(57)【要約】【課題】連続流入排水の生物学的処理にあたり粒状微生物汚泥を生成・維持する。【解決手段】連続流入排水を混合装置１で微生物汚泥と混合し高濃度の排水を汚泥に接触させて汚泥内へ有機物等を深く浸透させ且つ当該浸透により汚泥粒状化を図り、この粒状汚泥と排水の混合液を反応装置２にて好気性で処理し粒状汚泥全体を利用して有機物等を効果的に処理し且つ当該処理に従い汚泥粒状化を一層図り、この混合液中の大径化が図られた粒状汚泥の沈降速度の速さを利用して分離装置４で沈降速度の遅い浮遊性活性汚泥含有処理水と分離し、分離処理水を連続的に流出させ浮遊性活性汚泥を優先種とするのを防止する一方で、分離粒状汚泥を連続流入排水と混合するようにラインＬ１を介し戻して粒状汚泥の流出を防止し且つ優先種とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続的に流入する排水を生物学的処理しその処理水を連続的に流出する生物学的排水処理装置であって、
前記連続的に流入する排水を、微生物汚泥と混合する混合装置と、
この混合装置で混合した混合液を好気性状態で処理する反応装置と、
この反応装置からの混合液を、沈降速度の速い粒状の微生物汚泥と沈降速度の遅い浮遊性活性汚泥を含む前記処理水とに分離する分離装置と、
前記分離した沈降速度の速い粒状の微生物汚泥を前記微生物汚泥として前記混合装置に移送するための移送ラインと、を具備したことを特徴とする生物学的排水処理装置。
【請求項２】
前記混合装置は、前記反応装置内の上流側を構成することを特徴とする請求項１記載の生物学的排水処理装置。
【請求項３】
前記反応装置を複数段に分けて前記混合液を順次処理することを特徴とする請求項１又は２記載の生物学的排水処理装置。
【請求項４】
前記反応装置に供給する酸素量を、液中の溶存酸素濃度により制御することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の生物学的排水処理装置。
【請求項５】
前記分離装置を、混合液を固体・液体・気体の三相に分離する三相分離装置とし、
この三相分離装置を、前記反応装置の上部に配設し、当該三相分離装置に、前記反応装置からの混合液が流入することを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の生物学的排水処理装置。
【請求項６】
連続的に流入する排水を生物学的処理しその処理水を連続的に流出する生物学的排水処理方法であって、
前記連続的に流入する排水を、微生物汚泥と混合する混合工程と、
この混合工程で混合した混合液を好気性状態で処理する反応工程と、
この反応工程からの混合液を、沈降速度の速い粒状の微生物汚泥と沈降速度の遅い浮遊性活性汚泥を含む前記処理水とに分離する分離工程と、
前記分離した沈降速度の速い粒状の微生物汚泥を前記微生物汚泥として前記混合工程に移送する移送工程と、を具備したことを特徴とする生物学的排水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排水を微生物汚泥を用いて生物学的処理する生物学的排水処理装置及び生物学的排水処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
生物学的排水処理方法として活性汚泥法が広く知られ普及している。この活性汚泥法にあっては、活性汚泥を沈降分離して再利用するため、沈殿池が必要となるが、活性汚泥は、その沈降速度が遅いため、沈殿池に膨大な面積が必要で建設費が高くなるという問題がある。また、敷地に制約のある都市部では既設の処理能力を増強したくても、増設できないという問題が発生している。
【０００３】
一方、有用な微生物を粒状（グラニュール）にして排水処理に活用する試みがある。この方法では、粒状の微生物汚泥の沈降速度が速いため、沈殿池の面積を小さくすることが期待できる。しかしながら、この粒状の微生物汚泥を用いる方法は、嫌気性の処理方法としての実用化は進んでいるが、好気性の処理方法としては多くの問題があって本格的な実用化には至っていない。主な問題点は、好気性環境では、粒状の微生物汚泥を安定して生成・維持することができないことにあった。
【０００４】
