(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の汚水を混合して生物反応槽で生物的に浄化する生物処理装置において、
各汚水をそれぞれ貯留する複数の原水貯留槽と、
各原水貯留槽から前記生物反応槽へ汚水を供給する汚水供給手段と、
該汚水供給手段による各汚水の供給量を調節する汚水供給量調整手段と、
生物反応槽に供給される各汚水を試料水とする呼吸速度計と、
各原水貯留槽の貯水量を検出する貯水量検出手段と、
前記呼吸速度計及び貯水量検出手段の計測値と、排水の発生計画とが入力され、これらの値から各原水貯留槽からの生物反応槽への各汚水の供給計画を演算し、この結果に基いて前記汚水供給量調整手段によって各原水貯留槽から生物反応槽への汚水の供給量を制御する制御装置と、
を備えてなることを特徴とする生物処理装置。
【請求項２】
請求項１の生物処理装置において、前記呼吸速度計は、試料水が供給され該試料水の酸素消費量を測定するための検出槽を有するとともに、該検出槽に硝化抑制剤を添加する手段を有し、試料水に硝化抑制剤を添加したときの酸素消費量と試料水に硝化抑制剤を添加していないときの酸素消費量とから、該試料水の窒素濃度を求めるようにしたものであることを特徴とする生物処理装置。
【請求項３】
請求項１又は２の生物処理装置において、前記制御装置は、前記呼吸速度計の計測値に基いて汚水の生物阻害性を判断すると共に、生物阻害性を有すると判断された汚水の生物反応槽への供給を停止するか、或いは該汚水を希釈してから又は少量ずつ生物反応槽へ導入するものであることを特徴とする生物処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は生物処理装置に係り、特に、複数の汚水を混合して生物反応槽で生物的に浄化する生物処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
汚水（汚泥を含む。）の生物処理において、複数の汚水を混合して１つの生物反応槽で生物処理する場合があり、例えば、次のような混合処理が行われている。
【０００３】
・し尿と浄化槽汚泥との混合処理
・生物排水と産業排水との混合処理
・下水と産業排水との混合処理
・複数種の産業排水の混合処理
・産業排水と畜産汚泥との混合処理
このように、複数の汚水を混合して生物処理する場合、従来の生物処理装置では、各汚水毎に受入槽や貯留槽を設けてはいるが、各汚水の生物反応槽への供給量は、予め設定された基準供給量や貯留槽内の貯水量に応じて決定されている。即ち、例えば、し尿処理場などにおいて、一日に数十台もの汚水運搬車によって搬入される汚水の性状を化学的に連続測定することは技術的にも経済的にも困難である。このため、従来においては、生物反応槽への汚水供給量は、予め設定された基準供給量や貯留槽内の貯水量に基いて決定されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
生物反応槽において安定な生物処理を行うためには、生物反応槽の負荷を常に所定の範囲内に安定に維持する必要がある。
【０００５】
しかしながら、各汚水の生物反応槽への供給量を、単に予め設定された基準供給量や貯水量に応じて決定して複数の汚水を混合処理する従来の生物処理装置では、各汚水中の被処理汚濁成分（例えば、ＢＯＤ成分やアンモニア性窒素）の濃度や被処理汚水量の変動に十分に対応して各汚水の供給量を調節することができない。このため、生物反応槽の負荷を所定範囲内に維持することが困難である。
【０００６】
生物反応槽の負荷変動により、生物反応槽の処理能力が低下した場合には、生物反応槽内に未処理物が残留することとなる。この場合、生物反応槽の処理能力の回復及び安定化には長時間を要することとなる。
【０００７】
