JP5170069B2

JP5170069B2 - 有機性排水の生物処理方法

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Publication number: JP5170069B2
Application number: JP2009268609A
Authority: JP
Inventors: 繁樹藤島
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 2009-11-26
Filing date: 2009-11-26
Publication date: 2013-03-27
Anticipated expiration: 2024-02-02
Also published as: JP2010069482A

Description

本発明は、生活排水、下水、食品工場やパルプ工場をはじめとし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％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％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。

特公昭５６−４８２３５号公報では、有機性排水をまず第一処理槽で細菌処理して、排水に含まれる有機物を酸化分解し、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により、余剰汚泥の減量化が可能になるとしている。また、特公昭６２−５４０７３号公報においても同様の２段生物処理が記載されている。これらの方法では、高負荷運転も可能となり、活性汚泥処理効率も向上する。

特許第３３６００７６号公報には、このような２段生物処理法において、原生動物を含む活性汚泥を生物処理槽から引き抜いて、反応処理槽で殺菌及び可溶化処理して生物処理層へ戻すことにより、余剰汚泥発生量を更に低減する方法が記載されている。

また、特許第３４１０６９９号公報には、前段の生物処理を担体流動床式とし、後段の生物処理を多段活性汚泥処理とすることにより、余剰汚泥発生量を更に低減する方法が記載されている。この方法では後段の活性汚泥処理をＢＯＤ汚泥負荷０．１ｋｇ−ＢＯＤ／ｋｇ−ＭＬＳＳ／ｄの低負荷で運転することにより、汚泥を自己酸化させ、汚泥引き抜き量を大幅に低減できるとしている。

特公昭５６−４８２３５号公報特公昭６２−５４０７３号公報特許第３３６００７６号公報特許第３４１０６９９号公報

上述のような微小生物の捕食作用を利用した多段活性汚泥法は、有機性排水処理に既に実用化されており、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、汚泥減量効果は処理条件や排水の水質によっては異なるものの、単槽式活性汚泥法で発生する汚泥量を半減させる程度である。これは、細菌主体の汚泥を捕食するための後段の微小生物槽において、汚泥の多くが捕食されず残存したり、捕食に関与する微小生物を高濃度で維持できないことが原因である。

従って、本発明は、微小生物の捕食作用を利用した多段活性汚泥法において、安定した処理水質を維持した上でより一層の処理効率の向上と余剰汚泥発生量の低減を図る有機性排水の生物処理方法を提供することを目的とする。

本発明の有機性排水の生物処理方法は、有機性排水中のＢＯＤを高負荷処理して分散菌体に変換する第１の生物処理工程と、変換された分散菌体をフロック化すると共に微小生物を共存させる第２の生物処理工程とを有する有機性排水の生物処理方法において、該第２の生物処理工程の汚泥及び／又は該第２の生物処理工程の汚泥を固液分離して得られた汚泥の少なくとも一部を好気条件で分解する余剰汚泥処理工程を有し、該余剰汚泥処理工程の処理汚泥を前記第１の生物処理工程及び／又は第２の生物処理工程に返送する有機性排水の生物処理方法であって、該第１の生物処理工程は、ＢＯＤ容積負荷１ｋｇ／ｍ ^３／ｄ以上で、非凝集性細菌により有機成分の７０％以上を酸化分解する工程であり、該第２の生物処理工程は、溶解性ＢＯＤによる汚泥負荷０．５ｋｇ−ＢＯＤ／ｋｇ−ＭＬＳＳ／ｄ以下で、残存している有機成分の酸化分解、非凝集性細菌の自己分解及び微小生物による捕食により汚泥の減量化を行う工程であり、該第１の生物処理工程及び第２の生物処理工程をｐＨ６〜８の条件下に行い、該余剰汚泥処理工程をｐＨ５〜６の条件下に行うことを特徴とする。

有機性排水の好気性処理を、従来の単槽式活性汚泥法により、ｐＨ６以下の酸性域で行うと菌類が多量に発生し、バルキングの原因となる。しかしながら、本発明の方法のように、ＢＯＤを分散菌体に変換する第１の生物処理工程をｐＨ６〜８の中性域で行い、汚泥減量のための余剰汚泥処理工程をｐＨ５〜６の酸性域で行うことにより、発生汚泥量の大幅な減量が可能になる。これは、微小生物が共存する余剰汚泥処理工程をｐＨ５〜６とすることで、ＢＯＤ処理を行う第１の生物処理工程からの非凝集汚泥の効率的な捕食が可能となり、一方で、捕食に関与する大部分の微小生物の増殖はｐＨ５〜８の範囲であればｐＨによる影響を受けないため、余剰汚泥処理工程において、ＶＳＳに占める微小生物の割合を２０％以上の高濃度に高めることができることによる。

