WO2013084711A1

WO2013084711A1 - 揺動性担体と、この揺動性担体を用いた有機性排水の生物処理装置及び方法

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Publication number: WO2013084711A1
Application number: PCT/JP2012/080038
Authority: WO
Inventors: 繁樹藤島
Original assignee: 栗田工業株式会社
Priority date: 2011-12-09
Filing date: 2012-11-20
Publication date: 2013-06-13
Also published as: CN103159327A; JP2013121558A; TW201343567A; CN203284255U

Abstract

　微小動物による捕食作用を利用した生物処理において、微小動物を保持しやすく、固液分離性の良い汚泥を形成することができる微小動物保持用の揺動性担体と、この揺動性担体を用いた有機性排水の生物処理装置及び方法を提供する。発泡プラスチック製のシート状物よりなる微小動物保持用の揺動性担体。第一生物処理槽４１に有機性排水を導入して細菌により生物処理し、第一生物処理槽４１からの分散状態の細菌を含む第一生物処理水を第二生物処理槽４２に通水して第二生物処理水を得、第二生物処理水を固液分離する。第二生物処理槽４２にこの微小動物保持用の揺動性担体５０を設ける。

Description

揺動性担体と、この揺動性担体を用いた有機性排水の生物処理装置及び方法

　本発明は、微小動物による捕食作用を利用した有機性排水の生物処理において、微小動物を保持し易く、また、沈降性の良い汚泥を形成することができる微小動物保持用の揺動性担体と、この揺動性担体を用いた有機性排水の生物処理装置及び生物処理方法に関する。

　有機性排水を生物処理する場合に用いられる活性汚泥法は、処理水質が良好で、メンテナンスが容易であるなどの利点から、下水処理や産業廃水処理等に広く用いられている。しかしながら、活性汚泥法におけるＢＯＤ容積負荷は一般に０．５～０．８ｋｇ／ｍ^３／ｄ程度であるため、広い敷地面積が必要となる。また、分解したＢＯＤの２０～４０％が菌体、即ち汚泥へと変換されるため、大量の余剰汚泥処理も問題となる。

　有機性排水の高負荷処理に関しては、担体を添加した流動床法が知られている。この方法を用いた場合、３ｋｇ／ｍ^３／ｄ以上のＢＯＤ容積負荷で運転することが可能となる。しかしながら、この方法では発生汚泥量は分解したＢＯＤの３０～５０％程度で、通常の活性汚泥法より高くなることが欠点となっている。

　特許文献１～５には、有機性排水をまず、第一生物処理槽で細菌により生物処理し、排水に含まれる有機物を酸化分解して非凝集性の細菌の菌体に変換した後、第二生物処理槽で微小動物に捕食除去させることで余剰汚泥の減量化が可能になることが記載されている。さらに、この方法では高負荷運転が可能となり、活性汚泥法の処理効率も向上する。

　ところで、従来、細菌を保持する担体としては、繊維よりなる揺動性担体が知られており（例えば、特許文献６～９）、このような担体をユニット化する方法も提案されている（例えば、特許文献１０）。しかしながら、従来の揺動性担体は、細菌の付着と汚泥の脱離を目的とした形状になっており、微小動物の生育・産卵の場所としては考慮されていなかった。そのため、従来の繊維状揺動性担体を微小動物の保持用担体として用いても、微小動物の生育が不安定となり、また、処理に有効な微小動物を優先的に増殖させることができないという問題があった。

　即ち、微小動物の捕食作用により生物処理を行う生物処理槽では、分散菌を効率的に捕食して汚泥の固液分離性と処理水質向上に寄与する固着性の濾過捕食型微小動物だけでなく、フロック化した汚泥を捕食できる凝集体捕食型微小動物も増殖する。後者は遊泳しながら、汚泥フロックを捕食するため、この微小動物が優先化した場合、汚泥は食い荒らされ、微細化したフロック片が散在する汚泥となる。生物処理水を膜分離処理する場合、このフロック片が目詰まりの原因となり、また、生物処理水を凝集処理して沈降分離する場合にも、このフロック片が、必要とされる凝集剤量が多い、固液分離性が悪い、といった問題の要因となる。

　従って、微小動物の捕食作用による生物処理槽では、凝集体捕食型微小動物を抑制して濾過捕食型微小動物を優先的に増殖させることが必要となるが、従来においては、このような濾過捕食型微小動物の生育、産卵の場所として適したものが提案されていないのが現状である。

特開２００８－３６５８０号公報国際公開ＷＯ２００７／０８８８６０号パンフレット特開２００６－５１４１４号公報特開２００７－３２６０６７号公報特開２００９－２０２１１５号公報特開２００７－１９６２２１号公報特開２００２－１３６９８６号公報特開２００７－１７５６８６号公報特開２００４－１６７３６１号公報特開２００４－３５８３２０号公報

　本発明は、微小動物による捕食作用を利用した生物処理において、微小動物を保持しやすく、固液分離性の良い汚泥を形成することができる揺動性担体と、この揺動性担体を用いた有機性排水の生物処理槽、生物処理装置及び生物処理方法を提供することを課題とする。

　本発明者らは、上記課題を解決するべく鋭意検討した結果、微小動物の保持には、流動床担体ではなく、揺動性のある固定床担体が好ましく、この揺動性担体として発泡素材のシート状物が最適であることを見出した。

