(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
浮上ろ材からなる浮上ろ材層と、当該浮上ろ材層の上方に配設されて前記浮上ろ材を支持する上部スクリーンと、前記浮上ろ材層よりも下方に配設された排水流入口と、前記浮上ろ材層を逆流洗浄するための逆洗装置とを有し、前記排水流入口から流入した、好気性微生物で処理する前の排水を前記浮上ろ材層でろ過する上向流式のろ過槽と、
前記浮上ろ材層の逆流洗浄時に前記ろ過槽から排出される逆洗排水中の汚泥を回収する汚泥回収装置と、
前記汚泥回収装置で回収した汚泥をメタン発酵処理する消化槽と、
前記ろ過槽で前記排水をろ過して得たろ過水を好気性微生物で処理する生物反応槽と、
を備えることを特徴とする、排水処理システム。
【請求項２】
前記消化槽が、嫌気性微生物を担持する担体を槽内に有することを特徴とする、請求項１に記載の排水処理システム。
【請求項３】
前記消化槽に生ゴミを投入する生ゴミ投入装置を更に備え、
前記消化槽で前記汚泥と前記生ゴミとをメタン発酵処理することを特徴とする、請求項１または２に記載の排水処理システム。
【請求項４】
前記消化槽で生成した消化ガスを利用して発電する燃料電池発電装置を更に備え、
前記燃料電池発電装置が、
原燃料ガスを改質して水素含有改質ガスとする改質器と、
前記改質器から供給される前記水素含有改質ガスを用いて発電する燃料電池本体と、
前記消化ガスを、消化ガス流量調節弁を介して前記改質器に供給する消化ガス供給手段と、
前記消化ガスとは異なる代替原燃料ガスを、代替原燃料ガス流量調節弁を介して前記改質器に供給する代替原燃料ガス供給手段と、
前記消化ガス流量調節弁および前記代替原燃料ガス流量調節弁の開度を調整し、前記水素含有改質ガス中の水素ガス量が一定となるように前記消化ガスおよび前記代替原燃料ガスの少なくとも一方を前記原燃料ガスとして改質器へ供給する流量制御手段と、
を有することを特徴とする、請求項１〜３の何れかに記載の排水処理システム。
【請求項５】
排水処理システムにおける総消費電力量を所定範囲内に制御する消費電力制御装置を更に備え、
前記消費電力制御装置は、前記排水処理システムで使用される機器の優先度を記憶する記憶部と、前記排水処理システムの総消費電力量を検出する総消費電力検出部と、前記排水処理システムで使用される機器の運転および停止を制御する運転制御部とを有し、
前記運転制御部は、前記総消費電力検出部で検出した総消費電力量が前記所定範囲内の場合には全ての機器を運転し、前記総消費電力検出部で検出した前記総消費電力量が前記所定範囲を超えた場合には、前記総消費電力検出部で検出した総消費電力量が前記所定範囲内となるように、前記優先度が低い機器の運転を優先度が低い順に停止すると共に、機器の運転停止に伴い排水処理システム内に設置したセンサで異常が検出された際には、当該異常の発生原因となった停止している機器の運転を再開し且つ当該運転を再開した機器以外の運転している機器の中で優先度が低い機器の運転を優先度が低い順に停止することを特徴とする、請求項１〜４の何れかに記載の排水処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排水処理システムに関し、特には、下水や産業排水などの有機性排水を低コスト且つ低環境負荷で処理し得る排水処理システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、下水処理や産業排水処理等の排水処理分野では、建設コストおよび運転コストが低く、且つ、環境へ与える負荷が小さい排水処理システムが求められている。
【０００３】
そこで、下水や産業排水などの有機性排水（生物分解性の有機物を含む排水）を低運転コストおよび低環境負荷で処理するための排水処理システムとして、排水処理時に発生する汚泥をメタン発酵処理すると共に、生成したメタンガスを燃料電池の原燃料やボイラの燃料として利用するシステムが提案されている。
【０００４】
具体的には、下水を低運転コストおよび低環境負荷で処理するための下水処理システムとして、例えば図６に示すようなシステムが提案されている。ここで、図６に示す従来の下水処理システム３００は、重力沈降により下水から初沈汚泥（固形分）を分離する最初沈殿池３０１と、初沈汚泥を分離した下水（上澄水）を好気性微生物で処理する生物反応槽（曝気槽）３０２と、生物反応槽３０２からの流出水より汚泥を分離する最終沈殿池３０３と、最終沈殿池３０３で分離した汚泥の一部を返送汚泥として生物反応槽３０２へと返送する返送ラインと、初沈汚泥や、最終沈殿池３０３で分離した汚泥のうち返送汚泥以外の余剰分の汚泥である余剰汚泥をメタン発酵処理する消化槽（メタン発酵槽）３０４とを備えている。なお、消化槽３０４では、汚泥と一緒に生ゴミもメタン発酵処理されることがある。そして、下水処理システム３００では、消化槽３０４で汚泥をメタン発酵させて減量化すると共に、消化槽３０４で生成したメタンガスを含む消化ガスを燃料電池３０５の原燃料やボイラ３０６の燃料として有効利用することにより、環境負荷を低減すると共に運転コストを削減している（例えば、特許文献１，２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３２６０７１号公報
