JP6622093B2 - グラニュールの形成方法及び排水処理方法 - Google Patents
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Description
本発明は、グラニュールの形成方法及び排水処理方法の技術に関する。
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、（１）排水の流入工程、（２）処理対象物質の生物処理工程、（３）生物汚泥の沈降工程、（４）処理水の排出工程といった運転サイクルを繰り返し行う半回分式反応槽を用いることで、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）。上記のような沈降性の良いグラニュールを形成することで、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。
ところで、半回分式反応槽を用いたグラニュールの形成方法においては、各運転サイクルで、槽内の有機物濃度勾配による飽食状態（槽内の有機物濃度が高い状態）／飢餓状態（槽内の有機物濃度が低い状態）を形成することが重要な要因であると考えられている。しかし、例えば、下水等のように排水中の有機物濃度が低い場合（例えば、ＢＯＤとして５０〜２００ｍｇ／Ｌ程度の場合）には、生物処理工程において有機物が短時間で処理されるため、槽内で十分な飽食状態を形成することが困難となる。その結果、良好な沈降性を有するグラニュールの形成が困難となる場合がある。
そこで、本発明の目的は、半回分式反応槽を用いたグラニュール形成方法において、良好な沈降性を有するグラニュールの形成が可能なグラニュールの形成方法を提供することにある。
本発明は、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有する運転サイクル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グラニュールの形成方法であって、前記運転サイクルは、第１汚泥負荷で前記生物処理工程を行う第１運転サイクルと、前記第１運転サイクル後に、第２汚泥負荷で前記生物処理工程を行う第２運転サイクルと、を有し、前記第１汚泥負荷は、前記第１運転サイクルの生物処理工程終了時における前記半回分式反応槽内の溶解性ＢＯＤ濃度が閾値以下まで低下しないように設定される汚泥負荷であり、前記第２汚泥負荷は、前記第２運転サイクルの生物処理工程終了時における前記半回分式反応槽内の溶解性ＢＯＤ濃度が閾値以下となるように設定される汚泥負荷であるグラニュールの形成方法である。
また、前記グラニュールの形成方法において、前記第１汚泥負荷／前記第２汚泥負荷が、２倍以上であることが好ましい。
また、前記グラニュールの形成方法において、前記第２汚泥負荷は、前記第２運転サイクルの生物処理工程終了時における前記半回分式反応槽内のアンモニア態窒素濃度が１ｍｇＮ／Ｌ以下となるように設定されることが好ましい。
また、前記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排水流入口から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処理水排出口から排出することが好ましい。
また、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用いた排水処理方法であって、上記に記載のグラニュール形成方法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排水処理方法である。
本発明によれば、半回分式反応槽を用いたグラニュール形成方法において、良好な沈降性を有するグラニュールの形成が可能となる。
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。
本発明の実施形態に係る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２２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２４が生物処理水排出バルブ１８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に接続された曝気装置２６が設置されている。また、排水流入ポンプ１２、生物処理水排出バルブ１８、曝気用ポンプ１４は、それぞれ制御装置２０と電気的に接続されており、制御装置２０はポンプの作動・停止、バルブの開閉等を制御する。
