(57)【要約】【課題】廃水処理施設に流入する原水の有機物濃度が、短時間のうちに上昇した場合に、廃水処理施設の負荷を迅速かつ容易に低減すること。【解決手段】原水中の固形物を分離する前段固液分離装置と、前段固液分離装置で得られた分離水中の有機物を活性汚泥によって分解する生物処理槽と、生物処理槽で得られた生物処理液を汚泥と処理液とに分離する後段固液分離装置とを備える有機性廃水処理施設において、  原水の有機物濃度が所定濃度を超えた場合には、後段固液分離装置にて得られた余剰汚泥の一部を前段固液分離装置の流入部よりも前で原水と混合する。混合された余剰汚泥によって、原水中の溶解性有機物が吸着及び／又は生物分解される。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
原水中の固形物を分離する前段固液分離装置と、
前段固液分離装置で得られた分離水中の有機物を活性汚泥によって分解する生物処理槽と、
生物処理槽で得られた生物処理液を汚泥と処理水とに分離する後段固液分離装置と、
を備える有機性廃水処理施設において、
原水の有機物濃度が所定濃度を超えた場合には、後段固液分離装置にて得られた余剰汚泥の一部を前段固液分離装置の流入部より前で原水と混合することを特徴とする、有機性廃水処理施設の運転方法。
【請求項２】
前記前段固液分離装置に流入させる原水に添加する余剰汚泥濃度を0.03 kg-SS/m3以上0.2kg-SS/m3以下となるように調整する、請求項１に記載の有機性廃水処理施設の運転方法。
【請求項３】
原水中の固形物を分離する前段固液分離装置と、
前段固液分離装置で得られた分離水中の有機物を活性汚泥によって分解する生物処理槽と、
生物処理槽で得られた生物処理液を汚泥と処理水とに分離する後段固液分離装置と、
を備える有機性廃水処理施設であって、
後段固液分離装置にて得られた余剰汚泥の一部を原水に混合するための余剰汚泥供給経路を設け、
通常時には余剰汚泥供給経路を閉じ、
原水の有機物濃度が所定濃度を超えた場合には余剰汚泥供給経路を開き、余剰汚泥の一部を原水と混合することを特徴とする、有機性廃水処理施設。
【請求項４】
前記余剰汚泥供給経路の出口側が前段固液分離装置の原水供給経路に接続されている、請求項３に記載の有機性廃水処理施設。
【請求項５】
前記前段固液分離装置に流入させる原水に添加する余剰汚泥濃度を0.03 kg-SS/m3以上0.2kg-SS/m3以下となるように調整する、請求項３又は４に記載の有機性廃水処理施設。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原水中の溶解性有機物濃度が増加した場合にも、放流水の有機物濃度の増加を抑制しうる有機性廃水処理施設、及びそのような有機性廃水処理施設の運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
下水等の一般的な廃水処理方法では、まず処理すべき原水を最初沈殿槽（最初沈殿池）に流入させ、固形物を沈殿分離させる。固形物は最初沈殿槽の底部に沈殿した後に槽外に排出され、上澄水は水面付近から流出され、生物処理槽へと供給される。次に、生物処理槽では、嫌気性及び／又は好気性微生物を用いて、生物処理槽内の処理水中の有機物等が分解される。生物処理槽の生物処理液は、最終沈殿槽（最終沈殿池）へと供給され、活性汚泥を沈殿分離する。そして、最終沈殿槽の水面付近から上澄水が取り出され、処理水として処理施設外へと放流される。
【０００３】
このような廃水処理方法では、負荷の変動に対する対策も必要となるが、例えば、特許文献１には、廃水の流入量増加に対して緩衝槽を設けることにより対処することが開示されている。また、特許文献２には、降雨等によって下水流量が急激に増加した場合、嫌気処理用の前段生物処理槽と好気処理用の後段生物処理槽との間で最終沈殿槽の上澄水を流通させ、上澄水の残部を、前段生物処理槽を経ることなく後段生物処理槽に流入させる方法が開示されている。
