(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理対象の有機性廃水（以下、流入水という）を第１微生物処理槽に導入して細菌により微生物処理し、第１微生物処理槽からの細菌を含む処理液を第２微生物処理槽に導入して活性汚泥処理する、いわゆる２相式活性汚泥法による好気性微生物処理装置の運転方法であって、
第２微生物処理槽からサンプリングした活性汚泥混合液を用いて求めた流入水のBODts値に基づいて、第１微生物処理槽に供給する酸素量（So）を制御することを特徴とする細菌処理槽（第１微生物処理槽）を付設した好気性微生物処理装置の運転方法。
ここにBODts値は、主として流入水中の溶解性易分解性有機物の分解に要する酸素消費量の指標であって、
サンプリング活性汚泥混合液を曝気して、内生呼吸状態にしたのち、流入水を一定量添加し、
流入水添加後の酸素消費速度が、流入水添加前の内生呼吸による酸素消費速度と等しくなるまでのあいだに、サンプリング活性汚泥混合液が消費した全酸素量から、内生呼吸による酸素消費量を控除した酸素消費量を求め、
活性汚泥混合液量と添加流入水量の関係に基づいて、流入水の酸素消費量に換算した値。
【請求項２】
前記第１微生物処理槽に供給する酸素量（So）を、次式（０）により制御することを特徴とする請求項１に記載の細菌処理槽を付設した好気性微生物処理装置の運転方法。
So＝a・BODts負荷量＋b・・・・・（０）
ここに、
BODts負荷量＝流入水処理量（F）×BODts値
a：細菌槽における溶解性易分解性有機物（Ss）負荷量除去率に相当する数値であり、0.3〜1.0の定数
b：細菌槽において微生物の内生呼吸で消費される酸素量であり、実験的に求める定数
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は有機物含有廃水を好気的に生物処理する技術に係り、特に、通常の曝気槽の前に細菌処理を行う処理槽を付設した好気性微生物処理装置の運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
微生物を利用する工学的分野は多岐に亘っているが、代表的な分野として廃水処理があり、なかでも好気性微生物を利用する活性汚泥処理法は、簡単な構造かつシンプルな操作で、高範囲に有機性汚濁廃水を処理でき、良質な処理水が得られる、非常に有用な廃水処理プロセスである。
しかしながら現状の活性汚泥処理法は、嫌気性処理や物理処理と比較して処理効率が低く、また余剰汚泥の発生量が多く、さらに糸状菌バルキングに代表される沈殿槽における汚泥の沈降性不良トラブルが発生するなどの問題点がある。
【０００３】
このような課題に対して、通常の曝気槽の前に原生動物の実質的不存在下で細菌処理を行う処理槽（以下、細菌槽）を付設した好気性微生物処理装置が公知である（例えば特許文献１）。同文献ではこれを２相活性汚泥法と称している。なお、２段活性汚泥処理と称する例もある。
２相活性汚泥法では、沈殿槽からの返送汚泥を細菌槽には戻さず、細菌槽のMLSSを極めて低く維持して原生動物の実質的不存在下で細菌を大量増殖させる。細菌槽における有機物分解活性は大きく、同文献によれば全体として従来の活性汚泥の曝気槽と比較して高効率な処理が実現でき、また余剰汚泥の発生率を従来の活性汚泥の約半分程度に削減できるとしている。
しかしながら、細菌は非凝集性であるため、細菌槽での細菌の増殖との流出のバランスを維持することが難しく、流入水のBOD負荷や成分変動が大きい場合には、安定運転が難しいという問題点がある。なお、非凝集性細菌を分散菌と称する場合がある。
【０００４】
このため、改良技術として被処理水中のＢＯＤで示される有機汚濁成分濃度の変動が、実際の有機性廃水である原水の平均濃度の中央値から５０％以内になるように調整したり、細菌槽の水質についてｐＨ値、ＴＯＣ値、濁度、ＢＯＤ値及びＣＯＤ値のいずれかを経時的に測定し、細菌処理の悪化を検知したときには、一時停止して種汚泥を投与するなどを行い、細菌槽の回複処理を行った後に処理を再開する方法が提示されている（例えば特許文献２）。
しかしながらこの方法では、細菌処理悪化検知時に活性汚泥処理を停止しなければならず、処理効率の著しい低下を招く。
【０００５】
さらに、沈殿槽などから汚泥を返送汚泥として曝気槽に戻すとともに細菌槽にも戻し、細菌槽のMLSSを２０〜３０００mg/lの範囲に制御する技術が提示されている（例えば特許文献３）が、流入水の成分等の変動に対する具体的制御方法は示されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭５５−２０６４９
【特許文献２】特開２０００−２１０６９２
【特許文献３】特開２０１３−２０２５７９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記課題に鑑み、通常の曝気槽の前に細菌処理を行う処理槽を付設した好気性微生物処理装置において、流入水変動に強い運転制御方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願発明者は、鋭意研究の結果、処理能力を増大させるとともに、汚泥の沈降性を改善し、余剰汚泥の生成量を削減するなどの効果を維持しつつ、流入水負荷変動に強い運転制御方法を見出した。
