排水処理装置
【課題】生物汚泥の沈降性を高めることができる排水処理装置を提供する。
【解決手段】ＢＯＤ成分を含む有機性排水を生物汚泥により生物処理する反応槽と、前記反応槽で得られた処理水を前記汚泥と分離する汚泥分離槽１６と、を有する排水処理装置であって、前記反応槽は、無酸素生物処理槽１０と、前記生物処理に必要な酸素が供給される第１生物処理槽１２及び第２生物処理槽１４と、を含み、前記有機性排水は第１生物処理槽１２に連続的に流入され、第１生物処理槽１２及び第２生物処理槽１４で生物処理され、汚泥分離槽１６内の汚泥は、第２生物処理槽１４及び無酸素生物処理槽１０へ返送され、無酸素生物処理槽１０内の汚泥は、少なくとも第１生物処理槽１２に供給され、第１生物処理槽１２のＭＬＳＳ負荷は、第２生物処理槽１４のＭＬＳＳ負荷より高いものである。
【解決手段】ＢＯＤ成分を含む有機性排水を生物汚泥により生物処理する反応槽と、前記反応槽で得られた処理水を前記汚泥と分離する汚泥分離槽１６と、を有する排水処理装置であって、前記反応槽は、無酸素生物処理槽１０と、前記生物処理に必要な酸素が供給される第１生物処理槽１２及び第２生物処理槽１４と、を含み、前記有機性排水は第１生物処理槽１２に連続的に流入され、第１生物処理槽１２及び第２生物処理槽１４で生物処理され、汚泥分離槽１６内の汚泥は、第２生物処理槽１４及び無酸素生物処理槽１０へ返送され、無酸素生物処理槽１０内の汚泥は、少なくとも第１生物処理槽１２に供給され、第１生物処理槽１２のＭＬＳＳ負荷は、第２生物処理槽１４のＭＬＳＳ負荷より高いものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＢＯＤ成分を含む有機性排水を生物汚泥により生物処理する排水処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
好気性の活性汚泥法が排水処理装置として適用され始めた頃、処理対象のＢＯＤ成分を含んだ有機性排水をバッチ毎に処理する回分式活性汚泥法による排水処理が行われていた。回分式活性汚泥法とは、原水の流入工程、反応工程、沈降工程、排出工程を１サイクルとして処理するものである。しかし、回分式活性汚泥法では、水量や負荷の大きな変動に対応することが難しく、また、当初は自動化技術が無かったために、運転サイクルを手動で行わなくてはならず、操作が煩雑となる欠点等があった。このため、連続的に有機性排水を流入させることができる標準活性汚泥法が開発された。
【０００３】
しかしながら、連続式である標準活性汚泥法では、生物汚泥の沈降不良によって、生物汚泥の分離が困難になる、いわゆる「バルキング」の問題がある。活性汚泥法の処理能力は、保持できる生物汚泥量に強く依存するため、バルキングに起因する沈降不良によって、処理水に生物汚泥が流出する問題は大きな課題である。このような課題に対し、活性汚泥の変法と呼ばれる技術が数多く開発されてきた（例えば、非特許文献１参照）。
【０００４】
近年、回分式活性汚泥法において、非常に速い沈降速度をもつ「グラニュール」と呼ばれる微生物自己造粒体を用いることで、汚泥濃度を高めて高い処理能力が実現できることが報告されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、連続法の活性汚泥法においても、グラニュールを種汚泥として生物汚泥をグラニュール化させる手法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２００５−５３８８２５号公報
【特許文献２】特開２００２−３３６８８５号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ｊｉｒｉ Ｗａｎｎｅ、「活性汚泥のバルキングと生物発泡の制御」、技報堂出版、２０００年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
グラニュールを用いた回分式活性汚泥法による排水処理は、バルキングの課題がなく、また、生物汚泥の沈降性が高く、高い処理能力が得られる点で、有益であるが、回分式活性汚泥法の運転制御には、多くのセンサーを必要とするため、装置が複雑になり、初期コスト、運転管理の面で不利である。
【０００９】
連続式の活性汚泥法において、生物汚泥をグラニュール化させるためには、グラニュールを種汚泥として添加する必要がある。すなわち、従来の処理装置では、生物汚泥からグラニュールを形成することができる機構を備えていないため、何らかの原因でグラニュールが崩壊してしまった場合、再度種汚泥としてグラニュールを添加して馴養しなくてはならず、運転管理上に問題がある。
【００１０】
そこで、本発明は、生物汚泥の沈降性を高めることができる排水処理装置を提供することを目的とする。あるいは、連続式の活性汚泥法において、汚泥をグラニュール化させ、生物汚泥の沈降性を高めることができる排水処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、ＢＯＤ成分を含む有機性排水を生物汚泥により生物処理する反応槽と、前記反応槽で得られた処理水を前記汚泥と分離する汚泥分離槽と、を有する排水処理装置であって、前記反応槽は、無酸素生物処理槽と、前記生物処理に必要な酸素が供給される第１生物処理槽及び第２生物処理槽と、を含み、前記有機性排水は前記第１生物処理槽に連続的に流入され、前記第１生物処理槽及び前記第２生物処理槽で生物処理され、前記汚泥分離槽内の汚泥は、前記第２生物処理槽及び前記無酸素生物処理槽へ返送され、前記無酸素生物処理槽内の汚泥は、少なくとも前記第１生物処理槽に供給され、前記第１生物処理槽のＭＬＳＳ負荷は、前記第２生物処理槽のＭＬＳＳ負荷より高いものである。
【００１２】
また、前記排水処理装置において、前記第１生物処理槽のＭＬＳＳ負荷は、０．８ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／ｄ以上の範囲であり、前記第２生物処理槽のＭＬＳＳ負荷は、０．５ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／ｄ以下の範囲であることが好ましい。
【００１３】
また、前記排水処理装置において、前記第１生物処理槽及び前記第２生物処理槽の被処理水の滞留時間の合計が３時間以上であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、生物汚泥の沈降性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態に係る排水処理装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】回分式活性汚泥法における１バッチのＢＯＤ濃度と時間との関係を示す図である。
【図３】実施例の各試験期間における汚泥の粒径分布を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本実施形態は本発明を実施する一例であって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。
【００１７】
ここで、本明細書において「グラニュール」とは微生物自己造粒体のことをいい、特に制限はないが、例えばその粒径が１００μｍ以上のものをいう。
【００１８】
また、本明細書において、「連続式」とは、連続して反応槽に排水を供給して運転する方式であるが、ダイヤフラムポンプ等の往復運動のような原理を利用したポンプにより、反応槽に排水を供給して運転する方式等であってもよい。また、反応槽の前段に原水槽を設置し、その原水槽の水位に応じてポンプの稼動−停止を制御（水位が高い場合にはポンプを稼動、水位が低い場合にはポンプを停止）して、反応槽に排水を供給する模擬連続通水方式等であってもよい。かかる方式は反応槽内の積極的な排水を伴わない点で、回分式処理、半回分式処理と区別される。
【００１９】
処理対象となる排水は食品加工工場排水、化学工場排水、半導体工場排水、機械工場排水、下水、し尿、河川水等、生物分解性有機物を含有した排水である。また、生物難分解性の有機物を処理する場合には、予め物理化学的処理を施し、生物分解性の物質に変換することによって処理が可能となる。
【００２０】
以下に食品工場排水を処理対象とした場合を一例として、本実施形態に係る排水処理方法及び排水処理装置の適用について説明する。
【００２１】
図１は、本実施形態に係る排水処理装置の一例を示す概略構成図である。図１に示す排水処理装置１は、無酸素生物処理槽１０、第１生物処理槽１２、第２生物処理槽１４、汚泥分離槽１６、を備えるものである。
【００２２】
