JP7173718B2 - 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槽と、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（例えば、特許文献１及び２参照）。

特開２００７－１３６３６７号公報 特開２００８－２８４４２７号公報

ところで、特許文献１及び２では、連続式生物処理により得られる処理水とグラニュール汚泥を含む生物汚泥との固液分離処理に、沈澱池が用いられているが、固液分離処理としては、沈澱池の他にろ過膜（膜モジュール）を用いた膜分離が考えられる。

ここで、ろ過膜を用いた排水処理において、装置コストに対する膜コストの占める割合が高いため、装置コストを低下させるためには、ろ過膜のフラックス（膜面積に対する１日当たりのろ過量（単位：ｍ／ｄａｙ））を高くすることが非常に有効である。

しかし、ろ過膜のフラックスを高くすると、例えば、ろ過膜の細孔が生物汚泥により塞がれる等して、膜の差圧が上昇し安定した運転を行うことが困難となる。したがって、一般的にはクリティカルフラックスと呼ばれる、膜差圧が急上昇するフラックス以下のフラックスで運転を行うことが必要である。このクリティカルフラックスは汚泥の性状に大きく影響される。

そこで、本発明の目的は、グラニュール汚泥を用いた生物処理により得られる処理水と生物汚泥を膜分離処理する際のろ過膜のクリティカルフラックス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。

本実施形態に係る排水処理方法は、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、前記連続式生物処理工程で得られた処理水と前記生物汚泥とをろ過膜により分離する膜分離工程と、１００μｍ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、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る沈降工程、処理水を排出される排出工程、を半回分式生物処理槽にて繰り返し行い、グラニュール汚泥を形成する半回分式生物処理工程と、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、１００μｍ以上の粒径を有するグラニュール汚泥の割合を１０％以上とし、前記膜分離工程における前記生物汚泥には、粒径１００μｍ以上、汚泥割合１０％以上の前記グラニュール汚泥が含まれ、前記汚泥供給工程の前記グラニュール汚泥は、前記半回分式生物処理工程で形成されたグラニュール汚泥であり、前記半回分式生物処理工程の前記流入工程において、前記半回分式反応槽に流入する前記排水は、余剰汚泥の濃縮、消化及び脱水のいずれの処理も経ていない水であり、前記半回分式生物処理工程の前記排出工程により排出される前記処理水は、前記連続式生物処理槽に供給されることなく、系外へ排出される排水処理方法である。

また、上記排水処理方法において、前記ろ過膜は、前記連続式生物処理槽内に設置された浸漬型ろ過膜であることが好ましい。

また、本実施形態に係る排水処理装置は、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、前記連続式生物処理槽で得られた処理水と前記生物汚泥とをろ過膜により分離する膜分離手段と、１００μｍ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、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る沈降工程、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、を備え、前記連続式生物処理槽内の前記生物汚泥のうち、１００μｍ以上の粒径を有するグラニュール汚泥の割合は１０％以上であり、前記膜分離手段における前記生物汚泥には、粒径１００μｍ以上、汚泥割合１０％以上の前記グラニュール汚泥が含まれ、前記汚泥供給手段により供給されるグラニュール汚泥は、前記半回分式生物処理槽により形成されたグラニュール汚泥であり、前記流入工程において、前記半回分式反応槽に流入する前記排水は、余剰汚泥の濃縮、消化及び脱水のいずれの処理も経ていない水であり、前記半回分式生物処理槽での前記排出工程により排出される前記処理水は、前記連続式生物処理槽に供給されることなく、系外へ排出される排水処理装置である。

また、上記排水処理装置において、前記膜分離手段は、前記連続式生物処理槽内に設置された浸漬型分離膜手段であることが好ましい。

本発明によれば、グラニュール汚泥を用いた生物処理により得られる処理水と生物汚泥とを膜分離処理する際のろ過膜のクリティカルフラックス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。 半回分式生物処理槽の構成の他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。 実施例１～２及び比較例１～２の試験結果を示す図である。

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。

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、排水貯留槽１０、連続式生物処理槽１２、半回分式生物処理槽１４、膜分離手段としての浸漬型膜モジュール１６、処理水槽１８、を備えている。浸漬型膜モジュール１６には、ろ過膜が設けられている。

