JP5300898B2

JP5300898B2 - 有機性排水処理装置

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Publication number: JP5300898B2
Application number: JP2011057128A
Authority: JP
Inventors: 卓巳小原; 正城佐竹; 勝也山本; 寛幸時本; 錦陽胡
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2011-03-15
Filing date: 2011-03-15
Publication date: 2013-09-25
Anticipated expiration: 2031-03-15
Also published as: JP2012192320A

Description

本発明の実施形態は、下水、農業集落排水、工場排水等の有機排水を、嫌気性微生物により浄化処理する、嫌気リアクタを用いた有機性排水処理装置に関する。

従来、有機性排水を浄化処理する手段として、嫌気性微生物を利用する嫌気リアクタと好気微生物を利用する好気リアクタの組み合わせからなる排水処理装置が数多く提案されている。嫌気性微生物を利用した処理方法としては嫌気性ろ床法、上向流式嫌気汚泥床法（ Upflow Anaerobic Sludge Blanket，以下UASB法という）、膨張粒状汚泥床法（ Expand Granular Sludge Blanket，以下EGSB法という）などがある。これらの嫌気処理法は次の利点を有する。

(i) 有機汚濁物質を分解する際に酸素を必要としない嫌気性微生物により水処理を行うため、好気微生物を利用した処理方法よりも低コストで処理できる。

(ii) 好気微生物は有機物１ｇ除去あたり約０．４〜０．６ｇ増殖するのに対し、嫌気微生物は有機物１ｇ除去あたり約０．１ｇ程度の増殖であることから、有機物除去あたりの汚泥発生量を大幅に削減できる。

ただし、デメリットとして、嫌気処理のみでＢＯＤを１０〜１５(mg/L)以下の水準まで処理するのは困難であり、河川や湖沼に直接放流するような水処理施設においては後段処理に好気リアクタを設置するのが一般的である。

好気性微生物を利用した処理方法としては、活性汚泥法、好気ろ床法、散水ろ床法、回転円板法などの方法がある。好気処理は、浸漬型と非浸漬型とに分類することができる。浸漬型の処理方法は、好気微生物が常に水に浸かっている状態のプロセスであり、活性汚泥法と好気ろ床法がこれにあたる。これらの水処理プロセスでは、好気微生物が利用する酸素を曝気する（ポンプ等の動力源を用いて水中に空気や純酸素などを吹き込む）ことにより供給する必要があるが、この曝気のための動力費が水処理プロセスに占めるコストの大半を占める。

一方で、非浸漬型の処理方法は、常時好気微生物が水に浸かっている方法ではなく、気液の接触面積を大きくとることによって、大気中の空気を液中に溶解させる方法であり、曝気が不必要のため動力費を低く抑えることができるという利点がある。例えば特許文献１において、水処理にかかる動力費を削減することを目的として、嫌気リアクタと非浸漬型の好気リアクタ（散水型の好気リアクタ）を組み合わせた水処理システムが提案されている。

特開２００７−３０７５３０号公報

しかしながら、従来の水処理システムにおいては、好気リアクタの流入有機物負荷量は嫌気リアクタの処理性能に依存し、好気リアクタの流入有機物負荷量が低い場合（嫌気処理水の有機物濃度が低い場合）、好気性微生物である硝化菌の働きにより、被処理水中に含まれるアンモニアを主体とする窒素成分の酸化が進み、硝酸が生じることによりｐＨが低下し、下水道法の放流基準である５．８以下になってしまう場合がある。

このｐＨ低下の対策として、1)水酸化ナトリウム等のアルカリ剤を添加する方法、および2)嫌気リアクタや原水槽に好気処理水の循環を行う方法などが行われている。しかし、1)の方策では薬品コストおよび貯留や取扱いなどのメンテナンスコストがかかること、また2)の方策では酸素ならびに硝酸等の結合酸素が嫌気リアクタに流入するため、嫌気リアクタの嫌気度が低下し、絶対嫌気性菌であるメタン生成菌による有機物除去が阻害されるという問題を生じる。

本発明は上記課題を解決するためになされ、嫌気処理リアクタにおける反応を阻害することなく、低コストで運転および保守点検することができる有機性排水処理装置を提供することを目的とするものである。

本発明に係る有機性排水処理装置は、有機性排水からなる原水を嫌気処理する嫌気性微生物が高濃度に集積した嫌気性汚泥床部を有する嫌気リアクタと、前記嫌気リアクタの後段に設けられ、前記嫌気リアクタで嫌気処理された嫌気処理水を好気処理する好気性微生物を担持するための好気性微生物担体部を有し、かつ前記嫌気処理水を前記好気性微生物担体部に上方から散水する散水機構を有する好気リアクタと、前記好気リアクタから流出する処理水を一時的に貯留しておくための処理水槽と、前記好気リアクタから前記処理水槽に前記処理水を送るための送水ラインと、原水を前記嫌気リアクタを経由することなく前記好気リアクタに直接供給するように前記好気リアクタに接続されたバイパスラインと、前記処理水槽内の水を前記好気リアクタに戻す処理水循環ポンプを備えた第１のリターンラインと、前記好気リアクタから前記処理水槽までの間に設けられ、前記好気リアクタから流出する処理水の硝化反応の進行状況を示す水質パラメータとして前記処理水のｐＨを測定するｐＨセンサと、前記処理水の硝化反応の進行を判定する基準として前記処理水のｐＨを６．３以下に設定する手段と、前記ｐＨセンサで測定したｐＨが６．３以下になったときに、原水の一部又は全量を前記嫌気リアクタを経由することなく前記バイパスラインを通って前記好気リアクタに直接供給させるとともに、前記処理水循環ポンプを駆動させて前記第１のリターンラインを介して前記処理水槽から前記好気リアクタに処理水を還流させる制御手段と、を具備することを特徴とする。

本明細書中において重要な用語を以下のように定義する。

有機性排水とは、リン酸などの有機物そのもの及び有機物が分解してできるアンモニア等の分解生成物を含む排水をいい、具体的には下水、農業集落排水、工場排水等をいう。

硝化反応とは、好気性条件下で亜硝酸菌や硝酸菌のような硝化菌の作用により毒性の強いアンモニア性窒素を酸化して亜硝酸性窒素や硝酸性窒素とし、さらに酸化して最終的には毒性の弱い硝酸塩にまで分解する反応をいう。

第１の実施形態の有機性排水処理装置の構成ブロック図。第２の実施形態の有機性排水処理装置の構成ブロック図。担体と生物膜の関係を示す断面模式図。第３の実施形態の有機性排水処理装置の構成ブロック図。第４の実施形態の有機性排水処理装置の構成ブロック図。第５の実施形態の有機性排水処理装置の構成ブロック図。第６の実施形態の装置に設けられた散水型好気リアクタを示す断面模式図。第７の実施形態の装置に設けられた散水型好気リアクタを示す断面模式図。図８の装置に設けられた再分配装置を示す模式図。第８の実施形態の装置に設けられた散水型好気リアクタを示す断面模式図。図１０の好気リアクタに設けられた再分配装置を示す断面模式図。第９の実施形態の有機性排水処理装置の構成ブロック図。第１０の実施形態の装置に設けられた嫌気リアクタを示す構成ブロック図。

