(57)【要約】【課題】窒素成分を安定して除去できる水処理装置および水処理方法を提供する。【解決手段】有機物を用いて亜硝酸を脱窒する従属栄養性脱窒細菌１１を有する従属脱窒槽１０と、従属脱窒槽１０の後段に配置され、アンモニアから亜硝酸を生成する硝化細菌２１を有する硝化槽２０と、硝化槽２０の後段に配置され、アンモニアと亜硝酸を脱窒する独立栄養性脱窒細菌３１を有する脱窒槽３０と、硝化槽２０の処理水を従属脱窒槽１０に循環させる循環手段（４０，４５）と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機物を用いて亜硝酸を脱窒する従属栄養性脱窒細菌を有する従属脱窒槽と、
前記従属脱窒槽の後段に配置され、アンモニアから亜硝酸を生成する硝化細菌を有する硝化槽と、
前記硝化槽の後段に配置され、アンモニアと亜硝酸を脱窒する独立栄養性脱窒細菌を有する脱窒槽と、
前記硝化槽の処理水を前記従属脱窒槽に循環させる循環手段と、を備える
ことを特徴とする水処理装置。
【請求項２】
前記従属脱窒槽の後段かつ前記硝化槽の前段に配置され、有機物を除去する有機物除去槽を更に備える
ことを特徴とする請求項１に記載の水処理装置。
【請求項３】
前記従属硝化槽の後段かつ前記脱窒槽の前段に配置され、溶存酸素濃度を低減させる脱気槽を更に備える
ことを特徴とする請求項１に記載の水処理装置。
【請求項４】
前記脱窒槽の後段に配置され、硝酸を脱窒する硝酸脱窒槽を更に備える
ことを特徴とする請求項１に記載の水処理装置。
【請求項５】
前記循環手段は、前記硝化槽の処理水を前記従属脱窒槽に循環させる循環流路と、該循環流路に配置された循環ポンプと、を有し、
前記硝化槽の処理水の亜硝酸態窒素濃度を検出する窒素濃度検出手段と、
前記循環ポンプの流量を制御する制御手段と、を更に備え、
前記制御手段は、
前記窒素濃度検出手段で検出した亜硝酸態窒素濃度が高いほど、前記循環ポンプの流量が大きくなるように制御する
ことを特徴とする請求項１に記載の水処理装置。
【請求項６】
原水を従属栄養性脱窒細菌により有機物を用いて亜硝酸を脱窒する従属栄養性脱窒処理と、
前記従属栄養性脱窒処理で処理された処理水を硝化細菌によりアンモニアから亜硝酸を生成する亜硝酸型硝化処理と、
前記亜硝酸型硝化処理で処理された処理水の一部を前記従属栄養性脱窒処理へと循環させる循環処理と、
前記亜硝酸型硝化処理で処理された処理水の残部を独立栄養性脱窒細菌によりアンモニアと亜硝酸を脱窒する独立栄養性脱窒処理と、を備える
ことを特徴とする水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水処理装置および水処理方法に係り、特に、少なくともアンモニア態窒素を含有する含窒素原水を硝化細菌と独立栄養性脱窒細菌で脱窒して水質を改善する水処理装置および水処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般家庭や事業場から出る廃水（原水）には、アンモニア、アンモニウム化合物、亜硝酸化合物、硝酸化合物等の無機態窒素や、アミノ酸、タンパク質等の有機態窒素が含まれていることがある。このような窒素成分を含有する含窒素原水は、水環境の富栄養化や溶存酸素の低下を引き起こし水質汚染の悪化を招くため、公共用水域への排出量が排水基準に基づいて規制されている。そこで、含窒素原水を対象とした脱窒処理が、大規模事業場や水処理施設を中心に実施されている。
【０００３】
一般に、低濃度の含窒素原水の脱窒処理としては、イオン交換を用いて硝酸態窒素を除去する方法や、オゾン等の酸化剤を用いて酸化分解する方法のような化学的処理が用いられることが多い。一方、高濃度の含窒素原水の脱窒処理には、微生物を用いた生物学的処理が行われる。
【０００４】
従来行われている含窒素原水の生物学的処理は、原水中の窒素成分の大半がアンモニア態窒素として存在していることから、硝化工程と脱窒工程を組み合わせた処理が主流となっている。硝化工程としては、ニトロソモナス（Nitrosomonas）属細菌、ニトロバクター（Nitrobacter）属細菌等の硝化細菌の酸化作用を利用して、好気的条件の下、アンモニア態窒素を、亜硝酸態窒素を経て硝酸態窒素へ変換する処理が行われ、その後行われる脱窒工程としては、シュードモナス（Pseudomonas）属細菌等の脱窒細菌の還元作用を利用して、嫌気的条件の下、硝酸態窒素を無害の窒素ガスに変換する処理が行われている。
