WO2013103124A1

WO2013103124A1 - 有機性排水の生物処理方法及び装置

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Publication number: WO2013103124A1
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Inventors: 繁樹藤島
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Description

有機性排水の生物処理方法及び装置

　本発明は、生活排水、下水、食品工場、パルプ工場、半導体製造排水、液晶製造排水といった広い濃度範囲の有機性排水の処理に利用することができる有機性排水の生物処理方法及び装置に関するものであり、特に、処理水質を悪化させることなく、処理効率を向上させ、かつ、余剰汚泥発生量の低減が可能な有機性排水の生物処理方法及び装置に関する。

　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、大量の余剰汚泥が発生する。活性汚泥法には、汚泥と処理水との固液分離に膜分離装置を利用する膜式活性汚泥法と、沈殿池を用いる沈殿池型の活性汚泥法とがある。

　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％程度であり、通常の活性汚泥法より高くなる。

　特許文献１には、有機性排水をまず、第一処理槽で細菌により処理し、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、第二処理槽で固着性原生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。特許文献１には、この方法によると、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記載されている。

　このように細菌の高位に位置する原生動物や後生動物の捕食を利用した廃水処理方法は、多数考案されている。例えば、特許文献２には、特許文献１の処理方法で問題となる原水の水質変動による処理性能悪化の対策が記載されている。具体的な方法としては、「被処理水のＢＯＤ変動を平均濃度の中央値から５０％以内に調整する」、「第一処理槽内および第一処理水の水質を経時的に測定する」、「第一処理水の水質悪化時には微生物製剤または種汚泥を第一処理槽に添加する」等の方法をあげている。

　特許文献３は、細菌、酵母、放線菌、藻類、カビ類や廃水処理の初沈汚泥や余剰汚泥を原生動物や後生動物に捕食させる際に超音波処理または機械攪拌により、捕食されるフロックのフロックサイズを動物の口より小さくさせる方法を提案している。

　流動床と活性汚泥法の多段処理による有機性排水の生物処理方法としては、特許文献４に記載のものがある。この方法では、後段の活性汚泥法をＢＯＤ汚泥負荷０．１ｋｇ－ＢＯＤ／ｋｇ－ＭＬＳＳ／ｄの低負荷で運転することで、汚泥を自己酸化させ、汚泥引き抜き量を低減できる。

特開昭５５－２０６４９号公報特開２０００－２１０６９２号公報特開昭５５－２０６４９号公報特許第３４１０６９９号公報

　上記の微小動物の捕食作用を利用した多段活性汚泥法は、実際に有機性廃水処理に用いられており、対象とする排水によっては処理効率の向上、発生汚泥量の減量化は可能である。しかしながら、この汚泥減量効果は安定しないことが多い。

　例えば、図５のように多段活性汚泥法の後段側の槽に流動床担体を添加することにより、微小動物の安定した維持は可能となるが、分離スクリーンが必要になったり、担体により酸素溶解効率が低下する等の課題がある。

　本発明は上記従来の問題点を解決し、多段活性汚泥法を適用した有機性排水の生物処理において、発生汚泥量を大幅に減量化すると共に、高負荷運転による処理効率の向上と、安定した処理水質を図る有機性排水の生物処理方法及び装置を提供することを課題とする。

　本発明の有機性排水の生物処理方法は、ＣＯＤ_Ｃｒ容積負荷１ｋｇ／ｍ^３／ｄ以上の有機性排水を多段に設けられた生物処理槽で生物処理する有機性排水の生物処理方法において、第一段の生物処理槽において、分散菌による有機物の分解により分散菌の増加した第一生物処理水を生成させ、最後段の生物処理槽に揺動床担体を設置し、該揺動床担体に生物膜を付着させ、該最後段生物処理槽の最後段生物処理水を最後段生物処理槽の槽内又は槽外においてＬＶ１～２０ｍ／ｈの上向流で沈降分離し、沈降汚泥をいずれかの生物処理槽へ返送することを特徴とする。

