JP6020620B2 - 有機性排水の生物処理方法および装置 - Google Patents

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処理に利用することができる有機排水の生物処理方法及び装置に関するものであり、特に、直列２段以上の好気性生物処理槽を備え、第１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て分散菌を生成し、第１生物処理槽から分散菌を含む第１生物処理水を第２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及び装置に関するものである。

第一の生物処理槽（分散菌槽）で分散性細菌により有機物の大部分を分解して分散性細菌を生成し、第二の生物処理槽以降（微小動物槽）で微小動物によりこの分散性細菌を捕食させ発生汚泥量を削減する生物処理方式において、処理を安定させるために各生物処理槽に微生物保持担体を添加、設置することは知られている。この時、分散性細菌用には流動床を、微小動物用には流動床担体、固定床担体が用いられる（特許文献１〜５）。

微小動物槽に固定床担体を用いる場合、微小動物保持および余剰汚泥を剥離するため曝気条件を調整する必要がある。

ＷＯ２０１２／１２４６７５ 特開２０１３−１２１５５８ 特開２０１３−１４１６４０ 特開２００７−０５０３６６ 特開平０５−０６８９８６

分散菌槽は高負荷で運転するため、固定床担体を用いた場合、汚泥が過剰に付着し、フロック性細菌や微小動物が分散菌槽で発生してしまう。そのため従来は、分散菌槽では流動床を微生物保持担体として用いることで高負荷で処理していた。

流動床の場合は処理槽の排水部に担体分離用のスクリーンが必要となるが、高負荷処理のため、糸状性細菌の発生や油分の固化（油脂含有排水流入時のｐＨ低下の場合）によるスクリーンの閉塞が懸念される。また、流動床担体を用いると、気泡と担体との衝突により、気泡が会合する。そのため、微細気泡散気管を用いた場合、本来の溶解効率を得られない場合がある。

本発明は、第１生物処理槽（分散菌槽）に固定床担体を用いた場合であっても、微小動物を生やすことなく固定床を形成することができ、上記運転不良の懸念なく分散菌槽を高負荷処理でき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目的とする。

本発明の有機性排水の生物処理方法は、直列２段以上の好気性生物処理槽を備え、第１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て分散菌を生成し、第１生物処理槽から分散菌を含む第１生物処理水を第２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、第１生物処理槽内に、複数のシート状第１担体を設置して第１固定床を形成し、第１固定床の下方から散気量０．１〜５ｍ^３−ａｉｒ／ｍ^２−担体設置底面積／ｍｉｎで散気する有機性排水の生物処理方法であって、該複数のシート状第１担体は、発泡プラスチックよりなり、該複数のシート状第１担体は、シート面が該第１生物処理槽の深さ方向となるように直立して、相互間に１〜１０ｃｍの間隔をあけて並列配置されていることを特徴とするものである。

本発明の有機性排水の生物処理装置は、直列２段以上の好気性生物処理槽を備え、第１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て分散菌を生成し、第１生物処理槽から分散菌を含む第１生物処理水を第２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、第１生物処理槽内に複数のシート状第１担体を設置することにより形成された第１固定床と、第１固定床の下方から散気量０．１〜５ｍ^３−ａｉｒ／ｍ^２−担体設置底面積／ｍｉｎで散気する散気手段とを備えた有機性排水の生物処理装置であって、該複数のシート状第１担体は、発泡プラスチックよりなり、該複数のシート状第１担体は、シート面が該第１生物処理槽の深さ方向となるように直立して、相互間に１〜１０ｃｍの間隔をあけて並列配置されていることを特徴とするものである。

本発明の一態様では、第２生物処理槽内に、複数の発泡プラスチックよりなるシート状第２担体を、シート面が第２生物処理槽の深さ方向となるように直立して、相互間に１〜１０ｃｍの間隔をあけて並列配置して第２固定床を形成し、第２固定床の下方から散気量０．０５〜０．８ｍ^３−ａｉｒ／ｍ^２−担体設置底面積／ｍｉｎで散気し、第１固定床下方からの散気量は第２固定床下方からの散気量の１．５〜３倍の過剰曝気とする。

本発明の一態様では、散気気泡の平均気泡径が担体同士の間隔の０．０１〜０．２倍となるように散気する。

本発明の一態様では、第１生物処理槽内には第１固定床の下方以外においても溶存酸素濃度の調整のための予備散気を行い、第１固定床の下方からの散気の散気量より予備散気の散気量を小さくする。