排水貯留槽１０の排水出口と連続式生物処理槽１２の排水入口とは、ポンプ２６を介して、排水流入ライン２０ａにより接続されている。連続式生物処理槽１２内には、浸漬型膜モジュール１６が設置され、浸漬型膜モジュール１６の処理水出口と処理水槽１８の処理水入口とは、ポンプ２８を介して処理水排出ライン２２ａにより接続されている。排水貯留槽１０の排水出口と半回分式生物処理槽１４の排水入口とは、ポンプ３０を介して、排水流入ライン２０ｂにより接続されている。半回分式生物処理槽１４の処理水出口には、処理水排出ライン２２ｂが接続され、処理水排出ライン２２ｂにはポンプ３２が設置されている。半回分式生物処理槽１４の汚泥出口と連続式生物処理槽１２の汚泥入口とは、ポンプ３４を介して生物汚泥供給ライン２４（汚泥供給手段）により接続されている。

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１４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１４は、撹拌装置３６、エアポンプ３８、散気装置４０を備えている。散気装置４０はエアポンプ３８に接続されており、エアポンプ３８から供給される空気が散気装置４０を通して槽内に供給される。また、撹拌装置３６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３６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１４には、排水入口１４ａ、処理水出口１４ｂが設けられ、排水入口１４ａには排水流入ライン２０ｂが接続され、処理水出口１４ｂ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１４には、汚泥出口１４ｃが設けられ、生物汚泥供給ライン２４が接続されている。

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１０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、ポンプ２６を稼働させ、排水貯留槽１０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１２に連続的に供給する。連続式生物処理槽１２においては、例えば、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。本実施形態では、以下で説明するように、半回分式生物処理槽１４で生成されたグラニュール汚泥を連続式生物処理槽１２に供給し、当該グラニュール汚泥を含む生物汚泥を用いて、排水の生物処理を実施する。

半回分式生物処理槽１４を稼働させる場合には、ポンプ３０を稼働させ、排水貯留槽１０内の排水を排水流入ライン２０ｂから半回分式生物処理槽１４に供給する（（１）排水の流入）。半回分式生物処理槽１４に排水を所定量になるまで導入し、ポンプ３０を停止する。次に、エアポンプ３８を稼働させ、散気装置４０から半回分式生物処理槽１４内に空気を導入すると共に、撹拌装置３６を稼働させ、半回分式生物処理槽１４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３８及び撹拌装置３６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１４内の生物汚泥を所定時間沈降させ、半回分式生物処理槽１４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 ポンプ３２を稼働させ、半回分式生物処理槽１４内の処理水を処理水排出ライン２２ｂから排出させる（（４）処理水の排出）。

半回分式生物処理槽１４において、上記（１）～（４）の工程を繰り返すことで、半回分式生物処理槽１４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。なお、処理水排出ライン２２ｂを通る処理水は、連続式生物処理槽１２、排水貯留槽１０、又は処理水槽１８に供給してもよいし、系外に放出してもよい。

また、ポンプ３４を稼働させ、半回分式生物処理槽１４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２４から連続式生物処理槽１２に供給する。なお、半回分式生物処理槽１４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１４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１００μｍ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１４内の汚泥の粒径分布を測定し、その平均粒径が１００μｍ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１４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１００ｍＬ／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１４で生成したグラニュール汚泥を生物汚泥供給ライン２４から連続式生物処理槽１２に供給して、連続式生物処理槽１２内の生物汚泥のうち、１００μｍ以上の粒径を有するグラニュール汚泥の割合を１０％以上、好ましくは２０％以上にして、排水の生物処理を実施する。

また、ポンプ２８を稼働させて、ポンプ２８による吸引圧力（負圧）を、処理水排出ライン２２ａを通じて浸漬型膜モジュール１６に付与して、浸漬型膜モジュール１６のろ過膜により、連続式生物処理槽１２内で処理された処理水と生物汚泥とを分離する（膜分離処理）。そして、浸漬型膜モジュール１６のろ過膜を透過したろ過水（生物汚泥が除去された処理水）を処理水排出ライン２２ａから処理水槽１８に供給する。

