(57)【要約】【課題】処理コストを低廉に維持しつつ、高い窒素除去率を実現する水処理装置および水処理方法を提供する。【解決手段】実施形態の水処理装置は、有機物とアンモニア性窒素とを含んだ被処理水中の前記有機物の一部を分解する嫌気性処理槽と、前記有機物の残部を含む前記嫌気性処理槽で処理された嫌気性処理水中の、前記有機物の残部を分解すると共に前記アンモニア性窒素を硝酸態窒素にする好気性処理槽と、前記嫌気性処理槽から発生した硫化水素と、前記好気性処理槽で処理された好気性処理水と、硫黄脱窒菌と、を接触させて、前記硫化水素を還元剤として前記硝酸態窒素の一部を脱窒する硫黄脱窒処理槽と、前記硫黄脱窒処理槽で処理された硫黄脱窒処理水と前記嫌気性処理槽で処理された嫌気性処理水と従属栄養脱窒菌とを接触させて、前記嫌気性処理水中の前記有機物の残部を還元剤として、前記硝酸態窒素の残部を脱窒する従属栄養脱窒処理槽と、を備える。【選択図】図４
2014200747.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機物とアンモニア性窒素とを含んだ被処理水中の前記有機物の一部を分解する嫌気性処理槽と、
前記有機物の残部を含む前記嫌気性処理槽で処理された嫌気性処理水中の、前記有機物の残部を分解すると共に前記アンモニア性窒素を硝酸態窒素にする好気性処理槽と、
前記嫌気性処理槽から発生した硫化水素と、前記好気性処理槽で処理された好気性処理水と、硫黄脱窒菌と、を接触させて、前記硫化水素を還元剤として前記硝酸態窒素の一部を脱窒する硫黄脱窒処理槽と、
前記硫黄脱窒処理槽で処理された硫黄脱窒処理水と前記嫌気性処理槽で処理された嫌気性処理水と従属栄養脱窒菌とを接触させて、前記嫌気性処理水中の前記有機物の残部を還元剤として、前記硝酸態窒素の残部を脱窒する従属栄養脱窒処理槽と、
を備える水処理装置。
【請求項２】
前記嫌気性処理槽で発生したバイオガスおよび前記硫化水素を前記硫黄脱窒処理槽内に供給する散気管と、
前記硫黄脱窒処理槽内で脱硫処理された前記バイオガスを回収するガス管と、
を備える請求項１に記載の水処理装置。
【請求項３】
前記散気管のノズル部は、前記硫黄脱窒処理槽内に貯留された前記好気性処理水の液面よりも下側に設けられる請求項２に記載の水処理装置。
【請求項４】
前記好気性処理槽から延びるとともに前記好気性処理槽で処理された好気性処理水が排出される排出管と、
前記嫌気性処理槽から前記従属栄養脱窒処理槽に所定の流量で前記嫌気性処理水を送るとともに、前記従属栄養脱窒処理槽で処理された従属栄養脱窒処理水を、前記所定の流量と同じ流量で前記従属栄養脱窒処理槽から前記好気性処理槽に送り、前記排出管を介して前記好気性処理槽から排出する送水部と、
を備える請求項３に記載の水処理装置。
【請求項５】
前記硫黄脱窒処理槽において、前記硫化水素中の硫黄を含む総硫黄量と前記硝酸態窒素量の比（Ｓ／Ｎ比）が０．５以下である請求項４に記載の水処理装置。
【請求項６】
有機物とアンモニア性窒素とを含んだ被処理水中の前記有機物の一部を分解する嫌気性処理と、
前記有機物の残部を含む前記嫌気性処理で処理された嫌気性処理水中の、前記有機物の残部を分解すると共に前記アンモニア性窒素を硝酸態窒素にする好気性処理と、
前記嫌気性処理で発生した硫化水素と、前記好気性処理で処理された好気性処理水と、硫黄脱窒菌と、を接触させて、前記硫化水素を還元剤として前記硝酸態窒素の一部を脱窒する硫黄脱窒処理と、
前記硫黄脱窒処理で処理された硫黄脱窒処理水と前記嫌気性処理で処理された嫌気性処理水と従属栄養脱窒菌とを接触させて、前記嫌気性処理水中の前記有機物の残部を還元剤として、前記硝酸態窒素の残部を脱窒する従属栄養脱窒処理と、
を備える水処理方法。
【請求項７】
前記嫌気性処理で発生したバイオガスおよび前記硫化水素を前記硫黄脱窒処理に供給し、前記硫黄脱窒処理で脱硫処理された前記バイオガスを回収する処理を備えた請求項６に記載の水処理方法。