グラニュール形成装置１は、例えば、次のような運転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２２を通して半回分式反応槽１０に所定量流入される。
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２２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よい。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２に示すように、モータ２８、撹拌翼３０、モータ２８と撹拌翼３０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。
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よい。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２に示すように、モータ２８、撹拌翼３０、モータ２８と撹拌翼３０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。
所定時間の間、生物処理工程が行われた後、例えば制御装置２０により曝気用ポンプ１４が停止される（図２のグラニュール形成装置１では撹拌装置も停止される）。
＜（３）沈降工程＞
曝気用ポンプ１４の停止後、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。
曝気用ポンプ１４の停止後、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２４を通して排出する。この場合、生物処理水排出バルブ１８ではなく、ポンプを用いて生物処理水を排出してもよい。
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２４を通して排出する。この場合、生物処理水排出バルブ１８ではなく、ポンプを用いて生物処理水を排出してもよい。
以上の（１）〜（４）の運転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、曝気用ポンプ１４、撹拌装置のモータ２８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し、作業者等が行ってもよい。
＜生物処理工程における汚泥負荷＞
本実施形態の生物処理工程は、第１汚泥負荷で生物処理工程を行う場合と、第２汚泥負荷で生物処理工程を行う場合とを有する。すなわち、本実施形態では、流入工程、第１汚泥負荷で生物処理する生物処理工程、沈降工程、排出工程を有する第１運転サイクルと、第１運転サイクル後に、流入工程、第２汚泥負荷で生物処理する生物処理工程、沈降工程、排出工程を有する第２運転サイクルとを有する。
本実施形態の生物処理工程は、第１汚泥負荷で生物処理工程を行う場合と、第２汚泥負荷で生物処理工程を行う場合とを有する。すなわち、本実施形態では、流入工程、第１汚泥負荷で生物処理する生物処理工程、沈降工程、排出工程を有する第１運転サイクルと、第１運転サイクル後に、流入工程、第２汚泥負荷で生物処理する生物処理工程、沈降工程、排出工程を有する第２運転サイクルとを有する。
第１汚泥負荷とは、生物処理工程終了時における半回分式反応槽１０内の溶解性ＢＯＤ濃度が閾値以下まで低下しない汚泥負荷、或いは生物処理工程終了時における半回分式反応槽１０内のアンモニア態窒素濃度が閾値以下まで低下しない汚泥負荷である。また、第２汚泥負荷とは、生物処理工程終了時における半回分式反応槽１０内の溶解性ＢＯＤ濃度が閾値以下となる汚泥負荷、或いは生物処理工程終了時における半回分式反応槽１０内のアンモニア態窒素濃度が閾値以下となる汚泥負荷である。
閾値は、微生物に対しエサとなる有機物濃度（溶解性ＢＯＤ濃度）が減少し、飢餓状態となることで微生物の活性が低下する有機物濃度（溶解性ＢＯＤ濃度）として設定される。すなわち、閾値より上の領域では溶解性ＢＯＤ濃度の高い飽食状態となり、閾値より下の領域では溶解性ＢＯＤ濃度の低い飢餓状態となる。第１汚泥負荷の閾値と、第２汚泥負荷の閾値は同じ値でもよいが、飽食状態及び飢餓状態をそれぞれ十分に確保する点で、それぞれ別々の閾値（第１汚泥負荷の閾値＞第２汚泥負荷の閾値）としてもよい。
