(57)【要約】【課題】  活性汚泥法のために利用される有用微生物の優占化状態および活性状態を、簡単な操作によって短時間で把握し、運転を最適化するように制御可能な水処理システムを提供すること。【解決手段】  実施形態によれば、槽内の原水を所定の芽胞形成菌によって浄化する水処理システムは、原水から、予め定められた量のサンプルを抽出し、サンプルに含まれる芽胞形成菌を検出する検出装置と、検出装置による検出結果に基づいて、当該水処理システムの運転を制御するコントローラとを備えている。【選択図】図１
2020175339.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
槽内の原水を所定の芽胞形成菌によって浄化する水処理システムであって、
前記原水から、予め定められた量のサンプルを抽出し、前記サンプルに含まれる前記芽胞形成菌を検出する検出装置と、
前記検出装置による検出結果に基づいて、当該水処理システムの運転を制御するコントローラとを備えた、水処理システム。
【請求項２】
槽内の原水を所定の芽胞形成菌によって浄化する水処理システムであって、
前記原水から、予め定められた量のサンプルを抽出し、前記サンプルに含まれる前記芽胞形成菌のうち、栄養細胞を検出する検出装置と、
前記検出装置による検出結果に基づいて、当該水処理システムの運転を制御するコントローラとを備えた、水処理システム。
【請求項３】
前記検出装置は、前記栄養細胞の検出のために、ＤＮＡアプタマー法を適用する、請求項１または２に記載の水処理システム。
【請求項４】
槽内の原水を所定の芽胞形成菌によって浄化する水処理システムであって、
前記原水から、予め定められた量のサンプルを抽出し、前記サンプルに含まれる前記芽胞形成菌のうち、芽胞を検出する検出装置と、
前記検出装置による検出結果に基づいて、当該水処理システムの運転を制御するコントローラとを備えた、水処理システム。
【請求項５】
前記検出装置は、前記サンプルに含まれる前記芽胞形成菌を芽胞化させる芽胞化処理がなされた後に前記芽胞を検出する、請求項４に記載の水処理システム。
【請求項６】
槽内の原水を所定の芽胞形成菌によって浄化する水処理システムであって、
前記原水から、予め定められた量のサンプルを抽出し、前記サンプルに含まれる前記芽胞形成菌のうち、芽胞を検出し、前記サンプルに含まれる前記芽胞形成菌を芽胞化させる芽胞化処理がなされた後に前記芽胞を検出し、前記芽胞化処理がなされた後に検出された芽胞の数から、前記検出された芽胞の数を減じることによって、前記芽胞形成菌のうち、栄養細胞の数を検出する検出装置と、
前記検出装置による検出結果に基づいて、当該水処理システムの運転を制御するコントローラとを備えた、水処理システム。
【請求項７】
前記検出装置は、前記芽胞の検出のために、ＤＮＡアプタマー法または芽胞染色法を適用する、請求項４乃至６のうちいずれか１項に記載の水処理システム。
【請求項８】
前記芽胞形成菌は、バチルス属の細菌である、請求項１乃至７のうち何れか１項に記載の水処理システム。
【請求項９】
前記芽胞形成菌の増殖を促進する活性剤を、前記原水に添加する活性剤添加部を備え、
前記コントローラは、前記検出装置による検出結果に応じて、前記活性剤添加部による前記活性剤の添加を制御する、請求項１乃至８のうち何れか１項に記載の水処理システム。
【請求項１０】
前記槽内から排出された前記原水のための沈殿池と、
前記沈殿池において沈殿した前記原水からの汚泥を、前記槽に返送する返送部とを備え、
前記コントローラは、前記検出装置による検出結果に応じて、前記返送部によって前記槽へ返送される汚泥の量を制御する、請求項１乃至９のうち何れか１項に記載の水処理システム。
【請求項１１】
前記芽胞形成菌による酸化分解のために使用される酸素を含むガスを、前記原水に供給するガス供給部を備え、
前記コントローラは、前記検出装置による検出結果に応じて、前記ガス供給部によって供給されるガスの量を制御する、請求項１乃至１０のうち何れか１項に記載の水処理システム。
【請求項１２】
前記芽胞形成菌の増殖を促進する活性剤を、前記原水に添加する活性剤添加部と、
前記槽内から排出された前記原水のための沈殿池と、
前記沈殿池において沈殿した前記原水からの汚泥を、前記槽に返送する返送部と、
前記芽胞形成菌による酸化分解のために使用される酸素を含むガスを、前記原水に供給するガス供給部とを備え、
