(57)【要約】【課題】被処理水に含まれる有機物を、その有機物の濃度が低下した場合でも、安定して高い除去率で除去処理を行うことができる嫌気性流動床排水処理装置を提供する。【解決手段】実施形態の嫌気性流動床排水処理装置は、原水槽、有機物濃度計、流動床型反応槽、処理水槽、処理水供給部、制御部を持つ。原水槽は、有機物を含む被処理水を貯留する。有機物濃度計は原水槽に設置されている。流動床型反応槽は、下部に前記被処理水の導水口が備えられ、上部に、前記被処理水と前記担体とが接触することによって有機物が除去された処理水の放水口が備えられている。処理水槽は処理水を貯留する。処理水供給部は、処理水を流動床型反応槽に供給する。制御部は、有機物濃度計にて測定された被処理水の有機物濃度、及び流動床型反応槽に供給される被処理水の量に基づいて、処理水供給部が流動床型反応槽に供給する処理水の量を制御する。【選択図】図１
2017047398.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機物を含む被処理水を貯留する原水槽と、
前記原水槽に設置されている有機物濃度計と、
内部に嫌気性微生物を付着させた担体が充填され、下部に前記被処理水の導水口が備えられ、上部に、前記被処理水と前記担体とが接触することによって有機物が除去された処理水の放水口が備えられている流動床型反応槽と、
前記流動床型反応槽の前記放水口に接続され、前記放水口から放出された処理水を貯留する処理水槽と、
前記処理水槽に接続され、前記処理水を前記流動床型反応槽の前記導水口に供給する処理水供給部と、
前記有機物濃度計にて測定された前記被処理水の有機物濃度、及び前記流動床型反応槽の前記導水口に供給される前記被処理水の量に基づいて、前記処理水供給部が前記流動床型反応槽の前記導水口に供給する前記処理水の量を制御する制御部とを有する嫌気性流動床排水処理装置。
【請求項２】
前記制御部には、前記被処理水の有機物の除去率を測定する測定部が更に備えられ、
前記制御部は、前記測定部にて測定された前記有機物の除去率が所定値よりも低い際に、前記処理水供給部によって前記流動床型反応槽の前記導水口に供給する前記処理水の量を低減させる請求項１に記載の嫌気性流動床排水処理装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記処理水供給部によって前記流動床型反応槽の前記導水口に供給する前記処理水の量を、前記担体が形成する流動床の膨張比が１よりも大きく、２よりも小さくなる量に制御する請求項１または請求項２に記載の嫌気性流動床排水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、嫌気性流動床排水処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
下水や産業排水等の排水に含まれている有機物を、嫌気性微生物を利用して除去する処理装置として、嫌気性流動床排水処理装置及びＵＡＳＢ（Upflow Anaerobic Sludge Blanket：上向流式嫌気性汚泥床）排水処理装置が知られている。嫌気性流動床排水処理装置は、有機物除去用の反応槽として流動床型反応槽を用い、流動床を形成している担体の表面に嫌気性微生物を付着させることによって、嫌気性微生物を高濃度に保持する。一方、ＵＡＳＢ排水処理装置は、反応槽内にて嫌気性微生物を自己造粒させ、沈降性が高いグラニュールを形成させることによって、嫌気性微生物を高濃度に保持する。
【０００３】
嫌気性流動床排水処理装置やＵＡＳＢ排水処理装置では、反応槽内に嫌気性微生物を高濃度に保持することにより、排水中の有機物を非常に高い負荷でも効率よく処理することが可能となる。ＵＡＳＢ排水処理装置では、嫌気性微生物の自己造粒物であるグラニュールを用いるため、嫌気性流動床排水処理装置で使用する担体は不要である。しかし、ＵＡＳＢ排水処理装置では、低濃度排水の場合、排水流量が多くなるため、微生物が反応槽から流出しやすくなって、グラニュールの形成が阻害されたり、排水の種類によってはグラニュールが維持できず解体して反応槽から流出するなどして処理性能が低下する場合がある。
