(57)【要約】      （修正有）【課題】亜硝酸硝化を行うことで、硝化のための酸素要求量、脱窒のための水素供与体要求量を削減できる経済的な廃水の窒素処理方法と装置を提供する。【解決手段】廃水の還元態窒素化合物を活性汚泥混合液によって亜硝酸に酸化する亜硝酸化工程６、該亜硝酸を還元脱窒素する脱窒素工程５、及び、活性汚泥混合液を無酸素条件下で熱処理する熱処理工程７、さらに、固液分離工程８の各工程を有する廃水の窒素除去方法において、前記７では、６又は８の活性汚泥混合液を、亜硝酸酸化菌を選択的に失活せしめるための４０〜５５℃の中温条件と、脱窒素の水素供与体に改質するための６０℃以上の高温条件とに、又は、６の活性汚泥混合液を失活せしめるための４０〜５５℃の中温条件と、５の活性汚泥混合液を改質するための６０℃以上の高温条件とに、交互に切替えて熱処理したのち、該熱処理した混合液を５に導入する。【選択図】図１
2011143363.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃水の還元態窒素化合物を活性汚泥混合液によって亜硝酸に酸化する亜硝酸化工程、該亜硝酸を還元脱窒素する脱窒素工程、及び、前記活性汚泥混合液を無酸素条件下で熱処理する熱処理工程の各工程を有する廃水の窒素除去方法において、前記熱処理工程では、前記亜硝酸化工程の活性汚泥混合液を、亜硝酸酸化菌を選択的に失活せしめるための４０〜５５℃の中温条件で加熱処理して中温加熱混合液を得て、得られた該中温加熱混合液を前記脱窒工程に導入する操作と、前記亜硝酸化工程の活性汚泥混合液を脱窒素の水素供与体に改質するための６０℃以上の高温条件で加熱処理して高温加熱混合液を得て、得られた該高温加熱混合液を前記脱窒工程に導入する操作とを、交互に切り替えて行うことを特徴とする廃水の窒素処理方法。
【請求項２】
廃水の還元態窒素化合物を活性汚泥混合液によって亜硝酸に酸化する亜硝酸化工程、該亜硝酸を還元脱窒素する脱窒素工程、及び、前記活性汚泥混合液を無酸素条件下で熱処理する熱処理工程の各工程を有する廃水の窒素除去方法において、前記熱処理工程では、前記亜硝酸化工程の活性汚泥混合液を、亜硝酸酸化菌を選択的に失活せしめるための４０〜５５℃の中温条件で加熱処理して中温加熱混合液を得て、得られた該中温加熱混合液を前記脱窒工程に導入する操作と、前記脱窒素工程の活性汚泥混合液を脱窒素の水素供与体に改質するための６０℃以上の高温条件で加熱処理して高温加熱混合液を得て、得られた該高温加熱混合液を前記脱窒工程に導入する操作とを、交互に切り替えて行うことを特徴とする廃水の窒素処理方法。
【請求項３】
廃水の還元態窒素化合物を活性汚泥混合液によって亜硝酸に酸化する亜硝酸化工程、該亜硝酸を還元脱窒素する脱窒素工程、前記活性汚泥混合液を無酸素条件下で熱処理する熱処理工程、及び、固液分離工程の各工程を有する廃水の窒素除去方法において、前記熱処理工程では、前記固液分離工程で分離した活性汚泥混合液の一部あるいは全てを、亜硝酸酸化菌を選択的に失活せしめるための４０〜５５℃の中温条件で加熱処理して中温加熱混合液を得て、得られた該中温加熱混合液を前記脱窒工程に導入する操作と、前記固液分離工程で分離した活性汚泥混合液の一部あるいは全てを脱窒素の水素供与体に改質するための６０℃以上の高温条件で加熱処理して高温加熱混合液を得て、得られた該高温加熱混合液を前記脱窒工程に導入する操作とを、交互に切り替えて行うことを特徴とする廃水の窒素処理方法。
【請求項４】
前記熱処理工程では、熱処理する時間の長さが、高温条件時間＞中温条件時間であり、かつ中温条件時間帯の水温が４０〜５５℃になるように加熱時間が設定され、高温条件時間帯の熱処理温度６０℃以上になるように加熱時間が設定されることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の廃水の窒素処理方法。
【請求項５】
前記熱処理工程では、中温条件時間帯の活性汚泥混合液の流入量が、高温条件時間帯の活性汚泥混合液の流入量に比べて多くすることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の廃水の窒素処理方法。
【請求項６】
前記脱窒素工程には、前記熱処理工程からの前記高温加熱混合液を前記亜硝酸化工程の流出混合液と混合したのちに導入することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の廃水の窒素処理方法。
【請求項７】
前記廃水が、メタンを含有するバイオガスを発生する嫌気性消化工程から流出する消化液であり、前記熱処理工程の熱源が前記嫌気性消化工程からのバイオガスの燃焼装置から発生するものであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の廃水の窒素処理方法。
【請求項８】
