JPWO2019234909A1 - 水処理システムおよび水処理方法 - Google Patents

Abstract

水処理システム（１００）は、曝気槽（１）と、曝気槽（１）散気装置（２）と、オゾン浄化槽（８）と、オゾン発生器（１１）と、曝気槽（１）からオゾン浄化槽（８）に汚泥含有処理水（５）を移送する移送配管（１０３）と、オゾンガスを注入された汚泥含有処理水（５）を、曝気槽（１）に返送する返送配管（１０５）とを有し、曝気槽（１）は、下方に散気装置（２）が配置されている曝気促進部（１３）と下方に散気装置（２）が存在しない曝気抑制部（１４）とに区画され、移送配管（１０３）の、曝気槽（１）内に設けた末端口（１０３ｔ）は、曝気促進部（１３）と、曝気抑制部（１４）との境界Ｋ上または曝気抑制部（１４）内、かつ、汚泥含有処理水の表層部に位置する。

Description

本願は、水に処理を行う水処理システムおよび水処理方法に関し、特に、有機性物質を含有する廃水に対しオゾンを用いて処理を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、有機物を含有する廃水などの水を処理する方法として、微生物を利用した標準活性汚泥法などの水処理方法が知られている。この処理方法では、微生物を含んだ汚泥を用いて廃水の処理を行う。廃水の処理の進行に伴い廃水の浄化が促されるが、一方で微生物の増殖が進行する。廃水の処理が進む一方で汚泥中の微生物が増殖した場合、微生物と他の浮遊物などとを含む汚泥が、廃棄物として過剰に発生し得る。このようにして過剰に発生した汚泥は、余剰汚泥と呼ばれる。

微生物を含んだ汚泥を用いて廃水の処理を行う上述の処理方法では、具体的には、曝気を行う生物処理槽に微生物を存在させ、この生物処理槽に廃水を流入させることで生物処理を行う。このとき、生物処理によって生物処理槽内に汚泥が過剰に発生し得るため、生物処理槽内では廃水の浄化に必要な汚泥と、廃水の浄化に必要のない過剰に発生した汚泥（余剰汚泥）を共に含有する汚泥含有処理水が生成される。

余剰汚泥は、水処理に不必要な汚泥であるため、廃水処理系外へと排出する必要がある。排出された余剰汚泥は、産業廃棄物として、焼却処分、埋め立て処分、または嫌気条件下での発酵処分が施される。余剰汚泥の処分には、多大なエネルギー、コスト、および新たな用地が必要となる。そのため、水処理システムおよび水処理方法では、余剰汚泥の発生量の低減が求められている。

余剰汚泥の発生量を低減させる方法のひとつとして、オゾンガスを利用した汚泥の減容化処理が知られている。具体的には、汚泥を含有する汚泥含有処理水を生物処理槽から槽外に移送し、移送した汚泥含有処理水にオゾンガスを注入する（例えば、特許文献１、２参照）。また、生物処理槽から移送した汚泥含有処理水ではなく、固液分離槽において処理水から分離された汚泥に対してオゾンガスを注入しても良い（例えば、特許文献２、３参照）。生物処理槽から槽外に移送されて、オゾンガスが注入された汚泥含有処理水は再び、生物処理槽に返送される。

生物処理の対象となる廃水などの水は、有機物だけでなく砂、金属などの無機物も含まれるため、生物処理槽内の汚泥は、微生物および有機物が集まった有機汚泥と、砂や金属などの無機物から構成される無機汚泥とからなる。無機物は、鉄、マンガンなどのオゾンガスと反応して酸化物を形成する酸化物形成無機物と、砂、リン酸アルミニウムなどのオゾンガスを消費しない非反応無機物とに分かれる。

ところで、オゾンガスは、汚泥中の無機物を分解することはできず、汚泥中の有機汚泥のみを分解するため、分解された有機汚泥の量だけ余剰汚泥の量が減少し得る。このとき、鉄、マンガンなどのオゾンガスと反応して酸化物を形成する酸化物形成無機物によって、注入したオゾンガスの一部が消費されるため、消費されるオゾンガスの量だけ、汚泥含有処理水に注入する必要のあるオゾンガスの量が増加する。

オゾンガスを利用した汚泥の減容化処理では、注入するオゾンガスの量が過剰であると、生物処理槽内の廃水の浄化に必要な有機汚泥も分解されて処理水質が悪化し得る。これにより、オゾンガスの調達コストが増加する。一方、注入するオゾンガスの量が不足すると廃水の浄化に必要がない、過剰に発生された有機汚泥を分解できない虞があり、汚泥の処分コストが増加する。そのため、廃水の浄化に必要のない過剰に発生した有機汚泥のみを分解できるように、過不足のない量のオゾンガスを注入することが重要である。そこで、特許文献１では、生物処理槽内の汚泥含有処理水の微生物活性度を測定し、微生物活性度に応じて、注入するオゾンガスの量を制御している。また、特許文献３では、生物処理槽内の汚泥含有処理水中の汚泥量を測定し、汚泥量に応じて、注入するオゾンガスの量を制御している。

特開２０１３−２２６５３６号公報 特開２００４−１４１７４６号公報 特開平１１−３４７５９６号公報

オゾンガスを利用した汚泥の減容化処理を適用した従来の水処理システムでは、有機汚泥、酸化物形成無機物、および非反応無機物で構成される汚泥を含有する汚泥含有処理水を生物処理槽から槽外に移送してオゾン処理を行っているが、オゾンガスを消費する酸化物形成無機物の槽外への移送を抑制する機構を有していない。そのため、酸化物形成無機物によって、注入したオゾンガスの一部が消費され、汚泥含有処理水に注入する必要のあるオゾンガスの量が増加し、これによりオゾンガスの調達コストが増加するという課題があった。

本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、汚泥を含有する汚泥含有処理水を生物処理槽から槽外に移送し、移送した汚泥含有処理水にオゾンガスを注入する水処理システムおよび水処理方法において、オゾンガスを消費する酸化物形成無機物の槽外への移送量を抑制することによって、汚泥含有処理水に注入する必要のあるオゾンガスの量の増加を抑制し、汚泥含有処理水中のオゾン処理すべき有機汚泥の量に対して、オゾンガスの注入量が過剰、あるいは不足となるリスクを低減することが可能な水処理システムおよび水処理方法を提供することを目的とする。

本願に開示される水処理システムは、
廃水を満たす曝気槽と、
前記曝気槽の底部に配置され、前記曝気槽内に気体を放出する散気装置と、
前記曝気槽内において前記廃水から生成された汚泥含有処理水を移送してオゾンガスにより反応浄化処理を行うオゾン浄化槽と、
前記オゾン浄化槽にオゾンガスを供給するオゾン発生器と、
前記曝気槽から前記オゾン浄化槽に前記汚泥含有処理水を移送する移送配管と、
前記オゾンガスを注入された前記汚泥含有処理水を、前記オゾン浄化槽から前記曝気槽に返送する返送配管とを有し、
前記曝気槽は、下方に前記散気装置が配置されている曝気促進部と下方に前記散気装置が存在しない曝気抑制部とに区画され、
前記移送配管の、前記曝気槽内に設けた末端口は、前記曝気促進部と、前記曝気抑制部との境界上または前記曝気抑制部内、かつ、前記汚泥含有処理水の表層部に位置するものである。

本願に開示される水処理方法は、
曝気槽内において気体を放出する散気装置を用いて廃水に曝気を行い微生物を育成する曝気工程と、
前記微生物を含む汚泥を用いて汚泥含有処理水を生成する生物処理工程と、
前記曝気槽から前記汚泥含有処理水を、オゾン浄化槽に移送する移送工程と、
前記オゾン浄化槽において前記汚泥含有処理水にオゾンガスを注入するオゾン処理工程と、
前記オゾン浄化槽において、前記オゾンガスが注入された前記汚泥含有処理水を前記曝気槽に返送する返送工程とを有し、
前記移送工程において、前記曝気槽の内部の内、下方に前記散気装置が配置されている領域である曝気促進部と、下方に前記散気装置が存在しない領域である曝気抑制部との境界上または前記曝気抑制部内、かつ、前記汚泥含有処理水の表層部から前記汚泥含有処理水を前記オゾン浄化槽に移送するものである。

