(57)【要約】      （修正有）【課題】廃水に含まれるアンモニア性窒素を生物学的に酸化して亜硝酸性窒素を生成する亜硝酸型の硝化処理において、硝酸性窒素の生成を抑制し、亜硝酸性窒素の濃度を安定させることができる窒素処理方法の提供。【解決手段】被処理水に含まれるアンモニア性窒素を微生物汚泥２，７によって酸化して亜硝酸性窒素を生成する硝化処理工程を含み、硝化処理工程におけるアンモニア性窒素の容積負荷を０．３ｋｇ−Ｎ／ｍ３・日以上５ｋｇ−Ｎ／ｍ３・日以下の高負荷とし、硝化処理工程において、被処理水のｐＨをｐＨ８以上ｐＨ１０以下に調整する処理、及び、微生物を殺菌又は静菌する不活化操作を微生物汚泥に加える処理のうち、少なくとも一方を行う、窒素処理方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃水に含まれる窒素成分を生物学的に処理する窒素処理方法であって、
被処理水に含まれるアンモニア性窒素を微生物汚泥によって酸化して亜硝酸性窒素を生成する硝化処理工程を含み、
前記硝化処理工程における前記アンモニア性窒素の容積負荷を０．３ｋｇ−Ｎ／ｍ３・日以上５ｋｇ−Ｎ／ｍ３・日以下の高負荷とし、
前記硝化処理工程において、前記被処理水のｐＨをｐＨ８以上ｐＨ１０以下に調整する処理、及び、微生物を殺菌又は静菌する不活化操作を前記微生物汚泥に加える処理のうち、少なくとも一方を行う窒素処理方法。
【請求項２】
廃水に含まれる窒素成分を生物学的に処理する窒素処理方法であって、
被処理水に含まれるアンモニア性窒素を微生物汚泥によって酸化して亜硝酸性窒素を生成する硝化処理工程を含み、
前記微生物汚泥は、固定化されており、
前記硝化処理工程における前記アンモニア性窒素の担体負荷を３ｋｇ−Ｎ／ｍ３−担体・日以上１００ｋｇ−Ｎ／ｍ３−担体・日以下の高負荷とし、
前記硝化処理工程において、前記被処理水のｐＨをｐＨ８以上ｐＨ１０以下に調整する処理、及び、微生物を殺菌又は静菌する不活化操作を前記微生物汚泥に加える処理のうち、少なくとも一方を行う窒素処理方法。
【請求項３】
前記微生物汚泥が、担体の内部に包括固定化されている状態、担体の表面に包括固定化されている状態、担体に付着固定化されている状態、又は、自己造粒によるグラニュールを形成している状態である請求項１又は請求項２に記載の窒素処理方法。
【請求項４】
ｐＨを調整する前記処理が、前記被処理水の処理中に連続的に行われる請求項１又は請求項２に記載の窒素処理方法。
【請求項５】
ｐＨを調整する前記処理が、前記被処理水の処理中に間欠的に行われる請求項１又は請求項２に記載の窒素処理方法。
【請求項６】
前記硝化処理工程において、ｐＨを調整する前記処理を少なくとも行い、
ｐＨを調整する前記処理が、前記被処理水のｐＨをｐＨ８．５以上ｐＨ９．５以下に調整する処理である請求項１又は請求項２に記載の窒素処理方法。
【請求項７】
前記不活化操作が、酸、アルカリ、有機溶媒、殺菌剤、高塩濃度溶液、アンモニア溶液、若しくは、亜硝酸溶液に前記微生物汚泥を接触させる操作、又は、加熱殺菌、放射線殺菌、ガス殺菌、若しくは、物理的殺菌を前記微生物汚泥に施す操作である請求項１又は請求項２に記載の窒素処理方法。
【請求項８】
前記硝化処理工程において、不活化操作を加える前記処理を少なくとも行い、
前記亜硝酸性窒素の生成量が、前記不活化操作を加える前記微生物汚泥の生物量の調節、前記不活化操作における殺菌作用又は静菌作用の強度の調節、及び、間欠的に施す前記不活化操作の時間間隔の調節のうち、一以上によって調整される請求項１又は請求項２に記載の窒素処理方法。
【請求項９】
前記不活化操作が、加熱殺菌を前記微生物汚泥に施す操作であり、
加熱の温度が、３０℃以上９０℃以下である請求項１又は請求項２に記載の窒素処理方法。
【請求項１０】
前記微生物汚泥が、担体の内部に包括固定化されている状態、又は、担体の表面に包括固定化されている状態であり、
前記不活化操作が、加熱殺菌を前記微生物汚泥に施す操作であり、
加熱の温度が、５０℃以上７０℃以下である請求項１又は請求項２に記載の窒素処理方法。
【請求項１１】
前記不活化操作が、加熱殺菌を前記微生物汚泥に施す操作であり、
加熱の時間が、１時間以上２週間以内である請求項１又は請求項２に記載の窒素処理方法。
【請求項１２】
前記硝化処理工程において、前記被処理水は、アンモニア性窒素の濃度と亜硝酸性窒素の濃度との比が１：１〜１：１．５となる溶存酸素濃度に調整される請求項１又は請求項２に記載の窒素処理方法。
【請求項１３】
前記硝化処理工程で処理される前記被処理水の全窒素の濃度が１０ｍｇ／Ｌ以上１５０ｍｇ／Ｌ以下である請求項１又は請求項２に記載の窒素処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃水の窒素処理方法に係り、特に、廃水に含まれているアンモニア性窒素を生物学的に酸化して亜硝酸性窒素を生成する窒素処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒素成分を含む廃水は、閉鎖性水域の富栄養化を招き、水質汚染を引き起こす一因となっている。そのため、一部の下水処理施設や廃水処理施設では、廃水に含まれている窒素成分を微生物を利用して分解除去する窒素処理が行われている。
【０００３】
従来、窒素成分を含む廃水を生物学的に窒素処理する方法としては、硝化処理と脱窒処理とを組み合わせて行う硝化脱窒処理が広く用いられてきた。硝化脱窒処理では、被処理水中に含まれているアンモニア性窒素が硝化細菌によって硝酸性窒素にまで酸化された後、硝酸性窒素が脱窒細菌によって分子状窒素に変換されている。
【０００４】
一方、近年では、嫌気性アンモニア酸化（アナモックス（ＡＮＡＭＭＯＸ：Anaerobic Ammonium Oxidation））法の実用化も進められている。嫌気性アンモニア酸化法は、アンモニアと亜硝酸とを嫌気性アンモニア酸化細菌によって共脱窒する方法である。嫌気性アンモニア酸化法によると、被処理水中のアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素とが、嫌気性アンモニア酸化反応によって、分子状窒素と若干の硝酸性窒素とに変換される。
【０００５】
嫌気性アンモニア酸化反応は、独立栄養性である嫌気性アンモニア酸化細菌がアンモニアを水素供与体として行う反応であるため、メタノール等の有機物を供給する必要が無く、運転コストが抑制される利点がある。また、亜硝酸性窒素を硝酸性窒素にまで酸化する必要が無いため、曝気に関わるコストも削減される。また、嫌気性アンモニア酸化細菌は高い脱窒速度を示す一方で増殖量が少ないため、処理効率を損なわず設備規模を縮小することが可能であり、余剰汚泥の量が少なくなるという利点もある。
【０００６】
窒素成分を含む廃水は、多くの場合、アンモニア性窒素を含有している。一方、嫌気性アンモニア酸化反応では、アンモニウムイオンと亜硝酸イオンとが約１：１．３の比率で反応する。そのため、嫌気性アンモニア酸化法では、アンモニア性窒素の一部を亜硝酸性窒素にまで酸化させておく亜硝酸型硝化が、嫌気性アンモニア酸化反応の前に予め行われている。
【０００７】
嫌気性アンモニア酸化法による窒素処理の方式は、亜硝酸型硝化と嫌気性アンモニア酸化とを一槽で行う単槽式と、亜硝酸型硝化を行うアンモニア酸化槽と嫌気性アンモニア酸化を行うアナモックス反応槽を用いる二槽式とに大別される。
【０００８】
単槽式としては、低酸素濃度に制限した曝気の下で行うＣＡＮＯＮ法、低酸素濃度の条件に制限して行うＯＬＡＮＤ法、硝化細菌群を付着固定化した担体の内部に嫌気性アンモニア酸化細菌を増殖させて行うＳＮＡＰ法、半回分方式で行うＳＢＲ法等がある。
【０００９】
また、二槽式としては、被処理水の全量をアンモニア酸化槽に導入してアンモニア性窒素の一部を部分亜硝酸化するワンパス式や、被処理水の一部をアンモニア酸化槽に導入してアンモニア性窒素の全部を亜硝酸化し、残部を迂回させてから合流させるバイパス式がある。
