JP2021010853A - 好気性生物処理装置及びその運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】担体相互の固着や集塊化を防止し、長期にわたって安定して生物処理することができる好気性生物処理装置及びその運転方法を提供する。【解決手段】好気性生物処理装置１は、反応槽（槽体）２と、該反応槽２の下部に水平に設置された透水板３と、該透水板３の上側に形成された大径粒子層４と、該大径粒子層４の上側に形成された小径粒子層５と、該小径粒子層５の上側に配置された酸素溶解膜モジュール６と、前記透水板３の下側に形成された受入室７と、該受入室７内に原水を供給する原水散布管８と、受入室７内において散気を行うように設置された洗浄配管９等を有する。反応槽２内好気性微生物における貧栄養細菌の存在比率が７％以上となるようにする。【選択図】図１

Description

本発明は、有機性排水の好気性生物処理装置及びその運転方法に関する。詳しくは、本発明は、流動床内に酸素溶解膜が配置された好気性生物処理装置と、その運転方法に関する。

流動床及び酸素溶解膜を有した好気性生物処理装置による好気性生物処理方法が特許文献１，２に記載されている。

特許文献１，２の好気性生物処理装置にあっては、反応槽内に活性炭等の担体の流動床が形成され、この流動床内に中空糸膜を有した酸素溶解膜モジュールが配置されている。原水は原水配管を介して反応槽の下部に供給され、流動床を形成する。空気等の酸素含有ガスが酸素溶解膜モジュールの中空糸膜内に供給され、酸素が酸素溶解膜に分子状に溶解し、分子状の酸素が中空糸膜内外の酸素濃度差による拡散現象に基づいて中空糸膜外周面に向って拡散移動し、中空糸膜外周面から外周囲の原水に分子状のまま直接に溶解する。

特開２０１８−８９５６４号公報 特開２０１８−１５３７３３号公報

特許文献１，２の好気性生物処理装置において、運転を継続すると、担体相互の固着や集塊化が生じたり、酸素溶解膜の表面に微生物スライムが過剰に付着し、生物処理効率が低下するおそれがある。
通常は低濃度ＴＯＣの原水ではこのような問題は起きづらいが、特許文献１，２の好気性生物処理装置では高負荷処理が可能なため比較的低濃度域、例えばＴＯＣ濃度５０〜１０００ｍｇ／Ｌ（特に１００〜５００ｍｇ／Ｌ）程度であっても余剰汚泥の発生が比較的多い。さらに特許文献１，２に例示されるような上向流型の場合、流動床内の余剰汚泥の排出が必要であり、排出に時間がかかると処理効率が低下する。

本発明は、担体相互の固着や集塊化を防止し、長期にわたって安定して生物処理することができる好気性生物処理装置及びその運転方法を提供することを目的とする。

本発明の好気性生物処理装置は、反応槽と、該反応槽内に充填された流動床担体と、該反応槽内に原水を供給する原水供給手段と、該反応槽内に設置された酸素溶解膜モジュールと、該酸素溶解膜モジュールに酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給手段とを備えてなる好気性生物処理装置において、前記反応槽内の好気性微生物における貧栄養細菌の存在比率が７％以上であることを特徴とする。

本発明の一態様では、前記貧栄養細菌は、プランクトミケス科（Planctomycetaceae）に属する細菌、ロドバクター科（Rhodobacterales）に属する細菌及びカウロバクター科（Caulobacterales）に属する細菌の少なくとも１種である。

本発明の一態様では、前記原水供給手段は、原水を前記酸素溶解膜モジュールの下側と、前記酸素溶解膜モジュールの上下方向の途中との双方に供給可能である。

本発明の一態様では、前記反応槽の処理水の一部を前記反応槽の下部又は前記原水供給手段に循環させる循環手段が設けられている。

本発明の好気性生物処理装置の運転方法は、反応槽と、該反応槽内に充填された流動床担体と、該反応槽内に原水を供給する原水供給手段と、該反応槽内に設置された酸素溶解膜モジュールと、該酸素溶解膜モジュールに酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給手段とを備えてなる好気性生物処理装置の運転方法であって、該反応槽内の好気性微生物における貧栄養細菌の存在比率が７％以上であることを特徴とする。