前記コントローラは、前記検出装置による検出結果に応じて、前記活性剤添加部による前記活性剤の添加量、前記返送部によって前記槽へ返送される汚泥の量、および、前記ガス供給部によって供給されるガスの風量のうちの少なくとも何れかを制御する、請求項１乃至８のうち何れか１項に記載の水処理システム。
【請求項１３】
水処理システムにおいて、槽内の原水を所定の芽胞形成菌によって浄化する水処理方法であって、
前記原水から、予め定められた量のサンプルを抽出し、前記サンプルに含まれる前記芽胞形成菌を検出し、
前記検出の結果に応じて、前記水処理システムの運転を制御する、水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、下水、農業排水、および工場排水等の有機排水を、微生物により浄化する水処理システムおよび水処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
下水等の有機物を含有する有機排水を浄化する水処理システムでは、一般に、微生物による生物処理（以降、「微生物処理」と称する）が用いられている。この種の微生物処理のための代表的な手法としては、空気を活性汚泥に供給し、好気性微生物の働きにより、有機排水中の有機物を分解する活性汚泥法がある。
【０００３】
活性汚泥の中には、バチルス属菌（以降、「バチルス」と称する）や、クロストリジウム属菌のように、様々な微生物が存在する。バチルスもクロストリジウム属菌も、芽胞を形成する芽胞形成菌として知られているが、バチルスは、好気性微生物であり、好気的な活性汚泥中に多く存在する一方、クロストリジウム属菌は、嫌気性微生物であるため、好気的な活性汚泥中にほとんど存在しない。したがって、バチルスは、好気的な活性汚泥中に含まれる代表的な有用微生物として知られている。
【０００４】
バチルスは、自分の成長に有利な富栄養環境においては、活性化され、栄養細胞として存在する。このように、バチルスが栄養細胞として存在する状態を、以降、「栄養状態」と称する。
【０００５】
栄養状態にあるバチルスは、溶菌作用のある酵素や抗生物質を排出することができる。また、硫酸還元細菌の働きを止める作用も有しているので、余剰汚泥や臭気の発生量を低く抑えることもできる。さらには、非常に高い増殖速度を有しているので、有機物や窒素を除去する能力を長く持続することもできる。さらにまた、例えば納豆菌のような粘性物質を大量に排出するので、バルキングが生じる可能性を低下させることもできる。
【０００６】
これら特性はいずれも、汚泥活性法を適用する水処理システムにおいて好ましいことである。したがって、バチルスを優占化させる（たとえば、１グラムの活性汚泥中に、１０７〜１０８個以上のバチルスを存在させる）ために、バチルスの増殖に必要なミネラルを含む活性剤も開発されるなど、バチルスを活用した活性汚泥法に対する注目が高まっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−８２５９０号公報
【特許文献２】特開２００４−９７１３３号公報
【特許文献３】特開２０１０−２２７７９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
バチルスの優占化を確認するためにはバチルスを検出することが必要である。従来、バチルスの検出手法としては、汚泥サンプルを寒天培地に塗布することによってなされるコロニー法の他に、リアルタイムＰＣＲ法や、シーケンス法（１６ｓ  ｒＲＮＡ同定）など、いくつかの手法が知られている。
【０００９】
しかしながら、バチルスは、前述したように、栄養状態においては、多くの優れた特性を有する一方で、自分の成長に不利な貧栄養環境においては、芽胞化し、休眠した状態となる。このように、バチルスが芽胞化し、休眠した細胞として存在する状態を、以降、「芽胞状態」と称する。芽胞状態にあるバチルスは、有機物、窒素の除去に寄与しなくなる。
【００１０】
したがって、バチルスを利用する活性汚泥法を適用する水処理システムの運転制御のためには、単にバチルスの数ではなく、栄養状態にあるバチルスの数を把握することが必須となる。
【００１１】
しかしながら、従来のバチルスの検出手法は何れも、単にバチルスの数をカウントしているに過ぎず、栄養状態にあるバチルスと、芽胞状態にあるバチルスとを区別していない。このため、バチルスの活性状態を把握することはできない。しかも、従来のバチルス検出方法は、検出時間が長いことに加え、操作も煩雑である。
