JP2021087932A - 水処理プラント - Google Patents

Abstract

【課題】従来活性汚泥法において、高度処理のための高ＭＬＳＳ濃度と固液分離のための低ＭＬＳＳ濃度を、状況に応じて効果的に変化させる。【解決手段】水処理プラントは、第１水処理系列と、第２水処理系列とを含む。第１水処理系列は、第１生物反応タンクと、第１生物反応タンクからの水を活性汚泥と処理水とに分離する沈殿池とを含む第１水処理系列と、を含む。第２水処理系列は、活性汚泥と処理水とを分離する分離膜が設置された第２生物反応タンクを含む。第１水処理系列と第２生物反応タンクとの間において、活性汚泥が相互に送泥される。第１水処理系列と第２生物反応タンクとの間において、活性汚泥の少なくとも一方向の送泥量は調整可能である。【選択図】図１

Description

本発明は、水処理プラントに関する。

下水の生物反応処理方法等について、以下に示す。活性汚泥法は、活性汚泥と呼ばれる微生物の集合体を浮遊させた反応タンクを用いた下水の生物反応処理方法である。分離膜を使用しない従来活性汚泥法の汚濁物質の除去過程は、活性汚泥による反応タンク中での汚濁物質の除去（吸着、摂取、酸化、同化等）と最終沈殿池における活性汚泥の固液分離に要約される。固液分離された活性汚泥の一部は、返送汚泥として反応タンクに送られ、下水と混合されて再び下水の処理に利用される。残りは余剰汚泥として処理される。

活性汚泥法によって除去される汚濁物質の主要成分は、有機物、窒素、リン等である。なお、有機物除去に加えて、窒素、リン等の除去を行うことを高度処理という。汚濁物質の除去能力は、活性汚泥が高濃度（高ＭＬＳＳ濃度）であるほど高い。一方、固液分離の能力は、活性汚泥が低濃度（低ＭＬＳＳ濃度）であるほど高い。

固液分離性能を増強させる技術として、傾斜板沈殿装置（最終沈殿池に追加）がある。活性汚泥法の種類で、雨天時等の大流量の流入に対応するものとして、雨天時活性汚泥法（３Ｗ法）がある。この３Ｗ法は、３Ｑｓｈ（１Ｑｓｈは時間最大汚水量）のうち、１Ｑｓｈを反応タンクの前段で従来法と同じように処理し、これまで直接放流等をしていた残りの２Ｑｓｈを反応タンクの後段にステップ投入し処理する。

膜分離活性汚泥法（ＭＢＲ）は、活性汚泥によって下水の生物反応処理を行った後、限外ろ過膜、精密ろ過膜等の分離膜を用いて処理水と活性汚泥とを膜分離処理することで、処理水から活性汚泥を分離除去する方法である。分離膜を用いて外力により活性汚泥の分離を行うため、処理にあたって反応タンクの活性汚泥濃度を高く設定することが可能である。

ハイブリッド型ＭＢＲは、ＭＢＲと他の処理方法を組み合わせた処理方法（水処理プラント）である。複数水処理系列を含む中規模又は大規模の下水処理場の改築更新において、ＭＢＲを導入する場合、既存の系列とＭＢＲ系列を併用する構成になることがある。このため、両系列の組み合わせによるメリットを強調することによって、水処理全体の最適化を図ることができる。

特許文献１では、ハイブリッド型ＭＢＲにおいて、大流量流入（ピーク流入水量）への対応を従来活性汚泥法系列に負担させることで、ＭＢＲ系列の能力低減が図れ、全体として、高コストなＭＢＲ系列の数を減少させることができる手法が、記載されている。

特開２０１７−１１３７２２号公報

従来活性汚泥法において、高度処理のための高ＭＬＳＳ濃度と固液分離のための低ＭＬＳＳ濃度を両立させるため、高度処理（高ＭＬＳＳ濃度）を優先すると、例えば雨天時又は冬季の汚泥沈降性が悪化する時期において、最終沈殿池の汚泥がリークする可能性がある。一方、雨水時又は汚泥沈降性が悪化する時期のために、一時的に固液分離性能を高めるために低ＭＬＳＳ濃度化を行うと、有機物、窒素、リン等の除去能力が低下する。

従って、従来活性汚泥法において、高度処理のための高ＭＬＳＳ濃度と固液分離のための低ＭＬＳＳ濃度を、状況に応じて効果的に変化させることができる技術が望まれる。

本発明の一態様は、第１生物反応タンクと、前記第１生物反応タンクからの水を活性汚泥と処理水とに分離する沈殿池と、を含む、第１水処理系列と、活性汚泥と処理水とを分離する分離膜が設置された第２生物反応タンクを含む、第２水処理系列と、を含み、前記第１水処理系列と前記第２生物反応タンクとの間において、活性汚泥が相互に送泥され、前記第１水処理系列と前記第２生物反応タンクとの間において、前記活性汚泥の少なくとも一方向の送泥量は調整可能である。

本発明の一態様によれば、従来活性汚泥法において、高度処理のための高ＭＬＳＳ濃度と固液分離のための低ＭＬＳＳ濃度を、状況に応じて効果的に変化させることができる。

実施例に係る水処理プラントの概略フローを示す。 実施例に係る水処理プラントの詳細フローを示す。 反応タンク間の相互送泥の機構の例を示す。 トラフ及びトラフに設置されているゲート堰の断面構造を示す。 雨天時等、最初沈殿池への流入下水量が所定値より多いときの水の流れを示す。 雨天時等、最初沈殿池への流入下水量が所定値より多いときの水の流れの他の例を示す。 第１水処理系列と第２水処理系列との間の活性汚泥の相互送泥の他の例を示す。 第１水処理系列と第２水処理系列との間の活性汚泥の相互送泥の他の例を示す。 第１水処理系列と第２水処理系列との間の活性汚泥の相互送泥の他の例を示す。 第１水処理系列と第２水処理系列との間の活性汚泥の相互送泥の他の例を示す。 第１水処理系列と第２水処理系列との間の活性汚泥の相互送泥の他の例を示す。 第１水処理系列と第２水処理系列との間の活性汚泥の相互送泥の他の例を示す。

