JP2013141640A - 有機性排水の生物処理装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】微小動物の捕食作用を利用した多段活性汚泥法において、微小動物による生物処理槽内に、微小動物を数多く安定に維持して、微小動物の捕食による生物処理効率の向上と、処理水質及び汚泥減量化効果の安定化を図る。
【解決手段】第一生物処理槽１に有機性排水を導入して細菌により生物処理し、第一生物処理槽１からの分散状態の細菌を含む第一生物処理水を第二生物処理槽２に通水して第二生物処理水を得、第二生物処理水を固液分離する。第二生物処理槽２に微小動物保持担体として、流動床担体２Ａと揺動床担体２Ｂを設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、生活排水、下水、食品工場排水、パルプ工場排水、半導体製造排水、液晶製造排水といった広い濃度範囲の有機性排水の処理に利用することができる有機性排水の生物処理装置及び方法に関するものであり、特に、処理水質を悪化させることなく、処理効率を向上させ、かつ、余剰汚泥発生量の低減が可能な有機性排水の生物処理装置及び方法に関する。

有機性排水を生物処理する場合に用いられる活性汚泥法は、処理水質が良好で、メンテナンスが容易であるなどの利点から、下水処理や産業廃水処理等に広く用いられている。しかしながら、活性汚泥法におけるＢＯＤ容積負荷は一般に０．５〜０．８ｋｇ／ｍ^３／ｄ程度であるため、広い敷地面積が必要となる。また、分解したＢＯＤの約２０％が菌体、即ち汚泥へと変換されるため、大量の余剰汚泥処理も問題となる。

有機性排水の高負荷処理に関しては、担体を添加した流動床法が知られている。この方法を用いた場合、３ｋｇ／ｍ^３／ｄ以上のＢＯＤ容積負荷で運転することが可能となる。しかしながら、この方法では発生汚泥量は分解したＢＯＤの３０％程度で、通常の活性汚泥法より高くなることが欠点となっている。

特許文献１には、有機性排水をまず、第一処理槽で細菌により処理し、排水に含まれる有機物を酸化分解して非凝集性の細菌の菌体に変換した後、第二処理槽で固着性原生動物に捕食除去させることで余剰汚泥の減量化が可能になることが記載されている。さらに、この方法では高負荷運転が可能となり、活性汚泥法の処理効率も向上するとされている。

このように細菌の高位に位置する原生動物や後生動物の捕食を利用した廃水処理方法は、多数提案されている。
例えば、特許文献２では、特許文献１の処理方法で問題となる原水の水質変動による処理性能悪化の対策を提案している。具体的な方法としては、「被処理水のＢＯＤ変動を平均濃度の中央値から５０％以内に調整する」、「第一処理槽内および第一処理水の水質を経時的に測定する」、「第一処理水の水質悪化時には微生物製剤又は種汚泥を第一処理槽に添加する」等の方法を挙げている。
また、特許文献３では、細菌、酵母、放線菌、藻類、カビ類や廃水処理の初沈汚泥や余剰汚泥を原生動物や後生動物に捕食させる際に、超音波処理又は機械攪拌により、上記の餌のフロックサイズを動物の口より小さくさせる方法を提案している。

なお、流動床と活性汚泥法の多段処理に関する発明としては、特許文献４に記載のものがある。この方法では、後段の活性汚泥法をＢＯＤ汚泥負荷０．１ｋｇ−ＢＯＤ／ｋｇ−ＭＬＳＳ／ｄの低負荷で運転することで、汚泥を自己酸化させ、汚泥引き抜き量を大幅に低減できるとしている。

また、本発明者は、微小動物保持担体として、ポリウレタンフォームの揺動床を用いると酸素溶解効率の低下の問題はなく、沈降性の良い汚泥が生成することを見出し、先に特許出願した（特許文献５）。

特開昭５５−２０６４９号公報 特開２０００−２１０６９２号公報 特公昭６０−２３８３２号公報 特許第３４１０６９９号公報 特願２０１１−１５９７１９

特許文献４に記載されるような微小動物の捕食作用を利用した多段活性汚泥法は、実際に有機性廃水処理に用いられており、対象とする排水によっては処理効率の向上、５０％程度の発生汚泥量の減量化が可能である。しかしながら、この汚泥減量効果は安定しないのが現状である。

また、特許文献５で提案されたポリウレタンフォームよりなる揺動床担体では、槽内に保持できる微小動物の数が限られているため、有機物負荷が高くなると分散性細菌の取りこぼしが多く、処理水ＳＳは流動床担体を用いた場合より高くなるという問題が残る。

本発明は、微小動物の捕食作用を利用した多段活性汚泥法において、微小動物による生物処理槽内に、微小動物を数多く安定に維持して、微小動物の捕食による生物処理効率の向上と、処理水質及び汚泥減量化効果の安定化を図る装置及び方法を提供することを課題とする。

本発明者らは、上記課題を解決するべく鋭意検討した結果、微小動物による生物処理を行う生物処理系において、同一の又は別の生物処理槽内において、後生動物が卵を生みやすい揺動床担体を設置すると共に、分散性細菌を捕食する固着性の濾過捕食型微小動物の足場として流動床担体を添加することにより、微小動物を数多く安定に維持することができることを見出した。