ここで、最近の研究では、特許文献１〜３に記載のように、好気性環境でも粒状の微生物汚泥を安定して生成させる技術が開発されつつある。しかしながら、特許文献１〜３に記載の技術は、ＳＢＡＲ（Sequencing Batch Airlift Reactor；ＳＢＲ（Sequencing Batch Reactor）とも呼ぶ）と呼ばれるバッチ式（回分式）の処理装置を採用しており、例えば下水のように連続的に大量の排水が流入する処理施設には適用することができない。一方、連続的に流入する排水を、粒状の好気性微生物汚泥を用いて生物学的処理する方法が、特許文献４、５に記載されている。
【特許文献１】ＷＯ  ２００４／０２４６３８  Ａ１
【特許文献２】ＷＯ  ９８／３７０２７
【特許文献３】特表２００５−５１７５３２
【特許文献４】特許第１７７８６８１号
【特許文献５】特許第２６７２１０９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献４、５に記載の技術では、実際には、粒状の好気性微生物汚泥を安定して生成・維持することが困難であった。
【０００６】
本発明は、このような課題を解決するために成されたものであり、連続的に流入する排水を生物学的に処理するにあたって粒状の微生物汚泥を安定して生成・維持することが可能な生物学的排水処理装置及び生物学的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】
【０００７】
本発明による生物学的排水処理装置は、連続的に流入する排水を生物学的処理しその処理水を連続的に流出する生物学的排水処理装置であって、連続的に流入する排水を、微生物汚泥と混合する混合装置と、この混合装置で混合した混合液を好気性状態で処理する反応装置と、この反応装置からの混合液を、沈降速度の速い粒状の微生物汚泥と沈降速度の遅い浮遊性活性汚泥を含む処理水とに分離する分離装置と、分離した沈降速度の速い粒状の微生物汚泥を上記微生物汚泥として混合装置に移送するための移送ラインと、を具備したことを特徴としている。
【０００８】
また、本発明による生物学的排水処理方法は、連続的に流入する排水を生物学的処理しその処理水を連続的に流出する生物学的排水処理方法であって、連続的に流入する排水を、微生物汚泥と混合する混合工程と、この混合工程で混合した混合液を好気性状態で処理する反応工程と、この反応工程からの混合液を、沈降速度の速い粒状の微生物汚泥と沈降速度の遅い浮遊性活性汚泥を含む処理水とに分離する分離工程と、分離した沈降速度の速い粒状の微生物汚泥を上記微生物汚泥として混合工程に移送する移送工程と、を具備したことを特徴としている。
【０００９】
このような生物学的排水処理装置及び生物学的排水処理方法によれば、連続的に流入する排水が微生物汚泥と混合され、高濃度の排水が薄まること無く微生物汚泥に接触し、排水中の汚濁成分である有機物、窒素、りん等が微生物汚泥内へ深く浸透すると共にこの浸透により微生物汚泥の粒状化が図られる。この粒状の微生物汚泥及び排水を含む混合液は、好気性状態で処理され、粒状の微生物汚泥の表面だけでは無く内部の浸透域を含む粒状の微生物汚泥全体が利用されて、汚濁成分である有機物、窒素、りん等が効果的に処理されると共に、当該処理に従い微生物汚泥の粒状化がさらに図られる。この混合液中の大径化が図られた粒状の微生物汚泥は沈降速度が速く、沈降速度の遅い浮遊性活性汚泥を含む処理水と分離される。分離された処理水は連続的に流出され、粒状の微生物汚泥以外の浮遊性活性汚泥が留まって優先種と成り粒状の微生物汚泥を分解するということが防止される一方で、分離された粒状の微生物汚泥は、連続的に流入する排水と混合するように戻され、粒状の微生物汚泥の流出が防止されると共に優先種とされ、このような一連の処理が繰り返されて粒状の微生物汚泥が大径化される。このため、粒状の微生物汚泥が安定して生成・維持されるようになる。ここで、沈降速度の速い粒状の微生物汚泥は、概ね、０．１〜５ｍｍの径を有し、４ｍ／ｈ（９６ｍ／ｄ）以上の表面積負荷率で沈降操作することで、容易に沈降分離することができる。
【００１０】
また、混合装置は、反応装置内の上流側を構成しても良い。また、連続的に流入する排水を反応装置に導入するラインを混合装置として、当該ラインで、連続的に流入する排水と微生物汚泥とを混合し反応装置に導入するようにしても良い。