以下、添付図面を参照して実施形態を説明する。本実施形態は本発明を実現するための一例に過ぎず、本発明の技術的範囲を限定するものではないことに注意すべきである。

＜水処理プランとの概略＞
図１は、実施例に係る水処理プラントの概略フローを示す。水処理プラントは異なるタイプの水処理系列を含むハイブリッド型であり、被処理水である下水が流入する前処理設備１０、並びに、前処理設備の下流側に設けられている第１水処理系列１１及び第２水処理系列１２を含む。水処理プラントの制御システム１４は、水処理プラントの動作を制御する。

下水は、前処理設備１０に流入する。前処理設備１０は、下水中の固形物を物理的に除去する。前処理設備１０は、例えば、沈殿分離、浮上分離、又は固液分離機を使用することができる。

前処理設備１０からの水は、第１水処理系列１１に流入する。水処理プラントは複数のモードを含み、あるモードにおいて、前処理設備１０からの水は、第２水処理系列１２に流入することなく、第１水処理系列１１に流入する。他のモードにおいて、前処理設備１０からの水は、第１水処理系列１１に加えて、第２水処理系列１２に流入する。制御システム１４は、例えば、下水の流入量予想量に応じて動作モードを切り替え、選択したモードに応じて前処理設備１０からの流水を制御する。他の例において、前処理設備１０からの水を、常に二つの水処理系列１１、１２に流入させてもよい。

第１水処理系列１１は、従来活性汚泥法により下水の生物反応処理、具体的には、高度処理（有機物除去に加えて、窒素、リン等の除去）を行う。第１水処理系列１１は、従来活性汚泥法水処理設備１１１、従来活性汚泥法水処理設備１１１の下流側に設置された後段の最終沈殿池１１２、及び最終沈殿池１１２の下流側に設置された後段の消毒設備１３を含む。

従来活性汚泥法水処理設備１１１は、活性汚泥による生物反応処理により、有機物、窒素、リン等の汚濁物質の除去を行う。最終沈殿池１１２は、従来活性汚泥法水処理設備１１１から流入した水を、上澄み液と活性汚泥とに、重力沈降により沈降分離する。沈降分離後の上澄み液は、消毒設備１３に送られる。沈降分離した活性汚泥の一部は返送汚泥として、従来活性汚泥法水処理設備１１１へ返送される（図１において不図示）。

消毒設備１３は、最終沈殿池１１２からの上澄みに消毒剤（次亜塩素酸ナトリウム溶液、液化塩素等）を接触させて消毒を行う。消毒設備１３から流れ出た処理水は、河川などの公共用水域に放流される。

第２水処理系列１２は、膜分離活性汚泥法（ＭＢＲ）水処理設備１２１を含む。ＭＢＲ水処理設備１２１は、活性汚泥によって下水の生物反応処理を行い、限外ろ過膜、精密ろ過膜等の分離膜を用いて処理水と活性汚泥とを膜分離処理することで、処理水から活性汚泥を分離除去する。ＭＢＲ水処理設備１２１からの処理水は、再生水等として利用、あるいは第１水処理系列１１からの処理水と共に、河川などの公共用水域に放流される。

図１に示す水処理プラントは、第１水処理系列１１と第２水処理系列１２との間において、活性汚泥を相互に送泥する。一方又は双方の送泥量は調整可能であり、送泥量を調整することで、状況に応じて、従来活性汚泥法を使用する第１水処理系列１１における活性汚泥濃度（ＭＬＳＳ濃度）を、目的の値に調整することができる。

例えば、第１水処理系列１１の高度処理の処理能力を向上させる場合、水処理プラントは、第２水処理系列１２から第１水処理系列１１に送泥する量を、第１水処理系列１１から第２水処理系列１２に送泥する量に対して、相対的に増加させる。これにより、第１水処理系列１１が高ＭＬＳＳ濃度化される。後述するように、ＭＢＲを使用する第２水処理系列１２から送られる活性汚泥のＭＬＳＳ濃度は、従来活性汚泥法水処理設備１１１におけるＭＬＳＳ濃度よりも高い。

第１水処理系列１１の高ＭＬＳＳ濃度化は、下水中の基質濃度の低下による生物学的リン除去の処理能力低下を補完することができ、固液分離のための凝集剤を不要あるいは節減することができる。また、高ＭＬＳＳ濃度化によって、生物学的リン除去を阻害する過剰曝気による嫌気部への酸素の持ち込みを抑制できる。

例えば雨天時に一時的に最終沈殿池１１２の固液分離性能を向上させる場合、水処理プラントは、第１水処理系列１１から第２水処理系列１２に送泥する量を、第２水処理系列１２から第１水処理系列１１に送泥する量に対して、相対的に増加させる。これにより、第１水処理系列１１が低ＭＬＳＳ濃度化される。

一例において、水処理プラントは、流入下水量が平常的である場合は、前処理設備１おからの水を第２水処理系列１２に直接流入させず、第１水処理系列１１に全量流入させる。第２水処理系列１２では膜分離処理を主とし、第１水処理系列１１では生物処理を主とする。流入下水量が例えば処理可能水量を超える場合、水処理プラントは、前処理設備１おからの水を第２水処理系列１２にも直接流入させる。