本発明に係る細菌処理槽（第１微生物処理槽）を付設した好気性微生物処理装置の運転方法は、
（１）処理対象の有機性廃水（以下、流入水という）を第１微生物処理槽に導入して細菌により微生物処理し、第１微生物処理槽からの細菌を含む処理液を第２微生物処理槽に導入して活性汚泥処理する好気性微生物処理装置の運転方法であって、
第２微生物処理槽からサンプリングした活性汚泥混合液を用いて求めた流入水のBODts値に基づいて、第１微生物処理槽に供給する酸素量（So）を制御することを特徴とする。
ここにBODts値は、主として流入水中の溶解性易分解性有機物の分解に必要な酸素消費量の指標であって、
（ａ）サンプリングした活性汚泥混合液を曝気して、（ｂ）内生呼吸状態にしたのち、
（ｃ）再度曝気して、（ｄ）流入水を一定量添加し、
（ｅ）流入水添加後の酸素消費速度が、流入水添加前の内生呼吸による酸素消費速度と等しくなるまでのあいだに、サンプリング活性汚泥混合液が消費した全酸素量から、内生呼吸による酸素消費量を控除した酸素消費量を求め、
（ｆ）活性汚泥混合液量と添加流入水量の関係に基づいて、流入水の酸素消費量に換算した値、
【０００９】
上記において、（ａ）〜（ｆ）は後述の実施形態のＳ１０１〜Ｓ１０７に、それぞれ対応する。但し、測定装置、各ステップの測定方法等は実施形態の装置、方法に限定されず、これと同等の他の装置、方法によることもできる。
【００１０】
以下、本願発明の具体的内容について、従来技術との比較も含め、さらに詳細に説明する。
図２を参照して、活性汚泥の処理能力は食物連鎖のピラミッド構造を使って以下のように説明できる。主として細菌類から構成される最下位の微生物群は、廃水中の汚濁物をもっぱら摂取して増殖し、中位の微生物群は、直接廃水中の汚濁物も摂取すると同時に、最下位の微生物群を捕食して増殖し、最上位の微生物群は、直接廃水中の汚濁物も成分しだいで摂取するが、もっぱら最下位、中位の微生物を捕食して増殖する。
【００１１】
各層微生物群の流入水BOD成分分解能力の差については諸説あるが、ここでは非生物由来成分とする化学廃水の活性汚泥の反応現象からみて最も妥当と判断される、IWA（International  Water Association）が提唱する活性汚泥モデルASM3を用いると、以下のように推定できる。
ASM3では、流入水を生分解できる有機汚濁物を、溶解性易分解性有機物(以下、Ss)や遅分解性有機物（以下、Xs）に分類している。Xsは加水分解でSsに変換され、微生物はSsやXsを摂取して、細胞内蓄積可能物質（以下、Xsto）を合成するとしている。
これらの過程の反応には、それぞれ特定の酵素が介在する。最上位の微生物群は、主として中位、最下位の微群を捕食して増殖し、中位の微生物群は、最下位の微生物群を捕食して増殖する。これら微生物群を構成する成分は細胞やXstoであるため、最上位・中位の微生物群は、細胞やXstoなど生物由来の物質およびそれらから波及する物質などを分解・合成する酵素を多くもっているが、それ以外の酵素は少ない。
【００１２】
これに対し、最下位の微生物群は、生物由来の物質に限らず、広く流入水のSsをXstoに合成する酵素を持つはずである。このことは、Ssが主として非生物由来の成分が主成分の流入水の場合、最初に流入水中の有機物を除去する活性は、ほとんど最下位の微生物が担うことを意味する。従って、最上位・中位の微生物群を極端に低下させて捕食者を少なくすれば、最下位の微生物の数が飛躍的に増加し、処理能力は増大することになる。
原生動物の実質的不存在下で細菌処理を行う処理、いわゆる２相活性汚泥法はこの状態を意図的に作り出して処理能力向上を図る処理法である。
【００１３】
２相活性汚泥法における細菌槽は、細菌の増殖速度と原生動物の増殖速度の差を利用して細菌槽を構成する。上述の文献１に記載されているように、細菌の最大比増殖速度は10〜20[1/day]であり、原生動物の最大比増殖速度は1〜3[1/day]であるため、細菌槽の平均滞留時間は２時間から５時間程度になる。
また細菌槽は、通常の活性汚泥のように返送汚泥の循環がないため、生成した細菌は上記平均滞留時間で系外に流出する。このため、細菌槽において細菌が処理できる流入水のBOD成分については、ほとんどがSs成分であり、加水分解に時間を要するXs成分は少ない。
【００１４】
次に、２相活性汚泥法が流入水の負荷変動に弱い理由は、以下のように推定される。
細菌処理が適正に機能している状態では、流入水のSs成分の過半以上は細菌槽で処理されるが、残り数10％は未処理となり、後段の活性汚泥には細菌槽で増殖した細菌と未処理のSs成分とが栄養源として供給される。このため、活性汚泥を構成する微生物群は、細菌類を捕食する能力と、Ss成分を分解する能力とを併せ持つ状態になる。
【００１５】