図３（Ａ）は、第１運転サイクル及び第２運転サイクルを行った際の槽内の溶解性ＢＯＤ濃度の経時変化の一例を示す図であり、図３（Ｂ）は、従来の運転サイクルを行った際の槽内の溶解性ＢＯＤ濃度の経時変化を示す図である。図３（Ａ）に示すように、第１運転サイクルの開始時には、排水の流入により、槽内の溶解性ＢＯＤ濃度が上昇する。これにより、槽内の微生物にとっては、溶解性ＢＯＤ濃度が高い飽食状態となる。第１運転サイクルが進行すると、生物処理工程により、槽内の溶解性ＢＯＤ濃度は低下するが、前述した第１汚泥負荷で生物処理が行われるため、生物処理工程終了時における槽内の溶解性ＢＯＤ濃度は閾値まで低下せず、飽食状態が維持される。そして、第１運転サイクルの終了後、第２運転サイクルの開始時には、排水の流入により、槽内の溶解性ＢＯＤ濃度が上昇し、生物処理工程の途中まで、槽内の溶解性ＢＯＤ濃度が高い飽食状態が維持される。第２運転サイクルでは、前述した第２汚泥負荷で生物処理が行われるため、生物処理工程終了時における槽内の溶解性ＢＯＤ濃度は閾値以下となり、溶解性ＢＯＤ濃度が低い飢餓状態となる。このような運転サイクルを繰り返すことにより、飽食状態／飢餓状態が繰り返され、沈降性の良いグラニュールが形成される。特に排水の有機物濃度が低い場合でも、上記運転サイクルにより、十分な飽食状態を確保することが容易となるため、沈降性のよいグラニュールを形成することが可能となる。一方、従来の運転サイクルでは、図３（Ｂ）に示すように、１サイクルの間に飽食状態と飢餓状態を形成する必要がある。その結果、例えば、排水の有機物濃度が低い場合には、飽食状態が短時間で終了し、十分な飽食状態を確保することができず、沈降性のよいグラニュールを形成することが困難となる。
本実施形態に係るグラニュール形成方法では、第１運転サイクルを複数回繰り返した後、第２運転サイクルを行っても良い。また、第１運転サイクル後、第２運転サイクルを複数回繰り返してもよい。さらに、第１運転サイクルを複数回繰り返した後、第２運転サイクルを複数回繰り返しても良い。さらに、第１運転サイクルと第２運転サイクルの間に、汚泥負荷が第１運転サイクルより低く、第２サイクルより高い運転サイクルをはさむこともできる。
なお、図３では、槽内の溶解性ＢＯＤ濃度の変化を例に説明したが、生物処理では、有機物の処理と共に、アンモニア態窒素も処理されるため、溶解性ＢＯＤ濃度をアンモニア態窒素濃度に置き換えてもよい。
第１汚泥負荷／第２汚泥負荷は、２倍以上となるように設定されることが好ましく、３倍以上となるように設定されることがより好ましい。このように、第１汚泥負荷と第２汚泥負荷との差を大きくすることにより、飽食状態をより長い時間確保すること、或いは飢餓状態の時間をより長く確保することが可能となる。
第１運転サイクルにおける第１汚泥負荷は、生物処理工程終了時における半回分式反応槽１０内の溶解性ＢＯＤ濃度が５ｍｇ／Ｌ以下まで低下しない汚泥負荷であることが好ましく、１０ｍｇ／Ｌ以下まで低下しない汚泥負荷であることがより好ましく、さらに２５ｍｇ／Ｌ以下まで低下しない汚泥負荷であることがより好ましい。或いは、第１運転サイクルにおける第１汚泥負荷は、生物処理工程終了時における半回分式反応槽１０内のアンモニア態窒素濃度が５ｍｇＮ／Ｌ以下まで低下しない汚泥負荷であることが好ましく、１０ｍｇＮ／Ｌ以下まで低下しない汚泥負荷であることがより好ましく、さらに２５ｍｇＮ／Ｌ以下まで低下しない汚泥負荷であることがより好ましい。これにより、飽食状態をより長い時間確保することが可能となる。
第１運転サイクルにおける第１汚泥負荷は、排水中有機物の種類等にもよるが、例えば、０．４〜２．０ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／ｄａｙの範囲が好ましく、０．６〜１．５ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／ｄａｙの範囲がより好ましい。上記範囲外であると、飽食状態の時間を十分に確保することが困難となる場合がある。
