(57)【要約】【課題】高負荷運転可能で、余剰汚泥発生量の少ない多段式の生物処理装置および生物処理方法を提供する。【解決手段】第１の生物処理槽１１と第２の生物処理槽１２とを直列に並べて接続し、それぞれに第１の担体１５、または第２の担体１７を添加する。第１の担体１５と第２の担体１７は、空隙の大きさが異なり、特に、後段側の第２の生物処理槽１２に添加された第２の担体１７は、第１の担体１５より空隙が大きい。例えば、ウレタンスポンジ担体であれば、長さ１インチあたりに設けられる区画数（セル数）が、第１の担体１５は５０程度、第２の担体は２４程度であるとよい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機物含有水が導入される第１の生物処理槽および前記第１の生物処理槽と接続され前記第１の生物処理槽からの流出水が導入される第２の生物処理槽を含む有機物含有水の多段式生物処理装置であって、
前記第２の生物処理槽は、５５０μｍ〜２ｍｍの大きさの空隙が形成された担体を保持する多段式生物処理装置。
【請求項２】
前記担体は、長さ１インチあたりに１０〜４５個のセルを有するように空隙が形成されたスポンジ担体である請求項１に記載の多段式生物処理装置。
【請求項３】
有機物含有水を、第１の生物処理槽で処理した後、前記第１の生物処理槽の後段に設けた第２の生物処理槽で処理する多段式生物処理方法であって、
前記第２の生物処理槽に、５５０μｍ〜２ｍｍの大きさの空隙が形成された担体を添加して生物処理する多段式生物処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生物処理槽を２段以上、直列接続した多段式の生物処理装置および生物処理方法に関し、特に、担体を保持する多段式生物処理装置および多段式生物処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、有機物含有水の生物処理装置として、複数の生物処理槽を直列接続した多段式の生物処理装置が知られている。多段式の生物処理装置では、例えば第１の生物処理槽と第２の生物処理槽とを直列に並べ、第１の生物処理槽を高負荷で運転することで高い分解速度を得る。このため、生物処理槽を小型化できるが、第１の生物処理槽では微生物が分散状態で増殖するので、第２の生物処理槽を低負荷で運転して分散した微生物を凝集（フロック化）させる。
【０００３】
このような多段式生物処理装置について、多量の微生物を保持するために生物処理槽に担体を添加した装置も提案されている（例えば特許文献１）。担体は、微生物を培養する際にも用いられ、様々な材質または形状の担体が開発されている。例えば、担体の材質としては、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、およびポリウレタン等が挙げられ、形状としては、直方体、球体、筒体、および糸状体等が挙げられる。多面体、筒体等の担体は、生物処理槽内を自由に移動可能であり、これら担体は流動担体と呼ばれ、流動担体を添加した生物処理槽は流動床式生物処理槽と呼ばれる。
【特許文献１】特開２０００−４２５８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
生物処理槽に担体を添加すれば、生物処理槽内に保持される微生物量を増やすことができるため、生物処理槽を高負荷で運転することができ、生物処理装置を小型化させることができる。一方で、生物処理槽に担体を添加し、高負荷で運転すると、担体を添加しない浮遊式の生物処理槽に比べて余剰汚泥の発生が多くなる。また、後段側に設けた第２の生物処理槽に、原生動物等を保持して第１の生物処理槽で増殖した微生物を捕食させれば、余剰汚泥の発生量を低減することは可能ではあるが、後段側の生物処理槽で汚泥を減容化しつつフロック化を進行させる条件の維持は容易ではない。