その後、流入水負荷が低下し、細菌槽が栄養バランス的に過大の状態になると、流入水のSs成分が枯渇して細菌の増殖低下・死滅を招き、その過程で後段の活性汚泥で凝集補足できない細菌に変質するため、処理水は白濁し処理状態が悪化する。さらに細菌槽では極端に細菌数が低下状態となり、後段の活性汚泥では流入水のSs成分がなくなり細菌類のみが栄養源となるため、細菌類を捕食する能力は有するが、Ss成分の分解能力は大きく低下する状態になる。
この状態から再度流入水の負荷が増大すると、細菌槽では細菌が少ないため未処理のSs成分が後段の活性処理に流入することになるが、後段の活性汚泥を構成する微生物群は、Ss成分分解能力が低下しているため処理ができない。このため、処理水の水質は急激に悪化する。
【００１６】
本願発明者は上記推定を実証するため、細菌槽の酸素量と処理状況の関係について確認測定試験を行った。後述の＜実施例１＞において詳細を説明するが、要約すると、細菌槽の設備容量が流入水負荷に対し相対的に過大の状態で、酸素を供給し続けると、処理水悪化という現象が現れる（テストNo.２参照）これは、流入水Ss成分の処理が過剰の状態に対応する。この状態から、細菌槽の曝気空気量を減少させて供給酸素量を適正に制限することにより、処理水悪化が解消される（テストNo.３参照）。
これらの実証試験から、細菌槽の酸素量により全体の処理状況が変わり、さらに酸素量に最適点があること、すなわち細菌槽の酸素量制御が処理水管理に極めて有効であることが分かった。
【００１７】
このような流入水負荷変動に伴う汚泥処理能力変化の現象を踏まえて、本発明は、細菌槽に供給する酸素量を、流入水のSs成分の負荷量（以下、Ss負荷量）に対応させて制御することを特徴としている。かかる制御により、流入水の負荷変動があった場合でも、Ss成分の処理速度が大きく低下しないように維持し、２相活性汚泥法の効果を維持しつつ全体として処理効率が高く、糸状菌バルキング等に起因する弊害を抑制し、余剰汚泥を削減できる効果を維持しつつ、且つ、流入水の負荷変動に強い活性汚泥処理を可能とするものである。
【００１８】
次に、流入水中の溶解性易分解性有機物（Ss）の分解に要する酸素消費量の指標として、BODts値を用いることの妥当性について説明する。
活性汚泥が消費する酸素消費量は、内生呼吸状態での酸素の消費量と、流入水のBOD成分を分解するに要する酸素消費量との合計で表され、また、酸素消費量は酸素消費速度と時間の積で計算される。
一方、内生呼吸状態の酸素消費速度は、数時間の範囲では変化しない一定値であり、流入水のBOD成分分解に要する酸素消費速度は、BOD成分や汚泥の活性により変化する値である。
また、酸素消費速度はDO値の変化から測定することができる。活性汚泥混合液を曝気したときのDOの変化は、後述（7）式で表される。
【００１９】
従来、活性汚泥制御の指標として一般的に用いられているBOD５は、測定時間が5日間と長いため、加水分解に長い時間を要するXsや、一旦XSTOとなって体内に蓄積された栄養源も内生呼吸時の代謝によって消費され、BOD５として測定されることになる。
これに対しBODts値は、内生呼吸状態の酸素消費速度が変化しない時間範囲内で測定するものであり、通常１時間程度の短時間測定であるため、加水分解に時間がかかるXs成分はほとんど測定対象とはならない。この間の酸素消費量は、主として微生物が流入水中の摂取したSs成分をXSTOに変換するために必要なエネルギーを得るために消費する酸素量である。上述のように、細菌槽が処理対象とするのはSs成分であるから、Ss成分を測定対象とするBODts値を細菌槽のSs量の指標とすることは妥当といえる。
【００２０】
BODts値を具体的に求めるためには、後述の実施形態において説明するように、サンプリングした活性汚泥のＤＯ値を所定の手順に従って段階的に測定し、（１７）式を用いることにより可能である。
なお、測定は（活性汚泥混合液＋添加流入水）に対して行われるので、流入水自体の酸素消費量BODtsを求めるため、以下の換算が必要である。すなわち、サンプリング活性汚泥混合液量をMとし、流入水の添加量をTとした場合、（１７）式で求めた酸素消費量（BODts＊）より、
BODts＝BODts＊×（M＋T）／T      となる。
さらに実施形態の方法に限らず、例えば、内生呼吸状態の活性汚泥混合液を、予めDOを飽和溶存酸素濃度近くにしたのち、外部からの酸素の供給を断った状態で、流入水を添加し、DOの減少速度が内生呼吸状態の活性汚泥混合液の減少速度になるまでのDO減少量から、内生呼吸による酸素消費量を控除することにより求めることもできる。
【００２１】
次に、成分構成が多岐にわたる廃水に対して一般的に用いられているTOC、COD、BOD５と、本発明によるBODtsと、の比較について説明する。
流入水中のBODのSs成分とXs成分の構成比率は、廃水の種類により大きく異なる。例えば、下水や製紙廃水ではXsはSsの数倍になるが、化学廃水ではほとんどSsで構成される。また同一廃水であっても、XsとSsの構成比率が時間的に変化するケースも
ある。
【００２２】
