JP6609107B2 - 好気性グラニュールの形成方法、好気性グラニュールの形成装置、排水処理方法、および排水処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、有機物等を含む有機物含有排水を好気的に生物処理するために、好気性のグラニュールを安定的に形成するための好気性グラニュールの形成方法、好気性グラニュールの形成装置、その形成されたグラニュールを用いる排水処理方法、および排水処理装置に関する。

従来、有機物等を含む有機物含有排水の生物学的排水処理には、フロックと呼ばれる微生物の集合体（好気性生物汚泥）を活用した活性汚泥法が用いられている。しかし、活性汚泥法では、沈殿池でフロック（好気性生物汚泥）と処理水とを分離する際、フロックの沈降速度が遅いために沈殿池の表面積を非常に大きくしなければならない場合がある。また、活性汚泥法の処理速度は、生物処理槽内の汚泥濃度に依存しており、汚泥濃度を高めることで処理速度を増加させることができるが、汚泥濃度を１５００〜５０００ｍｇ／Ｌの範囲またはそれ以上に増加させると、沈殿池でのバルキング等により固液分離が困難となり、処理を維持することができなくなる場合がある。

一方、嫌気性生物処理では、グラニュールと呼ばれる微生物が緻密に集合し粒状となった集合体（嫌気性生物汚泥）を活用することが一般的である。グラニュールは非常に沈降速度が速く、微生物が緻密に集合しているため、生物処理槽内の汚泥濃度を高くすることができ、排水の高速処理を実現することが可能である。しかし、嫌気性生物処理は、好気性処理（活性汚泥法）に比べて処理対象の排水種が限られていることや、処理水温を３０〜３５℃程度に維持する必要がある等の問題点を有する場合がある。また、嫌気性生物処理単独では、処理水の水質が悪く、河川等へ放流する場合には、活性汚泥法等の好気性処理を別途実施することが必要となる場合もある。

近年、排水を間欠的に反応槽に流入させる半回分式処理装置を用いて処理を行い、さらに生物汚泥の沈降時間を短縮することで、嫌気性生物汚泥に限られず、好気性生物汚泥でも沈降性の良いグラニュール化した生物汚泥を形成できることが明らかとなってきた（例えば、特許文献１〜４参照）。好気性生物汚泥をグラニュール化させることで、平均粒径が０．２ｍｍ以上となり、沈降速度が５ｍ／ｈ以上とすることが可能となる。なお、半回分式処理装置では、１つの生物処理槽で（１）排水の流入、（２）処理対象物質の生物処理、（３）生物汚泥の沈降、（４）処理水の排出といった４つの工程により処理が行われる。上記のような沈降性の良いグラニュール化した好気性生物汚泥を形成することで、槽内汚泥濃度を高濃度に維持することが可能となり、高速処理が可能となる。

グラニュール化を促進する方法として、好気性のグラニュールの沈降時間を短くすることで、沈降速度が遅い汚泥を積極的に系外へと排出する方法が提唱されているが、この方法では、汚泥の沈降性の変化により、排出される微生物量が変動することで、好気性のグラニュールを安定的に形成することが困難となる場合がある。また、下水等の排水ＢＯＤ濃度が低く、８０〜２００ｍｇ／Ｌ程度の場合、半回分式反応槽を用いても好気グラニュールを形成しにくいという課題があった。

国際公開第２００４／０２４６３８号 特開２００８−２１２８７８号公報 特許第４９７５５４１号公報 特許第４８０４８８８号公報

本発明の目的は、半回分式反応槽を用いて、安定的に好気性のグラニュールを形成する好気性グラニュールの形成方法、好気性グラニュールの形成装置、その形成されたグラニュールを用いる排水処理方法、および排水処理装置を提供することにある。

本発明は、有機物を含む有機物含有排水を流入させる流入工程と、前記有機物含有排水中の処理対象物質を微生物汚泥により生物学的に処理する生物処理工程と、前記微生物汚泥を沈降させる沈降工程と、前記生物学的に処理した生物処理水を排出させる排出工程とを繰り返して行ってグラニュールを形成する半回分式反応槽を用いた好気性グラニュールの形成方法であって、前記半回分式反応槽に投入されるＢＯＤ負荷量に対するＭＬＳＳ濃度の比に［全サイクル時間／反応時間］を乗じた値が、０．０５〜０．２５ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／ｄの範囲となるように反応時間を調整し、かつ汚泥滞留時間として５〜２５日となるように汚泥の引抜を行う好気性グラニュールの形成方法である。

前記好気性グラニュールの形成方法において、前記半回分式反応槽の生物処理水排出口を排水流入口よりも上方に設け、前記有機物含有排水を前記半回分式反応槽に流入させることにより前記生物処理水を前記生物処理水排出口から排出することが好ましい。

本発明は、有機物を含む有機物含有排水を流入させ、前記有機物含有排水中の処理対象物質を微生物汚泥により生物学的に処理し、前記微生物汚泥を沈降させ、前記生物学的に処理した生物処理水を排出させることを繰り返して行ってグラニュールを形成するグラニュール形成手段として半回分式反応槽を備える好気性グラニュールの形成装置であって、前記半回分式反応槽に投入されるＢＯＤ負荷量に対するＭＬＳＳ濃度の比に［全サイクル時間／反応時間］を乗じた値が、０．０５〜０．２５ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／ｄの範囲となるように反応時間を調整する手段と、かつ汚泥滞留時間として５〜２５日となるように汚泥の引抜を行う手段と、を備える、好気性グラニュールの形成装置である。

