JP4187303B2 - 有機性排液の生物処理方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機性排液を生物処理し、余剰汚泥を改質および好気性消化して減容化するようにした有機性排液の生物処理方法、特に生物学的窒素除去に好適に採用することができる有機性排液の生物処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
有機性排液を活性汚泥の存在下に好気的に生物処理する方法では、難脱水性の余剰活性汚泥が大量に生成する。また嫌気性汚泥の存在下に嫌気的に処理する方法でも、大量の余剰消化汚泥が生成する。このような余剰汚泥の減容化のために、余剰汚泥を好気的または嫌気的に消化する方法が行われている。
【０００３】
特開平８−２９９９９５号には、余剰汚泥を生物処理槽とは別の汚泥消化槽に導入して好気性消化する有機性排液の処理方法が記載され、図５はその処理装置を示す系統図であり、１０１は生物処理槽、１０２は固液分離槽、１０３は汚泥消化槽、１０４は固液分離槽、１０５はオゾン処理槽、１０６はオゾン発生機である。
生物処理槽１０１は内部に散気装置１０７を有しており、有機性排液を好気的に生物処理するように構成されている。汚泥消化槽１０３も内部に散気装置１０８を有し、余剰汚泥を好気性消化するように構成されている。
【０００４】
上記の装置による有機性排液の処理方法は、生物処理工程として生物処理槽１０１に排液１１１および返送汚泥１１２を導入して混合し、散気装置１０７から散気して好気性下に生物処理を行う。混合液の一部１１３は固液分離槽１０２に抜出して固液分離し、分離液を処理液１１４として排出する。分離汚泥１１５は一部を返送汚泥１１２として生物処理槽１０１に返送し、残部を余剰汚泥１１６と汚泥消化槽１０３に送る。
【０００５】
汚泥消化工程では、汚泥消化槽１０３に余剰汚泥１１６と循環汚泥１１７とを導入して混合し、散気装置１０８から散気して好気性消化を行う。消化液１１８の一部は固液分離槽１０４に導入して固液分離し、分離液１１９を排出し、分離した消化汚泥１２１は一部を循環汚泥１１７として、汚泥消化槽１０３に循環する。
【０００６】
オゾン処理工程では、消化汚泥１２１の他の一部は引抜汚泥１２２としてオゾン処理槽１０５に導入し、オゾン発生機１０６からオゾンガス１２３を吹込んでオゾン処理を行い、オゾン処理汚泥１２４は汚泥消化槽１０３に循環して消化に供する。消化汚泥１２１の他の一部は必要により、無機物濃度の上昇を防止するために排出汚泥１２５として排出する。
【０００７】
上記の処理では消化汚泥１２１の一部を引抜汚泥１２２としてオゾン処理して汚泥消化槽１０３に戻すことにより、オゾン処理汚泥１２４は基質として消化され、減容化される。
【０００８】
しかし上記従来の方法では、汚泥の減容化は可能であるが、消化液１１８の固液分離を重力沈降で行う場合、汚泥濃度が高いと固液分離が困難であるので、汚泥消化槽１０３の汚泥濃度は５０００ｍｇ／ｌ程度が実用限界であり、このため汚泥濃度が低い状態で消化を行わざるを得ない。その結果汚泥消化槽１０３の容積が大きくなり、このため建設コストが高くなり、また設置面積も大きくなるという問題点がある。
特に、余剰汚泥を廃棄物として系外に排出しないよう、そのほぼ全量を好気性消化で無機化しようとすると、汚泥消化槽１０３の容積は、生物処理を行う生物処理槽１０１と同等か、それ以上の容積となるという問題があった。従って余剰汚泥を高度に減容化する場合に必要となる汚泥消化槽１０３は、従来の２倍近い大きさを有する装置となり、実用的でなかった。
【０００９】
一方、オゾン等により余剰汚泥を生物易分解化（基質化）し、生物処理工程本体に循環することにより余剰汚泥の発生量を少なくし、場合によっては発生汚泥量をゼロに近づける方法も提案されている（例えば特開平６−２０６０８８号）。この方法は、本来、別途必要となるはずの消化槽を生物処理工程本体と共有化することで上記課題を解決したものである。
【００１０】
しかしこの方法も、余剰汚泥が生物易分解化して生物処理工程本体の負荷となるため、汚泥濃度が高くなったり、汚泥滞留時間（ＳＲＴ）が短くなって処理水質が悪化するなどの問題点がある。従ってこの方法は、負荷や汚泥濃度に余裕がある装置、例えばＢＯＤ−汚泥負荷が０．２ｋｇ／ｋｇＳＳ／ｄ以下の装置やＭＬＳＳが３０００ｍｇ／ｌ以下の装置に適用が限られる。
【００１１】
また、生物処理工程本体が硝化を行う装置である場合、硝化槽の容積は単純に槽負荷や汚泥負荷で決めるのではなく、ＳＲＴを一定値以上に保つことが重要である。すなわち、余剰汚泥発生量（＝汚泥引抜き量）をＸ〔ｋｇ／ｄ〕、ＳＲＴをθ〔日〕としたときに、硝化槽内に保持される汚泥量がＸ×θ〔ｋｇ〕以上である必要がある。θの値としては、処理水温や余裕率により異なるが、通常７〜１５日程度とされている。これは、硝化反応を行う硝化菌の増殖が遅いため、余剰汚泥の引抜き量が多すぎると、硝化菌の増殖が追いつかなくなり、十分量の硝化菌を硝化槽内に保持できなくなるためである。
ここで、硝化槽の汚泥濃度をＭ〔ｍｇ／ｌ〕＝１０-3Ｍ〔ｋｇ／ｍ3〕とすると、必要な硝化槽容積はＸθ／１０-3Ｍ〔ｍ3〕となる。
【００１２】
また、前記のような余剰汚泥を生物易分解化して生物処理工程本体に循環する方法では、易分解化汚泥の一部が再び余剰汚泥となるため、発生する余剰汚泥量以上を生物易分解化する必要がある。通常、Ｘ〔ｋｇ／ｄ〕の余剰汚泥を例えばオゾン処理により生物易分解化し、生物処理工程本体に循環すると、０．３３Ｘ〔ｋｇ／ｄ〕程度の汚泥が無機化して消滅し、残りの０．６７Ｘ〔ｋｇ／ｄ〕程度は新たな余剰汚泥となる。従って、余剰汚泥の発生量をゼロとするためには、３Ｘ〔ｋｇ〕を易分解化処理して生物処理工程本体に循環すれば、無機化される余剰汚泥量は３×０．３３Ｘ〔ｋｇ／ｄ〕≒Ｘ〔ｋｇ／ｄ〕となり、余剰汚泥はゼロとなるのである。
【００１３】
このとき、オゾン等で生物易分解化される３Ｘ〔ｋｇ／ｄ〕の汚泥中の微生物はほぼ完全に死滅して活性を失うため、微生物にとっては３Ｘ〔ｋｇ／ｄ〕の余剰汚泥が引き抜かれたことと同じ効果を発揮する。この３Ｘ〔ｋｇ／ｄ〕中の硝化菌もほぼ全て死滅するため、硝化槽のＳＲＴはこの３Ｘ〔ｋｇ／ｄ〕を汚泥引抜き量と見なして設定しなければ、硝化菌の増殖が追いつかなくなり、硝化槽に十分量の硝化菌を保持することができなくなる。すなわち、硝化槽に保持しなければならない汚泥量は（３Ｘ）×θ〔ｋｇ〕以上となり、必要な硝化槽容積は（３Ｘ）θ／１０-3Ｍ〔ｍ3〕、すなわち減容化を行わない場合の３倍となる。
【００１４】
従って、硝化を行う曝気槽の場合、余剰汚泥は特開平８−２９９９９５号のように、別途の好気性硝化槽で減量化を行う方が効率的である。しかしこの場合でも、好気性硝化槽の容積は前述のように生物処理工程本体と同等か、それ以上になる。
【００１５】
特に、生物処理工程本体が、処理水と活性汚泥との固液分離に、限外濾過膜、精密濾過膜等の膜を用いた膜式活性汚泥法である場合、生物処理槽は汚泥濃度を高く保つことができ、その結果容積当たりの負荷を高く取ることができるため、生物処理工程はもともと小型化されている。このような生物処理工程から排出される余剰汚泥のほぼ全量を従来法のような好気性消化槽で減量しようとすると、好気性消化槽の容積は生物処理工程本体の曝気槽に対して２〜３倍となってしまうため、ますます実用性に乏しくなる。
【００１６】
また、もともと汚泥濃度が高く（例えば１００００ｍｇ／ｌ）、粘性の高い液であるため、これを好気性消化により沈殿分離可能な濃度（例えば５０００ｍｇ／ｌ）まで汚泥濃度を低下させたとしても、やはり粘性が高く、沈殿分離は困難であり、このため面積の大きな沈殿槽を用いる必要がある。従って、消化工程はさらに大型化し、建造費が高くなり、設置面積が大きくなり、実用性は低下する。
【００１７】
また、余剰汚泥は常に連続的に発生するわけではなく、生物処理原水の負荷が低いときには生物処理工程における余剰汚泥発生量が減少する。このような場合、好気性消化槽内の汚泥を改質処理工程に送り、生物易分解性に改質処理後、再び消化槽内に循環させることを繰り返すと、好気性消化槽内の汚泥濃度は急激に減少し、汚泥を消化する能力が急速に低下する。これを避けるためには、改質処理工程への循環量を減らすなどして改質処理汚泥量を減少させる必要があるが、そうすると消化槽内の汚泥に与えられる基質は減少するため、いわゆる空曝気の状態となってフロックが解体し、沈降性の悪い汚泥となる。この結果沈殿槽で固液分離しきれず、消化汚泥のフロックが系外へ流出すると、やはり好気性消化槽内の汚泥濃度は低下し、汚泥を消化する能力が低下する。
【００１８】
このように好気性消化工程の汚泥濃度が低下しても、生物処理工程の汚泥を種汚泥として投入すれば、再び好気性消化を行えるようになるが、汚泥が馴養されるまでは好気性消化の効率が悪く、汚泥がなかなか減容されなかったり、発泡が激しくなったりするなどの問題がある。これを避けるためには好気性消化槽内の汚泥を過度に減らさないことが重要であり、このため負荷が低下したときには汚泥消化槽を過曝気にならないよう、また減容しすぎないよう、高度に維持管理する必要がある。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、上記従来の問題点を解決するため、生物処理工程の処理水質を低下させることなく、また好気性消化工程を大型化することなく、高汚泥濃度で消化を行って装置を小型化することができ、しかも排出汚泥量をゼロに近づけることが可能で、低負荷時の維持管理も容易な有機性排液の処理方法を提案することである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明は次の有機性排液の処理方法である。
（１） 有機性排液を生物処理する生物処理工程、
生物処理工程から排出される余剰汚泥および／またはその好気性消化液を易生物分解性に改質処理する改質処理工程、
生物処理工程から排出される余剰汚泥および／またはその改質処理液を、好気性消化槽に導入し、容積当たり１．５〜２．５ｋｇＯ／ｍ ３ ／ｄの酸素を溶解して好気性消化する好気性消化工程、
改質処理工程の改質処理液を好気性消化工程に循環する循環工程、および
好気性消化液を浸漬型膜分離手段により固液分離し、透過液を消化処理水として排出する好気性消化液分離工程を含み、
改質処理工程では、改質処理する汚泥量を、余剰汚泥として改質処理工程または好気性消化工程に流入する余剰汚泥量の２〜５倍量とし、余剰汚泥が発生しない期間は改質処理量を減らすか停止し、
好気性消化工程の汚泥濃度（ＭＬＳＳ）を１００００〜３００００ｍｇ／ｌ、ＳＲＴを２〜５日に維持し、
浸漬型膜分離手段のろ液の透過フラックスを０．０５〜０．２ｍ ３ ／ｍ ２ ／ｄ、膜下方からの曝気空気量を、旋回流上昇部底面積当たり１００〜２００ｍ ３ ／ｍ ２ ／ｈｏｕｒとする
有機性排液の生物処理方法。
（２）浸漬型膜分離手段を膜分離槽に設け、膜分離により固液分離した濃縮液を好気性消化工程に返送する上記（１）記載の方法。
（３） 生物処理工程は、硝化工程および脱窒工程を含む生物処理工程である上記（１）または（２）記載の方法。
（４） 生物処理工程は、固液分離手段として膜分離を行う上記（１）ないし（３）のいずれかに記載の方法。
（５） 好気性消化工程は、少なくとも一部を酸素富化空気で曝気する上記（１）ないし（４）のいずれかに記載の方法。
【００２１】
本発明において処理の対象となる有機性排液は、生物処理によって処理される有機物、アンモニア性窒素化合物、有機性窒素化合物、硝酸性窒素、亜硝酸性窒素などを含有する排液であるが、難生物分解性の有機物または無機物が含有されていてもよい。このような有機性排液としては下水、し尿、埋立浸出水、食品工場排水、その他の産業排液などがあげられる。
【００２２】
このような有機性排液を生物処理する生物処理工程は、好気性生物処理、嫌気性生物処理またはこれらを組み合せた生物処理である。好気性生物処理としては、活性汚泥法、生物膜法などがあげられる。活性汚泥法は有機性排液を活性汚泥の存在下に好気性生物処理する処理法であり、有機性排液を生物処理槽（曝気槽）で活性汚泥と混合して曝気し、混合液を固液分離装置で固液分離し、分離汚泥の一部を曝気槽に返送する標準活性汚泥法が一般的であるが、これを変形した他の処理法でもよい。また生物膜法は担体に生物膜を形成して好気性下に排液と接触させる処理である。また嫌気性処理としては、嫌気性消化法、高負荷嫌気性処理法などがあげられる。固液分離装置は沈降分離、濾過、膜分離など任意の固液分離手段が用いられる。特に膜分離手段を固液分離装置として設けた膜式活性汚泥法が好ましい。
【００２３】
生物処理工程としては、一般的な好気性処理および／または嫌気性処理からなるもののほか、アンモニア性窒素を硝化細菌により好気性下に硝酸または亜硝酸性窒素に硝化（酸化）する硝化工程と、硝酸または亜硝酸性窒素を脱窒細菌により嫌気性下に還元する脱窒工程とを含む生物処理工程があげられる。特に、有機性排液と硝化工程から返送される硝化液とを混合し、嫌気状態を維持して脱窒を行う脱窒工程、この脱窒工程の脱窒液を硝化槽に導入し、硝化細菌を含む生物汚泥と混合して硝化を行う硝化工程、膜分離手段により硝化液を膜分離して透過液を処理水として排出する硝化液分離工程、および濃縮汚泥を含む硝化液を上記脱窒工程に返送する返送工程を含む生物処理工程が好ましいが、これらに限らない。
【００２４】
より高度な窒素除去を行う場合には、硝化槽の硝化液を第２脱窒槽に導入して脱窒を行った後、浸漬型膜分離手段を槽内に備えた膜分離槽に導入して、再曝気を行うとともに活性汚泥を膜分離して透過液を処理水として排出し、膜分離槽内の汚泥の少なくとも一部を脱窒槽に返送する方法が好ましい。
また、このように硝化槽と脱窒槽とを別々に設けずに、硝化工程と脱窒工程とを１槽で交互に行う間欠曝気法により硝化、脱窒処理を行った後、間欠曝気処理液を膜分離してもよい。
【００２５】
生物処理工程が硝化工程および脱窒工程を含む生物処理工程である場合、改質処理液を硝化、脱窒工程で処理すると、生物処理工程への負荷が大きく増大し、改質余剰汚泥の発生量が３倍程度に増加する。このため処理液を硝化、脱窒工程で処理すると、生物処理工程への負荷が大きく増大し、硝化槽も約３倍程度に大きくして一定値以上のＳＲＴを確保する必要があるが、本発明の方法は余剰汚泥の消化を生物処理工程とは別の系で行っているので、硝化、脱窒工程には何ら影響を与えず、処理水質の悪化も招かず、しかも最適の条件で好気性消化を行うことができる。
【００２６】
生物処理工程の固液分離手段として膜分離装置を用いる場合には、従来公知の膜分離装置を用いることができる。
膜分離装置としては活性汚泥をポンプなどの送液手段を用いて膜面の片側に高流速で循環させ、もう片側からろ液を取り出す、ポンプ循環式クロスフロー濾過型の膜分離装置を用いることができる。濾過の駆動圧としては、前記循環ポンプの圧力を用いても良いし、ろ液の透過側を吸引しても良い。
【００２７】
また、別の膜分離手段としては、膜浸漬槽内に膜を浸漬配置し、この槽内に設けられた散気装置により引き起こされる曝気による循環水流を膜面に当てることにより、膜面への懸濁物質の濃縮を防止しながらろ過を行う、浸漬型膜分離装置を用いることができる。濾過の駆動圧としては、膜浸漬槽を密閉型として槽内を加圧しても良いし、ろ液側を吸引しても良い。吸引の手段はポンプによるものの他、膜浸漬槽内の水圧によりしみ出てきたろ液を排出するだけの、いわゆる重力濾過でも良い。膜浸漬槽はバッフル板等の隔壁を設けることにより、曝気水流による上昇流と、非曝気部分の下降部に区別する（この上昇流と下向流を合せて旋回流と呼ぶ）ことが一般的であり、通常は上昇流の中に膜を設置する。
このようなクロスフロー濾過方式と浸漬膜方式のどちらも用いることができるが、建設費や運転動力費の面から浸漬膜の方が好ましい。
【００２８】
これら膜により固液分離を行う場合は、生物処理槽内の汚泥濃度は、沈殿槽により固液分離を行うものよりも高くすることができるため、汚泥当たりのＢＯＤ負荷や窒素負荷は従来と同等か従来以下であっても、容積当たりのＢＯＤ負荷や窒素負荷を高く取ることができるため、生物処理槽を小型化することができる。
【００２９】
