生物処理方法および生物処理装置
【課題】生物処理方法ならびに生物処理装置におけるメンテナンスに要する手間の抑制を課題としている。
【解決手段】被処理物を活性汚泥により生物学的に処理する生物処理工程が実施され、前記活性汚泥を含有する水を膜分離する膜分離工程が実施される生物処理方法であって、前記活性汚泥を含有する水に含まれている無機固形物の少なくとも一部を溶解して前記膜分離工程を実施することを特徴とする生物処理方法を提供する。
【解決手段】被処理物を活性汚泥により生物学的に処理する生物処理工程が実施され、前記活性汚泥を含有する水を膜分離する膜分離工程が実施される生物処理方法であって、前記活性汚泥を含有する水に含まれている無機固形物の少なくとも一部を溶解して前記膜分離工程を実施することを特徴とする生物処理方法を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被処理物を活性汚泥で生物処理する生物処理方法ならびに生物処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、窒素化合物やそのイオンなどを含んだ有機性固形物や有機性廃水を活性汚泥（以下、単に「汚泥」ともいう）によって生物学的に処理する生物処理方法が実施されている。
例えば、畜産業において生じるし尿や食品工場などから排出される食品屑といった有機物を含んだ廃水を被処理水とした生物処理方法においては、メタン生成細菌等を含む汚泥、硝化細菌を含む汚泥、脱窒細菌等を含む汚泥などを用いた活性汚泥法による生物処理が実施されて前記廃水を清浄な処理水として河川等に放流することが行われている。
【０００３】
このような汚泥による生物処理の工程は、通常、汚泥が分散された水中に固体状の被処理物や液体状の被処理物（以下「被処理水」ともいう）を導入させて実施されており、例えば、汚泥が担体に担持されて分散されている水を槽内に収容させたり、汚泥自体が水中に分散された活性汚泥混合液を槽内に収容させたりして実施されている。
【０００４】
そして、通常、複数の生物処理工程を連続的に実施させるべく、複数の槽にそれぞれの工程に用いる汚泥を収容させて、槽内に被処理物を導入させるとともに槽内の水（以下「槽内水」ともいう）を次工程に流下させる生物処理方法が採用されている。
例えば、特許文献１には、被処理物に対してメタン発酵、硝化、脱窒の各生物処理工程を実施する生物処理方法が記載されている。
このとき、生物処理工程を実施する槽（以下「生物処理槽」ともいう）に収容されている活性汚泥混合液、あるいは、汚泥を沈降させた上澄み液などといった汚泥を含有する水が処理水として次工程の生物処理槽に流下されることとなる。
【０００５】
そして、複数の生物処理工程を経過した後は、河川等といった系外に清浄な処理水を排出させるべく、最下流側の生物処理槽中の活性汚泥混合液や生物処理槽から流下される上澄み液などといった汚泥を含有する水を膜分離する膜分離工程が実施されたりしている（下記特許文献２参照）。
【０００６】
この膜分離工程においては、通常、限外ろ過膜や精密ろ過膜などといった細孔を有する膜が用いられ、これらの膜を透過する透過液（膜分離工程の処理水）と、該透過液の除去により汚泥が濃縮された濃縮液とに膜分離がされている。
この膜分離は、通常、用いる膜を適宜選択することで透過液を所望の水質に調整することができ、一定レベル以上の水質を有する処理水を安定した量で得られやすいという利点を有している。
その一方で、膜分離工程においては、膜の細孔に目詰まりが生じたり、膜が破損したりすると処理水量が低下したり、処理水質を低下させたりするおそれがあることから定期的なメンテナンスを必要としている。
【０００７】
しかし、この膜分離工程に用いられる膜の目詰まりや破損についてはその防止策が十分検討されておらず、その対策も確立されてはいない。
すなわち、被処理物を活性汚泥により生物学的に処理する生物処理工程が実施され、前記活性汚泥を含有する水を膜分離する膜分離工程が実施される生物処理方法においては、従来、メンテナンスに要する手間を抑制させることが困難であるという問題を有している。
また、活性汚泥が収容されて前記活性汚泥で被処理物が生物学的に処理される生物処理槽が備えられ、前記活性汚泥を含有する水が膜分離される膜分離装置が備えられている生物処理装置は、従来、メンテナンスに要する手間が十分抑制されていないという問題を有している。
【特許文献１】特開２００３−７１４９７号公報
【特許文献２】特開２００５−１１８７１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、生物処理方法ならびに生物処理装置におけるメンテナンスに要する手間の抑制を課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討を行った結果、生物処理に供される被処理物には、通常、無機物粒子などの無機固形物が含有されており、さらには、被処理物の生物処理の過程で無機物粒子が新たに生じる場合があり、これらの無機物粒子などの生物処理装置内への蓄積が膜分離工程に用いられる膜の目詰まりや磨耗の主たる要因であることを見出した。
また、本発明者は、このような無機物粒子を溶解状態とすることで膜の目詰まりや磨耗を低減させうることを見出して本発明の完成に至った。
【００１０】
すなわち、本発明にかかる生物処理方法は、被処理物を活性汚泥により生物学的に処理する生物処理工程が実施され、前記活性汚泥を含有する水を膜分離する膜分離工程が実施される生物処理方法であって、前記活性汚泥を含有する水に含まれている無機固形物の少なくとも一部を溶解して前記膜分離工程を実施することを特徴としている。
【００１１】
また、本発明にかかる生物処理装置は、活性汚泥が収容されて前記活性汚泥で被処理物が生物学的に処理される生物処理槽が備えられ、前記活性汚泥を含有する水が膜分離される膜分離装置が備えられている生物処理装置であって、前記膜分離される水に含まれている無機固形物を溶解する無機固形物溶解機構がさらに備えられていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の生物処理方法によれば、活性汚泥を含有する水に含有されている無機物粒子などの無機固形物の少なくとも一部を溶解して膜分離工程を実施することから無機物粒子による膜の目詰まりや無機物粒子による膜表面の磨耗を抑制させ得る。
すなわち、生物処理方法ならびに生物処理装置におけるメンテナンスに要する手間を抑制させ得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に、本発明の好ましい実施の形態について（添付図面に基づき）、生ごみ処理などによって発生された有機性廃水を原水として、該原水を、メタン発酵工程、硝化工程、脱窒工程の各生物処理工程を実施して清浄な水として系外に排出させる生物処理方法を例に説明する。
【００１４】
まず、本発明の生物処理方法を実施するための生物処理装置について説明する。
本実施形態の生物処理装置には、原水を導入して該原水に含有されている有機物をメタン発酵させるべくメタン生成細菌及び酸生成細菌等の嫌気性微生物を含むメタン発酵汚泥が収容されたメタン発酵槽が備えられている。
【００１５】
また、本実施形態の生物処理装置には、該メタン発酵槽から流下される上澄み液（メタン発酵工程の処理水）が被処理水として導入され、前記上澄み液に第一回目の脱窒処理が実施されるべく亜硝酸還元細菌や硝酸還元細菌を含む脱窒汚泥が収容されている第一脱窒槽と、該第一脱窒槽から流下される活性汚泥混合液（第一回目の脱窒工程の処理水）が被処理水として導入されて硝化処理されるべくアンモニア酸化細菌や亜硝酸酸化細菌などを含む硝化汚泥が収容されている硝化槽が備えられている。
【００１６】
また、本実施形態の生物処理装置には、硝化槽から流下される活性汚泥混合液（硝化工程の処理水）が被処理水として導入されて第二回目の脱窒処理が実施されるべく脱窒汚泥が収容されている第二脱窒槽が備えられている。
