JP2022102884A - 有機性排水の処理方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】年間の温度差が大きい有機性排水を低水温期でも効率的に浄化し得る排水処理方法の提供。【解決手段】活性汚泥を有する所定の反応槽および培養槽を備える装置を用い、前記培養槽中の内容物の温度を、前記活性汚泥に含まれる微生物の培養開始時の前記有機性排水の水温より5℃以上低く、かつ、-1℃以上10℃以下として、前記微生物を前記培養槽中で培養した後に前記反応槽へ投入する工程を含む、有機性排水の処理方法。【選択図】なし

Description

本発明は、有機性排水の処理方法に関する。
生活排水もしくは産業排水等の排水を微生物によって処理する場合、冬季に前記排水の水温が低下すると、それに伴い微生物の活性も低下するため、微生物の排水処理性能の低下により、処理水質が悪化することが知られている。
前記排水の処理性能が低下すると、例えば、スカムの発生、発泡、硝化活性の低下によるアンモニアの残存、未分解物の増加、ならびに代謝産物の増加による膜ろ過性の低下等が生じ、処理水質が低下する。
前記排水の処理性能の低下または処理水質の低下を解決する方法としては、例えば、凝集剤の添加により膜ろ過性を低下させている物質を除去する方法;冬季に比較的活性の高い微生物を製剤として添加する方法;または活性汚泥中に不足している栄養を添加する方法、が挙げられる。
さらに、低温下での排水処理方法として、特許文献1には、高濃度の硫酸アンモニア溶液中で培養した硝化菌群を用いることによって、水温が15℃以下でも安定的にアンモニア性窒素含有水の処理を行う方法が開示されている。
また、特許文献2には、高濃度アンモニア耐性菌を用いることによって、低温環境下でも排水に含まれる窒素成分を除去する方法が開示されている。
特許文献3には、微生物を培養する槽を排水から隔離し、排水中に含まれるリン酸、アンモニア、溶存酸素等の量に応じて微生物の添加をコントロールすることによって、コストを削減可能な水処理装置が開示されている。
国際公開WO2014/017429 特開2016-107219号公報 米国特許第7736509号明細書
反応槽の容量が十分確保されており、かつ水温が安定的に低い場合、低温耐性を有する微生物が自然発生的に増殖可能となるため、排水の処理性能が低下する可能性は低い。しかしながら、一般に生活排水に代表される排水の水温は、熱帯および亜熱帯地域を除き、夏季に20℃を超える一方で、冬季は10℃程度まで低下する。このように排水の水温の変動が大きい場合、微生物が獲得した低温耐性は、温度が上昇した際に失活する。あるいは、低温耐性を有する微生物と、低温耐性を有さない微生物との増殖速度差が生じることにより、微生物の低温耐性が消失する傾向にある。
このように微生物の低温耐性が低下した場合に、排水の水温が15℃未満になり、かつ、水温が低下してゆくと、低温耐性を有する微生物が十分に増殖する前、もしくは馴化によって微生物の活性が向上する前に、未分解物の蓄積が始まる。つまり、低温耐性を有する微生物の増殖及び活性の向上が、水温の低下に追いつくことができない。
それゆえ、一定の微生物量(MLSS濃度)を用いて排水処理を行う場合、汚泥中の低温耐性を有する微生物の割合が減少してゆく。そのため、菌体あたりの負荷が上昇し、過負荷となった微生物が細胞外高分子物質(EPS)および生物代謝産物(SMP)等の代謝産物を産出したり、未分解物が残存したりする。その結果、膜の濾過性が悪化したり、処理水質が低下したりするという問題が生じる。
しかしながら、水温が低下し始めてから対応策を講じた場合、即時に効果が表れるわけではなく、処理水質の悪化が進行する。そのため、再び処理水質を向上させるまでに長時間および多大なコストを要する。
一方、上述した排水の処理性能の低下を解決する方法では、冬季ごとに凝集剤、微生物製剤、あるいは栄養剤を添加する必要があるため、コストが高くなるという問題がある。また、処理水質が低下してから添加を行うため、処理水質が改善するまでに長い時間がかかるという問題もある。
特許文献1は、対象がアンモニア性窒素の処理に限定され、かつ処理水温は0℃以上10℃以下とされており、水温の温度差が大きい場合については認識していないため、前記問題を解決することはできない。特許文献2も同様に、水温が20℃以下の下水を想定しており、水温の温度差が大きい場合については想定されていない。
特許文献3は、処理する排水とは別に微生物を培養し適宜排水に投入するため、装置全体を加熱、あるいは冷却する必要がないことについて単に記載しているのみであり、排水の温度差については想定していない。また、微生物の培養について、インキュベータ内で実施することが記載されているが、多くの細菌が約37℃で好適に成長する旨が記載されているに過ぎず、前記細菌の培養温度と、排水の水温との関係については言及されていない。さらに、微生物を投入する指標となるパラメータは、排水中のリン酸、アンモニア、溶存酸素等の微生物増殖の必要条件にすぎず、有用微生物の増殖を直接確認するものでない。そのため、これらのパラメータが変動した時点では、排水の水質が既に汚染されている可能性がある。
本発明の一態様は、年間の水温差が大きい有機性排水を、低水温期においても浄化可能であり、かつ処理水質の悪化を予防的に防ぐことができる有機性排水の処理方法を実現することを目的とする。
本発明者は鋭意検討した結果、活性汚泥によって有機性排水を処理する反応槽と、前記反応槽とは別個の培養槽とを備える装置を用いて、微生物を前記培養槽中で培養する温度と、前記培養した微生物を前記反応槽中に投入する条件を定めることにより、前記課題を解決し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は以下の構成を含む。