以下に本発明を実施するための好ましい種々の形態を説明する。

（１）本発明の実施形態に係る有機性排水処理装置は、有機性排水からなる原水を嫌気処理する嫌気性微生物が高濃度に集積した嫌気性汚泥床部を有する嫌気リアクタ3と、前記嫌気リアクタの後段に設けられ、前記嫌気リアクタで嫌気処理された嫌気処理水を好気処理する好気性微生物を担持するための好気性微生物担体部を有し、かつ前記嫌気処理水を前記好気性微生物担体部42に上方から散水する散水機構を有する好気リアクタ4と、前記好気リアクタから流出する処理水を一時的に貯留しておくための処理水槽6と、前記好気リアクタから前記処理水槽に前記処理水を送るための送水ラインL6と、原水を前記嫌気リアクタを経由することなく前記好気リアクタに直接供給するように前記好気リアクタに接続されたバイパスラインL3と、前記処理水槽内の水を前記好気リアクタに戻す処理水循環ポンプP2を備えた第１のリターンラインL10と、前記好気リアクタから前記処理水槽までの間に設けられ、前記好気リアクタから流出する処理水の硝化反応の進行状況を示す水質パラメータとして前記処理水のｐＨを測定するｐＨセンサ11,12と、前記処理水の硝化反応の進行を判定する基準として前記処理水のｐＨを６．３以下に設定する手段13と、前記ｐＨセンサで測定したｐＨが６．３以下になったときに、原水の一部又は全量を前記嫌気リアクタを経由することなく前記バイパスラインを通って前記好気リアクタに直接供給させるとともに、前記処理水循環ポンプP2を駆動させて前記第１のリターンラインを介して前記処理水槽から前記好気リアクタに処理水を還流させる制御手段10と、を有する。

本実施形態によれば、原水の一部または全量を嫌気リアクタを経由することなくバイパスラインを通って好気リアクタに直接供給している。これにより好気リアクタにかかる有機物負荷を高め、硝化反応の進行を抑制し、処理水のｐＨの低下を防ぐことができる。

本実施形態では、設定手段は水質パラメータの閾値として処理水のｐＨを６．３以下に設定し、ｐＨセンサは好気リアクタから流出する処理水のｐＨを測定する。そして、制御手段は、処理水の測定ｐＨが６．３以下になったときに処理水循環ポンプを駆動させ、第１のリターンラインL10を介して処理水槽から好気リアクタの上段部に処理水を循環させる。なお、閾値をｐＨ６．３より少し低い値に設定することができる。例えば閾値としてｐＨ６．０以下に設定するようにしてもよいし、さらにｐＨ５．８以下に設定するようにしてもよい。

本実施形態によれば、制御手段が行う上記の操作により、好気リアクタ内で生成した硝酸性窒素を好気リアクタの上段部に循環させ、好気リアクタ内で部分的に無酸素状態となっている部分、すなわち担体4aには好気性微生物が集積した生物膜4bが付着している（図３）が、この生物膜4bの外側部分は酸素リッチな状態にあるため、生物膜4bの表層部の微生物により酸素が消費され、生物膜4bの内部（担体4a側）は酸素欠乏状態になる。このようにして本実施形態では、ポンプで循環させる水中に含まれる硝酸性窒素を脱窒菌により脱窒させ、窒素ガスに転換することによって処理水の硝酸濃度を低下させて処理水のｐＨを上昇させ、アルカリ度を回復させることができる。

なお、本実施形態のｐＨセンサ以外の他の水質測定手段として、亜硝酸イオンを検出する亜硝酸センサ、硝酸イオンを検出する硝酸センサ、アンモニアイオンを検出するアンモニアセンサ、アルカリ度を測定するアルカリ度計などを用いることができる。

（２）上記（１）の装置において、さらに、好気リアクタから排出される余剰汚泥を貯留する汚泥貯留槽8と、汚泥貯留槽内の余剰汚泥を好気リアクタに戻す汚泥返送ポンプP3を備えた第２のリターンラインL11と、を有することが好ましい。

本実施形態では、制御手段は、測定した処理水のｐＨが６．３以下になったときに汚泥返送ポンプを駆動させ、第２のリターンラインを介して汚泥貯留槽から好気リアクタに余剰汚泥を還流させる。

本実施形態によれば、制御手段が行う上記の操作で還流される余剰汚泥により、好気リアクタ内が酸素リッチな状態になるため、生物膜4bの表層部の微生物により酸素が消費され、生物膜4bの内部（担体4a側）は酸素欠乏状態になる。ポンプで還流される余剰汚泥中に含まれる硝酸性窒素を脱窒菌により脱窒させ、窒素ガスに転換することによって処理水の硝酸濃度を低下させて処理水のｐＨを上昇させ、アルカリ度を回復させることができる。

（３）上記（１）の装置において、さらに、前記好気リアクタから排出される余剰汚泥を貯留する汚泥貯留槽と、前記汚泥貯留槽内の余剰汚泥を前記好気リアクタに戻す汚泥返送ポンプを備えた第２のリターンラインL11と、を有することが好ましい（図５）。

本実施形態では、制御手段は、ｐＨセンサで測定したｐＨが６．３以下になったときに、原水の一部又は全量を嫌気リアクタを経由することなくバイパスラインを通って好気リアクタに直接供給させると同時に、処理水循環ポンプを駆動させて第１のリターンラインを介して処理水槽から好気リアクタに処理水を還流させるか、または汚泥返送ポンプを駆動させて第２のリターンラインを介して汚泥貯留槽から好気リアクタに処理水を還流させるか、または処理水循環ポンプと汚泥返送ポンプを共に駆動させて第１のリターンラインを介して処理水槽から好気リアクタに処理水を還流させるとともに第２のリターンラインを介して汚泥貯留槽から好気リアクタに処理水を還流させる。

本実施形態によれば、制御手段が行う上記の操作により、原水を嫌気リアクタを経由することなくバイパスラインを通して好気リアクタに直接供給することで好気リアクタにかかる有機物負荷を高め、硝化反応の進行を抑制するとともに、好気リアクタ内で生成した処理水および余剰汚泥に含まれる硝酸性窒素を好気リアクタの上段部に循環させ、担体4aに付着した生物膜4bの表層部の微生物により酸素が消費され、生物膜4bの内部（担体4a側）は酸素欠乏状態になる。このようにして本実施形態では、好気リアクタに原水を直接供給して有機物負荷を高めて硝化反応の進行を抑制する一方で、ポンプ循環される水中に含まれる硝酸性窒素を脱窒菌により脱窒させ、窒素ガスに転換することによって処理水の硝酸濃度を低下させて処理水のｐＨを上昇させ、アルカリ度を回復させることができる。

（４）上記（１）または（２）の装置において、制御手段が好気リアクタからの処理水の一部を嫌気リアクタの原水供給部よりも上部に還流させることが好ましい（図１２）。

本実施形態によれば、好気リアクタからの処理水を嫌気リアクタの中段部に循環させることにより、汚泥床下部の最もメタン生成菌が集積している部分への悪影響を低減させることができ、安定した水処理性能を得ることができる。

また、本実施形態によれば、嫌気リアクタの上部に担体を配設したことにより、嫌気リアクタの上部に脱窒菌が固定化しやすい（菌が流出し難い）環境を作り、嫌気リアクタ内部での脱窒反応がより促進しやすくなる。ちなみに、嫌気リアクタの入口部分や原水槽に循環させる方式では汚泥床部の絶対嫌気性菌であるメタン生成菌に溶存酸素や硝酸性窒素が悪影響を及ぼすという問題があったが、本実施形態によればこの問題を効果的に解決することができる。

（５）上記（４）の装置において、ｐＨセンサで測定したｐＨが６．３以下になったときに、制御手段が好気リアクタからの処理水の一部を嫌気リアクタの原水供給部よりも上部に還流させることが好ましい（図１２）。

本実施形態によれば、処理水の測定ｐＨが６．３以下に低下したことにより制御手段は嫌気リアクタ内での脱窒反応が低下したことを容易に把握でき、これに基づいて好気リアクタからの処理水を嫌気リアクタの原水供給部より上部に還流させるが、本実施形態では嫌気リアクタの上部に配置された担体に脱窒菌が固定化しやすい環境を形成しているため、嫌気リアクタ内での脱窒菌による脱窒反応が促進され、低下したｐＨをより迅速に回復させることができる。なお、閾値をｐＨ６．３より少し低い値に設定することができる。例えば閾値としてｐＨ６．０以下に設定するようにしてもよいし、さらにｐＨ５．８以下に設定するようにしてもよい。

（６）上記（４）または（５）の装置において、嫌気リアクタ内の上部に微生物を付着する固定床部を有することが好ましい（図１３）。とくに嫌気汚泥床部よりも上方に固定床部を設けるのが好ましい。

