JP5550965B2 - 散水式水処理装置内の汚泥量制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、散水式水処理装置内の汚泥量制御方法に関する。特に、好気性微生物を表面に担持させた担体をスタックし、上方から被処理水を散水滴下させる無曝気好気性処理法における余剰汚泥の発生量制御方法に関する。

汚水を浄化処理するため、あるいは、産業排水、雑排水、または農業廃水などの排水（以降被処理水という。）を浄化処理するため、従来から、好気性反応槽内に、表面（担体の外表面及び／又は担体が多孔体の場合は、孔部の面内も含む）に好気性微生物を担持可能なプラスチック担体やスポンジ担体をスタック装填し、上方から被処理水を散水滴下させる高効率無曝気好気性処理法（ＤＨＳ： Down-flow Hanging Sponge、以下、DHSという。）を用いた散水式水処理装置が知られている。（例えば、特許文献１、特許文献２を参照）。
ここで、ＤＨＳでは、反応槽内にスタックする担体は、例えば、プラスチックの網を籠状に形成したもの、プラスチックの網を筒状に形成したもの、発泡性ポリウレタンスポンジを筒状に形成し、スタックした際に下方のスポンジがつぶれないように、前述のプラスチックの網筒の内部に装填したもの、さらにはスポンジシートを吊り下げる懸架式のものなどがあり、そのどれもが担体表面に上方から滴下される被処理水が含む汚泥成分が絡みつくように、表面が凹凸処理されている。そして、反応槽内に、人為的に撒いたり被処理水により汚泥とともにもたらされたりする好気性微生物が、その担体表面に絡み付く汚泥成分に住み着き、汚泥成分をえさにしながら汚泥成分を分解するものである。
このＤＨＳ方式が優れているのは、担体に被処理水を上方から滴下するので、空気と単体表面の汚泥成分との接触機会が、浸漬形（汚泥を水に懸濁させた状態での処理）の好気性処理槽と比べ桁違いに多く、好気性微生物に必要な酸素が曝気装置なく充分に供給できることが挙げられる。又、特徴的な事柄として、担体の表面の好気性微生物がえさになる汚泥の供給とともに増殖し、担体表面に捕捉される汚泥としてその捕捉堆積量を増加させる事柄がある。この担体表面に捕捉され堆積する汚泥量について、懸架式の担体自体を反応槽外部に移動させ、多すぎる堆積汚泥を機械的にこそぎおとすメンテナンスすることを開示している装置に例えば特許文献３がある。

散水式水処理装置の反応槽に下水等の有機物を含む被処理水（有機性排水）を流入すると、反応層内には水処理に伴って微生物を含む汚泥がスポンジ担体に捕捉堆積される一方、汚泥が微生物によって自己分解することで水処理が行われる。このとき、反応槽内の担体に保持される担体表面保持汚泥量の時間変化は、次式で表される。
担体表面保持汚泥量＝汚泥増加量−汚泥自己分解量・・・（Ｉ）
また、この式は次式と同義である。
担体表面保持汚泥量＝（汚泥捕捉量＋微生物増殖量）−汚泥自己分解量・・・（ＩＩ）

汚泥増加量と汚泥自己分解量は、反応槽に流入する被処理水中における微生物の餌となる有機物質（Ｆ）と反応槽内微生物量（Ｍ）との比であるＦ／Ｍ比で示すと、次式の関係にある。
Ｆ／Ｍ比が大きいとき（増加量＞自己分解量）→担体表面保持汚泥量の増加
Ｆ／Ｍ比が小さいとき（増加量＜自己分解量）→担体表面保持汚泥量の減少

前記ＤＨＳを用いた散水式水処理装置において、反応槽内の微生物が増殖途上にある運転初期は流入する被処理水の有機物負荷に対して微生物量が小さい、即ちＦ／Ｍ比が大きい状態になるため担体表面保持汚泥量は経時的に増加していくが、微生物が馴養された運転定常期にはＦ／Ｍ比が十二分に小さくなるために、
汚泥増加量≒汚泥自己分解量
となり、故に、担体表面保持汚泥量の増加は装置運用上無視できる程度のものであると考えられてきた。そのため、従来においては、反応槽内の汚泥量を制御する手法は提案されることがなかった。

特開２００７−３０７５３０号公報 特許第３９６７８９６号 特開２００５−１９９１８２号公報

上述したように、ＤＨＳを用いた散水式水処理装置で処理が良好に行われている定常状態では、反応槽内での汚泥増加量と汚泥自己分解量は大略バランスしており、よって、反応槽内の担体表面保持汚泥量はほとんど増減することがなく安定しているものと考えられている。

