(57)【要約】【課題】  嫌気性アンモニア酸化法（anammox法）により原水（排水）を生物脱窒する方法において、担体表面へのバイオフィルム（微生物膜）の形成を抑制する。ＰＶＡゲル担体の表面付近だけでなく、担体内部まで菌体が入り込み、増殖することよって、担体の利用効率を高めることができて、高効率な窒素除去を果たし得る、アンモニア含有排水の水処理方法及びその装置を提供する。【解決手段】  アンモニア含有排水の水処理方法は、アンモニア性窒素を含む排水を亜硝酸性窒素の存在下に脱窒微生物により生物脱窒する脱窒反応槽２を備えている。脱窒微生物は脱窒反応槽２内で担体８に固定され、脱窒微生物を固定した担体８は、脱窒反応槽２内で上向流で循環する流動層を形成する。脱窒反応槽２の循環水流入部における流入水の流速を高めることにより、担体８の流動状態を局所的に高めて、担体８表面に形成されるバイオフィルム（微生物膜）を破壊する。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンモニア性窒素を含む原水（排水）を亜硝酸性窒素の存在下に、アンモニア性窒素を水素供与体、亜硝酸性窒素を水素受容体とする脱窒微生物により生物脱窒する脱窒反応槽を備えており、該脱窒微生物は脱窒反応槽内で担体に固定され、脱窒微生物を固定した担体は、脱窒反応槽内で上向流で循環する流動層を形成しているアンモニア含有排水の水処理方法であって、脱窒反応槽の循環水流入部における流入水の流速を高めることにより、担体の流動状態を局所的に高めて、担体表面に形成されるバイオフィルム（微生物膜）を破壊することを特徴とする、アンモニア含有排水の水処理方法。
【請求項２】
担体が、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）ゲル担体であることを特徴とする、請求項１に記載の水処理方法。
【請求項３】
担体が、細孔を有しかつ粒径０．２〜１０ｍｍを有する粒状担体であることを特徴とする、請求項１に記載の水処理方法。
【請求項４】
脱窒反応槽の循環水流入部における流入水の流速が、２５００〜２００００ｍ／ｈであることを特徴とする、請求項１〜３のうちのいずれか一項に記載の水処理方法。
【請求項５】
脱窒微生物を固定した担体が脱窒反応槽内で上向流で循環する流動層が、脱窒反応槽の循環水流入部における流入水の流速を高めることにより、１〜５割体積膨脹することを特徴とする、請求項１〜４のうちのいずれか一項に記載の水処理方法。
【請求項６】
アンモニア性窒素を含む原水（排水）を亜硝酸性窒素の存在下に、アンモニア性窒素を水素供与体、亜硝酸性窒素を水素受容体とする脱窒微生物により生物脱窒する脱窒反応槽を備えており、該脱窒微生物は脱窒反応槽内で担体に固定され、脱窒微生物を固定した担体は、脱窒反応槽内で上向流で循環する流動層を形成しているアンモニア含有排水の水処理装置であって、脱窒反応槽の循環水流入部に循環水憤出ノズルが設けられ、循環水憤出ノズルから脱窒反応槽内に憤出した流入水の流速が高められることにより、担体の流動状態が局所的に高められて、担体表面に形成されるバイオフィルム（微生物膜）が破壊されることを特徴とする、アンモニア含有排水の水処理装置。
【請求項７】
脱窒反応槽の底部に設けられた循環水憤出ノズルが、筒形周壁とこれの上端に連なる頂壁とを具備しており、循環水憤出ノズルの筒形周壁に、平面よりみて放射状にかつ略水平方向に開口した所要数の循環水憤出孔が設けられていることを特徴とする、請求項６に記載の水処理装置。
【請求項８】
循環水憤出ノズルの筒形周壁が、平面よりみて円形または楕円形を有しており、循環水憤出ノズルの頂壁が、円錐形、円錐台形、または略半球形を有している、請求項７に記載の水処理装置。
【請求項９】
循環水憤出ノズルの筒形周壁が、角筒形を有しており、循環水憤出ノズルの頂壁が、角錐形または角錐台形を有している、請求項７に記載の水処理装置。
【請求項１０】
脱窒反応槽の底部に設けられた循環水憤出ノズルが、循環管の循環水流入側端部に接続された分配用主管と、この分配用主管に平面よりみて略櫛形に接続された分岐憤出管とによって構成され、各分岐憤出管に下方に開口した所要数の循環水憤出孔が設けられていることを特徴とする、請求項６に記載の水処理装置。
【請求項１１】
担体が、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）ゲル担体であることを特徴とする、請求項６〜１０のうちのいずれか一項に記載の水処理装置。
【請求項１２】
担体が、細孔を有しかつ粒径０．２〜１０ｍｍを有する粒状担体であることを特徴とする、請求項６〜１０のうちのいずれか一項に記載の水処理装置。
【請求項１３】
循環水憤出ノズルから脱窒反応槽内に憤出した流入水の流速が、２５００〜２００００ｍ／ｈであることを特徴とする、請求項６〜１２のうちのいずれか一項に記載の水処理装置。
【請求項１４】
脱窒微生物を固定した担体が脱窒反応槽内で上向流で循環する流動層が、循環水憤出ノズルによって脱窒反応槽の循環水流入部における流入水の流速が高められることにより、１〜５割体積膨脹することを特徴とする、請求項６〜１３のうちのいずれか一項に記載の水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンモニアを含有する排水（原水）を脱窒処理する水処理方法及びその装置、さらに詳しくは、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）ゲル担体を利用したアンモニア含有排水の水処理方法及びその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、下水道、し尿、ごみの最終処分場浸出水、各種産業排水等、排水中のアンモニアの低減が必要な用途は、非常に多い。
【０００３】