<1>活性汚泥によって有機性排水を処理する反応槽と、前記反応槽とは別個の培養槽とを備えた装置を用いる有機性排水の処理方法であって、(A)前記培養槽中の内容物の温度を、前記活性汚泥に含まれる微生物の培養開始時の前記有機性排水の水温より5℃以上低く、かつ、-1℃以上10℃以下として、前記微生物を前記培養槽中で培養する工程と、
(B)前記工程(A)を経た前記微生物を前記反応槽へ投入する工程と、を含む、有機性排水の処理方法。
<2>前記培養槽中の内容物の温度が、前記有機性排水の年間の最低水温以下である、<1>に記載の有機性排水の処理方法。
<3>前記微生物の培養時間が、前記微生物の倍加時間以上である、<1>または<2>に記載の有機性排水の処理方法。
<4>前記工程(B)は、(B-1)前記有機性排水の最低水温が15℃を下回ると見込まれる日から、汚泥滞留時間の1倍以上前;または、(B-2)前記反応槽中の指標生物量が閾値となった場合、もしくは閾値を超えた場合;に、前記微生物を前記培養槽から前記反応槽へ投入する工程である、<1>から<3>のいずれかに記載の有機性排水の処理方法。
<5>前記指標生物量は、溶解性化学的酸素要求量(S-COD)濃度の値、または、活性汚濁浮遊物質(MLSS)に対する活性汚泥有機性浮遊物質(MLVSS)の比である、<4>に記載の有機性排水の処理方法。
<6>前記指標生物量が、前記S-COD濃度の値である場合は、前記閾値が100mg/Lであり、前記指標生物量が、活性汚濁浮遊物質(MLSS)に対する活性汚泥有機性浮遊物質(MLVSS)の比である場合は、前記閾値が、年間の最高水温日を中心とする1か月間において測定した基準値に対して、5%増加した値である、<5>に記載の有機性排水の処理方法。
<7>前記指標生物量を、監視システムによりモニタリングする、<4>から<6>のいずれかに記載の有機性排水の処理方法。
<8>前記有機性排水の水温は、年間の最高水温と最低水温との差が5℃以上、かつ、前記年間の最低水温が4℃以上15℃未満である、<1>から<7>のいずれか1項に記載の有機性排水の処理方法。
<9>前記工程(B)よりも後に、前記反応槽中の前記微生物の量を検出し、当該量が閾値を下回った場合に、前記微生物を、前記培養槽から前記反応槽へさらに投入する工程(C)を含む、<1>から<8>のいずれかに記載の有機性排水の処理方法。
<10>前記微生物の量を、前記微生物の16SrRNAの量を指標とした分析、リアルタイムPCRを用いた分析、抗原抗体反応、またはDNAアプタマー法によって検出する、<9>に記載の有機性排水の処理方法。
本発明の一態様によれば、年間を通して温度差が大きい有機性排水を、低水温期においても浄化可能であり、かつ処理水質の悪化を予防的に防ぐことができる有機性排水の処理方法を実現することができる。
本発明の一実施形態に係る有機性排水の処理方法に用いる排水処理装置の一例を示す模式図である。
以下、本発明の一実施形態について、詳細に説明する。ただし、本発明はこれに限定されるものではなく、記述した範囲内で種々の変更が可能である。例えば、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態も、本発明の技術的範囲に含まれる。なお、本明細書において特記しない限り、数値範囲を表す「A~B」は、「A以上、B以下」を意図する。
〔1.有機性排水の処理方法〕
本発明の一実施形態に係る有機性排水の処理方法(以下、本処理方法とも称する。)は、活性汚泥によって有機性排水を処理する反応槽と、前記反応槽とは別個の培養槽とを備えた装置を用いる有機性排水の処理方法であって、
(A)前記培養槽中の内容物の温度を、前記活性汚泥に含まれる微生物の培養開始時の前記有機性排水の水温より5℃以上低く、かつ、-1℃以上10℃以下として、前記微生物を前記培養槽中で培養する工程と、
(B)前記工程(A)を経た前記微生物を前記反応槽へ投入する工程と、を含む。
前述したように、微生物の低温耐性が低下した場合に、有機性排水の水温が15℃未満となってから対応策を講じても、即時に効果が表れるわけではなく、処理水質の悪化が進行してしまう。
一方、上記構成であれば、予め低温環境下での培養を行った微生物を用いて、有機性排水の処理を開始する。そのため、有機性排水の水温が15℃未満に低下しても、前記微生物の排水処理能力を高い状態に保ちつつ、有機性排水の処理を行うことができる。その結果、活性汚泥と浄化された処理水との分離を効率的に行うことができ、処理水質を良好な状態に保つことができる。
本発明の一実施形態に係る有機性排水の処理方法(以下、本処理方法とも称する。)は、有機性排水の処理装置(以下、本処理装置とも称する。)を用いて実施される。図1は本処理装置の一例を示した模式図である。以下、図1を用いて本処理装置について説明する。図1に示す通り、本処理装置は、活性汚泥によって有機性排水を処理する反応槽1と、前記反応槽とは別個の培養槽2とを備える。
反応槽1は、活性汚泥によって有機性排水31を処理する槽である。反応槽1は、反応槽1に投入された有機性排水および反応槽1中の活性汚泥を曝気し、活性汚泥中に含まれる微生物によって有機性排水を浄化する。反応槽1としては、活性汚泥法において従来用いられている反応槽を用いることができる。
図示しないが、浄化された処理水と、活性汚泥とは、最終沈殿池による分離、膜ろ過等によって分離され、前記処理水は、処理水32として排出される。前記反応槽1は、前記反応槽1の内部から活性汚泥を回収する循環ポンプ12によって、培養槽2と結合されていてもよい。