【００１０】
一般に、亜硝酸型硝化には、硝化細菌群を含む微生物汚泥が用いられている。硝化細菌群は、通常、アンモニア性窒素を亜硝酸性窒素にまで酸化するアンモニア酸化細菌（ammonium oxidizing bacteria：ＡＯＢ）と、亜硝酸性窒素を硝酸性窒素にまで酸化する亜硝酸酸化細菌（nitrate oxidizing bacteria：ＮＯＢ）との混成である。そのため、いずれの処理方式においても、亜硝酸型硝化の進行を制御し、アンモニア性窒素の酸化を亜硝酸性窒素までの部分酸化に留め、亜硝酸性窒素の生成量ないし生成速度を維持しながら運転を行うことが求められる。
【００１１】
従来、硝化細菌群を用いた亜硝酸型硝化は、亜硝酸性窒素の濃度を安定に維持して運転を続けるのが容易でないことが知られている。通常の水質では、亜硝酸酸化細菌が増殖し易いため、多くの場合、アンモニア酸化細菌が生成した亜硝酸性窒素が硝酸性窒素にまで速やかに酸化され、亜硝酸性窒素までの部分酸化に留めることが困難である。そこで、亜硝酸性窒素の濃度を制御する手法について、種々の検討がなされている。
【００１２】
例えば、特許文献１には、硝化槽の曝気風量を調節して硝化を亜硝酸型に制御する硝化方法が開示されている。また、特許文献２には、硝化槽を第一硝化槽と第二硝化槽の２槽に分けて、第一硝化槽の被処理水の遊離アンモニア濃度が亜硝酸酸化細菌の活性を阻害する濃度以上となるように第一硝化槽の硝化条件を維持するアンモニア性窒素含有排水の硝化方法が開示されている。
【００１３】
また、特許文献３には、アンモニア酸化細菌を優先的に集積させた亜硝酸型硝化担体を製造する方法であって、汚泥を、微生物を固定化するためのモノマ又はプレポリマの何れかに包括固定化した後、３０〜８０℃で加熱処理する方法や、微生物を固定化するためのモノマ又はプレポリマの何れかを、汚泥の存在下で３０〜８０℃で１時間以上加熱処理しながら重合する方法が開示されている。
【００１４】
亜硝酸性窒素の濃度を制御する手法としては、非特許文献１に開示されるように、全窒素濃度やアンモニア性窒素濃度を計測し、全窒素濃度やアンモニア性窒素濃度に基づく亜硝酸化率を基準にして溶存酸素濃度を制御する技術がある。非特許文献１においては、亜硝酸化を行う処理槽の下流に設けられたセンシングタンクにおいて、全窒素濃度やアンモニア性窒素濃度を計測している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特許第５２９２６５９号公報
【特許文献２】特開２００５−１３１４５２号公報
【特許文献３】特許第３７８８６０１号公報
【非特許文献】
【００１６】
【非特許文献１】ISAKA, K. et al. Novel autotrophic nitrogen removal system using gel entrapment technology, Bioresource technology, 2011, 102, p.7720-7726
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
特許文献１や特許文献２に開示されるように、溶存酸素濃度やアンモニア性窒素濃度を調節して亜硝酸性窒素の濃度を調整する技術がある。しかしながら、特許文献１のように曝気風量のみを調節する手法や、特許文献２のように遊離アンモニア濃度のみを調節する手法は、制御の応答性や正確性が低いという問題がある。一時的或いは局所的にでも、溶存酸素濃度が高くなったり、遊離アンモニア濃度が低くなったりすると、亜硝酸酸化細菌の活性が強く現れるため、通常の滞留時間では、硝酸性窒素の蓄積が極端に進み、亜硝酸性窒素の濃度を安定に維持するのが難しい。
【００１８】
また、非特許文献１に開示されるように、溶存酸素濃度のみで硝化速度を制御する手法では、曝気量の制御に高い技術力を要するし、微生物汚泥の活性の変動に対応しきれない可能性がある。亜硝酸酸化細菌の活性が一旦強くなると、硝酸性窒素の蓄積が進む虞があるため、溶存酸素濃度のみに依存する手法は、亜硝酸性窒素の濃度を安定させるのに十分とはいえない。
【００１９】
そこで、本発明は、アンモニア性窒素を生物学的に酸化して亜硝酸性窒素を生成する亜硝酸型の硝化処理において、硝酸性窒素の生成を抑制し、亜硝酸性窒素の濃度を安定させることができる窒素処理方法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】
【００２０】
前記課題を解決するために本発明に係る窒素処理方法は、廃水に含まれる窒素成分を生物学的に処理する窒素処理方法であって、被処理水に含まれるアンモニア性窒素を微生物汚泥によって酸化して亜硝酸性窒素を生成する硝化処理工程を含み、前記硝化処理工程における前記アンモニア性窒素の容積負荷を０．３ｋｇ−Ｎ／ｍ３・日以上５ｋｇ−Ｎ／ｍ３・日以下の高負荷とし、前記硝化処理工程において、前記被処理水のｐＨをｐＨ８以上ｐＨ１０以下に調整する処理、及び、微生物を殺菌又は静菌する不活化操作を前記微生物汚泥に加える処理のうち、少なくとも一方を行う。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、アンモニア性窒素を生物学的に酸化して亜硝酸性窒素を生成する亜硝酸型の硝化処理において、硝酸性窒素の生成を抑制し、亜硝酸性窒素の濃度を安定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】窒素処理に用いられる廃水処理装置の一例を示す模式図である。
【図２】窒素処理に用いられる廃水処理装置の他の例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の一実施形態に係る窒素処理方法について、図を参照しながら説明する。なお、以下の各図において共通する構成については同一の符号を付して重複した説明を省略する。
【００２４】
本実施形態に係る窒素処理方法は、廃水（被処理水）に含まれる窒素成分を生物学的な処理により脱窒する方法に関する。この窒素処理方法は、被処理水に含まれるアンモニア性窒素を微生物汚泥によって酸化して亜硝酸性窒素を生成する亜硝酸型の硝化処理工程を少なくとも含んでいる。
【００２５】
本実施形態に係る窒素処理方法では、硝化処理工程におけるアンモニア性窒素の負荷を高負荷化し、更に、被処理水のｐＨを調整する処理、及び、不活化操作を微生物汚泥に加える処理のうち、少なくとも一方を行う。このような高負荷化とｐＨを調整する処理や不活化操作を加える処理によると、亜硝酸酸化細菌による硝酸性窒素の生成が抑制され、亜硝酸性窒素の濃度も安定になる。
【００２６】
図１は、窒素処理に用いられる廃水処理装置の一例を示す模式図である。
本実施形態に係る窒素処理方法は、図１に示されるような廃水処理装置１００において実施することができる。図１に示す廃水処理装置１００は、アンモニア酸化槽１と、微生物汚泥２と、散気装置３と、ｐＨ調整装置４と、溶存酸素（Dissolved Oxygen：ＤＯ）センサ５と、アナモックス反応槽６と、微生物汚泥７と、を備えている。
【００２７】
廃水処理装置１００は、窒素成分を含む廃水（被処理水）を嫌気性アンモニア酸化法によって窒素処理する装置であり、亜硝酸型硝化と嫌気性アンモニア酸化とを個別の反応槽で行う二槽式とされている。廃水処理装置１００では、硝酸性窒素の生成を抑制するために、アンモニア酸化槽１の運転中、被処理水のｐＨを調整する処理を行うことができる。
【００２８】
被処理水としては、例えば、下水処理施設、半導体工場、金属精錬所、薬品製造施設、畜産業施設等の事業場から排出される廃水が挙げられる。廃水は、アンモニア性窒素の他に、リン、炭素、重金属類等の栄養塩を含んでいてもよい。また、廃水は、アンモニア酸化槽１で行う硝化処理の前に、活性汚泥処理、従属栄養性脱窒細菌による脱窒処理、脱リン処理等が行われてもよい。
【００２９】
