JP6507389B2 - 活性汚泥廃水処理方法及び活性汚泥廃水処理設備 - Google Patents

Description

本発明は活性汚泥法による廃水処理方法、及び該方法に使用する廃水処理設備に関する。具体的には、オゾン存在下での活性汚泥中の微生物の培養と、培養した微生物を含む活性汚泥を再度生物処理槽に戻すことを繰り返す、廃水処理方法に関する。さらに、当該方法に係るオゾン培養槽を備える新規な廃水処理設備に関する。

活性汚泥法とは、細菌、原生動物、後生動物等の微生物を多く含む活性汚泥を利用して種々の廃水を処理する方法であり、下水処理場、し尿処理場、浄化槽等で広範に使用されている。活性汚泥法による浄化の概略メカニズムは、下水等の廃水中に含まれる有機物主体の汚濁物質を、活性汚泥中の微生物が分解・吸収することによって廃水中から取り除く、というものであり、廃水処理経費が比較的低廉で、大量の廃水処理が可能であるため、下水処理や産業廃水処理における一般的な処理方法となっている。

しかし、活性汚泥法により廃水処理（汚水浄化）を実施すると、廃水中の除去される有機物の５０％以上が微生物に変化するといわれており、これによって余剰汚泥と呼ばれる汚泥が発生する。この余剰汚泥が日本の産業廃棄物中の約５０％を占めており、その運搬、廃棄場所確保、及び処分費用等が解決すべき大きな問題となっている。

そこで、可能な限り余剰汚泥の発生を低減させる廃水処理方法が検討され、長時間曝気法、接触酸化法、及びオゾン処理法等が提案され、実用化されてきている。この中で、余剰汚泥削減効果、廃水処理効率、及び費用の点でオゾン処理法が注目され、例えば、特許文献１は、オゾン処理槽を設け、当該処理槽で間欠的オゾン処理を行うことによって汚泥の可溶化及び無機化を図り、余剰汚泥量を低減する技術を開示している。
また、特許文献２は、曝気槽である生物処理槽にオゾンを供給し、一部の微生物を死滅させることによって汚泥の発生量を抑制する技術を開示している。

特開平１１−４２４９４号公報 特開２００６−３１４９１１号公報

しかしながら、上記特許文献１の方法では、曝気槽（生物処理槽）から抜き出した汚泥中の微生物を死滅させて可溶化及び無機化を図るため、オゾン処理を間欠的に実施したとしても、オゾン消費量が多いという問題を有している。また、当該方法は抜き出した活性汚泥を可溶化・無機化して活性を完全に失活させる方法であるため、可溶化・無機化された処理汚泥を曝気槽に戻した場合、曝気槽中の活性汚泥にとっての負荷成分となる。従って、廃水中の有機物量や、廃水のＴＯＤ濃度、ＣＯＤ濃度及びＢＯＤ濃度等の有機物負荷等の指標値の変化をモニターし、オゾン処理運転条件を廃水処理運転と連動させて精緻に制御しなければ逆効果になるという問題も有している。

特許文献２の方法では、生物処理槽（曝気槽）自体にオゾンを供給するため、特許文献１に係る方法以上にオゾン消費量が多くなるという問題を有している。さらに、廃水処理における汚濁物質及び活性汚泥の大部分がオゾン処理の影響を受けるため、例えばオゾン過剰のような状況に至った場合、運転を継続しながら廃水処理能力の回復を図ることが困難となり、廃水処理運転の中断を余儀なくされる恐れがある。また、生物処理槽のような大型の設備に対する耐オゾン対策が必要であり、多額の設備投資を要するという問題もある。

そこで、本発明の課題は、オゾン消費量を極めて少量とすると共に、廃水処理運転と連動させた精緻なオゾン処理運転制御が不要であるにもかかわらず、高効率な廃水処理を可能とし、且つ余剰汚泥の発生量低減を図ることができる活性汚泥廃水処理方法を提供することにある。
また、本発明の別の課題は、活性の低下した活性汚泥の廃水処理活性を回復させるため、廃水処理経路から活性の低下した汚泥を取り出して該汚泥中の微生物を培養する方法を提供することにある。
本発明のさらに別の課題は、本発明の廃水処理方法に使用できる新規な廃水処理設備を提供することにある。

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討を行った結果、生物処理槽等から抜き出した汚泥中の微生物を死滅させるのではなく、逆に特定条件下で培養した後、生物処理槽中に再供給する方法を開発し、本発明を完成するに至った。なお、微生物とは、細菌、原生動物、後生動物等、活性汚泥中に存在する生物を総称するものとする。
本発明の特徴は、廃水処理過程において活性汚泥中微生物の活性を向上させるため、その一部を取り出し、オゾン及び酸素により培養、増殖させて、廃水処理系内に戻すことにある。
オゾン及び酸素培養する対象は、微生物処理槽で発生した活性汚泥中微生物を含有したものであれば、どこから取り出したものでもよい。例えば、生物処理槽から、活性汚泥中微生物含有物を取り出してもよく、又は固液分離槽内に移送された活性汚泥中微生物含有物を取り出してもよい。さらには、固液分離槽での沈殿処理後に、沈殿物から活性汚泥中微生物含有物を取り出しても、又は生物処理槽への返送汚泥から活性汚泥中微生物含有物を取り出してもよく、また余剰汚泥から取り出してもよい。なお、微生物のみを取り出すことは現実的に困難であり、上記いずれの場合も、廃水処理の性質上、流入廃水、浄化処理中廃水、又は処理後廃水等が、不可避的に随伴してくるので、上記「活性汚泥中微生物含有物」にはこれらの廃水も含有され得る。

本発明において、この「活性汚泥中微生物含有物」を「活性汚泥中微生物を含有する被培養物」と称することとする（単に被培養物と略称することもある）。なお、活性汚泥廃水処理系中の全活性汚泥中微生物含有物を取り出すわけではなく、下記容量条件を充足する量を取り出すものである。

