JP2015024368A - 有機性廃水処理方法及び有機性廃水処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
米ぬか加工廃水等の、難分解性有機物を含有する高ＣＯＤ濃度及び／又は低ｐＨの有機性廃水であっても、安定して廃水処理性能を維持することができる有機性廃水の処理方法及び処理装置を提供する。
【解決手段】
有機性廃水処理方法は、有機性廃水のＣＯＤ濃度及びｐＨを調整する調整工程と、前記調整廃工程を経た前記廃水にオゾンマイクロバブルを供給し、前記調整廃水中の難分解性有機物を低分子化する前処理工程と、リン蓄積細菌及び脱窒性リン蓄積細菌のうち少なくとも一方の存在下で、前記前処理工程を経た廃水に、嫌気処理、好気処理及び無酸素処理を含む微生物処理を行い、前記前処理廃水に含まれる窒素とリンを除去する微生物処理工程と、前記微生物処理工程におけるＭＬＳＳ濃度を計測するＭＬＳＳ計測工程とを備え、前記調整工程において、ＭＬＳＳ計測工程でのＭＬＳＳ濃度計測値に基づいて前記有機性廃水のＣＯＤ濃度及びｐＨを調整する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、米ぬか加工廃水等の有機性廃水から窒素とリンを除去する有機性廃水処理方法及び有機性廃水処理装置に関する。

米ぬか加工工場から排出される米ぬか加工廃水等の有機性廃水は、デンプン質やタンパク質、脂質などが含まれた廃水である。このような有機性廃水の特徴としては、デンプン質が多く含有されているため有機炭素源濃度の指標であるＣＯＤ（Chemical Oxygen Demand：化学的酸素要求量）ならびにＢＯＤ（Biochemical Oxygen Demand：生物化学的酸素要求量）が高く、タンパク質由来の窒素成分が含まれている。また、米ぬかから米油を製造する際、その精製段階でリン脂質がカルシウムやマグネシウムイオンなどと結合した不純物を取り除く工程がある。このため、その精製工程の廃水には高濃度のリン酸が含有されていることが特徴であり、米ぬか加工廃水には、水質汚濁で問題視される成分が高濃度に混在した廃水である。

上述した有機物やリンを含む有機性廃水から有機物及びリンを取り除くためには、有機物及び窒素除去を主目的とする通常の活性汚泥法のほか、リン除去型廃水処理方法の付加が必要となる。しかしながら、一般に適用される活性汚泥法においては、前記有機性廃水中の有機物分解には数日程度の時間を要する。
さらに、米ぬか加工廃水において、食用油の精製プロセスでは、徹底して不純物を除くために大量のリン酸液を油脂に添加する結果、水質汚濁でも問題視されるリン酸が高濃度に含まれる。このため、その除去は一般の活性汚泥法のみでは除去できず、リン除去型廃水処理方法の付加が必要となる。

そこで近年、窒素とリンを同時に除去する方法として、下水処理施設等ではＡ２Ｏ法が用いられている。Ａ２Ｏ法は、一般に嫌気工程、無酸素工程、好気工程からなる微生物処理工程により、余剰汚泥を一部循環させながら廃水を処理するものである。この方法によれば、リン蓄積細菌（ＰＡＯ）により嫌気工程でのリン放出と好気工程でのリン摂取が行なわれ、廃水中からリンが汚泥中に取り込まれて廃水中のリンが除去される。一方硝化細菌により好気工程での硝化作用が行なわれ、脱窒細菌により無酸素工程での脱窒作用が行なわれ、廃水中の窒素が除去される。

さらにこれを応用した技術として、特許文献１（特許第４２６７８６０号公報）には、脱窒性リン蓄積細菌（ＤＮＰＡＯ）を用いて窒素とリンを同時除去する方法を提案している。これは、脱窒性リン蓄積細菌の存在下で、嫌気工程、好気工程、及び無酸素工程の順に廃水を処理し（ＡＯＡ法）、さらに好気工程初期に有機炭素源を供給するようにしたものである。脱窒性リン蓄積細菌はＡＯＡ法で運転されている汚泥に通常含まれているため、これを有効に活用できる廃水条件とすることで、窒素とリンを効率よく除去することを可能としている。

特許第４２６７８６０号公報

上記のＡＯＡ法（微生物処理）を用いた窒素・リン除去型廃水処理プロセスによれば、リンを含む有機性廃水から窒素とリンを同時除去することが可能である。一方で、米ぬか加工廃水等の有機性廃水のように、ＣＯＤ及びＢＯＤ濃度が高く、また、微生物が分解しにくい難分解性有機物が廃水中に多く存在する場合には、ＡＯＡ法（微生物処理）の前処理工程にオゾンマイクロバブルにより廃水中の有機物を低分子化することが行われている。
この方法では、有機性廃水にオゾンマイクロバブルを接触しオゾンによる有機物低分子化を前処理として行うことで、処理効率低下の原因となる難分解性有機物を分解して低分子化する。その結果、窒素・リン除去型廃水処理プロセスの有機物、窒素、リン除去性能が、オゾンマイクロバブルによる前処理をしない場合に比べ向上する。

しかしながら、このように窒素・リン除去型廃水処理プロセスの前段にオゾンマイクロバブルを用いた前処理工程を行った場合でも、米ぬか加工廃水などのように、例えばｐＨが３〜４の酸性を示し、又はＣＯＤ濃度が６０００ｍｇ／Ｌ程度の高いものであると、有機物並びにリンなどの除去性能が低下しあるいは不安定となる要因となる。

すなわち、被処理有機性廃水のｐＨが４程度以下であれば、ＡＯＡ法（微生物処理）において有機物等の除去を担う活性汚泥中の菌体がダメージを被り、その結果、後述するＭＬＳＳ（Mixed Liquor Suspended Solids）濃度が低下する。
また、ＡＯＡ法（微生物処理）において、廃水処理装置の運転立上げ時ならびに一度ＭＬＳＳ濃度が低下して処理不能に陥った場合の活性汚泥に対して、米ぬか加工廃水等の高濃度のＣＯＤを含有する、処理負荷が高い廃水を直接通水してもＭＬＳＳ濃度は低下したまま回復しない。

