(57)【要約】含窒素水を処理する含窒素水処理設備と、前記含窒素水処理設備から発生する、亜酸化窒素を含む窒素成分由来の含窒素ガスを回収する回収装置と、回収した前記含窒素ガスを分解することにより発生する分解熱によって加熱を行う加熱手段と、を有する含窒素水処理システムを提供する。
2014112640.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
含窒素水を処理する含窒素水処理設備と、
前記含窒素水処理設備から発生する前記含窒素水中の窒素成分由来の亜酸化窒素を含む含窒素ガスを回収する回収装置と、
回収した前記含窒素ガス中の亜酸化窒素を分解することにより発生する分解熱によって加熱を行う加熱手段と、
を有する含窒素水処理システム。
【請求項２】
更に、蒸気ボイラーと当該蒸気ボイラーで発生する蒸気により駆動される蒸気タービン発電機を備え、前記加熱手段が当該蒸気ボイラーの蒸気発生部である請求項１に記載の含窒素水処理システム。
【請求項３】
前記含窒素水処理設備が、含窒素水処理槽を有し、前記含窒素水処理槽が、脱窒菌による脱窒処理および硝化菌による硝化処理が行われる処理槽である、請求項１又は２に記載の含窒素水処理システム。
【請求項４】
前記含窒素水処理槽が、間欠曝気を行うことにより、脱窒菌による脱窒処理と、硝化菌による硝化処理が交互に行われる処理槽である、請求項３に記載の含窒素水処理システム。
【請求項５】
前記含窒素水処理槽が、脱窒菌による脱窒処理を行う脱窒槽と、硝化菌による硝化処理を行う硝化槽を備え、前記硝化槽の処理水の一部を前記脱窒槽に循環させる循環経路を有する、請求項３に記載の含窒素水処理システム。
【請求項６】
前記含窒素ガス中の亜酸化窒素濃度と、前記硝化処理における硝化率を測定し、測定された結果に基づいて前記硝化処理における溶存酸素濃度を調整する調整部を有する、請求項３〜５のいずれか１項に記載の含窒素水処理システム。
【請求項７】
前記含窒素ガス中の亜酸化窒素濃度と、前記脱窒処理における脱窒率を測定し、測定された結果に基づいて前記硝化槽から前記脱窒槽への循環量を調整する調整部を有する、請求項５に記載の含窒素水処理システム。
【請求項８】
前記含窒素ガス中の亜酸化窒素濃度と、前記脱窒処理における脱窒率を測定し、測定された結果に基づいて前記間欠曝気のサイクル時間を調整する調整部を有する、請求項４に記載の含窒素水処理システム。
【請求項９】
前記含窒素ガス中の亜酸化窒素濃度と、前記脱窒処理における脱窒率を測定し、測定された結果に基づいて前記脱窒処理におけるｐＨを調整する調整部を有する、請求項３〜５のいずれか１項に記載の含窒素水処理システム。
【請求項１０】
前記含窒素ガス中の亜酸化窒素濃度と、前記脱窒処理における脱窒率を測定し、測定された結果に基づいて前記脱窒処理における酸化還元電位を調整する調整部を有する、請求項３〜５のいずれか１項に記載の含窒素水処理システム。
【請求項１１】
前記脱窒処理において、硝酸態窒素、または亜硝酸態窒素を亜酸化窒素に還元する脱窒菌の１種または２種以上を利用する、請求項３〜１０のいずれか１項に記載の含窒素水処理システム。
【請求項１２】
前記含窒素水が下水、し尿、畜産排水、水産加工排水、工場排水のいずれか１種または２種以上を含むことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の含窒素水処理システム。
【請求項１３】
含窒素水を含窒素水処理槽で処理して、前記含窒素水中の窒素成分由来の亜酸化窒素を含む含窒素ガスを得る処理工程と、
前記含窒素ガスを回収する回収工程と、
回収した前記含窒素ガス中の亜酸化窒素を分解することにより発生する分解熱によって加熱を行う加熱工程と、
を有する、含窒素水処理方法。
【請求項１４】
前記加熱工程が前記分解熱により流体を蒸発させるステップを含み、更に、前記ステップで発生する蒸気により蒸気タービン発電機を駆動して発電を行う発電工程を含む請求項１３に記載の含窒素水処理方法。
【請求項１５】
前記含窒素ガスを得る処理工程が、脱窒菌により脱窒処理を行う工程（脱窒処理工程）および硝化菌により硝化処理を行う工程（硝化処理工程）を含む、請求項１３又は１４に記載の含窒素水処理方法。
【請求項１６】
前記含窒素水処理槽が１つの槽からなり、
前記含窒素ガスを得る処理工程が、前記含窒素水処理槽において間欠曝気を行うことにより、前記脱窒処理工程と、前記硝化処理工程を、交互に行う工程を含む、請求項１５に記載の含窒素水処理方法。
【請求項１７】
前記含窒素水処理槽が脱窒槽と硝化槽を備え、
前記含窒素ガスを得る処理工程が、前記硝化槽における硝化処理工程、前記硝化槽の処理水の一部を脱窒槽に循環させる工程、及び前記脱窒槽における脱窒処理工程を含む、請求項１５に記載の含窒素水処理方法。
【請求項１８】
前記含窒素ガス中の亜酸化窒素濃度と、前記硝化処理における硝化率を測定する工程と、測定された結果に基づいて前記硝化処理における溶存酸素濃度を調整する工程を備える、請求項１５〜１７のいずれか１項に記載の含窒素水処理方法。
【請求項１９】
前記含窒素ガス中の亜酸化窒素濃度と、前記脱窒処理における脱窒率を測定する工程と、測定された結果に基づいて前記硝化槽から前記脱窒槽への循環量を調整する工程を備える、請求項１７に記載の含窒素水処理方法。
【請求項２０】
前記含窒素ガス中の亜酸化窒素濃度と、前記脱窒処理における脱窒率を測定する工程と、測定された結果に基づいて前記間欠曝気のサイクル時間を調整する工程を備える、請求項１６に記載の含窒素水処理方法。
【請求項２１】
前記含窒素ガス中の亜酸化窒素濃度と、前記脱窒処理における脱窒率を測定する工程と、測定された結果に基づいて前記脱窒処理におけるｐＨを調整する工程を備える、請求項１５〜１７のいずれか１項に記載の含窒素水処理方法。
【請求項２２】
前記含窒素ガス中の亜酸化窒素濃度と、前記脱窒処理における脱窒率を測定する工程と、測定された結果に基づいて前記脱窒処理における酸化還元電位を調整する工程を備える、請求項１５〜２１のいずれか１項に記載の含窒素水処理方法。
【請求項２３】
前記脱窒処理において、硝酸態窒素、亜硝酸態窒素を亜酸化窒素に還元する脱窒菌の１種または２種以上を利用する、請求項１５〜２２のいずれか１項に記載の含窒素水処理方法。
【請求項２４】
前記含窒素水が下水、し尿、畜産排水、水産加工排水、工場排水のいずれか１種または２種以上を含む、請求項１３〜２３のいずれか１項に記載の含窒素水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、含窒素水処理システムおよび含窒素水処理方法に関する。
本願は、２０１３年１月２１日に出願された特願２０１３−００８８３７号及び、２０１３年５月１０日に、日本に出願された特願２０１３−１００５９５号、に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
下水など窒素を含む含窒素水を処理することにより、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ、一酸化二窒素とも言う。）が発生することが知られている。例えば、下水道施設では、汚泥焼却工程や微生物の働きにより亜酸化窒素が発生する（例えば、非特許文献１参照）。亜酸化窒素は、二酸化炭素(ＣＯ２)の約３１０倍の温暖化効果を持つ温室効果ガスである。このため、窒素を含む含窒素水を処理する際に発生する亜酸化窒素の排出を抑制して、地球温暖化を防止することが要求されている。
非特許文献１には、下水汚泥を高温焼却することにより、亜酸化窒素の排出を削減する技術が記載されている。【０００３】
また、亜酸化窒素の大気中への放出を防ぐ技術として、例えば工場や焼却設備、自動車などから排出される排ガス中の亜酸化窒素を、触媒を用いて分解除去する技術が多数開発されている（例えば、特許文献１〜３参照。）。また、亜酸化窒素を触媒分解することで得られる分解ガスを利用して、推力を発生させるスラスタ装置が提案されている（例えば、特許文献４参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−４０２７号公報
【特許文献２】特開２００５−２３０７９５号公報
【特許文献３】特開２００６−１８１５７０号公報
【特許文献４】特開２００７−１１９８８２号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】資源のみち委員会、資源のみちの実現に向けて、報告書、平成１９年３月、１１ページ〜１３ページ
【非特許文献２】Bazylinski, D. A., E. Palome, N. A. Blakemore & R. P. Blakemore (1986) Denitrification by Chromobacterium violaceum. Appl. Environ. Microbiol., 52: 696-699.
【非特許文献３】Blaszczyk, M. (1993) Effect of medium composition on the denitrification of nitrate by Paracoccus denitrificas. Appl. Environ. Microbiol., 59: 3951-3953
【非特許文献４】Okada, N., N. Nomura, T. Nakajima-Kambe & H. Uchiyama (2005) Characterization of the aerobic denitrification in Mesorhizomiumsp. Strain NH-14 in comparison with that in related Rhisobia. Microbes Environ. 20: 208-215.
【非特許文献５】Philippot, L., J. Andert, C. M. Jones, D. Bru & S. Hallin (2010) Importance of denitrifiers lacking the genes encoding the nitrous oxide reductase for N2O emissions from sol. Glob. Change Biol., 17: 1497-1504.
【非特許文献６】Tago, K., S. Ishii, T. Nishizawa, S. Otsuka & K. Senoo (2011) Phylogenetic and functional diversity of denitrifying bacteria isolated from various rice paddy and rice-soybean rotation fields. Microbes Environ., 26: 30-35.
【非特許文献７】van Rijn, Y. Tal & Y. Barak (1996) Influence of volatile fatty acids on nitrite accumulation by Pseudomonas stutzeristrain isolated from a denitrifying fluidized bed reactor. Appl. Environ. Microbiol., 62: 2615-2620.
