JP7590884B2 - 水処理方法及び水処理装置 - Google Patents

Description

本開示は、水処理方法及び水処理装置に関する。

近年、浄化槽や食品工場等の中小規模の排水処理設備や海外の下水処理場だけでなく、半導体工場における大規模な排水処理設備等にも、流動担体を用いた生物処理法が導入されている。流動担体を用いた生物処理法は、通常の浮遊式活性汚泥法に比較して高負荷処理が可能であることから、反応槽をコンパクト化することができ、また汚泥沈降性を考慮して処理を行わなくてもよく、従来法より運転管理が容易である。

特に、担体を充填した反応槽を２段以上に直列配置して、有機物含有水を生物処理する多段処理方法は、１段目の反応槽のＢＯＤ容積負荷を高く運転して、１段目の反応槽で有機物の粗取りを行い、２段目以降の反応槽で磨き上げを行うことが可能となり、原水由来の有機物を効率的に処理することができる。

例えば、特許文献１には、担体を充填した反応槽を２段以上に直列配置して、有機物含有水を生物処理する多段処理方法において、２段目以降の反応槽に対してＳＳ負荷を制御して、汚泥発生量を低く抑える技術が提案されている（特許文献１）。

また、例えば、特許文献２には、生物処理された処理水中のアンモニア濃度を所定値以下に維持するために、窒素源の注入量を制御する方法が提案されている。

特許第５８９５６６３号公報 特開平９－１１７２号公報

しかし、特許文献１のように、２段目以降の反応槽で汚泥発生量を低減させる場合、原水由来のＢＯＤ容積負荷は、後段になるにつれて、低負荷で運転する必要があることから、菌体から溶出した窒素源もしくは菌体合成に使用されなかったが窒素源が残存し、処理水の窒素濃度が悪化する場合がある。

そこで、本開示の目的は、担体を充填した反応槽を２段以上に直列配置して、有機物含有水を生物処理する多段処理において、処理水中にアンモニア態窒素等の窒素の流出を抑制する水処理方法及び水処理装置を提供することである。

本開示の水処理方法は、微生物を保持した担体が充填された反応槽を２段以上に直列配置して、有機物含有水を好気条件で生物処理する生物処理工程と、前記有機物含有水の一部を前段の反応槽を介さずに後段の反応槽にバイパス流入させる流入工程と、を有し、前記流入工程では、前記反応槽それぞれのＢＯＤ容積負荷が０．５ｋｇ／（ｍ^３・ｄ）以上となるように、前記バイパス流入させる前記有機物含有水の水量を制御することを特徴とする。

また、前記水処理方法において、前記流入工程では、前記反応槽内の窒素濃度又は前記反応槽から排出された処理水の窒素濃度を検出し、当該窒素濃度の検出結果に基づいて、前記バイパス流入させる前記有機物含有水の水量を制御することが好ましい。

また、前記水処理方法において、前記反応槽に窒素源を添加する添加工程を有し、前記添加工程では、前記反応槽内の窒素濃度又は前記反応槽から排出された処理水の窒素濃度を検出し、当該窒素濃度の検出結果に基づいて、前記反応槽に添加される前記窒素源の添加量を制御することが好ましい。

また、前記水処理方法において、前記反応槽それぞれの前記担体に対するＢＯＤ負荷は１．７ｋｇ／（ｍ^３－担体・ｄ）以上であることが好ましい。

また、本開示の水処理装置は、微生物を保持した担体が充填された反応槽を２段以上に直列配置して、有機物含有水を好気条件で生物処理する反応槽群と、前記有機物含有水の一部を前段の反応槽を介さずに後段の反応槽にバイパス流入させるバイパスラインと、前記反応槽それぞれのＢＯＤ容積負荷が０．５ｋｇ／（ｍ^３・ｄ）以上となるように、前記バイパス流入させる前記有機物含有水の水量を制御する制御部と、を有することが好ましい。

また、前記水処理装置において、前記反応槽内の窒素濃度又は前記反応槽から排出された処理水の窒素濃度を検出する検出器を有することが好ましい。

また、前記水処理装置において、前記制御部は、前記検出器による窒素濃度の検出結果に基づいて、前記バイパス流入させる前記有機物含有水の水量を制御することが好ましい。

また、前記水処理装置において、前記反応槽に窒素源を添加する添加装置を有し、前記制御部は、前記検出器による窒素濃度の検出結果に基づいて、前記反応槽に添加される前記窒素源の添加量を制御することが好ましい。

