JP2016172237A - 水処理装置及び水処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】装置全体で高効率且つ安定的な処理が可能な水処理装置及び水処理方法を提供する。
【解決手段】原水としての有機性排水を余剰汚泥と混合し、有機性排水中の有機物を余剰汚泥に吸着させる混合装置１と、混合装置１で得られた混合液を固液分離する第１の固液分離槽２と、第１の固液分離槽２で分離された分離汚泥を分解して燃料ガス又は汚泥燃料に変換する燃料化装置６と、第１の固液分離槽２で分離された分離液に生物学的処理を行う反応槽３と、反応槽３で得られた処理水を固液分離する第２の固液分離槽４と、第２の固液分離槽４及び／又は反応槽３で得られた汚泥を、混合装置１へ供給する余剰汚泥として返送する返送手段７と、混合装置１へ流入する有機性排水に対する余剰汚泥の混合比率を制御する制御装置１０とを備える水処理装置である。
【選択図】図１

Description

本発明は、水処理装置及び水処理方法に関し、特に、生物学的処理と嫌気性消化処理等の汚泥のエネルギー（燃料）化処理を組み合わせて有機性排水から有機物を分解及び回収する処理施設に利用可能な水処理装置及び水処理方法に関する。

下水などの有機性排水を処理する一般的な方法として、最初沈殿池などの第１の固液分離槽で流入排水中の固形物を粗取りし、その処理水を微生物が存在する反応槽で、酸素を供給しながら生物学的処理し、生物学的処理後の微生物を含む混合液を最終沈殿池などの第２の固液分離槽で固形物を分離して処理する方法が知られている。第１及び第２の固液分離槽で分離された固形物である有機性汚泥は、嫌気性消化槽によりメタン発酵されてメタンとして回収されるかあるいは乾燥及び炭化処理されてバイオマスとして燃料利用される。

このような処理方法において、有機性排水が生物学的処理される前に有機性排水からより多くの有機物を回収することにより、メタン回収量や燃料熱量を増やす方法として、第１の固液分離槽の前に予備エアレーションタンクを設け、場合によっては余剰汚泥を混ぜて２０〜３０分程度曝気する方法がある（例えば、非特許文献１参照）。しかし、この方法では、予備エアレーションタンクとして２０〜３０分の滞留時間を有する水槽が必要であり、また十分な溶存酸素量（ＤＯ）を与えるための曝気装置や動力が必要となる。

別の方法として第１の固液分離槽に余剰汚泥を混ぜるだけの方法もある（例えば、非特許文献２参照）。しかし、この方法では混合装置が無いために、十分な効果が得られない。

更に別の方法として第１の固液分離槽での分離効率を向上させるためにろ材を利用したろ過機能を持たせる方法もある。しかし、この方法では流入排水中の溶解性有機物までは除去することができない。

更に別の方法として、２段活性汚泥法を用いる方法があるが、第一の曝気槽では２０〜３０分程度の滞留時間を有する水槽及び汚泥返送ラインが必要であり、第一の曝気槽に十分なＤＯを与えるための曝気装置や動力が必要となる。

尚、これらの処理方法を適用することにより、回収されるエネルギー量が増えるだけでなく、生物学的処理される有機物量が削減されることによる反応槽への酸素供給量が削減されるため、処理に必要なエネルギー量を削減する効果もある。

日本水道新聞社、「新下水道の常識：建設と管理」（１９７７年）、ｐ．１７４〜１７５ 日本水道協会、「下水道施設基準解説」（１９６４年）、ｐ．１５２

しかしながら、従来のいずれの方法も、装置全体からみた効率性や処理安定性に鑑みるとまだ検討の余地がある。例えば、第１の固液分離槽で有機性排水中の有機物が除去されすぎると、後段の生物学的処理において有機物負荷が小さくなりすぎて汚泥の沈降性が悪くなり、処理水中に含まれる浮遊物質（ＳＳ）濃度が高くなる場合がある。また、排水の窒素除去をする場合においても、第１の固液分離槽で有機性排水中の有機物が除去されすぎて、窒素除去に必要な有機物が不足すると、処理水の全窒素濃度（Ｔ−Ｎ）が悪化するため、装置全体で安定的な処理を行うことが難しくなる場合がある。

上記課題に鑑み、本発明は、装置全体で高効率且つ安定的な処理が可能な水処理装置及び水処理方法を提供する。

上記課題を解決するために本発明者らが鋭意検討した結果、第１の固液分離槽の前段に混合装置を設け、第１の固液分離槽の後段の処理で得られた余剰汚泥を混合装置へ返送して原水と混合させるとともに、制御装置によってその余剰汚泥の返送量を適切に制御することが有効であることを見いだした。

