【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種有機性汚水（下水、産業排水等）の高速生物処理方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、有機性汚水の代表的生物処理として、活性汚泥法が適用されている。
しかし、活性汚泥法は生物処理速度が小さく、かつ活性汚泥の沈降速度が小さいために、生物処理槽及び沈殿槽として容積及び設置面積が大きいものを必要とするという問題があった。 また、その操業に際してはその条件により沈殿槽から活性汚泥微細粒子が処理水に流出し、処理水ＳＳ及びＢＯＤを悪化させる問題が起き易かった。
【０００３】
以前から、上部に砂の沈降分離部を配置した生物処理槽に砂を添加し、これをエアリフトによって循環流動させながら、生物膜を砂の表面に付着させて、高負荷で生物処理する方法（流動媒体生物処理法）も知られていた。 しかしこの技術は、生物処理槽から砂が処理水に流出するトラブルが非常に起き易いこと、生物処理水中の微細生物粒子が沈降しにくく、その処理水ＳＳが活性汚泥法の処理水ＳＳよりも悪くなるという問題があったため、実用化例は少なく、現在は見捨てられた技術になっていた。
【０００４】
また、例えば、文献▲１▼微粒砂を利用した超高速凝集沈殿処理；第３７回下水道研究発表会要旨集、ｐ２４３−２４５（２０００）、▲２▼特開公報；「凝集処理方法」には、懸濁質を含有する河川水、湖沼水等の凝集沈殿処理を行う場合、原水に砂、マグネタイトなどの比重が大きい微細粒径の固体粒子と凝集剤を添加し、微細固体粒子を錘として取り込んで沈降性が非常に増加したフロックを、高速度で凝集沈殿する凝集沈殿方法が開示されている。
しかし、この技術は単に懸濁水の凝集沈殿という物理化学的な単位操作を高速化する技術に過ぎず、生物処理とは関係が無い技術であった。
またこの方法では、砂などの鉱物粒子を取り込んだ凝集沈殿汚泥から鉱物粒子をサイクロンによって回収し、凝集沈殿対象原水に返送してフロックの錘として再利用する技術が示されているが、砂などの鉱物粒子は、単に凝集沈殿工程の凝集フロックの錘としてだけしか利用されていず、生物処理とは全く無関係な利用法にとどまっていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、有機性汚水の生物処理において、砂、ガーネット、マグネタイト、鉄粉などの比重が２以上で粒径が数１００μｍ以下の微細固体粒子を新規な態様で利用することによって、生物処理及び沈殿処理の両者を高速化した新規高速生物処理法及び装置を提供するものである。
本発明によれば、従来の流動媒体生物処理法の前記問題点も解決できる。
【０００６】
すなわち、本発明は、砂などの微粒子固体粒子に、「生物膜付着担体としての役割及び凝集フロックの錘物質としての役割」の複合機能を付与させるという、新規技術思想によって高速生物処理技術を確立した。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以下の手段を用いることによって、上記の課題を解決することができた。
（１）生物処理槽中で生物膜を付着せしめた、生物膜付着担体としての役割及び凝集フロックの錘物質としての役割をする比重が２以上で粒径が２０〜３００μｍの粒径範囲の微細固体粒子を流動させながら有機性汚水を生物処理したのち、該生物処理槽から微細固体粒子含有生物処理水を流出せしめ、該生物処理水に少なくとも高分子凝集剤を添加して微細固体粒子を取り込んだ凝集フロックを形成させた後、 沈降分離速度１ｍ／ｍｉｎ以上で凝集沈殿して清澄処理水を得るとともに沈殿汚泥を分離し、該沈殿汚泥から微細固体粒子を回収し、前記生物処理槽に返送することを特徴とする有機性汚水の処理方法。
（２）有機性汚水の供給管、空気吹込管、微細固体粒子供給管及び生物処理水排出管が付設され、槽内が生物膜を付着せしめた、生物膜付着担体としての役割及び凝集フロックの錘物質としての役割をする比重が２以上で粒径が２０〜３００μｍの粒径範囲の微細固体粒子を流動させるエアリフト部と該微細固体粒子を沈降させる沈降分離部に区画された生物処理槽と、微細固体粒子含有生物処理水の高分子凝集剤による凝集槽と、微細固体粒子を取り込んだ凝集フロックを沈降分離速度１ｍ／ｍｉｎ以上で凝集沈殿する凝集沈殿装置と、凝集沈殿装置からの沈殿汚泥より汚泥と微細固体粒子の分離、回収のための分離装置、回収した微細固体粒子を生物処理槽へ送る返送管とを有することを特徴とする有機性汚水の高速生物処理装置。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に記述の煩雑を避ける為、微細固体粒子の代表として、微細粒径の砂を利用した場合を例に挙げて説明する。
図１は、本発明の高速生物処理方法の一実施例を示す工程図である。
