JP5968420B2 - 活性汚泥処理方法および該方法を用いる既存排水処理設備の改修方法 - Google Patents

Description

本発明は、活性汚泥処理方法およびこの活性汚泥処理方法を用いる既存排水処理設備の改修方法に関する。

活性汚泥処理方法は極めて優れた排水処理方法であるため、広く排水処理に用いられ、原水の種類に応じていろいろな処理方式が提案されている。
従来の活性汚泥処理法においては、食物連鎖を利用して土壌細菌から大型の原生動物に至るまで種々の微生物が利用されている。
既存の活性汚泥処理方法の一例を図４に示す。
排水は原水調整槽に導入され、必要に応じて前処理されて、加圧浮上槽で荒いものから微細なものまで原水中に分散していたものが除去される。油分の多い排液の場合、一次処理として凝集剤による分離・凝集が行なわれている。たとえば、硫酸バンドと称される硫酸アルミニウムやパックと称されるポリ塩化アルミニウムなどの無機系凝集剤、あるいはポリアクリルアミド系高分子などの有機系凝集剤を排液に添加してエマルジョン状態を破壊して油成分と水成分とに分離している。しかしこの場合は、この凝集剤が汚泥として多量に発生する。また、加圧浮上槽での処理の際に、原水中に含まれる汚濁物質が無機凝集剤に付着除去され、浮上スカムとなり汚泥として発生する。これら汚泥が汚泥貯留槽に集められる。
微生物処理に適した可溶性有機分を処理原水として曝気槽に送り、活性汚泥で曝気処理したのち、処理原水を活性汚泥から分離して放流し、濃縮分離した活性汚泥は汚泥貯留槽に集められると共に、その一部が返送汚泥として曝気槽で再循環使用される。
汚泥貯留槽に集められた汚泥は脱水装置に送られて脱水ケーキとなり埋め立てや菌体肥料や焼却処分されている。

このような活性汚泥処理法には以下に述べるような解決しなければならない問題がある。
（１）蛋白質・変成蛋白質やセルロース・澱粉や油脂分などの難分解性物質が多い原水の場合、悪臭を発生する脱水ケーキが余剰汚泥として多量に発生する。余剰汚泥を少なくするために、曝気槽を大きくして長時間曝気して消化させる方法が提案された（ラグーン方式・オキシデーションデッチ）。しかしこの方法は排水量が多くなったり負荷が大きい場合は膨大な曝気槽が必要になるため、敷地がなかったり建設費が膨大になるなどの問題がある。一度バルキングや処理異常が発生すると、その回復に多大な費用と日数がかかり、工場の安定操業に問題がある。
（２）微生物処理を行なうに当たり、流入原水中のｐＨを中性にする必要がある。しかし、中性にするための薬品を添加すると薬品代がかかるのみならず設備の腐食を促進したりする問題がある。また、流入原水の水素イオン濃度（以下、ｐＨという）を調整すると放流処理水のｐＨが大幅に変化する問題がある。
（３）活性汚泥法は活性汚泥を殺菌するような有害物質が流入すると、活性汚泥が損傷を受け、原水の浄化機能を失ったり糸状細菌性バルキングを引き起こしたりしやすい。しかし、少量の殺菌剤や活性汚泥に悪影響を与える物質を全く排水に流さないわけには行かずこれらの有害物質の除去が問題である。
（４）多量の有機汚濁物質を処理している活性汚泥処理場では以下の問題がある。夜間や休日に極端に流入水が減少する。また、連休が多くなった場合、一定量の汚濁物質を与えられず良好な活性汚泥菌が過曝気で減少する。さらに、過負荷で汚泥が解体する。その結果、活性汚泥菌の安定な増殖が確保できないため、バルキングや汚泥の浮上の発生で、活性汚泥処理能力が低下しやすくなる。特に、流入処理原水の汚濁物質成分の変動が大きい場合や連休明けに急激に負荷が掛かる場合等はバルキングが発生しやすくなる。これを予防するために、大きな原水調整槽を造って、原水を多量に保存して、原水の均質化を図ったり、曝気槽への供給量を一定かつ連続的に供給したりすることがなされているが、敷地面積の制約と建設費用の問題がある。
（５）高速エアレーション活性汚泥処理法は設置面積が少なくて高い効率を持つ廃水処理方法であるが、活性汚泥と原水が常に同居している完全混合型であるので糸状細菌によるバルキングが発生しやすい問題がある。また、一般的には下水道の処理施設としては中級処理施設に分類されており、充分な処理ができない施設として近年はその姿を消している。

上記問題を解決するために、本出願人は微生物反応槽および排水処理方法（特許文献１）を開発し、多くの分野で排水処理の実績を上げている。
また、余剰汚泥の削減法の1つとして、余剰汚泥にオゾン処理を施した後、曝気槽へ返送する方法が開示されている（非特許文献１）。その他、高温菌で処理したり、機械的に破砕したり、化学的に処理したりした後に、曝気槽に返送する方法が知られている。
しかしながら、排水処理の多様化が進み、環境負荷に対する規制が厳しくなるにつれて、上記各方法による排水処理においても余剰汚泥を少なくすることが困難になる場合がある。
また、従来方法の既存排水処理設備では、排水処理設備の敷地面積が大きく、かつ活性汚泥処理が十分でないため、余剰汚泥が多量に発生するという問題がある。

安井英斉、化学工学 第６６巻第６号、３２９−３３１頁、２００２年

特許第４１４２１３８号

本発明は上記課題に対処するためになされたもので、活性汚泥処理法を用いる排水処理方法において、余剰汚泥の発生を殆んどゼロにする活性汚泥処理方法およびこの活性汚泥処理方法を用いる既存排水処理設備の改修方法の提供を目的にする。