アンモニア酸化槽１は、被処理水に含まれているアンモニア性窒素を亜硝酸性窒素に酸化する亜硝酸型の硝化処理を行う処理槽である。アンモニア酸化槽１には、被処理水を生物学的に処理するために微生物汚泥２が保持される。また、アンモニア酸化槽１には、被処理水を曝気するための散気装置３や、溶存酸素センサ５が備えられ、配管を介してｐＨ調整装置４が接続される。
【００３０】
微生物汚泥２は、細菌や原生生物等を含む汚泥であり、硝化細菌群を含んでいる。通常、硝化細菌群は、ニトロソモナス（Nitrosomonas）属、ニトロソコッカス（Nitrosococcus）属、ニトロソスピラ（Nitrosospira）属、ニトロソロブス（Nitrosolobus）属等に分類されるアンモニア酸化細菌（ＡＯＢ）と、ニトロバクター（Nitrobactor）属、ニトロスピナ（Nitrospina）属、ニトロコッカス（Nitrococcus）属、ニトロスピラ（Nitrospira）属等に分類される亜硝酸酸化細菌（ＮＯＢ）との混成である。
【００３１】
微生物汚泥２は、図１において、流動床担体に固定化されている。但し、アンモニア酸化槽１で用いる微生物汚泥は、担体の内部に包括固定化されている状態、担体の表面に包括固定化されている状態、担体に付着固定化されている状態、自己造粒によるグラニュールを形成している状態、及び、水中に浮遊した浮遊汚泥の状態のうち、いずれの状態であってもよい。また、固定化された微生物汚泥は、固定床、流動床及び移動床のいずれの形態で用いられてもよい。
【００３２】
担体の材料としては、モノ（メタ）アクリレート類、ジ（メタ）アクリレート類、トリ（メタ）アクリレート類、テトラ（メタ）アクリレート類、ウレタン（メタ）アクリレート類、エポキシ（メタ）アクリレート類、ポリビニルアルコール、ビニロン、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、アクリルアミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン酢酸ビニル共重合体、ポリ塩化ビニル、アラミドやナイロン等のポリアミド、ポリエステル、レーヨン、ガラス、活性炭等の適宜の材料を使用することができる。
【００３３】
担体の形状は、立方体状、直方体状、板状、球状、円盤状、円筒状、多孔質状、スポンジ状、繊維状、布状、コイン状、レンコン状、菊花状等の適宜の形状とすることができる。担体の大きさは、特に制限されるものではなく、例えば、３ｍｍ角等とすることができる。
【００３４】
散気装置３は、例えば、気泡を発生するディフューザや散気管、空気を供給する送風機、空気を圧縮するコンプレッサ、送風機からディフューザや散気管に空気を送る送気管等によって構成される。被処理水についての曝気量は、一定に制御してもよいし、アンモニア性窒素の濃度、亜硝酸性窒素の濃度等に応じて、目的の硝化率となるように可変制御してもよい。但し、本実施形態では、アンモニア性窒素の負荷を高負荷化し、亜硝酸性窒素の生成量を安定にする処理を行うため、曝気量について精密な制御を行う必要はない。
【００３５】
ｐＨ調整装置４は、アンモニア酸化槽１で硝化処理される被処理水のｐＨを調整するために備えられる。ｐＨ調整装置４は、例えば、ｐＨ調整剤を貯留するｐＨ調整剤タンク、ｐＨ調整剤をアンモニア酸化槽１に供給する薬注ポンプ等によって構成される。ｐＨ調整剤としては、例えば、炭酸水素ナトリウム、水酸化ナトリウム等のアルカリ性ｐＨ調整剤を用いることができる。被処理水のｐＨをアルカリ性側に調整すると、遊離アンモニアの濃度が増大するため、亜硝酸酸化細菌の活性が抑制される。
【００３６】
溶存酸素センサ５は、アンモニア酸化槽１に滞留する被処理水の溶存酸素濃度を計測する。通常、硝化処理される被処理水の溶存酸素濃度は、０．５ｍｇ／Ｌ以上４．０ｍｇ／Ｌ以下の範囲に制御され、亜硝酸型硝化が目的の硝化率となるように調節される。
【００３７】
アナモックス反応槽６は、被処理水に含まれているアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素とを嫌気性アンモニア酸化反応によって共脱窒する処理槽である。アナモックス反応槽６には、被処理水を生物学的に処理するために嫌気性アンモニア酸化細菌を含む微生物汚泥７が保持される。また、アナモックス反応槽６には、被処理水を攪拌する攪拌装置や、被処理水にｐＨ調整剤を供給するｐＨ調整装置を備えることができる。
【００３８】
微生物汚泥７は、図１において、流動床担体に固定化されている。但し、微生物汚泥７は、担体の内部に包括固定化されている状態、担体の表面に包括固定化されている状態、担体に付着固定化されている状態、自己造粒によるグラニュールを形成している状態、及び、水中に浮遊した浮遊汚泥の状態のうち、いずれの状態で用いられてもよい。また、固定化された微生物汚泥は、固定床、流動床及び移動床のいずれの形態で用いられてもよい。
【００３９】
アナモックス反応槽６における担体の形状、材料、大きさは、アンモニア酸化槽１の担体と同様にすることができる。アナモックス反応槽６は、無酸素ガスにより被処理水を循環させるガスリフト型の反応槽や、被処理水の上向流でグラニュールを形成させる上向流汚泥床型の反応槽や、担体等の充填材を用いた固定床型リアクタ等としてもよい。
【００４０】
次に、本実施形態に係る窒素処理方法の一例について、廃水処理装置１００における窒素処理を例として具体的に説明する。
【００４１】
嫌気性アンモニア酸化法による窒素処理は、被処理水に含まれるアンモニア性窒素を微生物汚泥によって酸化して亜硝酸性窒素を生成する硝化処理工程と、硝化処理工程において処理された被処理水に含まれるアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素とを嫌気性アンモニア酸化反応によって分子状窒素に変換する嫌気性アンモニア酸化処理工程と、を含む方法によって行うことができる。
【００４２】
嫌気性アンモニア酸化処理工程で処理される被処理水は、嫌気性アンモニア酸化細菌が基質とするアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素との比率が、１：１．３付近まで予め亜硝酸化されている必要がある。アンモニア酸化槽１で亜硝酸酸化細菌が生成する硝酸性窒素は、嫌気性アンモニア酸化細菌の基質とならないため、アナモックス反応槽６に流入する被処理水は、硝酸性窒素の濃度が低いことが好ましい。
【００４３】
しかし、硝化処理工程では、通常の水質や処理条件の場合、増殖速度や感受性等の違いから、アンモニア酸化細菌と比較して亜硝酸酸化細菌の活性が強く現れる傾向がある。亜硝酸酸化細菌の活性が強いと、アンモニア酸化細菌が変換した亜硝酸性窒素が速やかに硝酸性窒素にまで酸化されるため、アンモニア酸化槽１から流出する処理水は、アンモニア性窒素と亜硝酸性窒素との比率が不安定になる。このような場合、嫌気性アンモニア酸化反応も不安定化し、最終的な窒素除去率が低くなってしまう。
【００４４】
そこで、本実施形態に係る窒素処理方法では、硝化処理工程におけるアンモニア性窒素の負荷を従来の処理よりも高負荷化すると共に、硝化処理工程において、被処理水のｐＨを調整する処理を行い、亜硝酸性窒素の生成を抑制する。
【００４５】
被処理水の全窒素の濃度、及び、アンモニア性窒素の濃度は、硝化活性や嫌気性アンモニア酸化活性の阻害を避ける観点からは、１ｍｇ／Ｌ以上１０００ｍｇ／Ｌ以下であることが好ましい。また、硝酸性窒素の抑制による効果を極大化する観点からは、本来高い窒素除去率を達成するのが困難な低濃度の範囲がより好ましい。具体的には、被処理水の全窒素の濃度、及び、アンモニア性窒素の濃度は、１０ｍｇ／Ｌ以上１５０ｍｇ／Ｌ以下であることがより好ましい。
【００４６】