本発明の一態様では、有機性排水は油分を含有しているか、またはＢＯＤが３００〜１００００ｍｇ／Ｌの高濃度である。

本発明では、第１生物処理槽内に複数のシート状第１担体を面方向が鉛直方向になるように設置して第１固定床を形成し、第１固定床の下方から散気量０．１〜５ｍ^３−ａｉｒ／ｍ^２−底面積／ｍｉｎで散気する。このように第１固定床の下方から大量に散気することにより担体表面の流速が高くなり、担体に微小動物が生えないようになると共に、細菌の過剰付着が防止される。

従って、本発明では、有機性排水が油分を含有しているか、またはＢＯＤが３００〜１００００ｍｇ／Ｌの高濃度であっても運転不良の懸念なく効率よく有機性排水を生物処理することができる。

第２生物処理槽内に第２固定床を形成し、第２固定床の下方から散気量０．０５〜０．８ｍ^３−ａｉｒ／ｍ^２−底面積／ｍｉｎで散気し、第１固定床下方からの散気量は第２固定床下方からの散気量の１．５〜３倍の過剰曝気した場合、第１担体では微小動物が生えないようにしつつ生物膜が形成される。また、第２担体は微小動物が生えるようになる。

第１担体又は第２担体の各担体間隔を１〜１０ｃｍとし、散気気泡の平均気泡径が当該間隔の０．０１〜０．２倍となるように散気することにより、各担体の間に均一に気泡が侵入し、担体表面の洗浄が促進される。

第１生物処理槽内において、第１固定床の下方以外においても溶存酸素濃度の調整のための予備散気を行い、第１固定床の下方からの散気の散気量より予備散気の散気量を小さくすることにより、第１固定床の内部が上向流になる。

実施の形態に係る有機性排水の生物処理方法及び装置を示すフロー図である。 実施の形態に係る有機性排水の生物処理方法及び装置を示すフロー図である。 実施の形態に係る有機性排水の生物処理方法及び装置を示すフロー図である。 実施の形態に係る有機性排水の生物処理方法及び装置を示すフロー図である。

以下、図面を参照して本発明についてさらに詳細に説明する。

図１は本発明方法及び装置の好適な形態を示すフロー図である。このフローでは、有機性排水を第１生物処理槽１０にて好気的に処理して細菌を培養し、この第１生物処理槽１０からの第１処理水を第２生物処理槽２０に導入して第１処理水に含まれる分散菌を微小動物（原生動物、後生動物）に捕食させることにより微小動物を捕食する。図１では、この第２生物処理槽２０からの第２処理水を沈殿槽３０に導入し、固液分離し、処理水を系外に取り出す。また、この沈殿槽３０で沈降した汚泥の少なくとも一部を第２生物処理槽２０に返送する。

第１生物処理槽１０及び第２生物処理槽２０には、複数のシート状担体（第１担体、第２担体）を面方向が鉛直方向になるように設置することにより、それぞれ第１固定床１１及び第２固定床２１を形成している。各固定床１１，２１の下側に散気管１２，２２が設置されている。

第１固定床１１をシート状担体で構成することにより、有機性排水の濃度変動に影響されず、分散菌が効率よく生成する。

第２固定床２１を形成するための第２担体としてシート状担体を用いることにより、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。このため、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などで沈降分離する場合には、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。

［シート状担体］
シート状担体の好適態様について説明する。シート状担体としては、発泡プラスチック製のものが好適である。この発泡プラスチック製担体は、水中で吸水して膨張するので適度なたわみ性を持ち、また槽内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ともできる。

シート状担体は、好ましくは、長方形状の板状ないしは短冊状シートよりなる。通常の場合、板状ないしは短冊状担体の両短辺部分（短手方向辺縁部）にそれぞれ固定具を取り付け、シート面が槽の深さ方向となるように直立して槽内に設置される。固定具は金属製、布製、プラスチック製など材質は限定されず、シート状担体を槽内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、機械的強度を高めるためにシートの両短辺部分を１つまたは複数の固定具で挟んだ上で留め具等（接着剤、糸、バンド、固定ネジ、フラットバーなど）で固定することが望ましい。

シート状担体は、細菌の生育や微小動物の産卵、生育に適した広い見掛け表面積を有することが好ましい。

なお、見掛け表面積とは、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る。辺長がＬ_１，Ｌ_２、厚みがｄである長方形状のシート状担体の場合、見掛け表面積は、（Ｌ_１×Ｌ_２×２）＋（Ｌ_１×ｄ×２）＋（Ｌ_２×ｄ×２）で算出される。