【請求項８】
前記硫黄脱窒処理において、前記硫化水素中の硫黄を含む総硫黄量と前記硝酸態窒素量の比（Ｓ／Ｎ比）が０．５以下である請求項７に記載の水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、例えば下水や工場排水などから窒素を除去可能な水処理装置および水処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
下水や工場排水などの有機物を含む排水の処理では、生物学的処理が多く用いられている。生物学的処理法は、嫌気性微生物を使用した嫌気性処理法と、好気性微生物による好気性処理法に分類することが出来る。嫌気性処理法は、酸素の供給が必要ないため動力費が少ないこと、汚泥の発生量が少ない、可燃性ガスであるメタンガスを主成分としたバイオガスを回収できると言ったメリットがあるが、好気性処理と比較して有機物の除去性能が悪く、そのままでは河川等に放流することは困難となっている。また被処理水に硫酸などの硫黄成分が入っている場合には、嫌気性微生物のひとつである硫酸還元菌の作用により硫化水素が生成し、その硫化水素はバイオガス中に混入するため、バイオガスの有効利用を行う際には、何らかの脱硫処理を行う必要がある。
【０００３】
一方、好気性処理法は、河川放流可能な処理水質を得ることが出来るメリットがあるが、好気性微生物により処理を行うため、酸素の供給が必要となり、そのための動力が必要であること、また嫌気性微生物に比較して汚泥の発生量が多いと言ったデメリットを有している。
【０００４】
そのため、上流側で嫌気性処理を行い、下流側で好気性処理を行う水処理プロセスが、処理水質、動力費、汚泥発生量のバランスに優れた方法として、有機物除去を目的とした工場排水処理において実用化されている。
【０００５】
また、単純な嫌気性処理槽と好気性処理槽の組み合わせでは、富栄養化対策として除去することが求められている窒素の除去が行えないことから、後段の好気性処理法を窒素除去が可能な循環式硝化脱窒法などを用いた方式も採用されてきている。
【０００６】
循環式硝化脱窒法を用いた方法では、被処理水は嫌気性処理槽により有機物の除去が行われた後、脱窒槽、好気槽の順に導かれる。被処理水中の窒素成分は、好気槽にて硝酸態、あるいは亜硝酸態窒素に酸化され、硝化液循環ポンプにて脱窒槽に導かれ、脱窒菌の作用により窒素ガスに還元され、系外に排出される。循環式硝化脱窒法では、従属栄養的脱窒菌の作用により、有機物を還元剤として脱窒反応が進行する。酢酸を有機物とした従属栄養的脱窒の反応式を式（１）に示す。
【０００７】
５ＣＨ３ＣＯＯ−＋８ＮＯ３−＋８Ｈ＋
→  ５ＣＯ２＋５ＨＣＯ３−＋４Ｎ２＋４Ｈ２Ｏ  …  式（１）
式（１）から、硝酸態窒素を還元するためには有機物が必要で、完全脱窒にはＢＯＤ／Ｎ比が２．８以上となるように調整する必要がある。被処理水の水質および嫌気性処理槽のＢＯＤ除去性能によっては上記ＢＯＤ／Ｎ比を満足することが出来なくなるため、被処理水の一部を嫌気性処理槽をバイパスさせることにより、脱窒槽のＢＯＤ／Ｎ比を調整する。
【０００８】
循環式硝化脱窒法では、被処理水の水質によっては嫌気性処理槽のバイパス量が増加するため、嫌気性処理のメリットが十分に発揮できず、運転コストの増大の原因となっている。
【０００９】
上記課題を解決する方法の一つとして、硫黄を硝酸態窒素の還元剤として使用する硫黄脱窒を用いた窒素除去方法が提案されている（特許文献１〜５）。硫化物を還元剤とした硫黄脱窒の反応式を式（２）に示す。
【００１０】
５ＨＳ−＋８ＮＯ３−＋３Ｈ＋  →  ５ＳＯ４２−＋４Ｎ２＋４Ｈ２Ｏ      …式（２）
