(57)【要約】【課題】余剰汚泥の発生を抑制することができる好気性排水処理における汚泥発生の抑制法を提供する。【解決手段】有機物を含んだ排水をばっ気槽１０内に導入し、その排水を活性汚泥にて好気性処理するに際して、ばっ気槽１０内の排水中の溶存酸素濃度（ＤＯ）が、５ｍｇ／Ｌ以上となるようばっ気槽１０内に空気又は酸素を吹き込むと共にその溶存酸素濃度（ＤＯ）を検出し、かつばっ気槽１０内の排水の活性汚泥濃度（Ｘ）が設定値以下となるように溶存酸素濃度（ＤＯ）を調整するものである。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機物を含んだ排水をばっ気槽内に導入し、その排水を活性汚泥にて好気性処理するに際して、ばっ気槽内の排水中の溶存酸素濃度が、５ｍｇ／Ｌ以上となるようばっ気槽内に空気又は酸素を吹き込むと共にその溶存酸素濃度を検出し、かつばっ気槽内の排水の活性汚泥濃度が設定値以下となるように溶存酸素濃度を調整することを特徴とする好気性排水処理における汚泥発生の抑制法。
【請求項２】
ＢＯＤ汚泥変換率をａ、汚泥の自己分解速度係数をｂとしたときのｂ／ａを、排水の処理量、ばっ気槽の容積、導入する排水のＢＯＤ濃度、ばっ気槽内の汚泥濃度、ばっ気槽内ＢＯＤ濃度から算出すると共に、これらから求めたｂ／ａのデータをもとに、溶存酸素濃度に基づくｂ／ａを算出し、他方ばっ気槽内の汚泥濃度を検出し、その汚泥濃度が設定値以下となるｂ／ａを求めると共に、そのｂ／ａとなるように溶存酸素濃度を制御する請求項１記載の好気性排水処理における汚泥発生の抑制法。
【請求項３】
上記ｂ／ａが、０．１５以上となるように溶存酸素濃度を制御する請求項２記載の好気性排水処理における汚泥発生の抑制法。
【請求項４】
ばっ気槽内のばっ気管から吹き込むガス量が一定となるよう、空気等のガスに純酸素又は酸素富化空気を混入して酸素濃度を制御する請求項１〜３のいずれかに記載の好気性排水処理における汚泥発生の抑制法。
【請求項５】
ばっ気槽が加圧型であり、ばっ気管から圧縮空気を供給し、その圧縮空気にばっ気槽から排出されたガスを混合して、ばっ気管から吹き込むガス量が一定となるよう制御しつつ酸素濃度を制御する請求項１〜３のいずれかに記載の好気性排水処理における汚泥発生の抑制法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、産業排水や生活排水をばっ気処理する好気性排水処理に係り、特に活性汚泥の発生を抑制できる好気性排水処理における汚泥発生の抑制法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
好気的に排水を浄化する場合、排水中の汚濁物質（有機物）の約半分は、二酸化炭素と水に分解されるが、残りの半分は、汚泥（微生物）増殖に使われる。好気性処理の代表例である活性汚泥法では、汚泥濃度を一定に保つ必要があるため、一般的には増殖した汚泥は系外に引き抜き、脱水・焼却・埋め立てなどの処理が行われる。また、一部のプラントでは増殖した汚泥を高温高圧下で液状化させ、再び活性汚泥に戻して処理する方法もある。
【０００３】
一般的な方法では、汚泥処分費がランニングコストを引き上げている上、埋め立て処分場の逼迫などの問題を抱えている。高温高圧処理する方法は、運転が不安定であり、開発途上の方法である。
【０００４】
一般には、活性汚泥による処理能力を高めるために、特許文献１〜３に示されるようにばっ気槽内の溶存酸素濃度を上げるべく、純酸素を吹き込んだり、ばっ気槽を加圧槽として空気を吹き込むことが提案されている。
【０００５】
【特許文献１】特開昭５４−８１６６０号公報