シート状担体が長方形状である場合、長辺方向が生物処理槽の深さ方向となるように設置されることが好ましい。この場合、シート状担体の長辺の長さＬ_１が１００〜４００ｃｍで、この長辺に直交する短手方向の短辺の長さ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。また、Ｌ_１を５０〜１００ｃｍとして２〜４段を高さ方向に重ねても良い。

シート状担体の辺の長さ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細菌（や微小動物）の成育数が多くなるため好ましい。ただし、この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、曝気による流れがあるため、水の流動性に影響がないことから特に限定されない。短手方向の長さ（幅）Ｌ_２は、水の流動性に影響を与えることから、Ｌ_２は、上述の如く、５〜２００ｃｍ、特に５〜１００ｃｍとすることが好ましい。なお、シート状担体の幅Ｌ_２に対して、生物処理槽の幅が大きい場合には、生物処理槽内に設けるシート状担体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、担体の厚みｄが厚すぎると、発泡プラスチック製とした場合、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、微生物保持のため、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、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。

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。

このようなシート状担体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。ただし硬い板状のシートとすることで機械的強度を得ることもできる。

シート状担体は、これを設置する生物処理槽の容積に対して、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（すなわち見掛け表面積／生物処理槽容積）が０．５〜５０ｍ^−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。

複数枚のシート状担体を、その長手方向を上下方向（生物処理槽深さ方向すなわち鉛直方向）とし、かつ、シート面を面一状に揃え、相互間に若干の隙間をあけ、配列させて固定具を介して留め具等（接着剤、糸、バンド、固定ネジ、パイプ、金属棒など）で互いに固定することにより、配列体とし、この配列体を複数体、各配列体同士の間に若干の間隙をあけて、並列配置し、各配列体の固定具を介して留め具により固定してユニット化することが好ましい。

このように、シート状担体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、シート状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、担体をユニット化しない場合は例えば槽内の担体設置場所に複数の棒状部材を設置し、各配列体の固定具を留め具（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を設置することができる。

［有機性排水の生物処理の好適な条件］
図１の態様では、原水（有機性排水）は第１生物処理槽１０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１生物処理槽１０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。

第１生物処理槽１０への通水は、通常一過式とされる。第１生物処理槽の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）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る。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１生物処理槽は単段であってもよいが、二槽以上の多段構成とすることにより、ＢＯＤ容積負荷５ｋｇ／ｍ^３／ｄ以上の高負荷処理も可能となる。

第１生物処理槽１０に添加するシート状担体の充填率は０．１％〜５％、望ましくは０．２％〜２％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。

原水性状や負荷により分離スクリーンを閉塞させる恐れがない場合は、第１生物処理槽１０に分離スクリーンを設置した上で、シート状担体に加えてさらに流動床担体を添加しても良い。その場合、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。但し、流動床担体を用いる場合、散気気泡の担体との接触により、気泡が会合し、溶解効率が低下する恐れがある。また、第１生物処理槽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１生物処理槽に添加する流動床担体の充填率は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１生物処理槽１０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１生物処理槽１０で溶解性有機物を完全に分解した場合、第２生物処理槽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１生物処理槽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１生物処理槽１０の処理水（第１生物処理水）は、後段の第２生物処理槽２０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。

第２生物処理槽２０内に微小動物保持担体を設けることにより、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、第２生物処理槽２０では、分散菌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生育するが、後者は遊泳しながら、フロックを捕食するため、後者が優先化した場合、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ため、後者の優先化を防止する必要がある。微小動物は汚泥フロックに固着し、系内に維持される。

汚泥は一定の滞留時間で第２生物処理槽２０外へ引き抜かれる。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、第２生物処理槽に設ける担体としてシート状担体を用いて微小動物を安定に保持させる。

第２生物処理槽２０に対する担体充填率は、好ましくは、微小動物による捕食を行う２段目以降の生物処理槽群の総容積の０．５％以上、特に１〜１０％である。この充填率とすることにより、生物処理槽の負荷に適した担体充填率となり、効率的な生物処理を行うことができる。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表わす。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、（Ｌ_１×Ｌ_２×ｄ）で算出される。

２段目以降の生物処理槽では、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。

第２生物処理槽２０において図１のように汚泥返送を行う場合、槽汚泥を定期的に入れ替えるのが好ましい。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２生物処理槽２０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。