第１生物処理槽１２には、排水流入ライン１８ａが接続されており、第１生物処理槽１２と第２生物処理槽１４との間には、排水流入ライン１８ｂが接続されており、第２生物処理槽１４と汚泥分離槽１６との間には、排水流入ライン１８ｃが接続されており、汚泥分離槽１６と無酸素生物処理槽１０との間には、汚泥返送ライン２０ａが接続され、汚泥分離槽１６と第２生物処理槽１４との間には、汚泥返送ライン２０ｂが直接接続もしくは汚泥返送ライン２０ａから分岐した汚泥返送ライン２０ｂが接続され、無酸素生物処理槽１０と第１生物処理槽１２との間には、汚泥返送ライン２０ｃが接続されている。また、汚泥分離槽１６には、処理水排出ライン２２が接続されている。
【００２３】
本実施形態の排水処理装置１の動作説明に先立って、生物汚泥のグラニュール化の条件について説明する。
【００２４】
図２は、回分式活性汚泥法における１バッチのＢＯＤ濃度と時間との関係を示す図である。前述した通り回分式活性汚泥法とは、原水の流入工程、反応工程、沈降工程、排出工程を１サイクルとして処理するものである。図２に示すように、原水の流入工程を経て、反応工程に移ると、ＢＯＤ濃度が微生物の分解作用により減少していく。この時、微生物の一般的性質として、ＢＯＤ濃度が高い時は、ＢＯＤ濃度が低い時と比べて、同一のＭＬＳＳ濃度であるならば、その処理速度は速くなる。すなわち、ＭＬＳＳ負荷が高く、微生物は飽食状態となっている。反応工程において、微生物による生物処理が進み、反応槽内のＢＯＤ濃度が低くなると、処理速度が低下し、やがては０となる。すなわち、ＭＬＳＳ負荷が低く、微生物は飢餓状態となっている。その後、無酸素状態を経て、生物汚泥の沈降工程、処理水の排出工程に移行する。このサイクルを繰り返すことにより、反応槽内では生物汚泥のグラニュール化が起こる。すなわち、生物汚泥のグラニュール化には、無酸素状態に加え、飽食状態から飢餓状態への遷移を制御することが重要である。
【００２５】
そこで、本実施形態の排水処理装置では、回分式活性汚泥法による無酸素状態、飽食状態、飢餓状態を連続式の活性汚泥法にて再現し、汚泥のグラニュール化が起こりえる条件を容易に設定できるようにした。
【００２６】
まず、汚泥のグラニュール化に必要な無酸素状態は、本実施形態の無酸素生物処理槽１０によって、実行される。無酸素生物処理槽１０の具体的な生物処理については後述するが、無酸素生物処理槽１０内には、脱窒菌等の微生物、後述する汚泥分離槽１６から供給される生物汚泥が滞留しており、それらの生物汚泥の内政呼吸で無酸素状態となっている。ここで、無酸素状態とは、溶存酸素は存在しないが、亜硝酸や硝酸由来の酸素等は存在している状態である。
【００２７】
次に、汚泥のグラニュール化に必要な飽食状態は、本実施形態の第１生物処理槽１２によって、実行される。第１生物処理槽１２内には、微生物、後述する無酸素生物処理槽１０から供給される生物汚泥が滞留している。第１生物処理槽１２内では、爆気や攪拌等で酸素を供給し、また、第２生物処理槽１４よりも高いＭＬＳＳ負荷をかけることによって、生物汚泥が飽食状態とされている。第２生物処理槽１４内は、微生物、後述する第１生物処理槽１２から供給される生物汚泥が滞留している。第２生物処理槽１４内では、爆気や攪拌等で酸素を供給し、第１生物処理槽１２よりも低いＭＬＳＳ負荷をかけることによって、生物汚泥が飢餓状態とされている。
【００２８】
そして、このような無酸素生物処理槽１０、第１生物処理槽１２、第２生物処理槽１４を直列に連結させて、無酸素状態、飽食状態、飢餓状態を連続式の活性汚泥法にて再現している。
【００２９】
以下に、本実施形態の排水処理装置１の動作について説明する。
【００３０】
食品工場等から排出されたＢＯＤ成分を含む排水は、排水流入ライン１８ａを通り、第１生物処理槽１２に連続的に流入する。食品工場等から排出された排水は、第１生物処理槽１２に供給される前に、原水貯留槽（不図示）へと送られ、排水の水質安定化が行われることが好ましい。また、この際、排水中に固形物が含まれている場合には、スクリーン等によって、固形物を取り除いておくことが望ましい。また、原水貯留槽では排水の均一化を行うため、攪拌装置（機械攪拌、空気攪拌等）を設置することが望ましい。
【００３１】
本実施形態では、様々なＢＯＤ成分を対象としているが、油脂分に関しては汚泥やグラニュールに付着して悪影響を及ぼすため、第１生物処理槽１２に供給される前に、予め浮上分離、凝集加圧浮上装置、吸着装置等の既存の手法にて、油脂分を１５０ｍｇ／Ｌ以下程度まで除去しておくことが望ましい。
【００３２】
第１生物処理槽１２では、好気条件下で（曝気や攪拌等による酸素供給）、槽内の微生物及び無酸素生物処理槽１０から供給される生物汚泥により、排水中のＢＯＤ成分が分解される。このように、第１生物処理槽１２では、無酸素生物処理槽１０からの汚泥がＢＯＤ成分を含む排水で希釈されるため、槽内のＭＬＳＳ濃度を低く保つことができる。すなわち前述した高いＭＬＳＳ負荷を確保し、生物汚泥を飽食状態としている。第１生物処理槽１２のＭＬＳＳ負荷は、ＢＯＤ成分や槽の容積等にもよるが、０．８ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／ｄ以上〜１．８ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／ｄ未満の範囲が好ましく、この場合には、流入したＢＯＤ成分は第１生物処理槽１２でほとんど分解される。第１生物処理槽１２のＭＬＳＳ負荷が１．８ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／ｄ以上〜５．０ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／ｄ未満の範囲では、第１生物処理槽１２から排出される処理水にＢＯＤ成分が残存するものの、その量は少ないため、後段の第２生物処理槽１４に与えるＭＬＳＳ負荷の影響は小さい。すなわち、第１生物処理槽１２のＭＬＳＳ負荷より大きくなることはない。第１生物処理槽１２でのＭＬＳＳ負荷が５．０ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／ｄ以上の場合、ＢＯＤ成分の種類によっては後段の第２生物処理槽１４へ流入するＢＯＤ成分が多くなり、第２生物処理槽１４のＭＬＳＳ負荷を第１生物処理槽１２のＭＬＳＳ負荷より小さくすることが困難になる場合がある。
【００３３】
次に、第１生物処理槽１２で処理された排水（汚泥も含む）は、排水流入ライン１８ｂを通り、第２生物処理槽１４に連続的に流入する。第２生物処理槽１４では、好気条件下で（曝気や攪拌等による酸素供給）、槽内の微生物、第１生物処理槽１２から供給される生物汚泥及び後段の汚泥分離槽１６から供給される生物汚泥により、排水中の未反応のＢＯＤ成分が分解される。第２生物処理槽１４では、第１生物処理槽１２よりも流入するＢＯＤ成分が少ないことに加え、ＭＬＳＳ濃度が後段の汚泥分離槽１６から供給される生物汚泥の流入により増加するため、第１生物処理槽１２よりもＭＬＳＳ負荷が低くなるように制御することができる。すなわち、第２生物処理槽１４のＭＬＳＳ負荷はほとんどない状態か非常に低い状態を確保することができるため、生物汚泥を飢餓状態とすることができる。第２生物処理槽１４のＭＬＳＳ負荷は、ＢＯＤ成分や槽の容積等にもよるが、０ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／ｄ〜０．５ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／ｄ以下の範囲とすることが好ましい。第１生物処理槽１２から流入する未反応のＢＯＤ成分が多いと、第２生物処理槽１４のＭＬＳＳ負荷が０．５ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／ｄを超える場合がある。第２生物処理槽１４のＭＬＳＳ負荷が０．５ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／ｄを超えると、第１生物処理槽１２を通して高いＭＬＳＳ負荷が与え続けられることになるので、生物汚泥のグラニュール化よりバルキングを誘発する可能性が高まる場合がある。
【００３４】
次に、第２生物処理槽１４で処理された排水（汚泥も含む）は、排水流入ライン１８ｃを通り、汚泥分離槽１６に連続的に流入する。汚泥分離槽１６内では、第２生物処理槽１４から排出された排水から生物汚泥が沈降分離される。そして、生物汚泥が分離された排水は、処理水として処理水排出ライン２２から排出される。汚泥分離槽１６において濃縮された生物汚泥は、汚泥返送ライン２０ａから無酸素生物処理槽１０に供給され、また、汚泥返送ライン２０ｂから第２生物処理槽１４に供給される。汚泥の返送量を調整する場合等においては、汚泥返送ライン２０ａ等にポンプ等を設置することが好ましい。また、汚泥分離槽１６は、沈降分離に制限されるものではなく、例えば、膜分離等でもよい。