【００１１】
また、反応装置が例えば矩形で長い場合には反応装置の長さ方向に、汚濁成分の溶存物質の濃度勾配が生じ、この場合には、排水中の汚濁成分や粒状の微生物汚泥内に浸透した汚濁成分に応じた酸素供給が必要とされる。従って、反応装置を複数段に分けて混合液を順次処理する構成とすると、各段への酸素供給量を変えることで、各段への酸素供給量が最適化され、酸素供給過多や酸素供給不足が無くされる。このため、低コスト化を図りつつ、粒状の微生物汚泥が一層安定して生成・維持されるようになる。
【００１２】
また、反応装置に供給する酸素量は、液中の溶存酸素濃度により制御するのが好ましい。この溶存酸素濃度としては、３ｍｇ／Ｌ以上とするのが好ましく、５ｍｇ／Ｌ以上とするのがより好ましい。このような溶存酸素濃度により、粒状の微生物汚泥内への酸素の浸透性が高められ、処理が促進されると共に微生物汚泥の粒状化がさらに図られる。このため、粒状の微生物汚泥が一層安定して生成・維持される。
【００１３】
また、分離装置を、混合液を固体・液体・気体の三相に分離する三相分離装置とし、この三相分離装置を、反応装置の上部に配設し、当該三相分離装置に、反応装置からの混合液が流入する構成とすると、沈降速度の速い粒状の微生物汚泥と、沈降速度の遅い浮遊性活性汚泥を含む処理水と、空気とが確実に分離されると共に、設置面積を小さくすることが可能とされる。
【発明の効果】
【００１４】
このように本発明による生物学的排水処理装置及び生物学的排水処理方法によれば、連続的に流入する排水を生物学的に処理するにあたって粒状の微生物汚泥を安定して生成・維持することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明による生物学的排水処理装置及び生物学的排水処理方法の好適な実施形態について図１及び図２を参照しながら説明する。なお、各図において、同一又は相当要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。図１は、    本発明の第一実施形態に係る生物学的排水処理方法を採用した生物学的排水処理装置を示す概略構成図であり、本実施形態の生物学的排水処理装置１００は、下排水処理施設に採用されているもので、好気性グラニュール（以下、粒状の微生物汚泥と呼ぶ）を安定して生成・維持しながら、連続的に流入する排水を処理するものである。
【００１６】
図１に示すように、生物学的排水処理装置１００は、混合装置１、反応装置２、分離装置４をこの順に接続して備えると共に、分離装置４と混合装置１とを接続する移送ラインＬ１を備えている。
【００１７】
混合装置１は、ここでは混合槽であり、連続的に流入する排水と後段の分離装置４から移送ラインＬ１を介して導入される粒状の微生物汚泥とを、撹拌装置で撹拌しながら混合し混合液を得るものである。この混合装置１は、大量の排水が流入するため、嫌気槽とされている。
【００１８】
反応装置２は、ここでは好気槽であり、混合装置１からの混合液を曝気しながら撹拌し好気性処理を行うものである。この反応装置２での混合液の滞留時間は、排水中の汚濁成分である有機物（ＢＯＤ、ＣＯＤ、ＴＯＣ）、窒素、りん等の負荷により設定される。
【００１９】
この反応装置２は、矩形状を成して上流側から下流側に亘って、長尺に構成されると共に複数段に分けられ、混合液が各槽２ａ〜２ｅを順次通過し好気性処理に浴する構成とされている。各槽２ａ〜２ｅには、曝気のための酸素含有気体である空気をブロワ５の駆動により供給するラインＬａ〜Ｌｅが各々接続され、各ラインＬａ〜Ｌｅには、各槽２ａ〜２ｅへの酸素供給量を制御するバルブＶａ〜Ｖｅが設置されている。各バルブＶａ〜Ｖｅは、各槽２ａ〜２ｅへの酸素供給量を最適に制御する。
【００２０】
この反応装置２には、溶存酸素濃度（ＤＯ）を測定する溶存酸素計６が設けられ、反応装置２の溶存酸素濃度が３ｍｇ／Ｌ以上となるように、各バルブＶａ〜Ｖｅを制御する構成とされている。なお、溶存酸素計６は各槽２ａ〜２ｅに設けられていても良い。また、溶存酸素濃度を高濃度とすべく、各槽２ａ〜２ｅに純酸素を供給するようにしても良い。
【００２１】