［散気量］
シート状担体に全く剪断力がかからない場合、担体への汚泥の過剰長期付着や固着性濾過捕食型微小動物以外の微小動物の増殖がおこる。担体への汚泥の過剰長期付着は汚泥の腐敗につながり、処理水質、固液分離性の悪化を引き起こす。また、第２生物処理槽において、濾過捕食型微小動物以外の微小動物が増殖すると、前述の通り、さまざまな不具合が発生する。シート状担体が分散菌、ツリガネムシやヒルガタワムシ等の濾過捕食型微小動物を優占化させるための場として機能させるためには、シート状担体に適度な剪断力を加え、担体表面に付着した汚泥、微小動物をはがし、浮遊汚泥中へ放出させることが必要である。付着汚泥が入れ替わり、先のＳＲＴで汚泥が引き抜かれることで槽内の微小動物相は良好に維持されることになる。そのためには、シート状担体を設けた生物処理槽内のシート状担体の下方に散気装置を設け、処理水の通水中に、この散気装置により、シート状担体に対して、適度な散気を行うことが好ましい。

第１生物処理槽１０の散気量は０．１〜５ｍ^３−ａｉｒ／ｍ^２−担体設置床面積／ｍｉｎ特に０．１〜２ｍ^３−ａｉｒ／ｍ^２−担体設置床面積／ｍｉｎが好ましい。第２生物処理槽２０の散気量は、散気の程度としては、散気量０．０５〜０．８ｍ^３−ａｉｒ／ｍ^２−担体設置床面積／ｍｉｎ特に０．０５〜０．５ｍ^３−ａｉｒ／ｍ^２−担体設置床面積／ｍｉｎが好ましい。

なお、ここで、担体設置床面積とは、生物処理槽上方からの固定床の投影面の見掛け面積に該当し、シート状担体を複数枚ユニット化したユニット全体の外周で囲まれるユニットの底面積に該当する。

また、担体ユニットにおいて、シート状担体の間隔が散気気泡径に比べ小さい場合、気泡が抜けず、洗浄効果が無くなる。また、間隔が広すぎると下向流が発生し、均一な担体表面洗浄が出来なくなる。そこで、第１及び第２生物処理槽のいずれにおいても、担体同士の間隔を１〜１０ｃｍとし、散気気泡の平均気泡径が当該間隔の０．０１〜０．２倍（好ましくは０．０２〜０．１倍）となるように散気するのが好ましい。これにより安定した洗浄が可能となる。散気の気泡径が小さすぎると剥離効果がなく、大きすぎると固着性濾過捕食型微小動物も保持できなくなるため、気泡径は上記の範囲が望ましい。

［その他の好適なフロー］
第２生物処理槽２０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。そこで図１では、第２生物処理槽２０には、汚泥返送を行う活性汚泥法を採用しているが、図２のように汚泥返送を行わない一過式とした場合は担体充填率を増やすことが望ましい。また、図３のように、この第２生物処理槽２０を、膜分離装置２４を有した膜式活性汚泥法としてもよい。この場合、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。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できる。膜分離装置２４の膜としては、ＵＦ膜、ＭＦ膜などを用いることができる。

膜分離装置２４の下方に散気管２３を設けることが好ましい。

設置スペースの制約で第２生物処理槽に必要なシート状担体ユニットを設けられない場合は、図４のように、第２生物処理槽２０のみ流動床担体２５を添加し、分離スクリーン２６を設置した一過式処理としても良い。その場合、流動床担体２５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。流動床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２生物処理槽に添加する流動床担体の充填率を１０％以上、望ましくは２０〜４０％とすることで、安定して微小動物を維持することが出来る。
なお、沈殿池や膜分離設備を設置できる場合は、流動床担体を５％以上、望ましくは５〜１０％程度充填することで安定して微小動物を維持することができるが、汚泥の沈降性や膜フラックスはシート状担体設置時より低下する。

図示は省略するが、原水の一部、例えば、５〜５０％程度を、第１生物処理槽を経ることなく直接第２生物処理槽以降に導入してもよい。このように、原水の一部を直接第２生物処理槽以降に導入することにより、原水変動時（負荷低下時）の第２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、２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。

図示は省略するが、微小動物を保持する第２生物処理槽内の汚泥の一部を引き抜いて無酸素槽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ても良い。

即ち、このように、無酸素槽を設け、この無酸素槽に第二生物処理槽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、第二生物処理槽には微小動物保持担体が設けられており、濾過捕食型微小動物は担体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。第二生物処理槽から引き抜かれ、無酸素槽で処理された汚泥は第二生物処理槽に返送される。

