(57)【要約】      （修正有）【課題】含窒素廃水処理において行われる嫌気性アンモニア酸化による処理を、速やかに立上げると共に、安定して持続する手段を提供する。【解決手段】廃水に含まれるアンモニア態窒素の一部を、好気性アンモニア酸化細菌の存在下、亜硝酸態窒素に酸化する亜硝酸型酸化工程と、酸化された廃水に、廃水中の亜硝酸態窒素濃度及び溶存酸素濃度の少なくとも一方を低下させる希釈水を供給する希釈水供給工程と、酸化された廃水に含まれるアンモニア態窒素と亜硝酸態窒素とを、嫌気性アンモニア酸化細菌の存在下、窒素ガスに変換する脱窒工程とを含む廃水処理方法を用いる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
嫌気性アンモニア酸化反応により含窒素廃水を処理する廃水処理方法であって、
廃水に含まれるアンモニア態窒素の一部を、好気性アンモニア酸化細菌の存在下、亜硝酸態窒素に酸化する亜硝酸型酸化工程と、
酸化された前記廃水に、廃水中の亜硝酸態窒素濃度又はアンモニア態窒素濃度又は溶存酸素濃度を低下させる希釈水を供給する希釈水供給工程と、
酸化された前記廃水に含まれるアンモニア態窒素と亜硝酸態窒素とを、嫌気性アンモニア酸化細菌の存在下、窒素ガスに変換する脱窒工程と、
を含むことを特徴とする廃水処理方法。
【請求項２】
さらに、
前記亜硝酸型酸化工程と前記脱窒工程の間において、酸化された前記廃水中の溶存酸素を脱気する脱気工程
を含むことを特徴とする請求項１に記載の廃水処理方法。
【請求項３】
前記脱気工程が、前記希釈水供給工程と併せて行われることを特徴とする請求項２に記載の廃水処理方法。
【請求項４】
嫌気性アンモニア酸化反応により含窒素廃水を処理する廃水処理装置の立上げ運転時に行われることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の廃水処理方法。
【請求項５】
嫌気性アンモニア酸化反応により含窒素廃水を処理する廃水処理装置であって、
廃水に含まれるアンモニア態窒素の一部を、好気性アンモニア酸化細菌の存在下、亜硝酸態窒素に酸化する硝化槽と、
硝化槽から流出した前記廃水に、廃水中の亜硝酸態窒素濃度又はアンモニア態窒素濃度又は溶存酸素濃度を低下させる希釈水を供給する希釈水供給手段と、
硝化槽から流出した前記廃水に含まれるアンモニア態窒素と亜硝酸態窒素とを、嫌気性アンモニア酸化細菌の存在下、窒素ガスに変換する脱窒槽と、
を備えることを特徴とする廃水処理装置。
【請求項６】
さらに、前記硝化槽と前記脱窒槽の間に設けられ、硝化槽から流出した前記廃水中の溶存酸素を脱気する脱気槽を備えることを特徴とする請求項５に記載の廃水処理装置。
【請求項７】
前記希釈水供給手段が、前記脱気槽及び前記脱窒槽の少なくとも一方に接続されていることを特徴とする請求項６に記載の廃水処理装置。
【請求項８】
前記希釈水供給手段が、前記廃水処理装置の立上げ運転時に稼働されることを特徴とする請求項５から請求項７のいずれか１項に記載の廃水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃水処理方法及び廃水処理装置に関する。詳細には、アンモニア態窒素を含有する含窒素廃水を嫌気性アンモニア酸化反応により処理する廃水処理方法及び廃水処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般家庭や事業場から出る廃水には、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む含窒素廃水は、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、含窒素廃水を対象とした廃水処理が、大規模事業場や廃水処理施設を中心に実施されている。
【０００３】
一般に、低濃度の含窒素廃水の処理としては、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、高濃度の含窒素廃水の処理には、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廃水の生物学的処理は、廃水中の窒素成分の大半がアンモニア態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】
近年、このような硝化工程と脱窒工程を組み合わせた処理に代わる方法として嫌気性アンモニア酸化（ANAMMOX（アナモックス）；Anaerobic Ammonium Oxidation）を利用した廃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、つぎの式１のように表される。
1.00ＮＨ4+ ＋ 1.32ＮＯ2 ＋ 0.066ＨＣＯ3 ＋ 0.13Ｈ+
→1.02Ｎ2 ＋ 0.26ＮＯ3 ＋ 0.066ＣＨ2Ｏ0.5Ｎ0.15 ＋ 2.03Ｈ2Ｏ・・・（式１）
嫌気性アンモニア酸化による処理においては、式１に示されるとおり、基質として亜硝酸態窒素が必要である。そこで、廃水中のアンモニア態窒素の一部を亜硝酸態窒素に酸化して変換する亜硝酸型酸化工程が前段に組み合わされている。
【０００６】
従来、一般に行われている硝化工程と脱窒工程を組み合わせた処理は、窒素処理速度を向上することが難しく、高濃度の含窒素廃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、炭素源の供給を必要としており、硝化工程においては酸素の曝気が必要である等、運転コストが比較的高い処理方法である。
これに対し、嫌気性アンモニア酸化を用いた処理は、炭素源の供給、酸素の曝気が不要であり、汚泥の発生量を削減できるといった利点を有し、高負荷の廃水処理を可能とする有望な廃水処理方法として注目されている。
しかしながら、式１で表わされる嫌気性アンモニア酸化反応（ANAMMOX反応）を行う嫌気性アンモニア酸化細菌は、基質とする亜硝酸態窒素が高濃度となると活性が低下する特性を有する等、窒素成分の濃度、溶存酸素、ｐＨ、温度、Ｃ／Ｎ比といった環境因子によって影響を受け易いことが知られており、廃水処理を立上げ、安定して持続することが容易ではない。
そのため特許文献１のように、嫌気性アンモニア酸化装置における長期にわたる運転安定性を向上させることができ、運転開始時や負荷変動時、失活から運転の立ち上げ時において簡易且つ短時間で定常運転に移行できる嫌気性アンモニア酸化装置の運転方法として、嫌気性アンモニア酸化槽における槽内流速が一定となるように、該嫌気性アンモニア酸化槽で処理した処理水を嫌気性アンモニア酸化槽の入口に循環させる循環量及び／又は原水の原水量を調整して運転を行なう技術が提案される等、方法の改良が進められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−１１０５１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
嫌気性アンモニア酸化を利用した廃水処理において用いられる嫌気性アンモニア酸化細菌は、嫌気性アンモニア酸化細菌による処理の前段に組み合わされる亜硝酸型酸化反応で生じる亜硝酸態窒素や、廃水に含まれるアンモニア態窒素、溶存酸素の影響により、活性が阻害され、安定した廃水処理を維持することができない。特に、廃水処理装置の立上げ運転時において影響を受けると、立上げに要する期間が長期化する問題がある。
したがって、本発明の課題は、含窒素廃水処理において行われる嫌気性アンモニア酸化による処理を、速やかに立上げると共に、安定して持続する手段を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決した本発明は、
嫌気性アンモニア酸化反応により含窒素廃水を処理する廃水処理方法であって、
廃水に含まれるアンモニア態窒素の一部を、好気性アンモニア酸化細菌の存在下、亜硝酸態窒素に酸化する亜硝酸型酸化工程と、
酸化された前記廃水に、廃水中の亜硝酸態窒素濃度又はアンモニア態窒素濃度又は溶存酸素濃度を低下させる希釈水を供給する希釈水供給工程と、
酸化された廃水に含まれるアンモニア態窒素と亜硝酸態窒素とを、嫌気性アンモニア酸化細菌の存在下、窒素ガスに変換する脱窒工程と、
を含むことを特徴とする廃水処理方法である。
