JP6875059B2

JP6875059B2 - 排水処理方法及び排水処理装置

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Publication number: JP6875059B2
Application number: JP2014208817A
Authority: JP
Inventors: 將貴三宅; 長谷部　吉昭; 吉昭長谷部; 太一山本; 江口　正浩; 正浩江口
Original assignee: Organo Corp
Current assignee: Organo Corp
Priority date: 2014-10-10
Filing date: 2014-10-10
Publication date: 2021-05-19
Anticipated expiration: 2034-10-10
Also published as: JP2016077931A

Description

本発明は、有機物等を含有する排水を生物処理する排水処理方法及び排水処理装置の技術に関する。

従来、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の範囲又はそれ以上に増加させると、バルキングなどの固液分離障害が発生し、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℃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、別途活性汚泥法等の好気性処理を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）。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）排水の導入、（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ものである。上記のような沈降性の良いグラニュール化した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。

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

ところで、上記（３）の生物汚泥の沈降は（ｉ）再フロック化、（ｉｉ）ゾーン沈降、（ｉｉｉ）遷移、（ｉｖ）圧密という過程を経るとされており、遷移過程では沈降汚泥の密度が上昇し、汚泥粒子間の干渉が強くなる。そして、沈降の最終段階である圧密過程において沈降汚泥の圧密が進む。汚泥濃度の高いスラッジブランケットは遷移及び圧密過程において形成される。

遷移および圧密過程において形成されたスラッジブランケットは、粒径の大きい生物汚泥のみで構成されるものではなく、沈降性が低く粒径の小さい生物汚泥も多く存在している。このような粒径の小さい生物汚泥がスラッジブランケットに取り込まれた状態において、粒径の小さい生物汚泥を選択的に生物処理槽系外へ排出することは困難である。そして、生物処理槽内に小さい粒径の生物汚泥を多く残したまま、半回分式の生物処理を行っても、沈降性の高い生物汚泥を得ることが難しく、或いは沈降性の高い生物汚泥を得るまでに多くの時間を要することとなる。その結果、生物処理の立ち上げに多くの時間を費やす必要があり、ひいては、排水の高速処理が困難となる。なお、上記特許文献１〜４はいずれも、沈降工程において、粒径の小さい生物汚泥が取り込まれたスラッジブランケットが形成され、その後、処理水の排出工程が行われている。

そこで、本発明は、沈降性の高い生物汚泥を得ること、ひいては沈降性の高い生物汚泥を短時間で得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を目的とする。

本発明は、排水流入口と処理水流出口が設けられた槽内に、生物汚泥を収容した生物処理槽を用いて、排水を生物処理する排水処理方法であって、前記排水流入口からの前記排水の導入及び前記処理水流出口からの処理水の排出が停止された状態で、前記生物処理槽内の排水を撹拌して、前記生物汚泥により前記排水を生物処理する生物処理工程と、前記生物処理槽内の排水の撹拌を停止してから前記生物処理槽内に前記生物汚泥のスラッジブランケットが形成されるまでの間に、前記排水流入口からの前記排水の導入を開始すると共に、前記処理水流出口からの前記処理水の排出を開始する排水導入処理水排出工程と、を備え、前記生物汚泥の平均粒径が０．２ｍｍ又はＳＶＩ５が８０になるまで、前記排水導入処理水排出工程における前記排水の流入線速度を１〜２ｍ／ｈの範囲とし、前記生物処理工程及び前記排水導入処理水排出工程を順次繰り返し行う排水処理方法である。

また、前記排水処理方法において、前記排水導入処理水排出工程では、前記生物処理槽内の排水の撹拌を停止と同時または停止した直後に、前記排水流入口からの前記排水の導入を開始すると共に、前記処理水流出口からの前記処理水の排出を開始することが好ましい。

また、本発明の排水処理装置は、排水流入口と処理水流出口とが設けられた槽内に生物汚泥を収容する生物処理槽と、排水流入口から前記生物処理槽に排水を導入する導入手段と、前記処理水流出口から前記生物処理槽内の処理水を排出する排出手段と、前記生物処理槽内の排水を撹拌する撹拌手段と、前記撹拌手段の稼働を制御する第１制御手段と、前記導入手段及び前記排出手段の稼働を制御する第２制御手段と、を備え、前記第１制御手段は、前記生物汚泥により前記排水を生物処理する際に、前記第２制御手段により前記排水流入口からの前記排水の導入及び前記処理水流出口からの前記処理水の排出が停止された状態で、前記撹拌手段を稼働させ、前記生物処理槽内の排水を撹拌し、前記第２制御手段は、前記第１制御手段により前記撹拌手段による排水の撹拌が停止されてから前記生物処理槽内に前記生物汚泥のスラッジブランケットが形成されるまでの間に、前記導入手段を稼働させ、前記排水流入口からの前記排水の導入を開始すると共に、前記排出手段を稼働させ、前記処理水流出口からの前記処理水の排出を開始し、前記生物汚泥の平均粒径が０．２ｍｍ又はＳＶＩ５が８０ｍＬ／ｇになるまで、前記第２制御手段による前記排水の導入時における前記排水の流入線速度を１〜２ｍ／ｈの範囲とし、前記第１制御手段による制御及び前記第２制御手段による制御を順次繰り返し行う排水処理装置である。