【０００５】
しかし、硝化工程と脱窒工程を組み合わせた水処理は、窒素処理速度を向上することが難しく、高濃度の含窒素原水の処理には大容量の処理槽を要している。また、脱窒工程において用いられる脱窒細菌が一般に従属栄養性であることから、炭素源（例えば、メタノール）の供給を必要とする等、運転コストが比較的高い処理方法である。
【０００６】
近年、このような硝化工程と脱窒工程を組み合わせた水処理に代わる処理方法として、嫌気性アンモニア酸化（Anaerobic Ammonium Oxidation）を利用した水処理が進められている。嫌気性アンモニア酸化は、特定の微生物（後述する独立栄養性脱窒細菌）の作用で、嫌気的条件の下、アンモニア態窒素で亜硝酸態窒素を還元して窒素ガスに変換する方法である。この変換の反応式は、つぎの反応式（１）のように表される。
1.00ＮＨ4+ ＋ 1.32ＮＯ2- ＋ 0.066ＨＣＯ3- ＋ 0.13Ｈ+ 
→1.02Ｎ2 ＋ 0.26ＮＯ3- ＋ 0.066ＣＨ2 Ｏ0.5 Ｎ0.15 ＋ 2.03Ｈ2 Ｏ・・・（１）
【０００７】
嫌気性アンモニア酸化による処理においては、反応式（１）に示されるとおり、アンモニアを電子供与体とし、亜硝酸を電子受容体として、アンモニア態窒素と亜硝酸態窒素を同時に脱窒する。このため、基質として亜硝酸態窒素が必要であり、また、好適に脱窒するためにはアンモニア態窒素と亜硝酸態窒素が1.00：1.32の割合で含まれていることが望ましい。そこで、嫌気性アンモニア酸化を利用する独立栄養性脱窒工程の前段に、原水中のアンモニア態窒素の一部を亜硝酸態窒素に酸化する亜硝酸型硝化工程が組み合わされている。
【０００８】
このような亜硝酸型硝化工程と独立栄養性脱窒工程を組み合せた水処理は、従来の硝化工程と脱窒工程を組み合わせた水処理と比較して、省スペースに構成することができ、運転コストの低減が可能な処理方法であると考えられている。
【０００９】
亜硝酸型硝化工程と独立栄養性脱窒工程を組み合せた水処理方法（脱窒方法）として、特許文献１（特許第３８９９８４８号公報）には、アンモニア源および有機物を含む原水を、有機物を電子供与体、亜硝酸イオンおよび／または硝酸イオンを電子受容体とする従属栄養性脱窒微生物と接触させて脱窒する従属栄養型脱窒工程と、従属栄養型脱窒工程の流出液をアンモニア酸化微生物と接触させ、アンモニアイオンを主に亜硝酸イオンに酸化する亜硝酸化工程と、亜硝酸化工程の流出液を、アンモニアイオンを電子供与体、亜硝酸イオンを電子受容体とする独立栄養性脱窒微生物と接触させて脱窒し、亜硝酸イオンを除去する独立栄養型脱窒工程と、独立栄養型脱窒工程の流出液の一部を前記従属栄養型脱窒工程に返送する返送工程と、独立栄養型脱窒工程の流出液の他の一部を処理水として排出する処理水排出工程とを有する脱窒方法が開示されている（請求項１参照）。このような構成を有することにより、独立栄養型脱窒工程の処理水を従属栄養型脱窒工程に循環させて、独立栄養型脱窒工程の嫌気性アンモニア酸化により生成された硝酸イオン（硝酸態窒素）を従属栄養型脱窒工程で処理（脱窒）するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許第３８９９８４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
亜硝酸型硝化工程では、アンモニア態窒素を亜硝酸態窒素に酸化するが、通常の硝化反応では、亜硝酸態窒素から硝酸態窒素まで酸化されてしまう。独立栄養性脱窒工程の嫌気性アンモニア酸化では、反応式（１）に示すように、基質として亜硝酸態窒素を使用し硝酸態窒素は使用できないため、亜硝酸態窒素という不安定な状態で反応を止める技術が必要となる。
【００１２】
ここで、特許文献１の水処理方法（脱窒方法）において、硝酸イオン（硝酸態窒素）を処理する従属栄養型脱窒工程の従属栄養性脱窒微生物は、硝酸イオン（硝酸態窒素）を亜硝酸イオン（亜硝酸態窒素）に還元する酵素を有しているものと考えられる。