硫黄脱窒は、硫化物、単体硫黄、チオ硫酸、等が硫酸まで酸化されると同時に硝酸が窒素まで還元される反応であり、特許文献１および３〜５ではバイオガス中の硫化水素、特許文献２では硫黄成分を主体とする硫黄処理剤が使用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０００−１８９９９５号公報
【特許文献２】特開２００８−４９２５１号公報
【特許文献３】特開２０１０−４２３２７号公報
【特許文献４】特開２０１１−１８９２８６号公報
【特許文献５】特開２０１２−６６１８６号公報
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】池本、山下、金子：環境工学研究論文集，第４４巻  （２００７）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
発明者らは、従属栄養脱窒と硫黄脱窒が共存する脱窒プロセスについて図１の装置を使用して図２の２つの条件にて連続試験を行った。条件１では流入水の硝酸態窒素濃度が６．２５ｍｇ／Ｌとなるように好気性処理水を硝酸カリウムで調整した。また、流入水のＳ／Ｎ比が０．４となるように嫌気性処理水を硫化ナトリウムで調整した。条件２では条件１に加えて、流入水のＢＯＤ／Ｎ比が２となるように嫌気性処理水を酢酸で調製した。
【００１４】
すなわち、条件１では、硫黄脱窒で流入水の硝酸態窒素が最大４０％除去可能なＳ／Ｎ比とした。条件２では、さらに従属栄養脱窒で流入水の硝酸態窒素が最大約７５％除去可能なＢＯＤ／Ｎ比とし、合わせて１００％除去可能とした。
【００１５】
そして、いずれも嫌気性処理水と好気性処理水の滞留時間を４時間とする処理量で約５ヶ月の連続運転を行い、硝酸態窒素除去率と運転終了時の脱窒槽の微生物量および脱窒槽内で単体硫黄として析出、付着して、蓄積した硫黄量について調査した。
【００１６】
その結果、図３に示すように、条件１ではおおよそＳ／Ｎ比に見合った硝酸態窒素除去率が得られたものの、条件２ではＳ／Ｎ比とＢＯＤ／Ｎ比の合計（最大１１５％）よりも低い硝酸態窒素除去率となった。運転終了時の脱窒槽内の硫黄蓄積量は、条件１に対して条件２が多いことから、条件２では供給した硫化物が硫酸まで酸化されずに単体硫黄の形態で蓄積されており、硫化物の硝酸態窒素還元剤としての利用率が条件１よりも低く、硫黄脱窒による硝酸態窒素除去率への寄与分が低いことが示唆された。
【００１７】
さらに条件２の脱窒槽内では単体硫黄が担体表面に固着しており、担体充填層の閉塞要因となることが懸念された。また、担体から剥離した単体硫黄が固形物として脱窒槽内に沈殿堆積し、脱窒槽の閉塞要因となることが懸念された。閉塞防止のため、この単体硫黄を主成分とする固形物を取り出すと、それは固形廃棄物となり、その処分費によって処理コストが増加することが懸念された。
【００１８】
本発明は、上記課題に対して考案されたものであり、脱窒処理槽における単体硫黄の蓄積を抑制し、硫黄脱窒処理槽の閉塞や廃棄固形物の増加を防止することを目的とする。
【００１９】
上記の非特許文献１によれば、硫黄脱窒においてＳ／Ｎ比が１．０以上では、硫黄粒が脱窒槽内に蓄積され、Ｓ／Ｎ比が０．５以下になると蓄積された硫黄粒が脱窒に利用されることが示されている。
【００２０】
条件１では非特許文献に示されたとおり、脱窒槽内での硫黄の蓄積は観察されなかった。一方、条件２ではＳ／Ｎ比は０．５以下であったものの脱窒槽内での硫黄の蓄積が観察された。このことから従属栄養脱窒と硫黄脱窒では従属栄養脱窒が優先して（もしくは速く）進行し、従属栄養脱窒により７５％の硝酸態窒素が除去された残りの２５％（約１．５６ｍｇ／Ｌ）の硝酸態窒素に対して硫黄脱窒が行われ、その場合Ｓ／Ｎ比は１．６となり、１．０を超えたことから脱窒槽内で硫黄が蓄積したものと推察された。
【００２１】