このように、本発明によれば、ＢＯＤ処理のための第１の生物処理工程と汚泥減量のための余剰汚泥処理工程とで各々の機能に応じて環境条件を適応化させることにより、両者の機能を最大限に発揮させ、これにより、処理効率の向上と余剰汚泥発生量の低減を図ることができる。

本発明において、余剰汚泥処理工程は、生物処理槽の後段に固液分離手段を設け、固液分離された汚泥を該生物処理槽に返送する汚泥返送式生物処理工程であっても良く、生物処理槽内に担体を添加した流動床式生物処理工程であっても良い。

また、第２の生物処理工程は、生物処理槽の後段に固液分離手段を設け、固液分離された汚泥を該生物処理槽に返送する汚泥返送式生物処理工程、生物処理槽内に担体を添加した流動床式生物処理工程、膜分離式生物処理工程のいずれであっても良く、また、第１の生物処理工程を、生物処理槽内に担体を添加した流動床式生物処理、又は２段以上の多段処理により行っても良い。

本発明の有機性排水の生物処理方法によれば、微小生物の捕食作用を利用した多段活性汚泥法において、安定した処理水質を維持した上でより一層の処理効率の向上と余剰汚泥発生量の低減を図ることができる。

参考例に係る有機性排水の生物処理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方法の他の実施の形態を示す系統図である。余剰汚泥処理工程の他の実施の形態を示す系統図である。図４（ａ）は参考例１で用いた実験装置を示す系統図であり、図４（ｂ）は実施例１で用いた実験装置を示す系統図である。参考例１、実施例１及び比較例１，２における投入ＢＯＤ量と余剰汚泥発生量との関係を示すグラフである。

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の実施の形態を詳細に説明する。

図１は参考例に係る有機性排水の生物処理方法の実施の形態を示す系統図であり、図２は本発明の有機性排水の生物処理方法の実施の形態を示す系統図である。

図１の方法では、原水（有機性排水）は、まず第一生物処理槽（分散菌槽）１に導入され、非凝集性細菌により、ＢＯＤ（有機成分）の７０％以上、望ましくは８０％以上、更に望ましくは９０％以上が酸化分解される。この第一生物処理槽１のｐＨは６以上、望ましくはｐＨ６〜８とする。また、第一生物処理槽１への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、例えば０．５〜２４ｈとすることで、非凝集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、好ましい。また、担体を添加することにより、高負荷、滞留時間の短縮が可能になる。

第一生物処理槽１の処理水は、ｐＨ５〜６、望ましくはｐＨ５〜５．５の範囲に制御された第二生物処理槽（微小生物槽）２に導入され、ここで、残存している有機成分の酸化分解、非凝集性細菌の自己分解及び微小生物による捕食による汚泥の減量化が行われる。

図１の方法において、第二生物処理槽２を多段化し、２槽以上の生物処理槽を直列に設け、前段側の生物処理槽でｐＨ５〜６、望ましくはｐＨ５〜５．５の条件で処理を行い、後段側の生物処理槽でｐＨ６以上、好ましくはｐＨ６〜８の条件で処理を行うようにしても良く、このような多段処理により、前段側の生物処理槽で汚泥の捕食を効果的に行い、後段側の生物処理槽で汚泥の固液分離性の向上、処理水水質の向上を図ることができる。

第二生物処理槽２の処理水は沈殿槽３で固液分離され、分離水は処理水として系外へ排出される。また、分離汚泥の一部は余剰汚泥として系外へ排出され、残部は第一生物処理槽１及び第二生物処理槽２に返送される。なお、この汚泥返送は、各生物処理槽における汚泥量の維持のために行われるものであり、例えば、第一生物処理槽１及び／又は第二生物処理槽２を、後述のような担体を添加した流動床式とした場合、汚泥返送は不要である場合もある。また、第一生物処理槽１のＢＯＤ容積負荷が低い場合は、汚泥返送は第二生物処理槽２のみとしてもよい。

