(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
硝化菌担持担体が抜き出し可能な状態で充填された第１の硝化槽においてアンモニア性窒素を含む被処理水を処理して第１の処理水とし、
硝化菌担持担体が充填された第２の硝化槽において前記第１の処理水を処理して第２の処理水とし、
前記第２の硝化槽から移送された前記第２の処理水のアンモニア濃度またはアンモニア性窒素濃度を測定し、
前記第１の硝化槽から前記硝化菌担持担体を抜き出すときには、前記アンモニア濃度または前記アンモニア性窒素濃度があらかじめ設定された閾値以下になった状態があらかじめ設定された時間以上持続した状態において、前記第１の硝化槽に充填された前記硝化菌担持担体の５０体積％以下を前記第１の硝化槽から抜き出すとともに、前記第１の硝化槽に硝化菌が担持されていない担体を補充する、被処理水を飲用化する水処理方法。
【請求項２】
前記担体が、スポンジ担体である、請求項１に記載の被処理水を飲用化する水処理方法。
【請求項３】
イオン交換樹脂が充填されたイオン交換装置において前記第２の処理水をイオン交換処理して第３の処理水とする、請求項１または２に記載の被処理水を飲用化する水処理方法。
【請求項４】
前記第１の硝化槽に供給される前記被処理水の水量を測定し、
前記アンモニア濃度または前記アンモニア性窒素濃度と、前記被処理水の水量の積算値とから算出されるアンモニア質量があらかじめ設定された閾値以上となったときに、前記イオン交換装置の前記イオン交換樹脂を再生する、請求項３に記載の被処理水を飲用化する水処理方法。
【請求項５】
前記第１の硝化槽から前記硝化菌担持担体を、エアリフトポンプを用いて抜き出す、請求項１〜４のいずれか一項に記載の被処理水を飲用化する水処理方法。
【請求項６】
硝化菌担持担体が抜き出し可能な状態で充填され、アンモニア性窒素を含む被処理水を処理して第１の処理水とする第１の硝化槽と、
硝化菌担持担体が充填され、前記第１の処理水を処理して第２の処理水とする第２の硝化槽と、
前記第２の硝化槽から移送された前記第２の処理水のアンモニア濃度またはアンモニア性窒素濃度を測定する濃度測定装置と、
前記第１の硝化槽から前記硝化菌担持担体を抜き出すポンプと、
前記濃度測定装置および前記ポンプに電気的に接続された制御装置と
を備え、
前記制御装置が、
前記アンモニア濃度または前記アンモニア性窒素濃度があらかじめ設定された閾値以下になった状態があらかじめ設定された時間以上持続した状態にあるかを判定する判定部と、
前記第１の硝化槽に充填された前記硝化菌担持担体の５０体積％以下を前記第１の硝化槽から抜き出すように前記ポンプを駆動させる制御部とを有する、被処理水を飲用化する水処理システム。
【請求項７】
前記担体が、スポンジ担体である、請求項６に記載の被処理水を飲用化する水処理システム。
【請求項８】
イオン交換樹脂が充填され、前記第２の処理水をイオン交換処理して第３の処理水とするイオン交換装置をさらに備えた、請求項６または７に記載の被処理水を飲用化する水処理システム。
【請求項９】
前記第１の硝化槽に供給される前記被処理水の水量を測定する水流量測定装置をさらに備え、
前記制御装置における前記判定部が、前記アンモニア濃度または前記アンモニア性窒素濃度と、前記被処理水の水量の積算値とから算出されるアンモニア質量があらかじめ設定された閾値以上となったかを判定し；前記制御装置における前記制御部が、前記イオン交換装置に前記イオン交換樹脂を再生する運転を開始させる、請求項８に記載の被処理水を飲用化する水処理システム。
【請求項１０】
前記ポンプが、エアリフトポンプである、請求項６〜９のいずれか一項に記載の被処理水を飲用化する水処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンモニア性窒素を含む被処理水の水処理方法および水処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
地下水は、アンモニア性窒素を含むことが多い。アンモニア性窒素を含む地下水を飲用化するときには、アンモニア性窒素を低減することが行われる。
アンモニア性窒素を含む被処理水を処理する方法としては、例えば、下記の方法が提案されている。
（１）アンモニア性窒素を含む被処理水に対し、硝化菌担持担体を利用する接触酸化法による硝化処理を行う、水処理方法（特許文献１）。
【０００３】
硝化菌担持担体を用いて被処理水を処理する場合、硝化菌担持担体を既存の水処理システムの硝化槽から抜き出し、新しい水処理システムの硝化槽に投入する、すなわち硝化菌を移植することが行われる。そのため、硝化菌担持担体を硝化槽から抜き出すことがよく行われる。しかし、（１）の水処理方法においては、幹部から枝部が分岐した樹状構造を有する硝化菌担持担体を硝化槽内に固定しているため、硝化菌担持担体の一部を硝化槽から容易に抜き出せない。
