JPWO2016185533A1 - 水処理システム及び水処理方法 - Google Patents

Abstract

本発明の水処理システムは、有機性廃液を微生物の働きにより処理する生物処理工程と、オゾンガスを発生させるオゾンガス製造工程と、生物処理工程における微生物混合液の一部を引き抜いて移送する汚泥移送工程と、移送された微生物混合液の一部にオゾンを接触させるオゾン処理工程と、オゾン処理後の処理液をオゾン処理工程から生物処理工程へと返送する処理液返送工程とを備える。オゾン処理後の未分解である凝集した微生物を分離濃縮し、分離濃縮した未分解の凝集した微生物に対して選択的にオゾン処理を行う。

Description

この発明は、有機性物質を含有する水を処理する水処理システムおよび水処理方法に関するものである。

従来から、標準活性汚泥法等の微生物を用いて廃水等の水を処理する方法を用いた水処理システムが知られている。このような水処理システムにおいては、有機物を基質として消費することができる微生物を使用し、この微生物に水中の有機物を基質として消費させることによって、水を浄化するための処理を行う。

水処理にともなって微生物が水中の有機物を消費した場合、水中の微生物が増殖することになる。例えば標準活性汚泥法においては、曝気槽から流出した微生物を貯留するように曝気槽の後段に沈殿槽が設置してあるが、微生物が増殖しすぎた場合には曝気槽から流出した微生物が沈殿槽の貯留許容量を超過する虞があるため、過剰に増えた微生物を余剰汚泥として水処理システム外に排出する必要がある。また膜分離活性汚泥法（ＭＢＲ）において曝気槽内の微生物量が増殖しすぎた場合には、膜の閉塞を招く虞があるため、微生物量が適切な範囲になるように過剰に増えた微生物を余剰汚泥として適宜排出する必要がある。

排出した余剰汚泥の処分方法としては、焼却処分を用いた方法、嫌気条件下で発酵させて処分する方法（消化処理）等が採用される。いずれの方法においても、多大なエネルギー及び費用を要する。そのため、微生物を用いた水処理方法においては、余剰汚泥の排出量低減が求められている。

特許文献１は、余剰汚泥の排出量を低減させるため、オゾンを用いた水処理システムを提案している。この水処理システムでは、処理に伴い増殖した微生物を含んだ水に対してオゾンを接触させて微生物を分解し、水中に含まれている有機物とオゾンによって分解された微生物（分解微生物と呼ぶ）とを基質として再度微生物による水処理を施し、余剰汚泥の排出量を低減させている。

特開平１１-４２４９４号公報

特許文献１に記載の水処理では、微生物を有する曝気槽内において水処理が施されている処理水である微生物混合液が存在するが、水の処理を行って増殖した微生物を含み得るこの微生物混合液を曝気槽から引き抜き、引き抜いた微生物混合液の一部にエジェクタを介してオゾン注入を行い、オゾン注入によるオゾン処理後の微生物混合液を曝気槽へ返送し、余剰汚泥の排出量低減を図っている。

しかしながら、オゾンを使用したこの方法には改善の余地がある。例えばこの方法では、オゾンと接触反応させることによって微生物を分解させているが、未分解の微生物だけでなく、残存する有機物、既に分解された分解微生物、及び分解微生物から漏出した有機物に対しても反応によってオゾンが消費されてしまう。反応対象外である残存有機物、分解微生物、及び分解微生物から漏出した有機物とオゾンとが反応した場合、反応対象としている増殖した微生物に対するオゾンの反応効率が低下する。そのため、十分な余剰汚泥削減効果を得るためには、反応対象外との反応で消費されるオゾンの量も考慮する必要がある。

本発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、増殖した未分解の微生物を選択的にオゾンと反応させることが可能となり、反応対象となる微生物とオゾンとの反応効率を高い状態で維持し、少ないオゾン注入量で高い余剰汚泥減量効果を得ることができる水処理システム及び排水処理方法を提供することを目的としている。

本発明に係る水処理システムは、微生物を用いて水を処理するように構成してある微生物処理部と、微生物処理部が処理した水から一部の部分水を引き抜くように構成してある引抜部と、オゾンを発生するように構成してあるオゾン発生部と、引抜部が引き抜いた部分水とオゾン発生部が発生させたオゾンとを反応させるように構成してあるオゾン反応部とを有する。また本発明に係る水処理システムは、鉛直方向の高さを有しており、オゾン反応部が反応させた部分水が流入されて溜めるように構成してある水槽と、水槽の鉛直方向の下方に接続してあり、水槽が溜めた部分水の少なくとも一部を微生物処理部へ返送するように構成してある返送部とを備える。水槽は、流入された部分水を鉛直方向の上方へ移動させる移動手段と、移動手段の上方に配置してあり、移動手段が移動させた部分水を整流する整流手段とを備える。

本発明に係る水処理方法は、微生物を用いて水を処理する処理ステップを有する。また、本発明に係る水処理方法は、処理した水から一部の部分水を引き抜く引抜ステップと、オゾンを発生する発生ステップと、引き抜いた部分水と発生したオゾンとを反応させる反応ステップと、反応させた部分水を鉛直方向の高さを有する水槽に流入させて溜める貯溜ステップと、流入した部分水を鉛直方向の上方へ移動させる移動ステップと、移動させた部分水を整流する整流ステップと、整流した部分水の少なくとも一部を微生物を用いて再び処理する再処理ステップとを備える。

本発明によれば、反応対象となる未分解の微生物を選択的にオゾンと反応させることができる。したがって、未分解の微生物とオゾンとの反応効率を高い状態で維持することが可能となり、比較的少ないオゾン注入量で高い余剰汚泥減量効果を実現することができる。また、比較的少ないオゾン注入量で水処理を行うことが可能となるため、オゾンが高濃度となることによって生じる虞があるオゾンの有毒性を抑制することができ、処理後の水質を良好で安定したものとすることができる。

実施の形態１に係る水処理システムの構成を示す模式図である。 水処理システムが備えるガイドパイプの一例を示す模式図である。 水処理システムが備えるガイドパイプの一例を示す模式図である。 水処理システムが備える整流装置の一例を説明する立体図である。 水処理システムが備える整流装置の一例を説明する立体図である。 整流装置の構造の一例を説明する断面図である。 整流装置の構造の一例を説明する断面図である。 汚泥濃縮分離装置の構造と槽内の水の流れを説明する断面図である。 整流装置の開口率を説明する模式図である。 整流装置の傾斜角度を説明する模式図である。 実施の形態２に係る水処理システムの構成を示す模式図である。 実施の形態３に係る水処理システムの構成を示す模式図である。 実施の形態３に係る水処理システムの変形例を示す模式図である。 実施の形態４に係る水処理システムの構成を示す模式図である。 実施の形態４に係る水処理システムの変形例を示す模式図である。 実施の形態４に係る水処理システムの変形例を示す模式図である。 実施の形態５に係る水処理システムの構成を示す模式図である。 水処理システムが備えるオゾン水製造部の構成を説明する模式図である。 水処理システムが備えるオゾン水製造部の変形例を示す模式図である。 開口率とオゾン量都の関係を示すグラフである。 処理日数とＢＯＤ除去率との関係を示すグラフである。

以下、添付図面を参照して、本願が開示する水処理システム及び水処理方法の実施の形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態は一例であり、これらの実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
実施の形態１．

図１は実施の形態１に係る水処理システムの一例を示す模式図である。水処理システムは、生物処理工程において標準活性汚泥法を適用している。

水処理システムは、微生物を用いて水を処理するように構成してある微生物処理部の一例として、曝気槽１等の構成要素を備える。曝気槽１には、有機物を基質として利用することができる好気性の微生物が含まれている。また曝気槽１には、廃水２を受け入れる廃水導入路３と、曝気槽１からの流出水を受け入れる流出路４とが接続されている。また流出路４は沈殿槽５とも接続されており、曝気槽１からの流出水を沈殿槽５へ移送する。沈殿槽５には処理水放流路６が接続されており、これを介して沈殿槽の上澄水が流出する。

本明細書における廃水２とは、水処理システムでの処理対象となる水の一例である。この廃水２は、例えば、都市下水、食品加工工場から排出される廃水、半導体製造工場から排出される廃水等である場合、処理されるべき有機物が比較的多く含まれている。