【特許文献２】特開２００４−６６０９４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、上記従来の下水処理システムでは、消化槽で生成する消化ガスの量が少なく（即ち、消化槽で得られるメタンガスの量が少なく）、燃料電池やボイラを安定的に運転するために必要な量のメタンガスを効率的に回収することができなかった。そのため、従来の下水処理システムでは、燃料電池やボイラを効率的に活用することができず、環境負荷およびコストを十分に低減することができなかった。即ち、従来の下水処理システムには、メタンガスの生成量を増加させて（即ち、高いエネルギー回収率で汚泥からメタンガスを回収して）、環境負荷およびコストを更に低減するという点において改善の余地があった。
【０００７】
そこで、本発明は、消化槽におけるメタンガスの生成量が多く、有機性排水を低コスト且つ低環境負荷で処理し得る排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】
【０００８】
本発明者らは、消化槽におけるメタンガスの生成量を増加させ、排水処理システムの環境負荷およびコストを更に低減することを目的として鋭意検討を行った。そして、本発明者らは、生物反応槽において好気性微生物で処理する前の排水から回収した汚泥（以下「生汚泥」と称することがある。）をメタン発酵処理した際のメタンガス生成量の方が、好気性微生物で処理した後の排水から回収した汚泥（余剰汚泥）をメタン発酵処理した際のメタンガス生成量よりも大きいことに着目し、本発明を完成させた。
【０００９】
即ち、この発明は、上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、本発明の排水処理システムは、浮上ろ材からなる浮上ろ材層と、当該浮上ろ材層の上方に配設されて前記浮上ろ材を支持する上部スクリーンと、前記浮上ろ材層よりも下方に配設された排水流入口と、前記浮上ろ材層を逆流洗浄するための逆洗装置とを有し、前記排水流入口から流入した、好気性微生物で処理する前の排水を前記浮上ろ材層でろ過する上向流式のろ過槽と、前記浮上ろ材層の逆流洗浄時に前記ろ過槽から排出される逆洗排水中の汚泥を回収する汚泥回収装置と、前記汚泥回収装置で回収した汚泥をメタン発酵処理する消化槽と、前記ろ過槽で前記排水をろ過して得たろ過水を好気性微生物で処理する生物反応槽とを備えることを特徴とする。このように、浮上ろ材層を有するろ過槽で排水をろ過し、且つ、浮上ろ材層を逆流洗浄（逆洗）した際に排出される逆洗排水中の汚泥を汚泥回収装置で回収すれば、最初沈殿池を用いて初沈汚泥を回収する場合等と比較して、大量の生汚泥を排水から回収することができる。そして、汚泥回収装置で回収した大量の汚泥（生汚泥）を消化槽に投入してメタン発酵処理すれば、燃料電池の原燃料やボイラの燃料として利用するのに十分な量のメタンガスを生成させることができる。従って、この排水処理システムによれば、消化槽におけるメタンガスの生成量を増加させ、有機性排水を低コスト且つ低環境負荷で処理することができる。
【００１０】
ここで、本発明の排水処理システムは、前記消化槽が、嫌気性微生物を担持する担体を槽内に有することが好ましい。嫌気性微生物を担持する担体を利用すれば、消化槽内に嫌気性微生物を高濃度で保持することができるので、汚泥回収装置で回収した大量の汚泥を短い滞留時間で効率的にメタン発酵させることができるからである。
【００１１】
また、本発明の排水処理システムは、前記消化槽に生ゴミを投入する生ゴミ投入装置を更に備え、前記消化槽で前記汚泥と前記生ゴミとをメタン発酵処理することが好ましい。メタン発酵し易い生ゴミを生汚泥と一緒にメタン発酵させれば、メタンガスの生成量を更に増加させ、有機性排水を更に低コスト且つ低環境負荷で処理することができるからである。
【００１２】
更に、本発明の排水処理システムは、前記消化槽で生成した消化ガスを利用して発電する燃料電池発電装置を更に備え、前記燃料電池発電装置が、原燃料ガスを改質して水素含有改質ガスとする改質器と、前記改質器から供給される前記水素含有改質ガスを用いて発電する燃料電池本体と、前記消化ガスを、消化ガス流量調節弁を介して前記改質器に供給する消化ガス供給手段と、前記消化ガスとは異なる代替原燃料ガスを、代替原燃料ガス流量調節弁を介して前記改質器に供給する代替原燃料ガス供給手段と、前記消化ガス流量調節弁および前記代替原燃料ガス流量調節弁の開度を調整し、前記水素含有改質ガス中の水素ガス量が一定となるように前記消化ガスおよび前記代替原燃料ガスの少なくとも一方を前記原燃料ガスとして改質器へ供給する流量制御手段とを有することが好ましい。代替原燃料ガス供給手段と流量制御手段とを有する燃料電池発電装置を設ければ、排水処理量の変動等により消化槽で生成される消化ガス（消化槽で生成する、メタンガスと二酸化炭素ガスとを含む混合ガス）の量が変動しても、代替原燃料ガスを用いて所望の発電量を確保することができるからである。即ち、消化槽で生成した消化ガスを全て（１００％）利用しつつ、所望の発電量を安定して確保することができるからである。
