(57)【要約】【課題】有機性排水から分離された生汚泥を有効利用でき、有機性排水を十分に安定的且つ効率的に生物処理できる排水処理装置及び排水処理方法を提供すること。【解決手段】本発明に係る排水処理装置１００は、微生物汚泥が集合して粒状化してなるグラニュール汚泥を利用したものであり、有機性排水を生汚泥と被処理水とに分離する最初沈殿池１と、グラニュール汚泥を収容し、好気条件下において被処理水を生物処理する生物処理槽２Ａと、生物処理槽２Ａからの生物処理水を分離水と分離汚泥とに分離する最終沈殿池３と、生汚泥を発酵させて有機酸を生成する酸生成槽１２と、有機酸を含有する原料液からグラニュール汚泥を生成するグラニュール生成槽２０と、グラニュール生成槽２０で生成したグラニュール汚泥を生物処理槽２Ａに供給する第１のグラニュール供給ラインＬ１９Ａと、を備える。【選択図】図１
2008284427.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微生物汚泥が集合して粒状化してなるグラニュール汚泥を利用した排水処理装置であって、
有機性排水を生汚泥と被処理水とに分離する第１の固液分離槽と、
前記グラニュール汚泥を収容し、好気条件下において前記被処理水を生物処理する好気槽と、
前記好気槽における処理を経た生物処理水を分離水と分離汚泥とに分離する第２の固液分離槽と、
前記生汚泥を発酵させて有機酸を生成する酸生成槽と、
前記有機酸を含有する原料液から前記グラニュール汚泥を生成するグラニュール生成槽と、
前記グラニュール生成槽で生成した前記グラニュール汚泥を前記好気槽に供給する第１のグラニュール供給ラインと、
を備えることを特徴とする排水処理装置。
【請求項２】
微生物汚泥が集合して粒状化してなるグラニュール汚泥を利用した排水処理装置であって、
有機性排水を生汚泥と被処理水とに分離する第３の固液分離槽と、
前記グラニュール汚泥を収容し、好気条件下において前記被処理水に含まれる有機物を低減させると共に、当該被処理水に含まれるアンモニア態窒素を酸化して硝酸態窒素を生成する好気槽と、
前記好気槽内の処理水及び前記グラニュール汚泥の一部が供給され、無酸素条件下において当該処理水に含まれる硝酸態窒素を還元して窒素ガスを生成する無酸素槽と、
前記好気槽及び前記無酸素槽における処理を経た生物処理水を分離水と分離汚泥とに分離する第４の固液分離槽と、
前記生汚泥を発酵させて有機酸を生成する酸生成槽と、
前記有機酸を含有する原料液から前記グラニュール汚泥を生成するグラニュール生成槽と、
前記グラニュール生成槽で生成した前記グラニュール汚泥を前記無酸素槽及び／又は前記好気槽に供給する第２のグラニュール供給ラインと、
を備えることを特徴とする排水処理装置。
【請求項３】
微生物汚泥の菌体内に蓄積したリンを嫌気条件下で放出させる嫌気槽と、前記第４の固液分離槽から排出される前記分離汚泥の一部を前記嫌気槽に返送する分離汚泥返送ラインと、を更に備え、前記嫌気槽における処理を経た嫌気処理水が前記無酸素槽へと供給されることを特徴とする、請求項２に記載の排水処理装置。
【請求項４】
前記酸生成槽で生成した有機酸の一部を前記嫌気槽へと供給する有機酸供給ラインを更に備えることを特徴とする、請求項３に記載の排水処理装置。
【請求項５】
前記第３の固液分離槽から前記被処理水を排出するラインは、前記無酸素槽に接続されていることを特徴とする、請求項２〜４のいずれか一項に記載の排水処理装置。
【請求項６】
前記好気槽は、槽内のグラニュール汚泥が槽外に流出することを防止するグラニュール流出防止手段を備えることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の排水処理装置。
【請求項７】
前記好気槽から前記生物処理水と共に流出した前記グラニュール汚泥を回収し、前記好気槽へと返送するグラニュール回収手段を更に備えることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の排水処理装置。
【請求項８】
微生物汚泥が集合して粒状化してなるグラニュール汚泥を利用した排水処理方法であって、
有機性排水を生汚泥と被処理水とに分離する固液分離工程と、
前記生汚泥を発酵させて有機酸を得る酸生成工程と、
前記有機酸を含有する原料液から前記グラニュール汚泥を得るグラニュール生成工程と、
前記グラニュール生成工程を経て得られた前記グラニュール汚泥によって前記被処理水を好気条件下において生物処理する好気処理工程と、