【０００４】
一方、微生物担持担体を生物処理槽内に固定しない水処理方法としては、例えば、下記の方法が提案されている。
（２）生物処理槽内に被処理水を導入し、生物処理槽内で流動する微生物担持担体に被処理水を接触させて好気性処理する水処理方法（特許文献２、３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−２２６８９２号公報
【特許文献２】特開２０００−４２５８４号公報
【特許文献３】特開２００５−１６１２２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
（２）の水処理方法における微生物担持担体を、（１）の水処理方法における硝化菌担持担体に応用すれば、硝化菌担持担体を硝化槽から抜き出しやすくなる。しかし、硝化菌の担持量が不十分な状態で硝化菌担持担体を硝化槽から抜き出したり、一度に多量の硝化菌担持担体を硝化槽から抜き出したりした場合、硝化槽に残る硝化菌の絶対量が大幅に不足する。硝化菌は増殖速度が低いため、担体の表層および内部で硝化菌が十分に増殖するまでの間、硝化槽における硝化効率が大きく低下してしまう。
【０００７】
本発明は、硝化効率の低下を十分に抑えつつ、硝化菌担持担体を硝化槽から抜き出すことができる水処理方法および水処理システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、下記の態様を有する。
＜１＞硝化菌担持担体が抜き出し可能な状態で充填された第１の硝化槽においてアンモニア性窒素を含む被処理水を処理して第１の処理水とし；硝化菌担持担体が充填された第２の硝化槽において前記第１の処理水を処理して第２の処理水とし；前記第２の硝化槽から移送された前記第２の処理水のアンモニア濃度またはアンモニア性窒素濃度を測定し；前記第１の硝化槽から前記硝化菌担持担体を抜き出すときには、前記アンモニア濃度または前記アンモニア性窒素濃度があらかじめ設定された閾値以下になった状態があらかじめ設定された時間以上持続した状態において、前記第１の硝化槽に充填された前記硝化菌担持担体の５０体積％以下を前記第１の硝化槽から抜き出すとともに、前記第１の硝化槽に硝化菌が担持されていない担体を補充する、被処理水を飲用化する水処理方法。
＜２＞前記担体が、スポンジ担体である、前記＜１＞の被処理水を飲用化する水処理方法。
＜３＞イオン交換樹脂が充填されたイオン交換装置において前記第２の処理水をイオン交換処理して第３の処理水とする、前記＜１＞または＜２＞の被処理水を飲用化する水処理方法。
＜４＞前記第１の硝化槽に供給される前記被処理水の水量を測定し；前記アンモニア濃度または前記アンモニア性窒素濃度と、前記被処理水の水量の積算値とから算出されるアンモニア質量があらかじめ設定された閾値以上となったときに、前記イオン交換装置の前記イオン交換樹脂を再生する、前記＜３＞の被処理水を飲用化する水処理方法。
＜５＞前記第１の硝化槽から前記硝化菌担持担体を、エアリフトポンプを用いて抜き出す、前記＜１＞〜＜４＞のいずれかの被処理水を飲用化する水処理方法。
＜６＞硝化菌担持担体が抜き出し可能な状態で充填され、アンモニア性窒素を含む被処理水を処理して第１の処理水とする第１の硝化槽と；硝化菌担持担体が充填され、前記第１の処理水を処理して第２の処理水とする第２の硝化槽と；前記第２の硝化槽から移送された前記第２の処理水のアンモニア濃度またはアンモニア性窒素濃度を測定する濃度測定装置と；前記第１の硝化槽から前記硝化菌担持担体を抜き出すポンプと；前記濃度測定装置および前記ポンプに電気的に接続された制御装置とを備え；前記制御装置が、前記アンモニア濃度または前記アンモニア性窒素濃度があらかじめ設定された閾値以下になった状態があらかじめ設定された時間以上持続した状態にあるかを判定する判定部と；前記第１の硝化槽に充填された前記硝化菌担持担体の５０体積％以下を前記第１の硝化槽から抜き出すように前記ポンプを駆動させる制御部とを有する、被処理水を飲用化する水処理システム。
＜７＞前記担体が、スポンジ担体である、前記＜６＞の被処理水を飲用化する水処理システム。
＜８＞イオン交換樹脂が充填され、前記第２の処理水をイオン交換処理して第３の処理水とするイオン交換装置をさらに備えた、前記＜６＞または＜７＞の被処理水を飲用化する水処理システム。
