JP7707060B2 - 廃水処理方法および廃水処理システム - Google Patents

Description

本発明は、廃水処理方法および廃水処理システムに関する。

膜分離活性汚泥法（ＭＢＲ）を用いた廃水処理システムにおいては、濾過膜にファウラントを堆積させないことが課題の一つとなっている。ファウラントが堆積すると濾過膜の透過抵抗が増大し、廃水の濾過効率が低下するためである。このような課題を解決する手段の一例として間欠濾過サイクルと呼ばれる操作があり、間欠濾過サイクルを改善する技術が提案されている（例えば、特許文献１、２を参照）。

特開２０００－２８８５４３号公報 特開平０９－０７５６８６号公報

しかしながら、膜分離活性汚泥法におけるファウラントの堆積防止技術には、依然として改善の余地が残されていた。

本発明の一態様は、新規な廃水処理方法およびシステムを提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る廃水処理方法は、下記工程１および工程２を含む廃水処理方法であって、
工程１：工程２の前工程であって、廃水中の懸濁物質の任意の一部を除去し流出懸濁物質濃度を低下させる工程；
工程２：上記工程１を経た上記廃水を、膜分離活性汚泥法で処理する工程；
所定期間内におけるパラメータＸの挙動に従って、上記工程１における流出懸濁物質濃度を変化させ、
上記パラメータＸは、上記工程１に流入する廃水の性質、および／または、上記工程２における汚泥性状に関連付けられているパラメータである。

本発明の一態様に係る廃水処理システムは、廃水処理装置および制御装置を備えている、廃水処理システムであって、
上記廃水処理装置は、
廃水中の懸濁物質の任意の一部を除去し流出懸濁物質濃度を低下させる懸濁物質除去槽と、
上記懸濁物質除去槽より下流に位置し、膜分離活性汚泥法で廃水を処理する生物反応槽と、
上記懸濁物質除去槽における廃水中の流出懸濁物質濃度の低下度合いを調節する除去調節部と、
を備えており、
上記制御装置は、
上記懸濁物質除去槽に流入する廃水の性質、および／または、上記生物反応槽における汚泥性状に関連する情報を取得する情報取得部と、
所定期間におけるパラメータＸの挙動を判定するパラメータＸ判定部と、
上記除去調節部を制御する除去制御部と、
を有しており、
所定期間内における上記パラメータＸの挙動に従って、上記除去制御部は、上記除去調節部を介して上記懸濁物質除去槽における流出懸濁物質濃度を変化させ、
上記パラメータＸは、上記懸濁物質除去槽に流入する廃水の性質、および／または、上記生物反応槽における汚泥性状に関連付けられているパラメータである。

本発明の一態様によれば、新規な廃水処理方法およびシステムが提供される。

本発明の一態様に係る廃水処理方法の大略を示すフロー図である。 約２年間にわたりＭＬＶＳＳ／ＭＬＳＳ比率の移動平均を追跡したグラフである。 本発明の一態様に係る廃水処理方法における、稼働状態の選択を示すフロー図である。 本発明の一態様に係る廃水処理システムの構成の大略を示すブロック図である。 本発明の一態様に係る廃水処理システムに備わっている制御装置の構成の大略を示すブロック図である。 本発明の他の態様に係る廃水処理システムの構成の大略を示すブロック図である。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。ただし、本発明はこれに限定されるものではなく、記述した範囲内で種々の変更が可能である。例えば、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態も、本発明の技術的範囲に含まれる。

本明細書において特記しない限り、数値範囲を表す「Ａ～Ｂ」は、「Ａ以上、Ｂ以下」を意図する。

〔１．廃水処理方法〕
本発明の一態様に係る廃水処理方法は、膜分離活性汚泥法の改善に関連している。膜分離活性汚泥法による廃水処理を安定して稼働させるためには、濾過膜へのファウラントの堆積を低減させることが非常に重要である。

本発明者らの研究によれば、ファウラントの堆積を低減するためには、膜分離活性汚泥法による廃水処理（工程２）の前に、任意で廃水中の懸濁物質の一部を除去すること（工程１）が有効であることが判明した。さらに本発明者らの研究によれば、ファウラントが堆積しやすい環境（水温の低い冬季、油分の流入など）であるか否かを判断するパラメータとして、パラメータＸ（工程１に流入する廃水の性質、および／または、工程２における汚泥性状に関連付けられているパラメータ）が有用であることも判明した。本発明の一態様は、これらの知見に基づいて完成された。

本発明の一実施形態に係る廃水処理方法では、所定期間におけるパラメータＸの挙動に応じて、工程１における流出懸濁物質濃度を変化させる。このアプローチは、従来の廃水処理方法に対して次のような利点を有している。

従来の廃水処理方法では、工程２における膜濾過能力が低下した際に、例えば、凝集剤および／または微生物製剤を投入する。しかし、この方法では、大量の凝集剤および／または微生物製剤を投入する必要があり、コストがかかる。一方、本発明の一実施形態に係る廃水処理方法は、工程２に流入する懸濁物質および有機物の量が減少するため、投入する凝集剤および／または微生物製剤を少なくできる。

あるいは、微生物処理に必要な栄養素（ミネラルなど）を廃水に添加して補うこともある。しかし、この方法は、栄養素が不足していない廃水には応用できない。一方、本発明の一実施形態に係る廃水処理方法は、広範な廃水に応用できる。

本発明の一実施形態に係る廃水処理方法によって処理される廃水は、有機性の廃水であることが好ましい。このような廃水の例としては、下水に加え、畜産産業、食品産業、製紙産業などにより排出される産業廃水が挙げられる。

［１．１．工程１および工程２］
図１に示すように、本発明の一態様に係る廃水処理方法は、工程１および工程２を含む。工程１は、廃水中の懸濁物質の任意の一部を除去し流出懸濁物質濃度を低下させる工程である。工程２は、工程１を経た廃水を膜分離活性汚泥法で処理する工程である。工程１および工程２では廃水に対して行う処理が異なるので、工程１および工程２を異なる槽で実施することが好ましいが、同じ槽で実施してもよい。