ここで、ＭＬＳＳ濃度（以下において汚泥濃度ともいう）とは、微生物処理において廃水処理を行う菌体を含む活性汚泥の濃度であり、有機性廃水の処理を行うために、ＭＬＳＳ濃度は一定の値以上を維持する必要がある。
ＭＬＳＳは、廃水を処理するために消費されるが、被処理水のＣＯＤ濃度が過度に高くなければ、処理が進むにつれて回復する性質を持っている。しかしながら、その回復速度を超えてＭＬＳＳ濃度が低下すれば、それ以上の廃水処理は不可能となる。
したがって、被処理有機性廃水が低ｐＨであれば、ＭＬＳＳ濃度が低下し、有機物ならびにリン等の除去プロセス性能の不安定さをもたらす要因となる。また、廃水処理装置の運転立ち上げ時やＭＬＳＳ濃度が処理不能な状態まで低下した状態で高ＣＯＤ濃度の被処理水を通水すれば、ＭＬＳＳ濃度は低下したまま回復しない。

つまり、窒素・リン除去型廃水処理プロセスに上述のオゾンマイクロバブルを用いた前処理を適用するだけでは、高ＣＯＤ濃度で処理負荷が高い有機性廃水、あるいは低ｐＨの有機性廃水が通水された場合、水質処理に必要なＭＬＳＳ濃度（汚泥濃度）を保持できなくなる。その結果、有機物やリンの除去性能、すなわち廃水処理性能が損なわれる可能性がある。

本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、本発明の少なくとも一実施形態は、米ぬか加工廃水等の、難分解性有機物を含有する高ＣＯＤ濃度及び／又は低ｐＨの有機性廃水であっても、安定して廃水処理性能を維持することができる、有機性廃水の処理方法及び処理装置の提供を目的とする。

本発明の少なくとも一実施形態に係る有機性廃水処理方法は、
有機性廃水のＣＯＤ濃度及びｐＨを調整して調整廃水を得る調整工程と、
前記調整廃水にオゾンマイクロバブルを供給し、前記調整廃水中の難分解性有機物を低分子化して前処理廃水を得る前処理工程と、
リン蓄積細菌及び脱窒性リン蓄積細菌のうち少なくとも一方の存在下で、前記前処理廃水に、嫌気処理、好気処理及び無酸素処理を含む微生物処理を行い、前記前処理廃水に含まれる窒素とリンを除去する微生物処理工程と、
前記微生物処理工程におけるＭＬＳＳ濃度を計測するＭＬＳＳ計測工程と、を備え、
前記調整工程において、ＭＬＳＳ計測工程でのＭＬＳＳ濃度計測値が閾値以下であれば、少なくともＭＬＳＳ濃度計測値が前記閾値に増加するまでの期間、前記有機性廃水のＣＯＤ濃度が２０００ｍｇ／Ｌ以下となるように前記有機性廃水のＣＯＤ濃度を調整し、その後、得られる前記調整廃水のｐＨが５．０以上８．０以下となるように前記有機性廃水のｐＨを調整する。

上記において、ＭＬＳＳ濃度の閾値は、ＭＬＳＳ濃度が閾値以上であれば、被処理廃水のＣＯＤ濃度が高くても、ＭＬＳＳ濃度を回復することによって微生物処理工程において安定した処理性能が得られるようなＭＬＳＳ濃度の値である。
上記有機性廃水処理方法では、調整工程において、ＭＬＳＳ濃度の計測値に基づいて被処理廃水である有機性廃水のＣＯＤ濃度を所定値以下に調整する。例えば、ＭＬＳＳ濃度の計測値が閾値以下である場合、米ぬか加工廃水等のようにＣＯＤの濃度が６０００ｍｇ／Ｌ程度と高濃度である場合にはこれを希釈して２０００ｍｇ／Ｌ以下とする。このため、処理対象の有機性廃水のＣＯＤが低下し、その後の微生物処理工程における活性汚泥の処理負荷を軽減させることができる。これにより、通常ＣＯＤ濃度が高く処理負荷が高い廃水処理開始時又は一旦ＭＬＳＳ濃度が低下して廃水処理が不能となった場合であっても、その後ＭＬＳＳ濃度（汚泥濃度）を回復させることが可能となる。又は、廃水処理が不能となる手前でＭＬＳＳ濃度を回復させることが可能となる。そして、少なくともＭＬＳＳ濃度計測値が前記閾値まで増加するまで希釈した有機性廃水を微生物処理工程で処理することで、ＭＬＳＳ濃度は前記閾値付近の定常域を維持しやすくなる。その結果、ＭＬＳＳ濃度を安定して維持できるため、微生物処理工程における有機物及びリンの除去性能、すなわち廃水処理性能を安定して維持することができる。
また、ＣＯＤ濃度調整、すなわち有機性廃水の希釈は、廃水処理開始時及び廃水処理性能が悪化した際のスタートアップ時のみであり、ＭＬＳＳ濃度が閾値以上の定常状態に達した場合からは、有機性廃水を希釈しなくともその後の処理が可能となる。このため、ＣＯＤ濃度が高い有機性廃水を全く希釈せずに微生物処理を施すことによって廃水処理性能が低下して処理が滞る場合に比べ、有機物除去時間が短縮し、その結果微生物処理における曝気動力を削減することができる。その結果、廃水処理に要する電力コストを削減することが可能となる。
また、上記有機性廃水処理方法では、調整工程において、上述のようにＣＯＤ濃度を調整した有機性廃水のｐＨを５．０以上８．０以下となるように調整する。このため、その後の微生物処理工程においてｐＨが５．０以上８．０以下に調整された被処理水が通水されるため、微生物処理工程において有機物等の除去を担う活性汚泥中の菌体が受けるダメージが低減される。その結果、ＭＬＳＳ濃度の低下が抑えられるため、微生物処理工程における廃水処理性能の安定した維持につながる。
このように、ＭＬＳＳ濃度の計測値に基づいて被処理廃水である有機性廃水のＣＯＤ濃度及びｐＨを調整する調整工程を設けることで、米ぬか加工廃水等の高濃度のＣＯＤ（炭素源）を含み及び／又は低ｐＨの有機性廃水に対し、安定したＭＬＳＳ濃度（汚泥濃度）を維持することが可能となり、有機物等の除去性能、すなわち廃水処理性能を改善することができる。