図２の方法では、原水（有機性排水）は、共にｐＨ６以下、望ましくはｐＨ６〜８に制御された第一生物処理槽１及び第二生物処理槽２に順次導入され、図１の方法と同様に第一生物処理槽１で非凝集性細菌により、有機成分の７０％以上、望ましくは８０％以上、更に望ましくは９０％以上が酸化分解され、次いで第二生物処理槽２で残存している有機成分の酸化分解、非凝集性細菌の自己分解及び微小生物による捕食により汚泥の減量化が行われる。第二生物処理槽２の処理水は沈殿槽３で固液分離され、分離水が処理水として系外へ排出される。この第二生物処理槽２から生成される発生汚泥の少なくとも一部（図２では、第二生物処理槽２の処理水が導入される沈殿槽３の分離汚泥の一部）がｐＨ５〜６、好ましくはｐＨ５〜５．５の範囲に制御された余剰汚泥処理槽４に送給され、ここで好気性消化により分解される。この余剰汚泥処理槽４の処理汚泥は、第一生物処理槽１及び／又は第二生物処理槽２に返送される。また、図２では、沈殿槽３の分離汚泥の残部のうち、一部は余剰汚泥として系外へ排出され、残部が第二生物処理槽２に返送される。

沈殿槽３の分離汚泥のうち、余剰汚泥処理槽４へ送給する汚泥量と第二生物処理槽２へ返送する汚泥量との比率は、後述の好適な余剰汚泥処理槽滞留時間が維持できるように、発生汚泥量に応じて適宜設定される。また、余剰汚泥処理槽４の処理汚泥のうち第一，第二生物処理槽１，２へ返送する汚泥量の比率或いは、いずれの生物処理槽に返送するかは、各生物処理槽の汚泥保持量が維持できるように適宜設定される。

この余剰汚泥処理槽４には、装置運転の立ち上げ時や発生汚泥量が高い場合には、発生汚泥の全量から半量を投入するようにしても良い。この余剰汚泥処理槽４は汚泥減量効果だけではなく、第二生物処理槽２に微小生物を供給する効果も有する。余剰汚泥処理槽４の汚泥滞留時間は６ｈ以上、望ましくは１２ｈ以上、例えば１２〜２４０ｈであるが、例えば、図３に示す如く、沈殿槽４Ｂを設けて余剰汚泥処理槽４Ａに汚泥返送を行う好気処理法、或いは担体を添加した流動床、又は膜分離式好気処理法とすることで汚泥滞留時間を更に高めることが可能となる。余剰汚泥処理槽４の担体としては、第一生物処理槽の担体として後述するものを用いることができる。

なお、図１，２のいずれの方法においても、第二生物処理槽２に導入される第一生物処理槽１の処理水中に有機物が多量に残存した場合、その酸化分解は第二生物処理槽２で行われることになる。微小生物が多量に存在する第二生物処理槽２で細菌による有機物の酸化分解が起こると、微小生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生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。また、本発明の方法では、余剰汚泥処理槽４を酸性域に設定しており、有機物が多量に残存した場合、その有機物を利用して菌類などが増殖してしまいバルキングの原因にもなる。そこで先にも述べたように第一生物処理槽１では、有機物の大部分、即ち、原水ＢＯＤの７０％以上、望ましくは８０％以上、より望ましくは９０％以上を分解し、菌体へと変換しておく必要がある。よって、第二生物処理槽２への溶解性ＢＯＤによる汚泥負荷で表すと０．５ｋｇ−ＢＯＤ／ｋｇ−ＭＬＳＳ／ｄ以下、例えば０．０１〜０．１ｋｇ−ＢＯＤ／ｋｇ−ＭＬＳＳ／ｄで運転することが好ましい。

図２の方法は本発明の実施の形態の一例を示すものであり、本発明はその要旨を超えない限り、何ら図示の方法に限定されるものではない。

例えば、第一生物処理槽は、高負荷処理のために、後段の沈殿槽の分離汚泥の一部を返送する他、担体を添加した流動床方式としたり、２槽以上の生物処理槽を直列に設けて多段処理を行っても良い。特に、担体の添加により、ＢＯＤ容積負荷５ｋｇ／ｍ^３／ｄ以上の高負荷処理も可能となり、好ましい。この場合、添加する担体の形状は球状、ペレット状、中空筒状、糸状等任意であり、大きさも０．１〜１０ｍｍ程度の径で良い。また、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。また、第二生物処理槽２では、細菌に比べ増殖速度の遅い微小生物の働きと細菌の自己分解を利用するため、微小生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採用することが重要であり、このために、第二生物処理槽は、図２に示すように、汚泥の返送を行う汚泥返送式生物処理を行う他、後述の実施例におけるように、槽内に分離膜を浸漬して膜分離式活性汚泥処理を行うことも望ましい。更に望ましくは、曝気槽内に担体を添加することで微小生物の槽内保持量を高めることができる。この場合の担体としては、第一生物処理槽に添加する担体として前述したものと同様のものを用いることができる。

