(57)【要約】【課題】有機物を含み、かつ有機態窒素およびアンモニア態窒素の少なくとも一方を含む廃水の処理において、有機態窒素およびアンモニア態窒素を効率よく除去できる廃水の処理方法および廃水の処理装置の提供。【解決手段】本発明の廃水の処理方法は、前記廃水中の有機物から有機酸を生成する酸生成処理を行い、有機酸含有量が２００ｍｇ／Ｌ以上である酸生成処理水を得る工程と、前記酸生成処理で得られた酸生成処理水に対し、好気的直接窒素ガス化細菌を用いて活性汚泥処理を行い、生物処理水および活性汚泥を含む汚泥含有処理水を得る工程と、を含む。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機物を含み、かつ有機態窒素およびアンモニア態窒素の少なくとも一方を含む廃水を処理する方法であって、
前記廃水中の有機物から有機酸を生成する酸生成処理を行い、有機酸含有量が２００ｍｇ／Ｌ以上である酸生成処理水を得る工程と、
前記酸生成処理で得られた酸生成処理水に対し、好気的直接窒素ガス化細菌を用いて活性汚泥処理を行い、生物処理水および活性汚泥を含む汚泥含有処理水を得る工程と、
を含む、廃水の処理方法。
【請求項２】
前記酸生成処理水のｐＨが５以上８未満である、請求項１記載の廃水の処理方法。
【請求項３】
前記酸生成処理中に、前記廃水のｐＨを５以上８未満に制御する、請求項２に記載の廃水の処理方法。
【請求項４】
前記汚泥含有処理水に対し、分離手段を用いて固液分離処理を行う工程を含む、請求項１〜３の何れか一項に記載の廃水の処理方法。
【請求項５】
前記分離手段が膜分離手段である、請求項４に記載の廃水の処理方法。
【請求項６】
前記膜分離手段が、前記活性汚泥処理を行う活性汚泥処理槽内に設けられている、請求項５に記載の廃水の処理方法。
【請求項７】
前記膜分離手段が、前記活性汚泥処理を行う活性汚泥処理槽の後段に設けられている、請求項５に記載の廃水の処理方法。
【請求項８】
前記膜分離手段で分離した活性汚泥の一部を前記膜分離手段から前記活性汚泥処理槽に返送する工程を含む、請求項７に記載の廃水の処理方法。
【請求項９】
前記酸生成処理水を得る工程の後、前記酸生成処理水に対して中和処理を行う工程を含む、請求項１〜８の何れか一項に記載の廃水の処理方法。
【請求項１０】
前記酸生成処理水に好気的直接窒素ガス化細菌を添加する工程を含む、請求項１〜９の何れか一項に記載の廃水の処理方法。
【請求項１１】
前記好気的直接窒素ガス化細菌が、アルカリゲネス・フェカリスＮｏ．４株（ＦＥＲＭ  Ｐ−２１８１４）である、請求項１〜１０の何れか一項に記載の廃水の処理方法。
【請求項１２】
有機物を含み、かつ有機態窒素およびアンモニア態窒素の少なくとも一方を含む廃水を処理する装置であって、
前記廃水中の有機物から有機酸を生成する酸生成処理を行い、有機酸含有量が２００ｍｇ／Ｌ以上である酸生成処理水とする酸生成槽と、
前記酸生成処理で得られた酸生成処理水に対し、好気的直接窒素ガス化細菌を用いて活性汚泥処理を行い、生物処理水および活性汚泥を含む汚泥含有処理水とする活性汚泥処理槽と、
を含む、廃水の処理装置。
【請求項１３】
前記酸生成処理水のｐＨが５以上８未満である、請求項１２に記載の廃水の処理装置。
【請求項１４】
前記酸生成槽に、前記酸生成槽内の廃水のｐＨを測定する槽内ｐＨ測定部、前記酸生成槽に酸を添加する酸添加部および前記酸生成槽にアルカリを添加するアルカリ添加部が設けられており、前記槽内ｐＨ測定部で測定されたｐＨに基づいて、前記酸生成槽内に酸またはアルカリを添加し、前記廃水のｐＨを５以上８未満に調整できるように構成されている、請求項１３に記載の廃水の処理装置。
【請求項１５】
前記汚泥含有処理水に対し、固液分離処理を行う分離手段を含む、請求項１２〜１４の何れか一項に記載の廃水の処理装置。
【請求項１６】
前記分離手段が膜分離手段である、請求項１５に記載の廃水の処理装置。
【請求項１７】
前記膜分離手段が、前記活性汚泥処理槽内に設けられている、請求項１６に記載の廃水の処理装置。
【請求項１８】
前記膜分離手段が、前記活性汚泥処理槽の後段に設けられている、請求項１６に記載の廃水の処理装置。
【請求項１９】
前記膜分離手段で分離した活性汚泥の一部を前記膜分離手段から前記活性汚泥処理槽に返送する汚泥返送手段を含む、請求項１８に記載の廃水の処理装置。
【請求項２０】
前記酸生成槽の後段に、前記酸生成処理水に対して中和処理を行う中和槽を含む、請求項１２〜１９の何れか一項に記載の廃水の処理装置。
【請求項２１】
前記酸生成処理水に好気的直接窒素ガス化細菌を添加する菌体添加手段を含む、請求項１２〜２０の何れか一項に記載の廃水の処理装置。
【請求項２２】
前記好気的直接窒素ガス化細菌が、アルカリゲネス・フェカリスＮｏ．４株（ＦＥＲＭ  Ｐ−２１８１４）である、請求項１２〜２１の何れか一項に記載の廃水の処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機物を含み、かつ有機態窒素およびアンモニア態窒素の少なくとも一方を含む廃水の処理方法および廃水の処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機態窒素およびアンモニア態窒素の少なくとも一方を含む廃水、特に食品、畜産系の廃水のように高濃度にアンモニアおよび有機物を含む廃水に対する廃水処理として、有機物処理や窒素処理が行われている。
有機物処理の一つにメタン発酵処理がある。メタン発酵処理は、汚泥発生量が少なく、省エネルギーである利点がある。
【０００３】
メタン発酵処理は、加水分解反応、酸生成菌による酸生成反応およびメタン生成細菌によるメタン発酵反応の３つの反応を含む。加水分解反応では、廃水に含まれる有機物（多糖類、脂質等）が加水分解され、低分子有機物（単糖類、グリセリン、長鎖脂肪酸類等）が生成する。酸生成反応では、低分子有機物がさらに分解され、低級脂肪酸（プロピオン酸、酪酸、酢酸等）、アルコール、アルデヒド等が生成する。メタン発酵反応では、低級脂肪酸がさらに分解され、メタン等が生成する。酸生成反応およびメタン発酵反応はそれぞれ、嫌気性微生物によるもので、嫌気性条件下で行われる。
【０００４】
メタン発酵処理に用いられるメタン発酵装置には、全ての反応を一槽で行う一槽式装置と、酸生成反応までの反応とメタン発酵反応とを個別の反応槽で行う二槽式装置とがある。各工程には好適なｐＨが存在し、酸生成反応の最適なｐＨは５．５〜６．５、メタン発酵反応の最適なｐＨは７〜８である。それぞれの最適な運転条件での管理が可能となるため、二槽式装置が主流となっている。また、二槽式装置にｐＨ計と酸化還元電位（ＯＲＰ）計を設置し、ｐＨとＯＲＰによる二槽式嫌気処理装置の運転管理を行うことが提案されている（特許文献１）。
【０００５】
窒素処理に関しては、ストリッピング処理、硝化液循環方式による処理、内生脱窒方式による処理が一般的である。
硝化液循環方式による処理では、まず、原水（廃水）中のアンモニア態窒素を硝化細菌によって好気的条件下で亜硝酸態窒素または硝酸態窒素に変換する。その後、脱窒細菌によって有機物を還元力として無酸素条件下で亜硝酸態窒素または硝酸態窒素を窒素ガスに還元する。
【０００６】
硝化細菌は、アンモニア態窒素を亜硝酸に酸化するアンモニア酸化細菌と、亜硝酸態窒素を硝酸態窒素に酸化する亜硝酸酸化細菌との総称である。脱窒細菌は、無酸素条件下において亜硝酸態窒素または硝酸態窒素を電子受容体とし、有機物を電子供与体として利用することによって、亜硝酸態窒素または硝酸態窒素を窒素ガスにまで還元する微生物で
ある。
【０００７】