【０００４】
最終沈殿槽で発生する余剰汚泥は、産業廃棄物の約半数を占めるといわれており、その減容化対策が研究されている。例えば、特許文献３には、廃水原水に微生物の電子受容体調整水を混入し、溶存酸素量が実質的に1mg/L以下の条件で曝気し、汚泥を沈殿分離処理した後、さらに溶存酸素量が実質的に1mg/L以下の条件で曝気すると共に上澄み水を電子受容体調整水として廃水原水に返送する処理方法を行うための処理装置が提案されている。
【０００５】
また、有機性廃水の生物処理施設において、負荷変動に対処するために前段生物処理槽及び後段生物処理槽という２つの生物処理槽によって有機物を分解し、前段生物処理槽にて処理された後の混合水を水質測定槽に導き、溶存酸素センサの計測値を利用して後段生物処理槽の処理能力の後段生物処理槽に流入する混合水の負荷量に対する過不足度を判断し、前段生物処理槽の曝気量を制御する方法が、特許文献４に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平５−１９２６８８号公報
【特許文献２】特開２００５−２６２１４０号公報
【特許文献３】特許第３６６７２５４号公報
【特許文献４】特開２００８−１６１８５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
原水中の有機物濃度が上昇すれば、好気性生物処理槽における曝気量を増やしたり、活性汚泥による有機物の生物処理を活性化させるように温度、pH等を調整することにより、処理水中の有機物濃度の上昇を抑制することは可能である。しかし、原水の発生源によっては、原水中の溶解性有機物濃度が一時的に急上昇することがある。
【０００８】
このような場合、特許文献１〜３に開示されている方法では、原水中の溶解性有機物濃度が急増した場合に、廃水処理施設の放流水の有機物濃度が上昇することを抑制することは困難である。また、特許文献４に開示されている方法でも、前段生物処理槽の曝気量を増やしても生物処理能力を急に上昇させることは不可能であるため、原水中の溶解性有機物濃度が急増した場合には、やはり放流水の有機物濃度が高くなり、水質が悪化せざるを得ない。
【０００９】
本発明は、原水中の溶解性有機物濃度が急増した場合に、容易かつ迅速に対応しうる有機性廃水処理施設及びそうした有機性廃水処理施設の運転方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者は、活性汚泥には溶解性有機物を吸着する能力があることから活性汚泥の余剰分である余剰汚泥を原水に混合し固形分を分離すれば、生物処理槽の負荷を軽減できることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【００１１】
具体的に、本発明は、
原水中の固形物を分離する前段固液分離装置と、
前段固液分離装置で得られた分離水中の有機物を活性汚泥によって分解する生物処理槽と、
生物処理槽で得られた生物処理液を汚泥と処理水とに分離する後段固液分離装置と、
を備える有機性廃水処理施設において、
原水の有機物濃度が所定濃度を超えた場合には、後段固液分離装置にて得られた余剰汚泥の一部を前段固液分離装置の流入部より前で原水と混合することを特徴とする、有機性廃水処理施設の運転方法に関する。
【００１２】
また、本発明は、
原水中の固形物を分離する前段固液分離装置と、
前段固液分離装置で得られた分離水中の有機物を活性汚泥によって分解する生物処理槽と、
生物処理槽で得られた生物処理液を汚泥と処理水とに分離する後段固液分離装置と、
を備える有機性廃水処理施設であって、
後段固液分離装置にて得られた余剰汚泥の一部を原水に混合するための余剰汚泥供給経路を設け、
通常時には余剰汚泥供給経路を閉じ、
原水の有機物濃度が所定濃度を超えた場合には余剰汚泥供給経路を開き、余剰汚泥の一部を原水と混合することを特徴とする、有機性廃水処理施設に関する。