本発明の一態様では、前記好気性生物処理装置の運転開始時に種汚泥として前記貧栄養細菌を５〜１０００ｍｇ／Ｌ用いる。

本発明の一態様では、前記反応槽内のＴＯＣ濃度の最大値を２００ｍｇ／Ｌ以下とする。

本発明の一態様では、前記反応槽の処理水の一部を前記反応槽又は前記原水供給手段に循環させることにより、前記反応槽内のＴＯＣ濃度の最大値を２００ｍｇ／Ｌ以下とする。

本発明の一態様では、原水を前記反応槽内の下部と、それよりも上方とに供給することにより、前記反応槽内のＴＯＣ濃度の最大値を２００ｍｇ／Ｌ以下とする。

本発明の一態様では、前記反応槽内の流動床の下部と上下方向中間部とのＴＯＣ濃度差が所定値以上となったときに、前記反応槽内の下部から散気する。

本発明の好気性生物処理装置及びその運転方法によると、反応槽の好気性微生物における貧栄養細菌の存在比率が７％以上となるようにすることにより、余剰汚泥の肥大化を抑制して安定に高効率の処理を可能にする運転方法を提供することが可能となる。

反応槽の好気性微生物における貧栄養細菌の存在比率を高めることにより、余剰汚泥の肥大化を抑制することができ、またこれにより、洗浄頻度を下げることができる理由としては、貧栄養細菌は増殖が遅く、余剰汚泥発生が少ないことから、酸素溶解膜や担体への付着が少なく剥離もしやすいこと等が考えられる。

なお、貧栄養細菌の存在比率を高めると共に、反応槽内の有機物濃度を低濃度に保つことにより、良質な処理水水質が得られるようになる。

実施例の結果を示すグラフである。 比較例の結果を示すグラフである。 実施の形態に係る生物処理装置の縦断面図である。 （ａ）は酸素溶解膜ユニットの側面図、（ｂ）は酸素溶解膜ユニットの斜視図である。 別の実施の形態に係る生物処理装置の縦断面図である。

以下、図面を参照して本発明についてさらに詳細に説明する。

図３は実施の形態に係る好気性生物処理装置１の縦断面図である。この好気性生物処理装置１は、反応槽（槽体）２と、該反応槽２の下部に水平に設置されたパンチングプレート等の多孔板や平板に複数の分散ノズルを均等に設けたものなどの透水板３と、該透水板３の上側に形成された大径粒子層４と、該大径粒子層４の上側に形成された小径粒子層５と、小径粒子層５の上側に粉粒状活性炭等の生物付着流動床担体により形成された流動床Ｆと、流動床Ｆ内に少なくとも一部が配置された酸素溶解膜モジュール６と、前記透水板３の下側に形成された受入室７と、該受入室７内に原水を供給する原水散布管８と、充填層の洗浄時に逆洗のためのガス等が供給される洗浄配管９等を有する。反応槽２の上部には、処理水を流出させるためのトラフ１０及び流出口１１が設けられている。トラフ１０は槽内壁に沿って環状流路を形成している。流動床担体としては、平均粒径０．２〜１．２ｍｍ特に０．３〜０．６ｍｍの活性炭が好適である。担体の粒径はＪＩＳメッシュを用いて測定された値である。

図３は、反応槽に流動床担体を充填して、酸素溶解膜の表面への生物膜の付着を担体の流動による剪断力によって抑制して生物膜の大部分が流動床担体に付着するようにしたものであり、このとき、酸素溶解膜は酸素供給の目的のみに用いられる。担体の平均粒径が０．２ｍｍ以上であるため、流動する担体によって酸素溶解膜表面に与えられる剪断力が大きくなり、生物の付着繁殖が防止される。また、担体の平均粒径を１．２ｍｍ以下としたことにより、担体の比表面積が大きくなり、付着する生物膜量が多くなり、十分な生物処理が行われる。

図３では、酸素溶解膜として非多孔質（ノンポーラス）の酸素溶解膜を用い、酸素含有気体を槽外から配管を通じて酸素溶解膜の一次側に通気して、排気は配管を通じて槽外に排出するように構成している。そのため、酸素含有気体を、低圧で酸素溶解膜に通気し、酸素を酸素分子として酸素溶解膜の構成原子の間を通過し（膜に浸透し）、酸素分子として被処理水と接触させる（水に直接溶解させるので気泡を生じない）という、いわば濃度勾配による分子拡散のメカニズムを用いた処理を行っているため、従来のように散気管などによる散気が不要となる。