なお、本発明において、「水素ガス量が一定となる」とは、厳密な意味で水素ガス量が一定値となるという限定的な意味ではなく、燃料電池発電装置の発電量が大幅に変化しない（例えば、変動幅が平均発電量±５％以内である）ことを意味する。
【００１３】
そして、本発明の排水処理システムは、排水処理システムにおける総消費電力量を所定範囲内に制御する消費電力制御装置を更に備え、前記消費電力制御装置は、前記排水処理システムで使用される機器の優先度を記憶する記憶部と、前記排水処理システムの総消費電力量を検出する総消費電力検出部と、前記排水処理システムで使用される機器の運転および停止を制御する運転制御部とを有し、前記運転制御部は、前記総消費電力検出部で検出した総消費電力量が前記所定範囲内の場合には全ての機器を運転し、前記総消費電力検出部で検出した前記総消費電力量が前記所定範囲を超えた場合には、前記総消費電力検出部で検出した総消費電力量が前記所定範囲内となるように、前記優先度が低い機器の運転を優先度が低い順に停止すると共に、機器の運転停止に伴い排水処理システム内に設置したセンサで異常が検出された際には、当該異常の発生原因となった停止している機器の運転を再開し且つ当該運転を再開した機器以外の運転している機器の中で優先度が低い機器の運転を優先度が低い順に停止することが好ましい。消費電力制御装置を設けて総消費電力量を所定範囲内に制御すれば、排水処理システムの消費電力量を平準化して排水処理システムの運転コストを更に低減することができるからである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の排水処理システムによれば、消化槽におけるメタンガスの生成量を増加させ、有機性排水を低コスト且つ低環境負荷で処理することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に従う代表的な排水処理システムの概略構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す排水処理システムのろ過槽および汚泥回収装置の概略構成を示す説明図である。
【図３】（ａ）は、図１に示す排水処理システムの消化槽の概略構成を示す説明図であり、（ｂ）は、図３（ａ）に示す消化槽で用いられている担体の斜視図である。
【図４】図１に示す排水処理システムの燃料電池発電装置の概略構成を示す説明図である。
【図５】図１に示す排水処理システムの総消費電力量を所定範囲内に制御する消費電力制御装置の制御メカニズムを説明する概念図である。
【図６】従来の排水処理システムの概略構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。本発明の排水処理システムは、下水や産業排水などの有機性排水（生物分解性の有機物を含む排水）の処理に用いられるものである。そして、本発明の排水処理システムは、有機性排水を浮上ろ材層でろ過する上向流式のろ過槽と、浮上ろ材層の逆流洗浄時にろ過槽から排出される逆洗排水中の汚泥（即ち、浮上ろ材層に捕捉された、有機性排水中の固形分）を回収する汚泥回収装置と、汚泥回収装置で回収した汚泥をメタン発酵処理する消化槽とを備えることを特徴とする。
【００１７】
ここで、図１に、本発明の排水処理システムの一例の概略構成を示す。図１に示す排水処理システム１００は、例えば合流式下水道で集めた下水を処理する下水処理場の下水処理システムとして好適に用いることができる。
【００１８】
図１に示すように、排水処理システム１００は、被処理水としての下水をろ過するろ過槽１と、ろ過槽１でろ過した下水（ろ過水）を好気的微生物で処理する生物反応槽２と、生物反応槽２からの流出水より汚泥を分離する固液分離装置３とを備えている。なお、固液分離装置３で分離された汚泥の一部は図示しない返送ラインを用いて生物反応槽２へと返送され、返送しなかった残りの汚泥は余剰汚泥として処理される。
また、排水処理システム１００は、ろ過槽１を逆流洗浄（逆洗）した際に排出される逆洗排水に含まれている汚泥（生汚泥）を回収する汚泥回収装置４と、汚泥回収装置４で回収した生汚泥を、生ゴミ投入装置６を介して投入された生ゴミと共にメタン発酵処理する消化槽５と、消化槽５で生成した消化ガスを一時的に貯留する消化ガスホルダ７とを備えている。
更に、排水処理システム１００は、消化ガスホルダ７を介して消化槽５から供給された消化ガス中のメタンガスを原燃料として利用して発電する燃料電池発電装置８と、固液分離装置３で分離された余剰汚泥や、消化槽５で発生した消化汚泥を処理する汚泥処理装置９とを備えている。
そして、排水処理システム１００では、燃料電池発電装置８を用いて発電した電気を排水処理システム１００の各装置（ポンプ、ブロワ、モーター等）に供給している。
【００１９】
ここで、本発明者らの検討結果によれば、好気性微生物で処理する前の排水から回収した汚泥（生汚泥）をメタン発酵処理した際の単位汚泥量当たりのメタンガス生成量Ｑは、好気性微生物で処理した後の排水から回収した汚泥（余剰汚泥）をメタン発酵処理した際の単位汚泥量当たりのメタンガス生成量ｑよりも大きい（例えば、Ｑはｑの１．６倍以上（Ｑ≧１．６ｑ）である）ことが分かった。
