JP7841857B2 - 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 - Google Patents

Description

本開示は、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、半回分式処理では、１つの生物処理槽で（１）排水の流入、（２）有機物の生物処理、（３）生物汚泥の沈降、（４）処理水の排出といった４つの工程を繰り返し行うことが一般的である。

また、特許文献５には、（１）排水の流入及び処理水の排出、（２）有機物の生物処理、（３）生物汚泥の沈降といった３つの工程を繰り返し行う半回分式の処理方法が開示されている。

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 特開２０１６－７７９３１号公報

ところで、従来、生物処理される有機物に、遅分解性有機物が多く含まれると、好気性グラニュールの形成が円滑に進まないことがあった。

そこで、本開示の目的は、有機物含有排水中に遅分解性有機物が多く含まれる場合であっても、安定的に好気性グラニュールを形成することが可能な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を提供することにある。

本開示は、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有機物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行って、好気性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、前記有機物は、易分解性有機物及び遅分解性有機物を含み、前記半回分式反応槽における前記易分解性有機物のＢＯＤ負荷量に対する前記半回分式反応槽内のＭＬＳＳ濃度の比に［前記運転サイクルの時間／前記生物処理工程の時間］を乗じた値が、０．０５～０．１２５ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／ｄａｙの範囲となるように、前記生物処理工程の時間を調整し、前記半回分式反応槽における汚泥滞留時間を５日～２５日の範囲にすることを特徴とする。

また、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に流入する前記有機物含有排水の総ＢＯＤ濃度に対する、前記有機物含有排水中の前記遅分解性有機物のＢＯＤ濃度の比が０．５以上であることが好ましい。

また、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排水流入口から前記半回分式反応槽内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。

また、本開示は、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有機物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行って、好気性グラニュールを形成する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、前記有機物は、易分解性有機物及び遅分解性有機物を含み、前記半回分式反応槽における前記易分解性有機物のＢＯＤ負荷量に対する前記半回分式反応槽内のＭＬＳＳ濃度の比に［前記運転サイクルの時間／前記生物処理工程の時間］を乗じた値が、０．０５～０．１２５ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／ｄａｙの範囲となるように、前記生物処理工程の時間を調整する手段を備え、前記半回分式反応槽における汚泥滞留時間は５日～２５日の範囲であることを特徴とする。

また、本開示は、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上記好気性グラニュールの形成方法により形成された好気性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である。

また、本開示は、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、上記好気性グラニュールの形成装置により形成された好気性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である。

本開示によれば、有機物含有排水中に遅分解性有機物が多く含まれる場合であっても、安定的に好気性グラニュールを形成することが可能な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を提供することができる。

本開示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。 本開示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。 本開示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。 本開示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。 本開示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。 比較例におけるＳＶＩ及び汚泥平均粒径の経日変化を示す図である。 実施例におけるＳＶＩ及び汚泥平均粒径の経日変化を示す図である。

本開示の実施の形態について以下説明する。本実施形態は本開示を実施する一例であって、本開示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＞
本開示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に接続された曝気装置２６が設置されている。

グラニュール形成装置１は制御装置２０を備える。制御装置２０は、例えば、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、ＲＯＭ等に記憶された所定のプログラムを読み出し、当該プログラムを実行して、グラニュール形成装置１の動作を制御する。制御装置は、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それぞれと、例えば電気的に接続されており、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、曝気装置２６を通して半回分式反応槽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有機物等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２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１８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）の工程を有する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好気性グラニュール（以下、単にグラニュールと称する）が形成される。

半回分式反応槽１０で形成されるグラニュールとは、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測定された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であると判断可能である）。

ところで、半回分式反応槽１０のＢＯＤ負荷量は、半回分式反応槽１０に流入する有機物含有排水のＢＯＤ濃度と有機物含有排水量との積により求められる。ＢＯＤ濃度は、５日間かけて微生物が有機物を分解する際に消費する酸素量から測定される値である。但し、有機物含有排水中の有機物には、微生物による生物分解におよそ数十時間～数日を要する遅分解性有機物と、微生物による生物分解におよそ数時間～数十時間を要する易分解性有機物とがある。したがって、ＢＯＤ濃度は、遅分解性有機物及び易分解性有機物を含む有機物を分解する際に微生物が消費する酸素量に相当する総ＢＯＤ濃度、遅分解性有機物を分解する際に微生物が消費する酸素量に相当する遅分解性有機物のＢＯＤ濃度、易分解性有機物を分解する際に微生物が消費する酸素量に相当する易分解性有機物のＢＯＤ濃度に分類することができる。そして、総ＢＯＤ濃度は、遅分解性有機物のＢＯＤ濃度と易分解性有機物のＢＯＤ濃度との和である。