しかしながら、前記散水式水処理装置においては、反応槽内のＦ／Ｍ比が変化したり、或いは、担体表面保持汚泥内の微生物の増殖特性や自己分解特性が変化することが希にあり、このために、担体表面保持汚泥量は前記安定状態から増加に転じる可能性を常に抱えている。

従って、担体表面保持汚泥量が安定状態から増加へ転じる事態が発生した場合には、反応槽内の汚泥層が肥厚して担体が目詰まりを起こす問題が生じ、更には、肥厚した汚泥層が担体から剥離して脱落し、処理水に混入するといった問題が起こり得る。このように、担体から剥離した汚泥が処理水に混入した場合には、処理水質の不安定性に直結する問題を引き起こすことになるため、このような問題が生じないように予め防止策を講じる必要があるが、これまでは、このような問題を未然に回避するための好適な手段は存在しなかった。

上記したような問題に対処するために、汚泥を水に懸濁させた状態で水処理を行う活性汚泥法等の既存技術においては、過剰発生分の汚泥を反応槽から引抜いて取り出すことで、反応槽内汚泥量を制御することが行われている。

しかし、前記散水式水処理装置の場合においては、反応槽内の汚泥の一部だけを引き抜くことは容易ではない。なぜなら、汚泥を水に懸濁させた状態で水処理を行う浸漬式の既存技術では、懸濁している汚泥を、大きな容積を有する沈降部や堰で固液分離する仕組みを元来必須で備えており、処理水とは異なる引抜管で濃縮した汚泥を引き抜けるが、前記散水式水処理装置（ＤＨＳ）では、担体に付着した汚泥をベッドとした好気性微生物に被処理水を滴下させることを、その処理反応の基礎としており、汚泥は、反応槽内に広く装填される担体に付着することが前提で、付着汚泥が肥厚して微生物と被処理水との接触機会が減じても、付着汚泥は、期待する付着に逆らって、機械的にこそぎ落とすなどしないと、減らすことができないからである。しかし、担体から機械的に余剰の汚泥をこそぎ落としたところで、その後運転を復帰した際に、担体への付着が機械的処理により弱くなった汚泥が流れ出すことが生じてしまい、せっかく懸濁汚泥の固液分離部の必要ない特徴が生かせなくなる。
そのため、従来の散水式水処理装置においては、効果的な汚泥量制御方法は事実上存在しなかった。

本発明は、上記課題に鑑みてなしたもので、ＤＨＳを用いた散水式水処理装置において、反応槽内の担体表面保持汚泥量を、機械的なこそぎ落としなどの処理を用いず、簡略な手法によって好適に制御できるようにした散水式水処理装置内の汚泥量制御方法を提供しようとするものである。

本発明は、表面に好気性微生物を担持可能とする担体をスタック装填し、上方から被処理水を散水滴下させる高効率無曝気好気性処理法を用いた散水式水処理装置内の汚泥量制御方法において、
前記担体をスタック装填した反応槽１槽のテストプラントをあらかじめ設置して被処理水を流す水処理試験を実施し、横軸に運転期間（日）を、縦軸に担体表面保持汚泥量(kg-SS/m ³ 担体)を取って図にした場合の、経時的に増加して一定の範囲の値（飽和域）に近づく挙動曲線、および挙動曲線と前記一定の範囲の値の下限値との交点である表面保持飽和下限到達時間を求め、
前記担体をスタック装填した反応槽を、被処理水を供給する給水ポンプに対し３槽以上並列に設け、
前記各反応槽に被処理水を供給することにより被処理水の好気性水処理を行い、反応槽内の担体表面保持汚泥量が前記好気性水処理により増加して飽和域に達する前記表面保持飽和下限到達時間の直前で、反応槽への被処理水の供給を一定期間停止し、
前記担体表面保持汚泥が好気性微生物により自己分解されて減量した後に、再び反応槽に対する被処理水の供給を再開し、反応槽内の担体表面保持汚泥量が前記好気性水処理により増加して前記飽和域の下限値に達する前に反応槽への被処理水の供給を一定期間停止するという操作を繰り返し、
この操作を全ての反応槽に対し停止時刻をずらしてローテーション式に行う
ことを特徴とする散水式水処理装置内の汚泥量制御方法、に係るものである。

