排水処理方法
【課題】簡単な構成の排水処理設備を用い、かつ、発泡及びゲル様物質の発生、並びに分離膜の急速な閉塞を抑え、排水処理設備の安定な稼動を実現する。
【解決手段】排水処理方法は、有機排水中の有機物を生物処理により分解する少なくとも１つの生物処理槽、及び生物処理槽から流出する処理水を分離膜により固液分離する少なくとも１つの膜分離槽を備えた排水処理設備を用いた方法であり、ＢＯＤ容積負荷を１．０〜５．０ｋｇ〔ＢＯＤ〕／ｍ３／ｄとし、生物処理槽内の汚泥濃度を２０００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌ以上６０００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌ未満に維持するとともに、膜分離槽内の汚泥濃度を６０００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌ以上１５０００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌ以下に維持し、排水処理設備内での汚泥滞留時間（ＳＲＴ）について、ＢＯＤ容積負荷に応じて、下記式（Ｃ）、
を満たすように調節する。
【解決手段】排水処理方法は、有機排水中の有機物を生物処理により分解する少なくとも１つの生物処理槽、及び生物処理槽から流出する処理水を分離膜により固液分離する少なくとも１つの膜分離槽を備えた排水処理設備を用いた方法であり、ＢＯＤ容積負荷を１．０〜５．０ｋｇ〔ＢＯＤ〕／ｍ３／ｄとし、生物処理槽内の汚泥濃度を２０００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌ以上６０００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌ未満に維持するとともに、膜分離槽内の汚泥濃度を６０００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌ以上１５０００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌ以下に維持し、排水処理設備内での汚泥滞留時間（ＳＲＴ）について、ＢＯＤ容積負荷に応じて、下記式（Ｃ）、
を満たすように調節する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排水処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、有機物を主体とする有機排水の生物学的処理を行う活性汚泥法においては、単位汚泥当たりの有機物除去能力が一定であるという前提に立っている。それゆえ、ＢＯＤ容積負荷を上げて排水処理設備を運転する場合、ＢＯＤ容積負荷が上がった分だけ処理系内の汚泥濃度を上げることで処理水の水質を保つ方策を採っていた。
【０００３】
また、膜分離活性汚泥装置（MBR : Membrane Bioreactor）を用いた膜分離活性汚泥法においても、同様の方策が採られる。すなわち、ＢＯＤ容積負荷を上げて膜分離活性汚泥装置を運転する場合、生物処理槽、及びろ過膜を浸漬させた膜分離槽それぞれにおける汚泥濃度を上げることで処理水の水質を保つ方策を採っていた。このとき、生物処理槽及び膜分離槽における汚泥濃度がともに８０００〜１５０００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌとなるように運転することが多い。このような膜分離活性汚泥法は、例えば特許文献１に開示されている。特許文献１に開示された技術では、生物処理槽及び膜分離槽の各槽における汚泥濃度を均一化している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−５３３６３号公報（２００３年 ２月２５日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のように、排水処理装置を、生物処理槽及び膜分離槽における汚泥濃度がともに８０００〜１５０００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌとなるように運転した場合、ＢＯＤ容積負荷が１．０ｋｇ〔ＢＯＤ〕／ｍ３／ｄ未満であれば安定稼動が可能である。しかしながら、ＢＯＤ容積負荷が１．０ｋｇ〔ＢＯＤ〕／ｍ３／ｄ以上である場合、以下の現象が生じる。
・排水処理装置内で発泡が生じる。
・排水処理装置内でゲル様物質が生成される。
・分離膜の急速な閉塞。
【０００６】
そして、これらの現象により、排水処理装置の継続的な運転が困難になるという問題がある。特許文献１に開示された技術では、排水処理装置内に消泡手段を設けることで、発泡を防止している。このため、排水処理装置の構成が複雑化するという問題が生じる。
【０００７】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、簡単な構成の排水処理設備を用い、かつ、発泡及びゲル様物質の発生、並びに分離膜の急速な閉塞を抑え、排水処理設備の安定な稼動を実現する排水処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、上記課題に鑑み鋭意検討した結果、膜分離活性汚泥装置における発泡発生及びゲル様物質発生の要因は、汚泥滞留時間（ＳＲＴ）の長期化が要因であり、ＳＲＴを適正範囲に設定することで、発泡発生及びゲル様物質発生を抑えることができること、及び膜分離槽の汚泥濃度を適正範囲に設定することで分離膜の急速な閉塞を抑えることができることを見出し、本発明に至った。
【０００９】
すなわち、本発明の排水処理方法は、上記の課題を解決するために、有機排水中の有機物を生物処理により分解する少なくとも１つの生物処理槽、及び生物処理槽から流出する処理水を分離膜により固液分離する少なくとも１つの膜分離槽を備えた排水処理設備を用いた、活性汚泥法による排水処理方法であって、
ＢＯＤ容積負荷を１．０〜５．０ｋｇ〔ＢＯＤ〕／ｍ３／ｄとし、
上記生物処理槽内の汚泥濃度を２０００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌ以上６０００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌ未満に維持するとともに、上記膜分離槽内の汚泥濃度を６０００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌ以上１５０００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌ以下に維持し、
上記排水処理設備内での汚泥滞留時間（ＳＲＴ）について、上記ＢＯＤ容積負荷に応じて、下記式（Ｃ）、
【００１０】
【数１】
【００１１】
を満たすように調節することを特徴としている。
【００１２】
膜分離活性汚泥装置における発泡発生の原因は、汚泥の自己分解時に汚泥中に含まれる微生物から溶解性粘性物（主に細胞質成分）が溶出することであると考えられる。また、ゲル様物質の発生の原因は、ゲル様物質代謝細菌の異常繁殖であると考えられる。これらの原因は何れも、汚泥滞留時間（ＳＲＴ）の長期化が要因であると考えられる。上記の構成によれば、排水処理設備に流入するＢＯＤ容積負荷に応じて、ＳＲＴを上記式（Ｃ）の適正範囲内に収めることでＳＲＴの長期化を抑制しているので、汚泥の自己分解及びゲル様物質代謝細菌の異常繁殖を抑えることが可能になる。
【００１３】
また、ＳＲＴが上記式（Ｃ）の適正範囲内にある場合、発泡及びゲル様物質の発生を抑えることができる一方、膜分離槽の汚泥濃度が適正範囲外にあると、分離膜が急速に閉塞するおそれがある。その結果、排水処理設備の継続的な運転が困難になる。上記の構成によれば、ＳＲＴを上記式（Ｃ）の適正範囲内に収めるとともに、膜分離槽の汚泥濃度を適正範囲に収めることで、排水処理設備の安全運転を実現している。
【００１４】
また、従来の排水処理方法では、生物処理槽に投入する負荷を高くする場合、単位体積当たりのＳＳ（浮遊性汚泥）が処理し得る能力を一定として、ＢＯＤ負荷の増大に併せ処理系内のＳＳを増大させるのが一般的である。
【００１５】
一方、上記の構成によれば、生物処理槽に投入するＢＯＤ容積負荷を１．０〜５．０ｋｇ〔ＢＯＤ〕／ｍ３／ｄとした場合、膜分離槽の汚泥濃度を高く設定する一方、生物処理槽の汚泥濃度を低く設定している。すなわち、生物処理槽と膜分離槽との間で汚泥濃度の差を付けて、排水処理設備を運転している。これにより、排水処理設備内のＳＳを無駄に増やす必要がなくなる。その結果、汚泥滞留時間（ＳＲＴ）が無駄に長期化することがなく、ＳＲＴを適正化することができる。
【００１６】
よって、上記の構成によれば、簡単な構成の排水処理設備を用い、かつ、発泡及びゲル様物質の発生、並びに分離膜の急速な閉塞を抑え、排水処理設備の安定な稼動を実現することができる。
【００１７】
また、本発明の排水処理方法では、上記生物処理槽のうち少なくとも１槽に、微生物を固定する微生物固定化担体を保持することが好ましい。
【００１８】
上記の構成のように、上記生物処理槽のうち少なくとも１槽に、微生物を固定する微生物固定化担体を保持することは、汚泥に含まれる微生物の増殖、槽内に分散する分散菌の抑制の面で好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の排水処理方法は、以上のように、
ＢＯＤ容積負荷を１．０〜５．０ｋｇ〔ＢＯＤ〕／ｍ３／ｄとし、
上記生物処理槽内の汚泥濃度を２０００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌ以上６０００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌ未満に維持するとともに、上記膜分離槽内の汚泥濃度を６０００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌ以上１５０００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌ以下に維持し、
上記排水処理設備内での汚泥滞留時間（ＳＲＴ）について、上記ＢＯＤ容積負荷に応じて、下記式（Ｃ）、
【００２０】
【数２】
【００２１】
を満たす構成である。
【００２２】
それゆえ、簡単な構成の排水処理設備を用い、かつ、発泡及びゲル様物質の発生、並びに分離膜の急速な閉塞を抑え、排水処理設備の安定な稼動を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の排水処理方法に用いられる排水処理装置（排水処理設備）１０の基本構成を示す模式図である。
【図２】図１の変形例としての排水処理装置の概略構成を示す模式図である。
【図３】図１の他の変形例としての排水処理装置の概略構成を示す模式図である。
【図４】排水処理設備を安定稼動した時期における、ＢＯＤ−ＳＳ負荷及びＢＯＤ容積負荷をプロットしたグラフである。
【図５】汚泥転換率について、実測値と計算値とを比較した結果を示すグラフである。
【図６】ＳＲＴおよびＢＯＤ−ＳＳ負荷とＢＯＤ容積負荷との関係を示すグラフであり、左側の縦軸はＳＲＴを示し、右側の縦軸はＢＯＤ−ＳＳ負荷を示し、横軸はＢＯＤ容積負荷を示す。
【図７】実施例１の結果を示し、（ａ）は、排水処理設備運転中のＢＯＤ容積負荷の変動を示すグラフである。（ｂ）は、排水処理設備運転中の、生物処理槽１及び膜分離槽２のＭＬＳＳ濃度、並びに汚泥滞留時間（ＳＲＴ）の変動を示すグラフであり、○は生物処理槽１のＭＬＳＳ濃度を示し、□は膜分離槽のＭＬＳＳ濃度を示し、△は汚泥滞留時間（ＳＲＴ）を示す。（ｃ）は、排水処理設備運転中の、排水及び処理水のＴＯＣの変動を示すグラフであり、○は排水のＴＯＣを示し、△は処理水のＴＯＣを示す。（ｄ）は、排水処理設備運転中の、膜モジュール３の分離膜と吸引ポンプ間の膜差圧の変動を示すグラフである。
【図８】実施例２の結果を示し、（ａ）は、排水処理設備運転中のＢＯＤ容積負荷の変動を示すグラフである。（ｂ）は、排水処理設備運転中の、生物処理槽１及び膜分離槽２のＭＬＳＳ濃度、並びに汚泥滞留時間（ＳＲＴ）の変動を示すグラフであり、○は生物処理槽１のＭＬＳＳ濃度を示し、□は膜分離槽２のＭＬＳＳ濃度を示し、△は汚泥滞留時間（ＳＲＴ）を示す。（ｃ）は、排水処理設備運転中の、排水及び処理水のＴＯＣの変動を示すグラフであり、○は排水のＴＯＣを示し、△は処理水のＴＯＣを示す。（ｄ）は、排水処理設備運転中の、膜モジュール３の分離膜と吸引ポンプ間の膜差圧の変動を示すグラフである。
【図９】実施例３の結果を示し、（ａ）は、排水処理設備運転中の、投入ＤＯＣ及びＢＯＤ容積負荷の変動を示すグラフであり、●は投入ＤＯＣを示し、□はＢＯＤ容積負荷を示す。（ｂ）は、排水処理設備運転中の、生物処理槽１及び膜分離槽２のＭＬＳＳ濃度、並びに汚泥滞留時間（ＳＲＴ）の変動を示すグラフであり、○は生物処理槽１のＭＬＳＳ濃度を示し、□は膜分離槽２のＭＬＳＳ濃度を示し、△は汚泥滞留時間（ＳＲＴ）を示す。（ｃ）は、排水処理設備運転中の、処理水のＴＯＣの変動を示すグラフである。（ｄ）は、排水処理設備運転中の、膜モジュール３の分離膜と吸引ポンプ間の膜差圧の変動を示すグラフである。
【図１０】比較例１の結果を示し、排水処理設備運転中の、膜分離槽２のＭＬＳＳ濃度および膜差圧の変動を示すグラフであり、○は膜分離槽２のＭＬＳＳ濃度を示し、実線は膜差圧を示す。
