JP2021030158A

JP2021030158A - 水処理方法及び水処理装置

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Publication number: JP2021030158A
Application number: JP2019153031A
Authority: JP
Inventors: 聖若山; Sei Wakayama; 長谷部　吉昭; Yoshiaki Hasebe; 吉昭長谷部; 將貴三宅; Masaki Miyake
Original assignee: Organo Corp; Japan Organo Co Ltd
Current assignee: Organo Corp
Priority date: 2019-08-23
Filing date: 2019-08-23
Publication date: 2021-03-01
Anticipated expiration: 2039-08-23
Also published as: JP7297597B2

Abstract

【課題】生物処理工程時の曝気による消費電力を抑えて、水処理の運転管理費の削減を図ることが可能な水処理方法を提供する。【解決手段】本実施形態は、処理対象物質を含む被処理水を反応槽内に流入する流入工程と、前記反応槽内の被処理水を曝気しながら、生物汚泥により生物処理する生物処理工程と、前記反応槽内の前記生物汚泥を沈降させる沈降工程と、前記反応槽内の生物処理水を排出する排出工程とを行う水処理方法であって、前記生物処理工程において、前記被処理水中の処理対象物質濃度が所定値以下である飢餓状態の際に、第１風量と、前記第１風量を超える第２風量とを１回以上交互に行う曝気運転を実施し、前記第１風量は、前記処理対象物質濃度が前記所定値超である飽食状態で行う曝気の風量より低い水処理方法である。【選択図】図３

Description

本発明は、水処理方法及び水処理装置の技術に関する。

従来、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、沈殿池でのバルキング等により固液分離障害が発生するなどにより、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、別途、活性汚泥法等の好気性処理を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特殊な条件で処理することで、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）。グラニュール化した生物汚泥は、例えば、平均粒径が０．２ｍｍ以上となり、沈降速度が３ｍ／ｈ以上となる。なお、半回分式の生物処理では、１つの反応槽で（１）排水の流入、（２）生物汚泥による排水の生物処理、（３）生物汚泥の沈降、（４）処理水の排出といった工程を繰り返し行うものが一般的である。

また、特許文献５には、（１）排水の流入及び処理水の排出、（２）生物汚泥による排水の生物処理、（３）生物汚泥の沈降といった工程を繰り返し行う生物処理方法が開示されている。これにより、グラニュール化した生物汚泥のように沈降性の高い生物汚泥を得ることができる。

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、生物汚泥による排水の生物処理が好気処理の場合には、生物処理工程中に被処理水を曝気する必要がある。しかし、流入工程、生物処理工程、沈降工程、排出工程を行う水処理において、生物処理工程時の曝気に掛かる電力費用は、水処理の運転管理費の大部分を占めている。

そこで、本発明の目的は、生物処理工程時の曝気による消費電力を抑えて、水処理の運転管理費の削減を図ることが可能な水処理方法及び水処理装置を提供することである。

本実施形態は、処理対象物質を含む被処理水を反応槽内に流入する流入工程と、前記反応槽内の被処理水を曝気しながら、生物汚泥により生物処理する生物処理工程と、前記反応槽内の前記生物汚泥を沈降させる沈降工程と、前記反応槽内の生物処理水を排出する排出工程とを行う水処理方法であって、前記生物処理工程において、前記被処理水中の処理対象物質濃度が所定値以下である飢餓状態の際に、第１風量と、前記第１風量を超える第２風量とを１回以上交互に行う曝気運転を実施し、前記第１風量は、前記処理対象物質濃度が前記所定値超である飽食状態で行う曝気の風量より低い水処理方法である。

上記水処理方法において、前記第１風量は零であることが好ましい。

上記水処理方法において、前記生物処理工程では、前記被処理水のｐＨをモニタリングし、ｐＨの低下から上昇に転じた際に、前記曝気運転を実施することが好ましい。

上記水処理方法において、前記生物処理工程では、前記被処理水中に含まれるアンモニア濃度をモニタリングし、アンモニア濃度が所定値以下となった際に、前記曝気運転を実施することが好ましい。

上記水処理方法において、前記生物処理工程では、前記被処理水中の溶存酸素濃度をモニタリングし、溶存酸素濃度が、所定の範囲の下限値以下となった場合に、前記第２風量に設定し、前記所定の範囲の上限値以上となった場合に、前記第１風量に設定することが好ましい。