廃水の還元態窒素化合物を活性汚泥混合液によって亜硝酸に酸化する亜硝酸化手段、該亜硝酸を還元脱窒素する脱窒素手段、及び、前記活性汚泥混合液を無酸素条件下で熱処理する熱処理手段の各手段を有する廃水の窒素除去装置において、前記熱処理手段には、前記亜硝酸化手段からの活性汚泥混合液を流入するための流入経路と、流入した活性汚泥混合液の熱処理条件を、亜硝酸酸化菌を選択的に失活せしめるための４０〜５５℃の中温条件と、脱窒素の水素供与体に改質するための６０℃以上の高温条件とに、交互に切り替えて熱処理するための加熱手段と、該熱処理された混合液を前記脱窒素手段に流出するための流出経路とを有することを特徴とする廃水の窒素処理装置。
【請求項９】
廃水の還元態窒素化合物を活性汚泥混合液によって亜硝酸に酸化する亜硝酸化手段、該亜硝酸を還元脱窒素する脱窒素手段、及び、前記活性汚泥混合液を無酸素条件下で熱処理する熱処理手段の各手段を有する廃水の窒素除去装置において、前記熱処理手段には、前記亜硝酸化手段からの活性汚泥混合液を流入するための流入経路と、前記脱窒素手段からの活性汚泥混合液を流入するための流入経路と、前記亜硝酸化手段から流入する活性汚泥混合液を、亜硝酸酸化菌を選択的に失活せしめるための４０〜５５℃の中温条件と、前記脱窒素手段から流入する活性汚泥混合液を脱窒素の水素供与体に改質するための６０℃以上の高温条件とに、交互に切り替えて熱処理するための加熱手段と、該熱処理された混合液を前記脱窒素手段に流出するための流出経路とを有することを特徴とする廃水の窒素処理装置。
【請求項１０】
廃水の還元態窒素化合物の大部分を活性汚泥混合液によって亜硝酸に酸化する亜硝酸化手段、該亜硝酸を還元脱窒素する脱窒素手段、前記活性汚泥混合液を無酸素条件下で熱処理する熱処理手段、及び、固液分離手段の各手段を有する廃水の窒素除去装置において、前記熱処理手段には、前記固液分離手段で分離した活性汚泥混合液の一部あるいは全てを流入するための流入経路と、該流入した活性汚泥混合液の熱処理条件を、亜硝酸酸化菌を選択的に失活せしめるための４０〜５５℃の中温条件と、脱窒素の水素供与体に改質するための６０℃以上の高温条件とに、交互に切り替えて熱処理するための加熱手段と、該熱処理された混合液を前記脱窒素手段に流出するための流出経路とを有することを特徴とする廃水の窒素処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃水中の窒素を亜硝酸型硝化を行うことによって生物学的に脱窒素処理する方法と装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
生物学的脱窒素法は、硝化菌（亜硝酸菌、硝酸菌）の作用を利用して、窒素化合物を好気的条件下でＮＯｘ（ＮＯ２＋ＮＯ３）に硝化（酸化）したのち、脱窒素菌の作用を利用して、ＮＯｘを嫌気的条件下でＮ２ガスにまで還元除去するものである。脱窒素が終了するまでの反応過程を、化学量論的に表わすと次式のようになる。
硝化反応（好気的条件）
ＮＨ４＋＋１．５Ｏ２→ＮＯ２−＋２Ｈ＋＋Ｈ２Ｏ  （亜硝酸菌）      ……（１）
ＮＯ２−＋０．５Ｏ２→ＮＯ３−  （硝酸菌）                      ……（２）
脱窒素反応（嫌気的条件）  
ＮＯ３−＋Ｈ２→ＮＯ２−＋Ｈ２Ｏ  （脱窒素菌）                  ……（３）
ＮＯ２−＋１．５Ｈ２→０．５Ｎ２↑＋ＯＨ−＋Ｈ２Ｏ  （脱窒素菌）……（４）
【０００３】
上記硝化反応の条件は、他の好気的微生物反応と同様に、溶存酸素、水温、ｐＨが適当に維持されていることであるが、硝化反応は炭素性化合物を酸化する場合と異なり、（１）式に示されているように、アンモニア１当量に対して２当量のＨ＋を発生する生酸反応なので、硝化が進行すれば、ｐＨは低下する。ところが、硝化菌の至適ｐＨ範囲は７．８〜８．８にあり、ｐＨが４程度まで低下すると硝化はほとんど停止する。このため、順調な硝化反応が行なわれるには、廃水のｐＨが中性付近に維持されなければならない。
【０００４】
上記（１）〜（４）式に示されるように、硝化には酸素、脱窒素には水素供与体の供給が必要であるが、廃水に含有される大量の窒素分を処理する場合には、酸素供給動力費、水素供与体として使用されているメタノール、ｐＨ制御用のアルカリ剤など有価の工業薬品が大量に消費され、脱窒素処理装置の運転経費のうえから大きな問題となっている。
【０００５】
脱窒素処理装置の硝化工程では、通常アンモニアをＮＯ３にまで硝化しているが、上記（１）〜（４）式からわかるように、硝化をＮＯ２でとどめて脱窒素処理する方が、硝化の酸素供給、脱窒素の水素供与体供給量が少なくて済み、運転経費の点で有利である。すなわち、ＮＯ２型硝化の酸素量はＮＯ３型硝化の３／４（１．５Ｏ２／２Ｏ２）で済み、ＮＯｘの還元に消費される水素供与体量もＮＯ２はＮＯ３の３／５（１．５Ｈ２／２．５Ｈ２）で足りる。このように、ＮＯ２型硝化の脱窒素処理には自明の利点があるにもかかわらず、実際の脱窒素処理のほとんどがＮＯ３型で行なわれている。これは、ＮＯ２型硝化を脱窒素処理装置内で維持することが極めて因難であるからに外ならない。しかしながら、ｐＨ及びアンモニア濃度が高い程ＮＯ２型硝化になりやすいという報告（下水道協会誌Ｖｏｌ．７、Ｎｏ．７４、１９７０／７、遠矢泰典「生物学的脱窒素法に関する研究（１）」）がなされている。
