(57)【要約】【課題】メタノールを添加する必要がなく、簡素な処理工程で窒素を除去して処理水を得ることができる窒素除去方法を提供する。【解決手段】窒素除去方法は、内部７が嫌気性雰囲気の被処理水貯留部２に被処理水１０を貯留し、被処理水貯留部に設けられ複数のひも状繊維集合体の集合により構成されたろ過部材３を被処理水に浸して微生物コロニー１１を形成し、微生物コロニーではアンモニア態の窒素の溶解が少なく且つ有機物が良好に溶解するように、処理水８は、所定の範囲の酸化還元電位に制御された状態でろ過部材から流出するようにしている。【選択図】    図１
2004181274.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒素を含む被処理水から窒素を除去する方法であって、
内部が嫌気性雰囲気の被処理水貯留部に前記被処理水を貯留し、
この被処理水貯留部に設けられ複数のひも状繊維集合体の集合により構成されたろ過部材を前記被処理水に浸して微生物コロニーを形成し、
この微生物コロニーではアンモニア態の窒素の溶解が少なく且つ有機物が良好に溶解するように、処理水は、所定の範囲の酸化還元電位に制御された状態で前記ろ過部材から流出するようにしたことを特徴とするひも状繊維集合体を使用した窒素除去方法。
【請求項２】
窒素を含む被処理水から窒素を除去する方法であって、
内部が嫌気性雰囲気の被処理水貯留部に前記被処理水を貯留し、
この被処理水貯留部に設けられ細長い複数のひも状繊維集合体の集合により構成されたろ過部材の一部またはほぼ全部を前記被処理水に浸し、
水位差によりこの被処理水が前記ろ過部材の水に浸った表面全体から繊維の間の隙間に入ることにより、この繊維間隙間に入れない微生物の小集団は前記ひも状繊維集合体の表面にパイプ状に付着し、前記被処理水は、前記ひも状繊維集合体の長手方向に生じた圧力勾配により前記繊維間隙間を流れていき、前記ひも状繊維集合体の表面にパイプ状に付着した前記微生物の小集団は、次第に大きくなって内部に微小な隙間を有してろ過機能を発揮する微生物コロニーを形成し、
その後、前記被処理水は、この微生物コロニーの内部の前記微小な隙間に入るところでろ過された後、この微小な隙間を前記水位差により流れ、次いで前記繊維間隙間を前記圧力勾配により流れていき、
前記微生物コロニーではアンモニア態の窒素の溶解が少なく且つ有機物が良好に溶解して程良い嫌気状態になるように、処理水は、所定の範囲の酸化還元電位に制御された状態で前記ろ過部材から流出して前記被処理水貯留部の外部に排出されるようにしたことを特徴とするひも状繊維集合体を使用した窒素除去方法。
【請求項３】
前記処理水の酸化還元電位は−１２０ｍＶないし＋５０ｍＶの範囲に制御されていることを特徴とする請求項１または２に記載のひも状繊維集合体を使用した窒素除去方法。
【請求項４】
前記微生物コロニーにおける固形物の濃度は３重量％ないし５重量％であることを特徴とする請求項１，２または３に記載のひも状繊維集合体を使用した窒素除去方法。
【請求項５】
窒素を含む被処理水から窒素を除去する窒素除去装置であって、
前記被処理水が貯留され内部が嫌気性雰囲気の被処理水貯留部と、
この被処理水貯留部に設けられ、複数のひも状繊維集合体の集合により構成されたろ過部材と、
このろ過部材から流出する処理水の酸化還元電位を調整するための酸化還元電位調整手段とを備え、
前記ろ過部材を前記被処理水に浸して微生物コロニーを形成し、この微生物コロニーではアンモニア態の窒素の溶解が少なく且つ有機物が良好に溶解するように、処理水は、前記酸化還元電位調整手段により所定の範囲の酸化還元電位に制御された状態で前記ろ過部材から流出するようにしたことを特徴とするひも状繊維集合体を使用した窒素除去装置。
【請求項６】
窒素を含む被処理水から窒素を除去する窒素除去装置であって、
前記被処理水が貯留され内部が嫌気性雰囲気の被処理水貯留部と、
この被処理水貯留部に設けられ、一部またはほぼ全部が前記被処理水に浸され、細長い複数のひも状繊維集合体の集合により構成されたろ過部材と、
このろ過部材から流出する処理水を排出させるための処理水排出手段と、
この処理水の酸化還元電位を調整するための酸化還元電位調整手段とを備え、
