JP7420887B2 - 水処理方法及び水処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、水処理方法及び水処理装置に関し、特に、浄化槽汚泥及びし尿系汚泥を処理し、処理水を下水道放流する水処理への適用に好適な水処理方法及び水処理装置に関する。

浄化槽汚泥及びし尿系汚泥を含む原水を処理して得られる処理水を下水道放流するためには下水排除基準を満足する必要があるが、下水排除基準は、一般的には、公共用水域への放流基準よりも基準が緩いことが知られている。例えば、公共用水域への放流基準としてＢＯＤ（生物化学的酸素要求量）１０ｍｇ／Ｌ、Ｎ（窒素）が１０ｍｇ／Ｌ、ＳＳ（浮遊物質）が１０ｍｇ／Ｌとされているのに対し、下水排除基準はＢＯＤが６００ｍｇ／Ｌ、Ｔ－Ｎが２４０ｍｇ／Ｌ、ＳＳが６００ｍｇ／Ｌである。

下水道放流水の従来の処理方法として、例えば、し尿等に含まれるごみ（し渣）を取り除き、下水排除基準まで希釈して放流する方法が知られている。この場合、一般的に希釈倍率は１０～２０倍程度となり、希釈水量及び下水道放流量が過剰となる。

別の処理方法として、し尿等を脱水機で固液分離し、脱水分離液を希釈して下水道放流する方式がある。この場合、脱水分離液は除渣し尿と比較してＢＯＤ、ＳＳ、窒素等の成分が大幅に低減されるため、希釈倍率は一般に３～８倍程度とすることができるが、脱水分離液の水質には変動が見られるため、希釈水量も水質によって大きく変動するという問題がある。

また、し尿等を脱水機で固液分離する方法も、結局は、搬入量に対して４～９倍量を放流することとなるため、下水道放流量の低減効果は限定的である。固液分離では溶解性成分が除去されにくいため、し尿等に溶解性成分が多く含まれる場合には、脱水分離液の水質が悪化し、希釈水量を増加する必要性が生じる場合もある。放流水量の規制により下水排除基準を満足できない場合もある。

希釈水量及び放流水量をより確実に削減する別の方法として、固液分離と生物処理とを組み合わせる方法が考えられる。例えば、特開昭６１－５０６９１号公報（特許文献１）には、浄化槽汚泥を固液分離した固形分を、し尿系汚水と混合して凝集処理を行い、その分離液を生物処理する方法が記載されている。

特開昭６１－５０６９１号公報

特許文献１に記載される方法では、生物処理した水の放流先についての記載はないが、実施例１の処理液のＢＯＤが１０ｍｇ／Ｌ以下まで処理可能であることなどから、公共用水域への放流を前提とした処理方式であることが推察できる。

しかしながら、前述の通り、公共用水域への放流基準と比較すると下水排除基準は緩い傾向にあるため、下水道放流する処理水に対しては、特許文献１で言及されるような水質までは必要とされていない。そのため、下水道放流のための水質基準に応じたより効率的且つ適切な処理方法の提案が望まれる。

一方で、引用文献１に記載されるような固液分離と生物処理とを組み合わせる水処理においては、下水排除基準を満たす程度に中途半端な処理を行うことが難しいという問題がある。

例えば、生物処理として硝化脱窒処理を行う場合、窒素を全量ではなく例えば６割程度処理する方法、或いは、脱水分離液中に含まれるアンモニア態窒素を全量硝化した後にその６割だけ脱窒処理する方法等が考えられる。

しかしながら、窒素を６割程度処理する場合は４割程度の硝酸性窒素が残留することになるため、後段の沈殿槽において嫌気状態となったところで再度脱窒が起こり、発生した窒素ガスによって汚泥が浮上し、沈殿槽で固液分離が十分に行えない場合がある。沈殿槽で固液分離ができない場合は、硝化脱窒槽のＭＬＳＳ（活性汚泥濃度）が維持できず、処理そのものが悪化する。

脱水分離液中に含まれるアンモニア態窒素を全量硝化する場合は、水槽容量が過大となること、硝化に必要な曝気風量が過大となること、脱窒に必要なメタノールやエタノール等の水素供与体の添加が必要となること等があり、求められる処理水質に対して設備及び運用コストが過大となる。

別の手法として、活性汚泥法を用いた生物処理によって、処理水の水質が下水排除基準未満となるまで粗処理を行い、希釈して下水道放流する方法も考えられる。この場合、硝化を起こさない程度の高ＢＯＤ負荷で処理することによって、硝化脱窒処理を用いた中途半端な生物処理を行うことによる上述の問題を解決することが可能であるが、活性汚泥法を用いた生物処理のための適正な水槽容量が必要となり、高ＢＯＤ負荷に対応するための曝気風量も過大となり、処理効率的に良好な手段であるとはいえない。

上記課題を鑑み、本発明は、下水排除基準を満足する処理水をより少ない希釈水量でより効率良く得ることが可能な水処理方法及び水処理装置を提供する。

上記課題を解決するために本発明者らが鋭意検討した結果、浄化槽汚泥及びし尿系汚泥の少なくともいずれかを含む被処理水を脱水機を用いて固液分離して得られる脱水分離液の少なくとも一部に対して、特定の生物処理を行った後に希釈処理することが有効であるとの知見を得た。

