(57)【要約】      （修正有）【課題】１つの反応槽で嫌気処理と曝気処理とが行え、沈殿池を必要とせず、微生物による有機物分解をより迅速に行えるようにした排水処理方法及び排水処理装置の提供。【解決手段】１つの反応槽１１の中に仕切壁１２を介して嫌気領域１３と好気領域１４とを設け、少なくとも嫌気領域１３から好気領域１４へ処理水を流通できるようにし、好気領域１４には固液分離膜を有する膜モジュール１５及びその下方に配置された曝気手段１９を設け、有機物を含有する排水を導入して、嫌気領域１３において嫌気発酵処理した後、好気領域１４において好気発酵処理を行って、膜モジュール１５の固液分離膜を通して取出す排水処理方法であって、前記嫌気発酵及び前記好気発酵の微生物として、硝化作用と脱窒作用の両方の能力を有する微生物を用い、該微生物を優占化させて処理を行う、排水処理方法。前記微生物がバチルス属の微生物である、排水処理法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つの反応槽の中に仕切壁を介して嫌気領域と好気領域とを設け、少なくとも前記嫌気領域から前記好気領域へ処理水を流通できるようにし、前記好気領域には固液分離膜を有する膜モジュール及びその下方に配置された曝気手段を設け、有機物を含有する排水を導入して、前記嫌気領域において嫌気発酵処理した後、前記好気領域において好気発酵処理を行って、前記膜モジュールの固液分離膜を通して取出す排水処理方法であって、前記嫌気発酵及び前記好気発酵の微生物として、硝化作用と脱窒作用の両方の能力を有する微生物を用い、該微生物を優占化させて処理を行うことを特徴とする排水処理方法。
【請求項２】
前記微生物は、バチルス属に属する微生物である、請求項１記載の排水処理方法。
【請求項３】
前記微生物が、バチルス メチロトロフィカス（Bacillus methylotrophicus）に属する第１の微生物と、バチルス サブチルス（Bacillus subtilis）に属する第２の微生物とを含み、前記第１の微生物は、微生物の液体培養試験において、嫌気条件における硝酸性窒素の還元能が前記第２の微生物より高く、且つ、タンパク質分解能が前記第２の微生物より高いものであり、前記第２の微生物は、微生物の液体培養試験において、好気条件における硝酸性窒素の還元能が前記第１の微生物より高く、且つ、デンプン分解能が前記第１の微生物より高いものである、請求項２記載の排水処理方法。
【請求項４】
前記排水が硝酸態窒素及び／又は亜硝酸態窒素を含有するものであり、該排水を前記嫌気領域に導入して脱窒処理した後、前記好気領域に移動させてアンモニア態窒素を硝化させて、前記膜モジュールの固液分離膜を通して取出す、請求項１〜３のいずれか１項に記載の排水処理方法。
【請求項５】
前記嫌気性領域の処理水の酸化還元電位を測定し、該酸化還元電位が所定の範囲になるように、前記好気領域の処理水の一部を前記嫌気性領域に流入させて、前記嫌気性領域の酸化還元電位を調整する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の排水処理方法。
【請求項６】
前記仕切壁の下端部に前記嫌気領域と前記好気領域との連通部を設け、前記反応槽の前記連通部に位置する処理水を流動させることにより、前記好気領域の処理水の一部を前記嫌気性領域に流入させる、請求項５記載の排水処理方法。
【請求項７】
少なくともケイ素化合物を含む活性剤を添加して前記微生物を優占化させる、請求項１〜６のいずれか１項に記載の排水処理方法。
【請求項８】
仕切り壁を介して嫌気領域と好気領域とに区画され、少なくとも前記嫌気領域から前記好気領域に処理水を流通できるように構成された１つの反応槽と、
前記好気領域に配置され、固液分離膜を通して処理水を取出す膜モジュールと、
前記好気領域内にて前記膜モジュールよりも下方に配置された曝気手段と、
前記嫌気領域及び前記好気領域に導入された処理水とを備え、
前記嫌気領域及び前記好気領域のいずれの処理水にも、硝化作用と脱窒作用の両方の能力を有する微生物が優占化して存在することを特徴とする排水処理装置。
【請求項９】
前記微生物は、バチルス属に属する微生物である、請求項８記載の排水処理装置。
【請求項１０】
前記微生物が、バチルス メチロトロフィカス（Bacillus methylotrophicus）に属する第１の微生物と、バチルス サブチルス（Bacillus subtilis）に属する第２の微生物とを含み、前記第１の微生物は、微生物の液体培養試験において、嫌気条件における硝酸性窒素の還元能が前記第２の微生物より高く、且つ、タンパク質分解能が前記第２の微生物より高いものであり、前記第２の微生物は、微生物の液体培養試験において、好気条件における硝酸性窒素の還元能が前記第１の微生物より高く、且つ、デンプン分解能が前記第１の微生物より高いものである、請求項９記載の排水処理装置。
【請求項１１】
