有機性排水の生物処理方法及び装置
【課題】膜式活性汚泥法を適用した有機性排水の生物処理において、発生汚泥量を大幅に減量化すると共に、膜の閉塞を防止して膜の洗浄頻度を下げ、高負荷運転による処理効率の向上と、安定した処理水質を図る。
【解決手段】第一生物処理槽１に有機性排水を導入して細菌により生物処理し、第一生物処理槽１からの分散状態の細菌を含む第一生物処理水を第二生物処理槽２に通水して第二生物処理水を得、第二生物処理水を固液分離する。第二生物処理槽２に微小動物保持担体２２を設けると共に、第二生物処理槽２の処理水を膜分離装置３で固液分離する。第二生物処理槽２に微小動物保持担体２２を設けて、分散菌を効率的に捕食して汚泥の固液分離性と処理水質向上に寄与する固着性の濾過捕食型微小動物を保持することにより、膜分離装置３における膜の閉塞を防止して、安定した高負荷処理が可能となる。
【解決手段】第一生物処理槽１に有機性排水を導入して細菌により生物処理し、第一生物処理槽１からの分散状態の細菌を含む第一生物処理水を第二生物処理槽２に通水して第二生物処理水を得、第二生物処理水を固液分離する。第二生物処理槽２に微小動物保持担体２２を設けると共に、第二生物処理槽２の処理水を膜分離装置３で固液分離する。第二生物処理槽２に微小動物保持担体２２を設けて、分散菌を効率的に捕食して汚泥の固液分離性と処理水質向上に寄与する固着性の濾過捕食型微小動物を保持することにより、膜分離装置３における膜の閉塞を防止して、安定した高負荷処理が可能となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生活排水、下水、食品工場やパルプ工場をはじめとした広い濃度範囲の有機性排水の処理に利用することができる有機性排水の生物処理方法及び装置に関するものであり、特に、処理水質を悪化させることなく、処理効率を向上させ、かつ、余剰汚泥発生量の低減が可能な有機性排水の生物処理方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機性排水を生物処理する場合に用いられる活性汚泥法は、処理水質が良好で、メンテナンスが容易であるなどの利点から、下水処理や産業廃水処理等に広く用いられている。しかしながら、活性汚泥法におけるＢＯＤ容積負荷は一般に０．５〜０．８ｋｇ／ｍ３／ｄ程度であるため、広い敷地面積が必要となる。また、分解したＢＯＤの２０〜４０％が菌体、即ち汚泥へと変換されるため、大量の余剰汚泥処理も問題となる。
【０００３】
有機性排水の高負荷処理に関しては、担体を添加した流動床法が知られている。この方法を用いた場合、３ｋｇ／ｍ３／ｄ以上のＢＯＤ容積負荷で運転することが可能となる。しかしながら、この方法では発生汚泥量は分解したＢＯＤの３０〜５０％程度で、通常の活性汚泥法より高くなることが欠点となっている。
【０００４】
特許文献１には、有機性排水をまず、第一処理槽で細菌により処理し、排水に含まれる有機物を酸化分解して非凝集性の細菌の菌体に変換した後、第二処理槽で固着性原生動物に捕食除去させることで余剰汚泥の減量化が可能になることが記載されている。さらに、この方法では高負荷運転が可能となり、活性汚泥法の処理効率も向上するとされている。
【０００５】
このような活性汚泥法には、汚泥と処理水との固液分離に膜分離装置を利用する膜式活性汚泥法と、沈殿池を用いる沈殿池型の活性汚泥法とがある。
膜式活性汚泥法では、沈殿池型活性汚泥法に比べて汚泥濃度を高く維持し、高い容積負荷で運転することが可能である上に、沈殿池におけるような汚泥管理が不要で、良好な水質の処理水を得ることができるという利点がある。
【０００６】
しかしながら、膜式活性汚泥法では、活性汚泥槽内の汚泥の性状によっては、膜が閉塞しやすく、膜の洗浄頻度が高いことが課題となる。
【０００７】
特許文献２では、曝気槽に担体を添加することにより、膜への汚泥付着を低減し、膜の閉塞を防ぐ方法を提案している。
【０００８】
なお、流動床と活性汚泥法の多段処理に関する発明としては、特許文献３に記載のものがある。この方法では、後段の活性汚泥法をＢＯＤ汚泥負荷０．１ｋｇ−ＢＯＤ／ｋｇ−ＭＬＳＳ／ｄの低負荷で運転することで、汚泥を自己酸化させ、汚泥引き抜き量を大幅に低減できるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開昭５５−２０６４９号公報
【特許文献２】特開平９−２９４９９６号公報
【特許文献３】特許第３４１０６９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、曝気槽に担体を添加する方法でも、膜の閉塞を十分に防止し得ない場合がある。
また、活性汚泥処理を低負荷で運転した場合であっても、汚泥の解体で微細なＳＳが発生し、膜を閉塞させる。また、水温、負荷、ＳＲＴ（固形分滞留時間）により、活性汚泥内でフロックを捕食する微小動物が急増すると、汚泥の微細化が促進され、処理水の悪化につながり、これを固液分離する膜分離装置の運転管理が困難になるという問題もある。
【００１１】
本発明は上記従来の問題点を解決し、膜式活性汚泥法を適用した有機性排水の生物処理において、発生汚泥量を大幅に減量化すると共に、膜の閉塞を防止して膜の洗浄頻度を下げ、高負荷運転による処理効率の向上と、安定した処理水質を図る有機性排水の生物処理方法及び装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者らは、上記課題を解決するべく鋭意検討した結果、微小動物の捕食作用を利用した多段活性汚泥法において、前段の生物処理槽に一過式で有機物を処理する槽を設けて、分散菌を生成させ、後段の生物処理槽で、必要な微小動物を積極的に優先化させることで、膜の閉塞を引き起こす凝集体（フロック）捕食型微小動物の増殖を抑制すること；このために後段の生物処理槽に微小動物保持担体を設けて、分散菌を効率的に捕食して汚泥の固液分離性と処理水質向上に寄与する固着性の濾過捕食型微小動物を保持すること；により、膜式活性汚泥法における膜の閉塞を防止して安定した高負荷処理が可能となることを見出した。
【００１３】
本発明はこのような知見に基いて達成されたものであり、以下を要旨とする。
【００１４】
本発明（請求項１）の有機性排水の生物処理方法は、二段以上の多段に設けられた好気性生物処理槽の第一生物処理槽に有機性排水を導入して細菌により生物処理し、第一生物処理槽からの分散状態の細菌を含む第一生物処理水を第二生物処理槽以降の生物処理槽に通水して生物処理し、該第二生物処理槽以降の生物処理槽の処理水を固液分離する有機性排水の生物処理方法において、該第二生物処理槽以降の生物処理槽に微小動物を保持する担体を設けると共に、該第二生物処理槽以降の生物処理槽の処理水の固液分離を膜分離処理により行うことを特徴とする。
【００１５】
請求項２の有機性排水の生物処理方法は、請求項１において、前記膜分離処理を槽外型膜分離装置で行うことを特徴とする。
【００１６】
請求項３の有機性排水の生物処理方法は、請求項１又は２において、前記第二生物処理槽以降の生物処理槽内に設けられた担体が該生物処理槽に固定された担体であることを特徴とする。
【００１７】
請求項４の有機性排水の生物処理方法は、請求項１ないし３のいずれか１項において、前記有機性排水の一部を前記第一生物処理槽を経ることなく前記第二生物処理槽以降の生物処理槽に導入することを特徴とする。
【００１８】
請求項５の有機性排水の生物処理方法は、請求項１ないし４のいずれか１項において、前記第二生物処理槽以降の生物処理槽のＳＲＴ（固形分滞留時間）が６０日以下となるように汚泥を引き抜くことを特徴とする。
【００１９】
請求項６の有機性排水の生物処理方法は、請求項１ないし５のいずれか１項において、前記第二生物処理槽以降の生物処理槽内の汚泥の一部を引き抜いて無酸素槽で処理した後該第二生物処理槽以降の生物処理槽に返送することを特徴とする。
【００２０】
本発明（請求項７）の有機性排水の生物処理装置は、二段以上の多段に設けられた好気性生物処理槽を備え、第一生物処理槽に有機性排水を導入して細菌により生物処理し、第一生物処理槽からの分散状態の細菌を含む第一生物処理水を第二生物処理槽以降の生物処理槽に通水して生物処理し、第二生物処理槽以降の生物処理槽の処理水を固液分離することを特徴とする有機性排水の生物処理装置において、該第二生物処理槽以降の生物処理槽に微小動物を保持する担体が設けられており、該第二生物処理槽以降の生物処理槽の処理水の固液分離手段として膜分離処理装置を備えることを特徴とする。
