JP2019000781A - 廃水処理システム及び廃水処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】余剰汚泥の発生量の変動があっても放流水の水質基準を安定して満たし、且つ最適な汚泥減容効果が得られるようにオゾン使用量を制御することが可能な廃水処理システムを得る。【解決手段】廃水処理システムは、生物処理槽１内の混合液の汚泥濃度と予め設定された汚泥処理比に基づいて汚泥引抜流量を決定し、汚泥濃度と汚泥引抜流量の積からオゾン処理におけるオゾン使用量を決定する。さらに、混合液の汚泥濃度と、混合液、処理水Ｗ３、及び放流水Ｗ４のいずれか１つ以上の水質データに基づいて、適切な汚泥処理比とオゾン注入量の収束値を求め、それらを満たすように汚泥引抜流量及びオゾン使用量を調整する。【選択図】図３

Description

本発明は、有機性廃水の生物処理によって発生する余剰汚泥を、オゾンを利用して減容化する廃水処理システム及び廃水処理方法に関する。

有機性廃水を処理する方法として、標準活性汚泥法等の微生物を利用した処理が広く用いられている。微生物を利用した処理では、処理に伴い微生物が増殖して活性汚泥と他の浮遊物を含む余剰汚泥が発生する。余剰汚泥は、水処理に不必要な汚泥であるため、産業廃棄物として焼却され、埋め立て処分される。このような余剰汚泥の処分には、新たな用地の確保等も含め多大なエネルギーとコストを要することから、余剰汚泥の発生量の低減が求められている。

余剰汚泥の発生量を低減する方法の一つとして、オゾンを利用した汚泥減容化処理が知られている。これは、微生物等を含む余剰汚泥をオゾンで分解することにより可溶化し、余剰汚泥を減容化する処理である。余剰汚泥が減容する効果、すなわち汚泥減容効果は、余剰汚泥の処理量と使用するオゾン量によって変化する。余剰汚泥の処理量またはオゾン使用量が不十分な場合、期待される汚泥減容効果が得られない。逆にそれらの量が多すぎると微生物が必要以上に分解され、廃水処理に寄与する微生物活性が低下するため、処理水の水質が悪化することがある。

このため、廃水処理システムにおいては、余剰汚泥の処理量またはオゾン使用量が適切な値となるように制御する方法が検討されている。例えば特許文献１では、生物処理槽の混合液の汚泥濃度及び混合液量、並びに固液分離槽の分離汚泥の汚泥濃度及び分離汚泥量から系内の保持汚泥量を演算し、求めた保持汚泥量と目標保持汚泥量との差に基づいて改質汚泥の増減量を求め、混合液または分離汚泥から引き抜く汚泥の設定量を増減している。

また、特許文献２では、生物処理槽内に常に所定濃度のＭＬＳＳ（Ｍｉｘｄ Ｌｉｑｕｏｒ Ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ Ｓｏｌｉｄｓ）が維持されているように返送汚泥の量を制御することにより、生物処理の効率を良くし、オゾン処理の負荷を少なくしている。さらに、特許文献３では、廃水または放流水の水質データに基づいて高度処理が必要かどうかを判定し、必要な場合には、それらの水質及び水量に基づいてオゾン発生機の操作条件を決定している。

特開２００７−２５３０１１号公報 特開平９−９９２９２号公報 特開平７−２５１１８６号公報

上記のように、従来、余剰汚泥の処理量及びオゾン使用量が適切な値となるように様々な制御方法が検討されているが、余剰汚泥の発生量は生物処理槽に流入する有機性廃水の水量、水質、及び温度等の変化に伴い変動するため、予め設定された放流水の水質基準（例えば各国で定められた放流水質基準）を満たしつつ、最適な汚泥減容効果を得られるようにオゾン使用量を制御することは困難であった。

特許文献１では、系内の保持汚泥量をモニターして適切な引抜汚泥量を設定しているが、引抜汚泥に対して注入するオゾン量については制御していない。また、特許文献２では、生物処理槽内のＭＬＳＳを所定濃度に維持するように処理量を決定しているが、オゾン使用量については制御しておらず、汚泥ＳＳ重量あたり１０％〜２０％が好適であると記載されているのみである。

このため、特許文献１、２に記載された方法では、生物処理槽中のＣＯＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ ｏｘｙｇｅｎ ｄｅｍａｎｄ）等の水質が変化した場合に、活性汚泥の分解に必要なオゾン量の変動に対応できず、放流水質基準を満たすことは難しい。また、放流水質基準を満たすことができたとしても、オゾンを過剰供給している場合が考えられ、コスト高となる問題がある。

また、特許文献３では、廃水または放流水の水質データに基づいてオゾン発生機の操作条件を決定しているが、この方法では変動する余剰汚泥の量に応じたオゾン使用量を決定することは難しく、最適な汚泥減容効果を得ることは難しい。さらに、これらの特許文献１−３では、オゾン処理効率の向上について対策がとられておらず、オゾン使用量が多くなりランニングコストが大きくなるという課題がある。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、余剰汚泥の発生量の変動があっても予め設定された放流水の水質基準を安定して満たし、且つ最適な汚泥減容効果が得られるようにオゾン使用量を制御することが可能な廃水処理システム及び廃水処理方法を得ることを目的とする。

本発明に係る廃水処理システムは、有機性廃水を好気性条件の下で生物処理し、活性汚泥を含んだ汚泥含有処理水を生成する生物処理槽と、生物処理槽で生成された汚泥含有処理水を濃縮汚泥と処理水に分離する固液分離部と、生物処理槽で生成された汚泥含有処理水、または固液分離部で分離された濃縮汚泥を所定の汚泥引抜流量で引き抜いてオゾン処理を行い、処理後の汚泥含有処理水または濃縮汚泥を生物処理槽に返送するオゾン反応部と、オゾンを生成しオゾン反応部に供給するオゾン発生器と、生物処理槽内の汚泥含有処理水を含む混合液の汚泥濃度を測定する汚泥濃度測定手段と、混合液、処理水、及び処理水を消毒した放流水それぞれの水質を測定する水質測定手段と、混合液の汚泥濃度に基づいて汚泥引抜流量を決定し、混合液の汚泥濃度と汚泥引抜流量の積に基づいてオゾン処理におけるオゾン使用量を決定すると共に、混合液、処理水、及び放流水のいずれか１つ以上の水質データに基づいて汚泥引抜流量及びオゾン使用量を調整する演算及び制御装置を備えたものである。