前記嫌気性領域の処理水の酸化還元電位を測定する酸化還元電位計と、該酸化還元電位計の測定値が所定の範囲になるように、前記好気領域の処理水の一部を前記嫌気性領域に流入させる酸化還元電位調整手段とを更に有する、請求項８〜１０のいずれか１項に記載の排水処理装置。
【請求項１２】
前記仕切壁の下端部に前記嫌気領域と前記好気領域との連通部が設けられ、前記酸化還元電位調整手段が、前記反応槽の前記連通部に位置する処理水を流動させる手段からなる、請求項８〜１１のいずれか１項に記載の排水処理装置。
【請求項１３】
少なくともケイ素化合物を含む活性剤を添加する活性剤添加手段が設けられている、請求項８〜１２のいずれか１項に記載の排水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生活排水や産業排水など有機物を含んでいる排水を、活性汚泥処理するとともに、膜濾過して処理する排水処理方法及び排水処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
排水処理方法の１つとして、有機物を含む排水を処理槽に導入して活性汚泥処理して有機物等を除去し、次いで、逆浸透膜、限外ろ過膜、精密ろ過膜、中空糸膜等の分離膜を備えた膜モジュールを通過させて、浮遊微生物やその他の浮遊物質（ＳＳと略称される）を濾過処理して固液分離する、膜分離活性汚泥法（ＭＢＲ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ  ＢｉｏＲｅａｃｔｏｒ）が知られている。膜分離活性汚泥法は、膜モジュールを用いて固液分離を行うため、最終沈殿池を省略でき、装置を小型化できるというメリットがある。
【０００３】
膜分離活性汚泥処理装置の１例として、下記特許文献１には、好気性処理および無酸素処理を行う単一の反応槽と、その反応槽の内部に配置された浸漬膜分離ユニットと、曝気手段とを有する膜分離活性汚泥処理装置であって、反応槽は、底部が反応槽の底面から離間して設けられた仕切板によって複数個の区画に分割され、その複数個の区画内の少なくとも一つに浸漬膜分離ユニットおよび曝気手段が配置され、残りの区画内を好気状態から無酸素状態に、また、無酸素状態から好気状態に切り換えるための液位制御手段又は仕切板の高さ制御手段が設けられていることを特徴とする膜分離活性汚泥処理装置が開示されている。この処理装置においては、１つの反応槽で嫌気処理と曝気処理とが行え、しかも沈殿池を必要としないので、更に装置を小型化できるというメリットがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２６１７１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に記載された膜分離活性汚泥処理装置においては、残りの区画内を好気状態から無酸素状態に切り替えたとき、あるいは無酸素状態から好気状態に切り替えたときに、好気性微生物優占の状態から嫌気性微生物優占の状態へ、あるいは嫌気性微生物優占の状態から好気性微生物優占の状態へと微生物叢を変化させるのに時間がかかり、微生物による有機物分解に時間がかかるという問題があった。
【０００６】
本発明の目的は、１つの反応槽で嫌気処理と曝気処理とが行え、沈殿池を必要とせず、微生物による有機物分解をより迅速に行えるようにした排水処理方法及び排水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】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の排水処理方法は、１つの反応槽の中に仕切壁を介して嫌気領域と好気領域とを設け、少なくとも前記嫌気領域から前記好気領域へ処理水を流通できるようにし、前記好気領域には固液分離膜を有する膜モジュール及びその下方に配置された曝気手段を設け、有機物を含有する排水を導入して、前記嫌気領域において嫌気発酵処理した後、前記好気領域において好気発酵処理を行って、前記膜モジュールの固液分離膜を通して取出す排水処理方法であって、前記嫌気発酵及び前記好気発酵の微生物として、硝化作用と脱窒作用の両方の能力を有する微生物を用い、該微生物を優占化させて処理を行うことを特徴とする。
【０００８】
本発明の排水処理方法において、前記微生物は、バチルス属に属する微生物であることが好ましい。
【０００９】
更に、前記微生物が、バチルス メチロトロフィカス（Bacillus methylotrophicus）に属する第１の微生物と、バチルス サブチルス（Bacillus subtilis）に属する第２の微生物とからなり、前記第１の微生物は、微生物の液体培養試験において、嫌気条件における硝酸性窒素の還元能が前記第２の微生物より高く、且つ、タンパク質分解能が前記第２の微生物より高いものであり、前記第２の微生物は、微生物の液体培養試験において、好気条件における硝酸性窒素の還元能が前記第１の微生物より高く、且つ、デンプン分解能が前記第１の微生物より高いものであることが好ましい。