ＭＢＲにおいては、高ＭＬＳＳ濃度化によって酸素溶解効率の低下が生じる。このため生物反応処理（有機物、窒素等の除去）に必要な空気量（エネルギ消費量）が、従来活性汚泥法に比べて多い。上述のように、平常時に、従来活性汚泥法を使用する第１水処理系列１１が、ＭＢＲを使用する第２水処理系列１２に比べ酸素溶解効率が高い生物処理を行うため、省エネルギが図れる。さらに、ＭＢＲを定量の間欠運転とすることで分離膜ユニットの曝気洗浄量を減らすことができ、省エネルギが図れる。

また、ＭＢＲの水処理系列と、沈殿池を使用する水処理系列とを含むハイブリッド型水処理プラントは、同一スペースで処理可能な水量を増加させると共に、限られたスペースでの改築更新が可能となり、事業継続性を確保することができる。

なお、図１は、一つの第１水処理系列１１及び一つの第２水処理系列１２を示すが、水処理プラントは、複数の第１水処理系列及び複数の第２水処理系列を含むことができる。一つの第２水処理系列は、１又は複数の第１水処理系列との間で活性汚泥を相互に送泥する。

＜水処理プラントの詳細＞
図２は、実施例に係る水処理プラントの詳細フローを示す。水処理プラントは、被処理水である下水の流入側（上流側）より順に、最初沈殿池２０１、第１反応タンク（第１生物反応タンク）２３９、及び最終沈殿池２５７を含む。水処理プラントは、さらに、第２反応タンク（第２生物反応タンク）２０７を含む。第１反応タンク２３９及び最終沈殿池２５７は従来活性汚泥法を使用する第１水処理系列を構成し、第２反応タンク２０７はＭＢＲを使用する第２水処理系列を構成する。図２において制御システム１４は省略されている。

最初沈殿池２０１は、下水が流入する流入水路２０３及びその後段の沈殿池２０５を含む。下水が流入水路２０３を通って沈殿池２０５に流入し、沈殿池２０５内で下水に含まれる固形分が、最初沈殿池汚泥として重力沈降により沈降分離される。最初沈殿池汚泥は、不図示のポンプを通じて汚泥処理へと移送される。

最初沈殿池２０１で固形分が除去された被処理水（下水）は、第１反応タンク２３９に流入する。なお、図２に示していないが、一般に、膜閉塞（への絡み）の原因となる繊維物（毛髪等）を除去する前処理設備が、最初沈殿池２０１と第１反応タンク２３９との間（簡易処理水の放流よりも下流側）に設置される。または、最初沈殿池２０１の代わりに、上記機能と最初沈殿池の機能とを持つ前処理設備を設けてもよい。

図２の例において、第１反応タンク２３９は、嫌気無酸素好気法により被処理水を高度処理する。第１反応タンク２３９は、上流側から、流入水路２４１、嫌気タンク２４３、無酸素タンク２４５、及び好気タンク２４７を含む。嫌気無酸素好気法は、活性汚泥によるリンの過剰摂取及び硝化脱窒反応を利用する。

流入水路２４１には、最終沈殿池２５７からの被処理水と、後述する最終沈殿池２５７からの返送汚泥２６７とが流入する。被処理水と返送汚泥の混合水は、流入水路２４１から、嫌気タンク２４３に流入する。また、後段の無酸素タンク２４５の一部の混合水が、ポンプ２４９により嫌気タンク２４３に供給される。嫌気タンク２４３に酸素が供給されておらず、活性汚泥は嫌気状態にある。活性汚泥中の微生物は、混合水中の有機物を摂取し、リンを放出する。

嫌気タンク２４３からの混合水は、後段の無酸素タンク２４５に流入する。無酸素タンク２４５に酸素が供給されていない。活性汚泥中の微生物は、混合水内の硝酸性窒素及び亜硝酸性窒素を窒素ガスに還元する。窒素ガスは、空気中に放出される。このように、無酸素タンク２４５において窒素が除去される。なお、後段の好気タンク２４７から一部の混合水を無酸素タンク２４５に循環させてもよい。これにより、脱窒効率を高めることができる。

無酸素タンク２４５からの混合水は、後段の好気タンク２４７に流入する。好気タンク２４７内には、散気装置２５１が設置されている。ブロワ２５３は、配管２５５を介して散気装置２５１に酸素を含む空気を供給する。散気装置２５１は、気泡を好気タンク２４７内の混合水に与える。

好気タンク２４７において、活性汚泥の微生物は、供給された酸素により呼吸する。好気状態において、微生物は、有機物を分解すると共に、嫌気タンク２４３で放出したより多くのリンを摂取する。これにより、下水のリンが除去される。さらに、微生物は、混合水内の有機態窒素をアンモニア性窒素に変換し、さらに、アンモニア性窒素を、硝酸性窒素又は亜硝酸性窒素に変換（硝化）する。

好気タンク２４７からの活性汚泥を含む混合水は、最終沈殿池２５７に流入する。最終沈殿池２５７は、活性汚泥と上澄み液とを分離（固液分離）する。最終沈殿池２５７は、流入水路２５９とその下流側の沈殿池２６１とを含む。好気タンク２４７からの水は、流入水路２５９を介して、沈殿池２６１に流入する。沈殿池２６１において、活性汚泥は重力沈降により、上澄み液から沈降分離される。

上澄み液は、処理水として、必要により消毒された後、放流される。分離された活性汚泥の一部は、余剰汚泥２６５として、ポンプ２６３を介して汚泥処理へと移送される。分離された活性汚泥の他の一部は、ポンプ２６３を介して、返送汚泥２６７として流入水路２４１に返送される。返送汚泥２６７は、下水の生物反応処理に再利用される。第２反応タンク２０７は、膜分離タンク２１３を含む。図２の構成例において、第２反応タンク２０７は、膜分離タンク２１３のみで構成されている。