　本発明はこのような知見に基いて達成されたものであり、以下を要旨とする。

　第１態様の揺動性担体は、微小動物による生物処理において、生物処理槽内に設けられる微小動物保持用の揺動性担体であって、発泡プラスチック製のシート状物を有することを特徴とする。

　第２態様の揺動性担体は、第１態様において、前記シート状物は、前記生物処理槽の深さ方向（長手方向）の長さが１００～４００ｃｍで短手方向の長さが５～２００ｃｍで厚みが０．５～５ｃｍであることを特徴とする。

　第３態様の揺動性担体は、第１又は第２態様において、前記シート状物は、見掛け表面積が５００ｃｍ^２以上の面を少なくとも２面有することを特徴とする。

　第４態様の揺動性担体は、第１ないし第３態様のいずれかにおいて、前記発泡プラスチックの２５ｍｍの長さの範囲に存在するセル数が、５個／２５ｍｍ以上、１２５個／２５ｍｍ以下で、発泡セルの平均孔径が０．０５～１０ｍｍであることを特徴とする。

　第５態様の揺動性担体は、第１ないし第４態様のいずれかにおいて、前記シート状物は、軟質ポリウレタンフォームよりなることを特徴とする。

　第６態様の有機性排水の生物処理槽は、有機性排水中の有機物を除去する生物処理槽において、第１ないし第５態様のいずれかの微小動物保持用の揺動性担体を備えることを特徴とする。

　第７態様の有機性排水の生物処理方法は、有機性排水中の有機物を除去する生物処理方法において、第１ないし第５態様のいずれかの微小動物保持用の揺動性担体を設けた生物処理槽に該有機性排水を通水することを特徴とする。

　第８態様の有機性排水の生物処理装置は、二段以上の多段に設けられた好気性生物処理槽を備え、第一生物処理槽に有機性排水を導入して細菌により生物処理し、第一生物処理槽からの分散状態の細菌を含む第一生物処理水を第二生物処理槽以降の生物処理槽に通水して生物処理する有機性排水の生物処理装置において、該第二生物処理槽以降の少なくとも一つの生物処理槽が第６態様の生物処理槽であることを特徴とする。

　第９態様の有機性排水の生物処理方法は、二段以上の多段に設けられた好気性生物処理槽の第一生物処理槽に有機性排水を導入して細菌により生物処理し、第一生物処理槽からの分散状態の細菌を含む第一生物処理水を第二生物処理槽以降の生物処理槽に通水して生物処理する有機性排水の生物処理方法において、該第二生物処理槽以降の少なくとも一つの生物処理槽として第６態様の生物処理槽を用いることを特徴とする。

　本発明の揺動性担体を構成する発泡プラスチック製のシート状物は、水に入れると吸水して膨張するので適度なたわみ性を持ち、また生物処理槽に流入する水の流れや曝気による上向流により適度に揺れて、揺動性固定床を形成する。この吸水して膨張した発泡プラスチック製のシート状物は、十分に大きい表面積を有し、微小動物、特に濾過捕食型微小動物を安定に保持してその生育を促進することができる。このため、本発明の揺動性担体を用いて生物処理槽内に微小動物保持用担体の揺動性固定床を形成することにより、生物処理槽内に微小動物を高濃度に保持して生物処理効率を向上させることができる。

　また、この揺動性担体により、濾過捕食型微小動物を優先的に増殖させて、固液分離性の良い汚泥を形成することができることから、生物処理水を膜分離装置で固液分離する場合には、分離膜の目詰まりを防止して長期に亘り安定に膜分離を行える。また、生物処理水を凝集処理して沈殿槽、加圧浮上槽などで固液分離する場合には、凝集剤の添加量を低減することができ、また、汚泥返送方式の沈殿槽においても安定した汚泥界面管理を行うことが可能となる。

本発明の揺動性担体の実施の形態の一例を示す斜視図であり、（ａ）図は揺動性担体の本体部となる発泡プラスチック製のシート１を示し、（ｂ）図はこのシート１に固定具２を取り付けたものを示す。本発明の揺動性担体の他の実施の形態を示す担体ユニットの斜視図である。本発明の生物処理槽の実施の形態を示す斜視図である。本発明の生物処理槽の他の実施の形態を示す斜視図である。本発明の有機性排水の生物処理装置及び方法の実施の形態を示す系統図である。本発明の有機性排水の生物処理装置及び方法の他の実施の形態を示す系統図である。本発明の有機性排水の生物処理装置及び方法の他の実施の形態を示す系統図である。本発明の有機性排水の生物処理装置及び方法の他の実施の形態を示す系統図である。

　以下に図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。

［揺動性担体］
　まず、図１，２を参照して本発明の揺動性担体の実施の形態を説明する。
　図１（ａ），（ｂ）は本発明の揺動性担体の実施の形態の一例を示す斜視図であり、（ａ）図は揺動性担体の本体部となる発泡プラスチック製のシート１を示し、（ｂ）図はこのシート１に固定具２を取り付けたものを示す。

　本発明の揺動性担体は、好ましくは、図１（ａ）に示すような発泡プラスチック製の長方形状の板状ないしは短冊状シートを備え、通常の場合、図１（ｂ）に示すように、シート１の両短辺部分（短手方向辺縁部）にそれぞれ固定具２を取り付け、シート面が生物処理槽の深さ方向となるように直立して生物処理槽内に設置される。固定具２は金属製、布製、プラスチック製など材質は限定されず、シート１を生物処理槽に固定したとき固定箇所を引張応力に対して補強できるものであればよい。また、より機械的強度を高めるためにシート１の両短辺部分を１つまたは複数の固定具２で挟んだ上で留め具等（接着剤、糸、バンド、固定ネジなど）で固定することが望ましい。