＜９＞前記第１の硝化槽に供給される前記被処理水の水量を測定する水流量測定装置をさらに備え；前記制御装置における前記判定部が、前記アンモニア濃度または前記アンモニア性窒素濃度と、前記被処理水の水量の積算値とから算出されるアンモニア質量があらかじめ設定された閾値以上となったかを判定し；前記制御装置における前記制御部が、前記イオン交換装置に前記イオン交換樹脂を再生する運転を開始させる、前記＜８＞の被処理水を飲用化する水処理システム。
＜１０＞前記ポンプが、エアリフトポンプである、前記＜６＞〜＜９＞のいずれかの被処理水を飲用化する水処理システム。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の水処理方法および水処理システムによれば、硝化効率の低下を十分に抑えつつ、硝化菌担持担体を硝化槽から抜き出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の水処理システムの一例を示す概略構成図である。
【図２】実施例１において硝化菌担持担体を第１の硝化槽から抜き出した後の被処理水および処理水のアンモニア性窒素濃度の時間変化を示すグラフである。
【図３】比較例１において硝化菌担持担体を第１の硝化槽から抜き出した後の被処理水および処理水のアンモニア性窒素濃度の時間変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下の用語の定義は、本明細書および特許請求の範囲にわたって適用される。
「アンモニア性窒素」とは、水中にアンモニウム塩として含まれている窒素をいう。アンモニア態窒素ともいう。
「安定状態」とは、アンモニア濃度またはアンモニア性窒素濃度があらかじめ設定された閾値以下になった状態が、あらかじめ設定された時間以上持続した状態をいう。
【００１２】
＜水処理システムの一実施形態＞
図１は、本発明の水処理システムの一例を示す概略構成図である。
水処理システム１は、被処理水供給流路１００を通って原水槽（図示略）から供給されたアンモニア性窒素を含む被処理水を処理して第１の処理水とする第１の硝化槽１０と；第１の処理水移送流路１０１を通って第１の硝化槽１０から移送された第１の処理水を処理して第２の処理水とする第２の硝化槽２０と；第２の処理水移送流路１０２を通って第２の硝化槽２０から移送された第２の処理水をイオン交換処理して第３の処理水とするイオン交換装置３０と；被処理水供給流路１００の途中に設けられた移送ポンプ（図示略）と；被処理水供給流路１００の途中に設けられ、第１の硝化槽１０に供給される被処理水の水量を測定する水流量測定装置４０と；第２の処理水移送流路１０２の途中に設けられ、第２の処理水のアンモニア濃度またはアンモニア性窒素濃度を測定する濃度測定装置５０と；第１の硝化槽１０内に浸漬され、第１の硝化槽１０からを抜き出すエアリフトポンプ６０と；後述する散気装置のブロアおよび空気量調整手段、移送ポンプ、イオン交換装置３０、水流量測定装置４０、濃度測定装置５０およびエアリフトポンプ６０に電気的に接続された制御装置（図示略）とを備える。
【００１３】
（第１の硝化槽）
第１の硝化槽１０は、硝化菌担持担体２００が抜き出し可能な状態で充填された容器状の槽本体１１と；槽本体１１に第１の処理水移送流路１０１が接続する箇所に設けられた、硝化菌担持担体２００と第１の処理水とを分離するための固液分離装置１２と；槽本体１１の底部に挿入された散気装置１３とを備える、いわゆる流動床型好気生物反応槽である。
【００１４】
固液分離装置１２としては、スクリーン等が挙げられる。
散気装置１３は、槽本体１１の底部に位置する散気部１４と；散気部１４に空気を供給する空気供給管１５と；空気供給管１５の途中に設けられたブロア１６と；散気部１４とブロア１６との間の空気供給管１５の途中に設けられた空気量調整手段１７とを備える。
散気部１４としては、散気孔（図示略）が形成された、散気管、散気球等が挙げられる。
空気量調整手段１７としては、ゲート弁、バタフライ弁等が挙げられる。
【００１５】
（第２の硝化槽）
第２の硝化槽２０は、硝化菌担持担体２００が抜き出し可能な状態で充填された容器状の槽本体２１と；槽本体２１に第２の処理水移送流路１０２が接続する箇所に設けられた、硝化菌担持担体２００と第２の処理水とを分離するための固液分離装置２２と；槽本体２１の底部に挿入された散気装置２３とを備える、いわゆる流動床型好気生物反応槽である。
【００１６】
固液分離装置２２としては、スクリーン等が挙げられる。
散気装置２３は、槽本体２１の底部に位置する散気部２４と；散気部２４に空気を供給する空気供給管２５と；空気供給管２５の途中に設けられたブロア２６と；散気部２４とブロア２６との間の空気供給管２５の途中に設けられた空気量調整手段２７とを備える。
散気部２４としては、散気孔（図示略）が形成された、散気管、散気球等が挙げられる。
