JP6613043B2 - 排水処理方法及び排水処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、排水処理方法及び排水処理装置の技術に関する。

例えば、特許文献１及び２には、排水を連続的に流入させて処理する連続式生物処理装置と、好気性グラニュール汚泥を生成する半回分式生物処理槽とを備え、半回分式生物処理槽から好気性グラニュール汚泥を連続式生物処理装置に供給することで、連続式生物処理装置内の生物汚泥をグラニュール化する処理装置が提案されている。特許文献１及び２の装置によれば、沈殿池や反応槽を小型化でき、また、原水濃度にもよるが槽容積あたりのＢＯＤ処理速度を０．４〜１．６ｋｇ／ｍ^３／ｄａｙにすることが可能である。

また、従来、有機物及び窒素成分を含む排水を同時に処理するいわゆる高度処理方法として、脱窒槽と硝化槽との間で排水を循環させる循環式硝化脱窒法が用いられているが、近年では、循環を行わず、１槽で硝化脱窒反応を行う方法が提案されている（例えば、特許文献３）。

特開２００７−１３６３６７号公報 特開２００８−２８４４２７号公報 特開２０１２−２２８６４５号公報

ところで、排水中の処理対象物質を微生物汚泥により処理するために、反応槽へ空気を供給すると、空気は排水中へと溶解し、排水中の微生物の呼吸に使用される。しかし、排水中への酸素の溶解速度が遅い場合には、供給した空気中の酸素のほとんどは微生物に利用されず、大気に放出される割合が大きく、曝気に掛かるエネルギーを効率的に利用することができないといった問題がある。また、従来の活性汚泥法では、生物反応槽の下部に汚泥を堆積させることなく攪拌するのに必要な底部流速を確保するためには、一定以上の曝気風量が必要であった。

排水中への酸素の溶解速度は、使用する散気装置の性能等にもよるが、排水中の微生物の酸素消費速度に依存するところが大きい。したがって、反応槽への曝気量を増やさずに排水中への酸素の溶解速度を向上させるには、排水中の微生物の酸素消費速度を向上させることが重要となる。また、微生物の酸素消費速度を上昇させれば、一定以上の底部流速を確保するために供給する空気中の酸素を有効に利用することができる。

そこで、本発明の目的は、排水中の微生物の酸素消費速度を向上させることが可能な排水処理方法及び排水処理装置を提供することである。

本発明の排水処理方法は、排水を連続式生物処理槽に連続的に流入させながら、前記排水を生物汚泥により生物処理する連続式生物処理工程と、排水を流入させる流入工程、前記排水を生物汚泥により生物処理する生物処理工程、前記生物汚泥を沈降させ、前記生物汚泥と前記生物汚泥より上に位置する処理水とに分離する沈降工程、前記処理水を排出させる排出工程を半回分式生物処理槽にて繰り返して行い、グラニュール汚泥を形成する半回分式生物処理工程と、前記半回分式生物処理工程で形成された２００μｍ以上の粒径を有するグラニュール汚泥を前記連続式生物処理槽に供給する汚泥供給工程と、前記半回分式生物処理工程の前記排出工程で排出された前記処理水を前記連続式生物処理槽内に供給する処理水供給工程と、を備え、前記連続式生物処理工程では、前記連続式生物処理槽内の前記生物汚泥のうち、２００μｍ以上の粒径を有するグラニュール汚泥の割合を３０％以上とする。

また、前記排水処理方法において、前記連続式生物処理槽は、槽内を複数の領域に区画すると共に、区画された領域を槽の上部及び槽の下部で連通させる隔壁と、前記領域の少なくとも１つの領域に配置される散気装置と、を備え、前記散気装置により供給される空気流により、槽内の排水が前記隔壁を越えて前記領域間を循環することで、槽内に無酸素状態及び好気状態を作成して前記生物処理を行う反応槽であることが好ましい。

また、本発明の排水処理装置は、排水を連続的に流入させながら、前記排水を生物汚泥により生物処理する連続式生物処理槽と、排水を流入させる流入工程、前記排水を生物汚泥により生物処理する生物処理工程、前記生物汚泥を沈降させ、前記生物汚泥と前記生物汚泥より上に位置する処理水とに分離する沈降工程、前記処理水を排出させる排出工程を繰り返して行い、グラニュール汚泥を形成する半回分式生物処理槽と、前記半回分式生物処理槽で形成された２００μｍ以上の粒径を有するグラニュール汚泥を前記連続式生物処理槽に供給する汚泥供給手段と、前記半回分式生物処理槽で行われる前記排出工程で排出された前記処理水を前記連続式生物処理槽に供給する処理水供給手段と、を備え、前記連続式生物処理槽内の前記生物汚泥のうち、２００μｍ以上の粒径を有するグラニュール汚泥の割合が３０％以上である。