通常、生物汚泥と処理水とをろ過膜により分離しようとすると、例えば、ろ過膜の細孔が生物汚泥により塞がれる等で、ろ過膜の吸引圧力が上昇し、ろ過性能が低下し易い。本発明者らは鋭意検討した結果、ろ過膜により分離される生物汚泥中のグラニュール汚泥の粒径、及びグラニュール汚泥の割合が一定値以上となると、ろ過膜の細孔の閉塞等が抑えられることを見出した。具体的には、連続式生物処理槽１２において、粒径１００μｍ以上、汚泥割合１０％以上のグラニュール汚泥を含む生物汚泥で排水を生物処理し、上記粒径及び汚泥割合のグラニュール汚泥を含む生物汚泥と処理水とをろ過膜により分離することで、生物汚泥によるろ過膜の細孔の閉塞等が抑えられることを見出した。これにより、粒径１００μｍ以上、汚泥割合１０％以上のグラニュール汚泥を含む生物汚泥と処理水とをろ過膜で分離する際のフラックスを、上記範囲を満たさない生物汚泥と処理水とをろ過膜で分離する際のフラックスより高くしても、ろ過膜の吸引圧力の上昇等が抑制され、安定した運転が可能となる。すなわち、本実施形態によればクリティカルフラックスを向上させることが可能となる。これは、粒径１００μｍ以上、汚泥割合１０％以上のグラニュール汚泥を含む生物汚泥は、上記範囲を満たさない生物汚泥と比較して、単にろ過膜の細孔を塞ぐ粒径の小さい汚泥の存在量が少ないというだけでなく、生物汚泥の粘度が著しく低下するためであると考えられる。

以下に、排水処理装置１の各構成について詳述する。

浸漬型膜モジュール１６は、例えば、ろ過膜を密閉可能な容器に収納した少なくとも１つのモジュールから構成されている。浸漬型膜モジュール１６に設置されるろ過膜は、例えば、限外ろ過膜、精密ろ過膜等の公知のろ過膜が挙げられる。ろ過膜の形状は特に制限されるものではなく、例えば、中空糸膜、管状膜、平膜、スパイラル等が挙げられる。浸漬型膜モジュール１６の通水方式は、内圧型、外圧型等のあらゆる通水方式が適用可能である。

ろ過膜の材質は、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、セルロースアセテート（ＣＡ）等の有機膜、セラミック製の無機膜等が挙げられる。ろ過膜の分画分子量は、例えば、５，０００～３６０，０００の範囲であり、１０，０００～３６０，０００の範囲が好ましい。ろ過膜の細孔径は、例えば、０．０１～０．１μｍの範囲であり、０．０１～０．０３μｍの範囲が好ましい。

本実施形態によれば、ろ過膜のフラックスは、排水種により影響される汚泥性状、ろ過膜の面積、材質等にもよるが、例えば、１．１ｍ／ｄａｙ以上、さらには１．３ｍ／ｄａｙ以上としても、ろ過膜の吸引圧力の上昇等が抑えられ、安定した運転が可能となる。

連続式生物処理槽１２内の処理水と生物汚泥とをろ過膜により分離する膜分離手段は、浸漬型膜モジュール１６に制限されるものではなく、槽外型膜モジュールであってもよい。具体的には、連続式生物処理槽１２の槽外に膜モジュールを設置し、連続式生物処理槽１２内の処理水と生物汚泥とが、配管等を介して槽外の膜モジュールに供給され、膜ろ過処理される。

連続式生物処理槽１２は、有機物等を処理対象とした標準活性汚泥法による生物処理システムでもよいし、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）でもよいし、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生物処理システムであってもよい。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１２内の生物汚泥のうち、１００μｍ以上の粒径を有するグラニュール汚泥を１０％以上にすることで、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る。これにより、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るため、栄養塩除去型システムにおいては、必ずしも無酸素槽を設置しなくてもよい。

連続式生物処理槽１２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。

連続式生物処理槽１２内のグラニュール汚泥の割合は、レーザー回折式粒度分布計などにより求められる。ここで、グラニュール汚泥の割合が１０％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１４から連続式生物処理槽１２へ、１００μｍ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とが望ましい。なお、上記操作は作業者が行っても良いし、また、連続式生物処理槽１２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制御することが可能な制御部を用いて、グラニュール汚泥の割合を調整してもよい。