【０００４】
これに対して、嫌気性流動床排水処理装置では、低濃度排水の場合であっても、担体の比重の制御によって担体の流出を防止でき、また、材料や形状の制御によって排水の種類に適した微生物の付着性を高くすることが可能である。このため、嫌気性流動床排水処理装置は、低濃度排水中の有機物を処理するのに有利な装置である。
【０００５】
嫌気性流動床排水処理装置において用いられる流動床型反応槽は、一般に、内部に嫌気性微生物を付着させた担体が充填されていて、流動床を形成している担体（嫌気性微生物）と被処理水とが接触することによって有機物が除去された処理水が生成する。流動床型反応槽の下部には、被処理水を内部に導入する導水口が、上部には、処理水を外部に放出する放水口が備えられている。また、この流動床型反応槽の放水口から放出された処理水の一部を、担体を流動させて流動床を形成させるための水として流動床型反応槽の導水口に供給する構成の嫌気性流動床排水処理装置は知られている。
【０００６】
上述の通り、嫌気性流動床排水処理装置は、低濃度排水中の有機物を処理するのに有利な装置である。しかしながら、嫌気性流動床排水処理装置を用いて、低濃度の有機物を高い除去率で除去処理するためには、反応槽のＢＯＤ容積負荷や流動床の膨張比などの処理条件を厳密に最適化する必要がある。処理条件が異なる場合、特に排水中の有機物の濃度が低下した場合には、有機物の除去率が大きく低下することがある。例えば、有機物濃度が２０００ｍｇ／Ｌの排水に対して、処理条件を最適化した嫌気性流動床排水処理装置に、有機物濃度が１０００ｍｇ／Ｌの排水が流れ込むと、有機物の除去率が大きく低下する場合があった。このように、嫌気性流動床排水処理装置では、排水の排出元となる工場の操業状態や排水への雨水の混入などの周囲の状況により、排水の有機物濃度が変動した場合、特に排水の有機物濃度が低下した場合には処理性能が低下することが懸念される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平３−１５４６９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、下水や産業排水等の排水（被処理水）に含まれる有機物を、その有機物の濃度が低下した場合でも、安定して高い除去率で除去処理を行うことができる嫌気性流動床排水処理装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
実施形態の嫌気性流動床排水処理装置は、原水槽と、有機物濃度計と、流動床型反応槽と、処理水槽と、処理水供給部と、制御部とを持つ。
原水槽は、有機物を含む被処理水を貯留する。有機物濃度計は、前記原水槽に設置されている。流動床型反応槽は、内部に嫌気性微生物を付着させた担体が充填され、下部に前記被処理水の導水口が備えられ、上部に、前記被処理水と前記担体とが接触することによって有機物が除去された処理水の放水口が備えられている。処理水槽は、前記流動床型反応槽の前記放水口に接続され、前記放水口から放出された処理水を貯留する。処理水供給部は、前記処理水槽に接続され、前記処理水を前記流動床型反応槽の前記導水口に供給する。制御部は、前記有機物濃度計にて測定された前記被処理水の有機物濃度、及び前記流動床型反応槽の前記導水口に供給される前記被処理水の量に基づいて、前記処理水供給部が前記流動床型反応槽の前記導水口に供給する前記処理水の量を制御する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態の嫌気性流動床排水処理装置の構成を示すブロック図。
【図２】実施形態の嫌気性流動床排水処理装置に用いられる流動床型反応槽に導入された水の上向流速ＬＶと流動床の膨張比との関係を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、実施形態の嫌気性流動床排水処理装置を、図面を参照して説明する。
【００１２】