上記水処理方法において、前記生物処理工程では、前記被処理水の酸化還元電位をモニタリングし、酸化還元電位が、所定の範囲の下限値以下となった場合に、前記第２風量に設定し、前記所定の範囲の上限値以上となった場合に、前記第１風量に設定することが好ましい。

上記水処理方法において、前記生物処理工程では、前記被処理水中の溶存酸素濃度及び酸化還元電位をモニタリングし、酸化還元電位が、第１所定値以下となった場合に、前記第２風量に設定し、溶存酸素濃度が、第２所定値以上となった場合に、第１風量に設定することが好ましい。

上記水処理方法において、前記生物処理工程では、前記第１風量と前記第２風量との切り替えをタイマーにより制御することが好ましい。

本実施形態は、処理対象物質を含む被処理水を流入する流入工程と、前記被処理水を生物汚泥により生物処理する生物処理工程と、前記生物汚泥を沈降させる沈降工程と、前記生物処理した処理水を排出する排出工程とを行う反応槽と、前記生物処理工程中の被処理水を曝気する曝気装置と、前記曝気装置の運転を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記生物処理工程において、前記被処理水中の処理対象物質濃度が所定値以下である飢餓状態の際に、第１風量と、前記第１風量を超える第２風量とを１回以上交互に行う曝気運転を実施するように前記曝気装置を制御し、前記第１風量は、前記処理対象物質濃度が前記所定値超である飽食状態で行う曝気の風量より低い水処理装置である。

本発明によれば、生物処理工程時の曝気による消費電力を抑えて、水処理の運転管理費の削減を図ることが可能である。

本発明の実施形態に係る水処理装置の一例を示す概略構成図である。生物処理工程の時間経過に伴う被処理水中の処理対象物質の濃度の推移を示す図である。（Ａ）は、従来の生物処理工程中の曝気風量を示す図であり、（Ｂ）は、本実施形態の生物処理工程中の曝気風量を示す図である。

本発明の実施の形態について以下説明する。本実施形態は本発明を実施する一例であって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。

＜水処理方法および水処理装置＞
本発明の実施形態に係る水処理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。水処理装置１は、反応槽１０、曝気装置１２及び制御装置１４を備える。反応槽１０内には、被処理水配管１６が配置され、被処理水配管１６の吐出口１６ａが、反応槽１０の底部側に位置している。また、被処理水配管１６にはポンプ１８が設けられている。反応槽１０の側面には、処理水排出口２０が設けられ、処理水排出口２０に処理水配管２２が接続されている。処理水配管２２には電磁バルブ２４が設けられている。なお、処理水排出口２０は、図１に示すように、被処理水配管１６とは反対側の反応槽１０の側面に設置されることが好ましいが、これに限定されず、中央部分等でもよい。

曝気装置１２は、曝気用ブロア２６、散気装置２８を備える。散気装置２８は、曝気用ブロア２６に接続され、反応槽１０内の下部に設置されている。

反応槽１０にはｐＨ計３０、ＤＯ計３２（溶存酸素濃度計）、ＯＲＰ計３４（酸化還元電位計）が設置されている。ｐＨ計３０、ＤＯ計３２、ＯＲＰ計３４は、それぞれ制御装置１４と電気的接続されている。

また、ポンプ１８、電磁バルブ２４、曝気用ブロア２６は、それぞれ制御装置１４と電気的接続されている。

制御装置１４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等を記憶する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る。制御装置１４は、曝気装置１２の運転を制御する機能を有し、具体的には、曝気用ブロア２６の作動・停止及び作動時の風量等を制御する機能を有する。また、制御装置１４は、ポンプ１８の作動・停止、及び電磁バルブ２４の開閉を制御する機能も有する。なお、曝気用ブロア２６の制御、ポンプ１８の制御、及び電磁バルブ２４の制御をそれぞれ別々の制御装置１４により行ってもよい。

以下に、水処理装置１の動作例を説明する。

＜（１）流入工程＞
制御装置１４はポンプ１８を作動させて、被処理水を被処理水配管１６の吐出口１６ａから反応槽１０に所定量流入させる。被処理水は、例えば、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、河川水等の排水等である。被処理水には生物分解性を有する処理対象物質が含まれる。処理対象物質は、例えば、有機物、窒素含有物質等であり、窒素含有物質は、例えば、アンモニア性窒素や硝酸態窒素等である。

