(57)【要約】【課題】  アンモニア性窒素と有機物を含む排水を効率よく処理すること【解決手段】  本発明によれば、有機物の存在下で生育し得る、アナモックス微生物と従属栄養微生物との共存体が提供される。有機物とアンモニア性窒素を含む原水を完全に亜硝酸化し、原水と混合した混合液を、この共存体を含むアナモックス処理槽に導入して嫌気的に処理することにより、脱窒および有機物が同時に処理するシステムが提供される。【選択図】  図３
2006325512.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機物の存在下で生育し得る、独立栄養性アナモックス微生物と従属栄養微生物との共存体。
【請求項２】
有機物の存在下で生育し得る、独立栄養性アナモックス微生物と従属栄養微生物との共存体と、有機物、亜硝酸性窒素および／または硝酸性窒素、およびアンモニア性窒素とを嫌気的に反応させて、有機物、亜硝酸性窒素および／または硝酸性窒素、およびアンモニア性窒素をＮ２として除去する、排水処理方法。
【請求項３】
有機物およびアンモニア性窒素を含む原水を処理する排水処理システムであって、有機物の存在下で生育し得る、独立栄養性アナモックス微生物と従属栄養微生物との共存体を含むアナモックス処理槽を備えた、排水処理システム。
【請求項４】
さらに、亜硝酸化槽を備え、該亜硝酸化槽で有機物およびアンモニア性窒素を含む原水を完全にまたは部分的に亜硝酸化処理した処理水と、有機物およびアンモニア性窒素を含む原水とを混合して前記アナモックス処理槽で嫌気的に処理する、請求項３に記載の排水処理システム。
【請求項５】
亜硝酸化槽に供給する原水量とアナモックス処理槽に直接供給する原水量とを所定の比率で分配する装置をさらに備える、請求項４に記載の排水処理システム。
【請求項６】
前記亜硝酸化槽に供給する原水量とアナモックス処理槽に直接供給する原水量との比率が、５０〜６０：５０〜４０である、請求項５に記載の排水処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排水処理システムに関する。さらに詳しくは、アンモニア性窒素の効率的な除去システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
下水処理を含む有機性廃棄物の処理排液中に含まれるアンモニア性窒素は、河川、海洋などにおける富栄養化の原因物質の一つであるため、除去する必要がある。一般に、アンモニア性窒素を含む排水処理には、好気条件下において、アンモニア酸化細菌および亜硝酸酸化細菌によってアンモニア性窒素を亜硝酸性窒素および硝酸性窒素に酸化する硝化反応と、嫌気条件下において、脱窒細菌により亜硝酸性窒素および硝酸性窒素を窒素ガスに還元する脱窒反応を組み合わせた生物学的硝化脱窒法が採用されている。
【０００３】
しかし、この方法は、硝化反応においては、大量の酸素の曝気を必要とすること、脱窒工程においては、脱窒細菌の栄養源としてメタノールなどの有機物を大量に必要とすること、汚泥が大量に発生すること、反応速度が遅いため、大規模な処理設備が必要となることなど、処理コストが上昇する。
【０００４】
これに代わる方法として、独立栄養性の脱窒微生物（以下、アナモックス微生物という）を用いる窒素除去方法が提案されている。この方法は、嫌気条件下、アンモニアが電子供与体、亜硝酸が電子受容体となる反応であり、酸素の供給、有機物の添加を必要としないため、極めて経済的な窒素除去方法である。例えば、特許文献１には、アンモニア性窒素を部分的に亜硝酸化または硝酸化し、アナモックス微生物と反応させて脱窒する方法が提案されている。また、特許文献２には、アンモニア性窒素を部分的に亜硝酸化し、これとアンモニア性窒素を含む原水とを混合した混合液から有機物を除き、アナモックス微生物と接触させて窒素を除去する方法が記載されている。また、特許文献３には、アナモックス微生物の脱窒効率を上げるために、アンモニア性窒素の亜硝酸化率を５５％以下に制御し、これをアナモックス微生物と接触させて、脱窒する方法が記載されている。
【０００５】
