(57)【要約】【課題】本発明は、被処理水中の窒素濃度や流量等が変動しても、安定な処理水質を確保することができる窒素含有水の処理方法及び処理装置を提供することにある。【解決手段】本発明は、硝酸若しくは亜硝酸を含む被処理水が流入する反応槽に、水素供与体を間欠添加して、前記硝酸若しくは前記亜硝酸を窒素ガスに還元する窒素含有水の生物処理方法であって、ｖ＝Ｘ・Ｔ・（１００−Ｄ）／（Ｎ・ＳＴ・Ｄ・Ｍ）の式を満たすように、水素供与体添加速度（ｖ）、単位時間当たりに必要な水素供与体の添加量（Ｘ）、水理学的滞留時間（Ｔ）、水素供与体の間欠添加サイクル数（Ｎ）、添加する水素供与体の濃度（Ｍ）、前記間欠添加１サイクル当たりの時間に対する水素供与体添加時間の割合（Ｄ）、及び前記間欠添加１サイクル当たりの時間における水素供与体供給停止時間（ＳＴ）を設定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
硝酸若しくは亜硝酸を含む被処理水が流入する反応槽に、水素供与体を間欠添加して、前記硝酸若しくは前記亜硝酸を窒素ガスに還元する窒素含有水の生物処理方法であって、
以下の式（１）を満たすように、水素供与体添加速度（ｖ）、単位時間当たりに必要な水素供与体の添加量（Ｘ）、前記反応槽の総容量／前記反応槽に流入する水流量で求められる水理学的滞留時間（Ｔ）、前記水理学的滞留時間（Ｔ）を水素供与体の添加及び停止からなる間欠添加１サイクル当たりの時間で除した水素供与体の間欠添加サイクル数（Ｎ）、添加する水素供与体の濃度（Ｍ）、前記間欠添加１サイクル当たりの時間に対する水素供与体添加時間の割合（Ｄ）、及び前記間欠添加１サイクル当たりの時間における水素供与体供給停止時間（ＳＴ）を設定することを特徴とする窒素含有水の生物処理方法。
ｖ＝Ｘ・Ｔ・（１００−Ｄ）／（Ｎ・ＳＴ・Ｄ・Ｍ）    （１）
【請求項２】
請求項１に記載の窒素含有水の生物処理方法であって、
前記水素供与体添加速度（ｖ）が一定の下、前記反応槽に流入する被処理水中の前記硝酸若しくは前記亜硝酸の濃度と前記反応槽に流入する被処理水量の積から求められる前記硝酸若しくは前記亜硝酸量が増加又は減少した場合、該硝酸若しくは該亜硝酸量の増加又は減少に比例して、前記間欠添加回数（Ｎ）と前記水素供与体添加時間の割合（Ｄ）をそれぞれ増加又は減少させることを特徴とする窒素含有水の生物処理方法。
【請求項３】
請求項２に記載の窒素含有水の生物処理方法であって、さらに、前記反応槽に流入する被処理水量が一定の下、前記反応槽に流入する被処理水中の前記硝酸若しくは前記亜硝酸の濃度が増加又は減少したことにより、前記反応槽に流入する被処理水中の前記硝酸若しくは前記亜硝酸の濃度と前記反応槽に流入する被処理水量の積から求められる前記硝酸若しくは前記亜硝酸量が増加又は減少した場合、該硝酸若しくは該亜硝酸量の増加又は減少に比例して、前記間欠添加回数（Ｎ）と前記水素供与体添加時間の割合（Ｄ）をそれぞれ増加又は減少させることを特徴とする窒素含有水の生物処理方法。
【請求項４】
請求項１に記載の窒素含有水の生物処理方法であって、前記間欠添加回数（Ｎ）、前記水素供与体添加時間の割合（Ｄ）が一定の下、前記反応槽に流入する被処理水中の前記硝酸若しくは前記亜硝酸の濃度と前記反応槽に流入する被処理水量の積から求められる前記硝酸若しくは前記亜硝酸量が増加又は減少した場合、該硝酸若しくは該亜硝酸量の増加又は減少に比例して、前記水素供与体添加速度（ｖ）を増加又は減少させることを特徴とする窒素含有水の生物処理方法。
【請求項５】
請求項４に記載の窒素含有水の生物処理方法であって、さらに、前記反応槽に流入する被処理水中の前記硝酸若しくは前記亜硝酸の濃度が一定の下、前記反応槽に流入する被処理水量が増加又は減少したことにより、前記反応槽に流入する被処理水中の前記硝酸若しくは前記亜硝酸の濃度と前記反応槽に流入する被処理水量の積から求められる前記硝酸若しくは前記亜硝酸量が増加又は減少した場合、該硝酸若しくは該亜硝酸量の増加又は減少に比例して、前記水素供与体添加速度（ｖ）を増加又は減少させることを特徴とする窒素含有水の生物処理方法。
【請求項６】
請求項１に記載の窒素含有水の生物処理方法であって、前記水素供与体添加速度（ｖ）、前記間欠添加回数（Ｎ）が一定の下、前記反応槽に流入する被処理水中の前記硝酸若しくは前記亜硝酸の濃度と前記反応槽に流入する被処理水量の積から求められる前記硝酸若しくは前記亜硝酸量が増加又は減少した場合、該硝酸若しくは該亜硝酸量の増加又は減少に比例して、前記水素供与体添加時間の割合（Ｄ）を増加又は減少させることを特徴とする窒素含有水の生物処理方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の窒素含有水の生物処理方法であって、前記間欠添加回数（Ｎ）が２．５以上とすることを特徴とする窒素含有水の生物処理方法。
【請求項８】
請求項２又は３に記載の窒素含有水の生物処理方法であって、前記間欠添加回数（Ｎ）を減少させた結果、前記間欠添加回数（Ｎ）が２．５未満となる場合、前記間欠添加回数（Ｎ）を２．５以上として、前記式（１）を満たすように、前記水素供与体供給停止時間（ＳＴ）及び前記水素供与体添加速度（ｖ）を再設定することを特徴とする窒素含有水の生物処理方法。
【請求項９】
硝酸若しくは亜硝酸を含む被処理水が流入する反応槽と、前記反応槽に水素供与体を間欠添加する水素供与体添加手段と、を備え、前記反応槽で前記硝酸若しくは亜硝酸を窒素ガスに還元する窒素含有水の生物処理装置であって、
以下の式（１）を満たすように、水素供与体添加速度（ｖ）、単位時間当たりに必要な水素供与体の添加量（Ｘ）、前記反応槽の総容量／前記反応槽に流入する水流量で求められる水理学的滞留時間（Ｔ）、前記水理学的滞留時間（Ｔ）を水素供与体の添加及び停止からなる間欠添加１サイクル当たりの時間で除した水素供与体の間欠添加サイクル数（Ｎ）、添加する水素供与体の濃度（Ｍ）、前記間欠添加１サイクル当たりの時間に対する水素供与体添加時間の割合（Ｄ）、及び前記間欠添加１サイクル当たりの時間における水素供与体供給停止時間（ＳＴ）を設定する制御手段を備えることを特徴とする窒素含有水の生物処理装置。
ｖ＝Ｘ・Ｔ・（１００−Ｄ）／（Ｎ・ＳＴ・Ｄ・Ｍ）    （１）
【請求項１０】
請求項９に記載の窒素含有水の生物処理装置であって、
前記制御手段は、前記水素供与体添加速度（ｖ）が一定の下、前記反応槽に流入する被処理水中の前記硝酸若しくは前記亜硝酸の濃度と前記反応槽に流入する被処理水量の積から求められる前記硝酸若しくは前記亜硝酸量が増加又は減少した場合、該硝酸若しくは該亜硝酸量の増加又は減少に比例して、前記間欠添加回数（Ｎ）と前記水素供与体添加時間の割合（Ｄ）をそれぞれ増加又は減少させることを特徴とする窒素含有水の生物処理装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の窒素含有水の生物処理装置であって、前記制御手段は、さらに、前記反応槽に流入する被処理水量が一定の下、前記反応槽に流入する被処理水中の前記硝酸若しくは前記亜硝酸の濃度が増加又は減少したことにより、前記反応槽に流入する被処理水中の前記硝酸若しくは前記亜硝酸の濃度と前記反応槽に流入する被処理水量の積から求められる前記硝酸若しくは前記亜硝酸量が増加又は減少した場合、該硝酸若しくは該亜硝酸量の増加又は減少に比例して、前記間欠添加回数（Ｎ）と前記水素供与体添加時間の割合（Ｄ）をそれぞれ増加又は減少させることを特徴とする窒素含有水の生物処理装置。
【請求項１２】
請求項９に記載の窒素含有水の生物処理装置であって、前記制御手段は、前記間欠添加回数（Ｎ）、前記水素供与体添加時間の割合（Ｄ）が一定の下、前記反応槽に流入する被処理水中の前記硝酸若しくは前記亜硝酸の濃度と前記反応槽に流入する被処理水量の積から求められる前記硝酸若しくは前記亜硝酸量が増加又は減少した場合、該硝酸若しくは該亜硝酸量の増加又は減少に比例して、前記水素供与体添加速度（ｖ）を増加又は減少させることを特徴とする窒素含有水の生物処理装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の窒素含有水の生物処理装置であって、前記制御手段は、さらに、前記反応槽に流入する被処理水中の前記硝酸若しくは前記亜硝酸の濃度が一定の下、前記反応槽に流入する被処理水量が増加又は減少したことにより、前記反応槽に流入する被処理水中の前記硝酸若しくは前記亜硝酸の濃度と前記反応槽に流入する被処理水量の積から求められる前記硝酸若しくは前記亜硝酸量が増加又は減少した場合、該硝酸若しくは該亜硝酸量の増加又は減少に比例して、前記水素供与体添加速度（ｖ）を増加又は減少させることを特徴とする窒素含有水の生物処理装置。
【請求項１４】
請求項９に記載の窒素含有水の生物処理装置であって、前記制御手段は、前記水素供与体添加速度（ｖ）、前記間欠添加回数（Ｎ）が一定の下、前記反応槽に流入する被処理水中の前記硝酸若しくは前記亜硝酸の濃度と前記反応槽に流入する被処理水量の積から求められる前記硝酸若しくは前記亜硝酸量が増加又は減少した場合、該硝酸若しくは該亜硝酸量の増加又は減少に比例して、前記水素供与体添加時間の割合（Ｄ）を増加又は減少させることを特徴とする窒素含有水の生物処理装置。
【請求項１５】