【０００５】
本発明は上記課題に対し、多段式生物処理装置において、生物処理槽に担体を添加して高負荷運転を図りつつ、余剰汚泥の発生量を低減できる生物処理装置および生物処理方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は、２以上の生物処理槽を直列接続した生物処理装置において、各生物処理槽に目の粗さの異なる担体を添加し、特に後段側の生物処理槽に、一定の大きさ以上の空隙が形成された担体を添加して生物処理を行うことで上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成した。
【０００７】
（１）有機物含有水が導入される第１の生物処理槽および前記第１の生物処理槽と接続され前記第１の生物処理槽からの流出水が導入される第２の生物処理槽を含む有機物含有水の多段式生物処理装置であって、
前記第２の生物処理槽は、５５０μｍ〜２ｍｍの大きさの空隙が形成された担体を保持する多段式生物処理装置。
（２）前記第１の生物処理槽は、長さ１インチあたりに１０〜４５個のセルを有するように空隙が形成されたスポンジ担体である（１）に記載の多段式生物処理装置。
（３）有機物含有水を、第１の生物処理槽で処理した後、前記第１の生物処理槽の後段に設けた第２の生物処理槽で処理する多段式生物処理方法であって、
前記第２の生物処理槽に、５５０μｍ〜２ｍｍの大きさの空隙が形成された担体を添加して生物処理する多段式生物処理方法。
【０００８】
第１の生物処理槽は、活性汚泥による生物処理を行う処理槽であって、有機物含有水に含まれる生物化学的酸素消費量で表される溶解性有機物（ＢＯＤ）の大部分（例えば７０％以上、特に８０％以上）が分解されるように負荷を設定する。具体的には、第１の生物処理槽は１ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ３／日以上の高負荷とし、特に３ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ３／日以上１０ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ３／日以下の負荷とするとよい。一方、第２の生物処理槽は、第１の生物処理槽より負荷を低くし、例えば０．１ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ３／日以上１ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ３／日以下の負荷とするとよい。
【０００９】
第２の生物処理槽には、空隙が形成された流動担体を添加する。第２の生物処理槽に添加する担体（第２の担体）としては、空隙の大きさが５５０μｍ〜２ｍｍの担体、例えば１インチが１０〜４５程度に区画された（すなわちセル数が１０〜４５の）スポンジ担体を用いればよく、これと同等の大きさの空隙が形成された筒状担体等も使用できる。なお、空隙はその最大幅が５５０μｍ〜２ｍｍであればよく、例えば空隙が円形の場合であれば、その直径（楕円形の場合は長径）が５５０μｍ〜２ｍｍであればよく、空隙が矩形であれば辺（長方形であれば長辺）の長さが５５０μｍ〜２ｍｍであればよい。
【００１０】
担体は、第１の生物処理槽にも添加してよく、この場合、第１の生物処理槽と第２の生物処理槽には、それぞれ空隙の大きさが異なる担体を添加する。生物処理槽は２段以上、直列接続して、後段側の生物処理槽の流動担体ほど大きな空隙を有するようにするとよい。換言すると、前段側の生物処理槽ほど内部構造が緻密な、きめの細かい流動担体を保持するようにすればよい。
【００１１】