また、前記水処理装置において、前記反応槽それぞれの前記担体に対するＢＯＤ負荷は１．７ｋｇ／（ｍ^３－担体・ｄ）以上であることが好ましい。

本開示によれば、担体を充填した反応槽を２段以上に直列配置して、有機物含有水を生物処理する多段処理において、処理水中にアンモニア態窒素等の窒素の流出を抑制することができる。

本実施形態に係る水処理装置の構成の一例を示す模式図である。 本実施形態に係る水処理装置の構成の他の一例を示す模式図である。 ３つの反応槽を有する反応槽群の一例を示す模式図である。 ３段目の反応槽のＢＯＤ容積負荷及び３段目の反応槽から排出される処理水アンモニア態窒素濃度の推移を示す図である。 ３段目の反応槽のＢＯＤ容積負荷と３段目の反応槽から排出される処理水アンモニア態窒素濃度との関係を示す図である。

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

図１は、本実施形態に係る水処理装置の構成の一例を示す模式図である。図１に示す水処理装置１は、第１反応槽１０と第２反応槽１２を有する反応槽群、処理水槽１４、制御装置２２、ポンプ２４、検出器２６、流入ライン１６ａ，１６ｂ、バイパスライン１８、処理水ライン２０を備える。

第１反応槽１０の入口には流入ライン１６ａが接続されている。第１反応槽１０の出口には流入ライン１６ｂの一端が接続され、第２反応槽１２の入口には流入ライン１６ｂの他端が接続されている。第２反応槽１２の出口には、処理水ライン２０の一端が接続され、処理水槽１４の入口には、処理水ライン２０の他端が接続されている。流入ライン１６ａにはバイパスライン１８の一端が接続され、流入ライン１６ｂにはバイパスライン１８の他端が接続されている。バイパスライン１８にはポンプ２４が設置されている。制御装置２２とポンプ２４、制御装置２２と検出器２６は、例えば電気的に接続されている。

反応槽群は、第１反応槽１０を前段とし、第２反応槽１２を後段として、第１反応槽１０及び第２反応槽１２を直列配置した構成となっている。なお、反応槽群は、反応槽を２段以上に直列配置した構成であればよい。

第１反応槽１０内及び第２反応槽１２内には、微生物を保持した担体２８が充填されている。担体２８は、特に限定されるものではないが、例えば、プラスチック製担体、スポンジ状担体、ゲル状担体等が挙げられる。

第１反応槽１０内及び第２反応槽１２内の底部には、曝気装置３０が設置されている。曝気装置３０には、例えば、不図示のブロアが接続され、ブロアから供給される空気が、曝気装置３０から第１反応槽１０及び第２反応槽１２内に供給される。

第１反応槽１０内及び第２反応槽１２内の出口近傍には、スクリーン３２が設置されている。スクリーン３２を設置することにより、各反応槽の出口から担体２８が排出されることが抑制される。

処理水槽１４には、検出器２６が設置されている。検出器２６は、処理水中の窒素濃度を検出する装置である。検出器２６はオンラインあるいはオフラインで測定可能なものであれば適用可能である。検出器２６により検出する窒素濃度は、全窒素濃度（ＴＮ）、アンモニア態窒素濃度、硝酸態窒素濃度、亜硝酸態窒素濃度のうちの少なくともいずれか１つであればよい。アンモニア態窒素濃度を検出する検出器の場合、吸光光度法やイオンクロマトグラフ法のように、ラボ計測からのフィードバックも可能だが、イオン電極法、電位差法等のリアルタイムでオンライン計測する方が好ましい。硝酸態窒素、亜硝酸態窒素の場合は、有機物負荷の範囲が、硝化反応が生じにくい範囲にあることから、ＴＮ計やアンモニア計の適用が望ましい。

制御装置２２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、ＲＯＭ等に記憶された所定のプログラムを読み出し、当該プログラムを実行して、水処理装置１の動作を制御する。具体的には、制御装置２２は、ポンプ２４の出力を調整して、バイパスライン１８を流れる有機物含有水の水量を制御する。また、制御装置２２は、例えば、検出器２６により検出された窒素濃度に基づいて、ポンプ２４の出力を制御して、バイパスライン１８を流れる有機物含有水の水量を制御することもできる。