＜（２）生物処理工程＞
制御装置１４はポンプ１８を停止して、曝気用ブロア２６を作動させ、曝気用ブロア２６から供給される空気等の酸素含有気体を、散気装置２８を通じて反応槽１０に供給する。これにより、反応槽１０内では、被処理水が生物汚泥により生物処理される。例えば、被処理水中に有機物が含まれる場合には、被処理水中の有機物は、生物汚泥（微生物）により、二酸化炭素まで分解される。

また、生物処理工程では、ｐＨ計３０により反応槽１０内の被処理水のｐＨが測定され、ＤＯ計３２により反応槽１０内の被処理水中の溶存酸素濃度が測定され、ＯＲＰ計３４により、反応槽１０内の被処理水の酸化還元電位が測定される。制御装置１４は、ｐＨ計３０により測定される被処理水のｐＨ値、ＤＯ計３２により測定される被処理水中の溶存酸素濃度、ＯＲＰ計３４により測定される被処理水の酸化還元電位を所定時間毎にモニタリングし、後述するように、曝気装置１２の運転を制御する。

＜（３）沈降工程＞
制御装置１４は曝気用ブロア２６の作動を停止して、所定の時間、静置状態にして、反応槽１０内の生物汚泥を沈降させる。

＜（４）排出工程＞
制御装置１４は電磁バルブ２４を開放し、沈降工程で得られた上澄み水を処理水として処理水排出口２０から処理水配管２２を通して排出する。

（１）流入工程、（２）生物処理工程、（３）沈降工程、（４）排出工程の順で行う処理を１サイクルとして、これを繰り返し行い、被処理水の処理を行う。

本実施形態では、流入工程と排出工程を別々に行う形態に限定されず、流入工程を行いながら、排出工程を行う形態でもよい。すなわち、（１）流入工程／排出工程、（２）生物処理工程、（３）沈降工程の順で行う処理を１サイクルとして、これを繰り返し行い、被処理水の処理を行ってもよい。

図１の水処理装置１を例にすると、制御装置１４は、ポンプ１８を作動させて、被処理水を被処理水配管１６の吐出口１６ａから反応槽１０内に流入させながら、電磁バルブ２４を開放し、反応槽１０内の処理水を処理水排出口２０から処理水配管２２を通して排出する（（１）流入工程／排出工程）。制御装置１４は、所定時間経過後、ポンプ１８の作動を停止すると共に電磁バルブ２４を閉じ、さらに曝気用ブロア２６を稼働させ、曝気用ブロア２６から供給される空気等の酸素含有気体を、散気装置２８を通じて反応槽１０に供給し、被処理水を生物汚泥により生物処理する（（２）生物処理工程）。生物処理工程では、制御装置１４は、ｐＨ計３０により測定される被処理水のｐＨ値、ＤＯ計３２により測定される被処理水中の溶存酸素濃度、ＯＲＰ計３４により測定される被処理水の酸化還元電位を所定時間毎にモニタリングし、後述するように、曝気装置１２の運転を制御する。次に、曝気用ブロア２６の作動を停止して、所定の時間、静置状態にして、反応槽１０内の生物汚泥を沈降させる（（３）沈降工程）。沈降工程後、（１）流入工程／排出工程に戻る。

（１）流入工程、（２）生物処理工程、（３）沈降工程、（４）排出工程の順で行う処理、或いは（１）流入工程／排出工程、（２）生物処理工程、（３）沈降工程の順で行う処理を繰り返し行うことにより、反応槽１０内では、グラニュール汚泥が徐々に形成され、効率的な水処理が可能となる。

＜生物処理工程における曝気装置１２の制御＞
図２は、生物処理工程の時間経過に伴う被処理水中の処理対象物質の濃度の推移を示す図である。また、図３（Ａ）は、従来の生物処理工程中の曝気風量を示す図であり、図３（Ｂ）は、本実施形態の生物処理工程中の曝気風量を示す図である。

図２に示すように、生物処理工程では、被処理水中の除去対象物質が生物汚泥によって除去されるため、時間経過に伴って、被処理水中の除去対象物質濃度は低下する。ここで、反応槽１０内におけるグラニュール汚泥の形成は、反応槽１０内における処理対象物質の濃度勾配を形成することが重要であり、反応槽１０内での処理対象物質濃度が高い状態（飽食状態）と、反応槽１０内での処理対象物質濃度が低い状態（飢餓状態）を形成し、これを繰り返すことが必要であると考えられている。そのため、生物処理工程の時間は、飽食状態の時間と飢餓状態の時間がそれぞれ十分に確保されるように設定される。