（工程１）
工程１では、廃水中の懸濁物質の任意の一部を除去する。工程１において懸濁物質の一部を除去することにより、工程２に流入する懸濁物質が減少する。その結果、工程２における微生物負荷が低下し、汚泥滞留時間が増加するので、ファウラントの堆積が低減される。一方、工程１において除去する懸濁物質が増え、流出懸濁物質濃度をより低くすると、稼働コストも上昇する。これらの間のバランスを取るために、本発明の一実施形態に係る廃水処理方法は、後述するパラメータＸに基づいて工程１における流出懸濁物質濃度を変化させる。

工程１で廃水中の懸濁物質を除去するか否かは、任意である。条件によっては、工程１において廃水中の懸濁物質を除去することなく、工程２へ移行する。

本明細書において、懸濁物質（Suspended solid；ＳＳ）とは、廃水中に浮遊している不溶性物質の総称である。懸濁物質に含まれている成分には、沈降性が少ない粘度鉱物の微粒子、動物プランクトン（および、その死骸、分解物）、廃水由来の有機物（油分）などがある。

廃水中の懸濁物質の一部を除去する際には、沈澱池、フィルタ、浮上分離、スクリーンなどが使用できる。このとき、廃水に凝集剤を投入することが好ましい。凝集剤を投入すると懸濁物質が凝集してフロックを形成するようになり、廃水から除去しやすくなる。

凝集剤の例としては、カチオン系凝集剤が挙げられる。カチオン系凝集剤の例としては、無機系のカチオン系凝集剤および高分子系のカチオン系凝集剤が挙げられる。無機系のカチオン系凝集剤の例としては、鉄系凝集剤（塩化鉄、硫酸鉄、ポリ硫酸鉄など）；アルミニウム系凝集剤（ポリ塩化アルミニウム、硫酸バンドなど）が挙げられる。高分子系のカチオン系凝集剤の例としては、ポリアミン、ポリダドマックが挙げられる。高分子系のカチオン系凝集剤の中でも、カチオン量が多く荷電中和に特化したものは、「凝結剤」とも呼ばれる。本明細書においては、凝結剤も凝集剤の範疇に含める。

これらの凝集剤の中で、無機系凝集剤は安価であり、廃水に対する脱リン効果も期待できる点で好ましい。さらに、鉄系凝集剤には、硫化水素を除去し、悪臭を防止する効果が期待できる。高分子系凝集剤は、無機系凝集剤と併せて使用してもよいが、高分子系凝集剤のみを用いてもよい。高分子系凝集剤を用いる場合は、凝集剤を用いてもよいし、凝結剤を用いてもよい。凝結剤には、膜濾過性を短期的に改善する効果も期待できる。

（工程２）
工程２では、工程１を経た廃水を膜分離活性汚泥法で処理する。膜分離活性汚泥法とは、活性汚泥で処理した廃水を処理水と活性汚泥とに分離する際に、濾過膜を用いる廃水処理方法である。膜分離活性汚泥法は、当業者の間で広く知られている方法であるため、詳細な説明は省略する。

工程２においては、廃水に微生物製剤を投入することが好ましい。微生物製剤を投入することにより、工程２における廃水中の微生物フローラを好適に変化させることができる。例えば、冬季など水温が低い状態においては、低温耐性のない微生物は溶解性有機物を多く産生し、これは濾過膜を閉塞させる原因物質となる。一方、微生物製剤として低温耐性の高い微生物を投入すれば、微生物フローラにおいて低温耐性の高い微生物が占める割合が増える。そのため、濾過膜を閉塞させる溶解性有機物の産生量を低減できる。

低温耐性の高い微生物の例としては、Alteromonas属細菌、Shewanella属細菌、Pseudomonas属細菌、Psychrobacter属細菌が挙げられる。低温耐性の高い微生物を含んでいる市販の微生物製剤の例としては、Toler-X5100（Novozymes）が挙げられる。

また、本発明の一実施形態に係る廃水処理方法では、工程１において廃水中の懸濁物質の一部を除去している。つまり、原水由来の微生物（廃水に元々含まれていた微生物）も、一部が除去されている。その結果、工程２における廃水中の微生物フローラに占める原水由来の微生物の割合が従来技術よりも低くなる。この点において、本発明の一実施形態に係る廃水方法では、工程２における廃水中の微生物フローラを好ましい状態に変化させやすい。

一実施形態において、工程２において廃水中に投入する微生物製剤は、事前培養された微生物製剤である。微生物製剤は、保管中に微生物の活性が低下することがある。微生物製剤を事前培養することによって、活性を高めた状態の微生物を投入することが好ましい。

一実施形態においては、微生物製剤を凝集剤と混合した状態で廃水中に投入する。凝集剤と混合しない微生物製剤（とりわけ、事前培養された微生物製剤）には、微生物が分散状態で含まれている。この状態のまま微生物製剤を廃水に投入すると、微生物の菌体が濾過膜を閉塞させる可能性がある。そのため、微生物製剤と凝集剤とを混合して、フロック状にした微生物を廃水に投入することが好ましい。

微生物製剤と混合する凝集剤は、カチオン系凝集剤が好ましい。カチオン系凝集剤は、それ自体としても短期的な濾過性改善効果を有している。そのため、カチオン系凝集剤による短期的な濾過性改善効果と、微生物製剤による中長期的な濾過性改善効果が補完的に作用するようになる。凝集剤の具体例は、［１．１］節にて例示した通りである。

［１．２．パラメータＸ］
本発明の一態様に係る廃水処理方法は、所定期間におけるパラメータＸの挙動に応じて、稼働方法を選択する。パラメータＸとは、下記(i)および(ii)の少なくとも一方に関連付けられているパラメータである。
(i)工程１に流入する廃水の性質（ＣＯＤなど）
(ii)工程２における汚泥性状（ＭＬＳＳ、ＭＬＶＳＳ、ＭＬＶＳＳ／ＭＬＳＳ比率など）
ＣＯＤ（Chemical oxygen demand）とは、廃水中の有機物を化学的に酸化するときに必要な酸素量である。ＣＯＤの値が高いほど、廃水中の有機物の量も多い。ＣＯＤは、当業者であれば適切に測定できる。