を備えることを特徴とする排水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微生物汚泥が集合して粒状化してなるグラニュール汚泥を利用した排水処理装置及び排水処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
下水などの有機性排水を処理する方法として微生物汚泥を利用した活性汚泥法が知られている。微生物汚泥を収容し、曝気などによって好気条件に維持された処理槽内において、有機性排水に含まれる有機物、特に炭素系有機化合物が微生物の代謝によって分解除去される。
【０００３】
有機性排水には炭素系有機化合物の他に、海や河川の富栄養化の原因となる窒素含有化合物やリン含有化合物などの化合物が含まれている。微生物汚泥は種々の微生物からなり、これらの化合物を代謝する微生物は、その生理特性によって以下の４群に分類されることが知られている（非特許文献１を参照）。
（i）好気条件下（酸素が存在する条件下）、炭素系有機化合物を利用して増殖する従属栄養生物、
（ii）好気条件下（酸素が存在する条件下）、アンモニア態窒素を硝酸態窒素へと酸化する独立栄養細菌（いわゆる硝化細菌）、
（iii）無酸素条件下（溶存酸素が存在しない条件下）、硝酸性呼吸、亜硝酸性呼吸を行う通性嫌気性細菌（いわゆる脱窒細菌）、
（iv）嫌気条件下（酸素、硝酸・亜硝酸が存在しない条件下）と好気条件下とに交互に曝されることにより、ポリリン酸を菌体内に多く蓄積する細菌（いわゆるリン蓄積細菌）。
【０００４】
非特許文献１には、活性汚泥法の運転条件を制御し、上記４群に属するそれぞれの微生物に適した条件を人為的に実現することで、炭素系有機化合物の分解除去に加え、生物学的脱窒や生物学的脱リンを行うことができる旨、記載されている。
【非特許文献１】建設省都市局下水道部監修、「下水道設備計画・設計指針と解説  後編  −１９９４年版−」、第２刷、社団法人  日本下水道協会、平成６年１１月２５日、ｐ．１４−１５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
有機化合物の除去と生物学的脱窒や生物学的脱リンとを組み合わせた排水処理方法は、薬品等を使用することなく、有機化合物（主にＢＯＤ成分）、窒素含有化合物、リン含有化合物を除去できるという利点を有している。しかしながら、微生物の代謝機能を利用して各化合物を処理するものであるため、従来の方法にあっては処理の安定性及び効率の点において改善の余地があった。
【０００６】
また、例えば、下水処理施設で下水を処理する場合、有機性排水は最初沈殿池と呼ばれる固液分離槽に貯留され、その底部から有機性の固形分を多く含有する生汚泥が分離されるが、この生汚泥の処理を別途行う必要があった。
【０００７】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、有機性排水から分離された生汚泥を有効利用でき、有機性排水を十分に安定的且つ効率的に生物処理できる排水処理装置及び排水処理方法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】
本発明の排水処理装置は、微生物汚泥が集合して粒状化してなるグラニュール汚泥を利用したものであって、有機性排水を生汚泥と被処理水とに分離する第１の固液分離槽と、グラニュール汚泥を収容し、好気条件下において被処理水を生物処理する好気槽と、好気槽における処理を経た生物処理水を分離水と分離汚泥とに分離する第２の固液分離槽と、生汚泥を発酵させて有機酸を生成する酸生成槽と、有機酸を含有する原料液からグラニュール汚泥を生成するグラニュール生成槽と、グラニュール生成槽で生成したグラニュール汚泥を好気槽に供給する第１のグラニュール供給ラインと、を備える。
【０００９】
また、本発明の排水処理装置は、下記の通り、好気条件下における処理と無酸素条件下における処理とを組み合わせた生物処理により、有機化合物の分解除去に加え、窒素含有化合物の分解処理をも可能としたものであってもよい。
【００１０】