第２生物処理槽から無酸素槽へ引き抜く汚泥量、及び無酸素槽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。

無酸素槽では、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、無酸素槽に担体を添加しても良い。無酸素槽での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。

上記の説明は、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１生物処理槽、第２生物処理槽は、それぞれ２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３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２生物処理槽に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る。この第２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２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、また、汚泥返送型の沈殿槽においては安定した汚泥界面管理を行うことが可能となる。

［実施例１］
図３に示す第１生物処理槽１０と第２生物処理槽２０（ＵＦ膜分離装置２４を備える。）を有した装置を用いて、有機性排水の処理を行った。有機性排水（原水）としては、ＣＯＤ_Ｃｒ：１０００ｍｇ／Ｌ，ＢＯＤ：６４０ｍｇ／Ｌの人工基質を含む水溶液を、易分解性の糖質排水の模擬排水として調製した。

各生物処理槽の処理条件は次の通りとした。装置全体でのＢＯＤ容積負荷は０．７３ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ^３／ｄであった、装置全体でのＨＲＴは２１ｈであった。
＜第１生物処理槽＞
容量１０５Ｌ
ＤＯ：０．５ｍｇ／Ｌ
ＢＯＤ容積負荷：３．８５ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ３／ｄ
ＨＲＴ：４ｈ
ｐＨ：７．０
＜第２生物処理槽＞
容量４５０Ｌ
ＤＯ：４ｍｇ／Ｌ
溶解性ＴＯＣ汚泥負荷：０．０１ｋｇ−溶解性ＴＯＣ／ｋｇ−ＭＬＳＳ／ｄ
ＨＲＴ：１７ｈ
ｐＨ：７．０
ＳＲＴ：３０日

第１、第２生物処理槽にシート状担体として以下の軟質ポリウレタンフォームからなる揺動性担体を各生物処理槽あたり３枚用い、槽内に縦長に（担体の長手方向を槽の深さ方向として）配置することにより、第１固定床１１及び第２固定床２１を形成した。

第１担体：長さ１００ｃｍ×幅７．１ｃｍ×厚み１ｃｍ；発泡セルの平均孔径０．１ｍｍ；セル数５０個／２５ｍｍ
第２担体：長さ１００ｃｍ×幅３０ｃｍ×厚み１ｃｍ；発泡セルの平均孔径０．１ｍｍ；セル数５０個／２５ｍｍ
各シート状担体は、上下両端をフレームに固定し、このフレームを第１、第２生物処理槽の内壁面に留め付けて固定した。このとき担体の見掛け表面積（ｍ^２）／生物処理槽容積（ｍ^３）＝１２．３（ｍ^−１）、担体の充填率は６％であった。

なお、散気は各生物処理槽の各固定床の下方から行い、担体への散気量としては第１生物処理槽では２ｍ^３−ａｉｒ／ｍ^２−担体設置床面積／ｍｉｎである。第２生物処理槽では０．６７ｍ^３−ａｉｒ／ｍ^２−担体設置床面積／ｍｉｎとした。

その結果、第２生物処理槽内の汚泥フロック、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０．０７ｋｇ−ＭＬＳＳ／ｋｇ−ＣＯＤ_Ｃｒとなった。

処理水（膜分離の透過水）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。これらの結果を表１に示した。

［実施例２］
担体として、ポリエチレン製の板状のもの（大きさは実施例１と同一）を用いたこと以外は実施例１と同様にして原水を処理した。結果を表１に示す。

［比較例１］
担体として、長さ１００ｃｍのポリエステル製の縦糸に対し５ｃｍの横糸を１ｃｍ間隔で２本ずつ固定した。

この紐状物を６本用いたこと以外は実施例１と同様にして原水を処理した。結果を表１に示す。

表１より、担体としてはシート状（板状を含む）のものが好適であることが認められた。

［比較例２］
散気管１２，２２を固定床１１，２１の下方から外れた位置に配置したこと以外は実施例１と同様にして原水を処理した。結果を表２に示す。

表２の通り、担体下方から爆気することにより効率よく処理が行われることが認められた。

［比較例３，４］
第１生物処理槽１０及び第２生物処理槽２０の曝気量を表３の通り少なくしたこと以外は実施例１と同様にして原水を処理した。結果を表３に示す。

表３より、第２生物処理槽２０の曝気量が０．０５ｍ^３／ｍ^２／ｍｉｎを下回ると、処理が困難になることが認められた。

［実施例３、比較例５，６］
表４の通り曝気量を変えた（多くした）こと以外は実施例１と同様にして原水を処理した。結果を表４に示す。

表４の通り、曝気量比（第１生物処理槽の曝気量／第２生物処理槽の曝気量）は１．５〜３倍が好適であるよりことが認められた。なお、比較例６は曝気量比は３倍であるが、第１生物処理槽の曝気量が多すぎるため、第１固定床に汚泥が付着せず、処理が困難であった。