分離装置４は、ここでは沈殿槽（沈殿池）であり、反応装置２からの混合液を重力分離するものである。この分離装置４は、その表面積負荷率が４ｍ／ｈ以上に設定され、混合液を沈降速度の速い粒状の微生物汚泥と沈降速度の遅い浮遊性活性汚泥等を含む処理水とに分離する。ここで、沈降速度の速い粒状の微生物汚泥は、概ね、０．１〜５ｍｍの径を有し、このように４ｍ／ｈ（９６ｍ／ｄ）以上の表面積負荷率で沈降操作することで、容易に沈降分離することができる。なお、沈殿槽に代えて、例えば、遠心分離機等を分離装置４として用いるようにしても良い。
【００２２】
分離装置４と混合装置１とを接続する移送ラインＬ１は、途中に配設されるポンプ等の駆動により、分離装置４で沈降分離された粒状の微生物汚泥を混合装置１に移送するためのものである。そして、この移送ラインＬ１は途中で分岐され、分岐ラインを介して余剰汚泥を生物学的排水処理装置１００外に排出する構成とされている。なお、移送ラインＬ１は、連続的に流入する排水を混合装置１に導入するラインと合流するように設けるようにしても良い。
【００２３】
次に、このように構成された生物学的排水処理装置１００の作用について説明する。連続的に流入してくる排水は、混合装置１で、分離装置４から移送ラインＬ１を介して移送される粒状の微生物汚泥と混合される。ここでは、微生物汚泥が未だ粒状になっていない状態から説明する。
【００２４】
このように微生物汚泥は、連続的に流入する排水と混合されるため、高濃度の排水が薄まること無く微生物汚泥に接触し、排水中の汚濁成分である有機物、窒素、りん等が微生物汚泥内へ深く浸透すると共にこの浸透により微生物汚泥の粒状化が図られる。
【００２５】
この粒状の微生物汚泥及び排水を含む混合液は、反応装置２に導入されて好気性状態で処理され、粒状の微生物汚泥の表面だけでは無く内部の浸透域を含む粒状の微生物汚泥全体が利用されて、汚濁成分である有機物、窒素、りん等が効果的に処理されると共に、当該処理に従い微生物汚泥の粒状化がさらに図られる。
【００２６】
ここで、反応装置２は、上流側から下流側に亘って長尺とされているため、長さ方向に汚濁成分の溶存物質の濃度勾配が生じ、この場合には、排水中の汚濁成分や粒状の微生物汚泥内に浸透した汚濁成分に応じた酸素供給が必要とされる。本実施形態では、反応装置２を複数段２ａ〜２ｅに分けて混合液を順次処理し、各バルブＶａ〜Ｖｅの制御により各槽２ａ〜２ｅへの酸素供給量を変えるようにしているため、各槽２ａ〜２ｅへの酸素供給量が最適化されている。具体的には、最上流の槽２ａから最下流の槽２ｅへ行くに従いその酸素供給量が大〜小とされている。
【００２７】
加えて、反応装置２に供給する酸素量は、液中の溶存酸素濃度により制御され、３ｍｇ／Ｌ以上とされている。このため、粒状の微生物汚泥内への酸素の浸透性が高められ、処理が促進されると共に微生物汚泥の粒状化がさらに図られている。なお、この溶存酸素濃度は、５ｍｇ／Ｌ以上とするのがより好ましい。
【００２８】
このように最適量の酸素が供給され好気性状態で処理された混合液は、分離装置４に導入される。ここで、反応装置２で大径化が図られた粒状の微生物汚泥は、沈降速度が速い。このため、分離装置４では、沈降速度の速い粒状の微生物汚泥と沈降速度の遅い浮遊性活性汚泥を含む処理水とが分離される。
【００２９】
このとき、分離装置４の表面積負荷率が４ｍ／ｈ以上に設定されているため、混合液は、沈降速度の速い粒状の微生物汚泥と沈降速度の遅い浮遊性活性汚泥を含む処理水とに、短時間で容易に分離される。なお、分離装置４の表面積負荷率は１０〜２０ｍ／ｈ以上とするのがより好ましい。これらの表面積負荷率は、従来の活性汚泥法で採用される値（２０〜３０ｍ／ｄ（０．８〜１．２５ｍ／ｈ））と大きく異なり、標準的な活性汚泥法で上記数値を適用すれば、標準的な活性汚泥法のシステムが維持できない。
【００３０】
このようにして分離された浮遊性活性汚泥を含む処理水は、連続的に生物学的排水処理装置１００外へ流出され、所定の処理設備に送られて処理される。このように、粒状の微生物汚泥以外の浮遊性活性汚泥は生物学的排水処理装置１００外へ排出されるため、当該浮遊性活性汚泥が生物学的排水処理装置１００内に留まって優先種と成り、粒状の微生物汚泥を分解するということが防止されている。
【００３１】
