(57)【要約】      （修正有）【課題】メタン発酵消化液等の生物分解を受けにくい排水を有効に浄化処理を成し得る、排水処理方法及び排水処理装置の提供。【解決手段】処理対象の排水に炭素源を供給するための炭素源供給槽１と、前記炭素源が添加された該排水を生物処理するための第１生物処理槽２０と、第１生物処理槽２０で生物処理された前記排水を生物処理するための第２生物処理槽３０とを備え、第１生物処理槽２０においては微生物叢接触体を排水に断続的に接触させる方式の生物処理を行い、第２生物処理槽３０においては排水の少なくとも一部に曝気による好気領域を形成する方式の生物処理を行い、第１生物処理槽２０、第２生物処理槽３０における生物処理をバチルス属細菌を優占種にした微生物叢とともに行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理対象の排水に炭素源を添加する炭素源添加工程と、
前記処理対象の排水を、バチルス属細菌を優占種にした微生物叢とともに一時滞留するとともに、この一時滞留した前記排水に、所定の担持体に前記微生物叢を付着させた微生物叢接触体を断続的に接触させる第１生物処理工程と
前記処理対象の排水を、バチルス属細菌を優占種にした微生物叢とともに一時滞留するとともに、この一時滞留した前記排水の少なくとも一部に曝気による好気領域を形成する第２生物処理工程とを備え、
前記炭素源添加工程で前記炭素源が添加された前記処理対象の排水に対し、前記第１生物処理工程及び前記第２生物処理工程の両工程を、工程順は任意に、順次行うことを特徴とする排水の処理方法。
【請求項２】
前記第１生物処理工程及び前記第２生物処理工程の両工程のうち、後に行った処理工程を経た排水の一部又は全部を、先に行った処理工程に戻す排水循環工程を更に有し、前記排水循環工程後に、前記第１生物処理工程及び前記第２生物処理工程を更に行う、請求項１記載の排水の処理方法。
【請求項３】
前記第１生物処理工程及び前記第２生物処理工程の両工程のうち、後に行った処理工程を経た排水から分離した汚泥の一部又は全部を、先に行った処理工程に戻す汚泥返送工程を更に有し、前記汚泥返送工程後に、前記第１生物処理工程及び前記第２生物処理工程を更に行う、請求項１又は２記載の排水の処理方法。
【請求項４】
前記第１生物処理工程においては、該工程において一時滞留した前記排水に前記微生物叢接触体の一部が浸かる状態で、これを回転させることで、前記微生物叢接触体を前記排水に断続的に接触させる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の排水の処理方法。
【請求項５】
前記第２生物処理工程において、一時滞留した前記排水に空気を吹き込むか又は該排水を攪拌することで、前記排水の少なくとも一部に好気領域を形成する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の排水の処理方法。
【請求項６】
前記第２生物処理工程を生物処理槽内で行ない、前記生物処理槽内の前記排水の流入側には少なくとも一部の領域に嫌気領域を形成するとともに、前記生物処理槽内の前記排水の排出側には少なくとも一部の領域に好気領域を形成することにより、前記第２生物処理槽内に流入した前記排水の少なくとも一部が、前記嫌気領域から前記好気領域に向けて流通するようにする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の排水の処理方法。
【請求項７】
前記処理方法による処理に供される排水に、バチルス属細菌の活性剤を添加する工程を更に有する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の排水の処理方法。
【請求項８】
前記処理方法による処理に供される排水に、バチルス属細菌を含む種菌又は種汚泥を添加する工程を更に有する、請求項１〜７のいずれか１項に記載の排水の処理方法。
【請求項９】
処理対象の排水に炭素源を供給するための炭素源供給槽と、
前記処理対象の排水を、バチルス属細菌を優占種にした微生物叢とともに一時滞留するとともに、この一時滞留した前記排水に、所定の担持体に前記微生物叢を付着させた微生物叢接触体を断続的に接触させる第１生物処理槽と、
前記処理対象の排水を、バチルス属細菌を優占種にした微生物叢とともに一時滞留するとともに、この一時滞留した前記排水の少なくとも一部に曝気による好気領域を形成する第２生物処理槽と、
前記炭素源供給槽から供給された前記炭素源が添加された前記処理対象の排水を、前記第１生物処理槽及び前記第２生物処理槽の両生物処理槽に、接続順は任意に、順次経由させる生物処理槽接続経路と、を備えたことを特徴とする排水の処理装置。
【請求項１０】
前記第１生物処理槽及び前記第２生物処理槽の両生物処理槽のうち、前記排水が後に経由した該処理槽を経た排水の一部又は全部を、前記排水が先に経由した該処理槽に戻す排水循環経路を更に有する、請求項９記載の排水の処理装置。
【請求項１１】
前記第１生物処理槽及び前記第２生物処理槽の両生物処理槽のうち、前記排水が後に経由した該処理槽を経た排水から分離した汚泥の一部又は全部を、前記排水が先に経由した該処理槽に戻す汚泥返送経路を更に有する、請求項９又は１０記載の排水の処理装置。
【請求項１２】
前記第１生物処理槽は、該処理槽において一時滞留した前記排水に前記微生物叢接触体の一部が浸かる状態で、これを回転させることで、前記微生物叢接触体を前記排水に断続的に接触させる、請求項９〜１１のいずれか１項に記載の排水の処理装置。
【請求項１３】
前記第２生物処理槽は、該処理槽において一時滞留した前記排水に空気を吹き込むか又は該排水を攪拌することで、前記排水の少なくとも一部に好気領域を形成する、請求項９〜１２のいずれか１項に記載の排水の処理装置。
【請求項１４】
前記第２生物処理槽は、該処理槽内の前記排水の流入側には少なくとも一部の領域に嫌気領域を形成するとともに、該処理槽内の前記排水の排出側には少なくとも一部の領域に好気領域を形成する、請求項９〜１３のいずれか１項に記載の排水の処理装置。
【請求項１５】
前記第２生物処理槽は、該処理槽内の前記排水を１又は２以上の嫌気領域と１又は２以上の好気領域とに区画する仕切り壁を有し、前記区画された各領域ごとに前記曝気のためのガス供給経路が接続されている、請求項９〜１４のいずれか１項に記載の排水の処理装置。
【請求項１６】
前記処理装置による処理に供される排水にバチルス属細菌の活性剤を供給する活性剤供給槽を更に有する、請求項９〜１５のいずれか１項に記載の排水の処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、メタン発酵消化液などを含む排水を浄化するための排水処理方法及び排水処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境保全の観点から再生可能エネルギーの利用が推進されており、畜産系廃棄物等をメタン発酵させてバイオガスを生成・利用するバイオガス発電についても、その利用は拡大基調となっている。このメタン発酵処理の残渣として生じるメタン発酵消化液は、従来、堆肥や液肥として活用されてきたが、これに活用しきれない消化液については、排水処理設備を設置し、排水基準に適合した浄化処理を講じる必要があった。
【０００３】
下水、生活排水、工場排水等の浄化のための排水処理の方法としては、標準活性汚泥法が知られている。標準活性汚泥法においては、処理槽に排水を導入してその処理槽内に含まれる微生物叢の活性により、比較的長い時間をかけて排水に含まれる有機物成分の生物処理を行うが、オペレーションが容易で、大量の排水を低コストで処理するのに適した方法である。最近では、この生物処理を、排水浄化能力の高いバチルス属細菌を優占化させて行い、処理の効率化や余剰汚泥の削減を実現するシステムの開発も行われている（特許文献１参照）。
【０００４】