すなわち、本発明によれば、生物処理槽を有する活性汚泥廃水処理系から、活性汚泥中微生物を含有する被培養物を取り出し、オゾン培養槽に供給する工程、前記オゾン培養槽にオゾン及び酸素を供給し、前記被培養物中の微生物を培養してオゾン培養物を得る工程、及び前記オゾン培養物を前記オゾン培養槽から取り出し、前記生物処理槽に供給する工程を有する、活性汚泥中微生物の培養工程を備え、前記オゾン培養槽中の被培養物量を、前記生物処理槽中の液量に対して、容量で１／３５０〜１／１０に制御する、活性汚泥廃水処理方法が提供される。
つまり、前記オゾン培養槽中の被培養物量の容量をＺ、前記生物処理槽中の液量をＷとした場合に、Ｚ［ｖｏｌ］／Ｗ［ｖｏｌ］が、１／３５０〜１／１０に制御することを意味する。
ここで、「生物処理槽中の液量」とは生物処理槽内の活性汚泥及び生物処理槽内の浄化処理中廃水等を併せた、生物処理槽内の内容物の全量である。

被培養物を取り出す場所は、廃水処理系のいずれかであり、特に限定されないが、上記の通り、例えば、生物処理槽、固液分離槽、及び固液分離により沈殿分離された沈殿物を生物処理槽に戻す返送経路等を挙げることができる。生物処理槽とは、流入してきた廃水を活性汚泥と混合して曝気しながら廃水中の有機物を微生物により分解処理する槽である。固液分離槽とは、生物処理槽で微生物処理された処理後廃水及び随伴されてくる活性汚泥等の固形物を固液分離する槽である。なお、返送経路により生物処理槽に戻される沈殿物は、固液分離槽で固液分離されたものの一部である。

別の観点の発明によれば、活性汚泥廃水処理系から、活性汚泥中微生物を含有する被培養物を取り出し、オゾン培養槽に供給する工程と、前記オゾン培養槽にオゾン及び酸素を供給し、前記被培養物中の微生物を培養してオゾン培養物を得る工程とを備え、前記オゾン培養槽中の前記被培養物量を、生物処理槽中の液量に対して、容量で１／３５０〜１／１０とする、活性汚泥中の微生物をオゾン培養する方法が提供される。

さらに、別の観点の発明によれば、廃水を活性汚泥により処理する生物処理槽と、容量が前記生物処理槽の１／３５０〜１／１０であるオゾン培養槽と、前記生物処理槽から活性汚泥中微生物を含有する被培養物を取り出し、前記オゾン培養槽に供給するための接続手段ａと、前記被培養物中の微生物を培養して得られるオゾン培養物を、前記オゾン培養槽から前記生物処理槽に供給するための接続手段ｂと、オゾン及び酸素を前記オゾン培養槽に供給するためのガス供給手段とを備える、活性汚泥廃水処理設備が提供される。また、処理後廃水を固液分離する固液分離槽と、前記固液分離槽、又は前記固液分離槽から前記生物処理槽への返送汚泥経路から活性汚泥中微生物を含有する被培養物を取り出し、前記オゾン培養槽に供給するための接続手段ｃとを備える、活性汚泥廃水処理設備が提供される。さらに、接続手段ａ、ｂ及びｃを備える、活性汚泥廃水処理設備が提供される。

本発明の活性汚泥廃水処理方法は、オゾン培養槽を使用して活性汚泥中の一部の微生物をオゾン培養して生物処理槽に戻すという特徴によって廃水処理活性を高度に維持できるので、高効率な廃水処理を可能とし、かつ余剰汚泥の発生量低減を図ることができる。また、培養後のオゾン培養物は活性の高い微生物を多く含有しており、生物処理槽に戻した場合にも運転の負荷にはならず、逆に廃水処理活性を向上させるので、従来の技術のように廃水処理運転と連動させた精緻なオゾン処理運転制御が不要である。
さらに、オゾン培養する被培養物の量が極少量であり、また、生物処理槽に比較して非常に容量の小さいオゾン培養槽を使用するので、従来法と比較してオゾン使用量が極めて少量となり、廃水処理のコストパフォーマンスに優れる。
本発明の活性汚泥中の微生物をオゾン培養する方法は、従来法に比較して極めて少量のオゾンで高活性の微生物を培養することができるので、活性汚泥廃水処理に適用することにより、廃水処理設備の運転負荷の抑制と廃水処理能力の向上を両立できる。
また、本発明の活性汚泥廃水処理設備は、特定のオゾン培養装置を備え、高効率に廃水処理運転を実施できるので、廃水処理コストの削減と余剰汚泥の発生削減の両者を達成することができる。

実施例１（第３実施形態）の廃水処理運転に使用した廃水処理設備及び廃水処理経路を示す概略図である。 第４実施形態に係る廃水処理設備及び廃水処理経路を示す概略図である。 実施例１の廃水処理運転における汚泥負荷とＳＶ３０の関係を示す図である。 比較例１の廃水処理運転における汚泥負荷とＳＶ３０の関係を示す図である。

以下、本発明を更に詳細に説明する。
本発明の活性汚泥廃水処理方法（以後、単に、廃水処理方法と称する場合がある。）は、後述する「活性汚泥中の微生物をオゾン培養する方法」及び「活性汚泥廃水処理設備」を適用して廃水処理を行う方法である。その概要は、廃水処理に使用する活性汚泥の一部を廃水処理系の主要経路から、当該経路外に抜き出し、当該活性汚泥中に存在する微生物をオゾン及び酸素によって培養増殖させ、その有機物分解活性を向上させて、再び当該主要経路内に戻す操作を備える方法である。それによって、廃水処理能力の向上及び余剰汚泥の削減を達成することができる。

本発明の廃水処理方法によって良好な廃水処理運転が実施できる理由としては、次のようなことが考えられる。すなわち、廃水処理系から抜き出した活性汚泥中の微生物を、微量のオゾンを含む好気環境において培養することで、好気環境に適さない微生物を減少させると共に、好気環境において活発になる微生物を増殖させ、それを生物処理槽に戻すことで、活発な微生物が生物処理槽内で優勢種となり、高効率な廃水処理が可能となると考えられる。具体的には好気性微生物が優勢種となり増殖することで、糸状菌など余剰汚泥分離に悪影響する微生物が減少し、汚泥沈降性の改善を図ることができる。また、不活性微生物が捕食され減少することから余剰汚泥発生量を削減することができる。