従来、アンモニア低減を目的とする排水処理技術には、各種の物理化学的処理や生物的処理技術が検討され、使用されてきている。一般的に、アンモニアの低減は、最終的には安全な窒素ガスに転換したうえで大気中に放散することが行なわれる。しかし、これらの多くの場合、転換速度が遅すぎて反応槽が巨大で設備コストが嵩んだり、逆に転換速度は大きいが外部から与える必要のあるエネルギー・資源量が多大でランニングコストが過大であったりと、満足できるものがない状況である。
【０００４】
そのような状況の中でも、生物的な硝化・脱窒法が最も多用されている。この場合、アンモニア含有排水は、好気的条件で処理され、自栄養性細菌である亜硝酸菌（代表種として、Nitrosomonas）によって亜硝酸に転換された後に、同じく自栄養性細菌である硝酸菌（代表種として、Nitrobacter）によって硝酸に転換される。その後、嫌気的条件で処理されて、有機物を水素供与体とする他栄養性脱窒細菌によって硝酸が窒素ガスに転換される。このプロセスは、現在最も広く利用されているが、硝化の段階で多量の酸素が消費されることから、曝気動力が過大になること、脱窒の段階で水素供与体としてのメタノール等の有機物の添加量が過大になること等のランニングコスト上に問題がある外、硝化・脱窒の転換速度も小さいため、設備コスト上にも問題がある。
【０００５】
このような状況から、永年高効率の生物的な窒素除去法の開発が望まれていたところへ、嫌気性アンモニア酸化法：Anaerobic Ammonium Oxidation：anammox法と呼ばれる高効率プロセスが提案され、各方面で実用化が盛んに進められている。このプロセスでは、原水中のアンモニアの約半分だけが亜硝酸まで酸化され、この亜硝酸と残りのアンモニアがほゞ同量、嫌気条件の脱窒反応槽へ供給され、自栄養性のanammox菌により、アンモニアが水素供与体、亜硝酸が水素受容体となる脱窒反応が起こされ、両者が窒素ガスに転換されて除去される。
【０００６】
このanammox菌による脱窒反応の化学量論式は、下記（１）式のに示されるように提案され、実験的にも確認されている。
【０００７】
1.0ＮＨ４＋＋1.32ＮＯ２−十0.066ＨＣＯ３＋0.13Ｈ＋＝
1.02Ｎ２十0.26ＮＯ３−＋0.066ＣＨ２Ｏ０．５Ｎ０．１５＋2.03Ｈ２Ｏ  …（１）
ところで、anammox微生物は嫌気性菌であり、増殖速度が非常に遅い。このため、反応槽から菌体の流出防止策として、フロック化、自己造粒法、担体の利用等が考えられている。担体には、たくさんの種類があるが、生物的水処理において実績のあるポリビニルアルコール（ＰＶＡ）ゲル担体を利用した場合、担体表面だけでなく、担体内部まで菌体が入り込み、増殖することよって、担体の利用効率を高めることができる。
【０００８】
ここで、従来、嫌気性アンモニア酸化法（anammox法）により原水を生物脱窒する方法に関わる先行特許文献には、つぎのようなものがある。
【特許文献１】特開２００３−５３３８５号公報  特許文献１には、アンモニア性窒素を含む原水を亜硝酸性窒素の存在下に、アンモニア性窒素を電子供与体とし、亜硝酸性窒素を電子受容体とする脱窒微生物の作用により生物脱窒するに当たり、脱窒微生物を高分子ゲル材料を用いて包括固定して、脱窒反応槽内に高い活性を保った状態で高濃度に保持することにより安定かつ効率的な脱窒処理を行なう生物脱窒装置が開示されている。
【特許文献２】特開２００１−１７０６８１号公報  特許文献２には、アンモニア、リン含有廃水処理方法及びその装置が開示されており、第３工程反応槽において、第２工程反応槽の処理水を嫌気状態の下で微生物群と接触させ、液相中のアンモニア成分と亜硝酸成分とを窒素ガスに変換して、廃水中に含まれるアンモニアを除去している。
【特許文献３】特開２００１−１７０６８４号公報  特許文献３には、アンモニア含有廃水処理方法及びその装置が開示されており、第１工程反応槽において、系外から導入したアンモニア含有廃水を好気状態の下で微生物群と接触させて、液相中に含まれるアンモニア成分を亜硝酸に酸化し、この第１工程反応槽の処理水を、第２工程反応槽において、嫌気状態の下で微生物群と接触させて、液相中に含まれるアンモニア成分と亜硝酸成分とを窒素ガスに変換することが記載されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記の特許文献１〜３に記載の発明では、嫌気性アンモニア酸化法（anammox法）の脱窒反応槽内で、anammox菌をポリビニルアルコール（ＰＶＡ）ゲル担体で保持することが開示されているが、特許文献１〜３に記載の従来法によれば、いずれの場合も、脱窒反応槽の運転状況によっては、担体表面にバイオフィルム（微生物膜）が形成されることよって、担体内部に菌体が入りにくい状態となり、担体の利点が生かせない場合があるという問題があった。
【００１０】
本発明の目的は、上記の従来技術の問題を解決し、嫌気性アンモニア酸化法（anammox法）により原水を生物脱窒する方法において、担体表面へのバイオフィルム（微生物膜）の形成を抑制することができて、ＰＶＡゲル担体の表面付近だけでなく、担体内部まで菌体が入り込み、増殖することよって、担体の利用効率を高めることができて、高効率な窒素除去を果たし得る、アンモニア含有排水の水処理方法及びその装置を提供しようとすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者は、上記の点に鑑み鋭意研究を重ねた結果、anammox菌による脱窒反応槽には、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）ゲル担体を投入した無酸素槽を設け、上向流によって担体を流動化させ、流動化条件として流動層が１〜５割程度膨脹するように流動化させることよって、全担体が完全に流動化する流動床に比べて、ポンプ動力を低減でき、脱窒反応槽を小さくすることができることを見出した。また、脱窒反応槽の循環水流入部を絞り、脱窒反応槽の循環水流入部での水の流速を高めることよって、担体表面へのバイオフィルムの形成を抑制し、担体内部に効率よく菌体を増殖させることができ、高効率な窒素除去ができることを見出し、本発明を完成するに至ったものである。
