JP3923958B2

JP3923958B2 - 汚水処理装置

Info

Publication number: JP3923958B2
Application number: JP2004144039A
Authority: JP
Inventors: 隆司榊原; 友章奥田; 静人分林; 宗孝石川; 伸介笠原; 幸雄見手倉; 政信周東
Original assignee: 松下環境空調エンジニアリング株式会社; 兵庫県土地改良事業団体連合会
Priority date: 2004-05-13
Filing date: 2004-05-13
Publication date: 2007-06-06
Anticipated expiration: 2024-05-13
Also published as: JP2005324110A

Description

本発明は、活性汚泥法を利用した汚水処理装置に関する。

現在、多くの下水処理設備においては、活性汚泥法によって汚水の浄化が行われている。これは、活性汚泥法は微生物の代謝作用を利用するため、処理効率が高く、経済的であるからである。ここで、活性汚泥法について以下に説明する。

先ず、汚水は、生物処理槽（曝気槽）へと連続的に供給され、そこで好気性微生物の集団と接触する。これにより、汚水の基質（ＢＯＤ成分）は、好気性微生物の集団によって酸化分解される。この好気性微生物の集団は、一般に「活性汚泥」と呼ばれる。生物処理槽で処理された汚水は、微生物集団と共に沈殿槽に流入する。

沈殿槽では、微生物集団は互いにくっつき合ってフロックとなり、沈降する。一方、上澄み（分離液）は溢流する。沈殿槽に沈降した微生物集団、即ち、汚泥はポンプによって再び生物処理槽に返送され（返送汚泥）、再び基質の酸化分解を行う。

但し、微生物は増殖するため、汚泥を全て返送すると、生物処理槽で酸素不足となったり、沈殿槽で固液分離が困難になったりする。このため、増殖した分は、余剰汚泥として系外に取り出され、脱水、焼却等の処理が行われる。最終的には、余剰汚泥は埋め立て処分される。

ところが、近年において、下水処理設備は増加しており、これに伴い余剰汚泥の発生量も着実に増加している。このため、埋め立て用の最終処分地の確保が年々困難となっている。また、各自治体においては、余剰汚泥の運搬や処理にかかる費用が増大している。このような状況から、余剰汚泥の削減方法については種々の研究がなされている。

余剰汚泥を削減するための手段としては、例えば、活性汚泥法の処理プロセスに、再基質化プロセスを追加することが提案されている（例えば、非特許文献１参照。）。再基質化プロセスは、沈殿槽に沈殿した汚泥（濃縮汚泥）の一部を再び生物分解可能な基質に変換（再基質化）するプロセスである。図６は、再基質化プロセスが追加された活性汚泥法の概略を示す図である。

図６に示すように、生物処理槽５１で発生した汚泥は、沈殿槽５３に送られ、そこで沈降・濃縮される。沈殿槽５３に沈降した汚泥のうち、一部は返送汚泥としてそのまま生物処理槽５１に送られ、別の一部は再基質化装置５２に送られる。

再基質化装置５２は、物理的、化学的又は生物学的方法によって、汚泥中の微生物の殺傷、細胞壁の破壊、可溶化・低分子化等を行う。これにより、汚泥中の微生物は死滅し、汚泥は再基質化される。また、この再基質化された汚泥（以下、「再基質化汚泥」という。）は、再度、生物処理槽５１に送られ、微生物集団によって酸化分解される。この結果、余剰汚泥の削減が図られる。

再基質化の具体的な方法としては、オゾン酸化法、好熱細菌法、ビーズミル法、水熱処理法、超音波法、高速回転ディスク法、ウォータージェット法、電解法、高圧処理法、酸・アルカリ処理法、マイクロ波法等が知られている。このうち、非特許文献１においては、水熱処理法を利用した方法が開示されている。

また、非特許文献１においては、水熱処理法による再基質化プロセスを導入した場合における汚泥削減のメカニズムを理論化する試みがなされている。また、この理論に基づいて構築されたモデルのシミュレーション解析を行い、これによって、再基質化量等の操作条件を決定している。

更に、非特許文献１においては、シミュレーション解析から得られた値と実測値とを比較することで、シミュレーション解析の正確性の実証も行っている。このことから、活性汚泥法を実施する既存の汚水処理装置に再基質化装置を組み込み、非特許文献１に開示された操作条件で汚水処理装置を稼動すれば汚泥を削減できると考えられる。

また、図６に示した方法においては、再基質化汚泥の流入により、生物処理槽５１における処理負荷が増大するため、最終の処理水の水質が悪化する可能性がある。このため、外部から流入する汚水を生物処理する第１生物処理槽とは別に、再基質化汚泥の生物処理を専門に行う第２生物処理槽を用いることが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

この二つの生物処理槽を用いた活性汚泥法において、第１生物処理槽で発生した余剰汚泥は第２生物処理槽に送られ、第２生物処理槽の混液に混入される。また、第２生物処理槽から取り出された混液に対して再基質化処理が行われ、これにより発生した再基質化汚泥は第２生物処理槽へ返送される。更に、第２生物処理槽の混液は分離液と濃縮汚泥とに固液分離され、このときの濃縮汚泥が余剰汚泥として排出される。分離液は第１生物処理槽に送られる。
特開２００３−８０２９８号公報奥田友章著「水熱反応による余剰汚泥削減型活性汚泥法の開発に関する研究」、大阪工業大学大学院工学研究科博士課程学位論文、２００２年１２月

しかしながら、再基質化装置を組み込んだ汚水処理装置においては、再基質化プロセスを実行する必要があるため、再基質化装置が組み込まれていない汚水処理装置に比べて、管理者の負担が増加してしまう。このため、余剰汚泥の処分にかかるコストを低減できても、管理者の増員等による運用コストの上昇を招来してしまう。

また、非特許文献１に開示された操作条件は、あくまで余剰汚泥を削減するための条件であり、汚水処理装置の省力化に貢献するものではない。更に、非特許文献１においては、余剰汚泥が全く発生しないことを前提にしてモデルを構築し、それに基づいて解析シミュレーションを行っている。このため、実際に汚水処理装置を長時間稼動した場合は、解析結果と実際の状況とが乖離する可能性がある。

更に、特許文献１は、第１生物処理槽と第２生物処理槽とを備えた汚水処理装置について開示しているが、特許文献１においても、汚水処理装置の省力化についての記載はない。このため、特許文献１に開示された汚水処理装置であっても、運用コスト上昇の抑制は困難である。

本発明の目的は、余剰汚泥の発生を考慮した再基質化処理を行うことができ、且つ、運用コスト上昇の抑制を図り得る汚水処理装置を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明における汚水処理装置は、活性汚泥法による汚水の浄化処理を行う汚水処理装置であって、外部から流入する汚水を生物処理する第１生物処理槽と、前記第１生物処理槽の混液を第１濃縮汚泥と第１分離液とに分離する第１固液分離手段と、前記第１濃縮汚泥を生物処理する第２生物処理槽と、前記第２生物処理槽の混液を第２濃縮汚泥と第２分離液とに分離する第２固液分離手段と、再基質化処理を行う再基質化手段と、前記第２生物処理槽の混液を前記再基質化手段へと送るための第１再基質化ラインと、前記再基質化手段による再基質化処理によって生じた再基質化汚泥を前記第２生物処理槽へと送るための第２再基質化ラインと、前記第２分離液を前記第１生物処理槽に送るための分離液供給ラインと、前記第２濃縮汚泥を余剰汚泥として外部へと排出するための排出ラインと、制御手段と、前記制御手段の指示に応じて、前記第２再基質化ラインから前記第２生物処理槽に供給される前記再基質化汚泥の流量を調節する第１流量調節手段と、前記制御手段の指示に応じて、前記排出ラインから外部に排出される前記余剰汚泥の流量を調節する第２流量調節手段とを有し、前記制御手段は、前記第２流量調節手段によって前記排出ラインによる前記余剰汚泥の外部への排出を停止した状態で、前記第２生物処理槽中の活性汚泥の濃度Ｘａ５と、前記第２生物処理槽中の非活性汚泥の濃度Ｘｄ５と、前記第２分離液及び前記第２生物処理槽中の再基質の可溶化成分濃度Ｓｅとから、前記第２生物処理槽に供給できる前記再基質化汚泥の一日あたりの量Ｑｓと、前記Ｑｓを達成した場合に排出が必要な前記余剰汚泥の一日あたりの量Ｑｅとを算出し、算出した前記Ｑｓ及び前記Ｑｅが満たされるように前記第１流量調節手段及び前記第２流量調節手段に指示を与えることを特徴とする。