前記被処理水は、水位差により前記ろ過部材の水に浸った表面全体から繊維の間の隙間に入ることにより、この繊維間隙間に入れない微生物の小集団は前記ひも状繊維集合体の表面にパイプ状に付着し、前記被処理水は、前記ひも状繊維集合体の長手方向に生じた圧力勾配により前記繊維間隙間を流れていき、前記ひも状繊維集合体の表面にパイプ状に付着した前記微生物の小集団は、次第に大きくなって内部に微小な隙間を有してろ過機能を発揮する微生物コロニーを形成し、
その後、前記被処理水は、この微生物コロニーの内部の前記微小な隙間に入るところでろ過された後、この微小な隙間を前記水位差により流れ、次いで前記繊維間隙間を前記圧力勾配により流れていき、
前記微生物コロニーではアンモニア態の窒素の溶解が少なく且つ有機物が良好に溶解して程良い嫌気状態になるように、前記処理水は、前記酸化還元電位調整手段により所定の範囲の酸化還元電位に制御された状態で前記ろ過部材から流出して前記処理水排出手段により前記被処理水貯留部の外部に排出されるようにしたことを特徴とするひも状繊維集合体を使用した窒素除去装置。
【請求項７】
前記処理水の酸化還元電位は−１２０ｍＶないし＋５０ｍＶの範囲に制御されていることを特徴とする請求項５または６に記載のひも状繊維集合体を使用した窒素除去装置。
【請求項８】
前記微生物コロニーにおける固形物の濃度は３重量％ないし５重量％であることを特徴とする請求項５，６または７に記載のひも状繊維集合体を使用した窒素除去装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ひも状繊維集合体からなるろ過部材を使用した窒素除去方法およびその装置にかかり、特に、河川や湖の富栄養化などを防止するために、排水に含まれている窒素を除去（脱窒）して清浄な処理水を得るための方法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
排水処理法のうち代表的な活性汚泥法を例にとると、この場合には、生活排水などの原水を曝気槽に流入させて、この曝気槽内部の高濃度微生物群により水処理を行なっている。
ところが、この活性汚泥法で処理された水に硝酸態の窒素（ＮＯ３−Ｎ）が含まれていると、この水をそのまま河川や湖などに放流すれば、富栄養化による水質汚濁の原因となる。
【０００３】
そこで、排水中の窒素を除去する技術として、たとえば非特許文献１には、排水から窒素を除去する生物学的窒素除去方法として、メタノールなどの有機炭素源を添加するメタノール添加法と、循環法とが記載されている。
しかしながら、メタノール添加法と循環法のいずれの場合も、沈殿槽などを設け、また汚泥の返送も行なっているので、処理工程が複雑になり高度な運転技術が必要であった。
また、メタノール添加法では、窒素除去のために常にメタノールを供給する必要があるので、メンテナンス作業が困難でコストもかかっていた。一方、循環法では、窒素を除去したのち硝化（アンモニア態の窒素を亜硝酸態または硝酸態の窒素に酸化することをいう）を行なっているので、硝化が阻害されて窒素の除去が困難になっていた。
いずれの方法の場合も、沈殿槽で汚泥を分離しており、ろ過をしていないので固液分離が十分とはいえず、清浄な処理水を得ることが困難であった。
なお、本発明の関連技術として、特許文献１（特開２００２−２６３４０８号公報）には、ひも状繊維集合体からなるろ過部材による水処理方法およびその装置が記載されているが、排水から窒素を除去する点に関しての記載はされていない。
【０００４】
【非特許文献１】
「浄化槽の維持管理」（財）日本環境整備教育センター出版，昭和６１年３月，Ｐ．４４９−４５１
【特許文献１】
特開２００２−２６３４０８号公報（１頁，図９）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、窒素除去のためのメタノールなどを添加する必要がなく、また簡素な処理工程で窒素を除去して清浄な処理水を得ることができる、ひも状繊維集合体を使用した窒素除去方法およびその装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するため、本発明にかかるひも状繊維集合体を使用した窒素除去方法は、窒素を含む被処理水から窒素を除去する方法であって、内部が嫌気性雰囲気の被処理水貯留部に前記被処理水を貯留し、この被処理水貯留部に設けられ複数のひも状繊維集合体の集合により構成されたろ過部材を前記被処理水に浸して微生物コロニーを形成し、この微生物コロニーではアンモニア態の窒素の溶解が少なく且つ有機物が良好に溶解するように、処理水は、所定の範囲の酸化還元電位に制御された状態で前記ろ過部材から流出するようにした。