【０００６】
これは、次の化学平衡式から、遊離のＮＨ３が、ＮＯ２をＮＯ３に硝化する硝酸菌の活性を阻害するためであるということが容易に推定できる。  
ＮＨ４＋＋ＯＨ−←→ＮＨ３＋Ｈ２Ｏ                              ……（５）
ＮＨ３：遊離アンモニア  
この（５）式から、アンモニア濃度、ｐＨの高いほど遊離ＮＨ３濃度が増加し、ＮＯ２型硝化の条件範囲となるが、硝化をこのような条件で行なうことは窒素除去率、アルカリ剤の供給経費のうえから困難である。
生物学的脱窒素法においては、上記の硝化用の酸素供給のための電力経費、脱窒素のためのアルコール費用のほかに、生物処理で発生する余剰汚泥（活性汚泥微生物、廃水に含有される難分解性浮遊物質などで構成される）の処理・処分費用大きな負担となっている。
【０００７】
硝化液循環法等公知の廃水の生物学的脱窒素法において、硝化によって生成した酸化態窒素は、廃水のＢＯＤ成分を水素供与体として脱窒に利用できるが、廃水のＢＯＤ濃度が、硝酸性窒素に対して約２．８６倍以上（２．８６＞＝ＢＯＤ／ＮＯ３−Ｎ、菌体増殖を含まない化学量論値）であることが望ましい。ＢＯＤ／Ｎが小さい廃水では、ＢＯＤの不足分を補うために、工業用アルコール等有価の工業薬品が必要となる。一方、亜硝酸性窒素に対する脱窒のＢＯＤ濃度の化学量論値は、硝酸性窒素の６０％であり、約１．７１である。
さらに、亜硝酸は、硝酸に比較して結合酸素量が６０％であるため、脱窒素速度が高い。また、硝化液循環法では、処理装置の活性汚泥を構成する脱窒素菌の大部分は、廃水のＢＯＤ資化性脱窒素菌であり、一部はアルコール（メタノール）資化性脱窒素菌である。菌体構成比及び代謝速度から、活性汚泥の脱窒素反応速度を向上するためには、アルコール以外のＢＯＤ成分を供給したほうがはるかに効果的である。活性汚泥の一部を可溶化してＢＯＤ物質に転換することは、単に水素供与体を供給するだけでなく、脱窒素速度を大幅に向上し、脱窒素槽容積を大幅に縮減できるという、相乗的効果を得ることができる。
【０００８】
亜硝酸型硝化に関しては、例えば、特開昭６２−２８６５９８号公報では、好気的条件下にある硝化工程を２分割し、前段部を間欠的あるいは連続的に４０から４５℃に調整することによって、亜硝酸型硝化に制御する方法が開示されている。しかしながら、該公報では、水温調整部分の硝化工程の好気的条件を維持するための、曝気の蒸発潜熱による熱損失量が著しく大きく、廃水自体が十分に高温でなければ実施が難しいという問題があった。また、廃水自体のＢＯＤ濃度が低い場合には、硝酸型硝化に比較して注入量は少ないが、外部からアルコールなどの工業薬品の注入が必要となる。
【０００９】
外部からの脱窒素用薬品の削減方法としては、例えば、特開２００７−２２２８３０号公報では、脱窒工程及び／又は硝化工程から汚泥を一部引出し、可溶化処理を施した後に脱窒工程及び／又は硝化工程に戻すことが記載されている。これは、可溶化汚泥を脱窒素の水素供与体とすることにより、増加したＢＯＤ成分を脱窒に利用している。また、効果として、余剰汚泥発生量減量が開示されている。しかしながら、該公報では、硝化反応を亜硝酸型に制御することは開示されていない。このため、硝化工程が硝酸型で運転されている場合は、脱窒処理におけるＢＯＤ／Ｎ比は亜硝酸型に比べて高くなり、メタノ−ルなどの外部有機物の添加が必要となることにより、薬品コストがかかるという問題が残されている。
【特許文献１】特開昭６２−２８６５９８号公報
【特許文献２】特開２００７−２２２８３０号公報
【非特許文献１】下水道協会誌  Ｖｏｌ．７、Ｎｏ．７４、１９７０／７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明では、前記背景技術に鑑み、亜硝酸型硝化、汚泥改質に共通の制御因子として熱に着目し、亜硝酸型硝化を行うことによって、硝化のための酸素要求量、脱窒のための水素供与体要求量を削減できる経済的な廃水の窒素処理方法と装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明では、廃水の還元態窒素化合物を活性汚泥混合液によって亜硝酸に酸化する亜硝酸化工程、該亜硝酸を還元脱窒素する脱窒素工程、及び、活性汚泥混合液を無酸素条件下で熱処理する熱処理工程の各工程を有する廃水の窒素除去方法において、前記熱処理工程では、前記亜硝酸化工程の活性汚泥混合液を亜硝酸酸化菌を選択的に失活せしめるための４０〜５５℃の中温条件で加熱処理した後、該熱処理した混合液を前記脱窒工程に導入する操作と、前記亜硝酸化工程の活性汚泥混合液を脱窒素の水素供与体に改質するための６０℃以上で加熱処理した後、高温条件該熱処理した混合液を前記脱窒工程に導入する操作とを、交互に切り替えて行うことを特徴とする廃水の窒素処理方法としたものである。