空気量調整手段２７としては、ゲート弁、バタフライ弁等が挙げられる。
【００１７】
（イオン交換装置）
イオン交換装置３０は、イオン交換カラム（図示略）と；イオン交換カラムに充填されたイオン交換樹脂（図示略）とを備える。
イオン交換樹脂としては、硝化菌担持担体２００を第１の硝化槽１０から抜き出した後に一時的に硝化菌の減量により生じる硝化効率の低下をさらに抑制できる点からは、強酸性陽イオン交換樹脂が好ましい。
【００１８】
（水流量測定装置）
水流量測定装置４０としては、ローターメータ、電磁流量計等が挙げられる。
【００１９】
（濃度測定装置）
濃度測定装置５０としては、イオン選択性センサ等が挙げられる。
【００２０】
（エアリフトポンプ）
エアリフトポンプ６０は、送気手段（図示略）と；下端が下方に開放した吸引口とされた揚水管６１と；上端が送気手段に接続し、下端が揚水管６１の下端近傍に接続する送気管６２と；揚水管６１の上端近傍から側方に延びる吐出管６３とを備える。
【００２１】
（制御装置）
制御装置は、インターフェイス部（図示略）、記憶部（図示略）、処理部（図示略）、判定部（図示略）、制御部（図示略）等を備える。
【００２２】
インターフェイス部は、散気装置のブロアおよび空気量調整手段、移送ポンプ、イオン交換装置３０、水流量測定装置４０、濃度測定装置５０、エアリフトポンプ６０等と制御部との間を電気的に接続するものである。
【００２３】
記憶部は、第２の処理水のアンモニア濃度またはアンモニア性窒素濃度の安定状態を判定するための閾値および時間、イオン交換装置３０のイオン交換樹脂の再生を判定するためのアンモニア質量の閾値、水処理システム１の運転条件等を記憶するものである。
【００２４】
処理部は、水流量測定装置４０で測定された被処理水の水量の積算；濃度測定装置５０で測定されたアンモニア濃度またはアンモニア性窒素濃度と被処理水の水量の積算値とからのアンモニア質量の算出等の演算を行うものである。
【００２５】
判定部は、濃度測定装置５０で測定されたアンモニア濃度またはアンモニア性窒素濃度があらかじめ設定されかつ記憶部に記憶された閾値以下になった状態が、あらかじめ設定されかつ記憶部に記憶された時間以上持続した状態、すなわち安定状態にあるかの判定；処理部で算出されたアンモニア質量があらかじめ設定されかつ記憶部に記憶された閾値以上となったかの判定等を行うものである。
【００２６】
制御部は、判定部における判定結果、記憶部に記憶された水処理システム１の運転条件等に基づいて、水処理システム１の制御を行うものである。例えば、判定部において安定状態にあると判定された状態において、第１の硝化槽１０に充填された硝化菌担持担体２００の５０体積％以下を第１の硝化槽１０から抜き出すようにエアリフトポンプ６０を駆動させたり；判定部においてアンモニア質量があらかじめ設定された閾値以上となった判定されたときに、イオン交換装置３０にイオン交換樹脂を再生する運転を開始させたり；あらかじめ設定されかつ記憶部に記憶された被処理水の水量に基づいて移送ポンプを制御したり；あらかじめ設定されかつ記憶部に記憶された空気量に基づいて散気装置のブロアおよび空気量調整手段を制御したりするものである。
【００２７】
処理部、判定部および制御部は、専用のハードウエアによって実現されるものであってもよく、メモリおよび中央演算装置（ＣＰＵ）によって構成され、処理部、判定部および制御部の機能を実現するためのプログラムをメモリにロードして実行することによってその機能を実現させるものであってもよい。
制御装置には、周辺機器として、入力装置、表示装置等が接続されていてもよい。入力装置としては、ディスプレイタッチパネル、スイッチパネル、キーボード等の入力デバイスが挙げられ、表示装置としては、液晶表示装置、ＣＲＴ等が挙げられる。
【００２８】
（硝化菌担持担体）
硝化菌担持担体２００は、担体の表面に硝化菌が担持されたものである。担体が多孔質の場合は、担体の内部に硝化菌が担持されていてもよい。
【００２９】
担体の形状としては、直方体、球体、筒体、糸状体等が挙げられる。
担体としては、担体の表面および内部に硝化菌を担持できる、すなわち多くの硝化菌を担持でき、硝化効率が向上する点から、多孔質のものが好ましく、硝化菌の担持を良好に維持でき、かつポンプや配管の損傷を最小限に抑制できる点から、スポンジ担体がより好ましい。
スポンジ担体の材料としては、ポリビニールアルコール、ポリエチレングリコール、ポリウレタン等が挙げられる。
【００３０】
硝化菌としては、アンモニア性窒素の生物硝化に用いられる公知の硝化菌が挙げられる。Ｎｉｔｒｏｓｏｂａｃｔｏｒを代表とする硝化菌は、独立栄養であり、基本的には炭酸ガスを唯一の炭素源としており、有機物基質を必要とせずアンモニアの存在下で生育できるが、その増殖速度は極めて小さい。したがって、生物硝化反応を高く保持するためには、硝化菌を硝化槽内に大量に保持する操作が必要となる。よって、硝化菌を、浮遊菌体ではなく担体に担体した状態で保持することが好ましい。