【００１３】
しかし、硝酸イオン（硝酸態窒素）を亜硝酸イオン（亜硝酸態窒素）に還元する酵素と、亜硝酸イオン（亜硝酸態窒素）を硝酸イオン（硝酸態窒素）に酸化する酵素とは同じである。従属栄養型脱窒工程の従属栄養性脱窒微生物が後段の亜硝酸化工程（亜硝酸型硝化工程）の処理槽に流入すると、亜硝酸化工程のアンモニア酸化微生物が生成した亜硝酸イオン（亜硝酸態窒素）を流入した従属栄養性脱窒微生物が硝酸イオン（硝酸態窒素）に酸化する反応が助長される。このため、アンモニアイオン（アンモニア態窒素）が硝酸イオン（硝酸態窒素）まで酸化され、亜硝酸化工程（亜硝酸型硝化工程）における亜硝酸イオン（亜硝酸態窒素）の生成が不安定となり、硝酸型硝化工程となるおそれがある。
【００１４】
このように、硝酸型硝化工程となると、嫌気性アンモニア酸化では基質として亜硝酸態窒素を使用し硝酸態窒素は使用できないため独立栄養性脱窒工程の脱窒性能が不安定となり、水処理装置全体の脱窒性能が低下するおそれがある。
【００１５】
また、独立栄養性脱窒工程の独立栄養性脱窒細菌は、基質として使用する亜硝酸によって阻害を受けて、失活することが報告されている。独立栄養性脱窒細菌が失活することにより、独立栄養性脱窒工程の脱窒性能が低下して、水処理装置全体の脱窒性能が低下するおそれがある。
【００１６】
また、これらの水処理の対象とする原水には、アンモニアだけでなく、有機物も含有していることが多く、アンモニア態窒素や有機物成分を安定して除去して水質を改善することが求められている。
【００１７】
そこで、本発明は、窒素成分を安定して除去できる水処理装置および水処理方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
このような課題を解決するために、本発明は、有機物を用いて亜硝酸を脱窒する従属栄養性脱窒細菌を有する従属脱窒槽と、前記従属脱窒槽の後段に配置され、アンモニアから亜硝酸を生成する硝化細菌を有する硝化槽と、前記硝化槽の後段に配置され、アンモニアと亜硝酸を脱窒する独立栄養性脱窒細菌を有する脱窒槽と、前記硝化槽の処理水を前記従属脱窒槽に循環させる循環手段と、を備えることを特徴とする水処理装置である。
【００１９】
また、本発明は、原水を従属栄養性脱窒細菌により有機物を用いて亜硝酸を脱窒する従属栄養性脱窒処理と、前記従属栄養性脱窒処理で処理された処理水を硝化細菌によりアンモニアから亜硝酸を生成する亜硝酸型硝化処理と、前記亜硝酸型硝化処理で処理された処理水の一部を前記従属栄養性脱窒処理へと循環させる循環処理と、前記亜硝酸型硝化処理で処理された処理水の残部を独立栄養性脱窒細菌によりアンモニアと亜硝酸を脱窒する独立栄養性脱窒処理と、を備えることを特徴とする水処理方法である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、窒素成分を安定して除去できる水処理装置および水処理方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】第１実施形態に係る水処理装置の構成ブロック図である。
【図２】第１実施形態に係る水処理装置における原水、硝化槽の処理水および脱窒槽の処理水の窒素濃度の関係の一例を示すグラフである。
【図３】第２実施形態に係る水処理装置の構成ブロック図である。
【図４】比較例に係る水処理装置の構成ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明を実施するための形態（以下「実施形態」という）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し重複した説明を省略する。
【００２３】
≪第１実施形態≫
第１実施形態に係る水処理装置１００について、図１を用いて説明する。図１は、第１実施形態に係る水処理装置１００の構成ブロック図である。
【００２４】