まず、図１により、本発明の廃水処理方法の第１実施形態について説明する。第１実施形態に係る廃水処理方法は、以下に示す工程１）〜３）を有する培養工程を備える。各工程について同時にその詳細を説明する。
１）活性汚泥廃水処理における主要装置である生物処理槽（曝気槽）２から、接続手段ａ７によって当該生物処理槽２中の活性汚泥の一部を取り出し、オゾン培養槽４に供給する工程。
生物処理槽２では、流入されてくる廃水中の有機物が活性汚泥中の微生物によって分解処理されるが、そのとき曝気されているので、活性汚泥が廃水中に分散混合された状態となっている。従って、活性汚泥の一部を取り出す際には浄化処理中の廃水の一部も同時に取り出される。この取り出された活性汚泥と浄化処理中廃水の混合物が第１実施形態における活性汚泥中微生物を含有する被培養物となる。この被培養物を接続手段ａ７により取り出してオゾン培養槽４に供給する。
オゾン培養槽４中の被培養物量は、生物処理槽２中の液量に対して、容量で１／３２０以上が好ましく、１／３００以上がより好ましい。また、１／３０以下が好ましく、１／５０以下がより好ましく、１／１００以下がより好ましく、１／２００以下がより好ましく、１／２５０以下が特に好ましい。当該範囲であれば、少量のオゾン使用量で、高効率な廃水処理を可能とし、かつ余剰汚泥の発生量低減を図ることができるからである。

２）オゾン培養槽４に、オゾン供給装置５及び酸素供給装置６から、オゾン及び酸素を供給し、前記被培養物中の微生物を培養してオゾン培養物を得る工程。
オゾン及び酸素によって活性の高い好気性微生物が増殖するため、オゾン培養物は被培養物に比較して廃水処理活性が飛躍的に向上する。なお、本発明において、オゾン培養物とは、オゾン培養槽においてオゾン及び酸素処理を受け、被培養物より廃水処理活性の向上した微生物含有物である。
オゾンの１日あたりの供給量は、被培養物中の全ての微生物が死滅しない量とし、好ましくは被培養物１Ｌあたり、６０［ｍｇ−Ｏ₃／Ｌ／日］以下とする。上限値は、５０以下、４８以下、４５以下、４０以下、さらには３０［ｍｇ−Ｏ₃／Ｌ／日］以下であることがより好ましい。また、下限値としては、１０以上、１５以上、さらには２０［ｍｇ−Ｏ₃／Ｌ／日］以上が好ましい。
別の観点からは、１日あたりのオゾンの供給量が、被培養物の強熱減量（ＶＳＳ：Volatile suspended solids）１ｇあたり、３〜１１［ｍｇ−Ｏ₃／ｇ（ＶＳＳ）／日］が好ましい。
オゾン供給量が上記の範囲であれば、廃水処理に資する微生物の活性を向上させたり、高活性の微生物を増殖させたりすることができるからである。

オゾンは、具体的には、オゾン発生装置により空気から調製し、オゾン−空気混合ガスとして供給する。オゾン供給量は、例えば、当該混合ガスの流量をフロート式流量計で測定し、また、該混合ガス中のオゾン濃度をオゾン濃度測定装置（紫外線吸収法）にて測定し、測定された混合ガス流量とオゾン濃度からオゾン供給量を算出する。

酸素の供給量としては、被培養物１Ｌあたりの溶存酸素量が、１〜３［ｍｇ−Ｏ₂／Ｌ（１気圧・２０℃基準）］を維持される量とすることが好ましい。微生物の増殖が良好となるからである。酸素は、酸素ガスとして或いは空気として供給できる。なお、酸素の供給源としてはオゾンガス中に含まれる酸素も含む。

また、オゾン培養槽４での培養時間は９６時間未満、２４時間以上が好ましく、９０時間以下、８４時間以下、さらに８０時間以下がより好ましく、７５時間以下が特に好ましい。この範囲であれば微生物の増殖が良好となるからである。
また、培養温度は２２〜３８℃が好ましく、３５℃以下であることがより好ましい。この範囲であれば微生物の増殖が良好となるからである。
本発明の別の観点からの好ましい形態は、オゾン培養槽４において、オゾン培養物の温度が生物処理槽内の液温の−８℃〜＋８℃の範囲であることが好ましい。オゾン培養物の温度下限値を生物処理槽の−８℃としたのは、一般に温度が低いと微生物の活動が沈静化することから、該培養物を生物処理槽に投入した際に、当該培養物中の微生物が優勢種となれない可能性があり、効果が低下する可能性があるからである。より好ましい下限値の設定は、−５℃、また好ましくは−３℃、さらに好ましくは＋０℃、より好ましくは＋２℃である。また、上限値を＋８℃としたのは、オゾン培養槽と生物処理槽の温度が大きく異なると、生物処理槽に投入した場合に、その温度に適さない微生物が増殖している可能性もあるためである。より好ましい上限値の設定は＋６℃、特に＋５℃となる。
また、オゾン培養槽内のオゾン培養物を全量生物処理槽に戻さず、一部のオゾン培養物をオゾン培養槽内に残した状態で、被培養物をオゾン培養槽に供給すれば、全量入れ替えた場合よりも、活性の高い微生物が最初から増殖するため、より短時間で、廃水処理活性の高いオゾン培養物をつくることが可能となる。

なお、ＶＳＳは、被培養物を１μｍのフィルタでろ過したろ過残を乾燥させ、乾燥物を 強熱（６００± ２５ ℃で３０分間）したときに残存する量を測定し、乾燥物量から残存量を引いた値として求める。ＶＳＳは、有機物量を表すことから微生物量を示す好ましい指標として用いられる。