近年、畜産、食品系の廃水のように高濃度にアンモニアを含む廃水を処理する方法として、アンモニア態窒素を好気的に窒素ガスに変えて脱窒することが可能なアルカリゲネス・フェカリスＮｏ．４株を用いた処理法が提案されている（特許文献２）。
アルカリゲネス・フェカリスＮｏ．４株は、好気的直接窒素ガス化細菌の１種であり、従属栄養細菌でありながら、好気的にアンモニアを窒素ガスにまで直接にガス化できる。加えて、従来の硝化細菌と比較して、アンモニア除去速度が速く、増殖速度も速いといった利点がある。
また、消化液循環方式では処理槽として好気槽（硝化槽）と無酸素槽（脱窒槽）の２槽が必要であるのに対し、アルカリゲネス・フェカリスＮｏ．４株を用いた処理では好気処理のみで窒素除去が可能であるため、１槽で処理できる利点がある。
【０００８】
また、食品、畜産系の廃水の処理装置として、メタン発酵処理槽の後段に、好気的直接窒素ガス化細菌を用いたアンモニア除去処理を行うアンモニア除去処理槽と、この処理槽内で発生するガスを処理槽から抜き出すガス導出経路と、この経路に設けられ、ガス中のアンモニアガスを分離するアンモニアガス分離手段とを備える処理装置が提案されている（特許文献３）。この処理装置では、メタン発酵処理後の廃水（消化液）に高濃度に含まれているアンモニアが、好気的直接窒素ガス化細菌による処理と、ストリッピング処理とによって除去される。実廃水による処理性能も確認されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１１−１１５７２１号公報
【特許文献２】特開２００２−１９９８７５号公報
【特許文献３】特開２０１４−５０７６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
好気的直接窒素ガス化細菌は、有機酸のみを基質とする。特許文献３に記載のように、メタン発酵処理で生成した消化液に対して好気的直接窒素ガス化細菌による処理を行う場合、消化液中に基質となる有機酸成分が少ないため、好気的直接窒素ガス化細菌によるアンモニア態窒素の窒素ガス化効果が充分ではない。消化液に有機酸を添加すれば窒素ガス化効果は改善するが、その改善効果は充分なものではない。また、コストの増加を招く。
【００１１】
本発明は、有機物を含み、かつ有機態窒素およびアンモニア態窒素の少なくとも一方を含む廃水の処理において、有機態窒素およびアンモニア態窒素を効率よく除去できる廃水の処理方法および廃水の処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者らは、好気的直接窒素ガス化細菌を用いた活性汚泥槽での処理の前段において、廃水に対し、酸生成処理を施し、その酸生成処理水を、消化液とせずに後段の活性汚泥槽に供給して処理することにより、直接的窒素ガス化反応が効率よく進行して窒素除去を行うことができることを見出し、本発明を完成するに至った。
ここで、酸生成処理とは、メタン発酵処理における加水分解反応および酸生成反応からなる処理である。
【００１３】
すなわち、本発明は、以下の態様を有する。
〔１〕有機物を含み、かつ有機態窒素およびアンモニア態窒素の少なくとも一方を含む廃水を処理する方法であって、
前記廃水中の有機物から有機酸を生成する酸生成処理を行い、有機酸含有量が２００ｍｇ／Ｌ以上である酸生成処理水を得る工程（酸生成処理工程）と、
前記酸生成処理で得られた酸生成処理水に対し、好気的直接窒素ガス化細菌を用いて活性汚泥処理を行い、生物処理水および活性汚泥を含む汚泥含有処理水を得る工程（活性汚泥処理工程）と、
を含む、廃水の処理方法。
〔２〕前記酸生成処理水のｐＨが５以上８未満である、〔１〕の廃水の処理方法。
〔３〕前記酸生成処理中に、前記廃水のｐＨを５以上８未満に制御する、〔２〕の廃水の処理方法。
〔４〕前記汚泥含有処理水に対し、分離手段を用いて固液分離処理を行う工程（分離工程）を含む、〔１〕〜〔３〕のいずれかの廃水の処理方法。
〔５〕前記分離手段が膜分離手段である、〔４〕の廃水の処理方法。
〔６〕前記膜分離手段が、前記活性汚泥処理を行う活性汚泥処理槽内に設けられている、〔５〕の廃水の処理方法。
〔７〕前記膜分離手段が、前記活性汚泥処理を行う活性汚泥処理槽の後段に設けられている、〔５〕の廃水の処理方法。
〔８〕前記膜分離手段で分離した活性汚泥の一部を前記膜分離手段から前記活性汚泥処理槽に返送する工程（汚泥返送工程）を含む、〔７〕の廃水の処理方法。
〔９〕前記酸生成処理水を得る工程の後、前記酸生成処理水に対して中和処理を行う工程（中和工程）を含む、〔１〕〜〔８〕のいずれかの廃水の処理方法。
〔１０〕前記酸生成処理水に好気的直接窒素ガス化細菌を添加する工程（菌体添加工程）を含む、〔１〕〜〔９〕のいずれかの廃水の処理方法。
〔１１〕前記好気的直接窒素ガス化細菌が、アルカリゲネス・フェカリスＮｏ．４株（ＦＥＲＭ  Ｐ−２１８１４）である、〔１〕〜〔１０〕のいずれかの廃水の処理方法。
〔１２〕有機物を含み、かつ有機態窒素およびアンモニア態窒素の少なくとも一方を含む廃水を処理する装置であって、
前記廃水中の有機物から有機酸を生成する酸生成処理を行い、有機酸含有量が２００ｍｇ／Ｌ以上である酸生成処理水とする酸生成槽と、
前記酸生成処理で得られた酸生成処理水に対し、好気的直接窒素ガス化細菌を用いて活性汚泥処理を行い、生物処理水および活性汚泥を含む汚泥含有処理水とする活性汚泥処理槽と、
を含む、廃水の処理装置。
〔１３〕前記酸生成処理水のｐＨが５以上８未満である、〔１２〕の廃水の処理装置。
〔１４〕前記酸生成槽に、前記酸生成槽内の廃水のｐＨを測定する槽内ｐＨ測定部、前記酸生成槽に酸を添加する酸添加部および前記酸生成槽にアルカリを添加するアルカリ添加部が設けられており、前記槽内ｐＨ測定部で測定されたｐＨに基づいて、前記酸生成槽内に酸またはアルカリを添加し、前記廃水のｐＨを５以上８未満に調整できるように構成されている、〔１３〕の廃水の処理装置。
〔１５〕前記汚泥含有処理水に対し、固液分離処理を行う分離手段を含む、〔１２〕〜〔１４〕のいずれか廃水の処理装置。
〔１６〕前記分離手段が膜分離手段である、〔１５〕の廃水の処理装置。
〔１７〕前記膜分離手段が、前記活性汚泥処理槽内に設けられている、〔１６〕の廃水の処理装置。
〔１８〕前記膜分離手段が、前記活性汚泥処理槽の後段に設けられている、〔１６〕の廃水の処理装置。
〔１９〕前記膜分離手段で分離した活性汚泥の一部を前記膜分離手段から前記活性汚泥処理槽に返送する汚泥返送手段を含む、〔１８〕の廃水の処理装置。
〔２０〕前記酸生成槽の後段に、前記酸生成処理水に対して中和処理を行う中和槽を含む、〔１２〕〜〔１９〕のいずれかの廃水の処理装置。
〔２１〕前記酸生成処理水に好気的直接窒素ガス化細菌を添加する菌体添加手段を含む、〔１２〕〜〔２０〕のいずれかの廃水の処理装置。
〔２２〕前記好気的直接窒素ガス化細菌が、アルカリゲネス・フェカリスＮｏ．４株（ＦＥＲＭ  Ｐ−２１８１４）である、〔１２〕〜〔２１〕のいずれかの廃水の処理装置。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の廃水の処理方法および廃水の処理装置によれば、有機物を含み、かつ有機態窒素およびアンモニア態窒素の少なくとも一方を含む廃水の処理において、有機態窒素およびアンモニア態窒素を効率よく除去できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第一実施形態の廃水の処理装置を示す概略構成図である。
【図２】本発明の第二実施形態の廃水の処理装置を示す概略構成図である。