半回分式生物処理槽１４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１４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良いが、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１４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１４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１４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１４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３は、半回分式生物処理槽の構成の他の一例を示す模式図である。図３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１４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に示す半回分式生物処理槽１５は、図１に示す半回分式生物処理槽１４と置き換えられる。

図３に示す半回分式生物処理槽１５には、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１４ｄが設けられ、汚泥処理水出口１４ｄに、汚泥処理水供給ライン４４（汚泥供給手段）の一端が接続されている。汚泥処理水供給ライン４４の他端は、連続式生物処理槽１２に接続される。図３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１４ａは、汚泥処理水出口１４ｄより低い位置に設けられている。

図３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、２００μｍ以上の粒径を有するグラニュール汚泥が形成される。

図３に示す半回分式生物処理槽１５の動作の一例について、以下に説明する。

半回分式生物処理槽１５を稼働させる場合には、ポンプ３０を稼働させ、バルブ４２，４６を開放させ、排水を排水流入ライン２０ａ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４４から連続式生物処理槽１２に供給する（排水の流入／処理水の排出）。この際、撹拌装置３６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４４から連続式生物処理槽１２に供給することが可能となる。なお、前述したように、連続式生物処理槽１２では、粒径１００μｍ以上、汚泥割合１０％以上のグラニュール汚泥を含む生物汚泥により、排水の生物処理を実施する。

排水の流入／処理水の排出を停止（すなわち、グラニュール汚泥の供給を停止）する際には、ポンプ３０を停止させ、バルブ４２，４６を閉じる。次に、撹拌装置３６を稼働させたまま、エアポンプ３８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３８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３６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。

図３に示す半回分式生物処理槽１５では、排水入口１４ａが汚泥処理水出口１４ｄ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。

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（１４，１５）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、１００μｍ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１２に供給されるように、汚泥供給装置（例えば生物汚泥供給ライン２４）を設置すればよい。

また、グラニュール汚泥形成装置は、１００μｍ以上のグラニュール汚泥を形成することが可能な装置であれば、半回分式生物処理槽（１４，１５）に限定されるものではない。半回分式生物処理槽以外のグラニュール汚泥形成装置としては、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汚泥を形成する脱窒処理装置などが挙げられる。以下、グラニュール汚泥を形成することが可能な脱窒処理装置を備える排水処理装置の一例を説明する。

図４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４に示す排水処理装置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４に示す排水処理装置２は、第１脱窒槽４８、第２脱窒槽５０を備えている。第１脱窒槽４８の排水入口には、排水ライン５２が接続されている。第１脱窒槽４８の薬剤供給口には、水素供与体供給ライン５４が接続されている。第１脱窒槽４８の出口と第２脱窒槽５０の入口とは排水ライン５６が接続され、また、第２脱窒槽５０の出口と連続式生物処理槽１２の入口とは汚泥供給ライン５８が接続されている。

以下に、図４に示す排水処理装置２の動作の一例を説明する。

硝酸若しくは亜硝酸含有排水を排水ライン５２に送液し、第１脱窒槽４８に供給する。なお、図での説明は省略するが、第１脱窒槽４８の前段に硝化槽を設置し、アンモニウムイオン含有排水を、硝化槽に供給して、硝化槽内の硝化菌により、アンモニウムイオンを硝酸若しくは亜硝酸に硝化する硝化処理を実施してもよい。

第１脱窒槽４８への排水の導入と共に、メタノール等の水素供与体を水素供与体供給ライン５４から第１脱窒槽４８に供給する。第１脱窒槽４８において、脱窒菌、水素供与体、硝酸若しくは亜硝酸含有排水を接触させた後、脱窒菌、水素供与体、排水を排水ライン５６から第２脱窒槽５０に供給する。第１脱窒槽４８及び第２脱窒槽５０内においては、脱窒菌の働きによって、硝酸若しくは亜硝酸と水素供与体とを反応させ、窒素ガスに還元する脱窒処理を実施する。