【００１２】
本発明が解決しようとする課題は、活性汚泥法のために利用される有用微生物の優占化状態および活性状態を、簡単な操作によって短時間で把握し、その結果に応じて、運転を最適化するように制御可能な水処理システムおよび水処理方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
実施形態の水処理システムは、槽内の原水を所定の芽胞形成菌によって浄化する水処理システムであって、原水から、予め定められた量のサンプルを抽出し、サンプルに含まれる芽胞形成菌を検出する検出装置と、検出装置による検出結果に基づいて、当該水処理システムの運転を制御するコントローラとを備えている。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１の実施形態の水処理方法が適用された水処理システムの構成例を示すブロック図である。
【図２】汚泥サンプルのモデルを示す模式図である。
【図３】バチルスの成長メカニズムを説明するための図である。
【図４】芽胞化処理を説明するための模式図である。
【図５】芽胞化処理を利用して汚泥サンプルにおけるバチルスの数、栄養細胞の数、および芽胞の数をすべて検出するための手法を説明するための図である。
【図６】第２の実施形態の水処理方法が適用された水処理システムの構成例を示すブロック図である。
【図７】バチルス濃度と汚泥返送量との関係の一例を示す図である。
【図８】第３の実施形態の水処理方法が適用された水処理システムの構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
（第１の実施形態）
第１の実施形態の水処理方法が適用された水処理システムについて説明する。
【００１６】
図１は、第１の実施形態の水処理方法が適用された水処理システムの構成例を示すブロック図である。
【００１７】
水処理システム１００は、下水、農業排水、および工場排水等の有機排水のような原水ｘを、有用微生物を利用した活性汚泥法によって浄化するシステムであって、生物反応槽１０と、コントローラ２０と、自動検出装置２５と、活性剤添加部３０と、活性剤貯留槽３５とを備えている。
【００１８】
原水ｘは、生物反応槽１０において、有用微生物によって浄化され、処理水ｙとして生物反応槽１０から排出される。有用微生物としては、バチルスが好適である。したがって、以下の説明では、有用微生物がバチルスである例について説明する。しかしながら、本発明は、有用微生物として必ずしもバチルスを利用した構成に限定されるものではなく、他の有用微生物を利用した構成も含むものとする。
【００１９】
コントローラ２０は、水処理システム１００の運転を制御する部位であり、自動検出装置２５を備えている。
【００２０】
自動検出装置２５は、コントローラ２０による制御の下、予め定められたタイミングでのサンプリングによって、生物反応槽１０内の原水ｘから、予め定められた量のサンプルｄを自動的に抽出し、サンプルｄを用いて、バチルスの数や、バチルスにおける栄養細胞の数や、バチルスにおける芽胞の数を検出する。
【００２１】
原水ｘは、生物反応槽１０内において、バチルスと混合され、汚泥として存在している。したがって、以下では、サンプルｄを、汚泥サンプルｄとも称する。
【００２２】
図２は、汚泥サンプルのモデルを示す模式図である。
【００２３】
汚泥サンプルｄは、原水ｘとバチルスとが混合された混合水である。
【００２４】
バチルスは、前述したように芽胞形成菌に属しているので、芽胞状態にあり芽胞として存在しているものもあれば、栄養状態にあり栄養細胞として存在しているものもある。そこで、図２は、原水ｘ中に、芽胞ａ（ｂ）および栄養細胞ａ（ｃ）が混在している例を示している。なお、以下の説明において、芽胞形成菌を、芽胞ａ（ｂ）であるか、栄養細胞ａ（ｃ）であるかを区別せずに説明する場合、芽胞形成菌ａと総称するものとする。
【００２５】
自動検出装置２５は、このような汚泥サンプルｄに含まれる栄養細胞ａ（ｃ）の数Ｃを、検知剤を用いて検出し、検出結果を、コントローラ２０に出力する。栄養細胞ａ（ｃ）は、原水ｘの浄化に寄与する細胞である。
【００２６】
汚泥サンプルｄ中には、バチルス以外の芽胞形成菌をも含む様々な微生物が存在し得る。このため、検知剤としては、極めて特異性の高い検知剤、すなわち、目標分子であるバチルスの栄養細胞ａ（ｃ）に、極めて特異的に結合する検知剤を用いた検出手法が適用される。
【００２７】