本願に開示される水処理システムおよび水処理方法によれば、汚泥を含有する汚泥含有処理水を生物処理槽から槽外に移送し、移送した汚泥含有処理水にオゾンガスを注入する水処理システムにおいて、オゾンガスを消費する酸化物形成無機物の槽外への移送量を抑制することによって、汚泥含有処理水に注入する必要のあるオゾンガスの量の増加を抑制し、汚泥含有処理水中のオゾン処理すべき有機汚泥の量に対して、オゾンガスの注入量が過剰、あるいは不足となるリスクを低減することが可能な水処理システム、および水処理方法を提供することが可能となる。

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。 実施の形態１に係る水処理方法のフローチャートである。 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５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５に係る水処理システムに用いる有機汚泥の単位重量当たりのオゾンガスの量と、上澄み液の紫外吸光度の関係を説明する図である。 実施の形態５に係る水処理方法のフローチャートである。 実施の形態５に係る水処理方法の他のフローチャートである。 曝気遮断壁の他の例を示す図である。

実施の形態１．
以下、実施の形態１に係る水処理システムおよび水処理方法を図を用いて説明する。
本明細書において、高さに言及するとき、高さの高低に言及するときは、鉛直方向の高さをいうものとする。また、上、下、上面等、上下関係について言及するときは、鉛直方向の上下関係をいうものとする。
図１は、水処理システム１００の構成を示す模式図である。水処理システム１００は、曝気槽１、散気装置２、第一固液分離槽６、オゾン浄化槽８等を備える。

曝気槽１には、有機物を含んだ未処理の廃水４が導入され、満たされる。廃水４は、これから処理すべき水の一例である。

曝気槽１の底部の所定の部分には、散気装置２が備えられている。そして散気装置２は、曝気槽１の外部に設置された空気供給装置３に接続されている。散気装置２は、空気供給装置３から取得した空気を曝気槽１内に放出して供給し、曝気槽１を好気性条件下におく。空気供給装置３としては、必要となる空気供給量によって異なるが、ブロア、コンプレッサ、又はポンプ等が用いられる。

曝気槽１内では、育成された微生物等の集合体である汚泥によって、廃水４が好気性条件下で処理され、汚泥を含有する汚泥含有処理水５が生成される。

曝気槽１内で生成された汚泥含有処理水５は、曝気槽１に接続されている第一固液分離槽６に排出される。第一固液分離槽６は、汚泥含有処理水５を、浄化した処理水７と濃縮汚泥とに分離する。第一固液分離槽６において分離された濃縮汚泥は、余剰汚泥配管１０１を介して固液分離槽の外部に輸送される。また、濃縮汚泥の一部は、濃縮汚泥返送配管１０２を介して曝気槽１に返送される。

第一固液分離槽６から流出する処理水７の流出方法は特に限定されないが、オーバーフロー方式を採用すると、ポンプなどの動力を必要とせずに、第一固液分離槽６から処理水７を流出させることができる。

第一固液分離槽６としては、沈殿槽、または膜分離槽等を用いる。膜分離槽を用いる場合、いわゆる膜分離活性汚泥法で使用される膜モジュールを使用すれば良い。

オゾン浄化槽８は、移送配管１０３を介して曝気槽１に接続されている。オゾン浄化槽８においては、曝気槽１から移送された汚泥含有処理水５に対してオゾンガスを用いた反応浄化処理が行われる。移送配管１０３上にはポンプ９が設置されている。移送配管１０３の曝気槽１側の端部を、末端口１０３ｔとする。

曝気槽１内の汚泥含有処理水５は、末端口１０３ｔが位置する場所から、ポンプ９の駆動によって、移送配管１０３を介してオゾン浄化槽８へ移送される。汚泥含有処理水５は、連続的にオゾン浄化槽８へ移送することが可能である。なお、ポンプ９は、汚泥含有処理水５をオゾン浄化槽８へ移送する手段の一例である。

また、オゾン浄化槽８は、オゾンガス配管１０４を介してオゾン発生器１１に接続されている。オゾン発生器１１は、ガス状のオゾンを発生させる装置である。オゾン発生器１１で発生させたオゾンガスは、オゾンガス配管１０４からオゾン浄化槽８に供給され、オゾン浄化槽８に移送された汚泥含有処理水５中の有機汚泥と反応させてこれを分解処理する。

オゾンガスにより有機汚泥が分解された汚泥含有処理水５は、返送配管１０５を介して曝気槽１に返送される。返送配管１０５上には、返送ポンプ１２が設置されており、返送ポンプ１２の駆動によって、オゾン浄化槽８内の汚泥含有処理水５を連続的に曝気槽１へ返送することが可能となる。

なお、返送ポンプ１２は、汚泥含有処理水５を曝気槽１へ返送させる手段の一例であり、この返送手段に限定されるものではない。返送手段として、例えば、オゾン浄化槽８が曝気槽１よりも高い位置にある場合は、自然落下により返送しても良い。

なお、オゾン浄化槽８の構成は、汚泥含有処理水５にオゾンガスを供給することができる公知の技術を使用すれば良く、特に限定されない。例えば、オゾン浄化槽８が汚泥含有処理水５を貯留でき、かつ散気管や気液混合器であるエジェクタ等が設置されている槽であり、散気管やエジェクタを介して槽にオゾンガスを供給しても良いし、オゾン浄化槽８がエジェクタ等の気液混合器そのものであり、オゾンガス配管１０４から直接オゾンガスが槽内に供給される構成としても良い。

オゾン浄化槽８内におけるオゾンガスと有機汚泥の反応方式も、バッチ方式、ＣＳＴＲ（連続槽型反応器）方式、ＰＦＲ（プラグフロー）方式など公知の技術を使用すればよく、特に限定されない。

例えば、オゾン浄化槽８が汚泥含有処理水５を貯留できる槽であり、ポンプ９により汚泥含有処理水５をオゾン浄化槽８に貯留、保持し、この汚泥含有処理水５に対してオゾン発生器１１で発生したオゾンガスを散気管やエジェクタ等の気液混合器を介して供給した後、返送ポンプ１２を用いて汚泥含有処理水５を曝気槽１に返送する場合は、バッチ方式となる。

また、例えば、オゾン浄化槽８が汚泥含有処理水５を貯留できる槽であり、ポンプ９により汚泥含有処理水５をオゾン浄化槽８に流入させると同時に返送ポンプ１２を用いて汚泥含有処理水５を曝気槽１に返送し、その間にオゾン発生器１１で発生したオゾンガスを散気管やエジェクタ等の気液混合器を介して供給する場合はＣＳＴＲ方式となる。

さらに、オゾン浄化槽８がエジェクタ等の気液混合器そのものである場合は、ＰＦＲ方式となる。

オゾン発生器１１は、オゾン発生器１１にオゾンガスの原料を供給する原料供給装置（図示せず）、およびオゾン発生器１１を冷却する冷却装置（図示せず）に接続されている。

オゾン発生器１１に供給されるオゾンガスの原料は、特に限定されない。例えば、液体酸素、又はＰＳＡ（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｓｗｉｎｇ Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）、若しくはＰＶＳＡ（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｖａｃｕｕｍ Ｓｗｉｎｇ Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）で生成した酸素を用いることができる。必要に応じ、供給される酸素の流量に対して０．０５〜５％の窒素、空気、又は二酸化炭素を添加する添加ガス供給部を配置しても良い。

冷却装置は、オゾン発生器１１を冷却するための冷却媒体を循環させる循環ポンプと、オゾン発生器１１において発生した熱を吸収して温度が上昇した冷却媒体を冷却する冷却器とを備える。冷却器としては、液体−液体型及び液体−気体型から選択した熱交換型冷却器、又は液体−フロン冷媒型のチラー等を用いても良い。

また、極低温下で冷却を行う場合には、冷凍機を用いても良い。冷却媒体としては、一例として、一般的な水道水を用いても良い。その他、不凍液又はスケール除去剤等が混入された水、イオン交換水、又は純水を用いても良い。更に、エチレングリコール又はエタノール等を用いても良い。

オゾン発生器１１で発生させるオゾンガスの濃度は特に限定されないが、汚泥含有処理水５中の有機汚泥を効率的に分解して生分解性を向上させ、曝気槽１における余剰汚泥の減量を促進させること、および現状のオゾン発生器１１のみで生成可能なオゾンガス濃度を考慮し、オゾンガス濃度は１００ｇ／Ｎｍ３以上４００ｇ／Ｎｍ３以下が好ましく、２５０ｇ／Ｎｍ３以上４００ｇ／Ｎｍ３以下がより好ましい。