前記好気性グラニュールの形成装置において、前記半回分式反応槽の処理水排出口を排水流入口よりも上方に有し、前記有機物含有排水を前記半回分式反応槽に流入させることにより前記生物処理水を前記生物処理水排出口から排出する手段を備えることが好ましい。

本発明は、有機物含有排水を連続的に流入させながら、前記有機物含有排水を生物汚泥により生物処理する連続式生物処理槽に、前記好気性グラニュールの形成方法により形成されたグラニュールを供給する排水処理方法である。

本発明は、有機物含有排水を連続的に流入させながら、前記有機物含有排水を生物汚泥により生物処理する連続式生物処理槽を備え、前記好気性グラニュールの形成装置により形成されたグラニュールを前記連続式生物処理槽に供給する手段を備える排水処理装置である。

本発明によれば、半回分式反応槽を用いて、安定的に好気性のグラニュールを形成する好気性グラニュールの形成方法、好気性グラニュールの形成装置、その形成されたグラニュールを用いる排水処理方法、および排水処理装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る好気性グラニュールの形成装置の一例を示す概略構成図である。 半回分式反応槽における１バッチのＢＯＤ濃度と処理時間との関係を示す図である。 本発明の実施形態に係る好気性グラニュールの形成装置の他の例を示す概略構成図である。 本発明の実施形態に係る好気性グラニュールの形成装置の他の例を示す概略構成図である。 本発明の実施形態に係る好気性グラニュールの形成装置の他の例を示す概略構成図である。 本発明の実施形態に係る排水処理装置の一例を示す概略構成図である。 実施例１および比較例１におけるＳＶＩ５の経日変化を示す図である。 比較例２におけるＳＶＩ５の経日変化を示す図である。 実施例２におけるＳＶＩ５の経日変化を示す図である。 比較例１の条件２および条件３の期間における汚泥の顕微鏡写真である。 実施例１の条件５および条件６の期間における汚泥の顕微鏡写真である。

本発明の実施の形態について以下説明する。本実施形態は本発明を実施する一例であって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。

＜好気性グラニュールの形成方法および形成装置＞
本発明の実施形態に係る好気性グラニュールの形成装置の一例の概略を図１に示し、その構成について説明する。グラニュール形成装置１は、半回分式反応槽１０を備える。グラニュール形成装置１において、排水供給配管２８が排水流入ポンプ１２を介して半回分式反応槽１０の排水流入口に接続されている。半回分式反応槽１０の生物処理水排出口１６に生物処理水配管３０が生物処理水排出バルブ１８を介して接続され、汚泥引抜口２２に汚泥引抜配管３２が汚泥引抜ポンプ２４を介して接続されている。半回分式反応槽１０の内部の下部には、曝気用ポンプ１４と接続された曝気装置２６が設置されている。排水流入ポンプ１２、生物処理水排出バルブ１８、汚泥引抜ポンプ２４、曝気用ポンプ１４は、それぞれ制御装置２０と電気的接続等により接続されていてもよい。

グラニュール形成装置１は、例えば、次のようなサイクルで運転される。
（１）流入工程：排水流入ポンプ１２が作動し、有機物含有排水が排水供給配管２８を通して半回分式反応槽１０に所定量流入される。

（２）生物処理工程：排水流入ポンプ１２が停止するとともに、曝気用ポンプ１４から空気等の酸素含有気体が半回分式反応槽１０に供給され、半回分式反応槽１０内で有機物含有排水中の処理対象物質が微生物汚泥により生物学的に処理される。生物反応は好気反応には限らず、空気等の供給は行わず、撹拌を行うことで無酸素反応を行うことも可能であるし、好気反応および無酸素反応を組み合わせてもいい。無酸素状態とは、溶存酸素は存在しないが、亜硝酸や硝酸由来の酸素等は存在している状態をいう。例えば、図３に示すように、モータ３４、撹拌翼３６、モータ３４と撹拌翼３６を接続するシャフト等により構成される撹拌装置を半回分式反応槽１０に設置して、曝気用ポンプ１４を停止して撹拌装置により撹拌を行えばよい。なお、撹拌装置は上記構成に制限されるものではない。

（３）沈降工程：曝気用ポンプ１４が停止し、所定の時間、静置状態にすることで半回分式反応槽１０内の汚泥を沈降させる。

（４）排出工程：生物処理水排出バルブ１８を開けることで、沈降工程で得られた上澄み水を生物処理水として生物処理水排出口１６から生物処理水配管３０を通して排出する。この場合、生物処理水排出バルブではなく、ポンプを用いて生物処理水を排出してもいい。

以上の（１）〜（４）のサイクルを繰り返すことにより、微生物が緻密に集合し粒状となった集合体であるグラニュールが形成される。なお、排水流入ポンプ１２、汚泥引抜ポンプ２４、曝気用ポンプ１４、撹拌装置のモータ３４の作動および停止、生物処理水排出バルブ１８の開閉は、制御装置２０により制御してもよい。

半回分式反応槽１０で形成されるグラニュール汚泥とは、自己造粒が進んだ汚泥のことであり、例えば汚泥の平均粒径が０．２ｍｍ以上、もしくは沈降性指標であるＳＶＩ５が８０ｍＬ／ｇ以下の生物汚泥である。また、本実施形態では、グラニュール汚泥が形成されたか否かは、例えば汚泥の沈降性指標であるＳＶＩを測定することにより判断される。具体的には、定期的に半回分式反応槽１０内の汚泥の沈降性試験によりＳＶＩ値を測定し、５分沈降後の体積割合から算出されるＳＶＩ５の値が所定値以下（例えば８０ｍＬ／ｇ以下）となった段階で、グラニュール汚泥が形成されたと判断することが可能である。もしくは、半回分式反応槽１０内の汚泥の粒径分布を測定し、その平均粒径が所定値以上（例えば０．２ｍｍ以上）となった段階で、グラニュール汚泥が形成されたと判断することが可能である（なお、ＳＶＩ値が低いほど、平均粒径が大きいほど良好なグラニュール汚泥であると判断可能である）。

