(57)【要約】【課題】運転コストを低く維持しながら全窒素が高い排水を処理でき、運転管理が容易である排水処理装置を提供する。【解決手段】人工湿地を使用して被処理水を浄化する第１の浄化部１０と、被処理水中の窒素成分を除去する脱窒処理部４０と、人工湿地を使用して被処理水を浄化する第２の浄化部５０とを含み、脱窒処理部４０が被処理水と生分解性樹脂とを接触させる、排水処理装置１。【選択図】図１
2020163244.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
人工湿地を使用して被処理水を浄化する浄化部と、
被処理水中の窒素成分を除去する脱窒処理部と、を含み、
前記脱窒処理部が被処理水と生分解性樹脂とを接触させる、排水処理装置。
【請求項２】
前記浄化部が被処理水を浄化する第１の浄化部と、被処理水を浄化する第２の浄化部とを有し、
前記第１の浄化部と前記第２の浄化部との間に、前記脱窒処理部が配置されている、請求項１に記載の排水処理装置。
【請求項３】
前記生分解性樹脂が、ジカルボン酸由来の構成単位を２種以上含む樹脂である、請求項１又は２に記載の排水処理装置。
【請求項４】
前記浄化部で浄化される前の被処理水であり、かつ、前記脱窒処理部で窒素成分が除去される前の被処理水の全窒素に対するＢＯＤの比（ＢＯＤ／全窒素）が、２．５以下である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の排水処理装置。
【請求項５】
人工湿地を使用して被処理水を浄化する浄化工程と、
被処理水中の窒素成分を除去する脱窒処理工程と、を含み、
前記脱窒処理工程で被処理水と生分解性樹脂とを接触させる、排水処理方法。
【請求項６】
前記浄化工程が被処理水を浄化する第１の浄化工程と、被処理水を浄化する第２の浄化工程とを有し、
前記第１の浄化工程と前記第２の浄化工程との間に、前記脱窒処理工程を行う、請求項５に記載の排水処理方法。
【請求項７】
前記生分解性樹脂が、ジカルボン酸由来の構成単位を２種以上含む樹脂である、請求項５又は６に記載の排水処理方法。
【請求項８】
前記浄化工程で浄化される前の被処理水であり、かつ、前記脱窒処理工程で窒素成分が除去される前の被処理水の全窒素に対するＢＯＤの比（ＢＯＤ／全窒素）が、２．５以下である、請求項５〜７のいずれか一項に記載の排水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排水処理装置、排水処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
排水の処理方法として、生物処理法が知られている。生物処理法の一例として、活性汚泥法が挙げられる。活性汚泥法では、好気的な微生物に曝気をしながら汚濁物質を分解させることが一般的である。しかし、曝気のための電気代がかかり、運転コストが高くなることが欠点である。
また、糞尿を多く含む畜産系の排水等の処理では、負荷の変動が激しくなる。そのため、一般的な活性汚泥法では、正常に稼動させるための運転条件が複雑になり、メンテナンスが困難となる。このように活性汚泥法による畜産系の排水等の処理では、多大な労力が必要であり、運転管理が困難である。
【０００３】
これに対し、運転コストが比較的低く、運転管理が容易である処理方法として、人工湿地に排水を流入させ、湿地内の微生物、水生植物等の浄化効果により排水を浄化する処理方法がある（例えば、特許文献１等）。
しかし、人工湿地を使用する処理方法は汚濁物質の分解効率が活性汚泥法と比較して低い。そのため、湿地内の微生物等による分解効率を向上させるためには、処理装置がより広大な面積を必要とし、建設費が高くなってしまうという問題がある。
そこで、特許文献１にはおがくず、小麦ワラ等の有機物添加資材を汚水に添加することが記載されている。
【０００４】
しかしながら特許文献１では、全窒素が比較的高い排水を処理することについて何ら検討されていない。通常、全窒素が比較的高い排水を処理する際には、排水中の酸素濃度等の嫌気条件、排水中の全窒素に対する有機物の総量の比（Ｃ／Ｎ比）等を調節しないと、脱窒処理が充分に行われず、亜硝酸、硝酸が処理水中に残存してしまう。ところが、嫌気条件の調節は運転コストを増加させ、Ｃ／Ｎ比の調節は、運転管理を複雑化させる。
よって、特許文献１に記載の伏流式人工湿地システムで全窒素が比較的高い排水を処理する場合、運転コストを低く維持できず、運転管理が容易ではない。
加えて、特許文献１に記載のようにおがくず、小麦ワラ等を汚水に添加するだけでは、汚水中の脱窒速度の調節が困難である。そのため、特許文献１に記載の伏流式人工湿地システムで全窒素が比較的高い排水を処理する場合、運転管理が容易ではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−６８２１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は運転コストを低く維持しながら全窒素が高い排水を処理でき、運転管理が容易である排水処理装置、排水処理方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、人工湿地による浄化処理と生分解性樹脂とを組み合わせることにより、運転コストを低く維持しながら排水の処理性能を向上させることが可能であることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【０００８】
すなわち、本発明は下記の態様を有する。
［１］  人工湿地を使用して被処理水を浄化する浄化部と、被処理水中の窒素成分を除去する脱窒処理部と、を含み、前記脱窒処理部が被処理水と生分解性樹脂とを接触させる、排水処理装置。
［２］  前記浄化部が被処理水を浄化する第１の浄化部と、被処理水を浄化する第２の浄化部とを有し、前記第１の浄化部と前記第２の浄化部との間に、前記脱窒処理部が配置されている、［１］の排水処理装置。
［３］  前記生分解性樹脂が、ジカルボン酸由来の構成単位を２種以上含む樹脂である、［１］又は［２］の排水処理装置。
［４］  前記浄化部で浄化される前の被処理水であり、かつ、前記脱窒処理部で窒素成分が除去される前の被処理水の全窒素に対するＢＯＤの比（ＢＯＤ／全窒素）が、２．５以下である、［１］〜［３］のいずれかの排水処理装置。
［５］  人工湿地を使用して被処理水を浄化する浄化工程と、被処理水中の窒素成分を除去する脱窒処理工程と、を含み、前記脱窒処理工程で被処理水と生分解性樹脂とを接触させる、排水処理方法。
［６］  前記浄化工程が被処理水を浄化する第１の浄化工程と、被処理水を浄化する第２の浄化工程とを有し、前記第１の浄化工程と前記第２の浄化工程との間に、前記脱窒処理工程を行う、［５］の排水処理方法。
［７］  前記生分解性樹脂が、ジカルボン酸由来の構成単位を２種以上含む樹脂である、［５］又は［６］の排水処理方法。
［８］  前記浄化工程で浄化される前の被処理水であり、かつ、前記脱窒処理工程で窒素成分が除去される前の被処理水の全窒素に対するＢＯＤの比（ＢＯＤ／全窒素）が、２．５以下である、［５］〜［７］のいずれかの排水処理方法。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、運転コストを低く維持しながら全窒素が高い排水を処理でき、運転管理が容易である排水処理装置、排水処理方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】一実施形態の水処理装置の概略構成図である。
【図２】一実施形態の水処理装置の概略構成図である。
【図３】一実施形態の水処理装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下の用語の定義は、本明細書及び特許請求の範囲にわたって適用される。
「原排水」とは、産業施設から排出される未処理の排水を意味する。
「被処理水」とは、任意の処理が施される処理対象としての水の総称である。例えば、原排水は、本発明の排水処理装置又は排水処理方法による処理が施される「被処理水」である。また、前処理が施される水は前処理における「被処理水」であり、浄化処理が施される水は浄化処理における「被処理水」であり、脱窒処理が施される水は脱窒処理における「被処理水」である。