第２運転サイクルにおける第２汚泥負荷は、生物処理工程終了時における半回分式反応槽１０内の溶解性ＢＯＤ濃度が５ｍｇ／Ｌ以下となる汚泥負荷であることが好ましく、１ｍｇ／Ｌ以下となる汚泥負荷であることがより好ましく、さらに０．５ｍｇ／Ｌ以下となる汚泥負荷であることがより好ましい。或いは、第２運転サイクルにおける第２汚泥負荷は、生物処理工程終了時における半回分式反応槽１０内のアンモニア態窒素濃度が５ｍｇＮ／Ｌ以下となる汚泥負荷であることが好ましく、１ｍｇＮ／Ｌ以下となる汚泥負荷であることがより好ましく、さらに０．５ｍｇＮ／Ｌ以下となる汚泥負荷であることがより好ましい。これにより、飢餓状態をより長い時間確保することが可能となる。
第２運転サイクルにおける第２汚泥負荷は、排水中有機物の種類等にもよるが、例えば、０．０２〜０．３ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／ｄａｙの範囲が好ましく、０．０５〜０．２ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／ｄａｙの範囲がより好ましい。上記範囲外であると、飢餓状態の時間を十分に確保することが困難となる場合がある。
第１汚泥負荷及び第２汚泥負荷の設定は、例えば、生物処理工程の時間を調節することにより行われる。例えば、予備実験や装置の立ち上げ時等において、槽内の溶解性ＢＯＤ濃度が閾値まで低下する時間を計測しておき、その時間より短い時間を生物処理工程の時間に設定すれば、その際の汚泥負荷が第１汚泥負荷となり、その時間より長い時間を生物処理工程の時間に設定すれば、その際の汚泥負荷が第２汚泥負荷となる。半回分式反応槽１０内の溶解性ＢＯＤ濃度は、ろ過した後にろ液についてＪＩＳ Ｋ０１０２に示す方法等により測定することにより求められる。なお、汚泥負荷（ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／ｄａｙ）は、半回分式反応槽１０に供給される一日あたりのＢＯＤ量（ｋｇＢＯＤ／ｄａｙ）と、半回分式反応槽１０内のＭＬＳＳ量（ｋｇＭＬＳＳ）とから求められる。
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、Ｆｅ２＋、Ｆｅ３＋、Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋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１０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。
処理対象となる有機物含有排水中のＢＯＤ濃度は、特に制限されるものではないが、本実施形態に係るグラニュール形成方法では、グラニュールの形成が困難とされる５０〜２００ｍｇ／Ｌの低濃度でも、沈降性の良いグラニュールを形成することが可能となる。
本実施形態に係るグラニュール形成方法では、例えば、沈降性指標であるＳＶＩ３０が５０ｍＬ／ｇ以下、ＳＶＩ５が７０ｍＬ／ｇ以下のグラニュールを形成することが可能となる。
本実施形態に係る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２２が排水流入ポンプ１２、排水流入バルブ３２を介して半回分式反応槽１０の下部の排水流入口３４に接続されている。排水流入口３４には、排水排出部３６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３４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２４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３４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３４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３２、生物処理水排出バルブ１８、曝気用ポンプ１４は、それぞれ制御装置２０と電気的に接続されている。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）沈降工程という運転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。