ここで、水素供与体は、硝酸、亜硝酸との反応によって消費されるため、第１脱窒槽４８と第２脱窒槽５０との間では濃度差が形成される。本実施形態では、（例えば、第２脱窒槽５０内の排水の水理学的滞留時間（ＨＲＴ）における）第１脱窒槽４８内での水素供与体の最大濃度と、（例えば、第２脱窒槽５０内の排水の水理学的滞留時間（ＨＲＴ）における）第２脱窒槽５０内での水素供与体の最小濃度との差が５０ｍｇＴＯＣ／Ｌ以上、好ましくは１００ｍｇＴＯＣ／Ｌ以上となるように、第１脱窒槽４８内に水素供与体を供給する。第１脱窒槽４８と第２脱窒槽５０との間で、上記のような水素供与体の濃度差を形成することで、脱窒菌を含む汚泥の自己造粒化を誘導することができる（すなわちグラニュール汚泥を形成することができる）。

そして、第１脱窒槽４８及び第２脱窒槽５０において、１００μｍ以上の粒径を有するグラニュール汚泥を形成し、汚泥供給ライン５８から連続式生物処理槽１２に供給し、前述の生物処理、浸漬型膜モジュール１６における膜ろ過処理を実施する。

図での説明は省略するが、第２脱窒槽５０と連続式生物処理槽１２との間に沈殿槽を設置することが好ましい。すなわち、第２脱窒槽５０から排出された１００μｍ以上の粒径を有するグラニュール汚泥と処理水とを沈殿槽により固液分離し、分離されたグラニュール汚泥を連続式生物処理槽１２に供給することが好ましい。また、第２脱窒槽５０から排出される生物汚泥中のグラニュール汚泥の粒径又は汚泥割合が充分でない場合には、例えば、第２脱窒槽５０（又は後段の沈殿槽）から排出されるグラニュール汚泥を第１脱窒槽４８に返送し、再度、水素供与体の濃度差を形成して、脱窒処理を行うことが好ましい。

水素供与体の濃度差は、脱窒槽を複数槽化（例えば、第１脱窒槽４８、第２脱窒槽５０）することで、容易に形成されるが、単槽でもよい。例えば、単一の脱窒槽に、水素供与体の供給－停止（間欠添加）、水素供与体の多量供給－少量供給を行い、（例えば、単一の脱窒槽内での排水の水理学的滞留時間における）単一の脱窒槽内での水素供与体の最大濃度と最小濃度との差異を５０ｍｇＴＯＣ／Ｌ以上、好ましくは１００ｍｇＴＯＣ／Ｌ以上とする。なお、前述と同様に、単一の脱窒槽と連続式生物処理槽１２との間に、沈殿槽を設置することが望ましい。

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１＞
槽内に浸漬型膜モジュールを設置した連続式生物処理槽を用いて試験を行った。試験では、約２４時間毎にろ過膜のフラックスを上昇させて、排水処理を行い、クリティカルフラックスを測定した。クリティカルフラックスとは、膜モジュールの吸引ろ過を行うにあたり、ろ過膜のフラックスを徐々に増加させた際に、ろ過膜の吸引圧力の急激な上昇が生じる前のフラックスの値である。

連続式生物処理槽における生物処理条件、及び浸漬型膜モジュールのろ過条件は以下の通りである。

（連続式生物処理槽における排水処理条件）
排水：模擬排水（ＢＯＤ：１００ｍｇ／Ｌ）
槽容積：２００Ｌ
ＢＯＤ－ＳＳ負荷：０．０５～０．１０ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／ｄａｙ
ＭＬＳＳ濃度：６０００ｍｇ／Ｌ
処理ｐＨ：５～９
溶存酸素濃度：１～９ｍｇ／Ｌ
グラニュール汚泥添加頻度：１～５回／日
グラニュール汚泥添加量：１回あたり、槽容積の１～１０％程度
生物処理汚泥中の粒径１００μｍ以上のグラニュール汚泥の割合：１３％

（浸漬型膜モジュールのろ過条件）
ろ過膜：ＰＶＤＦ製の中空糸ろ過膜
ろ過膜の孔径、膜面積：０．０２μｍ、０．００５ｍ^２
膜のフラックス：０．４→０．７→０．９→１．１→１．３→１．５ｍ／ｄａｙ、

＜比較例１＞
グラニュール汚泥の添加を行わずに、生物処理の初期段階において、通常の生物汚泥（平均粒径８０μｍ以下）をＭＬＳＳとして６０００ｍｇ／Ｌとなるように投入して排水処理を行ったこと以外は、実施例１と同様に試験し、クリティカルフラックスを測定した。

