JP6479507B2 - 有機性排水の処理装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、有機性排水の処理装置に関する。

従来、有機性排水を浄化処理する手段として、経済性の観点より微生物による処理が多く用いられている。大別すると、酸素を必要としない嫌気性微生物を利用する嫌気処理と酸素必要とする好気微生物を利用する好気処理に分けられる。一般に嫌気処理は、以下のメリットがある。

・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、水中に空気を送り込む動力が不要のため、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。
・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、嫌気性微生物は有機物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。
・有機物をメタン生成菌の働きでメタンまで分解するため、出てきた発生ガスからのエネルギー回収が可能である。

一方で、嫌気性微生物は好気微生物に比べ、一般的に増殖が遅く、有機物の摂取速度が遅いことから、嫌気処理には以下のデメリットがある。

・水処理の立上げに時間がかかる。
・一旦、系外に微生物が流出すると、処理の回復に時間がかかる。
・菌体あたりの有機物除去量は好気微生物よりも少なく、リアクタ内に多くの微生物を確保する必要がある。

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）、嫌気流動床法などがある。

これらの方法は嫌気性微生物をできるだけ反応リアクタ内に多く確保するために開発されたものであり、以下の２つに大別される。一つは、UASB法やEGSB法のように嫌気性微生物が集積し、自己造粒作用によって造粒したグラニュールを利用した処理方式である。もう一つは、嫌気性ろ床法や嫌気流動床法のように微生物を保持するための担体に嫌気性微生物を付着させて処理する処理方式である。

後者の処理方式の担体としては、活性炭、プラスチック、セラミック、炭素繊維、ゲル状のポリマー等様々なものが用いられる。形状としては、球状、円柱状、ひも状などがあり、また、微生物の付着面が大きくなるように表面が加工されたものが用いられる場合も多い。

前者のグラニュールを利用した処理方式は、担体を利用しないため、初期コストが安価であるというメリットがある。一方、原水の条件によっては、造粒したグラニュールの崩壊、小粒化により、微生物がリアクタから流出し処理が悪化する場合がある。

また、後者の担体を利用した処理方式に関しては、担体に微生物を担持しているために付着量を適正管理すれば、安定処理が可能であること、廃水種類の適用性が広いというメリットがある。

担体を利用した方式において、安定処理を実現するためには、担体に付着している生物量を適正管理する必要がある。担体への過剰な生物膜の付着は、処理水の濁度低下の要因になる。また、生物の付着過剰により水の流れが不均一になり、担体と被処理液の接触効率が低下し、有機物除去性能が低下する場合がある。一方で、付着している生物膜量が不十分では、生物の絶対量が不足するため、有機物の処理性能が悪化する。

しかしながら担体への生物膜の付着状況の確認は容易ではなく、従来は、処理悪化を招いてから初めて、生物膜の適正な付着量のための対処を行う場合があった。

特開２０１２−７６０００号公報

本発明が解決しようとする課題は、担体への生物膜の付着量を適切に制御することができる有機性排水の処理装置を提供することである。

実施形態の有機性排水の処理装置は、嫌気処理リアクタと、微生物付着量判定機構と、流量制御機構と、微生物量制御機構とを持つ。
嫌気処理リアクタは、嫌気性微生物を付着させる担体が貯留され、かつ処理水が通水される。
微生物付着量判定機構は、担体に対する嫌気性微生物の付着量を判定する。
流量制御機構は、微生物付着量判定部の判定結果に基づき、嫌気処理リアクタに対する処理水の流量を制御する。
微生物量制御機構は、微生物付着量判定部の判定結果に基づき、担体への嫌気性微生物の付着を促進させる促進剤を嫌気処理リアクタに供給する。
微生物付着量判定機構は、サンプリング流路と、撮像装置と、付着量判定部と、を備える。
サンプリング流路は、嫌気処理リアクタから担体の一部を取り出す。
撮像装置は、サンプリング流路に備えられて担体を撮像する。
付着量判定部は、撮像装置の解析結果に基づき担体への嫌気性微生物の付着量を判定する。

第１の実施形態の有機性排水の処理装置を示す模式図。 第１の実施形態の有機性排水の処理装置の動作を説明するフローチャート。 第２の実施形態の有機性排水の処理装置を示す模式図。 第３の実施形態の有機性排水の処理装置を示す模式図。 第４の実施形態の有機性排水の処理装置を示す模式図。 第４の実施形態の有機性排水の処理装置の動作を説明するフローチャート。

以下、実施形態の有機性排水の処理装置を、図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
本実施形態の有機性排水の処理装置１は、図１に示すように、嫌気性微生物を付着させる担体１２が貯留され、かつ処理水が通水される嫌気処理リアクタ１１と、担体１２への嫌気性微生物の付着量を判定する微生物付着量判定機構２１と、嫌気処理リアクタ１１に対する処理水の流量を制御する流量制御機構３１と、嫌気性微生物の担体１２への付着を促進させる促進剤を供給する微生物量制御機構４１と、から構成されている。また、処理装置１には、原水供給部３２と、嫌気処理リアクタ１１にそれぞれ接続された供給路３３及び排出路３４と、供給路３３と排出路３４をバイパスする循環路３５とが備えられている。

図１に示す処理装置１においては、処理水の原水が原水供給部３２から供給路３３を介して嫌気処理リアクタ１１に送られ、嫌気処理リアクタ１１において嫌気処理された処理水が排出路３４に排出され、処理水の一部が循環路３５を介して供給路３３に戻され、処理水の残部は系外に排出される。また、微生物付着量判定機構２１の判定結果に基づき、担体１２への微生物の付着量が過剰な場合は流量制御機構３１を作動させて担体１２から微生物を剥離させるようにし、微生物の付着量が不足する場合は微生物量制御機構４１を作動させて担体１２に微生物を付着させる。以下、処理装置１の構成について詳細に説明する。