【図３】本発明の第三実施形態の廃水の処理装置を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明について、実施形態を示して詳細に説明する。ただし、本発明はこれらの実施形態に限定して解釈されるものではない。
なお、本発明において、「有機物」とは、好気的直接窒素ガス化細菌の基質となる有機酸、および酸生成工程において有機酸となる物質（多糖類、脂質等）のことであり、一般的には、多糖類、脂質、クエン酸、酢酸である。この中でも、好気的直接窒素ガス化細菌の基質となる観点から、有機酸が好ましく、酢酸、クエン酸がより好ましい。
また、「有機態窒素」とは、有機成分に含まれる窒素のことであり、一般的にはタンパク質やアミノ酸である。「アンモニア態窒素」とは、窒素成分のうちアンモニウム塩のことであり、前記タンパク質、アミノ酸が酸生成処理により生じたものも含まれる。
「好気的直接窒素ガス化細菌」とは、好気条件下で従属栄養的にアンモニア態窒素を窒素ガス化する微生物である。また、有機態窒素をアンモニア態窒素に変換（酸化）する微生物でもある。
なお、本発明において活性汚泥処理前の廃水を「原水」ともいい、酸生成処理後の廃水を「酸生成処理水」ともいい、メタン発酵処理後の廃水を「メタン発酵処理水」ともいい、活性汚泥処理後の酸生成処理水を「生物処理水」ともいい、膜処理後の汚泥含有処理水（具体的には、濾過膜を透過した生物処理水）を「透過水」ともいう。
【００１７】
「第一実施形態」
＜廃水の処理装置＞
本発明の廃水の処理装置は、有機物を含み、かつ有機態窒素およびアンモニア態窒素の少なくとも一方を含む廃水を処理する装置である。
図１は、本発明の第一実施形態の廃水の処理装置１の概略構成図である。なお、図１における寸法比は、説明の便宜上、実際のものとは異なったものである。後述する図２〜３においても同様である。
本実施形態の廃水の処理装置１は、酸生成槽１１と、活性汚泥処理槽２１と、菌体添加手段３０と、アンモニア除去手段４０と、膜モジュール５２（膜分離手段）と、貯留槽６１とを備える。活性汚泥処理槽２１は酸生成槽１１の後段に設けられている。菌体添加手段３０およびアンモニア除去手段４０はそれぞれ活性汚泥処理槽２１に設けられている。膜モジュール５２は活性汚泥処理槽２１内に設けられている。貯留槽６１は活性汚泥処理槽２１の後段に設けられている。
【００１８】
（廃水）
本発明の処理対象となる廃水は、工場、事業所等から排出される被処理水であり、有機物を含み、かつ有機態窒素およびアンモニア態窒素の少なくとも一方を含む。このような廃水の例としては、以下が挙げられる。
（１）有機物と有機態窒素を含み、アンモニア態窒素を含まない廃水。
（２）有機物とアンモニア態窒素とを含み、有機態窒素を含まない廃水。
（３）有機物と有機態窒素とアンモニア態窒素とを含む廃水。
【００１９】
（酸生成槽）
酸生成槽１１は、生物学的廃水処理（酸生成菌による嫌気処理）を行うために微生物を充填するものである。具体的には、廃水に対し、有機物から有機酸を生成する酸生成処理を行い、酸生成処理水とする生物学的廃水処理を行うものである。酸生成菌は、メタン発酵における酸生成菌として公知のものであってよい。
【００２０】
酸生成処理とは、廃水中の有機物から有機酸を生成する処理であり、典型的には、メタン発酵処理におけるメタン発酵反応の前段までの反応を行う処理である。酸生成処理では、加水分解反応と酸生成反応とが行われ、廃水に含まれる有機物が有機酸（プロピオン酸、酪酸、酢酸等）にまで分解される。したがって、酸生成処理水はこの有機酸を含む。
メタン発酵処理ではさらにメタン発酵反応が行われ、有機酸がさらに分解される。メタン発酵反応が進むと、有機酸の含有量が低下する。メタン発酵処理水には有機酸は含まれないか、含まれてもわずかである。
したがって、酸生成処理水とは、廃水を酸生成処理したものであって、酸生成処理により生じる有機酸を一定以上の含有量で含むものといえる。
【００２１】
本発明では、酸生成反応後にメタン発酵反応が進んでいても、有機酸含有量が２００ｍｇ／Ｌ以上である限り、酸生成処理水として取り扱う。
酸生成処理水における有機酸含有量は、典型的には、プロピオン酸、酪酸および酢酸の合計量である。有機酸含有量は、２０００ｍｇ／Ｌ以上が好ましく、３０００ｍｇ／Ｌ以上がより好ましく、４０００ｍｇ／Ｌ以上が特に好ましい。
酸生成処理水における有機酸含有量は、放流処理水（活性汚泥処理水中の）残存有機酸低減の観点では、１５０００ｍｇ／Ｌ以下が好ましく、１００００ｍｇ／Ｌ以下が特に好ましい。
したがって、酸生成処理水における有機酸含有量は、２００〜１５０００ｍｇ／Ｌが好ましく、２０００〜１５０００ｍｇ／Ｌがより好ましく、３０００〜１５０００ｍｇ／Ｌがさらに好ましく、４０００〜１５０００ｍｇ／Ｌが特に好ましく、４０００〜１００００ｍｇ／Ｌが最も好ましい。
有機酸は、好気的直接窒素ガス化細菌の基質として機能する。特に酸生成処理により生じる有機酸は、好気的直接窒素ガス化細菌の基質として有用である。有機酸の含有量が前記下限値以上であれば、好気的直接窒素ガス化細菌によるアンモニア態窒素の窒素ガス化効果が充分に発揮される。
【００２２】
また、酸生成処理水にはアンモニア態窒素も含まれる。このアンモニア態窒素には、廃水に元々含まれているものや、含窒素有機物（有機態窒素）が酸生成処理で分解することにより生じたものがある。
酸生成処理水中のアンモニア態窒素の含有量は、通常、５００〜１０００ｍｇ／Ｌ程度である。
【００２３】
酸生成槽１１には、第一の流路１２の一端と、第二の流路１３の一端とが接続されている。第二の流路１３の他端は活性汚泥処理槽２１に接続されている。
第一の流路１２は、養豚場等から排出された廃水を酸生成槽１１に流入させるための流路である。
第二の流路１３は、酸生成槽１１で生成した酸生成処理水を後段の活性汚泥処理槽２１に供給するための流路である。第二の流路１３にはポンプ１３ａが設けられており、ポンプ１３ａが動作することにより、酸生成処理水が酸生成槽１１から活性汚泥処理槽２１に供給されるようになっている。
【００２４】
また、酸生成槽１１には、槽内ｐＨ測定部１４、酸添加部１５、アルカリ添加部１６が設けられている。また、槽内ｐＨ測定部１４、酸添加部１５およびアルカリ添加部１６はそれぞれ、制御部１７に接続されている。
槽内ｐＨ測定部１４、酸添加部１５およびアルカリ添加部１６は、酸生成槽１１内のｐＨを監視し制御するための手段である。ｐＨは、酸生成反応の進みやすさ、メタン発酵反応の進みにくさに影響する。酸生成槽１１内のｐＨを監視し、酸生成反応が進みやすく、かつメタン発酵反応が進みにくいｐＨとなるように制御することで、メタン発酵反応が進行して有機酸の含有量が低下することを抑制できる。
【００２５】
槽内ｐＨ測定部１４は、酸生成槽１１内の廃水のｐＨを測定する。槽内ｐＨ測定部１４としては、各種のｐＨ測定装置を使用できる。
酸添加部１５は、酸生成槽１１に酸を添加する。酸添加部１５は、酸貯蔵タンク１５ａと、酸供給流路１５ｂと、酸供給流路１５ｂに設けられたポンプ１５ｃとを備える。ポンプ１５ｃが動作することにより、酸貯蔵タンク１５ａ内の酸（酸溶液等）が酸生成槽１１に添加されるようになっている。
アルカリ添加部１６は、酸生成槽１１にアルカリを添加する。アルカリ添加部１６は、アルカリ貯蔵タンク１６ａと、アルカリ供給流路１６ｂと、アルカリ供給流路１６ｂに設けられたポンプ１６ｃとを備える。ポンプ１６ｃが動作することにより、アルカリ貯蔵タンク１６ａ内のアルカリ（アルカリ溶液等）が酸生成槽１１に添加されるようになっている。
【００２６】