流動担体の形状や材質は限定されない。流動担体の具体例としては、細孔がランダムに形成されたスポンジのような多孔体を直方体、八面体、球体等にした多孔性担体、同一の形の空隙が規則的に並べられたハニカム構造を有するハニカム担体、プラスチック製の円筒等の筒状担体等が挙げられる。空隙は、担体全体に形成された細孔やハニカムの空間、あるいは担体の対向する面を貫く貫通孔等であってよい。第１の生物処理槽に添加する担体については、空隙の大きさは１〜５００μｍ程度がよい。
【００１２】
例えば、スポンジ担体を用いる場合であれば、単位体積あたりの細孔数が異なるものを用いればよく、第１の生物処理槽にはセル数が５０程度以上の（すなわち１インチが５０程度以上に区画された）第１の担体を添加するとよい。一方、第２の生物処理槽には、１インチが１０〜４５程度、好ましくは１０〜２５程度のセルに区画された第２の担体を添加するとよい。繊維を固めた多孔体であれば、第１の担体としてはセル数ゼロのものを用いてもよく、この場合、第２の担体としては第１の担体よりも太い繊維の担体を用いればよい。また、貫通孔を有する円筒であれば、内径が１ｍｍ以下の担体を第１の担体として用いて、内径が１．５ｍｍ以上の担体を第２の担体として用いるとよい。
【００１３】
担体の添加量は、第１の生物処理槽については処理槽容積に対して１０〜５０容量％程度、第２の生物処理槽については３０〜５０容量％程度とすればよい。担体の添加量は、第１の生物処理槽および第２の生物処理槽それぞれの負荷に応じて設定すればよい。
【００１４】
各生物処理槽は、被処理水の水質により酸素を供給する好気的処理槽、または酸素を供給しない嫌気的処理槽としてよい。例えば、被処理水が有機物以外に窒素化合物を含む場合、第１の生物処理槽を好気的処理槽とし、第２の生物処理槽を嫌気的処理槽とすることで、第１の生物処理槽でＢＯＤを酸化分解すると共にアンモニア態窒素を硝化して、第２の生物処理槽で硝酸体窒素または／および亜硝酸態窒素を窒素ガスとして除去することができる。あるいは、第１の好気的生物処理槽、第１の好気的生物処理槽より低負荷の第２の好気的処理槽、第３の嫌気的生物処理槽および第４の好気的処理槽をこの順に直列接続して、ＢＯＤ除去、硝化、脱窒、ＢＯＤ除去（再曝気）をこの順で行ってもよい。
【００１５】
第３の生物処理槽以降の生物処理槽に添加する担体は、第１の生物処理槽の担体より大きな空隙を有するものであればよく、第２の生物処理槽の担体と同じであってもよい。しかし、第３の生物処理槽以降の生物処理槽についても、各処理槽の担体として空隙の大きさが異なるようにし、特に、後段側の生物処理槽ほど、空隙の大きな、目の粗い担体を保持するようにすることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、直列に接続された複数の生物処理槽の後段側処理槽に、目の粗い担体を添加することで、大型の原生動物等を保持して活性汚泥を捕食させることで余剰汚泥の発生量を低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明について図面を用いて詳細に説明する。以下、同一部材には同一符号を付し、説明を省略または簡略化する。図１は、本発明の第１実施形態に係る有機物含有水の多段式生物処理装置（以下、単に「処理装置」という）１の模式図である。処理装置１は、２つの生物処理槽が互いに直列に並べられた二段活性汚泥処理装置であり、第１の生物処理槽１１と第２の生物処理槽１２とがこの順に直列接続されている。
【００１８】
第１の生物処理槽１１には原水管３１が接続され、原水管３１を介して有機物含有水が第１の生物処理槽１１に導入される。第１の生物処理槽１１は、活性汚泥を担持する第１の担体１５を保持しており、高負荷で運転して分散性の細菌を増殖させる。第１の生物処理槽１１の好ましい運転条件は上述したとおりである。第１の担体１５の添加量は、上述した範囲であればよく、一般的には、全有機物濃度（ＴＯＣ）１０〜２，０００ｍｇ／Ｌ程度の有機物含有水を、２〜１０ｋｇ／ｍ３／日程度の負荷で処理して８０％程度のＢＯＤ分解率を得られるよう、１０〜５０％程度とすればよい。第１の生物処理槽１１には、高負荷条件下でも溶存酸素（ＤＯ）濃度が１〜２ｍｇ／Ｌ程度を維持できるように、酸素供給手段としてエジェクタ１６を設置している。