即ち、本発明の排水処理装置は、微生物汚泥が集合して粒状化してなるグラニュール汚泥を利用したものであって、有機性排水を生汚泥と被処理水とに分離する第３の固液分離槽と、グラニュール汚泥を収容し、好気条件下において被処理水に含まれる有機物を低減させると共に、当該被処理水に含まれるアンモニア態窒素を酸化して硝酸態窒素を生成する好気槽と、好気槽内の処理水及び前記グラニュール汚泥の一部が供給され、無酸素条件下において当該処理水に含まれる硝酸態窒素を還元して窒素ガスを生成する無酸素槽と、好気槽及び無酸素槽における処理を経た生物処理水を分離水と分離汚泥とに分離する第４の固液分離槽と、生汚泥を発酵させて有機酸を生成する酸生成槽と、有機酸を含有する原料液からグラニュール汚泥を生成するグラニュール生成槽と、グラニュール生成槽で生成したグラニュール汚泥を無酸素槽及び／又は好気槽に供給する第２のグラニュール供給ラインと、を備える。
【００１１】
本発明の排水処理装置においては、有機性排水から分離された生汚泥を酸生成槽において発酵させて有機酸を生成する。この有機酸を含有する原料液を用いることで、好気性のグラニュール汚泥を安定的且つ効率的に生成することができる。このように、本発明によれば、従来、別途処理が必要とされた生汚泥を有効利用できる。
【００１２】
また、本発明の排水処理装置では、グラニュール汚泥を利用することにより、生物処理を安定的且つ効率的に行うことができる。グラニュール汚泥は微生物汚泥が集合して粒状化したものであり、また、沈降性に優れるという特性を有するため、生物処理槽（好気槽及び無酸素槽）の汚泥濃度を高濃度に維持できる。また、高い汚泥濃度を維持できることにより、生物処理槽を大幅に小型化でき、排水処理施設の敷地面積の省スペース化及び設備コストの大幅な削減を実現できる。
【００１３】
好気条件下における処理と無酸素条件下における処理とを組み合わせた生物処理を行う排水処理装置にあっては、微生物汚泥の菌体内に蓄積したリンを嫌気条件下で放出させる嫌気槽と、第４の固液分離槽から排出される分離汚泥の一部を嫌気槽に返送する分離汚泥返送ラインと、を更に備え、嫌気槽における処理を経た嫌気処理水が無酸素槽へと供給されるような構成であることが好ましい。
【００１４】
上記構成を採用することにより、リン蓄積細菌が増殖し、有機性排水に含まれるリン含有化合物の除去をも行うことができる。この場合、リン蓄積細菌によるリン含有化合物の処理効率を一層向上させる観点から、酸生成槽で生成した有機酸の一部を嫌気槽へと供給する有機酸供給ラインを更に備えることが好ましく、また、同様の観点から、第３の固液分離槽から被処理水を排出するラインは、無酸素槽に接続されていることが好ましい。
【００１５】
また、生物処理槽内の汚泥濃度を一層高く維持する観点から、好気槽は槽内のグラニュール汚泥が槽外に流出することを防止するグラニュール流出防止手段を備えることが好ましい。また、同様の観点から、本発明の排水処理装置は、好気槽から生物処理水と共に流出したグラニュール汚泥を回収し、好気槽へと返送するグラニュール回収手段を更に備えることが好ましい。
【００１６】
本発明の排水処理方法は、微生物汚泥が集合して粒状化してなるグラニュール汚泥を利用したものであって、有機性排水を生汚泥と被処理水とに分離する固液分離工程と、生汚泥を発酵させて有機酸を得る酸生成工程と、有機酸を含有する原料液からグラニュール汚泥を得るグラニュール生成工程と、グラニュール生成工程を経て得られたグラニュール汚泥によって被処理水を好気条件下において生物処理する好気処理工程と、を備える。
【００１７】
本発明の排水処理方法においては、有機性排水から分離された生汚泥を発酵させて有機酸を生成する。この有機酸を含有する原料液を用いることで、好気性のグラニュール汚泥を安定的且つ効率的に生成することができる。このように、本発明によれば、従来、別途処理が必要とされた生汚泥を有効利用することができる。
【００１８】
また、本発明の排水処理方法では、グラニュール汚泥を利用することにより、生物処理槽内の汚泥濃度を高濃度に維持できるため、生物処理を安定的且つ効率的に行うことができる。また、高い汚泥濃度を維持できることにより、生物処理槽を大幅に小型化でき、排水処理施設の敷地面積の省スペース化及び設備コストの大幅な削減を実現できる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、有機性排水から分離された生汚泥を有効利用でき、有機性排水を十分に安定的且つ効率的に生物処理できる排水処理装置及び排水処理方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、各図において、同一の要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００２１】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る排水処理装置を示す概略構成図であり、例えば下水処理施設等に採用されるものである。