【００１２】
上記の目的を達成するために、請求項１のアンモニア含有排水の水処理方法の発明は、アンモニア性窒素を含む原水（排水）を亜硝酸性窒素の存在下に、アンモニア性窒素を水素供与体、亜硝酸性窒素を水素受容体とする脱窒微生物により生物脱窒する脱窒反応槽を備えており、該脱窒微生物は脱窒反応槽内で担体に固定され、脱窒微生物を固定した担体は、脱窒反応槽内で上向流で循環する流動層を形成しているアンモニア含有排水の水処理方法であって、脱窒反応槽の循環水流入部における流入水の流速を高めることにより、担体の流動状態を局所的に高めて、担体表面に形成されるバイオフィルム（微生物膜）を破壊することを特徴としている。
【００１３】
請求項２の水処理方法の発明は、上記請求項１に記載のアンモニア含有排水の水処理方法であって、担体が、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）ゲル担体であることを特徴としている。
【００１４】
請求項３の水処理方法の発明は、上記請求項１に記載のアンモニア含有排水の水処理方法であって、担体が、細孔を有しかつ粒径０．２〜１０ｍｍを有する粒状担体であることを特徴としている。
【００１５】
請求項４の水処理方法の発明は、上記請求項１〜３のうちのいずれか一項に記載のアンモニア含有排水の水処理方法であって、脱窒反応槽の循環水流入部における流入水の流速が、２５００〜２００００ｍ／ｈであることを特徴としている。
【００１６】
請求項５の水処理方法の発明は、上記請求項１〜４のうちのいずれか一項に記載のアンモニア含有排水の水処理方法であって、脱窒微生物を固定した担体が脱窒反応槽内で上向流で循環する流動層が、脱窒反応槽の循環水流入部における流入水の流速を高めることにより、１〜５割体積膨脹することを特徴としている。
【００１７】
請求項６に記載のアンモニア含有排水の水処理装置の発明は、アンモニア性窒素を含む原水（排水）を亜硝酸性窒素の存在下に、アンモニア性窒素を水素供与体、亜硝酸性窒素を水素受容体とする脱窒微生物により生物脱窒する脱窒反応槽を備えており、該脱窒微生物は脱窒反応槽内で担体に固定され、脱窒微生物を固定した担体は、脱窒反応槽内で上向流で循環する流動層を形成しているアンモニア含有排水の水処理装置であって、脱窒反応槽の循環水流入部に循環水憤出ノズルが設けられ、循環水憤出ノズルから脱窒反応槽内に憤出した流入水の流速が高められることにより、担体の流動状態が局所的に高められて、担体表面に形成されるバイオフィルム（微生物膜）が破壊されることを特徴としている。
【００１８】
請求項７の水処理装置の発明は、上記請求項６に記載のアンモニア含有排水の水処理装置であって、脱窒反応槽の底部に設けられた循環水憤出ノズルが、筒形周壁とこれの上端に連なる頂壁とを具備しており、循環水憤出ノズルの筒形周壁に、平面よりみて放射状にかつ略水平方向に開口した所要数の循環水憤出孔が設けられていることを特徴としている。
【００１９】
請求項８の水処理装置の発明は、上記請求項７に記載のアンモニア含有排水の水処理装置であって、循環水憤出ノズルの筒形周壁が、平面よりみて円形または楕円形を有しており、循環水憤出ノズルの頂壁が、円錐形、円錐台形、または略半球形を有していることを特徴としている。
【００２０】
請求項９の水処理装置の発明は、上記請求項７に記載のアンモニア含有排水の水処理装置であって、循環水憤出ノズルの筒形周壁が、角筒形を有しており、循環水憤出ノズルの頂壁が、角錐形または角錐台形を有していることを特徴としている。
【００２１】
請求項１０の水処理装置の発明は、上記請求項６に記載のアンモニア含有排水の水処理装置であって、脱窒反応槽の底部に設けられた循環水憤出ノズルが、循環管の循環水流入側端部に接続された分配用主管と、この分配用主管に平面よりみて略櫛形に接続された分岐憤出管とによって構成され、各分岐憤出管に下方に開口した所要数の循環水憤出孔が設けられていることを特徴としている。
【００２２】
請求項１１の水処理装置の発明は、上記請求項６〜１０のうちのいずれか一項に記載のアンモニア含有排水の水処理装置であって、担体が、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）ゲル担体であることを特徴としている。
【００２３】
請求項１２の水処理装置の発明は、上記請求項６〜１０のうちのいずれか一項に記載のアンモニア含有排水の水処理装置であって、担体が、細孔を有しかつ粒径０．２〜１０ｍｍを有する粒状担体であることを特徴としている。
【００２４】
請求項１３の水処理装置の発明は、上記請求項６〜１２のうちのいずれか一項に記載のアンモニア含有排水の水処理装置であって、循環水憤出ノズルから脱窒反応槽内に憤出した流入水の流速が、２５００〜２００００ｍ／ｈであることを特徴としている。
【００２５】
請求項１４の水処理装置の発明は、上記請求項６〜１３のうちのいずれか一項に記載のアンモニア含有排水の水処理装置であって、脱窒微生物を固定した担体が脱窒反応槽内で上向流で循環する流動層が、循環水憤出ノズルによって脱窒反応槽の循環水流入部における流入水の流速が高められることにより、１〜５割体積膨脹することを特徴としている。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によるアンモニア含有排水の水処理方法は、アンモニア性窒素を含む原水（排水）を亜硝酸性窒素の存在下に、アンモニア性窒素を水素供与体、亜硝酸性窒素を水素受容体とする脱窒微生物により生物脱窒する脱窒反応槽において、脱窒反応槽の循環水流入部における流入水の流速を高めることにより、担体の流動状態を局所的に高めて、担体表面に形成されるバイオフィルム（微生物膜）を破壊するものであるから、本発明によれば、担体表面へのバイオフィルムの形成を抑制することができて、担体の表面付近だけでなく、担体内部まで菌体が入り込み、増殖することよって、担体の利用効率を高めることができて、高効率な窒素除去を果たし得るという効果を奏する。
