(57)【要約】【課題】寒冷期においても高い硝化能力を有する循環式硝化脱窒システムを提供する。【解決手段】この循環式硝化脱窒システム１は、排水Ｗの硝化処理を行う散水ろ床装置２と排水Ｗの脱窒処理を行う無酸素ろ床装置３とを有するものであって、散水ろ床装置２は、筒状の散水ろ床外筒２１の内方に多数のろ材２２ａが充填されることによって形成される散水ろ床２２と、気温より高い温度を有する温水が流れ散水ろ床２２を加温する加温通水管２６と、を備えてなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排水の硝化処理を行う散水ろ床装置と排水の脱窒処理を行う無酸素ろ床装置とを有する循環式硝化脱窒システムであって、
前記散水ろ床装置は、
筒状の散水ろ床外筒の内方に多数のろ材が充填されることによって形成される散水ろ床と、
気温より高い温度を有する温水が流れ前記散水ろ床を加温する加温通水管と、
を備えてなることを特徴とする循環式硝化脱窒システム。
【請求項２】
請求項１に記載の循環式硝化脱窒システムにおいて、
前記散水ろ床装置は、
前記加温通水管が、前記散水ろ床外筒の側壁を通して前記散水ろ床を加温するよう該側壁の外周面に配置されることを特徴とする循環式硝化脱窒システム。
【請求項３】
請求項１に記載の循環式硝化脱窒システムにおいて、
前記加温通水管は、前記散水ろ床の内部より前記散水ろ床を加温するよう該散水ろ床の内部に配置されることを特徴とする循環式硝化脱窒システム。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の循環式硝化脱窒システムにおいて、
前記温水は、廃熱により調温した温水であることを特徴とする循環式硝化脱窒システム。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の循環式硝化脱窒システムにおいて、
前記温水は、前記排水から生成した温水であることを特徴とする循環式硝化脱窒システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、散水ろ床装置を備える循環式硝化脱窒システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
下水や工場排水などの排水を処理する方法として、微生物によって排水を処理する生物学的排水処理法が広く用いられている。生物学的排水処理法には、活性汚泥法、散水ろ床法、循環式硝化脱窒法などが知られている。その中で、循環式硝化脱窒法は、例えば特許文献１に示すように、排水中の有機物の分解処理に加え、排水中のアンモニアを好気性微生物により硝酸イオンに酸化する（硝化する）硝化処理と、硝酸イオンを嫌気性微生物により窒素分子にまで還元する（脱窒する）脱窒処理と、を経て、富栄養化原因物質の一つである窒素の除去を行うことができる。
【０００３】
循環式硝化脱窒法では、硝化処理においてアンモニアを硝酸イオンに酸化するために多量の空気が必要であり、曝気が必要となる。硝化処理においては、有機物の酸化分解で必要とされる以上の多量の空気が必要とされる。例えば、有機物の指標である生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ）１ｍｇを酸化分解するのに必要な酸素は１ｍｇでよいが、アンモニア１ｍｇ−Ｎの硝酸イオンへの酸化には４．６ｍｇもの酸素が必要とされるためである。従って、曝気装置により必要な多量の空気を供給する場合には、多量の電力エネルギーが消費される。そのため、非特許文献１に開示されているように、特別な曝気装置を必要としない散水ろ床装置により硝化処理を実現する循環式硝化脱窒システムが本願発明者らにより研究開発されている。