また、本発明に係る廃水処理方法は、有機性廃水を好気性条件の下で生物処理し、活性汚泥を含んだ汚泥含有処理水を生成する生物処理工程と、生物処理工程で生成された汚泥含有処理水を濃縮汚泥と処理水に分離する固液分離工程と、生物処理工程で生成された汚泥含有処理水、または固液分離工程で分離された濃縮汚泥を所定の汚泥引抜流量で引き抜いてオゾン処理を行う改質工程とを含み、生物処理工程における汚泥含有処理水を含む混合液の汚泥濃度に基づいて汚泥引抜流量を決定し、混合液の汚泥濃度と汚泥引抜流量の積に基づいてオゾン処理におけるオゾン使用量を決定すると共に、混合液、処理水、及び処理水を消毒した放流水のいずれか１つ以上の水質データに基づいて汚泥引抜流量及びオゾン使用量を調整するものである。

本発明に係る廃水処理システムによれば、生物処理槽内の混合液の汚泥濃度と汚泥引抜流量の積に基づいてオゾン処理におけるオゾン使用量を決定し、さらに混合液、処理水、及び放流水のいずれか１つ以上の水質データに基づいて汚泥引抜流量及びオゾン使用量を調整することにより、生物処理槽に流入する有機性廃水の水量、水質、及び温度の変動に伴う余剰汚泥の発生量の変動があっても、予め設定された放流水の水質基準を安定して満たし、且つ最適な汚泥減容効果が得られるようにオゾン使用量を制御することが可能である。

また、本発明に係る廃水処理方法によれば、生物処理工程における混合液の汚泥濃度と汚泥引抜流量の積に基づいてオゾン処理におけるオゾン使用量を決定し、さらに混合液、処理水、及び放流水のいずれか１つ以上の水質データに基づいて汚泥引抜流量及びオゾン使用量を調整するようにしたので、生物処理工程に流入される有機性廃水の水量、水質、及び温度の変動に伴う余剰汚泥の発生量の変動があっても、予め設定された放流水の水質基準を安定して満たし、且つ最適な汚泥減容効果が得られるようにオゾン使用量を制御することが可能である。

本発明の実施の形態１に係る廃水処理システムの構成を示す模式図である。 本発明の実施の形態１に係る廃水処理システムにおける汚泥引抜流量とオゾン使用量の決定方法を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る廃水処理システムの構成を示す模式図である。 オゾン濃度とオゾン注入量の収束値の関係を示す図である。 本発明の実施の形態３に係る廃水処理システムの構成を示す模式図である。

実施の形態１．
以下に、本発明の実施の形態１に係る廃水処理システム及び廃水処理方法について、図面に基づいて説明する。図１は、本実施の形態１に係る廃水処理システムの構成を示す模式図である。本実施の形態１に係る廃水処理システムは、生物処理槽１、散気装置２、固液分離槽７、消毒池８、オゾン反応槽９、及びオゾン発生器１２等を含んで構成される。なお、図１において、Ｗ１は被処理水である廃水、Ｗ２は汚泥含有処理水、Ｗ３は処理水、Ｗ４は放流水を示している。

また、本実施の形態１に係る廃水処理方法は、主に、生物処理工程、固液分離工程、及び改質工程を含んでいる。生物処理工程では、有機性の廃水Ｗ１を好気性条件の下で生物処理し、活性汚泥を含んだ汚泥含有処理水Ｗ２を生成する。固液分離工程では、生物処理工程で生成された汚泥含有処理水Ｗ２を濃縮汚泥と処理水Ｗ３に分離する。また、改質工程では、生物処理工程で生成された汚泥含有処理水Ｗ２（または固液分離工程で分離された濃縮汚泥）を所定の汚泥引抜流量で引き抜いてオゾン処理を行う。

これらの工程を行うにあたり、生物処理工程における汚泥含有処理水Ｗ２を含む混合液の汚泥濃度に基づいて汚泥引抜流量を決定し、混合液の汚泥濃度と汚泥引抜流量の積に基づいてオゾン処理におけるオゾン使用量を決定する。さらに、混合液、処理水Ｗ３、及び放流水Ｗ４のいずれか１つ以上の水質データに基づいて、汚泥引抜流量及びオゾン使用量を調整するものである。

本実施の形態１に係る廃水処理システムを構成する各部における処理、作用について説明する。生物処理槽（曝気槽）１は、廃水Ｗ１を好気性条件の下で生物処理し、主に好気性微生物の集合体からなる活性汚泥を含んだ汚泥含有処理水Ｗ２を生成する。すなわち、生物処理槽１内には、廃水Ｗ１と汚泥含有処理水Ｗ２の混合液が存在し、生物処理が進むほど混合液における汚泥含有処理水Ｗ２の割合が高くなる。

散気装置２は、空気供給装置３から送出された空気を生物処理槽１内に供給し、生物処理槽１を好気性条件とする。空気供給装置３としては、必要な空気供給量によってブロアーまたはコンプレッサ等が用いられる。また、生物処理槽１内には、汚泥濃度測定手段である汚泥濃度測定器４が設置され、生物処理槽１内の混合液の汚泥濃度を測定する。さらに、生物処理槽１内には、水質測定手段である水質測定器５ａが設置され、生物処理槽１内の混合液の水質を測定する。

生物処理槽１で生成された汚泥含有処理水Ｗ２は、配管６ａを介して固液分離部である固液分離槽７へ移送される。固液分離槽７としては、終末沈澱槽または膜分離槽等が用いられ、生物処理槽１で生成された汚泥含有処理水Ｗ２を濃縮汚泥と処理水Ｗ３に分離する。分離された濃縮汚泥の一部は、濃縮汚泥返送用の配管６ｂを介して生物処理槽１に返送される。配管６ｂには、濃縮汚泥を返送するためのポンプ（図示省略）が接続されている。