【００２２】
図１に示すように、排水処理装置１００は、曝気による好気処理を含む処理を行う装置である。この排水処理装置１００は、最初沈殿池１、生物処理槽（好気槽）２Ａ、最終沈殿池３と共にグラニュール汚泥生成装置１０を備えている。ここで、本実施形態では、最初沈殿池１が第１の固液分離槽に相当し、最終沈殿池３が第２の固液分離槽に相当する。
【００２３】
排水処理装置１００にあっては、下水処理施設の粗目スクリーンにて粗大な木切れ等が除去され、沈砂池で比較的粒径が大きい固形物が沈降分離され、布、空き缶、ビニール類等の篩渣がスクリーンにて除去され、ポンプ井よりポンプアップされた流入下水（有機性排水）が、ラインＬ１を通じて最初沈殿池１に導入される。
【００２４】
この流入下水は、ラインＬ１より最初沈殿池１に導入され、重力沈降により最初沈殿池１の底部に沈降する生汚泥とそれ以外の上澄み水とに分離される。ここで沈降した生汚泥は図示しない汚泥掻寄機で汚泥溜まり部１ａに掻き寄せられて、ラインＬ１１を通じてグラニュール汚泥生成装置１０に送られる。詳細は後述するが、グラニュール汚泥生成装置１０は、生汚泥を酸発酵して有機酸（例えば、酢酸、プロピオン酸、酪酸）を生成し、これを含んだ有機酸溶液を原料液として使用し、グラニュール汚泥を生成する装置である。このグラニュール汚泥生成装置１０で生成した好気性のグラニュール汚泥はライン（第１のグラニュール供給ライン）Ｌ１９Ａを通じて生物処理槽２Ａ内に導入される。
【００２５】
生物処理槽２Ａは、ラインＬ２から導入された上澄み水（被処理水）を好気条件下にて好気処理するための曝気槽であり、槽内に設けられた散気装置２ｄと、この散気装置２ｄに空気を供給するブロア２ｅとを備えている。生物処理槽２Ａは、ラインＬ１９Ａからの好気性のグラニュール汚泥を収容しており、被処理水に対してグラニュール汚泥による好気処理が行われる。好気処理が施された生物処理水は、ラインＬ３を介して最終沈殿池３に送られる。
【００２６】
生物処理槽２Ａに接続されたラインＬ３の基端側にはグラニュール汚泥が生物処理水と共に槽外に流出することを防止するためのフィルター（グラニュール流出防止手段）２ｆが設置されている。なお、フィルター２ｆの開口サイズは、使用するグラニュール汚泥の粒径（０．５ミリから数ミリ程度）や活性汚泥（グラニュール汚泥を除く）の粒径に応じて適宜設定すればよい。
【００２７】
ラインＬ３を介して最終沈殿池３に送られた生物処理水は、浮遊する活性汚泥を沈降分離させた後、ラインＬ５を通じて排出され、図示しない設備において三次処理や滅菌処理が行われた後、河川等に放流される。沈降した活性汚泥は図示しない汚泥掻寄機で汚泥溜まり部３ａに掻き寄せられて、ラインＬ６から排出され、その一部はライン（分離汚泥返送ライン）Ｌ７を通じて生物処理槽２Ａ内に導入され、残りは、図示しない汚泥処理槽に送られて処理される。
【００２８】
グラニュール汚泥生成装置１０は、生汚泥貯留槽１１、酸生成槽１２及び固液分離槽１３をこの順にラインＬ１２及びラインＬ１３を介して備えると共に、この固液分離槽１３の上澄み水側にラインＬ１７を介して回分式のグラニュール生成槽２０を備えている。このグラニュール生成槽２０には、上記ラインＬ１９Ａを介して生物処理槽２Ａが接続されている。
【００２９】
生汚泥貯留槽１１は、ラインＬ１１を介して導入された生汚泥を一旦貯留するための槽である。生汚泥貯留槽１１は、槽内に汚泥攪拌機１１ａを備える。この汚泥攪拌機１１ａによって攪拌されて汚泥濃度が十分に均一となった生汚泥は、ラインＬ１２に配設されたポンプＰ１によって酸生成槽１２に移送される。
【００３０】
酸生成槽１２は、ラインＬ１２を通じて供給された生汚泥中の有機物を酸生成菌により酸発酵させて有機酸を生成するものである。酸生成槽１２は、槽内に滞留する被発酵処理液を攪拌する攪拌機１２ａを備える。また、図１には示していないが、酸生成槽１２は、被発酵処理液のｐＨ及び酸化還元電位をそれぞれ測定するｐＨセンサ及びＯＲＰ測定センサ、被発酵処理液に酸又はアルカリを添加して被発酵処理液のｐＨを調整するｐＨ調整装置並びに被発酵処理液の酸化還元電位を調整する空気供給装置を備える。
【００３１】