以上のように本発明における汚水処理装置によれば、制御手段によって、第２生物処理槽に供給できる再基質化汚泥の一日あたりの量Ｑｓが算出される。また、第２生物処理槽に供給できる再基質化汚泥の一日あたりの量Ｑｓの算出は、余剰汚泥の発生を考慮して行われている。更に、制御手段は、算出した再基質化汚泥の一日あたりの量Ｑｓを達成するために排出が必要となる余剰汚泥の一日あたりの量Ｑｅも算出する。

このため、本発明における汚水処理装置を用いれば、余剰汚泥の発生を考慮した再基質化処理を行うことができ、実際の状況と算出結果との乖離は抑制される。また、このように、算出を制御手段によって行うことができるため、算出分の再基質化汚泥の第２生物処理槽への供給や、算出分の余剰汚泥の排出を容易に自動化できるため、運用コスト上昇の抑制を図ることもできる。

上記本発明における汚水処理装置においては、前記第１濃縮汚泥を前記第２生物処理槽へ送るための引き抜きラインを更に有し、前記引き抜きラインに、前記第１濃縮汚泥中の汚泥濃度Ｘ３を測定する第１の測定手段と、前記第２生物処理槽に送られる前記第１濃縮汚泥の一日あたりの量Ｑｒを測定する第１の流量計とが設けられ、前記第２再基質化ラインに、前記再基質化汚泥中の汚泥濃度Ｘ７、及び再基質化汚泥中の再基質の可溶化成分濃度Ｓｃを測定する第２の測定手段が設けられ、前記第２生物処理槽に、前記第２生物処理槽中の活性汚泥の濃度Ｘａ５と前記第２生物処理槽中の非活性汚泥の濃度Ｘｄ５との和である前記第２生物処理槽中の汚泥濃度Ｘ５を測定する第３の測定手段が設けられ、前記分離液供給ラインに、前記第２分離液中の汚泥濃度Ｘ８及び前記第２分離液中の再基質の可溶化成分濃度Ｓｅを測定する第４の測定手段と、前記分離液供給ラインによって前記第１生物処理槽に供給される前記第２分離液の一日あたりの量Ｑｍを測定する第２の流量計とが設けられ、前記排出ラインに、前記余剰汚泥中の汚泥濃度Ｘ４を測定する第５の測定手段が設けられ、前記第１再基質化ラインに、前記再基質化手段に送られる混液中の汚泥濃度Ｘ６を測定する第６の測定手段が設けられ、前記制御手段が記憶部を有し、前記記憶部には、前記第２生物処理槽における前記再基質化汚泥の懸濁成分の汚泥転換率ａ₁、前記第２生物処理槽における前記再基質化汚泥の可溶化成分の汚泥転換率ａ₂、前記第２生物処理槽における前記再基質化汚泥の懸濁成分の分解速度ｋ₁、前記第２生物処理槽における前記再基質化汚泥の可溶化成分の分解速度ｋ₂、前記第２生物処理槽における前記再基質化汚泥の懸濁成分の飽和定数Ｋｓ₁、前記第２生物処理槽における前記再基質化汚泥の可溶化成分の飽和定数Ｋｓ₂、活性汚泥の自己酸化率ｂ、前記第２生物処理槽中の混液の体積Ｖ５、及び前記Ｘａ５と前記Ｘ５との比（Ｘａ５／Ｘ５）が格納されており、前記制御手段が、前記第１の測定手段から前記第６の測定手段によって測定された値と、前記第１の流量計及び前記第２の流量計によって測定された値と、前記記憶部に記憶された値とを、下記式（１）〜（６）に代入することによって、前記第２生物処理槽に供給できる前記再基質化汚泥の一日あたりの量Ｑｓと、前記Ｑｓを達成した場合に排出が必要な前記余剰汚泥の一日あたりの量Ｑｅとを算出する態様とするのが好ましい。この態様によれば、適切なＱｓ及びＱｅを簡単に算出することができる。

また、上記態様においては、前記制御手段が検出部を有し、前記第１の測定手段〜前記第６の測定手段のうち少なくとも一つ、前記第１の流量計、及び前記第２の流量計が、それぞれの測定値に応じた信号を前記検出部に出力し、前記検出部が前記信号から前記測定値を検出するのが好ましい。この場合、制御手段によって自動的に係数を検出できる。

また、上記本発明における汚水処理装置においては、前記第２固液分離手段が分離膜装置であって、前記第２生物処理槽内に配置されているのであれば、前記第１濃縮汚泥を前記第２生物処理槽へ送るための引き抜きラインを更に有し、前記引き抜きラインに、前記第１濃縮汚泥中の汚泥濃度Ｘ３を測定する第１の測定手段と、前記第２生物処理槽に送られる前記第１濃縮汚泥の一日あたりの量Ｑｒを測定する第１の流量計とが設けられ、前記第２再基質化ラインに、前記再基質化汚泥中の汚泥濃度Ｘ７、及び再基質化汚泥中の再基質の可溶化成分濃度Ｓｃを測定する第２の測定手段が設けられ、前記第２生物処理槽に、前記第２生物処理槽中の活性汚泥の濃度Ｘａ５と前記第２生物処理槽中の非活性汚泥の濃度Ｘｄ５との和である前記第２生物処理槽中の汚泥濃度Ｘ５を測定する第３の測定手段が設けられ、前記分離液供給ラインに、前記第２分離液中の再基質の可溶化成分濃度Ｓｅを測定する第４の測定手段と、前記分離液供給ラインによって前記第１生物処理槽に供給される前記第２分離液の一日あたりの量Ｑｍを測定する第２の流量計とが設けられ、前記制御手段が記憶部を有し、前記記憶部には、前記第２生物処理槽における前記再基質化汚泥の懸濁成分の汚泥転換率ａ₁、前記第２生物処理槽における前記再基質化汚泥の可溶化成分の汚泥転換率ａ₂、前記第２生物処理槽における前記再基質化汚泥の懸濁成分の分解速度ｋ₁、前記第２生物処理槽における前記再基質化汚泥の可溶化成分の分解速度ｋ₂、前記第２生物処理槽における前記再基質化汚泥の懸濁成分の飽和定数Ｋｓ₁、前記第２生物処理槽における前記再基質化汚泥の可溶化成分の飽和定数Ｋｓ₂、活性汚泥の自己酸化率ｂ、前記第２生物処理槽中の混液の体積Ｖ５、及び前記Ｘａ５と前記Ｘ５との比（Ｘａ５／Ｘ５）が格納されており、前記制御手段が、前記第１の測定手段から前記第４の測定手段によって測定された値と、前記第１の流量計及び前記第２の流量計によって測定された値と、前記記憶部に記憶された値とを、上記式（１）〜（４）及び（６）、下記式（７）に代入することによって、前記第２生物処理槽に供給できる前記再基質化汚泥の一日あたりの量Ｑｓと、前記Ｑｓを達成した場合に排出が必要な前記余剰汚泥の一日あたりの量Ｑｅとを算出する態様とするのも好ましい。この態様によっても、適切なＱｓ及びＱｅを簡単に算出することができる。