【０００４】
非特許文献１に開示される循環式硝化脱窒システムの散水ろ床装置では、多数のろ材によって形成された散水ろ床の上側から排水を散水し、排水がろ材の表面を滴っていく過程で、ろ材の表面に繁茂した好気性微生物の膜の作用により排水中の有機物の分解を行うとともにアンモニアを硝酸イオンに酸化する。好気性微生物の膜への酸素供給は、多数のろ材の間隙に存在する空気中の酸素の拡散移動又は溶解に依っているため、曝気装置が不要となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−３３３４９４号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】岸本直之、外３名、“Roughness and temperature effects on the filter media of a trickling filter for nitrification”、Environmental Technology、２０１４年、第３５巻、第１２号、Ｐ．１５４９−１５５５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、非特許文献１に開示される循環式硝化脱窒システムの散水ろ床装置のろ材は、外気に曝される構造であるため、気温の影響を受けやすく、特に寒冷期の硝化能力の低下が顕著であり、我が国のような寒冷期を有する地域で運用する上で大きな障害となり得る。
【０００８】
本発明は係る事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、寒冷期においても高い硝化能力を有する循環式硝化脱窒システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の循環式硝化脱窒システムは、排水の硝化処理を行う散水ろ床装置と排水の脱窒処理を行う無酸素ろ床装置とを有する循環式硝化脱窒システムであって、前記散水ろ床装置は、筒状の散水ろ床外筒の内方に多数のろ材が充填されることによって形成される散水ろ床と、気温より高い温度を有する温水が流れ前記散水ろ床を加温する加温通水管と、を備えてなることを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載の循環式硝化脱窒システムは、請求項１に記載の循環式硝化脱窒システムにおいて、前記散水ろ床装置は、前記加温通水管が、前記散水ろ床外筒の側壁を通して前記散水ろ床を加温するよう該側壁の外周面に配置されることを特徴とする。
【００１１】
請求項３に記載の循環式硝化脱窒システムは、請求項１に記載の循環式硝化脱窒システムにおいて、前記加温通水管は、前記散水ろ床の内部より前記散水ろ床を加温するよう該散水ろ床の内部に配置されることを特徴とする。
【００１２】
請求項４に記載の循環式硝化脱窒システムは、請求項１〜３のいずれか１項に記載の循環式硝化脱窒システムにおいて、前記温水は、廃熱により調温した温水であることを特徴とする。
【００１３】
請求項５に記載の循環式硝化脱窒システムは、請求項１〜４のいずれか１項に記載の循環式硝化脱窒システムにおいて、前記温水は、前記排水から生成した温水であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の循環式硝化脱窒システムによれば、寒冷期においても高い硝化能力を有することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係る循環式硝化脱窒システムを示す概略図である。
【図２】同上の循環式硝化脱窒システムの散水ろ床装置を示すものであって、（ａ）が正面視断面図、（ｂ）が平面図である。