幾つかの実施形態では、前記微生物処理工程は、嫌気処理、好気処理及び無酸素処理をこの順に含む。
この場合、微生物処理工程は嫌気処理、好気処理及び無酸素処理の順に処理を行うＡＯＡ法である。幾つかの実施形態で微生物処理工程に用いられる脱窒性リン蓄積細菌は、ＡＯＡ法で運転されている汚泥に大抵含まれているため、この汚泥を有効に活用することで被処理廃水から窒素及びリンを効率よく除去することが可能となる。

幾つかの実施形態では、前記ＭＬＳＳ濃度計測値の前記閾値が６５００ｍｇ／Ｌである。

また、幾つかの実施形態では、前記有機性廃水が、米加工廃水又は米ぬか加工廃水である。

本発明の少なくとも一実施形態に係る有機性廃水処理装置は、
有機性廃水処理に含まれる有機物とリンを除去する有機性廃水処理装置であって、
有機性廃水のＣＯＤ濃度を調整するＣＯＤ濃度調整手段と、
前記有機性廃水のｐＨを調製するｐＨ調整手段と、
マイクロバブルにオゾンを溶解させてオゾンマイクロバブルを生成するオゾンマイクロバブル生成手段と、
前記有機性廃水に、前記オゾンマイクロバブル生成手段で生成したオゾンマイクロバブルを供給して前記有機性廃水中の難分解性有機物を低分子化して前記処理廃水を得る前処理手段と、
前記前処理手段の後段に接続され、リン蓄積細菌及び脱窒性リン蓄積細菌のうち少なくとも一方の存在下で、前記前処理廃水に、嫌気処理、好気処理及び無酸素処理を含む微生物処理を行い前記前処理排水に含まれる窒素とリンを除去する微生物処理手段と、
前記微生物処理手段におけるＭＬＳＳ濃度を計測するＭＬＳＳ計測手段と、
前記ＭＬＳＳ計測工程でのＭＬＳＳ濃度の計測値に基づいて、前記ＣＯＤ濃度調整手段により調整される後の前記有機性廃水のＣＯＤ濃度である目標ＣＯＤ濃度を決定し、前記有機性廃水のＣＯＤ濃度が前記目標ＣＯＤ濃度となるように前記ＣＯＤ濃度調整手段を制御する制御手段と、を備える。

上記有機性廃水処理装置では、ＣＯＤ調整手段及び制御手段により、ＭＬＳＳ濃度の計測値に基づいて被処理廃水である有機性廃水のＣＯＤ濃度を所定値以下に調整し、ｐＨ調整手段により有機性廃水のｐＨを調整することができる。
制御手段によりＣＯＤ調整手段を制御することにより処理対象の有機性廃水のＣＯＤ濃度を調整し、これにより、その後の微生物処理工程における活性汚泥の処理負荷を軽減させることができる。したがって、廃水処理開始時又は一旦ＭＬＳＳ濃度が低下して廃水処理が不能となった場合であっても、その後ＭＬＳＳ濃度（汚泥濃度）を回復させることが可能となる。又は、廃水処理が不能となる手前でＭＬＳＳ濃度を回復させることが可能となる。その結果、ＭＬＳＳ濃度を安定して維持できるため、微生物処理工程における有機物及びリンの除去性能、すなわち廃水処理性能を安定して維持することができる。
また、ｐＨ調整手段により、処理対象の有機性廃水のｐＨを所定範囲内に調製することにより、微生物処理工程において有機物等の除去を担う活性汚泥中の菌体が受けるダメージを低減することができる。その結果、ＭＬＳＳ濃度の低下が抑えられるため、微生物処理工程における廃水処理性能の安定した維持につながる。
このように、上記装置では、ＭＬＳＳ濃度の計測値に基づいて被処理廃水である有機性廃水のＣＯＤ濃度及びｐＨを調整するＣＯＤ調整手段及びｐＨ調整手段を設けられる。このため、ＣＯＤ調整手段及びｐＨ調整手段の後に被処理水が通水される微生物処理手段において、米ぬか加工廃水等の高濃度のＣＯＤ（炭素源）を含み及び／又は低ｐＨの有機性廃水に対し、安定したＭＬＳＳ濃度（汚泥濃度）を維持することが可能となる。したがって、有機物等の除去性能、すなわち廃水処理性能を改善することができる。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、米ぬか加工廃水等の、難分解性有機物を含有する高ＣＯＤ濃度及び／又は低ｐＨの有機性廃水であっても、安定して廃水処理性能を維持することができる。

一実施形態に係る有機性廃水処理方法を示すフロー図である。 一実施形態に係る有機性廃水処理装置の構成例を示す全体図である。 一実施形態に係る有機性廃水処理装置のＣＯＤ濃度調整手段及びｐＨ調整手段の概略構成図である。 一実施形態に係る有機性廃水処理装置の前処理槽の概略構成図である。 実施例における試験結果であり、従来の処理方法及び本発明の処理方法におけるＭＬＳＳ濃度（汚泥濃度）の径時変化を示すグラフである。 実施例における試験結果であり、好気処理におけるＣＯＤ濃度の経時変化を示すグラフである。 実施例における試験結果であり、ＣＯＤ濃度の除去性能を示したグラフである。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状及びその相対的配置等は、特定的な記載がない限り本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、以下の実施形態における処理対象の有機性廃水は、米ぬか加工工場等から排出された米ぬかや米のとぎ汁等を含む米ぬか加工廃水であり、ＢＯＤ、ＣＯＤ、窒素、リンを含む有機性廃水である。

図１は、一実施形態に係る有機性廃水処理方法を示すフロー図である。
図１を参照して、本発明の一実施形態に係る有機性廃水処理方法の基本フローを説明する。
本実施形態に係る米ぬか加工廃水の処理方法は、主に、調整工程１と、前処理工程２と、嫌気処理工程３、好気処理工程４、無酸素処理工程５を含む微生物処理工程６と、ＭＬＳＳ計測工程７とを備える。この処理方法は、微生物処理工程６の後、微生物処理工程で得られる処理水と余剰汚泥を分離する固液分離工程８をさらに備えてもよい。