【００１０】
また、
嫌気性アンモニア酸化反応により含窒素廃水を処理する廃水処理装置であって、
廃水に含まれるアンモニア態窒素の一部を、好気性アンモニア酸化細菌の存在下、亜硝酸態窒素に酸化する硝化槽と、
硝化槽から流出した前記廃水に、廃水中の亜硝酸態窒素濃度又はアンモニア態窒素濃度又は溶存酸素濃度を低下させる希釈水を供給する希釈水供給手段と、
硝化槽から流出した廃水に含まれるアンモニア態窒素と亜硝酸態窒素とを、嫌気性アンモニア酸化細菌の存在下、窒素ガスに変換する脱窒槽と、
を備えることを特徴とする廃水処理装置である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、含窒素廃水処理において行われる嫌気性アンモニア酸化による処理を、速やかに立上げると共に、安定して持続することができる。
例えば、嫌気性アンモニア酸化処理される廃水に、高濃度の亜硝酸態窒素、高濃度のアンモニア態窒素、又は高濃度の溶存酸素が存在していても、嫌気性アンモニア酸化細菌に対するこれらの影響を低減することができ、廃水処理装置の運転の立上げに要する時間を短縮し、立上げ後の定常運転において、安定した廃水処理を持続することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態に係る廃水処理装置の構成図である。
【図２】実施形態に係る廃水処理装置の第１の変形例の構成図である。
【図３】実施形態に係る廃水処理装置の第２の変形例の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の一実施形態である廃水処理方法は、
嫌気性アンモニア酸化反応により含窒素廃水を処理する廃水処理方法であって、
廃水に含まれるアンモニア態窒素の一部を、好気性アンモニア酸化細菌の存在下、亜硝酸態窒素に酸化する亜硝酸型酸化工程と、
酸化された廃水に、廃水中の亜硝酸態窒素濃度又はアンモニア態窒素濃度又は溶存酸素濃度を低下させる希釈水を供給する希釈水供給工程と、
酸化された廃水に含まれるアンモニア態窒素と亜硝酸態窒素とを、嫌気性アンモニア酸化細菌の存在下、窒素ガスに変換する脱窒工程と、
を少なくとも含む廃水処理方法である。
【００１４】
本実施形態は、窒素成分としてアンモニア態窒素を含有する含窒素廃水に適用され、廃水中の窒素成分を、嫌気性アンモニア酸化反応によって、環境に対して無害の窒素ガスに変換して処理する方法である。
本実施形態では、一般家庭から出る廃水や、事業場から出る廃水のいずれに対しても処理が適用される。処理される廃水としては、具体的には、下水処理において消化された汚泥が固液分離されて生じる水相、アンモニア処理用のスクラバからの排水、ＲＣＡ洗浄廃水等の半導体工場からの排水、金属精錬所からの排水、ゴミ浸出水等が挙げられる。
したがって、この実施形態は、各種事業場の特定の排水ラインの下流に個別に備えられる廃水処理装置や、下水処理場等の大規模な廃水集積施設に備えられる廃水処理装置のいずれにおいても実施される。
【００１５】
以下、本発明の一実施形態である廃水処理方法について、その方法の実施に用いられる廃水処理装置と共に、適宜図面を参照して、より具体的に説明する。
【００１６】
図１は、実施形態に係る廃水処理方法を実施する廃水処理装置１の構成図である。この廃水処理装置１は、図１が示すとおり、硝化槽１０と脱窒槽２０の２槽で構成される廃水処理装置となっている。
アンモニア態窒素を含む廃水は、図１の矢印が示すように、まず硝化槽１０に流入し、硝化槽内で所定時間滞留して好気的条件の下で生物学的処理を受ける。次に、硝化槽１０から流出して、図１の矢印が示す方向で脱窒槽２０に流入し、脱窒槽２０内で所定時間滞留して嫌気的条件の下でさらに嫌気性アンモニア酸化による生物学的処理を受けて窒素成分を処理される。その後、脱窒槽２０から流出して、廃水処理装置１の外部に処理水として排水される。
【００１７】
第１番目の処理槽である硝化槽１０の上流端（図中左端）には、図示しない廃水の供給元から引き込まれる管路が接続されており、供給元から送水された処理されるべき廃水は、この管路内を通流して廃水処理装置１に導入される。
この管路上には、図示しない送水ポンプと廃水流量計が設置されており、供給元から廃水処理装置１に導入される廃水は、廃水流量計の監視の下で、送水ポンプの駆動力によって流量を制御されている。あるいは、供給元から送水される廃水が加圧されている場合は、水門、弁等の開度によって流量を制御されることがある。
廃水の供給元としては、例えば、処理される廃水が貯留された貯留槽や、最初沈殿池等の前処理が行われる処理槽が挙げられる。
廃水処理装置１に導入される廃水は、例えば、ろ別、沈降、凝集といった処理を経て、主要な浮遊物、固形物が取り除かれていることが好ましく、処理を阻害する虞がある硫化物等が取り除かれていることが好ましい。
【００１８】
このような廃水には、高濃度のアンモニア態窒素の他、他の有機成分、無機成分等が過剰に溶存している等、廃水処理に用いる微生物に適さない環境因子が含まれていることがある。
そのため、廃水処理装置の運転を立ち上げる際には、通常、所定の期間に亘って立上げ運転が行われる。立上げ運転で、微生物の馴致を行い、充分な微生物数となるまで増殖させることによって、より優れた窒素成分処理能が得られ、その後の定常運転において、処理する廃水の組成や温度・ｐＨ条件等の変動が生じても安定した処理を持続することができる。
【００１９】
定常運転時においては、この廃水処理装置１に導入される廃水のアンモニア態窒素の濃度としては、特に制限されるものではないが、１０〜２０００ｍｇ−Ｎ／Ｌが好ましく、４０〜１０００ｍｇ−Ｎ／Ｌがより好ましい。
一方で、微生物の馴致が行われていない立上げ運転時においては、アンモニア態窒素の濃度が過度に高いと、廃水処理に用いる微生物の増殖や処理活性が阻害される虞があるため、アンモニア態窒素の濃度がより低い廃水を、廃水処理装置１に導入してもよい。この場合は、例えば、廃水処理装置１に導入される前の廃水に水道水等を混合することによってアンモニア態窒素の濃度の低減が行われる。そして、微生物の馴致の進行と共に、導入される廃水のアンモニア態窒素の濃度は、徐々に高濃度に調節されて定常運転時の濃度とされる。
廃水処理装置１に導入される廃水のアンモニア態窒素の濃度や他の窒素成分の濃度は、供給元から引き込まれる管路上に、アンモニア態窒素計測手段や全窒素計測手段を備えることにより監視することができる。
【００２０】
この廃水処理装置１では、定常運転時に処理される廃水と同様の廃水を導入した状態で、生物学的処理槽に投入された微生物の馴養が行われる。そこで、以下に廃水処理装置１の構成と立上げ運転開始時以降の運転を説明する。
【００２１】
廃水処理装置１の立上げ運転において、廃水処理装置１に導入された廃水は、まず、硝化槽１０に流入する。
硝化槽１０は、廃水に含まれるアンモニア態窒素の一部を、好気性アンモニア酸化細菌の存在下、亜硝酸態窒素に酸化する亜硝酸型酸化工程が行われる処理槽である。
通常、廃水に含まれている窒素成分の大半はアンモニア態窒素であるため、このアンモニア態窒素の一部が亜硝酸態窒素に酸化されることで、式１に示される嫌気性アンモニア酸化反応における基質の比率が実現される。したがって、この工程では、アンモニア態窒素の少なくとも一部を亜硝酸態窒素へ酸化し、亜硝酸態窒素から硝酸態窒素への酸化は行わない亜硝酸型酸化反応が行われる。この亜硝酸型酸化反応は、次の式２で表わされる。
ＮＨ4+ ＋ 3/2Ｏ2 → ＮＯ2- ＋ 2Ｈ+ ＋ Ｈ2Ｏ・・・（式２）
式２が示すとおり、亜硝酸型酸化工程は、好気的条件の下で行われる。
【００２２】
硝化槽１０は、主に、曝気手段と、溶存酸素計測手段８１と、窒素成分計測手段９１と、曝気制御部７０を備えている。
また、水温計測手段や、ｐＨ計測手段等の他の計測手段を備えることができる。
【００２３】
曝気手段は、硝化槽１０における生物学的処理を好気的条件の下で行うように、硝化槽１０内の廃水に酸素ガスを散気する手段である。
曝気手段としては、水中で散気を行う吹き込み式の装置や、水面を機械的に撹拌して空気を混合する装置等のいずれでもよいが、本実施形態においては、図１に示されるとおり、ブロワ６０とディフューザ６１と送気管６２により構成されている。
