JP4804888B2

JP4804888B2 - 粒状微生物汚泥生成方法

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Publication number: JP4804888B2
Application number: JP2005334724A
Authority: JP
Inventors: 文一末広; 大路市嶋
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2005-11-18
Filing date: 2005-11-18
Publication date: 2011-11-02
Anticipated expiration: 2025-11-18
Also published as: JP2007136363A

Description

本発明は、好気性の微生物汚泥から粒状微生物汚泥を生成する方法に関するものである。

有機排水を処理する生物学的処理方法として活性汚泥法が知られている。活性汚泥法では、好気性の活性汚泥である微生物汚泥を利用して有機排水を曝気槽内に導入し、有機排水中の有機物を分解せしめる。従って、処理性能は、曝気槽内に存在する微生物汚泥の量に依存する。この曝気槽内の微生物汚泥の量を保つために、従来では、曝気槽の後段に沈殿池を設け、曝気槽から流出した微生物汚泥を沈降分離して、流出した汚泥を曝気槽に返送している。

しかしながら、微生物汚泥の沈降速度は小さいため、大きな沈殿池が必要となり、設備の建設費が高くなるという問題がある。

このような問題を解決する方法の一つとして、微生物汚泥を粒状（グラニュール）にして排水処理に活用することがある。これまで、好気性の微生物汚泥では、粒状微生物汚泥を形成することは困難と考えられていたが、近年、微生物汚泥を粒状化したグラニュール汚泥（粒状微生物汚泥）を形成する方法が知られている（特許文献１、２参照）。特許文献１，２に記載されている方法は、いわゆる回分式微生物汚泥法を利用するものである。すなわち、先ず、曝気槽に有機排水を流入させた後、曝気して有機排水の好気性処理を実施する。次いで、曝気を一時中断して静置することで、有機排水の好気性処理で得られた処理水と、微生物汚泥を含む固形物との分離を行い、処理水を排出する。そして、再度、曝気槽に有機排水を流入させて、上記サイクルを複数回繰り返す。このように、有機排水を好気性処理する工程と固形物を沈降させる工程とを繰り返しながら、曝気槽内で微生物汚泥を自己造粒化せしめて粒状微生物汚泥を形成している。
国際公開第９８／３７０２７号パンフレット特表２００５−５１７５３２号公報

しかしながら、排水処理装置を始動させはじめの段階では、微生物汚泥が粒状化していないため、固形物の沈降速度は小さい。そのため、粒状微生物汚泥を形成するのに、例えば、１〜２ヶ月程度掛かっていた。このように粒状微生物汚泥の形成に時間を要すると、結果として、有機排水を効率的に処理できない場合がある。

そこで、本発明は、粒状微生物汚泥をより早く生成可能な粒状微生物汚泥生成方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明に係る排水処理方法は、有機排水を好気性処理するための微生物汚泥を粒状化して粒状微生物汚泥を生成する粒状微生物汚泥生成方法であって、微生物汚泥を含む曝気槽に有機排水を流入せしめる流入工程と、曝気槽内を曝気して有機排水を好気性処理する処理工程と、曝気を停止して微生物汚泥を含む固形物を曝気槽に沈降させる静置工程と、有機排水の好気性処理で得られた処理水を静置工程後に曝気槽から排出する排出工程と、を備え、流入工程、処理工程、静置工程及び排出工程を基本周期として複数回繰り返し、微生物汚泥の粒状化を促進する粒状化促進剤を処理工程又は静置工程において曝気槽に投入することを特徴とする。

この方法では、流入工程で曝気槽に流入させた有機排水を、処理工程で曝気することによって有機排水を好気性処理する。続く、静置工程で、曝気を止めて曝気槽を静置することで、微生物汚泥を含む固形物を沈降させる。次いで、排出工程では、静置工程で分離された処理水を曝気槽から排出する。

上記方法では、流入工程、処理工程、静置工程及び排出工程からなる基本周期を複数回繰り返し、処理工程又は静置工程で、曝気槽内に粒状化促進剤を投入する。この粒状化促進剤の投入により、微生物汚泥の粒状化が促進されるので、微生物汚泥が粒状化した汚泥である粒状微生物汚泥がより早く生成されることになる。

また、本発明に係る排水処理方法における流入工程では、曝気槽の下部に沈降した固形物に直接有機排水を流入せしめることが好ましい。有機排水は、微生物汚泥を構成する微生物にとっては栄養素（基質）である。そして、上記のように有機排水を固形物に直接投入することで、固形物に含まれる微生物汚泥は高濃度の有機排水と接することになる。これにより、基本周期の繰り返しにより微生物汚泥が粒状化してその粒径が大きくなってきても、粒径の大きくなってきた微生物汚泥の内部にも栄養素を確実に浸透させることが可能である。その結果、微生物汚泥が細胞外ポリマーを形成し易くなるので、粒状化が促進されて粒状微生物汚泥が更に早く形成される。

更に、本発明に係る排水処理方法における排出工程では、曝気槽の底面からの高さが、曝気槽の高さの１／１０〜１／２の位置で処理水を排出することが好ましい。曝気槽の高さの１／１０〜１／２の位置で処理水を排出することで、曝気槽からより多くの処理水を排出することが可能である。よって、排出工程後の流入工程において有機排水を流入する場合、曝気槽内に残っている処理水によって有機排水が薄められにくいので、微生物汚泥を含む固形物は、相対的により高濃度の有機排水に接することになる。よって、粒状化して粒径が大きくなってきた微生物汚泥の内部にも更に確実に栄養素を付与することができ、粒状微生物汚泥の生成速度を向上できる。

また、本発明に係る粒状微生物汚泥生成方法は、有機排水を好気性処理するための微生物汚泥を粒状化して粒状微生物汚泥を生成する粒状微生物汚泥生成方法であって、微生物汚泥を含む曝気槽に有機排水を流入せしめる流入工程と、曝気槽内を曝気して有機排水を好気性処理する処理工程と、処理工程で処理された有機排水に、微生物汚泥の粒状化を促進するための粒状化促進剤を投入する投入工程と、処理工程で処理されており粒状化促進剤を含む有機排水から微生物汚泥を含む固形物を固液分離槽において分離する分離工程と、分離工程で分離された固形物を曝気槽に返送する返送工程と、を備えることを特徴とする。

