JP2014180629A - 水処理方法および水処理システム - Google Patents

Abstract

【課題】有機性廃水中に含まれる有機物を高度に除去することができる水処理方法および水処理システムを提供する。
【解決手段】本発明の水処理方法は、有機性廃水を微嫌気性条件下で生物学的に分解する前処理工程と、前処理工程で得られた処理水を、好気性生物処理を含む生物処理に付して、生物学的に分解する生物処理工程を有する。前処理工程では、有機性廃水の酸化還元電位を−３５０ｍＶ以上０ｍＶ以下に保持して微嫌気性とすることが好ましく、この際、有機性廃水を曝気して酸化還元電位を−３５０ｍＶ以上０ｍＶ以下に保持することが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、有機性廃水を生物学的に処理する水処理方法および水処理システムに関する。

従来、好気性生物処理を利用した有機性廃水の水処理が広く行われ、例えば、標準活性汚泥法、循環式硝化脱窒法、嫌気好気法、嫌気好気無酸素好気法等がよく知られている。また、好気性生物処理の前処理として、原水を嫌気性消化槽に導入して、その流出水を好気性生物処理に付す方法（特許文献１）や、原水を有機酸発酵槽に導入して、その流出水を好気性生物処理に付す方法（特許文献２）も知られている。

特公平２−４９１５９号公報 特開平８−１１９２号公報

好気性生物処理は、有機性廃水中のＢＯＤ（生物学的酸素要求量）を低減する点では非常に有効であるが、ＣＯＤ（化学的酸素要求量）については必ずしも十分に低減できるとは限らない。例えば、有機性廃水中に生物難分解性の有機物が含まれているような場合は、好気性生物処理によって生物難分解性の有機物を除去するのが難しくなる場合があり、結果として処理水のＣＯＤも十分低減できないおそれがある。本発明は前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、有機性廃水中に含まれる有機物を高度に除去することができる水処理方法および水処理システムを提供することにある。

上記課題を解決することができた本発明の水処理方法とは、有機性廃水を微嫌気性条件下で生物学的に分解する前処理工程と、前処理工程で得られた処理水を、好気性生物処理を含む生物処理に付して、生物学的に分解する生物処理工程を有するところに特徴を有する。本発明の水処理方法によれば、有機性廃水を微嫌気性条件下で生物処理する前処理を行うことにより、従来の好気性生物処理を含む生物処理では分解できない有機物が分解（低分子化）され、これを好気性生物処理を含む生物処理に付すことにより、好気性生物処理にとって難分解性な有機物も分解・除去することができるようになる。そのため、有機性廃水に含まれる有機物を高度に除去することができる。

前処理工程では、有機性廃水の酸化還元電位を−３５０ｍＶ以上０ｍＶ以下に保持して微嫌気性とすることが好ましい。さらに、有機性廃水を曝気して酸化還元電位を−３５０ｍＶ以上０ｍＶ以下に保持することが好ましい。また前処理工程では、有機性廃水の酸化還元電位を測定し、その測定値に基づいて有機性廃水の曝気量を調節することにより、有機性廃水を微嫌気性条件下に保持することが好ましい。このようにすることで、簡便に有機性廃水を微嫌気性条件下に保持することができる。

生物処理工程で得られた処理水は、前処理工程に返送しないことが好ましい。生物処理工程で得られた処理水を前処理工程に返送しないことにより、前処理工程で有機性廃水を安定して微嫌気性条件下に保持し、また前処理工程で安定して有機性廃水を生物学的に分解することができる。

本発明の水処理方法は、生物処理工程で得られた処理水を膜分離手段により固液分離する膜分離工程をさらに有していてもよい。本発明の水処理方法によれば、前処理工程を設けることにより有機性廃水に含まれるファウリング物質が分解され、膜分離工程において膜分離手段に備えられた膜ろ材のファウリングを抑えることができる。

本発明はまた、本発明の水処理方法に用いられる水処理システムも提供する。すなわち本発明の水処理システムは、有機性廃水が微嫌気性条件下に保持された前処理槽と、少なくとも好気槽を有する生物反応槽と、前処理槽からの流出水を生物反応槽に移送する流路を有するものである。本発明の水処理システムによれば、有機性廃水に含まれる有機物を高度に除去することができる。

前処理槽では、有機性廃水の酸化還元電位が−３５０ｍＶ以上０ｍＶ以下に保持されて微嫌気性とされていることが好ましい。また、前処理槽において有機性廃水を微嫌気性条件下に保持するために、前処理槽に散気装置が設けられていることが好ましい。さらに、前処理槽には散気装置と酸化還元電位測定装置が設けられ、酸化還元電位測定装置の測定値に基づいて散気装置の曝気量を調節する制御手段がさらに設けられていることが好ましい。

