JP5612005B2 - 水処理システム及び水処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、有機廃水を再生利用する下廃水の水処理システム及び水処理方法に関する。

水資源の不足している地域を中心として、水洗用水、散水用水、修景用水、親水用水、工業用水、農業用水として、下水、農業集落排水、工場排水等の有機廃水の処理水の再利用が行われている。有機廃水の浄化手段としては、活性汚泥を利用した標準活性汚泥法を代表として、微生物を使った浄化手段が多く普及している。また、通常の活性汚泥処理だけでなく、砂ろ過、凝集、オゾン、膜分離等の後処理により、更なる処理を行っている。

活性汚泥による生物反応槽の固液分離を膜により行う膜分離活性汚泥法は、省スペースで維持管理が容易なこと、利用用途によっては更なる後処理が必要となる場合があるものの、再利用できるレベルの高度な処理水を得られることから、近年、普及が進みつつある。

特開２００５−２４６２８３号公報 特開２００７−３０７５３０号公報

ところで、膜分離活性汚泥法では、膜面の洗浄と生物が利用する酸素の供給のために水中に空気を曝気する必要がある。有機廃水では汚泥濃度が高いため酸素の溶解効率が低くなることから、通常の活性汚泥法と比べると、多量の（例えば、数倍の）空気供給が必要となる。そのため、標準活性汚泥法と比較して、ランニングコストが増える。

また、1枚当たりの膜が処理できる水量は決まっているため、膜の設置数で処理量が規定される。そのため、特に流量変動の大きい下水処理への適用において、全量を膜分離活性汚泥法で処理しようとすると、イニシャルコストが高くなる。

本願発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであって、有機廃水を再生利用するためのトータルコストを低減することのできる水処理システム及び水処理方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明の実施の形態によれば、嫌気微生物の働きによって、廃水中の有機汚濁分を分解する嫌気リアクタと、前記嫌気リアクタの後段に配される、水の散水により空気中の酸素を溶解させることによって酸素を供給し、内部に微生物を付着させるための充填物を充填した散水型好気リアクタと、前記嫌気リアクタの後段に配される、固液分離のための分離膜を生物反応槽内に有した膜分離活性汚泥リアクタとを備え、前記嫌気リアクタで処理された処理水のうち、再生水の需要量分を膜分離活性汚泥リアクタで処理し、残り分を散水型好気リアクタで処理する水処理システムが提供される。

提供される。

第１の実施形態の水処理システムの構成を示す図。 第１の実施の形態の水処理システムが再生水の需要量を把握する方法を説明する図。 第２の実施の形態の水処理システムの構成を示す図。 第３の実施の形態の水処理システムの構成を示す図。 第４の実施の形態の水処理システムの構成を示す図。 第５の実施の形態の水処理システムの構成を示す図。 第６の実施の形態の水処理システムの構成を示す図。

（第一の実施形態）
図１は、第１の実施形態の水処理システムの構成を示す図である。
水処理システム１は、嫌気リアクタ１０、流量分配器１１、散水型好気リアクタ１２、膜分離活性汚泥リアクタ（MBR: Membrane Bio-Reactor）１３を備える。

下水、有機廃水等の原水は、最初沈澱池１５に導入される。原水中の浮遊性成分は最初沈澱池１５において、沈降分離され初沈汚泥として汚泥処理（不図示）される。最初沈澱池１５での上澄み液である最初沈澱池越流水は、原水ポンプ１６によって、嫌気リアクタ１０に供給される。

嫌気リアクタ１０では、原水中の有機物成分がメタン生成菌、酸生成菌等の嫌気性微生物によりガス化されて水中から除去され、あるいは低分子化される。嫌気リアクタ１０で発生したメタンガスを含むバイオガスは嫌気リアクタ１０の上部から抜き出され、ガス処理後、エネルギー源として、回収される。また、嫌気リアクタ１０で発生した余剰汚泥は汚泥処理（不図示）される。

嫌気リアクタ１０で処理された処理水は、流量分配器１１において、散水型好気リアクタ１２送り用処理水とＭＢＲ１３送り用処理水とに分配される。流量の分配方法は、計量枡を用いて分配する方式でも良く、電動バルブの開度を調整する方式でも良く、処理水を送り出すポンプの回転数を制御して調整する方式であっても良い。

散水型好気リアクタ１２は、低ランニングコスト型の水処理方法の一つである。散水型好気リアクタ１２は、水中への空気供給を必要とせず、水を散水させ、その散水時に水と空気の気液接触により、酸素を水中に溶解させ、リアクタ内部に生息する好気性の微生物により汚濁物質を分解する。