被処理水を生物汚泥により好気処理する場合には、酸素が必要であるため、図３（Ａ）に示すように、生物処理工程の間は、一定の曝気風量で、被処理水を曝気するのが一般的である。一方、本実施形態では、図３（Ｂ）に示すように、生物処理工程において、被処理水中の処理対象物質濃度が所定値を超える飽食状態と、所定値以下である飢餓状態とに分けて、被処理水中の処理対象物質濃度が所定値超である飽食状態の際には、一定の曝気風量で、被処理水を曝気し、被処理水中の処理対象物質濃度が所定値以下である飢餓状態の際には、第１風量と、第１風量を超える第２風量とを１回以上交互に行う曝気運転で、被処理水を曝気する。飽食状態と飢餓状態を分ける処理対象物質濃度の所定値は、例えば、０〜５．０ｍｇ／Ｌの範囲内で設定されることが好ましく、０〜１ｍｇ／Ｌの範囲内であることがより好ましい。

飽食状態の際の曝気風量は、生物汚泥による好気処理に必要な酸素が被処理水に供給できる風量であればよい。そして、飢餓状態の際の曝気風量において、第１風量は、飽食状態で行う曝気風量より低い風量であればよいが、好ましくは、飽食状態で行う曝気風量の５０％以下の風量であり、より好ましくは、零である。飢餓状態の際の曝気運転において、第１風量を零とした場合には、曝気の停止と、第２風量での曝気とを１回以上交互に行う間欠曝気運転となる。第２風量は、第１風量を超える風量であるが、好ましくは、飽食状態で行う曝気風量以下であり、より好ましくは、生物汚泥の撹拌を可能とする風量である。

図３（Ｂ）では、飽食状態の曝気風量を一定としているが、これに限定されるものではない。例えば、飽食状態での被処理水の曝気をＤＯ制御（被処理水中の溶存酸素濃度を一定にする制御）する場合には、飽食状態の曝気風量は、処理対象物質濃度の低下に伴い、予め設定した最大風量から予め設定した最低風量まで低下する。ＤＯ制御の場合には、飢餓状態の際の曝気風量において、第１風量は、飽食状態で行う最低風量より低い風量であればよいが、好ましくは、飽食状態で行う最低風量の５０％以下の風量であり、より好ましくは、零である。第２風量は、第１風量を超える風量であればよいが、好ましくは、飽食状態で行う最低風量以下又は生物汚泥の撹拌を可能とする風量である。

このように、飢餓状態において、飽食状態の曝気風量より低い第１風量を含む曝気運転を行うことで、飽食状態及び飢餓状態において一定の曝気風量で曝気運転を行う従来と比べて、曝気装置１２の消費電力（実質的には曝気用ブロア２６の消費電力）が抑えられるため、水処理の運転管理費の削減を図ることができる。なお、飢餓状態の間中、被処理水への曝気を停止してしまうと、好気性のグラニュール汚泥の形成及び維持が困難となる。

ところで、生物処理工程における被処理水中の処理対象物質濃度が、所定値を超える飽食状態であるのか、所定値以下である飢餓状態であるのかは、生物処理工程中の反応槽１０内の被処理水のｐＨの挙動に基づいて、推定することができる。

生物処理工程中における被処理水のｐＨの挙動としては、生物処理工程の時間経過と共にｐＨが低下した後、上昇する。生物処理工程中の被処理水のｐＨの低下は、被処理水中の有機態窒素等の窒素化合物がアンモニア態窒素に還元され、また、アンモニア態窒素が硝酸、亜硝酸に硝化される際に消費されるアルカリ度に起因するものである。すなわち、被処理水のｐＨが低下している間は、処理対象物質濃度が高い状態であり、所定値を超える飽食状態に相当する。一方、被処理水のｐＨの上昇は、曝気装置１２により供給される空気等の酸素含有気体による脱炭酸に起因するものであり、被処理水中に処理対象物質がほとんど存在していないと言える。すなわち、被処理水のｐＨ上昇後は、処理対象物質濃度が所定値以下である飢餓状態に相当する。