【００１０】
また、本発明の排水処理方法においては、前記排水が硝酸態窒素及び／又は亜硝酸態窒素を含有するものであり、該排水を前記嫌気領域に導入して脱窒処理した後、前記好気領域に移動させてアンモニア態窒素を硝化させて、前記膜モジュールの固液分離膜を通して取出すことが好ましい。
【００１１】
また、本発明の排水処理方法においては、前記嫌気性領域の処理水の酸化還元電位を測定し、該酸化還元電位が所定の範囲になるように、前記好気領域の処理水の一部を前記嫌気性領域に流入させて、前記嫌気性領域の酸化還元電位を調整することが好ましい。
【００１２】
この場合、前記仕切壁の下端部に前記嫌気領域と前記好気領域との連通部を設け、前記反応槽の前記連通部に位置する処理水を流動させることにより、前記好気領域の処理水の一部を前記嫌気性領域に流入させることが好ましい。
【００１３】
また、本発明の排水処理方法においては、少なくともケイ素化合物を含む活性剤を添加して前記微生物を優占化させることが好ましい。
【００１４】
一方、本発明の排水処理装置は、仕切り壁を介して嫌気領域と好気領域とに区画され、少なくとも前記嫌気領域から前記好気領域に処理水を流通できるように構成された１つの反応槽と、前記好気領域に配置され、固液分離膜を通して処理水を取出す膜モジュールと、前記好気領域内にて前記膜モジュールよりも下方に配置された曝気手段と、前記嫌気領域及び前記好気領域に導入された処理水とを備え、前記嫌気領域及び前記好気領域のいずれの処理水にも、硝化作用と脱窒作用の両方の能力を有する微生物が優占化して存在することを特徴とする。
【００１５】
本発明の排水処理装置において、前記微生物は、バチルス属に属する微生物であることが好ましい。
【００１６】
更に、前記微生物が、バチルス メチロトロフィカス（Bacillus methylotrophicus）に属する第１の微生物と、バチルス サブチルス（Bacillus subtilis）に属する第２の微生物とを含み、前記第１の微生物は、微生物の液体培養試験において、嫌気条件における硝酸性窒素の還元能が前記第２の微生物より高く、且つ、タンパク質分解能が前記第２の微生物より高いものであり、前記第２の微生物は、微生物の液体培養試験において、好気条件における硝酸性窒素の還元能が前記第１の微生物より高く、且つ、デンプン分解能が前記第１の微生物より高いものであることが好ましい。
【００１７】
また、本発明の排水処理装置においては、前記嫌気性領域の処理水の酸化還元電位を測定する酸化還元電位計と、該酸化還元電位計の測定値が所定の範囲になるように、前記好気領域の処理水の一部を前記嫌気性領域に流入させる酸化還元電位調整手段とを更に有することが好ましい。
【００１８】
この場合、前記仕切壁の下端部に前記嫌気領域と前記好気領域との連通部が設けられ、前記酸化還元電位調整手段が、前記反応槽の前記連通部に位置する処理水を流動させる手段からなることが好ましい。
【００１９】
また、本発明の排水処理装置においては、少なくともケイ素化合物を含む活性剤を添加する活性剤添加手段が設けられていることが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、１つの反応槽の中に仕切壁を介して嫌気領域と好気領域とを設け、嫌気領域において嫌気発酵処理した後、好気領域において好気発酵処理を行って、膜モジュールの固液分離膜を通して取出すようにしたので、１つの反応槽で嫌気処理と曝気処理とが行え、沈殿池を必要とせずに排水処理ができ、装置を小型化して設置スペースを小さくすることができる。また、嫌気発酵及び好気発酵の微生物として、硝化作用と脱窒作用の両方の能力を有する微生物を用い、該微生物を優占化させて処理を行うようにしたので、嫌気領域においても好気領域においても、微生物による分解作用が迅速に始まり、排水の処理時間を短縮できる。
【００２１】
本発明の好ましい態様において、前記微生物として、バチルス属に属する微生物を用いる場合には、増殖速度が速く、有機物を分解する酵素を大量に生産するので、排水処理の効率を高めることができると共に、固液分離膜の目詰まりの原因となる成分を効率的に低減できる。
【００２２】
また、前記微生物として、前記バチルス メチロトロフィカス（Bacillus methylotrophicus）に属する第１の微生物と、前記バチルス サブチルス（Bacillus subtilis）に属する第２の微生物とを用いた場合には、排水処理の効率をより高めることができる。
【００２３】
また、本発明の好ましい態様において、前記排水が硝酸態窒素及び／又は亜硝酸態窒素を含有するものであり、該排水を前記嫌気領域に導入して脱窒処理した後、前記好気領域に移動させてアンモニア態窒素を硝化させて、前記膜モジュールの固液分離膜を通して取出す場合には、硝酸態窒素及び／又は亜硝酸態窒素を含有する排水から、嫌気領域での脱窒処理により硝酸態窒素及び／又は亜硝酸態窒素を除去できると共に、好気領域でのアンモニア態窒素の硝化により、アンモニア態窒素を除去できる。