この種の検出手法の例としては、抗体染色法、ＤＮＡアプタマー法、ＲＮＡアプタマー法等がある。ＤＮＡアプタマー法およびＲＮＡアプタマー法では、特定の標的分子、すなわちバチルスの栄養細胞ａ（ｃ）に対して特異的に結合する合成ＤＮＡおよびＲＮＡを含む検知剤が使用される。本実施形態では、栄養細胞ａ（ｃ）の数Ｃを検出するための検出手法として、抗体染色法、ＤＮＡアプタマー法、ＲＮＡアプタマー法の何れを使用しても良いが、これらの中で、特異性および安定性の観点から優れているのはＤＮＡアプタマー法である。
【００２８】
ＤＮＡアプタマー法では、検知剤に予め蛍光物質を結合させておき、検知剤が栄養細胞ａ（ｃ）の表面タンパクなどの目標物質と結合すると、蛍光物質が発光することで、蛍光検出器による蛍光発光量の自動的な定量測定が可能となる。
【００２９】
ＤＮＡアプタマー法では、汚泥サンプルｄの前処理に要する時間や、検知剤との結合に要する時間が必要となるが、全体的な検出作業は４〜６時間で完了するため、栄養細胞ａ（ｃ）の数Ｃをタイムリーに検出することができる。
【００３０】
コントローラ２０は、このようにして自動検出装置２５によって検出された汚泥サンプルｄ中の栄養細胞ａ（ｃ）の数Ｃに基づいて、栄養細胞ａ（ｃ）の状態にあるバチルスの優占化状態や、後述するように、活性剤添加部３０による原水ｘへの活性剤ｆの添加を制御する。なお、優占化の定義としては、例えば、１グラムの汚泥サンプルｄ中に、１０７〜１０８個以上の栄養細胞ａ（ｃ）が存在している状態とすることができる。
【００３１】
自動検出装置２５はまた、上記とは逆に、汚泥サンプルｄに含まれる芽胞ａ（ｂ）の数Ｂを検出し、検出結果を、コントローラ２０に出力することもできる。芽胞ａ（ｂ）は、原水ｘの浄化に寄与しない細胞である。
【００３２】
芽胞ａ（ｂ）の数Ｂを検出するためにも、前述した抗体染色法、ＤＮＡアプタマー法、およびＲＮＡアプタマー法を適用することが可能である。しかしながら、これら手法の中でも、染色液としてマラカイトグリーンとサフラニンを使うことによって、芽胞ａ（ｂ）の検出に特化された芽胞染色法を適用することが好適である。芽胞染色法によればさらに、低コストかつ短時間で芽胞ａ（ｂ）を検出することもできる。
【００３３】
芽胞染色法では、汚泥サンプルｄに染色液を添加すると、芽胞ａ（ｂ）が選択的に緑色に染まり、芽胞ａ（ｂ）以外の栄養細胞ａ（ｃ）や一般細菌がピンク色に染まる。
【００３４】
自動検出装置２５は、緑色とピンク色との吸光スペクトルの違いにより、緑色に染色された芽胞ａ（ｂ）を、吸光度計センサー（吸光度計、マイクロプレートリーダー）や画像認識センサー（ハイパスペクトルカメラ）によって自動的に検出することによって、芽胞ａ（ｂ）の数Ｂを検出することが可能となる。芽胞ａ（ｂ）の数Ｂの検出に要する時間は２時間以内と短い。
【００３５】
自動検出装置２５はさらに、このように検出された汚泥サンプルｄ中の芽胞ａ（ｂ）の数Ｂと、前述したように検出した汚泥サンプルｄ中の栄養細胞ａ（ｃ）の数Ｃとを加算することによって、汚泥サンプルｄ中のバチルスの数Ａを算出することができる（Ａ＝Ｂ＋Ｃ）。さらには、汚泥サンプルｄ中のバチルスの数Ａに対する芽胞ａ（ｂ）の数Ｂの割合（Ｂ／Ａ）や、芽胞形成菌ａの数Ａに対する栄養細胞ａ（ｃ）の数Ｃの割合（Ｃ／Ａ）を算出することもできる。
【００３６】
コントローラ２０は、自動検出装置２５によってなされたこれらの算出結果に基づいて、バチルスの優占化状態や活性状態を正確に把握することができる。
【００３７】
自動検出装置２５はさらに、上述したように、汚泥サンプルｄ中の栄養細胞ａ（ｃ）の数Ｃの測定と、芽胞ａ（ｂ）の数Ｂの測定とを個別の手法を用いて行うのではなく、汚泥サンプルｄに含まれるバチルスをすべて芽胞ａ（ｂ）に変化させる芽胞化処理を行うことによって、単一の手法によって、栄養細胞ａ（ｃ）の数Ｃと、芽胞ａ（ｂ）の数Ｂとの両方を検出することもできる。このような芽胞化処理を伴う測定について、以下に説明する。
【００３８】
まず、バチルスの成長メカニズムを図３を用いて説明する。
【００３９】
図３は、バチルスの成長メカニズムを説明するための図である。
【００４０】
バチルスの栄養細胞ａ（ｃ）は、図３左に示すように、富栄養状態では、分裂αにより増殖する一方、図３右に示すように、貧栄養状態や高温、低温、低酸素環境では、発芽βして芽胞ａ（ｂ）に変化し、休眠状態となる。これによって、貧栄養状態や高温、低温、低酸素環境で有機排水を処理する水処理システムでは、バチルスはほとんど芽胞ａ（ｂ）の状態で存在することになる。
