(57)【要約】【課題】  脱窒性リン蓄積細菌を用いて排水処理を行う際に、嫌気工程後に有機物を添加せずに排水処理を行うこと。【解決手段】  脱窒性リン蓄積細菌を含む排水Ｈが供給される槽本体１５と、この槽本体１５内に配置されて硝化細菌Ｎが担持された細菌担持装置１６と、細菌担持装置１６に酸素を供給するエアーポンプ１３とを備えて排水処理装置１０が構成されている。細菌担持装置１６は、シリコン製のチューブ１９を多数本結束することで構成され、各チューブ１９は、内部空間Ｓ１にエアーポンプ１３からの酸素が供給され、周壁１９Ａから外部に透過可能になっており、外周面を覆うように硝化細菌Ｎが担持されている。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
脱窒性リン蓄積細菌を含む排水が供給される排水領域と、この排水領域に対して隔壁で区分された酸素領域と、この酸素領域に酸素を供給する酸素供給手段とを備えた排水処理装置において、
前記隔壁は、前記酸素領域から前記排水領域に向かって酸素を透過可能に設けられるとともに、前記排水領域側の面に硝化細菌が担持され、
前記酸素供給手段は、水中に溶存可能な状態で酸素を供給することを特徴とする排水処理装置。
【請求項２】
前記排水領域内は、溶存酸素濃度が０．５ｇ／ｍ３以下に設定されることを特徴とする請求項１記載の排水処理装置。
【請求項３】
脱窒性リン蓄積細菌を含む排水が供給される排水領域と、この排水領域に対して隔壁で区分され、外部から酸素が供給される酸素領域とを備えた排水処理槽において、
前記隔壁は、酸素を透過可能に設けられるとともに、前記排水領域側の面に硝化細菌が担持されていることを特徴とする排水処理槽。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排水処理装置及び排水処理槽に係り、更に詳しくは、脱窒性リン蓄積細菌を用いて排水処理を行う際に、嫌気工程後に添加する有機物を不要にできる排水処理装置及び排水処理槽に関する。
【背景技術】
【０００２】
湖沼、内湾、内海等の停滞的な閉鎖性水域においては、窒素やリンがアオコや赤潮の発生を引き起こすことから、前記閉塞性水域の健全な水環境を創出するには、当該水域に流入する生活排水から窒素及びリンを十分に除去する必要がある。そこで、排水から窒素及びリンを除去する排水処理技術として、所定の細菌を用いた種々の生物学的処理が知られており、この生物学的処理として、嫌気／無酸素／好気法（Ａ２Ｏ法）が知られている（特許文献１参照）。このＡ２Ｏ法は、硝化細菌及び脱窒細菌を使って排水中から窒素成分を除去するとともに、リン蓄積細菌を使って排水中からリンを除去する方法である。ここで、脱窒細菌及びリン蓄積細菌による反応を進行させるには、排水中の有機物が必要不可欠である。
【０００３】
しかしながら、前記Ａ２Ｏ法では、雨水等の流入により有機物濃度が低くなった排水の場合、脱窒及び脱リンのための有機炭素源を十分に確保することができず、窒素及びリンの効率的な除去は見込めないという問題がある。
【０００４】
そこで、本発明者らは、前記Ａ２Ｏ法の問題を解決するべく、無炭素、無酸素条件下で脱窒及びリンの取り込みを同時に行える脱窒性リン蓄積細菌を利用した嫌気／好気／無酸素法（ＡＯＡ法）を既提案した（特許文献１参照）。このＡＯＡ法では、先ず、嫌気工程で、脱窒性リン蓄積細菌により、有機物の摂取及びリンの放出が行われる。次に、好気工程で、硝化細菌を使ってアンモニア等を硝酸態窒素に変える硝化反応が行われる。そして、無酸素工程で、脱窒性リン蓄積細菌により、硝酸態窒素の窒素ガスへの変換及びリンの取り込みが行われる。このＡＯＡ法では、嫌気工程後、好気工程前に、有機物を排水に添加することで、好気工程時の脱窒性リン蓄積細菌によるリン取り込みを制限する。これは、有機物を添加しないと、好気工程時に、酸素の存在によって脱窒性リン蓄積細菌にリンが取り込まれてしまい、その分、後の無酸素工程で、リンと同時に取り込まれる硝酸態窒素の取り込み量が少なくなるからである。