【特許文献２】特開昭５６−１００６９５号公報
【特許文献３】特開２００２−２３９５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、好気性処理能力を上げるべく、単純に溶存酸素濃度を上げても、その分、活性汚泥の発生量も増えてしまう問題がある。
【０００７】
すなわち、溶存酸素濃度を上げれば、活性汚泥の活性が高まり、活性汚泥が増殖するが、これは、ばっ気槽内に流入する排水のＢＯＤ濃度にも関係し、例えば、ＢＯＤ濃度が低ければ溶存酸素濃度を上げても、ばっ気槽内の汚泥濃度は下がり、また逆にＢＯＤ濃度が高ければ、汚泥濃度は上がってしまい、その分、余剰汚泥も発生してしまう関係にあり、従って、ばっ気槽内を適正な溶存酸素濃度に保つことは困難である。
【０００８】
また、仮にばっ気槽内の汚泥濃度と溶存酸素濃度を適正に保って運転しても、ばっ気槽内に流入する原水のＢＯＤ濃度は、常に変動するため、適正な運転条件も変動してしまう。
【０００９】
このように、ばっ気槽から排出される余剰汚泥を抑制しつつ、ばっ気槽内の溶存酸素濃度を適正に保つ技術は開発されていない。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、好気性排水処理を行う際に、余剰汚泥の発生を抑制できる好気性排水処理における汚泥発生の抑制法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、有機物を含んだ排水をばっ気槽内に導入し、その排水を活性汚泥にて好気性処理するに際して、ばっ気槽内の排水中の溶存酸素濃度が、５ｍｇ／Ｌ以上となるようばっ気槽内に空気又は酸素を吹き込むと共にその溶存酸素濃度を検出し、かつばっ気槽内の排水の活性汚泥濃度が設定値以下となるように溶存酸素濃度を調整することを特徴とする好気性排水処理における汚泥発生の抑制法である。
【００１２】
請求項２の発明は、ＢＯＤ汚泥変換率をａ、汚泥の自己分解速度係数をｂとしたときのｂ／ａを、排水の処理量、ばっ気槽の容積、導入する排水のＢＯＤ濃度、ばっ気槽内の汚泥濃度、ばっ気槽内ＢＯＤ濃度から算出すると共に、これらから求めたｂ／ａのデータをもとに、溶存酸素濃度に基づくｂ／ａを算出し、他方ばっ気槽内の汚泥濃度を検出し、その汚泥濃度が設定値以下となるｂ／ａを求めると共に、そのｂ／ａとなるように溶存酸素濃度を制御する請求項１記載の好気性排水処理における汚泥発生の抑制法である。
【００１３】
請求項３の発明は、上記ｂ／ａが、０．１５以上となるように溶存酸素濃度を制御する請求項２記載の好気性排水処理における汚泥発生の抑制法である。
【００１４】
請求項４の発明は、ばっ気槽内のばっ気管から吹き込むガス量が一定となるよう、空気等のガスに純酸素又は酸素富化空気を混入して酸素濃度を制御する請求項１〜３のいずれかに記載の好気性排水処理における汚泥発生の抑制法である。
【００１５】
請求項５の発明は、ばっ気槽が加圧型であり、ばっ気管から圧縮空気を供給し、その圧縮空気にばっ気槽から排出されたガスを混合して、ばっ気管から吹き込むガス量が一定となるよう制御しつつ酸素濃度を制御する請求項１〜３のいずれかに記載の好気性排水処理における汚泥発生の抑制法である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ばっ気槽内の排水の活性汚泥濃度が設定値以下となるように溶存酸素濃度を調整することで、余剰汚泥を抑制することができるという優れた効果を発揮するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の好適な一実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１８】