水処理の際に曝気槽１内で微生物が有機物の消費を行い、微生物が増殖しすぎた場合、過剰に増えた微生物が余剰汚泥となり、曝気槽１から流出した微生物が沈殿槽５の貯留許容量を超過する虞がある。

曝気槽１内には、過剰増殖した微生物を含み得る状態となった廃水２である水微生物混合液７が貯留されている。また曝気槽１には、空気導入路８を通して散気装置９から空気が放出され、微生物混合液７に対して空気が供給されるようになっている。沈殿槽５底部には汚泥引抜配管１０が接続され、汚泥引抜配管１０は汚泥引抜ポンプ１１と接続されている。汚泥引抜ポンプ１１の吐出側は汚泥返送配管１２と汚泥排出配管１３に分岐している。

本明細書において、単に「汚泥」と言った場合には、微生物の集合を指し、「分離汚泥」と言った場合には、曝気槽から流出した微生物を固液分離した際に分離された汚泥を指す。また「余剰汚泥」とは生物処理工程において微生物が増殖して微生物を生じ、廃水処理システム内に余分に蓄積したために廃棄されるべき汚泥を指す。

水処理システムはオゾン反応槽１４を備えており、オゾン反応槽１４には、汚泥移送配管１５と汚泥取出配管１６、排オゾン放出路１７が接続されている。汚泥移送配管１５は曝気槽１内に挿入されており、また汚泥移送配管１５上には汚泥移送ポンプ１８が設置されている。よって汚泥移送ポンプ１８によって、曝気槽１内の微生物混合液７が汚泥移送配管１５を通してオゾン反応槽１４に移送可能になっている。汚泥取出配管１６には汚泥循環ポンプ１９が接続されている。汚泥循環ポンプ１９の吐出側は、汚泥循環配管２０と処理液返送配管２１に分岐している。汚泥循環配管２０は汚泥移送配管１５に接続されており、また汚泥移送配管１５は、オゾン反応槽内１４に設置された汚泥導入配管２２と接続されている。汚泥循環配管２０上には、管内を流れる液の流量を測定する流量計６７と、エジェクタ２３が設けられている。

水処理システムはまた、オゾン製造装置２４、オゾン移送路２５、及びオゾン注入路２６を備える。図１においてオゾン製造装置２４は、オゾン発生器２７とオゾン濃縮器２８とを備え、オゾン移送路２５はオゾン発生器２７とオゾン濃縮器２８とに接続されている。オゾン注入路２６はオゾン濃縮器２８とエジェクタ２３とを接続されている。オゾン注入路上には、オゾンガス流量を測定する流量計６６が設置されている。

水処理システムはさらに、オゾン反応槽１４内に汚泥濃縮分離装置２９を備え、各配管上にバルブ４６〜５２を備える。汚泥濃縮分離装置２９は、バッフルプレート３０、ガイドパイプ３１、整流装置３２で構成される。

以上の構成から成る図１の水処理システムの動作は次の通りである。

＜生物処理工程＞
有機物を含む廃水２は廃水導入路３を通して、曝気槽１へ導入される。

曝気槽１には有機物を基質として利用可能な好気性の微生物を含む微生物混合液７が貯留されている。よって、曝気槽１において廃水２に含まれる有機物が水中から除去されることで、廃水２の浄化がなされる。

曝気槽１にて浄化された廃水２は、所定の滞留時間を経たのち、流出水として流出路４を介して沈殿槽１へと流出する。

沈殿槽５においては、曝気槽からの流出水とともに流入した微生物混合液中７の微生物の沈降分離が行われる。

分離された微生物は分離汚泥３３として沈殿槽５底部に堆積する一方、清澄な上澄水は沈殿槽５上部から処理水放流路６を通して放出される。

沈殿槽５底部に堆積した分離汚泥３３は、汚泥引抜配管１０を介して汚泥引抜ポンプ１１にて引き抜かれる。引き抜かれた分離汚泥３３は汚泥返送配管１２を介して曝気槽１に返送される。

前述の通り、当該廃水処理は廃水中の有機物を微生物に利用させるものであるため、廃水中から有機物を除去できる一方で、システム内には有機物を利用して増殖した微生物が蓄積していく。よって、システム内に微生物などの固形物が過剰に蓄積した場合には余剰汚泥として、汚泥排出配管１３を通して系外に排出され、廃棄物として処理される。既に述べた通りであるが、余剰汚泥の処分に要するエネルギー及び費用は莫大であり、該余剰汚泥の排出量低減が求められている。

＜オゾンガス製造工程＞
実施の形態１において、オゾンガス製造工程は、オゾン発生工程、オゾン濃縮工程からなる。

［オゾン発生工程］
オゾン製造工程では、オゾンを発生するように構成してあるオゾン発生部の一例であるオゾン発生器２７にてオゾンが生成される。オゾン発生器２７は、オゾンガスが発生させられるものであればどのようなものでもよく、例えば酸素または空気を原料として放電によりオゾンを生成する装置などが挙げられる。

［オゾン濃縮工程］
オゾン濃縮工程ではオゾン発生器２７にて生成したオゾンが、オゾン濃縮器２８にて濃縮、貯蔵される。オゾン濃縮器２８は、オゾンを濃縮し貯蔵できるものであればよく、例えばシリカゲルをオゾン吸着材として充填し、吸着したオゾンを充填容器内の圧力や温度変化により脱離し放出可能な形態のものが一例として挙げられる。

オゾン濃縮工程で濃縮されたオゾンは、後述のオゾン注入循環工程にて、オゾン濃縮器２８より放出され、微生物の分解に用いられる。

以上に説明したオゾン発生工程とオゾン濃縮工程は、オゾン濃縮器からのオゾン放出が行われるたびに、この順に実施され、オゾン濃縮器２８では常にオゾン貯蔵された状態が保たれる。

以下に、汚泥移送工程、オゾン処理工程、及び処理汚泥返送工程を示す。これらの工程は、この順に実施され、かつこれら３つの工程を一つのサイクルとして、バッチにて処理が行われる。すなわち、この順に実施され、処理汚泥返送工程が完了した後、汚泥移送工程が開始される。

処理汚泥返送工程終了から汚泥移送工程開始までの間には任意の休止時間を設け、上記３工程を間欠的に実施することができる。

＜汚泥移送工程＞
生物処理工程、オゾンガス製造工程が実施される傍らで、汚泥移送工程が開始される。
汚泥移送工程においては、バルブ４６が開き曝気槽１内に貯留された微生物混合液７の一部が汚泥移送配管１５を通して、汚泥移送ポンプ１８によって吸引され、本発明に係るオゾン反応部の一例であるオゾン反応槽１４に移送される。このとき、汚泥取出配管１６上に設けられたバルブ４８、は閉じられており、オゾン反応槽１４内からの微生物混合液７の流出はなくオゾン反応槽１４にはあらかじめ設定した所定量の汚泥が移送される。バルブ４６、汚泥移送配管１５及び汚泥移送ポンプ１８の組み合わせは、微生物処理部が処理した水から一部の部分水を引き抜くように構成してある引抜部の一例である。

移送量は、汚泥移送ポンプ１８の運転時間で管理してもよいし、汚泥移送配管１５上に積算流量計を設けておいて、配管内を流れた量で管理しても良いし、またオゾン反応槽１４内にレベルセンサーを設けておいて、所定の水位となったところで移送を停止させるなどして管理してもよい。

＜オゾン処理工程＞
本発明に係る水処理システムは余剰汚泥発生量の低減を、オゾンによる微生物分解によってなすものである。微生物とオゾンとを効率よく接触させるため、オゾン処理工程は、下記に示すオゾン注入循環工程及び汚泥濃縮工程の２工程を含んでおり、これらがあらかじめ設定した所定時間繰り返し行われる。

［オゾン注入循環工程］
オゾン注入循環工程においては汚泥取出配管１６上のバルブ４８、および汚泥循環配管２０上のバルブ４７が開き、一方で汚泥移送配管１５上のバルブ４６が閉じる。オゾン反応槽１４内の微生物混合液７は汚泥循環ポンプ１９により汚泥取出配管１６から引き抜かれ、汚泥循環配管２０へと送り込まれる。