３）オゾン培養物をオゾン培養槽４から取り出し、接続手段ｂ８により生物処理槽２に供給する工程。
オゾン培養物をオゾン培養槽４から取り出して接続手段ｂ８により生物処理槽２に供給する。このとき、オゾン培養物の供給量を次のようにすることが好ましい。すなわち、オゾン培養物の生物処理槽２への１週間あたりの供給量Ｘ（ｍ³／週）と、調整槽１からの
廃水の生物処理槽２への１週間あたりの供給量Ｙ（ｍ³／週）との比が、Ｘ／Ｙ＝０．０００２以上とすることが好ましい。好ましくは、０．０００２５以上、より好ましくは、０．０００２８以上、さらに好ましくは０．０００３以上である。また、上限値としては、０．００２以下が好ましい。この範囲であれば、汚泥沈降性をより改善することができ、余剰汚泥発生量をより低減できるからである。
Ｘ／Ｙの算出例を以下に示す。例えば、２０００（ｍ³／日）の生物処理槽への廃水の供給量に対し、７２時間（３日間）培養したオゾン培養物２（ｍ³／週）を供給し、これを繰り返すスケジュールの場合、１週間に２回オゾン培養物を生物処理槽に供給することとなる。すなわち、生物処理槽への流入量１４０００（ｍ³／週）（Ｙ）に対して、オゾン培養物を生物処理槽に４（ｍ³／週）（Ｘ）供給することとなり、よって、Ｘ／Ｙ＝０．０００２８６となる。
また、１０００（ｍ³／日）の生物処理槽への廃水の供給量に対し、２４時間（１日間）培養したオゾン培養物２（ｍ³／週）を供給し、これを繰り返すスケジュールの場合、１週間に７回オゾン培養物を供給することとなる。すなわち、の生物処理槽への廃水の供給量７０００（ｍ³／週）に対して、オゾン培養物を生物処理槽に１４（ｍ³／週）供給することとなり、よって、Ｘ/Ｙ＝０．００２となる。

上記被培養物を生物処理槽２から取り出す培養工程を培養工程（１）と称することとする。培養工程（１）は、各工程を逐次的に実施する回分方式であっても、１）の被培養物の取り出しから、３）のオゾン培養物の供給までを連続で実施する連続式で行ってもよい。連続式で行う場合、被培養物としてオゾン培養槽４に流入してからオゾン培養物としてオゾン培養槽４から流出するまでの平均滞留時間が９６時間未満、２４時間以上が好ましく、９０時間以下、８４時間以下、さらに８０時間以下がより好ましく、７５時間以下が特に好ましい。この範囲であれば微生物の増殖が良好となるからである。

次に、被培養物の取り出し箇所の異なる第２実施形態について、図２により説明する。
第２実施形態は、以下の培養工程（２）を備える。
培養工程（２）は、活性汚泥の一部を生物処理槽２からではなく、活性汚泥廃水処理におけるもう一つの主要装置である固液分離槽３、又は固液分離槽３から生物処理槽２への返送汚泥経路から接続手段ｃ９により取り出す点で、培養工程（１）の工程１）と異なっている。固液分離槽３には生物処理槽２で微生物処理された処理後廃水が一部の活性汚泥と共に流入されてくる。固液分離槽３では活性汚泥等の固形物を沈降させて、上澄み液と沈殿物に分離させるが、この沈殿操作中の活性汚泥を含む沈殿物の一部、又は生物処理槽２への返送汚泥の一部を取り出し、これが培養工程（２）の活性汚泥中微生物を含有する被培養物となる。
なお、図２では、固液分離槽３からの被培養物取り出しのための配管と、生物処理槽２への返送汚泥の移送配管とが兼用の場合を示しているが、この二つの配管が別であってもよい。
その他の工程２）及び３）は培養工程（１）と同じである。

つづいて、本発明の廃水処理方法の第３及び第４実施形態について説明する。
第３実施形態は、活性汚泥廃水処理施設への廃水の流入から、処理、浄化された処理水（上澄み液）を放流するまでの一連の操作を有する実施形態である。
具体的には、廃水を調整槽１から生物処理槽２に供給する工程（Ａ）、生物処理槽２で、活性汚泥により廃水を曝気処理する工程（Ｂ）、曝気処理後の、活性汚泥を含む処理後廃水を固液分離槽３に移送する工程（Ｃ）、固液分離槽３で、活性汚泥を含む処理後廃水を上澄み液と沈殿物に分離する工程（Ｄ）、及び上澄み液を放流し、沈殿物を回収する工程（Ｅ）を有する廃水処理の主要経路を運転させ、当該運転中に上記培養工程（１）を実施する形態である。使用する設備は、図１に示す廃水処理設備１０である。
第４実施形態は、上記主要経路の運転中に上記培養工程（２）を実施する形態であり、使用する設備は、図２に示す廃水処理設備２０である。

本発明の活性汚泥中の微生物をオゾン培養する方法（以後、単に、オゾン培養法と称する場合がある。）の実施形態ａ、ｂについて説明する。実施形態ａに係るオゾン培養法は以下に示す工程１）及び２）を有する。
１）生物処理槽（曝気槽）２から、接続手段ａ７によって当該生物処理槽２中の活性汚泥の一部取り出し、オゾン培養槽４に供給する工程。
生物処理槽２では流入されてくる廃水中の有機物が活性汚泥中の微生物によって分解処理されるが、そのとき曝気されているので、活性汚泥が廃水中に分散混合された状態となっている。従って、活性汚泥の一部を取り出す際には廃水の一部も同時に取り出される。この取り出された活性汚泥と廃水の混合物が実施形態ａにおける活性汚泥中微生物を含有する被培養物となる。この被培養物を接続手段ａ７により取り出してオゾン培養槽４に供給する。
オゾン培養槽４中の被培養物量は、生物処理槽２中の液量に対して、容量で１／３２０以上が好ましく、１／３００以上がより好ましい。また、１／３０以下が好ましく、１／５０以下がより好ましく、１／１００以下がより好ましく、１／２００以下がより好ましく、１／２５０以下が特に好ましい。当該範囲であれば、少量のオゾン使用量で、効率よく活性汚泥の活性を向上できるからである。

