(57)【要約】【課題】  汚泥の生物活性を向上すると共に、汚泥の自己溶解率を向上させ、余剰汚泥を低減することができる、廃水処理システムを提供する。【解決手段】  廃水を活性汚泥で生物処理する廃水処理システムにおいて、汚泥に酸素を供給する酸素供給手段２と、汚泥のフロックを破砕するフロック破砕手段と、生物反応槽３ａ中に汚泥と処理水とを分離する固液分離手段３とを備え、酸素供給手段２を生物反応槽３ａの上流側に設ける。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃水を活性汚泥で生物処理する廃水処理システムにおいて、
汚泥に酸素を供給する酸素供給手段と、汚泥のフロックを破砕するフロック破砕手段と、生物反応槽中に汚泥と処理水とを分離する固液分離手段とを備え、
前記酸素供給手段を、前記生物反応槽の上流側に設けた廃水処理システム。
【請求項２】
前記酸素供給手段が、前記フロック破砕手段を有する請求項１に記載の廃水処理システム。
【請求項３】
前記汚泥が、Burkholderia cepacia BCS1、Pseudomonas PS1、Klebsiella sp. KS1、Bacillus magaterium BS2、及びBacillus subtilis BS3から選択される２以上の分解菌を組合わせ添加されている請求項１または２に記載の廃水処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は廃水処理システムに関し、特に、余剰汚泥を減容化できると共に、システムの高効率低容積化が可能な廃水処理システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、し尿、下水、食品廃水、畜産廃水等の廃水の処理方法としては、活性汚泥法による処理方法が最も広く採用されている。活性汚泥法は、活性汚泥を構成する好気性微生物群の働きを利用して、廃水中の有機物を二酸化炭素、水等の無機物へと酸化分解処理する方法である。処理後、処理水と汚泥に固液分離され、汚泥の一部は分解微生物源として生物学的処理に返送循環される。
【０００３】
一方、有機物を生物学的に分解処理するに伴い、微生物が自ら増殖し、汚泥が大量に発生するため、残りの汚泥は余剰汚泥として廃水処理システムの系外に引き抜く必要が生ずる。そして、引き抜かれた余剰汚泥は、その一部は、肥料、コンポストとして、また、焼却溶融後、レンガ、道路のタイル等として再利用されているが、大部分は、所定の工程を経て濃縮脱水後、焼却、埋め立て処理されているのが現状である。
尚、上記廃水の処理方法は一般的な技術であるため、特許文献等の従来技術文献は示さない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記従来の方法では、処理コスト、廃棄処分先の確保が困難である等の理由により、余剰汚泥の削減が要望されていた。
【０００５】
また、活性汚泥は好気性微生物や有機性物質や無機性物質等からなるゼラチン状のフロックであるが、廃水を処理する過程において、増殖した微生物は凝集し、その他の浮遊物、更には各種原生動物、藻類なども凝集してフロックが成長する。更に、微生物は増殖しやすい環境を自ら作り出すために、体外に菌体外多糖類等を主成分とする粘性物質を分泌してバイオフィルムを形成し、その内部は外部の影響を受けにくくなる。そのため、原生動物等の捕食が受けにくくなると共に、活性汚泥の自己溶解化が抑制されて分解しにくい余剰汚泥増加の要因となっていた。また、フロックの形成により汚泥の自己溶解率が低下すると共に、その生物的活性が低下することから効率的な廃水処理が妨げられるという問題点もあった。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、汚泥の生物活性を向上すると共に、汚泥の自己溶解率を向上させ、余剰汚泥を低減することができる、廃水処理システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための本発明に係る廃水処理システムの特徴構成は、廃水を活性汚泥で生物処理する廃水処理システムにおいて、汚泥に酸素を供給する酸素供給手段と、汚泥のフロックを破砕するフロック破砕手段と、生物反応槽中に汚泥と処理水とを分離する固液分離手段とを備え、前記酸素供給手段を、前記生物反応槽の上流側に設けた点にある。
【０００８】
また、前記酸素供給手段が、前記フロック破砕手段を有する構成とすると好適である。
【０００９】