また、前記排水処理装置において、前記第２制御手段は、前記撹拌手段による排水の撹拌の停止と同時又は停止した直後に、前記導入手段を稼働させ、前記排水流入口からの前記排水の導入を開始すると共に、前記排出手段を稼働させ、前記処理水流出口からの前記処理水の排出を開始することが好ましい。

また、前記排水処理装置において、前記第２制御手段は、さらに、前記排水流入口から導入する排水の量と前記処理水流出口から排出する処理水の量とが等しくなるように、前記導入手段および前記排出手段を稼働させることが好ましい。

また、前記排水処理装置において、前記排水流入口は前記処理水流出口より低い位置に設けられていることが好ましい。

また、前記排水処理装置において、前記処理水流出口は、前記処理水の排出が停止されたときの、前記生物処理槽内の排水の水面高さに設けられていることが好ましい。

本発明によれば、沈降性の高い生物汚泥を得ること、ひいては沈降性の高い生物汚泥を短時間で得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ができる。

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。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。沈降曲線の一例を示す図である。実施例及び比較例のＳＶＩ５の経日変化を示す図である。

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に示すように、排水処理装置１は、生物処理槽１０、排水導入装置１２、ディストリビューター１４、処理水排出装置１６、撹拌システム、制御装置２０、を備えている。

本実施形態の生物処理槽１０は、槽内に生物汚泥を収容し、排水を生物汚泥により処理するものである。本実施形態の生物処理槽１０は、排水を導入する排水流入口２２、処理水を排出する処理水流出口２４を備えており、排水流入口２２は、処理水流出口２４より低い位置に設けられている。

本実施形態の排水導入装置１２は、排水導入ライン２６、排水ポンプ２８、排水側電磁バルブ３０を備えている。排水導入ライン２６は、生物処理槽１０の外側から排水流入口２２に接続されている。排水導入ライン２６には排水ポンプ２８及び排水側電磁バルブ３０が設置され、排水ポンプ２８及び排水側電磁バルブ３０は制御装置２０と電気的に接続されている。排水導入装置１２は、排水流入口２２から生物処理槽１０内に排水を導入するための装置構成であれば上記に制限されるものではなく、例えば、排水導入ライン２６、排水ポンプ２８等から構成されていてもよい。なお、本実施形態では、ディストリビューター１４が生物処理槽１０内に設けられ、生物処理槽１０の内側から排水流入口２２に接続されている。すなわち、排水流入口２２を介して排水導入ライン２６とディストリビューター１４とが連通している。

本実施形態の処理水排出装置１６は、処理水排出ライン３２、処理水側電磁バルブ３４を備えている。処理水排出ライン３２は、生物処理槽１０の外側から処理水流出口２４に接続されている。処理水排出ライン３２には処理水側電磁バルブ３４が設置され、処理水側電磁バルブ３４が制御装置２０と電気的に接続されている。処理水排出装置１６は、生物処理槽１０内の処理水を処理水流出口２４から排出するための装置構成であれば上記に制限されるものではなく、例えば、処理水排出ライン３２、処理水ポンプ、処理水側電磁バルブ３４等から構成されていてもよい。

本実施形態の撹拌システムは、撹拌装置３６、曝気装置３８を備える。本実施形態の撹拌装置３６は、モータ４０、撹拌翼４２等を備えており、モータ４０の回転に伴って撹拌翼４２が回転することにより、生物処理槽１０内の排水が撹拌される。本実施形態の曝気装置３８は、散気ポンプ４４、散気管４６等を備えており、散気ポンプ４４により酸素や空気等の曝気ガスが散気管４６に送られ、散気管４６により曝気ガスが生物処理槽１０内に供給されることで、生物処理槽１０内の排水が流動し撹拌される。モータ４０及び散気ポンプ４４は制御装置２０と電気的に接続されている。