嫌気処理リアクタ１１（以下、リアクタ１１という場合がある）は、担体１２を貯留する中空筒状の容器である。リアクタ１１の下端に処理水の流入口１１ａが設けられ、上部に処理水の排出口１１ｂが設けられている。また、リアクタ１１の上端には嫌気処理に伴って発生したガスの排気口１１ｃが設けられている。リアクタ１１には、微生物を付着させる担体１２が貯留されている。処理水は、リアクタ１１の下部から上部に向けて流れるように構成されている。流入口１１ａから流入された処理水は、担体１２を通過する際に嫌気性微生物による嫌気処理が行われる。担体１２を通過した処理水は排出口１１ｂから外部に排出される。嫌気処理時に発生したガスは、排気口１１ｃから排出される。

担体１２としては、例えば、活性炭、プラスチック、セラミック、炭素繊維、ゲル状のポリマー等様々なものが用いられる。形状としては、球状、円柱状、ひも状などが例示される。また、微生物の付着面が大きくなるように表面が加工されたものを用いることが好ましい。

リアクタ１１内の担体１２の充填量は、担体１２を固定化して使う嫌気ろ床法の場合は、充填量を５０％以上にすることが好ましい。担体を流動させて使う流動床法では担体流動のために３０〜８０％の間で使うことが好ましい。

微生物付着量判定機構２１は、リアクタ１１の入側における処理水の水圧を測定する圧力計２２と、出側における処理水の水圧を測定する圧力計２３と、圧力計２２、２３によって測定された水圧の差に基づいて担体１２への嫌気性微生物の付着量を判定する付着量判定部２４と、が備えられている。

圧力計２２は、リアクタ１１の流入口１１ａ近くの供給路３３に備えられており、リアクタ１１に流入する処理水の水圧を測定できるようになっている。また、圧力計２３は、リアクタ１１の排出口１１ｂ近くの排出路３４に備えられており、リアクタ１１から排出される処理水の水圧を測定できるようになっている。各圧力計２２、２３は、信号回線を介して付着量判定部２４に接続されており、測定結果を付着量判定部２４に出力できるようになっている。

付着量判定部２４は、圧力計２２、２３から出力された水圧の測定値に基づき、リアクタ１１の入側及び出側における処理水の水圧差を算出し、この水圧差に基づき、担体１２への嫌気性微生物の付着量を判定する。担体１２への微生物の付着量が少ないと、処理水の通過抵抗が低くなり、水圧差が小さくなる。一方、担体１２への微生物の付着量が多いと、処理水の通過抵抗が高くなり、水圧差が高まる。水圧差を計測することで、担体１２への微生物の付着量を判定できる。

また、付着量判定部２４には、差圧判定値設定部２５が接続されている。差圧判定値設定部２５には、水圧差と微生物付着量との関係が処理水の流量別に予め記憶されている。例えば、リアクタ１１における処理水の流量がXである場合に、水圧差がＰ１〜Ｐ２の範囲内であれば微生物の付着量は適切であり、水圧差がＰ１未満では付着量が少なく、Ｐ２を超えている場合は付着量が過剰であるといったデータが保存されている。リアクタ１１における流量Ｘに応じて、適正範囲の下限値Ｐ１及び上限値Ｐ２が付着量判定部２４に出力される。

次に、流量制御機構３１は、リアクタ１１に処理水の原水を供給する原水供給部３２と、原水供給部３２からリアクタ１１に原水を送る原水ポンプ３２ｃと、リアクタ１１から排出された処理水の一部を供給路３３に戻す循環ポンプ３８と、流量調整部３６と、から構成されている。
流量制御機構３１は、原水供給部３２、原水ポンプ３２ｃ及び循環ポンプ３８と、これらを制御する流量調整部３６とから構成され、リアクタ１１を通過する原水と循環水の流量を調整する。

原水供給部３２は、処理水の原水を貯留する原水槽３２ａと、原水槽３２ａから供給路３３に原水を送る原水路３２ｂと、原水路３２ｂの途中に設けられた原水ポンプ３２ｃとから構成されている。原水槽３２ａには、有機性排水の発生源から排出された排水が貯留される。原水ポンプ３２ｃは、通信回線等を介して流量調整部３６に接続されており、流量調整部３６の指令に基づき原水の供給流量を調整できるようになっている。

供給路３３の一端には、原水路３２ｂと循環路３５と後述する返送路とが接続されている。また、供給路３３の他端は、リアクタ１１の流入口１１ａに接続されている。この構成より、原水供給部３２から供給された原水と、循環路３５から供給された処理水とが供給路３３において合流され、リアクタ１１に供給できるようになっている。

排出路３４の一端は、リアクタ１１の排出口１１ｂに接続されている。また、排出路３４の途中には、分離槽３７が備えられている。この分離槽３７において、排出路３４から循環路３５が分岐されている。循環路３５の途中には、循環ポンプ３８が備えられている。循環ポンプ３８は、通信回線等を介して流量調整部３６に接続されており、流量調整部３６の指令に基づき循環路３５を流れる処理水の流量を調整できるようになっている。

分離槽３７は、処理水に含まれる固形分を沈降させる固液分離槽３７ａと、上澄み水貯留槽３７ｂと、固液分離槽３７ａ及び上澄み水貯留槽３７ｂを仕切る仕切り板３７ｃとが備えられている。固液分離槽３７ａの仕切り板３７ｃ上端とほぼ同じ高さの位置に、処理水を処理装置１の系外に排出する排出路３４が接続されている。また、上澄み水貯留槽３７ｂには循環路３５が接続されている。