本実施形態によれば、嫌気リアクタ内に無酸素状態または酸素欠乏状態が形成されやすく、また嫌気リアクタ内部の有機物濃度も高いため、嫌気リアクタ内での脱窒反応が促進しやすくなり、さらに処理水の窒素濃度を低減させることができる。

また、本実施形態によれば、処理水の循環先を嫌気リアクタの中段部としたことにより、汚泥床下部の最もメタン生成菌が集積している部分への悪影響を低減させることができ、安定した水処理性能を得ることができる。

さらに、本実施形態によれば、嫌気リアクタの上部に担体を配したことにより、リアクタの上部に脱窒菌が固定化しやすい環境を作ることにより、嫌気リアクタ内部での脱窒がより促進しやすくなる。

以下、添付の図面を参照して本発明の種々の実施の形態を具体的に説明する。

（第１の実施形態）
図１に示すように、第１の実施形態の有機性排水処理装置１は、上流側から順に主ラインＬ１，Ｌ２，Ｌ４，Ｌ６，Ｌ７に沿って配設された原水槽２、嫌気リアクタ３、好気リアクタ４、処理水槽６、および最終処理水槽７を有し、有機性排水からなる原水を嫌気性微生物および好気性微生物を利用して嫌気処理／好気処理して処理水を生成する水処理システムである。さらに周辺装置として、嫌気リアクタ３内で発生するメタン等のバイオガスを回収するためのバイオガス回収装置５がラインＬ５を介して嫌気リアクタ３の上部に接続されている。

処理対象となる原水は、生活排水、都市下水、食品工場に代表される工場から排出される有機性排水などが該当する。特に、本実施形態の技術は、原水に水質の変動がしばしばあり、窒素と有機物の比率が変わりやすい原水に対して適用する水処理技術に向けられたものであり、その典型的な原水の例として生活排水や都市下水が挙げられる。

有機性排水処理装置１の配管ラインＬ１〜Ｌ８の適所には流量制御弁、圧力制御弁、遮断弁、逆流防止弁などの各種バルブＶ１，Ｖ２，Ｖ３およびポンプＰ１およびセンサ１１が取り付けられている。これらのポンプやバルブなどの動作はプロセスコンピュータを有する制御器１０によってそれぞれ制御されるようになっている。

制御器１０は、装置１の全体を統括的に制御するために構築されたコンピュータシステムからなり、水質測定手段としてのｐＨセンサ１１からの信号Ｓ１および図示しない流量計、圧力計、温度計、濃度計、濁度計、ガスセンサなど各種の測定機器やセンサからの信号が入る入力部と、多種多様のプロセスデータを記憶保存しておくメモリ部と、入力信号と必要に応じて呼び出したプロセスデータや数式に基づいて演算を実行して各種の制御量を算出する演算部と、算出した制御量に基づいて各種のポンプ及びバルブの駆動電源回路スイッチに制御信号Ｓ２を出す出力部と、を備えている。

制御器１０の入力部には設定手段としての入力用キイボード１３が接続されている。オペレータは、このキイボード１３を用いてプロセス条件設定値などのデータＤ１〜Ｄ９を制御器１０に随時入力して各種のプロセス条件を設定することができるようになっている。

原水槽２は、図示しない原水発生源から有機性排水を原水として受け入れ、送水ポンプＰ１の駆動により主ラインＬ１，Ｌ２とバルブＶ１を介して嫌気リアクタ３に原水を送り出すようになっている。

本実施形態の装置１では、ポンプＰ１より下流側において主ラインＬ１から分岐するバイパスラインＬ３がさらに設けられている。バイパスラインＬ３は、主ラインＬ１から分岐し、バルブＶ２を有し、好気リアクタ４の上部散水器４１へのラインＬ４に連通している。制御器１０は、定常時にはバルブＶ２を閉じた状態でバルブＶ１を開けて主ラインＬ２を介して嫌気リアクタ３に原水を供給する一方で、ｐＨ調整時にはバルブＶ１を閉じてバルブＶ２を開け、バイパスラインＬ３を介して好気リアクタ４の上部散水器４１に原水を直接送水することができるようになっている。

嫌気リアクタ３は、上向流式嫌気汚泥床（UASB）または膨張粒状汚泥床（EGSB）などの方式で嫌気性微生物が高濃度に集積した粒状化汚泥（グラニュール）を内部に配した嫌気性汚泥床部（図示せず）を下部に有している。嫌気性汚泥床部ではメタン生成菌、酸生成菌等の働きによって、有機性排水中の高分子の汚濁有機物質をプロピオン酸、酢酸などの有機酸ならびにメタンまで分解するようになっている。嫌気リアクタ３の下部には原水供給ラインＬ２が接続され、嫌気リアクタ３の上部には嫌気処理水オーバーフローラインＬ４とバイオガス回収ラインＬ５がそれぞれ接続されている。オーバーフローラインＬ４は、嫌気リアクタ上部の堰を越えて溢れ出す嫌気処理水が通流するものであり、適所にバイパスラインＬ３が合流し、好気リアクタ４の上部散水器４１に接続されている。一方、バイオガス回収ラインＬ５はバイオガス回収装置５に接続され、回収したメタンを含むバイオガスは、脱硫処理などのガス処理を行うことにより加熱炉の燃焼ガスなどに有効利用することができる。

好気リアクタ４は、上段部に散水器４１、中段部に担体部４２、下段部に汚泥沈殿部４３をそれぞれ備えている。散水器４１は、多数の細孔が等ピッチ間隔に下向きに開口する多孔管または噴霧ノズルを有している。

担体部４２は、ほぼ同じ構成の脱着可能なカートリッジ方式の担体充填パックが上下２段に積み重ねられて支持体に支持されたものである。各担体は、酸素共存下で有機性排水中の有機物を分解する好気性微生物を担持している。担体部４２の最下部より少し下方のところに処理水送水ラインＬ６が接続され、担体部４２を通過してきた好気処理水がラインＬ６を通って処理水槽６へ送られるようになっている。

なお、好気リアクタ４内に充填する担体は表面に微生物が付着しやすいものであれば何でもよくポリプロピレン、ポリエチレンなどを主とするプラスチック系のものや、セラミック、金属などどのような素材であってもよい。形状も球状、円筒状、ひも状、ハチの巣状（ハニカム形状）などどのような形であってもよい。一般的には担体として1cm〜5cm程度の大きさで比表面積が大きいものが用いられる。

汚泥沈殿部４３は、好気リアクタ４の最下部に設けられ、沈殿した余剰汚泥を排出するためのドレインラインＬ８が接続されている。さらにドレインラインＬ８は図示しない汚泥処理設備に接続されている。

処理水槽６は、好気リアクタ４からの処理水が処理水送水ラインＬ６を通って供給され、処理水を一時的に貯留しておくための水槽である。本実施形態では、処理水送水ラインＬ６の適所に水質測定手段としてのｐＨセンサ１１を取り付け、処理水のｐＨを測定し、ｐＨ測定信号Ｓ１を制御器１０に送るようにしている。なお、水質測定手段は、本実施形態のｐＨセンサのみに限定されるものではなく、他の水質測定手段として亜硝酸イオンを検出する亜硝酸センサ、硝酸イオンを検出する硝酸センサ、アンモニアイオンを検出するアンモニアセンサ、アルカリ度を測定するアルカリ度計などを用いることができる。また、水質測定手段の設置箇所も本実施形態の処理水送水ラインＬ６のみに限定されるものではなく、処理水槽６の内部に設置するようにしてもよいし、あるいは好気リアクタ４の処理水出口に設置するようにしてもよい。

最終処理水槽７は、処理水槽６の上部に送水ラインＬ７を介して接続され、送水ラインＬ７を通って処理水槽６内の上澄み水が導入され、導入した水を放流基準を満たすように最終処理するための処理設備である。なお、図示していないが最終処理水槽７内の処理水を処理水槽６及び／又は好気リアクタ４に戻すためのリターンラインを設けてもよい。

