(57)【要約】【課題】回分槽内の担体を浮遊させた状態で、沈降時にも処理を進められ、処理時間の短縮を図ることができる回分式担体水処理方法を提供すること。【解決手段】回分槽内の汚泥の機械的な撹拌を停止し、回分槽内の汚泥を固液分離すると共に、好気性菌及び脱窒菌を担持してなる担体を液面近傍に浮上させた状態で、廃水を導入すると共に、処理水を回分槽外に取り出す嫌気第2工程100と、嫌気第2工程100で導入された廃水を、回分槽内で浮遊する好気性菌や、担体に担持された好気性菌に接触させつつ、回分槽内に設けられた曝気装置から空気を供給して、硝化反応を行う好気性硝化工程101と、好気性硝化工程101における空気の供給を停止し、回分槽内の液を嫌気状態で撹拌しながら、脱窒反応により窒素ガスを生成する嫌気第1工程102からなる処理サイクルを有する回分式担体水処理方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回分槽内の汚泥の曝気停止後に、機械的な撹拌を停止し、該回分槽内の汚泥を沈降させて沈降汚泥と上澄水とに固液分離すると共に、少なくとも硝酸化又は亜硝酸化可能な好気性菌及び脱窒菌を担持してなる担体を液面近傍に浮上させた状態で、アンモニア態窒素を含有する廃水を導入すると共に、処理水を該回分槽外に取り出す嫌気第２工程と、
前記嫌気第２工程で導入された廃水を、前記回分槽内で浮遊する前記好気性菌や、前記担体に担持された前記好気性菌に接触させつつ、前記回分槽内に設けられた曝気装置から空気を供給して、亜硝酸化反応や硝酸化反応を含む硝化反応を行う好気性硝化工程と、
前記好気性硝化工程における空気の供給を停止し、該回分槽内の液を嫌気状態で撹拌しながら、脱窒菌による脱窒反応により窒素ガスを生成する嫌気第１工程
からなる処理サイクルを有することを特徴とする回分式担体水処理方法。
【請求項２】
前記回分槽内で、前記嫌気第２工程と、前記好気性硝化工程と、前記嫌気第１工程の前記処理サイクルを順次繰り返すことを特徴とする請求項１記載の回分式担体水処理方法。
【請求項３】
前記液面近傍に浮上した担体が、前記上澄水中に含まれる浮遊懸濁物質（ｓｓ）をろ過することを特徴とする請求項１又は２記載の回分式担体水処理方法。
【請求項４】
前記担体が、複数のセルを有する担体であることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の回分式担体水処理方法。
【請求項５】
前記担体は、大きさが２〜５０［ｍｍ角］、真比重が０．０３〜０．０５［ｇ／ｃｍ３］であることを特徴とする請求項４記載の回分式担体水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、効果的な脱窒が可能な回分式担体水処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、反応槽内で沈降可能な担体を用い、担体を曝気撹拌流動させ、曝気停止後に担体を沈降させる際に、担体に活性汚泥が付着することによって、活性汚泥単独よりも先に沈降させ、担体上部に活性汚泥が担体よりやや遅れて沈降する処理方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−７０５９４号公報
【特許文献２】特開２０１５−７３９１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この特許文献１の方法では、反応槽からの担体の流出を防止するおそれがあるので、担体流出防止手段を設けており、担体流出防止手段としてメッシュの網体を用い、反応槽の下方に隙間を空けて設けられている。
この手法では、メッシュの金網上に、汚泥が付着した担体が堆積し、さらに担体の上部や担体間に汚泥が詰まっている。処理水は、金網の下方からポンプで抜き出すことにより得られるが、金網から汚泥が落ちてきて、清澄は処理水が得られにくい欠点がある。