また、本実施形態の生物処理装置には、前記第二脱窒槽から流下される活性汚泥混合液（第二回目の脱窒工程の処理水）が膜分離装置によって膜分離される膜分離槽と、該膜分離槽で膜分離された透過液（膜分離工程の処理水）が導入されて、該透過液に対して脱リンなどの仕上げ処理が実施される仕上げ処理槽とが備えられている。
さらに、本実施形態の生物処理装置には、前記膜分離槽における膜分離によって槽内に蓄積された汚泥を前記第一脱窒槽に返送する汚泥返送経路が備えられており、無機固形物を溶解させた状態で前記膜分離を実施させるための無機固形物溶解機構として前記膜分離槽の槽内水のｐＨ値を調整するｐＨ調整機構が備えられている。
【００１７】
この本実施形態の生物処理装置について、図１を参照しつつ、より具体的に説明する。
図１は、本実施形態の生物処理装置の構成を表す概略側面図である。
【００１８】
図１中の１は、メタン発酵槽を表しており、２は第一脱窒槽を表している。
また、図１中の３は、硝化槽を表し、４は、第二脱窒槽を表している。
また、図１中の５は、膜分離槽を表し、６は、仕上げ処理槽を表している。
さらに、図１中の７は、ｐＨ調整機構を表し、８は汚泥返送経路を表している。
【００１９】
この図１にも示されているように、本実施形態の生物処理装置は、上流側からメタン発酵槽１、第一脱窒槽２、硝化槽３、第二脱窒槽４、膜分離槽５、仕上げ処理槽６の順に配置されている。
そして、原水がメタン発酵槽１に流入されてメタン発酵処理工程が実施された後にメタン発酵槽から処理水が第一脱窒槽２に流下され、該処理水の流入により第一脱窒槽２、硝化槽３、第二脱窒槽４の槽内水がそれぞれ溢流して下流側の槽に処理水として流入するよう配置されている。
前記硝化槽３の槽底部には、散気装置３１が設けられており、本実施形態の生物処理装置には、前記散気装置３１に酸素を含む気体（例えば、空気）を供給するためのブロア３２が備えられている。
【００２０】
前記第二脱窒槽４は、硝化槽３の槽内水の流入により槽内水を溢流させて膜分離槽５に流入させうるように本実施形態の生物処理装置に配置されている。
前記膜分離槽５は、後段において詳述するｐＨ調整機構７により槽内水のｐＨ値が、例えば、６．５以下に調整された状態で膜分離を実施し、該膜分離された透過液（処理水）を仕上げ処理槽６に導入させるように生物処理装置に配置されている。
また、膜分離槽５には、膜が露出状態で備えられている露出型の膜分離装置５１が備えられており、該膜分離装置５１は、膜分離槽５に貯留されている槽内水中に浸漬させた状態で備えられている。
そして、膜分離装置５１は、膜分離後の透過液のみを膜分離槽５から仕上げ処理槽６に流下させ得るように備えられている。
なお、膜分離装置５１に用いる膜としては、従来公知のものを用いることができ、例えば、ポリビニリデンフロライド（ＰＶＤＦ）などのフッ素樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレンなどのポリオレフィン樹脂といった材質により形成された限外ろ過（ＵＦ）膜、精密ろ過（ＭＦ）膜などの種類の膜を中空糸膜、平膜の形式で用いることができる。
【００２１】
なお、要すれば、上記のような露出型膜分離装置５１に代えて、これらの膜がケーシング中に格納されたタイプのものを採用することができ、その場合には、膜分離装置を膜分離槽５の槽外に設置して、膜分離槽５に収容されている槽内水をポンプなどでこの膜分離装置に供給して、透過液を仕上げ処理槽６に送出させるとともに、汚泥が濃縮された濃縮液を膜分離槽５に返送するようにしてもよい。
【００２２】
また、本実施形態の膜分離槽５には、槽内水に再曝気を実施するとともに、散気による上昇流ならびに気泡の打力によってこの露出型の膜分離装置５１の膜面に汚泥などが堆積して汚泥ケーキ層が形成されることを抑制しうるように、膜分離装置５１の下方において散気を実施する散気装置５２がさらに備えられている。
そして、散気装置５２にも前記ブロア３２から酸素を含む気体（例えば、空気）を供給し得るように前記散気装置５２と前記ブロア３２との間に空気供給配管Ｌ１が備えられている。
【００２３】
また、前記汚泥返送経路８は、この膜分離槽５の底部から汚泥を吸引して、メタン発酵処理工程の処理水とともに第一脱窒槽２に流入させ得るように配置されている。
【００２４】
そして、本実施形態の生物処理装置には、第二脱窒槽４から膜分離槽５に流入される第二脱窒槽４の槽内水に含有されている無機物粒子などの無機固形物を溶解させるべく無機固形物溶解機構が備えられており、該無機固形物溶解機構として膜分離槽５の槽内水ｐＨを調整するｐＨ調整機構７が備えられている。
前記ｐＨ調整機構７としては、前記槽内水のｐＨを６．５以下に調整しうるものが好適であり、槽内水のｐＨを５．０〜６．５に調整しうるものがさらに好適である。
前記ｐＨ調整機構７としては、前記槽内水のｐＨが６．０を超え６．５以下の範囲内になるように調整可能なものが特に好適である。
前記ｐＨ調整機構７は、前記膜分離槽５の槽内水のｐＨを調整するためのｐＨ調整剤を貯留するｐＨ調整剤槽７１と、該ｐＨ調整剤槽７１からｐＨ調整剤を膜分離槽５に供給するためのポンプなどのｐＨ調整剤添加手段７２（以下「ｐＨ調整剤添加ポンプ」ともいう）とを備えている。
また、本実施形態における前記ｐＨ調整機構７は、前記膜分離槽５の槽内水のｐＨを測定して前記ｐＨ調整剤添加ポンプ７２の運転状況をフィードバックさせるためのｐＨ計７５（以下「膜分離槽ｐＨ計」ともいう）が備えられており、当該膜分離槽ｐＨ計７５により得られる情報に基づいてｐＨ調整剤添加ポンプ７２の運転状況を制御するための制御装置７６が備えられている。
【００２５】
前記ｐＨ調整剤添加ポンプ７２としては、定量吐出を実施させやすいダイヤフラムポンプなどを例示することができる。
前記制御装置７６としては、制御方法としてＰＩＤ制御などが採用されたものを例示することができる。
【００２６】
なお、第二脱窒槽から流下される処理水のｐＨは、通常、アルカリ性を示していることから本実施形態における前記ｐＨ調整剤としては、硫酸や塩酸などの水溶液といった酸性液体を例示することができる。
また、要すれば、リン酸水溶液などをｐＨ調整剤として使用する事も可能ではあるが、脱リンなどの仕上げ処理に対して負荷を与えるおそれを抑制させ得る点において、ｐＨ調整剤としては、硫酸水溶液を用いることが好適である。
【００２７】
前記仕上げ処理槽６は、膜分離槽５から流入される透過液を、その水質に応じて仕上げ処理を実施して、該仕上げ処理した処理水を河川などの系外に放流し得るように配置されている。
【００２８】
なお、ここでは詳述しないがメタン発酵槽や、第一脱窒槽、硝化槽、第二脱窒槽、膜分離槽、仕上げ処理槽などのその他の構成や、メタン発酵槽、第一脱窒槽、硝化槽、第二脱窒槽、膜分離槽、仕上げ処理槽以外に生物処理装置を構成する設備類などについては、従来公知の構成を採用することができる。
【００２９】
次いで、このような生物処理装置を用いた生物処理方法について説明する。
まず、生ごみ処理によって発生した有機性廃水（原水）を前記メタン発酵槽１に流入させて槽内に収容されているメタン発酵汚泥を用いてメタン発酵工程を実施するとともに、この原水の流入によりメタン発酵槽１の槽内水を溢流させて第一脱窒槽２に流入させる。
このメタン発酵汚泥には、通常、メタン生成細菌などとともに酸生成細菌が含有されており、前記原水中の有機物は、これらの細菌によりメタン、炭酸などに分解され、有機態窒素は、アンモニア態窒素となる。
このとき生成された、メタン、炭酸、アンモニア態窒素の内、メタンはその多くがメタンガスとして除去されて燃料などとして利用される。
炭酸については、一部が炭酸ガスとして除去されるが、残りはメタン発酵槽の槽内水に溶解した状態となる。
また、アンモニア態窒素は、さらに、一部が酸化されて亜硝酸態窒素、硝酸態窒素となる。
したがって、通常、第一脱窒槽２に流下させる処理水には、僅かなメタン発酵汚泥とともに、未分解の有機物、炭酸、アンモニア態窒素、亜硝酸態窒素、硝酸態窒素が含有されている。
【００３０】