一方、排水処理の別法として、例えば、特許文献２には、バチルス種混合菌を優占種にした微生物フィルムが付着された網状回転式バチルス接触体を装着した網状形回転式バチルス接触槽に、有機物質と栄養塩類を含有した下水を導入して生物処理の前処理を行い、その接触槽から脱落した微生物と前処理された下水を生物反応槽に導入して生物処理を行い、更に、その生物処理を受ける排水に硫酸マグネシウム、マンガン及び珪酸のいずれか１種又は２種以上を含む微生物活性剤を投入して下水を高度処理することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２０１５／１１９１００号
【特許文献２】特開２００８−２５３９４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、メタン発酵消化液は、メタン発酵処理で一度生物処理された残渣であるため、生物分解を受けにくいという側面があった。すなわち、従来の活性汚泥処理を適用しようとしても、一般的な有機系排水の処理と比べて長時間の処理が必要となり、排水を貯留して処理するための水槽の大容量化を必要とする。また、生物処理に必要な空気を送り込むブロワは、排水処理設備において電力費の大半を占めるため、水槽の大容量化にともない、そのランニングコストも増加する。この点、上記特許文献１、２に記載の処理方法であっても、メタン発酵消化液等の生物分解を受けにくい排水に関しては、十分に有効な浄化処理を成し得るとは言い難かった。
【０００７】
よって、本発明の目的は、メタン発酵消化液等の生物分解を受けにくい排水を処理対象とする場合であっても、有効に浄化処理を成し得る、排水処理方法及び排水処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明は、第１に、
処理対象の排水に炭素源を添加する炭素源添加工程と、
前記処理対象の排水を、バチルス属細菌を優占種にした微生物叢とともに一時滞留するとともに、この一時滞留した前記排水に、所定の担持体に前記微生物叢を付着させた微生物叢接触体を断続的に接触させる第１生物処理工程と
前記処理対象の排水を、バチルス属細菌を優占種にした微生物叢とともに一時滞留するとともに、この一時滞留した前記排水の少なくとも一部に曝気による好気領域を形成する第２生物処理工程とを備え、
前記炭素源添加工程で前記炭素源が添加された前記処理対象の排水に対し、前記第１生物処理工程及び前記第２生物処理工程の両工程を、工程順は任意に、順次行うことを特徴とする排水の処理方法を提供するものである。
【０００９】
上記の排水処理方法によれば、生物処理に好適な炭素量／窒素量の比（Ｃ／Ｎ比）とすべく、処理対象の排水に炭素源を添加したうえ、第１生物処理工程における、排水に断続的に微生物叢接触体を接触させる方式の生物処理と、第２生物処理工程における、排水の少なくとも一部に曝気による好気領域を形成する方式の生物処理とを、順次行い（工程順は任意に）、なお且つ、いずれの生物処理もバチルス属細菌を優占化させて行うので、メタン発酵消化液等の生物分解を受けにくい排水を処理対象とする場合であっても、有効に浄化処理を成し得る。
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明は、第２に、上記排水処理方法において、前記第１生物処理工程及び前記第２生物処理工程の両工程のうち、後に行った処理工程を経た排水の一部又は全部を、先に行った処理工程に戻す排水循環工程を更に有し、前記排水循環工程後に、前記第１生物処理工程及び前記第２生物処理工程を更に行う、該排水処理方法を提供するものである。
【００１１】
上記構成によれば、第１生物処理工程における、排水に断続的に微生物叢接触体を接触させる方式の生物処理と、第２生物処理工程における、排水の少なくとも一部に曝気による好気領域を形成する方式の生物処理とを繰り返すので、生物処理に好適な炭素量／窒素量の比（Ｃ／Ｎ比）や微生物叢のバランスが、排水処理の全体の処理期間にわたって保たれ、より効果的な浄化処理を成し得る。
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明は、第３に、上記排水処理方法において、前記第１生物処理工程及び前記第２生物処理工程の両工程のうち、後に行った処理工程を経た排水から分離した汚泥の一部又は全部を、先に行った処理工程に戻す汚泥返送工程を更に有し、前記汚泥返送工程後に、前記第１生物処理工程及び前記第２生物処理工程を更に行う、該排水処理方法を提供するものである。
【００１３】
上記構成によれば、排水処理により生じた汚泥には、排水の浄化に有用な微生物が含まれているので、これを系外に放出せずに、その一部は処理に供される排水に添加して、これにより、排水処理系内の生物活性が衰えるのを防ぐことができる。
【００１４】
上記目的を達成するため、本発明は、第４に、上記排水処理方法において、前記第１生物処理工程においては、該工程において一時滞留した前記排水に前記微生物叢接触体の一部が浸かる状態で、これを回転させることで、前記微生物叢接触体を前記排水に断続的に接触させる、該排水処理方法を提供するものである。
【００１５】
上記構成によれば、第１生物処理工程における、排水に断続的に微生物叢接触体を接触させる方式の生物処理を、より安定に行うことができる。
【００１６】
上記目的を達成するため、本発明は、第５に、上記排水処理方法において、前記第２生物処理工程において、一時滞留した前記排水に空気を吹き込むか又は該排水を攪拌することで、前記排水の少なくとも一部に好気領域を形成する、該排水処理方法を提供するものである。
【００１７】
上記構成によれば、第２生物処理工程における、排水の少なくとも一部に曝気による好気領域を形成する方式の生物処理を、より安定に行うことができる。
【００１８】
上記目的を達成するため、本発明は、第６に、上記排水処理方法において、前記第２生物処理工程を生物処理槽内で行ない、前記生物処理槽内の前記排水の流入側には少なくとも一部の領域に嫌気領域を形成するとともに、前記生物処理槽内の前記排水の排出側には少なくとも一部の領域に好気領域を形成することにより、前記第２生物処理槽内に流入した前記排水の少なくとも一部が、前記嫌気領域から前記好気領域に向けて流通するようにする、該排水処理方法を提供するものである。
【００１９】
上記構成によれば、第２生物処理工程を行う第２生物処理槽において、まずは嫌気条件に付して脱窒反応がなされ、その後、好気条件に付して硝化反応がなされるようにしたので、これにより、第２生物処理槽での生物処理に好適な炭素量／窒素量の比（Ｃ／Ｎ比）や微生物叢のバランスが保たれ、より効果的な浄化処理を成し得る。
【００２０】
上記目的を達成するため、本発明は、第７に、上記排水処理方法において、前記処理方法による処理に供される排水に、バチルス属細菌の活性剤を添加する工程を更に有する、該排水処理方法を提供するものである。
【００２１】
上記構成によれば、排水処理系内のバチルス属細菌の優占化状態が好適に維持されるので、より効果的な浄化処理を成し得る。
【００２２】
上記目的を達成するため、本発明は、第８に、上記排水処理方法において、前記処理方法による処理に供される排水に、バチルス属細菌を含む種菌又は種汚泥を添加する工程を更に有する、該排水処理方法を提供するものである。
【００２３】
上記構成によれば、排水処理系内のバチルス属細菌の優占化状態を好適に維持することができるので、これにより、より効果的な浄化処理を成し得る。
【００２４】
上記目的を達成するため、本発明は、第９に、
処理対象の排水に炭素源を供給するための炭素源供給槽と、
前記処理対象の排水を、バチルス属細菌を優占種にした微生物叢とともに一時滞留するとともに、この一時滞留した前記排水に、所定の担持体に前記微生物叢を付着させた微生物叢接触体を断続的に接触させる第１生物処理槽と、
前記処理対象の排水を、バチルス属細菌を優占種にした微生物叢とともに一時滞留するとともに、この一時滞留した前記排水の少なくとも一部に曝気による好気領域を形成する第２生物処理槽と、
前記炭素源供給槽から供給された前記炭素源が添加された前記処理対象の排水を、前記第１生物処理槽及び前記第２生物処理槽の両生物処理槽に、接続順は任意に、順次経由させる生物処理槽接続経路と、を備えたことを特徴とする排水の処理装置を提供するものである。
【００２５】