第１実施形態に係る水処理装置１００は、原水を送水する原水ポンプ５と、従属栄養性脱窒細菌１１を有する従属脱窒槽１０と、硝化細菌２１を有する硝化槽２０と、独立栄養性脱窒細菌３１を有する脱窒槽３０と、硝化槽２０の処理水を従属脱窒槽１０へと戻す循環流路４０と、循環流路４０に設けられた循環ポンプ４５と、制御手段５０と、を備えている。なお、従属脱窒槽１０における水処理を従属栄養性脱窒処理と称し、硝化槽２０における水処理を亜硝酸型硝化処理と称し、脱窒槽３０における水処理を独立栄養性脱窒処理と称する。
【００２５】
原水ポンプ５は、水処理装置１００が処理する原水を従属脱窒槽１０に送水することができるようになっている。ここで、水処理装置１００が処理する原水は、少なくともアンモニア態窒素を含有する含窒素原水である。また、原水は、一般的に有機物を含有している。なお、原水のアンモニア態窒素濃度は限定しないが、１０〜２０００ｍｇ−Ｎ／Ｌが好ましく、特に４０〜１０００ｍｇ−Ｎ／Ｌが望ましい。また、原水中の有機物量も限定せず、有機物が含まれていなくてもよい。ちなみに、原水には、アンモニア態窒素の他に、窒素、リン、炭素、重金属類などの栄養塩が含まれていてもよい。
【００２６】
従属脱窒槽１０には、原水ポンプ５により送水されたアンモニア態窒素と有機物を含有する原水と、後述する循環流路４０を介して循環ポンプ４５により送水された硝化槽２０の処理水とが、流入するようになっている。なお、図１において、原水と硝化槽２０の処理水とが合流した後に従属脱窒槽１０に流入するものとして図示されているが、これに限られるものではなく、含窒素原水と硝化槽２０の処理水とが個別に従属脱窒槽１０に流入する構成であってもよい。
【００２７】
従属脱窒槽１０は、従属栄養性脱窒細菌１１と、従属脱窒槽１０内部の水を攪拌する攪拌手段１２と、を有している。
【００２８】
従属栄養性脱窒細菌１１は、嫌気的条件の下、原水中の有機物を電子供与体とし、原水や硝化槽２０の処理水に含まれる亜硝酸を電子受容体として反応させることにより、亜硝酸態窒素を脱窒し、従属脱窒槽１０内部の水の窒素濃度を低減させることができるようになっている。なお、従属栄養性脱窒細菌１１は、活性汚泥に存在してもよく、包括固定化担体に存在してもよく、これらに限られるものではない。
【００２９】
なお、原水に含まれる有機物が少なく、従属脱窒槽１０の脱窒処理における電子供与体が不足する場合、従属脱窒槽１０に有機物（例えば、メタノール）を投入する有機物投入装置（図示せず）を追加して、有機物を従属脱窒槽１０に投入するようにしてもよい。これにより、亜硝酸態窒素を好適に脱窒することができる。
【００３０】
従属脱窒槽１０で処理された処理水は、従属脱窒槽１０から流出して硝化槽２０に流入するようになっている。
【００３１】
硝化槽２０は、硝化細菌２１と、曝気手段２２と、溶存酸素濃度検出手段２３と、全窒素検出手段２４と、アンモニア態窒素検出手段２５と、を備えている。
【００３２】
硝化細菌２１は、好気的条件の下、アンモニア態窒素を亜硝酸態窒素に酸化させる。この反応式は、つぎの反応式（２）のように表される。
ＮＨ4+ ＋ 1.5Ｏ2 →ＮＯ2- ＋２Ｈ+ ＋Ｈ2Ｏ                        ・・・（２）
なお、硝化細菌２１は、活性汚泥に存在してもよく、包括固定化担体に存在してもよく、これらに限られるものではない。
【００３３】
曝気手段２２は、硝化槽２０内部の水に酸素を含有する含酸素ガスを散気することができるようになっている。また、散気することにより、硝化槽２０内部の水を攪拌することができるようになっている。
【００３４】
溶存酸素濃度検出手段２３は、例えば、溶存酸素計（ＤＯ計）であり、硝化槽２０内部の水の溶存酸素濃度を検出することができるようになっている。全窒素検出手段２４は、例えば、ペルオキソ二硫化カリウム分解や接触熱分解に基づく吸光を計測する全窒素計であり、硝化槽２０内部の全窒素濃度を検出することができるようになっている。アンモニア態窒素検出手段２５は、例えば、イオン電極式や吸光度計測式の計測器であり、硝化槽２０内部のアンモニア態窒素濃度を検出することができるようになっている。なお、溶存酸素濃度検出手段２３、全窒素検出手段２４、および、アンモニア態窒素検出手段２５は、硝化槽２０の流出側付近に設けられることが望ましい。
【００３５】