請求項９〜１４のいずれか１項に記載の窒素含有水の生物処理装置であって、前記制御手段は、前記間欠添加回数（Ｎ）を２．５以上に設定することを特徴とする窒素含有水の生物処理装置。
【請求項１６】
請求項１０又は１１に記載の窒素含有水の生物処理装置であって、前記制御手段は、前記間欠添加回数（Ｎ）を減少させた結果、前記間欠添加回数（Ｎ）が２．５未満となる場合、前記間欠添加回数（Ｎ）を２．５以上として、前記式（１）を満たすように、前記水素供与体供給停止時間（ＳＴ）及び前記水素供与体添加速度（ｖ）を再設定することを特徴とする窒素含有水の生物処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被処理水中の硝酸若しくは亜硝酸を窒素ガスに還元する窒素含有水の生物処理方法及び窒素含有水の生物処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、排水処理の分野においては、微生物の生理活性を利用して排水中の汚濁物質を無害な物質に変化させて処理を行う生物化学的な水処理が多用されている。そして、排水中に含まれる窒素成分の生物処理法としては、活性汚泥法が主流である。活性汚泥法は、例えば、窒素成分を微生物によって酸化させて硝酸又は亜硝酸体窒素まで処理し、その後嫌気状態において水素供与体の存在下で、微生物によって窒素ガスまで脱窒処理を行うものである。これら一連の処理において使用される微生物は、フロック状の凝集体である。この微生物は、反応系内に留まらせる必要があるため、処理水と凝集体とを分離させる必要がある。
【０００３】
微生物の分離方法としては、古くから沈降分離が用いられているが、最近では膜分離による手法も採用されている（例えば、特許文献１参照）。さらに分離操作を簡便にするために、微生物の凝集体を予め沈降性の良好な担体に付着させる技術が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
脱窒処理には、水素供与体が必要であるため、水素供与体が反応系内で不足すると脱窒処理が停止する。一方、水素供与体を過剰に添加すると、処理コストの点から望ましくないばかりか、処理水に水素供与体がリークして水質の悪化に繋がる。このような観点から、反応系内へ添加する水素供与体量を過不足なく添加するために、水素供与体の添加量を制御する方法が提案されている（例えば、特許文献３〜６参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１６５１８２号公報
【特許文献２】特開２００７−２９６４９９号公報
【特許文献３】特許第２６４３４７８号公報
【特許文献４】特開平７−３２８６７８号公報
【特許文献５】特開２００３−７１４９２号公報
【特許文献６】特開平１１−１０４６９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、生物処理においての処理能力は、反応槽内の汚泥濃度が高いほど高くなる。しかし、活性汚泥法の場合（特に浮遊式の場合）、汚泥濃度が高まると、処理水と汚泥との分離が困難になるという問題がある。
【０００７】
本発明者らは鋭意検討の結果、活性汚泥法による脱窒処理において、必要量の水素供与体を間欠添加することにより、槽内に水素供与体の時間的濃度勾配を与え（例えば、ＴＯＣ濃度で１０ｍｇ／Ｌ以上）、汚泥の沈降性を改善し、沈降分離によって容易に処理水と微生物を分離できることを見出した。
【０００８】
しかし、原水中の窒素濃度や流量等の変動によって、水素供与体の必要量が変化する場合に、水素供与体の間欠添加を規則的に行っただけでは、槽内に水素供与体の時間的濃度勾配を与えることが困難となり、汚泥の沈降性が低下したり、処理水質が不安定になったりする場合がある。
【０００９】
そこで、本発明は、被処理水中の窒素濃度や流量等が変動しても、安定な処理水質を確保することができる窒素含有水の生物処理方法及び生物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】
（１）本発明は、硝酸若しくは亜硝酸を含む被処理水が流入する反応槽に、水素供与体を間欠添加して、前記硝酸若しくは前記亜硝酸を窒素ガスに還元する窒素含有水の生物処理方法であって、以下の式（１）を満たすように、水素供与体添加速度（ｖ）、単位時間当たりに必要な水素供与体の添加量（Ｘ）、前記反応槽の総容量／前記反応槽に流入する水流量で求められる水理学的滞留時間（Ｔ）、前記水理学的滞留時間（Ｔ）を水素供与体の添加及び停止からなる間欠添加１サイクル当たりの時間で除した水素供与体の間欠添加サイクル数（Ｎ）、添加する水素供与体の濃度（Ｍ）、前記間欠添加１サイクル当たりの時間に対する水素供与体添加時間の割合（Ｄ）、及び前記間欠添加１サイクル当たりの時間における水素供与体供給停止時間（ＳＴ）を設定することを特徴とする窒素含有水の生物処理方法。
ｖ＝Ｘ・Ｔ・（１００−Ｄ）／（Ｎ・ＳＴ・Ｄ・Ｍ）    （１）
【００１１】
（２）また、上記（１）に記載の窒素含有水の生物処理方法において、前記水素供与体添加速度（ｖ）が一定の下、前記反応槽に流入する被処理水中の前記硝酸若しくは前記亜硝酸の濃度と前記反応槽に流入する被処理水量の積から求められる前記硝酸若しくは前記亜硝酸量が増加又は減少した場合、該硝酸若しくは該亜硝酸量の増加又は減少に比例して、前記間欠添加回数（Ｎ）と前記水素供与体添加時間の割合（Ｄ）をそれぞれ増加又は減少させることが好ましい。
【００１２】
（３）上記（２）に記載の窒素含有水の生物処理方法において、さらに、前記反応槽に流入する被処理水量が一定の下、前記反応槽に流入する被処理水中の前記硝酸若しくは前記亜硝酸の濃度が増加又は減少したことにより、前記反応槽に流入する被処理水中の前記硝酸若しくは前記亜硝酸の濃度と前記反応槽に流入する被処理水量の積から求められる前記硝酸若しくは前記亜硝酸量が増加又は減少した場合、該硝酸若しくは該亜硝酸量の増加又は減少に比例して、前記間欠添加回数（Ｎ）と前記水素供与体添加時間の割合（Ｄ）をそれぞれ増加又は減少させることが好ましい。
【００１３】
（４）上記（１）に記載の窒素含有水の生物処理方法において、前記間欠添加回数（Ｎ）、前記水素供与体添加時間の割合（Ｄ）が一定の下、前記反応槽に流入する被処理水中の前記硝酸若しくは前記亜硝酸の濃度と前記反応槽に流入する被処理水量の積から求められる前記硝酸若しくは前記亜硝酸量が増加又は減少した場合、該硝酸若しくは該亜硝酸量の増加又は減少に比例して、前記水素供与体添加速度（ｖ）を増加又は減少させることが好ましい。
【００１４】
（５）上記（４）に記載の窒素含有水の生物処理方法において、さらに、前記反応槽に流入する被処理水中の前記硝酸若しくは前記亜硝酸の濃度が一定の下、前記反応槽に流入する被処理水量が増加又は減少したことにより、前記反応槽に流入する被処理水中の前記硝酸若しくは前記亜硝酸の濃度と前記反応槽に流入する被処理水量の積から求められる前記硝酸若しくは前記亜硝酸量が増加又は減少した場合、該硝酸若しくは該亜硝酸量の増加又は減少に比例して、前記水素供与体添加速度（ｖ）を増加又は減少させることが好ましい。
【００１５】
（６）上記（１）に記載の窒素含有水の生物処理方法において、前記水素供与体添加速度（ｖ）、前記間欠添加回数（Ｎ）が一定の下、前記反応槽に流入する被処理水中の前記硝酸若しくは前記亜硝酸の濃度と前記反応槽に流入する被処理水量の積から求められる前記硝酸若しくは前記亜硝酸量が増加又は減少した場合、該硝酸若しくは該亜硝酸量の増加又は減少に比例して、前記水素供与体添加時間の割合（Ｄ）を増加又は減少させることが好ましい。
【００１６】
（７）上記（１）〜（６）のいずれか１つに記載の窒素含有水の生物処理方法において、前記間欠添加回数（Ｎ）が２．５以上とすることが好ましい。
【００１７】
（８）上記（２）又は（３）に記載の窒素含有水の生物処理方法において、前記間欠添加回数（Ｎ）を減少させた結果、前記間欠添加回数（Ｎ）が２．５未満となる場合、前記間欠添加回数（Ｎ）を２．５以上として、前記式（１）を満たすように、前記水素供与体供給停止時間（ＳＴ）及び前記水素供与体添加速度（ｖ）を再設定することが好ましい。
【００１８】
（９）本発明は、硝酸若しくは亜硝酸を含む被処理水が流入する反応槽と、前記反応槽に水素供与体を間欠添加する水素供与体添加手段と、を備え、前記反応槽で前記硝酸若しくは亜硝酸を窒素ガスに還元する窒素含有水の生物処理装置であって、以下の式（１）を満たすように、水素供与体添加速度（ｖ）、単位時間当たりに必要な水素供与体の添加量（Ｘ）、前記反応槽の総容量／前記反応槽に流入する水流量で求められる水理学的滞留時間（Ｔ）、前記水理学的滞留時間（Ｔ）を水素供与体の添加及び停止からなる間欠添加１サイクル当たりの時間で除した水素供与体の間欠添加サイクル数（Ｎ）、添加する水素供与体の濃度（Ｍ）、前記間欠添加１サイクル当たりの時間に対する水素供与体添加時間の割合（Ｄ）、及び前記間欠添加１サイクル当たりの時間における水素供与体供給停止時間（ＳＴ）を設定する制御手段を備えることを特徴とする窒素含有水の生物処理装置。
ｖ＝Ｘ・Ｔ・（１００−Ｄ）／（Ｎ・ＳＴ・Ｄ・Ｍ）    （１）
【００１９】