ここで、浄化された処理水と、活性汚泥との分離は、膜ろ過によって行うことが好ましい。前記分離を膜ろ過によって行う膜分離活性汚泥法は、活性汚泥の管理が容易であること;反応槽内の活性汚泥を高濃度に維持できること;最終沈殿池を必要としないため施設をコンパクト化できること、等の利点を有する。
一方、前述した未分解物の増加、代謝産物の増加等は、微生物の排水処理性能の低下によって生じ、有機性排水の最低水温が15℃未満となってから対応策を講じても手遅れである。この問題は、前記膜分離活性汚泥法において特に顕著であり、前記利点を生かしつつ、冬季においても安定的に有機性排水を処理することは、これまで困難であった。
本処理方法は、予め低温環境下での培養を行った微生物を用いて有機性排水の処理を開始するため、有機性排水の最低水温が15℃未満となっても、安定的に有機性排水を処理することができる。それゆえ、膜分離活性汚泥法の利点を保持しつつ、有機性排水の処理を効率的に行うことができる。
前記培養槽2は、前記活性汚泥に含まれる微生物を培養する槽である。培養槽2としては、例えばFRP製横型円筒タンクを用いることができる。培養槽2中の内容物の温度は、前記微生物の培養開始時の前記有機性排水の水温より5℃以上低く、かつ、-1℃~10℃である。
前記培養槽2中の内容物は、前記温度範囲を維持するために、熱交換器21内にてチラー22から送達される冷却水によって冷却される。前記培養槽2は、前記培養槽2の内容物を送達可能な投入ポンプ11によって、前記反応槽1と結合されていてもよい。
前記反応槽1が鉄筋コンクリート造であり、且つ前記培養槽2を前記反応槽1と同時に設置する場合、前記培養槽2は、前記反応槽1と同様に鉄筋コンクリート造であってもよい。ただし、これに限定されるものではない。また、前記反応槽1を設置した後に前記培養槽2を設置する場合、前記培養槽2として、FRP製横型円筒水槽、PE製竪型円筒水槽等を用いてもよい。ただし、これに限定されるものではない。
前記有機性排水の処理装置はさらに、監視システム3を備えていてもよい。監視システム3は、前記反応槽1から採泥(図中、13)した活性汚泥中の指標生物量を分析すること、および分析時点以降の有機性排水の状態を予想すること等により、投入ポンプ11による反応槽1への微生物投入量を制御(図中、14)することができる。この点については後述する。なお、前記採泥は、手動で行ってもよいし、自動で行ってもよい。
以下、本処理方法の各工程について、詳細に説明する。
前記有機性排水の種類は特に限定されるものではないが、産業排水、生活排水(例えば、下水)、および埋め立て浸出水等であってもよく、これらを混合した排水であってもよい。
本処理方法が適用される処理方式は特に限定されず、例えば、回分式活性汚泥法でもよく、連続式活性汚泥法でもよい。また、連続式活性汚泥法は、例えば、標準活性汚泥法、長時間曝気法、酸化溝法、二段曝気法、嫌気好気法、循環式嫌気好気法、硝化液循環活性汚泥法(脱窒素活性汚泥法、硝化脱窒法)、膜分離活性汚泥法のいずれであってもよい。中でも、前述したように、膜分離活性汚泥法であることが好ましい。
(1-1.工程(A))
本処理方法における工程(A)は、前記培養槽中の内容物の温度を、前記活性汚泥に含まれる微生物の培養開始時の前記有機性排水の水温より5℃以上低く、かつ、-1℃以上10℃以下として、前記微生物を前記培養槽中で培養する工程である。
前記活性汚泥は、有機性排水の処理に用いるための微生物を含む。本明細書中において「微生物」とは、活性汚泥中に通常含まれ得る1種類以上の生物を意味し、細菌、古細菌、および菌類からなる群より選ばれる微生物であることが好ましい。
前記微生物は、低温耐性を元々有している種であってもよいし、低温下(例えば、10℃以下)で培養すること、あるいは、一時的に低温環境下で培養することによって低温ショックを与え、低温耐性を獲得させた微生物であってもよい。前記細菌としてはバチルス属の細菌が好ましく、例えば、枯草菌等が挙げられる。
本明細書中において「低温耐性を有する」とは、10℃以下、好ましくは5℃以下の環境下において増殖可能であることを意味する。
前記活性汚泥に含まれる前記微生物を用いることにより、新規に微生物製剤等を投入することなく、前記微生物の培養を行うことができる。また、前記反応槽中の活性汚泥が循環することになるため、低温耐性を有する微生物が優占種となりやすくなる。
前記活性汚泥としては、例えば、前記反応槽から回収したもの等を用いることができる。前記活性汚泥を前記反応槽から回収し、前記培養槽中に投入する方法としては特に限定されないが、例えば、前記反応槽と前記培養槽とを繋ぐ循環ポンプによって反応槽から活性汚泥を回収した後、前記培養槽中に投入してもよい。
前記活性汚泥には、有機性排水が不可避的に含まれていてもよい。すなわち、前記培養槽に投入されるのは、例えば、活性汚泥の固形分のみであってもよく、有機性排水と前記固形分との混合物であってもよい。
工程(A)において、前記培養槽中の内容物の温度は、前記微生物の培養開始時の前記有機性排水の水温より5℃以上低く、かつ、-1℃以上10℃以下である。
係る構成によれば、前記微生物があらかじめ低温で培養されているため、前記微生物にはいわゆる低温ショックが与えられる。そのため、有機性排水の水温が15℃未満となる前に有機性排水に添加され、その後に前記水温が15℃未満に低下した場合でも、微生物の活性が低下しにくい。
前記培養槽中の温度は、前記有機性排水の水温より好ましくは6℃以上低く、さらに好ましくは7℃以上低い。前記培養槽中の温度と、前記有機性排水の水温との差の上限は特に限定されないが、例えば10℃以下であってもよい。