また、上記態様においては、前記制御手段が検出部を有し、前記第１の測定手段〜前記第４の測定手段のうち少なくとも一つ、前記第１の流量計、及び前記第２の流量計が、測定値に応じた信号を前記検出部に出力し、前記検出部が前記信号から前記測定値を検出する態様とするのが好ましい。この場合、制御手段によって自動的に係数を検出できる。

また、上記本発明の汚水処理装置においては、前記第１再基質化ライン又は第２再基質化ラインに、前記第２生物処理槽に供給される前記再基質化汚泥の一日あたりの量を測定する第３の流量計が設けられ、前記排出ラインに、前記排出ラインから排出される前記余剰汚泥の一日あたりの量を測定する第４の流量計が設けられており、前記制御手段は、前記第３の流量計で測定された値が、前記第２生物処理槽に供給できる前記再基質化汚泥の一日あたりの量Ｑｓに到達したかどうかを判定し、到達した場合に、前記第１流量調節手段に、前記再基質化手段への前記第２生物処理槽の混液の供給を停止させ、更に、前記第４の流量計で測定された値が、前記余剰汚泥の一日あたりの量Ｑｅに到達したかどうかを判定し、到達した場合に、前記第２流量調節手段に、前記余剰汚泥の排出を停止させる態様とするのが好ましい。この態様によれば、再基質化手段に自動的に必要量の濃縮汚泥が供給される。また、汚水処理装置は、自動的に必要量の余剰汚泥を排出できる。

更に、上記本発明の汚水処理装置においては、前記再基質化手段は、超音波処理装置または水熱処理装置であるのが好ましい。この場合、再基質化処理の確実性を高めることができる。

以下、本発明の汚水処理装置の一例について、図１〜図５を参照しながら説明する。最初に、本発明の汚水処理装置の物質収支モデルについて図１を用いて説明する。図１は、本発明の汚水処理装置の物質収支モデルを示す図である。

図１に示すように、汚水処理装置は、第１生物処理槽１、再基質化装置２、及び第２生物処理槽３を備えている。この汚水処理装置において、外部からの汚水は、第１生物処理槽１に流入する。第１生物処理槽１において、汚水中の基質は、第１生物処理槽１内の微生物によって酸化分解される。これにより、汚泥が発生する。

また、生物処理された汚水は、図１には図示していない第１固液分離手段に送られ、第１分離液と第１濃縮汚泥とに分離される。第１分離液は処理水として排出される。第１濃縮汚泥の一部は、図１には図示していないが、返送汚泥としてそのまま生物処理槽１へと送られ、生物処理に利用される。

一方、返送汚泥として返送されなかった第１濃縮汚泥は、第２生物処理槽３へと送られ、第２生物処理槽３の混液に混入する。混入された第１濃縮汚泥中の微生物集団は、第２生物処理槽３内の基質に対して生物処理（酸化分解処理）を行う。また、第１濃縮汚泥が混入された混液は、再基質化装置２へ送られ、そこで再基質化処理される。再基質化処理された再基質化汚泥は第２生物処理槽３に返送され、後から送られてきた第１濃縮汚泥や再基質化装置２に送られなかった第１濃縮汚泥中の微生物集団によって酸化分解される。

また、第２生物処理槽３で生物処理された混液は、図１には図示していない第２固液分離手段によって、第２分離液と第２濃縮汚泥とに分離される。分離された第２分離液は、第１生物処理槽１に送られる。一方、分離された第２濃縮汚泥は余剰汚泥として外部に排出される。

このように、図１に示す汚水処理装置では、第１濃縮汚泥が混入された第２生物処理槽３の混液に対して再基質化が行われ、これによって生じた再基質化汚泥は、後から送られてきた第１濃縮汚泥中の微生物等によって酸化分解される。このため、再基質化処理を行わない場合に比べて余剰汚泥の排出量を軽減することができる。

また、図１に示す汚水処理装置では、再基質に対する生物処理は、専用の生物処理槽（第２生物処理槽３）において行われている。このため、第１生物処理槽１の処理負荷の増大による処理水の水質悪化を抑制できる。

また、以上の説明から、余剰汚泥の一日あたりの量Ｑｅ(L/day)の削減を図るためには、再基質化装置２に出来るだけ多くの混液を送り、出来るだけ多くの再基質化汚泥を生成すれば良いとも考えられる。しかし、第２生物処理槽３に送られる再基質化汚泥の量が多くなり過ぎると、第２生物処理槽３内での基質と微生物とのバランスが崩れる可能性がある。この場合、却って余剰汚泥が増加する可能性がある。また、第２分離液の水質の悪化によって第１分離液の水質も悪化するおそれがある。従って、余剰汚泥の一日あたりの量Ｑｅ(L/day)の削減を図るためには、第２生物処理槽３に送られる再基質化汚泥の量(L/day)を適切な値とする必要がある。

ここで、図１に示す汚水処理装置における汚泥の増殖と分解、及び溶解性の基質の分解について検討する。また、図１に示す汚水処理装置における各種パラメータを以下の表１から表２に示すように定義する。

なお、表１に示すパラメータにおいて、ＸＮ＝ＸａＮ＋ＸｄＮ（Ｎ＝４、５、６、７、８）である。

表１及び表２に示すパラメータを用いると、第２生物処理槽３における汚泥の増殖と分解は、下記式（１）〜（３）によって示すことができる。また、第２生物処理槽３における溶解性の基質の分解は、下記式（４）によって示すことができる。なお、下記式（１）〜（４）で使用されている各種係数の定義を表３に示す。

また、表３中のａ₁及びａ₂の単位は特に限定されるものではないが、これらの単位としては「g-SS/g-BOD」、「g-SS/g-SS」、「g-SS/g-COD」、「g-SS/g-TOC」等が挙げられる。

図２は、再基質化汚泥を概念的に示す図である。図２に示すように、再基質化装置２（図１参照）へと送られた混液中の活性汚泥のうち、一部は、再基質化処理によって、微生物による酸化分解が可能な再基質化汚泥となる。残りは、微生物による酸化分解が不可能な未基質汚泥のままである。このとき、活性汚泥の再基質化率をε、活性汚泥の未基質化率をδとすると、ε＋δ＝１となる。

なお、図２において、γは活性汚泥の再基質化汚泥への転換係数を示す。再基質化汚泥への転換係数γは、再基質化汚泥の汚泥濃度と基質濃度とを測定し、その比率を算出することによって得ることができる。再基質化汚泥への転換係数γの単位としては、例えば、［g-BOD/g-SS］、［g-COD/g-SS］、［g-TOC/g-SS］等が挙げられる。通常、再基質化汚泥の転換係数γは、０．４［g-TOC/g-SS］程度となる。

また、図２に示すように、再基質化汚泥は、懸濁成分と可溶化成分に分かれる。再基質化汚泥の懸濁率をζ、再基質化汚泥の可溶化率をηとすると、ζ＋η＝１となる。更に、可溶化成分には、汚水中に溶け込んだ溶解成分とガス成分とが含まれる。再基質化汚泥の可溶化成分の溶解率をθ、ガス化率をιとすると、θ＋ι＝１となる。