【００２４】
また、本発明の好ましい態様において、前記嫌気性領域の処理水の酸化還元電位を測定し、該酸化還元電位が所定の範囲になるように、前記好気領域の処理水の一部を前記嫌気性領域に流入させて、前記嫌気性領域の酸化還元電位を調整する場合には、前記微生物の嫌気性領域での脱窒処理を促進することができる。
【００２５】
この場合、前記仕切壁の下端部に前記嫌気領域と前記好気領域との連通部を設け、前記反応槽の前記連通部に位置する処理水を流動させることにより、前記好気領域の処理水の一部を前記嫌気性領域に流入させるようにすれば、反応槽内の攪拌と、嫌気性領域の酸化還元電位の調整とを同時に行うことができる。
【００２６】
また、本発明の好ましい態様において、少なくともケイ素化合物を含む活性剤を添加する場合には、前記微生物を優占化させやすくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明による排水処理装置の一実施例を示す概略正面図である。
【図２】同排水処理装置の概略平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。
【００２９】
図１、２に示すように、本発明の一実施例による排水処理装置１０は、１つの反応槽１１を有し、この反応槽１１内に枠状の仕切壁１２が配置され、該仕切壁１２の外側が嫌気領域１３、内側が好気領域１４となっている。仕切壁１２の下端は、反応槽１１の底壁より上方に位置し、その下方に嫌気領域１３と好気領域１４とを連通させる連通部２７となっている。
【００３０】
好気領域１４には、固液分離膜を有する膜モジュール１５が設置されている。膜モジュール１５は、ポンプ１６を有する配管２３に接続され、固液分離膜を通してろ過された処理水を、配管２３を通して取り出せるようになっている。
【００３１】
膜モジュール１５に用いる固液分離膜としては、一般的な濾過膜であればいずれも使用できる。例えば、逆浸透（ＲＯ）膜、限外ろ過（ＵＦ）膜、精密ろ過（ＭＦ）膜、中空糸（ＨＦ）膜等が挙げられる。また、濾過膜の材質としては、ポリアクリロニトリル、ポリイミド、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルフィドスルホン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリプロピレン、ポリエチレンなどが挙げられる。また、膜モジュール２の形態としては、特に限定はなく、中空糸膜モジュール、平膜型モジュール、スパイラル型モジュール、管型モジュール等が挙げられる。
【００３２】
好気領域１４の膜モジュール１５の下方には、散気板１８が配置されており、散気板１８はエアーダクト２８を介してブロア１７に接続されている。散気板１８と、エアーダクト２８と、ブロア１７とが、本発明における曝気手段１９を構成している。なお、散気板１８は、仕切壁１２の内側であって、仕切壁１２の下端部よりも上方に配置されている。
【００３３】
処理すべき排水は、調整槽２０に一時貯留され、ポンプ２１を途中に有する配管２２によって嫌気領域１３に供給されるようになっている。この実施形態では、排水は、嫌気領域１３の上方から供給され、嫌気領域１３内を上方から下方に流れるようになっている。
【００３４】
嫌気領域１３には、酸化還元電位測定器２６が設置されており、嫌気領域１３内に導入された排水の酸化還元電位を測定できるようになっている。また、連通部２７には、水流ポンプ２４が配置されており、反応槽１１の底部にて、渦巻き流２５を形成できるようになっている。そして、この渦巻き流２５によって、好気領域１４の処理水の一部を嫌気領域１３に流入させることができるようになっている。
【００３５】
前記酸化還元電位測定器２６によって測定された酸化還元電位に基づいて、前記水流ポンプ２４による渦巻き流２５の強さを制御することにより、好気領域１４の処理水の一部が嫌気領域１３に流入する量を調整し、嫌気領域１３に導入された排水の酸化還元電位が所定の範囲となるように調整できるようになっている。したがって、この実施形態では、水流ポンプ２４が、本発明における酸化還元電位調整手段を構成している。
【００３６】
しかしながら、酸化還元電位調整手段としては、例えば、連通部２７に配置された攪拌羽根等からなる攪拌手段であってもよく、あるいは、好気領域１４内の処理水の一部を引き抜いて、嫌気領域１３に流入させるようにしたポンプ付きの配管などであってもよく、様々な手段が採用できる。
【００３７】