この場合、流入工程で曝気槽内に流入した有機排水は、処理工程で好気性処理される。この好気性処理された有機排水に投入工程で粒状化促進剤が投入され、固液分離工程では、好気性処理され粒状化促進剤が投入された有機排水が固液分離される。そして、分離工程で分離された固形物が曝気槽に返送される。

分離工程で固液分離される有機排水には、粒状化促進剤が投入されているので、好気性処理された有機排水中の固形物である微生物汚泥がより早く且つ多く沈降することになる。そして、分離工程で分離された固形物が返送工程で曝気槽に返送されるので、曝気槽内にも粒状化促進剤が投入されることになり、微生物汚泥の粒状化が促進され、結果として、粒状微生物汚泥をより早く生成できる。

本発明に係る粒状微生物汚泥生成方法が有する返送工程では、分離工程で分離された固形物を有機排水に混合した後に、曝気槽に返送することが好ましい。分離工程で分離された固形物には、微生物汚泥が粒状化して粒径の大きくなったものが含まれている。このような固形物を、曝気槽に流入する有機排水に混合した場合、固形物はより高濃度の有機排水に接することになる。そのため、前述したように粒径が大きくなった微生物汚泥の内部により確実に有機排水が浸透する。その結果、粒径が大きくなってきても微生物汚泥の自己造粒を誘発でき、微生物汚泥の粒状化を促進できる。

また、本発明に係る排水処理方法では、粒状化促進剤が凝集剤であることが好ましい。この場合、好気性処理された有機排水中に浮遊する固形物が凝集剤で凝集するので、固形物の沈降速度が向上する。よって、例えば、静置工程を備えている場合には、同じ静置時間であれば、曝気槽内に残る微生物汚泥量が多くなり、また、分離工程及び返送工程を備えている場合には、より多くの微生物汚泥が曝気槽に返送されることになる。そのため、微生物汚泥同士の会合が生じ易く、結果として、微生物汚泥の粒状化が促進されることになる。

更に、本発明に係る粒状微生物汚泥生成方法では、粒状化促進剤が、微生物汚泥の沈降速度以上の沈降速度を有する沈降促進物体であることが好ましい。このような沈降促進物体を投入することで、沈降促進物体の沈降に誘発されて微生物汚泥を含む固形物が沈降し、より多くの微生物汚泥が沈降することになる。その結果、曝気槽内の微生物汚泥濃度が維持されやすく、微生物汚泥同士が会合する確率が高まり、粒状化が促進される。従って、粒状微生物汚泥をより早く生成することが可能である。

ところで、本発明者らは、粒状微生物汚泥の生成について鋭意研究し、粒状微生物汚泥の生成では、先ず、粒状微生物汚泥の核となるものが形成され、そこから更に粒径が大きくなっていくという知見を得た。

そこで、本発明に係る粒状微生物汚泥生成方法では、粒状化促進剤が、粒状微生物汚泥の核となる核用物質であることが好適である。このように、核用物質が投入されることで、核となるものが形成されるまでの時間を短縮でき、結果として、粒状微生物汚泥の生成を早めることが可能である。

更に、本発明者らは、核となる段階は、原生動物や糸状菌レベルのサイズの段階と、０．２ｍｍ〜１．０ｍｍの大きさの段階があることも見出した。

そのため、上記核用物質としては、原生動物や糸状菌が好ましい。また、核の段階として、０．２ｍｍ〜１．０ｍｍのものがあることから、核用物質としては、０．２ｍｍ〜１．０ｍｍのものが好適である。

本発明の粒状微生物汚泥生成方法によれば、より早く粒状微生物汚泥を生成することができる。

以下、本発明に係る排水処理方法の最良の形態について図面を利用して説明する。図面の説明において、同一要素には同一の符号を付すものとし、重複する説明は省略する。

（第１の実施形態）

本発明に係る粒状微生物汚泥生成方法の一実施形態について説明する。粒状微生物汚泥とは、好気性の微生物汚泥が粒状化したいわゆる好気性グラニュール汚泥である。以下では、微生物汚泥及び粒状微生物汚泥を含めて活性汚泥とも称す。

本実施形態における粒状微生物汚泥を生成する方法は、図１〜図４に示した排水処理装置１で実施する回分式活性汚泥法による有機排水処理の初期段階で行われる。先ず、排水処理装置１について説明する。

図１〜図４に示すように、排水処理装置１は、有機排水を好気性処理するための活性汚泥Ｇを収容する円筒状の曝気槽３を備えている。図１は、回分式活性汚泥法における基本周期（後述）を少なくとも１回実施し、活性汚泥Ｇ上に処理水Ｗの一部が上澄液として残っている状態を示している。また、活性汚泥Ｇのハッチングは、微生物汚泥Ｇ１やそれが粒状化した粒状微生物汚泥Ｇ２が沈殿し堆積した状態を示すものである。

曝気槽３の下部には、曝気槽３内に有機排水を流入するための流入口５が設けられている。また、曝気槽３は、有機排水の好気性処理で得られる処理水Ｗを排出する２つの排出口７，９を有する。排出口７と排出口９とは異なる高さに配置されている。排出口９は、底面からの高さが曝気槽３の高さの１／１０〜１／２の位置に配置されている。流入口５は、排出口７，９のうち低い方の排出口９よりも下方に配置されている。なお、排出口７は設けなくてもよい。

また、曝気槽３内には内筒１１が配置されており、内筒１１の下部には曝気槽３内を曝気するための散気球１３が設けられている。散気球１３には、ブロア１５が接続されており、ブロア１５からの空気が散気球１３に送風されることで曝気槽３内に散気される。散気量は、２Ｎｌ／ｍｉｎや、４Ｎｌ／ｍｉｎが例示される。内筒１１を設け、その下部に散気球１３を配置することで、曝気槽３内を有機排水が循環するので活性汚泥Ｇがより攪拌される。なお、内筒１１は、曝気槽３に設けられていなくてもよい。

曝気槽３の典型的な大きさは、有効容積３Ｌ、内径６３ｍｍ、高さ１３００ｍｍ (水面高さ１１００mm) である。この場合、排出口７は、例えば、底面からの高さが５００ｍｍの位置に設けられ、排出口９は3００ｍｍの高さに設けられる。また、上記典型的な大きさの曝気槽３に配置する内筒１１としては、例えば、内径が４０ｍｍのものである。