下水などの有機性汚水（原水）１を生物処理槽２の底部に流入させ、同槽内を上方に流れるようにすると共に空気が曝気されて、生物処理が行われる。 生物処理槽２には微細砂３が投入され、原水１の上向流及び空気４の曝気によって引き起こされる水流によって槽内を流動している。 なお、５は中空円筒状のエアリフト管であり、この管内に空気４が供給されることにより、原水１が管内を上向流として流れ、その後エアリフト管５の外側を下降することにより、槽２内に原水１の循環流を形成する。 この状態でしばらく運転を続けると微細砂３の表面に生物膜が自然増殖して付着するようになる。 微細砂３の粒径は、過度に大きいと生物膜が付着しにくく、過度に小さいと後続する凝集沈殿工程の沈降速度を大きくしにくいので、１０〜３００μｍの粒径範囲のものが好適である。
【０００９】
また、砂粒子３の生物処理槽２への添加量として好適な範囲は、生物処理槽２の容積の５〜６％程度で充分である。 これ以上にすると、砂粒子３の流動化エネルギーが増加し、少なすぎると生物処理槽２内の微生物膜量が少なくなり、生物処理速度が小さくなる。
なお、本発明における生物膜を付着させた微細砂３などの微細固体粒子を流動させながら生物処理する工程としては、好気性生物処理（ＢＯＤ除去、硝化）、嫌気性生物学的脱窒素処理、無酸素生物処理のどれでも適用できる。
【００１０】
図１のように、生物処理槽２の流出部に沈降分離部６を設け、この沈降分離部６の分離速度を適度に設定し沈降分離部６から、投入砂３の中で粒径が小さい生物膜付着砂と浮遊微生物粒子及び原水中に含まれていたＳＳの３者を、意図的に生物処理水に含有させて流出させるようにする。 生物処理水に流出させる砂３の濃度は、２０００〜４０００ｍｇ／リットルが好適である。 少なすぎると凝集沈殿のフロック沈降速度が大きくできず、多すぎると高分子凝集剤８の所要量が増加するので経済的でない。 なお、 １０は凝集槽である。
【００１１】
次にこの微細砂３含有生物処理水に少なくとも高分子凝集剤８ （リン、ＣＯＤを除去する場合は無機凝集剤９と高分子凝集剤８を併用することが好ましい）を添加し数分間攪拌すると、微細砂３を取り込んだ沈降性が非常に大きいフロックが形成される。 これを凝集沈殿装置１１に流入させると、沈降分離速度１ｍ／ｍｉｎ以上の超高速度で沈殿分離することができ、微細砂３を全く含まない清澄な処理水１２が流出する。
【００１２】
有機高分子凝集剤８（ポリマ）のタイプとしては、無機凝集剤９を併用しない場合はカチオン性、両性が好適であり、無機凝集剤９を併用する場合はアニオン性、ノニオン性、両性のポリマが適している。 ポリマ注入率は０．５〜３ｍｇ／リットル程度で十分である。
無機凝集剤９の適正添加率は、原水１の水質（特にリン濃度、ＣＯＤ濃度）によって変化するが、下水を本発明によって処理する場合は、ＰＡＣでは１００〜２００ｍｇ／リットル、塩化第２鉄では５０〜１００ｍｇ／リットル程度である。
【００１３】
しかして、凝集沈殿装置１１の底から砂３が共存した凝集沈殿スラッジ１３をポンプ１４で引抜き、液体サイクロン１５に供給して微細砂３を分級して回収し、生物処理槽２にリサイクルする。
液体サイクロン１５を通過させても、微細砂３から生物膜が完全に剥離することはないので、生物処理槽２に返送すると、有機性汚水中のＢＯＤを除去するのに直ちに貢献する。
なお微細固体粒子としてマグネタイト、鉄粉などの磁性粒子を適用する場合は、サイクロン１５の代わりに磁気分離装置によって回収することができる。
【００１４】
液体サイクロン１４で砂３が除去された汚泥１６は、汚泥脱水処理などの汚泥処理工程に供給して処理する。
別の方法としては、液体サイクロン１５等で砂が除去された汚泥１６に対し、オゾン処理、超音波処理、加熱処理、ミル破砕処理などの生物汚泥可溶化処理を行って、生物性汚泥の生分解性を向上させた後、生物処理槽２に供給すると生物汚泥が生物分解されるので、余剰生物汚泥の発生量を大幅に減少できる。
【００１５】
なお、砂含有生物処理水中のリンあるいは難生分解性ＣＯＤを凝集除去するために、無機凝集剤９を添加した場合には、可溶化手段としてオゾン処理が最も好ましい。 なぜなら、無機凝集剤９の添加によって水酸化アルミニウム、水酸化鉄フロックに吸着されて除去されたＣＯＤ成分が、オゾン処理によって酸化され生分解性向上するので、これを生物処理槽２に供給するとＣＯＤが生物分解を受けて除去されるからである。
【００１６】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこの実施例により何等制限されるものではない。
【００１７】
実施例１
下水処理を例に挙げて説明する。
下水（平均水質：水温２２℃、ｐＨ７．２、ＳＳ１５０ｍｇ／リットル、ＢＯＤ１２０ｍｇ／リットル）を、図１のフロー図にしたがって処理した。
生物処理槽に添加する微細砂粒子としては、粒径２０〜３００μｍの砂を使用した。
生物処理槽及び凝集沈殿工程の処理条件は、次の第１表に示すように設定した。
【００１８】
【表１】