膜分離装置は、汚泥当たりの負荷を高く取ることもできるが、負荷が高いほど膜は汚染されやすいため、通常ＢＯＤ−汚泥負荷は０．３ｋｇＢＯＤ／ｋｇＳＳ／ｄ以下、好ましくは０．０５〜０．１５ｋｇＢＯＤ／ｋｇＶＳＳ／ｄとする。また、脱窒工程におけるＢＯＤ負荷もこれと同様の値とする。
これらの値を保つためには生物処理工程のＳＲＴを長く取ることが必要であり、通常はＳＲＴを５日以上、好ましくは１０〜３０日とする。
【００３０】
前述したように、生物易分解化した余剰汚泥を生物処理すると、一部は無機化されて消滅するが、残りは新たな余剰汚泥となるため、その分汚泥濃度が増加し、膜分離が困難になって膜濾過効率が低下する。一方汚泥濃度を同じに保つために、改質処理工程への循環量を増やして、無機化される汚泥量を増やすと、ＳＲＴが短くなり、汚泥負荷が高くなって膜が汚染されやすくなる。このため、本発明のように余剰汚泥を別系列の好気性消化槽で処理する方法は、膜の汚染防止・安定運転のためにも有効である。
【００３１】
前記膜分離装置の膜の種類としては、限外濾過（ＵＦ）膜、精密濾過（ＭＦ）膜などが使用できる。膜の材質としては酢酸セルロース（ＣＡ）膜、ポリアミド（ＰＡ）膜、アラミド膜、ポリスルホン膜、親水性ポリエチレンなど任意の材質の膜が使用できる。また膜の形状としては平膜、スパイラル状膜、チューブラー膜、中空糸膜など任意の形状のものが使用できる。
【００３２】
本発明では、上記のような生物処理工程から排出される余剰汚泥および／またはこの余剰汚泥を後述の好気性消化工程で消化した好気性消化液を、改質処理工程において易生物分解性に改質する。
改質処理する汚泥量は、余剰汚泥として改質処理工程または好気性消化工程に流入する汚泥量以上、特に２〜５倍量とする。
【００３３】
改質処理した汚泥を再び好気性消化槽で処理すると、一部は微生物の作用により酸化分解されて二酸化炭素と水と溶存塩類等に無機化されて、固形物としては消滅するが、一部は微生物に同化され、再び余剰汚泥となる。ここで改質処理された余剰汚泥が好気性消化後に再び余剰汚泥になる割合（改質汚泥の汚泥転換率）をｙ１とおくと、改質処理汚泥当たりの無機化される割合は（１−ｙ１）である。従って、生物処理工程からの余剰汚泥の発生量をＸ〔ｋｇ／ｄ〕としたとき、Ｘ／（１−ｙ１）〔ｋｇ／ｄ〕の汚泥を改質処理して好気性消化槽で再度生物処理すれば、無機化される汚泥量は（１−ｙ１）×｛Ｘ／（１−ｙ１）｝＝Ｘとなり、余剰汚泥の発生量をゼロとすることができる。従って、改質処理する汚泥量は、生物処理工程から発生する余剰汚泥量の１／（１−ｙ１）倍が好適である。ｙ１の値は、改質処理法、好気性消化条件、処理水温等により変わってくるが、通常０．５〜０．８程度である。従って改質処理汚泥量は余剰汚泥量の２〜５倍量とする。
【００３４】
改質処理としては、オゾン処理、酸処理、アルカリ処理、加熱処理およびこれらを組み合せた処理など、汚泥中の微生物を死滅させて、細胞膜や細胞壁を破壊して易生物分解性に改質することができる公知の改質処理が制限なく採用できるが、オゾン処理が好ましい。
【００３５】
オゾン処理は、余剰汚泥または好気性消化液をオゾンと接触させることにより行う。接触方法としては、オゾン処理槽に余剰汚泥または好気性消化液を導入してオゾンを吹き込む方法、機械攪拌による方法、充填層を利用する方法などが採用できる。オゾンとしてはオゾンガスの他、オゾン含有空気、オゾン化空気などが使用できる。
【００３６】
オゾン処理の条件は特に限定されないが、ｐＨを５以下に調整し、オゾン使用量を０．００２〜０．０５ｇ−Ｏ3／ｇ−ＶＳＳ、好ましくは０．００５〜０．０３ｇ−Ｏ3／ｇ−ＶＳＳとして処理を行うのが望ましい。
【００３７】
余剰汚泥の改質処理は、生物処理工程から排出される余剰汚泥を改質処理槽に導入して改質処理する。好気性消化液の改質処理は、好気性消化工程の好気性消化液の少なくとも一部を改質処理槽に導入して改質処理する。改質処理液は、循環工程として後述の好気性消化工程に循環し、好気性消化に供する。
【００３８】
好気性消化液を改質処理槽に導入して改質処理する際、好気性消化液は好気性消化槽の任意の位置から採取することができるが、好気性消化槽を直列多段にする場合は、２槽目以降から採取するのが好ましい。１槽目には破壊された細胞壁等の高分子有機物が多く、これらは特に改質処理しなくとも消化汚泥によって分解されていくからである。
【００３９】
前記生物処理工程に余裕がある場合は、改質処理液の一部を生物処理工程に送って処理することもできる。この場合、好気性消化槽の容積をさらに小さくすることができる。特に生物処理工程が脱窒工程を含む場合、改質処理液の一部を脱窒工程に送って処理することにより、改質処理液中に含まれている有機物を脱窒用の電子供与体として有効利用することができるので好ましい。
【００４０】
本発明の好気性消化工程では、前記生物処理工程から排出される余剰汚泥および／またはこの余剰汚泥を前記改質処理工程で改質処理した改質処理液を、好気性消化槽に導入し、曝気して容積当たり１．５〜２．５ｋｇＯ／ｍ ３ ／ｄの酸素を溶解して好気性消化する。
この場合、好気性消化槽に高負荷をかけて汚泥を炭酸ガスと水とに酸化分解（無機化）するため、多量の酸素を溶解する必要がある。すなわち、容積当たりの酸素必要量で表すと、１．５〜２．５ｋｇＯ／ｍ３／ｄの酸素が必要である。
【００４１】
このため、酸素を供給する手段としては、深層曝気等の高溶解効率の曝気法や酸素富化空気（酸素曝気を含む）による曝気を行うのが、より好ましい。特に汚泥の改質処理をオゾンを用いて行う場合、酸素富化空気を用いてオゾンを発生するのが効率的であるが、このようにオゾンを含む酸素富化空気で汚泥を改質処理した場合、汚泥の改質にオゾンが消費された後は酸素富化空気が残ることになる。この酸素富化空気を好気性消化槽に供給するのがより効率的であり、適宜深層曝気など高溶解効率の曝気装置と組み合せて用いるのがよい。改質工程から排出される酸素富化空気に曝気のための圧力が不足する場合、適宜ブロワーやコンプレッサー等で昇圧して曝気に用いればよい。通常は改質処理工程におけるオゾン溶解効率を高めるため、改質処理工程は１ｋｇｆ／ｃｍ2程度の圧力をかけてオゾン処理するので、曝気のための十分な圧力を持っている。
【００４２】
このように高溶解効率で高濃度の酸素ガスを溶解する場合、好気性消化によって生ずる炭酸ガスが脱気されずに混合液に溶け込み、ｐＨが低下する場合がある。すなわち、空気を曝気する場合は、８０容量％を占める窒素ガスが溶解せずにほぼ全量が放出されるため、この窒素ガスと共に炭酸ガスが脱気され、極端なｐＨ低下が起こらない。これに対して、例えば９０容量％の酸素含有ガスを９０％の溶解効率で好気性消化槽内の混合液に溶解させた場合、溶解せずに放出されるガスは酸素ガスの１９容量％程度であるため脱気効果は低く、このため炭酸ガスが混合液中に蓄積してｐＨ低下が起こる。これを防止する一つの手段として、通常の空気で曝気することにより液中の炭酸ガスを脱気してｐＨが上がるような脱気槽を設けることができるが、本発明では特に膜分離工程を浸漬膜とすれば、膜ろ過のための曝気により炭酸ガスの脱気を兼ねることができるため、好ましい。この場合、酸素富化空気溶解工程では炭酸ガスの溶解によりｐＨが低下するが、浸漬膜による膜分離工程では炭酸ガスの脱気によりｐＨが上昇し、これらｐＨの異なる液は返送汚泥と共に混合されるため、極端なｐＨ低下やｐＨ上昇は生じない。この場合、ｐＨの異なる液を有効に混合するため、返送汚泥量を大きく取り、流入する余剰汚泥量の５〜３０倍とすると良い。ただしあまり過剰に返送汚泥を行うと動力費が無駄になるため、この返送倍率は可変としておいて、ｐＨの変化の様子を見ながら、流入する余剰汚泥量に合せて変更すると良い。
【００４３】
なお、通常の空気による曝気法を用いる場合でも、溶解効率を高めるために微細気泡の散気管を用いることが好ましい。このような散気管としては、１ｍｍ以下の微細な穴や、弾性体に多数設けたスリットや、多孔質のセラミックの細孔から空気（または酸素富化空気）を吹き出して曝気するものなどがあげられる。
【００４４】
易分解性に改質処理した汚泥を含む好気性消化液は、破壊された細胞壁などに由来する高分子の有機物を多く含むため、これが加水分解されて微生物に資化されるまでにやや時間がかかる。このように未分解の微細な有機物は、通常粘性があり、また細菌よりも微細なため、固液分離する膜の細孔内に閉塞しやすい性質を持っている。従って、好気性消化槽は直列に２段以上連ねた曝気槽とするのが好適であり、膜分離用の原水は２段目以降の曝気槽より取るのが好ましい。ただし本発明はこれに限定されるものではなく、単一の曝気槽、あるいは並列に複数槽設けた曝気槽でも十分な効果を発揮する。
【００４５】
好気性消化液分離工程の膜分離手段としては浸漬膜分離手段を使用する。クロスフロータイプと浸漬膜タイプでは、コストの面から浸漬膜が好ましい。
膜分離を行うと、膜分離原水槽（または膜浸漬槽）中に汚泥が濃縮されるため、膜分離原水槽から好気性消化槽上流部へ濃縮液を返送する。濃縮液の返送量は前記生物処理工程から排出されて好気性消化槽へ流入する余剰汚泥量の２倍以上、好ましくは３〜７倍とする。ただし膜分離槽と好気性消化槽を一体とする場合には特に汚泥返送をする必要はない。
【００４６】
本発明における好気性消化液は、もともと高濃度の余剰汚泥であるから粘性が高く、また高負荷で処理するために微生物の活性が高く、微生物がスライム化して膜面に粘着し、膜を閉塞しやすい。また生物易分解性に改質処理された汚泥を多量に含むため、破壊された細胞壁などに由来する未分解の高分子有機物を大量に含む。このため好気性消化槽の固液分離に用いる膜は非常に汚染しやすい状態になり、膜の汚染対策が重要である。
【００４７】
膜の汚染対策としては、浸漬型膜分離装置の場合は、ろ液の透過フラックスを通常０．２〜０．５ｍ３／ｍ２／ｄとするところ、０．０５〜０．２ｍ３／ｍ２／ｄと、低い値に設定したり、膜下方からの曝気空気量を、旋回流上昇部底面積当たり通常３０〜８０ｍ３／ｍ２／ｈｏｕｒとするところ、１００〜２００ｍ３／ｍ２／ｈｏｕｒと、高い値に設定したりすることが有効である。このようにすると、通常よりも膜面積が多く必要であったり、濾過に必要な動力が大きくなったりするが、固液分離対象となる水量は生物処理工程から排出される余剰汚泥に相当する水量のみであり、これは通常、生物処理原水の１／５〜１／１００程度の水量であるため、特に問題とはならない。
【００４８】
なお、浸漬型膜分離装置の場合、その下方から曝気する散気装置としては、粗大気泡を発生するものが良く、散気孔径３〜１０ｍｍ程度の散気管が好ましい。従って、好気性消化工程に酸素を供給するための散気管と浸漬膜に曝気水流を与えるための散気管とは明確に区別し、別々の種類を用いた方が好適である。このように粗大気泡で曝気することにより、膜浸漬槽における酸素の溶解効率は低下するが、曝気量が過大であるため、膜浸漬槽内は十分好気状態となる。従って、膜浸漬槽内も好気性消化の作用を持ち、好気性消化槽の一部として扱うことができる。
【００４９】
また他の膜汚染対策として、膜を容易に洗浄できるようにすることがあげられる。特に、前述のように膜ろ過水量はわずかであるため、常時稼働する膜の他に５０％以上、好ましくは１００％の容量の膜濾過装置を予備系列として備えて置き、膜を洗浄する間はその予備系列に運転を切り替えるのが好ましい。通常はこのように５０％以上の予備膜を持つと、膜やその付帯設備のコストが高く付くため実現不可能であるが、本発明においては好気性消化の固液分離に必要な膜ろ過装置が小型化できるため、このように過剰の予備系列を備えても十分実用的である。特に前述の理由で膜が汚染しやすいため、例えば予備膜の容量を２５％として、１／４づつ膜を洗浄していったのでは間に合わないこともあるため、５０％以上、好ましくは１００％の予備膜を持つのが効果的である。
【００５０】
また膜分離装置が浸漬膜である場合、好気性消化槽内に浸漬膜を設置し、好気性消化膜と膜分離槽を一体化することも可能であるが、洗浄性を良くするためには、好気性消化槽と膜浸漬槽とが容易に遮断できるようになっているのが好ましい。またこのような膜浸漬槽を２つ以上並列に設けてそのうち少なくとも１系列を予備とするのが好ましい。この場合、洗浄する系列内の好気性消化液を予備系列の膜浸漬槽に移送し、その後に洗浄薬液を膜浸漬槽に流入させて（または膜浸漬槽内で洗浄薬液を調整して）膜の洗浄を行うのが好ましい。洗浄薬液は適当な手段で中和した後、前記生物処理工程の原水と混合するなどして処理することができる。
【００５１】
余剰汚泥の好気性消化は、生物処理工程から排出される余剰汚泥を好気性消化槽に導入して好気性消化する。改質処理液の好気性消化は、前記改質処理工程から循環される改質処理液を好気性消化槽に導入して好気性消化する。
【００５２】
好気性消化工程の汚泥濃度（ＭＬＳＳ）は高いのが好ましく、一般的には１００００〜３００００ｍｇ／ｌ、好ましくは１５０００〜３００００ｍｇ／ｌとすることができる。ＳＲＴは短いのが好ましく、２〜５日とする。また好気性消化工程の流入余剰汚泥に対するＨＲＴは排出される余剰汚泥の濃度によって変わるが、０．５〜１０日程度が好ましい。またｐＨは４〜９程度、好ましくは５〜７とするのが望ましい。
【００５３】
本発明における好気性消化液分離工程では、膜分離手段により好気性消化液を膜分離し、透過液を処理水（消化処理水）として系外へ排出するが、この消化処理水中には、しばしばＣＯＤ成分、窒素成分、リン成分その他の有害物質が含まれているので、凝集分離処理、晶析処理、活性炭吸着処理、硝化脱窒処理などの処理を行った後放流するのが好ましい。また消化処理水は前記生物処理工程に戻して生物処理することもできる。消化処理水中の窒素濃度を低下させたい場合は、好気性消化工程を脱窒、硝化のフローとすることもできる。
【００５４】
【作用】
本発明の方法において好気性消化槽を小型化することができる理由について説明する。
余剰汚泥を好気性消化槽に導入して処理する方法において、生物処理工程から排出される余剰汚泥の汚泥濃度をｘ0〔ｋｇ／ｍ3〕、排出量をｑ0〔ｍ3／ｄ〕とする。また好気性消化槽の容積をｖ〔ｍ3〕、槽内液（好気性消化液）の汚泥濃度をｘ〔ｋｇ／ｍ3〕とする。また改質処理槽へ送る好気性消化液の液量と系外へ引き抜いた汚泥量の和をｑ1〔ｍ3／ｄ〕とする。このとき好気性消化槽のＳＲＴ（θと表記する）は、θ＝ｖ／ｑ1〔ｄａｙ〕で表される。
【００５５】
通常ＳＲＴは、次のように定義される。
ＳＲＴ［ｄａｙ］＝（好気性消化槽内の保持汚泥量〔ｋｇ〕）／（引抜き汚泥量〔ｋｇ／ｄａｙ〕）
従って、余剰汚泥の発生をゼロに近づける場合は、ＳＲＴは無限大となるが、前述のように改質処理された汚泥中の微生物はほとんど死滅し、活性はほとんどゼロになるため、微生物にとっては余剰汚泥を系外へ引き抜いたのと同じ効果を持つ。従って本発明では、便宜上、引き抜いて改質処理へ循環した汚泥量も、系外には排出していないが、引抜き汚泥量として考えることができる。従って本発明におけるＳＲＴは厳密には次のように定義される。
ＳＲＴ〔ｄａｙ〕＝（好気性消化槽内の保持汚泥量〔ｋｇ〕）／（引抜き汚泥量〔ｋｇ／ｄａｙ〕＋改質汚泥量〔ｋｇ／ｄａｙ〕）
【００５６】
また余剰汚泥を改質処理した場合の汚泥転換率をｙ0〔−〕、好気性消化液を改質処理した場合の汚泥転換率をｙ1〔−〕とする。
余剰汚泥を好気性消化槽に導入して処理した場合、次の関係式が成り立つ。
汚泥増加分＝ｑ0ｘ0 …（１）
汚泥減少分＝（１−ｙ1）ｑ1ｘ …（２）
ここで定常状態では（１）＝（２）が成り立つから、
【数１】
好気性消化槽容積＝｛〔θｑ0ｘ0〕／〔（１−ｙ1）ｘ〕｝ …（３）
【００５７】
また余剰汚泥を改質処理装置に導入して処理した場合は、次の関係式が成り立つ。
汚泥増加分＝ｙ0ｑ0ｘ0 …（４）
汚泥減少分＝（１−ｙ1）ｑ1ｘ …（５）
ここで定常状態では（４）＝（５）が成り立つから、
【数２】
好気性消化槽容積＝｛〔θｙ0ｑ0ｘ0〕／〔（１−ｙ1）ｘ〕｝ …（６）
【００５８】
上記式（１）〜（６）からわかるように、好気性消化槽容積を小さくするためには、流入汚泥量（ｑ0ｘ0）を減少させるか、好気性消化槽内の汚泥濃度（ｘ）を高くするか、またはＳＲＴ（θ）を小さくするかである。