以上の知見を基礎として完成した本発明の実施の形態に係る水処理方法は一側面において、浄化槽汚泥及びし尿系汚泥の少なくともいずれかを含む被処理水を脱水機を用いて固液分離して分離汚泥と脱水分離液とに分離し、脱水分離液の少なくとも一部に対し、散水ろ床法、流動担体法、回転円板法、固定床法のいずれかを少なくとも含む無閉塞型の生物膜法を用いた生物処理を行い、生物処理で得られる生物処理水を下水排除基準を満たすように希釈することを含む水処理方法である。

本発明の実施の形態に係る水処理方法は一実施態様において、生物処理が、脱水分離液中のＢＯＤを除去するための生物処理槽と、脱水分離液中の窒素を除去するための生物処理槽とを、並列又は直列に接続して処理することを含む。

本発明の実施の形態に係る水処理方法は別の一実施態様において、生物処理が、二段以上に直列に接続した生物処理槽に対し、脱水分離液をステップ流入させることを含む。

本発明の実施の形態に係る水処理方法は更に別の一実施態様において、生物処理が、脱水分離液を散水ろ床に供給して脱水分離液中のＢＯＤの好気的分解及びアンモニア態窒素の硝化を行って生物処理水を得ることと、生物処理水を散水ろ床に循環させることと、散水ろ床に循環させる循環水を収容する循環槽内に担体を配置し、担体に付着する微生物により脱窒反応を進行させることを含む。

本発明の実施の形態に係る水処理装置は一側面において、浄化槽汚泥及びし尿系汚泥の少なくともいずれかを含む被処理水を脱水処理して分離汚泥と脱水分離液とに分離する脱水機と、脱水分離液の少なくとも一部に対し、散水ろ床法、流動担体法、回転円板法、固定床法のいずれかを少なくとも含む無閉塞型の生物膜法による生物処理を行う生物処理槽と、生物処理で得られる生物処理水を下水排除基準を満たすように希釈する希釈槽とを備える水処理装置である。

本発明の実施の形態に係る水処理装置は別の一実施態様において、生物処理槽内に、脱水分離液と酸素とが膜面を挟んで対向して浸透する構造を有する膜状担体が配置されていることを含む。

本発明の実施の形態に係る水処理装置は更に別の一実施態様において、膜状担体が、支持体と支持体に支持される膜を備え、膜が支持体を覆うループ形状を有し、脱水分離液が膜の外面から浸透し、酸素が膜の内面に形成された空間から膜の外面へ浸透し、膜の内面から剥離する汚泥を空間の外へ排出するための開口部が膜に形成されていることを含む。

本発明の実施の形態に係る水処理装置は更に別の一実施態様において、直列に接続された二段以上の処理槽を含む生物処理槽のそれぞれに対し、脱水分離液をステップ流入させるための流入手段と、生物処理槽の容積負荷と脱水分離液又は生物処理水の水質とに基づいて、生物処理槽へ流入させる脱水分離液のステップ比を制御する制御手段とを備えることを含む。

本発明によれば、下水排除基準を満足する処理水をより少ない希釈水量でより効率良く得ることが可能な水処理方法及び水処理装置が提供できる。

第１の実施の形態に係る水処理装置を表す概略図である。 第２の実施の形態に係る水処理装置が備える膜状担体の一例を示す断面図である。 第２の実施の形態に係る水処理装置が備える膜状担体の一例を示す側面図である。 第３の実施の形態に係る水処理装置を表す概略図である。 第４の実施の形態に係る水処理装置を表す概略図である。 第５の実施の形態に係る水処理装置を表す概略図である。 第６の実施の形態に係る水処理装置を表す概略図である。 第７の実施の形態に係る水処理装置を表す概略図である。 第７の実施の形態の変形例に係る水処理装置を表す概略図である。 実施例の水処理方法を用いた場合の各槽のＢＯＤ設定負荷の推移の確認を行った結果を表すグラフである。

＜水処理方法＞
本発明の実施の形態に係る水処理方法は、浄化槽汚泥及びし尿系汚泥の少なくともいずれかを含む被処理水を固液分離して分離汚泥と分離液とに分離し、分離液の少なくとも一部に対し、散水ろ床法、流動担体法、回転円板法、固定床法のいずれかを少なくとも含む無閉塞型の生物膜法による生物処理を行い、生物処理による生物処理水を下水排除基準を満たすように希釈することを含む。

（被処理水）
処理対象となる被処理水としては、浄化槽汚泥及びし尿系汚泥の少なくともいずれかを少なくとも含むものであれば特に限定されない。例えばし尿系汚泥と浄化槽汚泥の混合液を被処理水として利用する場合の固液分離については、し尿系汚泥と浄化槽汚泥に対してそれぞれ別々に固液分離を行うことが好ましい。

（固液分離）
固液分離処理には、種々の固液分離装置を用いることができるが、例えば、脱水機を用いて分離汚泥と分離液とに固液分離することが設備及び運用コスト面から好ましい。更に、固液分離前の被処理水に対して濃縮処理を行うことがより好ましい。濃縮方式としては、重力濃縮、機械濃縮の何れも有効な濃縮方式である。

固液分離処理前に高分子凝集剤を添加した濃縮処理を行うことにより、濃縮汚泥の汚泥濃度（ＴＳ）を最大１０～１２質量％程度にまで濃縮することができる。高濃度に濃縮された濃縮汚泥に対して更に脱水機を用いて脱水処理を行えば、含水率７０％以下の低含水率の脱水汚泥（分離汚泥）が得られるため、より顕著な汚泥減容効果が得られる。この低含水率の脱水汚泥のカロリーは高いため、焼却処理において補助燃料無しでの自燃が可能であり、省エネ、低コストとなる。