固液分離槽１３は、酸生成槽１２で生成した発酵処理液を有機酸溶液と酸生成菌体を含有する酸生成菌体含有汚泥とに分離する沈殿槽である。なお、この沈殿槽に代えて例えば膜分離槽（膜分離装置）等の固液分離装置を用いることができる。
【００３２】
固液分離槽１３で分離された有機酸溶液（原料液）は、途中にバルブＶ１が配設されたラインＬ１７を通じて回分式のグラニュール生成槽２０に供給される。一方、沈降した酸生成菌体含有汚泥はラインＬ１５から排出され、その一部は途中にポンプＰ２が配設されたラインＬ１４を通じて酸生成槽１２に導入され、残りは、例えば脱水−焼却等の処理に供される。
【００３３】
回分式のグラニュール生成槽２０は、ラインＬ１７を通じて供給される有機酸溶液を原料液として使用し、微生物汚泥が集合して粒状化してなるグラニュール汚泥を生成するための槽である。グラニュール生成槽２０には、返送汚泥の一部を導入するためのラインＬ７ａが接続されている。このラインＬ７ａは、ラインＬ７から分岐したもので、途中にバルブＶ４が配設されている。
【００３４】
グラニュール生成槽２０は、エアリフト型の半回分式リアクター（ＳＢＲ：sequencing  batch  reactor）であり、所定の基本周期を繰り返し行うことで微生物汚泥から徐々にグラニュールを形成する。以下のグラニュール生成槽２０についての説明においては、微生物汚泥及びグラニュール汚泥を含めて活性汚泥とも称す。
【００３５】
図２〜図５は、グラニュール生成槽２０のグラニュール生成工程の各操作中の状態をそれぞれ示す図である。図２〜図５に示すように、グラニュール生成槽２０は、液体を収容するための円筒状の槽２１を備えている。
【００３６】
槽２１の底部には、槽２１内で生成したグラニュール汚泥を生物処理槽２Ａへと供給するためのラインＬ１９Ａが接続されている。一方、槽２１の側壁部には、槽２１内の処理水Ｗを排出するためのラインＬ１８が接続されている。ラインＬ１８及びラインＬ１９Ａの途中にはそれぞれバルブＶ２及びバルブＶ３がそれぞれ配設されている。
【００３７】
また、槽２１内には内筒２２が配置されており、内筒２２の下部には槽２１内を曝気するための散気手段として散気球２３が設けられている。散気球２３には、ブロア２５が接続されており、ブロア２５からの空気が散気球２３に送風されることで槽２１内に散気される。
【００３８】
このように構成されたグラニュール生成槽２０にあっては、好気条件下において有機酸を微生物汚泥が捕食して増殖するに従い、グラニュール汚泥の粒径が徐々に大きくなる。
【００３９】
本実施形態においては、槽２１内を効率よく循環させるために内筒２２を用いているが、この形状については、本実施形態に限定されず、槽２１内を効率よく循環させるような形状であればどのようなものでもよい。
【００４０】
次に、本実施形態に係る排水処理装置１００によって有機性排水を処理する方法について説明する。
【００４１】
まず、最初沈殿池１において流入下水を生汚泥と被処理水とに分離する（固液分離工程）。被処理水を生物処理槽２Ａに導入し、好気条件下において生物処理する（好気処理工程）。この生物処理槽２Ａ内には、後述のグラニュール生成工程を経て得られたグラニュール汚泥が収容されている。
【００４２】
生物処理槽２ＡからラインＬ３を通じて生物処理水を最終沈殿池３に導入し、最終沈殿池３において生物処理水を分離水と分離汚泥とに固液分離する。最終沈殿池３からラインＬ５を通じて排出される分離水に対して滅菌処理等を施した後、分離水を河川等に放流する。ラインＬ６を通じて排出される分離汚泥の一部をラインＬ７を通じて生物処理槽２Ａに返送し、残りの分離汚泥（余剰汚泥）は系外に排出する。
【００４３】
他方、最初沈殿池１で分離された生汚泥をグラニュール汚泥生成装置１０に導入する。生汚泥貯留槽１１において攪拌され、汚泥濃度が十分に均一な生汚泥を酸生成槽１２に導入し、生汚泥中の有機物を酸生成菌によって酸発酵させて有機酸を生成する（酸生成工程）。酸生成槽１２内の被発酵処理液の酸化還元電位は約−３００〜−２００ｍＶであることが好ましく、ｐＨは約４〜６．５であることが好ましい。なお、１〜４日程度の期間の発酵処理を実施することにより、有機物濃度１００〜３０００質量ｐｐｍ程度の有機酸溶液を得ることができる。
【００４４】