　シート１は、微小動物の産卵、生育に適した広い見掛け表面積（この「見掛け表面積」とは、発泡プラスチックシートの多孔質の発泡セル内表面積を含まないシートの表出外表面積をさす。）のシートであることが好ましく、従って、その寸法は、この揺動性担体を設ける生物処理槽の深さ方向（以下、この方向を「長手方向」と称す場合がある。）となる長辺１ａの長さＬ_１（ただし、図１（ｂ）のように、シート１に固定具２を設けて用いる場合、この長さは固定具２で覆われていない、図１（ｂ）のＬ_１の長さとなる。）が１００～４００ｃｍで、この長辺１ａに直交する短手方向の短辺１ｂの長さＬ_２が５～２００ｃｍで、厚みｄが０．５～５ｃｍであることが好ましい。また、取り扱い性、生物処理槽への適用性の面から、Ｌ_２：Ｌ_１の長さ比は、Ｌ_２：Ｌ_１＝１：１～８０程度であることが好ましい。

　シート１の長さＬ_１，Ｌ_２は、担体の見掛け表面積に影響し、この見掛け表面積については、大きいほど保持する微小動物の成育数が多くなるため好ましい。ただし、この揺動性担体を設ける生物処理槽の深さ方向の長さＬ_１については、曝気による上下流があるため、水の流動性に影響がないことから特に限定されないものの、短手方向の長さ（シートの幅）Ｌ_２については、水の流動性に影響を与えることから、シートの短手方向の長さＬ_２については、上述の如く、５～２００ｃｍ、特に５～１００ｃｍとすることが好ましい。なお、シートの幅（短手方向の長さ）に対して、この揺動性担体を設ける生物処理槽の幅が大きい場合には、後述の如く、生物処理槽内に設けるシートの枚数を増やして短絡流を防止することが好ましい。

　また、シート１の厚みｄが厚すぎると、シート内部の通水性が低下するため、内部で菌体が腐敗するという問題が生じやすくなる。そのため、シートの厚みｄは、必要な強度を確保した上で薄くすることが好ましく、上記のように０．５～５ｃｍとすることが好ましい。

　また、シート１は、同様に、微小動物の産卵、生育に適した見掛け表面積のシートとするために、見掛け表面積が５００ｃｍ^２以上の面を少なくとも２面有することが好ましい。即ち、例えば図１（ａ），（ｂ）に示すシート７であれば、Ｌ_１×Ｌ_２が５００ｃｍ^２以上、好ましくは１０００ｃｍ^２以上であることが好ましい。この見掛け表面積の上限については特に制限はないが、上述の好適なＬ_１，Ｌ_２の長さを満たすために、通常８００００ｃｍ^２以下である。

　また、発泡プラスチック製シートの発泡セルの条件としては、発泡セルの分布が均一なものが好ましい。また、発泡セル数及び発泡セルの孔径は、汚泥が付着し易く、剥れ易い、程度な値に制御することが好ましく、特に、発泡セルが多すぎたり、セル径が大きすぎたりすると、シートの機械的強度が小さくなるため、セル数／２５ｍｍ（２５ｍｍの長さの範囲に存在するセル数）として、１２５個／２５ｍｍ以下、特に１００個／２５ｍｍ以下であることが好ましい。逆に、発泡セルが少な過ぎたり、セル径が小さすぎたりすると、多孔質担体としての機能を十分に得ることができないことから、多孔質担体の機能を十分に発揮させるために、このセル数／２５ｍｍは５個／２５ｍｍ以上、特に２５個／２５ｍｍ以上であることが好ましい。また、このような発泡セル数を実現すると共に、汚泥の付着性と剥離性を良好なものとするために、発泡セルの平均孔径は０．０５～１０ｍｍ、特に０．２５～１ｍｍの範囲であることが好ましい。

　なお、このセル数／２５ｍｍについては、走査型電子顕微鏡により撮影したシートの写真を用い、長さ方向の直線２５ｍｍに対して交差する発泡セル数を計測する作業を複数箇所について行い、計測結果の平均値を算出して求めることができる。発泡セルの孔径についても同様に計測することができる。

　このようなシート１を構成する発泡プラスチックとしては特に制限はないが、吸水により膨張して水流や曝気による上向流で適度にたわんで揺動することから、軟質ポリウレタンフォームであることが好ましい。

　上述のような寸法の薄い板状ないし短冊状の軟質ポリウレタンフォームのような発泡プラスチックのシート状担体であれば、十分な弾力性を有し、生物処理槽内の水の流れの中でたわむ（形状維持しない）ことにより、薄くても十分な機械的強度を持ち、破損しにくい。なお、生物処理槽内に固定したときシート１の固定箇所には力が集中するため、図１（ｂ）のように固定箇所に予め固定具を取り付けて機械的強度を高めておくことが望ましい。また、たわむことで生物処理槽内の通水の阻害を抑えつつ均一に混合し、シートの発泡セル内にも均等に汚泥含有液が通水されるようになる。即ち、このような、通水の阻害を抑え、また破損し難い、弾性と強度を持つ微小動物保持用担体として、本発明では好ましくは上記のような寸法の軟質ポリウレタンフォーム製シートの揺動性担体を用いる。