　本発明の有機性排水の生物処理装置は、ＣＯＤ_Ｃｒ容積負荷１ｋｇ／ｍ^３／ｄ以上の有機性排水を多段で生物処理する有機性排水の生物処理装置において、第一段の生物処理槽において、分散菌による有機物の分解により分散菌の増加した第一生物処理水を生成させ、最後段の生物処理槽に揺動床担体を設置し、該揺動床担体に生物膜を付着させ、最後段生物処理水を生成させる有機性排水の生物処理装置であって、最後段生物処理槽の槽内又は槽外に設けられた、最後段生物処理水をＬＶ１～２０ｍ／ｈの上向流で沈降分離する沈降分離手段と、沈降汚泥をいずれかの生物処理槽へ返送する返送手段とを備えたことを特徴とする。

　本発明の一態様では、前記沈降分離を無凝集方式で行う。なお、本発明において「無凝集方式」とは、通常運転時において、生物処理槽から沈降分離手段までに連続的にも間欠的にも凝集剤を添加しない運転方式を表わす。汚泥が少ない装置の立ち上げ時や汚泥解体のトラブル発生時などに一時的に凝集剤を添加することは、「通常運転時の凝集剤添加」に該当しないので、装置の立ち上げ時やトラブル発生時などに一時的に凝集剤を添加しても、「無凝集方式」に含まれる。また、実質的に凝集処理が行われない程度の少量の凝集剤を添加する場合も無凝集方式に含まれるものとする。なお、この実質的に凝集処理が行われない程度の少量の凝集剤の添加量とは、用いる凝集剤の種類によっても異なるが、常時添加に換算して、無機凝集剤１００ｍｇ／Ｌ以下、高分子凝集剤１ｍｇ／Ｌ以下である。また、本発明は沈降分離で得られた上澄水を凝集処理することを何ら排除するものではない。

　本発明の別の一態様では、最後段生物処理水を槽内で沈降分離するために、最後段生物処理槽の排水出口側に仕切りを設けて上昇流路を形成し、この上昇流路に槽内の液をＬＶ１～２０ｍ／ｈで上向流通水して汚泥を沈降分離し、沈降した汚泥を最後段生物処理槽内に戻し、該上昇流路を上昇した上澄水を槽外に排出する。

　前記揺動床担体としては、シート状の発泡プラスチックが好適である。

　本発明では、微小動物の捕食作用を利用した有機性排水の生物処理方法及び装置において、分散菌を捕食する固着性の濾過捕食型微小動物の足場として揺動床担体を設ける。かかる揺動床担体により、沈降性の良い汚泥が生成されるので、生物処理後の沈降分離で一般的に採用されている０．５ｍ／ｈ以下のＬＶよりも、高ＬＶ（１～２０ｍ／ｈ）で沈降分離する。
　この沈降分離を無凝集方式とすることも可能である。無凝集方式の沈降分離によると、沈降性の悪い汚泥を槽外に排出し、沈降性の良い汚泥を選択的に槽内に保持することができる。この結果、揺動床担体だけでなく沈降性の良い汚泥も微小動物の足場として利用し、微生物濃度を高く維持することができる。

　沈降分離手段としては、最後段生物処理槽の出口側に仕切りを設け、槽内水をＬＶ１～２０ｍ／ｈの上向流で通水し、浮上しない沈降性の良い汚泥のみを槽内に残すようすることが好ましい。沈降分離手段として、最後段生物処理槽の後段に沈殿槽を設けてもよい。

　揺動床担体をシート状の発泡プラスチックとすることで、より沈降性の良い汚泥を生成させ、槽内に保持することができる。

本発明の有機性排水の生物処理方法及び装置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方法及び装置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方法及び装置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方法及び装置の実施の形態を示す系統図である。比較例を示す系統図である。比較例を示す系統図である。

　以下に図面を参照して本発明の有機性排水の生物処理方法及び装置の実施の形態を詳細に説明する。図１～４は本発明の有機性排水の生物処理方法及び装置の実施の形態を示す系統図である。

　図１～４において、１は第一生物処理槽、２は第二生物処理槽、１１，２１は散気管、１２は流動床担体、１６は担体分離用スクリーン、２２は揺動床担体である。図１～３において、２３は第二生物処理槽２に設けられた仕切板、２４は上昇流路であり、この上昇流路２４において汚泥が沈降分離される。なお、図１～４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１の態様では、ＢＯＤ容積負荷１ｋｇ／ｍ^３／ｄ以上例えば１～２０ｋｇ／ｍ^３／ｄにて原水（有機性排水）を第一生物処理槽１に導入し、散気管１１で曝気し、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％以上を酸化分解する。この第一生物処理槽１のｐＨは好ましくは６～８．５とする。ただし、食品製造排水など原水中に油分を多く含む場合や、半導体製造排水や液晶製造排水など原水中に有機性の溶媒や洗浄剤を多く含む場合には分解速度を高くするため、ｐＨは８～９としても良い。