本発明の水処理システムには、生物反応槽からの流出水を前処理槽に返送する流路が設けられていないことが好ましい。また、本発明の水処理システムには、生物反応槽の槽内水または流出水を固液分離するための膜分離手段が設けられていてもよい。

本発明の水処理方法および水処理システムによれば、有機性廃水を微嫌気性条件下で生物処理する前処理を行うことにより、従来の好気性生物処理を含む生物処理では分解できない有機物が分解（低分子化）され、これを好気性生物処理を含む生物処理に付すことにより、好気性生物処理にとって難分解性な有機物も分解・除去することができるようになる。そのため、有機性廃水に含まれる有機物を高度に除去することができる。

本発明の水処理システムの一例を表す。 本発明の水処理システムの他の一例を表す。 本発明の水処理システムの他の一例を表す。 本発明の水処理システムの他の一例を表す。 本発明の水処理システムの他の一例を表す。 実施例において、処理系と対照系の膜間差圧の経時変化を測定した結果を表す。

本発明は、有機性廃水を生物学的に処理する水処理方法と水処理システムに関し、詳細には、有機性廃水を従来の好気性生物処理を含む生物処理をする前に微嫌気性条件下に置いて、有機性廃水に含まれる有機物を生物学的に分解する水処理方法と水処理システムに関する。本発明によれば、有機性廃水を微嫌気性条件下で生物処理した後、好気性生物処理することにより、有機性廃水に含まれる有機物を高度に分解および除去することができる。

有機性廃水を生物学的に処理する場合、処理条件によって有機性廃水中で増殖する生物種が変わり、そのため生物種に応じて有機物の分解能も変わり、また分解可能な有機物の種類も変わってくる。例えば、有機性廃水を好気性条件下に置けば、有機性廃水中には好気性微生物が優先的に増殖する。好気性微生物は有機性廃水中に含まれる有機物を酸素を用いて分解し、有機物中の炭素成分は基本的に二酸化炭素に分解される。有機性廃水を長時間嫌気性条件下に置けば、有機性廃水中には嫌気性微生物が優先的に増殖し、有機物中の炭素成分は、例えばメタンガスや二酸化炭素に分解される。また微生物の中には、好気性条件下でも嫌気性条件下でも生存可能な通性嫌気性微生物（あるいは通性好気性微生物）も存在し、これらの微生物は酸素含有化合物を取り込んで代謝をする。

生物処理を用いた水処理では、有機性廃水は基本的に好気性生物処理に付される。有機性廃水を好気性生物処理することにより、得られる処理水のＢＯＤ（生物学的酸素要求量）を高度に低減することができる。この場合、有機性廃水に含まれる炭素成分は二酸化炭素として除去することができる。有機性廃水に窒素成分やリン成分が含まれる場合は、有機性廃水を好気性条件下と嫌気性条件下（無酸素条件下を含む）に置くことで、有機性廃水中からこれらの成分を除去することができる。窒素成分やリン成分の除去を目的とした生物処理では、嫌気性条件下での処理は数時間程度しか行われないのが一般的である。この場合、窒素成分は、好気性条件下で有機性窒素が硝酸化または亜硝酸化された後、嫌気性（無酸素）条件下で窒素ガスに変換され、有機性廃水から除去される。リン成分は、基本的に好気性条件下で微生物中にポリリン酸として固定され、ポリリン酸が固定化された微生物を汚泥として引き抜くことにより有機性廃水中からリン成分が除去される。このとき、汚泥（汚泥には微生物が含まれる）を好気性条件下と嫌気性条件下に繰り返し置くことで、リン蓄積可能な微生物（リン蓄積菌）の量を増やすことができる。

本発明では、上記のような好気性生物処理を含む生物処理の前処理として、原水である有機性廃水を微嫌気性条件下で生物処理する。このように有機性廃水を前処理することで、好気性生物処理を含む生物処理では分解できない有機物が分解（低分子化）され、これを好気性生物処理を含む生物処理に付すことにより、好気性生物処理にとって難分解性である有機物も分解・除去することができるようになる。以下、本発明の水処理方法と水処理システムについて詳細に説明する。

本発明の水処理方法は、有機性廃水を微嫌気性条件下で生物学的に分解する前処理工程と、前処理工程で得られた処理水を、好気性生物処理を含む生物処理に付して、生物学的に分解する生物処理工程を有する。