（１０）上記（９）に記載の窒素含有水の生物処理装置において、前記制御手段は、前記水素供与体添加速度（ｖ）が一定の下、前記反応槽に流入する被処理水中の前記硝酸若しくは前記亜硝酸の濃度と前記反応槽に流入する被処理水量の積から求められる前記硝酸若しくは前記亜硝酸量が増加又は減少した場合、該硝酸若しくは該亜硝酸量の増加又は減少に比例して、前記間欠添加回数（Ｎ）と前記水素供与体添加時間の割合（Ｄ）をそれぞれ増加又は減少させることが好ましい。
【００２０】
（１１）上記（１０）に記載の窒素含有水の生物処理装置において、前記制御手段は、さらに、前記反応槽に流入する被処理水量が一定の下、前記反応槽に流入する被処理水中の前記硝酸若しくは前記亜硝酸の濃度が増加又は減少したことにより、前記反応槽に流入する被処理水中の前記硝酸若しくは前記亜硝酸の濃度と前記反応槽に流入する被処理水量の積から求められる前記硝酸若しくは前記亜硝酸量が増加又は減少した場合、該硝酸若しくは該亜硝酸量の増加又は減少に比例して、前記間欠添加回数（Ｎ）と前記水素供与体添加時間の割合（Ｄ）をそれぞれ増加又は減少させることが好ましい。
【００２１】
（１２）上記（９）に記載の窒素含有水の生物処理装置において、前記制御手段は、前記間欠添加回数（Ｎ）、前記水素供与体添加時間の割合（Ｄ）が一定の下、前記反応槽に流入する被処理水中の前記硝酸若しくは前記亜硝酸の濃度と前記反応槽に流入する被処理水量の積から求められる前記硝酸若しくは前記亜硝酸量が増加又は減少した場合、該硝酸若しくは該亜硝酸量の増加又は減少に比例して、前記水素供与体添加速度（ｖ）を増加又は減少させることが好ましい。
【００２２】
（１３）上記（１２）に記載の窒素含有水の生物処理装置において、前記制御手段は、さらに、前記反応槽に流入する被処理水中の前記硝酸若しくは前記亜硝酸の濃度が一定の下、前記反応槽に流入する被処理水量が増加又は減少したことにより、前記反応槽に流入する被処理水中の前記硝酸若しくは前記亜硝酸の濃度と前記反応槽に流入する被処理水量の積から求められる前記硝酸若しくは前記亜硝酸量が増加又は減少した場合、該硝酸若しくは該亜硝酸量の増加又は減少に比例して、前記水素供与体添加速度（ｖ）を増加又は減少させることが好ましい。
【００２３】
（１４）上記（９）に記載の窒素含有水の生物処理装置において、前記制御手段は、前記水素供与体添加速度（ｖ）、前記間欠添加回数（Ｎ）が一定の下、前記反応槽に流入する被処理水中の前記硝酸若しくは前記亜硝酸の濃度と前記反応槽に流入する被処理水量の積から求められる前記硝酸若しくは前記亜硝酸量が増加又は減少した場合、該硝酸若しくは該亜硝酸量の増加又は減少に比例して、前記水素供与体添加時間の割合（Ｄ）を増加又は減少させることが好ましい。
【００２４】
（１５）上記（９）〜（１４）のいずれか１つに記載の窒素含有水の生物処理装置において、前記制御手段は、前記間欠添加回数（Ｎ）を２．５以上に設定することが好ましい。
【００２５】
（１６）上記（１０）又は（１１）に記載の窒素含有水の生物処理装置において、前記制御手段は、前記間欠添加回数（Ｎ）を減少させた結果、前記間欠添加回数（Ｎ）が２．５未満となる場合、前記間欠添加回数（Ｎ）を２．５以上として、前記式（１）を満たすように、前記水素供与体供給停止時間（ＳＴ）及び前記水素供与体添加速度（ｖ）を再設定することが好ましい。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、被処理水中の窒素濃度や流量等が変動しても、安定な処理水質を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本実施形態に係る窒素含有水の生物処理装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】本実施形態に係る窒素含有水の生物処理装置の他の一例を示す概略構成図である。
【図３】本実施形態に係る窒素含有水の生物処理装置の他の一例を示す概略構成図である。
【図４】実施例１の試験経過日数に対するＭＬＳＳ濃度の変化を示す図である。
【図５】実施例１の試験経過日数に対する脱窒処理の処理速度の変化を示す図である。
【図６】（Ａ）は、第１脱窒反応槽のメタノール及び硝酸イオンの濃度変化を表す図であり、（Ｂ）は、第２脱窒反応槽のメタノール及び硝酸イオンの濃度変化を表す図である。
【図７】実施例３〜５の処理水中の窒素濃度の結果を示す図である。
【図８】水素供与体の間欠添加サイクル数と処理水質との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、  本発明の実施の形態について説明する。なお、本実施形態は本発明を実施する一例であって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。
【００２９】
図１は、本実施形態に係る窒素含有水の生物処理装置の一例を示す概略構成図である。図１に示す窒素含有水の生物処理装置１は、脱窒反応槽１０と、酸化槽１２と、沈殿処理槽１４と、水素供与体添加手段としてのポンプ１６と、タンク１８と、水素供与体添加ライン２０と、被処理水流入ライン２２ａ，２２ｂ，２２ｃと、処理水排出ライン２４と、汚泥返送ライン２６と、流量センサ２８と、Ｔ−Ｎ（全窒素）センサ３０と、制御部３２と、を備えるものである。流量センサ２８及びＴ−Ｎセンサ３０と制御部３２とは電気的に接続されている。また制御部３２とポンプ１６も電気的に接続されている。
【００３０】
脱窒反応槽１０の被処理水入口（不図示）には、被処理水流入ライン２２ａが接続されている。脱窒反応槽１０の水素供与体入口（不図示）とタンク１８の出口（不図示）との間は、ポンプ１６を介して水素供与体添加ライン２０が接続されている。脱窒反応槽１０の出口（不図示）と酸化槽１２の入口（不図示）との間は、被処理水流入ライン２２ｂが接続され、酸化槽１２の出口（不図示）と沈殿処理槽１４の入口（不図示）との間は、被処理水流入ライン２２ｃが接続されている。沈殿処理槽１４の処理水出口（不図示）には処理水排出ライン２４が接続されている。沈殿処理槽１４の汚泥出口（不図示）と被処理水流入ライン２２ａとの間には、汚泥返送ライン２６が接続されている。
【００３１】
以下に、本実施形態の窒素含有水の生物処理装置１の動作について説明する。
【００３２】
硝酸（硝酸イオン）、亜硝酸（亜硝酸イオン）を含む被処理水が、被処理水流入ライン２２ａを通り、脱窒反応槽１０へ供給される。被処理水が被処理水流入ライン２２ａを通る際に、流量センサ２８、Ｔ−Ｎセンサ３０により、脱窒反応槽１０に供給される被処理水（返送汚泥も含む）の水流量及び被処理水中の全窒素濃度が検出され、制御部３２にデータが送信される。詳細は後述するが、そのデータに基づいて、制御部３２はポンプの稼働・停止等の運転条件をコントロールし、水素供与体が脱窒反応槽１０に間欠添加される。
【００３３】
水素供与体としてメタノールを使用した場合、脱窒反応槽１０では、被処理水中の硝酸、亜硝酸は、下記反応式に示す反応により、窒素ガスに還元される。
【００３４】
２ＮＯ２−  ＋  ＣＨ３ＯＨ  →  Ｎ２  ＋  ＣＯ２  ＋  Ｈ２Ｏ  ＋  ２ＯＨ−
６ＮＯ３−  ＋  ５ＣＨ３ＯＨ  →  ３Ｎ２  ＋  ５ＣＯ２  ＋  ７Ｈ２Ｏ  ＋  ６ＯＨ−
【００３５】
脱窒反応槽１０で処理された第１処理水は、被処理水流入ライン２２ｂを通り、酸化槽１２に供給される。多くの場合、水素供与体は脱窒反応槽１０にやや過剰に添加されるため、被処理水中には水素供与体が残存している場合がある。酸化槽１２では、曝気により酸素が供給され、主に被処理水中の水素供与体が酸化処理される。
【００３６】
酸化槽１２で処理された第２処理水は、被処理水流入ライン２２ｃを通り、沈殿処理槽１４に供給される。沈殿処理槽１４では、被処理水中の汚泥が分離され、処理水排出ライン２４から（最終）処理水が得られ、分離された汚泥は、汚泥返送ライン２６を通り、脱窒反応槽１０へ供給される。なお、後述する実施形態のように、被処理水中に有機体窒素やアンモニアが含まれている場合には、脱窒反応槽１０の前段に硝化反応槽が設置され、上記分離した汚泥は硝化槽に返送されることが好ましい。
【００３７】
以下に、脱窒反応槽１０における、水素供与体の間欠添加条件の設定方法について説明する。
【００３８】
例えば、１ｍ３の脱窒反応槽１０に、１０ｍ３／ｄの被処理水量で、１００ｇ（ＮＯ３／ＮＯ２）−Ｎ／ｍ３の濃度の排水（被処理水）が流入している場合に、硝酸・亜硝酸をすべて除去する場合は、水素供与体をメタノールとすると、メタノールの添加量は一般的に、流入する硝酸イオン、亜硝酸イオンに含まれる窒素量の２．４〜３．０倍（重量比）であるので、ここでは、メタノールの添加量を３．０倍と設定する。そして、本実施形態では、制御部３２により、下式（１）を満たすように、水素供与体添加速度（ｖ）、単位時間当たりに必要な水素供与体の添加量（Ｘ）、脱窒反応槽の総容量／脱窒反応槽に流入する水流量で求められる水理学的滞留時間（Ｔ）、水理学的滞留時間（Ｔ）を水素供与体の添加及び停止からなる間欠添加１サイクル当たりの時間で除した水素供与体の間欠添加サイクル数（Ｎ）、添加する水素供与体の濃度（Ｍ）、間欠添加１サイクル当たりの時間に対する水素供与体添加時間の割合（Ｄ）、及び間欠添加１サイクル当たりの時間における水素供与体供給停止時間（ＳＴ）が設定される。本明細書中の水素供与体添加速度（ｖ）は、添加する水素供与体の平均流量と同義である。
