(57)【要約】【課題】従来の廃水処理設備を利用して廃水の窒素やリンを効率よく除去可能な活性汚泥処理技術を提供する。【解決手段】配水システムは、廃水処理設備の３槽を、第１処理槽30、第２処理槽10及び分離槽20として稼動して活性汚泥処理する。ポンプ40；ポンプ排出口から第１処理槽、第２処理槽、分離槽及び外部へ移送可能な供給ラインL31,11,21,50；供給ラインの移送を制御する供給制御弁V31,11,21,50；第１処理槽、第２処理槽、分離槽及び廃水源からポンプ取入口へ移送可能で、分離槽から廃水及び活性汚泥を個別に移送可能な取込ラインL32,12,22,23,1；取込ラインの移送を制御する取込制御弁V32,12,22,23,1；ポンプ駆動により、廃水源から供給される廃水が、外部排出の前に、第１処理槽、第２処理槽、分離槽の順に活性汚泥と共に移送されるように供給制御弁及び取込制御弁の動作を制御する制御部を有する。【選択図】図１
2010115621.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃水処理設備の３つの槽を、第１処理槽、第２処理槽、及び、廃水から活性汚泥を分離する分離槽として稼動して活性汚泥処理を実施するための配水システムであって、
廃水及び／又は活性汚泥を移送するためのポンプ装置と；
前記ポンプ装置の排出口から前記第１処理槽、前記第２処理槽、前記分離槽及び外部の各々への移送が可能な供給ラインと；
前記供給ラインによる前記第１処理槽、前記第２処理槽、前記分離槽及び外部の各々への移送を制御するための供給制御弁と；
前記第１処理槽、前記第２処理槽、前記分離槽及び廃水源の各々から前記ポンプ装置の取入口への移送が可能で、前記分離槽から廃水及び活性汚泥を個別に移送可能な取込ラインと；
前記取込ラインによる前記第１処理槽、前記第２処理槽、前記分離槽及び廃水源の各々からの移送を制御するための取込制御弁と；
前記ポンプ装置の駆動により、廃水源から供給される廃水が、外部へ排出される前に、前記第１処理槽、前記第２処理槽、前記分離槽の順に活性汚泥と共に移送されるように前記供給制御弁及び前記取込制御弁の動作を制御する制御部と
を有することを特徴とする配水システム。
【請求項２】
前記第１処理槽及び前記第２処理槽は、各々、廃水を好気性条件に調整するための作動切り換え可能な酸素供給手段を有する請求項１記載の配水システム。
【請求項３】
前記第２処理槽の容量は前記第１処理槽の容量より多く、前記制御部は、廃水が、前記第１処理槽に収容される廃水の容量を移送単位として供給又は取込まれるように、前記供給制御弁及び前記取込制御弁の動作を制御する請求項１又は２に記載の配水システム。
【請求項４】
前記供給ラインは、前記第１処理槽、前記第２処理槽、前記分離槽及び外部の各々に接続する４つのラインを有し、前記取込ラインは、前記第１処理槽、前記第２処理槽及び廃水源の各々に接続する３つのラインと、前記分離槽に接続し廃水及び活性汚泥の各々を移送するための２つのラインとを有し、前記制御部は、前記供給ラインの１つのラインと前記取込ラインの１つのラインとが連通するように前記供給制御弁及び前記取込制御弁を制御することによって廃水及び／又は活性汚泥を移送する請求項１〜３の何れかに記載の配水システム。
【請求項５】
前記廃水及び／又は活性汚泥の移送が、（１）前記第２処理槽から前記分離槽へ、（２）前記第１処理槽から前記第２処理槽へ、（３）前記分離槽から外部へ、（４）前記分離槽から前記第１処理槽へ、（５）廃水源から前記第１処理槽へ、の順に従って繰り返されるように、前記制御部は前記供給制御弁及び前記取込制御弁の動作を制御する請求項４記載の配水システム。
【請求項６】
前記（１），（２）の移送で廃水及び活性汚泥を移送し、前記（３），（５）の移送で廃水を移送し、前記（４）の移送で活性汚泥を移送する請求項５記載の配水システム。
【請求項７】
前記（３）の移送において活性汚泥も移送する請求項６記載の配水システム。
【請求項８】
前記供給制御弁は、前記４つのラインの各々に設けられる４つの開閉弁であり、前記取込制御弁は、前記３つのライン及び前記２つのラインの各々に設けられる５つの開閉弁である請求項４〜７の何れかに記載の配水システム。
【請求項９】
廃水処理設備の３つの槽を、処理槽、及び、廃水から活性汚泥を分離する第１分離槽及び第２分離槽として稼動して活性汚泥処理を実施するための配水システムであって、
廃水及び／又は活性汚泥を移送するための１つのポンプ装置と；
前記ポンプ装置の排出口から前記処理槽、前記第１分離槽、前記第２分離槽及び外部の各々への移送が可能な供給ラインと；
前記供給ラインによる前記処理槽、前記第１分離槽、前記第２分離槽及び外部の各々への移送を制御するための供給制御弁と；
前記処理槽、前記第１分離槽、前記第２分離槽及び廃水源の各々から前記ポンプ装置の取入口への移送が可能な取込ラインと；
前記取込ラインによる前記処理槽、前記第１分離槽、前記第２分離槽及び廃水源の各々からの移送を制御するための取込制御弁と；
前記ポンプ装置の駆動により、廃水源から前記第１分離槽及び第２分離槽の一方に交互に供給される廃水が、外部へ排出される前に、活性汚泥と共に前記処理槽を経て前記第１分離槽及び第２分離槽の一方へ交互に移送されるように前記供給制御弁及び前記取込制御弁の動作を制御する制御部と
を有することを特徴とする配水システム。
【請求項１０】
前記処理槽、前記第１分離槽及び前記第２分離槽は、各々、廃水を好気性条件に調整するための作動切り換え可能な酸素供給手段を有する請求項９記載の配水システム。