ＭＬＳＳ（Mixed liquor suspended solid）とは、工程２における懸濁物質の量である。ＭＬＶＳＳ（Mixed liquor volatile suspended solid）とは、ＭＬＳＳの強熱減量であり、ＭＬＳＳに含まれる有機物の量を表している。したがって、ＭＬＶＳＳ／ＭＬＳＳ比率は、ＭＬＳＳに占める有機物の割合の多寡を反映するパラメータである。ＭＬＳＳおよびＭＬＶＳＳの測定方法は本技術分野において周知であり、当業者であればＭＬＶＳＳ／ＭＬＳＳ比率を容易に算出できる。

一実施形態において、パラメータＸは、工程１に流入する廃水のＣＯＤそれ自体である。一実施形態において、パラメータＸは、工程１に流入する廃水のＣＯＤの移動平均である。工程１に流入する廃水のＣＯＤは、比較的短期間に変化しやすい傾向にある（例えば、油分を多く含む産業廃水が流入したとき）。したがって、ＣＯＤの移動平均をパラメータＸとする場合は、算出期間を短くすることが好ましい。

一実施形態において、パラメータＸは、ＭＬＶＳＳ／ＭＬＳＳ比率それ自体である。一実施形態において、パラメータＸは、ＭＬＶＳＳ／ＭＬＳＳ比率の移動平均である。移動平均の算出期間は、目的に応じて適宜設定できる。移動平均の算出期間を長くすれば、長期的なＭＬＶＳＳ／ＭＬＳＳ比率の動向を捕捉しやすい。したがって、長期的な変動を伴う現象（季節変動など）を検出するのに有用である。移動平均の算出期間を短くすれば、短期的なＭＬＶＳＳ／ＭＬＳＳ比率の動向を捕捉しやすい。したがって、短期的な変動を伴う現象を検出するのに有用である。

本発明者らが見出したところによると、ＭＬＶＳＳ／ＭＬＳＳ比率は、ファウラントの堆積しやすい環境であるか否かを鋭敏に判断する指標となる。例えば、図２は、北半球の廃水処理施設において、約２年間にわたりＭＬＶＳＳ／ＭＬＳＳ比率の移動平均を追跡したグラフである。このグラフによると、ＭＬＶＳＳ／ＭＬＳＳ比率は、１１月の間に顕著に上昇し、４～５月にかけて顕著に低下している。つまり、ＭＬＶＳＳ／ＭＬＳＳ比率は、冬季の始まりに対応して鋭敏に上昇し、冬季の終わりに対応して鋭敏に低下している。

また、大量の有機物（油分など）が流入すると、工程１に流入する廃水のＣＯＤが鋭敏に上昇する。そのため、流入する廃水の性質（ＣＯＤなど）に関連付けられているパラメータＸの挙動を追跡することによって、ファウラントの堆積しやすい環境をいち早く判定できる。

冬季の開始および終了を判定するに当たって、パラメータＸには、他のパラメータに対する利点がある。水温は、測定時によるばらつきが大きく、パラメータＸほど一貫した傾向を示さない。工程２における濾過膜の抵抗は、反応が遅く、抵抗が上昇したときにはファウラントの堆積が進行してしまっている。

［１．３．稼働方法の選択］
本発明の一態様に係る廃水処理方法は、パラメータＸの挙動に応じて、工程１における流出懸濁物質濃度を変化させる。以下、図３を参照しながら、本発明の一実施形態に係る廃水処理方法における稼働方法の選択について説明する。

（Ｓ１０）
Ｓ１０では、パラメータＸを算出する。パラメータＸは、機械により全自動的に算出してもよいし、部分的に操作者が関与して半自動的に算出してもよいし、全面的に操作者の手作業により算出してもよい。

（Ｓ２０）
Ｓ２０では、所定期間においてパラメータＸの挙動を判定する。具体的には、「基準値以下から基準値超に変化した」「基準値超から基準値以下に変化した」「基準値超を維持していた」または「基準値以下を維持していた」のいずれに該当するかを判定する。判定結果に応じて、それぞれ、Ｓ３０ａ、Ｓ３０ｂ、Ｓ３０ｃまたはＳ３０ｄに移行する。

所定の期間は、当業者であれば適宜決定できる。一実施形態において、所定の期間は、Ｎ回目にＭＬＶＳＳ／ＭＬＳＳ比率を算出した時点を終点とし、Ｎ－１回目にＭＬＶＳＳ／ＭＬＳＳ比率を算出した時点を始点とする期間である。一実施形態において、所定の期間は、最後にＭＬＶＳＳ／ＭＬＳＳ比率を算出した時点を終点とし、最後より１回前にＭＬＶＳＳ／ＭＬＳＳ比率を算出した時点を始点とする期間である。

基準値は、当業者であれば適宜決定できる。一実施形態において、基準値は、固定値である。例えば、冬季におけるパラメータＸの標準値をＸ１とし、春季～秋季におけるパラメータＸの標準値をＸ２としたときに、（Ｘ１＋Ｘ２）÷２を基準値としてもよい。あるいは、過去におけるパラメータＸのデータを蓄積し、冬季におけるパラメータＸの最大値をＸ１とし、春季～秋季におけるパラメータＸの最小値をＸ２としたときに、（Ｘ１＋Ｘ２）÷２を基準値としてもよい。一実施形態において、基準値は、パラメータＸの挙動により変化する値である。例えば、パラメータＸの変化を表すグラフにおける変曲点を基準値としてもよい。あるいは、所定期間内におけるパラメータＸの変化量が一定以上となる値を基準値としてもよい。一実施形態において、基準値は、パラメータＸ以外の要因によって変化する値である。例えば、水温がある温度以下になった場合にのみ、有効である基準値があってもよい。

（Ｓ３０ａ）
Ｓ３０ａでは、工程１における流出懸濁物質濃度を低下させる。例えば、工程１において廃水に投入する凝集剤の量を増加させる（第２投入量から第１投入量に切替える）。あるいは、工程１を実施する槽（懸濁物質除去槽１など）に流入させる廃水の量を増やす。図２の例では、時点Ｂおよび時点Ｄにおいて、工程１における流出懸濁物質濃度を低下させればよい。

このように稼働させれば、パラメータＸが高まる傾向を見せたときに、工程２に流入する廃水の流出懸濁物質濃度を低下させることができる。その結果、工程２における微生物負荷が低下し、汚泥滞留時間が増加するので、ファウラントの堆積が発生しにくくなる。つまり、ファウラントの堆積が発生しやすい環境へと変化するタイミングで、ファウラントの堆積しにくい条件で工程２を実行できる。