本発明はこのような知見に基いて達成されたものであり、以下を要旨とする。

［１］ 二段以上の多段に設けられた好気性生物処理槽の第一生物処理槽に有機性排水を導入して細菌により生物処理し、第一生物処理槽からの分散状態の細菌を含む第一生物処理水を第二生物処理槽以降の生物処理槽に通水して生物処理する有機性排水の生物処理装置において、該第二生物処理槽以降の生物処理槽として、微小動物を保持する担体により生物処理するための担体槽を少なくとも１槽備えた有機性排水の生物処理装置であって、該担体槽は、槽内に揺動床担体が設けられていると共に流動床担体が槽内に添加されているものであることを特徴とする有機性排水の生物処理装置。

［２］ 二段以上の多段に設けられた好気性生物処理槽の第一生物処理槽に有機性排水を導入して細菌により生物処理し、第一生物処理槽からの分散状態の細菌を含む第一生物処理水を第二生物処理槽以降の生物処理槽に通水して生物処理する有機性排水の生物処理装置において、該第二生物処理槽以降の生物処理槽として、微小動物を保持する担体により生物処理するための担体槽を少なくとも２槽備えた有機性排水の生物処理装置であって、該担体槽として、槽内に流動床担体が添加された流動床担体槽と、槽内に揺動床担体が設けられた揺動床担体槽とを備え、該流動床担体槽の処理水を該揺動床担体槽に導入する手段を備えることを特徴とする有機性排水の生物処理装置。

［３］ 二段以上の多段に設けられた好気性生物処理槽の第一生物処理槽に有機性排水を導入して細菌により生物処理し、第一生物処理槽からの分散状態の細菌を含む第一生物処理水を第二生物処理槽以降の生物処理槽に通水して生物処理する有機性排水の生物処理装置において、該第二生物処理槽以降の生物処理槽として、微小動物を保持する担体により生物処理するための担体槽を少なくとも２槽備えた有機性排水の生物処理装置であって、該担体槽として、槽内に流動床担体が添加された流動床担体槽と、該流動床担体槽の処理水の一部を抜き出して生物処理する、槽内に揺動床担体が設けられた揺動床担体槽とを備え、該揺動床担体槽の処理水を前記流動床担体槽の入口側へ返送する手段を備えることを特徴とする有機性排水の生物処理装置。

［４］ ［１］ないし［３］のいずれかにおいて、前記第一生物処理槽は担体充填率２０％以下の流動床担体槽であり、前記第二生物処理槽以降の全生物処理槽に対し、流動床担体の担体充填率が５〜５０％で、揺動床担体の担体充填率が０．５〜３０％であることを特徴とする有機性排水の生物処理装置。

［５］ ［１］ないし［４］のいずれかにおいて、最後段の生物処理槽の処理水を固液分離する固液分離手段を備えることを特徴とする有機性排水の生物処理装置。

［６］ 二段以上の多段に設けられた好気性生物処理槽の第一生物処理槽に有機性排水を導入して細菌により生物処理し、第一生物処理槽からの分散状態の細菌を含む第一生物処理水を第二生物処理槽以降の生物処理槽に通水して生物処理する有機性排水の生物処理方法において、該第二生物処理槽以降の生物処理槽として、微小動物を保持する担体により生物処理する担体槽を少なくとも１槽用いる有機性排水の生物処理方法であって、該担体槽は、槽内に揺動床担体が設けられていると共に流動床担体が槽内に添加されているものであることを特徴とする有機性排水の生物処理方法。

［７］ 二段以上の多段に設けられた好気性生物処理槽の第一生物処理槽に有機性排水を導入して細菌により生物処理し、第一生物処理槽からの分散状態の細菌を含む第一生物処理水を第二生物処理槽以降の生物処理槽に通水して生物処理する有機性排水の生物処理方法において、該第二生物処理槽以降の生物処理槽として、微小動物を保持する担体により生物処理する担体槽を少なくとも２槽用いる有機性排水の生物処理方法であって、該担体槽として、槽内に流動床担体が添加された流動床担体槽と、槽内に揺動床担体が設けられた揺動床担体槽とを用い、該流動床担体槽の処理水を該揺動床担体槽に導入することを特徴とする有機性排水の生物処理装置。

［８］ 二段以上の多段に設けられた好気性生物処理槽の第一生物処理槽に有機性排水を導入して細菌により生物処理し、第一生物処理槽からの分散状態の細菌を含む第一生物処理水を第二生物処理槽以降の生物処理槽に通水して生物処理する有機性排水の生物処理方法において、該第二生物処理槽以降の生物処理槽として、微小動物を保持する担体により生物処理するための担体槽を少なくとも２槽用いる有機性排水の生物処理方法であって、該担体槽として、槽内に流動床担体が添加された流動床担体槽と、該流動床担体槽の処理水の一部が通水される槽内に揺動床担体が設けられた揺動床担体槽とを用い、該揺動床担体槽の処理水を前記流動床担体槽の入口側へ返送することを特徴とする有機性排水の生物処理方法。

［９］ ［６］ないし［８］のいずれかにおいて、前記第一生物処理槽は担体充填率２０％以下の流動床担体槽であり、前記第二生物処理槽以降の全生物処理槽に対し、流動床担体の担体充填率が５〜５０％で、揺動床担体の担体充填率が０．５〜３０％であることを特徴とする有機性排水の生物処理方法。

［１０］ ［６］ないし［９］のいずれかにおいて、最後段の生物処理槽の処理水を固液分離することを特徴とする有機性排水の生物処理方法。

本発明では、微小動物の捕食作用を利用した多段活性汚泥法において、微小動物による生物処理系内に用いる微小動物保持担体として流動床担体と揺動床担体とを併用することにより、分散性細菌を効率的に捕食する固着性の濾過捕食型微小動物をこの生物処理系内に数多く安定的に維持することができるので、汚泥の固液分離性と処理水質を向上させることができる。