次に、本実施形態に係る水処理装置１の動作について説明する。

有機物含有水は流入ライン１６ａを通り第１反応槽１０に供給される。この際、制御装置２２により、ポンプ２４が稼働されて、流入ライン１６ａを流れる有機物含有水の一部がバイパスライン１８から第２反応槽１２に供給される（流入工程）。第２反応槽１２には、第１反応槽１０から排出される処理水も流入ライン１６ｂから供給される。そして、曝気装置３０から空気が第１反応槽１０及び第２反応槽１２に供給され、好気条件で、第１反応槽１０内及び第２反応槽１２内で有機物含有水中の有機物が、担体２８に付着した微生物により生物処理される（生物処理工程）。第１反応槽１０で処理された処理水は、流入ライン１６ｂを通り第２反応槽１２に供給され、第２反応槽１２で処理された処理水は、処理水ライン２０から処理水槽１４に供給される。

流入工程では、制御装置２２は、第１反応槽１０及び第２反応槽１２のそれぞれのＢＯＤ容積負荷が０．５ｋｇ／（ｍ３・ｄ）以上となるように、ポンプ２４の出力を調整して、バイパスライン１８を流れる有機物含有水の水量を制御する。反応槽のＢＯＤ容積負荷とは、反応槽の槽容積に対して１日に流入するＢＯＤ量（ＢＯＤ濃度×反応槽に流入する水量）であり、以下の式により算出される。
反応槽のＢＯＤ容積負荷＝ＢＯＤ濃度×流入水量／反応槽の槽容積
ここで、第１反応槽１０の場合の流入水量は、流入ライン１６ａから第１反応槽１０に流入する有機物含有水であり、第２反応槽１２の場合の流入水量は、バイパスライン１８から第２反応槽１２に流入する有機物含有水の水量と第１反応槽１０から第２反応槽１２に流入する処理水の水量との和である。

制御装置２２は、例えば、上記式を記憶しており、作業者により各反応槽のＢＯＤ容積負荷（０．５ｋｇ／（ｍ^３・ｄ）以上で設定）、有機物含有水及び各反応槽内のＢＯＤ濃度及び槽容積が入力されると、上記式から各反応槽の流入水量を算出する。なお、流入ライン１６ａを流れる有機物含有水のＢＯＤ濃度が変動する場合は、例えば、有機物含有水のＴＯＣ濃度を検出する検出器（ＴＯＣ計等）を流入ライン１６ａ，１６ｂに設置し、検出したＴＯＣ濃度からＢＯＤ濃度を推定することが好ましい。具体的には、予め実験等により、有機物含有水のＢＯＤ濃度とＴＯＣ濃度の相関を示すマップ（或いは式やテーブル等）を作成し、これを制御装置２２に記憶させる。そして、制御装置２２は、有機物含有水のＢＯＤ濃度とＴＯＣ濃度の相関を示すマップ（或いは式やテーブル等）に、流入ライン１６ａに設置した検出器により検出されたＴＯＣ濃度を当てはめて、ＢＯＤ濃度を算出し、これを上記式の第１反応槽１０におけるＢＯＤ濃度とする。同様に、流入ライン１６ｂに設置した検出器により検出されたＴＯＣ濃度を当該マップ（或いは式やテーブル等）に当てはめて、ＢＯＤ濃度を算出し、これを上記式の第２反応槽１２におけるＢＯＤ濃度とする。

制御装置２２は、各反応槽に流入する水量が、算出した各反応槽の流入水量またはそれ以上となるように、ポンプ２４の出力を調整して、バイパスライン１８を流れる有機物含有水の水量を制御する。このような制御により、本実施形態の水処理装置１は、第１反応槽１０及び第２反応槽１２それぞれのＢＯＤ容積負荷が０．５ｋｇ／（ｍ^３・ｄ）以上で運転される。

通常、反応槽を２段以上に直列配置した多段処理では、後段になるにつれて、ＢＯＤ容積負荷を低負荷で運転する必要があるため、菌体から溶出した窒素源もしくは菌体合成に使用されなかったが窒素源が残存し、処理水槽１４に流入する処理水の窒素濃度が悪化する場合がある。しかし、本実施形態のように、前段の反応槽を介さずに後段の反応槽に有機物含有水の一部をバイパス流入させる際、バイパス流入させる有機物含有水の水量を制御して、反応槽それぞれのＢＯＤ容積負荷を０．５ｋｇ／（ｍ^３・ｄ）以上とすることで、菌体から過度に窒素源が溶出することが抑制されるため、反応槽群から排出される処理水への窒素の流出（リーク）が抑制される。