以上の知見を基礎として完成した本発明は一側面において、原水としての有機性排水を余剰汚泥と混合し、有機性排水中の有機物を余剰汚泥に吸着させる混合装置と、混合装置で得られた混合液を固液分離する第１の固液分離槽と、第１の固液分離槽で分離された分離汚泥を分解して燃料ガス又は汚泥燃料に変換する燃料化装置と、第１の固液分離槽で分離された分離液に生物学的処理を行う反応槽と、反応槽で得られた処理水を固液分離する第２の固液分離槽と、第２の固液分離槽及び／又は反応槽で得られた汚泥を、混合装置へ供給する余剰汚泥として返送する返送手段と、混合装置へ流入する有機性排水に対する余剰汚泥の混合比率を制御する制御装置とを備える水処理装置が提供される。

本発明に係る水処理装置は一実施態様において、有機性排水の混合装置への供給流量を検出する原水流量計と、返送手段により返送される余剰汚泥の汚泥濃度を検出する余剰汚泥濃度計と、返送手段により返送される余剰汚泥の返送流量を検出する余剰汚泥流量計と、を備え、制御装置が、原水流量計、余剰汚泥濃度計及び余剰汚泥流量計の検出結果に基づいて、余剰汚泥の混合比率を制御する。

本発明に係る水処理装置は別の一実施態様において、有機性排水の混合装置への供給流量を検出する原水流量計と、有機性排水の有機物濃度を検出する原水有機物濃度計と、返送手段により返送される余剰汚泥の汚泥濃度を検出する余剰汚泥濃度計と、返送手段により返送される余剰汚泥の返送流量を検出する余剰汚泥流量計と、を備え、制御装置が、原水流量計、原水有機物濃度計、余剰汚泥濃度計及び余剰汚泥流量計の検出結果に基づいて、余剰汚泥の混合比率を制御する。

本発明に係る水処理装置は更に別の一実施態様において、第１の固液分離槽で分離された分離液の有機物濃度を検出する分離液有機物濃度検出器を更に備え、制御装置が、分離液有機物濃度検出器の検出結果に基づいて、余剰汚泥の混合比率を制御する。

本発明に係る水処理装置は更に別の一実施態様において、有機性排水及び／又は分離液のアンモニア性窒素濃度を検出するアンモニア性窒素濃度検出器を更に備え、制御装置が、アンモニア性窒素濃度検出器の検出結果に基づいて、余剰汚泥の混合比率を制御する。

本発明に係る水処理装置は更に別の一実施態様において、混合装置へ供給可能な余剰汚泥量を検出する余剰汚泥量検出器を更に備え、制御装置が、余剰汚泥量検出器が検出した余剰汚泥量が設定値以下となる場合に、混合装置へ返送する余剰汚泥の供給を停止するか又は余剰汚泥の供給量を低下させるように制御する。

本発明に係る水処理装置は更に別の一実施態様において、制御装置が、混合装置へ流入する有機性排水に対する余剰汚泥の混合比率が１．５［ｋｇ−汚泥ＳＳ／ｍ³−原水］以下及び／又は３．０［ｋｇ−ＳＳ／ｍ³−原水ＣＯＤｃｒ］以下となるように、余剰汚泥の供給を制御する。

本発明は別の一側面において、混合装置内で有機性排水を原水として余剰汚泥と混合し、有機性排水中の有機物を余剰汚泥に吸着させて混合液を得ることと、混合液を固液分離し、分離汚泥と分離液とを得ることと、分離汚泥を分解して燃料ガス又は汚泥燃料に変換することと、分離液に生物学的処理を行うことと、生物学的処理により得られた処理水を固液分離することと、処理水の固液分離によって得られた汚泥又は生物学的処理で得られた汚泥を余剰汚泥として混合装置へ返送することと、混合装置内で有機性排水に対して混合する余剰汚泥の混合比率を制御することを含む水処理方法が提供される。

本発明によれば、装置全体で高効率且つ安定的な処理が可能な水処理装置及び水処理方法が提供できる。

本発明の実施の形態に係る水処理装置の一例を表す概略図である。 第１変形例に係る水処理装置の一例を表す概略図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであってこの発明の技術的思想は構成部品の構造、配置等を下記のものに特定するものではない。

図１に示すように、本発明の実施の形態に係る水処理装置は、有機性排水を余剰汚泥と混合し、有機性排水中の有機物を余剰汚泥に吸着させる混合装置１と、第１の固液分離槽２と、反応槽３と、第２の固液分離槽４と、燃料化装置６と、返送手段７と、制御装置１０を備える。