【請求項１１】
前記処理槽の容量は、前記第１分離槽及び第２分離槽の容量より多く、前記制御部は、廃水が、前記第１分離槽及び第２分離槽の各々に収容される廃水の容量を移送単位として供給又は取込まれるように、前記供給制御弁及び前記取込制御弁の動作を制御する請求項９又は１０に記載の配水システム。
【請求項１２】
前記取込ラインは、前記第１分離槽及び前記第２分離槽の各々から、廃水から分離される活性汚泥を取込可能なラインを有する請求項９〜１１の何れかに記載の配水システム。
【請求項１３】
少なくとも３つの槽を有し、請求項１〜８の何れかに記載の配水システムが設けられて、前記３つの槽が、活性汚泥処理用の第１処理槽、第２処理槽、及び、廃水から活性汚泥を分離する分離槽として稼動する廃水処理設備。
【請求項１４】
少なくとも３つの槽を有し、請求項９〜１２の何れかに記載の配水システムが設けられて、前記３つの槽が、活性汚泥処理用の処理槽、及び、廃水から活性汚泥を分離する第１分離槽及び第２分離槽として稼動する廃水処理設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃水処理設備を稼動させて廃水の活性汚泥処理を行うための配水システム及びそれを用いた廃水処理設備に関し、特に、従来の廃水処理設備を利用して、廃水から窒素及びリンを効率よく除去可能な活性汚泥処理を実施可能な簡易な構成の配水システム及びそれを用いた廃水処理設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
既存の廃水処理設備の多くは、戦後の高度成長期に急速に普及した標準活性汚泥法を基に設計されている。標準活性汚泥法は、主として廃水中の有機物を除去するために考案された方法であるため、窒素やリンについてはさほど除去能力を備えていない。近年大きな問題となっている閉鎖性水域の富栄養化の主な原因は、廃水処理設備から排出される窒素及びリンであることが知られていることから、既存の旧式設備を窒素やリンを除去可能な高度処理設備に置き換えるための対処が必要である。
【０００３】
対処法は、新たに高度処理設備を設置する、又は、旧式設備を改造して窒素やリンの除去能力を備える、の何れかとなり、例えば、下記特許文献１のような処理によると、窒素やリンを効率的に除去することができる。
【特許文献１】特開２００８−２３４９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、廃水処理設備は、一般に、廃水発生源近傍の都市部に設けられることから、新たな設備を別の場所に設置する場合、十分な土地を確保することが難しい。また、同じ場所で旧式設備を新たな設備に建て替える場合、現在行っている廃水の受け入れを一時的に中断する必要があるが、大量且つ常に発生する廃水を未処理のまま放流することはできないので、事実上、実行は困難である。他方、旧式設備を改造する場合、既存の設備の制約を受けた状態で高度処理設備の設計を取り入れようとすると、十分な処理能力を備えるように改造するには限界がある。また、設備の新設や改造には多額の費用を必要とするため、資金力の乏しい中小企業や地方自治体においては、高度処理設備の導入を断念せざるを得ない場合もある。
【０００５】
本発明は、従来の廃水処理設備を巧く利用して、活性汚泥によって窒素やリンを効率よく除去可能な廃水処理の実施を可能とする、簡易な構造の配水システム、及び、それを用いて活性汚泥処理を進行することによって好適に廃水の窒素及びリンを除去できる廃水処理設備を提供することを課題とする。
【０００６】
又、本発明は、経済的に負担とならない簡易な構成要素を用いて配水の制御によって、効率的な活性汚泥処理の実施を実現可能な配水システム、及び、それを設置して稼動させることにより、廃水の窒素及びリンが好適に除去できる廃水処理設備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】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、３つの槽を有する廃水処理設備に設置する配水ラインの構成を工夫することによって、ポンプを用いて廃水を効率よく各槽に配水して、窒素及びリンを好適に除去可能な回分式の活性汚泥処理を実行可能となるように構成可能であることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
本発明の一態様によれば、配水システムは、廃水処理設備の３つの槽を、第１処理槽、第２処理槽、及び、廃水から活性汚泥を分離する分離槽として稼動して活性汚泥処理を実施するための配水システムであって、廃水及び／又は活性汚泥を移送するための１つのポンプ装置と；前記ポンプ装置の排出口から前記第１処理槽、前記第２処理槽、前記分離槽及び外部の各々への移送が可能な供給ラインと；前記供給ラインによる前記第１処理槽、前記第２処理槽、前記分離槽及び外部の各々への移送を制御するための供給制御弁と；前記第１処理槽、前記第２処理槽、前記分離槽及び廃水源の各々から前記ポンプ装置の取入口への移送が可能で、前記分離槽から廃水及び活性汚泥を個別に移送可能な取込ラインと；前記取込ラインによる前記第１処理槽、前記第２処理槽、前記分離槽及び廃水源の各々からの移送を制御するための取込制御弁と；前記ポンプ装置の駆動により、廃水源から供給される廃水が、外部へ排出される前に、前記第１処理槽、前記第２処理槽、前記分離槽の順に活性汚泥と共に移送されるように前記供給制御弁及び前記取込制御弁の動作を制御する制御部とを有することを要旨とする。