反応槽群を構成する反応槽それぞれのＢＯＤ容積負荷は、０．５ｋｇ／（ｍ^３・ｄ）以上であれば良いが、反応槽群から排出される処理水への窒素の流出をより抑制する点で、１．５ｋｇ／（ｍ^３・ｄ）以上であることが好ましく、２．５ｋｇ／（ｍ^３・ｄ）以上であることがより好ましい。反応槽群を構成する反応槽それぞれのＢＯＤ容積負荷の上限は、処理水中の有機物の残存及び窒素の流出等を考慮すると、６ｋｇ／（ｍ^３・ｄ）以下が好ましい。

また、制御装置２２は、反応槽群から排出される処理水への窒素の溶出をより安定して抑制できる等の点で、検出器２６により検出された処理水中の窒素濃度に基づいて、バイパスライン１８を流れる有機物含有水の水量を制御することが好ましい。但し、各反応槽のＢＯＤ容積負荷が０．５ｋｇ／（ｍ３・ｄ）未満とならないように、バイパスライン１８を流れる有機物含有水の水量が制御される。例えば、制御装置２２は、窒素濃度の閾値を記憶しており、検出器２６により検出された処理水中の窒素濃度が閾値を越えた場合には、バイパスライン１８を流れる有機物含有水の水量を所定量増加させる等の制御を行う。また、例えば、制御装置２２は、窒素濃度とバイパスライン１８を流れる有機物含有水の水量とを規定したマップ（或いは式やテーブル等）を記憶しており、検出器２６により検出された処理水中の窒素濃度を当該マップに当てはめて、バイパスライン１８を流れる有機物含有水の水量を求め、バイパスライン１８を流れる有機物含有水の水量を制御してもよい。

検出器２６は、反応槽に設置されてもよい。この場合、制御装置２２は、検出器２６により検出された反応槽内の窒素濃度に基づいて、バイパスライン１８を流れる有機物含有水の水量を調整する。反応槽に検出器２６を設置する場合、反応槽群を構成する複数の反応槽のうちの少なくともいずれか１つの反応槽に設置されればよいが、少なくとも最後段の反応槽に設置されることが好ましく、各反応槽に設置されるのがより好ましい。

図２は、本実施形態に係る水処理装置の構成の他の一例を示す模式図である。図２の水処理装置２において、図１の水処理装置１と同様の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。図２の水処理装置２は、第１反応槽１０、第２反応槽１２に窒素源を添加する添加装置を備える。図２に示す添加装置は、窒素源添加配管３４、及び窒素源添加配管３４に設置される添加ポンプ３６を含んで構成される。添加ポンプ３６と制御装置２２は、例えば電気的に接続されている。

図２の水処理装置２では、制御装置２２により添加ポンプ３６を稼働させ、タンク（不図示）に収容された窒素源が、窒素源添加配管３４を通って、各反応槽に添加される。これにより、好気条件の生物処理に必要な窒素を有機物含有排水に供給することができる。したがって、好気処理に必要な窒素量が有機物含有排水中に不足している場合でも、有機物濃度の低い処理水を安定して得ることができる。

但し、制御装置２２は、反応槽群から排出される処理水への窒素の溶出をより安定して抑制する等の点で、検出器２６により検出された処理水中の窒素濃度に基づいて、各反応槽に供給される窒素源の添加量を制御することが好ましい。例えば、制御装置２２は、窒素濃度の閾値を記憶しており、検出器２６により検出された処理水中の窒素濃度が閾値を越えた場合には、添加ポンプ３６の出力を制御して、各反応槽に供給される窒素源の添加量を抑える。また、例えば、制御装置２２は、窒素濃度と窒素源の添加量とを規定したマップ（或いは式やテーブル等）を記憶しており、検出器２６により検出された処理水中の窒素濃度を当該マップに当てはめて、窒素源の添加量を求め、各反応槽に供給される窒素源の添加量を制御してもよい。

検出器２６が反応槽に設置されている場合、制御装置２２は、検出器２６により検出された反応槽内の窒素濃度に基づいて、反応槽に供給される窒素源の添加量を制御する。反応槽に検出器２６を設置する場合、反応槽群を構成する複数の反応槽のうちの少なくともいずれか１つの反応槽に設置されればよいが、少なくとも最後段の反応槽に設置されることが好ましく、各反応槽に設置されるのがより好ましい。

窒素源は、特に限定されないが、例えば、塩化アンモニウム、硫酸アンモニウム、リン酸水素二アンモニウム、尿素等が挙げられる。また、工場で発生した余剰の廃硫酸アンモニウム等も適用可能である。