第２反応タンク２０７と第１反応タンク２３９との間において、活性汚泥の相互送泥が行われる。本明細書において、第１水処理系列と第２水処理系列との台の相互送泥において、活性汚泥が流出する部分を送泥段、活性汚泥が流入する部分を受泥段と呼ぶことにする。

図２の例において、第１反応タンク２３９の好気タンク２４７（送泥段）から、活性汚泥を含む混合水２７１が膜分離タンク２１３（受泥段）に流入する。また、膜分離タンク２１３（送泥段）からの混合水２７３は、第１反応タンク２３９の無酸素タンク２４５（受泥段）に流入する。膜分離タンク２１３から好気タンク２４７より前段に送泥することで、第１反応タンク２３９のＭＬＳＳ濃度をより適切に調整でき、さらに、無酸素タンク２４５に送ることで嫌気タンク２４３における酸素濃度等の増加によるリン放出の低下を避けることができる。

膜分離タンク２１３内には、分離膜ユニット２２３が設置されている。分離膜ユニット２２３は、例えば、１又は複数の限外ろ過膜、精密ろ過膜等の分離膜及びそれらを保持すると共に、分離膜により分地された処理水を送水する管を含む。例えば不図示のポンプによって吸引され、分離膜を透過した処理水は、管を通って再利用又は放流される。膜分離処理により、膜分離タンク２１３内の活性汚泥濃度（ＭＬＳＳ濃度）は高くなる。つまり、第１反応タンク２３９には、高ＭＬＳＳ濃度化された混合水（活性汚泥）が、第２反応タンク２０７から送泥される。

膜分離タンク２１３内において、散気装置２１９が、分離膜ユニット２２３の下側に設置されている。他の散気装置２２１は、分離膜ユニット２２３から離れた位置に設置されている。ブロワ２２５は、配管２２９を介して散気装置２１９に酸素を含む空気を供給する。ブロワ２２７は、配管２３１を介して散気装置２２１に酸素を含む空気を供給する。

散気装置２１９は、主に、分離膜ユニット２２３の曝気洗浄のために、気泡を水に放出する（散気する）。散気装置２１９からの気泡及び上昇流により、分離膜の表面が活性汚泥で覆われることを防ぐ。散気装置２２１は、主に、膜分離タンク２１３内の混合水の活性汚泥濃度（ＭＬＳＳ濃度）を均一化するために散気する。散気装置２１９、２２１は、例えば、間欠散気を行う。

膜分離タンク２１３内の水は、活性汚泥を含み、また、酸素が供給されるため、第１反応タンク２３９の好気タンク２４７と同様に、微生物よる硝化及びリン摂取が行われる。第２反応タンク２０７（膜分離タンク２１３）が膜分離処理を主とし、第１反応タンク２３９が生物反応処理を主とする構成において、膜分離タンク２１３に生物反応処理のために酸素を供給する必要はない。散気装置２１９、２２１からの散気量を少なくすることで、消費エネルギを低減することができる。また、膜分離タンク２１３内の混合水の酸素濃度が高くなりすぎることを防ぐことができる。

制御システム１４は、自動的又はオペレータの指示に応じて、第１反応タンク２３９と第２反応タンク２０７との間の相互送泥量を制御する。これにより、第１水処理系列におけるＭＬＳＳ濃度を所望の値に制御する。

例えば、第１反応タンク２３９を高ＭＬＳＳ濃度化して処理能力を高くするため、制御システム１４は、第１反応タンク２３９の好気タンク２４７から第２反応タンク２０７の膜分離タンク２１３への送泥量を減少させ、膜分離タンク２１３からの第１反応タンク２３９の無酸素タンク２４５へ送泥量を増加させる。

また、例えば、最終沈殿池２５７に流入する好気タンク２４７からの混合水を低ＭＬＳＳ濃度化して最終沈殿池２５７の固液分離性能を向上させるため、制御システム１４は、第１反応タンク２３９の好気タンク２４７から第２反応タンク２０７の膜分離タンク２１３への送泥量を増加させ、膜分離タンク２１３からの第１反応タンク２３９の無酸素タンク２４５へ送泥量を減少させる。なお、制御システム１４は、第１反応タンク２３９のＭＬＳＳ濃度を調整するため、一方の送泥量のみを調整してもよい。

制御システム１４による相互送泥量の制御方法の一例を説明する。水処理プラントには、水処理プラントの状態をモニタリングするための、様々なセンサが、多くの位置に設置されている。制御システム１４は、これらセンサによる測定値を得ることで、流入量、流入水質（現状値と予測値）、反応タンク２お7、２３９の状況（ＭＬＳＳ濃度、溶存酸素濃度、ｐＨ等）、処理水質（ＳＳ（懸濁物質）濃度、有機物、窒素、リン等）をモニタリングすることができる。

例えば、制御システム１４は、下水の流入量や流入水質の予測値を用いて、第１反応タンク２３９での生物反応処理と、最終沈殿池２５７での固液分離との観点から、最適なＭＬＳＳ濃度を決定し、その値を目標にして相互送泥量を決定する。

制御システム１４は、例えば、最初沈殿池２０１の上流側に設置された流量計の流量計測値と、処理区域内の雨量計により計測された処理区域内の降雨量等から、過去の実測データを参照して、未来の下水流入量を予測する。

制御システム１４は、最終沈殿池２５７から汚泥が流出しない条件における、最終沈殿池２５７への流入量に対する上限ＭＬＳＳ濃度を算出する。制御システム１４は、最終沈殿池２５７の分析モデルから、流入量に対する上限ＭＬＳＳ濃度を算出することができる。多くの分析モデルが知られており、いずれの分析モデルを使用してもよい。