しかし、これらの窒素除去方法において、独立栄養性のアナモックス微生物は有機物が存在すると生育を阻害されるため、特許文献２に記載されているように、亜硝酸化工程においては、完全に有機物を除去しなければならない。そのため、亜硝酸化工程において、大量の酸素の曝気を必要とする。また、ほぼ完全に有機物を除去しなければならないため、連続的に反応を行うことができない。特許文献４では、原水をメタン発酵に供して有機物を除去し、これを亜硝酸化工程に供給し、アンモニア性窒素の亜硝酸化率を６０％に制御する脱窒方法を記載している。しかし、この特許文献４において、メタン発酵では完全に有機物を除去することができない。そのため、特許文献２および３と同様、亜硝酸化工程において大量の酸素の曝気を必要とし、さらに、有機物を除去するために連続的に亜硝酸化反応を行うことができないという問題がある。さらに特許文献４では、亜硝酸と有機分とを完全に除去したアンモニア性窒素を含む原水との混合水をアナモックス処理する場合には硝酸が発生し、生じた硝酸の除去のために、メタノールなどの有機物を添加しなければならず、新たに汚泥が発生する。
【０００６】
このように、アナモックス微生物を用いる脱窒方法は、有機物を除去してから脱窒処理を行わなければならないこと、アンモニア性窒素の亜硝酸化率を一定の比率に制御することが非常に困難であること、アナモックス微生物処理により硝酸が発生する場合、さらに有機物（メタノール）を添加して処理しなければならず、新たに汚泥が発生するという問題がある。
【特許文献１】特開平８−１９２１８５号公報
【特許文献２】特開２００１−１０４９９２号公報
【特許文献３】特開２００３−３３７８４号公報
【特許文献４】特開２００５−７４２５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、アナモックス微生物を用いて、アンモニア性窒素を含む排水から効率よく脱窒する方法が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、有機物の存在下で生育し得る、独立栄養性アナモックス微生物と従属栄養微生物との共存体（以下、本発明の共存体、あるいはアナモックス共存体という場合がある）を提供する。
【０００９】
本発明は、また、有機物の存在下で生育し得る、アナモックス共存体と、有機物、亜硝酸性窒素および／または硝酸性窒素、およびアンモニア性窒素とを反応させて、有機物、亜硝酸性窒素および／または硝酸性窒素、およびアンモニア性窒素をＮ２として除去する排水処理方法を提供する。
【００１０】
さらに別の本発明は、有機物およびアンモニア性窒素を含む原水を処理する排水処理システムであって、有機物の存在下で生育し得るアナモックス共存体を含むアナモックス処理槽を備えた排水処理システムを提供する。
【００１１】
一つの実施態様では、本発明の排水処理システムは、さらに、亜硝酸化槽を備え、該亜硝酸化槽で有機物およびアンモニア性窒素を含む原水を完全にまたは部分的に亜硝酸化処理した処理水と、有機物およびアンモニア性窒素を含む原水とを混合して前記アナモックス処理槽で嫌気的に処理する。
【００１２】
別の実施態様では、本発明の排水処理システムは、亜硝酸化槽に直接供給する原水量とアナモックス処理槽に供給する原水量とを所定の比率で分配する装置をさらに備えている。
【００１３】
さらに異なる実施態様では、上記亜硝酸化槽に供給する原水量とアナモックス処理槽に直接供給する原水量との比率が５０〜６０：５０〜４０である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のアナモックス共存体は、従来の独立栄養性アナモックス微生物とは異なり、有機物の存在下においても生育し得る。そのため、アナモックス微生物の処理方法で従来行われている、亜硝酸化前の有機物除去を必要とせず、また、アンモニア性窒素の亜硝酸化率を５０〜６０％という範囲に設定し、制御するという困難な調整を必要としない、極めて簡便な窒素除去方法が提供される。
【００１５】
すなわち、有機物とアンモニア性窒素を含む原水をそのまま亜硝酸化槽に導入して、アンモニアを完全に亜硝酸化し、この亜硝酸化処理後の処理水を、再び有機物とアンモニア性窒素を含む原水と所定の比率で混合し、嫌気条件下で、アナモックス処理槽に導入するという、簡便な排水処理システムが提供される。最も簡単なシステムは、亜硝酸化槽に供給する原水量とアナモックス処理槽に供給する原水量とを所定の比率で分配し、これを制御する排水処理システムであり、このシステムによって、原水中の有機物およびアンモニア性窒素がほぼ完全に除去される。
【００１６】
さらに、従来、有機物除去装置が不要となり、亜硝酸化槽を小さくできるうえ、曝気量も減少する。そのため、排水処理コストが低減し、処理効率も大きく向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