散水型好気リアクタ１２は、上部が開放されている。処理水が散水型好気リアクタ１２の上部から散水される際に大気中の酸素が処理水中に溶解する。散水型好気リアクタ１２の内部には、処理水中の有機物を分解する好気微生物を付着させるための、ろ材２０が充填されている。ろ材２０としては、数ｍｍ〜数ｃｍの大きさの砕石、スラグ、円筒状、球状、角状の形状のプラスチック担体など、微生物が付着するもので、かつある程度の空隙を有するものであればどのようなものでもよい。

散水時ならびに、充填材を伝って処理水が落下する際に、この充填材に付着した微生物は、気液接触により水中に溶解する酸素を利用して、処理水中の有機性の汚濁成分を分解する。汚濁成分が除去された処理水は、散水型好気リアクタ１２の下部から排出され、消毒後、河川に放流される。一方で、散水型好気リアクタ１２で発生した余剰汚泥は汚泥処理（不図示）される。

ＭＢＲ１３は、前段部が無酸素状態の無酸素槽１３ａで、後段部が酸素が水中に溶解した好気状態の好気槽１３ｂからなる。好気槽１３ｂの内部には、浸漬膜１３ｃが設置されている。ＭＢＲ処理水は、処理水ポンプ２１によって吸引ろ過され、必要な後処理が行われた後、再生水として利用される。ＭＢＲ１３は、固液分離を膜で行うことにより、生物反応槽内の汚泥濃度（微生物濃度）を高く保つことができる。このため、系内に多くの微生物を保持できることから、省スペースで水処理を行うことができる。

ＭＢＲ１３の好気槽１３ｂでは、通常、原水中の窒素成分（アンモニア）が硝化菌の働きにより、硝酸性窒素に酸化される。この際に、ｐＨが低下する。水質基準の遵守、並びに微生物の活性維持のためにはｐHを中性付近とする必要がある。そこで、ｐＨ（アルカリ度）低下対策及び廃水中の脱窒素のために汚泥返送ポンプ２３で無酸素槽１３ａに硝酸性窒素を含む液を循環する。微生物を含む汚泥は、汚泥返送ポンプ２３によって無酸素槽１３ａに循環され、一部は余剰汚泥として、系外に排出され、処理・処分される。

このようにＭＢＲ１３は、脱窒菌による脱窒を行うことにより硝酸性窒素を水中から除去し、ｐH（アルカリ度）の回復を行うようにして、高い窒素除去率を達成することができる。また、微生物の生物反応槽内での滞留時間（ＳＲＴ：汚泥滞留時間）を長く保てることによって、汚泥の自己分解が進むことから、通常の活性汚泥法に比べ、余剰汚泥の発生量も少ない。

続いて、水処理システム１の運転方法について説明する。
上述のように、嫌気リアクタ１０からの処理水は、流量分配器１１によって分配されて散水型好気リアクタ１２とＭＢＲ１３とに供給される。この際の処理量比は、ＭＢＲ１３の再生水の需要量により決定される。

図２は、第１の実施の形態の水処理システム１が再生水の需要量を把握する方法を説明する図である。
水処理システム１には、情報処理を担当する再生水需要量予測システム５０が設けられている。再生水需要量予測システム５０は、複数の需要家ａ，ｂ，ｃ・・・の所有する情報処理端末とネットワーク、通信回線などで接続されている。ここで、需要家とは、例えば、再生水を利用する工場、公園やビルを管理する会社、自治体などである。

需要家ａ，ｂ，ｃ・・・は必要とする再生水の量を日単位あるいは時間単位で情報処理端末から入力する。再生水需要量予測システム５０は、各需要家から要求された再生水の量に基づいて水処理システム１に求められる再生水の需要量を算出する。再生水の需要量算出においては、種々の解析手法、統計手法、予測手法などを使用する。

水処理システム１は、ＭＢＲ１３から排出する処理水の量が算出した需要量となるように運転される。即ち、ＭＢＲ１３から吸引ろ過して排出される処理水の量が需要量に見合った量となるように処理水ポンプ２１を運転する。そして、排出した処理水の量に見合った量だけ流量分配器１１がＭＢＲ１３に処理水を送り出す。従って、嫌気リアクタ１０で処理された処理水の内、再生水の需要量がＭＢＲ１３で処理され、残りが散水型好気リアクタ１２で処理される。なお、この運転条件に合わせて、ブロワ２２による好気槽１３ｂへの空気供給量、汚泥返送ポンプ２３の運転条件が変更される。