（Ｓ３０ｂ）
Ｓ３０ｂでは、工程１において流出懸濁物質濃度を低下させる操作を解除する。例えば、工程１において廃水に投入する凝集剤の量を減少させる（第１投入量から第２投入量に切替える）。減少させた後の凝集剤の投入量（第２投入量）は、０であってもよい。あるいは、工程１を実施する槽（懸濁物質除去槽１など）に流入させる廃水の量を減らす。流量を減らした後に工程１を実施する槽（懸濁物質除去槽１など）に流入する廃水の量は、０であってもよい。すなわち、Ｓ３０ｂでは、工程１において流出懸濁物質濃度を全く低下させなくなるように稼働状態を変化させてもよい。図２の例では、時点Ａおよび時点Ｃにおいて、工程１において流出懸濁物質濃度を低下させる操作を解除すればよい。

このように稼働させれば、パラメータＸが低まる傾向を見せたときに、工程１において流出懸濁物質濃度を低下させる操作を解除することができる。そのため、工程１で必要になっていた稼働コストを低減できる。つまり、ファウラントの堆積が発生しにくい環境へと変化するタイミングで、工程１にかかるコストを低減できる。

（Ｓ３０ｃおよびＳ３０ｄ）
Ｓ３０ｃでは、第１稼働モードを実行する。Ｓ３０ｄでは、第２稼働モードを実行する。工程１における流出懸濁物質濃度は、第１稼働モードの方が第２稼働モードよりも低い。したがって、Ｓ３０ｃでは懸濁物質をより多く除去し、Ｓ３０ｄでは懸濁物質をより少なく除去する。

例えば、Ｓ３０ｃでは廃水に第１投入量の凝集剤を投入し、Ｓ３０ｄでは廃水に第２投入量の凝集剤を投入してもよい（ただし、第１投入量の方が第２投入量よりも多い）。第２投入量は、０であってもよい。あるいは、Ｓ３０ｃでは工程１を実施する槽（懸濁物質除去槽１など）に第１割合の廃水を流入させ、Ｓ３０ｄではＳ３０ｃでは工程１を実施する槽（懸濁物質除去槽１など）に第２割合の廃水を流入させてもよい（ただし、第１割合の方が第２割合よりも多い）。第２割合は、０であってもよい。すなわち、Ｓ３０ｄでは、工程１において懸濁物質を全く除去しなくてもよい。図２の例では、時点Ｂ～時点Ｃにおいて、第１稼働モードで稼働させればよい。また、時点Ａ～時点Ｂおよび時点Ｃ～時点Ｄにおいて、第２稼働モードで稼働させればよい。

このように稼働させれば、パラメータＸが高く維持されているときに、継続的に、工程２に流入する懸濁物質を減らすことができる。また、パラメータＸが低く維持されているときに、継続的に、工程１で除去する懸濁物質を減らすことができる。そのため、ファウラントの堆積が発生しやすい環境が続いているときには、ファウラントの発生を低減できる稼働条件を維持できる。また、ファウラントの堆積が発生しにくい環境が続いているときには、工程１にかかるコストを低減できる稼働条件を維持できる。つまり、ファウラントの堆積が発生しやすいかどうかに応じて、適切な稼働条件を選択できる。

なお、第１稼働モードおよび第２稼働モードは、さらに複数の稼働モードを内包していてもよい。例えば、第１稼働モードは、工程１における流出懸濁物質濃度がより低い第１ａ稼働モードと、工程１における流出懸濁物質濃度が比較的高い（しかし第２稼働モードよりは低い）第１ｂ稼働モードと、を内包していてもよい。同様に、第２稼働モードは、工程１における流出懸濁物質濃度がより高い第２ａ稼働モードと、工程１における流出懸濁物質濃度が比較的低い（しかし第１稼働モードよりは高い）第２ｂ稼働モードと、を内包していてもよい。

〔２．廃水処理システム〕
本発明の一態様に係る廃水処理システムは、上述の廃水処理方法を実施できるように実装されている。以下、図４～６を参照しながら、実装の一例について説明する。なお、図４～６において、物質の流れは実線の矢印、情報の流れは破線の矢印で表している。

［２．１．実施形態１］
図４は、実施形態１に係る廃水処理システム１００ａの構成の大略を表すブロック図である。廃水処理システム１００ａは、廃水に投入する凝集剤の量を調節することにより、廃水中の流出懸濁物質濃度を調節する。

廃水処理システム１００ａは、廃水処理装置１０ａおよび制御装置２０を備えている。廃水処理装置１０ａは、懸濁物質除去槽１、生物反応槽２および第１凝集剤タンク４を備えている。廃水処理装置１０ａは、任意で、測定部３、培養槽６、第２凝集剤タンク７を備えていてもよい。

懸濁物質除去槽１は、廃水中の懸濁物質の任意の一部を除去する槽である。懸濁物質除去槽１の働きにより、懸濁物質除去槽１における流出する廃水の懸濁物質濃度が低下する。懸濁物質除去槽１は、例えば、沈澱池、浮上分離を行う槽、フィルタおよび／またはスクリーンを備えている槽、またはこれらの組合せである。上述の廃水処理方法においては、懸濁物質除去槽１は、工程１を実施する槽である。

生物反応槽２は、膜分離活性汚泥法により廃水を処理する槽である。生物反応槽２は、懸濁物質除去槽１の下流に位置しているため、懸濁物質除去槽１において懸濁物質の一部が除去された廃水を処理する。上述の廃水処理方法においては、生物反応槽２は、工程２を実施する槽である。

第１凝集剤タンク４は、凝集剤を格納しているタンクであって、制御装置２０からの命令を受けて懸濁物質除去槽１に凝集剤を投入する。廃水処理システム１００ａにおいては、第１凝集剤タンク４が、懸濁物質除去槽１における流出懸濁物質濃度を調節する除去調節部に該当する。

測定部３は、生物反応槽２における汚泥性状を、直接または間接的に測定するブロックである。測定部３は、例えば、ＭＬＳＳを測定する透過散乱比較方式のセンサである。図４では測定部３を生物反応槽２に設けているが、廃水処理装置１０ａの他の箇所に設けてもよい。例えば、配管Ｌ１に測定部３を設けて、懸濁物質除去槽１に流入する廃水のＣＯＤを測定してもよい。