【００３５】
無酸素生物処理槽１０内では、脱窒菌等の微生物、汚泥分離槽１６から供給される生物汚泥によって、無酸素生物処理槽１０内の窒素含有物質を窒素ガスに変換する脱窒処理等が行われる。無酸素生物処理槽１０内は、前述したように生物汚泥の内政呼吸により無酸素状態となっている。この時に攪拌を行うと、槽内汚泥濃度が均一となるので好ましい。また、無酸素生物処理槽１０の生物汚泥の滞留時間が著しく短いと、汚泥分離槽１６から供給された生物汚泥中に含まれる酸素が内政呼吸で消費されきれず、無酸素状態が維持できなくなる場合があるため、無酸素生物処理槽１０の生物汚泥の滞留時間は３０分以上確保することが望ましい。無酸素状態で処理された生物汚泥は、汚泥返送ライン２０ｃから第１生物処理槽１２に連続的に供給される。
【００３６】
本実施形態の無酸素生物処理槽１０は、嫌気状態であってもよい。すなわち、無酸素生物処理槽１０は嫌気槽であってもよい。嫌気槽では、嫌気状態で、脱窒、メタン発酵等が行われる。ここで嫌気状態とは、溶存酸素のみならず、亜硝酸や硝酸由来の酸素も存在しない条件である。嫌気槽の場合には、反応過程で有機物が必要となるため、排水の一部を嫌気槽に流入させ、排水中の有機物を添加する必要がある。但し、排水の一部を流入させると、嫌気槽での排水の滞留時間が短くなり、滞留時間を確保する必要がある。
【００３７】
このように、飽食状態の第１生物処理槽１２、飢餓状態の第２生物処理槽１４、無酸素状態の無酸素生物処理槽１０を経由するように生物汚泥を循環させていくと、生物汚泥のグラニュール化が起こり、生物汚泥の沈降性を高めることができる。その結果、排水の処理速度を高めることが可能となる。また、活性汚泥の管理上重要な汚泥沈降性管理がし易くなる。
【００３８】
以下に、汚泥のグラニュール化における好ましい条件等について説明する。
【００３９】
図２に示すように、回分式活性汚泥法の場合、反応工程における反応初期では、反応槽内のＢＯＤ濃度が高く飽食状態となるが、ＢＯＤ成分の分解が進むに従って反応槽内のＢＯＤ濃度が低下し、飢餓状態へと移行していく。汚泥の沈降性改善、汚泥のグラニュール化等には、その後の無酸素状態の工程に加え、この時の飢餓状態の時間が、飽食状態に対して十分に長いことが重要であると考えられている。この割合の最適値は、処理対象のＢＯＤ成分によって異なると考えられるが、多くの場合、飢餓状態の方が飽食状態より長い時間必要である。本実施形態において、前述したＭＬＳＳ負荷の範囲を満たす第１生物処理槽１２は飽食状態となり、第２生物処理槽１４は飢餓状態となっている。従って、飢餓状態に対する飽食状態の割合（飽食状態／飢餓状態）が１未満となるように、汚泥返送量を制御すること、及び第１生物処理槽１２と第２生物処理槽１４の容積を設計することが望ましい。
【００４０】
回分式活性汚泥法の場合は同一の反応槽内で反応が起こるので、飽食状態と飢餓状態とのＭＬＳＳ量は同一である。したがって、飢餓状態に対する飽食状態の割合（飽食状態／飢餓状態）は、飽食状態の時間と飢餓状態の時間を当てはめればよい。一方、連続式の活性汚泥法の場合、飽食状態と飢餓状態の槽は別であるため、保持するＭＬＳＳ量はそれぞれ異なる。そのため、飢餓状態に対する飽食状態の割合は、以下のように計算される。
【数１】
【００４１】
また、回分式活性汚泥法において、飢餓状態と飽食状態のサイクル間隔も生物汚泥のグラニュール化に必要な因子として知られている。一般的に、飢餓状態と飽食状態のサイクル間隔が短いほど、生物汚泥のグラニュール化が困難になることが分かっている。これは、連続式の活性汚泥法においても同様である。本実施形態では、第１生物処理槽１２及び第２生物処理槽１４の被処理水の滞留時間の合計が少なくとも３時間以上となるように、第１生物処理槽１２と第２生物処理槽１４の容積、被処理水流量、及び返送汚泥流量を設定し、飢餓状態と飽食状態のサイクル間隔が短くならないようにすることが望ましい。
【００４２】
生物汚泥のグラニュール化の点では、第１生物処理槽１２、第２生物処理槽１４をそれぞれ複数に分割し、ＢＯＤ成分を含む排水を分割した第１生物処理槽１２それぞれに流入させ、また、生物汚泥を分割した第２生物処理槽１４それぞれに供給することが好ましい。生物処理槽を分割させた場合には、それらのうちの少なくとも１つの第１生物処理槽１２及び第２生物処理槽１４の容積が、前述した生物汚泥のグラニュール化の好ましい条件を満たすものであればよい。
【００４３】
汚泥分離槽１６から排出される全体の汚泥流量及び無酸素生物処理槽１０へ流入する汚泥流量は、前述した第２生物処理槽１４での飢餓状態に対する第１生物処理槽１２での飽食状態の割合（飽食状態／飢餓状態）が１未満、無酸素生物処理槽の滞留時間が３０分以上確保できるように設定されることが好ましい。例えば、無酸素生物処理槽１０へ流入する汚泥流量を増加させると、無酸素生物処理槽１０及び第１生物処理槽１２の滞留時間が減少する一方で、第１生物処理槽１２のＭＬＳＳ濃度が低下する。無酸素生物処理槽１０へ流入する汚泥流量を減少させると、無酸素生物処理槽１０及び第１生物処理槽１２の滞留時間が増加する一方で、第１生物処理槽１２のＭＬＳＳ濃度が上昇する。全体の汚泥流量が増加すると、無酸素生物処理槽１０、第１生物処理槽１２及び第２生物処理槽１４の滞留時間が減少し、第１生物処理槽１２のＭＬＳＳ濃度が上昇すると共に、第２生物処理槽１４のＭＬＳＳ濃度も上昇する。全体の汚泥流量が減少すると、無酸素生物処理槽１０、第１生物処理槽１２及び第２生物処理槽１４の滞留時間が増加し、第１生物処理槽１２のＭＬＳＳ濃度が増加するとともに、第２生物処理槽１４のＭＬＳＳ濃度も上昇する。このような返送流量の操作により無酸素生物処理槽１０、第１生物処理槽１２及び第２生物処理槽１４の滞留時間、第１生物素処理槽１２のＭＬＳＳ濃度及び第２生物処理槽１４のＭＬＳＳ濃度等を変化させることができるので、飢餓状態に対する飽食状態の割合を任意にコントロールすることが可能となる。本実施形態の連続式の活性汚泥法では、回分式活性汚泥法と異なり、生物汚泥のグラニュール化に重要な因子である無酸素状態、飽食状態、飢餓状態を、返送流量の操作により任意にコントロール可能である点で有益である。
【００４４】
各生物処理槽内のｐＨについては特に規定されるものではないが、通常の活性汚泥と同様に各生物処理槽内のｐＨは６〜８の範囲とすることが好ましい。処理対象のＢＯＤ成分の種類によっては槽内のｐＨが変動する場合があるが、その場合には、水酸化ナトリウムや塩酸、硫酸等を用いて、槽内のｐＨを上記範囲内に制御することが好ましい。
【００４５】
汚泥のグラニュール化には核が必要とされている。通常の排水中にはこのような核となるような微粒子が含まれているので特に添加する必要はないが、核形成を促進させる点で、Ｆｅ２＋、Ｆｅ３＋、Ｃａ２＋、Ｍｇ＋等の水酸化物が形成されるようなイオンを添加することが好ましい。なお、Ｆｅ２＋を添加する場合は、無酸素生物処理槽１０に添加することが好ましい。これにより、核の促進形成に加えて無酸素状態を促進することができる。
【００４６】
また、無酸素生物処理槽１０に硝酸塩もしくは亜硝酸塩を添加することが好ましい。これにより、嫌気性細菌である脱窒菌が無酸素生物処理槽１０内で増殖しやすくなり、無酸素状態が良好に保たれる。
【００４７】
本実施形態は、バルキングの抑制にも有効である。バルキングの抑制には、原因となる糸状微生物を選択的に増殖させにくくなるような環境をつくることが有効とされている。一般的に、基質濃度が低い飢餓状態に耐性がない糸状微生物を排除するために、基質の濃度勾配や飢餓状態などを導入する方法をキネティックセレクションと呼び、糸状微生物が基質を摂取しにくくするために、好気、無酸素及び嫌気などの環境変化を導入する方法をメタボリックセレクションと呼ぶ（非特許文献１参照）。本実施形態は、生物汚泥を無酸素状態や飢餓状態とするため、キネティックセレクション及びメタボリックセレクションの作用が働き易い環境となるため、バルキングを抑制することができる。
【実施例】
【００４８】
以下、実施例を挙げ、本発明をより具体的に詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
【００４９】
図１に示した排水処理装置１（無酸素生物処理槽１０の容積１０Ｌ、第１生物処理槽１２の容積３０Ｌ、第２生物処理槽１４の容積４０Ｌ）を用いて、工水で有機性ＢＯＤ成分をＢＯＤ１３０〜３００ｍｇ／Ｌの任意の濃度に希釈した被処理水の生物処理を行った。被処理水は、第１生物処理槽１２に連続的に供給した。標準活性汚泥法に用いられる汚泥を種汚泥として使用した。馴養後、ＭＬＳＳ負荷のコントロールは流量変化によって行った。