また、好気性微生物で処理する前の排水から生汚泥を効率的に回収する方法について本発明者らが検討したところ、浮上ろ材からなる浮上ろ材層を有するろ過槽で排水をろ過した際の生汚泥の回収量Ｒの方が、重力沈降により排水から生汚泥を分離した際の生汚泥の回収量ｒよりも大きい（例えば、Ｒはｒの１．４倍以上（Ｒ≧１．４ｒ）である）ことが分かった。
【００２０】
具体的には、本発明者らが、下水Ａについて、好気性微生物で処理する前の下水Ａから回収した汚泥（生汚泥）をメタン発酵処理した際の単位汚泥量当たりのメタンガス生成量Ｑと、好気性微生物で処理した後の下水Ａから回収した汚泥（余剰汚泥）をメタン発酵処理した際の単位汚泥量当たりのメタンガス生成量ｑとを測定したところ、以下のようになった。
Ｑ＝２２０Ｎｍ３−メタンガス／投入ｔｏｎ−ＤＳ
ｑ＝１３０Ｎｍ３−メタンガス／投入ｔｏｎ−ＤＳ
また、本発明者らが、下水Ａについて、（１）浮上ろ材層を有するろ過槽でろ過した後に生物反応槽で処理した際の生汚泥量および余剰汚泥量と、（２）最初沈殿池で生汚泥を回収した後に生物反応槽で処理した際の生汚泥量および余剰汚泥量とを比較したところ、下記表１のようになった。
【００２１】
【表１】
0005722700.tif 000002
【００２２】
なお、生汚泥をメタン発酵処理した際の単位汚泥量当たりのメタンガス生成量Ｑが大きくなるのは、生汚泥と余剰汚泥とで有機物の含有率には大きな差は無いが、余剰汚泥は、主に排水を処理した際に増殖した微生物の集合体からなり、細胞壁等の分解（メタン発酵処理）し難い成分を多く含んでいるためであると推察される。
また、浮上ろ材層を有するろ過槽で排水をろ過した際の生汚泥の回収量Ｒが大きくなるのは、浮上ろ材からなる浮上ろ材層を用いれば、重力沈降では十分に沈降させることができなかった細かい固形分（例えば、粒径１００μｍ以下の固形分）まで生汚泥として捕捉することができるためであると推察される。
【００２３】
そこで、本発明の一例の排水処理システム１００では、ろ過槽１として、浮上ろ材からなる浮上ろ材層と、浮上ろ材層の上方に配設されて浮上ろ材を支持する上部スクリーンと、浮上ろ材層よりも下方に配設された排水流入口と、浮上ろ材層を逆流洗浄するための逆洗装置とを有し、排水流入口から流入した排水を浮上ろ材層でろ過する上向流式のろ過槽を用いることを必要とする。浮上ろ材層を有するろ過槽をろ過槽１として用いれば、最初沈殿池（重力沈降）を利用した従来の排水処理システムと比較して大量の生汚泥を下水から回収することができるからである。即ち、浮上ろ材層を有するろ過槽をろ過槽１として用いれば、大量の生汚泥を下水から回収し、燃料電池の原燃料等として利用するのに十分な量のメタンガスを消化槽５で生成させることができるからである。
【００２４】
＜ろ過槽および汚泥回収装置＞
ここで、上述した構成を有するろ過槽１および汚泥回収装置４としては、特に限定されることなく、例えば図２に示す構成のろ過槽および汚泥回収装置を用いることができる。
【００２５】
図２に示すろ過槽１は、下水をろ過する第１ろ過部１０Ａ、第２ろ過部１０Ｂおよび第３ろ過部１０Ｃと、第１〜第３ろ過部１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの上側に設けられ、各ろ過部で下水をろ過して得たろ過水を貯留する共通ろ過水貯留部１４とを備えている。そして、第１〜第３ろ過部１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃはそれぞれ、浮上ろ材（図示せず）からなる浮上ろ材層１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃと、浮上ろ材層１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃの上方に配設されて浮上ろ材を支持する上部スクリーン１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃと、浮上ろ材層１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃよりも下方に配設された排水流入口１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃとを有している。なお、各排水流入口１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃには、各ろ過部への下水の流入を遮断可能な流入弁１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃが設けられている。
【００２６】