【図１１】比較例２の結果を示し、排水処理設備運転中の、ＳＲＴ及びＢＯＤ容積負荷の挙動を示すグラフ、及び生物処理槽内の発泡の様子を示す画像であり、グラフのおける●はＳＲＴを示し、□はＢＯＤ容積負荷を示す。
【図１２】比較例３の結果を示し、排水処理設備運転中の、ＳＲＴ及びＢＯＤ容積負荷の挙動を示すグラフ、並びに生物処理槽１及び膜分離槽２内の発泡の様子を示す画像であり、グラフのおける●はＳＲＴを示し、□はＢＯＤ容積負荷を示す。
【図１３】実施例４及び比較例４における濃縮汚泥密度の測定結果を示し、排水処理設備運転中の、濃縮汚泥密度の変動を示すグラフ、及び試験開始から約２週間後の比較例４における膜モジュール３の分離膜の状態を示す画像であり、グラフにおける△は実施例４を示し、●は比較例４を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の一形態について、図１〜図１３を参照して、詳細に説明する。
【００２５】
（本発明の排水処理方法に用いられる排水処理設備の構成）
まず、本発明の排水処理方法に用いられる排水処理設備の構成について、説明する。図１は、本排水処理方法に用いられる排水処理装置（排水処理設備）１０の基本構成を示す模式図である。図１に示されるように、排水処理装置１０は、生物処理槽１及び膜分離槽２を備えた膜分離活性汚泥装置である。この排水処理装置１０では、前段を生物処理槽１とし、後段を膜分離槽２としたシステムになっている。生物処理槽１には連続的に有機物を主体とする排水が投入され、生物処理槽１にて処理された排水が後段の膜分離槽２に流入する。生物処理槽１及び膜分離槽２の各槽には、汚泥５が投入されている。また、生物処理槽１及び膜分離槽２はそれぞれ、槽内に空気を供給する散気管４を備えている。
【００２６】
まず、生物処理槽１に排水が流入すると、排水は汚泥５と混合する。そして、散気管４から供給される酸素４ａにより好気処理が行われ、汚泥５に含まれる好気性微生物により排水に含まれる有機物が分解する。生物処理槽１では、分解による排水の浄化が進行するとともに、汚泥５の発生量が増加する。
【００２７】
後段の膜分離槽２には、膜モジュール３が浸漬されている。この膜モジュール３は、生物処理槽１にて浄化された水を汚泥５と処理水とに固液分離する分離膜を備えている。そして、膜モジュール３により固液分離された処理水は、処理系外に設置した吸水ポンプ（不図示）により排出されるようになっている。なお、膜分離槽２に配された散気管４による曝気は、主に膜モジュール３の分離膜面の膜面流速を確保するために行われる。その一方で、散気管４により酸素４ａも供給されるので、好気処理が若干行われる。
【００２８】
また、膜分離槽２内では、膜モジュール３により固液分離され汚泥５が残る。この膜分離槽２内で残った、大部分の汚泥５は、系内の汚泥量を維持するために、生物処理槽１へ返送される（汚泥返送）。また、残りの汚泥５は、余剰汚泥として系外へ排出される（余剰汚泥引き抜き）。
【００２９】
なお、膜モジュール３における分離膜の材料は、特に限定されず、従来公知の材料を適用することができる。分離膜の材料としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレン等のポリオレフィン系などが挙げられる。また、これら材料に親水化処理を施したものであってもよい。また、分離膜の形状は、中空糸膜、平膜といった従来公知の形状であってよい。
【００３０】
（変形例１）
図１に示された排水処理装置１０の構成の変形例について説明する。図２は、この変形例１としての排水処理装置２０の概略構成を示す模式図である。なお、説明の便宜上、図１と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【００３１】
図２に示されるように、変形例１の排水処理装置２０は、生物処理槽１を第１生物処理槽１Ａ（前段）及び第２生物処理槽１Ｂ（後段）という２つの槽とし、最終段を膜分離槽２としたシステムになっている。そして、第２生物槽１Ｂには、微生物を固定化するための担体（微生物固定化担体）６を浸漬させ、固定床としている。このように第１生物処理槽１Ｂに担体６を保持させることは、汚泥５に含まれる微生物の増殖、槽内に分散する分散菌の抑制の面で好ましい。
【００３２】
担体６の形状は、特に限定されず、立方体、筒状、ひも状、球状、歯車状等であってよい。また、担体６の材料は、特に限定されず、従来公知の材料であればよい。また、担体６は、浮遊担体であってもよいし、固定担体であってもよい。担体６の材料としては、例えば、ナイロン、ウレタン、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）、ＰＥＧ（ポリエチレングリコール）、セルロース、火山礫、セラミック、コンクリート、活性炭等が挙げられる。
【００３３】
また、担体６の投入量は、第２生物処理槽１Ｂの全体に対して、見掛け容積で１〜５０％とすることがより好ましい。
【００３４】
（変形例２）
図１に示された排水処理装置１０の構成の他の変形例について説明する。図３は、この変形例２としての排水処理装置３０の概略構成を示す模式図である。なお、説明の便宜上、図１及び図２と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【００３５】
図３に示されるように、変形例２の排水処理装置３０は、生物処理槽１を第１生物処理槽１Ａ（前段）及び第２生物処理槽１Ｂ（後段）という２つの槽とし、最終段を膜分離槽２としたシステムになっている。
【００３６】
変形例１及び２の構成は、生物処理槽１が２つの槽からなり、最終段が膜分離槽２としたシステムになっている。生物処理槽１を構成する槽の個数は、２つに限定されず、排水処理装置の設置場所及び形状、並びに排水の処理量に応じて適宜設定することができる。また、生物処理槽１及び膜分離槽２の容積は、排水処理装置が処理する排水のＢＯＤ負荷、処理量、排水処理装置の設置場所及び形状などに応じて適宜設定することができる。
【００３７】
本発明の排水処理方法（以下、本排水処理方法と記す）では、上述の排水処理装置を用いて、活性汚泥法により排水処理を行う。そして、排水処理の条件を以下のように設定して排水処理装置を運転する。
【００３８】
（ア）ＢＯＤ容積負荷を１．０〜５．０ｋｇ〔ＢＯＤ〕／ｍ３／ｄとする。
【００３９】
（イ）生物処理槽１内の汚泥濃度を２０００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌ以上６０００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌ未満に維持するとともに、膜分離槽２内の汚泥濃度を６０００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌ以上１５０００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌ以下に維持する。
【００４０】
（ウ）上記排水処理設備内での汚泥滞留時間（ＳＲＴ）について、上記ＢＯＤ容積負荷に応じて、下記式（Ｃ）、
【００４１】
【数３】
【００４２】
を満たすように調節する。
【００４３】
膜分離活性汚泥装置における発泡発生の原因は、汚泥の自己分解時に汚泥中に含まれる微生物から溶解性粘性物（主に細胞質成分）が溶出することであると考えられる。また、ゲル様物質の発生の原因は、ゲル様物質代謝細菌の異常繁殖であると考えられる。これらの原因は何れも、汚泥滞留時間（ＳＲＴ）の長期化が要因であると考えられる。そこで、本排水処理方法では、排水処理設備に流入するＢＯＤ容積負荷に応じて、ＳＲＴを上記式（Ｃ）の適正範囲内に収める（条件（ウ））ことで、ＳＲＴの長期化を抑制している。これにより、汚泥の自己分解及びゲル様物質代謝細菌の異常繁殖を抑えることが可能になる。
【００４４】
また、ＳＲＴが上記式（Ｃ）の適正範囲内にある場合、発泡及びゲル様物質の発生を抑えることができる一方、上記の場合でも膜分離槽２の汚泥濃度が適正範囲外にあると、分離膜が急速に閉塞するおそれがある。その結果、排水処理設備の継続的な運転が困難になる。そこで、本排水処理方法では、ＳＲＴを上記式（Ｃ）の適正範囲内に収める（条件（ウ））とともに、膜分離槽２の汚泥濃度を適正範囲に収める（条件（イ））ことで、排水処理設備の安全運転を実現している。
【００４５】
また、上記特許文献１の技術を含め、従来の排水処理方法では、生物処理槽１に投入する負荷を高くする場合、単位体積当たりのＳＳ（浮遊性汚泥）が処理し得る能力を一定として、ＢＯＤ負荷の増大に併せ処理系内のＳＳを増大させるのが一般的である。すなわち、ＢＯＤ負荷の増大に併せて、生物処理槽１および膜分離槽２について均一にＳＳを増大させる。ここで、ＢＯＤ負荷（単位：ｋｇ〔ＢＯＤ〕／ｄ）とは、排水処理設備に投入される１日あたりの有機物量を意味し、またＢＯＤ−ＳＳ負荷（単位：ｋｇ〔ＢＯＤ〕/ｋｇ〔ＳＳ〕／ｄ）とは、その排水処理設備内の単位生物量が１日当たりに摂取し得る有機物量を意味する。ＢＯＤ−ＳＳ負荷は、標準活性汚泥法では、０．２〜０．４ｋｇ〔ＢＯＤ〕／ｋｇ〔ＳＳ〕／ｄである。また、超深層エアレーション法では、１．０ｋｇ〔ＢＯＤ〕／ｋｇ〔ＳＳ〕／ｄ以下である。
【００４６】
一方、本排水処理方法では、生物処理槽１に投入する負荷を高くする（条件（ア））場合、膜分離槽２の汚泥濃度を高く設定する一方、生物処理槽１の汚泥濃度を低く設定する。すなわち、生物処理槽１と膜分離槽２との間で汚泥濃度の差を付けて、排水処理設備を運転している。これにより、排水処理設備内のＳＳを無駄に増やす必要がなくなる。その結果、汚泥滞留時間（ＳＲＴ）が無駄に長期化することがなく、ＳＲＴを適正化することができる。
【００４７】
また、膜分離槽２の汚泥濃度を高くすることで分離膜の閉塞が抑制されることについては、次のように考察される。すなわち、膜分離槽２内では、クロスフロー流により、汚泥粒子が分離膜表面の汚れを掻きとるという作用がある。そして、この作用の効率を上げるためには、膜分離槽２の汚泥濃度をある程度高く設定する必要があると考えられる。その一方で、膜分離槽２の汚泥濃度が高すぎると、液粘性の上昇に伴う摩擦抵抗の増加により、クロスフロー流が弱まり逆効果となる。それゆえ、膜分離槽２の汚泥濃度を適正範囲に収める（条件（イ））ことで、クロスフロー流による汚泥粒子の分離膜表面に対する作用（分離膜表面の汚れを掻きとる作用）の効率が上がると考えられる。
【００４８】
（ＳＲＴの算出方法について）
以下、本排水処理方法における、汚泥滞留時間（ＳＲＴ）の算出方法について、詳述する。
【００４９】
まず、ＢＯＤ容積負荷が高負荷である状態で排水処理設備を安全運転するためには、ＢＯＤ容積負荷に応じた次のパラメータが必要になる。
・系内汚泥量（排水処理設備（生物処理槽及び膜分離槽）内に存在する汚泥の総量）
・ＳＲＴ（汚泥滞留時間）
すなわち、系内汚泥量およびＳＲＴそれぞれについて、ＢＯＤ容積負荷を変数とした関係式を算出する必要がある。
【００５０】
まず、系内汚泥量とＢＯＤ容積負荷との関係式の算出について、図４に基づいて説明する。図４は、排水処理設備を安定稼動した時期における、ＢＯＤ−ＳＳ負荷及びＢＯＤ容積負荷をプロットしたグラフである。図４のグラフは、生物処理槽１及び膜分離槽２の系全体の浮遊汚泥（ＳＳ）を対象としたグラフであり、縦軸は系全体で受けるＢＯＤ−ＳＳ負荷を示し、横軸は系全体で受けるＢＯＤ容積負荷を示す。
【００５１】
図４に示されるプロットから、近似式：〔ＢＯＤ−ＳＳ負荷〕＝０．２×〔ＢＯＤ容積負荷〕が算出される。
【００５２】
ここで、〔系内汚泥量〕＝〔ＢＯＤ負荷〕／〔ＢＯＤ−ＳＳ負荷〕と表わされるので、上記近似式をこの式に代入すると、系内汚泥量は、下記式（Ａ）で表わされる。
〔系内汚泥量〕＝〔ＢＯＤ負荷〕／（０．２×〔ＢＯＤ容積負荷〕） （Ａ）
系内汚泥量 ：ｇ〔ＳＳ〕
ＢＯＤ負荷 ：ｇ〔ＢＯＤ〕／ｄ
ＢＯＤ容積負荷：ｋｇ〔ＢＯＤ〕／ｍ３／ｄ
次に、ＳＲＴとＢＯＤ容積負荷との関係式の算出について、以下に説明する。
【００５３】
まず、ＳＲＴは、以下の下記式（１）のように表わすことができる。
【００５４】
【数４】
【００５５】
また、発生汚泥量は、下記式（２）のように表わすことができる。
【００５６】
【数５】
【００５７】
上記式（１）及び上記式（２）を連立し、〔処理水ＢＯＤ〕≒０と近似すると、ＳＲＴは、下記式（３）のように表わされる。
【００５８】
【数６】
【００５９】
また、ＢＯＤ容積負荷は、
〔ＢＯＤ容積負荷〕＝〔（流入ＢＯＤ×流入流量）／１０６〕／〔（槽容積）／１０３〕
と表わすことができる。それゆえ、ＳＲＴは、下記式（Ｂ）となる。
【００６０】
【数７】
【００６１】
上記式（Ａ）及び上記式（Ｂ）を連立すると、ＳＲＴは、下記式（ｃ）のように表わすことができる。
【００６２】
【数８】
【００６３】
また、ＳＲＴは、実績値の振れ幅により、＋５日嵩上げした値が現実的な値になる。このことから、ＳＲＴについては、下記式（Ｃ）を満たすことで、排水処理設備の安定運転が可能になる。
【００６４】
【数９】
【００６５】
なお、Ｙ（最大収率係数）、及びｋｄ（自己分解係数）は、ビーカーによる実験や現場のデータ等により算出可能である。以下、Ｙ（最大収率係数）、及びｋｄ（自己分解係数）の算出方法の一例について説明する。
【００６６】
まず、汚泥発生量は、Ｙ（最大収率係数）、及びｋｄ（自己分解係数）を用いて、以下の式（４）のように表すことができる。
【００６７】
【数１０】
【００６８】