本実施形態に係る水処理装置の流入原水としては、下水、屎尿、厨芥などの有機性物質を含有する有機性排水が利用可能である。以下に限定されるものではないが、典型的には、流入原水の水質として生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ）が１００〜１０００ｍｇ／Ｌ、化学的酸素要求量（ＣＯＤｃｒ）が２００〜３０００ｍｇ／Ｌ、浮遊物質（ＳＳ）が１００〜１０００ｍｇ／Ｌ程度の有機性排水が、本実施形態に係る水処理装置に好適に供給される。

本発明者らの鋭意検討の結果、上記有機性排水と余剰汚泥との混合時間は長くしても余剰汚泥への有機物吸着効果はあまり変わらないことが分かった。そのため、混合装置１の水理学的滞留時間（ＨＲＴ）は２０分未満、より好ましくは１０分以内、更に好ましくは５分以内とすることが好ましい。混合装置１のＨＲＴを短くすることにより混合装置１の装置サイズを小型化することができるため、装置全体としての省スペース化が図れ、装置構成面での効率化が図れる。

図１に示す混合装置１は、更なる省スペース化のために、第１の固液分離槽２内に配置することにより、有機性排水と余剰汚泥との混合のための水槽を省略することも可能である。有機物吸着効果と装置小型化の両面を考慮すると、ＨＲＴの下限時間は例えば１０秒以上、より好ましくは３０秒以上とすることが好ましい。

混合装置１で用いられる混合方法としては、例えば、攪拌装置による機械攪拌や、空気などを用いた散気板や水中エアレーターを通じた曝気方法、配管や水路を利用する方法、阻流壁を用いた混合方法が利用可能である。装置全体の省スペース化、装置簡略化の点を考慮すると、混合装置１内には、有機性排水と余剰汚泥を混合するための曝気装置は原則設けなくてもよいが、曝気装置を設ける場合には、混合装置１内のＤＯは、０．１ｍｇ／Ｌ以上、より好ましくは０．２ｍｇ／Ｌ以上となるように、混合装置１内への曝気量を調節することが好ましい。これにより、余剰汚泥が活性化して有機物除去能が向上するとともに、りんの発生を抑制できる。余剰汚泥と有機性排水との混合は、嫌気性条件下で行われることもまた可能である。

第１の固液分離槽２は、混合装置１で得られた混合液を固液分離する装置であり、例えば最初沈殿池などが好適に利用される。固液分離の手段としては、重力沈降分離、遠心分離、浮上分離、凝集分離、膜分離等が利用可能である。分離効率を向上させるために、傾斜板や汚泥ブランケット層を用いてもよく、凝集剤を使ってもよい。第１の固液分離槽２で得られた分離液は配管を介して反応槽３へと送られる。第１の固液分離槽２で得られた分離汚泥は配管を介して燃料化装置６へと送られる。

燃料化装置６は、第１の固液分離槽で分離された分離汚泥を分解して燃料ガス又は汚泥燃料に変換するための装置である。燃料化装置６は分離汚泥を分解して燃料ガス又は汚泥燃料に変換する目的で設置される装置であれば特に限定されない。例えば、分離汚泥を嫌気性消化によりメタンガスを発生させる嫌気性消化槽、或いは分離汚泥を乾燥或いは炭化して燃料化する乾燥機又は炭化装置等も好適に利用される。燃料化装置６として嫌気性消化槽を用いる場合には、ＴＳ濃度１〜１２ｗｔ％、より典型的には２〜８ｗｔ％、より典型的には３〜６ｗｔ％の濃縮汚泥を、水理学的滞留時間４０日以内、より典型的には３０日以内で、メタン転換率４０％以上、より典型的には４５％以上で処理可能な嫌気性消化槽が配置されることが好ましい。

燃料化装置６の前段には必要に応じて前処理装置５が配置されていてもよい。前処理装置５は特定しないが、濃縮装置や脱水装置などの第１の固液分離槽２からの分離汚泥の汚泥含水率を低減させる装置やアルカリ処理やオゾン処理などの燃料化を向上させる装置を単独又は組み合わせて利用してもよい。

反応槽３は、第１の固液分離槽で分離された分離液に生物学的処理を行うための装置である。生物学的処理としては、例えば、活性汚泥法（膜分離活性汚泥法、回分式活性汚泥法）、生物膜処理法（固定床型生物膜法、流動床型生物膜法）等を用いた好気性生物学的処理がある。活性汚泥法を用いる場合、反応槽３としては、標準活性汚泥法、嫌気好気法、循環式硝化脱窒法、ステップ流入式多段硝化脱窒法、Ａ２Ｏ法などの従来の水処理方法を利用した装置を配置することができる。反応槽３は、反応槽３で発生した余剰汚泥を必要に応じて混合装置１へ返送するための返送手段７に接続されていてもよい。