ｖ＝Ｘ・Ｔ・（１００−Ｄ）／（Ｎ・ＳＴ・Ｄ・Ｍ）    （１）
【００３９】
また、水素供与体の添加はポンプ１８により行ってもよいし、ポンプ１８を設置せず、単に重力落下により行ってもよい。重力落下添加の場合には、ポンプ１８の代わりにバルブを設置し、該バルブにより水素供与体添加速度（ｖ）を調節する。
【００４０】
単位時間当たりに必要な水素供与体の添加量（Ｘ）は、１０ｍ３／ｄ×１００ｇ（ＮＯ３／ＮＯ２）−Ｎ／ｍ３×３倍＝３ｋｇ／ｄとなり、水理学的滞留時間（Ｔ）は、１ｍ３÷１０ｍ３／ｄ＝０．１ｄとなる。また、間欠添加１サイクル当たりの時間に対する水素供与体添加時間の割合（Ｄ）を５％、間欠添加サイクル数（Ｎ）を４サイクルと設定すると、間欠添加１サイクルの時間は、０．１ｄ÷４サイクル＝０．０２５ｄであるから、間欠添加１サイクル当たりの時間における水素供与体供給停止時間（ＳＴ）は、０．０２５ｄ×（１−５÷１００）＝０．０２３７５ｄとなる。そして、添加する水素供与体の濃度（Ｍ）を５００ｋｇ／ｍ３とすると、上記（１）式により、水素供与体添加速度（ｖ）は、３×０．１×（１００−５）÷（４×０．０２３７５×５×５００）＝０．１２ｍ３／ｄとなる。以上により、水素供与体の間欠添加条件（実質的にはポンプ運転条件）が決定される。このように決定した水素供与体の間欠添加条件に基づいて、水素供与体の間欠添加を行うことにより、処理水の水質をより良くすることが可能となる。
【００４１】
次に、被処理水の硝酸・亜硝酸濃度や被処理水量が変動した場合について説明する。例えば、被処理水量が一定の下、上記条件から被処理水の硝酸・亜硝酸濃度が２倍の２００ｇ（ＮＯ３／ＮＯ２）−Ｎ／ｍ３になった場合、本実施形態（制御方法１）では、水素供与体添加速度（ｖ）を一定とし、間欠添加１サイクル当たりの時間に対する水素供与体添加時間の割合（Ｄ）及び間欠添加サイクル数（Ｎ）を、被処理水の硝酸・亜硝酸濃度と被処理水量との積により求められる硝酸・亜硝酸量の増加（被処理水量が一定のため、実質的には硝酸・亜硝酸濃度の増加）に比例して増加させる。すなわち、間欠添加１サイクル当たりの時間に対する水素供与体添加時間の割合（Ｄ）は、上記設定値５％×２（倍）＝１０％、間欠添加サイクル数（Ｎ）は、上記設定値４サイクル×２（倍）＝８と設定する。単位時間当たりに必要な水素供与体の添加量（Ｘ）は、１０ｍ３／ｄ×２００ｇ（ＮＯ３／ＮＯ２）−Ｎ／ｍ３×３倍＝６ｋｇ／ｄである。また、被処理水の硝酸・亜硝酸濃度が増加しても水理学的滞留時間（Ｔ）は変化しないから、添加する水素供与体の濃度（Ｍ）を変えない場合は、上記（１）式により、間欠添加１サイクル当たりの時間における水素供与体供給停止時間（ＳＴ）は、６×０．１×（１００−１０）÷（８×０．１２×１０×５００＝０．０１１２５ｄとなる。一方、添加する水素供与体の濃度（Ｍ）を変える場合は、Ｍの値に応じて上記（１）式を満たすように間欠添加１サイクル当たりの時間における水素供与体供給停止時間（ＳＴ）を設定すればよい。このように決定した水素供与体の間欠添加条件に基づいて、水素供与体の間欠添加を行うことにより、安定した処理水質を確保することができる。
【００４２】
上記では、硝酸・亜硝酸量（実質的には硝酸・亜硝酸濃度）が増加した場合を例に説明したが、硝酸・亜硝酸量が減少した場合では、水素供与体添加速度（ｖ）を一定として、間欠添加１サイクル当たりの時間に対する水素供与体添加時間の割合（Ｄ）及び間欠添加サイクル数（Ｎ）を硝酸・亜硝酸量の減少に比例して減少させればよい。
【００４３】
また、被処理水の硝酸・亜硝酸濃度が一定のまま、被処理水量が増加又は減少した場合でも、水素供与体添加速度（ｖ）を一定として、間欠添加１サイクル当たりの時間に対する水素供与体添加時間の割合（Ｄ）及び間欠添加サイクル数（Ｎ）を、被処理水の硝酸・亜硝酸濃度と被処理水量との積により求められる硝酸・亜硝酸量の増加又は減少（硝酸・亜硝酸濃度が一定のため、実質的には被処理水量の増加又は減少）に比例して、それぞれ増加又は減少させればよい。
【００４４】
また、別の実施形態（制御方法２）では、例えば、被処理水量が一定の下、上記条件から被処理水の硝酸・亜硝酸濃度が２倍の２００ｇ（ＮＯ３／ＮＯ２）−Ｎ／ｍ３になった場合、間欠添加１サイクル当たりの時間に対する水素供与体添加時間の割合（Ｄ）、間欠添加サイクル数（Ｎ）を一定とし、水素供与体添加速度（ｖ）を、被処理水の硝酸・亜硝酸濃度と被処理水量との積により求められる硝酸・亜硝酸量の増加（被処理水量が一定のため、実質的には硝酸・亜硝酸濃度の増加）に比例して増加させる。すなわち、水素供与体添加速度（ｖ）を上記設定値０．１２ｍ３／ｄ×２（倍）＝０．２４ｍ３／ｄと設定する。単位時間当たりに必要な水素供与体の添加量（Ｘ）は、１０ｍ３／ｄ×２００ｇ（ＮＯ３／ＮＯ２）−Ｎ／ｍ３×３倍＝６ｋｇ／ｄである。また、被処理水の硝酸・亜硝酸濃度が増加しても水理学的滞留時間は変化しないから、添加する水素供与体の濃度（Ｍ）を変えない場合は、上記（１）式により、間欠添加１サイクル当たりの時間における水素供与体供給停止時間（ＳＴ）は、６×０．１×（１００−５）÷（４×０．２４×５×５００＝０．０２３７５ｄとなる。一方、添加する水素供与体の濃度（Ｍ）を変える場合は、水素供与体の濃度（Ｍ）の値に応じて上記（１）式を満たすように間欠添加１サイクル当たりの時間における水素供与体供給停止時間（ＳＴ）を設定すればよい。このように決定した水素供与体の間欠添加条件に基づいて、水素供与体の間欠添加を行うことにより、安定した処理水質を確保することができる。
【００４５】
上記では、硝酸・亜硝酸量（実質的には硝酸・亜硝酸濃度）が増加した場合を例に説明したが、硝酸・亜硝酸量が減少した場合では、間欠添加１サイクル当たりの時間に対する水素供与体添加時間の割合（Ｄ）、間欠添加サイクル数（Ｎ）を一定として、水素供与体添加速度（ｖ）を硝酸・亜硝酸量の減少に比例して減少させればよい。
【００４６】
また、被処理水の硝酸・亜硝酸濃度が一定のまま、被処理水量が増加又は減少した場合でも、間欠添加１サイクル当たりの時間に対する水素供与体添加時間の割合（Ｄ）、間欠添加サイクル数（Ｎ）を一定として、水素供与体添加速度（ｖ）を、被処理水の硝酸・亜硝酸濃度と被処理水量との積により求められる硝酸・亜硝酸量の増加又は減少（硝酸・亜硝酸濃度が一定のため、実質的には被処理水量の増加又は減少）に比例して、増加又は減少させればよい。
【００４７】
また、別の実施形態（制御方法３）では、例えば、被処理水量が一定の下、上記条件から被処理水の硝酸・亜硝酸濃度が２倍の２００ｇ（ＮＯ３／ＮＯ２）−Ｎ／ｍ３になった場合、水素供与体添加速度（ｖ）、間欠添加サイクル数（Ｎ）を一定とし、間欠添加１サイクル当たりの時間に対する水素供与体添加時間の割合（Ｄ）を、被処理水の硝酸・亜硝酸濃度と被処理水量との積により求められる硝酸・亜硝酸量の増加（被処理水量が一定のため、実質的には硝酸・亜硝酸濃度の増加）に比例して増加させる。すなわち、間欠添加１サイクル当たりの時間に対する水素供与体添加時間の割合（Ｄ）を上記設定値５％×２（倍）＝１０％と設定する。単位時間当たりに必要な水素供与体の添加量（Ｘ）は、１０ｍ３／ｄ×２００ｇ（ＮＯ３／ＮＯ２）−Ｎ／ｍ３×３倍＝６ｋｇ／ｄである。また、被処理水の硝酸・亜硝酸濃度が増加しても水理学的滞留時間は変化しないから、添加する水素供与体の濃度（Ｍ）を変えない場合は、上記（１）式により、間欠添加１サイクル当たりの時間における水素供与体供給停止時間（ＳＴ）は、６×０．１×（１００−１０）÷（４×０．１２×１０×５００＝０．０２２５ｄとなる。一方、添加する水素供与体の濃度（Ｍ）を変える場合は、水素供与体の濃度（Ｍ）の値に応じて上記（１）式を満たすように、間欠添加１サイクル当たりの時間における水素供与体供給停止時間（ＳＴ）を設定すればよい。このように決定した水素供与体の間欠添加条件に基づいて、水素供与体の間欠添加を行うことにより、安定した処理水質を確保することができる。
【００４８】
上記では、硝酸・亜硝酸量（実質的には硝酸・亜硝酸濃度）が増加した場合を例に説明したが、硝酸・亜硝酸量が減少した場合では、水素供与体添加速度（ｖ）、間欠添加サイクル数（Ｎ）を一定とし、間欠添加１サイクル当たりの時間に対する水素供与体添加時間の割合（Ｄ）を硝酸・亜硝酸量の減少に比例して減少させればよい。
【００４９】
また、被処理水の硝酸・亜硝酸濃度が一定のまま被処理水量が増加又は減少した場合でも、水素供与体添加速度（ｖ）、間欠添加サイクル数（Ｎ）を一定として、間欠添加１サイクル当たりの時間に対する水素供与体添加時間の割合（Ｄ）を、被処理水の硝酸・亜硝酸濃度と被処理水量との積により求められる硝酸・亜硝酸量の増加又は減少（硝酸・亜硝酸濃度が一定のため、実質的には被処理水量の増加又は減少）に比例して増加又は減少させればよい。
【００５０】
ここで、被処理水の硝酸・亜硝酸濃度と被処理水量の積から求められる硝酸・亜硝酸量が増加又は減少した場合、上記制御方法１〜３のいずれかの方法によっても、安定した処理水質を確保することができる。しかし、被処理水量が一定の下、被処理水の硝酸・亜硝酸濃度が増加した場合、上記制御方法１を実施する方が、制御方法２，３より安定した処理水質を確保することができる。また、被処理水の硝酸・亜硝酸濃度が一定の下、被処理水量が増加又は減少した場合は、間欠添加１サイクル当たりの時間に対する水素供与体添加時間の割合（Ｄ）及び間欠添加サイクル数（Ｎ）を一定として制御し易い点で、上記制御方法２を実施する方が好ましい。