したがって、半回分式反応槽１０のＢＯＤ負荷量は、総ＢＯＤ濃度に基づく総ＢＯＤ負荷量（総ＢＯＤ濃度×有機物含有排水量）、遅分解性有機物のＢＯＤ濃度に基づく遅分解性有機物のＢＯＤ負荷量（遅分解性有機物のＢＯＤ濃度×有機物含有排水量）、易分解性有機物のＢＯＤ濃度に基づく易分解性有機物のＢＯＤ負荷量（易分解性有機物のＢＯＤ濃度×有機物含有排水量）に分類することができる。そして、総ＢＯＤ負荷量は、遅分解性有機物のＢＯＤ負荷量と易分解性有機物のＢＯＤ負荷量との和である。

ここで、安定的なグラニュール形成には、半回分式反応槽１０に流入した有機物含有排水中の有機物濃度が高い飽食状態の時間と、微生物汚泥による有機物の分解が進行して、有機物含有排水中の有機物濃度が低い飢餓状態の時間との比を制御することが重要である。この飽食状態の時間と飢餓状態の時間の関係は、半回分式反応槽１０のＢＯＤ負荷量に対する半回分式反応槽１０内のＭＬＳＳ濃度の比を用いることで間接的に制御することができる。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［運転サイクルの時間／生物処理工程の時間］を乗じた値で評価することで、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、「運転サイクルの時間」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３，図４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）を指す。

但し、有機物含有排水中に遅分解性有機物が多く含まれる場合、ＢＯＤ負荷量に対するＭＬＳＳ濃度の比として、総ＢＯＤ負荷量に対するＭＬＳＳ濃度の比を採用し、生物処理工程の時間を決定すると、運転サイクルにおける飽食状態と飢餓状態のバランスが崩れ、安定的なグラニュールの形成が困難となる。そこで、本発明者らが鋭意検討した結果、有機物含有排水中に遅分解性有機物が多く含まれる場合、易分解性有機物のＢＯＤ負荷量に対するＭＬＳＳ濃度の比を採用して、生物処理工程の時間を決定することが、安定的なグラニュール形成の点で重要であることを見出した。具体的には、本発明者らは、半回分式反応槽１０における易分解性有機物のＢＯＤ負荷量に対する半回分式反応槽１０内のＭＬＳＳ濃度の比（易分解性有機物のＢＯＤ負荷量／ＭＬＳＳ）に［運転サイクルの時間／生物処理工程の時間］を乗じた値（以下、「Ａ値」と呼ぶ場合がある）を、０．０５～０．２５ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／ｄａｙの範囲となるように、生物処理工程の時間を調整することで、安定的なグラニュールの形成が可能であることを見出した。

「Ａ値」としては、０．０５～０．２５ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／ｄの範囲であることが好ましく、０．０７５～０．２ｋｇＢＯＤ／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、適切な飽食状態及び飢餓状態を形成できず、グラニュールの安定形成が困難となる。また、この値が０．２５ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／ｄよりも大きいと、飢餓状態の時間が短すぎることとなり、グラニュールの安定形成が困難となる。

以下に、易分解性有機物のＢＯＤ負荷量の算出方法について説明する。以下の算出方法は例示であって、以下の例示に限定されない。

＜易分解性有機物のＢＯＤ負荷量の算出例１＞
有機物含有排水中の微生物汚泥の酸素消費速度の経時変化を測定する。酸素消費速度は公知のＯＵＲ（Ｏｘｙｇｅｎ Ｕｐｔａｋｅ Ｒａｔｅ）試験により求められる。ＯＵＲ試験は、例えば、排水と微生物汚泥とを混合して回分的に反応させ、微生物汚泥の酸素消費速度を経時的に測定することにより実施される。ＯＵＲ試験に用いる微生物汚泥は供試排水に十分に馴致されていることが好ましい。十分に馴致されている微生物汚泥を利用した場合、酸素消費速度の値は試験開始直後に最も高い値となり、その後徐々に低下する。これは、有機物含有排水中の易分解性有機物の分解速度が速いため、時間経過と共に易分解性有機物が減少し、遅分解性有機物の割合が増加するためである。