本発明では膜分離手段により好気性消化槽内の槽内液（消化液）を膜分離するので、重力沈降分離により固液分離する場合に比べて、汚泥濃度（ｘ）を高くすることができ、このため好気性消化槽容積を小さくすることができる。また余剰汚泥を改質処理槽に導入して改質処理する方法の場合、好気性消化槽にかかる実質の汚泥負荷をｙ0倍に削減することができ、通常ｙ0≒ｙ1≒０．６〜０．７であるので、消化槽容積を６０〜７０％に縮小することが可能である。
【００５９】
ここで、設計例により本発明の効果を説明する。
排液量１０００ｍ3／ｄ、ＢＯＤ濃度１０００ｍｇ／Ｌ、ＮＨ4−Ｎ ２００ｍｇ／Ｌの排液を処理するものとする。
《Ａ１．沈殿槽を用いた生物処理（ＢＯＤ除去・窒素除去）》
脱窒槽→硝化槽→沈殿槽のフローとする。硝化槽内の混合液（硝化液）は原水量の８倍を脱窒槽へ循環し、硝酸態窒素を脱窒槽で脱窒するものとする。また、沈殿槽から脱窒槽へ原水量の１倍を返送汚泥するものとする。脱窒槽および硝化槽内のＭＬＳＳ濃度は４０００ｍｇ／Ｌとする。汚泥引抜きは沈殿槽より行い、硝化槽のＳＲＴが１０日になるように引抜き量を設定するものとする。引抜き汚泥濃度は８０００ｍｇ／Ｌと想定する。脱窒槽は汚泥当たりの脱窒速度が０．０８ｋｇＮ／ＫｇＳＳ／ｄとして設計する。
【００６０】
ＢＯＤの６０％が余剰汚泥として発生するものとする。硝化菌由来の余剰汚泥はわずかであるため、便宜上無視する。脱窒槽における脱窒対象窒素量は流入窒素量の９０％とする。これは硝化槽で硝化された窒素の内、硝化液循環と返送汚泥合わせて原水量の９倍が脱窒工程に返送され、残りの１割は処理水に流出するためである。実際にはＢＯＤと共に余剰汚泥として同化する窒素分があるため、脱窒対象窒素量はもっと少ないが、ここでは便宜上無視する。
【００６１】
流入するＢＯＤ量は、１０００〔ｍ3／ｄ〕×１０００〔ｍｇ／Ｌ〕÷１０００＝１０００〔ｋｇ／ｄ〕
発生する余剰汚泥量は、１０００〔ｋｇＢＯＤ／ｄ〕×６０〔％〕÷１００＝６００〔ｋｇ／ｄ〕
流入するＮＨ4−Ｎ量は、１０００〔ｍ3／ｄ〕×２００〔ｍｇ／Ｌ〕÷１０００＝２００〔ｋｇ／ｄ〕
脱窒槽の容積負荷は、０．０８〔ｋｇＮ／ｋｇＳＳ／ｄ〕×４０００〔ｍｇＳＳ／Ｌ〕÷１０００＝０．３２〔ｋｇＮ／ｍ3／ｄ〕
脱窒対象窒素量は、２００〔ｋｇＮ／ｄ〕×９０〔％〕÷１００＝１８０〔ｋｇＮ／ｄ〕
脱窒槽容積は、１８０〔ｋｇＮ／ｄ〕÷０．３２〔ｋｇＮ／ｍ3／ｄ〕＝５６３〔ｍ3〕
【００６２】
硝化槽容積は、余剰汚泥量６００ｋｇ／ｄに対してＳＲＴを１０日とする必要があるから、６００〔ｋｇ／ｄ〕×１０〔ｄ〕＝６０００〔ｋｇ〕の汚泥を保持する必要があり、硝化槽の汚泥濃度から、６０００〔ｋｇ〕÷（４０００〔ｍｇ／Ｌ〕÷１０００）＝１５００〔ｍ3〕
硝化槽と脱窒槽の容積は、合わせて２０６３ｍ3となる。
【００６３】
《Ａ２．沈殿槽を用いた生物処理（ＢＯＤ除去のみ）》
ＢＯＤ汚泥負荷を０．２ｋｇＢＯＤ／ｋｇＳＳ／ｄとする。その他の条件は前記Ａ１と同じとして、
ＢＯＤ容積負荷は０．２〔ｋｇＢＯＤ／ｋｇＳＳ／ｄ〕×４０００〔ｍｇ／Ｌ〕÷１０００＝０．８〔ｋｇＢＯＤ／ｍ3／ｄ〕
曝気槽容積は、１０００〔ｋｇＢＯＤ／ｄ〕÷０．８〔ｋｇＢＯＤ／ｍ3／ｄ〕＝１２５０〔ｍ3〕
【００６４】
《Ｂ１．膜分離を用いた生物処理（窒素除去有り）》
脱窒槽→硝化槽兼膜分離槽のフローとする。硝化槽内の混合液は原水量の９倍量、脱窒槽へ循環し、硝酸態窒素を脱窒槽で脱窒するものとする。脱窒対象窒素量は、前記Ａ１と同じく、流入窒素量の９０％である。
硝化槽内のＭＬＳＳ濃度は１００００ｍｇ／Ｌとする。硝化槽内では膜分離による固液分離を行うため、脱窒槽に比べて汚泥濃度は濃縮されている。従って脱窒槽の汚泥濃度は硝化槽よりも低く、今回の循環量の場合脱窒槽ＭＬＳＳ濃度は９０００ｍｇ／Ｌとなる。
汚泥当たりの脱窒速度は前記Ａ１と同じ０．０８ｋｇＮ／ＫｇＳＳ／ｄとする。汚泥引抜きは硝化槽より行い、硝化槽ＳＲＴが前記Ａ１と同じ１０日となるように引抜き量を設定するものとする。
【００６５】
脱窒槽の容積負荷は、０．０８〔ｋｇＮ／ｋｇＳＳ／ｄ〕×９０００〔ｍｇ／Ｌ〕÷１０００＝０．７２〔ｋｇＮ／ｍ3／ｄ〕
脱窒対象窒素量は、２００〔ｋｇＮ／ｄ〕×９０〔％〕÷１００＝１８０〔ｋｇＮ／ｄ〕
脱窒槽容積は、１８０〔ｋｇＮ／ｄ〕÷０．７２〔ｋｇＮ／ｍ3／ｄ〕＝２５０〔ｍ3〕
硝化槽容積は、前記Ａ１と同様６０００ｋｇの汚泥を保持する必要があるため、
硝化槽容積は、６０００〔ｋｇ〕÷（１００００〔ｍｇ／Ｌ〕÷１０００）＝６００〔ｍ3〕
硝化槽と脱窒槽の容積は、合わせて８５０ｍ3となる。
【００６６】
《Ｂ２．膜分離を用いた生物処理（ＢＯＤ除去のみ）》
曝気槽と膜分離槽を兼用するものとし、曝気槽ＭＬＳＳ濃度を１００００ｍｇ／Ｌとする。ＢＯＤ汚泥負荷は前記Ａ２と同じ０．２ｋｇＢＯＤ／ｋｇＳＳ／ｄとして
ＢＯＤ容積負荷は、０．２〔ｋｇＢＯＤ／ｋｇＳＳ／ｄ〕×１００００〔ｍｇ／Ｌ〕÷１０００＝２〔ｋｇＢＯＤ／ｋｇＳＳ／ｄ〕
曝気槽容積は、１０００〔ｋｇＢＯＤ／ｄ〕÷２〔ｋｇＢＯＤ／ｍ3／ｄ〕＝５００〔ｍ3〕
【００６７】
《Ｃ１．固液分離に沈殿槽を用いた好気性消化槽》
改質処理された汚泥の汚泥転換率（ｙ１）を０．７とする。改質処理汚泥当たりの無機化される割合は（１−０．７）＝０．３となるから、生物処理工程で発生する余剰汚泥量の１／０．３＝３．３３３倍の汚泥を改質処理して好気性消化することにより、余剰汚泥の発生をゼロとすることができる。廃棄物として系外に排出する余剰汚泥はゼロとして設計する。余剰汚泥量は前記Ａ１で述べたように６００ｋｇ／ｄである。
好気性消化槽のＳＲＴを４ｄａｙとし、消化槽ＭＬＳＳ濃度を４０００ｍｇ／Ｌとする。
【００６８】
改質処理汚泥量は、６００〔ｋｇ／ｄ〕×３．３３３＝２０００〔ｋｇ／ｄ〕好気性消化槽のＳＲＴを４日に保つために、好気性消化槽内には２０００〔ｋｇ／ｄ〕×４〔ｄａｙ〕＝８０００〔ｋｇ〕の汚泥を保持する必要があり、消化槽の汚泥濃度から、
消化槽容積は、８０００〔ｋｇ／ｄ〕÷（４０００〔ｍｇ／Ｌ〕÷１０００）＝２０００〔ｍ3〕
ＳＳ負荷としては、２０００〔ｋｇ／ｄ〕÷２０００〔ｍ3〕＝１〔ｋｇ／ｍ3／ｄ〕
ＶＳＳ／ＳＳ比を０．８と仮定して、有機物負荷（ＶＳＳ負荷）として１〔ｋｇＳＳ／ｍ3／ｄ〕×０．８＝０．８〔ｋｇＶＳＳ／ｍ3／ｄ〕
ただし、改質処理汚泥もＳＳ負荷、有機物負荷として考えた。
【００６９】
従来の好気性消化法の有機物負荷が０．８〜１．０ｋｇＶＳＳ／ｍ3／ｄとされている（特開平８−２９９９９５より）から、ほぼ同等の値であることが分かる。
この容積は、前記Ａ１の生物処理槽の０．９７倍、ほぼ同等の大きさである。
また前記Ａ２の生物処理槽の１．６倍である。
また、前記Ｂ１、Ｂ２のように膜を使った生物処理槽の余剰汚泥を好気性消化するとしたら、それぞれ２．４倍、４倍となり、実用的とは言えないことが分かる。
【００７０】
《Ｃ２．固液分離に膜を用いた好気性消化槽（本発明）》
改質処理された汚泥の汚泥転換率（ｙ１）を前記Ｃ１と同じ０．７とする。従って前記Ｃ１と同様、生物処理工程で発生する余剰汚泥量の３．３３３倍を改質処理して好気性消化する必要がある。好気性消化槽のＳＲＴを前記Ｃ１と同じ４ｄａｙとし、消化槽ＭＬＳＳ濃度を２００００ｍｇ／Ｌとする。
好気性消化槽のＳＲＴを４日に保つために、前記Ｃ１と同様、８０００ｋｇの汚泥を好気性消化槽に保つ必要があり、消化槽の汚泥濃度から、
消化槽容積は、８０００〔ｋｇ／ｄ〕÷（２００００〔ｍｇ／Ｌ〕÷１０００）＝４００〔ｍ3〕
ＳＳ負荷は、２０００〔ｋｇＳＳ／ｄ〕÷４００〔ｍ3〕＝５〔ｋｇＳＳ／ｍ3／ｄ〕
ＶＳＳ／ＳＳ比を０．８と仮定して、有機物（ＶＳＳ）負荷として５〔ｋｇＳＳ／ｍ3／ｄ〕×０．８＝４〔ｋｇＶＳＳ／ｍ3／ｄ〕
【００７１】
この値は従来の有機物負荷０．８〜１．０ｋｇＶＳＳ／ｍ3／ｄを大きく越えるものであり、非常に小さな好気性消化槽を実現していることが分かる。しかも余剰汚泥はほとんど発生しない。
この好気性消化槽容積は、沈殿槽を用いた生物処理工程Ａ１、Ａ２の好気性消化槽として用いれば、生物処理槽に対してそれぞれ、０．１９倍、０．３２倍と非常に小さな好気性消化槽で余剰汚泥の発生をゼロとすることができる。また膜分離を用いた生物処理工程Ｂ１、Ｂ２の好気性消化槽としても、それぞれ０．４７倍、０．８倍と、やはり生物処理工程よりも小さな好気性消化槽で余剰汚泥の発生量をゼロとすることができる。
【００７２】
このように小さな好気性消化槽を実現できる理由は、前述したように、余剰汚泥量以上を生物易分解性に改質処理して好気性消化槽に循環していること、膜フラックスを低めに保ち、ポンプ循環型の膜に対しては膜面流速を高め、浸漬膜に対しては曝気量を多くすることで、難ろ過性の好気性消化汚泥を例えば２００００ｍｇ／Ｌまで高濃度に濃縮していること、膜の洗浄が容易な構造としていること、必要に応じて酸素富化空気や微細気泡散気管で好気性消化槽を曝気することにより高い有機物負荷に対して十分な酸素を供給していること、等にある。
【００７３】
膜面積に関しては、例えば前記Ｂ１またはＢ２の生物処理工程において、膜ろ過時のフラックス０．３ｍ3／ｍ2／ｄ、８分濾過・２分停止の間欠ろ過を行う浸漬膜を設置するとすれば、平均フラックスは０．３×０．８＝０．２４〔ｍ3／ｍ2／ｄ〕となり、処理水量は１０００〔ｍ3／ｄ〕であるから、
膜面積は、１０００〔ｍ3／ｄ〕÷０．２４〔ｍ3／ｍ2／ｄ〕＝４１６７〔ｍ2〕必要になる。
【００７４】
これに対し、前記Ｃ２の好気性消化槽に必要な膜は、例えば膜ろ過時のフラックス０．２ｍ3／ｍ2／ｄ、６分濾過・２分停止の間欠ろ過を行う浸漬膜として、平均フラックスは０．２×０．６＝０．１２〔ｍ3／ｍ2／ｄ〕となり、処理水量は余剰汚泥量６００ｋｇ／ｄ、余剰汚泥濃度１００００ｍｇ／Ｌであることから、
処理水量 ６００〔ｋｇ／ｄ〕÷（１００００〔ｍｇ／Ｌ〕÷１０００）＝６０〔ｍ3／ｄ〕
膜面積 ６０〔ｍ3／ｄ〕÷０．１２〔ｍ3／ｍ2／ｄ〕＝５００〔ｍ2〕
となり、平均フラックスを生物処理工程の半分としても、必要な膜面積は生物処理工程の１／８以下で良いことになる。予備膜を１００％用意したとしても、必要な膜面積は合計１０００ｍ2であり、生物処理工程に必要な膜面積の２５％程度の膜面積があればよいことになる。
【００７５】
なお、間欠ろ過は膜面への懸濁物質の濃縮・固着を防ぐために有効であるとされており、とくにここでは好気性消化汚泥の濾過工程の休止時間を長くとって設計することにより、難ろ過性の好気性消化汚泥による膜汚染の防止を図っている。
【００７６】
《Ｃ３．固液分離に膜を用い、余剰汚泥を改質処理してから好気性消化槽に導入する方法（本発明）》
前記Ｃ２でも十分に小さい好気性消化槽を実現できたが、生物処理工程が膜分離を利用したものである場合、特に前記Ｂ２のようなコンパクトな生物処理工程に対しては、好気性消化槽の容積が生物処理槽の８割を占めてしまうという問題が残るため、より一層好気性消化槽をコンパクトにする必要がある。
そこで、余剰汚泥６００ｋｇ／ｄを改質処理してから好気性消化槽に導入し、好気性消化槽からは１４００ｋｇ／ｄの消化汚泥を改質処理工程に循環すれば、トータルの改質汚泥量は２０００ｋｇ／ｄとなって余剰汚泥ゼロを見込めるにも関わらず、好気性消化槽ＳＲＴは好気性消化槽から改質工程に循環する１４００ｋｇ／ｄの汚泥に対して設定すればよいから、好気性消化槽をより小型化できる。
【００７７】
すなわち、好気性消化槽のＳＲＴを４日に保つために、好気性消化槽内には
１４００〔ｋｇ／ｄ〕×４〔ｄａｙ〕＝５６００〔ｋｇ〕の汚泥を保持すれば良く、消化槽の汚泥濃度から、
消化槽容積は、５６００〔ｋｇ〕÷（２００００〔ｍｇ／Ｌ〕÷１０００）＝２８０〔ｍ3〕
の消化槽となる。この消化槽は前記Ｂ２の生物処理槽の０．５６倍であり、生物処理槽に比べてより一層小さな好気性消化槽となっている。前記Ａ１、Ａ２、Ｂ１の生物処理槽に比べれば、それぞれ０．１４倍、０．２２倍、０．３３倍と、さらに小さな容積を実現できていることが分かる。
このとき、好気性消化槽へのＳＳ負荷は、２０００〔ｋｇＳＳ／ｄ〕÷２８０〔ｍ3〕＝７．１〔ｋｇＳＳ／ｍ3／ｄ〕、
有機物負荷は、５．７ｋｇＶＳＳ／ｍ3／ｄとより一層高負荷となっている。
【００７８】
本発明では好気性消化液の固液分離を膜により行っているため、消化液が沈降不良を生じ汚泥が系外へ流出する心配がない。従って、生物処理原水の負荷が低く、余剰汚泥がほとんど発生しないような期間にも、改質処理量を減らすか停止するかして、好気性消化液は空曝気の状態にしておけば、生物汚泥が減少しすぎることもなく、またフロックが空曝気により解体して流出することもなく、容易に生物汚泥を系内に維持することができる。すなわち、負荷が低下した際にも高度な維持管理を行う必要が無く、改質処理への循環量を減らすか停止して、後は放っておけば良く、誰にでも管理が可能である。
【００７９】
このように、好気性消化反応に対して良く馴養された生物汚泥を常に系内に保持できるため、再度余剰汚泥が発生して好気性消化工程に負荷がかかった際も、この馴養済みで消化効率の高い生物汚泥が保持されていることにより、何の問題もなく好気性消化工程を再立上することができる。
【００８０】
【発明の効果】
本発明の有機性排液の生物処理方法は、余剰汚泥を改質処理および好気性消化して減容化するに際し、好気性消化槽において容積当たり１．５〜２．５ｋｇＯ／ｍ ３ ／ｄの酸素を溶解して好気性消化するとともに、この消化液を浸漬型膜分離手段により膜分離し、 改質処理工程で改質処理する汚泥量を、余剰汚泥として改質処理工程または好気性消化工程に流入する余剰汚泥量の２〜５倍量とし、余剰汚泥が発生しない期間は改質処理量を減らすか停止し、好気性消化工程の汚泥濃度（ＭＬＳＳ）を１００００〜３００００ｍｇ／ｌ、ＳＲＴを２〜１５日に維持し、浸漬型膜分離手段のろ液の透過フラックスを０．０５〜０．２ｍ ３ ／ｍ ２ ／ｄ、膜下方からの曝気空気量を、旋回流上昇部底面積当たり１００〜２００ｍ ３ ／ｍ ２ ／ｈｏｕｒとするので、汚泥濃度を高濃度にして消化することができ、生物処理工程に比べて小型の好気性消化槽を用いて余剰汚泥の減容化が可能であり、しかも消化効率を高くして、排出汚泥量をゼロに近づけることもでき、負荷が低く、余剰汚泥の発生量が少ない期間にも容易に維持管理することができる。
しかも、生物処理工程本体には過剰な負荷をかけずに余剰汚泥を減容化するため、生物処理工程、特に硝化槽を従来よりも大きくする必要はなく、また処理水質が悪化することも無い。また生物処理工程が膜分離工程を含むものであっても、過剰な汚泥負荷がかかることが無く、従来と同程度に膜分離装置を安定運転することができる。
【００８１】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施例を図面により説明する。
図１〜図４はそれぞれ異なる実施形態の有機性排液の生物処理装置を示す系統図であり、図１は余剰汚泥を好気性消化槽に導入して処理する場合、図２は余剰汚泥を改質処理槽に導入して処理する場合、図３は生物処理工程が硝化工程および脱窒工程である場合、図４は好気性消化槽と膜分離槽とを別々に設けた場合の例である。
【００８２】
図１において、１は曝気槽であり、原水路２および返送液路３が連絡し、底部には散気装置４が設けられ、空気供給路５が連絡している。曝気槽１から膜分離装置７に、ポンプ８を有する連絡路９が連絡している。
【００８３】
膜分離装置７は分離膜１０によって透過液室１１と濃縮液室１２に区画され、透過液室１１には処理水路１３が連絡し、濃縮液室１２には返送液路３が連絡している。膜分離装置７としては、平膜、スパイラル状膜、チューブラー膜、中空糸膜などの任意の分離膜１０を備えたものが使用できる。
【００８４】
２１は好気性消化槽であり、返送液路３から分岐した余剰汚泥路１４が連絡し、槽内に浸漬型膜分離装置２２を備えている。浸漬型膜分離装置２２は分離膜２３が液中に浸漬され、槽内液（好気性消化液）がこの分離膜を透過して透過液室２４側に集められるように構成されている。透過液室２４には処理水路２５が連絡し、ポンプ２６が設けられている。浸漬型膜分離装置２２の下側には散気装置２７が配置され、空気供給路２８が連絡している。２９は隔壁である。
【００８５】
好気性消化槽２１からオゾン処理槽３１に好気性消化液路３２が連絡するとともに、オゾン処理槽３１からオゾン処理液路３３が連絡している。オゾン処理槽３１にはオゾン発生機３５からオゾン供給路３６が連絡している。
【００８６】