　このような板状ないし短冊状のシート１は、例えば、直方体形状の軟質ポリウレタンフォームを板状ないし短冊状にスライスすることにより製造することができる。

　本発明の揺動性担体は、これを設置する生物処理槽の容積に対して、揺動性担体のシートの見掛け表面積と生物処理槽（返送ラインに生物処理槽がある場合はこの生物処理槽も含む）容積との比、見掛け表面積／生物処理槽容積が１～５０ｍ^－１となるように設けることが、生物処理槽の負荷に適した担体充填率で効率的な生物処理を行う上で好ましい。なお、ここで、揺動性担体の見掛け表面積とは、前述の如く、発泡プラスチックシートの発泡セル内表面積を含まないシートの表出外表面積の合計であり、図１のシート１であれば（Ｌ_１×Ｌ_２×２）＋（Ｌ_１×ｄ×２）＋（Ｌ_２×ｄ×２）で算出される。

　また、生物処理槽に対する本発明の揺動性担体の充填率は、本発明の揺動性担体を設置する微小動物による生物処理槽以降の生物処理槽の総容積の０．５％以上、特に１～１０％であることが、生物処理槽の負荷に適した担体充填率で効率的な生物処理を行う上で好ましい。ここで、担体充填率とは、生物処理槽の総容積に対するシートの見掛け体積の合計の割合をさす。ここでこの見掛け体積とは発泡セルの孔内容積を勘案しない体積であり、図１のシート１であれば（Ｌ_１×Ｌ_２×ｄ）で算出される。

　生物処理槽では、微小動物を維持するための多量の足場が必要となるが、過度に担体の充填率が多いと槽内の混合不足、汚泥の腐敗などが起こるため、添加する担体の充填率は、上記範囲とすることが望ましい。

　従って、本発明の揺動性担体は、１枚のシートのみでは上記充填率を満たすことができない場合には、図１（ｂ）に示すように、固定具２を取り付けたシート１の複数枚をユニット化して生物処理槽内に設けることが好ましい。

　図２は、シート１をユニット化した担体ユニットを示す斜視図である。
　図２（ａ）に示す担体ユニット１１は、複数枚（図２（ａ）では４枚であるが、何ら４枚に限定されない。）のシート１を、各シート１をその長手方向を上下方向（生物処理槽深さ方向：鉛直方向）とし、かつ、シート面を面一状に揃えて、相互間に若干の隙間をあけて、図２（ａ）におけるＸ方向に配列させて固定具２を介して図示しない留め具等（接着剤、糸、バンド、固定ネジなど）で互いに固定することにより、配列体３とし、この配列体３を複数体（図２（ａ）では５体であるが、何ら５体に限定されない。）、各配列体３同士の間に若干の間隙をあけて、Ｙ方向に並列配置し、各配列体３の固定具２を介して図示しない留め具により固定してユニット化したものである。図２（ｂ）に示す担体ユニット１２は、図２（ａ）に示す担体ユニット１１をＳＵＳ等の材質よりなるフレーム４に図示しない留め具等により固定したものである。

　このように、シート１を複数枚並列配置してユニット化したものを生物処理槽内に設けることにより、揺動性担体を容易に最適な充填率となるように生物処理槽内に設けることができる。

　なお、図２（ａ）に示す担体ユニット１１は、これを直接生物処理槽内の内壁面に留め具等で固定して設置することができる。図２（ｂ）に示す担体ユニット１２であれば、これを生物処理槽内に単に設置するのみでもよく、フレーム４部分を生物処理槽内壁に固定して設置してもよい。

　なお、揺動性担体は、シート１の長手方向が生物処理槽の深さ方向となるように生物処理槽内に設けられるが、シート１の短手方向については、生物処理槽の有機性排水（原水）の流入側から流出側への通水方向であっても通水方向と交差する方向でもいずれでもよい。

［有機性排水の生物処理槽］
　本発明の有機性排水の生物処理槽は、上述のような本発明の揺動性担体を好ましくは上述の好適な担体充填率で設けたことを特徴とする。

　図３，４は、このような本発明の生物処理槽の実施の形態を示す斜視図であって、図３の生物処理槽２１は、揺動性担体のシート１のシート面が有機性排水（原水）の通水方向と交差（直交）する方向となるように前述の配列体３を設けたものである。図３において、２２は処理水流出配管である。また、図４の生物処理槽３１は揺動性担体のシート１のシート面が有機性排水（原水）の通水方向となるように前述の配列体３をユニット化したものを設けたものであり、図４において３２は処理水流出配管である。このように、生物処理槽の幅や長さに応じて揺動性担体の数を増やして短絡流を防止することが、処理を確実に行う上で好ましい。

　なお、シート１をユニット化しない場合は例えば槽内のシート設置場所に複数の棒状部材を設置し、各配列体３の固定具２を留め具（結束バンド、金属製フック、ピアノ線等）で複数の棒状部材に固定することにより、生物処理槽にシート１を設置することができる。

［有機性排水の生物処理装置及び生物処理方法］
　本発明の有機性排水の生物処理装置及び生物処理方法は、上述のような本発明の生物処理槽を用いて生物処理を行うことを特徴とするものである。以下に、図５～８を参照して本発明の有機性排水の生物処理装置及び生物処理方法の実施の形態を詳細に説明する。