上記式（４）に基づいて算出した計算値と実測値とのフィッティングにより、Ｙ及びｋｄを導出することができる。図５は、汚泥転換率（見かけの収率係数）について、実測値と計算値とを比較した結果を示すグラフである。図５における、●印は実測値を示し、○印は計算値を示している。また、図５における縦軸は汚泥転換率を示し、横軸は試験経過日数を示す。また、図５の比較では、実績値として、ＢＯＤ容積負荷＝１．０〜２．０ｋｇ〔ＢＯＤ〕／ｍ３／ｄのデータを使用している。また、ＢＯＤは、ＴＯＣより換算している。
【００６９】
図５に示された比較結果から、Ｙ（最大収率係数）＝０．６（ｇ〔ＳＳ〕／ｇ〔ＢＯＤ〕）、ｋｄ＝０．０６（１／ｄ）が算出される。上記のように導出したＹ及びｋｄを上記式（Ｃ）に代入した結果を図６に示す。
【００７０】
図６は、ＳＲＴおよびＢＯＤ−ＳＳ負荷とＢＯＤ容積負荷との関係を示すグラフであり、左側の縦軸はＳＲＴを示し、右側の縦軸はＢＯＤ−ＳＳ負荷を示し、横軸はＢＯＤ容積負荷を示す。図６のグラフを参照すれば、排水処理設備のＢＯＤ容積負荷を設定すれば、ＳＲＴの適正範囲を設定することが可能になる。
【００７１】
ＳＲＴの具体的な範囲は、後述の実施例のように、例えば、Ｙ＝０．６（ｇ〔ＳＳ〕／ｇ〔ＢＯＤ〕）、ｋｄ＝０．０６（１／ｄ）の排水に対し、ＢＯＤ容積負荷を２．０ｋｇ〔ＢＯＤ〕／ｍ３／ｄに設定した場合、５〜１０日に設定されることが好ましい。また、ＢＯＤ容積負荷を１．５ｋｇ〔ＢＯＤ〕／ｍ３／ｄに設定した場合、ＳＲＴの具体的な範囲は、７〜１３日に設定されることが好ましい。また、ＢＯＤ容積負荷を２．５ｋｇ〔ＢＯＤ〕／ｍ３／ｄに設定した場合、ＳＲＴの具体的な範囲は、３〜９日に設定されることが好ましい。
【００７２】
（ＢＯＤ容積負荷について）
本排水処理方法は、ＢＯＤ容積負荷が高負荷である排水処理設備に適用することができる。一般的に、ＢＯＤ容積負荷が１．０ｋｇ〔ＢＯＤ〕／ｍ３／ｄ以上であれば、高負荷であるといえる。
【００７３】
また、一般的に、活性汚泥法により排水処理を行う場合、ＢＯＤ−ＳＳ負荷の上限は、処理方式に応じて異なるが、１．０ｋｇ〔ＢＯＤ〕／ｋｇ〔ＳＳ〕／ｄが限界である（参考文献１：「下水道施設計画・設計指針と解説 後編 １９９４年版」，（社）日本下水道協会，１９９４年，６２頁）。それゆえ、図６のグラフを参照すると、ＢＯＤ−ＳＳ負荷が１．０ｋｇ〔ＢＯＤ〕／ｋｇ〔ＳＳ〕／ｄであるとき、ＢＯＤ容積負荷は、５ｋｇ〔ＢＯＤ〕／ｍ３／ｄとなる。よって、本排水処理方法を適用し得るＢＯＤ容積負荷の上限は、５ｋｇ〔ＢＯＤ〕／ｍ３／ｄとする。
【００７４】
以上のことから、本排水処理方法を適用し得る排水処理設備のＢＯＤ容積負荷の範囲は、
１．０〜５ｋｇ〔ＢＯＤ〕／ｍ３／ｄである（条件（ア））。ＢＯＤ容積負荷の範囲は、好ましくは、１．５〜２．５ｋｇ〔ＢＯＤ〕／ｍ３／ｄであり、より好ましくは２．０ｋｇ〔ＢＯＤ〕／ｍ３／ｄである。
【００７５】
（生物処理槽１及び膜分離槽２の汚泥濃度について）
生物処理槽１及び膜分離槽２の汚泥濃度については、上記式（Ａ）で表わされる系内汚泥量の計算値を目安に調整することができる。膜分離槽２の汚泥濃度、生物処理槽１の汚泥濃度の順に調整する。
【００７６】
膜分離槽２の汚泥濃度は、６０００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌ以上１５０００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌ以下であり、好ましくは７０００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌ以上１１０００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌ以下である。
【００７７】
参考文献２：「現場で役立つ膜ろ過技術」，（株）工業調査会，２００６年，１７５−１７６頁には、以下の記載がある。
「溶存有機物濃度を一定（ＤＯＣ＝４００ｍｇ／Ｌ）に調整し、ＭＬＳＳを７０００〜２２０００ｍｇ／Ｌの範囲に調整して、ＭＬＳＳが膜ろ過流速に与える影響を調べた。…（省略）…。膜ろ過流速は、低ＭＬＳＳ側と高ＭＬＳＳ側とで低く１５０００ｍｇ／Ｌ付近で極大となる傾向を示している。…（省略）…。ＭＬＳＳ濃度が１５０００ｍｇ／Ｌまでは、実際に高ＭＬＳＳ側になるほど膜ろ過流速が高まる現象を示しており、ＭＬＳＳの存在が膜面の濃度分極層を擦りとる掃流効果があるようだ。…（省略）…。むやみにＭＬＳＳを高めて粘度を高める操作方法は適切ではないといえる。」
よって、膜分離槽２の汚泥濃度の上限は、１５０００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌとする。
【００７８】
また、膜分離槽２の汚泥濃度の下限は、６０００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌである。後述の比較例１のように、膜分離槽２の汚泥濃度が６０００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌよりも低い場合、膜モジュール３の分離膜と吸引ポンプ間の膜差圧が変動してしまうので、好ましくない。
【００７９】
また、生物処理槽１の汚泥濃度は、膜分離槽２の汚泥濃度が設定されれば、上記式（Ａ）から逆算して決定される。すなわち、ＢＯＤ容積負荷を設定すれば、上記式（Ａ）から系内汚泥量が算出される。この系内汚泥量は、生物処理槽１及び膜分離槽２に含まれる汚泥量である。膜分離槽２の汚泥濃度が設定されれば、膜分離槽２に含まれる汚泥量が決定される。そして、膜分離槽２に含まれる汚泥量が決定されれば、算出された系内汚泥量から、生物処理槽１に含まれる汚泥量が算出される。算出された生物処理槽１に含まれる汚泥量から、生物処理槽１の汚泥濃度が決定される。生物処理槽１の汚泥濃度は、膜分離槽２の汚泥濃度よりも低く維持されているとともに、２０００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌ以上６０００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌ未満である。生物処理槽１の汚泥濃度は、好ましくは３０００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌ以上４０００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌ以下である。なお、生物処理槽１の汚泥濃度と膜分離槽２の汚泥濃度との間には、３０００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌ以上の濃度差をつけることが好ましい。
【００８０】
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、それぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【００８１】
以下、実施例を示し、本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。もちろん、本発明は以下の実施例に限定されるものではなく、細部については様々な対応が可能であることはいうまでもない。
【実施例】
【００８２】
（実施例１〜３）
実施例１及び３は、排水処理設備として図２に示された排水処理装置２０を用いて、活性汚泥法で排水処理を行った例である。実施例１及び３では、担体６の投入（充填）量は、第２生物処理槽１Ｂの全体に対して、実容積で約２０％である。また、実施例１で用いた排水処理装置２０は、第１生物処理槽１Ａの容積が８００Ｌであり、第２生物処理槽１Ｂの容積が１６００Ｌであり、生物処理槽１の容積はトータル２４００Ｌである。また、膜分離槽２の容積は、８００Ｌである。一方、実施例３で用いた排水処理装置２０は、第１生物処理槽１Ａの容積が４Ｌであり、第２生物処理槽１Ｂの容積が１０Ｌであり、生物処理槽１の容積はトータル１４Ｌである。また、膜分離槽２の容積は、１３Ｌである。
【００８３】
また、実施例２は、排水処理設備として図３に示された排水処理装置３０を用いて、活性汚泥法で排水処理を行った例である。実施例２で用いた排水処理装置３０は、第１生物処理槽１Ａの容積が８００Ｌであり、第２生物処理槽１Ｂの容積が１６００Ｌであり、生物処理槽１の容積はトータル２４００Ｌである。また、膜分離槽２の容積は、８００Ｌである。
【００８４】
また、実施例１〜３において、膜分離槽２における膜モジュール３の分離膜（分離膜）として、ＰＴＦＥ（四フッ化エチレン樹脂、またはポリテトラフルオロエチレン）からなる公称径０．２μｍの中空糸膜を用いた。
【００８５】
実施例１〜３においては、表１に示される条件で排水処理を行った。
【００８６】
【表１】
【００８７】
具体的には、表１に示されるように、実施例１では、排水として食品工場排水を用いて、約２週間排水処理設備を運転した。排水設備に流入する排水は、流入量が約３．３Ｌ／ｍｉｎであり、ＢＯＤが６００〜１０００ｍｇ〔ＢＯＤ〕／Ｌ（平均：８４０ｍｇ〔ＢＯＤ〕／Ｌ）である。水温は、２３〜２７℃（平均：２５℃）であり、ＢＯＤ容積負荷は、１．８〜２．５ｋｇ〔ＢＯＤ〕／ｍ３／ｄ（平均：２．０ｋｇ〔ＢＯＤ〕／ｍ３／ｄ）である。また、ＢＯＤ／ＳＳ負荷は、０．２１〜０．３３ｋｇ〔ＢＯＤ〕／ｋｇ〔ＳＳ〕／ｄ（平均：０．２８ｋｇ〔ＢＯＤ〕／ｋｇ〔ＳＳ〕／ｄ）である。また、表１及び図７（ｂ）に示されるように、生物処理槽１の汚泥濃度（ＭＬＳＳ濃度）は、４０００〜５３００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌ（平均：４５００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌ）とし、膜分離槽２の汚泥濃度（ＭＬＳＳ濃度）は、９１００〜１１０００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌ（平均：１００００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌ）とした。また、汚泥滞留時間（ＳＲＴ）を５．５〜６．７日（平均：７．１日）とした。
【００８８】
図７に、実施例１の結果を示す。図７（ａ）は、排水処理設備運転中のＢＯＤ容積負荷の変動を示すグラフである。また、図７（ｂ）は、排水処理設備運転中の、生物処理槽１及び膜分離槽２のＭＬＳＳ濃度、並びに汚泥滞留時間（ＳＲＴ）の変動を示すグラフであり、○は生物処理槽１のＭＬＳＳ濃度を示し、□は膜分離槽２のＭＬＳＳ濃度を示し、△は汚泥滞留時間（ＳＲＴ）を示す。また、図７（ｃ）は、排水処理設備運転中の、排水及び処理水のＴＯＣの変動を示すグラフであり、○は排水のＴＯＣを示し、△は処理水のＴＯＣを示す。また、図７（ｄ）は、排水処理設備運転中の、膜モジュール３の分離膜と吸引ポンプ間の膜差圧の変動を示すグラフである。なお、図７（ａ）〜（ｄ）におけるグラフの横軸は、試験の実施日を示す。
【００８９】
図７（ｃ）に示されるように、表１、並びに図７（ａ）及び（ｂ）の条件で排水処理設備を運転したとき、排水のＴＯＣと比較して処理水のＴＯＣが有意に低下し、処理水の水質が改善されていることが分かる。また、このとき、図７（ｄ）に示されるように、排水処理設備の運転中、膜モジュール３の分離膜と吸引ポンプ間の圧力の急激な上昇が見られなかった。また、排水処理設備の運転中、処理系内の発泡は見られなかった。このことから、ＢＯＤ容積負荷を１．８〜２．５ｋｇ〔ＢＯＤ〕／ｍ３／ｄ（平均：２．０ｋｇ〔ＢＯＤ〕／ｍ３／ｄ）とした高負荷運転においても、表１、及び図７（ｂ）の条件は、発泡及び分離膜の目詰まりの抑制に有効であることが確認できた。
【００９０】
また、実施例２では、実施例１と同様に、排水として食品工場排水を用いて、約２週間排水処理設備を運転した。排水設備に流入する排水は、流入量が約３．２Ｌ／ｍｉｎであり、ＢＯＤが６００〜１０００ｍｇ〔ＢＯＤ〕／Ｌ（平均：８４０ｍｇ〔ＢＯＤ〕／Ｌ）である。水温は、２３〜２７℃（平均：２５℃）であり、ＢＯＤ容積負荷は、１．４〜２．３ｋｇ〔ＢＯＤ〕／ｍ３／ｄ（平均：２．０ｋｇ〔ＢＯＤ〕／ｍ３／ｄ）である。また、ＢＯＤ／ＳＳ負荷は、０．２５〜０．３６ｋｇ〔ＢＯＤ〕／ｋｇ〔ＳＳ〕／ｄ（平均：０．３０ｋｇ〔ＢＯＤ〕／ｋｇ〔ＳＳ〕／ｄ）である。また、表１及び図８（ｃ）に示されるように、生物処理槽１の汚泥濃度（ＭＬＳＳ濃度）は、３１００〜４３００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌ（平均：３８００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌ）とし、膜分離槽２の汚泥濃度（ＭＬＳＳ濃度）は、７５００〜１００００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌ（平均：８７００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌ）とした。また、汚泥滞留時間（ＳＲＴ）を５．０〜７．３日（平均：５．９日）とした。
【００９１】
図８に、実施例２の結果を示す。図８（ａ）は、排水処理設備運転中のＢＯＤ容積負荷の変動を示すグラフである。また、図８（ｂ）は、排水処理設備運転中の、生物処理槽１及び膜分離槽２のＭＬＳＳ濃度、並びに汚泥滞留時間（ＳＲＴ）の変動を示すグラフであり、○は生物処理槽１のＭＬＳＳ濃度を示し、□は膜分離槽２のＭＬＳＳ濃度を示し、△は汚泥滞留時間（ＳＲＴ）を示す。図８（ｃ）は、排水処理設備運転中の、排水及び処理水のＴＯＣの変動を示すグラフであり、○は排水のＴＯＣを示し、△は処理水のＴＯＣを示す。また、図８（ｄ）は、排水処理設備運転中の、膜モジュール３の分離膜と吸引ポンプ間の膜差圧の変動を示すグラフである。なお、図８（ａ）〜（ｄ）におけるグラフの横軸は、試験の実施日を示す。