本発明者らは、この半回分式反応槽１０に投入されるＢＯＤ負荷量に対するＭＬＳＳ濃度の比（ＢＯＤ／ＭＬＳＳ）に［全サイクル時間／反応時間］を乗じた値を、０．０５〜０．２５ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／ｄの範囲となるように反応時間を調整し、なおかつ、半回分式反応槽１０内の汚泥滞留時間が５〜２５日となるように汚泥の引抜を行って運転することで、安定的に好気性グラニュールを形成可能であることを見出した。

本発明者らは、上記（２）生物処理工程の時間の決め方がグラニュール化に大きく影響することを見出した。本発明者らは、グラニュールの形成機構を以下のように推定した。図２に示すのは、半回分式反応槽における１バッチのＢＯＤ濃度と処理時間との関係である。図２に示すように、有機物含有排水の流入工程を経て、生物処理工程に移ると、半回分式反応槽内のＢＯＤ濃度が微生物の分解作用により処理時間とともに減少していく。この間、半回分式反応槽内のＢＯＤが微生物量に比較して高いため、半回分式反応槽内には有機物が残留した状態となる（飽食状態）。微生物による有機物の分解が進み、半回分式反応槽内のＢＯＤ濃度が低くなると、処理速度が低下し、やがてほぼ０になる。すなわち、半回分式反応槽内の微生物量に対して残存ＢＯＤが少ないため、微生物にとっては飢餓状態となる。その後、生物汚泥の沈降工程、生物処理水の排出工程へと移行する。このサイクルを繰り返すことで、半回分式反応槽内では生物汚泥のグラニュール化が進行する。半回分式反応槽でグラニュールが形成される機構において、前述のようなサイクルにおける半回分式反応槽内での有機物濃度勾配が重要となる。また、飢餓時間と飽食状態とを繰り返すことで、細菌類が粘性物質を生産し、その粘性物質で細菌類等が強固に接着しあうことで、グラニュールの形成につながる。

１サイクルにおいて、半回分式反応槽に投入されるＢＯＤ負荷量に対し、半回分式反応槽内の微生物量（ＭＬＳＳ濃度）が高ければ、飽食状態での有機物分解速度は速くなり、飽食時間の長さは短くなる。一方、半回分式反応槽内の微生物量（ＭＬＳＳ濃度）が低ければ、飽食状態での有機物分解速度は遅くなり、飽食時間が長くなる。つまり、反応時間が同じであれば、半回分式反応槽に投入されるＢＯＤ負荷量に対する微生物量により、飽食時間の長さと、飽食時間の後の飢餓時間の長さの比が変わる。この飽食時間／飢餓時間の比を制御することで、安定的にグラニュールを形成することが可能となる。この飽食時間と飢餓時間の長さの比は、投入されるＢＯＤ負荷量に対する微生物量の比（ＢＯＤ／ＭＬＳＳ）で表すことが可能である。また、生物処理工程以外の工程は生物反応に大きく寄与はしないため、ＢＯＤ負荷量に対するＭＬＳＳ濃度の比に［全サイクル時間／反応時間］を乗じた値（以下、「Ａ値」と呼ぶ場合がある）で評価することで、より精緻に飽食時間／飢餓時間の比を制御することが可能である。ここで、「全サイクル時間」とは、上記（１）流入工程、（２）生物処理工程、（３）沈降工程、（４）排出工程の合計時間（下記、図４，図５の構成の場合は、（１）流入工程／排出工程、（２）生物処理工程、（３）沈降工程の合計時間）を指し、「反応時間」とは、（２）生物処理工程の時間を指す。

この飽食時間／飢餓時間の比を決める「Ａ値」として、０．０５〜０．２５ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／ｄの範囲であることが好ましく、０．１〜０．１６ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／ｄの範囲であることがより好ましい。この値が０．０５ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／ｄよりも小さいと、飢餓時間の長さが長すぎることとなり、グラニュールの崩壊につながる。また、この値が０．２５ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／ｄよりも大きいと、飽食時間が長すぎることとなり、粘性物質が生産されにくく、グラニュールが形成されにくくなる。

しかしながら、この飽食時間／飢餓時間の比の制御のみではグラニュールを安定して形成することが困難となる場合がある。この飽食時間／飢餓時間の比に、汚泥の引き抜き量の制御を組み合わせることで、安定してグラニュールを形成することが可能となる。

汚泥滞留時間は、ＳＲＴ（Ｓｒｕｄｇｅ Ｒｅｔｅｎｔｉｏｎ Ｔｉｍｅ）とも表記され、汚泥管理の指標の一つである。具体的には、
ＳＲＴ［ｄ］＝槽内に存在する汚泥量［ｋｇ］／１日に系外へと排出される汚泥量［ｋｇ／ｄ］
という式で表わされる。このＳＲＴとして、５〜２５日の範囲であることがグラニュールの安定形成に好ましく、１０〜１５日の範囲であることがより好ましい。このＳＲＴが５〜２５日の範囲となるように、図１，３の汚泥引抜ポンプ２４を作動して、汚泥引抜口２２から汚泥引抜配管３２を通して汚泥の引抜を行えばよい。