本発明によれば、排水中の微生物の酸素消費速度を向上させることが可能となる。

本実施形態に係る排水処理装置の構成の一例を示す模式図である。 図１の排水処理装置で用いられる半回分式生物処理槽の構成の一例を示す模式図である。 本実施形態に係る排水処理装置の構成の他の一例を示す模式図である。 図３に示す排水処理装置に用いられる半回分式生物処理槽の構成の一例を示す模式図である。 連続式生物処理槽の構成の他の一例を示す模式図である。 連続式生物処理槽の構成の他の一例を示す模式図である。 レーザー回折式粒度分布計により測定した実施例及び比較例の生物汚泥の粒度分布を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、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。

図１は、本実施形態に係る排水処理装置の構成の一例を示す模式図である。図１に示す排水処理装置１は、連続式生物処理槽１０、半回分式生物処理槽１２、固液分離槽１４、排水貯留槽１６を備えている。本明細書において、「連続式」とは、回分式に対する方式であり、半回分式のように、排水の流入、生物処理、汚泥の沈降、処理水の排出を一つの反応槽にて繰り返し行う半回分式処理と区別されるものである。また、本実施形態において、連続式は、連続して反応槽に排水を投入して運転する方式に限定されるものではなく、ダイヤフラムポンプ等の往復運動のような原理を利用したポンプにより、反応槽に排水を供給して運転する方式等であってもよいし、反応槽の前段に原水槽を設置し、その原水槽の水位に応じてポンプの稼動−停止を制御（水位が高い場合にはポンプを稼動、水位が低い場合にはポンプを停止）して、反応槽に排水を供給する模擬連続通水方式等であってもよい。

図１に示す排水処理装置１は、排水流入ライン２０ａ，２０ｂ，２０ｃ、処理水排出ライン２２ａ，２２ｂ、汚泥返送ライン２４、汚泥排出ライン２６、生物汚泥供給ライン２８を備えている。また、図１に示す排水処理装置１は、第１排水流入ポンプ３０、第２排水流入ポンプ３２、処理水排出ポンプ３４、汚泥供給ポンプ３６、汚泥返送ポンプ３８を備えている。第１排水流入ポンプ３０は排水流入ライン２０ａに設置され、第２排水流入ポンプ３２は排水流入ライン２０ｂに設置され、処理水排出ポンプ３４は処理水排出ライン２２ｂに設置され、汚泥供給ポンプ３６は生物汚泥供給ライン２８に設置され、汚泥返送ポンプ３８は汚泥返送ライン２４に設置されている。また、汚泥排出ライン２６にはバルブ４０が設けられている。

排水流入ライン２０ａの一端は排水貯留槽１６の排水出口に接続され、他端は連続式生物処理槽１０の排水入口に接続されている。また、排水流入ライン２０ｂの一端は排水貯留槽１６の排水出口に接続され、他端は半回分式生物処理槽１２の排水入口に接続されている。また、排水流入ライン２０ｃの一端は連続式生物処理槽１０の排水出口に接続され、他端は固液分離槽１４の排水入口に接続されている。処理水排出ライン２２ａは固液分離槽１４の処理水出口に接続されている。汚泥返送ライン２４の一端は固液分離槽１４の汚泥出口に接続され、他端は連続式生物処理槽１０の汚泥入口に接続されている。汚泥排出ライン２６は汚泥返送ライン２４に接続されている。生物汚泥供給ライン２８の一端は半回分式生物処理槽１２の汚泥出口に接続され、他端は連続式生物処理槽１０の汚泥供給口に接続されている。処理水排出ライン２２ｂの一端は半回分式生物処理槽１２の処理水出口に接続され、他端は連続式生物処理槽１０の処理水入口に接続されている。

図２は、図１の排水処理装置で用いられる半回分式生物処理槽の構成の一例を示す模式図である。図２に示す半回分式生物処理槽１２では、（１）排水の流入、（２）生物汚泥による排水の生物処理、（３）生物汚泥の沈降、（４）処理水の排出といった４つの工程を繰り返すことでグラニュール汚泥が形成される。図２に示す半回分式生物処理槽１２は、撹拌装置４８、エアポンプ５０、散気装置５２を備えている。散気装置５２はエアポンプ５０に接続されており、エアポンプ５０から供給される空気が散気装置５２を通して槽内に供給される。また、撹拌装置４８は、モータの駆動により、モータに取り付けられたシャフトが回転し、シャフトの回転と共にシャフトの先端に取り付けられた撹拌羽根が回転する構造となっている。なお、撹拌装置４８は上記構成に制限されるものではない。半回分式生物処理槽１２には、排水入口１２ａ、処理水出口１２ｂが設けられ、排水入口１２ａには排水流入ライン２０ｂが接続され、処理水出口１２ｂには処理水排出ライン２２ｂが接続されている。また、半回分式生物処理槽１２には、汚泥出口１２ｃが設けられ、生物汚泥供給ライン２８が接続されている。