固液分離槽３７ａの底部には、返送路３９の一端が接続されている。返送路３９の他端は、供給路３３に接続されている。返送路３９の途中には、流量調整部３６の指令に基づき作動する返送ポンプ４０が備えられている。返送路３９によって、固形分をリアクタ１１に返送できるようになっている。

流量調整部３６は、付着量判定部２４の判定結果に基づき、循環ポンプ３８によって循環路３５を流れる処理水の流量、原水ポンプ３２ｃによって原水路３２ｂを流れる原水の供給量を制御し、更に必要に応じて、促進剤の供給量をも制御する。

微生物量制御機構４１には、促進剤が貯留される促進剤タンク４２と、流量調整部３６の指令に基づいてリアクタ１１への促進剤の供給量を制御する促進剤ポンプ４４と、が備えられている。

促進剤タンク４２には、担体１２に対する微生物の付着量を増大させる促進剤が貯留されている。促進剤としては、クオラムセンシング促進剤であるAHL（N-アシル-L-ホモセリンラクトン）類を用いることが好ましい。AHL類のようなクオラムセンシング促進剤を用いることで、グラム陰性の嫌気性菌の相互コミュニケーションが活発となり、菌体からの粘性物質の放出が促進される。この粘性物質によって、担体１２への嫌気性菌バイオフィルムの形成が促進される。促進剤は、促進剤供給路４３を経由してリアクタ１１に供給される。

次に、図１に示す処理装置１の動作を説明する。本実施形態の処理水の動作は、通常運転と、保守運転に分けられる。以下、各動作について説明する。

まず、通常運転について説明する。
通常運転では、流量調整部３６からの指令に基づいて原水供給部３２の原水ポンプ３２ｃ及び循環ポンプ３８が運転状態になっている。一方、返送ポンプ４０及び促進剤ポンプ４４は停止状態になっている。

有機性排水の発生源から集められた有機性排水は、原水槽３２ａに貯留されて処理水の原水とされる。原水槽３２ａに貯留された処理水の原水は、原水路３２ｂを通って供給路３３に流入する。また、供給路３３には、循環路３５からの処理水も流入する。供給路３３において合流した処理水はリアクタ１１に流入し、リアクタ１１内の担体１２表面に付着した嫌気性微生物によって嫌気処理がなされる。嫌気処理後の処理水は、リアクタ１１から排出路３４に排出される。嫌気処理に伴って発生したガスは、排気口１１ｃからリアクタ１１の外部に排出される。

排出路３４に排出された処理水は、固液分離槽３７ａにおいて固液分離され、処理水の一部は再び排出路３４を通って処理装置１の系外に排出され、処理水の残部は上澄み水として仕切り板３７ｃを越えて上澄み水貯留槽３７ｂに流入される。上澄み水貯留槽３７ｂに流入した処理水の上澄み水は、循環ポンプ３８によって吸い上げられ、循環路３５から供給路３３に送られる。固液分離槽３７ａによって、循環路３５に流入する処理水の固形分濃度が低減される。

処理水中の有機物は、リアクタ１１中の担体１２に付着した嫌気性菌の働きにより、メタンと二酸化炭素まで分解されてバイオガスとなる。発生したバイオガスは排気口１１ｃから排出される。バイオガスはメタンを６０％以上含有するものであり、バイオガス中の腐食性成分のガス処理をした後に、ボイラの熱源や発電機のエネルギー源として利用される。

原水の供給とともに循環路３５によって処理水を循環させることで、リアクタ１１における処理水の通水量を増大させて、リアクタ１１内で担体１２を流動させる。担体１２を流動させることで、嫌気処理が効率よく行なわれ、また、担体１２同士の凝集が防止される。更に、処理水を循環させてリアクタ１１に何度も通水させることで、嫌気処理の処理効率が高められる。

循環流量及び原水の流量は、担体１２の沈降性と流動性や担体の種類等に応じて、適正な流量に設定される。循環流量及び原水の流量が適正流量であれば、リアクタ１１から流出する担体１２はほとんど発生しないが、一部の担体１２にはバイオガスが付着し、担体１２の比重が軽くなることにより浮上する。この浮上した担体は、排出路３４によってリアクタ１１から排出された後、分離槽３７に設置された固液分離槽３７ａにより分離され、ある程度の量が溜められたところで返送路３９を介してリアクタ１１に戻される。

通常運転の間、圧力計２２、２３によってリアクタ１１の入り側及び出側での処理水の水圧差が常に計測される。循環路３５を流れる処理水の流量と原水の流量との和が一定であり、リアクタ１１内部の担体量・生物量が一定であれば、リアクタ入側と出側での処理水の水圧の圧力差は一定である。担体１２に付着する生物膜量が多くなるとこの圧力差は上昇し、生物膜量が少なくなると圧力差は低下する。処理水の圧力差が所定の範囲にある限り、通常運転を続けることができる。

次に、保守運転について説明する。
リアクタ１１の入側での処理水の水圧と出側での処理水の水圧との圧力差が所定の範囲から外れた場合、例えば流量Ｘにおける水圧差の適正範囲の下限値Ｐ１未満になるか、上限値Ｐ２を超える場合、付着量判定部２４がこれを検知し、処理装置１は通常運転から保守運転に移行する。

付着量判定部２４は、リアクタ１１の入側と出側の処理水の水圧差と、差圧判定値設定部２５にあらかじめ設定された水圧差の下限値及び上限値との比較結果に応じて、図２に示す手順で動作する。