【非特許文献８】Wood, D. W., J. C. Setubal, R. Kaul et al. (2001) The genome of the natural engineer Agrobacterium tumefaciens C58. Science, 294: 676-684.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の技術では、下水などの含窒素水を処理する含窒素水処理槽から排出される亜酸化窒素の排出量を抑制する技術は検討されていた。しかしながら、亜酸化窒素を選択的に生成させる技術はなかった。また、従来、含窒素水処理設備から排出される亜酸化窒素は、全て大気中に放出されていた。【０００７】
また、近年、地球環境に対する意識の高まりによって、化石燃料等に依存した社会から、再生可能な代替エネルギーを利用した社会への転換が求められている。【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みて提案されたものである。含窒素水処理設備から選択的に亜酸化窒素を生成させ、この生成させた亜酸化窒素を回収して環境中への放出を防止するとともに、回収した亜酸化窒素の分解により発生する分解熱をエネルギーとして利用する、含窒素水処理システムおよび含窒素水処理方法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】
【０００９】
本発明は、本発明の第一の態様である（１）のシステムを提供する。また前記（１）は、（２）〜（１２）に記載される特徴のいずれか、あるいはこれらの特徴の組み合わせを有する事が好ましい。
（１）含窒素水を処理する含窒素水処理設備と、前記含窒素水処理設備から発生する、前記含窒素水中の窒素成分由来の亜酸化窒素を含む含窒素ガスを回収する回収装置と、回収した前記含窒素ガス中の亜酸化窒素を分解することにより発生する分解熱によって加熱を行う加熱手段と、を有することを特徴とする含窒素水処理システム。
（２）更に、蒸気ボイラーと当該蒸気ボイラーで発生する蒸気により駆動される蒸気タービン発電機を備え、前記加熱手段が当該蒸気ボイラーの蒸気発生部である（１）に記載の含窒素水処理システム。
（３）前記含窒素水処理設備が、含窒素水処理槽を有し、前記含窒素水処理槽が、脱窒菌による脱窒処理および硝化菌による硝化処理が行われる処理槽である、（１）又は（２）に記載の含窒素水処理システム。【００１０】
（４）前記含窒素水処理槽が、間欠曝気を行うことにより、脱窒菌による脱窒処理と、硝化菌による硝化処理が交互に行われる処理槽である、（３）に記載の含窒素水処理システム。
（５）前記含窒素水処理槽が、脱窒菌による脱窒処理を行う脱窒槽と、硝化菌による硝化処理を行う硝化槽を備え、前記硝化槽の処理水の一部を前記脱窒槽に循環させる循環経路を有する、（３）に記載の含窒素水処理システム。
（６）前記含窒素ガス中の亜酸化窒素濃度と、前記硝化処理における硝化率を測定し、測定された結果に基づいて前記硝化処理における溶存酸素濃度を調整する調整部を有する、（３）〜（５）のいずれか１項に記載の含窒素水処理システム。【００１１】
（７）  前記含窒素ガス中の亜酸化窒素濃度と、前記脱窒処理における脱窒率を測定し、測定された結果に基づいて前記硝化槽から前記脱窒槽への循環量を調整する調整部を有する、（５）に記載の含窒素水処理システム。
（８）前記含窒素ガス中の亜酸化窒素濃度と、前記脱窒処理における脱窒率を測定し、測定された結果に基づいて前記間欠曝気のサイクル時間を調整する調整部を有する、（４）に記載の含窒素水処理システム。
（９）前記含窒素ガス中の亜酸化窒素濃度と、前記脱窒処理における脱窒率を測定し、測定された結果に基づいて前記脱窒処理におけるｐＨを調整する調整部を有する、（３）〜（５）のいずれか１項に記載の含窒素水処理システム。【００１２】
（１０）  前記含窒素ガス中の亜酸化窒素濃度と、前記脱窒処理における脱窒率を測定し、測定された結果に基づいて前記脱窒処理における酸化還元電位を調整する調整部を有する、（３）〜（５）のいずれかに記載の含窒素水処理システム。
（１１）  前記脱窒処理において、硝酸態窒素、または亜硝酸態窒素を亜酸化窒素に還元する脱窒菌の１種または２種以上を利用する、（３）〜（１０）のいずれかに記載の含窒素水処理システム。
（１２）前記含窒素水が下水、し尿、畜産排水、水産加工排水、工場排水のいずれか１種または２種以上を含むことを特徴とする（１）〜（１１）のいずれかに記載の含窒素水処理システム。
本発明は、本発明の第二の態様である以下の（１３）の方法を提供する。また前記（１３）は、（１４）〜（２４）に記載される特徴のいずれか、あるいはこれらの特徴の組み合わせを有する事が好ましい。
（１３）含窒素水を含窒素水処理槽で処理して、前記含窒素水中の窒素成分由来の亜酸化窒素を含む含窒素ガスを得る処理工程と、前記含窒素ガスを回収する回収工程と、回収した前記含窒素ガス中の亜酸化窒素を分解することにより発生する分解熱によって加熱を行う加熱工程と、を有することを特徴とする含窒素水処理方法。【００１３】
（１４）前記加熱工程が前記分解熱により流体を蒸発させるステップを含み、更に、前記ステップで発生する蒸気により蒸気タービン発電機を駆動して発電を行う発電工程を含む（１３）に記載の含窒素水処理方法。
（１５）前記含窒素ガスを得る処理工程が、脱窒菌により脱窒処理を行う工程（脱窒処理工程）および硝化菌により硝化処理を行う工程（硝化処理工程）を含む、（１３）又は（１４）に記載の含窒素水処理方法。
（１６）前記含窒素水処理槽が１つの槽からなり、
前記含窒素ガスを得る処理工程が、前記含窒素水処理槽において間欠曝気を行うことにより、前記脱窒処理工程と、前記硝化処理工程を、交互に行う工程を含む、（１５）に記載の含窒素水処理方法。
（１７）前記含窒素水処理槽が脱窒槽と硝化槽を備え、
前記含窒素ガスを得る処理工程が、前記硝化槽における硝化処理工程、前記硝化槽の処理水の一部を脱窒槽に循環させる工程、及び前記脱窒槽における脱窒処理工程を含む、（１５）に記載の含窒素水処理方法。
（１８）前記含窒素ガス中の亜酸化窒素濃度と、前記硝化処理における硝化率を測定する工程と、測定された結果に基づいて前記硝化処理における溶存酸素濃度を調整する工程を備える、（１５）〜（１７）のいずれか１項に記載の含窒素水処理方法。【００１４】
（１９）前記含窒素ガス中の亜酸化窒素濃度と、前記脱窒処理における脱窒率を測定する工程と、測定された結果に基づいて前記硝化槽から前記脱窒槽への循環量を調整する工程を備える、（１７）に記載の含窒素水処理方法。
（２０）前記含窒素ガス中の亜酸化窒素濃度と、前記脱窒処理における脱窒率を測定する工程と、測定された結果に基づいて前記間欠曝気のサイクル時間を調整する工程を備える、（１６）に記載の含窒素水処理方法。
（２１）前記含窒素ガス中の亜酸化窒素濃度と、前記脱窒処理における脱窒率を測定する工程と、測定された結果に基づいて前記脱窒処理におけるｐＨを調整する工程を備える、（１５）〜（１７）のいずれか１項に記載の含窒素水処理方法。【００１５】
（２２）前記含窒素ガス中の亜酸化窒素濃度と、前記脱窒処理における脱窒率を測定する工程と、測定された結果に基づいて前記脱窒処理における酸化還元電位を調整する工程を備える、（１５）〜（２１）のいずれか１項に記載の含窒素水処理方法。
（２３）  前記脱窒処理において、硝酸態窒素、亜硝酸態窒素を亜酸化窒素に還元する脱窒菌の１種または２種以上を利用する、（１５）〜（２２）のいずれかに記載の含窒素水処理方法。
（２４）  前記含窒素水が下水、し尿、畜産排水、水産加工排水、工場排水のいずれか１種または２種以上を含むことを特徴とする（１３）~（２３）のいずれかに記載の含窒素水処理方法。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の含窒素水処理システムによれば、含窒素水処理設備から選択的に亜酸化窒素を生成させ、生成させた亜酸化窒素を回収して大気中への放出を防止するとともに、回収した亜酸化窒素の分解により発生する分解熱をエネルギーとして利用できる。
また、本発明の含窒素水処理システムが、回収した亜酸化窒素を精製する精製装置を備えている場合、高濃度で純度の高い亜酸化窒素が得られる。精製された亜酸化窒素は、半導体の製造工程において使用できる。また、含窒素水処理システムの加熱装置や発電装置においてエネルギー源として使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明の含窒素水処理システムの一例を説明するための概略図である。
【図２】図２は、本発明の含窒素水処理システムの一例を説明するための概略図である。
【図３】図３は、本発明の含窒素水処理システムの他の例を説明するための概略図である。
【図４】図４は、ヒートパイプタービンを備えた発動装置（発電装置）の一例を示す断面模式図である。
【図５】本発明を適用した蒸気ボイラーを備える発電装置の構成を示す概略系統図である。
【図６】図６は、本発明の含窒素水処理システムの他の例を説明するための概略図である。
【図７】図７は、本発明の含窒素水処理システムの他の例を説明するための概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の含窒素水処理システムおよび含窒素水処理方法について、図面を参照して詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、本発明をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは限定されない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、特に問題の無い限り、材料、数、形状、量、種類、位置などについて、追加、省略、置換、及び変更などの変更が可能である。各例や実施形態同士で、条件を交換しても良い。
【００１９】
以下に、本発明の第一の態様である含窒素水処理システム（装置）の好ましい例や実施形態について説明する。
本発明の含窒素水処理システムは、含窒素水処理槽と、回収装置と、加熱手段とを有する。さらに詳しくは、含窒素水を処理する含窒素水処理槽と、前記含窒素水処理槽から発生する、前記窒素成分由来の亜酸化窒素を含む含窒素ガスを回収する回収装置と、回収した前記含窒素ガスを分解することにより発生する分解熱によって加熱を行う加熱手段と、を有する。以下、「汚水」は「含窒素水」と同義である。
【００２０】
＜第１実施形態＞
（含窒素水処理システム１）
以下、本発明の含窒素水処理システムの一例として、下水処理を行う汚水処理システムを例に挙げて説明する。
図２、図６（循環式硝化脱窒方式）、および図７（回分式硝化脱窒方式）は、本発明の汚水処理システムの一例を説明するための概略図である。
【００２１】
本実施形態の含窒素水処理システムは、図２に示すように、含窒素水処理設備２０１と、回収装置２０２と、加熱手段２０３とを有する。ここで、回収装置２０２は、前記含窒素水処理設備２０１から発生する、含窒素水中の窒素成分由来の亜酸化窒素を含む含窒素ガスを回収する。加熱手段２０３は、回収した前記含窒素ガスを分解することにより発生する分解熱によって加熱を行う。
【００２２】
含窒素水処理設備について、以下に説明する。
好ましい含窒素水処理設備の一例を、図６（循環式硝化脱窒方式）を参照して説明する。図６は本実施形態の含窒素水処理システムにおいて使用可能である、好ましい含窒素水処理設備の一例を説明するための概略図である。
【００２３】
図６に示すように、含窒素水処理設備は、汚水が流入する最初沈殿池２２１と、最初沈殿池２２１を通過した汚水が流入する含窒素水処理槽５０２と、含窒素水処理槽５０２で処理された汚水が流入する最終沈殿槽２２０（固液分離装置）とを備える。さらにこの含窒素水処理設備は、最初沈殿池２２１で汚水と分離された生汚泥および最終沈殿槽２２０で処理水と分離された汚泥を処理する汚泥処理手段２５３と、焼却装置２３７とを備える。
【００２４】
最初沈殿池２２１には、汚水である下水または、必要に応じて設けられる沈砂池により下水に含まれる砂やビニール袋などの大きなゴミの除去された汚水が、流入する。最初沈殿池２２１では、有機物が主体の小さなゴミが沈殿して除去される。最初沈殿池２２１において分離された有機物主体のゴミは生汚泥と呼ばれる。生汚泥は、図６に示すように、配管２４１を介して汚泥処理手段２５３に送られる。また、最初沈殿池２２１において生汚泥と分離された汚水は、水路２４２を介して含窒素水処理槽５０２に送られる。