そこで、図１の水処理装置１の制御装置１４は、生物処理工程において、ｐＨ計３０により測定される反応槽１０内の被処理水のｐＨ値を所定時間毎にモニタリングする。そして、制御装置１４は、被処理水のｐＨが低下している間は、例えば、予め設定した風量で曝気を行うように曝気装置１２を制御する（実質的には、曝気用ブロア２６の出力を制御する）。そして、制御装置１４は、被処理水のｐＨが低下から上昇に転じた際には、前述の第１風量と第２風量とを１回以上交互に行う曝気運転を実施するように曝気装置１２を制御する（実質的には、曝気用ブロア２６の出力を制御する）。これにより、曝気装置１２の消費電力（実質的には曝気用ブロア２６の消費電力）が抑えられるため、水処理の運転管理費の削減を図ることができる。

また、生物処理工程における被処理水中の処理対象物質濃度が所定値を超える飽食状態であるのか、所定値以下である飢餓状態であるのかは、生物処理工程中の反応槽１０内の被処理水のアンモニア濃度に基づいて、推定することも可能である。前述したように、生物処理工程では、アンモニア態窒素が生成し、生成したアンモニア態窒素が酸化されるため、生物処理工程の時間経過と共にアンモニア濃度が低下する。すなわち、被処理水中のアンモニア濃度が高い状態は、飽食状態に相当し、被処理水中のアンモニア濃度が低い状態は、飢餓状態に相当する。

そこで、本実施形態では、反応槽１０内にアンモニア濃度計を設置し、制御装置１４は、生物処理工程において、アンモニア濃度計により測定される反応槽１０内の被処理水中のアンモニア濃度値を所定時間毎にモニタリングし、被処理水中のアンモニア濃度が所定値を超えている間は、例えば、予め設定した風量で曝気を行うように曝気装置１２を制御し、被処理水中のアンモニア濃度値が所定値以下となった際には、前述の第１風量と第２風量とを１回以上交互に行う曝気運転を実施するように曝気装置１２を制御してもよい（実質的には、曝気用ブロア２６の出力を制御する）。アンモニア濃度の所定値は、例えば、１ｍｇ／Ｌ以下とすることが望ましく、０．５ｍｇ／Ｌ以下とすることがより望ましい。このような方法によっても、曝気装置１２の消費電力（実質的には曝気用ブロア２６の消費電力）が抑えられるため、水処理の運転管理費の削減を図ることができる。

また、本実施形態では、被処理水中の有機物濃度を直接検出する有機物濃度計を用いてもよい。すなわち、反応槽１０内に有機物濃度計を設置し、制御装置１４は、生物処理工程において、有機物濃度計により測定される反応槽１０内の被処理水中の有機物濃度値を所定時間毎にモニタリングし、被処理水中の有機物濃度が所定値を超えている間は、例えば、予め設定した風量で曝気を行うように曝気装置１２を制御し、被処理水中の有機物濃度が所定値以下となった際には、前述の第１風量と第２風量とを１回以上交互に行う曝気運転を実施するように曝気装置１２を制御してもよい（実質的には、曝気用ブロア２６の出力を制御する）。

また、図１に示す水処理装置１の制御装置１４は、生物処理工程において、反応槽１０内の被処理水の溶存酸素濃度を所定時間毎にモニタリングして、被処理水中の溶存酸素濃度が所定の範囲の下限値以下になった場合、第２風量に設定し、被処理水中の溶存酸素濃度が所定の範囲の上限値以上になった場合、第１風量に設定してもよい。具体的には、制御装置１４は、ＤＯ計３２により検出される反応槽１０内の被処理水の溶存酸素濃度を所定時間毎にモニタリングして、被処理水中の溶存酸素濃度が所定の範囲の下限値以下になるまで、第１風量で曝気を行うように曝気装置１２を制御し（風量零の場合は曝気装置１２の作動を停止）、下限値以下になったら第２風量で曝気を行うように曝気装置１２を制御する。また、制御装置１４は、被処理水中の溶存酸素濃度が所定範囲の上限値以上になるまで、第２風量で曝気を行うように曝気装置１２を制御し、上限値以上になったら第１風量で曝気を行うように曝気装置１２を制御する（風量零の場合は曝気装置１２の作動を停止）。

溶存酸素濃度の所定の範囲の上限値は、３．００〜８．００ｍｇ／Ｌの範囲内で設定されることが好ましい。溶存酸素濃度の所定範囲の下限値は、０．００〜１．００ｍｇ／Ｌの範囲内で設定されることが好ましい。