制御部１７は、槽内ｐＨ測定部１４で測定されたｐＨに基づいて酸添加部１５およびアルカリ添加部１６を制御し、酸生成槽１１内の廃水のｐＨを５以上８未満の範囲内に維持するように構成されている。
酸生成反応に好適なｐＨは５以上８未満の範囲内、特に５．５以上６．５以下の範囲内である。酸生成槽１１内の廃水のｐＨをこの範囲内に維持することで、酸生成反応が良好に進行する。酸生成槽１１内の廃水のｐＨを前記範囲内に維持すると、生成する酸生成処理水のｐＨも前記範囲内となる。
制御部１７は、例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）等の演算処理装置を備えるものであってよい。
【００２７】
制御部１７の動作について説明する。
槽内ｐＨ測定部１４から制御部１７に入力されたｐＨ（酸生成槽１１内の廃水のｐＨ）が、予め設定された好適ｐＨ範囲の上限よりも高い場合、制御部１７は、ポンプ１５ｃの動作を開始させて、酸貯蔵タンク１５ａ内の酸を、酸供給流路１５ｂを経由して酸生成槽１１に流入させる。その後、槽内ｐＨ測定部１４から制御部１７に入力されたｐＨが、好適ｐＨ範囲内になれば、ポンプ１５ｃの動作を停止させる。
一方、槽内ｐＨ測定部１４から制御部１７に入力されたｐＨが、好適ｐＨ範囲の下限よりも低い場合、制御部１７は、ポンプ１６ｃの動作を開始させて、アルカリ貯蔵タンク１６ａ内のアルカリを、アルカリ供給流路１６ｂを経由して酸生成槽１１に流入させる。その後、槽内ｐＨ測定部１４から制御部１７に入力されたｐＨが、好適ｐＨ範囲内になれば、ポンプ１６ｃの動作を停止させる。
なお、制御部１７を設けずに、槽内ｐＨ測定部１４で測定されたｐＨに基づき、手動でポンプ１５ｃ、１６ｃの動作を切り換えるようにしてもよい。
【００２８】
酸生成槽１１には、酸生成槽１１内の温度、酸化還元電位等の条件を監視し制御する手段が設けられていることが好ましい。これらの条件は、ｐＨに比べて影響は少ないものの、ｐＨと同様に、酸生成反応の進みやすさ、メタン発酵反応の進みにくさに影響する。これらの条件について監視し、酸生成反応が進みやすく、かつメタン発酵反応が進みにくい条件となるように制御することで、メタン発酵反応が進行して有機酸の含有量が低下することを抑制できる。
【００２９】
（活性汚泥処理槽）
活性汚泥処理槽２１は、生物学的廃水処理（活性汚泥処理）を行うために微生物（活性汚泥）を充填するものである。具体的には、酸生成槽１１からの酸生成処理水に対し、好気的直接窒素ガス化細菌を用いて活性汚泥処理を行い、生物処理水および活性汚泥を含む汚泥含有処理水とするものである。
酸生成処理水には、前述のとおり、有機酸およびアンモニア態窒素が含まれる。好気的直接窒素ガス化細菌を用いた活性汚泥処理では、好気的直接窒素ガス化細菌が、酸生成処理水中の有機酸を基質として、好気的にアンモニア態窒素を直接窒素ガス化し、脱窒された酸生成処理水（生物処理水）が得られる。好気的直接窒素ガス化細菌については後で詳しく説明する。
【００３０】
活性汚泥処理槽２１には、第二の流路１３の他端が接続されており、酸生成処理水が酸生成槽１１から活性汚泥処理槽２１に供給されるようになっている。
また、活性汚泥処理槽２１には、汚泥抜出流路２５の一端が接続されている。汚泥抜出流路２５には、弁２５ａが設けられている。
汚泥抜出流路２５は、活性汚泥処理槽２１から活性汚泥を抜き出すための流路である。一般的に活性汚泥処理槽２１内の菌体濃度が高い方が、生物処理性能が高いと想定される。しかし、菌体濃度が高すぎると、膜処理の際、膜モジュール５２の閉塞可能性が高まる。そのため、菌体濃度が増加しすぎる場合、弁２５ａを開とし、汚泥抜出流路２５より活性汚泥を排出することで、菌体濃度をコントロールできる。
【００３１】
活性汚泥処理槽２１内かつ膜モジュール５２の下方には、散気装置２２が設置されている。散気装置２２は、槽内を好気条件に維持するために用いられる。また、本実施形態では、膜モジュール５２の洗浄のためにも用いられる。
散気装置２２は、空気を活性汚泥処理槽２１内に散気する散気管２２ａと、散気管２２ａに空気を供給する導入管２２ｂと、空気を送気するブロア２２ｃとを備えている。
散気管２２ａとしては、ブロア２２ｃから供給される空気を上方へ吐出できるものであれば特に限定されないが、例えば穴あきの単管やメンブレンタイプのものが挙げられる。
【００３２】
活性汚泥処理槽２１には、槽内の酸生成処理水のｐＨ、酸化還元電位、水温、アンモニア濃度等を測定する各種測定機器（いずれも図示略）が設置されていてもよい。
特に生物反応においてｐＨ制御は重要であり、槽内の酸生成処理水のｐＨが酸性化またはアルカリ化した場合には、アルカリまたは酸を添加するための装置をさらに設置し、槽内のｐＨに応じてアルカリまたは酸を活性汚泥処理槽２１に添加することが好ましい。このような装置としては、例えば槽内ｐＨ測定部１４、酸添加部１５、アルカリ添加部１６と同様の装置が挙げられる。
【００３３】
（菌体添加手段）
菌体添加手段３０は、酸生成処理水に好気的直接窒素ガス化細菌を添加する。
本実施形態の菌体添加手段３０は、活性汚泥処理槽２１内の酸生成処理水に好気的直接窒素ガス化細菌を添加する。
菌体添加手段３０は、菌体貯蔵槽３１と、菌体供給流路３２とを備える。
菌体貯蔵槽３１は、好気的直接窒素ガス化細菌を貯留するものである。
菌体供給流路３２の一端は菌体貯蔵槽３１に接続し、他端は活性汚泥処理槽２１に接続している。菌体供給流路３２には、ポンプ３２ａが設けられている。ポンプ３２ａが動作することにより、菌体貯蔵槽３１内の好気的直接窒素ガス化細菌が活性汚泥処理槽２１内に供給されるようになっている。
菌体貯蔵槽３１には、菌体貯蔵槽３１内温度を適温に維持できるように、加温または冷却機構（図示略）が備えられていることが好ましい。タンク内温度は０〜１５℃が好ましい。また、菌体貯蔵槽３１においては、好気的直接窒素ガス化細菌を菌体貯蔵槽３１内にて培養できるような手段（撹拌手段、曝気手段、培地の添加手段等。いずれも図示略）が設けられていることが好ましい。
【００３４】
好気的直接窒素ガス化細菌としては、例えば、アルカリゲネス・フェカリスＮｏ．４株（Ａｌｃａｌｉｇｅｎｅｓ  ｆａｅｃａｌｉｓ  Ｎｏ．４）（ＦＥＲＭ  Ｐ−２１８１４）、アルカリゲネス・フェカリスＯＫＫ１７株（Ａｌｃａｌｉｇｅｎｅｓ  ｆａｅｃａｌｉｓ  ＯＫＫ１７）等のアルカリゲネス属細菌；バチルス・メチロトロフィカス・ストレインＬ７（Ｂａｃｉｌｌｕｓ  ｍｅｔｈｙｌｏｔｒｏｐｈｉｃｕｓ  ｓｔｒａｉｎ  Ｌ７）等のバチルス属細菌等が挙げられる。また、上述した以外にも、好気的直接窒素ガス化細菌として、ロードコックスｓｐ．ＣＰＺ２４．（Ｒｈｏｄｏｃｏｃｃｕｓ  ｓｐ．ＣＰＺ２４．)、アグロバクテリウムｓｐ．ＬＡＤ９（Ａｇｒｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ  ｓｐ．ＬＡＤ９）、シュードモナス・ステュツェリＹＺＮ−００１（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ  ｓｔｕｔｚｅｒｉ  ＹＺＮ−００１）、プロビデンシア・レッツゲリＹＬ（Ｐｒｏｖｉｄｅｎｃｉａ  ｒｅｔｔｇｅｒｉ  ＹＬ）等を用いることができる。これらの好気的直接窒素ガス化細菌はいずれか１種を単独で用いてもよく２種以上を併用してもよい。
好気的直接窒素ガス化細菌としては、培養効率、増殖速度、脱窒効率の点で、アルカリゲネス・フェカリスＮｏ．４株が好ましい。
【００３５】
（アンモニア除去手段）
アンモニア除去手段４０は、第三の流路４１と、アンモニア除去装置４２とを備える。第三の流路４１の一端は活性汚泥処理槽２１に接続され、他端は大気開放されている。アンモニア除去装置４２は、第三の流路４１上に設けられている。