図２のステップ１において、水圧差が適正範囲の上限値Ｐ２を超えた場合は、付着判定部２４が「付着過剰」と判断してステップ２に進み、担体１２の洗浄工程に入る。

ステップ２における担体１２の洗浄工程では、まず、付着量判定部２４が流量調整部３６に対して洗浄工程に移行するように指令する。流量調整部３６は、原水供給部３２の原水ポンプ３２ｃを停止させるとともに、循環ポンプ３８の流量を通常運転量より増大させる。これにより、リアクタ１１内の処理水の上昇線流速を向上させて、担体１２からの微生物の剥離を促進させる。

微生物の剥離に必要な上昇線流速は担体１２の性状により異なるが、通常運転時のリアクタ１１における流速に対して、５倍以上の流速で所定時間（１〜１０分程度）運転することで剥離が促進される。剥離された微生物は固形分として処理水とともに分離槽３７に搬送され、固液分離槽３７ａの底部に貯留される。貯留された固形分は最終的に、汚泥として排出処理される。

循環ポンプ３８の流量を通常運転量より増大させてから所定時間の経過後、水圧差が適切な範囲内に戻ったかどうかを確認するために、リアクタ１１を流れる処理水の流量を洗浄開始前の水準に戻す。その後、水圧差の再測定を行う。より具体的には、原水ポンプ３２ｃを停止させたまま、リアクタ１１を流れる処理水の流量が、洗浄開始前に水圧差を測定した際の流量になるように、循環ポンプ３８の流量を調整する。あるいは、原水ポンプ３２ｃの作動を再開させ、循環ポンプ３８の流量及び原水ポンプ３２ｃの流量を洗浄開始前の水準に戻してもよい。

このように流量を制御する理由は、リアクタ１１の入り側と出側の水圧差が処理水の流量の影響を受けるため、一定の流量で水圧差を測定する必要があるためである。

次いで、図２のステップ１に戻り、リアクタ１１の入側と出側の間における処理水の水圧差を計測し、処理水の水圧差が適正範囲の上限値を超えているかどうかを再判定する。
ステップ１において処理水の水圧差が適正範囲の上限値Ｐ２より高い場合は、再びステップ２に進み、循環ポンプ３８による処理水の流量を１回目と同程度若しくは１回目よりも上昇させて、所定時間運転する。このように、処理水の水圧差が上限値Ｐ２以下になるまで、ステップ１とステップ２の動作を交互に繰り返す。

一方、ステップ１において処理水の水圧差が適正範囲の上限値Ｐ２以下であった場合は、ステップ３に進む。ステップ３において処理水の水圧差が適正範囲の下限値Ｐ１以上であった場合は、ステップ４に進んで通常運転に復帰する。具体的には、原水の供給量及び循環流量を通常運転の状態に戻す。

次に、洗浄工程の終了後、または通常運転中に、リアクタ１１の入側と出側の間における処理水の水圧差が適正範囲の下限値未満になった場合は、ステップ３に進む。ステップ３において、担体１２に対する微生物の付着量が「付着不足」であると付着量判定部２４が判断した場合は、ステップ５に進む。

ステップ５においては、付着量判定部２４が流量調整部３６に対して付着促進工程に移行することを指令する。流量調整部３６は、原水ポンプ３２ｃ及び循環ポンプ３８を通常運転の流量にする。また、流量調整部３６は、促進剤ポンプ４４を作動させて、促進剤をリアクタ１１に供給し、担体１２への生物膜付着を促進する。促進剤であるAHLの注入率は、数マイクロモル／Ｌ〜数ナノモル／Ｌのオーダーであることが望ましい。付着促進工程の終了後、ステップ１に戻り、制御フローを継続する。

なお、AHLの注入量は、原水ポンプ３２ｃの流量や循環ポンプ３８の流量に比べ非常に少量であるため、促進剤の流量が水圧差に与える影響はほとんど無視できる。従って、促進剤の注入中も水圧差を継続して測定し、水圧差が適正範囲の下限値を超えた時点で、促進剤ポンプ４４を停止させて付着促進工程を終了し、通常運転に移行してもよい。

以上説明したように、嫌気性微生物が担体１２に過剰に付着していると、リアクタ１１における処理水の通水量が低下して処理効率が低下するか、または、担体１２の層を通過する処理水の通水箇所が特定の箇所に限定されてしまい、担体１２の全体を嫌気処理に利用できなくなる。一方、担体１２への嫌気性微生物の付着量が不足すると、処理効率が低下する。

そこで、本実施形態有機性排水の処理装置１では、微生物付着量判定機構２１により、担体１２に対する嫌気性微生物の付着量が判定される。付着量が過剰と判定された場合は、その結果が付着量判定部２４から流量制御機構３１に伝達され、流量制御機構３１はリアクタ１１に対する処理水の流量を増大させる。流量が増大された処理水によって担体に剪断応力が印加され、担体１２に付着された微生物が除去され、微生物の付着量が適量になる。

一方、微生物付着量判定機構２１によって微生物の付着量が不足すると判定された場合は、その結果が微生物付着量判定機構２１から微生物量制御機構４１に伝達され、微生物量制御機構４１は担体１２への嫌気性微生物の付着を促進させる促進剤を供給する。これにより、担体１２に付着する微生物量が増大し、微生物の付着量が適量になる。

このように本実施形態の処理装置１によれば、微生物付着量判定機構２１の判定結果に基づき、流量制御機構３１または微生物量制御機構４１によって、担体１２への微生物の付着量を常に適切な量に制御するので、有機性排水の処理効率を一定に維持することができる。