【００９２】
図８（ｃ）に示されるように、表１、並びに図８（ａ）及び（ｂ）の条件で排水処理設備を運転したとき、排水のＴＯＣと比較して処理水のＴＯＣが有意に低下し、処理水の水質が改善されていることが分かる。また、このとき、図８（ｄ）に示されるように、排水処理設備の運転中、膜モジュール３の分離膜と吸引ポンプ間の圧力の急激な上昇が見られなかった。また、排水処理設備の運転中、処理系内の発泡は見られなかった。このことから、ＢＯＤ容積負荷を１．４〜２．３ｋｇ〔ＢＯＤ〕／ｍ３／ｄ（平均：２．０ｋｇ〔ＢＯＤ〕／ｍ３／ｄ）とした高負荷運転においても、表１、及び図８（ｂ）の条件は、発泡及び分離膜の目詰まりの抑制に有効であることが確認できた。
【００９３】
また、実施例３では、排水としてスキムミルクを用いて、約３週間排水処理設備を運転した。排水設備に流入する排水は、流入量が約０．０４Ｌ／ｍｉｎであり、ＢＯＤが８５０〜９００ｍｇ〔ＢＯＤ〕／Ｌ（平均：８７０ｍｇ〔ＢＯＤ〕／Ｌ）である。水温は、約３０℃であり、ＢＯＤ容積負荷は、１．９〜２．０１ｋｇ〔ＢＯＤ〕／ｍ３／ｄ（平均：２．０ｋｇ〔ＢＯＤ〕／ｍ３／ｄ）である。また、ＢＯＤ／ＳＳ負荷は、０．３７〜０．４５ｋｇ〔ＢＯＤ〕／ｋｇ〔ＳＳ〕／ｄ（平均：０．４１ｋｇ〔ＢＯＤ〕／ｋｇ〔ＳＳ〕／ｄ）である。また、表１及び図９（ｂ）に示されるように、生物処理槽１の汚泥濃度（ＭＬＳＳ濃度）は、２０１３〜３０７３ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌ（平均：２４９５ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌ）とし、膜分離槽２の汚泥濃度（ＭＬＳＳ濃度）は、７０００〜９０００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌ（平均：８０００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌ）とした。また、汚泥滞留時間（ＳＲＴ）を５〜８日（平均：６．６日）とした。
【００９４】
図９に、実施例３の結果を示す。図９（ａ）は、排水処理設備運転中の、投入ＤＯＣ及びＢＯＤ容積負荷の変動を示すグラフであり、●は投入ＤＯＣを示し、□はＢＯＤ容積負荷を示す。また、図９（ｂ）は、排水処理設備運転中の、生物処理槽１及び膜分離槽２のＭＬＳＳ濃度、並びに汚泥滞留時間（ＳＲＴ）の変動を示すグラフであり、○は生物処理槽１のＭＬＳＳ濃度を示し、□は膜分離槽２のＭＬＳＳ濃度を示し、△は汚泥滞留時間（ＳＲＴ）を示す。また、図９（ｃ）は、排水処理設備運転中の、処理水のＴＯＣの変動を示すグラフである。また、図９（ｄ）は、排水処理設備運転中の、膜モジュール３の分離膜と吸引ポンプ間の膜差圧の変動を示すグラフである。なお、図９（ａ）〜（ｄ）におけるグラフの横軸は、試験の実施日を示す。
【００９５】
図９（ｃ）に示されるように、表１、並びに図９（ａ）及び（ｂ）の条件で排水処理設備を運転したとき、処理水のＴＯＣが低く維持され、処理水の水質が改善されていることが分かる。また、このとき、図９（ｄ）に示されるように、排水処理設備の運転中、膜モジュール３の分離膜と吸引ポンプ間の圧力の急激な上昇が見られなかった。また、排水処理設備の運転中、処理系内の発泡は見られなかった。このことから、ＢＯＤ容積負荷を１．９〜２．０１ｋｇ〔ＢＯＤ〕／ｍ３／ｄ（平均：２．０ｋｇ〔ＢＯＤ〕／ｍ３／ｄ）とした高負荷運転においても、表１、及び図９（ｂ）の条件は、発泡及び分離膜の目詰まりの抑制に有効であることが確認できた。
【００９６】
以上の実施例１〜３の結果から、発泡及び分離膜の目詰まりを抑制して排水処理設備の安定運転を行うためには、膜分離槽２のＭＬＳＳ濃度及びＳＲＴの設定が重要であることが分かった。また、膜分離槽２のＭＬＳＳ濃度を生物処理槽１のＭＬＳＳ濃度よりも低く設定することが重要であることが分かった。そして、ＳＲＴを５〜１０日とし、膜分離槽２のＭＬＳＳ濃度を７０００〜１１０００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌとすることで、ＢＯＤ容積負荷を１ｋｇ〔ＢＯＤ〕／ｍ３／ｄ以上とした高負荷であっても、排水処理設備の安定運転を実現できることが分かった。
【００９７】
（比較例１）
比較例１では、膜分離槽２のＭＬＳＳ濃度の下限について、さらに詳細に調べた。具体的には、膜分離槽２のＭＬＳＳ濃度と、膜モジュール３の分離膜と吸引ポンプ間の膜差圧との関連について調べた。また、比較例１では、実施例３と同様の排水処理設備を用いて、活性汚泥法で排水処理を行った。排水処理の条件を表２に示す。
【００９８】
【表２】
【００９９】
比較例１では、膜分離槽２のＭＬＳＳ濃度を２９００〜８３００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌ間で変動させたときの、膜モジュール３の分離膜と吸引ポンプ間の膜差圧の挙動を調べた。比較例１の結果を図１０に示す。図１０は、排水処理設備運転中の、膜分離槽２のＭＬＳＳ濃度および膜差圧の変動を示すグラフであり、○は膜分離槽２のＭＬＳＳ濃度を示し、実線は膜差圧を示す。
【０１００】
図１０に示されるように、膜分離槽２のＭＬＳＳ濃度を４０００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌから上昇させると、６０００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌ以上で膜差圧の上昇が抑えられる傾向が見られた。一方、膜分離槽２のＭＬＳＳ濃度が６０００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌ未満では、膜差圧は、急激に上昇し、安定ではなかった。
【０１０１】
図１０に示される結果から、膜分離槽２のＭＬＳＳ濃度を６０００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌ以上に設定すれば、膜モジュール３の分離膜と吸引ポンプ間の膜差圧の急激な上昇を抑えることができることが分かった。
【０１０２】
（比較例２）
比較例２は、汚泥滞留時間（ＳＲＴ）が長期化することで生物処理槽１内で発泡が起こることを示す例である。比較例２では、実施例１と同様の排水処理設備を用いて、活性汚泥法で排水処理を行った。比較例２における排水処理の条件を表３に示す。
【０１０３】
【表３】
【０１０４】
比較例２では、表３に示されるように、ＳＲＴを９〜９７日で変動させて、生物処理槽１の内部の状況を調べた。その結果を図１１に示す。図１１は、排水処理設備運転中の、ＳＲＴ及びＢＯＤ容積負荷の挙動を示すグラフ、及び生物処理槽内の発泡の様子を示す画像であり、グラフのおける●はＳＲＴを示し、□はＢＯＤ容積負荷を示す。
【０１０５】
図１１に示されるように、ＳＲＴを９〜９７日とし、かつＳＲＴを極端に増加させると、増加して暫くした時期（図１１のグラフの点線部分）に発泡が起こることが分かった。この発泡は、図１１の画像に示されるように、生物処理槽１内の水面付近から発生している。
【０１０６】
図１１の結果から、ＳＲＴの長期化は、生物処理槽１内の発泡を招くということが分かった。
【０１０７】
（比較例３）
比較例２は、汚泥滞留時間（ＳＲＴ）が長期化することで生物処理槽１内で発泡が起こることを示す他の例である。比較例３では、実施例３と同様の排水処理設備を用いて、活性汚泥法で排水処理を行った。比較例３における排水処理の条件を表４に示す。
【０１０８】
【表４】
【０１０９】
比較例３では、表４に示されるように、ＳＲＴを８〜４６日で変動させて、生物処理槽１及び膜分離槽２の内部の状況を調べた。その結果を図１２に示す。図１２は、排水処理設備運転中の、ＳＲＴ及びＢＯＤ容積負荷の挙動を示すグラフ、並びに生物処理槽１及び膜分離槽２内の発泡の様子を示す画像であり、グラフのおける●はＳＲＴを示し、□はＢＯＤ容積負荷を示す。
【０１１０】
図１２に示されるように、ＳＲＴを８〜４６日とし、かつＳＲＴを極端に増加させると、増加して暫くした時期（図１２のグラフの点線部分）に発泡が起こることが分かった。この発泡は、図１２の画像に示されるように、生物処理槽１及び膜分離槽２の双方で発生している。
【０１１１】
図１２の結果からも、ＳＲＴの長期化は、生物処理槽１内の発泡を招くということが分かった。
【０１１２】
（実施例４及び比較例４）
実施例４及び比較例４では、汚泥滞留時間（ＳＲＴ）の長期化による排水処理設備の影響をさらに調べた。実施例４及び比較例４では、排水処理設備として図１に示された排水処理装置１０を用いて、活性汚泥法で排水処理を行った。実施例４及び比較例４で用いた排水処理装置１０は、生物処理槽１の容積が０．６６Ｌであり、膜分離槽２の容積が０．２２Ｌである。実施例４及び比較例４における排水処理の条件を表５に示す。
【０１１３】
【表５】
【０１１４】
表５に示されるように、実施例４では、試験期間中、ＳＲＴが平均１０日前後になるように排水処理設備を運転した。一方、比較例４では、試験期間中、膜分離槽２から余剰汚泥を引き抜くことなく排水処理設備を運転した。これにより、生物処理槽１及び膜分離槽２内に余剰汚泥が蓄積することになり、実質的にＳＲＴが長期化する。
【０１１５】
その結果、ＳＲＴが長期化した比較例４では、排水処理設備内で、ゲル様物質の生成が促進していることが分かった。排水処理設備内で、ゲル様物質生成菌が異常繁殖し、ゲル様物質の生成が進行すると、汚泥の粘性が高まると同時に圧密性が低下すると推定される。そこで、排水処理設備運転中における濃縮汚泥密度を測定することにより、間接的に、ゲル様物質の生成状況の変化を調べた。濃縮汚泥密度の測定は、以下の手順で行った。
【０１１６】
(I) 実施例４及び比較例４それぞれについて、運転中の汚泥を採取する。採取した汚泥５０ｍｌを５０ｍｌ遠心管に入れ、遠心分離器（３０００ｒｐｍ、１０分）にかける。
【０１１７】
(II) 遠心分離した固形分（濃縮汚泥）について、湿潤時の容量と乾燥時の重量とを測定した後、これらより濃縮汚泥密度を算出する。
【０１１８】
実施例４及び比較例４における濃縮汚泥密度の測定結果を図１３に示す。図１３は、排水処理設備運転中の、濃縮汚泥密度の変動を示すグラフ、及び試験開始から約２週間後の比較例４における膜モジュール３の分離膜の状態を示す画像であり、グラフにおける△は実施例４を示し、●は比較例４を示す。
【０１１９】
図１３に示されるように、実施例４に比べて、比較例４では、遠心分離後の濃縮汚泥密度が低下し、圧密性が低下し続ける傾向にあった。また、図１３の画像に示されるように、試験開始から約２週間後の膜モジュール３の分離膜の状態を観察した結果、比較例４では分離膜上に糸状の粘性物が付着していた。
【０１２０】
以上、実施例１〜４、及び比較例１〜４の結果から、ＢＯＤ容積負荷が約２．０ｋｇ〔ＢＯＤ〕／ｍ３／ｄという高負荷で排水処理を行う場合、以下の処理条件で排水処理設備を運転することで、安定稼動が可能になることが分かった。
【０１２１】
・汚泥滞留時間（ＳＲＴ）を５〜１０日に維持する。ＳＲＴが１０日を越え長期化している場合、汚泥の解体が促進するため、汚泥中の微生物からの細胞質成分（発泡成分）の溶出量が増加するため好ましくない。また、ゲル様物質生成菌の繁殖が促進するため、好ましくない。
【０１２２】
・膜分離槽２の汚泥濃度（ＭＬＳＳ濃度）を７０００〜１１０００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌの範囲に維持する。膜分離槽２の汚泥濃度を上記範囲に維持した場合、クロスフロー流により、汚泥粒子が分離膜表面の汚れを掻きとり、目詰まりしにくくなると考えられる。一方、膜分離槽２の汚泥濃度が高すぎると、液粘性が高まる。そして、これにより、クロスフロー流が弱まり、分離膜の目詰まりが起こりやすくなると考えられる。
【０１２３】
・生物処理槽１の汚泥濃度（ＭＬＳＳ濃度）を２０００〜５５００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌの範囲に維持する。
【産業上の利用可能性】
【０１２４】
本発明は、下水、産業排水、生活排水などの有機物を主体とする排水を生物学的に処理する排水処理分野に利用することができる。
【符号の説明】
【０１２５】
１ 生物処理槽
１Ａ 第１生物処理槽
１Ｂ 第２生物処理槽
２ 膜分離槽
３ 膜モジュール
４ 散気管
４ａ 酸素
５ 汚泥
６ 担体（微生物固定化担体）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排水処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、有機物を主体とする有機排水の生物学的処理を行う活性汚泥法においては、単位汚泥当たりの有機物除去能力が一定であるという前提に立っている。それゆえ、ＢＯＤ容積負荷を上げて排水処理設備を運転する場合、ＢＯＤ容積負荷が上がった分だけ処理系内の汚泥濃度を上げることで処理水の水質を保つ方策を採っていた。
【０００３】