表１は、メタノール−ペプトン系、グルコース−ペプトン系、グルコース−溶性デンプン系を成分とする流入水を、試験用活性汚泥により処理したときの、各成分のTOC、COD、BOD５とBODtsの測定値を示したものである。メタノール、グルコースはSs成分、ペプトンはSs成分とXs成分の混合物、また溶性デンプンは大部分がXs成分である。
同表より、例えばTOCについては廃水種類（Ss構成比）と測定値の間に相関が見られない。COD、BOD５についても同様である。これに対してBODtsについては、Ss構成比と測定値の間に極めて高い相関性があることが分かる。
このように、Ss量及び量変化を把握可能なBODtsは、遅分解性有機物Xs、XSTOも測定してしまう公定法のBOD５、生分解不可成分やXs成分も測定するTOC、又は、CODとは本質的に異なる測定概念であり、BODts値を使って処理制御を行うことに本発明の大きな特徴がある。
【００２３】
【表１】
0005749413.tif 000002
【００２４】
（２）上記発明において、第１微生物処理槽に供給する酸素量（So）を、次式（０）、
So＝a・BODts負荷量＋b・・・・・（０）
により制御することを特徴とする。ここに、
BODts負荷量＝流入水処理量（F）×BODts値
a：細菌槽における溶解性易分解性有機物（Ss）負荷量除去率に相当する数値であり、0.3〜1.0の定数
b：細菌槽において微生物の内生呼吸で消費される酸素量であり、実験的に求める
【００２５】
細菌槽内の反応に必要な酸素量は、細菌による分解速度と細菌槽の滞留時間（反応時間）で決まる反応量になる。従来の２相活性汚泥における細菌槽の運転は、細菌槽内を曝気して、DO値が概略0.5mg/l以上を以て必要酸素量が供給できていると見做し、運転管理している。
DO値が概略0.5mg/l以上であっても、流入水のSs負荷量が細菌槽の反応量より大であれば、いくら曝気を強化しても細菌槽内のDO値が高くなるだけで、反応量以上の酸素は吸収されず、細菌槽の反応量以上の流入水のSs負荷量は、後段の活性汚泥に流入するが、Ss負荷量が細菌槽の反応量以下になっている状態で、細菌槽内のDOを概略0.5mg/l以上にすると、Ss負荷量は細菌槽内で全て消費され、上述のように不適正な状態となる。
【００２６】
Ss量はBODtsで評価できるので、具体的な制御方法として、流入水処理量（F）とBODtsの積で計算される流入水BODts負荷量を使って、Soを次式、
So＝a・BODts負荷量＋b
により求められる値に制御することが有効になる。
ここにaは、細菌槽でのSs負荷量の処理率に相当する数値で0.3から1.0のあいだの定数であり、好ましくは、上記のように0.5から0.8の値が採用される。
またｂは、細菌槽の微生物の内生呼吸で消費される酸素量で0からa・BODts負荷量のあいだの実験的に求める定数である。
細菌槽での滞留時間が短い場合は、細菌槽はMLSSが極めて少いので、bはほとんど0であるが、細菌槽での滞留時間が長い場合や、意図して後段の活性汚泥の返送汚泥を混入させる場合には、細菌槽のMLSSが大となり、微生物の内生呼吸による酸素消費量は無視できなくなる。bは、後述の図６のような実験からBODts負荷量と曝気空気量が比例している範囲から外挿してBODts負荷量が0のときの酸素量（同図縦軸切片）から求めることができる。
【００２７】
曝気状態にある細菌槽でのDO測定は、気泡の影響で概ね0.2mg/l以下は正確に測定できず、また酸素供給量が不足する場合は、不足程度にかかわらずDOは概ね0.2mg/l以下になる。細菌槽を適正に運転管理するには、Ss負荷量が細菌槽の反応量以下になっている状態での酸素量管理が重要になるが、細菌槽内のDO値は0.2mg/l以下となるのでDO値では管理できない。
【００２８】
以上、活性汚泥モデルASM3を前提として、２相活性汚泥法における本発明の作用について説明したが、BODts値が主として流入水中の溶解性易分解性有機物の分解に必要な酸素消費量の指標であることに鑑みれば、ASM3以外の微生物処理メカニズム、理論を前提とする場合についても、本発明によるBODts値に基づく処理制御の優位性は損なわれない。
【発明の効果】
【００２９】
本発明方法による細菌槽の酸素供給量制御により、流入水負荷変動にも適正に機能を維持できるようになり、処理効率アップ、糸状菌対策、余剰汚泥削減などの効果を可能とする。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明による微生物処理装置を構成する細菌槽の曝気空気量の制御を説明する図である。
【図２】活性汚泥における食物連鎖のピラミッド構造を説明する図である。
【図３（ａ）】実施例２における流入水の時間的成分変動（負荷）パターンを示す図である。
【図３（ｂ）】同じく実施例２における曝気空気量の時間的変化パターンを示す図である。
【図３（ｃ）】同じく流入水変動に対する処理水ＴＯＣの変化を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る測定装置５を説明する図である。
【図５】DO値測定操作フローを説明する図である。