図１は、実施形態の嫌気性流動床排水処理装置の構成を示すブロック図である。図１において、嫌気性流動床排水処理装置は、原水槽１０と、流動床型反応槽２０と、処理水槽３０と、第１ポンプ（被処理水供給部）４０と、第２ポンプ（処理水供給部）５０と、制御部６０とを持つ。
【００１３】
原水槽１０は、有機物を含む被処理水を貯留する槽である。有機物を含む被処理水の例としては、下水、食品工場や畜産場などの施設にて発生した産業排水を挙げることができる。
原水槽１０には、被処理水用の有機物濃度計１１が設置されている。被処理水用有機物濃度計１１は、原水槽１０内の被処理水の有機物濃度を測定する。被処理水用有機物濃度計１１の例としては、ＴＯＣ（全有機炭素）計を挙げることができる。被処理水用有機物濃度計１１にて測定された有機物濃度は制御部６０に送られる。
【００１４】
流動床型反応槽２０は、内部に嫌気性微生物を付着させた担体２１が充填されている。流動床型反応槽２０の下部には導水口２３が備えられている。導水口２３には、原水槽１０内の被処理水と処理水槽３０内の処理水とが供給される。流動床型反応槽２０の上部には、放水口２４が備えられている。放水口２４は、被処理水と担体２１（嫌気性微生物）とが接触することによって有機物が除去された処理水が外部に放出する。
【００１５】
処理水槽３０は、流動床型反応槽２０の放水口２４から取り出された処理水を貯留する槽である。処理水槽３０には、処理水の有機物濃度を測定する処理水用有機物濃度計３１が配置されている。処理水用有機物濃度計３１にて測定された有機物濃度は制御部６０に送られる。処理水槽３０にはまた、所定の水位に達した処理水を外部に取り出す取出口３２が備えられている。
【００１６】
第１ポンプ（被処理水供給部）４０は、原水槽１０に貯留されている被処理水を流動床型反応槽２０の導水口２３に供給するポンプである。第１ポンプ４０によって供給される被処理水の量は、制御部６０に送られる。
【００１７】
第２ポンプ（処理水供給部）５０は、処理水槽３０に貯留されている処理水を、流動床型反応槽２０の導水口２３に供給するポンプである。流動床型反応槽２０の導水口２３に供給された処理水は、担体２１を流動させて流動床２２を形成させるための水として作用する。第２ポンプ５０による被処理水の供給量は、通常は、流動床型反応槽２０の担体２１が形成する流動床２２の膨張比が１よりも大きく、２よりも小さくなる量である。ここで、流動床２２の膨張比とは、担体２１が流動床を形成していないときの高さＨ０と、担体２１が流動床２２を形成しているときの高さＨとの比Ｈ／Ｈ０を意味する。
【００１８】
流動床２２の膨張比は、流動床型反応槽２０に導入された水の上向流速の増加に伴って大きくなるが、膨張比が大きくなる度合いは、担体２１の比重や形状などの物性によって異なる。それぞれ物性が異なる担体Ａと担体Ｂとについて、水の上向流速ＬＶと流動床の膨張比との関係を測定した結果を、図２に示す。この図２のグラフから、流動床２２の膨張比が大きくなる度合いは、担体２１の物性によって異なることが分かる。従って、第２ポンプ５０による被処理水の供給量は、流動床型反応槽２０に充填される担体２１の種類毎に水の上向流速ＬＶと流動床の膨張比との関係を予め測定して、その測定結果を考慮して決定することが好ましい。
【００１９】
被処理水と処理水とは、それぞれを混合して混合水として流動床型反応槽２０の導水口２３に供給してもよいし、それぞれを別に流動床型反応槽２０の導水口２３に供給してもよい。
【００２０】
制御部６０は、被処理水用有機物濃度計１１にて測定された被処理水の有機物濃度、及び第１ポンプ４０によって流動床型反応槽２０の導水口２３に供給される被処理水の量に基づいて、第２ポンプ５０による流動床型反応槽２０の導水口２３に供給される処理水の量を制御する。但し、処理水の量は、流動床型反応槽２０の担体２１が形成する流動床２２の膨張比が１よりも大きく、２よりも小さくなる量とする必要がある。
【００２１】