微生物混合液７が汚泥循環配管２０上に設置されたエジェクタ２３を通過する際、オゾン濃縮器２８にて貯蔵されたオゾンガスがオゾン濃縮器２８から放出され、微生物混合液７とオゾンガスが接触し、微生物混合液７中に存在する過剰に増殖した微生物はオゾンにより分解される。

オゾン注入の方法としては、例えばオゾン反応槽１４の中に散気装置を設けて、この散気装置からオゾンを放出する方法なども考えられるが、エジェクタなどのベンチュリデバイスを用いた方法の方が、よりオゾンの吸収効率が高くなり、少ないオゾン量で効率的な汚泥減量が可能であるため好ましい。

ここで、微生物混合液へのオゾン溶解の効率は、エジェクタ２３におけるオゾンガス流量と、微生物混合液流量の比によって大きく左右され、オゾンガス流量の割合が小さいほど効率よくオゾンを溶解させることができる。よって、エジェクタ２３におけるオゾンガス流量と微生物混合液流量の比（ｇ／Ｌ）は０.０５〜０.４、好ましくは０.１〜０.３とするのが良い。

本実施の形態のように、オゾンガス製造工程でオゾン濃縮器２８によるオゾンガス濃縮を行うことで、１０００〜２０００ｍｇ／ＮＬ程度の極めて濃度の高いオゾンガスを得ることができ、オゾンと微生物との反応を速やかに完了させることが可能となる。しかしながら、本願発明の効果は必ずしも前記のような高濃度オゾンでなければ得られないものではない。すなわち、本願発明の効果は、例えばオゾンガス製造工程において、オゾン濃縮を行わずに、オゾン発生器にて発生した１００ｍｇ／ＮＬ程度のオゾンガスを直接、微生物混合液７に注入しても得ることができる。

［汚泥濃縮工程］
汚泥濃縮工程においては、汚泥循環配管２０内を流れる微生物混合液７が、汚泥導入配管２２を経由して、オゾン反応槽１４内へと流入する。汚泥導入配管２２は、オゾン反応槽１４の中心部まで挿入されており、導入された微生物混合液７はオゾン反応槽１４の中心部から鉛直下向きに吐出される。

吐出された微生物混合液は、汚泥導入配管２２の吐出口の下方に設置されたバッフルプレート３０に吹き付けられ、微生物混合液流は、その流れ方向が水平方向に転換される。また、バッフルプレート３０は図２に示されるような中空の円筒、または図３に示されるような直方体の形状からなるガイドパイプ３１の内側に配置される。よって、微生物混合液流３４はガイドパイプ３１内壁によって流れ方向が上向きに転換され、ガイドパイプ３１の内壁を伝ってオゾン反応槽中心部を上昇する。つまり、バッフルプレート３０とガイドパイプ３１内壁との組み合わせが本発明に係る移動手段の一例である。

ガイドパイプ３１の上方には整流装置３２が設置されており、微生物混合液流３４は該整流装置３２を上向きに通過する過程で整流される。

整流装置３２の構造としては、例えば図４に示されるような、板（整流板と称す）を隣り合わせに、オゾン反応槽水平断面を覆うように連ねた形態のものや、図５に示されるような、筒（整流筒と称す）を隣り合わせに、オゾン反応槽水平断面にまんべんなく連ねた形態のものなどが挙げられる。なお、図４は整流板３５を示し、図５は整流筒３６を示す。また、図６は整流板３５を整流装置として用いた場合で、円形のオゾン反応槽１４を用いた場合の水平断面図であり、図７は角型水槽を用いた場合の水平断面図である。

以上のように、オゾン反応槽１４中心部には上昇流が生じているため、オゾン反応槽１４外縁部、すなわちバッフルプレートの外側では図５に示すような下向き流れが生じる。この下向きの流れは、整流効果により、整流装置３２の上方から下方に向けて通過する際に整流装置３２下方で緩やかな乱れのない流れが形成される。

ガイドパイプ内を上昇する過程において微生物混合液流３４は激しく乱れているが、前記の通り、該整流装置３２にて乱れが抑制されることで、微生物混合液７内に含まれる固形物、すなわち微生物は、その自重により沈降しやすい状態となる。これにより微生物混合液内の固形物、すなわち未分解の微生物は、バッフルプレート外側の流れが緩やかな箇所で沈降し、オゾン反応槽底１４部には未分解の微生物が沈降、濃縮する。つまり、整流装置３２は本発明に係る整流手段の一例である。

上述したような整流装置３２によって整流効果を得るためには、例えば図４に示すような整流板を用いる場合には板同士の間隔が広すぎることは好ましくない。また、余りに狭くても整流板間が微生物混合液７に含まれる固形物で閉塞するなどして、整流効果が損なわれる。よって、好適な間隔としては、オゾン反応槽１４水平断面積のうち、整流板と整流板の間のスペースの水平断面積の占める割合が１０〜５０％となるよう好ましくは１０〜４０％となるよう、複数の整流板を間隔が均等になるよう配置するのが良い。
また、図５に示すような整流筒とする場合にも同様のことが言え、オゾン反応槽１４水平断面積のうち、円筒内の中空部分の断面積の占める割合が１０〜５０％、好ましくは１０〜４０％となるよう、断面積が均等な円筒をオゾン反応槽１４水平断面上にまんべんなく並べるのが良い。

なお、この、オゾン反応槽１４の水平断面積に占める、整流板の間の空間、または整流筒中空部、すなわち図９に示す斜線部の水平断面積の占める割合を以下、「開口率」と称することとする。

さらに、図４及び図５に示す整流板や整流筒は鉛直方向に対して角度をつけて傾けても良い。すなわち図１０に示す、角度θが大きすぎれば、傾斜板や傾斜筒上に固形物が堆積しやすくなり、流路の閉塞や装置破損の要因となる。よって、これらの鉛直方向に対する傾き角度は、０〜６０度、好ましくは０〜５０度とするのが良い。

本発明はあらかじめ設定した所定時間、オゾン注入循環工程と汚泥濃縮工程を繰り返し行うことを特徴とする。よって、汚泥濃縮工程にて、オゾン反応槽１４底部に堆積した微生物混合液７中の固形分、すなわち未分解の微生物は、汚泥取出配管１６から汚泥循環ポンプ１９にて引き抜かれ、再び汚泥循環配管２０へと導入されオゾンと接触する。

また以上のようにして注入されたオゾンのうち、反応によって消費されずに残留したオゾンは、排ガスとしてオゾン放出路１７からオゾン分解装置（図示せず）に移送され無害化されたのちに大気へと放散される。

＜運転方法・条件について＞
以下には、本発明の効果を最大限得るためのオゾン処理工程実施条件を示す。

［オゾン注入量］
本発明の構成にて、微生物混合液中の微生物を溶解するのに必要なオゾン量（オゾン処理工程１回あたりに必要な量）は、本願発明者らが鋭意検討したところによれば下記式にて導出される。
［Ｏ_３ｄｏｓａｇｅ］＝｛［ＭＬＳＳ］× α｝×［Ｖ］×β・・・式１
［Ｏ_３ｄｏｓａｇｅ］：必要オゾン注入量（ｍｇＯ_３／回）
［ＭＬＳＳ］：曝気槽内の固形物濃度（ｇ／Ｌ）
［Ｖ］：一回当たりに処理する微生物混合液量（Ｌ／回）
α：ＭＬＳＳ／ＭＬＶＳＳ比
β：ＭＬＶＳＳ分解に必要なオゾン量（ｍｇＯ_３／ｇＭＬＶＳＳ）

αは曝気槽内の固形物濃度（ＭＬＳＳ）に占める、微生物由来の固形物量（ＭＬＶＳＳ）の比率を示しており、廃水によっても異なるが一般的には０.４〜０.７である。またβは、ある単位量のＭＬＶＳＳを分解する際に必要なオゾン量であり、発明者らが検討したところによれば２０〜７０ｍｇＯ_３／ｇＭＬＶＳＳ、多くの場合３０〜６０ｍｇＯ_３／ｇＭＬＶＳＳであり、この範囲内で設定するのが望ましい。

［ＭＬＳＳ］は曝気槽内のＭＬＳＳを測定することによって求められ、［Ｖ］は曝気槽からオゾン反応槽１４に移送する微生物混合液量を任意に調整することで決定されるが、オゾン反応槽容量が過剰に大きくなることは好ましくないため、曝気槽容積の０.１〜７％、好ましくは０.２〜５％とするのが良い。［Ａ］は装置管理者が都度、微生物混合液をサンプリングし分析を行って求めても良いし、曝気槽内にＭＬＳＳ濃度計を設置しておき、この測定値を用いても良い。