また、微生物付着量判定機構２１には、圧力計２２、２３と付着量判定部２４とが備えられており、リアクタ１１の入側及び出側における処理水の水圧差に基づいて担体１２への嫌気性微生物の付着量を判定するので、いつでも迅速かつ容易に、微生物の付着量を判定できる。

また、本実施形態の処理装置１では、付着量判定部２４において微生物が適量と判定された場合は、原水の流量と循環路３５における処理水の流量を定常状態にして、通常運転を継続する。原水の供給量が変動する場合は、循環路３５を流れる処理水の流量を調整して、リアクタ１１を流れる処理水の通水量を常に一定にする。
付着量判定部２４において微生物が過剰と判定された場合は、流量調整部３６の指令により循環路３５を流れる処理水の流量を定常状態よりも増大させることで、リアクタ１１における処理水の通水量を増大させ、微生物を担体から剥離させて、担体への微生物の付着量を適量にする。
付着量判定部２４において微生物が不足と判定された場合は、流量調整部３６からの指令により促進剤を供給させることで、微生物を増殖させて、担体１２への微生物の付着量を適量にする。
以上のように、付着量判定部２４の判定結果に基づき、流量調整部３６が、循環路３５を流れる処理水の流量、原水の供給量、及び促進剤の供給量を制御することで、微生物の量を適量に維持しながら処理水の嫌気処理を進めることができる。

また、流量調整部３６は、通常運転及び保守運転の微生物の付着工程において、循環路３５を流れる処理水の流量、原水の供給量、及び促進剤の供給量の合計流量を常時一定に制御するので、嫌気処理リアクタの入側と出側での水圧差に基づき、微生物の付着量を適切に監視できる。

また、排出路３４の途中に分離槽３７を設けることで、リアクタ１１から排出された処理水中の微生物を固形分として回収できる。また、上澄みの一部を循環路３５に送ることで、処理水中の固形分の濃度を低減でき、リアクタ１１への微生物の余分な返送を防止できる。

また、分離槽３７によって分離された固形分の一部を供給路３３に戻すための返送路３９が備えられており、担体１２への微生物の付着量が不足する場合、または担体１２自体が不足する場合であって、促進剤による微生物の増殖に時間を要する場合は、分離槽３７に溜められた固形分を返送路３９によってリアクタ１１に返送させることで、リアクタ１１内の微生物量を迅速に回復させ、早期に嫌気処理を再開させることができる。

また、微生物量制御機構４１には、促進剤タンク４２と促進剤ポンプ４４とが備えられ、流量調整部３６を介して微生物付着量判定部２４から通知された微生物の過不足の状況に基づき、促進剤ポンプ４４によって促進剤の供給量を制御するので、促進剤を適切に供給できる。

なお、本実施形態の微生物量制御機構４１は、リアクタ１１の処理負荷の上限を超えない範囲で促進剤を供給するように構成されている。促進剤の供給量がリアクタ１１の処理負荷の上限を超えると、微生物にとって富栄養化された状態になり、処理水の水質が急速に悪化してしまう。そこで本実施形態では、リアクタ１１の処理負荷の上限を超えないように促進剤を供給することで、富栄養化による処理水の水質の悪化を防止できる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態の処理装置１０１について図３を参照して説明する。図３に示す処理装置１０１は、微生物量制御機構の促進剤タンクに貯留される促進剤の種類が、第１の実施形態の処理装置１と異なっている。促進剤の種類が異なること以外は、本実施形態の処理装置の構成は第１の実施形態の処理装置１の構成と同一である。そこで、以下の説明では、図３に示す処理装置１０１の構成のうち、第１の実施形態の処理装置１と同一の構成には同一の符号を付してその説明を省略する。

本実施形態の処理装置１０１は、リアクタ１１と、微生物付着量判定機構２１と、流量制御機構３１と、促進剤を供給する微生物量制御機構１４１と、から構成されている。本実施形態の微生物量制御機構１４１は、促進剤が貯留される促進剤タンク１４２と、流量調整部３６の指令に基づいてリアクタ１１への促進剤の供給量を制御する促進剤ポンプ４４と、が備えられている。

促進剤タンク１４２には、担体１２に対する微生物の付着量を増大させる促進剤が貯留されている。本実施形態の促進剤には、炭水化物または糖類を主成分とする液が用いられる。例えば清涼飲料製造工程で排出される廃液等を例示できる。処理水の原水の化学的酸素要求量（CODcr）（有機物濃度）に比べて10倍以上の化学的酸素要求量を有する液が望ましい。

次に、本実施形態の処理装置１０１の動作について説明する。通常運転及び保守運転のうちの洗浄工程については、第１の実施形態と同様であり、付着促進工程の動作が第１の実施形態と異なっている。以下、本実施形態の付着促進工程について説明する。

付着量判定部２４においてリアクタ１１の入り側と出側での処理水の水圧差が下限値Ｐ１未満になった場合に、担体１２に対する微生物の付着量が「付着不足」と判断される。付着量判定部２４は流量調整部３６に対して、付着促進工程に移行することを指令する。流量調整部３６は、原水ポンプ３２ｃを停止させ、循環ポンプ３８及び促進剤ポンプ４４を作動させる。促進剤ポンプ４４を作動させることで、促進剤をリアクタ１１に供給し、担体１２への生物膜付着を促進する。このときの促進剤の供給流量は、以下の式で算出される流量以下となるようにし、通常の処理負荷量よりも低い有機物負荷で生物膜の付着を促進させる。

Qa＜Qin・Sin/Sa … （１）

式１におけるQa、Qin、Sin及びSaは以下の通りである。
Qa：進剤の供給流量[m³/min]
Qin：通常運転時の原水の流量[m³/min]
Sa：促進剤の化学的酸素要求量（CODcr）[g/m³]
Sin：処理水の原水の化学的酸素要求量（CODcr）[g/m³]