本発明において原水として用いられる有機性廃水は、有機物を含むものであれば特に限定されない。有機性廃水としては、例えば、下水、し尿、下水処理やし尿処理に伴い発生するプロセス排水、食品工場、紙パルプ工場、化学工場等から発生する工場排水、家畜糞尿、家畜糞尿等の畜産廃棄物の処理により発生する排水等が挙げられる。有機性廃水は、前処理工程に供される前に、固液分離処理が施されて固形分の一部または全部が除去されたものであってもよい。

前処理工程では、有機性廃水を微嫌気性条件下で生物学的に分解する。前処理工程では、有機性廃水は前処理槽に導入することが好ましく、前処理槽において有機性廃水に含まれる有機物を微嫌気性条件下で生物学的に分解する。前処理槽は、有機性廃水が微嫌気性に保持されるものであれば、特に限定されない。有機性廃水を微嫌気性条件下で生物学的に分解することにより、好気性微生物によっては分解できない有機物を分解することができる。

本発明において、微嫌気性とは、好気性微生物の活性が抑えられて、嫌気性微生物の活性が高められた状態であって、しかしメタン生成菌などの偏性嫌気性微生物の活性は抑えられた状態を意味する。好気性微生物の活性が抑えられることにより、例えば、グルコースの解糖系においてピルビン酸がＴＣＡサイクルに導入されて水と二酸化炭素にまで分解されることが最小限に抑えられる。一方、嫌気性微生物の働きによって有機性廃水中の有機物が嫌気的に分解されるが、メタン生成菌の活性が抑えられているため、有機物がメタンにまで分解されることも抑えられる。微嫌気性条件下では、嫌気性微生物が、好気性微生物によっては分解できない有機物を分解することができるため、好気性生物処理の前処理として微嫌気性条件下で処理することにより、好気性生物処理によって処理可能な有機物量を増やすことができ、後段の生物処理工程で得られる処理水中に残留する難分解性有機物の量を低減することができる。また後段の生物処理工程で窒素やリンの除去を行う場合は、これらの除去にはＢＯＤが必要とされるため、前処理工程で分解生成した有機物をそのＢＯＤ源として利用することもでき、その結果、生物処理工程での窒素・リン除去性能の向上も期待できる。

有機性廃水を微嫌気性条件下で処理するためには、有機性廃水の酸化還元電位を−３５０ｍＶ以上０ｍＶ以下の範囲に概ね保持すればよい。被処理水の酸化還元電位をこのような範囲に保持すれば、好気性微生物や、メタン生成菌などの偏性嫌気性微生物の活性を抑え、それ以外の嫌気性微生物（つまり通性嫌気性微生物）の活性を高めることができる。前処理工程において有機性廃水の酸化還元電位は、−３００ｍＶ以上とすることが好ましく、−２５０ｍＶ以上とすることがより好ましく、また−１００ｍＶ以下とすることが好ましく、−１５０ｍＶ以下とすることがより好ましい。

有機性廃水を微嫌気性条件下に保持する方法としては、有機性廃水に供給する酸素量を調整する方法が挙げられる。有機性廃水には微生物が含まれるため、有機性廃水をそのまま放置すれば微生物によって酸素が消費され、有機性廃水は微嫌気条件よりもさらに嫌気化が進み、酸化還元電位は例えば−４００ｍＶを下回る値となる。従って、有機性廃水を微嫌気性条件化に保持するためには、有機性廃水に酸素を供給することが好ましく、有機性廃水に供給する酸素量を調整することにより、微嫌気性の程度を調節することができる。

有機性廃水へ酸素を供給する方法としては、有機性廃水を前処理槽に移送する流路で有機性廃水を外気と接触させる方法や、前処理槽中の有機性廃水を曝気して酸素を供給する方法、有機性廃水に酸素供給剤を添加して水と反応させることで酸素を発生させて有機性廃水に酸素を供給する方法等が挙げられる。なお、簡便に有機性廃水に酸素を供給でき、また酸素供給量を調整することが容易な点から、前処理槽中の有機性廃水を曝気して酸素を供給する方法が好ましい。またこれらの方法を採用することにより、メタン生成菌などの偏性嫌気性微生物の活性を効果的に抑制することができる。従って前処理工程では、有機性廃水を曝気して酸化還元電位を−３５０ｍＶ以上０ｍＶ以下に保持することが好ましい。またこの点から、前処理槽には散気装置が備えられていることが好ましい。

散気装置としては、水処理に一般に用いられる散気装置を用いればよい。散気装置としては、例えば、メンブレン型散気装置、ディフューザー型散気装置、多孔型散気装置等を用いればよい。また、酸素含有ガスを撹拌羽根で細分化しながら有機性廃水に供給する水中機械式撹拌装置を用いてもよい。