窒素源を反応槽に供給する場合、反応槽群を構成する複数の反応槽のうちの少なくともいずれか１つの反応槽に窒素源を供給すればよいが、反応槽群を構成する全ての反応槽に窒素源を供給することが好ましい。これにより、有機物濃度の低い処理水を安定して得ることができる。また、各反応槽への窒素源の添加量は、検出器２６により検出された窒素濃度に基づいて制御されるため、処理水中への窒素のリークを防ぐことは担保される。

流入ライン１６ａを流れる有機物含有水のＢＯＤ濃度が変動する場合は、例えば、有機物含有水のＴＯＣ濃度を検出する検出器（ＴＯＣ計等）を流入ライン１６ａに設置して、検出したＴＯＣ濃度からＢＯＤ濃度を推定することが好ましい。同様に、有機物含有水の窒素濃度が変動する場合は検出器（ＴＮ計やアンモニア計等）を流入ライン１６ａに設置して窒素濃度を検出することが好ましい。好気処理において有機物含有水のＢＯＤ濃度に対する必要な窒素濃度の比率は基質毎に異なるが、１００：３～５を基準とする場合が多い。有機物含有水のＢＯＤ濃度、及び窒素濃度を測定することで、基準とする窒素濃度に対する不足分を算出し、添加量の初期値を設定することが可能となる。その後、反応槽内の窒素濃度に基づいて添加量を制御すればよい。なお、制御が複雑化する場合は人工知能や機械学習を組み合わせてもよい。

図３は、３つの反応槽を有する反応槽群の一例を示す模式図である。図３に示す反応槽群において、図１及び図２に示す反応槽群と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。図３に示す反応槽群は、第１反応槽１０、第２反応槽１２、第３反応槽１５の順に直列配置した構成となっている。第１反応槽１０の入口には流入ライン１６ａが接続されている。第１反応槽１０の出口には流入ライン１６ｂの一端が接続され、第２反応槽１２の入口には流入ライン１６ｂの他端が接続されている。第２反応槽１２の出口には流入ライン１６ｃの一端が接続され、第３反応槽１５の入口には流入ライン１６ｃの他端が接続されている。第３反応槽１５の出口には、処理水ライン２０が接続されている。流入ライン１６ａにはバイパスライン１８ａの一端が接続され、流入ライン１６ｂにはバイパスライン１８ａの他端が接続されている。また、バイパスライン１８ａにはバイパスライン１８ｂの一端が接続され、流入ライン１６ｃにはバイパスライン１８ｂの他端が接続されている。

バイパスライン１８ａにはポンプ２４及びバルブ４０ａが設置され、バイパスライン１８ｂにはバルブ４０ｂが設置されている。図３に示す反応槽群を本実施形態の水処理装置に適用する場合には、例えば、ポンプ２４及びバルブ４０ａ，ｂと前述の制御装置２２（不図示）とを電気的に接続し、制御装置２２により、ポンプ２４の稼働、停止及び出力の制御、バルブ４０ａ，４０ｂの開閉度を制御してもよい。また、検出器２６や処理水槽１４等を必要に応じて適宜設置してもよい。

有機物含有水を各反応槽に流入させる際には、制御装置２２は、第１反応槽１０、第２反応槽１２及び第３反応槽１５のそれぞれのＢＯＤ容積負荷が０．５ｋｇ／（ｍ^３・ｄ）以上となるように、バルブ４０ａ，４０ｂの開閉度を調整し、また必要に応じてポンプ２４の出力を調整して、バイパスライン１８ａ，１８ｂを流れる有機物含有水の水量を制御する。また、制御装置２２は、検出器２６により検出された反応槽内の窒素濃度又は処理水中の窒素濃度に基づいて、バイパスライン１８ａ，１８ｂを流れる有機物含有水の水量を制御してもよい。また、前述した窒素源の添加装置を設置する場合には、検出器２６により検出された反応槽内の窒素濃度又は処理水中の窒素濃度に基づいて、添加装置から各反応槽に添加する窒素源の添加量を制御してもよい。有機物含有水の水量の制御、窒素源の添加量の制御の詳細は前述の通りであるので省略する。

反応槽群を構成する各反応槽内のｐＨは、微生物の育成等の点から、例えば、弱酸性～弱アルカリ性に調整されることが好ましく、ｐＨ６～８の範囲に調整されることがより好ましい。