【００２７】
請求項２の水処理方法の発明は、上記請求項１に記載のアンモニア含有排水の水処理方法であって、担体が、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）ゲル担体であるから、本発明によれば、anammox菌による脱窒反応槽には、ＰＶＡゲル担体を投入した無酸素槽を設け、上向流によってＰＶＡゲル担体を流動化させ、かつ、脱窒反応槽の循環水流入部を絞り、脱窒反応槽の循環水流入部での水の流速を高めることよって、ＰＶＡゲル担体表面へのバイオフィルムの形成を抑制し、ＰＶＡゲル担体の内部に効率よく菌体を増殖させることができ、高効率な窒素除去ができるという効果を奏する。
【００２８】
請求項３の水処理方法の発明は、上記請求項１に記載のアンモニア含有排水の水処理方法であって、担体が、細孔を有しかつ粒径０．２〜１０ｍｍを有する粒状担体であるもので、本発明によれば、anammox菌による脱窒反応槽には、粒状担体を投入した無酸素槽を設け、上向流によって粒状担体を流動化させ、かつ、脱窒反応槽の循環水流入部を絞り、脱窒反応槽の循環水流入部での水の流速を高めることよって、粒状担体表面へのバイオフィルムの形成を抑制し、粒状担体の細孔の内部に効率よく菌体を増殖させることができ、高効率な窒素除去ができるという効果を奏する。
【００２９】
請求項４の水処理方法の発明は、上記請求項１〜３のうちのいずれか一項に記載のアンモニア含有排水の水処理方法であって、脱窒反応槽の循環水流入部における流入水の流速が、２５００〜２００００ｍ／ｈであるもので、本発明によれば、担体表面へのバイオフィルムの形成を抑制することができて、担体の表面付近だけでなく、担体内部まで菌体が入り込み、増殖することよって、担体の利用効率を高めることができて、高効率な窒素除去を果たし得るとともに、循環水流送ポンプの動力を低減でき、脱窒反応槽の設備規模を小さくすることができるという効果を奏する。
【００３０】
請求項５の水処理方法の発明は、上記請求項１〜４のうちのいずれか一項に記載のアンモニア含有排水の水処理方法であって、脱窒微生物を固定した担体が脱窒反応槽内で上向流で循環する流動層が、脱窒反応槽の循環水流入部における流入水の流速を高めることにより、１〜５割体積膨脹するもので、本発明によれば、担体の流動化条件として、流動層が１〜５割、好ましくは約２〜３割程度膨脹するように流動化させることよって、担体の流動化をスムーズに行なうことができ、しかも循環水流送ポンプの動力を低減でき、脱窒反応槽の設備規模を小さくすることができるという効果を奏する。
【００３１】
請求項６に記載のアンモニア含有排水の水処理装置の発明は、アンモニア性窒素を含む原水（排水）を亜硝酸性窒素の存在下に、アンモニア性窒素を水素供与体、亜硝酸性窒素を水素受容体とする脱窒微生物により生物脱窒する脱窒反応槽を備えており、該脱窒微生物は脱窒反応槽内で担体に固定され、脱窒微生物を固定した担体は、脱窒反応槽内で上向流で循環する流動層を形成しているアンモニア含有排水の水処理装置であって、脱窒反応槽の循環水流入部に循環水憤出ノズルが設けられ、循環水憤出ノズルから脱窒反応槽内に憤出した流入水の流速が高められることにより、担体の流動状態が局所的に高められて、担体表面に形成されるバイオフィルム（微生物膜）が破壊されるものであるから、本発明によれば、担体表面へのバイオフィルムの形成を抑制することができて、担体の表面付近だけでなく、担体内部まで菌体が入り込み、増殖することよって、担体の利用効率を高めることができて、高効率な窒素除去を果たし得るという効果を奏する。
【００３２】
請求項７の水処理装置の発明は、上記請求項６に記載のアンモニア含有排水の水処理装置であって、脱窒反応槽の底部に設けられた循環水憤出ノズルが、筒形周壁とこれの上端に連なる頂壁とを具備しており、循環水憤出ノズルの筒形周壁に、平面よりみて放射状にかつ略水平方向に開口した所要数の循環水憤出孔が設けられているもので、本発明によれば、循環水の憤出方向を水平方向とすることにより、渦流を作り、担体が激しく流動する効果が生まれ、これによって、担体表面へのバイオフィルムの形成を抑制することができて、担体の表面付近だけでなく、担体内部まで菌体が入り込み、増殖することよって、担体の利用効率を高めることができて、高効率な窒素除去を果たし得るという効果を奏する。
【００３３】
請求項８の水処理装置の発明は、上記請求項７に記載のアンモニア含有排水の水処理装置であって、循環水憤出ノズルの筒形周壁が、平面よりみて円形または楕円形を有しており、循環水憤出ノズルの頂壁が、円錐形、円錐台形、または略半球形を有している。また、請求項９の水処理装置の発明は、同様に、上記請求項７に記載の水処理装置であって、循環水憤出ノズルの筒形周壁が、角筒形を有しており、循環水憤出ノズルの頂壁が、角錐形または角錐台形を有しているもので、これらいずれの場合にも、循環水憤出ノズルの頂壁が、円錐形、円錐台形、または略半球形、あるいはまた角錐形または角錐台形を有していて、いわゆる尖がり（とんがり）を有するものであるから、脱窒反応槽内において循環水憤出ノズルの頂壁上に落ちて来た担体がスムーズに舞い上がることができ、担体の流動化が速やかに行なわれて、担体表面へのバイオフィルムの形成を抑制することができて、担体の表面付近だけでなく、担体内部まで菌体が入り込み、増殖することよって、担体の利用効率を高めることができて、高効率な窒素除去を果たし得るという効果を奏する。
【００３４】