「浄化」とは、被処理水中のＢＯＤ、ＣＯＤ及び全リンのうちの少なくともいずれかを低減させることを意味する。
「窒素成分」とは、アンモニア態窒素、亜硝酸態窒素、硝酸態窒素、有機態窒素の総称である。
【００１２】
本明細書における以下の用語の意味は下記の通りである。
「前処理」とは、本発明の排水処理装置又は排水処理方法による浄化処理及び脱窒処理が施される前に、原排水に施される任意の処理である。
「浄化処理」とは、被処理水中のＢＯＤ、ＣＯＤ及び全リンのうちの少なくともいずれかを低減させる処理を意味する。
「脱窒処理」とは、被処理水中の窒素成分のうち、少なくとも硝酸態窒素を低減させる処理を意味する。
「前処理水」とは、原排水に前処理を施した後の水を意味する。
「浄化処理水」とは、浄化処理を施した後の水を意味する。
「脱窒処理水」とは、脱窒処理を施した後の水を意味する。
「最終処理水」とは、本発明の排水処理装置又は排水処理方法による浄化処理及び脱窒処理を施した後の水を意味する。
「有機性排水」とは有機物を含む原排水を意味する。有機性排水中の有機物の含有量の指標としては、ＢＯＤ、ＣＯＤ、ＶＴＳ及びＳＳ濃度の値を用いることができる。
「有機態窒素」とは有機物に含まれる窒素であり、タンパク質、アミノ酸等である。
「ＢＯＤ」とは、原排水又は被処理水に含まれる水溶性及び非水溶性の有機物による汚濁を意味する。ＢＯＤの値は、ＪＩＳ  Ｋ  ０１０２：２１及び３２．３に記載のＢＯＤ分析方法に準じて測定する。
「ＣＯＤ」とは、原排水又は被処理水に含まれる水溶性及び非水溶性の有機物による汚濁を意味する。ＣＯＤの値は、ＪＩＳ  Ｋ  ０１０２：１７に記載のＣＯＤ（Ｍｎ）分析方法に準じて測定する。
「ＶＴＳ」とは、原排水又は被処理水に含まれる有機物を意味する。ＶＴＳの値は、下式（１）によって求める。
ＶＴＳ（％／固形分）＝｛（総固形分量−焼却質量）／総固形分量｝×１００  ・・・（１）
「全窒素」とは、原排水又は被処理水中の窒素成分の総量である。全窒素の値は、ＪＩＳ  Ｋ  ０１０２  ４５．２に記載の全窒素分析方法に準じて測定する。
「アンモニア態窒素」の含有量は、イオンクロマトグラフ法に準じて測定する。
「亜硝酸態窒素」の含有量は、イオンクロマトグラフ法に準じて測定する。
「硝酸態窒素」の含有量は、イオンクロマトグラフ法に準じて測定する。
「脱窒細菌」とは、亜硝酸態窒素又は硝酸態窒素を電子受容体として利用し、有機物を電子供与体として利用することで、亜硝酸態窒素又は硝酸態窒素を窒素ガスに還元する微生物である。
「硝化細菌」とは、アンモニア酸化細菌と亜硝酸酸化細菌との総称である。「アンモニア酸化細菌」はアンモニア態窒素を亜硝酸に酸化する微生物であり、「亜硝酸酸化細菌」は亜硝酸態窒素を硝酸態窒素に酸化する微生物である。
「全リン」とは、原排水又は被処理水中のリン成分の総量である。全リンの値は、ＪＩＳ  Ｋ  ０１０２：４６．３．１およびＪＩＳ  Ｋ  ０１０２：４６．１．１に記載のペルオキソ二硫酸カリウム分解法とモリブデン青吸光光度法に準じて測定する。
ただし、式（１）中、総固形分量は、被処理水１００ｍｌを１０５℃で６時間乾燥した後の乾燥物の質量（ｇ）であり、焼却質量は、前記乾燥物をさらに６００℃で２時間加熱し、灰化させた後の加熱物の質量である。
「色度」とは、被処理水に含まれる水溶性及び非水溶性の有機物により淡黄色から黄褐色に呈色する程度を意味する。色度の値は、白金・コバルト法に準じて測定する。
「粗粒分」とは、原排水又は被処理水に含有される繊維、砂等であり、原排水又は被処理水を２００メッシュの篩でろ過したときに、篩の上に残留する物質を意味する。
「ＳＳ」とは、原排水又は被処理水に含有される浮遊固形分であり、ＪＩＳ  Ｋ  ０１０２：２００８に従って原排水又は被処理水を孔径１μｍの濾過材で濾過したとき、濾過材上に残留する物質を意味する。
「ＳＳ濃度」は、ＪＩＳ  Ｋ  ０１０２：２００８に記載の測定方法に準じて、濾過材として孔径１μｍのガラス繊維濾紙を用いて測定する。
「イオン性成分」とは、原排水又は被処理水に含まれるアニオン性又は両性の有機高分子成分、無機塩由来のアニオン性成分を意味する。
「凝集剤」とは、原排水又は被処理水に含まれる水溶性及び非水溶性の汚濁物質等を凝集して、微細フロックや凝集フロックを形成する機能を有する薬剤を意味する。
数値範囲を示す「〜」は、その前後に記載された数値を下限値及び上限値として含むことを意味する。
【００１３】
本発明の処理対象となる原排水としては、酪農産業の処理施設から発生する酪農排水；畜産産業の処理施設から発生する畜産排水；雑生活下水、し尿を含む下水等の排水；飲料工場、食品工場等から発生する排水；化学系工場（染色、樹脂、繊維、化成品）から発生する排水；その他、様々な工場施設から発生する排水等が挙げられる。これらの原排水は通常、有機性排水である。
本発明においては、原排水は、懸濁物質、コロイド状物質、イオン性成分等をさらに含んでもよい。
【００１４】
原排水のＢＯＤは、４０００〜１０００００ｍｇ／Ｌが好ましく、７０００〜８００００ｍｇ／Ｌがより好ましく、１００００〜８００００ｍｇ／Ｌがさらに好ましく、２００００〜８００００ｍｇ／Ｌが特に好ましい。
原排水のＣＯＤは、４０００〜１０００００ｍｇ／Ｌが好ましく、７０００〜８００００ｍｇ／Ｌがより好ましく、１００００〜８００００ｍｇ／Ｌがさらに好ましく、２００００〜８００００ｍｇ／Ｌが特に好ましい。
原排水のＢＯＤ及びＣＯＤが前記範囲内であれば、浄化部におけるＢＯＤ及びＣＯＤの処理負荷がさらに低減され、より良質な最終処理水を得ることができる。
【００１５】
原排水のＳＳ濃度は、６０００〜１０００００ｍｇ／Ｌが好ましく、１００００〜８００００ｍｇ／Ｌがより好ましく、２００００〜８００００ｍｇ／Ｌがさらに好ましい。ＳＳ濃度が前記範囲内であれば、ＳＳ濃度の高い原排水に対しても濾床の目詰まりを抑制し、浄化性能が安定した状態で人工湿地を使用して被処理水を浄化できる。
原排水の全リンは、１０〜１００００ｍｇ／Ｌが好ましく、１００〜５０００ｍｇ／Ｌがより好ましく、２００〜１０００ｍｇ／Ｌがさらに好ましい。全リンが前記範囲内であれば、浄化部における全リンの処理負荷が低減され、より良質な最終処理水を得ることができる。
【００１６】
本発明の排水処理装置及び排水処理方法によって処理される被処理水は、有機物及び窒素成分を含む態様であれば特に限定されない。
本発明の排水処理装置及び排水処理方法においては、原排水をそのまま被処理水としてもよく、前処理水を被処理水としてもよい。ただし、人工湿地の負荷を低減できる点から前処理水を被処理水とすることが好ましい。
原排水又は前処理水は、本発明の排水処理装置又は排水処理方法で浄化される前の被処理水であり、かつ、窒素成分が除去される前の被処理水である。
【００１７】
前処理としては例えば、下記のものがある。
・原排水に高分子凝集剤を添加して凝集フロックを形成させ、凝集フロックを固液分離して分離水を得る凝集処理。
・原排水に高分子凝集剤などの薬剤を添加することなく、直接ベルトスクリーンやスクリュープレス脱水機により固液分離し、原排水中の粗粒分又はＳＳを分離させる無薬注スクリーン濾過処理。
・原排水中の有機物を分解する有機物処理。
・原排水中のアンモニア態窒素を亜硝酸態窒素又は硝酸態窒素に酸化するアンモニア酸化処理。
・原排水中の全リンを低減させる脱リン処理。
【００１８】
本発明の排水処理装置及び排水処理方法によって処理される被処理水（原排水又は前処理水）は、有機物及び窒素成分を含む。被処理水は以下の被処理水Ａと被処理水Ｂの２種類に分類可能である。
被処理水Ａ：窒素成分のうちアンモニア態窒素の割合が、硝酸態窒素の割合より相対的に多い被処理水。
被処理水Ｂ：窒素成分のうち硝酸態窒素の割合が、アンモニア態窒素の割合より相対的に多い被処理水。
被処理水Ａを処理する場合、人工湿地の負荷を低減し、全窒素を効果的に除去する点から、前処理としては、凝集処理、有機物処理、アンモニア酸化処理が好ましい。
被処理水Ｂを処理する場合、全窒素を効果的に除去する点から、前処理としては、凝集処理、アンモニア酸化処理が好ましい。
これらの前処理の詳細及び好ましい態様については主に＜排水処理方法＞の項で後述する。
【００１９】