第２の固液分離槽４は、反応槽３で得られた処理水を固液分離する装置であり、例えば最終沈殿池などが好適に用いられる。固液分離の手段としては、第１の固液分離槽２と同様の手段を採用することができる。反応槽３で得られた処理水は、第２の固液分離槽４において、処理水と分離汚泥とに固液分離される。第２の固液分離槽４の底部には、分離汚泥を抜き出すための返送手段７が接続されている。第２の固液分離槽４で得られた分離汚泥が、返送手段７を介して混合装置１に返送可能である。図示していないが、余剰汚泥を混合装置１へ返送しない場合に備え、余剰汚泥を燃料化装置６へ送るためのバイパスルートを設けておいてもよい。

返送手段７は、第２の固液分離槽４で得られる汚泥を混合装置１へ供給する余剰汚泥として返送するための装置であり、配管等で構成される。返送手段７を介して混合装置１へ供給する余剰汚泥の量は、有機性排水の成分によっても異なるが、一般的な下水を処理する場合には、有機性排水に対する余剰汚泥の混合比率が１．５［ｋｇ−汚泥ＳＳ／ｍ³−原水］以下、より好ましくは１．０［ｋｇ−汚泥ＳＳ／ｍ³−原水］以下、更に好ましくは、０．５１［ｋｇ−汚泥ＳＳ／ｍ³−原水］以下となるように余剰汚泥を返送することが好ましい。なお、原水としての有機性排水に対する余剰汚泥の混合比率が０．０１［ｋｇ−汚泥ＳＳ／ｍ³−原水］以上となるように添加することが好ましく、より好ましくは０．０５［ｋｇ−汚泥ＳＳ／ｍ³−原水］以上となるように返送することが好ましい。

返送手段７による余剰汚泥の供給は、連続的に行ってもよいし、汚泥負荷の高い時間にのみ一次的に余剰汚泥を送るようにしてもよい。連続的且つ定常的に余剰汚泥を添加する場合は、原水としての有機性排水に対する余剰汚泥の混合比率が０．０１〜０．６［ｋｇ−汚泥ＳＳ／ｍ³−原水］、より好ましくは０.０５〜０．２［ｋｇ−汚泥ＳＳ／ｍ³−原水］となるように添加することが好ましい。これにより、生物学的処理と汚泥のエネルギー処理とを組み合わせた装置全体において、より安定的且つ効率的に処理を進めることができる。一方、汚泥負荷の高い時間にのみ余剰汚泥を返送する場合には、原水としての有機性排水に対する余剰汚泥の混合比率が０．１〜１．５［ｋｇ−汚泥ＳＳ／ｍ³−原水］、より好ましくは０．２〜１．０［ｋｇ−汚泥ＳＳ／ｍ³−原水］となるように添加することが好ましい。

或いは、原水中のＣＯＤｃｒで余剰汚泥量を評価する場合には、３．０［ｋｇ−ＳＳ／ｋｇ−原水ＣＯＤｃｒ］以下、より好ましくは１．０［ｋｇ−ＳＳ／ｋｇ−原水ＣＯＤｃｒ］以下、更に好ましくは０．４［ｋｇ−ＳＳ／ｋｇ−原水ＣＯＤｃｒ］以下となるように返送することが好ましい。原水中のＣＯＤｃｒで余剰汚泥量を評価する場合の余剰汚泥量の混合比率は、０．０２［ｋｇ−ＳＳ／ｋｇ−原水ＣＯＤｃｒ］以上、より好ましくは０．１［ｋｇ−ＳＳ／ｋｇ−原水ＣＯＤｃｒ］以上となるように返送することが好ましい。

制御装置１０は、ユーザが予め入力した設定条件と水処理装置内の各所に配置された第１の検出器１１、第２の検出器１２、第３の検出器１３、第４の検出器１４、第５の検出器１５、第６の検出器１６、第７の検出器１７、第８の検出器１８、及び第９の検出器１９（図２参照）の少なくとも１つの検出結果に基づいて、返送手段７が混合装置１へ返送する余剰汚泥の供給量（供給流量）を制御することができる。

制御装置１０は、第１の検出器１１、第２の検出器１２、第３の検出器１３、第４の検出器１４、第５の検出器１５、第６の検出器１６、第７の検出器１７、第８の検出器１８、第９の検出器１９及び余剰汚泥供給調整器７ａにそれぞれ電気的に接続されている。制御装置１０には、タッチパネル等の入力手段やメモリなどの記憶手段が接続されており、所定の制御アルゴリズムに基づいて、余剰汚泥供給調整器７ａに対し、所定の動作指令に関する制御信号を送出する。

図１の例では第１〜第８の検出器１１〜１８がすべて図示された例を示しているが、制御装置１０の制御態様や、反応槽３で行われる生物学的処理の特徴に応じて、第１〜第８の検出器１１〜１８をすべて配置しなくてもよいことは勿論である。