請求項１０の水処理装置の発明は、上記請求項６に記載のアンモニア含有排水の水処理装置であって、脱窒反応槽の底部に設けられた循環水憤出ノズルが、循環管の循環水流入側端部に接続された分配用主管と、この分配用主管に平面よりみて略櫛形に接続された分岐憤出管とによって構成され、各分岐憤出管に下方に開口した所要数の循環水憤出孔が設けられているもので、本発明によれば、循環水を、分配用主管と、この分配用主管に平面よりみて略櫛形に接続された分岐憤出管の循環水憤出孔より憤出させ、循環水の憤出方向を下方とすることにより、渦流を作り、担体が激しく流動する効果が生まれ、これによって、担体表面へのバイオフィルムの形成を抑制することができて、担体の表面付近だけでなく、担体内部まで菌体が入り込み、増殖することよって、担体の利用効率を高めることができて、高効率な窒素除去を果たし得る。また、循環水憤出孔が、各分岐憤出管に下方に開口してあけられているから、担体により循環水憤出孔が塞がれにくいという効果を奏する。
【００３５】
請求項１１の水処理装置の発明は、上記請求項６〜１０のうちのいずれか一項に記載のアンモニア含有排水の水処理装置であって、担体が、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）ゲル担体であるから、本発明によれば、anammox菌による脱窒反応槽には、ＰＶＡゲル担体を投入した無酸素槽を設け、上向流によってＰＶＡゲル担体を流動化させ、かつ、脱窒反応槽の循環水流入部を絞り、脱窒反応槽の循環水流入部での水の流速を高めることよって、ＰＶＡゲル担体表面へのバイオフィルムの形成を抑制し、ＰＶＡゲル担体内部に効率よく菌体を増殖させることができ、高効率な窒素除去ができるという効果を奏する。
【００３６】
請求項１２の水処理装置の発明は、上記請求項６〜１０のうちのいずれか一項に記載のアンモニア含有排水の水処理装置であって、担体が、細孔を有しかつ粒径０．２〜１０ｍｍを有する粒状担体であるもので、本発明によれば、anammox菌による脱窒反応槽には、粒状担体を投入した無酸素槽を設け、上向流によって粒状担体を流動化させ、かつ、脱窒反応槽の循環水流入部を絞り、脱窒反応槽の循環水流入部での水の流速を高めることよって、粒状担体表面へのバイオフィルムの形成を抑制し、粒状担体付近だけでなく、担体の細孔の内部まで菌体が入り込み、増殖することよって、担体の利用効率を高めることができて、高効率な窒素除去ができるという効果を奏する。
【００３７】
請求項１３の水処理装置の発明は、上記請求項６〜１２のうちのいずれか一項に記載のアンモニア含有排水の水処理装置であって、循環水憤出ノズルから脱窒反応槽内に憤出した流入水の流速が、２５００〜２００００ｍ／ｈであるもので、本発明によれば、担体表面へのバイオフィルムの形成を抑制することができて、担体の表面付近だけでなく、担体内部まで菌体が入り込み、増殖することよって、担体の利用効率を高めることができて、高効率な窒素除去を果たし得るとともに、循環水流送ポンプの動力を低減でき、脱窒反応槽の設備規模を小さくすることができるという効果を奏する。
【００３８】
請求項１４の水処理装置の発明は、上記請求項６〜１３のうちのいずれか一項に記載のアンモニア含有排水の水処理装置であって、脱窒微生物を固定した担体が脱窒反応槽内で上向流で循環する流動層が、循環水憤出ノズルによって脱窒反応槽の循環水流入部における流入水の流速が高められることにより、１〜５割体積膨脹するもので、本発明によれば、担体の流動化条件として、流動層が１〜５割、好ましくは約２〜３割程度膨脹するように流動化させることよって、担体の流動化をスムーズに行なうことができ、しかも循環水流送ポンプの動力を低減でき、脱窒反応槽の設備規模を小さくすることができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
つぎに、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００４０】
図１と図２は、本発明のアンモニア含有排水の水処理方法を実施する装置の第１実施形態を示すフローシートである。
【００４１】
図１を参照すると、本発明の水処理方法は、アンモニアを含む排水（原水）を処理する方法であって、１次処理槽としての曝気槽（１）にはポンプ（図示略）の作動によって排水供給管（３）から排水を供給する。曝気槽（１）には、例えば下水処理場由来の活性汚泥などを投入しておく。曝気槽（１）の底部には、エアポンプの作動によって空気が供給される散気管（曝気手段）が備えられており、曝気槽（１）において原水中のアンモニアの一部をアンモニア酸化細菌による生物酸化反応により酸化して亜硝酸化する。反応後の１次処理水は、曝気槽（１）に接続された１次処理水流送管（４）からポンプ（図示略）の作動によって排出され、嫌気槽とした２次処理槽としての脱窒反応槽（２）へと流送される。
【００４２】
なお、排水（原水）には、アンモニアと共に、有機物および亜硝酸が含まれていても良い。
【００４３】
また、図示は省略したが、曝気槽（１）と脱窒反応槽（２）の間には沈殿槽を設置し、曝気槽（１）から排出された１次処理水を、沈殿槽において固液分離するのが、好ましい。
【００４４】
脱窒反応槽（２）には、嫌気性アンモニア酸化の条件で長期間培養した脱窒微生物を含む汚泥を投入しておき、この脱窒反応槽（２）において、１次処理水中の亜硝酸とアンモニアの残部とから脱窒を行なう。すなわち、脱窒反応槽（２）では、アンモニア性窒素を含む排水を、亜硝酸性窒素の存在下に、アンモニア性窒素を水素供与体、亜硝酸性窒素を水素受容体とする脱窒微生物により生物脱窒し、下記のanammox（嫌気性アンモニア酸化）反応により排水を浄化する。
【００４５】
anammox（嫌気性アンモニア酸化）反応
ＮＨ４＋＋ＮＯ２−→Ｎ２↑十２Ｈ２Ｏ