本発明の活性汚泥処理方法は、原水曝気調整槽、加圧浮上濃縮分離槽、希薄活性汚泥曝気槽、微生物反応槽、および沈殿槽を備え、汚泥が各槽間を循環する循環システムにより排水を処理する活性汚泥処理方法であって、
処理前の原水が供給される上記原水曝気調整槽に、上記沈殿槽より発生する汚泥２を供給する工程１と、
上記汚泥２が混合された原水を上記原水曝気調整槽にて、酸化還元電位（以下ＯＲＰという）が正の値になるように曝気調整した後、この調整された原水を上記加圧浮上濃縮分離槽に供給する工程２と、
上記加圧浮上濃縮分離槽にて処理することにより発生する汚泥１を上記微生物反応槽に供給する工程３と、
上記加圧浮上濃縮分離槽から分離された処理原水１を上記希薄活性汚泥曝気槽に供給する工程４と、
上記微生物反応槽にて処理することにより発生する汚泥３および放出水を上記希薄活性汚泥曝気槽に供給する工程５と、
上記希薄活性汚泥曝気槽から分離された処理原水２を上記沈殿槽に供給する工程６と、を有することを特徴とする。
また、本発明の活性汚泥処理方法に用いられる微生物反応槽は、外槽と、この外槽の内部に配置されて上下に開口部を有する円筒状内槽と、この円筒状内槽上部に設けられて被処理水の槽内循環率を制御する循環率制御装置と、円筒状内槽の上部外周に設けられて汚泥を沈降させるための円筒状制御板と、円筒状内槽の外側および内側に設けられた被処理水質測定装置と、外槽および内槽内を循環する被処理水の循環経路に設けられた原水供給口および外槽の上部に設けられた処理水放出口とを具備している。
微生物反応槽を構成する円筒状内槽は、中心部に連通孔を有する隔壁で円筒上部と円筒下部とに分割され、円筒上部は、上面および底面が開口した円錐台形状を頂部に有し、かつ該円筒上部内の連通孔周囲および隔壁周縁部に複数の空気吹込口が設けられた好気微生物処理槽であり、上記円筒下部は底面に開口部を有する嫌気微生物処理槽であり、好気微生物処理槽内および嫌気微生物処理槽内をそれぞれ撹拌する撹拌装置が設けられている。
微生物反応槽は、上記被処理水質測定装置により測定される被処理水のｐＨ、酸化還元電位（以下、ＯＲＰという）および溶存酸素量（以下、ＤＯという）から選ばれた少なくとも１つの測定値を検出する手段と、上記検出された測定値に応じて上記循環率制御装置に設けられた、液面調節バルブの開閉、液面調節制御板の上下動、および上記空気吹込口から吹込まれる空気量から選ばれる少なくとも１つの量を制御することにより、上記被処理水の槽内循環率を３〜２０に制御する手段とを備えている。ここで、反応槽内の被処理水循環率とは、次式で定義される量をいう。

被処理水循環率＝内槽上部から排出される被処理水量（ｍ ³ ／日）／原水供給量（ｍ ³ ／日）

微生物反応槽は、上記原水供給口より供給される原水および汚泥１が活性汚泥と共に上記円筒状内槽の内部と、上記円筒状内槽の外周面と、上記外槽下部に沈降した活性汚泥内を経て槽内を循環することで嫌気微生物処理および好気微生物処理が連続してなされることを特徴とする。
特に、原水供給口は、嫌気微生物処理槽の開口部の下部に配置された円環状原水供給部に設けられた複数の吐出口またはスリットであることを特徴とする。また、円筒下部は円筒上部の容積より１／１０〜１倍の容積を有することを特徴とする。

上記原水曝気調整槽に供給される汚泥２は、原水曝気調整槽内の汚泥濃度が活性汚泥浮遊物質（以下、ＭＬＳＳという）として、５００〜８０００ｍｇ／Ｌとなる範囲で供給されることを特徴とする。

本発明の既存排水処理設備の改修方法は、排水処理設備で発生する汚泥を、既存排水処理設備で発生する汚泥より低減する改修方法であって、
該改修方法は、既存または改修する、加圧浮上濃縮分離槽および希薄活性汚泥曝気槽に、上記微生物反応槽を新設する工程と、この新設される微生物反応槽を介して上記本発明の活性汚泥処理方法により汚泥を循環させる循環工程とを設けることを特徴とする。

本発明方法は、排水処理設備として用いられている、加圧浮上濃縮分離槽、活性汚泥曝気槽および微生物反応槽でそれぞれ発生する汚泥を請求項１記載の方法により相互間で循環させるとともに、活性汚泥曝気槽により発生する汚泥の一部を活性汚泥処理される排水の原水曝気調整槽に供給することにより、実質的に余剰汚泥量を排出しない活性汚泥処理方法が得られる。
また、請求項３記載の微生物反応槽を新設することで、改修される既存排水処理設備は、実質的に余剰汚泥量を排出しない排水処理が可能となる。

活性汚泥処理方法のブロック図である。 微生物反応槽の断面図である。 微生物反応槽における被処理水および活性汚泥の循環経路を示す図である。 既存の活性汚泥処理方法のブロック図である。

本発明の活性汚泥処理方法のブロック図を図１に示す。
加圧浮上濃縮分離槽、希薄活性汚泥曝気槽、微生物反応槽および沈殿槽でそれぞれ発生する汚泥１、汚泥２および汚泥３は、それぞれ工程１〜工程５に示す経路で循環する。循環する過程で汚泥が消化され、実質的に余剰汚泥量が排出されない。以下、各工程を順に説明する。

工程１：
工程１は、活性汚泥処理される排水の原水曝気調整槽に、沈殿槽により発生する汚泥２を供給する工程である。
原水曝気調整槽は、既存排水処理設備を改修する場合は、既存の原水槽に空気吹き込み設備を追加することで得られる。
処理される排水中の大きな固形分はスクリーン等で除去し、処理される原水として原水曝気調整槽に蓄えられる。この原水曝気調整槽に沈殿槽で発生する汚泥２を供給して、原水と攪拌混合して、原水中の難分解性物質や活性汚泥を破壊する有害物質など、活性汚泥の処理異常を与えやすい汚濁物質を汚泥２に接触吸着させる。この汚泥２は希薄活性汚泥曝気槽で処理されて沈殿槽を経た汚泥であるので、処理されるべき排水に適した活性汚泥菌になっている。このため、汚泥２を原水に供給することにより、希薄活性汚泥曝気槽において、活性汚泥の損傷を防止し、活性汚泥の活性を高い状態に保つので、希薄活性汚泥の膨化や発泡スカムによる処理異状現象の発生が減り、処理を安定化することができる。