このメタン発酵槽１から流下された処理水を第一脱窒槽２に流入させ、第一脱窒槽２に収容されている脱窒汚泥中の脱窒細菌を用いた脱窒工程（以下「第一脱窒工程」ともいう）を実施するとともに第一脱窒槽２の槽内水（活性汚泥混合液）を溢流させて硝化槽３に流入させる。
この第一脱窒工程においては、脱窒細菌の嫌気呼吸によって亜硝酸態窒素、硝酸態窒素を窒素に還元させて除去させるとともに脱窒細菌に有機物を代謝させて分解させる。
したがって、通常、第一脱窒工程の処理水として硝化槽３に流下される第一脱窒槽２の槽内水に含まれている汚泥以外の有機物は、メタン発酵槽１から流入される処理水よりも低減されている。
【００３１】
硝化槽３では、第一脱窒槽２から処理水を流入させるとともにこの硝化槽３の槽内水を溢流させて第二脱窒槽４に流入させる。
そして、この硝化槽３では散気を実施し、硝化槽３に収容されている硝化汚泥中のアンモニア酸化細菌、亜硝酸酸化細菌などの硝化細菌を用いた硝化工程を実施する。
この硝化工程においては、硝化細菌によってアンモニア態窒素を亜硝酸態窒素や硝酸態窒素へと酸化させるとともに流入された処理水に含有されている炭酸を消費させる。
また、この硝化槽３では、第一脱窒槽２から処理水とともに流入された脱窒細菌により有機物の代謝が実施される。
したがって、第二脱窒槽４には、通常、第一脱窒槽２から流入された処理水よりもさらに有機物の濃度が低減された処理水を流下させることとなる。
【００３２】
第二脱窒槽４においては、硝化槽３から流下された処理水を流入させて、第一脱窒槽２と同様に脱窒工程（以下「第二脱窒工程」ともいう）を実施させるとともにこの第二脱窒槽４の槽内水を溢流させて膜分離槽５に流入させる。
このとき、第二脱窒槽４に流入される硝化槽３の処理水中に脱窒細菌が利用可能な有機物が不足しており、第二脱窒槽４に収容されている脱窒細菌に十分な嫌気呼吸を実施させることが困難な場合には、例えば、メタノールなどを添加して第二脱窒工程を実施させることができる。
したがって、膜分離槽５に流入させる第二脱窒工程の処理水には、汚泥以外に、有機物が殆ど含有されておらず、通常、原水に含有されていた成分が無機化されて含有されているのみとなる。
【００３３】
そして、本実施形態の生物処理方法においては、これらメタン発酵工程、第一脱窒工程、硝化工程、第二脱窒工程の各生物処理工程とともに膜分離槽５での膜分離工程を実施する。
すなわち、この膜分離槽５に流入された第二脱窒工程の処理水から汚泥を除去して仕上げ処理槽６に膜分離工程の処理水である透過液を流下させる。
【００３４】
しかも、本実施形態の生物処理方法においては、膜分離槽５に収容され、膜分離装置５１によって膜分離される槽内水のｐＨを前記ｐＨ調整機構により６．５以下に調整しつつ前記膜分離工程を実施する。
【００３５】
より具体的には、以下のようにしてｐＨ調整を実施する。
まず、ｐＨ調整機構７に備えられている膜分離槽ｐＨ計７５により膜分離槽５の槽内水のｐＨを測定する。
このｐＨ測定の結果を制御装置７６に伝達して、これらの測定結果に基づいて膜分離槽５の槽内水のｐＨを６．５以下に維持させうるｐＨ調整剤添加量を制御装置７６で算出させて、制御信号をｐＨ調整剤添加ポンプ７２に伝達させる。
そして、この制御信号によって、ｐＨ調整剤添加ポンプ７２を運転させて、ｐＨ調整剤槽７１からｐＨ調整剤を膜分離槽５に所定量添加させる。
このようにｐＨ調整して膜分離工程を実施することにより膜分離装置５１の膜の磨耗や目詰まりを抑制させることができる。
【００３６】
このことについてさらに詳細に説明すると、生物処理方法によって処理される被処理物には、通常、カルシウム、リンなどの成分により形成された無機物粒子や、有機化合物のカルシウム塩や有機リン酸塩などが含有されている。
特に生ごみの成分を含有する被処理物には無機物粒子が多く含有されている。
【００３７】
そして、前記第二脱窒槽の槽内水は、従来ｐＨが６．５を超える状態で維持されており、通常、ｐＨ７〜８程度となっていることから被処理物に当初から含有されていた無機物粒子以外に、新たに、リン酸カルシウムなどの無機物粒子が形成されやすい状態となっている。
しかも、従来の生物処理方法においては、この脱窒工程の処理水がそのまま膜分離されており、リン酸カルシウム粒子などの無機物粒子が膜分離装置５１の膜表面を擦過して膜を磨耗させたり、膜表面に付着して膜を目詰まりさせたりしている。
【００３８】
しかし、本実施形態の生物処理方法においては、膜分離槽５の槽内水のｐＨを６．５以下に調整して膜分離工程を実施することにより、このリン酸カルシウム粒子などの無機物粒子を溶解させた状態で膜分離を実施させ得る。
したがって、膜の磨耗や目詰まりを抑制しつつ膜分離工程を実施させることができ、膜分離装置５１のメンテナンス頻度を低減させることができる。
【００３９】
このとき、膜分離槽５の槽内水のｐＨがより低い値となるように調整することで、より多くの無機物粒子を槽内水中に溶解させることができ、膜分離装置５１の膜の磨耗や目詰まりをいっそう抑制させることができる。
【００４０】
一方で、あまり膜分離槽５の槽内水のｐＨを低下させすぎると、膜分離槽５に収容されている汚泥中の細菌の活性を低下させてしまうおそれがあり、汚泥返送経路８を通じて第一脱窒槽２に返送される返送汚泥を有効活用できなくなるおそれがある。
このような点において、膜分離槽５の槽内水のｐＨは、５．０〜６．５の間となるように調整することが好ましい。
また、槽内水のｐＨが６．０以下になると、膜分離装置５１の膜面にカルシウム分が析出して膜を硬化させるおそれがある。
このようなカルシウム分の付着による膜の硬化が生じると、膜分離装置５１に衝撃が加えられた際にその振動などによって膜が破損するおそれを有する。
したがって、細菌の活性低下の防止ならびに装置寿命の長期化の観点からは、槽内水のｐＨが6．０を超え６．５以下の範囲の内のいずれかとなるように調整することが特に好ましい。
【００４１】
このようにｐＨ調整して膜分離工程を実施することにより、無機物粒子などの無機固形成分を透過液に含有させて膜分離装置５１の膜を透過させることができ、仕上げ処理槽６から系外に排出させることができる。
【００４２】
この仕上げ処理槽６での仕上げ処理工程においては、膜分離槽５から流入される処理水（透過液）を河川などに放流可能な水質レベルとすべく膜分離槽５から流入される処理水の水質に応じて脱リンなどの処理を実施する。
また、膜分離工程において低下されたｐＨ値についても、この仕上げ処理工程において必要に応じた中和処理を実施して処理工程後の処理水を系外に放流させる。
【００４３】
なお、本実施形態においては、膜分離槽５の槽内に硫酸水溶液などのｐＨ調整剤を添加する場合を例に生物処理方法を説明しているが、例えば、図２に示すように、膜分離槽５と第二脱窒槽４との間に、膜分離槽よりも容積の小さなｐＨ調整のための槽９（以下「ｐＨ調整槽」ともいう）を設けて、第二脱窒槽４から流下される処理水を当該ｐＨ調整槽９で予めｐＨ調整した後に膜分離槽５に導入させる生物処理方法を採用することも可能である。
【００４４】
この図２に例示の生物処理装置による生物処理方法においては、膜分離槽５よりも容積の小さなｐＨ調整９にて第二脱窒槽４から流下される処理水にｐＨ調整剤を添加することから、膜分離槽５の槽内水にｐＨ調整剤を添加する場合に比べて、添加したｐＨ調整剤をよりすばやく均一分散させることができる。
【００４５】
また、例えば、図３に示すように、膜分離装置５１の下方に設置された散気装置５２に対する空気供給配管Ｌ１に、硫酸水溶液などのｐＨ調整剤を供給して、ｐＨ調整剤をミスト状にし、該ミスト状のｐＨ調整剤を含む気泡を散気装置５２から放出させて膜分離槽５の槽内水のｐＨを調整する事も可能である。
さらには、これら図１〜３に例示している以外の方法でｐＨを調整して膜分離工程を実施する事もできる。
例えば、膜分離装置５１を第二脱窒槽４などの生物処理槽内に浸漬させて、生物処理工程と膜分離工程とを一つの生物処理槽内で実施させることも可能である。
【００４６】
また、本実施形態においては、生ごみなどを含む有機性廃水を原水とする場合を例に説明したことから、通常、このような原水中に多く含有されるリン酸カルシウム粒子の溶解性を向上させることを主たる目的として膜分離工程に供する水のｐＨを６．５以下の酸性に制御する場合を例に説明したが、本発明においては、無機固形物の溶解を、槽内水のｐＨを６．５以下に制御する場合に限定するものではない。