なお、再生水の需要量はオンライン予測するものでなくとも、需要家との再生水需要量の契約等に基づいて、オフラインで決定するものであってもよい。

（第１の実施の形態の効果）
第１の実施の形態の水処理システム１では、前段に嫌気リアクタ１０を配し、後段に散水型好気リアクタ１２とＭＢＲ１３とを配する。このようにＭＢＲ１３と散水型好気リアクタ１２とを組み合わせて使用することでコストを低減することができる。

散水型好気リアクタ１２は、処理水質は膜分離活性汚泥法に劣るものの、ランニングコストの面からは非常に安価である。また、余剰汚泥の発生量も通常、廃水処理で利用される標準活性汚泥法の１０％程度と非常に少なく、汚泥処分コストが小さいという利点も有する。

都市下水を処理対象とした処理水質の例では、
膜分離活性汚泥法⇒ＢＯＤ＜３[mg/L]、ＳＳ＜１[mg/L]、Ｔ−Ｎ＜１０[ｍｇ／Ｌ]
嫌気リアクタ＋散水型好気リアクタ⇒ＢＯＤ＜１５[mg/L]、ＳＳ＜１５[mg/L]、Ｔ−Ｎ＜２５[ｍｇ/Ｌ]
都市下水を処理対象としたランニングコストの例では、
膜分離活性汚泥法⇒ 0.5〜1.0ｋｗｈ/ｍ３下水
嫌気リアクタ＋散水型好気リアクタ⇒ 0.１〜０．２５ｋｗｈ/ｍ３下水
そこで、需要家からの情報に基づいて、再生水の需要量を予測し、再生水の需要量分だけＭＢＲ１３で処理し、残り分は低コスト方式である散水型好気リアクタ１２で処理した後で公共水域に放流する。これによって、処理施設全体の運転コストを低減することができる。

また、ＭＢＲ１３に原水を直接供給するのではなく、嫌気リアクタ１０で処理後の処理水をＭＢＲ１３に導入することによって、ＭＢＲ１３の流入有機物負荷が低減するため、例えば、ＭＢＲ１３のブロワ２２に供給する電力を低減することができるためランニングコストの低減にもつながる。
更に、嫌気リアクタ１０での処理によって、バイオガスからのエネルギー回収を行うことができ、このエネルギーを活用することでコストを低減することができる。

（第２の実施形態）
図３は、第２の実施の形態の水処理システム１の構成を示す図である。第２の実施の形態の水処理システム１では、公共水域に放流される散水型好気リアクタ１２の処理水の有機物濃度が放流基準を満たすように構成されている。第１の実施の形態と同一の部位には同一の符号を付してその詳細の説明は省略する。

散水型好気リアクタ１２の出側には、処理水の水質を測定するＵＶ（紫外線吸光度）計２７が設けられている。また、ＭＢＲ１３の処理水ポンプ２１の後段にはバッファ用の処理水槽２５が設けられている。そして、処理水槽２５内の処理水の一部がＭＢＲ処理水放流ポンプ２６によって抜き出され、ＵＶ計２７の前段でＭＢＲ１３の処理水と混合されるように構成されている。

ＵＶ計２７は、処理水中の有機物濃度（ＣＯＤ）をオンラインで連続して測定する。さらに測定精度は低いが有機物濃度（ＢＯＤ）を連続測定できる機器でもある。ＵＶ計２７の測定値が大きいほど処理水中の有機物濃度が高い、即ち処理水としては水質が悪化していることを表している。ＵＶ計２７の計測信号Ａは、流量演算コントローラ５１に送られる。流量演算コントローラ５１は、計測信号Ａに応じて、散水型好気リアクタ１２への流入量、ＭＢＲ１３への流入量、ＭＢＲ処理水放流ポンプ２６の吸引量を算出する。そして、これらの算出した量で運転されるように各種ポンプなどをコントロールする。

例えば、散水型好気リアクタ１２とＭＢＲ１３に流入する処理水の流量は、制御信号Ｂによって流量分配器１１の流量分配比を変えることで制御する。流量分配器１１が計量枡である場合は、計量枡内の稼働堰の高さを調整することによって制御する。ＭＢＲ処理水放流ポンプ２６で取り出す処理水の量は、制御信号Ｃによってポンプの回転数を制御することによって調整する。

次に、流量演算コントローラ５１で実行する流量演算の例を説明する。
ＵＶ計２７の測定値（ＵＶｐｖ）が所定の目標値（ＵＶｓｖ）よりも小さい場合は、水質が基準内にあるため、通常状態であるとして散水型好気リアクタ１２とＭＢＲ１３の流入量（Ｑ）と流出量（ｑ）とを次の関係が成立するように制御する。