原水曝気調整槽に供給される汚泥２は、原水曝気調整槽内の汚泥濃度がＭＬＳＳとして、５００〜８０００ｍｇ／Ｌとなる範囲で供給される。好ましくは１０００〜５０００ｍｇ／Ｌとなる範囲で供給される。ＭＬＳＳが５００ｍｇ／Ｌ未満であると、活性汚泥に悪影響を与える汚濁物質を汚泥２が吸着できないために、活性汚泥処理が不安定となる。また、ＭＬＳＳが８０００ｍｇ／Ｌをこえると、汚泥２が汚濁物質の殆どを吸着してしまい処理原水に含まれる生物化学的酸素要求量（以下、ＢＯＤという）が減ってしまう。

工程２：
工程２は、汚泥２が混合された原水を原水曝気調整槽にて、原水のＯＲＰが正の値になるように曝気調整した後、該原水を加圧浮上濃縮分離槽に供給する工程である。正の値になるように曝気調整することで、悪臭の原因となる硫化水素、アンモニア、メルカプタンなどが酸化されて臭気が殆ど出ない活性汚泥処理ができる。
原水曝気調整槽での曝気処理は、原水の滞留時間が３時間以上、好ましくは５時間以上の曝気処理でなされる。汚泥２共存下にて曝気処理されて、汚泥を含む原水は加圧浮上濃縮分離槽に供給される。

工程３：
工程３は、加圧浮上濃縮分離槽にて処理することにより発生する汚泥１を微生物反応槽に供給する工程である。ここで汚泥１は乾燥汚泥でなく、水を含んだ汚泥水である。
加圧浮上濃縮分離槽に供給される原水は、原水曝気調整槽での曝気処理を経ることで、微生物の持っているｐＨ緩衝作用により、自然にｐＨの調整が行なわれるので、酸・アルカリを中和するに必要な薬剤や設備が不用となる。そのため、敷地が有効に使用できるのみならず、無薬注で処理できるので薬品代の節約になる。
また、原水中に活性汚泥に吸着して活性汚泥を破壊する殺菌剤等の有害物質があっても、汚泥２が予めこれらを吸着し、系外に汚泥１として加圧浮上で除去されるので希薄活性汚泥曝気槽の活性汚泥に悪影響が及ばないため、殺菌剤が排水に混入するところでも安定な活性汚泥処理ができる。

工程４：
工程４は、加圧浮上濃縮分離槽から分離された処理原水１を希薄活性汚泥曝気槽に供給して処理する工程である。
希薄活性汚泥曝気槽は、既設の活性汚泥処理方法に用いられている好気性活性汚泥処理槽をそのまま利用することができる。
希薄活性汚泥曝気槽には処理原水１が供給されるとともに、工程５で示される微生物反応槽で発生する汚泥３が供給される。この汚泥３は希薄活性汚泥曝気槽内で１日から７日間酸素含有気体で曝気して消化させて消化汚泥となる。

工程５：
工程５は、微生物反応槽にて処理することにより発生する汚泥３を上記希薄活性汚泥曝気槽に供給する工程である。
本発明において、嫌気処理とはＤＯが０．０５ｍｇ／Ｌ未満の状態での処理をいい、好気処理とはＤＯが０．０５ｍｇ／Ｌ以上、好ましくは０．１ｍｇ／Ｌ以上、より好ましくは０．２ｍｇ／Ｌ以上の状態での処理をいう。さらに嫌気処理においてはＯＲＰが−８０ｍＶ未満、好気処理においてはＯＲＰが−８０ｍＶ以上、好ましくは正の状態で処理する操作をいう。
微生物反応槽は、汚泥１を嫌気・好気消化して、汚泥１が吸着した汚濁物質の殆どを分解して炭酸ガスや水や窒素ガスやメタンガスなどの気体にする。また、汚泥１が微生物の増殖に使用されて、殆どが菌体に変化した消化汚泥となるため、著しく汚泥量が減少する。仮に極少量の汚泥が発生したとしても、その汚泥は凝集脱水性が良好となり、脱水ケーキの含水率が低下することにより脱水ケーキの発生量が著しく少なくなる。
得られる脱水ケーキが完熟菌体状態で得られる汚泥３の脱水ケーキであるため、含水率も低く、悪臭の発生を抑制でき、汚泥処理費が安価な埋め立て処分ができる脱水ケーキとなる。

微生物反応槽は、濃厚汚泥の嫌気微生物反応槽と、例えばこの嫌気微生物反応槽より内容積が大きい好気微生物反応槽との２槽より構成することができる。
ここで、嫌気微生物反応槽は、嫌気条件で活性汚泥を処理できる槽であればよい。また、好気微生物反応槽は上記活性汚泥曝気槽と略同一の活性汚泥反応槽である。なお、必要に応じて酸素を含むガスを供給してもよい。
好気微生物反応槽で生成する汚泥３を希薄活性汚泥曝気槽へ供給する量は、汚泥３に含まれる乾燥汚泥固形分が希薄活性汚泥曝気槽に含まれる反応汚泥の乾燥固形分量とほぼ同量になるように濃度換算して求めた量を供給し、希薄活性汚泥曝気槽の汚泥量を一定に保つ。一例をあげれば、希薄活性汚泥曝気槽に含まれる濃度６０００ｍｇ／Ｌの反応汚泥を１ｍ³／時で供給した場合は、濃度２２０００ｍｇ／Ｌの汚泥３を０．２７ｍ³／時で供給すればよい。しかしながら、希薄活性汚泥曝気槽に入る水量が少なくなった場合は、汚泥３の供給量を通常の２０〜２００％にして供給する。

微生物反応槽を図２に示す。図２は微生物反応槽の断面図である。
微生物反応槽１は、外槽２と、この外槽２の内部に配置されている円筒状内槽３と、この円筒状内槽３の上部に設けられた循環率制御装置４と、円筒状内槽３の外周側に設けられた円筒状制御板５と、被処理水質測定装置６と、汚泥抜き出し口１３とから構成されている。