以下に参考例、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。

参考例１
図４（ａ）に示す如く、第一生物処理槽１１として容量が３．６Ｌの活性汚泥槽（汚泥返送なし）と、第二生物処理槽１２として容量が１５Ｌの浸漬膜式活性汚泥槽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（ＢＯＤ６３０ｍｇ／Ｌ）の処理を行った。第一生物処理槽１１のｐＨは６．８、第二生物処理槽１２のｐＨは５．０にそれぞれ調整した。実験開始４ヶ月後の結果を表１に示す。また、投入ＢＯＤに対する余剰汚泥発生量（汚泥転換率）を図５に示す。

本参考例では、第一生物処理槽１１に対する溶解性ＢＯＤ容積負荷は３．５ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ^３／ｄ、ＨＲＴは４ｈ、第二生物処理槽１２の溶解性ＢＯＤ汚泥負荷は０．０２２ｋｇ−ＢＯＤ／ｋｇ−ＭＬＳＳ／ｄ、ＨＲＴは１７ｈ、全体でのＢＯＤ容積負荷０．７５ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ^３／ｄ、ＨＲＴは２１ｈの条件で運転したところ、汚泥転換率は０．１ｋｇ−ＭＬＳＳ／ｋｇ−ＢＯＤとなったが、処理水ＢＯＤは検出限界以下であった。

実施例１
図４（ｂ）に示す如く、第一生物処理槽１１として容量が３．６Ｌの活性汚泥槽（汚泥返送なし）と、第二生物処理槽１２として容量が１５Ｌの浸漬膜式活性汚泥槽と、容量が１Ｌの余剰汚泥処理槽１３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（ＢＯＤ６３０ｍｇ／Ｌ）の処理を行った。第一生物処理槽１１、及び第二生物処理槽１２のｐＨはいずれも６．８に調整し、余剰汚泥処理槽１３のｐＨは５．０に調整した。第二生物処理槽１２からは槽内汚泥を０．５Ｌ／ｄの割合で引き抜いて余剰汚泥処理槽１３に導入し、この余剰汚泥処理槽１３からは槽内汚泥を０．５Ｌ／ｄで引き抜き、これを第二生物処理槽１２に返送した。余剰汚泥処理槽１３の滞留時間はＳＲＴ＝ＨＲＴ＝１日とした。実験開始４ヶ月後の結果を表１に示す。また、投入ＢＯＤに対する余剰汚泥発生量（汚泥転換率）を図５に示す。

本実施例では、第一生物処理槽１１に対する溶解性ＢＯＤ容積負荷は３．８５ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ^３／ｄ、ＨＲＴは４ｈ、第二生物処理槽１２の溶解性ＢＯＤ汚泥負荷は０．０２２ｋｇ−ＢＯＤ／ｋｇ−ＭＬＳＳ／ｄ、ＨＲＴは１７ｈ、全体でのＢＯＤ容積負荷０．７５ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ^３／ｄ、ＨＲＴは２１ｈの条件で運転したところ、汚泥転換率は０．１１ｋｇ−ＭＬＳＳ／ｋｇ−ＢＯＤとなり、処理水ＢＯＤは検出限界以下であった。

比較例１
参考例１において、第一生物処理槽を省略し、第二生物処理槽の容量１５Ｌの浸漬膜式活性汚泥槽のみからなる実験装置を用いて有機性排水（ＢＯＤ６３０ｍｇ／Ｌ）の処理を行った。実験開始４ヶ月後の結果を表１に示す。また、投入ＢＯＤに対する余剰汚泥発生量（汚泥転換率）を図５に示す。

本比較例では、溶解性ＢＯＤ容積負荷０．７６ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ^３／ｄ、ＨＲＴは２０ｈの条件で運転したところ、表１にあるように処理水水質は良好であったものの、汚泥転換率は０．４０ｋｇ−ＭＬＳＳ／ｋｇ−ＢＯＤとなった。

比較例２
参考例１において、第一生物処理槽も第二生物処理槽もいずれもｐＨ６．８に調整したこと以外は、同様にして有機性排水（ＢＯＤ６３０ｍｇ／Ｌ）の処理を行った。実験開始４ヶ月後の結果を表１に示す。また、投入ＢＯＤに対する余剰汚泥発生量（汚泥転換率）を図５に示す。