また、前記培養槽中の内容物の温度は、好ましくは-1℃以上8℃以下であり、より好ましくは-1℃以上5℃以下である。培養槽中の内容物の温度が10℃以下であると、微生物が低温耐性を有しやすくなる。
前記微生物の培養開始時の前記有機性排水の水温は、実測することにより取得することができる。また、例えば、当該水温より5℃以上低く、かつ、-1℃以上10℃以下となるように、前記熱交換器21およびチラー22の設定を行うことにより、前記培養槽中の内容物の温度を、当該水温より5℃以上低く、かつ、-1℃以上10℃以下とすることができる。
前記工程(A)における前記培養槽中の内容物の温度は、前記有機性排水の年間の最低水温以下であることが好ましい。
例えば、前記微生物の培養開始時の前記有機性排水の水温が13℃であった場合、当該水温より5℃低い値は8℃となる。このとき、前記培養槽中の内容物の温度を8℃とすれば、前述した「前記微生物の培養開始時の前記有機性排水の水温より5℃以上低く、かつ、-1℃以上10℃以下」という要件は充足される。
その一方で、前記有機性排水の年間の最低水温が7℃である場合、前記培養槽中の内容物の温度は、8℃にするよりも7℃にすることが好ましい。これは、前記微生物が投入される有機性排水の予想される最低水温に前記微生物を馴化させておくことにより、前記有機性排水中において、前記微生物がより効率的に有機物を分解することができるためである。
前記「有機性排水の年間の最低水温」とは、有機性排水の処理を行う前記反応槽に流入する有機性排水の1年間における最低水温を言う。また、本明細書において、「1年間」とは、4月1日から翌年3月31日までのことをいう。
前記「最低水温」とは、処理対象である有機性排水と同じ組成もしくは類似する組成を有する有機性排水の最低水温であることが好ましいが、必ずしもこれに限られない。例えば、水道水、工業用水等の最低水温を、有機性排水の最低水温とみなしてもよい。
前記「1年間における最低水温」とは、過去1年間のみの水温の経日変化データに基づいて得られる最低水温であってもよい。また、過去複数年の水温の経日変化データに基づいて得られる最低水温の平均値であってもよい。
前記複数年の水温の経日変化データは、年数が多いほど好ましい。また、有機性排水の処理を行う日が属する年から近い年度のデータであることが好ましい。例えば、年間の最低水温は、過去5年分の年間の水温の経日変化データから求めた最低水温の平均値であることが好ましい。
また、前記データの測定者は特に限定されるものではない。例えば、有機性排水の処理を行う者が自ら測定したデータであってもよい。また、例えば、地方気象台などの機関が測定した気温データからの推測値であってもよい。
上述した通り、年間を通して水温が安定している場合は、水温が低温であったとしても微生物活性が低下する可能性は低い。一方で、有機性排水の水温が急激に低下した場合は、有機性排水中の微生物活性、および/または微生物量は急激に低下する。
ここで、工程(A)を経ていない前記活性汚泥中の微生物を、後述する工程(B)に供した場合、前記微生物は速やかに機能を発現することができない。また、後述する工程(B-1)では、有機性排水の最低水温が15℃を下回る日よりも前に前記微生物が有機性排水に投入される。このとき、低温耐性を有さない状態で前記微生物を投入すると、前記微生物の生存率が低下してしまう。
工程(A)では、培養槽中の微生物はあらかじめ低温下で培養されており、低温耐性を有する。したがって、水温が低下した前記有機性排水に投入した場合でも、微生物活性および/または微生物量が低下しないため、冬季の低水温下における有機性排水の処理能力が低下することを防止できる。
工程(A)における前記微生物の培養時間は、前記微生物の倍加時間以上であることが好ましい。微生物の種類、培地の種類等によって異なるため、一概には言えないが、好ましくは前記倍加時間の2倍以上であり、より好ましくは5倍以上であり、さらに好ましくは10倍以上である。
培養時間が前記微生物の倍加時間以上であれば、低温耐性を有する微生物量が十分に増加するため、前記反応槽に投入した場合に有機性排水の処理能力が向上する。培養時間の上限は特に限定されない。
前記「微生物の倍加時間」とは、平均世代時間のことを言い、濁度等から求めた菌数と、時間とをプロットした増殖曲線を求めることによって決定することができる。
工程(A)を開始する時期は特に限定されないが、後述する工程(B)を開始する時期に基づいて決定してもよい。すなわち、例えば、後述する工程(B)の開始時期までに前記倍加時間が完了するように、工程(A)を開始すればよい。工程(B)の開始時期に基づいて工程(A)の開始時期を決定することにより、各工程を効率的に実施することができる。
工程(A)において、前記培養槽中の溶存酸素(DO)の濃度は、好ましくは2mg/L以上であり、より好ましくは3mg/L以上であり、さらに好ましくは5mg/L以上である。DO濃度を2mg/L以上とすることにより、微生物の活性をより向上させることができる。DOの上限は特に限定されないが、例えば10mg/L以下であってもよい。
(1-2.工程(B))
本処理方法は、前記工程(A)を経た前記微生物を前記反応槽に投入する工程(B)を含む。前述したように、前記工程(A)によって、前記微生物は低温耐性を獲得しているため、前記微生物は、反応槽に投入された後、速やかに機能を発現することができる。
前記工程(B)は、例えば、(B-1)前記有機性排水の最低水温が15℃を下回ると見込まれる日から、汚泥滞留時間の1倍以上前;または、(B-2)前記反応槽中の指標生物量が閾値となった場合、もしくは閾値を超えた場合;に、前記培養槽から前記反応槽へ投入する工程である。