培養槽６は、微生物製剤に含まれる微生物を事前培養する槽である。第２凝集剤タンク７は、培養槽６で事前培養した微生物に混合するための凝集剤を格納しているタンクである。

廃水処理システム１００ａにおける廃水処理の流れについて説明する。系外から流入した廃水は、配管Ｌ１を通じて懸濁物質除去槽１に送られる。懸濁物質除去槽１では、廃水から任意の一部の懸濁物質が除去される。流出懸濁物質濃度が低下した廃水は、配管Ｌ２を通じて生物反応槽へ送られる。除去された懸濁物質は、配管Ｌ４を通じて系外へ廃棄される。ここで、懸濁物質除去槽１における流出懸濁物質濃度は、懸濁物質除去槽１に投入される凝集剤の量によって制御される。凝集剤は、第１凝集剤タンク４から配管Ｌ１１を通じて懸濁物質除去槽１に投入される。懸濁物質除去槽１に投入される凝集剤の量は、制御装置２０によって制御されている。

生物反応槽２に送られた廃水は、膜分離活性汚泥法により処理される。生物反応槽２では、活性汚泥に含まれる微生物の作用によって廃水中の有機物が分解され、活性汚泥と処理水とは濾過膜によって分離される。分離された処理水は、配管Ｌ３を通じて系外に放出される。生物反応槽２へは、微生物製剤を投入してもよい。微生物製剤を投入する際には、事前に事前培養した微生物を凝集剤と混合した状態で投入することが好ましい。このような態様を実装するために、廃水処理システム１００ａは、培養槽６、第２凝集剤タンク７、および配管Ｌ１２、１３を備えている。

図５を参照しながら、制御装置２０の内部構成について説明する。制御装置２０は、廃水処理装置１０の各部材と情報をやり取りし、これらの部材を制御する（図４に描かれている以外の情報の流れが存在してもよい）。制御装置２０は、例えば、コンピュータである。制御装置２０は、制御部３０（プロセッサなど）および記憶部４０（メモリなど）を備えている。制御部３０には、情報取得部３１、パラメータＸ判定部３２、および除去制御部３３が含まれている。

情報取得部３１は、懸濁物質除去槽１に流入する廃水の性質、および／または、生物反応槽２における汚泥性状に関連する情報を取得する。一実施形態において、情報取得部３１が取得する情報は、懸濁物質除去槽１に流入する廃水（配管Ｌ１を流通する廃水など）のＣＯＤである。一実施形態において、情報取得部３１が取得する情報は、生物反応槽２におけるＭＬＳＳである。一実施形態において、情報取得部３１が取得する情報は、生物反応槽２におけるＭＬＶＳＳである。情報取得部３１が取得する情報は、適切に加工することによって目的の情報（ＣＯＤ、ＭＬＳＳ、ＭＬＶＳＳなど）を表すようになる情報であってもよい。なお、図４、６では、情報取得部３１は、測定部３から情報を得るように描かれているが、他の部材から情報を得てもよい。例えば、分析装置から情報を得てもよいし、操作者によって情報を入力されてもよい。

パラメータＸ判定部３２は、情報取得部３１が取得した情報に基づいて、パラメータＸの挙動を判定する。パラメータＸ判定部３２が実行する処理の一例を下記に示す。
ステップ１：情報取得部３１が取得した情報に基づいて、ＭＬＶＳＳ／ＭＬＳＳ比率（またはＣＯＤ）を求める。
ステップ２：ステップ１で求めたＭＬＶＳＳ／ＭＬＳＳ比率（またはＣＯＤ）から、パラメータＸを算出する。
ステップ３：ステップ２で算出したパラメータＸを記憶部４０に書き込む。ステップ１～３を繰り返すことにより、記憶部４０には、経時的なパラメータＸの変化が蓄積される。
ステップ４：記憶部に蓄積された経時的なパラメータＸの変化を読み出し、パラメータＸの挙動が「基準値以下から基準値超に変化した」「基準値超から基準値以下に変化した」「基準値超を維持していた」または「基準値以下を維持していた」のいずれに該当するかを判定する。

除去制御部３３は、パラメータＸ判定部の判定結果に基づいて、第１凝集剤タンク４（除去調節部）を制御して、放出される凝集剤の量を調節する。具体的には、「基準値以下から基準値超に変化した」または「基準値超を維持していた」であった場合には、第１放出量で凝集剤を放出させる。「基準値超から基準値以下に変化した」または「基準値以下を維持していた」であった場合には、第２放出量で凝集剤を放出させる。ここで、第１放出量は、第２放出量よりも多い量である。

このように第１凝集剤タンク４（除去調節部）を制御することにより、懸濁物質除去槽１における流出懸濁物質濃度は、以下のように調節されることになる。
・パラメータＸが基準値を超えて上昇した場合には、流出懸濁物質濃度を低下させる。
・パラメータＸが基準値超を維持した場合には、流出懸濁物質濃度を低いままにする。
・パラメータＸが基準値を超えて低下した場合には、流出懸濁物質濃度を低下させる操作を解除する。
・パラメータＸが基準値以下を維持した場合には、流出懸濁物質濃度を比較的高いままにする。

［２．２．実施形態２］
図６は、実施形態２に係る廃水処理システム１００ｂの概略を表すブロック図である。廃水処理システム１００ｂは、懸濁物質除去槽１に流入する廃水の割合を調節することにより、流出懸濁物質濃度を調節する。

廃水処理システム１００ｂは、廃水処理装置１０ｂおよび制御装置２０を備えている。廃水処理装置１０ｂは、懸濁物質除去槽１、生物反応槽２および流量調節機構９を備えている。廃水処理装置１０ｂは、任意で、測定部３、培養槽６、第２凝集剤タンク７を備えていてもよい。このうち、流量調節機構９以外の部材については、実施形態１で説明した通りであるので、本節での説明は省略する。廃水処理システム１００ｂにおいては、流量調節機構９が、懸濁物質除去槽１における流出懸濁物質濃度を調節する除去調節部に該当する。