（１）流入工程／排出工程は、流入工程を行いながら排出工程を行う工程であり、具体的には、排水流入バルブ３２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３４から排水供給配管２２を通して排水排出部３６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２４を通して排出する。（２）生物処理工程及び（３）沈降工程は、前述した通りである。なお、排水流入ポンプ１２、曝気用ポンプ１４の作動および停止、排水流入バルブ３２、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し、作業者等が行ってもよい。
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から排出させているため、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）の運転サイクルが繰り返される。その結果、より効率的に、沈降性の良いグラニュールを形成することができる。
図５は、本発明の実施形態に係る排水処理装置の概略構成図である。図５に示す排水処理装置２は、排水貯留槽５０、グラニュール形成装置５２、連続式生物処理槽５４、固液分離槽５６、を備える。
図５に示す排水処理装置２は、排水流入ライン５８ａ，５８ｂ、処理水排出ライン６０、汚泥返送ライン６２、汚泥排出ライン６４、グラニュール供給ライン６６を備えている。排水流入ライン５８ａには、排水流入ポンプ６８が設置され、グラニュール供給ライン６６には、グラニュール供給ポンプ７２が設置され、汚泥返送ライン６２には汚泥返送ポンプ７４が設置されている。
排水流入ライン５８ａの一端は排水貯留槽５０の排水出口に接続され、他端は連続式生物処理槽５４の排水入口に接続されている。また、排水流入ライン５８ｂの一端は連続式生物処理槽５４の排水出口に接続され、他端は固液分離槽５６の排水入口に接続されている。処理水排出ライン６０は固液分離槽５６の処理水出口に接続されている。汚泥返送ライン６２の一端は固液分離槽５６の汚泥出口に接続され、他端は連続式生物処理槽５４の汚泥入口に接続されている。汚泥排出ライン６４は汚泥返送ライン６２に接続されている。グラニュール供給ライン６６の一端はグラニュール形成装置５２の汚泥出口に接続され、他端は連続式生物処理槽５４の汚泥供給口に接続されている。
図５に示す連続式生物処理槽５４は、例えば、好気条件下で、且つグラニュール形成装置５２から供給されたグラニュール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。
図５に示す固液分離槽５６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。
図５に示すグラニュール形成装置５２は、図１，２，４で例示したグラニュール形成装置である。
図５に示す排水処理装置２の動作の一例を説明する。
処理対象となる有機物含有排水は、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、し尿等、生物分解性有機物を含有した排水である。なお、排水中に生物難分解性の有機物が含まれる場合には、予め物理化学的処理を施し、生物分解性の物質に変換することが望ましい。
有機物含有排水は、連続式生物処理槽５４に供給される前に、排水貯留槽５０へと送られ、排水の水質安定化が行われることが好ましい。なお、比較的排水の水質が安定している場合や、排水流入量が多量である場合は、排水貯留槽５０を省略してもいい。また、排水中に固形物が含まれている場合には、排水貯留槽５０に供給される前にスクリーンや沈殿池等によって、固形物を取り除いておくことが好ましい。
排水貯留槽５０内の処理対象排水は、排水流入ポンプ６８の稼働により、排水流入ライン５８ａから連続式生物処理槽５４に供給される。なお、排水貯留槽５０内の処理対象排水はグラニュール形成装置５２に供給されてもよい。グラニュール形成装置５２では、前述した運転サイクルが繰り返し行われ、グラニュールが形成される。グラニュール形成装置５２内で形成されたグラニュールは、グラニュール供給ポンプ７２の稼働により、グラニュール供給ライン６６から連続式生物処理槽５４に供給される。
グラニュール形成装置５２からのグラニュールの供給は、（２）生物処理工程で行ってもよいし、（３）沈降工程で行ってもよいし、（４）排出工程（あるいは流入工程／排出工程）で行ってもよい。グラニュール形成装置５２から連続式生物処理槽５４に供給するグラニュールは、沈降性指標であるＳＶＩ３０が５０ｍＬ／ｇ以下、ＳＶＩ５が７０ｍＬ／ｇ以下のグラニュールを含むことが望ましい。例えば、グラニュール形成装置５２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７０ｍＬ／ｇ以下）となった段階で、連続式生物処理槽５４への供給を開始する。