固液分離槽７において濃縮汚泥と分離された処理水Ｗ３は、配管６ｃを介して消毒池８に移送される。配管６ｃには、処理水Ｗ３の水質を測定する水質測定器５ｂが設置されている。処理水Ｗ３は、消毒池８で消毒された後、配管６ｄを介して河川等へ放流水Ｗ４として放流される。放流水Ｗ４は、各国で定められた放流水の水質基準（日本の場合、下水道法で定められた放流水質基準等）を満たす必要があり、配管６ｄには、放流水Ｗ４の水質を測定する水質測定器５ｃが設置されている。

また、生物処理槽１内の余剰汚泥を減容化するため、生物処理槽１の汚泥含有処理水Ｗ２は、汚泥引抜用の配管６ｅを介して引き抜かれる。配管６ｅには、汚泥引抜流量を測定する汚泥流量計１０ａ及び汚泥引抜ポンプ１１ａが設置されている。引き抜かれた汚泥含有処理水Ｗ２は、オゾン反応部においてオゾン処理が行われ、微生物等を含む余剰汚泥が分解される。オゾン反応部は、オゾン反応槽９と、生物処理槽１から引き抜かれた汚泥含有処理水を循環させる配管６ｇと、汚泥含有処理水にオゾンを注入するエジェクタ１７を有している。

一日当たりのオゾン処理汚泥量を一日当たりの余剰汚泥発生量で除した商である「汚泥処理比」は、汚泥流量計１０ａで測定される汚泥引抜流量で決まる。汚泥引抜ポンプ１１ａは、設定された汚泥処理比となるように決定された汚泥引抜流量で汚泥含有処理水Ｗ２を引き抜き、オゾン反応槽９に移送する。汚泥引抜ポンプ１１ａのサイズは、余剰汚泥発生量、汚泥処理比、及び一日当たりの汚泥処理回数等から計算される汚泥引抜流量、汚泥引抜ポンプ１１ａの設置位置、及び配管６ｅの圧損に起因する楊程等から決定される。

オゾン反応槽９の下部には汚泥返送用の配管６ｆが接続されており、オゾン処理後の汚泥含有処理水は生物処理槽１に返送される。汚泥含有処理水の返送にはポンプ等を用いても良いが、オゾン反応槽９が生物処理槽１の上部に配置されている場合には自然落下により返送することができる。なお、汚泥処理比と汚泥引抜流量の設定方法については、後に図２のフローチャートを用いて詳細に説明する。

オゾン発生器１２は、相対する電極間に誘電体を介して交流の高電圧を印加して放電を持続的に発生させ、この放電空間中に酸素を通過させることによりオゾンガスを生成する。オゾン発生器１２で発生させたオゾンの濃度の計測には、一般的なオゾン濃度計（図示省略）が使用される。オゾン濃度計は、オゾン注入用の配管１４ａに設置してもよいし、オゾン発生器１２に組み込んでもよい。また、オゾンの流量は、配管１４ａに設置されたオゾンガス流量計１６により測定される。

オゾン発生器１２には、電源装置、原料供給装置、及び冷却装置（いずれも図示省略）が接続されている。オゾン発生器１２に供給されるオゾンの原料は、特に限定されるものではないが、液体酸素の他、ＰＳＡ（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｓｗｉｎｇ Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）またはＰＶＳＡ（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｖａｃｕｕｍ Ｓｗｉｎｇ Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ)で生成した酸素を用いることができる。また、オゾン発生効率を保つために、供給される酸素流量に応じて０．０５％〜０．５％の窒素または空気等を添加する添加ガス供給部を設けてもよい。

オゾン発生器１２を冷却する冷却装置は、冷却媒体を循環させる冷媒循環ポンプと、オゾン発生器１２にて発生した熱を吸収した冷却媒体を冷却する冷却器を備えている。冷却器としては、熱交換器、チラー、または冷凍機等を用いることができる。冷却媒体としては、水道水の他、イオン交換水、不凍液、スケール除去剤、または腐食防止剤が混入された水等を用いることができる。

オゾン発生器１２で生成されたオゾンは、オゾン注入用の配管１４ａを介してエジェクタ１７のガス吸引口に導入される。エジェクタ１７は、オゾン反応槽９の側面に取り付けられた汚泥循環用の配管６ｇに設置され、オゾン反応槽９から引き抜かれて配管６ｇを循環している汚泥含有処理水に対しオゾンを注入し接触させる。配管６ｇには、エジェクタ１７の他、汚泥流量計１０ｂ及び汚泥循環ポンプ１１ｂが設置されている。

エジェクタ１７でオゾンが注入された汚泥含有処理水は、配管６ｇが接続されたオゾン反応槽９の下部からオゾン反応槽９の内部に流入し、生物処理槽１からの汚泥含有処理水の引き抜きに伴い上方に移動して配管６ｇに戻る。このように、汚泥含有処理水を循環させることにより攪拌効果が得られ、エジェクタ１７における汚泥とオゾンの反応効果を高めることができる。オゾン反応槽９内に蓄積された排オゾンは、オゾン排出用の配管１４ｂを介して排オゾン分解装置１８に移送される。排オゾン分解装置１８は、排オゾンを酸素に分解処理した後、大気へ放出する。

データ蓄積装置１９は、演算及び制御装置２１による演算に用いられるデータを格納するものであり、本実施の形態１では、少なくとも汚泥濃度測定器４、水質測定器５ａ、５ｂ、５ｃ、汚泥流量計１０ａ、１０ｂ、及びオゾンガス流量計１６の測定値を含むデータを格納している。データ蓄積装置１９は、汚泥濃度測定器４、水質測定器５ａ、５ｂ、５ｃ、汚泥流量計１０ａ、１０ｂ、及びオゾンガス流量計１６にそれぞれ信号接続され、それらの測定値を含むデータをオンラインで収集している。