【特許文献１】特開２００３−２８５０９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記ＡＯＡ法にあっては、嫌気工程後、好気工程前に、有機物を排水に別途添加する必要があるという問題がある。しかも、当該有機物の添加量は、好気工程時における脱窒性リン蓄積細菌のリン取り込みを阻害し、且つ、硝化細菌による硝化反応を阻害しない程度に調整しなければならず、有機物の添加制御が非常に困難になるという問題もある。
【０００６】
本発明は、このような問題に着目して案出されたものであり、その目的は、脱窒性リン蓄積細菌を用いて排水処理を行う際に、嫌気工程後に有機物を添加せずに排水処理を行うことができる排水処理装置及び排水処理槽を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）前記目的を達成するため、本発明は、脱窒性リン蓄積細菌を含む排水が供給される排水領域と、この排水領域に対して隔壁で区分された酸素領域と、この酸素領域に酸素を供給する酸素供給手段とを備えた排水処理装置において、
前記隔壁は、前記酸素領域から前記排水領域に向かって酸素を透過可能に設けられるとともに、前記排水領域側の面に硝化細菌が担持され、
前記酸素供給手段は、水中に溶存可能な状態で酸素を供給する、という構成を採っている。
【０００８】
（２）ここで、前記排水領域内は、溶存酸素濃度が０．５ｇ／ｍ３以下に設定される、という構成を採ることが好ましい。
【０００９】
（３）更に、本発明は、脱窒性リン蓄積細菌を含む排水が供給される排水領域と、この排水領域に対して隔壁で区分され、外部から酸素が供給される酸素領域とを備えた排水処理槽において、
前記隔壁は、酸素を透過可能に設けられるとともに、前記排水領域側の面に硝化細菌が担持される、という構成を採っている。
【００１０】
なお、本明細書において、「硝酸態窒素」とは、ＮＯ３−Ｎ及びＮＯ２−Ｎの総称を意味する。
【発明の効果】
【００１１】
前記（１），（３）の構成によれば、脱窒性リン蓄積細菌により有機物の摂取及びリンの放出が行われる嫌気工程後に、酸素領域に酸素を供給すると、当該酸素が隔壁を通じて排水領域側に放出される。このとき、隔壁の排水領域側の面に存在する硝化細菌が酸素を消費することで、排水中のアンモニア成分を硝酸態窒素に変える硝化反応が行われる。そして、隔壁から放出された直後の酸素が優先的に硝化細菌によって消費され、残った僅かの酸素が排水中に溶存することになる。このため、排水中の脱窒性リン蓄積細菌には殆ど酸素が供給されなくなり、それによるリン取り込みが殆ど行われず、このリン取り込みを阻害する有機物の添加を行わなくてもよく、当該有機物の添加量の複雑な制御も不要となる。
【００１２】
前記（２）のようにすれば、リン取り込みを阻害する有機物の添加を行わずに、しかも、排水処理に要する時間をＡＯＡ法で排水処理を行った場合とほほ同程度にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【実施例】
【００１４】
図１には、本実施例に係る排水処理装置の概略構成図が示されており、図２には、図１中Ａ部の拡大断面図が示されている。これらの図において、排水処理装置１０は、脱窒性リン蓄積細菌及び硝化細菌を使って排水処理を行う排水処理槽１２と、この排水処理槽１２に酸素を供給する酸素供給手段としてのエアーポンプ１３とを備えて構成されている。
【００１５】
前記排水処理槽１２は、脱窒性リン蓄積細菌を含む排水Ｈが供給管１４から内部に供給される槽本体１５と、この槽本体１５の内部に配置され、硝化細菌Ｎが担持された細菌担持装置１６と、槽本体１５内の排水を攪拌する攪拌手段１７とを備えている。
【００１６】
前記細菌担持装置１６は、シリコン製のチューブ１９を多数本結束することで構成される。
【００１７】