最初沈殿池２２１は、必要に応じて設けられる。したがって、図６に示す含窒素水処理設備は、最初沈殿池２２１を含まない構成、すなわち、含窒素水処理槽５０２に直接汚水である下水が流入する構成であってもよい。
【００２５】
本発明で使用され得る含窒素水処理槽について、さらに詳細に説明する。
含窒素水処理槽５０２は、脱窒菌による脱窒処理及び硝化菌による硝化処理が行われる処理槽である。
図６に示す含窒素水処理槽５０２は、循環式硝化脱窒方式の槽である。
図７に示す含窒素水処理槽５０２は、回分式硝化脱窒方式の槽である。
【００２６】
含窒素水処理槽５０２内では、硝化処理及び脱窒処理を行う。硝化処理と脱窒処理について、それぞれ以下に説明する。
本発明において「硝化処理」とは、流入するアンモニア態窒素を硝化菌により硝化する処理である。硝化処理では、下記（１）式及び／又は下記（２）式で表される窒素形態の変化が起こる。即ち、本発明における「硝化処理」では、亜硝酸態の窒素、及び／又は硝酸態の窒素への硝化反応が行われる。
【００２７】
【化１】
2014112640.tif 000003
【００２８】
本発明において「脱窒処理」とは、前記の硝化処理によって生成された亜硝酸態の窒素、及び／又は硝酸態の窒素を、脱窒菌により還元する処理である。脱窒処理では、下記式（３）及び／又は下記（４）式で表される窒素形態の変化が起こる。即ち、本発明における「脱窒処理」では、亜酸化窒素、及び／又は窒素への脱窒反応が行われる。
【００２９】
【化２】
2014112640.tif 000004
【００３０】
本発明において、図７に示すように、含窒素水処理槽５０２は、間欠曝気を行うことにより、同一の槽において、硝化菌による硝化処理及び脱窒菌による脱窒処理が交互に行われる処理槽であってもよい（回分式硝化脱窒方式）。
回分式硝化脱窒方式の含窒素水処理槽５０２では、（ａ）曝気を行わずに撹拌のみを行う非曝気サイクルにおける脱窒菌による脱窒処理と、（ｂ）曝気を行う曝気サイクルにおける硝化菌による硝化処理と、が交互に行われる。最初沈殿池２２１からの汚水は、一般的には非曝気サイクル中に間欠的に含窒素水処理槽５０２に供給される。
図７に示す含窒素水処理槽５０２内には、多様な微生物が生息している。それらの微生物の働きで有機物が分解される。汚水に含まれるアンモニア態窒素は、曝気サイクルにおいて、硝化菌の働きにより亜硝酸態に硝化される。さらに、硝酸態の窒素へと硝化される反応が進む。それに伴って、関与する微生物が増殖する。また、非曝気サイクルにおいて、上記の亜硝酸態もしくは硝酸態の窒素が脱窒菌のはたらきにより亜酸化窒素に還元され、さらには窒素ガスに還元される。脱窒菌は、亜硝酸態もしくは硝酸態の窒素の還元で得られる酸素を用いて汚水中の有機物（炭素源）を酸化分解して、菌の生育や増殖に必要なエネルギーを得ている。含窒素水処理槽５０２内で増殖した微生物は、水路２４９を介して処理された汚水とともに最終沈殿槽２２０に流入する。本実施形態においては、微生物を固定化する担体２５５を、含窒素水処理槽５０２の汚水中に浮遊させている。このため、担体に高密度の微生物を担持することが可能となる。有用な微生物の流出を防止するために、含窒素水処理槽５０２から最終沈殿槽２２０への水路２４９の入口（流出口）に、担体２５５が排出されることを防止する網目状のスクリーンなどのろ過装置を設置してもよい。
【００３１】
本発明においては、図６に示すように、含窒素水処理槽５０２に、脱窒菌による脱窒反応を行う脱窒槽２２８と、硝化菌による硝化処理を行う硝化槽２２９とを設けることにより、硝化処理と脱窒処理を別々の槽で処理水を循環させながら行うこともできる（循環式硝化脱窒方式）。これらの槽は、例えば、共有する壁等により互いに隣り合いかつ分離された構造であってもよく、あるいは、互いの槽の間に距離や空間が設けられて別々に分離された構造であってもよい。上部の空間は互いにつながっていること、すなわち一つの空間であることが好ましいが、必要に応じて空間が壁などで互いに分離されていても良い。また、硝化槽２２９の処理水の一部を脱窒槽２２８へと循環させる循環経路５０１、及び／または、最終沈殿槽２２０の上澄みを脱窒槽２２８に返送（循環）させる返送（循環）経路２５１（以下、「返送」と記載することがある。）を有することが好ましい。脱窒槽２２８において処理された汚水は、水路２４８を介して硝化槽２２９へ流入する。硝化槽２２９内には、曝気装置６００により空気が供給されている。
【００３２】
図６に示す含窒素水処理槽５０２内には、多様な微生物が生息している。硝化槽２２９内では、様々な微生物の働きで有機物が分解される。また、汚水中に含まれるアンモニア態窒素の硝化反応が進み、それに伴って、好気性の微生物が増殖する。硝化槽２２９内で増殖した好気性微生物は、水路２４９を介して硝化槽２２９で処理された汚水とともに最終沈殿槽２２０に流入する。
【００３３】
図６に示すように、好気性微生物を含む汚泥は、最終沈殿槽２２０（固液分離装置）において処理水と分離される。分離された処理水は、水路２５２を介して河川等に放流される。また、一部は返送水として脱窒槽２２８に返送される。一方、最終沈殿槽２２０において分別された汚泥（以下、余剰汚泥ということがある）の一部は、図６に示すように、配管２４３を介して返送汚泥として脱窒槽２２８に返送される。したがって、含窒素水処理槽５０２内の微生物の一部は、含窒素水処理槽５０２内を循環している。また、最終沈殿槽２２０において分別された汚泥の残部は、配管２４４を介して、最初沈殿池２２１において分離された生汚泥と共に、汚泥処理手段２５３に送られる。
【００３４】
また、脱窒槽２２８には、脱窒処理を行う脱窒菌が生息している。本実施形態では、微生物を固定化する担体２５５を、脱窒槽２２８の汚水中に浮遊させている。このため高密度の脱窒菌を担持することが可能である。また、脱窒槽２２８から硝化槽２２９への脱窒菌の流出を防止するために、脱窒槽２２８から硝化槽２２９への水路２４８の入口（流出口）に、担体２５５が排出されることを防止する網目状のスクリーンなどのろ過装置を設置していてもよい。この装置により、大部分の脱窒菌は、循環せずに脱窒槽２２８内にとどまる事ができる。
【００３５】
以上のように説明した図６の設備（循環式硝化脱窒方式）、または図７の設備（回分式硝化脱窒方式）において、含窒素水処理槽５０２に流入した汚水中に含まれる窒素は、以下に示すように除去される。
汚水中に含まれるアンモニア態窒素は、図６に示す循環式の場合には、脱窒槽２２８を経由して硝化槽２２９に流入し、そこで硝化菌の働きにより硝化処理が行われる。図７に示す回分式の場合には、曝気サイクルにおいて硝化菌の働きにより硝化処理が行われる。
硝化処理により変換された亜硝酸態もしくは硝酸態の窒素は、図６においては、返送水配管２５１または、循環ライン５０１を介して脱窒槽２２８に返送される。図７においては、同じ含窒素水処理槽５０２において、処理がそのまま非曝気サイクルに移行する。
次に、上記の亜硝酸態もしくは硝酸態の窒素は、図６においては、脱窒槽２２８内の脱窒菌により脱窒処理が行われ、亜酸化窒素又は窒素ガスが、脱窒槽２２８および／または再度流入する硝化槽２２９から気体として排出される。
また図７においては、非曝気サイクルにおいて脱窒菌により脱窒処理が行われ、その結果、亜酸化窒素又は窒素ガスが含窒素水処理槽５０２から気体として排出される。
従来は、温暖化ガスである亜酸化窒素の生成量を極力削減するために、硝化処理においては硝酸態の窒素まで反応を完全に進めること、脱窒処理においては窒素ガスまで反応を完全に進めることが求められてきた。本実施形態においては運転の条件により、硝化処理における亜硝酸態窒素と硝酸態窒素の比率や、脱窒処理における亜酸化窒素と窒素ガスの比率を、変化させることができる。
【００３６】
脱窒処理ではたらく脱窒菌は、嫌気条件下で硝酸呼吸により亜硝酸態もしくは硝酸態窒素を亜酸化窒素および／または窒素ガスに還元する、細菌、古細菌、真菌などの微生物を意味する。
脱窒菌は必要に応じて選択できるが、例えば、シュードモナス・エルギノーサ（Pseudomonas  aeruginosa）、シュードモナス・スッツツエリ（Pseudomonas  stutzeri）等のシュードモナス属、パラコッカス・デニトリフィカンス（Paracoccus  denitrificans）、パラコッカス・ハロデニトリフィカンス.（Paracoccus halodenitrificans）等のパラコッカス属、アルカリゲネス・フェカリス（Alcaligenes  faecalis）等のアルカリゲネス属、チオバチルス・デニトリフィカンス（Thiobachillus  denitrificans）等のチオバチルス属、アクロモバクター・サイクロクラステス（Achromobacter  cycloclastes）等のアクロノバクター属、アゾスピリルム・ブラシレンセ（Azospirillum  brasilense）等のアゾスピリルム属等が挙げられる。しかし、脱窒菌としては、上に挙げた微生物に限らず、脱窒能を有する微生物であれば限定されない。これらの菌は単独で用いても良く、あるいは、二種以上を組み合わせて使用しても良い。
【００３７】
これらの脱窒菌の中でも、亜硝酸態もしくは硝酸態窒素を窒素ガスまで還元せずに亜酸化窒素に還元する能力を有する脱窒菌が知られている（非特許文献２〜８）。これらの亜酸化窒素を選択的に生成する脱窒菌のいずれか１種または２種以上を用いることが好ましい。これらの脱窒菌を用いることで、脱窒処理において高濃度の亜酸化窒素を生成させることができる。
【００３８】
本発明において、硝化反応は、硝酸態窒素にまで硝化するのではなく、亜硝酸を生成することが好ましい。すなわち、硝酸態窒素にまで硝化しないことが好ましい。具体的には、まず、亜硝酸態窒素と、硝酸態窒素とを測定する測定機器を用いて、前記各窒素形態の窒素濃度を測定する。次に、測定結果に基づいて、硝化処理における、前記含窒素水処理槽内の亜硝酸態窒素濃度／硝酸態窒素濃度比を、調整する。調整は、濃度比を所定の範囲に調整する調整部３００を設けることにより行うことが好ましい。調整部は任意に選択でき、例えば曝気装置の曝気量を調節する制御装置等が挙げられる。本実施形態において、亜硝酸態窒素とは、ＮＯ２−Ｎを意味し、硝酸態窒素とは、ＮＯ３−Ｎを意味する。
なお、本発明における調整部は、測定で得られた値を演算し、目的の数値を得る為の、演算部を調整部内に含んでいても良い。
亜硝酸態窒素濃度と硝酸態窒素濃度との比（亜硝酸態窒素濃度／硝酸態窒素濃度）を調整することにより、含窒素水処理槽から生成される亜酸化窒素量を制御することができる。
本発明において、硝化処理における前記含窒素水処理槽内の亜硝酸態窒素濃度と硝酸態窒素濃度との比（亜硝酸態窒素濃度／硝酸態窒素濃度）は、０．５〜１０であることが好ましく、０．７５〜１０であることがより好ましく、１〜１０であることがより一層好ましい。
硝化処理における前記含窒素水処理槽内の亜硝酸態窒素濃度と硝酸態窒素濃度との比（亜硝酸態窒素濃度／硝酸態窒素濃度）を上記の範囲とすることにより、亜酸化窒素の生成量を増加させることが可能となる。
亜硝酸態窒素濃度と硝酸態窒素濃度との比（亜硝酸態窒素濃度／硝酸態窒素濃度）の調整は、被処理水の種類等により適宜調整すればよい。例えば、曝気量の調整等により、上記の範囲とすることができる。
具体例を挙げれば、亜硝酸態窒素濃度／硝酸態窒素濃度があらかじめ定められた範囲の下限値未満となった場合には、曝気量を抑えて硝化槽２２９の溶存酸素濃度を低下させることによって前記濃度比を高くすればよい。また亜硝酸態窒素濃度／硝酸態窒素濃度が上限値を超えた場合には、曝気量を多くして硝化槽２２９の溶存酸素濃度を高めることによって前記濃度比を低くすればよい。
【００３９】
本実施形態においては、含窒素水処理槽５０２が循環式又は回分式のいずれの場合についても、溶存酸素量を調整する調整部を設けることが好ましい。亜酸化窒素の生成量を増加させるために、まず、含窒素水処理槽から発生する、亜酸化窒素を含む含窒素ガス中の亜酸化窒素濃度を測定する。次に、硝化処理（硝化槽又は回分式の曝気サイクル）における硝化率を測定する。そして、測定された結果に基づいて、硝化処理における溶存酸素量を調整する。この調整に使用される調整部の具体例としては、例えば曝気装置の曝気量を調節する制御装置等が挙げられる。
硝化率の具体的な測定方法としては、含窒素水処理槽から発生する、亜酸化窒素を含む窒素成分由来の含窒素ガス中の亜酸化窒素濃度を測定する測定機器を設け（不図示）、含窒素ガス中の亜酸化窒素濃度（％）を測定する方法が挙げられる。また、硝化槽２２９における硝化率を汎用の測定機器で測定してもよい。