【００１３】
後段固液分離装置では、生物処理槽中の汚泥を分離し、余剰分は余剰汚泥として抜き取られることによって除去される。この余剰汚泥には、溶解性有機物を吸着及び／又は分解する好気性微生物が含まれている。
【００１４】
本発明では、通常時（すなわち、原水の有機物濃度が有機性廃水処理施設の設計濃度以下である場合）には、後段固液分離装置から抜き取った余剰汚泥を廃棄し、所定濃度を超えた（原水の有機物濃度が有機性廃水処理施設の設計濃度を超えた）場合には、固液分離装置から抜き取った余剰汚泥の一部を原水と混合し、余剰汚泥によって過剰な溶解性有機物を吸着除去する。
【００１５】
また、余剰汚泥は溶解性有機物濃度が低いため、溶解性有機物質濃度が高い原水に対しては、高い処理能力を発揮しうる。このため、本発明では、原水に混合された余剰汚泥によって、原水中の溶解性有機物を効率よく吸着及び／又は分解することが可能である。
【００１６】
原水に混合された余剰汚泥は、原水中の溶解性有機物を吸着及び／又は分解した後、前段固液分離装置にて固形分と分離水とに分離する。この分離した固形分は、原水に含まれる有機性固形物等と共に、適宜前段固液分離装置から抜き取られて廃棄されるため、余剰汚泥に吸着した溶解性有機物が後段の好気的生物処理槽へと流入することはない。このため、生物処理槽への有機物負荷の上昇を抑制できるので、処理水質の悪化を抑制でき、好気性生物処理の場合には、曝気量の増加（それに伴う曝気電力量の増加）も抑制できる。
【００１７】
前記余剰汚泥供給経路の出口側は、前段固液分離装置の原水供給経路に接続し、原水と余剰汚泥を混合して前段固液分離装置内に供給すれば、原水の流れる力を利用しうるために、攪拌機などの特別な装置なしで充分に余剰汚泥を撹拌することが可能である。
【００１８】
前記前段固液分離装置に流入させる原水に添加する余剰汚泥濃度は、0.03 kg-SS/m3以上0.2kg-SS/m3以下となるように調整することが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の有機性廃水処理施設及びその運転方法によれば、原水中の有機物濃度が急増した場合であっても、生物処理槽の負荷を、容易かつ迅速に軽減することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の有機性廃水処理施設の一例における通常時の処理フローを示す図である。
【図２】本発明の有機性廃水処理施設の一例における負荷増大時の処理フローを示す図である。
【図３】実施の形態２の有機性廃水処理施設の構成を説明する図である。
【図４】撹拌時間及び余剰汚泥混合率を変化させた場合における、上澄水のTOC測定結果を表すグラフである。
【図５】撹拌時間及び余剰汚泥混合率を変化させた場合における、上澄水のS-TOC測定結果を表すグラフである。
【図６】撹拌時間１分における、上澄水のTOC測定結果を表すグラフである。
【図７】撹拌時間１分における、上澄水のS-TOC測定結果を表すグラフである。
【図８】余剰汚泥によるTOC除去量を表すグラフである。
【図９】余剰汚泥によるTOC除去率を表すグラフである。
【図１０】余剰汚泥によるS-TOC除去量を表すグラフである。
【図１１】余剰汚泥によるS-TOC除去率を表すグラフである。
【図１２】余剰汚泥単位重量あたりのTOC除去量を表すグラフである。
【図１３】余剰汚泥単位重量あたりのTOC除去率を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について、適宜図面を参酌しながら説明する。なお、本発明は、以下の記載に限定されない。
【００２２】
＜実施の形態１＞
（通常時）