　第一生物処理槽１への通水は、一過式とする。第一生物処理槽１のＢＯＤ容積負荷を１ｋｇ／ｍ^３／ｄ以上、例えば１～２０ｋｇ／ｍ^３／ｄ、ＨＲＴ（原水滞留時間）を２４ｈ以下、好ましくは８ｈ以下、例えば０．５～８ｈとすることにより、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１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１を二槽以上の多段構成としたり、流動床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。

　流動床担体の形状は、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（径）は０．１～１０ｍｍ程度である。担体の材料は、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。

　第一生物処理槽１に添加する担体の充填率が過度に高い場合、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１に添加する担体の充填率を１０％以下、望ましくは５％以下、例えば０．５～５％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。担体の充填率は、第一生物処理槽１内の液の容積に対する担体の容積の比率を表わす。

　第一生物処理槽１の溶存酸素（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。

　第一生物処理槽１の処理水（第一生物処理水）を、後段の第二生物処理槽２に通水し、曝気し、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。微小動物としては、ヒルガタワムシ類、ツリガネムシなどの濾過捕食型微小動物が好適である。

　最後段の生物処理槽（この実施の形態では第二生物処理槽２）には、その出口部を囲むように仕切板２３が設けられ、上昇流路２４と生物処理室とに区画されている。この仕切板２３の上端は第二生物処理槽２の水面から突出している。仕切板２３の下端は第二生物処理槽２の水面から２ｍ以上、特に３～４ｍ下方に位置している。仕切板２３は第二生物処理槽２の一部の側壁と対面しており、この側壁と仕切板２３との間が上昇流路２４となっている。上昇流路２４の下部は第二生物処理槽２内の生物処理室に連通している。上昇流路２４の上部から、槽２の出口部を介して上澄水が槽２外に流出する。散気管２１は上昇流路２４から離れて設置されており、上昇流路２４の下方には散気管２１は存在しない。これは、散気管２１からの気泡が直接に上昇流路２４に流入しないようにするためである。

　第二生物処理槽２内の汚泥混合水がこの上昇流路２４を上昇する間に汚泥が沈降する。本発明では、この上昇流路２４における上昇流のＬＶを１～２０ｍ／ｈ好ましくは３～１５ｍ／ｈとする。なお、第二生物処理槽２の生物処理室には余剰汚泥の取出管２５が設けられている。上昇流路２４内で沈降した汚泥は第二生物処理槽２内に戻る。上昇流路２４を上昇して汚泥が分離された上澄水が出口部から槽２外に流出する。流出する上澄水には、沈降性の悪い汚泥が含まれることがある。

　第二生物処理槽２の溶存酸素（ＤＯ）濃度は１～４ｍｇ／Ｌ程度が好適である。
　第二生物処理槽２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２には、揺動床担体２２を設置し、その表面に汚泥を付着させて生物膜を形成する。この揺動床担体を設置することにより、微小動物の槽内保持量が多くなる。揺動床担体２２は散気管２１の上方に配置されることが望ましい。

　揺動床担体は、微小動物が産卵・生育しやすい程度に広い見かけ表面積を有することが好ましい。また、揺動床担体は、たわみ性を有し、通水を阻害せず、生物膜が剥がれやすいものが好ましい。揺動床担体としては、次の条件を満たす軟質シート状物が好ましい。
１）シート寸法は、槽の深さ方向の長さが１００～４００ｃｍであり、槽の水平方向の奥行が５～２００ｃｍであり、厚みが０．５～５ｃｍであることが好ましい。
２）見かけ表面積５００ｃｍ^２以上の面を少なくとも２面有することが好ましい。
３）素材は発泡合成樹脂（発泡プラスチック）特に軟質ポリウレタンフォームが好ましい。
４）汚泥が付着しやすく且つ適度に剥がれ易くするために、孔径が０．０５～１０ｍｍであることが好ましい。また、発泡セルのセル数が５～１２５個／２５ｍｍであることが好ましい。さらに、多孔質担体としては、発泡セルの分布が均一なものが好ましい。
　多孔質担体の発泡セルが多すぎたり、セル径が大きすぎたりすると、多孔質担体の機械的強度が小さくなるため、上記の通り、セル数／２５ｍｍ（２５ｍｍの長さの範囲に存在するセル数）として、上限値が１２５個／２５ｍｍ程度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の下限値は５個／２５ｍｍ程度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多孔質担体の写真を用い、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。