オゾンガス濃度が上記範囲よりも低い場合、汚泥含有処理水５中の有機汚泥の生分解性の向上が進まず、曝気槽１内において余剰汚泥を減量させることができない可能性がある。また現状では、濃度４００ｇ／Ｎｍ３以上のオゾンガスをオゾン発生器１１単独で発生させることは困難である。

曝気槽１の内部は、下方に散気装置２が配置されている領域である曝気促進部１３と、下方に散気装置２が存在しない領域である曝気抑制部１４に区画されている。

移送配管１０３の曝気槽１内に設けた末端口１０３ｔは、曝気促進部１３と、曝気抑制部１４との境界Ｋ上で、かつ、曝気槽１内の汚泥含有処理水５の水面の表層部に位置する。そのため、曝気槽１の汚泥含有処理水５は、末端口１０３ｔが位置する曝気促進部１３と、曝気抑制部１４との境界Ｋ上で、かつ、曝気槽１の水面の表層部から排出され、移送配管１０３を介してオゾン浄化槽８へと送られる。そして、オゾン浄化槽８において汚泥含有処理水５にオゾンガスが注入される。

汚水処理方法である標準活性汚泥法などにおいて、曝気槽１内の微生物および有機物が集まった有機汚泥の密度は、水とほぼ同等の密度である１．１ｇ／ｃｍ３程度である。一方で、鉄やマンガンなどのオゾンガスと反応して酸化物を形成する酸化物形成無機物と、砂やリン酸アルミニウムなどのオゾンガスを消費しない非反応無機物は、一般的に水、および有機汚泥と比べて密度が高く、例えば、酸化物形成無機物は、５．０ｇ／ｃｍ３以上、非反応無機物は、２．０ｇ／ｃｍ３以上である。これらの物質は、密度が高い物質ほど沈降性が高い傾向にある。

よって、下方に散気装置２が存在しない曝気抑制部１４においては、気体による汚泥含有処理水５の対流が抑制されるので、汚泥含有処理水５は、鉛直方向で有機汚泥と無機物の存在比率が異なる。すなわち、曝気抑制部１４においては、表層側では、無機物に対する有機汚泥の存在比率が高くなり、底に近づくほど、有機汚泥に対する無機物の存在比率が高くなる。

また、一般的に曝気により空気等の酸素が供給されている好気性条件下で生育する微生物（有機汚泥）の増殖速度は、空気等の酸素が供給されていない嫌気性条件下で生育する微生物の増殖速度の２０倍程度である。よって、曝気促進部１３と、曝気抑制部１４との境界Ｋから離れた曝気抑制部１４側の領域では、境界Ｋから離れれば離れるほど嫌気性条件下に近づくため、好気性条件下で生育する微生物に対する嫌気性条件下で生育する微生物の存在比率が高くなる。余剰汚泥発生量の低減の効率性の観点からは、増殖速度の大きい好気性条件下で生育する微生物にオゾンガスを注入して分解することが望ましい。

そこで、曝気槽１から汚泥含有処理水５が排出される末端口１０３ｔの位置を、曝気促進部１３と、曝気抑制部１４との境界Ｋ上、かつ、曝気槽１汚泥含有処理水の表層部分とすることで、無機物に対する有機汚泥の存在比率が高く、かつ、嫌気性条件下で生育する微生物に対する好気性条件下で生育する微生物の存在比率が高い汚泥含有処理水５をオゾン浄化槽８に移送し、当該汚泥含有処理水５にオゾンガスを注入することができる。

これにより、増殖速度の大きい好気性条件下で生育する微生物が多く含まれる有機汚泥を効率的に分解しつつ、オゾンガスを消費する酸化物形成無機物のオゾン浄化槽８への移送量を抑制することが可能となる。また、酸化物形成無機物のオゾン浄化槽８への移送量が抑制されることから、必然的に、汚泥含有処理水５中のオゾン処理すべき有機汚泥の量に対して、オゾンガスの注入量が過剰、あるいは不足となるリスクも低減される。

なお、上述した通り、余剰汚泥発生量の低減の効率性の観点からは増殖速度の大きい好気性条件下で生育する微生物の存在比率が高い曝気促進部１３と、曝気抑制部１４との境界Ｋ上に末端口１０３ｔを設けることが望ましいが、冬季で水温が低くなり微生物の活性が低下して曝気槽１内の余剰汚泥発生量が少ない場合など、無機物のオゾン浄化槽８への移送量の抑制のみを重視しても余剰汚泥発生量の低減の効率性が維持されるのであれば、末端口１０３ｔを曝気抑制部１４内に位置させても良い。

ところで、先述の通り、第一固液分離槽６において分離された濃縮汚泥の一部は、濃縮汚泥返送配管１０２を介して曝気槽１に返送される。濃縮汚泥は、曝気槽１の返送配管接続部１５から曝気槽１内に流入する。返送配管接続部１５は、曝気槽１の側面で、かつ、曝気抑制部１４側に位置することが望ましい。

次に、移送配管１０３の末端口１０３ｔと、返送配管接続部１５との位置関係について説明する。末端口１０３ｔは、返送配管接続部１５よりも、高い位置に位置することが好ましく、さらに、返送配管接続部１５の高さよりも１ｍ以上、高い位置であることがより好ましい。つまり、反対に、末端口１０３ｔを返送配管接続部１５よりも低い位置に設けると、返送配管接続部から曝気槽１に流入した濃縮汚泥に含まれる無機物が、下方に沈降する前に、末端口１０３ｔからオゾン浄化槽８に移送される虞があるからである。

また、末端口１０３ｔは、曝気槽１の汚泥含有処理水５の水面から鉛直方向に０．５ｍ以上下方であることが好ましい。末端口１０３ｔの位置が、曝気槽１の汚泥含有処理水５の水面から下方に０．５ｍ未満であると、汚泥含有処理水５の水面に形成し得るスカム（細菌、大腸菌、尿素分解菌、懸濁物質、繊維質、油脂質、炭酸ガス等が汚泥とともに浮上して、曝気由来の気泡がスポンジ質の厚い膜状になったもの）をオゾン浄化槽８に移送してしまう虞があり、ポンプ９にスカムが混入することによるポンプ９の劣化、故障の原因となったり、オゾン浄化槽８におけるオゾンガスと有機汚泥の接触効率がスカムによって阻害されたりするリスクが高くなるからである。

曝気抑制部１４の水平方向（鉛直方向と垂直に交わる方向）の長さ、すなわち、返送配管接続部１５から、曝気促進部１３と、曝気抑制部１４との境界Ｋまでの水平方向の距離は、下記の式１を満足することが好ましく、式２を満足することがより好ましい。式１、式２は、水（２０度Ｃ）を分散媒として粒子径０．００００５ｍの粒子にストークス則を適用した式３から得られる関係式である。
［式３：ρＳ＝１１００］（ｍ）≧ 返送配管接続部１５から曝気促進部１３と、曝気抑制部１４との境界Ｋまでの水平方向の距離（ｍ）≧［式３：ρＳ＝５０００］（ｍ）・・式１
［式３：ρＳ＝１１００］（ｍ）≧ 返送配管接続部１５から曝気促進部１３と、曝気抑制部１４との境界Ｋまでの水平方向の距離（ｍ）≧［式３：ρＳ＝２０００］（ｍ）・・式２
（Ｑ／Ａ）×１８×η×Ｈ／（ρＳ−１０００）／ｇ／（０．００００５）２・・式３
ここで、式３において、Ｑは、濃縮汚泥返送配管１０２における濃縮汚泥の流量（ｍ３／ｓ）、Ａは、曝気槽１の側面の断面積（ｍ２）、ηは、水の粘度（Ｐａ・ｓ）、Ｈは、曝気槽１の底部から返送配管接続部１５までの高さ（ｍ）、ｇは、重力加速度（ｍ／ｓ２）をそれぞれ示す。また、各式において、ρＳは、粒子密度（ｋｇ／ｍ３）であり、ρＳ１１００は、汚泥の粒子（フロック）の粒子密度の代表値、ρＳ２０００は、先述の非反応無機物の粒子密度の代表値、ρＳ５０００は、先述の酸化物形成無機物の粒子密度の代表値を表す。