硝化率は、循環式硝化脱窒方式（図６）の場合は、例えば下記式（Ａ）に示す方法により算出できる。具体的には、硝化槽２２９に流入するアンモニア態窒素（ＮＨ４−Ｎ）のうち、硝酸態および亜硝酸態窒素に変換した分（ＮＯ３−Ｎ＋ＮＯ２−Ｎ）の割合として算出できる。
上記の測定結果に基づいて、硝化処理における溶存酸素量を調整することにより、亜酸化窒素の生成量を制御することが可能となる。
【００４０】
【化３】
2014112640.tif 000005
【００４１】
また、回分式硝化脱窒方式（図７）の場合は、例えば下記式（Ｂ）に示す方法により算出できる。具体的には、含窒素水処理槽５０２における曝気サイクル前のアンモニア態窒素（ＮＨ４−Ｎ）のうち、曝気サイクル後に硝酸態および亜硝酸態窒素に変換した合計（ＮＯ３−Ｎ＋ＮＯ２−Ｎ）の割合として、算出できる。
上記の測定結果に基づいて、硝化処理における溶存酸素量を調整することにより、亜酸化窒素の生成量を制御することが可能となる。
【００４２】
【化４】
2014112640.tif 000006
【００４３】
以下に、硝化槽における硝化率を測定し、測定された結果に基づいて、硝化処理における溶存酸素量を調整する一例を示す。例えば、硝化率が８０％未満となった場合には、含窒素ガス中の亜酸化窒素濃度の値に関わらず、溶存酸素濃度を１．５〜２．０ｍｇ／Ｌに調整する。含窒素ガス中の亜酸化窒素濃度が減少傾向もしくは予め設定した範囲を下回った場合には、硝化率が８０〜９０％程度であれば溶存酸素濃度を１．０〜１．５ｍｇ／Ｌに調整する。硝化率が９０〜１００％程度であれば溶存酸素濃度を０．５〜１．０ｍｇ／Ｌに調整する。このような方法などが挙げられる。上記の調整幅については、被処理水の種類や濃度等により適宜設定すればよい。
【００４４】
例えば、亜酸化窒素濃度が所望の値に達しない状況で、硝化が必要以上に進行していた場合には、溶存酸素量を下げるように調整する。但し、溶存酸素量は上記範囲を超えないようにする。この調整により、亜硝酸態窒素濃度と硝酸態窒素濃度との比（亜硝酸態窒素濃度／硝酸態窒素濃度）を高くすることができる。これにより、亜酸化窒素を多く生成させることができると考えられる。
一方、硝化が不十分である場合には、溶存酸素量を上げるように調整する。但し、溶存酸素量は上記範囲を超えないようにする。この調整により、窒素除去のために最低限必要な硝化反応が進み、要求される処理水質を確保することができると考えられる。
【００４５】
本発明においては、含窒素水処理槽５０２が循環式の場合には、硝化槽から脱窒槽への循環量を調整する調整部を有していることが好ましい。調整部では、以下の特徴を有していることが好ましい。すなわち、亜酸化窒素の生成量を増加させるために、まず、含窒素水処理槽から発生する、亜酸化窒素を含む窒素成分由来の含窒素ガス中の亜酸化窒素濃度を測定する。次に、脱窒処理（脱窒槽）における脱窒率を測定する。そして、測定された結果に基づいて、硝化槽から脱窒槽への循環量を調整する。
【００４６】
含窒素ガス中の亜酸化窒素濃度の測定等は、前記（溶存酸素量を調整する調整部の場合）の測定等と同様である。
脱窒率は、循環式硝化脱窒方式（図６）の場合は、硝化槽２２９から返送ライン２５１および／または循環ライン５０１を通じて脱窒槽２２８に流入する硝酸態および亜硝酸態窒素（ＮＯ３−Ｎ＋ＮＯ２−Ｎ）のうちの、亜酸化窒素および窒素ガスに還元された窒素の割合である。またこの脱窒率は、脱窒槽２２８内、および脱窒槽２２８に流入する返送水及び循環水の硝酸態および亜硝酸態窒素（ＮＯ３−Ｎ＋ＮＯ２−Ｎ）の濃度と流入量から算出できる。
【００４７】
脱窒率は、循環式硝化脱窒方式（図６）の場合は、例えば下記式（Ｃ）に示す方法により、算出できる。具体的には、硝化槽２２９から返送ライン２５１および／または循環ライン５０１を通じて脱窒槽２２８に流入する硝酸態および亜硝酸態窒素（ＮＯ３−Ｎ＋ＮＯ２−Ｎ）のうちの、脱窒槽の処理水中に残存している硝酸態および亜硝酸態窒素（ＮＯ３−Ｎ＋ＮＯ２−Ｎ）の割合を１から差し引いた分として算出できる。
【００４８】
【化５】
2014112640.tif 000007
【００４９】
また、回分式硝化脱窒方式（図７）の場合は、脱窒率は、例えば下記式（Ｄ）に示す方法により、算出できる。具体的には、含窒素水処理層５０２における無酸素サイクル前の硝酸態および亜硝酸態窒素（ＮＯ３−Ｎ＋ＮＯ２−Ｎ）のうちの、無酸素サイクル後に残存している硝酸態および亜硝酸態窒素（ＮＯ３−Ｎ＋ＮＯ２−Ｎ）の割合を、１から差し引いた分として算出できる。
【００５０】
【化６】
2014112640.tif 000008
【００５１】
図６に示す、循環式硝化脱窒法において、含窒素水処理槽５０２が脱窒槽２２８と硝化槽２２９を有する場合、硝化槽２２９で処理された含窒素水を、返送ライン２５１および／または循環ライン５０１を介して、脱窒槽２２８に返送させる。この際、硝化槽２２９から脱窒槽２２８への返送量を調整することにより、亜酸化窒素の生成量を制御することができる。この調整に使用される調整部は、例えば、返送ライン２５１および／または循環ライン５０１に設けられた返送ポンプの送液量を調整する制御装置等である。
より具体的に好ましい例を述べると、含窒素水の脱窒槽２２８への流入量（Ｌ／ｈｒ）を流量計等で測定し（調整部３００）、含窒素水の流入量（Ｌ／ｈｒ）に対して、硝化槽２２９から脱窒槽２２８への循環量を、１５０％〜５００％、好ましくは２００〜４００％に調整する方法が挙げられる。
含窒素水の流入量（Ｌ／ｈｒ）に対して、循環量を上記の範囲に設定することにより、微生物を含む汚泥の滞留時間が短縮される。このため、亜酸化窒素が生成しやすくなると考えられる。また、返送水の量を調整すると、脱窒槽２２８に持ち込まれる溶存酸素により亜酸化窒素を窒素ガスへ還元する亜酸化窒素還元酵素が阻害を受け、亜酸化窒素の生成量を増加させることができる。
【００５２】
前述の溶存酸素量の調整について、脱窒処理においては、溶存酸素の直接測定が困難である。本発明では、脱窒処理における溶存酸素量の管理指標として、酸化還元電位を利用することができる。従って、本実施形態においては、亜酸化窒素の生成量を増加させるため、含窒素水処理槽５０２が循環式又は回分式のいずれの場合についても、脱窒処理における酸化還元電位を調整する調整部を設けることが好ましい。すなわち、亜酸化窒素の生成量を増加させるために、含窒素ガス中の亜酸化窒素濃度と、脱窒処理（脱窒槽又は回分式の非曝気サイクル）における脱窒率を測定し、測定された結果に基づいて、脱窒処理における酸化還元電位を調整する。
具体的には、含窒素水処理槽５０２が循環式の場合には、返送量を上げると酸化還元電位は上昇する。また、含窒素水処理槽５０２が回分式の場合には、曝気時間を長くする、又は非曝気時間を短縮することなどにより、酸化還元電位は上昇する。
脱窒槽２２８の酸化還元電位の管理範囲としては、−１５０〜０ｍＶが良く、より好ましくは‐１００〜０ｍＶである。上記の調整幅については、被処理水の種類や濃度等により、脱窒率が損なわれない範囲において、適宜設定すればよい。
【００５３】
本実施形態において、硝化処理及び脱窒処理が、間欠曝気を行うことにより同一の槽において、硝化処理及び脱窒処理を交互に行うものである場合（含窒素水処理槽５０２が回分式の場合）、間欠曝気のサイクル時間を調整する調整部を有することが好ましい。すなわち、亜酸化窒素の生成量を増加させるために、含窒素ガス中の亜酸化窒素濃度と、脱窒処理（含窒素水処理槽）における脱窒率の測定結果に基づいて、間欠曝気のサイクル時間を調整する。同一の槽において、硝化処理及び脱窒処理を交互に行うものである場合、脱窒率は、曝気サイクル直後の硝酸態および亜硝酸態窒素（ＮＯ３−Ｎ＋ＮＯ２−Ｎ）のうち、非曝気サイクルで亜酸化窒素および窒素ガスに還元された窒素の割合である。非曝気サイクル前後における硝酸態および亜硝酸態窒素（ＮＯ３−Ｎ＋ＮＯ２−Ｎ）の濃度をもとに算出できる。
例えば図７に示す回分式硝化脱窒槽において、間欠曝気のサイクル時間を調整することにより、含窒素水処理槽内の溶存酸素濃度を制御できる。
【００５４】
具体的には、曝気時間を長くすると、溶存酸素濃度が増加し、硝化反応が促進される。本実施態様においては、硝酸態窒素まで硝化反応を進めず、亜硝酸態窒素を生成するほうが亜酸化窒素の生成に貢献できる。よって、含窒素ガス中の亜酸化窒素濃度が所望量に達しない場合には、硝化処理に影響しない範囲で曝気サイクルの曝気時間を短縮することなどが好ましい。また、非曝気サイクルの脱窒処理において、窒素ガスまで還元反応を進めず、亜酸化窒素を生成させるためには、溶存酸素を高めて亜酸化窒素還元酵素を阻害することが有効である。脱窒率に影響しない範囲で非曝気サイクルの非曝気時間を短縮することなどが好ましい。
【００５５】
含窒素水処理槽５０２が循環式又は回分式のいずれの場合についても、含窒素ガス中の亜酸化窒素濃度と、脱窒処理（脱窒槽又は回分式の非曝気サイクル）における脱窒率の測定結果に基づいて、脱窒処理における処理液のｐＨを調整する調整部を有することが好ましい。
含窒素ガス中の亜酸化窒素濃度と、脱窒処理における脱窒率の測定等は、前記の測定等と同様である。
脱窒処理における処理液のｐＨを調整し、弱酸性とすることにより、亜酸化窒素の生成量が増加すると考えられる。
【００５６】
一例を示すと、脱窒処理における処理液のｐＨを５〜７、好ましくは５．５〜６．５に設定することが好ましい。
例えば、亜酸化窒素濃度が所望の値に達しない状況で、脱窒率が予め設定された範囲以上に進行していた場合には、酸又はアルカリ剤を注入してｐＨを上記範囲の上限値以下にするように調整することが好ましい。一方、脱窒率が予め設定された範囲未満となった場合には、酸又はアルカリ剤を処理槽に注入してｐＨを上記範囲の下限値以上に調整することが可能である。
ｐＨを上記の範囲に設定するには、酸（塩酸、硫酸等）またはアルカリ剤（苛性ソーダ、消石灰等）が使用できる。調整部は、例えば、酸又はアルカリ剤の注入装置等である。
【００５７】
含窒素水処理槽５０２が循環式又は回分式のいずれの場合についても、脱窒処理における、含窒素水中の有機物態炭素濃度Ｃの、含窒素水中のＮＯｘ態窒素濃度Ｎに対する比、すなわちＣ／Ｎ比を調整する、調整部を有することが好ましい。
すなわち、亜酸化窒素の生成量を増加させるために、含窒素ガス中の亜酸化窒素濃度と、脱窒処理（脱窒槽または回分式の非曝気サイクル）における脱窒率の測定結果に基づいて、脱窒処理における含窒素水中の有機物態炭素濃度Ｃの、含窒素水中のＮＯｘ態窒素濃度Ｎに対する比、すなわちＣ／Ｎ比を調整する。
含窒素ガス中の亜酸化窒素濃度と、脱窒処理における脱窒率の測定等は前記の測定等と同様である。
本実施形態においては、上記Ｃ／Ｎ比を０．５〜３．０とすることが好ましく、１．０〜２．５とすることがより好ましい。
【００５８】
例えば、亜酸化窒素濃度が所望の値に達しない状況で、脱窒率が予め設定された範囲以上に進行していた場合には、Ｃ／Ｎ比を上記範囲の上限値以下に調整することにより、亜酸化窒素から窒素ガスへの反応が抑制される。一方、脱窒率が予め設定された範囲未満となった場合には、Ｃ／Ｎ比を上記範囲の下限値以上に調整することにより亜酸化窒素の生成が促進されると考えられる。
【００５９】
Ｃ／Ｎ比を調整する方法としては、脱窒処理及び／または硝化処理を行う処理槽に流入する汚水を嫌気処理などで前処理を行うことにより、有機物濃度を調整すればよい。また、脱窒槽２２８にメタノール等の有機物を添加する方法等が挙げられる。
また、循環式の硝化及び脱窒処理においては、返送ライン２５１および／または循環ライン５０１からの返送量を調整する方法等が挙げられる。回分式の硝化や、脱窒処理においては、送液装置等により含窒素水処理槽５０２に汚水を投入するタイミングや投入量を調整する方法等が挙げられる。
【００６０】
本実施形態においては、含窒素水処理槽に流入する総窒素量Ｎ−（ｋｇ）と硝化処理を行う槽内のＭＬＳＳ量（ｋｇ）の比が、０．１〜０．２５（ｋｇ−Ｎ／ｋｇ−ＭＬＳＳ／日）、より好ましくは０．１２〜０．２（ｋｇ−Ｎ／ｋｇ−ＭＬＳＳ／日）となるように調整することが好ましい。なお、ＭＬＳＳは、Ｍｉｘｅｄ Ｌｉｑｕｏｒ Ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ Ｓｏｌｉｄｓ（ばっ気槽混合液中の活性汚泥浮遊物）の略である。