　第二生物処理槽２にこのような薄い板状ないし短冊状の軽量ポリウレタンフォームのような多孔質のシート状揺動床担体を設置すると、揺動床担体が、十分な弾力性を有し、槽内の水の流れの中でたわむことにより、薄くても十分な機械的強度を持ち、破損することがない。また、たわむことで槽内の通水を阻害することなく均一に混合され、担体の多孔質構造内にも均等に汚泥含有液が通水されるようになる。

　揺動床担体の好ましい設置形態は次の通りである。
（ｉ）揺動床担体を設置する生物処理槽において、〔揺動床担体の見かけ表面積〕／〔生物処理槽容積〕が１～５０［ｍ^－１］である。（負荷増加に合わせて担体量を増加させる。）
　なお、見かけ表面積は多孔質の内部の表面積を考慮しない外面の表面積であり、例えば直方体であれば６面の表面積の合計（長さ×幅×２＋長さ×厚さ×２＋厚さ×幅×２）でる。
（ii）揺動床担体の充填率は、微小動物による生物処理槽以降の生物処理槽（返送ラインに生物処理槽がある場合はそれも含む）の総容積の０．１～２０％である。（負荷増加に合わせて担体量増加）
（iii）揺動床担体として短冊状シートを、揺動床担体の長手方向が槽の深さ方向（鉛直下向き）となるように槽内に設置する。このとき揺動床担体の短手方向の向きは特に限定されず、例えば、槽への流入側から流出側への通水方向と略垂直となるように槽内に設置することができる。
（iv）第二生物処理槽の容量が担体の寸法に対し大きい場合には、担体の上下面に留め具を取り付けたものを複数枚用意し、これを第二生物処理槽の深さ方向および／又は幅方向に所定の枚数を並列させ、ＳＵＳ等の材質よりなる枠材に担体を取り付けた留め具を固定してユニット化し、更に、この担体ユニットを必要に応じて第二生物処理槽内の水の流れ方向に複数枚設けるようにする。

　第二生物処理槽２には、揺動床担体のほかにさらに流動床担体を充填してもよい。流動床担体としては、第一生物処理槽に用いられる前述のものが好適である。

　第二生物処理槽２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、０．５～３０％、特に１～１０％程度とすることが望ましい。

　微小動物による捕食を促進させるため、第二生物処理槽２のｐＨを７．０以下としても良い。

　第二生物処理槽２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、微細化したフロック片が散在する汚泥（沈降性の悪い汚泥）となる。また、このフロック片により、特に後段で膜分離を行う膜式活性汚泥法では膜の目詰まりが発生する。そこで、凝集体捕食型微小動物を間引くため、ＳＲＴ（汚泥滞留時間）を６０日以下望ましくは４５日以下の範囲内で一定に制御することが望ましい。ただしＳＲＴが１５日未満では不必要に頻繁すぎて凝集体捕食型微小動物だけでなく濾過捕食型微小動物の数が減少しすぎるのでＳＲＴを１５日以上とするのが好ましい。

　第一生物処理槽１では有機物の大部分、すなわち排水ＢＯＤの７０％以上、望ましくは８０％以上を分解し、菌体へと変換しておく必要があるが、第一生物処理槽１で溶解性有機物を完全に分解した場合、第二生物処理槽２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（沈降性の悪い汚泥）のみが優占化した生物処理槽となる。そこで、図２の通り、原水の一部をバイパスして第二生物処理槽２に供給し、第二生物処理槽２への溶解性ＢＯＤによる汚泥負荷が０．０２５ｋｇ－ＢＯＤ／ｋｇ－ＭＬＳＳ／ｄ以上となるように運転してもよい。この時のＭＬＳＳには担体付着分のＭＬＳＳも含む。