酸生成工程を経て得られた発酵処理液を固液分離槽１３で分離処理し、得られた有機酸溶液をグラニュール生成槽２０に導入する。グラニュール生成槽２０では、有機酸溶液を原料液として使用し、グラニュール汚泥を生成する（グラニュール生成工程）。生成したグラニュール汚泥をラインＬ１９Ａを介して生物処理槽２Ａに供給する。生物処理槽２Ａへのグラニュール汚泥の供給は、グラニュール汚泥が破砕等によって小粒化し、生物処理槽２Ａ内から流出することで当該槽内のグラニュール汚泥濃度が低下した場合に行ってもよく、あるいは連続的に行ってもよい。
【００４５】
グラニュール生成工程は、図６に示すように、注入工程Ｓ１、散気工程Ｓ２、静置工程Ｓ３及び排出工程Ｓ４からなる基本周期を繰り返す半回分式処理によって行われるものである。以下、各工程について説明する。
【００４６】
注入工程Ｓ１では、図２に示すように、有機酸溶液及び微生物汚泥を含有する返送汚泥を槽２１に導入する。図２は、グラニュール生成工程の基本周期（後述）を少なくとも１回実施後、有機酸溶液及び返送汚泥を再び各ライン（ラインＬ１７，ラインＬ７ａ）から注入している状態を示している。活性汚泥Ｇのハッチングは、微生物汚泥Ｇ１やそれが粒状化したグラニュールＧ２が沈殿し堆積した状態を示すものである。
【００４７】
ラインＬ１７及びラインＬ７ａの途中にそれぞれ配設されたバルブＶ１，Ｖ４を開き、両流体を槽２１内に導入する。なお、微生物汚泥の集合体であるグラニュールを効率的に生成する観点から、微生物汚泥を含有する返送汚泥をラインＬ７ａから槽２１に注入することが好ましいが、槽２１内に微生物汚泥が十分に増殖している場合などは必ずしも返送汚泥を注入しなくてもよい。
【００４８】
続く散気工程Ｓ２では、図３に示すように、ブロア２５を駆動して散気球２３に送風し、散気球２３から散気せしめて槽２１内の液体を曝気する。グラニュールＧ２を効率的に生成させる観点から、槽２１内の循環流速が０．５〜１０ｍ／分程度となるように散気量を調整することが好ましい。微生物汚泥Ｇ１は上記範囲の循環流速で流動する過程で集合して小さなグラニュールを形成し、次第に成長する。
【００４９】
散気工程Ｓ２の後の静置工程Ｓ３では、図４に示すように、ブロア２５を停止して曝気を止めて静置する。これにより、槽２１内の液体中に浮遊する固形物（活性汚泥Ｇ）が沈降し、槽２１の底部に活性汚泥Ｇが堆積する。続いて、排出工程Ｓ４では、図５に示すように、上澄み液である処理水ＷをラインＬ１８から排出する。
【００５０】
上記注入工程Ｓ１、散気工程Ｓ２、静置工程Ｓ３及び排出工程Ｓ４からなる基本周期を繰り返す。基本周期を繰り返すことで、散気工程Ｓ２で曝気された際に、微生物汚泥Ｇ１が自己造粒して粒径の大きなグラニュールＧ２が生成される。生成するグラニュールＧ２の粒径は処理条件により変化するが、通常、０．５ｍｍから数ｍｍ程度である。
【００５１】
注入工程Ｓ１、散気工程Ｓ２、静置工程Ｓ３及び排出工程Ｓ４のうち、注入工程Ｓ１及び排出工程Ｓ４に要する時間は装置の規模（槽２１の内容積等）に依存する。一方、散気工程Ｓ２及び静置工程Ｓ３に要する時間は装置の規模に対する依存性は低い。例えば、散気工程Ｓ２における曝気時間は、数時間から２４時間程度とすればよく、静置工程Ｓ３における静置時間は数十分から数時間程度とすればよい。
【００５２】
上記基本周期を繰り返すグラニュール生成工程では、注入工程Ｓ１において有機酸溶液がラインＬ１７を通じて供給される。したがって、微生物汚泥Ｇ１には、有機酸溶液に含まれる有機酸が間欠的に付与されることとなる。そのため、微生物汚泥Ｇ１にとっては、栄養が豊富にある状態（飽食状態）と栄養が不足している状態（飢餓状態）とが繰り返えされることになる。このように、飢餓状態を経た後に飽食状態となると、微生物汚泥Ｇ１がより多くの栄養素を摂取するので、細胞外ポリマーが形成され易く、微生物汚泥Ｇ１が自己造粒し易くなると考えられる。
【００５３】
第１実施形態によれば、微生物汚泥が密に集合したグラニュール汚泥を生物処理槽２Ａにおいて使用するため、通常の活性汚泥を使用した場合と比較し、生物処理槽２Ａ内の汚泥濃度を高濃度に維持できる。そのため、有機性排水中の有機物（ＢＯＤ成分）の分解処理効率を著しく向上できる。その結果、生物処理槽２Ａの容積を大幅に低減できる。
【００５４】
（第２実施形態）
図７は、本発明の第２実施形態に係る排水処理装置を示す概略構成図である。同図に示す排水処理装置２００は、下水に対して生物学的脱窒及び生物学的脱リンを含む高度処理を行う装置である点において第１実施形態の排水処理装置１００と相違する。この排水処理装置２００は、最初沈殿池１、生物処理槽２Ｂ、最終沈殿池３と共にグラニュール汚泥生成装置１０を備えている。本実施形態では、最初沈殿池１が第３の固液分離槽に相当し、最終沈殿池３が第４の固液分離槽に相当する。