【００５０】
無酸素生物処理槽１０は攪拌機による攪拌のみを行い、試験期間中、ＤＯを１ｍｇ／Ｌ未満に維持した。第１生物処理槽１２及び第２生物処理槽１４は散気管による空気爆気を行い、試験期間中、ＤＯを５〜８ｍｇ／Ｌの範囲に維持した。
【００５１】
水温は特にコントロールせず室温で行い、試験期間中、２５〜２８℃の範囲で推移した。
【００５２】
汚泥分離槽１６から排出される全体の汚泥流量を第１生物処理槽１２に供給する被処理水の流量と同量に設定した。また、無酸素生物処理槽１０に供給する汚泥流量と第２生物処理槽１４に供給する汚泥流量との割合を３：１０に調整した。物質収支により各槽のＭＬＳＳ濃度割合が決定され、全体の汚泥流量は被処理水の流量に比例して同様の割合で上昇させていくため、試験期間中の飢餓状態に対する飽食状態の割合（飽食状態／飢餓状態の割合）は約０．３４に固定された。
【００５３】
汚泥分離槽１６の水表面積負荷は、０．２ｍ／ｈ〜２．０ｍ／ｈの範囲とした。
【００５４】
試験期間中における、被処理水のＢＯＤ濃度及び汚泥分離槽１６から得られる最終処理水のＢＯＤ濃度、各槽のＭＬＳＳ濃度、第１生物処理槽１２と第２生物処理槽１４のＭＬＳＳ負荷、汚泥沈降性の指標となるＳＶＩ３０（第２生物処理槽１４のみ）、第１生物処理槽１２と第２生物処理槽１４の滞留時間の合計、無酸素生物処理槽１０の滞留時間（中央値）を表１に示す。また、図３に、各試験期間における汚泥の粒径分布を示す。
【００５５】
【表１】
【００５６】
表１に示すように、試験開始から１０日までは、第１生物処理槽１２のＭＬＳＳ負荷を０．３ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／ｄに設定し、第２生物処理槽１４のＭＬＳＳ負荷を０．０４ｋｇＢＯＤｋｇＭＬＳＳ／ｄに設定した。この試験期間でのＳＶＩ３０は、種汚泥と比較して低下し、汚泥の沈降性は向上した。しかし、図３に示すように、この試験期間での粒度分布は種汚泥と比較して大きな変化はなく、グラニュールの形成は認められなかった。ＭＬＳＳ負荷０．３ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／ｄでは、第１生物処理槽１２の生物汚泥が充分な飽食状態となり難く、上記試験期間（１０日間）では、生物汚泥のグラニュール化が起こらなかったと考えられる。
【００５７】
試験開始１０日後〜２０日までは、被処理水の流入流量を増加させて第１生物処理槽１２のＭＬＳＳ負荷を０．８ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／ｄに設定した。表１に示すように、この試験期間でのＳＶＩ３０は種汚泥と比較して大きく低下した。また、図３に示すように、この試験期間での粒径は種汚泥と比較して大きくなっており、生物汚泥のグラニュール化が進行していると云える。
【００５８】
試験開始２０日後〜３０日までは、被処理水の流入水量、被処理水のＢＯＤ濃度を増加させて第１生物処理槽１２のＭＬＳＳ負荷を１．８ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／ｄに設定した。表１に示すように、この試験期間でのＳＶＩ３０は、試験開始１０日後〜２０日までの試験期間と同様に低い値を維持した。また、図３に示すように、この試験期間では、さらに粒子径が大きくなっていた。この試験期間の生物汚泥を電子顕微鏡で観察したところ、直径約２００μｍのグラニュールが形成されていた。
【００５９】
試験開始３０日後〜４０日までは、第１生物処理槽１２のＭＬＳＳ負荷を１．８ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／ｄに設定し、ＭＬＳＳ濃度の上昇に合わせて被処理水の流入水量を増加させることで、第１生物処理槽１２と第２生物処理槽１４の滞留時間の合計を１．８ｈに設定した。その結果、表１に示すように、この試験期間でのＳＶＩ３０は、試験開始後２０日後〜３０日までの試験期間と比較して上昇した。試験開始３０日後〜４０日までの試験期間の生物汚泥を電子顕微鏡で観察したところ、試験開始２０日後〜３０日までの試験期間に形成されたグラニュールは維持されているものの、その周りにフロックが付着していた。この付着したフロックが原因で、生物汚泥の沈降性が悪化したものと考えられる。
【００６０】
試験開始４０日後〜５０日までは、被処理水のＢＯＤ濃度の希釈割合を３００ｍｇ／Ｌに変更し、被処理水の流入水量を減少させ、第１生物処理槽１２のＭＬＳＳ負荷を１．９ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／ｄに設定し、第１生物処理槽１２と第２生物処理槽１４の滞留時間の合計を３．２ｈに設定した。その結果、表１に示すように、試験開始３０日後〜４０日までの試験期間で上昇したＳＶＩ３０が、この試験期間で低下し、生物汚泥の沈降性に改善傾向がみられた。試験開始４０日後〜５０日までの試験期間の生物汚泥を電子顕微鏡で観察したところ、試験開始３０日後〜４０日までの試験期間中にグラニュールに付着したフロックが減少していた。
【００６１】
以上のように、第１生物処理槽１２のＭＬＳＳ負荷を０．３ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／ｄに設定し、第２生物処理槽１４のＭＬＳＳ負荷を０．０４ｋｇＢＯＤｋｇＭＬＳＳ／ｄに設定した場合、汚泥の沈降性は向上するものの、１０日間の試験期間では、生物汚泥のグラニュール化が起こらなかった。そして、第１生物処理槽１２のＭＬＳＳ負荷を０．８ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／ｄ以上に上昇させると、１０日間という短期間で生物汚泥のグラニュール化が起こった。また、第１生物処理槽１２と第２生物処理槽１４の滞留時間の合計が低いと、グラニュールの周りにフロックが付着し、生物汚泥の沈降性が低下する場合がある。
【００６２】
次に、新たに同様の種汚泥を使用し、図１において無酸素生物処理槽１０を省略した上で、第１生物処理槽１２のＭＬＳＳ負荷を１．４ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／ｄ、第２生物処理槽１４のＭＬＳＳ負荷を０．１ｋｇＢＯＤｋｇＭＬＳＳ／ｄとなるまで立ち上げ、この負荷で２０日間の運転を行った。この時の汚泥の状況を電子顕微鏡で観察したところ、立ち上げに応じて汚泥のグラニュール化がみられたが、２０日間の運転中に多量の微小動物の増殖が見られ、これらによりグラニュールが破壊されてしまった。２０日間運転後の結果を表２にまとめた。表２に示したように、ＳＶＩ３０はグラニュール化している条件と比較して高い値となった。
【００６３】
その後、無酸素生物処理槽１０を付加して、負荷条件を変えずに１０日間の運転を行った。１０日間運転後の結果を表２にまとめた。表２に示すように、１０日間の運転後のＳＶＩ３０は、無酸素生物処理槽１０を省略した場合に比べて大きく低下した。この時の汚泥の状況を電子顕微鏡で観察したところ、微小動物の減少が見られ、さらには直径約２００μｍのグラニュールが形成されていた。このことから、無酸素生物処理槽１０がグラニュール化に大きく寄与していると考えられる。
【００６４】
【表２】
【符号の説明】
【００６５】
１ 排水処理装置、１０ 無酸素生物処理槽、１２ 第１生物処理槽、１４ 第２生物処理槽、１６ 汚泥分離槽、１８ａ〜１８ｃ 排水流入ライン、２０ａ〜２０ｃ 汚泥返送ライン、２２ 処理水排出ライン。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＢＯＤ成分を含む有機性排水を生物汚泥により生物処理する排水処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
好気性の活性汚泥法が排水処理装置として適用され始めた頃、処理対象のＢＯＤ成分を含んだ有機性排水をバッチ毎に処理する回分式活性汚泥法による排水処理が行われていた。回分式活性汚泥法とは、原水の流入工程、反応工程、沈降工程、排出工程を１サイクルとして処理するものである。しかし、回分式活性汚泥法では、水量や負荷の大きな変動に対応することが難しく、また、当初は自動化技術が無かったために、運転サイクルを手動で行わなくてはならず、操作が煩雑となる欠点等があった。このため、連続的に有機性排水を流入させることができる標準活性汚泥法が開発された。
【０００３】