次に、本実施形態の作用を説明する。

先ずオペレータは、キイボード１３を用いてバイパス開始ｐＨ設定値データＤ１およびバイパス停止ｐＨ設定値データＤ２を制御器１０に入力する。バイパス開始ｐＨ設定値データＤ１はｐＨ値として６．０に対応し、バイパス停止ｐＨ設定値データＤ２はｐＨ値として６．５に対応している。これらのプロセス条件設定データは制御器１０のメモリ部に保存される。なお、本実施形態では水質パラメータの閾値をｐＨ６．０としているが、これより少し低い値や少し高い値に閾値を設定することができる。例えば閾値としてｐＨ５．８以下に設定するようにしてもよいし、さらにｐＨ６．３以下に設定するようにしてもよい。

オペレータによる各種のプロセス条件設定データのデータ入力作業が終了すると、制御器１０から各種の制御信号が装置内の各駆動部に送られ、装置１の運転が開始される。すなわち、制御器１０は、バルブＶ２を閉じた状態でバルブＶ１を開け、ポンプＰ１を起動して原水槽２から主ラインＬ２を介して嫌気リアクタ３に原水を供給する。嫌気リアクタ３内では原水中に含まれる汚濁有機物（窒素含有有機質成分）が嫌気性汚泥床部に存在する嫌気性微生物と接触し、微生物の作用により汚濁有機物が処理水とバイオガス（主成分メタン）とに分解される。生成バイオガスは嫌気リアクタ３の頂部から回収ラインＬ５を通ってバイオガス回収装置５に回収される。

一方、嫌気処理された嫌気処理水は、リアクタ上部の堰を越えてあふれ出し、オーバーフローラインＬ４を通って好気リアクタ４の上部に送られ、散水器４１から下方の担体部４２に向けて散水される。この散水の際に大気中の酸素が液中に溶解する。好気リアクタ４内の担体部４２には微生物を付着させるための担体が充填されており、リアクタ下部の沈殿部４３に達するまでは常時、担体の合間を縫って、水がしたたりおちている状態である。散水時および水が担体の合間を縫ってしたたり落ちていく間で、空気と液体との気液接触によって、液中に酸素が供給される。担体に付着している好気微生物はこの液中に溶解した酸素（以下、溶存酸素）を利用しつつ、嫌気リアクタで処理しきれなかった有機物を分解除去する。好気リアクタに流入する有機物濃度のレベルによっては、自然の空気対流レベルで十分量の酸素が供給されるが、必要に応じて換気ファンによって強制的にリアクタ内に空気を送気するよう構成される。

リアクタ容積（担体に付着している好気微生物量）に対して、リアクタに流入する有機物の負荷量が小さい場合、好気リアクタ４の中間部より下側の方では生物分解できる有機物はほぼなくなる。このような状況の場合、有機物のえさがなくなるため、好気リアクタの中間部より下側部分には独立栄養細菌である硝化菌が担体に付着・存在し、液中の窒素成分を亜硝酸や硝酸態の窒素に酸化する（硝化反応）。硝酸は、酸であるため、この反応の進行により、ｐＨが低下する方向に進む。

ただし、窒素濃度に対して、液中に十分量の炭酸イオンが溶解している場合は、炭酸イオンによるｐＨ緩衝効果により、ｐＨは、概ね６．３〜６．８程度を推移し、６．０以下に低下することはない。ところで、この炭酸イオンは、嫌気リアクタ内の嫌気微生物または、好気リアクタの好気微生物が有機物を分解したときに生じる。このため、原水中の窒素濃度と原水中の有機物濃度の比により、有機物濃度が低い場合においては、液中の炭酸イオン濃度が比較的低くなるため、ｐＨが低下しやすくなる。すなわち、好気リアクタへの有機物負荷が小さい場合、あるいは流入の窒素と有機物のバランスにおいて窒素が過多の排水の場合にｐＨが低下しやすくなる。

好気処理された好気処理水は、好気リアクタの下部出口から送水ラインＬ６を通って処理水槽６の下部に送られ、処理水槽６内において一定期間貯留された後にその上澄み水が送水ラインＬ７を通って最終処理水槽７に送られる。

このとき送水ラインＬ６を流れる処理水のｐＨをセンサ１１で測定し、そのｐＨ測定信号Ｓ１を制御器１０に送る。制御器１０は、ｐＨセンサ１１からの測定信号Ｓ１が入力されると、メモリ部からバイパス開始ｐＨ設定値データ信号Ｄ１を呼び出し、呼び出した信号Ｄ１と入力信号Ｓ１とを比較し、信号Ｓ１が信号Ｄ１を下回った場合、すなわち信号Ｓ１から算出されるｐＨ値（例えば５．８）が信号Ｄ１に対応するｐＨ値６．０以下となった場合に、バルブＶ１を閉じて（全閉遮断）バルブＶ２を開け（全開）、原水の全量を嫌気リアクタ３を経由することなくバイパスラインＬ３を介して好気リアクタ４に直接送水する。

さらに制御器１０は、制御信号Ｓ２を主ラインＬ２のバルブＶ１およびバイパスラインＬ３のバルブＶ２にそれぞれ送り、２つのバルブＶ１，Ｖ２の開度調整をすることにより、原水の一部を嫌気リアクタ３を経由することなく好気リアクタ４に直接送水する。これらの操作により、好気リアクタ４にかかる有機物負荷が高まり、硝化反応の進行を抑制し、好気処理水のｐＨの低下を回復させることができる。

このようにして一旦低下した好気処理水のｐＨを回復させ、センサ１１で測定されるｐＨ値が徐々に低下して６．０を下回ったところで、制御器１０は、メモリ部からバイパス停止ｐＨ設定値データＤ２を呼び出し、呼び出したバイパス停止ｐＨ設定値データＤ２とｐＨ測定信号Ｓ１との比較に切り替える。そして、ｐＨ測定信号Ｓ１から算出されるｐＨ値がバイパス停止ｐＨ設定値データＤ２に対応するｐＨ値６．５を超えるタイミングで、制御器１０からバルブＶ１，Ｖ２に停止制御信号Ｓ10を送り、バルブＶ２を閉じてバイパスラインＬ３経由の原水の直送を停止する。

なお、本実施形態では水質測定手段にｐＨセンサを用いたが、他の水質測定手段として、亜硝酸イオンを検出する亜硝酸センサ、硝酸イオンを検出する硝酸センサ、アンモニアイオンを検出するアンモニアセンサ、アルカリ度を測定するアルカリ度計を用いるようにしてもよい。

本実施形態の効果を説明する。

本実施形態によれば、水酸化ナトリウムなどのアルカリ剤や脱窒源となる有機物を処理水に添加すること無しに、低下した処理水のｐＨを回復できるため、ランニングコストを従来の薬品添加方式に比べて低くすることができる。

本実施形態によれば、バルブの切り替え操作のみでポンプなど動力のかかる機器を利用しないため、ランニングコストをほとんど変えずに（コスト上昇させることなく）処理水ｐＨ低下の対策をとることができる。

（第２の実施形態）
次に図２を参照して第２の実施形態を説明する。なお、本実施形態が上記の実施形態と重複する部分の説明は省略する。

本実施形態の有機性排水処理装置１Ａは、上記バイパスラインＬ３の代わりに循環ポンプＰ２を備えた第１のリターンラインＬ１０を有している。第１のリターンラインＬ１０は、処理水槽６から好気リアクタ４までの間に設けられ、循環ポンプＰ２の駆動により処理水槽６内の処理水を好気リアクタ４に戻すようにしている。すなわち、ポンプＰ２を起動させると、処理水槽６内の処理水がリターンラインＬ１０を通って処理水槽６→ラインＬ１０→好気リアクタ４→ラインＬ６→処理水槽６のループ回路を通って循環されるようになっている。

次に、本実施形態の作用を説明する。

先ずオペレータは、キイボード１３を用いて処理水循環開始ｐＨ設定値データＤ３および処理水循環停止ｐＨ設定値データＤ４を制御器１０に入力する。処理水循環開始ｐＨ設定値データＤ３はｐＨ値として６．０に対応し、処理水循環停止ｐＨ設定値データＤ４はｐＨ値として６．５に対応している。これらのプロセス条件設定データは制御器１０のメモリ部に保存される。