アンモニア除去手段４０は、活性汚泥処理槽２１内の酸生成処理水から飛散するアンモニアを除去するものである。
活性汚泥処理槽２１内の酸生成処理水は、前述のとおり、アンモニア態窒素を高濃度に含む。アンモニア態窒素は好気的直接窒素ガス化細菌により窒素ガス化されるが、アンモニア態窒素の一部は、ストリッピング効果により気体状のアンモニアとして酸生成処理水から飛散する。アンモニア除去手段４０は、この飛散したアンモニアを除去する。
酸生成処理水から飛散したアンモニアを含むガスは、第三の流路４１を通り、アンモニア除去装置４２に導入され、アンモニアが除去された後、大気中に放散される。
アンモニア除去装置４２としては、特に限定はないが、触媒等によるアンモニアの酸化分解装置、吸収塔によるアンモニアの吸収装置、アンモニアの燃焼装置等が挙げられる。
【００３６】
（膜モジュール）
膜モジュール５２は、活性汚泥処理槽２１で生成した、生物処理水および活性汚泥を含む汚泥含有処理水に対し、固液分離処理を行う。
膜モジュール５２は濾過膜を備え、この濾過膜により、汚泥含有処理水が生物処理水と活性汚泥とに固液分離（膜処理）される。また、本実施形態において膜モジュール５２は、活性汚泥処理槽２１内に設置されているため、活性汚泥処理槽２１内の菌体の濃縮作用による生分解処理性能の向上も期待できる。
また、膜モジュール５２には、第四の流路５３の一端が接続されている。第四の流路５３の他端は貯留槽６１に接続されている。第四の流路５３にはポンプ５３ａが設けられている。ポンプ５３ａが動作することにより、膜モジュール５２の濾過膜を透過した透過水（生物処理水）が膜モジュール５２から排出され、貯留槽６１に供給されるようになっている。
【００３７】
濾過膜としては、濾過能を有するものであれば特に限定されないが、例えば、中空糸膜、平膜、チューブラ膜、モノリス型膜等が挙げられる。これらの中でも、容積充填率が高いことから、中空糸膜が好ましい。
濾過膜として中空糸膜を用いる場合、その材質としては、例えば、セルロース、ポリオレフィン、ポリスルホン、ポリフッ化ビニリデンフロライド（ＰＶＤＦ）、ポリ四フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）等が挙げられる。これらの中でも、中空糸膜の材質としては、耐薬品性やｐＨ変化に強い点から、ＰＶＤＦ、ＰＴＦＥが好ましい。濾過膜としてモノリス型膜を用いる場合は、セラミック製の膜を用いることが好ましい。
濾過膜に形成される微細孔の平均孔径としては、一般に限外濾過膜と呼ばれる膜で０．００１〜０．１μｍ程度であり、一般に精密濾過膜と呼ばれる膜で０．１〜１μｍ程度である。本発明においては平均孔径が上記範囲内（０．００１〜１μｍ程度）である濾過膜を用いることが好ましい。
【００３８】
（貯留槽）
貯留槽６１は、固液分離処理によって活性汚泥と分離された生物処理水（透過水）を貯留する。
【００３９】
＜廃水の処理方法＞
図１に示す廃水の処理装置１を用いた廃水の処理方法では、まず、養豚場等から排出された廃水を、第一の流路１２を介して酸生成槽１１に流入させる。酸生成槽１１内には予め酸生成菌が保持されている。次いで、酸生成槽１１内を嫌気条件に維持し、酸生成菌を優先化させ、廃水に対し酸生成処理を行い、酸生成処理水とする（酸生成処理工程）。
【００４０】
次いで、第二の流路１３を介して、酸生成処理水を酸生成槽１１から活性汚泥処理槽２１へ流入させる。次いで、菌体添加手段３０により、活性汚泥処理槽２１内の酸生成処理水に好気的直接窒素ガス化細菌を添加する（菌体添加工程）。また、活性汚泥処理槽２１内の散気装置２２を作動させ、槽内を好気条件に維持し、酸生成処理水に対して活性汚泥処理を行い、汚泥含有処理水とする（活性汚泥処理工程）。
【００４１】
活性汚泥処理工程では、酸生成処理水中のアンモニア態窒素が好気的直接窒素ガス化細菌によって窒素ガス化し、酸生成処理水から窒素が除去される。このとき、酸生成処理水中の有機酸は、好気的直接窒素ガス化細菌によって消費される。また、アンモニア態窒素の一部は、ストリッピング効果により気体状のアンモニアとして酸生成処理水から飛散する。そのため、この飛散したアンモニアを含むガスを、活性汚泥処理槽２１から第三の流路４１を通じてアンモニア除去装置４２に導入し、アンモニア除去装置４２にてアンモニアを除去する（飛散アンモニア除去工程）。アンモニアが除去されたガスは、その後、大気中に放散される。
【００４２】
次いで、ポンプ５３ａを作動させ、膜モジュール５２内を減圧することによって、活性汚泥処理槽２１内の汚泥含有処理水に対して固液分離処理を行う（分離工程）。本実施形態では、分離工程は活性汚泥処理槽２１内にて行われる。
固液分離の際、散気装置２２から空気を膜モジュール５２に導入することによって、膜モジュール５２の濾過膜の表面をエアスクラビングにより洗浄しながら、効率よく活性汚泥と生物処理水とを固液分離することができる。
膜モジュール５２の濾過膜を透過した生物処理水（透過水）は、膜モジュール５２から第四の流路５３を介して貯留槽６１へ供給され、貯留される。
【００４３】
酸生成処理工程は、酸生成反応が進みやすく、かつメタン発酵反応が進みにくい条件で行うことが好ましい。メタン発酵反応では、酸生成反応で生じた有機酸がさらに分解され、好気的直接窒素ガス化細菌の基質となる有機酸の含有量が低下する。
酸生成反応が進みやすさ、メタン発酵反応の進みにくさに影響する条件としては、ｐＨ、温度等が挙げられる。特にｐＨの影響は大きい。
【００４４】
酸生成反応におけるｐＨは、前述の通り、５以上８未満の範囲内が好適であり、５．５以上６．５以下の範囲内が最適である。ｐＨが８未満であれば、メタン発酵反応が進みにくい。ｐＨが５以上であれば、酸生成菌がダメージを受けにくい。
したがって、酸生成処理工程では、酸生成槽１１内の廃水のｐＨを５以上８未満の範囲内、特に５．５以上６．５以下の範囲内に維持することが好ましい。
前記ｐＨを前記範囲内とするために、酸生成処理工程では、例えば、槽内ｐＨ測定部１４により酸生成槽１１内の廃水のｐＨを常時測定し、必要に応じて酸又はアルカリを添加する。
【００４５】
酸生成反応における温度（酸生成槽１１内の温度）は、典型的には、２０℃以上４０℃未満であり、２５〜３７℃が好ましい。温度が２０℃未満であると、活性がなくなることがあり、４０℃以上であると、菌が死滅することがある。
【００４６】
菌体添加工程において、好気的直接窒素ガス化細菌の添加量は、窒素除去性能や菌体沈降分離等の観点から、酸生成処理水の体積当たりの好気的直接窒素ガス化細菌の乾燥質量濃度が、２，０００〜２０，０００ｍｇ／Ｌとなる量が好ましい。
【００４７】
活性汚泥処理工程において、活性汚泥処理槽２１内の菌体濃度は、ＭＬＳＳ（Ｍｉｘｅｄ  Ｌｉｑｕｏｒ  Ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ  Ｓｏｌｉｄ）濃度として、２０００〜２００００ｍｇ／Ｌが好ましく、５０００〜１００００ｍｇ／Ｌが好ましい。
活性汚泥処理槽２１内のｐＨは、７〜９が好ましい。
活性汚泥処理槽２１内の温度は、２０〜３５℃が好ましい。
【００４８】
＜作用効果＞
以上説明した本発明の第一実施形態の廃水の処理装置および廃水の処理方法にあっては、廃水に対して酸生成処理を行い、得られた酸生成処理水に対して好気的直接窒素ガス化細菌を用いた活性汚泥処理を行う。酸生成処理水は、メタン発酵処理水に比べて、好気的直接窒素ガス化細菌の良好な基質となる有機酸の含有量が多い。そのため、活性汚泥処理の際、追加で有機酸を添加しなくても、好気的直接窒素ガス化細菌を効率的に作用させることができ、効率的に窒素除去を行うことができる。