【０００９】
又、上記態様によれば、本発明に係る廃水処理設備は、少なくとも３つの槽を有し、上記の配水システムが設けられて、前記３つの槽が、活性汚泥処理用の第１処理槽、第２処理槽、及び、廃水から活性汚泥を分離する分離槽として稼動することを要旨とする。
【００１０】
本発明の他の態様によれば、配水システムは、廃水処理設備の３つの槽を、処理槽、及び、廃水から活性汚泥を分離する第１分離槽及び第２分離槽として稼動して活性汚泥処理を実施するための配水システムであって、廃水及び／又は活性汚泥を移送するための１つのポンプ装置と；前記ポンプ装置の排出口から前記処理槽、前記第１分離槽、前記第２分離槽及び外部の各々への移送が可能な供給ラインと；前記供給ラインによる前記処理槽、前記第１分離槽、前記第２分離槽及び外部の各々への移送を制御するための供給制御弁と；前記処理槽、前記第１分離槽、前記第２分離槽及び廃水源の各々から前記ポンプ装置の取入口への移送が可能な取込ラインと；前記取込ラインによる前記処理槽、前記第１分離槽、前記第２分離槽及び廃水源の各々からの移送を制御するための取込制御弁と；前記ポンプ装置の駆動により、廃水源から前記第１分離槽及び第２分離槽の一方に交互に供給される廃水が、外部へ排出される前に、活性汚泥と共に前記処理槽を経て前記第１分離槽及び第２分離槽の一方へ交互に移送されるように前記供給制御弁及び前記取込制御弁の動作を制御する制御部とを有することを要旨とする。
【００１１】
又、上記態様によれば、本発明に係る廃水処理設備は、少なくとも３つの槽を有し、上記の配水システムが設けられて、前記３つの槽が、活性汚泥処理用の処理槽、及び、廃水から活性汚泥を分離する第１分離槽及び第２分離槽として稼動することを要旨とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、少なくとも３つの処理槽を備える処理設備を利用して、窒素及びリンを好適に除去できる回分式の活性汚泥処理を実施でき、特殊な設備改造を施さなくても効率良く廃水処理を行うことができる。又、廃水処理を行うための活性汚泥処理装置における改良は、ポンプを含む給排水ラインによって構成される簡易なものであり、煩雑な操作や工程管理を要せず、簡便且つ短時間で設置・改良を進めることができる。従って、従来の標準活性汚泥法による稼動状態を維持したまま、既存の設備を利用しつつ、追加部品の数及び購入費用を最小限に抑えて窒素及びリンの除去が可能な高度処理設備にアップグレードすることができる。又、廃水の水質が変わった際に、脱窒、硝化、沈降等の各工程に費やす時間などの変更によって柔軟に対応できるので、大規模な装置改造等を必要としない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
一般に、標準活性汚泥法は、連続式で処理を行い、原水槽に流入した原廃水は、曝気槽に流下して活性汚泥と共に曝気を受け、酸化・浄化（有機物の分解）される。十分に浄化された廃水は、活性汚泥と共に沈殿槽に流下し、活性汚泥が沈降した後、上澄み廃水は放流し、沈降汚泥は再び曝気槽に還流されて曝気槽における活性汚泥濃度を維持する。
【００１４】
上記の設備では、動力として、ポンプ１つと曝気ブロア１つとを最低限必要とするが、原水槽から曝気槽への送水、及び、曝気槽から沈殿槽への送水は重力による流下であり、沈降汚泥の返送において動力による汲み上げを使用する。
【００１５】
本発明では、上述のような構成要素を活用して、リン及び窒素を同時に除去可能な高度処理型の設備に改善する。その具体例について以下に説明する。
【００１６】
図１は、本発明に係る配水システムを装備した廃水処理設備の一実施形態を示す。この処理設備１は、３つの槽を有する設備に配水システムを装備したものであり、３つの槽は、廃水Ｗ及び活性汚泥Ｓを収容するための処理槽１０、廃水Ｗに含まれる活性汚泥Ｓを沈降分離するための分離槽２０、及び、分離した活性汚泥Ｓの一部又は全部に新たな廃水Ｗａを供給して嫌気性条件下におく下処理を行うための下処理槽３０として使用する。配水システムは、ポンプ装置４０と、配水ラインと、配水ラインの連通／遮断を切り換える切換弁システムと、切換弁システムを系統的に管理・制御する制御部（図示略）とを有する。配水ラインは、ポンプ装置４０の排出口から各部へ廃水及び／又は汚泥を供給する供給ラインと、各部からポンプ装置の取入口へ廃水及び／又は汚泥を取り込む取込ラインとからなり、切替弁システムは、供給ラインの各部との連通／遮断を切り換える供給制御弁と、取込ラインの各部との連通／遮断を切り換える取込制御弁とからなる。図１においては、供給制御弁は、供給ラインが各部へ分岐する分岐ライン毎に付設される複数の開閉弁で構成され、取込制御弁は、取込ラインの分岐ライン毎に付設される複数の開閉弁で構成される。具体的には、供給ラインは、処理槽１０へのラインＬ１１、分離槽２０へのラインＬ２１、下処理槽３０へのラインＬ３１、及び、処理後廃水の放出先である外部へのラインＬ５０を有し、供給制御弁として、これらのラインの連通／遮断を個別に切り換える開閉弁Ｖ１１，Ｖ２１，Ｖ３１，Ｖ５０が各々付設されている。取込ラインは、処理槽１０からのラインＬ１２、分離槽２０からのラインＬ２２，Ｌ２３、下処理槽３０からのラインＬ３２、及び、廃水源から廃水を取り込むためのラインＬ１を有し、取込制御弁として、これらのラインの連通／遮断を個別に切り換える開閉弁Ｖ１２，Ｖ２２，Ｖ２３，Ｖ３２，Ｖ１が各々付設されている。