(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加圧法による汚泥減量装置を活性汚泥処理装置に組み合わせてなる水処理装置の維持管理方法であって、該方法が、前記活性汚泥処理における生物学的変数である、（１）汚泥濃度（Ｓ）、（２）汚泥中の有機物比（Ｏ）、（３）汚泥の酸素消費速度（ｒ）または汚泥のＢＯＤ比（Ｃ）を係数として扱うと共に、前記汚泥減量装置における機械的変数である、（４）流量（Ｑ）、（５）破砕圧力（Ｐ）、及び（６）可溶化率（Ｍ）を１関数（１変数）として扱い、前記（５）の破砕圧力Ｐをモニターすることにより流量Ｑ及び可溶化率Ｍを決定し、汚泥減量を次式によって簡便に求めることを特徴とする水処理装置の維持管理方法。
汚泥減量：ｋＰｍ
但し、ｋは減量係数、Ｐは破砕圧力、ｍは圧力指数である。
【請求項２】
圧力と汚泥減量の一覧表（早見表）を作成し、これに基づいて維持管理指標を得る、請求項１に記載された水処理装置の維持管理方法。
【請求項３】
加圧法による汚泥減量装置と活性汚泥装置を組み合わせた水処理装置を設計するに際し、汚泥減量を下式で近似し、対象とする施設の余剰汚泥量と目標減量率を設定すると共に、活性汚泥装置における生物学的変数である、（１）汚泥濃度（Ｓ）、（２）汚泥中の有機物比（Ｏ）、（３）汚泥の酸素消費速度（ｒ）または汚泥のＢＯＤ比（Ｃ）を係数として設定し、汚泥減量装置による可溶化率Ｍを設定することにより、破砕圧力及び必要ポンプ流量から汚泥減量装置の仕様を決定することを特徴とする、汚泥減量装置と活牲汚泥装置を組み含わせた水処理装置の設計方法。
汚泥減量＝ｋＰｍ
但し，ｋは減量係数、Ｐは破砕圧力、ｍは圧力指数である。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は余剰汚泥の発生量が低減された水処理システムに関し、特に、活性汚泥法と汚泥減量装置を組み合わせた汚泥減量型水処理装置の維持管理方法、及び、簡便に維持管理することの出来る汚泥減量型水処理装置の設計方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来、有機性汚水の大量処理方法としては図１に示される装置で代表される活性汚泥法が一般に用いられている。図１において、原水１は調整槽２に流入して水質が均一化された後、計量槽３に移送され、一定量が計量されて曝気槽４に戻される。曝気槽４では、排水は微生物（汚泥）及び酸素とともに混合攪拌され、これによって有機性汚濁物質が浄化される。浄化された混合水が沈澱槽５に移流すると、重力によって浄化された水と汚泥とに分離される。浄化された水は消毒された後に処理水６として放流される。汚泥は汚泥ポンプ７により汚泥計量槽８に移送され、排水の浄化に必用な汚泥が返送汚泥９として曝気槽へ返送される一方、余剰分は余剰汚泥１０として汚泥貯留槽１１へ移送され、一時的に貯留される。貯留濃縮された汚泥は搬出が可能となるように処理され、場外に搬出されて処分される。
【０００３】
このように、活性汚泥法においては必ず余剰汚泥が発生するが、この余剰汚泥は、微生物（汚泥）が有機性排水を食物として取込んだことにより増殖した結果発生するものである。そして、この余剰汚泥の発生量が汚泥処理施設の運転コストに大きく影響することから、余剰汚泥を再利用したり、その発生量自身を抑制することが行われているが、その維持管理においては複数の変数を管理項目とするために煩雑であるため、そのコストが大きくならざるを得ないという欠点があつた。
【０００４】
例えば、従来行われている汚泥減量装置を用いる方法の場合には、図２に示されているように、沈殿槽５から汚泥ポンプ７によって汚泥を取水し、汚泥計量槽８を介して汚泥減量装置１３により汚泥をＢＯＤ化（可溶化）した後に、曝気槽の初段に返流させる方法が一般的である。その他の汚泥減量方法としては、特公昭５７−１９７１９号公報に開示されているオゾンを用いる方法や、特開平１１−２７７０８７号公報に記載されている有用微生物を用いるなどの方法がある。これら何れの方法の場合にも、処理施設の運転に際しては、曝気槽の温度、ＢＯＤ濃度、処理水の流量等、複数の管理指標を用い、これらを管理することがなされていた。