図１の装置により有機性排液（原水）を処理するには、原水路２から原水を曝気槽１に導入し、返送液路３から返送される濃縮液中の返送汚泥および曝気槽１内の活性汚泥と混合し、空気供給路５から供給される空気を散気装置４から散気して好気性生物処理する。これにより原水中の有機物は生物酸化反応によって分解される。
【００８７】
曝気槽１の槽内液の一部は連絡路９から取り出し、ポンプ８で加圧して膜分離装置７に導入し、膜分離することにより透過液と濃縮液とに分離する。分離膜１０を透過した透過液は処理水として処理水路１３から排出し、活性汚泥その他の固形分が濃縮された濃縮液の一部は返送液路３から曝気槽１に返送する。
【００８８】
余剰汚泥として排出される濃縮液は余剰汚泥路１４から好気性消化槽２１に導入し、空気供給路２８から供給される空気（好ましくは酸素富化空気）を散気装置２７から散気して好気性消化を行う。
【００８９】
またポンプ２６を駆動して透過液を処理水路２５から排出することにより、好気性消化槽２１内で槽内液（好気性消化液）の膜分離を行う。
【００９０】
好気性消化液の一部は好気性消化液路３２からオゾン処理槽３１に導入し、オゾン発生機３５で発生させたオゾンをオゾン供給路３６から供給して接触させ、オゾン処理（改質処理）を行う。これにより好気性消化液中の汚泥がＢＯＤ化する。オゾン処理液はオゾン処理液路３３から好気性消化槽２１に循環し、好気性消化に供する。
【００９１】
このように余剰汚泥およびオゾン処理液を好気性消化することにより余剰汚泥を減容化することができる。この場合、好気性消化を生物処理とは別の系で行っているため、処理水質に影響を与えることはなく、しかも好気性消化槽２１において浸漬型膜分離装置２２により膜分離を行っているため、好気性消化槽２１内の汚泥濃度を高くすることができ、これにより消化効率を高くして装置を小型化することができるが、酸素富化空気を用いることにより消化効率はさらに高くなる。
【００９２】
図２の装置は、余剰汚泥路１４がオゾン処理槽３１に連絡している以外は図１と同様に構成されている。図２の装置による処理方法は、膜分離装置７で濃縮され余剰汚泥として排出される濃縮液を余剰汚泥路１４からオゾン処理槽３１に導入してオゾン処理する以外は図１と同様に処理する。図２の場合、好気性消化液に加えて余剰汚泥も改質処理するので、図１の場合よりもさらに消化効率を高くすることができ、好気性消化槽２１をさらに小型化することができる。
【００９３】
図３は生物処理として硝化および脱窒を行う場合の例である。図３において、４１は脱窒槽であり、原水路４２、返送液路４３、連絡路４４、４５、オゾン処理液移送路４６および電子供与体供給路４７が連絡し、攪拌器４８を備えている。
【００９４】
５１は硝化槽であり、返送液路４３、連絡路４４、薬注路５２、余剰汚泥路５３が連絡し、槽内に図１と同様の浸漬型膜分離装置２２ａが設けられている。
【００９５】
６１は晶析処理槽であり、連絡路４５、６２、薬注路６３、排出路６４が連絡し、浸漬型膜分離装置２２の透過液を導入して晶析処理し、透過液中の塩類等を分離できるように構成されている。
またオゾン処理槽３１にはオゾン処理液の一部を脱窒槽４１に移送できるようにオゾン処理液移送路４６が連絡している。
他の構成は図１と同様である。
【００９６】
図３の装置により原水を生物処理するには、原水路４２から原水を脱窒槽４１に導入し、返送液路４３から返送される活性汚泥、オゾン処理液路４６から移送されるオゾン処理液および槽内の脱窒細菌と混合し、また電子供与体供給路４７からメタノールなどの電子供与体を供給し、嫌気性を維持し、攪拌機４８で緩やかに攪拌しながら脱窒を行うとともに、有機物を分解する。
【００９７】
脱窒液の一部は連絡路４４から硝化槽５１に導入し、硝化細菌を含む活性汚泥と混合するとともに、薬注路５２から酸またはアルカリを添加してｐＨを７〜８に調整し、散気装置２７ａから散気して、有機物を分解してＢＯＤを除去するとともに、有機性窒素をアンモニア性窒素に分解する。この場合ＢＯＤ除去のための曝気よりも過剰に曝気して、硝化細菌を優勢にする。
【００９８】
硝化槽５１の槽内液（硝化液）は、浸漬型膜分離装置２２ａにより膜分離し、透過液を処理水として処理水路２５ａから排出する。汚泥が濃縮された硝化液の一部は返送液路４３から脱窒槽４１に返送する。余剰汚泥に相当する硝化液は余剰汚泥路５３から好気性消化槽２１に導入して消化を行う。
【００９９】
浸漬型膜分離装置２２で膜分離した透過液は連絡路６２から晶析処理槽６１に導入し、薬注路６３から塩化マグネシウムなどの薬剤を注入して晶析処理する。処理水は連絡路４５から脱窒槽４１に戻し、結晶は排出路６４から排出する。
【０１００】
オゾン処理槽３１でオゾン処理したオゾン処理液の一部はオゾン処理液移送路４６から脱窒槽４１に移送する。これによりオゾン処理液中の有機物が脱窒に必要な電子供与体として利用される。
他の処理は図１の場合と同様に処理する。
【０１０１】
図３の場合、生物処理工程としての硝化脱窒には何ら影響を与えることなく、余剰汚泥を最適の条件で、例えば最適なＳＲＴで好気性消化することができ、処理プロセスに無駄が生じない。
図３において好気性消化槽２１を省略し、硝化槽５１の槽内液を直接オゾン処理槽３１でオゾン処理した後、その全量を脱窒槽４１に戻すプロセスも考えられるが、この場合脱窒槽４１および硝化槽５１の容積、特に硝化槽５１の容積を大きくする必要があり、装置が大型化してしまう。硝化槽５１が浸漬型膜分離装置２２ａを備えている場合は、すでに硝化液中の汚泥濃度は高濃度になっており、汚泥濃度を高濃度にすることによる装置の小型化は難しい。従って、図３のように、浸漬型膜分離装置２２を備えた好気性消化槽２１を設けて余剰汚泥を処理することにより、全体の装置を小型化することができる。
【０１０２】
図４の装置は図１の装置の好気性消化槽２１から浸漬型膜分離装置２２および隔壁２９を取り出し、別に設けた膜分離槽７１に収容した構造になっている。
好気性消化液の一部はポンプ７８を駆動して好気性消化液路３２からオゾン処理槽３１に導入し、オゾン処理（改質処理）を行う。オゾン発生機３５には酸素富化装置７２から酸素富化空気供給路７３が連絡しており、これより供給される酸素富化空気を用いてオゾンガス含有酸素富化空気をオゾン処理槽３１に供給している。オゾンガス含有酸素富化空気はオゾン処理槽３１でオゾンを消費された後、酸素富化空気供給路７３ａを通じて好気性消化槽２１の散気装置２７ｂに供給されるようになっており、これにより消化効率を高くする。このように酸素富化空気を有効利用する場合は、好気性消化槽２１を深層曝気槽などとし、溶解効率を高めるのが好ましい。
【０１０３】
好気性消化槽２１と膜分離槽７１とはエアリフトポンプ７４および返送路７５で連絡している。エアリフトポンプ７４は下部に散気部７６を有し、中間に消化汚泥流入バルブ７７を有する。
エアリフトポンプ７４は、散気部７６から吹き出す空気を駆動力として好気性消化槽２１内の消化液を膜分離槽７１へ移送する。この移送量は余剰汚泥路１４から流入する余剰汚泥量の３倍以上、好ましくは４〜８倍とする。
膜ろ過されなかった消化液は返送汚泥として返送路７５より、余剰汚泥量の２倍以上、好ましくは３〜７倍量が返送され、再び好気性消化を受ける。
【０１０４】
膜分離槽７１は図１の好気性消化槽２１とほぼ同様の構造となっているが、散気装置２７から散気される空気量は浸漬型膜分離装置２２の汚染を防止する程度とされている。
膜分離槽７１は好ましくは複数槽設けられており、そのうち少なくとも１槽が予備系列とされており、膜分離槽７１内の分離膜２３の汚染が激しくなってきたら、該当する膜分離槽の運転を停止し、その膜分離槽内の消化汚泥を予備系列の膜分離槽に移送して予備系列の運転を開始し、運転を停止した膜分離槽には洗浄薬液を注入して分離膜の洗浄を行う。洗浄後は膜分離槽内には通常、上水や工水や生物処理水を満たし、そのまま新たな予備系列とする。
【０１０５】
運転を停止した系列には好気性消化槽内の汚泥が流入しないよう、エアリフトポンプ７４の運転を停止するか、消化汚泥流入バルブ７７を閉じる。
他の構成および操作は図１の場合と同様である。なお図４の装置の場合、好気性消化槽２１内の消化液を取り出してオゾン処理する代わりに、膜分離槽７１内の消化液を取り出してオゾン処理することもできる。
【０１０６】
【実施例】
実施例１
図３の装置により有機性排液を生物処理した。脱窒槽４１の容積は４０ liter、硝化槽５１の容積は４０ literとした。硝化槽５１に設けた浸漬型膜分離装置２２ａとしては、分離膜２３ａとして親水化ポリエチレン製の中空糸浸漬膜で、中空糸膜を平板状に張設したものを用いた。膜面積は０．５ｍ2である。また中空糸膜は孔径０．１μｍのＭＦ膜で、外径４１０μｍ、内径２７０μｍのものである。
【０１０７】
試験に用いた原水は水道水にＢＯＤ源として酢酸ナトリウム、窒素源として硫酸アンモニウムを加えたものである。原水濃度はＢＯＤが３００ｍｇ／ｌ、ＮＨ4−Ｎが３００ｍｇ／ｌとなるように調整した。またリン酸をＰＯ4−Ｐが９ｍｇ／ｌとなるように添加した。原水の水量は１００ liter／ｄとした。
【０１０８】
脱窒槽４１にはメタノールを原水当り６００ｍｇ／ｌとなるように添加して脱窒を行った。
硝化槽５１では散気装置２７ａから散気し、分離膜２３ａの膜面にクロスフロー流速を与えるとともに、槽内に酸素を供給して硝化を行った。空気量は１００ liter／ｍｉｎとした。
【０１０９】
またｐＨ計と連動させ、薬注路５２から水酸化ナトリウムを添加し、ｐＨを７．２〜７．３に調整した。硝化槽５１から脱窒槽４１への返送液量は１０００ liter／ｄとした。
硝化槽５１からは定量的に槽内液（余剰汚泥）の引き抜きを行い、硝化槽５１におけるＳＲＴを１５日に保った。すなわち、２．６７ liter／ｄの流量で槽内液を引き抜いた。なお硝化槽５１のＭＬＳＳ濃度は約１００００ｍｇ／ｌでほぼ一定となった。
【０１１０】
好気性消化槽２１の有効容積は１０ literとし、硝化槽５１と同じ浸漬型膜分離装置２２を槽内に設置し、散気装置２７から散気して好気性処理を行った。この場合、分離膜２３の膜面にクロスフローを与える曝気と、汚泥消化用の曝気とを兼用することができるので好適である。
【０１１１】
好気性消化液は３．３３ liter／ｄの水量でオゾン処理槽３１に導入し、０．０３ｇ−Ｏ3／ｇ−ＶＳＳのオゾン注入率でオゾン処理した。オゾン処理液は３．３３ liter／ｄの水量で好気性消化槽２１に循環した（好気性消化槽２１のＳＲＴは３日）。なお、オゾン処理液の脱窒槽４１への移送は行わなかった。
【０１１２】
このようにして原水の生物処理試験を行ったところ、好気性消化槽２１のＭＬＳＳ濃度は約２７０００ｍｇ／ｌとなって安定した。
この場合の好気性消化槽２１内の槽内液は汚泥が高濃度であり、重力沈降では固液分離できなかった。重力沈降により固液分離するためには、最低でも約３倍の希釈が必要であった。このことは重力沈降により固液分離する場合には、約３倍の水槽容積が必要であることを示している。
【０１１３】
浸漬型膜分離装置２２から連絡路６２を通して排出される処理水質はＮＨ4−Ｎが５００〜６００ｍｇ／ｌ、ＰＯ4−Ｐが７０〜１００ｍｇ／ｌ、ＣＯＤMnが１５０〜２００ｍｇ／ｌであった。
この水を晶析処理槽６１に導入し、塩化マグネシウムを１００ｍｇ−Ｍｇ／ｌ添加し、水酸化ナトリウムでｐＨを９に調整して晶析処理を行い、リン酸マグネシウムアンモニウムとしてＮＨ4−ＮおよびＰＯ4−Ｐを除去した。その結果、ＮＨ4−Ｎ濃度は４７０〜５８０ｍｇ／ｌ、ＰＯ4−Ｐ濃度は１０ｍｇ／ｌ以下に低下した。
【０１１４】
この晶析処理水を連絡路４５から脱窒槽４１に戻して通水したところ、処理水路２５ａから排出される処理水のＴ−Ｎ濃度は１〜２ｍｇ／ｌ、ＰＯ4−Ｐ濃度は約０．２ｍｇ／ｌ、ＣＯＤMnは２〜５ｍｇ／ｌ上昇したが、いずれも誤差範囲程度であり、許容範囲である。
【０１１５】
実施例２
実施例１の生物処理プロセスは、汚泥濃度が１００００ｍｇ／ｌであり、膜分離装置としては余裕があるので、オゾン処理槽３１からオゾン処理液を０．５ liter／ｄの流量で脱窒槽４１に移送し、それ以外は実施例１と同様に行った。
その結果、好気性消化槽２１のＭＬＳＳ濃度は約２７０００ｍｇ／ｌから約１４０００ｍｇ／ｌに低下し、処理に余裕が生じた。
【０１１６】
しかし脱窒槽および硝化槽のＭＬＳＳ濃度は２０００〜３０００ｍｇ／ｌの範囲で上昇し、硝化槽ＭＬＳＳ１３０００ｍｇ／ｌ程度となった。この場合膜分離装置が余裕を持って設計されており、特に問題とはならなかった。しかしこれ以上オゾン処理液を生物処理槽に移送すればさらに汚泥濃度が高くなり、膜分離が困難になるのは明らかである。
【０１１７】
実施例３
実施例１において、硝化槽５１の槽内液（硝化液）を好気性消化槽２１に導入する代わりに、オゾン処理槽３１に導入した以外は実施例１と同様に行った。すなわち、オゾン処理槽３１では、余剰汚泥路５３から導入される硝化液２．６７ liter／ｄおよび好気性消化液路３２から導入される好気性消化液３．３３ liter／ｄの合計６．０ liter／ｄの汚泥をオゾン処理した。その結果、好気性消化槽２１内のＭＬＳＳ濃度は約１９０００ｍｇ／ｌとなって安定した。
【０１１８】
これは実施例１の２７０００ｍｇ／ｌに比べて約７０％の汚泥濃度であり、処理に３０％の余裕が生じたことを示しており、例えば好気性消化槽をさらに小さく７ literとしても、実施例１と同等の条件であるＭＬＳＳ濃度２７０００ｍｇ／ｌで運転することも可能であることを示している。
なおこのとき好気性消化液を取り出し、酸素消費速度を測定すると３〜３．５ｋｇＯ／ｍ3／ｄであった。このように高い効率で酸素を供給するのは実装置では通常の散気管では困難であるため、高効率の酸素供給手段が必要であることが明らかとなった。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態の有機性排液の生物処理装置を示す系統図である。
【図２】他の実施形態の有機性排液の生物処理装置を示す系統図である。
【図３】別の実施形態の有機性排液の生物処理装置を示す系統図である。
【図４】さらに別の実施形態の有機性排液の生物処理装置を示す系統図である。
【図５】従来の有機性排液の生物処理装置を示す系統図である。
【符号の説明】
１ 曝気槽
２、４２ 原水路
３、４３ 返送液路
４、２７、２７ａ、２７ｂ、１０７、１０８ 散気装置
５、２８、２８ａ 空気供給路
７ 膜分離装置
８、２６、２６ａ、７８ ポンプ
９、４４、４５、６２、６５ 連絡路
１０、２３、２３ａ 分離膜
１１、２４、２４ａ 透過液室
１２ 濃縮液室
１３、２５、２５ａ 処理水路
１４、５３ 余剰汚泥路
２１ 好気性消化槽
２２、２２ａ 浸漬型膜分離装置
２９、２９ａ 隔壁
３１、１０５ オゾン処理槽
３２ 好気性消化液路
３３ オゾン処理液路
３５、１０６ オゾン発生機
３６ オゾン供給路
４１ 脱窒槽
４６ オゾン処理液移送路
４７ 電子供与体供給路
４８ 攪拌機
５１ 硝化槽
５２、６３ 薬注路
６１ 晶析処理槽
６４ 排出路
７１ 膜分離槽
７２ 酸素富化装置
７３、７３ａ 酸素富化空気供給路
７４ エアリフトポンプ
７５ 返送路
７６ 散気部
７７ バルブ
１０１ 生物処理槽
１０２、１０４ 固液分離槽
１０３ 汚泥消化槽
１１１ 排液
１１２ 返送汚泥
１１３ 混合液の一部
１１４ 処理液
１１５ 分離汚泥
１１６ 余剰汚泥
１１７ 循環汚泥
１１８ 消化液
１１９ 分離液
１２１ 消化汚泥
１２２ 引抜汚泥
１２３ オゾンガス
１２４ オゾン処理汚泥
１２５ 排出汚泥
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機性排液を生物処理し、余剰汚泥を改質および好気性消化して減容化するようにした有機性排液の生物処理方法、特に生物学的窒素除去に好適に採用することができる有機性排液の生物処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
有機性排液を活性汚泥の存在下に好気的に生物処理する方法では、難脱水性の余剰活性汚泥が大量に生成する。また嫌気性汚泥の存在下に嫌気的に処理する方法でも、大量の余剰消化汚泥が生成する。このような余剰汚泥の減容化のために、余剰汚泥を好気的または嫌気的に消化する方法が行われている。
【０００３】