また、各ろ過部１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの浮上ろ材層１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃよりも下方には、浮上ろ材層１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃを逆流洗浄（逆洗）するための逆洗装置として機能する、逆洗排水配管１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃおよび各逆洗排水配管１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃに設けられた逆洗排水弁１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃが設けられている。そして、逆洗排水配管１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃは、各ろ過部１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの下部から、ろ過槽１に隣接して設けられた汚泥回収装置４まで延在している。
【００２７】
ここで、このろ過槽１では、排水流入口１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃを介して各ろ過部１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃに流入した下水が、浮上ろ材層１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃでろ過される。そして、下水が浮上ろ材層１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃを上向流で通過する際に、下水中の有機物を含む固形物（生汚泥）が浮上ろ材層１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃに捕捉される。なお、下水のろ過時には、流入弁１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃを開く一方で、逆洗排水弁１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃを閉じる。
【００２８】
また、ろ過槽１では、所定時間毎に、或いは、ろ過差圧が所定値を超えた際に、浮上ろ材層１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃを逆洗する。具体的には、逆洗する浮上ろ材層を有するろ過部の排水流入口１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃに設けられた流入弁１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃを閉じて逆洗するろ過部への下水の流入を停止すると共に、逆洗するろ過部の逆洗排水配管１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃに設けられた逆洗排水弁１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃを開く。そして、逆洗するろ過部に対し、共通ろ過水貯留部１４に貯留されたろ過水を下向流で流す（自然流下させる）ことにより、浮上ろ材層を構成する浮上ろ材を下方に展開させ、浮上ろ材層（具体的には浮上ろ材間）に捕捉された生汚泥を含む逆洗排水を汚泥回収装置４へと送る。なお、浮上ろ材の下方への展開および逆洗排水の汚泥回収装置への送水は逆洗ポンプ等を用いて行っても良い。
【００２９】
そして、逆洗排水配管１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃを介して汚泥回収装置４へと送られた逆洗排水中の生汚泥は、重力沈降により固液分離され、ポンプ４１を介して消化槽５へと送られる。なお、逆洗排水中の生汚泥は、浮上ろ材層で捕捉された際に圧縮されて各汚泥粒子が会合、凝集しており、沈降性が上昇しているので、汚泥回収装置４では重力沈降を用いて逆洗排水から生汚泥を分離することができる。しかし、本発明の排水処理システムでは、より確実に高濃度の生汚泥を分離する観点からは、汚泥回収装置としてろ布濃縮機や遠心濃縮機などを単独で、或いは、併用して用いることが好ましい。
【００３０】
なお、上述したろ過槽１の浮上ろ材層を構成する浮上ろ材としては、特に限定されることなく、発泡高分子からなる浮上ろ材を用いることができる。そして、浮上ろ材のみかけ密度は、例えば０．１〜０．７ｇ／ｃｍ３とすることができ、５０％圧縮硬さは、例えば０．１ＭＰａ以上とすることができる。また、浮上ろ材のサイズ（最大寸法）は、例えば５〜１０ｍｍとすることができる。因みに、みかけ密度および５０％圧縮かたさは、ＪＩＳ Ｋ６７６７に準拠して測定することができる。また、ろ過槽１の上部スクリーンとしては、浮上ろ材の流出を防止し得る、浮上ろ材よりも小径の孔を有するスクリーンを用いることができる。
【００３１】
＜生物反応槽＞