以下、本発明を適用したいくつかの実施形態例について図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、以下の実施の形態は、本発明を説明するための単なる例示である。本発明は以下の実施の形態にのみ限定されない。本発明は、その趣旨を逸脱しない限り、様々な形態で実施することが可能である。なお、以下の説明で使用する図１〜３における寸法比は、説明の便宜上、実際のものとは異なったものである。
【００２０】
「第１の実施形態」
＜排水処理装置＞
図１は第１の実施形態の排水処理装置１の概略構成図である。
排水処理装置１は、第１の浄化部１０と脱窒処理部４０と第２の浄化部５０と最終貯留槽８０とを含む。排水処理装置１は、被処理水の上流側から下流側に向かって第１の浄化部１０と第２の浄化部５０とをこの順に有し、第１の浄化部１０と第２の浄化部５０との間に脱窒処理部４０が配置されている。
排水処理装置１は被処理水に浄化処理及び脱窒処理を施し、最終処理水を得る装置である。排水処理装置１は最終処理水を最終貯留槽８０に貯留する。
【００２１】
第１の浄化部１０及び第２の浄化部５０は人工湿地を使用して被処理水を浄化する。
人工湿地を使用した浄化とは、人工湿地に被処理水を流入させて被処理水を浄化することである。特に、人工湿地に被処理水を流通させて被処理水を浄化することが好ましい。人工湿地を利用した浄化では、生態系の力を利用するため電気的なエネルギーが少なく、運転コストが低く、運転管理が容易であるという利点がある。
通常、人工湿地を使用する場合、被処理水中のアンモニア態窒素が人工湿地の作用により、硝酸態窒素又は亜硝酸態窒素に酸化される。人工湿地の処理能力にもよるが、被処理水中のＢＯＤが低く、有機物が少ない方がアンモニア態窒素は効果的に酸化される。そのため、第１の実施形態では前処理として、凝集処理、有機物処理を施すことで、人工湿地の負荷を低減することが好ましい。
【００２２】
第１の浄化部１０及び第２の浄化部５０における人工湿地は、湿地表面を水が流れる表面流式人工湿地でも、湿地内部を水が流れる伏流式人工湿地でもよい。ただし、伏流式人工湿地は、湿地内に濾床として詰められた砂利等の濾材による濾過効果が得られる。そのため伏流式人工湿地は、表面流式人工湿地に比べて面積当たりの浄化能が高くなる点で好ましい。
伏流式人工湿地としては、好気的な浄化処理を行う垂直流湿地と、嫌気的な浄化処理を行う水平流湿地とが代表例として挙げられる。第１の浄化部１０及び第２の浄化部５０においては、垂直流湿地と水平流湿地とを組みあわせて使用することが好ましい。
【００２３】
各人工湿地の設置順序、設置段数、湿地面積、湿地容積等の条件は特に限定されない。被処理水の性状、発生量、最終処理水の目標水質を考慮して適宜選択して選択できる。また湿地内に充填する濾床のサイズ、素材、充填量等の条件も特に限定されない。被処理水の性状、発生量、最終処理水の目標水質を考慮して適宜選択して使用できる。
水生植物の種類は特に限定されない。水生植物としては、例えば、ヨシ、アゼスゲ、カサスゲなどが挙げられる。中でもヨシ、カサスゲが好ましく、カサスゲがより好ましい。カサスゲであれば、被処理水中のＢＯＤ、ＣＯＤを良好に低減できる。また、カサスゲは多年草であり、安定した群落を形成するため、人工湿地の維持管理の負荷が軽減され、良好な景観形成機能を得ることができる。
水生植物の量等の条件については特に限定されない。被処理水の性状、発生量、最終処理水の目標水質を考慮して適宜選択して使用できる。
【００２４】
（第１の浄化部１０）
第１の浄化部１０は、第１の人工湿地１１と第２の人工湿地１２と第３の人工湿地１３と第４の人工湿地１４と第１の自動サイフォン２１と第２の自動サイフォン２２と第３の自動サイフォン２３と第４の自動サイフォン２４と第１の貯留槽３１と第２の貯留槽３２と第３の貯留槽３３と第４の貯留槽３４とを有する。
第１の浄化部１０は、第１の人工湿地１１と第２の人工湿地１２と第３の人工湿地１３と第４の人工湿地１４とを使用して、被処理水を浄化する。第１の浄化部１０によって浄化処理が施される被処理水は、原排水でも前処理水でもこれらの混合物でもよい。
【００２５】
第１の人工湿地１１は、排水処理装置１において１段目の人工湿地である。
第１の人工湿地１１には、第１の流路６１の一端と、第２の流路６２の一端とが接続されている。第２の流路６２の他端は第１の貯留槽３１に接続されている。
第１の流路６１は、排水処理装置１による処理の対象となる被処理水を、第１の人工湿地１１に流入させるための流路である。第１の流路６１の他端は第１の自動サイフォン２１に接続されている。
【００２６】
第１の貯留槽３１は、第１の人工湿地１１で浄化された後の被処理水（以下、「第１の浄化処理水」と記載する。）を貯留する槽である。第１の貯留槽３１内には、送液ポンプＰ１と循環ポンプＰ２とが配置されている。
第１の貯留槽３１は、送液ポンプＰ１の動作により、第２の自動サイフォン２２に第１の浄化処理水を第３の流路６３を経由して供給できるように構成されている。
第１の貯留槽３１は、循環ポンプＰ２の動作により、第１の自動サイフォン２１に第１の浄化処理水を第１の循環流路９１を経由して供給できるように構成されている。
【００２７】
第１の自動サイフォン２１は第１の人工湿地１１に被処理水を供給する。第１の自動サイフォン２１が供給する被処理水は、原排水でも、前処理水でも、第１の貯留槽３１から第１の循環流路９１を経由して供給された第１の浄化処理水でも、これらの混合物でもよい。
【００２８】
第２の人工湿地１２は、排水処理装置１において２段目の人工湿地である。
第２の人工湿地１２は、主に第１の人工湿地１１で得られた第１の浄化処理水を被処理水として浄化する。
第２の人工湿地１２には、第４の流路６４の一端と、第５の流路６５の一端とが接続されている。第５の流路６５の他端は第２の貯留槽３２に接続されている。
第４の流路６４は、第１の浄化処理水を含む水を被処理水として、第２の人工湿地１２に流入させるための流路である。第４の流路６４の他端は第２の自動サイフォン２２に接続されている。
【００２９】
第２の貯留槽３２は、第２の人工湿地１２で浄化された後の被処理水（以下、「第２の浄化処理水」と記載する。）を貯留する槽である。第２の貯留槽３２内には、送液ポンプＰ１と循環ポンプＰ２とが配置されている。
第２の貯留槽３２は、送液ポンプＰ１の動作により、第３の自動サイフォン２３に第２の浄化処理水を第６の流路６６を経由して供給できるように構成されている。
第２の貯留槽３２は、循環ポンプＰ２の動作により、第２の自動サイフォン２２に第２の浄化処理水を第２の循環流路９２を経由して供給できるように構成されている。
【００３０】
第２の自動サイフォン２２は第２の人工湿地１２に被処理水を供給する。第２の自動サイフォン２２が供給する被処理水は、第１の浄化処理水でも、第２の貯留槽３２から第２の循環流路９２を経由して供給された第２の浄化処理水でもよく、その両方を含んでもよい。
【００３１】
第３の人工湿地１３は、排水処理装置１において３段目の人工湿地である。
第３の人工湿地１３は、主に第２の人工湿地１２で得られた第２の浄化処理水を被処理水として浄化する。
第３の人工湿地１３には、第７の流路６７の一端と、第８の流路６８の一端とが接続されている。第８の流路６８の他端は第３の貯留槽３３に接続されている。
第７の流路６７は、第２の浄化処理水を含む水を被処理水として、第３の人工湿地１３に流入させるための流路である。第７の流路６７の他端は第３の自動サイフォン２３に接続されている。
【００３２】
第３の貯留槽３３は、第３の人工湿地１３で浄化された後の被処理水（以下、「第３の浄化処理水」と記載する。）を貯留する槽である。第３の貯留槽３３内には、送液ポンプＰ１と循環ポンプＰ２とが配置されている。
第３の貯留槽３３は、送液ポンプＰ１の動作により、第４の自動サイフォン２４に第３の浄化処理水を第９の流路６９を経由して供給できるように構成されている。
第３の貯留槽３３は、循環ポンプＰ２の動作により、第３の自動サイフォン２３に第３の浄化処理水を第３の循環流路９３を経由して供給できるように構成されている。
【００３３】
第３の自動サイフォン２３は第３の人工湿地１３に被処理水を供給する。第３の自動サイフォン２３が供給する被処理水は、第２の浄化処理水でも、第３の貯留槽３３から第３の循環流路９３を経由して供給された第３の浄化処理水でもよく、その両方を含んでもよい。