連続式生物処理槽５４では、例えば、好気条件下で、上記グラニュールを含む生物汚泥により、有機物含有排水の生物処理が実施される。連続式生物処理槽５４で処理された処理水は排水流入ライン５８ｂから固液分離槽５６に供給され、処理水から生物汚泥が分離される。固液分離された汚泥は、汚泥返送ポンプ７４の稼働により、汚泥返送ライン６２から連続式生物処理槽５４に返送される。また、バルブ７６の開放により、固液分離された汚泥が汚泥排出ライン６４から系外へ排出される。さらに、固液分離槽５６内の処理水は処理水排出ライン６０から系外へ排出される。
本実施形態の排水処理装置２によれば、グラニュール形成装置５２により、沈降性の良いグラニュールが連続式生物処理槽５４に供給されるため、連続式生物処理槽５４において、有機物含有排水を効率的に生物処理することが可能となる。
図４に示す半回分式反応槽（反応槽有効容積：１．４ｍ３（縦６８３ｍｍ×横６８３ｍｍ×高さ３０００ｍｍ））を用いて下記の試験を行った。半回分式反応槽において生物処理水排出口を沈降工程における水面位置に設置した。
通水試験には下水を使用した。下水のＢＯＤ濃度は８０〜１４０ｍｇ／Ｌであった。排水のＢＯＤ濃度はＪＩＳ Ｋ ０１０２ ２１に準拠して測定した。
半回分式反応槽の運転サイクルは下記のように行った。なお、運転前に、下水処理場から採取した活性汚泥を種汚泥として半回分式反応槽に投入した。
（１）流入／排出工程：排水を所定時間かけて半回分式反応槽に流入させるとともに、生物処理水排出口より生物処理水を排出させた。
（２）生物処理工程：排水の流入及び生物処理水の排出を停止させると同時に、反応槽下部に設置した曝気装置より空気を供給し、排水の生物処理を所定時間行った。当該時間経過後、以下の沈降工程へ移行した。
（３）沈降工程：曝気装置からの空気の供給を停止して、所定時間静置させ、反応槽内の汚泥を沈降させた。
以上（１）〜（３）の操作を繰り返し行った。
（１）流入／排出工程：排水を所定時間かけて半回分式反応槽に流入させるとともに、生物処理水排出口より生物処理水を排出させた。
（２）生物処理工程：排水の流入及び生物処理水の排出を停止させると同時に、反応槽下部に設置した曝気装置より空気を供給し、排水の生物処理を所定時間行った。当該時間経過後、以下の沈降工程へ移行した。
（３）沈降工程：曝気装置からの空気の供給を停止して、所定時間静置させ、反応槽内の汚泥を沈降させた。
以上（１）〜（３）の操作を繰り返し行った。
（比較例１：運転０日〜１５日目）
運転０日〜１５日目までは、流入／排出工程の時間を９０分、生物処理工程の時間を２００分、沈降工程の時間を８分とした運転サイクルを繰り返した。生物処理工程での汚泥負荷は、０．２４ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／ｄａｙであった。また、運転０日〜１５日目の間、上記汚泥負荷で生物処理を行ったところ、生物処理工程終了時における槽内の溶解性ＢＯＤ濃度は１ｍｇ／Ｌ以下であり、アンモニア態窒素濃度は０．５ｍｇ／Ｌ以下であった。
運転０日〜１５日目までは、流入／排出工程の時間を９０分、生物処理工程の時間を２００分、沈降工程の時間を８分とした運転サイクルを繰り返した。生物処理工程での汚泥負荷は、０．２４ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／ｄａｙであった。また、運転０日〜１５日目の間、上記汚泥負荷で生物処理を行ったところ、生物処理工程終了時における槽内の溶解性ＢＯＤ濃度は１ｍｇ／Ｌ以下であり、アンモニア態窒素濃度は０．５ｍｇ／Ｌ以下であった。
（比較例２：運転１６日目〜５０日目）
運転１６日目〜５０日目までは、流入／排出工程の時間を９０分、生物処理工程の時間を１５０分、沈降工程の時間を８分とした運転サイクルを繰り返した。生物処理工程での汚泥負荷は、０．３ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／ｄａｙであった。また、運転１６日目〜５０日目の間、上記汚泥負荷で生物処理を行ったところ、生物処理工程終了時における槽内の溶解性ＢＯＤ濃度は１ｍｇ／Ｌ以下であり、アンモニア態窒素濃度は０．５ｍｇ／Ｌ以下であった。