　ＬＶ１～２０ｍ／ｈの上向流で沈降分離した分離水に対して、より高度な処理水水質を得るために固液分離として膜分離、凝集沈殿、加圧浮上のいずれを行ってもよい。なお、凝集沈殿（図３）や加圧浮上を行うときは、凝集剤の添加量の低減することができる。図３では、第二生物処理槽２からの沈降分離後の上澄水を凝集槽４で凝集処理し、次いで固液分離槽（沈殿槽）５で沈殿処理して処理水と沈降汚泥とに分離する。

　凝集剤としては無機凝集剤又は無機凝集剤と有機高分子凝集剤を用いるのが好ましい。

　無機凝集剤としては、特に制限はなく、従来、排水の凝集沈殿処理に用いられている無機凝集剤をいずれも用いることができる。

　具体的には、硫酸第一鉄、硫酸第二鉄、塩化第一鉄、塩化第二鉄、ポリ硫酸第二鉄等の鉄系凝集剤、硫酸アルミニウム、塩化アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム等のアルミニウム系凝集剤等が挙げられる。

　これらの無機凝集剤は、１種を単独で用いても良く、２種以上を混合して用いても良い。

　無機凝集剤の添加量は、無機凝集剤の種類や原水の性状により異なり、一概には言えないが、通常５０～５００ｍｇ／Ｌ程度である。

　なお、無機凝集剤を添加する凝集処理においては、当該無機凝集剤に好適なｐＨ条件に調整することが好ましい。その場合、ｐＨ調整のために水酸化ナトリウム等のアルカリや硫酸、塩酸等の酸を用いることができる。

　このような無機凝集剤による凝集処理においては、凝集反応槽を７０～２００ｒｐｍ程度で攪拌することが好ましい。

　無機凝集剤による凝集処理で形成された凝集フロックの粗大化に用いる有機高分子凝集剤としては、特に限定はなく、排水の凝集処理で通常使用される有機高分子凝集剤であれば採用可能である。例えば、アニオン系であれば、ポリ（メタ）アクリル酸、（メタ）アクリル酸と（メタ）アクリルアミドの共重合物、及びそれらのアルカリ金属塩等が挙げられる。ノニオン系であれば、ポリ（メタ）アクリルアミド等が挙げられる。カチオン系であれば、ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレートもしくはその４級アンモニウム塩やジメチルアミノプロピル（メタ）アクリルアミドもしくはその４級アンモニウム塩等のカチオン性モノマーからなるホモポリマー、あるいはそれらカチオン性モノマーと共重合可能なノニオン性モノマーとの共重合体等が挙げられる。これらの有機高分子凝集剤は、１種を単独で用いても良く、２種以上を混合して用いても良い。

　有機高分子凝集剤の添加量は、有機高分子凝集剤の種類や原水の性状に応じて適宜決定されるが、通常、０．５～５ｍｇ／Ｌ程度である。

　このような有機高分子凝集剤による凝集処理においては、凝集反応槽を３０～１００ｒｐｍ程度で攪拌することが好ましい。

　図１～３では、第二生物処理槽２内の上昇流路２４で汚泥を沈降分離させているが、図４のように、第二生物処理槽２内の汚泥混合水を取り出し、固液分離槽３に導入して固液分離し、処理水と沈降汚泥とに分離し、沈降した汚泥（槽汚泥）の一部を第二生物処理槽２に返送し、残部を余剰汚泥として系外に取り出すようにしてもよい。この固液分離槽３の下部に汚泥混合水を導入し、ＬＶ１～２０ｍ／ｈで上昇させて固液分離する。上澄水は槽３の上部から取り出される。沈降した汚泥は槽３の底部から取り出される。なお、図４では、第二生物処理槽２の流出部に仕切板２３、トラフのいずれも設けられていない。

　図１～４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１、第二生物処理槽２の後段に第三生物処理槽を設けるなどして、生物処理槽を３段以上に設けてもよい。また、各槽は独立して設けられてもよく、１つのタンク内を仕切板で区画して各槽を形成してもよい。

　図１～４のいずれの態様においても、最終段の生物処理槽に揺動床担体２２を設けると共に、最後段生物処理水を最後段生物処理槽の槽内又は槽外においてＬＶ１～２０ｍ／ｈで沈降分離し、沈降汚泥をいずれかの生物処理槽へ返送することにより、凝集体捕食型微小動物の優先化を抑制し、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、安定した高負荷処理が可能となる。