　図５～８は本発明の有機性排水の生物処理装置及び方法の実施の形態を示す系統図である。
　図５～８において、４１は第一生物処理槽、４２は第二生物処理槽、４３は膜分離装置、４４は無酸素槽、４１Ａ，４２Ａは散気管、５０は微小動物保持担体、４４Ａは攪拌手段であり、図５～７において同一機能を奏する部材には同一符号を付してある。

　図５の態様では、原水（有機性排水）は第一生物処理槽４１に導入され、分散性細菌（非凝集性細菌）により、有機成分(溶解性ＢＯＤ)の７０％以上、望ましくは８０％以上、さらに望ましくは８５％以上が酸化分解される。この第一生物処理槽４１のｐＨは６以上、望ましくは８以下とする。ただし、原水中に油分を多く含む場合や電子産業排水、液晶排水、溶剤排水を処理する場合にはｐＨは８以上としても良い。

　また、第一生物処理槽４１への通水は、通常一過式とされ、第一生物処理槽４１のＢＯＤ容積負荷は１ｋｇ／ｍ^３／ｄ以上、例えば１～２０ｋｇ／ｍ^３／ｄ、ＨＲＴ（原水滞留時間）は２４ｈ以下、好ましくは８ｈ以下、例えば０．５～８ｈとすることで、分散性細菌が優占化した処理水を得ることができ、また、ＨＲＴを短くすることでＢＯＤ濃度の低い排水を高負荷で処理することができる。

　第一生物処理槽４１には、後段の生物処理槽からの汚泥の一部を返送したり、この第一生物処理槽４１を二槽以上の多段構成としたり、担体を添加したりすることにより、ＢＯＤ容積負荷５ｋｇ／ｍ^３／ｄ以上の高負荷処理も可能となる。

　第一生物処理槽４１に担体を添加する場合、担体の形状は、球状、ペレット状、中空筒状、糸状、板状等の任意であり、大きさも０．１～１０ｍｍ程度の径において任意である。また、担体の材料も天然素材、無機素材、高分子素材等任意であり、ゲル状物質を用いても良い。また、第一生物処理槽４１に添加する担体の充填率が高い場合、分散菌は生成せず、細菌は担体に付着するか、糸状性細菌が増殖する。そこで、第一生物処理槽４１に添加する担体の充填率を２０％以下、望ましくは１０％以下とすることで、濃度変動に影響されず、捕食しやすい分散菌の生成が可能になる。

　また、この第一生物処理槽４１は溶存酸素（ＤＯ）濃度を１ｍｇ／Ｌ以下、好ましくは０．５ｍｇ／Ｌ以下として、糸状性細菌の増殖を抑制しても良い。
　なお、第一生物処理槽４１で溶解性有機物を完全に分解した場合、第二生物処理槽４２ではフロックが形成されず、また、微小動物増殖のための栄養も不足し、圧密性の低い汚泥のみが優占化した生物処理槽となる。従って、第一生物処理槽４１での有機成分の分解率は１００％ではなく、９５％以下、望ましくは８５～９０％となるようにすることが好ましい。

　第一生物処理槽４１の処理水（第一生物処理水）は、後段の第二生物処理槽４２に通水し、ここで、残存している有機成分の酸化分解、分散性細菌の自己分解及び微小動物の捕食による余剰汚泥の減量化を行う。本発明において、この第二生物処理槽４２には、前述の本発明の揺動性担体が微小動物保持担体５０として、前述の好適な充填率で設けられている。

　第二生物処理槽４２では、細菌に比べ増殖速度の遅い微小動物の働きと細菌の自己分解を利用するため、微小動物と細菌が系内に留まるような運転条件及び処理装置を用いる必要がある。そこで第二生物処理槽４２には、汚泥返送を行う活性汚泥法又は膜式活性汚泥法を用いることが望ましい。また、この第二生物処理槽４２は二槽以上の多段構成としても良い。膜式活性汚泥法の場合、膜分離装置は槽内型（生物処理槽内浸漬型、生物処理槽／膜浸漬槽別置型）、槽外型のいずれでもよいが、生物処理槽／膜浸漬槽別置型や槽外型とすることにより、高負荷時に捕食が遅れた分散菌による膜の目詰まりを防止することができる。

　本発明においては、この第二生物処理槽４２内に微小動物保持担体５０を設けることにより、微小動物、特に分散菌を効率的に捕食して汚泥の固液分離性と処理水質向上に寄与する固着性の濾過捕食型微小動物の槽内保持量を高める。

　即ち、前述の如く、第二生物処理槽４２では、分散状態の菌体を捕食する濾過捕食型微小動物だけでなく、フロック化した汚泥を捕食できる凝集体捕食型微小動物も増殖する。後者は遊泳しながら、フロックを捕食するため、優先化した場合、汚泥は食い荒らされ、固液分離性の悪い微細化したフロック片が散在する汚泥となる。