【００５１】
次に、水素供与体の間欠添加サイクル数（Ｎ）について説明する。間欠添加サイクル数（Ｎ）において、脱窒反応層１０の水理学的滞留時間（Ｔ）内に添加する水素供与体量が同じとき、間欠添加サイクル数（Ｎ）が多いほど良好な処理水質を確保することができる一方、間欠添加サイクル数（Ｎ）が少ないほど処理水質が悪化することとなる。これは、水素供与体の間欠添加より、脱窒反応層１０内で水素供与体の時間的濃度勾配ができるとき、間欠添加サイクル数（Ｎ）が少ないと、水素供与体の濃度が零（零近辺も含む）となる時間が長くなり、脱窒処理が行われないからである。例えば、脱窒処理された処理水中の窒素濃度を１０ｍｇＮ／Ｌ以下にする場合には、間欠添加サイクル数（Ｎ）を２．５以上とすることが望ましく、さらにより処理水質を重視するならば、３．５以上とすることがより望ましい。一方、間欠添加サイクル数（Ｎ）が多いと水素供与体の濃度が零になる時間が短くなり、水質はよくなるが、脱窒反応層１０内で水素供与体の時間的濃度勾配の幅が減少し、汚泥の沈降性が悪くなる。なお、汚泥の沈降性を考慮すると、脱窒反応槽１０内での水素供与体の時間的濃度勾配の幅はＴＯＣ濃度で１０ｍｇ／Ｌ以上とすることが望ましいため、間欠添加サイクル数（Ｎ）の上限は、脱窒反応槽１０内での水素供与体の時間的濃度勾配の幅がＴＯＣ濃度で１０ｍｇ／Ｌ以上となるように設定されることが好ましい。
【００５２】
また、沈降性の改善には水素供与体濃度が零（零近辺も含む）になっている時間も必要である。間欠添加サイクル数（Ｎ）が多いと連続注入に近づくため、水素供与体濃度を零付近にコントロールすることが困難になる。従って、この観点でも間欠添加サイクル数（Ｎ）の上限は決定される。通常、水素供与体は理論的な消費量よりも１〜２０％程度多く添加する。例えば、水素供与体の必要量に対して１０％多く水素供与体を添加した場合、１０％分の水素供与体が、間欠添加１サイクル当たりの時間において、流入する被処理水によって後段へ流出すれば、水素供与体濃度が零（零近辺も含む）となる。つまり、間欠添加１サイクル当たりの時間における水素供与体供給停止時間（ＳＴ）が、脱窒反応槽の総容量／脱窒反応槽に流入する水流量で求められる水理学的滞留時間（Ｔ）の１０％を下回るような、間欠添加サイクル数（Ｎ）や間欠添加１サイクル当たりの時間に対する水素供与体添加時間の割合（Ｄ）に設定することは好ましくない。従ってこの例の場合は、間欠添加１サイクル当たりの時間に対する水素供与体添加時間の割合（Ｄ）が５％だった場合、サイクル数を（１００−５）／１０％＝９．５以下とすることが望ましい。必要な水素供与体に対して５％多く水素供与体を添加していた場合は、１９以下とすることが望ましい。このように、間欠添加サイクル数（Ｎ）は、水素供与体の時間的濃度勾配の幅がＴＯＣ濃度で１０ｍｇ／Ｌ以上且つ、上記水素供与体濃度が零（零近辺も含む）になっている時間を含む範囲で決定されることが望ましい。
【００５３】
また、上記例示したように、被処理水の硝酸・亜硝酸濃度と被処理水量の積から求められる硝酸・亜硝酸の量の減少に比例して間欠添加サイクル数（Ｎ）を減少させた場合に、間欠添加サイクル数（Ｎ）が２．５未満となった場合には、間欠添加サイクル数（Ｎ）を２．５以上に設定して、上記（１）式を満たすように各パラメータを再設定することが好ましい。また、間欠添加１サイクル当たりの時間に対する水素供与体添加時間の割合（Ｄ）及び間欠添加サイクル数（Ｎ）が前述した零（零近辺も含む）の時間を形成することができない値となった場合、零（零近辺も含む）になっている時間を含む範囲となるように、上記（１）式を満たすようにパラメータを再設定する。
【００５４】
また、水素供与体の間欠添加においては、上記制御方法１〜３を組み合わせて制御してもよい。例えば、被処理水の硝酸・亜硝酸濃度が減少した場合に上記制御方法１を実施すると間欠添加サイクル数（Ｎ）は減少する。そこで、間欠添加サイクル数（Ｎ）が２．５となった時点で、それ以上の被処理水の硝酸・亜硝酸濃度の減少が認められる場合は、制御方法２又は３を実施する。
【００５５】
また、被処理水の硝酸・亜硝酸濃度と被処理水量が同時に増減する場合も、上記制御方法１〜３のいずれか若しくは組み合わせによる制御が可能である。例えば、被処理水量１０ｍ３／ｄ、被処理水の硝酸・亜硝酸濃度１００ｇ（ＮＯ３／ＮＯ２）−Ｎ／ｍ３が被処理水量２０ｍ３／ｄ、被処理水の硝酸・亜硝酸濃度２００ｇ（ＮＯ３／ＮＯ２）−Ｎ／ｍ３に変動した場合、上記制御方法１を実施すると、被処理水の硝酸・亜硝酸濃度と被処理水量の積から求められる硝酸・亜硝酸量は４倍増加したことになるから、上記（１）式において、水素供与体添加速度（ｖ）を一定として、間欠添加１サイクル当たりの時間に対する水素供与体添加時間の割合（Ｄ）及び間欠添加サイクル数（Ｎ）を被処理水の硝酸・亜硝酸濃度の増加に比例して増加させる。すなわち、間欠添加１サイクル当たりの時間に対する水素供与体添加時間の割合（Ｄ）は、上記設定値５％×４（倍）＝２０％、間欠添加サイクル数（Ｎ）は、上記設定値４サイクル×４（倍）＝１６と設定する。単位時間当たりに必要な水素供与体の添加量（Ｘ）は、３ｋｇ／ｄ×４（倍）＝１２ｋｇ／ｄである。また、水理学的滞留時間（Ｔ）は０．１ｄ÷２＝０．０５ｄである。そして、添加する水素供与体の濃度（Ｍ）を変えない場合は、上記（１）式により、間欠添加１サイクル当たりの時間における水素供与体供給停止時間（ＳＴ）は、１２×０．０５×（１００−２０）÷（１６×０．１２×２０×５００＝０．００２５ｄとなる。
【００５６】
また、例えば、制御方法１及び２の組み合わせにより制御する場合は、まず、被処理水量を一定とし、被処理水の硝酸・亜硝酸濃度が２倍になったと仮定して、制御方法１を実施した場合の各パラメータを求める。そして、次に被処理水量が２倍になったと改定して制御方法２を実施した場合の各パラメータを求める。この場合のパラメータは、間欠添加１サイクル当たりの時間に対する水素供与体添加時間の割合（Ｄ）は１０％、間欠添加サイクル数（Ｎ）は８サイクル、間欠添加１サイクル当たりの時間における水素供与体供給停止時間（ＳＴ）は０．００５６ｄである。
【００５７】
このように制御方法１を実施した場合と、制御方法１及び２の組み合わせを実施した場合とでは、算出したパラメータの値が異なるが、このような場合は、間欠添加１サイクル当たりの時間における水素供与体供給停止時間（ＳＴ）を小さくすることができ、間欠添加１サイクル当たりの時間に対する水素供与体添加時間の割合（Ｄ）及び間欠添加サイクル数（Ｎ）の値がなるべく変動しない制御方法を採用することが好ましい。間欠添加１サイクル当たりの時間における水素供与体供給停止時間（ＳＴ）の値が大きくなると、脱窒反応層１０内の水素供与体の濃度が零になる時間が長くなり、その零の時間に処理水として流出してしまう硝酸・亜硝酸量が多くなってしまう。また、間欠添加１サイクル当たりの時間に対する水素供与体添加時間の割合（Ｄ）及び間欠添加サイクル数（Ｎ）の値が大きく変動すると、汚泥の沈降性が低下する。
【００５８】
なお、一般的な手法である水素供与体の連続添加の場合、硝酸・亜硝酸濃度の上昇に応じた水素供与体量の増加方法は、水素供与体の添加速度を増加させることしかできない。しかし、間欠添加においては、上記パラメータを組み合わせた制御が可能である。
【００５９】
また、水素供与体の時間的濃度勾配の幅については、脱窒反応槽１０を複数に分割することによっても、改善することができる（例えば、図３参照）。脱窒反応槽１０を複数に分割する場合、前段の脱窒反応槽１０を小さくし、単一の脱窒反応槽１０における水素供与体の間欠添加の条件で前段槽へ水素供与体を間欠添加することにより、水素供与体の時間的濃度勾配を大きくすることができる。また、前段槽の大きさを後段槽の大きさと等しくすると、水素供与体の時間的濃度勾配は小さくなるが、処理水質が改善する。これらの観点から、前段槽の大きさは後段槽の大きさの１／３以下となるように設定することが好ましい。また、分割数を多くするほど、それぞれの効果はより顕著に表れることとなるが、反応槽に必要な運転動力が増すため処理コストが増加する場合がある。したがって、分割数は５以下が好ましく、３以下がより好ましい。
【００６０】
また、水素供与体濃度が零（零近辺も含む）になっている時間についても、脱窒反応槽１０を複数に分割することによって、改善することができる（例えば、図３参照）。脱窒反応槽１０を複数に分割する場合、前段の脱窒反応槽１０を小さくし、単一の脱窒反応槽１０における水素供与体の間欠添加の条件で前段槽へ水素供与体を間欠添加することにより、前段反応槽の総容量／前段反応槽に流入する水流量で求められる水理学的滞留時間が短くなることから、後段へ押し出しやすくなり、水素供与体濃度が零（零近辺も含む）となり易くなる。
【００６１】
本実施形態で水素供与体の間欠運転を制御するにあたり、脱窒反応槽１０内の水素供与体の濃度を直接検出するセンサを用いて、水素供与体濃度を検出してもよいが、処理対象である硝酸・亜硝酸の濃度を測定して、その結果に基づき水素供与体の間欠運転を制御することもできる。また、ｐＨを測定して、その結果に基づき水素供与体の間欠運転を制御することもできる。