ラインＬ２２及び開閉弁Ｖ２２は、分離槽２０で沈降分離された上澄みの配水を排出ためのライン及びその開閉のための弁であり、一方、ラインＬ２３及び開閉弁Ｖ２３は、分離槽２０で沈降分離された分離槽２０底部の活性汚泥を排出するためのライン及びその開閉のための弁である。処理槽１０及び下処理槽３０の底部には、各々、配水に酸素（空気）を供給するための曝気装置１１，３１、廃水を均一に混合するための撹拌装置１２，３２が付設されている。開閉弁Ｖ１，Ｖ１１，Ｖ１２，Ｖ２１，Ｖ２２，Ｖ２３，Ｖ３１，Ｖ３２，Ｖ５０は、電磁制御、油圧制御、機械制御等によって開閉動作を制御可能な弁であり、各々、電気接続、油圧系等の接続手段（図示略）を介して制御部に接続して、各開閉弁の個別の開閉動作を制御部において系統的に管理・制御することができる。供給制御弁の１つと取込制御弁の１つとを開放する様に制御することによって、供給ラインの１つと取込ラインの１つがポンプ装置を介して連通し、ポンプ装置の駆動によって、３つの槽及び廃水源のうちの１つから３つの槽及び外部のうちの１つへ廃水及び／又は汚泥が移送される。又、ポンプ装置４０、撹拌装置１２，３２及び曝気装置１２，３２の作動制御についても、制御部において上記開閉弁の制御と共に系統的に管理・制御することができる。
【００１７】
処理槽１０には、槽内の廃水及び活性汚泥を好気性条件に調整するための作動切り換え可能な酸素供給手段である曝気装置１１と、廃水及び活性汚泥を混合するための攪拌装置１２とを有し、廃水の活性汚泥処理を行うための処理機構として働く。処理槽１０で行われる活性汚泥処理には、廃水を嫌気性条件に調整する嫌気性工程と、この後の廃水を好気性条件に調整する好気性工程とが有る。嫌気性工程では、処理槽１０内で、廃水Ｗ及び活性汚泥Ｓを攪拌装置１２によって混合し、この時、嫌気性状態とするために必要に応じて槽内は外気から遮断されるが、水面からの酸素の溶け混みが無視できる程度であれば外気の遮断は不要である。この工程で、脱窒細菌の活動によって廃水Ｗ中の硝酸態窒素が還元され窒素となって廃水Ｗから放出される（脱窒）。攪拌によって、廃水の局所的な水質変化が防止される。脱窒が完遂されて硝酸態窒素が無くなれば、リン蓄積細菌が活性化されてリン蓄積細菌が繁殖に優位になる。次の好気性工程では、攪拌装置１２を停止して曝気装置１１から廃水Ｗ及び活性汚泥Ｓに空気を吹き込むことにより好気性状態となり、廃水Ｗ中のアンモニア態窒素が硝化細菌によって酸化されて硝酸を生じる。この時、リン蓄積細菌は、取り込んでいた有機質を用いて繁殖すると共にリン酸態リンを取り込むが、この段階で廃水のリン酸態リンの除去が満足に進行するにはリン蓄積細菌が汚泥中で十分に繁殖する必要があり、処理槽１０内でリン蓄積細菌が繁殖に優位になる機会は極めて限られる。このため、汚泥中のリン蓄積細菌の繁殖及びリンの取り込み能の増強を可能にするための処理を、後述の下処理槽３０において行う。又、リンを取り込んだ細菌は、廃水から分離廃棄しなければ嫌気性条件下で廃水中にリンを再度放出するので、廃水処理の繰り返しに従って、リン除去のための汚泥廃棄が必要となる。これは、分離槽２０において行われる。
【００１８】
処理槽１０において脱窒、硝化及びリンの取り込みを施した後の廃水Ｗ及び活性汚泥Ｓは、その一部が、処理槽１０からラインＬ１２、開閉弁Ｖ１２及びポンプ装置４０によって排出され、ラインＬ２１，開閉弁Ｖ２１を通じて分離槽２０に収容される（つまり、開閉弁Ｖ１２，Ｖ２１を一定時間開放）。
【００１９】
分離槽２０では、処理槽１０から分取される汚泥を含んだ廃水を、活性汚泥Ｓと廃水Ｗとに分離する。この実施形態では、沈降分離によって活性汚泥Ｓが分離槽底部に収集されるが、分離手段として、レーキの様な汚泥を掻き寄せて収集する機械的分離手段を用いても良い。活性汚泥Ｓから分離された廃水Ｗは、ラインＬ２２，開閉弁Ｖ２２及びポンプ装置４０を用いて分離槽２０からラインＬ５０，開閉弁Ｖ５０を通じて廃棄される（つまり、開閉弁Ｖ２２，Ｖ５０を一定時間開放）。活性汚泥Ｓは、廃水Ｗを含む濃縮汚泥の状態で分離槽２０に残るが、後続の下処理の効率の点から、活性汚泥Ｓに残留する廃水Ｗが少ないように可能な限り分離効率を高めることが望ましい。
【００２０】
分離槽２０の濃縮汚泥Ｓは、その一部がラインＬ２３，開閉弁Ｖ２３及びポンプ装置４０によって排出されて、ラインＬ３１及び開閉弁Ｖ３１を通じて下処理槽３０に供給される（つまり、開閉弁Ｖ２３，Ｖ３１を一定時間開放）。残りの汚泥は、リン蓄積細菌に取り込まれたリンを処理系から除去するために分離槽２０から排出し（分離槽２０の底部排出ラインを用いるか、開閉弁Ｖ２３，Ｖ５０を一定時間開放してラインＬ２３，Ｌ５０から排出）、焼却処理等を施して廃棄される。但し、活性汚泥Ｓのリン蓄積細菌のリン取り込み容量に余裕があって、更にリン取り込みが可能である場合には、分離槽２０の濃縮汚泥を全て下処理槽３０へ供給すれば良い。この判断は、分離槽２０の廃水のリン酸濃度の測定値に基づいて行うことができる。
【００２１】