また酸素溶解膜として疎水性の素材を用いると膜中に浸水しづらいので好ましいが、疎水性であっても微量の水蒸気の侵入は免れない。

図４は、酸素溶解膜モジュール６の一例を示している。この酸素溶解膜モジュール６は酸素溶解膜として非多孔質の中空糸膜２２を用いたものである。この実施の形態では、中空糸膜２２は上下方向に配列されており、各中空糸膜２２の上端は上部ヘッダー２０に連なり、下端は下部ヘッダー２１に連なっている。中空糸膜２２の内部は、それぞれ上部ヘッダー２０及び下部ヘッダー２１内に連通している。各ヘッダー２０，２１は中空管状である。なお、平膜やスパイラル膜を用いる場合にも、通気方向が上下方向となるように配列されることが望ましい。

図４（ｂ）の通り、１対のヘッダー２０，２１と中空糸膜２２とからなるユニットが複数個平行に配列されている。図４（ａ）の通り、各上部ヘッダー２０の上部は配管を介して上部マニホルド２３が連結され、各下部ヘッダー２１の下部は配管を介して下部マニホルド２４に連結されていることが好ましい。酸素溶解膜モジュール６の上部に酸素含有ガスを供給し、酸素溶解膜モジュール６の下部から排出する。空気等の酸素含有ガスは上部ヘッダー２０から中空糸膜２２を通って下部ヘッダー２１へ流れ、この間に酸素が中空糸膜２２を透過して反応槽２内の水に溶解する。

各ヘッダー２０，２１及び各マニホルド２３，２４は流水勾配を有するように設けられてもよい。酸素溶解膜モジュール６は上下に多段に設置されてもよい。

この酸素溶解膜モジュール６に空気を供給するために、ブロワ２６と空気供給用の給気配管２７とが設けられており（酸素含有ガス供給手段を構成）、該給気配管２７が上部マニホルド２３に接続されている。下部マニホルド２４には排ガス用の中継配管２８が接続されている。中継配管２８は排出配管２９が接続している。排出配管２９は、下り勾配（鉛直下向きを含む）を有するように設けられ、反応槽２外にまで延設されている。図３では排出配管２９は反応槽２の側方に引き出されているが、反応槽２の底部から下方に引き出されてもよい。

図３の通り、酸素溶解膜に溶解しなかった酸素含有気体の残部が排出配管２９を通じて槽外に排気され、その末端が酸素溶解膜モジュールの下端（モジュールが複数のときは各モジュール下端の中で最も下位のもの）より低い位置となるよう配置しているため、排気に凝縮水が含まれる場合は排出配管２９の下方に設置のタンク３２に凝縮水が流出する。タンク３２内の水は、ポンプ３３及び配管３４によって反応槽２に送水することもできる。

なお、上記構成では、排出配管２９が排気の槽外排出と凝縮水の槽外排出とを併せて行うことになるが、排出配管２９を槽内または槽外で分岐して排気を槽外に排出する排ガス配管３０を別途設けてもよい。この場合、凝縮水は排出配管２９を通じて排出されるため、分岐して別途設けた排ガス配管３０はその末端の排気部が酸素溶解膜モジュールの下端より高い位置に配置することができるが、凝縮水の溜まりができないよう配管は下り勾配を有さず上り勾配または鉛直上向きのみで構成することが好ましい。またこのとき排出配管２９の排ガス配管３０との分岐点より下流側にバルブを設け、バルブを開くことにより凝縮水がタンク３２に流出するように構成してもよい。

バルブは自動弁、手動弁のいずれでもよい。凝縮水を排出するためのバルブの開放は、連続式でも間欠式でもよい。間欠式の場合は、温度変化、湿度変化によって変化するが、通常の運転では、１日に１回〜３０日に１回（多くても日に１回数秒、少なければ月に１回数十秒）、好ましくは１日に１回〜１５日に１回、バルブを開くことにより排水する。

流動床担体の充填量は反応槽の容積の３０〜７０％程度、特に４０〜６０％程度が好ましい。この充填量は、多いほうが生物量が多く活性は高いが、多すぎると担体が流出するおそれがある。従って、流動床が２０〜５０％程度展開するＬＶ例えば７〜３０ｍ／ｈｒ、特に８〜１５ｍ／ｈｒ程度で通水するのが良い。展開率が２０％よりも低いと、目詰まり、短絡のおそれがある。展開率が５０％よりも高いと、担体の流出のおそれがあると共に、ポンプ動力コストが高くなる。