そこで図４に示す窒素除去方法および装置を考案した。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
実施形態の水処理装置は、有機物とアンモニア性窒素とを含んだ被処理水中の前記有機物の一部を分解する嫌気性処理槽と、前記有機物の残部を含む前記嫌気性処理槽で処理された嫌気性処理水中の、前記有機物の残部を分解すると共に前記アンモニア性窒素を硝酸態窒素にする好気性処理槽と、前記嫌気性処理槽から発生した硫化水素と、前記好気性処理槽で処理された好気性処理水と、硫黄脱窒菌と、を接触させて、前記硫化水素を還元剤として前記硝酸態窒素の一部を脱窒する硫黄脱窒処理槽と、前記硫黄脱窒処理槽で処理された硫黄脱窒処理水と前記嫌気性処理槽で処理された嫌気性処理水と従属栄養脱窒菌とを接触させて、前記嫌気性処理水中の前記有機物の残部を還元剤として、前記硝酸態窒素の残部を脱窒する従属栄養脱窒処理槽と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】硫黄脱窒と従属栄養脱窒による窒素除去試験装置の概要図。
【図２】図１に示す窒素除去試験装置の試験条件を示した表。
【図３】図１に示す窒素除去試験装置の試験結果を示した表。
【図４】実施形態の水処理装置の全体構造を模式的に示した模式図。
【図５】図４に示す水処理装置の硫黄脱窒リアクタおよび従属栄養脱窒リアクタの運転条件の一例を示した表。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図４、図５を参照して実施形態に係る水処理装置について説明する。
【００２５】
水処理装置１１は、嫌気リアクタ１２（嫌気性処理槽）、好気リアクタ１３（好気性処理槽）、硫黄脱窒リアクタ１４（硫黄脱窒処理槽）、および従属栄養脱窒リアクタ１５（従属栄養脱窒処理槽）を有する。
【００２６】
水処理装置１１は、嫌気リアクタ１２と従属栄養脱窒リアクタ１５とを接続した第１配管２１と、従属栄養脱窒リアクタ１５と好気リアクタ１３とを接続した第２配管２２と、好気リアクタ１３と硫黄脱窒リアクタ１４とを接続した第３配管２３と、硫黄脱窒リアクタ１４と従属栄養脱窒リアクタ１５とを接続した第４配管２４と、嫌気リアクタ１２に接続され嫌気リアクタ１２に被処理水（下水）を供給する下水管２５（第５配管）と、好気リアクタ１３に接続され好気リアクタ１３から処理（浄化）された処理水が排出される排出管２６（第６配管）と、を備えている。
【００２７】
水処理装置１１は、第１配管２１の途中に設けられ嫌気リアクタ１２で処理された嫌気性処理水を従属栄養脱窒リアクタ１５に送る第１ポンプ３１と、第３配管２３の途中に設けられ好気リアクタ１３で処理された好気性処理水を硫黄脱窒リアクタ１４に送る第２ポンプ３２と、第４配管２４の途中に設けられ硫黄脱窒リアクタ１４で処理された硫黄脱窒処理水を従属栄養脱窒リアクタ１５に送る第３ポンプ３３と、下水管２５の途中に設けられ嫌気リアクタ１２に被処理水を送る下水ポンプ３４（第４ポンプ）と、を備えている。第１ポンプ３１は、送水部の一例である。
【００２８】
さらに、水処理装置１１は、後述するように硫化水素を含むバイオガスを嫌気リアクタから回収して、当該バイオガスを硫黄脱窒リアクタ１４に供給する散気管３５と、散気管３５の途中から分岐してバイオガスを回収する第１ガス管４１と、硫黄脱窒リアクタ１４から脱硫処理されたバイオガスを回収する第２ガス管４２と、従属栄養脱窒リアクタ１５から窒素ガスを回収する第３ガス管４３と、を備えている。散気管３５の途中には、例えば、バイオガスを硫黄脱窒リアクタ１４に送るためのブロアが介在されている。
【００２９】
嫌気リアクタ１２（嫌気性処理槽）では、加水分解菌、酸生成菌、メタン生成菌が、下水（被処理水）中の有機物をメタンガスまで分解して、下水（被処理水）中の有機物の大部分を除去する（嫌気性処理）。嫌気リアクタ１２では、このように可燃性ガスであるメタンガスを主成分としたバイオガスと呼ばれるガスを回収することができる。
