(57)【要約】【課題】  反応槽内に投入された担体からの微生物の剥離を抑制し、より安定した水処理を行うことが可能な水処理装置及び水処理方法を提供する。【解決手段】  自己造粒型の嫌気性微生物を担体の外表面上に固定化した微生物触媒１０と被処理液とを収容し、嫌気性条件下で被処理液を処理する処理槽（脱窒槽５）と、処理槽内に不活性ガスを供給することにより被処理液及び微生物触媒１０を撹拌するガス撹拌手段５１とを備える水処理装置である。【選択図】図１
2015128747.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自己造粒型の嫌気性微生物を担体の外表面上に固定化した微生物触媒と被処理液とを収容し、嫌気性条件下で前記被処理液を処理する処理槽と、
前記処理槽内に不活性ガスを供給することにより前記被処理液及び前記微生物触媒を撹拌するガス撹拌手段と
を備えることを特徴とする水処理装置。
【請求項２】
前記微生物触媒の最表面には不規則な凹凸が形成されている請求項１に記載の水処理装置。
【請求項３】
前記微生物触媒は、前記担体の外表面上に最大厚さ１００μｍ以上の前記嫌気性微生物を含む微生物膜を備える請求項１又は２に記載の水処理装置。
【請求項４】
前記微生物触媒は、最表面からの深さが５０μｍ以上の凹部が少なくとも１つ以上形成されていることを含む請求項１〜３のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項５】
前記嫌気性微生物が嫌気性アンモニア酸化菌である請求項１〜４のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項６】
前記ガス撹拌手段が、前記不活性ガスを１０〜４５０Ｌ／（ｍ2・分）で前記処理槽内に供給することを含む請求項１〜５のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項７】
前記処理槽内に供給した前記不活性ガスを前記処理槽内へ循環させるガス循環手段を更に備える請求項１〜６のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項８】
被処理液中に含まれるアンモニア性の窒素の一部を亜硝酸菌の作用により亜硝酸性窒素に部分酸化して亜硝酸化処理液を得る亜硝酸化槽と、
前記亜硝酸化処理液中のアンモニア性窒素を、自己造粒型の嫌気性微生物を担体の外表面上に固定した微生物触媒を用いて嫌気的に酸化処理する脱窒槽と、
前記脱窒槽内に不活性ガスを供給することにより前記亜硝酸化処理液及び前記微生物触媒を撹拌するガス撹拌手段と
を備えることを特徴とする水処理装置。
【請求項９】
窒素及び有機物を含有する被処理液を、従属栄養性細菌を用いた脱窒反応により嫌気的に脱窒処理して第１脱窒処理液を得る第１脱窒槽と、
前記第１脱窒処理液中に含まれるアンモニア性窒素の一部を亜硝酸菌の作用により亜硝酸性窒素に酸化して亜硝酸化処理液を得る亜硝酸化槽と、
前記亜硝酸化処理液の一部を前記第１脱窒槽へ循環する亜硝酸化処理液循環手段と、
前記亜硝酸化処理液中のアンモニア性窒素を、自己造粒型の嫌気性微生物を担体の外表面上に固定した微生物触媒を用いて嫌気的に酸化処理する第２脱窒槽と、
前記第２脱窒槽中に不活性ガスを供給することにより前記亜硝酸化処理液及び前記微生物触媒を撹拌するガス撹拌手段と
を備えることを特徴とする水処理装置。
【請求項１０】
自己造粒型の嫌気性微生物を担体の外表面上に固定化した微生物触媒と被処理液とを処理槽内に収容し、前記処理槽内に不活性ガスを供給することにより嫌気性条件下で前記微生物触媒と前記被処理液とを撹拌させて前記被処理液を処理することを含むことを特徴とする水処理方法。
【請求項１１】