流量調節機構９は、配管Ｌ５ａおよび配管Ｌ５ｂに廃水を分配する機構である。配管Ｌ５ａに分配された廃水は、懸濁物質除去槽１に流入し、懸濁物質の一部が除去される。一方、配管Ｌ５ｂに分配された廃水は、生物反応槽２に直接流入する。廃水処理システム１００ｂにおいて、除去制御部３３は、流量調節機構９を制御して、配管Ｌ５ａおよび配管Ｌ５ｂに分配される廃水の割合を調節する。このようにして、廃水処理システム１００ｂは、懸濁物質除去槽１における流出懸濁物質濃度を、パラメータＸの挙動に応じて変化させる。

［２．３．その他の実施形態］
生物反応槽２に流入する廃水の流出懸濁物質濃度を変化させる方法の他の例としては、以下が挙げられる。

（１）懸濁物質除去槽１における廃水の滞留時間を変化させる。滞留時間が長くなれば流出懸濁物質濃度が低くなり、滞留時間が短くなれば流出懸濁物質濃度が高くなる。廃水の滞留時間は、例えば、配管Ｌ１および配管Ｌ２の流量を調節することにより変化させられる。

（２）懸濁物質除去槽１における汚泥の引き抜き量を変化させる。汚泥の引き抜き量が多いと流出懸濁物質濃度が低くなり、汚泥の引き抜き量が少ないと流出懸濁物質濃度が高くなる。汚泥の引き抜き量は、例えば、配管Ｌ４から放出する汚泥の量を調節することにより変化させられる。

［２．４．ソフトウェアによる実現例］
制御装置２０の機能は、コンピュータプログラムにより実現させることもできる。このプログラムは、制御装置２０の制御部３０に含まれる各部としてコンピュータを機能させるためのプログラムである。このプログラムは、一時的ではなく、コンピュータ読み取り可能な、１つ以上の記録媒体に記録されていてもよい。この記録媒体は、コンピュータに備わっていてもよいし、備わっていなくてもよい。記録媒体がコンピュータに備わっていない場合、有線または無線の任意の伝送媒体を介して、プログラムをコンピュータに供給してもよい。

また、制御部３０に含まれる各部の機能の一部または全部は、論理回路により実現してもよい。例えば、制御部３０に含まれる各部として機能する論理回路が形成された集積回路も、本発明の範囲に含まれる。別の例としては、量子コンピュータにより制御部３０に含まれる各部の機能を実現してもよい。

さらに、上記各実施形態で説明した各処理を、ＡＩ（Artificial Intelligence：人工知能）に実行させてもよい。この場合、ＡＩは、制御装置２０において動作するものであってもよいし、他の装置（エッジコンピュータ、クラウドサーバなど）で動作するものであってもよい。

〔３．シミュレーション例〕
本発明の一態様に係る廃水処理方法の効果を、シミュレーションにより評価した。詳細を、下記表Ａ～Ｃに示す。

表Ａは、工程２（生物反応槽２）に流入するＢＯＤの組成を示す表である。比較例（従来技術）では、工程１を設けないので、固形ＢＯＤ（懸濁物質）および溶解性ＢＯＤの全量である２００が工程２に流入する。一方、想定実施例では、工程１により固形ＢＯＤ（懸濁物質）の一部である８０が除去されるので、１２０のＢＯＤが工程２に流入する。

表Ｂは、工程２（生物反応槽２）におけるＭＬＳＳの組成を示す表である。比較例および想定実施例は、以下の条件を想定している。
・比較例１：工程１を設けない。
・比較例２：工程１を設けず、工程２において微生物製剤を投入する。
・想定実施例１：工程１を設ける。
・想定実施例２：工程１を設け、工程２において微生物製剤を投入する。

また、表Ｂの作成においては、以下の仮定を設けている。
・流入するＢＯＤのうち、固形ＢＯＤは全て未分解固形物である。
・流入するＢＯＤのうち、溶解性ＢＯＤは全て微生物に分解され、菌体へと変換される。変換率は、溶解性ＢＯＤが１００に対して微生物が４０である。

上記の仮定に基づくと、比較例１、２では、工程１による固形ＢＯＤ（懸濁物質）の除去を実施しないから、未分解固形物の量は１００である。一方、想定実施例１、２では、工程１により固形ＢＯＤ（懸濁物質）のうち８０を除去するから、未分解固形物の量は２０である（表Ａも参照）。溶解性ＢＯＤは、工程１では除去されないから、比較例および想定実施例で同様に微生物に分解され、４０の菌体に変換される。比較例２および想定実施例２では微生物製剤を投入するので、さらに１０の菌体が投入される。

したがって、ＭＬＳＳに占める菌体の割合は、表Ｂに示す通りとなる。想定実施例１、２における菌体の割合は、比較例１、２における菌体の割合の２倍以上に達する。また、比較例２と想定実施例２を比較すると、微生物製剤由来の菌体の割合は、後者が前者の２倍に達している。つまり、本発明の一実施形態に係る廃水処理方法によれば、ＭＬＳＳに占める菌体の割合を大幅に向上させられる。したがって、微生物による処理効率を大幅に向上させることができる。また、本発明の一実施形態に係る廃水処理方法によれば、同量の微生物製剤を投入した場合であっても、微生物製剤由来の菌体の割合を向上させられる。つまり、微生物製剤の効果がより発揮されやすい。

表Ｃは、工程２（生物反応槽２）におけるＦ／Ｍ比（有機物／微生物比）を比較した表である。表Ｃの作成においては、以下の仮定を設けている。
・廃水の滞留時間は、一律で３時間である。
・ＭＬＳＳの総量は、一律で１２，０００ｇ／Ｌである（技術上、この程度がＭＬＳＳの上限値となる）。

上記の仮定に、表Ａで計算した流入するＢＯＤの量と、表Ｂで計算した菌体の割合とを組合せて、Ｆ／Ｍ比（１日あたりのＢＯＤ量／ＭＬＳＳ量、および、１日あたりのＢＯＤ量／菌体量）を算出すると、表Ｃに示す通りとなる。想定実施例は比較例よりも、Ｆ／Ｍ比が大幅に小さくなっていることが分かる。このことから、工程１における流出懸濁物質濃度を低くするほど、工程２における有機物負荷が低下することが分かる。したがって、本発明の一態様に係る廃水処理システムでは、同じ処理能力を得るために必要な生物処理槽を小型化できる。この点も、本発明の利点の一つである。