下処理槽３０では、分離槽２０から供給される汚泥に、ラインＬ１、開閉弁Ｖ１及びポンプ装置４０を用いて取り込まれる新たな廃水ＷａがラインＬ３１及び開閉弁Ｖ３１を通じて供給され（つまり、開閉弁Ｖ１，Ｖ３１を一定時間開放）、必要ならば槽内を外気から遮断することによって、取水した新たな廃水Ｗａ及び活性汚泥Ｓを嫌気性条件下におく。下処理槽３０には、廃水Ｗａ及び活性汚泥Ｓを混合するための攪拌装置３２が装備されており、廃水Ｗａを攪拌することによって活性汚泥Ｓが分散し、局所的な品質変化が防止されて汚泥の活性化が均一になる。この状態では、活性汚泥Ｓに含まれていた廃水Ｗによる残留硝酸体窒素が脱窒細菌によって窒素に変換され、脱窒が完遂されて硝酸態窒素がなくなる（硝酸態窒素のない嫌気性状態を絶対嫌気性と記載する）と、リン蓄積細菌が活性化して廃水中の豊富な有機質を取り込んで、他の細菌より繁殖に優位になる。従って、後の処理槽１０での好気性状態で増殖して活性汚泥Ｓのリン蓄積容量が増大する。この増殖により増大する分のリン蓄積容量によって、前述の分離槽２０から系外へ廃棄された分の汚泥のリン蓄積容量が補充される。下処理が有効に機能するには、濃縮汚泥に供給される新たな廃水Ｗａの量が、活性汚泥Ｓに残留する硝酸態窒素の脱窒を実質的に完遂させて絶対嫌気性とするのに充分な（つまり、完遂当量を超える）量の有機質を供給可能な量であることが重要である。汚泥処理後の廃水は有機質量が少なくなっているので、取り扱いによっては汚泥に糸状細菌が増殖する可能性があるが、下処理槽３０で有機質濃度の高い新たな廃水に接触することにより、糸状細菌の増殖は防止される。この下処理槽３０は、処理槽１０における不慮の糸状細菌の増殖を回避する手段としても作用する。詳細には、処理槽１０の汚泥処理後の廃水の有機質濃度はゼロに近く、新たな廃水を直接処理槽１０に追加する時に、混合状況によっては糸状細菌の増殖が促進される可能性が生じ、特に処理前の廃水の有機質濃度が１００mg-COD／Ｌ程度以下の場合に可能性が高くなるが、下処理槽３０を経由した場合には、下処理槽３０で活性化された硝化細菌及びフロック形成細菌が廃水と共に投入されるので、処理槽１０では糸状細菌が活性化する前に硝化細菌及びフロック形成細菌が先行して有機質を摂取するので、糸状細菌の繁殖抑制に有効となる。従って、廃水の水質変動や分離槽の分離効率などに起因して下処理槽で絶対嫌気性とならずリン蓄積細菌が活性化されない場合にも、下処理槽３０は有用な手段である。また、リン除去を必要としない廃水処理に本願発明を適用すれば、糸状細菌の増殖防止を確実にする手段として下処理槽３０を活用することができ、この場合、下処理槽３０において脱窒を完遂する必要はない。
【００２２】
上述の下処理に先立って濃縮汚泥Ｓに酸素を供給すると、残留廃水の有機質及び汚泥に蓄積されていた貯蔵有機質が酸化分解して汚泥中の細菌が飢餓状態になるので、新たな廃水Ｗａによって有機質が供給された時に細菌が有機質を取り込む速度が増加し、下処理の有効性が向上する。この酸素供給は、曝気処理によって可能であり、酸素又はこれを含む空気等のガスを供給するための曝気装置３１を下処理槽３０に設けて空気等を吹き込むことによって効率よく実施できる。尚、曝気装置３１に代えて攪拌装置を用いて同様の効果を得ることもできる。この場合、酸素の代わりに硝酸の結合酸素が消費（脱窒）される。
【００２３】
下処理後の新たな廃水Ｗａ及び活性汚泥Ｓは、ラインＬ３２、開閉弁Ｖ３２を介してポンプ装置４０によって還流されてラインＬ1１及び開閉弁Ｖ１１から処理槽１０へ供給される（つまり、開閉弁Ｖ３２，Ｖ１１を一定時間開放）。処理槽１０の水量は満水レベル（図中、破線Ｆで示す）に戻り、新たな廃水Ｗａを加えた残留廃水Ｗに対して、下処理後の活性化したリン蓄積細菌を含む活性汚泥Ｓによって再び汚泥処理が施される。還流後の空の下処理槽３０は、新たな廃水を収容して原廃水用貯水槽として利用しても良い。
【００２４】
従って、制御部の動作制御に応じて供給制御弁及び取込制御弁が上記のように切り換わると、ポンプ装置４０の駆動によって廃水源から供給される廃水は、配水ラインを介して、下処理槽（第１処理槽）３０から、処理槽１０（第２処理槽）、分離槽２０の順に活性汚泥と共に移動した後に、汚泥から分離されて外部へ排出される。供給制御弁及び取込制御弁の開閉動作は、配水ラインによる廃水又は汚泥の移送（供給及び取込）が、下処理槽３０に収容される廃水又は活性汚泥の容量を単位として断続的に繰り返し行われるように制御される。
【００２５】
上述のようにして、新たな廃水Ｗａを下処理槽３０に断続的に供給しながら、上述の汚泥処理、分取操作、分離操作、下処理及び還流操作を繰り返すことによって、廃水中のアンモニア態窒素及びリン酸態リンが除去され、硝酸態窒素濃度が許容可能な低濃度に減少した被処理廃水が活性汚泥処理装置の分離槽２０から排出される。廃水中のリンは、活性汚泥のリン蓄積細菌に取り込まれ、分離槽２０で収集された活性汚泥Ｓの一部と共に廃棄処分される。この際、分離槽２０から排出される廃水の容積と、下処理槽３０で活性汚泥Ｓに供給される新たな廃水Ｗａの容積とを等しくすることによって、処理槽１０において汚泥処理を施す廃水の容積（全量）が一定になる。
【００２６】