さらに、前記汚泥が、Burkholderia cepacia BCS1、Pseudomonas PS1、Klebsiella sp. KS1、Bacillus magaterium BS2、及びBacillus subtilis BS3から選択される２以上の分解菌を組合わせ添加されている構成とすると好適である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の方法を用いれば、汚泥の生物活性を向上できることから廃水処理システムの効率化を図ることができると共に、余剰汚泥の発生を低減でき、廃水処理システム全体の低容積化を図ることができる。
【００１１】
さらに、高効率分解菌を添加することにより、より一層、汚泥の生物活性を向上できることから廃水処理システムの効率化を更に図ることができる。その結果、より一層、余剰汚泥の発生を低減でき、廃水処理システム全体の低容積化を更に図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、具体的な本発明の実施の形態について説明するが、これはあくまでも本発明を例示するに留まり、本発明を限定するものではない。
【００１３】
図１は、本実施形態に係る廃水処理システムの全体構成図を示す図である。
本実施形態に係る廃水処理システムは、図１に示すように、脱窒槽１、酸素供給手段２、生物反応槽としての好気反応槽３ａ、固液分離手段３を備えて構成される。原廃水は脱窒槽１に導入されて汚泥と混合される。この混合液は、管路４を介して酸素供給手段２を経て好気反応槽３ａへと導入され、その間、原廃水は酸素の供給によって活性化された汚泥中の微生物により生物学的処理を受けて浄化される。固液分離手段３で浄化された処理液を上澄液と汚泥とに分離し、上澄液を清澄な処理水として系外に排出し、分離汚泥は管路５を介して脱窒槽１に返送される。
【００１４】
脱窒槽１では、導入された下水等の原廃水が好気反応槽３ａから返送された汚泥と混合され、この混合液から富栄養化の要因物質となる窒素成分が除去される。脱窒としては、例えば、生物学的脱窒工程により行うことができ、廃水中に含まれるアンモニア態窒素をアンモニア酸化細菌により亜硝酸態窒素に酸化し、更にこの亜硝酸態窒素を亜硝酸酸化細菌により硝酸態窒素に酸化する硝化工程と、これらの亜硝酸態窒素及び硝酸態窒素を脱窒素細菌により有機物を電子供与体として利用して窒素ガスにまで分解する脱窒工程との２段階の生物反応を経て窒素ガスにまで分解し放出することができる。
【００１５】
固液分離手段３は、生物学的処理を受けた処理水と汚泥とを分離するものであり、本実施形態においては膜分離槽の例を示したが、汚泥と処理水を分離できるものであれば特に制限はなく、その他、沈殿槽、浮遊分離槽、遠心分離槽、膜分離槽等を用いることもできる。膜分離槽としては、液中浸漬型の他、公知の何れの膜分離装置をも利用でき、膜分離装置に装備される分離膜の形状等も特に限定されるものではなく、平膜型、中空糸型、スパイラル型等いずれを用いてもよく、材質についても特に限定されるものではなく、公知の材質のいずれをも用いることができる。
【００１６】
酸素供給手段２は、汚泥に酸素を供給するものであり、管路４上に設置されている。本実施形態に使用する酸素供給手段２は特に限定されないが、例えば、特開２００３−２３６３５７号公報に開示されている微細気泡発生装置を適用することができる。この微細気泡発生装置であれば、混合液中に気泡の大きさを直径２００μｍ程度に小さくすることができるため、酸素溶解効率を大幅に向上させて微生物が利用可能な溶存酸素量を確保することができる。さらには、この微細気泡発生装置であれば、フロック破砕手段を備えるため、酸素供給と共にフロックを破砕することができ、処理システムを簡略化することができる。そして、このようにフロック破砕手段を設けることにより、汚泥フロックを破砕することができるため、フロックを構成する多糖類は分散、微細化され、微生物は細胞壁の一部もしくは全部が破砕され、可溶化することができる。そして、分散、微細化された多糖類は細菌により分解されると共に、微生物を構成する細胞等は、原生動物によって捕食され、再び細菌によって分解され易い有機物に消化され排泄される。このようにフロック破砕手段を有することにより、汚泥の自己溶解性が促進され、汚泥の低減化を図ることができる。
【００１７】