また、膜分離活性汚泥装置（MBR : Membrane Bioreactor）を用いた膜分離活性汚泥法においても、同様の方策が採られる。すなわち、ＢＯＤ容積負荷を上げて膜分離活性汚泥装置を運転する場合、生物処理槽、及びろ過膜を浸漬させた膜分離槽それぞれにおける汚泥濃度を上げることで処理水の水質を保つ方策を採っていた。このとき、生物処理槽及び膜分離槽における汚泥濃度がともに８０００〜１５０００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌとなるように運転することが多い。このような膜分離活性汚泥法は、例えば特許文献１に開示されている。特許文献１に開示された技術では、生物処理槽及び膜分離槽の各槽における汚泥濃度を均一化している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−５３３６３号公報（２００３年 ２月２５日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のように、排水処理装置を、生物処理槽及び膜分離槽における汚泥濃度がともに８０００〜１５０００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌとなるように運転した場合、ＢＯＤ容積負荷が１．０ｋｇ〔ＢＯＤ〕／ｍ３／ｄ未満であれば安定稼動が可能である。しかしながら、ＢＯＤ容積負荷が１．０ｋｇ〔ＢＯＤ〕／ｍ３／ｄ以上である場合、以下の現象が生じる。
・排水処理装置内で発泡が生じる。
・排水処理装置内でゲル様物質が生成される。
・分離膜の急速な閉塞。
【０００６】
そして、これらの現象により、排水処理装置の継続的な運転が困難になるという問題がある。特許文献１に開示された技術では、排水処理装置内に消泡手段を設けることで、発泡を防止している。このため、排水処理装置の構成が複雑化するという問題が生じる。
【０００７】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、簡単な構成の排水処理設備を用い、かつ、発泡及びゲル様物質の発生、並びに分離膜の急速な閉塞を抑え、排水処理設備の安定な稼動を実現する排水処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、上記課題に鑑み鋭意検討した結果、膜分離活性汚泥装置における発泡発生及びゲル様物質発生の要因は、汚泥滞留時間（ＳＲＴ）の長期化が要因であり、ＳＲＴを適正範囲に設定することで、発泡発生及びゲル様物質発生を抑えることができること、及び膜分離槽の汚泥濃度を適正範囲に設定することで分離膜の急速な閉塞を抑えることができることを見出し、本発明に至った。
【０００９】
すなわち、本発明の排水処理方法は、上記の課題を解決するために、有機排水中の有機物を生物処理により分解する少なくとも１つの生物処理槽、及び生物処理槽から流出する処理水を分離膜により固液分離する少なくとも１つの膜分離槽を備えた排水処理設備を用いた、活性汚泥法による排水処理方法であって、
ＢＯＤ容積負荷を１．０〜５．０ｋｇ〔ＢＯＤ〕／ｍ３／ｄとし、
上記生物処理槽内の汚泥濃度を２０００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌ以上６０００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌ未満に維持するとともに、上記膜分離槽内の汚泥濃度を６０００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌ以上１５０００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌ以下に維持し、
上記排水処理設備内での汚泥滞留時間（ＳＲＴ）について、上記ＢＯＤ容積負荷に応じて、下記式（Ｃ）、
【００１０】
【数１】
【００１１】
を満たすように調節することを特徴としている。
【００１２】
膜分離活性汚泥装置における発泡発生の原因は、汚泥の自己分解時に汚泥中に含まれる微生物から溶解性粘性物（主に細胞質成分）が溶出することであると考えられる。また、ゲル様物質の発生の原因は、ゲル様物質代謝細菌の異常繁殖であると考えられる。これらの原因は何れも、汚泥滞留時間（ＳＲＴ）の長期化が要因であると考えられる。上記の構成によれば、排水処理設備に流入するＢＯＤ容積負荷に応じて、ＳＲＴを上記式（Ｃ）の適正範囲内に収めることでＳＲＴの長期化を抑制しているので、汚泥の自己分解及びゲル様物質代謝細菌の異常繁殖を抑えることが可能になる。
【００１３】
また、ＳＲＴが上記式（Ｃ）の適正範囲内にある場合、発泡及びゲル様物質の発生を抑えることができる一方、膜分離槽の汚泥濃度が適正範囲外にあると、分離膜が急速に閉塞するおそれがある。その結果、排水処理設備の継続的な運転が困難になる。上記の構成によれば、ＳＲＴを上記式（Ｃ）の適正範囲内に収めるとともに、膜分離槽の汚泥濃度を適正範囲に収めることで、排水処理設備の安全運転を実現している。
【００１４】
また、従来の排水処理方法では、生物処理槽に投入する負荷を高くする場合、単位体積当たりのＳＳ（浮遊性汚泥）が処理し得る能力を一定として、ＢＯＤ負荷の増大に併せ処理系内のＳＳを増大させるのが一般的である。
【００１５】
一方、上記の構成によれば、生物処理槽に投入するＢＯＤ容積負荷を１．０〜５．０ｋｇ〔ＢＯＤ〕／ｍ３／ｄとした場合、膜分離槽の汚泥濃度を高く設定する一方、生物処理槽の汚泥濃度を低く設定している。すなわち、生物処理槽と膜分離槽との間で汚泥濃度の差を付けて、排水処理設備を運転している。これにより、排水処理設備内のＳＳを無駄に増やす必要がなくなる。その結果、汚泥滞留時間（ＳＲＴ）が無駄に長期化することがなく、ＳＲＴを適正化することができる。
【００１６】
よって、上記の構成によれば、簡単な構成の排水処理設備を用い、かつ、発泡及びゲル様物質の発生、並びに分離膜の急速な閉塞を抑え、排水処理設備の安定な稼動を実現することができる。
【００１７】
また、本発明の排水処理方法では、上記生物処理槽のうち少なくとも１槽に、微生物を固定する微生物固定化担体を保持することが好ましい。
【００１８】
上記の構成のように、上記生物処理槽のうち少なくとも１槽に、微生物を固定する微生物固定化担体を保持することは、汚泥に含まれる微生物の増殖、槽内に分散する分散菌の抑制の面で好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の排水処理方法は、以上のように、
ＢＯＤ容積負荷を１．０〜５．０ｋｇ〔ＢＯＤ〕／ｍ３／ｄとし、
上記生物処理槽内の汚泥濃度を２０００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌ以上６０００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌ未満に維持するとともに、上記膜分離槽内の汚泥濃度を６０００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌ以上１５０００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌ以下に維持し、
上記排水処理設備内での汚泥滞留時間（ＳＲＴ）について、上記ＢＯＤ容積負荷に応じて、下記式（Ｃ）、
【００２０】
【数２】
【００２１】
を満たす構成である。
【００２２】
それゆえ、簡単な構成の排水処理設備を用い、かつ、発泡及びゲル様物質の発生、並びに分離膜の急速な閉塞を抑え、排水処理設備の安定な稼動を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の排水処理方法に用いられる排水処理装置（排水処理設備）１０の基本構成を示す模式図である。
【図２】図１の変形例としての排水処理装置の概略構成を示す模式図である。
【図３】図１の他の変形例としての排水処理装置の概略構成を示す模式図である。
【図４】排水処理設備を安定稼動した時期における、ＢＯＤ−ＳＳ負荷及びＢＯＤ容積負荷をプロットしたグラフである。
【図５】汚泥転換率について、実測値と計算値とを比較した結果を示すグラフである。
【図６】ＳＲＴおよびＢＯＤ−ＳＳ負荷とＢＯＤ容積負荷との関係を示すグラフであり、左側の縦軸はＳＲＴを示し、右側の縦軸はＢＯＤ−ＳＳ負荷を示し、横軸はＢＯＤ容積負荷を示す。
【図７】実施例１の結果を示し、（ａ）は、排水処理設備運転中のＢＯＤ容積負荷の変動を示すグラフである。（ｂ）は、排水処理設備運転中の、生物処理槽１及び膜分離槽２のＭＬＳＳ濃度、並びに汚泥滞留時間（ＳＲＴ）の変動を示すグラフであり、○は生物処理槽１のＭＬＳＳ濃度を示し、□は膜分離槽のＭＬＳＳ濃度を示し、△は汚泥滞留時間（ＳＲＴ）を示す。（ｃ）は、排水処理設備運転中の、排水及び処理水のＴＯＣの変動を示すグラフであり、○は排水のＴＯＣを示し、△は処理水のＴＯＣを示す。（ｄ）は、排水処理設備運転中の、膜モジュール３の分離膜と吸引ポンプ間の膜差圧の変動を示すグラフである。
【図８】実施例２の結果を示し、（ａ）は、排水処理設備運転中のＢＯＤ容積負荷の変動を示すグラフである。（ｂ）は、排水処理設備運転中の、生物処理槽１及び膜分離槽２のＭＬＳＳ濃度、並びに汚泥滞留時間（ＳＲＴ）の変動を示すグラフであり、○は生物処理槽１のＭＬＳＳ濃度を示し、□は膜分離槽２のＭＬＳＳ濃度を示し、△は汚泥滞留時間（ＳＲＴ）を示す。（ｃ）は、排水処理設備運転中の、排水及び処理水のＴＯＣの変動を示すグラフであり、○は排水のＴＯＣを示し、△は処理水のＴＯＣを示す。（ｄ）は、排水処理設備運転中の、膜モジュール３の分離膜と吸引ポンプ間の膜差圧の変動を示すグラフである。
【図９】実施例３の結果を示し、（ａ）は、排水処理設備運転中の、投入ＤＯＣ及びＢＯＤ容積負荷の変動を示すグラフであり、●は投入ＤＯＣを示し、□はＢＯＤ容積負荷を示す。（ｂ）は、排水処理設備運転中の、生物処理槽１及び膜分離槽２のＭＬＳＳ濃度、並びに汚泥滞留時間（ＳＲＴ）の変動を示すグラフであり、○は生物処理槽１のＭＬＳＳ濃度を示し、□は膜分離槽２のＭＬＳＳ濃度を示し、△は汚泥滞留時間（ＳＲＴ）を示す。（ｃ）は、排水処理設備運転中の、処理水のＴＯＣの変動を示すグラフである。（ｄ）は、排水処理設備運転中の、膜モジュール３の分離膜と吸引ポンプ間の膜差圧の変動を示すグラフである。
【図１０】比較例１の結果を示し、排水処理設備運転中の、膜分離槽２のＭＬＳＳ濃度および膜差圧の変動を示すグラフであり、○は膜分離槽２のＭＬＳＳ濃度を示し、実線は膜差圧を示す。
【図１１】比較例２の結果を示し、排水処理設備運転中の、ＳＲＴ及びＢＯＤ容積負荷の挙動を示すグラフ、及び生物処理槽内の発泡の様子を示す画像であり、グラフのおける●はＳＲＴを示し、□はＢＯＤ容積負荷を示す。
【図１２】比較例３の結果を示し、排水処理設備運転中の、ＳＲＴ及びＢＯＤ容積負荷の挙動を示すグラフ、並びに生物処理槽１及び膜分離槽２内の発泡の様子を示す画像であり、グラフのおける●はＳＲＴを示し、□はＢＯＤ容積負荷を示す。
【図１３】実施例４及び比較例４における濃縮汚泥密度の測定結果を示し、排水処理設備運転中の、濃縮汚泥密度の変動を示すグラフ、及び試験開始から約２週間後の比較例４における膜モジュール３の分離膜の状態を示す画像であり、グラフにおける△は実施例４を示し、●は比較例４を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の一形態について、図１〜図１３を参照して、詳細に説明する。
【００２５】
（本発明の排水処理方法に用いられる排水処理設備の構成）
まず、本発明の排水処理方法に用いられる排水処理設備の構成について、説明する。図１は、本排水処理方法に用いられる排水処理装置（排水処理設備）１０の基本構成を示す模式図である。図１に示されるように、排水処理装置１０は、生物処理槽１及び膜分離槽２を備えた膜分離活性汚泥装置である。この排水処理装置１０では、前段を生物処理槽１とし、後段を膜分離槽２としたシステムになっている。生物処理槽１には連続的に有機物を主体とする排水が投入され、生物処理槽１にて処理された排水が後段の膜分離槽２に流入する。生物処理槽１及び膜分離槽２の各槽には、汚泥５が投入されている。また、生物処理槽１及び膜分離槽２はそれぞれ、槽内に空気を供給する散気管４を備えている。
【００２６】
まず、生物処理槽１に排水が流入すると、排水は汚泥５と混合する。そして、散気管４から供給される酸素４ａにより好気処理が行われ、汚泥５に含まれる好気性微生物により排水に含まれる有機物が分解する。生物処理槽１では、分解による排水の浄化が進行するとともに、汚泥５の発生量が増加する。
【００２７】
後段の膜分離槽２には、膜モジュール３が浸漬されている。この膜モジュール３は、生物処理槽１にて浄化された水を汚泥５と処理水とに固液分離する分離膜を備えている。そして、膜モジュール３により固液分離された処理水は、処理系外に設置した吸水ポンプ（不図示）により排出されるようになっている。なお、膜分離槽２に配された散気管４による曝気は、主に膜モジュール３の分離膜面の膜面流速を確保するために行われる。その一方で、散気管４により酸素４ａも供給されるので、好気処理が若干行われる。
【００２８】
また、膜分離槽２内では、膜モジュール３により固液分離され汚泥５が残る。この膜分離槽２内で残った、大部分の汚泥５は、系内の汚泥量を維持するために、生物処理槽１へ返送される（汚泥返送）。また、残りの汚泥５は、余剰汚泥として系外へ排出される（余剰汚泥引き抜き）。
【００２９】