オペレータによる各種のプロセス条件設定データのデータ入力作業が終了すると、制御器１０から各種の制御信号が装置内の各駆動部に送られ、装置１Ａの運転が開始される。すなわち、制御器１０は、バルブＶ１を開け、ポンプＰ１を起動して原水槽２から主ラインＬ１を介して嫌気リアクタ３に原水を供給する。供給された原水は嫌気リアクタ３内で嫌気性微生物により嫌気処理される。嫌気処理された嫌気処理水は、リアクタ上部の堰を越えてあふれ出し、オーバーフローラインＬ４を通って好気リアクタ４の上部に送られ、散水器４１から下方の担体部４２に向けて散水される。

リアクタ容積（担体に付着している好気微生物量）に対して、リアクタに流入する有機物の負荷量が小さい場合、好気リアクタ４の中間部より下側の方では生物分解できる有機物はほぼなくなる。このような状況の場合、有機物のえさがなくなるため、好気リアクタ４の中間部より下側部分には独立栄養細菌である硝化菌が担体に付着・存在し、液中の窒素成分を亜硝酸や硝酸態の窒素に酸化する（硝化反応）。硝酸は、酸であるため、この反応の進行により、ｐＨが低下する方向に進む。

このとき送水ラインＬ６を流れる処理水のｐＨをセンサ１１で測定し、そのｐＨ測定信号Ｓ１を制御器１０に送る。制御器１０は、ｐＨセンサ１１からの測定信号Ｓ１が入力されると、メモリ部から処理水循環開始ｐＨ設定値データ信号Ｄ３を呼び出し、呼び出した信号Ｄ３と入力信号Ｓ１とを比較し、信号Ｓ１が信号Ｄ３を下回った場合、すなわち信号Ｓ１から算出されるｐＨ値（例えば５．８）が信号Ｄ３に対応するｐＨ値６．０以下となった場合に、制御信号Ｓ３をポンプ電源回路に送って循環ポンプＰ２を起動させ、処理水槽６内の処理水を第１のリターンラインＬ１０を介して好気リアクタ４に戻し、これにより処理水が処理水槽６→ラインＬ１０→好気リアクタ４→ラインＬ６→処理水槽６のループ回路を通って循環される。この操作により、好気リアクタ４内で生成した硝酸性窒素を好気リアクタの上段部に循環させ、好気リアクタ内で部分的に無酸素状態となっている部分に存在する脱窒菌により、処理水循環ポンプにより循環した水中に含まれる硝酸性窒素を脱窒させ、窒素ガスに転換することによって、処理水の硝酸濃度を低下させ、ｐＨ（アルカリ度）を回復させるものである。すなわち、図３に示すように、担体４ａには好気性微生物が集積した生物膜４ｂが付着している。生物膜４ｂの外側部分は、酸素がリッチな状態であるが、生物膜４ｂの表層部の微生物により酸素が消費され、生物膜４ｂの内部（担体４ａ側）は酸素欠乏状態になる。この酸素欠乏状態になった部分に存在する脱窒菌により、硝酸性窒素を脱窒させ、処理水の硝酸濃度を低下させ、低下した処理水のｐＨ（アルカリ度）を回復させる。

このようにして一旦低下した好気処理水のｐＨを回復させ、センサ１１で測定されるｐＨ値が徐々に低下して６．０を下回ったところで、制御器１０は、メモリ部から処理水循環停止ｐＨ設定値データＤ４を呼び出し、呼び出した処理水循環停止ｐＨ設定値データＤ４とｐＨ測定信号Ｓ１との比較に切り替える。そして、ｐＨ測定信号Ｓ１から算出されるｐＨ値が処理水循環停止ｐＨ設定値データＤ４に対応するｐＨ値６．５を超えるタイミングで、制御器１０から循環ポンプＰ２に停止制御信号Ｓ３を送り、循環ポンプＰ２の駆動を停止させ、リターンラインＬ１０を経由する処理水の循環を停止する。

本実施形態の効果を説明する。

本実施形態によれば、水酸化ナトリウムなどのアルカリ剤や脱窒源となる有機物添加なしに処理水のｐＨ低下を防ぐため、ランニングコストを薬品添加方式に比べて低減することができる。

また、本実施形態によれば、処理水のｐＨが低下した場合のみ処理水を循環させるため、処理水を常に循環させる常時循環方式に比べてランニングコストを大幅に低減することができる。

さらに、本実施形態によれば、脱窒反応により処理水の窒素濃度を低減させることができる。

（第３の実施形態）
図４を参照して第３の実施形態を説明する。なお、本実施形態が上記の実施形態と重複する部分の説明は省略する。

本実施形態の有機性排水処理装置１Ｂは、水質測定手段として、上記第１の実施形態の処理水送水ラインＬ６に設けたｐＨセンサの代わりに、処理水槽６内に設けた硝酸センサ１２を有している。硝酸センサ１２は、処理水中の亜硝酸イオンを検出するものである。

次に、本実施形態の作用を説明する。

オペレータは、キイボード１３を用いてバイパス開始硝酸濃度設定値データＤ１およびバイパス停止硝酸濃度設定値データＤ２を制御器１０に入力する。バイパス開始硝酸濃度設定値データＤ１は硝酸濃度の第１の閾値に対応し、バイパス停止硝酸濃度設定値データＤ２は硝酸濃度の第２の閾値に対応している。これらのプロセス条件設定データは制御器１０のメモリ部に保存される。

オペレータによる各種のプロセス条件設定データのデータ入力作業が終了すると、制御器１０から各種の制御信号が装置内の各駆動部に送られ、装置１Ｂの運転が開始される。すなわち、制御器１０は、バルブＶ２を閉じた状態でバルブＶ１を開け、ポンプＰ１を起動して原水槽２から主ラインＬ２を介して嫌気リアクタ３に原水を供給する。嫌気リアクタ３内では原水中に含まれる汚濁有機物が嫌気性汚泥床部に存在する嫌気性微生物と接触し、微生物の作用により汚濁有機物が処理水とバイオガスとに分解される。

嫌気処理された嫌気処理水は、リアクタ上部の堰を越えてあふれ出し、オーバーフローラインＬ４を通って好気リアクタ４の上部に送られ、散水器４１から下方の担体部４２に向けて散水される。この散水の際に大気中の酸素が液中に溶解する。好気リアクタ４内の担体部４２には微生物を付着させるための担体が充填されており、リアクタ下部の沈殿部４３に達するまでは常時、担体の合間を縫って、水がしたたりおちている状態である。散水時および水が担体の合間を縫ってしたたり落ちていく間で、空気と液体との気液接触によって、液中に酸素が供給される。担体に付着している好気微生物はこの液中に溶解した酸素（以下、溶存酸素）を利用しつつ、嫌気リアクタで処理しきれなかった有機物を分解除去する。好気リアクタに流入する有機物濃度のレベルによっては、自然の空気対流レベルで十分量の酸素が供給されるが、必要に応じて換気ファンによって強制的にリアクタ内に空気を送気するよう構成される。

このとき処理水槽６内の処理水の硝酸イオン濃度をセンサ１２で測定し、その測定信号Ｓ１を制御器１０に送る。制御器１０は、硝酸センサ１２からの測定信号Ｓ１が入力されると、メモリ部からバイパス開始硝酸濃度設定値データ信号Ｄ１を呼び出し、呼び出した信号Ｄ１と入力信号Ｓ１とを比較し、信号Ｓ１が信号Ｄ１を上回った場合、すなわち信号Ｓ１から算出される硝酸濃度値が信号Ｄ１に対応する硝酸濃度の第１の閾値以上となった場合に、バルブＶ１を閉じて（全閉遮断）バルブＶ２を開け（全開）、原水の全量を嫌気リアクタ３を経由することなくバイパスラインＬ３を介して好気リアクタ４に直接送水する。