排水処理装置１は、活性汚泥Ｇの一部を構成する微生物汚泥Ｇ１の粒状化を促進する粒状化促進剤としての凝集剤を収容したタンク１７を備えている。凝集剤としては、無機凝集剤や高分子凝集剤が例示されるが、汚泥凝集効果のあるものであればよい。無機凝集剤としては、塩鉄、硫酸アルミニウム（硫酸バンド）が例示され、高分子凝集剤としては、アニオン系、ノニオン系、カチオン系などの高分子が例示される。より具体的には、表１のものが例示される。

タンク１７内の凝集剤は、投入ラインＬ１を介して曝気槽３内に投入される。凝集剤の添加量は、無機凝集剤では例えば１０ｍｇ／ｌ〜５００ｍｇ／ｌであり、高分子凝集剤では例えば０．１ｍｇ／ｌ〜１０ｍｇ／ｌである。

次に、排水処理装置１を利用して微生物汚泥Ｇ１から粒状微生物汚泥Ｇ２を生成する方法について説明する。前述したように、粒状微生物汚泥Ｇ２の生成は、図５に示すように、流入工程Ｓ１、処理工程Ｓ２、静置工程Ｓ３及び排出工程Ｓ４からなる基本周期を繰り返すことで有機排水を処理する回分式活性汚泥法の初期段階で行われるものである。基本周期における各工程の典型的な時間は、表２の通りである。

以下、各工程について説明する。

流入工程Ｓ１では、図１に示すように、活性汚泥Ｇを有する曝気槽３内に流入口５を通して有機排水を流入せしめる。活性汚泥Ｇには、微生物汚泥Ｇ１及びそれが粒状化した粒状微生物汚泥Ｇ２が含まれるとしているが、排水処理装置１の立ち上げ時では、曝気槽３内の活性汚泥はＧは、微生物汚泥Ｇ１のみでよい。

続く、処理工程Ｓ２では、図２に示すように、ブロア１５を駆動して散気球１３に送風し、散気球１３から散気せしめて有機排水を曝気する。処理工程Ｓ２の後半、例えば、散気停止の約１時間前から曝気槽３内にタンク１７から投入ラインＬ１を介して凝集剤を添加する。

処理工程Ｓ２の後の静置工程Ｓ３では、図３に示すように、ブロア１５を停止して曝気を止めて静置する。これにより、有機排水が好気性処理されて得られた処理水Ｗに浮遊する固形物（活性汚泥Ｇ）が沈降し、処理水Ｗと活性汚泥Ｇとが固液分離される。続いて、排出工程Ｓ４では、図４に示すように、固液分離された後の上澄液である処理水Ｗを排出口７，９から排出する。

上記流入工程Ｓ１、処理工程Ｓ２、静置工程Ｓ３及び排出工程Ｓ４からなる基本周期を、例えば、１日当たり８回繰り返す。このように基本周期を繰り返すことで、処理工程Ｓ２で曝気された際に、微生物汚泥Ｇ１が自己造粒して粒径の大きな粒状微生物汚泥Ｇ２が生成される。

回分式活性汚泥法では、曝気槽３に有機排水がパルス的に投入されることから、微生物汚泥Ｇ１には、有機排水に含有されている栄養素としての基質（有機物）が付与されている状態（飽食状態）と付与されていない状態（飢餓状態）とが繰り返し与えられることになる。このように、飢餓状態を経た後に飽食状態となることで、微生物汚泥Ｇ１が多くの栄養素を摂取するので、細胞外ポリマーが形成されやすく、微生物汚泥Ｇ１が自己造粒し易くなっている。

このように、微生物汚泥Ｇ１が粒状化して粒径が１ｍｍ〜３ｍｍ又は粒子沈降速度が５ｍ／ｈｒ以上の粒状微生物汚泥Ｇ２が所定の量生成された後に有機排水の好気性処理を続けるときには、例えば、粒状化促進剤としての凝集剤の投入を停止して有機排水を好気性処理してもよい。

上記粒状微生物汚泥の生成方法では、微生物汚泥Ｇ１の粒状化を促進する粒状化促進剤としての凝集剤を添加することが重要である。

凝集剤を添加していない従来の回分式活性汚泥法では、微生物汚泥の沈降速度が小さいことから、静置工程で微生物汚泥が沈降しにくい傾向にあった。そのため、多くの微生物汚泥が排出工程で曝気槽外に排出されてしまい、汚泥を追加しなければ曝気槽内の微生物汚泥濃度が低減し、粒状微生物汚泥が生成されにくかい場合があった。また、微生物汚泥の流出量が多いことから、排出された処理水から微生物汚泥を再度分離する設備を要していた。更に、静置工程を長くして沈降させた微生物汚泥では粒状微生物汚泥が生成されにくい傾向にあり、１〜２ヶ月掛かっていた。

これに対して、凝集剤を添加する粒状微生物汚泥生成方法では、処理工程Ｓ２の後半において曝気槽３に添加された凝集剤による汚泥凝集効果によって微生物汚泥Ｇ１や粒状微生物汚泥Ｇ２が凝集することから、例えば、表２に示したような３分という短い静置工程Ｓ３でも、活性汚泥Ｇが早く沈降することになる。このように早く沈降した微生物汚泥Ｇ１は粒状化し易く、粒状微生物汚泥Ｇ２の生成が促進される。また、微生物汚泥Ｇ１がより多く沈降することになるので、処理水Ｗと活性汚泥Ｇとの分離が確実にできる。よって、排出された処理水Ｗから更に微生物汚泥Ｇ１を分離する設備を要せず、排水処理装置１の小型化が図れている。微生物汚泥Ｇ１の排出を低減できるので、曝気槽３内の微生物汚泥濃度の減少を抑制でき、結果として、微生物汚泥Ｇ１同士が会合する確率が高まり、粒状微生物汚泥Ｇ２が生成されやすい。

更に、凝集剤の凝集効果によって、沈降した活性汚泥Ｇの堆積層の厚さが薄くなるので、前述したように排出口９の位置を、曝気槽３の高さの約１／１０〜１／２程度と、従来よりも低くすることが可能となっている。ここで、上記排出口９の位置を曝気槽３の高さの１／１０〜１／２が好ましい理由を説明する。