図２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。撹拌システムは、生物処理槽１０内の排水を撹拌することができるシステム構成であれば特に制限されるものではない。例えば、好気性生物処理では、図２の排水処理装置２のように、撹拌装置３６等は不要であるため、撹拌システムは曝気装置３８から構成され、曝気ガスを生物処理槽１０に供給することで、生物処理槽１０内を好気条件としながら、排水を撹拌してもよい。また、例えば、嫌気性生物処理では、曝気装置３８等は不要であるため、撹拌システムは撹拌装置３６から構成され、撹拌装置３６により、排水を撹拌すればよい。

制御装置２０は、プログラムを演算するＣＰＵ、プログラムや演算結果を記憶するＲＯＭおよびＲＡＭから構成されるマイクロコンピュータと電子回路等で構成され、撹拌装置３６及び曝気装置３８の稼働を制御する第１制御装置及び排水導入装置１２及び処理水排出装置１６の稼働を制御する第２制御装置として機能する。本実施形態では、第１制御装置及び第２制御装置を１つの制御装置において実行する例を示しているが、これに限定されるものではなく、第１制御装置及び第２制御装置をそれぞれ別々の制御装置として構成してもよい。

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。

制御装置２０により、排水側電磁バルブ３０が開放されると共に、排水ポンプ２８が稼働されて、排水が排水導入ライン２６を通り、排水流入口２２から生物処理槽１０内に導入される。なお、本実施形態では、排水の流入線速度が均一になるように、排水は生物処理槽１０内に設置したディストリビューター１４から供給される。

制御装置２０により、排水側電磁バルブ３０が閉じられると共に、排水ポンプ２８の稼働が停止された後、モータ４０及び散気ポンプ４４が稼働される。これにより、撹拌翼４２が回転し、曝気ガスが散気管４６から生物処理槽１０内に供給され、生物処理槽１０内の排水及び生物汚泥が撹拌される。そして、生物処理槽１０内では、生物汚泥により排水が生物処理され、排水中の処理対象物質が分解される（生物処理工程）。

排水を撹拌しながら所定時間生物処理を実施した後、制御装置２０によりモータ４０及び散気ポンプ４４の稼働が停止される。すなわち、生物処理槽１０内の排水の撹拌が停止される。排水の撹拌が停止されると、生物汚泥の沈降が始まる。ここで、生物汚泥の沈降が進むと、生物処理槽１０内に生物汚泥のスラッジブランケットが形成される。

本実施形態では、排水の撹拌を停止してから生物汚泥のスラッジブランケットが形成されるまでの間に、制御装置２０により、排水ポンプ２８が稼働されると共に、排水側電磁バルブ３０が開放されて、排水流入口２２から排水の導入が開始されると共に、処理水側電磁バルブ３４が開放されて、処理水流出口２４から処理水の排出が開始される（排水導入処理水排出工程）。このように、処理水流出口２４より低い位置にある排水流入口２２からの排水の導入及び排水流入口２２より高い位置にある処理水流出口２４からの処理水の排出を行うことにより、粒径の小さい生物汚泥や生物処理槽１０内に導入された排水の流入線速度（ｍ／ｈ）より沈降速度の遅い生物汚泥等が処理水と共に系外へ排出される。これに対し、生物処理槽１０内に生物汚泥のスラッジブランケットが形成された後に、処理水流出口２４より低い位置にある排水流入口２２からの排水の導入及び排水流入口２２より高い位置にある処理水流出口２４からの処理水の排出を行っても、前述の粒径の小さい生物汚泥等はスラッジブランケット内に取り込まれているため、処理水と共に粒径の小さい生物汚泥等を排出させることは難しい。しかし、生物汚泥のスラッジブランケットが形成される前であれば、粒径の小さい生物汚泥は主に水面付近を浮遊している状態であるため、上記排水導入処理水排出工程により、処理水と共に粒径の小さい生物汚泥が排出されると考えられる。また、排水の撹拌停止時に反応槽の下部付近に浮遊している粒径の小さい生物汚泥に関しても、汚泥の再フロック化が進み、スラッジブランケットが形成されるまでに排水の導入および処理水の排出を行うことで選択的に生物処理槽外へと排出されると考えられる。そして、上記生物処理工程及び排水導入処理水排出工程を順次繰り返すことにより、生物処理槽１０内には、沈降速度の速い生物汚泥（粒径の大きい生物汚泥）が選択的に多く保持されるため、沈降性の高い生物汚泥が得られる。また、排水の導入と共に処理水の排出を行うため、処理サイクルの時間短縮にもつながる。