また、分離装置４で分離された粒状の微生物汚泥は、移送ラインＬ１を介して移送され、余剰汚泥は、移送ラインＬ１からの分岐ラインを介して生物学的排水処理装置１００外へ排出され、所定の汚泥処理設備へ送られて処理される一方で、所定量の粒状の微生物汚泥は、移送ラインＬ１を介して、連続的に流入する排水と混合するように戻される。このため、粒状の微生物汚泥の生物学的排水処理装置１００外への流出が防止されると共に優先種として生物学的排水処理装置１００内に維持され、このような一連の処理が繰り返されて粒状の微生物汚泥が大径化されて生物学的排水処理装置１００内を循環し、粒状の微生物汚泥が安定して生成・維持される。
【００３２】
このように本実施形態においては、連続的に流入する排水を微生物汚泥と混合する混合装置１と、この混合装置１で混合した混合液を好気性状態で処理する反応装置２と、この反応装置２からの混合液を、沈降速度の速い粒状の微生物汚泥と沈降速度の遅い浮遊性活性汚泥を含む処理水とに分離する分離装置４と、分離した沈降速度の速い粒状の微生物汚泥を上記微生物汚泥として混合装置１に移送するための移送ラインＬ１と、を具備しているため、粒状の微生物汚泥を安定して生成・維持することが可能とされている。
【００３３】
また、本実施形態においては、反応装置２を複数段２ａ〜２ｅに分けて混合液を順次処理するようにしているため、各槽２ａ〜２ｅへの酸素供給量を変えることで、各槽２ａ〜２ｅへの酸素供給量が最適化され、酸素供給過多や酸素供給不足が無くされている。このため、低コスト化を図りつつ、粒状の微生物汚泥を一層安定して生成・維持することが可能とされている。
【００３４】
また、本実施形態においては、反応装置２に供給する酸素量が、液中の溶存酸素濃度により制御され、例えば３ｍｇ／Ｌ以上とされているため、粒状の微生物汚泥内への酸素の浸透性が高められている。このため、粒状の微生物汚泥を一層安定して生成・維持することが可能とされている。
【００３５】
図２は、本発明の第二実施形態に係る生物学的排水処理方法を採用した生物学的排水処理装置を示す概略構成図である。この第二実施形態の生物学的排水処理装置２００が第一実施形態の生物学的排水処理装置１００と違う点は、分離装置として三相分離装置１４を用い、この三相分離装置１４を、反応装置２の上部に配設し、当該三相分離装置１４に、反応装置２からの混合液が流入するようにした点である。
【００３６】
この三相分離装置１４とは、混合液を固体・液体・気体の三相に分離するもので、例えばＵＡＳＢ（Upflow Anaerobic Sludge Blanket）等に採用され、セトラーとも称されているものである。
【００３７】
この第二実施形態によれば、三相分離装置１４により、沈降速度の速い粒状の微生物汚泥と、沈降速度の遅い浮遊性活性汚泥を含む処理水と、空気とが確実に分離されるため、第一実施形態とほぼ同様な効果を得ることができ、加えて、三相分離装置１４が反応装置２の上部に配設されているため、設置面積が小さくて済むという利点がある。
【００３８】
以上、本発明をその実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、上記実施形態においては、混合装置１と反応装置２とを別々に独立して設けているが、混合装置１は、反応装置２内の上流側にあっても良く、例えば図１中の反応装置２に適用すれば、最上流の槽２ａの位置に混合装置１があっても良い。また、連続的に流入する排水を反応装置２に導入するラインを混合装置として、当該ラインで、連続的に流入する排水と微生物汚泥とを混合し反応装置２に導入するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の第一実施形態に係る生物学的排水処理方法を採用した生物学的排水処理装置を示す概略構成図である。
【図２】本発明の第二実施形態に係る生物学的排水処理方法を採用した生物学的排水処理装置を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００４０】
１…混合装置、２…反応装置、２ａ〜２ｅ…各段の反応装置、４…分離装置、５…ブロワ、６…溶存酸素計、１４…三相分離装置、１００，２００…生物学的排水処理装置、Ｌ１…移送ライン、Ｌａ〜Ｌｅ…ライン、Ｖａ〜Ｖｅ…バルブ。
【図１】
2007136369.tif 000003
【図２】
2007136369.tif 000004