通常、活性汚泥の沈降性は、ＳＶＩ（汚泥容量指数・汚泥容量指標：sludge volume index）を利用して表される。このＳＶＩは、１Ｌのメスシリンダ−に活性汚泥を取り、３０分静置してその容積ＳＶ及びＭＬＳＳを測定して得られる。また、通常の曝気槽では、ＳＶＩは、５０〜１５０が適切な値と考えられている。

従って、代表的なＭＬＳＳとして３０００ｍｇ／ｌを考えると、初期の活性汚泥であっても３０分静置すれば、バルキングしていない限り、５０〜１５０の３倍である１５０ｍｌ〜４５０ｍｌとなる。この場合、凝集剤などを利用しなければ、３分の静置ではＳＶは大きくなるが、上記のように凝集剤を使用することで３０分の静置と同程度に濃縮するとすると、１５０〜４５０ｍｌのところに排出口９を配置することができる。これは、１Ｌのメスシリンダーにおいて、処理水の高さでは１５０ｍｍ〜４５０ｍｍの位置に対応するので、結果として、約１／１０〜１／２に排出口９を配置することで、曝気槽３の下部に堆積した活性汚泥Ｇの厚さより若干高い位置で処理水Ｗを排出できる。そのため、活性汚泥Ｇが更に高濃度の有機排水に接するようにすることができる。

上記から理解されるように、排出口９の高さは、曝気槽３内の微生物汚泥Ｇ１が全て沈降したとした場合の微生物汚泥Ｇ１を含む固形物の厚さ程度が好ましい。

このように、排出口９の位置を従来より低くすることで、排出工程Ｓ４での処理水の排出量を増大できることから、流入工程Ｓ１で有機排水が新たに曝気槽３内に流入した場合、活性汚泥Ｇは、高濃度の有機排水、すなわち高濃度の基質に接することになる。

ところで、基本周期を繰り返すことで、活性汚泥Ｇ中で微生物汚泥Ｇ１が粒状化し粒径が大きくなってくると、栄養素が粒径の大きくなった微生物汚泥Ｇ１の内部まで浸透しにくくなる傾向にある。

これに対して、上記のように高濃度の有機排水に粒状微生物汚泥Ｇ２を接することができていると、粒状化しつつある微生物汚泥Ｇ１の内部により確実に有機排水に含まれる基質（有機物）が浸透する。これにより、微生物汚泥Ｇ１の粒状化が更に促進されて粒状微生物汚泥Ｇ２が生成されやすい。また、流入口５が排出口９よりも下方に設けられているので、有機排水が直接活性汚泥Ｇ中に流入する。従って、活性汚泥Ｇが更に高濃度の有機排水に接することになるので、粒状微生物汚泥Ｇ２の生成速度の向上が図られている。その結果として、従来、粒状微生物汚泥Ｇ２の生成に１〜２ヶ月要していたのに対して、例えば、１〜２週間で粒状微生物汚泥Ｇ２を生成できる。

そして、回分式活性汚泥法の初期段階で速やかに粒状微生物汚泥が形成されることで、有機排水の処理効率が高まり、効率的に有機排水を好気性処理できる。

なお、曝気槽３下部に沈降した微生物汚泥Ｇ１を含む固形物に有機排水を直接流入せしめる観点からは、流入口５を曝気槽３の底面に配置することが好ましい。

（第２の実施形態）

第２の実施形態における粒状微生物汚泥生成方法は、図６に示すように活性汚泥Ｇの沈降を促進するための沈降促進物体を静置工程Ｓ３において曝気槽３に投入する点で、第１の実施形態における粒状微生物汚泥生成方法と相違する。

沈降促進物体は、微生物汚泥Ｇ１の沈降速度以上の沈降速度を有しており、微生物汚泥Ｇ１と一緒又はそれより早く沈降することで、いわゆる水道（上側から下側に向かう流れ）を形成して、微生物汚泥Ｇ１の沈降を誘発する。沈降促進物体の沈降速度としては、５ｍ／ｈｒ〜８０ｍ／ｈｒが例示される。

沈降促進物体は、上述したような沈降速度を実現できれば、材質及び構造は特に限定されず、例えば、製作・加工の容易さの観点からプラスチック製であって球形又は角形のものが例示される。そして、沈降促進物体の大きさは、形状が角形の場合、５ｍｍ〜１０ｍｍ角が例示され、形状が球形の場合、その直径が５ｍｍ〜１０ｍｍのものが例示される。更に、沈降促進物体は、前述したように、微生物汚泥Ｇ１の沈降を誘発するものであるので、容積は大きい方が好ましいが、大きすぎると曝気槽３の利用効率が低下することから、沈降促進物体の容積は曝気槽３の容積の１０％以下が好ましい。

更に、沈降促進物体は、一度投入されると処理工程Ｓ２を経ることになるので、沈降促進物体の比重は、処理工程Ｓ２で攪拌され流動する程度であって静置工程Ｓ３で上記沈降速度を実現可能なものが好ましい。また、沈降促進物体は、処理工程Ｓ２の攪拌による損耗が生じにくい程度に堅牢であるものがよい。

前述したように、このような沈降促進物体が静置工程Ｓ３で曝気槽３に投入されることで、沈降促進物体の沈降に誘発されて微生物汚泥Ｇ１も沈降することになる。その結果、表２に示したような３分という静置工程Ｓ３の時間内において、より多くの微生物汚泥Ｇ１及び粒状化しつつある微生物汚泥Ｇ１が沈降することになる。これにより、曝気槽３内の微生物汚泥Ｇ１の濃度を維持することができ、微生物汚泥Ｇ１同士の会合の確率が大きくなる。その結果として、微生物汚泥Ｇ１の粒状化が促進され、粒状微生物汚泥Ｇ２がより早く生成される。