生物処理槽１０内に排水を導入する排水流入口２２は生物処理槽１０内の処理水を排出する処理水流出口２４より低い位置に設けるのが好ましい。排水流入口２２は、生物処理槽１０底部から生物処理槽１０内の水面高さの１／２の間に位置させることが好ましく、処理水流出口２４は、生物処理槽１０内の水面高さの１／２〜生物処理槽１０の頂部の間に位置させることが好ましく、生物処理槽１０内の水面高さに位置させることがより好ましい。なお、生物処理槽１０内の水面高さは排水導入処理水排出工程終了時の水面高さである。このように、排水流入口２２を生物処理槽１０底部から生物処理槽１０内の水面高さの１／２の間に位置に設け、処理水流出口２４を生物処理槽１０内の水面高さの１／２〜生物処理槽１０の頂部の間に位置に設けて、両者の間隔を広くすることで、排水の流入線速度の影響を多くの生物汚泥に与えることが可能となるため、より多くの沈降速度の遅い生物汚泥を処理水流出口２４から排出させることが可能となる。また、処理水流出口２４を生物処理槽１０内の水面高さに位置に設けることで、生物処理槽１０内に排水を流入させると同時に生物処理槽１０内の処理水を押し出すことができるので、生物処理槽１０内の水量を一定に保つことができる。

これまで説明してきたように、粒径の小さい汚泥を選択的に生物処理槽外へ排出することができる点で、排水流入口２２を処理水流出口２４より低い位置に設定することが好ましいが、沈降性の高い生物汚泥を形成する上では必ずしも上記に限定されるものではなく、例えば、排水流入口２２を処理水流出口２４より高い位置に設定してもよいし、これらを同じ位置に設定してもよい。いずれにしろ、排水の撹拌を停止してから生物汚泥のスラッジブランケットが形成されるまでの間に、排水の導入を開始すると共に、処理水の排出を開始することにより、粒径の小さい汚泥は生物処理槽外へ排出されるため、沈降性の高い汚泥を形成することが可能となる。ここで、排水流入口２２の高さ位置を処理水流出口２４の高さ位置以上とする場合には、沈降性の高い生物汚泥が多量に系外へ排出されることを抑制するために、バルブやポンプ等で流量を調整して、生物処理槽１０内の水量を一定に保つことが好ましい。

本実施形態の生物処理工程及び排水導入処理水排出工程を繰り返す排水処理の運転条件としては、例えば、排水ＢＯＤ濃度が１００〜１０００ｍｇ／Ｌで、ＢＯＤ負荷を０．５〜３．０ｋｇ／ｍ^３／ｄａｙとする場合、排水の導入・処理水の排出時間を１５〜３０分の範囲とし、生物処理の反応時間を６０〜４００分の範囲とし、１サイクルの合計時間を２．０〜８．０時間の範囲に設定することが望ましい。

以下に、各処理工程の詳細を説明する。

（生物処理工程）
生物処理槽１０内での生物処理反応は、嫌気（無酸素）条件のみ、好気条件のみ、嫌気（無酸素）−好気交互運転のいずれでもよい。しかし、生物汚泥の増殖速度が高くなる点、グラニュール形成速度が高くなる点等から、好気条件を含む生物処理が好ましい。

本実施形態の生物処理明に適用する排水は、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、河川水等の生物分解性を有する物質を含有する排水等である。生物分解性を有する物質は、例えば、有機物、アンモニア性窒素、硝酸態窒素等の窒素含有物質等である。例えば、有機物を含む排水を生物処理する場合、排水中の有機物は生物汚泥（微生物）との接触により、二酸化炭素まで分解される。また、例えば、窒素含有物質を含む排水を生物処理する場合、排水中の窒素含有物質は生物汚泥（微生物）との接触により、窒素ガスにまで分解される。

生物処理工程における生物処理槽１０内の生物汚泥の汚泥濃度は、汚泥の健全性（沈降性、活性等）を維持する点で、例えば３０００〜３００００ｍｇ／Ｌの範囲で運転されることが好ましい。また、汚泥負荷は、汚泥の健全性（沈降性、活性等）を維持する点で、０．０５〜０．６０ｋｇ−ＢＯＤ／ｋｇ−ＭＬＳＳ／ｄａｙの範囲に保つことが好ましく、０．１〜０．５ｋｇ−ＢＯＤ／ｋｇ−ＭＬＳＳ／ｄａｙの範囲に保つことがより好ましい。なお、汚泥負荷が上記範囲より高くなった場合や汚泥濃度が上記範囲より高くなった場合には、生物処理槽１０内より生物汚泥を引き抜くことが望ましい。

生物処理槽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望ましく、例えば６〜９とすることが好ましく、６．５〜７．５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、アルカリを添加してｐＨコントロールを実施することが好ましい。生物処理槽１０内の溶存酸素（ＤＯ）は、好気条件では、０．５ｍｇ／Ｌ以上、特に１ｍｇ／Ｌ以上とすることが望ましい。