上述した通り、処理水質が悪化してから対応を行った場合は手遅れであり、処理水質の改善までに長時間および多大なコストを要する。しかしながら、工程(B-1)もしくは工程(B-2)を行い、水温の低下によって微生物の活性が低下、および/または微生物量が低下することを未然に防止することよって、処理水質が悪化することを予防的に防ぐことができる。その結果、冬季であっても安定的に有機性排水の処理を行うことができる。
工程(B)において、工程(B-1)を行う場合、前記微生物を前記有機性排水の最低水温が15℃を下回ると見込まれる日から、汚泥滞留時間の1倍以上前に投入する。上記構成であれば、微生物の活性が低下する低温期よりも前に微生物を投入することができる。すなわち、工程(B-1)は、有機性排水が低水温となる時期を先取りし、あらかじめ微生物の投入を開始することを特徴とする。
なお、前記有機性排水の有機物濃度が低い場合、汚泥滞留時間は、例えば400日に及ぶような場合がある。この場合、前記微生物を前記有機性排水の最低水温が15℃を下回ると見込まれる日から、汚泥滞留時間の1倍以上前に投入すると、最低水温が15℃を下回ると見込まれる日よりもかなり前に前記微生物を投入することとなり、不経済である。そのため、前記工程(B-1)を行うか否かは、前記有機性排水の有機物濃度等を勘案して適宜決定することが好ましい。この例の場合は、例えば、前記工程(B-2)を採用することが考えられる。
前記有機性排水の最低水温が15℃を下回ると見込まれる日(以下、低水温日とも称する)を決定する方法としては、例えば過去の経日変化データに基づいて前記有機性排水の水温変化を予想し、決定する方法が挙げられる。
前記過去の経日変化データとしては、例えば、有機性排水の処理を行う前記反応槽に流入する有機性排水の1年間における水温の経日変化データを挙げることができる。前記データは、1年間のみの経日変化データであってもよいし、複数年の水温の経日変化データであってもよい。
また、前記低水温日は、例えば、前述した気温データ等に基づいて決定してもよいし、後述する監視システムの予測に基づいて決定してもよい。
上述した通り、工程(B-1)は低水温日よりも前に実施される。したがって、前記微生物投入時の前記有機性排水の水温は15℃以上であり、好ましくは16℃以上であり、より好ましくは17℃以上である。
本明細書中「汚泥滞留時間(SRT)」とは、前記反応槽内の活性汚泥が全て入れ替わるまでの時間を意味する。SRTは前記反応槽内にある活性汚泥量を1日当たりに引き抜く余剰活性汚泥量で除することによって求めることができる。
好ましいSRTは原水濃度、水温、または「水理学的滞留時間(HRT)」等によって異なるが、一般的に、最終沈殿池により汚泥を濃縮する活性汚泥法においては、2~40日であり、MBR法(膜分離活性汚泥法)においては5~200日であり、好ましくは20~100日である。
なお、本明細書中「水理学的滞留時間(HRT)」とは、前記反応槽内に有機性排水、活性汚泥等が流入してから流出するまでの時間を意味する。HRTは前記反応槽の容積を時間当たりの流入量で除することによって求めることができる。
工程(B-1)において、前記微生物は、低水温日からSRTの1倍以上前に投入する。微生物を投入する時期は、好ましくはSRTの1.5倍以上前であり、より好ましくはSRTの2倍以上前であり、さらに好ましくはSRTの2.5倍以上前である。
低水温日からSRTの1倍以上前に前記微生物を投入することにより、低水温日までに十分な微生物量を確保することができ、かつ、水温の低下に追従して有機排水を効率的に処理することができる。
それゆえ、水温低下時に発生する未分解物の蓄積を防止することができる。また、EPSもしくはSMP等の代謝産物による膜ファウリングを防止することができる。なお、微生物を投入する時期は、コストの観点から、SRTの3倍以上前より後であってもよい。
SRTを計算する手間を省くために、低水温日の1週間前から1か月前の間に前記微生物を投入してもよい。SRTの値は、前記低水温日における値を用いることが好ましい。1年間に低水温日が複数ある場合は、各低水温日のSRTの平均値を用いることが好ましい。ここで、「1年間」とは、前述のように、4月1日から翌年3月31日までのことをいう。
SRTとしては、低水温日を中心とする1週間の平均値を用いてもよい。1年間に低水温日が複数ある場合は、その年(4月1日から翌年3月31日まで)の最初の低水温日からその年の最後の低水温日までの平均値であってもよく、その年の最初の低水温日の3日前からその年の最後の低水温日の3日後までの平均値であってもよく、その年の最初の低水温日とその年の最後の低水温日との中間の日を中心とする1週間の平均値であってもよい。
SRTの値は、例えば中央値のような、SRTの測定を行った期間を代表する値であってもよい。
工程(B)において工程(B-2)を行う場合、工程(A)で培養された微生物を、前記反応槽中の指標生物量が閾値となった場合、もしくは閾値を超えた場合に、前記培養槽から前記反応槽へ投入する。
工程(B-2)は有機性排水の水質ではなく、ある時点での指標生物量を基準にして前記微生物の投入を行う。したがって、実際に処理水質が悪化、あるいは膜の濾過性が低下するより前に前記微生物が投入されるため、処理水質が悪化することを予防的に防ぐことができる。
すなわち、指標生物量が閾値となった場合、もしくは閾値を超えた場合、前記微生物が即時に投入されることが好ましい。また、工程(B-2)では指標生物量に基づいて前記微生物の投入を行うため、前記微生物を必要量のみ投入することが可能である。したがって、前記微生物および培地等の使用量を低減することができる。