〔４．まとめ〕
本発明には、以下の態様が含まれる。

（１）下記工程１および工程２を含む廃水処理方法であって、
工程１：工程２の前工程であって、廃水中の懸濁物質の任意の一部を除去し流出懸濁物質濃度を低下させる工程；
工程２：上記工程１を経た上記廃水を、膜分離活性汚泥法で処理する工程；
所定期間内におけるパラメータＸの挙動に従って、上記工程１における流出懸濁物質濃度を変化させ（Ｓ３０ａ、Ｓ３０ｂ、Ｓ３０ｃ、Ｓ３０ｄ）、
上記パラメータＸは、上記工程１に流入する廃水の性質、および／または、上記工程２における汚泥性状に関連付けられているパラメータである、
廃水処理方法。

上記の構成によれば、パラメータＸの挙動に応じて、工程２に流入する流出懸濁物質濃度を変化させることができる。パラメータＸは、ファウラントが堆積しやすい環境であるか否かを反映するパラメータである。そのため、環境の変化に応じて、ファウラントの堆積を低減するか、廃水処理のコストを低減するか、いずれか適切な稼働方法を選択できる。

（２）上記パラメータＸが所定期間内に基準値以下から基準値超に変化した場合に、上記工程１において流出懸濁物質濃度を低下させてもよい（Ｓ３０ａ）。

上記の構成によれば、パラメータＸが高まる傾向を見せたときに、工程２に流入する流出懸濁物質濃度を減らすことができる。そのため、工程２における微生物負荷が低下し、汚泥滞留時間が増加するので、ファウラントの堆積が発生しにくくなる。パラメータＸが高まる傾向を見せたときは、工程２においてファウラントの堆積が発生しやすい環境へと変化するとき（冬季の始まり、油分の流入など）であるため、環境の変化に応じてファウラントの堆積を低減できる。

（３）上記パラメータＸが所定期間内に基準値超から基準値以下に変化した場合に、上記工程１において流出懸濁物質濃度を低下させる操作を解除してもよい（Ｓ３０ｂ）。

上記の構成によれば、パラメータＸが低まる傾向を見せたときに、工程１において流出懸濁物質濃度を低下させる操作を解除する。そのため、工程１で必要になっていた稼働コストを低減できる。パラメータＸが低まる傾向を見せたときは、工程２においてファウラントの堆積が発生しにくい環境へと変化するとき（冬季の終わりなど）であるため、環境の変化に応じて廃水処理のコストを低減できる。

（４）上記工程１においては、沈澱池、フィルタ、浮上分離およびスクリーンからなる群より選択される１つ以上によって上記流出懸濁物質濃度を低下させてもよい。

上記の構成によれば、工程１において流出懸濁物質濃度を低下させる効率を向上させることができる。

（５）上記工程１において、上記廃水に凝集剤を投入する工程を含み、
下記(i)の場合には、上記凝集剤を第１投入量で投入し、
下記(ii)の場合には、上記凝集剤を第２投入量で投入し、
上記第１投入量は、上記第２投入量よりも多くてもよい：
(i)上記パラメータＸが所定期間内に基準値超から当該基準値以下に変化した場合
(ii)上記パラメータＸが所定期間内に基準値超から当該基準値以下に変化した場合

上記の構成によれば、ファウラントの堆積が発生しやすい環境に変化するときに、より多くの凝集剤を投入する。また、ファウラントの堆積が発生しにくい環境に変化するときに、より少ない凝集剤を投入する。つまり、環境変化に応じて凝集剤の投入量を変化させることになる。そのため、環境に応じてより適切な稼働方法を選択できる。

（６）上記凝集剤は、高分子凝集剤、鉄系凝集剤およびアルミニウム系凝集剤からなる群より選択される１つ以上であってもよい。

上記の構成によれば、工程１において流出懸濁物質濃度を低下させる効率を向上させることができる。

（７）上記工程２において、上記廃水に微生物製剤を投入する工程を含んでもよい。

上記の構成によれば、工程２において、微生物製剤由来の微生物が投入される。例えば、低温でも活性の高い微生物を投入すれば、工程２における廃水処理効率を向上させることができる。

（８）上記微生物製剤を事前培養する工程をさらに含み、当該事前培養された微生物製剤を廃水に投入してもよい。

上記の構成によれば、事前培養により活性化した微生物を投入できる。そのため、上記（７）の効果をより高めることができる。

（９）上記微生物製剤を、凝集剤と混合した状態で廃水に投入してもよい。

上記の構成によれば、フロック状態で微生物が投入される。そのため、分散した微生物により工程２において濾過膜が閉塞される事態を回避しやすい。

（１０）上記微生物製剤はPseudomonas属細菌を含んでいてもよい。

上記の構成によれば、低温活性が高いPseudomonas属細菌を投入することになる。そのため、上記（７）の効果をより高めることができる。

（１１）廃水処理装置（１０ａ、１０ｂ）および制御装置（２０）を備えている、廃水処理システム（１００ａ、１００ｂ）であって、
上記廃水処理装置（１０ａ、１０ｂ）は、
廃水中の懸濁物質の任意の一部を除去し流出懸濁物質濃度を低下させる懸濁物質除去槽（１）と、
上記懸濁物質除去槽（１）より下流に位置し、膜分離活性汚泥法で廃水を処理する生物反応槽（２）と、
上記懸濁物質除去槽（１）における廃水中の流出懸濁物質濃度の低下度合いを調節する除去調節部（第１凝集剤タンク４、流量調節機構９）と、
を備えており、
上記制御装置（２０）は、
上記懸濁物質除去槽に流入する廃水の性質、および／または、上記生物反応槽における汚泥性状に関連する情報を取得する情報取得部（３１）と、
所定期間におけるパラメータＸの挙動を判定するパラメータＸ判定部（３２）と、
上記除去調節部を制御する除去制御部（３３）と、
を有しており、
所定期間内における上記パラメータＸの挙動に従って、上記除去制御部（３３）は、上記除去調節部（第１凝集剤タンク４、流量調節機構９）を介して上記懸濁物質除去槽（１）における流出懸濁物質濃度を変化させ（Ｓ３０ａ、Ｓ３０ｂ、Ｓ３０ｃ、Ｓ３０ｄ）、
上記パラメータＸは、上記懸濁物質除去槽（１）に流入する廃水の性質、および／または、上記生物反応槽（２）における汚泥性状に関連付けられているパラメータである、
廃水処理システム。