しかしながら、連続式である標準活性汚泥法では、生物汚泥の沈降不良によって、生物汚泥の分離が困難になる、いわゆる「バルキング」の問題がある。活性汚泥法の処理能力は、保持できる生物汚泥量に強く依存するため、バルキングに起因する沈降不良によって、処理水に生物汚泥が流出する問題は大きな課題である。このような課題に対し、活性汚泥の変法と呼ばれる技術が数多く開発されてきた（例えば、非特許文献１参照）。
【０００４】
近年、回分式活性汚泥法において、非常に速い沈降速度をもつ「グラニュール」と呼ばれる微生物自己造粒体を用いることで、汚泥濃度を高めて高い処理能力が実現できることが報告されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、連続法の活性汚泥法においても、グラニュールを種汚泥として生物汚泥をグラニュール化させる手法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２００５−５３８８２５号公報
【特許文献２】特開２００２−３３６８８５号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ｊｉｒｉ Ｗａｎｎｅ、「活性汚泥のバルキングと生物発泡の制御」、技報堂出版、２０００年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
グラニュールを用いた回分式活性汚泥法による排水処理は、バルキングの課題がなく、また、生物汚泥の沈降性が高く、高い処理能力が得られる点で、有益であるが、回分式活性汚泥法の運転制御には、多くのセンサーを必要とするため、装置が複雑になり、初期コスト、運転管理の面で不利である。
【０００９】
連続式の活性汚泥法において、生物汚泥をグラニュール化させるためには、グラニュールを種汚泥として添加する必要がある。すなわち、従来の処理装置では、生物汚泥からグラニュールを形成することができる機構を備えていないため、何らかの原因でグラニュールが崩壊してしまった場合、再度種汚泥としてグラニュールを添加して馴養しなくてはならず、運転管理上に問題がある。
【００１０】
そこで、本発明は、生物汚泥の沈降性を高めることができる排水処理装置を提供することを目的とする。あるいは、連続式の活性汚泥法において、汚泥をグラニュール化させ、生物汚泥の沈降性を高めることができる排水処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、ＢＯＤ成分を含む有機性排水を生物汚泥により生物処理する反応槽と、前記反応槽で得られた処理水を前記汚泥と分離する汚泥分離槽と、を有する排水処理装置であって、前記反応槽は、無酸素生物処理槽と、前記生物処理に必要な酸素が供給される第１生物処理槽及び第２生物処理槽と、を含み、前記有機性排水は前記第１生物処理槽に連続的に流入され、前記第１生物処理槽及び前記第２生物処理槽で生物処理され、前記汚泥分離槽内の汚泥は、前記第２生物処理槽及び前記無酸素生物処理槽へ返送され、前記無酸素生物処理槽内の汚泥は、少なくとも前記第１生物処理槽に供給され、前記第１生物処理槽のＭＬＳＳ負荷は、前記第２生物処理槽のＭＬＳＳ負荷より高いものである。
【００１２】
また、前記排水処理装置において、前記第１生物処理槽のＭＬＳＳ負荷は、０．８ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／ｄ以上の範囲であり、前記第２生物処理槽のＭＬＳＳ負荷は、０．５ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／ｄ以下の範囲であることが好ましい。
【００１３】
また、前記排水処理装置において、前記第１生物処理槽及び前記第２生物処理槽の被処理水の滞留時間の合計が３時間以上であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、生物汚泥の沈降性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態に係る排水処理装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】回分式活性汚泥法における１バッチのＢＯＤ濃度と時間との関係を示す図である。
【図３】実施例の各試験期間における汚泥の粒径分布を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本実施形態は本発明を実施する一例であって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。
【００１７】
ここで、本明細書において「グラニュール」とは微生物自己造粒体のことをいい、特に制限はないが、例えばその粒径が１００μｍ以上のものをいう。
【００１８】
また、本明細書において、「連続式」とは、連続して反応槽に排水を供給して運転する方式であるが、ダイヤフラムポンプ等の往復運動のような原理を利用したポンプにより、反応槽に排水を供給して運転する方式等であってもよい。また、反応槽の前段に原水槽を設置し、その原水槽の水位に応じてポンプの稼動−停止を制御（水位が高い場合にはポンプを稼動、水位が低い場合にはポンプを停止）して、反応槽に排水を供給する模擬連続通水方式等であってもよい。かかる方式は反応槽内の積極的な排水を伴わない点で、回分式処理、半回分式処理と区別される。
【００１９】
処理対象となる排水は食品加工工場排水、化学工場排水、半導体工場排水、機械工場排水、下水、し尿、河川水等、生物分解性有機物を含有した排水である。また、生物難分解性の有機物を処理する場合には、予め物理化学的処理を施し、生物分解性の物質に変換することによって処理が可能となる。
【００２０】
以下に食品工場排水を処理対象とした場合を一例として、本実施形態に係る排水処理方法及び排水処理装置の適用について説明する。
【００２１】
図１は、本実施形態に係る排水処理装置の一例を示す概略構成図である。図１に示す排水処理装置１は、無酸素生物処理槽１０、第１生物処理槽１２、第２生物処理槽１４、汚泥分離槽１６、を備えるものである。
【００２２】
第１生物処理槽１２には、排水流入ライン１８ａが接続されており、第１生物処理槽１２と第２生物処理槽１４との間には、排水流入ライン１８ｂが接続されており、第２生物処理槽１４と汚泥分離槽１６との間には、排水流入ライン１８ｃが接続されており、汚泥分離槽１６と無酸素生物処理槽１０との間には、汚泥返送ライン２０ａが接続され、汚泥分離槽１６と第２生物処理槽１４との間には、汚泥返送ライン２０ｂが直接接続もしくは汚泥返送ライン２０ａから分岐した汚泥返送ライン２０ｂが接続され、無酸素生物処理槽１０と第１生物処理槽１２との間には、汚泥返送ライン２０ｃが接続されている。また、汚泥分離槽１６には、処理水排出ライン２２が接続されている。
【００２３】
本実施形態の排水処理装置１の動作説明に先立って、生物汚泥のグラニュール化の条件について説明する。
【００２４】
図２は、回分式活性汚泥法における１バッチのＢＯＤ濃度と時間との関係を示す図である。前述した通り回分式活性汚泥法とは、原水の流入工程、反応工程、沈降工程、排出工程を１サイクルとして処理するものである。図２に示すように、原水の流入工程を経て、反応工程に移ると、ＢＯＤ濃度が微生物の分解作用により減少していく。この時、微生物の一般的性質として、ＢＯＤ濃度が高い時は、ＢＯＤ濃度が低い時と比べて、同一のＭＬＳＳ濃度であるならば、その処理速度は速くなる。すなわち、ＭＬＳＳ負荷が高く、微生物は飽食状態となっている。反応工程において、微生物による生物処理が進み、反応槽内のＢＯＤ濃度が低くなると、処理速度が低下し、やがては０となる。すなわち、ＭＬＳＳ負荷が低く、微生物は飢餓状態となっている。その後、無酸素状態を経て、生物汚泥の沈降工程、処理水の排出工程に移行する。このサイクルを繰り返すことにより、反応槽内では生物汚泥のグラニュール化が起こる。すなわち、生物汚泥のグラニュール化には、無酸素状態に加え、飽食状態から飢餓状態への遷移を制御することが重要である。
【００２５】
そこで、本実施形態の排水処理装置では、回分式活性汚泥法による無酸素状態、飽食状態、飢餓状態を連続式の活性汚泥法にて再現し、汚泥のグラニュール化が起こりえる条件を容易に設定できるようにした。
【００２６】
まず、汚泥のグラニュール化に必要な無酸素状態は、本実施形態の無酸素生物処理槽１０によって、実行される。無酸素生物処理槽１０の具体的な生物処理については後述するが、無酸素生物処理槽１０内には、脱窒菌等の微生物、後述する汚泥分離槽１６から供給される生物汚泥が滞留しており、それらの生物汚泥の内政呼吸で無酸素状態となっている。ここで、無酸素状態とは、溶存酸素は存在しないが、亜硝酸や硝酸由来の酸素等は存在している状態である。
【００２７】