脱窒反応槽（２）内では、脱窒微生物がＰＶＡゲル担体（８）に固定され、脱窒微生物を固定したＰＶＡゲル担体（８）は、脱窒反応槽（２）内で上向流で循環する流動層を形成している。
【００４６】
脱窒反応槽（２）において浄化された処理水は、脱窒反応槽（２）の頂部に接続された排出管（７）より排出する。また、浄化処理水の一部を循環ポンプ（６）の作動により循環管（５）を経て脱窒反応槽（２）に循環返送する。
【００４７】
本発明においては、脱窒反応槽（２）の循環水流入部における流入水の流速を高めることにより、ＰＶＡゲル担体（８）の流動状態を局所的に高めて、ＰＶＡゲル担体（８）表面に形成されるバイオフィルム（微生物膜）を破壊するものである。
【００４８】
脱窒反応槽（２）の循環水流入部における流入水の流速は、２５００〜２００００ｍ／ｈ、好ましくは５０００〜２００００ｍ／ｈ、望ましくは１００００〜２００００ｍ／ｈである。ここで、脱窒反応槽（２）の循環水流入部における流入水の流速が２５００ｍ／ｈ未満であれば、ＰＶＡゲル担体（８）表面に形成されたバイオフィルム（微生物膜）を破壊することができず、ＰＶＡゲル担体（８）表面にバイオフィルム（微生物膜）が形成されたままであるので、好ましくない。また循環水流入部における流入水の流速が２００００ｍ／ｈを超えると、ポンプ（６）の圧力損失が過大になり、運転のための動力を多く必要とするので、好ましくない。
【００４９】
そして、脱窒微生物を固定したＰＶＡゲル担体（８）が脱窒反応槽（２）内で上向流で循環する流動層は、脱窒反応槽（２）の循環水流入部における流入水の流速を高めることにより、１〜５割、好ましくは１．５〜４割、望ましくは２〜３割程度、体積膨脹する。
【００５０】
図２に詳しく示すように、脱窒反応槽（２）の底壁（２ａ）中央部に循環管（５）の一端部が接続され、この循環管（５）端部の循環水流入部を覆うように循環水憤出ノズル（１０）が設けられている。循環水憤出ノズル（１０）は、円筒形周壁（１１）とこれの上端に連なる円錐形頂壁（１２）とを具備しており、循環水憤出ノズル（１０）の円筒形周壁（１１）に、平面よりみて放射状にかつ略水平方向に開口した例えば直径１〜３ｍｍ、好ましくは１．５〜２．５ｍｍ、望ましくは約２ｍｍの５〜２０個、好ましくは８〜１２個の循環水憤出孔（１３）があけられている。
【００５１】
なお、循環水憤出ノズル（１０）の筒形周壁（１１）は、図示のものは平面よりみて円形であり、また循環水憤出ノズル（１０）の頂壁（１２）は、円錐形を有しているが、その他、循環水憤出ノズル（１０）の筒形周壁（１１）は、平面よりみて楕円形であっても良いし、平面よりみて多角形の角筒形を有していても良い。また、循環水憤出ノズル（１０）の頂壁（１２）は、図示のものは円錐形を有しているが、その他、循環水憤出ノズル（１０）の頂壁（１２）は、円錐台形、または略半球形であっても良く、さらに、角錐形または角錐台形を有していても良い。
【００５２】
上記のように、本発明によるアンモニア含有排水の水処理方法は、アンモニア性窒素を含む原水（排水）を亜硝酸性窒素の存在下に、アンモニア性窒素を水素供与体、亜硝酸性窒素を水素受容体とする脱窒微生物により生物脱窒する脱窒反応槽（２）において、脱窒反応槽（２）の循環水流入部における流入水の流速を高めることにより、ＰＶＡゲル担体（８）の流動状態を局所的に高めて、ＰＶＡゲル担体（８）表面に形成されるバイオフィルム（微生物膜）を破壊するものであるから、本発明によれば、ＰＶＡゲル担体（８）表面へのバイオフィルムの形成を抑制することができて、ゲル担体（８）の表面付近だけでなく、ゲル担体（８）内部まで菌体が入り込み、増殖することよって、ＰＶＡゲル担体（８）の利用効率を高めることができて、高効率な窒素除去を果たし得る。
【００５３】
本発明の水処理方法において、脱窒微生物を固定したＰＶＡゲル担体（８）が脱窒反応槽（２）内で上向流で循環する流動層が、脱窒反応槽（２）の循環水流入部における流入水の流速を高めて、ＰＶＡゲル担体（８）の流動化条件としてＰＶＡゲル担体（８）が１〜５割、好ましくは約２〜３割程度膨脹するように流動化させることよって、全ＰＶＡゲル担体（８）が完全に流動化する流動床に比べて、ポンプ動力を低減でき、脱窒反応槽（２）を小さくすることができる。
【００５４】
本発明のアンモニア含有排水の水処理装置の発明では、脱窒反応槽（２）の循環水流入部に循環水憤出ノズル（１０）が設けられ、循環水憤出ノズル（１０）から脱窒反応槽（２）内に憤出した流入水の流速が高められることにより、ＰＶＡゲル担体（８）の流動状態が局所的に高められて、ＰＶＡゲル担体（８）表面に形成されるバイオフィルム（微生物膜）が破壊される。
【００５５】
循環水憤出ノズル（１０）の筒形周壁（１１）には、平面よりみて放射状にかつ略水平方向に開口した所要数の循環水憤出孔（１３）が設けられていて、循環水の憤出方向を水平方向とすることにより、流動層内に渦流を作り、ＰＶＡゲル担体（８）が激しく流動する作用効果が生まれ、これによって、ＰＶＡゲル担体（８）表面へのバイオフィルムの形成を抑制することができて、ＰＶＡゲル担体（８）の表面付近だけでなく、ＰＶＡゲル担体（８）内部まで菌体が入り込み、増殖することよって、ＰＶＡゲル担体（８）の利用効率を高めることができて、高効率な窒素除去を果たし得るものである。
【００５６】
なお、循環水憤出ノズル（１０）の筒形周壁（１１）は、平面よりみて円形もしくは楕円形、または角筒形を有し、該ノズル（１０）の頂壁（１２）は、円錐形、円錐台形、もしくは略半球形、角錐形または角錐台形を有していて、これらはいずれも、いわゆる尖がり（とんがり）の形状を有するものであるから、脱窒反応槽（２）内において循環水憤出ノズル（１０）の頂壁（１２）上に落ちて来たＰＶＡゲル担体（８）が、スムーズに舞い上がることができ、担体の流動化が速やかに行なわれて、ＰＶＡゲル担体（８）表面へのバイオフィルムの形成を抑制することができて、ＰＶＡゲル担体（８）の表面付近だけでなく、ＰＶＡゲル担体（８）内部まで菌体が入り込み、増殖することよって、ＰＶＡゲル担体（８）の利用効率を高めることができて、高効率な窒素除去を果たし得る。