まず、前段固液分離装置として最初沈殿槽、好気性生物処理槽、後段固液分離装置として最終沈殿槽を各１基備える有機性廃水処理施設としての下水処理場における処理フローを、図１に基づいて説明する。原水（有機性廃水）は経路１から原水槽２に一旦貯水された後、経路３を経て最初沈殿槽４へと供給される。最初沈殿槽４では、懸濁物質等が沈殿除去される。
【００２３】
最初沈殿槽４の上澄水は、経路５を経て好気性生物処理槽６へと供給される。好気的生物処理槽６では、ブロア７によって廃水中に空気が吹き込まれ、活性汚泥によって廃水中の有機物が好気的に生物分解される。一定時間処理を行った後、好気性生物処理槽６中の生物処理液は、経路８を経て最終沈殿槽９へと供給される。
【００２４】
最終沈殿槽９へは、好気性生物処理槽６の活性汚泥が流入するため、最終沈殿槽９の底部には活性汚泥が徐々に沈殿する。最終沈殿槽９の上澄水は、処理水として経路１０を経て放流される。最終沈殿槽９の底部に沈殿した汚泥は、一部は返送汚泥として汚泥返送経路１２によって、好気性生物処理槽６に返送される。この返送によって、好気的生物処理槽６内の活性汚泥量を一定範囲に維持することが可能である。
【００２５】
また、最終沈殿槽９の底部に沈殿した汚泥の余剰分は、余剰汚泥として適宜、経路１１から抜き取られ、廃棄される。
【００２６】
経路１１には、余剰汚泥供給経路１３も接続しており、経路１１との接続部の反対側（余剰汚泥出口側）は、経路３へと接続している。汚泥返送経路１２には、バルブ１４が設けられているが、通常時にはバルブ１４は閉じており、経路１１から取り出された余剰汚泥の一部は、原水へは供給されない。
【００２７】
（負荷上昇時）
次に、原水の溶解性有機物濃度が、有機性廃水処理施設の処理能力を超える程度に上昇した場合の余剰汚泥の原水への供給について、図２に基づいて説明する。なおここでは、通常時との相違点である余剰汚泥供給経路１３による余剰汚泥の原水への供給に関する部分を説明する。
【００２８】
原水の有機物濃度が上昇すると、好気性生物処理槽６の処理能力が不足し、充分に有機物を生物分解できない。このため、最終沈殿槽９へと溶解性有機物濃度の高い生物処理液が流入し、結果として経路１０から放流される処理水の溶解性有機物濃度も基準値よりも高くなり、処理水質が悪化することになる。曝気装置１８の曝気量を増やせば、好気性生物処理槽６の処理能力をある程度向上させることもできるが、急激に有機物濃度が上昇した場合、好気性微生物を用いた生物分解であるため、処理能力を急に向上させることは困難である。
【００２９】
そこで、本発明では、有機物濃度が所定値を超えればバルブ１４を開き、経路１１から抜き出された余剰汚泥の一部を、余剰汚泥供給経路１３及び経路３を経て、最初沈殿槽４へと返送する。原水の有機物濃度は、図２においては、原水槽２に設置した有機物濃度計１６によって測定している。有機物濃度計１６の信号は、経路１７によってバルブ１４に伝えられ、バルブ１４の開閉が調整される。
【００３０】
なお、原水の溶解性有機物濃度は、有機物濃度計によってリアルタイムで測定することが好ましいが、JIS K0102（工場排水試験法）に規定されているCOD（化学的酸素要求量）を定時的に測定し、その測定結果に応じてバルブ１４の開閉を調整することも可能である。また、溶解性有機物濃度と電気伝導度の相関性をあらかじめ把握しておき、電気伝導度を測定することにより有機物濃度を算出してもよい。
【００３１】
余剰汚泥供給経路１３と経路３とが接続されているため、原水の流れの持つ力で経路３から最初沈殿槽４へ原水と余剰汚泥が混合された状態で供給される。このため、最初沈殿槽４では、撹拌装置がなくとも原水と余剰汚泥を撹拌することができる。なお、原水と余剰汚泥を混合してから最初沈殿槽４へと供給するまでの時間は、30秒以上とすることが好ましい。
【００３２】
原水の流れの持つ力で原水と余剰汚泥を最良の混合状態に混合するためには30秒程度が必要とされるが、それに満たない場合でも最初沈殿槽４へ供給後に混合が進行するため、有機物の除去効果は発揮される。
【００３３】