制御部６０にはまた、有機物の除去率を測定する測定部（不図示）が更に備えられている。測定部は、被処理水用有機物濃度計１１より測定された被処理水の有機物濃度と処理水用有機物濃度計３１より測定された処理水の有機物濃度とから下記の式より、有機物の除去率を算出する。
有機物除去率（％）＝（被処理水の有機物濃度−処理水の有機物濃度）／被処理水の有機物濃度×１００
【００２２】
測定部にて測定された有機物の除去率が所定値よりも低い場合には、制御部６０は、第２ポンプ５０によって流動床型反応槽２０の導水口２３に供給される処理水の量を低減させる。
【００２３】
処理水の供給量を低減させることによって、有機物の除去率が向上する理由は、流動床型反応槽２０に導入される水（被処理水と処理水）に含まれる有機物の濃度が増加して、担体２１の表面に付着している嫌気性微生物の基質利用速度（ｄＳ／ｄｔ）が大きくなるためであると考えられる。すなわち、嫌気性微生物による排水処理を、嫌気性微生物の動力学の面から検討すると、嫌気性微生物の基質利用速度（ｄＳ／ｄｔ）は、Ｍｏｎａｄ式によれば下記の式（１）で表現される。
ｄＳ／ｄｔ＝ｋｍａｘＳＸ／（Ｋｓ＋Ｓ）  ・・・・  （１）
ここで、
ｋｍａｘ：最大比基質利用速度
Ｓ：増殖律速基質濃度
Ｘ：バイオマス濃度
Ｋｓ＋：半飽和定数
【００２４】
式（１）において、ｋｍａｘとＫｓ＋は定数である。式（１）によれば、微生物の基質利用速度（ｄＳ／ｄｔ）は、増殖律速基質濃度（Ｓ）とバイオマス濃度（Ｘ）とに相関する。バイオマス濃度（Ｘ）は担体に付着している嫌気性微生物の量を意味し、この値は変化しないと考えられる。一方、増殖律速基質濃度（Ｓ）は、流動床型反応槽２０に導入される水に含まれる有機物の濃度を意味するので、流動床型反応槽２０に導入される処理水の供給量を低減させることによって大きくなる。従って、式（１）によれば、処理水の供給量を低減させることによって、増殖律速基質濃度（Ｓ）が大きくなり、嫌気性微生物の基質利用速度（ｄＳ／ｄｔ）が上がることにより、有機物の除去率が向上すると考えられる。
【００２５】
本実施形態の嫌気性流動床排水処理装置による被処理水中の有機物の除去処理は、次のように行われる。最初に、原水槽１０に被処理水を貯留し、処理水槽３０に有機物を実質的に含まない水を貯留する。次に、処理水槽３０に貯留した水を第２ポンプ５０を用いて流動床型反応槽２０の導水口２３に供給して、担体２１に流動床２２を形成させる。流動床２１が形成された後、原水槽１０に貯留した被処理水を第１ポンプ４０を用いて流動床型反応槽２０の導水口２３に供給する。流動床型反応槽２０に導入された被処理水は、担体２１（嫌気性微生物）と接触して有機物が除去され、処理水が生成する。処理水は、放水口２４を通って外部に放出される。外部に放出された処理水は、処理水槽３０に貯留される。処理水槽３０内の処理水の水位が取出口３２に達すると、処理水の一部は取出口３２を通って外部取り出される。一方、処理水槽３０に貯留されている処理水は、第２ポンプにて、流動床型反応槽２０の導水口２３に供給される。
【００２６】
制御部６０は、原水槽１０内の被処理水の有機物濃度、その被処理水の有機物濃度と処理水槽３０内の処理水の有機物濃度とから算出される有機物除去率、そして第１ポンプ４０により流動床型反応槽２０の導水口２３に送られる被処理水の供給量を監視する。そして、これらの値に異常があった場合には、第２ポンプ５０により流動床型反応槽２０の導水口２３に送られる処理水の供給量を制御する。例えば、通常時よりも、被処理水の濃度が低下した場合、有機物除去率が低下した場合、被処理水の供給量が増加した場合には、制御部６０は、処理水の供給量を通常時よりも減少させるように第２ポンプ５０を制御する。その後、被処理水の濃度及び被処理水の供給量が通常時に戻った場合には、制御部６０は、処理水の供給量を通常時の量に戻すように第２ポンプ５０を制御する。
【００２７】
実施形態の嫌気性流動床排水処理装置によれば、被処理水の有機物濃度及び流動床型反応槽２０の導水口２３に供給される被処理水の量に基づいて、流動床型反応槽２０の導水口２３に供給する処理水の量を制御するので、被処理水（下水や産業排水等の排水）に含まれる有機物を、その有機物濃度が低下した場合でも、安定して高い除去率で除去処理を行うことができる。
