(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
好気性アンモニア酸化細菌及びアナモックス細菌を含む微生物群が収容された水槽に、アンモニア性窒素を含む被処理水を導入しながら、該被処理水と前記微生物群とを接触させて生物処理を行い、脱窒された処理水を得る水処理方法において、
前記水槽内の被処理水の溶存酸素濃度（以下ＤＯ濃度という）を０．０５〜０．４ｍｇ／Ｌに保持する工程を含む、水処理方法。
【請求項２】
前記水槽の内圧が、前記水槽の外圧に対して正圧とされる、請求項１に記載の水処理方法。
【請求項３】
前記水槽には、前記水槽内の被処理水に酸素を含む気体を供給するための気体供給管と、前記水槽内の気体を前記水槽外に排出するための気体排出管とが接続され、
前記水槽内の気体の排出を、前記気体排出管に設けられた水封部を経由して行う、請求項２に記載の水処理方法。
【請求項４】
前記水槽内には前記微生物群が付着した生物ろ床が配置され、前記被処理水の生物処理が、前記被処理水を前記生物ろ床に接触させることにより行われる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の水処理方法。
【請求項５】
前記水槽内には分離膜が配置され、前記処理水が、前記分離膜による固液分離により得られる、請求項１〜４のいずれか一項に記載の水処理方法。
【請求項６】
前記水槽が非開放型である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の水処理方法。
【請求項７】
好気性アンモニア酸化細菌及びアナモックス細菌を含む微生物群が収容された水槽と、アンモニア性窒素を含む被処理水を前記水槽に供給する被処理水供給管と、前記微生物群により生物処理され、脱窒された処理水を排出する処理水排出管とを備え、前記被処理水を前記被処理水供給管から前記水槽内に供給しながら、前記生物処理が行われる水処理装置であって、
前記水槽内の被処理水のＤＯ濃度が０．０５〜０．４ｍｇ／Ｌに保持された、水処理装置。
【請求項８】
前記水槽外の気体の流入を抑制する気体流入抑制機構が設けられた、請求項７に記載の水処理装置。
【請求項９】
前記水槽の内圧を、前記水槽の外圧に対して正圧とする圧力制御機構が設けられた、請求項７又は８に記載の水処理装置。
【請求項１０】
前記水槽には、前記水槽内の被処理水に酸素を含む気体を供給する気体供給管と、前記水槽内の気体を前記水槽外に排出する気体排出管とが接続され、
前記気体排出管に水封部が設けられた、請求項９に記載の水処理装置。
【請求項１１】
前記水槽内に、前記微生物群が付着した生物ろ床が配置された、請求項７〜１０のいずれか一項に記載の水処理装置。
【請求項１２】
前記水槽内に、該水槽内の固体と処理水との固液分離を行う分離膜が配置された、請求項７〜１１のいずれか一項に記載の水処理装置。
【請求項１３】
前記水槽が非開放型である、請求項７〜１２のいずれか一項に記載の水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水処理方法及び水処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
農業、畜産業、水産業等における排水、下水等の生活排水には、アンモニア性窒素が含まれる。
従来、このようなアンモニア性窒素を含む排水は、硝化工程及び脱窒工程の２工程からなる生物反応により処理されている。
前記硝化工程では、アンモニア酸化細菌により、好気条件下でアンモニア性窒素（ＮＨ４−Ｎ）が亜硝酸性窒素（ＮＯ２−Ｎ）に酸化される。さらに、硝酸酸化菌により、前記亜硝酸性窒素が硝酸性窒素（ＮＯ３−Ｎ）に酸化される。
前記脱窒工程では、脱窒菌により、嫌気条件下でメタノール等の有機物を電子供与体として利用しながら亜硝酸性窒素及び硝酸性窒素が窒素ガス（Ｎ２）に還元される。
これにより、上記排水から窒素が除去（脱窒）される。
【０００３】
上記従来の処理方法では、硝化工程において、アンモニア性窒素を亜硝酸性窒素及び硝酸性窒素に酸化するために多量の酸素が必要とされる。また、脱窒工程において、電子供与体としてメタノール等の有機物が多量に添加される。そのため、排水処理コストが高くなるという問題がある。さらに、硝化は好気反応であり、脱窒は嫌気反応であるため、硝化工程と脱窒工程とを別々の処理槽で行う必要がある。
【０００４】
近年、好気性アンモニア酸化細菌と、嫌気性のアナモックス細菌とを同一の処理槽に収容し、アンモニア性窒素を含む被処理水を一工程で処理する方法が検討されている（例えば、特許文献１〜３）。
この方法では、同一の処理槽で、好気性アンモニア酸化細菌によりアンモニア性窒素の一部が亜硝酸性窒素に酸化され、アナモックス細菌により前記亜硝酸性窒素と残りのアンモニア性窒素から窒素ガスが生成される。
これにより、アンモニア性窒素を含む排水の脱窒を一工程で行えるという利点がある。
ここで、当該方法によりアンモニア性窒素を含む排水の脱窒を安定に継続して行う（即ち、排水処理を安定して行う）には、好気性アンモニア酸化細菌と、嫌気性のアナモックス細菌の両方の活性を同時に維持する必要がある。
