(57)【要約】【課題】硝化を促進し、処理水水質の向上と装置のコンパクト化（標準活性汚泥法と同程度のＨＲＴ）を実現できる窒素含有汚水の処理装置を提供すること。及び、硝化能力に優れた微生物により再現性に優れた硝化脱窒を行うことができる窒素含有汚水の処理装置を提供すること。【解決手段】窒素成分を少なくとも含む汚水を流入水として受け入れ生物学的な硝化反応と脱窒反応を行う反応タンクと、該反応タンク内の汚泥を導入して固液分離する固液分離手段とを有し、前記固液分離手段で分離された固形分である汚泥の一部又は全部を導入し酸素の補給、汚泥の混合及び攪拌を行う安定好気槽を設け、該安定好気槽内の汚泥を前記反応タンクに返送するラインを有し、且つ該安定好気槽又は反応タンク内に腐植土ペレットの溶出液を添加混合してなることを特徴とする窒素含有汚水の処理装置。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒素成分を少なくとも含む汚水を流入水として受け入れ生物学的な硝化反応と脱窒反応を行う反応タンクと、該反応タンク内の汚泥を導入して固液分離する固液分離手段とを有し、前記固液分離手段で分離された固形分である汚泥の一部又は全部を導入し酸素の補給、汚泥の混合及び攪拌を行う安定好気槽を設け、該安定好気槽内の汚泥を前記反応タンクに返送するラインを有し、且つ該安定好気槽又は反応タンク内に腐植土ペレットの溶出液を添加混合してなることを特徴とする窒素含有汚水の処理装置。
【請求項２】
前記安定好気槽内に腐植土ペレットを浸漬してなることを特徴とする請求項１記載の窒素含有汚水の処理装置。
【請求項３】
腐植土ペレットを充填した接触槽を有し、該接触槽に前記安定好気槽内の汚泥を導入するラインと該安定好気槽内に返送する返送ラインを有することを特徴とする請求項１記載の窒素含有汚水の処理装置。
【請求項４】
前記反応タンクにシリカ系薬剤を添加可能な添加ラインを有することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の窒素含有汚水の処理装置。
【請求項５】
前記反応タンク内の汚泥中の硝化活性が、Ｔ−ＲＦＬＰ法における制限酵素としてHhaＩを使用した場合のフラグメントサイズが２８〜３７ｂａｓｅに関連することを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の窒素含有汚水の処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒素含有汚水の処理装置に関し、詳しくは硝化を促進し、処理水水質の向上と装置のコンパクト化（標準活性汚泥法と同程度のＨＲＴ）を実現できる窒素含有汚水の処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、非特許文献１の８７頁〜８９頁には、標準活性汚泥法に関する設計指針が開示されており、図３に示すように、最初沈殿池５０と、反応タンク５１と、最終沈殿池５２によって構成されており、流入水中の固形分は、最初沈殿池５０で汚泥として分離され、上澄み水中の有機物は反応タンク５１で生物的に処理され、最終沈殿池５２で固液分離され処理水を得る。最終沈殿池５２で沈降した汚泥は返送汚泥ライン６０を介して反応タンク５１に戻され、一部は余剰汚泥を系外に除去される。この非特許文献１ではHRT（水理学的滞留時間）に関し、６〜８時間を標準とする旨定めている。しかし、処理対象は主として下水中の有機物に限定され、窒素は対象としていない。
【０００３】
非特許文献１の１６１頁〜２５７頁には、高度処理法に関する設計指針が開示されており、全窒素が対象とされている。
【０００４】
非特許文献１の２１７頁〜２１８頁には、窒素の除去を行う処理法として循環式硝化脱窒法に関する設計指針が開示されている。図４に示すように、反応タンク５１の前段に無酸素タンク５５を設置し、後段に好気タンク５６を設置し、好気タンク５６から循環ライン５７を介して硝化液を返送して窒素を除去する。この高度処理法では、HRTは１４〜１８時間とされている。
【０００５】
非特許文献２の１９１頁〜１９６頁、非特許文献３には、包括固定化担体を用いた硝化促進型循環変法（ペガサス）が開示されている。この方法は、図４に示す好気タンク５６内に３ｍｍ程度の包括固定化担体を充填して、硝化に要する時間を短縮でき、HRTを６〜８時間とする技術である。
【非特許文献１】社団法人日本下水道協会発行「下水道施設計画・設計指針と解説  後編２００１年版」
【非特許文献２】社団法人日本下水道協会発行「高度処理施設設計マニュアル（案）平成６年」
【非特許文献３】財団法人下水道業務管理センター発行「包括固定化担体を用いた硝化促進型循環変法（ペガサス）に関する報告書」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