外槽２は、底面となる基盤２ａに円筒形側面２ｂおよび上面部２ｃからなる真円筒状の外観を有している。円筒の中心には撹拌翼等を取り付けるための回転軸７が設けられている。この回転軸７は、基盤２ａの円中心に設けられた架台２ｄおよび上面部２ｃの円中心に設けられた軸受２ｅにより回転自在に固定されている。また、回転軸７は駆動装置２ｆにより回転される。上面部２ｃは回転軸７を回転自在に固定すると共に、円筒状内槽３を支持具等で保持している。
また、外槽２の底部には原水供給口１０が設けられている。原水供給口１０は、円筒状内槽３の下部開口部３ｆの下方に配置された、円環状原水供給部１０ａに設けられた複数の吐出口１０ｂまたはスリットで構成される。原水供給口１０をこのように配置することにより、嫌気汚泥の撹拌が十分になされる。なお、この原水供給口１０は被処理水の循環経路であれば、円筒状内槽３の下部以外にも設けることができる。
また、外槽２の上部には浄化された処理水放出口１１が設けられ、外槽内面には、沈降した汚泥の沈降固定化を防止するための沈降固定化防止装置１２が設けられている。

沈降固定化防止装置としては、（１）汚泥が沈降する外槽下部の内壁または外壁に設けられる振動装置、（２）内壁の近くに設けられる振動板と、外槽の上部に設けられて上記振動板に振動を伝達する振動発生器とを有する装置、（３）汚泥が沈降する外槽下部の内壁に設けられるスクレーパー、（４）外槽下部の内壁に沿って汚泥の撹拌流を発生させる撹拌流発生装置であり、特に内壁の傾斜面を移動しながら流体を吹き付ける移動式流体吹きつけノズルであるか、または内壁の傾斜面に所定の間隔で固定された流体吹きつけノズル、（５）撹拌流発生装置が内壁の傾斜面または下面に移動しながら外槽下部に沈降した汚泥を吸引して嫌気微生物処理槽内に吐出するポンプであるか、または内壁の傾斜面または下面に所定の間隔で固定され、外槽下部に沈降した汚泥を吸引して嫌気微生物処理槽内に吐出するポンプ等を挙げることができる。

上記沈降固定化防止装置１２が設けられた外槽内に円筒状内槽３が配置される。
横断面が略真円状の円筒状内槽３は、隔壁３ａで円筒上部３ｃと円筒下部３ｄとに分割されている。隔壁３ａの中心部には円筒上部３ｃと円筒下部３ｄとを連通する連通孔３ｂが設けられている。
この隔壁３ａの存在により、微生物反応槽の容積が大きくなった場合でも、円筒上部３ｃと円筒下部３ｄとが十分に分離されており、それぞれの槽内で活性汚泥処理を行なうことができる。円筒上部３ｃ内にて好気微生物処理反応を、円筒下部３ｄ内にて嫌気微生物処理反応を、それぞれ十分に行なわせることができる。隔壁３ａの面積が大きくなった場合、支持部材３ｇ等で補強する。
連通孔３ｂは、嫌気微生物処理された活性汚泥が円筒下部３ｄから好気微生物処理槽である円筒上部３ｃに移動できる大きさの直径を有する。この連通孔３ｂの径は微生物反応槽の容積、処理される原水の性質、量などによって調整される。

円筒上部３ｃは、上面および底面が開口した円錐台形状の頂部を有する。すなわち、円筒部の先端が高さ方向に所定の角度で縮径する形状である。円錐台形の中心を通る高さ方向断面の傾斜角は４０度から６０度、好ましくは４５度である。傾斜角をこの範囲にすることにより、好気槽上部から排出する被処理水に含まれる汚泥が円錐台形外面を流れ落ちることで凝集しやすくなり汚泥の急速強制沈降が可能となる。また、汚泥が凝集することにより、汚泥と浄化された処理水との分離が容易になる。
円筒上部３ｃは、内部に空気吹込口８および８ａが設けられた好気微生物処理槽である。空気吹込口８は、中心軸７の周囲であって、連通孔３ｂ周囲に設けられ、隔壁３ａ上に図示を省略した支持柱等により固定することができる。この空気吹込口８の空気噴出口は好ましくは下向きに配置されていることが、好気槽内の被処理水および汚泥の撹拌に寄与できるため好ましい。
空気吹込口８ａは、円筒上部３ｃ内の隔壁周縁部に平面視円環状に空気吹込部８ｂを配置して、この空気吹込部８ｂに複数個設けられた空気孔８ｃか、あるいは空気吹込部８ｂの上面または側面に形成されたスリットとすることができる。
空気吹込口８および８ａより吹込まれる空気量と、後述する循環率制御装置の制御量とにより、循環ポンプを用いることなく、被処理水の循環量を３〜２０の範囲内に変動させることができる。それにより適切な硝化条件による好気微生物処理および適切な脱窒条件による嫌気微生物処理が容易に設定できる。さらに、上記傾斜角を有する好気微生物処理槽外周面での強制沈降原理により汚泥の固液分離が極めて効率よくなされるので、好気・嫌気微生物処理反応を縦型の同一槽内で効率よく行なうことができる。
なお、好気槽内には、図示を省略したアルカリ供給口または酸の供給口を設けることができる。

円筒下部３ｄは、円筒上部の容積より１／１０〜１倍の容積を有する嫌気微生物処理槽である。この容積範囲内であると、例えば高濃度窒素含有汚濁物質を含有する原水の好気微生物処理反応および嫌気微生物処理反応を効率よく行なうことができる。なお、嫌気微生物処理槽内には、図示を省略した脱窒菌栄養物供給口を設けることができる。
また、原水中に水素供与体が少なく、硝酸塩の窒素をメタノールや酢酸等の水素供与体を供給して脱窒する場合には、嫌気微生物処理槽の容積を好気性微生物処理槽よりも大きくすることが好ましい。
円筒下部３ｄの形状は、円筒上部３ｃの開口部３ｅよりも面積が大きい開口部３ｆを有する逆円錐台形を円筒下部に有する形状である。すなわち、円筒部の先端が下部方向に所定の角度で縮径する形状である。開口部３ｆの面積を大きくすることにより嫌気微生物処理槽内での汚泥の撹拌を容易にできる。
円筒下部３ｄの形状を上記逆円錐台形とする場合には、外槽２の下部内面２ｇは上記所定の角度と同じ角度とすることが汚泥の沈降固定化を防止できるため好ましい。