（生物処理）
生物膜法を用いた生物処理は、大きく分けて担体の定期的な洗浄工程を必要とするものと、生物膜量が処理の中で自律的にコントロールされるものとに分けることができる。前者には、生物膜ろ過法等が該当する。後者には、散水ろ床法、流動担体法、回転円板法、固定床法（接触酸化法）が該当する。

中でも、本発明の実施の形態に係る生物処理としては、生物膜量が処理の中で自律的にコントロールされるタイプの生物膜法を利用することが好ましく、これを本明細書において「無閉塞型の生物膜法」と定義する。特に、無閉塞型の生物膜法の中でも、散水ろ床法、流動担体法は、ＢＯＤ容積負荷１ｋｇ－ＢＯＤ／ｍ³／ｄ以上でも安定して運転することが可能であり、敷地面積が限られる場合に有効である。この「無閉塞型の生物膜法」に包含される生物処理の具体例を以下に説明する。

－散水ろ床法－
散水ろ床法は、好気性生物化学的処理法の一つであり、ろ材の表面に付着した微生物の作用によって、散布される被処理水（分離液）中の有機物を分解することにより、生物処理水を得る方法である。散水ろ床法は、一般的に、生物膜の表面が好気的、生物膜の内部が嫌気的になることが知られている。このため、硝化が進行可能な負荷で散水ろ床の運転を実施すると、生物膜の表面では硝化反応が進行し、生物膜の内部では脱窒反応が進行するという特徴があり、窒素除去効率の面で優れている。

散水ろ床に用いられる担体、散水部等の具体的構成に特に制限はない。担体の素材は、微生物が付着すればどのような素材でも良く、代表的なものとしては、プラスチック、砕石等が用いられる。担体の形状は、プレート状、球状、円柱状、直方体、中空状などいずれの形状でもよい。また、反応槽の容量に対する担体の充填率としては、４０～８０％、望ましくは５０～７０％が好ましい。膜状担体の場合は、反応槽の容量に対する膜の表面の面積として、０．０５～０．１５ ｍ²／ｍ³となるように充填することが好ましい。

より効率良く且つ安定的に生物処理を行うためには、散水ろ床に供給される固液分離後の分離液と散水ろ床内の酸素とが膜面を挟んで対向して浸透する構造を有する膜状担体が散水ろ床内に配置されることが好ましい。

膜状担体は、分離液供給側はＢＯＤが豊富で酸素が乏しいエリアとなる一方で、酸素供給側はＢＯＤが乏しく酸素が豊富なエリアとなる。そのため、被処理水（分離液）の供給側に脱窒反応の進行に適した条件を作り出しながら、酸素供給側に硝化反応に適した条件を作り出すことができるため、種々の担体の中でも特に優れた窒素除去性能を発揮する点においてより好適である。

これに対して、通常の粒状担体の場合、ＢＯＤ、窒素、及び酸素が同じ方向から担体表面の生物膜に供給されるため、１～１．５ｋｇ－ＢＯＤ／ｍ³／ｄの負荷では酸素はＢＯＤの酸化で消費しきってしまい、硝化－脱窒反応が進みにくくなる場合もある。加えて、膜状担体は、他の形状の担体を使用する処理方式と比較して、１．５ｋｇ－ＢＯＤ／ｍ³／ｄ以上の高負荷条件でも閉塞せず安定して運転できるという利点を有している。これは、膜状担体では担体垂直方向に並べられ、担体から剥離した生物膜は担体間で閉塞することなく槽外に排出されるためである。

固液分離後の分離液の散水ろ床への流入は、サイフォン等を用いて散水ろ床の上方へ移送された後に行われる。散水にあたっては、ろ床全体に分離液が散水されればよく、多孔板、スプリンクラー型、スパイラル型のノズル、自走式の回転散水機等の任意の散水装置を用いることができる。

－流動担体法－
流動担体法は、生物処理槽内に担体を収容し、担体が生物処理槽内で流動することにより微生物を被処理水中の有機物や酸素などと接触させて生物処理水を得る方法である。流動担体法を利用する生物処理槽は新設してもよいし、既存の貯留槽等に担体、散気装置等を導入してもよい。流動担体に使用される担体には特に制限はないが、代表的なものとして以下のものが挙げられる。

使用する担体は、微生物が付着し、かつ曝気により流動する担体であればどのような担体でも良い。担体の素材としては、例えば曝気により流動すればどのような担体でも良く、例えば、プラスチック（ポリウレタン（ＰＵ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ））、木製チップ、砂、等が利用される。担体の性状は、スポンジ状、ゲル状、固形状等であり得る。担体の形状は、球状、立方体状、円筒状、ハニカム状等の任意の形状とすることができる。中でも担体の外表面に微生物を付着させる結合固定化担体を利用することにより、生物処理槽内の環境に適した微生物を担体に付着させることができ、流入水の性状変動の影響を受けにくくより安定した生物処理を行うことができる。担体の充填率としては、流動性と性能の観点から、２０～４０％が好ましい。充填率を２０％以上とすることで槽内に多量の微生物を保持することができ、４０％以下として適切な空隙をつくることで流動性を良好に保つことができるのである。流動担体法のＢＯＤ負荷としては、０．５～５．０ｋｇ－ＢＯＤ／ｍ³／ｄ、望ましくは１．０～３．０ｋｇ－ＢＯＤ／ｍ³／ｄが好ましい。流動担体法は既設活性汚泥の曝気槽を利用する場合などに適している。