制御手段５０は、全窒素検出手段２４で検出した全窒素濃度とアンモニア態窒素検出手段２５で検出したアンモニア態窒素濃度との差分に基づいて、亜硝酸態窒素濃度を算出することができるようになっている。そして、制御手段５０は、硝化槽２０から流出する処理水中のアンモニア態窒素濃度と亜硝酸態窒素濃度の割合が、所定の割合（例えば、1.00：1.32）に近づくように、溶存酸素濃度の設定値を設定する。例えば、アンモニア態窒素濃度に対する亜硝酸態窒素濃度の割合を大きくしたい場合には、設定値を現在の溶存酸素濃度よりも高く設定する。アンモニア態窒素濃度に対する亜硝酸態窒素濃度の割合を小さくしたい場合には、設定値を現在の溶存酸素濃度よりも低く設定する。そして、制御手段５０は、溶存酸素濃度検出手段２３で検出した溶存酸素濃度が、設定値に近づくように曝気手段２２の散気量を制御する（ＤＯ制御）。なお、溶存酸素濃度の設定値は、０．１〜４．０ｍｇ／Ｌ程度が望ましい。
【００３６】
このように、溶存酸素濃度を制御することにより、反応式（２）を制御して、硝化槽２０から流出する処理水中のアンモニア態窒素濃度と亜硝酸態窒素濃度の割合を制御することができるようになっている。また、溶存酸素濃度を適切に管理することにより、反応式（３）であらわされる亜硝酸態窒素を硝酸態窒素に酸化する反応を低減することができるようになっている。
ＮＯ2- ＋ 0.5Ｏ2 →ＮＯ3-                                        ・・・（３）
【００３７】
硝化槽２０で処理された処理水は、硝化槽２０から流出して、一部の処理水は循環ポンプ４５により循環流路４０を介して従属脱窒槽１０に流入し、残部の処理水は脱窒槽３０に流入するようになっている。
【００３８】
循環ポンプ４５は、硝化槽２０の処理水を、循環流路４０を介して、従属脱窒槽１０に送水することができるようになっている。なお、図１において、硝化槽２０の処理水は、硝化槽２０から流出した後に循環流路４０を介して従属脱窒槽１０に流入するものとして図示されているが、これに限られるものではなく、循環流路４０の一端が硝化槽２０に接続され、循環ポンプ４５は、硝化槽２０内部の処理水を吸い込んで、従属脱窒槽１０に送水する構成であってもよい。
【００３９】
脱窒槽３０は、独立栄養性脱窒細菌３１と、脱窒槽３０内部の水を攪拌する攪拌手段３２と、溶存酸素濃度検出手段３３と、窒素検出手段３４と、を備えている。
【００４０】
独立栄養性脱窒細菌３１は、嫌気的条件の下、アンモニアを電子供与体とし、亜硝酸を電子受容体として反応させることにより（前述した反応式（１）参照）、アンモニア態窒素と亜硝酸態窒素を同時に脱窒し（嫌気性アンモニア酸化）、脱窒槽３０内部の水の窒素濃度を低減させることができるようになっている。なお、独立栄養性脱窒細菌３１は、活性汚泥に存在してもよく、包括固定化担体に存在してもよく、これらに限られるものではない。
【００４１】
溶存酸素濃度検出手段３３は、脱窒槽３０内部の水の溶存酸素濃度を検出することができるようになっている。窒素検出手段３４は、脱窒槽３０内部の全窒素濃度を検出することができるようになっている。なお、窒素検出手段３４は、アンモニア態窒素濃度、亜硝酸態窒素濃度、硝酸態窒素濃度を検出することができるようになっていてもよい。なお、溶存酸素濃度検出手段３３および窒素検出手段３４は、脱窒槽３０の流出側付近に設けられることが望ましい。
【００４２】
制御手段５０は、前述したように、曝気手段２２を制御することにより、硝化槽２０を運転することができるようになっている。また、制御手段５０は、原水ポンプ５や循環ポンプ４５の運転を制御することができるようになっている。また、溶存酸素濃度検出手段３３および窒素検出手段３４の検出値により、水処理装置１００で処理された処理水の状態を監視することができるようになっている。
【００４３】
なお、特に限定するものではないが、いずれの槽もｐＨは７付近とする制御が好ましい。また、通水方法は、限定されるものではなく、例えば、連続通水式や回分式であってもよい。
【００４４】
＜作用・効果＞