本明細書において、前記「指標生物量」とは、反応槽内の有機性排水、活性汚泥等の状態を表す指標の値のことである。例えば、反応槽内の活性汚泥量の指標である活性汚濁浮遊物質(MLSS)の値、MLSSの有機物量を示す活性汚泥有機性浮遊物質(MLVSS)値、有機物による汚濁の程度の指標である化学的酸素要求量(COD)等の値が該当する。
工程(B-2)において、前記指標生物量は、溶解性化学的酸素要求量(S-COD)濃度の値、またはMLSSに対する活性汚泥有機性浮遊物質(MLVSS)の比であることが好ましい。これらのパラメータは、滞留している水中において正確な数値を得やすいため、工程(B-2)をより適切なタイミングで実施することができる。
前記S-COD濃度の値を指標生物量とする場合、閾値は好ましくは100mg/Lであり、より好ましくは50mg/Lであり、さらに好ましくは30mg/Lである。この場合、前記S-COD濃度の値が当該閾値となった場合、もしくは当該閾値を超えた場合に、前記微生物を前記培養槽から前記反応槽へ投入することが好ましい。なお、文言「閾値を超えた」については後述する。
前記S-COD濃度は、例えば、反応槽中の有機性排水を遠心分離し、得られた上澄みを測定対象として、COD計または比色法等を用いることによって測定することができる。
また、例えば、反応槽中から採取した有機性排水を、JIS P 3801-1995に記載の定量分析用5種C 微細沈殿用ろ紙を用いて吸引ろ過することによって得たろ液のCOD濃度を指標生物量としてもよい。
また、前記MLSSに対するMLVSSの比を指標生物量とする場合、閾値は絶対値ではなく、相対値とすることが好ましい。MLVSSは原水が存在する地域によって変動するため、相対値とすることによって、より正確に指標生物量を算出することができる。
前記閾値を相対値とする場合、前記比の基準値は、好ましくは年間の最高水温が記録されると予測される日(以下、「年間の最高水温日」と称する)を中心とする1か月間において測定されることが好ましい。
前記「年間の最高水温日」とは、前述した「有機性排水の年間の最高水温」が記録されると予測される日である。ここで、「年間」とは、前記「1年間」と同義である。
前記「年間の最高水温日を中心とする1か月間」とは、1年間における最高水温日の15日前から15日後までの期間であってもよく、1年間における最高水温日の14日前から14日後までの期間であってもよい。
1年間における最高水温日が複数在る場合は、その年の最初の最高水温日の15日前または14日前から、その年の最後の最高水温日の15日後または14日後までの期間であってもよい。さらに、その年の最初の最高水温日とその年の最後の最高水温日との間の中間の日を中心とする1か月間であってもよい。
前記比の基準値は、前述した期間における前記比の平均値であってよい。また、前記比の基準値は、例えば中央値のような、測定を行った期間を代表する値であってもよい。前記年間の最高水温日は、過去1年間のみの最高水温日のデータに基づいて得られる日であってもよい。また、過去複数年の最高水温日のデータに基づいて算出される日であってもよい。
このようにして定めた期間において前記比を測定し、当該比の平均値等を算出しておくことにより、前記比の基準値を求めることができる。前記比は、前記期間内の各日において、最高水温が記録されると予想される時間に測定することが好ましい。
前記閾値は、前記比の基準値に対して、好ましくは5%増加した値であり、より好ましくは3%増加した値であり、さらに好ましくは2%増加した値である。この場合、当該閾値となった場合、もしくは当該閾値を超えた場合に、前記微生物を前記培養槽から前記反応槽へ投入することが好ましい。
例えば、1年間における最高水温日の15日前から15日後までの期間に測定したMLSSに対するMLVSSの比の平均値を基準値として、ある時点でのMLSSに対するMLVSSの比が、前記平均値に対して5%以上増加したときに、前記微生物を前記反応槽に投入することが好ましい。
前記指標生物量の閾値が前記値である場合、閾値を超えると、遠からず処理水質が悪化することが予想されるため、適切なタイミングで工程(B)を実施することができる。
前記MLSSは、反応槽中の有機性排水を、JIS K 0102:2019の「14.1懸濁物質」に規定された方法に供することによって、懸濁物質として測定される値である。また、前記MLVSSは、前記懸濁物質を、JIS K 0102:2019の「14.5強熱減量」に規定された方法に供することによって、強熱減量として測定される値である。得られたMLVSSの値を、MLSSの値で除することによって、MLSSに対するMLVSSの比を求めることができる。
指標生物量の値は、有機性排水の処理を行う現場ごとに異なり得る。そのため、指標生物量の閾値の設定は、有機性排水の処理を行う反応槽ごとに、個別に行うことが好ましい。
本明細書中、「閾値を超えた」とは、指標生物量と定めたパラメータの値が、閾値と定めた一定の数値を上回る、あるいは下回ることのどちらか一方を意味する。「上回る」、あるいは「下回る」のうち、いずれを意味するかについては、指標生物量によって異なる。
例えば、閾値を「a」と定めた場合、数値aを上回ることが水質の悪化との関係で好ましくない場合は、数値aを上回った場合に閾値を超えたとする。逆に、数値aを下回ることが水質の悪化との関係で好ましくない場合は、数値aを下回った場合に閾値を超えたとする。
例えば、前記S-CODの値を閾値とする場合、および、前記MLSSに対するMLVSSの比を閾値とする場合は、前記閾値を上回った場合に、前記閾値を超えたことになる。