ＵＶｐｖ＜ＵＶｓｖの時、
ｑ１＝Ｑ０−Ｑ１
ｑ２＝Ｑ１
ｑ３＝０
ここで、Ｑ０：全流入量（ｍ3/h）、Ｑ１：再生水需要量（ｍ3/h）、ｑ１：散水型好気リアクタ流入量、ｑ２：ＭＢＲ流入量、ｑ３：ＭＢＲ処理水ポンプ流量である。

ＵＶ計の測定値（ＵＶｐｖ）が所定の値（ＵＶｓｖ）を超えた場合は、散水型好気リアクタ１２の処理水をそのまま河川に放流することはできない。そこで、ＭＢＲ処理水放流ポンプを作動させ、散水型好気リアクタ１２とＭＢＲ１３との流入量（Ｑ）と流出量（ｑ）とを次の関係が成立するように制御する。

ＵＶｐｖ≧ＵＶｓｖの時、
ｑ１＝Ｑ０−Ｑ１−ｋ（ＵＶｐｖ−ＵＶｓv）
ｑ２＝Ｑ１＋ｋ（ＵＶｐｖ−ＵＶｓv）
ｑ３＝ｋ（ＵＶｐｖ−ＵＶｓv）
ここで、ｋ＞０：比例定数、ＵＶsv：ＵＶ目標値、ＵＶｐｖ：ＵＶ計測定値である。

この制御方法では、ＵＶ計の測定値（ＵＶｐｖ）が所定の値（ＵＶｓｖ）を超えた場合は、超えた値に対応してＭＢＲ処理水ポンプ流量（ｑ３）を制御する。この結果、散水型好気リアクタ１２の処理水は、高度な処理水質であるＭＢＲ処理水により希釈されて、処理水質が改善される。一方、ＭＢＲ１３で処理され需要家に供給される処理水が不足する。そこで、処理水ポンプ２１がＭＢＲ１３から抜き出す量を通常よりもｑ３だけ増加し、それに対応して流量分配器１１の流量分配比を変えて、ＭＢＲ１３に流入する処理水の流量（ｑ２）を増加させる。

なお、流量分配器１１の流量分配比を変えることで、散水型好気リアクタ１２に流入する処理水の量が減少するが、結果として散水型好気リアクタ１２の処理する負荷が低減することにより散水型好気リアクタの処理水質が改善する。従って、公共水域に放流する水質の悪化リスクをより低減することが可能となる。

（第２の実施の形態の効果）
第２の実施の形態の水処理システム１では、公共水域に放流する処理水の悪化リスクの低減とイニシャルコスト、メンテナンスコストの低減を図ることができる。

ＵＶ計２７の計測値は処理水の有機物濃度（ＣＯＤ、ＢＯＤ）と相関があるため、ＵＶ値を管理して制御することによって、処理水のＣＯＤ、ＢＯＤ値を一定値以下とすることができる。なお、ＵＶ計２７は、比較的安価、メンテナンス容易、かつ連続測定可能であるため、機器の設置コスト、ランニングコストを下げることができる。

流量分配器１１として計量枡を用いると、ポンプ、電動バルブなどの機器が必要ないため、機器の設置コスト、ランニングコストを下げることができる。

処理水質を測定するセンサは、ＵＶ計に限らず、ＢＯＤ計、ＣＯＤ計、ＳＳ計、濁度計、ｐＨ計のいずれを用いても良い。

流量演算コントローラ５１が演算する処理量の決定式は、上述の式に限らず、処理水質の悪化時に、ＵＶ計２７の計測値と目標値の偏差に応じて、通常運転時よりも、ＭＢＲの処理量を増やし、公共水域に放流する水の水質を改善する方向に向かうものであれば、どのようなものであってもよい。またその制御方式も、特定の制御方式に限定されない。例えば、サンプリング制御、Ｐ（比例）制御、ＰＩ（比例、積分）制御を用いても良い。

流量分配器１１による流量の調整方法は計量枡の堰高さによるものでなくとも、電動バルブの開度調整によるものであってもよいし、嫌気処理水をポンプによって、送液する構成とし、ポンプの回転数制御によって調整するものであってもよい。

（第３の実施形態）
図４は、第３の実施の形態の水処理システム１の構成を示す図である。第３の実施の形態の水処理システム１では、ＭＢＲ１３の無酸素槽１３ａの脱窒状態が所定の状態に維持されるように構成されている。第１の実施の形態と同一の部位には同一の符号を付してその詳細の説明は省略する。

ＭＢＲ１３の無酸素槽１３ａにＯＲＰ（酸化還元電位）計が設けられている。また、流量分配器１１とＭＢＲ１３とを接続する配管には遮断弁２９が設置されている。さらに、嫌気リアクタ１０をバイパスして、ＭＢＲ１３に原水を流入させる配管を有し、その配管に嫌気リアクタバイパス弁３０が設けられている。