有機性廃水へ曝気により酸素を供給する場合、酸素は、純酸素として有機性廃水に供給してもよく、空気として有機性廃水に供給してもよい。すなわち曝気は、酸素含有ガスとして有機性廃水に供給するものであればよい。有機性廃水への酸素の供給は、連続的に行ってもよく、間欠的に行ってもよい。前者の場合は、酸素供給量を調整することで、有機性廃水を微嫌気性条件下に保持することができる。後者の場合は、酸素を供給する時間を調整したり、酸素供給量を調整することで、有機性廃水を微嫌気性条件下に保持することができる。

なお、有機性廃水が好気性条件下になった場合は、有機性廃水への酸素の供給を停止すればよい。この場合、有機性廃水は曝気せずにそのまま放置あるいは撹拌すればよいが、前処理槽に流入する有機性廃水の溶存酸素濃度が高い場合は、曝気を停止しても酸化還元電位が下がらないことも想定される。その場合は、有機性廃水へ脱酸素剤（例えば、チオ硫酸ナトリウム、ヒドラジン、亜硫酸ナトリウム等の還元剤）を添加したり、前処理槽の気相部を減圧して有機性廃水を脱気したり、窒素ガスを有機性廃水と接触（置換法、ストリッピング法）させることにより、有機性廃水を迅速に微嫌気性条件下に戻すようにしてもよい。

有機性廃水への酸素供給量は、有機性廃水の酸化還元電位を測定し、その測定値に基づいて調節してもよいし、他の方法により調節してもよい。例えば、溶存酸素濃度、ｐＨ、温度、菌体量を指標に、有機性廃水への酸素供給量を調節してもよい。また、有機性廃水の前処理槽流入前のＣＯＤ（化学的酸素要求量）と前処理槽流出後のＣＯＤを測定し、それらのＣＯＤ測定値の差に基づいて酸素供給量を調節してもよく、前処理槽の気相部のメタンガス濃度を測定し、その測定値に基づいて酸素供給量を調節してもよい。

好ましくは、前処理工程では、有機性廃水の酸化還元電位を測定し、その測定値に基づいて有機性廃水の曝気量を調節することにより、有機性廃水を微嫌気性条件下に保持する。このようにして有機性廃水への酸素供給量を調整することで、簡便かつ確実に有機性廃水を微嫌気性条件下に保持することができる。この場合、前処理槽には散気装置と酸化還元電位測定装置が備えられるとともに、酸化還元電位測定装置の測定値に基づいて散気装置の曝気量を調節する制御手段がさらに設けられていることが好ましい。酸化還元電位測定装置は、公知の酸化還元電位計（ＯＲＰ計）を用いることができ、例えば、前処理槽またはそこから流出する有機性廃水の酸化還元電位を測定できるように酸化還元電位測定装置を設ければよい。制御手段は、酸化還元電位測定装置の測定値を信号により受け、当該測定値に基づき散気装置に信号を送り、散気装置の曝気量（曝気量がゼロの場合を含む）を変えることができるものであればよい。

前処理槽では、微生物が固定床に固定化されていてもよく、担体に固定化されていてもよく、グラニュールとして存在していてもよく、また浮遊状態で存在していてもよい。前処理槽で微生物が流動または浮遊している場合の有機性廃水のＳＳ濃度（浮遊物質濃度）も特に限定されない。前処理槽中の有機性廃水のＳＳ濃度は、前処理槽に流入する有機性廃水のＳＳ濃度に応じて変化するものであってもよく、前処理槽の有機性廃水を固液分離手段によって固液分離することにより、前処理槽中の有機性廃水のＳＳ濃度が所望範囲に収まるようにしてもよい。後者の場合、例えば、固液分離手段として前処理槽に膜分離手段を設け、前処理槽の有機性廃水を膜分離手段により固液分離することにより、前処理槽中の有機性廃水のＳＳ濃度を調整することができる。あるいは、固液分離手段として、前処理槽の後段に沈殿槽を設け、沈殿槽の上澄水を後段の生物処理工程に供し、引き抜き汚泥を前処理槽に返送することにより、前処理槽中の有機性廃水のＳＳ濃度を調整することもできる。