被処理水は、全窒素の濃度やアンモニア性窒素の濃度が高い場合には、硝化処理工程の前に、嫌気性アンモニア酸化処理された処理水等で予め希釈することができる。また、微生物汚泥を馴養する必要がある立ち上げ時には、はじめに、希釈した被処理水を流入させてから、徐々に全窒素の濃度やアンモニア性窒素の濃度を高くして被処理水を通水することができる。
【００４７】
硝化処理工程におけるアンモニア性窒素の容積負荷は、０．３ｋｇ−Ｎ／ｍ３・日以上５ｋｇ−Ｎ／ｍ３・日以下の高負荷とする。一般的な硝化処理は、アンモニア性窒素の容積負荷が１ｋｇ−Ｎ／ｍ３・日以下の条件で行われており、高い窒素除去率で安定に窒素処理するために、０．１〜０．２ｋｇ−Ｎ／ｍ３・日程度の低負荷に設計されることが多い。これに対し、容積負荷を高負荷化すると、被処理水に接する硝化細菌群の活性が高濃度のアンモニアによって阻害される。このとき、亜硝酸酸化細菌の活性はアンモニア酸化細菌の活性よりも大きく低下するため、硝酸性窒素の生成を抑制することができる。
【００４８】
硝化処理工程におけるアンモニア性窒素の容積負荷は、１ｋｇ−Ｎ／ｍ３・日以上５ｋｇ−Ｎ／ｍ３・日以下としてもよい。十分な硝化速度が得られる場合、このような高負荷であると、亜硝酸酸化細菌の活性がより低下する。よって、硝酸性窒素の生成をより確実に抑制して、亜硝酸型の硝化処理を安定させることができる。
【００４９】
アンモニア性窒素の容積負荷を高負荷化する方法としては、例えば、アンモニア酸化槽１の容積を小さく設けて水理学的滞留時間を短くする方法、アンモニア酸化槽１に導入する被処理水の流量を大きくして水理学的滞留時間を短くする方法等を用いることができる。容積負荷を高負荷化するとき、微生物汚泥２に必要な硝化速度は、微生物汚泥２を高密度に固定化する方法、硝化細菌を高濃度に集積させる方法等によって得ることができる。
【００５０】
また、アンモニア酸化槽１において微生物担体を用いる場合、硝化処理工程におけるアンモニア性窒素の担体負荷は、３ｋｇ−Ｎ／ｍ３−担体・日以上１００ｋｇ−Ｎ／ｍ３−担体・日以下の高負荷とする。担体負荷を高負荷化すると、固定化されている硝化細菌群の活性が高濃度のアンモニアによって阻害される。このとき、亜硝酸酸化細菌の活性はアンモニア酸化細菌の活性よりも大きく低下するため、微生物担体を用いる場合であっても、硝酸性窒素の生成を抑制することができる。
【００５１】
硝化処理工程におけるアンモニア性窒素の担体負荷は、４０ｋｇ−Ｎ／ｍ３−担体・日以上１００ｋｇ−Ｎ／ｍ３−担体・日以下としてもよい。十分な硝化速度が得られる場合、このような高負荷であると、亜硝酸酸化細菌の活性がより低下するため、硝酸性窒素の生成をより確実に抑制することができる。なお、包括固定化や付着固定化の場合に加え、自己造粒によるグラニュールの場合にも、担体の場合と同様に扱い、アンモニア性窒素の（担体）負荷を高負荷化することが好ましい。
【００５２】
アンモニア性窒素の担体負荷を高負荷化する方法としては、例えば、アンモニア酸化槽１の容積を小さく設けて水理学的滞留時間を短くする方法、アンモニア酸化槽１に導入する被処理水の流量を大きくして水理学的滞留時間を短くする方法、アンモニア酸化槽１の担体の投入量を少なくする方法、担体当たりの固定化微生物の保持量を少なくする方法等を用いることができる。担体負荷を高負荷化するとき、微生物汚泥２に必要な硝化速度は、微生物汚泥２を高密度に固定化する方法、硝化細菌を高濃度に集積させる方法等によって得ることができる。
【００５３】
硝化処理工程は、硝化細菌群を保持するアンモニア酸化槽１において、好気条件下、必要に応じてアルカリの添加やｐＨの調整を実施しながら行う。被処理水の水温は、１０℃以上４０℃以下であることが好ましい。また、被処理水のｐＨは、少なくとも、ｐＨ６以上ｐＨ１０以下であることが好ましい。被処理水のｐＨは、アンモニア性窒素の亜硝酸化が進むほど酸性側に低下していく。
【００５４】
ｐＨを調整する処理は、被処理水を硝化処理する間に、被処理水のｐＨをｐＨ８以上ｐＨ１０以下に調整することにより行う。被処理水のｐＨは、例えば、被処理水がｐＨ８未満であるとき、又は、ｐＨ８以上の所定値を下回っているときに、ｐＨ８以上ｐＨ１０以下のアルカリ性側の所定値に調整すればよい。
【００５５】
一般的な硝化処理では、中性付近の被処理水がｐＨ調整されることなく処理されることが多い。これに対し、被処理水のｐＨをアルカリ性側に調整すると、遊離アンモニアの濃度が高くなるため、硝化細菌群の活性が阻害される。このとき、亜硝酸酸化細菌の活性はアンモニア酸化細菌の活性よりも大きく低下するため、硝酸性窒素の生成を抑制しつつ、亜硝酸性窒素を生成させることができる。ｐＨ１０以下であれば、アンモニア酸化細菌の活性が極端に阻害されなくて済むため、高いアンモニア酸化活性を保つことができる。
【００５６】
ｐＨを調整する処理において、被処理水のｐＨは、ｐＨ８．５以上ｐＨ９．５以下に調整することがより好ましく、ｐＨ８．７以上ｐＨ９．３以下に調整することが更に好ましい。ｐＨ８．５以上で高いほど、亜硝酸酸化細菌の活性がより確実に阻害されるため、硝酸性窒素の生成を微量に抑制し、亜硝酸型の硝化処理をより安定にすることができる。また、ｐＨ９．５以下で低いほど、アンモニア酸化細菌の活性がより低下し難くなるため、高いアンモニア酸化活性を得ることができる。
【００５７】
ｐＨを調整する処理は、被処理水を硝化処理する間に、連続的に行ってもよいし、間欠的に行ってもよい。連続的に調整を行うと、被処理水のｐＨが酸性側に低下し難くなるため、亜硝酸酸化細菌の活性を硝化処理中に継続的に抑制し続けることができる。また、間欠的に調整を行うと、ｐＨ調整剤の添加の頻度や添加量を減らせるため、ｐＨの調整に関わるコストを抑制することができる。
【００５８】
間欠的な処理は、例えば、硝化処理の時間が所定時間を経過する毎、亜硝酸性窒素の濃度が所定値以下になったとき、硝酸性窒素の濃度が所定値以上になったとき等に行うことができる。例えば、間欠的な処理において、ｐＨを所定値に保持する時間は、２時間以上１２時間以内とすることができる。一日当たり２時間以上１２時間以内の調整を行い、その他の時間は、ｐＨ７以上８．２以下に調整する、又は、調整を行わないものとすることができる。
【００５９】
硝化処理される被処理水は、アンモニア性窒素の濃度と亜硝酸性窒素の濃度との比が１：１〜１：１．５となる溶存酸素濃度に調整されることが好ましい。通常、溶存酸素濃度を約０．５ｍｇ／Ｌ以上４．０ｍｇ／Ｌ以下の範囲で加減すると、亜硝酸型硝化の硝化率が適切な範囲になる。適切な濃度比に調整すると、ワンパス式の処理の場合に、嫌気性アンモニア酸化反応が効率的に進むため、高い窒素除去率を得ることができる。
【００６０】
嫌気性アンモニア酸化処理工程は、嫌気性アンモニア酸化細菌を保持するアナモックス反応槽６において、無酸素条件下、必要に応じて被処理水の攪拌やｐＨの調整を実施して行う。被処理水のｐＨは、好ましくはｐＨ６．５以上ｐＨ９以下、より好ましくはｐＨ７以上ｐＨ８．２以下である。また、被処理水の水温は、好ましくは１０℃以上４０℃以下、より好ましくは１５℃以上３７℃以下である。被処理水は、硝化処理工程の後、且つ、嫌気性アンモニア酸化処理工程の前に、ｐＨの調整、有機物の分解処理、溶存酸素濃度を低減する脱気処理等が予め施されてもよい。
【００６１】
以上の窒素処理方法によると、硝化処理工程におけるアンモニア性窒素の負荷が高負荷化されると共に、被処理水のｐＨを調整する処理が行われるため、遊離アンモニア濃度を応答性良く増大させることができる。そのため、アンモニア酸化細菌の活性を大きく低下させることなく、亜硝酸酸化細菌の活性を確実に抑制することができる。アンモニア酸化細菌の活性によってアンモニア性窒素が亜硝酸性窒素に変換されても、亜硝酸性窒素が硝酸性窒素に変換され難くなるため、硝酸性窒素の生成を抑制して、亜硝酸性窒素の濃度を安定させることができる。
【００６２】