特開平８−２９９９９５号には、余剰汚泥を生物処理槽とは別の汚泥消化槽に導入して好気性消化する有機性排液の処理方法が記載され、図５はその処理装置を示す系統図であり、１０１は生物処理槽、１０２は固液分離槽、１０３は汚泥消化槽、１０４は固液分離槽、１０５はオゾン処理槽、１０６はオゾン発生機である。
生物処理槽１０１は内部に散気装置１０７を有しており、有機性排液を好気的に生物処理するように構成されている。汚泥消化槽１０３も内部に散気装置１０８を有し、余剰汚泥を好気性消化するように構成されている。
【０００４】
上記の装置による有機性排液の処理方法は、生物処理工程として生物処理槽１０１に排液１１１および返送汚泥１１２を導入して混合し、散気装置１０７から散気して好気性下に生物処理を行う。混合液の一部１１３は固液分離槽１０２に抜出して固液分離し、分離液を処理液１１４として排出する。分離汚泥１１５は一部を返送汚泥１１２として生物処理槽１０１に返送し、残部を余剰汚泥１１６と汚泥消化槽１０３に送る。
【０００５】
汚泥消化工程では、汚泥消化槽１０３に余剰汚泥１１６と循環汚泥１１７とを導入して混合し、散気装置１０８から散気して好気性消化を行う。消化液１１８の一部は固液分離槽１０４に導入して固液分離し、分離液１１９を排出し、分離した消化汚泥１２１は一部を循環汚泥１１７として、汚泥消化槽１０３に循環する。
【０００６】
オゾン処理工程では、消化汚泥１２１の他の一部は引抜汚泥１２２としてオゾン処理槽１０５に導入し、オゾン発生機１０６からオゾンガス１２３を吹込んでオゾン処理を行い、オゾン処理汚泥１２４は汚泥消化槽１０３に循環して消化に供する。消化汚泥１２１の他の一部は必要により、無機物濃度の上昇を防止するために排出汚泥１２５として排出する。
【０００７】
上記の処理では消化汚泥１２１の一部を引抜汚泥１２２としてオゾン処理して汚泥消化槽１０３に戻すことにより、オゾン処理汚泥１２４は基質として消化され、減容化される。
【０００８】
しかし上記従来の方法では、汚泥の減容化は可能であるが、消化液１１８の固液分離を重力沈降で行う場合、汚泥濃度が高いと固液分離が困難であるので、汚泥消化槽１０３の汚泥濃度は５０００ｍｇ／ｌ程度が実用限界であり、このため汚泥濃度が低い状態で消化を行わざるを得ない。その結果汚泥消化槽１０３の容積が大きくなり、このため建設コストが高くなり、また設置面積も大きくなるという問題点がある。
特に、余剰汚泥を廃棄物として系外に排出しないよう、そのほぼ全量を好気性消化で無機化しようとすると、汚泥消化槽１０３の容積は、生物処理を行う生物処理槽１０１と同等か、それ以上の容積となるという問題があった。従って余剰汚泥を高度に減容化する場合に必要となる汚泥消化槽１０３は、従来の２倍近い大きさを有する装置となり、実用的でなかった。
【０００９】
一方、オゾン等により余剰汚泥を生物易分解化（基質化）し、生物処理工程本体に循環することにより余剰汚泥の発生量を少なくし、場合によっては発生汚泥量をゼロに近づける方法も提案されている（例えば特開平６−２０６０８８号）。この方法は、本来、別途必要となるはずの消化槽を生物処理工程本体と共有化することで上記課題を解決したものである。
【００１０】
しかしこの方法も、余剰汚泥が生物易分解化して生物処理工程本体の負荷となるため、汚泥濃度が高くなったり、汚泥滞留時間（ＳＲＴ）が短くなって処理水質が悪化するなどの問題点がある。従ってこの方法は、負荷や汚泥濃度に余裕がある装置、例えばＢＯＤ−汚泥負荷が０．２ｋｇ／ｋｇＳＳ／ｄ以下の装置やＭＬＳＳが３０００ｍｇ／ｌ以下の装置に適用が限られる。
【００１１】
また、生物処理工程本体が硝化を行う装置である場合、硝化槽の容積は単純に槽負荷や汚泥負荷で決めるのではなく、ＳＲＴを一定値以上に保つことが重要である。すなわち、余剰汚泥発生量（＝汚泥引抜き量）をＸ〔ｋｇ／ｄ〕、ＳＲＴをθ〔日〕としたときに、硝化槽内に保持される汚泥量がＸ×θ〔ｋｇ〕以上である必要がある。θの値としては、処理水温や余裕率により異なるが、通常７〜１５日程度とされている。これは、硝化反応を行う硝化菌の増殖が遅いため、余剰汚泥の引抜き量が多すぎると、硝化菌の増殖が追いつかなくなり、十分量の硝化菌を硝化槽内に保持できなくなるためである。
ここで、硝化槽の汚泥濃度をＭ〔ｍｇ／ｌ〕＝１０-3Ｍ〔ｋｇ／ｍ3〕とすると、必要な硝化槽容積はＸθ／１０-3Ｍ〔ｍ3〕となる。
【００１２】
また、前記のような余剰汚泥を生物易分解化して生物処理工程本体に循環する方法では、易分解化汚泥の一部が再び余剰汚泥となるため、発生する余剰汚泥量以上を生物易分解化する必要がある。通常、Ｘ〔ｋｇ／ｄ〕の余剰汚泥を例えばオゾン処理により生物易分解化し、生物処理工程本体に循環すると、０．３３Ｘ〔ｋｇ／ｄ〕程度の汚泥が無機化して消滅し、残りの０．６７Ｘ〔ｋｇ／ｄ〕程度は新たな余剰汚泥となる。従って、余剰汚泥の発生量をゼロとするためには、３Ｘ〔ｋｇ〕を易分解化処理して生物処理工程本体に循環すれば、無機化される余剰汚泥量は３×０．３３Ｘ〔ｋｇ／ｄ〕≒Ｘ〔ｋｇ／ｄ〕となり、余剰汚泥はゼロとなるのである。
【００１３】
このとき、オゾン等で生物易分解化される３Ｘ〔ｋｇ／ｄ〕の汚泥中の微生物はほぼ完全に死滅して活性を失うため、微生物にとっては３Ｘ〔ｋｇ／ｄ〕の余剰汚泥が引き抜かれたことと同じ効果を発揮する。この３Ｘ〔ｋｇ／ｄ〕中の硝化菌もほぼ全て死滅するため、硝化槽のＳＲＴはこの３Ｘ〔ｋｇ／ｄ〕を汚泥引抜き量と見なして設定しなければ、硝化菌の増殖が追いつかなくなり、硝化槽に十分量の硝化菌を保持することができなくなる。すなわち、硝化槽に保持しなければならない汚泥量は（３Ｘ）×θ〔ｋｇ〕以上となり、必要な硝化槽容積は（３Ｘ）θ／１０-3Ｍ〔ｍ3〕、すなわち減容化を行わない場合の３倍となる。
【００１４】
従って、硝化を行う曝気槽の場合、余剰汚泥は特開平８−２９９９９５号のように、別途の好気性硝化槽で減量化を行う方が効率的である。しかしこの場合でも、好気性硝化槽の容積は前述のように生物処理工程本体と同等か、それ以上になる。
【００１５】
特に、生物処理工程本体が、処理水と活性汚泥との固液分離に、限外濾過膜、精密濾過膜等の膜を用いた膜式活性汚泥法である場合、生物処理槽は汚泥濃度を高く保つことができ、その結果容積当たりの負荷を高く取ることができるため、生物処理工程はもともと小型化されている。このような生物処理工程から排出される余剰汚泥のほぼ全量を従来法のような好気性消化槽で減量しようとすると、好気性消化槽の容積は生物処理工程本体の曝気槽に対して２〜３倍となってしまうため、ますます実用性に乏しくなる。
【００１６】
また、もともと汚泥濃度が高く（例えば１００００ｍｇ／ｌ）、粘性の高い液であるため、これを好気性消化により沈殿分離可能な濃度（例えば５０００ｍｇ／ｌ）まで汚泥濃度を低下させたとしても、やはり粘性が高く、沈殿分離は困難であり、このため面積の大きな沈殿槽を用いる必要がある。従って、消化工程はさらに大型化し、建造費が高くなり、設置面積が大きくなり、実用性は低下する。
【００１７】
また、余剰汚泥は常に連続的に発生するわけではなく、生物処理原水の負荷が低いときには生物処理工程における余剰汚泥発生量が減少する。このような場合、好気性消化槽内の汚泥を改質処理工程に送り、生物易分解性に改質処理後、再び消化槽内に循環させることを繰り返すと、好気性消化槽内の汚泥濃度は急激に減少し、汚泥を消化する能力が急速に低下する。これを避けるためには、改質処理工程への循環量を減らすなどして改質処理汚泥量を減少させる必要があるが、そうすると消化槽内の汚泥に与えられる基質は減少するため、いわゆる空曝気の状態となってフロックが解体し、沈降性の悪い汚泥となる。この結果沈殿槽で固液分離しきれず、消化汚泥のフロックが系外へ流出すると、やはり好気性消化槽内の汚泥濃度は低下し、汚泥を消化する能力が低下する。
【００１８】
このように好気性消化工程の汚泥濃度が低下しても、生物処理工程の汚泥を種汚泥として投入すれば、再び好気性消化を行えるようになるが、汚泥が馴養されるまでは好気性消化の効率が悪く、汚泥がなかなか減容されなかったり、発泡が激しくなったりするなどの問題がある。これを避けるためには好気性消化槽内の汚泥を過度に減らさないことが重要であり、このため負荷が低下したときには汚泥消化槽を過曝気にならないよう、また減容しすぎないよう、高度に維持管理する必要がある。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、上記従来の問題点を解決するため、生物処理工程の処理水質を低下させることなく、また好気性消化工程を大型化することなく、高汚泥濃度で消化を行って装置を小型化することができ、しかも排出汚泥量をゼロに近づけることが可能で、低負荷時の維持管理も容易な有機性排液の処理方法を提案することである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明は次の有機性排液の処理方法である。
（１） 有機性排液を生物処理する生物処理工程、
生物処理工程から排出される余剰汚泥および／またはその好気性消化液を易生物分解性に改質処理する改質処理工程、
生物処理工程から排出される余剰汚泥および／またはその改質処理液を、好気性消化槽に導入し、容積当たり１．５〜２．５ｋｇＯ／ｍ ３ ／ｄの酸素を溶解して好気性消化する好気性消化工程、
改質処理工程の改質処理液を好気性消化工程に循環する循環工程、および
好気性消化液を浸漬型膜分離手段により固液分離し、透過液を消化処理水として排出する好気性消化液分離工程を含み、
改質処理工程では、改質処理する汚泥量を、余剰汚泥として改質処理工程または好気性消化工程に流入する余剰汚泥量の２〜５倍量とし、余剰汚泥が発生しない期間は改質処理量を減らすか停止し、
好気性消化工程の汚泥濃度（ＭＬＳＳ）を１００００〜３００００ｍｇ／ｌ、ＳＲＴを２〜５日に維持し、
浸漬型膜分離手段のろ液の透過フラックスを０．０５〜０．２ｍ ３ ／ｍ ２ ／ｄ、膜下方からの曝気空気量を、旋回流上昇部底面積当たり１００〜２００ｍ ３ ／ｍ ２ ／ｈｏｕｒとする
有機性排液の生物処理方法。
（２）浸漬型膜分離手段を膜分離槽に設け、膜分離により固液分離した濃縮液を好気性消化工程に返送する上記（１）記載の方法。
（３） 生物処理工程は、硝化工程および脱窒工程を含む生物処理工程である上記（１）または（２）記載の方法。
（４） 生物処理工程は、固液分離手段として膜分離を行う上記（１）ないし（３）のいずれかに記載の方法。
（５） 好気性消化工程は、少なくとも一部を酸素富化空気で曝気する上記（１）ないし（４）のいずれかに記載の方法。
【００２１】
本発明において処理の対象となる有機性排液は、生物処理によって処理される有機物、アンモニア性窒素化合物、有機性窒素化合物、硝酸性窒素、亜硝酸性窒素などを含有する排液であるが、難生物分解性の有機物または無機物が含有されていてもよい。このような有機性排液としては下水、し尿、埋立浸出水、食品工場排水、その他の産業排液などがあげられる。
【００２２】
このような有機性排液を生物処理する生物処理工程は、好気性生物処理、嫌気性生物処理またはこれらを組み合せた生物処理である。好気性生物処理としては、活性汚泥法、生物膜法などがあげられる。活性汚泥法は有機性排液を活性汚泥の存在下に好気性生物処理する処理法であり、有機性排液を生物処理槽（曝気槽）で活性汚泥と混合して曝気し、混合液を固液分離装置で固液分離し、分離汚泥の一部を曝気槽に返送する標準活性汚泥法が一般的であるが、これを変形した他の処理法でもよい。また生物膜法は担体に生物膜を形成して好気性下に排液と接触させる処理である。また嫌気性処理としては、嫌気性消化法、高負荷嫌気性処理法などがあげられる。固液分離装置は沈降分離、濾過、膜分離など任意の固液分離手段が用いられる。特に膜分離手段を固液分離装置として設けた膜式活性汚泥法が好ましい。
【００２３】
生物処理工程としては、一般的な好気性処理および／または嫌気性処理からなるもののほか、アンモニア性窒素を硝化細菌により好気性下に硝酸または亜硝酸性窒素に硝化（酸化）する硝化工程と、硝酸または亜硝酸性窒素を脱窒細菌により嫌気性下に還元する脱窒工程とを含む生物処理工程があげられる。特に、有機性排液と硝化工程から返送される硝化液とを混合し、嫌気状態を維持して脱窒を行う脱窒工程、この脱窒工程の脱窒液を硝化槽に導入し、硝化細菌を含む生物汚泥と混合して硝化を行う硝化工程、膜分離手段により硝化液を膜分離して透過液を処理水として排出する硝化液分離工程、および濃縮汚泥を含む硝化液を上記脱窒工程に返送する返送工程を含む生物処理工程が好ましいが、これらに限らない。
【００２４】
より高度な窒素除去を行う場合には、硝化槽の硝化液を第２脱窒槽に導入して脱窒を行った後、浸漬型膜分離手段を槽内に備えた膜分離槽に導入して、再曝気を行うとともに活性汚泥を膜分離して透過液を処理水として排出し、膜分離槽内の汚泥の少なくとも一部を脱窒槽に返送する方法が好ましい。
また、このように硝化槽と脱窒槽とを別々に設けずに、硝化工程と脱窒工程とを１槽で交互に行う間欠曝気法により硝化、脱窒処理を行った後、間欠曝気処理液を膜分離してもよい。
【００２５】
生物処理工程が硝化工程および脱窒工程を含む生物処理工程である場合、改質処理液を硝化、脱窒工程で処理すると、生物処理工程への負荷が大きく増大し、改質余剰汚泥の発生量が３倍程度に増加する。このため処理液を硝化、脱窒工程で処理すると、生物処理工程への負荷が大きく増大し、硝化槽も約３倍程度に大きくして一定値以上のＳＲＴを確保する必要があるが、本発明の方法は余剰汚泥の消化を生物処理工程とは別の系で行っているので、硝化、脱窒工程には何ら影響を与えず、処理水質の悪化も招かず、しかも最適の条件で好気性消化を行うことができる。
【００２６】
生物処理工程の固液分離手段として膜分離装置を用いる場合には、従来公知の膜分離装置を用いることができる。
膜分離装置としては活性汚泥をポンプなどの送液手段を用いて膜面の片側に高流速で循環させ、もう片側からろ液を取り出す、ポンプ循環式クロスフロー濾過型の膜分離装置を用いることができる。濾過の駆動圧としては、前記循環ポンプの圧力を用いても良いし、ろ液の透過側を吸引しても良い。
【００２７】
また、別の膜分離手段としては、膜浸漬槽内に膜を浸漬配置し、この槽内に設けられた散気装置により引き起こされる曝気による循環水流を膜面に当てることにより、膜面への懸濁物質の濃縮を防止しながらろ過を行う、浸漬型膜分離装置を用いることができる。濾過の駆動圧としては、膜浸漬槽を密閉型として槽内を加圧しても良いし、ろ液側を吸引しても良い。吸引の手段はポンプによるものの他、膜浸漬槽内の水圧によりしみ出てきたろ液を排出するだけの、いわゆる重力濾過でも良い。膜浸漬槽はバッフル板等の隔壁を設けることにより、曝気水流による上昇流と、非曝気部分の下降部に区別する（この上昇流と下向流を合せて旋回流と呼ぶ）ことが一般的であり、通常は上昇流の中に膜を設置する。
このようなクロスフロー濾過方式と浸漬膜方式のどちらも用いることができるが、建設費や運転動力費の面から浸漬膜の方が好ましい。
【００２８】
これら膜により固液分離を行う場合は、生物処理槽内の汚泥濃度は、沈殿槽により固液分離を行うものよりも高くすることができるため、汚泥当たりのＢＯＤ負荷や窒素負荷は従来と同等か従来以下であっても、容積当たりのＢＯＤ負荷や窒素負荷を高く取ることができるため、生物処理槽を小型化することができる。
【００２９】
膜分離装置は、汚泥当たりの負荷を高く取ることもできるが、負荷が高いほど膜は汚染されやすいため、通常ＢＯＤ−汚泥負荷は０．３ｋｇＢＯＤ／ｋｇＳＳ／ｄ以下、好ましくは０．０５〜０．１５ｋｇＢＯＤ／ｋｇＶＳＳ／ｄとする。また、脱窒工程におけるＢＯＤ負荷もこれと同様の値とする。
これらの値を保つためには生物処理工程のＳＲＴを長く取ることが必要であり、通常はＳＲＴを５日以上、好ましくは１０〜３０日とする。
【００３０】
前述したように、生物易分解化した余剰汚泥を生物処理すると、一部は無機化されて消滅するが、残りは新たな余剰汚泥となるため、その分汚泥濃度が増加し、膜分離が困難になって膜濾過効率が低下する。一方汚泥濃度を同じに保つために、改質処理工程への循環量を増やして、無機化される汚泥量を増やすと、ＳＲＴが短くなり、汚泥負荷が高くなって膜が汚染されやすくなる。このため、本発明のように余剰汚泥を別系列の好気性消化槽で処理する方法は、膜の汚染防止・安定運転のためにも有効である。