【０００５】
一般に、排水処理施設は、流入の負荷変動や季節変化などにより汚泥量を制御することが重要であるため、汚泥を減量することに加えて維持管理性が非常に重要である。しかしながら、先に述べたオゾン法や微生物法では管理するパラメータが多いために、設計はもとより、設置後の維持管理が複雑である。例えば、オゾン法や微生物法では、曝気槽の温度により、オゾンの発生量や溶解効率、微生物活性などが変化するため、温度変化とオゾン発生量、反応時間等を常に調節する必用があり、維持管理には専門的な知識を必用とする。そして、この維持管理の仕方によって発生する余剰汚泥の量も左右されるという欠点があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者等は、上記の欠点を改善し、維持管理が容易で安価に運転することの出来る汚水処理装置について鋭意検討した結果、汚泥減量装置として加圧による汚泥可溶化装置を用い、これを活性汚泥法と組み合わせた水処理装置の場合には、特定の管理グラフを用いることにより、汚泥可溶化装置を用いた返送汚泥量を管理するだけで、処理システム全体の運転を容易に最適な状態に維持・管理することが出来ることを見出し、本発明に到達した。
従って本発明の目的は、容易且つ安価に管理することが出来るだけでなく、余剰汚泥の発生量を低減することの出来る水処理装置の維持管理方法を提供することにある。
本発明の第２の目的は、維持管理が容易な水処理装置の設計方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記の諸目的は、加圧法による汚泥減量装置を活性汚泥処理装置に組み合わせてなる水処理装置の維持管理方法であって、該方法が、前記活性汚泥処理における生物学的変数である、（１）汚泥濃度（Ｓ）、（２）汚泥中の有機物比（Ｏ）、（３）汚泥の酸素消費速度（ｒ）または汚泥のＢＯＤ比（Ｃ）を係数として扱うと共に、前記汚泥減量装置における機械的変数である、（４）流量（Ｑ）、（５）破砕圧力（Ｐ）、及び（６）可溶化率（Ｍ）を１関数（１変数）として扱い、前記（５）の破砕圧力Ｐをモニターすることにより流量Ｑ及び可溶化率Ｍを決定し、汚泥減量を式「汚泥減量＝ｋＰｍ」によって簡便に求めることを特徴とする水処理装置の維持管理方法、及び、そのための水処理装置の設計方法によって達成された。但し、ｋは減量係数、Ｐは破砕圧力、ｍは圧力指数である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明で用いる汚泥減量装置は、加圧によって内圧を高めた活性汚泥をノズルから噴出させ、前記活性汚泥の細胞を破砕して汚泥を可溶化することのできる公知の装置の中から適宜選択して使用することができる。加圧の方法は特に限定されることはなく、例えぱ特許第２５５３２８７号に記載されているような、３０ＭＰａ以上の圧力を発生させることのできる乳化装置が好ましい。
【０００９】
本発明においては、活性汚泥法を用いた公知の水処理装置を上記の汚泥減量装置と組み合わせて使用する。活性汚泥法を用いた水処理装置とは、少なくとも活性汚泥を含有する曝気槽を有する水処理装置であり、特に限定されるものではない。例えば、上記曝気槽の前段に調整槽や計量槽を設けたり、曝気槽の後段に沈殿槽やろ過膜を設けても良いことは当然である（図２参照）。また、曝気槽を複数の槽で構成することもできる。
【００１０】
汚泥減量装置による汚泥の取水先は図２に示されるような沈澱槽に限定されることはなく、汚泥貯留槽や曝気槽などから取水することも可能である。また、汚泥減量装置によって可溶化された汚泥の返送先は特に限定されるものではないが、通常は曝気槽初段に返送される。しかしながら、例えば、曝気槽初段に返送することなく、汚泥貯留槽などで循環させることも可能である。従って本発明で使用する水処理装置には、排水処理系内から汚泥を取水し、取水された汚泥を加圧による可溶化法により可溶化して再度排水処理系内に返送する全ての装置が包含される（図３参照）。