－回転円板法－
回転円板法は、回転する円板の一部を被処理水と外気に触れさせることによって、円板の表面に生物膜を形成させ、被処理水（分離液）中の有機分を分解させて生物処理水を得る方法である。曝気、エアレーションを行なわないため、風量調整が必要なブロワの設置が不要で、活性汚泥法等のように返送汚泥を供給する必要も無いため、より簡易な設備を供給できる点で有利である。回転円板法のＢＯＤ負荷としては、０．１～１．５ｋｇ－ＢＯＤ／ｍ³／ｄが好ましく、過剰な負荷をかけると、円板に過剰に微生物が付着し、回転軸が破損するという問題が発生する場合がある。

円板の材質及び具体的形状に特に制限は無く、任意の装置を用いることができる。例えば、円板としての材質としては発泡スチロール、プラスチック、塩化ビニル、耐水ベニヤ、アルミニウム等の金属板が利用でき、直径１～３ｍ、厚さ０．７～２０ｍｍの円板状にして使用することができる。

―固定床法（接触酸化法）―
接触酸化法は、反応槽に固定床担体を浸漬させ、被処理水を通水させながら曝気を行うことによって、担体表面に生物膜を形成させ、被処理水（分離液）中の有機分を分解させて生物処理水を得る方法である。担体に付着した生物膜によって処理を行うため、活性汚泥法のように返送による汚泥量のコントロールが不要であり、維持管理が容易となる。ＢＯＤ負荷としては、０．１～１．０ｋｇ－ＢＯＤ／ｍ³／ｄが好ましく、高負荷で運転すると生物膜が肥大して接触材が目詰まりすることがある。

接触酸化法の担体の材質及び具体的形状に特に制限は無く、任意の装置を用いることができる。担体の材質としては、ポリエチレン、プラスチック等が利用でき、形状としてはチューブ型、ひも状、網状、平板状、ボール状、等の任意の形状とすることができる。

（希釈倍率）
上記の生物処理によって得られた生物処理水は希釈槽に送られ、希釈水と混合して下水排除基準を満たすように希釈される。本実施形態によれば、希釈倍率を典型的には１～４倍、より典型的には１～３倍、さらには１～２倍とすることにより、下水排除基準を満たす量とすることができる。希釈は常時行っても良いし、下水排除基準を満たすために必要な場合にのみ行っても良い。これにより、従来の手法に比べてより少ない希釈水量で、下水道放流のための水質基準に応じたより効率的且つ適切な処理が行える。

本実施形態によれば、上述の生物処理を行うことにより、生物処理水の希釈を行わなくてもよい程度にまで生物処理水が処理される場合もある。その場合は、分離液の少なくとも一部に対し、散水ろ床法または流動担体法のいずれかを含む無閉塞型の生物膜法を用いた生物処理を行った後の生物処理水に対し、希釈を行うことなくそのまま下水道放流を行ってもよいことは勿論である。

本発明の実施の形態に係る水処理方法によれば、浄化槽汚泥及びし尿系汚泥の少なくともいずれかを含む被処理水を固液分離した分離液の少なくとも一部に対して上述の無閉塞型の生物膜法による生物処理を行った後に希釈することで、下水道放流することが可能な処理水を、少ない希釈水量でより効率良く安定して得ることが可能となる。

また、本実施の形態に係る水処理方法によれば、固液分離によって得られた分離液の処理に生物処理を採用しているため、生物処理槽内の微生物の生育に必要なだけのリンを供給することで、生物処理による処理水の水質をより高く保ち、且つ安定化させることができる。

一般的に、生物処理においては、ＢＯＤ１００ｍｇ／Ｌに対し、１ｍｇ／Ｌ程度のリンが必要とされている。このため、流入水（分離液）のＢＯＤに対し、この比を満足するようにリンを供給することが望ましい。処理が良好であれば、リンの濃度は１ｍｇ／Ｌ以下、好ましくは０．７ｍｇ／Ｌ以下、より好ましくは０．５ｍｇ／Ｌ以下に減らして供給しても良い。

特に、浄化槽汚泥及びし尿系汚泥の脱水工程において鉄系、アルミ系の凝集剤を使用する場合、リンは汚泥に取り込まれ、脱水分離液に含まれるリン濃度が低下するため、リンの添加を行うことでより安定した水質の処理水が得られる。粗処理では、リンのような栄養塩類の供給が軽視されがちであるが、リンが欠乏するとＢＯＤがほとんど除去できなくなることもあるため、実は、粗処理であっても、リンを供給することが重要となる場合が多いためである。

以下、図面を参照しながら、本発明の第１～第７の実施の形態について説明する。以下の図面の記載においては、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。なお、以下に示す実施の形態はこの発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は、構成部品の構造、配置等を下記のものに特定するものではない。また、以下に示す各実施の形態において説明された各構成を別の実施の形態に係る水処理装置に組み合わせることが可能であることは勿論である。