なお、沈降促進物体の投入は、基本周期の複数の繰り返しのうち少なくとも１回投入すればよく、例えば、一番最初の静置工程Ｓ３で投入すればよい。

（第３の実施形態）

第３の実施形態の粒状微生物汚泥生成方法は、凝集剤の代わりに粒状微生物汚泥の核となる核用物質を投入する点で、第１の実施形態の粒状微生物汚泥生成方法と相違する。核用物質は、タンク１７に収容されており、処理工程Ｓ２の後半で投入ラインＬ１を介して曝気槽３内に投入される。核用物質としては、原生動物や糸状菌汚泥が例示される。また、大きさが０．２ｍｍ〜１．０ｍｍの粒状微生物汚泥やそれに相当する性質を有するものであっても良い。ここで、核用物質の大きさとは、例えば、核用物質が球形の時にはその直径である。

ここで、原生動物や糸状菌汚泥を核用物質として投入することで、又は、上述したような大きさ０．２ｍｍ〜１．０ｍｍ程度の核用物質を投入することで粒状微生物汚泥Ｇ２の生成が促進されることについて説明する。

本発明者らは、粒状微生物汚泥の生成メカニズムに関して鋭意研究を実施し、粒状化が始まった初期の段階のもの、例えば、粒径が０．２ｍｍより小さいときの粒状微生物汚泥Ｇ２を観察すると、多量の原生動物や糸状菌が存在しているという知見を得た。

図７は、形成初期の粒状微生物汚泥の顕微鏡写真に対応する図であり、粒状微生物汚泥Ｇ２に原生動物であるアルセラが含まれていることを示している。また、図８は、形成初期の粒状微生物汚泥の顕微鏡写真に対応する図であり、糸状菌が絡み合うことで粒状微生物汚泥Ｇ２が形成されていることを示している。また、種々の粒状微生物汚泥Ｇ２の形成初期のものを観察した結果、糸状菌単独の場合や、フロック状の微生物汚泥Ｇ１を巻き込んで形成されている場合もあった。この粒状微生物汚泥Ｇ２の形成初期において含まれる原生動物の大きさは、例えば１０μｍ〜３０μｍ程度であり、糸状菌の大きさは数百μｍ程度であった。粒状化の初期では、１０μｍ〜１００μｍ程度の核の生成が関与していた。

更に、本発明者らは、粒状微生物汚泥Ｇ２の生成では、上記形成初期の次の段階として、大きさが０．２ｍｍ〜１．０ｍｍであることを特徴とする段階があること見出した。図９は、粒状微生物汚泥Ｇ２の顕微鏡写真に対応する図であり、０．８ｍｍ程度の粒子が存在することを示している

本発明者らは、大きさが０．２ｍｍ〜１．０ｍｍの核用物質を投入することで粒状微生物汚泥の生成速度を上げることが可能であるという知見の検証にシミュレーションを利用した。先ず、本発明者らは、粒状微生物汚泥の生成のモデルとして、種（核）への凝集成長が拡散律速下にモデル化したＤＬＡモデルや、ガン細胞の成長モデルなどで知られるＥｄｅｎモデル、及び、高濃度条件下でのＫＬＧ（Kinetics Limited Growth）モデル（熱律速モデル）などを検討した結果、次の理由により、Ｅｄｅｎモデルを採用した。

図１０は、本発明者らが、食品工場からでる有機排水を排水処理装置で好気性処理した際に生成された粒状微生物汚泥の顕微鏡写真に対応する図である。また、図１１は、本発明者らが、下水処理施設からでる排水を排水処理装置で好気性処理した際に得られた粒状微生物汚泥の顕微鏡写真に対応する図である。

また、図１２及び図１３は、Ｅｄｅｎモデルによるシミュレーション結果であって、そのシミュレーションで得られた像と実際に生成された粒状微生物汚泥像とを対比するための図である。図１２に示す像を得るシミュレーションでは、縦方向と横方向（互いに直交する二方向）の流速が同じであるのに対して、図１３に示す像を得るシミュレーションでは、縦方向と横方向（互いに直交する二方向）の流速に違いがある。

また、図１２（ａ）〜図１２（ｃ）の場合と、図１２（ｄ）〜図１２（ｆ）の場合との違いは、単位容積当たりの核の数の違いに対応し、図１２（ａ）〜図１２（ｃ）の場合の方が、単位容積当たりの核の数が大きい場合に対応する。これは、図１３（ａ）〜図１３（ｃ）の場合と、図１３（ｄ）〜図１３（ｆ）の場合の違いについても同様である。また、図１２（ａ）〜図１２（ｃ）では、図１２（ａ）、図１２（ｂ）、図１２（ｃ）の順に粒子が成長する過程を示している。図１２（ｄ）〜図１２（ｆ）では、図１２（ｄ）、図１２（ｅ）、図１２（ｆ）の順に粒子が成長する過程を示している。図１３（ａ）〜図１３（ｃ）及び図１３（ｄ）〜図１３（ｆ）についても同様である。

図１０と図１１とを対比すると、実際に生成される粒状微生物汚泥は、図１０に示したように円状（実際は球状）になる場合や、図１１に示すように楕円状のものになる場合もあることが分かる。図１１に示すように楕円状になる場合には、例えば、直交する二方向の流速に１：１０のような違いがあり、曝気槽内の流れが不均一であった。一方、図１２及び図１３を比較すると、Ｅｄｅｎモデルによるシミュレーションにおいて、流速条件の違いにより円状及び楕円状に粒子が成長している。このように、Ｅｄｅｎモデルは、粒状微生物汚泥の形状をよく現しており、粒状微生物汚泥の生成をシミュレーション可能であることが分かる。本発明者らは、前述したように他のモデルも検討することにより、Ｅｄｅｎモデルが粒状微生物汚泥の生成のシミュレーションに適しているとした。

そして、本発明者らは、Ｅｄｅｎモデルにおいて、核用物質をモデル化した円周上に活性汚泥をランダムに付着させることで粒状微生物汚泥の生成のシミュレーションを実施した。具体的には、成長すなわち粒径（ｍｍ）をαとし、核用物質の個数をｎとし、流速をｖとしたときに、αがｎ・ｖに依存する、すなわち、粒径が核用物質の個数ｎと流速ｖに相関するものとしてシミュレーションを実施した。この際、粒径サイズを０．５ｍｍとしたときに流速を８ｍ／ｍｉｎとして,
核用物質の個数ｎが５８００個の場合と２９０００個の場合に、粒状微生物汚泥Ｇ２の径を時間に対して求めた。