硝化菌の担体への担持方法としては、例えば、既存の水処理システムの硝化槽に担体を投入して担体の表面等に硝化菌を増殖させる方法等が挙げられる。
【００３１】
＜水処理方法の一実施形態＞
以下、水処理システム１を用いた水処理方法の一例について説明する。
【００３２】
（アンモニア性窒素の低減）
被処理水供給流路１００の途中に設けられた移送ポンプを駆動させて、アンモニア性窒素を含む被処理水を、原水槽（図示略）から被処理水供給流路１００を通って第１の硝化槽１０に供給し、被処理水を第１の硝化槽１０に貯める。さらに、第１の硝化槽１０の被処理水を、第１の処理水移送流路１０１を通って第２の硝化槽２０に移送し、被処理水を第２の硝化槽２０に貯める。
被処理水としては、地下水、河川水、湖沼水等が挙げられ、地下水が好ましい。
【００３３】
既存の水処理システムの硝化槽から抜き出された硝化菌担持担体２００を、水処理システム１の第１の硝化槽１０および第２の硝化槽２０に投入する。
硝化菌担持担体２００の充填率は、第１の硝化槽１０または第２の硝化槽２０の有効水量に対して、２０〜５０体積％が好ましい。
【００３４】
第１の硝化槽１０に被処理水をあらかじめ設定された水量で供給しつつ、散気装置１３を駆動させて、散気部１４から第１の硝化槽１０内に空気をあらかじめ設定された空気量で散気する。
第１の硝化槽１０の底部から空気を散気すると、第１の硝化槽１０内に上昇流および下降流からなる旋回流が生じ、第１の硝化槽１０の被処理水内で硝化菌担持担体２００が自由に流動する。
旋回流における上昇流の流速は、０．１〜０．５ｍ／ｓが好ましい。
散気装置１３の散気部１４から散気される空気量は、空気量調整手段１７によって任意の空気量に調整できる。
【００３５】
第１の硝化槽１０から固液分離装置１２を通って排出された第１の処理水を、第１の処理水移送流路１０１を通って第２の硝化槽２０に移送しつつ、散気装置２３を駆動させて、散気部２４から第２の硝化槽２０内に空気をあらかじめ設定された空気量で散気する。
第２の硝化槽２０の底部から空気を散気すると、第２の硝化槽２０内に上昇流および下降流からなる旋回流が生じ、第２の硝化槽２０の第１の処理水内で硝化菌担持担体２００が自由に流動する。
旋回流における上昇流の流速は、０．１〜０．５ｍ／ｓが好ましい。
散気装置２３の散気部２４から散気される空気量は、空気量調整手段２７によって任意の空気量に調整できる。
【００３６】
第１の硝化槽１０においては、酸素を含む空気が散気装置１３の散気部１４から供給される。第１の硝化槽１０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、第１の硝化槽１０内で硝化菌担持担体２００の硝化菌によってアンモニア酸化（硝化）されて硝酸になる。このようにして、アンモニア性窒素を含む被処理水を第１の硝化槽１０で処理して第１の処理水とする。
第２の硝化槽２０においては、酸素を含む空気が散気装置２３の散気部２４から供給される。第２の硝化槽２０内に酸素が供給されると、第１の処理水中に残存するアンモニア性窒素は、第２の硝化槽２０内で硝化菌担持担体２００の硝化菌によってアンモニア酸化（硝化）されて硝酸になる。このようにして、アンモニア性窒素を含む第１の処理水を第２の硝化槽２０で処理して第２の処理水とする。
アンモニア酸化は、下記式で表される。
ＮＨ４＋  ＋  ２Ｏ２  ＋  ＨＣＯ３−  →  ＨＮＯ３  ＋  Ｈ２ＣＯ３  ＋  Ｈ２Ｏ
【００３７】
第２の硝化槽２０から固液分離装置２２を通って排出された第２の処理水の全量または一部は、第２の処理水移送流路１０２を通ってイオン交換樹脂が充填されたイオン交換装置３０に移送される。イオン交換装置３０において第２の処理水はイオン交換処理されてアンモニア性窒素がさらに低減された第３の処理水となる。イオン交換装置３０から排出されれた第３の処理水は、第３の処理水移送流路１０３を通って水処理システム１の外部に排出される。イオン交換装置３０を通さなかった第２の処理水は、迂回流路１０４を通ってイオン交換装置３０を迂回した後、第３の処理水移送流路１０３を通って水処理システム１の外部に排出される。
【００３８】
（硝化菌担持担体の抜き出し）
第２の硝化槽２０から固液分離装置２２を通って排出された第２の処理水は、第２の処理水移送流路１０２を通ってイオン交換装置３０に移送される際に、濃度測定装置５０を通過する。第２の処理水が濃度測定装置５０を通過する際に、第２の処理水のアンモニア濃度またはアンモニア性窒素濃度が測定される。