【図３】同上の循環式硝化脱窒システムの散水ろ床装置のろ材の例を拡大して示す外観図であって、（ａ）が正面図、（ｂ）が側面図である。
【図４】同上の循環式硝化脱窒システムの散水ろ床装置の変形例を示すものであって、（ａ）が正面視断面図、（ｂ）が平面図である。
【図５】同上の循環式硝化脱窒システムの変形例を示す概略図である。
【図６】同上の散水ろ床装置とともに循環式硝化脱窒システムで用いられる無酸素ろ床装置を示すものであって、（ａ）が平面図、（ｂ）がＡ−Ａで示す切断面での断面図である。
【図７】同上の循環式硝化脱窒システムの実験１における２個の散水ろ床の内部の温度及び気温の経時変化を示すグラフである。
【図８】同上の循環式硝化脱窒システムの実験１における２個の散水ろ床の内部の温度の差の平均値と循環通水量の関係を示すグラフである。
【図９】同上の循環式硝化脱窒システムの実験２における気温の経時変化を示すグラフである。
【図１０Ａ】同上の循環式硝化脱窒システムの実験２における循環式硝化脱窒システムに流入する排水中の各態窒素濃度の経時変化を示すグラフである。
【図１０Ｂ】同上の循環式硝化脱窒システムの実験２における処理水中の各態窒素濃度の経時変化を示すグラフであって、加温通水管を設置した循環式硝化脱窒システムについてのものである。
【図１０Ｃ】同上の循環式硝化脱窒システムの実験２における処理水中の各態窒素濃度の経時変化を示すグラフであって、加温通水管を設置しない循環式硝化脱窒システムについてのものである。
【図１１】同上の循環式硝化脱窒システムの実験２における硝化率の経時変化を示すグラフであって、加温通水管を設置した循環式硝化脱窒システムと加温通水管を設置しない循環式硝化脱窒システムについて示している。
【図１２】同上の散水ろ床装置の実験におけるＣＯＤＣｒ（重クロム酸カリウムによる化学的酸素要求量）の経時変化を示すグラフであって、加温通水管を設置した循環式硝化脱窒システムの処理水、加温通水管を設置しない循環式硝化脱窒システムの処理水、循環式硝化脱窒システムに流入する排水について示している。
【図１３】同上の散水ろ床装置の実験におけるＢＯＤ（生物化学的酸素要求量）の経時変化を示すグラフであって、加温通水管を設置した循環式硝化脱窒システムの処理水、加温通水管を設置しない循環式硝化脱窒システムの処理水、循環式硝化脱窒システムに流入する排水について示している。
【図１４】同上の散水ろ床装置の実験におけるＳＳ（浮遊物質量）の経時変化を示すグラフであって、加温通水管を設置した循環式硝化脱窒システムの処理水、加温通水管を設置しない循環式硝化脱窒システムの処理水、循環式硝化脱窒システムに流入する排水について示している。
【図１５】同上の散水ろ床装置の実験におけるｐＨの経時変化を示すグラフであって、加温通水管を設置した循環式硝化脱窒システムの処理水、加温通水管を設置しない循環式硝化脱窒システムの処理水、循環式硝化脱窒システムに流入する排水について示している。
【図１６】同上の循環式硝化脱窒システムの実験３における２個の散水ろ床の内部の温度及び気温の経時変化を示すグラフである。
【図１７】同上の循環式硝化脱窒システムの実験３における２個の散水ろ床の内部の温度の差の平均値と温水の流量の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための形態を説明する。本発明の実施形態に係る循環式硝化脱窒システム１は、図１に示すように、排水Ｗの硝化処理を行う散水ろ床装置２と、排水Ｗの脱窒処理を行う無酸素ろ床装置３を有している。
【００１７】