前記各チューブ１９は、上下方向に延出する向きでそれぞれ配置されており、それらの一端側から、エアーポンプ１３に繋がる供給路２０を通じて内部空間Ｓ１（図２参照）に酸素が導入され、当該導入酸素が、各チューブ１９の他端側に繋がる排出路２１から外部に排出される構造となっている。また、各チューブ１９の周壁１９Ａは、内部空間Ｓ１に供給された酸素をその外側に向かって透過可能にする構造をしているとともに、その外周面を覆うように硝化細菌Ｎが担持されている。ここで、硝化細菌Ｎの担持は、チューブ１９の外周面に沿って硝化細菌Ｎを保持できる限り、種々の手法を採ることができる。本実施例では、チューブ１９の外周面に、硝化細菌Ｎが付いたスラグウールＷを巻きつけることで、硝化細菌Ｎを担持している。その他、硝化細菌Ｎが入ったゲルをチューブ１９の外周面側に固定化してもよい。また、チューブ１９の外周面に糸等を巻くことによって、当該外周面の摩擦係数を高くし、その状態で硝化細菌Ｎを付けるようにしてもよい。更に、グラフト重合等を使って、チューブ１９の外周面に対し、化学的に表面修飾を施し硝化細菌Ｎを固定化することも可能である。
【００１８】
チューブ１９の内部空間Ｓ１に供給された酸素は、前記排出路２１から外部に排出される他に、周壁１９Ａを透過し、その外側に担持された硝化細菌Ｎに向かって放出される。そして、硝化細菌Ｎが放出酸素を消費し、消費されなかった残りの酸素が、細菌担持装置１６を除く槽本体１５の排水受容空間Ｓ２に放出される。
【００１９】
従って、チューブ１９の内部空間Ｓ１は、エアーポンプ１３から酸素が供給される酸素領域を構成し、槽本体１５の排水受容空間Ｓ２は、脱窒性リン蓄積細菌を含む排水が供給される排水領域を構成する。そして、周壁１９Ａは、酸素領域と排水領域とを区分する隔壁を構成する。
【００２０】
前記攪拌手段１７は、排水受容空間Ｓ２に配置された翼体１７Ａを図示しないモータ等で回転させることで、排水Ｈを攪拌可能とする構成となっているが、排水Ｈを攪拌可能な構成であれば何でも良い。
【００２１】
前記エアーポンプ１３は、酸素がチューブ１９から排水受容空間Ｓ２内に放出されたときに、排水Ｈ中の残存酸素濃度が０．５ｇ／ｍ３以下になるように、供給流量等が調整される。この調整は、排出管路２１中に設けた図示しない流量計等の流量に基づいてエアーポンプ１３の駆動が制御される。その他、溶存酸素濃度を測定可能なＤＯメータユニットを使って、排水中の溶存酸素濃度の計測値を基にして、エアーポンプ１３の駆動を制御してもよい。
【００２２】
次に、排水処理装置１２を使った排水処理手順について説明する。なお、ここでは、排水処理装置１２を回分式の排水処理システムに適用している。
【００２３】
有機物が含まれている排水Ｈが槽本体１５内に供給される。そして、先ず、嫌気工程が行われる。すなわち、エアーポンプ１３から細菌担持装置１６側への酸素の供給を停止した状態で、攪拌手段１７によって槽本体１５内の排水Ｈが所定時間攪拌される。この過程で、排水Ｈに含まれる脱窒性リン蓄積細菌により、有機物の取り込み及びリンの放出が行われる。
【００２４】
そして、エアーポンプ１３が作動し、各チューブ１９内に酸素が供給される。この酸素は、各チューブ１９の周壁１９Ａを透過し、その外周面側に担持された硝化細菌Ｎに優先的に供給され、当該硝化細菌Ｎの作用により、排水Ｈのアンモニア成分を硝酸態窒素に変える硝化反応が行われる。また、排水Ｈに含まれる脱窒性リン蓄積細菌によって、排水Ｈ中のリンが摂取され、同時に前述の硝化反応により生じた硝酸態窒素が窒素ガスに変換される。このとき、エアーポンプ１３から供給された酸素は、チューブ１９内の外側の硝化細菌Ｎに優先的に供給されて消費されるため、その僅かな残り分が、排水Ｈ中に溶存することになる。従って、脱窒性リン蓄積細菌は酸素に殆どさらされることがなく、酸素の存在による脱窒性リン蓄積細菌のリンの過剰吸収を抑制する有機物の添加が不要となり、当該有機物を添加しなくても、脱窒性リン蓄積細菌によって、リンの摂取と硝酸態窒素の変換とをバランス良く行うことができる。
【００２５】