前記嫌気性微生物が嫌気性アンモニア酸化菌である請求項１０に記載の水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水処理装置及び水処理方法に関し、特に自己造粒する特性を有する嫌気性微生物を利用した水処理装置及び水処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年注目されている技術に嫌気性アンモニア酸化技術がある。例えば、特開２０１１−２５１２５５号公報（特許文献１）には、亜硝酸性窒素及びアンモニア性窒素を含む廃液ＥＲとアナモックスグラニュールＡＧとを処理槽内に収容し、回転式の撹拌部材を用いて処理槽内に液流を発生させることにより、廃液中の窒素成分を窒素ガスとして除去する廃液処理方法及び装置が記載されている。
【０００３】
国際公開第２０１０／０７４００８号（特許文献２）には、図３に示すように、亜硝酸型硝化菌を外側に配置し、嫌気性アンモニア酸化菌を亜硝酸型硝化菌の内側に配置した二層構造の微生物膜を担持した担体を、図２に示すようなインペラーとドラフトチューブを備えた反応槽内に投入し、反応槽内で撹拌により担体を流動させながら被処理水の脱窒を行う生物学的窒素除去方法及び装置が記載されている。
【０００４】
特許第５１５０９９３号公報（特許文献３）では、粒状担体の内部に独立栄養性脱窒微生物を入り込ませて付着させ、三次元的に担持した担持汚泥を脱窒槽に保持して浮遊させながら被処理液と嫌気状態で接触させることにより、脱窒処理することが可能な脱窒方法及び装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−２５１２５５号公報
【特許文献２】国際公開第２０１０／０７４００８号
【特許文献３】特許第５１５０９９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
嫌気性アンモニア酸化を効率良く行わせるためには、基質と微生物とを効率良く接触させる必要があり、そのためには適切な撹拌が必要である。現在一般的に用いられる手法は、特許文献１〜３に記載されるような撹拌機を用いた機械撹拌である。
【０００７】
しかしながら、例えば嫌気性アンモニア酸化処理方法に用いられる嫌気性アンモニア酸化菌などの微生物は、自己造粒塊を形成する特性を有することが知られている。このような自己造粒する微生物をその表面上に固定化した結合固定化担体に対し、特許文献１〜３に記載されるような機械撹拌を行うと、微生物が担体から剥離して反応槽外へと流出する現象が発生することが分かった。その結果、反応槽内に一定量以上の微生物を常に保持させることが難しくなり、安定した水処理を行うことが困難になる場合があった。
【０００８】
上記課題を鑑み、本発明は、反応槽内に投入された担体からの微生物の剥離を抑制し、より安定した水処理を行うことが可能な水処理装置及び水処理方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、微生物を担体に固定化した微生物触媒の特性と撹拌との関係について鋭意検討したところ、自己造粒する嫌気性微生物を担体の外表面上に固定化した微生物触媒に対して特定の撹拌手段を採用することにより、担体からの微生物の剥離を抑制できることが分かった。その結果、担体から剥離する微生物の反応槽外への流出を有意に抑制でき、従来に比べてより安定した脱窒処理を行うことが可能な水処理装置及び水処理方法が得られることが分かった。
【００１０】
以上の知見を基礎として完成した本発明は一側面において、自己造粒型の嫌気性微生物を担体の外表面上に固定化した微生物触媒と被処理液とを収容し、嫌気性条件下で被処理液を処理する処理槽と、処理槽内に不活性ガスを供給することにより被処理液及び微生物触媒を撹拌するガス撹拌手段とを備える水処理装置が提供される。
【００１１】
本発明に係る水処理装置は一実施態様において、微生物触媒の最表面には不規則な凹凸を有する。
【００１２】
本発明に係る水処理装置は一実施態様において、微生物触媒は、担体の外表面上に最大厚さ１００μｍ以上の嫌気性微生物を含む微生物膜を備える。
【００１３】