上記散水式水処理装置内の汚泥量制御方法において、前記反応槽内の前記担体表面保持汚泥量が前記好気性水処理により増加して飽和域に達する前に反応槽への被処理水の供給を停止する前記一定期間の算出方法を、
ｄＸ／ｄｔ ＝ Ｘｒ＋α×Ｓｒ−ａ×ＸＢ
（各記号は、以下のとおり。Ｘ：反応槽内担体表面保持汚泥量、ｔ：時間、Ｘｒ：汚泥捕捉量、Ｓｒ：溶解性有機物分解量、ＸＢ：反応槽内微生物量（Ｘの画分、ＸにおけるＸＢの割合をｂとすると＝ｂＸ）、α：溶解性有機物分解に伴うＸの増殖率（＝汚泥転換率）、ａ：ＸＢの自己分解率（＝内生呼吸速度））
の式について、Ｘ：０→Ｘ，ｔ：０→ｔにおいて解いた、
Ｘ＝｛１−ｅｘｐ（−ａ・ｂ・ｔ）｝・（Ｘｒ＋α・Ｓｒ）／（ａ・ｂ）
に、Ｘｒ：汚泥捕捉量＝０、Ｓｒ：溶解性有機物分解量＝０として代入演算して得た、Ｘ：反応槽内担体表面保持汚泥量と、経過時間ｔとの関係から導く
ことを特徴とするものである。

又、上記散水式水処理装置内の汚泥量制御方法において、各反応槽に空気供給手段を設け、被処理水の供給を停止する反応槽に空気供給手段により空気を供給し、担体表面保持汚泥が微生物により自己分解して減量する作用を促進させることは好ましい。

又、上記散水式水処理装置内の汚泥量制御方法において、各反応槽に加熱手段を設け、被処理水の供給を停止する反応槽を加熱手段により加熱し、担体表面保持汚泥が微生物により自己分解して減量する作用を促進させることは好ましい。

本発明の水処理装置内の汚泥量制御方法によれば、反応槽に被処理水を供給して好気性水処理することにより反応槽内の担体表面保持汚泥量が増加して飽和域に達する前に、当該反応槽への被処理水の供給を一定期間停止し、担体表面保持汚泥が微生物により自己分解して減量された後に、再び被処理水の供給を再開し、反応槽内の担体表面保持汚泥量が増加して飽和域に達する前に再び反応槽への被処理水の供給を一定期間停止するという操作を繰り返すようにしたので、反応槽内の担体表面保持汚泥量を常に飽和域直前の微生物の活性が盛んな領域に保持することができ、よって、従来問題となっていた、汚泥層が肥厚して担体が目詰まりを生じたり、或いは、肥厚した汚泥層が担体から剥離して脱落し、処理水に混入するといった問題の発生を未然に回避できるという優れた効果を奏し得る。

又、一定期間の被処理水の供給停止と供給再開を行う操作を、複数の反応槽に対してローテーション式に適用することで、散水式水処理装置の運転を停止することなく、好気性水処理を継続しながら汚泥量制御を行える効果がある。

又、各反応槽に対する被処理水の供給停止と供給再開を行う操作は、給水バルブの開閉だけで済むため、極めて簡易な操作で行える効果がある。

又、反応槽に対する被処理水の供給を一定期間停止した後に再び被処理水の供給を再開する際には、被処理水の供給再開に伴って当該反応槽から導出される処理水を所定期間だけ各反応槽の入口に戻すようにしたので、被処理水の供給を停止した後再び供給を再開する反応槽から汚れた処理水が流出する問題を未然に防止できる効果がある。

又、各反応槽に空気供給手段、或いは加熱手段を設けて、被処理水の供給を一定期間停止する反応槽に空気を供給する、或いは当該反応槽を加熱する、又は空気の供給と加熱を同時に行うことで、担体表面保持汚泥が微生物により自己分解して減量する作用を促進させることができ、よって、反応槽の運転停止期間を短縮できる効果がある。

テストプラントを用いて担体表面保持汚泥量の挙動を調査した結果を示すグラフである。 反応槽に対する被処理水の供給を停止したときの担体表面保持汚泥量の挙動を示すグラフである。 本発明を実施する散水式水処理装置の一例を示す正面図である。 本発明の汚泥量制御方法の一例を示すグラフである。 担体表面保持汚泥量の減量速度を大きくする考えを示すグラフである。 汚泥減量期間短縮のための装置構成を示した図３の側面図である。 一般的なＤＨＳを用いた散水式水処理装置の一例を示す正面図である。

以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。

本発明の形態を説明するのに先立ち、先ず散水式水処理装置の反応槽における担体表面保持汚泥量の挙動について説明する。

図７は一般的なＤＨＳを用いた散水式水処理装置１の一例を示すもので、図中２は、内部にスポンジ担体３（以下、担体と言う。）が静置装填された１つの反応槽であり、該反応槽２の上部には給水ポンプ４によって供給される被処理水５が散水されており、上部から散水された被処理水５は前記担体３に保持される汚泥の微生物により好気性水処理され、清浄な処理水６となって反応槽２の下部から導出されるようになっている。