ここで、図１に示す物質収支モデルにおける物質収支を検討する。第２生物処理槽３中の汚泥濃度Ｘ５(mg/L)に着目すると、物質収支は下記式（８）及び（９）によって表される。また、上記式（３）と、下記式（８）及び（９）とから、下記式（５）が導かれる。

また、第２生物処理槽３及び第２分離液中の再基質の可溶化成分濃度Ｓｅ(mg/L)に着目すると、物質収支は下記式（６）によって表される。

従って、第２生物処理槽３に供給できる再基質化汚泥の一日あたりの量Ｑｓ(L/day)（即ち、再基質化装置２に送る混液の一日あたりの量）を適切な値とするためには、Ｑｓが上記の物質収支の式（５）及び（６）を満たすように、汚水処理装置を稼動させてやることが望ましい。このため、以下の図３に示す本発明の汚水処理装置の一例においては、上記式（１）〜（６）を用いて、第２生物処理槽３に供給できる再基質化汚泥の一日あたりの量Ｑｓ(L/day)と余剰汚泥の量Ｑｅ(L/day)とが決定される。

次に、本発明の汚水処理装置の構成について図３及び図４を用いて説明する。図３は、本発明の汚水処理装置の一例を示す構成図である。図４は、再基質化装置の一例を示す図であり、図４（ａ）は側面図、図４（ｂ）は下面図である。

図３に示すように、汚水処理装置は、第１生物処理槽１と、再基質化装置２と、第２生物処理槽３と、第１固液分離手段４と、第２固液分離手段５とを備えている。また、汚水処理装置は、制御装置１０も備えている。生物処理槽１内には、微生物が存在している。よって、外部から流入する汚水中の基質はこの微生物によって酸化分解される。生物処理槽１によって処理された汚水は第１固液分離手段４に流入する。

第１固液分離手段４は、第１生物処理槽１で処理された汚水を第１濃縮汚泥９と第１分離液８とに分離させる。本例では、第１固液分離手段４としては沈殿槽が用いられている。第１分離液８は溢水によって外部に排出される。第１濃縮汚泥９は、ポンプ２５によって吸引され、第１固液分離手段４と第２生物処理槽３とを接続する引き抜きライン４２を介して第２生物処理槽３へと送られる。

また、図３に示すように、引き抜きライン４２からは返送ライン４１が分岐している。返送ライン４１は、第１濃縮汚泥９をそのままの状態で第１生物処理槽１へと返送するためのラインである。なお、本発明においてラインは流路を意味している。

再基質化装置２は、第２生物処理槽３の混液に対して再基質化処理を行う。また、第２再基質化装置２は、第１再基質化ライン４３と第２再基質化ライン４４とによって第２生物処理槽３に接続されている。本例では、第２生物処理槽の混液は、ポンプ２６によって、第１再基質化ライン４３を介して再基質化装置２へと送られる。再基質化装置２の再基質化処理によって生成された再基質化汚泥は、第２再基質化ライン４４を介して第２生物処理槽３へと送られる。

再基質化装置２の種類は特に限定されるものではなく、水熱処理によって再基質化を行う水熱処理装置であっても良いし、超音波処理によって再基質化を行う超音波処理装置であっても良い。さらに、再基質化装置２としては、オゾン酸化法、好熱細菌法、ビーズミル法、高速回転ディスク法、ウォータージェット法、電解法、高圧処理法、酸・アルカリ処理法、またはマイクロ波法等を用いて再基質化処理を行う装置を用いることもできる。

本例では、再基質化装置２としては、図４に示す超音波処理装置が用いられている。図４の例では、超音波処理装置は、混液を貯留する処理槽３１の底面に、複数の超音波振動子３２を取り付けて構成されている。この構成により、処理槽３１内に送り込まれた混液においては、超音波振動子３２からの超音波によってキャビテーションが発生する。この結果、混液中の微生物は破壊され、可溶化される。図３及び図４の例では、再基質化装置２の稼動、出力調整は、制御装置１０によって行われている。

また、再基質化装置２として超音波処理装置を用いる場合、超音波周波数は２０ＫＨｚ〜１００ＫＨｚ、特には２０ＫＨｚ〜４０ＫＨｚに設定するのが好ましい。なお、再基質化装置２として用いることができる超音波処理装置は、図４に示す例に限定されるものではない。

また、再基質化装置２として、水熱処理によって再基質化を行う水熱処理装置を用いる場合、反応温度は１００℃〜３００℃、特には１００℃〜２００℃に設定するのが好ましい。なお、水熱処理装置の構成は特に限定されるものではない。更に、水熱処理装置においては、加熱方式も特に限定されず、また連続式でも回分式でも良い。また、水熱処理を行うための加熱手段も特に限定されず、加熱手段としては、ボイラー、ヒーター、電磁誘導装置、又はマイクロ波照射装置等を用いることができる。

第２生物処理槽３は、第１固液分離手段４から送られる第１濃縮汚泥９の生物処理を行う。具体的には、第２生物処理槽３では、図１を用いて説明したように、第１濃縮汚泥９を再基質化処理して得られた再基質化汚泥が、後から送られてきた第１濃縮汚泥９や再基質化装置２に送られなかった第１濃縮汚泥９中の微生物集団によって生物処理される。

また、第２生物処理槽３の混液は、第２固液分離手段５によって第２濃縮汚泥と第２分離液とに分離される。但し、本例では、第２固液分離手段５としては分離膜装置が用いられている。また、第２固液分離手段５は第２生物処理槽３内に浸漬された状態で配置されている。このため、本例でいう「第２濃縮汚泥」は、第２生物処理槽３の混液そのものを意味している。

第２固液分離手段によって分離された分離液は、ポンプ２８による吸引により、分離液供給ライン４６を介して第１生物処理槽１へ送られる。第２固液分離手段５によって分離された第２濃縮汚泥、即ち第２生物処理槽３の混液は、余剰汚泥として、外部に排出される。本例では、余剰汚泥は、ポンプ２７による吸引によって、排出ライン４５を介して外部に排出される。

また、図３に示すように、第２再基質化ライン４４には、流量調節手段として機能するバルブ６が設けられ、排出ライン４５には、流量調節手段として機能するバルブ７が設けられている。バルブ６及び７は、信号の入力によって開閉が可能な自動弁である。本例では、バルブ６及び７の開閉は、制御装置１０によって制御されている。

なお、本例では、第１固液分離手段４として沈殿槽が用いられ、第２固液分離手段として浸漬式の分離膜装置が用いられているが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明においては、第１固液分離手段として分離膜装置を用いることもできるし、第２固液分離手段として沈殿槽を用いることもできる。また、分離膜装置は外置式及び浸漬式のいずれであっても良い。更に、本発明では、第１固液分離手段または第２固液分離手段として、加圧浮上分離装置、または遠心分離装置等を用いることもできる。また、生物処理槽と固液分離手段とを一体化した回分式処理装置を用いることもできる。

但し、図３に示すように、第２固液分離手段５として、浸漬式の分離膜装置を用いる場合は、第２濃縮汚泥が第２生物処理槽３の混液そのものであるため、図１に示した物質収支モデルにおいて、Ｘ４＝Ｘ５＝Ｘ６、Ｘ８＝０が成立する。よって、上記式（５）は下記式（７）に変形でき、本例では、上記式（５）の代わりに下記式（７）が用いられる。

また、図３に示す汚水処理装置においては、第１の測定手段１１〜第４の測定手段１４までの４つの測定手段が設けられている。更に、図３の例では、第２の測定手段１２を除き、各測定手段は、測定した値に応じた信号を制御装置１０の検出部１６へと出力する機能を備えている。第２の測定手段１２によって測定された値は、汚水処理装置の操作者によって入力部２０から制御装置１０に入力される。入力された値は、記憶部１８に格納される。