【００１９】

運転開始後１０日後に砂を生物処理槽から取り出して顕微鏡観察したところ、生物膜が砂の表面に付着しているのが観察されたので、１４日後から凝集沈殿処理水の水質分析を始めた。

運転は３ヶ月行った。 次の第２表に運転開始後の経過日数と処理水水質の関係を示す。

【００２０】

【表２】

【００２１】

比較例１

実施例１において高分子凝集剤を添加しない場合は、凝集沈殿槽で生物処理槽から流出した微細ＳＳが沈殿せず、処理水に多量に流出し、処理水ＳＳは８５〜１２０ｍｇ／リットルと非常に悪い水質であった。

【００２２】

【発明の効果】

本発明によれば、下記のような優れた効果を生じる。

（ａ）砂などの微細固体粒子の機能として、生物膜を付着させた状態で流動させて生物処理する工程の生物膜付着担体、及び凝集沈殿工程のフロックの錘材の２つの機能を付与したので、生物処理槽の微生物濃度を高くでき生物反応速度が増加し、また生物処理水の沈殿工程のフロック沈降速度を大きくできる。 この結果、生物処理槽及び沈殿槽の所要容積、設置面積を大幅に縮小でき、狭い敷地でも汚水処理設備を設置でき、建設費も減少する。 特に、沈降分離部と凝集沈殿装置の面積が小さくてもよく、通常の活性汚泥法の沈殿池と比較にならない位小さくてよい。

【０００２３】

（ｂ）生物処理槽から意図的に砂などの微細固体粒子を流出させて、凝集沈殿工程のフロックの錘として利用するので、従来の流動媒体生物処理法の問題であった、媒体流出トラブルは根本的に解決される。 逆に、流出させた微細固体を沈殿分離の高速化に利用できる。

（ｃ）砂含有生物処理水を凝集沈殿することによって、「処理水ＳＳが活性汚泥法よりも多くなる」という、従来の媒体流動生物処理法の問題点を完全に解決できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の有機性汚水の高速生物処理方法の一実施例の工程図である。

【符号の説明】

１ 有機性汚水（原水）

２ 生物処理槽３ 微細砂４ 空気５ エアリフト管６ 沈降分離部７ 生物処理水８ 高分子凝集剤９ 無機凝集剤１０ 凝集槽１１ 凝集沈殿装置１２ 処理水１３ 凝集沈殿スラッジ１４ ポンプ１５ 液体サイクロン１６ 汚泥