本発明に係る水処理装置は別の一実施態様において、微生物触媒は、最表面からの深さが５０μｍ以上の凹部が少なくとも１つ以上形成されていることを含む。
【００１４】
本発明に係る水処理装置は更に別の一実施態様において、嫌気性微生物が嫌気性アンモニア酸化菌である。
【００１５】
本発明に係る水処理装置は更に別の一実施態様において、ガス撹拌手段が、不活性ガスを１０〜４５０Ｌ／（ｍ2・分）で処理槽内に供給することを含む。
【００１６】
本発明に係る水処理装置は更に別の一実施態様において、処理槽内に供給した不活性ガスを処理槽内へ循環させるガス循環手段を更に備える。
【００１７】
本発明は別の一側面において、被処理液中に含まれるアンモニア性の窒素の一部を亜硝酸菌の作用により亜硝酸性窒素に部分酸化して亜硝酸化処理液を得る亜硝酸化槽と、亜硝酸化処理液中のアンモニア性窒素を、自己造粒型の嫌気性微生物を担体の外表面上に固定した微生物触媒を用いて嫌気的に酸化処理する脱窒槽と、脱窒槽内に不活性ガスを供給することにより亜硝酸化処理液及び微生物触媒を撹拌するガス撹拌手段とを備える水処理装置が提供される。
【００１８】
本発明は更に別の一側面において、窒素及び有機物を含有する被処理液を、従属栄養性細菌を用いた脱窒反応により嫌気的に脱窒処理して第１脱窒処理液を得る第１脱窒槽と、第１脱窒処理液中に含まれるアンモニア性窒素の一部を亜硝酸菌の作用により亜硝酸性窒素に酸化して亜硝酸化処理液を得る亜硝酸化槽と、亜硝酸化処理液の一部を第１脱窒槽へ循環する亜硝酸化処理液循環手段と、亜硝酸化処理液中のアンモニア性窒素を、自己造粒型の嫌気性微生物を担体の外表面上に固定した微生物触媒を用いて嫌気的に酸化処理する第２脱窒槽と、第２脱窒槽中に不活性ガスを供給することにより亜硝酸化処理液及び微生物触媒を撹拌するガス撹拌手段とを備える水処理装置が提供される。
【００１９】
本発明は更に別の一側面において、自己造粒型の嫌気性微生物を担体の外表面上に固定化した微生物触媒と被処理液とを処理槽内に収容し、処理槽内に不活性ガスを供給することにより嫌気性条件下で微生物触媒と被処理液とを撹拌させて被処理液を処理することを含む水処理方法が提供される。
【００２０】
本発明に係る水処理方法は一実施態様において、嫌気性微生物が嫌気性アンモニア酸化菌である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、反応槽内に投入された担体からの微生物の剥離を抑制し、より安定した水処理を行うことが可能な水処理装置及び水処理方法が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態に係る水処理装置の一例を表す概略図である。
【図２】図１の脱窒槽に採用可能な撹拌手段の例を表す説明図である。
【図３】図１の脱窒槽に採用可能な別の撹拌手段の例を表す説明図である。
【図４】図４（ａ）は、本発明の実施の形態に係る微生物触媒の一例を表す断面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）の微生物触媒の一部の微生物膜が剥離した状態を表す断面図であり、図４（ｃ）は従来の包括固定化担体の断面図を表し、図４（ｄ）は本発明の実施の形態に係る微生物触媒の他の例を表す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る微生物触媒の断面の一例を示す写真である。
【図６】本発明の実施の形態に係る微生物触媒の最表面の凹凸の深さを表す写真である。
【図７】本発明の実施の形態の変形例に係る水処理装置の一例を表す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであってこの発明の技術的思想は構成部品の構造、配置等を下記のものに特定するものではない。
【００２４】