次に、一実施形態に係る有機性廃水処理方法の各工程について説明する。

調整工程１では、処理対象の有機性廃水のＣＯＤ濃度及びｐＨを調整し調整廃水を得る。この調整工程１においては、後述するＭＬＳＳ計測工程７でのＭＬＳＳ濃度計測値が閾値以下であれば、処理対象の有機性廃水のＣＯＤ濃度が２０００ｍｇ／Ｌ以下となるように前記有機性廃水のＣＯＤ濃度を調整し、その後、得られる前記調整廃水のｐＨが５．０以上８．０以下となるように前記有機性廃水のｐＨを調整する。

ＣＯＤ濃度の調整は、ＭＬＳＳ計測工程７でのＭＬＳＳ濃度計測値に基づいて米ぬか加工処理水（有機性廃水）の原水を希釈することによって行う。すなわち、ＭＬＳＳ濃度が閾値以下であれば、少なくともＭＬＳＳ濃度計測値が前記閾値となるまでの期間、有機性廃水を水で希釈することによりＣＯＤ濃度を調整する。一方、ＭＬＳＳ濃度が閾値よりも高ければ希釈によるＣＯＤ濃度調整は行わない。
一実施形態においては、ＣＯＤ濃度が２０００ｍｇ／Ｌ以下となるように有機性廃水を水で希釈する。ＣＯＤ濃度が２０００ｍｇ／Ｌ程度以下であると、ＭＬＳＳ濃度が低下して微生物工程６における廃水処理性能が低下しても、ＣＯＤ濃度が抑制されていることにより汚泥の処理負荷が少なくとも一時的に低下する。このため、低下したＭＬＳＳ濃度を回復（増加）させることが可能となる。
一実施形態において、ＭＬＳＳ濃度の上記閾値は、６５００ｍｇ／Ｌである。他の実施形態においてはＭＬＳＳ濃度の上記閾値は、５０００ｍｇ／Ｌ〜７０００ｍｇ／Ｌの範囲で調整される。
また、他の実施形態においては、上記のＭＬＳＳ濃度計測値に基づいたＣＯＤ濃度調整に加え、有機性廃水処理の開始時にＣＯＤ濃度を調整してもよい。廃水処理開始時は、微生物工程６における汚泥の処理負荷が大きいため、有機性廃水を希釈してＣＯＤ濃度を低下させることによってＭＬＳＳ濃度が回復しやすくなり、微生物処理工程６における廃水処理性能が維持されやすくなる。
他の実施形態において、ＣＯＤ濃度調整後のＣＯＤ濃度は、１５００ｍｇ／Ｌ以下である。

また、有機性廃水のｐＨの調整は、上記ＣＯＤ濃度の調整を行った後、４０質量％の水酸化ナトリウム水溶液を加えることでｐＨが５．０以上８．０以下となるように調整する。このようにｐＨを調整すると、その後の微生物処理工程においてｐＨが５．０以上８．０の中性付近に調整された被処理水が通水されるため、微生物処理工程において有機物等の除去を担う活性汚泥中の菌体が受けるダメージが低減される。その結果、ＭＬＳＳ濃度の低下が抑えられるため、微生物処理工程における廃水処理性能の安定した維持につながる。
他の実施形態では、ｐＨが６．０以上７．０以下となるように調節する。

前処理工程２では、マイクロバブルにオゾンを溶解させたオゾンマイクロバブルを、調整工程１でＣＯＤ濃度及びｐＨを調整した米ぬか加工廃水（調整廃水）に供給して、該調整廃水に含まれる難分解性有機物を低分子化し、前処理廃水を得る。
マイクロバブルとは、大きさ（径）が１０〜数１０μm程度の微細な気泡であり、好適には気泡が発生した時の大きさが５０μmより小さい気泡である。調整廃水にオゾンマイクロバブルを供給することで、調整廃水中の難分解性有機物の低分子化を行い、嫌気性処理でリン蓄積細菌類、脱窒素リン蓄積細菌類による有機物の取り込みを容易にさせる。

より具体的には、オゾンの酸化力により調整廃水中の難分解性有機物を低分子化するとともに、マイクロバブルの消滅により生成するＯＨラジカルの酸化力により難分解性有機物を低分子化する。このとき、マイクロバブルの電荷により難分解性有機物を低分子化が促進されると考えられる。さらに、マイクロバブルは超微細であるため、その上昇速度はストークスの式にほぼ従うとされ、マイクロバブルの上昇速度は非常に遅い。したがってマイクロバブルの液中滞留時間が長いため、難分解性有機物とオゾン又はＯＨラジカルとの接触効率が極めて高くなり、難分解性有機物を高効率で低分子化することが可能となる。
なお、前処理工程の前段にて、処理対象の廃水中の夾雑物を除去したり、廃水の温度調整を行うなどの予備処理を施しておくことが好ましい。

本実施形態の微生物処理工程６では、脱窒性リン蓄積細菌の存在下で、前処理工程２で得られた前処理廃水に、嫌気処理、好気処理及び無酸素処理をこの順に含む微生物処理を行い、前記前処理廃水に含まれる窒素とリンを除去する。
他の実施形態においては、脱窒性リン蓄積細菌に代えてリン蓄積細菌の存在下、又はリン蓄積細菌及び脱窒性リン蓄積細菌の存在下で微生物処理を行ってもよい。
また、他の実施形態においては、微生物処理は嫌気処理、好気処理及び無酸素処理を任意の順に含む。

嫌気処理工程３は、リン蓄積細菌及び脱窒性リン蓄積細菌の少なくとも一方の存在下で、前処理工程２で得られた前処理廃水を嫌気処理する。ここでリン蓄積細菌及び脱窒性リン蓄積細菌は、前処理廃水に含まれる炭素源（有機物）を取り込み、リンを放出する。このとき、前処理工程３で米ぬか加工廃水（調整廃水）中の難分解性有機物が低分子化しているため、嫌気処理での炭素源の取り込みが円滑に行われる。
好適には、嫌気処理工程には、リン蓄積細菌及び脱窒性リン蓄積細菌の少なくとも一方を含む汚泥（活性汚泥）若しくはこれらの少なくとも一方が固定化された生物膜が用いられる。