【図６】BODts負荷量とこれを分解するに要する曝気風量の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、図１、４を参照して、本発明に係るBODts取得のための装置、及び、BODtsの具体的計算方法の実施形態について、さらに詳細に説明する。なお、本発明の範囲は特許請求の範囲記載のものであって、以下の各実施形態に限定されないことはいうまでもない。
【００３２】
（活性汚泥装置全体の構成）
図１を参照して、本実施形態に係る微生物処理装置１は、細菌処理する第１曝気槽２（請求項の第１微生物処理槽に該当）と、第１曝気槽２から送られる細菌を含む処理液を処理する第２曝気槽３（請求項の第２微生物処理槽に該当）と、沈殿槽４と、沈殿槽４に沈殿した活性汚泥を第２曝気槽３に戻す返送汚泥ポンプ５ａと、を備えて構成される。
第１曝気槽２には、曝気ブロアー５ｂ、流量調節装置６を介して槽内に曝気空気を供給する散気装置７が、また第２曝気槽３には、曝気ブロアー８を介して槽内に曝気空気を供給する散気装置９が、それぞれ配設されている。
さらに微生物処理装置１には、流入水をサンプリングするサンプリングポンプ１１ａと、第２曝気槽出口付近の活性汚泥混合液をサンプリングするサンプリングポンプ１１ｂと、測定装置１０と、が付設されている。
【００３３】
（測定装置の構成）
図４を参照して、本実施形態に係る測定装置１０は、測定用活性汚泥混合液（以下、適宜、混合液と略記）を貯留する汚泥タンク１３と、汚泥タンク１３内の混合液を一定レベルに維持するオーバーフロー管１４と、汚泥タンク１３内に浸漬設置される曝気容器１５と、曝気容器１５内に汚泥混合液を導入・排出するための細管１６と、大気開放弁１７及び加圧コンプレッサー１８と、汚泥タンク１３外には混合液の溶存酸素濃度（ＤＯ）を測定するためのDO計電極１９、DO測定容器２０、循環ポンプ２１、ラインミキサー２２、曝気コンプレッサー２３及びこれらを結ぶ接続配管と、流入水を添加する添加ポンプ２５、を主要構成として備えている。
曝気容器１５は、接続配管を介してDO計電極１９を格納するDO測定容器２０を経由して、循環ポンプ２１に接続されている。さらに、循環ポンプ２１からラインミキサー２２を経由して曝気容器１５に戻るように配管構成されている。かかる構成により混合液循環路２４が形成され、曝気容器１５と測定容器２０間の活性汚泥混合液循環を可能としている。
【００３４】
また必要時には、ラインミキサー２２の手前に配設される曝気コンプレッサー２３により曝気空気が混入され、活性汚泥混合液を曝気可能としている。
曝気容器１５には、汚泥タンク１３内の活性汚泥混合液を曝気容器１５内に導入・排出可能にする螺旋形状の細管１６が付設されている。これにより、曝気容器１５内の混合液を排出する際には、大気開放弁１７を閉じ、加圧コンプレッサー１８を稼働して容器内を加圧して、曝気容器１５内から細管１６を経由して汚泥タンク１３に混合液を排出することができる。
【００３５】
また、混合液を導入する際には、空になった曝気容器１５の大気開放弁１７を開けて、汚泥タンク１３の液レベルと曝気容器１５内の液レベルの差圧により、汚泥タンク１３から細管１６を経由して曝気容器１５内に混合液を導入することができる。
また曝気容器１５には、流入水を一定量注入できるように添加ポンプ２５と、が付設されている。
なお、曝気容器１５の計測操作、DO計１９によるデータ計測を含め、測定装置１０による測定制御はコンピュータ（図示せず）により全て管理されている。
【００３６】
（ＤＯ測定方法）
測定装置１０によるＤＯ値計測は、以下の手順に従い行われる。第２曝気槽３（図１参照）の出口付近から曝気槽内の活性汚泥混合液を汲み上げ、汚泥タンク１３内にオーバーフロー管１４で一定レベルまで充満する。同時に、汚泥タンク１３内に常時新鮮な活性汚泥混合液を循環させておく。また、新鮮な流入水（廃水）を曝気容器１５に添加できるようにしておく。
【００３７】
混合液を導入する際には、空になった曝気容器１５の大気開放弁１７を開けて、汚泥タンク１３の液レベルと曝気容器１５内の液レベルの差圧により、汚泥タンク１３から細管１６を経由して曝気容器１５内に混合液を導入する。次いで、混合液を混合液循環路２４内に循環させ、曝気コンプレッサー２３により曝気空気を混入して、循環路２４内の混合液を曝気する。なお、混合液循環時における泥タンク１３側への流出は、細管１６の配管抵抗により無視できる。
曝気された活性汚泥混合液は曝気容器１５に戻り、ここで気泡分離されてDO測定容器２０に送られ、DO計電極１９により活性汚泥混合液のDO値が測定される。
【００３８】
（ＤＯ値変測定に基づくBODts演算）
測定装置１０を用いたＤＯ値測定に基づくBODts演算の理論的根拠は、以下の通りである。なお、以下の内容は、本願発明者によって特開２００１−２３５４６２等に開示されている。
活性汚泥混合液を曝気していくと、そのDO値変化は（７）式で表される。
なお本項においてBODts、BODact等は、（活性汚泥混合液＋添加流入水）に対する値であるが、便宜上、BODts*等の添え字を省略して表記する。
【００３９】
【数１】
0005749413.tif 000003