【００４７】
さらには、本実施形態においては無機固形物の溶解性を容易に制御し得る点において膜分離される水のｐＨを調整するｐＨ調整機構を無機固形物溶解機構に採用する場合を例示しているが、本発明においては無機固形物の溶解を実施させる無機固形物溶解機構を、ｐＨ調整機構を用いる場合に限定するものではなく、例えば、膜分離される活性汚泥を含有する水の温度を加熱あるいは冷却することにより活性汚泥を含有する水中の無機固形物を溶解させる温度調整機構などの機構を採用する場合も、本発明の意図する範囲である。
なお、前記ｐＨ調整機構と前記温度調整機構との両方を採用するなど、複数の無機固形物溶解機構を併用する場合も本願の意図する範囲である。
【００４８】
また、本実施形態においては、生ごみ処理によって生じた有機性廃水を原水（メタン発酵工程における被処理物）とする生物処理方法について説明したが、本発明においては、生物処理方法により処理する被処理物をこのようなものに限定するものではなく、窒素成分やリン成分を多く含有する下水、工場排水などを被処理物とすることも可能である。
また、例えば、し尿、糞尿、生ごみ、焼酎かすなどの有機性廃棄物を含有した廃水、ごみ埋立地から発生する溶出水（埋立地浸出水）などを例示することができる。
さらには、この生物処理に伴い発生する余剰汚泥を含有する廃水などをも被処理物として採用することができる。
また、メタン発酵工程に供する被処理物をこれら例示のもののごとく液体状のものに限定するものではなく、生ごみ、焼酎かす、余剰汚泥などの固体状のものを生物処理する場合も本発明の意図する範囲である。
【００４９】
さらには、本実施形態においては、生物処理方法として、メタン発酵工程、脱窒工程、硝化工程などの複数の生物処理工程を連続的に実施する場合を例示しているが、本発明においては、生物処理方法をこのような場合に限定するものではない。
【実施例】
【００５０】
以下、本発明を実施例に基づき詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定される
ものではない。
【００５１】
（生物処理方法）
生ごみ、汚泥及び家畜糞尿を含む有機性廃棄物（被処理物）に対してメタン発酵工程、硝化工程、脱窒工程を実施するとともに、中空糸膜が露出状態で備えられている露出型膜分離装置が収容されている膜分離槽内に脱窒工程後の処理水（ＭＬＳＳ約２００００ｍｇ／ｌ）を収容させて、前記膜分離装置を前記処理水に浸漬させた状態で用いて膜分離工程を実施している実設備を用いて評価を実施した。
【００５２】
（無機カルシウム塩粒子の定量）
この膜分離槽内の槽内水のカルシウム含有量（総Ｃａ）、ならびに、槽内水に溶解状態で含有されているカルシウム量（溶解性Ｃａ）を測定し、この“総Ｃａ”の値から“溶解性Ｃａ”の値を減じた値を“固形性Ｃａ”（無機カルシウム塩粒子）の含有量として算定した。
なお、“総Ｃａ”及び“溶解性Ｃａ”は、ＪＩＳ Ｋ０１０２（１９９８）５０．２フレーム原子吸光法に従い測定した。
【００５３】
（評価方法）
この無機カルシウム塩粒子の定量を開始した後の４ヶ月間は、膜分離槽の槽内水のｐＨを調整することなく成り行き状態として生物処理を実施した。
なお、この間の槽内水のｐＨは約７．２であった。
次いで、４ヶ月目以降は、槽内水のｐＨ調整を実施した。
このとき、ｐＨ調整剤として硫酸水溶液を用いて、ｐＨ調整を開始した４ヶ月目から８ヶ月目を過ぎる頃までの期間は、槽内水のｐＨが６．２〜６．４の間となるようにｐＨ調整を実施した。
続く、２ヶ月あまりの期間は、槽内水のｐＨが６．０となるようにｐＨ調整を実施した。
さらにその後は、ｐＨが６．４となるようにｐＨ調整を実施した。
この生物処置装置の運転期間（生物処理方法実施期間）における槽内水中の無機カルシウム塩粒子の定量結果を図４に示す。
この図４からも、ｐＨ調整を実施することにより、無機カルシウム塩粒子の含有量を低減させ得ることがわかる。
また、このｐＨ調整を実施していない期間を含めて、約１週間ごとに膜分離装置を引き上げて中空糸膜の磨耗状態を確認した。
この中空糸膜の磨耗状態は、引き上げた膜分離装置の中空糸膜の内部に水を充満させてわずかに加圧し、中空糸膜の表面側に異常な漏水が見られるかどうかによって判断した。
その結果、ｐＨ調整開始後１ヶ月目までは、次々と新たな箇所において中空糸膜磨耗によると見られる漏水が観察されたが、ｐＨ調整開始後１ヶ月目以降は、新たな箇所における漏水は観察されなかった。
このことからも、本発明によれば、膜分離装置のメンテナンスに要する手間を低減させ得ることがわかる。
なお、槽内水のｐＨが６．０となるようにｐＨ調整している期間においては、中空糸膜の膜面にカルシウム分が付着して、膜が硬化する状況が発生した。
また、カルシウム分の付着による膜の硬化は、その後、槽内水のｐＨを６．４に調整することで進行が抑制される結果となった。
このことから、特に、槽内水のｐＨが6．０を超え６．５以下の範囲の内のいずれかとなるように調整することで膜分離装置のメンテナンスに要する手間をいっそう低減させることができるとともに装置寿命の長期化を図り得ることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】図１は、本発明の生物処理装置の一実施態様を示す概略図である。
【図２】図２は、本発明の生物処理装置の一実施態様を示す概略図である。
【図３】図３は、本発明の生物処理装置の一実施態様を示す概略図である。
【図４】図４は、ｐＨ調整による槽内水の無機カルシウム塩含有量変化を観察したグラフである。
【符号の説明】
【００５５】
１ メタン発酵槽
２ 第一脱窒槽
３ 硝化槽
４ 第二脱窒槽
５ 膜分離槽
６ 仕上げ処理槽
７ ｐＨ調整手段
８ 汚泥返送経路
９ ｐＨ調整槽
３１ 散気装置
３２ ブロア
５１ 膜分離装置
５２ 散気装置
７１ ｐＨ調整剤槽
７２ ｐＨ調整剤添加手段（ｐＨ調整剤添加ポンプ）
７５ ｐＨ計（膜分離槽ｐＨ計）
７６ 制御装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被処理物を活性汚泥で生物処理する生物処理方法ならびに生物処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、窒素化合物やそのイオンなどを含んだ有機性固形物や有機性廃水を活性汚泥（以下、単に「汚泥」ともいう）によって生物学的に処理する生物処理方法が実施されている。
例えば、畜産業において生じるし尿や食品工場などから排出される食品屑といった有機物を含んだ廃水を被処理水とした生物処理方法においては、メタン生成細菌等を含む汚泥、硝化細菌を含む汚泥、脱窒細菌等を含む汚泥などを用いた活性汚泥法による生物処理が実施されて前記廃水を清浄な処理水として河川等に放流することが行われている。
【０００３】
このような汚泥による生物処理の工程は、通常、汚泥が分散された水中に固体状の被処理物や液体状の被処理物（以下「被処理水」ともいう）を導入させて実施されており、例えば、汚泥が担体に担持されて分散されている水を槽内に収容させたり、汚泥自体が水中に分散された活性汚泥混合液を槽内に収容させたりして実施されている。
【０００４】
そして、通常、複数の生物処理工程を連続的に実施させるべく、複数の槽にそれぞれの工程に用いる汚泥を収容させて、槽内に被処理物を導入させるとともに槽内の水（以下「槽内水」ともいう）を次工程に流下させる生物処理方法が採用されている。
例えば、特許文献１には、被処理物に対してメタン発酵、硝化、脱窒の各生物処理工程を実施する生物処理方法が記載されている。
このとき、生物処理工程を実施する槽（以下「生物処理槽」ともいう）に収容されている活性汚泥混合液、あるいは、汚泥を沈降させた上澄み液などといった汚泥を含有する水が処理水として次工程の生物処理槽に流下されることとなる。
【０００５】