例えば、制御システム１４は、最終沈殿池２５７の流出口における汚泥界面深さ（水面からの距離）と最終沈殿池２５７の流出口深さとの関係から、最終沈殿池２５７から汚泥が流出しない最大汚泥界面高さを決定することができる。さらに、予め設定されている分析モデルに従って、最大汚泥界面高さに対応する上限ＭＬＳＳ濃度を決定する。

汚泥界面高さとＭＬＳＳ濃度との関係を示す多くのモデルが知られており、いずれのモデルも使用することができる。例えば、汚泥界面の下降速度Ｖは、水温、ＭＬＳＳ濃度及び汚泥容量指標の関数で表すことができる。また、最終沈殿池の流入口からの距離Ｌ１の汚泥界面深さＤ１は、例えば、下降速度Ｖ、最終沈殿池の深さや、最終沈殿池の表面積、最終沈殿池の全長、流入量等の関数で表すことができる。

制御システム１４は、さらに、最終沈殿池２５７への流入量と上限ＭＬＳＳ濃度から、目標処理水質（ＳＳ、有機物、窒素、リン等）が達成可能な、第１反応タンク２３９への下水流入量を、予め設定された数式から算出する。制御システム１４は、省エネルギ（ポンプ動力、ブロワ動力）の観点も踏まえて、目標ＭＬＳＳ濃度を決定する。制御システム１４は、目標ＭＬＳＳ濃度と第１反応タンク２３９への下水流入量から、相互送泥量を決定する。なお、第１反応タンク２３９への決定された下水流入量を超える量の下水は、例えば、簡易放流される。

制御システム１４は、水処理プラントの上記様々な値をモニタリングしながら、定期的に、又は、台風等の非定常が予測されるときや、モニタリングした値において異常の兆候（例えば所定のモニタリング値が所定値を超えている）が検出されたとき等に、上記目標ＭＬＳＳ濃度が適切か判定し、必要に応じて目標ＭＬＳＳ濃度を再計算して、相互送泥量に反映する。

一例において、好気タンク２４７から膜分離タンク２１３への送泥量は、残留有機物、残留窒素等の対策のため、膜分離タンク２１３の水理学的滞留時間（ＨＲＴ）が、３時間以上となるように、制御される。また、膜分離タンク２１３から無酸素タンク２４５に送泥する活性汚泥量は、膜分離タンク２１３で発生する余剰汚泥量相当を基本とする。

制御システム１４は、活性汚泥の異なる水処理系列の間の相互送泥（循環）を自動的に制御してもよく、または、例えば表示装置において相互送泥の制御に必要な情報を表示することで、オペレータによる水処理プラントの運転管理を支援してもよい。これにより、異なる処理方法を使用する水処理プラントの煩雑な運転管理において、より容易に、最終沈殿池における汚泥流出リスクを低減し、目標処理水質を達成することができる。

次に、第１反応タンク２３９と第２反応タンク２０７との間の相互送泥の機構の例を説明する。一例において、相互送泥は、二つの反応タンク２０７、２３９の間の水位差により行われる。ポンプを使用しないことで、エネルギ消費を低減できる。図３Ａは、反応タンク２０７、２３９間の相互送泥の機構の例を示す。図３Ａの例において、中央の第２反応タンク２０７の膜分離タンク２１３が、両側の二つの第１反応タンク２３９に挟まれている。

両側の第１反応タンク２３９の無酸素タンク２４５と中央の膜分離タンク２１３に、複数のトラフ２８１が渡されている。中央の膜分離タンク２１３の活性汚泥（混合水）は、これらトラフ２８１を通って、両側の無酸素タンク２４５に流入する。同様に、両側の第１反応タンク２３９の好気タンク２４７と中央の膜分離タンク２１３に、複数のトラフ２８１が渡されている。両側の好気タンク２４７の活性汚泥（混合水）は、これらトラフ２８１を通って、中央の膜分離タンク２１３に流入する。一方のタンクの活性汚泥は、タンク間の水位差により、トラフ２８１を通って他方の反応タンクに流入する。

図３Ｂは、トラフ２８１及びトラフ２８１に設置されているゲート堰２８３の断面構造を示す。ゲート堰２８３は、各タンク内に設置されており、上下することでトラフ２８１の流入口及び流出口の開口領域を変化させる。制御システム１４は、ゲート堰２８３の高さを制御することで、一方タンクから他方タンクへの送泥量を制御することができる。

異なる水処理系列の間の相互送泥量の制御は、トラフ及びゲート堰の組み合わせに限らず、任意の機構を使用することができ、例えば、バルブ開度調整の自動制御やポンプ流量制御等を用いることができる。例えば、膜分離タンク２１３から第１反応タンク２３９に対しては、上記方法により活性汚泥を送泥し、第１反応タンク２３９から膜分離タンク２１３に対しては、第１反応タンク２３９から最終沈殿池２５７への流出ゲートを閉じることで、トラフを介して活性汚泥を送泥してもよい。この点は、図８〜１０を参照して後述する例において同様である。

上記例は、最初沈殿池２０１から第１反応タンク２３９のみに被処理水を直接流入させ、第２反応タンク２０７には直接流入させない。他の例において、制御システム１４は、流入下水量が多い場合に、最初沈殿池２０１からの被処理水の一部を第２反応タンク２０７にも流入させてもよい。これにより、第１反応タンク２３９における生物反応処理能力の低下を抑制できる。