図７に示した散水式水処理装置１の反応槽２における担体表面保持汚泥量の時間変化は、前述した式（Ｉ）、（ＩＩ）に基づくと、次式で表わすことができる。
ｄＸ／ｄt＝（Ｘ_inf−Ｘ_eff）＋α・（Ｓ_inf−Ｓ_eff）−ａ・Ｘ_B
又、この式は次式（１）と同義である。
ｄＸ／ｄt＝Ｘｒ＋α・Ｓｒ−ａ・Ｘ_B ・・・（１）
上記２式における夫々の記号は以下の意味を示す。
Ｘ：反応槽内担体表面保持汚泥量
ｔ：時間
Ｘ_inf：流入水中汚泥量
Ｘ_eff：流出水中汚泥量
Ｘｒ：汚泥捕捉量
Ｓ_inf：流入水中溶解性有機物量
Ｓ_eff：流出水中溶解性有機物量
Ｓr：溶解性有機物分解量
Ｘ_B：反応槽内微生物量（Ｘ_Tの画分）
α：汚泥転換率（溶解性有機物分解に伴うＸの増殖率）
ａ：内生呼吸速度（Ｘ_Bの自己分解率）

前記式（１）においてＸ_BはＸの画分であるので、ＸにおけるＸ_Bの割合をｂとすると、この式は
ｄＸ／ｄt＝Ｘｒ＋α・Ｓｒ−ａ・ｂ・Ｘ ・・・（２）
と書き換えることができる。
式（２）を変形すると
ｄＸ／ｄt＝ａ・ｂ｛（Ｘｒ＋α・Ｓｒ）／（ａ・ｂ）−Ｘ｝
←→｛（ａ・ｂ）／（Ｘｒ＋α・Ｓｒ−ａ・ｂ・Ｘ）｝ｄＸ＝ａ・ｂｄt
であり、Ｘ：０→Ｘ，ｔ：０→ｔにおいて解くと、
Ｘ＝｛１−exp（−ａ・ｂ・ｔ）｝・（Ｘｒ＋α・Ｓｒ）／（ａ・ｂ） ・・・（３）
が得られる。

また、図７の散水式水処理装置１のテストプラントを用いて水処理試験を実施した場合の前記式（３）の各パラメータは下記表１の如くであった。尚、表１は被処理水が有機性排水の最も一般的な例である生活排水（下水）である場合を示している。

前記表１及び式（３）を用いて担体表面保持汚泥量の時間変化を模擬し、その結果を図１に示した。図１の横軸は運転期間（日）を表わし、縦軸は担体表面保持汚泥量Ｘ（kg-SS/m³担体）を表わす。

表１に示すように、汚泥転換率α、内生呼吸速度ａ、担体表面保持汚泥中微生物割合ｂは所要の範囲を有していることから、担体表面保持汚泥量Ｘは図１に示す上限範囲曲線７ａと下限範囲曲線７ｂとの間で挙動する理屈となる。しかしながら、装置が良好に運転されている場合においては、反応槽２内の汚泥変換率α、内生呼吸速度ａ、担体表面保持汚泥中微生物割合ｂが夫々の平均値に近い値から大きく変化することはないため、担体表面保持汚泥量が上限範囲曲線７ａ或いは下限範囲曲線７ｂに近付くようなことはなく、通常の場合の担体表面保持汚泥量は、平均挙動曲線７に沿って変化することがテストプラントにおいて確認されている。

上記平均挙動曲線７で示すように、散水式水処理装置における担体のｍ³当たりの担体表面保持汚泥量は、起動初期には急速に増加し、その後は経時的に増加して一定の値に近付く（担体表面保持汚泥量の増加が０に近付く）ように挙動する。

一方、散水式水処理装置１の反応槽２には、物理的に汚泥が飽和状態で保持される範囲を示す飽和域８が存在している。図７の反応槽２の場合における飽和域８は、図１に示すように経験的に２５〜３５kg−SS／ｍ³担体であり、この飽和域８は固定値であって変わることはない。図１中、８ａは飽和域８の下限値、８ｂは飽和域８の上限値である。

生物学的水処理装置では装置の処理能力は処理を担う生物の量に比例する。散水式水処理装置においては、担体が保持する微生物を含んだ汚泥量が多いほど装置の処理能力を確保でき、上記飽和域８は散水式水処理装置１における最大の担体表面保持汚泥量を示す。しかしながら、担体表面保持汚泥量が上限値８ｂを超えて増加するような場合には、汚泥層の肥厚により担体の目詰まりが生じたり、汚泥層が担体から剥離して脱落し、処理水質の悪化を引き起こしたりする虞れがある。図１においては、担体表面保持汚泥量の増加が最も大きく見積もられる上限範囲曲線７ａの場合では８０日程度で平均挙動曲線７の場合では同日程度で略下限値８ａに達するようになる。又、担体表面保持汚泥量の増加が最も小さく見積もられる下限範囲曲線７ｂの場合には、７００日を超えても飽和域８に達することはない。