したがって、活性汚泥処理で生じた汚泥含有処理水に対する固液分離処理により得られる生物処理水は、充分に窒素含有量が少ないものとなる。
【００４９】
特に、本実施形態では、固液分離処理に用いられる分離手段が、活性汚泥処理槽２１内に設けられた膜モジュール５２（膜分離手段）であるため、活性汚泥処理槽２１から好気的直接窒素ガス化細菌が流出しにくく、活性汚泥処理槽内の菌体量を充分に維持できる。したがって、好気的直接窒素ガス化細菌をより効率的に作用させることができ、窒素除去の効率がより優れる。
また、本実施形態では、アンモニア除去手段４０によって酸生成処理水から飛散したアンモニアを除去するようにしている。そのため、飛散したアンモニアが酸生成処理水に再度溶解してアンモニア態窒素の濃度が高まることを抑制でき、窒素除去の効率がより優れる。
【００５０】
「第二実施形態」
＜廃水の処理装置＞
図２は、本発明の第二実施形態の廃水の処理装置２の概略構成図である。なお、以下に示す実施形態においては、第一実施形態と同じ構成要素には同一の符号を付して、その説明を省略する。
本実施形態の廃水の処理装置２は、酸生成槽１１と、活性汚泥処理槽２１と、菌体添加手段３０と、アンモニア除去手段４０と、膜分離手段５０と、汚泥返送手段５５と、貯留槽６１とを備える。活性汚泥処理槽２１は酸生成槽１１の後段に設けられている。菌体添加手段３０およびアンモニア除去手段４０はそれぞれ活性汚泥処理槽２１に設けられている。膜分離手段５０は活性汚泥処理槽２１の後段に設けられている。汚泥返送手段５５は、膜分離手段５０と活性汚泥処理槽２１とを連絡している。貯留槽６１は膜分離手段５０の後段に設けられている。
膜分離手段５０は、膜分離槽５１と、膜分離槽５１内に設置された膜モジュール５２と、膜モジュール５２の下方に設置された、膜洗浄用の散気装置５４とを備える。
【００５１】
（酸生成槽）
本実施形態の酸生成槽１１は、第一実施形態の酸生成槽１１と同じである。
【００５２】
（活性汚泥処理槽）
本実施形態の活性汚泥処理槽２１は、槽内に膜モジュール５２が設けられていない点、第五の流路２７の一端が接続されている点、および汚泥返送手段５５の汚泥返送流路５５ａの一端が接続されている点以外は、第一実施形態の活性汚泥処理槽２１と同じである。第五の流路２７の他端は、膜分離手段５０の膜分離槽５１に接続されている。
第五の流路２７は、活性汚泥処理槽２１内の活性汚泥含有水を膜分離槽５１に流入させるための流路である。
【００５３】
（菌体添加手段）
本実施形態の菌体添加手段３０は、第一実施形態の菌体添加手段３０と同じである。
【００５４】
（アンモニア除去手段）
本実施形態のアンモニア除去手段４０は、第一実施形態のアンモニア除去手段４０と同じである。
【００５５】
（膜分離手段）
膜分離槽５１は、活性汚泥処理槽２１から送られた、活性汚泥および生物処理水を含む汚泥含有処理水を溜めるものである。
本実施形態の膜モジュール５２は、第一実施形態の膜モジュール５２と同じである。
散気装置５４は、空気を膜分離槽５１内に散気する散気管５４ａと、散気管５４ａに空気を供給する導入管５４ｂと、空気を送気するブロア５４ｃとを備えている。散気管５４ａとしては、第一実施形態の散気装置２２の散気管２２ａと同様のものが挙げられる。
【００５６】
（汚泥返送手段）
汚泥返送手段５５は、膜分離手段５０で分離した活性汚泥の一部を膜分離手段５０から活性汚泥処理槽２１に返送する。
汚泥返送手段５５は、汚泥返送流路５５ａと、汚泥返送流路５５ａに設けられたポンプ５５ｂとを備える。汚泥返送流路５５ａは、膜分離槽５１内の汚泥含有処理水の一部を膜分離槽５１から排出し、活性汚泥処理槽２１に流入（供給）させるための流路である。ポンプ５５ｂを動作させることにより、膜分離槽５１内の汚泥含有処理水の一部を膜分離槽５１から活性汚泥処理槽２１に返送できるようになっている。
【００５７】
（貯留槽）
本実施形態の貯留槽６１は、第一実施形態の貯留槽６１と同じである。
【００５８】
＜廃水の処理方法＞
図２に示す廃水の処理装置２を用いた廃水の処理方法では、まず、養豚場等から排出された廃水を、第一の流路１２を介して酸生成槽１１に流入させる。酸生成槽１１内には予め酸生成菌が保持されている。次いで、酸生成槽１１内を嫌気条件に維持し、廃水に対し酸生成処理を行い、酸生成処理水とする（酸生成処理工程）。
【００５９】
次いで、第二の流路１３を介して、酸生成処理水を酸生成槽１１から活性汚泥処理槽２１へ流入させる。次いで、菌体添加手段３０により、活性汚泥処理槽２１内の酸生成処理水に好気的直接窒素ガス化細菌を添加する（菌体添加工程）。また、活性汚泥処理槽２１内の散気装置２２を作動させ、槽内を好気条件に維持し、酸生成処理水に対して活性汚泥処理を行い、汚泥含有処理水とする（活性汚泥処理工程）。
【００６０】
活性汚泥処理工程では、前述のように、アンモニア態窒素の一部がストリッピング効果により気体状のアンモニアとして酸生成処理水から飛散する。そのため、この飛散したアンモニアを含むガスを、活性汚泥処理槽２１から第三の流路４１を通じてアンモニア除去装置４２に導入し、アンモニア除去装置４２にてアンモニアを除去する（飛散アンモニア除去工程）。アンモニアが除去されたガスは、その後、大気中に放散される。
【００６１】
次いで、活性汚泥処理された酸生成処理水（生物処理水）を活性汚泥と共に汚泥含有処理水として第五の流路２７を介して膜分離槽５１に流入させる。ポンプ５３ａを作動させ、膜モジュール５２内を減圧にすることによって、膜分離槽５１内の汚泥含有処理水に対して固液分離処理を行う（分離工程）。
固液分離の際、散気装置５４から空気を膜モジュール５２に導入することによって、膜モジュール５２の濾過膜の表面をエアスクラビングにより洗浄しながら、効率よく固液分離を行うことができる。
また、膜分離槽５１内の活性汚泥含有水の一部を汚泥返送手段５５によって活性汚泥処理槽２１に返送する（汚泥返送工程）。
膜モジュール５２の濾過膜を透過した生物処理水（透過水）は、膜モジュール５２から第四の流路５３を介して貯留槽６１へ供給され、貯留される。
【００６２】
酸生成処理工程、菌体添加工程、活性汚泥処理工程それぞれにおける好ましい条件は、第一実施形態の廃水の処理方法と同じである。
汚泥返送工程において、膜分離手段５０から活性汚泥処理槽２１への返送汚泥量は、一般的に、処理水量の１〜５倍とすることが好ましい。
【００６３】
＜作用効果＞
以上説明した本発明の第二実施形態の廃水の処理装置および廃水の処理方法にあっては、廃水に対して酸生成処理を行い、得られた酸生成処理水に対して好気的直接窒素ガス化細菌を用いた活性汚泥処理を行うため、第一実施形態と同様に、活性汚泥処理の際、追加で有機酸を添加しなくても、好気的直接窒素ガス化細菌を効率的に作用させることができ、効率的に窒素除去を行うことができる。
【００６４】
また、本実施形態では、固液分離処理が、活性汚泥処理槽２１の後段の膜分離槽５１内にて行われるため、固液分離処理が活性汚泥処理槽２１内で行われる場合に比べて、菌体量の維持、処理水質の安定化が容易である利点がある。
特に、本実施形態では、膜分離槽５１内の活性汚泥の一部を活性汚泥処理槽２１に返送する汚泥返送手段を備えるため、活性汚泥処理槽２１内の菌体量を充分に維持できる。したがって、好気的直接窒素ガス化細菌をより効率的に作用させることができ、窒素除去の効率がより優れる。