（アナモックス微生物と従属栄養微生物との共存体）
本発明に用いられる独立栄養性アナモックス微生物と従属栄養微生物との共存体（アナモックス共存体）は、有機物の存在下で生育し得る。この共存体は、独立栄養性のアナモックス微生物と従属栄養性の微生物、例えば、ズーグレア、バチルスなどの微生物種から構成され、アナモックス微生物と従属栄養性の微生物が複合した形態で存在する。顕微鏡観察では、アナモックス微生物が従属栄養性の微生物で被覆されているように見えることがある。このため、アナモックス微生物の生育を阻害する溶存酸素あるいは有機物が従属栄養性の微生物で消費されるため、アナモックス微生物の生育環境が確保されていると考えられる。
【００１８】
なお、本明細書において、有機物は、微生物などの生物により酸化され得る有機物をいい、生物学的酸素要求量（ＢＯＤ）と同義で使用する。従って、有機物をＢＯＤと表記することがある。
【００１９】
本発明の共存体は、従来、アナモックス微生物として用いられている汚泥を、アンモニア性窒素、亜硝酸および有機物を含む排水で馴養することにより、得ることができる。馴養は、まず、アンモニア性窒素と亜硝酸性窒素を含有し、有機物の濃度が極めて低い排水と、アナモックス微生物を含む汚泥とを接触させ、培養する。窒素ガスを発生する汚泥を採取し、次に有機物濃度をやや高くして、さらに培養を行い、窒素ガスを発生する汚泥を採取する。この操作を繰り返して有機物濃度を徐々に高めながら、有機物の存在下、アンモニア性窒素と亜硝酸性窒素を含有する排水から窒素を除去し得る汚泥を採取する。このようにして、有機物（ＢＯＤ）濃度が６００ｍｇ／Ｌ以上であっても窒素を除去し得る独立栄養性アナモックス微生物と従属栄養微生物との共存体が得られる。
【００２０】
本発明の共存体に供給する有機物濃度は、アナモックス共存体が生育でき、アンモニア性窒素と亜硝酸性窒素から窒素ガスを発生することができる濃度であれば、特に制限はない。１０００ｍｇ／Ｌ以下であることが好ましく、５００ｍｇ／Ｌ以下であることがより好ましい。また、２００ｍｇ／Ｌ以下であることがさらに好ましい。また、有機物（ＢＯＤ）濃度は５０ｍｇ／Ｌ以上が好ましく、１００ｍｇ／Ｌ以上がより好ましい。好ましい範囲は５０〜２００ｍｇ／Ｌであり、１００〜２００ｍｇ／Ｌであることがより好ましい。
【００２１】
この共存体は、そのまま（固定化されていない状態で）使用してもよく、適切な担体（例えば、細かいメッシュの金網、樹脂など）に固定して用いてもよい。
【００２２】
（排水処理方法）
本発明の排水処理方法は、上記アナモックス共存体と、有機物、亜硝酸性窒素および／または硝酸性窒素、およびアンモニア性窒素とを反応させて、有機物、亜硝酸性窒素および／または硝酸性窒素、およびアンモニア性窒素をＮ２として除去する。本発明の共存体は、アナモックス微生物が、亜硝酸性窒素とアンモニア性窒素との存在下、それらの窒素成分をＮ２にして除去する。アナモックス処理において発生する硝酸は、アナモックス共存体を構成する従属栄養性微生物により分解され除去される。そのため、アンモニア性窒素に由来する窒素は、全て除去される。さらに、有機物（ＢＯＤ）も、アナモックス共存体を構成する従属栄養性微生物の栄養源として除去される。従って、本発明の排水処理方法によれば、有機物、亜硝酸性窒素、硝酸性窒素、およびアンモニア性窒素が完全に除去される。
【００２３】
（排水処理システム）
本発明の排水処理システムの特徴は、本発明の共存体を含むアナモックス処理槽を備えている点にある。すなわち、本発明の共存体を含むアナモックス処理槽は、嫌気条件で有機物（ＢＯＤ）の存在下でも、アンモニア性窒素と亜硝酸性窒素を電子供与体・受容体として反応させ、それらの窒素成分をＮ２として除去できるシステムである。本発明のシステムは、好ましくは、亜硝酸化槽をさらに備えている。この亜硝酸化槽で、好ましくはアンモニア性窒素の全てが亜硝酸性窒素に酸化される。ついで、この亜硝酸性窒素を含む処理水と、有機物とアンモニア性窒素を含む原水とを適切な比率で（例えば、亜硝酸性窒素とアンモニア性窒素のモル比が５０〜６０：５０〜４０、最も好ましくは５６：４４となるように）混合し、本発明の共存体を含有するアナモック処理槽に導入し、嫌気的に反応させることにより、効率よくこれらの窒素成分がＮ２として除去される。また、亜硝酸化槽に供給する原水量とアナモックス処理槽に供給する原水量とを所定の比率で分配する装置、例えば、流量分配バルブを備え、流量を調節するだけで、アンモニア性窒素および有機物を完全に除去するシステムが提供される。本発明の排水処理システムの特徴および利点についての詳細は、実施例で後述する。