先ず、図１を用いて標準活性汚泥法を説明する。
【００１９】
ばっ気槽１０には、排水ライン１１から有機物を含んだ排水（廃水）が導入され、ばっ気槽１０の底部に設けたばっ気管１２から空気又は酸素１７が供給されて好気性処理がなされ、そのばっ気後の処理水がライン１３から沈殿槽１４に導入され、そこで固液分離され、上澄み液が処理水として処理水ライン１５から排出される。
【００２０】
沈殿槽１４の底部に沈殿した活性汚泥は、一部返送汚泥として戻しライン１５を介してばっ気槽１０に戻され、残りは余剰汚泥として汚泥ライン１６から排出される。
【００２１】
この標準活性汚泥法における汚泥発生量を説明する。
【００２２】
排水の処理量をＦ［ｍ3 ／ｄ］、流入原水ＢＯＤ濃度をＳ0  ［ｍｇ／Ｌ］とし、ばっ気槽１０の容積をＶ［ｍ3 ］、汚泥濃度（ＭＬＳＳ）をＸ［ｍｇ／Ｌ］、ばっ気槽内ＢＯＤ濃度をＳ［ｍｇ／Ｌ］、溶存酸素濃度をＤＯ［ｍｇ／Ｌ］とし、沈殿槽での濃縮率をｃ、汚泥返送率をα、余剰汚泥排出速度Ｆexを［ｍ3 ／ｄ］とすると、
余剰汚泥（ＦexｃＸ）発生量は、
ＦexｃＸ＝ａＦ（Ｓ0 −Ｓ)−ｂＸＶ
但し、
ａ：ＢＯＤ汚泥変換率（＝ＹX/S  ）
ｂ：汚泥の自己分解速度係数
である。
【００２３】
ここで、汚泥引き抜きのない系では、
ＦexｃＸ＝ａＦ（Ｓ0 −Ｓ）−ｂＸＶ＝０        …（１）
であり、式（１）の右の２項より、汚泥の自己分解速度係数ｂは、
ｂ＝（１／Ｘ）（Ｆ／Ｖ）（Ｓ0 −Ｓ）ａ        …（２）
であり、汚泥発生を示すパラメータをｂ／ａとすると、
ｂ／ａ＝（１／Ｘ）（Ｆ／Ｖ）（Ｓ0 −Ｓ）      …（３）  
となる。
【００２４】
ここで、ばっ気槽に、空気と純酸素を吹き込んで好気性処理したときの試験例を示すと、
空気          純酸素
溶存酸素濃度（ＤＯ）［ｍｇ／Ｌ］          ２            １９
原水（流入）ＢＯＤ濃度Ｓ0 ［ｍｇ／Ｌ］  ２５０          ２５０
ＢＯＤ除去率［％］                    ９３．６       ９２．４
処理水中のＢＯＤ濃度Ｓ［ｍｇ／Ｌ］        １６            １９
ばっ気槽容積Ｖ［Ｌ］                      ３              ６
処理量Ｆ［Ｌ／ｄ］                        ６              ６
汚泥濃度（ＭＬＳＳ）Ｘ［ｍｇ／Ｌ］    ３，５００      ２，０００
となり、
ｂ／ａは、（３）式から、空気を引き込んだ溶存酸素濃度ＤＯ＝２では、０．１３、純酸素を吹き込んだＤＯ＝１９では、０．２３となる。
【００２５】
一般的な活性汚泥のＢＯＤ汚泥変換率ａは、ａ＝０．５〜０．８で一定であり、空気を吹き込んだときと、純酸素を吹き込んだときの汚泥発生を示すパラメータｂ／ａは、変換率を最小と仮定して、ａ＝０．５とした場合、
空気では、ｂ／ａ＝０．００６５
純酸素では、ｂ／ａ＝０．１１５
また、変換率を最大と仮定して、ａ＝０．８とした場合には、
空気では、ｂ／ａ＝０．１０４
純酸素では、ｂ／ａ＝０．１８４
となり、汚泥発生のパラメータに溶存酸素濃度（ＤＯ）が影響していることが判る。
【００２６】
上記（３）式は、ばっ気槽の容積Ｖや処理水のＢＯＤ濃度Ｓ、汚泥濃度（ＭＬＳＳ）Ｘのパラメータを含んでおり、汚泥濃度Ｘも溶存酸素濃度（ＤＯ）も変化しているため、ｂ／ａを求めるのが難しくなる。
【００２７】