【０００５】
特許文献２は、微生物固定化担体を用いた回分式の活性汚泥処理を行っているが、活性汚泥と処理水の固液分離を容易にするために、微生物生息性の高い担体を用いて、沈殿工程で、微生物が担持された担体の沈降性を速くして、処理水と微生物の分離を容易にしている。
【０００６】
しかし、特許文献２は、処理槽内の担体を汚泥と併せて沈降させているため、結局沈降するまでの間処理を行うことができないといった問題がある。
【０００７】
そこで、本発明の課題は、回分槽内の担体を浮遊させた状態で、沈降時にも処理を進められ、処理時間の短縮を図ることができる回分式担体水処理方法を提供することにある。
【０００８】
また本発明の他の課題は、以下の記載によって明らかとなる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題は、以下の各発明によって解決される。
【００１０】
（請求項１）
回分槽内の汚泥の曝気停止後に、機械的な撹拌を停止し、該回分槽内の汚泥を沈降させて沈降汚泥と上澄水とに固液分離すると共に、少なくとも硝酸化又は亜硝酸化可能な好気性菌及び脱窒菌を担持してなる担体を液面近傍に浮上させた状態で、アンモニア態窒素を含有する廃水を導入すると共に、処理水を該回分槽外に取り出す嫌気第２工程と、
前記嫌気第２工程で導入された廃水を、前記回分槽内で浮遊する前記好気性菌や、前記担体に担持された前記好気性菌に接触させつつ、前記回分槽内に設けられた曝気装置から空気を供給して、亜硝酸化反応や硝酸化反応を含む硝化反応を行う好気性硝化工程と、
前記好気性硝化工程における空気の供給を停止し、該回分槽内の液を嫌気状態で撹拌しながら、脱窒菌による脱窒反応により窒素ガスを生成する嫌気第１工程
からなる処理サイクルを有することを特徴とする回分式担体水処理方法。
（請求項２）
前記回分槽内で、前記嫌気第２工程と、前記好気性硝化工程と、前記嫌気第１工程の前記処理サイクルを順次繰り返すことを特徴とする請求項１記載の回分式担体水処理方法。
（請求項３）
前記液面近傍に浮上した担体が、前記上澄水中に含まれる浮遊懸濁物質（ｓｓ）をろ過することを特徴とする請求項１又は２記載の回分式担体水処理方法。
（請求項４）
前記担体が、複数のセルを有する担体であることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の回分式担体水処理方法。
（請求項５）
前記担体は、大きさが２〜５０［ｍｍ角］、真比重が０．０３〜０．０５［ｇ／ｃｍ３］であることを特徴とする請求項４記載の回分式担体水処理方法。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、回分槽内の担体を浮遊させた状態で、沈降時にも処理を進められ、処理時間の短縮を図ることができる回分式担体水処理方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の回分式担体水処理方法の一例を示すブロック図
【図２】本発明の回分式担体水処理方法を実施する回分式担体水処理装置の一例を説明する図
【図３】本発明の機能を説明する図
【図４】回分運転の時間経過とＮＨ４−Ｎ、及びＮＯｘ−Ｎの濃度との推移を示すグラフ
【図５】メタノール添加率の違いによる時間経過と担体の浮上率との関係を示すグラフ
【図６】槽内の担体の状態を示す図
【図７】ＮＯｘ−Ｎ除去量と担体の浮上率との関係を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明を実施するための形態について説明する。
【００１４】
以下に、図面を参照して本発明について更に詳しく説明する。
【００１５】