【００２１】
請求項８の有機性排水の生物処理装置は、請求項７において、前記膜分離装置が槽外型膜分離装置であることを特徴とする。
【００２２】
請求項９の有機性排水の生物処理装置は、請求項７又は８において、前記第二生物処理槽以降の生物処理槽内に設けられた担体が該生物処理槽に固定された担体であることを特徴とする。
【００２３】
請求項１０の有機性排水の生物処理装置は、請求項７ないし９のいずれか１項において、前記有機性排水の一部を前記第一生物処理槽を経ることなく前記第二生物処理槽以降の生物処理槽に導入する手段を有することを特徴とする。
【００２４】
請求項１１の有機性排水の生物処理装置は、請求項７ないし１０のいずれか１項において、前記第二生物処理槽以降の生物処理槽のＳＲＴ（固形分滞留時間）が６０日以下となるように汚泥が引き抜かれることを特徴とする。
【００２５】
請求項１２の有機性排水の生物処理装置は、請求項７ないし１１のいずれか１項において、前記第二生物処理槽以降の生物処理槽内の汚泥の一部を引き抜いて処理した後該第二生物処理槽以降の生物処理槽に返送する無酸素槽を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明では、微小動物の捕食作用を利用した多段活性汚泥法において、微小動物を保持する生物処理槽に微小動物保持担体を設けることにより、この生物処理槽内に分散菌を効率的に捕食して汚泥の固液分離性と処理水質向上に寄与する固着性の濾過捕食型微小動物を保持し、これにより、この生物処理槽の生物処理水を膜分離処理する膜分離装置の膜の閉塞を防止して、膜の薬品洗浄頻度を低減することが可能となる。
【００２７】
このため、本発明によれば、有機性排水の効率的な生物処理が可能になり、以下のような効果が奏される。
１）排水処理時に発生する汚泥の大幅な減量化
２）高負荷運転による処理効率の向上
３）安定した処理水質の維持
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の有機性排水の生物処理方法及び装置の実施の形態を示す系統図である。
【図２】本発明の有機性排水の生物処理方法及び装置の他の実施の形態を示す系統図である。
【図３】本発明の有機性排水の生物処理方法及び装置の他の実施の形態を示す系統図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下に図面を参照して本発明の有機性排水の生物処理方法及び装置の実施の形態を詳細に説明する。
【００３０】
図１〜３は本発明の有機性排水の生物処理方法及び装置の実施の形態を示す系統図である。
図１〜３において、１は第一生物処理槽、２は第二生物処理槽、３は膜分離装置、４は無酸素槽、１１，２１は散気管、２２は微小動物保持担体、４１は攪拌手段であり、図１〜３において同一機能を奏する部材には同一符号を付してある。
【００３１】
図１の態様では、原水（有機性排水）は第一生物処理槽１に導入され、分散性細菌（非凝集性細菌）により、有機成分(溶解性ＢＯＤ)の７０％以上、望ましくは８０％以上、さらに望ましくは８５％以上が酸化分解される。この第一生物処理槽１のｐＨは６以上、望ましくは８以下とする。ただし、原水中に油分を多く含む場合にはｐＨは８以上としても良い。
【００３２】
また、第一生物処理槽１への通水は、通常一過式とされ、第一生物処理槽１のＢＯＤ容積負荷は１ｋｇ／ｍ３／ｄ以上、例えば１〜２０ｋｇ／ｍ３／ｄ、ＨＲＴ（原水滞留時間）は２４ｈ以下、好ましくは８ｈ以下、例えば０．５〜８ｈとすることで、分散性細菌が優占化した処理水を得ることができ、また、ＨＲＴを短くすることでＢＯＤ濃度の低い排水を高負荷で処理することができる。
【００３３】
第一生物処理槽１には、後段の生物処理槽からの汚泥の一部を返送したり、この第一生物処理槽１を二槽以上の多段構成としたり、担体を添加したりすることにより、ＢＯＤ容積負荷５ｋｇ／ｍ３／ｄ以上の高負荷処理も可能となる。
【００３４】
第一生物処理槽１に担体を添加する場合、担体の形状は、球状、ペレット状、中空筒状、糸状、板状等の任意であり、大きさも０．１〜１０ｍｍ程度の径において任意である。また、担体の材料も天然素材、無機素材、高分子素材等任意であり、ゲル状物質を用いても良い。また、第一生物処理槽１に添加する担体の充填率が高い場合、分散菌は生成せず、細菌は担体に付着するか、糸状性細菌が増殖する。そこで、第一生物処理槽１に添加する担体の充填率を２０％以下、望ましくは１０％以下とすることで、濃度変動に影響されず、捕食しやすい分散菌の生成が可能になる。
【００３５】
また、この第一生物処理槽１は溶存酸素（ＤＯ）濃度を１ｍｇ／Ｌ以下、好ましくは０．５ｍｇ／Ｌ以下として、糸状性細菌の増殖を抑制しても良い。
なお、第一生物処理槽１で溶解性有機物を完全に分解した場合、第二生物処理槽２ではフロックが形成されず、また、微小動物増殖のための栄養も不足し、圧密性の低い汚泥のみが優占化した生物処理槽となる。従って、第一生物処理槽１での有機成分の分解率は１００％ではなく、９５％以下、望ましくは８５〜９０％となるようにすることが好ましい。
【００３６】
第一生物処理槽１の処理水（第一生物処理水）は、後段の第二生物処理槽２に通水し、ここで、残存している有機成分の酸化分解、分散性細菌の自己分解及び微小動物の捕食による余剰汚泥の減量化を行う。
【００３７】
第二生物処理槽２では、細菌に比べ増殖速度の遅い微小動物の働きと細菌の自己分解を利用するため、微小動物と細菌が系内に留まるような運転条件及び処理装置を用いる必要がある。そこで第二生物処理槽２には、汚泥返送を行う活性汚泥法又は膜式活性汚泥法を用いることが望ましい。また、この第二生物処理槽２は二槽以上の多段構成としても良い。膜式活性汚泥法の場合、膜分離装置は槽内型、槽外型のいずれでもよいが、槽外型とすることにより、高負荷時に捕食が遅れた分散菌による膜の目詰まりを防止することができる。
【００３８】
本発明においては、この第二生物処理槽２内に微小動物保持担体２２を設けることにより、微小動物、特に分散菌を効率的に捕食して汚泥の固液分離性と処理水質向上に寄与する固着性の濾過捕食型微小動物の槽内保持量を高める。
【００３９】
即ち、第二生物処理槽２では、分散状態の菌体を捕食する濾過捕食型微小動物だけでなく、フロック化した汚泥を捕食できる凝集体捕食型微小動物も増殖する。後者は遊泳しながら、フロックを捕食するため、優先化した場合、汚泥は食い荒らされ、微細化したフロック片が散在する汚泥となる。このフロック片により、膜式活性汚泥法では膜の目詰まりが発生する。そこで、本発明では、この第二生物処理槽２において、槽汚泥を定期的に入れ替える、即ち、微小動物や糞を間引くため、ＳＲＴ（固形分滞留時間）を望ましくは６０日以下、より望ましくは４５日以下、さらに望ましくは１０日以上４５日以下の範囲内で一定に制御する。ただし、第二生物処理槽２内の汚泥濃度（ＭＬＳＳ）が２０００ｍｇ／Ｌ以下となる場合は、ＳＲＴ＞６０日としてもよい。ここで、ＳＲＴ＝（槽内汚泥濃度×曝気槽容積）÷(引き抜き汚泥濃度×１日当たりの引き抜き量)であり、槽内汚泥濃度（ＭＬＳＳ）は浮遊汚泥の濃度を指し、担体付着汚泥分は含めない。
その上で、分散状態の菌体を捕食する濾過捕食型微小動物を第二生物処理槽２内に維持するために、第二生物処理槽２内に微小動物保持担体２２を設ける。即ち、この種の微小動物は汚泥フロックに固着し、系内に維持されるが、汚泥は一定の滞留時間で系外へ引き抜かれるため、供給源を系内に設ける必要がある。この時、担体を粒状や角型の流動床とすると、流動のための剪断力で、高濃度での安定保持ができないだけでなく、流動床で有機物が完全に処理され、汚泥フロックの微細化、これによる膜の閉塞につながる。
【００４０】
そこで、本発明では、第二生物処理槽２に設ける担体として、流動担体ではなく、担体の少なくとも一部が、第二生物処理槽２の底面、側面、上部等のいずれかに固定された固定担体とすることが好ましい。その場合の担体２２の形状は糸状、板状、短冊状等任意である。また、担体２２の材料は天然素材、無機素材、高分子素材等任意であり、ゲル状物質を用いても良い。望ましくは多孔質のポリウレタンフォームであり、例えば第二生物処理槽２の深さ方向の長さ１００〜４００ｃｍ×幅５〜２００ｃｍ×厚み０．５〜５ｃｍの板状ないし短冊状とし、曝気空気があたらないところに設置することが望ましい。