生物処理工程では、前処理工程で得られた処理水を、好気性生物処理を含む生物処理に付して、前処理工程で得られた処理水に含まれる有機物を生物学的に分解する。生物処理工程で行われる生物処理は好気性生物処理を含むものであれば特に限定されず、好気性生物処理は微生物存在下で曝気処理するものであればよい。生物処理としては、活性汚泥法（膜分離活性汚泥法を含む）、担体法、固定床生物膜法等が挙げられる。前処理工程で得られた処理水を生物処理工程で生物処理することにより、ＣＯＤが高度に除去された処理水を得ることができる。つまり本発明では、前処理工程で、有機性廃水に含まれる好気性生物処理を含む生物処理によって分解できない有機物を分解できるため、これを生物処理工程で好気性生物処理することにより、原水である有機性廃水に含まれるＣＯＤを高度に除去することができる。

生物処理は生物反応槽で行えばよい。生物反応槽は少なくとも好気槽を有していればよく、嫌気槽や無酸素槽をさらに有していてもよい。生物反応槽として嫌気槽および／または無酸素槽をさらに設けることにより、窒素および／またはリンを除去することができる。従って、生物処理工程では、曝気処理を伴わない生物処理が一部行われてもよい。

前処理槽からの流出水は、前処理槽と生物反応槽とに連通した流路を通って生物反応槽に移送されればよい。前処理槽からの流出水は直接生物反応槽に移送されてもよく、沈殿槽や流量調整槽等を介して生物反応槽に移送されてもよい。

前処理槽からの流出水は、生物反応槽の好気槽にまず導入してもよく、生物反応槽の嫌気槽や無酸素槽にまず導入してもよい。生物処理では、処理方式（例えば、標準法、循環式硝化脱窒法、嫌気好気法、嫌気無酸素好気法等）に応じて、前処理槽からの流出水を生物反応槽の所望する水槽にまず導入すればよい。ただしいずれの場合も、前処理槽からの流出水は、生物反応槽の好気槽において好気性生物処理が施される。

生物処理工程で得られた処理水（以下、「生物処理水」と称する場合がある）は、水質に応じて、下水や河川等に放流されるか、さらに処理が行われる。さらなる処理は従来公知の方法から適宜選択して行えばよく、例えば、固液分離処理（例えば、沈殿処理や膜分離処理）することが好ましい。固液分離処理を行うことにより、固形分濃度が低減された生物処理水を得ることができる。処理に伴い汚泥等の固形分が発生した場合は、濃縮や脱水等の減容化処理を行ってもよい。

本発明の水処理方法は、生物処理工程で得られた処理水を膜分離手段により固液分離する膜分離工程を有していてもよい。すなわち、生物反応槽の槽内水または流出水を、膜分離手段により固液分離してもよい。生物処理工程で得られた処理水を膜分離手段によって固液分離することにより、高度に固形分濃度が低減された生物処理水を得ることができる。この際、本発明の水処理方法によれば、膜分離手段に備えられた膜ろ材のファウリングを抑えることができ、その結果、膜透過流束を高く維持したり、膜の洗浄頻度を減らすことが可能となる。これは、前処理工程において有機性廃水に含まれる有機物が低分子化されることにより、生物処理水に含まれるファウリング物質の量が減るためと考えられる。例えば、バイオファウリングは多糖類やタンパク質等の生体高分子が膜表面に付着・堆積することで引き起こされるが、本発明では前処理工程でこれらの生体高分子が分解され低分子化され、生物処理工程での生体高分子の発生が抑制されていることが推察され、その結果、膜分離手段のファウリングが低減されるものと考えられる。

膜分離手段は、膜ろ材を備え、生物反応槽の槽内水または流出水を固液分離できるものであればよい。膜分離手段は、生物反応槽の槽内水に浸漬して設けられてもよく、生物反応槽の槽外に設置されてもよい。

膜ろ材の孔径は特に限定されないが、いわゆる精密ろ過膜（ＭＦ膜）や限外ろ過膜（ＵＦ膜）であることが好ましい。膜ろ材の種類（形状）は、中空糸膜、管状膜、平板状膜等、特に限定されない。膜を構成する素材も特に限定されず、例えば、酢酸セルロース、ポリフッ化ビニリデン、ポリオレフィン、塩素化ポリエチレン、ポリアミド、ポリアクリロニトリル、ポリテトラフルオロエチレン等の有機膜；セラミックス（例えば、ムライト、アルミナ、ジルコニア）等の無機膜等が挙げられる。