円筒状内槽３は、円筒上部３ｃである好気微生物処理槽内および円筒下部３ｄである嫌気微生物処理槽内において、被処理水と活性汚泥との処理反応を十分に行なうための撹拌装置が設けられている。
撹拌装置としては、円筒状内槽３の中心に取り付けられた回転軸７に固定された撹拌翼７ａ、７ｂであることが好ましい。撹拌翼７ａは円筒上部３ｃ内に設けられ、好気微生物処理反応を十分に行なわせることができるタービン翼が好ましい。タービン翼以外にも、空気の吹き込み量により、曝気性能が著しく低下しない回転数が比較的少なくて、空気と水を混合できる形状のであれば、使用できる。
撹拌翼７ｂは円筒下部３ｄ内に設けられ、嫌気微生物処理反応を十分に行なわせることができるプロペラ翼である。

円筒状内槽３内に設けられた隔壁３ａは、外槽２の底面となる基盤２ａに固定されて立設する支持柱９により支えられる。
円筒状内槽３はこの支持柱９による支えと、外槽２の上部に橋渡しされた支持具とにより、外槽内に保持されている。

円筒状内槽３の上部に被処理水の反応槽内循環率を制御する循環率制御装置４が設けられている。循環率制御装置４による被処理水の反応槽内循環率の制御は、具体的には液面調節バルブの開閉、あるいは液面調節板の上下動等によりなされる。液面調節バルブの全開時、または液面調節板の最下位時に、被処理水の水位レベルが最も低くなる。水位レベルをＡで示す。
反応槽内循環率の制御は、空気吹込口８および／または８ａより吹込まれる空気量によっても制御することができる。吹込まれる空気量を多くすると循環率が増加する。液面調節バルブの開閉等および空気量調節を組み合わせることもできる。
嫌気微生物処理槽ならびに好気性微生物処理槽の大型化に伴って、汚泥の循環流量を維持することが曝気空気だけでは足らなくなったり、また、過剰な空気の吹込みによる弊害が発生したりすることがある。このような場合に備えて、図２の８ａに示してある空気吹込口が必要になる。この曝気効率のよくない空気吹込口８ａにより、空気吹き込み量とＯＲＰの調整が、格段に調整しやすくなる長所がある。空気吹込口８ａは、例えば、隔壁３ａの上面である好気部分に攪拌翼７ａを中心として、外部の送風機等と連通している平面視円環状の空気吹込部８ｂを設置し、この空気吹込部８ｂに穴またはスリットが設けられている。これは、単純に空気量を増やすだけでなく、攪拌翼７ａのバッフル効果も発揮され、効率的な攪拌がなされる相乗効果を発揮する。

液面調節バルブの開閉等および／または空気吹込量を調節することにより、被処理水の循環率をポンプを用いることなく変動させることができる。被処理水は、後述するように、好気微生物処理槽３ｃからこの槽の外側に配置された円筒状制御板５を経て嫌気微生物処理槽３ｄへ、さらに嫌気微生物処理槽３ｄから好気微生物処理槽３ｃへと循環することにより、脱窒、脱リン等が行なわれる。したがって、被処理水の循環率を検出値に応じて所定の制御プログラムに基づき制御することにより、最適な脱窒、脱リン等を行なうことができる。

円筒状内槽３の上部外周に円筒状制御板５が配置されている。円筒状制御板５は上面および下面が開口している筒であり、円筒状制御板５の下面５ａは円筒状内槽３の傾斜面に対して接近して配置されている。この接近して配置されている傾斜面部分において汚泥沈殿部が形成され、汚泥濃縮がなされると共に処理水が分離される。また、下面５ａを接近して配置することにより汚泥の急速強制沈降が可能になる。円筒状内槽３の傾斜面に対して下面５ａの距離の大小は調節できることが好ましい。また、円筒状制御板５の形状は、上面および下面の開口面が同一面積の直円筒状、または上面の開口面積が下面の開口面積よりも大きい逆円錐台形状とすることができる。
微生物反応槽内には、被処理水質測定装置６が、円筒状内槽２の内外に設けられている。この被処理水質測定装置６は、被処理水のｐＨ、ＯＲＰ、ＤＯを測定する装置である。

微生物反応槽内での被処理水循環率は３〜２０、好ましくは５〜２０である。被処理水循環率が３未満であると、好気微生物処理反応がより起こりやすくなり、また、２０をこえると好気微生物処理反応と嫌気微生物処理反応とのバランスが崩れ、原水の脱窒、脱リンを行なうことができなくなる。すなわち、被処理水循環率をこの範囲とすることにより、被処理水質測定装置により測定される被処理水のＯＲＰを、嫌気微生物処理反応槽において−１０ｍＶ以下、好ましくは−５０ｍＶ以下、好気微生物処理反応槽において＋１０ｍＶ以上、好ましくは＋１００ｍＶ以上に維持することができる。その結果、好気微生物処理反応および嫌気微生物処理反応が十分に行なわれ、脱窒、脱リンが連続的になされる。なお、このような条件下において好気微生物処理反応槽でのｐＨは４．５〜８．５、好ましくは５．５〜７．５の範囲となる。