反応槽群を構成する各反応槽内の溶存酸素濃度は、例えば、０．５ｍｇ/Ｌ以上であることが好ましく、１ｍｇ/Ｌ以上であることがより好ましい。

処理水質の向上の点等から、反応槽群の後段に加圧浮上装置や沈澱池等を設置したり、膜分離活性汚泥法による処理装置を設置したりしてもよい。さらに、除濁膜やＲＯ膜を後段に設けて、水回収装置としてもよい。

担体２８は、例えば、プラスチック製担体、スポンジ状担体、ゲル状担体等が挙げられるが、これらの中では、コストや耐久性の点で、スポンジ状担体が好ましい。

担体２８のセル数（細孔の数）は、生物処理の処理速度を向上させる点で、好ましくは３０個/２５ｍｍ以上であり、より好ましくは３０個/２５ｍｍ以上、１００個/２５ｍｍ以下であり、さらに好ましくは４０個/２５ｍｍ以上、１００個/２５ｍｍ以下であり、特に好ましくは４６個/２５ｍｍ以上、１００個/２５ｍｍ以下である。

担体２８のセル数は、ＪＩＳ Ｋ ６５４００－１（附属書１）に基づいて求められる。具体的には、（１）厚さ１０ｍｍ、幅及び長さ１００ｍｍ以上の試験片（担体）を採取、（２）倍率が５倍以上の拡大鏡で、拡大鏡が左右に移動でき、その移動距離を測定できるメモリを装備した試験装置を準備、（３）当該試験装置の台の上に試験片を載せ、拡大鏡を移動させながら直線上１０ｍｍ間のセルの個数を数える（測定箇所は３箇所）、（４）Ｎ＝ｎ×２．５（Ｎはセル数（個／２５ｍｍ）、ｎは１０ｍｍ間のセルの個数）によってセル数Ｎを算出し、３箇所の平均値をＪＩＳ Ｚ ８４０１によって丸めの幅１で丸める。

担体２８の表面積は、生物処理の処理速度を向上させる点で、好ましくは３０００ｍ^２/ｍ^３以上であり、より好ましくは３５００ｍ^２/ｍ^３以上であり、さらに好ましくは４０００ｍ^２/ｍ^３以上であり、特に好ましくは４５００ｍ^２/ｍ^３以上である。担体２８の表面積の上限は、セル数や担体の大きさ等を考慮して決めればよく、特に制限はない。

担体２８の生物付着量は、生物処理の処理速度を向上させる点で、５００ｍｇ/Ｌ以上であることが好ましく、１０００ｍｇ/Ｌ以上であることがより好ましい。担体２８の生物付着量は多ければ多い方がよく、特に上限はないが、上限は、例えば、５０００ｍｇ/Ｌである。

担体２８の形状は、特に限定されず、立方体状等の四角体状、粒状、球状、ペレット状、円筒状、繊維状、フィルム状等が挙げられる。

担体２８の大きさは、特に限定されず、反応槽の大きさや担体の形状等に応じて、適宜設定されればよく、例えば、立方体状であれば、一辺の長さが３～２０ｍｍの範囲が好ましく、球状であれば、径が０．５～２０ｍｍ程度の範囲が好ましい。担体２８の大きさは、ノギスまたはマイクロスコープ等を用いて測定することができる。

担体２８の比重は、反応槽内部で流動状態を形成するために、少なくとも１．０より大きく、真比重として、１．１以上、または見かけ比重として、１．０１以上のものが好ましい。

反応槽への担体２８の投入量は、反応槽の容積に対して１０～７０％の範囲が好ましい。担体２８の投入量が反応槽の容積に対して１０％未満であると反応速度が小さくなる場合があり、７０％を超えると担体２８が流動しにくくなり、長期運転において汚泥による閉塞等で原水がショートパスし処理水質が悪くなる場合がある。

また、各反応槽において、処理水中への窒素の流出を抑える点で、担体当たりのＢＯＤ負荷が１．７ｋｇ/（ｍ^３－担体・ｄ）以上であることが好ましい。

処理対象である有機物含有水は、例えば、下水処理、食品工場をはじめ、化学工場、半導体工場・液晶工場、紙パルプ工場、その他の分野から排出される有機性排水であって、生物処理が適用可能であれば良い。また、生物処理は可能だが、処理速度が遅く、大きな処理装置となるような排水に対しても有効である。例えば、液晶工場で使用されるテトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）処理、ジオキサン処理、油脂処理等に対しても有効である。特にアルコールや有機酸等の低分子有機物を好気処理する場合は、汚泥発生量が少なく、有機物に対して、処理に必要な窒素量が少なく、窒素が残存しやすいことから特に有効である。また、ＢＯＤが高濃度で排水に含有され、処理水窒素濃度の規制が厳しい場合は、本方法が特に有効である。例えばＢＯＤ濃度として３００ ｍｇ/Ｌ以上の場合が好ましい。