図２に示す排水流入ライン２０ｂ及び第２排水流入ポンプ３２は、排水を半回分式生物処理槽１２に間欠的に供給する半回分式側排水供給装置として機能する。本実施形態では、第２排水流入ポンプ３２の稼働・停止により、排水の間欠供給が行われるが、例えば、排水流入ライン２０ｂにバルブ等を設置して、バルブの開閉により排水の間欠供給を行ってもよい。

図２に示す処理水排出ライン２２ｂ及び処理水排出ポンプ３４は、処理水を連続式生物処理槽１０に供給する処理水供給装置として機能する。なお、適宜処理水排出ライン２２ｂにバルブ等を設置してもよい。本実施形態では、処理水排出ライン２２ｂが連続式生物処理槽１０に接続される構成となっているが、これに制限されず、固液分離槽１４や、処理水排出ライン２２ａに接続される構成としてもよい

図２に示す生物汚泥供給ライン２８及び汚泥供給ポンプ３６は、グラニュール汚泥を連続式生物処理槽１０に供給する汚泥供給装置として機能する。なお、適宜生物汚泥供給ライン２８にバルブ等を設置してもよい。

図１に示す排水流入ライン２０ａ及び第１排水流入ポンプ３０は、排水を連続式生物処理槽１０に供給する連続式側排水供給装置として機能する。また、図１に示す連続式生物処理槽１０は、例えば、散気装置等によって排水を曝気する好気条件下で、且つ半回分式生物処理槽１２から供給されたグラニュール汚泥等の生物汚泥の存在下で、連続的に流入する排水を生物処理する（例えば、排水中の有機物を二酸化炭素にまで酸化処理する）ものである。

本実施形態の固液分離槽１４は、生物汚泥を含む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。

本実施形態の排水処理装置１の動作の一例について説明する。

図１に示す排水貯留槽１６内には、処理対象となる排水が貯留されている。処理対象となる排水は、例えば、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、河川水等の排水が挙げられる。また、排水中には、一般的に生物分解性の有機物等が含まれている。なお、排水中に生物難分解性の有機物が含まれている場合には、予め浮上分離、凝集加圧浮上装置、吸着装置等の物理化学的処理を施し、除去することが望ましい。

まず、第１排水流入ポンプ３０を稼働させ、排水貯留槽１６内の処理対象排水を排水流入ライン２０ａから連続式生物処理槽１０に供給する。連続式生物処理槽１０において、好気条件下で、生物汚泥による排水の生物処理を実施する。なお、生物処理を実施する際の連続式生物処理槽１０内の生物汚泥量については、後述する。

連続式生物処理槽１０で処理された処理水を排水流入ライン２０ｃから固液分離槽１４に供給して、処理水から生物汚泥を分離する。汚泥返送ポンプ３８を稼働させ、固液分離された汚泥を汚泥返送ライン２４から連続式生物処理槽１０に返送する。また、バルブ４０を開放し、汚泥排出ライン２６から固液分離された汚泥を系外へ排出する。また、固液分離槽１４内の処理水も処理水排出ライン２２ａから系外へ排出する。

半回分式生物処理槽１２を稼働させる場合には、第２排水流入ポンプ３２を稼働させ、排水貯留槽１６内の排水を排水流入ライン２０ｂから半回分式生物処理槽１２に供給する（（１）排水の流入）。半回分式生物処理槽１２に排水を所定量になるまで導入し、第２排水流入ポンプ３２を停止する。次に、エアポンプ５０を稼働し、散気装置５２から半回分式生物処理槽１２内に空気を導入すると共に、撹拌装置４８を稼働させ、半回分式生物処理槽１２内の排水を撹拌することで、排水の生物処理を行う（（２）排水の生物処理）。

排水の生物処理工程を所定時間実施した後、エアポンプ５０及び撹拌装置４８を停止し、生物処理工程を終了する。生物処理終了後、半回分式生物処理槽１２内の生物汚泥を所定時間沈降させ、半回分式生物処理槽１２内で、生物汚泥と処理水とに分離する（（３）生物汚泥の沈降）。次に 処理水排出ポンプ３４を稼働させ、半回分式生物処理槽１２内の処理水を処理水排出ライン２２ｂから排出させ（（４）処理水の排出）、処理水排出ライン２２ｂから連続式生物処理槽１０に供給する。そして、（１）〜（４）の工程を繰り返すことで、半回分式生物処理槽１２内の生物汚泥がグラニュール化され、グラニュール汚泥が形成される。