図１は、本発明の回分式担体水処理方法の一例を示すブロック図であり、図２は、本発明の回分式担体水処理方法を実施するための回分式担体水処理装置の一例を概念的に説明する図である。
【００１６】
本発明が処理対象とする廃水（原水ともいう）は、アンモニア態窒素（NH4-N）を含有するものであれば格別限定されない。本発明において、アンモニア態窒素と共に有機物を含有する廃水が好ましく、例えば、生ゴミ等の有機性廃棄物をメタン発酵した後の消化液やし尿、浄化槽汚泥などを好ましく挙げることができる。かかる消化液やし尿、浄化槽汚泥は、あらかじめ脱水処理を施して得られた濾液を用いることが特に好ましい。
【００１７】
本発明の回分式担体水処理方法は、好ましい態様として、図１に示す形態が挙げられ、嫌気第２工程１００、好気性硝化工程１０１、嫌気第１工程１０２を有する。
以上の各工程を実施する装置の一例は、図２に示されている。
図２に示す回分式担体水処理装置は、アンモニア態窒素を含有する原水を貯留する原水槽１と、原水槽１から流入させた原水を生物学的に硝化脱窒処理する回分槽２と、回分槽２から流出させた処理水を貯留する放流槽３を備えている。
【００１８】
原水槽１と回分槽２は、原水供給配管４で接続されている。原水供給配管４には、該原水供給配管４を介して原水槽１内の原水を回分槽２に供給するための原水供給ポンプ５が設けられている。
【００１９】
また、回分槽２には、原水供給配管４に接続された原水流入部６と、該回分槽２での処理後の処理水を流出させる処理水流出部７が設けられている。
【００２０】
処理水流出部７は、少なくとも処理水引出ポンプ７１とスクリーン７２と処理水配管７３とからなる。
処理水流出部７において、処理水引出ポンプ７１を駆動させて流出させた処理水は、処理水配管７３を介して放流槽３に導入されるように構成されている。スクリーン７２は、担体２０の流出を防止するために設けられる。
なお、処理水引出ポンプ７１を設けずに、回分槽２に廃水を導入した量をオーバーフローさせて、回分槽２で処理された処理水を押し出して放流槽３に導入させてもよい。
【００２１】
回分槽２内には、汚泥を撹拌するための撹拌機２１を設けており、撹拌機２１は、回分槽２内の汚泥中に配置された撹拌羽根２１０と、該撹拌羽根を駆動するモーター２１１により構成されている。
【００２２】
また回分槽２には、回分槽２内の汚泥を曝気するための曝気装置２２を設けている。曝気装置２２は、回分槽２内の下部に配置された散気管２３と、該散気管２３に接続されたブロワ２４により構成されている。２５は散気される気泡の大きさを調整可能なメンブレン部材である。
【００２３】
曝気装置２２は、回分槽２内で、廃水の硝化処理や有機物分解処理を行う際に用いられる。回分槽２内の汚泥に酸素を供給して好気性硝化菌や好気性亜硝酸菌を活性化できる。
【００２４】
回分槽２には、窒素濃度を測定する窒素センサー２６を設けることが好ましい。これにより処理時間を窒素濃度により調整することができる。
【００２５】
本実施形態の装置には、ＢＯＤ源としてのメタノールを供給するメタノール貯留槽２７が設けられている。メタノールは、メタノール貯留槽２７からメタノール供給管２８を介して、回分槽２に供給される。メタノール供給管２８には、メタノール供給ポンプ２９が設けられている。
【００２６】
回分槽２には、硝化を行う硝酸菌や亜硝酸菌を担持したり、あるいは脱窒を行う脱窒菌を担持したりするための担体２０が分散して充填されている。
【００２７】
回分槽２に用いる担体２０としては、複数のセルを有する担体が好ましく用いられ、大きさが２〜５０［ｍｍ角］、真比重が０．０３〜０．０５［ｇ／ｃｍ３］、セル数が２５〜５５［個／２５ｍｍ］、通気度が１．１〜１．４［ｄｍ３／ｓｅｃ］、比表面積が４５００〜５５００［ｍ２／ｍ３］である担体を好ましく用いる。
【００２８】