また、本実施形態では、アンモニア除去手段４０によって酸生成処理水から飛散したアンモニアを除去するようにしている。そのため、飛散したアンモニアが酸生成処理水に再度溶解してアンモニア態窒素の濃度が高まることを抑制でき、窒素除去の効率がより優れる。
【００６５】
「第三実施形態」
＜廃水の処理装置＞
図３は、本発明の第三実施形態の廃水の処理装置３の概略構成図である。
本実施形態の廃水の処理装置３は、酸生成槽１１と、中和槽７１と、活性汚泥処理槽２１と、菌体添加手段３０と、アンモニア除去手段４０と、膜モジュール５２（膜分離手段）と、貯留槽６１とを備える。中和槽７１は、酸生成槽１１の後段に設けられている。活性汚泥処理槽２１は中和槽７１の後段に設けられている。菌体添加手段３０およびアンモニア除去手段４０はそれぞれ活性汚泥処理槽２１に設けられている。膜モジュール５２は活性汚泥処理槽２１内に設けられている。貯留槽６１は活性汚泥処理槽２１の後段に設けられている。
【００６６】
（酸生成槽）
本実施形態の酸生成槽１１は、第一実施形態の酸生成槽１１と同じである。
【００６７】
（中和槽）
中和槽７１は、酸生成槽１１からの酸生成処理水に対して中和処理を行う。
酸生成処理における好適なｐＨは前記のとおり５以上８未満である。一方、好気的直接窒素ガス化細菌を用いた活性汚泥処理における好適なｐＨは７〜９であり、このｐＨが低すぎると、好気的直接窒素ガス化細菌によるアンモニア態窒素の窒素ガス化効果が充分ではない。そこで、酸生成処理水のｐＨが、活性汚泥処理における好適なｐＨに対して低すぎる場合には、中和槽７１で酸生成処理水に対して中和処理し、そのｐＨを、活性汚泥処理における好適なｐＨの範囲内に調整する。
【００６８】
中和槽７１には、第二の流路１３の他端と、第六の流路７２の一端とが接続されている。第六の流路７２の他端は活性汚泥処理槽２１に接続されている。
本実施形態において、第二の流路１３は、酸生成槽１１で生成した酸生成処理水を後段の中和槽７１に供給するための流路である。
第六の流路７２は、中和槽７１で必要に応じて中和処理された酸生成処理水を後段の活性汚泥処理槽２１に流入させるための流路である。
【００６９】
また、中和槽７１には、槽内ｐＨ測定部７４、酸添加部７５、アルカリ添加部７６が設けられている。また、槽内ｐＨ測定部７４、酸添加部７５およびアルカリ添加部７６はそれぞれ、制御部７７に接続されている。
槽内ｐＨ測定部７４、酸添加部７５およびアルカリ添加部７６は、中和槽７１内のｐＨを監視し制御するための手段である。
【００７０】
槽内ｐＨ測定部７４は、中和槽７１内の酸生成処理水のｐＨを測定する。槽内ｐＨ測定部７４としては、各種のｐＨ測定装置を使用できる。
酸添加部７５は、中和槽７１に酸を添加する。酸添加部７５は、酸貯蔵タンク７５ａと、酸供給流路７５ｂと、酸供給流路７５ｂに設けられたポンプ７５ｃとを備える。ポンプ７５ｃが動作することにより、酸貯蔵タンク７５ａ内の酸（酸溶液等）が中和槽７１に添加されるようになっている。
アルカリ添加部７６は、中和槽７１にアルカリを添加する。アルカリ添加部７６は、アルカリ貯蔵タンク７６ａと、アルカリ供給流路７６ｂと、アルカリ供給流路７６ｂに設けられたポンプ７６ｃとを備える。ポンプ７６ｃが動作することにより、アルカリ貯蔵タンク７６ａ内のアルカリ（アルカリ溶液等）が中和槽７１に添加されるようになっている。
【００７１】
制御部７７は、槽内ｐＨ測定部７４で測定されたｐＨに基づいて酸添加部７５およびアルカリ添加部７６を制御し、中和槽７１内の酸生成処理水のｐＨを６〜９の範囲内、好ましくは７〜９の範囲内に維持するように構成されている。
制御部７７は、例えばＣＰＵ等の演算処理装置を備えるものであってよい。
制御部７７の動作は、ｐＨの範囲が異なる以外は、制御部１７の動作と同様である。
なお、制御部７７を設けずに、槽内ｐＨ測定部７４で測定されたｐＨに基づき、手動でポンプ７５ｃ、７６ｃの動作を切り換えるようにしてもよい。
【００７２】
（活性汚泥処理槽）
本実施形態の活性汚泥処理槽２１は、第二の流路１３の代わりに第六の流路７２の一端が接続されている点以外は、第一実施形態の活性汚泥処理槽２１と同じである。
【００７３】
（菌体添加手段）
本実施形態の菌体添加手段３０は、第一実施形態の菌体添加手段３０と同じである。
【００７４】
（アンモニア除去手段）
本実施形態のアンモニア除去手段４０は、第一実施形態のアンモニア除去手段４０と同じである。
【００７５】
（膜モジュール）
本実施形態の膜モジュール５２は、第一実施形態の膜モジュール５２と同じである。
【００７６】
（貯留槽）
本実施形態の貯留槽６１は、第一実施形態の貯留槽６１と同じである。
【００７７】
＜廃水の処理方法＞
図３に示す廃水の処理装置３を用いた廃水の処理方法では、まず、養豚場等から排出された廃水を、第一の流路１２を介して酸生成槽１１に流入させる。酸生成槽１１内には予め酸生成菌が保持されている。次いで、酸生成槽１１内を嫌気条件に維持し、廃水に対し酸生成処理を行い、酸生成処理水とする（酸生成処理工程）。
次いで、第二の流路１３を介して、酸生成処理水を酸生成槽１１から中和槽７１へ流入させる。次いで、酸生成処理水に対して中和処理を行う（中和工程）。
【００７８】
次いで、第六の流路７２を介して、中和処理された酸生成処理水を中和槽７１から活性汚泥処理槽２１へ流入させる。次いで、菌体添加手段３０により、活性汚泥処理槽２１内の酸生成処理水に好気的直接窒素ガス化細菌を添加する（菌体添加工程）。また、活性汚泥処理槽２１内の散気装置２２を作動させ、槽内を好気条件に維持し、酸生成処理水に対して活性汚泥処理を行い、汚泥含有処理水とする（活性汚泥処理工程）。
【００７９】
活性汚泥処理工程では、前述のように、アンモニア態窒素の一部がストリッピング効果により気体状のアンモニアとして酸生成処理水から飛散するため、この飛散したアンモニアを含むガスを、活性汚泥処理槽２１から第三の流路４１を通じてアンモニア除去装置４２に導入し、アンモニア除去装置４２にてアンモニアを除去する（飛散アンモニア除去工程）。アンモニアが除去されたガスは、その後、大気中に放散される。
【００８０】
次いで、ポンプ５３ａを作動させ、膜モジュール５２内を減圧することによって、活性汚泥処理槽２１内の汚泥含有処理水に対して固液分離処理を行う（分離工程）。本実施形態では、分離工程は活性汚泥処理槽２１内にて行われる。
固液分離の際、散気装置２２から空気を膜モジュール５２に導入することによって、膜モジュール５２の濾過膜の表面をエアスクラビングにより洗浄しながら、効率よく活性汚泥と生物処理水とを固液分離することができる。
膜モジュール５２の濾過膜を透過した生物処理水（透過水）は、膜モジュール５２から第四の流路５３を介して貯留槽６１へ供給され、貯留される。
【００８１】
酸生成処理工程、菌体添加工程、活性汚泥処理工程それぞれにおける好ましい条件は、第一実施形態の廃水の処理方法と同じである。
【００８２】
＜作用効果＞
以上説明した本発明の第三実施形態の廃水の処理装置および廃水の処理方法にあっては、廃水に対して酸生成処理を行い、得られた酸生成処理水に対して好気的直接窒素ガス化細菌を用いた活性汚泥処理を行うため、第一実施形態と同様に、活性汚泥処理の際、追加で有機酸を添加しなくても、好気的直接窒素ガス化細菌を効率的に作用させることができ、効率的に窒素除去を行うことができる。
【００８３】
特に、本実施形態では、活性汚泥処理の前に酸生成処理水に対して中和処理を行うため、活性汚泥処理を好適なｐＨで行うことができ、窒素除去の効率がより優れる。