実験データ入力装置２０は、混合液の汚泥濃度、水質、及び温度とオゾン使用量または汚泥減容効果との相関データを含む様々な実験データを格納している。実験データ入力装置２０に入力される実験データは、廃水Ｗ１、混合液、処理水Ｗ３、及び放流水Ｗ４について、様々な状況、すなわち汚泥濃度、水質、温度等を想定し、実際のあるいは同等の発生汚泥にてオゾン処理の実験あるいは実証試験を実施して得られたものである。

具体的には、汚泥含有処理水の汚泥濃度（ＭＬＳＳまたは有機分濃度）とオゾン使用量あるいは汚泥減容効果との相関データ、汚泥含有処理水のＣＯＤ、ＢＯＤ（Ｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｏｘｙｇｅｎ ｄｅｍａｎｄ）、ＴＯＣ（Ｔｏｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃａｒｂｏｎ）等の水質データとオゾン使用量あるいは汚泥減容効果との相関データ、放流水の水質データあるいは放流水と放流水質基準との差分データに対するオゾン使用量のデータ、汚泥含有処理水または濃縮汚泥の汚泥濃度、ＣＯＤ等の初期データに対して注入したオゾンの濃度と量のデータ、エジェクタ１７の気液流量比（オゾン流量／汚泥循環流量、以下Ｇ／Ｌと記す）の値に対する有機物の生分解性を示す指標データ（ＣＯＤ、吸光度等）の変動量のデータ等が実験データ入力装置２０に入力される。

演算及び制御装置２１は、データ蓄積装置１９、実験データ入力装置２０、汚泥引抜ポンプ１１ａ、汚泥循環ポンプ１１ｂ、及びオゾン発生器１２にそれぞれ信号接続されている。演算及び制御装置２１は、データ蓄積装置１９及び実験データ入力装置２０から演算に必要なデータを取得して演算を実行し、放流水質基準を満たすと共に最適な汚泥減容効果が得られる汚泥引抜流量とオゾン使用量を決定する。さらに、演算及び制御装置２１は、決定した汚泥引抜流量とオゾン使用量になるように、汚泥引抜ポンプ１１ａ、汚泥循環ポンプ１１ｂ、及びオゾン発生器１２を制御する。

次に、演算及び制御装置２１による汚泥引抜流量とオゾン使用量の決定方法について、図２のフローチャートを用いて説明する。まず、ステップＳ１において、汚泥濃度測定器４により測定された生物処理槽１内の混合液の汚泥濃度を、データ蓄積装置１９から取得する。なお、生物処理槽１内の汚泥は沈降性が高いため、汚泥濃度測定器４による汚泥濃度の測定は、汚泥含有処理水Ｗ２を引き抜く直前のタイミングで、生物処理槽１内の混合液を十分に攪拌した後に行われる。すなわち、汚泥濃度測定器４により測定される混合液の汚泥濃度は、汚泥含有処理水Ｗ２の汚泥濃度とほぼ等しい。

続いてステップＳ２において、予め設定された汚泥処理比を基準とし、この汚泥処理比とステップＳ１で取得した汚泥濃度に基づいて汚泥引抜流量を決定する。汚泥処理比は、生物処理槽１における微生物負荷及び余剰汚泥発生量に応じて適切な値が設定され、実験データ入力装置２０に入力されている。

汚泥処理比は、２．０未満の場合はオゾン処理による活性汚泥中の微生物の分解量が十分ではなく、余剰汚泥量を十分減少させることができない可能性がある。また４．０を超えるとオゾン処理により活性汚泥の微生物を過剰に分解してしまい、微生物活性度が低下して処理水Ｗ３の水質が悪化する可能性がある。このため、適切な汚泥処理比の値は、２．０以上４．０以下、好ましくは３．０以下に設定される。

続いてステップＳ３において、ステップＳ１で取得した混合液の汚泥濃度とステップＳ２で決定した汚泥引抜流量の積から、オゾン処理におけるオゾン使用量を決定する。ここでは、予め設定された汚泥処理比に対して、一定の汚泥量当たりに必要なオゾン注入量のデータを参照し、汚泥濃度と汚泥引抜流量の積からオゾン使用量を決定する。なお、一定の汚泥量当たりに必要なオゾン注入量のデータは、実験データ入力装置２０に格納されている。

次に、ステップＳ４において、水質測定器５ａ、５ｂ、５ｃによりそれぞれ測定された混合液、処理水Ｗ３、及び放流水Ｗ４の水質データを、データ蓄積装置１９から取得する。続いてステップＳ５において、実験データ入力装置２０に格納された汚泥濃度とオゾン使用量または汚泥減容効果との相関データ、及び水質データとオゾン使用量または汚泥減容効果との相関データの中から、ステップＳ１で取得した汚泥濃度、及びステップＳ４で取得した水質データに関連のある相関データを参照する。

具体的には、ステップＳ４において取得した混合液、処理水Ｗ３、及び放流水Ｗ４のいずれか１つ以上の水質データについて関連する相関データを参照し、当該水質データに基づいて汚泥引抜流量及びオゾン使用量を調整する。例えばステップＳ４で取得した混合液の水質データのＣＯＤの値が通常よりも高い場合、実験データ入力装置２０に格納されたＣＯＤとオゾン使用量あるいは汚泥減容効果との相関データを抽出して参照する。

続いて、ステップＳ６において、参照した相関データに基づいて、ステップＳ１で取得した汚泥濃度とステップＳ４で取得した水質データに対し、適切な汚泥処理比とオゾン注入量の収束値（定常時の値）を計算で求める。オゾン注入量の収束値とは、オゾン濃度とオゾン流量との積を、汚泥含有処理水の汚泥濃度と汚泥引抜流量との積で除した値であり、以下の式（１）で表される。