本発明の回分式担体水処理方法は、回分槽２内で、嫌気第２工程１００と、好気性硝化工程１０１と、嫌気第１工程１０２の各処理工程を有する処理サイクル少なくとも１回実施するが、好ましくは、前記処理サイクルを順次繰り返すことが好ましい。
【００２９】
各処理工程について、以下に説明する。  
＜嫌気第２工程１００＞
この工程は、廃水の導入工程であり、さらに処理水の取出工程でもある。
この工程の前工程（後述の嫌気第１工程１０２）で、回分槽２内の汚泥の曝気を停止して機械的な撹拌を行って、脱窒処理を行うが、嫌気第２工程１００に進む際には、機械的な撹拌も停止する。
機械的な撹拌を停止すると、回分槽２内の汚泥を沈降させて沈降汚泥と上澄水とに固液分離する。
【００３０】
一方、少なくとも硝酸化又は亜硝酸化可能な好気性菌及び脱窒を行う脱窒菌を担持してなる担体２０を液面近傍に浮上させた状態で、アンモニア態窒素を含有する廃水を導入する。
【００３１】
この廃水導入によって、処理水を該回分槽外に取り出すことができる。この際に、廃水（原水）の回分槽２内での滞留時間が十分確保されており、ショートパスして廃水が未処理のままで処理水配管７３から排出されることはない。ショートパス防止のために、必要により図示しない遮蔽板を設けることもできる。
【００３２】
廃水（原水）を回分槽２に導入する際には、原水供給ポンプ５を駆動させて、原水槽１から回分槽２に廃水を導入する。
【００３３】
担体２０に担持される菌体は、次の硝化工程を機能させるために、アンモニア態窒素を亜硝酸化可能な亜硝酸菌や、亜硝酸を硝酸化可能な硝酸菌等の好気性菌が挙げられる。またこの段階で担体２０に脱窒菌が担持されていてもよい。従って、本発明では、担体２０に、硝酸菌、亜硝酸菌、脱窒菌が担持されていてもよく、硝化処理では、硝酸菌や亜硝酸菌が活性化し、脱窒処理では、脱窒菌が活性化する。
【００３４】
本発明において、好気性硝化工程１０１では、嫌気第２工程１００で導入された廃水を、回分槽２内で浮遊する好気性菌や、担体２０に担持された好気性菌に接触させつつ、回分槽２内に設けられた曝気装置２２から空気を供給して、亜硝酸化反応や硝酸化反応を含む硝化反応を行う。すなわち、好気性硝化工程１０１では、廃水に含まれるアンモニア態窒素に、担体２０に担持された好気性菌を接触させ、散気管２３から供給される空気により、亜硝酸化反応や硝酸化反応を含む硝化反応を行う。
【００３５】
具体的には、回分槽２に導入された廃水と、回分槽２内を浮遊する菌体や担体２０に担持された菌体を接触させつつ、散気管２３から供給された空気により、以下の硝化反応を行う。
【００３６】
[硝化]
（亜硝酸型）ＮＨ４＋＋１．５Ｏ２→ＮＯ２−＋Ｈ２Ｏ＋２Ｈ＋
（硝酸型）  ＮＨ４＋＋２Ｏ２→ＮＯ３−＋Ｈ２Ｏ＋２Ｈ＋
【００３７】
亜硝酸型の硝化を行う際には、アンモニア性窒素が硝酸（ＮＯ３−）まで酸化されることを抑制して、亜硝酸（ＮＯ２−）までの酸化に止めることも可能である。
【００３８】
以下に示す嫌気第１工程１０２において、硝化された亜硝酸態窒素や硝酸態窒素を脱窒菌により、以下の脱窒反応を行う。
[脱窒]
（亜硝酸型）６ＮＯ２−＋３ＣＨ３ＯＨ＋３ＣＯ２→３Ｎ２＋６ＨＣＯ３−＋３Ｈ２
（硝酸型）  ６ＮＯ３−＋５ＣＨ３ＯＨ＋ＣＯ２→３Ｎ２＋６ＨＣＯ３−＋７Ｈ２
【００３９】
嫌気第１工程１０２と嫌気第２工程１００を実行する手法を図３に基づいて説明する。
嫌気第１工程１０２を実施するには、図３（Ａ）の状態にある回分槽２における曝気停止後、空気の供給がない状態で、図３（Ｂ）に示すように、回分槽２内の液を嫌気状態で撹拌する。撹拌は、撹拌機２１を駆動させて行う。この工程での処理時間は３０〜５０分であることが好ましい。  
【００４０】
脱窒処理を行うに際して、メタノール供給ポンプ２９を駆動して、汚泥へのメタノールの供給が行われることが好ましい。なお、原水が十分な量の有機物を含む場合は、メタノールの供給は適宜省略できる。