［１日あたりのオゾン処理工程実施回数］
実施の形態１に係る水処理システムは、オゾンにより微生物を分解し、オゾン処理後の液を曝気槽に返送し、この液に含まれる有機物を微生物に利用させて汚泥減量を図るものである。ここで配慮すべきは、「オゾンにより分解した微生物量≠汚泥削減量」の関係である。すなわち、オゾン処理後の液に含まれる分解された微生物を利用して、曝気槽中の微生物は新たに生産を行うため、曝気槽内には新たな微生物が発生する。しかしながら、この発生量は、オゾン処理によって分解された微生物量に比べて少なく、結果的には汚泥減量が達成される。

このような複雑な関係のために、本発明によってオゾンによる余剰汚泥削減効果を十分に得るためには、前記の式１に従って算出されたオゾン注入量を注入することに加えて、「処理汚泥比」が１.５〜６、好ましくは２〜５となるように、１回あたりに処理する微生物混合液量（式１中の［Ｖ］）と、１日あたりのオゾン処理工程実施回数［Ｆ］を設定するのが良い。

ここで処理汚泥比とはオゾン処理を行わない場合に発生する１日あたりの余剰汚泥量に対して、１日あたりにオゾン処理を行う汚泥量を指し、下式にて算出される。
［Ｒ］＝［Ｑ１］／［Ｑ２］・・・式２
［Ｒ］：処理汚泥比
［Ｑ１］：１日当たりのオゾン処理汚泥量（ｇＭＬＳＳ／ｄａｙ）
［Ｑ２］：１日あたりの余剰汚泥量（ｇＭＬＳＳ／ｄａｙ）

［Ｑ１］は、１日当たりにオゾン処理を行うＭＬＳＳ重量であり、曝気槽内の固形物濃度（式１中の［ＳＳ］）と、１回あたりに処理する微生物混合液量（式１中の［Ｖ］）、１日当たりのオゾン処理工程実施回数の積で求められる。よって［Ｑ１］は下記の通りである。
［Ｑ１］＝［ＭＬＳＳ］×［Ｖ］×［Ｆ］・・・式３
［Ｑ１］：１日当たりのオゾン処理汚泥量（ｇＭＬＳＳ／ｄａｙ）
［ＭＬＳＳ］：曝気槽内の固形物濃度（ｇ／Ｌ）
［Ｖ］：一回当たりに処理する微生物混合液量（Ｌ／回）
［Ｆ］：１日あたりのオゾン処理工程実施回数（回／ｄａｙ）

［Ｑ２］は、前述の通りオゾン処理を行っていない場合に発生する余剰汚泥重量を指す。［Ｑ２］は、本発明を適用して余剰汚泥のオゾンによる削減を開始する前に、曝気槽内の固形物濃度の日々の測定結果からあらかじめ算出しておいてもよいし、本発明適用後でも下式にて算出してもよい。
［Ｑ２］＝{｛［ＢＯＤ_ｉｎ］-［ＢＯＤ_ｏｕｔ］×γ＋{［ＳＳ_ｉｎ］-［ＳＳ_ｏｕｔ］}}×［W］・・・式４
［Ｑ２］：１日あたりの余剰汚泥量（ｇＭＬＳＳ／ｄａｙ）
［ＢＯＤ_ｉｎ］：廃水に含まれるＢＯＤ（ｇ／Ｌ）
［ＢＯＤ_ｏｕｔ］：処理水に含まれるＢＯＤ（ｇ／Ｌ）
［W］：一日当たりの廃水流入量（Ｌ／D）
γ：汚泥転換率
［ＳＳ_ｉｎ］：廃水に含まれる固形物濃度（ｇ／Ｌ）
［ＳＳ_ｏｕｔ］：処理水に含まれる固形物濃度（ｇ／Ｌ）

ここでＢＯＤは生物学的酸素要求量であり、水中に含まれる有機物量の指標である。またγは汚泥転換率、すなわち流入した有機物が微生物へと転換される割合を示し、一般的には０.１〜０.４である。［ＳＳ_ｉｎ］、［ＳＳ_ｏｕｔ］はそれぞれ流入する廃水、流出する処理水に含まれる固形物濃度を示している。

以上より、一日あたりのオゾン処理工程実施回数［Ｆ］は、下式によって求められる。
［Ｆ］＝{［Ｒ］×［Ｑ２］}／{［ＭＬＳＳ］×［Ｖ］}・・・式５
［Ｆ］：一日あたりのオゾン処理工程実施回数（回／ｄａｙ）
［Ｒ］：処理汚泥比
［Ｑ２］：１日あたりの余剰汚泥量（ｇＭＬＳＳ／ｄａｙ）
［ＭＬＳＳ］：曝気槽内の固形物濃度（ｇ／Ｌ）
［Ｖ］：一回当たりに処理する微生物混合液量（Ｌ／回）

よって、オゾン処理工程は、以上のようにして求められた回数を、実施の間隔が均等になるよう行うのが良い。

［オゾン処理工程実施時間］
オゾン処理工程実施時間［Ｔ１］は、前記５で求められた回数が一日のうちに実施できる時間である必要ある。また、［Ｔ１］はオゾン反応槽に貯留した微生物混合液がもれなくエジェクタを通過してオゾンガスと接触可能な時間とする必要がある。さらに、［Ｔ１］は前記式１で求められた、［Ｏ_３ｄｏｓａｇｅ］が注入可能な時間とする必要がある。

よって、オゾン処理工程実施時間［Ｔ１］は、下記３つの式を同時に満たすように設定されるのが良い。
［Ｔ１］+［Ｔ２］+［Ｔ３］≦２４（ｈ／ｄａｙ）／［Ｆ］・・・・式６
［Ｔ１］≧［Ｖ］／［Ｃ］・・・・式７
［Ｏ_３ｄｏｓａｇｅ］＝［Ｏ_３ｃｏｎｃ］×［Ｏ_３ｆｌｏｗ］×［Ｔ１］・・・・式８
［Ｔ１］：オゾン処理工程実施時間（ｈ／回）
［Ｔ２］：汚泥移送工程実施時間と処理汚泥返送工程実施時間の和（ｈ／回）
［Ｔ３］：休止時間（ｈ／回）
［Ｆ］：一日あたりのオゾン処理工程実施回数（回／ｄａｙ）
［Ｖ］：一回当たりに処理する微生物混合液量（Ｌ／回）
［Ｃ］：汚泥循環ポンプ流量（Ｌ／ｈ）
［Ｏ_３ｄｏｓａｇｅ］：必要オゾン注入量（ＧＯ_３／回）
［Ｏ_３ｃｏｎｃ］：オゾンガス濃度（ＧＯ_３／Ｌ）
［Ｏ_３ｆｌｏｗ］：オゾンガス流量（Ｌ／ｈ）

［Ｔ２］は汚泥移送工程実施時間と、後述の処理汚泥返送工程実施時間の和（以下、雑時間と称す）を示す。また［Ｔ３］は、汚泥移送工程、オゾン処理工程、処理汚泥返送工程、いずれも実施されていない「休止時間」を指す。本発明において、汚泥移送工程、オゾン処理工程、処理汚泥返送工程はこの順に行われ、これを１サイクルとして実施され、さらに各サイクル間には休止時間を設けることができるため、式６の関係を成立させる必要がある。［Ｔ２］、［Ｔ３］は、任意に設定可能だが、例えば［Ｔ２］は１０〜１２０分、好ましくは１０〜６０分であり、［Ｔ３］は０〜１２時間、好ましくは３〜１２時間である。

［Ｖ］は前記の通り、曝気槽容積の０.１〜７％、好ましくは０.２〜５％である。オゾンガス流量［Ｏ_３ｆｌｏｗ］、汚泥循環ポンプ流量［Ｃ］は、前記の通りエジェクタにおけるｇ／Ｌが０.０５〜０.４、好ましくは０.１〜０.３を満たすよう設定するのが良い。オゾンガス濃度［Ｏ_３ｃｏｎｃ］は、０.０５Ｇ 〜 ２ｇ／Ｌ、好ましくは０.１〜２ｇ／Ｌで任意に調整することができる。