Ｘ＝（Ｃ（Ｏ_３）・Ｆ（Ｏ_３））／（Ｃ（ＳＳ）・Ｆ（ＳＳ）） （１）
ここで、Ｘはオゾン注入量の収束値（ｍｇＯ_３／ｇＳＳ）、Ｃ（Ｏ_３）はオゾン濃度（ｍｇＯ_３／Ｌ）、Ｆ（Ｏ_３）はオゾン流量（Ｌ／ｍｉｎ）、Ｃ（ＳＳ）は汚泥含有処理水の汚泥濃度（ｇＳＳ／Ｌ）、Ｆ（ＳＳ）は汚泥引抜流量（Ｌ／ｍｉｎ）である。

なお、オゾン注入量の収束値は、汚泥含有処理水中の汚泥を十分に分解し、生物処理槽１内の余剰汚泥を十分に分解しつつ、過剰なオゾン注入による未反応のオゾンの増加を抑制する観点から、２０ｍｇＯ_３／ｇＳＳ以上５０ｍｇＯ_３／ｇＳＳ以下が好ましい。また、オゾン濃度は、現状のオゾン発生器１２で生成可能なオゾン濃度を考慮し、汚泥含有処理水中の汚泥の生分解性を向上させて生物処理槽１内の余剰汚泥の減容化を促進させる観点から、１００ｍｇ／Ｌ以上４００ｍｇ／Ｌ以下が好ましい。

汚泥処理比を決定するための一日あたりの余剰汚泥の発生量は、生物処理槽１に流入する廃水Ｗ１の水量、水質、有機物負荷、及び温度等の変化に伴い変動する。このため、最適な汚泥減容効果を得るためには、生物処理槽１内の混合液の汚泥濃度(ＭＬＳＳ、有機分濃度)、ＣＯＤ、ＢＯＤ、ＴＯＣ、ＤＯ（Ｄｉｓｓｏｌｖｅｄ Ｏｘｙｇｅｎ）、ｐＨ、りん濃度、窒素濃度等の水質データ、水量、及び温度に基づいて、適切な汚泥処理比とオゾン注入量の収束値を決定する必要がある。

例えば、適切な汚泥処理比及びオゾン注入量の収束値は、下水処理の場合と民間の工場廃水の排水処理の場合とでは異なる。共存ＣＯＤの値が公共の下水処理場よりも大きい民間の工場廃水の場合、あるいはオゾンが消費されやすい物質を含む廃水の場合、オゾンは、汚泥よりもオゾンが消費されやすい物質と先に反応した後に汚泥と反応することを実験により見出しており、適切なオゾン注入量の収束値が公共下水処理場の場合よりも大きくなる。よって、混合液の汚泥濃度と汚泥引抜流量の積に基づいて決定したオゾン使用量に対し、混合液の水質データ（ＣＯＤ等）に基づいて追加するオゾン量を決定する必要がある。

また、処理水Ｗ３が消毒池８を介して放流水Ｗ４として河川等に放流される際には、放流水質基準を満たしていなければならない。生物処理槽１内の混合液の水質と最終的な放流水Ｗ４の水質とでは、水質の変動が伝わるのに数日程度のタイムラグがあるため、放流水Ｗ４の水質データが放流水質基準を満たすように、適切な汚泥処理比及びオゾン注入量の収束値を決定する必要がある。

続いてステップＳ７において、ステップＳ６で求めた適切な汚泥処理比とオゾン注入量の収束値を満たすように、汚泥引抜流量とオゾン使用量を調整する。適切なオゾン注入量の収束値、汚泥濃度、及び汚泥引抜流量が決まれば、上記式（１）により、適切なオゾン使用量（オゾン濃度とオゾン流量）が計算で求められる。

具体的には、ステップＳ６で求めた汚泥処理比とオゾン注入量の収束値を満たす最適なパラメータ（汚泥引抜流量、オゾン使用量、一日にオゾン処理を実施する時間及び回数等）を自動的に計算し、それらのパラメータに基づいて汚泥引抜ポンプ１１ａ、汚泥循環ポンプ１１ｂ、及びオゾン発生器１２を制御する。

ステップＳ７において、放流水Ｗ４の水質データに基づいて汚泥引抜流量及びオゾン量を調整する例について説明する。演算及び制御装置２１は、放流水Ｗ４の水質データの任意の項目（例えばＣＯＤ値）の放流水質基準との差分データを、放流水のＣＯＤ値と汚泥減容効果との相関データに参照して、放流水質基準を超えない汚泥引抜流量の設定値を決定する。この設定値を超えないように汚泥引抜ポンプ１１ａの出力を制御し、汚泥流量計１０ａにより測定される流量を設定値より小さい値に維持する。汚泥引抜ポンプ１１ａの出力は、例えばインバーターを用いることで制御が可能である。

さらに、演算及び制御装置２１は、放流水Ｗ４のＣＯＤ値の放流水質基準との差分データを、放流水のＣＯＤ値とオゾン使用量の相関データに参照して、放流水質基準を超えないオゾン使用量の設定値を決定する。この設定値を超えないようにオゾン発生器１２のオゾン濃度及びオゾン流量を制御し、オゾン処理におけるオゾン使用量を設定値より小さい値に維持する。

また、ステップＳ７において、生物処理槽１内の混合液の水質データに基づいて汚泥引抜流量とオゾン量を調整する例について説明する。実験データ入力装置２０には、生物処理槽１内の混合液の水質データとオゾン追加量の相関データが格納されている。演算及び制御装置２１は、この相関データを参照して混合液の水質データに適したオゾン追加量を決定し、オゾン濃度及びオゾン流量を調整する。

また、ステップＳ７において、一日にオゾン処理を実施する時間と回数で汚泥引抜流量とオゾン使用量を調整してもよい。汚泥処理比に基づいて決まる一日当たりの処理汚泥量に対し、一日の処理回数と時間を適切に決定する。オゾン処理を実施する時間間隔は、汚泥の水質に影響を与えることがわかっており、処理回数が多く間隔が短すぎると水質が悪化する傾向がある。このため、放流水質基準と放流水Ｗ４の水質データとの差分に基づいてオゾン処理を実施する時間と間隔を決定してもよい。