本発明は上記従来の問題点を解決し、複数の汚水を混合して生物反応槽で生物的に浄化する生物処理装置において、生物反応槽の負荷を所定範囲に維持して安定な生物処理を行う生物処理装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の生物処理装置は、複数の汚水を混合して生物反応槽で生物的に浄化する生物処理装置において、各汚水をそれぞれ貯留する複数の原水貯留槽と、各原水貯留槽から前記生物反応槽へ汚水を供給する汚水供給手段と、該汚水供給手段による各汚水の供給量を調節する汚水供給量調整手段と、生物反応槽に供給される各汚水を試料水とする呼吸速度計と、各原水貯留槽の貯水量を検出する貯水量検出手段と、前記呼吸速度計及び貯水量検出手段の計測値と、排水の発生計画とが入力され、これらの値から各原水貯留槽からの生物反応槽への各汚水の供給計画を演算し、この結果に基いて前記汚水供給量調整手段によって各原水貯留槽から生物反応槽への汚水の供給量を制御する制御装置と、を備えてなることを特徴とする。
【０００９】
本発明の生物処理装置では、各汚水中に含まれる被処理汚濁成分濃度を呼吸速度計による測定で把握することができる。従って、この測定結果に基いて、生物反応槽への各汚水の供給量を、生物反応槽の負荷が所定の値となるように制御することができる。
【００１０】
即ち、各々の汚水についての被処理汚濁成分濃度と生物反応槽への供給量との積算で、それぞれの汚水による負荷分が算出されるから、この算出値を全汚水について合計することで、生物反応槽の槽負荷が求められる。従って、この生物反応槽の槽負荷が一定となるように、各汚水の供給量を決定すれば良い。
【００１１】
この呼吸速度計による被処理汚濁成分濃度の検出原理は次の通りである。
【００１２】
即ち、例えば、検出槽に所定量の汚水を供給し、酸素消費量を測定する。測定された酸素消費量の経時変化をみると、図２の如く、微生物の栄養源となる汚濁成分が存在する間は酸素消費量が大きく、汚濁成分が生物処理されてなくなると酸素消費量は元の状態に低下する。
【００１３】
従って、酸素消費量が基準値より高い間の酸素消費量が当該検出槽内の汚水中の汚濁成分量に相当するから、この値、即ち、図２の斜線の部分の面積に基いて汚水の汚濁成分濃度を把握することができる。
【００１４】
ここで、汚濁成分の殆どを有機物（ＢＯＤ）が占める汚水であれば、求められた汚濁成分濃度は有機物濃度を示すことになる。
【００１５】
一方、汚濁成分として窒素（Ｎ）と有機物（ＢＯＤ）とを含む汚水の場合には、この汚濁成分濃度は窒素と有機物との合計濃度を示すことになる。この場合には、次のような測定を行って、窒素及び有機物の各々の濃度を求めることができる。
【００１６】
即ち、検出槽に汚水と共に硝化抑制剤を添加して、上記と同様に酸素消費量を測定する。この場合には、硝化反応は生起しないため、測定された酸素消費量は有機物に起因するものとなる。従って、この結果から有機物濃度を求めることができる。また、硝化抑制剤を用いずに測定した汚濁成分濃度からこの有機物濃度を差し引くことにより、窒素濃度を求めることができる。
【００１７】
また、本発明の生物処理装置では、貯水量検出手段で各汚水の貯水量を把握することができる。
【００１８】
従って、この貯水量に応じて、ある汚水について処理水量、即ち生物反応槽への供給量を増減したい場合には、呼吸速度計で求めた当該汚水の被処理汚濁成分濃度と、目的処理水量とから、当該汚水による負荷分を求め、槽負荷が一定となるように、他の汚水について、その被処理汚濁成分濃度から供給量を決定すれば良い。これにより、生物反応槽の負荷を一定に維持した上で、汚水の処理水量を任意に増減することができる。
【００１９】
ところで、被処理汚水中には生物阻害性物質が含まれている場合がある。この生物阻害性のある汚水は、混合処理する汚水のうち、ある期間の産業排水に生物阻害性物質が含有されていたり、し尿や下水に薬物が誤って投入されたり、浄化槽汚泥に産業排水が混入したりして発生するが、従来において、被処理汚水の生物阻害性の有無を監視することは行われていない。