例えば、亜酸化窒素濃度が所望の値に達しない状況で、硝化が必要以上に進行していた場合には、含窒素水処理槽に流入する総窒素量と硝化処理を行う槽内のＭＬＳＳ量の比（総窒素／ＭＬＳＳ）を上げるように調整する。但し、この比は上記範囲を超えないようにする。具体的には、流入する総窒素量を上げるように調整する。また、ＭＬＳＳ量を下げるように調整してもよい。一方、硝化が不十分である場合には、含窒素水処理槽に流入する総窒素量と硝化処理を行う槽内のＭＬＳＳ量の比を下げるように調整する。但し、この比は上記範囲を超えないようにする。具体的には、流入する総窒素量を下げるように調整する。また、ＭＬＳＳ量を上げるように調整してもよい。この調整により、亜酸化窒素の生成が促進される。
ＭＬＳＳ量は、配管２４３を通じて返送される汚泥の量、及び配管２４４によって引き抜く汚泥量によって調整できる。
【００６１】
本発明においては、前記含窒素水処理槽から発生する亜酸化窒素を含む窒素成分由来の含窒素ガスを回収する回収装置を設置することが好ましい。
含窒素水処理槽から発生する亜酸化窒素を含む含窒素ガスとは、亜酸化窒素を含む含窒素ガスであれば限定されず、亜酸化窒素以外に窒素等を含んでいてもよい。本実施形態においては、後の工程で亜酸化窒素を利用するため、亜酸化窒素のみを含む含窒素ガスであることが好ましい。
回収装置としては、例えば図６に示す回収装置２０２が挙げられる。図６に示すように、含窒素水処理槽５０２の上部を覆うように回収装置を設置することが好ましい。
【００６２】
さらに、回収装置２０２で回収した亜酸化窒素を含む窒素ガスを精製する精製装置２０７（図２）を有することが好ましい。
精製装置２０７は、亜酸化窒素を精製できるものであればよく、特に限定されるものではない。本実施形態においては、精製装置２０７を備えているため、高濃度の亜酸化窒素が得られる。本実施形態において精製された亜酸化窒素は、必要に応じて更に精製して高純度の亜酸化窒素とすることで、半導体の製造工程などにおいて使用できる。
【００６３】
本実施形態によれば、所定の条件で含窒素水を処理することにより、硝化槽において亜硝酸態窒素を選択的に生成させることができる。脱窒槽においては、亜酸化窒素を選択的に生成させることが可能となる。
本実施形態の条件で含窒素水を処理することにより、含窒素水に含まれる窒素のうち３０％以上を亜酸化窒素に転換することができると考えられる。本発明によれば、多量の亜酸化窒素を得ることができるため、後述する加熱手段や発電装置等に利用できる分解熱の供給源を提供することができる。
【００６４】
亜酸化窒素を選択的に生成させるため、管理面や効率面等の理由から、硝化処理における溶存酸素濃量の調整により、硝化処理を制御することが好ましい。また、脱窒処理におけるｐＨを調整することにより、脱窒処理を制御することが好ましい。
さらに、循環式硝化脱窒法においては硝化槽から脱窒槽への循環比を制御することにより、より効率的に亜酸化窒素を選択的に生成させることに寄与できる。間欠曝気法においては、間欠曝気のサイクルを制御することにより、より効率的に亜酸化窒素を選択的に生成させることに寄与できる。
【００６５】
硝化槽には、例えば図６に示すように、槽内にろ過装置を備える汚泥分離装置５００が設置されることが好ましい。また、汚泥分離装置５００により汚泥が分離された処理水を脱窒槽に循環させる循環手段５０１を有することが好ましい。
汚泥分離装置５００を設けることにより、硝化槽２２９から硝化反応を行う微生物の流出を防止でき、また、脱窒槽２２８と硝化槽２２９の微生物の混合を抑制できる。
【００６６】
循環式硝化脱窒方式（図６）の場合は、含窒素水処理槽５０２に微生物を固定化する担体２５５を投入し、包括固定化された微生物により、処理を行うことが好ましい。
本実施形態においては、図６に示すように、脱窒槽２２８に収容された汚水中に、微生物を固定化する担体２５５が浮遊している。担体２５５に微生物を固定化させることで、脱窒槽２２８から硝化槽２２９への脱窒菌の流出を防止できる。また、増殖速度の遅い脱窒菌の生育条件を改善できる。担体２５５の材質や形状、大きさ、数などは、特に限定されるものではなく、脱窒槽２２８の汚水に含まれる脱窒菌の種類などに合わせて決定することが好ましい。
【００６７】
担体２５５は必要に応じで選択でき、例えば、多孔質の担体や、ゲル状の担体を用いることができる。ゲル状の担体としては、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリアクリルアミド、アルギン酸ナトリウム、カラギーナン、寒天などの親水性ポリマーを含むものを用いることが好ましい。このような担体は、水を吸って膨潤するとポリマーの網目構造が大きくなり、脱窒槽２２８内で浮上することなく、汚水の流動と一緒に担体が浮遊する。このため、脱窒菌の繁殖に良好な環境を提供できる。従って、より亜酸化窒素の生産能を向上させることができるとともに、優れた汚水処理効率が得られる。
【００６８】
例えば、図６に示すように、脱窒槽２２８に収容された汚水中に担体２５５を浮遊させる場合、攪拌装置２５４を用いて、脱窒槽２２８内の汚水を攪拌しながら汚水を処理することが好ましい。この場合、より一層、亜酸化窒素の生産能を向上させることができるとともに、優れた汚水処理効率が得られる。
また、脱窒槽２２８に収容された汚水中に担体２５５を浮遊させる場合、槽間の汚水の移動の際に汚水を網目状のスクリーンなどに通す方法により、担体の脱窒槽２２８から硝化槽２２９への移動を容易に防止できる。これにより、脱窒槽２２８内に多くの脱窒菌を定着させることができ、高い汚水処理効率が安定して得られ、亜酸化窒素を安定して生成できる。
【００６９】
本発明において、含窒素水処理設備は、“嫌気−無酸素−好気法”を使用する処理設備であってもよい。含窒素水処理設備が嫌気−無酸素−好気法の処理設備である場合、図１に示すように、嫌気槽２２７を設けることが好ましい。嫌気槽２２７は、無酸素槽２２８と共有する壁により分離されていても良いが、互いの槽の間に距離を隔てて別々に設けられても良い。
本実施形態の汚水処理システムが嫌気−無酸素−好気法の処理設備を有する場合は、図１に示すような、汚水処理設備を有していることが好ましい。すなわち、汚水である下水の流入する最初沈殿池２２１と、最初沈殿池を通過した汚水が流入する反応槽２２２と、反応槽２２２で処理された汚水が流入する最終沈殿槽２２０と、最初沈殿池２２１で汚水と分離された生汚泥および最終沈殿槽２２０で処理水と分離された汚泥とを処理する汚泥処理手段２５３と、焼却装置２３７とを備える、汚水処理設備を有していることが好ましい。
また必要に応じて、反応槽２２２と最終沈殿槽２２０の間に、処理水中に回収しきれずに残存する亜酸化窒素を完全に還元脱窒するための第２の脱窒槽（不図示）を設けてもよい。
図１中、最初沈殿池２２１、最終沈殿槽２２０、汚泥処理手段２５３、焼却装置２３７については、図６における説明と同様である。
【００７０】
図１に示す反応槽２２２は、嫌気−無酸素−好気方式の反応槽である。図１に示すように、反応槽２２２内には、嫌気槽２２７と無酸素槽２２８と好気槽２２９とが形成されていることが好ましい。なお本発明に使用される槽の配置や形状は、特に問題の無い限り、任意に選択可能である。
無酸素槽２２８は前記脱窒槽２２８に、好気槽２２９は前記硝化槽２２９に相当する。
嫌気槽２２７において処理された汚水は水路２４５を介して無酸素槽２２８へ流入する。無酸素槽２２８において処理された汚水は水路２４８を介して好気槽２２９へ流入する。好気槽２２９内には、曝気装置６００を用いて空気が供給されている。
【００７１】
図１に示す反応槽２２２内には、多様な微生物が生息している。微生物は、反応槽２２２に流入した汚水とともに、嫌気槽２２７、無酸素槽２２８、好気槽２２９に順次流入する。好気槽２２９内では、様々な微生物の働きで有機物が分解されるとともに、汚水中に含まれるアンモニア態窒素の硝化反応が進み、それに伴って、関与する好気性微生物が増殖する。好気槽２２９内で増殖した好気性微生物は、水路２４９を介して、好気槽２２９において処理された汚水とともに最終沈殿槽２２０に流入する。
【００７２】
図１に示すように、好気性微生物を含む汚泥は、最終沈殿槽２２０において処理水と分離される。分離された処理水は、水路２５２を介して河川等に放流される。また、一部は返送水として無酸素槽２２８に返送される。一方、最終沈殿槽２２０における余剰汚泥の一部は、図１に示すように、配管２４３を介して、返送汚泥として嫌気槽２２７に返送される。したがって、反応槽２２２内の微生物の一部は、反応槽２２２内を循環している。また、最終沈殿槽２２０において分別された汚泥の残部は、配管２４４を介して、最初沈殿池２２１において分離された生汚泥と共に、汚泥処理手段２５３に送られる。
【００７３】
また、無酸素槽２２８（２２８ｂ）には、脱窒処理を行う脱窒菌が生息している。脱窒菌は、亜硝酸態もしくは硝酸態の窒素の還元で得られる酸素を用いて汚水中の有機物（炭素源）を酸化分解して、生育に必要なエネルギーを得ている。本実施形態においては、微生物を固定化する担体２５５を、無酸素槽２２８の汚水中に浮遊させており、そこに高密度の脱窒菌を担持することが可能となる。そして、無酸素槽２２８から好気槽２２９への水路２４８の入口に、担体２５５が排出されるのを防止する網目状のスクリーンなどのろ過装置を設置することによって、無酸素槽２２８から好気槽２２９への脱窒菌の流出を防止していてもよい。したがって、大部分の脱窒菌は、循環せずに無酸素槽２２８内にとどまることができる。
【００７４】
反応槽２２２に流入した汚水中に含まれる窒素は、以下に示すように除去される。嫌気槽２２７では、汚水中の有機物はメタンガス等に分解して除去される。その際、有機態の窒素はアンモニア態窒素に変換され、未分解の有機物残分とともに無酸素槽２２８に流入する。嫌気槽２２７の処理条件により、未分解の有機物残分の量を調整することができる。上記アンモニア態窒素は、無酸素槽２２８を経由して好気槽２２９に流入し、そこで硝化菌の働きにより硝化処理され、亜硝酸態の窒素又は硝酸態の窒素に硝化される。変換された亜硝酸態又は硝酸態の窒素は、図１に示すように、最終沈殿槽２２０からの返送水配管２５１、または好気槽２２９循環ライン５０１を介して、無酸素槽２２８に返送される。返送された水中に含まれる亜硝酸態又は硝酸態の窒素は、無酸素槽２２８内の脱窒菌により脱窒処理されることで、亜酸化窒素又は窒素ガスに還元され、その後、無酸素槽２２８および／または再度流入する好気槽２２９から気体として排出される。本実施形態においては、運転の条件を調整することにより、亜酸化窒素の生成量を変化させることができる。
亜酸化窒素が完全に排出されずに溶解残存した場合は、必要に応じて反応槽２２２と最終沈殿槽２２０の間に第２の脱窒槽（不図示）を設け、メタノール等の有機物を添加することにより完全に窒素ガスまで還元脱窒してもよい。
【００７５】
本実施形態では、循環式硝化脱窒法、嫌気−無酸素−好気法を例に挙げて説明したが、反応槽は、亜酸化窒素が生成される槽を有していれば、他の方式のものであってもよい。具体的には、例えば、嫌気−好気法、硝化／内生脱窒法、または、ステップ流入式多段硝化脱窒法などの方式であってもよい。有機物が少なくアンモニア等の窒素濃度が高い工場排水などの場合においては、必要に応じて有機物を添加する設備を付与した好気（硝化）−無酸素（脱窒）法などにより、効率的なシステムを確立することもできる。
【００７６】
また、図１に示すように、本実施形態の汚水処理システムには、汚水処理設備で生成される亜酸化窒素を回収する回収装置２０２が設けられている。本実施形態では、回収装置２０２として、無酸素槽用回収装置２０２ａと焼却装置用回収装置２０２ｂと好気槽用回収装置２０２ｃの３つの回収装置が設けられている。回収装置２０２の数は必要に応じて選択でき、１つでもよいし、２つでも４以上であってもよい。具体的には、４つ以上の回収装置が設けられている例として、図１に示す３つの回収装置に加えて、汚泥処理手段２５３や最終沈殿槽２２０で生成される亜酸化窒素を回収する回収装置が設けられている場合などが挙げられる。回収装置のその他の条件も任意で選択してよい。
【００７７】
無酸素槽用回収装置２０２ａとしては、無酸素槽２２８上の全面を覆うように設けられ、無酸素槽２２８で生成される亜酸化窒素を捕集する装置などが挙げられる。また、好気槽用回収装置２０２ｃとしては、好気槽２２９上の全面を覆うように設けられ、好気槽２２９で生成される亜酸化窒素を捕集する装置などが挙げられる。焼却装置用回収装置２０２ｂとしては、焼却装置２３７の排気口に設けられ、焼却装置２３７で生成される亜酸化窒素を捕集するものなどが挙げられる。
【００７８】
無酸素槽２２８内に生息する脱窒菌の例としては、細菌、古細菌、真菌などの微生物が挙げられる。
脱窒菌の具体例としては、前記同様である。
【００７９】
無酸素槽２２８内に生息する脱窒菌は、脱窒菌の中でも、亜酸化窒素生産能の高いもの、若しくは亜酸化窒素への代謝選択性の優れているもの、増殖能が高いものを、選抜して用いることが好ましい。