【実施例】
【００２４】
以下に、実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明は以下の実施例に制限されない。
【００２５】
（実施例１：本発明の共存体の調製）
ＢＯＤを含まないアナモックス処理槽から汚泥を採取した。亜硝酸性窒素：アンモニア性窒素を５６：４４（モル比）で含み、かつ有機物を１００〜２００ｍｇ／Ｌ含む培地で嫌気的に培養し、窒素ガスを発生する汚泥を採取した。この汚泥を、さらに有機物濃度を高め、同様にして培養し、窒素ガスを発生する汚泥を採取した。このような操作を繰り返し、意図的に従属栄養微生物の被膜を増加させ、有機物（ＢＯＤ）存在下でも亜硝酸性窒素とアンモニア性窒素とから窒素を生成し得るアナモックス共存体が得られた。
【００２６】
得られたアナモックス共存体の窒素除去速度と有機物濃度との関係を図１に示す。図１に示すように、ＢＯＤ濃度が４００ｍｇ／Ｌ未満では、窒素除去速度はほとんど一定であるが、４００ｍｇ／Ｌを超えても、ＢＯＤ濃度の影響を受けることなく、窒素除去速度が増加している。この共存体を顕微鏡で観察すると、独立栄養のアナモックス微生物を従属栄養微生物が被覆しているように見えた（図示せず）。従って、有機物の存在下でもアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素とから、それらが分解して窒素を生成し得る、アナモックス微生物と従属栄養微生物との共存体が得られたことが確認された。
【００２７】
（実施例２：排水処理システム−その１）
本発明の排水処理システムの一例を、図２に示す。図２に示す処理システム１は、亜硝酸化槽２とアナモックス処理槽３とを備えている。亜硝酸化槽２には、曝気管７が設けられている。この処理システム１では、まず、アンモニア性窒素および有機物（ＢＯＤ）を含む原水４を亜硝酸化槽２に供給する。供給された原水４中のアンモニア性窒素は、亜硝酸化槽２内で曝気管７から供給された酸素により、好気的にアンモニア酸化細菌により亜硝酸化される。また、有機物（ＢＯＤ）も亜硝酸化槽２内の汚泥により消化され、さらに、酸素の曝気により酸化されて、ＢＯＤは減少またはゼロになる。
【００２８】
亜硝酸化槽２では、アンモニア性窒素の亜硝酸性窒素への酸化率は、モル換算で５０％以上であればよい。好ましくは７０％以上であり、さらに好ましくは９０％以上であり、最も好ましくは１００％である。すなわち、アンモニア性窒素を完全に亜硝酸化することが最も好ましい。
【００２９】
亜硝酸化槽２で処理された処理水５は、適切な亜硝酸性窒素とアンモニア性窒素との比率（モル比）、例えば、５０〜６０：５０〜４０となるように、アンモニア性窒素を含む原水８と混合され、混合水６を得る。混合水６中の亜硝酸性窒素とアンモニア性窒素との好ましい比率（モル比）は、５５〜５７：４５〜４３であり、さらに好ましくは、５６：４４である。このような比率で嫌気的なアナモックス共存体処理を行うことにより、アンモニア性窒素および亜硝酸性窒素からこれらの窒素成分がＮ２として除去される。また、アナモックス処理の工程で生じる硝酸性窒素は、アナモックス共存体の従属栄養性微生物により処理され、窒素ガスとして回収される。そのため、すべてのアンモニア性窒素が、窒素ガスとして除去され得る。
【００３０】
なお、原水８は原水４と同じであってもよいし、アンモニア性窒素と有機物を含む、原水４とは異なる原水であってもよい。
【００３１】
（実施例３：排水処理システム−その２）
上記実施例２に示した処理システム１において、原水８が原水４と同一である場合、原水４の一部が亜硝酸化槽２に供給され、残りの一部が亜硝酸化槽２からの処理水５と混合されることになる。そのため、予め、原水４を、亜硝酸化槽２に供給する量と、処理水５と混合する量とに分配することができる。このようなシステムの一例を図３に示す。
【００３２】
図３の排水処理システム１１は、亜硝酸化槽１２およびアナモックス処理槽１３を備えている。亜硝酸化槽１２は曝気管１７を備えており、亜硝酸化槽１２に空気（酸素）が通気、供給される。
【００３３】