【００５５】
より具体的には、排水処理装置２００は、以下の（１）〜（５）の点において第１実施形態の排水処理装置１００と相違する。
（１）生物処理槽２Ｂは嫌気槽２ａ、無酸素槽２ｂ、好気槽２ｃをこの順に備え、Ａ２Ｏ法と呼ばれる活性汚泥法による生物処理を行うものである。なお、嫌気槽２ａにおける処理を経た処理液は無酸素槽２ｂに送られ、無酸素槽２ｂにおける処理を経た処理液は好気槽２ｃに送られる。
（２）最初沈殿池１からの被処理水がラインＬ２を通じて無酸素槽２ｂに供給される。
（３）好気槽２ｃ内の処理液及びグラニュール汚泥の一部を無酸素槽２ｂに返送するラインＬ４を備えている。
（４）嫌気槽２ａに有機酸溶液の一部を供給するライン（有機酸供給ライン）Ｌ１６を備えている。
（５）グラニュール生成槽２０で生成したグラニュール汚泥を無酸素槽２ｂ及び／又は好気槽２ｃに供給するライン（第２のグラニュール供給ライン）Ｌ１９Ｂを備えている。
【００５６】
上記（１）の構成を採用することにより、下水に対して生物学的脱窒及び生物学的脱リンを含む高度処理を行うことができる。
【００５７】
上記（２）の構成を採用することにより、被処理水に含まれる有機物（ＢＯＤ成分）の存在下、無酸素槽２ｂ内の脱窒細菌によって硝酸態窒素（ＮＯ３−−Ｎ）を窒素ガスに還元し、被処理水中から窒素を除去できる。なお、被処理水の有機物濃度が高い場合や被処理水量の変動が小さい場合には、最初沈殿池１からの被処理水を嫌気槽２ａに導入してもよく、あるいは嫌気槽２ａ及び無酸素槽２ｂの両方に適宜分割して導入してもよい。
【００５８】
上記（３）の構成を採用することにより、好気槽２ｃ内で生成する硝酸態窒素（ＮＯ３−―Ｎ）を無酸素槽２ｂに供給できる。ここで、硝酸態窒素は、主に被処理水中のアンモニア態窒素（ＮＨ４＋−Ｎ）が好気槽２ｃ内の硝化細菌によって酸化されたものである。
【００５９】
上記（４）の構成を採用することにより、嫌気槽２ａ内に有機酸を供給することができ、嫌気槽２ａ内にあってはラインＬ７を介して導入された返送汚泥の微生物菌体に有機酸が取り込まれると同時に、微生物菌体がリンを効率的に放出する。また、嫌気槽２ａ内の嫌気条件下に曝されたリン蓄積細菌が後段の無酸素槽２ｂ内及び好気槽２ｃ内を順に通過することにより、リン蓄積細菌が優先的に増殖するため、脱リン処理が促進される。
【００６０】
上記（５）の構成を採用することにより、グラニュール生成槽２０で生成したグラニュール汚泥を、運転条件などに応じて適宜無酸素槽２ｂ及び／又は好気槽２ｃに供給できる。
【００６１】
嫌気槽２ａ内の酸化還元電位は、微生物菌体からのリンの放出に適した嫌気状態を保つ観点から約−４５０〜−１５０ｍＶ程度に保持することが好ましい。無酸素槽２ｂ内の酸化還元電位は、被処理水の脱窒反応を促進させる観点から約−３００〜−１００ｍＶ程度に保持することが好ましい。
【００６２】
第２実施形態によれば、微生物汚泥が密に集合したグラニュール汚泥を無酸素槽２ｂ及び好気槽２ｃにおいて使用するため、通常の活性汚泥を使用した場合と比較し、両槽内の汚泥濃度を高濃度に維持できる。そのため、無酸素槽２ｂにあっては硝酸態窒素を窒素ガスに変換する脱窒素反応が促進され、好気槽２ｃにあってはアンモニア態窒素を硝酸態窒素に変換する硝化反応及び有機物（ＢＯＤ成分）の分解処理が促進される。その結果、生物処理槽２Ｂの容積を大幅に低減できる。特に、一般に大きな容積を要する好気槽２ｃにおける硝化反応の速度が高まることにより、好気槽２ｃの容積を大幅に低減できる。
【００６３】
以上、説明した第１及び第２実施形態によれば、原料液として有機酸溶液を使用することにより、好気性グラニュール汚泥をグラニュール生成槽２０において安定的且つ効率的に生成することができる。このグラニュール生成槽２０で生成したグラニュール汚泥を生物処理槽２Ａ，２Ｂにおいて使用することで、有機性排水を十分に安定的且つ効率的に生物処理できる。
【００６４】
好気性グラニュール汚泥を生成する場合、原料液の有機物濃度（ＢＯＤ）は約２００〜１０００ｍｇ／Ｌ程度であることが好ましく、本実施形態によれば、生汚泥を発酵させることにより有機物濃度が上記範囲の有機酸溶液を容易に得ることができる。なお、通常の下水は有機物濃度が約５０〜２００ｍｇ／Ｌ程度と低く、また変動も大きいため、好気性グラニュール汚泥を安定的且つ効率的に生成することは困難である。
【００６５】