次に、汚泥のグラニュール化に必要な飽食状態は、本実施形態の第１生物処理槽１２によって、実行される。第１生物処理槽１２内には、微生物、後述する無酸素生物処理槽１０から供給される生物汚泥が滞留している。第１生物処理槽１２内では、爆気や攪拌等で酸素を供給し、また、第２生物処理槽１４よりも高いＭＬＳＳ負荷をかけることによって、生物汚泥が飽食状態とされている。第２生物処理槽１４内は、微生物、後述する第１生物処理槽１２から供給される生物汚泥が滞留している。第２生物処理槽１４内では、爆気や攪拌等で酸素を供給し、第１生物処理槽１２よりも低いＭＬＳＳ負荷をかけることによって、生物汚泥が飢餓状態とされている。
【００２８】
そして、このような無酸素生物処理槽１０、第１生物処理槽１２、第２生物処理槽１４を直列に連結させて、無酸素状態、飽食状態、飢餓状態を連続式の活性汚泥法にて再現している。
【００２９】
以下に、本実施形態の排水処理装置１の動作について説明する。
【００３０】
食品工場等から排出されたＢＯＤ成分を含む排水は、排水流入ライン１８ａを通り、第１生物処理槽１２に連続的に流入する。食品工場等から排出された排水は、第１生物処理槽１２に供給される前に、原水貯留槽（不図示）へと送られ、排水の水質安定化が行われることが好ましい。また、この際、排水中に固形物が含まれている場合には、スクリーン等によって、固形物を取り除いておくことが望ましい。また、原水貯留槽では排水の均一化を行うため、攪拌装置（機械攪拌、空気攪拌等）を設置することが望ましい。
【００３１】
本実施形態では、様々なＢＯＤ成分を対象としているが、油脂分に関しては汚泥やグラニュールに付着して悪影響を及ぼすため、第１生物処理槽１２に供給される前に、予め浮上分離、凝集加圧浮上装置、吸着装置等の既存の手法にて、油脂分を１５０ｍｇ／Ｌ以下程度まで除去しておくことが望ましい。
【００３２】
第１生物処理槽１２では、好気条件下で（曝気や攪拌等による酸素供給）、槽内の微生物及び無酸素生物処理槽１０から供給される生物汚泥により、排水中のＢＯＤ成分が分解される。このように、第１生物処理槽１２では、無酸素生物処理槽１０からの汚泥がＢＯＤ成分を含む排水で希釈されるため、槽内のＭＬＳＳ濃度を低く保つことができる。すなわち前述した高いＭＬＳＳ負荷を確保し、生物汚泥を飽食状態としている。第１生物処理槽１２のＭＬＳＳ負荷は、ＢＯＤ成分や槽の容積等にもよるが、０．８ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／ｄ以上〜１．８ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／ｄ未満の範囲が好ましく、この場合には、流入したＢＯＤ成分は第１生物処理槽１２でほとんど分解される。第１生物処理槽１２のＭＬＳＳ負荷が１．８ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／ｄ以上〜５．０ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／ｄ未満の範囲では、第１生物処理槽１２から排出される処理水にＢＯＤ成分が残存するものの、その量は少ないため、後段の第２生物処理槽１４に与えるＭＬＳＳ負荷の影響は小さい。すなわち、第１生物処理槽１２のＭＬＳＳ負荷より大きくなることはない。第１生物処理槽１２でのＭＬＳＳ負荷が５．０ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／ｄ以上の場合、ＢＯＤ成分の種類によっては後段の第２生物処理槽１４へ流入するＢＯＤ成分が多くなり、第２生物処理槽１４のＭＬＳＳ負荷を第１生物処理槽１２のＭＬＳＳ負荷より小さくすることが困難になる場合がある。
【００３３】
次に、第１生物処理槽１２で処理された排水（汚泥も含む）は、排水流入ライン１８ｂを通り、第２生物処理槽１４に連続的に流入する。第２生物処理槽１４では、好気条件下で（曝気や攪拌等による酸素供給）、槽内の微生物、第１生物処理槽１２から供給される生物汚泥及び後段の汚泥分離槽１６から供給される生物汚泥により、排水中の未反応のＢＯＤ成分が分解される。第２生物処理槽１４では、第１生物処理槽１２よりも流入するＢＯＤ成分が少ないことに加え、ＭＬＳＳ濃度が後段の汚泥分離槽１６から供給される生物汚泥の流入により増加するため、第１生物処理槽１２よりもＭＬＳＳ負荷が低くなるように制御することができる。すなわち、第２生物処理槽１４のＭＬＳＳ負荷はほとんどない状態か非常に低い状態を確保することができるため、生物汚泥を飢餓状態とすることができる。第２生物処理槽１４のＭＬＳＳ負荷は、ＢＯＤ成分や槽の容積等にもよるが、０ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／ｄ〜０．５ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／ｄ以下の範囲とすることが好ましい。第１生物処理槽１２から流入する未反応のＢＯＤ成分が多いと、第２生物処理槽１４のＭＬＳＳ負荷が０．５ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／ｄを超える場合がある。第２生物処理槽１４のＭＬＳＳ負荷が０．５ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／ｄを超えると、第１生物処理槽１２を通して高いＭＬＳＳ負荷が与え続けられることになるので、生物汚泥のグラニュール化よりバルキングを誘発する可能性が高まる場合がある。
【００３４】
次に、第２生物処理槽１４で処理された排水（汚泥も含む）は、排水流入ライン１８ｃを通り、汚泥分離槽１６に連続的に流入する。汚泥分離槽１６内では、第２生物処理槽１４から排出された排水から生物汚泥が沈降分離される。そして、生物汚泥が分離された排水は、処理水として処理水排出ライン２２から排出される。汚泥分離槽１６において濃縮された生物汚泥は、汚泥返送ライン２０ａから無酸素生物処理槽１０に供給され、また、汚泥返送ライン２０ｂから第２生物処理槽１４に供給される。汚泥の返送量を調整する場合等においては、汚泥返送ライン２０ａ等にポンプ等を設置することが好ましい。また、汚泥分離槽１６は、沈降分離に制限されるものではなく、例えば、膜分離等でもよい。
【００３５】
無酸素生物処理槽１０内では、脱窒菌等の微生物、汚泥分離槽１６から供給される生物汚泥によって、無酸素生物処理槽１０内の窒素含有物質を窒素ガスに変換する脱窒処理等が行われる。無酸素生物処理槽１０内は、前述したように生物汚泥の内政呼吸により無酸素状態となっている。この時に攪拌を行うと、槽内汚泥濃度が均一となるので好ましい。また、無酸素生物処理槽１０の生物汚泥の滞留時間が著しく短いと、汚泥分離槽１６から供給された生物汚泥中に含まれる酸素が内政呼吸で消費されきれず、無酸素状態が維持できなくなる場合があるため、無酸素生物処理槽１０の生物汚泥の滞留時間は３０分以上確保することが望ましい。無酸素状態で処理された生物汚泥は、汚泥返送ライン２０ｃから第１生物処理槽１２に連続的に供給される。
【００３６】
本実施形態の無酸素生物処理槽１０は、嫌気状態であってもよい。すなわち、無酸素生物処理槽１０は嫌気槽であってもよい。嫌気槽では、嫌気状態で、脱窒、メタン発酵等が行われる。ここで嫌気状態とは、溶存酸素のみならず、亜硝酸や硝酸由来の酸素も存在しない条件である。嫌気槽の場合には、反応過程で有機物が必要となるため、排水の一部を嫌気槽に流入させ、排水中の有機物を添加する必要がある。但し、排水の一部を流入させると、嫌気槽での排水の滞留時間が短くなり、滞留時間を確保する必要がある。
【００３７】
このように、飽食状態の第１生物処理槽１２、飢餓状態の第２生物処理槽１４、無酸素状態の無酸素生物処理槽１０を経由するように生物汚泥を循環させていくと、生物汚泥のグラニュール化が起こり、生物汚泥の沈降性を高めることができる。その結果、排水の処理速度を高めることが可能となる。また、活性汚泥の管理上重要な汚泥沈降性管理がし易くなる。
【００３８】
以下に、汚泥のグラニュール化における好ましい条件等について説明する。
【００３９】
図２に示すように、回分式活性汚泥法の場合、反応工程における反応初期では、反応槽内のＢＯＤ濃度が高く飽食状態となるが、ＢＯＤ成分の分解が進むに従って反応槽内のＢＯＤ濃度が低下し、飢餓状態へと移行していく。汚泥の沈降性改善、汚泥のグラニュール化等には、その後の無酸素状態の工程に加え、この時の飢餓状態の時間が、飽食状態に対して十分に長いことが重要であると考えられている。この割合の最適値は、処理対象のＢＯＤ成分によって異なると考えられるが、多くの場合、飢餓状態の方が飽食状態より長い時間必要である。本実施形態において、前述したＭＬＳＳ負荷の範囲を満たす第１生物処理槽１２は飽食状態となり、第２生物処理槽１４は飢餓状態となっている。従って、飢餓状態に対する飽食状態の割合（飽食状態／飢餓状態）が１未満となるように、汚泥返送量を制御すること、及び第１生物処理槽１２と第２生物処理槽１４の容積を設計することが望ましい。