一般に、活性汚泥の沈降分離は長時間を要するので、分離槽２０における分離操作と並行して処理槽１０における廃水の汚泥処理を進めると、処理及び操作の効率化の点で有利であり、廃水処理設備１の３つの槽１０，２０，３０を無駄無く活用できる。このためには、例えば、初期処理として、予め、下処理槽３０において新たな廃水と活性汚泥とで下処理を行っておき、汚泥処理後の廃水及び汚泥の一部を分離槽２０に分取した後（図１が示す状態）の処理槽１０に、下処理後の廃水Ｗａ及び活性汚泥Ｓを補充することにより、分離操作と汚泥処理とを並行して進行できる状態になり、時間当たりに処理可能な廃水量を多くでき、実質的に処理に要する時間の短縮と同等となる。この場合、分離後の活性汚泥に下処理を施す間に汚泥処理が終了したら、処理槽１０からの分取操作を並行して行えばよく、（ａ：汚泥処理／分離、ｂ：廃水廃棄、ｃ：下処理／廃水分取、ｄ：還流）を一サイクルとして、処理及び操作が繰り返し行われる。この間の配水システムの操作において開放される開閉弁の符号は、ｂ：Ｖ２２，Ｖ５０（分離槽２０から外部）、ｂ−ｃ間：1)Ｖ２３，Ｖ３１（分離槽２０から下処理槽３０）、2)Ｖ１，Ｖ３１（廃水源から下処理槽３０）、ｃ：Ｖ１２，Ｖ２１（処理槽１０から分離槽２０）、ｄ：Ｖ３２，Ｖ１１（下処理槽３０から処理槽１０）、となり、各廃水移送に必要な時間開放される。リン取り込み飽和に達した活性汚泥をラインＬ５０から排出する場合には、上記ｂ−ｃ間に開放する開閉弁の符号が、1)Ｖ２３，Ｖ３１（分離槽２０から下処理槽３０）、2)Ｖ２３，Ｖ５０（分離槽２０から外部）、3)Ｖ１，Ｖ３１（廃水源から下処理槽３０）、となるか、或いは、1)と2)とが逆順でも良く、上記ａの汚泥の分離が不充分な状態で上記ｂの廃水を廃棄すると、一部の汚泥が一緒に廃棄できる。
【００２７】
処理槽１０での汚泥処理においては、追加される新たな廃水に含有されるアンモニア態窒素が、汚泥処理後の廃水中に硝酸態窒素として残存するので、処理槽１０から分取される被処理廃水の硝酸態窒素濃度は、処理開始時つまり１回目の汚泥処理後においては、廃水のアンモニア態窒素濃度と同程度になるが、上記サイクルに従って処理を繰り返すことによって減少して定常化し、ほぼ一定状態の被処理廃水が分離槽２０から廃棄されるようになる。
【００２８】
廃水処理が定常化した状態では、処理前の廃水のアンモニア態窒素濃度Ａと汚泥処理後の廃水の硝酸態窒素濃度Ｎとの濃度比率は、汚泥処理が施される廃水（全量）の容積Ｖと下処理で加える新たな廃水の容積ｖとの比率（水量比率）に実質的に相当し、排出される廃水の硝酸態窒素濃度Ｎは、Ｎ＝Ａ×（ｖ／Ｖ）となり、新たな廃水の割合に依存する。廃棄する水に許容される最大硝酸態窒素濃度をＮmaxとすると、Ｎ≦Ｎmaxとなるためには、ｖ／Ｖ≦Ｎmax／Ａとなるので、水量比率ｖ／Ｖを、濃度比率Ｎmax／Ａに基づいて大まかに設定する。この時の新たな廃水の容積ｖの最小値は、下処理が有効となるのに必要な量であり、最大値は、廃棄する廃水の硝酸態窒素濃度がＮmaxとなる量である。前述の濃度比率に応じて設定される値より初期の水量比率ｖ／Ｖを小さく設定して段階的に増加させる方法や、初期の汚泥処理における廃水量を全量Ｖより少なく設定（例えば、Ｖ−ｖ）して、汚泥処理後の廃水に分取及び分離を行うことなく下処理後の新たな廃水を加える方法などがあり、諸状況を勘案して適宜選択する。但し、分離した汚泥中の残留廃水量を勘案する必要があり、分離槽３０における廃水と汚泥との分離効率を考慮して決定される。
【００２９】
上記繰り返しによる定常化において、活性汚泥Ｓ中のリン蓄積細菌は、下処理槽３０で活性化されて好気性工程で繁殖し、これによって活性汚泥のリン蓄積能は増加するが、新たな廃水が繰り返し加えられることによって、処理系内のリン量は、細菌の取り込み飽和量に達する。従って、取り込み飽和量に達したら、前述のように分離槽２０の活性汚泥Ｓの一部のみに下処理を施すが、取り込み飽和量に達するまでは、分離槽の活性汚泥は全て下処理に供することができる。取り込み飽和に達したか否かは、汚泥処理後の廃水のリン酸態リン濃度のモニター結果に基づいて判断でき、廃水のリン濃度の上昇によって検知可能である。廃棄する活性汚泥の量は、新たな廃水によって加わるリン量に依存し、下処理によって増加可能なリン取り込み量を考慮して設定する。汚泥処理において使用される活性汚泥の量は、概して、１日に処理する有機質kg当たりの値で０．２〜０．６kgＣＯＤ／（kg活性汚泥・日）程度であるが、活性汚泥Ｓの全量に対して１日当たり３〜７乾燥質量％（又は容積％）程度を廃棄することが好ましい。
【００３０】
上述においては、廃水処理設備１に供給される廃水の水質は一定で、硝酸態窒素を含まないことを前提とするが、廃水のアンモニア態窒素濃度が変動する場合、この変動に対応するには、廃水のアンモニア態窒素濃度を常時モニターしながら濃度比率の変動に応じて水量比率及び嫌気／好気の時間配分を適切に調節することによって、排出される被処理廃水の硝酸態窒素濃度を好適に制御できる。
【００３１】
上述の分離槽２０及び下処理槽３０に必要とされる容量は同じと見なせる（但し、実際には、廃水の水質変動による追加廃水量の変更分が容量に考慮される）ので、これらを区別せずに２つの槽（第１及び第２分離槽）を交互に使用するように上記実施形態を変更することができる。具体的には、処理槽１０から排出された廃水を第１分離槽に収容し、汚泥を沈降させて廃水を除去した後の汚泥に新たな廃水を加えて下処理を行う。処理槽１０から次に分取される被処理廃水は、第２分離槽に収容して同様に沈降分離及び廃水の排出を行い、第２分離槽内で下処理を行う。第１分離槽で下処理を施した廃水は、第２分離槽への分取後に処理槽へ還流すればよい。従って、ポンプ装置の駆動によって廃水源から第１分離槽及び第２分離槽の一方へ交互に供給される廃水が、活性汚泥と共に処理槽を経て第１分離槽及び第２分離槽の一方へ交互に移送され、この後、汚泥から分離されて外部へ排出されるように開閉弁の動作が制御される。廃水及び汚泥の移送単位は、第１及び第２分離槽の各々に収容される廃水及び汚泥の容量となる。