以下の説明においては、本発明に係る水処理装置及び水処理方法として、嫌気性アンモニア酸化処理に関わる装置及び方法を例示する。しかしながら、自己造粒する特性を有する嫌気性微生物を担体の該表面に固定化した微生物触媒を利用する他の装置及び方法にも本発明が適用可能であることは勿論である。
【００２５】
図１に示すように、本発明の実施の形態に係る水処理装置は、亜硝酸化槽３と、亜硝酸化槽３に接続された沈降槽４と、沈降槽４を介して亜硝酸化槽３に接続された脱窒槽５（嫌気性アンモニア酸化槽）とを備える。
【００２６】
亜硝酸化槽３では、被処理液（原水）中に含まれるアンモニア性窒素（ＮＨ4−Ｎ）の一部を亜硝酸菌の働きにより、亜硝酸性窒素（ＮＯ2−Ｎ）に変換する部分亜硝酸化処理が行われる。部分亜硝酸化処理では、亜硝酸菌としてのアンモニア酸化菌を安定して亜硝酸化槽３内に維持することが望ましい。アンモニア酸化菌を安定して維持するための方法としては、亜硝酸化槽３内にアンモニア酸化菌を付着固定できる流動担体を添加すること等が挙げられる。
【００２７】
亜硝酸化槽３に充填する流動担体としては、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）やポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリアクリルアミド、光硬化性樹脂等の合成高分子、カラギーナン、アルギン酸ソーダ等の高分子を用いたゲル担体、ポリエチレンやポリウレタン、ポリポロピレン等からなる担体、或いは活性炭からなる担体などが挙げられる。
【００２８】
担体の形状としては球形、四角形、円筒形の何れも使用可能でありその有効径は、亜硝酸化槽３の出口に設けられたスクリーンより安定して分離できる２〜２０ｍｍであり、より好ましくは３〜１５ｍｍ、更に好ましくは３〜１０ｍｍが好ましい。担体比重は曝気状態において均一に流動可能となる１．０１〜１．１５、より好ましくは１．０１〜１．１０、更に好ましくは１．０１〜１．０５であるものが好ましい。担体充填量は均一に混合流動可能となる５〜３０Ｖ％であるのが好ましく、より好ましくは１０〜２０Ｖ％である。
【００２９】
亜硝酸化槽３では、担体添加と浮遊活性汚泥の共存が望ましい。浮遊活性汚泥の共存により、亜硝酸化槽３に流入する原水の水質が変動しても、活性汚泥処理による平均化が可能である。そのため、アンモニア酸化菌付着の微生物担体への影響がほとんど無く、安定した亜硝酸化処理が得られる。
【００３０】
沈降槽４では、亜硝酸化処理液中に含まれる浮遊活性汚泥を沈降分離する。沈降分離により得られた上澄み液は、脱窒槽５へ送られる。沈降槽４内で沈降分離された汚泥の一部は返送汚泥として亜硝酸化槽３へ供給可能である。沈降槽４内で発生する余剰汚泥の一部は汚泥処理設備へ送られる。
【００３１】
脱窒槽５は、浮遊活性汚泥分離後の亜硝酸化処理液中のアンモニア性窒素を、微生物触媒を用いて嫌気的に酸化処理する処理槽である。脱窒槽５には、亜硝酸化処理液と微生物触媒とを槽内で撹拌するための撹拌手段として、脱窒槽５に不活性ガスを供給することにより亜硝酸化処理液と微生物触媒１０とを撹拌するガス撹拌手段５１が配置される。
【００３２】
ガス撹拌手段５１の詳細は特に制限されないが、例えば液にガスを供給する送風機やコンプレッサと散気装置（散気管やディフューザ、スパージャ、散気板、メンブレン）等で構成されることができる。例えば図２に示すように、脱窒槽５の底部にガス供給口５１Ａを設け、ガス供給口５１Ａから脱窒槽５の上方へ向けて不活性ガスを供給し、亜硝酸化処理液と微生物触媒との混合液体中に液流（回旋流）を発生させるための装置も好適に採用可能である。
【００３３】
或いは、図３に示すように、脱窒槽５の底部に設けたガス供給口５１Ｂの上方にドラフトチューブ５２Ｂを配置し、亜硝酸化処理液と微生物触媒との混合液体中に液流を発生させるための装置もガス撹拌手段５１として好適に利用可能である。
【００３４】