【００１９】
第１の生物処理槽１１は、第１の処理液管３２により第２の生物処理槽１２と接続されている。第２の生物処理槽１２は、第２の担体１７が添加量３０〜５０％程度で添加された流動床式で、酸素供給手段として散気管１８が設置されている。第２の生物処理槽１２の好ましい運転条件は上述したとおりである。第２の生物処理槽１２は、第２の処理液管３３を介して沈殿池２１と接続されている。
【００２０】
第１の担体１５および第２の担体１７は、ここではポリウレタン製のスポンジ担体であり、材料および外径は実質的に同一であるが、第２の担体１７は、第１の担体１５に比べて、１インチあたりに存在するセル数が少なく、第１の担体より目が粗く空隙が大きい。なお、第１の生物処理槽１１および第２の生物処理槽１２には、担体１５、１７の流出を防ぐため、スクリーンが設けられているが、ここでは図示を省略している。
【００２１】
第２の生物処理槽１２から流出した処理液は、沈殿池２１で固液分離されて分離液は処理水として処理水管３４取り出し、分離汚泥は汚泥管３５から引き抜く。分離汚泥は、一部を返送汚泥として第２の生物処理槽１２に返送し、他部を余剰汚泥として排出するか、または汚泥の返送は行なわず、全量を余剰汚泥として排出する。分離汚泥は、第１の生物処理槽１１に返送してもよく、オゾン反応槽等で構成された減容装置（図示せず）で減容化してもよい。
【００２２】
図２は、本発明の第２実施態様に係る生物処理装置２の模式図である。生物処理装置２では、第１の担体１５Ｂおよび第２の担体１７Ｂとして円筒形のプラスチック製担体を用いている。また、生物処理装置２では、第１の生物処理槽１１Ｂが第１実施態様に係る生物処理装置１の第１の生物処理槽１１と異なり、嫌気的生物処理槽である。具体的には、生物処理装置２の第１の生物処理槽１１Ｂでは、エジェクタ１６を設ける代わりに攪拌器２６を設けて槽内の第１の担体１５Ｂを流動させるようにしている。第２の生物処理槽１２Ｂは、担体１７Ｂが異なる以外は第１実施態様の第２の生物処理槽１２と同様である。
【００２３】
さらに、第２の処理液管３３から循環配管３６を分岐させ、循環配管３６の出口端を第１の生物処理槽１３へ返送するように構成している。このように、生物処理装置２は、第１の生物処理槽１１Ｂを嫌気的条件で運転される脱窒槽とした、窒素除去可能な生物処理装置としている。
【００２４】
生物処理装置１では、第１の担体１５が第２の担体１７より目が細かいため、第１の担体１５の空隙は第２の担体より小さい。また、生物処理装置２では、第２の担体１７Ｂは、円筒の内径が第１の担体１５Ｂより大きいので第１の担体より空隙が大きい。よって、第２の担体１７、１７Ｂは、ワムシやツリガネムシ等の原生動物または／および後生動物を保持する。生物処理装置１、生物処理装置２は、このように、後段側に空隙の大きな担体を保持するため、第１の担体１５、１５Ｂから剥がれて第１の生物処理槽１１から流出する第１の処理液に含まれる活性汚泥は、第２の担体１７、１７Ｂに保持された原生動物等に捕食され、余剰汚泥として排出される微生物量が低減される。
【実施例】
【００２５】
［実施例１］
以下、実施例に基づき本発明をさらに詳しく説明する。食品製造過程で排出されるＢＯＤ濃度５２０ｍｇ／Ｌ、溶解性全窒素（ケルダール窒素）濃度８０ｍｇ／Ｌの有機物含有水を、図１に示す生物処理装置１を模した実験装置で処理した。第１の生物処理槽１１には、酸素供給手段としてエジェクタではなく散気管１８を設け、担体として、１辺の長さが５ｍｍの立方体としたセル数５０の第１のウレタンスポンジ１５を、４０容積％の添加率で添加した。
【００２６】