（排水導入処理水排出工程）
排水導入処理水排水工程では、排水の撹拌が停止されてから生物汚泥のスラッジブランケットが形成されるまでの間に、排水流入口２２から排水の導入を開始すると共に、処理水流出口２４から生物処理反応槽内の処理水の排出を開始する。ここで、当該工程における排水の導入を開始すると共に処理水の排出を開始するとは、排水の撹拌が停止されてから生物汚泥のスラッジブランケットが形成されるまでの間に、排水の導入開始と処理水の排出開始を同時に行う場合だけでなく、排水の導入を開始した後、排水の導入を停止するまでに処理水の排出を開始する場合も含まれる。

ここで、生物汚泥のスラッジブランケットが形成されるまでとは、排水の撹拌を停止してから生物汚泥の沈降過程における（ｉｉ）ゾーン沈降過程が終了するまでを意味している。なお、前述したように、生物汚泥の沈降過程における（ｉｉｉ）遷移過程以降では、スラッジブランケットが形成している。したがって、排水の撹拌が停止されてからゾーン沈降過程が終了するまでの時間（以下、生物処理槽のゾーン沈降終了時間）が、排水の撹拌が停止されてから生物汚泥のスラッジブランケットが形成されるまでとなる。本実施形態では、例えば、以下の方法で、生物処理槽のゾーン沈降終了時間を求める。

例えば、試料（排水）１Ｌをメスシリンダーにとり、ＭＬＳＳが均一になるように緩やかに撹拌する。撹拌を停止させて５、１０、１５、２０、３０、４５、６０分ごとの沈殿汚泥の体積（ｍＬ）を測定し、それぞれについて、試料量１Ｌに対する百分率を求めて沈降曲線を描く。なお、沈降曲線は汚泥の沈降性により変化するため、沈降性が良好な汚泥の場合（例えば汚泥沈降指標であるＳＶＩ５が１００ｍＬ／ｇ以下の場合）には、メスシリンダーの撹拌を停止させてから０．５、１、１．５、２、２．５、３、３．５、４、５、１０、１５、２０、３０分ごとのように、より細かい間隔で沈殿汚泥体積を測定し、沈降曲線を描くことが好ましい。

図３は、沈降曲線の一例を示す図である。図３に示すように、沈降曲線には、少なくとも変曲点Ａ，Ｂが存在する。そして、沈降時間０から最初の変曲点Ａまでの時間が、排水の撹拌停止から（ｉ）再フロック化過程が終了するまでの時間であり、沈降時間０から２番目の変曲点Ｂまでの時間が、排水の撹拌停止から（ｉｉ）ゾーン沈降過程が終了するまでの時間である。なお、沈降曲線における変曲点Ｂ以降は、（ｉｉｉ）遷移過程及び（ｉＶ）圧密過程となる。

上記沈降曲線から求めた排水の撹拌停止から（ｉｉ）ゾーン沈降過程が終了するまでの時間は、メスシリンダーで測定した時間である（以下、メスシリンダーで測定したゾーン沈降終了時間）。そのため、メスシリンダーで測定したゾーン沈降終了時間に実際の生物処理槽の高さとメスシリンダーの高さとの割合を乗じることにより、生物処理槽のゾーン沈降終了時間が求められる。具体的な式は、以下の通りである。

処理装置のゾーン沈降終了時間＝メスシリンダーで測定したゾーン沈降終了時間
×（生物処理槽の高さ／メスシリンダーの高さ）

本実施形態では、上式で求めた生物処理槽のゾーン沈降終了時間までに、排水の導入を開始すると共に、処理水の排出を開始する。

また、例えば、超音波式汚泥界面計を生物処理槽１０に設置し、ゾーン沈降中に排水を流入させることも可能である。具体的には、排水の撹拌停止後、沈降工程中の反応槽底部からの汚泥界面の高さの変化を超音波式汚泥界面計で記録し、その記録した汚泥界面高さの変化から図３と同様の沈降曲線を描くことで、生物処理槽のゾーン沈降終了時間を求めることができる。