そして、複数の生物処理工程を経過した後は、河川等といった系外に清浄な処理水を排出させるべく、最下流側の生物処理槽中の活性汚泥混合液や生物処理槽から流下される上澄み液などといった汚泥を含有する水を膜分離する膜分離工程が実施されたりしている（下記特許文献２参照）。
【０００６】
この膜分離工程においては、通常、限外ろ過膜や精密ろ過膜などといった細孔を有する膜が用いられ、これらの膜を透過する透過液（膜分離工程の処理水）と、該透過液の除去により汚泥が濃縮された濃縮液とに膜分離がされている。
この膜分離は、通常、用いる膜を適宜選択することで透過液を所望の水質に調整することができ、一定レベル以上の水質を有する処理水を安定した量で得られやすいという利点を有している。
その一方で、膜分離工程においては、膜の細孔に目詰まりが生じたり、膜が破損したりすると処理水量が低下したり、処理水質を低下させたりするおそれがあることから定期的なメンテナンスを必要としている。
【０００７】
しかし、この膜分離工程に用いられる膜の目詰まりや破損についてはその防止策が十分検討されておらず、その対策も確立されてはいない。
すなわち、被処理物を活性汚泥により生物学的に処理する生物処理工程が実施され、前記活性汚泥を含有する水を膜分離する膜分離工程が実施される生物処理方法においては、従来、メンテナンスに要する手間を抑制させることが困難であるという問題を有している。
また、活性汚泥が収容されて前記活性汚泥で被処理物が生物学的に処理される生物処理槽が備えられ、前記活性汚泥を含有する水が膜分離される膜分離装置が備えられている生物処理装置は、従来、メンテナンスに要する手間が十分抑制されていないという問題を有している。
【特許文献１】特開２００３−７１４９７号公報
【特許文献２】特開２００５−１１８７１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、生物処理方法ならびに生物処理装置におけるメンテナンスに要する手間の抑制を課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討を行った結果、生物処理に供される被処理物には、通常、無機物粒子などの無機固形物が含有されており、さらには、被処理物の生物処理の過程で無機物粒子が新たに生じる場合があり、これらの無機物粒子などの生物処理装置内への蓄積が膜分離工程に用いられる膜の目詰まりや磨耗の主たる要因であることを見出した。
また、本発明者は、このような無機物粒子を溶解状態とすることで膜の目詰まりや磨耗を低減させうることを見出して本発明の完成に至った。
【００１０】
すなわち、本発明にかかる生物処理方法は、被処理物を活性汚泥により生物学的に処理する生物処理工程が実施され、前記活性汚泥を含有する水を膜分離する膜分離工程が実施される生物処理方法であって、前記活性汚泥を含有する水に含まれている無機固形物の少なくとも一部を溶解して前記膜分離工程を実施することを特徴としている。
【００１１】
また、本発明にかかる生物処理装置は、活性汚泥が収容されて前記活性汚泥で被処理物が生物学的に処理される生物処理槽が備えられ、前記活性汚泥を含有する水が膜分離される膜分離装置が備えられている生物処理装置であって、前記膜分離される水に含まれている無機固形物を溶解する無機固形物溶解機構がさらに備えられていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の生物処理方法によれば、活性汚泥を含有する水に含有されている無機物粒子などの無機固形物の少なくとも一部を溶解して膜分離工程を実施することから無機物粒子による膜の目詰まりや無機物粒子による膜表面の磨耗を抑制させ得る。
すなわち、生物処理方法ならびに生物処理装置におけるメンテナンスに要する手間を抑制させ得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に、本発明の好ましい実施の形態について（添付図面に基づき）、生ごみ処理などによって発生された有機性廃水を原水として、該原水を、メタン発酵工程、硝化工程、脱窒工程の各生物処理工程を実施して清浄な水として系外に排出させる生物処理方法を例に説明する。
【００１４】
まず、本発明の生物処理方法を実施するための生物処理装置について説明する。
本実施形態の生物処理装置には、原水を導入して該原水に含有されている有機物をメタン発酵させるべくメタン生成細菌及び酸生成細菌等の嫌気性微生物を含むメタン発酵汚泥が収容されたメタン発酵槽が備えられている。
【００１５】
また、本実施形態の生物処理装置には、該メタン発酵槽から流下される上澄み液（メタン発酵工程の処理水）が被処理水として導入され、前記上澄み液に第一回目の脱窒処理が実施されるべく亜硝酸還元細菌や硝酸還元細菌を含む脱窒汚泥が収容されている第一脱窒槽と、該第一脱窒槽から流下される活性汚泥混合液（第一回目の脱窒工程の処理水）が被処理水として導入されて硝化処理されるべくアンモニア酸化細菌や亜硝酸酸化細菌などを含む硝化汚泥が収容されている硝化槽が備えられている。
【００１６】
また、本実施形態の生物処理装置には、硝化槽から流下される活性汚泥混合液（硝化工程の処理水）が被処理水として導入されて第二回目の脱窒処理が実施されるべく脱窒汚泥が収容されている第二脱窒槽が備えられている。
また、本実施形態の生物処理装置には、前記第二脱窒槽から流下される活性汚泥混合液（第二回目の脱窒工程の処理水）が膜分離装置によって膜分離される膜分離槽と、該膜分離槽で膜分離された透過液（膜分離工程の処理水）が導入されて、該透過液に対して脱リンなどの仕上げ処理が実施される仕上げ処理槽とが備えられている。
さらに、本実施形態の生物処理装置には、前記膜分離槽における膜分離によって槽内に蓄積された汚泥を前記第一脱窒槽に返送する汚泥返送経路が備えられており、無機固形物を溶解させた状態で前記膜分離を実施させるための無機固形物溶解機構として前記膜分離槽の槽内水のｐＨ値を調整するｐＨ調整機構が備えられている。
【００１７】
この本実施形態の生物処理装置について、図１を参照しつつ、より具体的に説明する。
図１は、本実施形態の生物処理装置の構成を表す概略側面図である。
【００１８】
図１中の１は、メタン発酵槽を表しており、２は第一脱窒槽を表している。
また、図１中の３は、硝化槽を表し、４は、第二脱窒槽を表している。
また、図１中の５は、膜分離槽を表し、６は、仕上げ処理槽を表している。
さらに、図１中の７は、ｐＨ調整機構を表し、８は汚泥返送経路を表している。
【００１９】
この図１にも示されているように、本実施形態の生物処理装置は、上流側からメタン発酵槽１、第一脱窒槽２、硝化槽３、第二脱窒槽４、膜分離槽５、仕上げ処理槽６の順に配置されている。
そして、原水がメタン発酵槽１に流入されてメタン発酵処理工程が実施された後にメタン発酵槽から処理水が第一脱窒槽２に流下され、該処理水の流入により第一脱窒槽２、硝化槽３、第二脱窒槽４の槽内水がそれぞれ溢流して下流側の槽に処理水として流入するよう配置されている。
前記硝化槽３の槽底部には、散気装置３１が設けられており、本実施形態の生物処理装置には、前記散気装置３１に酸素を含む気体（例えば、空気）を供給するためのブロア３２が備えられている。
【００２０】
前記第二脱窒槽４は、硝化槽３の槽内水の流入により槽内水を溢流させて膜分離槽５に流入させうるように本実施形態の生物処理装置に配置されている。
前記膜分離槽５は、後段において詳述するｐＨ調整機構７により槽内水のｐＨ値が、例えば、６．５以下に調整された状態で膜分離を実施し、該膜分離された透過液（処理水）を仕上げ処理槽６に導入させるように生物処理装置に配置されている。
また、膜分離槽５には、膜が露出状態で備えられている露出型の膜分離装置５１が備えられており、該膜分離装置５１は、膜分離槽５に貯留されている槽内水中に浸漬させた状態で備えられている。
そして、膜分離装置５１は、膜分離後の透過液のみを膜分離槽５から仕上げ処理槽６に流下させ得るように備えられている。