微生物反応槽１を用いる排水処理方法は、従来の排水処理方法に比較して、以下の優れた特徴を有する。
従来の排水処理方法は、原水と返送汚泥とが一定の割合で混合されて曝気槽内に流入し、その時接触した返送汚泥と次の工程である沈殿槽内で汚泥と被処理水とが分離されるまで、原水が押し出され流れる方法である。
微生物反応槽１を用いる排水処理方法は、上下に循環する活性汚泥の循環流を形成させ、その循環流の中に原水を添加する方法である。活性汚泥の循環流を作るのに、循環ポンプを使用することなく、微生物処理に使用する曝気空気による上昇流を利用して、汚泥の循環流を形成させるので省エネルギーな排水処理方法である。さらに、好気微生物処理槽の曝気を効率よく実施できる処理方法である。
原水の添加位置は、循環流の経路内であればどこでもよいが、好ましくは好気微生物処理槽である。更に好ましくは、嫌気微生物処理槽が適している。本発明の排水処理方法における循環流を用いた処理の場合は、少なくともＢＯＤが８００ｍｇ／Ｌ、全窒素量（以下、Ｔ−Ｎという）が４０ｍｇ／Ｌ以上の原水であっても、処理水のＢＯＤは通常極めて低く２０ｍｇ／Ｌ以下、一般的には放流水の水質として、ＢＯＤが１０ｍｇ／Ｌ以下での運転ができる。
なお、好気微生物処理槽である円筒状内槽の外周面に形成された、循環流経路内の汚泥沈殿部に原水を添加すると、汚泥と原水との接触が不十分になり、汚濁物質の吸着が不十分になる場合がある。その場合、処理水に一部未処理の原水中の汚濁物質が混入して、処理水の悪化をもたらす場合がある。しかしながら、水質規制値がゆるい場合において、例えばＢＯＤが３００ｍｇ／Ｌ以下とか、６００ｍｇ／Ｌ以下とかの下水道放流などの一次処理設備としての用途では、循環流経路内の汚泥沈殿部に原水を添加できる場合がある。

以下、微生物反応槽１内における被処理水および活性汚泥の循環について図３により説明する。図３は微生物反応槽１における被処理水および活性汚泥の循環経路を示す図である。図３において、斜線部分は活性汚泥の濃度が高い部分であり、矢印は被処理水および活性汚泥の循環方向を表す。

微生物反応槽１には活性汚泥が固形分換算で５，０００〜１２，０００ｍｇ／Ｌ入れられており、処理原水１は、まず円筒下部３ｄ内にて嫌気状態で活性汚泥に接触し、脱窒反応が行なわれる。原水供給口１０より供給される処理原水１および循環している活性汚泥は、撹拌翼の回転または散気管よりの空気噴出により、円筒下部３ｄ内を循環して嫌気微生物処理反応がなされる。
次いで空気が吹込まれている円筒上部３ｃに連通孔３ｂを通過して原水および活性汚泥が移動し、好気状態で円筒上部３ｃ内の活性汚泥に接触しながら、撹拌翼の回転または空気吹込口よりの空気噴出により、円筒上部３ｃ内を循環して好気微生物処理反応である硝化反応が進行する。硝化反応が進行するにつれ被処理水のｐＨ等が低下する。被処理液のｐＨ値、ＯＲＰ、ＤＯが処理水質測定装置６で測定され、これらの値に基づき原水または被処理水の循環量が定められる。具体的には、ＯＲＰを、硝化反応がなされる好気反応処理槽において＋１０ｍＶ以上、脱窒反応がなされる嫌気反応処理槽において−１０ｍＶ以下に維持できるように空気吹き込み量などを調整して被処理水を循環する。循環量は、循環ポンプなどを使用することなく、空気量および／または循環率制御装置を制御することにより容易に行なうことができる。このため本発明の排水処理方法は省エネルギー型の排水処理方法である。また、本発明の微生物反応槽を含む設備は、微生物反応の各ユニットをそれぞれ調整できるので、これらの制御を予めプログラム化し、無人で自動運転することが容易であり、省力化プラントとしての特徴を有している。

循環率制御装置４により循環率が制御されて、円筒上部３ｃの上部から排出する被処理水および活性汚泥の一部は、４５度の傾斜角度を有する円錐台形外周面を流れ落ちる。この流出した被処理水および活性汚泥は、円錐台形外周面の傾斜面に対して接近して配置されている円筒状制御板５と上記傾斜面で形成される汚泥濃縮部５ｂを通過することにより、活性汚泥の急速強制沈降が可能となる。また浄化された処理水と活性汚泥との分離が容易となり、分離された処理水が処理水放出口１１より放流される。
急速強制沈降した活性汚泥は外槽内面と内槽外周面との間に活性汚泥が濃縮されて堆積する。この堆積した活性汚泥は、被処理水と混合しながら嫌気微生物処理反応部へ移動して微生物反応槽内を循環する。
本発明の排水処理方法は、活性汚泥が濃縮されつつ嫌気・好気槽内を３〜２０の循環率で循環することにより、原水の負荷変動を容易に吸収できる。また、循環率をこの範囲に維持するので、活性汚泥が馴養されて排水処理に最適な活性汚泥となる。なお、このような条件下において好気処理槽でのｐＨは４．５〜８．５、好ましくは５．５〜７．５の範囲となる。

微生物反応槽において、原水のＢＯＤ負荷が小さいにもかかわらず、窒素分濃度が高い場合は、プロトン供与体などの有機物質からなる脱窒菌栄養物、たとえばメタノールを嫌気反応処理部に添加して処理することが好ましく、この場合、処理水のｐＨが上昇しやすいので、塩酸などの鉱酸を添加することが好ましい。

本発明の排水処理方法は、微生物反応槽を１槽用いてもよいが、また複数槽用いることもできる。この場合、第１槽からの放流水を第２槽の原水供給口に導入する。また、たとえば２つの微生物反応槽を直列で連結する場合は、第２槽における硝化反応部の容積と脱窒反応部の容積との比率を第１槽における比率と変えることにより、より効果的に排水処理を行なうことができる。具体的には、容積比を第１槽のそれより小さくすることにより、脱窒・脱リンを行なうことができる。

微生物反応槽を排水処理工程に配置することで、（１）有害ガスの発生を抑制して嫌気好気運転ができるので、活性汚泥菌体の自己消化能力が向上する、（２）選択培養槽として原水中の汚濁物質を選択的に分解できる菌体が馴養されて難分解性の物質が容易に処理できる。

工程６：
工程６は、希薄活性汚泥曝気槽から分離された処理原水２を沈殿槽に供給する工程である。処理原水２に含まれている汚泥が沈殿槽で沈殿すると共に、上澄み液が放流水として放流される。

本発明の既存排水処理設備の改修方法は、上記微生物反応槽を既存の排水処理設備に追加新設する方法である。微生物反応槽を追加新設して、この微生物反応槽を介して汚泥を循環させることで、特に食品製造工場に設置されている既存排水処理設備で発生する汚泥の量を殆ど０とすることができる。そのため、既存の排水処理設備で重要な部分を占めていた汚泥貯留槽や脱水装置が不要になり、排水処理設備の設置面積を小さくできる。