第１の検出器１１は、流入原水としての有機性排水の混合装置１への供給流量を検出するための原水流量計が好適に利用可能である。第２の検出器１２は、流入原水としての有機性排水の混合装置１への有機物濃度を検出する原水有機物濃度計であり、例えばＣＯＤ計が好適に利用可能である。第３の検出器１３は、返送手段７により返送される余剰汚泥の濃度を検出する汚泥濃度計が好適に利用可能である。第４の検出器１４は、返送手段７により返送される余剰汚泥の返送流量を検出する余剰汚泥流量計が好適に利用可能である。

第５の検出器１５は、第１の固液分離槽２で得られた分離液の有機物濃度を検出するための装置であり、例えばＣＯＤ計等が好適に利用可能である。第６の検出器１６は、第１の固液分離槽２で得られた分離液のアンモニア性窒素濃度を検出するための装置であり、例えばアンモニア計などが好適に利用可能である。第６の検出器１６は、流入原水のアンモニア性窒素濃度を検出するために、混合装置１の前に配置してもよい。第７の検出器１７は、反応槽３内の状態を検出する装置が用いられ、例えば、ＭＬＳＳ計等が好適に利用可能である。第８の検出器１８は、第２の固液分離槽４内の余剰汚泥量を検出するための装置であり、例えば汚泥界面計等が好適に利用可能である。なお、余剰汚泥を反応槽３から抜き出す場合、第７の検出器１７が第３の検出器１３及び第８の検出器１８の役割を兼ねることができる。

余剰汚泥供給調整器７ａとしては、例えば、余剰汚泥の供給流量を制御可能な公知のポンプ、バルブ等が好適に利用可能である。余剰汚泥供給調整器７ａは、制御装置１０からの制御信号に基づいて、混合装置１へ供給する余剰汚泥の供給及び供給停止、或いは供給流量の変更が可能である。

制御装置１０は、水処理装置の各所に設けられた第１〜第９の検出器１１〜１９の検出結果を通じて、混合装置１へ返送すべき余剰汚泥の供給量を所定の範囲に制御することができる。

制御の一例を示すと、例えば、一般的な下水処理場では、原水（有機性排水）の流入原水の負荷の変動パターンはある程度決まっている。そのため、図１の制御装置１０が、予め設定した時間毎に、返送手段７が返送する余剰汚泥の供給量（供給流量）を制御する。具体的には、余剰汚泥の平均供給量をＱｍ³／ｈとした場合に、例えば０−３時＝０．８Ｑ、３−６時＝０．６Ｑ、６−９時＝１．４Ｑ、９−１２時＝１．２Ｑ、１２−１５時＝０．７Ｑ、１６−２１時＝１．０Ｑ、２１−２４時＝１．４Ｑであるという経験値データベースを、制御装置１０が有するメモリに格納しておき、制御装置１０が、その経験値データベースを読み出して、時間毎に余剰汚泥供給量を制御する手法である。その結果、比較的単純な制御によって、水処理装置全体で高効率且つ安定的な処理が可能となる。

或いは、有機性排水の混合装置１への供給流量を検出する第１の検出器（原水流量計）１１と、返送手段７により返送される余剰汚泥の汚泥濃度を検出する第３の検出器（余剰汚泥濃度計）１３と、返送手段７により返送される余剰汚泥の返送流量を検出する第４の検出器（余剰汚泥流量計）１４の検出結果に基づいて、有機性排水に対する余剰汚泥の混合比率が混合装置１での有機物吸着に好ましい範囲（例えば１．５［ｋｇ−汚泥ＳＳ／ｍ³−原水］以下）となるように、制御装置１０が、余剰汚泥供給調整器７ａを介して余剰汚泥の供給量を制御する。

例えば、第１の検出器１１、第３の検出器１３、第４の検出器１４の検出結果を演算した結果が、混合比率の設定範囲よりも高くなる場合には、制御装置１０によって、返送手段７による余剰汚泥の返送流量がより少なくなるようにし、逆に設定範囲よりも低くなる場合には、制御装置１０によって、返送手段７による余剰汚泥の返送流量を多くなるように制御する。これにより、混合装置１への余剰汚泥の混合比率をより正確に制御することができるため、水処理装置全体で安定的な処理が行えるようになる。また、返送手段７を通じて返送される余剰汚泥の供給量（供給流量）を制御することで、第１の固液分離槽２で固液分離される分離液と分離汚泥とに含まれる有機物のバランスを良好に保つことができる。その結果、第１の固液分離槽２から得られる分離液の有機物負荷を適正な範囲に制御でき、反応槽３での反応をより安定的に進めることができる。