図２は、水処理システム１００が実行する水処理方法のフローチャート、すなわち、余剰汚泥を減容するプロセス（減容プロセス）のフローチャートである。図の左側が、バッチ方式のフローチャートであり、右側が、ＣＳＴＲ（連続槽型反応器）方式およびＰＦＲ（プラグフロー）方式のフローチャートである。水処理システム１００を用いた水処理方法は、移送工程と、オゾン処理工程と、返送工程とを含む。また、図２の各フローチャートでは、各装置の起動と停止の流れを示しており、各工程の進捗は、「Ｓ１開始」「Ｓ１終了」等により示している。

図２では図示しないが、水処理工程は、曝気槽１に流入させた廃水４に、散気装置２により曝気を行い、微生物を生育する曝気工程と、曝気槽１に存在する微生物等を含む汚泥を用いて廃水４を生物処理して汚泥含有処理水５を生成する生物処理工程とを有する。生物処理工程の後、ポンプ９を起動し、曝気槽１から汚泥含有処理水５を、オゾン浄化槽８に移送する（ステップＳ１、移送工程）。ポンプ９は、手動で稼働させても良いし、あらかじめ設定した制御プログラムに従って自動制御しても良い。このステップＳ１は、移送工程の一例である。

続いて、オゾン発生器１１を起動し、放電によってオゾンガスを発生させる。オゾンガスは、オゾンガス配管１０４を介してオゾン浄化槽８に供給され、オゾン浄化槽８において汚泥含有処理水５にオゾンガスが注入される（ステップＳ２、オゾン処理工程）。このステップＳ２は、オゾン処理工程の一例である。

オゾン浄化槽８において、オゾンガスを注入された汚泥含有処理水５は、返送ポンプ１２の稼働により曝気槽１に返送される（ステップＳ３、返送工程）。このステップＳ３は、返送工程の一例である。例えば、上述の通り、オゾン浄化槽８を曝気槽１よりも高い位置に設けて、自然落下を用いて処理済みの汚泥含有処理水５を曝気槽１に返送しても良い。

曝気槽１内からの汚泥含有処理水５の移送、オゾンガス注入、および返送という一連の工程を含んだ水処理方法、具体的には、余剰汚泥を減容する減容プロセスは、前述のバッチ方式、ＣＳＴＲ方式およびＰＦＲ方式により、移送工程、オゾン処理工程、および返送工程の開始と終了のタイミングが異なる。

図２に示すように、バッチ方式では、ステップＳ１の開始、ステップＳ１の終了、ステップＳ２の開始、ステップＳ２の終了、ステップＳ３の開始、ステップＳ３の終了という順序で各処理を進めるのに対して、ＣＳＴＲ（連続槽型反応器）方式およびＰＦＲ（プラグフロー）方式では、ステップＳ１の開始、ステップＳ２の開始、ステップＳ３の開始、ステップＳ２の終了、ステップＳ１の終了、ステップＳ３の終了という順序で各処理を進める。

余剰汚泥の減容プロセスは、周期的かつ間欠的に行うことが好ましい。減容プロセスの間隔は、特に限定されるものではなく、曝気槽１における微生物の有機物負荷、余剰汚泥発生量などに応じて適宜設定すれば良い。しかしながら、微生物を含む活性汚泥の生物活性維持力と余剰汚泥減容力との両立を考慮した場合、１時間以上２４時間以下の間隔が好ましく、２時間以上１２時間以下の間隔がより好ましく、４時間以上６時間以下の間隔が更に好ましい。

周期的かつ間欠的に行う減容プロセスの間隔が、上記範囲よりも小さい場合、曝気槽１において廃水処理に寄与する微生物までも必要以上に移送してオゾンガスによって分解することになり得る。

そのため、廃水処理に寄与する微生物の活性が低下し、曝気槽１における廃水処理が十分に行われず、処理後の処理水７の水質を悪化させる虞がある。一方、オゾン処理を行った場合、汚泥中の微生物が分解され、微生物内成分（溶解性有機物）が汚泥含有処理水５中に放出される。そのため、周期的かつ間欠的に行う減容プロセスの間隔が、上記範囲よりも大きい場合、分解によって放出された微生物内成分を基質として増加する微生物の増殖量の方が大きくなり、全体として余剰汚泥量を減少できない虞がある。

本実施の形態に係る水処理システム１００および水処理方法によれば、曝気槽１から汚泥含有処理水５が排出される末端口１０３ｔの位置を、曝気促進部１３と、曝気抑制部１４との境界Ｋ上、または曝気抑制部１４内で、かつ、曝気槽１の水面の表層部分とすることで、無機物に対する有機汚泥の存在比率が高い汚泥含有処理水５をオゾン浄化槽８に移送し、これにオゾンガスを注入することができる。そのため、オゾンガスを消費する酸化物形成無機物のオゾン浄化槽８への移送量が抑制されて、汚泥含有処理水５に注入する必要のあるオゾンガスの量の増加が抑制されるとともに、汚泥含有処理水５中のオゾン処理すべき有機汚泥の量に対して、オゾンガスの注入量が過剰、あるいは不足となるリスクを低減することが可能な水処理システムおよび水処理方法を提供することができる。

実施の形態２．
以下、実施の形態２に係る水処理システムについて説明する。
図３は、水処理システム２００の構成を示す模式図である。
図中、実施の形態１に係る水処理システム１００と同様の構成機器及び部材には、同じ符号を付し、特に必要のない限り説明を省略する。

水処理システム２００の基本的な構成および動作は、実施の形態１と同様であるが、曝気促進部１３と曝気抑制部１４の境界Ｋ上、かつ、曝気槽１の底部に、上方に向かって曝気遮断壁１６が設けられており、さらに、曝気遮断壁１６に隣接する曝気抑制部１４側の領域の底部に沈殿物排出配管１０６が設けられている点が異なる。

水処理システム２００においては、上述のように、曝気促進部１３と曝気抑制部１４の境界Ｋ上、かつ、曝気槽１の底部に曝気遮断壁１６が設けられている。これにより、曝気促進部１３と、曝気抑制部１４との境界Ｋ付近の曝気抑制部１４の底部に沈殿した無機物が、散気装置２の曝気によって再浮上させられることを防止することができる。したがって、オゾンガスを消費する酸化物形成無機物が、移送配管１０３を介してオゾン浄化槽８に移送されるリスクを実施の形態１よりも低減することができる。

また、曝気促進部１３と、曝気抑制部１４との境界Ｋ付近の曝気抑制部１４の底部の沈殿物は、定期的に沈殿物排出配管１０６からポンプ（図示せず）等によって、曝気槽１の外に排出される。この排出作業は、手動で行っても良いし、あらかじめ設定した制御プログラムに従って弁を開閉する自動制御としても良い。

図１０は曝気遮断壁の他の例を示す図である。
曝気遮断壁１６の構成は、特に限定されない。図１０の曝記遮断壁１６ａ、１６ｂに示すように、曝気遮断壁は、曝気抑制部１４側に向かって湾曲又は傾斜している構成としても良い。このように構成すれば、曝気促進部１３と曝気抑制部１４の境界Ｋ付近の曝気抑制部１４の底部に沈殿した無機物が、曝気によって再浮上させられることを防止する効果をさらに大きくすることができる。

また、曝気遮断壁１６の上面の高さも特に限定されないが、散気装置２の高さよりも高く、返送配管接続部１５の高さよりも低いことが好ましい。曝気遮断壁１６の上面の高さが、散気装置２の高さよりも低い場合、散気装置２から放出される空気等のガスが、曝気抑制部１４の底部へ流入することを遮断することができず、曝気促進部１３と、曝気抑制部１４との境界Ｋ付近の曝気抑制部１４の底部に沈殿した無機物が、散気装置２の曝気によって再浮上することを防止する効果が得られない虞があるからである。

また、曝気遮断壁１６の上面の高さが、返送配管接続部１５の高さよりも高い場合、返送配管接続部１５から曝気槽１に流入した濃縮汚泥に含まれる密度の大きい無機物だけでなく、密度の小さい有機汚泥が、曝気促進部１３と、曝気抑制部１４との境界Ｋ付近の曝気抑制部１４の底部に沈殿しやすくなるとともに、境界Ｋ付近の曝気抑制部１４の底部への曝気が過剰に遮断され過ぎて、汚泥含有処理水５に酸素が行き渡らなくなることで、汚泥が腐敗する虞があるからである。

なお、一般的に、散気装置２の高さは、返送配管接続部１５の高さよりも低い。散気装置２の高さが、返送配管接続部１５の高さよりも高い場合、散気装置２と、返送配管接続部１５との間に存在する汚泥に酸素が行き渡らなくなり、汚泥が腐敗し得るからである。