実施例１
食品製造工場から排出される排水を図１に示す方法で処理した。
処理前の排水は、ＢＯＤが８００ｍｇ／Ｌ、化学的酸素要求量（以下、ＣＯＤという）が３００ｍｇ／Ｌ、Ｔ−Ｎが５０ｍｇ／Ｌ、ノルマルヘキサン抽出油分濃度（以下、ｎ−Ｈｅｘという）が５０ｍｇ／Ｌ、浮遊物質濃度（以下、ＳＳという）が２００ｍｇ／Ｌであり、処理水量は１５００ｍ³／日である。なお、この排水は、従来、図４に示す方法で排水処理されており、脱水ケーキが１５０トン／月発生していた。
原水曝気調整槽の容積は１５００ｍ³であり、加圧浮上濃縮分離槽の容積は２５０ｍ³であり、希薄活性汚泥曝気槽の容積は１５００ｍ³であり、沈殿槽の容積は８００ｍ³である。
微生物反応槽は、容積８０ｍ³の嫌気処理槽と、容積２５０ｍ³の好気処理槽とを有している。微生物反応槽内の処理原水循環率は３〜６の範囲で循環させた。

原水曝気調整槽内に沈殿槽で発生した汚泥を定量ポンプで連続添加した。添加量は原水曝気調整槽内の汚泥濃度がＭＬＳＳとして、１５００〜２０００ｍｇ／Ｌとなる範囲で供給した。また、曝気量を調節してＯＲＰを＋５０ｍＶになるまで調整した。
原水曝気調整槽にて、ＯＲＰが正の値になるように曝気調整された処理原水は無薬注型の加圧浮上濃縮分離槽ＫＦ８００（日本アルシー（株）製）に供給される。この加圧浮上濃縮分離槽は、処理原水１００重量部に対して無薬注で５Ｋｇ／ｃｍ²の加圧水を１００重量部混合循環している。

加圧浮上濃縮分離槽で分離された汚泥を微生物反応槽へ送り処理した。微生物反応槽内において、嫌気処理槽でのｐＨは７．１、ＯＲＰは−３５０ｍＶ、ＤＯは０、好気処理槽でのｐＨは６．１、ＯＲＰは＋２１０ｍＶ、ＤＯは０．８ｍｇ／Ｌであった。
微生物反応槽で発生する余剰汚泥は希薄活性汚泥曝気槽に供給した。また、微生物反応槽よりの放出水は全量希薄活性汚泥曝気槽に供給した。

加圧浮上濃縮分離槽で得られた処理原水は希薄活性汚泥曝気槽に送られて処理された。希薄活性汚泥曝気槽には、微生物反応槽で発生する余剰汚泥が供給された。希薄活性汚泥曝気槽で余剰汚泥が処理原水に適した活性汚泥に馴養される。

希薄活性汚泥曝気槽で処理された処理原水は沈殿槽を経て放流された。また、沈殿槽で沈降する汚泥は再度原水曝気調整槽に循環された。この汚泥の循環工程を経て、汚泥量の減少が図られる。
放流水の水質は、ＢＯＤが８ｍｇ／Ｌ、ＣＯＤが１０ｍｇ／Ｌ、Ｔ−Ｎが０ｍｇ／Ｌ、ｎ−Ｈｅｘが０ｍｇ／Ｌ、ＳＳが１ｍｇ／Ｌであった。
また、脱水ケーキの発生は、０〜２０トン／月であった。

上記方法による排水処理は、微生物反応槽において、有害ガスの発生を抑制して嫌気好気運転ができるので菌体の自己消化能率が向上する。また、汚泥の循環を通じて、原水中の汚泥物質を選択的に分解できる菌体が馴養されて難分解性汚濁物質が容易に処理できる。その結果、（１）脱水ケーキの排出量を大幅に減少できる、（２）加圧浮上濃縮分離槽付近での悪臭気がなくなる等の効果がみられた。

実施例２
洋菓子製造工場から排出される排水を処理した。
処理前の排水は、ＢＯＤが６０００ｍｇ／Ｌ、ＣＯＤが３５００ｍｇ／Ｌ、Ｔ−Ｎが１２０ｍｇ／Ｌ、ｎ−Ｈｅｘが３０００ｍｇ／Ｌ、ｓｓが３５００ｍｇ／Ｌであり、処理水量は１２０ｍ³／日である。この工場では、加圧浮上槽にポリ塩化アルミニウムなどの無機系凝集剤を添加して凝集沈殿させた後、図４に示す方法で従来排水処理をしていた。このため、脱水ケーキ（含水率８５重量％）が１５０トン／月発生していた。
図４に示す汚泥貯槽および脱水装置を撤去して、その撤去した敷地の一部に、図２に示す、容積１００ｍ³の嫌気処理槽と、容積２５０ｍ³の好気処理槽とを有する微生物反応槽を建設した。微生物反応槽内の処理原水循環率は５〜８の範囲で循環させた。
また、図４に示す従来の原水調整槽に曝気装置を取り付け、原水曝気調整槽に改造した。従来の曝気槽は希薄活性汚泥曝気槽として、沈殿槽は沈殿槽として再利用し、それぞれに、図１に示す汚泥の循環経路を取り付けた。
この工場における、原水曝気調整槽の容積は１００ｍ³であり、加圧浮上濃縮分離槽の容積は１０ｍ³であり、希薄活性汚泥曝気槽の容積は１２０ｍ³であり、沈殿槽の容積は３０ｍ³である。

原水曝気調整槽内に沈殿槽で発生した汚泥を定量ポンプで連続添加した。添加量は原水曝気調整槽内の汚泥濃度がＭＬＳＳとして、３５００〜５０００ｍｇ／Ｌとなる範囲で供給した。また、曝気量を調節してＯＲＰを＋１００ｍＶになるまで調整した。
原水曝気調整槽にて、ＯＲＰが正の値になるように曝気調整された処理原水は無薬注型の加圧浮上濃縮分離槽ＫＦ８００（日本アルシー（株）製）に供給される。この加圧浮上濃縮分離槽は、処理原水１００重量部に対して無薬注で４．５Ｋｇ／ｃｍ²の加圧水を２２０重量部混合循環している。