本発明の有機性排水の生物処理装置及び方法の実施の形態を示す系統図である。 本発明の有機性排水の生物処理装置及び方法の他の実施の形態を示す系統図である。 本発明の有機性排水の生物処理装置及び方法の他の実施の形態を示す系統図である。 本発明の有機性排水の生物処理装置及び方法の他の実施の形態を示す系統図である。 本発明の有機性排水の生物処理装置及び方法の他の実施の形態を示す系統図である。 本発明の有機性排水の生物処理装置及び方法の他の実施の形態を示す系統図である。

以下に図面を参照して本発明の有機性排水の生物処理装置及び方法の実施の形態を詳細に説明する。

図１〜６は本発明の有機性排水の生物処理装置及び方法の実施の形態を示す系統図である。
図１〜６において、１は第一生物処理槽、２は第二生物処理槽、３は固液分離装置（図１，３，６においては沈殿槽）、４は第三生物処理槽、５は返送水生物処理槽であり、第一生物処理槽１、第二生物処理槽２、第三生物処理槽４、及び返送水生物処理槽５には、図示しない散気管が設けられている。また、１Ａ，２Ａは流動床担体、２Ｂ，４Ｂ，５Ｂは揺動床担体である。図１〜６において同一機能を奏する部材には同一符号を付してある。

図１，２に示す実施の形態では、原水（有機性排水）は第一生物処理槽１に導入され、分散性細菌（非凝集性細菌）により、有機成分(溶解性ＢＯＤ)の７０％以上、望ましくは８０％以上、さらに望ましくは８５％以上が酸化分解される。この第一生物処理槽１のｐＨは６〜８．５とする。ただし、食品製造排水など原水中に油分を多く含む場合や、半導体製造排水や液晶製造排水など原水中に有機系の溶媒や洗浄剤を多く含む場合は分解速度を上げるため、ｐＨを８．０〜９．０としても良い。

また、第一生物処理槽１への通水は、通常一過式とされ、第一生物処理槽１のＢＯＤ容積負荷は１ｋｇ／ｍ^３／ｄ以上、例えば１〜２０ｋｇ／ｍ^３／ｄ、ＨＲＴ（原水滞留時間）は２４ｈ以下、好ましくは８ｈ以下、例えば０．５〜８ｈとすることで、分散性細菌が優占化した処理水を得ることができ、また、ＨＲＴを短くすることでＢＯＤ濃度の低い排水を高負荷で処理することができる。

第一生物処理槽１には、後段の生物処理槽からの汚泥の一部を返送したり、この第一生物処理槽１を二槽以上の多段構成としたり、担体を添加したりすることにより、ＢＯＤ容積負荷５ｋｇ／ｍ^３／ｄ以上の高負荷処理も可能となる。

第一生物処理槽１には流動床担体１Ａを添加してもよく、この場合、用いる担体の形状は、球状、ペレット状、中空筒状、糸状、板状、立方体状、直方体状等任意であり、大きさも０．１〜１０ｍｍ程度の径において任意である。また、担体の材料も天然素材、無機素材、高分子素材等任意であり、ゲル状物質を用いても良い。また、第一生物処理槽１に添加する担体の充填率が高い場合、分散性細菌は生成せず、細菌は担体に付着するか、糸状性細菌が増殖する。そこで、第一生物処理槽１に添加する流動床担体の充填率を１〜２０％、望ましくは５〜１０％とすることで、濃度変動に影響されず、捕食しやすい分散性細菌の生成が可能になる。

また、この第一生物処理槽１は溶存酸素（ＤＯ）濃度を１ｍｇ／Ｌ以下、好ましくは０．５ｍｇ／Ｌ以下として、糸状性細菌の増殖を抑制しても良い。
なお、第一生物処理槽１で溶解性有機物を完全に分解した場合、第二生物処理槽２ではフロックが形成されず、また、微小動物増殖のための栄養も不足し、圧密性の低い汚泥のみが優占化した生物処理槽となる。従って、第一生物処理槽１での有機成分の分解率は１００％ではなく、９５％以下、望ましくは８５〜９０％となるようにすることが好ましい。

第一生物処理槽１の処理水（第一生物処理水）は、後段の第二生物処理槽２に通水し、ここで、残存している有機成分の酸化分解、分散性細菌の自己分解及び微小動物の捕食による余剰汚泥の減量化と一部フロック化を行う。

第二生物処理槽２では、細菌に比べ増殖速度の遅い微小動物の働きと細菌の自己分解を利用するため、微小動物と細菌が系内に留まるような運転条件及び処理装置を用いる必要がある。図１，２の実施の形態では、第二生物処理槽２の曝気槽内に揺動床担体２Ｂを設置すると共に流動床担体２Ａを添加することで微小動物の槽内保持量を高める。流動床担体２Ａでは、生息する微小動物が分散状態の菌を効率的に捕食でき、一方、揺動床担体２Ｂは、せん断力が低く、卵の産卵場所、生息場所となり、より安定した捕食と微小動物維持が可能になる。このため、このように形態の異なる流動床担体２Ａと揺動床担体２Ｂとを併用し、第二生物処理槽２内に流動床及び揺動床を形成することにより、各々の担体の特長を有効に発揮させて、微小動物、特に分散性細菌を効率的に捕食して汚泥の固液分離性と処理水質向上に寄与する固着性の濾過捕食型微小動物の槽内保持量を高めると共に、その捕食作用を十分に発揮させることができる。