しかしながら、特許文献１〜３では、外気中の酸素が被処理水中に溶解し、被処理水中の溶存酸素濃度（以下ＤＯ濃度という）を一定の範囲に保持することが困難であった。そのため、被処理水中のＤＯ濃度が、アナモックス細菌の増殖を阻害しその活性を維持できない範囲となる場合があった。
さらに、上記特許文献１等では、回分式の処理方法（被処理水を処理槽に供給し、該処理槽で生物処理を行い、生物処理後の処理水を該処理槽から排出するサイクルを繰り返す処理方法）しか考慮されていない。即ち、被処理水を処理槽に供給しながら、該処理槽で好気性アンモニア酸化細菌と嫌気性のアナモックス細菌により生物処理を行う連続式の処理方法については充分な検討がされていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２００６／３５８８５号
【特許文献２】特開２００１−２９３４９４号公報
【特許文献３】特開２００８−１５５０８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、アンモニア性窒素を含む被処理水を、好気性アンモニア酸化細菌及びアナモックス細菌を含む微生物群により、安定的に、かつ連続して処理できる水処理方法及び水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】
【０００７】
本発明は以下の態様を有する。
［１］好気性アンモニア酸化細菌及びアナモックス細菌を含む微生物群が収容された水槽に、アンモニア性窒素を含む被処理水を導入しながら、該被処理水と前記微生物群とを接触させて生物処理を行い、脱窒された処理水を得る水処理方法において、前記水槽内の被処理水のＤＯ濃度を０．０５〜０．４ｍｇ／Ｌに保持する工程を含む、水処理方法。
［２］前記水槽の内圧が、前記水槽の外圧に対して正圧とされる、［１］に記載の水処理方法。
［３］前記水槽には、前記水槽内の被処理水に酸素を含む気体を供給するための気体供給管と、前記水槽内の気体を前記水槽外に排出するための気体排出管とが接続され、前記水槽内の気体の排出を、前記気体排出管に設けられた水封部を経由して行う、［２］に記載の水処理方法。
［４］前記水槽内には前記微生物群が付着した生物ろ床が配置され、前記被処理水の生物処理が、前記被処理水を前記生物ろ床に接触させることにより行われる、［１］〜［３］のいずれかに記載の水処理方法。
［５］前記水槽内には分離膜が配置され、前記処理水が、前記分離膜による固液分離により得られる、［１］〜［４］のいずれかに記載の水処理方法。
［６］前記水槽が非開放型である、［１］〜［５］のいずれかに記載の水処理方法。
［７］好気性アンモニア酸化細菌及びアナモックス細菌を含む微生物群が収容された水槽と、アンモニア性窒素を含む被処理水を前記水槽に供給する被処理水供給管と、前記微生物群により生物処理され、脱窒された処理水を排出する処理水排出管とを備え、前記被処理水を前記被処理水供給管から前記水槽内に供給しながら、前記生物処理が行われる水処理装置であって、前記水槽内の被処理水のＤＯ濃度が０．０５〜０．４ｍｇ／Ｌに保持された、水処理装置。
［８］前記水槽外の気体の流入を抑制する気体流入抑制機構が設けられた、［７］に記載の水処理装置。
［９］前記水槽の内圧を、前記水槽の外圧に対して正圧とする圧力制御機構が設けられた、［７］又は［８］に記載の水処理装置。
［１０］前記水槽には、前記水槽内の被処理水に酸素を含む気体を供給する気体供給管と、前記水槽内の気体を前記水槽外に排出する気体排出管とが接続され、前記気体排出管に水封部が設けられた、［９］に記載の水処理装置。
［１１］前記水槽内に、前記微生物群が付着した生物ろ床が配置された、［７］〜［１０］のいずれかに記載の水処理装置。
［１２］前記水槽内に、該水槽内の固体と処理水との固液分離を行う分離膜が配置された、［７］〜［１１］のいずれかに記載の水処理装置。
［１３］前記水槽が非開放型である、［７］〜［１２］のいずれかに記載の水処理装置。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の水処理方法及び水処理装置によれば、アンモニア性窒素を含む被処理水を、好気性アンモニア酸化細菌及びアナモックス細菌を含む微生物群により、安定的に、かつ連続して処理できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係る水処理装置の第一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】本発明に係る水処理装置の第二実施形態を示す概略構成図である。
【図３】図２の水処理装置で被処理水を処理した際の好気性アンモニア細菌とアナモックス細菌によるアンモニア酸化の寄与割合を示すグラフである。
【図４】図２の水処理装置で被処理水を処理した際の被処理水中のＤＯ濃度の推移を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の水処理方法について、実施形態例を示して説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されない。