或いは、有機性排水の混合装置１への供給流量を検出する第１の検出器（原水流量計）１１と、有機性排水の有機物濃度を検出する第２の検出器（原水有機物濃度計）１２と、返送手段７により返送される余剰汚泥の汚泥濃度を検出する第３の検出器（余剰汚泥濃度計）１３と、返送手段７により返送される余剰汚泥の返送流量を検出する第４の検出器（余剰汚泥流量計）１４の検出結果に基づいて、有機性排水に対する余剰汚泥の混合比率が３．０［ｋｇ−ＳＳ／ｋｇ−原水ＣＯＤｃｒ］以下となるように、制御装置１０が、余剰汚泥供給調整器７ａを介して余剰汚泥の供給量を制御する。これによれば、原水中の有機物濃度を考慮したリアルタイムな制御が可能となるため、変動する有機性排水の有機物負荷に最適な余剰汚泥を添加することができ、反応槽３へ安定して最適な有機物負荷を与えることができるようになる。

或いは、第１の固液分離槽で分離された分離液の有機物濃度を検出する第５の検出器（分離液有機物濃度検出器）１５の検出結果に基づいて、制御装置１０が、余剰汚泥供給調整器７ａを介して余剰汚泥の供給量を制御する。

第１の固液分離槽で分離された分離液の有機物濃度は、原水に対する余剰汚泥の混合による有機物除去効果を反映したものである。このため、例えば、第５の検出器１５で検出されるＣＯＤｃｒ濃度が、設定値（設定範囲）よりも高くなりすぎる場合には、制御装置１０によって、返送手段７による余剰汚泥の返送流量がより多くなるように制御し、第５の検出器１５で検出されるＣＯＤｃｒ濃度が、設定値（設定範囲）よりも低くなりすぎる場合には、制御装置１０によって、返送手段７による余剰汚泥の返送流量を少なくなるように制御する。

更には、分離液のアンモニア性窒素濃度を検出する第６の検出器（分離液アンモニア性窒素濃度検出器）１６を更に備え、制御装置１０が、第６の検出器１６の検出結果に基づいて、余剰汚泥の混合比率を制御するようにしてもよい。これによれば、第１の固液分離槽２から得られる分離液の性状に応じて、余剰汚泥の返送流量を最適化することができる。第１〜第５の検出器１１、１２、１３、１４、１５の検出結果と組み合わせることにより、より精密な制御が可能となる。

反応槽３内に配置された第７の検出器１７には、反応槽３内の生物学的処理の状態が反映されるため、この反応槽３の処理に適した状態となるように、第７の検出器１７の検出結果に応じて、制御装置１０が、混合装置１への余剰汚泥の混合比率を制御するようにしてもよい。これにより、反応槽３内を安定した状態に保つことができ、全体としてより安定した処理が可能となる。

第２の固液分離槽４に、混合装置１へ供給可能な余剰汚泥量を検出する第８の検出器（余剰汚泥量検出器）１８を更に備え、制御装置１０が、余剰汚泥量検出器１８が検出した余剰汚泥量が設定値以下となる場合に、混合装置１へ返送する余剰汚泥の供給を停止するか又は余剰汚泥の供給量を低下させるように制御することも可能である。これによれば、余剰汚泥を供給する第２の固液分離槽４内に十分な余剰汚泥がない場合に、その余剰汚泥供給量を調整することができるため、装置全体の処理をより安定的に進めることができる。

このように、本発明の実施の形態に係る水処理装置によれば、制御装置１０が、各検出器の検出結果に基づいて、混合装置１へ添加すべき余剰汚泥の供給量を適正範囲に制御することができる。その結果、流入原水（有機性排水）の流量及び濃度の変動に関わらず装置全体として水処理をより安定的に行うことができる。

制御装置１０による制御方法の詳細は特に限定されない。例えば、各検出器に対して予めユーザが設定値（上限値Ｈ、下限値Ｌ）を定めておき、各検出器の検出結果が設定値に近づくように、制御装置１０が余剰汚泥供給調整器７ａを介して余剰汚泥の供給量を制御することによって、混合装置１への有機性排水に対する余剰汚泥の混合比率を変更することが可能である。制御装置１０が余剰汚泥の混合汚泥比率の制御に利用する図１の検出器１１〜１８の検出値の優先順位は、反応槽３での処理態様に応じて、適宜ユーザが決定することができる。

（その他の実施の形態）
本発明は上記の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態及び運用技術が明らかとなろう。

本実施形態に係る水処理装置では、原水の流量及び濃度の変動の他に、水温などの処理環境条件によって、各装置における各処理の処理状態が変化する場合がある。そのため、例えば、原水としての有機性排水又は反応槽３内の処理液の水温を検知する温度計を設け、検知された水温に基づいて制御値を補正することで、さらに精度の高い水処理を行うようにしてもよい。