非特許文献２に記載の窒素を除去できる高度処理法では、HRTが長く、大きな水槽を必要とし、施設が大きくなる欠点がある。
【０００７】
非特許文献２や３に記載のペガサス法では、ＨＲＴは標準活性汚泥法と同様に６〜８時間と短いが、担体を利用して包括固定する手法であるためコスト高となる欠点がある。
【０００８】
そこで、本発明の課題は、硝化を促進し、処理水水質の向上と装置のコンパクト化（標準活性汚泥法と同程度のＨＲＴ）を実現できる窒素含有汚水の処理装置を提供することにある。
【０００９】
また本発明の他の課題は、硝化能力に優れた微生物により再現性に優れた硝化脱窒を行うことができる窒素含有汚水の処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の上記課題は以下の各発明によって解決される。
【００１１】
（請求項１）
窒素成分を少なくとも含む汚水を流入水として受け入れ生物学的な硝化反応と脱窒反応を行う反応タンクと、該反応タンク内の汚泥を導入して固液分離する固液分離手段とを有し、前記固液分離手段で分離された固形分である汚泥の一部又は全部を導入し酸素の補給、汚泥の混合及び攪拌を行う安定好気槽を設け、該安定好気槽内の汚泥を前記反応タンクに返送するラインを有し、且つ該反応タンク内又は安定好気槽内に腐植土ペレットの溶出液を添加混合してることを特徴とする窒素含有汚水の処理装置。
【００１２】
（請求項２）
前記安定好気槽内に腐植土ペレットを浸漬してなることを特徴とする請求項１記載の窒素含有汚水の処理装置。
【００１３】
（請求項３）
腐植土ペレットを充填した接触槽を有し、該接触槽に前記安定好気槽内の汚泥を導入するラインと該安定好気槽内に返送する返送ラインを有することを特徴とする請求項１記載の窒素含有汚水の処理装置。
【００１４】
（請求項４）
前記反応タンクにシリカ系薬剤を添加可能な添加ラインを有することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の窒素含有汚水の処理装置。
【００１５】
（請求項５）
前記反応タンク内の汚泥中の硝化活性が、Ｔ−ＲＦＬＰ法における制限酵素としてHhaＩを使用した場合のフラグメントサイズが２８〜３７ｂａｓｅに関連することを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の窒素含有汚水の処理装置。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、硝化を促進し、処理水水質の向上と装置のコンパクト化（標準活性汚泥法と同程度のＨＲＴ）を実現できる窒素含有汚水の処理装置を提供することができる。
【００１７】
また本発明によれば、硝化能力に優れた微生物により再現性に優れた硝化脱窒を行うことができる窒素含有汚水の処理装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１９】
図１は本発明の処理装置の一例を示すブロック図である。
【００２０】
本発明の処理装置における流入水には、窒素成分を含み、窒素成分としては、有機性またはアンモニア性窒素化合物、硝酸性または亜硝酸性窒素などが挙げられる。本発明が対象とする汚水は、下水、し尿、食品排水などが挙げられる。
【００２１】
流入水は、夾雑物を含む場合には必要に応じて設けられる最初沈殿池１で固液分離される。かかる最初沈殿池１は本発明では、必ずしも必要とはしていない。
【００２２】
窒素成分を含む流入水は、反応タンク２に受入れ、生物学的な硝化反応と脱窒反応を行う。反応タンク２は、流入水を受け入れ生物学的な脱窒反応を行う無酸素槽２０と、硝化反応を行う硝化槽２１により構成されることが好ましい。無酸素槽２０と硝化槽２１は各々１槽で構成されてもよいし、各々複数の槽によって構成されてもよい。
【００２３】
２２は硝化槽２１内の汚泥を無酸素槽２０に返送可能にするための返送管であるが、本発明では必ずしも必須ではない。２３は硝化槽２１に空気を供給するための空気供給管である。
【００２４】
反応タンク２内の硝化、脱窒の各反応について以下に説明すると、硝化槽２１において、好気性下で微生物の作用により汚水中のＣＯＤ、ＢＯＤ成分を分解するとともに、有機性窒素化合物をアンモニア性窒素とし、アンモニア性窒素を硝化菌によりに硝酸性または亜硝酸性窒素に硝化（酸化）する。
【００２５】
無酸素槽２０では、亜硝酸性または硝酸性窒素を脱窒菌により嫌気性下で還元して脱窒する。汚水中のＣＯＤ、ＢＯＤ成分は脱窒における栄養源として利用される。
【００２６】
本態様では、無酸素槽２０（脱窒槽）を前段に設けているが、硝化槽２１を前段に設け、後段に無酸素槽２０を設けるようにすることもできる。
【００２７】