第１実施形態に係る水処理装置１００の作用・効果について、図２の実施例を用いて説明する。図２は、第１実施形態に係る水処理装置１００における原水、硝化槽の処理水および脱窒槽の処理水の窒素濃度の関係の一例を示すグラフである。
【００４５】
アンモニア濃度約７００ｍｇ−Ｎ／Ｌの原水（図２左側の棒グラフ参照）を従属脱窒槽１０に流入させた。また、硝化槽２０から従属脱窒槽１０への循環を行った。この時の循環量は原水量と同じ量とした。この結果を図２に示す。
【００４６】
従属脱窒槽１０では硝化槽２０由来の亜硝酸のほとんどが除去され、一部アンモニアが残留した（図示省略）。
【００４７】
従属脱窒槽１０の処理水に対して硝化槽２０で硝化を行った。図２中央の棒グラフに示すように、約半量の亜硝酸が生成した。一方で硝酸の生成は確認しなく、安定した亜硝酸型硝化性能を確認した。この処理水の一部は、随時、従属脱窒槽１０に循環され、残部は、脱窒槽３０に流入された。
【００４８】
硝化槽２０の処理水に対して脱窒槽３０で嫌気性アンモニア酸化を行った。図２右側の棒グラフに示すように、窒素成分が除去できた。原水と脱窒槽３０の処理水の窒素除去率は約８５％であり、安定してこの性能を得た。
【００４９】
また、図２中央の棒グラフに示す硝化槽２０の処理水、即ち、脱窒槽３０に流入する処理水の亜硝酸態窒素濃度は約２８０ｍｇ−Ｎ／Ｌであり、独立栄養性脱窒細菌３１が亜硝酸の影響を受けることはなかった。
【００５０】
このように、第１実施形態に係る水処理装置１００によれば、硝化槽２０から循環流路４０を介して従属脱窒槽１０に処理水を循環させ、従属脱窒槽１０で亜硝酸を除去することにより、窒素成分を低濃度化することができる。また、原水に有機物が含まれる場合、従属脱窒槽１０で窒素成分とともに有機物も除去することができる。
【００５１】
ここで、図２の例において、図２左側の原水の全窒素濃度と図２中央の硝化槽の全窒素濃度との差分（約２００ｍｇ−Ｎ／Ｌ）が、従属脱窒槽１０で除去された亜硝酸態窒素濃度に相当する。このように、従属脱窒槽１０で亜硝酸を除去することにより、硝化槽２０に流入する処理水における全窒素濃度を低濃度化することができる。そして、硝化槽２０から流出する処理水中のアンモニア態窒素濃度と亜硝酸態窒素濃度の割合は、所定の割合（例えば、1.00：1.32）となるように制御されるため、全窒素濃度（アンモニア態窒素濃度と亜硝酸態窒素濃度の合計）を低濃度化することにより、硝化槽２０から流出する処理水（即ち、脱窒槽３０に流入する処理水）の亜硝酸態窒素濃度を低濃度化することができる。これにより、独立栄養性脱窒細菌３１が亜硝酸によって阻害を受けて、失活することを低減することができ、脱窒槽３０の安定した独立栄養性脱窒性能を得ることができる。
【００５２】
ちなみに、循環ポンプ４５による循環流量を増加させることにより、従属脱窒槽１０で除去される亜硝酸態窒素は増加して、硝化槽２０から流出する処理水（即ち、脱窒槽３０に流入する処理水）の亜硝酸態窒素濃度を低濃度化することができる。このように、制御手段５０は、全窒素検出手段２４およびアンモニア態窒素検出手段２５の検出値から算出した亜硝酸態窒素濃度が所定の範囲内となるように循環ポンプ４５の流量を制御してもよい。なお、亜硝酸態窒素濃度は、５０〜２８０ｍｇ−Ｎ／Ｌとすることが望ましい。亜硝酸態窒素濃度を５０ｍｇ−Ｎ／Ｌ未満とすると、脱窒槽３０の脱窒性能が低下して望ましくない。また、亜硝酸態窒素濃度を２８０ｍｇ−Ｎ／Ｌより高くとすると、独立栄養性脱窒細菌３１が失活するおそれがあるため望ましくない。
【００５３】
また、従属脱窒槽１０で窒素を除去する際に対象となる窒素成分は、硝酸（特許文献１参照）ではなく、亜硝酸であるため、硝化槽２０において、亜硝酸が硝酸に酸化される反応（前述した反応式（３）参照）が助長される影響が少なく、硝化槽２０の安定した亜硝酸型硝化性能を得ることができる。
【００５４】
以上のように、第１実施形態に係る水処理装置１００によれば、各反応を安定的に運転し、窒素成分を低濃度に維持でき、効率のよい脱窒処理を実施することができる。
【００５５】
＜比較例＞