また、この工程における循環ポンプの運転流量は以下の式（２）の通りに設定し、リアクタ１１の入り側と出側における処理水の流量が、通常運転時の流量と同じになるようにする。リアクタ１１に流入する処理水の流量が一定であり、リアクタ１１内の生物膜量が一定であれば、差圧は一定になるため、差圧により微生物膜の付着量を判定できる。

Qa_cir=Qcir+(Qin-Qa) … （２）

式２におけるQa_cir=Qcirは以下の通りである。また、Qin及びQaは式（１）と同様である。
Qa_cir：付着促進工程における循環流量[m³/min]
Qcir：通常運転における循環流量[m³/min]

そして、リアクタ１１の入り側と出側における処理水の水圧差が所定の差圧に達したところで、促進剤ポンプ４４を停止させ、原水ポンプ３２ｃの運転を再開させ、また、循環流量を通常運転における循環流量に戻して、通常運転に戻す。

ここで、付着促進工程においては、水圧差を監視しながら促進剤を投入し、水圧差が適切な範囲になったところで促進剤の注入を停止させる制御を可能にするために、リアクタ１１を流れる処理水等の流量を、通常運転の流量と同程度にする必要がある。
その一方で、本実施形態では、促進剤の種類が第１の実施形態と異なるため、促進剤の流量を第１の実施形態の場合より大きくする必要がある。そこで本実施形態では、循環路３５を流れる処理水の流量を上記式（２）に従って調整することで、リアクタ１１を流れる処理水等の流量を、通常運転の流量と同程度にすることが可能になる。

本実施形態によれば、促進剤として廃液を用いるので、促進剤のコストを抑制できる。
また、付着促進工程におけるリアクタの入り側と出側の処理水の流量を通常運転時の流量と同じになるように管理することで、水差圧の監視のみで、付着促進工程の停止タイミングを判定できる。

（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態の処理装置２０１について図４を参照して説明する。図４に示す処理装置２０１は、リアクタに、ガスによって担体１２を撹拌するためのガス供給部が備えられており、この点において第１の実施形態の処理装置１と異なっている。ガス供給部が設けられていること以外は、本実施形態の処理装置の構成は第１の実施形態の処理装置１の構成と同一である。そこで以下の説明では、図４に示す処理装置２０１の構成のうち、第１の実施形態の処理装置１と同一の構成には同一の符号を付してその説明を省略する。

本実施形態の処理装置２０１は、リアクタ２１１と、微生物付着量判定機構２１と、流量制御機構３１と、促進剤を供給する微生物量制御機構４１と、から構成されている。本実施形態のリアクタ２１１には、ガス供給部２１２が備えられている。

ガス供給部２１２は、バイパス配管２１３と、バイパス配管２１３の途中に設けられた弁２１４とから構成されている。バイパス配管２１３は、排気口１１ｃから排出されたバイオガスの一部を、リアクタ２１１の下部からリアクタ２１１内に吹き込むための配管である。また、弁２１４はバイパス配管２１３を流れるバイオガスの流量を調整可能な流量調整弁であってもよく、バイオガスの供給を遮断可能な遮断弁でもよい。弁２１４は通信回線等を介して流量調整部３６に接続されている。

次に、本実施形態の処理装置２０１の動作について説明する。
通常運転と、保守運転のうちの付着促進工程については、第１の実施形態と同様であり、洗浄工程の動作が第１の実施形態と異なっている。以下、本実施形態の洗浄工程について説明する。

付着量判定部２４においてリアクタ１１の入り側と出側での処理水の水圧差が上限値Ｐ２超になった場合に、担体１２に対する微生物の付着量が「付着過剰」と判断される。付着量判定部２４は流量調整部３６に対して、洗浄工程に移行することを指令する。流量調整部３６は、原水供給部３２の原水ポンプ３２ｃを停止させるとともに、循環ポンプ３８の流量を通常運転時の流量より増大させる。これにより、リアクタ１１内の処理水の上昇線流速を向上させて、担体１２からの微生物の剥離を促進させる。同時に、流量調整部３６から弁２１４を開ける指令を発し、ガス供給部２１２によってバイオガスをリアクタ１１の下部から吹き込ませる。

ガス供給部２１２のガス吹き出し部は複数の穴が開いた形の配管となっており、気泡流によって、担体１２の洗浄を行う。数分（１〜５分）程度洗浄を行った後、弁２１４を閉とする。その後、通常運転に戻す。剥離された固形分はリアクタ１１から流出し、分離槽３７にて回収される。

以上の説明では、循環路３５からリアクタ１１に処理水を流入させながらガス供給部２１２によってバイオガスを吹き込む例を説明したが、本実施形態ではこれに限らず、循環路３５からリアクタ１１への処理水の流入を一時的に停止させ、その間にガス供給部２１２からバイオガスを吹き込ませて微生物膜の剥離を促進させ、バイオガスの吹き込み終了後に循環路３５からの処理水の流入を再開させてもよい。このように、ガスの吹き込みと処理水の流入を交互に行ってもよい。

また、ガス供給部２１２によって供給するガスは、バイオガスに限らず、酸素が含まれないガスであれば、どのような種類のガスでもよい。
また、ガス供給部２１２は、第２実施形態の処理装置１０１に適用してもよい。

本実施形態によれば、担体１２への微生物の付着量が過剰な場合に、ガス供給部からリアクタ内にガスを供給して担体１２を撹拌させることで、担体１２に付着した微生物の剥離を促進させることができる。