第二生物処理槽２に添加する流動床担体２Ａの形状は、球状、ペレット状、中空筒状、糸状、板状、立方体状、直方体状等任意であり、大きさも０．１〜１０ｍｍ程度の径において任意である。また、担体の材料も天然素材、無機素材、高分子素材等任意であり、ゲル状物質を用いても良い。この微小動物用の流動床担体２Ａは、固着させる対象は異なるが、前記の第一生物処理槽１に用いる分散性細菌用流動床担体と同じ素材及び形状の担体を用いることができる。

一方、第二生物処理槽２に設ける揺動床担体２Ｂは、流動床担体２Ａとは異なり、担体の少なくとも一部が、第二生物処理槽２の底面、側面、上部等のいずれかに固定された固定床担体の一種であり、その形状は糸状、板状、短冊状等任意である。また、揺動床担体２Ｂの材料は天然素材、無機素材、高分子素材等任意であり、ゲル状物質を用いても良い。望ましくは多孔質の軟質ポリウレタンフォームであり、例えば第二生物処理槽２の深さ方向の長さ１００〜４００ｃｍ×幅５〜２００ｃｍ×厚み０．５〜５ｃｍの板状ないし短冊状とすることが望ましい。

このような揺動床担体２Ｂは、好ましくは、その板状ないし短冊状の長手方向が第二生物処理槽２の深さ方向（鉛直下向き）となるように第二生物処理槽２内に設置される。このとき揺動床担体２Ｂの短手方向の向きは特に限定されず、例えば第二生物処理槽２への流入側から流出側への通水方向と略直交する方向となるように第二生物処理槽２内に設置することができる。
第二生物処理槽２の容量が揺動床担体２Ｂの寸法に対して大きい場合には、担体の上下面に留め具を取り付けたものを複数枚用意し、これを第二生物処理槽２の深さ方向及び／又は幅方向に所定の枚数を並列させ、ＳＵＳ等の材質よりなる枠材に担体に取付けた留め具を固定してユニット化し、更に、この担体ユニットを必要に応じて第二生物処理槽２内の水の流れ方向に複数段設けるようにする。

このような寸法の、薄い板状ないし短冊状の軟質ポリウレタンフォームのような多孔質のスポンジ担体であれば、十分な弾力性を有し、槽内の水の流れの中でたわむ（形状維持しない）ことにより、薄くても十分な機械的強度を持ち、破損することがない。また、たわむことで槽内の通水を阻害することなく均一に混合され、担体の多孔質構造内にも均等に汚泥含有液が通水されるようになる。即ち、このような、通水を阻害することなく、また破損し難い、弾性と強度を持つ素材として、本発明では、微小動物保持用担体として、前述の流動床担体と共に、好ましくは上記のような特定の寸法の板状ないし短冊状の軟質ポリウレタンフォームを揺動床担体として用いる。

第二生物処理槽２における担体充填率は、流動床担体２Ａの充填率が５〜５０％、特に１０〜４０％で、揺動床担体２Ｂの充填率が０．５〜３０％、特に１〜１０％とすることが好ましい。いずれの担体も充填率が低いと微小動物数を多くすることができず、充填率が高すぎると通水性や散気が阻害される。

第二生物処理槽２では、分散状態の菌体を捕食する濾過捕食型微小動物だけでなく、フロック化した汚泥を捕食できる凝集体捕食型微小動物も増殖する。後者は遊泳しながら、フロックを捕食するため、この微小動物が優先化した場合、汚泥は食い荒らされ、微細化したフロック片が散在する汚泥となる。このフロック片により、第二生物処理槽の生物処理水を沈殿槽で固液分離する場合には処理水が悪化し、膜分離装置で固液分離する場合には膜の目詰まりが発生する。そこで、凝集体捕食型微小動物を間引くため、処理水ＳＳの流出とあわせ、ＳＲＴ（固形分滞留時間）を６０日以下、望ましくは４５日以下の範囲内で汚泥を引き抜くことが望ましい。ただし、ＳＲＴが１５日未満では引き抜きが頻繁すぎて凝集体捕食型微小動物だけでなく濾過捕食型微小動物の数が減少しすぎるので１５日以上とするのが好ましい。

本発明において、第二生物処理槽２に流入する第一生物処理水中に有機物が多量に残存した場合、その酸化分解は後段の処理槽で行われることになる。微小動物が多量に存在する第二生物処理槽２で細菌による有機物の酸化分解が起こると、微小動物の捕食から逃れるための対策として、捕食されにくい形態で増殖することが知られており、このように増殖した細菌群は微小動物により捕食されず、これらの分解は自己消化のみに頼ることとなり、汚泥発生量低減の効果が下がってしまう。そこで、前述のように、第一生物処理槽１では有機物の大部分、すなわち原水ＢＯＤの７０％以上、望ましくは８０％以上を分解し、菌体へと変換しておく必要があるが、第一生物処理槽１で溶解性有機物を完全に分解した場合、第二生物処理槽２ではフロックが形成されず、また、微小動物増殖のための栄養も不足し、圧密性の低い汚泥のみが優占化した生物処理槽となる。そこで、上述のように、第一生物処理槽１では有機物の大部分、すなわち排水ＢＯＤの７０％以上、望ましくは８０％以上を分解し、菌体へと変換しておく必要があるが、適度の有機物負荷も必要となるため、第二生物処理槽２への溶解性ＢＯＤによる汚泥負荷で表すと０．０２５〜０．０５ｋｇ−ＢＯＤ／ｋｇ−ＭＬＳＳ／ｄ、溶解性ＴＯＣ汚泥負荷で０．００５〜０．０５ｋｇ−溶解性ＴＯＣ／ｋｇ−ＭＬＳＳ／ｄで運転することが望ましい。ここで、ＭＬＳＳは、浮遊汚泥の濃度を指し、担体付着分の汚泥を含める。