ブロワ６０は、図示しない酸素源から供給される含酸素ガスを、送気管６２を介してディフューザ６１に送風する。酸素源としては、空気やタンク等に封入された酸素等、酸素ガスを一定濃度含む気体であれば特に制限されるものではない。
ディフューザ６１は、送風された含酸素ガスを硝化槽１０内に散気することによって、廃水中の溶存酸素濃度を高め、硝化槽１０を好気的条件としている。
ディフューザ６１は、図１において複数のディスク形状のもので構成されているが、散気管、散気板等いずれの形状でもよく、散気口は、膜型、空孔型のいずれでもよい。ディフューザ６１の散気口は槽内が散気により撹拌され、均一な溶存酸素濃度が保たれるように、硝化槽１０の底部に高密度且つ分散して配設されることが好ましい。
【００２４】
溶存酸素計測手段８１は、廃水に含まれる溶存酸素の濃度を計測するものである。
溶存酸素計測手段８１は、硝化槽１０の下流端の出口付近に設置されることによって、硝化槽１０における処理で発生し、後段に流出し得る溶存酸素を計測できるように備えられており、図１に破線で示されるとおり、曝気制御部７０と信号線を介して接続されている。
溶存酸素計測手段８１としては、ガルバニ電池式やポーラログラフ式等の隔膜電極式、蛍光式等のいずれでもよい。
【００２５】
曝気制御部７０は、硝化槽１０における曝気量を制御する制御装置である。
曝気制御部７０は、図１に破線で示されるとおり、溶存酸素計測手段８１、窒素成分計測手段９１、及びブロワ６０と信号線を介して接続されている。
曝気制御部７０は、演算部と、信号入出力部、Ａ／Ｄ及びＤ／Ａ変換部、操作部等を備えるように構成される。
演算部は、ＰＩ制御又はＰＩＤ制御を行うための比例制御、積分制御、微分制御を演算する演算回路を有している。また、ここで溶存酸素濃度とブロワ出力の換算が行われている。
信号入出力部は、計測手段の出力信号を受け付ける信号入力手段とブロワの制御信号を出力する信号出力手段を有している。
Ａ／Ｄ及びＤ／Ａ変換部は、入出力信号のデジタル変換、アナログ変換を行う変換回路を有している。
操作部は、溶存酸素濃度の目標値を入力する入力装置を有している。
【００２６】
曝気制御部７０は、溶存酸素計測手段８１が計測した硝化槽１０の溶存酸素濃度を、硝化槽１０の好気的条件における溶存酸素濃度の目標値に制御するフィードバック制御の制御量を演算し、ブロワ６０の出力制御を行っている。ブロワ６０が出力制御されると、硝化槽１０への含酸素ガスの曝気量が加減されて、硝化槽１０内の溶存酸素濃度が目標値範囲内に保持される。
また、例えば、供給元から廃水処理装置１に引き込まれる管路上に溶存酸素計測手段を設け、この溶存酸素計測手段を曝気制御部７０と接続することにより、廃水処理装置１に導入される廃水の溶存酸素濃度に応じたフィードフォワード制御やフィードバック制御を行うことができる。
【００２７】
窒素成分計測手段９１は、廃水に含まれる窒素成分の濃度を計測するものである。
窒素成分計測手段９１は、全窒素計と、アンモニア態窒素計及び亜硝酸態窒素計の少なくとも一方とを備えている。
窒素成分計測手段９１は、硝化槽１０の下流端の出口付近に設置されることによって、硝化槽１０中に存在する全窒素成分の濃度と、亜硝酸型硝化反応で部分消費されたアンモニア態窒素濃度、又は亜硝酸型酸化反応で生成した亜硝酸態窒素の濃度の少なくとも一方を計測できるように備えられている。
全窒素計としては、ペルオキソ二硫酸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が挙げられ、アンモニア態窒素計、亜硝酸態窒素計としては、イオン電極式、吸光光度計測式の計測器が挙げられる。
【００２８】
この窒素成分計測手段９１が計測する、廃水中の全窒素成分濃度（Ｃ０）と、アンモニア態窒素濃度（Ｃ１）又は亜硝酸態窒素濃度（Ｃ２）によって、以下の式３により、硝化槽１０における硝化率（ＲＮ）が算出される。
ＲＮ（％）＝（１−Ｃ１／Ｃ０）×１００＝Ｃ２／Ｃ０×１００・・・（式３）
【００２９】
式１に示されるとおり、嫌気性アンモニア酸化反応では、アンモニア態窒素と亜硝酸態窒素の比率は１：１．３２で反応するため、この硝化率（ＲＮ）の値が、５６〜５７％程度となるように、亜硝酸型酸化反応が制御される必要がある。
亜硝酸型酸化反応を制御する方法としては、硝化槽１０の上流において硝化槽１０に流入する廃水と硝化槽１０をバイパスする廃水とに所定比率で分配し、硝化槽１０においては亜硝酸型酸化反応を完全進行させて、バイパスした廃水と硝化槽１０の下流で比率が達成されるように再混合する方法がある。
また、亜硝酸型酸化反応中のアンモニア態窒素、亜硝酸態窒素の濃度の計測値に基づいて、硝化率が達成されるように、亜硝酸型酸化反応の進行を制御する方法がある。
【００３０】
亜硝酸型酸化反応の進行の制御は、曝気量、炭素源の供給、アンモニア態窒素濃度、担体量、ｐＨ、水温等の調節により行うことができる。
例えば、硝化によりアルカリ度が消費されるため、必要に応じて、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム等のアルカリ性炭素源を供給するが、その量によって調節が可能である。
本実施形態では、硝化槽１０において亜硝酸型酸化反応の進行を制御する方法を採用しており、主に、曝気手段による曝気量を調節することによって硝化率を制御している。
【００３１】
曝気制御部７０は、窒素成分計測手段９１が計測する窒素成分濃度や溶存酸素計測手段８１が計測する溶存酸素濃度から判断される溶存酸素濃度の目標値を入力して運転することができるが、窒素成分計測手段９１と信号線を介して接続されることによって、窒素成分濃度に基づいた制御を行うこともできる。
例えば、窒素成分計測手段９１が計測する全窒素成分濃度とアンモニア態窒素濃度又は亜硝酸態窒素濃度から、式３にしたがって硝化率を算出する算出部を曝気制御部７０に設けることにより、硝化槽１０における硝化率が目標値を達成するようにブロワの出力を制御することができる。
【００３２】
硝化槽１０における運転は次のように行われる。
廃水処理装置１の立上げ運転において、廃水が、硝化槽１０に流入すると、まず曝気手段が駆動される。
曝気手段を構成するブロワ６０の運転が開始されると、図示しない酸素源から供給される含酸素ガス、例えば空気が、送気管６２を介してディフューザ６１に送風され、ディフューザ６１の散気口から、硝化槽１０内に貯留される廃水に散気される。
このとき、溶存酸素計測手段８１によって、硝化槽１０内の廃水の溶存酸素濃度が監視されている。
溶存酸素計測手段８１が出力する計測信号は、曝気制御部７０に入力され、曝気制御部７０は、入力された計測信号を所定のサンプリング周期で標本化する。
硝化槽１０で行われる亜硝酸型酸化反応における好気的条件としては、溶存酸素濃度が１〜５ｍｇ／Ｌ程度必要である。
そこで、曝気制御部は、サンプリングされる溶存酸素濃度に基づいて、フィードバック制御の演算を行う。このときの目標値としては、１〜４ｍｇ／Ｌ程度の範囲内の所定濃度が、操作部を介して又は硝化率の算出部を介して設定される。
溶存酸素濃度制御部が演算した制御量は、ブロワ６０に向けて制御信号として出力され、ブロワ６０が制御信号を受け付けると送風出力が加減されて、硝化槽１０内の廃水の溶存酸素濃度を所定値に保持する量の含酸素ガスの散気が行われる。
【００３３】
このような含酸素ガスの散気による廃水の曝気が、廃水の溶存酸素濃度が１〜５ｍｇ／Ｌ程度の範囲内の所定濃度で安定するまで行われると、続いて、硝化槽１０に、好気性アンモニア酸化細菌が投入される。
【００３４】
好気性アンモニア細菌は、廃水中のアンモニア態窒素を基質として亜硝酸型酸化反応を行い、亜硝酸態窒素に変換する細菌である。
好気性アンモニア細菌は、槽内から流出しないように固定化されて用いられることが好ましく、硝化槽１０に好気性アンモニア酸化細菌を固定化する方法としては、担体に固定化する方法や固定床に固定化する方法が用いられる。
【００３５】
担体としては、特に制限されるものではないが、ポリビニルアルコール、アルギン酸、ポリエチレングリコール、アガロース、アクリルアミド等のゲルや、セルロース、ポリエステル、ポリプロピレン、塩化ビニル、ポリウレタン等のプラスチックが挙げられる。
担体への固定化の方法としては、菌体を担体内部に包括固定化する方法、担体表面に付着固定化する方法のいずれでもよい。