【００３４】
第４の人工湿地１４は、排水処理装置１において４段目の人工湿地である。
第４の人工湿地１４は、主に第３の人工湿地１３で得られた第３の浄化処理水を被処理水として浄化する。
第４の人工湿地１４には、第１０の流路７０の一端と、第１１の流路７１の一端とが接続されている。第１１の流路７１の他端は第４の貯留槽３４に接続されている。
第１０の流路７０は、第３の浄化処理水を含む水を被処理水として、第４の人工湿地１４に流入させるための流路である。第１０の流路７０の他端は第４の自動サイフォン２４に接続されている。
【００３５】
第４の貯留槽３４は、第４の人工湿地１４で浄化された後の被処理水（以下、「第４の浄化処理水」と記載する。）を貯留する槽である。第４の貯留槽３４内には、送液ポンプＰ１と循環ポンプＰ２とが配置されている。
第４の貯留槽３４は、送液ポンプＰ１の動作により、脱窒処理部４０に第４の浄化処理水を第１２の流路７２を経由して供給できるように構成されている。
第４の貯留槽３４は、循環ポンプＰ２の動作により、第４の自動サイフォン２４に第４の浄化処理水を第４の循環流路９４を経由して供給できるように構成されている。
【００３６】
第４の自動サイフォン２４は第４の人工湿地１４に被処理水を供給する。第４の自動サイフォン２４が供給する被処理水は、第３の浄化処理水でも、第４の貯留槽３４から第４の循環流路９４を経由して供給された第４の浄化処理水でもよく、その両方を含んでもよい。
【００３７】
（脱窒処理部４０）
脱窒処理部４０は、脱窒処理槽４１と第５の貯留槽３５とを有する。
脱窒処理槽４１には、第１２の流路７２の一端と、第１３の流路７３の一端とが接続されている。第１３の流路７３の他端は第５の貯留槽３５に接続されている。
第１２の流路７２は、第４の浄化処理水を被処理水として、脱窒処理槽４１に流入させるための流路である。第１２の流路７２の他端は第４の貯留槽３４に接続されている。
【００３８】
第５の貯留槽３５は、脱窒処理槽４１で窒素成分が除去された脱窒処理水を貯留する槽である。第５の貯留槽３５内には、送液ポンプＰ１と循環ポンプＰ２とが配置されている。
第５の貯留槽３５は、送液ポンプＰ１の動作により、第２の浄化部５０に脱窒処理水を第１４の流路７４を経由して供給できるように構成されている。
第５の貯留槽３５は、循環ポンプＰ２の動作により、脱窒処理槽４１に脱窒処理水を第５の循環流路９５を経由して供給できるように構成されている。
【００３９】
脱窒処理部４０は、第１の浄化部１０で得られた浄化処理水（具体的には第４の浄化処理水）を脱窒処理の対象である被処理水として処理する。すなわち、脱窒処理部４０は、第４の浄化処理水を被処理水として、当該被処理水中の窒素成分を除去する。
脱窒処理部４０における脱窒処理では、脱窒処理部４０が被処理水と生分解性樹脂とを接触させることで、窒素成分のうち少なくとも硝酸態窒素を窒素ガスに還元する。これにより、脱窒処理部４０は被処理水中から窒素成分を窒素ガスとして除去できる。
本実施形態例においては、生分解性樹脂は脱窒処理槽４１内に配置されている。これにより、第１２の流路７２から流入する第４の浄化処理水が脱窒処理槽４１内に貯留されて、第４の浄化処理水が被処理水として生分解性樹脂と接触する。
【００４０】
硝酸態窒素の還元は、例えば、脱窒細菌によって有機物を還元力として無酸素条件下で行われる。使用する脱窒細菌の種類によっては、亜硝酸態窒素が硝酸態窒素とともに窒素ガスに還元されることがある。
生分解性樹脂は、脱窒細菌の水素供与体となる有機物であるとも言える。脱窒細菌が生分解性樹脂を有機物として分解することで、脱窒細菌が還元能力を効果的に発揮し、亜硝酸態窒素又は硝酸態窒素が窒素ガスに還元される。その結果として、亜硝酸態窒素又は硝酸態窒素が水中に残存しにくくなり、窒素成分の除去効果が向上する。
【００４１】
このように脱窒細菌を利用する脱窒処理においては、硝酸態窒素又は亜硝酸態窒素を窒素ガスに還元する過程において水素供与体として有機物を必要とする。
従来から安価な水素供与体としてはメタノール等の化学薬品、わら、モミ、おがくず等の天然物が知られている。しかしメタノール等の化学薬品を使用すると、脱窒速度の調節が困難であり、わら、モミ、おがくず等の天然物を使用すると、分解速度が低く、定期的な交換等のメンテンナンスを要する。また、わら、モミ、おがくず等の天然物にはリグニン等の難分解性の有機物が含まれるため、最終処理水の色度の上昇が懸念される。
これに対し、生分解性樹脂を用いる場合、例えば、生分解性樹脂の表面の形状を加工する等して脱窒速度を容易に調節できる。加えて、分解速度も天然物と比較して速いため、良好な脱窒速度を実現できる。さらに生分解性樹脂は難分解性の有機物を含まないため、最終処理水の色度が上昇することは無い。
【００４２】
生分解性樹脂としては、例えば、ＰＬＡ（ｐｏｌｙｌａｃｔｉｃ  ａｃｉｄ）系樹脂、ＰＢＳ（ｐｏｌｙｂｕｔｙｌｅｎｅ  ｓｕｃｃｉｎａｔｅ）系樹脂（ポリブチレンサクシネ−ト系樹脂）、ＰＣＬ（ｐｏｌｙ  ｃａｐｒｏｌａｃｔｏｎｅ）系樹脂、ＰＨＢ（ｐｏｌｙ  ｈｙｄｒｏｘｙｂｕｔｙｒａｔｅ）系樹脂が挙げられる。中でも、ジカルボン酸由来の構成単位を含む合成生分解性樹脂が好ましく、ジカルボン酸由来の構成単位を２種以上含むものがより好ましい。かかる合成生分解性樹脂は、ジオール由来の構成単位を含んでいてもよい。
【００４３】
生分解性樹脂の好適な具体例としては、ポリカプロラクトン、ポリ（カプロラクトン／ブチレンサクシネート）、ポリブチレンサクシネート、ポリ（ブチレンサクシネート／アジペート）、ポリ（ブチレンサクシネート／カーボネート）、（ポリ乳酸／ポリブチレンサクシネート系）ブロックコポリマー等が挙げられる。これらの中でも、ジカルボン酸由来の構成単位を２種以上含む生分解性樹脂がより好ましい。ジカルボン酸由来の構成単位を１種類含む生分解性樹脂を用いた場合よりも脱窒速度が速く、高い脱窒性能を示す傾向がある。ジカルボン酸由来の構成単位としては、コハク酸由来の構成単位を含むことが好ましく、即ち、ブチレンサクシネート単位を主たる繰り返し単位とするＰＢＳ系の生分解性樹脂が好ましい。ＰＢＳ系の生分解性樹脂としては、具体的には、ポリブチレンサクシネート、ポリ（ブチレンサクシネート／アジペート）（ＰＢＳＡ）、ポリ（ブチレンサクシネート／カーボネート）などが好ましい例として挙げられる。特に、ポリ（ブチレンサクシネート／アジペート）（ＰＢＳＡ）が、生分解性が高い点で、また、脱窒に必要な水素供与態を徐放的に供給できる点から好ましい。
加えて、ＰＨＢ系等の他の生分解性樹脂が好気的な環境及び嫌気的な環境の両方において分解されやすいのに対し、ＰＢＳＡは嫌気的な環境で比較的分解されにくい。よって、ＰＢＳＡは、十分な酸素がない環境で生育、増殖する脱窒細菌の基質又は水素供与体として機能できる点で好ましい。
生分解性樹脂はポリ乳酸、ＰＨＡ等の樹脂を混合して用いてもよい。ジカルボン酸由来の構成単位を含む合成生分解性樹脂と生分解性が異なるこれらの樹脂を混合することで、炭素源として長期間にわたって使用することができる。
生分解性樹脂は炭酸カルシウム、ステアリン酸カルシウム等の樹脂以外の成分をさらに含んでいてもよい。これらの樹脂以外の成分が合成生分解性樹脂に対して４０質量％以下であれば、これらの成分に起因する微細な粉末が基材より脱落することによりポリマーの表面積がふえ、脱窒を効率的に行うことができる。
【００４４】
脱窒処理部４０において、被処理水と生分解性樹脂とを接触させる場所は、硝酸態窒素を窒素ガスに還元する細菌（例えば、脱窒細菌）の存在下であれば特に限定されない。つまり、被処理水に脱窒処理が施される場所は、脱窒処理槽４１に限定されない。
被処理水に脱窒処理が施される場所は、被処理水と生分解性樹脂とが接触できる場所であればよい。被処理水と生分解性樹脂とを接触させる場所は、例えば、図１に示す形態例においては第１２の流路７２内でもよく、第１３の流路７３内でもよく、第５の循環流路９５内でもよい。流路内で被処理水と生分解性樹脂とを接触させる場合は、脱窒処理槽４１を省略することもできる。
【００４５】