【００２０】
生物阻害性のある汚水を生物反応槽に供給すると、生物反応槽中の微生物が阻害を受け、生物処理性能が損なわれ生物反応槽内に未処理物が残留するようになる。この場合にも、生物反応槽の処理能力の回復には長時間を要することとなる。
【００２１】
これに対して、本発明の請求項３の生物処理装置であれば、呼吸速度計の計測値に基いて汚水の生物阻害性を判断し、生物阻害性を有する汚水の生物反応槽への供給を停止したり、希釈し或いは少量ずつ生物反応槽へ導入するため、上記のような問題は解消される。
【００２２】
このようにして汚水の生物阻害性の有無を調べ、生物阻害性のある汚水の生物反応槽（又は原水貯留槽）への供給を停止する場合（或いは、後述の如く、希釈して供給したり、少量ずつ供給したりする場合）においても、本発明によれば、生物反応槽の負荷が一定となるように容易に供給量を制御することができる。
【００２３】
なお、呼吸速度計による生物阻害性の判断は、例えば次のようにして行うことができる。即ち、使用している汚泥に対し最大活性を示す標準基質量を供給して呼吸速度計により最大酸素消費量（基準消費量）を予め求めておく。一方、対象となる汚水を呼吸速度計の検出槽に供給して酸素消費量を測定し、酸素消費量が増加し、そして基質が分解終了して最大酸素消費量が元のレベルに戻った後、上述の標準基質量を供給して酸素消費量を測定する。上述の基準消費量に対するこの酸素消費量の割合（％）を求める。この割合が所定値以下、例えば７０％以下であるときは、生物阻害性があると判定する。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の生物処理装置の実施の形態について詳細に説明する。
【００２５】
図１は本発明の生物処理装置の実施の形態を示す系統図である。
【００２６】
図１は、し尿処理場の回分式活性汚泥装置に本発明の生物処理装置を適用した例を示し、この装置においては、し尿と浄化槽汚泥とが混合されて活性汚泥槽で処理される。
【００２７】
Ｓは制御装置であって、呼吸速度計３Ａ，３Ｂの測定値及び水位計８Ａ，８Ｂの測定値が入力され、この入力された値に基いて、汚水生物阻害性の有無の判断、原水の被処理汚濁成分濃度の算出、及び活性汚泥槽１０への原水供給量の算出を行う演算器Ｓ1 と、この演算器Ｓ1 の計算結果に基いて弁４Ａ，４Ｂ，６Ａ，６Ｂの開閉信号及びポンプ９Ａ，９Ｂの作動信号を出力する制御器Ｓ2 とで構成される。
【００２８】
この生物処理装置では、汚水運搬車１Ａ，１Ｂによって運ばれた汚水は、各々、試験槽２Ａ，２Ｂに搬入される。この試験槽２Ａ，２Ｂから汚水の一部が採取され、呼吸速度計３Ａ，３Ｂによって酸素消費量が測定され、前述の原理で生物阻害性の有無が判断される。汚水が生物阻害性有りと判断された場合には、弁４Ａ，４Ｂが開き、阻害物処理槽５に送られ、後段の処理プロセスによって別途処理される。汚水に生物阻害性が無く、生物処理可能と判断された場合には、弁６Ａ，６Ｂが開き、汚水は原水貯留槽７Ａ，７Ｂに貯留される。
【００２９】
なお、生物阻害性有りと判断された汚水は、化学的処理など他の手段で処理しても良いし、その阻害性の程度によっては希釈して阻害性を緩和してから、或いは小量ずつ原水貯留槽７Ａ，７Ｂ又は生物反応槽１０に導入して処理しても良い。
【００３０】
各原水貯留槽７Ａ，７Ｂでは、常時呼吸速度計３Ａ，３Ｂによって、原水の酸素消費量（被処理汚濁成分濃度）が測定されており、演算器Ｓ1 において、原水貯留槽７Ａ，７Ｂに設置された水位計８Ａ，８Ｂの測定値から算出した貯水量と、原水酸素消費量及び処理上の制約条件等（活性汚泥槽１０の容量、原水投入基準値（負荷）など）の情報から、原水の最適な供給量を数理計画法などの手法を用いて演算する。
【００３１】
演算された結果は、原水投入ポンプ９Ａ，９Ｂの稼動時間に変換され、制御器Ｓ2 によって原水投入ポンプ９Ａ，９Ｂの作動を制御することによって、活性汚泥槽１０に適量の原水が供給される。