また、汚泥供給ポンプ３６を稼働させ、半回分式生物処理槽１２内で形成されたグラニュール汚泥を生物汚泥供給ライン２８から連続式生物処理槽１０に供給する。なお、半回分式生物処理槽１２からのグラニュール汚泥の供給は、（３）生物汚泥の沈降工程で行ってもよいし、（２）排水の生物処理工程で行ってもよいし、（４）処理水の排出工程で行ってもよい。半回分式生物処理槽１２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２００μｍ以上の生物汚泥である。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、半回分式生物処理槽１２内の汚泥の粒径分布を測定し、その平均粒径が２００μｍ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。又は、半回分式生物処理槽１２内の汚泥の沈降性試験によりＳＶＩ値を定期的に測定し、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してもよい（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）。

本実施形態では、半回分式生物処理槽１２で生成したグラニュール汚泥を生物汚泥供給ライン２８から連続式生物処理槽１０に供給して、連続式生物処理槽１０内の生物汚泥のうち、２００μｍ以上の粒径を有するグラニュール汚泥の割合を３０％以上、好ましくは５０％以上にして、生物処理を行う。２００μｍ以上の粒径を有するグラニュール汚泥の割合を１０％以上にすることで、連続式生物処理槽１０内で微生物による酸素消費速度を向上させることが可能となる。その結果、２００μｍ以上の粒径を有するグラニュール汚泥の割合が３０％以上の方が、当該割合が３０％未満の場合と比較して、同じ曝気量でも、排水中への酸素の溶解速度が向上するため、曝気量に掛かるエネルギーを抑えながら、処理水の水質悪化を抑制することが可能となる。また、２００μｍ以上の粒径を有するグラニュール汚泥は非常に高い沈降性を有していることから、固液分離槽１４での固液分離が容易となるため、通常の活性汚泥と比べて、連続式生物処理槽１０内の汚泥濃度を高く保つことが可能となる。したがって、排水中への酸素の溶解速度を向上させることが可能となる。なお、通常、排水中への酸素の溶解速度は、槽内の汚泥濃度が高くなるにつれて低下する傾向にあるが、これは、汚泥含有排水の粘性が上昇してしまうためである。しかし、グラニュール汚泥は通常の活性汚泥よりも粘性が低いため、汚泥含有排水の粘性を上げることなく、汚泥濃度を高めることが可能となる。

連続式生物処理槽１０内のグラニュール汚泥の割合を調整する方法の一例を以下に説明する。まず、汚泥供給ポンプ３６の稼働時間及び出力等を調節し、所定時間及び所定流量で半回分式生物処理槽１２から連続式生物処理槽１０へ、２００μｍ以上の粒径を有するグラニュール汚泥を含む生物汚泥を供給する。そして、連続式生物処理槽１０内の生物汚泥に対する２００μｍ以上の粒径を有するグラニュール汚泥の割合をレーザー回折式粒度分布計などにより求める。ここで、上記割合が３０％に達していない場合には、再度、所定時間及び所定流量で半回分式生物処理槽１２から連続式生物処理槽１０へ、２００μｍ以上の平均粒径を有するグラニュール汚泥を含む生物汚泥を供給する。このような操作を上記割合が３０％以上となるまで繰り返し行う。なお、上記操作は作業者が行ってもよいし、また、連続式生物処理槽１０内の汚泥の粒径分布をレーザー回折式粒度分布計などで測定しながら、適宜グラニュール汚泥の供給量を調整してもよい。図１に示す装置の場合、半回分式反応槽１２で形成した２００μｍ以上のグラニュール汚泥を連続式生物処理槽１０内の汚泥の３０％以上となるように投入し、半回分式反応槽１２でグラニュール汚泥を増殖、形成させることも可能であるし、半回分式反応槽１２で形成した２００μｍ以上のグラニュール汚泥を半回分式反応槽１２の汚泥濃度が一定になるように引き抜き、その余剰のグラニュール汚泥を定期的に連続式生物処理槽１０内に投入してもよい。

また、通常、グラニュール汚泥を半回分式生物処理槽１２から連続式生物処理槽１０へ供給すると、連続式生物処理槽１０の水量が一時的に増加して、連続式生物処理槽１０から排出される処理水の水質悪化が引き起こされる場合がある。そこで、半回分式生物処理槽１２から連続式生物処理槽１０へ供給する際には、第１排水流入ポンプ３０の出力を低下、或いは稼働を停止し、連続式生物処理槽１０に供給される排水の流量を低下又は零にすることが好ましい。