第２の処理水のアンモニア濃度またはアンモニア性窒素濃度の測定は、連続的に行うことが好ましい。第２の処理水のアンモニア濃度およびアンモニア性窒素濃度は、いずれか一方のみを測定してもよいし、両方を測定していもよい。
【００３９】
第１の硝化槽１０から硝化菌担持担体２００を抜き出す必要が生じたときには、濃度測定装置５０で測定されたアンモニア濃度またはアンモニア性窒素濃度があらかじめ設定された閾値以下になった状態があらかじめ設定された時間以上持続した状態、すなわち安定状態になっているかを、制御装置の判定部にて判定する。
アンモニア濃度またはアンモニア性窒素濃度の閾値は、処理水の用途（飲用、工業用等）等に応じて適宜決定される。
【００４０】
制御装置の判定部にてアンモニア濃度またはアンモニア性窒素濃度が安定状態になっていると判定された場合には、作業者が手動にて、または制御装置によって自動にて、エアリフトポンプ６０を駆動させ、第１の硝化槽１０に充填された硝化菌担持担体２００の５０体積％以下を第１の硝化槽１０から抜き出す。また、第１の硝化槽１０から抜き出した硝化菌担持担体２００とほぼ同量の、硝化菌が担持されていない担体を、第１の硝化槽１０に補充する。
【００４１】
エアリフトポンプ６０においては、送気手段から供給された空気が、送気管６２を通って揚水管６１の下端近傍から揚水管６１に供給され、揚水管６１内を上昇する。この際、揚水管６１の下端の吸引口から、硝化菌担持担体２００を含む水が吸い上げられ、揚水管６１内を上昇する空気と混合しながら上昇する。揚水管６１内を上昇した硝化菌担持担体２００を含む水と空気との混合物は、揚水管６１の上端近傍から側方に延びる吐出管６３から吐出される。このようにして、第１の硝化槽１０から硝化菌担持担体２００が抜き出される。あらかじめ設定された量の硝化菌担持担体２００を抜き出したら、エアリフトポンプ６０を停止、すなわち送気手段からの空気の供給を停止することによって、第１の硝化槽１０からの硝化菌担持担体２００の抜き出しを停止する。
【００４２】
制御装置の判定部にてアンモニア濃度またはアンモニア性窒素濃度が安定状態になっていないと判定された場合には、第２の処理水のアンモニア濃度またはアンモニア性窒素濃度が安定状態になるまで、第１の硝化槽１０からの硝化菌担持担体２００の抜き出しを保留する。
【００４３】
（イオン交換樹脂の再生）
原水槽から被処理水供給流路１００を通って第１の硝化槽１０に供給される被処理水は、被処理水供給流路１００の途中に設けられた水流量測定装置４０を通過する。被処理水が水流量測定装置４０を通過する際に、被処理水の水量が測定される。
【００４４】
制御装置の処理部にて、濃度測定装置５０で測定されたアンモニア濃度またはアンモニア性窒素濃度と、水流量測定装置４０で測定された被処理水の水量の積算値とからアンモニア質量を算出する。
制御装置の判定部にて、処理部にて算出されたアンモニア質量があらかじめ設定された閾値以上となったかを判定する。
アンモニア質量の閾値は、イオン交換装置３０のイオン交換樹脂の種類、充填量等に応じて適宜決定される。
【００４５】
制御装置の判定部にてアンモニア質量があらかじめ設定された閾値以上になっていると判定された場合には、作業者が手動にて、または制御装置によって自動にて、イオン交換装置３０のイオン交換樹脂を再生する。
イオン交換装置３０のイオン交換樹脂の再生は、制御装置の判定部にてアンモニア濃度またはアンモニア性窒素濃度が安定状態になっていると判定された場合に行うことが好ましい。
イオン交換装置３０のイオン交換樹脂を再生する間は、第２の硝化槽２０から排出された第２の処理水の全量は、迂回流路１０４を通ってイオン交換装置３０を迂回した後、第３の処理水移送流路１０３を通って水処理システム１の外部に排出される。
【００４６】
＜作用機序＞
（α）以上説明した水処理方法にあっては、以下の（ｉ）〜（ｉｉｉ）の理由から、硝化効率の低下を十分に抑えつつ、硝化菌担持担体を硝化槽から抜き出すことができる。
（ｉ）第１の硝化槽１０と第２の硝化槽２０との直列二段処理を行い、かつ硝化菌担持担体２００の抜き出しを第１の硝化槽１０から行っているため、硝化菌担持担体２００を第１の硝化槽１０から抜き出しても、第１の硝化槽１０における硝化効率の低下を、後段の第２の硝化槽２０によって補うことができる。
（ｉｉ）第１の硝化槽１０から抜き出す硝化菌担持担体２００の量を、第１の硝化槽１０に充填された硝化菌担持担体２００の５０体積％以下に制限しているため、硝化菌担持担体２００を抜き出した後に第１の硝化槽１０に残る硝化菌の絶対量が大幅に不足することがなく、第１の硝化槽１０における硝化効率の低下ができるだけ抑えられる。