【００２８】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【実施例】
【００２９】
［実施例１］
図１に示す構成の嫌気性流動床排水処理装置を用意した。この嫌気性流動床排水処理装置は、有機物濃度が２０００ｍｇ／Ｌの被処理水を、下記の処理条件にて処理したときの有機物除去率が９５％であった。
【００３０】
（処理条件）
原水槽１０内の被処理水の有機物濃度：２０００ｍｇ／Ｌ
流動床型反応槽２０のＢＯＤ容積負荷：３０ｋｇ／ｍ３／日
第１ポンプ４０による被処理水の供給量:１０．３Ｌ／日
第２ポンプ５０による処理水の供給量：６５０Ｌ／日
流動床型反応槽２０に導入された水の上向流速：２０ｍ／ｈ
流動床２２の膨張比：１．２
流動床型反応槽２０内での被処理水の滞留時間：１．６ｈ
【００３１】
［比較例１］
上記実施例１で処理した被処理水が雨水によって、濃度が１／２倍、量が２倍に希釈された場合を想定して、原水槽１０内の被処理水の有機物濃度を１０００ｍｇ／Ｌとし、第１ポンプ４０による被処理水の供給量を２０．６Ｌ／日としたこと以外は、実施例１と同様にして被処理水中の有機物の除去処理を行った。その結果、有機物除去率は８５％以下となった。処理条件を以下に示す。
【００３２】
（処理条件）
原水槽１０内の被処理水の有機物濃度：１０００ｍｇ／Ｌ
流動床型反応槽２０のＢＯＤ容積負荷：３０ｋｇ／ｍ３／日
第１ポンプ４０による被処理水の供給量:２０．６Ｌ／日
第２ポンプ５０による処理水の供給量：６５０Ｌ／日
流動床型反応槽２０に導入された水の上向流速：２０ｍ／ｈ
流動床２２の膨張比：１．２
流動床型反応槽２０内での被処理水の滞留時間：０．８ｈ
【００３３】
［実施例２］
上記比較例１の処理条件において、第２ポンプ５０による処理水の供給量を２８８Ｌ／日として、流動床型反応槽２０に導入された水の上向流速を１０ｍ／ｈとしたこと以外は、比較例１と同様にして排水処理を行った。その結果、有機物除去率は９０％以上となった。処理条件を以下に示す。
【００３４】
（処理条件）
原水槽１０内の被処理水の有機物濃度：１０００ｍｇ／Ｌ
流動床型反応槽２０のＢＯＤ容積負荷：３０ｋｇ／ｍ３／日
第１ポンプ４０による被処理水の供給量:２０．６Ｌ／日
第２ポンプ５０による処理水の供給量：２８８Ｌ／日
流動床型反応槽２０に導入された水の上向流速：１０ｍ／ｈ
流動床２２の膨張比：１をわずかに超える
流動床型反応槽２０内での被処理水の滞留時間：０．８ｈ
【００３５】
実施例１において、流動床型反応槽２０に導入された水（被処理水＋処理水）の有機物濃度は、約３１ｍｇ／Ｌ＝２０００×１０．３÷（１０．３＋６５０）である。
比較例１において、流動床型反応槽２０に導入された水の有機物濃度は、約３１ｍｇ／Ｌ＝１０００×２０．６÷（２０．６＋６５０）である。実施例１と比較例１とで流動床型反応槽２０に導入された水の有機物濃度が同じでありながら、比較例１では有機物除去率が８５％以下に低下した理由は、流動床型反応槽２０内での被処理水の滞留時間が１．６ｈから０．８ｈに短くなったためであると考えられる。
実施例２において、流動床型反応槽２０に導入された水の有機物濃度は、約６７ｍｇ／Ｌ＝１０００×２０．６÷（２０．６＋２８８）である。比較例１と実施例２とで流動床型反応槽２０内での被処理水の滞留時間が同じでありながらも、実施例２で有機物除去率が９０％以上に向上した理由は、流動床型反応槽２０に導入された混合水の有機物濃度が、比較例１と比較して約２倍も増加したためであると考えられる。
【符号の説明】
【００３６】
１０…原水槽、１１…被処理水用有機物濃度計、２０…流動床型反応槽、２１…担体、２２…流動床、２３…導水口、２４…放水口、３０…処理水槽、３１…処理水用有機物濃度計、３２…取出口、４０…第１ポンプ（被処理水供給部）、５０…第２ポンプ（処理水供給部）、６０…制御部
【図１】
2017047398.tif 000003
【図２】
2017047398.tif 000004