［実施例４，５、比較例７，８］
担体同士の間の間隔を表５の通りとしたこと以外は実施例１と同様にして原水を処理した。結果を表５に示す。

表５の通り、担体間隔は１〜１０ｃｍが好適であることが認められた。

［比較例９］
気泡径を５ｍｍと大きくしたこと以外は実施例１と同様にして原水を処理した。結果を表６に示す。

表６の通り、気泡径と担体間隔との比は０．２以下が好適であることが認められた。

以上の実施例、比較例より、次の事項が実証された。
(i) 担体形状は、シート状が好適である。
(ii) 担体下方からの曝気が必要である。
(iii) 第２生物処理槽の曝気量は第１生物処理槽の曝気量の１．５〜３倍が好適である。
(iv) 担体間隔は担体間隔を１〜１０ｃｍが好適である。
(v) 気泡径は担体間隔の１／５倍以下が好適である。

１０ 第１生物処理槽
１１ 第１固定床
１２ 散気管
２０ 第２生物処理槽
２１ 第２固定床
２２，２３ 散気管
２５ 流動床担体
２６ スクリーン
３０ 沈殿槽

Claims (6)

1. 直列２段以上の好気性生物処理槽を備え、第１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て分散菌を生成し、第１生物処理槽から分散菌を含む第１生物処理水を第２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、
   第１生物処理槽内に、複数のシート状第１担体を設置して第１固定床を形成し、
   第１固定床の下方から散気量０．１〜５ｍ^３−ａｉｒ／ｍ^２−担体設置底面積／ｍｉｎで散気する有機性排水の生物処理方法であって、
   該複数のシート状第１担体は、発泡プラスチックよりなり、
   該複数のシート状第１担体は、シート面が該第１生物処理槽の深さ方向となるように直立して、相互間に１〜１０ｃｍの間隔をあけて並列配置されていることを特徴とする有機性排水の生物処理方法。
2. 請求項１において、
   第２生物処理槽内に複数のシート状第２担体を設置して第２固定床を形成し、
   該複数のシート状第２担体は、発泡プラスチックよりなり、
   該複数のシート状第２担体は、シート面が該第２生物処理槽の深さ方向となるように直立して、相互間に１〜１０ｃｍの間隔をあけて並列配置されており、
   第２固定床の下方から散気量０．０５〜０．８ｍ^３−ａｉｒ／ｍ^２−担体設置底面積／ｍｉｎで散気し、
   第１固定床下方からの散気量は第２固定床下方からの散気量の１．５〜３倍であることを特徴とする有機性排水の生物処理方法。
3. 請求項１又は２において、前記散気気泡の平均気泡径が前記担体同士の間隔の０．０１〜０．２倍となるように散気することを特徴とする有機性排水の生物処理方法。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項において、第１生物処理槽内において、第１固定床の下方以外においても溶存酸素濃度の調整のための予備散気を行い、予備散気の散気量を第１固定床の下方からの散気量より小さくすることを特徴とする有機性排水の生物処理方法。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項において、有機性排水は油分を含有しているか、またはＢＯＤが５００〜１００００ｍｇ／Ｌであることを特徴とする有機性排水の生物処理方法。
6. 直列２段以上の好気性生物処理槽を備え、第１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て分散菌を生成し、第１生物処理槽から分散菌を含む第１生物処理水を第２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、
   第１生物処理槽内に複数のシート状第１担体を設置することにより形成された第１固定床と、
   第１固定床の下方から散気量０．１〜５ｍ^３−ａｉｒ／ｍ^２−担体設置底面積／ｍｉｎで散気する散気手段と
   を備えた有機性排水の生物処理装置であって、
   該複数のシート状第１担体は、発泡プラスチックよりなり、
   該複数のシート状第１担体は、シート面が該第１生物処理槽の深さ方向となるように直立して、相互間に１〜１０ｃｍの間隔をあけて並列配置されていることを特徴とする有機性排水の生物処理装置。

Images