そして、随時測定した酸素消費速度の値を供試汚泥の汚泥濃度で除することにより、微生物汚泥あたりの酸素消費速度の経時変化を求める。微生物汚泥あたりの酸素消費速度が、例えば、０．４ｋｇＯ_２／ｋｇＭＬＶＳＳ／ｄ以上に維持されている時間を易分解性有機物が残存していると判断し、それまでに利用された累積の酸素消費量が易分解性有機物のＢＯＤ濃度であると推察する。推察した易分解性有機物のＢＯＤ濃度に半回分式反応槽に投入する有機物含有排水量を乗じることにより、易分解性有機物のＢＯＤ負荷量を算出する。

＜易分解性有機物のＢＯＤ負荷量の算出例２＞
遅分解性有機物の代表例として、固形性の有機物が挙げられるため、排水中に高濃度に有機性ＳＳ成分を含む場合には、予め求めた遅分解性有機物のＢＯＤ濃度と有機性ＳＳ成分との関係を規定した式（マップ、表等でもよい）から、当該遅分解性有機物のＢＯＤ濃度を算出してもよい。そして、別途測定した総ＢＯＤ濃度から算出した遅分解性有機物のＢＯＤ濃度を差し引くことにより、易分解性有機物のＢＯＤ濃度を求め、易分解性有機物のＢＯＤ負荷量を算出してもよい。この場合、排水中の有機性ＳＳ成分を測定する手段（ＳＳ計ないし濁度計等）を設け、濃度をモニタすることで遅分解性有機物濃度をリアルタイムに求めることも可能である。この算出方法は、ＳＳ濃度が１００ｍｇ／Ｌ以上を有する排水に適しており、対象排水として特に生下水（沈殿等の前処理していない流入下水）を扱う際に有効である。

＜易分解性有機物のＢＯＤ負荷量の算出例３＞
排水中の遅分解性有機物と易分解性有機物との比が大きく変動しない排水の場合は、予め求めた易分解性有機物のＢＯＤ濃度（又は遅分解性有機物のＢＯＤ濃度）とＣＯＤ濃度やＴＯＣ濃度との関係を規定した式（マップ、表等でもよい）から、易分解性有機物のＢＯＤ濃度（又は遅分解性有機物のＢＯＤ濃度）を求め、易分解性有機物のＢＯＤ負荷量を算出してもよい。この場合、半回分式反応槽に流入する有機物含有排水のＣＯＤ濃度やＴＯＣ濃度を測定する手段を設けて濃度をモニタすることで易分解性有機物のＢＯＤ濃度（又は遅分解性有機物のＢＯＤ濃度）をリアルタイムで求めることができる。

半回分式反応槽１０における汚泥滞留時間（ＳＲＴ：Ｓｒｕｄｇｅ Ｒｅｔｅｎｔｉｏｎ Ｔｉｍｅ）は、グラニュールの安定形成の点で、５～２５日の範囲であることが好ましく、１０～１５日の範囲であることがより好ましい。例えば、ＳＲＴが５～２５日の範囲となるように、図１，２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が行われる。なお、「Ａ値」が０．０５を下回る場合、増殖可能な微生物の割合が少なく、汚泥の引き抜き量を増やすことができないため、ＳＲＴを３０日よりも長くすることが困難であり、２５日程度が限界である。

ＳＲＴは、以下の式で表される。
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］
また、半回分式反応槽１０におけるＭＬＳＳ濃度としては、総ＢＯＤ負荷量にもよるが、グラニュールの安定形成の点で１５００～１００００ｍｇ／Ｌの範囲であることが好ましく、３０００～８０００ｍｇ／Ｌの範囲であることが好ましい。
また、半回分式反応槽１０における遅分解性有機物と易分解性有機物を含む総ＢＯＤ負荷量に対するＭＬＳＳ濃度の比に［前記運転サイクルの時間／前記生物処理工程の時間］を乗じた値は１．０ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／ｄ以下の範囲とすることが好ましく、０．５ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／ｄ以下の範囲とすることがより好ましい。１．０ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／ｄ以上とすると未分解ＢＯＤ成分が反応槽内の汚泥に蓄積して沈降性が悪化したり、汚泥の沈降不良を引き起こす糸状菌の出現等によりグラニュール形成および維持が困難になったりする場合がある。

本実施形態に係るグラニュールの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の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。

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。

微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。

本実施形態に係るグラニュール形成装置の他の例を図３に示す。図３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。制御装置２０は、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それぞれと、例えば電気的に接続されている。その他は、図２のグラニュール形成装置１と同様の構成である。