本実施の形態２に係る水処理システム２００によれば、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

また、曝気促進部１３と、曝気抑制部１４との境界Ｋ上、かつ、曝気槽１の底部に曝気遮断壁１６が設けられているので、曝気促進部１３と、曝気抑制部１４との境界Ｋ付近の曝気抑制部１４の底部に沈降した無機物が、散気装置２の曝気によって再浮上することを防止することができる。したがって、オゾンガスを消費する酸化物形成無機物が、末端口１０３ｔを介してオゾン浄化槽８に移送されるリスクを低減することができる。

実施の形態３．
以下、実施の形態３に係る水処理システムについて説明する。
図４は、水処理システム３００の構成を示す模式図である。図中、実施の形態２に係る水処理システム２００と同様の構成機器及び部材には、同じ符号を付し、特に必要のない限り説明を省略する。

水処理システム３００の基本的な構成および動作は、実施の形態２の水処理システム２００と同様であるが、移送配管３０３の下方端部が、曝気抑制部１４側に、Ｕ字型に曲げられており、末端口３０３ｔは、上方に開口している点が異なる。

このように、移送配管３０３の下端部が、曝気抑制部１４側に、Ｕ字型に曲げられた構成なので、末端口３０３ｔは、曝気抑制部１４内に位置することになる。また、曝気槽１内の汚泥含有処理水５は、曝気抑制部１４内において、上方に開口する末端口３０３ｔに対して上から下に向かって引き抜かれ、オゾン浄化槽８に移送される。このため、散気装置２によって下から上に向かって浮上する空気等のガスが、直接、末端口３０３ｔからポンプ９によってオゾン浄化槽８に移送されることを抑制することができる。

これにより、ポンプ９の騒音や振動が小さくなるとともに、ポンプ９による汚泥含有処理水５の移送流量を安定させることができる。このように、オゾン浄化槽８に移送される有機汚泥の量を安定させることにより、有機汚泥の量に対してオゾンガスの注入量が過剰、あるいは不足となるリスクをさらに低減できる。

なお、散気装置２によって下から上に向かって浮上する空気等のガスが、直接、末端口からポンプ９によってオゾン浄化槽８に移送されることを抑制できれば良いため、曝気槽１内において、下から上に向かって汚泥含有処理水５が、移送配管に吸入されない限り、移送配管の下端部の構成はＵ字型に限定されず、末端口が、少なくとも水平より上方に向いていれば良い。

本実施の形態３に係る水処理システム３００によれば、実施の形態２と同様の効果を得ることができる。

また、移送配管３０３の下方端部が、曝気抑制部１４側に、Ｕ字型に曲げられており、末端口３０３ｔは、上方に開口しており、かつ、曝気抑制部１４内に位置するので、曝気槽１内の汚泥含有処理水５を、曝気抑制部１４内において上から下に向かって吸引し、オゾン浄化槽８に移送することができ、散気装置２によって下から上に向かって浮上する空気等のガスが直接、末端口３０３ｔからポンプ９に混入することを抑制できる。これにより、ポンプ９の汚泥含有処理水５の移送流量を安定させることが可能となり、有機汚泥の量に対してオゾンガスの注入量が過剰、あるいは不足となるリスクがさらに低減できる。

実施の形態４．
以下、実施の形態４に係る水処理システムについて説明する。
図５は、水処理システム４００の構成を示す模式図である。図中、実施の形態３に係る水処理システム３００と同様の構成機器及び部材には、同じ符号を付し、特に必要のない限り説明を省略する。

水処理システム４００の基本的な構成および動作は、実施の形態３の水処理システム３００と同様であるが、水処理システム４００は、曝気槽１内の末端口３０３ｔの近傍の位置の汚泥濃度を測定する第一センサ１７と、第一センサ１７の測定結果に基づきポンプ９を制御する第一ポンプ制御装置１８（移送量制御装置）と、曝気槽１内の末端口３０３ｔの近傍の位置の有機汚泥の濃度を測定する第二センサ１９と、第二センサ１９の測定結果に基づきオゾン発生器１１を制御するオゾン発生器制御装置２０とが設けられている点が異なる。

水処理システム４００においては、曝気槽１内に汚泥含有処理水５の汚泥濃度を測定する第一センサ１７を備えるため、曝気槽１における有機物負荷（曝気槽１内の微生物が処理する有機物の量＝曝気槽１内の汚泥含有処理水５の水量ｘ有機物の濃度）の変動に伴う汚泥含有処理水５の汚泥濃度の変動を検知することができる。

第一センサ１７で測定された汚泥濃度の値は、第一ポンプ制御装置１８に入力される。第一ポンプ制御装置１８は、入力された汚泥濃度の値に応じて、ポンプ９が、曝気槽１からオゾン浄化槽８に移送する汚泥含有処理水５の流量を変化させる。

１日あたりにポンプ９がオゾン浄化槽８に移送する汚泥含有処理水５の量を、１日あたりの余剰汚泥発生量で除した商を、汚泥処理比として定義する。水処理システム４００の汚泥処理比は、曝気槽１における微生物の有機物負荷、および余剰汚泥発生量等に応じ、適宜設定される。

ここで、余剰汚泥の量は、次のように求める。すなわち、まず、必要な汚泥の量としては、一般的な標準値、あるいは、現場管理者の経験に基づく設計値が存在する。その標準値、あるいは設計値を満たす曝気槽１内の汚泥濃度が計算できる。この計算値に曝気槽１の容積を乗じた値が必要な汚泥の量である。そして、第一センサ１７で測定した現実の汚泥濃度と曝気槽１の容積を乗じた値から、必要な汚泥の量を減じた値が余剰汚泥量となる。

上述の汚泥処理比は、特に限定されるものではない。しかしながら、２．０以上４．０以下が好ましく、２．６以上３．４以下がより好ましい。汚泥処理比が２．０未満である場合は、オゾンガスの注入に起因した汚泥の減少量が小さく、余剰汚泥量を十分に減少させることができない虞がある。一方、汚泥処理比が４を超る場合は、曝気槽１内の微生物量が過度に減少して微生物の活性が低下し、処理水７の水質が悪化する虞がある。汚泥処理比が２．６以上３．４以下の範囲である場合は、曝気槽１内の微生物の活性を維持しつつ、効率的に余剰汚泥を減量させることができる。

第一ポンプ制御装置１８は、（１）第一センサ１７で測定された汚泥濃度の値と、（２）上述の計算によって求めた余剰汚泥発生量と、（３）設定された汚泥処理比の値から、ポンプ９がオゾン浄化槽８に移送する汚泥含有処理水５の流量を算出してポンプ９を制御する。

この制御方法は特に限定されず、インバータによるポンプの回転数制御により流量を調整しても良いし、移送配管３０３上に電動弁を設置して、電動弁により移送配管３０３の圧力損失を変化させることで流量を調整しても良い。

第一センサ１７は、曝気槽１内の汚泥含有処理水５の汚泥濃度を測定することができれば特にその構成は限定されず、ＳＳ（Ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ Ｓｏｌｉｄｓ）濃度計、濁度計などの公知センサを使用することができる。また、手分析による手動測定でも良いし、自動測定装置を用いた自動測定でも良い。

また、水処理システム４００においては、曝気槽１内に汚泥含有処理水５の有機汚泥の濃度を測定する第二センサ１９を備えるため、曝気槽１における有機物負荷（曝気槽１内の微生物が処理する有機物の量）の変動、および流入する廃水４に含まれる無機物の量の変動などに伴う汚泥含有処理水５の有機汚泥の濃度の変動を検知することができる。

第二センサ１９で測定された有機汚泥の濃度の値は、オゾン発生器制御装置２０に入力される。オゾン発生器制御装置２０は、入力された有機汚泥の濃度の値に応じて、オゾン発生器１１がオゾン浄化槽８に移送された汚泥含有処理水５に注入するオゾンガスの量を制御する。

有機汚泥を分解するのに必要な、”有機汚泥の単位重量当たりのオゾンガスの量”は、汚泥含有処理水５中の有機汚泥を効率的に分解できれば特に限定されない。しかしながらオゾンガスの利用効率を考慮した場合、有機汚泥の単位重量１ｇ当たりのオゾンガスの量は、３０ｍｇ以上、８５ｍｇ以下が好ましく、４０ｍｇ以上５５ｍｇ以下がより好ましい。