　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（フロー：図１）］
　図１において、容量が８８Ｌの第一生物処理槽１(汚泥返送なし)と、１５０Ｌの第二生物処理槽２を用い、ＣＯＤ_Ｃｒ１２５０ｍｇ／Ｌ（ＢＯＤ８００ｍｇ／Ｌ）の有機性廃水（食品製造廃水）の処理を実施した。第二生物処理槽２には、図示の通り、仕切板２３によって区画された上昇流路２４が設けられている。この上昇流路２４に槽内の液をＬＶ５ｍ／ｈにて上向流にて流通させ、汚泥を沈降分離させた。沈降した汚泥は第二生物処理槽２内に戻り、上澄水は第二生物処理槽２から流出する。第二生物処理槽２内の余剰汚泥は取出管２５から取り出した。第一生物処理槽１のＤＯを０．５ｍｇ／Ｌとし、第二生物処理槽２はＤＯが２～３ｍｇ／Ｌとなるように運転した。

　第一生物処理槽１には充填率５％で５ｍｍ角の流動床担体１２を添加し、第二生物処理槽２には板状のポリウレタンフォーム(長さ１００ｃｍ、幅３０ｃｍ、厚さ１ｃｍ)よりなる揺動床担体２２を１枚設置した。第一生物処理槽に対するＣＯＤ_Ｃｒ容積負荷は８．６ｋｇ－ＣＯＤ_Ｃｒ／ｍ^３／ｄ、ＨＲＴ３．５ｈ、全体でのＣＯＤ_Ｃｒ容積負荷２ｋｇ－ＣＯＤ_Ｃｒ／ｍ^３／ｄ、ＨＲＴ９．５ｈの条件で運転した。

　その結果、処理水のＳＳは３０ｍｇ／Ｌであり、ＳＲＴ＝３０ｄで第二生物処理槽から引き抜いた余剰汚泥分と合わせた汚泥転換率は０．１５ｋｇ－ＳＳ／ｋｇ－ＣＯＤ_Ｃｒとなった。

［実施例２（フロー：図３）］
　図３の通り、第二生物処理槽２からの第２生物処理水に対し、凝集剤としてＰＡＣを５０ｍｇ／Ｌ及びアニオン系高分子凝集剤（栗田工業株式会社製　クリフロックＰＡ３３１）を１ｍｇ／Ｌ添加し、凝集槽４及び沈殿槽５によって、凝集沈殿処理を行った。図３の通り、第二生物処理槽２には仕切板２３及び上昇流路２４は設けられていない。それ以外は実施例１と同様の条件で運転した。

　その結果、処理水のＳＳは５ｍｇ／Ｌ以下で、凝集沈殿由来の汚泥とＳＲＴ＝３０ｄで第二生物処理槽から引き抜いた余剰汚泥分と合わせた汚泥転換率は０．１５ｋｇ－ＳＳ／ｋｇ－ＣＯＤ_Ｃｒ(ＰＡＣ分は除く)となった。

［実施例３（フロー：図１）］
　上昇流路２４のＬＶが１ｍ／ｈとなるように仕切板２３の位置を調整して上昇流路２４の水平断面積を５倍に大きくしたこと以外は実施例１と同一条件にて処理を行った。

　その結果、処理水のＳＳは３５ｍｇ／Ｌで、ＳＲＴ＝３０ｄで第二生物処理槽から引き抜いた余剰汚泥分と合わせた汚泥転換率は０．１６ｋｇ－ＳＳ／ｋｇ－ＣＯＤ_Ｃｒとなった。

［実施例４（フロー：図１）］
　上昇流路２４のＬＶが１５ｍ／ｈとなるように仕切板２３の位置を調整して上昇流路２４の水平断面積を１／３に小さくしたこと以外は実施例１と同一条件にて処理を行った。

　その結果、処理水のＳＳは４０ｍｇ／Ｌで、ＳＲＴ＝３０ｄで第二生物処理槽から引き抜いた余剰汚泥分と合わせた汚泥転換率は０．１６ｋｇ－ＳＳ／ｋｇ－ＣＯＤ_Ｃｒとなった。

［実施例５（フロー：図１）］
　上昇流路２４のＬＶが２０ｍ／ｈとなるように仕切板２３の位置を調整して上昇流路２４の水平断面積を１／４に小さくしたこと以外は実施例１と同一条件にて処理を行った。