酸素供給手段２は、図２に示すように管路４の途中で分岐させて並列に設けた分岐路４ａ及び分岐路４ｂのそれぞれに分岐路に３つずつ設けてあり、これにより酸素の効率的な供給を図ることが可能となる。また、分岐路４ａ、４ｂには、酸素供給手段２の上流側及び下流側にバルブ６が設けられており、バルブ６の開閉により流路への混合液の流入を制御することができるようなっている。このように構成することにより、一方側の分岐路のみを使用し、他方側の分岐路を閉鎖して他方側の分岐路に設置された酸素供給手段２の洗浄やメンテナンスを実施することができる。これにより洗浄、メンテナンスのために廃水処理システムを停止する必要がなく、連続運転が可能となる。さらに、廃水のＢＯＤ負荷は季節並びに日によって相違する事から、高負荷時には並列接続された分岐路を全て開放することにより適切な対応を図ることができる。したがって、生物反応処理を常に安定的に行うことが可能になり、活性汚泥処理システムの高性能化を維持することができる共に、装置全体の耐久年数を向上することができる。
【００１８】
また、分岐路４ａ、４ｂには、薬液洗浄手段（図示しない）を設けることができる。薬液洗浄手段により使用しない側の分岐路に薬液を導入し、酸素供給手段２を自動で洗浄することができる。さらには、所定時間毎にバルブ６の切換え、及び薬液洗浄動作を実行できるよう制御手段を設けることもできる。これにより、酸素供給手段２、特に前記微細気泡発生装置を用いる場合には回転翼に付着している活性汚泥スラッジ等の固形物を溶解、除去することができ、安定した性能を継続維持することができ装置の耐久年数を向上することができる。
【００１９】
尚、酸素供給手段２は、脱窒槽１と好気反応槽３ａとの間に設置する限り、その設置箇所ならびに設置形態、設置数等には特に制限はなく、処理対象の廃水の種類、量等に応じて適宜設定できる。中でも酸素供給手段２は、管路４上に設け管路４内に直接気泡を発生させること、若しくは管路４上にチャンバーを設け、チャンバー内に気泡を発生するように配設することが好ましく、このように設置することにより気泡が大気中に放出されることを抑制できることから効率的な酸素供給が可能となる。さらには、酸素供給手段２を管路４上に設けることにより、管路４中の液の流れに対して交差する方向に空気を吐出するため、廃水と汚泥の混合液中への酸素の溶解を促進することができ、酸素の効率的な供給を図ることもできる。
【００２０】
また、本発明の廃水処理システムにおいて使用される微生物は、好気性条件下で原水に含有される有機物を栄養源として増殖して汚泥を効率的に分解資化し得る能力を有する微生物であれば、特に制限はない。このような微生物は、原水中に生存しており外部から添加しなくてもよいが、生物的処理を円滑に行うため、必要に応じて、原水の汚染成分に対して高い分解活性を有する特定の微生物を適宜選択して添加することもできる。また、通常の下水処理設備からの汚泥を、好気性条件下で培養して有機物に対して高い分解効率を発揮されるように馴化することによって得られた汚泥微生物群を利用することもできる。また、特定の高効率分解活性を有する微生物を添加する場合には、Burkholderia cepacia BCS1、Pseudomonas PS1、Klebsiella sp. KS1、Bacillus magaterium BS2、Bacillus subtilis BS3が好ましく例示される。これらを単独で添加してもよいが、これらを２以上組み合わせて添加することが特に好ましい。このように高効率分解菌を使用することにより更に生物分解処理効率を向上させることができ、汚泥の低減化を図ることが可能となる。
【００２１】
以上のように構成することで、このため、汚泥の生物活性を向上できることから廃水処理システムの効率化を図ることができると共に、余剰汚泥の発生を低減でき、廃水処理システム全体の低容積化を図ることができる。
【００２２】
次に上述した本実施形態の廃水処理システムによる廃水処理方法を説明する。まず、下水等の廃水を脱窒槽１に導入し、脱窒槽１において廃水と汚泥とを混合する。この後、この混合液を管路４に流入し、管路４に介在した酸素供給手段２によって酸素を供給することにより、汚泥中の微生物を活性化させて廃水中に含まれる有機物を分解資化し廃水を浄化する。それと同時に、酸素供給手段２（微細気泡発生装置）の回転翼の剪断力によって汚泥フロックを分散、微細化し、汚泥の自己溶解性を向上させて汚泥量を低減させる。続いて、浄化を受けた処理液を、固液分離手段３で上澄液と汚泥に分離して、上澄液を清澄な処理水として廃水処理システムの系外に排出し、汚泥を返送汚泥として管路５を経て脱窒槽に返送循環する。このように処理することにより、汚泥の生物活性を向上できることから廃水処理の効率化を図ることができると共に、余剰汚泥の発生を低減することができる。
【実施例】
【００２３】
（実施例１）