反応槽３において回分式活性汚泥法を適用した処理を行う場合には、処理水の排出及び汚泥の引抜がバッチ式に行われる。そのため、図２に示すように、反応槽３の後段に汚泥を貯蔵する汚泥貯留槽（又は濃縮槽）８を設けることが必要となる。図２に示すような水処理装置においては、汚泥貯留槽８にＭＬＳＳ計等の第９の検出器１９を設け、第９の検出器１９の検出結果に基づいて、混合装置１における余剰汚泥の混合比率がより好ましい範囲となるように、制御装置１０が制御することが好ましい。これにより、回分式活性汚泥法を適用した処理を行う場合には、図１に示すように反応槽３に検出器を設ける場合に比べて、余剰汚泥の混合比率の制御が容易になる。

反応槽３において膜分離活性汚泥法を利用する場合、分離膜が反応槽内に設置される槽一体型、反応槽の後段に膜分離槽を設ける槽別置き型、或いは水槽を設けずにケーシング内に収納した分離膜を用いる槽外型などが用いられる。このような膜分離活性汚泥法を用いた反応槽３を有する水処理装置を制御する場合には、反応槽３から余剰汚泥を引き抜く場合に、第７の検出器１７で検出されたＭＬＳＳ濃度に基づく、余剰汚泥の混合装置１への供給制御を行うことで、反応槽３へ常時安定して最適な有機物負荷を与えることができる。

反応槽３において固定床型生物膜法を利用する場合、浮遊性微生物（ＭＬＳＳ）が無いため、第７の検出器１７は設けずに、第８の検出器１８による余剰汚泥量の検出結果に基づく、混合装置１への余剰汚泥の供給管理を行えば、より安定化した処理を行うことができる。このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論であり、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によって定められる。

（実施例）
原水としてＢＯＤ濃度が１８０ｍｇ／Ｌ、ＳＳが１５０ｍｇ／Ｌの有機性排水（下水）を、処理水量６００Ｌ／ｄとして図１に示す水処理装置の混合装置１へ供給した。混合装置１での混合時間は５分間とした。第２の固液分離槽４（最終沈殿池）から余剰汚泥を供給した。本処理では、第２の固液分離槽４で発生した余剰汚泥を設定値２００Ｌ／ｄで反応槽３へ返送するとともに、第２の固液分離槽４で発生した余剰汚泥を設定値１２Ｌ／ｄで混合装置へ供給した。この際、第５の検出器１５で得られた反応槽３のＭＬＳＳ濃度に基づいて、有機性排水に対する余剰汚泥の混合比率が１２０（ｍｇ−ＳＳ／Ｌ−原水）となるように、混合装置１へ供給する余剰汚泥の供給量を制御した。

その結果、反応槽３へ流入する分離液のＢＯＤは８０ｍｇ／Ｌ、ＳＳは７０ｍｇ／Ｌであった。また、反応槽３内のＭＬＳＳ濃度は、平均で１８００ｍｇ／Ｌであった。一方、混合装置１を設けずに余剰汚泥の供給制御を行わない従来の水処理装置では、反応槽３へ流入する分離液のＢＯＤが１１０ｇ／Ｌ、ＳＳは９５ｍｇ／Ｌと高くなった。また、発生汚泥量は、混合装置１を設けず、余剰汚泥の供給制御を行わない従来の水処理装置に比べて９５％程度となった。

更に、第１の固液分離槽２で得られた汚泥に対し、燃料化装置６として嫌気性消化槽を使用して、ＴＳ濃度４ｗｔ％の濃縮汚泥を水理学的滞留時間３０日で処理したところ、混合装置１を設けず、余剰汚泥の供給制御を行わない従来の水処理装置に比べてメタンガス発生量比率が２５％増加し、処理効率を向上させることができた。

更に、混合装置１を設けずに余剰汚泥の供給制御を行わない従来の水処理装置の場合と、本実施形態に係る水処理装置の水処理装置を用いた場合の第２の固液分離槽４から分離された処理水の水質平均値を表１に示す。

本実施形態に係る水処理装置及び水処理方法によれば、混合装置１で原水と余剰汚泥とを混合させることにより、原水中の有機物とＳＳの一部が余剰汚泥に吸着及び凝集されて、ＢＯＤ及びＳＳの除去率が向上した。また、有機物除去率の向上によって、反応槽３に流入するＢＯＤ負荷が低下するため、生物学的処理に必要な曝気風量を大幅に低下し、動力の削減又は縮小が可能となることが分かる。また、従来法では、好気性分解されていた有機物を混合装置１で余剰汚泥に吸着させることで、燃料化装置６（ここでは嫌気性消化槽）で生成されるメタンガス発生量を増加させることができるとともに、処理系全体の汚泥発生量も低減させることができた。