加圧浮上濃縮分離槽で分離された汚泥を微生物反応槽へ送り処理した。微生物反応槽内において、嫌気処理槽でのｐＨは７．４、ＯＲＰは−４００ｍＶ、ＤＯは０、好気処理槽でのｐＨは７．８、ＯＲＰは＋２１０ｍＶ、ＤＯは１．８ｍｇ／Ｌであった。
微生物反応槽で発生する余剰汚泥および放出水は希薄活性汚泥曝気槽に供給した。

加圧浮上濃縮分離槽で得られた処理原水は実施例１と同様に希薄活性汚泥曝気槽に送られて処理され、処理水は沈殿槽を経て放流された。また、沈殿槽で沈降する汚泥は再度原水曝気調整槽に循環された。
放流水の水質は、ＢＯＤが１８ｍｇ／Ｌ、ＣＯＤが３０ｍｇ／Ｌ、Ｔ−Ｎが１ｍｇ／Ｌ、ｎ−Ｈｅｘが１ｍｇ／Ｌ、ＳＳが３０ｍｇ／Ｌであった。
また、脱水ケーキの発生は、０トン／月であった。
洋菓子製造工場での排水処理においても、（１）脱水ケーキの排出量を大幅に減少できる、（２）加圧浮上濃縮分離槽付近での悪臭気がなくなる等の効果がみられた。

本発明方法は、実質的に余剰汚泥量を排出しないので、環境破壊が少なくかつ地球に優しい排水処理方法であるので、また、脱水ケーキ処理に関する設備を必要としないので、今後多数の既存排水処理設備の改修方法として利用できる。。特に、市街地内の工場では、原水調整槽や前処理設備ならびに脱水処理設備から多量の悪臭が発生するために、通常は脱臭設備が必要となる。しかし、本処理方法を導入すると、廃水処理の原水調整槽から最終処理に至る処理工程まで悪臭が発生しない。そのために、本処理方法は、脱臭設備が不要となる場合があるなど、処理に伴う悪臭の発生が抑制される悪臭対策に適した処理方法である。

１ 微生物反応槽
２ 外槽
３ 円筒状内槽
４ 循環率制御装置
５ 円筒状制御板
６ 被処理水質測定装置
７ 回転軸
８ 空気吹込口
９ 支持柱
１０ 原水供給口
１１ 処理水放出口
１２ 沈降固定化防止装置
１３ 汚泥抜き出し口

Claims (3)

1. 原水曝気調整槽、加圧浮上濃縮分離槽、希薄活性汚泥曝気槽、微生物反応槽、および沈殿槽を備え、汚泥が各槽間を循環する循環システムにより排水を処理する活性汚泥処理方法であって、
   処理前の原水が供給される前記原水曝気調整槽に、前記沈殿槽より発生する汚泥２を供給する工程１と、
   前記汚泥２が混合された原水を前記原水曝気調整槽にて、酸化還元電位が正の値になるように曝気調整した後、この調整された原水を前記加圧浮上濃縮分離槽に供給する工程２と、
   前記加圧浮上濃縮分離槽にて処理することにより発生する汚泥１を前記微生物反応槽に供給する工程３と、
   前記加圧浮上濃縮分離槽から分離された処理原水１を前記希薄活性汚泥曝気槽に供給する工程４と、
   前記微生物反応槽にて処理することにより発生する汚泥３および放出水を前記希薄活性汚泥曝気槽に供給する工程５と、
   前記希薄活性汚泥曝気槽から分離された処理原水２を前記沈殿槽に供給する工程６とを有し、
   前記微生物反応槽は、外槽と、この外槽の内部に配置されて上下に開口部を有する円筒状内槽と、この円筒状内槽上部に設けられて被処理水の槽内循環率を制御する循環率制御装置と、前記円筒状内槽の上部外周に設けられて汚泥を沈降させるための円筒状制御板と、前記円筒状内槽の外側および内側に設けられた被処理水質測定装置と、前記外槽および内槽内を循環する被処理水の循環経路に設けられた原水供給口および前記外槽の上部に設けられた処理水放出口とを具備してなり、
   前記円筒状内槽は、中心部に連通孔を有する隔壁で円筒上部と円筒下部とに分割され、前記円筒上部は、上面および底面が開口した円錐台形状の頂部を有し、かつ該円筒上部内の前記連通孔周囲および前記隔壁周縁部に複数の空気吹込口が設けられた好気微生物処理槽であり、前記円筒下部は底面に開口部を有する嫌気微生物処理槽であり、
   前記好気微生物処理槽内および前記嫌気微生物処理槽内をそれぞれ撹拌する撹拌装置が設けられ、
   前記被処理水質測定装置により測定される被処理水の水素イオン濃度、酸化還元電位および溶存酸素量から選ばれた少なくとも１つの測定値を検出する手段と、前記検出された測定値に応じて前記循環率制御装置に設けられた、液面調節バルブの開閉、液面調節制御板の上下動、および前記空気吹込口から吹込まれる空気量から選ばれる少なくとも１つの量を制御することにより、前記被処理水の槽内循環率を３〜２０に制御する手段とを備え、
   前記原水供給口より供給される前記原水および前記汚泥１が活性汚泥と共に前記円筒状内槽の内部と、前記円筒状内槽の外周面と、前記外槽下部に沈降した活性汚泥内とを経て槽内を循環することで嫌気微生物処理および好気微生物処理が連続してなされることを特徴とする活性汚泥処理方法。
2. 前記原水曝気調整槽に供給される汚泥２は、前記原水曝気調整槽内の汚泥濃度が活性汚泥浮遊物質として、５００〜８０００ｍｇ／Ｌとなる範囲で供給されることを特徴とする請求項１記載の活性汚泥処理方法。
3. 排水処理設備で発生する汚泥の量を、既存排水処理設備で発生する汚泥の量より低減する既存排水処理設備の改修方法であって、
   該改修方法は、既存または改修する、加圧浮上濃縮分離槽および希薄活性汚泥曝気槽と共に、請求項１記載の微生物反応槽を新設する工程と、
   前記新設される微生物反応槽を介して請求項１記載の方法により汚泥を循環させる循環工程とを設けることを特徴とする既存排水処理設備の改修方法。

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