上記の排水処理装置によれば、処理対象の排水に炭素源を供給するための炭素源供給槽を設けて、生物処理に好適な炭素量／窒素量の比（Ｃ／Ｎ比）に調整することができるようにし、更に、第１生物処理槽における、排水に断続的に微生物叢接触体を接触させる方式の生物処理と、第２生物処理槽における、排水の少なくとも一部に曝気による好気領域を形成する方式の生物処理とを、順次に行うようにし（工程順は任意に）、なお且つ、いずれの生物処理もバチルス属細菌を優占化させて行うようにしたので、その排水処理装置により、メタン発酵消化液等の生物分解を受けにくい排水を処理対象とする場合であっても、有効に浄化処理を成し得る。
【００２６】
上記目的を達成するため、本発明は、第１０に、上記排水処理装置において、前記第１生物処理槽及び前記第２生物処理槽の両生物処理槽のうち、前記排水が後に経由した該処理槽を経た排水の一部又は全部を、前記排水が先に経由した該処理槽に戻す排水循環経路を更に有する、該排水処理装置を提供するものである。
【００２７】
上記構成によれば、第１生物処理槽における、排水に断続的に微生物叢接触体を接触させる方式の生物処理と、第２生物処理槽における、排水の少なくとも一部に曝気による好気領域を形成する方式の生物処理とを繰り返すようにして処理することができるので、これにより、生物処理に好適な炭素量／窒素量の比（Ｃ／Ｎ比）や微生物叢のバランスが、排水処理の全体の処理期間にわたって保たれ、より効果的な浄化処理を成し得る。
【００２８】
上記目的を達成するため、本発明は、第１１に、上記排水処理装置において、前記第１生物処理槽及び前記第２生物処理槽の両生物処理槽のうち、前記排水が後に経由した該処理槽を経た排水から分離した汚泥の一部又は全部を、前記排水が先に経由した該処理槽に戻す汚泥返送経路を更に有する、該排水処理装置を提供するものである。
【００２９】
上記構成によれば、排水処理により生じた汚泥には、排水の浄化に有用な微生物が含まれているが、これを系外に放出せずに、その一部は処理に供される排水に添加するようにして処理することができるので、これにより、排水処理系内の生物活性が衰えるのを防ぐことができる。
【００３０】
上記目的を達成するため、本発明は、第１２に、上記排水処理装置において、前記第１生物処理槽は、該処理槽において一時滞留した前記排水に前記微生物叢接触体の一部が浸かる状態で、これを回転させることで、前記微生物叢接触体を前記排水に断続的に接触させる、該排水処理装置を提供するものである。
【００３１】
上記構成によれば、第１生物処理槽における、排水に断続的に微生物叢接触体を接触させる方式の生物処理を、より安定に行うことができる。
【００３２】
上記目的を達成するため、本発明は、第１３に、上記排水処理装置において、前記第２生物処理槽は、該処理槽において一時滞留した前記排水に空気を吹き込むか又は該排水を攪拌することで、前記排水の少なくとも一部に好気領域を形成する、該排水処理装置を提供するものである。
【００３３】
上記構成によれば、第２生物処理工程における、排水の少なくとも一部に曝気による好気領域を形成する方式の生物処理を、より安定に行うことができる。
【００３４】
上記目的を達成するため、本発明は、第１４に、上記排水処理装置において、前記第２生物処理槽は、該処理槽内の前記排水の流入側には少なくとも一部の領域に嫌気領域を形成するとともに、該処理槽内の前記排水の排出側には少なくとも一部の領域に好気領域を形成する、該排水処理装置を提供するものである。
【００３５】
上記構成によれば、第２生物処理槽において、流入した排水の少なくとも一部が、嫌気領域から好気領域に向けて流通するようにし、まずは嫌気条件に付して脱窒反応がなされ、その後、好気条件に付して硝化反応がなされるようにして処理することができるので、これにより、第２生物処理槽での生物処理に好適な炭素量／窒素量の比（Ｃ／Ｎ比）や微生物叢のバランスが保たれ、より効果的な浄化処理を成し得る。
【００３６】
上記目的を達成するため、本発明は、第１５に、上記排水処理装置において、前記第２生物処理槽は、該処理槽内の前記排水を１又は２以上の嫌気領域と１又は２以上の好気領域とに区画する仕切り壁を有し、前記区画された各領域ごとに前記曝気のためのガス供給経路が接続されている、該排水処理装置を提供するものである。
【００３７】
上記構成によれば、第２生物処理槽において、流入した排水の少なくとも一部が、嫌気領域から好気領域に向けて流通するようにし、まずは嫌気条件に付して脱窒反応がなされ、その後、好気条件に付して硝化反応がなされるようにする生物処理を、より安定に行うことができる。
【００３８】
上記目的を達成するため、本発明は、第１６に、上記排水処理装置において、前記処理装置による処理に供される排水にバチルス属細菌の活性剤を供給する活性剤供給槽を更に有する、該排水処理装置を提供するものである。
【００３９】
上記構成によれば、バチルス属細菌の活性剤を供給するための活性剤供給槽を設けて、排水処理系内のバチルス属細菌の優占化状態が好適に維持されるようにして処理することができるので、これにより、より効果的な浄化処理を成し得る。
【発明の効果】
【００４０】
本発明によれば、生物処理に好適な炭素量／窒素量の比（Ｃ／Ｎ比）とすべく、処理対象の排水に炭素源を供給したうえ、一時滞留した排水に微生物叢接触体を断続的に接触させる方式の生物処理と、一時滞留した排水の少なくとも一部に曝気による好気領域を形成する方式の生物処理と、それぞれ態様の異なる生物処理をバチルス属細菌を優占化させつつ行うので、一定時間当たりの窒素除去効率が向上し、ひいては排水の浄化処理時間が短縮される。また、一時滞留した排水に微生物叢接触体を断続的に接触させる方式の生物処理は、比較的コンパクトな容量の処理槽で行うことができ、一時滞留した排水の少なくとも一部に曝気による好気領域を形成する方式である、例えば曝気式の生物処理のみによる場合よりも、曝気エネルギーコストや施設建設コストを削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明による排水処理装置の一実施形態を表わす概略構成図である。
【図２】本発明による排水処理装置に用いられる第１生物処理槽の一例を示す概略構成図であり、（ａ）は全体斜視構成図であり、（ｂ）は（ａ）を側方から見た状態の断面構成図である。
【図３】本発明による排水処理装置に用いられる第１生物処理槽に備わる微生物叢接触体の部分拡大構成図であり、（ａ）は微生物叢を付着させる前の状態の図であり、（ｂ）は（ａ）に微生物叢を付着させた後の状態の図である。
【図４】図１に示す排水処理装置１０による排水処理のフロー図である。
【図５】本発明による排水処理装置の他の実施形態を表わす概略構成図である。
【図６】図５に示す排水処理装置１０ａによる排水処理のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
本発明が適用される排水の種類に別段の制限はないが、特には、下水、生活排水等の一般的な有機系排水と比べて生物処理による浄化を受けにくい、メタン発酵処理の残渣として生じるメタン発酵消化液等の排水に対して、好ましく適用され得る。より具体的には、生物的酸素要求量（ＢＯＤ）が５００〜５０００ｍｇ／Ｌであり、排水の総窒素量（Ｔ−Ｎ）が５００〜５０００ｍｇ／Ｌであり、且つ、排水の生物的酸素要求量（ＢＯＤ）を排水の総窒素量（Ｔ−Ｎ）で除した値（以下、「Ｃ／Ｎ比」で示す。）が、例えばＣ／Ｎ比が１０未満、より典型的にはＣ／Ｎ比が３未満、更により典型的にはＣ／Ｎ比が１未満である排水に対して、好ましく適用され得る。この場合、排水の生物的酸素要求量（ＢＯＤ）は、例えば、ＪＩＳ  Ｋ  １０２２１希釈法に準拠した方法などにより測定することができる。また、測定に時間を要する生物学的酸素要求量の（ＢＯＤ）の代替指標として化学的酸素要求量（ＣＯＤ）を用いることができる。この場合、あらかじめＣＯＤからＢＯＤを換算できるように相関関係を取得しておくこともできる。化学的酸素要求量（ＣＯＤ）は、ＪＩＳ  Ｋ  １０２  １７  滴定法に準拠した方法などにより測定することができる。また、例えば、ＣＯＤパックテスト（株式会社共立理化学研究所製）等の市販の簡易測定キットを用いて測定することもできる。一方、排水の総窒素量（Ｔ−Ｎ）は、例えば、ＪＩＳ  Ｋ  １０２  ４５．２  吸光度法に準拠した方法などにより測定することができる。また、例えば、全窒素パックテスト（株式会社共立理化学研究所製）等の市販の簡易測定キットを用いて測定することもできる。