上記の構成によれば、上記（１）と同様の効果が得られる。

（１２）上記パラメータＸが所定期間内に基準値以下から基準値超に変化した場合に、上記除去制御部（３３）は、上記除去調節部（第１凝集剤タンク４、流量調節機構９）を介して上記懸濁物質除去槽（１）において流出懸濁物質濃度を低下させてもよい（Ｓ３０ａ）。

上記の構成によれば、上記（２）と同様の効果が得られる。

（１３）上記パラメータＸが所定期間内に基準値超から基準値以下に変化した場合に、上記除去制御部（３３）は、上記除去調節部（第１凝集剤タンク４、流量調節機構９）を介して上記懸濁物質除去槽（１）において流出懸濁物質濃度を低下させる操作を解除してもよい（Ｓ３０ｂ）。

上記の構成によれば、上記（３）と同様の効果が得られる。

また、上記各態様における制御装置は、コンピュータによって実現してもよい。本発明の範囲には、上記制御装置が備える各部としてコンピュータを動作させることにより、当該制御装置をコンピュータにて実現させる制御プログラムも含まれる。また、本発明の範囲には、上記制御プログラムが記録されているコンピュータ読取り可能な記録媒体も含まれる。

１ ：懸濁物質除去槽
２ ：生物反応槽
４ ：第１凝集剤タンク（除去調節部）
９ ：流量調節機構（除去調節部）
１０ａ：廃水処理装置
１０ｂ：廃水処理装置
２０ ：制御装置
３１ ：情報取得部
３２ ：パラメータＸ判定部
３３ ：除去制御部
１００ａ：廃水処理システム
１００ｂ：廃水処理システム

Claims (14)

1. 下記工程１および工程２を含む廃水処理方法であって、
   工程１：工程２の前工程であって、廃水中の懸濁物質の任意の一部を除去し流出懸濁物質濃度を低下させる工程；
   工程２：上記工程１を経た上記廃水を、膜分離活性汚泥法で処理する工程；
   所定期間内におけるパラメータＸの挙動に従って、上記工程１における流出懸濁物質濃度を変化させ、
   上記パラメータＸは、上記工程２におけるＭＬＶＳＳ／ＭＬＳＳ比率に関連するパラメータである、
   廃水処理方法。
2. 上記パラメータＸが所定期間内に基準値以下から基準値超に変化した場合に、上記工程１において流出懸濁物質濃度を低下させる、請求項１に記載の廃水処理方法。
3. 上記パラメータＸが所定期間内に基準値超から基準値以下に変化した場合に、上記工程１において流出懸濁物質濃度を低下させる操作を解除する、請求項１または２に記載の廃水処理方法。
4. 上記工程１においては、沈澱池、フィルタ、浮上分離およびスクリーンからなる群より選択される１つ以上によって上記流出懸濁物質濃度を低下させる、請求項１～３のいずれか１項に記載の廃水処理方法。
5. 上記工程１において、上記廃水に凝集剤を投入する工程を含み、
   下記(i)の場合には、上記凝集剤を第１投入量で投入し、
   下記(ii)の場合には、上記凝集剤を第２投入量で投入し、
   上記第１投入量は、上記第２投入量よりも多い、
   請求項１～４のいずれか１項に記載の廃水処理方法。
   (i)上記パラメータＸが所定期間内に基準値以下から当該基準値超に変化した場合
   (ii)上記パラメータＸが所定期間内に基準値超から当該基準値以下に変化した場合
6. 上記凝集剤は、高分子凝集剤、鉄系凝集剤およびアルミニウム系凝集剤からなる群より選択される１つ以上である、請求項５に記載の廃水処理方法。
7. 上記工程２において、上記廃水に微生物製剤を投入する工程を含む、請求項１～６のいずれか１項に記載の廃水処理方法。
8. 上記微生物製剤を事前培養する工程をさらに含み、当該事前培養された微生物製剤を廃水に投入する、請求項７に記載の廃水処理方法。
9. 上記微生物製剤を、凝集剤と混合した状態で廃水に投入する、請求項７または８に記載の廃水処理方法。
10. 上記微生物製剤はPseudomonas属細菌を含んでいる、請求項７～９のいずれか１項に記載の廃水処理方法。
11. 廃水処理装置および制御装置を備えている、廃水処理システムであって、
    上記廃水処理装置は、
    廃水中の懸濁物質の任意の一部を除去し流出懸濁物質濃度を低下させる懸濁物質除去槽と、
    上記懸濁物質除去槽より下流に位置し、膜分離活性汚泥法で廃水を処理する生物反応槽と、
    上記懸濁物質除去槽における廃水中の流出懸濁物質濃度の低下度合いを調節する除去調節部と、
    を備えており、
    上記制御装置は、
    上記生物反応槽における汚泥性状に関連する情報を取得する情報取得部と、
    所定期間におけるパラメータＸの挙動を判定するパラメータＸ判定部と、
    上記除去調節部を制御する除去制御部と、
    を有しており、
    所定期間内における上記パラメータＸの挙動に従って、上記除去制御部は、上記除去調節部を介して上記懸濁物質除去槽における流出懸濁物質濃度を変化させ、
    上記パラメータＸは、上記生物反応槽におけるＭＬＶＳＳ／ＭＬＳＳ比率に関連するパラメータである、
    廃水処理システム。
12. 上記パラメータＸが所定期間内に基準値以下から基準値超に変化した場合に、上記除去制御部は、上記除去調節部を介して上記懸濁物質除去槽において流出懸濁物質濃度を低下させる、請求項１１に記載の廃水処理システム。
13. 上記パラメータＸが所定期間内に基準値超から基準値以下に変化した場合に、上記除去制御部は、上記除去調節部を介して上記懸濁物質除去槽において流出懸濁物質濃度を低下させる操作を解除する、請求項１１または１２に記載の廃水処理システム。
14. 請求項１１～１３のいずれか１項に記載の制御装置としてコンピュータを機能させるためのプログラムであって、上記情報取得部、上記パラメータＸ判定部および上記除去制御部としてコンピュータを機能させるためのプログラム。

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