　その結果、処理水のＳＳは５０ｍｇ／Ｌで、ＳＲＴ＝３０ｄで第二生物処理槽から引き抜いた余剰汚泥分と合わせた汚泥転換率は０．１６ｋｇ－ＳＳ／ｋｇ－ＣＯＤ_Ｃｒとなった。

［実施例６（フロー：図４）］
　図４において、容量が３６Ｌの第一生物処理槽１、１５０Ｌの第二生物処理槽２、及びＬＶ=５ｍ／ｈの固液分離槽３を用いた。第二生物処理槽２には仕切板２３及び上昇流路２４は設けられていない。その代り、固液分離槽３の沈降汚泥の一部を第二生物処理槽２に返送した。第一生物処理槽１には沈降汚泥を返送しなかった。その他は実施例１と同一条件にて処理を行った。

　その結果、処理水のＳＳは３０ｍｇ／Ｌで、ＳＲＴ＝３０ｄで第二生物処理槽から引き抜いた余剰汚泥分と合わせた汚泥転換率は０．１５ｋｇ－ＳＳ／ｋｇ－ＣＯＤ_Ｃｒとなった。

［比較例１（フロー：図１）］
　上昇流路２４のＬＶが０．５ｍ／ｈとなるように仕切板２３の位置を調整して上昇流路２４の水平断面積を１０倍大きくしたこと以外は実施例１と同一条件にて処理を行った。

　この比較例１では、仕切板２３で囲まれた上昇流路２４の水平断面積が、第二生物処理槽２の全体の水平断面積の約４０％を占めたので、相対的に生物処理室の容積が小さくなり、生物処理が十分に進行しなかった。処理水のＳＳは９０ｍｇ／Ｌで、ＳＲＴ＝３０ｄで第二生物処理槽から引き抜いた余剰汚泥分と合わせた汚泥転換率は０．２２ｋｇ－ＳＳ／ｋｇ－ＣＯＤ_Ｃｒとなった。

［比較例２（フロー：図１）］
　上昇流路２４のＬＶが２５ｍ／ｈとなるように仕切板２３の位置を調整して上昇流路２４の水平断面積を１／５に小さくしたこと以外は実施例１と同一条件にて処理を行った。

　この比較例２では、上昇流路２４の上向流速が大きく、汚泥の沈降分離が不十分となり、第二生物処理槽２から処理水と共に流出する汚泥量が増加した。その結果、処理水のＳＳは１００ｍｇ／Ｌとなり、ＳＲＴ＝３０ｄで第二生物処理槽から引き抜いた余剰汚泥分と合わせた汚泥転換率は０．２２ｋｇ－ＳＳ／ｋｇ－ＣＯＤ_Ｃｒとなった。

［比較例３（フロー：図５）］
　図５の通り、第二生物処理槽２に揺動床担体２２を設けなかった。第二生物処理槽２には充填率５％で５ｍｍ角の流動床担体（第一生物処理槽１に充填したものと同一の流動床担体）を添加し、流動床担体を分離するための担体分離スクリーン２６を設けた。それ以外は実施例６と同一条件で運転した。

　その結果、処理水のＳＳは２００ｍｇ／Ｌで、ＳＲＴ＝３０ｄで第二生物処理槽から引き抜いた余剰汚泥分と合わせた汚泥転換率は０．２３ｋｇ－ＳＳ／ｋｇ－ＣＯＤ_Ｃｒとなった。

［比較例４（フロー：図６）］
　固液分離槽を具備しないことを除き図４と同等である図６のフローに従って原水を処理した。図６の通り、第二生物処理槽からの流出液の固液分離及び余剰汚泥の返送を行わなかった。それ以外は実施例６と同一条件にて処理を行った。

　その結果、処理水のＳＳは３００ｍｇ／Ｌで、槽内からの汚泥引き抜きは行わず、汚泥転換率は０．２４ｋｇ－ＳＳ／ｋｇ－ＣＯＤ_Ｃｒ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、２０１２年１月６日付で出願された日本特許出願（特願２０１２－００１２８８）に基づいており、その全体が引用により援用される。

　１　第一生物処理槽
　２　第二生物処理槽
　３　固液分離槽
　１２　流動床担体
　１６，２６　担体分離スクリーン
　２２　揺動床担体
　２３　仕切板
　２４　上昇流路