【００４３】
本発明においては、まず、処理対象の排水に炭素源を添加する。これにより、生物処理槽内で一時滞留させた排水に含まれる微生物叢等の、排水処理系内の生物活性に必要な栄養源として、その炭素源が供給されるので、排水の浄化が促進される。炭素源の排水に対する添加量の目安としては、排水処理系内に刻々と導入される排水の性質が有意に変動する場合があるので、一概ではないが、添加後の排水のＣ／Ｎ比が２〜４０の範囲となるよう調整して添加することが好ましく、添加後の排水のＣ／Ｎ比が２〜３０の範囲となるよう調整して添加することがより好ましく、添加後の排水のＣ／Ｎ比が２〜２０の範囲となるよう調整して添加することが更により好ましい。炭素源としては、一般に微生物等の生育に栄養源として利用可能なものあって、排水処理系内の生物活性に悪影響を与えるものでなければよく、特に制限はない。例えば、メタノール、ブドウ糖、ショ糖等が挙げられる。また、砂糖の精製工程で副産物として生成される廃糖蜜等であれば、コスト面で有利であり、より好ましい。
【００４４】
本発明においては、上記炭素源が添加された排水に対して、第１生物処理工程において、生物処理槽内等に一時滞留させた排水に微生物叢接触体を断続的に接触させる方式の生物処理（以下、この方式の生物処理を「微生物叢接触式」と称することがある。）を行うとともに、第２生物処理工程において、生物処理槽内等に一時滞留させた排水の少なくとも一部に曝気による好気領域を形成する方式の生物処理（以下、この方式の生物処理を「曝気式」と称することがある。）を行う。この場合、第１生物処理工程における微生物叢接触式の生物処理と、第２生物処理工程における曝気式の生物処理とは、処理対象の排水が、その排水自体にも含有している微生物を含めて、それぞれ生物処理槽内等に一時滞留させた排水に含まれる微生物叢と所定期間にわたり接触するように行えばよく、特に明示に記載しない限り、各生物処理の先後のタイミングに特に制限はない。例えば、第１生物処理工程における生物処理を第２生物処理工程における生物処理の前に行ってもよく、第１生物処理工程における生物処理を第２生物処理工程における生物処理の後に行ってもよい。
【００４５】
本発明においては、第１生物処理工程における生物処理と、第２生物処理工程における生物処理とは、いずれもバチルス属細菌を優占種にした微生物叢とともに行う。バチルス属細菌は、排水処理環境中の微生物の中でも増殖速度が速く、有機物を分解する酵素を大量に生産するので、排水に含まれる有機物成分を迅速に分解して、排水の浄化処理効率が高められるとともに、発生する余剰汚泥の削減にもつながる。なお、ここで優占種とは、排水処理環境中の微生物叢において、目的とする微生物の菌数が多くなっていて、優勢に増殖している状態を意味する（以下、この微生物叢の状態を「優占化」あるいは「優占化状態」と称することがある。）。具体的には、全菌数に対し目的とする微生物の菌数の割合が好ましくは０．１％以上、より好ましくは１％以上となっている状態を意味する。目的とする微生物の菌数の割合は、例えば、生物処理槽内の汚泥に存在する微生物のＤＮＡ情報をランダムに決定したうえ、そのＤＮＡ情報を微生物の属種に対応させるなどして、その割合を求めることができる。
【００４６】
バチルス属細菌を排水処理環境中で優占化させる方法としては、特に制限はないが、例えば、排水処理の運転の初期の段階に、バチルス属細菌を含む種菌を直接に排水に添加したり、初期に投入する種汚泥にバチルス属細菌を含有せしめたうえで添加したり、それら種菌や種汚泥を、生物処理槽内に導入された後のその処理槽内に滞留する排水に添加したりする方法等が挙げられる。また、バチルス属細菌を優占化させて排水処理を行った後に得られる余剰汚泥には、バチルス属細菌が優占化される微生物叢のバランスが保たれているので、他の排水処理施設からそのような余剰汚泥を得、これを新たに処理すべき排水処理施設の立ち上げ時などに種汚泥として添加してもよい。すなわち、排水処理の運転の初期の段階に、これらの種菌や種汚泥を添加することにより、目的とする微生物の訓養期間となり、排水処理系内にその目的とする微生物の菌数の割合が確実に高められる。そして、その後には、そのバチルス属細菌が維持される排水処理の条件を保つことにより、バチルス属細菌が優占化した状態が維持される。バチルス属細菌を優占化させる方法としては、バチルス属細菌を含む種菌を用いることがより好ましい。これによれば、バチルス属細菌が優占化するまでの訓養期間の作業工程をよりコントロールしやすい。また、バチルス属細菌を含む種菌や種汚泥は、排水を一時滞留させて生物処理を行うための生物処理槽に添加することがより好ましい。これによれば、バチルス属細菌が、排水の生物処理がなされる生物処理槽内の構造物等にも付着して繁殖するので、排水処理系内にバチルス属細菌を優占化させやすい。なお、排水処理系内のバチルス属細菌の優占化が衰えたような場合には、このような種菌や種汚泥を、排水処理系内、より具体的には、処理に供される排水に適宜添加してもよい。この場合、添加態様は、上記訓養段階と同様にすればよく、特に制限はない。また、排水を一時滞留させて生物処理を行うための生物処理槽に添加することがより好ましいことは、上記と同様である。
【００４７】
上記バチルス属細菌を含む種菌としては、例えば、本発明者らが生物排水処理の汚泥より単離した、Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｍｅｔｈｙｌｏｔｒｏｐｈｉｃｕｓ ＦＥＴ−００８株（受託番号：ＮＩＴＥ ＢＰ−１４２６）を用いることができる。その他にも、Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｍｅｔｈｙｌｏｔｒｏ ｐｈｉｃｕｓ ＣＢＭＢ２０５Ｔ (ＥＵ１９４８９７)株などを用いることができる。また、本発明者らが生物排水処理の汚泥より単離した、Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｓｐ． ＦＥＴ−０３７株（受託番号：ＮＩＴＥ ＢＰ−１４２７）を用いてもよい。その他にも、Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｓｕｂｔｉｌｉｓ ｓｕｂｓｐ. ｓｕｂｔｉｌｉｓ ＤＳＭ １０Ｔ(ＡＪ２７６３５１)株、Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｓｕｂｔｉｌｉｓ ｓｕｂｓｐ. ｓｕｂｔｉｌｉｓＮＢＲＣ３００９株、Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｓｕｂｔｉｌｉｓ ｓｕｂｓｐ. ｓｕｂｔｉｌｉｓＡＴＣＣ６０５１株などを用いることができる。
【００４８】
なお、Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｍｅｔｈｙｌｏｔｒｏｐｈｉｃｕｓ ＦＥＴ−００８株（受託番号：ＮＩＴＥ ＢＰ−１４２６）及びＢａｃｉｌｌｕｓ ｓｐ． ＦＥＴ−０３７株（受託番号：ＮＩＴＥ ＢＰ−１４２７）が、硝化作用と脱窒作用の両方の能力を有することは、特許第５９５９７５５号公報の実施例にて立証されている。
【００４９】
本発明においては、上記バチルス属細菌の優占化状態を好適に維持する目的で、処理に供される排水に、そのバチルス属細菌等の微生物を活性化するための活性剤を添加してもよい。活性剤としては、上記バチルス属細菌等の微生物を活性化する成分を含有するものであればよいが、特にケイ素化合物を含むものであることが好ましい。これによれば、そのケイ素成分が、上記バチルス属細菌等の微生物の生育を促進したり、悪環境下での耐性を向上させたり、その微生物からの酵素分泌を促すなどして、その微生物を活性化することができる。ケイ素化合物としては、例えば二酸化ケイ素、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カルシウム、ケイ酸マグネシウム等が挙げられる。
【００５０】