図１に示す排水処理システム１００の生物反応槽２としては、特に限定されることなく、空気供給用のブロアを備える既知の生物反応槽を用いることができる。なお、この排水処理システム１００では、ろ過槽１において浮上ろ材層を用いて下水をろ過しているので、最初沈殿池（重力沈降）を利用した従来の排水処理システムと比較して、生物反応槽２に流入するろ過水中の有機物濃度は低い（即ち、ろ過槽１で得られるろ過水は清浄な水質である）。従って、生物反応槽２では、曝気風量を低減することができるので、電力消費量を低減し、ＣＯ２排出量を削減することができる。
【００３２】
＜固液分離装置＞
排水処理システム１００の固液分離装置３としては、特に限定されることなく、処理水と汚泥とを固液分離することができる既知の装置、例えば重力沈降槽や、膜分離装置や、遠心脱水機を用いることができる。
【００３３】
＜生ゴミ投入装置＞
また、生ゴミ投入装置６としては、給食残渣等の生ゴミを間欠的または連続的に消化槽５に投入し得る既知の装置を用いることができる。具体的には、生ゴミ投入装置６としては、ビニール袋などの発酵不適物を除去すると共に生ゴミをメタン発酵に適したサイズに粉砕する粉砕分別機（図示せず）と、粉砕分別機で粉砕した生ゴミを水で希釈する調整槽（図示せず）と、水で希釈した生ゴミを調整槽から消化槽５へと送るポンプ（図示せず）とを備える装置を用いることができる。
【００３４】
＜消化槽＞
消化槽５としては、特に限定されることなく、例えば図３（ａ）に示す構成の消化槽を用いることができる。
【００３５】
図３（ａ）に示す消化槽５は、鋼製の密閉型水槽５０内に、上下を固定した担体５１と、ドラフトチューブ５２と、消化槽５で生成した消化ガスの一部をドラフトチューブ５２内に散気するガス撹拌手段５３とを備えている。そして、この消化槽５では、汚泥回収装置４を介して投入された生汚泥や、生ゴミ投入装置６を介して投入された生ゴミが、担体５１に付着したメタン生成菌等の嫌気性微生物によりメタン発酵処理され、消化ガス（メタンガスと二酸化炭素ガスとの混合ガス）が生成する。なお、消化ガス中のメタンガスの濃度は例えば６０体積％であり、二酸化炭素ガスの濃度は例えば４０体積％である。
【００３６】
ここで、消化槽５では、消化槽５で生成した消化ガスの一部を循環させてドラフトチューブ５２内に散気することにより、水面に発生するスカムを破壊しつつ水槽５０内を撹拌している。しかし、本発明の排水処理システムの消化槽では、機械撹拌により水槽５０内を撹拌してもよい。
【００３７】
また、図３（ｂ）に担体５１の斜視図を示すように、消化槽５では、柱状で横断面が略星型の不織布製の担体を用いている。そのため、担体５１の周囲（特に、横断面星型の担体の稜線間で長手方向に延びるスリット部）の上下方向の流動を確保することができる。また、消化槽５では、メタン発酵に寄与するメタン生成菌等の嫌気性微生物を水槽５０内に高濃度で保持し、生汚泥や生ゴミを短い滞留時間で効率的かつ安定的にメタン発酵させることができる。即ち、消化槽５では、大量の生汚泥や生ゴミを小型の水槽で効率的にメタン発酵させることができると共に、排水処理システム１００への下水流入量の変化や、生ゴミの投入によって一時的に負荷が変動しても、生汚泥や生ゴミを安定的にメタン発酵処理することができる。しかし、本発明の排水処理システムの消化槽では、他の形状の担体を用いてもよいし、担体を使用しなくてもよい。
【００３８】
なお、前述したように、余剰汚泥は、細胞壁等の分解し難い成分を多く含んでいるため、メタン発酵し難い。そのため、図１に示す排水処理システム１００では生汚泥および生ゴミのみを消化槽５でメタン発酵させている。しかし、本発明の排水処理システムでは、図１に破線で示すように、余剰汚泥を消化槽でメタン発酵処理しても良い。
【００３９】
因みに、消化槽５で生汚泥および生ゴミをメタン発酵させる条件は、任意の条件、例えば温度５３〜５７℃の高温条件とすることができる。但し、担体を用いて嫌気性微生物を消化槽内に高濃度で保持し、生汚泥や生ゴミを短い滞留時間で処理する場合、アンモニアによる阻害や有機酸の蓄積が起こり易くなる。従って、消化槽５では、例えば特許第３６３０１６５号公報に記載の手法等を用いて、水槽５０内の電気伝導率を測定し、アンモニア性窒素濃度が所定の範囲内となるように制御したり、水槽５０内のｐＨを測定し、有機酸濃度が所定の範囲内となるように制御したりすることが好ましい。
【００４０】
＜汚泥処理装置＞
また、排水処理システム１００の汚泥処理装置９としては、特に限定されることなく、汚泥を減量化することができる既知の装置を用いることができる。具体的には、汚泥処理装置９としては、消化汚泥や余剰汚泥を脱水する遠心脱水機と、脱水した汚泥を焼却処理する焼却機とを備える装置を用いることができる。
【００４１】
＜消化ガスホルダ＞
消化ガスホルダ７としては、特に限定されることなく、消化槽５で生成した消化ガスを一時的に貯留することができる装置、例えばガス貯蔵部が主に膜材料で構成されているメンブレン式ガスホルダを用いることができる。
【００４２】
＜燃料電池発電装置＞
燃料電池発電装置８としては、特に限定されることなく、例えば図４に示す構成の燃料電池発電装置を用いることができる。
【００４３】