生物処理槽１から汚泥含有処理水Ｗ２を引き抜く時間と間隔を決定する方法として、データ蓄積装置１９に格納された混合液の溶解性有機物濃度の値を、実験データ入力装置２０に入力された溶解性有機物濃度と一日にオゾン処理を実施する時間及び回数との相関データに参照して決定することができる。また、汚泥循環ポンプ１１ｂが汚泥含有処理水Ｗ２を引き抜く時間と間隔を変化させることで、オゾン注入量を調整することができる。

さらに、ステップＳ７におけるオゾン使用量の調整方法として、エジェクタ１７におけるオゾン流量とＧ／Ｌを調整する方法がある。エジェクタ１７におけるＧ／Ｌは、汚泥含有処理水中の汚泥を十分に分解することができればよく、特に限定されるものではないが、オゾンと汚泥を効率的に反応させ、過剰なオゾン注入による未反応のオゾンの増加を抑制するように設定される。

エジェクタ１７におけるＧ／Ｌの値とオゾン注入量の収束値の関係について実験（２６０ｎｍ吸光度測定）を行った結果、エジェクタ１７におけるＧ／Ｌの値が小さいほどオゾン処理効率が向上し、オゾン注入量の収束値が小さくなることを確認した。この実験結果から、演算及び制御装置２１は、決定した汚泥引抜流量及びオゾン使用量に基づいて、エジェクタ１７におけるＧ／Ｌの値が最小値となるように、配管６ｇを循環する汚泥含有処理水の流量と、エジェクタ１７に注入されるオゾンの濃度及び流量を制御することが望ましい。具体的には、Ｇ／Ｌは、０．０１以上０．３以下、さらに望ましくは０．２以下に設定される。

本実施の形態１に係る廃水処理システムは、図１に示す構成に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、図１では固液分離槽７は生物処理槽１とは別に配置されているが、生物処理槽１内に配置された固液分離膜により濃縮汚泥と処理水Ｗ３に分離することもできる。

また、図１では生物処理槽１で生成された汚泥含有処理水Ｗ２を引き抜いてオゾン反応槽９に移送しているが、固液分離槽７で分離された濃縮汚泥を引き抜いてオゾン反応槽９に移送してもよい。その場合、固液分離槽７からの汚泥引抜流量は、固液分離槽７の濃縮汚泥の汚泥濃度と予め設定された汚泥処理比に基づいて決定される。なお、固液分離槽７の濃縮汚泥の汚泥濃度は、生物処理槽１から固液分離槽７へ移送された汚泥含有処理水Ｗ２の汚泥濃度と固液分離槽７の濃縮比から求めることができる。

また、図１ではオゾン反応部はオゾン反応槽９を備えているが、オゾン反応槽９を備えていなくてもよい。また、オゾンの注入方法としてエジェクタ１７を用いているが、散気式、機械攪拌式等の方式を採用してもよい。また、データ蓄積装置１９は、汚泥濃度測定器４及び各水質測定器５ａ、５ｂ、５ｃ等の測定値を含むデータをオンラインで収集しているが、それらのデータの一部または全部を操作員によって入力してもよい。

以上のように、本実施の形態１に係る廃水処理システム及び廃水処理方法によれば、生物処理槽１内の混合液の汚泥濃度と汚泥引抜流量の積に基づいてオゾン処理におけるオゾン使用量を決定し、さらに混合液、処理水Ｗ３、及び放流水Ｗ４のいずれか１つ以上の水質データに基づいて汚泥引抜流量及びオゾン使用量を調整することにより、生物処理槽１に流入する廃水Ｗ１の水量、水質、及び温度の変動に伴う余剰汚泥の発生量の変動があっても、安定して放流水質基準を満たし、且つ最適な汚泥減容効果が得られるようにオゾン使用量を制御することが可能である。

また、混合液の汚泥濃度と水質データに対して適切なオゾン使用量を決定しているので、オゾンの過剰供給を防止することがでる。さらに、決定した汚泥引抜流量及びオゾン使用量に基づいて、エジェクタ１７におけるＧ／Ｌの値が最小値となるように制御することにより、オゾン処理効率が向上する。これにより、少ないオゾン使用量で放流水質基準を満たすと共に最適な汚泥減容効果が得られ、ランニングコストを抑制することができる。

実施の形態２．
図３は、本発明の実施の形態２に係る廃水処理システムの構成を示す模式図である。なお、図３において、図１と同一部分には同一符号を付している。本実施の形態２に係る廃水処理システムは、オゾン注入用の配管１４ａに、オゾン濃縮器１３とオゾンガス圧力計１５を備えている。オゾン発生器１２とオゾン濃縮器１３は、酸素ガス返送用の配管１４ｃで接続されている。それ以外の構成及び各部における処理、作用については、上記実施の形態１と同様であるので、ここでは説明を省略する。

オゾン濃縮器１３は、オゾン発生器１２で発生したオゾンを濃縮し、４００ｍｇ／Ｌ以上、最大２０００ｍｇ／Ｌの高濃度オゾンを生成することができる。オゾン濃縮器１３は、冷媒で冷却されたシリカゲル等の吸着剤を内包した吸着塔と、冷媒を冷却するための冷凍機を備える。オゾン濃縮器１３は、オゾンを吸着した吸着剤からエジェクタ１７の吸引力によって主に酸素を排気し吸着塔内のオゾン濃度を高める。エジェクタ１７は真空ポンプで代用しても良い。オゾン濃縮器１３で生成された高濃度オゾンは、オゾン注入用の配管１４ａを介してエジェクタ１７のガス吸引口に導入される。また、オゾン濃縮器１３で吸着されなかった酸素ガスは、配管１４ｃを介してオゾン発生器１２に返送され、再利用される。

本実施の形態２において、データ蓄積装置１９は、汚泥濃度測定器４、水質測定器５ａ、５ｂ、５ｃ、汚泥流量計１０ａ、１０ｂ、オゾンガス圧力計１５、オゾンガス流量計１６、及びオゾン濃縮器１３の吸着塔に設けられた温度計（図示省略）にそれぞれ信号接続され、それらの測定値を含むデータを蓄積する。