なお、仕切壁１２としては、枠状に限らず、反応槽１１の対向する内側面に両側辺を連結されて、反応槽１１内を２つの区画に仕切るように配置された壁等であってもよく、その形状は特に限定されない。この場合も、仕切壁１２の下端部を反応槽１１の底壁から離すことにより、仕切壁１２の下方で、嫌気領域１３と好気領域１４とを連通させる連通部２７を設けることができる。ただし、連通部２７は、嫌気領域１３と好気領域１４とを連結する配管等で構成することもできる。
【００３８】
また、この実施形態では、仕切壁１２は、反応槽１１内に固定配置され、その下端部は反応槽１１の底壁から離れて配置され、その上端部は処理水の水面よりも高く突出するように配置されている。
【００３９】
ただし、仕切壁１２を昇降可能な構造として、好気領域１４内の処理水が仕切壁１２の上端からオーバーフローして嫌気領域１３内に流入し、処理水が好気領域１４と嫌気領域１３とを循環するように構成してもよい。あるいは、反応槽１１内への排水の供給量を調整して、処理水の液面が仕切壁１２の上端からオーバーフローできるようにしてもよい。
【００４０】
次に、本発明で排水処理に用いる微生物について説明する。本発明において、排水中の有機物を嫌気発酵及び好気発酵して分解する微生物としては、硝化作用と脱窒作用の両方の能力を有する微生物を用い、該微生物を優占化させて処理を行う。なお、ここで優占化とは、微生物の菌叢において、目的とする微生物の菌数が多くなっていて、優勢に増殖している状態を意味する。具体的には、汚泥中の全菌数に対し該微生物の菌数が好ましくは０．１％以上、より好ましくは１％以上となっている状態を意味する。
【００４１】
ここで硝化作用と脱窒作用の両方の能力を有する微生物とは、アンモニア態窒素を酸化して硝酸又は亜硝酸に変える作用（硝化作用）と、硝酸態又は亜硝酸態窒素を還元して分子状窒素として放出させる作用（脱窒作用）との両方の能力を有する微生物を意味する。このような微生物は、嫌気領域でも好気領域でも生育可能であり、嫌気領域に存在するときは硝酸又は亜硝酸を還元して脱窒を行い、好気領域に存在ときはアンモニア態窒素を酸化して硝酸又は亜硝酸に変えることができる。そして、このような微生物が優占化した状態で排水を処理することにより、嫌気領域及び好気領域での微生物の立ち上がり（有機物を効率よく分解できる程度に増殖すること）が迅速になされるので、排水の処理期間を短縮することできる。なお、硝化作用と脱窒作用の両方の能力を有する微生物は、後述する活性剤などを添加することによって、そのような活性が得られる微生物も包含するものとする。
【００４２】
上記のような微生物としては、バチルス属に属する微生物が好ましく採用される。バチルス属に属する微生物は、排水処理環境中の微生物の中でも増殖速度が速く、有機物を分解する酵素を大量に生産するので、有機物を迅速に分解して処理効率を高めると共に、固液分離膜に付着する有機物も分解除去するので、目詰まりを抑えてその長寿命化と排水処理装置の運転の効率化を図ることができる。
【００４３】
また、バチルス属に属する微生物としては、バチルス メチロトロフィカス（Bacillus methylotrophicus）に属する第１の微生物と、バチルス サブチルス（Bacillus subtilis）に属する第２の微生物とからなり、前記第１の微生物は、微生物の液体培養試験において、嫌気条件における硝酸性窒素の還元能が前記第２の微生物より高く、且つ、タンパク質分解能が前記第２の微生物より高いものであり、前記第２の微生物は、微生物の液体培養試験において、好気条件における硝酸性窒素の還元能が前記第１の微生物より高く、且つ、デンプン分解能が前記第１の微生物より高いものであることが好ましい。
【００４４】
上記第１の微生物としては、本発明者らが生物排水処理の汚泥より単離した 、バチルス属に属するＢａｃｉｌｌｕｓ ｍｅｔｈｙｌｏｔｒｏｐｈｉｃｕｓ ＦＥＴ−００８株（受託番号：ＮＩＴＥ ＢＰ−１４２６）を用いることができる。その他にも、Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｍｅｔｈｙｌｏｔｒｏ ｐｈｉｃｕｓ ＣＢＭＢ２０５Ｔ (ＥＵ１９４８９７)株などを用いることができる。
【００４５】
また、上記第２の微生物として、本発明者らが生物排水処理の汚泥より単離した、バチ ルス属に属するＢａｃｉｌｌｕｓ ｓｐ． ＦＥＴ−０３７株（受託番号：ＮＩＴＥ ＢＰ−１４２７）を用いることができる。その他にも、Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｓｕｂｔｉｌｉｓ ｓｕｂｓｐ. ｓｕｂｔｉｌｉｓ ＤＳＭ １０Ｔ(ＡＪ２７６３５１)株、Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｓｕｂｔｉｌｉｓ ｓｕｂｓｐ. ｓｕｂｔｉｌｉｓＮＢＲＣ３００９株、Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｓｕｂｔｉｌｉｓ ｓｕｂｓｐ. ｓｕｂｔｉｌｉｓＡＴＣＣ６０５１株などを用いることができる。
【００４６】