また、活性剤としては、更に鉄化合物、マグネシウム化合物、カルシウム化合物、及びマンガン化合物からなる群から選ばれる少なくとも１種を用いてもよい。鉄化合物としては塩化第一鉄、塩化第二鉄、硫酸第一鉄、硫酸第二鉄、硝酸第一鉄、硝酸第二鉄等が挙げられる。マグネシウム化合物としては塩化マグネシウム、硫酸マグネシウム、水酸化マグネシウム、硝酸マグネシウム等が挙げられる。カルシウム化合物としては塩化カルシウム、水酸化カルシウム、酸化カルシウム、硝酸カルシウム等が挙げられる。マンガン化合物としては塩化マンガン、硫酸マンガン、硝酸マンガン等が挙げられる。
【００５１】
また、活性剤には上記の化合物以外にも他のミネラル分を含有してもよい。アルミニウム塩などのアルミニウム化合物、ニッケル塩などのニッケル化合物、チタン塩などのチタン化合物などが挙げられる。
【００５２】
活性剤は、上記成分を含有する試薬やその調合物などで構成してもよいが、処理コストの低減のためには、上記のような化合物を含有する、鉱物に由来する資材や工業副産物などを用いることが好ましい。例えば、高炉スラグ、珪藻土、パーライト、セメント等が挙げられる。
【００５３】
なお、活性剤として、高炉スラグ、珪藻土、パーライト、セメント等の鉱物に由来する資材や工業副産物などを用いる場合には、水に難溶性の場合が多いが、その場合、適宜粉砕手段により、その粒度を調整し、全体の３０個数％以上が１０μｍ未満の粒径を有し、且つ１００μｍを超える粒径が全体の１０個数％未満であるものを用いることが好ましい。全体の５０個数％以上が１０μｍ未満の粒径を有し、且つ８０μｍを超える粒径が全体の１０個数％未満であるものを用いることがより好ましく、全体の９０個数％以上が１０μｍ未満の粒径を有し、且つ６０μｍを超える粒径が全体の１０個数％未満であるものを用いることが更により好ましい。さらには、０．２μｍ以下の粒径が１％以内であるものが好ましく、０．２μｍ以下の粒径を含まないものを用いることが更により好ましい。そのような粒度にすることにより、活性剤の成分が、上記バチルス属細菌等の微生物に効果的に作用し、その活性化を促すことができる。なお、粒度分布の測定は、レーザー回折・散乱法により、粒子にレーザー光を照射しときの散乱光の散乱パターンにより粒子径を見積もる方式などにより測定することができ、例えばレーザー回折・散乱式粒度分布測定装置（「マイクロトラックＭＴ３０００」、日機装株式会社）などによって測定することができる。
【００５４】
上記活性剤の排水への添加態様に、特に制限はないが、生物処理の場である生物処理槽等の排水を一時滞留させる場所の前段に配した調整槽等に排水を一時滞留させて、これに添加することが好ましい。これによれば、生物処理に供される排水中の活性剤の含有量を確実にコントロールしやすい。
【００５５】
以下、図面を参照しつつ本発明を実施するための形態を更に具体的に説明する。
【００５６】
図１には、本発明による排水処理装置の一実施形態の概略構成図が示される。ここで、図１中、矢印をともなう実線は、その実線の起点から矢印の先端に向けた、所定の配管等の手段を通じた、物体の移動や流通を意味するものとする。すなわち、例えば、水に溶解又は分散させた炭素源、水に溶解又は分散させた活性剤、循環排水、返送汚泥、余剰汚泥、ブロアからのエアー等の移動や流通を意味するものとする。よって、この場合、所定の配管等の手段は、上記炭素源等の物質が通る「経路」を意味するということもできる。また、点線は、所定の機構や測定装置と制御装置との間に測定値に応じた信号や指令信号のやり取りがあることを意味している。
【００５７】
図１に示すとおり、この実施形態の排水処理装置１０には、所定容量の貯留部１ａを有する炭素源供給槽１が備わり、その貯留部１ａには、処理対象の排水に供給される炭素源が貯留されるようになっている。また、炭素源供給槽１の貯留部１ａ内には撹拌装置１ｂが備わる。炭素源として、例えば廃糖蜜等を用いる場合は一般に粘度が高く、そのままでは排水と混合したり、ポンプ機構を介して配管を流通させたりするのに困難をともなう場合があるので、その撹拌装置１ｂを作動させて、水等の溶媒と混合して、適宜適当な濃度や粘度に調整できるようにしている。撹拌装置１ｂとしては、通常用いられる撹拌手段であればよく、特に制限はない。例えば、スクリュー、水中撹拌機、曝気による撹拌などであればよい。
【００５８】
また、この実施形態の排水処理装置１０には、所定容量の貯留部２ａを有する調整槽２が備わり、処理対象の排水が処理前に、一旦、その調整槽２の貯留部２ａに一時滞留されるようになっている。この炭素源供給槽１からは、炭素源を、配管を流通させて、調整槽２の貯留部２ａに供給し、その貯留部２ａに一時滞留した処理対象の排水に添加するようにしている。そして、その配管途中には、流量可変機構を備えたポンプ機構Ｐからなる炭素源供給ポンプ１ｃ、流量可変機構を備えたバルブ機構からなる炭素源供給バルブ１ｄ等の炭素源供給量調整手段７が備わり、配管を流れる流量を調整することで、炭素源供給槽１からの炭素源の供給の有無や炭素源の供給量の程度が調整可能とされている。また、調整槽２の貯留部２ａ内には撹拌装置２ｂが備わり、炭素源を排水とよく混合できるようにしている。撹拌装置２ｂとしては、上記撹拌装置１ｂ同様、通常用いられる撹拌手段であればよく、特に制限はない。例えば、スクリュー、水中撹拌機、曝気による撹拌などであればよい。
【００５９】
また、この実施形態の排水処理装置１０には、調整槽２の貯留部２ａに一時滞留した処理対象の排水の総窒素量（Ｔ−Ｎ）を測定するための総窒素濃度測定装置４０が設けられている。よって、本発明の一態様においては、この総窒素濃度測定装置４０で測定した排水の総窒素濃度の測定値に基づき、制御装置６０が必要な炭素源量を演算して、その演算結果に基づいて、上記炭素源供給ポンプ１ｃ及び／又は炭素源供給バルブ１ｄ等からなる、炭素源供給量調整手段７を調整して、排水の総窒素濃度に応じて設定したＣ／Ｎ比になるように炭素源を排水に供給するようにしてもよい。総窒素濃度測定装置４０としては、全窒素濃度計（東亜ＤＫＫ社製）などが挙げられる。
【００６０】
また、この実施形態の排水処理装置１０には、所定容量の貯留部３ａを有する活性剤供給槽３が備わり、その貯留部３ａには、処理対象の排水に供給される活性剤が貯留されるようになっている。この活性剤供給槽３からは、活性剤を、配管を流通させて、調整槽２の貯留部２ａに供給し、その貯留部２ａに貯留された処理対象の排水に添加するようにしている。そして、その配管途中には、流量可変機構を備えたポンプ機構Ｐからなる活性剤供給ポンプ３ｃ、流量可変機構を備えたバルブ機構からなる活性剤供給バルブ３ｄ等の活性剤供給量調整手段８が備わり、配管を流れる流量を調整することで、活性剤供給槽３からの活性剤の供給の有無や活性剤の供給量の程度が調整可能とされている。また、活性剤添加槽３の貯留部３ａ内には撹拌装置３ｂが備わり、活性剤として、例えば高炉スラグ、珪藻土、パーライト、セメント等を用いる場合は一般に分散性が悪く、そのままでは排水への添加量のコントロールに困難をともなう場合があるので、その撹拌装置３ｂを作動させて、水等の溶媒に分散又は混合して、適宜調整された範囲の添加量で排水に添加できるようにしている。撹拌装置３ｂとしては、上記の撹拌装置１ｂ、撹拌装置２ｂ同様、通常用いられる撹拌手段であればよく、特に制限はない。例えば、スクリュー、水中撹拌機、曝気による撹拌などであればよい。
【００６１】
また、この実施形態の排水処理装置１０には、第１生物処理槽２０と第２生物処理槽３０とが備わり、一旦調整槽２に滞留した排水が、所定の配管を通じて、第１生物処理槽２０に流入するようにしている。また、第１生物処理槽２０で生物処理を受けた排水が、所定の配管を通じて、第２生物処理槽３０に流入するようにしている。そして、第１生物処理槽２０においては、一時滞留した排水に、断続的に微生物叢接触体を接触させる方式で、排水の生物処理が行われるようにし、第２生物処理槽３０においては、一時滞留した排水に、その少なくとも一部に曝気による好気領域を形成する方式で、排水の生物処理が行われるようにしている。また、上記に説明した方法等により、第１生物処理槽２０及び第２生物処理槽３０の両処理槽内の微生物叢はバチルス属細菌が優占種となっており、すなわちバチルス属細菌が優占化した状態で生物処理が行われるようにしている。