上記の溶存酸素濃度に基づく制御により、被処理水中の溶存酸素濃度を所定範囲内に維持できるため、生物処理工程において嫌気状態となることが抑えられ、好気状態における飢餓状態が維持されるため、好気性グラニュールの形成及び維持が容易となる。

また、図１に示す水処理装置１の制御装置１４は、生物処理工程において、反応槽１０内の被処理水の酸化還元電位を所定時間毎にモニタリングして、被処理水の酸化還元電位が所定の範囲の下限値以下になった場合、第２風量に設定し、被処理水の酸化還元電位が所定の範囲の上限値以上になった場合、第１風量に設定してもよい。具体的には、制御装置１４は、ＯＲＰ計３４により検出される反応槽１０内の被処理水の酸化還元電位を所定時間毎にモニタリングして、被処理水の酸化還元電位が所定範囲の下限値以下になるまで、第１風量で曝気を行うように曝気装置１２を制御し（風量零の場合は曝気装置１２の曝気を停止）、下限値以下になったら第２風量で曝気を行うように曝気装置１２を制御する。また、制御装置１４は、被処理水の酸化還元電位が所定範囲の上限値以上になるまで、第２風量で曝気を行うように曝気装置１２を制御し、上限値以上になったら第１風量で曝気を行うように曝気装置１２を制御する（風量零の場合は曝気装置１２の曝気を停止）。

酸化還元電位の所定範囲の上限は、０〜２００ｍＶの範囲内で設定されることが好ましい。また、酸化還元電位の所定範囲の下限値は、−２００〜０ｍＶの範囲内で設定されることが好ましい。

上記の酸化還元電位に基づく制御により、被処理水中の酸化還元電位を所定範囲内で維持できるため、反応槽内は好気状態となり、生物汚泥の活性を維持することが可能となる。特に、酸化還元電位の上限値及び下限値を上記範囲に設定することで、生物処理工程において嫌気状態となることが抑えられ、好気性グラニュールの形成及び維持が容易となる。

また、図１に示す水処理装置１の制御装置１４は、生物処理工程において、反応槽１０内の被処理水中の溶存酸素及び酸化還元電位を所定時間毎にモニタリングして、被処理水の酸化還元電位が第１所定値以下になった場合、第２風量に設定し、被処理水中の溶存酸素濃度が第２所定値以上になった場合、第１風量に設定してもよい。具体的には、制御装置１４は、ＯＲＰ計３４により検出される反応槽１０内の被処理水の酸化還元電位を所定時間毎にモニタリングして、被処理水の酸化還元電位が第１所定値以下になるまで、第１風量で曝気を行うように曝気装置１２を制御し（風量零の場合は曝気装置１２の曝気を停止）、第１所定値以下になったら第２風量で曝気を行うように曝気装置１２を制御する。そして、制御装置１４は、ＤＯ計３２により検出される反応槽１０内の被処理水中の溶存酸素濃度をモニタリングして、被処理水中の溶存酸素濃度が第２所定値以上となるまで、第２風量で曝気を行うように曝気装置１２を制御し、第２所定値以上になったら第１風量で曝気を行うように曝気装置１２を制御する（風量零の場合は曝気装置１２の曝気を停止）。

被処理水の酸化還元電位の第１所定値は、−２００〜０ｍＶの範囲内で設定されることが好ましい。また、被処理水中の溶存酸素濃度の第２所定値は、３．００〜８．００ｍｇ／Ｌの範囲内で設定されることが好ましい。

上記制御により、被処理水中の溶存酸素濃度を所定値以下にし、酸化還元電位を所定値以上に維持できるため、低溶存酸素下でも反応槽内は好気条件となり、生物汚泥の活性を維持することが可能となる。特に、酸化還元電位の第１所定値を上記範囲に設定することで、生物処理工程において嫌気状態となることが抑えられ、好気性グラニュールの形成及び維持が容易となる。

制御装置１４はタイマーを備えていてもよく、制御装置１４は、時間を計測し、設定した時間になると第１風量の曝気（風量零の場合は曝気停止）を終了し、第２風量の曝気に移行し、また、設定した時間になると第２風量の曝気を停止し、これを所定時間繰り返してもよい。このように、制御装置１４は、第１風量と第２風量との切り替えをタイマーにより制御してもよい。