なお、第２の測定手段１２に、測定した値に応じた信号を制御装置１０の検出部１６へと出力する機能を付与することもできる。また、第２の測定手段１２以外の測定手段が、制御装置１０に信号を出力する機能を有していない態様であっても良く、この場合も、測定された値は汚水処理装置の操作者によって入力部２０から入力される。

第１の測定手段１１は、引き抜きライン４２に設けられている。第１の測定手段１１は、第１濃縮汚泥９中の汚泥濃度Ｘ３(mg/L)を測定するＳＳ計である。また、引き抜きライン４２には、第１の流量計２１も設けられている。第１の流量計２１は、第２生物処理槽３に供給される第１濃縮汚泥９の一日あたりの量Ｑｒ(g/day)を測定する。

第２の測定手段１２は、第２再基質化ライン４４から分岐したラインに取り付けられている。第２の測定手段１２は、再基質化汚泥中の汚泥濃度Ｘ７(ｍg/L)と、再基質化汚泥中の再基質の可溶化成分濃度Ｓｃ(ｍg/L)とを測定する。図３の例では、第２の測定手段１２は、第１測定槽（図示せず）と第２測定槽（図示せず）とを備えている。各測定槽それぞれには、負荷測定器が備えられている。

また、第１測定槽の供給口には、粒子保持能力が５μｍ以上、好ましくは１．２μｍ以上のフィルター（図示せず）が備えられており、このフィルターを通過した成分の基質濃度が、再基質化汚泥中の再基質の可溶化成分濃度Ｓｃ(ｍg/L)として測定される。更に、第２の測定槽の供給口には、粒子保持能力が１２５μｍ以上、好ましくは３７μｍ以上のフィルター（図示せず）が備えられており、このフィルターを通過した成分の汚泥濃度が、再基質化汚泥中の汚泥濃度Ｘ７(ｍg/L)として測定される。

また、第２の測定手段１２によるＸ７及びＳｃの測定は、排出ライン４５による外部への排出を停止した状態、即ち、バルブ７を閉じた状態で行われる。第２の測定手段１２によって測定された値は、上述したように汚水処理装置の操作者によって入力部２０から制御装置１０に入力される。

また、第２の測定手段１２によって測定されたＸ７及びＳｃから、図２を用いて説明した、活性汚泥の再基質化率ε、再基質化汚泥の懸濁率ζ、及び再基質化汚泥の可溶化率η（図２参照）を算出できる。再基質化汚泥の可溶化成分の溶解率θ、及び再基質化汚泥の可溶化成分のガス化率ι（図２参照）は、再基質化処理におけるＴＯＣの損失量から算出できる。但し、再基質化装置２として、超音波処理装置や水熱処理装置を用いる場合は、通常、ガス化は起きないため、θ＝１、ι＝０となる。

第３の測定手段１３は、第２生物処理槽３に取り付けられている。第３の測定手段１３はＳＳ計であり、第２生物処理槽３中の汚泥濃度Ｘ５(mg/L)を測定する。なお、上述したように、本例では、Ｘ４＝Ｘ５＝Ｘ６（図１参照）が成立している。このため、第３の測定手段１３を第１再基質化ライン４３に設け、これによって第２生物処理槽３の混液の汚泥濃度Ｘ６を測定しても良い。また、第３の測定手段１３を排出ライン４５に設け、余剰汚泥の汚泥濃度Ｘ４を測定しても良い。

第４の測定手段１４は、分離液供給ライン４６に設けられている。また、第４の測定手段１４は、第２分離液中の再基質の可溶化成分濃度Ｓｅ(mg/L)を測定する負荷測定器である。また、分離液供給ライン４６には、第２の流量計２２も設けられている。第２の流量計２２は、第１生物処理槽１に供給される第２分離液の一日あたりの量Ｑｍ(g/day)を測定する。

第４の測定手段１４によって測定された可溶化成分濃度Ｓｅは、第２生物処理槽３及び余剰汚泥中の再基質の可溶化成分濃度にも相当する。よって、第４の測定手段１４は、排出ライン４５に設けても良いし、第３の測定手段１３と同様に第２生物処理槽３に取り付けても良い。

なお、図３の例で用いられる負荷測定器は特に限定されるものではない。負荷測定器としては、例えば、ＢＯＤ計、ＣＯＤ計、ＴＯＣ計等が挙げられる。また、ＣＯＤ計を用いる場合、その測定方式は特に限定されない。ＣＯＤ計としては、例えば、吸光度測定法を利用したものを用いることができる。また、図３の例で用いられるＳＳ計においても、その測定方式は特に限定されない。ＳＳ計としては、例えば、吸光度測定法や散乱光測定法を利用したものを用いることができる。

また、本例では、第２再基質化ライン４４に第３の流量計２３が設けられ、排出ライン４５に第４の流量計２４が設けられている。第３の流量計２３は、第２再基質化ライン４４を通って第２生物処理槽３に送られる再基質化汚泥の流量を(L/day)を測定する。第４の流量計２４は、排出ライン４５を通る余剰汚泥の量(L/day)を測定する。また、第３の流量計２３及び第４の流量計２４は、測定した値に応じた信号を検出部１６へと出力する。

本例においては、第１の流量計２１〜第４の流量計２５まで四つの流量計が用いられているが、これらの種類は特に限定されるものではない。第１の流量計２１〜第４の流量計２４としては、超音波式や電磁式の流量計を用いることができる。

また、制御装置１０は、本例では、検出部１６、演算部１７、記憶部１８、駆動部１９、及び入力部２０を備えている。検出部１６は、第１の測定手段１１、第３の測定手段１３、第４の測定手段１４、及び第１の流量計２１〜第４の流量計２４と接続されている。これらの各測定手段及び流量計が出力した信号は検出部１６に入力される。

また、検出部１６は、入力された信号から、第２生物処理槽３に供給できる再基質化汚泥の一日あたりの量Ｑｓ(g/day)と、排出する余剰汚泥の量Ｑｅ(L/day)との算出に必要な係数の検出を行う。

具体的には、検出部１６は、第１の流量計２１からの信号によって、第２生物処理槽３に送られる第１濃縮汚泥９の一日あたりの量Ｑｒ(g/day)を検出する。また、検出部１６は、第２の流量計２２からの信号によって、第１生物処理槽に送られる第２分離液の一日あたりの量Ｑｍ(g/day)を検出する。

また、検出部１６は、第１の測定手段１１からの信号によって、第１濃縮汚泥９中の汚泥濃度Ｘ３(mg/L)を検出する。更に、検出部１６は、第３の測定手段１３からの信号によって、第２生物処理槽３中の汚泥濃度Ｘ５(mg/L)を検出し、第４の測定手段１４からの信号によって、第２分離液中の再基質の可溶化成分濃度Ｓｅ(mg/L)を検出する。

また、検出部１６は、第２の測定手段１２によって測定された、再基質化汚泥中の汚泥濃度Ｘ７(ｍg/L)と、再基質化汚泥中の再基質の可溶化成分濃度Ｓｃ(ｍg/L)との検出も行う。但し、本例では、Ｘ７及びＳｃの検出は、検出部１６が記憶部１８からＸ７及びＳｃを読み出すことによって行われる。また、図３の例では、検出部１６は、Ｘ７及びＳｃが記憶部１８に格納されているかどうかの判定も行う。