有機汚泥の単位重量１ｇ当たりのオゾンガスの量が、上記範囲よりも小さい場合は、汚泥含有処理水５中の有機汚泥が十分に分解されず、曝気槽１において余剰汚泥を減量させることができない可能性がある。また、有機汚泥の単位重量１ｇ当たりのオゾンガスの量が、上記範囲よりも大きい場合は、必要以上のオゾンガスを注入することによって水中の残存オゾンガスを増加させるとともに、未反応のオゾンガスを増加させる可能性がある。

オゾン発生器制御装置２０は、（１）第二センサ１９で測定された有機汚泥の濃度の値と、（２）第一ポンプ制御装置１８によって決定されるポンプ９がオゾン浄化槽８に移送する汚泥含有処理水５の量と、（３）予め設定された、有機汚泥の単位重量当たりのオゾンガスの量から、オゾン発生器１１が、オゾン浄化槽８に移送された汚泥含有処理水５に注入すべきオゾンガスの量を算出してオゾン発生器１１のオゾンガス濃度、オゾンガス流量、オゾン処理時間を調整する。

前述の通り、オゾン発生器１１で発生させるオゾンガス濃度は１００ｇ／Ｎｍ３以上４００ｇ／Ｎｍ３以下が好ましく、２５０ｇ／Ｎｍ３以上４００ｇ／Ｎｍ３以下がより好ましい。オゾンガス濃度が上記範囲よりも低い場合、汚泥含有処理水５中の有機汚泥の生分解性の向上が進まず、曝気槽１において余剰汚泥を減量させることができない可能性がある。また現状では、濃度４００ｇ／Ｎｍ３以上のオゾンガスをオゾン発生器１１単独で発生させることは困難である。

１回当たりのオゾン処理時間は、特に限定されるものではないが、２０分以上９０分以下が好ましく、３０分以上５０分以下がより好ましい。１回当たりのオゾン処理時間が上記範囲よりも短い場合、ポンプ９、及び返送ポンプ１２のサイズと動力が大きくなるため、イニシャルコスト、およびランニングコストが増加する虞がある。

また、１回当たりのオゾン処理時間が上記範囲よりも長い場合、オゾン処理に伴い有機汚泥中の微生物が分解されて汚泥含有処理水５中に放出される微生物内成分（溶解性有機物）が長時間にわたって汚泥含有処理水５中に流出し続けるため、処理水７の水質が悪化する虞がある。

第二センサ１９は、曝気槽１内の汚泥含有処理水５の有機汚泥の濃度を測定することができれば特に限定されず、強熱減量試験などの公知の技術を使用することができる。

第一ポンプ制御装置１８は、第一センサ１７の汚泥濃度の測定値に応じて、ポンプ９を制御し、オゾン発生器制御装置２０は、第二センサ１９の有機汚泥の濃度の測定値に応じて、オゾン発生器１１を制御するが、曝気槽１内の汚泥の攪拌が不十分であったり、第一センサ１７、および第二センサ１９の測定精度が低かったりする場合、第一センサ１７、および第二センサ１９の測定値が大きくばらつく虞がある。

これらの測定値にばらつきがあると、第一ポンプ制御装置１８によって制御されるポンプ９の流量、およびオゾン発生器制御装置２０によって制御されるオゾン発生器１１が生成するオゾンガスの量が過剰に大きく変動し、余剰汚泥減容プロセスが不安定となり得る。

そのため、第一ポンプ制御装置１８、およびオゾン発生器制御装置２０は、それぞれ第一センサ１７、および第二センサ１９から送られてくる測定値を、ある一定の期間、例えば一週間記録しておき、期間毎に得られた測定値の平均値を算出し、その平均値に基づいてポンプ９、およびオゾン発生器１１を制御しても良い。

ある一定の期間毎の平均値を採用することで、測定値が平滑化されるため、ポンプ９、およびオゾン発生器１１が、汚泥濃度、および有機汚泥の濃度の異常値に従って稼働するリスクを低減することができ、余剰汚泥減容プロセスの安定化が可能となる。

なお、余剰汚泥の有機汚泥の濃度が測定できる場合は、オゾン発生器制御装置２０が、（１）第二センサ１９で測定された有機汚泥の濃度の値と、（２）余剰汚泥のうちの有機汚泥の発生量と、（３）設定された汚泥処理比の値から、ポンプ９がオゾン浄化槽８に移送する汚泥含有処理水５の流量を算出してポンプ９を制御しても良い。

本実施の形態４に係る水処理システム４００によれば、実施の形態３と同様の効果を得ることができる。

また、曝気槽１内に汚泥含有処理水５の汚泥濃度を測定する第一センサ１７と、その測定値に基づいてポンプ９がオゾン浄化槽８に移送する汚泥含有処理水５の流量を制御する第一ポンプ制御装置１８とを備えるので、オゾン浄化槽８に移送されてオゾンガスが注入される汚泥含有処理水５の量を制御することができる。

さらに、曝気槽１内に汚泥含有処理水５の有機汚泥の濃度を測定する第二センサ１９と、その測定値に基づいてオゾン発生器１１のオゾンガスの量を制御するオゾン発生器制御装置２０とを備えるので、汚泥含有処理水５中のオゾン処理すべき有機汚泥の量に対して、オゾンガスの注入量が過剰、あるいは不足となるリスクを大幅に低減することが可能となる。

実施の形態５．
以下、実施の形態５に係る水処理システムについて説明する。
図６は、水処理システム５００の構成を示す模式図である。図中、実施の形態４に係る水処理システム４００と同様の構成機器及び部材には、同じ符号を付し、特に必要のない限り説明を省略する。

水処理システム５００の基本的な構成および動作は、実施の形態４と同様であるが、サンプリング配管１０７を介して返送配管１０５と、処理済みの汚泥含有処理水５の固液を分離する第二固液分離槽２１とが接続され、サンプリング配管１０７上にサンプリング弁２２が設けられており、さらに第二固液分離槽２１に、当該槽内の汚泥含有処理水５の紫外光の吸光度を測定する第三センサ２３を備える点が異なる。

水処理システム５００においては、オゾン浄化槽８においてオゾンガスが注入されて曝気槽１に返送される汚泥含有処理水５の一部を、サンプリング弁２２を開くことによって第二固液分離槽２１に回収することができる。

第二固液分離槽２１では、採取されたオゾン処理後の汚泥含有処理水５が、沈殿物と上澄み液に分離される。そして、第三センサ２３により上澄み液の紫外光の吸光度が測定される。第三センサ２３によって測定された吸光度の値は、オゾン発生器制御装置２０に入力されて次回のオゾン処理にフィードバックされる。すなわち、オゾン発生器制御装置２０が算出したオゾン量を、オゾン浄化槽８の汚泥含有処理水５に注入した結果として得られた上澄み液の吸光度の値に基づいて、次回のオゾン処理におけるオゾンガスの量を調整するようにオゾン発生器制御装置２０に対してフィードバック制御が行われる。

より具体的には、オゾン発生器制御装置２０が（１）第二センサ１９で測定された有機汚泥の濃度の値と、（２）第一ポンプ制御装置１８によって決定される、ポンプ９がオゾン浄化槽８に移送する汚泥含有処理水５の量と、（３）設定された有機汚泥の単位重量当たりのオゾンガスの量から算出したオゾンガスの量と、（４）当該算出した量のオゾンガスを汚泥含有処理水５に注入した結果として得られた吸光度の値とに基づいて、次回のオゾン処理における有機汚泥の単位重量当たりのオゾンガスの量の設定値（本段落の（３））を修正する。

前述の通り、有機汚泥の単位重量１ｇ当たりのオゾンガスの量は、汚泥含有処理水５中の有機汚泥を十分に分解するため、３０ｍｇ以上、８５ｍｇ以下が好ましく、４０ｍｇ以上５５ｍｇ以下がより好ましい。しかしながら、廃水４中に含まれる無機物、特にオゾンガスを消費する酸化物形成無機物の量が変動するなどして、曝気槽１内の汚泥含有処理水５中に含まれる酸化物形成無機物の量が大幅に増減し、移送配管３０３を介してオゾン浄化槽８に移送される酸化物形成無機物が大幅に増減する場合は、有機汚泥の単位重量１ｇにつき上記の範囲内の量のオゾンガスを注入しても、酸化物形成無機物によって注入したオゾンガスが予想以上に消費され、或いは消費されずに、実際に必要な有機汚泥の単位重量当たりのオゾンガスの量は、上記の範囲よりも大きくなったり、或いは、小さくなったりする虞がある。