また、以上の窒素処理方法によると、亜硝酸性窒素の濃度が安定するため、その後に行う嫌気性アンモニア酸化の処理効率も向上し、高い窒素除去率が安定して得られる。硝化処理工程におけるアンモニア性窒素の負荷が高負荷化されているため、高い窒素除去率の高負荷運転が可能である。被処理水のｐＨを調整する処理は、硝化処理中、適切な時期に行えるため、原水のアンモニア性窒素の濃度に応じて制御できる点で有利である。
【００６３】
図２は、窒素処理に用いられる廃水処理装置の他の例を示す模式図である。
本実施形態に係る窒素処理方法は、図２に示されるような廃水処理装置２００において実施することもできる。図２に示す廃水処理装置２００は、アンモニア酸化槽１と、微生物汚泥２と、散気装置３と、ｐＨ調整装置４と、溶存酸素（Dissolved Oxygen：ＤＯ）センサ５と、アナモックス反応槽６と、微生物汚泥７と、不活化装置８と、を備えている。
【００６４】
廃水処理装置２００は、窒素成分を含む廃水を嫌気性アンモニア酸化法によって窒素処理する装置であり、亜硝酸型硝化と嫌気性アンモニア酸化とを個別の反応槽で行う二槽式とされている。廃水処理装置２００では、硝酸性窒素の生成を抑制するために、アンモニア酸化槽１の運転中、不活化操作を微生物汚泥に加える処理を行うことができる。廃水処理装置２００の構成は、不活化装置８を備える点を除いて、廃水処理装置１００と略同様である。
【００６５】
不活化装置８は、アンモニア酸化槽１から移送された微生物汚泥２に不活化操作を加えるために備えられる。アンモニア酸化槽１に保持される微生物汚泥２の少なくとも一部は、硝化処理が行われている間に、アンモニア酸化槽１から不活化装置８に移送されて不活化操作が加えられる。
【００６６】
アンモニア酸化槽１における硝化処理中、アンモニア酸化細菌及び亜硝酸酸化細菌の少なくとも一部は、不活化操作によって殺菌又は静菌されるが、アンモニア酸化細菌の増殖速度は亜硝酸酸化細菌と比較して速いため、不活化操作を加えた後、アンモニア酸化細菌が優占増殖することができる。そのため、微生物汚泥２の少なくとも一部に不活化操作を加えることにより、アンモニア酸化活性を高く保ちつつ、亜硝酸酸化活性を抑制することができる。
【００６７】
不活化操作は、微生物を殺菌、又は、微生物の増殖を阻害する操作であって、微生物汚泥に含まれる硝化細菌群の生物活性を少なくとも一時的に低下させる操作を意味する。不活化操作としては、例えば、酸、アルカリ、有機溶媒、殺菌剤、高塩濃度溶液、アンモニア溶液、亜硝酸溶液等に微生物汚泥を接触させる操作や、加熱殺菌、放射線殺菌、ガス殺菌、物理的殺菌等を微生物汚泥に施す操作が挙げられる。
【００６８】
酸としては、例えば、塩酸、硫酸、酢酸、乳酸、クエン酸等や、その水溶液を用いることができる。アルカリとしては、例えば、炭酸水素ナトリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム等や、その水溶液を用いることができる。
【００６９】
有機溶媒としては、例えば、エタノール、イソプロパノール等のアルコール、ジエチルエーテル等のエーテル類、クロロホルム等のアルデヒド類、フェノール類、ベンゼン、トルエン等のベンゼン類、酢酸エチル等のエステル類、ヘキサン等の炭化水素類、ジメチルスルホキシド、アセトン、アセトニトリル等を用いることができる。
【００７０】
殺菌剤としては、例えば、銀、銅、水銀等の金属、オゾン、過酸化水素、過マンガン酸カリウム、次亜塩素酸塩、クロラミン、酸化チタン等を含む溶液を用いることができる。高塩濃度溶液としては、例えば、塩化ナトリウム等を含む高張液を用いればよい。また、アンモニア溶液や亜硝酸溶液としては、５０％阻害濃度等を超える高濃度の溶液を用いればよい。
【００７１】
不活化操作は、酸、アルカリ、有機溶媒、殺菌剤、高塩濃度溶液、アンモニア溶液、亜硝酸溶液等に微生物汚泥を接触させる場合、不活化装置８に、これらの溶液を供給し、アンモニア酸化槽１から移送された微生物汚泥２を含む被処理水に溶液を添加する方法や、アンモニア酸化槽１の被処理水から引き揚げた微生物汚泥２を溶液に浸漬させる方法で行うことができる。
【００７２】
加熱殺菌としては、例えば、アンモニア酸化槽１から微生物汚泥２と共に移送された被処理水や、アンモニア酸化槽１の被処理水から引き揚げられた微生物汚泥２を加熱処理する操作が挙げられる。加熱殺菌を施す不活化操作は、不活化装置８に、熱交換式、ジャケット式等の加温装置や、蒸気加熱装置を設けることにより行うことができる。
【００７３】
放射線殺菌としては、例えば、アンモニア酸化槽１から微生物汚泥２と共に移送された被処理水や、アンモニア酸化槽１の被処理水から引き揚げた微生物汚泥２に、紫外線、ガンマ線、電子線等を照射する操作が挙げられる。放射線殺菌を施す不活化操作は、不活化装置８に、紫外線照射装置、ガンマ線照射装置、電子線照射装置等を設けることにより行うことができる。
【００７４】
ガス殺菌としては、例えば、アンモニア酸化槽１の被処理水から引き揚げた微生物汚泥２に、エチレンオキサイド、過酸化水素、ホルムアルデヒド等のガスを接触させる操作が挙げられる。ガス殺菌を施す不活化操作は、不活化装置８に、エチレンオキサイド、過酸化水素、ホルムアルデヒド等のガスを供給するガス供給装置を設けることにより行うことができる。
【００７５】
物理的殺菌としては、例えば、アンモニア酸化槽１から微生物汚泥２と共に移送された被処理水や、アンモニア酸化槽１の被処理水から引き揚げた微生物汚泥２に、微生物の細胞を破壊する程度の外力を作用させる操作が挙げられる。物理的殺菌を施す不活化操作は、不活化装置８に、蒸気加熱装置、乾熱装置、高圧を作用させる加圧装置、減圧装置、廃水に衝撃力を与える噴流発生装置、攪拌装置、マイクロバブルを発生する気泡発生装置、遠心分離装置、乾燥装置、超音波発生装置、微生物に高電圧を印加する高電圧発生装置等を設けることにより行うことができる。
【００７６】
但し、不活化操作は、これらの操作に制限されるものではなく、硝化細菌群を殺菌又は静菌することが可能な操作であれば、適宜の操作を用いることが可能である。例えば、硝化細菌群の生育環境を極端に変化させる操作や、濾過殺菌を施す操作や、その他の薬品、各種の阻害剤等に暴露させる操作等を、操作条件を調節して利用することもできる。また、不活化操作は、これらの操作の一種を単独で用いてもよいし、複数種を組み合わせて用いてもよい。
【００７７】
不活化装置８は、例えば、アンモニア酸化槽１から被処理水と共に移送された微生物汚泥２に不活化操作を加える装置としてもよいし、アンモニア酸化槽１の被処理水から引き揚げられた微生物汚泥２に被処理水とは別に不活化操作を加える装置としてもよい。処理に関わるエネルギコストや薬品等を削減できる観点からは、微生物汚泥２を被処理水から引き揚げて処理する装置が好ましい。
【００７８】
窒素処理装置２００は、図２に示すように、アンモニア酸化槽１と不活化装置８との間に、アンモニア酸化槽１から不活化装置８に微生物汚泥２を移送するための移送路Ｌ１０と、不活化装置８からアンモニア酸化槽１に微生物汚泥２を返送するための返送路Ｌ２０と、が備えられてもよい。
【００７９】
移送路Ｌ１０及び返送路Ｌ２０は、例えば、配管、ホース等によって形成し、固定化されている微生物汚泥２や、自己造粒によるグラニュールを形成している微生物汚泥２や、水中に浮遊した状態の微生物汚泥２を、被処理水ごとアンモニア酸化槽１から引き抜いて移送する構造にすることができる。移送用のポンプとしては、エアリフトポンプ、スクリューポンプ、ピストンポンプ、ホースポンプ等の形式を用いることができる。また、返送路Ｌ２０は、移送用のポンプの他、重力落下等を利用して移送を行うこともできる。
【００８０】
或いは、移送路Ｌ１０及び返送路Ｌ２０は、微生物汚泥２が担体の内部に包括固定化されている状態や、担体の表面に包括固定化されている状態や、担体に付着固定化されている状態や、自己造粒によるグラニュールを形成している状態である場合には、ストレーナ型、コランダ型等のざる状容器によって被処理水から引き揚げて搬送する構造にすることもできる。ざる状容器は、アンモニア酸化槽１と不活化処理槽４との間を自動的に移動するように設置してもよい。