【００３１】
前記膜分離装置の膜の種類としては、限外濾過（ＵＦ）膜、精密濾過（ＭＦ）膜などが使用できる。膜の材質としては酢酸セルロース（ＣＡ）膜、ポリアミド（ＰＡ）膜、アラミド膜、ポリスルホン膜、親水性ポリエチレンなど任意の材質の膜が使用できる。また膜の形状としては平膜、スパイラル状膜、チューブラー膜、中空糸膜など任意の形状のものが使用できる。
【００３２】
本発明では、上記のような生物処理工程から排出される余剰汚泥および／またはこの余剰汚泥を後述の好気性消化工程で消化した好気性消化液を、改質処理工程において易生物分解性に改質する。
改質処理する汚泥量は、余剰汚泥として改質処理工程または好気性消化工程に流入する汚泥量以上、特に２〜５倍量とする。
【００３３】
改質処理した汚泥を再び好気性消化槽で処理すると、一部は微生物の作用により酸化分解されて二酸化炭素と水と溶存塩類等に無機化されて、固形物としては消滅するが、一部は微生物に同化され、再び余剰汚泥となる。ここで改質処理された余剰汚泥が好気性消化後に再び余剰汚泥になる割合（改質汚泥の汚泥転換率）をｙ１とおくと、改質処理汚泥当たりの無機化される割合は（１−ｙ１）である。従って、生物処理工程からの余剰汚泥の発生量をＸ〔ｋｇ／ｄ〕としたとき、Ｘ／（１−ｙ１）〔ｋｇ／ｄ〕の汚泥を改質処理して好気性消化槽で再度生物処理すれば、無機化される汚泥量は（１−ｙ１）×｛Ｘ／（１−ｙ１）｝＝Ｘとなり、余剰汚泥の発生量をゼロとすることができる。従って、改質処理する汚泥量は、生物処理工程から発生する余剰汚泥量の１／（１−ｙ１）倍が好適である。ｙ１の値は、改質処理法、好気性消化条件、処理水温等により変わってくるが、通常０．５〜０．８程度である。従って改質処理汚泥量は余剰汚泥量の２〜５倍量とする。
【００３４】
改質処理としては、オゾン処理、酸処理、アルカリ処理、加熱処理およびこれらを組み合せた処理など、汚泥中の微生物を死滅させて、細胞膜や細胞壁を破壊して易生物分解性に改質することができる公知の改質処理が制限なく採用できるが、オゾン処理が好ましい。
【００３５】
オゾン処理は、余剰汚泥または好気性消化液をオゾンと接触させることにより行う。接触方法としては、オゾン処理槽に余剰汚泥または好気性消化液を導入してオゾンを吹き込む方法、機械攪拌による方法、充填層を利用する方法などが採用できる。オゾンとしてはオゾンガスの他、オゾン含有空気、オゾン化空気などが使用できる。
【００３６】
オゾン処理の条件は特に限定されないが、ｐＨを５以下に調整し、オゾン使用量を０．００２〜０．０５ｇ−Ｏ3／ｇ−ＶＳＳ、好ましくは０．００５〜０．０３ｇ−Ｏ3／ｇ−ＶＳＳとして処理を行うのが望ましい。
【００３７】
余剰汚泥の改質処理は、生物処理工程から排出される余剰汚泥を改質処理槽に導入して改質処理する。好気性消化液の改質処理は、好気性消化工程の好気性消化液の少なくとも一部を改質処理槽に導入して改質処理する。改質処理液は、循環工程として後述の好気性消化工程に循環し、好気性消化に供する。
【００３８】
好気性消化液を改質処理槽に導入して改質処理する際、好気性消化液は好気性消化槽の任意の位置から採取することができるが、好気性消化槽を直列多段にする場合は、２槽目以降から採取するのが好ましい。１槽目には破壊された細胞壁等の高分子有機物が多く、これらは特に改質処理しなくとも消化汚泥によって分解されていくからである。
【００３９】
前記生物処理工程に余裕がある場合は、改質処理液の一部を生物処理工程に送って処理することもできる。この場合、好気性消化槽の容積をさらに小さくすることができる。特に生物処理工程が脱窒工程を含む場合、改質処理液の一部を脱窒工程に送って処理することにより、改質処理液中に含まれている有機物を脱窒用の電子供与体として有効利用することができるので好ましい。
【００４０】
本発明の好気性消化工程では、前記生物処理工程から排出される余剰汚泥および／またはこの余剰汚泥を前記改質処理工程で改質処理した改質処理液を、好気性消化槽に導入し、曝気して容積当たり１．５〜２．５ｋｇＯ／ｍ ３ ／ｄの酸素を溶解して好気性消化する。
この場合、好気性消化槽に高負荷をかけて汚泥を炭酸ガスと水とに酸化分解（無機化）するため、多量の酸素を溶解する必要がある。すなわち、容積当たりの酸素必要量で表すと、１．５〜２．５ｋｇＯ／ｍ３／ｄの酸素が必要である。
【００４１】
このため、酸素を供給する手段としては、深層曝気等の高溶解効率の曝気法や酸素富化空気（酸素曝気を含む）による曝気を行うのが、より好ましい。特に汚泥の改質処理をオゾンを用いて行う場合、酸素富化空気を用いてオゾンを発生するのが効率的であるが、このようにオゾンを含む酸素富化空気で汚泥を改質処理した場合、汚泥の改質にオゾンが消費された後は酸素富化空気が残ることになる。この酸素富化空気を好気性消化槽に供給するのがより効率的であり、適宜深層曝気など高溶解効率の曝気装置と組み合せて用いるのがよい。改質工程から排出される酸素富化空気に曝気のための圧力が不足する場合、適宜ブロワーやコンプレッサー等で昇圧して曝気に用いればよい。通常は改質処理工程におけるオゾン溶解効率を高めるため、改質処理工程は１ｋｇｆ／ｃｍ2程度の圧力をかけてオゾン処理するので、曝気のための十分な圧力を持っている。
【００４２】
このように高溶解効率で高濃度の酸素ガスを溶解する場合、好気性消化によって生ずる炭酸ガスが脱気されずに混合液に溶け込み、ｐＨが低下する場合がある。すなわち、空気を曝気する場合は、８０容量％を占める窒素ガスが溶解せずにほぼ全量が放出されるため、この窒素ガスと共に炭酸ガスが脱気され、極端なｐＨ低下が起こらない。これに対して、例えば９０容量％の酸素含有ガスを９０％の溶解効率で好気性消化槽内の混合液に溶解させた場合、溶解せずに放出されるガスは酸素ガスの１９容量％程度であるため脱気効果は低く、このため炭酸ガスが混合液中に蓄積してｐＨ低下が起こる。これを防止する一つの手段として、通常の空気で曝気することにより液中の炭酸ガスを脱気してｐＨが上がるような脱気槽を設けることができるが、本発明では特に膜分離工程を浸漬膜とすれば、膜ろ過のための曝気により炭酸ガスの脱気を兼ねることができるため、好ましい。この場合、酸素富化空気溶解工程では炭酸ガスの溶解によりｐＨが低下するが、浸漬膜による膜分離工程では炭酸ガスの脱気によりｐＨが上昇し、これらｐＨの異なる液は返送汚泥と共に混合されるため、極端なｐＨ低下やｐＨ上昇は生じない。この場合、ｐＨの異なる液を有効に混合するため、返送汚泥量を大きく取り、流入する余剰汚泥量の５〜３０倍とすると良い。ただしあまり過剰に返送汚泥を行うと動力費が無駄になるため、この返送倍率は可変としておいて、ｐＨの変化の様子を見ながら、流入する余剰汚泥量に合せて変更すると良い。
【００４３】
なお、通常の空気による曝気法を用いる場合でも、溶解効率を高めるために微細気泡の散気管を用いることが好ましい。このような散気管としては、１ｍｍ以下の微細な穴や、弾性体に多数設けたスリットや、多孔質のセラミックの細孔から空気（または酸素富化空気）を吹き出して曝気するものなどがあげられる。
【００４４】
易分解性に改質処理した汚泥を含む好気性消化液は、破壊された細胞壁などに由来する高分子の有機物を多く含むため、これが加水分解されて微生物に資化されるまでにやや時間がかかる。このように未分解の微細な有機物は、通常粘性があり、また細菌よりも微細なため、固液分離する膜の細孔内に閉塞しやすい性質を持っている。従って、好気性消化槽は直列に２段以上連ねた曝気槽とするのが好適であり、膜分離用の原水は２段目以降の曝気槽より取るのが好ましい。ただし本発明はこれに限定されるものではなく、単一の曝気槽、あるいは並列に複数槽設けた曝気槽でも十分な効果を発揮する。
【００４５】
好気性消化液分離工程の膜分離手段としては浸漬膜分離手段を使用する。クロスフロータイプと浸漬膜タイプでは、コストの面から浸漬膜が好ましい。
膜分離を行うと、膜分離原水槽（または膜浸漬槽）中に汚泥が濃縮されるため、膜分離原水槽から好気性消化槽上流部へ濃縮液を返送する。濃縮液の返送量は前記生物処理工程から排出されて好気性消化槽へ流入する余剰汚泥量の２倍以上、好ましくは３〜７倍とする。ただし膜分離槽と好気性消化槽を一体とする場合には特に汚泥返送をする必要はない。
【００４６】
本発明における好気性消化液は、もともと高濃度の余剰汚泥であるから粘性が高く、また高負荷で処理するために微生物の活性が高く、微生物がスライム化して膜面に粘着し、膜を閉塞しやすい。また生物易分解性に改質処理された汚泥を多量に含むため、破壊された細胞壁などに由来する未分解の高分子有機物を大量に含む。このため好気性消化槽の固液分離に用いる膜は非常に汚染しやすい状態になり、膜の汚染対策が重要である。
【００４７】
膜の汚染対策としては、浸漬型膜分離装置の場合は、ろ液の透過フラックスを通常０．２〜０．５ｍ３／ｍ２／ｄとするところ、０．０５〜０．２ｍ３／ｍ２／ｄと、低い値に設定したり、膜下方からの曝気空気量を、旋回流上昇部底面積当たり通常３０〜８０ｍ３／ｍ２／ｈｏｕｒとするところ、１００〜２００ｍ３／ｍ２／ｈｏｕｒと、高い値に設定したりすることが有効である。このようにすると、通常よりも膜面積が多く必要であったり、濾過に必要な動力が大きくなったりするが、固液分離対象となる水量は生物処理工程から排出される余剰汚泥に相当する水量のみであり、これは通常、生物処理原水の１／５〜１／１００程度の水量であるため、特に問題とはならない。
【００４８】
なお、浸漬型膜分離装置の場合、その下方から曝気する散気装置としては、粗大気泡を発生するものが良く、散気孔径３〜１０ｍｍ程度の散気管が好ましい。従って、好気性消化工程に酸素を供給するための散気管と浸漬膜に曝気水流を与えるための散気管とは明確に区別し、別々の種類を用いた方が好適である。このように粗大気泡で曝気することにより、膜浸漬槽における酸素の溶解効率は低下するが、曝気量が過大であるため、膜浸漬槽内は十分好気状態となる。従って、膜浸漬槽内も好気性消化の作用を持ち、好気性消化槽の一部として扱うことができる。
【００４９】
また他の膜汚染対策として、膜を容易に洗浄できるようにすることがあげられる。特に、前述のように膜ろ過水量はわずかであるため、常時稼働する膜の他に５０％以上、好ましくは１００％の容量の膜濾過装置を予備系列として備えて置き、膜を洗浄する間はその予備系列に運転を切り替えるのが好ましい。通常はこのように５０％以上の予備膜を持つと、膜やその付帯設備のコストが高く付くため実現不可能であるが、本発明においては好気性消化の固液分離に必要な膜ろ過装置が小型化できるため、このように過剰の予備系列を備えても十分実用的である。特に前述の理由で膜が汚染しやすいため、例えば予備膜の容量を２５％として、１／４づつ膜を洗浄していったのでは間に合わないこともあるため、５０％以上、好ましくは１００％の予備膜を持つのが効果的である。
【００５０】
また膜分離装置が浸漬膜である場合、好気性消化槽内に浸漬膜を設置し、好気性消化膜と膜分離槽を一体化することも可能であるが、洗浄性を良くするためには、好気性消化槽と膜浸漬槽とが容易に遮断できるようになっているのが好ましい。またこのような膜浸漬槽を２つ以上並列に設けてそのうち少なくとも１系列を予備とするのが好ましい。この場合、洗浄する系列内の好気性消化液を予備系列の膜浸漬槽に移送し、その後に洗浄薬液を膜浸漬槽に流入させて（または膜浸漬槽内で洗浄薬液を調整して）膜の洗浄を行うのが好ましい。洗浄薬液は適当な手段で中和した後、前記生物処理工程の原水と混合するなどして処理することができる。
【００５１】
余剰汚泥の好気性消化は、生物処理工程から排出される余剰汚泥を好気性消化槽に導入して好気性消化する。改質処理液の好気性消化は、前記改質処理工程から循環される改質処理液を好気性消化槽に導入して好気性消化する。
【００５２】
好気性消化工程の汚泥濃度（ＭＬＳＳ）は高いのが好ましく、一般的には１００００〜３００００ｍｇ／ｌ、好ましくは１５０００〜３００００ｍｇ／ｌとすることができる。ＳＲＴは短いのが好ましく、２〜５日とする。また好気性消化工程の流入余剰汚泥に対するＨＲＴは排出される余剰汚泥の濃度によって変わるが、０．５〜１０日程度が好ましい。またｐＨは４〜９程度、好ましくは５〜７とするのが望ましい。
【００５３】
本発明における好気性消化液分離工程では、膜分離手段により好気性消化液を膜分離し、透過液を処理水（消化処理水）として系外へ排出するが、この消化処理水中には、しばしばＣＯＤ成分、窒素成分、リン成分その他の有害物質が含まれているので、凝集分離処理、晶析処理、活性炭吸着処理、硝化脱窒処理などの処理を行った後放流するのが好ましい。また消化処理水は前記生物処理工程に戻して生物処理することもできる。消化処理水中の窒素濃度を低下させたい場合は、好気性消化工程を脱窒、硝化のフローとすることもできる。
【００５４】
【作用】
本発明の方法において好気性消化槽を小型化することができる理由について説明する。
余剰汚泥を好気性消化槽に導入して処理する方法において、生物処理工程から排出される余剰汚泥の汚泥濃度をｘ0〔ｋｇ／ｍ3〕、排出量をｑ0〔ｍ3／ｄ〕とする。また好気性消化槽の容積をｖ〔ｍ3〕、槽内液（好気性消化液）の汚泥濃度をｘ〔ｋｇ／ｍ3〕とする。また改質処理槽へ送る好気性消化液の液量と系外へ引き抜いた汚泥量の和をｑ1〔ｍ3／ｄ〕とする。このとき好気性消化槽のＳＲＴ（θと表記する）は、θ＝ｖ／ｑ1〔ｄａｙ〕で表される。
【００５５】
通常ＳＲＴは、次のように定義される。
ＳＲＴ［ｄａｙ］＝（好気性消化槽内の保持汚泥量〔ｋｇ〕）／（引抜き汚泥量〔ｋｇ／ｄａｙ〕）
従って、余剰汚泥の発生をゼロに近づける場合は、ＳＲＴは無限大となるが、前述のように改質処理された汚泥中の微生物はほとんど死滅し、活性はほとんどゼロになるため、微生物にとっては余剰汚泥を系外へ引き抜いたのと同じ効果を持つ。従って本発明では、便宜上、引き抜いて改質処理へ循環した汚泥量も、系外には排出していないが、引抜き汚泥量として考えることができる。従って本発明におけるＳＲＴは厳密には次のように定義される。
ＳＲＴ〔ｄａｙ〕＝（好気性消化槽内の保持汚泥量〔ｋｇ〕）／（引抜き汚泥量〔ｋｇ／ｄａｙ〕＋改質汚泥量〔ｋｇ／ｄａｙ〕）
【００５６】
また余剰汚泥を改質処理した場合の汚泥転換率をｙ0〔−〕、好気性消化液を改質処理した場合の汚泥転換率をｙ1〔−〕とする。
余剰汚泥を好気性消化槽に導入して処理した場合、次の関係式が成り立つ。
汚泥増加分＝ｑ0ｘ0 …（１）
汚泥減少分＝（１−ｙ1）ｑ1ｘ …（２）
ここで定常状態では（１）＝（２）が成り立つから、
【数１】
好気性消化槽容積＝｛〔θｑ0ｘ0〕／〔（１−ｙ1）ｘ〕｝ …（３）
【００５７】
また余剰汚泥を改質処理装置に導入して処理した場合は、次の関係式が成り立つ。
汚泥増加分＝ｙ0ｑ0ｘ0 …（４）
汚泥減少分＝（１−ｙ1）ｑ1ｘ …（５）
ここで定常状態では（４）＝（５）が成り立つから、
【数２】
好気性消化槽容積＝｛〔θｙ0ｑ0ｘ0〕／〔（１−ｙ1）ｘ〕｝ …（６）
【００５８】
上記式（１）〜（６）からわかるように、好気性消化槽容積を小さくするためには、流入汚泥量（ｑ0ｘ0）を減少させるか、好気性消化槽内の汚泥濃度（ｘ）を高くするか、またはＳＲＴ（θ）を小さくするかである。
本発明では膜分離手段により好気性消化槽内の槽内液（消化液）を膜分離するので、重力沈降分離により固液分離する場合に比べて、汚泥濃度（ｘ）を高くすることができ、このため好気性消化槽容積を小さくすることができる。また余剰汚泥を改質処理槽に導入して改質処理する方法の場合、好気性消化槽にかかる実質の汚泥負荷をｙ0倍に削減することができ、通常ｙ0≒ｙ1≒０．６〜０．７であるので、消化槽容積を６０〜７０％に縮小することが可能である。
【００５９】
ここで、設計例により本発明の効果を説明する。
排液量１０００ｍ3／ｄ、ＢＯＤ濃度１０００ｍｇ／Ｌ、ＮＨ4−Ｎ ２００ｍｇ／Ｌの排液を処理するものとする。
《Ａ１．沈殿槽を用いた生物処理（ＢＯＤ除去・窒素除去）》
脱窒槽→硝化槽→沈殿槽のフローとする。硝化槽内の混合液（硝化液）は原水量の８倍を脱窒槽へ循環し、硝酸態窒素を脱窒槽で脱窒するものとする。また、沈殿槽から脱窒槽へ原水量の１倍を返送汚泥するものとする。脱窒槽および硝化槽内のＭＬＳＳ濃度は４０００ｍｇ／Ｌとする。汚泥引抜きは沈殿槽より行い、硝化槽のＳＲＴが１０日になるように引抜き量を設定するものとする。引抜き汚泥濃度は８０００ｍｇ／Ｌと想定する。脱窒槽は汚泥当たりの脱窒速度が０．０８ｋｇＮ／ＫｇＳＳ／ｄとして設計する。