排水処理装置１においては、脱窒処理部４０の上流側に第１の浄化部１０が配置されている。そのため、通常、人工湿地による浄化を経た結果として、被処理水中のアンモニア態窒素の大半が亜硝酸態窒素又は硝酸態窒素に酸化された状態である。すなわち、第４の浄化処理水においては、硝酸態窒素の割合と亜硝酸態窒素の割合の総量がアンモニア態窒素の割合より相対的に多い。
したがって、排水処理装置１においては、脱窒処理槽４１のように１槽で脱窒処理を行うことができる。その結果、装置の設置面積、コストがさらに低減される。
【００４６】
ただし、本発明の効果を損なわない範囲であれば、被処理水中のアンモニア態窒素の割合、硝酸態窒素の割合等の性状に応じて、脱窒細菌に加えて、硝化細菌を併用してもよい。硝化細菌を使用する場合、脱窒処理槽は、硝化細菌を使用して好気的に被処理水を処理する硝化槽と脱窒細菌を使用して嫌気的に被処理水を処理する脱窒槽との２槽形式の形態でもよい。硝化細菌を使用する場合、うにがら、牡蠣殻等の含カルシウム硝化細菌担体の使用が好ましい。
被処理水中のアンモニア態窒素の割合が高い場合においては、アンモニア態窒素を好気的に窒素ガスに直接的に変換できる好気性直接窒素ガス化細菌を用いてもよい。好気性直接窒素ガス化細菌としては、アルカリゲネス・フェカリスＮｏ．４株が挙げられる。好気性直接窒素ガス化細菌を用いる場合、脱窒処理槽４１のように１槽形式の形態を採用可能である。
【００４７】
（第２の浄化部５０）
第２の浄化部５０は、第５の人工湿地１５と第６の人工湿地１６と第６の貯留槽３６と第７の貯留槽３７とを有する。
第２の浄化部５０は、第５の人工湿地１５と第６の人工湿地１６とを使用して、被処理水を浄化する。
【００４８】
第５の人工湿地１５は、排水処理装置１において５段目の人工湿地である。
第５の人工湿地１５は、脱窒処理部４０で得られた脱窒処理水を被処理水として浄化する。
第５の人工湿地１５には、第１４の流路７４の一端と、第１５の流路７５の一端とが接続されている。第１５の流路７５の他端は第６の貯留槽３６に接続されている。
第１４の流路７４は、脱窒処理水を含む水を被処理水として、第５の人工湿地１５に流入させるための流路である。第１４の流路７４の他端は第５の貯留槽３５に接続されている。
【００４９】
第６の貯留槽３６は、第５の人工湿地１５で浄化された後の被処理水（以下、「第５の浄化処理水」と記載する。）を貯留する槽である。第６の貯留槽３６内には、送液ポンプＰ１が配置されている。
第６の貯留槽３６は、送液ポンプＰ１の動作により、第６の人工湿地１６に第５の浄化処理水を第１６の流路７６を経由して供給できるように構成されている。
【００５０】
第６の人工湿地１６は、排水処理装置１において６段目の人工湿地である。
第６の人工湿地１６は、第５の人工湿地１５で得られた第５の浄化処理水を被処理水として浄化する。
第６の人工湿地１６には、第１６の流路７６の一端と、第１７の流路７７の一端とが接続されている。第１７の流路７７の他端は第７の貯留槽３７に接続されている。
第１６の流路７６は、第５の浄化処理水を含む水を被処理水として、第６の人工湿地１６に流入させるための流路である。第１６の流路７６の他端は第６の貯留槽３６に接続されている。
【００５１】
第７の貯留槽３７は、第６の人工湿地１６で浄化された後の被処理水（以下、「第６の浄化処理水」と記載する。）を貯留する槽である。第７の貯留槽３７内には、送液ポンプＰ１と循環ポンプＰ２とが配置されている。
第７の貯留槽３７は、送液ポンプＰ１の動作により、最終貯留槽８０に第６の浄化処理水を最終処理水として第１８の流路７８を経由して供給できるように構成されている。
第７の貯留槽３７は、循環ポンプＰ２の動作により、第６の人工湿地１６に第６の浄化処理水を第６の循環流路９６を経由して供給できるように構成されている。
最終貯留槽８０の上流側又は下流側に活性炭等を利用する脱色部を配置してもよい。これにより、最終処理水を脱色して透明にすることができる。
【００５２】
第２の浄化部５０は、脱窒処理部４０の下流側に配置されている。そのため、第２の浄化部５０によって浄化処理が施される被処理水は、第５の貯留槽３５から第１４の流路７４を経由して脱窒処理部４０から供給される脱窒処理水である。脱窒処理水は、脱窒処理部４０で生分解性樹脂と接触させた水であるため、第４の浄化処理水と比較してＢＯＤが高くなる。そこで、排水処理装置１が第２の浄化部５０を含むことで、脱窒処理水を再度浄化できる。その結果、生分解性樹脂との接触によって上昇した被処理水中のＢＯＤを低減できる。
【００５３】
（作用機序）
以上説明した排水処理装置にあっては、上述の浄化部と脱窒処理部とを含み、脱窒処理部が被処理水と生分解性樹脂とを接触させる。生分解性樹脂は被処理水中の窒素成分の除去に効果的であるため、嫌気条件、Ｃ／Ｎ比等の調節をせずとも、脱窒処理が充分に行われ、亜硝酸、硝酸が水中に残存しにくくなる。その結果、全窒素が高い排水を処理する場合でも運転コストを低く維持でき、運転管理が容易になる。
加えて、生分解性樹脂は、脱窒速度の調節が容易である。よって、全窒素が高い排水を処理する場合でも運転管理が容易になる。
さらに、生分解性樹脂によって脱窒速度を向上させることで、脱窒処理に要する時間を短縮でき、被処理水中の亜硝酸態窒素及び硝酸態窒素を充分に窒素ガスに還元し、被処理水から除去できる。その結果、従来の人工湿地を使用した浄化処理では装置を大型化しないと除去が困難であった窒素成分を、原排水の全窒素が高い場合でも充分に除去できる。よって、装置の小型化が可能であり、かつエネルギー消費量がさらに抑えられる。
【００５４】
排水処理装置１においては、第１の浄化部１０と第２の浄化部５０との間に脱窒処理部４０が配置されている。そのため、脱窒処理部４０の上流側に配置された第１の処理部１０が、被処理水を浄化し、かつ、アンモニア態窒素を酸化して、被処理水中の硝酸態窒素の割合を高くした後に、脱窒処理部４０に被処理水を供給できる。そのため、脱窒処理部４０における硝酸態窒素の還元反応が充分に進み、窒素成分の除去効率がよくなる。
さらに排水処理装置１においては、脱窒処理部４０の下流側に第２の処理部５０が配置されているため、脱窒処理部４０で得た脱窒処理水を第２の処理部５０が再度浄化できる。その結果、脱窒処理部４０で生分解性樹脂と被処理水とを接触させたことでＢＯＤが上昇したとしても、ＢＯＤを再度低減でき、最終処理水の水質がさらに良好となる。
【００５５】
＜排水処理方法＞
以下、図１を参照して第１の実施形態の排水処理方法について説明する。
第１の実施形態の排水処理方法は、人工湿地を使用して被処理水を浄化する浄化工程と被処理水中の窒素成分を除去する脱窒処理工程とを含む。
第１の実施形態の排水処理方法では、浄化工程が第１の浄化工程と第２の浄化工程とを有し、第１の浄化工程と第２の浄化工程との間に、脱窒処理工程を行う。第１の浄化工程は第１の浄化部１０における処理工程であり、第２の浄化工程は第２の浄化部５０における処理工程である。
排水処理方法は、被処理水に浄化処理及び脱窒処理を施し、最終処理水を得る方法であるとも言える。排水処理方法の処理対象となる被処理水は、原排水でも、前処理水でもよい。
【００５６】
前処理としては、凝集処理、無薬注スクリーン濾過処理、メタン発酵等の有機物処理、アンモニア酸化処理、脱リン処理等が挙げられる。
本実施形態では、原排水の性状を考慮して、前処理を施すことが好ましい。以下に、前処理の詳細及び好ましい態様について説明する。
【００５７】
（凝集処理）
凝集処理について説明する。
前処理として凝集処理を行う利点は、ＳＳ濃度、ＢＯＤ及びＣＯＤが高い原排水を浄化する場合でも、さらに低労力かつ低環境負荷で原排水を処理できる点である。凝集処理によって、原排水中のＳＳ濃度、ＢＯＤ及びＣＯＤをあらかじめ低減することで、後述の浄化部における人工湿地の濾床の目詰まりが起きにくくなる。その結果、浄化部の浄化性能の低下を低減でき、後述の浄化部の負荷の上昇による人工湿地の面積の拡大、必要段数の増加を抑制できる。
【００５８】
高分子凝集剤としては、例えば、特許第６３７８３４２号公報に記載のアミジン系カチオン性ポリマー（Ａ）、両性ポリマー（Ｂ）、非アミジン系カチオン性ポリマー（Ｃ）を含むものが挙げられる。高分子凝集剤は、特許第６３７８３４２号公報に記載のアニオン性ポリマー（Ｄ）を含んでもよい。中でも、アミジン系カチオン性ポリマー（Ａ）を含むものが好ましい。