担体は、好ましくは、その板状ないし短冊状の長手方向が第二生物処理槽２の深さ方向となるように、板状ないし短冊状の担体の板面が鉛直方向となるように、また、第二生物処理槽２に第一生物処理水が流入して第二生物処理槽２から流出する水の流れに対して、板状ないし短冊状の担体の板面が交叉する（好ましくは直交する）方向となるように、第二生物処理槽２内に設置される。
第二生物処理槽の容量が担体の寸法に対して大きい場合には、担体の上下面に留め具を取り付けたものを複数枚用意し、これを第二生物処理槽２の深さ方向及び／又は幅方向に所定の枚数を並列させ、ＳＵＳ等の材質よりなる枠材に担体に取付けた留め具を固定してユニット化し、更に、この担体ユニットを必要に応じて第二生物処理槽内の水の流れ方向に複数段設けるようにする。
【００４１】
このような寸法の、薄い板状ないし短冊状のポリウレタンフォームのような多孔質のスポンジ担体であれば、十分な弾力性を有し、槽内の水の流れの中でたわむ（形状維持しない）ことにより、薄くても十分な機械的強度を持ち、破損することがない。また、たわむことで槽内の通水を阻害することなく均一に混合され、担体の多孔質構造内にも均等に汚泥含有液が通水されるようになる。即ち、このような、通水を阻害することなく、また破損し難い、弾性と強度を持つ素材として、本発明では、担体として、好ましくは、上記のような特定の寸法の板状ないし短冊状のポリウレタンフォームを用いる。
なお、通水性を重視しすぎて表面積の小さい担体形状を選定すると、通水性が良くなる反面、担体に保持される微小動物の個体数が限定され、第二生物処理槽の生物処理（有機物分解、汚泥減容）の性能が低下する。
【００４２】
多孔質担体としては、従来からハニカム状、中空状、網目状といった各種の形状のものがあるが、担体の厚みが大きすぎると担体内部の通水性が低下するため、内部で菌体が腐敗するという問題が生じやすくなる。そのため、担体の厚みは薄くすることが好ましく、本発明では板状ないし短冊状とし、好ましくは０．５〜５ｃｍの厚みとする。このような板状ないし短冊状の多孔質担体は、例えば、直方体形状のポリウレタンフォームを板状ないし短冊状にスライスすることにより製造することができる。
【００４３】
また、多孔質担体の発泡セルの条件としては、発泡セルの分布が均一なものが好ましい。また、発泡セルが多すぎたり、セル径が大きすぎたりすると、多孔質担体の機械的強度が小さくなるため、セル数／２５ｍｍ（２５ｍｍの長さの範囲に存在するセル数）として、上限値が１２５個／２５ｍｍ程度であることが好ましい。逆に、発泡セルが少な過ぎたり、セル径が小さすぎたりすると、多孔質担体としての機能を十分に得ることができないことから、多孔質担体の機能を十分に発揮させるために、このセル数／２５ｍｍの下限値は５個／２５ｍｍ程度であることが好ましい。なお、このセル数／２５ｍｍについては、走査型電子顕微鏡により撮影した多孔質担体の写真を用い、長さ方向の直線２５ｍｍに対して交差する発泡セル数を計測する作業を複数箇所について行い、計測結果の平均値を算出して求めることができる。
【００４４】
また、多孔質担体の表面積については、大きいほど保持する微小動物の成育数が多くなるため好ましいが、第二生物処理槽２の深さ方向の長さについては、曝気による上下流があるため、水の流動性に影響がないことから特に限定されないものの、第二生物処理槽２の短手方向の長さ（担体の幅）については、水の流動性に影響を与えることから、多孔質担体の幅については、上述の如く、５〜２００ｃｍ、特に５〜１００ｃｍとすることが好ましい。なお、第二生物処理槽２の幅が広いときは担体の枚数を増やして短絡流を防止することが好ましい。
【００４５】
第二生物処理槽２では、微小動物を維持するための多量の足場が必要となるが、過度に担体の充填率が多いと槽内の混合不足、汚泥の腐敗などが起こるため、添加する担体の充填率は、０．１〜２０％程度とすることが望ましい。
【００４６】
本発明において、第二生物処理槽２へ投入する第一生物処理水中に有機物が多量に残存した場合、その酸化分解は後段の処理槽で行われることになる。微小動物が多量に存在する第二生物処理槽２で細菌による有機物の酸化分解が起こると、微小動物の捕食から逃れるための対策として、捕食されにくい形態で増殖することが知られており、このように増殖した細菌群は微小動物により捕食されず、これらの分解は自己消化のみに頼ることとなり、汚泥発生量低減の効果が下がってしまう。そこで、前述のように、第一生物処理槽では有機物の大部分、すなわち原水ＢＯＤの７０％以上、望ましくは８０％以上を分解し、菌体へと変換しておく必要がある。よって、後段生物処理槽への溶解性ＢＯＤによる汚泥負荷で表すと０．０２５〜０．０５ｋｇ−ＢＯＤ／ｋｇ−ＭＬＳＳ／ｄで運転することが望ましい。ここでも、ＭＬＳＳは、浮遊汚泥の濃度を指し、担体付着分の汚泥は含めない。
【００４７】
図１において、第二生物処理槽２からの処理水は、槽外型の膜分離装置３に送給し、膜分離装置３の透過水を処理水として取り出すと共に、濃縮水を第二生物処理槽２の上流に返送し、余剰汚泥を第二生物処理槽２から直接引き抜く。このように固液分離手段として膜分離装置５を用いた場合、本発明によれば、凝集体捕食型微小動物の増殖が抑制されるために、従来の活性汚泥の膜分離処理におけるような膜の目詰りの問題が軽減され、膜フラックスを安定させて薬品洗浄頻度を低減することができると共に、突発的な汚泥の分散化を防ぐことができ、膜分離装置の運転管理を容易にすることができる。
【００４８】
槽外型の膜分離装置３としては特に制限はなく、限外濾過（ＵＦ）膜分離装置、精密濾過（ＭＦ）膜分離装置等を用いることができる。
【００４９】
図２に示す態様は、原水の一部、例えば、５〜５０％程度を、第一生物処理槽１を経ることなく直接第二生物処理槽２に導入する点が図１に示す態様と異なり、その他は同様の構成とされている。このように、原水の一部を直接第二生物処理槽２に導入することにより、原水変動時（負荷低下時）の第二生物処理槽の負荷不足を回避できるという効果が奏される。
【００５０】
図３に示す態様は、微小動物を保持する第二生物処理槽２内の汚泥の一部を引き抜いて無酸素槽４で処理した後返送することにより、微小動物保持生物処理槽２内で、凝集体捕食型微小動物の増殖を更に抑制して濾過捕食型微小動物を優先的に増殖させるようにしたものであり、その他は、図１の態様と同様の構成とされている。
【００５１】
即ち、このように、無酸素槽４を設け、この無酸素槽４に第二生物処理槽２から引き抜いた汚泥を所定時間滞留させることにより、遊泳性の微小動物の増殖を阻害することで、生物相の安定化を図る。この場合、第二生物処理槽２には微小動物保持担体２２が設けられており、濾過捕食型微小動物は担体２２側に一定量が保持されるため、濾過捕食型微小動物の増殖が阻害されることはない。第二生物処理槽２から引き抜かれ、無酸素槽４で処理された汚泥は第二生物処理槽２に返送される。
【００５２】
第二生物処理槽２から無酸素槽４へ引き抜く汚泥量、及び無酸素槽４での汚泥の滞留時間は、処理状況に応じて適宜決定されるが、通常汚泥の引き抜き量は槽容量に対して１／３０倍量／日以上、また、無酸素槽４での汚泥の滞留時間は０．５時間以上とすることが好ましい。
【００５３】
本発明において、無酸素槽４では、微小動物の増殖を阻害するため、ＯＲＰを０ｍＶ以下とする必要がある。そのため、無酸素槽４では曝気は行わず、機械攪拌のみとすることが望ましい。また、ＯＲＰの低下を促進するために第一生物処理水や原水の一部を通水し、酸生成反応や脱窒反応によりＯＲＰを下げるようにしても良い。
【００５４】
また、無酸素槽４でのＯＲＰ低下（脱窒反応、酸生成反応）を安定して進行させるため、無酸素槽４に担体を添加しても良い。無酸素槽４でのＯＲＰが低ければ、遊泳性微小動物の活性低下は促進されるため、無酸素槽４での第二生物処理槽汚泥の滞留時間を短くでき、無酸素槽４を小型化することができる。添加する担体の形状は流動床の場合は球状、ペレット状、中空筒状、糸状の任意であり、大きさも０．１〜１０ｍｍ程度の径で任意である。固定床を用いても良く、その場合の担体２２の形状は、糸状、板状等任意である。更に、材料についても天然素材、無機素材、高分子素材等任意で、ゲル状物質を用いても良い。
無酸素槽４に担体を添加する場合、その充填率は流動床、固定床の形式の違いや材質により異なるが、０．５〜４０％とすることが望ましい。
【００５５】
図１〜３は、本発明の実施の形態の一例を示すものであり、本発明は何ら図示のものに限定されない。例えば、第一生物処理槽、第二生物処理槽は、前述の如く、２段以上の多段構成としてもよく、従って、本発明では、生物処理槽を３段以上に設けてもよい。