（ｉｉｉ）第１の硝化槽１０からの硝化菌担持担体２００の抜き出しは、第２の処理水のアンモニア濃度またはアンモニア性窒素濃度があらかじめ設定された閾値以下になった状態があらかじめ設定された時間以上持続した状態、すなわち第１の硝化槽１０に硝化菌が十分に存在する状態において行っているため、硝化菌担持担体２００を抜き出した後に第１の硝化槽１０に残る硝化菌の絶対量が大幅に不足することがなく、第１の硝化槽１０における硝化効率の低下ができるだけ抑えられる。
【００４７】
（β）また、以上説明した水処理方法にあっては、硝化菌担持担体２００の担体がスポンジ担体であれば、多くの硝化菌を担持できることから硝化効率が向上し、また、硝化菌の担持を良好に維持でき、かつポンプや配管の損傷を最小限に抑制できる。
（γ）また、以上説明した水処理方法にあっては、イオン交換樹脂が充填されたイオン交換装置３０において第２の処理水をイオン交換処理して第３の処理水とすれば、処理水中のアンモニア性窒素がさらに低減される。
（δ）また、以上説明した水処理方法にあっては、第１の硝化槽１０に供給される被処理水の水量を測定し；第２の処理水のアンモニア濃度またはアンモニア性窒素濃度と、被処理水の水量の積算値とから算出されるアンモニア質量があらかじめ設定された閾値以上となったときに、イオン交換装置３０のイオン交換樹脂を再生すれば、アンモニア性窒素が低減された処理水を安定して得ることができる。
【００４８】
また、以上説明した水処理システム１にあっては、上述したような構成とされているため、水処理システム１を用いることによって上述した水処理方法の一実施形態を実施することができ、その結果、前記（α）〜（δ）の作用機序を発揮できる。
【００４９】
＜他の実施形態＞
本発明の水処理方法は、硝化菌担持担体が抜き出し可能な状態で充填された第１の硝化槽においてアンモニア性窒素を含む被処理水を処理して第１の処理水とし；硝化菌担持担体が充填された第２の硝化槽において第１の処理水を処理して第２の処理水とし；第２の処理水のアンモニア濃度またはアンモニア性窒素濃度を測定し；第１の硝化槽から硝化菌担持担体を抜き出すときには、アンモニア濃度またはアンモニア性窒素濃度があらかじめ設定された閾値以下になった状態があらかじめ設定された時間以上持続した状態において、第１の硝化槽に充填された硝化菌担持担体の５０体積％以下を第１の硝化槽から抜き出すとともに、第１の硝化槽に硝化菌が担持されていない担体を補充する方法であればよく、上述した一実施形態に限定されない。
【００５０】
また、本発明の水処理システムは、硝化菌担持担体が抜き出し可能な状態で充填され、アンモニア性窒素を含む被処理水を処理して第１の処理水とする第１の硝化槽と；硝化菌担持担体が充填され、第１の処理水を処理して第２の処理水とする第２の硝化槽と；第２の処理水のアンモニア濃度またはアンモニア性窒素濃度を測定する濃度測定装置と；第１の硝化槽から硝化菌担持担体を抜き出すポンプと；濃度測定装置およびポンプに電気的に接続された制御装置とを備え；制御装置が、アンモニア濃度またはアンモニア性窒素濃度があらかじめ設定された閾値以下になった状態があらかじめ設定された時間以上持続した状態にあるかを判定する判定部と；第１の硝化槽に充填された硝化菌担持担体の５０体積％以下を第１の硝化槽から抜き出すようにポンプを駆動させる制御部とを有するものであればよく、図示例の水処理システム１に限定されない。
【００５１】
例えば、硝化槽の数は、２つに限定されず、３つ以上であってもよい。
散気装置は、図示例のものに限定されず、公知のものを採用できる。
濃度測定装置の設置箇所は、第２の処理水移送流路の途中に限定されず、第２の硝化槽に直接浸漬されていてもよい。濃度測定装置を第２の硝化槽に直接浸漬することによって、測定効率を向上できる。
アンモニア濃度またはアンモニア性窒素濃度の測定は、第１の処理水について行ってもよく、第３の処理水について行ってもよい。
第１の硝化槽から硝化菌担持担体を抜き出すポンプは、エアリフトポンプに限定されない。ポンプとしては、エネルギー効率が高く、装置を小型化できる点からは、エアリフトポンプが好ましい。
イオン交換装置は、硝化槽によって処理水中のアンモニア性窒素が十分に低減される場合は、必ずしも設ける必要はない。
【実施例】
【００５２】
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００５３】
（実施例１）
水処理システムとして、濃度測定装置の設置箇所が異なる以外は図１に示す水処理システム１と同様のものを用意した。
硝化槽の槽本体としては、完全混合槽型の透明アクリル製水槽を用いた。該水槽は、幅：１２０ｍｍ、奥行き：６０ｍｍ、高さ：２７０ｍｍ、有効水量：１．７５Ｌの片側旋回流角型水槽である。水槽の底部には、散気球を設けた。