本発明者らによるシミュレーション結果を図１４に示す。図１４に示したシミュレーション結果は、実測値と良く一致した結果となっていた。更に、計算から粒径サイズとして０．２ｍｍ〜１．０ｍｍのときに急激な核成長が発生することが分かった。

以上の知見より、粒状微生物汚泥Ｇ２の生成において、核用物質として、原生動物や糸状菌を投入したり、核用物質として、０．２ｍｍ〜１．０ｍｍ程度の粒状微生物汚泥やそれに相当するもの等を投入することで、粒状微生物汚泥Ｇ２の生成における２つの段階がそれぞれ誘発されることになる。その結果として、粒状微生物汚泥の生成が促進されることになる。なお、０．２ｍｍ〜１．０ｍｍの核用物質を投入する際には、０．５ｍｍのものがより好ましい。

上記投入する原生動物としては、例えば、肉質類、鞭毛類、繊毛中類（自由遊泳型）、繊毛中類（有柄型）、吸管中類のものがあり、より具体的には、次のものが例示される。

Zooglea ramigera(ゾーグレアラミゲラ)、Sphaerotilus natans(スフェロチルスナタンス)、Monas amoebina(モナスアメービナ)、Poteriodendron peticlatum(ポテリオデンドロンペテイクラツム)、Entosiphon sulcatum(エントシホンスルカタム)、 Mayorella penardi(マヨレラペナルディ)、Amoeba nittida(アメーバニティイダ)、Dinamoeba mirabilis（ディナアメーバミリラビィリス）、Metachaosgratum（メタチャオスグラツム）、Striamoebastriata（ストラアメーバストリアータ）、Thecamoebaverrucosa（テカアメーバベルルコーサ）、Cochliopodiumbilimbosum（コキリオポデイウムビリンボサム）、Arcella vulgaris（アルセラブルガーリス）、Centropyxis aculeata（セントロピキシスアキュレエアータ）、Euglypha tuberculata（ユーグリファチュウブェルクラータ）、Euglypha hutchinsoni（ユーグリファハッチンソニイ）、Trinema enchelys（トリネマエンケレス）、Actinophrys sol（アクチノフィリスソル）、Colpoda inflata（コルポーダインフラータ）、Litonotus lamella（リトノータスラメラ）、Trithigmostoma cucullulus（トリティグモストマククルルス）、Vorticella alba（ボルティセラアルバ）、Vorticella convallaria（ボルティセラコンバラリア）、Vorticella infusionum（ボルティセラインフシオヌム）、Vorticella microstoma（ボルティセラミクロストーマ）、 Vorticella nutans（ボルティセラヌタンス）、Epistylis entzii（エピスティリスエンツィ）、Epistylis plicatilis（エピスティリスプリカチリス）、Epistylis rotans（エピスチィリスロータンス）、Opercularia phryganeae（オペルクラリアフィリガネアエ）、Opercularia minima（オペルクラリアミニマ）、Opercularia coarctata（オペルクラリアコアルクタータ）。

また、糸状菌としては、例えば、Sphaerotilus natans、Beggiatoa alba、Thiothrix、Haliscomenobacter hydrossis、Microthrix parvicella、Nostocoida limicola、Nocardia、Rhodococcusが挙げられるが、次の（１）〜（３）の何れかの方法で発生（増殖）させたものを用いればよい。

（１）炭水化物の多い排水を利用することで糸状菌を生成（増殖）する。糸状菌を生成するための炭水化物としてはグルコース、シェクロース、ラクトース等の糖類や、非常に資化し易い水溶性低分子有機物である。例えば、グルコースを９００ｍｇ／ｌ、ペプトンを３００ｍｇ／ｌ、肉エキスを２００ｍｇ／ｌ含む有機排水を利用して糸状菌を発生させることができる。また、他の例としては、ＣＳＬ（corn steep liquor）を１５００ｍｇ／ｌ、グルコースを１５００ｍｇ／ｌ、Ｋ_２ＨＰＯ_４を１００ｍｇ／ｌ、ＫＣＬを１００ｍｇ／ｌ、ＭｇＳＯ_４を５０ｍｇ／ｌ含む有機排水を利用しても糸状菌を発生可能である。

更に、（２）嫌気性発酵生成物を用いて糸状菌を発生させることも可能である。更にまた、（３）排水負荷量を過小又は過多として有機排水を処理することで糸状菌を発生させることが可能である。負荷量過多の例としては、ＢＯＤ汚泥負荷が１ｋｇ―ＢＯＤ／ｋｇ―ＭＬＳＳ／ｄの場合が挙げられる。また、負荷量が過小荷の例としては、ＢＯＤ汚泥負荷として、０．０５ｋｇ―ＢＯＤ／ｋｇ―ＭＬＳＳ／ｄの場合が挙げられる。

なお、原生動物や糸状菌は、上述した種々のものをそれぞれ単独で投入してもよいが、複数組み合わせて投入しても良い。投入量は、曝気槽３容積の１％程度が例示される。より具体的には、原生動物の場合、例えば、５０ｍｇ／ｌ〜５００ｍｇ／ｌであり、糸状菌の場合、例えば、５００ｍｇ／ｌ〜１５００ｍｇ／ｌである。

図１５〜図１９は、図１及び図２に示した排水処理装置１を利用して本実施形態に示した粒状微生物汚泥生成方法で生成した粒状微生物汚泥Ｇ２の顕微鏡写真を示す図である。この粒状微生物汚泥Ｇ２を生成する際の、曝気槽３の大きさは、前述した典型的な大きさ、すなわち、有効容積３Ｌ、内径６３ｍｍ、高さ１３００ｍｍ (水面高さ１１００mm) とした。そして、排出口７は、底面からの高さが５００ｍｍの位置に設けられ、排出口９は3００ｍｍの高さに設けた。更に、内径が４０ｍｍの内筒１１を配置した。