図４Ａは、雨天時や水処理プラント内の不図示の他の処理設備の停止時等、必要とされる処理能力（被処理水量）が所定値より多いときの水の流れを示す。図２との相違点を説明する。最初沈殿池２０１から、第１反応タンク２３９への被処理水の流入３０１が存在すると共に、第２反応タンク２０７への被処理水の流入３０２が存在する。また、第１及び第２反応タンク２３９、２０７で処理できない被処理水は、簡易処理水３０３として放流される。なお、このように、膜分離タンク２１３に被処理水を直接流入させる場合、膜分離タンク２１３と第１反応タンク２３９との水位差がなくなるため、ポンプを使用して相互送泥を行う。

図４Ｂは、雨天時や水処理プラント内の不図示の他の処理設備の停止時等、必要とされる処理能力（被処理水量）が所定値より多いときの水の流れの他の例を示す。この例は、図４Ａに示す簡易処理水の放流に変えて、雨天時活性汚泥法（３Ｗ法）を、図２に示す例に適用する。制御システム１４は、３Ｑｓｈ（１Ｑｓｈは時間最大汚水量）のうち、１Ｑｓｈ（３１１）を第１反応タンク２３９の流入水路２４１に供給し、残りの２Ｑｓｈ（３１３）を好気タンク２４７に供給する。図４Ａに示す例と同様に、第２反応タンク２０７への被処理水の流入３１５も存在する。

図４Ａ又は４Ｂを参照して説明したように最初沈殿池２０１から膜分離タンク２１３へ被処理水を流入させる場合、制御システム１４は、自動的に又はオペレータの指示に応じて、膜分離タンク２１３での散気を制御することで、膜分離タンク２１３での生物処理能力を上げてもよい。散気装置２１９、２２１からの散気量（散気頻度を含む）を制御することで、膜分離タンク２１３内で、上流側に嫌気部及び／又は無酸素部を形成し、下流側に好気部を形成することができる。例えば、上流側の散気装置の散気量が低下され、下流側の散気装置の散気量が増加される。

また、また、膜分離タンク２１３内に循環ポンプを設置し、下流側から上流側に一部の混合水を戻す（循環させる）ことで、生物反応処理をより効率化することができる。なお、図４Ａにおいては、二つの散気装置２１９、２２１が例として示されているが、より多くの散気装置を膜分離タンク２１３内に設置することが可能であり、これらからの散気量を制御することで、より効果的に嫌気部、無酸素部又は好気部を形成することができる。

被処理水が増加した場合、制御システム１４は、さらに、第１反応タンク２３９と第２反応タンク２０７との相互汚泥を調整してもよい。例えば、第１反応タンク２３９の好気タンク２４７からの膜分離タンク２１３への送泥を停止し、第１反応タンク２３９の無酸素タンク２４５又は嫌気タンク２４３から膜分離タンク２１３へ送泥する。これにより、膜分離タンク２１３での生物反応処理を高めることができる。

上述のように、従来活性汚泥法を使用する第１反応タンク２３９と、膜分離タンク２１３との間において相互に活性汚泥を送泥することで、状況に応じて適切に第１反応タンク２３９のＭＬＳＳ濃度を制御することができる。

なお、図２〜４Ｂに示した水処理プランの構成は一例の過ぎず、他の構成が可能である。例えば、沈殿池２６１には、不図示の傾斜板沈殿装置が設置することで、最終沈殿池の固液分離能力を向上させてもよい。また、雨天時等の基質濃度の低下等による生物学的リン除去（リンの放出、摂取）の阻害現象に対応するために、凝集剤添加設備が追加されていてもよく、凝集剤を好気タンクで添加してもよい。

反応タンクにおける嫌気部、無酸素部及び好気部は、上記例のようにそれぞれ異なるタンクに分けられていてもよく、一つのタンク内で分けられていてもよい。第１反応タンクは、嫌気無酸素好気法の他、嫌気好気活性汚泥法、循環式硝化内生脱窒法、又は嫌気硝化内生脱窒法等を使用してもよい。

＜他の実施例＞
以下において、ハイブリッドＭＢＲ水処理プラントの他の構成例を説明する。図５は、第１水処理系列と第２水処理系列との間の活性汚泥の相互送泥の他の例を示す。以下においては、主に、図２との相違点を説明する。図５に示す構成例において、第１反応タンク２３９の無酸素タンク２４５から、活性汚泥を含む混合水４０１が膜分離タンク２１３に流入する。また、膜分離タンク２１３からの混合水４０３は、第１反応タンク２３９の嫌気タンク２４３に流入する。このように、無酸素タンク２４５から混合水を膜分離タンク２１３に送ることで、混合水が過曝気となることを避けることができる。

図５の示す相互送泥と図２に示す相互送泥が、切り替え可能であってもよい。例えば、オペレータは、制御システム１４が示す反応タンク２３９、２０７内等の溶存酸素濃度、窒素濃度、リン濃度等のモニタリング値と所定値との比較結果に応じて、活性汚泥の適切な循環路（配管）を選択する。例えば、過曝気（高溶存酸素濃度）の場合は、図５に示す循環路を選択し、生物反応処理が不十分な場合（高残留窒素濃度等）、図２に示す循環路を選択する。循環路の切り替えは、制御システム１４が自動的に実行してもよい。また、図５に示す構成に対して、図４Ａ又は図４Ｂを参照して説明した流路制御を適用することができる。

図６は、第１水処理系列と第２水処理系列との間の活性汚泥の相互送泥の他の例を示す。以下においては、主に、図２との相違点を説明する。図６に示す構成例において、第１反応タンク２３９は嫌気好気法を使用し、無酸素タンク２４５は省略されている。