散水ろ床装置２は、排水Ｗ中のアンモニアを好気性微生物により硝酸イオンに酸化する（硝化する）硝化処理を行う。また、散水ろ床装置２は、好気性微生物により排水Ｗ中の有機物の分解にも寄与する。散水ろ床装置２は、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、筒状の散水ろ床外筒２１の内方に、多数のろ材（担体）２２ａが充填されることによって形成された散水ろ床２２を収容する。ろ材２２ａは、汚泥（堆積汚泥）を捕捉し、ろ材２２ａの表面には排水Ｗ中のアンモニアを硝化し得る好気性微生物が繁茂することになる。散水ろ床２２は、その上面及び下面が外気に曝されて空気が供給され、空気中の酸素は、多数のろ材２２ａの間隙を拡散移動することになる。また、空気中の酸素は、散水ろ床２２の上面から供給される排水Ｗに溶解しても拡散移動する。こうして、好気性微生物の膜への酸素供給が行われる。
【００１８】
ろ材２２ａは、プラスチック製（例えば、高密度ポリエチレン製）の成形品とすることができる。また、ろ材２２ａは、様々な形状のものが可能であるが、例えば、図３に示すように、円筒状のものとすることができる。円筒状のもののように内部に空間を有する多数のろ材２２ａは、適度に、熱を伝えて、かつ、空間の空気の層により温度を保ち易い。
【００１９】
散水ろ床外筒２１は、その中空部の底部を塞ぐように、多数の網目の有する薄板状の支持体２３を取り付けることができる。この網目状の支持体２３は、散水ろ床外筒２１内に収容する散水ろ床２２の多数のろ材２２ａを支持する。従って、支持体２３の網目の大きさは、ろ材２２ａよりも小さいものである。
【００２０】
また、散水ろ床外筒２１には、管取付具２４を散水ろ床外筒２１の下側に設けることができる。管取付具２４は、内部空間を有し、その内部空間に後述する下部排出管２５の中空部が連通する。管取付具２４は、図示するように略円錐状とすることができる。また、散水ろ床外筒２１と管取付具２４は、それぞれにフランジ２１ａ、２４ａを有するようにして、フランジ２１ａ、２４ａにおいて固定具（ボルト及びナットなど）で互いに固定され、散水ろ床２２の直下に管取付具２４の内部空間が位置するようにできる。また、支持体２３は、散水ろ床外筒２１と管取付具２４の間に挟み込むことで取り付けることができる。
【００２１】
散水ろ床装置２は、散水ろ床２２で硝化処理された処理水Ｐが後述する無酸素ろ床装置３へ排出される下部排出管２５を備える。詳細には、下部排出管２５は、管取付具２４に取り付けることができる。
【００２２】
このような散水ろ床装置２は、散水ろ床２２の上方から排水Ｗが散水され、排水Ｗが散水ろ床２２の内部を下方に向かってゆっくりと流れ、ろ材２２ａの表面を滴っていく過程で、ろ材２２ａの表面に繁茂した好気性微生物の膜の作用により排水Ｗ中のアンモニアを好気性微生物により硝化処理する。散水ろ床装置２からの処理水Ｐは、下部排出管２５を通じて無酸素ろ床装置３に排出される。
【００２３】
次に、散水ろ床装置２が更に備える加温通水管２６について説明する。加温通水管２６は、気温より高い温度を有する温水が流れ散水ろ床２２を加温するものである。
【００２４】
加温通水管２６は、散水ろ床外筒２１の側壁の外周面に接触して配置することができる（図２（ａ）、（ｂ）参照）。これにより、散水ろ床２２は、散水ろ床外筒２１の側壁を通して加温される。加温通水管２６は、散水ろ床外筒２１にコイル状に巻くことで、容易に配置することができる。
【００２５】
また、加温通水管２６は、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、散水ろ床２２の内部に配置することもできる。散水ろ床２２は、内部より加温通水管２６により加温される。この場合、散水ろ床２２の加温は、効率的である。加温通水管２６は、コイル状に巻いて散水ろ床２２の内部に配置することができる。なお、図４（ｂ）では、加温通水管２６は、散水ろ床外筒２１に孔を設けて外部に取り出している。