アミジン系カチオン性ポリマー（Ａ）、両性ポリマー（Ｂ）、非アミジン系カチオン性ポリマー（Ｃ）、アニオン性ポリマー（Ｄ）は、特許第６３７８３４２号公報に記載の方法によって製造できる。
【００５９】
高分子凝集剤を添加する前の原排水のＶＴＳは、４０〜１００％／固形分が好ましく、５０〜１００％／固形分がより好ましく、６０〜１００％／固形分がさらに好ましい。前記範囲内であれば、凝集処理にて良好な凝集フロックが形成され、効率よく固液分離を行うことができる。
【００６０】
前処理として凝集処理を施した後の被処理水の全窒素は、７００〜５０００ｍｇ／Ｌが好ましく、１０００〜５０００ｍｇ／Ｌがより好ましく、１５００〜５０００ｍｇ／Ｌがさらに好ましい。凝集処理を施した後の被処理水の全窒素が７００〜５０００ｍｇ／Ｌであると、被処理水中の全窒素が高く、本発明の効果が顕著となり、排水処理装置１を好適に適用できる。
【００６１】
前処理として凝集処理を施した後の被処理水のＢＯＤの全窒素に対する比（ＢＯＤ／全窒素）は、２．５以下が好ましく、２．０以下がより好ましく、１．５以下がさらに好ましく、１．０以下が特に好ましい。凝集処理を施した後の被処理水の（ＢＯＤ／全窒素）が２．５以下であると、被処理水中の全窒素が高く、本発明の効果が顕著となり、排水処理装置１を好適に適用できる。
【００６２】
前処理として凝集処理を施した後の被処理水のＢＯＤは、２５００ｍｇ／Ｌ以下が好ましく、１５００ｍｇ／Ｌ以下がより好ましく１０００ｍｇ／Ｌ以下がさらに好ましい。
凝集処理を施した後の被処理水のＢＯＤが２５００ｍｇ／Ｌ以下であると、人工湿地におけるＢＯＤを分解する際の負荷がさらに低くなる。そのため、人工湿地を使用する浄化部において、硝化処理の効率が向上する。硝化処理は、ＢＯＤの分解反応より時間を要する処理であるから、硝化処理の効率の上昇によって、脱窒処理の効率がよくなる。
また、浄化部でアンモニア態窒素の酸化が効果的に進み、全窒素のほとんどが硝酸態窒素になる。全窒素に占める硝酸態窒素の割合が高いほど、脱窒処理部４０における全窒素の除去効率が高くなる。よって、前処理後の被処理水の（ＢＯＤ／全窒素）の比は、２．５以下が好ましく、前処理後の被処理水のＢＯＤは、２５００ｍｇ／Ｌ以下が好ましい。
【００６３】
（有機物処理）
前処理として有機物処理を行う利点は、ＳＳ濃度、ＢＯＤ及びＣＯＤが高い原排水を浄化する場合でも、さらに低労力かつ低環境負荷で原排水を処理できる点である。中でも、メタン発酵処理は、汚泥発生量が少なく、省エネルギーである。メタン発酵処理は、加水分解反応、酸生成菌による酸生成反応およびメタン生成細菌によるメタン発酵反応の３つの反応によって有機物を分解する。加水分解反応では、原排水に含まれる有機物が低分子有機物に加水分解される。酸生成反応では、低分子有機物がさらに分解され、低級脂肪酸、アルコール、アルデヒド等が生成する。メタン発酵反応では、低級脂肪酸がさらに分解され、メタン等が生成する。メタン発酵処理に用いられるメタン発酵装置は、全ての反応を１槽で行う１槽式でもよく、酸生成反応までの反応とメタン発酵反応とを個別の反応槽で行う２槽式でもよい。
【００６４】
（アンモニア酸化処理）
原排水にアンモニア酸化処理を施すことで、あらかじめ原排水中のアンモニア態窒素を亜硝酸態窒素又は硝酸態窒素に酸化することが好ましい。これにより、前処理としてアンモニア酸化処理を施した後の被処理において、全窒素の大半が硝酸態窒素になるため、浄化部では残存する少量のアンモニア態窒素を硝酸態窒素等に酸化すればよくなる。その結果、浄化部における硝化処理の負担が少なくなり、窒素成分の除去の効率が高くなる。
アンモニア酸化処理としては、例えば、ストリッピング処理、硝化液循環方式による処理、内生脱窒方式による処理が挙げられる。
【００６５】
（脱リン処理）
原排水に脱リン処理を施すことで、あらかじめ原排水中の全リンを低減させてもよい。あらかじめ脱リン処理を施すことで、浄化部における全リンの処理負荷が低減される。
【００６６】
（無薬注スクリーン濾過処理）
原排水に無薬注スクリーン濾過処理を施すことで、あらかじめ原排水中の粗粒分又はＳＳを低減させてもよい。あらかじめ無薬注スクリーン濾過処理を施すことで、浄化部における濾床上の粗粒分やＳＳの堆積を抑制でき、堆積物の除去等の作業頻度が少なくなり、運転管理が容易になる。
【００６７】
（第１の浄化工程）
第１の浄化工程では、第１の人工湿地１１と第２の人工湿地１２と第３の人工湿地１３と第４の人工湿地１４とを使用して被処理水を浄化する。
第１の人工湿地１１では第１の流路６１から流入する被処理水を浄化する。第１の人工湿地１１を使用した浄化により、主に原排水又は前処理水を浄化し、第１の浄化処理水を得る。
第１の浄化処理水は第１の貯留槽３１内に一時的に貯留する。第１の貯留槽３１内の第１の浄化処理水の一部は、第１の循環流路９１、第１の自動サイフォン２１を経由して再度、第１の人工湿地１１に流入させてもよい。これにより、第１の人工湿地１１で再度浄化処理を施すことができ、第１の人工湿地１１による浄化効果が高くなる。その結果、被処理水中の有機物の分解、アンモニア態窒素の酸化が効果的に進み、第１の浄化処理水の水質がさらに良好となる。
【００６８】
第２の人工湿地１２では第４の流路６４から流入する被処理水を浄化する。第２の人工湿地１２を使用した浄化により、主に第１の浄化処理水をさらに浄化し、第２の浄化処理水を得る。
第２の浄化処理水は第２の貯留槽３２内に一時的に貯留する。第２の貯留槽３２内の第２の浄化処理水の一部は、第２の循環流路９２、第２の自動サイフォン２２を経由して再度、第２の人工湿地１２に流入させてもよい。これにより、第２の人工湿地１２で再度浄化処理を施すことができ、第２の人工湿地１２による浄化効果が高くなる。その結果、被処理水中の有機物の分解、アンモニア態窒素の酸化が効果的に進み、第２の浄化処理水の水質がさらに良好となる。
【００６９】
第３の人工湿地１３では第７の流路６７から流入する被処理水を浄化する。第３の人工湿地１３を使用した浄化により、主に第２の浄化処理水をさらに浄化し、第３の浄化処理水を得る。
第３の浄化処理水は第３の貯留槽３３内に一時的に貯留する。第３の貯留槽３３内の第３の浄化処理水の一部は、第３の循環流路９３、第３の自動サイフォン２３を経由して再度、第３の人工湿地１３に流入させてもよい。これにより、第３の人工湿地１３で再度浄化処理を施すことができ、第３の人工湿地１３による浄化効果が高くなる。その結果、被処理水中の有機物の分解、アンモニア態窒素の酸化が効果的に進み、第３の浄化処理水の水質がさらに良好となる。
【００７０】
第４の人工湿地１４では第１０の流路７０から流入する被処理水を浄化する。第４の人工湿地１４を使用した浄化により、主に第３の浄化処理水をさらに浄化し、第４の浄化処理水を得る。
第４の浄化処理水は第４の貯留槽３４内に一時的に貯留する。第４の貯留槽３４内の第４の浄化処理水の一部は、第４の循環流路９４、第４の自動サイフォン２４を経由して再度、第４の人工湿地１４に流入させてもよい。これにより、第４の人工湿地１４で再度浄化処理を施すことができ、第４の人工湿地１４による浄化効果が高くなる。その結果、被処理水中の有機物の分解、アンモニア態窒素の酸化が効果的に進み、第４の浄化処理水の水質がさらに良好となる。
【００７１】
（脱窒処理工程）
脱窒処理工程では、被処理水中の窒素成分を除去する。第１の実施形態においては、第４の貯留槽３４から第１２の流路７２を経由して脱窒処理槽４１に流入する被処理水中の窒素成分を除去する。例えば、第１２の流路７２から流入する第４の浄化処理水を脱窒処理槽４１内に貯留することで、第４の浄化処理水を被処理水として生分解性樹脂と接触させることができる。他にも、図１に示す形態例においては第１２の流路７２内に生分解性樹脂を配置した場合には、被処理水と生分解性樹脂とを第１２の流路７２内で接触させてもよい。第１３の流路７３内に生分解性樹脂を配置した場合には、被処理水と生分解性樹脂とを第１３の流路７３内で接触させてもよい。第５の循環流路９５内に生分解性樹脂を配置した場合には、被処理水と生分解性樹脂とを第５の循環流路９５内で接触させてもよい。
【００７２】
脱窒処理工程では窒素成分のうち少なくとも硝酸態窒素を窒素ガスに還元する。