原水と混合された余剰汚泥は、最初沈殿槽４へ流入する間に原水中の溶解性有機物を吸着し、最初沈殿槽４に流入した後は最初沈殿槽４の底部へと沈殿する。このとき、余剰汚泥は、最初沈殿槽４内で有機物を生物分解する能力を有するため、有機物を吸着除去する以外に、曝気処理がない状態であっても、原水中の溶存酸素を利用して、有機物を生物分解することが期待しうる。
【００３４】
このとき、最初沈殿槽４の底部に沈殿した余剰汚泥は、有機物を吸着したまま汚泥排出経路１５から抜き取られるため、原水と混合された余剰汚泥と、余剰汚泥が吸着した溶解性有機物とは、後段の好気性生物処理槽６へは流入することがない。
【００３５】
最初沈殿槽４内で原水中の有機物が吸着及び／又は生物分解されることにより、経路５を経て好気的生物処理槽６へと供給される上澄水の有機物濃度が減少し、原水の溶解性有機物濃度が急増した場合であっても、好気的生物処理槽６の負荷急増を抑制することが可能である。
【００３６】
余剰汚泥供給経路１３による余剰汚泥の供給は、原水の有機物濃度が有機性廃水処理施設の設計処理濃度よりも10％超えた場合に行うことが好ましい。このとき、前段固液分離装置に流入させる原水に添加する余剰汚泥量は、原水1m3あたり余剰汚泥0.03〜0.2kg-SSである。すなわち、添加後の原水中の余剰汚泥濃度が好ましくは0.03 kg-SS/m3以上0.2kg-SS/m3以下となるように調整する。
【００３７】
原水の溶解性有機物濃度が減少し、通常濃度に戻れば、原水槽２に設置した有機物濃度計１６の信号によってバルブ１４が閉じられ、汚泥返送経路１３による余剰汚泥の返送を中止する。こうして、通常時の運転に戻る。
【００３８】
なお、最初沈殿槽４は、膜分離装置に代えてもよく、最終沈殿槽９も膜分離装置に代えてもよい。
【００３９】
＜実施の形態２＞
実施の形態１では、好気性生物処理槽と最終沈殿槽（後段固液分離装置）とが独立した構造であったが、図３に示すように、好気性生物処理槽と固液分離装置とが一体化した構造であってもよい。図３の例では、経路５を経て供給される沈殿槽２２の上澄液は、膜分離活性汚泥処理装置２１内で活性汚泥法によって有機物が生物分解された後、浸漬膜分離装置１９によってろ過され、その透過水が処理水として経路２０から排水される。
【００４０】
浸漬膜分離装置１９によるろ過により、処理液の汚泥濃度は徐々に上昇するが、膜分離活性汚泥処理装置２１内の余剰汚泥は、適宜汚泥経路１１から抜き取られるため、汚泥濃度を一定範囲内に調整することが可能である。なお、図３の有機性廃水処理施設では、汚泥返送経路は不要である。
【００４１】
汚泥経路１１から抜き取られた余剰汚泥の一部は、原水の溶解性有機物濃度が上昇した場合には、実施の形態１と同様に、余剰汚泥供給経路１３及び経路３を経て、原水へ混合される。
【００４２】
なお、膜分離活性汚泥処理装置２１の浸漬膜分離装置１９としては、精密膜分離装置、限外ろ過膜分離装置等、公知の膜分離装置を利用することが可能である。また、沈殿槽２２は、膜分離装置に代えてもよい。
【００４３】
本発明の有機性廃水処理施設の運転方法は、余剰汚泥供給経路を設けるという簡単な改造によって、既存の有機性廃水処理施設においても実施可能である。
【００４４】
なお、上記実施の形態１及び実施の形態２では、生物処理は好気性生物処理槽単独で行う場合について説明したが、嫌気性生物処理槽と好気性生物処理槽とを組み合わせてもよい。
【００４５】
（余剰汚泥による負荷軽減実験）
有機性廃水処理施設において、原水の溶解性有機物濃度上昇時に余剰汚泥を原水へ混合することを想定し、ビーカーに原水及び最終沈殿槽の余剰汚泥を投入し、攪拌翼によって一定時間撹拌した。60分間静置した後、上澄水を採取した。そして、原水及び上澄水の懸濁物質濃度（SS）、全有機性炭素濃度（TOC）及び溶解性全有機性炭素濃度（S-TOC）を測定した。原水及び余剰汚泥のSS、TOC及びS-TOCを、表１に示す。
【００４６】
【表１】
2010264424.tif 000002