図５は、実施例１及び比較例１の試験結果であり、膜のフラックスに対する吸引圧力の試験結果を示す図である。グラニュール汚泥を含まない生物汚泥用いて生物処理を行い、当該生物汚泥と処理水とをろ過膜により分離した比較例１のクリティカルフラックスの値は０．９ｍ／ｄａｙであるのに対し、粒径１００μｍ以上、汚泥割合１０％以上のグラニュール汚泥を含む生物汚泥を用いて生物処理を行い、当該生物汚泥と処理水とをろ過膜により分離した実施例１のクリティカルフラックスは１．１ｍ／ｄであった。すなわち、実施例１は比較例１に対して、クリティカルフラックスを０．２ｍ／ｄａｙ（約２２％）向上させることができた。

クリティカルフラックスの０．２ｍ／ｄａｙ以上の向上は、必要な膜のコストを２０％程度低下させることが可能であることを示している。

１，２ 排水処理装置、１０ 排水貯留槽、１２ 連続式生物処理槽、１４，１５ 半回分式生物処理槽、１４ａ 排水入口、１４ｂ 処理水出口、１４ｃ 汚泥出口、１４ｄ 汚泥処理水出口、１６ 浸漬型膜モジュール、１８ 処理水槽、２０ａ，２０ｂ 排水流入ライン、２２ａ，２２ｂ 処理水排出ライン、２４ 生物汚泥供給ライン、２６，２８，３０，３２，３４ ポンプ、３６ 撹拌装置、３８ エアポンプ、４０ 散気装置、 ４２，４６ バルブ、４４ 汚泥処理水供給ライン、４８ 第１脱窒槽、５０ 第２脱窒槽、５２，５６ 排水ライン、５４ 水素供与体供給ライン、５８ 汚泥供給ライン。

Claims (4)

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、
   前記連続式生物処理工程で得られた処理水と前記生物汚泥とをろ過膜により分離する膜分離工程と、
   １００μｍ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、
   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る沈降工程、処理水を排出される排出工程、を半回分式生物処理槽にて繰り返し行い、グラニュール汚泥を形成する半回分式生物処理工程と、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、１００μｍ以上の粒径を有するグラニュール汚泥の割合を１０％以上とし、
   前記膜分離工程における前記生物汚泥には、粒径１００μｍ以上、汚泥割合１０％以上の前記グラニュール汚泥が含まれ、
   前記汚泥供給工程の前記グラニュール汚泥は、前記半回分式生物処理工程で形成されたグラニュール汚泥であり、
   前記半回分式生物処理工程の前記流入工程において、前記半回分式反応槽に流入する前記排水は、余剰汚泥の濃縮、消化及び脱水のいずれの処理も経ていない水であり、前記半回分式生物処理工程の前記排出工程により排出される前記処理水は、前記連続式生物処理槽に供給されることなく、系外へ排出されることを特徴とする排水処理方法。
2. 前記ろ過膜は、前記連続式生物処理槽内に設置された浸漬型ろ過膜であることを特徴とする請求項１に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、
   前記連続式生物処理槽で得られた処理水と前記生物汚泥とをろ過膜により分離する膜分離手段と、
   １００μｍ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、
   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る沈降工程、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、を備え、
   前記連続式生物処理槽内の前記生物汚泥のうち、１００μｍ以上の粒径を有するグラニュール汚泥の割合は１０％以上であり、
   前記膜分離手段における前記生物汚泥には、粒径１００μｍ以上、汚泥割合１０％以上の前記グラニュール汚泥が含まれ、
   前記汚泥供給手段により供給されるグラニュール汚泥は、前記半回分式生物処理槽により形成されたグラニュール汚泥であり、
   前記流入工程において、前記半回分式反応槽に流入する前記排水は、余剰汚泥の濃縮、消化及び脱水のいずれの処理も経ていない水であり、前記半回分式生物処理槽での前記排出工程により排出される前記処理水は、前記連続式生物処理槽に供給されることなく、系外へ排出されることを特徴とする排水処理装置。
4. 前記膜分離手段は、前記連続式生物処理槽内に設置された浸漬型膜分離手段であることを特徴とする請求項３に記載の排水処理装置。

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