図６は、活性汚泥の二つの循環路を示す。一つの循環路において、第１反応タンク２３９の好気タンク２４７から、活性汚泥を含む混合水４１１が膜分離タンク２１３に流入する。また、膜分離タンク２１３からの混合水４１３は、第１反応タンク２３９の嫌気タンク２４３に流入する。もう一つの循環路において、第１反応タンク２３９の嫌気タンク２４３から、活性汚泥を含む混合水４１５が膜分離タンク２１３に流入する。また、膜分離タンク２１３からの混合水４１３は、第１反応タンク２３９の嫌気タンク２４３に流入する。

図６の示す循環路の一方のみが設けられていてもよく、双方の循環路が設けられ、切り替え可能であってもよい。例えば、過曝気（高溶存酸素濃度）の場合は、嫌気タンク２４３からの混合水４１５を選択し、生物反応処理が不十分な場合（高残留窒素濃度等）、好気タンク２４７からの混合水４１１を選択する。循環路の切り替えは、制御システム１４が自動的に実行してもよい。また、図６に示す構成に対して、図４Ａ又は図４Ｂを参照して説明した流路制御を適用することができる。

図７は、第１水処理系列と第２水処理系列との間の活性汚泥の相互送泥の他の例を示す。以下においては、主に、図２との相違点を説明する。図７に示す構成例において、第１反応タンク２３９の好気タンク２４７から、活性汚泥を含む混合水４２１が膜分離タンク２１３に流入する。また、膜分離タンク２１３からの混合水４２３は、第１反応タンク２３９の流入水路２４１に流入する。流入水路２４１からが複数の第１反応タンクが分岐している場合、共有されている流入水路へ活性汚泥を送ることで、複数の第１反応タンクに同時に送泥することができる。

図７の構成例において、ポンプ４２５は、膜分離タンク２１３から引き抜いた混合水（活性汚泥）の一部を余剰汚泥４２７として汚泥処理へと送り、他の一部を混合水（活性汚泥）４２３として第１反応タンク２３９の流入水路２４１に送る。相互汚泥量を調整することで、第１水処理系列の最終沈殿池２５７から引き抜く余剰汚泥２６５の量を減らし、膜分離タンク２１３から引き抜く余剰汚泥４２７を増加させることで、余剰汚泥４２７の濃度を高めることができる。これにより、余剰汚泥４２７の処理効率を高めることができる。

水処理系列間の活性汚泥の相互送泥と余剰汚泥の移送がポンプ４２５を共有することで、設備構成を簡便化できる。なお、図７に示す構成に対して、図４Ａ又は図４Ｂを参照して説明した流路制御を適用することができる。

図８は、第１水処理系列と第２水処理系列との間の活性汚泥の相互送泥の他の例を示す。以下においては、主に、図２との相違点を説明する。図８に示す構成例において、第１水処理系列の最終沈殿池２５７において固液分離された活性汚泥４３５が、沈殿池２６１から膜分離タンク２１３に送られる。また、膜分離タンク２１３からの混合水４２３は、第１反応タンク２３９の嫌気タンク２４３及び無酸素タンク２４５の双方に送られる。

図８の構成例において、ポンプ２６３は、沈殿池２６１のから引き抜いた活性汚泥の一部を余剰汚泥２６５として汚泥処理へと送り、他の一部を返送汚泥２６７として第１反応タンク２３９の流入水路２４１へ送り、さらに他の一部４３５を膜分離タンク２１３に送る。また、ポンプ４３７は、膜分離タンク２１３から引き抜いた混合水（活性汚泥）の一部を余剰汚泥４３９として汚泥処理へと送り、他の一部を混合水（活性汚泥）４３１として第１反応タンク２３９の無酸素タンク２４５に送り、他の一部を混合水（活性汚泥）４３３として嫌気タンク２４３に送る。

このように、水処理系列の間の活性汚泥の相互送泥をポンプで行うことで、送泥量の制御が容易化される。また、一つのポンプが複数の配管に対して汚泥を送ることで、設備構成を簡便化できる。なお、図８に示す構成に対して、図４Ａ又は図４Ｂを参照して説明した流路制御を適用することができる。

図９は、第１水処理系列と第２水処理系列との間の活性汚泥の相互送泥の他の例を示す。以下においては、主に、図２との相違点を説明する。図９に示す構成例において、第１水処理系列の最終沈殿池２５７において固液分離された活性汚泥４４３が、沈殿池２６１から膜分離タンク２１３に送られる。また、膜分離タンク２１３からの混合水４４１は、第１反応タンク２３９の流入水路２４１に送られる。

図９の構成例において、ポンプ２６３は、沈殿池２６１のから引き抜いた活性汚泥の一部を余剰汚泥２６５として汚泥処理へと送り、他の一部を返送汚泥２６７として第１反応タンク２３９の流入水路２４１へ送り、さらに他の一部４４３を膜分離タンク２１３に送る。また、ポンプ４４５は、膜分離タンク２１３から引き抜いた混合水（活性汚泥）の一部を余剰汚泥４４７として汚泥処理へと送り、他の一部を混合水（活性汚泥）４４１として第１反応タンク２３９の流入水路２４１に送る。

このように、水処理系列の間の活性汚泥の相互送泥をポンプで行うことで、送泥量の制御が容易化される。また、一つのポンプが複数の配管に対して汚泥を送ることで、設備構成を簡便化できる。なお、図９に示す構成に対して、図４Ａ又は図４Ｂを参照して説明した流路制御を適用することができる。

図１０は、第１水処理系列と第２水処理系列との間の活性汚泥の相互送泥の他の例を示す。以下においては、主に、図２との相違点を説明する。図１０に示す構成例において、第２反応タンク２０７は、上流側から、流入水路２０９、嫌気タンク２１１、無酸素タンク２１７、及び膜分離タンク（好気タンク）２１３を含む。無酸素タンク２１７内には、無酸素タンク２１７の水の一部を嫌気タンク２１１に送るポンプ２１５が設置されている。