本処理方法において、前記反応槽中の前記指標生物量は、前記監視システムによってモニタリングされていてもよい。前記監視システムにより継続的にモニタリングすることにより、前記指標生物量が閾値となった場合、もしくは閾値を超えた場合に、即時に前記微生物を投入することができる。
前記監視システムとしては特に限定されず、排水処理に用いられる公知の機器を用いることができる。また、前記監視システムが前記指標生物量をモニタリングする対象は、前記反応槽内の活性汚泥、有機性排水、それらの混合物のいずれであってもよい。さらに、前記監視システムによってモニタリングされる指標生物量は、前記S-CODの値、MLSSに対するMLVSSの比等であってもよい。
前記微生物の前記培養槽から前記反応槽への投入は、従来公知の投入ポンプ等を用いて行うことができる。また、前記微生物の前記培養槽から前記反応槽への投入量は、有機性排水の汚濁の程度等に基づいて、適宜決定すればよい。
前記監視システムは、前記微生物の投入量を制御してもよい。微生物の投入量を制御する方法としては例えば、前記培養槽と前記反応槽とをつなぐ投入ポンプに干渉することによって、前記指標生物量に基づいて前記培養槽中の微生物の投入量を制御してもよい。
本処理方法において処理される有機性排水は、年間の最高水温と最低水温との差が5℃以上であり、かつ、前記年間の最低水温が4℃以上15℃未満である。
この条件を満たす有機性排水は、水温の変動が大きいため、水温が15℃未満になり、かつ、水温が低下してゆくと、低温耐性を有する微生物が十分に増殖する前、もしくは馴化によって微生物の活性が向上する前に、未分解物の蓄積が始まる。そのため、水温が15℃未満になった後に対策を施しても水質の悪化を防止することができない。つまり、通常の方法で処理することが難しい有機性排水となる。
前記有機性排水は、年間の最高水温と最低水温との差が、好ましくは5℃以上であり、より好ましくは7℃以上であり、さらに好ましくは10℃以上である。
また、前記有機性排水の年間の最低水温は、好ましくは4℃以上13℃以下であり、より好ましくは4℃以上10℃以下であり、さらに好ましくは4℃以上8℃以下である。前記有機性排水の最高水温は特に限定されないが、例えば20℃以上40℃以下であってもよい。
なお、前記「有機性排水の年間の最低水温」については、既に説明したとおりである。
前記「有機性排水の年間の最高水温」は、前述した「有機性排水の年間の最低水温」の「最低水温」を最高水温と読み替えることによって説明される。
以上のことから、「有機性排水の水温は、年間の最高水温と最低水温との差が5℃以上、かつ、前記年間の最低水温が4℃以上15℃未満」であるとは、有機性排水の処理を行う前記反応槽に流入する有機性排水の1年間における最高水温と、当該有機性排水の1年間における最低水温との差が5℃以上であり、かつ、当該有機性排水の1年間における最低水温が4℃以上15℃未満であることをいう。
つまり、これから処理を行う有機性排水自体の年間の最高水温および年間の最低水温については実測値がないため、前記年間の最高水温および前記年間の最低水温は、実測値ではなく、例えば前述したデータから得ることができる予測値である。
(1-3.工程(C))
本処理方法は、前記工程(B)よりも後に、前記反応槽中の前記微生物の量を検出し、当該量が閾値を下回った場合に、前記微生物を、前記培養槽から前記反応槽へさらに投入する工程(C)を含んでいてもよい。
本処理方法が工程(C)を含むことにより、工程(B)が終了後、例えば、排水中の栄養素の偏り等によって微生物量が減少した場合でも、微生物の減少によって処理水質が悪化することを未然に防ぐことができる。
工程(C)は一度のみ実施されてもよいし、複数回にわたって実施されてもよい。好ましくは複数回であり、特に、反応槽中の微生物の量が閾値を下回る度に実施されることが好ましい。前記工程(C)が複数回実施されることにより、処理水質を安定的に良好に保つことができる。
工程(C)において、前記微生物の量は、前記微生物の16SrRNAの量を指標とした分析、リアルタイムPCRを用いた分析、抗原抗体反応、またはDNAアプタマー法によって検出することが好ましい。なお、微生物の量の閾値は、他の類似した処理場における微生物量の値に基づいて初期設定し、処理する有機性排水の水質およびろ過性と当該微生物量との関係について実測データの蓄積を行い、有機性排水の処理性能を満たす十分な値に更新することにより、設定することができる。
これらの方法を用いることにより、微生物量を正確に特定しやすいため、工程(C)を適切に行うことができる。また、これらの方法は、前記反応槽中の排水を採取して行ってもよいし、監視システムによって自動的に行われてもよい。上述した通り、即時に工程(C)を実行することができるため、これらの方法は、監視システムによって行われることが好ましい。
以下に本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
〔実施例1〕
低温培養した微生物を用いて、有機性排水の処理を行った。排水処理方式として、循環式硝化脱窒型のMBR法を用い、有機性排水として下水(分流式)を用いた。また、SRTを6時間とした。前記下水の水温は20℃であった。
前記下水から回収した活性汚泥を培養槽に入れ、前記活性汚泥の温度を10℃として、24時間培養した。培養中、前記培養槽中のDOは常に2mg/Lを超えるようにした。前記培養槽としては、振とう培養器およびバッフル付き250ml容の三角フラスコを用いた。