上記において問題になるのは、担体表面保持汚泥量が飽和域８の上限値８ｂを超えて増加する場合であり、図１のように平均挙動曲線７が飽和域８の範囲内にある運転状態においても、反応槽２内のＦ／Ｍ比が変化したり、或いは、微生物の増殖特性や自己分解特性が変化することが希にあるため、このような事態が発生した場合には、担体表面保持汚泥量が飽和域８の上限値８ｂを超えて増加してしまうので、このような問題を防止できる手段を確立する必要がある。

図１において、担体表面保持汚泥量Ｘ_Tが増加する速度は、式（１）、（２）における汚泥増加要因（＝Ｘr＋α・Ｓr）と汚泥減少要因（＝a・Ｘ_B＝ａ・ｂ・Ｘ）のバランスで決まる。

前記散水式水処理装置１において、水処水質を高度かつより安定した状態で維持し続けるには、飽和域下限値８ａ付近で担体表面保持汚泥量を維持すべきである。これにより、装置の処理能力を最大付近に保ちつつ、微生物の増殖特性や自己分解特性或いはＦ／Ｍ比の突発的な変動により担体表面保持汚泥量が飽和上限値８ｂを容易に超えてしまうのを回避し易くなると考えられる。このためには、平均汚泥挙動曲線７のように時間変化する担体表面保持汚泥量が飽和域下限値８ａに達する直前に、式（１）のおいてdＸ/ｄt≦０とすることが求められる。dＸ/ｄt≦０を得るには、前記汚泥増加要因（＝Ｘr＋α・Ｓr）を０とすること、即ち、反応槽２に対する被処理水５の供給を停止することが最も確実である。

反応槽２に対する被処理水５の供給を停止する、即ち、表１におけるＸr＝０、Ｓr＝０とするとき、式（２）より
ｄＸ／ｄt＝−ａ・ｂ・Ｘ
１／ＸｄＸ＝−ａ・ｂｄt
であり、これをＸ：Ｘ'→Ｘ、ｔ：０→ｔにおいて積分すると
Ｘ＝Ｘ'・exp（−ａ・ｂ・t） ・・・（４）
と表わせる。
表１及び式（４）を用いて模擬した担体表面保持汚泥量の挙動を図２に示す。

図２に示すように、被処理水５の供給を停止した場合には、担体表面保持汚泥量は上限範囲曲線９ａと下限範囲曲線９ｂの間で減少するように時間変化する。被処理水５の供給の停止は、反応槽２内の微生物の餌となる有機物質（Ｆ）の供給の停止と同義であり、Ｆ／Ｍ比は最小となって反応槽２内の汚泥自己分解による担体表面保持汚泥量の減量が進む。通常の場合の担体表面保持汚泥量は、汚泥転換率α、内生呼吸速度ａ、汚泥中微生物割合ｂの夫々の平均値に近い値を示す中間の平均挙動曲線９に沿って減少する。図２では、被処理水５の供給停止直前の汚泥量を１００％とした場合、被処理水５の供給停止１５日経過後には担体表面保持汚泥量が８０％となり、担体表面保持汚泥量が２０％減量されたことを示している。

上記の考えに基づいた本発明の方法の形態を以下に説明する。

図３は本発明を実施する散水式水処理装置の一例を示すもので、散水式水処理装置１００は担体（図７参照）が静置装填された複数の反応槽１０１を備えている。図３では５個の反応槽１０１を備えた場合を示しているが、反応槽１０１は複数備えていればよくその数には限定されない。この反応槽１０１は、図３に示すように、反応装置本体１０２の内部を区画壁１０３によって複数に区画したものであってもよく、或いは単独に構成された複数の反応槽を備えるようにしてもよい。

一方、給水ポンプ４からの被処理水５は分配タンク１０４に供給されており、分配タンク１０４に供給された被処理水５は、夫々に給水バルブＶＡ１〜ＶＡ５を備えた給水管１０５によって前記各反応槽１０１に供給されるようになっている。又、各反応槽１０１で処理された処理水６は、夫々に処理水バルブＶＢ１〜ＶＢ５を備えた処理水取出管１０６によって外部に取り出されるようになっている。

又、各処理水取出管１０６における各反応槽１０１と各処理水バルブＶＢ１〜ＶＢ５との間には、夫々に循環水バルブＶＣ１〜ＶＣ５を備えた循環水管１０７の一端が接続されており、循環水管１０７の他端は１本の配管に集合して処理水循環ポンプ１０８に接続されており、前記循環水バルブＶＣ１〜ＶＣ５を開閉することにより、任意の反応槽１０１の処理水を取出して循環水１０９として前記分配タンク１０４に再循環し得るようにしている。