【００５４】
地下水に塩化アンモニウムおよび重炭酸水素ナトリウムを加え、アンモニア性窒素濃度：４．４ｍｇ／Ｌ、アルカリ度：７０ｍｇ／Ｌの被処理水を調製した。
水温：１８℃の被処理水を第１の硝化槽および第２の硝化槽に供給し、被処理水を第１の硝化槽および第２の硝化槽に貯めた。
【００５５】
既存の水処理システムの硝化槽から抜き出された硝化菌担持担体を、第１の硝化槽および第２の硝化槽に投入した。硝化菌担持担体の充填率は、各硝化槽の有効水量に対して、３０体積％とした。担体としては、発泡ポリウレタン製スポンジ担体（イノアックコーポレーション社製、ウォターフレックス、５ｍｍ角型、品番：ＡＱ−１４）を用いた。
【００５６】
第１の硝化槽に被処理水を供給しつつ、散気球から第１の硝化槽内に空気を散気した。また、第１の硝化槽から排出された第１の処理水を第２の硝化槽に移送しつつ、散気球から第２の硝化槽内に空気を散気した。被処理水は、水滞留時間（ＨＲＴ）が０．４３時間となるように供給した。アンモニア性窒素負荷は、０．２５ｋｇ−Ｎ／ｍ３／ｄであった。各硝化槽の溶存酸素が飽和状態となるように過剰に空気を散気した。
【００５７】
イオン選択性センサ（エンドレスハウザージャパン社製、ＩＳＥｍａｘ  ＣＡＳ４０Ｄ）を第２の硝化槽に投入し、第２の処理水のアンモニア性窒素濃度を測定した。約１か月経過後に安定状態、すなわち第２の硝化槽の第２の処理水のアンモニア性窒素濃度が０．１ｍｇ／Ｌ以下を７日連続で示すようになった。
【００５８】
このように安定状態となったことを確認した上で、第１の硝化槽から５０体積％の硝化菌担持担体を抜き出し、同量の新品のスポンジ担体を投入し、被処理水の供給を再開した。再開直後から３日目までの被処理水および処理水のアンモニア性窒素濃度の推移を図２に示す。この結果、再開直後の第２の硝化槽の第２の処理水のアンモニア性窒素濃度は２ｍｇ／Ｌ程度を示し、２日目になって硝化菌担持担体を抜き出す前の０．１ｍｇ／Ｌを示すようになり、硝化効率の低下を十分に抑えることができた。
【００５９】
ついで、第２の硝化槽から排出された第２の処理水を、強酸性陽イオン交換樹脂（ダウ・ケミカル社製、デュオライトＩＭＡＣ  ＨＰ  １２２０を飽和食塩水で再生したもの）がイオン交換カラムに充填されたイオン交換装置に、ＳＶ：１０ｈ−１にて通水できるようにした。
【００６０】
再度、第１の硝化槽から５０体積％の硝化菌担持担体を抜き出し、同量の新品のスポンジ担体を投入し、被処理水の供給を再開した。第２の硝化槽から排出された第２の処理水をイオン交換装置に通水した。
通水１時間後の第２の硝化槽の第２の処理水およびイオン交換装置の出口の第３の処理水のアンモニア性窒素濃度は、それぞれ０．８ｍｇ／Ｌおよび０．１ｍｇ／Ｌを示した。硝化菌担持担体を抜き出した直後であっても、第２の処理水をイオン交換装置に通水することによってアンモニア性窒素を低減できることが確認された。
【００６１】
（比較例１）
第１の硝化槽からの硝化菌担持担体の抜き出し量を７５体積％に変更した以外は、実施例１と同様に水処理を行った。
硝化菌担持担体を第１の硝化槽から抜き出し、被処理水の供給を再開した直後から４日目までの被処理水および処理水のアンモニア性窒素濃度の推移を図３に示す。再開後、４日目になっても第２の硝化槽の第２の処理水のアンモニア性窒素濃度は１ｍｇ／Ｌ以下となることはなく、硝化効率の低下を十分に抑えることができなかった。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明の水処理方法および水処理システムは、アンモニア性窒素を多く含む被処理水、特に地下水を生物硝化反応によって処理してアンモニア性窒素を低減する水処理方法および水処理システムに有用である。
【符号の説明】
【００６３】
１  水処理システム、１０  第１の硝化槽、１１  槽本体、１２  固液分離装置、１３  散気装置、１４  散気部、１５  空気供給管、１６  ブロア、１７  空気量調整手段、２０  第２の硝化槽、２１  槽本体、２２  固液分離装置、２３  散気装置、２４  散気部、２５  空気供給管、２６  ブロア、２７  空気量調整手段、３０  イオン交換装置、４０  水流量測定装置、５０  濃度測定装置、６０  エアリフトポンプ、６１  揚水管、６２  送気管、６３  吐出管、１００  被処理水供給流路、１０１  第１の処理水移送流路、１０２  第２の処理水移送流路、１０３  第３の処理水移送流路、１０４  迂回流路、２００  硝化菌担持担体。
【図１】
0006796948.tif 000002
【図２】
0006796948.tif 000003
【図３】
0006796948.tif 000004