また、本発明では、廃水の還元態窒素化合物を活性汚泥混合液によって亜硝酸に酸化する亜硝酸化工程、該亜硝酸を還元脱窒素する脱窒素工程、及び、活性汚泥混合液を無酸素条件下で熱処理する熱処理工程の各工程を有する廃水の窒素除去方法において、前記熱処理工程では、前記亜硝酸化工程の活性汚泥混合液を亜硝酸酸化菌を選択的に失活せしめるための４０〜５５℃の中温条件で加熱処理した後、該熱処理した混合液を前記脱窒工程に導入する操作と、前記脱窒素工程の活性汚泥混合液を脱窒素の水素供与体に改質するための６０℃以上の高温条件で加熱処理した後、高温条件該熱処理した混合液を前記脱窒工程に導入する操作とを、交互に切り替えて行うことを特徴とする廃水の窒素処理方法としたものである。
【００１２】
さらに、本発明では、廃水の還元態窒素化合物を活性汚泥混合液によって亜硝酸に酸化する亜硝酸化工程、該亜硝酸を還元脱窒素する脱窒素工程、活性汚泥混合液を無酸素条件下で熱処理する熱処理工程、及び、固液分離工程の各工程を有する廃水の窒素除去方法において、前記熱処理工程では、前記固液分離工程で分離した活性汚泥混合液の一部あるいは全てを、亜硝酸酸化菌を選択的に失活せしめるための４０〜５５℃の中温条件で加熱処理した後、該熱処理した混合液を前記脱窒工程に導入する操作と、前記固液分離工程で分離した活性汚泥混合液の一部あるいは全てを脱窒素の水素供与体に改質するための６０℃以上の高温条件で加熱処理した後、高温条件該熱処理した混合液を前記脱窒工程に導入する操作とを、交互に切り替えて行うことを特徴とする廃水の窒素処理方法としたものである。
【００１３】
前記廃水の窒素処理方法において、前記熱処理工程では、熱処理する時間の長さが、高温条件時間＞中温条件時間であり、かつ中温条件時間帯の水温が４０〜５５℃になるように加熱時間が設定され、高温条件時間帯の熱処理温度６０℃以上になるように加熱時間が設定され、中温条件時間帯の活性汚泥混合液の流入量が、高温条件時間帯の活性汚泥混合液の流入量に比べて多くするのがよく、前記脱窒素工程には、前記熱処理工程からの高温加熱混合液を前記亜硝酸化工程の流出混合液と混合したのちに導入するのがよく、また、前記廃水が、メタンを含有するバイオガスを発生する嫌気性消化工程から流出する消化液であり、前記熱処理工程の熱源として前記嫌気性消化工程からのバイオガスの燃焼装置から発生するものを用いることができる。
【００１４】
また、本発明では、廃水の還元態窒素化合物を活性汚泥混合液によって亜硝酸に酸化する亜硝酸化手段、該亜硝酸を還元脱窒素する脱窒素手段、及び、前記活性汚泥混合液を無酸素条件下で熱処理する熱処理手段の各手段を有する廃水の窒素除去装置において、前記熱処理手段には、前記亜硝酸化手段からの活性汚泥混合液を流入するための流入経路と、流入した活性汚泥混合液の熱処理条件を、亜硝酸酸化菌を選択的に失活せしめるための４０〜５５℃の中温条件と、脱窒素の水素供与体に改質するための６０℃以上の高温条件とに、交互に切り替えて熱処理するための加熱手段と、該熱処理された混合液を前記脱窒素手段に流出するための流出経路とを有することを特徴とする廃水の窒素処理装置としたものである。
【００１５】
また、本発明では、廃水の還元態窒素化合物を活性汚泥混合液によって亜硝酸に酸化する亜硝酸化手段、該亜硝酸を還元脱窒素する脱窒素手段、及び、前記活性汚泥混合液を無酸素条件下で熱処理する熱処理手段の各手段を有する廃水の窒素除去装置において、前記熱処理手段には、前記亜硝酸化手段からの活性汚泥混合液を流入するための流入経路と、前記脱窒素手段からの活性汚泥混合液を流入するための流入経路と、前記亜硝酸化手段から流入する活性汚泥混合液を、亜硝酸酸化菌を選択的に失活せしめるための４０〜５５℃の中温条件と、前記脱窒素手段から流入する活性汚泥混合液を脱窒素の水素供与体に改質するための６０℃以上の高温条件とに、交互に切り替えて熱処理するための加熱手段と、該熱処理された混合液を前記脱窒素手段に流出するための流出経路とを有することを特徴とする廃水の窒素処理装置としたものである。
【００１６】
さらに、本発明では、廃水の還元態窒素化合物の大部分を活性汚泥混合液によって亜硝酸に酸化する亜硝酸化手段、該亜硝酸を還元脱窒素する脱窒素手段、前記活性汚泥混合液を無酸素条件下で熱処理する熱処理手段、及び、固液分離手段の各手段を有する廃水の窒素除去装置において、前記熱処理手段には、前記固液分離手段で分離した活性汚泥混合液の一部あるいは全てを流入するための流入経路と、該流入した活性汚泥混合液の熱処理条件を、亜硝酸酸化菌を選択的に失活せしめるための４０〜５５℃の中温条件と、脱窒素の水素供与体に改質するための６０℃以上の高温条件とに、交互に切り替えて熱処理するための加熱手段と、該熱処理された混合液を前記脱窒素手段に流出するための流出経路とを有することを特徴とする廃水の窒素処理装置としたものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、亜硝酸型硝化を行うことによって、硝化のための酸素要求量、脱窒のための水素供与体要求量を削減できるので、経済的な脱窒素処理ができる。