【００５６】
いずれの態様においても、本発明によれば、第二生物処理槽以降の生物処理槽に微小動物保持担体を設けるとことにより、凝集体捕食型微小動物の優先化を抑制することで、汚泥減量と処理水水質の向上とを両立させることができ、この第二生物処理槽以降の生物処理水を膜分離装置で固液分離することにより、膜分離装置の膜の閉塞を防止して、安定した高負荷処理が可能となる。
【実施例】
【００５７】
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
【００５８】
［実施例１］
図１に示す如く、容量が３６Ｌの第一生物処理槽１と、容量が１５０Ｌの第二生物処理槽２と、ＵＦ膜分離装置３とを連結させた実験装置を用いて、本発明による有機性排水の処理を行った。原水は、ＣＯＤＣｒ：１０００ｍｇ／Ｌ，ＢＯＤ：６４０ｍｇ／Ｌの人口基質を含むものである。
各生物処理槽の処理条件は次の通りとした。
【００５９】
＜第一生物処理槽＞
ＤＯ：０．５ｍｇ／Ｌ
ＢＯＤ容積負荷：３．８５ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ３／ｄ
ＨＲＴ：４ｈ
ｐＨ：７．０
＜第二生物処理槽＞
ＤＯ：４ｍｇ／Ｌ
担体充填率：２％
ＨＲＴ：１７ｈ
ＳＲＴ：３０日
ｐＨ：７．０
【００６０】
なお、第二生物処理槽２の担体１２としては板状のポリウレタンフォーム（長さ１００ｃｍ×幅３０ｃｍ×厚み１ｃｍ／１枚；セル数５０個／２５ｍｍ）１枚を用い、槽内に縦長に配置した（担体の長さ方向を槽の深さ方向とする。）。担体１２は、上下両端が枠体に固定されており、この枠体を槽の壁面に留め付けて固定した。また、散気管２１からの曝気空気が担体１２に当らないように、担体１２を散気管２１の上方位置から隔離させて配置した。
また、装置全体でのＢＯＤ容積負荷は０．７５ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ３／ｄであり、装置全体でのＨＲＴは２１ｈであった。
【００６１】
その結果、第二生物処理槽２内の汚泥フロック、担体には固着性の濾過捕食型微小動物（ツリガネムシ、ヒルガタワムシ）が優先化し、汚泥転換率は０．１ｋｇ−ＭＬＳＳ／ｋｇ−ＣＯＤＣｒとなった。
処理水（膜分離装置３の透過水）水質は、溶解性ＣＯＤＣｒ濃度が２０ｍｇ／Ｌ未満と、試験期間中、常時良好な状態を維持していた。
また、膜分離装置３の膜間差圧の上昇はほとんど無く、１ヶ月以上薬品洗浄を行わなくても、安定したフラックスを維持することができた。
【００６２】
［比較例１］
第一生物処理槽を省略し、第二生物処理槽の容量を１８６Ｌとし、第二生物処理槽に担体を設けなかったこと以外は実施例１と同様の条件で処理を行った。
原水の水質、第二生物処理槽のＤＯ及びｐＨ、全体のＢＯＤ容積負荷及びＨＲＴは実施例１と同一である。
その結果、汚泥転換率は０．２０ｋｇ−ＭＬＳＳ／ｋｇ−ＣＯＤＣｒとなった。しかしながら、１ヶ月おきに、凝集体捕食型微小動物（ハオリワムシ）が優先化し、その間は、膜間差圧の上昇で、２週間に１回の膜の薬品洗浄が必要となった。加えて、処理水質も、悪化し、溶解性ＣＯＤＣｒ濃度が７０ｍｇ／Ｌ以上まで上昇した。
【００６３】
［比較例２］
第二生物処理槽に担体を設けなかったこと以外は実施例１と同様の条件で処理を行った。
原水の水質、第一、第二生物処理槽の処理条件並びに全体のＢＯＤ容積負荷及びＨＲＴは実施例１と同一である。
その結果、汚泥転換率は０．１２ｋｇ−ＭＬＳＳ／ｋｇ−ＣＯＤＣｒとなった。しかしながら、濾過捕食型微小動物数が安定せず、膜分離装置を用いたにも関わらず、捕食を逃れた分散菌が膜に詰まり、膜間差圧の上昇が頻繁に起こり、試験期間を通じ、２週間に１回の薬品洗浄が必要となった。
【００６４】
［実施例２］
図３に示す如く、容量が５Ｌの無酸素槽４を設け、第二生物処理槽２内の汚泥を引き抜いて無酸素槽４で処理した後、第二生物処理槽２に返送するようにしたこと以外は実施例１と同様の条件で処理を行った。原水の水質、第一及び第二生物処理槽の処理条件、並びに全体のＢＯＤ容積負荷及びＨＲＴは実施例１と同一である。
無酸素槽４の処理条件は以下の通りとした。
＜無酸素槽＞
ＯＲＰ：−１００ｍＶ
ＨＲＴ（＝ＳＲＴ）：１２ｈ
【００６５】
その結果、第二生物処理槽内の汚泥フロック、担体には固着性の濾過捕食型微小動物（ツリガネムシ、ヒルガタワムシ）が優先化し、汚泥転換率は０．０７５ｋｇ−ＭＬＳＳ／ｋｇ−ＣＯＤＣｒとなった。
処理水水質は、溶解性ＣＯＤＣｒ濃度が２０ｍｇ／Ｌ未満と、試験期間中、常時良好な状態を維持していた。また、膜間差圧の上昇はほとんど無く、１ヶ月以上薬品洗浄を行わなくても、安定したフラックスを維持することができた。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明の有機性排水の生物処理方法及び装置は、生活排水、下水、食品工場やパルプ工場をはじめとした広い濃度範囲の有機性排水の処理に利用することができる。
【符号の説明】
【００６７】
１ 第一生物処理槽
２ 第二生物処理槽
３ 膜分離装置
４ 無酸素槽
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生活排水、下水、食品工場やパルプ工場をはじめとした広い濃度範囲の有機性排水の処理に利用することができる有機性排水の生物処理方法及び装置に関するものであり、特に、処理水質を悪化させることなく、処理効率を向上させ、かつ、余剰汚泥発生量の低減が可能な有機性排水の生物処理方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機性排水を生物処理する場合に用いられる活性汚泥法は、処理水質が良好で、メンテナンスが容易であるなどの利点から、下水処理や産業廃水処理等に広く用いられている。しかしながら、活性汚泥法におけるＢＯＤ容積負荷は一般に０．５〜０．８ｋｇ／ｍ３／ｄ程度であるため、広い敷地面積が必要となる。また、分解したＢＯＤの２０〜４０％が菌体、即ち汚泥へと変換されるため、大量の余剰汚泥処理も問題となる。
【０００３】
有機性排水の高負荷処理に関しては、担体を添加した流動床法が知られている。この方法を用いた場合、３ｋｇ／ｍ３／ｄ以上のＢＯＤ容積負荷で運転することが可能となる。しかしながら、この方法では発生汚泥量は分解したＢＯＤの３０〜５０％程度で、通常の活性汚泥法より高くなることが欠点となっている。
【０００４】
特許文献１には、有機性排水をまず、第一処理槽で細菌により処理し、排水に含まれる有機物を酸化分解して非凝集性の細菌の菌体に変換した後、第二処理槽で固着性原生動物に捕食除去させることで余剰汚泥の減量化が可能になることが記載されている。さらに、この方法では高負荷運転が可能となり、活性汚泥法の処理効率も向上するとされている。
【０００５】
このような活性汚泥法には、汚泥と処理水との固液分離に膜分離装置を利用する膜式活性汚泥法と、沈殿池を用いる沈殿池型の活性汚泥法とがある。
膜式活性汚泥法では、沈殿池型活性汚泥法に比べて汚泥濃度を高く維持し、高い容積負荷で運転することが可能である上に、沈殿池におけるような汚泥管理が不要で、良好な水質の処理水を得ることができるという利点がある。
【０００６】
しかしながら、膜式活性汚泥法では、活性汚泥槽内の汚泥の性状によっては、膜が閉塞しやすく、膜の洗浄頻度が高いことが課題となる。
【０００７】
特許文献２では、曝気槽に担体を添加することにより、膜への汚泥付着を低減し、膜の閉塞を防ぐ方法を提案している。
【０００８】
なお、流動床と活性汚泥法の多段処理に関する発明としては、特許文献３に記載のものがある。この方法では、後段の活性汚泥法をＢＯＤ汚泥負荷０．１ｋｇ−ＢＯＤ／ｋｇ−ＭＬＳＳ／ｄの低負荷で運転することで、汚泥を自己酸化させ、汚泥引き抜き量を大幅に低減できるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開昭５５−２０６４９号公報
【特許文献２】特開平９−２９４９９６号公報
【特許文献３】特許第３４１０６９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、曝気槽に担体を添加する方法でも、膜の閉塞を十分に防止し得ない場合がある。