（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態の処理装置３０１について図５を参照して説明する。図５に示す処理装置３０１では、微生物の付着量を判定する指標として、処理水の水圧差ではなく、担体の撮像データを用いる。すなわち、微生物付着量判定機構の構成が第１の実施形態の処理装置１と異なっている。その他の構成は、第１の実施形態の処理装置１の構成と同一である。以下の説明では、図５に示す処理装置３０１の構成のうち、第１の実施形態の処理装置１と同一の構成には同一の符号を付してその説明を省略する。

本実施形態の処理装置３０１は、リアクタ１１と、微生物付着量判定機構３２１と、流量制御機構３１と、促進剤を供給する微生物量制御機構４１と、から構成されている。本実施形態の微生物付着量判定機構３２１には、リアクタ１１から担体１２の一部を取り出すサンプリング流路３２２と、サンプリング流路３２２に備えられて担体１２を撮像する撮像装置３２３と、撮像装置３２３の解析結果に基づき担体１２への嫌気性微生物の付着量を判定する付着量判定部３２４と、が備えられている。

サンプリング流路３２２は、リアクタ１１内部に貯留されている担体１２を撮像装置３２３まで導く配管であり、一端がリアクタ１１の側壁に接続され、他端が供給路３３に接続されている。サンプリング流路３２２には遮断弁３２２ａが設けられている。遮断弁３２２ａは通信回線等を介して流量調整部３６に接続されている。また、サンプリング流路３２２にはサンプリングポンプ３２２ｂが設けられている。サンプリングポンプ３２２ｂは通信回線等を介して流量調整部３２４に接続されている。サンプリングポンプ３２２ｂは、遮断弁３２２ａが解放されている間に作動して、担体１２をサンプリング流路３２２に引き込むようになっている。サンプリングポンプ３２２ｂは、定期的に作動すればよく、微生物の成長速度を鑑みると、例えば数時間〜１日の間隔で、判定に必要な時間だけ作動すればよい。

撮像装置３２３は、撮像カメラ３２３ａと画像解析部３２３ｂとから構成されている。撮像カメラ３２３ａは静止画、動画のいずれを撮像するものであってもよい。画像解析部３２３ｂは、数十〜数百個分の担体１２の形状・色を解析するものであり、解析結果を付着量判定部３２４に出力する。

画像解析部３２３ｂは、微生物の付着量を判定するための判定値を計算する。判定値には、次の２種類の判定値ａ及び判定値ｂを例示できる。画像解析部３２３ｂにおいてこれらの判定値ａ、ｂを算出し、結果を付着量判定部３２４に出力する。

判定値ａは、担体の大きさの変化に着目した判定値である。微生物が付着した状態の担体１２の大きさ（直径）が、もとの担体１２の大きさよりも１ｍｍ以上大きくなっている個数の百分率を判定値ａとする。
判定値ｂは、担体の色の変化に着目した判定値である。微生物が付着することで黒色に変色した担体の個数の百分率を判定値ｂとする。
微生物の付着量が多くなるほど、判定値ａ、ｂがともに高くなる。

付着量判定部３２４は、画像解析部３２３ｂから出力された判定値ａ、ｂに基づき、担体１２への嫌気性微生物の付着量を判定する。また、付着量判定部３２４には、判定値設定部３２５が接続されている。判定値設定部３２５には、判定値ａまたは判定値ｂの適正範囲の下限値及び上限値が予め記憶されており、これら上限値及び下限値が付着量判定部３２４に出力される。

例えば、判定値ａが下限値ａ１未満である場合は、微生物の付着量が不足していると判定され、判定値ａが上限値ａ２を超える場合は、微生物の付着量が過剰と判定される。同様に、判定値ｂが下限値ｂ１未満である場合は、微生物の付着量が不足していると判定され、判定値ｂが上限値ｂ２を超える場合は、微生物の付着量が過剰と判定される。

担体１２の大きさを指標とする判定値ａの下限値ａ１は例えば５０％に設定でき、上限値ａ２は例えば８０％に設定できる。
また、担体１２の色の変化を指標とする判定値ｂの下限値ｂ１は例えば５０％に設定でき、上限値ｂ２は例えば９５％に設定できる。

判定値ａ、ｂは、いずれか一方を用いればよい。また、判定値ａ、ｂの両方を付着量判定部３２４に出力して、判定値ａを下限値ａ１の判定に用い、判定値ｂを上限値ｂ２の判定に用いてもよく、その逆でもよい。

また、微生物の付着量の判定頻度は、サンプリングポンプ３２２ｂの作動時間に合わせればよく、例えば数時間〜１日の間隔で実施すればよい。

判定の結果、微生物の付着量が適正であれば通常運転を継続し、付着量が過剰または不足であれば、保守運転に移行する。

保守運転の洗浄工程では、第１の実施形態と同様に、処理水の流量を通常の運転流量（流速）に対して、５倍以上の流量（流速）で所定時間（１〜１０分程度）流せばよい。洗浄工程終了後、再度担体１２のサンプリング及び撮像を行い、判定値ａまたはｂが適正範囲ならば、通常運転に戻る。判定値ａまたはｂが上限値を超えていれば、再度洗浄工程を行う。

また、付着促進工程では、第１の実施形態と同様に、促進剤を添加すればよい。促進剤を添加後の次回のサンプリング時において、判定値ａまたはｂが適正範囲ならば、通常運転に戻る。判定値ａまたはｂが下限値未満であれば、再度付着促進工程を行う。