【００３２】
従って、汚水の搬入量が変動し、原水貯留槽７Ａ，７Ｂから活性汚泥槽１０への供給量を増減する必要がある場合にも、活性汚泥槽１０の負荷を当該活性汚泥処理に最適な範囲に安定に維持することができる。
【００３３】
この場合、活性汚泥槽１０への原水の供給量の増減は、原水貯留槽７Ａ，７Ｂの水位と共に汚水の供給計画（例えば、１週間ないし１カ月の排水発生計画）も参考にする。例えば、図１の如く、し尿と浄化槽汚泥を一つの活性汚泥槽１０で処理する場合において、次週に浄化槽汚泥の搬入割合が多くなることが予定されているときには、今週から次週にかけての浄化槽汚泥の１日当たりの処理量を搬入割合に応じて増加するように決定し、次いで活性汚泥槽１０の負荷が一定になるように、し尿の投入量を計算により決定する。
【００３４】
なお、この計算方法の具体例は、後述の実験例１に示す通りである。
【００３５】
このような生物処理装置によれば、搬入汚水の生物阻害性や被処理汚濁成分濃度を酸素消費量から連続的に自動測定することができ、
▲１▼  搬入汚水の生物阻害性や被処理汚濁成分濃度の測定を安価に行うことができる。
▲２▼  搬入汚水の生物阻害性を常時監視しているので、活性汚泥の生物阻害性物質による活性阻害を事前に防ぐことができる。
▲３▼  搬入汚水の性状やその量が変動する場合であっても、生物反応槽の負荷を最適値に制御することができることから、安定な運転が可能となる。
といった効果が奏され、効率的な生物処理を行える。
【００３６】
なお、本発明において、生物反応槽は、有機物の分解を目的とするもの、窒素やリンの除去を目的とするもの、これらの汚濁成分を同時に除去するものなど任意の生物反応槽を採用することができ、好気的処理、嫌気的処理のいずれでも良い。また、生物保持形式も、浮遊法、生物濾過、流動床などの生物膜法など、任意である。
【００３７】
また、生物反応槽への原水投入は、連続式であっても、回分式であっても良いが、本発明は特に回分式のものに有効である。即ち、回分式の場合には、生物反応槽への原水供給が間欠的となるので、１サイクル（１バッチ）毎に本発明に従って各汚水の供給量を好適条件に制御でき、処理が安定する。
【００３８】
本発明において、呼吸速度計としては、市販の任意のものを使用できる。呼吸速度計は一般に、試料水と微生物とを導入し、曝気して生物反応を行わせる検出槽（試験槽）と、検出槽の酸素消費量を検出する酸素センサとから主要部が構成されている。酸素消費量は、検出槽の液相の酸素量から求めるものでも良く、また、検出槽の液上部の気相の酸素量から求めるものでも良い。
【００３９】
なお、汚水の生物阻害性を判断する呼吸速度計は、汚濁成分の濃度を測定する呼吸速度計と兼用しても良く、また、各々別々に設けても良い。
【００４０】
図１においては、原水貯留槽の貯水量を検出する手段として水位計を用いているが、これに限らず、原水貯留槽への原水流入量と流出量とを計測し、流入量と流出量との差から貯水量を検出するものであっても良い。
【００４１】
【実施例】
以下に実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
【００４２】
実施例１
し尿及び浄化槽汚泥を混合処理している図１に示す生物処理装置において、次のような制御を行った。
【００４３】
現在のし尿及び浄化槽汚泥の搬入量は各々３２ｍ3 ，１６ｍ2 であり、現在の運転条件は表１，２に示す通りである。
【００４４】
【表１】
0003731249.tif 000002
【００４５】
【表２】
0003731249.tif 000003
【００４６】
なお、表２の値のうち、流入量は表１の各原水貯留槽からの汚水供給量の合計（４＋２＝６ｍ3 ／バッチ）であり、窒素流入量は表１における各汚水毎の窒素濃度と活性汚泥槽への汚水供給量との積の合計（４×４＋０．５×２＝１７）である。
【００４７】