主として、脱窒性リン蓄積細菌を含む汚泥を用いて嫌気性処理を行う場合には、脱窒性リン蓄積細菌を含む汚泥を嫌気／無酸素条件で馴養し、脱窒性リン蓄積細菌を優占化させる。この馴養では、嫌気性処理終時に硝酸ナトリウム等の硝酸イオン源を微生物の活性状態により適宜添加してもよく、また処理対象の調整廃水を供給しつつ各処理を脱窒性リン蓄積細菌が優占化するまでこれらの処理を繰り返し行うことが好ましい。主として、脱窒性リン蓄積細菌が固定化された生物膜を用いて嫌気性処理を行う場合には、増殖速度の遅い硝化細菌が生物膜内側に、脱窒性リン蓄積細菌が生物膜外側に局在化するような生物膜を用いることが好ましい。

好気処理工程４は、処理対象の調整廃水中に空気を供給して好気条件とし、ここで硝化細菌によるアンモニア態窒素の硝酸態窒素への酸化、及びリン蓄積細菌によるリンの取り込みが行われる。なお、この好気処理工程４では、リン蓄積細菌による過剰なリン取り込みを防止するために、好気処理工程初期に有機炭素源を少量添加し、リン取り込み量を制限することが好ましい。これにより、後の無酸素処理工程５において、脱窒性リン蓄積細菌による硝酸態窒素の取り込みを十分に行うことが可能となる。

無酸素処理工程５は、空気の供給を停止して無酸素条件とし、ここで脱窒性リン蓄積細菌による脱窒反応及びリンの取り込みが行われる。
無酸素処理工程４の終了後は、余剰汚泥と処理水とを分離する固液分離工程８が行われる。固液分離工程８は、例えば、沈殿、膜分離等の公知の方法が用いられ、凝集剤を投入して汚泥を凝集沈殿させてもよい。

上記した微生物処理工程６は、バッチ式であっても連続式であってもよい。連続式の場合には、固液分離工程８で分離した余剰汚泥の一部を嫌気処理工程３に返送し、ＭＬＳＳ濃度を維持することが好ましい。
本実施形態によれば、前処理工程２及び微生物処理工程６の前に調整工程１を設けたことにより、微生物処理工程における廃水処理性能が維持されることで、リンの除去性能が向上することが期待できる。これにより、微生物処理工程に用いられる汚泥中のリン濃度が高くなり、汚泥からリンを回収する従来手法を採用した場合に、リン回収率の向上が期待できる。

ＭＬＳＳ計測工程７では、微生物処理工程６におけるＭＬＳＳ濃度を計測する。ＭＬＳＳ濃度は活性汚泥法における曝気槽内の活性汚泥量をｍｇ／Ｌで表したものであり、本実施形態においては、微生物処理工程６における処理対象の前処理廃水と、微生物処理工程６で用いるリン蓄積細菌及び脱窒性リン蓄積細菌の少なくとも一方を含む汚泥（活性汚泥）との混合液中の汚泥の濃度（ｍｇ／Ｌ）である。
ＭＬＳＳ濃度の計測には、一般に用いられるＭＬＳＳ計を使用することができる。

次に、図２〜図４を参照して、一実施形態に係る有機性廃水処理装置の構成について説明する。

図２は一実施形態に係る有機性廃水処理装置の構成例を示す全体図であり、図３は、一実施形態に係る有機性廃水処理装置のＣＯＤ濃度調整手段及びｐＨ調整手段の概略構成図である。
図２に示すように、有機性廃水処理装置１１０は、主に、ＣＯＤ濃度調整手段５０と、ｐＨ調整手段６０と、オゾンマイクロバブル生成手段１１と、前処理槽１０を含む前処理手段と、微生物処理槽３５を含む微生物処理手段と、ＭＬＳＳ計５６を含むＭＬＳＳ計測手段と、コントローラ１００を含む制御手段と、を備える。微生物処理槽３５は、嫌気性処理工程、好気性処理工程、無酸素処理工程をそれぞれ別個に行う槽を複数設け、これらを直列に接続してもよいし、同図に示すように槽内の条件を変化させて嫌気性処理工程、好気性処理工程、無酸素処理工程を単一槽で行うようにしてもよいが、装置の設置面積の削減及び装置の小型化ができることから、特に単一槽であることが好ましい。

以下に、有機性廃水処理装置の詳細な構成を説明する。
処理対象の有機性廃水は、ポンプ２０により一旦貯水タンク２１に貯留される。貯水タンク２１には、有機性廃水のｐＨや温度を測定するセンサ２２が設置されている。
貯水タンク２１の米加工廃水は、廃水供給ライン２３を介してポンプ２４により前処理槽１０に送給される。廃水供給ライン２３上にはバルブ２５が設けられており、このバルブ２５により前処理槽１０へ供給する廃水処理量が調整される。また、廃水供給ライン２３から分岐した廃水の一部を貯水タンク２１へ返送する返送ライン２６を設けてもよく、廃水返送量はバルブ２７により調整される。

前処理槽１０には、オゾンマイクロバブル生成手段１１で生成されたオゾンマイクロバブルが供給される。具体的には、オゾンマイクロバブル生成手段１１には、循環ライン１７（１７ａ、１７ｂ）が接続されており、前処理槽１０に送給された有機性廃水がこの循環ライン１７（１７ａ、１７ｂ）を介して前処理槽１０とマイクロバブル発生装置１６間を循環することにより、廃水中にオゾンマイクロバブルが供給される。循環ライン１７（１７ａ、１７ｂ）上にはバルブ１８（１８ａ、１８ｂ）が設けられており、ここで循環量が調整される。なお、オゾンマイクロバブル生成手段１１は、図２で説明したものと同一である。
また、前処理槽１０には、槽内を撹拌する撹拌機１９と、前処理槽１０内の廃水中のオゾン濃度を測定するオゾンモニタ２８と、有機性廃水のｐＨや温度を測定するセンサ２９が設置されている。