【００８１】
次に、本実施形態に係る窒素処理方法の他の例について、廃水処理装置２００における窒素処理を例として具体的に説明する。
【００８２】
この窒素処理方法では、硝化処理工程におけるアンモニア性窒素の負荷を従来の処理よりも高負荷化すると共に、アンモニア酸化槽１の硝化処理において、不活化操作を微生物汚泥に加える処理を行い、亜硝酸酸化細菌の活性を抑制する。不活化操作を微生物汚泥に加える処理は、被処理水のｐＨを調整する処理に代えて、又は、被処理水のｐＨを調整する処理と共に行うことができる。亜硝酸性窒素の生成を確実に抑制する観点からは、不活化操作を微生物汚泥に加える処理と、被処理水のｐＨを調整する処理の両方を行うことが好ましい。
【００８３】
一般に、硝化細菌群は、水温が低い場合、アンモニア性窒素や亜硝酸性窒素の濃度が低い場合、溶存酸素濃度が高い場合、ｐＨが低い場合に、亜硝酸酸化細菌の活性が優位になり、アンモニア酸化細菌が生成した亜硝酸性窒素は、亜硝酸酸化細菌によって硝酸性窒素にまで速やかに酸化される。そのため、曝気量、窒素負荷、水温、ｐＨ、滞留時間、遊離アンモニア濃度等の調節のみでは、亜硝酸性窒素が消費されて硝酸性窒素が生成され易く、硝酸性窒素の生成量を抑制することが困難である。
【００８４】
これに対して、この窒素処理方法では、アンモニア酸化槽１から引き抜いた微生物汚泥２に不活化操作を加えて、アンモニア酸化細菌がアンモニア性窒素を酸化して亜硝酸性窒素を生成する活性や、亜硝酸酸化細菌が亜硝酸性窒素を酸化して硝酸性窒素を生成する活性を、一旦低下させる。
【００８５】
アンモニア性窒素の負荷が高い環境やｐＨが高い環境では、アンモニア酸化細菌は、亜硝酸酸化細菌と比較して活性の回復が速くなる。一方、亜硝酸酸化細菌は、アンモニア性窒素の負荷が高くなるほど、また、ｐＨが高くなるほど、活性の回復が遅くなる。しかし、亜硝酸酸化細菌は、アンモニア酸化細菌と比較して高い増殖速度を示すため、亜硝酸酸化細菌の活性は、不活化操作を加えた後、ある程度の時間が経過すると、アンモニア酸化細菌の活性よりも高くなる。
【００８６】
そのため、被処理水のｐＨを調整する処理に代えて、又は、被処理水のｐＨを調整する処理と共に、不活化操作を微生物汚泥に加える処理を行い、アンモニア酸化反応の活性が相対的に優位な状態を作り出すことによって、硝酸性窒素の生成を抑制することができる。
【００８７】
硝化処理工程におけるアンモニア性窒素の容積負荷は、廃水処理装置１００でｐＨを調整する処理を行う場合と同様、０．３ｋｇ−Ｎ／ｍ３・日以上５ｋｇ−Ｎ／ｍ３・日以下の高負荷とする。容積負荷は、１ｋｇ−Ｎ／ｍ３・日以上５ｋｇ−Ｎ／ｍ３・日以下とすることがより好ましい。
【００８８】
また、アンモニア酸化槽１において微生物担体を用いる場合、硝化処理工程におけるアンモニア性窒素の担体負荷は、廃水処理装置１００でｐＨを調整する処理を行う場合と同様、３ｋｇ−Ｎ／ｍ３−担体・日以上１００ｋｇ−Ｎ／ｍ３−担体・日以下の高負荷とする。担体負荷は、４０ｋｇ−Ｎ／ｍ３−担体・日以上１００ｋｇ−Ｎ／ｍ３−担体・日以下とすることがより好ましい。
【００８９】
不活化操作を微生物汚泥に加える処理は、アンモニア酸化槽１から一部の微生物汚泥２を不活化装置８に引き抜いて行ってもよいし、全部の微生物汚泥２を不活化装置８に引き抜いて行ってもよい。不活化操作を加える微生物汚泥２の生物量を多くすると、微生物汚泥２の亜硝酸酸化活性が速やかに低下するため、硝酸性窒素の生成量を早期に抑制することができる。一方、生物量を少なくすると、アンモニア酸化槽１におけるアンモニア酸化活性は維持され易くなるが、微生物汚泥２の亜硝酸酸化活性が抑制され難くなり、不活化操作後には、亜硝酸酸化活性が回復し易くなる。
【００９０】
不活化操作を微生物汚泥に加える処理は、硝化処理中、連続的に行ってもよいし、間欠的に行ってもよい。間欠的な処理は、例えば、硝化処理の時間が所定時間を経過する毎、亜硝酸性窒素の濃度が所定値以下になったとき、硝酸性窒素の濃度が所定値以上になったとき等に行うことができる。また、不活化操作を微生物汚泥に加える処理は、硝化処理の前の馴養の段階で行うこともできる。
【００９１】
不活化操作を微生物汚泥に加える処理は、アンモニア酸化槽１の窒素負荷、汚泥量、亜硝酸性窒素の生成量、硝酸性窒素の生成量等に応じて、アンモニア酸化槽１に保持される微生物汚泥のうち、適宜の生物量の汚泥に施すことができる。微生物汚泥に加える不活化操作は、微生物を殺菌又は静菌する作用の強度や、微生物汚泥に施す時間間隔が、特に制限されるものではない。
【００９２】
硝化処理工程における亜硝酸性窒素の生成量は、不活化操作を加える微生物汚泥の生物量の調節、不活化操作における殺菌作用又は静菌作用の強度の調節、及び、間欠的に施す不活化操作の時間間隔の調節のうち、一以上によって調整されることが好ましい。これらのうち一以上の調節によると、溶存酸素濃度の制御のみでは対応しきれない変動等が生じても、微生物汚泥の亜硝酸酸化活性を適切に制御することができる。
【００９３】
不活化操作は、硝化細菌群が完全には滅菌されず十分に静菌される程度の操作とするが、操作の種類や条件、不活化処理を行う生物量や処理環境毎に、硝化細菌群の活性を低下させる強さが異なる。そのため、用いる不活化操作について、事前に予備試験を行い、硝化細菌群の活性を低下させる強さを予め把握しておくことが好ましい。
【００９４】
不活化操作を加える微生物汚泥２の生物量は、アンモニア酸化槽１に保持される全体の数十％以下の生物量であることが好ましく、全体の１０％以下、数％程度の生物量であることがより好ましい。アンモニア酸化槽１から引き抜かれる微生物汚泥２が多くなるほど、アンモニア性窒素の酸化が進行し難くなるためである。アンモニア酸化槽１から微生物汚泥２を引き揚げず、アンモニア酸化槽１において不活化操作を加える場合は、この限りではない。なお、不活化操作を加える微生物汚泥２の生物量は、不活化操作毎に、同一であってもよいし、異なっていてもよい。
【００９５】
不活化操作における殺菌作用又は静菌作用の強度の調節は、操作の種類にもよるが、例えば、殺菌又は静菌される微生物数と相関がある各種の物理量や工業量を変更することによって行うことができる。例えば、各種の溶液に微生物汚泥を接触させる場合は、時間、濃度、ｐＨ、温度等、加熱殺菌の場合は、熱量等、放射線殺菌の場合は、線量等、ガス殺菌の場合は、時間、濃度等、物理的殺菌の場合は、時間、圧力、気圧、流速、遠心力、衝撃力、電圧、音波周波数等や、操作を加える距離、面積、密度等の変更によって強度の調節を行うことができる。
【００９６】
不活化操作の時間間隔の調節は、不活化操作を加える処理を間欠的に行う場合に、不活化操作同士の間の休止時間を変更することによって行うことができる。微生物汚泥に不活化操作が加えられたとき、アンモニア酸化細菌や亜硝酸酸化細菌は殺菌又は静菌されるが、アンモニア性窒素の負荷が高負荷化されていると、亜硝酸酸化細菌と比較してアンモニア酸化細菌の増殖速度が速くなる。そのため、間欠的に繰り返す不活化操作の時間間隔を変えることによって、アンモニア酸化細菌を優占増殖させることができる。
【００９７】
例えば、不活化操作を加える微生物汚泥２の生物量が一定の条件下、不活化操作の時間間隔を短くし、不活化操作の頻度を多くすると、アンモニア酸化細菌や亜硝酸酸化細菌の活性の低下が早められる。このとき、アンモニア酸化槽１では、アンモニア性窒素の負荷が高負荷化されており、亜硝酸酸化細菌と比較してアンモニア酸化細菌の増殖速度が速いため、アンモニア酸化細菌の活性が相対的に回復し易くなり、亜硝酸性窒素の比率が高くなる。
【００９８】
一方、不活化操作を加える微生物汚泥２の生物量が一定の条件下、不活化操作の時間間隔を長くし、不活化操作の頻度を少なくすると、アンモニア酸化細菌や亜硝酸酸化細菌の活性の低下が遅くなる。このとき、アンモニア酸化槽１では、アンモニア酸化細菌の活性と亜硝酸酸化細菌の活性とに差が生じ難くなるため、亜硝酸性窒素が消費されて硝酸性窒素の比率が高くなる。