担体の形状は、特に制限されるものではないが、球状、円筒状、立方体状、直方体状に成型された、多孔質ないしスポンジ状のものが好ましい。
担体の大きさは、１〜１０ｍｍであることが好ましく、担体の充填率は、廃水体積に対して５〜５０体積％であることが好ましい。
【００３６】
固定床としては、特に制限されるものではないが、ポリエチレン、ポリエステル、ポリプロピレン、塩化ビニル等のプラスチックや、活性炭ファイバー等が挙げられる。
固定床の形状は、特に制限されるものではないが、平板、波形板、繊維状、菊花状、ハニカム状、礫状等の成型又は非成型のものが用いられる。
固定床の空隙率は、８０％以上が好ましく、固定床の充填率は、槽内に充填する固定床のみかけ容積として、３０〜８０％が好ましく、４０〜８０％がより好ましい。
【００３７】
好気性アンモニア酸化細菌としては、好気的条件の下で、アンモニアを基質として亜硝酸型硝化反応を行う細菌が用いられる。
このような細菌として、ニトロソモナス（Nitrosomonas）属細菌、ニトロソコッカス（Nitrosococcus）属細菌、ニトロソスピラ（Nitrosospira）属細菌、ニトロソビブリオ（Nitrosovibrio）属細菌、ニトロソロブス（Nitrosolobus）属細菌等が挙げられる。
【００３８】
好気性アンモニア酸化細菌は、例えば、土壌、河川、湖沼、海洋、地下水、排水中の汚泥等から単離ないし細菌叢として分離して取得することができる。
また、好気性アンモニア酸化細菌として、従来用いられている硝化細菌群を利用することができ、細菌叢に、亜硝酸を酸化する亜硝酸酸化細菌が含まれている場合は、好気性アンモニア酸化細菌を残し、亜硝酸酸化細菌を選択的に排除する処理を行った後に用いる。
亜硝酸酸化細菌を排除する方法としては、例えば、好気性アンモニア酸化細菌と亜硝酸酸化細菌の間のアンモニア態窒素の存在による挙動の差異、生育温度範囲の差異を利用する方法がある。
具体的には、好気性アンモニア酸化細菌と亜硝酸酸化細菌を含む複合微生物汚泥を包括固定化した後、５０〜９０℃、好ましくは６０〜８０℃で２時間程度加熱処理することにより亜硝酸酸化細菌を選択的に死滅させる処理や、細菌叢を酸又はアルカリに浸漬することにより亜硝酸酸化細菌を選択的に死滅させる処理を用いることができる。酸処理としては、例えば、ｐＨ６以下の酸に１５分間以上浸漬する処理が挙げられ、アルカリ処理としては、例えばｐＨ９以上のアルカリに２０分間以上浸漬する処理が挙げられる。
【００３９】
図１が示すとおり、本実施形態では、このような好気性アンモニア酸化細菌は、硝化槽１０内に立方体形状の包括固定化担体１１０に固定化されて投入されている。
廃水処理装置１の立上げ運転時に、このように好気性アンモニア酸化細菌が硝化槽１０に投入されると、アンモニア態窒素の存在下で、好気性アンモニア酸化細菌の馴養が行われる。
このときの硝化槽１０における廃水のｐＨは、ｐＨ６．０〜８．５程度に調整され、廃水の水温は、１０〜３５℃程度とされる。また、必要に応じて、アルカリや炭素源等が供給される。
【００４０】
この間、窒素成分計測手段９１は、廃水中の全窒素成分濃度（Ｃ０）と、アンモニア態窒素濃度（Ｃ１）又は亜硝酸態窒素濃度（Ｃ２）を計測しており、式３にしたがって算出される硝化率（ＲＮ）が、５６〜５７％で安定するまで立上げ運転が行われる。
硝化率の制御は、具体的には、硝化率の目標値を５６〜５７％の範囲として設定し、硝化率が、設定範囲以下の場合には溶存酸素濃度を５ｍｇ／Ｌ、設定範囲内の場合には溶存酸素濃度を２ｍｇ／Ｌ、設定範囲以上の場合には溶存酸素濃度を１ｍｇ／Ｌに、曝気量を調節する設定で行うことができる。
【００４１】
硝化率（ＲＮ）が、５６〜５７％で安定した後、定常運転として、引き続き同様の条件で運転が継続される。
立上げ運転開始時から定常運転に至るまで、硝化槽１０に流入し、硝化槽１０内で所定時間滞留している廃水は、硝化槽１０の下流端に設置されたスクリーン６４を通過することによって固形物を分離除去された上で、硝化槽１０から流出している。
【００４２】
硝化槽１０から流出した廃水は、次に、脱窒槽２０に流入する。
脱窒槽２０は、廃水に含まれるアンモニア態窒素と、硝化槽１０においてアンモニア態窒素の一部が酸化されて生成した亜硝酸態窒素とを、嫌気性アンモニア酸化細菌の存在下、窒素ガスに変換する脱窒工程が行われる処理槽である。
この工程では、嫌気的条件の下、式１で表わされる嫌気性アンモニア酸化反応が行われる。
【００４３】
脱窒槽２０は、主に、希釈水供給手段（４０，５０）と、撹拌手段６５と、溶存酸素計測手段８２と、窒素成分計測手段９２を備えている。
また、水温計測手段や、ｐＨ計測手段等の他の計測手段を備えることができる。
【００４４】
希釈水供給手段は、廃水中の亜硝酸態窒素濃度又はアンモニア態窒素濃度又は溶存酸素濃度を低下させる希釈水を、廃水に供給するものである。
本実施形態においては、図１に示されるとおり、希釈水調整槽４０と希釈水供給ポンプ５０により構成されているが、必ずしもこのような構成に制限されるものではなく、希釈水供給源と処理槽との間を接続する管路が備えられ、希釈水を廃水に供給可能なものであればよい。
【００４５】
希釈水は、処理される廃水に含まれることがある高濃度の窒素成分や溶存酸素が、廃水処理を行う細菌の活性を阻害するのを緩和するために廃水に供給される。例えば、脱窒槽２０において用いられる嫌気性アンモニア酸化細菌にとって、硝化槽１０から流入する高濃度の亜硝酸やアンモニアや溶存酸素は有害であり、細菌数の増殖や安定した廃水処理を妨げるものである。廃水にこれらの物質の濃度を低下させる希釈水を供給することによって、廃水処理装置の立上げ時に、脱窒槽２０に投入された嫌気性アンモニア細菌が適切に増殖することができ、立上げ後の定常運転時には、安定した廃水処理を持続することができる。
希釈水としては、水道水、工業用水、工業排水等、廃水中の亜硝酸態窒素濃度又はアンモニア態窒素濃度又は溶存酸素濃度を低下させる組成の液体であれば特に制限されるものではないが、亜硝酸態窒素及びアンモニア態窒素を実質的に含まない液体や、溶存している酸素ガスが脱気されている液体が好ましい。
このような希釈水としては、廃水処理槽への影響が小さく容易に入手可能な水道水や工業用水を用いることが好ましい。
【００４６】
希釈水調整槽４０は、図示しない希釈水供給源から供給される希釈水を貯留し、必要に応じて、成分、水温、ｐＨ等を調整する槽ないし容器である。
希釈水供給源としては、例えば水道や工業用水道が挙げられる。
成分の調整としては、窒素成分の除去や溶存酸素の除去等の有害物質の除去や、メタノール等の水素供与体、有機栄養素、無機栄養素等の有用物質の添加が行われることがある。窒素成分の除去や溶存酸素の除去のためには、イオン交換膜や脱気手段等が用いられる。また、希釈水調整槽４０に後記する脱気手段を備えることにより、希釈水を廃水に混合する前に溶存酸素が除去されるように構成することができる。
【００４７】
希釈水供給ポンプ５０は、希釈水を送水するポンプであり、処理槽と希釈水調整槽４０を接続する管路上、又は処理槽と希釈水供給源を直接接続する管路上に備えられる。
希釈水供給ポンプ５０としては、吐出量が制御される定量ポンプを用いることが好ましい。
このような希釈水供給ポンプ５０が駆動されると、調整槽４０に貯留される希釈水が処理槽内に供給され、処理槽の廃水は、希釈水と混合されて希釈される。
【００４８】
撹拌手段６５は、脱窒槽２０内の廃水を撹拌することによって、成分、水温、ｐＨ等を均一化するものである。
撹拌手段６５は、図１において、水上設置型のものが示されているが、槽底や槽壁に設置されるものであってもよい。
廃水が槽内で局所的に滞留すると、亜硝酸による阻害等により処理効率の低下や嫌気性アンモニア酸化細菌が減少する虞があるため、脱窒工程が行われる間は、常時稼働されることが好ましい。
【００４９】
溶存酸素計測手段８２は、廃水に含まれる溶存酸素の濃度を計測するものであり、硝化槽１０に備えられるものと同様のものである。
脱窒槽２０で行われる脱窒工程は嫌気的条件の下で行われる。そのため、溶存酸素計測手段８２によって、脱窒槽２０における溶存酸素濃度が監視される。
【００５０】
窒素成分計測手段９２は、廃水に含まれる窒素成分の濃度を計測するものであり、硝化槽１０に備えられるものと同様のものである。