図１の実施の形態において、第二生物処理槽２の処理水は、固液分離装置（図１では沈殿槽）３に送給され固液分離され、分離水は処理水として取り出され、分離汚泥は返送汚泥として第二生物処理槽２に返送される。

このように、第二生物処理槽２の処理水を固液分離して分離汚泥を第二生物処理槽２に返送することにより、系内の微小動物量の減少を防止することができるが、この固液分離装置３は必ずしも必要とされず、図２に示す如く、第二生物処理槽２の流出水を処理水としてもよい。

また、固液分離装置３としては沈殿槽に限らず、浮上分離装置や膜分離装置を用いてもよく、固液分離装置として膜分離装置を用いた場合、前段で糸状性細菌の発生を抑制しつつ有機物を十分に除去しているので、膜面への有機物や細菌の付着による膜の閉塞を抑制することができる。

図３，４に示す実施の形態は、後段生物処理槽を流動床担体２Ａを充填した第二生物処理槽２と、揺動床担体４Ｂを充填した第三生物処理槽４との二段構成とし、流動床担体を充填する生物処理槽と揺動床担体を充填する生物処理槽とを分け、流動床担体２Ａを充填した第二生物処理槽２、揺動床担体４Ｂを充填した第三生物処理槽４に順次通水するようにした点が図１，２に示す実施の形態と異なり、その他の構成は同様の構成とされ、担体充填率や担体の好適仕様については、図１，２におけると同様である。

図３，４の実施の形態では、第一生物処理槽１で有機物の分解により分散性細菌を増殖させ、第二生物処理槽２では、残留有機物の分解と分散性細菌の捕食除去が行われ、第三生物処理槽４では、残留する分散性細菌の捕食除去とフロック化が行われる。

このような生物処理において、第二生物処理槽２で分散性細菌を低減しているので、第三生物処理槽４は捕食効率の低い揺動床担体４Ｂのみで対応可能であり、また、この第三生物処理槽４では、揺動床担体４Ｂにおいて、微小動物の産卵・生育を促進して、微小動物量を安定して保持することができる。

図３の実施の形態において、第三生物処理槽４の処理水は、固液分離装置（図３では沈殿槽）３に送給され固液分離され、分離水は処理水として取り出され、分離汚泥は返送汚泥として第二生物処理槽２に返送される。

図１の実施の形態と同様、このように、第三生物処理槽４の処理水を固液分離して分離汚泥を第三生物処理槽４に返送することにより、系内の微小動物量の減少を防止することができるが、この固液分離装置３は必ずしも必要とされず、図４に示す如く、第三生物処理槽４の流出水を処理水としてもよい。この場合、第三生物処理槽４の処理水を第二生物処理槽２に返送することで微生物の補充が可能になる。

また、固液分離装置３としては沈殿槽に限らず、浮上分離装置や膜分離装置を用いてもよく、固液分離装置として膜分離装置を用いた場合、前段で糸状性細菌の発生を抑制しつつ有機物を十分に除去しているので、膜面への有機物や細菌の付着による膜の閉塞を抑制することができる。

図５の実施の形態は、第二生物処理槽２の生物処理水の一部を生物処理する返送水生物処理槽５を設け、第二生物処理槽２には流動床担体２Ａのみを設け、返送水生物処理槽５に揺動床担体５Ｂを設けた点が図２に示す実施の形態と異なり、その他の構成は同様の構成とされ、担体充填率や担体の好適仕様については、図２におけると同様である。

この図５の実施の形態では、第一生物処理槽１で有機物の分解により分散性細菌を増殖させ、第二生物処理槽２では、残留有機物の分解と分散性細菌の捕食除去が行われ、返送水生物処理槽５において、残留分散性細菌の捕食除去と汚泥のフロック化が行われる。

このように、第二生物処理槽２の処理水の一部を取り出し、返送水生物処理槽５において、残留分散性細菌を捕食除去した後に第二生物処理槽２に返送して第一生物処理槽１の処理水と共に生物処理することにより、第二生物処理槽２の有機物や分散性細菌の負荷を低減することができる。この返送水生物処理槽５の担体は揺動床担体５Ａであるので、微小動物の産卵・生育に適し、微小動物量を安定して保持することができる。

なお、第二生物処理槽２の生物処理水のうち、返送水生物処理槽５で処理して第二生物処理槽２の入口側に返送する処理水量は、生物処理効率を損なうことなく、返送水生物処理槽５による上記効果を有効に得るために、第二生物処理槽２の流出水量の１／４〜１／１程度とすることが好ましい。

また、図５に示す実施の形態においても、図１に示す実施の形態と同様に、第二生物処理槽２の処理水を固液分離する沈殿槽や、浮上分離装置、膜分離装置等の固液分離装置を設けてもよい。その場合において、固液分離で分離された分離汚泥は、第二生物処理槽２に返送することが好ましい。