第２反応タンク２０７は、第１反応タンク２３９と同様に、活性汚泥による高度処理を行う。最初沈殿池２０１から被処理水が直接に第２反応タンク２０７に流入する。第２反応タンク２０７が高度処理を行うことで、水処理プラントの処理能力を高めることができる。

図１０の構成例において、ポンプ２６３は、沈殿池２６１のから引き抜いた活性汚泥の一部を余剰汚泥２６５として汚泥処理へと送り、他の一部を返送汚泥２６７として第１反応タンク２３９の流入水路２４１へ送り、さらに他の一部４５１を第２反応タンク２０７の流入水路２０９に送る。

また、ポンプ４５５は、膜分離タンク２１３から引き抜いた混合水（活性汚泥）の一部を余剰汚泥４５７として汚泥処理へと送り、他の一部を返送汚泥４５９として無酸素タンク２１７に返し、他の一部を混合水（活性汚泥）４５３として第１反応タンク２３９の流入水路２４１に送る。返送汚泥４５９を無酸素タンク２１７に返し、無酸素タンク２１７の水の一部を嫌気タンク２１１に送ることで、嫌気タンク２１１におけるリン放出の低下を抑制する。

このように、水処理系列の間の活性汚泥の相互送泥をポンプで行うことで、送泥量の制御が容易化される。また、一つのポンプが複数の配管に対して汚泥を送ることで、設備構成を簡便化できる。なお、図１０に示す構成に対して、図４Ｂを参照して説明した流路制御を適用することができる。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明したすべての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

また、上記の各構成・機能・処理部等は、それらの一部または全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）等の記録装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード等の記録媒体に置くことができる。また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしもすべての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆どすべての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

１０ 前処理設備、１１ 第１水処理系列、１２ 第２水処理系列、１３ 消毒設備、１４ 制御システム、１１１ 従来活性汚泥法水処理設備、１１２ 最終沈殿池、１２１ ＭＢＲ水処理設備、２０１ 最初沈殿池、２０３、２０９、２４１、２５９ 流入水路、２０５、２６１ 沈殿池、２０７ 第２反応タンク、２１１、２４３ 嫌気タンク、２１３ 膜分離タンク、２１７、２４５ 無酸素タンク、２１９、２２１、２５１ 散気装置、２２３ 分離膜ユニット、２２５、２２７、２５３ ブロワ、２２９、２３１、２５５ 配管、２３９ 第１反応タンク、２４７ 好気タンク、２５７ 最終沈殿池、２８１ トラフ、２８３ ゲート堰、２１５、２４９、２６３、４２５、４３７、４４５、４５５ ポンプ

Claims (10)

1. 第１生物反応タンクと、前記第１生物反応タンクからの水を活性汚泥と処理水とに分離する沈殿池と、を含む、第１水処理系列と、
   活性汚泥と処理水とを分離する分離膜が設置された第２生物反応タンクを含む、第２水処理系列と、を含み、
   前記第１水処理系列と前記第２生物反応タンクとの間において、活性汚泥が相互に送泥され、
   前記第１水処理系列と前記第２生物反応タンクとの間において、前記活性汚泥の少なくとも一方向の送泥量は調整可能である、水処理プラント。
2. 請求項１に記載の水処理プラントであって、
   下水を、前記第２水処理系列に流入させることなく、前記第１水処理系列に流入させる、水処理プラント。
3. 請求項１に記載の水処理プラントであって、
   第１モードにおいて、下水を、前記第２水処理系列に流入させることなく、前記第１水処理系列に流入させ、
   第２モードにおいて、前記下水の一部を前記第１水処理系列に流入させ、前記下水の他の一部を前記第２水処理系列に流入させる、水処理プラント。
4. 請求項３に記載の水処理プラントであって、
   前記第２モードにおいて、前記第２生物反応タンクにおける散気を制御することで、前記第１モードよりも前記第２生物反応タンクにおける生物反応処理能力を上げる、水処理プラント。
5. 請求項１に記載の水処理プラントであって、
   前記第１水処理系列において、前記第２生物反応タンクから前記活性汚泥が送泥される受泥段は、前記第２生物反応タンクに前記活性汚泥を送泥する送泥段より上流側である、水処理プラント。
6. 請求項５に記載の水処理プラントであって、
   前記第１生物反応タンクは、嫌気部と、前記嫌気部より下流側の無酸素部と、前記無酸素部より下流側の好気部と、を含み、
   前記無酸素部の水の一部は前記嫌気部に戻され、
   前記送泥段は好気部であり、前記受泥段は無酸素部である、水処理プラント。
7. 請求項１に記載の水処理プラントであって、
   は流入水路を含み、
   前記第２水処理系列からの前記活性汚泥は前記第１生物反応タンクの流入水路に送泥される、水処理プラント。
8. 請求項１に記載の水処理プラントであって、
   前記第１生物反応タンクと前記第２生物反応タンクとの間において、前記活性汚泥が相互に送泥されており、
   前記活性汚泥の相互送泥の少なくとも一方向は、水位差により行われる、水処理プラント。
9. 請求項１に記載の水処理プラントであって、
   さらに制御システムを含み、
   前記制御システムは、前記第１水処理系列における計測値に基づいて前記第１水処理系列におけるＭＬＳＳ濃度を決定し、前記ＭＬＳＳ濃度に基づき前記活性汚泥の少なくとも一方向の送泥量を決定する、水処理プラント。
10. 請求項１に記載の水処理プラントであって、
    前記第１水処理系列及び前記第２水処理系列それぞれから、余剰汚泥が処理のために移送される、水処理プラント。

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