また、活性汚泥処理を低負荷で運転した場合であっても、汚泥の解体で微細なＳＳが発生し、膜を閉塞させる。また、水温、負荷、ＳＲＴ（固形分滞留時間）により、活性汚泥内でフロックを捕食する微小動物が急増すると、汚泥の微細化が促進され、処理水の悪化につながり、これを固液分離する膜分離装置の運転管理が困難になるという問題もある。
【００１１】
本発明は上記従来の問題点を解決し、膜式活性汚泥法を適用した有機性排水の生物処理において、発生汚泥量を大幅に減量化すると共に、膜の閉塞を防止して膜の洗浄頻度を下げ、高負荷運転による処理効率の向上と、安定した処理水質を図る有機性排水の生物処理方法及び装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者らは、上記課題を解決するべく鋭意検討した結果、微小動物の捕食作用を利用した多段活性汚泥法において、前段の生物処理槽に一過式で有機物を処理する槽を設けて、分散菌を生成させ、後段の生物処理槽で、必要な微小動物を積極的に優先化させることで、膜の閉塞を引き起こす凝集体（フロック）捕食型微小動物の増殖を抑制すること；このために後段の生物処理槽に微小動物保持担体を設けて、分散菌を効率的に捕食して汚泥の固液分離性と処理水質向上に寄与する固着性の濾過捕食型微小動物を保持すること；により、膜式活性汚泥法における膜の閉塞を防止して安定した高負荷処理が可能となることを見出した。
【００１３】
本発明はこのような知見に基いて達成されたものであり、以下を要旨とする。
【００１４】
本発明（請求項１）の有機性排水の生物処理方法は、二段以上の多段に設けられた好気性生物処理槽の第一生物処理槽に有機性排水を導入して細菌により生物処理し、第一生物処理槽からの分散状態の細菌を含む第一生物処理水を第二生物処理槽以降の生物処理槽に通水して生物処理し、該第二生物処理槽以降の生物処理槽の処理水を固液分離する有機性排水の生物処理方法において、該第二生物処理槽以降の生物処理槽に微小動物を保持する担体を設けると共に、該第二生物処理槽以降の生物処理槽の処理水の固液分離を膜分離処理により行うことを特徴とする。
【００１５】
請求項２の有機性排水の生物処理方法は、請求項１において、前記膜分離処理を槽外型膜分離装置で行うことを特徴とする。
【００１６】
請求項３の有機性排水の生物処理方法は、請求項１又は２において、前記第二生物処理槽以降の生物処理槽内に設けられた担体が該生物処理槽に固定された担体であることを特徴とする。
【００１７】
請求項４の有機性排水の生物処理方法は、請求項１ないし３のいずれか１項において、前記有機性排水の一部を前記第一生物処理槽を経ることなく前記第二生物処理槽以降の生物処理槽に導入することを特徴とする。
【００１８】
請求項５の有機性排水の生物処理方法は、請求項１ないし４のいずれか１項において、前記第二生物処理槽以降の生物処理槽のＳＲＴ（固形分滞留時間）が６０日以下となるように汚泥を引き抜くことを特徴とする。
【００１９】
請求項６の有機性排水の生物処理方法は、請求項１ないし５のいずれか１項において、前記第二生物処理槽以降の生物処理槽内の汚泥の一部を引き抜いて無酸素槽で処理した後該第二生物処理槽以降の生物処理槽に返送することを特徴とする。
【００２０】
本発明（請求項７）の有機性排水の生物処理装置は、二段以上の多段に設けられた好気性生物処理槽を備え、第一生物処理槽に有機性排水を導入して細菌により生物処理し、第一生物処理槽からの分散状態の細菌を含む第一生物処理水を第二生物処理槽以降の生物処理槽に通水して生物処理し、第二生物処理槽以降の生物処理槽の処理水を固液分離することを特徴とする有機性排水の生物処理装置において、該第二生物処理槽以降の生物処理槽に微小動物を保持する担体が設けられており、該第二生物処理槽以降の生物処理槽の処理水の固液分離手段として膜分離処理装置を備えることを特徴とする。
【００２１】
請求項８の有機性排水の生物処理装置は、請求項７において、前記膜分離装置が槽外型膜分離装置であることを特徴とする。
【００２２】
請求項９の有機性排水の生物処理装置は、請求項７又は８において、前記第二生物処理槽以降の生物処理槽内に設けられた担体が該生物処理槽に固定された担体であることを特徴とする。
【００２３】
請求項１０の有機性排水の生物処理装置は、請求項７ないし９のいずれか１項において、前記有機性排水の一部を前記第一生物処理槽を経ることなく前記第二生物処理槽以降の生物処理槽に導入する手段を有することを特徴とする。
【００２４】
請求項１１の有機性排水の生物処理装置は、請求項７ないし１０のいずれか１項において、前記第二生物処理槽以降の生物処理槽のＳＲＴ（固形分滞留時間）が６０日以下となるように汚泥が引き抜かれることを特徴とする。
【００２５】
請求項１２の有機性排水の生物処理装置は、請求項７ないし１１のいずれか１項において、前記第二生物処理槽以降の生物処理槽内の汚泥の一部を引き抜いて処理した後該第二生物処理槽以降の生物処理槽に返送する無酸素槽を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明では、微小動物の捕食作用を利用した多段活性汚泥法において、微小動物を保持する生物処理槽に微小動物保持担体を設けることにより、この生物処理槽内に分散菌を効率的に捕食して汚泥の固液分離性と処理水質向上に寄与する固着性の濾過捕食型微小動物を保持し、これにより、この生物処理槽の生物処理水を膜分離処理する膜分離装置の膜の閉塞を防止して、膜の薬品洗浄頻度を低減することが可能となる。
【００２７】
このため、本発明によれば、有機性排水の効率的な生物処理が可能になり、以下のような効果が奏される。
１）排水処理時に発生する汚泥の大幅な減量化
２）高負荷運転による処理効率の向上
３）安定した処理水質の維持
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の有機性排水の生物処理方法及び装置の実施の形態を示す系統図である。
【図２】本発明の有機性排水の生物処理方法及び装置の他の実施の形態を示す系統図である。
【図３】本発明の有機性排水の生物処理方法及び装置の他の実施の形態を示す系統図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下に図面を参照して本発明の有機性排水の生物処理方法及び装置の実施の形態を詳細に説明する。
【００３０】
図１〜３は本発明の有機性排水の生物処理方法及び装置の実施の形態を示す系統図である。
図１〜３において、１は第一生物処理槽、２は第二生物処理槽、３は膜分離装置、４は無酸素槽、１１，２１は散気管、２２は微小動物保持担体、４１は攪拌手段であり、図１〜３において同一機能を奏する部材には同一符号を付してある。
【００３１】
図１の態様では、原水（有機性排水）は第一生物処理槽１に導入され、分散性細菌（非凝集性細菌）により、有機成分(溶解性ＢＯＤ)の７０％以上、望ましくは８０％以上、さらに望ましくは８５％以上が酸化分解される。この第一生物処理槽１のｐＨは６以上、望ましくは８以下とする。ただし、原水中に油分を多く含む場合にはｐＨは８以上としても良い。
【００３２】
また、第一生物処理槽１への通水は、通常一過式とされ、第一生物処理槽１のＢＯＤ容積負荷は１ｋｇ／ｍ３／ｄ以上、例えば１〜２０ｋｇ／ｍ３／ｄ、ＨＲＴ（原水滞留時間）は２４ｈ以下、好ましくは８ｈ以下、例えば０．５〜８ｈとすることで、分散性細菌が優占化した処理水を得ることができ、また、ＨＲＴを短くすることでＢＯＤ濃度の低い排水を高負荷で処理することができる。
【００３３】
第一生物処理槽１には、後段の生物処理槽からの汚泥の一部を返送したり、この第一生物処理槽１を二槽以上の多段構成としたり、担体を添加したりすることにより、ＢＯＤ容積負荷５ｋｇ／ｍ３／ｄ以上の高負荷処理も可能となる。
【００３４】
第一生物処理槽１に担体を添加する場合、担体の形状は、球状、ペレット状、中空筒状、糸状、板状等の任意であり、大きさも０．１〜１０ｍｍ程度の径において任意である。また、担体の材料も天然素材、無機素材、高分子素材等任意であり、ゲル状物質を用いても良い。また、第一生物処理槽１に添加する担体の充填率が高い場合、分散菌は生成せず、細菌は担体に付着するか、糸状性細菌が増殖する。そこで、第一生物処理槽１に添加する担体の充填率を２０％以下、望ましくは１０％以下とすることで、濃度変動に影響されず、捕食しやすい分散菌の生成が可能になる。
【００３５】
また、この第一生物処理槽１は溶存酸素（ＤＯ）濃度を１ｍｇ／Ｌ以下、好ましくは０．５ｍｇ／Ｌ以下として、糸状性細菌の増殖を抑制しても良い。