この実施形態では、図１の下処理槽３０で使用する攪拌装置３２及び汚泥に曝気処理を施すための曝気手段３１を、第１及び第２分離槽の両方（分離槽２０及び下処理槽３０）に設けて動作を切り替え制御する。又、リン取り込み飽和の汚泥を排出するには、図１の分離槽２０の底部の余剰汚泥排出口を下処理槽３０にも設けることができ、この場合は、汚泥排出用のラインＬ２３及び開閉弁Ｖ２３は不要となる。或いは、汚泥排出用のラインＬ２３及び開閉弁Ｖ２３を、下処理槽３０（第２分離槽）にもラインＬ３３，開閉弁Ｖ３３として設置し、ライン５０を介して外部へ汚泥を排出してもよい。２つの分離槽による活性汚泥処理の配水操作は、例えば、（ａ：汚泥処理／分離１、ｂ：廃水廃棄１、ｃ：下処理１／廃水分取２、ｄ：還流１、ｅ：汚泥処理／分離２、ｆ：廃水廃棄２、ｇ：下処理２／廃水分取１、ｈ：還流２）を一サイクルとして、処理及び操作が繰り返し行われる。この間の配水システムの操作において開放される開閉弁の符号は、ｂ：Ｖ２２，Ｖ５０、ｂ−ｃ間：Ｖ１，Ｖ２１、ｃ：Ｖ１２，Ｖ３１、ｄ：Ｖ２２，Ｖ１１、ｆ：Ｖ３２，Ｖ５０、ｆ−ｇ間：Ｖ１，３１、ｇ：Ｖ１２，Ｖ２１、ｈ：Ｖ３２，Ｖ１１、となる。リン取り込み飽和に達した活性汚泥をラインＬ５０から排出する場合には、上記ｂ−ｃ間及びｆ−ｇ間の各々で開放する開閉弁の符号は、例えば、ｂ−ｃ間：1)Ｖ２３，Ｖ５０、2)Ｖ１，Ｖ２１、ｆ−ｇ間：1)Ｖ３３，Ｖ５０、2)Ｖ１，Ｖ３１、となる。或いは、1)を上記操作ａ，ｅでの分離が不充分な状態でｂ，ｆの廃水廃棄と共に汚泥の一部を廃棄しても良い。
【００３２】
処理槽１０での汚泥処理（嫌気性処理＋好気性処理）に要する時間に比べて分離槽３０での分離操作に要する時間が極めて長い場合、効率よく廃水処理設備を利用するために、例えば、ａ）処理槽１０での汚泥処理を繰り返す、ｂ）汚泥の分離操作を２段階に分けて初期段階の分離を処理槽１０において行う、等の応用が可能である。
【００３３】
上記ａ）では、好気性処理後の廃水は有機質が不足するので、汚泥処理を繰り返す前に、廃水の追加によって有機質を補充して嫌気性処理における脱窒が進行可能とする必要がある。従って、処理槽１０での汚泥処理を繰り返す場合には、１回目の汚泥処理における廃水量は、汚泥処理を繰り返す際に追加する廃水量を考慮して設定する。
【００３４】
上記ｂ）では、処理槽１０において汚泥処理を終えた廃水に沈降分離等による分離操作を行うことによって処理槽１０の下部に活性汚泥Ｓが収集され、ある程度濃縮される。分離槽２０（又は第１及び第２分離槽の一方）が空いた時点で、処理槽１０内の半濃縮された汚泥を分離槽２０に排出する。この場合、排出物中の汚泥の廃水に対する比率が大きくなるので、分離操作を経て下処理を施す汚泥の量を増加することができ、リン蓄積能の増強の点で有利である。この時の濃縮汚泥の排出・分取量は、分離槽２０の分離汚泥の残留廃水ｖ’を含む（ｖ＋ｖ’）として分離効率を考慮して調節され、これが新たな廃水量ｖに近づくように分離槽３０での操作を最適化する。このような調節は、例えば、分離槽２０に汚泥界面計を装備し、分離槽２０での分離状況を分取操作における排出量に反映させる形で実現できる。具体的には、分離槽２０で汚泥を沈降分離した際に汚泥界面計で界面位置を検出することによって、分離槽２０から排出可能な上澄み廃水量、及び、濃縮汚泥に対する上澄み廃水の割合が決定される。上澄み廃水量と新たな廃水量ｖとの差を求めて、この差分に相当する割合だけ、処理槽１０から排出する濃縮汚泥を減少させることによって、分離操作時の残留廃水量ｖ’を分離効率に対応して減少でき、より多くの汚泥及びリン蓄積細菌に対して下処理を施して高い効率で活性化できる。
【００３５】
廃水源から廃水処理設備への廃水の供給を中断できず、廃水を常時受け入れる必要がある場合には、２つの対処が可能である。第１の対処は、もう１つの槽（４番目の槽）又はタンクを使用可能であれば、これに廃水源からの廃水を貯留し、上記ａ：汚泥処理／分離の間に、ラインＬ１から供給する。第２の対処は、追加の槽等が使用できない場合、廃水源から廃水を供給するラインＬ１を、直接、下処理槽３０へ廃水を供給するように配設して、下処理槽３０を貯水槽としても使用可能にし、ラインＬ３１及び開閉弁Ｖ１，Ｖ３１を省略する。この場合、下処理槽３０において活性汚泥の曝気処理は省略するので、リン蓄積細菌の活性化効果はその分減少する。
【００３６】
図２は、図１において複数の開閉弁で構成される供給制御弁及び取込制御弁を、各々、単一の切換装置Ｖｓ，Ｖｒで構成した実施形態を示す。この切替装置は、例えば、図１の複数の開閉弁を統合して単一の入口（又は出口）と複数の出口（又は入口）とを有するバルブユニットに構成したものを用いたり、単一の入口（又は出口）と複数の出口（又は入口）とを有する多分岐路の分岐点において連通路を切換えシフトする構造のものなどを用いることができ、これらに限定されない。このような構成では、配水ラインの構造が簡素化されるので、ライン負荷等の取り扱いが容易になる。
【００３７】
図２の形態においても、図１の形態と同様の応用・変形が可能であり、ラインＬ１をラインＬ３１に直接接続して下処理槽３０を貯水用に兼用したり、分離槽２０と下処理槽３０とを交互に交換使用することが可能である。
【００３８】
上述のように配水ラインを構成して、処理槽１０で処理された廃水の一部のみを分取して活性汚泥の分離及び下処理による活性化を行うことによって、活性汚泥の分離を施す容積が小さく、分離効率を高め易い。又、下処理の曝気に要するエネルギーが節約でき、廃水の有機質を高濃度の状態で利用できるので、細菌の活性化の効率も高い。又、廃水の汚泥処理と汚泥分離とを並行して行えるので、処理効率が高く、単一槽で全てを行う回分式装置よりも小型の装置で対応可能になる。