ＳＲＴが２５日よりも長いと、増殖速度が比較的遅い微生物が多く保持されている一方で、増殖速度が比較的速い微生物は死滅傾向にある。また、ＳＲＴが５日よりも短いと、増殖速度が比較的速い微生物が優占している一方で、増殖速度が比較的遅い微生物の存在割合が少ない状態にあると考えられる。ＳＲＴがグラニュール化に与える影響は定かではないが、グラニュールの維持のためにはこの増殖速度の速い微生物および遅い微生物の存在割合が重要であると考えられる。

また、ＳＲＴは、微生物の一種である原生動物や後生動物の存在割合にも影響を与えると考えられる。ＳＲＴが長くなればなるほど、細菌類よりもより高等な原生動物→後生動物が出現する。これら、原生動物や後生動物は細菌類を捕食する。その種類によりフロック汚泥を形成する細菌を捕食するものや、分散状の細菌を捕食するものなど、多岐にわたるが、細菌類がメインで構成されているグラニュールを安定して形成するためには、ＳＲＴを長く設定することは不利に働くと考えられる。ＳＲＴを短くすることは、グラニュールの生長期間が短くなってしまい、グラニュールの形成に不利に働くと考えられる。

なお、「Ａ値」が０．０５を下回る場合、つまり投入されるＢＯＤ量に対する微生物量の比が小さい場合、増殖可能な微生物の割合が少ないため、汚泥の引き抜き量を増やすことができず、ＳＲＴを３０日よりも短くすることが困難であり、２５日程度が限界である。

本実施形態に係るグラニュール形成方法の処理対象となる有機物含有排水は、食品加工工場排水、化学工場排水、半導体工場排水、機械工場排水、下水、し尿等の生物分解性有機物を含有する有機性排水である。また、生物難分解性の有機物が含有されている場合、予めオゾン処理やフェントン処理等の物理化学的処理を施し、生物分解性の成分に変換することで処理対象とすることができる。また、本実施形態に係るグラニュール形成方法はさまざまなＢＯＤ成分を対象としているが、油脂分に関しては、汚泥やグラニュールに付着して悪影響を及ぼす場合があるため、半回分式反応槽へと導入される前に、予め浮上分離、凝集加圧浮上、吸着等の既存の手法にて例えば１５０ｍｇ／Ｌ以下程度にまで除去しておくことが好ましい。

半回分式反応槽１０内のｐＨは、一般的な微生物に適する範囲に設定されることが好ましく、例えば６〜９の範囲とすることが好ましく、６．５〜７．５の範囲とすることがより好ましい。ｐＨ値が前記範囲外となる場合は、酸、アルカリ等を添加してｐＨ制御を実施することが好ましい。

半回分式反応槽１０内の溶存酸素（ＤＯ）は、好気条件では、０．５ｍｇ／Ｌ以上、特に１ｍｇ／Ｌ以上とすることが好ましい。

生物汚泥のグラニュール化を促進させる点で、半回分式反応槽１０内の有機物含有排水または半回分式反応槽１０に導入される前の有機物含有排水に、Ｆｅ^２＋、Ｆｅ^３＋、Ｃａ^２＋、Ｍｇ^２＋等を含む、水酸化物が形成されるようなイオンを添加することが好ましい。通常の有機物含有排水には、グラニュールの核となるような微粒子が含まれているが、上記イオンの添加により、グラニュールの核形成をより促進させることが可能となる。

本実施形態に係る好気性グラニュールの形成装置の他の例を図４に示す。図４のグラニュール形成装置１において、排水供給配管２８が排水流入ポンプ１２、排水流入バルブ３８を介して半回分式反応槽１０の下部の排水流入口４０に接続されている。排水流入口４０には、排水排出部４２が接続されて、半回分式反応槽１０の内部の下部に設置されている。半回分式反応槽１０の生物処理水排出口１６は排水流入口４０よりも上方に設けられ、生物処理水排出口１６に生物処理水配管３０が生物処理水排出バルブ１８を介して接続されている。生物処理水排出口１６は排水流入口４０よりも上方に設けられているが、流入する有機物含有排水の短絡を防ぎ、より効率的にグラニュールを形成させるためには排水流入口４０からできるだけ離れて設置されていることが好ましく、沈降工程における水面位に設けられることがより好ましい。排水流入ポンプ１２、排水流入バルブ３８、生物処理水排出バルブ１８、汚泥引抜ポンプ２４、曝気用ポンプ１４、撹拌装置のモータ３４は、それぞれ制御装置２０と電気的接続等により接続されていてもよい。その他は、図３のグラニュール形成装置１と同様の構成である。

図４のグラニュール形成装置１では、（４）排出工程において、排水流入バルブ３８を開けて排水流入ポンプ１２を作動し、有機物含有排水を排水流入口４０から排水供給配管２８を通して排水排出部４２から半回分式反応槽１０に流入させることにより、生物処理水を生物処理水排出口１６から生物処理水配管３０を通して排出する。なお、排水流入ポンプ１２、汚泥引抜ポンプ２４、曝気用ポンプ１４、撹拌装置のモータ３４の作動および停止、排水流入バルブ３８、生物処理水排出バルブ１８の開閉は、制御装置２０により制御してもよい。

このように、図４のグラニュール形成装置１では、（１）流入工程／排出工程、（２）生物処理工程、（３）沈降工程という３つのサイクルを繰り返すことにより、グラニュールが形成される。