【００６２】
なお、この実施形態では、２つの第１生物処理槽２０を設けて、排水を配管の分岐により分流して、第１生物処理槽２０、２０に仕向けて、その第１生物処理槽２０、２０を併用して生物処理を行った後、２つの配管の集合により排水を収流して第２生物処理槽３０に仕向けられるようにしている。第１生物処理槽２０は単一に設けて処理を行うことも可能であるが、一般に、微生物叢接触体による微生物叢接触式の生物処理を行う第１生物処理槽２０に比べて、曝気式の生物処理を行う第２生物処理槽３０は、処理容量の大きな水槽を備えるので、第１生物処理槽２０における生物処理容量と、第２生物処理槽３０における生物処理容量とのバランスを調整する観点からは、第１生物処理槽２０を複数設けて処理を行うことが好ましい。なお、上記のように、第１生物処理槽２０と第２生物処理槽３０とを排水が流通するように接続する配管は、本発明における「生物処理槽接続経路」を構成している。
【００６３】
また、この実施形態の排水処理装置１０には、沈殿槽４が備わり、第２生物処理槽２０で生物処理を受けた排水が、所定の配管を通じて、その沈殿槽４に流入するようにしている。沈殿槽４では自然沈降作用により排水中の汚泥が沈むので、沈殿槽４の槽内の下方に溜まった部分を所定のポンプ機構Ｐからなる汚泥引抜ポンプ４ａより排出させると、湿潤状態の汚泥が得られる。この汚泥は、余剰となれば余剰汚泥として適宜系外へ放出してもよく、一方で、汚泥には排水の浄化に有用な微生物が含まれているので、これを維持するためには、その一部又は全部を返送汚泥として生物処理槽に戻すようにしてもよい。また、沈殿槽４の槽内の上方の部分は沈殿槽４から排出させて、適宜に例えば凝集剤等による残留ＣＯＤや色度成分を凝集除去、砂ろ過、オゾン処理、次亜塩素酸処理等の後処置を講じた後に、排水基準に適合すれば、下水や河川に放流することも可能となる。なお、後処置用の凝集剤としては、例えば、ポリ鉄、ポリ塩化アルミニウム、硫酸バンド、各種高分子凝集剤等を好適に用いることができる。
【００６４】
また、この実施形態の排水処理装置１０には、排水循環経路５が備わり、その排水循環経路５を通じて、第２生物処理槽３０における生物処理を経た排水の一部又は全部を、循環排水として、第１生物処理槽２０における生物処理に供される排水に添加するようにしている。ここで、排水循環経路５の一端は、第２生物処理槽３０内で最も排出側の第４領域３０ｄの更に排出側の、図示しない排出口付近の領域に配置されている。このようにすることで、第２生物処理槽３０での生物処理を経た排水を採取して、循環させることができる。そして、排水循環経路５の途中には、流量可変機構を備えたポンプ機構Ｐからなる排水循環ポンプ５ａ、流量可変機構を備えたバルブ機構からなる排水循環バルブ５ｂ等の排水循環量調整手段９が備わり、排水循環経路５を流れる流量を調整することで、排水の循環の有無や排水の循環量の程度が調整可能とされている。
【００６５】
なお、図１中では第１生物処理槽２０に連なる配管の途中部分の位置で、排水循環経路５を通った循環排水が第１生物処理槽２０における生物処理に供される排水に添加されるようにしているが、第１生物処理槽２０の生物処理槽内に直接に添加されるように、排水循環経路５の他端の配置を構成してもよい。また、場合によっては、循環排水が調整槽２に添加されるよう、排水循環経路５の他端の配置を構成してもよい。
【００６６】
また、この実施形態の排水処理装置１０には、第２生物処理槽３０から排出して沈殿槽４に滞留した処理後の排水の総窒素量（Ｔ−Ｎ）を測定するための総窒素濃度測定装置５０が設けられている。よって、本発明の一態様においては、この総窒素濃度測定装置５０で測定した処理後の排水の総窒素濃度の測定値に基づき、制御装置６０が必要な排水循環量を演算して、その演算結果に基づいて、上記排水循環ポンプ５ａ及び／又は排水循環バルブ５ｂ等からなる、排水循環量調整手段９を調整して、処理後の排水の総窒素濃度に応じて予め設定した排水循環量が循環されるようにしてもよい。総窒素濃度測定装置５０としては、全窒素濃度計（東亜ＤＫＫ社製）などが挙げられる。
【００６７】
また、この実施形態の排水処理装置１０には、汚泥返送経路６が備わり、汚泥引抜ポンプ４ａにより沈殿槽４から排出させた汚泥の一部又は全部を、その汚泥返送経路６を通じて、返送汚泥として、第１生物処理槽２０における生物処理に供される排水に添加するようにしている。そして、汚泥返送経路６の途中には、流量可変機構を備えたポンプ機構Ｐからなる汚泥返送ポンプ６ａ、流量可変機構を備えたバルブ機構からなる汚泥返送バルブ６ｂ等の汚泥返送量調整手段１１が備わり、汚泥返送経路６を流れる流量を調整することで、汚泥の返送の有無や汚泥の返送量の程度が調整可能とされている。
【００６８】
なお、図１中では第１生物処理槽２０に連なる配管の途中部分の位置で、汚泥返送経路６を通った返送汚泥が第１生物処理槽２０における生物処理に供される排水に添加されるようにしているが、第１生物処理槽２０の生物処理槽内に直接に添加されるように、汚泥返送経路６の配置を構成してもよい。また、場合によっては、返送汚泥が調整槽２に添加されるよう、汚泥返送経路６の配置を構成してもよい。
【００６９】
調整槽２から第１生物処理槽２０への排水の排出量や流入量、第１生物処理槽２０から第２生物処理槽３０への排水の排出量や流入量、第２生物処理槽３０から沈殿槽４への排水の排出量や流入量、第２生物処理槽３０からの循環排水の排出量や、第１生物処理槽２０における生物処理に供される排水への循環排水の添加量や、沈殿槽４からの汚泥の排出量や、第１生物処理槽２０における生物処理に供される排水への汚泥の添加量は、上述したポンプ機構やバルブ機構、あるいは図示しないバルブ機構等の手段を各配管の途中に設けること等によって調整可能である。よって、上記排出量や上記流入量や上記添加量を、それぞれに調整することによって、第１生物処理槽２０及び第２生物処理槽３０における生物処理の処理時間を調整することができる。例えば、一般に浄化処理が必要な平均的なメタン発酵消化液は、生物学的酸素要求量（ＢＯＤ）が５００〜５０００ｍｇ／Ｌであり、排水の総窒素量（Ｔ−Ｎ）が５００〜５０００でありｍｇ／Ｌ、且つ、Ｃ／Ｎ比が２未満程度であるが、このような排水に対しては、平均的な排水が受ける第１生物処理槽２０における生物処理の処理時間を０．５〜２４時間とし、第２生物処理槽３０における生物処理の処理時間を１０〜８０時間とすることが好ましい。また、上記循環排水の、排水処理系内に流入する排水の量に対する排水の循環量の百分率（循環率）において、５０〜８００％の循環率で処理することが好ましく、１００〜６００％の循環率で処理することがより好ましく、さらに好ましくは２００〜５００％の循環率で処理することが更により好ましい。
【００７０】
（第１生物処理槽）
図２（ａ）、（ｂ）に示すように、この実施形態に係る第１生物処理槽２０には、配管２１を通して流入する排水を一時滞留させるための、底面が半円柱状をした排水貯留部２２ａを有する排水滞留槽２２と、その排水滞留槽２２の排水貯留部２２ａ内に一部が埋没するように配された回転式微生物叢接触装置２３とが備わる。排水滞留槽２２の１対の両側壁は、半円板状に上方に突出していて、側方支持壁２４，２４をなしている。また、回転式微生物叢接触装置２３には複数の微生物叢接触体２５が備わり、その各々（図２では３つ）が円盤状をなし、微生物叢接触体２５の中心を、側方支持壁２３，２３のなす半円中心部に軸心がほぼ同期して配置された回転軸索２６が貫いている。また、その複数の微生物叢接触体２５は、回転軸索２６の軸方向に所定幅間隔で整列し、回転軸索２６を介して側方支持壁２３，２３に対して回転可能に支持されている。そして、回転動作装置２７の作動により回転軸索２６を回転軸にして１回転するごとに、各々の微生物叢接触体２５の少なくとも一部の領域が、第１生物処理槽２０の排水滞留槽２２内に滞留した排水に浸かるとともに、第１生物処理槽２０の排水滞留槽２２内に滞留した排水から出て外気にも晒されるようになっている。なお、その回転速度は任意であり、これを調整することで、滞留した排水に浸かる時間と、排水から出て外気にも晒される時間との周期は、任意に調整され得る。
【００７１】