上述の本発明において好適に使用されるフロック破砕手段をも備える微細気泡発生装置（以下、「ＭＢ」と略する場合がある）の作動に伴う、汚泥破砕効果を検討した。本実施例においては、微細気泡発生装置として特開２００３−２３６３５７号公報に開示された装置を使用した。また、以下の実施例においても、特に注記がない限りは特開２００３−２３６３５７号公報に開示された装置を使用した。
【００２４】
馴養された汚泥１．５Ｌを一晩飢餓状態に置いた後、一時間微細気泡発生装置で処理を行った。このとき微細気泡発生装置の作動状況を、無通気および１００ｍＬ／ｍｉｎとして通気条件の相違による比較を行った。また、コントロールとして微細気泡発生装置で処理しない系をも同様に調製した。処理後、汚泥の顕微鏡写真を図３に示す。
【００２５】
更に、処理後の汚泥中の、浮遊物質（Ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ Ｓｏｌｉｄｓ：以下、「ＳＳ」と略する）、ＳＳ減少率、沈降性、酸素利用速度を測定することにより、汚泥破砕効果を確認した。結果を表１に示す。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
以上の結果から確認される通り、処理時間が１時間という短時間であっても、微細気泡発生装置による剪断作用による汚泥の破砕効果が確認された。これは顕微鏡写真からも明確に理解され、微細気泡発生装置での処理により、ＳＳの低下および沈降性の改善が観察された。また、無通気条件下では酸素利用速度が上昇することが確認された。これは破砕によりＢＯＤ分が溶解し汚泥の生物活性が上昇したためであると考えられる。
【００２８】
（実施例２）
実施例１の微細気泡発生装置での酸素供給と、ガラス散気管での酸素供給による、汚泥減容化を比較した。比較のため酸素供給能を同一に設定すべく、酸素供給速度を微細気泡発生装置は１５０ｍＬ／ｍｉｎに、散気管は８０００ｍＬ／ｍｉｎとした。酸素供給スタート〜４８時間後のＳＳの濃度を経時的に測定することで汚泥減容化能力を比較した。結果を図４に示す。
【００２９】
図４に示す通り、微細気泡発生装置の方が、ガラス散気管より、ＳＳが低下した。２４時間での汚泥減少率は、微細気泡発生装置の場合は２７．０％、ガラス散気管の場合は１５．７％であった。以上の結果より、微細気泡発生装置は、ガラス散気管と比較して顕著に高い汚泥減容化能力を有することが確認された。これは、微細気泡発生装置による汚泥破砕効果により、汚泥の可溶化が促進される結果、自己溶解化が促進されて汚泥の減容化が生じるものと考えられる。
【００３０】
（実施例３）
純酸素供給による高濃度人工下水の分解性を評価した。
汚泥５Ｌに対し、ＢＯＤ−ＳＳ負荷＝０．３７ｇ／ＳＳｋｇ、ＢＯＤ−容積負荷＝５ｋｇ／ｍ３となるように人工下水を試料水として添加し、純酸素の供給を、ガラス散気管と微細気泡発生装置によって行い処理した。このとき、酸素供給量は、微細気泡発生装置が１００ｍｌ／ｍｉｎ、ガラス酸気管が１０００ｍｌ／ｍｉｎとした。処理スタート〜２４時間後まで、処理水のＴＯＣとＳＳを経時的に測定して両処理系での分解性を比較した。結果を図５示す。図５（ａ）は、微細気泡発生装置でのＴＯＣとＳＳの経時変化を示し、図５（ｂ）は、ガラス散気管でのＴＯＣとＳＳの経時変化を示す。
【００３１】
図５に示す通り、微細気泡発生装置での酸素供給の方が、ＴＯＣ並びにＳＳともに低下した。かかる結果は、微細気泡発生装置で汚泥が破砕されることにより、汚泥可溶化が進むことで生物活性が向上して自己溶解化が促進されたものであると考えられる。この結果は実施例２の結果と合致するものである。
【００３２】
次に、上記両処理系におけるＤＯ、および、温度を測定した。微細気泡発生装置での結果を図６に示す。図６は、微細気泡発生装置での系において、一時的に、発熱とＤＯの顕著な低下が確認された。一方、ガラス散気管においては、ＤＯ＞２０ｍｇ／Ｌ（測定限界）であり、温度は３０℃で変化は認められなかった（図示せず）。かかる結果は、微細気泡発生装置においては、汚泥の生物活性が向上して自己溶解化が促進されたため酸素消費量が上昇したが、ガラス散気管においては、そのような汚泥の活性化が生じていないことを示すものであると考えられる。
【００３３】
（実施例４）