なお、膜モジュール３における分離膜の材料は、特に限定されず、従来公知の材料を適用することができる。分離膜の材料としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレン等のポリオレフィン系などが挙げられる。また、これら材料に親水化処理を施したものであってもよい。また、分離膜の形状は、中空糸膜、平膜といった従来公知の形状であってよい。
【００３０】
（変形例１）
図１に示された排水処理装置１０の構成の変形例について説明する。図２は、この変形例１としての排水処理装置２０の概略構成を示す模式図である。なお、説明の便宜上、図１と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【００３１】
図２に示されるように、変形例１の排水処理装置２０は、生物処理槽１を第１生物処理槽１Ａ（前段）及び第２生物処理槽１Ｂ（後段）という２つの槽とし、最終段を膜分離槽２としたシステムになっている。そして、第２生物槽１Ｂには、微生物を固定化するための担体（微生物固定化担体）６を浸漬させ、固定床としている。このように第１生物処理槽１Ｂに担体６を保持させることは、汚泥５に含まれる微生物の増殖、槽内に分散する分散菌の抑制の面で好ましい。
【００３２】
担体６の形状は、特に限定されず、立方体、筒状、ひも状、球状、歯車状等であってよい。また、担体６の材料は、特に限定されず、従来公知の材料であればよい。また、担体６は、浮遊担体であってもよいし、固定担体であってもよい。担体６の材料としては、例えば、ナイロン、ウレタン、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）、ＰＥＧ（ポリエチレングリコール）、セルロース、火山礫、セラミック、コンクリート、活性炭等が挙げられる。
【００３３】
また、担体６の投入量は、第２生物処理槽１Ｂの全体に対して、見掛け容積で１〜５０％とすることがより好ましい。
【００３４】
（変形例２）
図１に示された排水処理装置１０の構成の他の変形例について説明する。図３は、この変形例２としての排水処理装置３０の概略構成を示す模式図である。なお、説明の便宜上、図１及び図２と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【００３５】
図３に示されるように、変形例２の排水処理装置３０は、生物処理槽１を第１生物処理槽１Ａ（前段）及び第２生物処理槽１Ｂ（後段）という２つの槽とし、最終段を膜分離槽２としたシステムになっている。
【００３６】
変形例１及び２の構成は、生物処理槽１が２つの槽からなり、最終段が膜分離槽２としたシステムになっている。生物処理槽１を構成する槽の個数は、２つに限定されず、排水処理装置の設置場所及び形状、並びに排水の処理量に応じて適宜設定することができる。また、生物処理槽１及び膜分離槽２の容積は、排水処理装置が処理する排水のＢＯＤ負荷、処理量、排水処理装置の設置場所及び形状などに応じて適宜設定することができる。
【００３７】
本発明の排水処理方法（以下、本排水処理方法と記す）では、上述の排水処理装置を用いて、活性汚泥法により排水処理を行う。そして、排水処理の条件を以下のように設定して排水処理装置を運転する。
【００３８】
（ア）ＢＯＤ容積負荷を１．０〜５．０ｋｇ〔ＢＯＤ〕／ｍ３／ｄとする。
【００３９】
（イ）生物処理槽１内の汚泥濃度を２０００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌ以上６０００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌ未満に維持するとともに、膜分離槽２内の汚泥濃度を６０００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌ以上１５０００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌ以下に維持する。
【００４０】
（ウ）上記排水処理設備内での汚泥滞留時間（ＳＲＴ）について、上記ＢＯＤ容積負荷に応じて、下記式（Ｃ）、
【００４１】
【数３】
【００４２】
を満たすように調節する。
【００４３】
膜分離活性汚泥装置における発泡発生の原因は、汚泥の自己分解時に汚泥中に含まれる微生物から溶解性粘性物（主に細胞質成分）が溶出することであると考えられる。また、ゲル様物質の発生の原因は、ゲル様物質代謝細菌の異常繁殖であると考えられる。これらの原因は何れも、汚泥滞留時間（ＳＲＴ）の長期化が要因であると考えられる。そこで、本排水処理方法では、排水処理設備に流入するＢＯＤ容積負荷に応じて、ＳＲＴを上記式（Ｃ）の適正範囲内に収める（条件（ウ））ことで、ＳＲＴの長期化を抑制している。これにより、汚泥の自己分解及びゲル様物質代謝細菌の異常繁殖を抑えることが可能になる。
【００４４】
また、ＳＲＴが上記式（Ｃ）の適正範囲内にある場合、発泡及びゲル様物質の発生を抑えることができる一方、上記の場合でも膜分離槽２の汚泥濃度が適正範囲外にあると、分離膜が急速に閉塞するおそれがある。その結果、排水処理設備の継続的な運転が困難になる。そこで、本排水処理方法では、ＳＲＴを上記式（Ｃ）の適正範囲内に収める（条件（ウ））とともに、膜分離槽２の汚泥濃度を適正範囲に収める（条件（イ））ことで、排水処理設備の安全運転を実現している。
【００４５】
また、上記特許文献１の技術を含め、従来の排水処理方法では、生物処理槽１に投入する負荷を高くする場合、単位体積当たりのＳＳ（浮遊性汚泥）が処理し得る能力を一定として、ＢＯＤ負荷の増大に併せ処理系内のＳＳを増大させるのが一般的である。すなわち、ＢＯＤ負荷の増大に併せて、生物処理槽１および膜分離槽２について均一にＳＳを増大させる。ここで、ＢＯＤ負荷（単位：ｋｇ〔ＢＯＤ〕／ｄ）とは、排水処理設備に投入される１日あたりの有機物量を意味し、またＢＯＤ−ＳＳ負荷（単位：ｋｇ〔ＢＯＤ〕/ｋｇ〔ＳＳ〕／ｄ）とは、その排水処理設備内の単位生物量が１日当たりに摂取し得る有機物量を意味する。ＢＯＤ−ＳＳ負荷は、標準活性汚泥法では、０．２〜０．４ｋｇ〔ＢＯＤ〕／ｋｇ〔ＳＳ〕／ｄである。また、超深層エアレーション法では、１．０ｋｇ〔ＢＯＤ〕／ｋｇ〔ＳＳ〕／ｄ以下である。
【００４６】
一方、本排水処理方法では、生物処理槽１に投入する負荷を高くする（条件（ア））場合、膜分離槽２の汚泥濃度を高く設定する一方、生物処理槽１の汚泥濃度を低く設定する。すなわち、生物処理槽１と膜分離槽２との間で汚泥濃度の差を付けて、排水処理設備を運転している。これにより、排水処理設備内のＳＳを無駄に増やす必要がなくなる。その結果、汚泥滞留時間（ＳＲＴ）が無駄に長期化することがなく、ＳＲＴを適正化することができる。
【００４７】
また、膜分離槽２の汚泥濃度を高くすることで分離膜の閉塞が抑制されることについては、次のように考察される。すなわち、膜分離槽２内では、クロスフロー流により、汚泥粒子が分離膜表面の汚れを掻きとるという作用がある。そして、この作用の効率を上げるためには、膜分離槽２の汚泥濃度をある程度高く設定する必要があると考えられる。その一方で、膜分離槽２の汚泥濃度が高すぎると、液粘性の上昇に伴う摩擦抵抗の増加により、クロスフロー流が弱まり逆効果となる。それゆえ、膜分離槽２の汚泥濃度を適正範囲に収める（条件（イ））ことで、クロスフロー流による汚泥粒子の分離膜表面に対する作用（分離膜表面の汚れを掻きとる作用）の効率が上がると考えられる。
【００４８】
（ＳＲＴの算出方法について）
以下、本排水処理方法における、汚泥滞留時間（ＳＲＴ）の算出方法について、詳述する。
【００４９】
まず、ＢＯＤ容積負荷が高負荷である状態で排水処理設備を安全運転するためには、ＢＯＤ容積負荷に応じた次のパラメータが必要になる。
・系内汚泥量（排水処理設備（生物処理槽及び膜分離槽）内に存在する汚泥の総量）
・ＳＲＴ（汚泥滞留時間）
すなわち、系内汚泥量およびＳＲＴそれぞれについて、ＢＯＤ容積負荷を変数とした関係式を算出する必要がある。
【００５０】
まず、系内汚泥量とＢＯＤ容積負荷との関係式の算出について、図４に基づいて説明する。図４は、排水処理設備を安定稼動した時期における、ＢＯＤ−ＳＳ負荷及びＢＯＤ容積負荷をプロットしたグラフである。図４のグラフは、生物処理槽１及び膜分離槽２の系全体の浮遊汚泥（ＳＳ）を対象としたグラフであり、縦軸は系全体で受けるＢＯＤ−ＳＳ負荷を示し、横軸は系全体で受けるＢＯＤ容積負荷を示す。
【００５１】
図４に示されるプロットから、近似式：〔ＢＯＤ−ＳＳ負荷〕＝０．２×〔ＢＯＤ容積負荷〕が算出される。
【００５２】
ここで、〔系内汚泥量〕＝〔ＢＯＤ負荷〕／〔ＢＯＤ−ＳＳ負荷〕と表わされるので、上記近似式をこの式に代入すると、系内汚泥量は、下記式（Ａ）で表わされる。
〔系内汚泥量〕＝〔ＢＯＤ負荷〕／（０．２×〔ＢＯＤ容積負荷〕） （Ａ）
系内汚泥量 ：ｇ〔ＳＳ〕
ＢＯＤ負荷 ：ｇ〔ＢＯＤ〕／ｄ
ＢＯＤ容積負荷：ｋｇ〔ＢＯＤ〕／ｍ３／ｄ
次に、ＳＲＴとＢＯＤ容積負荷との関係式の算出について、以下に説明する。
【００５３】
まず、ＳＲＴは、以下の下記式（１）のように表わすことができる。
【００５４】
【数４】
【００５５】
また、発生汚泥量は、下記式（２）のように表わすことができる。
【００５６】
【数５】
【００５７】
上記式（１）及び上記式（２）を連立し、〔処理水ＢＯＤ〕≒０と近似すると、ＳＲＴは、下記式（３）のように表わされる。
【００５８】
【数６】
【００５９】
また、ＢＯＤ容積負荷は、
〔ＢＯＤ容積負荷〕＝〔（流入ＢＯＤ×流入流量）／１０６〕／〔（槽容積）／１０３〕
と表わすことができる。それゆえ、ＳＲＴは、下記式（Ｂ）となる。
【００６０】
【数７】
【００６１】
上記式（Ａ）及び上記式（Ｂ）を連立すると、ＳＲＴは、下記式（ｃ）のように表わすことができる。
【００６２】
【数８】
【００６３】
また、ＳＲＴは、実績値の振れ幅により、＋５日嵩上げした値が現実的な値になる。このことから、ＳＲＴについては、下記式（Ｃ）を満たすことで、排水処理設備の安定運転が可能になる。
【００６４】
【数９】
【００６５】
なお、Ｙ（最大収率係数）、及びｋｄ（自己分解係数）は、ビーカーによる実験や現場のデータ等により算出可能である。以下、Ｙ（最大収率係数）、及びｋｄ（自己分解係数）の算出方法の一例について説明する。
【００６６】
まず、汚泥発生量は、Ｙ（最大収率係数）、及びｋｄ（自己分解係数）を用いて、以下の式（４）のように表すことができる。
【００６７】
【数１０】
【００６８】
上記式（４）に基づいて算出した計算値と実測値とのフィッティングにより、Ｙ及びｋｄを導出することができる。図５は、汚泥転換率（見かけの収率係数）について、実測値と計算値とを比較した結果を示すグラフである。図５における、●印は実測値を示し、○印は計算値を示している。また、図５における縦軸は汚泥転換率を示し、横軸は試験経過日数を示す。また、図５の比較では、実績値として、ＢＯＤ容積負荷＝１．０〜２．０ｋｇ〔ＢＯＤ〕／ｍ３／ｄのデータを使用している。また、ＢＯＤは、ＴＯＣより換算している。
【００６９】
図５に示された比較結果から、Ｙ（最大収率係数）＝０．６（ｇ〔ＳＳ〕／ｇ〔ＢＯＤ〕）、ｋｄ＝０．０６（１／ｄ）が算出される。上記のように導出したＹ及びｋｄを上記式（Ｃ）に代入した結果を図６に示す。
【００７０】
図６は、ＳＲＴおよびＢＯＤ−ＳＳ負荷とＢＯＤ容積負荷との関係を示すグラフであり、左側の縦軸はＳＲＴを示し、右側の縦軸はＢＯＤ−ＳＳ負荷を示し、横軸はＢＯＤ容積負荷を示す。図６のグラフを参照すれば、排水処理設備のＢＯＤ容積負荷を設定すれば、ＳＲＴの適正範囲を設定することが可能になる。
【００７１】
ＳＲＴの具体的な範囲は、後述の実施例のように、例えば、Ｙ＝０．６（ｇ〔ＳＳ〕／ｇ〔ＢＯＤ〕）、ｋｄ＝０．０６（１／ｄ）の排水に対し、ＢＯＤ容積負荷を２．０ｋｇ〔ＢＯＤ〕／ｍ３／ｄに設定した場合、５〜１０日に設定されることが好ましい。また、ＢＯＤ容積負荷を１．５ｋｇ〔ＢＯＤ〕／ｍ３／ｄに設定した場合、ＳＲＴの具体的な範囲は、７〜１３日に設定されることが好ましい。また、ＢＯＤ容積負荷を２．５ｋｇ〔ＢＯＤ〕／ｍ３／ｄに設定した場合、ＳＲＴの具体的な範囲は、３〜９日に設定されることが好ましい。
【００７２】
（ＢＯＤ容積負荷について）
本排水処理方法は、ＢＯＤ容積負荷が高負荷である排水処理設備に適用することができる。一般的に、ＢＯＤ容積負荷が１．０ｋｇ〔ＢＯＤ〕／ｍ３／ｄ以上であれば、高負荷であるといえる。
【００７３】
また、一般的に、活性汚泥法により排水処理を行う場合、ＢＯＤ−ＳＳ負荷の上限は、処理方式に応じて異なるが、１．０ｋｇ〔ＢＯＤ〕／ｋｇ〔ＳＳ〕／ｄが限界である（参考文献１：「下水道施設計画・設計指針と解説 後編 １９９４年版」，（社）日本下水道協会，１９９４年，６２頁）。それゆえ、図６のグラフを参照すると、ＢＯＤ−ＳＳ負荷が１．０ｋｇ〔ＢＯＤ〕／ｋｇ〔ＳＳ〕／ｄであるとき、ＢＯＤ容積負荷は、５ｋｇ〔ＢＯＤ〕／ｍ３／ｄとなる。よって、本排水処理方法を適用し得るＢＯＤ容積負荷の上限は、５ｋｇ〔ＢＯＤ〕／ｍ３／ｄとする。
【００７４】
以上のことから、本排水処理方法を適用し得る排水処理設備のＢＯＤ容積負荷の範囲は、
１．０〜５ｋｇ〔ＢＯＤ〕／ｍ３／ｄである（条件（ア））。ＢＯＤ容積負荷の範囲は、好ましくは、１．５〜２．５ｋｇ〔ＢＯＤ〕／ｍ３／ｄであり、より好ましくは２．０ｋｇ〔ＢＯＤ〕／ｍ３／ｄである。
【００７５】
（生物処理槽１及び膜分離槽２の汚泥濃度について）
生物処理槽１及び膜分離槽２の汚泥濃度については、上記式（Ａ）で表わされる系内汚泥量の計算値を目安に調整することができる。膜分離槽２の汚泥濃度、生物処理槽１の汚泥濃度の順に調整する。