図３（ａ）に示すように、微生物叢接触体２５は、微生物叢を付着させる担持体として、所定厚さを有する円盤状の３次元網目状成形体２８を含む。このような３次元網目状の成形体としては、適宜剛性を有する樹脂維材を屈曲加工したものを不規則に網状形になるようにして、接着剤や溶着等の手段により各繊維の交点を接合して一体化させることなどにより得ることができる。樹脂材料としては、ポリ塩化ビニリデン等が挙げられる。例えば、特開２００８−２５３９４８号公報に記載された形態である、見かけ比重が０．０４〜０．０８ｇ／ｃｍ3、空隙率が９７％以上の３次元網目状成形体などは、本発明に好適に用いられ得る。なお、微生物叢を付着させる担持体としては、上記の材質や形状のものに限られず、一定期間の排水処理の後に（訓養期間の後に）、微生物叢が付着する性状のものであればよく、特に制限されないが、上記の成形体と同様、排水や空気がその担持体の空隙を流通し易いものを用いることが好ましい。例えば、空隙率が９０％以上の担持体であることが好ましい。これによれば、微生物叢を形成させやすいとともに、微生物叢の付着後にも排水や空気への接触面を広く確保できる。
【００７２】
図３（ｂ）には、微生物叢接触体２５を回転動作させつつ、一定期間の排水処理を行った後の微生物叢接触体２５の状態が示されている。図３（ｂ）に示すように、図３（ａ）の状態から一定期間の排水処理を行った後の微生物叢接触体２５には、汚泥２９やそれとともに微生物が付着している。また、汚泥２９中には、上述したように優占化させたバチルス属細菌が多く生息している。この状態で、微生物叢接触体２５を回転動作させつつ、排水処理を行うと、微生物叢接触体２５が回転中に外気に触れることによりその微生物叢接触体の外側周縁に配された微生物叢において、好気条件下でアンモニア態窒素を酸化して硝酸又は亜硝酸に変える反応（硝化反応）が生じる傾向となり、一方で、微生物叢接触体の外側周縁以外であって、その内側や内層に配された微生物叢において、嫌気条件下で硝酸態窒素及び／又は亜硝酸態窒素を還元して分子状窒素として放出させる反応（脱窒反応）が生じる傾向となる。ここで、上述したとおり、一般に、バチルス属細菌は、硝化作用と脱窒作用の両方の能力を有するので、第１生物処理槽における生物処理においても、優占化状態にあるバチルス属細菌により、効率的に窒素の除去がなされる。
【００７３】
（第２生物処理槽）
図１に示すように、この実施形態に係る第２生物処理槽３０には、仕切り壁３１が備わり、その仕切り壁３１は、生物処理槽内に滞留した排水の流通を完全には遮断しないように、その上面が、排水が成す水面から出ないように配置構成されている。この仕切り壁３１を介して、第２生物処理槽３０の生物処理槽内は、全体として４つの領域に区画されている。ここでは、第２生物処理槽３０への排水の流入側から、第１領域３０ａ、第２領域３０ｂ、第３領域３０ｃ、及び第４領域３０ｄが、第２生物処理槽３０からの排水の排出側に向け、順に、形成されている。また、それぞれに区画された領域の下部にはガス供給管３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、及び３２ｄが接続されて、ブロアからのエアーがそれらのガス供給管を通り（すなわち本発明における「ガス供給経路」を構成している。）、更に散気板３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、及び３３ｄを介して気泡となって、その気泡が下方から上昇しながら排水に接触して、その結果、排水に酸素が供給されて、比較的好気条件をなす好気領域が形成されるようにしている。更に、それぞれに区画された領域ごとに個別に備わる、ガス流量可変機構を備えたバルブ機構からなるエアー供給バルブ３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、及び３４ｄ等のエアー供給量調整手段が備わり、ガス供給管を流れるガス流量を調整することで、散気板３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、及び３３ｄからのエアー量を、それぞれの領域ごとに個別に調節できるようにしている。このような、ブロアからのエアーを散気板を介して気泡として排水中に供給する機構は、排水に酸素を供給するための曝気装置を構成している。なお、排水に酸素を供給する手段としては、上記のようにエアーを吹き込む曝気式の手段だけでなく、撹拌等によってもよい。
【００７４】
そして、この実施形態に係る第２生物処理槽３０においては、処理槽内の排水が、排水の流入側から排出側に向けて、嫌気領域における嫌気条件から徐々に好気領域における好機条件に流れるようにしている。すなわち、第１領域３０ａではエアーを供給せず嫌気領域を形成させ、第２領域３０ｂ〜第４領域３０ｄでは、その順に供給するエアー量を上昇させて、徐々に好気程度が上昇するように好気領域が形成されている。なお、排水の流れは、仕切り壁３１により区画された１の領域に一時滞留した排水が、その仕切り壁３１をオーバーフローしながら次の区画された領域に流れていく自流作用を利用したもので、特別な装置は不要であるが、所望により、適宜任意に、適当な流れ発生手段を設けてもよい。これにより、嫌気領域において嫌気条件下においては、硝酸態窒素及び／又は亜硝酸態窒素を還元して分子状窒素として放出させる反応（脱窒反応）を促し、好気領域において好気条件下においては、アンモニア態窒素を酸化して硝酸又は亜硝酸に変える反応（硝化反応）を促すようにしている。ここで、上述したとおり、一般に、バチルス属細菌は、硝化作用と脱窒作用の両方の能力を有するので、第２生物処理槽における生物処理においても、優占化状態にあるバチルス属細菌により、効率的に窒素の除去がなされる。
【００７５】
なお、上記の脱窒作用のためには、嫌気領域の酸化還元電位が−２００〜１００ｍＶとなるように調整することが好ましく、−１００〜０ｍＶとなるように調整することがより好ましい。また、上記の硝化作用のためには、好気領域の酸化還元電位が０〜３００ｍＶとなるように調整することが好ましく、５０〜２００ｍＶとなるように調整することがより好ましい。
【００７６】
図４には、排水処理槽装置１０による排水処理のフロー図が示されている。このフロー図に沿って、本発明の必須構成を挙げれば、炭素源の添加と、微生物叢接触体による微生物叢接触式の生物処理と、曝気式の生物処理と、それぞれの生物処理におけるバチルス属細菌の優占化である。また、曝気式による生物処理後の排水は、任意にその一部又は全部を、微生物叢接触体による微生物叢接触式の生物処理へと循環させてもよい。あるいは、曝気式による生物処理後の排水から分離した汚泥は、任意にその一部又は全部を、微生物叢接触体による微生物叢接触式の生物処理へと循環させてもよい。
【００７７】
上述のとおり、図１に示した実施形態の排水処理装置１０には、制御装置６０が備わる。よって、この制御装置６０により、上記した炭素源供給量調整手段７や排水循環量調整手段９の制御以外にも、適宜所望により、活性剤供給量調整手段８、汚泥返送量調整手段１１、ブロアからのエアーの供給量調整手段等をコントロールするようにしてもよい。
【００７８】
一方、図５には、本発明による排水処理装置の他の実施形態を表わす概略構成図が示される。なお、図５では、図１で示した排水処理装置１０と同等の機能を有する装置や構造には同一の符号が付されている。また矢印をともなう実線や点線の意味についても、図１と同様である。
【００７９】