以上の条件のもと、［Ｔ１］は任意に設定可能である。

以上のようにして１日あたりのオゾン処理工程実施回数［Ｆ］、オゾン処理工程実施時間［Ｔ１］は任意に調整可能であるが、あまりに頻繁にオゾン処理が行われることは好ましくない。これは、オゾン処理した微生物混合液中には、わずかに未反応のオゾンが残存しており、これが頻繁に曝気槽に流入すると曝気槽内の微生物の活性が損なわれ廃水処理性能が低下するためである。

よって、［Ｔ１］、［Ｔ２］、［Ｔ３］の和が曝気槽のＨＲＴ（水理学的滞留時間）の３０％以上、好ましくは４０％以上となるように［Ｆ］を設定するのが良い。

以上より、本発明ではオゾンと接触する液を常に、未分解の微生物を高濃度に含んだ液とすることができ、かつ、オゾン注入量を最適化したことによって未分解の微生物とオゾンとを効率よく反応させることが可能になる。

＜処理液返送工程＞
オゾン処理工程が完了した後、汚泥循環配管２０上のバルブ４７が閉じ、一方で処理液返送配管２１上のバルブ４９が開き、オゾン反応槽内に貯留されたオゾン処理後の微生物混合液７は曝気槽１へと返送される。オゾン処理後の微生物混合液中には、オゾンにより分解された微生物の残渣が含まれており、これを曝気槽中の微生物が基質として分解・利用し、炭酸ガスとして大気中に放散されることによって汚泥減量がなされる。

以上に説明した汚泥移送工程、オゾン処理工程、ならびに処理液返送工程は、生物処理工程及びオゾンガス製造工程が行われる傍ら実施されるものであり、生物処理工程及びオゾンガス製造工程を停止させた上で開始されるものではない。

実施の形態２.
図１１は生物処理工程に「標準活性汚泥法」を適用した場合の本発明の装置構成の一例である。

図１１においては、汚泥移送配管１５が、汚泥返送配管１２と接続されている。また図７においては、汚泥移送ポンプ１８は設置されていない。これ以外は図１と同様である。

実施の形態２においては、沈殿槽５に堆積した分離汚泥３３、すなわち曝気槽１から流出した微生物をオゾン反応槽１４に移送してオゾン処理を行う。汚泥移送工程が開始されると、汚泥移送配管１５上のバルブ４６が開き、汚泥返送配管１２を流れる微生物混合液７が汚泥移送配管１５内を通り、オゾン反応槽１４へと移送される。

移送量は実施の形態１と同様な方法で管理すれば良い。このほかの動作については、実施の形態１と同様である。また、オゾン注入量［Ｏ_３ｄｏｓａｇｅ］、１日あたりのオゾン処理工程実施回数［Ｆ］、オゾン処理工程実施時間［Ｔ１］等の運転条件は、各式における［ＭＬＳＳ］を「分離汚泥の固形物濃度（ｇ／Ｌ）」、［Ｖ］を「一回当たりに処理する分離汚泥量（Ｌ／回）」として算出すれば良い。

実施の形態３.
図１２は生物処理工程に「生物膜法」を適用した場合の本発明の装置構成の一例である。図１２において、曝気槽１内には微生物担体３７が投入されている。このほかは図１１（実施の形態２）と同様である。

曝気槽内に投入された微生物担体は、微生物をその表面に付着させ、曝気槽内の生物量を高く保つことを目的としており、このような生物処理方式を一般には「生物膜法」と呼ぶ。担体を投入しない場合、すなわち実施の形態１に記載した「標準活性汚泥法」の場合には、浮遊する微生物に廃水中の有機物を利用させ廃水の浄化を行うが、生物膜法においては、担体表面に付着し固定された微生物により浄化がなされる点で違いがみられる。しかしながら、微生物による廃水浄化であるという点では共通である。また生物膜法においても、微生物を含む液が後段の沈殿槽へと流出し、固液分離を行う必要があり、分離された汚泥は余剰汚泥として廃棄処分される必要がある。よって、生物処理工程に生物膜法を採用した場合には、図１２に示す構成として沈殿槽５に堆積した分離汚泥３３の一部、または全部をオゾン処理工程に移送する。

また図１２にはスポンジ担体などを投入した場合の「流動床式」を図示したが、図１３に示すようにプラスチック製の充填物を曝気槽内に充填した「固定床式」であってもよい。

図１２及び図１３の内いずれの構成であっても、動作については実施の形態２と同様である。

なお、実施の形態１〜３においては、曝気槽後段に備える固液分離装置を沈殿槽としたが、固液分離でき、分離した汚泥をオゾン処理工程に移送できる構成とすればどのようなものでもよく、例えば浮上分離装置や、遠心分離装置などを沈殿槽の代用としても良い。

実施の形態４.
図１４には実施の形態４の構成を示す。実施の形態４は生物処理工程に膜分離活性汚泥法（ＭＢＲ）を適用した場合の構成の一例である。

図１４における水処理システムは、固液分離膜３８、ろ過水吸引配管３９、ろ過ポンプ４０、ろ過水移送配管４１を含む。実施の形態４においては、汚泥引抜配管１０が曝気槽１と接続されている。実施の形態４はＭＢＲを用いているため、沈殿槽５のような固液分離手段を曝気槽後段に設ける必要はない。このほかの構成は、図１（実施の形態１）と同様である。

図１４に示すＭＢＲは曝気槽内に固液分離膜を浸漬させているため「浸漬型ＭＢＲ」と呼ばれる。浸漬型ＭＢＲは実施の形態１に示した「標準活性汚泥法」と同様に、曝気槽内に浮遊する微生物に廃水中の有機物を利用させ廃水中の有機物を除去すると同時に、曝気槽内に設置された固液分離膜により微生物混合液の固液分離を行い、清澄な処理水を得る方法である。標準活性汚泥法などと比較して、設備の省スペース化、処理水の良質化が可能である。ＭＢＲも微生物による廃水浄化であるという点では共通であり、余剰汚泥が発生するため、これを排出、廃棄処分する必要がある。

前記の通り、浸漬型ＭＢＲにおいては曝気槽１に膜を浸漬させ、これで固液分離を行うこと以外は、「標準活性汚泥法」と同様であるので、実施の形態１と同様に、曝気槽から微生物混合液を抜き出し、これに対してオゾン処理を行うことで、本発明の効果を得ることができる。

図１４には浸漬型ＭＢＲを生物処理工程に適用した場合の構成を示したが、例えば図１５や１６に示すように固液分離膜を槽外に設置しても良い。具体的には、図１５に示す一例のように、膜分離槽４１を設けてその膜分離槽４１に固液分離膜３８を設置しても良いし、図１６に示す一例のように、膜送水路４３、膜送水ポンプ４４、及び濃縮汚泥返送路４５を設けて固液分離膜３８を槽外に設置しても良い。

実施の形態５.
図１７は、本発明の別の実施の形態５を示す。本実施の形態５は、実施の形態４と同様に本発明をＭＢＲに適用した場合の一例であり、オゾン製造装置２４にて製造されたオゾンを、固液分離膜３８の洗浄に用いるものである。

固液分離膜３８はろ過ポンプ４０が稼働することで曝気槽１内の微生物混合液を吸引ろ過しているが、ろ過水吸引配管３９内の圧力が低下してくると（すなわち、膜間差圧が上昇してくると）、固液分離膜３８の洗浄が必要になる。通常は次亜塩素酸で洗浄するが、本実施形態では、より強力な洗浄効果を持つオゾン水での洗浄を可能にする。

図１７には、図１４の構成に加え、オゾン注入分岐路５３、オゾン水製造部５４、処理水返送路５５、オゾン水移送路５６、オゾン水送水ポンプ５７、及びバルブ７０、７１を備える。

上述したように膜間差圧の上昇を検知した後、オゾン水製造工程が開始される。オゾン水洗浄工程ではバルブ７１が開き、オゾン注入路２６に接続されたオゾン注入分岐路５３を介してオゾン濃縮器２８に濃縮されたオゾンガスがオゾン水製造部へと送られる。一方、オゾン水製造部５４には処理水返送路５５が接続されており、生物処理工程にて処理され、放流された処理水の一部が、オゾン水製造部へと返送される。オゾン水製造部５４にて前記オゾンガスと処理水とが接触し、オゾン水が作製される。