【００６０】
ＢＯＤの６０％が余剰汚泥として発生するものとする。硝化菌由来の余剰汚泥はわずかであるため、便宜上無視する。脱窒槽における脱窒対象窒素量は流入窒素量の９０％とする。これは硝化槽で硝化された窒素の内、硝化液循環と返送汚泥合わせて原水量の９倍が脱窒工程に返送され、残りの１割は処理水に流出するためである。実際にはＢＯＤと共に余剰汚泥として同化する窒素分があるため、脱窒対象窒素量はもっと少ないが、ここでは便宜上無視する。
【００６１】
流入するＢＯＤ量は、１０００〔ｍ3／ｄ〕×１０００〔ｍｇ／Ｌ〕÷１０００＝１０００〔ｋｇ／ｄ〕
発生する余剰汚泥量は、１０００〔ｋｇＢＯＤ／ｄ〕×６０〔％〕÷１００＝６００〔ｋｇ／ｄ〕
流入するＮＨ4−Ｎ量は、１０００〔ｍ3／ｄ〕×２００〔ｍｇ／Ｌ〕÷１０００＝２００〔ｋｇ／ｄ〕
脱窒槽の容積負荷は、０．０８〔ｋｇＮ／ｋｇＳＳ／ｄ〕×４０００〔ｍｇＳＳ／Ｌ〕÷１０００＝０．３２〔ｋｇＮ／ｍ3／ｄ〕
脱窒対象窒素量は、２００〔ｋｇＮ／ｄ〕×９０〔％〕÷１００＝１８０〔ｋｇＮ／ｄ〕
脱窒槽容積は、１８０〔ｋｇＮ／ｄ〕÷０．３２〔ｋｇＮ／ｍ3／ｄ〕＝５６３〔ｍ3〕
【００６２】
硝化槽容積は、余剰汚泥量６００ｋｇ／ｄに対してＳＲＴを１０日とする必要があるから、６００〔ｋｇ／ｄ〕×１０〔ｄ〕＝６０００〔ｋｇ〕の汚泥を保持する必要があり、硝化槽の汚泥濃度から、６０００〔ｋｇ〕÷（４０００〔ｍｇ／Ｌ〕÷１０００）＝１５００〔ｍ3〕
硝化槽と脱窒槽の容積は、合わせて２０６３ｍ3となる。
【００６３】
《Ａ２．沈殿槽を用いた生物処理（ＢＯＤ除去のみ）》
ＢＯＤ汚泥負荷を０．２ｋｇＢＯＤ／ｋｇＳＳ／ｄとする。その他の条件は前記Ａ１と同じとして、
ＢＯＤ容積負荷は０．２〔ｋｇＢＯＤ／ｋｇＳＳ／ｄ〕×４０００〔ｍｇ／Ｌ〕÷１０００＝０．８〔ｋｇＢＯＤ／ｍ3／ｄ〕
曝気槽容積は、１０００〔ｋｇＢＯＤ／ｄ〕÷０．８〔ｋｇＢＯＤ／ｍ3／ｄ〕＝１２５０〔ｍ3〕
【００６４】
《Ｂ１．膜分離を用いた生物処理（窒素除去有り）》
脱窒槽→硝化槽兼膜分離槽のフローとする。硝化槽内の混合液は原水量の９倍量、脱窒槽へ循環し、硝酸態窒素を脱窒槽で脱窒するものとする。脱窒対象窒素量は、前記Ａ１と同じく、流入窒素量の９０％である。
硝化槽内のＭＬＳＳ濃度は１００００ｍｇ／Ｌとする。硝化槽内では膜分離による固液分離を行うため、脱窒槽に比べて汚泥濃度は濃縮されている。従って脱窒槽の汚泥濃度は硝化槽よりも低く、今回の循環量の場合脱窒槽ＭＬＳＳ濃度は９０００ｍｇ／Ｌとなる。
汚泥当たりの脱窒速度は前記Ａ１と同じ０．０８ｋｇＮ／ＫｇＳＳ／ｄとする。汚泥引抜きは硝化槽より行い、硝化槽ＳＲＴが前記Ａ１と同じ１０日となるように引抜き量を設定するものとする。
【００６５】
脱窒槽の容積負荷は、０．０８〔ｋｇＮ／ｋｇＳＳ／ｄ〕×９０００〔ｍｇ／Ｌ〕÷１０００＝０．７２〔ｋｇＮ／ｍ3／ｄ〕
脱窒対象窒素量は、２００〔ｋｇＮ／ｄ〕×９０〔％〕÷１００＝１８０〔ｋｇＮ／ｄ〕
脱窒槽容積は、１８０〔ｋｇＮ／ｄ〕÷０．７２〔ｋｇＮ／ｍ3／ｄ〕＝２５０〔ｍ3〕
硝化槽容積は、前記Ａ１と同様６０００ｋｇの汚泥を保持する必要があるため、
硝化槽容積は、６０００〔ｋｇ〕÷（１００００〔ｍｇ／Ｌ〕÷１０００）＝６００〔ｍ3〕
硝化槽と脱窒槽の容積は、合わせて８５０ｍ3となる。
【００６６】
《Ｂ２．膜分離を用いた生物処理（ＢＯＤ除去のみ）》
曝気槽と膜分離槽を兼用するものとし、曝気槽ＭＬＳＳ濃度を１００００ｍｇ／Ｌとする。ＢＯＤ汚泥負荷は前記Ａ２と同じ０．２ｋｇＢＯＤ／ｋｇＳＳ／ｄとして
ＢＯＤ容積負荷は、０．２〔ｋｇＢＯＤ／ｋｇＳＳ／ｄ〕×１００００〔ｍｇ／Ｌ〕÷１０００＝２〔ｋｇＢＯＤ／ｋｇＳＳ／ｄ〕
曝気槽容積は、１０００〔ｋｇＢＯＤ／ｄ〕÷２〔ｋｇＢＯＤ／ｍ3／ｄ〕＝５００〔ｍ3〕
【００６７】
《Ｃ１．固液分離に沈殿槽を用いた好気性消化槽》
改質処理された汚泥の汚泥転換率（ｙ１）を０．７とする。改質処理汚泥当たりの無機化される割合は（１−０．７）＝０．３となるから、生物処理工程で発生する余剰汚泥量の１／０．３＝３．３３３倍の汚泥を改質処理して好気性消化することにより、余剰汚泥の発生をゼロとすることができる。廃棄物として系外に排出する余剰汚泥はゼロとして設計する。余剰汚泥量は前記Ａ１で述べたように６００ｋｇ／ｄである。
好気性消化槽のＳＲＴを４ｄａｙとし、消化槽ＭＬＳＳ濃度を４０００ｍｇ／Ｌとする。
【００６８】
改質処理汚泥量は、６００〔ｋｇ／ｄ〕×３．３３３＝２０００〔ｋｇ／ｄ〕好気性消化槽のＳＲＴを４日に保つために、好気性消化槽内には２０００〔ｋｇ／ｄ〕×４〔ｄａｙ〕＝８０００〔ｋｇ〕の汚泥を保持する必要があり、消化槽の汚泥濃度から、
消化槽容積は、８０００〔ｋｇ／ｄ〕÷（４０００〔ｍｇ／Ｌ〕÷１０００）＝２０００〔ｍ3〕
ＳＳ負荷としては、２０００〔ｋｇ／ｄ〕÷２０００〔ｍ3〕＝１〔ｋｇ／ｍ3／ｄ〕
ＶＳＳ／ＳＳ比を０．８と仮定して、有機物負荷（ＶＳＳ負荷）として１〔ｋｇＳＳ／ｍ3／ｄ〕×０．８＝０．８〔ｋｇＶＳＳ／ｍ3／ｄ〕
ただし、改質処理汚泥もＳＳ負荷、有機物負荷として考えた。
【００６９】
従来の好気性消化法の有機物負荷が０．８〜１．０ｋｇＶＳＳ／ｍ3／ｄとされている（特開平８−２９９９９５より）から、ほぼ同等の値であることが分かる。
この容積は、前記Ａ１の生物処理槽の０．９７倍、ほぼ同等の大きさである。
また前記Ａ２の生物処理槽の１．６倍である。
また、前記Ｂ１、Ｂ２のように膜を使った生物処理槽の余剰汚泥を好気性消化するとしたら、それぞれ２．４倍、４倍となり、実用的とは言えないことが分かる。
【００７０】
《Ｃ２．固液分離に膜を用いた好気性消化槽（本発明）》
改質処理された汚泥の汚泥転換率（ｙ１）を前記Ｃ１と同じ０．７とする。従って前記Ｃ１と同様、生物処理工程で発生する余剰汚泥量の３．３３３倍を改質処理して好気性消化する必要がある。好気性消化槽のＳＲＴを前記Ｃ１と同じ４ｄａｙとし、消化槽ＭＬＳＳ濃度を２００００ｍｇ／Ｌとする。
好気性消化槽のＳＲＴを４日に保つために、前記Ｃ１と同様、８０００ｋｇの汚泥を好気性消化槽に保つ必要があり、消化槽の汚泥濃度から、
消化槽容積は、８０００〔ｋｇ／ｄ〕÷（２００００〔ｍｇ／Ｌ〕÷１０００）＝４００〔ｍ3〕
ＳＳ負荷は、２０００〔ｋｇＳＳ／ｄ〕÷４００〔ｍ3〕＝５〔ｋｇＳＳ／ｍ3／ｄ〕
ＶＳＳ／ＳＳ比を０．８と仮定して、有機物（ＶＳＳ）負荷として５〔ｋｇＳＳ／ｍ3／ｄ〕×０．８＝４〔ｋｇＶＳＳ／ｍ3／ｄ〕
【００７１】
この値は従来の有機物負荷０．８〜１．０ｋｇＶＳＳ／ｍ3／ｄを大きく越えるものであり、非常に小さな好気性消化槽を実現していることが分かる。しかも余剰汚泥はほとんど発生しない。
この好気性消化槽容積は、沈殿槽を用いた生物処理工程Ａ１、Ａ２の好気性消化槽として用いれば、生物処理槽に対してそれぞれ、０．１９倍、０．３２倍と非常に小さな好気性消化槽で余剰汚泥の発生をゼロとすることができる。また膜分離を用いた生物処理工程Ｂ１、Ｂ２の好気性消化槽としても、それぞれ０．４７倍、０．８倍と、やはり生物処理工程よりも小さな好気性消化槽で余剰汚泥の発生量をゼロとすることができる。
【００７２】
このように小さな好気性消化槽を実現できる理由は、前述したように、余剰汚泥量以上を生物易分解性に改質処理して好気性消化槽に循環していること、膜フラックスを低めに保ち、ポンプ循環型の膜に対しては膜面流速を高め、浸漬膜に対しては曝気量を多くすることで、難ろ過性の好気性消化汚泥を例えば２００００ｍｇ／Ｌまで高濃度に濃縮していること、膜の洗浄が容易な構造としていること、必要に応じて酸素富化空気や微細気泡散気管で好気性消化槽を曝気することにより高い有機物負荷に対して十分な酸素を供給していること、等にある。
【００７３】
膜面積に関しては、例えば前記Ｂ１またはＢ２の生物処理工程において、膜ろ過時のフラックス０．３ｍ3／ｍ2／ｄ、８分濾過・２分停止の間欠ろ過を行う浸漬膜を設置するとすれば、平均フラックスは０．３×０．８＝０．２４〔ｍ3／ｍ2／ｄ〕となり、処理水量は１０００〔ｍ3／ｄ〕であるから、
膜面積は、１０００〔ｍ3／ｄ〕÷０．２４〔ｍ3／ｍ2／ｄ〕＝４１６７〔ｍ2〕必要になる。
【００７４】
これに対し、前記Ｃ２の好気性消化槽に必要な膜は、例えば膜ろ過時のフラックス０．２ｍ3／ｍ2／ｄ、６分濾過・２分停止の間欠ろ過を行う浸漬膜として、平均フラックスは０．２×０．６＝０．１２〔ｍ3／ｍ2／ｄ〕となり、処理水量は余剰汚泥量６００ｋｇ／ｄ、余剰汚泥濃度１００００ｍｇ／Ｌであることから、
処理水量 ６００〔ｋｇ／ｄ〕÷（１００００〔ｍｇ／Ｌ〕÷１０００）＝６０〔ｍ3／ｄ〕
膜面積 ６０〔ｍ3／ｄ〕÷０．１２〔ｍ3／ｍ2／ｄ〕＝５００〔ｍ2〕
となり、平均フラックスを生物処理工程の半分としても、必要な膜面積は生物処理工程の１／８以下で良いことになる。予備膜を１００％用意したとしても、必要な膜面積は合計１０００ｍ2であり、生物処理工程に必要な膜面積の２５％程度の膜面積があればよいことになる。
【００７５】
なお、間欠ろ過は膜面への懸濁物質の濃縮・固着を防ぐために有効であるとされており、とくにここでは好気性消化汚泥の濾過工程の休止時間を長くとって設計することにより、難ろ過性の好気性消化汚泥による膜汚染の防止を図っている。
【００７６】
《Ｃ３．固液分離に膜を用い、余剰汚泥を改質処理してから好気性消化槽に導入する方法（本発明）》
前記Ｃ２でも十分に小さい好気性消化槽を実現できたが、生物処理工程が膜分離を利用したものである場合、特に前記Ｂ２のようなコンパクトな生物処理工程に対しては、好気性消化槽の容積が生物処理槽の８割を占めてしまうという問題が残るため、より一層好気性消化槽をコンパクトにする必要がある。
そこで、余剰汚泥６００ｋｇ／ｄを改質処理してから好気性消化槽に導入し、好気性消化槽からは１４００ｋｇ／ｄの消化汚泥を改質処理工程に循環すれば、トータルの改質汚泥量は２０００ｋｇ／ｄとなって余剰汚泥ゼロを見込めるにも関わらず、好気性消化槽ＳＲＴは好気性消化槽から改質工程に循環する１４００ｋｇ／ｄの汚泥に対して設定すればよいから、好気性消化槽をより小型化できる。
【００７７】
すなわち、好気性消化槽のＳＲＴを４日に保つために、好気性消化槽内には
１４００〔ｋｇ／ｄ〕×４〔ｄａｙ〕＝５６００〔ｋｇ〕の汚泥を保持すれば良く、消化槽の汚泥濃度から、
消化槽容積は、５６００〔ｋｇ〕÷（２００００〔ｍｇ／Ｌ〕÷１０００）＝２８０〔ｍ3〕
の消化槽となる。この消化槽は前記Ｂ２の生物処理槽の０．５６倍であり、生物処理槽に比べてより一層小さな好気性消化槽となっている。前記Ａ１、Ａ２、Ｂ１の生物処理槽に比べれば、それぞれ０．１４倍、０．２２倍、０．３３倍と、さらに小さな容積を実現できていることが分かる。
このとき、好気性消化槽へのＳＳ負荷は、２０００〔ｋｇＳＳ／ｄ〕÷２８０〔ｍ3〕＝７．１〔ｋｇＳＳ／ｍ3／ｄ〕、
有機物負荷は、５．７ｋｇＶＳＳ／ｍ3／ｄとより一層高負荷となっている。
【００７８】
本発明では好気性消化液の固液分離を膜により行っているため、消化液が沈降不良を生じ汚泥が系外へ流出する心配がない。従って、生物処理原水の負荷が低く、余剰汚泥がほとんど発生しないような期間にも、改質処理量を減らすか停止するかして、好気性消化液は空曝気の状態にしておけば、生物汚泥が減少しすぎることもなく、またフロックが空曝気により解体して流出することもなく、容易に生物汚泥を系内に維持することができる。すなわち、負荷が低下した際にも高度な維持管理を行う必要が無く、改質処理への循環量を減らすか停止して、後は放っておけば良く、誰にでも管理が可能である。
【００７９】
このように、好気性消化反応に対して良く馴養された生物汚泥を常に系内に保持できるため、再度余剰汚泥が発生して好気性消化工程に負荷がかかった際も、この馴養済みで消化効率の高い生物汚泥が保持されていることにより、何の問題もなく好気性消化工程を再立上することができる。
【００８０】
【発明の効果】
本発明の有機性排液の生物処理方法は、余剰汚泥を改質処理および好気性消化して減容化するに際し、好気性消化槽において容積当たり１．５〜２．５ｋｇＯ／ｍ ３ ／ｄの酸素を溶解して好気性消化するとともに、この消化液を浸漬型膜分離手段により膜分離し、 改質処理工程で改質処理する汚泥量を、余剰汚泥として改質処理工程または好気性消化工程に流入する余剰汚泥量の２〜５倍量とし、余剰汚泥が発生しない期間は改質処理量を減らすか停止し、好気性消化工程の汚泥濃度（ＭＬＳＳ）を１００００〜３００００ｍｇ／ｌ、ＳＲＴを２〜１５日に維持し、浸漬型膜分離手段のろ液の透過フラックスを０．０５〜０．２ｍ ３ ／ｍ ２ ／ｄ、膜下方からの曝気空気量を、旋回流上昇部底面積当たり１００〜２００ｍ ３ ／ｍ ２ ／ｈｏｕｒとするので、汚泥濃度を高濃度にして消化することができ、生物処理工程に比べて小型の好気性消化槽を用いて余剰汚泥の減容化が可能であり、しかも消化効率を高くして、排出汚泥量をゼロに近づけることもでき、負荷が低く、余剰汚泥の発生量が少ない期間にも容易に維持管理することができる。
しかも、生物処理工程本体には過剰な負荷をかけずに余剰汚泥を減容化するため、生物処理工程、特に硝化槽を従来よりも大きくする必要はなく、また処理水質が悪化することも無い。また生物処理工程が膜分離工程を含むものであっても、過剰な汚泥負荷がかかることが無く、従来と同程度に膜分離装置を安定運転することができる。
【００８１】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施例を図面により説明する。
図１〜図４はそれぞれ異なる実施形態の有機性排液の生物処理装置を示す系統図であり、図１は余剰汚泥を好気性消化槽に導入して処理する場合、図２は余剰汚泥を改質処理槽に導入して処理する場合、図３は生物処理工程が硝化工程および脱窒工程である場合、図４は好気性消化槽と膜分離槽とを別々に設けた場合の例である。
【００８２】
図１において、１は曝気槽であり、原水路２および返送液路３が連絡し、底部には散気装置４が設けられ、空気供給路５が連絡している。曝気槽１から膜分離装置７に、ポンプ８を有する連絡路９が連絡している。
【００８３】
膜分離装置７は分離膜１０によって透過液室１１と濃縮液室１２に区画され、透過液室１１には処理水路１３が連絡し、濃縮液室１２には返送液路３が連絡している。膜分離装置７としては、平膜、スパイラル状膜、チューブラー膜、中空糸膜などの任意の分離膜１０を備えたものが使用できる。
【００８４】
２１は好気性消化槽であり、返送液路３から分岐した余剰汚泥路１４が連絡し、槽内に浸漬型膜分離装置２２を備えている。浸漬型膜分離装置２２は分離膜２３が液中に浸漬され、槽内液（好気性消化液）がこの分離膜を透過して透過液室２４側に集められるように構成されている。透過液室２４には処理水路２５が連絡し、ポンプ２６が設けられている。浸漬型膜分離装置２２の下側には散気装置２７が配置され、空気供給路２８が連絡している。２９は隔壁である。
【００８５】
好気性消化槽２１からオゾン処理槽３１に好気性消化液路３２が連絡するとともに、オゾン処理槽３１からオゾン処理液路３３が連絡している。オゾン処理槽３１にはオゾン発生機３５からオゾン供給路３６が連絡している。
【００８６】
図１の装置により有機性排液（原水）を処理するには、原水路２から原水を曝気槽１に導入し、返送液路３から返送される濃縮液中の返送汚泥および曝気槽１内の活性汚泥と混合し、空気供給路５から供給される空気を散気装置４から散気して好気性生物処理する。これにより原水中の有機物は生物酸化反応によって分解される。
【００８７】
曝気槽１の槽内液の一部は連絡路９から取り出し、ポンプ８で加圧して膜分離装置７に導入し、膜分離することにより透過液と濃縮液とに分離する。分離膜１０を透過した透過液は処理水として処理水路１３から排出し、活性汚泥その他の固形分が濃縮された濃縮液の一部は返送液路３から曝気槽１に返送する。
【００８８】
余剰汚泥として排出される濃縮液は余剰汚泥路１４から好気性消化槽２１に導入し、空気供給路２８から供給される空気（好ましくは酸素富化空気）を散気装置２７から散気して好気性消化を行う。
【００８９】
またポンプ２６を駆動して透過液を処理水路２５から排出することにより、好気性消化槽２１内で槽内液（好気性消化液）の膜分離を行う。