【００４１】
次に、バチルス（芽胞形成菌ａ）をすべて芽胞ａ（ｂ）に変化させる芽胞化処理を、図４を用いて説明する。
【００４２】
図４は、芽胞化処理を説明するための模式図である。
【００４３】
汚泥サンプルｄに含まれるすべてのバチルスを芽胞化させることは、汚泥サンプルｄに含まれるすべての栄養細胞ａ（ｃ）を芽胞化させることである。栄養細胞ａ（ｃ）を芽胞化させるための手法はいくつか存在する。栄養細胞ａ（ｃ）を芽胞化させるための具体的な手法は、限定される訳ではないが、例えば、汚泥サンプルｄに対して、５０℃以上の環境で１０分間以上の処理を行う手法、１０℃以下の環境で１０分間以上の処理を行う手法、ｐＨを急激に変化させる手法、低酸素環境で１０分間以上の処理を行う手法、貧栄養環境で汚泥サンプルｄを濃縮し、純水などの低有機物濃度溶媒で懸濁する処理を行う手法等が挙げられる。
【００４４】
これら何れかの手法を適用することによって、図４に示すように、汚泥サンプルｄに含まれるすべての栄養細胞ａ（ｃ）が芽胞化され、汚泥サンプルｄに含まれるバチルスは、すべて芽胞ａ（ｂ）として存在するようになる。
【００４５】
このように芽胞化処理がなされた後もまた、前述した抗体染色法、ＤＮＡアプタマー法、ＲＮＡアプタマー法、および芽胞染色法のうちの何れか、好適には芽胞染色法を用いて、汚泥サンプルｄ中における芽胞ａ（ｂ）の数Ｂを検出することができる。芽胞化処理がなされた後に検出された芽胞ａ（ｂ）の数Ｂは、汚泥サンプルｄ中におけるバチルスの数Ａに等しい。
【００４６】
自動検出装置２５は、芽胞化処理がなされた後に検出された芽胞ａ（ｂ）の数Ｂから、汚泥サンプルｄ中におけるバチルスの数Ａを把握することができる。
【００４７】
ところで、活性汚泥法のためにバチルスを利用する水処理システムの中には、栄養細胞ａ（ｃ）の数Ｃと、芽胞ａ（ｂ）の数Ｂとの割合が、ある程度一定な水処理システムもある。このような水処理システムでは、自動検出装置２５は、汚泥サンプルｄ中におけるバチルスの数Ａから、汚泥サンプルｄ中の栄養細胞ａ（ｃ）の数Ｃと、芽胞ａ（ｂ）の数Ｂとを概算することができる。
【００４８】
また、栄養細胞ａ（ｃ）の数Ｃと、芽胞ａ（ｂ）の数Ｂとの割合が不明な水処理システムの場合、あるいは、栄養細胞ａ（ｃ）の数Ｃと、芽胞ａ（ｂ）の数Ｂとの割合がある程度一定である水処理システムの場合であっても、汚泥サンプルｄ中におけるバチルスの数Ａ、栄養細胞ａ（ｃ）の数Ｃ、および芽胞ａ（ｂ）の数Ｂをより高い精度で把握したい場合、自動検出装置２５では、以下のような手法を講じることができる。
【００４９】
この手法を、図５を用いて説明する。
【００５０】
図５は、芽胞化処理を利用して汚泥サンプルにおけるバチルスの数、栄養細胞の数、および芽胞の数をすべて検出するための手法を説明するための図である。
【００５１】
図５の上側のパスは、図４を用いて説明したように、汚泥サンプルｄに対して芽胞化処理を施し、芽胞化処理後の汚泥サンプルｄに含まれるバチルスの数Ａを検出する処理に相当する。これは、前述したように、抗体染色法、ＤＮＡアプタマー法、ＲＮＡアプタマー法、および芽胞染色法のうちの何れか、好適には芽胞染色法を用いて、汚泥サンプルｄ中における芽胞ａ（ｂ）の数Ｂを検出することによってなされる。検出に要する時間は、前述した通り、数時間である。
【００５２】
図５の下側のパスは、芽胞化処理が施されていない汚泥サンプルｄに含まれる芽胞ａ（ｂ）の数Ｂを検出する処理に相当する。これもまた同様に、抗体染色法、ＤＮＡアプタマー法、ＲＮＡアプタマー法、および芽胞染色法のうちの何れか、好適には芽胞染色法を用いてなされる。この検出に要する時間も同様に数時間である。
【００５３】
前述したように、汚泥サンプルｄにおけるバチルスの数Ａ、芽胞ａ（ｂ）の数Ｂ、および栄養細胞ａ（ｃ）の数Ｃは、Ａ＝Ｂ＋Ｃの関係が成り立つ。したがって、自動検出装置２５は、汚泥サンプルｄに含まれるバチルスの数Ａから、汚泥サンプルｄに含まれる芽胞ａ（ｂ）の数Ｂを減じることによって、汚泥サンプルｄ中の栄養細胞ａ（ｃ）の数Ｃを算出することができる（Ｃ＝Ａ−Ｂ）。また、汚泥サンプルｄ中のバチルスの数Ａに対する芽胞ａ（ｂ）の数Ｂの割合（Ｂ／Ａ）や、バチルスの数Ａに対する栄養細胞ａ（ｃ）の数Ｃの割合（Ｃ／Ａ）を算出することもできる。
【００５４】