２）オゾン培養槽４に、オゾン供給装置５及び酸素供給装置６から、オゾン及び酸素を供給し、前記被培養物中の微生物を培養してオゾン培養物を得る工程。
オゾン及び酸素によって活性の高い好気性微生物が増殖するため、被培養物に比較して廃水処理活性が飛躍的に向上したオゾン培養物を得ることができる。
オゾンの供給量は、被培養物１Ｌあたり、６０［ｍｇ−Ｏ₃／Ｌ／日］以下であることが好ましい。または、オゾンの供給量が、被培養物の強熱原料（ＶＳＳ：Volatile suspended solids）１ｇあたり、３〜１１［ｍｇ−Ｏ₃／ｇ（ＶＳＳ）／日］が好ましい。
酸素の供給量としては、被培養物１Ｌあたりの溶存酸素量が、１〜３［ｍｇ−Ｏ₂／Ｌ（１気圧・２０℃基準）］を維持される量とすることが好ましい。微生物の増殖が良好となるからである。
また、オゾン培養槽４での培養時間は９６時間未満、２４時間以上が好ましく、９０時間以下、８４時間以下、さらに８０時間以下がより好ましく、７５時間以下が特に好ましい。この範囲であれば微生物の増殖が良好となるからである。
また、培養温度は２２〜３８℃が好ましく、３５℃以下であることがより好ましい。この範囲であれば微生物の増殖が良好となるからである。
なお、オゾン及び酸素のオゾン培養槽４への供給及び供給量制御は、上記第１実施形態と同様に行えばよい。

実施形態ｂは、工程１）において、活性汚泥の一部を生物処理槽２からではなく固液分離槽３から取り出し、接続手段ｃ９によりオゾン培養槽４に供給する点、すなわち、沈殿物である活性汚泥を含む処理後廃水の一部を取り出し、活性汚泥中微生物を含有する被培養物とする点が、実施形態ａと異なっている。工程２）は実施形態ａと同じである。

つづいて、本発明の活性汚泥廃水処理設備（以後、単に、廃水処理設備と称する場合がある。）の実施形態Ａについて説明する。図１に示す実施形態Ａに係る廃水処理設備１０は以下に詳細を示す各装置を備える。
１）調整槽１
流入してくる廃水を一旦貯留する槽である。
流量や負荷が一定でない流入廃水を貯留し、それらが平準化するよう調整して、生物処理槽２に送られる。廃水中の固形物の内、浮上または沈殿しやすいものを除去したり、フィルタなどで物理的に除去したりした後に生物処理槽２へ送る機構を備えてもよい。また、予備曝気として空気供給機能を備えたものや、沈降物を生じないよう攪拌装置を備えるものも含む。

２）生物処理槽２
曝気槽、生物反応槽とも呼ばれ、流入されてくる廃水中の有機物を活性汚泥中の微生物によって分解処理する、廃水処理設備の主要装置である。数百ｍ³以上の容量を有しているものもあり、例えば、下水処理の場合、廃水処理量が数百ｔ／日から数十万ｔ／日以上のものまで、その大きさは様々である。生物処理槽２には、有機物を好気性微生物によって分解させるための空気供給用の曝気装置が接続されている。また、廃水と活性汚泥を効率よく接触させるため、撹拌装置を備えている場合もある。本発明においては、撹拌装置を備える生物処理槽も含む。
本発明に用いる生物処理槽２は、単槽式であっても、複槽式であってもよい。また、生物処理槽と固液分離装置を兼ね備えた回分式生物処理槽も含まれる。
複槽式の場合、オゾン培養に資する被培養物はいずれの槽から取り出してもよく、また、オゾン培養物もいずれの槽に供給してもよいが、微生物の増殖が顕著となるため、取り出し及び供給のいずれもが上流側の槽であることが好ましい。複槽式の場合、「生物処理槽の液量」は、複槽の全槽の合計の液量を意味する。

３）固液分離槽３
固液分離装置とも呼ばれ、生物処理槽２から移送されてくる処理後廃水の固液分離を行う槽である。処理後廃水は随伴されてくる一部の活性汚泥を含んでおり、該固液分離槽３において、上澄み液と活性汚泥を含む沈殿物に分離される。
固液分離は、バッチ式(回分式)で行ってもよく、オーバーフロー方式等の連続式で行ってもよい。また、膜などにより物理的に固液分離を行うものなども含む。
オゾン培養に資する活性汚泥中微生物を含有する被培養物は、この固液分離槽３で分離した沈殿物から取り出すことができる。なお、固液分離の途中で取り出してもよい。

４）オゾン培養槽４
本発明の廃水処理設備１０におけるもっとも特徴的な装置であり、生物処理槽２、固液分離槽３、又は前記固液分離槽３から前記生物処理槽２への返送汚泥経路から取り出した被培養物をオゾンにより培養して微生物を増殖させ、オゾン培養物を得るための槽である。
オゾン培養槽４の大きさは、被培養物の容量において、生物処理槽２の液量の１／３５０〜１／１０となる大きさである。１／３２０以上が好ましく、１／３００以上がより好ましい。また、１／３０以下が好ましく、１／５０以下がより好ましく、１／１００以下がより好ましく、１／２００以下がより好ましく、１／２５０以下が特に好ましい。当該範囲であれば、少量のオゾン使用量で、高効率な廃水処理を可能とし、かつ余剰汚泥の発生量低減を図ることができるからである。

５）オゾン供給装置５及び酸素供給装置６
オゾン培養槽４には、オゾン及び酸素を当該培養槽内に供給するためのオゾン供給装置５、及び酸素供給装置６が、ガス供給手段として接続されている。当該両供給装置は、オゾン培養槽４の運転状況に合わせて、すなわち所望の培養速度になるようにオゾン及び酸素の供給量の制御が可能である。また、オゾン発生装置は、オゾン供給装置とは別の装置であっても、オゾン供給装置内に組み込まれていてもよい。なお、酸素は空気として供給されてもよいが、利便性の点で、空気として供給されることが好ましい。

６）接続手段ａ７
接続手段ａ７は、生物処理槽２から被培養物を取り出し、オゾン培養槽４に移送するための装置であり、例えば、移送ポンプと配管を有する装置である。

７）接続手段ｂ８
接続手段ｂ８は、培養したオゾン培養物をオゾン培養槽４から取り出し、生物処理槽２に移送するための装置であり、例えば、移送ポンプと配管を有する装置である。