以下、実施例および比較例を挙げ、本開示をより具体的に詳細に説明するが、本開示は、以下の実施例に限定されるものではない。

図３に示す３段直列の反応槽群を有する水処理装置に対し、半導体工場の排水を用いて連続通水試験を実施した。

＜試験条件＞
反応槽の容積：７２Ｌ×３槽
担体：疎水性ポリウレタン製のスポンジ担体
担体充填率：嵩体積として３０％充填
排水ＢＯＤ濃度の代表値：１９５０ ｍｇ／Ｌ

ＢＯＤ：Ｎ：Ｐ＝１００：３：０．６となるように塩化アンモニウムとリン酸水素二アンモニウムを排水に添加した、また、その他必要な微量元素については微量元素溶液を用いて、窒素、リン同様に排水に添加した。

＜排水の水量＞
比較例：反応槽１０が１９０Ｌ／ｄ、バイパスライン１８ａが１６２Ｌ／ｄ、バイパスライン１８ｂが８Ｌ／ｄ
実施例：反応槽１０が１９０Ｌ／ｄ、バイパスライン１８ａが１６２Ｌ／ｄ、バイパスライン１８ｂが５２Ｌ／ｄ

＜ＢＯＤ容積負荷＞
全体ＢＯＤ容積負荷（排水由来）の代表値：比較例が３．２５ｋｇ／（ｍ^３・ｄ）、実施例が３．６４ ｋｇ／（ｍ^３・ｄ）
反応槽１０のＢＯＤ容積負荷（排水由来）の代表値：比較例、実施例ともに５．１５ｋｇ／（ｍ^３・ｄ）
反応槽１２のＢＯＤ容積負荷（排水由来）の代表値：比較例、実施例ともに４．３９ｋｇ／（ｍ^３・ｄ）
反応槽１５のＢＯＤ容積負荷（排水由来）：以下の表１を参照

なお、全ての実験期間中で１段目の反応槽１０、２段目の反応槽１２における溶解性ＢＯＤ除去率は９８％以上であり、１段目の反応槽１０、２段目の反応槽１２から排出される処理水中のアンモニア態窒素濃度は１ｍｇ/Ｌ未満であった。また、硝酸態窒素、亜硝酸態窒素はいずれの処理水にも検出されておらず、硝化反応は認められなかった。

比較例の試験は、処理水ＢＯＤ濃度を確認しながら、ＢＯＤ容積負荷を増加させつつ、比較例の条件に達した後、約３週間通水し、担体に十分に微生物が付着した状態で開始した。比較例の試験の途中から排水流量を上記に変更し、実施例を開始した。

表１及び図４に、３段目の反応槽１５のＢＯＤ容積負荷及び３段目の反応槽１５から排出される処理水アンモニア態窒素濃度の推移を示す。

表１及び図４に示すように、排水ＢＯＤ濃度の変動、３段目の反応槽１５への水量の変動によりＢＯＤ容積負荷も変動した。

１、２日目（比較例）は、バイパスラインを流れる排水の水量が少なく、３段目の反応槽１５のＢＯＤ容積負荷として約０．２ｋｇ／（ｍ^３・ｄ）で通水しており、１段目の反応槽１０及び２段目の反応槽１２の処理水溶解性ＢＯＤ濃度が３０～３８ｍｇ／Ｌに対し、３段目の反応槽１５は８～１０ｍｇ／Ｌであった。このように有機物は３段目の反応槽１５でより処理されていたものの、処理水のアンモニア態窒素濃度は１０ｍｇ／Ｌ以上残存していた。なお、この時の担体当たりのＢＯＤ負荷は約０．７ｋｇ/（ｍ^３－担体・ｄ）であった。