　そこで、本発明では、この第二生物処理槽４２において、槽汚泥を定期的に入れ替える、即ち、微小動物や糞を間引くため、ＳＲＴ（固形分滞留時間）を望ましくは６０日以下、より望ましくは４５日以下、さらに望ましくは１０日以上４５日以下の範囲内で一定に制御する。ただし、第二生物処理槽４２内の汚泥濃度（ＭＬＳＳ）が２０００ｍｇ／Ｌ以下となる場合は、ＳＲＴ＞６０日としてもよい。ここで、ＳＲＴ＝（槽内汚泥濃度×曝気槽容積）÷(引き抜き汚泥濃度×１日当たりの引き抜き量)であり、槽内汚泥濃度（ＭＬＳＳ）は浮遊汚泥の濃度を指し、担体付着汚泥分は含めない。
　その上で、分散状態の菌体を捕食する濾過捕食型微小動物を第二生物処理槽４２内に十分に維持するために、第二生物処理槽４２内に微小動物保持担体５０を設ける。即ち、この種の微小動物は汚泥フロックに固着し、系内に維持されるが、汚泥は一定の滞留時間で系外へ引き抜かれるため、供給源を系内に設ける必要がある。この時、担体を粒状や角型の流動床とすると、流動のための剪断力で、高濃度での安定保持ができないだけでなく、流動床で有機物が完全に処理され、汚泥フロックの微細化、これによる膜の閉塞につながる。そこで、本発明では、第二生物処理槽４２に設ける担体として、前述の本発明の揺動性担体を用いて微小動物を安定に保持させる。

　本発明において、第二生物処理槽４２へ投入する第一生物処理水中に有機物が多量に残存した場合、その酸化分解は後段の処理槽で行われることになる。微小動物が多量に存在する第二生物処理槽４２で細菌による有機物の酸化分解が起こると、微小動物の捕食から逃れるための対策として、捕食されにくい形態で増殖することが知られており、このように増殖した細菌群は微小動物により捕食されず、これらの分解は自己消化のみに頼ることとなり、汚泥発生量低減の効果が下がってしまう。そこで、前述のように、第一生物処理槽４１では有機物の大部分、すなわち７０％以上、望ましくは８５～９０％を分解し、菌体へと変換しておく必要がある。しかし、一方で、二段目以降への有機物負荷が極端に低いと、槽内に定着していた菌は減少し、微小動物や細菌の保持が困難になる。よって、二段目以降の生物処理槽への有機物汚泥負荷が適切な範囲内になるよう制御する必要がある。ここで、指標をＢＯＤとすると、第一生物処理槽４１で除去し切れなかった難分解性有機物を低く見積もる場合がある。そこで、指標としては溶解性ＴＯＣ汚泥負荷を適用することが最も有効であり、第二生物処理槽４２への溶解性ＴＯＣ汚泥負荷が０．００５～０．０５ｋｇ－溶解性ＴＯＣ／ｋｇ－ＭＬＳＳ／ｄとなるように運転することが望ましい。ここでは、ＭＬＳＳは浮遊汚泥と担体付着汚泥を示す。

　図５において、第二生物処理槽４２からの処理水は、槽外型の膜分離装置４３に送給し、膜分離装置４３の透過水を処理水として取り出すと共に、濃縮水を第二生物処理槽４２の上流に返送し、余剰汚泥を第二生物処理槽４２から直接引き抜く。このように固液分離手段として膜分離装置４３を用いた場合、本発明によれば、凝集体捕食型微小動物の増殖が抑制されるために、従来の活性汚泥の膜分離処理におけるような膜の目詰りの問題が軽減され、膜フラックスを安定させて薬品洗浄頻度を低減することができると共に、突発的な汚泥の分散化を防ぐことができ、膜分離装置の運転管理を容易にすることができる。

　槽外型の膜分離装置４３としては特に制限はなく、限外濾過（ＵＦ）膜分離装置、精密濾過（ＭＦ）膜分離装置等を用いることができる。

　図６に示す態様は、原水の一部、例えば、５～５０％程度を、第一生物処理槽４１を経ることなく直接第二生物処理槽４２に導入する点が図５に示す態様と異なり、その他は同様の構成とされている。このように、原水の一部を直接第二生物処理槽４２に導入することにより、原水変動時（負荷低下時）の第二生物処理槽の負荷不足を回避できるという効果が奏される。なお、生物処理槽が三段以上の多段の場合も、二段目以降の有機物負荷が低いときは、例えば図６のように有機性排水の一部をバイパスして一段目の生物処理槽を経ることなく二段目以降の生物処理槽に導入することにより二段目以降の生物処理においても好ましい汚泥負荷に維持することができる。

　図７に示す態様は、微小動物を保持する第二生物処理槽４２内の汚泥の一部を引き抜いて無酸素槽４４で処理した後返送することにより、微小動物保持生物処理槽４２内で、凝集体捕食型微小動物の増殖を更に抑制して濾過捕食型微小動物を優先的に増殖させるようにしたものであり、その他は、図５の態様と同様の構成とされている。

　即ち、このように、無酸素槽４４を設け、この無酸素槽４４に第二生物処理槽４２から引き抜いた汚泥を所定時間滞留させることにより、遊泳性の微小動物の増殖を阻害することで、生物相の安定化を図る。この場合、第二生物処理槽４２には微小動物保持担体５０が設けられており、濾過捕食型微小動物は担体５０側に一定量が保持されるため、濾過捕食型微小動物の増殖が阻害されることはない。第二生物処理槽４２から引き抜かれ、無酸素槽４４で処理された汚泥は第二生物処理槽４２に返送される。