このようにして一旦低下した好気処理水のｐＨを回復させ、センサ１２で測定される硝酸濃度値が徐々に低下して第１の閾値以下となったところで、制御器１０は、メモリ部からバイパス停止硝酸濃度設定値データＤ２を呼び出し、呼び出したバイパス停止硝酸濃度設定値データＤ２と硝酸濃度測定信号Ｓ１との比較に切り替える。そして、硝酸濃度測定信号Ｓ１から算出される硝酸濃度値がバイパス停止硝酸濃度設定値データＤ２に対応する硝酸濃度の第２の閾値以下となったタイミングで、制御器１０からバルブＶ１，Ｖ２に停止制御信号Ｓ10を送り、バルブＶ２を閉じてバイパスラインＬ３経由の原水の直送を停止する。

なお、本実施形態では水質測定手段に硝酸センサを用いたが、他の水質測定手段として、亜硝酸イオンを検出する亜硝酸センサ、アンモニアイオンを検出するアンモニアセンサ、アルカリ度を測定するアルカリ度計を用いることができる。

本実施形態の効果を説明する。

本実施形態によれば、水質測定項目として処理水中の硝酸イオン濃度を測定することにより、硝化反応の進行状況をより直接的に把握することができるため、さらに高精度に処理水のｐＨ低下を防止することができる。

（第４の実施形態）
図５を参照して第４の実施形態を説明する。なお、本実施形態が上記の実施形態と重複する部分の説明は省略する。

本実施形態の有機性排水処理装置１Ｃは、好気リアクタ４の底部に余剰汚泥排出ラインＬ８により接続された汚泥貯留槽８と、汚泥貯留槽８にラインＬ９により接続された汚泥処理設備９と、汚泥貯留槽８内の余剰汚泥を好気リアクタ４の上部に返送する汚泥返送ポンプＰ３を備えた第２のリターンラインＬ１１と、をさらに有している。

第２のリターンラインＬ１１は、ポンプＰ３およびバルブＶ５を有し、第１のリターンラインＬ１０の適所に合流している。すなわち、本実施形態では、処理水槽６から第１のリターンラインＬ１０を通って好気リアクタ４に返送される処理水に、汚泥貯留槽８から第２のリターンラインＬ１１を通って好気リアクタ４に返送される余剰汚泥が投入添加され、両者が混合した状態で好気リアクタ４の上部に返送されるようになっている。

次に、本実施形態の作用を説明する。

オペレータは、キイボード１３を用いて処理水循環・汚泥返送開始ｐＨ設定値データＤ７および処理水循環停止ｐＨ設定値データＤ８を制御器１０に入力する。処理水循環・汚泥返送開始ｐＨ設定値データＤ７はｐＨ値として６．０に対応し、処理水循環停止ｐＨ設定値データＤ８はｐＨ値として６．５に対応している。さらに、汚泥返送停止タイマーデータＤ９を制御器１０に入力する。これらのプロセス条件設定データは制御器１０のメモリ部に保存される。

本実施形態では、処理水循環停止（ポンプＰ２の駆動の停止）のタイミングは、処理水の測定ｐＨ値が制御器１０に設定されたデータＤ８に対応する処理水循環・汚泥返送開始ｐＨ設定値以上となったときとしている。また、汚泥返送停止（ポンプＰ３の駆動の停止）のタイミングは、制御器１０に設定されたデータＤ９に対応する汚泥返送停止タイマーで一定時間経過後のときとしている。

オペレータによる各種のプロセス条件設定データのデータ入力作業が終了すると、制御器１０から各種の制御信号が装置内の各駆動部に送られ、装置１Ｃの運転が開始される。すなわち、制御器１０は、バルブＶ１を開け、ポンプＰ１を起動して原水槽２から主ラインＬ１を介して嫌気リアクタ３に原水を供給する。供給された原水は嫌気リアクタ３内で嫌気性微生物により嫌気処理される。嫌気処理された嫌気処理水は、リアクタ上部の堰を越えてあふれ出し、オーバーフローラインＬ４を通って好気リアクタ４の上部に送られ、散水器４１から下方の担体部４２に向けて散水される。

リアクタ容積（担体に付着している好気微生物量）に対して、リアクタに流入する有機物の負荷量が小さい場合、好気リアクタ４の中間部より下側の方では生物分解できる有機物はほぼなくなる。このような状況の場合、有機物のえさがなくなるため、好気リアクタ４の中間部より下側部分には独立栄養細菌である硝化菌が担体に付着・存在し、液中の窒素成分を亜硝酸や硝酸態の窒素に酸化する（硝化反応）。硝酸は、酸であるため、この反応の進行により、ｐＨが低下する方向に進む。なお、余剰汚泥は、好気リアクタ底部の汚泥沈殿部４３に沈降し、沈殿量が所定量を超えるか又は定期的にバルブＶ３を開けて好気リアクタ４から汚泥貯留槽８に排出する。

好気処理された好気処理水は、好気リアクタの下部出口から送水ラインＬ６を通って処理水槽６の下部に送られ、処理水槽６内において一定期間貯留される。

このとき送水ラインＬ６を流れる処理水のｐＨをセンサ１１で測定し、そのｐＨ測定信号Ｓ１を制御器１０に送る。制御器１０は、ｐＨセンサ１１からの測定信号Ｓ１が入力されると、メモリ部から処理水循環・汚泥返送開始ｐＨ設定値データＤ７を呼び出し、呼び出したデータ信号Ｄ７と入力信号Ｓ１とを比較し、信号Ｓ１が信号Ｄ７を下回った場合、すなわち信号Ｓ１から算出されるｐＨ値（例えば５．８）が信号Ｄ７に対応するｐＨ値６．０以下となった場合に、制御信号Ｓ３をポンプ電源回路に送ってポンプＰ２を起動させるとともに、制御信号Ｓ４をポンプ電源回路に送ってポンプＰ３を起動させる。これにより、処理水槽６内の処理水を第１のリターンラインＬ１０を介して好気リアクタ４に戻し、処理水を処理水槽６→ラインＬ１０→好気リアクタ４→ラインＬ６→処理水槽６のループ回路を通って循環させる一方で、汚泥貯留槽８内の余剰汚泥を第２のリターンラインＬ１１から第１のリターンラインＬ１０の処理水に合流させ、処理水と余剰汚泥とが混合した混合流体を好気リアクタ４に返送する。

これらの操作により、好気リアクタ４内で生成した硝酸性窒素を好気リアクタの上段部に循環させ、好気リアクタ内で部分的に無酸素状態となっている部分に存在する脱窒菌により、処理水循環ポンプにより循環した水中に含まれる硝酸性窒素を脱窒させ、窒素ガスに転換することによって、処理水の硝酸濃度を低下させ、ｐＨ（アルカリ度）を回復させるものである。すなわち、図３に示すように、担体４ａには好気性微生物が集積した生物膜４ｂが付着している。生物膜４ｂの外側部分は、酸素がリッチな状態であるが、生物膜４ｂの表層部の微生物により酸素が消費され、生物膜４ｂの内部（担体４ａ側）は酸素欠乏状態になる。この酸素欠乏状態になった部分に存在する脱窒菌により、硝酸性窒素を脱窒させ、処理水の硝酸濃度を低下させ、低下した処理水のｐＨ（アルカリ度）を回復させる。

このようにして一旦低下した好気処理水のｐＨを回復させ、センサ１１で測定されるｐＨ値が徐々に低下して６．０を下回ったところで、制御器１０は、メモリ部から処理水循環停止ｐＨ設定値データＤ８を呼び出し、呼び出した処理水循環停止ｐＨ設定値データＤ８とｐＨ測定信号Ｓ１との比較に切り替える。そして、ｐＨ測定信号Ｓ１から算出されるｐＨ値が処理水循環停止ｐＨ設定値データＤ８に対応するｐＨ値６．５を超えるタイミングで、制御器１０から循環ポンプＰ２に停止制御信号Ｓ３を送り、循環ポンプＰ２の駆動を停止させ、第１のリターンラインＬ１０を経由する処理水の循環を停止する。一方、汚泥返送停止（ポンプＰ３の駆動の停止）のタイミングは、制御器１０に設定されたデータＤ９に対応する汚泥返送停止タイマーで一定時間経過後のときとしている。