ＯＲＰ計２８は、無酸素槽１３ａの酸化還元電位（単位：ｍＶ）を測定する。測定した酸化還元電位が正（＋）の電位であれば無酸素槽１３ａは酸化状態にあることを示している。測定した酸化還元電位が負（−）の電位であれば無酸素槽１３ａは還元状態にあることを示している。

無酸素槽１３ａでは、脱窒菌が硝酸性窒素を窒素ガスに変換する還元反応が行なわれている。ＭＢＲ１３の無酸素槽１３ａに配置されたＯＲＰ計２８によって、無酸素槽１３ａの脱窒状態を監視することができる。ＯＲＰ計２８の測定値は、概ね−５０ｍＶ〜−１５０ｍＶであることが脱窒には好ましい。

ところで、無酸素槽１３ａの脱窒状態が悪化する場合がある。特に嫌気リアクタ１０の有機物除去率が高い場合、脱窒に必要な有機物が不足し、窒素除去率が低下する。そこで無酸素槽１３ａの硝酸性窒素濃度が高くなったときに、嫌気リアクタ１０をバイパスして、ＭＢＲ１３に原水を流入させることによって、無酸素槽１３ａ内の脱窒菌が硝酸性窒素を窒素ガスに変換する際に必要な有機物を直接ＭＢＲに導入する。

ＯＲＰを−５０ｍＶ〜−１５０ｍＶとなるように管理する方法として次のような制御方法を採用する。無酸素槽１３ａのＯＲＰが−１００ｍＶ以上となった場合に、嫌気リアクタバイパス弁３０を開き、直接原水の一部をＭＢＲ１３に導入する。このとき導入する原水の量は、これまで流量分配器１１から受け入れていた量とする。そして、遮断弁２９を閉じて、嫌気リアクタ１０からの処理水をすべて散水型好気リアクタ１２に振り向ける。その後、ＯＲＰが−１５０ｍＶ以下になった場合に、嫌気リアクタバイパス弁３０を閉じて、遮断弁２９を開き、嫌気リアクタ処理水の所定量をＭＢＲ１３に導入する。これによって、安定的に良好な窒素除去率を達成することができる。

（第３の実施の形態の効果）
第３の実施の形態によれば、無酸素槽１３ａのＯＲＰを−５０ｍＶ〜−１５０ｍＶとなるように管理することができるため、ＭＢＲ１３において、良好な窒素除去率を達成することが可能となる。

なお、脱窒状態の監視は、ＯＲＰ計２８で行うものでなくとも、無酸素槽１３ａ内に硝酸性窒素を測定するセンサ（硝酸計）を設置し、硝酸濃度が高い場合に、嫌気リアクタバイパス弁３０を開くものであってもよい。

（第４の実施形態）
図５は、第４の実施の形態の水処理システム１の構成を示す図である。第４の実施の形態の水処理システム１では、ＭＢＲ１３の無酸素槽１３ａの脱窒状態が所定の状態に維持されるように構成されている。第３の実施の形態と同一の部位には同一の符号を付してその詳細の説明は省略する。

ＭＢＲ１３の無酸素槽１３ａにＯＲＰ（酸化還元電位）計２８が設けられている。また最初沈澱池１５で固液分離した汚泥をＭＢＲ１３に導入する配管が配置されている。その配管には、最初沈澱池汚泥導入弁３１が設けられている。

無酸素槽１３ａでは、脱窒菌が硝酸性窒素を窒素ガスに変換する。ＭＢＲ１３の無酸素槽１３ａに配置されたＯＲＰ計２８によって、無酸素槽１３ａの脱窒状態を監視することができる。ＯＲＰ計２８の測定値は、概ね−５０ｍＶ〜−１５０ｍＶであることが脱窒には好ましい。

ＯＲＰを−５０ｍＶ〜−１５０ｍＶとなるように管理する方法として次のような制御方法を採用する。無酸素槽１３ａのＯＲＰが−１００ｍＶ以上となった場合に、最初沈澱池汚泥導入弁３１を開いて最初沈澱池１５の汚泥をＭＢＲ１３に導入する。このとき、嫌気リアクタ１０からの処理水は流量分配器１１から分配されてＭＢＲ１３に供給される。

ＯＲＰが−１５０ｍＶ以下になった場合に、最初沈澱池汚泥導入弁３１を閉じて、汚泥の導入を停止する。

（第４の実施の形態の効果）
第４の実施の形態によれば、無酸素槽１３ａのＯＲＰを−５０ｍＶ〜−１５０ｍＶとなるように管理することができるため、ＭＢＲ１３において、良好な窒素除去率を達成することが可能となる。
また、汚泥処理量の削減が見込めるため、汚泥処理コストの低減が見込める。