このような生物処理装置において、各汚水の搬入予定は表３の通りであり、３日後に浄化槽汚泥搬入量が現在の１６ｍ3 から４８ｍ3 に増加することが予定されている。
【００４８】
【表３】
0003731249.tif 000004
【００４９】
この場合、現在の活性汚泥槽への汚水供給量を維持すると、原水貯留槽７Ｂに貯留される浄化槽汚泥量が槽容量を超えてしまうため、活性汚泥槽１０への浄化槽汚泥供給量を増加してゆく必要がある。
【００５０】
現在の原水貯留槽７Ｂの貯水量は３２ｍ3 （５０％）であるが、３日後に４８ｍ3 を受け入れるためには、前日の貯水量を１２．８ｍ3 （２０％）程度にしておく必要があり、このためには、１日後と２日後の２日間で現在より約２０ｍ3 多く活性汚泥槽１０に供給することとなる。
【００５１】
この際、単純に活性汚泥槽１０への供給量を増やしてしまうと、活性汚泥槽１０の負荷（窒素流入量）が増加したり、原水組成の急激な変化によって、生物処理の安定化が図れない。従って、活性汚泥槽１０への窒素流入量１７ｋｇ−Ｎ／バッチを維持し、かつし尿及び浄化槽汚泥の活性汚泥槽１０への供給量をできるだけ滑らかに変化させるような計画で供給量制御を行うことが必要となる。
【００５２】
そこで、本実施例では、まず、表４に示すような浄化槽汚泥の供給量計画を立案した。そして、この浄化槽汚泥供給計画に基いて、活性汚泥槽１０の負荷が一定となるし尿供給量を下記計算式により算出し、表４に示すし尿の供給計画を立案した。
【００５３】
[計算式（１日後の場合、２日後以降についても同様）]
浄化槽汚泥による活性汚泥槽への窒素流入量
＝浄化槽汚泥の窒素濃度(kg-N/m3) ×浄化槽汚泥の供給量(m3/バッチ)
＝０．５×２．６３＝１．３２(kg-N/バッチ)
活性汚泥槽の窒素流入量１７(kg-N/バッチ) とするためのし尿による活性汚泥槽への窒素流入量
＝１７(kg-N/バッチ) −１．３２(kg-N/バッチ) ＝１５．６８(kg-N/バッチ)
し尿の供給量
＝し尿による活性汚泥槽への窒素流入量÷し尿の窒素濃度
＝１５．６８(kg-N/バッチ) ÷４(kg-N/m3)
＝３．９２m3/ バッチ
【００５４】
【表４】
0003731249.tif 000005
【００５５】
この供給計画に基いて生物処理を行ったところ、各原水貯留槽７Ａ，７Ｂの貯水量が槽容量を超えることはなく、また、活性汚泥槽１０の負荷の変動により処理性能が低下することもなく、安定な処理を行うことができた。
【００５６】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の生物処理装置によれば、複数の汚水を混合して生物反応槽で生物的に浄化する生物処理装置において、生物反応槽の負荷を当該生物処理に好適な所定範囲に維持して安定かつ効率的な生物処理を行って、良好な水質の処理水を安定に得ることができる。また、各汚水の処理量の増減も任意に行うことができ、この場合においても、生物反応槽の負荷を一定として生物処理を安定化することができる。
【００５７】
請求項３の生物処理装置によれば、生物阻害性のある汚水の生物反応槽への供給を停止したり、希釈し或いは少量ずつ生物反応槽へ導入することで、生物反応槽の生物活性を高く維持し、安定した生物処理を行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の生物処理装置の実施の形態を示す系統図である。
【図２】呼吸速度計により測定された酸素消費量の経時変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１Ａ，１Ｂ  汚水運搬車
２Ａ，２Ｂ  試験槽
３Ａ，３Ｂ  呼吸速度計
５  阻害物処理槽
７Ａ，７Ｂ  原水貯留槽
８Ａ，８Ｂ  水位計
１０  活性汚泥槽
Ｓ  制御装置
Ｓ1   演算器
Ｓ2   制御器
【図１】
0003731249.tif 000006
【図２】
0003731249.tif 000007