なお、膜分離装置５１に用いる膜としては、従来公知のものを用いることができ、例えば、ポリビニリデンフロライド（ＰＶＤＦ）などのフッ素樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレンなどのポリオレフィン樹脂といった材質により形成された限外ろ過（ＵＦ）膜、精密ろ過（ＭＦ）膜などの種類の膜を中空糸膜、平膜の形式で用いることができる。
【００２１】
なお、要すれば、上記のような露出型膜分離装置５１に代えて、これらの膜がケーシング中に格納されたタイプのものを採用することができ、その場合には、膜分離装置を膜分離槽５の槽外に設置して、膜分離槽５に収容されている槽内水をポンプなどでこの膜分離装置に供給して、透過液を仕上げ処理槽６に送出させるとともに、汚泥が濃縮された濃縮液を膜分離槽５に返送するようにしてもよい。
【００２２】
また、本実施形態の膜分離槽５には、槽内水に再曝気を実施するとともに、散気による上昇流ならびに気泡の打力によってこの露出型の膜分離装置５１の膜面に汚泥などが堆積して汚泥ケーキ層が形成されることを抑制しうるように、膜分離装置５１の下方において散気を実施する散気装置５２がさらに備えられている。
そして、散気装置５２にも前記ブロア３２から酸素を含む気体（例えば、空気）を供給し得るように前記散気装置５２と前記ブロア３２との間に空気供給配管Ｌ１が備えられている。
【００２３】
また、前記汚泥返送経路８は、この膜分離槽５の底部から汚泥を吸引して、メタン発酵処理工程の処理水とともに第一脱窒槽２に流入させ得るように配置されている。
【００２４】
そして、本実施形態の生物処理装置には、第二脱窒槽４から膜分離槽５に流入される第二脱窒槽４の槽内水に含有されている無機物粒子などの無機固形物を溶解させるべく無機固形物溶解機構が備えられており、該無機固形物溶解機構として膜分離槽５の槽内水ｐＨを調整するｐＨ調整機構７が備えられている。
前記ｐＨ調整機構７としては、前記槽内水のｐＨを６．５以下に調整しうるものが好適であり、槽内水のｐＨを５．０〜６．５に調整しうるものがさらに好適である。
前記ｐＨ調整機構７としては、前記槽内水のｐＨが６．０を超え６．５以下の範囲内になるように調整可能なものが特に好適である。
前記ｐＨ調整機構７は、前記膜分離槽５の槽内水のｐＨを調整するためのｐＨ調整剤を貯留するｐＨ調整剤槽７１と、該ｐＨ調整剤槽７１からｐＨ調整剤を膜分離槽５に供給するためのポンプなどのｐＨ調整剤添加手段７２（以下「ｐＨ調整剤添加ポンプ」ともいう）とを備えている。
また、本実施形態における前記ｐＨ調整機構７は、前記膜分離槽５の槽内水のｐＨを測定して前記ｐＨ調整剤添加ポンプ７２の運転状況をフィードバックさせるためのｐＨ計７５（以下「膜分離槽ｐＨ計」ともいう）が備えられており、当該膜分離槽ｐＨ計７５により得られる情報に基づいてｐＨ調整剤添加ポンプ７２の運転状況を制御するための制御装置７６が備えられている。
【００２５】
前記ｐＨ調整剤添加ポンプ７２としては、定量吐出を実施させやすいダイヤフラムポンプなどを例示することができる。
前記制御装置７６としては、制御方法としてＰＩＤ制御などが採用されたものを例示することができる。
【００２６】
なお、第二脱窒槽から流下される処理水のｐＨは、通常、アルカリ性を示していることから本実施形態における前記ｐＨ調整剤としては、硫酸や塩酸などの水溶液といった酸性液体を例示することができる。
また、要すれば、リン酸水溶液などをｐＨ調整剤として使用する事も可能ではあるが、脱リンなどの仕上げ処理に対して負荷を与えるおそれを抑制させ得る点において、ｐＨ調整剤としては、硫酸水溶液を用いることが好適である。
【００２７】
前記仕上げ処理槽６は、膜分離槽５から流入される透過液を、その水質に応じて仕上げ処理を実施して、該仕上げ処理した処理水を河川などの系外に放流し得るように配置されている。
【００２８】
なお、ここでは詳述しないがメタン発酵槽や、第一脱窒槽、硝化槽、第二脱窒槽、膜分離槽、仕上げ処理槽などのその他の構成や、メタン発酵槽、第一脱窒槽、硝化槽、第二脱窒槽、膜分離槽、仕上げ処理槽以外に生物処理装置を構成する設備類などについては、従来公知の構成を採用することができる。
【００２９】
次いで、このような生物処理装置を用いた生物処理方法について説明する。
まず、生ごみ処理によって発生した有機性廃水（原水）を前記メタン発酵槽１に流入させて槽内に収容されているメタン発酵汚泥を用いてメタン発酵工程を実施するとともに、この原水の流入によりメタン発酵槽１の槽内水を溢流させて第一脱窒槽２に流入させる。
このメタン発酵汚泥には、通常、メタン生成細菌などとともに酸生成細菌が含有されており、前記原水中の有機物は、これらの細菌によりメタン、炭酸などに分解され、有機態窒素は、アンモニア態窒素となる。
このとき生成された、メタン、炭酸、アンモニア態窒素の内、メタンはその多くがメタンガスとして除去されて燃料などとして利用される。
炭酸については、一部が炭酸ガスとして除去されるが、残りはメタン発酵槽の槽内水に溶解した状態となる。
また、アンモニア態窒素は、さらに、一部が酸化されて亜硝酸態窒素、硝酸態窒素となる。
したがって、通常、第一脱窒槽２に流下させる処理水には、僅かなメタン発酵汚泥とともに、未分解の有機物、炭酸、アンモニア態窒素、亜硝酸態窒素、硝酸態窒素が含有されている。
【００３０】
このメタン発酵槽１から流下された処理水を第一脱窒槽２に流入させ、第一脱窒槽２に収容されている脱窒汚泥中の脱窒細菌を用いた脱窒工程（以下「第一脱窒工程」ともいう）を実施するとともに第一脱窒槽２の槽内水（活性汚泥混合液）を溢流させて硝化槽３に流入させる。
この第一脱窒工程においては、脱窒細菌の嫌気呼吸によって亜硝酸態窒素、硝酸態窒素を窒素に還元させて除去させるとともに脱窒細菌に有機物を代謝させて分解させる。
したがって、通常、第一脱窒工程の処理水として硝化槽３に流下される第一脱窒槽２の槽内水に含まれている汚泥以外の有機物は、メタン発酵槽１から流入される処理水よりも低減されている。
【００３１】
硝化槽３では、第一脱窒槽２から処理水を流入させるとともにこの硝化槽３の槽内水を溢流させて第二脱窒槽４に流入させる。
そして、この硝化槽３では散気を実施し、硝化槽３に収容されている硝化汚泥中のアンモニア酸化細菌、亜硝酸酸化細菌などの硝化細菌を用いた硝化工程を実施する。
この硝化工程においては、硝化細菌によってアンモニア態窒素を亜硝酸態窒素や硝酸態窒素へと酸化させるとともに流入された処理水に含有されている炭酸を消費させる。
また、この硝化槽３では、第一脱窒槽２から処理水とともに流入された脱窒細菌により有機物の代謝が実施される。
したがって、第二脱窒槽４には、通常、第一脱窒槽２から流入された処理水よりもさらに有機物の濃度が低減された処理水を流下させることとなる。
【００３２】
第二脱窒槽４においては、硝化槽３から流下された処理水を流入させて、第一脱窒槽２と同様に脱窒工程（以下「第二脱窒工程」ともいう）を実施させるとともにこの第二脱窒槽４の槽内水を溢流させて膜分離槽５に流入させる。
このとき、第二脱窒槽４に流入される硝化槽３の処理水中に脱窒細菌が利用可能な有機物が不足しており、第二脱窒槽４に収容されている脱窒細菌に十分な嫌気呼吸を実施させることが困難な場合には、例えば、メタノールなどを添加して第二脱窒工程を実施させることができる。
したがって、膜分離槽５に流入させる第二脱窒工程の処理水には、汚泥以外に、有機物が殆ど含有されておらず、通常、原水に含有されていた成分が無機化されて含有されているのみとなる。
【００３３】
そして、本実施形態の生物処理方法においては、これらメタン発酵工程、第一脱窒工程、硝化工程、第二脱窒工程の各生物処理工程とともに膜分離槽５での膜分離工程を実施する。
すなわち、この膜分離槽５に流入された第二脱窒工程の処理水から汚泥を除去して仕上げ処理槽６に膜分離工程の処理水である透過液を流下させる。
【００３４】
しかも、本実施形態の生物処理方法においては、膜分離槽５に収容され、膜分離装置５１によって膜分離される槽内水のｐＨを前記ｐＨ調整機構により６．５以下に調整しつつ前記膜分離工程を実施する。
【００３５】
より具体的には、以下のようにしてｐＨ調整を実施する。