【００９９】
不活化操作の時間間隔は、特に制限されるものではないが、微生物汚泥２を移送するコストの観点や、活性を回復する時間を確保する観点からは、１日当たり１回から数回や、数日に１回等とすることが好ましい。但し、アンモニア酸化槽１から微生物汚泥２を引き揚げずに、アンモニア酸化槽１の中で不活化操作を加える場合は、この限りではない。なお、アンモニア性窒素と亜硝酸性窒素との比率は、不活化操作を加える微生物汚泥の生物量の調節と、不活化操作における殺菌作用又は静菌作用の強度の調節、又は、間欠的に施す不活化操作の時間間隔の調節との組み合わせにより調整されることがより好ましい。
【０１００】
不活化操作が加熱殺菌を微生物汚泥に施す操作である場合、加熱の温度が、３０℃以上９０℃以下であることが好ましく、完全な滅菌を避けつつ十分な不活化を行う観点からは、４０℃以上７０℃以下であることがより好ましい。また、微生物汚泥が担体に包括固定化されている状態である場合には、５０℃以上７０℃以下であることが好ましい。また、加熱の時間は、十分な不活化を行う観点から、１時間以上とすることが好ましく、無駄なエネルギを削減する観点からは、２週間以内とすることが好ましい。
【０１０１】
硝化処理工程における被処理水は、廃水処理装置１００でｐＨを調整する処理を行う場合と同様、アンモニア性窒素の濃度と亜硝酸性窒素の濃度との比が１：１〜１：１．５となる溶存酸素濃度に調整されることが好ましい。硝化処理工程における被処理水の水温は、通常、１０℃以上４０℃以下である。
【０１０２】
嫌気性アンモニア酸化処理工程は、廃水処理装置１００でｐＨを調整する処理を行う場合と同様、無酸素条件下、必要に応じて被処理水の攪拌やｐＨの調整を実施して行う。被処理水は、硝化処理工程の後、且つ、嫌気性アンモニア酸化処理工程の前に、ｐＨの調整、有機物の分解処理、溶存酸素濃度を低減する処理等が予め施されてもよい。
【０１０３】
以上の窒素処理方法によると、硝化処理工程におけるアンモニア性窒素の負荷が高負荷化されると共に、不活化操作を微生物汚泥に加える処理が行われるため、アンモニア酸化細菌の活性を大きく低下させることなく、亜硝酸酸化細菌の活性を抑制することができる。アンモニア酸化細菌の活性によってアンモニア性窒素が亜硝酸性窒素に変換されても、亜硝酸性窒素が硝酸性窒素に変換され難くなるため、硝酸性窒素の生成を抑制して、亜硝酸性窒素の濃度を安定させることができる。不活化操作の条件は、事前に予備試験を行うことで適切に設定することができるため、曝気量のみを調節する方法等と比較して、制御の応答性や正確性も高くすることができる。
【０１０４】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。例えば、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、実施形態の構成の一部を他の構成に置き換えたり、実施形態の構成の一部を他の形態に追加したり、実施形態の構成の一部を省略したりすることも可能である。
【０１０５】
例えば、前記の廃水処理装置１００，２００において、アンモニア酸化槽１は、被処理水の全量を亜硝酸型硝化するワンパス式とされているが、バイパス式とされてもよい。すなわち、被処理水の一部をアンモニア酸化槽１に導入してアンモニア性窒素の全量を亜硝酸性窒素にまで酸化し、残部を迂回させて亜硝酸型硝化せずアナモックス反応槽６に合流させてもよい。
【０１０６】
或いは、前記の廃水処理装置１００，２００を、亜硝酸型硝化と嫌気性アンモニア酸化とを一槽で行う単槽式としてもよい。すなわち、単槽式の嫌気性アンモニア酸化法において、アンモニア性窒素の負荷を高負荷化し、更に、被処理水のｐＨを調整する処理、及び、不活化操作を微生物汚泥に加える処理のうち、少なくとも一方を行ってもよい。
【０１０７】
また、前記の廃水処理装置１００，２００には、アナモックス反応槽６で処理された処理水をアンモニア酸化槽１に返送するための循環ラインを設けてもよい。アンモニア酸化槽１における亜硝酸性窒素の濃度が１０００ｍｇ／Ｌを大幅に超える場合、亜硝酸性窒素によるアンモニア酸化細菌の活性の阻害が連続的に加わるため、アンモニア酸化細菌の活性が回復しなくなる可能性がある。このような場合、循環ラインを通じて処理水の一部を返送すると、アンモニア酸化槽１における亜硝酸性窒素濃度を希釈することができる。
【０１０８】
また、前記の廃水処理装置１００，２００において、アンモニア酸化槽１の前段側には、廃水の水質や水量を調整する調整槽や、廃水に含まれている有機物を生物学的に分解する生物反応槽や、廃水に含まれている硝酸性窒素を予め脱窒する前脱窒槽等が設けられてもよい。また、後段側には、嫌気性アンモニア酸化反応で生成した硝酸性窒素を脱窒する後脱窒槽等が設けられてもよい。生物反応槽としては、例えば、活性汚泥法、散水濾床法、好気性濾床法、回転生物接触法、膜分離活性汚泥法、嫌気性濾床法、嫌気性グラニュール汚泥床法等の方式で分解を行う処理槽が挙げられる。
【０１０９】
また、前記の廃水処理装置２００は、移送路Ｌ１０及び返送路Ｌ２０を備えず、手作業によって微生物汚泥２の移送が行われてもよい。また、前記の廃水処理装置２００は、ｐＨ調整装置４を備えているが、ｐＨ調整装置を備えず、不活化操作を微生物汚泥に加える処理のみを行う装置であってもよい。また、前記の廃水処理装置２００は、不活化装置８を処理槽内に備え、微生物汚泥を処理槽から移送せず処理する装置であってもよい。
【実施例】
【０１１０】
以下、本発明の実施例を用いて本発明をより詳細に説明するが、本発明の技術的範囲はこれに限定されるものではない。
【０１１１】
［実施例１］
はじめに、アンモニア酸化細菌（ＡＯＢ）と亜硝酸酸化細菌（ＮＯＢ）との混成である微生物汚泥が固定化された包括固定化担体を用意し、不活化操作として加熱処理（加熱殺菌）を施した。この包括固定化担体を、容積１Ｌのリアクタに容積０．１Ｌとなるように投入し、リアクタを２０℃の恒温槽内に設置した。そして、アンモニア性窒素の濃度が約４０ｍｇ−Ｎ／Ｌである原水を水理学的滞留時間が４時間となるようにリアクタに通水して窒素処理を開始した。リアクタ内の被処理水はブロアにより曝気し、被処理水のｐＨはアルカリ性ｐＨ調整剤を添加してｐＨ８．５に調整した。
【０１１２】
窒素処理を開始した後、アンモニア性窒素の酸化速度の上昇に伴い、数日から数週間おきに原水の流量を大きくして、水理学的滞留時間を徐々に短くした。水理学的滞留時間は、最終的に１時間まで短縮した。窒素処理は、アンモニア性窒素の容積負荷を約１ｋｇ−Ｎ／ｍ３・日の高負荷とし、被処理水のｐＨをｐＨ８．５に連続的に調整しながら継続した。窒素処理の間、被処理水の溶存酸素濃度は２〜３ｍｇ／Ｌ程度に調整し、アンモニア性窒素の濃度と亜硝酸性窒素の濃度との比が１：１〜１：１．５となるように制御した。
【０１１３】
窒素処理が定常に達したとき、アンモニア性窒素の濃度は１８ｍｇ／Ｌ、亜硝酸性窒素の濃度は２４ｍｇ／Ｌ、硝酸性窒素の濃度は１．２ｍｇ／Ｌであった。
【０１１４】
［比較例１］
はじめに、アンモニア酸化細菌（ＡＯＢ）と亜硝酸酸化細菌（ＮＯＢ）との混成である微生物汚泥が固定化された包括固定化担体を用意し、不活化操作として加熱処理（加熱殺菌）を施した。この包括固定化担体を、容積１Ｌのリアクタに容積０．１Ｌとなるように投入し、リアクタを２０℃の恒温槽内に設置した。そして、アンモニア性窒素の濃度が約４０ｍｇ−Ｎ／Ｌである原水を水理学的滞留時間が４時間となるようにリアクタに通水して窒素処理を開始した。リアクタ内の被処理水はブロアにより曝気し、被処理水のｐＨはアルカリ性ｐＨ調整剤を添加してｐＨ８．５に調整した。
【０１１５】
窒素処理は、アンモニア性窒素の容積負荷を約０．２４ｋｇ−Ｎ／ｍ３・日とし、被処理水のｐＨをｐＨ８．５に連続的に調整しながら継続した。窒素処理の間、被処理水の溶存酸素濃度は０．５〜１ｍｇ／Ｌ程度に調整し、アンモニア性窒素の濃度と亜硝酸性窒素の濃度との比が１：１〜１：１．５となるようにした。