また、本発明では、活性汚泥混合液を脱窒の水素供与体に加熱改質することによって、脱窒のための水素供与体を工程内で補給し、かつ水素供与体に利用することによって余剰汚泥発生量を減少することができるので、相乗的な経済効果を達成することができるし、亜硝酸化、汚泥改質の制御因子を熱に統一し、間欠運転により中水温、高水温の両水温域の処理を単一工程で行うことができるので、処理装置の構成を簡単にできる。
さらに、本発明によれば、水素供与体の補給が経済的に容易になったので、脱窒素工程の亜硝酸残存による亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ：一酸化二窒素）発生の恐れが回避され、地球温暖化防止への貢献が可能になる。この亜酸化窒素は、温室効果ガスのひとつであり、温暖化への影響度を示す温暖化係数は、二酸化炭素（ＣＯ２）の３１０倍にもなり、発生の抑制が地球温暖化防止の重要な課題になっている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
次に、本発明の一実施態様について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一例の工程の概要を示すフローシートである。
図１において、アンモニアを含有する原水１は、返送汚泥２、循環水３，加熱循環水４−２と共に、嫌気的条件下にある脱窒素工程５に導入され、流入する亜硝酸性窒素は、同じく脱窒素工程５に流入する原水に含まれるＢＯＤ物質等の水素供与体によって還元脱窒される。アンモニアは、嫌気的条件下ではほとんど変化しない。次に、脱窒素工程５流出液は、亜硝酸化工程６に流入し，アンモニアが亜硝酸に酸化されたのちに、亜硝酸化工程６の流出液の大部分は、脱窒素工程５の循環水３と熱処理工程７の加熱循環水４−１として循環される。残部は、固液分離工程８に導入され、分離水９とＭＬＳＳ分に分離され、一部は、返送汚泥２として脱窒素工程５に返送され，残部は、余剰汚泥１０として処理系外に排出される。固液分離は、重力式自然沈降、遠心濃縮、膜分離等公知の固液分離方法を利用することができる。固液分離法として、分離に膜分離を採用し、膜を亜硝酸化工程６に設置する場合には、返送汚泥ラインを省略することができる。
【００１９】
生物学的硝化脱窒は、通常硝酸型で行われているので、これを亜硝酸型に切り替えるためには、亜硝酸を硝酸に酸化する硝酸菌を選択的に失活せしめればよい。硝酸菌は、亜硝酸菌よりも高温水に対する抵抗力が弱く、４０〜５５℃の温度範囲及びそれらの水温における接触時間により選択的に失活する。しかしながら、厳密な温度範囲で再現されるわけではなく、選択のための水温はかなり変動し一律ではない。これは、活性汚泥中の硝酸菌が微妙に特性の異なる複数の属種で構成され、また、活性汚泥混合液の水質（ｐＨ、水温、塩類濃度等）によって、硝酸菌、亜硝酸菌の水温耐性が異なってくるからであると思われる。水温４０数度以上で長時間放置すると、亜硝酸化活性も失活して硝化菌が全滅することがあるので注意を要する。目安は４０〜５５℃前後であるが、高水温になるほど失活速度が大きくなるので、経時的に窒素（ＮＨ３−Ｎ、ＮＯ２−Ｎ、ＮＯ３−Ｎ）濃度の分析を行って硝化菌の活性を確認しつつ、水温、接触時間を調整していけばよい。
【００２０】
硝酸菌が失活して亜硝酸型になると、水温を３０℃前後に低下しても数ヶ月間は亜硝酸型が維持されるが、その後、次第に硝酸菌は増殖して硝酸型になるので、再び亜硝酸型になるように、熱処理工程７の活性汚泥混合液水温を中温（４０〜５５℃）に調整して、硝酸菌を選択的に失活せしめればよい。中温に加熱した加熱循環水４−２は、脱窒素工程５に循環される。高温条件（６０℃以上）から中温条件（４０〜５５℃）への切り替えは、ＮＯ２−Ｎ／ＮＯｘ−Ｎ＝０．９程度になったときに実施するとよい（ＮＯｘ−Ｎ＝ＮＯ２−Ｎ＋ＮＯ３−Ｎ）。すなわち、熱処理工程における（１）中温条件から高温条件への切り替え、（２）高温条件から中温条件への切り替えについては、（１）の場合の切り替えは亜硝酸化工程が硝酸型から亜硝酸型に変わり亜硝酸で安定した場合（ＮＯ２−Ｎ／ＮＯｘ−Ｎ＝０．９以上になった時）に行い、（２）の場合の切り替えは亜硝酸化工程が亜硝酸型から硝酸型に変わりはじめた場合（ＮＯ２−Ｎ／ＮＯｘ−Ｎ＝０．９以下になった時）に行う。
【００２１】
たとえば、硝酸型で馴致されている活性汚泥を種汚泥として、プラントの立ち上げ運転を行う場合は、熱処理工程は中温条件で開始し、亜硝酸化工程が亜硝酸型に変わり、亜硝酸型が安定した段階で、次に熱処理工程を高温条件に切り替えて運転することになる。また、熱処理工程を高温条件で数ヶ月運転を行い、亜硝酸化工程が亜硝酸型から硝酸型に変わりはじめた場合、熱処理工程を高温条件から中温条件に切り替えることになる。