なお、前記排水処理装置１０を使って、上述のように排水Ｈからリンや硝酸態窒素を除去するのに要する時間は、従来のＡＯＡ法での所要時間と同程度になることが、実験の結果、立証されている。
【００２６】
次に、排水Ｈの溶存酸素が脱窒性リン蓄積細菌の窒素除去速度に与える影響を検証するための実験を行った。
【００２７】
図３に示されるように、本実験装置３０は、実験排水Ｈが入れられるビーカ３２と、このビーカ３２内の底壁３２Ａに設置され、磁性を帯びた攪拌子３３と、ビーカ３２の下に置かれ、攪拌子３３を磁力で回転させるスターラー３５と、ビーカ３２の外側に配置されたエアーポンプ３７と、ビーカ３２内に設置され、エアーポンプ３７からの酸素を実験排水Ｈに溶存する状態で曝気させる噴出ノズル３８と、実験排水Ｈの溶存酸素濃度を測定するＤＯメータユニット３９とを備えている。
【００２８】
前記実験装置３０に対して、次の手順で実験を行った。
【００２９】
全有機炭素濃度が１２０ｇ／ｍ３、アンモニア態窒素が３０ｇ／ｍ３、リン酸態リン濃度が１５ｇ／ｍ３となる模擬排水２５０ｍｌをビーカに入れた状態で、脱窒性リン蓄積細菌を含む汚泥懸濁液２５０ｍｌを加え、ＭＬＳＳ濃度が２０００ｇ／ｍ３となる実験排水Ｈを作成した。
そして、スターラー３５の作動によって攪拌子３３を回転させ、実験排水Ｈを嫌気条件下で２時間攪拌し、脱窒性リン蓄積細菌による有機物の取り込み及びリンの吐き出しを行わせた。その後、硝酸ナトリウムを添加し、実験排水Ｈの硝酸態窒素濃度を３０ｇ／ｍ３とした。そして、ＤＯメータユニット３９で実験排水Ｈの溶存酸素濃度を計測しながら、エアーポンプ３７から実験排水Ｈに供給される空気の流量を調整し、実験排水Ｈの溶存酸素濃度が、０ｇ／ｍ３、０．１ｇ／ｍ３、０．５ｇ／ｍ３、１．２ｇ／ｍ３、２．０ｇ／ｍ３、６．０ｇ／ｍ３の６種類について、窒素除去速度を計測した。この窒素除去速度は、硝酸態窒素とアンモニア態窒素それぞれについて、経過時間と濃度の関係を求め、各濃度を加えた上で、それらの初期２時間分を１次近似し、その傾き（濃度差／経過時間）を計算することにより求めた。その結果を図４に示す。
【００３０】
図４によれば、残存酸素濃度が０．５ｇ／ｍ３以下の場合は、それを超える場合に比べ、窒素除去速度が格段に増大することが理解されるであろう。従って、排水処理槽１２中で、チューブ１９の外側の硝化細菌Ｎが消費仕切らずに、排水Ｈに溶存した酸素の濃度が０．５ｇ／ｍ３以下になったときに、排水処理上有用となる。
【００３１】
なお、前記実施例では、排水処理装置１０を回分式の排水処理システムに適用した例を説明したが、排水処理装置１０を連続式の排水処理システムに適用することもできる。この場合は、嫌気工程を行う槽を別途設け、当該槽にて嫌気工程による処理終了後、その排水を排水処理槽１２に供給する構成となる。
【００３２】
また、前記実施例では、上下方向に延びるチューブ１９を使っているが、本発明はこれに限らず、酸素を透過する隔壁を使って、酸素領域と排水領域を区分し、排水領域側の隔壁の面に硝化細菌を担持させる構成である限り、種々の構成を採用することができる。
【００３３】
その他、本発明における各部の構成は図示構成例に限定されるものではなく、実質的に同様の作用を奏する限りにおいて、種々の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本実施例に係る排水処理装置の概略構成図。
【図２】図１中Ａ部の拡大断面図。
【図３】実験装置を示す概念図。
【図４】溶存酸素濃度と窒素除去速度との関係を示す図表。
【符号の説明】
【００３５】
１０  排水処理装置
１２  排水処理槽
１３  エアーポンプ（酸素供給手段）
１５  槽本体
１９Ａ  周壁（隔壁）
Ｈ  排水
Ｎ  硝化細菌
Ｓ１  内部空間（酸素領域）
Ｓ２  排水受容空間（排水領域）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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