なお、第一生物処理槽１で溶解性有機物を完全に分解した場合、第二生物処理槽２ではフロックが形成されず、また、微小動物増殖のための栄養も不足し、圧密性の低い汚泥のみが優占化した生物処理槽となる。従って、第一生物処理槽１での有機成分の分解率は１００％ではなく、９５％以下、望ましくは８５〜９０％となるようにすることが好ましい。
【００３６】
第一生物処理槽１の処理水（第一生物処理水）は、後段の第二生物処理槽２に通水し、ここで、残存している有機成分の酸化分解、分散性細菌の自己分解及び微小動物の捕食による余剰汚泥の減量化を行う。
【００３７】
第二生物処理槽２では、細菌に比べ増殖速度の遅い微小動物の働きと細菌の自己分解を利用するため、微小動物と細菌が系内に留まるような運転条件及び処理装置を用いる必要がある。そこで第二生物処理槽２には、汚泥返送を行う活性汚泥法又は膜式活性汚泥法を用いることが望ましい。また、この第二生物処理槽２は二槽以上の多段構成としても良い。膜式活性汚泥法の場合、膜分離装置は槽内型、槽外型のいずれでもよいが、槽外型とすることにより、高負荷時に捕食が遅れた分散菌による膜の目詰まりを防止することができる。
【００３８】
本発明においては、この第二生物処理槽２内に微小動物保持担体２２を設けることにより、微小動物、特に分散菌を効率的に捕食して汚泥の固液分離性と処理水質向上に寄与する固着性の濾過捕食型微小動物の槽内保持量を高める。
【００３９】
即ち、第二生物処理槽２では、分散状態の菌体を捕食する濾過捕食型微小動物だけでなく、フロック化した汚泥を捕食できる凝集体捕食型微小動物も増殖する。後者は遊泳しながら、フロックを捕食するため、優先化した場合、汚泥は食い荒らされ、微細化したフロック片が散在する汚泥となる。このフロック片により、膜式活性汚泥法では膜の目詰まりが発生する。そこで、本発明では、この第二生物処理槽２において、槽汚泥を定期的に入れ替える、即ち、微小動物や糞を間引くため、ＳＲＴ（固形分滞留時間）を望ましくは６０日以下、より望ましくは４５日以下、さらに望ましくは１０日以上４５日以下の範囲内で一定に制御する。ただし、第二生物処理槽２内の汚泥濃度（ＭＬＳＳ）が２０００ｍｇ／Ｌ以下となる場合は、ＳＲＴ＞６０日としてもよい。ここで、ＳＲＴ＝（槽内汚泥濃度×曝気槽容積）÷(引き抜き汚泥濃度×１日当たりの引き抜き量)であり、槽内汚泥濃度（ＭＬＳＳ）は浮遊汚泥の濃度を指し、担体付着汚泥分は含めない。
その上で、分散状態の菌体を捕食する濾過捕食型微小動物を第二生物処理槽２内に維持するために、第二生物処理槽２内に微小動物保持担体２２を設ける。即ち、この種の微小動物は汚泥フロックに固着し、系内に維持されるが、汚泥は一定の滞留時間で系外へ引き抜かれるため、供給源を系内に設ける必要がある。この時、担体を粒状や角型の流動床とすると、流動のための剪断力で、高濃度での安定保持ができないだけでなく、流動床で有機物が完全に処理され、汚泥フロックの微細化、これによる膜の閉塞につながる。
【００４０】
そこで、本発明では、第二生物処理槽２に設ける担体として、流動担体ではなく、担体の少なくとも一部が、第二生物処理槽２の底面、側面、上部等のいずれかに固定された固定担体とすることが好ましい。その場合の担体２２の形状は糸状、板状、短冊状等任意である。また、担体２２の材料は天然素材、無機素材、高分子素材等任意であり、ゲル状物質を用いても良い。望ましくは多孔質のポリウレタンフォームであり、例えば第二生物処理槽２の深さ方向の長さ１００〜４００ｃｍ×幅５〜２００ｃｍ×厚み０．５〜５ｃｍの板状ないし短冊状とし、曝気空気があたらないところに設置することが望ましい。
担体は、好ましくは、その板状ないし短冊状の長手方向が第二生物処理槽２の深さ方向となるように、板状ないし短冊状の担体の板面が鉛直方向となるように、また、第二生物処理槽２に第一生物処理水が流入して第二生物処理槽２から流出する水の流れに対して、板状ないし短冊状の担体の板面が交叉する（好ましくは直交する）方向となるように、第二生物処理槽２内に設置される。
第二生物処理槽の容量が担体の寸法に対して大きい場合には、担体の上下面に留め具を取り付けたものを複数枚用意し、これを第二生物処理槽２の深さ方向及び／又は幅方向に所定の枚数を並列させ、ＳＵＳ等の材質よりなる枠材に担体に取付けた留め具を固定してユニット化し、更に、この担体ユニットを必要に応じて第二生物処理槽内の水の流れ方向に複数段設けるようにする。
【００４１】
このような寸法の、薄い板状ないし短冊状のポリウレタンフォームのような多孔質のスポンジ担体であれば、十分な弾力性を有し、槽内の水の流れの中でたわむ（形状維持しない）ことにより、薄くても十分な機械的強度を持ち、破損することがない。また、たわむことで槽内の通水を阻害することなく均一に混合され、担体の多孔質構造内にも均等に汚泥含有液が通水されるようになる。即ち、このような、通水を阻害することなく、また破損し難い、弾性と強度を持つ素材として、本発明では、担体として、好ましくは、上記のような特定の寸法の板状ないし短冊状のポリウレタンフォームを用いる。
なお、通水性を重視しすぎて表面積の小さい担体形状を選定すると、通水性が良くなる反面、担体に保持される微小動物の個体数が限定され、第二生物処理槽の生物処理（有機物分解、汚泥減容）の性能が低下する。
【００４２】
多孔質担体としては、従来からハニカム状、中空状、網目状といった各種の形状のものがあるが、担体の厚みが大きすぎると担体内部の通水性が低下するため、内部で菌体が腐敗するという問題が生じやすくなる。そのため、担体の厚みは薄くすることが好ましく、本発明では板状ないし短冊状とし、好ましくは０．５〜５ｃｍの厚みとする。このような板状ないし短冊状の多孔質担体は、例えば、直方体形状のポリウレタンフォームを板状ないし短冊状にスライスすることにより製造することができる。
【００４３】
また、多孔質担体の発泡セルの条件としては、発泡セルの分布が均一なものが好ましい。また、発泡セルが多すぎたり、セル径が大きすぎたりすると、多孔質担体の機械的強度が小さくなるため、セル数／２５ｍｍ（２５ｍｍの長さの範囲に存在するセル数）として、上限値が１２５個／２５ｍｍ程度であることが好ましい。逆に、発泡セルが少な過ぎたり、セル径が小さすぎたりすると、多孔質担体としての機能を十分に得ることができないことから、多孔質担体の機能を十分に発揮させるために、このセル数／２５ｍｍの下限値は５個／２５ｍｍ程度であることが好ましい。なお、このセル数／２５ｍｍについては、走査型電子顕微鏡により撮影した多孔質担体の写真を用い、長さ方向の直線２５ｍｍに対して交差する発泡セル数を計測する作業を複数箇所について行い、計測結果の平均値を算出して求めることができる。
【００４４】
また、多孔質担体の表面積については、大きいほど保持する微小動物の成育数が多くなるため好ましいが、第二生物処理槽２の深さ方向の長さについては、曝気による上下流があるため、水の流動性に影響がないことから特に限定されないものの、第二生物処理槽２の短手方向の長さ（担体の幅）については、水の流動性に影響を与えることから、多孔質担体の幅については、上述の如く、５〜２００ｃｍ、特に５〜１００ｃｍとすることが好ましい。なお、第二生物処理槽２の幅が広いときは担体の枚数を増やして短絡流を防止することが好ましい。
【００４５】
第二生物処理槽２では、微小動物を維持するための多量の足場が必要となるが、過度に担体の充填率が多いと槽内の混合不足、汚泥の腐敗などが起こるため、添加する担体の充填率は、０．１〜２０％程度とすることが望ましい。
【００４６】
本発明において、第二生物処理槽２へ投入する第一生物処理水中に有機物が多量に残存した場合、その酸化分解は後段の処理槽で行われることになる。微小動物が多量に存在する第二生物処理槽２で細菌による有機物の酸化分解が起こると、微小動物の捕食から逃れるための対策として、捕食されにくい形態で増殖することが知られており、このように増殖した細菌群は微小動物により捕食されず、これらの分解は自己消化のみに頼ることとなり、汚泥発生量低減の効果が下がってしまう。そこで、前述のように、第一生物処理槽では有機物の大部分、すなわち原水ＢＯＤの７０％以上、望ましくは８０％以上を分解し、菌体へと変換しておく必要がある。よって、後段生物処理槽への溶解性ＢＯＤによる汚泥負荷で表すと０．０２５〜０．０５ｋｇ−ＢＯＤ／ｋｇ−ＭＬＳＳ／ｄで運転することが望ましい。ここでも、ＭＬＳＳは、浮遊汚泥の濃度を指し、担体付着分の汚泥は含めない。
【００４７】