半回分式生物処理槽１２のＭＬＳＳ濃度は、２０００〜２００００ｍｇ／Ｌの範囲で運転されることが望ましい。また、生物汚泥の健全性（沈降性、活性等）を維持するためには、適切な汚泥負荷に保つことが望ましく、好ましくは０．０５〜０．６０ｋｇＢＯＤ／ＭＬＳＳ／ｄａｙの範囲、より好ましくは０．１〜０．５ｋｇＢＯＤ／ＭＬＳＳ／ｄａｙの範囲に保たれるように、槽内からグラニュール汚泥を引き抜くことが望ましい。

半回分式生物処理槽１２でのグラニュール汚泥の形成においては、沈降時間の管理と１バッチあたりの排水流入率を適切にコントロールすることが望ましい。攪拌（曝気による攪拌を含む）を停止して汚泥を沈降させる沈降時間は水面から目的とする汚泥界面位置までの距離と汚泥の沈降速度とから計算され、例えば、４分／ｍから１５分／ｍの間で設定されることが好ましく、５分／ｍから１０分／ｍの間で設定されることがより好ましい。また、排水流入率（反応時有効容積に対する流入水の割合）は、例えば２０％以上１２０％以下の範囲であることが好ましく、４０％以上１２０％以下の範囲であることがより好ましい。処理対象物質である有機物濃度が非常に高い状態（流入工程の直後、飽食状態）と有機物濃度が非常に低い状態（生物処理工程の終盤、飢餓状態）を汚泥が繰り返し経験することによって、汚泥のグラニュール化が進行すると考えられているため、グラニュール汚泥を形成する観点では排水流入率は出来るだけ高くとった方がよいが、その一方で、排水流入率を高くすればする程、流入ポンプの容量が大きくなりコスト高となる。そのため、グラニュール汚泥の形成及びコスト削減の点で、排水流入率は４０％以上１２０％以下の範囲が好ましい。

半回分式生物処理槽１２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。ｐＨ値が前記範囲外となる場合は酸、アルカリを利用してｐＨ調整を実施することが好ましい。半回分式生物処理槽１２においてｐＨ調整を実施する場合、ｐＨ値を適切に測定する点で、半回分式生物処理槽１２が撹拌されていない状態より、撹拌されている状態でｐＨ調整を実施することが望ましい。半回分式生物処理槽１２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。

本実施形態では、（１）排水の流入、（２）排水の生物処理、（３）生物汚泥の沈降、（４）処理水の排出を繰り返し行って、２００μｍ以上の粒径を有するグラニュール汚泥を形成する半回分式生物処理槽１２を用いているが、必ずしも当該半回分式生物処理槽１２を用いる必要はない。半回分式生物処理槽１２以外にも、グラニュール汚泥を形成することが可能な装置（グラニュール汚泥形成装置）であればよく、例えば、脱窒処理で添加する水素供与体の添加を制御してグラニュールを形成させる方法や、嫌気グラニュールを投入する方法などが挙げられる。

また、本実施形態の排水処理装置１では、例えば、半回分式生物処理槽１２のようなグラニュール汚泥形成装置を備えているが、必ずしもグラニュール汚泥形成装置を備える必要はない。例えば、別系統の排水処理システムにおいて、２００μｍ以上の粒径を有するグラニュール汚泥が形成されている場合には、そのグラニュール汚泥が連続式生物処理槽１０に供給されるように、生物汚泥供給装置（生物汚泥供給ライン２８）を設置すればよい。

連続式生物処理槽１０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。

また、上記のように、連続式生物処理槽１０内の生物汚泥のうち、２００μｍ以上の粒径を有するグラニュール汚泥を３０％以上にすることで、曝気槽内のグラニュールの外側では好気状態、グラニュールの内部では無酸素状態を作り出すことが可能となり、バルク水中に溶存酸素が存在している状態（好気状態）においても脱窒反応が起こり、必ずしも無酸素槽を設置しなくても、１槽で硝化脱窒反応を起こすことが可能となる。