ここで、図４に示す燃料電池発電装置８は、消化槽５で生成した消化ガスと、代替原燃料ガスとしての都市ガスとの少なくとも一方を原燃料として用いて発電する装置である。
【００４４】
そして、この燃料電池発電装置８は、原燃料（消化ガスおよび／または都市ガス）中の硫黄により改質器中の改質触媒が被毒するのを防止するための脱硫器８４と、脱硫器８４で脱硫した原燃料と水蒸気とを混合するエゼクタ８５と、原燃料を水蒸気改質して水素リッチな改質ガス（水素含有改質ガス）とする改質器８６と、水素含有改質ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）を除去するためのＣＯ変成器８７と、水素含有改質ガスと酸素とを用いて発電する燃料電池本体８８とを備えている。即ち、燃料電池発電装置８では、原燃料が脱硫器８４およびエゼクタ８５を介して改質器８６へと供給される。
【００４５】
ここで、燃料電池発電装置８では、改質器８６への原燃料の供給は、消化ガス流入遮断弁８１Ａ、消化ガス流量計８２Ａおよび消化ガス流量調節弁８３Ａを有する消化ガス供給ライン（消化ガス供給手段）と、都市ガス流入遮断弁８１Ｂ、都市ガス流量計８２Ｂおよび都市ガス流量調節弁８３Ｂを有する都市ガス供給ライン（代替原燃料ガス供給手段）との少なくとも一方を用いて行われる。
【００４６】
具体的には、改質器８６への原燃料の供給は、改質器８６で生成する水素含有改質ガス中の水素ガス量が一定となるように消化ガスおよび都市ガスの少なくとも一方を改質器８６へと供給することにより行われる。ここで、水素含有改質ガス中の水素ガス量が一定となるように消化ガスおよび都市ガスの流量を制御する方法としては、特に限定されることなく、水素含有改質ガス中の水素ガス量を測定し、水素ガス量が一定となるように流量制御手段（図示せず）を用いて消化ガス流量調節弁８３Ａおよび都市ガス流量調節弁８３Ｂの開度をフィードバック制御する方法が挙げられる。なお、水素含有改質ガス中の水素ガス量は、例えば特許第３７３８８８８号公報に記載の手法を用いて制御することもできる。
【００４７】
そして、この燃料電池発電装置８では、改質器８６で生成する水素含有改質ガス中の水素ガス量が一定となるように消化ガスおよび都市ガスの少なくとも一方を改質器８６へと供給するので、燃料電池本体８８の発電量が一定となる。従って、排水処理システム１００では、下水処理量の変動や生ゴミの投入等により消化槽５で生成される消化ガスの量が大きく変動した場合であっても、消化槽で生成した消化ガスを全て（１００％）利用しつつ、所望の発電量を安定して確保することができる。即ち、排水処理システム１００では、燃料電池発電装置８から給電し得る電力を一定とみなすことができるので、排水処理システム１００外から給電する必要のある電力量（＝排水処理システム１００の総消費電力量−燃料電池発電装置８の発電量）の変動を小さくすることができる。
【００４８】
なお、上記排水処理システム１００では消化槽５で生成した消化ガスを燃料電池発電装置８の原燃料として使用したが、本発明の排水処理システムでは、消化槽で生成した消化ガスをボイラの原料等として使用しても良い。
【００４９】
そして、上述した通り、上記構成を有する排水処理システム１００では、浮上ろ材層を有するろ過槽１を用いて生汚泥を回収し、更に回収した生汚泥と生ゴミとを消化槽５でメタン発酵させているので、生汚泥を減量化しつつ消化槽５におけるメタンガスの生成量を十分に増加させ、有機性排水を低コスト且つ低環境負荷で処理することができる。また、消化槽５の内部に担体を充填しているので、消化槽５に生ゴミが間欠的に投入されたり、下水処理量が変動したりしても、生汚泥や生ゴミを短い滞留時間で安定的にメタン発酵することができる。更に、排水処理システム１００では、消化ガスと都市ガスとを併用することで発電量を一定にすることができる燃料電池発電装置８を用いているので、下水処理量の変動や生ゴミの投入等により消化槽５で生成される消化ガスの量が大きく変動した場合であっても、消化槽５で生成した消化ガスを全て（１００％）利用しつつ、所望の発電量を安定して確保することができる。従って、有機性排水を低コスト且つ低環境負荷で処理することができる。
【００５０】
なお、上述した排水処理システム１００の総消費電力量は、例えば図５に示すような消費電力制御装置２００を用いて所定範囲内に制御することが好ましい。排水処理システム１００の総消費電力量を所定範囲内に制御すれば、排水処理システム１００外から給電する必要のある電力量の変動を小さく（平準化）することができるからである。
【００５１】
ここで、図５に示す消費電力制御装置２００は、排水処理システム１００の総消費電力量を検出する総消費電力検出部２０１と、排水処理システム１００で使用される機器の優先度を記憶する記憶部２０２と、排水処理システム１００で使用される機器の運転および停止を制御する運転制御部２０３と、排水処理システム１００の異常を検出するセンサ２０４とを備えている。
【００５２】
総消費電力検出部２０１は、排水処理システム１００の総消費電力量を検出し、検出した総消費電力量の情報を運転制御部２０３へと送信する機器である。そして、総消費電力検出部２０１では、排水処理システム１００で消費される電力量（例えば、各ポンプＰ１〜Ｐｎの消費電力量と、各ブロアＢ１〜Ｂｎの消費電力量と、各モータＭ１〜Ｍｎの消費電力量との合計）が検出される。