【００６２】
例えば、硝酸・亜硝酸濃度を測定して、水素供与体の間欠運転を制御する場合、本実施形態における被処理水中の硝酸・亜硝酸濃度は、例えば脱窒反応槽１０に流入する硝酸・亜硝酸濃度を直接検出する方法により測定されてもよいが、Ｔ−Ｎセンサ３０（アンモニアセンサ等でもよい）等によって間接的に推定されてもよい。また、被処理水流量は、例えば流量センサ２８により検出される。そして、それらの各データが制御部３２に送信される。制御部３２により、被処理水中の硝酸・亜硝酸濃度と被処理水量との積から硝酸・亜硝酸量が求められる。被処理水中の硝酸・亜硝酸濃度データ及び被処理水量データは所定の時間間隔で制御部３２に送られ、所定の経過時間に対する硝酸・亜硝酸量の増加量又は減少量が算出される。そして、制御部３２により、その算出された硝酸・亜硝酸量の増加または減少に応じて、上記説明したように各種パラメータが設定され、水素供与体の間欠添加が制御される（実質的には、ポンプ１６の運転条件が制御される）。
【００６３】
また、ｐＨを測定して、水素供与体の間欠運転を制御する場合、本実施形態では、脱窒反応槽１０内の水素供与体の濃度を直接検出するセンサを用いて、水素供与体濃度を検出してもよいが、ｐＨセンサ等を用いて、脱窒反応槽１０内のｐＨの値から水素供与体の濃度を間接的に検出してもよい。脱窒反応槽１０内に水素供与体が十分にあり脱窒反応が進行しているときは、アルカリ度が反応により供給されるのでｐＨが高くなる傾向にあり、脱窒反応槽１０内に水素供与体が不足すると脱窒反応が停止しているためアルカリ度が供給されず、脱窒反応が進んでいる時よりもｐＨが低くなる。このｐＨの変動をｐＨセンサにより検出することで、水素供与体の濃度を間接的に検出することが可能となる。
【００６４】
なお、脱窒反応槽１０内における水素供与体濃度を測定して、水素供与体の間欠運転を制御する場合は、水素供与体の添加開始時点と脱窒反応槽１０内において水素供与体濃度が零近辺になった時点、すなわちモニタリングされた水素供与体の濃度減少勾配は水素供与体が十分にあるときは、０次反応である脱窒反応速度に従い一定値を示すが、零近辺に近づくとミカエリス・メンテン式に示されるように基質濃度の減少にしたがって反応速度が小さくなるので、その変曲点を検出した時点との時間差を水素供与体の間欠添加１サイクル当たりの時間に読み替え、水素供与体濃度が零近辺になったら、ポンプ１６を起動させ水素供与体を添加する。そして、脱窒反応槽１０の水理学的滞留時間を上記読み替えた間欠添加１サイクル当たりの時間で除した間欠添加サイクル数（Ｎ）の値が２．５以上（好ましくは３．５以上）となるように、水素供与体の添加時間及び水素供与体の添加速度を、任意に設定した（サイクル数５等）サイクル数よりもサイクル数が多い場合は増加させ、サイクル数が少ない場合は減少させて制御を行う。このように制御を行うことで、零近辺の時間をコントロールして水質を改善させつつ、間欠添加を制御することができる。
【００６５】
図２は、本実施形態に係る窒素含有水の生物処理装置の他の一例を示す概略構成図である。図２に示す窒素含有水の生物処理装置２は、硝化反応槽３４を備えていること以外は、図１に示す窒素含有水の生物処理装置１と同様の構成である。図２に示す窒素含有水の生物処理装置２は、被処理水中に有機体窒素、アンモニウムイオン等が含まれている場合に好適であり、硝化反応槽３４で有機体窒素、アンモニウムイオンを好気的（酸素の存在下で）に硝酸若しくは亜硝酸に酸化することができる。Ｔ−Ｎセンサ３０は硝化反応槽３４に設置されているが、脱窒反応槽１０内に流入する被処理水中の硝酸、亜硝酸濃度を検出することができれば、何れに設置されていてもよい。
【００６６】
硝化反応槽３４の被処理水入口（不図示）には、被処理水流入ライン２２ａが接続されている。硝化反応槽３４の被処理水出口（不図示）と脱窒反応槽１０の被処理水入口（不図示）との間には、被処理水流入ライン２２ｂが接続されている。脱窒反応槽１０の水素供与体入口（不図示）とタンク１８の出口（不図示）との間は、ポンプ１６を介して水素供与体添加ライン２０が接続されている。脱窒反応槽１０の出口（不図示）と酸化槽１２の入口（不図示）との間は、被処理水流入ライン２２ｃが接続され、酸化槽１２の出口（不図示）と沈殿処理槽１４の入口（不図示）との間は、被処理水流入ライン２２ｄが接続されている。沈殿処理槽１４の処理水出口には処理水排出ライン２４が接続されている。沈殿処理槽１４の汚泥出口と被処理水流入ライン２２ａとの間には、汚泥返送ライン２６が接続されている。
【００６７】
以下に、本実施形態の窒素含有水の生物処理装置２の動作について説明する。
【００６８】
被処理水は、被処理水流入ライン２２ａから硝化反応槽３４に供給される。そして、硝化反応槽３４では、主に被処理水中の有機体窒素、アンモニア等が好気的（酸素の存在下で）に硝酸若しくは亜硝酸に酸化される。
【００６９】
硝化反応槽３４内には、担体に硝化菌を含む微生物膜を担持させてなる微生物担持担体が充填されている。また、硝化反応槽３４内には、空気導入管（不図示）が接続されており、硝化部内の被処理水に空気を供給することができる構造になっている。そして、硝化反応槽３４内で、微生物担持担体の硝化菌の働きにより、被処理水中のアンモニウムイオンを硝酸、亜硝酸に硝化させる。硝化菌は、被処理水中に含まれるアンモニウムイオンを亜硝酸に硝化する独立栄養性細菌のアンモニア酸化細菌、アンモニウムイオンを硝酸に硝化する独立栄養性細菌の亜硝酸酸化細菌等である。
【００７０】
硝酸にまで硝化されるとｐＨが低下する。そこで硝化反応槽３４内にｐＨセンサを設置し、該ｐＨセンサによって測定されたｐＨデータに基づき、細菌の活性が高いｐＨ６〜８となるようアルカリをポンプによって添加する。使用するアルカリは水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどが挙げられるが特に限定はない。この時、硝化反応槽３４の処理速度が０．６ｋｇ／ｍ３／ｄ以上で運転される場合は、硝化反応槽３４へ無機炭素を供給するラインを設置し、無機炭素を供給する。供給する無機炭素としては、炭酸水素ナトリウム、炭酸ナトリウム、二酸化炭素などが挙げられるが特に限定はない。流入する原水にリンが含まれない場合は、最終処理水中にリンが１ｍｇＰ／Ｌ程度残留するように硝化反応槽３４、もしくは原水槽にてリンを添加する。添加するリンとしては、リン酸、その他リン酸塩が挙げられるが特に限定はない。
【００７１】
硝化反応槽３４で処理された第１処理水は、被処理水流入ライン２２ｂから脱窒反応槽１０に供給される。また、流量センサ２８、Ｔ−Ｎセンサ３０により、検出された水流量及び硝酸、亜硝酸濃度データが、制御部３２に送信される。上記説明したとおり、そのデータに基づいて硝酸・亜硝酸量が所定時間間隔で算出される。そして、硝酸・亜硝酸量の増加または減少に応じて、上記説明したように各種パラメータを設定し、水素供与体の間欠添加が制御される。
【００７２】
硝酸が脱窒反応により減少するとｐＨが上昇する。そこで脱窒反応槽１０内に設置されたｐＨセンサによって測定されたｐＨデータに基づき、細菌の活性が高いｐＨ６〜８となるよう酸をポンプによって添加する。使用する酸は塩酸、硫酸などが挙げられるが特に限定はない。脱窒反応槽１０が分割されている場合、水素供与体は最も前段の槽のみに添加してもよいし、すべての槽に分割して添加してもよい。ｐＨセンサとそのコントロールは、最も大きな槽のみに設置してもよいし、すべての槽に設置してもよい。
【００７３】
脱窒反応槽１０で処理された第２処理水は、被処理水流入ライン２２ｃを通り、酸化槽１２に供給され、被処理水中の水素供与体が酸化処理される。
【００７４】
酸化槽１２で処理された第３処理水は、被処理水流入ライン２２ｄを通り、沈殿処理槽１４に供給される。沈殿処理槽１４では、被処理水中の汚泥が分離され、処理水排出ライン２４から（最終）処理水が得られ、分離された汚泥は、汚泥返送ライン２６を通り、硝化反応槽３４へ供給される。このように汚泥を硝化反応槽３４に返送することにより、硝化菌を含んだ汚泥が形成されるため、硝化反応、脱窒反応を同一の汚泥によって処理することが可能となる。
【００７５】
酸化槽１２ではｐＨのコントロールは必要ないが、曝気により無機炭素がＣＯ２となって排出されることでｐＨが上昇する。そして、処理水のｐＨが排水基準や環境基準が満たされない場合は、酸化槽１２にｐＨセンサを設置して、測定されたｐＨデータに基づき、処理水の基準値となるように酸を添加することによって調整する。もしくは、酸化槽１２でｐＨコントロールを行うと返送流量に含まれる無機炭素の量が減少し、硝化反応槽３４において無機炭素不足が起こりやすくなるので、処理水槽にｐＨセンサを設置してコントロールする。使用する酸は塩酸、硫酸などが挙げられるが特に限定はない。
【００７６】
図３は、本実施形態に係る窒素含有水の生物処理装置の他の一例を示す概略模式図である。図３に示す窒素含有水の生物処理装置３は、脱窒反応槽が複数に分割されていること以外は、図２に示す窒素含有水の生物処理装置２と同様の構成である。図３に示す脱窒反応槽は、第１脱窒反応槽１０ａと第２脱窒反応槽１０ｂとから構成されている。