窒素成分計測手段９２は、脱窒槽２０の下流端の出口付近に設置されることによって、脱窒槽２０中に存在する全窒素成分の濃度と、亜硝酸型硝化反応で部分消費されたアンモニア態窒素濃度、又は亜硝酸型酸化反応で生成した亜硝酸態窒素の濃度の少なくとも一方を計測できるように備えられている。
窒素成分計測手段９２によって、脱窒槽２０で窒素ガスに変換されて処理された窒素成分割合である窒素除去率と、廃水中に未処理のまま残存し処理水として流出し得るアンモニア態窒素又は亜硝酸態窒素の濃度が監視される。
【００５１】
脱窒槽２０における運転は次のように行われる。
廃水処理装置１の立上げ運転として、廃水が、脱窒槽２０に流入すると、まず撹拌手段６５が駆動され、脱窒槽２０内の廃水が槽内で対流を始める。
また、希釈水供給手段を構成する希釈水調整槽４０には、予め希釈水が貯留される。
【００５２】
次に、希釈水供給ポンプ５０が駆動され、脱窒槽２０内の廃水に希釈水の供給が開始される。
希釈水供給ポンプ５０が加圧した希釈水を脱窒槽２０に送水すると、脱窒槽２０内で、廃水と希釈水が、撹拌手段６５の運転によって撹拌され、廃水が希釈される。
【００５３】
本実施形態の廃水処理装置１における定常運転時に処理されるべき廃水中の亜硝酸態窒素の濃度は、容積負荷が０．１〜５．０ｋｇ−Ｎ／ｍ３／日となるような比較的高濃度が予定される。そのため、立上げ運転において硝化槽１０に導入されるアンモニア態窒素の濃度は比較的高く、その後、亜硝酸型酸化されて硝化槽１０から脱窒槽２０に流入していく亜硝酸態窒素の濃度は、未馴養の嫌気性アンモニア酸化細菌には適さない濃度となっている。そこで、脱窒槽２０の立上げにおいては、脱窒槽２０において用いられる嫌気性アンモニア酸化細菌の馴致を終えるまで、脱窒槽２０内の廃水の亜硝酸態窒素の濃度を低濃度に抑える量の希釈水が供給される。例えば、窒素成分計測手段９２による亜硝酸態窒素の計測値が、７０ｍｇ−Ｎ／Ｌ程度で安定するまで希釈水供給ポンプ５０が稼働された後、運転が停止される。
【００５４】
また、このときの脱窒槽２０における溶存酸素濃度及び窒素成分濃度は、希釈水供給手段による調節と共に、硝化槽１０から脱窒槽２０への流入量によっても調節され得る。
溶存酸素計測手段８２が計測する脱窒槽２０内の廃水の溶存酸素濃度及び窒素成分計測手段９２が計測する脱窒槽２０内の廃水の亜硝酸態窒素濃度が高い場合は、硝化槽１０における曝気量を低下させることによって、脱窒槽２０へ流入する溶存酸素と亜硝酸態窒素を低濃度に抑制し、必要に応じて希釈水の供給量を低減させることができる。
【００５５】
このような希釈水供給手段による廃水の希釈に伴って、脱窒槽２０に、嫌気性アンモニア酸化細菌が投入される。嫌気性アンモニア酸化細菌の投入は、必ずしも廃水の希釈が終了した後に限られるものではなく、希釈水の供給を開始する前、希釈水の供給中であってもよい。
【００５６】
嫌気性アンモニア細菌は、硝化槽１０から流出した廃水中のアンモニア態窒素と亜硝酸態窒素を基質として嫌気性アンモニア酸化反応を行い、窒素ガスに変換する細菌である。主に、硝化槽１０で亜硝酸型酸化されることなく残存していたアンモニア態窒素と、硝化槽１０における亜硝酸型酸化反応で生成した亜硝酸態窒素とを基質とした反応を行う。
嫌気性アンモニア細菌は、槽内から流出しないように固定化されて用いられることが好ましく、脱窒槽２０に嫌気性アンモニア酸化細菌を固定化する方法としては、担体に固定化する方法や、固定床に固定化する方法や、細菌が自己造粒して形成するグラニュールを利用する方法が用いられる。
【００５７】
担体としては、特に制限されるものではないが、ポリビニルアルコール、アルギン酸、ポリエチレングリコール、アガロース、アクリルアミド等のゲルや、セルロース、ポリエステル、ポリプロピレン、塩化ビニル、ポリウレタン等のプラスチックが挙げられる。
担体への固定化の方法としては、菌体を担体内部に包括固定化する方法、担体表面に付着固定化する方法のいずれでもよい。
担体の形状は、特に制限されるものではないが、球状、円筒状、立方体状、直方体状に成型された、多孔質ないしスポンジ状のものが好ましい。
担体の大きさは、１〜１０ｍｍであることが好ましく、担体の充填率は、廃水体積に対して５〜５０体積％であることが好ましい。
【００５８】
固定床としては、特に制限されるものではないが、ポリエチレン、ポリエステル、ポリプロピレン、塩化ビニル等のプラスチックや、活性炭ファイバー等が挙げられる。
固定床の形状は、特に制限されるものではないが、平板、波形板、繊維状、菊花状、ハニカム状、礫状等の成型又は非成型のものが用いられる。
固定床の空隙率は、８０％以上が好ましく、固定床の充填率は、槽内に充填する固定床のみかけ容積として、３０〜８０％が好ましく、４０〜８０％がより好ましい。
【００５９】
グラニュールを利用する方法では、沈降するグラニュールを槽内で上昇、循環させるように廃水を対流させることが好ましい。
例えば、硝化槽１０から脱窒槽２０へ流入する廃水の流路を脱窒槽２０の槽底部に接続させることにより、流入する廃水でグラニュールが槽底部から上昇されるような構成とする。
【００６０】
嫌気性アンモニア酸化細菌としては、脱窒反応の水素供与体としてアンモニアを用いる独立栄養性の通性嫌気性細菌である嫌気性アンモニア酸化細菌（ANAMMOX細菌）が用いられる。
このような細菌としては、暫定的分類で、Brocadia属、Scalindua属、Kuenenia属等に属する細菌群であって、細胞膜にラダラン脂質（ladderane lipid）を有する細菌が挙げられる。
嫌気性アンモニア酸化細菌は、例えば、排水処理汚泥等を用いて、温度３７℃付近、ｐＨ６．５〜８．０付近で、嫌気条件の下でアンモニア態窒素と亜硝酸態窒素を基質とした集積培養を行うことにより取得することができる。
【００６１】
図１が示すとおり、本実施形態では、このような嫌気性アンモニア酸化細菌は、立方体形状の包括固定化担体１２０に固定化されて投入されている。
廃水処理装置１の立上げ運転時に、このように嫌気性アンモニア酸化細菌が脱窒槽２０に投入されると、希釈された廃水中で、嫌気性アンモニア酸化細菌の馴養が行われる。
このときの脱窒槽２０における廃水のｐＨは、ｐＨ６．０〜８．５程度に調整され、脱窒槽２０における廃水の水温は、１０〜３５℃程度とされる。また、脱窒により酸性度が消費されるため、必要に応じて、塩酸、硫酸等の酸が供給される。
【００６２】
この間、窒素成分計測手段９２は、窒素成分の濃度の変動を監視しており、嫌気性アンモニア酸化反応の進行が管理されている。例えば、脱窒槽２０中の廃水の亜硝酸態窒素濃度（Ｃ２）が計測されている。
脱窒槽２０中の亜硝酸態窒素濃度が所定の低下を示すことが確認されると、嫌気性アンモニア酸化細菌の馴致を進行させるために、脱窒槽２０中の亜硝酸態窒素濃度は段階的に引き上げられる。
例えば、馴養開始時の希釈された廃水における亜硝酸態窒素濃度が、２５〜５０％程度まで低下することが確認されると、脱窒槽２０中の亜硝酸態窒素濃度を１００ｍｇ−Ｎ／Ｌ〜１０００ｍｇ−Ｎ／Ｌ程度の範囲で引き上げ、嫌気性アンモニア酸化細菌の馴養をより高濃度の段階へ移行する。その後、再び引き上げられた亜硝酸態窒素濃度が、所定濃度低下することが確認されると、脱窒槽２０中の亜硝酸態窒素濃度が再度引き上げられる。
ここでの亜硝酸態窒素濃度の引き上げは、主に、硝化槽１０における亜硝酸型酸化の進行の制御と、希釈水の供給量の制御により行われる。
このような工程が繰り返されることにより、嫌気性アンモニア酸化細菌の馴致が行われ、脱窒槽２０における窒素除去速度が定常運転時に要求される速度まで引き上げられる。
【００６３】
その後、脱窒槽２０では、所定の容積負荷、所定の滞留時間で定常運転が継続される。
また、定常運転時においても、亜硝酸態窒素濃度又はアンモニア態窒素濃度又は溶存酸素濃度が高濃度に変動する兆候が認められる場合は、廃水に希釈水を供給することによって、脱窒槽２０内の亜硝酸態窒素濃度又はアンモニア態窒素濃度又は溶存酸素濃度を低減することができる。例えば、供給する希釈水の量を制御する希釈水供給制御部を希釈水供給手段に接続されるように設置し、希釈水供給制御部に窒素成分計測手段９２の計測値が入力されるような構成とする。そして、希釈水供給制御部において、脱窒槽２０における亜硝酸態窒素濃度又はアンモニア態窒素濃度のフィードバック制御の演算を行い、希釈水供給手段が備える希釈水供給ポンプ５０の出力を制御する。また、希釈水供給制御部に硝化槽１０に備えられる窒素成分計測手段９１の計測値が入力されるような構成とし、脱窒槽２０に設置された希釈水供給制御部と希釈水供給手段によって、硝化槽１０における亜硝酸態窒素濃度又はアンモニア態窒素濃度の変動に基づいたフィードフォワード制御を行う。