記憶部１８には、Ｑｒ(L/day)とＱｅ(L/day)との算出に必要な係数であって、各測定手段や各流量計からは得ることができない係数が格納されている。また、記憶部１８には、上述した式（１）〜（７）も格納されている。なお、図３の例では、各測定手段から得ることができない係数は、入力部２０を介して、操作者によって入力される。また、記憶部１８は、検出部１６によって検出された係数も記憶することができる。

図３の例において、記憶部１８に格納される係数としては、再基質懸濁成分汚泥転換率ａ₁(g-SS/g-SS)、及び再基質可溶化成分汚泥転換率ａ₂(g-SS/g-TOC)が挙げられる。また、再基質懸濁成分分解速度ｋ₁(1/day)、及び再基質可溶化成分分解速度ｋ₂(1/day)も挙げられる。

更に、記憶部１８に格納される係数としては、再基質懸濁成分飽和定数Ｋｓ₁(mg/L)、再基質可溶化成分飽和定数Ｋｓ₂(mg/L)、及び活性汚泥の自己酸化率ｂ(1/day)も挙げられる。また、記憶部１８には、第２生物処理槽３中の混液の体積Ｖ５、及びＸａ５とＸ５との比（Ｘａ５／Ｘ５）も格納されている。

演算部１７は、検出部１６によって検出された測定値と、それ以外の記憶部１８に格納されている係数とを用いて、第２生物処理槽３に送ることができる一日あたりの再基質化汚泥の量Ｑｓ(L/day)と、排出する余剰汚泥の量Ｑｅ(L/day)とを算出する。本例では、上述したように、演算部１７による算出は、上記式（１）〜上記式（４）、上記式（６）及び上記式（７）に、検出した測定値と読み出した係数とを代入することによって行われる。

駆動部１９は、演算部１７の指示に応じて、バルブ６及び７の開閉操作を行うための信号を出力する。例えば、演算部１７が第２生物処理槽３へ再基質化汚泥を導入することを指示した場合は、駆動部１９は、バルブ６を開け、バルブ７を閉じる。また、演算部１７が余剰汚泥を排出することを指示した場合は、駆動部１９は、バルブ６を閉じ、バルブ７を開ける。

また、第２再基質化ライン４４から第２生物処理槽３に導入される再基質化汚泥の量は、第３の流量計２３によって測定され、検出部１６によって検出される。同様に、排出ライン４５から輩出される余剰汚泥の量は、第４の流量計２４によって測定され、検出部１６によって検出される。このため、演算部１７は、算出されたＱｓとＱｅとが達成されるようにフィードバック制御を行う。

次に、図３に示す汚水処理装置の動作について図５を用いて説明する。図５は、図３に示す汚水処理装置の動作を示すフロー図である。なお、以下の説明においては、適宜図３を参酌する。

図５に示すように、先ず、演算部１７は、記憶部１８から、Ｑｓと量Ｑｅとの算出に必要な係数を読み出す（ステップＳ１）。読み出される係数は、上述した、ａ₁(g-SS/g-TOC)、ａ₂(g-SS/g-SS)、ｋ₁(1/day)、ｋ₂(1/day)、Ｋｓ₁(mg/L)、Ｋｓ₂(mg/L)、ｂ(1/day)、Ｖ５、及び比（Ｘａ５／Ｘ５）である。

次に、演算部１７は、駆動部１９に対してバルブ７のみを閉じるように指示を与える（ステップＳ２）。次いで、この状態で、演算部１７は検出部１６に以下のステップＳ３〜Ｓ７を行わせる。なお、ステップＳ３〜Ｓ７の順序は特に限定されるものではなく、これらは同時に実施することもできる。

ステップＳ３では、検出部１６は、第１の測定手段１１からの信号によって、第１濃縮汚泥９中の汚泥濃度Ｘ３(mg/L)を検出する。ステップＳ４では、検出部１６は、第３の測定手段１３からの信号によって、第２生物処理槽３中の汚泥濃度Ｘ５(mg/L)を測定する。ステップＳ５では、検出部１６は、第４の測定手段１４からの信号によって、第２分離液中の再基質の可溶化成分濃度Ｓｅ(mg/L)を測定する。

また、ステップＳ６では、検出部１６は、第１の流量計２１からの信号によって、第２生物処理槽３に供給される第１濃縮汚泥９の一日あたりの量Ｑｒ(g/day)を検出する。更に、ステップＳ７では、検出部１６は、第２の流量計２２からの信号によって、第１生物処理槽１に供給される第２分離液の一日あたりの量Ｑｍ(g/day)を検出する。

次に、検出部１６は、再基質化汚泥中の汚泥濃度Ｘ７(ｍg/Ｌ)と、再基質化汚泥中の再基質の可溶化成分濃度Ｓｃ(ｍg/Ｌ)とが入力され、これらが記憶部１８に格納されているかどうかを判定する（ステップＳ８）。入力及び格納されている場合は、検出部１６は、Ｘ７及びＳｃを記憶部１８から読み出す（ステップＳ９）。格納されていない場合は、検出部１６は待機状態となる。

なお、ステップＳ８及びＳ９は、ステップＳ３〜Ｓ７いずれかのステップの前に実行することもできる。また、Ｘ７及びＳｃの測定及び入力は、ステップＳ２の実行後に行っても良いし、図５に示すステップの実行前に行っても良い。

次に、演算部１７は、記憶部１８に格納された式（１）〜（４）、式（６）及び（７）を読み出し、ステップＳ１、Ｓ３〜Ｓ７、及びＳ９によって得られた測定値及び係数をこれらの式に代入する（ステップＳ１０）。これにより、第２生物処理槽３に供給できる再基質化汚泥の一日あたりの量Ｑｓ(L/day)と、Ｑｓを達成した場合に排出が必要な余剰汚泥の一日あたりの量Ｑｅ(L/day)とが算出される。なお、Ｘａ５、Ｘｄ５の値は、上述したようにＸ５＝Ｘａ５＋Ｘｄ５であることから、検出されたＸ５の値と、読み出された比（Ｘａ５／Ｘ５）の値とから算出される。

次に、演算部１７は、再基質化ライン用のバルブ６が開状態、排出ライン用のバルブ７が閉状態となるように、駆動部１９に指示を与える（ステップＳ１１）。この結果、第２再基質化ライン４４から第２生物処理槽３へと再基質化汚泥が流入する。また、余剰汚泥の排出は停止される。

次に、演算部１７は、第３の流量計２３によって測定され、且つ検出部１６によって検出された再基質化汚泥の量が、ステップＳ１０で算出された再基質化汚泥の量Ｑｓ(L/day)に到達したかどうかを判定する（ステップＳ１２）。到達していない場合は、駆動部１９にステップＳ１１の状態を維持させたまま、演算部１７は待機状態となる。

到達した場合は、演算部１７は、再基質化ライン用のバルブ６が閉状態、排出ライン用のバルブ７が開状態となるように、駆動部１９に指示を与える（ステップＳ１３）。また、演算部１７は、再基質化装置２に対しては稼動を停止するよう信号を出力する。

次に、演算部１７は、第４の流量計２４によって測定され、且つ検出部１６によって検出された余剰汚泥の量が、ステップＳ１０で算出された余剰汚泥の量Ｑｅ(L/day)に到達したかどうかを判定する（ステップＳ１４）。到達していない場合は、駆動部１９にステップＳ１３の状態を維持させたまま、演算部１７は待機状態となる。到達した場合は、演算部１７は、排出ライン用のバルブ７が閉状態となるように、駆動部１９に指示を与えて処理を終了する。