排水導入処理水排水工程では、排水の撹拌が停止と同時または停止した直後に、排水流入口２２から排水の導入を開始すると共に、処理水流出口２４から処理水の排出を開始することが好ましい。これにより、処理水流出口２４から生物汚泥の流出が多くなることが懸念されるが、サイクル時間の更なる短縮化が可能となる。排水の撹拌が停止した直後とは、撹拌システム（撹拌装置３６や曝気装置３８）への通電を停止した直後を意味しており、排水の撹拌が停止（実質的には排水を撹拌する装置への通電が停止）してから１分以内、好ましくは３０秒以内のことを言う。したがって、排水の撹拌が停止してから１分以内に、排水の導入開始と処理水の排出開始を同時に行うか、或いは排水の導入を開始した後、排水の導入を停止するまでに処理水の排出を開始する。こうすることにより、より粒径が小さく、沈降速度の遅い汚泥を系外へと積極的に排出し、かつサイクル時間の短縮化が可能となる。

排水導入の停止及び処理水排出の停止時期については、排水の流入量や流入速度等によるが、生物汚泥のスラッジブランケットが形成された後に、排水導入及び処理水排出を停止させてもよい。但し、生物汚泥の汚泥界面が形成されると、粒径の小さい生物汚泥や沈降速度の遅い生物汚泥がスラッジブランケットに取り込まれた状態となっているため、処理水と共に粒径の小さい汚泥等が系外へ排出され難い。したがって、生物汚泥のスラッジブランケットが形成されるまでの間に、排水を導入すると共に処理水を排出させ（排水の導入及び処理水の排出を停止させ）、生物処理工程に移行することが、サイクル時間を短縮化する点で望ましい。

排水流入率（生物処理槽１０内の水容積に対する１サイクルにおける排水の流入量）は、例えば１０％以上１００％以下の範囲とすることが好ましい。生物汚泥のグラニュール化は、処理対象物質濃度（例えば有機物濃度）が非常に高い状態（排水流入の直後、飽食状態）と処理対象物質濃度（例えば有機物濃度）が非常に低い状態（生物処理の終盤、飢餓状態）を生物汚泥が繰り返し経験することによって引き起こされると考えられている。したがって、グラニュールを形成する観点では、排水流入率を出来るだけ高くとった方が良いが、その一方で、排水流入率を高くすればする程、排水ポンプ２８の容量が大きくなりコスト高となるため、排水流入率は２０％以上８０％以下の範囲とすることがより好ましい。

排水の流入線速度（生物処理槽の断面積に対する流量）は、汚泥濃度等にもよるが、例えば、１〜１０ｍ／ｈとすることが好ましい。排水の流入線速度が１〜１０ｍ／ｈの範囲を満たすことにより、上記範囲を満たさない場合と比較して、生物処理槽１０内に保持される汚泥のうち、沈降速度の遅い生物汚泥を排出させながら、沈降速度の速い生物汚泥を維持させることが可能となる。

排水の流入線速度は、汚泥のグラニュール化に伴って増加させることが望ましい。つまり、生物処理槽１０内に沈降速度の速い生物汚泥（例えばグラニュール化した生物汚泥）が少ない場合には、低い流入線速度で排水を流入させ、沈降速度の速い生物汚泥（例えばグラニュール化した生物汚泥）の割合が大きくなるに伴って流入線速度を増加させる。このような流入線速度の制御については、例えば、生物汚泥の平均粒径を粒度分布計で測定しながら行うことが好ましい。具体的には、生物処理槽１０内の生物汚泥の平均粒径が０．０５ｍｍ以下の場合、流入線速度を１〜２ｍ／ｈに設定して通水させ、その後、生物汚泥の平均粒径の増加に伴い流入線速度を上昇させ、平均粒径が０．２ｍｍ以上となった後（グラニュール化した後）には、流入線速度を２〜１０ｍ／ｈに上昇させることが好ましい。また、実際に生物処理槽１０内の生物汚泥の沈降速度をゾーン沈降速度から測定し、その沈降速度の上昇に合わせて排水の流入線速度を増加させてもよい。

本実施形態の生物処理工程及び排水導入処理水排出工程では、排水を導入すると共に、処理水を排出させるため、排水の導入と処理水の排出を別々に行う通常の半回分式生物処理と比較して、処理水質が若干悪化する場合がある。従って、生物処理槽１０内の生物汚泥をグラニュール化させる生物処理立ち上げ時に、本実施形態の生物処理工程及び排水導入処理水排出工程を繰り返す排水処理を適用することが好ましい。そして、生物処理槽１０内の生物汚泥のグラニュール化が進行した後（例えば、生物汚泥の平均粒径が０．２ｍｍ以上となった後、又はＳＶＩ５が８０ｍＬ／ｇとなった後）に、（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つの工程を繰り返す通常の半回分式生物処理を行うことが好ましい。