【００１１】
＜第一実施形態＞
図１は、本発明の第一実施形態の水処理方法に用いる水処理装置１の概略構成図である。
水処理装置１は、好気性アンモニア酸化細菌及びアナモックス細菌を含む微生物群が収容された水槽１１と、前記水槽１１内に配置された膜モジュール１２と、前記膜モジュール１２の下方に配置された散気管１３と、を備える。前記水槽１１には、アンモニア性窒素を含む被処理水が貯留された原水槽（図示せず）からの被処理水が供給される被処理水供給管３１が接続されている。前記膜モジュール１２には、前記水槽１１内で前記微生物群により生物処理された処理水を排出する処理水排出管３２が接続されている。前記散気管１３には、前記散気管に酸素を含有する気体を供給する気体供給管２１が接続されている。
【００１２】
（水槽１１）
水槽１１は、好気性アンモニア酸化細菌及びアナモックス細菌を含む微生物群により、アンモニア性窒素を含む被処理水が生物処理されて、脱窒された生物処理水とされる槽である。
水槽１１の形状及び大きさは、特に限定されず、被処理水の処理量等に応じて適宜に選択される。
水槽１１には、その上面に立設された筒状の立設部１１ａが設けられ、該立設部１１ａの上端は開口している。すなわち、水槽１１は、開放型の水槽である。
前記立設部１１ａの形状は、特に限定されず、円筒状であってもよいし、角筒状であってもよい。
また、前記立設部１１ａの高さは、特に限定されないが、例えば、水槽１１の側面の高さの１／１００以上が好ましく、１／５０以上がより好ましい。立設部１１ａの高さが前記下限値以上であると、水槽１１内の被処理水βのＤＯ濃度を一定の範囲に保持しやすくなる。
前記立設部１１ａの上端の開口した面（開口面）の大きさは、特に限定されないが、例えば、水槽１１の上面の面積の１／２以下が好ましく、１／３以下がより好ましい。開口面の大きさが前記上限値以下であると、水槽１１内の被処理水βのＤＯ濃度を一定の範囲に保持しやすくなる。
【００１３】
水槽１１には、排水が貯留された原水槽（図示せず）からの被処理水が供給される被処理水供給管３１が接続されている。また、水槽１１には、水槽１１内の被処理水β（液相）のＤＯ濃度を測定する溶存酸素計（ＤＯ計）４１と、水槽１１の内圧を測定する圧力計４２と、前記被処理水βの水位を測定する水位計４３とが設置されている。
水槽１１内には、膜モジュール１２と、散気管１３とが配置されている。また、水槽１１内には、好気性アンモニア酸化細菌及びアナモックス細菌を含む微生物群（図示せず）が収容されている。
【００１４】
＜微生物群＞
水槽１１内に収容される微生物群には、好気性アンモニア酸化細菌及びアナモックス細菌が含まれる。
前記微生物群としては、好気性アンモニア酸化細菌とアナモックス細菌とを混合したものを用いてもよいし、アナモックス細菌を含む微生物群から好気性アンモニア酸化細菌を自然発生的に増殖させ、好気性アンモニア酸化細菌とアナモックス細菌の両方の細菌を含む微生物群とされたものを用いてもよい。
【００１５】
前記アナモックス細菌としては、公知のものを用いることができる。アナモックス細菌としては、海洋性アナモックス細菌が好ましい。前記海洋性アナモックス細菌としては、例えば下記文献に記載の海洋性アナモックス細菌を含む微生物群を用いることができる。
Kindaichi T. et al. “Enrichment using an up-flow column reactor and community structure of marine anammox bacteria from coastal sediment.”, Microbes and Environments, Vol. 26, pp. 67-73, 2011. 
前記好気性アンモニア酸化細菌及びアナモックス細菌を含む微生物群は、当該微生物群を合成樹脂や砕石等の担体に付着させた生物ろ床として配置されるのが好ましい。
【００１６】
（膜モジュール１２）
膜モジュール１２は、水槽１１内に配置される。前記膜モジュール１２には、処理水排出管３２が接続されている。
前記処理水排出管３２には、その流路の途中に吸引ポンプ１５が設けられている。前記吸引ポンプ１５を作動させることで、膜モジュール１２により水槽１１内の固体と処理水（透過水）とが固液分離される。さらに前記処理水が、処理水排出管３２を経て、水槽１１の外へ排出される。
【００１７】
膜モジュール１２としては、公知の分離膜（ろ過膜）を備えた公知の膜モジュールを用いることができる。
分離膜の種類としては、精密ろ過膜（ＭＦ膜）又は限外ろ過膜（ＵＦ膜）が好ましい。
分離膜の形状としては、中空糸膜、平膜、管状膜、袋状膜等が挙げられる。これらのうち、容積ベースで比較した場合に膜面積の高度集積が可能であることから、中空糸膜が好ましい。
【００１８】