運転１６日目〜５０日目までは、流入／排出工程の時間を９０分、生物処理工程の時間を１５０分、沈降工程の時間を８分とした運転サイクルを繰り返した。生物処理工程での汚泥負荷は、０．３ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／ｄａｙであった。また、運転１６日目〜５０日目の間、上記汚泥負荷で生物処理を行ったところ、生物処理工程終了時における槽内の溶解性ＢＯＤ濃度は１ｍｇ／Ｌ以下であり、アンモニア態窒素濃度は０．５ｍｇ／Ｌ以下であった。
（実施例：運転５１日目〜７８日目）
運転５１日目〜７８日目までは、流入／排出工程の時間を９０分、生物処理工程の時間を４０分、沈降工程の時間を８分とした第１運転サイクルと、流入／排出工程の時間を９０分、生物処理工程の時間を２４０分、沈降工程の時間を８分とした第２運転サイクルと、を交互に繰り返し行った。第１運転サイクルにおける生物処理工程での汚泥負荷は、１．３ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／ｄａｙであり、生物処理工程終了時における槽内の溶解性ＢＯＤ濃度は１０ｍｇ／Ｌ以上、アンモニア態窒素濃度は１０ｍｇ／Ｌ以上であった。第２運転サイクルにおける生物処理工程での汚泥負荷は、０．２ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／ｄａｙであり、生物処理工程終了時における槽内の溶解性ＢＯＤ濃度は１ｍｇ／Ｌ以下、アンモニア態窒素濃度は０．５ｍｇ／Ｌ以下であった。
運転５１日目〜７８日目までは、流入／排出工程の時間を９０分、生物処理工程の時間を４０分、沈降工程の時間を８分とした第１運転サイクルと、流入／排出工程の時間を９０分、生物処理工程の時間を２４０分、沈降工程の時間を８分とした第２運転サイクルと、を交互に繰り返し行った。第１運転サイクルにおける生物処理工程での汚泥負荷は、１．３ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／ｄａｙであり、生物処理工程終了時における槽内の溶解性ＢＯＤ濃度は１０ｍｇ／Ｌ以上、アンモニア態窒素濃度は１０ｍｇ／Ｌ以上であった。第２運転サイクルにおける生物処理工程での汚泥負荷は、０．２ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／ｄａｙであり、生物処理工程終了時における槽内の溶解性ＢＯＤ濃度は１ｍｇ／Ｌ以下、アンモニア態窒素濃度は０．５ｍｇ／Ｌ以下であった。
実施例、及び比較例１，２において、槽内の生物汚泥のＳＶＩ測定を行った。ＳＶＩ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、静置５分後および３０分後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およびＳＶＩ３０を算出する。
ＳＶＩ（ｍＬ／ｇ）＝汚泥の占める体積率×１０，０００／ＭＬＳＳ
ＳＶＩ（ｍＬ／ｇ）＝汚泥の占める体積率×１０，０００／ＭＬＳＳ
図６に、比較例１，２及び実施例におけるＳＶＩ５およびＳＶＩ３０の経日変化を示す。
（比較例１：運転０日〜１５日目）
運転０日目のＳＶＩ５は１４１ｍＬ／ｇ、ＳＶＩ３０は７６ｍＬ／ｇであったが、運転日数の経過に伴い、ＳＶＩ値の低下が確認され、通水８日目にＳＶＩ５は１１４ｍＬ／ｇ、ＳＶＩ３０は６７ｍＬ/ｇとなった。その後ＳＶＩは１１０ｍＬ／ｇ程度で停滞する結果となった。
運転０日目のＳＶＩ５は１４１ｍＬ／ｇ、ＳＶＩ３０は７６ｍＬ／ｇであったが、運転日数の経過に伴い、ＳＶＩ値の低下が確認され、通水８日目にＳＶＩ５は１１４ｍＬ／ｇ、ＳＶＩ３０は６７ｍＬ/ｇとなった。その後ＳＶＩは１１０ｍＬ／ｇ程度で停滞する結果となった。
（比較例２：運転１６日目〜５０日目）
運転１６日目以降、生物処理工程における汚泥負荷を高くして運転を行った結果、運転３０日目までは、ＳＶＩ５が１１０〜１１５ｍＬ／ｇ程度で停滞したままであったが、通水３３日目にＳＶＩ５が９０ｍＬ／ｇにまで低下した。その後、ＳＶＩは停滞し、５０日目ではＳＶＩ５が９８ｍＬ／g、ＳＶＩ３０は６０ｍＬ／ｇであった。
運転１６日目以降、生物処理工程における汚泥負荷を高くして運転を行った結果、運転３０日目までは、ＳＶＩ５が１１０〜１１５ｍＬ／ｇ程度で停滞したままであったが、通水３３日目にＳＶＩ５が９０ｍＬ／ｇにまで低下した。その後、ＳＶＩは停滞し、５０日目ではＳＶＩ５が９８ｍＬ／g、ＳＶＩ３０は６０ｍＬ／ｇであった。