【００３０】
被処理水（下水）中に硫黄分が含まれる場合は、嫌気性細菌の一種である硫酸還元菌は、嫌気リアクタ１２内において硫化水素を生成する。このため、嫌気性処理水中には、硫化水素が硫化水素イオン（ＨＳ−）、硫化物イオン（Ｓ２−）、硫化水素（Ｈ２Ｓ）の形態で溶解する（これらは、液中のｐＨにより形態を変えるが、以降では硫化水素と呼ぶ）。そして、このように生成した硫化水素は、上記したバイオガス中に混入する。
【００３１】
好気リアクタ１３（好気性処理槽）には、例えば底部近くにブロアが設けられている。ブロアは、好気リアクタ１３内に空気を供給できる。好気リアクタ１３において、好気性微生物は、残存した有機物を二酸化炭素に分解する。好気リアクタ１３において、硝化菌は、原水中に多く含まれるアンモニア（アンモニア性窒素）を亜硝酸（ＮＯ２−）態及び硝酸（ＮＯ３−）態の窒素まで酸化する（好気性処理）。
【００３２】
硫黄脱窒リアクタ１４（硫黄脱窒処理槽）は、硫黄脱窒菌を高濃度に保持した第１担体４４を内部（液中）に有する。第１担体４４は、微生物が根付き易い表面を有している。第１担体４４は、例えば、吊して使用されるひも状のものでもよいし、水より比重が軽く液中で浮遊するものでもよい。なお、第１担体４４は、バイオガスや好気性処理水を効果的に接触させるため、硫黄脱窒リアクタ１４の液中の上層部に隙間無く充填されることが望ましい。反面、後述するバイオガスの流れによる流動が可能な程度の空間的な余裕があることが望ましい。
【００３３】
散気管３５は、第１担体４４の下方（硫黄脱窒リアクタ１４の底部付近）の位置にノズル部４５を有しており、ノズル部４５を介して硫黄脱窒リアクタ１４内にバイオガスおよび硫化水素を供給できる。したがって、このノズル部４５は、硫黄脱窒リアクタ１４内に貯留された好気性処理水の液面よりも下側に設けられる。バイオガスおよび硫化水素は、散気管３５中のブロアの駆動によって、第１担体４４の下方から硫黄脱窒リアクタ内に吹き込まれる。なお、硫黄脱窒リアクタ１４中の液（流入水）の硫黄量と硝酸態窒素量の比（Ｓ／Ｎ比）は、硫黄脱窒リアクタ１４に供給される硫化水素を含んだバイオガスの流量を調整することで制御される。
【００３４】
硫黄脱窒菌（代表的なものとして、Thiobacillus denitrificans）による硫黄脱窒処理には、さまざまな報告がある。例えば下記の（１）〜（３）式のように、硫化水素イオン（ＨＳ−）や単体硫黄（Ｓ０）と硝酸塩、亜硝酸塩を使って、硫黄を硫酸まで酸化するとともに窒素を窒素ガスまで還元するものがある。このほかに、硫黄としてはチオ硫酸イオン（Ｓ２Ｏ３２−）、窒素源としてはＮ２Ｏ（亜酸化窒素）等も利用できる。  
５ＨＳ−＋８ＮＯ３−＋３Ｈ＋→５ＳＯ４２−＋４Ｎ２＋４Ｈ２Ｏ  …（１）  
Ｓ０＋２ＮＯ２−→Ｎ２＋ＳＯ４２−    …（２）  
５Ｓ０＋６ＮＯ３−＋２Ｈ２Ｏ→５ＳＯ４２−＋３Ｎ２＋４Ｈ＋  …（３）
ここでは、硝酸塩による反応を例示したが、亜硝酸塩を利用して、脱窒を行う硫黄脱窒菌も存在する。
【００３５】
従属栄養脱窒リアクタ１５（従属栄養脱窒処理槽）は、第２担体４６を内部（液中）に有する。第２担体４６の構造は、概ね硫黄脱窒リアクタ１４の第１担体４４と同様である。第２担体４６は、従属栄養的脱窒菌（脱窒時に有機物を必要とする。以下、脱窒菌と呼ぶ）を高濃度に保持している。
【００３６】
脱窒菌（代表的なものとして、Preudomonas denitrificans等の微生物）は、様々な有機物を利用することができる。一例として、有機物として酢酸を利用する場合の反応を下記（４）式に例示する。  
５ＣＨ３ＣＯＯ−＋８ＮＯ３−＋８Ｈ＋→５ＣＯ２＋５ＨＣＯ３−＋４Ｎ２＋４Ｈ２Ｏ…（４）