前処理槽１０から排出された有機性廃水は、廃水供給ライン３０を介してポンプ３１により微生物処理槽３５に送給される。廃水供給ライン３０上には、バルブ３２等が設けられており、このバルブ３２等により微生物処理槽３５へ供給する廃水処理量が調整される。
微生物処理槽３５には、循環ライン３７（３７ａ、３７ｂ）を介してマイクロバブル発生装置３６が接続されている。マイクロバブル発生装置３６は、廃水中に空気のマイクロバブルを供給して微生物処理槽３５内を好気条件にするための装置である。空気の供給量（曝気量）はバルブ３８（３８ａ、３８ｂ）により調整される。

また、微生物処理槽３５には、循環ライン４１（４１ａ、４１ｂ）を介して槽内の温度調整を行う空冷チラー４０が接続されており、循環ライン４１ａには圧力脈動を防止するための膨張タンク４３が接続されている。
さらにまた、微生物処理槽３５には、槽内を撹拌する撹拌機４４と、微生物処理槽内の廃水のｐＨや温度を測定するセンサ４５が設置されている。

上記した構成を備える微生物処理槽３５において、各処理工程の条件に合わせて、各バルブを開度調整して槽内の状態を変化させるとよい。例えば、好気性処理工程では、マイクロバブル発生装置３６のバルブ３８（３８ａ、３８ｂ）を開にして微生物処理槽３５内に空気のマイクロバブルを供給して好気条件とする。また、温度調整を行う場合には、空冷チラー４０のバルブ４２（４２ａ、４２ｂ）を調整する。
この微生物処理槽３５で、嫌気性処理工程、好気性処理工程、無酸素処理工程からなる一連の処理工程が終了したら、排出ライン７０より処理水を排出し、後段の固液分離装置（図示略）に送給する。

貯水タンク２１、前処理槽１０、微生物処理槽３５それぞれに設置されたセンサ２２，２９，４５により測定されたｐＨや温度の測定値のデータは、後述するコントローラ１００に送信される。

一実施形態において、貯水タンク２１には、処理対象の廃水のＣＯＤ濃度を調整するＣＯＤ濃度調整手段５０が接続される。一実施形態においては、図２及び図３に示すように、ＣＯＤ濃度調整手段５０は、貯水タンク２１において処理対象の廃水のＣＯＤ濃度を希釈するための希釈水を貯留する希釈水タンク５２と、希釈水流量制御弁５４とを含む。希釈水タンク５２から貯水タンク２１に供給される希釈水の量は、希釈水流量制御弁５４の開閉状態により制御される。希釈水流量制御弁５４の開閉状態は、後述のコントローラ１００により制御される。
他の実施形態では、希釈水タンク２１及び希釈水流量制御弁５４を含むＣＯＤ濃度調整手段５０は前処理槽１０に接続され、前処理槽１０に送給された処理対象の廃水を希釈するように構成されてもよい。

前処理槽１０には、処理対象の廃水のｐＨを調整するｐＨ調整手段６０が接続される。一実施形態においては、図２及び図３に示すように、ｐＨ調整手段６０は、処理対象の廃水のｐＨを調整するためのｐＨ調整剤を貯留するためのｐＨ調整剤タンク６２と、ｐＨ調整剤タンク６２内のｐＨ調整剤を前処理槽１０内に送出するためのｐＨ調整ポンプ６４とを含む。後述のコントローラ１００がｐＨ調整ポンプ６４を制御することにより、ｐＨ調整ポンプ６４から前処理槽１０内に送出されるｐＨ調整剤の量が制御される。
なお、ｐＨ調整ポンプ６４としては、例えば電磁定量ポンプを使用することができる。また、ｐＨ調整剤としては、アルカリ性の被処理廃水にたいしては酸性の水溶液を、酸性の被処理廃水に対しては塩基性の水溶液を用いることができる。一実施形態においては、ｐＨが低い米ぬか加工排水（有機性廃水）のｐＨを増加させるため、４０質量％の水酸化ナトリウム水溶液をｐＨ調整剤として用いる。

なお、いくつかの実施形態では、ＣＯＤ濃度調整手段５０やｐＨ調整手段６０により処理対象の廃水のＣＯＤ濃度やｐＨの調整は、微生物処理槽３５内の温度にも影響されるため、微生物処理槽３５内の温度は冷却または必要にあわせて加温調節が可能なチラー４０等により処理槽内温度が３０〜３５℃に調節される。

微生物処理槽３５には、微生物処理槽内のＭＬＳＳ濃度を計測するためのＭＬＳＳ計５６が接続される。ＭＬＳＳ計５６により計測されたＭＬＳＳ計測値のデータは、コントローラ１００に送信される。

コントローラ１００は、貯水タンク２１、前処理槽１０、微生物処理槽３５それぞれに設置されたセンサ２２，２９，４５から送信されるｐＨや温度の測定値のデータやＭＬＳＳ計５６から送信されるＭＬＳＳ計測値のデータを受信し、これらの値に基づいて、ＣＯＤ濃度調整手段５０やｐＨ調整手段６０を制御する。
例えば、コントローラ１００が取得したＭＬＳＳ測定値が予め設定された閾値以下である場合に、貯水タンク２１内の被処理廃水のＣＯＤ濃度が一定値（例えば２０００ｍｇ／Ｌ）以下となるような量の希釈水を、希釈水タンク５２から貯水タンク２１に送出するように、希釈水流量制御弁を制御する。そして、ＭＬＳＳ計測値が一定値（例えば７０００ｍｇ／Ｌ）となるまでの期間、上記のように被処理廃水が希釈されるように制御する。
また、例えば、前処理槽１０に設置されたセンサ２９からコントローラ１００に送信されたｐＨが一定範囲（例えば５．０以上８．０以下）外である場合には、ｐＨが前記範囲内となるのに必要な量だけ、ｐＨ調整剤タンク６２内に貯留されたｐＨ調整剤を前処理槽１０内に送出するように、ｐＨ調整ポンプ６４を制御する。

図４は、一実施形態に係る有機性廃水処理装置の前処理槽を示す概略構成図である。
前処理槽１０には、オゾンマイクロバブル生成手段１１からオゾンマイクロバブルが供給される。
オゾンマイクロバブル生成手段１１は、空気を吸気して高濃度の酸素を生成する酸素濃縮機１２と、酸素からオゾンを生成するオゾン発生装置１３と、マイクロバブルにオゾンを溶解したオゾンマイクロバブルを生成するマイクロバブル発生装置１６とを含む。なお、オゾンマイクロバブル生成手段１１は、同図では一例として気液混合ポンプ型を示したが、これに限定されず、旋回流ノズル型等の他の型式であってもよいし、空気からオゾンを生成する手段であってもよい。