（第１の実施の形態）
第１の実施の形態に係る水処理装置は、図１に示すように、浄化槽汚泥及びし尿系汚泥の少なくともいずれかを含む被処理水を固液分離して分離汚泥と分離液とに分離する固液分離装置１と、分離液に対し、無閉塞型の生物膜法、即ち、散水ろ床法、流動担体法、回転円板法、固定床法のいずれかの生物処理を行う生物処理槽２と、生物処理による生物処理水を下水排除基準を満たすように希釈する希釈槽３とを備える。

生物処理水中のＢＯＤが希釈倍率を決定する場合の基準となる処理（ＢＯＤ除去型）の実施態様においては、固液分離装置１として脱水機を備え、生物処理槽２として散水ろ床を備えることが好ましい。散水ろ床の処理条件としては、例えば、ＢＯＤ容積負荷を０．５～７．５ｋｇ－ＢＯＤ／ｍ³／ｄ、更に別の態様では１．０～５．０ｋｇ－ＢＯＤ／ｍ³／ｄとすることができる。

被処理水は、固液分離装置１によって固液分離され、例えばＢＯＤが６００～１００００ｍｇ／Ｌ、より典型的には１０００～５０００ｍｇ／Ｌの分離液と分離汚泥が得られる。分離液はその後、生物処理槽２に導入され、ＢＯＤが粗取りされて、ＢＯＤが６００～３０００ｍｇ／Ｌ程度の生物処理水が得られる。生物処理水は希釈槽３において希釈水と混合され、下水排除基準を満足するまで希釈された後、下水道放流される。なお、生物処理槽２として、散水ろ床の代わりに、流動担体槽、接触酸化槽或いは回転円板装置を利用することも可能である。

第１の実施の形態に係る水処理装置及び水処理方法によれば、浄化槽汚泥及びし尿系汚泥生物処理槽２として従来から利用される散水ろ床、流動担体槽、接触酸化槽、回転円板装置等を用いて生物処理した生物処理水を希釈水で希釈することにより、活性汚泥法等による処理等と比べて曝気のための動力等を省略でき、設備面においてもより簡易な装置で下水道放流のための処理水を効率良く得ることができる。

（第２の実施の形態）
第２の実施の形態に係る水処理装置は、図１の生物処理槽２内に、分離液と酸素とが膜面を挟んで対向して浸透する構造を有する膜状担体２０（図２及び図３参照）が配置されていることを含む。

図２に示すように、膜状担体２０は、支持体２１と支持体２１に支持される膜２２を備え、膜２２が支持体２１を覆うループ形状を有しており、分離液がループ形状の膜２２の外面から浸透し、酸素がループ形状の膜２２の内面に形成された空間２３から膜の外面へ浸透するように構成されている。膜２２は支持体２１の外側で湾曲する湾曲部２２ａと、湾曲部２２ａの両端から互いに略平行に延伸する延伸部２２ｂ、２２ｃとを備え、膜２２の下端側、即ち、膜２２の生物処理槽２の底面と対向する側に、膜２２の内面に堆積してその後剥離する汚泥（不図示）を空間２３の外へ排出するための開口部２２ｄが形成されている。

図２及び図３に示す構造の膜状担体２０が、生物処理槽２としての散水ろ床内に収容されることにより、分離液供給側である膜状担体２０の膜２２の外側はＢＯＤが豊富で酸素が乏しいエリアとなる一方で、膜２２の内側の酸素供給側はＢＯＤが乏しく酸素が豊富なエリアとなる。そのため、分離液の供給側に脱窒反応の進行に適した条件を作り出しながら、酸素供給側に硝化反応に適した条件を作り出すことができる。

第２の実施の形態に係る水処理装置及び水処理方法によれば、図２及び図３に示す構造の膜状担体２０を用いることにより、ろ材として砂や石などを使用する場合に比べて、酸素が乏しいエリアと酸素が豊富なエリアを一定の領域内に確実に形成させることができる。そのため、砂や石などのろ材を使用する場合に比べて硝化－脱窒反応が進行しやすい環境を作り出すことができる。また、開口部２２ｄから膜２２の内面に堆積した汚泥を排出させることができるため、より長期間安定した処理が行えるようになる。排出汚泥の中には生物から剥離したものが多く、これらの汚泥は沈降性が良いため、沈殿槽などの固液分離装置を経由して希釈槽に固液分離水を供給すると良い。分離汚泥は浄化槽汚泥及びし尿系汚泥の脱水設備前の受槽に戻して、脱水処理を行い、脱水ケーキとして場外に排出すると良い。

（第３の実施の形態）
第３の実施の形態に係る水処理装置は、図４に示すように、生物処理槽２として、分離液中のＢＯＤを除去するための生物処理槽（高負荷生物処理槽）２ａと、分離液中の窒素を除去するための生物処理槽（低負荷生物処理槽）２ｂとを並列に接続して処理することを含む。

生物処理槽２ａのＢＯＤ負荷条件としては、以下に限定されるものではないが、例えば３．０～１０．０ｋｇ－ＢＯＤ／ｍ³／ｄとし、他の態様では３．０～８．０ｋｇ－ＢＯＤ／ｍ³／ｄ、更に別の態様では３．０～５．０ｋｇ－ＢＯＤ／ｍ³／ｄとすることができる。生物処理槽２ａでは、分離液中のＢＯＤの粗取りを目的とした処理を行う。