脱窒菌の作用によって、有機物を還元剤として脱窒反応が進行する（従属栄養脱窒処理）。従属栄養脱窒リアクタ１５では、ほぼ完全な脱窒のため、ＢＯＤ（biochemical oxygen demand）／Ｎ比が、例えば２となるように調整される。従属栄養脱窒リアクタ１５内でのＢＯＤ／Ｎ比の調整は、嫌気リアクタ１２から供給する嫌気性処理水の量を操作することで調整される。
【００３７】
続いて、図４、図５を参照して、本実施形態の水処理装置１１を用いた水処理プロセス（水処理方法）について説明する。
【００３８】
硫黄脱窒リアクタ１４および従属栄養脱窒リアクタ１５は、図５に示すような条件で設定された。例えば、硫黄脱窒リアクタ１４内において、流入水（好気性処理水）のＳ／Ｎ比は、０．５以下に調整されている。本実施形態では、Ｓ／Ｎ比は、一例として０．４に調整されているが、Ｓ／Ｎ比は、例えば０．１以上で０．５以下であればどのような値でもよい。
【００３９】
硫黄脱窒リアクタ１４および従属栄養脱窒リアクタ１５内に処理水が滞留する時間は、それぞれ４時間である。なお、この図５の条件は一例であり、被処理水（下水）の条件やその他処理上の条件等によって変動する。
【００４０】
まず、下水ポンプ３４の駆動によって、下水管２５から嫌気リアクタ１２に対して下水（被処理水）が供給される。嫌気リアクタ１２では、加水分解菌、酸生成菌、メタン生成菌が、下水中の有機物の一部をメタンガスにまで分解し、バイオガスを生成する。同様に、硫酸還元菌は、嫌気リアクタ内において硫化水素を生成する。
【００４１】
これらの嫌気性処理で発生した硫化水素を含んだバイオガスは、散気管３５およびブロアを介して硫黄脱窒リアクタ１４に供給される。嫌気リアクタ１２で処理された嫌気性処理水は、第１ポンプ３１の駆動によって第１配管２１を介して従属栄養脱窒リアクタ１５に送られる。なお、この嫌気性処理で処理された嫌気性処理水中には、被処理水（下水）中に含まれるアンモニア（アンモニア性窒素）がそのまま溶存している。
【００４２】
従属栄養脱窒リアクタ１５に送られた嫌気性処理水は、従属栄養脱窒リアクタ１５内で一旦貯留される。しかしながら、従属栄養脱窒リアクタ１５内に亜硝酸（ＮＯ２−）および硝酸（ＮＯ３−）が供給されない状態では、特段の反応はなされない。従属栄養脱窒リアクタ１５内に貯留された嫌気性処理水の上澄は、第２配管２２を介して好気リアクタ１３に供給される。
【００４３】
好気リアクタ１３では、好気性微生物の働きにより、嫌気性処理水中に残存した有機物を二酸化炭素に分解する。また好気リアクタ１３では、硝化菌の働きにより、嫌気性処理水中に含まれるアンモニア（アンモニア性窒素）を亜硝酸（ＮＯ２−）態及び硝酸（ＮＯ３−）態の窒素まで酸化する。好気リアクタ１３で処理された好気性処理水は、第２ポンプ３２の駆動によって第３配管２３を介して硫黄脱窒リアクタ１４に送られる。
【００４４】
硫黄脱窒リアクタ１４内には、散気管３５およびノズル部４５を介して硫化水素を含むバイオガスが供給される。硫黄脱窒リアクタ１４では、硫黄脱窒菌が硫黄脱窒反応を行う。硫黄脱窒菌は、硫化水素イオン（ＨＳ−）、単体硫黄（Ｓ０）、硝酸塩、および亜硝酸塩を使って、窒素を窒素ガスまで還元する。また、これと同時に、硫黄脱窒菌は、硫黄を硫酸まで酸化する。
【００４５】
硫黄脱窒処理によって硫化水素が使用されることで、バイオガスの脱硫処理（バイオガス中から硫化水素を除去する処理）がなされる。脱硫処理されたバイオガスおよび硫黄脱窒反応で生じた窒素は、第２ガス管４２を介して回収される。
【００４６】
このような硫黄脱窒処理によって、好気性処理水中に含まれる硝酸態窒素の一部（約４０％）が除去される。硫黄脱窒リアクタ１４で処理された硫黄脱窒処理水は、第３ポンプ３３の駆動によって、第４配管２４を介して従属栄養脱窒リアクタ１５に送られる。
【００４７】