以下、本実施形態におけるその他の条件について説明する、

反応槽１０内には撹拌機を設置してもよい。生物処理工程中、撹拌機により反応槽１０内の生物汚泥を撹拌することで、被処理水との接触効率を上げることができるため、被処理水の処理効率を高めることができる。

複数台の曝気装置１２を用いて、被処理水の曝気を行っている場合は、そのうちの１台以上の曝気装置１２を停止させることで、前述の第１風量に制御してもよい。また、他系列に曝気が必要な水処理装置が存在している場合には、曝気の一部をバイパスさせ、他系列に送風することで、前述の第１風量に制御してもよい。

反応槽１０内に設置するｐＨ計３０、ＤＯ計３２、ＯＲＰ計３４、アンモニア濃度計等の各水質測定機器の設置位置は、特に限定されないが、反応槽１０内を撹拌機により撹拌していない形態においては、ＯＲＰ計３４は、反応槽１０底部に設置することが好ましい。なお、第１風量及び第２風量の設定（切り替え）について、被処理水中の溶存酸素をモニタリングして、被処理水中の溶存酸素に基づいて行う場合には、反応槽１０内にＤＯ計３２を設置すれば、ＯＲＰ計３４を設置しなくてもよい。また、第１風量及び第２風量の設定（切り替え）について、被処理水の酸化還元電位をモニタリングして、処理水の酸化還元電位に基づいて行う場合には、反応槽１０内にＯＲＰ計３４を設置すれば、ＤＯ計３２を設置しなくてもよい。

水処理装置１の運転を継続することにより、反応槽１０では、自己造粒が進んだ生物汚泥（所謂グラニュール）を形成することができ、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以下のグラニュールを形成することができる。

水処理装置１によれば、反応槽１０内の生物汚泥のうち、平均粒径が０．２ｍｍ以上の生物汚泥（グラニュール）を３０％以上にすることができる。

飢餓状態と飽食状態を繰り返し、グラニュールを効率的に形成させるという観点では、排水流入率は出来るだけ高くとった方が良いため、流入工程と排出工程を別々に行う水処理では、排水流入率を２０％以上８０％以下の範囲とすることが好ましい。一方、流入工程を行いながら排出工程を行う水処理では、排水流入率を高くすればする程、排水の短絡による処理水悪化の懸念があるため、排水流入率は２０％以上８０％以下の範囲とすることが好ましいが、後段に別途処理系列がある場合はこれに限らず、例えば２０％以上２００％以下としてもよい。

流入工程を行いながら排出工程を行う水処理では、流入工程／排出工程時の水面積負荷（被処理水流量を反応槽１０面積で除した値）を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。これにより、良好なグラニュールを迅速に形成することが可能となる。

生物処理工程における反応槽１０内の生物汚泥の汚泥濃度は、汚泥の健全性（沈降性、活性等）を維持する点で、例えば１，５００〜３０，０００ｍｇ／Ｌの範囲で運転されることが好ましい。反応槽１０内の生物汚泥の汚泥濃度が高くなり過ぎた場合には、反応槽１０から生物汚泥を引き抜けばよい。

反応槽１０の容積負荷は、汚泥の健全性（沈降性、活性等）を維持する点で、０．１５ｋｇＢＯＤ／ｍ^３／日〜１.００ｋｇＢＯＤ／ｍ^３／日の範囲であることが好ましく、０．３０ｋｇＢＯＤ／ｍ^３／日〜０．６０ｋｇＢＯＤ／ｍ^３／日の範囲がより好ましい。

反応槽１０の汚泥負荷は、生物汚泥の健全性を維持する点で、０.０５ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／日〜０.６０ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／日の範囲であることが好ましく、０.１０ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／日〜０.５０ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／日の範囲がより好ましい。反応槽１０の汚泥負荷は、飽食状態の時間及び曝気状態の時間を調整することにより制御される。

反応槽１０内の被処理水のｐＨをモニタリングしない場合には、被処理水のｐＨは、一般的な微生物に適する範囲に設定されることが望ましく、例えば６〜９とすることが好ましく、６．５〜７．５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、アルカリを添加してｐＨコントロールを実施することが好ましい。