図５及び６は、連続式生物処理槽の構成の他の一例を示す模式図である。図５に示す連続式生物処理槽１０は、槽内の中央部に、槽の水深方向に沿って配置される隔壁６２を備えている。隔壁６２の上端及び下端は開放されている。これにより、連続式生物処理槽１０内は、槽の上部及び下部で連通された２つの領域Ａ，Ｂに区画される。図５に示す連続式生物処理槽１０は、領域Ａに設置された散気装置６４を備える。散気装置６４により供給される空気流により、槽内の排水が隔壁６２を越えて領域Ａ，Ｂ間を循環する循環流が形成される（図５に示す矢印Ｘ）。このような循環流を形成することで、主に散気装置６４の上方の領域Ａで好気状態が形成され、主に散気装置６４の下方の領域Ａ，Ｂで無酸素状態が形成され、生物処理が行われる。

図６に示す連続式生物処理槽１０では、槽内の中央部に、槽内の水深方向に沿って２列の隔壁（６２ａ，６２ｂ）が所定の間隔を空けて配置され、３つの領域Ａ，Ｂ，Ｃに区画されている。散気装置６４は、一方の隔壁６２ａと他方の隔壁６２ｂとの間の領域Ｂに設けられている。図６に示す連続式生物処理槽１０では、散気装置６４により供給される空気流により、槽内の排水は領域Ｂを上昇する上昇流となり、次いで、一方の隔壁６２ａ及び他方の隔壁６２ｂを越えて領域Ａ，Ｃに流れ、領域Ａ及びＢ間、領域Ｃ及びＢ間を循環する循環流となる（図６に示す矢印Ｘ）。このような循環流を形成することで、主に散気装置６４の上方の領域Ｂで好気状態が形成され、主に領域Ａ，Ｃで無酸素状態が形成され、生物処理が行われる。

図５及び図６に示すような連続式生物処理槽１０を用い、且つ連続式生物処理槽１０内の生物汚泥のうち、２００μｍ以上の粒径を有するグラニュール汚泥を３０％以上にすることで、連続式生物処理槽１０内で微生物による酸素消費速度を向上させ、排水中への酸素溶解速度を促進させることができるため、循環流により一定以上の底部流速を確保しながら、より効率的に反応槽内で好気部位（硝化反応）と無酸素部位（脱窒反応）を作り出し、排水中の窒素成分の処理が可能となる。

連続式生物処理槽１０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望ましい。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。

排水処理装置１では、固液分離槽１４を備える形態を例に説明したが、固液分離槽１４を必ずしも備える必要はない。しかし、排水処理装置１は、グラニュール汚泥を循環させて、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１０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槽１４と、固液分離槽１４から排出される生物汚泥（グラニュール汚泥を含む）を連続式生物処理槽１０に返送する汚泥返送ライン２４を備えることが好ましい。

図３は、本実施形態に係る排水処理装置の構成の他の一例を示す模式図である。図３の排水処理装置２において、図１に示す排水処理装置１と同様の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。図３に示す排水処理装置２では、排水流入ライン２０ａに排水流入ポンプ３１及びバルブ４４が設けられ、排水流入ライン２０ｂには、バルブ４６が設けられている。そして、排水流入ライン２０ｂの一端は、排水流入ポンプ３１とバルブ４４の間の排水流入ライン２０ａに接続され、他端は半回分式生物処理槽１５の排水入口に接続されている。また、図３に示す排水処理装置２は、半回分式生物処理槽１５から排出される処理水及びグラニュール汚泥を連続式生物処理槽１０に供給する汚泥処理水供給ライン５８を備えている。汚泥処理水供給ライン５８には、バルブ６０が設けられている。汚泥処理水供給ライン５８は、半回分式生物処理槽１５から排出される処理水を連続式生物処理槽１０に供給する処理水供給装置としての機能及びグラニュール汚泥を連続式生物処理槽１０に供給する汚泥供給装置としての機能を備えている。

図４は、図３に示す排水処理装置に用いられる半回分式生物処理槽の構成の一例を示す模式図である。図４に示す半回分式生物処理槽１５において、図２に示す半回分式生物処理槽１２と同様の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。図４に示す半回分式生物処理槽１５では、処理水及びグラニュール汚泥を排出する汚泥処理水出口１２ｄが設けられ、汚泥処理水出口１２ｄに、汚泥処理水供給ライン５８の一端が接続されている。汚泥処理水供給ライン５８の他端は、連続式生物処理槽１０に接続されている。図４に示す半回分式生物処理槽１５では、排水が流入する排水入口１２ａは、汚泥処理水出口１２ｄより低い位置に設けられている。

図４に示す半回分式生物処理槽１５では、排水の流入と処理水の排出が同時に行われる。すなわち、排水の流入及び処理水の排出、処理対象物質の生物処理、生物汚泥の沈降といった工程が繰り返し行われる。図４に示す半回分式生物処理槽１５の動作の一例については、図３に示す排水処理装置２の動作と共に、以下に説明する。