　第８図に示す態様は、第二生物処理槽４２から、無酸素槽４４への汚泥の送給を行わず、膜分離装置４３から第二生物処理槽４２への汚泥返送の途中で分岐して、返送汚泥の一部を第二生物処理槽４２へ、残部を無酸素槽４４に返送するようにしたものであり、その他は、図７の態様と同様の構成とされている。
　このように無酸素槽４４への汚泥送給を膜分離装置４３から行うことにより、汚泥移送のためのポンプの設置台数を削減することができる。

　図７において、第二生物処理槽４２から無酸素槽４４へ引き抜く汚泥量、及び無酸素槽４４での汚泥の滞留時間は、処理状況に応じて適宜決定されるが、通常汚泥の引き抜き量は槽容量に対して１／３０倍量／日以上、また、無酸素槽４４での汚泥の滞留時間は０．５時間以上とすることが好ましい。図８における膜分離装置４３から無酸素槽４４への汚泥送給量、及び無酸素槽４４での汚泥の滞留時間についても図７における汚泥引き抜き量及び無酸素槽４４での汚泥の滞留時間と同等とされる。

　本発明において、無酸素槽４４では、微小動物の増殖を阻害するため、ＯＲＰを０ｍＶ以下とする必要がある。そのため、無酸素槽４４では曝気は行わず、機械攪拌のみとすることが望ましい。また、ＯＲＰの低下を促進するために第一生物処理水や原水の一部を通水し、酸生成反応や脱窒反応によりＯＲＰを下げるようにしても良い。

　また、無酸素槽４４でのＯＲＰ低下（脱窒反応、酸生成反応）を安定して進行させるため、無酸素槽４４に担体を添加しても良い。無酸素槽４４でのＯＲＰが低ければ、遊泳性微小動物の活性低下は促進されるため、無酸素槽４４での第二生物処理槽汚泥の滞留時間を短くでき、無酸素槽４４を小型化することができる。添加する担体の形状は流動床の場合は球状、ペレット状、中空筒状、糸状の任意であり、大きさも０．１～１０ｍｍ程度の径で任意である。固定床を用いても良く、その場合の担体の形状は、糸状、板状等任意である。更に、材料についても天然素材、無機素材、高分子素材等任意で、ゲル状物質を用いても良い。
　無酸素槽４４に担体を添加する場合、その充填率は流動床、固定床の形式の違いや材質により異なるが、０．５～４０％とすることが望ましい。

　図５～８は、本発明の実施の形態の一例を示すものであり、本発明は何ら図示のものに限定されない。例えば、第一生物処理槽、第二生物処理槽は、前述の如く、二段以上の多段構成としてもよく、従って、本発明では、生物処理槽を三段以上に設けてもよい。また、生物処理水の固液分離は、膜分離装置に限らず、沈殿池を用いた汚泥返送方式や、一過式処理後に沈殿槽を用いて凝集、沈降分離を行うものであってもよく、また、この固液分離は浮上分離であってもよい。

　いずれの態様においても、本発明によれば、第二生物処理槽以降の生物処理槽に微小動物保持担体として本発明の揺動性固定床担体を設けることにより、濾過捕食型微小動物を安定に維持することで、汚泥減量と処理水水質の向上とを両立させることができ、この第二生物処理槽以降の生物処理水を膜分離装置で固液分離することにより、膜分離装置の膜の閉塞を防止して、安定した高負荷処理が可能となる。また、第二生物処理槽以降の生物処理水を凝集沈降分離する場合においては、凝集剤の添加量を低減することができる。

　以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明する。

［実施例１］
　図５に示す如く、容量が３６Ｌの第一生物処理槽４１と、容量が１５０Ｌの第二生物処理槽４２と、ＵＦ膜分離装置４３とを連結させた実験装置を用いて、本発明による有機性排水の処理を行った。原水は、ＣＯＤ_Ｃｒ：１０００ｍｇ／Ｌ，ＢＯＤ：６４０ｍｇ／Ｌの人口基質を含むものである。
　各生物処理槽の処理条件は次の通りとした。

＜第一生物処理槽＞
　ＤＯ：０．５ｍｇ／Ｌ
　ＢＯＤ容積負荷：３．８５ｋｇ－ＢＯＤ／ｍ^３／ｄ
　ＨＲＴ：４ｈ
　ｐＨ：７．０
＜第二生物処理槽＞
　ＤＯ：４ｍｇ／Ｌ
　担体充填率：２％
　ＨＲＴ：１７ｈ
　ＳＲＴ：３０日
　ｐＨ：７．０
　溶解性ＴＯＣ汚泥負荷：０．０１ｋｇ－溶解性ＴＯＣ／ｋｇ－ＭＬＳＳ／ｄ

　なお、第二生物処理槽４２の担体５０としてはシート状の軟質ポリウレタンフォーム（長さ１００ｃｍ×幅３０ｃｍ×厚み１ｃｍ／１枚；発泡セルの平均孔径０．１ｍｍ；セル数５０個／２５ｍｍ）1枚を用い、槽内に縦長に配置した（担体の長手方向を槽の深さ方向とする。）。なお、このとき揺動性担体の見掛け表面積（ｍ^２）／第二生物処理槽容積（ｍ^３）＝４．１（ｍ^－１）、揺動性担体の充填率は２％であった。
　担体５０は、上下両端をフレームに固定し、このフレームを第二生物処理槽の内壁面に留め付けて固定した。