図１に示すように、脱窒槽５内に供給した不活性ガスを脱窒槽５内へ再び循環させるガス循環手段５３を更に備えていてもよい。ガス循環手段５３を配置することにより、撹拌に用いたガスを有効利用できるため、不活性ガスの使用量を低減でき、より効率の良い処理を行うことができる。また、嫌気性アンモニア酸化の場合は、処理で発生する窒素ガス自体が不活性ガスのため、処理で発生した窒素ガスを循環して利用することによってより効率の良い処理を行うことができる。
【００３５】
ガス撹拌手段５１は、窒素ガス等の不活性ガスからなる圧縮ガスを脱窒槽５内に供給することが好ましい。圧縮ガスの供給量は、例えば１０〜４５０Ｌ／ｍ2・分、より好ましくは３０〜３００Ｌ／ｍ2・分、更に好ましくは５０〜１５０Ｌ／ｍ2・分で脱窒槽５内に供給することが望ましい。
【００３６】
本実施形態に用いられる微生物触媒１０の概略図を図４（ａ）に示す。脱窒槽５内には、自己造粒する特性を有する（以下「自己造粒型」と称する）嫌気性微生物を担体１０Ａの外表面Ｓ１上に固定した微生物触媒１０が供給される。自己造粒型の嫌気性微生物としては、嫌気性アンモニア酸化処理の場合は嫌気性アンモニア酸化菌が好適に利用される。
【００３７】
図４（ａ）に示すように、微生物触媒１０は、担体１０Ａと、担体１０Ａの外表面Ｓ１上に配置された微生物膜１０Ｂとを備える。担体１０Ａの材料としては、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）やポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、ポリアクリルアミド、光硬化性樹脂等の合成高分子、カラギーナン、アルギン酸ソーダ等の高分子を用いたゲル担体、ポリエチレンやポリウレタン、ポリポロピレン等からなる担体、或いは粒状活性炭等が挙げられる。
【００３８】
担体１０Ａの形状としては球形、四角形、円筒形の何れも使用可能であり、その有効径は脱窒槽出口のスクリーンより安定して分離できる１〜２０ｍｍが好ましい。担体として表面に微細孔径を多く有するもの、表面に無数の凹凸を有するものが嫌気性アンモニア酸化菌の付着固定が速く、短期間で高い脱窒性能が得られる。さらに長期間、脱窒槽内嫌気性アンモニア酸化菌を高濃度に維持できることから、安定した脱窒性能が得られる。
【００３９】
担体１０Ａの比表面積は、２００〜１００００ｍ2／ｍ3、より好ましくは、２００〜２００００ｍ2／ｍ3、更に好ましくは２００〜３００００ｍ2／ｍ3であるものが好ましい。担体比重は嫌気状態において撹拌より均一流動できる１．０１〜１．１５、より好ましくは、１．０１〜１．１０、更に好ましくは１．０１〜１．０５であるものが好ましい。担体充填量は均一に混合流動可能となる５〜３０Ｖ％であるのが好ましく、より好ましくは１０〜３０Ｖ％、更に好ましくは１０〜２０Ｖ％である。
【００４０】
嫌気性アンモニア酸化菌の働きにより脱窒槽５内には窒素が発生する。反応によって生じる窒素が嫌気性アンモニア酸化菌から離脱しない場合には、嫌気性アンモニア酸化菌が浮上しやすくなり、脱窒槽５外へ流出する恐れがある。本実施形態では、水より比重の重い上記の担体１０Ａに嫌気性微生物を固定化することにより、嫌気性微生物が脱窒槽５外へ流出するという現象を抑制できるため、脱窒槽５内で嫌気性微生物を安定的に保持することができる。
【００４１】
本実施形態に用いられる担体１０Ａとしては、結合固定化担体であることが好ましい。「結合固定化担体」とは、主として担体１０Ａの外表面上に微生物を付着又は成長させる結合固定化法によって微生物を固定化した担体を意味する。嫌気性アンモニア酸化処理において結合固定化担体を用いることで、基質の微生物への輸送効率が上昇し、反応速度の向上をもたらす。また、反応で発生した窒素ガスを液中に放出し易くなる効果も得られる。なお、もう一方の固定化方法である包括固定化担体の場合は、微生物を多く保持させすぎると担体内部に保持された微生物から発生する窒素ガスで担体が内部から崩壊する可能性があるため、この点において、反応でガスを発生する微生物には、結合固定化担体がより有効である。
【００４２】