自動検出装置２５は、このようにして、汚泥サンプルｄ中のバチルスの数Ａ、栄養細胞ａ（ｃ）の数Ｃ、芽胞ａ（ｂ）の数Ｂ、汚泥サンプルｄ中のバチルスの数Ａに対する芽胞ａ（ｂ）の数Ｂの割合（Ｂ／Ａ）、および、バチルスの数Ａに対する栄養細胞ａ（ｃ）の数Ｃの割合（Ｃ／Ａ）を、短時間かつ高精度で算出することができる。
【００５５】
コントローラ２０は、自動検出装置２５による検出結果に応じて、活性剤添加部３０による原水ｘへの活性剤ｆの添加を制御する。
【００５６】
具体的には、コントローラ２０は、自動検出装置２５による検出結果から、栄養細胞ａ（ｃ）または芽胞ａ（ｂ）の濃度が、所定値以下である場合、生物反応槽１０内のバチルスを増加させるために、活性剤ｆを添加することを決定し、活性剤添加部３０へ駆動信号ｇを出力する。栄養細胞ａ（ｃ）の濃度は、検出された栄養細胞ａ（ｃ）の数Ｃを、汚泥サンプルｄの体積で除することによって算出することができる。芽胞ａ（ｂ）の濃度も同様に、検出された芽胞ａ（ｂ）の数Ｂを、汚泥サンプルｄの体積で除することによって算出することができる。
【００５７】
活性剤貯留槽３５には、バチルスの活性を向上させるための、すなわち、バチルスの増殖を促進する活性剤ｆが貯留されている。活性剤ｆは、好適には、シリカやマグネシウム、マンガン、鉄などの成分を有する。
【００５８】
活性剤添加部３０は例えばポンプであり、コントローラ２０から出力された駆動信号ｇに応じて駆動することにより、活性剤貯留槽３５に貯留されている活性剤ｆを原水ａに添加する。
【００５９】
これによって、原水ｘに含まれるバチルスの数Ａを増加させることができる。その結果、自動検出装置２５によって、栄養細胞ａ（ｃ）または芽胞ａ（ｂ）の濃度が所定値を超えるようになると、コントローラ２０は、活性剤ｆを添加しないことを決定し、活性剤添加部３０へ、駆動信号ｇを出力しない。これによって、活性剤添加部３０は、駆動せず、原水ｘに活性剤ｆは添加されなくなる。コントローラ２０は、このようにして、栄養細胞ａ（ｃ）または芽胞ａ（ｂ）の濃度が、一定範囲内に保たれるように制御することができる。
【００６０】
なお、コントローラ２０によってなされるこのような活性剤ｆの添加制御は、上述したように活性剤ｆを添加するか否かのいわゆるオンオフ制御に限定されず、例えば、栄養細胞ａ（ｃ）または芽胞ａ（ｂ）の濃度が所定値よりも低く、活性剤ｆを添加する場合には、栄養細胞ａ（ｃ）または芽胞ａ（ｂ）の濃度が低い場合には添加量を多くし、逆に高い場合には添加量を少なくするという具合に、栄養細胞ａ（ｃ）または芽胞ａ（ｂ）の濃度に応じて添加量を制御するようにしてもよい。
【００６１】
以上説明したように、本実施形態の水処理システム１００によれば、バチルスのような芽胞形成菌ａを用いて、活性汚泥法によって有機排水を処理する場合、芽胞形成菌ａの数Ａのみならず、その内訳である芽胞ａ（ｂ）の数Ｂと、栄養細胞ａ（ｃ）の数Ｃも、簡単な操作によって短時間で検出することができるので、栄養細胞ａ（ｃ）の優占化状態および活性状態を把握することが可能となる。
【００６２】
さらに、その結果に応じて、栄養細胞ａ（ｃ）の数を一定範囲内に保つように、活性剤ｆの添加を制御するなど、バチルスを優占化させるための運転方法や制御方法の変更等の対策を、タイムリーに講じることが可能となる。
【００６３】
また、一般に、芽胞形成菌ａの栄養細胞ａ（ｃ）を用いて、活性汚泥法によって有機排水を処理する場合、栄養細胞ａ（ｃ）の濃度がある値よりも低くなると、有機物、窒素、および臭気の除去性能が悪化する。しかしながら、本実施形態の水処理システム１００によれば、前述したように、栄養細胞ａ（ｃ）の数を、一定範囲内に保つように制御することができるので、生物反応槽１０内の原水ｘの水質を安定化させることができ、長期間にわたって安定した水処理性能を維持することが可能となる。
【００６４】
（第２の実施形態）
第２の実施形態の水処理方法が適用された水処理システムについて説明する。
【００６５】
第２の実施形態では、第１の実施形態で説明した部分と同一部分については、同一符号を用いて示し、重複説明を避け、異なる箇所について説明する。
【００６６】
図６は、第２の実施形態の水処理方法が適用された水処理システムの構成例を示すブロック図である。
【００６７】
水処理システム１１０は、水処理システム１００から活性剤添加部３０および活性剤貯留槽３５を省略し、代わりに、沈殿池４０、汚泥返送配管４２、汚泥返送部４５、ガス供給部５０、および散気管５２を備えた構成としている。
【００６８】