硝酸態窒素の還元は、例えば、脱窒細菌によって有機物を還元力として無酸素条件下で行う。使用する脱窒細菌の種類によるが、亜硝酸態窒素を硝酸態窒素とともに窒素ガスに還元してもよい。
本実施形態では被処理水と生分解性樹脂と接触させるため、脱窒細菌が生分解性樹脂を有機物として分解することで、脱窒細菌が還元能力を効果的に発揮し、亜硝酸態窒素又は硝酸態窒素を窒素ガスに還元する。その結果として、被処理水中に亜硝酸態窒素又は硝酸態窒素が残存しにくくなり、被処理水中の窒素成分の除去効果が向上する。
【００７３】
脱窒処理槽４１における被処理水中のアンモニア態窒素の割合、硝酸態窒素の割合等の性状に応じて、脱窒細菌に加えて、硝化細菌を併用してもよい。硝化細菌を併用する場合、うにがら、牡蠣殻等の含カルシウム硝化細菌担体を脱窒処理槽４１内等に配置することが好ましい。
【００７４】
（第２の浄化工程）
第２の浄化工程では、第５の人工湿地１５と第６の人工湿地１６とを使用して被処理水を浄化する。
ここで、第２の浄化工程では脱窒処理水を被処理水として浄化する。脱窒処理水は、脱窒処理工程で生分解性樹脂と接触させて脱窒処理した水であるため、第４の浄化処理水と比較してＢＯＤが高くなる。そこで、第２の浄化工程を実行することで、脱窒処理水を再度浄化することで、生分解性樹脂との接触によって上昇した被処理水中のＢＯＤを低減できる。
第５の人工湿地１５では第１４の流路７４から流入する被処理水を浄化する。第５の人工湿地１５を使用した浄化により、脱窒処理水を浄化し、第５の浄化処理水を得る。第５の浄化処理水は第６の貯留槽３６内に一時的に貯留する。
【００７５】
第６の人工湿地１６では第１６の流路７６から流入する被処理水を浄化する。第６の人工湿地１６を使用した浄化により、第５の浄化処理水をさらに浄化し、第６の浄化処理水を得る。第６の浄化処理水は第７の貯留槽３７に貯留したのち、最終貯留槽８０に最終処理水として貯留する。
【００７６】
（作用機序）
以上説明した排水処理方法にあっては、上述の浄化工程と脱窒処理工程とを含み、脱窒処理工程で被処理水と生分解性樹脂とを接触させる。生分解性樹脂は被処理水中の窒素成分の除去に効果的であるため、嫌気条件、Ｃ／Ｎ比等の調節をせずとも、脱窒処理が充分に行われ、亜硝酸、硝酸が水中に残存しにくくなる。その結果、全窒素が高い排水を処理する場合でも運転コストを低く維持でき、運転管理が容易になる。
加えて、生分解性樹脂は、脱窒速度の調節が容易である。よって、全窒素が高い排水を処理する場合でも運転管理が容易になる。
さらに、生分解性樹脂によって脱窒速度を向上させることで、脱窒処理に要する時間を短縮でき、被処理水中の亜硝酸態窒素及び硝酸態窒素を充分に窒素ガスに還元し、被処理水から除去できる。その結果、従来の人工湿地を使用した浄化処理では装置を大型化しないと除去が困難であった窒素成分を、原排水の全窒素が高い場合でも充分に除去できる。よって、装置の小型化が可能であり、かつエネルギー消費量がさらに抑えられる。
【００７７】
第１の実施形態の排水処理方法においては、第１の浄化工程と第２の浄化工程との間に脱窒処理工程を行う。そのため、脱窒処理工程の前に行われる第１の浄化工程で、被処理水を浄化し、かつ、アンモニア態窒素を酸化して、被処理水中の硝酸態窒素の割合を高くした後に、脱窒処理工程を行うことができる。そのため、脱窒処理工程における硝酸態窒素の還元反応が充分に進み、窒素成分の除去効率がよくなる。
さらに第１の実施形態の排水処理方法においては、脱窒処理工程の後に第２の浄化工程を行うため、脱窒処理工程で脱窒処理水を得た後に、脱窒処理水を再度浄化できる。その結果、脱窒処理工程で生分解性樹脂と被処理水とを接触させたことでＢＯＤが上昇したとしても、ＢＯＤを再度低減でき、最終処理水の水質がさらに良好となる。
【００７８】
「第２の実施形態」
図２は第２の実施形態の排水処理装置２の概略構成図である。第２の実施形態の説明において、第１の実施形態で説明した内容と同一の内容については、同一の語句又は同一の符号を使用してその説明を省略する。
排水処理装置２は第１の自動サイフォン２１と脱窒処理部４０と第２の浄化部５０と最終貯留槽８０とを含む。排水処理装置２は、被処理水の上流側から下流側に向かって脱窒処理部４０と第２の浄化部５０とをこの順に有する。排水処理装置２においては、第１の流路６１の一端が脱窒処理槽４１に接続されている。
【００７９】
第２の実施形態においては、原排水又は前処理水が被処理水として脱窒処理部４０に流入する。この場合、脱窒処理部４０は硝酸態窒素を主に窒素ガスに還元するため、前処理として、凝集処理、アンモニア酸化処理、無薬注スクリーン濾過処理を行うこと；又は被処理水として上述の被処理水Ｂを適用することが好ましい。被処理水Ｂの具体例としては、工場排水、食品排水、農業排水等が挙げられる。
【００８０】
第２の実施形態においては、まず被処理水に脱窒処理部４０で脱窒処理を施し、次いで、第２の浄化部５０で被処理水に浄化処理を施す。つまり、第２の実施形態においては、脱窒処理工程を行った後に、浄化工程を行う。
具体的には、脱窒処理工程で被処理水と生分解性樹脂とを接触させて窒素成分を除去する。次いで、脱窒処理工程で得られた脱窒処理水を第２の浄化工程で浄化する。これにより、生分解性樹脂と被処理水とを接触させたことでＢＯＤが上昇したとしても、ＢＯＤを再度低減でき、最終処理水の水質がさらに良好となる。
【００８１】
第２の実施形態において、脱窒処理部４０に流入する被処理水のＢＯＤは、１０〜２５００ｍｇ／Ｌが好ましく、１０〜１０００ｍｇ／Ｌがより好ましく、１０〜７００ｍｇ／Ｌがさらに好ましく、１０〜５００ｍｇ／Ｌが特に好ましい。
第２の実施形態において、脱窒処理部４０に流入する被処理水のＣＯＤは、１０〜２５００ｍｇ／Ｌが好ましく、１０〜１０００ｍｇ／Ｌがより好ましく、１０〜７００ｍｇ／Ｌがさらに好ましく、１０〜５００ｍｇ／Ｌが特に好ましい。
ＢＯＤ又はＣＯＤが前記範囲内であると、最終処理水の水質がさらによくなる。
【００８２】
第２の実施形態において、脱窒処理部４０に流入する被処理水の全窒素は、３００〜３０００ｍｇ／Ｌが好ましく、５００〜３０００ｍｇ／Ｌがより好ましく、７００〜３０００ｍｇ／Ｌがさらに好ましく、９００〜３０００ｍｇ／Ｌが特に好ましい。
第２の実施形態において、脱窒処理部４０に流入する被処理水の硝酸態窒素の含有量は、３００〜３０００ｍｇ／Ｌが好ましく、５００〜３０００ｍｇ／Ｌがより好ましく、７００〜３０００ｍｇ／Ｌがさらに好ましく、９００〜３０００ｍｇ／Ｌが特に好ましい。
全窒素又は硝酸態窒素が前記範囲内であると、最終処理水の水質がさらによくなる。
【００８３】
（作用機序）
以上説明した第２の実施形態でも、被処理水と生分解性樹脂とを接触させるため、本発明の効果が得られる。
第２の実施形態においては、脱窒処理の後に浄化処理を行うため、脱窒処理で脱窒処理水を得た後に、脱窒処理水を浄化できる。その結果、脱窒処理の際に生分解性樹脂と被処理水とを接触させたことでＢＯＤが上昇したとしても、ＢＯＤを再度低減でき、最終処理水の水質がさらに良好となる。
【００８４】
「第３の実施形態」
図３は第３の実施形態の排水処理装置３の概略構成図である。第３の実施形態の説明において、第１の実施形態で説明した内容と同一の内容については、同一の語句又は同一の符号を使用してその説明を省略する。
排水処理装置３は第１の浄化部１０と脱窒処理部４０と最終貯留槽８０とを含む。排水処理装置３は、被処理水の上流側から下流側に向かって第１の浄化部１０と脱窒処理部４０とをこの順に有する。排水処理装置３においては、第１８の流路７８の一端が第５の貯留槽３５に接続されている。
【００８５】
第３の実施形態においては、まず被処理水に第１の浄化部１０で浄化処理を施し、次いで、脱窒処理部４０で被処理水に脱窒処理を施す。つまり、第３の実施形態においては、浄化工程を行った後に、脱窒処理工程を行う。
第３の実施形態においては、まず、原排水又は前処理水が被処理水として第１の浄化部１０に流入する。第１の浄化部１０が人工湿地を使用して被処理水を浄化し、浄化処理水を第４の貯留槽３４内に貯留する。次いで、第４の浄化処理水が脱窒処理部４０に流入し、脱窒処理部４０が被処理水中の窒素成分を除去し、第５の貯留槽３５内に脱窒処理水を貯留する。