通常の生物活性炭では、活性炭流動床の展開率は１０〜２０％程度であるがこの場合、活性炭の流動状態が不均一で上下左右に流動する。結果として同時に設置した膜が活性炭によってこすられ、すり減って消耗することになる。これを防止するため、本発明では、活性炭等の流動床担体は十分に流動させることが必要で、展開率は２０％以上例えば２０〜５０％程度とするのが望ましい。

なお、平均粒径０．６ｍｍの活性炭をＬＶ１５ｍ／ｈｒで流動させると、展開率２０〜３０％の流動状態となる。平均粒径０．３ｍｍの活性炭をＬＶ８〜１０ｍ／ｈｒで流動させると、展開率は２０〜３０％となる。

本発明では、流動床担体として活性炭以外のゲル状物質、多孔質材、非多孔質材等も同様の条件で使用できる。例えば、ポリビニルアルコールゲル、ポリアクリルアミドゲル、ポリウレタンフォーム、アルギン酸カルシウムゲル、ゼオライト、プラスチック等も用いることができる。ただし、担体として活性炭を用いると、活性炭の吸着作用と生物分解作用による相互作用により、広範囲な汚濁物質の除去を行うことが可能である。なお、活性炭は、やしがら炭、石炭、木炭等特に限定されない。形状は球状炭が好ましいが、通常の粒状炭や破砕炭でも良い。

活性炭等の担体の平均粒径は０．２〜１．２ｍｍ特に０．３〜０．６ｍｍ程度が好ましい。平均粒径が大きいと高ＬＶとすることが可能であり、処理水の一部を反応槽に循環する場合は循環量を増やせるため高負荷が可能となる。しかし、比表面積が小さくなるため、生物量が少なくなる。平均粒径が小さいと、低ＬＶで流動できるため、ポンプ動力が安価となる。かつ、比表面積が大きいため、付着生物量が増える。

最適粒径は廃水の濃度によって決定され、ＴＯＣ：５０ｍｇ／Ｌであれば０．２〜０．４ｍｍ程度が好ましい。

このように構成された好気性生物処理装置１において、原水は原水散布管８を通じて受入室７に導入され、透水板３及び大径・小径の粒子層４，５を上向流通水されてＳＳが濾過され、次いで生物膜付着の粉粒状活性炭の流動床Ｆにおいて、一過式で上向流通水され生物反応を行って上部清澄領域からトラフ１０と流出口１１を通じて処理水として取り出される。

給気配管２７から供給された空気等の酸素含有気体は、酸素溶解膜モジュール６を下向流通気した後、酸素溶解膜モジュール６の下端位置より下部ヘッダー２１、下部マニホルド２４を通じて流出し、排空気は排出配管２９から（または排ガス配管３０を設けたときは排ガス配管３０から）大気中へ排出される。凝縮水は排出配管２９を通じてタンク３２へ流出する。ただし、空気等の酸素含有気体は、酸素溶解膜モジュール６に上向流で通気されてもよい。

なお、酸素溶解膜として中空糸膜を用いるときは通気部の断面積が小さいため通気の阻害となりやすく影響が大きいので、酸素溶解膜が中空糸膜である好気性生物処理装置に上記の凝縮水の除去機構をより好適に用いることができる。

本発明では、活性炭等の生物担体の流動床の領域内に非多孔質の酸素溶解膜のモジュールを配置することで、供給酸素量が多くなる。

また、平均粒径０．２〜１．２ｍｍの生物担体をＬＶ７〜３０ｍ／ｈｒの上向流により流動させて形成した流動床で運転するため、激しい撹乱にさらされることがない。したがって、多量の生物を安定して維持できる。

また、本発明では酸素溶解膜を使用するため、プリエアレーション、直接曝気と比較すると、酸素の溶解動力が小さい。本発明では、流動床担体の平均粒径を０．２〜１．２ｍｍとしているので、酸素溶解膜の表面が担体で擦られて生物の付着繁殖が防止されるので、酸素溶解膜から被処理水中に酸素が効率よく溶解する。これにより、酸素溶解膜からの酸素供給量と、流動床担体付着生物膜による有機物分解速度のバランスがとれ、安定した生物処理が行われる。