そこで、汚泥濃度（ＭＬＳＳ）Ｘ、溶存酸素濃度（ＤＯ）が安定している下記のデータ(1)〜(4)からｂ／ａを求めた結果を下表と図４に示す。
【００２８】
ＤＯ     ＭＬＳＳ   原水BOD   BOD除去率    ｂ／ａ  
(1)    ４．０    ２５００    ２５０      ８５      ０．１７
(2)  １０．０    ２０００    ３００      ８５      ０．２５５
(3)  ３０．０    １６００    ４００      ９５      ０．４７５
(4)  １８．０    １５００    ３５０      ９０      ０．４２
この表と図４から、溶存酸素濃度（ＤＯ）を高くすると汚泥濃度（ＭＬＳＳ）は下がり、またＢＯＤ除去率は、一定もしくは上昇することがわかる。しかし図４より溶存酸素濃度を２０[ｍｇ／Ｌ]から３０[ｍｇ／Ｌ]に高くしても汚泥濃度（ＭＬＳＳ）には変化がない、このことは、排水（原水）のＢＯＤ濃度に対して、過剰に溶存酸素濃度を上げても、除去率は、一定もしくは上がるものの、酸素などを無駄に供給することになりランニングコストの上昇を招くものといえる。
【００２９】
次に、このデータ(1)〜(4)に基づき、溶存酸素濃度（ＤＯ）に対するｂ／ａの変化をミカエリス−メンテの式で近似して表すと、
ｂ／ａ＝（ｂ／ａ）max  ×｛ＤＯ／（Ｋb/a  ＋ＤＯ）    …（４）
となる。
【００３０】
但し、（ｂ／ａ）max は、排水の最大溶存酸素濃度のときのｂ／ａの最大値、Ｋb/a  は、溶存酸素の飽和定数である。
【００３１】
図５は、上記データ(1)〜(4)のＤＯとｂ／ａの逆数を取ってプロット（ラインウィーバプロット）した結果を示したもので、この図５よりＤＯ-1をｘ、ｂ／ａ-1をｙとすると、  ｙ＝１７．４２２＋１．６６１
の近似式が得られる。
【００３２】
これをもとに、（ｂ／ａ）max  と、Ｋb/a  を求めると、
（ｂ／ａ）max  は、０．６０２、Ｋb/a  は、１０．４９が求まる。
【００３３】
この（４）の近似式で求めたＤＯ、ｂ／ａの計算結果と、データ(1)〜(4)のＤＯとｂ／ａの値の結果を図６を示した。
【００３４】
図６中で、点線の領域Ｒで示した部分が、空気吹き込みによる一般的活性汚泥法で行われている制御領域であり、本願発明では、この領域外、すなわち、ｂ／ａが、０．１５以上で、溶存酸素濃度（ＤＯ）が５［ｍｇ／Ｌ］以上で、かつ、適正な溶存酸素濃度で運転すれば、余剰活性汚泥を抑制しながら好気性処理が行えることを見出した。
【００３５】
実際の制御においては、先ず図１に示した標準活性汚泥法で、溶存酸素濃度（ＤＯ）が５［ｍｇ／Ｌ］以上となるように、また処理する原水（排水）の平均的なＢＯＤ濃度Ｓ0 に応じて、ばっ気槽１０内の汚泥濃度（ＭＬＳＳ）Ｘ0 を設定し、それに基づいて、空気或いは酸素の供給量を設定して好気性処理を行う。
【００３６】
この好気性処理において、ばっ気槽１０に、溶存酸素計２０を設置して溶存酸素濃度（ＤＯ）を検出し、その検出した溶存酸素濃度（ＤＯ）から図６に示したｂ／ａの値を求める。
【００３７】
この図６から得られたｂ／ａの値は、実際の溶存酸素濃度（ＤＯ）から、上記（４）式で求められる値であり、このｂ／ａの値を、上記（３）式に代入すれば、汚泥濃度Ｘ（ＭＬＳＳ）が求まり、また逆に、ばっ気槽１０内に流入するＢＯＤ濃度Ｓ0 と処理水のＢＯＤ濃度Ｓを求め、さらに汚泥濃度Ｘ（ＭＬＳＳ）を、サンプリングにて直接或いは光学式計測器で測定すれば、（３）式よりａ／ｂが求まる。
【００３８】