図４のグラニュール形成装置１では、有機物含有排水を半回分式反応槽１０に流入させることにより生物処理水を生物処理水排出口１６から排出することにより、粒径が比較的小さいグラニュールが生物処理水とともに排出され、粒径が比較的大きいグラニュールについて（１）〜（３）のサイクルを繰り返すことにより、より効率的にグラニュールを形成することができる。

本実施形態に係る好気性グラニュールの形成装置の他の例を図５に示す。図５のグラニュール形成装置１において、排水供給配管２８が排水流入ポンプ１２、排水流入バルブ３８を介して半回分式反応槽１０の下部の排水流入口４０に接続されている。排水流入口４０には、排水排出部４２が接続されて、半回分式反応槽１０の内部の下部に設置されている。半回分式反応槽１０の生物処理水排出口１６は排水流入口４０よりも上方に設けられ、生物処理水排出口１６に生物処理水配管３０が生物処理水排出バルブ１８を介して接続されている。生物処理水排出口１６は排水流入口４０よりも上方に設けられているが、流入する有機物含有排水の短絡を防ぎ、より効率的にグラニュールを形成させるためには排水流入口４０からできるだけ離れて設置されていることが好ましく、沈降工程における水面位に設けられることがより好ましい。排水流入ポンプ１２、排水流入バルブ３８、生物処理水排出バルブ１８、汚泥引抜ポンプ２４、曝気用ポンプ１４は、それぞれ制御装置２０と電気的接続等により接続されていてもよい。その他は、図１のグラニュール形成装置１と同様の構成である。

図５のグラニュール形成装置１では、（４）排出工程において、排水流入バルブ３８を開けて排水流入ポンプ１２を作動し、有機物含有排水を排水流入口４０から排水供給配管２８を通して排水排出部４２から半回分式反応槽１０に流入させることにより、生物処理水を生物処理水排出口１６から生物処理水配管３０を通して排出する。なお、排水流入ポンプ１２、汚泥引抜ポンプ２４、曝気用ポンプ１４の作動および停止、排水流入バルブ３８、生物処理水排出バルブ１８の開閉は、制御装置２０により制御してもよい。

このように、図５のグラニュール形成装置１でも、（１）流入工程／排出工程、（２）生物処理工程、（３）沈降工程という３つのサイクルを繰り返すことにより、グラニュールが形成される。

図５のグラニュール形成装置１では、有機物含有排水を半回分式反応槽１０に流入させることにより生物処理水を生物処理水排出口１６から排出することにより、粒径が比較的小さいグラニュールが生物処理水とともに排出され、粒径が比較的大きいグラニュールについて（１）〜（３）のサイクルを繰り返すことにより、より効率的にグラニュールを形成することができる。

＜排水処理方法および排水処理装置＞
本実施形態に係る排水処理装置は、有機物含有排水を連続的に流入させながら、有機物含有排水を生物汚泥により生物処理する連続式生物処理槽を備える。本実施形態に係る排水処理方法および排水処理装置では、有機物含有排水を連続的に流入させながら、有機物含有排水を生物汚泥により生物処理する連続式生物処理槽に、上記好気性グラニュールの形成方法により形成されたグラニュールを供給する。

本実施形態に係る排水処理装置の一例の概略構成を図６に示す。排水処理装置３は、排水貯留槽５０と、半回分式反応槽１０と、連続式生物処理槽５２と、固液分離装置５４とを備える。

排水処理装置３において、排水貯留槽５０の出口と連続式生物処理槽５２の排水入口とはポンプ５６およびバルブ５８を介して排水供給配管６６により接続されている。連続式生物処理槽５２の出口と固液分離装置５４の入口とは配管７０により接続されている。固液分離装置５４の処理水出口には処理水配管７２が接続されている。固液分離装置５４の汚泥出口にはバルブ６２を介して汚泥排出配管７４が接続され、汚泥排出配管７４のバルブ６２の上流側と連続式生物処理槽５２の返送汚泥入口とはポンプ６４を介して汚泥返送配管７６により接続されている。排水供給配管６６のポンプ５６とバルブ５８との間と、半回分式反応槽１０の排水流入口とは排水流入バルブ３８を介して排水供給配管２８により接続されている。半回分式反応槽１０の生物処理水排出口と、連続式生物処理槽５２の生物処理水入口とは、生物処理水排出バルブ１８を介して生物処理水配管３０により接続されている。半回分式反応槽１０の汚泥排出口と、連続式生物処理槽５２の汚泥入口とは、ポンプ６０を介して汚泥配管６８により接続されている。

連続式生物処理槽５２は、例えば撹拌装置、曝気用ポンプ、曝気用ポンプに接続される曝気装置等を備えており、撹拌装置により槽内の液が撹拌され、また曝気用ポンプから供給される空気等の酸素含有気体が曝気装置を通して槽内に供給されるように構成されている。

固液分離装置５４は、生物汚泥を含む処理水から生物汚泥と処理水とに分離するための分離装置であり、例えば、沈降分離、加圧浮上、濾過、膜分離等の分離装置が挙げられる。

排水処理装置３において、まず、バルブ５８を開け、ポンプ５６が作動し、排水貯留槽５０内の有機物含有排水が排水供給配管６６を通して連続式生物処理槽５２に供給される。連続式生物処理槽５２において、好気条件下で、生物汚泥による排水の生物処理が実施される（連続式生物処理工程）。連続式生物処理槽５２で処理された処理水は、連続式生物処理槽５２の出口から配管７０を通して固液分離装置５４に供給される。固液分離装置５４において、処理水から生物汚泥が分離される（固液分離工程）。固液分離処理された処理水は、固液分離装置５４の処理水出口から処理水配管７２を通して系外へ排出される。固液分離された生物汚泥は、バルブ６２を開け、汚泥排出配管７４を通して系外へ排出される。ポンプ６４を作動し、汚泥返送配管７６を通して、固液分離された生物汚泥の少なくとも一部を連続式生物処理槽５２に返送してもよい。