切り替え時期を把握するため、亜硝酸化工程６のＮＨ３−Ｎ、ＮＯ２−Ｎ、ＮＯ３−Ｎの濃度を、週に数回分析して硝酸型への移行状況を確認すると良い。亜硝酸化への切り替えに要する日数は、４日〜７日を目安にすると良い。また、硝化工程における硝酸型と亜硝酸型の状態は、活性汚泥処理水のＮＯｘ−Ｎ中のＮＯ３−ＮとＮＯ２−Ｎに比率により評価できる。すなわち、ＮＯ２−Ｎ／ＮＯｘ−Ｎ比が０．９以上、好ましくは０．９８以上の場合は亜硝酸型、ＮＯ３−Ｎ／ＮＯｘ−Ｎ比が０．９以上、好ましくは０．９８以上の場合は硝酸型といえる。
【００２２】
熱処理工程７の流出水は、中温条件による処理を実施する場合のみ亜硝酸化工程６に流入せしめても同等の効果を得ることができるが、亜硝酸化への切り替え終了後は、熱処理工程７の加熱温度を高水温域（６０℃〜）に設定する。活性汚泥混合液を６０℃で加熱することによって、活性汚泥が改質される際に、脱窒の水素供与体として有効なＢＯＤ成分を溶出することが確認された。
表１に、嫌気条件下における熱処理による溶解性ＢＯＤ（Ｓ−ＢＯＤ）の溶出濃度を示す。対象汚泥は、硝化槽の活性汚泥（ＭＬＳＳ濃度１４０００ｍｇ／Ｌ）で、熱処理時間は８時間である。
【表１】
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【００２３】
高温になるほど改質速度が向上し、溶出ＢＯＤ濃度も上昇するが、１６０℃近傍になると、活性汚泥混合液が著しく茶褐色を呈し、さらに難生物分解性のＣＯＤ濃度も上昇して処理水質が悪化する。また、１００℃以上の高温処理は、燃料が高額な場合には不経済になり、取り扱いに圧力容器に関する国家資格者が必要となるので、高温条件として６０℃〜１００℃に調整することが望ましい。活性汚泥は、微生物の集合体であるが、処理対象廃水に高濃度の生物不活性浮遊物が含有されている場合は、活性汚泥中の生物不活性物質の含有率が高くなる。生物不活性物質は、微生物に比較して改質温度が高くなるので、生物不活性物質含有率の高い活性汚泥に対しては、８０〜１００℃の比較的高温域、微生物集合体含有率の高い活性汚泥に対しては６０℃〜８０℃の比較的低温域で改質すればよい。
【００２４】
循環水量と加熱循環水量の返送汚泥量の合計量は、亜硝酸化工程ｐＨが中性に保たれるように、原水アンモニア性窒素が１００ｍｇ／Ｌ程度に希釈される量が好ましい。
Ｚ０・Ｑ／（Ｑ＋Ｒ＋ＮＣ＋ＨＣ）＝１００  ｍｇ／Ｌ
原水量Ｑ（ｍ３／日）、返送汚泥量Ｒ（ｍ３／日）、循環水量ＮＣ（ｍ３／日）、加熱循環水量ＨＣ（ｍ３／日）、原水窒素濃度Ｚ０（ｍｇ／Ｌ）
高水温（６０℃以上）時には亜硝酸菌も失活するので、高水温時の加熱循環水量は、亜硝酸菌を工程から洗出させないため、活性汚泥の亜硝酸化工程６における汚泥令を３〜３．５日（亜硝酸菌の比増殖率の逆数）以上にすることが必要であり、式（６）を目安に決定すればよい。汚泥令が確保できる条件では、固液分離工程８、返送汚泥２を省略し、亜硝酸化工程６の活性汚泥混合液をそのまま処理水として流出させる処理、いわゆる一過性（Ｏｎｅ  Ｔｈｒｏｕｇｈ）の処理を行うこともできる。
ＨＣ（ｍ３／日）＜０．３Ｖｎ・１／日・・・・・・・・・・・（６）
加熱循環水量ＨＣ（ｍ３／日）、亜硝酸化工程容積Ｖｎ（ｍ３）
【００２５】
高温時の熱処理工程７における流入液滞留時間は、水温、活性汚泥の性状にもよるが１時間以上あればよい。高温時の熱処理工程７において、混合のため空気攪拌を検討したが、加熱改質混合液の脱窒の水素供与体としての効果が減少した。これは、水素供与体の一部が、６０〜８０℃では生物学的酸化分解され、また一部が放散したからであると考えられる。従って、空気との接触は好ましくない。
熱処理工程７の加熱方法として、高温蒸気、電気ヒータ（投入式、リボンヒータ等）、水中ガスバーナー、ヒートポンプなど公知の加熱法を利用することができる。水温制御は自動制御が安全である。
高温条件で加熱改質された加熱循環水４−２は、循環水３と配管内等で混合後、脱窒素工程５に導入すると、脱窒素工程内での局所的な水温上昇、それに伴う菌の失活を防止することができる。
亜硝酸化工程６から流出した活性汚泥混合液の一部は、固液分離工程８で分離水９、返送汚泥２、余剰汚泥１０に分離される。固液分離は、従来の重力沈降分離、膜分離等公知の分離技術を利用することができる。
【００２６】
次に、本発明の他の実施態様について、図２に基づいて説明する。図２では、中温条件時間帯では、亜硝酸化工程６から熱処理工程７に活性汚泥混合液を循環水４−１として循環させ、高温条件時間帯では、循環水４−１を停止し、脱窒素工程５から活性汚泥混合液を循環水４−３として循環させる方法である。図２では、無酸素の活性汚泥混合液〔溶存酸素濃度＝零〕を、高温条件時間帯の熱処理工程に導入できるので、前記した図１の発明に比較して、熱処理工程７の無酸素条件の維持に有利となる。
【００２７】