さらに、無酸素槽２２８内を、選抜された亜酸化窒素生産能の高い脱窒菌、若しくは亜酸化窒素への代謝選択性の優れている脱窒菌にとって好適な高濃度培養条件とし、より亜酸化窒素の生産能を向上させることが好ましい。培養条件は、無酸素槽２２８に流入する有機物量や、好気槽２２９からの返送量、溶存酸素などを適宜制御する方法などにより調整すればよい。さらに、亜酸化窒素の生産能を高くするために、必要に応じて、汚水処理システムの外で培養した脱窒菌を、無酸素槽２２８に供給してもよい。
【００８０】
また、本実施形態においては、無酸素槽２２８に収容された汚水中に微生物を固定化した担体が浮遊している場合を例に挙げて説明したが、微生物が槽中に存在すれば、担体を用いなくてもよい。
また、本実施形態においては、好気槽２２９が、分離膜によって汚泥と分離した処理水を排出するものであり、例えば、膜分離活性汚泥法（ＭＢＲ法）を用いて汚水を処理する槽であってもよい。この場合、より優れた汚水処理効率が得られるため好ましい。また、最終沈殿層２２０を設けなくても済み、汚水処理設備の小型化に寄与できる。
【００８１】
さらに、本実施形態の汚水処理システムは、図１に示すように、汚泥処理手段２５３として、以下の槽を備えていることが好ましい。すなわち、汚泥処理手段２５３に送られた生汚泥および汚泥を濃縮して濃縮汚泥を生成する濃縮槽２２４と、濃縮汚泥を脱水する脱水装置２２５と、脱水された濃縮汚泥を乾燥させる乾燥装置２２６とを備えていてもよい。また、本実施形態の汚水処理システムは、汚泥処理手段２５３において乾燥された汚泥を焼却する、焼却装置２３７が備えられる。
【００８２】
本実施形態においては、含窒素水が下水、し尿、畜産排水、水産加工排水、及び、工場排水のいずれか１種又は２種以上を含むことが好ましい。
【００８３】
また、本実施形態の汚水処理システムは、図２に示すように、亜酸化窒素が排出される汚水処理設備２０１と、汚水処理設備２０１で生成される亜酸化窒素を回収する回収装置２０２と、回収した亜酸化窒素を分解する分解反応部２０４と、亜酸化窒素の分解により発生する分解熱によって加熱を行う加熱手段２０３とを有している。
【００８４】
図２に示す汚水処理設備２０１は、図１に示す、亜酸化窒素を排出する反応槽２２２の無酸素槽２２８および好気槽２２９、及び焼却装置２３７を有する、汚水処理設備、又は図６、図７に示す含窒素水処理槽５０２に、それぞれ対応する。
図２に示す回収装置２０２は、図１に示す無酸素槽用回収装置２０２ａと焼却装置用回収装置２０２ｂと好気槽用回収装置２０２ｃ、又は図６、図７に示す回収装置２０２に対応する。
したがって、本実施形態においては、無酸素槽２２８および好気槽２２９、焼却装置２３７において排出される亜酸化窒素が大気中に放出されることを防止できる。また、回収した亜酸化窒素の分解により発生する分解熱をエネルギーとして利用できる。
【００８５】
本実施形態においては、図２に示すように、回収装置２０２において回収した亜酸化窒素を精製する精製装置２０７を備える。精製装置２０７は、亜酸化窒素を精製できるものであればよく、特に限定されるものではない。本実施形態においては、精製装置２０７を備えているため、高濃度の亜酸化窒素が得られる。本実施形態において精製された亜酸化窒素は、必要に応じて更に精製して高純度の亜酸化窒素とすることで、半導体の製造工程などにおいて使用できる。
【００８６】
図２に示すように、回収装置２０２において回収された亜酸化窒素は、精製装置２０７において精製されて、分解反応部２０４に供給される。
回収した亜酸化窒素の全部を精製せずに分解反応部２０４に供給し、精製した亜酸化窒素として利用しない場合には、精製装置２０７は設けなくてもよい。
【００８７】
また、精製装置２０７が、回収装置２０２において回収した亜酸化窒素を液化して、分解反応部２０４に供給する、液化手段としての機能を備えることが好ましい。液化手段としての機能は、例えば、気体の亜酸化窒素を５０ＭＰａ以上の圧力で圧縮する方法、あるいは、−８９℃以下に冷却する方法などにより得られる。また、精製装置２０７の精製方法は、液化することに限定されず、目的を達成できるものであればいかなる方法でも構わない。亜酸化窒素を精製することにより、汚水処理システムの加熱手段２０３においてエネルギー源として好適に使用できる。
【００８８】
また、図２に示すように、汚水処理設備２０１で生成されて、回収装置２０２により亜酸化窒素が回収された残りの気体を、無酸素槽２２８、好気槽２２９、及び含窒素水処理槽５０２のいずれか１以上に供給する、配管やポンプなどの供給手段２０９が備えられていることが好ましい。
【００８９】
図２に示すように、分解反応部２０４に供給された亜酸化窒素は、分解されて窒素および酸素となり、その後、加熱手段２０３に供給される。亜酸化窒素の分解により発生した窒素および酸素は、配管（供給手段）を介して、加熱手段２０３に供給されてエネルギーとして利用された後、配管（供給手段）を介して、汚水処理設備２０１の無酸素槽２２８、好気槽２２９、含窒素水処理槽５０２のいずれか１以上に供給（供給手段）することもできる。
【００９０】
図２に示す分解反応部２０４は、その内側に触媒が収納された容器であり、一端にガス流入口があり、他端にガス排出口を有する。回収装置２０２で回収した亜酸化窒素は、流入口から分解反応部に導入され、触媒の作用で窒素と酸素に分解し、この際に分解熱を発する。この分解熱を得て高温になった分解ガスである窒素と酸素の混合ガスが、排出口から排出される。
亜酸化窒素は、常温、大気圧下で安定したガスである。一方、その温度が約５００℃以上になると、発熱しながら自己分解（熱分解）する。このように、亜酸化窒素の分解は、発熱を伴った分解（発熱反応）である。また、亜酸化窒素は、触媒を用いて分解したときに、その分解開始温度を例えば３５０〜４００℃程度に引き下げることができる。従って、亜酸化窒素の分解開始に当たっては、分解反応部２０４を３５０〜４００℃に予熱しておく必要がある。一旦分解が始まると、この亜酸化窒素の分解により発生する分解熱によって、その後に供給される亜酸化窒素の分解を継続的に行わせることが可能である（分解開始後は加熱の必要がない）。
【００９１】
分解反応部２０４に用いる触媒は必要に応じて選択できるが、広い温度域（特に低温域）で亜酸化窒素を効率良く分解することができ、且つ、高温下での熱疲労や酸化等に十分耐え得る触媒を使用することが好ましい。このような亜酸化窒素の分解効率が高く、耐熱性及び耐酸化性に優れた触媒として、例えば「特開２００２−１５３７３４号公報」や「特開２００２−２５３９６７号公報」に開示された触媒などを使用することができる。
【００９２】
具体的には、以下の〔１〕〜〔６〕に示す何れかの触媒を用いることができる。
〔１〕 アルミニウム(Ａｌ)、マグネシウム(Ｍｇ)及びロジウム(Ｒｈ)が担体に担持されている触媒。 
〔２〕 マグネシウム(Ｍｇ)及びロジウム(Ｒｈ)がアルミナ(Ａｌ２Ｏ３)担体に担持されている触媒。 
〔３〕 アルミニウム(Ａｌ)の少なくとも一部とマグネシウム(Ｍｇ)により、スピネル型結晶性複合酸化物が形成されている担体に、ロジウム(Ｒｈ)が担持されている触媒。 
〔４〕 亜鉛(Ｚｎ)、鉄(Ｆｅ)、マンガン(Ｍｎ)及びニッケル(Ｎｉ)を含む群から選ばれる少なくとも１種の金属、アルミニウム(Ａｌ)及びロジウム(Ｒｈ)が担体に担持されている触媒。 
〔５〕 亜鉛(Ｚｎ)、鉄(Ｆｅ)、マンガン(Ｍｎ)及びニッケル(Ｎｉ)を含む群から選ばれる少なくとも１種の金属及びロジウム(Ｒｈ)がアルミナ(Ａｌ２Ｏ３)担体に担持されている触媒。 
〔６〕 アルミニウム(Ａｌ)の少なくとも一部と、亜鉛(Ｚｎ)、鉄(Ｆｅ)、マンガン(Ｍｎ)及びニッケル(Ｎｉ)を含む群から選ばれる少なくとも１種の金属により、スピネル型結晶性複合酸化物が形成されている担体にロジウム(Ｒｈ)が担持されている触媒。
【００９３】
また、本実施形態の分解反応部２０４に用いる触媒としては、更に、シリカ(ＳｉＯ２)、シリカアルミナ(ＳｉＯ２-Ａｌ２Ｏ３)から選ばれる担体に、ロジウム(Ｒｈ)、ルテニウム(Ｒｕ)、パラジウム(Ｐｄ)を含む群から選ばれる少なくとも１つの貴金属を担持した触媒なども、好適に用いることができる。このような触媒を用いることによって、亜酸化窒素を１００％に近い分解効率で、窒素と酸素に分解することが可能である。特に、シリカ(ＳｉＯ２)又はシリカアルミナ(ＳｉＯ２-Ａｌ２Ｏ３)を含む担体にロジウム(Ｒｈ)を担持した触媒を用いた場合には、一酸化窒素(ＮＯ)や二酸化窒素(ＮＯ２)などといったＮＯｘガスの発生がほとんど無く、亜酸化窒素をほぼ完全に窒素と酸素に分解することが可能である。
【００９４】
さらに、触媒の例には以下の触媒が挙げられるが、これらに限定されない。
（１）アルミナをウォッシュコートした、コージェライト、メタルハニカム、又は多孔質セラミックスの担体に、窒素酸化物の分解に有効なロジウムを、質量分率で２〜３％含浸させた触媒。
（２）アルミナ、コージェライト又は炭化珪素のセラミックス製ハニカム構造体に、アルミナを含む担体層を形成させ、この担体層に窒素酸化物の分解に有効なロジウムなどが担持された触媒。
【００９５】
また、その他の触媒としては、例えばアジピン酸の製造工程や硝酸の製造工程などで排出される排ガス中の亜酸化窒素を分解除去する際に使用される触媒なども用いることができる。このような触媒としては、例えば、ＭＡｌ２Ｏ３（Ｍは、Ｐｄ、Ｃｕ，Ｃｕ／Ｍｇ，Ｃｕ／Ｚｎ，Ｃｕ／Ｚｎ／Ｍｇの何れかである。）で表され、Ｍを１０〜３０質量％の割合で含むアルミナ担体に、貴金属を０．１〜２質量％の割合で担時させたものを挙げることができる。
【００９６】
触媒の形状については、特に限定されるものではない。例えば、粉末状、顆粒状、ペレット状、ハニカム状、多孔質状、粉砕状、メッシュ状、板状、シート状のものなど、任意の形状の中から最適な形状及びサイズのものを適宜選択して使用すればよい。
【００９７】
一方、亜酸化窒素自体は約５００℃以上で自己分解する。このことから、上記分解反応部２０４の温度を亜酸化窒素の自己分解温度以上に保つことで、上記触媒を用いずに亜酸化窒素の分解を継続的に行わせることも可能である。しかしながら、上記触媒を用いずに亜酸化窒素を自己分解させた場合には、分解副生物としてＮＯｘガスが発生することがわかっている。したがって、本実施形態では、ＮＯｘガスの発生を防ぐため、上記触媒を用いることが好ましい。上記触媒は、亜酸化窒素の自己分解温度以上であっても使用することが可能である。
【００９８】
図２に示す加熱手段２０３は、高温の亜酸化窒素の分解ガスを利用して被加熱物を加熱することができるものであれば、特に限定はされない。加熱手段２０３の具体例としては、高温の亜酸化窒素の分解ガスを被加熱物に吹き付けるタイプのもの（ブロワーなど）、高温の亜酸化窒素の分解ガスと被加熱物との間で熱交換を行うタイプのもの（熱交換器）などが挙げられる。高温ガスの利用が可能な熱交換器の例としては、ボイラー（蒸気ボイラー、温水ボイラー）の蒸気発生部などが挙げられる。
図２に示す加熱手段２０３は、図１、図６、図７に示す乾燥装置２２６において、汚泥を乾燥するための熱源として用いることもできる。
【００９９】
（含窒素水処理方法１）
本発明の第１実施形態に係る含窒素水処理方法は、含窒素水を含窒素水処理槽で処理して、含窒素水中の窒素成分由来の亜酸化窒素を含む含窒素ガスを得る処理工程と、得られた含窒素ガスを回収する回収工程と、回収した前記含窒素ガス中の亜酸化窒素を分解することにより発生する分解熱によって加熱を行う加熱工程とを有する。更に、含窒素ガスを得る処理工程が、脱窒菌により脱窒処理を行う工程（脱窒処理工程）と硝化菌により硝化処理を行う工程（硝化処理工程）を有する。
本発明の含窒素水処理方法の好ましい例について以下に説明する。
【０１００】
（含窒素水処理方法Ａ）
本発明の汚水処理方法の一例として、図６（循環式硝化脱窒方式）または、図７（回分式硝化脱窒方式）、および図２に示す汚水処理システムを用いて、汚水である下水を処理する場合の方法を例に挙げて説明する。
まず、汚水としての下水を最初沈殿池２２１に流入し、有機物が主体の汚泥(生汚泥)を沈殿させて除去する。次いで、最初沈殿池２２１を通過した汚水が含窒素水処理槽５０２に流入する。
【０１０１】
（回分式硝化脱窒方式）
図７に示す回分式硝化脱窒方式の汚水処理システムにおいては、含窒素水処理槽５０２が1つの槽からなり、含窒素水処理槽５０２に流入した汚水から亜酸化窒素を含む含窒素ガスを得る工程は、含窒素水処理槽５０２において間欠曝気を行うことにより、酸素を必要とする硝化処理工程及び酸素が不要である脱窒処理工程を交互行う工程を含む。回分式硝化脱窒方式の各処理工程についての詳細は、前記含窒素水処理システムの説明と同様である。