図１において、第二生物処理槽２からの処理水は、槽外型の膜分離装置３に送給し、膜分離装置３の透過水を処理水として取り出すと共に、濃縮水を第二生物処理槽２の上流に返送し、余剰汚泥を第二生物処理槽２から直接引き抜く。このように固液分離手段として膜分離装置５を用いた場合、本発明によれば、凝集体捕食型微小動物の増殖が抑制されるために、従来の活性汚泥の膜分離処理におけるような膜の目詰りの問題が軽減され、膜フラックスを安定させて薬品洗浄頻度を低減することができると共に、突発的な汚泥の分散化を防ぐことができ、膜分離装置の運転管理を容易にすることができる。
【００４８】
槽外型の膜分離装置３としては特に制限はなく、限外濾過（ＵＦ）膜分離装置、精密濾過（ＭＦ）膜分離装置等を用いることができる。
【００４９】
図２に示す態様は、原水の一部、例えば、５〜５０％程度を、第一生物処理槽１を経ることなく直接第二生物処理槽２に導入する点が図１に示す態様と異なり、その他は同様の構成とされている。このように、原水の一部を直接第二生物処理槽２に導入することにより、原水変動時（負荷低下時）の第二生物処理槽の負荷不足を回避できるという効果が奏される。
【００５０】
図３に示す態様は、微小動物を保持する第二生物処理槽２内の汚泥の一部を引き抜いて無酸素槽４で処理した後返送することにより、微小動物保持生物処理槽２内で、凝集体捕食型微小動物の増殖を更に抑制して濾過捕食型微小動物を優先的に増殖させるようにしたものであり、その他は、図１の態様と同様の構成とされている。
【００５１】
即ち、このように、無酸素槽４を設け、この無酸素槽４に第二生物処理槽２から引き抜いた汚泥を所定時間滞留させることにより、遊泳性の微小動物の増殖を阻害することで、生物相の安定化を図る。この場合、第二生物処理槽２には微小動物保持担体２２が設けられており、濾過捕食型微小動物は担体２２側に一定量が保持されるため、濾過捕食型微小動物の増殖が阻害されることはない。第二生物処理槽２から引き抜かれ、無酸素槽４で処理された汚泥は第二生物処理槽２に返送される。
【００５２】
第二生物処理槽２から無酸素槽４へ引き抜く汚泥量、及び無酸素槽４での汚泥の滞留時間は、処理状況に応じて適宜決定されるが、通常汚泥の引き抜き量は槽容量に対して１／３０倍量／日以上、また、無酸素槽４での汚泥の滞留時間は０．５時間以上とすることが好ましい。
【００５３】
本発明において、無酸素槽４では、微小動物の増殖を阻害するため、ＯＲＰを０ｍＶ以下とする必要がある。そのため、無酸素槽４では曝気は行わず、機械攪拌のみとすることが望ましい。また、ＯＲＰの低下を促進するために第一生物処理水や原水の一部を通水し、酸生成反応や脱窒反応によりＯＲＰを下げるようにしても良い。
【００５４】
また、無酸素槽４でのＯＲＰ低下（脱窒反応、酸生成反応）を安定して進行させるため、無酸素槽４に担体を添加しても良い。無酸素槽４でのＯＲＰが低ければ、遊泳性微小動物の活性低下は促進されるため、無酸素槽４での第二生物処理槽汚泥の滞留時間を短くでき、無酸素槽４を小型化することができる。添加する担体の形状は流動床の場合は球状、ペレット状、中空筒状、糸状の任意であり、大きさも０．１〜１０ｍｍ程度の径で任意である。固定床を用いても良く、その場合の担体２２の形状は、糸状、板状等任意である。更に、材料についても天然素材、無機素材、高分子素材等任意で、ゲル状物質を用いても良い。
無酸素槽４に担体を添加する場合、その充填率は流動床、固定床の形式の違いや材質により異なるが、０．５〜４０％とすることが望ましい。
【００５５】
図１〜３は、本発明の実施の形態の一例を示すものであり、本発明は何ら図示のものに限定されない。例えば、第一生物処理槽、第二生物処理槽は、前述の如く、２段以上の多段構成としてもよく、従って、本発明では、生物処理槽を３段以上に設けてもよい。
【００５６】
いずれの態様においても、本発明によれば、第二生物処理槽以降の生物処理槽に微小動物保持担体を設けるとことにより、凝集体捕食型微小動物の優先化を抑制することで、汚泥減量と処理水水質の向上とを両立させることができ、この第二生物処理槽以降の生物処理水を膜分離装置で固液分離することにより、膜分離装置の膜の閉塞を防止して、安定した高負荷処理が可能となる。
【実施例】
【００５７】
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
【００５８】
［実施例１］
図１に示す如く、容量が３６Ｌの第一生物処理槽１と、容量が１５０Ｌの第二生物処理槽２と、ＵＦ膜分離装置３とを連結させた実験装置を用いて、本発明による有機性排水の処理を行った。原水は、ＣＯＤＣｒ：１０００ｍｇ／Ｌ，ＢＯＤ：６４０ｍｇ／Ｌの人口基質を含むものである。
各生物処理槽の処理条件は次の通りとした。
【００５９】
＜第一生物処理槽＞
ＤＯ：０．５ｍｇ／Ｌ
ＢＯＤ容積負荷：３．８５ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ３／ｄ
ＨＲＴ：４ｈ
ｐＨ：７．０
＜第二生物処理槽＞
ＤＯ：４ｍｇ／Ｌ
担体充填率：２％
ＨＲＴ：１７ｈ
ＳＲＴ：３０日
ｐＨ：７．０
【００６０】
なお、第二生物処理槽２の担体１２としては板状のポリウレタンフォーム（長さ１００ｃｍ×幅３０ｃｍ×厚み１ｃｍ／１枚；セル数５０個／２５ｍｍ）１枚を用い、槽内に縦長に配置した（担体の長さ方向を槽の深さ方向とする。）。担体１２は、上下両端が枠体に固定されており、この枠体を槽の壁面に留め付けて固定した。また、散気管２１からの曝気空気が担体１２に当らないように、担体１２を散気管２１の上方位置から隔離させて配置した。
また、装置全体でのＢＯＤ容積負荷は０．７５ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ３／ｄであり、装置全体でのＨＲＴは２１ｈであった。
【００６１】
その結果、第二生物処理槽２内の汚泥フロック、担体には固着性の濾過捕食型微小動物（ツリガネムシ、ヒルガタワムシ）が優先化し、汚泥転換率は０．１ｋｇ−ＭＬＳＳ／ｋｇ−ＣＯＤＣｒとなった。
処理水（膜分離装置３の透過水）水質は、溶解性ＣＯＤＣｒ濃度が２０ｍｇ／Ｌ未満と、試験期間中、常時良好な状態を維持していた。
また、膜分離装置３の膜間差圧の上昇はほとんど無く、１ヶ月以上薬品洗浄を行わなくても、安定したフラックスを維持することができた。
【００６２】
［比較例１］
第一生物処理槽を省略し、第二生物処理槽の容量を１８６Ｌとし、第二生物処理槽に担体を設けなかったこと以外は実施例１と同様の条件で処理を行った。
原水の水質、第二生物処理槽のＤＯ及びｐＨ、全体のＢＯＤ容積負荷及びＨＲＴは実施例１と同一である。
その結果、汚泥転換率は０．２０ｋｇ−ＭＬＳＳ／ｋｇ−ＣＯＤＣｒとなった。しかしながら、１ヶ月おきに、凝集体捕食型微小動物（ハオリワムシ）が優先化し、その間は、膜間差圧の上昇で、２週間に１回の膜の薬品洗浄が必要となった。加えて、処理水質も、悪化し、溶解性ＣＯＤＣｒ濃度が７０ｍｇ／Ｌ以上まで上昇した。
【００６３】
［比較例２］
第二生物処理槽に担体を設けなかったこと以外は実施例１と同様の条件で処理を行った。
原水の水質、第一、第二生物処理槽の処理条件並びに全体のＢＯＤ容積負荷及びＨＲＴは実施例１と同一である。
その結果、汚泥転換率は０．１２ｋｇ−ＭＬＳＳ／ｋｇ−ＣＯＤＣｒとなった。しかしながら、濾過捕食型微小動物数が安定せず、膜分離装置を用いたにも関わらず、捕食を逃れた分散菌が膜に詰まり、膜間差圧の上昇が頻繁に起こり、試験期間を通じ、２週間に１回の薬品洗浄が必要となった。
【００６４】
［実施例２］
図３に示す如く、容量が５Ｌの無酸素槽４を設け、第二生物処理槽２内の汚泥を引き抜いて無酸素槽４で処理した後、第二生物処理槽２に返送するようにしたこと以外は実施例１と同様の条件で処理を行った。原水の水質、第一及び第二生物処理槽の処理条件、並びに全体のＢＯＤ容積負荷及びＨＲＴは実施例１と同一である。
無酸素槽４の処理条件は以下の通りとした。
＜無酸素槽＞
ＯＲＰ：−１００ｍＶ
ＨＲＴ（＝ＳＲＴ）：１２ｈ
【００６５】
その結果、第二生物処理槽内の汚泥フロック、担体には固着性の濾過捕食型微小動物（ツリガネムシ、ヒルガタワムシ）が優先化し、汚泥転換率は０．０７５ｋｇ−ＭＬＳＳ／ｋｇ−ＣＯＤＣｒとなった。