【００１１】
本発明においては、汚泥減量装置を水処理施設に適切に設置する指標（設計指標）と設置後の維持管理を容易にするための指標について整理し、パラメータを一元化したので、汚泥減量装置の圧力のみをモニターするだけで処理装置の維持管理ができ、従って排水処理施設内の汚泥量を簡単に制御することが可能である。そこで、次ぎに本発明の処理装置の設計指標と管理指標について説明する。
【００１２】
図３は、本発明の実施例の概念図である。図中の符号２１は廃水処理系、２２は汚泥取水ポンプ、２３は前処理槽、２４は加圧ポンプ、２５は加圧反応器、２６は可溶化液、２７は圧カゲージである。排水処理系２１で発生した汚泥は、汚泥取水ポンプ２２によって前処理槽２３に移送される。前処理槽２３に移送された汚泥は、より可溶化に適した汚泥性状に調整された後、加圧ポンプ２４で加圧され、加圧反応器２５にて可溶化される。この可溶化の際の処理液である可溶化液２６を再度排水処理系２１に返送する。これにより、汚泥は排水処理系２１の微生物（汚泥）に捕食されることになるので、余剰汚泥が減量する。即ち、本発明は、加圧法における、▲１▼温度の影響が少ないという特徴及び▲２▼反応時間が瞬時であるという特徴を最大限に生かし、汚泥減量装置の圧カゲージ（指示計器等でも可）の圧力（これを破砕圧力とする）を指標とすることによって排水処理施設における汚泥管理を容易にしたものである。
【００１３】
本発明においては、上記の汚泥管理を、汚泥減量率を算定することによって行うことが出来る。そのために、先ず基本的な変数を以下の項目に絞り込む。
１）基本的な変数
（１）生物学的変数：▲１▼汚泥濃度（Ｓ）、▲２▼汚泥中の有機物比（Ｏ）、▲３▼汚泥の酸素消費遠度（ｒ）または汚泥のＢＯＤ比（Ｃ）
これらの変数は処理施設によりほぼ定数化できるため、本発明においてはこれらを係数として扱う。
（２）機械的変数：▲１▼流量（Ｑ）、▲２▼破砕圧カ（Ｐ）、▲３▼可溶化率（Ｍ）
これらの変数は、インバータ回路等により同時に変化するため、１関数（１変数）として扱うことが可能である。即ち、破砕圧力Ｐをモニターすることにより流量Ｑ及び可溶化率Ｍを決定することができる。
【００１４】
本発明においては、変化の少ない生物学的な変数を係数として扱うことにより、汚泥減量を次式によって簡単に求めることができる。
汚泥減量＝汚泥濃度Ｓ×流量Ｑ×有機物比Ｏ×可溶化率Ｍ（％）÷汚泥のＢＯＤ比（酸素消費速度）
＝Ｓ×ｂ×Ｐｎ×Ｏ×ａＰ／１００÷Ｃ
（但し、ａは可溶化係数、ｂは流量係数、ｎは流量指数である。）
＝（Ｓ×ａ×ｂ×Ｏ／１００Ｃ）×Ｐｌ＋ｎ
＝ｋＰｍ
ｋ＝（Ｓ×ａ×ｂ×Ｏ／１００）÷Ｃ
ｍ＝１＋ｎ
【００１５】
尚、可溶化係数ａは、対象とする汚泥を種々の破砕圧力で可溶化して得た実験式によって前記破砕圧力と可溶化率の近似式を求めることにより得られる係数であり、ｂ及びｎはポンプによって決まる特性値である。
本発明においては、圧力と汚泥減量の一覧表（早見表）を作成すれば簡単に維持管理指標を得ることができ、これによって、特に専門知識がなくても水処理装置の維持管理を容易に行うことが可能となる。
【００１６】
本発明においては、上記した本発明の水処理装置の維持管理方法を適切に行うために、該管理方法で維持管理することを前提にして水処理装置を設計することが好ましい。そこで、以下に設計指標及び管理指標について実施例をもとに説明するが、用いる数字及び関数式は処理施設毎に異なるため、本発明はこれらの数字や関数式によって限定されものではない。
【００１７】
実施例．
（１）設計指標
設計条件として、対象とする施設の余剰汚泥量と目標減量率を設定する。
余剰汚泥量＝２００ｋｇ−ｄｓ／日（但し、ｄｓは水分量が０の乾物汚泥を表す。）