【００４７】
また、原水に対する余剰汚泥（最終沈殿槽より引き抜いた汚泥）の混合割合は、表２に示すとおり0〜20容量％とした。原水と余剰汚泥の撹拌時間は、1〜20分とした。
【００４８】
【表２】
2010264424.tif 000003
【００４９】
まず、原水と余剰汚泥の撹拌時間を1〜20分とし、余剰汚泥混合率を1〜20容量%とした場合における、ろ液のTOC濃度とS-TOC濃度の測定結果を、それぞれ図４及び図５に示す。余剰汚泥混合率が高いほど、ろ液のTOC濃度及びS-TOC濃度が低くなることが確認されたが、撹拌時間による影響はほとんど認められなかった。なお、同様の実験を撹拌時間30秒として行ったが、ろ液のTOC濃度及びS-TOC濃度は撹拌時間1分とほぼ同じであった。
【００５０】
次に、原水中の余剰汚泥濃度を0.03〜0.8kg-SS/m3と変化させ、撹拌時間を1分とした場合における、ろ液のTOC濃度とS-TOC濃度の測定結果を、それぞれ図６及び図７に示す。余剰汚泥濃度が高くなるほど、ろ液のTOC及びS-TOCは低下した。なお、撹拌時間が30秒〜20分の範囲では、ろ液のTOC及びS-TOCはあまり変化しなかった。
【００５１】
次に、原水中の余剰汚泥濃度を0.03〜0.8kg-SS/m3と変化させ、撹拌時間を1分とした場合における、TOC除去量及びTOC除去率を、それぞれ図８及び図９に示す。また、S-TOC除去量及びS-TOC除去率を、それぞれ図１０及び図１１に示す。TOCとS-TOCの濃度変化の挙動は類似しており、有機物が固形性であるか溶解性であるかに関しては、顕著な差は認められなかった。余剰汚泥濃度が高くなるにつれて、TOC等の除去量及び除去率は高くなった。
【００５２】
次に、原水中の余剰汚泥濃度を0.03〜0.8kg-SS/m3と変化させ、撹拌時間を1分とした場合における、余剰汚泥単位重量あたりのTOC除去量及びS-TOC除去量を、それぞれ図１２及び図１３に示す。余剰汚泥濃度が高くなるほど、余剰汚泥単位重量あたりのTOC及びS-TOCの除去効率が急激に低下した。
【００５３】
このため、最初沈殿槽内の余剰汚泥濃度が0.03kg-SS/m3以上0.8kg-SS/m3以下となるように、原水と余剰汚泥とを混合し、TOC及びS-TOC除去率を15％程度として運転することが実用的であると考察された。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明の有機性廃水処理施設及びその運転方法は、原水の有機物濃度が変動しやすい有機性廃水処理施設及びその運転方法として、廃水処理分野において有用である。
【符号の説明】
【００５５】
１，３，５，８，１０，２０：経路
２：原水槽
４：最初沈殿槽（前段固液分離装置）
６：好気性生物処理槽
７：ブロア
９：最終沈殿槽（後段固液分離装置）
１１，１５：汚泥経路
１２：余剰汚泥供給経路
１３：汚泥返送経路
１４：バルブ
１６：有機物濃度計
１７：経路（電気経路）
１８：曝気装置（散気装置）
１９：浸漬膜分離装置
２１：膜分離活性汚泥処理装置（好気的生物処理槽＋固液分離装置）
２２：沈殿槽
【図１】
2010264424.tif 000004
【図２】
2010264424.tif 000005
【図３】
2010264424.tif 000006
【図４】
2010264424.tif 000007
【図５】
2010264424.tif 000008
【図６】
2010264424.tif 000009
【図７】
2010264424.tif 000010
【図８】
2010264424.tif 000011
【図９】
2010264424.tif 000012
【図１０】
2010264424.tif 000013
【図１１】
2010264424.tif 000014
【図１２】
2010264424.tif 000015
【図１３】
2010264424.tif 000016