図６に示す実施の形態は、図１に示す実施の形態において、第二生物処理槽２と固液分離装置３との間に凝集槽６を設け、第二生物処理槽２の生物処理水を凝集槽６で凝集処理し、凝集処理水を固液分離装置３で固液分離し、分離汚泥を余剰汚泥として系外へ排出する点が異なり、その他の構成は同様の構成とされ、担体充填率や担体の好適仕様については、図１におけると同様である。固液分離方法は、沈殿分離、浮上分離、膜分離のいずれでもよい。

この図６に示す実施の形態で凝集槽６に添加する凝集剤としては、ポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）、塩化第二鉄、ポリ硫酸第二鉄等の無機凝集剤及び／又は各種の高分子凝集剤を用いることができる。本発明によれば、流動床担体２Ａと揺動床担体２Ｂを設けた第二生物処理槽２において、固液分離性に優れた汚泥が生成するため、凝集槽６における凝集剤の添加量を低減することができる。

図１〜６は、本発明の実施の形態の一例を示すものであり、本発明は何ら図示のものに限定されない。例えば、第一生物処理槽は、前述の如く、２段以上の多段構成としてもよく、また、図１，３における固液分離装置を省略して、図２，４に示すような構成としてもよい。また、前述の如く、第二生物処理槽においては、適度な有機物負荷が必要とされることから、原水の一部を第一生物処理槽をバイパスして第二生物処理槽に直接導入するようにすることにより、第二生物処理槽への溶解性ＢＯＤによる汚泥負荷が０．０２５ｋｇ−ＢＯＤ／ｋｇ−ＭＬＳＳ／ｄ以上となるように運転するようにしてもよい。なお、前述の如く、この時のＭＬＳＳには担体付着分のＭＬＳＳも含む。

以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
なお、以下の実施例及び比較例において、処理した原水は、いずれもＣＯＤ_Ｃｒ：１２５０ｍｇ／Ｌ、ＢＯＤ：８００ｍｇ／Ｌの人工基質を含むものである。

［実施例１］
図２に示す如く、容量が８８Ｌの第一生物処理槽１と、容量が１５０Ｌの第二生物処理槽２とを連結させた実験装置を用いて、本発明による有機性排水の処理を行った。
各生物処理槽の処理条件は次の通りとした。

＜第一生物処理槽＞
ＤＯ：０．５ｍｇ／Ｌ
流動床担体：５ｍｍ角略立方形状の軟質ポリウレタンフォーム製担体
流動床担体充填率：５％
ＣＯＤ_Ｃｒ容積負荷：８．６ｋｇ−ＣＯＤ_Ｃｒ／ｍ^３／ｄ
ＨＲＴ：３．５ｈ
ｐＨ：７．０
＜第二生物処理槽＞
ＤＯ：２〜３ｍｇ／Ｌ
流動床担体：５ｍｍ角略立方形状の軟質ポリウレタンフォーム製担体
流動床担体充填率：１０％
揺動床担体：長さ１００ｃｍ×幅３０ｃｍ×厚さ１ｃｍの板状の軟質ポリウレタンフォーム製担体（１枚）
揺動床担体充填率：２％
ＨＲＴ：６．０ｈ
ｐＨ：７．０

なお、第二生物処理槽２の揺動床担体２Ｂとしての板状の軟質ポリウレタンフォーム製担体は、槽内に縦長に配置した（担体の長さ方向を槽の深さ方向とする。）。この揺動床担体２Ｂは、上下両端が枠体に固定されており、この枠体を槽の壁面に留め付けて固定した。
装置全体でのＣＯＤ_Ｃｒ容積負荷は３．２ｋｇ−ＣＯＤ_Ｃｒ／ｍ^３／ｄであり、装置全体でのＨＲＴは９．５ｈであった。

その結果、処理水（第二生物処理槽２の流出水）のＳＳは１８７ｍｇ／Ｌで、汚泥転換率は０．１５ｋｇ−ＳＳ／ｋｇ−ＣＯＤ_Ｃｒとなった。

［実施例２］
図１に示す如く、容量が８８Ｌの第一生物処理槽１と、容量が１５０Ｌの第二生物処理槽２と、固液分離装置（沈殿槽）３とを連結させた実験装置を用いて、本発明による有機性排水の処理を行った。
本実施例２は、固液分離装置３として沈殿槽を設け、第二生物処理槽２の生物処理水を沈殿槽で沈降分離して分離水を処理水として取り出し、分離汚泥を第二生物処理槽２に返送し、第二生物処理槽２からＳＲＴが３０日となるように汚泥を抜き出したこと以外、その他の処理条件は、実施例１におけると同一である。

その結果、処理水のＳＳは２０ｍｇ／Ｌ以下で、第二生物処理槽２から引き抜いた余剰汚泥分と合わせた汚泥転換率は０．１１ｋｇ−ＳＳ／ｋｇ−ＣＯＤ_Ｃｒとなった。

［実施例３］
図４に示す如く、容量が８８Ｌの第一生物処理槽１と、容量が７５Ｌの第二生物処理槽２と、容量が７５Ｌの第三生物処理槽４とを連結させた実験装置を用いて、本発明による有機性排水の処理を行った。
各生物処理槽の処理条件は次の通りとした。