図１において、２４は反応タンク２にシリカ系薬剤を添加するためのシリカタンク、２５はシリカポンプ、２６はシリカ添加ラインである。シリカ系薬剤としては、りん成分を凝集可能な化合物であり、粉状の薬剤を硫酸を用いてｐＨ３以下に調製された液体が好ましく用いられる。シリカ系薬剤の主成分の分析結果および調製後の薬液のＳiO2の分析結果を表１に示す。
【００２８】
【表１】
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【００２９】
シリカ薬液の添加量は流入水量に対して、Ｓiとして１〜５ｐｐｍの範囲が好ましく、より好ましくは２〜４ｐｐｍの範囲が好ましい。
【００３０】
３は固液分離手段であり、反応タンク２から送られる汚泥混合液を固液分離する。固液分離手段は沈殿池や膜分離装置などを用いることができるが、この態様では沈殿池を用いた例を説明する。沈殿池３で分離された分離液は処理水として系外に排出する。沈降分離汚泥の少なくとも一部は返送汚泥管２７を介して反応タンク２に返送される。
【００３１】
返送汚泥管２７を介して返送される返送汚泥の一部又は全部は、安定好気槽４に送られ、該安定好気槽４において酸素の補給、汚泥の混合及び攪拌を行う。安定好気槽４における処理時間は２〜５０時間の範囲が好ましい。
【００３２】
図１において、５は腐植土ペレット５００を充填した接触槽であり、安定好気槽４内の汚泥を導入して、腐植土ペレットに接触させた後、再度安定好気槽４に返送するように構成されている。５０１は導入管、５０２は返送管である。
【００３３】
腐植土ペレットは格別限定されず、腐植土と賦形剤と混合した原料を成型機で成型してペレットにしたものが用いられる。
【００３４】
腐植土ペレットとの接触は、接触槽を用いる態様に限定されず、（１）予め接触液を作成して反応タンク２や安定好気槽４に添加する構成、（２）反応タンク２内に網状体に入れた腐植土ペレットを浸漬させておく構成、（３）安定好気槽４内に網状体に入れた腐植土ペレットを浸漬させておく構成などを採用することもできる。
【００３５】
本発明の反応タンクのHRT（水理学的滞留時間）は６〜８時間に制御され、かかる短時間であっても硝化性能、脱窒性能が良好である。
【００３６】
本発明は、上記のような腐植土ペレットの接触とシリカ薬剤の何れか又は両方が介在することにより、硝化活性を示すバクテリアを有効に利用し、再現性ある処理装置を実現できる。
【００３７】
すなわち、本発明者の生物学的解析では、反応タンク内の汚泥中の硝化活性が、Ｔ−ＲＦＬＰ（Terminal Restriction Fragment Length Polymorphism：末端蛍光修飾制限酵素断片多型性）における制限酵素としてHhaＩ（TAKARA社製）を使用した場合のフラグメントサイズが２８〜３７ｂａｓｅに関連することがわかった。
【００３８】
かかるバクテリアの存在があれば、硝化性能に優れるので、かかる解析のバクテリア情報を制御システムに導入することにより、再現性のある硝化システムを構築できる。
【実施例】
【００３９】
以下、実施例により本発明の効果を例証する。
【００４０】
実施例１
図１に示す装置を用いて、流入水量２３ｍ３／Ｄの汚水を処理した。反応タンクとして、無酸素槽と硝化槽の２つの槽によって構成した。反応タンクは、無酸素槽２．８７ｍ３、硝化槽２．８７ｍ３とした。反応タンクのＨＲＴは６時間とした。汚泥返送比は１５０％（汚泥返送量３４．５ｍ３／Ｄ）とした。
【００４１】
実験１
＜処理系列＞
以下の条件の実験系列（Ａ系列）、対照系列（Ｂ系列）を用いた。
【００４２】
Ａ系列              Ｂ系列
安定好気槽        使用した            使用した
接触槽            使用した            使用した
腐植土ペレット      あり                なし
シリカ薬剤          あり                なし
【００４３】
＜シリカ系薬剤の添加条件＞
表１に示す成分の粉状薬剤を硫酸を用いてｐＨ３以下に調製された液体を使用した。薬液中のＳiO2は表１にしめすように、１１，２００ｍｇ／ｌであった。薬液の添加量は、流入水量に対して、３ｐｐｍとした。
【００４４】
薬液のＳi濃度は、ＳiO2１１，２００ｍｇ／ｌをＳi濃度に換算して求める。
【００４５】
（Ｓi：２８．０８、Ｏ：１６．００）
11200×(28.08/(28.08+16.00×2))=5.23×103  mg(Si)/l
流入水量２３ｍ３／Ｄに対し、Ｓiを３ｐｐｍ添加する場合の添加量は
２３ｍ３／Ｄ×３mg(Si)/l  ÷  5.23×103  mg(Si)/l＝１３．２Ｌ／Ｄ
【００４６】
＜腐植土ペレット＞
接触槽における腐植土ペレット充填部の下部には散気管を設置し、毎分２０Ｌでバブリングした。腐植土ペレットの消耗率の平均値は、流入水量１ｍ３あたり０．７ｇであった。