分離膜の材質としては、有機材料（セルロース、ポリオレフィン、ポリスルフォン、ポリビニルアルコール、ポリメチルメタクリレート、ポリフッ化ビニリデン、ポリ４フッ化エチレン等）、金属（ステンレス等）、無機材料（セラミック等）が挙げられる。分離膜の材質は、処理水の性状等に応じて適宜選択される。
【００１９】
分離膜の孔径は、処理の目的に応じて適宜選択すればよいが、０．００１〜３μｍが好ましい。孔径が０．００１μｍ未満では、膜の抵抗が大きくなりやすい。孔径が３μｍを超えると、固体を完全に分離しにくくなり処理水（透過水）の水質が悪化するおそれがある。分離膜の孔径は、０．０３〜１．０μｍがより好ましい。
膜モジュール１２は、水槽内１１内に１つ配置されてもよいし複数配置されてもよい。
【００２０】
（散気管１３）
散気管１３としては、公知のものを採用できる。散気管１３は、水槽１１内の下方に配置される。散気管１３には、ブロア１４から送出された酸素を含む気体を前記散気管１３に供給する気体供給管２１が接続されている。
前記ブロア１４から送出される気体としては、酸素を含有する気体であれば特に限定されないが、空気が好ましい。
水処理装置１においては、前記ブロア１４から送出された気体が、前記気体供給管２１を経由して前記散気管１３から水槽１１内の被処理水β中に吐出される。以下、この散気管１３と、ブロア１４と、気体供給管２１とで構成される機構を、「気体供給機構」という。
【００２１】
（気体流入抑制機構）
水処理装置１には、気体流入抑制機構が設けられている。この気体流入抑制機構は、水槽１１内に水槽１１外の外気が流入するのを抑制するものである。
水処理装置１は、気体流入抑制機構として、立設部１１ａを備える。
【００２２】
［水処理方法］
図１の水処理装置１を用いた水処理方法を説明する。
水処理装置１を用いた水処理方法では、まず、原水槽（図示略）に貯留されたアンモニア性窒素を含む被処理水が、被処理水供給管３１を経て、好気性アンモニア酸化細菌及びアナモックス細菌を含む微生物群が収容された水槽１１内に供給される。
水槽１１においては、ブロア１４を作動して送出した酸素を含む気体を、気体供給管２１を経由して散気管１３から吐出する。
水槽１１内に酸素が供給されると、被処理水中のアンモニア性窒素は、水槽１１内の好気性アンモニア酸化細菌により亜硝酸性窒素に変換される（２ＮＨ４＋＋３Ｏ２→２ＮＯ２−＋４Ｈ＋＋２Ｈ２Ｏ）。次いで、水槽１１内のアナモックス細菌により前記亜硝酸性窒素と残部のアンモニア性窒素から窒素ガスが生成される（ＮＨ４＋＋ＮＯ２−→Ｎ２＋２Ｈ２Ｏ）。これにより、アンモニア性窒素を含む被処理水の脱窒が行われる。
【００２３】
被処理水の脱窒効率を高めるには、好気性アンモニア酸化細菌の増殖を促し、その活性を維持する必要がある。同時に、嫌気性のアナモックス細菌の活性を維持し、その増殖を阻害しないことが必要である。さらに、被処理水を水槽１１内に供給しながら処理水を得る連続式の処理方法においては、上記好気性アンモニア酸化細菌の増殖及び活性の維持と、嫌気性のアナモックス細菌の活性の維持及び増殖の阻害の抑制とが、長期にわたり維持される必要がある。
本発明の水処理装置１を用いた水処理方法は、水槽１１内の被処理水βのＤＯ濃度を０．０５〜０．４ｍｇ／Ｌに保持する工程を含む。被処理水βのＤＯ濃度が前記範囲に保持されることで、好気性アンモニア酸化細菌の増殖が促され、その活性が維持される。同時に、嫌気性のアナモックス細菌の活性が維持され、その増殖が阻害されるのを抑制できる。さらに、かかる状態が長期にわたり維持される。
これにより、被処理水の脱窒を単一の水槽で長期にわたり安定的に連続して行える。
【００２４】
前記被処理水βのＤＯ濃度を０．０５〜０．４ｍｇ／Ｌに保持する工程では、例えば水槽１１に設置されたＤＯ計４１により被処理水βのＤＯ濃度を測定し、前記ＤＯ濃度が前記範囲の下限値未満となった場合又は前記範囲の下限値に近づいた場合に、気体供給機構からの気体供給量を増加して被処理水βのＤＯ濃度が前記範囲内となるように調整される操作が行われる。また、被処理水βのＤＯ濃度が前記範囲の上限値超となった場合又は前記範囲の上限値に近づいた場合に、気体供給機構からの気体供給量を低減して被処理水βのＤＯ濃度が前記範囲内となるように調整される操作が行われる。
被処理水βのＤＯ濃度は、０．１〜０．４ｍｇ／Ｌがより好ましく、０．１５〜０．３５ｍｇ／Ｌがさらに好ましく、０．２〜０．３ｍｇ／Ｌが特に好ましい。
【００２５】
水処理装置１においては、吸引ポンプ１５を作動させることで水槽１１内の固体と処理水（透過水）とが膜モジュール１２により固液分離される。前記処理水は、処理水排出管３２を経て水槽１１の外へ排出される。排出された処理水は、河川等に放流されたり、工業用水等として再利用される。また、排出された処理水は、他の水槽（例えば曝気槽）でさらに処理されてもよい。
【００２６】
上述のとおり、好気性アンモニア酸化細菌と嫌気性のアナモックス細菌の活性を同時に維持するためには、被処理水βのＤＯ濃度を一定の範囲に保持する必要がある。水槽１１内に、水槽１１の外から風が吹き込まれたり等すると、水槽１１内の被処理水βの水面に波等が生じ、気相中の酸素が被処理水βに溶解する速度が変動する。