従属栄養脱窒リアクタ１５には、硫黄脱窒処理水のほかに、上述のように嫌気リアクタ１２からの嫌気性処理水が送られる。この嫌気性処理水には、嫌気性処理で分解されなかった有機物の残部が含まれている。この嫌気性処理水によって、従属栄養脱窒処理に必要な量の有機物が従属栄養脱窒リアクタ１５に供給される。
【００４８】
従属栄養脱窒リアクタ１５では、脱窒菌は、有機物（有機物の残部）を還元剤として脱窒反応を行う。従属栄養脱窒リアクタ１５での脱窒反応によって、硫黄脱窒処理水中の硝酸態窒素の残部（好気性処理水中に含まれた全硝酸態窒素の約６０％）を除去することができる。
【００４９】
この従属栄養脱窒処理によって、先に述べた硫黄脱窒と合わせて、好気性処理水中の硝酸態窒素の略１００％が除去される。従属栄養脱窒処理によって生じた窒素ガスは、第３ガス管４３を介して回収される。なお、ここで、硝酸態窒素の「残部」とは、硫黄脱窒処理で処理されなかった硝酸態窒素の全量をいうものであるが、「残部」は、硫黄脱窒処理によって処理されなかった硝酸態窒素の一部をいうものであってもよい。なお、後者の場合には、処理水中の硝酸態窒素の除去率は、硫黄脱窒処理と従属栄養脱窒処理とを合算しても１００％に到達しない。
【００５０】
従属栄養脱窒処理水の上澄は、第２配管２２を介して好気リアクタ１３に送られる。第１ポンプ３１（送水部）は、ある一定の流量で従属栄養脱窒リアクタ１５に嫌気性処理水を送っているが、この第１ポンプ３１の駆動力によって、当該嫌気性処理水と同じ流量の従属栄養脱窒処理水が好気リアクタ１３に供給される。好気リアクタ１３内に送られた従属栄養脱窒処理水は、好気性処理水と混ぜ合わされる。このように混ぜ合わされた従属栄養脱窒処理水は、同じく第１ポンプ３１の駆動力によって、上記の嫌気性処理水と同じ流量で、好気リアクタ１３から排水管に排水される。
【００５１】
実施形態の水処理装置１１は、有機物とアンモニア性窒素とを含んだ被処理水中の前記有機物の一部を分解する嫌気性処理槽と、前記有機物の残部を含む前記嫌気性処理槽で処理された嫌気性処理水中の、前記有機物の残部を分解すると共に前記アンモニア性窒素を硝酸態窒素にする好気性処理槽と、前記嫌気性処理槽から発生した硫化水素と、前記好気性処理槽で処理された好気性処理水と、硫黄脱窒菌と、を接触させて、前記硫化水素を還元剤として前記硝酸態窒素の一部を脱窒する硫黄脱窒処理槽と、前記硫黄脱窒処理槽で処理された硫黄脱窒処理水と前記嫌気性処理槽で処理された嫌気性処理水と従属栄養脱窒菌とを接触させて、前記嫌気性処理水中の前記有機物の残部を還元剤として、前記硝酸態窒素の残部を脱窒する従属栄養脱窒処理槽と、を備える。
【００５２】
また、実施形態の水処理方法は、有機物とアンモニア性窒素とを含んだ被処理水中の前記有機物の一部を分解する嫌気性処理と、前記有機物の残部を含む前記嫌気性処理で処理された嫌気性処理水中の、前記有機物の残部を分解すると共に前記アンモニア性窒素を硝酸態窒素にする好気性処理と、前記嫌気性処理で発生した硫化水素と、前記好気性処理で処理された好気性処理水と、硫黄脱窒菌と、を接触させて、前記硫化水素を還元剤として前記硝酸態窒素の一部を脱窒する硫黄脱窒処理と、前記硫黄脱窒処理で処理された硫黄脱窒処理水と前記嫌気性処理で処理された嫌気性処理水と従属栄養脱窒菌とを接触させて、前記嫌気性処理水中の前記有機物の残部を還元剤として、前記硝酸態窒素の残部を脱窒する従属栄養脱窒処理と、を備える。
【００５３】
これらの構成によれば、硫黄脱窒処理および従属栄養脱窒処理によって、処理水中から窒素をほぼ１００％除去することができる。これによって、河川中の富栄養化を有効に防止できる。また、硫黄脱窒処理と併用することによって、従属栄養脱窒処理で負担する脱窒量を低減できるため、従属栄養脱窒処理で必要な有機物量を低減できる。これによって、嫌気性処理によって浄化された嫌気性処理水中で有機物が不足し、従属栄養脱窒処理で十分な脱窒が起こらなくなることを防止できる。さらに、嫌気性処理で発生した硫化水素を従属栄養脱窒処理で有効に活用できるため、従属栄養脱窒処理に添加する単体硫黄の量を少なくしたり、単体硫黄を添加する回数を少なくしたり、或いは単体硫黄の添加を不要としたりできる。これによって、水処理コストを低減することができる。