（実施例：運転５１〜７８日目＞）
運転５１日目以降、１．３ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／ｄａｙの汚泥負荷で生物処理を行う運転サイクルと、０．２ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／ｄａｙの汚泥負荷で生物処理を行う運転サイクルと、を交互に繰り返して運転を行った結果、運転日数の経過に伴いＳＶＩ値が低下し、７２日目にはＳＶＩ５が４７ｍＬ／ｇ、ＳＶＩ３０が３７ｍＬ／ｇにまで低下した。その後、ＳＶＩ５が５０ｍＬ／ｇ程度、ＳＶＩ３０が３８ｍＬ／ｇ程度で安定した。
運転５１日目以降、１．３ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／ｄａｙの汚泥負荷で生物処理を行う運転サイクルと、０．２ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／ｄａｙの汚泥負荷で生物処理を行う運転サイクルと、を交互に繰り返して運転を行った結果、運転日数の経過に伴いＳＶＩ値が低下し、７２日目にはＳＶＩ５が４７ｍＬ／ｇ、ＳＶＩ３０が３７ｍＬ／ｇにまで低下した。その後、ＳＶＩ５が５０ｍＬ／ｇ程度、ＳＶＩ３０が３８ｍＬ／ｇ程度で安定した。
実施例、比較例ともに、ＳＶＩの低下が見られたが、実施例の方がより低い値となった。すなわち、実施例の方が、沈降性の良好なグラニュールが形成されたと言える。
１ グラニュール形成装置、２ 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 排水供給配管、２４ 生物処理水配管、２６ 曝気装置、２８ モータ、３０ 撹拌翼、３２ 排水流入バルブ、３４ 排水流入口、３６ 排水排出部、５０ 排水貯留槽、５２ グラニュール形成装置、５４ 連続式生物処理槽、５６ 固液分離槽、５８ａ，５８ｂ 排水流入ライン、６０ 処理水排出ライン、６２ 汚泥返送ライン、６４ 汚泥排出ライン、６６ グラニュール供給ライン、６８ 排水流入ポンプ、７２ グラニュール供給ポンプ、７４ 汚泥返送ポンプ、７６ バルブ。
Claims (5)
- 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有する運転サイクル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グラニュールの形成方法であって、
前記運転サイクルは、第１汚泥負荷で前記生物処理工程を行う第１運転サイクルと、前記第１運転サイクル後に、第２汚泥負荷で前記生物処理工程を行う第２運転サイクルと、を有し、
前記第１汚泥負荷は、前記第１運転サイクルの生物処理工程終了時における前記半回分式反応槽内の溶解性ＢＯＤ濃度が閾値以下まで低下しないように設定される汚泥負荷であり、前記第２汚泥負荷は、前記第２運転サイクルの生物処理工程終了時における前記半回分式反応槽内の溶解性ＢＯＤ濃度が閾値以下となるように設定される汚泥負荷であることを特徴とするグラニュールの形成方法。 - 前記第１汚泥負荷／前記第２汚泥負荷が、２倍以上であることを特徴とする請求項１に記載のグラニュールの形成方法。
- 前記第２汚泥負荷は、前記第２運転サイクルの生物処理工程終了時における前記半回分式反応槽内のアンモニア態窒素濃度が１ｍｇＮ／Ｌ以下となるように設定されることを特徴とする請求項１又は２に記載のグラニュールの形成方法。
- 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排水流入口から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処理水排出口から排出することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のグラニュール形成方法。
- 有機物含有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を用いた排水処理方法であって、請求項１〜４のいずれか１項に記載のグラニュール形成方法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ことを特徴とする排水処理方法。
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