【００３９】
以下、実施例を参照して、本発明に係る廃水の活性汚泥処理方法及び装置について具体的に説明する。
【実施例】
【００４０】
３つの槽を有する廃水処理設備を用いて、以下の操作を行った。
【００４１】
図１に示す配水システム、曝気装置１１，３１及び攪拌装置１２，３２を廃水処理設備に設置して、容量５Ｌの処理槽１０、容量８３０mlの分離槽３０、及び、容量８３０mlの下処理槽４０を構成した。この廃水処理設備を用いて、アンモニア濃度６５０mg-Ｎ／Ｌ、硝酸・亜硝酸濃度０mg-Ｎ／Ｌ、リン酸濃度２５mg-Ｐ／Ｌの原廃水の処理を以下のようにして行った。
【００４２】
先ず、初期処理として、活性汚泥を処理槽１０に投入して、ポンプ装置４０を作動させ、開閉弁Ｖ１，Ｖ１１を開けて原廃水（５Ｌ）を満たして閉じた。窒素ガスを用いて外気を遮断して嫌気性状態とし、５２分間攪拌装置１２を作動させて嫌気性処理を施し、脱窒細菌による脱窒を進行させた。この後、曝気装置１１を作動させて好気性条件とし、１９７分間好気性処理を施すことによって下硝化細菌による硝化を進行させて汚泥処理を終了した。この処理槽１０における汚泥処理と並行して、下処理槽３０に活性汚泥を投入して曝気装置３１で５９分間空気を吹き込んだ後、窒素ガスを用いて外気から遮断して嫌気性状態とし、開閉弁Ｖ１，Ｖ３１を開けて原廃水（８３０ml）を満たして閉じ、攪拌装置３２で２１分間攪拌して脱窒を進行させて絶対嫌気性にした。開閉弁Ｖ１２，Ｖ２１を開けて処理槽１０内の活性汚泥を含んだ廃水のうちの８３０mlを分離槽３０へ排出した後に閉じて、開閉弁Ｖ３２，Ｖ１１を開けて下処理槽３０の活性汚泥を含んだ廃水を処理槽１０へ供給した。
【００４３】
次に、定常化のために、前述と同じ嫌気性処理及び好気性処理からなる汚泥処理（５２分＋１９７分）を施した。この汚泥処理の間に、分離槽２０の廃水を静置することにより沈降分離して汚泥を底部に濃縮した後、開閉弁Ｖ２２，Ｖ５０を開けて上澄み廃水４１５mlを分離槽２０から廃棄してから閉じ、開閉弁Ｖ２３，Ｖ３１を開けて分離槽２０の底部に残留する濃縮汚泥（廃水４１５mlを含む）は下処理槽３０へ移送した。下処理槽３０の濃縮汚泥に曝気装置３１で５９分間空気を吹き込んだ後、窒素ガスを用いて外気から遮断して嫌気性状態とし、開閉弁Ｖ１，Ｖ３１を開けて原廃水４１５mlを供給した後に閉じて２１分間攪拌装置４４で攪拌して脱窒を進行させ、絶対嫌気性にした。この後、汚泥処理後の廃水の分取（８３０ml）及び下処理後の廃水の処理槽１０への還流（８３０ml）を前述と同様に行った。この定常化の操作を繰り返して合計７０回行った。
【００４４】
上記繰り返しにおいて、処理槽１０における汚泥処理後の廃水の硝酸・亜硝酸濃度は段階的に減少し、６０回目の汚泥処理後には、アンモニア濃度６mg-Ｎ／Ｌ、硝酸・亜硝酸濃度７３mg-Ｎ／Ｌとなった。又、リン酸濃度については、急激に減少して６０回目以降はほぼ５mg-Ｐ／Ｌ程度の値であったが、７０回目に若干増加して８mg-Ｐ／Ｌとなった。このため、これ以後の分離操作においては、上澄み廃水の廃棄と共に残留汚泥の約４％／日も廃棄することとした。下処理後の廃水は、概して、アンモニア濃度３２５mg-Ｎ／Ｌ、硝酸・亜硝酸濃度０mg-Ｎ／Ｌ、リン酸濃度４０mg-Ｐ／Ｌとなった。
【００４５】
上記繰り返しの後、更に、上記と同様の条件で、処理槽１０での汚泥処理及び分離槽２０での沈降分離を行った。処理槽１０内の廃水は、汚泥処理開始前のアンモニア濃度７０mg-Ｎ／Ｌ、硝酸・亜硝酸濃度５８mg-Ｎ／Ｌ、リン酸濃度１５mg-Ｐ／Ｌから、嫌気性処理後にはアンモニア濃度７０mg-Ｎ／Ｌ、硝酸・亜硝酸濃度０mg-Ｎ／Ｌ、リン酸濃度２０mg-Ｐ／Ｌとなり、好気性処理後にはアンモニア濃度６mg-Ｎ／Ｌ、硝酸・亜硝酸濃度７３mg-Ｎ／Ｌ、リン酸濃度５mg-Ｐ／Ｌとなった。一方、分離槽２０の廃水は、沈降分離され、廃水の上澄み４１５ml（アンモニア濃度６mg-Ｎ／Ｌ、硝酸・亜硝酸濃度７３mg-Ｎ／Ｌ、リン酸濃度５mg-Ｎ／Ｐ）を廃棄し、同時に残留活性汚泥の約１％も廃棄した。残りを下処理槽３０へ移送して上記と同様に曝気処理を行った後に原廃水（アンモニア濃度６５０mg-Ｎ／Ｌ、硝酸・亜硝酸濃度０mg-Ｎ／Ｌ、リン酸濃度２５mg-Ｐ／Ｌ）４１５mlを加えた。この時、下処理槽３０の廃水は、アンモニア濃度３２５mg-Ｎ／Ｌ、硝酸・亜硝酸濃度３７mg-Ｎ／Ｌ、リン酸濃度１５mg-Ｐ／Ｌとなった。この廃水は、下処理後には、アンモニア濃度３２５mg-Ｎ／Ｌ、硝酸・亜硝酸濃度０mg-Ｎ／Ｌ、リン酸濃度４０mg-Ｐ／Ｌとなった。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明に係る配水システムを設置した廃水処理設備の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】本発明に係る配水システムを設置した廃水処理設備の他の実施形態を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００４７】
１０：処理槽、２０：分離槽、３０：下処理槽、４０：ポンプ装置
１２，３２：攪拌装置、１１，３１：曝気装置
Ｗ，Ｗａ：廃水、Ｓ：活性汚泥、Ｖ１〜Ｖ５０：開閉弁
【図１】
2010115621.tif 000003
【図２】
2010115621.tif 000004