【００２６】
加温通水管２６により加温された散水ろ床２２は、密接した多数のろ材２２ａが互いに熱を伝え合って、全体的に温度を気温よりも高く保つことができる。それにより、寒冷期（例えば、気温が１５℃を下回る時期）において、ろ材２２ａの表面に繁茂した好気性微生物の硝化能力の低下を抑制することができる。
【００２７】
加温通水管２６の温水には、調温（例えば、２０℃以上に調温）した温水を用いることができる。従って、温水は、比較的低温の温水でよいので、省エネルギー化を図ることができる。調温は、温水タンク２７において行い、通常の場合は有効利用が困難な比較的温度の低い廃熱でも利用可能であり、例えば、汚泥焼却設備の廃熱等の廃熱を利用することも可能である。なお、図１において符号２７Ａで示すのは、温水タンク２７から加温通水管２６に温水を送り込むポンプである。
【００２８】
温水は、様々な水（例えば、排水Ｗ、ボイラー等の冷却排水など）から生成することが可能である。排水Ｗを用いる場合、含有する有機物等のために排水Ｗ自体が有する熱量を利用することができる。排水Ｗは、調温して温水に用いることが可能である。或いは、排水Ｗは、寒冷期がさほど長くない、又は寒冷期の温度がさほど下がらない場合は、調温しないで温水に用いることも可能である。これにより、加温のための追加エネルギー投入を抑制する又は不要とすることができる。調温しない場合は、加温通水管２６を無酸素ろ床装置３の後述する排水流入管３４に接続し、図５に示すように、排水Ｗを加温通水管２６に通水の後、無酸素ろ床装置３に流入させることができる。
【００２９】
また、気温が非常に低下（例えば、８℃以下にまで低下）した場合は、温水の流量を増大させる（後述する図８及び図１７参照）か、温水の温度を増大させることにより、散水ろ床２２への熱供給量（熱供給フラックス）を増大させて加温効果を高めることで対応可能である。
【００３０】
無酸素ろ床装置３は、排水Ｗ中の硝酸イオンを嫌気性脱窒微生物により窒素分子にまで還元する（脱窒する）脱窒処理を行う。また、無酸素ろ床装置３は、嫌気性微生物により排水Ｗ中の有機物の分解処理を行うこともできる。無酸素ろ床装置３は、図６に示すように、無酸素ろ床槽３１の内部に、嫌気性微生物が繁茂したろ材（担体）によって形成されたろ床３２と、ろ床３２の中に設けられた複数の仕切板３３と、を有している。また、無酸素ろ床装置３は、排水流入管３４と排水流出管３５と処理水流出管３６と、を有している。また、無酸素ろ床装置３は、排水Ｗと処理水Ｐを隔絶する隔絶板３７を有している。排水流入管３４から流入した排水Ｗは、複数の仕切板３３の間を上下に迂流しながら、ろ床３２を通って脱窒処理（及び有機物の分解処理）が行われる。ろ床３２を通った排水Ｗは、排水流出管３５から流出し、ポンプ３Ａにより散水ろ床装置１に送られる（図１参照）。また、散水ろ床装置１から排出された処理水Ｐは、上方から流入し、処理水Ｐの一部は、最終の処理水Ｐとして処理水流出管３６から流出し、残りは、再度、ろ床３２を通過して散水ろ床装置１へ循環する。
【００３１】
循環式硝化脱窒システム１は、更に、排水Ｗの前処理装置として沈殿装置４を備えることができる。沈殿装置４は、排水Ｗ中の大きな固形物Ｓを沈殿分離させる。固形物Ｓが分離され取り除かれた排水Ｗは、ポンプ４Ａにより、無酸素ろ床装置３に送られる。固形物Ｓは、所定の機構でもって排出される。
【００３２】
次に、本願発明者が行った循環式硝化脱窒システム１の実験について以下説明する。
【００３３】