これらの微生物については、本出願人による特許第５９５９７５５号公報に詳しく記載されているので、ここではその説明を省略することにする。なお、Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｍｅｔｈｙｌｏｔｒｏｐｈｉｃｕｓ ＦＥＴ−００８株（受託番号：ＮＩＴＥ ＢＰ−１４２６）及びＢａｃｉｌｌｕｓ ｓｐ． ＦＥＴ−０３７株（受託番号：ＮＩＴＥ ＢＰ−１４２７）が、硝化作用と脱窒作用の両方の能力を有することは、特許第５９５９７５５号公報の実施例にて立証されている。
【００４７】
また、上記微生物は、少なくともタンパク質分解酵素又は炭水化物分解酵素を菌体外に分泌する微生物を既存の微生物群の中からスクリーニングして得ることもできる。例えば、下記のような簡易酵素活性テストによって、蛋白質の分解性と炭水化物の分解性とに優れた微生物のスクリーニングを行うことができる。
【００４８】
（１）蛋白質の分解性
０．２〜１．０ｗ／ｗ％の濃度のカゼインを含む寒天培養基の平板上に菌を線状に接種して培養する。カゼインを含む寒天培養基は不透明〜半透明であるが、菌の生育後に菌の集落の周囲に透明な帯ができる場合は、タンパク質の分解性を示すものである（タンパク質の分解性を有する）。
【００４９】
（２）炭水化物の分解性
０．２〜１．０ｗ／ｗ％の濃度の可溶性デンプンを含む寒天培養基の平板上に菌を線状に接種して培養し、生育後にヨウ素液を平板上に注ぐ。菌の集落の周囲に、青色にならない透明な帯ができる場合は、澱粉の分解性を示すものである（デンプンの分解性を有する）。
【００５０】
上記スクリーニングで得た微生物について、更に硝化作用と脱窒作用の両方の作用を有するものをスクリーニングすることにより、目的とする微生物を採取することができる。
【００５１】
すなわち、微生物を枯草菌用最小培地（リン酸水素ニカリウム１４ｇ／L、リン酸二水素カリウム６ｇ／L、塩化アンモニウム１ｇ／Ｌ，クエン酸ナトリウム二水和物１ｇ／Ｌ、硫酸マグネシウム七水和物０．２５ｇ／Ｌ、グルコース５ｇ／Ｌ）に接種し、３０℃で振とう培養後の培養液のアンモニア性窒素、硝酸性窒素、亜硝酸性窒素の残留量を比較する。アンモニア性窒素が初期よりも減少し、亜硝酸性窒素や硝酸性窒素が生成し、その量がアンモニア性窒素から亜硝酸性窒素と硝酸性窒素の転換量に近ければ、硝化作用のみ有すると判断できる。アンモニア性窒素及び亜硝酸性窒素、硝酸性窒素の３成分の濃度が低ければ、窒素成分が脱窒作用により窒素ガスまで変換されたと考えられるため、硝化作用と脱窒作用の両方の作用を有すると判断できる。
【００５２】
上記のような微生物が反応槽１１内で優占化しやすくするため、本発明の排水処理装置１０には、微生物を活性化させるための活性剤を添加する活性剤添加手段としての活性剤添加装置２９が設けられている。この実施形態では、活性剤添加装置２９によって、上記活性剤を嫌気領域に添加するようになっている。
【００５３】
活性剤としては、上記微生物を活性化する成分を含有するものであればよいが、特にケイ素化合物を含むものであることが好ましい。これによれば、そのケイ素成分が、上記微生物、例えば、バチルス属細菌等の微生物の生育を促進したり、悪環境下での耐性を向上させたり、その微生物からの酵素分泌を促すなどして、その微生物を活性化することができる。ケイ素化合物としては、例えば二酸化ケイ素、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カルシウム、ケイ酸マグネシウム等が挙げられる。
【００５４】
また、活性剤としては、更に鉄化合物、マグネシウム化合物、カルシウム化合物、及びマンガン化合物からなる群から選ばれる少なくとも１種を含むものであることが好ましい。鉄化合物としては塩化第一鉄、塩化第二鉄、硫酸第一鉄、硫酸第二鉄、硝酸第一鉄、硝酸第二鉄等が挙げられる。マグネシウム化合物としては塩化マグネシウム、硫酸マグネシウム、水酸化マグネシウム、硝酸マグネシウム等が挙げられる。カルシウム化合物としては塩化カルシウム、水酸化カルシウム、酸化カルシウム、硝酸カルシウム等が挙げられる。マンガン化合物としては塩化マンガン、硫酸マンガン、硝酸マンガン等が挙げられる。
【００５５】
また、活性剤には上記の化合物以外にも他のミネラル分を含有してもよい。アルミニウム塩などのアルミニウム化合物、ニッケル塩などのニッケル化合物、チタン塩などのチタン化合物などが挙げられる。
【００５６】
活性剤は、上記成分を含有する試薬やその調合物などで構成してもよいが、処理コストの低減のためには、上記のような化合物を含有する、鉱物に由来する資材や工業副産物などを用いることが好ましい。例えば、高炉スラグ、珪藻土、パーライト、セメント等が挙げられる。
【００５７】