また、演算及び制御装置２１は、データ蓄積装置１９、実験データ入力装置２０、汚泥引抜ポンプ１１ａ、汚泥循環ポンプ１１ｂ、オゾン発生器１２、及びオゾン濃縮器１３にそれぞれ信号接続されている。演算及び制御装置２１は、データ蓄積装置１９及び実験データ入力装置２０から演算に必要なデータを取得し、放流水質基準を満たすと共に最適な汚泥減容効果が得られる汚泥引抜流量とオゾン使用量を決定する。

さらに、演算及び制御装置２１は、決定した引抜汚泥流量とオゾン使用量になるように、汚泥引抜ポンプ１１ａ、汚泥循環ポンプ１１ｂ、オゾン発生器１２、及びオゾン濃縮器１３を制御する。例えば、演算及び制御装置２１は、オゾン濃縮器１３の吸着塔の温度とオゾンガス圧力計１５の測定値をデータ蓄積装置１９から取得し、エジェクタ１７へのオゾン注入量の収束値が決定された値となるようにフィードバック制御を行う。これにより、オゾン濃縮器１３の最適な吸着及び脱着条件を得ることができ、所望の濃度のオゾンを発生させることができる。

図４は、汚泥含有処理水に注入するオゾンの濃度とオゾン注入量の収束値の関係について、実験を行った結果を示している。図４において、横軸はオゾンガス濃度（ｍｇＯ_３／Ｌ）、縦軸はオゾン注入量の収束値（ｍｇＯ_３／ｇＳＳ）である。なお、縦軸のオゾン注入量の収束値は、オゾンガス濃度５０ｍｇＯ_３／Ｌの時のオゾン注入量の収束値を１とした時の相対値である。実験の結果、注入するオゾンの濃度が高いほどオゾン注入量の収束値が小さく、必要なオゾン使用量が少ないことを確認した。

この実験結果から、演算及び制御装置２１は、決定した汚泥引抜流量及びオゾン使用量に基づいて、エジェクタ１７における気液流量比が最小値となり且つオゾン濃度が最高値となるように、配管６ｇを循環する汚泥含有処理水の流量とエジェクタ１７に注入されるオゾンの濃度及び流量を制御することが望ましい。

本実施の形態２によれば、上記実施の形態１と同様の効果に加え、オゾン処理において高濃度オゾンを用いることにより、上記実施の形態１よりもさらにオゾン処理効率の向上が図られ、オゾン使用量を低減することが可能である。これにより、オゾン発生器１２を含めた初期費用とオゾン発生、注入のランニングコストを抑制することができる。また、オゾン濃縮器１３で吸着されなかった酸素ガスをオゾン発生器１２に返送し、再利用するようにしたので、ランニングコストをさらに低減することができる。

実施の形態３．
図５は、本発明の実施の形態３に係る廃水処理システムの構成を示す模式図である。なお、図５において、図１と同一部分には同一符号を付している。本実施の形態３に係る廃水処理システムは、ノズル径が異なる複数のエジェクタ１７ａ、１７ｂ、１７ｃ（総称してエジェクタ１７と記す）と、各エジェクタ１７に接続されたエジェクタ液ライン切換弁２２及びエジェクタガスライン切換弁２３を備えている。それ以外の構成及び各部における処理、作用については、上記実施の形態１及び実施の形態２と同様であるので、ここでは説明を省略する

本実施の形態３では、演算及び制御装置２１は、エジェクタ液ライン切換弁２２及びエジェクタガスライン切換弁２３にそれぞれ信号接続されている。演算及び制御装置２１は、上記実施の形態１と同様に、データ蓄積装置１９から生物処理槽１内の混合液の汚泥濃度及び水質データ等を取得し、実験データ入力装置２０に格納された相関データを参照して、適切な汚泥処理比とオゾン注入量の収束値を計算し、それらを満たすように、汚泥引抜流量とオゾン使用量を決定する。

さらに、演算及び制御装置２１は、複数のエジェクタ１７ａ、１７ｂ、１７ｃの中から決定された汚泥引抜流量とオゾン使用量に最適なエジェクタ１７を決定し、そのエジェクタ１７に循環汚泥及びオゾンが供給されるようにエジェクタ液ライン切換弁２２とエジェクタガスライン切換弁２３を切り換える。

本実施の形態３によれば、上記実施の形態１及び実施の形態２と同様の効果に加え、ノズル径が異なる複数のエジェクタ１７ａ、１７ｂ、１７ｃを備えることにより、対応可能な循環汚泥の流量の範囲が広くなる。これにより、生物処理槽１に流入する廃水Ｗ１の水量、水質、及び温度等の変動が大きく余剰汚泥の発生量の変動が大きい場合にも、安定して放流水質基準を満たし、且つ最適な汚泥減容効果が得られる。なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。

本発明は、有機性廃水を生物処理する際に発生する余剰汚泥を、オゾンを利用して減容化する廃水処理システムとして利用することができる。

１ 生物処理槽、２ 散気装置、３ 空気供給装置、４ 汚泥濃度測定器、５ａ、５ｂ、５ｃ 水質測定器、６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅ、６ｆ、６ｇ 配管、７ 固液分離槽、８ 消毒池、９ オゾン反応槽、１０ａ、１０ｂ 汚泥流量計、１１ａ 汚泥引抜ポンプ、１１ｂ 汚泥循環ポンプ、１２ オゾン発生器、１３ オゾン濃縮器、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ 配管、１５ オゾンガス圧力計、１６ オゾンガス流量計、１７、１７ａ、１７ｂ、１７ｃ エジェクタ、１８ 排オゾン分解装置、１９ データ蓄積装置、２０ 実験データ入力装置、２１ 演算及び制御装置、２２ エジェクタ液ライン切換弁、２３ エジェクタガスライン切換弁

Claims (16)