但し、DOsat：飽和溶存酸素濃度[mg/l]
DO：曝気槽内溶存酸素濃度[mg/l]
ＫLa：総括物質移動係数[1/min]or [1/hr]
ASact：活性汚泥が内生呼吸状態で使う酸素消費速度[mg/l/min] or [mg/l/hr]
BODact：活性汚泥がBOD成分の分解で使う酸素消費速度[mg/l/min]or  [mg/l/hr]
内生呼吸状態ではBODact＝0、ASact＝一定であるから、（７）式は積分でき、（８）式となる。
【００４０】
【数２】
0005749413.tif 000004
ここに、αは（９）式で示される値である。また、DO0は曝気を開始したときの初期値である。
【数３】
0005749413.tif 000005
（８）式は、曝気経過時間ｔが十分大きければ右辺第2項を無視でき、
ＤＯ＝α
の値で一定となる。この値をDOhfと表せば、DOhfはBOD成分が殆ど0mg/lの混合液を曝気した場合の、最終的に到達するDO値（hf：high final）と定義できる。以上より、（８）式は、
【００４１】
【数４】
0005749413.tif 000006
となる。
内生呼吸後の混合液に流入水を添加すると、流入水のBOD成分が分解していく過程で酸素を消費するため、混合液のDO値（ＤＯ２）は、BODの消費とともに（７）式を書き換えた（１１）式に従い変化する。
【００４２】
【数５】
0005749413.tif 000007
一方、同じ初期値DO0を曝気した内生呼吸状態の活性汚泥混合液のDO値（ＤＯ１）は（１２）式に従い変化する。
【００４３】
【数６】
0005749413.tif 000008
（１２）式から（１１）式を引くと、（１３）式となり、変数を（１４）式のようにΔＤＯとすることにより、（１５）式となる。
【００４４】
【数７】
0005749413.tif 000009
ΔＤＯ＝ＤＯ１−ＤＯ２        （１４）式
とおくと、（１３）式は、
【数８】
0005749413.tif 000010
（１５）式の両辺を積分すると（１６）式となる。
【数９】
0005749413.tif 000011
（１６）式の左辺は、1,2の曲線ともDO 0からDOhfまでの積分であり、ともにΔDO=0であるから
【００４５】
【数１０】
0005749413.tif 000012
となる。（１６）式の右辺第１項の積分はDO１とDO２の曲線で囲まれた面積Sを表す（後述の図５参照）。また、右辺第2項は消費速度×時間の積分であるから、t時間でのBOD成分の分解に要する酸素消費量となる。この量をBODtsで表せば、（１６）式は（１７）式となり、DO１とDO２の曲線で囲まれた面積SにKLaをかけた値が、BOD成分分解に要する酸素消費量になる。この値は、測定汚泥の添加前の酸素消費速度と添加後の酸素消費速度とが等しくなるまでに、測定汚泥が消費した全酸素量から、内生呼吸による酸素消費量を控除した酸素量になる。
【数１１】
0005749413.tif 000013
【００４６】
（具体的計測方法）
以下、上述の理論に基づく測定装置１０を用いた具体的計測方法について説明する。図５は本実施形態に係る測定操作フローを説明する図である。
測定開始後、まず曝気容器１５に導入した混合液を循環するとともに、曝気コンプレッサー２３とラインミキサー２２で混合液を曝気し、内生呼吸状態までもっていく（Ｓ１０１）。
内生呼吸状態になったかどうかは、測定容器２０のDO計電極１９の測定値をコンピュータに取り込み、上述したように呼吸による酸素消費速度を求め判定する。
【００４７】
内生呼吸状態になったら、曝気を停止し循環のみの状態で、DO計電極１９でDOの低下速度を測定し、内生呼吸状態の酸素消費速度ASactの値を取得する（Ｓ１０２）。曝気容器１５は完全な密閉系ではないので、ASactの値には液表面からのわずかの酸素の溶け込みによる誤差が生じるが、コンピュータで十分補正可能な範囲である。
ASact値を取得後、混合液を再度曝気コンプレッサー２３とラインミキサー２２で曝気すると、混合液のDO値は（９）式にしたがって上昇していくので（Ｓ１０３）、実測のDO変化値と（９）式のDO変化値とが合致するようなKLaを、反復法により求める。
KLa値取得後は、混合液は内生呼吸による酸素消費速度と曝気コンプレッサー２３とラインミキサー２２による酸素供給速度でバランスするDOhfに戻るので、流入水を添加ポンプ２５で所定量添加する（Ｓ１０４）。
【００４８】
流入水のBOD成分分解のために酸素が消費され、DO値は低下する（Ｓ１０５）。分解が終わるとDO値はDOhfに戻り（Ｓ１０６）、（１１）式で表されるDO２変化となる。
一方、流入水を添加しない場合のDO変化は（１２）式で表されるDO１の変化となる（Ｓ１０７）。この場合、初期値DOhfからスタートするので、DO１＝DOhfの直線となる。DO１とDO２で囲まれる面積Sをコンピュータで計算し、（１７）式によりKLa×Sが流入水添加後の活性汚泥混合液の酸素消費量（BODts＊）となる。
流入水自体のBODtsは、活性汚泥混合液の量をM、流入水の添加量をTとすると、