次に、本発明の廃水処理設備の実施形態Ｂ及びＣについて説明する。実施形態Ｂは、図２の廃水処理設備２０に示すように、接続手段ａ７に代えて接続手段ｃ９を有する点で実施形態Ａと異なり、その他は実施形態Ａと同じである。
８）接続手段ｃ９
接続手段ｃは、固液分離槽から被培養物を取り出し、オゾン培養槽４に移送するための装置であり、例えば、移送ポンプと配管を有する装置である。すなわち、実施形態Ｂのオゾン培養槽４は、接続手段ａ７の代わりに接続手段ｃ９と接続している。

実施形態Ｃは、接続手段ａ、ｂ及びｃすべてを備え、その他は実施形態Ａと同じ実施形態である。活性汚泥廃水処理運転時における所望によって、被培養物の取り出しを接続手段ａとｃとで切り替えて運転したり、又は接続手段ａ及びｃの両者から取り出して運転したりすることが可能である。

つづいて、本発明の廃水処理方法の性能評価法について説明する。
生物処理槽内では、曝気及び所望による撹拌によって、浄化処理中の廃水中に活性汚泥が混合・分散された状態（便宜上、活性汚泥分散液と称する）で運転されており、所定の廃水処理運転経過後、当該処理後の活性汚泥分散液（便宜上、処理後分散液と称する）は、固液分離槽に移送され固液分離される。この処理後分散液は、処理により浄化された上澄み液と、活性汚泥及び廃水処理により生成した微生物等を含有する沈殿物に分離され、上澄み液は殺菌処理工程へと移送される場合もある。
この沈殿物の一部が生物処理槽に戻され、活性汚泥として再利用される。生物処理槽に戻されないものは余剰汚泥となる。余剰汚泥は、その後、脱水され、脱水物となり、焼却処分等される場合もある。

上記固液分離過程において、分離時間が短く、かつできるだけ固形分濃度の高い沈殿物が得られることが、運転効率上好ましい。
そこで、この固液分離性の指標として、活性汚泥分散液を生物処理槽から抜き出し、ＳＶ（Sludge volume）を測定する評価が実施される。ＳＶとは、活性汚泥等の固形物の沈降性や濃度などを示す指標で、活性汚泥沈殿率という。ＳＶ３０とは、生物処理槽内の活性汚泥分散液を１Ｌのメスシリンダーに１Ｌ入れ、３０分間静置した後の沈殿物の割合を％で表したものであり、例えば、沈殿物が５００ｍＬであれば、ＳＶ３０の値は５０％となる。

また、余剰汚泥の発生量も性能評価の対象であり、廃水からの負荷量に対して発生余剰汚泥量が少ない方が廃水処理性能は良好と判断できる。本発明の評価においては、後述する余剰汚泥転換率を用いた。

以下、本発明を実施例及び比較例により更に詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されない。
実施例１
図１に示す活性汚泥廃水処理設備１０にて、培養工程（１）を備える廃水処理方法を実施した。
生物処理槽２内の液量は６３２ｍ³、オゾン培養槽４中の被培養物は２ｍ³として運転した。
具体的には、廃水として飲料工場から発生する排水（主に製造用配管、装置の洗浄水、及びその他洗浄水など）を使用し、表１に示す運転条件で６０日間、廃水処理運転を行った。なお、生物処理槽内のＭＬＶＳＳを５０００[ｍｇ/Ｌ]に維持するように運転した。また、運転中の生物処理槽内の溶存酸素量を、１〜３［ｍｇ−Ｏ₂／Ｌ（１気圧、２０℃基準）］とした。
また、調整槽１の容量は１５００ｍ³、固液分離槽３の容量は７５０ｍ³であった。
被培養物は、生物処理槽２から接続手段ａ７を通して取り出してオゾン培養槽に供給し、オゾン培養槽４内で表１に記載した条件で培養した。培養したオゾン培養物は接続手段ｂ８により生物処理槽２に供給した。
表１中のＭＬＶＳＳ（Mixed liquor volatile suspended solid）とは、生物処理槽内の活性汚泥有機性浮遊物質と称され、ＭＬＳＳ（活性汚泥浮遊物質）のＶＳ（強熱減量）をｍｇ／Ｌで表すものである。
また、オゾン培養槽内温度（被培養物温度）（℃）は、ヒーターをオゾン培養槽内に設置し、設定温度を表１のように設定して制御した。

＜固液分離性評価：ＳＶ３０（％）＞
活性汚泥に対する汚泥負荷を変化させて廃水処理運転を行い、各汚泥負荷時の汚泥沈降性をＳＶ３０（％）で評価した。具体的には、運転期間中、毎日ほぼ午前１０時に生物処理槽２から活性汚泥分散液を抜き取り、ＳＶ３０を測定した。ＳＶ３０の値が小さい方が、固液分離性が良好であることを表す。
また、上記汚泥負荷としては、１日あたりの、生物処理槽２内のＶＳＳ１ｋｇあたりＢＯＤ負荷量（ｋｇ）である［ｋｇ−ＢＯＤ／ｋｇ−ＶＳＳ／日］で表した。
各汚泥負荷時におけるＳＶ３０の測定結果を図３に示す。

＜余剰汚泥発生量評価：余剰汚泥転換率（％）＞
全運転期間（６０日間）中における流入廃水の全ＢＯＤ負荷量（ｋｇ−ＢＯＤ）に対する、発生した余剰汚泥の乾燥重量（ｋｇ）の割合を余剰汚泥転換率とし、下記式（１）で算出する。
余剰汚泥転換率（％）＝（余剰汚泥の乾燥重量／全ＢＯＤ負荷量）×１００ （１）
ここで、全ＢＯＤ負荷量は、運転期間中に生物処理槽に流入するＢＯＤの累積値である。１日２回計測するＣＯＤの平均値に、実績より求めたＢＯＤとＣＯＤの相関係数を掛けたものを１日当りのＢＯＤ濃度とし、これに１日当りの処理水量を乗じたものを１日当りのＢＯＤ負荷量として算出した。
余剰汚泥は、固液分離槽３での沈殿物を抜き出し、生物処理槽２に返送せず、分離される汚泥である。余剰汚泥は、その後、脱水され、その脱水物の含水率から、その乾燥重量を求め、余剰汚泥転換率の計算に用いた。この余剰汚泥の乾燥重量は、運転期間中の累積値である。
結果を表２に示す。