これらのことから、本発明によると、有機性排水を安定して処理することが可能となる。

＜酸素含有ガス＞
酸素含有ガスは空気、酸素富化空気、純酸素等、酸素を含む気体であればよい。通気する気体はフィルターを通過させて微細粒子を予め除去することが望ましい。

通気量は生物反応に必要な酸素量の当量から２倍程度が望ましい。これよりも少ないと酸素不足で処理水中にＢＯＤやアンモニアが残存し、多いと通気量が不必要に多くなることに加えて圧力損失が高くなるため、経済性が損なわれる。

通気圧力は所定の通気量で生ずる中空糸の圧力損失よりもわずかに高い程度が望ましい。

＜ブロワ＞
ブロワは、吐出風圧が水深からくる水圧以下のもので十分である。但し、配管等の圧損以上であることは必要である。通常、配管抵抗は１〜２ｋＰａ程度である。

５ｍの水深の場合、通常は０．５５ＭＰａ程度までの出力の汎用ブロワが用いられ、それ以上の水深では高圧ブロワが用いられてきている。

本発明では、５ｍ以上の水深であっても０．５ＭＰａ以下の圧力の汎用ブロワを用いることができ、０．１ＭＰａ以下の低圧ブロワを用いることが好ましい。

酸素含有ガスの供給圧は、中空糸膜の圧力損失より高く、さらに膜が水圧でつぶれないこと、が条件となる。平膜、スパイラル膜は膜の圧損が水圧と比較すると無視できるため、極めて低い圧力、５ｋＰａ程度以上、水深圧力以下、望ましくは２０ｋＰａ以下である。

中空糸膜の場合、内径と長さによって圧力損失は変化する。通気する空気量は膜１ｍ^２あたり５０〜２００ｍＬ／ｄａｙであるから、膜長さが２倍になると空気量は２倍になり、膜径が２倍になっても空気量は２倍にしかならない。したがって、膜の圧力損失は膜長さに正比例し、直径に反比例する。

圧力損失の値は、内径５０μｍ、長さ２ｍの中空糸で３〜２０ｋＰａ程度である。

＜原水の前処理及び生物処理水の後処理＞
本発明では、原水としては、半導体、液晶製造工程排水、食品工場排水、自動車製造排水、機械化工排水、化学石油プラント排水などが例示されるが、これらに限定されない。
本発明では、特にＴＯＣ濃度が比較的低い場合であっても余剰汚泥の発生が問題となりうることが大きな課題であるから、原水のＴＯＣ濃度が５０〜１０００ｍｇ／Ｌ（特に１００〜５００ｍｇ／Ｌ）程度の場合に特に好適に使用することができる。
原水中のＳＳ濃度が高い場合には、前処理してＳＳを除去した後、生物処理装置に供給するのが好ましい。

本発明では、生物処理装置からの生物処理水をさらに処理してもよい。このような処理としては、処理水中のＳＳや生物汚泥を除去するための凝集沈殿処理などが例示される。

＜反応槽内の好気性微生物＞
本発明では、反応槽２内の好気性微生物を、貧栄養細菌の存在比率が増加したものとし、好適には菌叢の中の貧栄養細菌の存在比率を７％以上（特に好適には９％以上）とする。なお本発明における細菌の存在比率は重量比で表している。

貧栄養細菌は以下のいずれか１以上が好適である。
・プランクトミケス科（Planctomycetaceae）に属する細菌（例えばGemmata obscuriglobusやPlanctomyces limnophilusなど）、
・ロドバクター科（Rhodobacterales）に属する細菌（例えばRhodobacter spp.、Rhodobacter sphaeroides、Paracoccus denitrificansなど）、
・カウロバクター科（Caulobacterales）に属する細菌（例えばAsticcacaulis spp.、Caulobacter spp.など）

本発明における細菌の存在比率は既知の菌叢解析技術を適宜使用して算出することができる。好適にはショットガンシーケンスまたはアンプリコンシーケンスによるメタゲノム解析を用いることができるが、他にもＤＧＧＥやリアルタイムＰＣＲを用いてもよい。