まず、ｐＨ調整機構７に備えられている膜分離槽ｐＨ計７５により膜分離槽５の槽内水のｐＨを測定する。
このｐＨ測定の結果を制御装置７６に伝達して、これらの測定結果に基づいて膜分離槽５の槽内水のｐＨを６．５以下に維持させうるｐＨ調整剤添加量を制御装置７６で算出させて、制御信号をｐＨ調整剤添加ポンプ７２に伝達させる。
そして、この制御信号によって、ｐＨ調整剤添加ポンプ７２を運転させて、ｐＨ調整剤槽７１からｐＨ調整剤を膜分離槽５に所定量添加させる。
このようにｐＨ調整して膜分離工程を実施することにより膜分離装置５１の膜の磨耗や目詰まりを抑制させることができる。
【００３６】
このことについてさらに詳細に説明すると、生物処理方法によって処理される被処理物には、通常、カルシウム、リンなどの成分により形成された無機物粒子や、有機化合物のカルシウム塩や有機リン酸塩などが含有されている。
特に生ごみの成分を含有する被処理物には無機物粒子が多く含有されている。
【００３７】
そして、前記第二脱窒槽の槽内水は、従来ｐＨが６．５を超える状態で維持されており、通常、ｐＨ７〜８程度となっていることから被処理物に当初から含有されていた無機物粒子以外に、新たに、リン酸カルシウムなどの無機物粒子が形成されやすい状態となっている。
しかも、従来の生物処理方法においては、この脱窒工程の処理水がそのまま膜分離されており、リン酸カルシウム粒子などの無機物粒子が膜分離装置５１の膜表面を擦過して膜を磨耗させたり、膜表面に付着して膜を目詰まりさせたりしている。
【００３８】
しかし、本実施形態の生物処理方法においては、膜分離槽５の槽内水のｐＨを６．５以下に調整して膜分離工程を実施することにより、このリン酸カルシウム粒子などの無機物粒子を溶解させた状態で膜分離を実施させ得る。
したがって、膜の磨耗や目詰まりを抑制しつつ膜分離工程を実施させることができ、膜分離装置５１のメンテナンス頻度を低減させることができる。
【００３９】
このとき、膜分離槽５の槽内水のｐＨがより低い値となるように調整することで、より多くの無機物粒子を槽内水中に溶解させることができ、膜分離装置５１の膜の磨耗や目詰まりをいっそう抑制させることができる。
【００４０】
一方で、あまり膜分離槽５の槽内水のｐＨを低下させすぎると、膜分離槽５に収容されている汚泥中の細菌の活性を低下させてしまうおそれがあり、汚泥返送経路８を通じて第一脱窒槽２に返送される返送汚泥を有効活用できなくなるおそれがある。
このような点において、膜分離槽５の槽内水のｐＨは、５．０〜６．５の間となるように調整することが好ましい。
また、槽内水のｐＨが６．０以下になると、膜分離装置５１の膜面にカルシウム分が析出して膜を硬化させるおそれがある。
このようなカルシウム分の付着による膜の硬化が生じると、膜分離装置５１に衝撃が加えられた際にその振動などによって膜が破損するおそれを有する。
したがって、細菌の活性低下の防止ならびに装置寿命の長期化の観点からは、槽内水のｐＨが6．０を超え６．５以下の範囲の内のいずれかとなるように調整することが特に好ましい。
【００４１】
このようにｐＨ調整して膜分離工程を実施することにより、無機物粒子などの無機固形成分を透過液に含有させて膜分離装置５１の膜を透過させることができ、仕上げ処理槽６から系外に排出させることができる。
【００４２】
この仕上げ処理槽６での仕上げ処理工程においては、膜分離槽５から流入される処理水（透過液）を河川などに放流可能な水質レベルとすべく膜分離槽５から流入される処理水の水質に応じて脱リンなどの処理を実施する。
また、膜分離工程において低下されたｐＨ値についても、この仕上げ処理工程において必要に応じた中和処理を実施して処理工程後の処理水を系外に放流させる。
【００４３】
なお、本実施形態においては、膜分離槽５の槽内に硫酸水溶液などのｐＨ調整剤を添加する場合を例に生物処理方法を説明しているが、例えば、図２に示すように、膜分離槽５と第二脱窒槽４との間に、膜分離槽よりも容積の小さなｐＨ調整のための槽９（以下「ｐＨ調整槽」ともいう）を設けて、第二脱窒槽４から流下される処理水を当該ｐＨ調整槽９で予めｐＨ調整した後に膜分離槽５に導入させる生物処理方法を採用することも可能である。
【００４４】
この図２に例示の生物処理装置による生物処理方法においては、膜分離槽５よりも容積の小さなｐＨ調整９にて第二脱窒槽４から流下される処理水にｐＨ調整剤を添加することから、膜分離槽５の槽内水にｐＨ調整剤を添加する場合に比べて、添加したｐＨ調整剤をよりすばやく均一分散させることができる。
【００４５】
また、例えば、図３に示すように、膜分離装置５１の下方に設置された散気装置５２に対する空気供給配管Ｌ１に、硫酸水溶液などのｐＨ調整剤を供給して、ｐＨ調整剤をミスト状にし、該ミスト状のｐＨ調整剤を含む気泡を散気装置５２から放出させて膜分離槽５の槽内水のｐＨを調整する事も可能である。
さらには、これら図１〜３に例示している以外の方法でｐＨを調整して膜分離工程を実施する事もできる。
例えば、膜分離装置５１を第二脱窒槽４などの生物処理槽内に浸漬させて、生物処理工程と膜分離工程とを一つの生物処理槽内で実施させることも可能である。
【００４６】
また、本実施形態においては、生ごみなどを含む有機性廃水を原水とする場合を例に説明したことから、通常、このような原水中に多く含有されるリン酸カルシウム粒子の溶解性を向上させることを主たる目的として膜分離工程に供する水のｐＨを６．５以下の酸性に制御する場合を例に説明したが、本発明においては、無機固形物の溶解を、槽内水のｐＨを６．５以下に制御する場合に限定するものではない。
【００４７】
さらには、本実施形態においては無機固形物の溶解性を容易に制御し得る点において膜分離される水のｐＨを調整するｐＨ調整機構を無機固形物溶解機構に採用する場合を例示しているが、本発明においては無機固形物の溶解を実施させる無機固形物溶解機構を、ｐＨ調整機構を用いる場合に限定するものではなく、例えば、膜分離される活性汚泥を含有する水の温度を加熱あるいは冷却することにより活性汚泥を含有する水中の無機固形物を溶解させる温度調整機構などの機構を採用する場合も、本発明の意図する範囲である。
なお、前記ｐＨ調整機構と前記温度調整機構との両方を採用するなど、複数の無機固形物溶解機構を併用する場合も本願の意図する範囲である。
【００４８】
また、本実施形態においては、生ごみ処理によって生じた有機性廃水を原水（メタン発酵工程における被処理物）とする生物処理方法について説明したが、本発明においては、生物処理方法により処理する被処理物をこのようなものに限定するものではなく、窒素成分やリン成分を多く含有する下水、工場排水などを被処理物とすることも可能である。
また、例えば、し尿、糞尿、生ごみ、焼酎かすなどの有機性廃棄物を含有した廃水、ごみ埋立地から発生する溶出水（埋立地浸出水）などを例示することができる。
さらには、この生物処理に伴い発生する余剰汚泥を含有する廃水などをも被処理物として採用することができる。
また、メタン発酵工程に供する被処理物をこれら例示のもののごとく液体状のものに限定するものではなく、生ごみ、焼酎かす、余剰汚泥などの固体状のものを生物処理する場合も本発明の意図する範囲である。
【００４９】
さらには、本実施形態においては、生物処理方法として、メタン発酵工程、脱窒工程、硝化工程などの複数の生物処理工程を連続的に実施する場合を例示しているが、本発明においては、生物処理方法をこのような場合に限定するものではない。
【実施例】
【００５０】
以下、本発明を実施例に基づき詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定される
ものではない。
【００５１】
（生物処理方法）
生ごみ、汚泥及び家畜糞尿を含む有機性廃棄物（被処理物）に対してメタン発酵工程、硝化工程、脱窒工程を実施するとともに、中空糸膜が露出状態で備えられている露出型膜分離装置が収容されている膜分離槽内に脱窒工程後の処理水（ＭＬＳＳ約２００００ｍｇ／ｌ）を収容させて、前記膜分離装置を前記処理水に浸漬させた状態で用いて膜分離工程を実施している実設備を用いて評価を実施した。
【００５２】