また、曝気槽汚泥濃度が３０００ｍｇ／ｌ、基質濃度が５００ｋｇ−ＣＯＤ_Ｃｒ／ｍ^３／ｄ、汚泥負荷が０．５ｋｇ−ＣＯＤ_Ｃｒ／ｋｇ−ＭＬＳＳ／ｄ、容積負荷が１．６ｋｇ−ＣＯＤ_Ｃｒ／ｍ^３／ｄとなるようにした。更に、図１５〜図１９に示した粒状微生物汚泥Ｇ２を生成する際には、原生動物及び糸状菌を、それらが発生又は増殖する条件で生成したものをタンク１７に収容して投入した。投入量は原生動物は２００ｍｇ／ｌ程度とし、糸状菌は１０００ｍｇ／ｌ程度とした。図１５〜図１９に示した粒状微生物汚泥Ｇ２は、１〜２週間で生成されたものである。

図１５は、生成された粒状微生物汚泥Ｇ２の外観を示している。図１６は、原生動物であるアルセラが粒状微生物汚泥Ｇ２に含まれていることを示している。また、図１７は、粒状微生物汚泥Ｇ２に種々の原生動物が取り込まれていることを示している。図１８は、粒状微生物汚泥Ｇ２に原生動物が取り込まれていることを示している。図１９は、原生動物と糸状菌とが粒状微生物汚泥Ｇ２に一緒に取り込まれていることを示している。

図１５〜図１９より、原生動物及び糸状菌を投入することで確かにそれらを取り込んだ粒状微生物汚泥Ｇ２を生成可能であることが分かる。その結果として、従来、生成に１〜２ヶ月程度掛かっていたものが、例えば、１〜２週間のように短縮できる。

（第４の実施形態）

図２０は、第４の実施形態の粒状微生物汚泥の生成方法を適用するための排水処理装置の構成を示す概略図である。第４の実施形態の粒状微生物汚泥生成方法は、連続式の活性汚泥法の初期段階で実施するものである。

排水処理装置１９は、活性汚泥Ｇを収容しており、有機排水を好気性処理するための曝気槽２１を有する。曝気槽２１には、流入ラインＬ２を通して有機排水が流入される。曝気槽２１の下部には、ブロア１５に接続された複数のノズル２３が設けられている。曝気槽２１の後段には、固液分離槽２５が配置されており、固液分離槽２５には、曝気槽２１における有機排水の好気性処理で得られた処理水が排水ラインＬ３を通して流入される。

固液分離槽２５は、排水ラインＬ３を通して流入した処理水に含まれる固形物（微生物汚泥Ｇ１や粒状微生物汚泥Ｇ２）を沈降させて固液分離する。固液分離槽２５の下部には、沈降した固形物である余剰汚泥を曝気槽２１に返送するための返送ラインＬ４の一端が接続されており、返送ラインＬ４の他端は流入ラインＬ２に接続されている。また、固液分離槽２５には、固液分離されて得られた上澄液を排出する排出ラインＬ５が接続されている。

また、排水処理装置１９は、粒状化促進剤としての凝集剤を収容したタンク１７を備えている。タンク１７は、投入ラインＬ１によって排水ラインＬ３に接続されており、排水ラインＬ３を流れる好気性処理された有機排水に凝集剤が投入される。投入量は、第１の実施形態の場合と同様であり、例えば、無機凝集剤では例えば１０ｍｇ／ｌ〜５００ｍｇ／ｌであり、高分子凝集剤では例えば０．１ｍｇ／ｌ〜１０ｍｇ／ｌである。これにより、固液分離槽２５には、好気性処理されて凝集剤が投入された処理水が流入することになる。

なお、図２０に示すように、排水ラインＬ３上に凝集剤と処理水と混合するための混合手段２７を設置することは好適である。混合手段２７としては、混合器や混合タンクなどが例示され、更に、図２０に示すように攪拌器２９を併用することは更に好ましい。このような混合手段２７を設置することで処理水と凝集剤とがより均一に混合されるからである。

この排水処理装置１９を利用した粒状微生物汚泥Ｇ２の生成方法について説明する。ここでは、ブロア１５を駆動して曝気槽２１内は曝気されているものとする。

流入ラインＬ２を通して有機排水を曝気槽２１に流入させ（流入工程）、曝気槽２１内で活性汚泥Ｇによって好気性処理する（処理工程）。有機排水の好気性処理によって得られた処理水は、排水ラインＬ３を通って固液分離槽２５に流入する。この際、タンク１７から投入ラインＬ１を通して凝集剤を投入する（投入工程）。そして、固液分離槽２５において、処理水は固液分離されて（分離工程）、その上澄液は排出ラインＬ５から排出される。また、固液分離槽２５において、沈降した固形物は余剰汚泥として返送ラインＬ４から排出され、流入ラインＬ２を流れる有機排水に投入され、有機排水と一緒に曝気槽２１に流入する（返送工程）。

上述した連続式の活性汚泥法によって排水処理装置１９の立ち上げ時に粒状微生物汚泥Ｇ２が所定の量生成できれば、凝集剤の投入を停止して、有機排水を好気性処理すればよい。

この方法では、排水ラインＬ３を流れる処理水に凝集剤を投入しているので、凝集剤の凝集効果により、固液分離槽２５ではより多くの微生物汚泥Ｇ１を含む固形物が沈降することになり、更に、フロック状の微生物汚泥Ｇ１が高密度に濃縮されている。そのため、固液分離槽２５の小型化を図ることができる。

更に、返送ラインＬ４を流入ラインＬ２に接続しているので、返送される固形物が有機排水に投入されることになる。その結果として、例えば、微生物汚泥Ｇ１の粒状化によって粒径が大きくなってきても、内部まで有機排水に含まれる有機物（ＢＯＤ、ＣＯＤ、ＴＯＣ）や窒素、リン等を浸透させることが可能である。よって、微生物汚泥Ｇ１の粒状化を継続させることができる。

これにより、従来、粒状微生物汚泥Ｇ２を生成するために、１〜２ヶ月掛かっていたのに対して、より短い期間、例えば、１〜３週間で粒状微生物汚泥Ｇ２の生成が可能となる。

また、粒状化促進剤は、第３の実施形態で説明した核用物質でもよい。この場合、凝集剤の場合と同様に、核用物質は排水ラインＬ３に投入されることが好ましい。核用物質としては、第３の実施形態の場合と同様に、原生動物や糸状菌が好適であり、また、０．２ｍｍ〜１．０ｍｍの粒状微生物汚泥又はそれと同様の性質を有するものも有効である。