＜運転操作手順＞
運転操作は次の手順によって行われることが好ましい。
（１） 立上げ開始時：反応槽２の運転開始に際して、反応槽２内に種菌体として貧栄養細菌を供給する。好ましくは種汚泥として貧栄養細菌を７％以上含む汚泥を用いることで貧栄養細菌を５〜１００ｍｇ／Ｌ（望ましくは５０〜２００ｍｇ／Ｌ）投入する。
（２） 立上中：立上時（運転開始当初）の原水のＴＯＣ濃度を１〜１００ｍｇ／Ｌとし、その後、５〜１０日程度かけて原水のＴＯＣ濃度を低濃度から緩やかに定常運転時濃度まで増大させる。
（３） 通常運転時：反応槽２内（流動床Ｆ内）の有機物濃度を低濃度に維持する。好ましくは、反応槽２内のＴＯＣ濃度を２００ｍｇ／Ｌ以下（特に５０ｍｇ／Ｌ以下、特に１０ｍｇ／Ｌ以下）例えば１〜２００ｍｇ／Ｌの低濃度に維持する。

＜有機物濃度の低濃度維持＞
反応槽２内の有機物濃度を低濃度に維持するために、例えば以下の（ｉ）〜（iv）のいずれか１以上を実施することが好ましい。
（ｉ） 原水の流入量を絞る。この際、原水の有機物濃度を測定して反応槽への流入水流量を制御して、槽内流入部近傍の槽内水のＴＯＣ濃度を２００ｍｇ／Ｌ以下（特に５０ｍｇ／Ｌ以下、特に１０ｍｇ／Ｌ以下）の低濃度に維持する。
（ii） 希釈水で原水を希釈する。この際、原水の有機物濃度を測定して原水の希釈倍率を制御し、反応槽への流入水のＴＯＣ濃度を２００ｍｇ／Ｌ以下（特に５０ｍｇ／Ｌ以下、特に１０ｍｇ／Ｌ以下）の低濃度に維持する。
（iii） 後述の図５のように、処理水の一部を循環して原水及び／又は槽内水を希釈する。この際、原水、処理水の有機物濃度を測定して処理水循環の流量を制御して、反応槽への流入水または槽内流入部近傍の槽内水のＴＯＣ濃度を２００ｍｇ／Ｌ以下（特に５０ｍｇ／Ｌ以下、特に１０ｍｇ／Ｌ以下）の低濃度に維持する。
（iv） 原水を異なる深さに分注して（好ましくは、反応槽２の下部と流動床の上下方向の中間付近）、槽内の深さ方向の有機物濃度を所定範囲となるようにし、槽下部への流入量を絞ることで槽内流入部近傍の槽内水のＴＯＣ濃度を２００ｍｇ／Ｌ以下（特に５０ｍｇ／Ｌ以下、特に１０ｍｇ／Ｌ以下）の低濃度に維持する。

＜空気逆洗＞
本発明では、好ましくは反応槽内の異なる深さ位置（好ましくは、反応槽２の下部と流動床の上下方向の中間付近）にそれぞれ有機物濃度計（ＴＯＣ計）を配置する。そして、流動床の下部と流動床の中間付近でのＴＯＣ測定値の差が一定以上（たとえば２０ｍｇ／Ｌ以上）になったときは、反応槽内の深さ方向の負荷が不均一になって槽下部が過負荷により余剰汚泥の過剰発生が懸念されると判断し、一時的に反応槽下部に配置した洗浄配管９から散気して空気逆洗を行って担体間の余剰汚泥を剥離し、その後、曝気停止し循環水量を増やして槽内の上向流通水を高ＬＶとして剥離汚泥を槽外排出して原状復帰する。

図５は処理水の一部を循環させるようにした実施の形態に係る好気性生物処理装置１Ａの縦断面図である。この好気性生物処理装置１Ａは、反応槽（槽体）２と、該反応槽２の下部に水平に設置されたストレーナ３Ｓと、該ストレーナ３Ｓの上側に粉粒状活性炭等の生物付着担体の充填により形成された流動床Ｆと、流動床Ｆ内に少なくとも一部（この実施の形態では、全体）が配置された酸素溶解膜モジュール６と、前記ストレーナ３Ｓの下側に形成された受入室７と、反応槽２内に原水を供給するための原水管４１〜４３と、酸素溶解膜モジュール６に空気等の酸素含有ガスを供給するためのブロワ２６等を有する。反応槽２の上部には、処理水を流出させるためのトラフ１０及び流出口１１が設けられている。トラフ１０は槽内壁に沿って環状流路を形成している。