水処理装置１を用いた水処理方法では、水槽１１は、該水槽１１の上面に立設された立設部１１ａを有している。この立設部１１ａにより、水槽１１内に水槽１１の外から風等が吹き込まれるのを防止しやすくなり、被処理水βの水面を静穏に保てる。これにより、気相中の酸素が被処理水βに溶解する速度の変動が抑制され、被処理水βのＤＯ濃度を一定の範囲に保持しやすくなる。
水処理装置１を用いた水処理方法では、水槽１１外の外気が水槽１１内に流入しにくい。そのため、水槽１１内の気相αの組成が一定に保たれやすい。水槽１１内の気相αの組成が一定に保たれることで、該気相αから被処理水βに溶け込む酸素量の変動が抑制され、被処理水βのＤＯ濃度を一定の範囲に保持しやすくなる。
【００２７】
また、水槽１１内の被処理水βの水量が変動した場合には、これに応じて気体供給機構からの気体の供給量を調整して、被処理水βのＤＯ濃度を一定の範囲に保持する必要がある。
水処理装置１を用いた水処理方法では、水槽１１に水位計４３が設置されている。これにより、水槽１１内の被処理水βの水量の把握が容易になり、前記水量に応じて気体供給機構からの気体の供給量を調整することで、被処理水βのＤＯ濃度を一定の範囲に保持しやすくなる。
【００２８】
本実施形態において、好気性アンモニア酸化細菌及びアナモックス細菌を含む微生物群は、生物ろ床として配置されるのが好ましい。これにより、前記微生物群が処理水とともに水槽１１外に排出されるのを抑制でき、被処理水の処理効率をより高められる。
また、本実施形態では、水槽１１内に設けられた膜モジュール１２により水槽１１内の固体と処理水との固液分離が行われる。これにより、前記微生物群が処理水とともに水槽１１外に排出されるのをより抑制でき、被処理水の処理効率をより高められる。
【００２９】
以上説明した本発明の第一実施形態においては、水槽１１内の被処理水のＤＯ濃度が０．０５〜０．４ｍｇ／Ｌに保持される。このため、好気性アンモニア酸化細菌の増殖が促され、その活性が維持される。同時に、嫌気性のアナモックス細菌の活性が維持され、その増殖が阻害されない。さらに、かかる状態を長期にわたり維持できる。そのため、アンモニア性窒素を含む被処理水の脱窒を単一の水槽で長期にわたり連続して安定に行える。
水処理装置１を用いた水処理方法では、水槽１１は、その上面に立設部１１ａが設けられ、前記立設部１１ａの上端が開口している。そのため、水槽１１内の被処理水βが該水槽１１外の外気の影響を受けにくく、被処理水βのＤＯ濃度を一定の範囲に保持しやすい。
【００３０】
水処理装置１を用いた水処理方法においては、好気性アンモニア酸化細菌及びアナモックス細菌を含む微生物群が生物ろ床として配置される。さらに、水槽１１内の固体と処理水との固液分離が膜モジュール１２により行われる。これにより、前記微生物群が処理水とともに水槽１１外に排出されるのを抑制でき、被処理水の処理効率をより高められる。
【００３１】
＜第二実施形態＞
次に、本発明の第二実施形態の水処理方法に用いる水処理装置２について説明する。なお、以下に記載する実施形態において、第一実施形態に対応する構成要素には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
図２は、本実施形態の水処理方法に用いる水処理装置２の概略構成図である。水処理装置２は、非開放型の水槽５１を備え、該水槽５１の上部に気体排出管２２が接続されていること以外は、第一実施形態で説明した水処理装置１と同様の構成である。
【００３２】
（水槽５１）
水槽５１は、非開放型の水槽である。ここで、非開放型の水槽とは、上部が開放されておらず（即ち上部が閉鎖されており）、水槽１１外の外気が水槽１１内にできる限り流入しないように構成されたものをいう。例えば、図２の水槽５１においては、水槽５１の上部が開放されておらず、気体供給管２１及び気体排出管２２を経由すること以外は、水槽１１外の外気が水槽１１内に流入しないようにされている。したがって、非開放型の水槽とは、完全に密閉された水槽ではない。
水槽５１の形状及び大きさは、特に限定されず、被処理水の処理量等に応じて適宜に選択される。
【００３３】
（気体排出管２２）
気体排出管２２は、その一端が水槽５１の上部に接続されている。気体排出管２２には、バルブ１６と、水封部１７が設けられている。
水処理装置２においては、水槽５１内の気体が、気体排出管２２を経由して水槽１１外に排出される。その際、前記気体の排出速度はバルブ１６により調整される。以下、この気体排出管２２と、バルブ１６とで構成される機構を、「気体排出機構」という。
【００３４】
（気体流入抑制機構）
水処理装置２には、水槽５１内に水槽５１外の外気が流入するのを抑制する気体流入抑制機構が設けられている。
水処理装置２は、気体流入抑制機構として、圧力制御機構を備える。
【００３５】
（圧力制御機構）
圧力制御機構は、水槽５１の内圧を、水槽５１の外圧（大気圧）に対して正圧とするものである。
水処理装置２において、圧力制御機構は、圧力計４２と、気体供給機構と、気体排出機構とで構成される。
【００３６】
［水処理方法］
図２の水処理装置２を用いた水処理方法を説明する。