（第４の実施の形態のバリエーション）
脱窒状態の監視は、ＯＲＰ計で行うものでなくとも、無酸素槽１３ａ内に硝酸性窒素を測定するセンサ（硝酸計）を設置し、行うものであってもよい。

原水の固液分離は、最初沈澱池による重力沈澱法に限らず、加圧浮上法、遠心分離法、凝集沈澱法などいずれであってもよく、その固体分をＭＢＲに供給してもよい。

固液分離した固体分を脱窒状態にかかわらず、常時、ＭＢＲに導入する構成であってもよい。初沈汚泥は、有機分の比率が高いため、滞留時間が長く汚泥濃度を高濃度に保つことができるＭＢＲ内部で徐々に分解される。これにより、最終処分する汚泥発生量を低減することができる（汚泥処分コスト低減）。

（第５の実施形態）
図６は、第５の実施の形態の水処理システム１の構成を示す図である。第５の実施の形態の水処理システム１では、ＭＢＲ１３の無酸素槽１３ａの脱窒状態が所定の状態に維持されるように構成されている。第４の実施の形態と同一の部位には同一の符号を付してその詳細の説明は省略する。

第５の実施の形態では、第４の実施の形態で示した構成に加え、嫌気リアクタ１０と散水型好気リアクタ１２とで発生した余剰汚泥をＭＢＲ１３に導入する配管が配置されている。さらにそれぞれの配管には、汚泥導入弁３２、３３が設けられている。

嫌気リアクタ１０、散水型好気リアクタ１２で発生した余剰汚泥は、配管を介して、ＭＢＲ１３に導入される。それぞれのリアクタ１０、１２から発生する余剰汚泥量は非常に少ないため、多くとも日1回程度の頻度で、ＭＢＲ１３に投入する。ＭＢＲ１３の汚泥濃度が運転管理値（通常、8000〜15000[mg/L]の範囲で設定される。）を超えた場合に、ＭＢＲ１３の返送汚泥ラインの弁３４を開いて余剰汚泥として引き抜く。

（第５の実施の形態の効果）
第５の実施の形態によれば、第４の実施の形態の効果に加え、嫌気リアクタ１０ならびに散水型好気リアクタ１２から汚泥を排出し、汚泥処理施設へ送泥するための配管、ポンプなどの機器が不要となり、ＭＢＲ１３からの余剰汚泥ラインのみで済むことからイニシャルコストの低減につながる。

（第６の実施形態）
図７は、第６の実施の形態の水処理システム１の構成を示す図である。第６の実施の形態の水処理システム１では、需要家に再処理水を供給するＭＢＲ１３の処理水の水質悪化を防止するように構成されている。第１の実施の形態と同一の部位には同一の符号を付してその詳細の説明は省略する。

ＭＢＲ１３の処理水ポンプ２１の後段には処理水のアンモニア濃度を測定するアンモニア濃度計３５が設けられている。また、散水型好気リアクタ１２の出側には、バッファ用の処理水槽３６が設けられている。そして、処理水槽３６内の処理水の一部が散水型好気処理水返送ポンプ３７によって抜き出され、ＭＢＲ１３の前段部に送られるように構成されている。

アンモニア濃度計３５は、処理水中のアンモニア濃度を測定する。ＭＢＲ１３の空気量が不足すると、汚泥物の負荷が高くなるため酸素量不足によって、硝化菌の活性が低下する。その結果、処理水中のアンモニア濃度が高くなる。このような現象が発生した場合は、ＭＢＲ１３に流入する水を散水型好気リアクタ処理水１２で希釈して、流入負荷を下げることにより、改善が見込める。

アンモニア濃度計３５の計測信号Ｅは、流量演算コントローラ５１に送られる。流量演算コントローラ５１は、計測信号Ｅに応じて、散水型好気リアクタ１２への流入量、ＭＢＲ１３への流入量、散水型好気処理水返送ポンプ３７の吸引量を算出する。そして、これらの算出した量で運転されるように各種ポンプなどをコントロールする。

例えば、散水型好気リアクタ１２とＭＢＲ１３に流入する処理水の流量は、制御信号Ｆによって流量分配器１１の流量分配比を変えることで制御する。散水型好気処理水返送ポンプ３７で取り出す処理水の量は、制御信号Ｇによってポンプの回転数を制御することによって調整する。

次に、流量演算コントローラ５１で実行する流量演算の例を説明する。
アンモニア濃度計３５の測定値（ＮＨ４ｐｖ）が所定の目標値（ＮＨ４ｓｖ）よりも小さい場合は、水質が基準内にあるため、通常状態であるとして散水型好気リアクタ１２とＭＢＲ１３との流入量（Ｑ）と流出量（ｑ）とを次の関係が成立するように制御する。