【０１０２】
（循環式硝化脱窒方式）
図６に示す循環式硝化脱窒方式の汚水処理システムにおいては、含窒素水処理槽５０２が脱窒槽２２８と硝化槽２２９を備えており、亜酸化窒素を含む含窒素ガスを得る工程は、硝化槽における硝化処理工程、硝化槽の処理水の一部を脱窒槽に循環させる工程、及び脱窒槽における脱窒処理工程を含む。すなわち、汚水中に含まれるアンモニア態窒素は脱窒槽２２８を経て硝化槽２２９に供給され、そこで硝化処理がされる。硝化処理を経た汚水は、最終沈殿槽２２０から延びる返送水配管２５１または硝化槽２２９から延びる循環経路５０１を介して、脱窒槽２２８へと循環される。返送水中の亜硝酸態もしくは硝酸態の窒素は、脱窒槽２２８内の脱窒菌により脱窒処理される。脱窒槽２２８で処理された汚水は、再度硝化槽２２９を経て、最終沈殿槽２２０に流入する。そして、最終沈殿槽２２０において、主として微生物を含む余剰汚泥と分離され、処理水として排出される。循環式硝化脱窒方式の各処理工程についての詳細は、前記含窒素水処理システムの説明と同様である。
【０１０３】
本発明の含窒素水処理方法において、亜酸化窒素の生成量を増加させるためには、硝化処理における亜硝酸態窒素濃度／硝酸態濃度比を０．５〜１０に調整することが好ましい。亜硝酸態窒素濃度／硝酸態濃度比の調整に関する詳細な説明や好ましい例は、前記含窒素水処理システムにおける説明と同様である。
【０１０４】
本発明の含窒素水処理方法は、含窒素処理槽から発生する、亜酸化窒素を含む含窒素ガス中の亜酸化窒素濃度と、硝化処理における硝化率や、脱窒処理における脱窒率を測定する工程を備え、測定された結果に基づいて、以下の（ｉ）〜（ｖ）等を調整する工程を備えることにより、亜酸化窒素の生成量を制御することができる。
（ｉ）溶存酸素濃度、
（ｉｉ）脱窒処理におけるｐＨ、
（ｉｉｉ）脱窒処理における処理水中の有機物態炭素濃度Ｃの、含窒素水中におけるＮＯｘ態窒素濃度Ｎに対する比である、Ｃ／Ｎ比、
（ｉｖ）含窒素処理槽に流入する総窒素量（ｋｇ／日）と、含窒素処理水槽内の含窒素水のＭＬＳＳ量（ｋｇ）、
（ｖ）硝化槽２２９から脱窒槽２２８への循環量、等
生成された亜酸化窒素は、脱窒槽２２８および／または再度流入する硝化槽２２９から気体として排出される。
上記（ｉ）〜（ｖ）に関する詳細な説明や好ましい例は、前記含窒素水処理システムにおける説明と同様である。
【０１０５】
本発明の含窒素水処理方法においては、循環経路５０１を介して処理水を循環させる際、硝化槽２２９内に汚泥分離装置５００を設け、汚泥を分離する工程を設けることが好ましい。
【０１０６】
本発明の含窒素水処理方法において、含窒素水処理槽５０２に収容された汚水中に微生物を固定化した担体２５５が浮遊されている場合、担体２５５に固定化された微生物の働きによって、優れた汚水処理効率が得られるとともに、亜酸化窒素の生産能を向上させることができる。
本発明の含窒素水処理方法において、硝酸態窒素、亜硝酸態窒素を、亜酸化窒素に還元する脱窒菌を利用することが好ましい。前記脱窒菌に関する説明は、前記含窒素水処理システムにおける説明と同様である。
【０１０７】
（含窒素水処理方法Ｂ）
次に、本発明の汚水処理方法の一例として、図１および図２に示す汚水処理システムを用いて、汚水である下水を処理する場合を例に挙げて説明する。
まず、汚水として下水を最初沈殿池２２１に流入し、有機物が主体の汚泥(生汚泥)を沈殿させて除去する。次いで、最初沈殿池２２１を通過した汚水が反応槽２２２に流入する。
【０１０８】
（嫌気−無酸素−好気法）
本実施形態においては、すでに述べたように運転の条件を調整することにより、亜酸化窒素の生成量を変化させることができる。
反応槽２２２に流入した汚水は、嫌気槽２２７、無酸素槽２２８を経て、好気槽２２９に供給される。嫌気槽２２７では、汚水中の有機物はメタンガス等に分解除去される。その際、有機態の窒素はアンモニア態窒素に変換され、未分解の有機物残分とともに無酸素槽２２８に流入する。嫌気槽２２７の処理条件により、未分解の有機物残分の量を調整することができる。上記アンモニア態窒素は、無酸素槽２２８を経由して好気槽２２９に流入する。好気槽２２９で硝化菌の働きにより硝化処理され、亜硝酸態の窒素又は硝酸態の窒素に硝化される。変換された亜硝酸態又は硝酸態の窒素は、返送水配管２５１、または循環ライン５０１を介して無酸素槽２２８に返送される。返送された水中に含まれる亜硝酸態又は硝酸態の窒素は、無酸素槽２２８内の脱窒菌により脱窒処理され、亜酸化窒素又は窒素ガスまで還元される。
【０１０９】
また、本実施形態では、無酸素槽２２８において、微生物を固定化する担体２５５を浮遊させている。担体２５５に固定化された微生物の働きによって、優れた汚水処理効率が得られるとともに、亜酸化窒素の生産能を向上させることができる。ここで処理された汚水は、再度好気槽２２９経て、最終沈殿槽２２０に流入する。そして、最終沈殿槽２２０において、主として微生物を含む余剰汚泥と分離され、処理水として排出される。生成された亜酸化窒素は、無酸素槽２２８および／または再度流入する好気槽２２９から、気体として排出される。
【０１１０】
また、図１に示すように、最終沈殿槽２２０において処理水と分離された微生物を含む余剰汚泥は、最初沈殿池２２１において分離された生汚泥とともに、汚泥処理手段２５３に送られる。そして、汚泥処理手段２５３に送られた生汚泥および余剰汚泥は、濃縮槽２２４において濃縮して濃縮汚泥とされ、脱水装置２２５において脱水され、乾燥装置２２６において乾燥する。その後、乾燥した汚泥を、焼却装置２３７において焼却する。
【０１１１】
本実施形態の汚水処理方法においては、汚水処理設備２０１の無酸素槽２２８および好気槽２２９、焼却装置２３７で生成される亜酸化窒素を、図２に示すように回収装置２０２を用いて回収する。
続いて、回収した亜酸化窒素を、精製装置２０７において精製する。
その後、精製された亜酸化窒素を分解させることにより発生する分解熱によって加熱を行う（加熱工程）。加熱工程においては、分解熱を汚水処理により発生する汚泥を乾燥すること等に利用できる。
【０１１２】
本実施形態においては、亜酸化窒素の分解により発生した窒素および／または酸素を、無酸素槽２２８、好気槽２２９のいずれか１以上に供給することができる。
また、汚水処理設備２０１で生成されて、亜酸化窒素の回収された気体を、無酸素槽２２８、好気槽２２９のいずれか１以上に供給することができる。
【０１１３】
本発明の含窒素水処理方法は、亜酸化窒素が排出される汚水処理設備２０１（図１における無酸素槽２２８、好気槽２２９及び焼却装置２３７）と、汚水処理設備２０１で生成される亜酸化窒素を回収する回収装置２０２と、回収した亜酸化窒素の分解により発生する分解熱によって加熱を行う加熱手段２０３とを有している。よって、汚水処理により発生する亜酸化窒素を回収して大気中への放出を防止できるとともに、回収した亜酸化窒素の分解により発生する分解熱をエネルギーとして利用できる。
【０１１４】
本発明の含窒素水処理方法において、回収した亜酸化窒素を精製する精製手段２０７を備えている場合、精製された亜酸化窒素を加熱装置の熱源および／または発電装置のエネルギー源として利用できる。
本実施形態の汚水処理システムにおいて、亜酸化窒素の分解により発生した窒素および／または酸素を、無酸素槽２２８、好気槽２２９のいずれか１以上に供給する供給手段を備える場合、亜酸化窒素の分解物を汚水処理設備２０１内の曝気に利用できる。
【０１１５】
本発明の含窒素水処理方法において、汚水処理設備２０１で生成されて、回収装置２０２により亜酸化窒素の回収された気体を、無酸素槽２２８、好気槽２２９のいずれか１以上に供給する供給手段２０９を備える場合、亜酸化窒素の回収された気体を汚水処理設備２０１内の曝気に利用できる。また、未回収の亜酸化窒素を系内に戻すことが可能となる。
【０１１６】
本発明の含窒素水処理方法において、無酸素槽２２８に収容された汚水中に微生物を固定化した担体２５５が浮遊している場合、担体２５５に固定化された微生物の働きによって、優れた汚水処理効率が得られるとともに、亜酸化窒素の生産能を向上させることができる。
【０１１７】
本発明の含窒素水処理方法において、加熱手段２０３が、汚水処理により発生する汚泥を乾燥するものである場合、回収した亜酸化窒素の分解により発生する分解熱を汚水処理システム内でエネルギーとして効率よく利用できる。
【０１１８】
＜第２実施形態＞
（含窒素水処理システム２）
図３は、本発明の汚水処理システムの他の例を説明するための概略図である。本実施形態の汚水処理システムが、上述した第１実施形態の汚水処理システム１と異なるところは、加熱手段に代えて、回収した亜酸化窒素の分解により発生する分解熱によって発電を行う発電装置２０５（加熱手段の部分を含む）を備えることである。このため、本実施形態においては、上述した第１実施形態の汚水処理システムと同じ部材についての説明は省略する。
【０１１９】
発電装置２０５は、汚水処理により発生する汚泥を乾燥する乾燥装置（図１に示す乾燥装置２２６）に電力を供給することができる。
また、発電装置２０５は、曝気装置に電力を供給することができる。曝気装置は、無酸素槽２２８、好気槽２２９のいずれか１以上に気体を供給するものである。
【０１２０】
次に、発電装置２０５の好ましい例について説明する。
図５は、本発明に適用される、蒸気ボイラー１を備えた発電装置の構成を示す概略系統図である。この発電装置は、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）の分解により発生する分解熱を利用して、電力を得るものである。
【０１２１】
具体的には、この図５に示す発電装置は、蒸気ボイラー１と、蒸気タービン２と、発電機３と、復水器４と、給水ポンプ５とを好ましく備える。具体的には発電装置は、亜酸化窒素の分解により発生した高温の分解ガス（Ｎ２，Ｏ２）からの熱回収により水蒸気を発生させる蒸気ボイラー１と、蒸気ボイラー１で発生した水蒸気により回転駆動される蒸気タービン２と、蒸気タービン２の駆動により発電する発電機３と、蒸気タービン２からの水蒸気を冷却して復水する復水器４と、復水器４からの復水を蒸気ボイラー１に給水する給水ポンプ５とをおおむね備えている。
また、蒸気ボイラー１は、亜酸化窒素を分解する分解反応部６と、亜酸化窒素の分解により発生した高温の分解ガスと作動流体である水との熱交換により水蒸気を発生させる蒸気発生部７とを備えている。
ここで、分解反応部６は第１実施形態（図２）の分解反応部２０４と同じであるため、説明は省略する。また、蒸気発生部７は、高温の分解ガスと水の間の熱交換を行って水蒸気を発生させる熱交換器であり、第１実施形態（図２）の加熱手段２０３に相当する。つまり、この図５の発電装置は、第１実施形態の加熱手段２０３の部分が蒸気ボイラー１の蒸気発生部７であり、更に、その作動流体である水を蒸発させ、その蒸気により蒸気タービン２を駆動する蒸気タービン発電機を備える。
【０１２２】
また、上記の蒸気ボイラー１は、従来の丸ボイラーや水管ボイラーなどと同様の形式のボイラーを用いることができる。丸ボイラーについては、例えば、炉筒ボイラー、煙管ボイラー、炉筒煙管ボイラー、立てボイラーなどを挙げることができる。一方、水管ボイラーについては、例えば、自然循環式、強制循環式、貫流式のものなどを挙げることができる。
【０１２３】
また、上記の蒸気ボイラー１は、上記分解反応部６から上記蒸気発生部７へと分解ガスを供給し、この蒸気発生部７において分解ガスとの熱交換により蒸気を発生させる構成となっている。しかし、このような構成に必ずしも限定されるものではない。例えば、本発明では、上記分解反応部６と上記蒸気発生部７とを一体的に構成し、これら分解反応部６と蒸気発生部７との間で熱交換を行うことによって、蒸気を発生させることも可能である。
【０１２４】
具体的には、上記分解反応部６の外側に上記蒸気発生部７を設けて、上記分解反応部６で発生する熱（分解熱）との熱交換により蒸気を発生させる構成とすることが可能である。この場合、上記分解反応部６の冷却を行うと同時に、上記分解反応部６で発生する熱によって蒸気を得ることが可能である。
【０１２５】
また、上記図５に示す発電装置では、上記蒸気ボイラー１以外の構成、すなわち、上述した蒸気タービン２や、発電機３、復水器４、給水ポンプ５などについても、既存のものと同様のものを使用することが可能である。さらに、付属設備（機器／部品）や保安設備（機器／部品）等についても同様である。
【０１２６】