本実施形態では制御器１０が運転・停止のオンオフ制御する例について説明したが、本発明はこれのみに限定されるものではなく、ｐＨセンサ１１の計測値に応じて処理水のｐＨ値が閾値より低い場合に循環流量が多くなるよう処理水循環ポンプの流量調整を行うものであってもよい。

また、処理水循環と汚泥返送の開始は同時でなくともよく、所定時間処理水を循環し、処理水循環のみでｐＨが回復するか否かを判定したのちに、汚泥返送を開始するものであってもよい。

また、汚泥返送に関しては、実施例のように汚泥貯留槽を有する構成でなくとも、汚泥沈殿部から直接汚泥を引き抜いて、好気リアクタの上部に循環するものであってもよい。

また、汚泥の循環先は好気リアクタの最上部でなくとも、好気リアクタのどの部分であってもよい。

さらに、汚泥の停止タイミングはタイマー方式に限らず、他の方式と同様にｐＨの上限で判定するものであってもよい。ｐＨ計測値で汚泥返送の運転・停止を行う場合は、あまり汚泥を返送しすぎると、好気リアクタでの好気部分が少なくなりすぎることによる処理水悪化が懸念されるため、所定量以上の汚泥返送がないように最大循環量のリミッタを設けるのが望ましい。

本実施形態の効果を説明する。

本実施形態によれば、汚泥返送ポンプＰ３により余剰汚泥を循環させることにより、好気リアクタ４内の総微生物量が増加する。このため、上記第２の実施形態の方式よりも好気微生物量が多くなることに伴い、好気リアクタ４内に無酸素状態となる部分が多くなる。これにより、脱窒菌による硝酸態窒素の脱窒が促進することとなり、上記第２の実施形態の方式よりもｐＨ低下からの回復が速くなる。

（第５の実施形態）
図６を参照して第５の実施形態を説明する。なお、本実施形態が上記の実施形態と重複する部分の説明は省略する。

本実施形態の有機性排水処理装置１Ｄは、上記第１の実施形態のポンプＰ１を有するバイパスラインＬ３と、上記第４の実施形態のポンプＰ２，Ｐ３を有する第１及び第２のリターンラインＬ１０，Ｌ１１との両方を備えた装置である。

本実施形態の作用を概略説明する。

ｐＨ測定値が制御器に設定された汚泥返送ポンプ運転開始設定値以下となった場合に、汚泥貯留槽内の汚泥返送ポンプを運転させることにより、好気汚泥を好気リアクタの上段部に循環させる。また、処理水槽内の処理水循環ポンプＰ２を駆動することにより、処理水を好気リアクタの上段部に循環させる。同時に、バイパス配管中のバルブと原水供給バルブの開閉操作（開度調整）により、原水の一部または全量を嫌気リアクタをバイパスし、好気リアクタに直接投入するよう作動する。

処理水循環停止のタイミングは、ｐＨ測定値が制御器に設定された処理水循環停止設定値以上となった場合、汚泥返送停止のタイミングはコントローラに設定されたタイマーで一定時間経過後に停止、バイパス停止のタイミングは、ｐＨがコントローラに設定された処理水循環停止設定値以上となった場合に停止するよう構成される。

本実施形態の効果を説明する。

本実施形態によれば、原水の一部を嫌気リアクタをバイパスし、好気リアクタに直接投入することにより、嫌気処理による有機物除去を行わないで、好気リアクタに直接流入する原水量が増えるため、好気リアクタに流入する有機物量がバイパスしない場合に比べ、増加する。これに伴い、好気リアクタ内に存在する脱窒菌が利用できる有機物が増えるため、上記第１〜第４の実施形態の方式に比べて脱窒が促進しやすく、低下したｐＨの回復が進みやすい。なお、脱窒菌による脱窒が生じる条件は、無酸素状態（溶存酸素がなく、硝酸が存在する状態であること、ならびに脱窒菌が利用できる有機物が存在すること、である。

（第６の実施形態）
図７を参照して第５の実施形態を説明する。なお、本実施形態が上記の実施形態と重複する部分の説明は省略する。

本実施形態の有機性排水処理装置１Ｅでは、好気リアクタ４の内部に流路が狭くなる部分ができるように、好気リアクタ４内の担体部４２に向かい合った傾斜板４４を取り付けている。

本実施形態の作用を概略説明する。

担体部４２において担体内部を上方から流下してきた水は対向する傾斜板４４の内側に集められる。この傾斜板４４の流路が狭くなっている部分においては、水が一部溜まることになる。

本実施形態の効果を説明する。

本実施形態によれば、流路が狭くなっている部分においては、水がたまるため、気液の接触面が小さくなる。このことにより、液溜まり部分は無酸素状態となりやすく、実施例２〜４で示した構成における脱窒菌の脱窒促進に寄与するため、低下したｐＨの回復がより進みやすい。

（第７の実施形態）
図８と図９を参照して第７の実施形態を説明する。なお、本実施形態が上記の実施形態と重複する部分の説明は省略する。

本実施形態の有機性排水処理装置１Ｆでは、好気リアクタ４の内部に流路が狭くなる部分ができるように、向かい合った傾斜板４４を設けるとともに、その下部に水を再分配する再分配装置４５を取り付けている。

担体部４２において担体内部を上部から流下してきた水は対向する傾斜板４４の内部に集められる。この傾斜板４４の流路が狭くなっている部分においては、水が一部溜まることになる。この溜まった水は再分配装置４５により、再度、分散され、再分配装置４５の下段に配置された集水管４７から担体に水が送られ、担体に付着した好気微生物の働きにより、汚濁物質を分解する。

本実施形態の効果を説明する。

また、本実施形態によれば、水を再分配することにより、上記第６の実施形態と比べて、水溜まり部の下部のスペースを有効に利用することができる。

さらに、本実施形態によれば、再分配装置４５の越流部４６から水が越流・落下する際に気液の接触面が大きくなることにより、気相部の酸素が液中に溶解し、再分配装置の下部で再度酸素供給できるため、下段部の好気微生物の活性が増加し、汚濁物質の処理性能が向上する。

（第８の実施形態）
図１０と図１１を参照して第８の実施形態を説明する。なお、本実施形態が上記の実施形態と重複する部分の説明は省略する。

本実施形態の有機性排水処理装置１Ｇでは、好気リアクタ４内に複数の受け皿４８を取り付け、その受け皿４８の上部の越流堰部分から水を再分配するようにしている。

本実施形態の効果を説明する。

本実施形態によれば、受け皿４８から水が越流・落下する際に気液の接触面が大きくなることにより、気相部の酸素が液中に溶解し、再分配装置の下部で再度酸素供給できるため、下段部の好気微生物の活性が増加し、汚濁物質の処理性能が向上する。

（第９の実施形態）
図１２を参照して第９の実施形態を説明する。なお、本実施形態が上記の実施形態と重複する部分の説明は省略する。

本実施形態の有機性排水処理装置１Ｉは、上向流式の嫌気リアクタ３、散水型好気リアクタ４、および処理水循環ポンプＰ２を有する第３のリターンラインＬ１２を備えている。処理水循環ポンプＰ２を有する第３のリターンラインＬ１２は、嫌気リアクタ３の中段部に接続されている。また、リターンラインＬ１２には、一方向にしか水が流れないように逆止弁Ｖ６が取り付けられている。

本実施形態の作用と効果を説明する。

嫌気リアクタ３の中段部に硝酸性窒素ならびに溶存酸素を含む処理水を循環させる。これら、硝酸性窒素ならびに溶存酸素は拡散反応によりリアクタの上部・下部に拡散する。嫌気リアクタ３の下部側に拡散した溶存酸素は、高濃度に微生物が集積した汚泥床上部でほとんど消費されるため、汚泥床の下部（原水供給配管近く）の嫌気微生物に悪影響を及ぼすことはほとんどない。硝酸性窒素も汚泥床の上部で脱窒機能を有する通性嫌気性細菌により、脱窒され消費され、汚泥床下部の絶対嫌気性微生物であるメタン生成菌にはほとんど影響を及ぼさない。