水処理装置２を用いた水処理方法は、上記水処理装置１を用いた場合と同様であり、原水槽（図示略）に貯留されたアンモニア性窒素を含む被処理水が、水槽５１内に供給され、該水槽５１において前記被処理水の脱窒が行われる。その際、水槽５１内の被処理水βのＤＯ濃度は、０．０５〜０．４ｍｇ／Ｌに保持される。
【００３７】
水処理装置２を用いた水処理方法では、水槽５１が非開放型とされている。そのため、水槽５１内に、水槽５１の外から風等が吹き込まれるのをより確実に防止でき、被処理水βの水面をより静穏に保てる。これにより、気相中の酸素が被処理水βに溶解する速度の変動がより抑制され、被処理水βのＤＯ濃度を一定の範囲により保持しやすくなる。
また、水処理装置２を用いた水処理方法では、水槽５１が非開放型であるため、水槽５１外の外気が水槽５１内により流入しにくい。そのため、水槽５１内の気相αの組成がより一定に保たれやすい。水槽５１内の気相αの組成が一定に保たれることで、該気相αから被処理水βに溶け込む酸素量の変動がより抑制され、被処理水βのＤＯ濃度をより一定の範囲に保持しやすくなる。
【００３８】
水処理装置２を用いた水処理方法では、上記圧力制御機構により、水槽５１の内圧が水槽５１の外圧に対して正圧とされる。具体的には、圧力計４２により水槽１１の内圧を検知しながら、気体供給機構からの単位時間あたりの気体の供給量と、気体排出機構からの単位時間あたりの気体の排出量を調整することで、水槽５１の内圧が水槽５１の外圧に対して正圧となるように調整される。なお、前記気体供給機構からの気体の供給量は、ブロア１４の送気量等を調整することで容易に調整できる。また、前記気体排出機構からの気体の排出量は、バルブ１６の開閉操作等により容易に調整できる。
水槽５１の内圧を水槽５１の外圧に対し正圧とすることで、水槽５１内に外気が流入するのがより抑制される。これにより、水槽５１の外から風が吹き込んで被処理水βの水面に波等が生じたり、気相αの組成が変動したりする等の外気の影響を受けにくくなり、被処理水βのＤＯ濃度を一定の範囲により良好に保持しやすくなる。
【００３９】
さらに、水処理装置２には、気体排出管２２に水封部１７が設けられ、水槽５１内の気体の排出が、該水封部１７を経由して行われる。これにより、水槽５１外の外気が、気体排出管２２を経由して水槽１１内に流入するのをより良好に抑制できる。これにより、被処理水βが外気の影響を受けにくくなり、被処理水βのＤＯ濃度を一定の範囲により良好に保持しやすくなる。
【００４０】
以上説明した本発明の第二実施形態においては、上述の第一実施形態と同様の効果が得られる。さらに、本実施形態の水処理方法においては、水槽５１の内圧が水槽５１の外圧に対して正圧とされる。これにより、水槽５１内に外気が流入するのがより良好に抑制され、水槽５１内の被処理水βが外気の影響を受けにくい。このため、被処理水βのＤＯ濃度を一定の範囲により良好に保持しやすい。
【００４１】
加えて、水処理装置２には、気体排出管２２の途中に水封部１７が設けられている。これにより、気体排出管２２を経由して外気が水槽５１内に流入するのをより良好に抑制できる。そのため、外気の影響をより受けにくく、被処理水βのＤＯ濃度を一定の範囲により良好に保持しやすい。
【００４２】
＜他の実施形態＞
本発明について、上記実施形態を示して説明したが、本発明はこれに限定されない。
例えば、上記第一実施形態の水処理装置１においては、気体流入抑制機構として、立設部１１ａが設けられたが、これに限定されない。例えば、気体流入抑制機構として、窒素ガス等の気体を、被処理水βの水面の上方において、水槽１１に蓋をするように流す機構を採用し、この機構により、水槽１１内に水槽１１外の外気が流入するのを抑制するようにしてもよい。この機構は、水処理装置１において、立設部１１ａと併用されてもよいし、立設部１１ａを省略して単独で用いられてもよい。この機構により、被処理水βのＤＯ濃度を本発明の範囲により良好に保持しやすくなる。なお、上記のように窒素ガス等の気体を流す際には、前記気体の速度（流速）を、気体供給機構から供給された気体が被処理水βの水面から放出する速度よりも小さくすることで、被処理水βの水面近傍の気相の組成の変動をより抑制しやすくなり、被処理水βのＤＯ濃度を一定の範囲に保持しやすくなる。ただし、より簡単で、かつ外気の影響をより抑制しやすい点から、水処理装置の水槽として、図２に示される非開放型の水槽５１が用いられることが好ましい。
【００４３】
上記第二実施形態では、圧力制御機構が、圧力計４２と、散気管１３、ブロア１４及び気体供給管２１からなる気体供給機構と、気体排出管２２及びバルブ１６からなる気体排出機構とで構成されたが、これに限定されない。例えば、水槽５１の内圧が外圧に対して正圧であることを容易に把握できるのであれば圧力計４２が省略されてもよい。
また、上記気体排出機構のバルブ１６が省略されてもよい。この場合、気体排出機構からの単位時間あたりの気体の排出量は、例えば気体排出管２２として内径の小さな管（或いは大きな管）を採用したり、又は、気体排出管２２の末端若しくは途中において内径を小さくした（或いは大きくした）箇所を形成する等して調整できる。さらに、バルブ１６に代えて逆止弁が用いられてもよい。