【００４１】
この工程では、脱窒菌による脱窒反応により窒素ガスを生成する。
処理時間が所定時間経過し、脱窒反応が終了したら、前記嫌気第１工程１０２の処理を終了する。
【００４２】
前述の嫌気第２工程１００を実行するには、撹拌機２１の駆動を停止し、撹拌を停止する。撹拌を停止して、回分槽内の液を静置すると、図３（Ｃ）に示すように、回分槽２内の汚泥は沈降して、沈降汚泥と上澄水とに固液分離する。
【００４３】
嫌気第２工程１００では、脱窒反応により生成した窒素ガスが担体２０内部に取り込まれる。担体２０は好ましくは複数のセルを有するために、そのセル内に窒素ガスが取り込まれる。担体２０は、微生物が担持されているので、複数のセルは微生物の存在により、窒素ガスが取り込まれやすい構造になっている。
【００４４】
本発明において、担体２０は、セルを有することにより、窒素ガスを良好に取り込むことができる部屋が確保できて好ましい。
【００４５】
本発明において、図３（Ｃ）に示すように、担体２０は液面近傍に浮上させている。すなわち担体２０による脱窒処理が進むにつれ、脱窒反応により生成した窒素ガスを巻き込んだ担体２０が、槽上部へ浮上する。
そして、窒素ガスを巻き込んだ担体２０が、回分槽２内の液面上部で、担体浮上層３０を形成する。
【００４６】
そして、担体２０によって担体浮上層３０が形成され、汚泥が沈殿している間でも、担体２０により、脱窒処理が進めることができる。
そして、嫌気第２工程１００で廃水が導入され、それに応じて、処理水流出部７において、回分槽２から上澄水を処理水として引き抜き、放流槽３へ移送する。この際、槽上部の液面近傍に浮上している担体２０によって、上澄水中に含まれる浮遊懸濁物質（ｓｓ）をろ過することができる。
【００４７】
担体２０は液面近傍に浮上させ、好ましくは担体浮上層３０を形成するのは、担体物性に関連し、本発明では、担体２０は、大きさが２〜５０［ｍｍ角］、真比重が０．０３〜０．０５［ｇ／ｃｍ３］、セル数が２５〜５５［個／２５ｍｍ］、通気度が１．１〜１．４［ｄｍ３／ｓｅｃ］、比表面積が４５００〜５５００［ｍ２／ｍ３］であることが好ましい。
【００４８】
本発明では、回分槽２を用いて、嫌気第２工程１００、好気性硝化工程１０１、嫌気第１工程１０２の各工程を実行することが好ましい。本発明においては、これらの各工程を順に含む１サイクルを複数サイクル繰り返すことが好ましい。
【００４９】
図示の例では、１サイクルの合計時間が２４０分になるように設定されることが好ましい。１日複数サイクルの運転を行うことができる。各工程の切り替え（各工程の継続時間）は、タイマー制御により行ってもよいし、上述の窒素センサーにより窒素濃度による制御を行ってもよい。
【００５０】
上記のようなサイクルで運転を行うことにより、放流槽３には、回分槽２から流出させた処理水が貯留される。放流槽３内の処理水は、処理水引出ポンプ７１を用いた場合には、河川放流基準を好適に満たすことが好ましい。なお、処理水引出ポンプ７１を用いずに、オーバーフローにより放流槽３に導入させる場合には、下水道放流基準を好適に満たすことが好ましい。なお、オーバーフローにより放流槽３に導入する場合は、放流槽３の後段に、図示しない仕上処理槽を設けることも好ましい。この場合、仕上処理槽で処理することにより、好適に河川放流基準を好適に満たすことができる。
【００５１】
上記好気性硝化工程１０１では、曝気によって十分な撹拌作用が得られるので、撹拌機２１は適宜停止してもよい。
好気性硝化工程の継続時間は、嫌気工程の継続時間の１．５〜３倍の範囲で設定されることが好ましい。
【００５２】