本願発明者らは、有機汚泥の単位重量当たりのオゾンガスの量と、オゾン処理後の汚泥含有処理水５の上澄み液の紫外吸光度の値に相関関係があることを見出したため、水処理システム５００においては、曝気槽１内の汚泥含有処理水５中に含まれる酸化物形成無機物の量が大幅に増減し、移送配管３０３を介してオゾン浄化槽８に移送される酸化物形成無機物が大幅に増減した場合であっても、第三センサ２３の測定結果に応じて、次回のオゾン処理における有機汚泥の単位重量当たりのオゾンガスの量の設定値をフィードバック制御により適切な値に修正することができる。

そのため、廃水４中に含まれる酸化物形成無機物の量が変動するなどして、曝気槽１内の汚泥含有処理水５中に含まれる酸化物形成無機物の量が大幅に増減し、その結果、移送配管３０３を介してオゾン浄化槽８に移送される酸化物形成無機物が大幅に増減した場合であっても、汚泥含有処理水５中のオゾン処理すべき有機汚泥の量に対して、オゾンガスの注入量が過剰、あるいは不足となるリスクを極めて大幅に低減することが可能となる。

図７は、有機汚泥の単位重量１ｇ当たりのオゾンガスの量と、オゾン処理後の汚泥含有処理水５の上澄み液の紫外吸光度の値の相関関係を示す図である。本水処理システム５００が導入される廃水処理場ごとに、有機汚泥の単位重量当たりのオゾンガスの量に対して紫外吸光度の値は一意に決まる。また、移送配管３０３を介してオゾン浄化槽８に移送される酸化物形成無機物の量の増減に応じてオゾン処理後の汚泥含有処理水５の上澄み液の紫外吸光度の値も増減する。

したがって、同じ有機汚泥の単位重量当たりのオゾンガスの量において、紫外吸光度の値が任意の基準値よりも減少した場合は、間接的に汚泥含有処理水５中の酸化物形成無機物の量が増加したことが分かる。このため、オゾン発生器制御装置２０は、次回のオゾン処理において、紫外吸光度の値が基準値となるように、有機汚泥の単位重量当たりのオゾンガスの量を増加させる修正を行う。

一方、同じ有機汚泥の単位重量当たりのオゾンガスの量において、紫外吸光度の値が任意の基準値よりも増加した場合は、間接的に汚泥含有処理水５中の酸化物形成無機物の量が減少したことが分かるため、オゾン発生器制御装置２０は、次回のオゾン処理において、紫外吸光度の値が基準値となるように有機汚泥の単位重量当たりのオゾンガスの量を減少させる修正を行う。

第三センサ２３は、オゾン処理後の汚泥含有処理水５の上澄み液の紫外吸光度を測定することができれば特にその構成は限定されず、分光光度計などを公知の範囲で使用することができる。紫外光の波長は２３０ｎｍ以上３００ｎｍ以下が好ましく、２６０ｎｍ以上２８０ｎｍ以下がより好ましい。上記の範囲に含まれない波長の紫外光の場合、吸光度と、有機汚泥の単位重量当たりのオゾンガスの量との相関がとれない虞がある。

また、紫外吸光度と、ＴＯＣ（Ｔｏｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃａｒｂｏｎ）やＣＯＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｏｘｙｇｅｎ Ｄｅｍａｎｄ）などには相関関係があるため、ＴＯＣ計やＣＯＤ計を用いて、間接的に紫外吸光度を算出しても良い。

図８は、水処理システム５００が実行する水処理方法（バッチ方式）のフローチャートである。
図９は、水処理システム５００が実行する水処理方法（ＣＳＴＲ方式およびＰＦＲ方式）のフローチャートである。
本実施の形態に係る水処理方法は、汚泥濃度測定工程、有機汚泥濃度測定工程、移送工程、オゾン処理工程、返送工程、サンプリング工程、紫外吸光度測定工程、フィードバック工程を含む。

曝気槽１に流入した廃水４は、曝気槽１内において生物処理が施され、汚泥を含有した汚泥含有処理水５となる。第一センサ１７により、汚泥含有処理水５中の汚泥濃度が測定される（ステップＣ１、汚泥濃度測定工程）。測定のタイミングは特に限定されず、１日に１回など間欠的に測定しても良いし、連続的に測定し続けても良い。

また、第二センサ１９により、汚泥含有処理水５中の有機汚泥の濃度が測定される（ステップＣ２、有機汚泥濃度測定工程）。測定のタイミングは特に限定されず、１日に１回など間欠的に測定しても良いし、連続的に測定し続けても良い。

汚泥濃度測定工程で得られた汚泥濃度の値に応じて、第一ポンプ制御装置１８によってポンプ９が曝気槽１からオゾン浄化槽８に移送する汚泥含有処理水５の流量が算出され、算出された流量値でポンプ９を稼働する。曝気槽１から汚泥含有処理水５が排出され、オゾン浄化槽８に移送される（ステップＳ１、移送工程）。

有機汚泥濃度測定工程で得られた有機汚泥の濃度の値に応じて、オゾン発生器制御装置２０によって、オゾン発生器１１がオゾン浄化槽８に移送された汚泥含有処理水５に注入すべきオゾンガスの量が算出され、当該量を生成するようにオゾン発生器１１を稼働する。オゾンガスは、オゾンガス配管１０４を介してオゾン浄化槽８に供給され、オゾン浄化槽８において汚泥含有処理水５に、算出された量のオゾンガスが注入される（ステップＳ２、オゾン処理工程）。

オゾン浄化槽８において、オゾンガスを注入された汚泥含有処理水５は、返送ポンプ１２の稼働により曝気槽１に返送される（ステップＳ３、返送工程）。

続いて、オゾン浄化槽８においてオゾンガスが注入されて曝気槽１に返送される汚泥含有処理水５の一部を、サンプリング弁２２を開くことによって第二固液分離槽２１に採取する（ステップＳ４、サンプリング工程）。

第二固液分離槽２１において、オゾン処理後の汚泥含有処理水５を沈殿物と上澄み液に分離した後、第三センサ２３によりオゾン処理後の汚泥含有処理水５の上澄み液の紫外光の吸光度が測定される。第三センサ２３によって測定された吸光度の値は、オゾン発生器制御装置２０に入力される（ステップＳ５、紫外吸光度測定工程）。

入力された吸光度の値に基づき、オゾン発生器制御装置２０は、次回のオゾン処理工程における有機汚泥の単位重量当たりのオゾンガスの量の設定値を調整する（ステップＳ６、フィードバック工程）。

曝気槽１内からの汚泥含有処理水５の移送、オゾンガス注入、および返送という一連の工程を含んだ水処理方法、具体的には、余剰汚泥を減容する減容プロセスは、前述のバッチ方式、ＣＳＴＲ（連続槽型反応器）方式およびＰＦＲ（プラグフロー）方式で、移送工程、オゾン処理工程、返送工程、サンプリング工程の開始と終了のタイミングが異なる。

図８に示すバッチ方式では、ステップＣ１の開始・終了、ステップＣ２の開始・終了、ステップＳ１の開始、ステップＳ１の終了、ステップＳ２の開始、ステップＳ２の終了、ステップＳ３の開始、ステップＳ４の開始・終了、ステップＳ３の終了、ステップＳ５の開始・終了、ステップＳ６の開始・終了という順序で処理する。

一方、図９に示すＣＳＴＲ（連続槽型反応器）方式およびＰＦＲ（プラグフロー）方式では、ステップＣ１の開始・終了、ステップＣ２の開始・終了、ステップＳ１の開始、ステップＳ２の開始、ステップＳ３の開始、ステップＳ４の開始・終了、ステップＳ２の終了、ステップＳ１の終了、ステップＳ３の終了、ステップＳ５の開始・終了、ステップＳ６の開始・終了という順序となる。

本実施の形態５に係る水処理システム５００によれば、実施の形態４と同様の効果を得ることができる。

また、オゾン処理後の汚泥含有処理水５の上澄み液の紫外光の吸光度を測定できる第三センサ２３を備え、第三センサ２３の測定結果に応じて、次回のオゾン処理における有機汚泥の単位重量当たりのオゾンガスの量の設定値をフィードバック制御により調整することができるため、廃水４中に含まれる酸化物形成無機物の量が変動するなどして、曝気槽１内の汚泥含有処理水５中に含まれる酸化物形成無機物の量が大幅に増減し、移送配管３０３を介してオゾン浄化槽８に移送される酸化物形成無機物が大幅に増減した場合であっても、汚泥含有処理水５中のオゾン処理すべき有機汚泥の量に対して、オゾンガスの注入量が過剰、あるいは不足となるリスクを極めて大幅に低減することが可能となる。