ここで、比較例に係る水処理装置１００Ｃについて、図４を用いて説明する。図４は、比較例に係る水処理装置１００Ｃの構成ブロック図である。なお、比較例に係る水処理装置１００Ｃは、特許文献１（特許第３８９９８４８号公報）に相当するものであり、循環流路４０Ｃが、脱窒槽３０の処理水を従属脱窒槽１０Ｃに戻すようになっている。即ち、第１実施形態に係る水処理装置１００（図１参照）は循環流路４０により亜硝酸態窒素を従属脱窒槽１０に戻すのに対し、比較例に係る水処理装置１００Ｃ（図４参照）は循環流路４０Ｃにより硝酸態窒素を従属脱窒槽１０Ｃに戻す構成となっている。このため、従属脱窒槽１０Ｃには、硝酸イオン（硝酸態窒素）を亜硝酸イオン（亜硝酸態窒素）に還元する酵素を有する細菌が存在する。なお、この細菌と従属栄養性脱窒細菌とは、同一の細菌であってもよく、異なる細菌であってもよい。以下の説明においては、従属栄養性脱窒細菌１１Ｃが、硝酸イオン（硝酸態窒素）を亜硝酸イオン（亜硝酸態窒素）に還元する酵素を有するものとして説明する。
【００５６】
比較例に係る水処理装置１００Ｃにおいて、従属脱窒槽１０Ｃの従属栄養性脱窒細菌１１Ｃが後段の硝化槽２０に流入した場合、硝化細菌２１が生成した亜硝酸イオン（亜硝酸態窒素）を従属栄養性脱窒細菌１１Ｃの酵素が硝酸イオン（硝酸態窒素）に酸化するため、硝化槽２０における亜硝酸イオン（亜硝酸態窒素）の生成が不安定となるおそれがある。このように、亜硝酸イオン（亜硝酸態窒素）の生成が不安定となり、硝酸イオン（硝酸態窒素）が生成されると、脱窒槽３０では、硝酸イオン（硝酸態窒素）を脱窒することができないため、水処理装置１００Ｃ全体の脱窒性能が低下するおそれがある。
【００５７】
また、比較例に係る水処理装置１００Ｃでは、脱窒槽３０に流入する処理水の亜硝酸態窒素濃度を低濃度化することは困難である。このため、脱窒槽３０の独立栄養性脱窒細菌３１の失活を防止するためには、原水を希釈する等の処理が必要であり、運転コストが増加するおそれがある。
【００５８】
≪第２実施形態≫
第２実施形態に係る水処理装置２００について、図３を用いて説明する。図３は、第２実施形態に係る水処理装置２００の構成ブロック図である。
【００５９】
第２実施形態に係る水処理装置２００は、第１実施形態に係る水処理装置１００（図１参照）と比較して、有機物除去槽６０と、脱気槽７０と、硝酸脱窒槽８０と、を更に備えている。その他の構成は、第１実施形態に係る水処理装置１００（図１参照）と同様であり、説明を省略する。
【００６０】
有機物除去槽６０は、例えば、ＢＯＤ酸化槽であって、ＢＯＤ酸化細菌６１と、有機物除去槽６０内部の水に酸素を含有する含酸素ガスを散気する曝気手段６２と、溶存酸素濃度検出手段６３と、を備えている。ＢＯＤ酸化細菌６１は、酸素を用いて有機物を分解する。なお、ＢＯＤ酸化細菌６１は、活性汚泥に存在してもよく、包括固定化担体に存在してもよく、これらに限られるものではない。
【００６１】
有機物除去槽６０の取り付け位置は、図３に示すように、従属脱窒槽１０の後段に設けることが望ましい。従属脱窒槽１０は、前述のように、有機物を利用して脱窒するため、従属脱窒槽１０で処理し切れなかった過剰の有機物を有機物除去槽６０で処理することができ、後段の処理（硝化槽２０、脱窒槽３０）の影響する場合を避けることができる。なお、有機物除去槽６０の取り付け位置は、これに限られるものではなく、例えば、原水に有機物が多く含まれる場合などには、有機物除去槽６０を従属脱窒槽１０の前段に設けて、有機物の過剰分を予め処理する構成であってもよい。
【００６２】
脱気槽７０は、脱気手段７２と、溶存酸素濃度検出手段７３と、を備えている。脱気手段７２は、脱気槽７０内部の水に酸素を含まない無酸素ガスを散気して、溶存酸素濃度を低下させることができるようになっている。また、散気することにより、硝化槽２０内部の水を攪拌することができるようになっている。脱気槽７０は、好気的条件の硝化槽２０と嫌気的条件の脱窒槽３０との間に配置され、脱窒槽３０に流入する処理水の溶存酸素濃度を低減させることができる。
【００６３】