図２１及び図２２は、粒状化促進剤として原生動物及び糸状菌を利用して実際に生成した粒状微生物汚泥Ｇ２の顕微鏡写真に対応する図である。この粒状微生物汚泥Ｇ２を生成した際の条件は、次の通りである。

すなわち、曝気槽汚泥濃度が４０００ｍｇ／ｌ、沈澱槽汚泥濃度が８０００ｍｇ／ｌ、基質濃度が１５００ｋｇ−ＣＯＤ_Ｃｒ／ｍ^３／ｄ、汚泥負荷が０．２ｋｇ−ＣＯＤ_Ｃｒ／ｋｇ−ＭＬＳＳ／ｄ、容積負荷が１．１ｋｇ−ＣＯＤ_Ｃｒ／ｍ^３／ｄとなるようにして粒状微生物汚泥Ｇ２を生成した。また、原生動物の投入量は５００ｍｇ／ｌとし、糸状菌の投入量は１５００ｍｇ／ｌとした。上記条件により、粒状微生物汚泥Ｇ２を生成することで、約３週間で粒状微生物汚泥Ｇ２を生成することができた。

以上、本発明の最良の実施形態について説明したが、本発明は上記第１〜第４の実施形態に限定されない。

例えば、第２の実施形態で説明した沈降促進物体は、第２の実施形態で説明したように単独で投入してもよいが、第１の実施形態、並びに、第３及び第４の実施形態に組み合わせても良い。すなわち、第１の実施形態（第３の実施形態）では、処理工程の後半で凝集剤（原生動物及び糸状菌）を投入し、更に、静置工程で沈降促進物体を投入してもよい。また、第４の実施形態では、排水ラインＬ３に凝集剤、原生動物や糸状菌などの粒状化促進剤を投入すると共に、沈降性促進物体を投入してもよい。また、第２及び第４の実施形態を組み合わせるときには、沈降性促進物体は、固液分離槽に直接投入してもよい。

更に、第１及び第３の実施形態では、粒状化促進剤は、処理工程の後半で投入するとしたが、静置工程で投入してもよい。また、曝気槽３の大きさは、前述した典型的な大きさに限定されない。曝気槽３の大きさとしては、処理水の排出量により適宜設計されるが、固形物の沈降速度が上記典型的な大きさの場合と同程度、例えば、沈降速度が５ｍ／ｈｒ〜８０ｍ／ｈｒとなるように変更することが好ましい。

回分式活性汚泥法における流入工程での排水処理装置の状態を示す図である。回分式活性汚泥法における処理工程での排水処理装置の状態を示す図である。回分式活性汚泥法における静置工程での排水処理装置の状態を示す図である。回分式活性汚泥法における排出工程での排水処理装置の状態を示す図である。回分式活性汚泥法の基本周期を示すフローチャートである。第２の実施形態での回分式活性汚泥法における静置工程での排水処理装置の状態を示す図である。形成初期の粒状微生物汚泥の顕微鏡写真に対応する図である。形成初期の粒状微生物汚泥の顕微鏡写真に対応する図である。０．８ｍｍ程度の粒子が含まれた粒状微生物汚泥の顕微鏡写真に対応する図である。食品工場からでる有機排水を排水処理装置で好気性処理した際に生成された粒状微生物汚泥の顕微鏡写真に対応する図である。下水処理施設からでる有機排水を排水処理装置で好気性処理した際に生成された粒状微生物汚泥の顕微鏡写真に対応する図である。Ｅｄｅｎモデルを利用したシミュレーションで得られた粒子像を示す図である。Ｅｄｅｎモデルによるシミュレーションで得られた他の粒子像を示す図である。Ｅｄｅｎモデルによって粒径の変化をシミュレーションした結果を示す図である。実際に生成された粒状微生物汚泥を示す顕微鏡写真に対応する図である。実際に生成された粒状微生物汚泥を示す顕微鏡写真に対応する図である。実際に生成された粒状微生物汚泥を示す顕微鏡写真に対応する図である。実際に生成された粒状微生物汚泥を示す顕微鏡写真に対応する図である。実際に生成された粒状微生物汚泥を示す顕微鏡写真に対応する図である。本発明の粒状微生物汚泥生成方法の第４の実施形態を適用する排水処理装置の構成を示す概略図である。図２０に示した排水処理装置で生成された粒状微生物汚泥の顕微鏡写真に対応する図である。図２０に示した排水処理装置で生成された粒状微生物汚泥の顕微鏡写真に対応する図である。

符号の説明

１…排水処理装置、３，２１…曝気槽、５…流入口、７…排出口、９…排出口、１１…内筒、１３…散気球、１５…ブロア、１７…タンク、１９…排水処理装置、２１…曝気槽、２３…ノズル、２５…固液分離槽、Ｇ…活性汚泥、Ｇ１…微生物汚泥、Ｇ２…粒状微生物汚泥。

Claims

有機排水を好気性処理するための微生物汚泥を粒状化して粒状微生物汚泥を生成する粒状微生物汚泥生成方法であって、
前記微生物汚泥を含む曝気槽に前記有機排水を流入せしめる流入工程と、
前記曝気槽内を曝気して前記有機排水を前記好気性処理する処理工程と、
前記曝気を停止して前記微生物汚泥を含む固形物を前記曝気槽に沈降させる静置工程と、
前記有機排水の前記好気性処理で得られた処理水を前記静置工程後に前記曝気槽から排出する排出工程と、
を備え、
前記流入工程、前記処理工程、前記静置工程及び前記排出工程を基本周期として複数回繰り返し、前記微生物汚泥の粒状化を促進するための原生動物及び糸状菌を、前記微生物汚泥を含む固形物が生成されて当該固形物が粒状化される初期段階において前記曝気槽に投入することを特徴とする粒状微生物汚泥生成方法。
前記初期段階が、前記微生物汚泥を含む固形物の粒径が０．２ｍｍ以下である段階であることを特徴とする請求項１に記載の粒状微生物汚泥生成方法。
前記流入工程では、前記曝気槽の下部に沈降した前記固形物に前記有機排水を直接流入せしめることを特徴とする請求項１又は２に記載の粒状微生物汚泥生成方法。
前記排出工程では、前記曝気槽の底面からの高さが、前記曝気槽の高さの１／１０〜１／２の位置で前記処理水を排出することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の粒状微生物汚泥生成方法。