＜第一生物処理槽＞
ＤＯ：０．５ｍｇ／Ｌ
流動床担体：５ｍｍ角略立方形状の軟質ポリウレタンフォーム製担体
流動床担体充填率：５％
ＣＯＤ_Ｃｒ容積負荷：８．６ｋｇ−ＣＯＤ_Ｃｒ／ｍ^３／ｄ
ＨＲＴ：３．５ｈ
ｐＨ：７．０
＜第二生物処理槽＞
ＤＯ：２〜３ｍｇ／Ｌ
流動床担体：５ｍｍ角略立方形状の軟質ポリウレタンフォーム製担体
揺動床担体充填率：１０％（第二生物処理槽と第三生物処理槽との合計に対して）
ＨＲＴ：３ｈ
ｐＨ：７．０
＜第三生物処理槽＞
ＤＯ：２〜３ｍｇ／Ｌ
揺動床担体：長さ１００ｃｍ×幅３０ｃｍ×厚さ１ｃｍの板状の軟質ポリウレタンフォーム製担体（１枚）
揺動床担体充填率：２％（第二生物処理槽と第三生物処理槽との合計に対して）
ＨＲＴ：３ｈ
ｐＨ：７．０

なお、第三生物処理槽４の揺動床担体４Ｂとしての板状の軟質ポリウレタンフォーム製担体は、槽内に縦長に配置した（担体の長さ方向を槽の深さ方向とする。）。この揺動床担体４Ｂは、上下両端が枠体に固定されており、この枠体を槽の壁面に留め付けて固定した。
装置全体でのＣＯＤ_Ｃｒ容積負荷は３．２ｋｇ−ＣＯＤ_Ｃｒ／ｍ^３／ｄであり、装置全体でのＨＲＴは９．５ｈであった。

その結果、処理水（第二生物処理槽２の流出水）のＳＳは１５５ｍｇ／Ｌで、汚泥転換率は０．１２４ｋｇ−ＳＳ／ｋｇ−ＣＯＤ_Ｃｒとなった。

［実施例４］
図３に示す如く、容量が８８Ｌの第一生物処理槽１と、容量が７５Ｌの第二生物処理槽２と、容量が７５Ｌの第三生物処理槽４と、固液分離装置（沈殿槽）３とを連結させた実験装置を用いて、本発明による有機性排水の処理を行った。
本実施例４は、固液分離装置３として沈殿槽を設け、第三生物処理槽４の生物処理水を沈殿槽で沈降分離して分離水を処理水として取り出し、分離汚泥を第二生物処理槽２に返送し、第二生物処理槽２からＳＲＴが３０日となるように汚泥を抜き出したこと以外、その他の処理条件は、実施例３におけると同一である。

その結果、処理水のＳＳは２０ｍｇ／Ｌ以下で、第二生物処理槽２から引き抜いた余剰汚泥分と合わせた汚泥転換率は０．１０ｋｇ−ＳＳ／ｋｇ−ＣＯＤ_Ｃｒとなった。

［実施例５］
図６に示す如く、容量が８８Ｌの第一生物処理槽１と、容量が１５０Ｌの第二生物処理槽２と、凝集槽６と、固液分離装置（沈殿槽）３とを連結させた実験装置を用いて、本発明による有機性排水の処理を行った。
本実施例５は、凝集槽６と固液分離装置３として沈殿槽を設け、第二生物処理槽２の生物処理水を凝集槽６にて、凝集剤として無機凝集剤（１０％ポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ））１５０ｍｇ／Ｌとアニオン系高分子凝集剤（栗田工業（株）製「クリフロック（登録商標）Ａ３３１」）１ｍｇ／Ｌとを添加し、凝集処理水を沈殿槽で固液分離し、分離水を処理水として取り出し、分離汚泥を余剰汚泥として系外へ排出したこと以外、その他の処理条件は実施例１におけると同一である。

その結果、処理水のＳＳは５ｍｇ／Ｌ以下で、沈殿槽からの引き抜き汚泥の汚泥転換率は０．１５ｋｇ−ＳＳ／ｋｇ−ＣＯＤ_Ｃｒ（ＰＡＣ分は除く)となった。

［比較例１］
実施例１において、第二生物処理槽に揺動床担体を設けず、流動床担体のみを流動床担体充填率４０％で充填したこと以外は、同一の処理条件で処理を行ったところ、処理水のＳＳは２５０ｍｇ／Ｌで、汚泥転換率は０．２０ｋｇ−ＳＳ／ｋｇ−ＣＯＤ_Ｃｒとなった。

［比較例２］
実施例５において、第二生物処理槽に揺動床担体を設けず、流動床担体のみを流動床担体充填率４０％で充填し、凝集槽の無機凝集剤添加量を３００ｍｇ／Ｌ、高分子凝集剤の添加量を２ｍｇ／Ｌとしたこと以外は、同一の処理条件で処理を行ったところ、処理水のＳＳは５ｍｇ／Ｌ以下で、沈殿槽からの引き抜き汚泥の汚泥転換率は０．２０ｋｇ−ＳＳ／ｋｇ−ＣＯＤ_Ｃｒ（ＰＡＣ分は除く)となった。

［比較例３］
実施例１において、第一生物処理槽を省略し、第二生物処理槽の容量を１８６Ｌとし、第二生物処理槽に揺動床担体を設けず、流動床担体のみを流動床担体充填率４０％で充填したこと以外は、同一の処理条件で処理を行ったところ、処理水のＳＳは５００ｍｇ／Ｌで、汚泥転換率は０．４０ｋｇ−ＳＳ／ｋｇ−ＣＯＤ_Ｃｒとなった。

本発明の有機性排水の生物処理装置及び方法は、生活排水、下水、食品工場排水、パルプ工場排水、半導体製造排水や液晶製造排水といった広い濃度範囲の有機性排水の処理に利用することができる。

１ 第一生物処理槽
２ 第二生物処理槽
３ 固液分離装置（沈殿槽）
４ 第三生物処理槽
５ 返送水生物処理槽
１Ａ，２Ａ 流動床担体
２Ｂ，４Ｂ，５Ｂ 揺動床担体