前記図１に示すアイデアと図２に示すアイデアを組み合わせた本発明の汚泥量制御方法の一例を図４に示し、図３の散水式水処理装置１００における汚泥制御モデルのパラメータを表２に示した。表２による担体表面保持汚泥量の挙動を示す図４の曲線は、図１の平均挙動曲線７をベースとした。

図３の散水式水処理装置１００の運転初期には、給水ポンプ４が駆動されて被処理水５が分配タンク１０４に供給され、この時、給水バルブＶＡ１〜ＶＡ５は開、処理水バルブＶＢ１〜ＶＢ５は開、循環水バルブＶＣ１〜ＶＣ５は閉となっており、分配タンク１０４の被処理水５は各反応槽１０１に分配供給されて好気性水処理される。

反応槽１０１に被処理水５を供給して好気性水処理を行うと、反応槽１０１内には汚泥が発生し、担体表面保持汚泥量は図４に示す平均挙動曲線７の如く経時的に増加するようになる。この時、反応槽１０１内の担体表面保持汚泥量が飽和域８の下限値８ａに達する前に、当該反応槽１０１への被処理水５の供給を停止する制御を行う。図３の左端の反応槽１０１を例にとって説明すると、該左端の反応槽１０１の担体表面保持汚泥量が飽和域８の下限値８ａに達する直前になった時、給水バルブＶＡ１を閉じて、反応槽１０１に対する被処理水５の供給を停止する。この時、反応槽１０１の飽和域８は、前述したように決まっていて予め分かっているので、上記被処理水５の供給を停止する制御は容易に行うことができる。図４では、好気性水処理を開始してから１２０日で担体表面保持汚泥量が略飽和域８の下限値８ａに近付くので、飽和域８の下限値８ａの直前で被処理水５の供給を停止した場合を示している。

被処理水５の供給が停止された反応槽１０１には、微生物の餌となる有機物の供給が停止するので、反応槽１０１内に保持された汚泥は微生物によって積極的に自己分解され、従って、反応槽１０１内の担体表面保持汚泥量は、図２に示す平均挙動曲線９に沿って減量するようになる。図４に示す破線は上記被処理水５の供給停止を行わなかった場合における平均挙動曲線７の仮想曲線である。

被処理水５の供給停止によって担体表面保持汚泥量が所定量だけ減量された後には、再び前記給水バルブＶＡ１を開いて左端の反応槽１０１への被処理水５の供給を再開する。反応槽１０１への被処理水５の供給を再開すると、反応槽１０１内の担体表面保持汚泥量は再び増加してくるので、飽和域８に達する前に再び反応槽１０１への被処理水５の供給を停止する。この操作を図４に示す如く繰り返すことによって、担体表面保持汚泥量は飽和域８の下限値８ａより低いが飽和域８直前の微生物の活性が盛んな領域において常に安定して運転されるようになる。

このように、反応槽１０１内の担体表面保持汚泥量を常に飽和域８直前の範囲に保持することにより、例えば、反応槽１０１内のＦ／Ｍ比が変化したり、或いは、微生物の増殖特性や自己分解特性が変化することが生じて、担体表面保持汚泥量が増加することが起こっても、担体表面保持汚泥量は飽和域８内に留めて上限値８ｂより増加することを防止でき、よって、従来問題となっていた、汚泥層が肥厚して担体が目詰まりを生じたり、或いは、肥厚した汚泥層が担体から剥離して脱落し、処理水に混入するといった問題の発生を未然に防止することができる。

又、各反応槽１０１に対する被処理水５の供給停止と供給再開を行う操作は、給水バルブＶＡ１〜ＶＡ５の開閉だけで済むため、極めて簡易な操作で行うことができる。

上記した如く、上記した如く、被処理水５の供給を一定期間停止した後に、再び被処理水５の供給を再開することを繰り返す操作は、全ての反応槽１０１に対してローテーション式に行うようにする。即ち、図４に示す運転停止動作と担体表面保持汚泥との関係では、図３の反応槽５台のうちの１台だけで試験した結果を示しているので、飽和域８の下限に担体表面保持汚泥量Ｘが到達した運転時間から停止動作を掛けて担体表面保持汚泥量を減量させているが、例えば、図３の反応槽５台のうちの１台を再生処理することとしてローテーションで給水しない場合は、最初の動作だけ５台に被処理水５を供給するが、１台の再生時間を予め見越して、飽和域８の下限に担体表面保持汚泥量Ｘが到達するまえに、５台の反応槽１０１の内１台を切り離して被処理水を供給停止して再生に入らせる。その後、飽和域８の下限に担体表面保持汚泥量Ｘが到達するまえに、所定の再生時間を経過した再生済み１台の反応槽１０１に被処理水の給水を再開して、同時に、次のローテーションの１台の反応槽１０１への被処理水の供給を停止して再生に入らせる。このローテーション動作を繰り返すことで、４台の反応槽１０１全体の担体表面保持汚泥量Ｘは、飽和域８の下限を上限として、常に安定して運転できる。
この操作を繰り返すことによって、図４の運転再生周期とは異なるが、反応槽１０１全体として、担体表面保持汚泥量は飽和域８の下限値８ａより低いが、飽和域直前の微生物の活性が盛んな領域において常に安定して運転されるようになる。