オゾン水製造部の構成としては、例えば、図１８及び図１９に示すものが挙げられる。図１８で例示されたオゾン水製造部は、オゾンガス散気装置５８、オゾン水槽５９、及処理水６０を含む。オゾンガス注入分岐路５３を通して導入されたオゾンガスは、オゾンガス散気装置５８から放散され、オゾン水槽５９に受け入れられた処理水６０にはオゾンが溶解し、オゾン水が製造される。

図１９で例示されたオゾン水製造部は、オゾン水循環ポンプ６１、オゾン水製造エジェクタ６２、及びオゾン水循環配管６３を含む。オゾン注入分岐路５３及びオゾン水循環配管６３上にはそれぞれ流量計６８、６９が設置されている。オゾン水槽に受け入れられた処理水６０はオゾン水循環ポンプ６１によりオゾン水循環配管６３内を流れる。また一方で、オゾン水製造エジェクタ６２はオゾン水循環配管６３上に設置され、またオゾン注入分岐路５３とも接続されている。処理水６０はオゾン水循環配管を流れ、オゾン水製造エジェクタ６２を通過する過程で、オゾン注入分岐路５３を介して高濃度オゾンガスを吸引し、オゾンと接触し、オゾン水が製造される。オゾン水製造エジェクタ６２におけるｇ／Ｌも０.１〜０.３となるよう、オゾンガス流量、オゾン水循環ポンプ吐出流量を調整するのが良い。

オゾン水製造に要する時間はオゾンガス濃度にもよるが、例えば３００ｍｇＯ_３／ＮＬ程度のオゾンガスを用いる場合には、５〜６０分の間、散気あるいは循環させるのが良い。この結果、溶存オゾン濃度として少なくとも６０ｍｇＯ_３／Ｌ以上のオゾン水を得ることができる。オゾンガス濃度をさらに高濃度なものとすれば、オゾン水濃度もより高濃度なものとすることができる。

上述したように、膜間差圧の上昇を検知してオゾン水製造工程が開始され、さらにオゾン水製造工程が完了した場合、膜洗浄工程へと移行する。

膜洗浄工程ではオゾン水製造部５４で製造されたオゾン水が、オゾン水移送路５６を通して、オゾン水送水ポンプ５７により固液分離膜二次側に注入される。このときバルブ６４は開いており、バルブ６５は閉じている。またろ過ポンプ４０は停止し、固液分離膜３８による吸引ろ過は休止している状態である。

洗浄水量、洗浄時間は、洗浄に用いるオゾン水濃度にもよるが、例えば溶存オゾン濃度として６０ｍｇＯ_３／Ｌ程度のオゾン水を洗浄に用いる場合には、洗浄水量を固液分離膜３８の単位膜面積当たり０.５〜５Ｌ／ｍ^２、好ましくは０.５〜３Ｌ／ｍ^２、洗浄時間を５〜１２０分、好ましくは５〜９０分とすれば十分である。

オゾン水による洗浄が終了した場合、オゾン水送水ポンプ５７が停止し、バルブ６５が開き、バルブ６４が閉じ、ろ過ポンプ４０が再稼働することで、微生物混合液７の吸引ろ過が再び開始される。

なお、以上のオゾン水製造工程、膜洗浄工程は、汚泥のオゾン処理工程と同時に実施することも可能であり、同時に実施する場合には、バルブ７０が開き、オゾン濃縮器２８から放出されたオゾンガスはオゾン水製造部５４とエジェクタ２３の両方に送られる。

その他の動作は実施の形態４と同様である。

また、本実施形態のようにオゾン水を製造し、固液分離膜の洗浄に用いる方法は例えば図１５及び１６に示すような形態のＭＢＲにも適用可能である。

図１４の構成の装置にて、廃水処理を行った試験を元に本発明の効果を示す。

試験水には人工下水を用いた。よって廃水性状、処理水量は常に一定である。また実施例１〜２では、曝気槽から適宜汚泥排出を行い、ＭＬＳＳ濃度、およびＭＬＶＳＳ／ＭＬＳＳ比を一定に保った。なお廃水性状、試験機の条件の詳細は表１及び表２の通りである。なお、整流装置には傾斜板を用いた。

（表１）本発明の効果を検証するうえで行った実験の条件を説明する表である。

（表２）本発明の効果を検証するうえで行った実験の条件を説明する表である。

実施例１
実施例１においては、整流板間隔、すなわち開口率を様々に変え微生物混合液のオゾン処理を行った結果を示す。ただし、整流板の間隔は均等とした。

［試験方法］
実施例１では生物処理工程が実施されている傍らで、任意のタイミングでオゾン処理工程を開始、終了させる方法で検証を行った。

オゾン処理工程開始直後から一定時間毎にオゾン反応槽中の微生物混合液を採取し、ＭＬＶＳＳ濃度測定に供した。この結果から、ＭＬＶＳＳが完全に分解されるまでに要した時間を把握した。またこの時間から、この時間の間に供給したオゾン量（重量）を算出した。

以上の操作を、開口率毎に実施し、開口率毎に供給オゾン量の比較を行った。なお、傾斜板の鉛直方向に対する角度θは４５度とした。またオゾン濃度など、オゾン処理にかかわる条件は表２に示した通りである。

［結果］
図１２には開口率と、供給オゾン量を分解したＭＬＶＳＳ量で除した値、すなわち単位ＭＬＶＳＳ当たりの分解に必要としたオゾン量の関係を示す。

図１２から、開口率１０〜５０％では分解に必要なオゾン重量は単位ＭＬＶＳＳ重量あたり、３０〜５９ｍｇＯ_３／ｇＭＬＶＳＳであったのに対して、開口率が５０％を超えると急激に上昇し、分解効率が悪化することが明らかである。これは、整流板と整流板の間隔が大きくなるほど、整流効果が小さくなり、未分解の微生物と微生物及び有機物との分離濃縮ができず、オゾンが微生物以外の有機物に消費され、微生物の分解効率が悪化したことを示している。

図２０において開口率１００％とは、整流装置を備えていない構成を示している。すなわち従来の廃水処理システムの構成を示している。

開口率が１０％を下回った場合、傾斜板間の流路が微生物により閉塞し、整流効果が得られなくなり、未分解の微生物の分離、濃縮ができなかった。

以上より、開口率は１０〜５０％が好適であり、従来装置よりも明らかに少ないオゾン供給量で汚泥の分解が可能であることが示された。

実施例２
実施例２においては、実施例１と同様に整流装置として傾斜板を用い、傾斜板の鉛直方向に対する傾き角度θを様々に変えオゾン処理を行った。ただし、開口率は３０％とした。

また実施例２においても、実施例１と同様に任意のタイミングでオゾン処理工程を開始、終了させる方法で検証を行った。オゾン処理にかかわる条件は、実施例１と同様、表２に記載した通りである。

結果は表３の通りである。角度を６０度よりも大きくすると、整流装置上や、傾斜板間に固形物が堆積し、傾斜板間の流路が閉塞した。これによって整流装置における整流効果が得られず、未分解の微生物の分離及び濃縮ができなかった。以上より、傾斜板の鉛直方向に対する傾き角度は０〜６０度が好適であることが示された。

（表３）本発明の整流装置の構造についての検証結果を説明する表である。

実施例３
実施例３においては、実施例１、２の検証を完了した後で、４０日間の連続処理を行い余剰汚泥削減効果、および廃水処理性能について検証を行った。

本試験期間中においては、表４に示す通り、１０日間毎に処理条件を変更し、それぞれの条件における処理水質の比較を行った。また、本実施例においても廃水には表１に記載の人工下水を用いた。

（表４）本発明の効果を検証するうえで行った実験の条件を説明する表である。

期間１
期間１においてはオゾン処理を行わずに、生物処理工程のみを行った。また曝気槽内から適宜引抜を行い、曝気槽内のＭＬＳＳ濃度を一定に保つようにした。

期間１において処理水質は安定しており、ＢＯＤ除去率は期間を通して概ね９５％程度であった（図２１）。また、日々の排泥量はおよそ８５０ｇＭＬＳＳ／ｄａｙであった。

期間２
期間２においては本発明を適用してオゾン処理を開始させた。整流装置、およびオゾン処理の条件は表５に記載の通りである。また期間２においても曝気槽内のＭＬＳＳ濃度を一定に保った。