従って、（４）式で求めたｂ／ａの値をもとに、（３）式に基づいて、汚泥濃度Ｘを求め、これと実際に測定した汚泥濃度を比較すれば、その汚泥濃度の余剰分がわかり、また逆に、実際に測定した汚泥濃度Ｘから（３）式で、ａ／ｂの値を求め、その値をもとに、（４）式により溶存酸素濃度（ＤＯ）を求めれば、酸素濃度の過不足がわかることとなる。
【００３９】
従って、溶存酸素濃度（ＤＯ）と、実際に測定した汚泥濃度Ｘのデータと、上記（３）、（４）で、ａ／ｂと汚泥濃度をそれぞれ求めれば、設定した汚泥濃度Ｘ0 に対して、ばっ気槽１０内の汚泥濃度Ｘが適正であるかが判り、またその測定した汚泥濃度Ｘに応じて、ｂ／ａの値が適正となる溶存酸素濃度（ＤＯ）を求めることができ、これにより、ばっき槽１０内が適正な溶存酸素濃度となるように、酸素供給量を制御することで、余剰汚泥の発生を抑制した運転が行える。
【００４０】
このように、本発明は、溶存酸素濃度（ＤＯ）の高い条件で微生物を培養し、増殖に対する自己分解の比率を大きくすることで、微生物の増殖量を制限することができることに着目し、最適な溶存酸素濃度で運転を行えば、余剰汚泥の発生を抑制できることを見出したものである。
【００４１】
すなわち、本発明は、溶存酸素濃度（ＤＯ）を検出し、そのＤＯでｂ／ａを求めると共に、測定した汚泥濃度（ＭＬＳＳ）に応じて適正な酸素濃度にすることで、高いＢＯＤ除去率を維持しつつ、余剰活性汚泥の発生を抑制することができる。
【００４２】
一般に活性汚泥法では、溶存酸素を高くしても微生物活性が低下することがないため、処理性能を維持しつつ余剰汚泥発生量を削減でき、従来の沈殿槽等の処理設備も不要（機器点数減少）となり、ランニングコストの低減が可能となる。
【００４３】
好気性処理設備において、空気吹き込みでは、溶存酸素濃度は、４［ｍｇ／Ｌ］程度しか上げられないため、溶存酸素濃度（ＤＯ）を上げるには、純酸素や酸素富化空気を用いるか、或いは、設備全体を耐圧容器とし、加圧型とし、圧縮空気を吹き込む方法がある。
【００４４】
本発明においては、酸素供給、或いは加圧して供給することで、溶存酸素濃度を５〜４０［ｍｇ／Ｌ］の範囲で、適正な溶存酸素濃度に制御することで、微生物の活性を低下させることなく、増殖できない環境を整えることが可能となり、これにより余剰汚泥の発生を抑制できるものである。
【００４５】
次に、本発明の装置例を図２、図３により説明する。
【００４６】
図２は、常圧型の装置構成を示し、上部開放型のばっ気槽１０の底部に排水ライン１１を接続し、上部に処理水ライン１５を接続する。
【００４７】
このばっき槽１０には、処理する排水の有機物に応じて所定の汚泥濃度となるように活性汚泥が直接充填、或いは活性汚泥を担体に担持させた状態で充填される。
【００４８】
ばっ気槽１０の底部には、ばっ気管１２を設置し、ばっ気槽１０内にエアリフトのための内筒２１を設け、その内筒２１の上部に逆ロート状のガス収集部材２２を設置する。これにより、排水ライン１１からの有機物を含む排水は、ばっ気管１２から吹き込まれた純酸素、酸素富化空気により、内筒２１内を上昇し、酸素は、ガス収集部材２２より収集されてばっ気槽１０から排気される。
【００４９】
他方、有機物と活性汚泥を含んだ排水は、ガス収集部材２２で図示の矢印２４のように反転して、内筒２１の外周で下降流となって再度内筒２１に流れて循環する。またガス収集部材２２を酸素と共に上昇した液分は、ガス収集部材２２の上端からオーバーフローし、そこで固形分が矢印２５のように沈降して固液分離がなされ、矢印２４のように反転して下降流となった液と共に内筒２１で再度循環される。また固液分離された処理水は処理水ライン１５から排水される。
【００５０】