【００４０】
回分式活性汚泥法の場合は同一の反応槽内で反応が起こるので、飽食状態と飢餓状態とのＭＬＳＳ量は同一である。したがって、飢餓状態に対する飽食状態の割合（飽食状態／飢餓状態）は、飽食状態の時間と飢餓状態の時間を当てはめればよい。一方、連続式の活性汚泥法の場合、飽食状態と飢餓状態の槽は別であるため、保持するＭＬＳＳ量はそれぞれ異なる。そのため、飢餓状態に対する飽食状態の割合は、以下のように計算される。
【数１】
【００４１】
また、回分式活性汚泥法において、飢餓状態と飽食状態のサイクル間隔も生物汚泥のグラニュール化に必要な因子として知られている。一般的に、飢餓状態と飽食状態のサイクル間隔が短いほど、生物汚泥のグラニュール化が困難になることが分かっている。これは、連続式の活性汚泥法においても同様である。本実施形態では、第１生物処理槽１２及び第２生物処理槽１４の被処理水の滞留時間の合計が少なくとも３時間以上となるように、第１生物処理槽１２と第２生物処理槽１４の容積、被処理水流量、及び返送汚泥流量を設定し、飢餓状態と飽食状態のサイクル間隔が短くならないようにすることが望ましい。
【００４２】
生物汚泥のグラニュール化の点では、第１生物処理槽１２、第２生物処理槽１４をそれぞれ複数に分割し、ＢＯＤ成分を含む排水を分割した第１生物処理槽１２それぞれに流入させ、また、生物汚泥を分割した第２生物処理槽１４それぞれに供給することが好ましい。生物処理槽を分割させた場合には、それらのうちの少なくとも１つの第１生物処理槽１２及び第２生物処理槽１４の容積が、前述した生物汚泥のグラニュール化の好ましい条件を満たすものであればよい。
【００４３】
汚泥分離槽１６から排出される全体の汚泥流量及び無酸素生物処理槽１０へ流入する汚泥流量は、前述した第２生物処理槽１４での飢餓状態に対する第１生物処理槽１２での飽食状態の割合（飽食状態／飢餓状態）が１未満、無酸素生物処理槽の滞留時間が３０分以上確保できるように設定されることが好ましい。例えば、無酸素生物処理槽１０へ流入する汚泥流量を増加させると、無酸素生物処理槽１０及び第１生物処理槽１２の滞留時間が減少する一方で、第１生物処理槽１２のＭＬＳＳ濃度が低下する。無酸素生物処理槽１０へ流入する汚泥流量を減少させると、無酸素生物処理槽１０及び第１生物処理槽１２の滞留時間が増加する一方で、第１生物処理槽１２のＭＬＳＳ濃度が上昇する。全体の汚泥流量が増加すると、無酸素生物処理槽１０、第１生物処理槽１２及び第２生物処理槽１４の滞留時間が減少し、第１生物処理槽１２のＭＬＳＳ濃度が上昇すると共に、第２生物処理槽１４のＭＬＳＳ濃度も上昇する。全体の汚泥流量が減少すると、無酸素生物処理槽１０、第１生物処理槽１２及び第２生物処理槽１４の滞留時間が増加し、第１生物処理槽１２のＭＬＳＳ濃度が増加するとともに、第２生物処理槽１４のＭＬＳＳ濃度も上昇する。このような返送流量の操作により無酸素生物処理槽１０、第１生物処理槽１２及び第２生物処理槽１４の滞留時間、第１生物素処理槽１２のＭＬＳＳ濃度及び第２生物処理槽１４のＭＬＳＳ濃度等を変化させることができるので、飢餓状態に対する飽食状態の割合を任意にコントロールすることが可能となる。本実施形態の連続式の活性汚泥法では、回分式活性汚泥法と異なり、生物汚泥のグラニュール化に重要な因子である無酸素状態、飽食状態、飢餓状態を、返送流量の操作により任意にコントロール可能である点で有益である。
【００４４】
各生物処理槽内のｐＨについては特に規定されるものではないが、通常の活性汚泥と同様に各生物処理槽内のｐＨは６〜８の範囲とすることが好ましい。処理対象のＢＯＤ成分の種類によっては槽内のｐＨが変動する場合があるが、その場合には、水酸化ナトリウムや塩酸、硫酸等を用いて、槽内のｐＨを上記範囲内に制御することが好ましい。
【００４５】
汚泥のグラニュール化には核が必要とされている。通常の排水中にはこのような核となるような微粒子が含まれているので特に添加する必要はないが、核形成を促進させる点で、Ｆｅ２＋、Ｆｅ３＋、Ｃａ２＋、Ｍｇ＋等の水酸化物が形成されるようなイオンを添加することが好ましい。なお、Ｆｅ２＋を添加する場合は、無酸素生物処理槽１０に添加することが好ましい。これにより、核の促進形成に加えて無酸素状態を促進することができる。
【００４６】
また、無酸素生物処理槽１０に硝酸塩もしくは亜硝酸塩を添加することが好ましい。これにより、嫌気性細菌である脱窒菌が無酸素生物処理槽１０内で増殖しやすくなり、無酸素状態が良好に保たれる。
【００４７】
本実施形態は、バルキングの抑制にも有効である。バルキングの抑制には、原因となる糸状微生物を選択的に増殖させにくくなるような環境をつくることが有効とされている。一般的に、基質濃度が低い飢餓状態に耐性がない糸状微生物を排除するために、基質の濃度勾配や飢餓状態などを導入する方法をキネティックセレクションと呼び、糸状微生物が基質を摂取しにくくするために、好気、無酸素及び嫌気などの環境変化を導入する方法をメタボリックセレクションと呼ぶ（非特許文献１参照）。本実施形態は、生物汚泥を無酸素状態や飢餓状態とするため、キネティックセレクション及びメタボリックセレクションの作用が働き易い環境となるため、バルキングを抑制することができる。
【実施例】
【００４８】
以下、実施例を挙げ、本発明をより具体的に詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
【００４９】
図１に示した排水処理装置１（無酸素生物処理槽１０の容積１０Ｌ、第１生物処理槽１２の容積３０Ｌ、第２生物処理槽１４の容積４０Ｌ）を用いて、工水で有機性ＢＯＤ成分をＢＯＤ１３０〜３００ｍｇ／Ｌの任意の濃度に希釈した被処理水の生物処理を行った。被処理水は、第１生物処理槽１２に連続的に供給した。標準活性汚泥法に用いられる汚泥を種汚泥として使用した。馴養後、ＭＬＳＳ負荷のコントロールは流量変化によって行った。
【００５０】
無酸素生物処理槽１０は攪拌機による攪拌のみを行い、試験期間中、ＤＯを１ｍｇ／Ｌ未満に維持した。第１生物処理槽１２及び第２生物処理槽１４は散気管による空気爆気を行い、試験期間中、ＤＯを５〜８ｍｇ／Ｌの範囲に維持した。
【００５１】
水温は特にコントロールせず室温で行い、試験期間中、２５〜２８℃の範囲で推移した。
【００５２】
汚泥分離槽１６から排出される全体の汚泥流量を第１生物処理槽１２に供給する被処理水の流量と同量に設定した。また、無酸素生物処理槽１０に供給する汚泥流量と第２生物処理槽１４に供給する汚泥流量との割合を３：１０に調整した。物質収支により各槽のＭＬＳＳ濃度割合が決定され、全体の汚泥流量は被処理水の流量に比例して同様の割合で上昇させていくため、試験期間中の飢餓状態に対する飽食状態の割合（飽食状態／飢餓状態の割合）は約０．３４に固定された。
【００５３】
汚泥分離槽１６の水表面積負荷は、０．２ｍ／ｈ〜２．０ｍ／ｈの範囲とした。
【００５４】
試験期間中における、被処理水のＢＯＤ濃度及び汚泥分離槽１６から得られる最終処理水のＢＯＤ濃度、各槽のＭＬＳＳ濃度、第１生物処理槽１２と第２生物処理槽１４のＭＬＳＳ負荷、汚泥沈降性の指標となるＳＶＩ３０（第２生物処理槽１４のみ）、第１生物処理槽１２と第２生物処理槽１４の滞留時間の合計、無酸素生物処理槽１０の滞留時間（中央値）を表１に示す。また、図３に、各試験期間における汚泥の粒径分布を示す。
【００５５】
【表１】
【００５６】
表１に示すように、試験開始から１０日までは、第１生物処理槽１２のＭＬＳＳ負荷を０．３ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／ｄに設定し、第２生物処理槽１４のＭＬＳＳ負荷を０．０４ｋｇＢＯＤｋｇＭＬＳＳ／ｄに設定した。この試験期間でのＳＶＩ３０は、種汚泥と比較して低下し、汚泥の沈降性は向上した。しかし、図３に示すように、この試験期間での粒度分布は種汚泥と比較して大きな変化はなく、グラニュールの形成は認められなかった。ＭＬＳＳ負荷０．３ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／ｄでは、第１生物処理槽１２の生物汚泥が充分な飽食状態となり難く、上記試験期間（１０日間）では、生物汚泥のグラニュール化が起こらなかったと考えられる。
【００５７】