ここで、循環流路４０は、図３に示すように、硝化槽２０から脱気槽７０へ流入する流路から分岐する流路から（もしくは、直接、硝化槽２０から）処理水を循環させるように構成することが望ましい。このように構成することにより、無酸素ガスの使用量を低減して、運転コストを低減することができる。なお、循環流路４０の取り付け位置は、これに限られるものではなく、脱気槽７０から脱窒槽３０へ流入する流路から分岐する流路から（もしくは、直接、脱気槽７０から）処理水を循環させるように構成してもよい。この場合、運転コストは増加するものの、嫌気的条件の従属脱窒槽１０の溶存酸素濃度の上昇を低減することができる。
【００６４】
硝酸脱窒槽８０は、脱窒細菌８１と、攪拌手段８２と、溶存酸素濃度検出手段８３と、を備えている。硝酸脱窒槽８０は、脱窒槽３０の後段に配置され、嫌気性アンモニア酸化による処理（前述した反応式（１）参照）により生成された硝酸態窒素を脱窒して、窒素濃度をさらに低減させることができる。なお、脱窒細菌８１は、活性汚泥に存在してもよく、包括固定化担体に存在してもよく、これらに限られるものではない。また、硝酸脱窒槽８０は、生物的処理により有機物を低減するものに限られず、化学的処理により脱窒処理をする構成であってもよい。
【００６５】
≪変形例≫
本実施形態に係る水処理装置（１００，２００）は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。
【００６６】
本実施形態に係る水処理装置（１００，２００）で処理される含窒素原水は、一般家庭や事業場から出る廃水に限られるものではない。例えば、富栄養化した水源の水質を改善するための水処理装置であってもよい。
【００６７】
攪拌手段１２，３２，８２は、水上側に設けられているものとして図示（図１、図３参照）しているが、これに限られるものではなく、例えば、槽底や槽壁に設けられているものであってもよい。
また、硝化槽２０は、曝気手段２２が散気することにより内部の水を攪拌するものとして説明したが、これに限られるものではなく、攪拌手段（図示せず）を別に設けてもよい。有機物除去槽６０、脱気槽７０についても同様である。
【００６８】
曝気手段２２，６２は、水中に含酸素ガスを散気するものとして説明したが、これに限られるものではなく、例えば、水面を機械的に攪拌して空気と混合させる装置（図示せず）であってもよい。
脱気手段７２は、水中に無酸素ガスを散気するものとして説明したが、これに限られるものではなく、例えば、酸素を吸着する装置（図示せず）や脱酸素材を添加する装置（図示せず）であってもよい。
【００６９】
硝化槽２０は、全窒素検出手段２４で検出した全窒素濃度とアンモニア態窒素検出手段２５で検出したアンモニア態窒素濃度との差分に基づいて、亜硝酸態窒素濃度を算出するものとして説明したが、これに限られるものではない。例えば、亜硝酸態窒素検出手段（図示せず）を更に備えていてもよい。また、全窒素検出手段２４と亜硝酸態窒素検出手段（図示せず）とを備え、全窒素検出手段２４で検出した全窒素濃度と亜硝酸態窒素検出手段（図示せず）で検出した亜硝酸態窒素濃度との差分に基づいて、アンモニア態窒素濃度を算出するものであってもよい。
【符号の説明】
【００７０】
１００，２００  水処理装置
５              原水ポンプ
１０            従属脱窒槽
１１            従属栄養性脱窒細菌
２０            硝化槽
２１            硝化細菌
２２            曝気手段
２３            溶存酸素濃度検出手段
２４            全窒素検出手段（窒素濃度検出手段）
２５            アンモニア態窒素検出手段（窒素濃度検出手段）
３０            脱窒槽
３１            独立栄養性脱窒細菌
４０            循環流路（循環手段）
４５            循環ポンプ（循環手段）
５０            制御手段
６０            有機物除去槽
７０            脱気槽
８０            硝酸脱窒槽
８１            脱窒細菌
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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