（無機カルシウム塩粒子の定量）
この膜分離槽内の槽内水のカルシウム含有量（総Ｃａ）、ならびに、槽内水に溶解状態で含有されているカルシウム量（溶解性Ｃａ）を測定し、この“総Ｃａ”の値から“溶解性Ｃａ”の値を減じた値を“固形性Ｃａ”（無機カルシウム塩粒子）の含有量として算定した。
なお、“総Ｃａ”及び“溶解性Ｃａ”は、ＪＩＳ Ｋ０１０２（１９９８）５０．２フレーム原子吸光法に従い測定した。
【００５３】
（評価方法）
この無機カルシウム塩粒子の定量を開始した後の４ヶ月間は、膜分離槽の槽内水のｐＨを調整することなく成り行き状態として生物処理を実施した。
なお、この間の槽内水のｐＨは約７．２であった。
次いで、４ヶ月目以降は、槽内水のｐＨ調整を実施した。
このとき、ｐＨ調整剤として硫酸水溶液を用いて、ｐＨ調整を開始した４ヶ月目から８ヶ月目を過ぎる頃までの期間は、槽内水のｐＨが６．２〜６．４の間となるようにｐＨ調整を実施した。
続く、２ヶ月あまりの期間は、槽内水のｐＨが６．０となるようにｐＨ調整を実施した。
さらにその後は、ｐＨが６．４となるようにｐＨ調整を実施した。
この生物処置装置の運転期間（生物処理方法実施期間）における槽内水中の無機カルシウム塩粒子の定量結果を図４に示す。
この図４からも、ｐＨ調整を実施することにより、無機カルシウム塩粒子の含有量を低減させ得ることがわかる。
また、このｐＨ調整を実施していない期間を含めて、約１週間ごとに膜分離装置を引き上げて中空糸膜の磨耗状態を確認した。
この中空糸膜の磨耗状態は、引き上げた膜分離装置の中空糸膜の内部に水を充満させてわずかに加圧し、中空糸膜の表面側に異常な漏水が見られるかどうかによって判断した。
その結果、ｐＨ調整開始後１ヶ月目までは、次々と新たな箇所において中空糸膜磨耗によると見られる漏水が観察されたが、ｐＨ調整開始後１ヶ月目以降は、新たな箇所における漏水は観察されなかった。
このことからも、本発明によれば、膜分離装置のメンテナンスに要する手間を低減させ得ることがわかる。
なお、槽内水のｐＨが６．０となるようにｐＨ調整している期間においては、中空糸膜の膜面にカルシウム分が付着して、膜が硬化する状況が発生した。
また、カルシウム分の付着による膜の硬化は、その後、槽内水のｐＨを６．４に調整することで進行が抑制される結果となった。
このことから、特に、槽内水のｐＨが6．０を超え６．５以下の範囲の内のいずれかとなるように調整することで膜分離装置のメンテナンスに要する手間をいっそう低減させることができるとともに装置寿命の長期化を図り得ることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】図１は、本発明の生物処理装置の一実施態様を示す概略図である。
【図２】図２は、本発明の生物処理装置の一実施態様を示す概略図である。
【図３】図３は、本発明の生物処理装置の一実施態様を示す概略図である。
【図４】図４は、ｐＨ調整による槽内水の無機カルシウム塩含有量変化を観察したグラフである。
【符号の説明】
【００５５】
１ メタン発酵槽
２ 第一脱窒槽
３ 硝化槽
４ 第二脱窒槽
５ 膜分離槽
６ 仕上げ処理槽
７ ｐＨ調整手段
８ 汚泥返送経路
９ ｐＨ調整槽
３１ 散気装置
３２ ブロア
５１ 膜分離装置
５２ 散気装置
７１ ｐＨ調整剤槽
７２ ｐＨ調整剤添加手段（ｐＨ調整剤添加ポンプ）
７５ ｐＨ計（膜分離槽ｐＨ計）
７６ 制御装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理物を活性汚泥により生物学的に処理する生物処理工程が実施され、前記活性汚泥を含有する水を膜分離する膜分離工程が実施される生物処理方法であって、
前記活性汚泥を含有する水に含まれている無機固形物の少なくとも一部を溶解して前記膜分離工程を実施することを特徴とする生物処理方法。
【請求項２】
前記活性汚泥を含有する水のｐＨを調整することにより前記無機固形物を溶解して膜分離工程を実施することを特徴とする請求項１記載の生物処理方法。
【請求項３】
前記ｐＨを６．５以下に調整して膜分離工程を実施する請求項２記載の生物処理方法。
【請求項４】
前記ｐＨを５．０〜６．５に調整して膜分離工程を実施する請求項３記載の生物処理方法。
【請求項５】
前記ｐＨが６．０を超え６．５以下となるように調整して膜分離工程を実施する請求項３記載の生物処理方法。
【請求項６】
活性汚泥が収容されて前記活性汚泥で被処理物が生物学的に処理される生物処理槽が備えられ、前記活性汚泥を含有する水が膜分離される膜分離装置が備えられている生物処理装置であって、
前記膜分離される水に含まれている無機固形物を溶解する無機固形物溶解機構がさらに備えられていることを特徴とする生物処理装置。
【請求項７】
前記無機固形物溶解機構として、前記膜分離される水のｐＨを調整するｐＨ調整機構が備えられている請求項６記載の生物処理装置。
【請求項８】
前記ｐＨを６．５以下に調整するｐＨ調整機構が備えられている請求項７記載の生物処理装置。
【請求項９】
前記ｐＨを５．０〜６．５に調整するｐＨ調整機構が備えられている請求項８記載の生物処理装置。
【請求項１０】
前記ｐＨが６．０を超え６．５以下となるようにｐＨ調整するｐＨ調整機構が備えられている請求項８記載の生物処理装置。
【請求項１】
被処理物を活性汚泥により生物学的に処理する生物処理工程が実施され、前記活性汚泥を含有する水を膜分離する膜分離工程が実施される生物処理方法であって、
前記活性汚泥を含有する水に含まれている無機固形物の少なくとも一部を溶解して前記膜分離工程を実施することを特徴とする生物処理方法。
【請求項２】
前記活性汚泥を含有する水のｐＨを調整することにより前記無機固形物を溶解して膜分離工程を実施することを特徴とする請求項１記載の生物処理方法。
【請求項３】
前記ｐＨを６．５以下に調整して膜分離工程を実施する請求項２記載の生物処理方法。
【請求項４】
前記ｐＨを５．０〜６．５に調整して膜分離工程を実施する請求項３記載の生物処理方法。
【請求項５】
前記ｐＨが６．０を超え６．５以下となるように調整して膜分離工程を実施する請求項３記載の生物処理方法。
【請求項６】
活性汚泥が収容されて前記活性汚泥で被処理物が生物学的に処理される生物処理槽が備えられ、前記活性汚泥を含有する水が膜分離される膜分離装置が備えられている生物処理装置であって、
前記膜分離される水に含まれている無機固形物を溶解する無機固形物溶解機構がさらに備えられていることを特徴とする生物処理装置。
【請求項７】
前記無機固形物溶解機構として、前記膜分離される水のｐＨを調整するｐＨ調整機構が備えられている請求項６記載の生物処理装置。
【請求項８】
前記ｐＨを６．５以下に調整するｐＨ調整機構が備えられている請求項７記載の生物処理装置。
【請求項９】
前記ｐＨを５．０〜６．５に調整するｐＨ調整機構が備えられている請求項８記載の生物処理装置。
【請求項１０】
前記ｐＨが６．０を超え６．５以下となるようにｐＨ調整するｐＨ調整機構が備えられている請求項８記載の生物処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００９−１６０５６７（Ｐ２００９−１６０５６７Ａ）
【公開日】平成２１年７月２３日（２００９．７．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１２８３６７（Ｐ２００８−１２８３６７）
【出願日】平成２０年５月１５日（２００８．５．１５）
【出願人】（０００１９２５９０）株式会社神鋼環境ソリューション (534)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年７月２３日（２００９．７．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年５月１５日（２００８．５．１５）
【出願人】（０００１９２５９０）株式会社神鋼環境ソリューション (534)
【Ｆターム（参考）】
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