【００４４】
上記第二実施形態では、気体排出管２２の途中に水封部１７が設けられたがこれに限定されない。例えば水封部１７が省略されてもよい。また、水封部１７に代えて、逆止弁が設けられてもよい。ただし、気体排出管２２を経由した水槽５１内への外気の流入をより簡単にかつ良好に抑制できる点から、水封部１７が設けられるのが好ましい。
【００４５】
上記第一実施形態においては、水槽１１が１槽だけ設けられたが、これに限定されない。例えば、水槽１１が複数設けられたり、水槽１１と水槽１１以外の槽（例えば曝気槽）とが組み合わされてもよい。同様に、上記第二実施形態において、水槽５１が複数設けられてもよいし、水槽５１と水槽５１以外の槽（例えば曝気槽）とが組み合わされてもよい。
上記第一実施形態及び第二実施形態において、水槽１１内又は水槽５１内から被処理水βの一部を所定時間ごとに採取し、そのＤＯ濃度を測定する等してＤＯ計４１を省略してもよい。被処理水供給管から供給される被処理水の供給量を測定する等して水位計４３を省略してもよい。
さらに、水槽１１又は水槽５１に撹拌装置等を設けたり、気体供給管２１、被処理水供給管３１、処理水排出管３２のそれぞれの途中にバルブ等を設けることも任意である。
【実施例】
【００４６】
以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００４７】
（実施例）
本実施例においては、図２に示した水処理装置２（ただしバルブ１６及び水封部１７が省略されたもの）を用いて、アンモニア性窒素を含む被処理水（人工排水）を処理した。前記被処理水の組成は、下記に示すとおりである。また、前記被処理水の処理条件を下記に示す。
＜被処理水（人工排水）の組成＞
・人工海水（マリンテック社製）３０ｇ／Ｌ
・（ＮＨ４）２ＳＯ４      ５０ｍｇ−Ｎ／Ｌ
・ＫＨＣＯ３          ５００ｍｇ／Ｌ
・ＫＨ２ＰＯ４              ２７．２ｍｇ／Ｌ
・ＭｇＳＯ４・７Ｈ２Ｏ      ３００ｍｇ／Ｌ
・ＣａＣｌ２・２Ｈ２Ｏ      １８０ｍｇ／Ｌ
・微量元素Ｉ             １ｍＬ／Ｌ
・微量元素ＩＩ           １ｍＬ／Ｌ
≪微量元素Ｉの組成≫
・エチレンジアミン四酢酸二水素二ナトリウム二水和物（ＥＤＴＡ・２Ｎａ）
５ｇ／Ｌ
・ＦｅＳＯ４・７Ｈ２Ｏ      ９ｇ／Ｌ
≪微量元素ＩＩの組成≫
・ＥＤＴＡ・２Ｎａ       １５ｇ／Ｌ
・ＣｕＳＯ４・５Ｈ２Ｏ      ０．２５ｇ／Ｌ
・Ｎａ２ＳｅＯ４            ０．１１ｇ／Ｌ
・ＮｉＣｌ２・６Ｈ２Ｏ      ０．１９ｇ／Ｌ
・ＣｏＣｌ２・６Ｈ２Ｏ      ０．２４ｇ／Ｌ
・ＮａＭｏＯ４・２Ｈ２Ｏ    ０．２２ｇ／Ｌ
・ＭｎＣｌ２・４Ｈ２Ｏ      ０．９９ｇ／Ｌ
・Ｈ３ＢＯ４                ０．０１４ｇ／Ｌ
・ＺｎＳＯ４・７Ｈ２Ｏ      ０．４３ｇ／Ｌ
＜被処理水の処理条件＞
・膜モジュール１２：膜孔径０．０３μｍ、膜面積０．１８ｍ２のポリエチレン製中空糸膜（三菱レイヨン社製）。有効面積（液相部分）：０．６４Ｌ。
・被処理水（人工排水）供給量：９Ｌ／日。
・処理水（透過水）量：０．０５ｍ３／ｍ２／日。
・水理学的滞留時間：１．７時間。
・気相αの容積：３２０ｍＬ。
・気体排出管２２の内径：４ｍｍ。
【００４８】
水処理装置２を２８℃の恒温室内に設置し、上記文献に記載の海洋性アナモックス細菌を含む微生物群１．２ｇ（湿潤質量）を該水処理装置１内に植種し、プレ培養を行った。
＜プレ培養＞
上記被処理水に亜硝酸を加え、水槽１１内に酸素供給を行わずにアナモックス細菌による処理が行われる処理装置として運転した。運転開始後すぐに前記被処理水からのアンモニアと亜硝酸の同時除去を確認し、アナモックス細菌によるアナモックス反応が安定して行われることを確認した。
【００４９】
＜被処理水の連続処理＞
次に、好気性アンモニア酸化細菌とアナモックス細菌による被処理水の単一水槽での連続処理を検討した。
各態窒素濃度の測定はイオンクロマトグラフィーを用いて行い、水槽５１に対する通水前後の各態窒素濃度から窒素除去率及び窒素除去速度を算出した。また、水槽５１内で消費された全窒素をアナモックス反応で生じたＮ２ガスと仮定し、下記文献で提案されたアナモックスの化学量論比（ＮＨ４＋：ＮＯ２−：ＮＯ３−＝１：１．１４６：０．１６１）と、亜硝酸化及び硝酸化の化学量論比（ＮＨ４＋：ＮＯ２−＝１：１及びＮＯ２−：ＮＯ３−＝１：１）、水槽５１に対する通水前後の各態窒素濃度をもとに、好気性アンモニア酸化細菌とアナモックス細菌のアンモニア酸化への寄与割合を算出した。
Lotti T., et al. “Simultaneous partial nitritation and anammox at low temperature with granular sludge.”, Water Research, Vol. 66, pp. 111-121, 2014.