次に、本発明のもう一つの実施態様について、図３に基づいて説明する。図３では、固液分離工程８からの返送汚泥２の一部あるいは全てを、該熱処理工程７に導入して、返送汚泥を中温条件（４０〜５５℃）と、活性汚泥混合液を脱窒素の水素供与体に改質するための高温条件（６０℃以上）とに、間欠的に熱処理する方法である。加熱したのち、該熱処理工程７の流出混合液を該脱窒素工程５に返送する。高温条件時間帯では、返送汚泥２中の亜硝酸菌を死滅させないため，返送汚泥の一部を、中温時間帯では返送汚泥２全量を熱処理工程７に導入した後に、脱窒素工程５に返送すると良い。
図４は、処理水の窒素除去率を向上させるための、本発明の他の実施態様である。
図４において、亜硝酸化工程６からの流出液は、亜硝酸を含有しているので、窒素除去率の向上、沈降分離における汚泥浮上の防止のためには、亜硝酸化工程６と固液分離工程８の間にも脱窒素工程２０を介在させ、アルコール２２等の水素供与体を添加すればよい。脱窒素工程の活性汚泥混合液は、公知の攪拌機構で混合可能である。
【００２８】
次に、高水温の加熱改質の熱源を確保する方法について説明する。高濃度廃水の方法として利用されていた好気性消化法は、し尿を長時間空気曝気する方式であるが、微生物による酸化熱により水温が６０℃まで達する。しかしながら、６０℃でも好気的条件にあるため、ＢＯＤ成分が遊離酸素によって酸化分解するので、活性汚泥を脱窒のための水素供与体に改質することができない。このように、微生物の酸化熱により水温が高温に達するが、蒸発潜熱、微生物の高水温による失活により水温の上昇には限界があり、また酸化反応は、反応槽全体で発生するので、活性汚泥混合液を局所的に高温にすることができない。このような廃水、例えば有機性廃棄物に対して、局所的に高温に加熱することが可能な本発明の他の実施態様について図５を参照しつつ説明する。
【００２９】
図５において、有機性廃棄物１１は、嫌気的条件下にあるメタン発酵工程１２に導入され、有機物がメタン、二酸化炭素等を含有したバイオガス１３に分解されたのち、該ガスは、脱硫工程１４で硫化水素が除去されたのち、ガスホルダー１５で一旦貯留されたのち、熱処理工程７の燃料として利用される。水中ガスバーナーを用いて、活性汚泥混合液を直接加熱する方法がもっとも簡便で、装置構成も簡単である。メタン発酵の脱離液の硝化脱窒素処理では、メタン発酵で発生したメタンを利用して活性汚泥を局所的に高水温にできるので、活性汚泥混合液の改質を容易に行うことができ、改質汚泥による円滑な脱窒素、余剰汚泥発生量の抑制が可能になる。したがって、メタン発酵消化脱離液を原水とした脱窒素処理は、本発明の好ましい適用対象の一つとなる。
熱処理工程７から脱窒素工程５に、ＢＯＤ濃度が上昇した混合液が流入してＢＯＤ／Ｎ比が上昇するため、脱窒が促進される。
【実施例】
【００３０】
以下、本発明を実施例により具体的に説明する。なお、本発明はこの実施例の限定されるものではない。ここでは、熱処理工程を高温条件で運転を行い、亜硝酸化工程が亜硝酸型から硝酸型に変わりはじめ、熱処理工程を高温条件から中温条件に切り替えた場合の実施例を記述する。
実施例１
本発明の図１〜図３に従った運転方法の実施経緯を説明する。
表２と図６に、本実施例の運転の実施経緯を示す。なお、図６に示すように、表２の運転方法で、図１の運転方法、図２の運転方法、図３の運転方法共に同様な方式にてデ−タの採取を行った。
【００３１】
【表２】
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【００３２】
本実施例では、熱処理工程へ導入する活性汚泥混合液を、亜硝酸化工程から脱窒素工程に戻す方法の高水温条件で３ヶ月間運転した後、亜硝酸化工程の酸化態窒素中の亜硝酸性窒素の割合が９０％以下になったため、熱処理工程を中水温運転に切り替えた。
中水温運転に切り替えてから、６日目に亜硝酸化工程における酸化態窒素中の亜硝酸性窒素の割合が９０％以上になったので，熱処理工程を高水温運転（図１のフローシートによる方法。以下「図１の方法」という。以下同じ。）に切り替えた。高水温運転（図１の方法）を６日間行い、窒素水質（ＮＨ４−Ｎ、ＮＯｘ−Ｎ）が安定することを確認した。引き続き高水温運転（図１の方法）を２週間行い、この期間のうち計６回分の測定又は分析（測定等の実施は月曜日、水曜日及び金曜日の各曜日ごとに１回ずつ行った。以下同じ）を行った。実験結果データはその平均値である。
【００３３】
同様に図２の方法についても、脱窒素工程の活性汚泥混合液を高水温条件の熱処理後、脱窒素工程に戻す方法で３ヶ月間運転した後、亜硝酸化工程の酸化態窒素中の亜硝酸性窒素の割合が９０％以下になったため、熱処理工程を中水温運転に切り替えた。中水温運転に切り替えてから、６日目に酸化態窒素中の亜硝酸性窒素の割合が９０％以上になったので，高水温運転に切り替え、この運転を６日間行い、処理が安定したことを確認した後、引き続き高水温運転を２週間行い、６回分の測定又は分析（前述と同様）を行い、平均値を実験デ−タとして採用した。