本願は、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。当業者によって容易に導き出すことのできる変形例、および効果も含まれる。例えば、嫌気槽、無酸素槽を含むＡ２Ｏ法（嫌気・無酸素・好気法）やＯＤ法（ＯＸＩＤＡＴＩＯＮ ＤＩＴＣＨ法）など公知の水処理技術にも使用できる。その際、オゾン浄化槽８においてオゾンガスが注入された汚泥含有処理水５は、嫌気槽、無酸素槽、曝気槽のいずれの槽に返送しても良い。したがって、特許請求項の範囲、およびその均等物によって定義される総括的な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。

本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

１００，２００，３００，４００，５００ 水処理システム、１ 曝気槽、２ 散気装置、３ 空気供給装置、４ 廃水、５ 汚泥含有処理水、６ 第一固液分離槽、７ 処理水、８ オゾン浄化槽、９ ポンプ、１１ オゾン発生器、１２ 返送ポンプ、１３ 曝気促進部、１４ 曝気抑制部、Ｋ 境界、１５ 返送配管接続部、１６ 曝気遮断壁、１７ 第一センサ、１８ 第一ポンプ制御装置、１９ 第二センサ、２０ オゾン発生器制御装置、２１ 第二固液分離槽、２２ サンプリング弁、２３ 第三センサ、１０１ 余剰汚泥配管、１０２ 濃縮汚泥返送配管、１０３，３０３ 移送配管、１０３ｔ，３０３ｔ 末端口、１０４ オゾンガス配管、１０５ 返送配管、１０６ 沈殿物排出配管、１０７ サンプリング配管。

本願に開示される水処理システムは、
廃水を満たす曝気槽と、
前記曝気槽の底部に配置され、前記曝気槽内に気体を放出する散気装置と、
前記曝気槽内において前記廃水から生成された汚泥含有処理水を移送してオゾンガスにより反応浄化処理を行うオゾン浄化槽と、
前記オゾン浄化槽にオゾンガスを供給するオゾン発生器と、
前記曝気槽から前記オゾン浄化槽に前記汚泥含有処理水を移送する移送配管と、
前記オゾンガスを注入された前記汚泥含有処理水を、前記オゾン浄化槽から前記曝気槽に返送する返送配管とを有し、
前記曝気槽は、下方に前記散気装置が配置されている曝気促進部と下方に前記散気装置が存在しない曝気抑制部とに区画され、
前記移送配管の、前記曝気槽内に設けた末端口は、前記曝気促進部と、前記曝気抑制部との境界上または前記曝気抑制部内、かつ、前記汚泥含有処理水の表層部に位置し、前記末端口は、上方に開口しているものである。

本願に開示される水処理方法は、
曝気槽内において気体を放出する散気装置を用いて廃水に曝気を行い微生物を育成する曝気工程と、
前記微生物を含む汚泥を用いて汚泥含有処理水を生成する生物処理工程と、
前記曝気槽から前記汚泥含有処理水を、オゾン浄化槽に移送する移送工程と、
前記オゾン浄化槽において前記汚泥含有処理水にオゾンガスを注入するオゾン処理工程と、
前記オゾン浄化槽において、前記オゾンガスが注入された前記汚泥含有処理水を前記曝気槽に返送する返送工程とを有し、
前記移送工程において、前記曝気槽の内部の内、下方に前記散気装置が配置されている領域である曝気促進部と、下方に前記散気装置が存在しない領域である曝気抑制部との境界上または前記曝気抑制部内、かつ、前記汚泥含有処理水の表層部から前記汚泥含有処理水を、上から下に向かって引き抜いて前記オゾン浄化槽に移送するものである。

Claims (14)

1. 廃水を満たす曝気槽と、
   前記曝気槽の底部に配置され、前記曝気槽内に気体を放出する散気装置と、
   前記曝気槽内において前記廃水から生成された汚泥含有処理水を移送してオゾンガスにより反応浄化処理を行うオゾン浄化槽と、
   前記オゾン浄化槽にオゾンガスを供給するオゾン発生器と、
   前記曝気槽から前記オゾン浄化槽に前記汚泥含有処理水を移送する移送配管と、
   前記オゾンガスを注入された前記汚泥含有処理水を、前記オゾン浄化槽から前記曝気槽に返送する返送配管とを有し、
   前記曝気槽は、下方に前記散気装置が配置されている曝気促進部と下方に前記散気装置が存在しない曝気抑制部とに区画され、
   前記移送配管の、前記曝気槽内に設けた末端口は、前記曝気促進部と、前記曝気抑制部との境界上または前記曝気抑制部内、かつ、前記汚泥含有処理水の表層部に位置する水処理システム。
2. 前記曝気促進部と前記曝気抑制部との前記境界上、かつ、前記曝気槽の底部に、上方に向かって曝気遮断壁が設けられている請求項１に記載の水処理システム。
3. 前記曝気遮断壁は、前記曝気抑制部側に向かって湾曲又は傾斜している請求項２に記載の水処理システム。
4. 前記曝気遮断壁に隣接する前記曝気抑制部側の領域の前記曝気槽の底部に、前記曝気抑制部の底部の沈殿物を排出する沈殿物排出配管が設けられている請求項２又は請求項３に記載の水処理システム。
5. 前記末端口は、上方に開口している請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の水処理システム。
6. 前記曝気槽に接続され、前記汚泥含有処理水を、浄化した処理水と濃縮汚泥とに分離する第一固液分離槽と、
   前記濃縮汚泥の一部を前記曝気槽に返送する濃縮汚泥返送配管とを有し、
   前記濃縮汚泥返送配管の、前記曝気槽との接続部は、前記曝気槽の側面かつ前記曝気抑制部側に位置する請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の水処理システム。
7. 前記末端口の位置は、前記接続部よりも高い請求項６に記載の水処理システム。
8. 前記末端口の位置における前記汚泥含有処理水の汚泥濃度を測定する第一センサと、
   前記第一センサの測定結果に基づき、前記オゾン浄化槽へ移送する前記汚泥含有処理水の量を制御する移送量制御装置とを有する請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の水処理システム。
9. 前記移送量制御装置は、一定期間毎に記録された前記第一センサの測定値の平均値に基づき、前記オゾン浄化槽へ移送する前記汚泥含有処理水の量を制御する請求項８に記載の水処理システム。
10. 前記末端口の位置における前記汚泥含有処理水の有機汚泥の濃度を測定する第二センサと、
    前記第二センサの測定結果に基づき前記オゾン発生器を制御するオゾン発生器制御装置とを有する請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の水処理システム。
11. 前記オゾン発生器制御装置は、一定期間毎に記録された前記第二センサの測定値の平均値に基づき、前記オゾン浄化槽に注入するオゾン量を制御する請求項１０に記載の水処理システム。
12. 前記オゾン浄化槽による処理済みの前記汚泥含有処理水を、沈殿物と上澄み液とに分離する第二固液分離槽と、前記上澄み液の紫外光の吸光度を測定する第三センサとを備え、
    前記吸光度の値は、前記オゾン発生器制御装置に入力される請求項１０又は請求項１１に記載の水処理システム。
13. 曝気槽内において気体を放出する散気装置を用いて廃水に曝気を行い微生物を育成する曝気工程と、
    前記微生物を含む汚泥を用いて汚泥含有処理水を生成する生物処理工程と、
    前記曝気槽から前記汚泥含有処理水を、オゾン浄化槽に移送する移送工程と、
    前記オゾン浄化槽において前記汚泥含有処理水にオゾンガスを注入するオゾン処理工程と、
    前記オゾン浄化槽において、前記オゾンガスが注入された前記汚泥含有処理水を前記曝気槽に返送する返送工程とを有し、
    前記移送工程において、前記曝気槽の内部の内、下方に前記散気装置が配置されている領域である曝気促進部と、下方に前記散気装置が存在しない領域である曝気抑制部との境界上または前記曝気抑制部内、かつ、前記汚泥含有処理水の表層部から前記汚泥含有処理水を前記オゾン浄化槽に移送する水処理方法。
14. 前記移送工程において、前記曝気槽内の前記汚泥含有処理水を上から下に向かって引き抜いて移送する請求項１３に記載の水処理方法。

Images