また、活性剤として、全体の３０個数％以上が１０μｍ未満の粒径を有し、且つ１００μｍを超える粒径が全体の１０個数％未満であるものを用いる。全体の５０個数％以上が１０μｍ未満の粒径を有し、且つ８０μｍを超える粒径が全体の１０個数％未満であるものを用いることがより好ましく、全体の９０個数％以上が１０μｍ未満の粒径を有し、且つ６０μｍを超える粒径が全体の１０個数％未満であるものを用いることが更により好ましい。さらには、０．２μｍ以下の粒径が１％以内であるものが好ましく、０．２μｍ以下の粒径を含まないものを用いることが更により好ましい。そのような粒度にすることにより、活性剤の成分が、上記微生物、例えば、バチルス属細菌等の微生物に効果的に作用し、その活性化を促すことができる。なお、粒度分布の測定は、レーザー回折・散乱法により、粒子にレーザー光を照射しときの散乱光の散乱パターンにより粒子径を見積もる方式などにより測定することができ、例えばレーザー回折・散乱式粒度分布測定装置（「マイクロトラックＭＴ３０００」、日機装株式会社）などによって測定することができる。
【００５８】
次に、本発明による排水処理方法の一実施形態を説明する。この実施形態は、図１、２に示した排水処理装置を用いて行う方法である。
【００５９】
本発明の処理対象となる排水としては、窒素、有機物を含む排水であれば特に限定はなく、例えば家庭排水や、穀類でんぷん製造業、乳製品製造業、食肉センター、砂糖製造業、畜産食料品製造業、畜産農業、肉製品製造業、食肉ハム・ソーセージ製造業、水産練り製品製造業、水産食料品製造業、有機化学工業製造業、無機化学工業製造業などからの排水が挙げられる。本発明の排水処理方法は、上記の排水のうち、硝酸又は亜硝酸の濃度が高い排水、例えば硝酸及び亜硝酸の合計濃度が５０ｐｐｍ以上、より好ましくは１００ｐｐｍ以上の排水に対して、特に好適である。これらの排水は、調整槽２０に一時貯留され、ポンプ２１によって配管２２を通して嫌気領域１３に上方から供給される。
【００６０】
一方、反応槽１１の好気領域１４内では、ブロア１７から供給される空気がエアーダクト２８を通して散気板１８から細かい気泡となって放出され、好気領域１４が曝気されて好気性状態となる。また、この気泡が上昇して膜モジュール１５に接触してその表面に付着する汚泥等を払い落すと共に、処理水に対して上昇流を発生させる。更に、好気領域１４内に配置された膜モジュール１５を通して微生物によって浄化された排水がポンプ１６により吸引され、配管２３を通して取出されるので、好気領域１４内では、排水が下方から上方に向かって流れることになる。
【００６１】
その結果、嫌気領域１３内に上方から導入された排水は、嫌気領域１３内を上方から下方に流れ、反応槽１１の底壁と仕切壁１２の下端との間に設けられた連通部２７を通して好気領域１４に流入し、好気領域１４内を下方から上方に流れて、膜モジュール１５を通して取出されるようになっている。このように、本発明の好ましい態様では、排水は、嫌気領域１３から好気領域１４へワンパスで流れるようになっている。
【００６２】
嫌気領域１３には、前述したように、酸化還元電位測定器２６が配置されており、酸化還元電位測定器２６によって測定された酸化還元電位に基づいて、水流ポンプ２４による渦巻き流２５の強さが制御され、好気領域１４の処理水の一部が嫌気領域１３に流入する量を調整して、嫌気領域１３に導入された排水の酸化還元電位が所定の範囲となるようにされている。すなわち、本発明で用いる硝化作用と脱窒作用の両方の能力を有する微生物は、完全な嫌気状態よりも、やや酸素が存在する状態の方が脱窒作用は高くなるからである。具体的には、嫌気領域１３の酸化還元電位が−２００〜１００ｍＶとなるように調整することが好ましく、−１００〜０ｍＶとなるように調整することがより好ましい。
【００６３】
なお、水流ポンプ２４による渦巻き流２５は、微生物が増殖することによって生じる汚泥（大部分は微生物の菌体）が沈降するのを防ぎ、微生物の菌体を排水中に分散させて、有機物が分解されやすくするのに寄与する。
【００６４】
そして、嫌気領域１３に上方から導入された排水は、嫌気領域１３内を上方から下方に流れ、その過程で嫌気状態での微生物による有機物の分解がなされる。また、排水に含有されている硝酸態窒素又は亜硝酸態窒素が還元されて脱窒処理がなされる。その結果、硝酸態窒素又は亜硝酸態窒素の含有量の多い排水の浄化を効果的に行うことができる。
【００６５】
次いで、嫌気領域１３内を下降した排水は、連通部２７を通って好気領域１４に下方から流入する。そして、好気領域１４に流入した排水は、散気板１８から放出される気泡と共に上昇し、ポンプ１６により膜モジュール１５から吸引されて取出される。この過程で好気状態での微生物による有機物の分解がなされ、蛋白質が分解されて生じるアンモニア態窒素は、微生物の硝化作用により亜硝酸態窒素を経て硝酸態窒素に変換されて取出されることになる。ただし、排水中に存在していた硝酸態窒素又は亜硝酸態窒素は、嫌気領域１３で微生物分解を受けて脱窒処理されているので、最終的に取出される処理水中に残存する硝酸態窒素は、環境基準を下回る程度に減少させることができる。