一方、３日目以降（実施例）から、バイパスラインを流れる排水の水量を増加し、ＢＯＤ容積負を増加させた。ＢＯＤ容積負荷として０．５ｋｇ／（ｍ^３・ｄ）で通水した３日目は、有機物濃度は比較例と同等であったが、処理水のアンモニア態窒素濃度は６．９ｍｇ／Ｌであり、比較例より低くなった。この時の担体当たりのＢＯＤ負荷は約１．７ｋｇ／（ｍ^３－担体・ｄ）であった。４日目以降は、ＢＯＤ容積負荷として１．０～１．４ ｋｇ／（ｍ^３・ｄ）の範囲で通水したところ、処理水溶解性ＢＯＤ濃度は１０～１５ ｍｇ／Ｌであり、処理水のアンモニア態窒素濃度は安定して１ｍｇ／Ｌ前後の水質が得られた。この時の担体当たりのＢＯＤ負荷は約３．３～４．７ｋｇ／（ｍ^３－担体・ｄ）であった。このように、各反応槽のＢＯＤ容積負荷を０．５ ｋｇ/（ｍ^３・ｄ）以上とすることで、アンモニア態窒素のリークを抑えることができた。

図５は、３段目の反応槽１５のＢＯＤ容積負荷と３段目の反応槽１５から排出される処理水アンモニア態窒素濃度との関係を示す図である。図５に示すように、ＢＯＤ容積負荷と処理水アンモニア態窒素濃度には関連性があることから、目標とする窒素濃度の放流基準値に応じて、バイパスラインを流れる排水の水量を制御することも可能である。

１，２ 水処理装置、１０ 第１反応槽、１２ 第２反応槽、１４ 処理水槽、１５ 第３反応槽、１６ａ，１６ｂ，１６ｃ 流入ライン、１８，１８ａ，１８ｂ バイパスライン、２０ 処理水ライン、２２ 制御装置、２４ ポンプ、２６ 検出器、２８ 担体、３０ 曝気装置、３２ スクリーン、３４ 窒素源添加配管、３６ 添加ポンプ、４０ａ，４０ｂ バルブ。

Claims (9)

1. 微生物を保持した担体が充填された反応槽を２段以上に直列配置して、有機物含有水を好気条件で生物処理する生物処理工程と、
   前記有機物含有水の一部を前段の反応槽を介さずに後段の反応槽にバイパス流入させる流入工程と、を有し、
   前記流入工程では、前記反応槽それぞれのＢＯＤ容積負荷が０．５ｋｇ／（ｍ^３・ｄ）以上となるように、前記バイパス流入させる前記有機物含有水の水量を制御することを特徴とする水処理方法。
2. 前記流入工程では、前記反応槽内の窒素濃度又は前記反応槽から排出された処理水の窒素濃度を検出し、当該窒素濃度の検出結果に基づいて、前記バイパス流入させる前記有機物含有水の水量を制御することを特徴とする請求項１に記載の水処理方法。
3. 前記反応槽に窒素源を添加する添加工程を有し、
   前記添加工程では、前記反応槽内の窒素濃度又は前記反応槽から排出された処理水の窒素濃度を検出し、当該窒素濃度の検出結果に基づいて、前記反応槽に添加される前記窒素源の添加量を制御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。
4. 前記反応槽それぞれの前記担体に対するＢＯＤ負荷は１．７ｋｇ／（ｍ^３－担体・ｄ）以上であることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の水処理方法。
5. 微生物を保持した担体が充填された反応槽を２段以上に直列配置して、有機物含有水を好気条件で生物処理する反応槽群と、
   前記有機物含有水の一部を前段の反応槽を介さずに後段の反応槽にバイパス流入させるバイパスラインと、
   前記反応槽それぞれのＢＯＤ容積負荷が０．５ｋｇ／（ｍ^３・ｄ）以上となるように、前記バイパス流入させる前記有機物含有水の水量を制御する制御部と、を有することを特徴とする水処理装置。
6. 前記反応槽内の窒素濃度又は前記反応槽から排出された処理水の窒素濃度を検出する検出器を有することを特徴とする請求項５に記載の水処理装置。
7. 前記制御部は、前記検出器による窒素濃度の検出結果に基づいて、前記バイパス流入させる前記有機物含有水の水量を制御することを特徴とする請求項６に記載の水処理装置。
8. 前記反応槽に窒素源を添加する添加装置を有し、
   前記制御部は、前記検出器による窒素濃度の検出結果に基づいて、前記反応槽に添加される前記窒素源の添加量を制御することを特徴とする請求項６又は７に記載の水処理装置。
9. 前記反応槽それぞれの前記担体に対するＢＯＤ負荷は１．７ｋｇ／（ｍ^３－担体・ｄ）以上であることを特徴とする請求項５～８のいずれか１項に記載の水処理装置。