試験開始１０日後〜２０日までは、被処理水の流入流量を増加させて第１生物処理槽１２のＭＬＳＳ負荷を０．８ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／ｄに設定した。表１に示すように、この試験期間でのＳＶＩ３０は種汚泥と比較して大きく低下した。また、図３に示すように、この試験期間での粒径は種汚泥と比較して大きくなっており、生物汚泥のグラニュール化が進行していると云える。
【００５８】
試験開始２０日後〜３０日までは、被処理水の流入水量、被処理水のＢＯＤ濃度を増加させて第１生物処理槽１２のＭＬＳＳ負荷を１．８ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／ｄに設定した。表１に示すように、この試験期間でのＳＶＩ３０は、試験開始１０日後〜２０日までの試験期間と同様に低い値を維持した。また、図３に示すように、この試験期間では、さらに粒子径が大きくなっていた。この試験期間の生物汚泥を電子顕微鏡で観察したところ、直径約２００μｍのグラニュールが形成されていた。
【００５９】
試験開始３０日後〜４０日までは、第１生物処理槽１２のＭＬＳＳ負荷を１．８ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／ｄに設定し、ＭＬＳＳ濃度の上昇に合わせて被処理水の流入水量を増加させることで、第１生物処理槽１２と第２生物処理槽１４の滞留時間の合計を１．８ｈに設定した。その結果、表１に示すように、この試験期間でのＳＶＩ３０は、試験開始後２０日後〜３０日までの試験期間と比較して上昇した。試験開始３０日後〜４０日までの試験期間の生物汚泥を電子顕微鏡で観察したところ、試験開始２０日後〜３０日までの試験期間に形成されたグラニュールは維持されているものの、その周りにフロックが付着していた。この付着したフロックが原因で、生物汚泥の沈降性が悪化したものと考えられる。
【００６０】
試験開始４０日後〜５０日までは、被処理水のＢＯＤ濃度の希釈割合を３００ｍｇ／Ｌに変更し、被処理水の流入水量を減少させ、第１生物処理槽１２のＭＬＳＳ負荷を１．９ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／ｄに設定し、第１生物処理槽１２と第２生物処理槽１４の滞留時間の合計を３．２ｈに設定した。その結果、表１に示すように、試験開始３０日後〜４０日までの試験期間で上昇したＳＶＩ３０が、この試験期間で低下し、生物汚泥の沈降性に改善傾向がみられた。試験開始４０日後〜５０日までの試験期間の生物汚泥を電子顕微鏡で観察したところ、試験開始３０日後〜４０日までの試験期間中にグラニュールに付着したフロックが減少していた。
【００６１】
以上のように、第１生物処理槽１２のＭＬＳＳ負荷を０．３ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／ｄに設定し、第２生物処理槽１４のＭＬＳＳ負荷を０．０４ｋｇＢＯＤｋｇＭＬＳＳ／ｄに設定した場合、汚泥の沈降性は向上するものの、１０日間の試験期間では、生物汚泥のグラニュール化が起こらなかった。そして、第１生物処理槽１２のＭＬＳＳ負荷を０．８ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／ｄ以上に上昇させると、１０日間という短期間で生物汚泥のグラニュール化が起こった。また、第１生物処理槽１２と第２生物処理槽１４の滞留時間の合計が低いと、グラニュールの周りにフロックが付着し、生物汚泥の沈降性が低下する場合がある。
【００６２】
次に、新たに同様の種汚泥を使用し、図１において無酸素生物処理槽１０を省略した上で、第１生物処理槽１２のＭＬＳＳ負荷を１．４ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／ｄ、第２生物処理槽１４のＭＬＳＳ負荷を０．１ｋｇＢＯＤｋｇＭＬＳＳ／ｄとなるまで立ち上げ、この負荷で２０日間の運転を行った。この時の汚泥の状況を電子顕微鏡で観察したところ、立ち上げに応じて汚泥のグラニュール化がみられたが、２０日間の運転中に多量の微小動物の増殖が見られ、これらによりグラニュールが破壊されてしまった。２０日間運転後の結果を表２にまとめた。表２に示したように、ＳＶＩ３０はグラニュール化している条件と比較して高い値となった。
【００６３】
その後、無酸素生物処理槽１０を付加して、負荷条件を変えずに１０日間の運転を行った。１０日間運転後の結果を表２にまとめた。表２に示すように、１０日間の運転後のＳＶＩ３０は、無酸素生物処理槽１０を省略した場合に比べて大きく低下した。この時の汚泥の状況を電子顕微鏡で観察したところ、微小動物の減少が見られ、さらには直径約２００μｍのグラニュールが形成されていた。このことから、無酸素生物処理槽１０がグラニュール化に大きく寄与していると考えられる。
【００６４】
【表２】
【符号の説明】
【００６５】
１ 排水処理装置、１０ 無酸素生物処理槽、１２ 第１生物処理槽、１４ 第２生物処理槽、１６ 汚泥分離槽、１８ａ〜１８ｃ 排水流入ライン、２０ａ〜２０ｃ 汚泥返送ライン、２２ 処理水排出ライン。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＢＯＤ成分を含む有機性排水を生物汚泥により生物処理する反応槽と、前記反応槽で得られた処理水を前記汚泥と分離する汚泥分離槽と、を有する排水処理装置であって、
前記反応槽は、無酸素生物処理槽と、前記生物処理に必要な酸素が供給される第１生物処理槽及び第２生物処理槽と、を含み、
前記有機性排水は前記第１生物処理槽に連続的に流入され、前記第１生物処理槽及び前記第２生物処理槽で生物処理され、
前記汚泥分離槽内の汚泥は、前記第２生物処理槽及び前記無酸素生物処理槽へ返送され、
前記無酸素生物処理槽内の汚泥は、少なくとも前記第１生物処理槽に供給され、
前記第１生物処理槽のＭＬＳＳ負荷は、前記第２生物処理槽のＭＬＳＳ負荷より高いことを特徴とする排水処理装置。
【請求項２】
前記第１生物処理槽のＭＬＳＳ負荷は、０．８ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／ｄ以上の範囲であり、前記第２生物処理槽のＭＬＳＳ負荷は、０．５ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／ｄ以下の範囲であることを特徴とする請求項１記載の排水処理装置。
【請求項３】
前記第１生物処理槽及び前記第２生物処理槽の被処理水の滞留時間の合計が３時間以上であることを特徴とする請求項１又は２記載の排水処理装置。
【請求項１】
ＢＯＤ成分を含む有機性排水を生物汚泥により生物処理する反応槽と、前記反応槽で得られた処理水を前記汚泥と分離する汚泥分離槽と、を有する排水処理装置であって、
前記反応槽は、無酸素生物処理槽と、前記生物処理に必要な酸素が供給される第１生物処理槽及び第２生物処理槽と、を含み、
前記有機性排水は前記第１生物処理槽に連続的に流入され、前記第１生物処理槽及び前記第２生物処理槽で生物処理され、
前記汚泥分離槽内の汚泥は、前記第２生物処理槽及び前記無酸素生物処理槽へ返送され、
前記無酸素生物処理槽内の汚泥は、少なくとも前記第１生物処理槽に供給され、
前記第１生物処理槽のＭＬＳＳ負荷は、前記第２生物処理槽のＭＬＳＳ負荷より高いことを特徴とする排水処理装置。
【請求項２】
前記第１生物処理槽のＭＬＳＳ負荷は、０．８ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／ｄ以上の範囲であり、前記第２生物処理槽のＭＬＳＳ負荷は、０．５ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／ｄ以下の範囲であることを特徴とする請求項１記載の排水処理装置。
【請求項３】
前記第１生物処理槽及び前記第２生物処理槽の被処理水の滞留時間の合計が３時間以上であることを特徴とする請求項１又は２記載の排水処理装置。
【図２】
【図３】
【図１】
【図３】
【図１】
【公開番号】特開２０１２−１２１００５（Ｐ２０１２−１２１００５Ａ）
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７５７４３（Ｐ２０１０−２７５７４３）
【出願日】平成２２年１２月１０日（２０１０．１２．１０）
【出願人】（０００００４４００）オルガノ株式会社 (606)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月１０日（２０１０．１２．１０）
【出願人】（０００００４４００）オルガノ株式会社 (606)
【Ｆターム（参考）】
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