原水ｘは、生物反応槽１０において、芽胞形成菌ａによって浄化されると、処理水ｙとして生物反応槽１０から沈殿池４０に移行する。
【００６９】
処理水ｙには、バチルスを含む微生物を含む汚泥ｗが含まれている。
【００７０】
沈殿池４０は、処理水ｙの固液分離を行う固液分離槽として機能し、処理水ｙを、汚泥ｗと、上澄み液とに分離する。汚泥ｗは、後述するように、生物反応槽１０へ返送される一方、上澄み液は、処理水ｚとして沈殿池４０から排出される。これによって、水処理システム１１０は、処理水ｙよりもより浄化された処理水ｚを回収することができる。
【００７１】
汚泥返送配管４２は、沈殿池４０と生物反応槽１０とを接続しており、汚泥返送配管４２上には、例えばポンプである汚泥返送部４５が設けられている。
【００７２】
汚泥返送配管４２は、沈殿池４０の底部に接続されている。これによって、汚泥返送部４５が駆動すると、沈殿池４０に沈殿した汚泥ｗが、汚泥返送部４５によって、汚泥返送配管４２に吸引され、生物反応槽１０へ移送される。汚泥ｗには、バチルスが含まれているので、これによって、生物反応槽１０にバチルスが返送される。
【００７３】
汚泥返送部４５の駆動は、コントローラ２０によって制御される。以下に、この制御方法について説明する。
【００７４】
自動検出装置２５は、第１の実施形態で説明したように、コントローラ２０による制御の下、予め定められたタイミングによる自動サンプリングにより、生物反応槽１０内の原水ｘから、予め定められた量の汚泥サンプルｄを抽出し、汚泥サンプルｄ中におけるバチルスの数Ａ、栄養細胞ａ（ｃ）の数Ｃ、および芽胞ａ（ｂ）の数Ｂを検出する。
【００７５】
この検出結果に応じて、コントローラ２０は、沈殿池４０から生物反応槽１０に返送される汚泥ｗの量（汚泥返送量）を決定し、汚泥返送量に応じた駆動信号ｈを汚泥返送部４５へ出力する。
【００７６】
汚泥返送量に応じた駆動信号ｈとしては、例えば、汚泥返送量に応じて汚泥返送部４５を駆動させる時間とすることができる。これによって、汚泥返送量が多い場合には、多くの汚泥を返送するために、汚泥返送部４５を長い時間駆動させ、逆に、汚泥返送量が少ない場合には、少量の汚泥を返送するために、汚泥返送部４５を短い時間だけ駆動させることができる。
【００７７】
図７は、バチルス濃度と汚泥返送量との関係の一例を示す図である。
【００７８】
コントローラ２０は、図７のような関係を利用することによって、汚泥サンプルｄ内のバチルス濃度から、汚泥返送量を決定することができる。なお、バチルス濃度は、第１の実施形態で説明したような手法で検出されたバチルスの数Ａを、汚泥サンプルｄの体積で除することによって算出される。
【００７９】
図７に示すように、コントローラ２０は、バチルス濃度が低い場合には多く、バチルス濃度が高い場合には少なくなるように、汚泥返送量を決定する。
【００８０】
汚泥返送部４５は、このような汚泥返送量に応じた駆動信号ｈに従って動作することによって、コントローラ２０によって決定された汚泥返送量の汚泥ｗを、沈殿池４０から生物反応槽１０に返送することができる。これによって、適切な量のバチルスが、生物反応槽１０に返送される。
【００８１】
水処理システム１１０はさらに、生物反応槽１０内の原水ｘに空気を供給するために、例えば送風機であるガス供給部５０を備えている。前述したように、バチルスは好気性微生物であるため、溶存酸素量が低下すると、芽胞化し、活性が落ちる。したがって、ガス供給部５０によって、生物反応槽１０内に設けられた散気管５２から発せられる気泡として、原水ｘに空気を供給する。これによって、空気に含まれる酸素が、生物反応槽１０内のバチルスによる酸化分解のために使用され、生物反応槽１０内におけるバチルスの活性を維持できるようになる。
【００８２】
以上説明したように、本実施形態の水処理システム１１０によれば、第１の実施形態の水処理システム１００で奏される作用効果に加えて、以下のような作用効果を奏することが可能となる。
【００８３】
まず、本実施形態の水処理システム１１０によれば、汚泥サンプルｄ中のバチルス濃度に応じて適切な量の汚泥ｗを生物反応槽１０に返送することができる。汚泥ｗにはバチルスが含まれているので、これによって、適切な量のバチルスを生物反応槽１０に返送することができ、結果として、生物反応槽１０内におけるバチルス濃度の安定化を図ることができる。
【００８４】