処理水水質は、溶解性ＣＯＤＣｒ濃度が２０ｍｇ／Ｌ未満と、試験期間中、常時良好な状態を維持していた。また、膜間差圧の上昇はほとんど無く、１ヶ月以上薬品洗浄を行わなくても、安定したフラックスを維持することができた。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明の有機性排水の生物処理方法及び装置は、生活排水、下水、食品工場やパルプ工場をはじめとした広い濃度範囲の有機性排水の処理に利用することができる。
【符号の説明】
【００６７】
１ 第一生物処理槽
２ 第二生物処理槽
３ 膜分離装置
４ 無酸素槽
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二段以上の多段に設けられた好気性生物処理槽の第一生物処理槽に有機性排水を導入して細菌により生物処理し、第一生物処理槽からの分散状態の細菌を含む第一生物処理水を第二生物処理槽以降の生物処理槽に通水して生物処理し、該第二生物処理槽以降の生物処理槽の処理水を固液分離する有機性排水の生物処理方法において、
該第二生物処理槽以降の生物処理槽に微小動物を保持する担体を設けると共に、
該第二生物処理槽以降の生物処理槽の処理水の固液分離を膜分離処理により行うことを特徴とする有機性排水の生物処理方法。
【請求項２】
請求項１において、前記膜分離処理を槽外型膜分離装置で行うことを特徴とする有機性排水の生物処理方法。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記第二生物処理槽以降の生物処理槽内に設けられた担体が該生物処理槽に固定された担体であることを特徴とする有機性排水の生物処理方法。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項において、前記有機性排水の一部を前記第一生物処理槽を経ることなく前記第二生物処理槽以降の生物処理槽に導入することを特徴とする有機性排水の生物処理方法。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項において、前記第二生物処理槽以降の生物処理槽のＳＲＴ（固形分滞留時間）が６０日以下となるように汚泥を引き抜くことを特徴とする有機性排水の生物処理方法。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項において、前記第二生物処理槽以降の生物処理槽内の汚泥の一部を引き抜いて無酸素槽で処理した後該第二生物処理槽以降の生物処理槽に返送することを特徴とする有機性排水の生物処理方法。
【請求項７】
二段以上の多段に設けられた好気性生物処理槽を備え、第一生物処理槽に有機性排水を導入して細菌により生物処理し、第一生物処理槽からの分散状態の細菌を含む第一生物処理水を第二生物処理槽以降の生物処理槽に通水して生物処理し、第二生物処理槽以降の生物処理槽の処理水を固液分離することを特徴とする有機性排水の生物処理装置において、
該第二生物処理槽以降の生物処理槽に微小動物を保持する担体が設けられており、
該第二生物処理槽以降の生物処理槽の処理水の固液分離手段として膜分離処理装置を備えることを特徴とする有機性排水の生物処理装置。
【請求項８】
請求項７において、前記膜分離装置が槽外型膜分離装置であることを特徴とする有機性排水の生物処理装置。
【請求項９】
請求項７又は８において、前記第二生物処理槽以降の生物処理槽内に設けられた担体が該生物処理槽に固定された担体であることを特徴とする有機性排水の生物処理装置。
【請求項１０】
請求項７ないし９のいずれか１項において、前記有機性排水の一部を前記第一生物処理槽を経ることなく前記第二生物処理槽以降の生物処理槽に導入する手段を有することを特徴とする有機性排水の生物処理装置。
【請求項１１】
請求項７ないし１０のいずれか１項において、前記第二生物処理槽以降の生物処理槽のＳＲＴ（固形分滞留時間）が６０日以下となるように汚泥が引き抜かれることを特徴とする有機性排水の生物処理装置。
【請求項１２】
請求項７ないし１１のいずれか１項において、前記第二生物処理槽以降の生物処理槽内の汚泥の一部を引き抜いて処理した後該第二生物処理槽以降の生物処理槽に返送する無酸素槽を設けたことを特徴とする有機性排水の生物処理装置。
【請求項１】
二段以上の多段に設けられた好気性生物処理槽の第一生物処理槽に有機性排水を導入して細菌により生物処理し、第一生物処理槽からの分散状態の細菌を含む第一生物処理水を第二生物処理槽以降の生物処理槽に通水して生物処理し、該第二生物処理槽以降の生物処理槽の処理水を固液分離する有機性排水の生物処理方法において、
該第二生物処理槽以降の生物処理槽に微小動物を保持する担体を設けると共に、
該第二生物処理槽以降の生物処理槽の処理水の固液分離を膜分離処理により行うことを特徴とする有機性排水の生物処理方法。
【請求項２】
請求項１において、前記膜分離処理を槽外型膜分離装置で行うことを特徴とする有機性排水の生物処理方法。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記第二生物処理槽以降の生物処理槽内に設けられた担体が該生物処理槽に固定された担体であることを特徴とする有機性排水の生物処理方法。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項において、前記有機性排水の一部を前記第一生物処理槽を経ることなく前記第二生物処理槽以降の生物処理槽に導入することを特徴とする有機性排水の生物処理方法。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項において、前記第二生物処理槽以降の生物処理槽のＳＲＴ（固形分滞留時間）が６０日以下となるように汚泥を引き抜くことを特徴とする有機性排水の生物処理方法。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項において、前記第二生物処理槽以降の生物処理槽内の汚泥の一部を引き抜いて無酸素槽で処理した後該第二生物処理槽以降の生物処理槽に返送することを特徴とする有機性排水の生物処理方法。
【請求項７】
二段以上の多段に設けられた好気性生物処理槽を備え、第一生物処理槽に有機性排水を導入して細菌により生物処理し、第一生物処理槽からの分散状態の細菌を含む第一生物処理水を第二生物処理槽以降の生物処理槽に通水して生物処理し、第二生物処理槽以降の生物処理槽の処理水を固液分離することを特徴とする有機性排水の生物処理装置において、
該第二生物処理槽以降の生物処理槽に微小動物を保持する担体が設けられており、
該第二生物処理槽以降の生物処理槽の処理水の固液分離手段として膜分離処理装置を備えることを特徴とする有機性排水の生物処理装置。
【請求項８】
請求項７において、前記膜分離装置が槽外型膜分離装置であることを特徴とする有機性排水の生物処理装置。
【請求項９】
請求項７又は８において、前記第二生物処理槽以降の生物処理槽内に設けられた担体が該生物処理槽に固定された担体であることを特徴とする有機性排水の生物処理装置。
【請求項１０】
請求項７ないし９のいずれか１項において、前記有機性排水の一部を前記第一生物処理槽を経ることなく前記第二生物処理槽以降の生物処理槽に導入する手段を有することを特徴とする有機性排水の生物処理装置。
【請求項１１】
請求項７ないし１０のいずれか１項において、前記第二生物処理槽以降の生物処理槽のＳＲＴ（固形分滞留時間）が６０日以下となるように汚泥が引き抜かれることを特徴とする有機性排水の生物処理装置。
【請求項１２】
請求項７ないし１１のいずれか１項において、前記第二生物処理槽以降の生物処理槽内の汚泥の一部を引き抜いて処理した後該第二生物処理槽以降の生物処理槽に返送する無酸素槽を設けたことを特徴とする有機性排水の生物処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−１９２３９６（Ｐ２０１２−１９２３９６Ａ）
【公開日】平成２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５９７１９（Ｐ２０１１−１５９７１９）
【出願日】平成２３年７月２１日（２０１１．７．２１）
【出願人】（０００００１０６３）栗田工業株式会社 (1,536)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２１日（２０１１．７．２１）
【出願人】（０００００１０６３）栗田工業株式会社 (1,536)
【Ｆターム（参考）】
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