ＮＨ４ｐｖ＜ＮＨ４ｓｖの時、
ｑ１＝Ｑ０−Ｑ１
ｑ２＝Ｑ１
ｑ３＝０
ここで、Ｑ０：全流入量（ｍ3/h）、Ｑ１：再生水需要量（ｍ3/h）、ｑ１：散水型好気リアクタ流入量、ｑ２：ＭＢＲ流入量、ｑ３：散水型好気処理水返送ポンプ流量である。

アンモニア濃度計３５の測定値（ＮＨ４ｐｖ）が所定の目標値（ＮＨ４ｓｖ）を超えた場合は、ＭＢＲ１３の処理水をそのまま需要家に供給することはできない。そこで、散水型好気処理水返送ポンプ３７を作動させ、散水型好気リアクタ１２とＭＢＲ１３との流入量（Ｑ）と流出量（ｑ）とを次の関係が成立するように制御する。

ＮＨ４ｐｖ≧ＮＨ４ｓｖの時、
ｑ１＝Ｑ０−Ｑ１＋ｋ（ＮＨ４ｐｖ−ＮＨ４ｓv）
ｑ２＝Ｑ１−ｋ（ＮＨ４ｐｖ−ＮＨ４ｓv）＋ｑ３
ｑ３＝ｋ（ＮＨ４ｐｖ−ＮＨ４ｓv）
ここで、ｋ＞０：比例定数、ＮＨ４ｓv：ＮＨ４目標値、ＮＨ４ｐｖ：ＮＨ４計測定値である。

この制御方法では、アンモニア濃度計３５の測定値（ＮＨ４ｐｖ）が所定の目標値（ＮＨ４ｓｖ）を超えた場合は、超えた値に対応して散水型好気処理水返送ポンプ流量（ｑ３）を制御する。この結果、ＭＢＲ１３は、散水型好気リアクタ１２の処理水により流入負荷が下げられて、処理が改善される。一方、ＭＢＲ１３で処理され需要家に供給される処理水が過剰となる。そこで、それに対応して流量分配器１１の流量分配比を変えて、ＭＢＲ１３に流入する処理水の流量を（ｑ３）減少させる。

（第６の実施の形態の効果）
第６の実施の形態の水処理システム１では、ＭＢＲの処理水量＝再生水の需要量の関係を崩すことなく、需要家に供給する再生水の水質改善を図ることができる。

流量演算コントローラ５１が演算する処理量の決定式は、上述の式に限らず、アンモニア濃度計３５の計測値と目標値の偏差に応じて、通常運転時よりも、ＭＢＲの処理量を減じて、散水型好気リアクタ処理水をＭＢＲの前段部に返送し、再生水の需要量分を賄うものであれば、どのようなものであってもよい。またその制御方式も、特定の制御方式に限定されない。例えば、サンプリング制御、Ｐ（比例）制御、ＰＩ（比例、積分）制御を用いても良い。

なお、第６の実施の形態は、単独で実施できるのみならず、第１および第２の実施の形態と組み合わせて実行することができる。

なお、第５の実施の形態で示した、嫌気リアクタ１０ならびに散水型好気リアクタ１２から汚泥を排出し、ＭＢＲ１３に導入する構成は、第４の実施の形態と組み合わせるだけでなく、上述の全ての形態とも組み合わせることができる。

また、上述の各実施の形態では、嫌気リアクタの後段を膜分離活性汚泥法と散水型好気リアクタとしたが、散水型好気リアクタ部分に関しては、膜分離活性汚泥法よりも処理量あたりの運転コストが低減できる方式（例えば、標準活性汚泥法、好気性ろ床法、ＯＤ法、接触曝気法等）であれば、どのような方式であってもよい。

尚、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。
上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

１…水処理システム、１０…嫌気リアクタ、１１…流量分配器、１２…散水型好気リアクタ、１３…膜分離活性汚泥リアクタ、１３ａ…無酸素槽、１３ｂ…好気槽、１３ｃ…浸漬膜、１５…最初沈澱池、１６…原水ポンプ、２０…ろ材、２１…処理水ポンプ、２２…ブロワ、２３…汚泥返送ポンプ、２５…処理水槽、２６…ＭＢＲ処理水放流ポンプ、２９…遮断弁、３０…嫌気リアクタバイパス弁、３１…最初沈澱池汚泥導入弁、３２．３３…汚泥導入弁、３４…弁、３６…処理水槽、３７…散水型好気処理水返送ポンプ、５０…再生水需要量予測システム。

Claims (10)