また、本実施形態の水処理システム１１０によれば、原水ｘに空気を供給することができるので、空気に含まれる酸素が、生物反応槽１０内のバチルスによる酸化分解のために使用され、バチルスの活性を維持することが可能となる。
【００８５】
このように、本実施形態の水処理システム１１０によれば、生物反応槽１０内におけるバチルスの数のみならず活性をも維持させるための対策がなされているので、水処理性能をより長期にわたって安定化させながら運転することが可能となる。
【００８６】
(第３の実施形態)
第３の実施形態の水処理方法が適用された水処理システムについて説明する。
【００８７】
第３の実施形態では、第１および第２の実施形態で説明した部分と同一部分については、同一符号を用いて示し、重複説明を避け、異なる箇所について説明する。
【００８８】
図８は、第３の実施形態の水処理方法が適用された水処理システムの構成例を示すブロック図である。
【００８９】
水処理システム１２０は、水処理システム１００と水処理システム１１０とを組み合わせた構成となっていることに加えて、ガス供給部５０がコントローラ２０によって制御される。
【００９０】
自動検出装置２５は、第１の実施形態で説明したように、コントローラ２０による制御の下、予め定められたタイミングによる自動サンプリングにより、生物反応槽１０内の原水ｘから、予め定められた量の汚泥のサンプルｄを抽出し、サンプルｄ中におけるバチルスの数Ａ、栄養細胞ａ（ｃ）の数Ｃ、および芽胞ａ（ｂ）の数Ｂを検出する。
【００９１】
この検出結果に応じて、コントローラ２０は、活性剤添加部３０によって原水ｘに添加される活性剤ｆの添加量、汚泥返送部４５によって沈殿池４０から生物反応槽１０に返送される汚泥ｗの量（汚泥返送量）、およびガス供給部５０によって供給される空気の風量のうちの少なくとも何れかを決定する。
【００９２】
コントローラ２０は、活性剤ｆの添加量を決定した場合、活性剤ｆの添加量に応じた駆動信号ｇを、活性剤添加部３０へ出力する。これに応じて、活性剤添加部３０が動作し、決定された添加量の活性剤ｆが、活性剤貯留槽３５から、生物反応槽１０内に供給される。
【００９３】
また、コントローラ２０は、汚泥返送量を決定した場合、汚泥返送量に応じた駆動信号ｈを、汚泥返送部４５へ出力する。これに応じて、汚泥返送部４５が動作し、決定された汚泥返送量の汚泥ｗが、沈殿池４０から生物反応槽１０に返送される。
【００９４】
また、コントローラ２０は、空気の風量を決定した場合、この風量に応じた駆動信号ｉを、ガス供給部５０へ出力する。これに応じて、ガス供給部５０が駆動し、決定された風量の空気が、生物反応槽１０内に設けられた散気管５２から発せられる気泡として、生物反応槽１０内の原水ｘに供給される。
【００９５】
これら制御は、何れか１つであっても、あるいは任意の２つ以上であってもよい。
【００９６】
このように、本実施形態の水処理システム１２０は、第１の実施形態の水処理システムと、第２の実施形態の水処理システム１１０とを組み合わせた構成となっている。
【００９７】
したがって、汚泥サンプルｄ中のバチルス濃度に応じて、活性剤ｆの添加量、汚泥ｗの返送量、および空気の風量のうち、任意の１つ以上を制御することによって、最適な運転条件を維持し、もって、水処理性能をより長期にわたって安定化させながら運転することが可能となる。
【００９８】
以上説明したように、本発明によれば、活性汚泥法のために利用される有用微生物の優占化状態および活性状態を、簡単な操作によって短時間で把握し、その結果に応じて、運転を最適化するように制御可能な水処理システムおよび水処理方法を実現することができる。
【００９９】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【０１００】
１０・・生物反応槽、２０・・コントローラ、２５・・自動検出装置、３０・・活性剤添加部、３５・・活性剤貯留槽、４０・・沈殿池、４２・・汚泥返送配管、４５・・汚泥返送部、５０・・ガス供給部、５２・・散気管、１００、１１０、１２０・・水処理システム。
【図１】
2020175339.tif 000003
【図２】
2020175339.tif 000004
【図３】
2020175339.tif 000005
【図４】
2020175339.tif 000006
【図５】
2020175339.tif 000007
【図６】
2020175339.tif 000008
【図７】
2020175339.tif 000009
【図８】
2020175339.tif 000010