリフトポンプと、を備え、前記ガス溜まり部に貯留されたガスが所定量に達して前記貯留されたガスと前記処理水との圧力均衡が崩れた際に前記エアリフトポンプを作動させて、前記ガス溜まり部内の水位上昇に伴う前記嫌気処理槽内の前記処理水の流れを発生させることにより、前記ろ過担体を洗浄可能とした、脱炭素型浄化槽。