（表５）本発明の効果を検証するうえで行った実験の条件を説明する表である。

期間２においても処理水質は安定しており、ＢＯＤ除去率は期間１と同様概ね９５％程度であった（図２１）。

また、オゾンによる余剰汚泥削減効果が得られ、期間２においては日々の排泥量はおよそ４００ｇＭＬＳＳ／ｄａｙであり、すなわち余剰汚泥削減量は４５０ｇＭＬＳＳ／ｄａｙであった。

期間３
期間３においては、オゾン反応槽から整流装置を取り外して、オゾン処理を行った。すなわち従来技術と同様な構成にて処理を行った。また、本期間においても曝気槽ＭＬＳＳは排泥により一定とした。また本期間においてもオゾン処理条件は、期間２と同様、表５に記載の条件とした。

期間３においても処理水質は安定しており、期間１、２と同様であった（図２１）。

しかしながら、余剰汚泥削減効果は十分に得られず、期間２と同等量のオゾンを注入しているにもかかわらず、日々の排泥量は７００ｇＭＬＳＳ／ｄａｙであり、すなわち余剰汚泥削減量は１５０ｇＭＬＳＳ／ｄａｙであった。

これは注入したオゾンが分解された微生物から漏出した有機物に消費され、微生物の分解が十分になされなかったためである。これにより、オゾン反応槽内において整流装置を設け、未分解の微生物が沈降しやすくし、分離濃縮したうえでオゾン処理を行う、本発明に係る水処理システムの優位性が改めて確認された。

期間４
期間４においては、期間３と同様にオゾン反応槽には整流装置を設けずに、オゾン処理を行った。さらに期間３で十分に汚泥減量効果が得られなかったことを踏まえ、オゾン処理工程実施時間［Ｔ１］を２.４時間、雑時間［Ｔ２］を１時間、休止時間［Ｔ３］を０.６時間として、オゾン注入量［Ｏ_３ｄｏｓａｇｅ］が２.４倍となるようにして処理を行った。オゾン処理にかかわるその他の条件は期間３と同様である。また、期間４においても曝気槽内のＭＬＳＳは排泥により一定とした。

この結果、余剰汚泥削減効果は十分に得られ、日々の排泥量は４００ｇＭＬＳＳ／ｄａｙであり、余剰汚泥削減量は４５０ｇＭＬＳＳ／ｄａｙであった。

しかしながら、処理水質には悪化が認められＢＯＤ除去率は８０％程度で推移した（図１３）。これは、注入されたオゾンのうち、未反応のオゾンがオゾン処理後の液中に残存しており、これによって曝気槽内の微生物の活性が低下したためである。

従来技術のように、オゾン反応槽内において未分解微生物とオゾンとの接触効率が悪い場合には、十分な汚泥減量効果を得るまでに大過剰のオゾンを注入せねばならず、この場合液にはいくらかのオゾンが残留してしまう。

更なる変形例及び効果は、当業者によって容易に導き出すことができる。以上のように説明し且つ記述した特定の詳細および代表的な実施の形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲及びその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

１ 曝気槽、２ 廃水、３ 廃水導入路、４ 流出路、５ 沈殿槽、６ 処理水放流路、７ 微生物混合液、８ 空気導入路、９ 散気装置、１０ 汚泥引抜配管、１１ 汚泥引抜ポンプ、１２ 汚泥返送配管、１３ 汚泥排出配管、１４ オゾン反応槽、１５ 汚泥移送配管、１６ 汚泥取出配管、１７ オゾン放出路、１８ 汚泥移送ポンプ、１９ 汚泥循環ポンプ、２０ 汚泥循環配管、２１ 処理液返送配管、２２ 汚泥導入配管、２３ エジェクタ、２４ オゾン製造装置、２５ オゾン移送路、２６ オゾン注入路、２７ オゾン発生器、２８ オゾン濃縮器、２９ 汚泥濃縮分離装置、３０ バッフルプレート、３１ ガイドパイプ、３２ 整流装置、３３ 分離汚泥、３４ 微生物混合液流、３５ 整流板、３６ 整流筒、３７ 微生物担体、３８ 固液分離膜、３９ ろ過水吸引配管、４０ ろ過ポンプ、４１ ろ過水移送配管、４２ 膜分離槽、４３ 膜送水路、４４ 膜送水ポンプ、４５ 濃縮汚泥返送路、４６〜５２ バルブ、５３ オゾン注入分岐路、５４ オゾン水製造部、５５ 処理水返送路、５６ オゾン水移送路、５７ オゾン水送水ポンプ、５８ オゾンガス散気装置、５９ オゾン水槽、６０ 処理水、６１ オゾン水循環ポンプ、６２ オゾン水製造エジェクタ、６３ オゾン水循環配管、６４〜６５ バルブ、６６〜６９ 流量計、７０〜７１ バルブ

曝気槽１内には、過剰増殖した微生物を含み得る状態となった廃水２である微生物混合液７が貯留されている。また曝気槽１には、空気導入路８を通して散気装置９から空気が放出され、微生物混合液７に対して空気が供給されるようになっている。沈殿槽５底部には汚泥引抜配管１０が接続され、汚泥引抜配管１０は汚泥引抜ポンプ１１と接続されている。汚泥引抜ポンプ１１の吐出側は汚泥返送配管１２と汚泥排出配管１３に分岐している。

曝気槽１にて浄化された廃水２は、所定の滞留時間を経たのち、流出水として流出路４を介して沈殿槽５へと流出する。

以上のように、オゾン反応槽１４中心部には上昇流が生じているため、オゾン反応槽１４外縁部、すなわちバッフルプレートの外側では図８に示すような下向き流れが生じる。この下向きの流れは、整流効果により、整流装置３２の上方から下方に向けて通過する際に整流装置３２下方で緩やかな乱れのない流れが形成される。

［オゾン注入量］
本発明の構成にて、微生物混合液中の微生物を溶解するのに必要なオゾン量（オゾン処理工程１回あたりに必要な量）は、本願発明者らが鋭意検討したところによれば下記式にて導出される。
［Ｏ_３ｄｏｓａｇｅ］＝｛［ＭＬＳＳ］× α｝×［Ｖ］×β・・・式１
［Ｏ_３ｄｏｓａｇｅ］：必要オゾン注入量（ｍｇＯ_３／回）
［ＭＬＳＳ］：曝気槽内の固形物濃度（ｇ／Ｌ）
［Ｖ］：一回当たりに処理する微生物混合液量（Ｌ／回）
α：ＭＬＶＳＳ／ＭＬＳＳ比
β：ＭＬＶＳＳ分解に必要なオゾン量（ｍｇＯ_３／ｇＭＬＶＳＳ）

［オゾン処理工程実施時間］
オゾン処理工程実施時間［Ｔ１］は、前記式５で求められた回数が一日のうちに実施できる時間である必要ある。また、［Ｔ１］はオゾン反応槽に貯留した微生物混合液がもれなくエジェクタを通過してオゾンガスと接触可能な時間とする必要がある。さらに、［Ｔ１］は前記式１で求められた、［Ｏ_３ｄｏｓａｇｅ］が注入可能な時間とする必要がある。

［Ｖ］は前記の通り、曝気槽容積の０.１〜７％、好ましくは０.２〜５％である。オゾンガス流量［Ｏ_３ｆｌｏｗ］、汚泥循環ポンプ流量［Ｃ］は、前記の通りエジェクタにおけるｇ／Ｌが０.０５〜０.４、好ましくは０.１〜０.３を満たすよう設定するのが良い。オゾンガス濃度［Ｏ_３ｃｏｎｃ］は、０.０５〜２ｇ／Ｌ、好ましくは０.１〜２ｇ／Ｌで任意に調整することができる。

図１１においては、汚泥移送配管１５が、汚泥返送配管１２と接続されている。また図１１においては、汚泥移送ポンプ１８は設置されていない。これ以外は図１と同様である。

図１４における水処理システムは、固液分離膜３８、ろ過水吸引配管４０、ろ過ポンプ３９、ろ過水移送配管４１を含む。実施の形態４においては、汚泥引抜配管１０が曝気槽１と接続されている。実施の形態４はＭＢＲを用いているため、沈殿槽５のような固液分離手段を曝気槽後段に設ける必要はない。このほかの構成は、図１（実施の形態１）と同様である。