【００９０】
好気性消化液の一部は好気性消化液路３２からオゾン処理槽３１に導入し、オゾン発生機３５で発生させたオゾンをオゾン供給路３６から供給して接触させ、オゾン処理（改質処理）を行う。これにより好気性消化液中の汚泥がＢＯＤ化する。オゾン処理液はオゾン処理液路３３から好気性消化槽２１に循環し、好気性消化に供する。
【００９１】
このように余剰汚泥およびオゾン処理液を好気性消化することにより余剰汚泥を減容化することができる。この場合、好気性消化を生物処理とは別の系で行っているため、処理水質に影響を与えることはなく、しかも好気性消化槽２１において浸漬型膜分離装置２２により膜分離を行っているため、好気性消化槽２１内の汚泥濃度を高くすることができ、これにより消化効率を高くして装置を小型化することができるが、酸素富化空気を用いることにより消化効率はさらに高くなる。
【００９２】
図２の装置は、余剰汚泥路１４がオゾン処理槽３１に連絡している以外は図１と同様に構成されている。図２の装置による処理方法は、膜分離装置７で濃縮され余剰汚泥として排出される濃縮液を余剰汚泥路１４からオゾン処理槽３１に導入してオゾン処理する以外は図１と同様に処理する。図２の場合、好気性消化液に加えて余剰汚泥も改質処理するので、図１の場合よりもさらに消化効率を高くすることができ、好気性消化槽２１をさらに小型化することができる。
【００９３】
図３は生物処理として硝化および脱窒を行う場合の例である。図３において、４１は脱窒槽であり、原水路４２、返送液路４３、連絡路４４、４５、オゾン処理液移送路４６および電子供与体供給路４７が連絡し、攪拌器４８を備えている。
【００９４】
５１は硝化槽であり、返送液路４３、連絡路４４、薬注路５２、余剰汚泥路５３が連絡し、槽内に図１と同様の浸漬型膜分離装置２２ａが設けられている。
【００９５】
６１は晶析処理槽であり、連絡路４５、６２、薬注路６３、排出路６４が連絡し、浸漬型膜分離装置２２の透過液を導入して晶析処理し、透過液中の塩類等を分離できるように構成されている。
またオゾン処理槽３１にはオゾン処理液の一部を脱窒槽４１に移送できるようにオゾン処理液移送路４６が連絡している。
他の構成は図１と同様である。
【００９６】
図３の装置により原水を生物処理するには、原水路４２から原水を脱窒槽４１に導入し、返送液路４３から返送される活性汚泥、オゾン処理液路４６から移送されるオゾン処理液および槽内の脱窒細菌と混合し、また電子供与体供給路４７からメタノールなどの電子供与体を供給し、嫌気性を維持し、攪拌機４８で緩やかに攪拌しながら脱窒を行うとともに、有機物を分解する。
【００９７】
脱窒液の一部は連絡路４４から硝化槽５１に導入し、硝化細菌を含む活性汚泥と混合するとともに、薬注路５２から酸またはアルカリを添加してｐＨを７〜８に調整し、散気装置２７ａから散気して、有機物を分解してＢＯＤを除去するとともに、有機性窒素をアンモニア性窒素に分解する。この場合ＢＯＤ除去のための曝気よりも過剰に曝気して、硝化細菌を優勢にする。
【００９８】
硝化槽５１の槽内液（硝化液）は、浸漬型膜分離装置２２ａにより膜分離し、透過液を処理水として処理水路２５ａから排出する。汚泥が濃縮された硝化液の一部は返送液路４３から脱窒槽４１に返送する。余剰汚泥に相当する硝化液は余剰汚泥路５３から好気性消化槽２１に導入して消化を行う。
【００９９】
浸漬型膜分離装置２２で膜分離した透過液は連絡路６２から晶析処理槽６１に導入し、薬注路６３から塩化マグネシウムなどの薬剤を注入して晶析処理する。処理水は連絡路４５から脱窒槽４１に戻し、結晶は排出路６４から排出する。
【０１００】
オゾン処理槽３１でオゾン処理したオゾン処理液の一部はオゾン処理液移送路４６から脱窒槽４１に移送する。これによりオゾン処理液中の有機物が脱窒に必要な電子供与体として利用される。
他の処理は図１の場合と同様に処理する。
【０１０１】
図３の場合、生物処理工程としての硝化脱窒には何ら影響を与えることなく、余剰汚泥を最適の条件で、例えば最適なＳＲＴで好気性消化することができ、処理プロセスに無駄が生じない。
図３において好気性消化槽２１を省略し、硝化槽５１の槽内液を直接オゾン処理槽３１でオゾン処理した後、その全量を脱窒槽４１に戻すプロセスも考えられるが、この場合脱窒槽４１および硝化槽５１の容積、特に硝化槽５１の容積を大きくする必要があり、装置が大型化してしまう。硝化槽５１が浸漬型膜分離装置２２ａを備えている場合は、すでに硝化液中の汚泥濃度は高濃度になっており、汚泥濃度を高濃度にすることによる装置の小型化は難しい。従って、図３のように、浸漬型膜分離装置２２を備えた好気性消化槽２１を設けて余剰汚泥を処理することにより、全体の装置を小型化することができる。
【０１０２】
図４の装置は図１の装置の好気性消化槽２１から浸漬型膜分離装置２２および隔壁２９を取り出し、別に設けた膜分離槽７１に収容した構造になっている。
好気性消化液の一部はポンプ７８を駆動して好気性消化液路３２からオゾン処理槽３１に導入し、オゾン処理（改質処理）を行う。オゾン発生機３５には酸素富化装置７２から酸素富化空気供給路７３が連絡しており、これより供給される酸素富化空気を用いてオゾンガス含有酸素富化空気をオゾン処理槽３１に供給している。オゾンガス含有酸素富化空気はオゾン処理槽３１でオゾンを消費された後、酸素富化空気供給路７３ａを通じて好気性消化槽２１の散気装置２７ｂに供給されるようになっており、これにより消化効率を高くする。このように酸素富化空気を有効利用する場合は、好気性消化槽２１を深層曝気槽などとし、溶解効率を高めるのが好ましい。
【０１０３】
好気性消化槽２１と膜分離槽７１とはエアリフトポンプ７４および返送路７５で連絡している。エアリフトポンプ７４は下部に散気部７６を有し、中間に消化汚泥流入バルブ７７を有する。
エアリフトポンプ７４は、散気部７６から吹き出す空気を駆動力として好気性消化槽２１内の消化液を膜分離槽７１へ移送する。この移送量は余剰汚泥路１４から流入する余剰汚泥量の３倍以上、好ましくは４〜８倍とする。
膜ろ過されなかった消化液は返送汚泥として返送路７５より、余剰汚泥量の２倍以上、好ましくは３〜７倍量が返送され、再び好気性消化を受ける。
【０１０４】
膜分離槽７１は図１の好気性消化槽２１とほぼ同様の構造となっているが、散気装置２７から散気される空気量は浸漬型膜分離装置２２の汚染を防止する程度とされている。
膜分離槽７１は好ましくは複数槽設けられており、そのうち少なくとも１槽が予備系列とされており、膜分離槽７１内の分離膜２３の汚染が激しくなってきたら、該当する膜分離槽の運転を停止し、その膜分離槽内の消化汚泥を予備系列の膜分離槽に移送して予備系列の運転を開始し、運転を停止した膜分離槽には洗浄薬液を注入して分離膜の洗浄を行う。洗浄後は膜分離槽内には通常、上水や工水や生物処理水を満たし、そのまま新たな予備系列とする。
【０１０５】
運転を停止した系列には好気性消化槽内の汚泥が流入しないよう、エアリフトポンプ７４の運転を停止するか、消化汚泥流入バルブ７７を閉じる。
他の構成および操作は図１の場合と同様である。なお図４の装置の場合、好気性消化槽２１内の消化液を取り出してオゾン処理する代わりに、膜分離槽７１内の消化液を取り出してオゾン処理することもできる。
【０１０６】
【実施例】
実施例１
図３の装置により有機性排液を生物処理した。脱窒槽４１の容積は４０ liter、硝化槽５１の容積は４０ literとした。硝化槽５１に設けた浸漬型膜分離装置２２ａとしては、分離膜２３ａとして親水化ポリエチレン製の中空糸浸漬膜で、中空糸膜を平板状に張設したものを用いた。膜面積は０．５ｍ2である。また中空糸膜は孔径０．１μｍのＭＦ膜で、外径４１０μｍ、内径２７０μｍのものである。
【０１０７】
試験に用いた原水は水道水にＢＯＤ源として酢酸ナトリウム、窒素源として硫酸アンモニウムを加えたものである。原水濃度はＢＯＤが３００ｍｇ／ｌ、ＮＨ4−Ｎが３００ｍｇ／ｌとなるように調整した。またリン酸をＰＯ4−Ｐが９ｍｇ／ｌとなるように添加した。原水の水量は１００ liter／ｄとした。
【０１０８】
脱窒槽４１にはメタノールを原水当り６００ｍｇ／ｌとなるように添加して脱窒を行った。
硝化槽５１では散気装置２７ａから散気し、分離膜２３ａの膜面にクロスフロー流速を与えるとともに、槽内に酸素を供給して硝化を行った。空気量は１００ liter／ｍｉｎとした。
【０１０９】
またｐＨ計と連動させ、薬注路５２から水酸化ナトリウムを添加し、ｐＨを７．２〜７．３に調整した。硝化槽５１から脱窒槽４１への返送液量は１０００ liter／ｄとした。
硝化槽５１からは定量的に槽内液（余剰汚泥）の引き抜きを行い、硝化槽５１におけるＳＲＴを１５日に保った。すなわち、２．６７ liter／ｄの流量で槽内液を引き抜いた。なお硝化槽５１のＭＬＳＳ濃度は約１００００ｍｇ／ｌでほぼ一定となった。
【０１１０】
好気性消化槽２１の有効容積は１０ literとし、硝化槽５１と同じ浸漬型膜分離装置２２を槽内に設置し、散気装置２７から散気して好気性処理を行った。この場合、分離膜２３の膜面にクロスフローを与える曝気と、汚泥消化用の曝気とを兼用することができるので好適である。
【０１１１】
好気性消化液は３．３３ liter／ｄの水量でオゾン処理槽３１に導入し、０．０３ｇ−Ｏ3／ｇ−ＶＳＳのオゾン注入率でオゾン処理した。オゾン処理液は３．３３ liter／ｄの水量で好気性消化槽２１に循環した（好気性消化槽２１のＳＲＴは３日）。なお、オゾン処理液の脱窒槽４１への移送は行わなかった。
【０１１２】
このようにして原水の生物処理試験を行ったところ、好気性消化槽２１のＭＬＳＳ濃度は約２７０００ｍｇ／ｌとなって安定した。
この場合の好気性消化槽２１内の槽内液は汚泥が高濃度であり、重力沈降では固液分離できなかった。重力沈降により固液分離するためには、最低でも約３倍の希釈が必要であった。このことは重力沈降により固液分離する場合には、約３倍の水槽容積が必要であることを示している。
【０１１３】
浸漬型膜分離装置２２から連絡路６２を通して排出される処理水質はＮＨ4−Ｎが５００〜６００ｍｇ／ｌ、ＰＯ4−Ｐが７０〜１００ｍｇ／ｌ、ＣＯＤMnが１５０〜２００ｍｇ／ｌであった。
この水を晶析処理槽６１に導入し、塩化マグネシウムを１００ｍｇ−Ｍｇ／ｌ添加し、水酸化ナトリウムでｐＨを９に調整して晶析処理を行い、リン酸マグネシウムアンモニウムとしてＮＨ4−ＮおよびＰＯ4−Ｐを除去した。その結果、ＮＨ4−Ｎ濃度は４７０〜５８０ｍｇ／ｌ、ＰＯ4−Ｐ濃度は１０ｍｇ／ｌ以下に低下した。
【０１１４】
この晶析処理水を連絡路４５から脱窒槽４１に戻して通水したところ、処理水路２５ａから排出される処理水のＴ−Ｎ濃度は１〜２ｍｇ／ｌ、ＰＯ4−Ｐ濃度は約０．２ｍｇ／ｌ、ＣＯＤMnは２〜５ｍｇ／ｌ上昇したが、いずれも誤差範囲程度であり、許容範囲である。
【０１１５】
実施例２
実施例１の生物処理プロセスは、汚泥濃度が１００００ｍｇ／ｌであり、膜分離装置としては余裕があるので、オゾン処理槽３１からオゾン処理液を０．５ liter／ｄの流量で脱窒槽４１に移送し、それ以外は実施例１と同様に行った。
その結果、好気性消化槽２１のＭＬＳＳ濃度は約２７０００ｍｇ／ｌから約１４０００ｍｇ／ｌに低下し、処理に余裕が生じた。
【０１１６】
しかし脱窒槽および硝化槽のＭＬＳＳ濃度は２０００〜３０００ｍｇ／ｌの範囲で上昇し、硝化槽ＭＬＳＳ１３０００ｍｇ／ｌ程度となった。この場合膜分離装置が余裕を持って設計されており、特に問題とはならなかった。しかしこれ以上オゾン処理液を生物処理槽に移送すればさらに汚泥濃度が高くなり、膜分離が困難になるのは明らかである。
【０１１７】
実施例３
実施例１において、硝化槽５１の槽内液（硝化液）を好気性消化槽２１に導入する代わりに、オゾン処理槽３１に導入した以外は実施例１と同様に行った。すなわち、オゾン処理槽３１では、余剰汚泥路５３から導入される硝化液２．６７ liter／ｄおよび好気性消化液路３２から導入される好気性消化液３．３３ liter／ｄの合計６．０ liter／ｄの汚泥をオゾン処理した。その結果、好気性消化槽２１内のＭＬＳＳ濃度は約１９０００ｍｇ／ｌとなって安定した。
【０１１８】
これは実施例１の２７０００ｍｇ／ｌに比べて約７０％の汚泥濃度であり、処理に３０％の余裕が生じたことを示しており、例えば好気性消化槽をさらに小さく７ literとしても、実施例１と同等の条件であるＭＬＳＳ濃度２７０００ｍｇ／ｌで運転することも可能であることを示している。
なおこのとき好気性消化液を取り出し、酸素消費速度を測定すると３〜３．５ｋｇＯ／ｍ3／ｄであった。このように高い効率で酸素を供給するのは実装置では通常の散気管では困難であるため、高効率の酸素供給手段が必要であることが明らかとなった。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態の有機性排液の生物処理装置を示す系統図である。
【図２】他の実施形態の有機性排液の生物処理装置を示す系統図である。
【図３】別の実施形態の有機性排液の生物処理装置を示す系統図である。
【図４】さらに別の実施形態の有機性排液の生物処理装置を示す系統図である。
【図５】従来の有機性排液の生物処理装置を示す系統図である。
【符号の説明】
１ 曝気槽
２、４２ 原水路
３、４３ 返送液路
４、２７、２７ａ、２７ｂ、１０７、１０８ 散気装置
５、２８、２８ａ 空気供給路
７ 膜分離装置
８、２６、２６ａ、７８ ポンプ
９、４４、４５、６２、６５ 連絡路
１０、２３、２３ａ 分離膜
１１、２４、２４ａ 透過液室
１２ 濃縮液室
１３、２５、２５ａ 処理水路
１４、５３ 余剰汚泥路
２１ 好気性消化槽
２２、２２ａ 浸漬型膜分離装置
２９、２９ａ 隔壁
３１、１０５ オゾン処理槽
３２ 好気性消化液路
３３ オゾン処理液路
３５、１０６ オゾン発生機
３６ オゾン供給路
４１ 脱窒槽
４６ オゾン処理液移送路
４７ 電子供与体供給路
４８ 攪拌機
５１ 硝化槽
５２、６３ 薬注路
６１ 晶析処理槽
６４ 排出路
７１ 膜分離槽
７２ 酸素富化装置
７３、７３ａ 酸素富化空気供給路
７４ エアリフトポンプ
７５ 返送路
７６ 散気部
７７ バルブ
１０１ 生物処理槽
１０２、１０４ 固液分離槽
１０３ 汚泥消化槽
１１１ 排液
１１２ 返送汚泥
１１３ 混合液の一部
１１４ 処理液
１１５ 分離汚泥
１１６ 余剰汚泥
１１７ 循環汚泥
１１８ 消化液
１１９ 分離液
１２１ 消化汚泥
１２２ 引抜汚泥
１２３ オゾンガス
１２４ オゾン処理汚泥
１２５ 排出汚泥
Claims (5)
- 有機性排液を生物処理する生物処理工程、
生物処理工程から排出される余剰汚泥および／またはその好気性消化液を易生物分解性に改質処理する改質処理工程、
生物処理工程から排出される余剰汚泥および／またはその改質処理液を、好気性消化槽に導入し、容積当たり１．５〜２．５ｋｇＯ／ｍ ３ ／ｄの酸素を溶解して好気性消化する好気性消化工程、
改質処理工程の改質処理液を好気性消化工程に循環する循環工程、および
好気性消化液を浸漬型膜分離手段により固液分離し、透過液を消化処理水として排出する好気性消化液分離工程を含み、
改質処理工程では、改質処理する汚泥量を、余剰汚泥として改質処理工程または好気性消化工程に流入する余剰汚泥量の２〜５倍量とし、余剰汚泥が発生しない期間は改質処理量を減らすか停止し、
好気性消化工程の汚泥濃度（ＭＬＳＳ）を１００００〜３００００ｍｇ／ｌ、ＳＲＴを２〜５日に維持し、
浸漬型膜分離手段のろ液の透過フラックスを０．０５〜０．２ｍ ３ ／ｍ ２ ／ｄ、膜下方からの曝気空気量を、旋回流上昇部底面積当たり１００〜２００ｍ ３ ／ｍ ２ ／ｈｏｕｒとする
有機性排液の生物処理方法。 - 浸漬型膜分離手段を膜分離槽に設け、膜分離により固液分離した濃縮液を好気性消化工程に返送する請求項１記載の方法。
- 生物処理工程は、硝化工程および脱窒工程を含む生物処理工程である請求項１または２記載の方法。
- 生物処理工程は、固液分離手段として膜分離を行う請求項１ないし３のいずれかに記載の方法。
- 好気性消化工程は、少なくとも一部を酸素富化空気で曝気する請求項１ないし４のいずれかに記載の方法。
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