比較例１
培養工程（１）を実施しなかった以外、及び運転期間を２１０日間とした以外は、実施例１と同様の運転条件で廃水処理運転を行った。また、固液分離槽３で分離された沈殿物の一部を、生物処理槽２内のＭＬＶＳＳを５０００[ｍｇ/ｌ]に維持するよう生物処理槽２に戻した。
また、実施例１と同様にして、固液分離性及び余剰汚泥発生量を評価した。
結果を表２及び図４に示す。

図３と図４の比較から明らかな様に、培養工程（１）を実施した実施例１は、実施しなかった比較例１（ＳＶ：約８０％以上）と比較して、全汚泥負荷領域においてＳＶ３０の値が小さく（約４０％〜８０％）、固液分離性に優れることが判った。
また、一般的な活性汚泥法では、汚泥負荷０．２〜０．４［kg-BOD／kg-VSS／日］が標準的な処理能力であるが、実施例１では、０．５以上［kg-BOD／kg-VSS／日］のＢＯＤ負荷量であってもＳＶ３０の悪化が見られないことから、一般的な活性汚泥法に対しても処理能力増強効果が確認できた。
また、表２から明らかな様に、実施例１は比較例１と比較して、その余剰汚泥転換率は、約９．５％低く、これは、単位ＢＯＤ負荷量あたりの余剰汚泥量を約１９．３％削減できたことになる（（［（４９．２０−３９．７２）／４９．２０］×１００≒１９．３％）。
オゾン培養時間を２４時間〜７２時間に制御することにより、生物処理槽内のＳＶ３０が良好な値を示し、沈降性のよい微生物フロックが形成されていることが確認できた。

実施例２〜６
オゾン供給量を表３に示す量とした以外は、実施例１（表１）と同様の運転条件にて、３日間廃水処理運転を行った。表３に示した通り、１日あたりの被培養物の強熱減量（ＶＳＳ）１ｇあたりのオゾン供給量、及び１日あたりの培養物１Ｌあたりのオゾン供給量を変化させて、光学顕微鏡観察により、オゾン培養物中の微生物運動量を判定した。当該判定基準は微生物の動きの速さを基準とし、特に好ましい微生物種の動きが速い場合は加算評価した。微生物が活発に運動しているほど廃水処理活性が高いと判断できる。
オゾン供給量及び評価結果を表３に示す。

実施例７〜１０、比較例２
溶存酸素量を表４に示す量とした以外は、実施例１（表１）と同様の運転条件にて、３日間廃水処理運転を行った。
評価は、光学顕微鏡により、オゾン培養物中の微生物フロックの大きさ、凝集状態及びフロックの色調等を観察して行った。廃水処理における微生物はフロックの大きさと密度が評価項目となる。廃水処理活性の高い微生物は凝集してコロニーを形成し、フロック状となる。廃水の過負荷、又は薬品の流入などで微生物が死滅若しくは弱体化すると良好なコロニーが形成できず、フロックが破壊されたような状態になる。これを「解体」と呼ぶ。すなわち、微生物がフロック状態で存在し、その大きさが大きく、その色調が濃いほど廃水処理活性が高いと判断できる。結果を表４に示す。

実施例７〜１０は、比較例２に比較して、オゾン培養物中の微生物フロックの状態が良好で、廃水処理活性が高くなっていることが判る。特に実施例７〜９が良好である。

実施例１１
オゾンによる培養時間を９６時間に固定した以外は、実施例１と同様の運転条件にて、８日間廃水処理運転を行った。
培養時間９６時間後のオゾン培養槽４内のオゾン培養物を顕微鏡観察したところ、一部微生物フロックの解体が観察された。

実施例１２〜１６
培養温度を表５に示す温度に固定した以外は、実施例１と同様の運転条件にて、３日間廃水処理運転を行った。
結果を表５に示す。
実施例１２及び１６は、オゾン培養物中の一部の微生物の運動量が少なかった。

１ 調整槽
２ 生物処理槽（曝気槽）
３ 固液分離槽
４ オゾン培養槽
５ オゾン供給装置
６ 酸素（空気）供給装置
７ 接続手段ａ
８ 接続手段ｂ
９ 接続手段ｃ
１０、２０ 活性汚泥廃水処理設備

Claims (17)