酸素濃縮機１２から排出された酸素（好ましくは酸素濃度９０％以上）はオゾン発生装置１３に供給され、ここで酸素を原料としてオゾンが生成される。このオゾンは、オゾン発生装置１３からオゾン供給ライン１４を通ってマイクロバブル発生装置１６に供給される。このとき、オゾン供給ライン１４上の流量調整バルブ１５でオゾン流量が調整される。
前処理槽１０とマイクロバブル発生装置１６とは循環ライン１７（１７ａ，１７ｂ）で接続されており、循環ライン１７（１７ａ，１７ｂ）上で循環する米ぬか加工廃水は、マイクロバブル発生装置１６でオゾンマイクロバブルの供給を受け、廃水中の難分解性有機物が低分子化される。
このように米ぬか加工廃水にオゾンマイクロバブルを供給しながら該廃水を循環させることにより、米ぬか加工廃水とオゾンマイクロバブルとの接触効率が向上して、処理時間の短縮化が図れる。

なお、前処理槽１０では、上記した構成の他に、槽底部に設けた曝気管（不図示）よりオゾンマイクロバブルを供給してもよいし、また、槽内に撹拌手段を設けてオゾンマイクロバブルと米加工廃水との接触効率をさらに向上させるようにしてもよい。
前処理槽１０から排出された米ぬか加工廃水は、前処理済みの前処理廃水として後段の微生物処理槽３５へ送給される。

［実施例１］
実施例１として、米ぬか加工廃水の処理におけるＭＬＳＳ濃度の経時変化を調べる試験を行った。
図２に示す有機性廃水処理装置を用い、調整工程でのＣＯＤ濃度及びｐＨの調整は行わずに、米ぬか加工廃水原水のまま、下記に示す条件下で前処理工程及び微生物処理工程のうち好気工程を行った。なお、調整前のＣＯＤ濃度は、６０００ｍｇ／Ｌ程度であった。
本法では、槽内で、ＣＯＤ濃度及びｐＨの調整を行う調整工程を加え、上記と同様の条件下で前処理を行った。
前記調整工程においては、微生物処理工程におけるＭＬＳＳ濃度の測定値が６５００ｍｇ／Ｌ以下である場合に、ＭＬＳＳ濃度計測値が７０００ｍｇ／Ｌとなるまで、米ぬか加工廃水の原水をＣＯＤ濃度が２０００ｍｇ／Ｌ以下となるように希釈し、ＣＯＤ濃度を調整した。ＣＯＤ濃度の調整後、４０質量％の水酸化ナトリウム水溶液を用いてｐＨが６．５となるように調整した。
＜前処理工程における条件＞
酸素濃縮機１２からオゾン発生装置１３への酸素流入量：１［Ｌ／ｍｉｎ］（酸素濃度９０％以上）
オゾン発生装置１３のオゾン発生量：９．６６［ｇ／ｈ］（１６１［ｍｇ／ｍｉｎ］）
オゾン濃度：１６１［ｇ／ｎｍ^３］
マイクロバブル循環量：２４．５［Ｌ／ｍｉｎ］
前処理槽１０における被処理廃水とオゾンマイクロバブルとの反応時間：９０分間

処理開始時から３０日経過までは調整工程を行わずに前処理工程及び微生物処理工程を行う従来の処理方法を行い、３０日経過後からは上記処理を行った場合のＭＬＳＳ濃度の経時変化の測定結果を図５に示す。
ｐＨ及びＣＯＤ濃度を調整する調整工程を行わずに前処理工程及び微生物処理工程を行う従来の処理方法を行った処理開始時から３０日経過までは、初め３４００ｍｇ／Ｌ程度のＭＬＳＳ濃度が、一時は増加したものの２９日で２０００ｍｇ／Ｌを下回り、処理不能となりそれ以上回復（増加）しなかった。このことから、ＣＯＤ濃度が６０００ｍｇ／Ｌ程度と高い廃水では、微生物処理工程での汚泥による処理が米ぬか加工廃水の負荷に耐えられず、処理性能が低下し、ＭＬＳＳ濃度（汚泥濃度）の減少にもつながることが分かった。
その後、調整工程を加えた本発明の処理方法に切り替えられると、当初３６００ｍｇ／Ｌ程度のＭＬＳＳ濃度が、徐々に増加傾向を示し、８０日経過時で６３００ｍｇ／Ｌ、１１７日経過時で７０００ｍｇ／Ｌまで増加した。このことから、調整工程を加えた本発明の処理方法を付加することで、ＭＬＳＳ濃度を７０００ｍｇ／Ｌ程度に維持することができ、高濃度ＣＯＤ廃水に対応できる汚泥濃度を維持できることが分かった。

［実施例２］
実施例２として、米ぬか加工廃水のＣＯＤ濃度の経時変化を調べる試験を行った。
図２に示す有機性廃水処理装置を用い、調整工程及び前処理工程を下記の条件で行った後、嫌気処理を４時間施し、続いて好気処理を施した。好気処理下において、被処理廃水のＣＯＤ濃度の経時変化を測定した。上記調整工程においては、希釈後のＣＯＤ濃度を変化させて試験を行った。なお、嫌気処理及び好気処理は連続式で行った。

＜調整工程における条件＞
調整工程後のＣＯＤ濃度（初期ＣＯＤ濃度）：
７４４０, ６１６０,
５２００, ５１２０, ３８４０, ３０００, ２２６０, １８８０, １６００, １２５０, １１１０, ７４０, ２８０（ｍｇ／Ｌ）の１３種類
調整工程後のｐＨ：６．５（４０質量％の水酸化ナトリウム水溶液を用いて調整）
＜前処理工程における条件＞
酸素濃縮機１２からオゾン発生装置１３への酸素流入量：１［Ｌ／ｍｉｎ］（酸素濃度９０％以上）
オゾン発生装置１３のオゾン発生量：９．６６［ｇ／ｈ］（１６１［ｍｇ／ｍｉｎ］）
オゾン濃度：１６１［ｇ／ｎｍ^３］
マイクロバブル循環量：２４．５［Ｌ／ｍｉｎ］
前処理槽１０における被処理廃水とオゾンマイクロバブルとの反応時間：９０分間