第２生物処理槽１２には、外形は前記第１のウレタンスポンジ１５と同じで、セル数を変えて空隙を第１のウレタンスポンジ１５より大きくした第２のウレタンスポンジ１７を４０容積％の添加率で添加した。第２のウレタンスポンジ１７のセル数は２４とした。その他の第１の生物処理槽１１および第２の生物処理槽１２の仕様および処理条件は以下である。
【００２７】
〈第１の生物処理槽〉
容積            ；５Ｌ
ＢＯＤ負荷      ；４．２ｋｇ／ｍ３／日
〈第２の生物処理槽〉
容積            ；５Ｌ
【００２８】
生物処理槽１の処理水量は１．７Ｌ／ｈｒとして２ヶ月間、実験を行った。実施例１では、処理水管３４から取出された処理水のＢＯＤ濃度は４〜１８ｍｇ／Ｌ、溶解性全窒素濃度は６７〜７３ｍｇ／Ｌであった。また、汚泥管３５から引き抜かれた余剰汚泥量から、ＢＯＤに対する余剰汚泥の生成率（原水のＢＯＤ量に対して発生した余剰汚泥量の比率）を求めたところ、１７％であった。
【００２９】
［実施例２］
実施例２では、図２に示す窒素除去可能な生物処理装置２を模した実験装置で、実施例１で用いた排水と同等の排水を処理した。第１の生物処理槽１１Ｂには、実施例１で第１の生物処理槽１１に添加した担体と同じ第１のウレタンスポンジ１５を、４０容積％の添加率で添加した。第２生物処理槽１２にも、実施例１で第２の生物処理槽１２に添加した担体と同じ第２の第２のウレタンスポンジ１７を４０容積％の添加率で添加した。その他の第１の生物処理槽１１Ｂおよび第２の生物処理槽１２の仕様および処理条件は以下である。
【００３０】
〈第１の生物処理槽〉
容積            ；５Ｌ
滞留時間        ；２．９４時間
〈第２の生物処理槽〉
容積            ；１０Ｌ
滞留時間        ；５．８８時間
【００３１】
生物処理槽１の処理水量は実施例１と同様に１．７Ｌ／ｈｒとして２ヶ月間、実験を行った。実施例２では、処理水管３４から取出された処理水のＢＯＤ濃度は３〜１２ｍｇ／Ｌ、溶解性全窒素濃度は１３〜１９ｍｇ／Ｌであった。また、ＢＯＤに対する余剰汚泥の生成率は、１６％であった。
【００３２】
［実施例３］
実施例３では、４槽の生物処理槽を直列に接続して構成した図３に示す生物処理装置３を模した実験装置を用いた。各生物処理装置３は、第１の生物処理槽１１Ｃ、第２の生物処理槽１２Ｃ、第３の生物処理槽１３、第４の生物処理槽１４をこの順に接続管３２Ａ〜Ｄで互いに接続して構成されている。第１の生物処理槽１１Ｃは、容量５Ｌで酸素供給手段として散気管１８を設けた。また、担体として繊維を固めて外径４ｍｍ、長さ５ｍｍの円柱状とした第１の繊維担体１５Ｃを４０容積％の添加率で添加した。第１の繊維担体１５Ｃには、直径が１〜２００μｍ程度の大きさ空隙がランダムに形成されている。
【００３３】
第２の生物処理槽１２Ｃは、容積１０Ｌで、酸素供給手段として散気管１８を設けた。また、第１の担体１５Ｃと同じ素材の繊維を第１の繊維担体１５Ｃと同じ外径となるように固めた円筒状の第２の繊維担体１７Ｃを添加した。第２の繊維担体１７Ｃには、空隙として円柱の両端に開口する内径２ｍｍの貫通孔が形成されている。第２の生物処理槽１２Ｃについての第２の繊維担体１７Ｃの添加率は、実施例１と同様に４０容積％とした。
【００３４】
第３の生物処理槽１３は、容積５Ｌとし、酸素供給手段を設けずに攪拌器２６を設け、脱窒を行なう嫌気的生物処理槽とした。また、生物処理装置３に導入される原水に対して２５０ｍｇ／Ｌの添加量となるように、第３の生物処理槽１３でメタノール添加を行った。さらに第３の生物処理槽１３には、第２の生物処理槽１２Ｃに添加した第２の繊維担体１７Ｃを４０容積％で添加した。
【００３５】
第４の生物処理槽１４は、容積２Ｌとして、酸素供給手段として散気管１８を設けた。また、第２の生物処理槽１２Ｃに添加した第２の繊維担体１７Ｃを４０容積％で添加した。第１〜第４の生物処理槽の処理条件を以下に記載する。
【００３６】