本実施形態の生物処理槽１０の後段に、沈殿池、加圧浮上装置等の物理化学処理装置、ＭＢＲ、流動床担体法、活性汚泥法等の生物処理装置等の他の処理装置を設置して、排水導入処理水排出工程から排出された処理水を他の処理装置に供給してもよい。これにより、排水導入処理水排出工程から排出された処理水が他の処理装置により適切に処理されるため、最終処理水の水質悪化が抑制される。

また、例えば、生物難分解性を示す物質を含む排水を処理する場合には、本実施形態の生物処理槽１０の前段に、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装置を設置して、上記排水を物理化学的処理装置に供給してもよい。物理化学的処理装置により、排水中の生物難分解性を示す物質を生物分解性を示す物質に変換することが可能となる。例えば、食品加工工場排水などに含有されることが多い油脂分に対して物理化学的処理をせずに生物処理装置に供給すると、油脂分が生物汚泥に付着して、生物処理に悪影響を及ぼす場合がある。したがって、上記物理化学的処理装置により、油脂分をノルマルヘキサン抽出濃度で１５０ｍｇ／Ｌ以下程度まで除去した上で、生物処理槽１０に供給することが望ましい。

生物汚泥のグラニュール化を促進させる点で、生物処理槽１０内の排水又は生物処理槽１０に導入される前の排水に、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促進させ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に示す排水処理装置を用いて、模擬排水の処理を以下の条件で実施した。実施例では、排水流入口を生物処理槽の水面高さの１／４の位置に設置し、処理水流出口を排水流入口より高い位置となるように、水面の位置に設置した生物処理槽（生物処理槽の寸法：Ｗ０．１５ｍ×Ｌ０．２ｍ×Ｈ０．４ｍ）を用いた。模擬排水は、魚肉エキスおよびペプトンを主体としたものを用いた。

生物処理槽内に導入した模擬排水を、所定時間（１５０分間）、生物処理槽底部に設置した曝気装置により空気を供給し、模擬排水の生物処理を実施した（生物処理工程）。曝気装置を停止してから３０秒後（あらかじめメスシリンダーにて求めたゾーン沈降時間内）に、排水流入口からの排水導入を開始すると同時に、処理水流出口からの処理水排出を開始した（排水導入処理水排出工程）。排水の流入線速度は生物処理槽の水面積に対して１ｍ／ｈとした。また、排水の流入量は、生物処理槽の実容積に対して７５％量を１８分で流入させた。このような生物処理及び排水導入処理水排出工程を繰り返し実施した。

（比較例）
上記模擬排水の処理を以下の条件で実施した。比較例では、排水流入口を生物処理槽の水面高さの１／４の位置に設置し、処理水流出口を生物処理槽の水面高さの１／２の位置に設置した生物処理槽（生物処理槽の寸法：Ｗ０．１５ｍ×Ｌ０．２ｍ×Ｈ０．４ｍ）を用いた。

比較例では、従来の半回分式処理を実施した。まず、（１）排水の流入として、１０分間で原水を排水流入口から生物処理槽に導入した。（２）処理対象物質の生物処理として、９５分間、生物処理槽底部に設置した曝気装置により空気を供給し、模擬排水の生物処理を実施した。（３）生物汚泥の沈降として、曝気装置停止後、１５分間の生物汚泥の沈降を行った。（４）処理水の排出として、処理水流出口より、１０分間で処理水の排出を行った。上記（１）〜（４）を繰り返し実施した。

実施例および比較例ともに、生物処理槽内の生物汚泥のＳＶＩ５を経日的に測定した。なお、ＳＶＩ５とは、生物汚泥の沈降性指標であり、下記により求められる。まず、１Ｌのメスシリンダーに１Ｌの汚泥を投入し、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、メスシリンダー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（ｍＬ／ｇ）＝汚泥の占める体積率×１０，０００／ＭＬＳＳ

表１は実施例および比較例における通水開始２６日目における代表処理水質例である。図４は、実施例及び比較例のＳＶＩ５の経日変化を示す図である。処理水質としては、溶解性ＢＯＤを１０ｍｇ／Ｌ以下に抑えることができ、ＳＳに関しても良好な処理水質を得られた。試験開始時では、実施例１及び比較例のＳＶＩ５の値は、ともに５０ｍＬ／ｇ程度であった。しかし、実施例では、日数の経過に伴い、ＳＶＩ５の値が低下し、試験開始２６日目においては２６ｍＬ／ｇという非常に低い値となった。一方で、比較例においては、日数が経過しても大きくＳＶＩ５の値は変わらず、試験開始２６日目においては４７ｍＬ／ｇであった。したがって、実施例１のように、排水の流入及び処理水の排出を停止した状態で、排水を撹拌しながら、生物汚泥により排水を生物処理する生物処理工程と、排水の撹拌を停止してから生物汚泥の汚泥界面が形成されるまでの間に、処理水流出口より低い位置に設けられた排水流入口から排水の導入を開始すると共に、処理水流出口から処理水の排出を開始する排水導入処理水排出工程と、を繰り返し行うことにより、比較例１のように通常の半回分子処理を行う場合と比較して、沈降性の高い生物汚泥を形成すること、ひいては沈降性の高い生物汚泥を短時間で形成することができた。