Claims (10)

1. 二段以上の多段に設けられた好気性生物処理槽の第一生物処理槽に有機性排水を導入して細菌により生物処理し、第一生物処理槽からの分散状態の細菌を含む第一生物処理水を第二生物処理槽以降の生物処理槽に通水して生物処理する有機性排水の生物処理装置において、
   該第二生物処理槽以降の生物処理槽として、微小動物を保持する担体により生物処理するための担体槽を少なくとも１槽備えた有機性排水の生物処理装置であって、
   該担体槽は、槽内に揺動床担体が設けられていると共に流動床担体が槽内に添加されているものであることを特徴とする有機性排水の生物処理装置。
2. 二段以上の多段に設けられた好気性生物処理槽の第一生物処理槽に有機性排水を導入して細菌により生物処理し、第一生物処理槽からの分散状態の細菌を含む第一生物処理水を第二生物処理槽以降の生物処理槽に通水して生物処理する有機性排水の生物処理装置において、
   該第二生物処理槽以降の生物処理槽として、微小動物を保持する担体により生物処理するための担体槽を少なくとも２槽備えた有機性排水の生物処理装置であって、
   該担体槽として、槽内に流動床担体が添加された流動床担体槽と、槽内に揺動床担体が設けられた揺動床担体槽とを備え、
   該流動床担体槽の処理水を該揺動床担体槽に導入する手段を備えることを特徴とする有機性排水の生物処理装置。
3. 二段以上の多段に設けられた好気性生物処理槽の第一生物処理槽に有機性排水を導入して細菌により生物処理し、第一生物処理槽からの分散状態の細菌を含む第一生物処理水を第二生物処理槽以降の生物処理槽に通水して生物処理する有機性排水の生物処理装置において、
   該第二生物処理槽以降の生物処理槽として、微小動物を保持する担体により生物処理するための担体槽を少なくとも２槽備えた有機性排水の生物処理装置であって、
   該担体槽として、槽内に流動床担体が添加された流動床担体槽と、該流動床担体槽の処理水の一部を抜き出して生物処理する、槽内に揺動床担体が設けられた揺動床担体槽とを備え、
   該揺動床担体槽の処理水を前記流動床担体槽の入口側へ返送する手段を備えることを特徴とする有機性排水の生物処理装置。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項において、前記第一生物処理槽は担体充填率２０％以下の流動床担体槽であり、前記第二生物処理槽以降の全生物処理槽に対し、流動床担体の担体充填率が５〜５０％で、揺動床担体の担体充填率が０．５〜３０％であることを特徴とする有機性排水の生物処理装置。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項において、最後段の生物処理槽の処理水を固液分離する固液分離手段を備えることを特徴とする有機性排水の生物処理装置。
6. 二段以上の多段に設けられた好気性生物処理槽の第一生物処理槽に有機性排水を導入して細菌により生物処理し、第一生物処理槽からの分散状態の細菌を含む第一生物処理水を第二生物処理槽以降の生物処理槽に通水して生物処理する有機性排水の生物処理方法において、
   該第二生物処理槽以降の生物処理槽として、微小動物を保持する担体により生物処理する担体槽を少なくとも１槽用いる有機性排水の生物処理方法であって、
   該担体槽は、槽内に揺動床担体が設けられていると共に流動床担体が槽内に添加されているものであることを特徴とする有機性排水の生物処理方法。
7. 二段以上の多段に設けられた好気性生物処理槽の第一生物処理槽に有機性排水を導入して細菌により生物処理し、第一生物処理槽からの分散状態の細菌を含む第一生物処理水を第二生物処理槽以降の生物処理槽に通水して生物処理する有機性排水の生物処理方法において、
   該第二生物処理槽以降の生物処理槽として、微小動物を保持する担体により生物処理する担体槽を少なくとも２槽用いる有機性排水の生物処理方法であって、
   該担体槽として、槽内に流動床担体が添加された流動床担体槽と、槽内に揺動床担体が設けられた揺動床担体槽とを用い、
   該流動床担体槽の処理水を該揺動床担体槽に導入することを特徴とする有機性排水の生物処理装置。
8. 二段以上の多段に設けられた好気性生物処理槽の第一生物処理槽に有機性排水を導入して細菌により生物処理し、第一生物処理槽からの分散状態の細菌を含む第一生物処理水を第二生物処理槽以降の生物処理槽に通水して生物処理する有機性排水の生物処理方法において、
   該第二生物処理槽以降の生物処理槽として、微小動物を保持する担体により生物処理するための担体槽を少なくとも２槽用いる有機性排水の生物処理方法であって、
   該担体槽として、槽内に流動床担体が添加された流動床担体槽と、該流動床担体槽の処理水の一部が通水される槽内に揺動床担体が設けられた揺動床担体槽とを用い、
   該揺動床担体槽の処理水を前記流動床担体槽の入口側へ返送することを特徴とする有機性排水の生物処理方法。
9. 請求項６ないし８のいずれか１項において、前記第一生物処理槽は担体充填率２０％以下の流動床担体槽であり、前記第二生物処理槽以降の全生物処理槽に対し、流動床担体の担体充填率が５〜５０％で、揺動床担体の担体充填率が０．５〜３０％であることを特徴とする有機性排水の生物処理方法。
10. 請求項６ないし９のいずれか１項において、最後段の生物処理槽の処理水を固液分離することを特徴とする有機性排水の生物処理方法。

Images