反応槽２の平面視形状は、方形、円形、多角形等のいずれでもよいが、この実施の形態では方形となっている。

原水は、原水元管４０から分岐した複数本（この実施の形態では３本）の原水管４１，４２，４３を介して反応槽２内の下部に供給される。

この実施の形態では、原水管４１，４２，４３の末端の原水出口４１Ｎ，４２Ｎ，４３Ｎは酸素溶解膜モジュール６の下側において鉛直上方を指向して開口している。

原水出口４１Ｎ，４２Ｎ，４３Ｎは配置位置が異なっている。この実施の形態では、反応槽２を平面視した状態において、原水出口４２Ｎが反応槽２の中央部に位置し、原水出口４１Ｎ，４３Ｎは原水出口４２Ｎを挟んで互いに反対側に位置している。

原水出口４１Ｎ〜４３Ｎは、いずれも酸素溶解膜モジュール６の下方に位置しており、各原水出口４１Ｎ〜４３Ｎから上方に向って流出した原水が酸素溶解膜モジュール６に直射状に当るようになっている。

なお、各原水出口４１Ｎ〜４３Ｎから酸素溶解膜モジュール６の下端までの距離は５０〜５００ｍｍ程度が好適である。これは、出口４１Ｎ〜４３Ｎからの噴出流を直接的に酸素溶解膜に当てるためである。

各原水管４１，４２，４３に、開閉又は流量増減を行うためのバルブ４１ｖ，４２ｖ，４３ｖが設けられている。原水管の本数は３本に限定されるものではなく、原水管１本に割り当てられる水平断面積が０．５〜２５ｍ^２／本、特に１〜５ｍ^２／本となるように２本以上の原水管を設けるようにすればよい。ただし、水平断面積が１．０ｍ^２を下回る小型の反応槽においては原水管の割当面積にかかわらず２〜３本程度の本数とすればよい。いずれの場合も、末端の原水出口は、酸素溶解膜モジュール６の下側であって、且つ反応槽２の平面視においてなるべく均等に配置されることが好ましい。

前記流出口１１からの処理水は、配管１５を介して処理水槽１６に導入される。処理水槽１６内の処理水の一部は、処理水として系外に取り出される。残部は循環ポンプ１７及び循環配管１８を介して受入室７内の散水管１９に供給され、ストレーナ３Ｓの開口３ａを通って流動床Ｆ内に流入する。これにより、原水が処理水によって希釈され、流動床Ｆ内の液のＴＯＣ濃度が原水出口４１Ｎ〜４３Ｎ付近でも２００ｍｇ／Ｌ以下となる。この実施の形態では循環水を受入室に供給しているが、少なくとも一部を原水供給手段に供給して原水を予め希釈して反応槽２に供給してもよい。
なお原水ＴＯＣ濃度が高く、希釈後も２００ｍｇ／Ｌを超える場合は前記（iv）の原水分注を行うとよい。

［実施例１、比較例１］
＜実験条件＞
図３の好気性生物処理装置を用いた。菌叢解析技術としてショットガンシーケンスによるメタゲノム解析を用いて細菌の存在比率を算出した。

実施例１では種菌体として貧栄養細菌のうちプランクトミケス科・ロドバクター科・カウロバクターの合計の存在比率が９．３％の種汚泥を用いて低負荷から１週間かけて徐々に立ち上げた。

比較例１では種菌体として一般的な活性汚泥（貧栄養細菌の存在比率は概ね３％程度）を用いて立ち上げた。

原水としては、有機物を基質とする原水としてＩＰＡ（イソプロピルアルコール）濃度３００ｍｇ−ＴＯＣ／Ｌの調製水を用いた。この原水には、さらに窒素源として炭酸水素アンモニウムを３０ｍｇ−Ｎ／Ｌとなるように添加した。

実施例１及び比較例１ともに、容積負荷が約５ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ^３となるように連続的に反応槽に原水を流入させて上向流通水した。

なお実施例１では、処理水の一部を循環して原水を１０倍希釈して有機物濃度３０ｍｇ−ＴＯＣ／Ｌの被処理水として反応槽に流入させた。

実施例１は担体洗浄（空気逆洗＋高ＬＶ通水）を１回／週の頻度で定期的に実施し、比較例１は担体洗浄を１回／日の頻度で定期的に実施した。なお比較例１は短期間で酸素溶解膜に生物膜が生えて空気逆洗による膜洗浄が必要になったが、実施例１と比較例１との違いを明確とするために、敢えて酸素溶解膜の洗浄は行わなかった。