半回分式反応槽１０を稼働させる場合には、排水流入バルブ３８を開け、排水貯留槽５０内の有機物含有排水の少なくとも一部を、排水供給配管２８を通して半回分式反応槽１０に供給する。半回分式反応槽１０において、上記（１）流入工程、（２）生物処理工程、（３）沈降工程、（４）排出工程のサイクル（または、（１）流入工程／排出工程、（２）生物処理工程、（３）沈降工程のサイクル）を繰り返すことにより、グラニュールを形成し、ポンプ６０を作動し、汚泥配管６８を通して、形成したグラニュールを連続式生物処理槽５２に供給すればよい。

図６に示す連続式生物処理槽５２では、有機物等を処理対象とした標準活性汚泥法により生物処理を行う形態を例に説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、Ａ２Ｏ（Ａｎａｅｒｏｂｉｃ−Ａｎｏｘｉｃ−Ｏｘｉｃ Ｐｒｏｃｅｓｓ）やＡＯ（Ａｎａｅｒｏｂｉｃ−Ｏｘｉｃ Ｐｒｏｃｅｓｓ）等の栄養塩除去型システム（無酸素処理槽や嫌気処理槽を設置するシステム）、オキシデーションディッチ法、ステップ流入型多段活性汚泥法等のシステムにより生物処理を行う装置であってもよい。また、ポリウレタン、プラスチック、樹脂等の担体の存在下で、生物処理を行う装置であってもよい。

連続式生物処理槽５２は、例えば槽内の汚泥濃度が２０００〜２００００ｍｇ／Ｌの範囲で運転されることが好ましい。また、生物汚泥の健全性（沈降性、活性等）を維持するために、汚泥負荷は、０．０５〜０．６ｋｇＢＯＤ／ＭＬＳＳ／ｄａｙの範囲にすることが好ましく、０．１〜０．５ｋｇＢＯＤ／ＭＬＳＳ／ｄａｙの範囲にすることがより好ましい。

連続式生物処理槽５２内のｐＨは、一般的な生物処理に適する６〜９の範囲に調整することが好ましく、６．５〜７．５の範囲に調整することがより好ましい。また、連続式生物処理槽５２内の溶存酸素（ＤＯ）は、一般的な生物処理に適する０．５ｍｇ／Ｌ以上とすることが好ましく、１ｍｇ／Ｌ以上とすることがより好ましい。

図６に示す排水処理装置３では、固液分離装置５４を備える形態を例に説明したが、固液分離装置５４を必ずしも備える必要はない。しかし、排水処理装置３は、グラニュールを循環させて、排水の処理効率を向上させる等の点で、連続式生物処理槽５２から排出される処理水から生物汚泥を分離する固液分離装置５４と、固液分離装置５４から排出される生物汚泥を連続式生物処理槽５２に返送する汚泥返送配管７６を備えることが好ましい。

以下、実施例および比較例を挙げ、本発明をより具体的に詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。

＜実施例１および比較例１＞
反応槽有効容積３．５Ｌ（縦７０ｍｍ×横１４０ｍｍ×高さ３６０ｍｍ）の半回分式反応槽を用いて通水試験を実施した。グラニュール化の指標として、ＳＶＩ５の値を用いて評価した。ＳＶＩ５とは、生物汚泥の沈降性指標であり、以下の方法により求められる。まず、１Ｌのメスシリンダに１Ｌの汚泥を投入し、汚泥濃度ができるだけ均一となるように緩やかに撹拌した後、５分間静置したときの汚泥界面を測定する。そして、メスシリンダにおける汚泥の占める体積率（％）を計算する。次に、汚泥のＭＬＳＳ（ｍｇ／Ｌ）を測定する。これらを下記式に当てはめて、ＳＶＩ５を算出する。ＳＶＩ５の値が小さいほど、沈降性が高い汚泥であることを示している。ＳＶＩ５として１００ｍＬ／ｇ以下のときに良好な沈降性を有するグラニュールと判断した。

ＳＶＩ５（ｍＬ／ｇ）＝汚泥の占める体積率×１０，０００／ＭＬＳＳ

使用した模擬排水は魚肉エキス−ペプトンを主成分としたものであり、ＢＯＤ濃度として８０〜１２０ｍｇ／Ｌとなるように調整した。

半回分式反応槽に投入されるＢＯＤ除去量に対するＭＬＳＳ濃度の比に［全サイクル時間／反応時間］を乗じた値（Ａ値）は以下のように求める。
Ａ＝（（（Ｂ−Ｃ）／１０００×（Ｈ×Ｄ／１００×Ｇ））／（Ｉ／１０００×Ｈ））
×（Ｆ／Ｅ）
ここで、
Ｂ＝排水のＢＯＤ濃度 ［ｍｇ／Ｌ］
Ｃ＝処理後のＢＯＤ濃度 ［ｍｇ／Ｌ］
Ｄ＝１サイクルあたりの反応槽有効容積に対する排水の導入割合 ［％］
Ｅ＝１サイクルあたりの生物処理工程時間 ［分］
Ｆ＝１サイクルの全工程時間［分］
Ｇ＝１日あたりのサイクル数 ［回／日］
Ｈ＝反応槽有効容積 ［ｍ^３］
Ｉ＝ＭＬＳＳ［ｍｇ／Ｌ］