【００４７】
＜水質分析結果＞
【００４８】
【表２】
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【００４９】
表２から明らかなように、実験系列は、対照系列に比べて良好な水質であり、特に窒素に関してはＴ−Ｎ６．９ｍｇ／Ｌ、硝化率８８％と優れた性能を示した。
【００５０】
実験系の活性汚泥は、強熱減量の割合が７１％とやや低い傾向にあり、汚泥沈降性は対照系に比べて良好であった。
【００５１】
なお、ＡＳＲＴは実験系列が８．３日、対照系列が７．３日であった。
【００５２】
実験２
（使用菌種）
上記サンプル汚泥から単離した各菌株は指定の培地で調整したスラントにて培養後、一晩、指定の培地および温度で振とう培養し、遠心分離を行って菌体を回収し、滅菌水で洗浄して培地成分を除去後、DNA抽出に供した。
【００５３】
（DNAの抽出及びＰＣＲ）
DNAの抽出はQIAGEN DNeasy Tissue Kitの陰性菌メソッドで行った。
【００５４】
表３に示すユニバーサルプライマーを用い、下記の処方、温度条件に従い、PCRを２１回行った。
【００５５】
【表３】
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【００５６】
（処方）
キアゲンTaq  Maste  rMix  Kit        50μl
4pM  27F                             10μl
4pM  907R                            10μl
4.5ng 分析するサンプル由来の鋳型DNA   4μl
DW                                   26μl
Total                               100μl
【００５７】
（PCR温度）
4.5ng/μｌ  DNA           4μｌ    95℃      1分
4pmol/μｌ各プライマー  7.5μｌ    47℃      1分  
PCR  MIX  kit            25μｌ    72℃    1.5分
MiliQ                     6μｌ        25回
【００５８】
（T-RFLP）
最初にPCR産物はQIAGEN Purification Kit を用いて、PCRプライマーを除いた。次いで、PCR産物濃度を分光光度計（日立製作所製  Gene Spec III）で濃度を測定した。その測定濃度より、分析に供するPCR産物量が150ng/tubeになるようにサンプルを使用する。
【００５９】
次いで、HhaＩ（TAKARA社製）を加え、37℃にて2時間の酵素反応を行い、loading bufferを添加して酵素反応を停止する（このときサンプルの全量が20μlとなるように調節する）。次いで、97℃4分間の変性処理を行った後、氷冷する。2μlゲルにアプライした後、10時間電気泳動を行う。
【００６０】
（フラグメントサイズと硝化速度の関係）
実験系列（Ａ系列）と対照系列（Ｂ系列）における、T-RFLPフラグメントサイズ３３ｂａｓｅ付近のピーク面積比（％）をＲｕｎ開始後、０日、３３日、54日、６２日後の各々について求め、さらにそれらに対応する最大硝化速度（at20℃）を求めた。
【００６１】
その結果を表４及び図２に示す。
【００６２】
【表４】
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【００６３】
表４及び図２に示すように、硝化活性の高い活性汚泥ほど、当該フラグメントサイズのピーク面積が大きくなる傾向が見られた。
【００６４】
フラグメントサイズ３３ｂａｓｅ付近に関連のあるバクテリアは、硝化活性との関連性が高いことが推察された。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の処理方法を実施する処理装置の一例を示すブロック図
【図２】活性汚泥の最大硝化速度（２０℃）とフラグメントサイズ３３ｂａｓｅ付近のピーク面積比の関係を示すグラフ
【図３】従来例を示す図
【図４】従来例を示す図
【符号の説明】
【００６６】
２：反応タンク
２０：無酸素槽
２１：硝化槽
２２：返送管
２３：空気供給管
２４：シリカタンク
２５：シリカポンプ
２６：シリカ添加ライン
２７：返送汚泥管
３：固液分離手段
４：安定好気槽
５：接触槽
５００：腐植土ペレット
５０１：導入管
５０２：返送管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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