このように第３の実施形態では、第１の浄化部１０における浄化工程で原排水又は前処理水を浄化し、第４の浄化処理水を得る。次いで、脱窒処理部４０における脱窒処理工程で第４の浄化処理水と生分解性樹脂とを接触させて窒素成分を除去する。
【００８６】
第３の実施形態では脱窒処理水を最終処理水としてそのまま取り出す点が第１の実施形態と異なる。上述のように、脱窒処理水においては、生分解性樹脂と被処理水とを接触させることでＢＯＤが上昇する可能性がある。したがって、良好な被処理水の水質を維持することを考慮すると、脱窒処理部４０の脱窒処理槽４１に加えて、第１の浄化部１０に脱窒処理槽をさらに配置することが好ましい。例えば、人工湿地の中に脱窒処理槽をさらに埋設してもよく、人工湿地の表面又は人工湿地の内部にシート状にして脱窒処理槽をさらに配置してもよい。このように人工湿地内にさらに脱窒処理槽を配置することで、人工湿地で窒素成分を効果的に除去できる。その結果、脱窒処理部４０における脱窒処理の負担が軽減され、生分解性樹脂の必要量が少なくなり、生分解性樹脂と被処理水との接触に伴うＢＯＤの上昇を抑制できる。
【００８７】
第３の実施形態において、第１の浄化部１０に流入する被処理水のＢＯＤは、１０〜２５００ｍｇ／Ｌが好ましく、１０〜１５００ｍｇ／Ｌがより好ましく、１０〜１０００ｍｇ／Ｌがさらに好ましい。
第３の実施形態において、第１の浄化部１０に流入する被処理水のＣＯＤは、１０〜２５００ｍｇ／Ｌが好ましく、１０〜１５００ｍｇ／Ｌがより好ましく、１０〜１０００ｍｇ／Ｌがさらに好ましい。
ＢＯＤ又はＣＯＤが前記範囲内であると、最終処理水の水質がさらによくなる。
【００８８】
第３の実施形態において、第１の浄化部１０に流入する被処理水の全窒素は、７００〜５０００ｍｇ／Ｌが好ましく、１０００〜５０００ｍｇ／Ｌがより好ましく１５００〜５０００ｍｇ／Ｌがさらに好ましい。
全窒素が前記範囲内であると、最終処理水の水質がさらによくなる。
【００８９】
（作用機序）
以上説明した第３の実施形態でも、被処理水と生分解性樹脂とを接触させるため、本発明の効果が得られる。
第３の実施形態においては、脱窒処理の前に浄化処理を行うため、浄化処理で被処理水を浄化し、かつ、アンモニア態窒素を酸化して、被処理水中の硝酸態窒素の割合を高くした後に、脱窒処理を行うことができる。そのため、脱窒処理における硝酸態窒素の還元反応が充分に進み、窒素成分の除去効率がよくなる。
【００９０】
「他の実施形態」
以上説明した第１、第２の実施形態は、主に脱窒処理部４０で脱窒処理が行われる。しかし、排水処理装置１、２においても、脱窒処理部４０の脱窒処理槽４１に加えて、浄化部に脱窒処理槽をさらに配置してもよい。
【実施例】
【００９１】
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明は以下の記載に限定されない。なお、実施例中の「％」は、それぞれ「質量％」を表す。
【００９２】
＜測定方法＞
（ＢＯＤ）
ＢＯＤの値は、ＪＩＳ  Ｋ  ０１０２：２１及び３２．３に記載のＢＯＤ分析方法に準じて測定した。
【００９３】
（全窒素）
全窒素の値は、ＪＩＳ  Ｋ  ０１０２  ４５．２に記載の全窒素分析方法に準じて測定した。
【００９４】
（硝酸態窒素）
硝酸態窒素の値は、イオンクロマトグラフ法に準じて測定した。
【００９５】
（色度）
色度の値は、白金・コバルト法に準じて測定した。色度は下記の基準で評価した。
Ａ：色度が１〜４００度である。
Ｂ：色度が４０１〜８００度である。
Ｃ：色度が８０１〜１２００度である。
Ｄ：色度が１２０１〜３０００度である。
【００９６】
＜排水処理装置＞
表１に記載の第１〜第６の人工湿地を組みあわせることで、図１に示す排水処理装置１における第１の浄化部１０及び第２の浄化部５０を構成した。
表１中、砂利Ａの粒径は１〜５ｍｍであり、砂利Ｂの粒径は５〜１５ｍｍであり、砂利Ｃの粒径は、１５〜３０ｍｍであり、炭酸カルシウムの粒径は５〜１５ｍｍである。
【００９７】
【表１】
2020163244.tif 000003
【００９８】
脱窒処理部４０の構成、運転条件等は下記の通りとした。この場合、排水処理装置１の設置面積は全体で３０２ｍ２であった。
脱窒処理槽４１の容積：４０００Ｌ。
脱窒処理槽４１の温度：２０℃。
脱窒反応の処理時間：４０時間。
【００９９】
＜実施例１〜５＞
［前処理］
原排水として、酪農排水を使用した。まず、酪農排水に前処理としてメタン発酵処理を施した。メタン発酵処理により発生した消化液について、ＢＯＤ、全窒素を測定し、ＢＯＤ／全窒素を算出した。結果を表２に示す。次いで、スクリュープレス型脱水機（ＮＳ−１Ｃ型  ユニット、積水アクアシステム社製）を用いてメタン発酵処理により発生した消化液：１．５ｍ３に凝集処理を施した。
具体的には、高分子凝集剤（三菱ケミカル社製「ダイヤフロック  ＫＰ５２１８」）を０．２％になるように水に溶解して高分子凝集剤水溶液を調製した。次いで、メタン発酵後の消化液を脱水機の反応槽へ注入し、消化液に高分子凝集剤水溶液を添加量が１０００ｍｇ／Ｌとなるように添加した。次いで、中速型撹拌機で攪拌速度：２００ｒｐｍで攪拌して、消化液と高分子凝集剤とを混合し、凝集フロックを形成させた。次いで、処理量：０．５ｍ３／ｈの運転条件で３時間脱水機を運転して、固形分と前処理水とに固液分離した。
【０１００】
次いで、凝集処理後の前処理水を被処理水として、実施例で構成した排水処理装置１によって、第１の浄化部１０、脱窒処理部４０、第２の浄化部５０の順に被処理水を流通させ、第１の浄化工程、脱窒処理工程、第２の浄化処理をこの順で実行し、最終処理水を得た。
ここで、実施例１〜５では生分解性樹脂として、ポリ（ブチレンサクシネート／アジペート）（ＰＢＳＡ）（ＰＴＴ  ＭＣＣバイオケム社製「Ｂｉｏ  ＰＢＳ」）を使用し、脱窒処理槽４１内に生分解性樹脂を配置した。ＰＢＳＡの使用量は、３６０ｋｇであった。
得られた最終処理水について、ＢＯＤ、ＢＯＤ、全窒素を測定し、ＢＯＤ／全窒素を算出した。結果を表２に示す。
【０１０１】
＜実施例６＞
メタン発酵処理後の消化液に凝集処理を施さなかった以外は、実施例１〜５と同様にして最終処理水を得た。実施例６の最終処理水の各性状値の測定結果を表２に示す。
【０１０２】
＜比較例１＞
生分解性樹脂のかわりに、おがくず：８００ｋｇを使用した以外は、実施例１〜５と同様にして最終処理水を得た。比較例１の最終処理水の各性状値の測定結果を表２に示す。
【０１０３】
＜比較例２＞
生分解性樹脂を使用せず（すなわち、有機物を脱窒処理槽４１に添加せず）、かつ、メタン発酵処理後の消化液に凝集処理を施さなかった以外は、実施例１〜５と同様にして最終処理水を得た。比較例２の最終処理水の各性状値の測定結果を表２に示す。
【０１０４】
【表２】
2020163244.tif 000004
【０１０５】
実施例１〜６では、脱窒処理において被処理水と生分解性樹脂とを接触させた。表２に示すように、実施例１〜６では、最終処理水の全窒素及び硝酸態窒素が低減されており、また最終処理水の色度の値も低く、最終処理水の水質は良質であった。
比較例１では、脱窒処理において生分解性樹脂の代わりに被処理水とおがくずとを接触させた。この場合、全窒素及び硝酸態窒素が実施例より高く、さらには最終処理水の色度の値は、第４の浄化処理水の色度の値より上昇しており、最終処理水の水質は良好ではなかった。
比較例２では、脱窒処理において生分解性樹脂もおがくずも使用しなかった。この場合、ＢＯＤ、全窒素及び硝酸態窒素が実施例より高く、最終処理水の水質は良好ではなかった。
【０１０６】
ここで、実施例１〜５では、同一の排水処理施設において、酪農排水を処理した。実施例１〜５では、メタン発酵処理後の消化液の各性状値が変動しているが、この理由としては、消化液の性状が季節により変動するためと考えられる。
【産業上の利用可能性】
【０１０７】
本発明の排水処理装置又は排水処理方法によれば、全窒素が高い排水でも運転コストを低く維持しながら処理でき、運転管理が容易である。
【符号の説明】
【０１０８】
１〜３  排水処理装置、
１０、５０  浄化部、
４０  脱窒処理部、
８０  最終貯留槽。
【図１】
2020163244.tif 000005
【図２】
2020163244.tif 000006
【図３】
2020163244.tif 000007