１〜２排水処理装置、１０生物処理槽、１２排水導入装置、１４ディストリビューター、１６処理水排出装置、２０制御装置、２２排水流入口、２４処理水流出口、２６排水導入ライン、２８排水ポンプ、３０排水側電磁バルブ、３２処理水排出ライン、３４処理水側電磁バルブ、３６撹拌装置、３８曝気装置、４０モータ、４２撹拌翼、４４散気ポンプ、４６散気管。

Claims

排水流入口と処理水流出口が設けられた槽内に、生物汚泥を収容した生物処理槽を用いて、排水を生物処理する排水処理方法であって、
前記排水流入口からの前記排水の導入及び前記処理水流出口からの処理水の排出が停止された状態で、前記生物処理槽内の排水を撹拌して、前記生物汚泥により前記排水を生物処理する生物処理工程と、
前記生物処理槽内の排水の撹拌を停止してから前記生物処理槽内に前記生物汚泥のスラッジブランケットが形成されるまでの間に、前記排水流入口からの前記排水の導入を開始すると共に、前記処理水流出口からの前記処理水の排出を開始する排水導入処理水排出工程と、を備え、
前記生物汚泥の平均粒径が０．２ｍｍ又はＳＶＩ５が８０ｍＬ／ｇになるまで、前記排水導入処理水排出工程における前記排水の流入線速度を１〜２ｍ／ｈの範囲とし、前記生物処理工程及び前記排水導入処理水排出工程を順次繰り返し行うことを特徴とする排水処理方法。
前記排水導入処理水排出工程では、前記生物処理槽内の排水の撹拌の停止と同時または停止した直後に、前記排水流入口からの前記排水の導入を開始すると共に、前記処理水流出口からの前記処理水の排出を開始することを特徴とする請求項１に記載の排水処理方法。
排水流入口と処理水流出口が設けられた槽内に生物汚泥を収容する生物処理槽と、
排水流入口から前記生物処理槽に排水を導入する導入手段と、
前記処理水流出口から前記生物処理槽内の処理水を排出する排出手段と、
前記生物処理槽内の排水を撹拌する撹拌手段と、
前記撹拌手段の稼働を制御する第１制御手段と、
前記導入手段及び前記排出手段の稼働を制御する第２制御手段と、を備え、
前記第１制御手段は、前記生物汚泥により前記排水を生物処理する際に、前記第２制御手段により前記排水流入口からの前記排水の導入及び前記処理水流出口からの前記処理水の排出が停止された状態で、前記撹拌手段を稼働させ、前記生物処理槽内の排水を撹拌し、
前記第２制御手段は、前記第１制御手段により前記撹拌手段による排水の撹拌が停止されてから前記生物処理槽内に前記生物汚泥のスラッジブランケットが形成されるまでの間に、前記導入手段を稼働させ、前記排水流入口からの前記排水の導入を開始すると共に、前記排出手段を稼働させ、前記処理水流出口からの前記処理水の排出を開始し、
前記生物汚泥の平均粒径が０．２ｍｍ又はＳＶＩ５が８０ｍＬ／ｇになるまで、前記第２制御手段による前記排水の導入時における前記排水の流入線速度を１〜２ｍ／ｈの範囲とし、前記第１制御手段による制御及び前記第２制御手段による制御を順次繰り返し行うことを特徴とする排水処理装置。
前記第２制御手段は、前記撹拌手段による排水の撹拌の停止と同時又は停止した直後に、前記導入手段を稼働させ、前記排水流入口からの前記排水の導入を開始すると共に、前記排出手段を稼働させ、前記処理水流出口からの前記処理水の排出を開始することを特徴とする請求項３記載の排水処理装置。
前記第２制御手段は、さらに、前記排水流入口から導入する排水の量と前記処理水流出口から排出する処理水の量とが等しくなるように、前記導入手段および前記排出手段を稼働させることを特徴とする請求項３または４に記載の排水処理装置。
前記排水流入口は前記処理水流出口より低い位置に設けられていることを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載の排水処理装置。
前記処理水流出口は、前記処理水の排出が停止されたときの、前記生物処理槽内の排水の水面高さに設けられていることを特徴とする請求項３〜６のいずれかに記載の排水処理装置。