散水ろ床装置２の散水ろ床外筒２１は、透明アクリル製の円筒状であり、高さ１０００ｍｍ、内径８０ｍｍとした。ろ材２２ａは、直径１５ｍｍ、長さ１５ｍｍの円筒状の高密度ポリエチレン製の成形品（比重０．９８）（大日本プラスチックス株式会社製のラメールチューブＬＴ−１５）を用いた。これらのろ材２２ａを散水ろ床外筒２１に約５４０ｇ（嵩容積４．５Ｌ、充填高さ約９００ｍｍ）充填して散水ろ床２２を形成した。散水ろ床外筒２１の底部には、網目状の支持体２３が取り付けられている。また、支持体２３には、下部排出管２５が設けられている。
【００３４】
無酸素ろ床装置３は幅７０ｍｍ、高さ１２５ｍｍ、奥行３２０ｍｍの槽型で有効容積は２．１５Ｌであり、槽内に紐状接触材（大日本プラスチックス株式会社製クレオコードＫＣ−３０）を１８０ｃｍ充填した。排水流入管３４から流入する排水Ｗの流量は８Ｌ／ｄ（１日の流量が８L）に設定し、排水流出管３５から流出する排水Ｗは排水流入管３４から流入する排水Ｗの３．５倍の流量に設定した。
【００３５】
実験のために、循環式硝化脱窒システム１は２個（循環式硝化脱窒システム１Ａ及び１Ｂ）用意した。実験は、３種類（実験１〜３）行った。各実験においては、循環式硝化脱窒システム１Ａ及び循環式硝化脱窒システム１Ｂの加温通水管２６の条件を、それぞれの実験の目的に合わせて異ならせた。
【００３６】
実験１は、調温した温水による外部加温実験である。循環式硝化脱窒システム１Ａは、散水ろ床外筒２１にシリコンチューブをコイル状に巻いて加温通水管２６とし、温水タンク２７の２０℃に調温した温水を加温通水管２６に循環通水した。循環式硝化脱窒システム１Ｂは、循環通水を行わなかった。循環式硝化脱窒システム１Ａの循環水量を段階的に変化させ、期間Ａ（２０１５年１２月１７日〜１２月１９日）は１６Ｌ／ｄ、期間Ｂ（１２月２０日〜１２月２３日）は３２Ｌ／ｄ、期間Ｃ（１２月２４日〜１２月２９日）は６４Ｌ／ｄ、期間Ｄ（２０１５年１２月３０日〜２０１６年１月４日）は１２８Ｌ／ｄ、として、散水ろ床２２の内部の温度変化を測定した。
【００３７】
実験１の結果は以下の通りである。図７における曲線ａは循環式硝化脱窒システム１Ａの散水ろ床２２の内部の温度、曲線ｂは循環式硝化脱窒システム１Ｂの散水ろ床２２の内部の温度、曲線ｃは気温、の経時変化を示す測定結果である。曲線ｃより、実験期間中、気温は概ね１０℃以下であった。曲線ｂより、循環式硝化脱窒システム１Ｂの散水ろ床２２の内部の温度は気温よりも１℃弱高い状態で気温変化に合わせて変化していた。一方、曲線ａより、循環式硝化脱窒システム１Ａの散水ろ床２２の内部の温度は気温や循環式硝化脱窒システム１Ｂと比較して、高い状態が維持されていた。なお、１２月２９日の循環式硝化脱窒システム１Ａにおける一時的な急激な温度上昇は、脱窒槽からの循環水がポンプトラブルにより流れていなかったことが原因である。
【００３８】
図８は、循環式硝化脱窒システム１Ａの散水ろ床２２の内部の温度と循環式硝化脱窒システム１Ｂの散水ろ床２２の内部の温度の差の平均値と循環通水量の関係を示すものである。１２月２９日の循環式硝化脱窒システム１Ａにおけるデータは除いて求めている。図８より、温水の循環水量を増大させると、散水ろ床２２の加温効果が高まることがわかる。
【００３９】
実験２は、温水に調温しない排水Ｗを用いた内部加温実験である。循環式硝化脱窒システム１Ａは、散水ろ床２２の内部にフッ素樹脂（ＰＦＡ）製のコイル状の加温通水管２６（外径６ｍｍ、内径４ｍｍ、全長６．０ｍ）を埋め込み、大学構内で生じた排水Ｗ（温度２０．５±１．９℃）を加温通水管２６に通水（通水量は、８Ｌ／ｄ）の後、無酸素ろ床装置３に流入させた。循環式硝化脱窒システム１Ｂは、加温通水管２６を設置せず、直接、排水Ｗを無酸素ろ床装置３に流入させた。そして、処理水Ｐ中の各態窒素濃度、ＣＯＤＣｒ（重クロム酸カリウムによる化学的酸素要求量）、ＢＯＤ（生物化学的酸素要求量）、ＳＳ（浮遊物質量）、及びｐＨの変化を測定した。
【００４０】