〈第１の生物処理槽〉
容積            ；５Ｌ
ＢＯＤ負荷      ；４．２ｋｇ／ｍ３／日
〈第２の生物処理槽〉
容積            ；１０Ｌ
滞留時間        ；５．８８時間
【００３７】
〈第３の生物処理槽〉
容積            ；５Ｌ
滞留時間        ；２．９４時間
〈第４の生物処理槽〉
容積            ；２Ｌ
滞留時間        ；１．２時間
【００３８】
上記生物処理装置３で、実施例１と同等の水質の原水を、実施例１と同様に処理水量１．７Ｌ／ｈｒで２ヶ月間、処理する実験を行った。実施例３では、処理水管３４から取出された処理水のＢＯＤ濃度は３〜９ｍｇ／Ｌ、溶解性全窒素濃度は０．７〜１．６ｍｇ／Ｌであった。また、ＢＯＤに対する余剰汚泥の生成率は、１４％であった。
【００３９】
［比較例１］
比較例１として、生物処理槽を１槽とした図４の生物処理装置４で実施例１と同等の水質の原水を処理した。生物処理装置４の生物処理槽は、容積１０Ｌの第１の生物処理槽１１Ｄのみで、第１の生物処理槽１１Ｄからの流出水は、接続管３３で沈殿池２１に導入される。
【００４０】
第１の生物処理槽１１Ｄには、実施例１の第１生物処理槽１１と同様に酸素供給手段として散気管１８を設けた。また、第１の生物処理装置１１に添加した担体と同等の第１のウレタンスポンジ１５を４０容積％の添加率で添加した。この生物処理装置４で、実施例１で処理した原水と同等の水質の原水を、実施例１と同様に処理水量１．７Ｌ／ｈｒで２ヶ月処理した。比較例１では、処理水管３４から取出された処理水のＢＯＤ濃度は１６〜２１ｍｇ／Ｌ、溶解性全窒素濃度は５９〜６６ｍｇ／Ｌであった。また、ＢＯＤに対する余剰汚泥の生成率は、４４％であった。
【００４１】
［比較例２］
比較例２として、実施例１において、第２の生物処理槽１２に添加した担体を、第２のウレタンスポンジ１７とする代わりに第１のウレタンスポンジ１５とした以外は実施例１と同じ条件で、実施例１と同等の水質の原水を、処理水量１７Ｌ／ｈｒで処理した。比較例２では、処理水管３４から取出された処理水のＢＯＤ濃度は８〜２４ｍｇ／Ｌ、溶解性全窒素濃度は５７〜６７ｍｇ／Ｌであった。また、ＢＯＤに対する余剰汚泥の生成率は、４１％であった。
【００４２】
［参考例］
参考例として、実施例１において、第２の生物処理槽１２に添加する担体として、セル数の異なる４種類のスポンジ担体を添加して、余剰汚泥の生成率を調べた。結果は、図５に示すように、第１の生物処理槽１２に添加する担体のセル数が４０を超えると急に余剰汚泥生成率が高くなることが判明した。
【００４３】
以上のように、本発明によれば、余剰汚泥の発生量を低減できることが示された。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、有機物含有水の処理に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る生物処理装置の模式図。
【図２】本発明の第２実施形態に係る生物処理装置の模式図。
【図３】本発明の第３実施形態に係る生物処理装置の模式図。
【図４】比較例１で用いた生物処理装置の模式図。
【図５】参考例の結果を示すグラフ図。
【符号の説明】
【００４６】
１      生物処理装置
１１    第１の生物処理装置
１２    第２の生物処理装置
１３    第３の生物処理槽
１４    第４の生物処理槽
１５    第１の担体
１６    エジェクタ（酸素供給手段）
１７    第２の担体
１８    酸気管（酸素供給手段）
【図１】
2008246420.tif 000003
【図２】
2008246420.tif 000004
【図３】
2008246420.tif 000005
【図４】
2008246420.tif 000006
【図５】
2008246420.tif 000007