【００７７】
硝化反応槽３４の被処理水入口（不図示）には、被処理水流入ライン２２ａが接続されている。硝化反応槽３４の被処理水出口（不図示）と第１脱窒反応槽１０ａの被処理水入口（不図示）との間には、被処理水流入ライン２２ｂが接続されている。第１脱窒反応槽１０ａの水素供与体入口（不図示）とタンク１８の出口（不図示）との間は、ポンプ１６を介して水素供与体添加ライン２０が接続されている。第１脱窒反応槽１０ａの出口（不図示）と第２脱窒反応槽１０ｂの入口（不図示）との間は被処理水流入ライン２２ｃが接続されており、第２脱窒反応槽１０ｂの出口（不図示）と酸化槽１２の入口（不図示）との間は、被処理水流入ライン２２ｄが接続されており、酸化槽１２の出口（不図示）と沈殿処理槽１４の入口（不図示）との間は、被処理水流入ライン２２ｅが接続されている。沈殿処理槽１４の処理水出口（不図示）には処理水排出ライン２４が接続されている。沈殿処理槽１４の汚泥出口（不図示）と被処理水流入ライン２２ａとの間には、汚泥返送ライン２６が接続されている。
【００７８】
以下に、本実施形態の窒素含有水の生物処理装置３の動作について説明する。
【００７９】
被処理水は、被処理水流入ライン２２ａから硝化反応槽３４に供給される。そして、硝化反応槽３４では、主に被処理水中の有機体窒素、アンモニア等が好気的（酸素の存在下で）に硝酸若しくは亜硝酸に酸化される。
【００８０】
硝化反応槽３４で処理された第１処理水は、被処理水流入ライン２２ｂから第１脱窒反応槽１０ａに供給される。また、流量センサ２８、Ｔ−Ｎセンサ３０により、検出された水流量及び硝酸、亜硝酸濃度データが、制御部３２に送信される。上記説明したとおり、そのデータに基づいて硝酸・亜硝酸量が所定時間間隔で算出される。そして、硝酸・亜硝酸量の増加または減少に応じて、上記説明したように各種パラメータを設定し、水素供与体の間欠添加が制御される。
【００８１】
第１脱窒反応槽１０ａには、脱窒菌を含む汚泥が収容されており、第１脱窒反応槽１０ａで、被処理水を脱窒菌に接触させた後、被処理水、脱窒菌、水素供与体を被処理水流入ライン２２ｃから第２脱窒反応槽１０ｂに送液する。そして、第２脱窒反応槽１０ｂ（及び第１脱窒反応槽１０ａ）内では、脱窒菌の働きによって、被処理水中の硝酸若しくは亜硝酸が窒素ガスに還元される。
【００８２】
上記でも説明したように、脱窒反応槽を分割することにより、例えば第１脱窒反応槽１０ａと第２脱窒反応槽１０ｂとの間で、水素供与体の時間的濃度勾配を形成することが容易となり、その後の沈殿処理における汚泥の沈降性を改善することができる。
【００８３】
第１及び第２脱窒反応槽（１０ａ，１０ｂ）で処理された第２処理水は、被処理水流入ライン２２ｄを通り、酸化槽１２に供給され、被処理水中の水素供与体が酸化処理される。
【００８４】
酸化槽１２で処理された第３処理水は、被処理水流入ライン２２ｅを通り、沈殿処理槽１４に供給される。沈殿処理槽１４では、被処理水中の汚泥が分離され、処理水排出ライン２４から（最終）処理水が得られ、分離された汚泥は、汚泥返送ライン２６を通り、硝化反応槽３４へ供給される。このように汚泥を硝化反応槽３４に返送することにより、硝化菌を含んだ汚泥が形成されるため、硝化反応、脱窒反応を同一の汚泥によって処理することが可能となる。
【００８５】
本実施形態で用いられる水素供与体は、例えば、メタノール、エタノール、イソプロパノール、酢酸、水素ガス、アセトン、グルコース、エチルメチルケトン、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）等が挙げられるが、これに制限されるものではなく、水素供与体として従来公知のもの全てを使用することができる。
【００８６】
本実施形態における処理対象となる排水は、アンモニア態窒素化合物若しくは有機態窒素化合物を含んだ被処理水であり、特に生活排水、食品工場排水、発電所排水、電子産業排水等の産業排水である。ここで、電子産業排水は、様々な薬品が含まれており、また製造する製品によっても排水中の成分は大きく異なるが、窒素含有排水としては、例えばウェハー洗浄排水等が挙げられる。この排水中には、アンモニアの他、ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）、過酸化水素、フッ素イオン、ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）等を含むことが多い。
【００８７】
なお、このような排水を生物学的に処理するにあたり、過酸化水素やフッ素イオンは生物に対し阻害性を有するため、硝化反応や脱窒反応を行う前に、予め除去しておくことが好ましい。これらの阻害性物質の処理方法としては、既存の技術を使用することができ、過酸化水素の処理においては、酵素を添加する方法、還元剤を注入する方法、活性炭に接触させる方法等が挙げられる。また、フッ素イオンの処理においては、カルシウムを添加してフッ化カルシウムとして除去する方法、イオン交換樹脂にて処理する方法等が挙げられる。
【実施例】
【００８８】
以下、実施例および比較例を挙げ、本発明をより具体的に詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
【００８９】
＜実施例１＞
容積５０Ｌの脱窒反応槽、容積８Ｌの沈殿槽を備える窒素含有水の生物処理装置を用いて試験を行った。
【００９０】
脱窒反応槽に汚泥濃度５００ｍｇ／Ｌとなるように脱窒汚泥を添加し、被処理水の連続通水処理を行った。脱窒反応槽への汚泥の返送には、エアリフトを用いて被処理水の流量の２倍の流量で返送を行った。被処理水は、工業用水にリンを２ｍｇＰ／Ｌとなるように添加したものに対し、硝酸ナトリウムを１００ｍｇＮＯ３−Ｎ／Ｌになるように添加したものを用いた。脱窒反応槽に塩酸を添加し、脱窒反応槽内のｐＨを７．０に調整し脱窒反応を行った。脱窒反応槽に添加する水素供与体の濃度（Ｍ）１００ｍＬ／Ｌ（７９ｇ／Ｌ）のメタノールを用い、水素供与体の添加量は流入する硝酸性窒素（ＮＯ３−Ｎ）の３倍量とし、水素供与体の間欠添加サイクル数を５サイクル、間欠添加１サイクル当たりの時間に対する水素供与体の添加時間の割合を５％に設定した。流入する被処理水量から水理学的滞留時間及び間欠添加１サイクル当たりの時間における水素供与体供給停止時間を設定した。これらを上記（１）式に当てはめて、水素供与体添加速度を求めた。
【００９１】
実施例１では、処理水中の硝酸濃度が１０ｍｇＮＯ３−Ｎ／Ｌ以下となったことを確認した後、段階的に被処理水量を上昇させていき、上記制御方法２にしたがって各パラメータを設定した。試験は２６日間行った。
【００９２】
＜比較例＞
比較例では、間欠添加１サイクル当たりの時間における水素供与体供給停止時間を零、すなわち水素供与体供給停止時間を設けない連続添加の系で試験した。メタノールは、流入する硝酸性窒素（ＮＯ３−Ｎ）の３倍量となるように連続添加した。試験は２６日間行った。
【００９３】
比較例においては、試験開始から２６日目で、ＭＬＳＳ濃度が３０００ｍｇＭＬＳＳ／Ｌ程度までしか達せず、脱窒処理の処理速度も、０．６ｋｇＮ／ｍ３／ｄａｙ程度であった。図４は、実施例１の試験経過日数に対するＭＬＳＳ濃度の変化を示す図である。図５は、実施例１の試験経過日数に対する脱窒処理の処理速度の変化を示す図である。図４に示すように、実施例１では、日数の経過と共にＭＬＳＳ濃度が上昇し、試験開始から２６日目には、ＭＬＳＳ濃度が８０００ｍｇＭＬＳＳ／Ｌに達した。また、図５に示すように、ＭＬＳＳ濃度の上昇と共に、脱窒処理の処理速度も上昇し、試験開始から２６日目には、約２ｋｇＮ／ｍ３／ｄａｙまで達し、高い処理速度が得られることを確認した。また、実施例１では、試験開始から約２週間経過後には脱窒菌を含む汚泥のグラニュール化が確認され、約３週間後には脱窒菌を含む汚泥のほぼ全体がグラニュール化することを確認した。実施例１のように上記（１）式にしたがってメタノールの間欠添加を制御することにより、汚泥の沈降性が改善され、高い処理能力を有する汚泥を作成することができた。
【００９４】
＜実施例２＞
容積１０Ｌの第１脱窒槽、容積９０Ｌの第２脱窒反応槽、容積２０Ｌの酸化槽、容積８Ｌの沈殿槽を備える窒素含有水の生物処理装置を用いて試験を行った。
【００９５】
脱窒反応槽に汚泥濃度３０００ｍｇ／Ｌとなるように脱窒汚泥を添加し、被処理水の連続通水処理を行った。第１脱窒反応槽への汚泥の返送には、エアリフトを用いて被処理水の流量の０．５倍の流量で返送を行った。被処理水は、工業用水にリンを２ｍｇＰ／Ｌとなるように添加したものに対し、硝酸ナトリウムを８０ｍｇＮＯ３−Ｎ／Ｌになるように添加したものを用いた。脱窒反応槽に塩酸を添加し、脱窒反応槽内のｐＨを７．０に調整し脱窒反応を行った。その他の条件として、流入窒素負荷を０．６ｋｇ／ｍ３／ｄとし、第１脱窒反応槽に供給する水素供与体として濃度１００ｍＬ／Ｌのメタノールを用い、水素供与体の添加量は流入する硝酸性窒素（ＮＯ３−Ｎ）の２．８倍量とし、水素供与体の間欠添加サイクル数を４回、間欠添加１サイクル当たりの水素供与体の添加時間を５％に設定した。
【００９６】