まず、排水流入ポンプ３１を稼働させると共に、バルブ４４を開放し、排水貯留槽１６内の処理対象排水を排水流入ライン２０ａから連続式生物処理槽１０に連続的に供給する。連続式生物処理槽１０において排水の生物処理を実施した後、処理水を排水流入ライン２０ｃから固液分離槽１４に供給する。そして、半回分式生物処理槽１５を稼働させる場合には、バルブ４６及びバルブ６０を開放し、排水を排水流入ライン２０ｂから半回分式生物処理槽１５に供給すると共に、半回分式生物処理槽１５内の処理水及びグラニュール汚泥を汚泥処理水供給ライン５８から連続式生物処理槽１０に供給する（排水の流入／処理水の排出）。この際、撹拌装置４８を稼働させることで、半回分式生物処理槽１５内のグラニュール汚泥を効率的に汚泥処理水供給ライン５８から連続式生物処理槽１０に供給することが可能となる。そして、前述したように、連続式生物処理槽１０内の生物汚泥のうち、２００μｍの粒径を有するグラニュール汚泥を供給した後、バルブ４６及びバルブ６０を閉じる。次に、撹拌装置４８を稼働させたまま、エアポンプ５０を稼働させ、半回分式生物処理槽１５内に空気の供給を開始し、排水の生物処理を行う（生物処理工程）。

所定時間経過後、エアポンプ５０の動作を停止することで空気の供給を停止し、また、撹拌装置４８を停止することで、生物処理を終了する。生物処理終了後、半回分式生物処理槽１５内の生物汚泥を所定時間沈降させ、半回分式生物処理槽１５内で、生物汚泥と処理水とに分離する（生物汚泥の沈降）。そして、再度、排水の流入／処理水の排出工程に移行する。

本実施形態では、半回分式生物処理槽１５に設けられる排水入口１２ａが汚泥処理水出口１２ｄより低い位置に配置されているため、半回分式生物処理槽１５内に流入した排水が生物処理されることなく半回分式生物処理槽１５から排出される（排水のショートカット）ことが抑制される。その結果、半回分式生物処理槽１５で効率的にグラニュール汚泥を形成することが可能となる。また、半回分式生物処理槽１５内の処理水は、流入してくる排水により押し上げられる形で排出されるため、沈降性の低い生物汚泥（グラニュール化していない汚泥等）を積極的に系外に排出することが可能となる。その結果、沈降性の高い生物汚泥が半回分式生物処理槽１５内に残るため、より効率的にグラニュール汚泥を形成することが可能となる。

以下、実施例を挙げ、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。

実施例では図２に示す半回分式生物処理槽を用いて、排水の流入、排水の生物処理、生物汚泥の沈降、処理水の排出を繰り返し行い、グラニュールを形成した。使用した排水は下水を用いた。

半回分式生物処理槽で形成したグラニュール汚泥をＭＬＳＳ濃度が１０００〜１５００ｍｇ／Ｌになるように、下水に混合し、汚泥混合液を調製した。汚泥混合液中の生物汚泥の粒度分布をレーザー回折式粒度分布計により測定した。その結果を図７に示す。図７に示す粒度分布における粒径２００μｍ以上のピーク面積を全ピーク面積で除することにより、汚泥混合液中の生物汚泥に対する２００μｍ以上の粒径を有するグラニュール汚泥の割合を求めた。その結果、汚泥混合液中の生物汚泥に対する２００μｍ以上の粒径を有するグラニュール汚泥の割合は７０％であった。

次に、上記汚泥混合液中に酸素が溶解するように、汚泥混合液を激しく撹拌した。この汚泥混合液をフラン瓶に分注し、スターラーにより緩速で撹拌を行いながら溶存酸素計により、汚泥混合液中の溶存酸素濃度の推移を記録し、溶存酸素の消費速度を求めた。この溶存酸素の消費速度、ＭＬＳＳ及びＭＬＶＳＳから、単位汚泥当たりの酸素消費速度を算出した。単位汚泥当たりの酸素消費速度が高いほど、排水中の微生物の酸素消費速度が高いことを意味している。表１に、実施例の溶存酸素の消費速度、ＭＬＶＳＳ、単位汚泥当たりの酸素消費速度の結果をまとめた。

比較例では、連続式生物処理槽を用いて、上記模擬排水に対して活性汚泥法による生物処理を行った。連続式生物処理槽内の生物汚泥を取り出し、ＭＬＳＳ濃度が１０００〜１５００ｍｇとなるように、模擬排水に混合し、汚泥混合液を調製した。汚泥混合液中の生物汚泥の粒度分布をレーザー回折式粒度分布計により測定した。その結果を図７に示す。図７に示す粒度分布から、実施例と同様に、汚泥混合液中の生物汚泥に対する２００μｍ以上の粒径を有するグラニュール汚泥の割合を求めた結果２０％であった。