しかしながら、嫌気性アンモニア酸化菌等のような自己造粒型の嫌気性微生物は不定形に自己造粒する微生物であることが知られており、このような微生物に対して結合固定化法により微生物触媒１０を作製すると、微生物膜１０Ｂの最表面Ｓ２には、大小の凹凸を含む不規則な凹凸が形成される。
【００４３】
従来の機械撹拌による撹拌では、微生物触媒１０が撹拌羽根と衝突する。図４（ａ）に示すように、微生物膜１０Ｂの最表面Ｓ２には不規則な凹凸が形成されているため、この凹凸に撹拌羽根が引っ掛かると、図４（ｂ）に示すように、微生物膜１０Ｂの一部分が引き剥がされる。また、撹拌羽根との直接的な接触のみならず、撹拌羽根付近で発生する強い乱流によって、微生物膜１０Ｂの最表面Ｓ２の凹凸から微生物膜１０Ｂの一部が剥離を引き起こす場合も考えられる。本発明では、機械撹拌の代わりに、ガス撹拌手段５１による撹拌を行うことにより、微生物触媒１０の微生物膜１０Ｂの一部剥離を効果的に抑制することが可能となる。
【００４４】
一方、現在嫌気性アンモニア酸化技術で一般的に用いられる自己造粒型の嫌気性微生物の利用に関しては、図４（ｃ）に示すように、微生物を光固定化樹脂などで包括し、樹脂の内部に取り込み固定化する「包括固定化法」によって固定化した担体１１（図４（ｃ）において担体１１内部のドット部分は樹脂内部に固定化された微生物を示す）を利用する手法が取られているが、包括固定化法によって固定された担体を流動させる手法では、微生物が樹脂で包括されているために樹脂が直接撹拌羽根と衝突する機会が無く、機械撹拌による微生物膜剥離の問題はあまり生じない。また、別の利用方法である、自己造粒化した微生物集塊そのものを微生物触媒として用いる方法（グラニュール法）では、担体に微生物を付着させているわけではないので、微生物膜の剥離と言う問題自体が存在しない。
【００４５】
本発明の実施の形態においては、特に以下の表面性状を有する微生物触媒１０に対して有効な微生物膜１０Ｂの剥離抑制効果が得られる。
【００４６】
図４（ａ）に示すように、微生物触媒１０の微生物膜１０Ｂが最も厚く形成されている部分の膜の厚さを「微生物膜１０Ｂの最大厚さ（Ｔｍａｘ）」と規定した場合、ガス撹拌手段５１による撹拌は、微生物膜１０Ｂの最大厚さ（Ｔｍａｘ）が１００μｍ以上、更には１５０μｍ以上、更には２００μｍ以上の微生物触媒１０に対して特に有効な微生物膜１０Ｂの剥離抑制効果が得られる。なお、微生物膜１０Ｂの最大厚さＴｍａｘの上限は、有効径１〜２０ｍｍの担体１０Ａを使用する場合において一般的には１０ｍｍ程度である。
【００４７】
このような生物触媒１０の微生物膜１０Ｂの最小厚さ（Ｔｍｉｎ）は少なくとも１０μｍである。なお、微生物膜１０Ｂの最大厚さ、最小厚さ（Ｔｍａｘ、Ｔｍｉｎ）は例えば、微生物触媒１０を写真撮影してその厚さを評価するか、或いは微生物触媒１０を切断して断面状態を観察（図５参照）することにより評価することができる。
【００４８】
本発明に好適な微生物触媒１０は、図６に示すように、その最表面Ｓ２に不規則な凹凸を有している。例えば、領域Ｒに見られるように、最表面からの深さが５０μｍ以上の凹部が１個以上、より具体的には１〜１０6個、更には１０〜１０4個程度に形成された粒状体である（なお、図６の１区画は１ｍｍを表す）。ここで「最表面からの深さ」とは、凹みの底と周囲の高い部分との高低差を測定した場合の大きさとして定義される。このような凹部は、担体１０Ａの表面積５０ｍｍ2内に１つ以上、より具体的には５〜１００００個存在している。
【００４９】
本発明の実施の形態に係る水処理装置によれば、機械撹拌の代わりに、ガス撹拌手段５１を配置することにより、脱窒槽５内に投入された微生物触媒１０からの微生物膜１０Ｂの剥離を抑制することができる。これにより、脱窒槽５内には常時一定の微生物が存在することとなり、これにより従来に比べてより安定した水処理を行うことが可能な水処理装置及び水処理方法が提供できる。
【００５０】
（変形例）