同様に図３の方法についても、固液分離工程で分離した活性汚泥混合液の一部あるいは全てを高水温条件の熱処理後、脱窒素工程に戻す方法で３ヶ月間運転した後、酸化態窒素中の亜硝酸性窒素の割合が９０％以下になったため、熱処理工程を中水温運転に切り替えた。中水温運転に切り替えてから、６日目に酸化態窒素中の亜硝酸性窒素の割合が９０％以上になったので，その後、高水温運転に切り替え、６日間行い、処理が安定したことを確認した後、引き続き高水温運転を２週間行い、６回分の測定又は分析（前述と同様）を行い、平均値を実験デ−タとして採用した。
ここで、熱処理に用いた熱源はメタン発酵で得られたメタンガスをボイラ−で蒸気に変換したものを用いた。なお、前記高水温とは６０℃以上、中水温とは４０〜５５℃の温度条件である。
【００３４】
表３−１、表３−２に、実施結果１として、硝化形式を硝酸型で行った硝化脱窒（硝酸型処理：従来方法）の実験条件，実験結果をそれぞれ示す。表４−１、表４−２に、実施結果２として、硝化形式を亜硝酸型で行った硝化脱窒（亜硝酸型処理：従来方法）の実験条件、実験結果をそれぞれ示す。表５−１、表５−２に、実施結果３として本発明の図１（亜硝酸型―高水温・中水温間欠処理、硝化形式を亜硝酸型、高水温加熱で行った硝化脱窒）の実験条件、実験結果をそれぞれ示す。表６−１、表６−２に、実施結果４として本発明の図２（亜硝酸型―高水温・中水温間欠処理、硝化形式を亜硝酸型、高水温加熱で行った硝化脱窒）の実験条件、実験結果をそれぞれ示す。また、表７−１、表７−２に、実施結果５として本発明の図３（亜硝酸型―高水温・中水温間欠処理、硝化形式を亜硝酸型、返送汚泥の一部を高水温加熱で行った硝化脱窒）の実施条件、窒素除去結果をそれぞれ示す。
【００３５】
【表３】
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【００３６】
【表４】
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【００３７】
【表５】
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【００３８】
【表６】
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【００３９】
【表７】
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【００４０】
実施結果から明らかにされた本発明の具体的効果を、従来方法と対比して表８、９にまとめる。
表８では、活性汚泥の高温条件による改質により、酢酸添加量が著しく減少し、また余剰汚泥発生量も大幅に減少していることがわかる。余剰汚泥は、脱水時に高額な有機性高分子凝集剤〔ポリマー〕が必要であり、また脱水汚泥の処分にも高額である。このような高額な費用は、余剰汚泥発生量の減少に比例して削減されるので、その経済効果は大きい。この効果は、硝化形式を亜硝酸型にしていることによって相乗的にさらに高められている。また、脱水機の規模も縮小できるので、脱水機購入費用も節減することができる。
表９には、強烈な地球温暖化ガスである亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ：一酸化二窒素）の脱窒素工程５気相部における濃度の相対比を示したものである。本発明〔図１、２〕ではＮ２Ｏ濃度が低くなっており、地球温暖化防止にも効果があることが判明した。この理由については、脱窒素工程５において十分な水素供与体が存在し、かつ酸化還元電位（ＯＲＰ）が安定して低位で維持されているからであると推定される。
【００４１】
【表８】
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【００４２】
【表９】
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【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の処理方法の一例の工程を示すフローシート。
【図２】本発明の処理方法の他の例の工程を示すフローシート。
【図３】本発明の処理方法の他の例の工程を示すフローシート。
【図４】本発明の処理方法の他の例の工程を示すフローシート。
【図５】本発明の処理方法のメタン発酵工程と組合わせた工程の一例を示すフローシート。
【図６】本発明の運転方法の実施経緯を示す説明図。
【符号の説明】
【００４４】
１：原水、２：返送汚泥、３：循環水、４：加熱循環水、５：脱窒素工程、６：亜硝酸化工程、７：熱処理工程、８：固液分離工程、９：分離水、１０：余剰汚泥、１１：有機性廃棄物、１２：メタン発酵工程、１３：バイオガス、１４：脱硫工程、１５：ガスホルダー、２０：第２脱窒素工程、２１：再曝気工程、２２：アルコール
【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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