【００５０】
上記被処理水を水槽５１内に供給しながら（９Ｌ／日）、水槽５１内に空気を５０ｍＬ／分で供給し、前記海洋性アナモックス微生物群から好気性アンモニア酸化細菌を自然発生的に増殖させた。
この条件で運転を続けたところ、運転を開始してから８５日目において、水槽５１内の全アンモニア酸化量のうちアナモックス細菌によるものが約２６％、好気性アンモニア酸化細菌によるものが約３２％、未処理のものが約４２％となった（図３運転日数８５日）。
その後、水槽５１内への空気の供給量を５０ｍＬ／分から１２０ｍＬ／分まで徐々に増やしながら運転を継続したところ、未処理のアンモニア酸化量が減少し、運転９９日目に窒素負荷０．７６ｋｇ-Ｎ／ｍ３／ｄａｙにおいて最大窒素除去速度０．６７ｋｇ-Ｎ／ｍ３／ｄａｙを達成した。この時のアナモックス細菌及び好気性アンモニア酸化細菌によるアンモニア酸化の寄与割合は、アナモックス細菌によるものが約４４％、好気性アンモニア酸化細菌によるものが約５５％であった。また、この間のＤＯ濃度は０．１５〜０．３ｍｇ／Ｌ程度に保持された（図３、図４の運転日数８５〜９９日）。
さらに運転を継続するとアナモックス反応量が減少し、好気的アンモニア酸化反応が過剰となり水槽５１内に亜硝酸が蓄積した（約２０ｍｇ-Ｎ／Ｌ）。この時、水槽５１内のＤＯ濃度は０．３６ｍｇ／Ｌとなっていた（図４の運転日数１０８日）。
その後、水槽５１内への空気の供給量を１１０ｍＬ／分に減らし運転を継続したところ窒素除去性能が改善された。この時、水槽５１内のＤＯ濃度は０．３ｍｇ／Ｌ程度に保持された（図３、図４の運転日数１１５〜１２０日）。
なお、水槽５１内の被処理水のＤＯ濃度が０．０５ｍｇ／Ｌ未満では、好気性アンモニア酸化細菌が充分に増殖せず生物処理が充分に進行しない。
上記結果から、水槽５１内の被処理水のＤＯ濃度を０．０５〜０．４ｍｇ／Ｌに保持することで、アンモニア性窒素を含む被処理水を、好気性アンモニア酸化細菌及びアナモックス細菌を含む微生物群により単一の水槽で安定的に連続処理できることがわかる。
また、この水処理方法では、空気の供給量は５０ｍＬ／分以上（３０００ｍＬ／時以上）とされ、気体排出管２２として内径４ｍｍの排出管が用いられ、運転中の水槽１１の内圧が外圧に対して正圧に保たれた。これにより、水槽５１内に外気が取り込まれ難く、被処理水βのＤＯ濃度を一定の範囲に保持しやすい。
【００５１】
（比較例）
水槽５１内への空気の供給量を調整し、水槽５１内の被処理水のＤＯ濃度を０．５ｍｇ／Ｌに保持する以外はすべて実施例と条件を同じくして、アンモニア性窒素を含む被処理水を、好気性アンモニア酸化細菌及びアナモックス細菌を含む微生物群により単一の水槽で連続処理を行った。
結果としては、この条件では嫌気性アナモックス細菌の活性及び増殖が阻害されたことが原因と考えられる、被処理水の亜硝酸性窒素および硝酸性窒素濃度の上昇が認められ、安定的な被処理水の継続が困難であった。
【符号の説明】
【００５２】
１  水処理装置
１１  水槽
１２  膜モジュール
１３  散気管
１４  ブロア
１７  水封部
２１  気体供給管
２２  気体排出管
３１  被処理水供給管
３２  処理水排出管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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