1. 有機性廃水を好気性条件の下で生物処理し、活性汚泥を含んだ汚泥含有処理水を生成する生物処理槽と、
   前記生物処理槽で生成された汚泥含有処理水を濃縮汚泥と処理水に分離する固液分離部と、
   前記生物処理槽で生成された汚泥含有処理水、または前記固液分離部で分離された濃縮汚泥を所定の汚泥引抜流量で引き抜いてオゾン処理を行い、処理後の汚泥含有処理水または濃縮汚泥を前記生物処理槽に返送するオゾン反応部と、
   オゾンを生成し前記オゾン反応部に供給するオゾン発生器と、
   前記生物処理槽内の汚泥含有処理水を含む混合液の汚泥濃度を測定する汚泥濃度測定手段と、
   混合液、処理水、及び処理水を消毒した放流水それぞれの水質を測定する水質測定手段と、
   混合液の汚泥濃度に基づいて汚泥引抜流量を決定し、混合液の汚泥濃度と汚泥引抜流量の積に基づいて前記オゾン処理におけるオゾン使用量を決定すると共に、混合液、処理水、及び放流水のいずれか１つ以上の水質データに基づいて汚泥引抜流量及びオゾン使用量を調整する演算及び制御装置を備えたことを特徴とする廃水処理システム。
2. 前記汚泥濃度測定手段は、前記生物処理槽から汚泥含有処理水を引き抜く直前のタイミングで前記生物処理槽内の混合液を十分に攪拌した後に、混合液の汚泥濃度の測定を行うことを特徴とする請求項１記載の廃水処理システム。
3. 前記演算及び制御装置は、混合液の汚泥濃度と汚泥引抜流量の積に基づいて決定したオゾン使用量に対し、混合液の水質データに基づいて追加するオゾン量を決定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の廃水処理システム。
4. 前記オゾン発生器で生成したオゾンを濃縮するオゾン濃縮器を備え、前記オゾン濃縮器は、濃縮したオゾンを前記オゾン反応部に供給することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の廃水処理システム。
5. 前記演算及び制御装置は、決定したオゾン使用量に基づいて、前記オゾン濃縮器のオゾン吸着塔の圧力と、前記オゾン反応部に注入されるオゾンの流量を決定することを特徴とする請求項４記載の廃水処理システム。
6. 前記オゾン反応部は、前記生物処理槽から引き抜かれた汚泥含有処理水または前記固液分離部から引き抜かれた濃縮汚泥を循環させる配管と、前記配管に設置され汚泥含有処理水または濃縮汚泥にオゾンを注入するエジェクタを有することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の廃水処理システム。
7. 前記オゾン反応部は、ノズル径が異なる複数のエジェクタを有し、前記演算及び制御装置は、決定した汚泥引抜流量及びオゾン使用量に基づいて、前記複数のエジェクタの中から使用するエジェクタを決定することを特徴とする請求項６記載の廃水処理システム。
8. 前記演算及び制御装置は、決定した汚泥引抜流量及びオゾン使用量に基づいて、前記エジェクタにおける気液流量比が最小値となるように、前記配管を循環する汚泥含有処理水または濃縮汚泥の流量と前記エジェクタに注入されるオゾンの濃度及び流量を制御することを特徴とする請求項６または請求項７に記載の廃水処理システム。
9. 前記演算及び制御装置による演算に用いられるデータを格納するデータ蓄積装置を備え、前記データ蓄積装置は、少なくとも前記汚泥濃度測定手段、前記水質測定手段、汚泥引抜流量を測定する汚泥流量計、及び前記オゾン反応部に注入されるオゾンの流量を測定するオゾンガス流量計の測定値を含むデータを格納していることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の廃水処理システム。
10. 前記データ蓄積装置に格納されるデータは、オンラインで収集されることを特徴とする請求項９記載の廃水処理システム。
11. 前記データ蓄積装置に格納されるデータの一部または全部は、操作員により入力されることを特徴とする請求項９記載の廃水処理システム。
12. 前記演算及び制御装置は、前記データ蓄積装置から取得したデータに基づいて汚泥処理比とオゾン注入量の収束値を求め、求めた汚泥処理比とオゾン注入量の収束値を満たすパラメータを自動的に計算することを特徴とする請求項９から請求項１１のいずれか一項に記載の廃水処理システム。
13. 汚泥濃度とオゾン使用量または汚泥減容効果との相関データ、及び水質とオゾン使用量または汚泥減容効果との相関データを含む実験データを格納する実験データ入力装置を備え、前記演算及び制御装置は、前記データ蓄積装置から取得した汚泥濃度及び水質データに対し、前記実験データ入力装置に格納された実験データを参照して汚泥引抜流量及びオゾン使用量を調整することを特徴とする請求項９から請求項１２のいずれか一項に記載の廃水処理システム。
14. 前記演算及び制御装置は、放流水の水質データが予め設定された放流水の水質基準を満たすように、汚泥引抜流量及びオゾン使用量を調整することを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載の廃水処理システム。
15. 前記演算及び制御装置は、決定したオゾン使用量に基づいて、前記オゾン反応部にオゾンを注入する時間と間隔を決定することを特徴とする請求項１から請求項１４のいずれか一項に記載の廃水処理システム。
16. 有機性廃水を好気性条件の下で生物処理し、活性汚泥を含んだ汚泥含有処理水を生成する生物処理工程と、
    前記生物処理工程で生成された汚泥含有処理水を濃縮汚泥と処理水に分離する固液分離工程と、
    前記生物処理工程で生成された汚泥含有処理水、または前記固液分離工程で分離された濃縮汚泥を所定の汚泥引抜流量で引き抜いてオゾン処理を行う改質工程とを含み、
    前記生物処理工程における汚泥含有処理水を含む混合液の汚泥濃度に基づいて汚泥引抜流量を決定し、混合液の汚泥濃度と汚泥引抜流量の積に基づいて前記オゾン処理におけるオゾン使用量を決定すると共に、混合液、処理水、及び処理水を消毒した放流水のいずれか１つ以上の水質データに基づいて汚泥引抜流量及びオゾン使用量を調整することを特徴とする廃水処理方法。

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