1. 嫌気微生物の働きによって、廃水中の有機汚濁分を分解する嫌気リアクタと、
   前記嫌気リアクタの後段に配される、水の散水により空気中の酸素を溶解させることによって酸素を供給し、内部に微生物を付着させるための充填物を充填した散水型好気リアクタと、
   前記嫌気リアクタの後段に配される、固液分離のための分離膜を生物反応槽内に有した膜分離活性汚泥リアクタと
   を備え、
   前記嫌気リアクタで処理された処理水のうち、再生水の需要量分を膜分離活性汚泥リアクタで処理し、残り分を散水型好気リアクタで処理することを特徴とする水処理システム。
2. 再生水の需要家毎に取得した再生水の必要量に関する情報に基づいて所定期間における再生水需要量を演算する演算器を更に備えたことを特徴とする請求項１記載の水処理システム。
3. 散水型好気リアクタの処理水の濁度、ＢＯＤ、ＣＯＤ、ＵＶ、ｐＨのうち少なくとも一つの水質を測定するセンサと、
   測定した水質が運転管理値の範囲を超過した場合に、膜分離活性汚泥リアクタの処理水の一部で前記散水型好気リアクタの処理水を希釈して前記水質を運転管理値の範囲内に制御するとともに、前記膜分離活性汚泥リアクタの処理水量を増加させる第１の制御装置と
   を更に備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の水処理システム。
4. 散水型好気リアクタの処理水の一部を膜分離活性汚泥リアクタの前段に流入させる流路と、
   膜分離活性汚泥リアクタの処理水のアンモニア濃度を測定する第２のセンサと、
   測定したアンモニア濃度が目標値を超過した場合に、前記流路を介して散水型好気リアクタの処理水の一部を膜分離活性汚泥リアクタの前段に流入させるとともに、散水型好気リアクタで処理する水量を増加させる第２の制御装置と
   を更に備えたことを特徴とする請求項１乃至３の内いずれか１項に記載の水処理システム。
5. 膜分離活性汚泥リアクタは、無酸素槽と好気槽とを有し、
   嫌気リアクタをバイパスして、原水を前記膜分離活性汚泥リアクタに導入する流路と、
   無酸素槽内の処理水の硝酸性窒素濃度を測定するセンサと、
   測定結果で前記硝酸性窒素濃度が高くなった場合に、嫌気リアクタをバイパスして、膜分離活性汚泥リアクタに直接原水を導入するように流路を切り替える切替え装置と
   を更に備えたことを特徴とする請求項１または２記載の水処理システム。
6. 嫌気リアクタの前段に配される原水中の浮遊成分を固液分離するための固液分離槽で分離された固形分を膜分離活性汚泥法の無酸素槽に導入する流路を備えたことを特徴とする請求項５に記載の水処理システム。
7. 嫌気リアクタと散水型好気リアクタの少なくとも一つで生じた余剰汚泥を膜分離活性汚泥槽の無酸素槽に導入する流路を備えたことを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか１項に記載の水処理システム。
8. 嫌気微生物の働きによって、廃水中の有機汚濁分を分解する嫌気リアクタを配し、
   水の散水により空気中の酸素を溶解させることによって酸素を供給し、リアクタ内部に微生物を付着させるための充填物を充填させた散水型好気リアクタを前記嫌気リアクタの後段に配し、
   固液分離のための分離膜を生物反応槽内に有した膜分離活性汚泥リアクタを前記嫌気リアクタの後段に配し、
   前記嫌気リアクタで処理された処理水のうち、再生水の需要量分を膜分離活性汚泥リアクタで処理し、残り分を散水型好気リアクタで処理することを特徴とする水処理方法。
9. 散水型好気リアクタの処理水の濁度、ＢＯＤ、ＣＯＤ、ＵＶ、ｐＨのいずれか一つ以上の水質を測定し、
   測定した水質が運転管理値の範囲を超過した場合に、膜分離活性汚泥リアクタの処理水の一部で前記散水型好気リアクタの処理水を希釈して前記水質を運転管理値の範囲内に制御し、
   前記膜分離活性汚泥リアクタの処理水量を増加させることを特徴とする請求項８に記載の水処理方法。
10. 散水型好気リアクタの処理水の一部を膜分離活性汚泥リアクタの前段に流入させる流路を設け、
    膜分離活性汚泥リアクタの処理水のアンモニア濃度を測定し、
    測定したアンモニア濃度が目標値を超過した場合に、前記流路を介して散水型好気リアクタの処理水の一部を膜分離活性汚泥リアクタの前段に流入させ、
    散水型好気リアクタで処理する水量を増加させることを特徴とする請求項８に記載の水処理方法。

Images