本発明の変形例に係る水処理装置を図７に示す。水処理装置は、窒素及び有機物を含有する原水（被処理液）を濃縮処理及び脱水処理することにより、原水中の浮遊物質（ＳＳ）成分を除去する濃縮・脱水装置１と、濃縮・脱水装置１から得られた被処理液を従属栄養性細菌を用いた脱窒反応により嫌気的に脱窒処理して第１脱窒処理液を得る第１脱窒槽２と、第１脱窒処理液中に含まれるアンモニア性窒素の一部を亜硝酸菌の作用により亜硝酸性窒素に酸化して亜硝酸化処理液を得る亜硝酸化槽３と、亜硝酸化処理液の一部を第１脱窒槽２へ循環する亜硝酸化処理液循環手段７と、亜硝酸化処理液中のアンモニア性窒素を、自己造粒型の嫌気性微生物を担体の外表面上に固定した微生物触媒１０を用いて嫌気的に酸化処理する第２脱窒槽５とを備え、第２の脱窒槽５が、第２の脱窒槽５中に不活性ガスを供給することにより被処理液及び微生物触媒１０を撹拌するガス撹拌手段５１を備えている。
【００５１】
即ち、図７に示す水処理装置は、図１の亜硝酸化槽３の前段に濃縮・脱水装置１及び第１脱窒槽２を更に備えており、亜硝酸化槽３で得られた亜硝酸化処理液を第１脱窒槽２へ循環する循環手段７を備え、沈降槽６が脱窒槽５の出口側に配置されている点が、図１に示す水処理装置と異なる。
【００５２】
濃縮・脱水装置１としては、種々の装置を用いることができる。例えば原水として、し尿と浄化槽汚泥混合液を利用する場合は、一般的にはし尿と浄化槽汚泥混合液に対する濃縮・脱水処理は別々に行うことが好ましい。予め、汚泥の濃縮処理を行い、濃縮した汚泥に対して脱水処理を行えば、含水率の低い脱水汚泥が得られる。
【００５３】
濃縮方式としては、重力濃縮、機械濃縮の何れも有効な濃縮方式である。高分子凝集剤を添加した濃縮処理を行うと、濃縮汚泥濃度を最大１０％程度にすることができる。この濃縮汚泥に対して脱水処理を行えば、含水率７０％以下の脱水汚泥が得られて顕著な汚泥減容効果が得られる。この低含水率脱水汚泥のカロリーは高く、焼却処理において補助燃料無での自燃が可能であり、省エネ、低コストとなる。
【００５４】
濃縮・脱水装置１で濃縮・脱水が行われた被処理液は、ＢＯＤ、ＳＳ等の有機物濃度が大きく低減されることから、後段の各処理槽の容積をコンパクト化できる。特に、被処理液のＢＯＤ／Ｔ−Ｎ比が３より低い場合、図７の水処理装置による嫌気性アンモニア酸化方式の適用メリットが高くなる。
【００５５】
第１脱窒槽２では、従属栄養性細菌である脱窒菌を用いて、被処理液中の有機物を電子供与体として利用しながら窒素ガスを発生させる従属栄養脱窒反応を進行させる。従属栄養脱窒反応により脱窒できるＮＯx−Ｎ量は、第１脱窒槽２に流入されるＢＯＤ量に依存する。通常は、ＮＯx−Ｎが１ｇに対しＢＯＤが約３ｇ必要となる。第１脱窒槽２に流入するＢＯＤは、被処理液のＢＯＤを測定することにより予め測定できる。このため、後述する亜硝酸化槽３から第１脱窒槽２へ循環する亜硝酸化処理液に含まれるＮＯx−Ｎ量が、第１脱窒槽２における脱窒処理により処理される被処理液中のＢＯＤ量に対して理論上必要量（例えば約１／３倍）となるように、亜硝酸化処理液の循環流量を調整すれば、第１脱窒槽２でＮＯx−Ｎを確実に除去できる上、被処理液中のＢＯＤも同時に消費して、被処理液中のＢＯＤを小さくすることができる。
【００５６】
その結果、第１脱窒槽２から得られる第１脱窒処理液は、ＢＯＤ残留が少なく、窒素成分として、主にアンモニア性窒素（ＮＨ4−Ｎ）を含有することとなる。また、第１脱窒槽２で処理された第１脱窒処理液の全窒素濃度（Ｔ−Ｎ）は、亜硝酸化処理液を循環させない場合に比べて低減されていることから、後述する第２脱窒槽５（嫌気性アンモニア酸化槽）のＴ−Ｎ負荷も低減でき、第２脱窒槽５がコンパクトとなる。
【００５７】
第２脱窒槽５で得られた第２脱窒処理液は、第２脱窒処理液循環手段８を介して第１脱窒槽２へ循環してもよい。これにより循環手段７のみを備える場合に比べて、より高い窒素除去率を達成可した処理水が得られる。
【００５８】