【００６４】
脱窒槽２０内で所定時間滞留した廃水は、脱窒槽２０の下流端に設置されたスクリーン６４を通過することによって固形物を分離除去された上で、脱窒槽２０から流出する。脱窒槽２０の下流端（図中右端）には、廃水処理装置１の外部と接続される排水用の管路が形成されており、窒素成分が除去された廃水はこの管路を介して廃水処理装置１の外に処理水として排水される。
【００６５】
このような希釈水供給手段を備えた廃水処理装置１によれば、脱窒槽２０内の亜硝酸態窒素やアンモニア態窒素の濃度を管理することができるため、安定して脱窒処理を持続することができる。
また、嫌気性アンモニア酸化細菌が、廃水中の亜硝酸態窒素やアンモニア態窒素の影響を受け難くなるため、嫌気性アンモニア酸化細菌の馴致に要する時間が短縮され、立上げ運転に要する時間が長期化することを抑制できる。
また、処理槽に投入された嫌気性アンモニア酸化細菌に接触する廃水の亜硝酸態窒素やアンモニア態窒素の濃度を、希釈水供給手段の操作により自在に加減できるため、特別な馴養手段や馴養用廃水を要することなく、定常運転時と同様の装置構成と含窒素廃水を用いて、廃水処理装置の立上げ運転を行うことができる。
【００６６】
［変形例１］
次に、本発明の実施形態の第１の変形例について説明する。
【００６７】
図２は、実施形態に係る廃水処理装置の第１の変形例の構成図である。この廃水処理装置２は、図２が示すとおり、硝化槽１０と脱窒槽２０の間に、さらに脱気槽３０が備えられた３槽で構成される廃水処理装置となっている。
アンモニア態窒素を含む廃水は、図２の矢印が示すように、まず硝化槽１０に流入し、硝化槽内で所定時間滞留して好気的条件の下で生物学的処理を受ける。次に、硝化槽１０から流出して、図２の矢印が示す方向で脱気槽３０に流入し、脱気槽３０内で所定時間滞留して溶存酸素が脱気される。次に、脱窒槽２０に流入し、脱窒槽２０内で所定時間滞留して嫌気的条件の下でさらに嫌気性アンモニア酸化による生物学的処理を受けて窒素成分を処理される。その後、脱窒槽２０から流出して、廃水処理装置２の外部に処理水として排水される。
【００６８】
この廃水処理装置２は、廃水処理システム１においてと同様の構成を有する硝化槽１０と、脱窒槽２０とを備えている。
また、硝化槽１０の上流端（図中左端）には、図示しない廃水の供給元から引き込まれる管路が接続されており、脱窒槽２０の下流端（図中右端）には、廃水処理装置２の外部と接続される排水用の管路が形成されている。
【００６９】
以下に廃水処理装置２の構成と立上げ運転開始時以降の運転を説明する。
【００７０】
廃水処理装置２の立上げ運転が開始されると、廃水処理装置１においてと同様に、供給元から送水されたアンモニア態窒素を含む廃水が、まず、硝化槽１０に流入する。
硝化槽１０では、廃水処理装置１においてと同様に、硝化率が５６〜５７％となるように制御された亜硝酸型酸化工程が行われ、硝化槽１０内で所定時間滞留した廃水は、硝化槽１０から流出していく。
【００７１】
続いて、廃水処理装置２では、硝化槽１０から流出した廃水は、脱気槽３０に流入する。
脱気槽３０は、廃水中の溶存酸素を脱気する脱気工程が行われる処理槽である。
好機的条件下において行われる亜硝酸型硝化工程において廃水に供給された酸素は、無酸素下において行われる嫌気性アンモニア酸化の反応においては、反応を阻害する因子となる。
そのため、この工程では、硝化槽１０における曝気によって高濃度となった溶存酸素が脱気され、嫌気性アンモニア酸化を行う嫌気的条件に適した廃水が脱窒槽２０に導入されるように運転される。
【００７２】
脱気槽３０は、主に、脱気手段と、溶存酸素計測手段８３とを備えている。
また、図示しない脱気制御部や、窒素成分計測手段、水温計測手段、ｐＨ計測手段等の他の計測手段が備えられていてもよい。
【００７３】
脱気手段は、脱気槽３０に流入した廃水に溶存している酸素ガスを脱気する手段である。
脱気手段としては、気体透過膜を気液界面に設ける脱気膜式の装置や、水中で無酸素ガスの散気を行う吹き込み式の装置、酸素を吸着除去する装置、脱酸素剤を添加する装置等のいずれでもよいが、空気中の酸素の再溶解が少ない点で無酸素ガスの散気による装置が好ましい。
脱気手段は、本実施形態においては、図２に示されるとおり、ブロワ６３とディフューザ６１と送気管６２により構成されている。
ブロワ６３は、図示しない無酸素ガス源から供給される無酸素ガスを、送気管６２を介してディフューザ６１に送風する。無酸素ガスとしては、窒素ガス、炭酸ガス、希ガス等の酸素ガスを実質的に含まない気体であって、廃水への溶解性が比較的低い気体であれば特に制限されるものではない。
ディフューザ６１は、送風された無酸素ガスを脱気槽３０内に散気することによって、廃水中の酸素の溶解度を低下させ、酸素ガスの脱気を行う。
ディフューザ６１は、図２において複数のディスク形状のもので構成されているが、散気管、散気板等いずれの形状でもよく、散気口は、膜型、空孔型のいずれでもよい。ディフューザ６１の散気口は、槽内が均一に脱気されるように、脱気槽３０の底部に高密度且つ分散して配設されることが好ましい。
【００７４】
溶存酸素計測手段８３は、廃水に含まれる溶存酸素の濃度を計測するものであり、硝化槽１０に備えられるものと同様のものである。
溶存酸素計測手段８３は、脱気槽３０の下流端の出口付近に設置されることによって、後段に流出し得る溶存酸素を計測できるように備えられている。
【００７５】
脱気槽３０における運転は次のように行われる。
廃水が、脱気槽３０に流入すると、脱気手段を構成するブロワ６３の運転により、図示しない無酸素ガス源から供給される無酸素ガス、例えば炭酸ガスが、送気管６２を介してディフューザ６１に送風され、ディフューザ６１の散気口から、脱気槽３０内に貯留される廃水に散気される。
通常、脱窒槽２０の嫌気的条件における溶存酸素濃度は、２５〜３０℃の水温において、０．５ｍｇ／Ｌ以下、好ましくは０．２ｍｇ／Ｌ以下となるように管理される。
そのため、溶存酸素計測手段８３による溶存酸素濃度の監視の下で、脱気槽３０内の廃水の溶存酸素が、完全に除去される程度に無酸素ガスの散気が行われる。
無酸素ガスの散気は、流入する廃水に対して常時行うことができる他、廃水中の溶存酸素濃度の計測値の変動に応じて間欠的に行う、あるいは散気量を調整して行うことができる。
例えば、ブロワ６３と溶存酸素計測手段８３とに信号線を介して接続される図示しない脱気制御部を設けることにより、計測される溶存酸素濃度に基づいて、散気量を制御することができる。
脱気制御部は、演算部と、信号入出力部、Ａ／Ｄ及びＤ／Ａ変換部、操作部等を備えるように構成し、溶存酸素計測手段８３が計測した脱気槽３０の溶存酸素濃度を、脱窒槽２０の嫌気的条件における溶存酸素濃度の目標値に制御するフィードバック制御の制御量を演算し、ブロワ６３の出力制御を行うようにする。ブロワ６３が出力制御されると、脱窒槽３０への無酸素ガスの散気量が加減されて、脱気槽３０内の溶存酸素濃度が目標値範囲内に保持される。
但し、立上げ時においては、嫌気性アンモニア細菌の馴養が進むまで、所定量以上の脱気を行うことが好ましい。脱窒工程において嫌気性アンモニア酸化が進行すると、窒素ガスの濃度が上昇して、廃水中の溶存酸素による影響は緩和されるため、立上げ時に極大となる可変の脱気量に制御してもよい。
【００７６】
脱気槽３０内で所定時間滞留し、溶存酸素が脱気された廃水は、次に、脱気槽３０から流出して脱窒槽２０に流入する。
脱窒槽２０では、廃水処理装置１においてと同様に、嫌気性アンモニア酸化による脱窒工程が行われる。
まず、希釈水供給手段の稼働により段階的に調整される亜硝酸態窒素濃度の下で嫌気性アンモニア酸化細菌の馴養が行われ、その後、引き上げられた亜硝酸態窒素濃度の廃水に対する窒素除去が定常運転として行われる。
脱窒槽２０内で所定時間滞留した廃水は、脱窒槽２０から流出し、廃水処理装置２の外部と接続される排水用の管路を介して廃水処理装置２の外に処理水として排水される。
【００７７】