１…混合装置
２…第１の固液分離槽
３…反応槽
４…第２の固液分離槽
５…前処理装置
６…燃料化装置
７…返送手段
７ａ…余剰汚泥供給調整器
１０…制御装置
１１…第１の検出器
１２…第２の検出器
１３…第３の検出器
１４…第４の検出器
１５…第５の検出器
１６…第６の検出器
１７…第７の検出器
１８…第８の検出器
１９…第９の検出器

Claims (8)

1. 原水としての有機性排水を余剰汚泥と混合し、前記有機性排水中の有機物を前記余剰汚泥に吸着させる混合装置と、
   前記混合装置で得られた混合液を固液分離する第１の固液分離槽と、
   前記第１の固液分離槽で分離された分離汚泥を分解して燃料ガス又は汚泥燃料に変換する燃料化装置と、
   前記第１の固液分離槽で分離された分離液に生物学的処理を行う反応槽と、
   前記反応槽で得られた処理水を固液分離する第２の固液分離槽と、
   前記第２の固液分離槽及び／又は前記反応槽で得られた汚泥を、前記混合装置へ供給する前記余剰汚泥として返送する返送手段と、
   前記混合装置へ流入する前記有機性排水に対する前記余剰汚泥の混合比率を制御する制御装置と
   を備える水処理装置。
2. 前記有機性排水の前記混合装置への供給流量を検出する原水流量計と、
   前記返送手段により返送される前記余剰汚泥の汚泥濃度を検出する余剰汚泥濃度計と、
   前記返送手段により返送される前記余剰汚泥の返送流量を検出する余剰汚泥流量計と、
   を備え、
   前記制御装置が、前記原水流量計、前記余剰汚泥濃度計及び前記余剰汚泥流量計の検出結果に基づいて、前記余剰汚泥の混合比率を制御する請求項１に記載の水処理装置。
3. 前記有機性排水の前記混合装置への供給流量を検出する原水流量計と、
   前記有機性排水の有機物濃度を検出する原水有機物濃度計と、
   前記返送手段により返送される前記余剰汚泥の汚泥濃度を検出する余剰汚泥濃度計と、
   前記返送手段により返送される前記余剰汚泥の返送流量を検出する余剰汚泥流量計と、
   を備え、
   前記制御装置が、前記原水流量計、前記原水有機物濃度計、前記余剰汚泥濃度計及び前記余剰汚泥流量計の検出結果に基づいて、前記余剰汚泥の混合比率を制御する請求項１に記載の水処理装置。
4. 前記第１の固液分離槽で分離された分離液の有機物濃度を検出する分離液有機物濃度検出器を更に備え、
   前記制御装置が、前記分離液有機物濃度検出器の検出結果に基づいて、前記余剰汚泥の混合比率を制御する請求項１〜３のいずれか１項に記載の水処理装置。
5. 前記有機性排水及び／又は前記分離液のアンモニア性窒素濃度を検出するアンモニア性窒素濃度検出器を更に備え、
   前記制御装置が、前記アンモニア性窒素濃度検出器の検出結果に基づいて、前記余剰汚泥の混合比率を制御する請求項４に記載の水処理装置。
6. 前記混合装置へ供給可能な余剰汚泥量を検出する余剰汚泥量検出器を更に備え、前記制御装置が、前記余剰汚泥量検出器が検出した前記余剰汚泥量が設定値以下となる場合に、前記混合装置へ返送する前記余剰汚泥の供給を停止するか又は前記余剰汚泥の供給量を低下させるように制御することを含む請求項１〜５のいずれか１項に記載の水処理装置。
7. 前記制御装置が、前記混合装置へ流入する前記有機性排水に対する余剰汚泥の混合比率が１．５［ｋｇ−汚泥ＳＳ／ｍ³−原水］以下及び／又は３．０［ｋｇ−ＳＳ／ｍ³−原水ＣＯＤｃｒ］以下となるように、前記余剰汚泥の供給を制御することを含む請求項１〜６のいずれか１項に記載の水処理装置。
8. 混合装置内で有機性排水を原水として余剰汚泥と混合し、前記有機性排水中の有機物を前記余剰汚泥に吸着させて混合液を得ることと、
   前記混合液を固液分離し、分離汚泥と分離液とを得ることと、
   前記分離汚泥を分解して燃料ガス又は汚泥燃料に変換することと、
   前記分離液に生物学的処理を行うことと、
   前記生物学的処理により得られた処理水を固液分離することと、
   前記処理水の固液分離によって得られた汚泥又は前記生物学的処理で得られた汚泥を余剰汚泥として前記混合装置へ返送することと、
   前記混合装置内で前記有機性排水に対して混合する前記余剰汚泥の混合比率を制御すること
   を含む水処理方法。