生物処理槽２ｂのＢＯＤ負荷条件としては、生物処理槽２ａよりも低負荷で運転することが望ましく、以下に限定されるものではないが、例えば０．５～２．０ｋｇ－ＢＯＤ／ｍ³／ｄとし、他の態様では０．５～１．５ｋｇ－ＢＯＤ／ｍ³／ｄ、更に別の態様では他の態様では０．５～１．０ｋｇ－ＢＯＤ／ｍ³／ｄとすることができる。生物処理槽２ｂでは、分離液中のＴ－Ｎ（全窒素）を除去することを目的とした処理を行う。

生物処理槽２ａ及び生物処理槽２ｂへの分離液の流入比は、分離液の水質（ＢＯＤ、Ｔ－Ｎ）によって調整することができる。図示していないが、分離液の水質に基づいて生物処理槽２ａ及び生物処理槽２ｂの分離液の流入比を制御する制御手段が設けられていても良い。なお、図４においては、生物処理槽２として、生物処理槽２ａ及び生物処理槽２ｂを二槽並列に接続する例を示しているが、二槽以上の生物処理槽が備えられていてもよいことは勿論である。

第３の実施の形態に係る水処理装置及び水処理方法によれば、分離液中の有機物の除去目的に応じて、複数の生物処理槽２を用いてより適切な処理を行うことができるため、下水排除基準を満たす処理水をより効率的に作り出すことができる。

（第４の実施の形態）
第４の実施の形態に係る水処理装置は、図５に示すように、生物処理槽２として、分離液中のＢＯＤを除去するための生物処理槽（高負荷生物処理槽）２ａと、分離液中の窒素を除去するための生物処理槽（低負荷生物処理槽）２ｂとを直列に接続して処理することを含む。生物処理槽２ａ、２ｂにおける処理によって最終的に得られる生物処理水は、返送手段４を介して生物処理槽２ａ、２ｂの前段に循環させる。

第４の実施の形態に係る水処理装置及び水処理方法によれば、前段の生物処理槽２ａでＢＯＤ除去を行い、後段の生物処理槽２ｂで硝化反応を進行させることができ、更に返送手段４を用いて生物処理水を返流することで、循環型硝化脱窒をより促進することができるため、下水道放流用のためのより安定化した水処理を行うことができる。

（第５の実施の形態）
第５の実施の形態に係る水処理装置は、図６に示すように、直列に接続された二段以上の生物処理槽２ａ、２ｂ、・・・２ｎを備え、各生物処理槽２ａ、２ｂ、・・・２ｎに対して分離液をステップ流入させるための流入手段５を備えている。

各生物処理槽２ａ、２ｂ、・・・２ｎへの流入量（ステップ比）は任意に変更することが可能であるが、窒素除去の観点からは、ＢＯＤ容積負荷として１．０～４．０ｋｇ－ＢＯＤ／ｍ³／ｄ、望ましくは１．５～３．０ｋｇ－ＢＯＤ／ｍ³／ｄ、ＴＮ容積負荷として０．５～２．０ｋｇ－Ｎ／ｍ³／ｄ、望ましくは０．７～１．５ｋｇ－Ｎ／ｍ³／ｄ、となる生物処理槽２ａ、２ｂ、・・・２ｎを１以上含むようにし、このような槽が更に増えるように各ステップ比を決定することが望ましい。

被処理水の流量が１２ｍ³／ｄ、ＢＯＤが２０００ｍｇ／Ｌ、ＮＨ₄－Ｎが７００ｍｇ／Ｌで生物処理槽２を三段直列に接続し、各生物処理槽２の容積を２ｍ³として、流入手段５から供給する分離液のステップ流入量を変更した場合のＢＯＤ、Ｔ－Ｎの処理水質の例を表１に表す。表１のケースＡ～Ｃにおいて最も良い処理水質を示す例を◎、二番目に良い処理水質を示す例を○、三番目に良い処理水質を示す例を△に示す。

表１に示すように、ケースＡのように前段へのステップ流入量を低くした場合にはＴ－Ｎの処理性能が向上し、ケースＣのように前段へのステップ流入量を高くした場合はＢＯＤの処理性能が向上する傾向となる。これは、処理水量を少なくすることが可能な前段側において硝化が進行可能な負荷に調整することがプロセス全体の窒素除去に寄与するためである。

第５の実施の形態に係る水処理装置によれば、流入手段５により、各生物処理槽２ａ、２ｂ、・・・２ｎに流入する水量の分配比を調整できるため、例えば、生物処理槽２ａ、２ｂ、・・・２ｎの前段側の流入量を下げて硝化を進行させて処理水中のＮＯ₃－Ｎ濃度を上げ、後段側において前段で生成されたＮＯ₃－Ｎとステップ流入される分離液中に含まれるＢＯＤ成分とで脱窒反応を進行させることにより、被処理水中のＢＯＤ、Ｔ－Ｎを効率的に除去することができる。

また、第５の実施の形態に係る水処理装置によれば、循環式硝化脱窒法のように処理水の循環を行わないため、循環式硝化脱窒法に比べてポンプ動力を削減することが可能となる。

（第６の実施の形態）
第６の実施の形態に係る水処理装置は、図７に示すように、各生物処理槽２ａ、２ｂ、・・・２ｎに対して分離液をステップ流入させるための流入手段５と、生物処理槽２ａ、２ｂ、・・・２ｎへ流入させる分離液のステップ比を制御する制御手段６を備える。