図３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。

このように、図３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）沈降工程を繰り返すことにより、グラニュールが形成される。この（１）～（３）の工程を繰り返す形態は、流入工程、生物処理工程、沈降工程及び排出工程を有する運転サイクルの一形態である。

図３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）の工程が繰り返される。その結果、より効率的にグラニュールを形成することができる。

流入工程／排出工程における排水流入率は、例えば、１０％以上１００％以下の範囲とすることが好ましい。排水の流入率とは、半回分式反応槽１０内の有効容積に対する運転１サイクルにおける被処理水の流入量の比率である。ここで、半回分式反応槽１０内に残存する処理対象物質の濃度を高めるには、被処理水の流入率はできるだけ高くとった方が良いが、その一方で、排水の流入率を高くすればするほど、被処理水の短絡による処理水悪化の懸念がある。そのため、これらを鑑みると、排水の流入率は２０％以上８０％以下の範囲とすることがより好ましい。ただし、半回分式反応槽１０の後段に活性汚泥槽等の処理装置が設置され、後段処理装置後の最終処理水の水質が悪化しない範囲においては、排水の流入率に特に制限はなく、例えば１００％超とすることも可能である。なお、排水の流入率を１００％超とする場合には、運転サイクル数の低下を抑えるために、排水の流入率の上限を２００％以下とすることが好ましい。

流入／排出工程の時間は、例えば、排水の流入率、および半回分式反応槽１０への被処理水の流量に応じて決められる。ところで、半回分式反応槽１０への排水の流量を半回分式反応槽１０の水平断面積で除した値である半回分式反応槽１０の水面積負荷を高く設定すると、汚泥中の軽い汚泥画分を選択的に系外へ排出させ、沈降性の高い汚泥画分を槽内に残存させることが可能となるため、沈降性の高い生物汚泥の形成は促進されるが、汚泥の沈降性が高くない立上げ期間等においては、槽内の汚泥が流出し、生物処理機能の悪化が懸念される。一方、半回分式反応槽１０の水面積負荷を低く設定すると、汚泥の選択効果が低くなり、さらに排水の流入率を高くした場合には、流入／排出工程時間が長くなり、沈降性の高い汚泥の形成が困難になることが懸念される。上記事情を鑑みると、半回分式反応槽１０への水面積負荷は０．５ｍ／ｈ以上、２０ｍ／ｈ以下とすることが好ましく、１ｍ／ｈ以上１０ｍ／ｈ以下の範囲とすることが好ましい。また、槽内の生物汚泥の沈降性向上に伴い、半回分式反応槽１０の水面積負荷を高く設定することが可能になった場合には、生物汚泥の沈降性に応じて、半回分式反応槽１０の水面積負荷を上昇させ、水面積負荷と被処理水の流入率に応じて、流入／排出工程時間を短縮させることも可能である。

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。制御装置２０は、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それぞれと、例えば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、（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４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）沈降工程を繰り返すことにより、グラニュールが形成される。

＜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５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）排出工程の運転サイクル（または、（１）流入工程／排出工程、（２）生物処理工程、（３）沈降工程の運転サイクル）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５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。

図５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、本開示をより具体的に詳細に説明するが、本開示は、以下の実施例に限定されるものではない。

反応槽有効容積３３Ｌ（１２５ｍｍ×４３８ｍｍ×有効水深６００ｍｍ）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及びＳＶＩ３０の値を用いて評価した。なお、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、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（ｍＬ／ｇ）＝汚泥の占める体積率×１０，０００／ＭＬＳＳ
（なお、ＳＶＩ３０を算出する場合には、５分間静置を３０分間静置に変更する。）

使用した排水は、下水処理場に流入した生下水であり、沈殿処理せず目開き２ｍｍの粗目スクリーンで前処理したものを用いた。試験期間中の生下水の総ＢＯＤ濃度、易分解性ＢＯＤ濃度、遅分解性ＢＯＤ濃度を表１に示す。生下水の総ＢＯＤ濃度に対する遅分解性ＢＯＤ濃度の比は０．５以上であった。

半回分式反応槽の運転サイクルは下記のように行った。
（１）流入／排出工程：５０分掛けて、排水を半回分式反応槽に導入すると共に、上澄水を処理水として排出した。排水の流入率は１００％とした。
（２）生物処理工程：半回分式反応槽における易分解性有機物のＢＯＤ負荷量に対するＭＬＳＳ濃度の比に［運転サイクルの時間／生物処理工程の時間］を乗じた値（化式のＡ値）が表２の値になるように、生物処理工程の時間を設定し、設定した時間の間、半回分式反応槽下部に設置した曝気装置より空気を供給し、生物処理工程を行った。
（３）沈降工程：曝気装置からの空気の供給を停止させて１５分～３０分間静置させ、半回分式反応槽内の汚泥を沈降させた。
以上（１）～（３）の運転サイクルを１サイクルとして繰り返した。