Claims

　ＣＯＤ_Ｃｒ容積負荷１ｋｇ／ｍ^３／ｄ以上の有機性排水を多段に設けられた生物処理槽で生物処理する有機性排水の生物処理方法において、
　第一段の生物処理槽において、分散菌による有機物の分解により分散菌の増加した第一生物処理水を生成させ、
　最後段の生物処理槽に揺動床担体を設置し、該揺動床担体に生物膜を付着させ、
　該最後段生物処理槽の最後段生物処理水を最後段生物処理槽の槽内又は槽外においてＬＶ１～２０ｍ／ｈの上向流で沈降分離し、沈降汚泥をいずれかの生物処理槽へ返送することを特徴とする有機性排水の生物処理方法。
　請求項１において、前記最後段生物処理水を最後段生物処理槽の槽内又は槽外において無凝集方式で沈降分離することを特徴とする有機性排水の生物処理方法。
　請求項１又は２において、最後段生物処理水を最後段生物処理槽内で沈降分離するために、最後段生物処理槽の排水出口側に仕切りを設けて上向流の流路を形成し、最後段生物処理水をＬＶ１～２０ｍ／ｈで該流路に上向流通水し、沈降汚泥を最後段生物処理槽に戻し、該流路を上昇した上澄水を槽外に排出することを特徴とする有機性排水の生物処理方法。
　請求項１ないし３のいずれか１項において、揺動床担体が、シート状の発泡プラスチックであることを特徴とする有機性排水の生物処理方法。
　請求項４において、前記発泡プラスチックのセルの孔径が０．０５～１０ｍｍであり、セル数が５～１２５個／２５ｍｍであることを特徴とする有機性排水の生物処理方法。
　請求項１ないし５のいずれか１項において、第一生物処理槽の溶存酸素濃度が１ｍｇ／Ｌ以下であり、第二生物処理槽の溶存酸素濃度が１～４ｍｇ／Ｌであることを特徴とする有機性排水の生物処理方法。
　請求項１ないし６のいずれか１項において、第一生物処理槽のＢＯＤ容積負荷を１～２０ｋｇ／ｍ^３／ｄとすることを特徴とする有機性排水の生物処理方法。
　請求項１ないし７のいずれか１項において、第一生物処理槽の原水滞留時間（ＨＲＴ）が０．５～２４ｈであることを特徴とする有機性排水の生物処理方法。
　請求項１ないし８のいずれか１項において、第二生物処理槽のＳＲＴを１５～６０日とすることを特徴とする有機性排水の生物処理方法。
　ＣＯＤ_Ｃｒ容積負荷１ｋｇ／ｍ^３／ｄ以上の有機性排水を多段で生物処理する有機性排水の生物処理装置において、
　第一段の生物処理槽において、分散菌による有機物の分解により分散菌の増加した第一生物処理水を生成させ、
　最後段の生物処理槽に揺動床担体を設置し、該揺動床担体に生物膜を付着させ、最後段生物処理水を生成させる有機性排水の生物処理装置であって、
　最後段生物処理槽の槽内又は槽外に設けられた、最後段生物処理水をＬＶ１～２０ｍ／ｈの上向流で沈降分離する沈降分離手段と、
　沈降汚泥をいずれかの生物処理槽へ返送する返送手段と
を備えたことを特徴とする有機性排水の生物処理装置。
　請求項１０において、前記沈降分離手段は、前記最後段生物処理水を無凝集方式で沈降分離する手段であることを特徴とする有機性排水の生物処理装置。
　請求項１０又は１１において、最後段生物処理水を最後段生物処理槽内で沈降分離するために、前記沈降分離手段として最後段生物処理槽の排水出口側に仕切りを設けて上向流の流路を形成し、ＬＶ１～２０ｍ／ｈで該流路に上向流通水し、沈降汚泥を最後段生物処理槽に戻し、該流路を上昇した上澄水を槽外に排出することを特徴とする有機性排水の生物処理装置。
　請求項１０ないし１２のいずれか１項において、揺動床担体が、シート状の発泡プラスチックであることを特徴とする有機性排水の生物処理装置。
　請求項１３において、発泡プラスチックのセルの孔径が０．０５～１０ｍｍであり、セル数が５～１２５個／２５ｍｍであることを特徴とする有機性排水の生物処理装置。
　請求項１０ないし１４のいずれか１項において、第一生物処理槽及び第二生物処理槽にそれぞれ散気管が設けられていることを特徴とする有機性排水の生物処理装置。