前記反応槽１０１に対する被処理水５の供給を停止する期間は、被処理水の種類ごとに試験して計測した、α：汚泥転換率（溶解性有機物分解に伴う汚泥の増殖率）、ａ：内生呼吸速度（汚泥の自己分解率）、ｂ：担体表面保持汚泥中微生物割合、などにより変わる図２の経過時間ｔと担体表面保持汚泥量Ｘとの関係に応じて、任意に設定することができる。

散水式水処理装置１００では処理すべき被処理水５の目標量が決められているため、反応槽１０１に対する供給停止期間を長く設定した場合には、停止している反応槽１０１に供給する分の被処理水５を他の反応槽１０１で処理することになるため、他の反応槽１０１への被処理水５の供給量が増加して他の反応槽１０１の担体表面保持汚泥量が増加することになるので、前記供給停止期間は短く設定することが好ましい。

被処理水を下水（生活排水）とした図４においては、担体表面保持汚泥量が約１０％減量される７日前後を被処理水５の供給停止期間とし、再び通常運転を行う期間を２０日前後のように設定した場合の担体表面保持汚泥量の挙動を示した。実際の運用では、排水種に応じて表２を作成し、各パラメータを前記式（３）及び（４）に入力することで、被処理水の供給期間と停止期間の設定を判断することができる。

一方、前記制御において、被処理水５の供給停止後に再び被処理水５の供給を再開した際には、水分が減少した状態で担体に保持されていた汚泥が被処理水５の供給により洗い流される作用を受けて落下し、処理水に混入してしまう虞れがある。

このため、例えば左端の反応槽１０１に対する被処理水５の供給停止後に再び被処理水５の供給を再開する際には、処理水バルブＶＢ１を閉じ、循環水バルブＶＣ１を開け、処理水循環ポンプ１０８を駆動することにより、前記反応槽１０１からの処理水を循環水１０９として分配タンク１０４に戻すように制御する。

これにより、被処理水５の供給を再開した際に担体表面保持汚泥が落下する事態が生じても、汚れた処理水は反応槽１０１から取り出されることなく、循環水バルブＶＣ１、処理水循環ポンプ１０８を介して前記分配タンク１０４に循環水１０９として循環され、この循環水１０９は被処理水５に混合されて各反応槽１０１に供給されるようになる。

ここで、被処理水５の供給を再開した反応槽１０１の処理水を循環水１０９として分配タンク１０４に戻す再循環期間は、反応槽１０１における被処理水５の滞留時間に基づいて決定することができる。反応槽１０１における被処理水５滞留時間は、経験的に平均値で３〜５時間程度であり、従って、前記再循環期間は、最低前記滞留時間の２倍以上、例えば８時間以上を保持すればよい。

従って、被処理水５の供給を停止した後再び供給を再開する反応槽１０１からは汚れた処理水が流出する問題は生じない。

又、上述した汚泥量制御方法において、図５に矢印で示すように、担体表面保持汚泥量の減量速度を大きくすることができれば、汚泥量制御における被処理水５の供給を停止する期間を短くできるため、装置の実稼働率を向上することができる。

前記式（４）によれば、担体表面保持汚泥量の減少速度は内生呼吸速度ａに比例する。つまり、内生呼吸速度ａを大きくすることで、汚泥減量速度を大きくすることができる。内生呼吸は好気性微生物反応によっており、一般にその速度は反応層内の温度や酸素濃度に比例するとされる。

図６にこの原理を利用した汚泥減量期間短縮のための装置構成を示した。図６は図３に示した反応装置本体１０２の側面図であり、反応装置本体１０２に構成された複数の反応槽１０１には、ブロワ１１０による空気を送気管１１１を介して前記反応槽１０１内下部に吹き込むようにした空気供給手段１１２を設けている。又、前記反応装置本体１０２の反応槽１０１には、各反応槽１０１を加熱するようにしたヒータ１１３或いは温水管等からなる加熱手段１１４を設けている。この時、加熱手段１１４は各反応槽１０１を独立して加熱できるように、各反応槽１０１の外周をヒータ１１３や温水管で巻いたり、或いは各反応槽１０１の内部に温水管を通す等の方法で実施することができる。尚、図６では、反応槽１０１に空気供給手段１１２と加熱手段１１４の両方を備えた場合を示したが、その一方のみを備えるようにしてもよい。