本発明の水処理方法では、生物処理工程で得られた処理水を、前処理工程に返送しないことが好ましい。すなわち、生物反応槽からの流出水を前処理槽に返送する流路が設けられていないことが好ましい。なお、生物処理工程では一般に生物処理に伴い汚泥が発生し、汚泥は余剰汚泥として引き抜かれたり、あるいは返送汚泥として生物反応槽に戻され、各槽を循環しており、これらの汚泥には必然的に生物処理工程で得られた処理水（生物反応槽からの流出水）が含まれている。従って、生物処理工程で得られた処理水には生物処理工程で発生した汚泥も含まれ、生物反応槽からの流出水には生物反応槽からの汚泥も含まれる。生物処理工程で得られた処理水を前処理工程に返送しないことにより、前処理工程で有機性廃水を安定して微嫌気性条件下に保持することができる。また、生物処理工程で発生した汚泥を前処理工程に返送する場合は、前処理槽において微嫌気性条件下で増殖した微生物群のバランスが崩れ、前処理工程での有機物の分解が好適に行われなくなるおそれがある。従って、この点からも、生物処理工程で得られた処理水を前処理工程に返送しないことが好ましい。

次に、本発明の水処理方法と水処理システムの構成例について、図面を参照して説明する。なお、本発明は、図面に示した実施態様に限定されるものではない。

図１には、本発明の水処理システムの第１実施態様を示した。図１に示した水処理システムは、前処理槽１１と、生物反応槽１７と、前処理槽１１からの流出水２を生物反応槽１７に移送する流路１６を有する。前処理槽１１には有機性廃水１が導入され、前処理槽１１中で有機性廃水１’が微嫌気性条件下に保持されている。流路１６は流出水２を移送できるものであれば特に限定されず、管路や開渠等が挙げられる。生物反応槽１７は好気槽１７ａを有し、好気槽１７ａには散気装置１８が設けられている。有機性廃水１’は、前処理槽１１において微嫌気性条件下で生物学的に分解され、次いで、前処理槽１１からの流出水２が生物反応槽１７に導入されて好気性生物処理される。その結果、生物反応槽１７からの流出水３はＣＯＤが高度に低減されたものとなる。

前処理槽１１では、有機性廃水１’の酸化還元電位が−３５０ｍＶ以上０ｍＶ以下に保持されて微嫌気性とされていることが好ましい。そのために、前処理槽１１には散気装置１２が備えられていることが好ましい。図１では、ブロワ１３が散気装置１２に接続し、ブロワ１３によって散気装置１２から前処理槽１１中の有機性廃水１’にガスが供給され、曝気できるようになっている。散気装置１２から供給するガスとしては、酸素含有ガスとして純酸素や空気を用いればよい。また、高くなりすぎた酸化還元電位を下げることを目的として、窒素ガスを供給できるようにしてもよい。前処理槽１１において有機性廃水１’を曝気することにより、有機性廃水１’を微嫌気性条件下に保持することが容易になる。

図１では、前処理槽１１に酸化還元電位測定装置１５が設けられ、酸化還元電位測定装置１５の測定値に基づいて散気装置１２の曝気量を調節する制御手段１４が設けられている。酸化還元電位測定装置１５の測定値が信号として制御手段１４に送られ、制御手段１４によってブロワ１３の回転数が制御されることにより、散気装置１２からの曝気量が調節できるようになっている。

なお、図１に示すように、本発明の水処理システムでは、生物反応槽１７からの流出水３を前処理槽１１に返送する流路が設けられていないことが好ましい。生物反応槽１７からの流出水３を前処理槽１１に返送しないことにより、前処理槽１１において有機性廃水１’を安定して微嫌気性条件下に保持しやすくなる。

図２には、本発明の水処理システムの第２実施態様を示した。第２実施態様の水処理システムは、生物反応槽に膜分離手段を設けている点で、第１実施態様の水処理システムとは異なる。なお下記の説明で、第１実施態様に関する説明と重複する部分の説明を省く。また、図２以降の図面では、前処理槽１１に設けられるブロワ１３、制御手段１４、酸化還元電位測定装置１５の表示を省略している。

図２に示した水処理システムは、生物反応槽１７に槽内水４を固液分離するための膜分離手段１９が設けられている。図２では、膜分離手段１９が槽内水４に浸漬設置されている。膜分離手段１９はろ液取出側をポンプ２０で吸引することにより、処理水３を得ることができる。膜分離手段１９を槽内水４に浸漬設置する場合、膜分離手段１９は好気槽１７ａに設けることが好ましい。この際、膜分離手段１９の膜ろ材を散気装置１８の上部に設置することで、膜ろ材の表面がクロスフロー洗浄され、膜分離処理を好適に行いやすくなる。なお図面には示されていないが、膜分離手段１９は生物反応槽１７の槽外に設けられ、生物反応槽１７の流出水３を固液分離するものであってもよい。本発明の水処理システムでは、前処理槽１１の流出水２を生物反応槽１７に導入して、生物反応槽１７の槽内水４または流出水３を膜分離手段１９で固液分離することにより、膜分離手段１９の膜ろ材のファウリングを抑えることができる。