【００５７】
また、本発明においては、担体（８）が、細孔を有しかつ粒径０．２〜１０ｍｍを有する粒状担体（８）であっても良い。このような細孔を有する粒状担体（８）によれば、anammox菌による脱窒反応槽（２）には、粒状担体（８）を投入した無酸素槽を設け、上向流によって粒状担体（８）を流動化させ、かつ、脱窒反応槽（２）の循環水流入部を絞り、脱窒反応槽（２）の循環水流入部での水の流速を高めることよって、粒状担体（８）表面へのバイオフィルムの形成を抑制し、粒状担体（８）の表面付近だけでなく、細孔の内部に効率よく菌体を増殖させることができて、高効率な窒素除去ができるものである。
【００５８】
図４は、本発明のアンモニア含有排水の水処理方法を実施する装置の第２実施形態を示す脱窒反応槽の要部拡大水平断面図、図５は、同水処理装置の脱窒反応ぬ槽の要部拡大垂直断面図である。
【００５９】
同図を参照すると、本発明のアンモニア含有排水の水処理装置において、脱窒反応槽（２）の底部に設けられた循環水憤出ノズル（１５）が、循環管（５）の循環水流入側端部に接続された分配用主管（１６）と、この分配用主管（１６）に対して直交状に接続された４本の分岐憤出管（１７）とによって構成されて、平面よりみて略櫛形となされており、各分岐憤出管（１７）に下方に開口した所要数の循環水憤出孔（１８）が設けられている。
【００６０】
本発明の第２実施形態によれば、循環管（５）の一端部より導入される循環水を、循環水憤出ノズル（１５）の４本の分岐憤出管（１７）に下方に開口したの循環水憤出孔（１８）より下向きに憤出させることにより、いわゆる憤流を作り、担体（８）が激しく流動する効果が生まれ、これによって、担体（８）表面へのバイオフィルムの形成を抑制することができて、担体（８）の表面付近だけでなく、担体（８）内部まで菌体が入り込み、菌体が増殖することよって、担体（８）の利用効率を高めることができて、高効率な窒素除去を果たし得るものである。また、循環水憤出孔（１８）が、各分岐憤出管（１７）に下方に開口してあけられているから、担体（８）により循環水憤出孔（１８）が塞がれにくい。
【００６１】
図示の循環水憤出ノズル（１５）は、分配用主管（１６）に対して直交状に接続された４本の分岐憤出管（１７）のうち、両外側の相対的に短い２本の分岐憤出管（１７ａ）に下方に開口した７個の循環水憤出孔（１８）があけられ、内側の相対的に長い２本の分岐憤出管（１７ｂ）に下方に開口した１１個の循環水憤出孔（１８）があけられている。
【００６２】
なお、循環水憤出ノズル（１５）は、分配用主管（１６）に対して少なくとも２本の分岐憤出管（１７）が直交状に接続されておれば良く、また各分岐憤出管（１７）に下向きにあけられる循環水憤出孔（１８）の個数は、図示のものに限定されない。さらに、各分岐憤出管（１７）に下向きにあけられる循環水憤出孔（１８）の開口方向は、真下（垂下状方向）でなくても良く、斜め下向きであっても良い。要するに、循環水憤出孔（１８）の開口方向は、好ましくは、水平方向に対して１０°〜９０°の範囲で左または右斜め下向き、あるいは真下方向にあけられている。このように、循環水憤出孔（１８）が、各分岐憤出管（１７）に下方に開口してあけられているから、担体（８）により循環水憤出孔（１８）が塞がれるようなことが全くない。
【実施例】
【００６３】
以下、本発明の実施例を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００６４】
実施例１
図１と図２に示す装置を用いて、本発明による水処理方法を実施する実験を行なった。
【００６５】
この実施例１では、アンモニアを含む排水（原水）として、塩化アンモニウムおよび亜硝酸ナトリウムで実験用の排水（原水）を調整し、これを使用した。なお、一般的には、アンモニアを含む排水（原水）を曝気槽（１）において、原水中のアンモニアの一部をアンモニア酸化細菌による生物酸化反応により酸化して亜硝酸化する。
【００６６】
つぎに、上記の実験用の排水を、脱窒反応槽（２）に導入した。脱窒反応槽（２）には長期間培養後、anammox（嫌気性アンモニア酸化）が充分馴養されているＰＶＡゲル担体（８）を投入しておき、この脱窒反応槽（２）において、実験用の排水中の亜硝酸とアンモニアの残部とから脱窒を行ない、anammox（嫌気性アンモニア酸化）反応により排水を浄化する。浄化された処理水は、排出管（７）より排出した。
【００６７】
図２において、脱窒反応槽（２）に実験用の排水を導入するだけでは、拡散効果が低いため、実験用の排水中の亜硝酸とアンモニアの混合攪拌を促進するために内部循環水と合流させ、流入水の量を調整することにより、攪拌効果を高める。すなわち、脱窒反応槽（２）において浄化された脱窒水の一部を、循環ポンプ（６）の作動により脱窒反応槽（２）の頂部から循環管（５）を経て脱窒反応槽（２）の底部へと内部循環させ、脱窒反応槽（２）のanammox（嫌気性アンモニア酸化）反応系の内容量を調整して、実験用の排水中の亜硝酸とアンモニアの混合攪拌を促進して、微生物反応が速やかに行なわれるようにした。
【００６８】
脱窒反応槽（２）の底壁（２ａ）中央部には循環管（５）の一端部が接続され、この循環管（５）端部の循環水流入部を覆うように循環水憤出ノズル（１０）が設けられている。循環水憤出ノズル（１０）は、円筒形周壁（１１）とこれの上端に連なる円錐形頂壁（１２）とを具備しており、循環水憤出ノズル（１０）の円筒形周壁（１１）に、平面よりみて放射状にかつ略水平方向に開口した直径２ｍｍの１０個の循環水憤出孔（１３）があけられている。
【００６９】
この循環水憤出ノズル（１０）の円筒形周壁（１１）にあけられた平面よりみて放射状かつ略水平方向の循環水憤出孔（１３）から憤出する循環水流入部における流入水の流速は、９５００ｍ／ｈであった。