上記の蒸気タービン２は必要に応じて選択でき、蒸気をノズルからタービン翼に吹き付けたときの衝撃力によって、このタービン翼をタービン軸と共に回転させる衝動式タービンに限られない。タービン翼に流入した蒸気がタービン翼から流出する際に膨張する反力によって、このタービン翼をタービン軸と共に回転させる反動式タービンであってもよい。さらに、これら衝動式タービンと反動式タービンとを組み合わせた複合式タービンであってもよい。
また、図３に示す発電装置２０５としては、上記の蒸気タービン発電機のほかに、図４に示すヒートパイプ式蒸気タービン発電機１６０を用いることができる。
【０１２７】
図４はヒートパイプ式蒸気タービン発電機１６０の構成を示す断面模式図である。
ヒートパイプ式蒸気タービン発電機１６０は、温度差を動力に変換するヒートパイプタービン１６１を備えた発動装置に、更に、このヒートパイプタービン１６１の駆動により発電する発電機１７０を備えた発電装置である。この発電機は、亜酸化窒素の分解前と分解後の温度差を利用して動力を得た後、この動力を電力に変換する。
【０１２８】
ヒートパイプタービン１６１は、例えば、内部を真空脱気した状態で凝縮性の作動流体（蒸気源）Ｌが封入された略円筒状のヒートパイプ（容器本体）１６２を備えている。このヒートパイプ１６２は、起立した状態で配置され、その下部側に、貯留された作動流体Ｌを加熱して蒸発させる蒸発部１６３を有している。
【０１２９】
一方、ヒートパイプ１６２の上部側には、蒸発した作動流体Ｌ（蒸気）によってタービン翼１６４ａがタービン軸１６４ｂと一体に回転駆動されるタービン部１６４が設けられている。発電機１７０は、このタービン部１６４のタービン軸１６４ｂと連結されている。
【０１３０】
また、ヒートパイプ１６２には、作動流体Ｌが貯留された部分と、タービン翼１６４ａよりも上方側の部分との間を連通させる連通管（流路）１６５が設けられている。そして、ヒートパイプ１６２は、この連通管１６５の中途部に作動流体Ｌを冷却して凝縮させる凝縮部１６６を有している。また、ヒートパイプ１６２の内面には、例えば金属網や炭素繊維等の極細線材を含む毛細管構造のウィック１６７が設けられている。
【０１３１】
さらに、ヒートパイプタービン１６１は、蒸発部１６３中の作動流体Ｌを加熱する加熱器（加熱手段）１６８と、凝縮部１６６中の作動流体Ｌを冷却する冷却器（冷却手段）１６９とを備えている。
【０１３２】
このヒートパイプタービン１６１では、ヒートパイプ１６２の内部に温度差が生じることにより、蒸発部１６３で蒸発した作動流体Ｌが、凝縮部１６６へと流動して凝縮することを繰り返しながら、作動流体Ｌが循環する。すなわち、作動流体Ｌの潜熱の吸収・放出によって熱輸送が行われる。そして、このヒートパイプタービン１６１では、蒸発した作動流体Ｌをタービン翼１６４ａに吹き付けて、それによりタービン軸１６４ｂを回転させて動力を得ることが可能である。さらに、タービン軸１６４ｂと連結された発電機１７０を回転駆動することで電力を得ることが可能である。
【０１３３】
作動流体Ｌは必要に応じて選択でき、例えば水（水蒸気）を好ましく使用することができる。また、作動流体Ｌとしては、アンモニアや、ノルマルペンタン等の有機媒体など、水よりも沸点が低いものなどを使用することも可能である。
【０１３４】
以上のような構造を有するヒートパイプ式蒸気タービン発電機１６０の動作について説明する。
【０１３５】
図４に示すヒートパイプ式蒸気タービン発電機１６０では、先ず、回収装置２０２から精製装置２０７（亜酸化窒素は高圧で液化される）を介して放出されて断熱膨張した亜酸化窒素ガス（Ｎ２Ｏ）が第１の供給ライン１０７を通して冷却器１６９に供給される。そして、この亜酸化窒素ガスが冷却器１６９の内部を通過する間に、上記ヒートパイプタービン１６１の凝縮部１６６を冷却する。すなわち、この冷却器１６９では、亜酸化窒素の断熱膨張に伴う冷熱を利用して、上記凝縮部１６６中を流れる作動流体Ｌに対する冷却が行われる。
【０１３６】
次に、冷却器１６９から排出された亜酸化窒素ガスが第２の供給ライン１０８を通して分解反応器１２４に供給される。そして、この亜酸化窒素ガスが分解反応器１２４の内部を通過する間に、触媒１０４による分解が行われる。触媒１０４はヒーター１１１によって加熱されても良い。
【０１３７】
次に、分解反応器１２４で亜酸化窒素ガスを分解することにより得られた亜酸化窒素の分解ガス（Ｎ２，Ｏ２）が、第３の供給ライン１０９を通して、加熱器１６８に供給される。そして、この分解ガスが加熱器１６８の内部を通過する間に、上記ヒートパイプタービン１６１の蒸発部１６３を加熱する。すなわち、この加熱器１６８では、亜酸化窒素の分解により発生する分解熱を利用して、上記蒸発部１６３中の作動流体Ｌに対する加熱が行われる。そして、分解ガスは、排出ライン１１０から排出される。
【０１３８】
以上のように、このヒートパイプ式蒸気タービン発電機１６０では、上述した亜酸化窒素の断熱膨張に伴う冷熱と、この亜酸化窒素の分解により発生する分解熱とを利用する。従って、上記ヒートパイプタービン１６１の蒸発部１６３と凝縮部１６６との間に大きな温度差を発生させることが可能である。そして、このような亜酸化窒素ガスの分解前と分解後の温度差を利用することで、大きな出力（動力及び電力）を得ることが可能である。
【０１３９】
本発明は、上記図４に示すヒートパイプ式蒸気タービン発電機１６０の構成に必ずしも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等を加えることが可能である。
【０１４０】
例えば、図４に示すヒートパイプ式蒸気タービン発電機１６０は、上記ヒートパイプタービン１６１を備えた構成に限定されるものではない。すなわち、ヒートパイプタービンについては、例えばサイフォン式やウィック式など、様々な形式のものを使用することが可能である。また、ヒートパイプの流路構成についても、単管型やループ型など、様々な形式のものを使用することが可能である。
【０１４１】
また、上記加熱器１６８及び冷却器１６９の構成についても、上記ヒートパイプタービン１６１の蒸発部１６３や凝縮部１６６との間で熱交換が行える構成であればよい。これらの構成は、上記ヒートパイプタービン１６１の設計（形式）に合わせて、適宜変更を加えることが可能である。例えば、亜酸化窒素を液化せずに使用する場合は、凝縮部１６６を水冷または空冷とすることができる。
【０１４２】
（含窒素水処理方法２）
本発明の第２実施形態に係る含窒素水処理方法が第１実施形態に係る含窒素水処理方法と異なる点は、加熱工程において、亜酸化窒素の分解熱により作動流体を蒸発させるステップを有し、更に発生した蒸気により蒸気タービン発電機を駆動して発電を行う発電工程を含む点である。
次に、本発明の汚水処理方法の一例として、図３に示す汚水処理システムを用いて、汚水を処理する場合を例に挙げて説明する。
本実施形態においては、上述した第１実施形態の汚水処理システムと同様にして、亜酸化窒素を分解させるまでの各工程を行う。
その後、本実施形態においては、亜酸化窒素を分解させることにより発生する分解熱によって発電を行う（発電工程）。発電工程においては、発電した電力を、汚水処理により発生する汚泥を乾燥する乾燥装置２２６に供給することが好ましい。また、発電した電力は、無酸素槽２２８内、好気槽２２９内のいずれか１以上に気体を供給する散気装置および／または曝気装置に、供給してもよい。
【０１４３】
本実施形態の汚水処理システムは、亜酸化窒素が排出される汚水処理設備２０１と、汚水処理槽２０１から排出される亜酸化窒素を回収する回収装置２０２と、回収した亜酸化窒素の分解により発生する分解熱によって発電を行う発電装置２０５とを有している。よって、汚水処理により発生する亜酸化窒素を回収して大気中への放出を防止できるとともに、回収した亜酸化窒素の分解により発生する分解熱をエネルギーとして利用できる。
【０１４４】
また、本実施形態の汚水処理システムの発電装置２０５が、汚水処理により発生する汚泥を乾燥する乾燥装置２２６に電力を供給する場合や、無酸素槽２２８内及び好気槽２２９内のいずれか１以上に気体を供給する曝気装置に電力を供給する場合、回収した亜酸化窒素の分解により発生する分解熱を、汚水処理システム内でエネルギーとして効率よく利用できる。
【０１４５】
本発明の汚水処理システムは、上述した実施形態に限定されるものではない。
例えば、上述した実施形態では、下水処理を行う場合を例に挙げて説明したが、本発明の汚水処理システムおよび汚水処理方法は、下水処理以外の汚水処理に適用できる。具体的には、上水処理、バラスト水処理、水産関連施設排水処理、水族館排水処理、工場排水処理、原子力関連施設の排水処理（放射性廃液）、し尿処理、採掘現場からの排水、廃棄物埋め立て地からの浸出水処理、バイオエタノールやバイオディーゼルの製造時に発生する排水処理、宇宙での汚水処理などの汚水処理を行う場合に適用できる。
【０１４６】
汚水処理システムで処理される、バラスト水としては、例えば、航海中に増殖した微生物や貝を含むバラスト水が挙げられる。し尿としては、例えば、畜産関連施設で発生するし尿を含む排水が挙げられる。水産関連施設排水としては、水産加工残渣を含む排水や、養殖に使用した排水が挙げられる。水族館排水処理としては、飼育に使用した排水が挙げられる。
採掘現場からの排水としては、シェールガス、オイルサンドなどを採掘する際に使用した、シェールガスやオイル中の有機物を含む排水が挙げられる。
廃棄物埋め立て地からの浸出水としては、廃棄物の自然発火を防止するための散水や雨水が廃棄物埋め立て地に染み込んで、廃棄物埋め立て地に埋め込まれた水抜き配管に浸出した、浸出水が挙げられる。
バイオエタノールやバイオディーゼルの製造時に発生する排水としては、原料（バイオエタノールの場合、トウモロコシ、サトウキビ、米、セルロースなど、バイオディーゼルの場合（菜種油、ヒマワリ、油やし（パーム油、ジャトロファ）、藻類、食品廃棄物（廃食用油）など）であるバイオマスを分解する微生物の培養に使用した排水が挙げられる。
【０１４７】
これらの汚水処理では、下水処理を行う場合と同様に、汚水処理槽における汚水の脱窒により、汚水処理槽から亜酸化窒素が排出される。
また、これらの汚水の中でも、汚水が、下水、し尿、畜産排水、水産加工排水、工場排水のいずれか１種または２種以上を含むことが好ましい。これらの汚水はＢＯＤ（生物化学的酸素要求量）の高く、汚水処理槽から亜酸化窒素が排出しやすいため好ましい。工場排水として、亜酸化窒素が高濃度で含まれる含窒素水に対しても、本発明を好ましく適用できる。
【符号の説明】
【０１４８】
１…蒸気ボイラー
２…蒸気タービン
３…発電機
４…復水器
５…給水ポンプ
６…分解反応部
７…蒸気発生部
１０４…触媒
１０７…第１の供給ライン
１０８…第２の供給ライン
１０９…第３の供給ライン
１１０…排出ライン
１２４…分解反応器
１６０…ヒートパイプ式蒸気タービン発電機
１６１…ヒートパイプタービン
１６２…ヒートパイプ
１６３…蒸発部
１６４…タービン部
１６４ａ…タービン翼
１６４ｂ…タービン軸
１６５…連通管
１６６…凝縮部
１６７…ウィック
１６８…加熱器
１６９…冷却器
１７０…発電機
２０１…汚水処理設備（含窒素水処理設備）
２０２…回収装置
２０２ａ…無酸素槽用回収装置
２０２ｂ…焼却装置用回収装置
２０２ｃ…好気槽用回収装置
２０３…加熱手段
２０４…分解反応部
２０５…発電装置
２０７…精製装置
２０９…供給手段
２２０…最終沈殿槽
２２１…最初沈殿池
２２２…反応槽
２２４…濃縮槽
２２５…脱水装置
２２６…乾燥装置
２２７…嫌気槽
２２８…無酸素槽（無酸素槽、汚水処理槽）
２２９…硝化槽（好気槽）
２３７…焼却装置
２４１、２４３、２４４…配管
２４２、２４５、２４８、２４９、２５２…水路
２５１…返送経路（返送ライン）
２５３…汚泥処理手段
２５４…攪拌装置
２５５…担体
５００…汚泥分離装置
５０１…循環経路（循環ライン）
５０２…含窒素水処理槽
６００…曝気装置
Ｌ…作動流体
３００…調整部
【図１】
2014112640.tif 000009
【図２】
2014112640.tif 000010
【図３】
2014112640.tif 000011
【図４】
2014112640.tif 000012
【図５】
2014112640.tif 000013
【図６】
2014112640.tif 000014
【図７】
2014112640.tif 000015
【国際調査報告】
2014112640.tif 000016
2014112640.tif 000017
2014112640.tif 000018
2014112640.tif 000019