図３には、本発明の水処理システムの第３実施態様を示した。第３実施態様の水処理システムは、生物反応槽を嫌気槽と好気槽とから構成し、生物反応槽の後段に沈殿槽を設け、沈殿槽からの汚泥を好気槽に返送しているで、第１実施態様の水処理システムとは異なる。なお下記の説明で、第１実施態様に関する説明と重複する部分の説明を省く。

図３に示した水処理システムは、生物反応槽１７が嫌気槽１７ｃと好気槽１７ａとで構成されている。前処理槽１１からの流出水２は、生物反応槽１７の嫌気槽１７ｃにまず導入され、その後好気槽１７ａに導入される。生物反応槽１７からの流出水３は、沈殿槽２１に導入されて固液分離され、固形分濃度が低減された流出水３’と汚泥５が得られる。汚泥５は少なくとも一部が嫌気槽１７ｃに返送されている。このように生物反応槽１７の汚泥（微生物）を好気槽１７ａと嫌気槽１７ｃとの間を循環させることにより、リン蓄積菌の増殖環境が整えられ、流出水２中のリンがリン蓄積菌によって高度に除去されるようになる。この際、リン蓄積菌は嫌気槽１７ｃで流出水２中のＢＯＤを取り込んで増殖するため、前処理槽１１で生物学的に分解処理が施されてＢＯＤ量が高められた流出水２が嫌気槽１７ｃに導入されることにより、流出水２中のＢＯＤがリン除去に有効に利用される。

図４には、本発明の水処理システムの第４実施態様を示した。第４実施態様の水処理システムは、生物反応槽を嫌気槽（無酸素槽）と好気槽とから構成し、好気槽の槽内水を嫌気槽に返送している点で、第２実施態様の水処理システムとは異なる。なお下記の説明で、第２実施態様に関する説明と重複する部分の説明を省く。

図４に示した水処理システムは、生物反応槽１７が嫌気槽（無酸素槽）１７ｂと好気槽１７ａとで構成されている。前処理槽１１からの流出水２は、生物反応槽１７の嫌気槽（無酸素槽）１７ｂにまず導入され、その後好気槽１７ａに導入され、好気槽１７ａの槽内水４は硝化循環液６として嫌気槽（無酸素槽）１７ｂに返送されている。このように前処理槽１１からの流出水２を処理することにより、流出水２中の窒素を生物学的に除去することができる。すなわち、流出水２中の有機性窒素が好気槽１７ａで硝化され、これが嫌気槽（無酸素槽）１７ｂに返送されて流出水２中のＢＯＤを用いて脱窒されることにより、流出水２中の有機性窒素を窒素ガスとして除去することができる。この際、流出水２は、前処理槽１１で生物学的に分解処理が施されたものであるため、流出水２が窒素除去のためのＢＯＤ源として有効に利用されるようになる。

図５には、本発明の水処理システムの第５実施態様を示した。第５実施態様の水処理システムは、生物反応槽を嫌気槽と無酸素槽と好気槽とから構成し、好気槽の槽内水を無酸素槽に返送するとともに、無酸素槽の槽内水を嫌気槽に返送している点で、第２実施態様の水処理システムとは異なる。なお下記の説明で、第２実施態様に関する説明と重複する部分の説明を省く。

図５に示した水処理システムは、生物反応槽１７が嫌気槽１７ｃと無酸素槽１７ｂと好気槽１７ａとで構成されている。前処理槽１１からの流出水２は、生物反応槽１７の嫌気槽１７ｃにまず導入され、次いで無酸素槽１７ｂに導入され、その後好気槽１７ａに導入される。好気槽１７ａの槽内水４は硝化循環液６として無酸素槽１７ｂに返送され、これにより流出水２中の有機性窒素が硝化および脱窒され、窒素除去が行われる。無酸素槽１７ｂの槽内水はさらに嫌気槽１７ｃに返送され、これにより生物反応槽１７の汚泥が好気槽１７ａと嫌気槽１７ｃとの間を循環することとなり、リン蓄積菌の増殖環境が整えられ、流出水２中のリンがリン蓄積菌によって除去されるようになる。図５に示した水処理システムでは、流出水２に含まれるＢＯＤが、窒素とリンの両方の除去のために有効に利用されることとなる。