【００７６】
膜分離槽２の汚泥濃度は、６０００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌ以上１５０００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌ以下であり、好ましくは７０００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌ以上１１０００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌ以下である。
【００７７】
参考文献２：「現場で役立つ膜ろ過技術」，（株）工業調査会，２００６年，１７５−１７６頁には、以下の記載がある。
「溶存有機物濃度を一定（ＤＯＣ＝４００ｍｇ／Ｌ）に調整し、ＭＬＳＳを７０００〜２２０００ｍｇ／Ｌの範囲に調整して、ＭＬＳＳが膜ろ過流速に与える影響を調べた。…（省略）…。膜ろ過流速は、低ＭＬＳＳ側と高ＭＬＳＳ側とで低く１５０００ｍｇ／Ｌ付近で極大となる傾向を示している。…（省略）…。ＭＬＳＳ濃度が１５０００ｍｇ／Ｌまでは、実際に高ＭＬＳＳ側になるほど膜ろ過流速が高まる現象を示しており、ＭＬＳＳの存在が膜面の濃度分極層を擦りとる掃流効果があるようだ。…（省略）…。むやみにＭＬＳＳを高めて粘度を高める操作方法は適切ではないといえる。」
よって、膜分離槽２の汚泥濃度の上限は、１５０００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌとする。
【００７８】
また、膜分離槽２の汚泥濃度の下限は、６０００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌである。後述の比較例１のように、膜分離槽２の汚泥濃度が６０００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌよりも低い場合、膜モジュール３の分離膜と吸引ポンプ間の膜差圧が変動してしまうので、好ましくない。
【００７９】
また、生物処理槽１の汚泥濃度は、膜分離槽２の汚泥濃度が設定されれば、上記式（Ａ）から逆算して決定される。すなわち、ＢＯＤ容積負荷を設定すれば、上記式（Ａ）から系内汚泥量が算出される。この系内汚泥量は、生物処理槽１及び膜分離槽２に含まれる汚泥量である。膜分離槽２の汚泥濃度が設定されれば、膜分離槽２に含まれる汚泥量が決定される。そして、膜分離槽２に含まれる汚泥量が決定されれば、算出された系内汚泥量から、生物処理槽１に含まれる汚泥量が算出される。算出された生物処理槽１に含まれる汚泥量から、生物処理槽１の汚泥濃度が決定される。生物処理槽１の汚泥濃度は、膜分離槽２の汚泥濃度よりも低く維持されているとともに、２０００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌ以上６０００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌ未満である。生物処理槽１の汚泥濃度は、好ましくは３０００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌ以上４０００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌ以下である。なお、生物処理槽１の汚泥濃度と膜分離槽２の汚泥濃度との間には、３０００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌ以上の濃度差をつけることが好ましい。
【００８０】
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、それぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【００８１】
以下、実施例を示し、本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。もちろん、本発明は以下の実施例に限定されるものではなく、細部については様々な対応が可能であることはいうまでもない。
【実施例】
【００８２】
（実施例１〜３）
実施例１及び３は、排水処理設備として図２に示された排水処理装置２０を用いて、活性汚泥法で排水処理を行った例である。実施例１及び３では、担体６の投入（充填）量は、第２生物処理槽１Ｂの全体に対して、実容積で約２０％である。また、実施例１で用いた排水処理装置２０は、第１生物処理槽１Ａの容積が８００Ｌであり、第２生物処理槽１Ｂの容積が１６００Ｌであり、生物処理槽１の容積はトータル２４００Ｌである。また、膜分離槽２の容積は、８００Ｌである。一方、実施例３で用いた排水処理装置２０は、第１生物処理槽１Ａの容積が４Ｌであり、第２生物処理槽１Ｂの容積が１０Ｌであり、生物処理槽１の容積はトータル１４Ｌである。また、膜分離槽２の容積は、１３Ｌである。
【００８３】
また、実施例２は、排水処理設備として図３に示された排水処理装置３０を用いて、活性汚泥法で排水処理を行った例である。実施例２で用いた排水処理装置３０は、第１生物処理槽１Ａの容積が８００Ｌであり、第２生物処理槽１Ｂの容積が１６００Ｌであり、生物処理槽１の容積はトータル２４００Ｌである。また、膜分離槽２の容積は、８００Ｌである。
【００８４】
また、実施例１〜３において、膜分離槽２における膜モジュール３の分離膜（分離膜）として、ＰＴＦＥ（四フッ化エチレン樹脂、またはポリテトラフルオロエチレン）からなる公称径０．２μｍの中空糸膜を用いた。
【００８５】
実施例１〜３においては、表１に示される条件で排水処理を行った。
【００８６】
【表１】
【００８７】
具体的には、表１に示されるように、実施例１では、排水として食品工場排水を用いて、約２週間排水処理設備を運転した。排水設備に流入する排水は、流入量が約３．３Ｌ／ｍｉｎであり、ＢＯＤが６００〜１０００ｍｇ〔ＢＯＤ〕／Ｌ（平均：８４０ｍｇ〔ＢＯＤ〕／Ｌ）である。水温は、２３〜２７℃（平均：２５℃）であり、ＢＯＤ容積負荷は、１．８〜２．５ｋｇ〔ＢＯＤ〕／ｍ３／ｄ（平均：２．０ｋｇ〔ＢＯＤ〕／ｍ３／ｄ）である。また、ＢＯＤ／ＳＳ負荷は、０．２１〜０．３３ｋｇ〔ＢＯＤ〕／ｋｇ〔ＳＳ〕／ｄ（平均：０．２８ｋｇ〔ＢＯＤ〕／ｋｇ〔ＳＳ〕／ｄ）である。また、表１及び図７（ｂ）に示されるように、生物処理槽１の汚泥濃度（ＭＬＳＳ濃度）は、４０００〜５３００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌ（平均：４５００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌ）とし、膜分離槽２の汚泥濃度（ＭＬＳＳ濃度）は、９１００〜１１０００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌ（平均：１００００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌ）とした。また、汚泥滞留時間（ＳＲＴ）を５．５〜６．７日（平均：７．１日）とした。
【００８８】
図７に、実施例１の結果を示す。図７（ａ）は、排水処理設備運転中のＢＯＤ容積負荷の変動を示すグラフである。また、図７（ｂ）は、排水処理設備運転中の、生物処理槽１及び膜分離槽２のＭＬＳＳ濃度、並びに汚泥滞留時間（ＳＲＴ）の変動を示すグラフであり、○は生物処理槽１のＭＬＳＳ濃度を示し、□は膜分離槽２のＭＬＳＳ濃度を示し、△は汚泥滞留時間（ＳＲＴ）を示す。また、図７（ｃ）は、排水処理設備運転中の、排水及び処理水のＴＯＣの変動を示すグラフであり、○は排水のＴＯＣを示し、△は処理水のＴＯＣを示す。また、図７（ｄ）は、排水処理設備運転中の、膜モジュール３の分離膜と吸引ポンプ間の膜差圧の変動を示すグラフである。なお、図７（ａ）〜（ｄ）におけるグラフの横軸は、試験の実施日を示す。
【００８９】
図７（ｃ）に示されるように、表１、並びに図７（ａ）及び（ｂ）の条件で排水処理設備を運転したとき、排水のＴＯＣと比較して処理水のＴＯＣが有意に低下し、処理水の水質が改善されていることが分かる。また、このとき、図７（ｄ）に示されるように、排水処理設備の運転中、膜モジュール３の分離膜と吸引ポンプ間の圧力の急激な上昇が見られなかった。また、排水処理設備の運転中、処理系内の発泡は見られなかった。このことから、ＢＯＤ容積負荷を１．８〜２．５ｋｇ〔ＢＯＤ〕／ｍ３／ｄ（平均：２．０ｋｇ〔ＢＯＤ〕／ｍ３／ｄ）とした高負荷運転においても、表１、及び図７（ｂ）の条件は、発泡及び分離膜の目詰まりの抑制に有効であることが確認できた。
【００９０】
また、実施例２では、実施例１と同様に、排水として食品工場排水を用いて、約２週間排水処理設備を運転した。排水設備に流入する排水は、流入量が約３．２Ｌ／ｍｉｎであり、ＢＯＤが６００〜１０００ｍｇ〔ＢＯＤ〕／Ｌ（平均：８４０ｍｇ〔ＢＯＤ〕／Ｌ）である。水温は、２３〜２７℃（平均：２５℃）であり、ＢＯＤ容積負荷は、１．４〜２．３ｋｇ〔ＢＯＤ〕／ｍ３／ｄ（平均：２．０ｋｇ〔ＢＯＤ〕／ｍ３／ｄ）である。また、ＢＯＤ／ＳＳ負荷は、０．２５〜０．３６ｋｇ〔ＢＯＤ〕／ｋｇ〔ＳＳ〕／ｄ（平均：０．３０ｋｇ〔ＢＯＤ〕／ｋｇ〔ＳＳ〕／ｄ）である。また、表１及び図８（ｃ）に示されるように、生物処理槽１の汚泥濃度（ＭＬＳＳ濃度）は、３１００〜４３００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌ（平均：３８００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌ）とし、膜分離槽２の汚泥濃度（ＭＬＳＳ濃度）は、７５００〜１００００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌ（平均：８７００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌ）とした。また、汚泥滞留時間（ＳＲＴ）を５．０〜７．３日（平均：５．９日）とした。
【００９１】
図８に、実施例２の結果を示す。図８（ａ）は、排水処理設備運転中のＢＯＤ容積負荷の変動を示すグラフである。また、図８（ｂ）は、排水処理設備運転中の、生物処理槽１及び膜分離槽２のＭＬＳＳ濃度、並びに汚泥滞留時間（ＳＲＴ）の変動を示すグラフであり、○は生物処理槽１のＭＬＳＳ濃度を示し、□は膜分離槽２のＭＬＳＳ濃度を示し、△は汚泥滞留時間（ＳＲＴ）を示す。図８（ｃ）は、排水処理設備運転中の、排水及び処理水のＴＯＣの変動を示すグラフであり、○は排水のＴＯＣを示し、△は処理水のＴＯＣを示す。また、図８（ｄ）は、排水処理設備運転中の、膜モジュール３の分離膜と吸引ポンプ間の膜差圧の変動を示すグラフである。なお、図８（ａ）〜（ｄ）におけるグラフの横軸は、試験の実施日を示す。
【００９２】
図８（ｃ）に示されるように、表１、並びに図８（ａ）及び（ｂ）の条件で排水処理設備を運転したとき、排水のＴＯＣと比較して処理水のＴＯＣが有意に低下し、処理水の水質が改善されていることが分かる。また、このとき、図８（ｄ）に示されるように、排水処理設備の運転中、膜モジュール３の分離膜と吸引ポンプ間の圧力の急激な上昇が見られなかった。また、排水処理設備の運転中、処理系内の発泡は見られなかった。このことから、ＢＯＤ容積負荷を１．４〜２．３ｋｇ〔ＢＯＤ〕／ｍ３／ｄ（平均：２．０ｋｇ〔ＢＯＤ〕／ｍ３／ｄ）とした高負荷運転においても、表１、及び図８（ｂ）の条件は、発泡及び分離膜の目詰まりの抑制に有効であることが確認できた。
【００９３】
また、実施例３では、排水としてスキムミルクを用いて、約３週間排水処理設備を運転した。排水設備に流入する排水は、流入量が約０．０４Ｌ／ｍｉｎであり、ＢＯＤが８５０〜９００ｍｇ〔ＢＯＤ〕／Ｌ（平均：８７０ｍｇ〔ＢＯＤ〕／Ｌ）である。水温は、約３０℃であり、ＢＯＤ容積負荷は、１．９〜２．０１ｋｇ〔ＢＯＤ〕／ｍ３／ｄ（平均：２．０ｋｇ〔ＢＯＤ〕／ｍ３／ｄ）である。また、ＢＯＤ／ＳＳ負荷は、０．３７〜０．４５ｋｇ〔ＢＯＤ〕／ｋｇ〔ＳＳ〕／ｄ（平均：０．４１ｋｇ〔ＢＯＤ〕／ｋｇ〔ＳＳ〕／ｄ）である。また、表１及び図９（ｂ）に示されるように、生物処理槽１の汚泥濃度（ＭＬＳＳ濃度）は、２０１３〜３０７３ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌ（平均：２４９５ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌ）とし、膜分離槽２の汚泥濃度（ＭＬＳＳ濃度）は、７０００〜９０００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌ（平均：８０００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌ）とした。また、汚泥滞留時間（ＳＲＴ）を５〜８日（平均：６．６日）とした。
【００９４】
図９に、実施例３の結果を示す。図９（ａ）は、排水処理設備運転中の、投入ＤＯＣ及びＢＯＤ容積負荷の変動を示すグラフであり、●は投入ＤＯＣを示し、□はＢＯＤ容積負荷を示す。また、図９（ｂ）は、排水処理設備運転中の、生物処理槽１及び膜分離槽２のＭＬＳＳ濃度、並びに汚泥滞留時間（ＳＲＴ）の変動を示すグラフであり、○は生物処理槽１のＭＬＳＳ濃度を示し、□は膜分離槽２のＭＬＳＳ濃度を示し、△は汚泥滞留時間（ＳＲＴ）を示す。また、図９（ｃ）は、排水処理設備運転中の、処理水のＴＯＣの変動を示すグラフである。また、図９（ｄ）は、排水処理設備運転中の、膜モジュール３の分離膜と吸引ポンプ間の膜差圧の変動を示すグラフである。なお、図９（ａ）〜（ｄ）におけるグラフの横軸は、試験の実施日を示す。