この図２の装置において、固液分離部となるばっ気槽１０の液面上部に溶存酸素計２０を設け、この検出値をばっ気管１２に酸素を供給する酸素供給ライン２６に接続した酸素供給制御装置２７に入力する。
【００５１】
酸素供給制御装置２７は、溶存酸素濃度計２０から入力された溶存酸素濃度が適正となるように、ばっ気管１２から吹き込む酸素量を制御する。この場合、酸素供給制御装置２７は、内筒２１による液の内部循環量を一定にするために、ばっ気管１２から吹き込むガス量を一定とし、そのガスに混入する酸素濃度を変えることで酸素量を制御するようにする。具体的には、空気に純酸素や酸素富化空気を混ぜて、酸素濃度が所定になるように、或いは図には示していないが、ばっ気槽１０を密閉型とし、そのばっ気槽１０から排気される二酸化炭素等を含むガスを酸素供給制御装置２７に戻し、そのガスに酸素を混合するようにしてもよい。
【００５２】
酸素供給制御装置２７は、上述したように、排水ライン１１からの原水のＢＯＤ濃度、ばっ気槽１０内の汚泥濃度、処理水ライン１５から排出される処理水のＢＯＤ濃度の検出値が入力されており、これらをもとに最適な酸素濃度を設定して、ばっ気槽１０内がその設定の溶存酸素濃度となるようにばっ気管１２から吹き込むことで、余剰汚泥を抑制しつつＢＯＤ除去率の高い好気性処理が行えることとなる。
【００５３】
図３は、ばっ気槽３０を加圧型としたものであり、ばっ気槽３０が圧力容器で形成される他は、ばっ気槽３０内の内部構造は同じであり、底部にばっ気管１２、内部に内筒２１とガス収集部材２２が同様に設置されると共に、溶存酸素濃度計２０が設けられている。
【００５４】
この例においては、酸素供給制御装置３７は、圧縮空気をばっ気管１２に供給することで、ばっ気槽１０内の排水の溶存酸素濃度を上昇させるようにし、また、内筒２１による液循環量を一定にするため、ばっ気槽３０から排気されるガスの一部を、戻しライン３２からブロア３３を介して酸素供給制御装置３７に戻すことで、ばっ気槽３０内の圧力を一定にしたまま溶存酸素量を制御することができる。
【００５５】
通常、ばっ気槽３０内に、５気圧程度の圧縮空気を吹き込むと共にばっ気槽３０内の圧力をその圧縮空気圧力に保つことで、水温２０℃では溶存酸素濃度を最大で４０ｍｇ／Ｌにすることができ、これに戻しライン３２からのガスを混合することで、５〜４０ｍｇ／Ｌの範囲に溶存酸素濃度を制御できる。
【００５６】
本例では、図２と違って純酸素を吹き込むのに比して、圧縮空気を吹き込むため、ランニングコストを低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明において、ばっ気槽内での汚泥発生を説明するための、バランスシートを示す図である。
【図２】本発明の方法を実施する装置例を示す図である。
【図３】本発明の方法を実施する他の装置例を示す図である。
【図４】本発明において、好気性処理したときの溶存酸素濃度とばっ気槽内の汚泥濃度及びＢＯＤ除去率の結果を示す図である。
【図５】図４の結果から、ｂ／ａを溶存酸素濃度で求めるための近似式作成のための図である。
【図６】本発明において、図４の結果と図５の近似式から溶存酸素濃度とｂ／ａの関係を示した図である。
【符号の説明】
【００５８】
１０  ばっ気槽
１１  排水ライン
１２  ばっ気管
【図１】
2008188548.tif 000003
【図２】
2008188548.tif 000004
【図３】
2008188548.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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