図６に、判定値ａを用いた場合の制御フローを示す。
ステップ１において、判定値aが上限値ａ２を超えていた場合は、ステップ２に進み、洗浄工程を行う。洗浄工程の終了後、再びステップ１に戻り、判定値aが上限値ａ２を超えていれば、再びステップ２に進んで洗浄工程を行い、判定値aが上限値ａ２以下であれば、ステップ３に進む。

ステップ３において、判定値aが下限値ａ１以上であれば、ステップ４に進み、通常運転に戻る。ステップ３において、判定値aが下限値ａ１未満であれば、ステップ５に進み、付着促進工程を行う。付着促進工程の終了後、再びステップ１に戻る。
以上の制御フローを実施すればよい。

本実施形態は、担体１２を直接観察することで担体への微生物の付着量を判定するものであるから、水圧差を指標として判定する場合に比べて、判定時におけるリアクタ１１の処理水の流量の制約は少ない。従って、微生物付着量の判定は、通常運転時であっても保守運転時であっても随時行うことができる。従って本実施形態では、洗浄工程中または付着促進工程中であっても、付着量の判定を行うことが可能である。

本実施形態によれば、担体１２の撮像結果に基づいて担体１２への嫌気性微生物の付着量を判定するので、いつでも迅速かつ容易に、微生物の付着量を判定できる。

なお、本実施形態の微生物付着量判定機構３２１は、第２実施形態または第３実施形態に適用してもよい。

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、微生物付着量判定機構の判定結果に基づき、流量制御機構または微生物量制御機構によって、担体への微生物の付着量を常に適切な量に制御できる。これにより、有機性排水の処理効率を一定に維持することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１、１０１、２０１、３０１…処理装置、１１…嫌気処理リアクタ（リアクタ）、１２…担体、２１…微生物付着量判定機構、２２、２３…圧力計、２４、３２４…付着量判定部、３１…流量制御機構、３２…原水供給部、３３…供給路、３４…排出路、３５…循環路、３６…流量調整部、３７…分離槽、３９…返送路、４１…微生物量制御機構、４２…促進剤タンク、４３…促進剤供給路、４４…促進剤ポンプ、２１２…ガス供給部、３２２…サンプリング流路、３２３…撮像装置。

Claims (11)

1. 嫌気性微生物を付着させる担体が貯留され、かつ処理水が通水される嫌気処理リアクタと、
   前記担体に対する前記嫌気性微生物の付着量を判定する微生物付着量判定機構と、
   前記微生物付着量判定機構の判定結果に基づき、前記嫌気処理リアクタに対する前記処理水の流量を制御する流量制御機構と、
   前記微生物付着量判定機構の判定結果に基づき、前記担体への前記嫌気性微生物の付着を促進させる促進剤を前記嫌気処理リアクタに供給する微生物量制御機構と、を備え、
   前記微生物付着量判定機構は、
   前記嫌気処理リアクタから前記担体の一部を取り出すサンプリング流路と、前記サンプリング流路に備えられて前記担体を撮像する撮像装置と、前記撮像装置の解析結果に基づき前記担体への前記嫌気性微生物の付着量を判定する付着量判定部と、を備える有機性排水の処理装置。
2. 前記流量制御機構には、
   前記嫌気処理リアクタに前記処理水の原水を供給する原水供給部と、
   前記原水供給部から前記嫌気処理リアクタに前記原水を送る原水ポンプと、
   前記嫌気処理リアクタから排出された前記処理水の一部を、前記嫌気処理リアクタに前記原水を送る供給路に戻す循環ポンプと、
   前記微生物付着量判定機構の判定結果に基づき、前記循環ポンプによる前記処理水の流量、前記原水の供給量、及び前記促進剤の供給量を制御する流量調整部と、を備える請求項１に記載の有機性排水の処理装置。
3. 前記流量調整部は、前記循環ポンプによる前記処理水の流量、前記原水の供給量、及び前記促進剤の供給量の合計流量を常時一定に制御するように構成された請求項２に記載の有機性排水の処理装置。
4. 前記嫌気処理リアクタから前記処理水を排出する排出路と前記排水路を流れる前記処理水の一部を前記嫌気処理リアクタに戻す循環路との分岐箇所に、前記処理水中の固形分を沈降させ、固形分沈降後の前記処理水の上澄みの一部を前記循環路に送り、上澄みの残部を系外に排出させる分離槽を備える請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の有機性排水の処理装置。
5. 前記分離槽によって分離された前記固形分の一部を前記供給路に戻すための返送路を備える請求項４に記載の有機性排水の処理装置。
6. 前記嫌気処理リアクタには、ガスによって前記担体から前記嫌気性微生物の剥離を促進するためのガス供給部を備える請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の有機性排水の処理装置。
7. 前記微生物量制御機構には、
   前記促進剤が貯留される促進剤タンクと、
   前記流量調整部の指令に基づいて前記嫌気処理リアクタへの前記促進剤の供給量を制御する促進剤ポンプと、を備える請求項２乃至請求項６の何れか一項に記載の有機性排水の処理装置。
8. 前記微生物量制御機構は、前記嫌気処理リアクタの処理負荷の上限を超えないように、前記促進剤を供給するように構成された請求項７に記載の有機性排水の処理装置。
9. 前記促進剤が、クオラムセンシング促進剤である請求項１乃至請求項８の何れか一項に記載の有機性排水の処理装置。
10. 前記クオラムセンシング促進剤がＡＨＬ（N-アシル-L-ホモセリンラクトン）類である請求項９の有機性排水の処理装置。
11. 前記促進剤が、前記原水よりも有機物濃度が高く、かつ、炭水化物、糖類のいずれかまたは両方を含有するものである請求項１乃至請求項８の何れか一項に記載の有機性排水の処理装置。

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