回分式担体水処理装置は、図２に例示的に示したが、本発明は、これに限定されず、好気性硝化を本発明の装置とは別装置を用いて処理し、その硝化された処理液を本発明の回分槽２に導入して、前述の脱窒工程だけを実施するようにしてもよい。
【実施例】
【００５３】
以下、本発明の実施例を説明するが、本発明は、かかる実施例によって限定されるものではない。
【００５４】
（実施例１）
＜処理性能確認試験＞
図２に示す回分式担体水処理装置を用いて、硝化脱窒ができていることを確認する試験を行った。
嫌気第２工程（沈殿・廃水流入・処理水流出）⇒好気性硝化工程（アンモニアの硝酸・亜硝酸への酸化）⇒嫌気第１工程（脱窒）を、１サイクルとして、２サイクルの試験を行った。各工程の処理状況の把握を確実に行うためである。
【００５５】
試験条件としては、以下の表１に示した条件で試験した。また、試験に用いた担体としては、下記表２に示した特性を有する担体を用いた。
【００５６】
【表１】
2020069449.tif 000003
【００５７】
【表２】
2020069449.tif 000004
【００５８】
上記試験条件において、回分運転の時間経過とＮＨ４−Ｎ、及びＮＯｘ−Ｎの濃度との推移を示すグラフを図４に示す。
【００５９】
＜評価＞
図４からもわかるように、好気性硝化工程（図では「好気」と標記）で、ＮＨ４−Ｎが減少し、嫌気第１工程（図では「嫌気１」と標記）でＮＯｘ−Ｎが減少し、脱窒が進んでいた。
嫌気第２工程（図では「嫌気２」と標記）では、原水が流入したために、原水由来のＮＨ４−Ｎが増加している。ＮＯｘ−Ｎは減少し続けており、脱窒がこの工程でも進んでいた。
【００６０】
(実施例２)
＜担体浮上特性確認試験＞
実施例１における担体の大きさを、５［ｍｍ角］に代える以外は、同じ担体を用いて、その担体浮上特性の確認試験を、硝化（NH4-N→NOX-N）した後の液と担体を用いて試験した。
【００６１】
試験条件としては、以下の表３に示す条件で試験した。
【００６２】
【表３】
2020069449.tif 000005
【００６３】
メタノール添加率を４．２（条件１）、２．８（条件２）、２．１（条件３）、１．４（条件４）、０（条件５）［ｋｇ−ＣＨ３ＯＨ／ｋｇ−Ｎ］と変化させて担体の浮上率を確認した。試験結果を表４に示す。また、メタノール添加率の違いによる時間経過と担体の浮上率との関係を示すグラフを図５に示す。
【００６４】
【表４】
2020069449.tif 000006
【００６５】
（評価）
図５からもわかるように、メタノール添加率を増加させるに従って、担体の浮上率も上がっている。槽内の担体の状態を示す図を図６に示す。図６において、メタノール添加率の増加に伴って、担体の浮上率が増加していることを目視でも確認できた。
【００６６】
また、表４、図５からわかるように条件１におけるメタノール添加率によるＮＯｘ−Ｎ除去量と担体の浮上率との関係を示すグラフを図７に示す。図７からもわかるように、ＮＯｘ−Ｎ除去量に伴って、担体の浮上率が上昇する比例関係にあることが分かった。
【符号の説明】
【００６７】
１００：嫌気第２工程
１０１：好気性硝化工程
１０２：嫌気第１工程
１：原水槽
２：回分槽
２１：撹拌機
２１０：撹拌羽根
２１１：モーター
２２：曝気装置
２３：散気管
２４：ブロワ
２５：メンブレン部材
２６：窒素センサー
２７：メタノール貯留槽
２８：メタノール供給管
２９：メタノール供給ポンプ
３：放流槽
４：原水供給配管
５：原水供給ポンプ
６：原水流入部
７：処理水流出部
７１：処理水引出ポンプ
７２：スクリーン
７３：処理水配管
２０：担体
３０：担体浮上層
【図１】
2020069449.tif 000007
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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