半回分式反応槽の運転サイクルは下記のように行った。
（１）流入工程：１．７５Ｌの排水を半回分式反応槽に導入した。
（２）生物処理工程：ＢＯＤ除去量に対するＭＬＳＳ濃度の比（上記式のＡ値）を表１の値になるように設定した。生物処理工程では反応槽下部に設置した曝気装置より空気を供給し、生物反応を行った。
（３）沈降工程：曝気装置からの空気の供給を停止させて１０分間静置させ、反応槽内の汚泥を沈降させた。
（４）排出工程：上澄水の１．７５Ｌを処理水として排出した。
以上（１）〜（４）の操作を繰り返した。

各条件（表１の条件１〜３（比較例１）および条件４〜６（実施例１））におけるＳＶＩ５の経日変化を図７に示す。

条件１期間において、Ａ値を０．１２〜０．１８ｋｇ／ｋｇ／ｄとなるようにして通水開始したところ、通水初期時のＳＶＩ５は６０ｍＬ／ｇ程度で、通水４０日間はＳＶＩ５：５０〜６０ｍＬ／ｇで良好な沈降性を維持していたが、その後ＳＶＩ５は悪化傾向に転じ、７５日目には１００ｍＬ／ｇまで悪化した。この間、特に汚泥の引き抜きは行っておらず、処理水中に含まれるＳＳのみで汚泥が引き抜かれている状態であり、汚泥滞留時間（ＳＲＴ）としては３０〜１００日程度で運転されていた。

条件２期間において、Ａ値を０．１２ｋｇ／ｋｇ／ｄとし、さらに汚泥の引き抜きを開始してＳＲＴを３０日としたが、条件１の状態よりさらに悪化傾向となり、ＳＶＩ５は１１０ｍＬ／ｇ程度まで上昇した。

条件３期間において、ＳＲＴを３０日のまま、反応時間を短くし、Ａ値を０．１２ｋｇ／ｋｇ／ｄから０．２５ｋｇ／ｋｇ／ｄにまで上昇させたところ、ＳＶＩ５はさらに悪化し、１０４日目には１８０ｍＬ／ｇにまで上昇した。

条件２〜３の期間における汚泥の顕微鏡観察では、粒径が２００μｍ以上の粒径を有する汚泥が観察されていたが、その周りにフロック汚泥も多く、その他、原生動物や後生動物の数も多く観察された。これら原生動物や後生動物により、本来グラニュールを形成すべき細菌類が捕食されていたこともグラニュールが崩壊して沈降性が悪化した要因のひとつと考えられる（図１０参照）。

条件４期間において、反応時間を長くし、Ａ値を０．１ｋｇ／ｋｇ／ｄにまで低下させ、さらに汚泥の引抜きをＳＲＴが２５日となるように実施したところ、ＳＶＩ５の値は低下に転じ、１４０日目には９０ｍＬ／ｇにまで低下し、安定した。

条件５期間において、汚泥の引き抜き量をＳＲＴが１５日となるように行ったところ、ＳＶＩ５はさらに低下に転じ、４０ｍＬ／ｇにまで低下した。この期間のＡ値は０．１〜０．１６であった。

条件６期間において、汚泥の引き抜き量をＳＲＴが１５日のままで反応時間を短くし、Ａ値を０．２２にまで上昇させたが、ＳＶＩ５の値は５０ｍＬ／ｇ程度で安定した。条件３の期間中、ＳＲＴが３０日の状態でＡ値を０．２５まで上昇させると、ＳＶＩが悪化したのに対し、条件６では、ＳＲＴを１５日にすれば、Ａ値が０．２２程度であれば安定してグラニュールを維持可能であると考えられた。条件５および６の期間での顕微鏡観察では、条件２および３の期間の汚泥よりも、フロック汚泥の存在割合が減少し、２００〜３００μｍ程度の粒径を有する良好なグラニュールが多数確認された（図１１参照）。また、原生動物や後生動物の存在割合が減少していることが確認された。

＜比較例２＞
反応槽有効容積１２Ｌ（縦２００ｍｍ×横１５０ｍｍ×高さ４００ｍｍ）の半回分式反応槽を用いて通水試験を実施した。本試験では、沈降工程における水面位置に生物処理水排出口を設け、排水を導入するとともに生物処理水排出口の電磁弁を開け、生物処理水を排出する運転を行った（図５参照）。運転サイクルは以下のとおりである。
（１）流入／排出工程：９Ｌの排水を導入して、生物処理水を排出した。
（２）生物処理工程：ＢＯＤ負荷量に対するＭＬＳＳ濃度の比（上記式のＡ値）を０．０３〜０．０４ｋｇ／ｋｇ／ｄ（表２参照）なるように設定した。生物処理工程では反応槽下部に設置した曝気装置より空気を供給し、生物反応を行った。
（３）沈降工程：曝気装置からの空気の供給を停止させて１０分間静置させ、反応槽内の汚泥を沈降させた。また、ＳＲＴが２５日となるように汚泥の引抜を行った。

結果を図８に示す。Ａ値：０．０３〜０．０４、ＳＲＴ：２５〜３０日で運転した。通水初期時のＳＶＩ５は１５ｍＬ／ｇ程度で非常に良好な沈降性であったが、通水とともにＳＶＩが上昇傾向となり、５０日目には４７ｍＬ／ｇにまで悪化する傾向であった。