また、本実施形態では、固液分離処理に用いられる分離手段が、活性汚泥処理槽２１内に設けられた膜モジュール５２（膜分離手段）であるため、活性汚泥処理槽２１から好気的直接窒素ガス化細菌が流出しにくく、活性汚泥処理槽内の菌体量を充分に維持できる。したがって、好気的直接窒素ガス化細菌をより効率的に作用させることができ、窒素除去の効率がより優れる。
また、本実施形態では、アンモニア除去手段４０によって酸生成処理水から飛散したアンモニアを除去するようにしている。そのため、飛散したアンモニアが酸生成処理水に再度溶解してアンモニア態窒素の濃度が高まることを抑制でき、窒素除去の効率がより優れる。
【００８４】
「他の実施形態」
本発明の廃水の処理装置および廃水の処理方法は、上述した実施形態に限定されない。
例えば、第一実施形態〜第三実施形態において、好気的直接窒素ガス化細菌は、第一の流路１２を流れる廃水に添加されてもよい。第三実施形態において、好気的直接窒素ガス化細菌は、中和槽７１内の酸生成処理水または第六の流路７２を流れる酸生成処理水に添加されてもよい。
酸生成処理水に、酢酸等の有機酸が添加されてもよい。有機酸は、酸型でもよく塩型（ナトリウム塩等）でもよい。ただし、本発明においては、有機酸を添加しなくても、好気的直接窒素ガス化細菌によるアンモニア態窒素の窒素ガス化効果を充分に発揮させることができる。
【００８５】
固液分離処理に用いられる分離手段は、膜分離手段に限定されず、膜分離手段以外の分離手段であってもよい。例えば第二実施形態における膜分離手段５０の代わりに、沈降槽を用いてもよい。好気的直接窒素ガス化細菌の菌濃度維持の点では、膜分離手段が好ましい。
第一実施形態〜第三実施形態において、酸生成槽１１の上流に原水貯留槽を設け、廃水を酸生成処理する前に一旦貯留してもよい。廃水を酸生成処理する前に貯留しておくことで、原水水量または原水水質の変動を均一化することができる。
【実施例】
【００８６】
以下、本発明を実施例により更に詳しく説明する。ただし、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００８７】
「実施例１〜４、比較例１〜２」
酵素製造廃水の嫌気処理（酸生成処理またはメタン発酵処理）で生じた嫌気処理水（有機酸含有量が異なる２種の酸生成処理水およびメタン発酵処理水）を使用して、以下のような検討を行った。
下記の試験方法で、表１に示す試験条件で、好気的直接窒素ガス化細菌による窒素除去性能を評価する試験を行った。
各試験条件は、評価対象とする嫌気処理水の種類、嫌気処理水に対する酢酸ナトリウム（有機酸）の添加の有無を変えたものである。
使用した嫌気処理水における有機酸含有量（プロピオン酸、酪酸および酢酸の合計量）、アンモニア態窒素の含有量はそれぞれ以下のとおりであった。
酸生成処理水Ａ：有機酸含有量３８００ｍｇ／Ｌ、アンモニア態窒素の含有量１０００ｍｇ／Ｌ。
酸生成処理水Ｂ：有機酸含有量４００ｍｇ／Ｌ、アンモニア態窒素の含有量１０００ｍｇ／Ｌ。
メタン発酵処理水：有機酸含有量０ｍｇ／Ｌ、アンモニア態窒素の含有量１０００ｍｇ／Ｌ。
【００８８】
（試験方法）
１Ｌの三角フラスコに、嫌気処理水を３５０ｍＬ採取し、好気的直接窒素ガス化細菌を添加した。試験条件に応じて、酢酸ナトリウムを添加した。酢酸ナトリウムを添加する場合（有機酸の後添加ありの場合）、その添加量は、２０００ｍｇ／Ｌとした。
次いで、振とう時間４８時間、温度２５℃、振とう速度１２０ｒｐｍの条件でフラスコを振とうさせた。好気的直接窒素ガス化細菌としては、特開２００２−１９９８７５号公報に記載の通り培養したアルカリゲネス・フェカリスＮｏ．４株（ＦＥＲＭ  Ｐ−２１８１４）を添加した。
４８時間の振とう後、フラスコ内の液（生物処理水）をサンプリングし、下記の測定方法により全窒素濃度を測定した。測定結果から、下記式により全窒素（ＴＮ）除去率を算出した。
ＴＮ除去率（％）＝（嫌気処理水の全窒素濃度−生物処理水の全窒素濃度）
【００８９】
（全窒素濃度の測定方法）
全窒素濃度は、全有機体炭素分析装置（株式会社三菱化学アナリテック製、「ＴＯＣ−３００Ｖ」）の後段に接続した、窒素検出器（株式会社三菱化学アナリテック製、「ＮＤ−２１０型」）を用いて測定した。本装置の測定方法は、酸化分解−化学発光法（減圧法）とした。
【００９０】
表１に試験結果を示す。
【００９１】
【表１】
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【００９２】
有機酸の後添加を行わなかった実施例１〜２および比較例１の対比から、酸生成処理水に対して好気的直接窒素ガス化細菌による処理を行った実施例１〜２においては、メタン発酵処理水に対して好気的直接窒素ガス化細菌による処理を行った比較例１に比べて、優れた窒素除去性能（好気的直接窒素ガス化細菌によるアンモニア態窒素の窒素ガス化効果）が得られたことがわかる。
有機酸の後添加を行った実施例３〜４および比較例２の対比においても同様の傾向が見られた。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
以上説明したように、前段に嫌気処理、後段に好気的直接窒素ガス化細菌を利用した活性汚泥処理を行う廃水処理の場合、嫌気処理において、特開２０１４−５０７６７号公報に記載のようにメタン発酵反応まで反応を進行させるのではなく、有機酸を有機酸まで分解する酸生成反応までの反応を行うことにより、好気的直接窒素ガス化細菌の基質となる有機酸が後段の活性汚泥処理槽に供給されることとなり、好気的直接窒素ガス化細菌効率的を効率よく作用させることが可能となる。
【００９４】
したがって、本発明によれば、特開２０１４−５０７６７号公報に記載の方法に比べて、好気的直接窒素ガス化細菌を有効に作用させることが可能であり、生物反応効率も向上させることできる。さらに、従来のメタン発酵において主流である、酸生成槽、メタン発酵槽の二相式処理装置を用いた嫌気処理が、酸生成槽のみの一相式処理装置で処理可能となり、それによって装置のコンパクト化、好気的直接窒素ガス化細菌の活性向上のための有機酸添加量の削減によるランニングコスト削減効果も期待できる。
【符号の説明】
【００９５】
１  廃水の処理装置、２  廃水の処理装置、３  廃水の処理装置、１１  酸生成槽、１２  第一の流路、１３  第二の流路、１３ａ  ポンプ、１４  槽内ｐＨ測定部、１５  酸添加部、１５ａ  酸貯蔵タンク、１５ｂ  酸供給流路、１５ｃ  ポンプ、１６  アルカリ添加部、１６ａ  アルカリ貯蔵タンク、１６ｂ  アルカリ供給流路、１６ｃ  ポンプ、１７  制御部、２１  活性汚泥処理槽、２２  散気装置、２２ａ  散気管、２２ｂ  導入管、２２ｃ  ブロア、２５  汚泥抜出流路、２５ａ  弁、２７  第五の流路、３０  菌体添加手段、３１  菌体貯蔵槽、３２  菌体供給流路、３２ａ  ポンプ、４０  アンモニア除去手段、４１  第三の流路、４２  アンモニア除去装置、５０  膜分離手段、５１  膜分離槽、５２  膜モジュール、５３  第四の流路、５３ａ  ポンプ、５４  散気装置、５４ａ  散気管、５４ｂ  導入管、５４ｃ  ブロア、５５  汚泥返送手段、５５ａ  汚泥返送流路、５５ｂ  ポンプ、６１  貯留槽、７１  中和槽、７２  第六の流路、７４  槽内ｐＨ測定部、７５  酸添加部、７５ａ  酸貯蔵タンク、７５ｂ  酸供給流路、７５ｃ  ポンプ、７６  アルカリ添加部、７６ａ  アルカリ貯蔵タンク、７６ｂ  アルカリ供給流路、７６ｃ  ポンプ、７７  制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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