このように図３に示す汚水処理装置によれば、制御装置１０によって、自動的に、第２生物処理槽３に供給できる再基質化汚泥の一日あたりの量Ｑｓと、Ｑｓを達成した場合に排出が必要な余剰汚泥の一日あたりの量Ｑｅとが算出される。また、制御装置１０によって、自動的に、算出分の再基質化汚泥が第２生物処理槽３に供給され、算出分の余剰汚泥が排出される。このため、余剰汚泥の発生を考慮した再基質化処理を行うことができると同時に、管理者の負担の増加を抑制できるので運用コストの上昇も抑制できる
ここで、記憶部１８に予め格納させておく係数について説明する。本発明において、記憶部１８に予め格納させておく係数の値は、汚水の種類に応じて、実験によって適宜設定できる。例えば、再基質懸濁成分汚泥転換率ａ₁、再基質可溶化成分汚泥転換率ａ₂、及び自己酸化率ｂ、は、上述した「非特許文献１」の第９１頁から第１０２頁に記載された、異なる条件下での回分式の生物処理実験によって、基質の変化量、汚泥の変化量を測定することにより求めることができる。

また、同様にして、再基質懸濁成分分解速度ｋ₁、及び再基質可溶化成分分解速度ｋ₂、再基質懸濁成分飽和定数Ｋｓ₁、及び再基質可溶化成分飽和定数Ｋｓ₂も求めることができる。非特許文献１に準じた生物処理実験によって得られた、これらの係数の一例を下記の表４に示す。

また、Ｘａ５とＸ５との比（Ｘａ５／Ｘ５）は、第２生物処理槽３における活性汚泥の割合を示している。図３の例では、活性汚泥を非再基質化汚泥と仮定して比（Ｘａ５／Ｘ５）を求めている。具体的には、例えば、第２生物処理槽３の混液について、粒子保持能力が１２５μｍ以上、好ましくは３７μｍ以上のフィルターによって阻害される懸濁成分の比率を測定し、得られた測定値を（Ｘａ５／Ｘ５）として記憶部１８に入力する。

また、第２生物処理槽３の混液について、懸濁成分中の生菌数、またはＡＴＰ（アデノシン三リン酸）等を測定し、この測定値を（Ｘａ５／Ｘ５）として記憶部１８に入力することもできる。なお、（Ｘａ５／Ｘ５）の値は、第２生物処理槽３や再基質化装置２の運転状況の変動と伴に変動する。このため、（Ｘａ５／Ｘ５）の値については、随時測定及び算出して更新するのが好ましい。

なお、上述したように、本例では、図１に示した物質収支モデルにおいて、Ｘ４＝Ｘ５＝Ｘ６、Ｘ８＝０が成立しているが、例えば、第２固液分離手段５として沈殿槽を用いた場合等のように、これらの式が成立しない場合もある。この場合は、上記式（７）の代わりに上記式（５）を用いてＱｓ及びＱｅを算出する必要がある。

また、上記式（５）を用いる場合は、排出ライン４５に、第５の測定手段として、余剰汚泥中の汚泥濃度Ｘ４(mg/L)を測定するＳＳ計を備えておく必要がある。更に、第１再基質化ライン４３に、再基質化装置２に送られる混液中の汚泥濃度Ｘ６(mg/L)を測定する第６の測定手段を設ける必要がある。また、第４の測定手段１４には、第２分離液中の再基質の可溶化成分濃度Ｓｅ(mg/L)を測定する負荷測定器に加えて、第２分離液中の汚泥濃度Ｘ８(mg/L)を測定するＳＳ計を備えておく必要がある。

更に、上記式（５）を用いる場合は、図５に示すステップに、検出部１６が、再基質化装置２に送られる混液中の汚泥濃度Ｘ６(mg/L)を検出するステップ、及び余剰汚泥中の汚泥濃度Ｘ４(mg/L)を検出するステップを追加する必要がある。また、検出部１６が、第２分離液中の汚泥濃度Ｘ８(mg/L)を検出するステップも追加する必要がある。

制御装置は、入出力のインターフェイスを備えたコンピュータに、図５に示すステップＳ１〜Ｓ１４を具現化させるプログラムをインストールし、このプログラムを実行することによって、実現することができる。この場合、コンピュータのＣＰＵ（central processing unit）は、検出部、演算部、及び駆動部として機能し、処理を行う。また、コンピュータ備えられたメモリやハードディスク等の記憶装置が、記憶部として機能する。また、コンピュータに備えられたマウスやキーボード等が入力部として機能する。なお、制御装置へのデータの入力は、有線又は無線で接続された別のコンピュータから行うこともできる。

以上のように、本発明における汚水処理装置によれば、余剰汚泥の発生を考慮した再基質化処理を行うことができ、この結果、余剰汚泥の発生を最小限に抑えることができる。このため、余剰汚泥の処分にかかるコストを低減でき、又余剰汚泥の処分地の確保が難しいという問題の解決にも貢献できる。更に、運用コストの上昇が抑制されるため、導入が容易である。

本発明の汚水処理装置の物質収支モデルを示す図である。再基質化汚泥を概念的に示す図である。本発明の汚水処理装置の一例を示す構成図である。再基質化装置の一例を示す図であり、図４（ａ）は側面図、図４（ｂ）は下面図である。図３に示す汚水処理装置の動作を示すフロー図である。再基質化プロセスが追加された活性汚泥法の概略を示す図である。

符号の説明

１第１生物処理槽
２再基質化装置
３第２生物処理槽
４第１固液分離手段（沈殿槽）
５第２固液分離手段（分離膜装置）
６、７バルブ
８第１分離液
９第１濃縮汚泥
１０制御装置
４ポンプ
１１第１の測定手段
１２第２の測定手段
１３第３の測定手段
１４第４の測定手段
１６検出部
１７演算部
１８記憶部
１９駆動部
２０入力部
２１第１の流量計
２２第２の流量計
２３第３の流量計
２４第４の流量計
２５、２６、２７、２８ポンプ
３１処理槽
３２超音波振動子
４１返送ライン
４２引き抜きライン
４３第１再基質化ライン
４４第２再基質化ライン
４５排出ライン
４６分離液供給ライン
４１第２の生物処理槽