このような脱気槽３０を備えた廃水処理装置２によれば、亜硝酸型酸化工程で高濃度となった廃水中の溶存酸素を、嫌気性アンモニア酸化反応に供する前に、確実に除去することができるため、安定して脱窒処理を持続することができる。
また、嫌気性アンモニア酸化細菌が、廃水中の溶存酸素の影響を受け難くなるため、嫌気性アンモニア酸化細菌の馴致に要する時間が短縮され、立上げ運転に要する時間が長期化することを抑制できる。
また、高濃度の含窒素廃水の処理を行う時等、曝気量を増加させた処理において、安定した脱窒処理を持続することができる。
【００７８】
［変形例２］
次に、本発明の実施形態の第２の変形例について説明する。
【００７９】
図３は、実施形態に係る廃水処理装置の第２の変形例の構成図である。この廃水処理装置３は、図３が示すとおり、廃水処理装置２と同様に、硝化槽１０と脱窒槽２０の間に、さらに脱気槽３０が備えられた３槽で構成される廃水処理装置となっている。
この廃水処理装置３が、廃水処理装置２と異なる点は、希釈水供給手段が、脱気槽３０に接続されている点である。
アンモニア態窒素を含む廃水は、図３の矢印が示すように、まず硝化槽１０に流入し、硝化槽内で所定時間滞留して好気的条件の下で生物学的処理を受ける。次に、硝化槽１０から流出して、図３の矢印が示す方向で脱気槽３０に流入し、脱気槽３０内で所定時間滞留して溶存酸素が脱気される。次に、脱窒槽２０に流入し、脱窒槽２０内で所定時間滞留して嫌気的条件の下でさらに嫌気性アンモニア酸化による生物学的処理を受けて窒素成分を処理される。その後、脱窒槽２０から流出して、廃水処理装置２の外部に処理水として排水される。
【００８０】
廃水処理装置３は、廃水処理システム２においてと同様の構成を有する硝化槽１０と、脱窒槽２０と、脱気槽３０とを備えている。
但し、廃水処理システム２において、脱窒槽２０が備えていた希釈水供給手段は、廃水処理装置３では、脱気槽３０に備えられている。また、脱気槽３０には、窒素成分計測手段９３が備えられる。
また、硝化槽１０の上流端（図中左端）には、図示しない廃水の供給元から引き込まれる管路が接続されており、脱窒槽２０の下流端（図中右端）には、廃水処理装置３の外部と接続される排水用の管路が形成されている。
【００８１】
以下に廃水処理装置３の構成と立上げ運転開始時以降の運転を説明する。
【００８２】
廃水処理装置３の立上げ運転が開始されると、廃水処理装置２においてと同様に、供給元から送水されたアンモニア態窒素を含む廃水が、まず、硝化槽１０に流入する。
硝化槽１０では、廃水処理装置２においてと同様に、硝化率が５６〜５７％となるように制御された亜硝酸型酸化工程が行われ、硝化槽１０内で所定時間滞留した廃水は、硝化槽１０から流出していく。
【００８３】
次に、硝化槽１０から流出した廃水は、脱気槽３０に流入する。
このとき、脱気槽３０に接続されている希釈水供給手段を構成する希釈水調整槽４０には、予め希釈水が貯留されている。
【００８４】
脱気槽３０では、廃水処理装置２においてと同様に、廃水中の溶存酸素を脱気する脱気工程が行われる。また、溶存酸素の脱気と略同時期に希釈水供給工程が開始される。
【００８５】
脱気は、脱窒槽２０に流入する嫌気的条件における溶存酸素濃度が、２５〜３０℃の水温において、０．５ｍｇ／Ｌ以下、好ましくは０．２ｍｇ／Ｌ以下となるように、溶存酸素計測手段８３の監視の下で脱気が行われる。
【００８６】
また、脱気槽３０における希釈水の供給は、廃水処理装置２においてと同様に行われる。
廃水処理装置３における定常運転時に硝化槽１０から脱窒槽２０に流入する廃水中の亜硝酸態窒素の濃度は、廃水処理装置１においてと同様に、容積負荷が０．１〜５．０ｋｇ−Ｎ／ｍ３／日となるような比較的高濃度が予定される。そのため、立上げ運転において硝化槽１０に導入されるアンモニア態窒素の濃度は比較的高く、その後、亜硝酸型酸化されて硝化槽１０から脱気槽３０を経て脱窒槽２０に流入していく亜硝酸態窒素の濃度は、未馴養の嫌気性アンモニア酸化細菌には適さない濃度となっている。そこで、脱窒槽２０において用いられる嫌気性アンモニア酸化細菌の馴致を終えるまで、脱窒槽２０に流入する廃水の亜硝酸態窒素の濃度を低濃度に抑える量の希釈水が、脱気槽３０において供給される。例えば、窒素成分計測手段９３による亜硝酸態窒素の計測値が、７０ｍｇ−Ｎ／Ｌ程度で安定するまで希釈水供給ポンプ５０が運転された後、運転が停止される。
【００８７】
希釈水供給ポンプ５０が加圧した希釈水を脱気槽３０に送水すると、脱気槽３０内で、廃水と希釈水が撹拌される。撹拌は、通常、脱気手段による散気によって行われる。
脱気槽３０内で所定時間滞留し、希釈されると共に溶存酸素が脱気された廃水は、脱気槽３０から流出して脱窒槽２０に流入する。
【００８８】
脱窒槽２０では、廃水処理装置２においてと同様に、嫌気性アンモニア酸化による脱窒工程が行われる。
まず、脱気槽３０において希釈された廃水中で、嫌気性アンモニア酸化細菌の馴養が行われる。
脱窒槽２０中の亜硝酸態窒素濃度が所定の低下を示すことが確認されると、嫌気性アンモニア酸化細菌の馴致を進行させるために、脱窒槽２０に流入する亜硝酸態窒素濃度は段階的に引き上げられる。
例えば、馴養開始時の希釈された廃水における亜硝酸態窒素濃度が、２５〜５０％程度まで低下することが確認されると、脱窒槽２０中の亜硝酸態窒素濃度を１００ｍｇ−Ｎ／Ｌ〜１０００ｍｇ−Ｎ／Ｌ程度の範囲で引き上げ、嫌気性アンモニア酸化細菌の馴養をより高濃度の段階へ移行する。その後、再び引き上げられた亜硝酸態窒素濃度が、所定濃度低下することが確認されると、脱窒槽２０中の亜硝酸態窒素濃度が再度引き上げられる。
ここでの亜硝酸態窒素濃度の引き上げは、主に、脱気槽３０における希釈水の供給量の制御と、硝化槽１０における亜硝酸型酸化の進行の制御により行われる。
このような工程が繰り返されることにより、脱窒槽２０における窒素除去速度が定常運転時に要求される速度まで引き上げられる。
【００８９】
その後、脱窒槽２０では、所定の容積負荷、所定の滞留時間で定常運転が継続される。
また、定常運転時においても、亜硝酸態窒素濃度又はアンモニア態窒素濃度又は溶存酸素濃度が高濃度に変動する兆候が認められる場合は、脱気槽３０において廃水に希釈水を供給することによって、脱窒槽２０内の亜硝酸態窒素濃度又はアンモニア態窒素濃度又は溶存酸素濃度を低減することができる。例えば、脱気槽３０において、供給する希釈水の量を制御する希釈水供給制御部を希釈水供給手段に接続されるように設置し、希釈水供給制御部に窒素成分計測手段９３の計測値が入力されるような構成とする。そして、希釈水供給制御部において、脱気槽３０における亜硝酸態窒素濃度又はアンモニア態窒素濃度のフィードバック制御の演算を行い、希釈水供給手段が備える希釈水供給ポンプ５０の出力を制御する。また、希釈水供給制御部に硝化槽１０に備えられる窒素成分計測手段９１の計測値が入力されるような構成とし、脱気槽３０に設置された希釈水供給制御部と希釈水供給手段によって、硝化槽１０における亜硝酸態窒素濃度又はアンモニア態窒素濃度の変動に基づいたフィードフォワード制御を行う。
【００９０】
脱窒槽２０内で所定時間滞留した廃水は、脱窒槽２０から流出し、廃水処理装置３の外部と接続される排水用の管路を介して廃水処理装置３の外に排水される。
【００９１】
このような脱気槽３０を備えた廃水処理装置３によれば、亜硝酸型酸化工程で高濃度となった廃水中の溶存酸素を、嫌気性アンモニア酸化反応に供する前に、確実に除去することができるため、安定して脱窒処理を持続することができる。
また、嫌気性アンモニア酸化細菌が、廃水中の溶存酸素の影響を受け難くなるため、嫌気性アンモニア酸化細菌の馴致に要する時間が短縮され、立上げ運転に要する時間が長期化することを抑制できる。
また、高濃度の含窒素廃水の処理を行う時等、曝気量を増加させた処理において、安定した脱窒処理を持続することができる。
また、脱気槽３０に希釈水供給手段が接続されていることにより、脱気槽３０において希釈水を脱気することができ、脱窒槽２０に流入する希釈された廃水の溶存酸素をより低濃度にすることができる。
【実施例】
【００９２】
次に、本発明の実施例を示して具体的に説明する。
【００９３】
［実施例１］
実施例１として、実施形態に係る廃水処理装置１を用いて、立上げ運転時を想定した含窒素廃水の廃水処理試験を行った。