この排水処理システム１１は、アンモニア性窒素とＢＯＤを含む原水１４が、流量分配バルブ１８で、亜硝酸化槽１２に５６％、アナモックス処理槽１３に４４％の割合で配分されるように構成されている。そして、亜硝酸化槽１２において、導入されたアンモニア性窒素は全て亜硝酸性窒素に酸化され、ＢＯＤもほぼ消化されて、ほとんどゼロになる。亜硝酸化槽１２から排出される亜硝酸性窒素を含む処理水５は、分配された量、すなわち５６％の原水量に相当する。そこで、この５６％に相当する処理水１５と、分配された４４％の原水１４とを混合すると、亜硝酸性窒素とアンモニア性窒素とが、５６：４４で含まれる混合水１６が得られる。この混合水１６中の亜硝酸性窒素とアンモニア性窒素との比率は、アナモックス微生物による効率的な窒素除去の比率であり、アナモックス処理槽１３中で、アンモニア性窒素および亜硝酸性窒素が窒素ガスとして回収される。アナモックス処理中に発生する硝酸は、本発明のアナモックス共存体で処理されるため、排水中には含まれない。また、ＢＯＤも本発明の共存体で処理されるため、排水中のＢＯＤはゼロとなる。
【００３４】
（本発明のシステムの特徴）
本発明の処理システムの特徴を、従来の技術と比較すると以下の通りである。アナモックス微生物は、亜硝酸性窒素とアンモニア性窒素とが一定の比率（例えばモル比で５６：４４）のときに最も効率的に脱窒するが、アナモックス微生物はＢＯＤ存在下生育できないことから、ＢＯＤを除去し、かつこの比率にアンモニア性窒素の亜硝酸化を調節しなければならない。特に後者の比率に制御することは、非常に困難である。
【００３５】
これに対して、本発明においては、亜硝酸化の工程において、ＢＯＤを予め除去する必要がなく、アンモニア性窒素の亜硝酸化を特定の比率に調整する必要もない。アンモニア性窒素は全て亜硝酸性窒素に変換することができるので、工程の管理が極めて簡単である。そして、この亜硝酸性窒素を含む処理水と、アンモニア性窒素および有機物（ＢＯＤ）を含む原水とを、亜硝酸性窒素とアンモニア性窒素とが所望の比率となるように混合して、本発明の共存体で処理することにより、それらの窒素がＮ２として除去できる。これは、本発明の共存体が有機物（ＢＯＤ）存在下においても、アンモニア性窒素と亜硝酸性窒素とをＮ２として除去することができることに起因する。
【００３６】
さらに、アナモックス微生物処理により生じた硝酸は、本発明の共存体により分解され、Ｎ２として除去されるので、特許文献４に記載されているような硝酸処理のためにメタノールなどの新たな有機物を添加する必要もなく、メタノールに起因する汚泥の発生もない。
【００３７】
また、本発明の方法（排水処理システム）では、原水の一部は亜硝酸化することなく、そのままアナモックス処理槽に供給できる。そのため、全ての原水を亜硝酸化処理しなければならなかった従来の方法と比べると、亜硝酸化槽の負荷量が半分程度になる。その結果、装置全体が小さくてすみ、亜硝酸化に要する時間も短縮できることから、処理効率が格段に向上する。さらに、処理システム２においては、単に流量（原水の分配量）を維持あるいは制御するだけで、効率的な窒素除去を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明によれば、独立栄養性のアナモックス微生物と従属栄養性微生物との共存体は、嫌気条件下、有機物の存在下でもアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素とからそれらの窒素成分をＮ２として除去できるので、有機物とアンモニア性窒素を含む排水処理に極めて有用である。さらに、この共存体を用いることにより、アンモニア性窒素と有機物を含む原水の一部を亜硝酸化槽に導入して亜硝酸化し、この処理液を残りの原水と混合してアナモックス微生物で処理するので、実質的に原水の亜硝酸化槽への流量を調整するだけで、排水処理が可能となる。そのため、管理が非常に簡便で、亜硝酸化装置が小型化でき、処理効率が向上するため、アンモニア性窒素と有機物を含む排水処理の分野において、極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の共存体の窒素除去速度と有機物濃度との関係を示す図である。
【図２】本発明の排水処理システムを示す模式図である。
【図３】本発明の、別の排水処理システムを示す模式図である。
【符号の説明】
【００４０】
１、１１    処理システム
２、１２    亜硝酸化槽
３、１３    アナモックス処理槽
４、１４    原水
５、１５    処理水
６、１６    混合液
７、１７    曝気管
８          原水
１８        流量分配バルブ
【図１】
2006325512.tif 000003
【図２】
2006325512.tif 000004
【図３】
2006325512.tif 000005