Claims

活性汚泥法による汚水の浄化処理を行う汚水処理装置であって、
外部から流入する汚水を生物処理する第１生物処理槽と、前記第１生物処理槽の混液を第１濃縮汚泥と第１分離液とに分離する第１固液分離手段と、前記第１濃縮汚泥を生物処理する第２生物処理槽と、前記第２生物処理槽の混液を第２濃縮汚泥と第２分離液とに分離する第２固液分離手段と、再基質化処理を行う再基質化手段と、前記第２生物処理槽の混液を前記再基質化手段へと送るための第１再基質化ラインと、前記再基質化手段による再基質化処理によって生じた再基質化汚泥を前記第２生物処理槽へと送るための第２再基質化ラインと、前記第２分離液を前記第１生物処理槽に送るための分離液供給ラインと、前記第２濃縮汚泥を余剰汚泥として外部へと排出するための排出ラインと、制御手段と、前記制御手段の指示に応じて、前記第２再基質化ラインから前記第２生物処理槽に供給される前記再基質化汚泥の流量を調節する第１流量調節手段と、前記制御手段の指示に応じて、前記排出ラインから外部に排出される前記余剰汚泥の流量を調節する第２流量調節手段とを有し、
前記制御手段は、
前記第２流量調節手段によって前記排出ラインによる前記余剰汚泥の外部への排出を停止した状態で、前記第２生物処理槽中の活性汚泥の濃度Ｘａ５と、前記第２生物処理槽中の非活性汚泥の濃度Ｘｄ５と、前記第２分離液及び前記第２生物処理槽中の再基質の可溶化成分濃度Ｓｅとから、前記第２生物処理槽に供給できる前記再基質化汚泥の一日あたりの量Ｑｓと、前記Ｑｓを達成した場合に排出が必要な前記余剰汚泥の一日あたりの量Ｑｅとを算出し、
算出した前記Ｑｓ及び前記Ｑｅが満たされるように前記第１流量調節手段及び前記第２流量調節手段に指示を与える汚水処理装置。
前記第１濃縮汚泥を前記第２生物処理槽へ送るための引き抜きラインを更に有し、
前記引き抜きラインに、前記第１濃縮汚泥中の汚泥濃度Ｘ３を測定する第１の測定手段と、前記第２生物処理槽に送られる前記第１濃縮汚泥の一日あたりの量Ｑｒを測定する第１の流量計とが設けられ、
前記第２再基質化ラインに、前記再基質化汚泥中の汚泥濃度Ｘ７、及び再基質化汚泥中の再基質の可溶化成分濃度Ｓｃを測定する第２の測定手段が設けられ、
前記第２生物処理槽に、前記第２生物処理槽中の活性汚泥の濃度Ｘａ５と前記第２生物処理槽中の非活性汚泥の濃度Ｘｄ５との和である前記第２生物処理槽中の汚泥濃度Ｘ５を測定する第３の測定手段が設けられ、
前記分離液供給ラインに、前記第２分離液中の汚泥濃度Ｘ８及び前記第２分離液中の再基質の可溶化成分濃度Ｓｅを測定する第４の測定手段と、前記分離液供給ラインによって前記第１生物処理槽に供給される前記第２分離液の一日あたりの量Ｑｍを測定する第２の流量計とが設けられ、
前記排出ラインに、前記余剰汚泥中の汚泥濃度Ｘ４を測定する第５の測定手段が設けられ、
前記第１再基質化ラインに、前記再基質化手段に送られる混液中の汚泥濃度Ｘ６を測定する第６の測定手段が設けられ、
前記制御手段が記憶部を有し、前記記憶部には、前記第２生物処理槽における前記再基質化汚泥の懸濁成分の汚泥転換率ａ₁、前記第２生物処理槽における前記再基質化汚泥の可溶化成分の汚泥転換率ａ₂、前記第２生物処理槽における前記再基質化汚泥の懸濁成分の分解速度ｋ₁、前記第２生物処理槽における前記再基質化汚泥の可溶化成分の分解速度ｋ₂、前記第２生物処理槽における前記再基質化汚泥の懸濁成分の飽和定数Ｋｓ₁、前記第２生物処理槽における前記再基質化汚泥の可溶化成分の飽和定数Ｋｓ₂、活性汚泥の自己酸化率ｂ、前記第２生物処理槽中の混液の体積Ｖ５、及び前記Ｘａ５と前記Ｘ５との比（Ｘａ５／Ｘ５）が格納されており、
前記制御手段が、前記第１の測定手段から前記第６の測定手段によって測定された値と、前記第１の流量計及び前記第２の流量計によって測定された値と、前記記憶部に記憶された値とを、下記式（１）〜（６）に代入することによって、前記第２生物処理槽に供給できる前記再基質化汚泥の一日あたりの量Ｑｓと、前記Ｑｓを達成した場合に排出が必要な前記余剰汚泥の一日あたりの量Ｑｅとを算出する請求項１に記載の汚水処理装置。
前記制御手段が検出部を有し、
前記第１の測定手段〜前記第６の測定手段のうち少なくとも一つ、前記第１の流量計、及び前記第２の流量計が、それぞれの測定値に応じた信号を前記検出部に出力し、
前記検出部が前記信号から前記測定値を検出する請求項２に記載の汚水処理装置。
前記第２固液分離手段が分離膜装置であって、前記第２生物処理槽内に配置されており、
前記第１濃縮汚泥を前記第２生物処理槽へ送るための引き抜きラインを更に有し、
前記引き抜きラインに、前記第１濃縮汚泥中の汚泥濃度Ｘ３を測定する第１の測定手段と、前記第２生物処理槽に送られる前記第１濃縮汚泥の一日あたりの量Ｑｒを測定する第１の流量計とが設けられ、
前記第２再基質化ラインに、前記再基質化汚泥中の汚泥濃度Ｘ７、及び再基質化汚泥中の再基質の可溶化成分濃度Ｓｃを測定する第２の測定手段が設けられ、
前記第２生物処理槽に、前記第２生物処理槽中の活性汚泥の濃度Ｘａ５と前記第２生物処理槽中の非活性汚泥の濃度Ｘｄ５との和である前記第２生物処理槽中の汚泥濃度Ｘ５を測定する第３の測定手段が設けられ、
前記分離液供給ラインに、前記第２分離液中の再基質の可溶化成分濃度Ｓｅを測定する第４の測定手段と、前記分離液供給ラインによって前記第１生物処理槽に供給される前記第２分離液の一日あたりの量Ｑｍを測定する第２の流量計とが設けられ、
前記制御手段が記憶部を有し、前記記憶部には、前記第２生物処理槽における前記再基質化汚泥の懸濁成分の汚泥転換率ａ₁、前記第２生物処理槽における前記再基質化汚泥の可溶化成分の汚泥転換率ａ₂、前記第２生物処理槽における前記再基質化汚泥の懸濁成分の分解速度ｋ₁、前記第２生物処理槽における前記再基質化汚泥の可溶化成分の分解速度ｋ₂、前記第２生物処理槽における前記再基質化汚泥の懸濁成分の飽和定数Ｋｓ₁、前記第２生物処理槽における前記再基質化汚泥の可溶化成分の飽和定数Ｋｓ₂、活性汚泥の自己酸化率ｂ、前記第２生物処理槽中の混液の体積Ｖ５、及び前記Ｘａ５と前記Ｘ５との比（Ｘａ５／Ｘ５）が格納されており、
前記制御手段が、前記第１の測定手段から前記第４の測定手段によって測定された値と、前記第１の流量計及び前記第２の流量計によって測定された値と、前記記憶部に記憶された値とを、下記式（１）〜（４）、（６）及び（７）に代入することによって、前記第２生物処理槽に供給できる前記再基質化汚泥の一日あたりの量Ｑｓと、前記Ｑｓを達成した場合に排出が必要な前記余剰汚泥の一日あたりの量Ｑｅとを算出する請求項１に記載の汚水処理装置。
前記制御手段が検出部を有し、
前記第１の測定手段〜前記第４の測定手段のうち少なくとも一つ、前記第１の流量計、及び前記第２の流量計が、測定値に応じた信号を前記検出部に出力し、
前記検出部が前記信号から前記測定値を検出する請求項４に記載の汚水処理装置。
前記第１再基質化ライン又は第２再基質化ラインに、前記第２生物処理槽に供給される前記再基質化汚泥の一日あたりの量を測定する第３の流量計が設けられ、
前記排出ラインに、前記排出ラインから排出される前記余剰汚泥の一日あたりの量を測定する第４の流量計が設けられており、
前記制御手段は、
前記第３の流量計で測定された値が、前記第２生物処理槽に供給できる前記再基質化汚泥の一日あたりの量Ｑｓに到達したかどうかを判定し、到達した場合に、前記第１流量調節手段に、前記再基質化手段への前記第２生物処理槽の混液の供給を停止させ、
更に、前記第４の流量計で測定された値が、前記余剰汚泥の一日あたりの量Ｑｅに到達したかどうかを判定し、到達した場合に、前記第２流量調節手段に、前記余剰汚泥の排出を停止させる請求項１から５のいずれかに記載の汚水処理装置。
前記再基質化手段が、超音波処理装置または水熱処理装置である請求項１から６のいずれかに記載の汚水処理装置。