沈降槽６で濃縮沈降した活性汚泥は返送汚泥９として第１脱窒槽２に返送してもよい。返送汚泥９の返送流量としては、汚泥沈降性や必要汚泥濃度に応じて、被処理液の第１脱窒槽２への流入流量に対する比率として一般的に０．２５〜１．０倍とすることができる。
【００５９】
本発明の実施の形態に係る水処理装置の変形例によれば、最終的に得られる処理水中の窒素濃度をより低減することができるとともに、各反応槽における処理を安定して進めることができる。
【００６０】
（その他の変形例）
本発明は上記の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。
【００６１】
例えば、上記の実施の形態では、自己造粒型の嫌気性微生物として、嫌気性アンモニア酸化菌を用いる例を説明した。しかしながら、自己造粒型の嫌気性微生物としては、例えば、メタン発酵に利用されるメタン発酵菌群等の他の細菌を利用することも可能である。
【００６２】
また、図４（ａ）に示す微生物触媒１０では、複数の微生物集塊が担体表面で再集合した状態の断面図を示しているが、図４（ｄ）に示すように、複数の微生物集塊が一体化して成長するような形態も本実施態様に含まれ得ることは勿論である。
【００６３】
また、反応槽に充填されている微生物触媒全てが、上記実施形態において規定された形状を満たす必要は無い。一部でも、その形状を満たす微生物触媒が存在すれば、機械撹拌を行った場合に該微生物触媒が剥離を起こし、処理性能の低下を引き起こすため、反応槽に充填された一部の微生物触媒が上記実施形態において規定された形状を満たす場合にも、本発明は適用可能である。
【実施例】
【００６４】
以下に本発明の実施例を比較例と共に示すが、これらの実施例は本発明及びその利点をよりよく理解するために提供するものであり、発明が限定されることを意図するものではない。
【００６５】
（実施例）
図１に示す嫌気性アンモニア酸化装置において、下水汚泥を消化槽で消化した後の汚泥を脱水機等で脱水する際に発生する下水消化汚泥脱水ろ液を被処理液として水処理を実施した。亜硝酸化槽内には平均粒径４．２ｍｍ、比重１．０２、ポリエチレングリコール主体の高分子ゲル担体（ＰＥＧ担体）を２０Ｖ％添加した。脱窒槽には、亜硝酸化槽内で得られた亜硝酸化処理液を入れ、その中に平均粒径４．０ｍｍ、比重１．０２、ポリビニルアルコール主体の結合固定化担体（ＰＶＡ担体）を２０Ｖ％添加した。各反応槽水温はほぼ２５〜３０℃とした。
【００６６】
脱窒槽の底部から窒素ガスからなる圧縮ガスを、１００Ｌ／（ｍ2・分）で供給して亜硝酸化処理液と微生物触媒とを撹拌し、ＰＶＡ担体の外表面上に嫌気性アンモニア酸化菌を最大厚さ２，０００μｍで付着させたところで定常状態に達したため、微生物触媒を取り出してその表面性状を観察した。その結果、微生物膜の剥離が生じた微生物触媒の個数は全体の１０％以下であった。
【００６７】
（比較例）
一方、撹拌手段として、撹拌羽根を有する機械撹拌で亜硝酸化処理液と微生物触媒とを撹拌した以外は実施例と同様の条件としたところ、微生物膜の剥離が生じた微生物触媒の個数は触媒全体の２０〜３０％程度であった。
【符号の説明】
【００６８】
１…濃縮・脱水装置
２…脱窒槽（第１脱窒槽）
３…亜硝酸化槽
４…沈降槽
５…脱窒槽（第２脱窒槽）
６…沈降槽
７…亜硝酸化処理液循環手段
８…脱窒処理液循環手段
９…返送汚泥
１０…微生物触媒
１０Ａ…担体
１０Ｂ…微生物膜
５１…ガス撹拌手段
５１Ａ…ガス供給口（ガス撹拌手段）
５１Ｂ…ガス供給口（ガス撹拌手段）
５２Ｂ…ドラフトチューブ
５３…ガス循環手段
【図１】
2015128747.tif 000003
【図２】
2015128747.tif 000004
【図３】
2015128747.tif 000005
【図４】
2015128747.tif 000006
【図７】
2015128747.tif 000007
【図５】
2015128747.tif 000008
【図６】
2015128747.tif 000009