BODts＝BODts＊×（M＋T）／T
の計算で求めることができる。
【００４９】
測定後は、容器内の活性汚泥混合液を汚泥タンク１３に排出し、混合液循環路２４内を洗浄したのち、再び汚泥タンク１３から新鮮な活性汚泥混合液をサンプリングし、測定を繰り返す。
【００５０】
以上のようにして求めたBODts値と流入水処理量（F）との積で計算される流入水BODts負荷量と、第１曝気槽２に供給する酸素量（So）とを比例させる制御を行うことにより、流入水の負荷変動に即応した活性汚泥処理が可能となる。
【実施例１】
【００５１】
＜実施例１＞
本実施例は、細菌槽に供給する酸素量（曝気量）を変えたときの、処理水などに対する影響を調べたテストに関する。
表２は、グルコース1250mg/lとペプトン1250mg/lをBOD成分とする流入水を、容量1,100ccの曝気槽を直列に３槽連結した活性汚泥（第1槽：細菌槽、第２、第３槽：活性汚泥槽）を用いて、150cc/hrの処理量で処理する試験である。
テストNo.1〜No.4における第１槽への供給酸素方法は、それぞれ以下の通りである。
テストNo.1については、比較のため沈殿槽からの返送汚泥を第１槽に戻し、全槽を活性汚泥とし、全槽をDOが2から3mg/l程度になるように曝気した。  
テストNo.2では、第1槽にDOが3mg/l程度になるように曝気して、十分な酸素を供給した。テストNo.3では、必要曝気空気量の70％で曝気した。テストNo.4では、必要曝気空気量の35％で曝気した。ここに「必要曝気空気量」とは、第1槽の曝気空気量を絞っていき、DOがほとんど0mg/lになるときの曝気空気量（必要酸素量の100％である曝気空気量）をいう。
なお、第２槽、第３槽については、DOが3mg/l程度になるように曝気した。
【００５２】
結果は、テストNo.3の処理水が最も良好で、テストNo.1に対し汚泥転換率は十分低下し余剰汚泥の削減効果は十分あり、糸状菌抑制効果も認められる。
テストNo.2については、汚泥転換率は最も低下し余剰汚泥の削減効果は一番高いが、処理水は白濁し、TOCやBODが悪化している。これは、流入水負荷に対し第1槽の容量が過大であり、酸素を供給し続けると処理が悪くなることを示している。
【００５３】
テストNo.4については、汚泥転換率は低下し余剰汚泥の削減効果は認められるが効果が小さく、処理水はやや悪くなっている。第1槽の酸素不足による処理不良が、第2槽、第3槽の負荷増となったことが、処理悪化の原因である。
【００５４】
これらの測定結果から、流入水負荷に対して第1槽（細菌槽）の設備容量が相対的に過大の状態で酸素を供給し続けると、流入水Ss成分の処理が過剰となり、処理水悪化という現象に至ることが分かる（テストNo.2参照）。
また、第1槽の流入水Ss負荷に対する過剰処理は、テストNo.3に示すように、第１曝気槽の曝気空気量を減少させて供給酸素量を適正に制限することにより、解消できることが分かる。
【表２】
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【００５５】
＜実施例２＞
本実施例は、流入水の時間的成分変動に対して、BODts値に基づく供給酸素量制御の有効性を確認するためのテストである。具体的には、TOCがほぼ同一で成分組成が異なる２種の流入水を交互に曝気槽に導入するとともに、第1槽（細菌槽）への供給酸素量を変えて処理水TOC変化を比較したものである。
【００５６】
（試験装置）
容量120リットルの曝気槽を隔壁で３等分し、第1槽を細菌槽とし、また、返送汚泥を第２槽に戻して運転する装置を構成し、ここにグルコースと溶性デンプンをBOD成分とする流入水を、処理量を時間当たり4リットルで処理する試験を行った。
【００５７】
（流入水負荷パターン）
流入水の組成を、TOCがほぼ一定でBODts負荷が周期的（７日サイクル）に変化させるようにした。変化パターンは表３の通り、高負荷の負荷パターン1と低負荷の負荷パターン2である。図３（ａ）に、経過日数と負荷パターン及びTOC、BODts変化の関係を示す。
【００５８】
【表３】
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【００５９】
（曝気パターン）
図３（ｂ）を参照して、曝気パターンＡは、第１槽の曝気空気量をDOが2mg/l程度になるように曝気する。曝気パターンＢは、第１槽の曝気空気量を基準曝気空気量×BODts2／BODts1の大きさで制御する。
ここに、基準曝気空気量は、負荷パターン1の流入水を処理しているとき、細菌槽である第1槽の曝気空気量を絞っていき、DOがほとんど0mg/lになったときの曝気空気量（必要酸素量の100％供給する曝気空気量）に対して70%の曝気空気量をいう。
またBODts1、BODts2は、それぞれ負荷パターン1、２の流入水のBODts値である。
なお、第２槽以降は、曝気パターンＡ、ＢともにDOを2mg/lから3mg/lに曝気して酸素不足にならないように運転した。
【００６０】
（試験結果）
図３（ｃ）を参照して、曝気パターンＡの処理水が大きく悪化するのに対し、曝気パターンＢでは処理水が良好であり、流入水のBOD負荷変動に追従できていることを示している。