半回分式反応槽における易分解性有機物のＢＯＤ負荷量に対するＭＬＳＳ濃度の比に［運転サイクルの時間／生物処理工程の時間］を乗じた値（Ａ値）は例えば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＝排水の易分解性ＢＯＤ濃度 ［ｍｇ／Ｌ］
Ｃ＝処理後の易分解性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］

＜生物処理工程の条件＞

表２の条件１～２（比較例）におけるＳＶＩ及び汚泥平均粒径の経日変化を図６に示し、表２の条件３～４（実施例）におけるＳＶＩ及び汚泥平均粒径の経日変化を図７に示す。

条件１期間では、ＭＬＳＳが３０００－４０００ｍｇ／Ｌの範囲となるように運転し、Ａ値が０．０４～０．０５ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／ｄａｙ未満となるように生物処理工程の時間を設定したところ、通水開始から２０日目までに、ＳＶＩ３０は８０ｍＬ／ｇ程度、ＳＶＩ５は１７０ｍｇ／Ｌまで低下した。また、微生物汚泥の粒径も拡大し、平均粒径は２００μｍとなった。しかし、２０日以後は、ＳＶＩの低下及び微生物汚泥の粒径の拡大が停滞した。

条件２期間では、ＭＬＳＳが５０００－６０００ｍｇ／Ｌの範囲となるように運転し、Ａ値が０．０２～０．０５ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／ｄａｙ未満となるように生物処理工程の時間を設定したところ、通水開始から４０日目くらいから、ＳＶＩの上昇が確認された。条件２期間では、微生物汚泥の粒径はほとんど変化しなかった。

条件３期間において、ＭＬＳＳが３５００ｍｇ／Ｌ程度となるように運転し、Ａ値が０．０５～０．１ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／ｄａｙとなるように生物処理工程の時間を設定したところ、ＳＶＩ５は１００ｍＬ／ｇ程度まで低下した。また、微生物汚泥の粒径も拡大し、平均粒径は３００μｍとなった。

条件４期間において、ＭＬＳＳが４０００－５０００ｍｇ／Ｌ程度となるように運転し、Ａ値が０．０７５～０．１２５ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／ｄａｙとなるように生物処理工程の時間を設定したところ、ＳＶＩ５は４０ｍＬ／ｇ程度まで低下し、ＳＶＩ３０は３０ｍＬ／ｇ程度まで低下した。また、微生物汚泥の粒径も拡大し、平均粒径は３５０μｍとなった。

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 (4)

1. 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有機物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行って、好気性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、
   前記有機物は、易分解性有機物及び遅分解性有機物を含み、
   前記半回分式反応槽における前記易分解性有機物のＢＯＤ負荷量に対する前記半回分式反応槽内のＭＬＳＳ濃度の比に［前記運転サイクルの時間／前記生物処理工程の時間］を乗じた値が、０．０５～０．１２５ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／ｄａｙの範囲となるように、前記生物処理工程の時間を調整し、
   前記半回分式反応槽における汚泥滞留時間を５日～２５日の範囲にすることを特徴とする好気性グラニュールの形成方法。
2. 前記半回分式反応槽に流入する前記有機物含有排水の総ＢＯＤ濃度に対する、前記有機物含有排水中の前記遅分解性有機物のＢＯＤ濃度の比が０．５以上であることを特徴とする請求項１に記載の好気性グラニュールの形成方法。
3. 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内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請求項１又は２に記載の好気性グラニュールの形成方法。
4. 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有機物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行って、好気性グラニュールを形成する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、
   前記有機物は、易分解性有機物及び遅分解性有機物を含み、
   前記半回分式反応槽における前記易分解性有機物のＢＯＤ負荷量に対する前記半回分式反応槽内のＭＬＳＳ濃度の比に［前記運転サイクルの時間／前記生物処理工程の時間］を乗じた値が、０．０５～０．１２５ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／ｄａｙの範囲となるように、前記生物処理工程の時間を調整する手段を備え、
   前記半回分式反応槽における汚泥滞留時間は５日～２５日の範囲であることを特徴とする好気性グラニュールの形成装置。