実施例１、比較例１の約１ヶ月間の連続試験の結果をそれぞれ図１（実施例１）、図２（比較例１）に示す。

その結果、実施例１では、図１の通り、洗浄が１回／日の低頻度でも安定して良質な処理水を得られた。なお１ヶ月後の菌叢も貧栄養細菌としての３科の合計の存在比率は約９％を維持していた。

一方、比較例１は試験開始１週間程度で処理水の水質は悪化し、１回／週の頻度の洗浄では回復させることができなかった。なお、比較例１では貧栄養細菌の存在比率は３％以下であった。

［比較例２］
実施例１の試験終了時から、処理水を循環して原水を希釈する操作を行わなかったこと（流入水の有機物濃度が３００ｍｇ−ＴＯＣ／Ｌであること）を除いて実施例１と同じ条件で運転継続した。その結果、１週間程度で処理水の水質は悪化し、酸素溶解膜や担体の表面に余剰汚泥が発生した。

菌叢としても貧栄養細菌としての３科の合計の存在比率は約３％まで低下しており、他の科の貧栄養細菌の存在の可能性はあるものの、他の菌により駆逐され、貧栄養細菌の高い存在比率が維持されなかったものと推定された。

１，１Ａ 好気性生物処理装置
２ 反応槽
６ 酸素溶解膜モジュール
１６ 処理水槽
２０，２１ ヘッダー
２２ 中空糸膜
２７ 給気配管
２９ 排出配管
３０ 排ガス配管

Claims (10)

1. 反応槽と、
   該反応槽内に充填された流動床担体と、
   該反応槽内に原水を供給する原水供給手段と、
   該反応槽内に設置された酸素溶解膜モジュールと、
   該酸素溶解膜モジュールに酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給手段と
   を備えてなる好気性生物処理装置において、
   前記反応槽内の好気性微生物における貧栄養細菌の存在比率が７％以上であることを特徴とする好気性生物処理装置。
2. 前記貧栄養細菌は、プランクトミケス科（Planctomycetaceae）に属する細菌、ロドバクター科（Rhodobacterales）に属する細菌及びカウロバクター科（Caulobacterales）に属する細菌の少なくとも１種であることを特徴とする請求項１の好気性生物処理装置。
3. 前記原水供給手段は、原水を前記酸素溶解膜モジュールの下側と、前記酸素溶解膜モジュールの上下方向の途中との双方に供給可能であることを特徴とする請求項１又は２の好気性生物処理装置。
4. 前記反応槽の処理水の一部を前記反応槽の下部又は前記原水供給手段に循環させる循環手段が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかの好気性生物処理装置。
5. 反応槽と、
   該反応槽内に充填された流動床担体と、
   該反応槽内に原水を供給する原水供給手段と、
   該反応槽内に設置された酸素溶解膜モジュールと、
   該酸素溶解膜モジュールに酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給手段と
   を備えてなる好気性生物処理装置の運転方法であって、
   該反応槽内の好気性微生物における貧栄養細菌の存在比率が７％以上であることを特徴とする好気性生物処理装置の運転方法。
6. 前記好気性生物処理装置の運転開始時に種汚泥として前記貧栄養細菌を５〜１０００ｍｇ／Ｌ用いることを特徴とする請求項５の好気性生物処理装置の運転方法。
7. 前記反応槽内のＴＯＣ濃度の最大値を２００ｍｇ／Ｌ以下とすることを特徴とする請求項５又は６の好気性生物処理装置の運転方法。
8. 前記反応槽の処理水の一部を前記反応槽又は前記原水供給手段に循環させることにより、前記反応槽内のＴＯＣ濃度の最大値を２００ｍｇ／Ｌ以下とすることを特徴とする請求項７の好気性生物処理装置の運転方法。
9. 原水を前記反応槽内の下部と、それよりも上方とに供給することにより、前記反応槽内のＴＯＣ濃度の最大値を２００ｍｇ／Ｌ以下とすることを特徴とする請求項７の好気性生物処理装置の運転方法。
10. 前記反応槽内の流動床の下部と上下方向中間部とのＴＯＣ濃度差が所定値以上となったときに、前記反応槽内の下部から散気することを特徴とする請求項５〜９のいずれかの好気性生物処理装置の運転方法。

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