また、上記実施形態によれば、最初沈殿池１で分離された生汚泥をグラニュール汚泥の原料として有効利用できる。これにより、当該排水処理装置から排出される汚泥を低減できるという利点がある。
【００６６】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の上記実施形態に限定されず、下記のようなものであってもよい。
【００６７】
上記実施態に係る排水処理装置は、最初沈殿池１で分離された生汚泥を貯留する生汚泥貯留槽１１を具備するが、この生汚泥貯留槽１１を設置せず、ラインＬ１１からの生汚泥を酸生成槽１２に直接導入してもよい。また、酸生成槽１２に導入される生汚泥の汚泥濃度が低い場合は、生汚泥濃縮槽を設置し、当該濃縮槽で濃縮された濃縮汚泥を生汚泥貯留槽１１又は酸生成槽１２に導入してもよい。
【００６８】
また、上記実施形態においては、ラインＬ７ａを通じてグラニュール生成槽２０に返送汚泥を導入する構成としたが、微生物汚泥がグラニュール生成槽２０に供給されればよいため、ラインＬ３で移送される生物処理液、ラインＬ６から排出される余剰汚泥またはラインＬ１５から排出される酸生成菌体含有汚泥をグラニュール生成槽２０に導入してもよい。また、有機酸溶液に微生物汚泥が十分に含まれている場合には、グラニュール生成槽２０に微生物汚泥を供給しなくてもよい。
【００６９】
更に、上記実施形態においては、生物処理槽２Ａ，２Ｂからグラニュール汚泥が流出することを防止する手段としてフィルター２ｆを例示したが、このフィルター２ｆの代わりに、生物処理槽２Ａ，２Ｂから生物処理水と共に流出したグラニュール汚泥を回収するグラニュール回収手段を設けてもよい。図８は、グラニュール回収手段の一例を示す概略構成図である。同図に示すグラニュール回収手段は、ラインＬ３の途中に設けられた小型のグラニュール分離槽２ｇと、回収したグラニュール汚泥を生物処理槽（好気槽及び／又は無酸素槽）内へと返送するグラニュール返送ラインＬ２ｇとを備える。
【００７０】
また、上記第１実施形態では活性汚泥法（Ｏ法）を、上記第２実施形態では生物学的脱窒・脱リン（Ａ２Ｏ法）をそれぞれ例示したが、嫌気処理と好気処理とを行う（ＡＯ法）に本発明を適用してもよい。更に、上記第２実施形態では、嫌気槽２ａ、無酸素槽２ｂ及び好気槽２ｃをそれぞれ単独で備える生物処理槽２Ｂを例示したが、窒素含有化合物及びリン含有化合物をより高度に除去するため、好気槽２ｃの後段に、更に無酸素槽・好気槽の系列を付加してもよい。この場合、これらの無酸素槽・好気槽にもグラニュール生成槽２０で生成したグラニュール汚泥を導入することが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る排水処理装置を示す概略構成図である。
【図２】グラニュール生成槽の注入工程における状態を示す図である。
【図３】グラニュール生成槽の散気工程における状態を示す図である。
【図４】グラニュール生成槽の静置工程における状態を示す図である。
【図５】グラニュール生成槽の排出工程における状態を示す図である。
【図６】グラニュール生成工程の基本周期を示すフローチャートである。
【図７】本発明の第２実施形態に係る排水処理装置を示す概略構成図である。
【図８】グラニュール回収手段の一例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００７２】
１…最初沈殿池（第１，第３の固液分離槽）、２Ａ…生物処理槽（好気槽）、２Ｂ…生物処理槽、２ａ…嫌気槽、２ｂ…無酸素槽、２ｃ…好気槽、２ｆ…フィルター（グラニュール流出防止手段）、２ｇ…グラニュール分離槽（グラニュール回収手段）、３…最終沈殿池（第２，第４の固液分離槽）、１２…酸生成槽、２０…グラニュール生成槽、１００，２００…排水処理装置、Ｌ２ｇ…グラニュール返送ライン（グラニュール回収手段）、Ｌ７…分離汚泥返送ライン、Ｌ１６…有機酸供給ライン、Ｌ１９Ａ…第１のグラニュール供給ライン、Ｌ１９Ｂ…第２のグラニュール供給ライン。
【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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【図７】
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【図８】
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