図６（Ａ）は、第１脱窒反応槽のメタノール及び硝酸イオンの濃度変化を表す図であり、図６（Ｂ）は、第２脱窒反応槽のメタノール及び硝酸イオンの濃度変化を表す図である。図６（Ａ）に示すように、第１脱窒反応槽の最大メタノール濃度は６００ｍｇ／Ｌであった。これは計算による値（８０（ｍｇＮＯ３−Ｎ／Ｌ）×２．８（倍）×１０（倍）×４（回）＝５６０ｍｇ／Ｌ）とほぼ一致した。また、図６（Ｂ）に示すように第２脱窒反応槽のメタノール濃度が零の間（脱窒反応が停止し）、硝酸イオン濃度が上昇していることがわかる。したがって、メタノール濃度が零の時間を短くし、安定した処理水質を確保するためには、間欠添加１サイクル当たりの時間における水素供与体供給停止時間（ＳＴ）を出来るだけ短く設定することが重要であると云える。
【００９７】
＜実施例３＞
容積１０Ｌの第１脱窒槽、容積９０Ｌの第２脱窒反応槽、容積２０Ｌの酸化槽、容積８Ｌの沈殿槽を備える窒素含有水の生物処理装置を用いて試験を行った。
【００９８】
脱窒反応槽に汚泥濃度３０００ｍｇ／Ｌとなるように脱窒汚泥を添加し、被処理水の連続通水処理を行った。第１脱窒反応槽への汚泥の返送には、エアリフトを用いて被処理水の流量の０．５倍の流量で返送を行った。被処理水は、工業用水にリンを２ｍｇＰ／Ｌとなるように添加したものに対し、硝酸ナトリウムを６０ｍｇＮＯ３−Ｎ／Ｌから２０ｈかけて８０ｍｇＮＯ３−Ｎ／Ｌまで、時間と共に比例させて濃度を上昇させた。また、流入窒素の初期負荷を０．４ｋｇ／ｍ３／ｄとした。脱窒反応槽内のｐＨを７．０に調整し脱窒反応を行うために、脱窒反応槽に塩酸を添加した。実施例３では、上記窒素濃度の上昇に合わせて、間欠添加１サイクル当たりの水素供与体の添加時間を一定とし、水素供与体の供給停止時間を減少させることにより間欠添加サイクル数を増加させて、水理学的滞留時間当たりのメタノールの添加量を増加させた。なお、水素供与体の添加量は流入する硝酸性窒素（ＮＯ３−Ｎ）の２．６倍量に設定した。
【００９９】
実施例３の初期の水素供与体の間欠添加条件は、水素供与体の添加時間を水素供与体の間欠添加１サイクル当たりの時間の５％に設定し、間欠添加サイクル数を３．５回に設定した。また、水素供与体の間欠添加１サイクル当たりの時間は、（水理学的滞留時間）／（間欠添加サイクル数）で求めた。間欠添加１サイクル当たりの水素供与体の添加時間は、（１サイクル当たりの時間）×（５％）に設定し、間欠添加１サイクル当たりの水素供与体の供給停止時間は、（間欠添加１サイクル当たりの時間）−（間欠添加１サイクル当たりの水素供与体の添加時間）で求めた。また、水素供与体の添加時間、水素供与体の間欠添加サイクル数、間欠添加１サイクル当たりの時間内に必要なメタノールの量、メタノールの濃度から、水素供与体の添加速度を決定した。
【０１００】
＜実施例４＞
実施例４では、上記窒素濃度の上昇に合わせて、間欠添加１サイクル当たりの水素供与体の添加時間を増加させ、水素供与体の供給停止時間を減少させて（但し間欠添加サイクル数は３．５回に固定）、水理学的滞留時間当たりのメタノールの添加量を増加させたこと以外は、実施例３と同様の条件で試験を行った。
【０１０１】
＜実施例５＞
実施例５では、上記窒素濃度の上昇に合わせて、水素供与体の添加速度を増加させ（但し、間欠添加サイクル数は３．５回に固定し、間欠添加１サイクル当たりの水素供与体の添加時間及び停止時間を一定）、水理学的滞留時間当たりのメタノールの添加量を増加させたこと以外は、実施例３と同様の条件で試験を行った。
【０１０２】
実施例３〜５の結果を表１にまとめた。また、図７は、実施例３〜５の処理水中の窒素濃度の結果を示す図である。
【０１０３】
【表１】
2011139982.tif 000003
【０１０４】
表１及び図７から判るように、窒素濃度の上昇に合わせて、間欠添加１サイクル当たりの水素供与体の供給停止時間を減少させ、間欠添加サイクル数を増加させた実施例３では、間欠添加サイクル数を固定させ、窒素濃度の上昇に合わせて、間欠添加１サイクル当たりの水素供与体の添加時間を増加させ、水素供与体の供給停止時間を減少させた実施例４、水素供与体の添加速度を上昇させた実施例５は、被処理水の窒素濃度が上昇しても、処理水の窒素濃度は低い値を維持していた。また、実施例３〜５の中で、最も安定した処理水質を確保することができるのは、窒素濃度の上昇に合わせて、間欠添加１サイクル当たりの水素供与体の供給停止時間を減少させ、間欠添加サイクル数を増加させた実施例３であった。
【０１０５】
＜実施例６＞
容積１０Ｌの第１脱窒槽、容積９０Ｌの第２脱窒反応槽、容積２０Ｌの酸化槽、容積８Ｌの沈殿槽を備える窒素含有水の生物処理装置を用いて試験を行った。
【０１０６】
脱窒反応槽に汚泥濃度３０００ｍｇ／Ｌとなるように脱窒汚泥を添加し、被処理水の連続通水処理を行った。第１脱窒反応槽への汚泥の返送には、エアリフトを用いて被処理水の流量の０．５倍の流量で返送を行った。被処理水は、工業用水にリンを２ｍｇＰ／Ｌとなるように添加したものに対し、硝酸ナトリウムを表２の条件になるように添加したものを用いた。脱窒反応槽に塩酸を添加し、脱窒反応槽内のｐＨを７．０に調整し脱窒反応を行った。その他の条件として、流入窒素負荷を０．６ｋｇ／ｍ３／ｄとし、第１脱窒反応槽に供給する水素供与体として濃度１００ｍＬ／Ｌのメタノールを用い、水素供与体の添加量は流入する硝酸性窒素（ＮＯ３−Ｎ）の２．６倍量に設定した。
【０１０７】
表２に、各条件における水理学的滞留時間、間欠添加サイクル数、ＴＯＣ濃度勾配計算値及び処理水質を示す。なお、水素供与体の間欠添加の各条件は、以下の通り決定した。水素供与体の間欠添加１サイクル当たりの時間は、（水理学的滞留時間）／（間欠添加サイクル数）で求めた。間欠添加１サイクル当たりの水素供与体の添加時間は、（１サイクル当たりの時間）×（５％）に設定し、間欠添加１サイクル当たりの水素供与体の供給停止時間は、（間欠添加１サイクル当たりの時間）−（間欠添加１サイクル当たりの水素供与体の添加時間）で求めた。また、水素供与体の添加時間、水素供与体の間欠添加サイクル数、間欠添加１サイクル当たりの時間内に必要なメタノールの量、メタノールの濃度から、水素供与体の添加速度を決定した。
【０１０８】
また、表２に示したＴＯＣ濃度勾配計算値は、（被処理水中の窒素濃度）×（脱窒反応槽の総容量／第１脱窒反応槽の容量）×（流入する窒素濃度に対する水素供与体の添加倍率）÷（水素供与体の間欠添加サイクル数）で求めた値に、０．３７５を乗じてＴＯＣに換算することにより求められる。
【０１０９】
【表２】
2011139982.tif 000004
【０１１０】
図８は、水素供与体の間欠添加サイクル数と処理水質との関係を示す図である。図８から判るように、水素供与体の間欠添加サイクル数が多くなるほど処理水質が良くなった。そして、処理水中の窒素濃度を１０ｍｇＮ／Ｌ以下とするためには、２．５回以上の間欠添加サイクル数が必要であることが判った。また、被処理水の窒素濃度が増加しても、２．５回以上の間欠添加サイクル数を設定することにより、安定な処理水質が得られることが判った。さらに、処理水中の窒素濃度を零に近づけるためには、間欠添加サイクル数を３．５回以上に設定する必要があることが判った。このように、安定した処理水質を確保するためには、間欠添加サイクル数を２．５回以上に設定することが好ましく、３．５回以上に設定することがより好ましいと云える。また、被処理水の窒素濃度が高いほど、間欠添加サイクル数の減少に伴う処理水質の悪化が顕著となると云える。
【０１１１】
なお、本発明では、水素供与体供給停止時間（ＳＴ）は（１）式を満たすように設定されるが、水素供与体の供給停止時間を設けない場合（ＳＴ＝０の場合）、例えば、水理学的滞留時間（Ｔ）を１５分として、この水理学的滞留時間内に必要な水素供与体の添加量が２７ｇである場合、添加開始（０分）から１分で５ｇ／分、１分から５分で１ｇ／分、５分から６分で５ｇ／分、６分から１０分で１ｇ／分、１０分から１１分で５ｇ／分、１１分から１５分で１ｇ／分の３サイクルで水素供与体を添加することも可能である。この場合は、この水理学的滞留時間内に１ｇ／分（最小添加分）の水素供与体１５ｇは連続的に添加されているとし、残りの１２ｇ（２７ｇ−１５ｇ）を本発明で言う必要な水素供与体の添加量Ｘとして（１）式を満たすように各パラメータを設定すればよい。
【０１１２】
また、１サイクル当たりに添加する水素供与体を容器に溜め、脱窒反応槽に一気に投入する場合は、水素供与体の添加速度（ｖ）や水素供与体の添加時間割合（Ｄ）を設定するのが困難であるため、１サイクル当たりに添加する水素供与体量ｖ’を下式により決定することができる。
ｖ’＝Ｘ・Ｔ／（Ｎ・Ｍ）
【符号の説明】
【０１１３】
１〜３  窒素含有水の生物処理装置、１０  脱窒反応槽、１０ａ  第１脱窒反応槽、１０ｂ  第２脱窒反応槽、１２  酸化槽、１４  沈殿処理槽、１６  ポンプ、１８  タンク、２０  水素供与体添加ライン、２２ａ〜２２ｅ  被処理水流入ライン、２４  処理水排出ライン、２６  汚泥返送ライン、２８  流量センサ、３０  Ｔ−Ｎセンサ、３２  制御部、３４  硝化反応槽。
【図１】
2011139982.tif 000005
【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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