【００９５】
図９（ｃ）に示されるように、表１、並びに図９（ａ）及び（ｂ）の条件で排水処理設備を運転したとき、処理水のＴＯＣが低く維持され、処理水の水質が改善されていることが分かる。また、このとき、図９（ｄ）に示されるように、排水処理設備の運転中、膜モジュール３の分離膜と吸引ポンプ間の圧力の急激な上昇が見られなかった。また、排水処理設備の運転中、処理系内の発泡は見られなかった。このことから、ＢＯＤ容積負荷を１．９〜２．０１ｋｇ〔ＢＯＤ〕／ｍ３／ｄ（平均：２．０ｋｇ〔ＢＯＤ〕／ｍ３／ｄ）とした高負荷運転においても、表１、及び図９（ｂ）の条件は、発泡及び分離膜の目詰まりの抑制に有効であることが確認できた。
【００９６】
以上の実施例１〜３の結果から、発泡及び分離膜の目詰まりを抑制して排水処理設備の安定運転を行うためには、膜分離槽２のＭＬＳＳ濃度及びＳＲＴの設定が重要であることが分かった。また、膜分離槽２のＭＬＳＳ濃度を生物処理槽１のＭＬＳＳ濃度よりも低く設定することが重要であることが分かった。そして、ＳＲＴを５〜１０日とし、膜分離槽２のＭＬＳＳ濃度を７０００〜１１０００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌとすることで、ＢＯＤ容積負荷を１ｋｇ〔ＢＯＤ〕／ｍ３／ｄ以上とした高負荷であっても、排水処理設備の安定運転を実現できることが分かった。
【００９７】
（比較例１）
比較例１では、膜分離槽２のＭＬＳＳ濃度の下限について、さらに詳細に調べた。具体的には、膜分離槽２のＭＬＳＳ濃度と、膜モジュール３の分離膜と吸引ポンプ間の膜差圧との関連について調べた。また、比較例１では、実施例３と同様の排水処理設備を用いて、活性汚泥法で排水処理を行った。排水処理の条件を表２に示す。
【００９８】
【表２】
【００９９】
比較例１では、膜分離槽２のＭＬＳＳ濃度を２９００〜８３００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌ間で変動させたときの、膜モジュール３の分離膜と吸引ポンプ間の膜差圧の挙動を調べた。比較例１の結果を図１０に示す。図１０は、排水処理設備運転中の、膜分離槽２のＭＬＳＳ濃度および膜差圧の変動を示すグラフであり、○は膜分離槽２のＭＬＳＳ濃度を示し、実線は膜差圧を示す。
【０１００】
図１０に示されるように、膜分離槽２のＭＬＳＳ濃度を４０００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌから上昇させると、６０００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌ以上で膜差圧の上昇が抑えられる傾向が見られた。一方、膜分離槽２のＭＬＳＳ濃度が６０００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌ未満では、膜差圧は、急激に上昇し、安定ではなかった。
【０１０１】
図１０に示される結果から、膜分離槽２のＭＬＳＳ濃度を６０００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌ以上に設定すれば、膜モジュール３の分離膜と吸引ポンプ間の膜差圧の急激な上昇を抑えることができることが分かった。
【０１０２】
（比較例２）
比較例２は、汚泥滞留時間（ＳＲＴ）が長期化することで生物処理槽１内で発泡が起こることを示す例である。比較例２では、実施例１と同様の排水処理設備を用いて、活性汚泥法で排水処理を行った。比較例２における排水処理の条件を表３に示す。
【０１０３】
【表３】
【０１０４】
比較例２では、表３に示されるように、ＳＲＴを９〜９７日で変動させて、生物処理槽１の内部の状況を調べた。その結果を図１１に示す。図１１は、排水処理設備運転中の、ＳＲＴ及びＢＯＤ容積負荷の挙動を示すグラフ、及び生物処理槽内の発泡の様子を示す画像であり、グラフのおける●はＳＲＴを示し、□はＢＯＤ容積負荷を示す。
【０１０５】
図１１に示されるように、ＳＲＴを９〜９７日とし、かつＳＲＴを極端に増加させると、増加して暫くした時期（図１１のグラフの点線部分）に発泡が起こることが分かった。この発泡は、図１１の画像に示されるように、生物処理槽１内の水面付近から発生している。
【０１０６】
図１１の結果から、ＳＲＴの長期化は、生物処理槽１内の発泡を招くということが分かった。
【０１０７】
（比較例３）
比較例２は、汚泥滞留時間（ＳＲＴ）が長期化することで生物処理槽１内で発泡が起こることを示す他の例である。比較例３では、実施例３と同様の排水処理設備を用いて、活性汚泥法で排水処理を行った。比較例３における排水処理の条件を表４に示す。
【０１０８】
【表４】
【０１０９】
比較例３では、表４に示されるように、ＳＲＴを８〜４６日で変動させて、生物処理槽１及び膜分離槽２の内部の状況を調べた。その結果を図１２に示す。図１２は、排水処理設備運転中の、ＳＲＴ及びＢＯＤ容積負荷の挙動を示すグラフ、並びに生物処理槽１及び膜分離槽２内の発泡の様子を示す画像であり、グラフのおける●はＳＲＴを示し、□はＢＯＤ容積負荷を示す。
【０１１０】
図１２に示されるように、ＳＲＴを８〜４６日とし、かつＳＲＴを極端に増加させると、増加して暫くした時期（図１２のグラフの点線部分）に発泡が起こることが分かった。この発泡は、図１２の画像に示されるように、生物処理槽１及び膜分離槽２の双方で発生している。
【０１１１】
図１２の結果からも、ＳＲＴの長期化は、生物処理槽１内の発泡を招くということが分かった。
【０１１２】
（実施例４及び比較例４）
実施例４及び比較例４では、汚泥滞留時間（ＳＲＴ）の長期化による排水処理設備の影響をさらに調べた。実施例４及び比較例４では、排水処理設備として図１に示された排水処理装置１０を用いて、活性汚泥法で排水処理を行った。実施例４及び比較例４で用いた排水処理装置１０は、生物処理槽１の容積が０．６６Ｌであり、膜分離槽２の容積が０．２２Ｌである。実施例４及び比較例４における排水処理の条件を表５に示す。
【０１１３】
【表５】
【０１１４】
表５に示されるように、実施例４では、試験期間中、ＳＲＴが平均１０日前後になるように排水処理設備を運転した。一方、比較例４では、試験期間中、膜分離槽２から余剰汚泥を引き抜くことなく排水処理設備を運転した。これにより、生物処理槽１及び膜分離槽２内に余剰汚泥が蓄積することになり、実質的にＳＲＴが長期化する。
【０１１５】
その結果、ＳＲＴが長期化した比較例４では、排水処理設備内で、ゲル様物質の生成が促進していることが分かった。排水処理設備内で、ゲル様物質生成菌が異常繁殖し、ゲル様物質の生成が進行すると、汚泥の粘性が高まると同時に圧密性が低下すると推定される。そこで、排水処理設備運転中における濃縮汚泥密度を測定することにより、間接的に、ゲル様物質の生成状況の変化を調べた。濃縮汚泥密度の測定は、以下の手順で行った。
【０１１６】
(I) 実施例４及び比較例４それぞれについて、運転中の汚泥を採取する。採取した汚泥５０ｍｌを５０ｍｌ遠心管に入れ、遠心分離器（３０００ｒｐｍ、１０分）にかける。
【０１１７】
(II) 遠心分離した固形分（濃縮汚泥）について、湿潤時の容量と乾燥時の重量とを測定した後、これらより濃縮汚泥密度を算出する。
【０１１８】
実施例４及び比較例４における濃縮汚泥密度の測定結果を図１３に示す。図１３は、排水処理設備運転中の、濃縮汚泥密度の変動を示すグラフ、及び試験開始から約２週間後の比較例４における膜モジュール３の分離膜の状態を示す画像であり、グラフにおける△は実施例４を示し、●は比較例４を示す。
【０１１９】
図１３に示されるように、実施例４に比べて、比較例４では、遠心分離後の濃縮汚泥密度が低下し、圧密性が低下し続ける傾向にあった。また、図１３の画像に示されるように、試験開始から約２週間後の膜モジュール３の分離膜の状態を観察した結果、比較例４では分離膜上に糸状の粘性物が付着していた。
【０１２０】
以上、実施例１〜４、及び比較例１〜４の結果から、ＢＯＤ容積負荷が約２．０ｋｇ〔ＢＯＤ〕／ｍ３／ｄという高負荷で排水処理を行う場合、以下の処理条件で排水処理設備を運転することで、安定稼動が可能になることが分かった。
【０１２１】
・汚泥滞留時間（ＳＲＴ）を５〜１０日に維持する。ＳＲＴが１０日を越え長期化している場合、汚泥の解体が促進するため、汚泥中の微生物からの細胞質成分（発泡成分）の溶出量が増加するため好ましくない。また、ゲル様物質生成菌の繁殖が促進するため、好ましくない。
【０１２２】
・膜分離槽２の汚泥濃度（ＭＬＳＳ濃度）を７０００〜１１０００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌの範囲に維持する。膜分離槽２の汚泥濃度を上記範囲に維持した場合、クロスフロー流により、汚泥粒子が分離膜表面の汚れを掻きとり、目詰まりしにくくなると考えられる。一方、膜分離槽２の汚泥濃度が高すぎると、液粘性が高まる。そして、これにより、クロスフロー流が弱まり、分離膜の目詰まりが起こりやすくなると考えられる。
【０１２３】
・生物処理槽１の汚泥濃度（ＭＬＳＳ濃度）を２０００〜５５００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌの範囲に維持する。
【産業上の利用可能性】
【０１２４】
本発明は、下水、産業排水、生活排水などの有機物を主体とする排水を生物学的に処理する排水処理分野に利用することができる。
【符号の説明】
【０１２５】
１ 生物処理槽
１Ａ 第１生物処理槽
１Ｂ 第２生物処理槽
２ 膜分離槽
３ 膜モジュール
４ 散気管
４ａ 酸素
５ 汚泥
６ 担体（微生物固定化担体）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機排水中の有機物を生物処理により分解する少なくとも１つの生物処理槽、及び生物処理槽から流出する処理水を分離膜により固液分離する少なくとも１つの膜分離槽を備えた排水処理設備を用いた、活性汚泥法による排水処理方法であって、
ＢＯＤ容積負荷を１．０〜５．０ｋｇ〔ＢＯＤ〕／ｍ３／ｄとし、
上記生物処理槽内の汚泥濃度を２０００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌ以上６０００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌ未満に維持するとともに、上記膜分離槽内の汚泥濃度を６０００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌ以上１５０００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌ以下に維持し、
上記排水処理設備内での汚泥滞留時間（ＳＲＴ）について、上記ＢＯＤ容積負荷に応じて、下記式（Ｃ）、
【数１】
を満たすように調節することを特徴とする排水処理方法。
【請求項２】
上記生物処理槽のうち少なくとも１槽に、微生物を固定する微生物固定化担体を保持することを特徴とする請求項１に記載の排水処理方法。
【請求項１】
有機排水中の有機物を生物処理により分解する少なくとも１つの生物処理槽、及び生物処理槽から流出する処理水を分離膜により固液分離する少なくとも１つの膜分離槽を備えた排水処理設備を用いた、活性汚泥法による排水処理方法であって、
ＢＯＤ容積負荷を１．０〜５．０ｋｇ〔ＢＯＤ〕／ｍ３／ｄとし、
上記生物処理槽内の汚泥濃度を２０００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌ以上６０００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌ未満に維持するとともに、上記膜分離槽内の汚泥濃度を６０００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌ以上１５０００ｍｇ〔ＳＳ〕／Ｌ以下に維持し、
上記排水処理設備内での汚泥滞留時間（ＳＲＴ）について、上記ＢＯＤ容積負荷に応じて、下記式（Ｃ）、
【数１】
を満たすように調節することを特徴とする排水処理方法。
【請求項２】
上記生物処理槽のうち少なくとも１槽に、微生物を固定する微生物固定化担体を保持することを特徴とする請求項１に記載の排水処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−９１１００（Ｐ２０１２−９１１００Ａ）
【公開日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２３９７７７（Ｐ２０１０−２３９７７７）
【出願日】平成２２年１０月２６日（２０１０．１０．２６）
【特許番号】特許第４７０６８０４号（Ｐ４７０６８０４）
【特許公報発行日】平成２３年６月２２日（２０１１．６．２２）
【出願人】（０００００３９４２）日新電機株式会社 (328)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月２６日（２０１０．１０．２６）
【特許番号】特許第４７０６８０４号（Ｐ４７０６８０４）
【特許公報発行日】平成２３年６月２２日（２０１１．６．２２）
【出願人】（０００００３９４２）日新電機株式会社 (328)
【Ｆターム（参考）】
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