米ぬか加工廃水のＣＯＤ濃度の経時変化の測定結果を、図６に示す。
図６において、横軸は好気処理開始後からの経過時間（単位：時間）を示し、縦軸はＣＯＤ濃度（単位：ｍｇ／Ｌ）を示す。
調整工程において、ＣＯＤ濃度をそれぞれ２８０、７４０、１１１０、１２５０、１６００、２２６０（ｍｇ／Ｌ）に調製した米ぬか加工排水については、好気処理開始から１５〜３６時間でＣＯＤ濃度を９０％以上低下させることができた。
一方、調整工程においてＣＯＤ濃度をそれぞれ１８８０、３０００、３８４０、５１２０、５２００、６１６０、７４４０（ｍｇ／Ｌ）に調製した米ぬか加工排水については、好気処理開始から５時間しても、初期濃度よりもＣＯＤ濃度が低下することはなかった。
この結果によれば、調整工程においてＣＯＤ濃度を２０００ｍｇ／Ｌ程度以下に調製することで、その後の微生物処理においてＣＯＤ濃度が順調に減少し、微生物処理工程における処理性能が維持されることがわかった。

［実施例３］
実施例３として、ＣＯＤ濃度を希釈して調整した米ぬか加工廃水の微生物処理後のＣＯＤ濃度を確認した。
図２に示す有機性廃水処理装置を用い、調整工程後のＣＯＤ濃度を１８００〜２５００ｍｇ／Ｌに調製した米ぬか加工廃水について、上記実施例２と同様の条件で調整工程（ｐＨ調整）及び前処理工程を行った後、下記の条件で微生物処理工程を行った。なお、微生物処理工程は連続式で行った。
＜微生物処理の各工程の処理時間＞
嫌気処理：４時間
好気処理：２６時間
無酸素処理：３時間

微生物処理前後のＣＯＤ濃度の測定結果を図７に示す。この結果、微生物処理工程後のＣＯＤ濃度は、いずれも９０％以上低下したことがわかった。これにより、本発明の一実施形態に係る処理方法及び処理装置を用いることで、高い炭素源（有機物）処理性能が得られることがわかった。

１ 調整工程
２ 前処理工程
３ 嫌気性処理工程
４ 好気性処理工程
５ 無酸素処理工程
６ 微生物処理工程
７ ＭＬＳＳ計測工程
８ 固液分離工程
１０ 前処理槽
１１ オゾンマイクロバブル生成手段
１２ 酸素濃縮機
１３ オゾン発生装置
１６ マイクロバブル発生装置
３５ 微生物処理槽
５０ ＣＯＤ濃度調整手段
５６ ＭＬＳＳ計
６０ ｐＨ調整手段
６２ ｐＨ調整剤タンク
６４ ｐＨ調整ポンプ
１００ コントローラ
１１０ 有機性廃水処理装置

Claims (5)

1. 有機性廃水のＣＯＤ濃度及びｐＨを調整して調整廃水を得る調整工程と、
   前記調整廃水にオゾンマイクロバブルを供給し、前記調整廃水中の難分解性有機物を低分子化して前処理廃水を得る前処理工程と、
   リン蓄積細菌及び脱窒性リン蓄積細菌のうち少なくとも一方の存在下で、前記前処理廃水に、嫌気処理、好気処理及び無酸素処理を含む微生物処理を行い、前記前処理廃水に含まれる窒素とリンを除去する微生物処理工程と、
   前記微生物処理工程におけるＭＬＳＳ濃度を計測するＭＬＳＳ計測工程と、を備える有機性廃水処理方法であって、
   前記調整工程において、ＭＬＳＳ計測工程でのＭＬＳＳ濃度計測値が閾値以下であれば、少なくともＭＬＳＳ濃度計測値が前記閾値に増加するまでの期間、前記有機性廃水のＣＯＤ濃度が２０００ｍｇ／Ｌ以下となるように前記有機性廃水のＣＯＤ濃度を調整し、その後、得られる前記調整廃水のｐＨが５．０以上８．０以下となるように前記有機性廃水のｐＨを調整する有機性廃水処理方法。
2. 前記微生物処理工程は、嫌気処理、好気処理及び無酸素処理をこの順に含む請求項１に記載の有機性廃水処理方法。
3. 前記ＭＬＳＳ濃度計測値の前記閾値が６５００ｍｇ／Ｌである請求項１又は２に記載の有機性廃水処理方法。
4. 前記有機性廃水が、米加工廃水又は米ぬか加工廃水である請求項１乃至３の何れか一項に記載の有機性廃水処理方法。
5. 有機性廃水処理に含まれる窒素とリンを除去する有機性廃水処理装置であって、
   有機性廃水のＣＯＤ濃度を調整するＣＯＤ濃度調整手段と、
   前記有機性廃水のｐＨを調製するｐＨ調整手段と、
   マイクロバブルにオゾンを溶解させてオゾンマイクロバブルを生成するオゾンマイクロバブル生成手段と、
   前記有機性廃水に、前記オゾンマイクロバブル生成手段で生成したオゾンマイクロバブルを供給して前記有機性廃水中の難分解性有機物を低分子化して前記処理廃水を得る前処理手段と、
   前記前処理手段の後段に接続され、リン蓄積細菌及び脱窒性リン蓄積細菌のうち少なくとも一方の存在下で、前記前処理廃水に、嫌気処理、好気処理及び無酸素処理を含む微生物処理を行い前記前処理排水に含まれる窒素とリンを除去する微生物処理手段と、
   前記微生物処理手段におけるＭＬＳＳ濃度を計測するＭＬＳＳ計測手段と、
   前記ＭＬＳＳ計測工程でのＭＬＳＳ濃度の計測値に基づいて、前記ＣＯＤ濃度調整手段により調整される後の前記有機性廃水のＣＯＤ濃度である目標ＣＯＤ濃度を決定し、前記有機性廃水のＣＯＤ濃度が前記目標ＣＯＤ濃度となるように前記ＣＯＤ濃度調整手段を制御する制御手段と、を備える有機性廃水処理装置。

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