図１４には浸漬型ＭＢＲを生物処理工程に適用した場合の構成を示したが、例えば図１５や１６に示すように固液分離膜を槽外に設置しても良い。具体的には、図１５に示す一例のように、膜分離槽４２を設けてその膜分離槽４２に固液分離膜３８を設置しても良いし、図１６に示す一例のように、膜送水路４３、膜送水ポンプ４４、及び濃縮汚泥返送路４５を設けて固液分離膜３８を槽外に設置しても良い。

固液分離膜３８はろ過ポンプ３９が稼働することで曝気槽１内の微生物混合液を吸引ろ過しているが、ろ過水吸引配管４０内の圧力が低下してくると（すなわち、膜間差圧が上昇してくると）、固液分離膜３８の洗浄が必要になる。通常は次亜塩素酸で洗浄するが、本実施形態では、より強力な洗浄効果を持つオゾン水での洗浄を可能にする。

オゾン水製造部の構成としては、例えば、図１８及び図１９に示すものが挙げられる。図１８で例示されたオゾン水製造部は、オゾンガス散気装置５８、オゾン水槽５９、及び処理水６０を含む。オゾンガス注入分岐路５３を通して導入されたオゾンガスは、オゾンガス散気装置５８から放散され、オゾン水槽５９に受け入れられた処理水６０にはオゾンが溶解し、オゾン水が製造される。

膜洗浄工程ではオゾン水製造部５４で製造されたオゾン水が、オゾン水移送路５６を通して、オゾン水送水ポンプ５７により固液分離膜二次側に注入される。このときバルブ６４は開いており、バルブ６５は閉じている。またろ過ポンプ３９は停止し、固液分離膜３８による吸引ろ過は休止している状態である。

オゾン水による洗浄が終了した場合、オゾン水送水ポンプ５７が停止し、バルブ６５が開き、バルブ６４が閉じ、ろ過ポンプ３９が再稼働することで、微生物混合液７の吸引ろ過が再び開始される。

（表２）本発明の効果を検証するうえで行った実験の条件を説明する表である。

［結果］
図２０には開口率と、供給オゾン量を分解したＭＬＶＳＳ量で除した値、すなわち単位ＭＬＶＳＳ当たりの分解に必要としたオゾン量の関係を示す。

図２０から、開口率１０〜５０％では分解に必要なオゾン重量は単位ＭＬＶＳＳ重量あたり、３０〜５９ｍｇＯ_３／ｇＭＬＶＳＳであったのに対して、開口率が５０％を超えると急激に上昇し、分解効率が悪化することが明らかである。これは、整流板と整流板の間隔が大きくなるほど、整流効果が小さくなり、未分解の微生物と微生物及び有機物との分離濃縮ができず、オゾンが微生物以外の有機物に消費され、微生物の分解効率が悪化したことを示している。

１ 曝気槽、２ 廃水、３ 廃水導入路、４ 流出路、５ 沈殿槽、６ 処理水放流路、７ 微生物混合液、８ 空気導入路、９ 散気装置、１０ 汚泥引抜配管、１１ 汚泥引抜ポンプ、１２ 汚泥返送配管、１３ 汚泥排出配管、１４ オゾン反応槽、１５ 汚泥移送配管、１６ 汚泥取出配管、１７ オゾン放出路、１８ 汚泥移送ポンプ、１９ 汚泥循環ポンプ、２０ 汚泥循環配管、２１ 処理液返送配管、２２ 汚泥導入配管、２３ エジェクタ、２４ オゾン製造装置、２５ オゾン移送路、２６ オゾン注入路、２７ オゾン発生器、２８ オゾン濃縮器、２９ 汚泥濃縮分離装置、３０ バッフルプレート、３１ ガイドパイプ、３２ 整流装置、３３ 分離汚泥、３４ 微生物混合液流、３５ 整流板、３６ 整流筒、３７ 微生物担体、３８ 固液分離膜、３９ ろ過ポンプ、４０ ろ過水吸引配管、４１ ろ過水移送配管、４２ 膜分離槽、４３ 膜送水路、４４ 膜送水ポンプ、４５ 濃縮汚泥返送路、４６〜５２ バルブ、５３ オゾン注入分岐路、５４ オゾン水製造部、５５ 処理水返送路、５６ オゾン水移送路、５７ オゾン水送水ポンプ、５８ オゾンガス散気装置、５９ オゾン水槽、６０ 処理水、６１ オゾン水循環ポンプ、６２ オゾン水製造エジェクタ、６３ オゾン水循環配管、６４〜６５ バルブ、６６〜６９ 流量計、７０〜７１ バルブ

Claims (10)

1. 微生物を用いて水を処理するように構成してある微生物処理部と、該微生物処理部が処理した前記水から一部の部分水を引き抜くように構成してある引抜部と、オゾンを発生するように構成してあるオゾン発生部と、前記引抜部が引き抜いた前記部分水と前記オゾン発生部が発生させた前記オゾンとを反応させるように構成してあるオゾン反応部とを有し、前記水を処理する水処理装置において、
   鉛直方向の高さを有しており、前記オゾン反応部が反応させた前記部分水が流入されて溜めるように構成してある水槽と、
   該水槽の前記鉛直方向の下方に接続してあり、前記水槽が溜めた前記部分水の少なくとも一部を前記微生物処理部へ返送するように構成してある返送部とを備え、
   前記水槽は、流入された前記部分水を前記鉛直方向の上方へ移動させる移動手段と、該移動手段の前記上方に配置してあり、前記移動手段が移動させた前記部分水を整流する整流手段とを備える
   ことを特徴とする水処理システム。
2. 前記移動手段はバッフルプレートであり、
   前記オゾン反応部が反応させた前記部分水は、前記鉛直方向の上方から前記バッフルプレートに向かって流入するように構成してある
   ことを特徴とする請求項１に記載の水処理システム。
3. 前記整流手段は、互いに離隔した複数の板状部材を備え、
   前記複数の板状部材の間における水平断面積は、前記水槽の水平断面積の１０〜５０％であり、
   前記複数の板状部材はそれぞれ前記鉛直方向に対して０〜６０度傾斜している
   ことを特徴とする請求項２に記載の水処理システム。
4. 前記整流手段は、互いに離隔した複数の筒状部材を備え、
   前記複数の筒状部材の中空箇所における水平断面積は、前記水槽の水平断面積の１０〜５０％であり、
   前記複数の筒状部材はそれぞれ前記鉛直方向に対して０〜６０度傾斜している
   ことを特徴とする請求項２に記載の水処理システム。
5. 前記オゾン反応部は、発生した前記オゾンを前記引抜部が引き抜いた前記部分水に注入するように構成してあるベンチュリデバイスを備える
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一つに記載の水処理システム。
6. 前記オゾン反応部は、発生した前記オゾンを濃縮するように構成してある濃縮部を備え、該濃縮部が濃縮した前記オゾンと前記引抜部が引き抜いた前記部分水とを反応させるように構成してある
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一つに記載の水処理システム。
7. 微生物を用いて水を処理する処理ステップを有する水処理方法において、
   処理した前記水から一部の部分水を引き抜く引抜ステップと、
   オゾンを発生する発生ステップと、
   引き抜いた前記部分水と発生した前記オゾンとを反応させる反応ステップと、
   反応させた前記部分水を鉛直方向の高さを有する水槽に流入させて溜める貯溜ステップと、
   流入した前記部分水を前記鉛直方向の上方へ移動させる移動ステップと、
   移動させた前記部分水を整流する整流ステップと、
   整流した前記部分水の少なくとも一部を前記微生物を用いて再び処理する再処理ステップとを備える
   ことを特徴とする水処理方法。
8. 前記引抜ステップを開始してから再度前記引抜ステップを開始するまでの時間は、前記微生物を用いて前記水を処理する時間の３０％以上である
   ことを特徴とする請求項７に記載の水処理方法。
9. 前記発生ステップは、発生した前記オゾンを濃縮する濃縮ステップを備え、
   前記反応ステップは、引き抜いた前記部分水と濃縮した前記オゾンとを反応させる
   ことを特徴とする請求項８に記載の水処理方法。
10. 前記処理ステップ及び前記再処理ステップは、膜分離活性汚泥法を用いて処理を行うことを特徴とする請求項７乃至９のいずれか一つに記載の水処理方法。

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