【０１１６】
窒素処理が定常に達したとき、アンモニア性窒素の濃度は５〜２０ｍｇ／Ｌ、亜硝酸性窒素の濃度は５〜１８ｍｇ／Ｌ、硝酸性窒素の濃度は５〜３１ｍｇ／Ｌであった。
【０１１７】
実施例１と比較例１の結果が示すように、硝化処理中、被処理水のｐＨを調整する処理を行ったとしても、アンモニア性窒素の負荷が異なっていると、硝酸性窒素の生成量や、硝化処理の安定性や制御性が相違する。実施例１のように、アンモニア性窒素の負荷を高負荷化した場合には、被処理水のｐＨを調整する処理によって、硝酸性窒素の濃度が大きく低下している。一方、比較例１のように、アンモニア性窒素の負荷が通常程度の場合には、アンモニア性窒素の濃度と亜硝酸性窒素の濃度との比が大きく変動し、硝化処理の制御には困難を極めた。
【０１１８】
したがって、硝化処理工程におけるアンモニア性窒素の負荷を高負荷化し、更に、被処理水のｐＨを調整する処理を行うと、硝酸性窒素の生成を安定的に抑制することができるといえる。このような処理条件であれば、亜硝酸型の硝化処理が安定化するため、アンモニア性窒素の濃度と亜硝酸性窒素の濃度との比を所定値に制御することも容易になるといえる。
【０１１９】
［実施例２］
はじめに、アンモニア酸化細菌（ＡＯＢ）と亜硝酸酸化細菌（ＮＯＢ）との混成である微生物汚泥が固定化された包括固定化担体を用意し、不活化操作として加熱処理（加熱殺菌）を施した。この包括固定化担体を、容積１Ｌのリアクタに容積０．１Ｌとなるように投入し、リアクタを２０℃の恒温槽内に設置した。そして、アンモニア性窒素の濃度が約１００ｍｇ−Ｎ／Ｌである原水を水理学的滞留時間が６時間となるようにリアクタに通水して窒素処理を開始した。リアクタ内の被処理水はブロアにより曝気し、被処理水のｐＨは曝気のみでｐＨ７付近に維持した。
【０１２０】
窒素処理を開始した後、アンモニア性窒素の酸化速度の上昇に伴い、数日から数週間おきに担体の投入量を徐々に少なくした。担体の投入量は、最終的に０．０１Ｌまで減らした。窒素処理は、はじめに、アンモニア性窒素の担体負荷を約４０ｋｇ−Ｎ／ｍ３−担体・日の高負荷とし、被処理水のｐＨを曝気のみでｐＨ７付近に維持して、定常となるまで行った。次いで、アンモニア性窒素の担体負荷を約４０ｋｇ−Ｎ／ｍ３−担体・日の高負荷としたまま、被処理水のｐＨをｐＨ８．５に連続的に調整しながら、定常となるまで窒素処理を継続した。その後、亜硝酸性窒素の酸化速度が一定になった段階でｐＨの調整を停止し、被処理水のｐＨを曝気のみでｐＨ７付近に維持して、定常となるまで窒素処理を継続した。窒素処理の間、被処理水の溶存酸素濃度は８ｍｇ／Ｌ程度に調整し、アンモニア性窒素の濃度と亜硝酸性窒素の濃度との比が１：１〜１：１．５となるようにした。
【０１２１】
ｐＨの調整を開始する前、ｐＨの調整を行っている間、ｐＨの調整を停止した後のそれぞれにおいて、定常に達したときのアンモニア性窒素の濃度、亜硝酸性窒素の濃度、及び、硝酸性窒素の濃度を表１に示す。
【０１２２】
【表１】
2019181377.tif 000003
【０１２３】
実施例２の結果が示すように、アンモニア性窒素の負荷を高負荷化すると、アンモニア性窒素や亜硝酸性窒素の濃度の変動は小さくなるが、硝酸性窒素の生成量が多くなっている。アンモニア性窒素の負荷を高負荷化し、更に、被処理水のｐＨを調整する処理を行うと、硝酸性窒素の生成が大きく抑制されている。しかし、ｐＨの調整を停止すると、硝酸性窒素の濃度が再び高くなることが確認できる。
【０１２４】
したがって、硝化処理工程におけるアンモニア性窒素の負荷を高負荷化するだけでは、溶存酸素濃度を制御したとしても、硝酸性窒素の生成を十分に抑制することはできないといえる。高い窒素除去率を実現する観点からは、硝化速度を維持しながら硝酸性窒素の生成を抑制できる点で、アンモニア性窒素の高負荷化と被処理水のｐＨを調整する処理とを組み合わせた方法が有利であるといえる。
【０１２５】
［実施例３］
はじめに、アンモニア酸化細菌（ＡＯＢ）と亜硝酸酸化細菌（ＮＯＢ）との混成である微生物汚泥が固定化された包括固定化担体を用意し、不活化操作として加熱処理（加熱殺菌）を施した。この包括固定化担体を、容積１Ｌのリアクタに容積０．１Ｌとなるように投入し、リアクタを２０℃の恒温槽内に設置した。そして、アンモニア性窒素の濃度が約４０ｍｇ−Ｎ／Ｌである原水を水理学的滞留時間が１時間となるようにリアクタに通水して窒素処理を開始した。リアクタ内の被処理水はブロアにより曝気し、被処理水のｐＨは調整しなかった。
【０１２６】
窒素処理は、アンモニア性窒素の容積負荷を約１ｋｇ−Ｎ／ｍ３・日、担体負荷を約２．５ｋｇ−Ｎ／ｍ３−担体・日とし、被処理水のｐＨを調整することなく継続した。窒素処理の間、被処理水の溶存酸素濃度は２〜３ｍｇ／Ｌ程度に調整し、アンモニア性窒素の濃度と亜硝酸性窒素の濃度との比が１：１〜１：１．５となるようにした。また、窒素処理の間、不活化操作として加熱処理（加熱殺菌）を間欠的に施した。
【０１２７】
窒素処理が定常に達したとき、アンモニア性窒素の濃度は１８ｍｇ／Ｌ、亜硝酸性窒素の濃度は２３ｍｇ／Ｌ、硝酸性窒素の濃度は２．３ｍｇ／Ｌであった。
【０１２８】
［比較例２］
はじめに、アンモニア酸化細菌（ＡＯＢ）と亜硝酸酸化細菌（ＮＯＢ）との混成である微生物汚泥が固定化された包括固定化担体を用意し、不活化操作として加熱処理（加熱殺菌）を施した。この包括固定化担体を、容積１Ｌのリアクタに容積０．１Ｌとなるように投入し、リアクタを２０℃の恒温槽内に設置した。そして、アンモニア性窒素の濃度が約４０ｍｇ−Ｎ／Ｌである原水を水理学的滞留時間が４時間となるようにリアクタに通水して窒素処理を開始した。リアクタ内の被処理水はブロアにより曝気し、被処理水のｐＨは調整しなかった。
【０１２９】
窒素処理は、アンモニア性窒素の容積負荷を約０．２４ｋｇ−Ｎ／ｍ３・日、担体負荷を約０．９６ｋｇ−Ｎ／ｍ３−担体・日とし、被処理水のｐＨを調整することなく継続した。窒素処理の間、被処理水の溶存酸素濃度は０．５〜１ｍｇ／Ｌ程度に調整し、アンモニア性窒素の濃度と亜硝酸性窒素の濃度との比が１：１〜１：１．５となるようにした。また、窒素処理の間、不活化操作として加熱処理（加熱殺菌）を間欠的に施した。
【０１３０】
窒素処理が定常に達したとき、アンモニア性窒素の濃度は１〜３４ｍｇ／Ｌ、亜硝酸性窒素の濃度は７〜２３ｍｇ／Ｌ、硝酸性窒素の濃度は４〜１９ｍｇ／Ｌであった。
【０１３１】
実施例３と比較例２の結果が示すように、硝化処理中、不活化操作を微生物汚泥に加えるとき、アンモニア性窒素の負荷が異なっていると、硝酸性窒素の生成量や、硝化処理の安定性や制御性が相違する。実施例３のように、アンモニア性窒素の負荷を高負荷化した場合には、不活化操作を微生物汚泥に加える処理によって、硝酸性窒素の濃度が大きく低下している。一方、比較例２のように、アンモニア性窒素の負荷が通常程度の場合には、アンモニア性窒素の濃度と亜硝酸性窒素の濃度との比が大きく変動し、硝化処理の制御には困難を極めた。
【０１３２】
したがって、硝化処理工程におけるアンモニア性窒素の負荷を高負荷化し、更に、不活化操作を微生物汚泥に加える処理を行うと、硝酸性窒素の生成を安定的に抑制することができるといえる。このような処理条件であれば、亜硝酸型の硝化処理が安定化するため、アンモニア性窒素の濃度と亜硝酸性窒素の濃度との比を所定値に制御することも容易になるといえる。
【符号の説明】
【０１３３】
１      アンモニア酸化槽
２      微生物汚泥
３      散気装置
４      ｐＨ調整装置
５      溶存酸素センサ
６      アナモックス反応槽
７      微生物汚泥
８      不活化装置
１００  廃水処理装置
２００  廃水処理装置
【図１】
2019181377.tif 000004
【図２】
2019181377.tif 000005