本比較例では、第一生物処理槽１１に対する溶解性ＢＯＤ容積負荷３．８５ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ^３／ｄ、ＨＲＴは４ｈ、第二生物処理槽１２の溶解性ＢＯＤ汚泥負荷０．０２２ｋｇ−ＢＯＤ／ｋｇ−ＭＬＳＳ／ｄ、ＨＲＴは１７ｈ、全体でのＢＯＤ容積負荷０．７５ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ^３／ｄ、ＨＲＴは２１ｈの条件で運転したところ、表１にあるように処理水水質は良好であったが、汚泥転換率は０．２ｋｇ−ＭＬＳＳ／ｋｇ−ＢＯＤとなった。

参考例１、実施例１及び比較例１，２の結果から次のことが分かる。

比較例１は従来の活性汚泥法、比較例２は酸性域での生物処理工程を入れていない多段生物処理法による処理を実施したものである。従来の活性汚泥法（比較例１）では汚泥転換率は０．４０ｋｇ−ＭＬＳＳ／ｋｇ−ＢＯＤとなっていたが、比較例２のように多段生物処理を導入することで汚泥転換率は０．２０ｋｇ−ＭＬＳＳ／ｋｇ−ＢＯＤとなり、汚泥発生量を１／２に低減することができた。この汚泥減量効果はこれまでに報告されている多段生物処理法と同程度のものである。

一方、本発明のように酸性域での生物処理工程を導入した実施例１では、汚泥転換率が０．１１ｋｇ−ＭＬＳＳ／ｋｇ−ＢＯＤとなっており、従来法に比べ、発生汚泥量を１／４に、また、従来の多段生物処理法に比べて１／２に低減することができた。

本発明の有機性排水の生物処理方法は、生活排水、下水、食品工場やパルプ工場をはじめとし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。

１，１１第一生物処理槽
２，１２第二生物処理槽
３沈殿槽
４，１３余剰汚泥処理槽

Claims

有機性排水中のＢＯＤを高負荷処理して分散菌体に変換する第１の生物処理工程と、
変換された分散菌体をフロック化すると共に微小生物を共存させる第２の生物処理工程とを有する有機性排水の生物処理方法において、
該第２の生物処理工程の汚泥及び／又は該第２の生物処理工程の汚泥を固液分離して得られた汚泥の少なくとも一部を好気条件で分解する余剰汚泥処理工程を有し、該余剰汚泥処理工程の処理汚泥を前記第１の生物処理工程及び／又は第２の生物処理工程に返送する有機性排水の生物処理方法であって、
該第１の生物処理工程は、ＢＯＤ容積負荷１ｋｇ／ｍ ^３／ｄ以上で、非凝集性細菌により有機成分の７０％以上を酸化分解する工程であり、該第２の生物処理工程は、溶解性ＢＯＤによる汚泥負荷０．５ｋｇ−ＢＯＤ／ｋｇ−ＭＬＳＳ／ｄ以下で、残存している有機成分の酸化分解、非凝集性細菌の自己分解及び微小生物による捕食により汚泥の減量化を行う工程であり、
該第１の生物処理工程及び第２の生物処理工程をｐＨ６〜８の条件下に行い、該余剰汚泥処理工程をｐＨ５〜６の条件下に行う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、該余剰汚泥処理工程が、前記第２の生物処理工程の汚泥及び／又は前記第２の生物処理工程の汚泥を固液分離して得られた汚泥の少なくとも一部を生物処理槽に導入して該生物処理槽内で該汚泥を好気条件で分解する工程であって、該生物処理槽の後段に固液分離手段を設けて固液分離された汚泥を該生物処理槽に返送する汚泥返送式生物処理工程であるか、又は、該生物処理槽内に担体を添加した流動床式生物処理工程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又は２において、前記第２の生物処理工程が、前記第１の生物処理工程の処理水が導入される生物処理槽を有し、該生物処理槽内で残存している有機成分の酸化分解、非凝集性細菌の自己分解及び微小生物による捕食により汚泥の減量化を行う工程であって、該生物処理槽の後段に固液分離手段を設け、固液分離された汚泥を該生物処理槽に返送する汚泥返送式生物処理工程であるか、該生物処理槽内に担体を添加した流動床式生物処理工程であるか、又は該生物処理槽内に分離膜を浸漬した膜分離式生物処理工程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３のいずれか１項において、前記第１の生物処理工程において、前記有機性排水が導入される生物処理槽内に担体を添加した流動床式生物処理を行うか、又は２槽以上の生物処理槽を直列に設けて多段処理を行うことを特徴とする有機性排水の生物処理方法。