流入手段５による分離液のステップ比は、各生物処理槽２ａ、２ｂ、・・・２ｎの容積負荷と固液分離装置１から得られる分離液又は生物処理槽２ａ、２ｂ、・・・２ｎから得られる生物処理水の水質に応じて、各生物処理槽２ａ、２ｂ、・・・２ｎでの処理がより安定的に行われるように、図７に示す制御手段６によって制御することができる。

例えば、制御手段６は、固液分離装置１で得られた分離液の水質を測定する測定手段１１、各生物処理槽２ａ、２ｂ、・・・２ｎで得られた生物処理水の水質を測定する測定手段１２、１３、１４の測定結果をモニタリングするモニタリング手段７を備え、モニタリング手段７のモニタリング結果に基づいて、制御手段６が各生物処理槽２ａ、２ｂ、・・・２ｎの容積負荷に応じてより最適な流量比となるように、流入手段５からの各生物処理槽２ａ、２ｂ、・・・２ｎへ流入させる分離液のステップ比を調整する。

モニタリング手段７がモニタリングする項目に特に制限はないが、例えば、流量、水温、ｐＨ、ＯＲＰ、ＢＯＤ、ＣＯＤ、ＴＯＣ、アンモニア態窒素、硝酸態窒素等をモニタリングすることができる。モニタリング手段７がモニタリングする箇所は図７の例に限定されるものではなく、代表的な生物処理槽２ａ、２ｂ、・・・２ｎのいずれかをピックアップしてモニタリングすることも可能である。

制御手段６には、モニタリング手段７がモニタリングした項目に基づいて各２ａ、２ｂ、・・・２ｎへ流入させる分離液のステップ比を計算する計算手段（不図示）を備え、計算手段による計算結果に基づいて、流入手段５から流入する分離液の流量を流量調整装置で調整する。流量調整装置としては、電磁弁、手動弁等が挙げられる。

第６の実施の形態に係る水処理装置によれば、固液分離装置１から得られる分離液又は生物処理槽２ａ、２ｂ、・・・２ｎから得られる生物処理水の水質をリアルタイムに把握することができるため、被処理水の水質変動が生じた場合においても各生物処理槽２ａ、２ｂ、・・・２ｎにおいてより適切な生物処理が行われるように分離液のステップ比を設定することができ、より安定した処理を行うことができる。

（第７の実施の形態）
第７の実施の形態に係る水処理装置は、図８に示すように、生物処理槽２ａと生物処理槽２ｂとが並行に接続されている。生物処理槽２ａは、分離液中のＢＯＤの好気的分解及びアンモニア態窒素の硝化を行って生物処理水を得る散水ろ床２０１ａと、散水ろ床２０１ａで得られた生物処理水を散水ろ床２０１ａに循環させる循環ライン２０３ａと、散水ろ床２０１ａに循環させる循環水を収容する循環槽２０２ａとを備える。生物処理槽２ｂは、分離液中のＢＯＤの好気的分解及びアンモニア態窒素の硝化を行って生物処理水を得る散水ろ床２０１ｂと、散水ろ床２０１ｂで得られた生物処理水を散水ろ床２０１ｂに循環させる循環ライン２０３ｂと、散水ろ床２０１ｂに循環させる循環水を収容する循環槽２０２ｂとを備える。

浄化槽汚泥及びし尿系汚泥の少なくともいずれかを含む被処理水を固液分離した後の分離液は貯留槽２ｘに貯留された後、各生物処理槽２ａ、２ｂの循環槽２０２ａ、２０２ｂへそれぞれ供給される。浄化槽汚泥及びし尿系汚泥の脱水処理では、凝集剤として金属塩（ポリ鉄、硫酸バンド等）を使用すると原水中のリンは鉄やＡｌに化学的に固定されるため、分離液中のリン濃度は下がる。このため、循環槽２０２ａ、２０２ｂの前段には、散水ろ床２０１ａ、２０１ｂ内の微生物の生育に必要なだけのリンを供給するためのリン供給手段２ｙがそれぞれ接続されている。リン供給手段２ｙから供給されるリンの形態としては特に制限はないが、リン酸、リン酸二水素カリウム等の薬品、或いはし尿系汚泥、浄化槽汚泥の一部を投入する等の方法がある。浄化槽汚泥及びし尿系汚泥を利用する場合、不足したりん量に応じて脱水後の分離液貯槽に浄化槽汚泥及びし尿系汚泥を分注しても良い。

図９に示すように、循環槽２０２内には、担体を充填することもできる。この場合、表面に微生物を付着させた担体を１０～４０％Ｖ／Ｖ循環槽２０２内へ収容することで、循環槽２０２内に収容された微生物により脱窒反応が進行する。微生物を付着させた担体が収容された循環槽２０２で脱窒反応を進行させた後、循環水を散水ろ床２０１へ循環させ、その処理水を再び循環槽２０２へ戻すことができる。

図９に示す水処理装置によれば、循環槽２０２内に表面に微生物を付着させた担体が収容されることにより、被処理水の変動によらず安定して分離液中に含まれる有機物（ＢＯＤ）及び窒素（Ｔ－Ｎ）を効率良く粗取りすることができる。

第７の実施の形態に係る水処理装置によれば、返送等による汚泥濃度制御が不要で、汚泥の再浮上等のトラブルが発生しない容易な維持管理にて、分離液中に含まれる有機物（ＢＯＤ）及び窒素（Ｔ－Ｎ）を効率良く粗取りすることが可能となり、これにより下水排除基準を満足するための希釈水量の削減し、施設の運転費用の削減することが可能となる。