上記したように、各反応槽１０１に空気供給手段１１２、或いは加熱手段１１４を設けて、被処理水５の供給を一定期間停止する反応槽１０１に空気を供給する、或いは当該反応槽１０１を加熱する、又は空気の供給と加熱を同時に行うことにより、担体表面保持汚泥が微生物によって自己分解して減量する作用が促進され、よって、反応槽１０１の運転停止期間を短縮することができる。

３ 担体
５ 被処理水
６ 処理水
８ 飽和域
１００ 散水式水処理装置
１０１ 反応槽
１０５ 給水管
１０６ 処理水取出管
１０７ 循環水管
１０８ 処理水循環ポンプ
１０９ 循環水
１１２ 空気供給手段
１１４ 加熱手段
ＶＡ１〜ＶＡ５ 給水バルブ
ＶＢ１〜ＶＢ５ 処理水バルブ
ＶＣ１〜ＶＣ５ 循環水バルブ

Claims (4)

1. 表面に好気性微生物を担持可能とする担体をスタック装填し、上方から被処理水を散水滴下させる高効率無曝気好気性処理法を用いた散水式水処理装置内の汚泥量制御方法において、
   前記担体をスタック装填した反応槽１槽のテストプラントをあらかじめ設置して被処理水を流す水処理試験を実施し、横軸に運転期間（日）を、縦軸に担体表面保持汚泥量(kg-SS/m³担体)を取って図にした場合の、経時的に増加して一定の範囲の値（飽和域）に近づく挙動曲線、および挙動曲線と前記一定の範囲の値の下限値との交点である表面保持飽和下限到達時間を求め、
   前記担体をスタック装填した反応槽を、被処理水を供給する給水ポンプに対し３槽以上並列に設け、
   前記各反応槽に被処理水を供給することにより被処理水の好気性水処理を行い、反応槽内の担体表面保持汚泥量が前記好気性水処理により増加して飽和域に達する前記表面保持飽和下限到達時間の直前で、反応槽への被処理水の供給を一定期間停止し、
   前記担体表面保持汚泥が好気性微生物により自己分解されて減量した後に、再び反応槽に対する被処理水の供給を再開し、反応槽内の担体表面保持汚泥量が前記好気性水処理により増加して前記飽和域の下限値に達する前に反応槽への被処理水の供給を一定期間停止するという操作を繰り返し、
   この操作を全ての反応槽に対し停止時刻をずらしてローテーション式に行う
   ことを特徴とする散水式水処理装置内の汚泥量制御方法。
2. 前記反応槽内の前記担体表面保持汚泥量が前記好気性水処理により増加して飽和域に達する前に反応槽への被処理水の供給を停止する前記一定期間の算出方法を、
   ｄＸ／ｄｔ ＝ Ｘｒ＋α×Ｓｒ−ａ×ＸＢ
   （各記号は、以下のとおり。Ｘ：反応槽内担体表面保持汚泥量、ｔ：時間、Ｘｒ：汚泥捕捉量、Ｓｒ：溶解性有機物分解量、ＸＢ：反応槽内微生物量（Ｘの画分、ＸにおけるＸＢの割合をｂとすると＝ｂＸ）、α：溶解性有機物分解に伴うＸの増殖率（＝汚泥転換率）、ａ：ＸＢの自己分解率（＝内生呼吸速度））
   の式について、Ｘ：０→Ｘ，ｔ：０→ｔにおいて解いた、
   Ｘ＝｛１−ｅｘｐ（−ａ・ｂ・ｔ）｝・（Ｘｒ＋α・Ｓｒ）／（ａ・ｂ）
   に、Ｘｒ：汚泥捕捉量＝０、Ｓｒ：溶解性有機物分解量＝０として代入演算して得た、Ｘ：反応槽内担体表面保持汚泥量と、経過時間ｔとの関係から導く
   ことを特徴とする請求項１記載の散水式水処理装置内の汚泥量制御方法。
3. 各反応槽に空気供給手段を設け、被処理水の供給を停止する反応槽に空気供給手段により空気を供給し、
   担体表面保持汚泥が微生物により自己分解して減量する作用を促進させることを特徴とする請求項１又は２記載の散水式水処理装置内の汚泥量制御方法。
4. 各反応槽に加熱手段を設け、被処理水の供給を停止する反応槽を加熱手段により加熱し、
   担体表面保持汚泥が微生物により自己分解して減量する作用を促進させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の散水式水処理装置内の汚泥量制御方法。

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