処理する原水としては、アンモニア態窒素を含有する廃水を模した合成廃水を用いた。
この合成廃水のアンモニア態窒素濃度は、１５０ｍｇ−Ｎ／Ｌから１０００ｍｇ−Ｎ／Ｌまで段階的に上昇させた。
【００９４】
（亜硝酸型酸化工程）
はじめに亜硝酸型酸化工程として、好気性アンモニア酸化細菌の存在下、原水中のアンモニア態窒素の略半量を亜硝酸態窒素に酸化した。
好気性アンモニア酸化細菌としては、好気性アンモニア酸化細菌を含む汚泥を包括固定化担体とし、硝化槽に体積比で２０％となるように投入した。
また、硝化槽の水温は３０℃とし、ｐＨは炭酸水素ナトリウム水溶液を用いてｐＨ７．６に調整し、無機栄養素として、Ｍｇ、Ｋ、Ｎａ、リン酸塩を添加した。
硝化槽の容積負荷は、１．０〜３．０ｋｇ−Ｎ／ｍ３／日で運転した。
また、硝化槽における硝化率は、全窒素計及びアンモニウムイオン電極を設置して全窒素（Ｃ０）とアンモニア態窒素濃度（Ｃ１）を測定し、式３にしたがって算出した。
この実施例では、亜硝酸型酸化工程の硝化率の目標値は５６〜５７％とし、曝気量の制御によって溶存酸素濃度を加減して、硝化率を調節した。具体的には、測定される硝化率が目標値範囲を下回る場合は、溶存酸素濃度が５ｍｇ／Ｌとなるように制御し、目標値範囲内である場合は、溶存酸素濃度が２ｍｇ／Ｌとなるように制御し、目標値範囲を上回る場合は、溶存酸素濃度が１ｍｇ／Ｌとなるように制御した。
【００９５】
（脱窒工程）
次に、脱窒工程として、嫌気性アンモニア酸化細菌の存在下、原水中のアンモニア態窒素と亜硝酸態窒素を嫌気性アンモニア酸化により窒素ガスに変換した。
嫌気性アンモニア酸化細菌としては、嫌気性アンモニア酸化細菌を含む汚泥を微量用いて包括固定化担体とし、脱窒槽に体積比で２０％となるように投入した。
また、脱窒槽の水温は３０℃とし、ｐＨは炭酸水素ナトリウム水溶液を用いてｐＨ７．６に調整した。
脱窒槽の容積負荷は、０．１〜５．０ｋｇ−Ｎ／ｍ３／日で運転した。
【００９６】
この脱窒される原水に、希釈水を供給することによって、亜硝酸態窒素濃度が、７０ｍｇ−Ｎ／Ｌ程度となるように希釈した。
希釈水としては、溶存酸素濃度が７ｍｇ／Ｌ程度である工業排水を用いた。
脱窒槽内で嫌気性アンモニア酸化が進行し、亜硝酸濃度が２０ｍｇ−Ｎ／Ｌまで低下したら、希釈後の亜硝酸態窒素濃度が、２００ｍｇ−Ｎ／Ｌ，４００ｍｇ−Ｎ／Ｌというように２００ｍｇ−Ｎ／Ｌ程度の間隔で徐々に上昇するように、合成廃水のアンモニア態窒素濃度を増加させた。
【００９７】
（結果）
その結果、立上げ運転開始から１２０日後における、窒素成分除去速度が、１．０ｋｇ−Ｎ／ｍ３／日となった。
【００９８】
［実施例２］
実施例２として、第１の変形例に係る廃水処理装置２を用いて、立上げ運転時を想定した含窒素廃水の廃水処理試験を行った。
処理する原水としては、アンモニア態窒素を含有する廃水を模した合成廃水を用いた。
合成廃水のアンモニア態窒素濃度は、１５０ｍｇ−Ｎ／Ｌから１０００ｍｇ−Ｎ／Ｌまで段階的に上昇させた。
【００９９】
（亜硝酸型酸化工程）
はじめに亜硝酸型酸化工程を、実施例１においてと同様の方法で行った。
【０１００】
（脱気工程）
次に脱気工程として、亜硝酸型酸化工程を経た原水中の酸素を脱気して除去した。
脱気は、脱気槽の底部に備えられたメンブレンディフューザによって、原水中に炭酸ガスを散気することにより行った。
脱気槽における水温は３０℃とし、滞留時間は３０分とし、脱気工程後の原水における溶存酸素濃度が０．５ｍｇ／Ｌ以下となるように脱気を行った。
【０１０１】
（脱窒工程）
続いて脱窒工程を、実施例１においてと同様の方法で行った。
【０１０２】
（結果）
その結果、脱気槽を経由させることにより、脱窒槽に流入する原水の溶存酸素濃度は、０．５ｍｇ／Ｌ程度まで低減されていることが確認された。
そして、立上げ運転開始から９２日後には、窒素成分除去速度が、４．０ｋｇ−Ｎ／ｍ３／日に到達し、比較的溶存酸素濃度が高い希釈水を脱気することなく供給した実施例１における結果と比較すると、より短期間で、高速度の窒素除去が達成されることが認められた。この結果は、嫌気性アンモニア酸化細菌が、立上げ運転時において溶存酸素の影響を受け易いことを示しており、脱窒槽に流入させる原水の溶存酸素の除去が有効であることを示唆している。
【０１０３】
［参考例１］
参考例１として、希釈水の供給を行うことなく、実施形態に係る廃水処理装置１を用いて、定常運転時を想定した含窒素廃水の廃水処理試験を行った。
処理する原水としては、アンモニア態窒素を含有する廃水を模した合成廃水を用いた。
合成廃水のアンモニア態窒素濃度は、１０００ｍｇ−Ｎ／Ｌとした。
【０１０４】
（亜硝酸型酸化工程）
はじめに亜硝酸型酸化工程を、実施例１においてと同様の方法で行った。但し好気性アンモニア酸化細菌を含む包括固定化担体は、予め別の槽において馴養を行った後に用いた。
【０１０５】
（脱窒工程）
次に脱窒工程を、実施例１においてと同様の方法で行った。但し嫌気性アンモニア酸化細菌を含む包括固定化担体は、予め別の槽において馴養を行った後に用いた。
【０１０６】
（結果）
この試験では、硝化槽及び脱窒槽には、予め別の槽において馴養を行った担体を投入したため、亜硝酸型酸化反応と嫌気性アンモニア酸化反応の活性は、各担体の投入後に直ちに得られた。そのため、硝化槽における溶存酸素濃度を、２〜５ｍｇ／Ｌの範囲となるように曝気手段を用いて制御して運転した。
これに対し、硝化槽における溶存酸素濃度の測定値は、１〜６ｍｇ／Ｌの範囲で変動することが計測され、硝化槽の溶存酸素濃度は、制御目標値を超えて比較的高い数値を示す場合があることが認められた。
この条件で運転を行った結果、脱窒工程後の窒素除去率は７０〜８４％となり、予定していた窒素除去率と比較すると、比較的低い数値となった。
この結果は、硝化槽の溶存酸素が脱窒槽に流入して、局所的に嫌気性アンモニア酸化細菌の活性が溶存酸素によって阻害されたことが原因であると考えられた。
【０１０７】
［参考例２］
参考例２として、希釈水の供給を行うことなく、第１の変形例に係る廃水処理装置２を用いて、定常運転時を想定した含窒素廃水の廃水処理試験を行った。
処理する原水としては、アンモニア態窒素を含有する廃水を模した合成廃水を用いた。
合成廃水のアンモニア態窒素濃度は、１０００ｍｇ−Ｎ／Ｌとした。
【０１０８】
（亜硝酸型酸化工程）
はじめに亜硝酸型酸化工程を、実施例１においてと同様の方法で行った。但し好気性アンモニア酸化細菌を含む包括固定化担体は、予め別の槽において馴養を行った後に用いた。
【０１０９】
（脱気工程）
次に脱気工程を、実施例２においてと同様の方法で行った。
【０１１０】
（脱窒工程）
続いて脱窒工程を、実施例１においてと同様の方法で行った。但し嫌気性アンモニア酸化細菌を含む包括固定化担体は、予め別の槽において馴養を行った後に用いた。
【０１１１】
（結果）
この試験では、参考例２と同様に、硝化槽及び脱窒槽には、予め別の槽において馴養を行った担体を投入したため、硝化槽における溶存酸素濃度を、２〜５ｍｇ／Ｌの範囲となるように曝気手段を用いて制御して運転した。
この条件で運転を行った結果、脱気槽を経由させることにより、脱窒工程後の窒素除去率は８０〜８６％の範囲で安定した運転が可能であった。
この結果は、硝化槽における原水中の溶存酸素濃度が、高濃度側に変動することがあっても、脱気工程を経ることによって、脱窒槽に流入する原水中の溶存酸素濃度が低下し、嫌気性アンモニア酸化細菌の活性の阻害が低減されたためであると考えられた。
【符号の説明】
【０１１２】
１      廃水処理システム
２      廃水処理システム
３      廃水処理システム
１０    硝化槽
２０    脱窒槽
３０    脱気槽
４０    希釈水調整槽
５０    希釈水供給ポンプ
６０    ブロワ
６１    ディフューザ
６２    送気管
６３    ブロワ
６４    スクリーン
６５    撹拌手段
７０    曝気制御部
８１，８２，８３  溶存酸素計測手段
９１，９２，９３  窒素成分計測手段
１１０  好気性アンモニア酸化細菌包括固定化担体
１２０  嫌気性アンモニア酸化細菌包括固定化担体
【図１】
2014097478.tif 000002
【図２】
2014097478.tif 000003
【図３】
2014097478.tif 000004