以下に本発明の実施例を比較例と共に示すが、これらの実施例は本発明及びその利点をよりよく理解するために提供するものであり、発明が限定されることを意図するものではない。

分離液として、し尿処理施設の脱水分離液を図８に示す水処理装置に供給して処理水を得た。脱水分離液には栄養塩（りん酸一カリウム（ＫＨ₂ＰＯ₄））を添加した。表２に、実験期間中の代表的な脱水分離液の性状を示す。

処理フローとしては、図８の一方の散水ろ床２０１ａを高負荷型（Ｎｏ．１）、他方の散水ろ床２０１ｂを低負荷型（Ｎｏ．２）として並列に接続し、それぞれに脱水分離液を流入させた。各槽の設定負荷を段階的に増加させて、各負荷での処理水質の確認を行った（図１０参照）。散水ろ床２０１ａ、散水ろ床２０１ｂの外径寸法は０．０５ｍＷ×１．１５ｍＤ×２．４２ｍＨとし、有効容積２ｍ³とした。散水ろ床２０１ａ、散水ろ床２０１ｂのろ床として、図２及び図３に示す膜状担体を使用した。膜状担体の表面積は２４６ｍ²であった。実験期間中、処理槽からの汚泥の返送等は一切行わず、汚泥量のコントロールは行わなかった。実験結果を表３に示す。

高負荷条件（３．０～１０ｋｇ－ＢＯＤ／ｍ³／ｄ）では、Ｔ－Ｎ除去率は１８％以下と低いものの、ＢＯＤ除去率は３８～６２％を示し、ＢＯＤの粗取りが可能であることを示した。低負荷条件（０．５～２．０ｋｇ－ＢＯＤ／ｍ³／ｄ）では、ＢＯＤ除去率は８０％以上と高いことに加え、Ｔ－Ｎ除去率も３０～７０％を示し、Ｔ－Ｎの粗取りも可能であることを示した。また、いずれの負荷条件においても、汚泥の流出や目詰まりによる閉塞等のトラブルは一切起こらなかった。

上記実験により得られた負荷と硝化量の関係を表４に示す。硝化量は、２．５ｋｇ－ＢＯＤ／ｍ³／ｄ近傍で最大となった。この結果より、窒素除去を目的とする場合は、ＢＯＤ負荷として１．５～６．０ｋｇ－ＢＯＤ／ｍ³／ｄ、更には１．５～４．０ｋｇ－ＢＯＤ／ｍ³／ｄ、より更には２．０～３．０ｋｇ／ｍ³／ｄの負荷条件で運転することにより、窒素除去効率を高くできることがわかった。

下水排除基準をＢＯＤ６００ｍｇ／Ｌ、Ｔ－Ｎ３８０ｍｇ／Ｌとしたときの、各負荷の除去率から求めた希釈倍率の計算値を表５に示す。生物処理の無い場合は３．８倍希釈が必要であったが、本実施例によれば、希釈倍率を１．０～１．７倍に低減可能であることがわかった。なお、下記の計算は脱水ろ液の全量を生物処理に流入させた場合を想定したが、敷地面積等の制限により、脱水ろ液の一部を生物処理する形であっても、希釈水量を低減可能なことは自明である。

１…固液分離装置
２、２ａ～２ｎ…生物処理槽
３…希釈槽
４…返送手段
５…流入手段
６…制御手段
７…モニタリング手段
１１～１４…測定手段
２０…膜状担体
２１…支持体
２２…膜
２３…空間
２０１、２０１ａ、２０１ｂ…散水ろ床
２０２、２０２ａ、２０２ｂ…循環槽
２０３ａ、２０３ｂ…循環ライン

Claims (7)

1. 浄化槽汚泥及びし尿系汚泥の少なくともいずれかを含む被処理水を脱水機を用いて固液分離して分離汚泥と脱水分離液とに分離し、
   前記脱水分離液の少なくとも一部に対し、ＢＯＤ１００ｍｇ／Ｌに対し、リン濃度０．７ｍｇ／Ｌ以下となるようにリンを供給して、散水ろ床法、流動担体法、回転円板法、固定床法のいずれかを少なくとも含む無閉塞型の生物膜法を用いた生物処理を行い、
   前記生物処理で得られる生物処理水を下水排除基準を満たすように希釈すること
   を含むことを特徴とする水処理方法。
2. 前記浄化槽汚泥及び前記し尿系汚泥を前記脱水分離液に分注して前記リンを供給することを含む請求項１に記載の水処理方法。
3. 前記被処理水に、鉄系、アルミ系の凝集剤を供給して前記固液分離することを含む請求項１又は２に記載の水処理方法。
4. 前記生物処理が流動担体法であって、ＢＯＤ負荷０．５～５．０ｋｇ－ＢＯＤ／ｍ³／ｄで前記生物処理を行う工程を含む請求項１～３のいずれか１項に記載の水処理方法。
5. 前記生物処理が、二段以上に直列に接続した生物処理槽に対し、前記脱水分離液をステップ流入させ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。
6. 前記生物処理で得られる生物処理水を固液分離せずにそのまま希釈することを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の水処理方法。
7. 前記脱水機を用いて含水率７０％以下の前記分離汚泥と前記脱水分離液とに分離することを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載の水処理方法。