【００５３】
記憶部２０２は、排水処理システム１００で使用される機器（例えば、各ポンプＰ１〜Ｐｎと、各ブロアＢ１〜Ｂｎと、各モータＭ１〜Ｍｎ）の優先度を記憶するメモリ等からなる。なお、各機器の優先度は、例えばその機器の運転を停止した際に処理水の水質が大幅に悪化するリスクが高い機器ほど優先度が高くなるように予め設定することができる。
【００５４】
センサ２０４は、処理水の水質悪化や水槽の急激な水位上昇などの排水処理システム１００の異常を検出するための各種センサよりなる。そして、センサ２０４は、異常を検出した際には異常検出信号を運転制御部２０３に送信する。
【００５５】
そして、運転制御部２０３は、総消費電力検出部２０１で検出した総消費電力量の情報、記憶部２０２に記憶された機器の優先度およびセンサ２０４から送信された異常検出信号等に基づき、排水処理システム１００で使用される機器の運転を制御する機器である。具体的には、運転制御部２０３では、総消費電力検出部２０１で検出した総消費電力量が所定範囲内の場合には、全ての機器に対して運転信号を送り、全ての機器を運転させる。一方、消費電力検出部２０１で検出した総消費電力量が所定範囲を超えた場合には、運転制御部２０３は、記憶部２０２に記憶された機器の優先度を参照し、総消費電力検出部２０１で検出される総消費電力量が所定範囲内となるように、優先度が低い機器に停止信号を送り、優先度が低い機器の運転を優先度が低い順に停止する。但し、優先度が低い機器の運転を停止させたことで排水処理システム１００に異常が発生し、センサ２０４から異常検出信号が送信された場合には、運転制御部２０３は、当該異常の発生原因となった停止している機器の運転を再開し且つ当該運転を再開した機器以外の運転している機器の中で優先度が低い機器の運転を優先度が低い順に停止して、総消費電力量が所定範囲内となるようにする。
【００５６】
なお、上述した消費電力制御装置２００を燃料電池発電装置８と併用した場合、排水処理システム１００の総消費電力量と、燃料電池発電装置の発電量との双方が一定になるので、排水処理システム１００の外部から給電する電力量の変動を最小限に抑えることができる。従って、排水処理システム１００を低コストで安定的に運転することができる。
【００５７】
以上、図面を参照して本発明の実施形態を説明したが、本発明の排水処理システムは上記一例に限定されることはなく、本発明の排水処理システムには適宜変更を加えることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明によれば、消化槽におけるメタンガスの生成量が多く、有機性排水を低コスト且つ低環境負荷で処理し得る排水処理システムを提供することができる。
【符号の説明】
【００５９】
１  ろ過槽
２  生物反応槽
３  固液分離装置
４  汚泥回収装置
５  消化槽
６  生ゴミ投入装置
７  消化ガスホルダ
８  燃料電池発電装置
９  汚泥処理装置
１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ  ろ過部
１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ  浮上ろ材層
１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ  上部スクリーン
１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ  排水流入口
１４  共通ろ過水貯留部
１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ  逆洗排水配管
１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ  逆洗排水弁
１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ  流入弁
４１  ポンプ
５０  水槽
５１  担体
５２  ドラフトチューブ
５３  ガス撹拌手段
８１Ａ  消化ガス流入遮断弁
８２Ａ  消化ガス流量計
８３Ａ  消化ガス流量調節弁
８１Ｂ  都市ガス流入遮断弁
８２Ｂ  都市ガス流量計
８３Ｂ  都市ガス流量調節弁
８４  脱硫器
８５  エゼクタ
８６  改質器
８７  ＣＯ変成器
８８  燃料電池本体
１００  排水処理システム
２００  消費電力制御装置
２０１  総消費電力検出部
２０２  記憶部
２０３  運転制御部
２０４  センサ
３００  下水処理システム
３０１  最初沈殿池
３０２  生物反応槽
３０３  最終沈殿池
３０４  消化槽
３０５  燃料電池
３０６  ボイラ
【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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