実験２の結果は以下の通りである。図９に、実験２の期間における気温の経時変化を示す。気温は、期間１（２０１５年１０月６日〜２０１５年１１月２６日）で１５℃以上（１５．０〜２５．３℃）、期間２（２０１５年１１月２７日〜２０１６年１月２５日）で１５℃未満（４．６〜１４．９℃）であり、期間２は硝化反応への温度影響が懸念される寒冷期に当たる。
【００４１】
図１０Ａ〜図１０Ｃに各態窒素濃度の経時変化を示す。図１０Ａは、循環式硝化脱窒システム１Ａ又は１Ｂに流入する排水Ｗ中の各態窒素濃度の経時変化を示し、図１０Ｂは、循環式硝化脱窒システム１Ａにおける処理水Ｐ中の各態窒素濃度の経時変化を示し、図１０Ｃは、循環式硝化脱窒システム１Ｂにおける処理水Ｐ中の各態窒素濃度の経時変化を示す。図１０Ｂ及び図１０Ｃの符号ｇの部分は、亜硝酸イオンの濃度を示す。図１０Ｂ及び図１０Ｃの符号ｈの部分は、硝酸イオンの濃度を示す。図１０Ａの符号ｄの部分、図１０Ｂ及び図１０Ｃの符号ｉの部分は、アンモニアイオンの濃度を示す。図１０Ａの符号ｅの部分、図１０Ｂ及び図１０Ｃの符号ｊの部分は、その他の態様を示す。また、図１０Ｂ及び図１０Ｃの曲線ｆは、循環式硝化脱窒システム１Ａ又は１Ｂに流入する排水Ｗの窒素濃度（各態窒素濃度の合計）から処理水Ｐ中の窒素濃度（各態窒素濃度の合計）を引いて求めた窒素の除去効率である。
【００４２】
図１０Ａ〜図１０Ｃより、期間１及び期間２にわたり、循環式硝化脱窒システム１Ａ又は１Ｂに流入する排水Ｗの窒素の大部分はアンモニアイオンであり、硝酸イオン及び亜硝酸イオンはほとんど認められない。一方、期間１及び期間２にわたり、循環式硝化脱窒システム１Ａ又は１Ｂにおける処理水Ｐからは硝酸イオン及び亜硝酸イオンが検出されており、窒素除去が進行していることがわかる。期間２では、循環式硝化脱窒システム１Ｂにおける処理水Ｐのアンモニアイオンの濃度が相対的に高くなっており、低温による悪影響を受けていると考えられる。また、期間２では、窒素の除去効率は、循環式硝化脱窒システム１Ａで７１．２±１１．６％であったのに対し、循環式硝化脱窒システム１Ｂでは５１．８±１５．１％にとどまっており、循環式硝化脱窒システム１Ｂにおいて有意に窒素の除去効率が低下している。
【００４３】
図１１における曲線ｋは循環式硝化脱窒システム１Ａの散水ろ床２２における硝化率、曲線ｌは循環式硝化脱窒システム１Ｂの散水ろ床２２における硝化率、の経時変化を示している。期間２（寒冷期）に入る少し前までは循環式硝化脱窒システム１Ａ、１Ｂの硝化率には大きな違いはなかったが、期間２への移行期前後より硝化率の違いが顕著であった。循環式硝化脱窒システム１Ｂにおける硝化率の低下は、散水ろ床２２の硝化菌が低温により硝化能力が低下したために引き起こされたと考えられる。一方、循環式硝化脱窒システム１Ａでは、循環式硝化脱窒システム１Ｂに見られるような期間２全般にわたる硝化率低下は認められない。但し、循環式硝化脱窒システム１Ａでは、１月後半の気温が８℃を下回る時期において硝化率が徐々に低下する様子が認められる。この時期は気温低下が著しいことから、排水Ｗが有する熱量のみでは加温が不十分であったと考えられる。これについては、後に実験３で詳述する。
【００４４】
図１２〜図１５はそれぞれＣＯＤＣｒ、ＢＯＤ、ＳＳ、ｐＨの経時変化を示しており、曲線ｍは環式硝化脱窒システム１Ａから排出される処理水Ｐについてのもの、曲線ｎは循環式硝化脱窒システム１Ｂから排出される処理水Ｐについてのもの、曲線ｏは循環式硝化脱窒システム１Ａ又は１Ｂに流入する排水Ｗについてのもの、である。図１２〜図１５を見る限り、期間１及び期間２ともに、ＣＯＤＣｒ、ＢＯＤ、ＳＳのいずれも処理水Ｐにおける濃度は低く維持されており、循環式硝化脱窒システム１Ａ、１Ｂの間で有意差は認められず、ＣＯＤＣｒ、ＢＯＤ、ＳＳを指標とする限りでは、循環式硝化脱窒システム１Ａ、１Ｂのいずれにおいても温度低下による悪影響は認められなかった。