流入水のBOD成分である溶性デンプンはほとんどがXs成分であり、負荷パターン1、２のTOCはほとんど同じ値であることから、流入水のTOCで曝気空気量を制御してもテストNo.1と同様の結果となり、適正な制御ができないことが分かる。これに対して、流入水のSs成分の濃度や分解速度の指標となるBODtsによる制御であれば、適正に制御できることが確認された。
【００６１】
一般に、２相活性汚泥が適正に機能している状態は、細菌槽でSs量の50〜80%程度を処理し、残りを後段の活性汚泥で処理している状態であり、２相活性汚泥のメリットを生かしながら、ある程度変動にも耐える状態といえる。Ss量の酸素量を供給する曝気空気量は、BODts負荷量と曝気装置の酸素溶解効率から計算で求めることができるので、曝気空気量の50〜80％程度を基準曝気空気量とするのが適当である。
【００６２】
曝気装置の酸素溶解効率は散気管の目詰まりや破損などの経時変化も大きいので、便法として、以下の方法でも求めることができる。
図６は、BODts負荷量が判っている流入水を細菌槽で処理しているとき、細菌槽の曝気空気量を絞っていき、細菌槽のDOがほとんど0mg/lになるときの曝気空気量を求め、BODts負荷量変化と曝気空気量の関係を求めた図である。
同図のように、曝気空気量はBODts負荷量にほぼ比例して増加していくが、それを超えると曝気空気量は飽和していく。これは、BODts負荷量が細菌槽の処理能力以上になるとBODtsが未分解のまま流出していくためである。
上記比例範囲に基づき、特定のBODts負荷量に対する曝気空気量（必要酸素量の100％供給する曝気空気量）を実験的に求めることができる。そして、その量の50〜80％程度を以て細菌槽の基準曝気空気量とするのが適当である。  
【００６３】
なお、曝気空気量によって酸素溶解効率が変わる曝気装置の場合には、曝気空気量と酸素溶解効率にしたがって、曝気空気量の補正が必要になることはいうまでもない。
また、機械式のエアレータで曝気する場合には、エアレータの回転数やエアレータの浸漬水深などが、酸素溶解量を決めるので、基準曝気空気量に代わり、それらを指標とする。
また、酸素曝気活性汚泥では、酸素の供給量は曝気する酸素ガスの酸素濃度で制御する方法が一般的であり、その場合は酸素濃度が基準曝気空気量に代わる指標となる。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明は、有機性廃水を細菌により微生物処理する廃水処理装置に広く適用可能である。第１微生物処理槽に後段の活性汚泥から返送汚泥を一部戻したり、第１微生物処理槽に担体をいれて細菌を保持するようにした処理装置にも適用できる
【符号の説明】
【００６５】
１・・・・微生物処理装置
２・・・・第１曝気槽
３・・・・第２曝気槽
４・・・・沈殿槽
５・・・・曝気ブロアー
５ａ・・・返送汚泥ポンプ
６・・・・流量調節装置
７・・・・散気装置
８・・・・曝気ブロアー
９・・・・散気装置
１０・・・・測定装置
１０ａ・・・サンプリングポンプ
１０・・・・ＢＯＤts測定装置
１１・・・・活性汚泥混合液サンプリングポンプ
１３・・・・汚泥タンク
１４・・・・オーバーフロー管
１５・・・・曝気容器
１６・・・・細管
１７・・・・大気開放弁
１８・・・・加圧コンプレッサー
１９・・・・ＤＯ計電極
２０・・・・ＤＯ測定容器
２１・・・・循環ポンプ
２２・・・・ラインミキサー
２３・・・・曝気コンプレッサー
２４・・・・混合液循環部
２５・・・・流入水添加ポンプ
【要約】
【課題】通常の曝気槽の前に細菌処理を行う処理槽を付設した好気性微生物処理装置
において、処理効率を向上や汚泥沈降性の改善や余剰汚泥の削減などの効果を維持しつつ、流入水負荷変動に強い運転制御方法を提供する。
【解決手段】第２曝気槽３内の活性汚泥混合液をサンプリングし、曝気して内生呼吸状態にしたのち、流入水を一定量添加し、流入水添加後の酸素消費速度が、流入水添加前の内生呼吸による酸素消費速度と等しくなるまでのあいだに、サンプリング活性汚泥混合液が消費した全酸素量から、内生呼吸による酸素消費量を控除した酸素量（BODts）に基づいて、第１曝気槽２に供給する酸素量（So）を制御する。
【選択図】図１【図１】
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【図２】
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【図３（ａ）】
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【図３（ｂ）】
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【図３（ｃ）】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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