上記汚泥混合液を用いて、実施例と同様に、溶存酸素の消費速度、ＭＬＳＳ及びＭＬＶＳＳから、単位汚泥当たりの酸素消費速度を算出した。表１に、比較例の溶存酸素の消費速度、ＭＬＶＳＳ、単位汚泥当たりの酸素消費速度の結果をまとめた。

表１の結果から分かるように、比較例の単位汚泥当たりの酸素消費速度は０．５３ｋｇＯ／ｋｇＶＳＳ／ｄであるのに対し、実施例の単位汚泥当たりの酸素消費速度は０．９７ｋｇＯ／ｋｇＶＳＳ／ｄであり、比較例と比べて１．８倍高い値となった。すなわち、実施例の方が、比較例より、排水中の微生物の酸素消費速度が高いと言える。したがって、実施例の方が、比較例より、排水中に供給した酸素の溶解速度が速く、微生物が効率的に酸素を利用していることを示している。

１，２ 排水処理装置、１０ 連続式生物処理槽、１２，１５ 半回分式生物処理槽、１２ａ 排水入口、１２ｂ 処理水出口、１２ｃ 汚泥出口、１２ｄ 汚泥処理水出口、１４ 固液分離槽、１６ 排水貯留槽、２０ａ，２０ｂ，２０ｃ 排水流入ライン、２２ａ，２２ｂ 処理水排出ライン、２４ 汚泥返送ライン、２６ 汚泥排出ライン、２８ 生物汚泥供給ライン、３０ 第１排水流入ポンプ、３１ 排水流入ポンプ、３２ 第２排水流入ポンプ、３４ 処理水排出ポンプ、３６ 汚泥供給ポンプ、３８ 汚泥返送ポンプ、４０，４４，４６，６０ バルブ、４８ 撹拌装置、５０ エアポンプ、５２，６４ 散気装置、５８ 汚泥処理水供給ライン、６２，６２ａ，６２ｂ 隔壁。

Claims (3)

1. 排水を連続式生物処理槽に連続的に流入させながら、前記排水を生物汚泥により生物処理する連続式生物処理工程と、
   排水を流入させる流入工程、前記排水を生物汚泥により生物処理する生物処理工程、前記生物汚泥を沈降させ、前記生物汚泥と前記生物汚泥より上に位置する処理水とに分離する沈降工程、前記処理水を排出させる排出工程を半回分式生物処理槽にて繰り返して行い、グラニュール汚泥を形成する半回分式生物処理工程と、
   前記半回分式生物処理工程で形成された２００μｍ以上の粒径を有するグラニュール汚泥を前記連続式生物処理槽に供給する汚泥供給工程と、
   前記半回分式生物処理工程の前記排出工程で排出された前記処理水を前記連続式生物処理槽内に供給する処理水供給工程と、を備え、
   前記連続式生物処理工程では、前記連続式生物処理槽内の前記生物汚泥のうち、２００μｍ以上の粒径を有するグラニュール汚泥の割合を３０％以上とすることを特徴とする排水処理方法。
2. 前記連続式生物処理槽は、槽内を複数の領域に区画すると共に、区画された領域を槽の上部及び槽の下部で連通させる隔壁と、前記領域の少なくとも１つの領域に配置される散気装置と、を備え、前記散気装置により供給される空気流により、槽内の排水が前記隔壁を越えて前記領域間を循環することで、槽内に無酸素状態及び好気状態を作成して前記生物処理を行う反応槽であることを特徴とする請求項１記載の排水処理方法。
3. 排水を連続的に流入させながら、前記排水を生物汚泥により生物処理する連続式生物処理槽と、
   排水を流入させる流入工程、前記排水を生物汚泥により生物処理する生物処理工程、前記生物汚泥を沈降させ、前記生物汚泥と前記生物汚泥より上に位置する処理水とに分離する沈降工程、前記処理水を排出させる排出工程を繰り返して行い、グラニュール汚泥を形成する半回分式生物処理槽と、
   前記半回分式生物処理槽で形成された２００μｍ以上の粒径を有するグラニュール汚泥を前記連続式生物処理槽に供給する汚泥供給手段と、
   前記半回分式生物処理槽で行われる前記排出工程で排出された前記処理水を前記連続式生物処理槽に供給する処理水供給手段と、を備え、
   前記連続式生物処理槽内の前記生物汚泥のうち、２００μｍ以上の粒径を有するグラニュール汚泥の割合が３０％以上であることを特徴とする排水処理装置。