反応槽１０内の溶存酸素濃度（ＤＯ）は、飽食状態では、０．５ｍｇ／Ｌ以上、特に１ｍｇ／Ｌ以上とすることが望ましい。飢餓状態では上記範囲に制限されず、０．５ｍｇ/Ｌ以下でもよい。

生物汚泥のグラニュール化を促進させる点で、反応槽１０内の被処理水または反応槽１０に導入される前の被処理水に、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してもよい。上記イオンの添加により、グラニュールの核形成を促進させることが可能となる。

本実施形態の処理対象である被処理水中に生物難分解性の有機物が多く含有されている場合には、反応槽１０に供給される前の被処理水に、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てもよい。これにより、生物分解された易い有機物に変換されるため、被処理水の処理効率が向上する場合がある。また、本実施形態の処理対象である被処理水中に油脂分が多く含有されている場合には、油脂分が、生物汚泥（グラニュールを含む）に付着して悪影響を及ぼす場合があるため、反応槽１０へ供給される前に、予め浮上分離、凝集加圧浮上、吸着等の既存の手法を施してもよい。これにより、被処理水中の油脂分濃度を低減することができる（例えば１５０ｍｇ／Ｌ以下）。

１水処理装置、１０反応槽、１２曝気装置、１４制御装置、１６被処理水配管、１６ａ吐出口、１８ポンプ、２０処理水排出口、２２処理水配管、２４電磁バルブ、２６曝気用ブロア、２８散気装置、３０ｐＨ計、３２ＤＯ計、３４ＯＲＰ計。

Claims

処理対象物質を含む被処理水を反応槽内に流入する流入工程と、前記反応槽内の被処理水を曝気しながら、生物汚泥により生物処理する生物処理工程と、前記反応槽内の前記生物汚泥を沈降させる沈降工程と、前記反応槽内の生物処理水を排出する排出工程とを含む水処理方法であって、
前記生物処理工程において、前記被処理水中の処理対象物質濃度が所定値以下である飢餓状態の際に、第１風量と、前記第１風量を超える第２風量とを１回以上交互に行う曝気運転を実施し、
前記第１風量は、前記処理対象物質濃度が前記所定値超である飽食状態で行う曝気の風量より低いことを特徴とする水処理方法。
前記第１風量は零であることを特徴とする請求項１に記載の水処理方法。
前記生物処理工程では、前記反応槽内の前記被処理水のｐＨをモニタリングし、ｐＨの低下から上昇に転じた後に、前記曝気運転を実施することを特徴とする請求項１又は２に記載の水処理方法。
前記生物処理工程では、前記被処理水中に含まれるアンモニア濃度をモニタリングし、アンモニア濃度が所定値以下となった後に、前記曝気運転を実施することを特徴とする請求項１又は２に記載の水処理方法。
前記生物処理工程では、前記被処理水中の溶存酸素濃度をモニタリングし、溶存酸素濃度が、所定の範囲の下限値以下となった場合に、前記第２風量に設定し、前記所定の範囲の上限値以上となった場合に、前記第１風量に設定することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の水処理方法。
前記生物処理工程では、前記被処理水の酸化還元電位をモニタリングし、酸化還元電位が、所定の範囲の下限値以下となった場合に、前記第２風量に設定し、前記所定の範囲の上限値以上となった場合に、前記第１風量に設定することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の水処理方法。
前記生物処理工程では、前記被処理水中の溶存酸素濃度及び酸化還元電位をモニタリングし、酸化還元電位が、第１所定値以下となった場合に、前記第２風量に設定し、溶存酸素濃度が、第２所定値以上となった場合に、第１風量に設定することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の水処理方法。
前記生物処理工程では、前記第１風量と前記第２風量との切り替えをタイマーにより制御することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の水処理装置。
処理対象物質を含む被処理水を流入する流入工程と、前記被処理水を生物汚泥により生物処理する生物処理工程と、前記生物汚泥を沈降させる沈降工程と、前記生物処理した処理水を排出する排出工程とを行う反応槽と、
前記生物処理工程中の被処理水を曝気する曝気装置と、
前記曝気装置の運転を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記生物処理工程において、前記被処理水中の処理対象物質濃度が所定値以下である飢餓状態の際に、第１風量と、前記第１風量を超える第２風量とを１回以上交互に行う曝気運転を実施するように前記曝気装置を制御し、
前記第１風量は、前記処理対象物質濃度が前記所定値超である飽食状態で行う曝気の風量より低いことを特徴とする水処理装置。