　装置全体でのＢＯＤ容積負荷は０．７３ｋｇ－ＢＯＤ／ｍ^３／ｄであり、装置全体でのＨＲＴは２１ｈであった。

　その結果、第二生物処理槽４２内の汚泥フロック、担体５０には固着性の濾過捕食型微小動物（ツリガネムシ、ヒルガタワムシ）が優先化し、汚泥転換率は０．１ｋｇ－ＭＬＳＳ／ｋｇ－ＣＯＤ_Ｃｒとなった。
　処理水（膜分離装置４３の透過水）水質は、溶解性ＣＯＤ_Ｃｒ濃度が２０ｍｇ／Ｌ未満と、試験期間中、常時良好な状態を維持していた。
　また、膜分離装置４３の膜間差圧の上昇はほとんど無く、１ヶ月以上薬品洗浄を行わなくても、安定したフラックスを維持することができた。

［比較例１］
　第二生物処理槽４２の担体５０として紐状物（１ｍのポリエステルの縦糸に横糸を１ｃｍ間隔に２本ずつ固定したもの）を２本用い紐状物の延伸方向が深さ方向になるようにしてそれぞれ上端と下端を固定具を用いて槽内に固定して形成した揺動性固定床を用いたことを除いて実施例１と同じ条件で処理を行った。
　その結果、汚泥フロック、担体には濾過捕食型微小動物(ツリガネムシ、ヒルガタワムシ)と凝集体捕食型微小動物が混在し、汚泥もやや解体していた。汚泥転換率は０．１２ｋｇ－ＭＬＳＳ／ｋｇ－ＣＯＤ_Ｃｒで、処理水水質は溶解性ＣＯＤ_Ｃｒ濃度が３０ｍｇ／Ｌ未満だったが、膜分離装置４３の差圧上昇は実施例１より大きく１週間に一度の薬品洗浄が必要となった。

［参考例１］
　第二生物処理槽４２の担体５０として用いたシート状の軟質ポリウレタンフォームの寸法を、長さ１００ｃｍ×幅５ｃｍ×厚み１ｃｍ（最も広い面の見掛け表面積：５００ｃｍ^２）とし、揺動性担体の見掛け表面積（ｍ^２）／第二生物処理槽容積（ｍ^３）＝０．８（ｍ^－１）としたこと以外は実施例１と同じ条件で処理を行った。
　その結果、汚泥フロック、担体には濾過捕食型微小動物(ツリガネムシ、ヒルガタワムシ)と凝集体捕食型微小動物が混在し、汚泥もやや解体していた。汚泥転換率は０．１１ｋｇ－ＭＬＳＳ／ｋｇ－ＣＯＤ_Ｃｒで処理水水質は溶解性ＣＯＤ_Ｃｒ濃度が３０ｍｇ／Ｌ未満だったが、膜分離装置４３の差圧上昇は実施例１より大きく２週間に一度の薬品洗浄が必要となった。

　本発明を特定の態様を用いて詳細に説明したが、本発明の意図と範囲を離れることなく様々な変更が可能であることは当業者に明らかである。
　なお、本出願は、２０１１年１２月９日付で出願された日本特許出願（特願２０１１－２７０２７０）に基づいており、その全体が引用により援用される。

Claims

　微小動物による生物処理において、生物処理槽内に設けられる微小動物保持用の揺動性担体であって、発泡プラスチック製のシート状物を有することを特徴とする揺動性担体。
　請求項１において、前記シート状物は、前記生物処理槽の深さ方向（長手方向）の長さが１００～４００ｃｍで短手方向の長さが５～２００ｃｍで厚みが０．５～５ｃｍであることを特徴とする揺動性担体。
　請求項１又は２において、前記シート状物は、見掛け表面積が５００ｃｍ^２以上の面を少なくとも２面有することを特徴とする揺動性担体。
　請求項１ないし３のいずれか１項において、前記発泡プラスチックの２５ｍｍの長さの範囲に存在するセル数が、５個／２５ｍｍ以上、１２５個／２５ｍｍ以下で、発泡セルの平均孔径が０．０５～１０ｍｍであることを特徴とする揺動性担体。
　請求項１ないし４のいずれか１項において、前記シート状物は、軟質ポリウレタンフォームよりなることを特徴とする揺動性担体。
　有機性排水中の有機物を除去する生物処理槽において、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の微小動物保持用の揺動性担体を備えることを特徴とする有機性排水の生物処理槽。
　有機性排水中の有機物を除去する生物処理方法において、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の微小動物保持用の揺動性担体を設けた生物処理槽に該有機性排水を通水することを特徴とする有機性排水の生物処理方法。
　二段以上の多段に設けられた好気性生物処理槽を備え、第一生物処理槽に有機性排水を導入して細菌により生物処理し、第一生物処理槽からの分散状態の細菌を含む第一生物処理水を第二生物処理槽以降の生物処理槽に通水して生物処理する有機性排水の生物処理装置において、
　該第二生物処理槽以降の少なくとも一つの生物処理槽が請求項６に記載の生物処理槽であることを特徴とする有機性排水の生物処理装置。
　二段以上の多段に設けられた好気性生物処理槽の第一生物処理槽に有機性排水を導入して細菌により生物処理し、第一生物処理槽からの分散状態の細菌を含む第一生物処理水を第二生物処理槽以降の生物処理槽に通水して生物処理する有機性排水の生物処理方法において、
　該第二生物処理槽以降の少なくとも一つの生物処理槽として請求項６に記載の生物処理槽を用いることを特徴とする有機性排水の生物処理方法。