この実施形態の排水処理装置１０ａでは、調整槽２からは曝気式の生物処理を行う第２生物処理槽３０に排水を流入させている。ついで、第２生物処理槽３０での生物処理を経た後の排水を、微生物叢接触体による微生物叢接触式の生物処理を行う第１生物処理槽２０に流入させている。また、第１生物処理槽２０は２つ設けて、第２生物処理槽３０からの排水を、配管の分岐により分流して、第１生物処理槽２０、２０に仕向けて、その第１生物処理槽２０、２０を併用して生物処理を行った後、２つの配管の集合により排水を収流して沈殿槽４もしくは排水循環経路５に仕向けられるようにしている。なお、上記同様、第２生物処理槽３０と第１生物処理槽２０とを排水が流通するように接続する配管は、本発明における「生物処理槽接続経路」を構成している。更に、排水循環経路５の一端は、第１生物処理槽２０、２０からの２つの配管の集合により排水を収流したあとの沈殿槽４に連なる配管の途中部分に配置を構成して、第１生物処理槽２０における生物処理を経た排水の一部又は全部が、排水循環経路５を通じて、循環排水として、第２生物処理槽３０における生物処理に供される排水に添加されるようになっている。更には、また、炭素源供給槽１からの配管を、第２生物処理槽３０からの排水を配管の分岐により分流する前の配管の途中部分に配置を構成している。そして、第２生物処理槽３０における生物処理を経た排水では、往々にして炭素分が消費されて、第１生物処理槽２０における生物処理に必要な、上記したＣ／Ｎ比の条件を満たさなくなっている場合があるので、必要に応じて、炭素源を供給できるようにしている。そして、そのため、その配管途中には、流量可変機構を備えたポンプ機構Ｐからなる炭素源供給ポンプ１ｅ、流量可変機構を備えたバルブ機構からなる炭素源供給バルブ１ｆ等の炭素源供給量調整手段７ａが備わり、配管を流れる流量を調整することで、炭素源供給槽１からの炭素源の供給の有無や炭素源の供給量の程度が調整可能とされている。そして、それ以外は、図１で示した排水処理装置１０と同様に処理するようにしている。
【００８０】
図６には、排水処理槽装置１０ａによる排水処理のフロー図が示されている。このフロー図に沿って、本発明の必須構成を挙げれば、上記排水処理槽装置１０による排水処理のフロー図で説明したのと同様に、炭素源の添加と、曝気式の生物処理と、微生物叢接触体による微生物叢接触式の生物処理と、それぞれの生物処理におけるバチルス属細菌の優占化である。また、微生物叢接触式による生物処理後の排水は、任意にその一部又は全部を、曝気式の生物処理へと循環させてもよい。あるいは、微生物叢接触式による生物処理後の排水から分離した汚泥は、任意にその一部又は全部を、曝気式の生物処理へと循環させてもよい。
【００８１】
以上のとおり、微生物叢接触体による微生物叢接触式の生物処理と、曝気式の生物処理との順序は任意でよく、それらの処理の先後によらずに、排水の浄化処理効率の向上の効果が得られる。ただし、微生物叢接触体による微生物叢接触式の生物処理を先に行うことで、全体として、比較的嫌気傾向の反応を成さしめることができ、これにより、その後の、曝気式の生物処理において、嫌気領域の省スペース化を図ることができるので、好ましい。また、曝気式の生物処理を後段に配置したほうが、一般に、容量が比較的大きく、水面が外気によく接した構造の水槽を用いて処理を行うので、排水に比較的低濃度に窒素分が残存する状態でも、あるいは、炭素源として排水に添加したものが処理しきれずに残存しているような場合にも、その窒素分や炭素分が、窒素ガスや炭酸ガスの形態にまで変換されて浄化されやすいので、好ましい。
【実施例】
【００８２】
以下に実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、本発明の範囲はこれら実施例によって何ら限定されるものではない。
【００８３】
［試験例１］
図１に示した排水処理装置１０に準じた構造の実験装置を用いて排水処理を行った。具体的には、以下のとおりの排水処理系を構築した。
【００８４】
（排水処理系）
第１生物処理槽２０：有効容積は７０Ｌ（微生物叢接触体の担持体の材質はポリ塩化ビニリデン）
第２生物処理槽３０：有効容積は２０００Ｌ（５００Ｌずつ４区画に分割し、１区画目は撹拌のみの嫌気状態、後段３区画はばっ気し、好気処理できる構成）
沈殿槽４：有効容積は２６０Ｌ
【００８５】
活性剤：ミネラルを含む活性剤を用いて、調整槽２内で６ｍｇ／Ｌ濃度となるよう、継続して添加した。
【００８６】
優占化：バチルス属の細菌[Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｓｐ． ＦＥＴ−０３７株（受託番号：ＮＩＴＥ ＢＰ−１４２７）及びＢａｃｉｌｌｕｓ ｍｅｔｈｙｌｏｔｒｏｐｈｉｃｕｓ ＦＥＴ−００８株（受託番号：ＮＩＴＥ ＢＰ−１４２６）]が優占化した状態の汚泥を３０００ｍｇ／Ｌ前後になるように投入し、３０日間の訓養期間を設けた。
【００８７】
全体の処理時間：４０時間
【００８８】
導入量：０．７ｍ3／日
排出量：０．７ｍ3／日
循環させる排水量：３．５ｍ3／日
循環させる汚泥量：０．３５ｍ3／日
【００８９】
後処置：ポリ鉄による残留ＣＯＤの凝集除去
【００９０】
模擬排水：
乳牛糞尿に由来するメタン発酵消化液に、高分子凝集剤を用いた凝集沈殿処理による固液分離処理を施して浮遊物を取り除き、これにブドウ糖を添加して、下記表１に示すとおりにして模擬排水を調製した。なお、ＢＯＤ（生物化学的酸素要求量）はＪＩＳ  Ｋ  １０２  ２１希釈法に準拠した方法により測定した。また、ＣＯＤ（化学的酸素要求量）はＪＩＳ  Ｋ  １０２  １７滴定法に準拠した方法により測定した。また、Ｔ−Ｎ（総窒素量）はＪＩＳ  Ｋ  １０２  ４５．２吸光度法に準拠した方法により測定した。
【００９１】
【表１】
2019188360.tif 000003
【００９２】
サンプル採取：
（１）第１生物処理槽から排出されて第２生物処理槽に流入する前にサンプル液として採取
（２）第２生物処理槽から排出されて沈殿槽において汚泥を分離した後の上澄み液をサンプル液として採取
（３）沈殿槽において汚泥を分離した後の上澄み液に更にポリ鉄による残留ＣＯＤの凝集除去の処理を行った後の上清をサンプルとして採取
【００９３】
【表２】
2019188360.tif 000004
【００９４】
その結果、回転接触式の生物処理を行う第１生物処理槽での処理で、有機物成分や窒素成分をおよそ５０％程度除去することができた。残りは曝気式の生物処理、並びに凝集剤による凝集沈殿で除去することができ、最終的に得られた処理後の排水は、排水基準（ＢＯＤ：１２０ｍｇ／Ｌ，ＣＯＤ：１２０ｍｇ／Ｌ、Ｔ−Ｎ：６０ｍｇ／Ｌ）を満たしていた。
【００９５】
［試験例２］
図１に示した排水処理装置１０に準じた構造であるが、その第１生物処理槽２０を省き、調整槽２から直接に第２生物処理槽３０に排水を流入させる構造の実験装置を用いて排水処理を行った。
【００９６】
その結果、試験例１と同様に排水基準を満たす処理後の排水を得るには、処理時間としておよそ９６時間〜１２０時間を要した。
【符号の説明】
【００９７】
１０、１０ａ：排水処理装置
１：炭素源供給槽
１ａ：炭素源供給槽の貯留部
１ｂ：炭素源供給槽の撹拌装置
１ｃ：炭素源供給ポンプ
１ｄ：炭素源供給バルブ
２：調整槽
２ａ：調整槽の貯留部
２ｂ：調整槽の撹拌装置
３：活性剤供給槽
３ａ：活性剤供給槽の貯留部
３ｂ：活性剤供給槽の撹拌装置
３ｃ：活性剤供給ポンプ
３ｄ：活性剤供給バルブ
４：沈殿槽
４ａ：汚泥引抜ポンプ
５：排水循環経路
５ａ：排水循環ポンプ
５ｂ：排水循環バルブ
６：汚泥返送経路
６ａ：汚泥返送ポンプ
６ｂ：汚泥返送バルブ
７：炭素源供給量調整手段
８：活性剤供給量調整手段
９：排水循環量調整手段
１１：汚泥返送量調整手段
２０：第１生物処理槽
２１：配管
２２：排水滞留槽
２２ａ：排水滞留部
２３：回転式微生物叢接触装置
２４：側方支持壁
２５：微生物叢接触体
２６：回転軸索
２７：回転動作装置
２８：３次元網目状成形体
２９：汚泥（微生物を含む）
３０：第２生物処理槽
３０ａ〜３０ｄ：第１領域〜第４領域
３１：仕切り壁
３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ：ガス供給管（ガス供給経路）
３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ：散気板
３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ：エアー供給バルブ（エアー供給量調整手段）
４０、５０：総窒素濃度測定装置
６０：制御装置
Ｂ：ブロア機構
Ｐ：ポンプ機構
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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