一方で、嫌気リアクタ３の上部側に拡散した溶存酸素は担体に付着した微生物にほとんど消費される。硝酸性窒素も担体に付着した脱窒機能を有する通性嫌気性細菌により、脱窒され消費され、汚泥床下部の絶対嫌気性微生物であるメタン生成菌にはほとんど影響を及ぼさない。このようにすることにより、処理水の硝酸が窒素ガスに還元処理されるため、最終処理水のｐＨの著しい低下を防止することができる。

（第１０の実施形態）
図１３を参照して第１０の実施形態を説明する。なお、本実施形態が上記の実施形態と重複する部分の説明は省略する。

本実施形態の有機性排水処理装置１Ｊでは、図１３に示すような上向流式の嫌気リアクタ３を有し、排水を下部から流し、上部から処理水を得る上向流式の嫌気リアクタであり、嫌気リアクタの下部に汚泥床３１を形成し、リアクタ上部には嫌気微生物を付着させるための担体を充填させた担体部３２を形成している。

本実施形態の作用と効果を説明する。

嫌気リアクタの中段部に硝酸性窒素ならびに溶存酸素を含む処理水を循環させる。これら、硝酸性窒素ならびに溶存酸素は拡散反応によりリアクタの上部・下部に拡散する。

リアクタの下部側に拡散した溶存酸素は、高濃度に微生物が集積した汚泥床上部でほとんど消費されるため、汚泥床の下部（原水供給配管近く）の嫌気微生物に悪影響を及ぼすことはほとんどない。硝酸性窒素も汚泥床の上部で脱窒機能を有する通性嫌気性細菌により、脱窒され消費され、汚泥床下部の絶対嫌気性微生物であるメタン生成菌にはほとんど影響を及ぼさない。

一方で、リアクタの上部側に拡散した溶存酸素は担体に付着した微生物にほとんど消費される。硝酸性窒素も担体に付着した脱窒機能を有する通性嫌気性細菌により、脱窒され消費され、汚泥床下部の絶対嫌気性微生物であるメタン生成菌にはほとんど影響を及ぼさない。このようにすることにより、処理水の硝酸が窒素ガスに還元処理されるため、最終処理水のｐＨの著しい低下を防止することができる。

嫌気リアクタの入口部分や原水槽に循環する方式である場合、汚泥床部の絶対嫌気性菌であるメタン生成菌に溶存酸素や硝酸性窒素が悪影響を及ぼすという問題があったが、循環先をリアクタの中段部としたことにより、汚泥床下部の最もメタン生成菌が集積している部分への悪影響を低減させることができ、安定した水処理性能を得ることができる。

嫌気リアクタの上部に担体を配したことにより、リアクタの上部に脱窒菌が固定化しやすい環境を作ることにより、嫌気リアクタ内部での脱窒がより促進しやすい。

上述した他の実施形態と同様にｐＨが低下したのみ循環する方式であってもよい。この場合、他の実施形態よりもポンプの動力費を低減させることができる。

１，１Ａ〜１Ｊ…有機性排水処理装置、２…原水槽、３…嫌気リアクタ、
４…好気リアクタ（散水型）、４ａ…担体、４ｂ…生物膜、
４１…散水器、４２…担体部、４３…汚泥沈殿部、
４４…傾斜板、４５…再分配装置、４６…越流堰、４７…集水管、４８…受け皿、
５…バイオガス回収装置、６…処理水槽、７…最終処理水槽、
８…汚泥貯留槽、９…汚泥処理設備、
１０…制御器、１１…ｐＨセンサ（水質測定手段）、１２…硝酸センサ（水質測定手段）、１３…入力用キイボード（設定手段）、
Ｐ２…処理水循環ポンプ、Ｐ３…汚泥返送ポンプ、
Ｌ３…嫌気リアクタバイパスライン、Ｌ６…送水ライン、
Ｌ１０…第１のリターンライン、Ｌ１１…第２のリターンライン。

Claims

有機性排水からなる原水を嫌気処理する嫌気性微生物が高濃度に集積した嫌気性汚泥床部を有する嫌気リアクタと、
前記嫌気リアクタの後段に設けられ、前記嫌気リアクタで嫌気処理された嫌気処理水を好気処理する好気性微生物を担持するための好気性微生物担体部を有し、かつ前記嫌気処理水を前記好気性微生物担体部に上方から散水する散水機構を有する好気リアクタと、
前記好気リアクタから流出する処理水を一時的に貯留しておくための処理水槽と、
前記好気リアクタから前記処理水槽に前記処理水を送るための送水ラインと、
原水を前記嫌気リアクタを経由することなく前記好気リアクタに直接供給するように前記好気リアクタに接続されたバイパスラインと、
前記処理水槽内の水を前記好気リアクタに戻す処理水循環ポンプを備えた第１のリターンラインと、
前記好気リアクタから前記処理水槽までの間に設けられ、前記好気リアクタから流出する処理水の硝化反応の進行状況を示す水質パラメータとして前記処理水のｐＨを測定するｐＨセンサと、
前記処理水の硝化反応の進行を判定する基準として前記処理水のｐＨを６．３以下に設定する手段と、
前記ｐＨセンサで測定したｐＨが６．３以下になったときに、原水の一部又は全量を前記嫌気リアクタを経由することなく前記バイパスラインを通って前記好気リアクタに直接供給させるとともに、前記処理水循環ポンプを駆動させて前記第１のリターンラインを介して前記処理水槽から前記好気リアクタに処理水を還流させる制御手段と、
を具備することを特徴とする有機性排水処理装置。
前記好気リアクタから排出される余剰汚泥を貯留する汚泥貯留槽と、
前記汚泥貯留槽内の余剰汚泥を前記好気リアクタに戻す汚泥返送ポンプを備えた第２のリターンラインと、
をさらに有し、
前記制御手段は、測定した処理水のｐＨが６．３以下になったときに、前記汚泥返送ポンプを駆動させて前記第２のリターンラインを介して前記汚泥貯留槽から前記好気リアクタに処理水を還流させることを特徴とする請求項１記載の装置。
前記好気リアクタから排出される余剰汚泥を貯留する汚泥貯留槽と、
前記汚泥貯留槽内の余剰汚泥を前記好気リアクタに戻す汚泥返送ポンプを備えた第２のリターンラインと、
をさらに有し、
前記制御手段は、前記ｐＨセンサで測定したｐＨが６．３以下になったときに、原水の一部又は全量を前記嫌気リアクタを経由することなく前記バイパスラインを通って前記好気リアクタに直接供給させると同時に、前記処理水循環ポンプを駆動させて前記第１のリターンラインを介して前記処理水槽から前記好気リアクタに処理水を還流させるか、または前記汚泥返送ポンプを駆動させて前記第２のリターンラインを介して前記汚泥貯留槽から前記好気リアクタに処理水を還流させるか、または前記処理水循環ポンプと前記汚泥返送ポンプを共に駆動させて前記第１のリターンラインを介して前記処理水槽から前記好気リアクタに処理水を還流させるとともに前記第２のリターンラインを介して前記汚泥貯留槽から前記好気リアクタに処理水を還流させることを特徴とする請求項１記載の装置。
前記制御手段が前記好気リアクタからの処理水の一部を前記嫌気リアクタの原水供給部よりも上部に還流させることを特徴とする請求項１または２のいずれか１項記載の装置。
前記ｐＨセンサで測定したｐＨが６．３以下になったときに、前記制御手段が前記好気リアクタからの処理水の一部を前記嫌気リアクタの原水供給部よりも上部に還流させることを特徴とする請求項４記載の装置。
前記嫌気リアクタ内の上部に微生物を付着する固定床部を有することを特徴とする請求項４または５のいずれか１項記載の装置。