【００４５】
実験３は、調温した温水による内部加温実験である。実験２では散水ろ床２２の内部の温度の測定を行わなかったが、実験３では散水ろ床２２の内部の温度の測定を行った。実験３の循環式硝化脱窒システム１Ａは、基本的には実験２のものと同様の構成であるが、散水ろ床２２の内部に埋め込んだ加温通水管２６と無酸素ろ床装置３の排水流入管３４を切り離し、加温通水管２６には温水タンク２７の２０℃に調温した温水を加温通水管２６に循環通水し、排水Ｗは直接、無酸素ろ床装置３に流入させた。実験３の循環式硝化脱窒システム１Ｂは、実験２のものと同様に、加温通水管２６を設置せず、直接、排水Ｗを無酸素ろ床装置３に流入させた。循環式硝化脱窒システム１Ａ及び１Ｂでは、散水ろ床２２の内部の３箇所（散水ろ床２２の上部より２５０ｍｍ、５００ｍｍ、７５０ｍｍ）の位置に温度センサーを組み込んだ。散水ろ床２２の内部の温度は、この３箇所の温度の平均とした。通水量は、変動させており、期間Ｅ（２０１６年３月１日〜３月５日）が１７．８Ｌ／ｄ、期間Ｆ（３月６日〜３月１３日）が１５Ｌ／ｄ、期間Ｇ（３月１４日〜３月２２日）が２５Ｌ／ｄ、期間Ｈ（３月２３日〜４月１日）が８Ｌ／ｄである。
【００４６】
図１６における曲線ｐは循環式硝化脱窒システム１Ａの散水ろ床２２の内部の温度、曲線ｑは循環式硝化脱窒システム１Ｂの散水ろ床２２の内部の温度、曲線ｒは気温、の経時変化を示す測定結果である。曲線ｒより、実験時の気温は８〜１３℃の範囲で変動していた。曲線ｑより、温水の通水を行わなかった循環式硝化脱窒システム１Ｂで散水ろ床２２の内部の温度は気温＋１〜２℃程度を示した。曲線ｐより、温水を通水した循環式硝化脱窒システム１Ａでは、さらに＋１〜２℃程度の散水ろ床２２の内部の温度上昇を示した。
【００４７】
図１７に、循環式硝化脱窒システム１Ａの散水ろ床２２の内部の温度と循環式硝化脱窒システム１Ｂの散水ろ床２２の内部の温度の差の平均値と温水の流量の関係を示す。図１７における誤差線は標本標準偏差を示している。図１７より、温水の流量の増加とともに散水ろ床２２の内部の温度が増大していることが分かる。
【００４８】
また、図１７から判断すると、実験２では２０℃前後の水温を有する排水Ｗを８Ｌ／ｄの流量で加温通水管２６に通水したので、循環式硝化脱窒システム１Ａの散水ろ床２２の内部の温度は循環式硝化脱窒システム１Ｂよりも１．３℃程度、気温と比較すれば２〜３℃程度高い状態が維持されていたものと推測される。従って、実験２において気温が８℃を下回る時期に認められた循環式硝化脱窒システム１Ａの硝化率低下は、気温８℃以下の条件では、散水ろ床２２の内部の温度は１０〜１１℃以下となっていたと推定される。
【００４９】
以上、本発明の実施形態に係る循環式硝化脱窒システムについて説明したが、本発明は、上述の実施形態に記載したものに限られることなく、特許請求の範囲に記載した事項の範囲内でのさまざまな設計変更が可能である。
【符号の説明】
【００５０】
１    循環式硝化脱窒システム
２    散水ろ床装置
２１  散水ろ床外筒
２２  散水ろ床
２２ａ  ろ材
２３  支持体
２４  管取付具
２５  下部排出管
２６  加温通水管
３    無酸素ろ床装置
４    沈殿装置（前処理装置）
Ｗ    排水
Ｐ    処理水
【図１】
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【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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