1. 生物処理槽を有する活性汚泥廃水処理系から、活性汚泥中微生物を含有する被培養物を取り出し、オゾン培養槽に供給する工程、
   前記オゾン培養槽にオゾン及び酸素を供給し、前記被培養物中の微生物を培養してオゾン培養物を得る工程、及び
   前記オゾン培養物を前記オゾン培養槽から取り出し、前記生物処理槽に供給する工程を有する、活性汚泥中微生物の培養工程を備え、
   前記オゾン培養槽中の被培養物量を、前記生物処理槽中の液量に対して、容量で１／３５０以上、１／１００未満に制御する、活性汚泥廃水処理方法。
2. 前記オゾン培養槽に供給するオゾン量が、前記被培養物１Ｌあたりのオゾン供給量として、１０〜６０［ｍｇ−Ｏ ₃ ／Ｌ／日］であり、
   前記被培養物１Ｌあたりの溶存酸素量が、１〜４［ｍｇ−Ｏ ₂ ／Ｌ（１気圧、２０℃基準）］を維持されるように酸素を供給する、
   請求項１記載の活性汚泥廃水処理方法。
3. 前記オゾン培養槽に供給するオゾン量は、前記被培養物の強熱減量（ＶＳＳ）１ｇあたりのオゾン量として、３〜１１［ｍｇ−Ｏ₃／ｇ（ＶＳＳ）／日］であり、
   前記被培養物１Ｌあたりの溶存酸素量が、１〜４［ｍｇ−Ｏ₂／Ｌ（１気圧、２０℃基準）］を維持されるように酸素を供給する、
   請求項１記載の活性汚泥廃水処理方法。
4. 生物処理槽及び固液分離槽を有する活性汚泥廃水処理系から、活性汚泥中微生物を含有する被培養物を取り出し、オゾン培養槽に供給する工程、
   前記オゾン培養槽にオゾン及び酸素を供給し、前記被培養物中の微生物を培養してオゾン培養物を得る工程、及び
   前記オゾン培養物を前記オゾン培養槽から取り出し、前記生物処理槽に供給する工程を有する、活性汚泥中微生物の培養工程を備え、
   前記オゾン培養槽中の被培養物量を、前記生物処理槽中の液量に対して、容量で１／３５０以上、１／１００未満に制御する、活性汚泥廃水処理方法。
5. 前記オゾン培養槽に供給するオゾン量が、前記被培養物１Ｌあたりのオゾン供給量として、１０〜６０［ｍｇ−Ｏ ₃ ／Ｌ／日］であり、
   前記被培養物１Ｌあたりの溶存酸素量が、１〜４［ｍｇ−Ｏ ₂ ／Ｌ（１気圧、２０℃基準）］を維持されるように酸素を供給する、
   請求項４記載の活性汚泥廃水処理方法。
6. 前記オゾン培養槽に供給するオゾン量は、前記被培養物の強熱減量（ＶＳＳ）１ｇあたりのオゾン量として、３〜１１［ｍｇ−Ｏ₃／ｇ（ＶＳＳ）／日］であり、
   前記被培養物１Ｌあたりの溶存酸素量が、１〜４［ｍｇ−Ｏ₂／Ｌ（１気圧、２０℃基準）］を維持されるように酸素を供給する、
   請求項４記載の活性汚泥廃水処理方法。
7. 前記被培養物を前記生物処理槽から取り出す、請求項１〜６いずれか一項に記載の活性汚泥廃水処理方法。
8. 前記被培養物を、前記固液分離槽、又は前記固液分離槽から前記生物処理槽への返送汚泥経路から取り出す、請求項４〜６いずれか一項に記載の活性汚泥廃水処理方法。
9. 前記オゾン培養槽中の前記被培養物を、前記生物処理槽内の液温に対し、−８℃〜＋８℃の温度で培養する、請求項１〜８いずれか一項に記載の活性汚泥廃水処理方法。
10. 前記被培養物の微生物を培養する温度が２２℃〜３８℃である、請求項１〜９いずれか一項に記載の活性汚泥廃水処理方法。
11. 生物処理槽を有する活性汚泥廃水処理系から、活性汚泥中微生物を含有する被培養物を取り出し、オゾン培養槽に供給する工程と、
    前記オゾン培養槽にオゾン及び酸素を供給し、前記被培養物中の微生物を培養してオゾン培養物を得る工程とを備え、
    前記オゾン培養槽中の被培養物量を、前記生物処理槽中の液量に対して、容量で１／３５０〜１／１０とし、
    前記オゾン培養槽に供給するオゾン量が、前記被培養物１Ｌあたりのオゾン供給量として、１０〜６０［ｍｇ−Ｏ₃／Ｌ／日］であり、
    前記被培養物１Ｌあたりの溶存酸素量が、１〜４［ｍｇ−Ｏ₂／Ｌ（１気圧、２０℃基準）］を維持されるように酸素を供給する、
    活性汚泥中の微生物をオゾン培養する方法。
12. 生物処理槽を有する活性汚泥廃水処理系から、活性汚泥中微生物を含有する被培養物を取り出し、オゾン培養槽に供給する工程と、
    前記オゾン培養槽にオゾン及び酸素を供給し、前記被培養物中の微生物を培養してオゾン培養物を得る工程とを備え、
    前記オゾン培養槽中の被培養物量を、前記生物処理槽中の液量に対して、容量で１／３５０〜１／１０とし、
    前記オゾン培養槽に供給するオゾン量は、前記被培養物の強熱減量（ＶＳＳ）１ｇあたりのオゾン量として、３〜１１［ｍｇ−Ｏ₃／ｇ（ＶＳＳ）／日］であり、
    前記被培養物１Ｌあたりの溶存酸素量が、１〜４［ｍｇ−Ｏ₂／Ｌ（１気圧、２０℃基準）］を維持されるように酸素を供給する、
    活性汚泥中の微生物をオゾン培養する方法。
13. 生物処理槽を有する活性汚泥廃水処理系から、活性汚泥中微生物を含有する被培養物を取り出し、オゾン培養槽に供給する工程と、
    前記オゾン培養槽にオゾン及び酸素を供給し、前記被培養物中の微生物を培養してオゾン培養物を得る工程とを備え、
    前記オゾン培養槽中の被培養物量を、前記生物処理槽中の液量に対して、容量で１／３５０以上、１／１００未満とする、
    活性汚泥中の微生物をオゾン培養する方法。
14. 前記活性汚泥廃水処理系が固液分離漕を備える、
    請求項１１〜１３いずれか一項に記載の活性汚泥中の微生物をオゾン培養する方法。
15. 前記オゾン培養物を前記生物処理槽に供給する工程を備える、
    請求項１１〜１４いずれか一項に記載の活性汚泥中の微生物をオゾン培養する方法。
16. 廃水を活性汚泥により処理する生物処理槽と、
    容量が前記生物処理槽の１／３５０以上、１／１００未満であるオゾン培養槽と、
    前記生物処理槽から活性汚泥中微生物を含有する被培養物を取り出し、前記オゾン培養槽に供給するための接続手段ａと、
    前記被培養物中の微生物を培養して得られるオゾン培養物を、前記オゾン培養槽から前記生物処理槽に供給するための接続手段ｂと、
    オゾン及び酸素を前記オゾン培養槽に供給するためのガス供給手段と、を備える、
    活性汚泥廃水処理設備。
17. 廃水を活性汚泥により処理する生物処理槽と、
    処理後廃水を固液分離する固液分離槽と、
    容量が前記生物処理槽の１／３５０以上、１／１００未満であるオゾン培養槽と、
    前記固液分離槽、又は前記固液分離槽から前記生物処理槽への返送汚泥経路から活性汚泥中微生物を含有する被培養物を取り出し、前記オゾン培養槽に供給するための接続手段ｃと、
    前記被培養物中の微生物を培養して得られるオゾン培養物を、前記オゾン培養槽から前記生物処理槽に供給するための接続手段ｂと、
    オゾン及び酸素を前記オゾン培養槽に供給するためのガス供給手段と、を備える、
    活性汚泥廃水処理設備。
    

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