目標減量率＝８０％
汚泥減量＝１６０ｋｇ−ｄｓ／日
次ぎに、変化量の少ない以下の変数を係数として決定する。
▲１▼生物学的変数の決定
Ｓ＝１０，０００ｍｇ／Ｌ（Ｉ０ｋｇ／ｍ３）
０＝９５％
Ｃ＝０．６
▲２▼初期圧力の設定
Ｐ＝１０ＭＰａ（可溶化率Ｍが決定される。図４参照。尚Ｐａはパスカルである。）
▲３▼必要ポンプ流量を求める。
0003666803.tif 000002
これらの結果から、汚泥減量装置の仕様を次のように決定することができる。
圧力：１０ＭＰａ
ポンプ流量：６６．７ｍ３／日
【００１８】
（２）管理指標
既存技術である汚泥脱水による汚泥量の管理は、排水の負荷量等に基づいて行われている。本発明の方法においても全く同様の考え方により汚泥量を制御することが可能であり、汚泥減量装置に設置された圧カモニターにより減量率を制御することができる。
次ぎに、上記実施例の場合で、減量率を４０％にして汚泥量を高める場合の例を示す。
余剰汚泥量＝２００ｋｇ−ｄｓ／日
目標減量率＝４０％
汚泥減量＝８０ｋｇ−ｄｓ／日
▲１▼生物学的変数を設計時と同様に設定する。
Ｓ＝１０，０００ｍｇ／Ｌ（１０ｋｇ／ｍ３）
Ｏ＝９５％
Ｃ＝０．６
▲２▼ポンプ流量表から破砕圧力と流量の関係式を得る。
（これは機器仕様により決定されている。例えば、図５ではｂ＝１０、ｎ＝０．５）
▲３▼破砕圧力を決定する。
汚泥減量（ｋｇ／日）＝Ｓ×Ｑ×Ｏ×Ｍ／１００÷Ｃ
ここで、Ｑ＝ｂＰｎ、Ｍ＝ａＰ
但し、ａは可溶化係数、ｂは流量係数、ｎは流量指数である。
0003666803.tif 000003
【００１９】
以上の通り、維持管理は、装置の圧力をモニターすることによって、可溶化率及び流量を決定することができるため、容易に目標の汚泥量に制御することが可能である。尚、加圧可溶化法にはアルカリ添加等の効率化法があるが、加圧可溶化法が主体となる減量装置の場合には同様の指針に置き換えることができる。
また図６に、圧力を指標として減量率を求める簡易式を示した。これにより、維持管理においては圧力のみをモニターして汚泥量を制御することが可能となる。
【００２０】
【発明の効果】
本発明の維持管理方法においては、変化の少ない生物学的な変数を係数として扱うことにより実際の排水処理施設の維持管理に即した指標が容易に得られ、汚泥減量を簡単に求めることができる。特に、圧力と汚泥減量の一覧表（早見表）を作成することにより、極めて簡単に維持管理指標を得ることができる。また、本発明の処理装置設計方法によれば、現場に適した装置を容易に得ることができるので、費用対効果の関係が良好となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】活性汚泥法を用いた、従来の水処理装置の概念図である。
【図２】本発明で使用する、汚泥減量装置と活性汚泥法を組み合わせた水処理装置の１例である。
【図３】本発明で使用する、汚泥減量装置と活性汚泥法を組み合わせた水処理装置を一般化した概念図である。
【図４】破砕圧力と可溶化率Ｍの関係を表すグラフである。
【図５】破砕圧力とポンプ流量との関係を表すグラフである。
【図６】破砕圧力と減量率との関係を表すグラフである。
【符号の説明】
１．  原水
２．  調整槽
３．  計量器
４．  曝気槽
５．  沈殿槽
６．  処理水
７．  汚泥ポンプ
８．  汚泥計量槽
９．  返送汚泥
１０．余剰汚泥
１１．汚泥貯留槽
１２．汚泥処理
１３．汚泥減量装置
２１．排水処理系
２２．汚泥取水ポンプ
２３．前処理
２４．加圧ポンプ
２５．加圧反応器
２６．可溶化液
２７．圧カゲージ
【図１】
0003666803.tif 000004
【図２】
0003666803.tif 000005
【図３】
0003666803.tif 000006
【図４】
0003666803.tif 000007
【図５】
0003666803.tif 000008
【図６】
0003666803.tif 000009