＜実施例２＞
反応槽有効容積１２Ｌ（縦２００ｍｍ×横１５０ｍｍ×高さ４００ｍｍ）の半回分式反応槽を用いて通水試験を実施した。本試験では、沈降工程における水面位置に生物処理水排出口を設け、排水を導入するとともに生物処理水排出口の電磁弁を開け、生物処理水を排出する運転を行った（図５参照）。運転サイクルは以下のとおりである。
（１）流入／排出工程：９．６Ｌの排水を導入して、生物処理水を排出した。
（２）生物処理工程：ＢＯＤ負荷量に対するＭＬＳＳ濃度の比（上記式のＡ値）を表３の値になるように設定した。生物処理工程では反応槽下部に設置した曝気装置より空気を供給し、生物反応を行った。
（３）沈降工程：曝気装置からの空気の供給を停止させて１０分間静置させ、反応槽内の汚泥を沈降させた。

結果を図９に示す。Ａ値：０．１５〜０．２、ＳＲＴ：７〜１０日で運転した。通水初期時のＳＶＩ５は２５０ｍＬ／ｇ程度であったが、通水に従いＳＶＩが低下傾向となり、４０日目には５１ｍＬ／ｇにまで低下し、グラニュールを形成することができた。

このように、半回分式反応槽に投入されるＢＯＤ負荷量に対するＭＬＳＳ濃度の比に［全サイクル時間／反応時間］を乗じた値が、０．０５〜０．２５ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／ｄの範囲となるように反応時間を調整し、かつ汚泥滞留時間として５〜２５日となるように汚泥の引抜を行うことにより、排水のＢＯＤ濃度が８０〜１２０ｍｇ／Ｌ程度と低い場合においても、安定的に好気性のグラニュールを形成することができた。

１ グラニュール形成装置、３ 排水処理装置、１０ 半回分式反応槽、１２ 排水流入ポンプ、１４ 曝気用ポンプ、１６ 生物処理水排出口、１８ 生物処理水排出バルブ、２０ 制御装置、２２ 汚泥引抜口、２４ 汚泥引抜ポンプ、２６ 曝気装置、２８，６６ 排水供給配管、３０ 生物処理水配管、３２ 汚泥引抜配管、３４ モータ、３６ 撹拌翼、３８ 排水流入バルブ、４０ 排水流入口、４２ 排水排出部、５０ 排水貯留槽、５２ 連続式生物処理槽、５４ 固液分離装置、５６，６０，６４ ポンプ、５８，６２ バルブ、６８ 汚泥配管、７０ 配管、７２ 処理水配管、７４ 汚泥排出配管、７６ 汚泥返送配管。

Claims (6)

1. 有機物を含む有機物含有排水を流入させる流入工程と、前記有機物含有排水中の処理対象物質を微生物汚泥により生物学的に処理する生物処理工程と、前記微生物汚泥を沈降させる沈降工程と、前記生物学的に処理した生物処理水を排出させる排出工程とを繰り返して行ってグラニュールを形成する半回分式反応槽を用いた好気性グラニュールの形成方法であって、
   前記半回分式反応槽に投入されるＢＯＤ負荷量に対するＭＬＳＳ濃度の比に［全サイクル時間／反応時間］を乗じた値が、０．０５〜０．２５ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／ｄの範囲となるように反応時間を調整し、かつ汚泥滞留時間として５〜２５日となるように汚泥の引抜を行うことを特徴とする好気性グラニュールの形成方法。
2. 請求項１に記載の好気性グラニュールの形成方法であって、
   前記半回分式反応槽の生物処理水排出口を排水流入口よりも上方に設け、前記有機物含有排水を前記半回分式反応槽に流入させることにより前記生物処理水を前記生物処理水排出口から排出することを特徴とする好気性グラニュールの形成方法。
3. 有機物を含む有機物含有排水を流入させ、前記有機物含有排水中の処理対象物質を微生物汚泥により生物学的に処理し、前記微生物汚泥を沈降させ、前記生物学的に処理した生物処理水を排出させることを繰り返して行ってグラニュールを形成するグラニュール形成手段として半回分式反応槽を備える好気性グラニュールの形成装置であって、
   前記半回分式反応槽に投入されるＢＯＤ負荷量に対するＭＬＳＳ濃度の比に［全サイクル時間／反応時間］を乗じた値が、０．０５〜０．２５ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／ｄの範囲となるように反応時間を調整する手段と、かつ汚泥滞留時間として５〜２５日となるように汚泥の引抜を行う手段と、を備えることを特徴とする好気性グラニュールの形成装置。
4. 請求項３に記載の好気性グラニュールの形成装置であって、
   前記半回分式反応槽の生物処理水排出口を排水流入口よりも上方に有し、前記有機物含有排水を前記半回分式反応槽に流入させることにより前記生物処理水を前記生物処理水排出口から排出する手段を備えることを特徴とする好気性グラニュールの形成装置。
5. 有機物含有排水を連続的に流入させながら、前記有機物含有排水を生物汚泥により生物処理する連続式生物処理槽に、請求項１または２に記載の好気性グラニュールの形成方法により形成されたグラニュールを供給することを特徴とする排水処理方法。
6. 有機物含有排水を連続的に流入させながら、前記有機物含有排水を生物汚泥により生物処理する連続式生物処理槽を備え、請求項３または４に記載の好気性グラニュールの形成装置により形成されたグラニュールを前記連続式生物処理槽に供給する手段を備えることを特徴とする排水処理装置。