以下に、実施例を示すことにより本発明を更に詳細に説明するが、本発明の範囲はこれらに限定されるものではない。

図４に示した処理システムを用いて、有機性廃水の処理を行った。有機性廃水としては切削油排水を用い、前処理槽で有機性廃水を微嫌気性条件下に保持し、その後、生物反応槽にて硝化脱窒循環法で生物処理を行い、生物反応槽の好気槽の槽内水を膜分離処理することにより最終的な処理水を得た（処理系）。なお前処理槽では、槽内の有機性廃水の酸化還元電位を測定し、空気供給量を調整しながら曝気することにより、有機性廃水の酸化還元電位を−２５０ｍＶ〜−１５０ｍＶの範囲に保持した。処理は連続して２２日間行った。なお対照系として、全く同じ条件で、前処理槽で前処理を行わずに有機性廃水を生物反応槽に直接導入して処理した実験も並行して行った。

表１に処理系と対照系の処理結果を示すが、処理系と対照系ではいずれもＢＯＤはほぼ完全に除去されたが、ＣＯＤは処理系の方が対照系よりも除去率が高くなる結果となった。表１に示したＣＯＤ除去率の結果は、処理水ＣＯＤ濃度で比較すると、処理系の方が対照系よりも約３割低減したこととなる。有機性廃水を前処理槽で微嫌気性条件下に保持して生物処理することにより、難分解性有機物が分解されて、生物易分解性の有機物に変換されたことが分かる。

図６には、生物反応槽の好気槽に浸漬設置した膜ろ材の膜間差圧の経時変化の結果を示した。図６に示した結果からも分かるように、処理系では膜間差圧の上昇が低く抑えられ、膜間差圧の上昇速度は、処理系は対照系の１／４以下となった。有機性廃水を前処理槽で微嫌気性条件下に保持して生物処理することにより、ファウリングの原因物質が分解され、その結果、生物反応槽で生体高分子の発生が抑制されて、ファウリングが起こりにくくなったものと考えられる。

本発明は、下水、し尿、下水処理やし尿処理に伴い発生するプロセス排水、食品工場、紙パルプ工場、化学工場等から発生する工場排水、家畜糞尿、家畜糞尿等の畜産廃棄物の処理により発生する排水等の処理に用いることができる。

１，１’： 有機性廃水
１１： 前処理槽
１７： 生物反応槽
１７ａ： 好気槽
１７ｂ： 嫌気槽（無酸素槽）
１７ｃ： 嫌気槽
１９： 膜分離手段

Claims (12)

1. 有機性廃水を微嫌気性条件下で生物学的に分解する前処理工程と、
   前記前処理工程で得られた処理水を、好気性生物処理を含む生物処理に付して、生物学的に分解する生物処理工程を有することを特徴とする水処理方法。
2. 前記前処理工程において、有機性廃水の酸化還元電位を−３５０ｍＶ以上０ｍＶ以下に保持して微嫌気性とする請求項１に記載の水処理方法。
3. 前記前処理工程において、有機性廃水を曝気して酸化還元電位を−３５０ｍＶ以上０ｍＶ以下に保持する請求項２に記載の水処理方法。
4. 前記生物処理工程で得られた処理水を、前記前処理工程に返送しない請求項１〜３のいずれか一項に記載の水処理方法。
5. 前記前処理工程において、有機性廃水の酸化還元電位を測定し、測定値に基づいて有機性廃水の曝気量を調節することにより、有機性廃水を微嫌気性条件下に保持する請求項１〜４のいずれか一項に記載の水処理方法。
6. 前記生物処理工程で得られた処理水を、膜分離手段により固液分離する膜分離工程をさらに有する請求項１〜５のいずれか一項に記載の水処理方法。
7. 有機性廃水が微嫌気性条件下に保持された前処理槽と、
   少なくとも好気槽を有する生物反応槽と、
   前記前処理槽からの流出水を前記生物反応槽に移送する流路を有することを特徴とする水処理システム。
8. 前記前処理槽において、有機性廃水の酸化還元電位が−３５０ｍＶ以上０ｍＶ以下に保持されて微嫌気性とされている請求項７に記載の水処理システム。
9. 前記前処理槽に散気装置が設けられている請求項７または８に記載の水処理システム。
10. 前記生物反応槽からの流出水を前記前処理槽に返送する流路が設けられていない請求項７〜９のいずれか一項に記載の水処理システム。
11. 前記前処理槽には散気装置と酸化還元電位測定装置が設けられ、
    酸化還元電位測定装置の測定値に基づいて散気装置の曝気量を調節する制御手段がさらに設けられている請求項７〜１０のいずれか一項に記載の水処理システム。
12. 前記生物反応槽の槽内水または流出水を固液分離するための膜分離手段がさらに設けられている請求項７〜１１のいずれか一項に記載の水処理システム。

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