【００７０】
図３のグラフに、本発明の上記実施例１による排水処理の実験を６０日間実施した経過日数と、実験用の排水中の窒素除去速度（ｇ／ｍ３／ｄ）の関係を示した。
【００７１】
図３のグラフの結果から明らかなように、本発明によれば、脱窒反応槽（２）において、脱窒反応槽（２）の循環水流入部における流入水の流速を高めることにより、ＰＶＡゲル担体（８）の流動状態を局所的に高められて、ＰＶＡゲル担体（８）表面にはバイオフィルム（微生物膜）が形成されておらず、ＰＶＡゲル担体（８）の表面付近だけでなく、ＰＶＡゲル担体（８）内部まで菌体が入り込み、増殖しつづけることよって、実験用の排水中の窒素除去速度が順調に上昇しており、ＰＶＡゲル担体（８）の利用効率を高めることができて、高効率な窒素除去を果たし得、良好な浄化処理水が得られることがわかった。
【００７２】
比較例１
比較のために、図６に示す従来の脱窒反応槽（２０）を具備する水処理装置を使用し、その他の点は、上記実施例１の場合と同様にして、実験を行なった。
【００７３】
従来の水処理装置において、脱窒反応槽（２０）の底壁（２０ａ）中央部に循環管（２１）の一端部が接続され、この循環管（２１）の循環水流入部の上方の所定高さに、パンチングメタルよりなる多孔板（２２）が水平状に渡し止められている。この多孔板（２２）には、上方に向かって開口した直径２ｍｍの８０個の循環水憤出孔（２３）があけられている。この脱窒反応槽（２０）内でＰＶＡゲル担体（２４）に脱窒微生物が固定され、循環管（２１）の一端部より脱窒反応槽（２０）の下端部に導入された循環水は、パンチングメタルよりなる多孔板（２２）の循環水憤出孔（２３）を通過して上方に憤出し、これによってＰＶＡゲル担体（２４）は、脱窒反応槽（２０）内で上向流で循環する流動層を形成している。
【００７４】
そして、上記実施例１において使用した塩化アンモニウムおよび亜硝酸カリウムで調整した実験排水を、従来の脱窒反応槽（２０）に導入して、実験を行なったところ、脱窒反応槽（２０）の底部において、パンチングメタルよりなる多孔板（２２）の循環水憤出孔（２３）から憤出する水の流速は、１３００ｍ／ｈであった。
【００７５】
図３のグラフに、この比較例１の実験結果をあわせて示した。図３のグラフの結果から明らかなように、比較例１においては、脱窒反応槽（２０）において、ＰＶＡゲル担体（２４）の表面にバイオフィルム（微生物膜）が形成されており、ゲル担体（２４）表面のみが菌体の生育場所となってしまったため、ゲル担体（２４）内部に菌体が入りにくい状態となり、実験用の排水中の窒素除去速度が、２０日を過ぎて上昇せず、ＰＶＡゲル担体（２４）の利用効率を高めることができず、充分な窒素除去を行なうことができなかった。
【００７６】
実施例２
図１と図２に示す水処理装置を用いて、本発明による水処理方法を実施する実験を行なった。
【００７７】
アンモニア濃度２５０ｍｇ／Ｌの排水を、容積１０Ｌの１次処理槽としての曝気槽（１）に、３０Ｌ／ｄで供給した。曝気槽（１）には、下水処理場由来の活性汚泥で馴養した担体、すなわち好気性微生物及びアンモニア酸化菌を保持するためのポリウレタン樹脂よりなる担体を投入した。曝気槽（１）の底部には、エアポンプの作動によって空気供給管から空気が供給される散気管（曝気手段）が備えられるとともに、曝気槽（１）の頂部に、ＤＯ（溶存酸素量）調整装置（図示略）が設けられており、曝気槽（１）の溶存酸素量が１ｍｇ／Ｌとなるように調整した。
【００７８】
この曝気槽（１）において、原水中の有機物を好気性微生物による酸化反応により分解するとともに、アンモニアの一部をアンモニア酸化細菌による生物酸化反応により酸化して亜硝酸化した。曝気槽（１）からの反応後の流出水を、anammox条件で馴養したＰＶＡゲル担体（８）を３Ｌを投入した上記実施例１と同タイプの脱窒反応槽（２）に導入し、以下、実施例１の場合と同様に排水処理を行なった。
【００７９】
その結果、脱窒反応槽（２）において、曝気槽（１）からの反応後の流出水中の亜硝酸とアンモニアの残部とから脱窒を行ない、anammox（嫌気性アンモニア酸化）反応により排水を浄化し、浄化された処理水には、アンモニアが全く含まれていなかった。
【００８０】
これに対し、曝気槽（１）からの反応後の流出水を、上記比較例１に示す脱窒反応槽（２０）に導入し、以下、比較例１の場合と同様に排水処理を行なったところ、脱窒反応槽（２０）での反応後の処理水中には、アンモニアが残存していた。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明によるアンモニア含有排水の水処理装置の第１実施形態を示すフローシートである。
【図２】同水処理装置の脱窒反応槽の要部拡大断面図である。
【図３】排水処理の実験経過日数と排水中のアンモニア除去速度の関係を表わすグラフである。
【図４】本発明によるアンモニア含有排水の水処理装置の第２実施形態を示す脱窒反応槽の要部拡大水平断面図である。
【図５】同水処理装置の脱窒反応槽の要部拡大垂直断面図である。
【図６】従来の水処理装置の脱窒反応槽の要部拡大断面図である。
【符号の説明】
【００８２】
１：曝気槽（１次処理槽）
２：脱窒反応槽（２次処理槽）
３：原水流入管
４：１次処理水流送管
５：循環管
６：ポンプ
７：２次処理水排水管
８：ＰＶＡゲル担体
１０：循環水憤出ノズル
１１：円筒形周壁
１２：円錐形頂壁
１３：循環水憤出孔
１５：平面よりみて略櫛形の循環水憤出ノズル
１６：分配用主管
１７：分岐憤出管
１８：循環水憤出孔
【図１】
2006346580.tif 000003
【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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