培養終了後、微生物を含む活性汚泥を、前記下水に投入した。前記微生物を含む活性汚泥の投入時に、前記下水に、基質として、20倍希釈したLB培地を50mL添加した。次に、前記投入時と、投入して24時間後との溶解性全有機体炭素(S-TOC)濃度を、それぞれTOC-L(島津製作所製)によって測定した。その後、測定したS-TOCの値から、1時間当たりのS-TOCの減少速度を測定した。
〔比較例1〕
前記活性汚泥の温度を20℃としたこと以外は実施例1と同様にして、前記下水のS-TOCの減少速度を測定した。
実施例1および比較例1の結果を表1に示す。表中、「培養温度」とは、前記培養槽中の活性汚泥の温度である。「排水の水温」とは、前記下水の水温である。「経過時間0h S-TOC(mg/L)」とは、前記活性汚泥の投入時のS-TOCである。「経過時間24h S-TOC(mg/L)」とは、前記活性汚泥を投入して24時間後のS-TOCである。「減少速度(mgTOC/L/h)」とは、1時間当たりのS-TOCの減少速度である。
Figure 2022102884000001
表1より、実施例1の微生物を投入した排水において、TOCの減少速度は比較例1のおよそ1.1倍であることが分かる。
〔実施例2〕
前記下水の水温を11℃、前記活性汚泥の温度を6℃としたこと以外は実施例1と同様にして、前記下水のS-TOC減少速度を測定した。
〔比較例2〕
前記活性汚泥の温度を11℃としたこと以外は実施例2と同様にして、前記下水のS-TOC減少速度を測定した。
実施例2および比較例2の結果を表2に示す。表中の文言の意味は表1と同じである。
Figure 2022102884000002
表2より、実施例2のTOCの減少速度は、比較例2のおよそ1.2倍であることが分かる。
前記表1および表2に示した結果より、微生物に低温ショックを与えることにより、TOCの減少速度、すなわち排水の処理速度が向上することが示された。また、排水の水温および微生物の培養温度が低い程、低温ショックによる影響が大きいことも示された。したがって、本処理方法のように微生物をあらかじめ低温にて培養しておくことは、特に低温下での微生物活性を向上させるために有効であると言える。
本処理方法は、微生物の培養開始時の有機性排水の水温より5℃以上低く、かつ、-1℃以上10℃以下にて微生物を培養する工程(A)を含む。上述した実施例の結果を鑑みると、本処理方法を用いることにより、低水温期における微生物活性を向上させることができるため、未分解物の蓄積の抑制および代謝産物の抑制等に寄与し得ると考えられる。そのため、膜ろ過性が低下しにくく、低水温期においても処理水質の悪化を防止できると予想される。
本発明は、有機性排水等の汚水処理、下水処理場、浄化槽、埋め立て浸出水処理、産業排水処理等に利用することができる。
1 反応槽
2 培養槽
3 監視システム
11 投入ポンプ
12 循環ポンプ
13 採泥
14 流量制御
21 熱交換器
22 チラー
31 有機性排水
32 処理水

Claims (10)

  1. 活性汚泥によって有機性排水を処理する反応槽と、前記反応槽とは別個の培養槽とを備えた装置を用いる有機性排水の処理方法であって、
    (A)前記培養槽中の内容物の温度を、前記活性汚泥に含まれる微生物の培養開始時の前記有機性排水の水温より5℃以上低く、かつ、-1℃以上10℃以下として、前記微生物を前記培養槽中で培養する工程と、
    (B)前記工程(A)を経た前記微生物を前記反応槽へ投入する工程と、を含む、有機性排水の処理方法。
  2. 前記培養槽中の内容物の温度が、前記有機性排水の年間の最低水温以下である、請求項1に記載の有機性排水の処理方法。
  3. 前記微生物の培養時間が、前記微生物の倍加時間以上である、請求項1または2に記載の有機性排水の処理方法。
  4. 前記工程(B)は、(B-1)前記有機性排水の最低水温が15℃を下回ると見込まれる日から、汚泥滞留時間の1倍以上前;または、(B-2)前記反応槽中の指標生物量が閾値となった場合、もしくは閾値を超えた場合;に、前記微生物を前記培養槽から前記反応槽へ投入する工程である、請求項1から3のいずれか1項に記載の有機性排水の処理方法。
  5. 前記指標生物量は、溶解性化学的酸素要求量(S-COD)濃度の値、または、活性汚濁浮遊物質(MLSS)に対する活性汚泥有機性浮遊物質(MLVSS)の比である、請求項4に記載の有機性排水の処理方法。
  6. 前記指標生物量が、前記S-COD濃度の値である場合は、前記閾値が100mg/Lであり、前記指標生物量が、活性汚濁浮遊物質(MLSS)に対する活性汚泥有機性浮遊物質(MLVSS)の比である場合は、前記閾値が、年間の最高水温日を中心とする1か月間において測定した基準値に対して、5%増加した値である、請求項5に記載の有機性排水の処理方法。
  7. 前記指標生物量を、監視システムによりモニタリングする、請求項4から6のいずれか1項に記載の有機性排水の処理方法。
  8. 前記有機性排水の水温は、年間の最高水温と最低水温との差が5℃以上、かつ、前記年間の最低水温が4℃以上15℃未満である、請求項1から7のいずれか1項に記載の有機性排水の処理方法。
  9. 前記工程(B)よりも後に、前記反応槽中の前記微生物の量を検出し、当該量が閾値を下回った場合に、前記微生物を、前記培養槽から前記反応槽へさらに投入する工程(C)を含む、請求項1から8のいずれか1項に記載の有機性排水の処理方法。
  10. 前記微生物の量を、前記微生物の16SrRNAの量を指標とした分析、リアルタイムPCRを用いた分析、抗原抗体反応、またはDNAアプタマー法によって検出する、請求項9に記載の有機性排水の処理方法。
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