活性汚泥における高効率分解菌の添加効果を検討した。高効率分解菌を添加した活性汚泥で試料水を、微細気泡発生装置での酸素供給下で処理した。ここで高効率分解菌としては、Burkholderia cepacia BCS1、Pseudomonas PS1、Klebsiella sp. KS1、Bacillus magaterium BS2、Bacillus subtilis BS3の５種の細菌を使用した。添加後の細菌数が１０７個／ｍｌレベルになるように添加した。但し、廃水の種類、馴化時間に応じて添加率は適宜設定される。以下、「Green Sludge」、若しくは、「ＧＳ菌」と称する。処理後の処理液の全有機炭素（以下、「ＴＯＣ」と略する）、全固形物（以下、「ＴＳ」と略する）、ＳＳ、ｐＨおよびＤＯを測定した。これらを指標として、ＧＳ菌が汚泥の生物分解性に与える効果を評価した。結果を図７〜１０示す。図７はＴＯＣの変化を、図８はＴＳの変化を、図９はＳＳの変化を、図１０はＤＯの変化を示した図である。
【００３４】
図７に示す通り、ＧＳ菌添加時には、早期にＴＯＣの減少が認められた。また、ガス化率も高いことが認められた（図８）。これは、ＧＳ菌の添加によりＴＳが減少し、炭酸ガスとなって放出されたことによるものである。ＴＳは汚泥全体の状況を評価する指標であることから、ＧＳ菌の添加によって、汚泥全体として基質分解活性が向上し、引いては分解速度が向上することが判明した。一方、ＴＯＣは処理液（上清）の状況を評価する指標であるが、ＧＳ菌添加により観察された早期の減少の後の上昇は、ＧＳ菌添加により汚泥消化が更に促進することによって処理液側に分解された微生物の細胞質等が流出していることに起因するものであると考えられる。また、ＧＳ菌添加によりＳＳの増加率を抑制でき（図９）、フロックの破砕効果と相俟って更に効果的に汚泥の減容化効果を発揮できることが判明した。
【００３５】
［その他の実施形態］
前記実施形態においては、酸素供給手段２がフロック破砕手段を有する例を示したが、フロック破砕手段を酸素供給手段２とは別個に設けてもよく、フロック破砕手段を複数設けてもよい。また、フロック破砕手段を別個に設ける場合には、酸素供給手段２とフロック破砕手段との設置順序は問わず、フロック破砕手段を固液分離槽３の下流側に設けてもよい。
【００３６】
酸素供給手段２とフロック破砕手段とを別個に設ける場合には、酸素供給手段２としては、散気方式、表面曝気方式等をも利用できる。散気方式の場合は、散気管、散気板等を介してブロアー、コンプレッサー等を使用して圧縮空気を気泡として注入することにより、また、表面曝気方式の場合には、水表面から機械攪拌により空気中の酸素を溶解することにより廃水と汚泥の混合液に酸素を供給する。これにより、汚泥中の好気性微生物に酸素が供給されて、この微生物の働きにより廃水中の有機物は二酸化炭素、水等の無機物に分解資化される。
【００３７】
また、フロック破砕手段としては、高速攪拌機やビーズミル等での剪断作用による機械的破砕処理の他、超音波、圧力等を利用することができ、これらを組み合わせて使用してもよい。
【００３８】
また、前記実施形態においては、固液分離手段３によって分離された汚泥を、管路５を介して脱窒槽１に返送する例を示したが、図１１に示すように、固液分離手段３により分離された汚泥を、管路６を介して管路４に返送するようにしてもよい。この場合には、管路６は固液分離槽３の上流側でもあるため、酸素供給手段２を管路６上に設けることもできる。
【００３９】
かかる実施形態は、例えば、一部の食品廃水に認められるような炭素分が多く窒素分が少ない廃水の場合、廃水処理に際して脱窒処理が不要であり、このような廃水の処理に好適に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本実施形態に係る廃水処理システムの概略図
【図２】酸素供給手段の設置状態を説明する図
【図３】実施例１の汚泥破砕効果を確認した顕微鏡写真
【図４】実施例２の汚泥消化能力の検討結果を示すグラフ
【図５】実施例３の高濃度人工下水分解性の評価（ＳＳ、ＴＯＣ）の結果を示すグラフ
【図６】実施例３の高濃度人工下水分解性の評価（ＤＯ、温度）の結果を示すグラフ
【図７】実施例４のＧＳ菌の添加効果の検討結果（ＴＯＣ変化）を示すグラフ
【図８】実施例４のＧＳ菌の添加効果の検討結果（ＴＳ変化）を示すグラフ
【図９】実施例４のＧＳ菌の添加効果の検討結果（ＳＳ変化）を示すグラフ
【図１０】実施例４のＧＳ菌の添加効果の検討結果（ＤＯ変化）を示すグラフ
【図１１】その他の実施形態に係る廃水処理システムの概略図
【符号の説明】
【００４１】
１      脱窒槽
２      酸素供給手段
３ａ    好気反応槽（生物反応槽）
３      固液分離手段
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図３】
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