【００６６】
そして、本発明では、硝化作用と脱窒作用の両方の能力を有する微生物を優占化させて排水処理を行うので、嫌気領域１３内でも好気領域１４内でも、反応槽１１内に既に多量に存在する微生物による分解が可能となり、それぞれの領域で活性化される微生物の増殖に必要な立ち上がり時間を短縮して、排水処理効率を高めることができる。
【００６７】
また、上記微生物として、バチルス属に属する微生物を用いた場合には、増殖速度が速く、有機物を分解する酵素を大量に生産するので、有機物を迅速に分解して処理効率を高めると共に、固液分離膜に付着する有機物を減少させて、目詰まりを抑えてその長寿命化と排水処理装置の運転の効率化を図ることができる。
【００６８】
なお、上記実施形態では、排水は、嫌気領域１３から好気領域１４へワンパスで流れるようになっているが、好気領域１４内を上昇した処理水の一部を、仕切壁１２の上端からオーバーフローさせて嫌気領域１３内に流入させ循環させるようにしてもよい。ただし、上記処理水の循環量は、嫌気領域１３が、上記微生物による脱窒作用が阻害されない程度の嫌気状態に保たれる量とすることが好ましい。
【実施例】
【００６９】
以下に実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、本発明の範囲はこれら実施例によって何ら限定されるものではない。
【００７０】
図1に示す排水処理装置１０に準じた構造の実験装置を用いて排水処理を行った。有効容積３２Lの水槽を反応槽１１とし、嫌気領域が１６L、好気領域が１６Lになるように、仕切壁１２を設置した。膜モジュール１５としては、中空糸膜モジュール（三菱レイヨン社）を用いた。
【００７１】
調整槽２０に模擬排水を貯留した。模擬排水は市販の清涼飲料と市販の硝酸系洗浄液（例えば、商品名パンケレートＶＣ、シーバイエス社）を混合し、ＢＯＤ ２００ｍｇ／L、全窒素５０ｍｇ／L、硝酸性窒素５０ｍｇ／Lになるように調整した。
【００７２】
ポンプ２１により模擬排水を４８L／日、すなわち反応槽１１の滞留時間が１６時間になるように供給した。これにより、嫌気領域１３の滞留時間は８時間、好気領域１４の滞留時間は８時間となる。
【００７３】
反応槽１１には、バチルス属の細菌[Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｓｐ． ＦＥＴ−０３７株（受託番号：ＮＩＴＥ ＢＰ−１４２７）及びＢａｃｉｌｌｕｓ ｍｅｔｈｙｌｏｔｒｏｐｈｉｃｕｓ ＦＥＴ−００８株（受託番号：ＮＩＴＥ ＢＰ−１４２６）]が優占化した状態の汚泥を３０００ｍｇ／Ｌ前後になるように投入した。活性剤投入装置２９により活性剤を所定量加えるように調整した。
【００７４】
膜モジュール１５からはポンプ１６により処理水を系外に排出した。また、ポンプ１６は９分稼動、１分停止のサイクル運転とし、供給された模擬排水と等量の処理排水を排出できるように設定した。線流速は約０．４ｍ／日とした。
【００７５】
膜モジュール１５の閉塞防止および好気処理のため空気をブロア１７により散気管１８から供給した。この空気により膜モジュール１５に付着した汚泥を物理的に剥離できた。またこの空気により好気領域には酸素が供給された。
【００７６】
嫌気領域の嫌気度は、酸化還元電位測定装置２６で計測され、嫌気領域の酸化還元電位が−１００〜０ｍＶになるように水流ポンプ２４の強度を調整した。すなわち、酸化還元電位が−１００ｍＶを下回った時には水流ポンプの強度を増し、好気領域の酸素が嫌気領域に混入するようにして酸化還元電位を上昇させ、一方、酸化還元電位が０ｍＶを超えた時には水流ポンプの強度を下げ、好気領域の酸素が嫌気領域に混入しないようにした。
【００７７】
一方、対照系として、下記試験系によっても運転を行った。
対照系１：従来の膜分離活性汚泥法の装置形態で（好気処理のみで、仕切壁がない）バチルス属細菌が優占化していない標準活性汚泥を用いた試験系
対照系２：本発明の排水処理方法の装置形態でバチルス属細菌が優占化していない標準活性汚泥を用いた試験系
これらの試験系によって運転した後、排水中の全窒素を測定した。その結果は、以下のとおりで、本発明の実施例により窒素の除去率は向上した。
実施例：全窒素  ５ｍｇ／Ｌ（除去率  ９０％）
対象系１：全窒素  ３０ｍｇ／Ｌ（除去率  ４０％）
対象系２：全窒素  ２０ｍｇ／Ｌ（除去率  ６０％）
【符号の説明】
【００７８】
１０：排水処理装置
１１：反応槽
１２：仕切壁
１３：嫌気領域
１４：好気領域
２７：連通部
１５：膜モジュール
１６：ポンプ
１７：ブロア
１８：散気板
１９：曝気手段
２０：調整槽
２１：ポンプ
２２：配管
２３：配管
２４：水流ポンプ
２５：渦巻き流
２６：酸化還元電位測定器
２７：連通部
２８：エアーダクト
２９：活性剤添加装置
【図１】
2018126709.tif 000003
【図２】
2018126709.tif 000004