【００５４】
水処理装置は、前記嫌気性処理槽で発生したバイオガスおよび前記硫化水素を前記硫黄脱窒処理槽内に供給する散気管３５と、前記硫黄脱窒処理槽内で脱硫処理された前記バイオガスを回収するガス管と、を備える。
【００５５】
この構成によれば、硫黄脱窒処理でバイオガス中の硫化水素を除去することができる。これによって、別途に処理プロセス（脱硫処理）が不要なバイオガスを得ることができるとともに、硫化水素を硫黄脱窒処理で有効活用することができる。
【００５６】
本実施形態では、散気管３５のノズル部４５は、前記硫黄脱窒処理槽内に貯留された前記好気性処理水の液面よりも下側に設けられる。この構成によれば、硫黄脱窒処理槽内の好気性処理水中に効率よく硫化水素を溶存させることができる。
【００５７】
水処理装置１１は、前記好気性処理槽から延びるとともに前記好気性処理槽で処理された好気性処理水が排出される排出管２６と、前記嫌気性処理槽から前記従属栄養脱窒処理槽に所定の流量で前記嫌気性処理水を送るとともに、前記従属栄養脱窒処理槽で処理された従属栄養処理水を、前記所定の流量と同じ流量で前記従属栄養脱窒処理槽から前記好気性処理槽に送り、排出管２６を介して前記好気性処理槽から排出する送水部と、を備える。
【００５８】
この構成によれば、前記嫌気性処理槽から送った嫌気性処理水と同量の従属栄養処理水を外部に排出できる。これによって、低コストで安定的に連続稼働が可能な水処理装置１１を実現できる。
【００５９】
前記硫黄脱窒処理槽において、前記硫化水素中の硫黄を含む総硫黄量と前記硝酸態窒素量の比（Ｓ／Ｎ比）が０．５以下である。本実施形態では、前段の硫黄脱窒処理と、後段の従属栄養脱窒処理と、の２段階の脱窒処理がなされる。そして、要求される処理プロセスでは、嫌気性処理水がある程度浄化（有機物が除去）されているため、後段の従属栄養脱窒には、還元剤となる有機物の量が十分に供給されないという事情（前提条件）がある。また、Ｓ／Ｎ比が０．５よりも大きくなるように硫化水素（硫黄脱窒において還元剤となる）を供給すると、硫黄脱窒処理槽内に単体硫黄が蓄積され、当該蓄積によって硫黄脱窒処理槽内で閉塞が起こる事態を生ずることとなる。
【００６０】
上記の構成によれば、硫黄脱窒処理を従属栄養脱窒処理よりも先に行って、Ｓ／Ｎ比が０．５以下となるようにすることで、ほぼ完全な脱窒を実現することができる。
【００６１】
さらに、上記構成によれば、過剰な硫黄の付加によって、硫黄脱窒菌による脱窒反応が阻害されることなく、所望の水処理プロセスが実現できる。また上記構成によれば、過剰な硫黄の添加を防止することができ、硫黄脱窒処理槽内で単体硫黄が沈殿堆積し、硫黄脱窒処理槽の内部が閉塞されることを防止できる。硫黄脱窒処理槽内で単体硫黄の蓄積が防止されるため、清掃のために単体硫黄を硫黄脱窒処理槽内から取り出したり、取り出された単体硫黄を廃棄したりするために必要なコストを削減できる。
【００６２】
いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００６３】
１１…水処理装置、１２…嫌気リアクタ、１３…好気リアクタ、１４…硫黄脱窒リアクタ、１５…従属栄養脱窒リアクタ、３１…第１ポンプ、３５…散気管、４２…第２ガス管、４５…ノズル部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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