この方法を実施する上で好適なひも状繊維集合体を使用した窒素除去装置は、窒素を含む被処理水から窒素を除去する窒素除去装置であって、前記被処理水が貯留され内部が嫌気性雰囲気の被処理水貯留部と、この被処理水貯留部に設けられ、複数のひも状繊維集合体の集合により構成されたろ過部材と、このろ過部材から流出する処理水の酸化還元電位を調整するための酸化還元電位調整手段とを備え、前記ろ過部材を前記被処理水に浸して微生物コロニーを形成し、この微生物コロニーではアンモニア態の窒素の溶解が少なく且つ有機物が良好に溶解するように、処理水は、前記酸化還元電位調整手段により所定の範囲の酸化還元電位に制御された状態で前記ろ過部材から流出するようにした。
【０００７】
具体的な実施態様にかかる方法は、窒素を含む被処理水から窒素を除去する方法であって、内部が嫌気性雰囲気の被処理水貯留部に前記被処理水を貯留し、この被処理水貯留部に設けられ細長い複数のひも状繊維集合体の集合により構成されたろ過部材の一部またはほぼ全部を前記被処理水に浸し、水位差によりこの被処理水が前記ろ過部材の水に浸った表面全体から繊維の間の隙間に入ることにより、この繊維間隙間に入れない微生物の小集団は前記ひも状繊維集合体の表面にパイプ状に付着し、前記被処理水は、前記ひも状繊維集合体の長手方向に生じた圧力勾配により前記繊維間隙間を流れていき、前記ひも状繊維集合体の表面にパイプ状に付着した前記微生物の小集団は、次第に大きくなって内部に微小な隙間を有してろ過機能を発揮する微生物コロニーを形成し、その後、前記被処理水は、この微生物コロニーの内部の前記微小な隙間に入るところでろ過された後、この微小な隙間を前記水位差により流れ、次いで前記繊維間隙間を前記圧力勾配により流れていき、前記微生物コロニーではアンモニア態の窒素の溶解が少なく且つ有機物が良好に溶解して程良い嫌気状態になるように、処理水は、所定の範囲の酸化還元電位に制御された状態で前記ろ過部材から流出して前記被処理水貯留部の外部に排出されるようにした。
この方法を実施する上で好適で具体的な窒素除去装置は、窒素を含む被処理水から窒素を除去する窒素除去装置であって、前記被処理水が貯留され内部が嫌気性雰囲気の被処理水貯留部と、この被処理水貯留部に設けられ、一部またはほぼ全部が前記被処理水に浸され、細長い複数のひも状繊維集合体の集合により構成されたろ過部材と、このろ過部材から流出する処理水を排出させるための処理水排出手段と、この処理水の酸化還元電位を調整するための酸化還元電位調整手段とを備え、前記被処理水は、水位差により前記ろ過部材の水に浸った表面全体から繊維の間の隙間に入ることにより、この繊維間隙間に入れない微生物の小集団は前記ひも状繊維集合体の表面にパイプ状に付着し、前記被処理水は、前記ひも状繊維集合体の長手方向に生じた圧力勾配により前記繊維間隙間を流れていき、前記ひも状繊維集合体の表面にパイプ状に付着した前記微生物の小集団は、次第に大きくなって内部に微小な隙間を有してろ過機能を発揮する微生物コロニーを形成し、その後、前記被処理水は、この微生物コロニーの内部の前記微小な隙間に入るところでろ過された後、この微小な隙間を前記水位差により流れ、次いで前記繊維間隙間を前記圧力勾配により流れていき、前記微生物コロニーではアンモニア態の窒素の溶解が少なく且つ有機物が良好に溶解して程良い嫌気状態になるように、前記処理水は、前記酸化還元電位調整手段により所定の範囲の酸化還元電位に制御された状態で前記ろ過部材から流出して前記処理水排出手段により前記被処理水貯留部の外部に排出されるようにした。
前記方法および装置において、前記処理水の酸化還元電位は−１２０ｍＶないし＋５０ｍＶの範囲に制御されているのが好ましい。
また、前記微生物コロニーにおける固形物の濃度は３重量％ないし５重量％であるのが好ましい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる実施の形態の一例を、図１ないし図８を参照して説明する。
本実施形態では、本発明の窒素除去方法およびその装置が、下水処理法のうち代表的な活性汚泥法で処理されて硝酸態の窒素（ＮＯ３−Ｎ）を含む排水（被処理水）の処理に適用された場合を例にとって説明する。
【０００９】
本発明の方法および装置は、浮遊固形物の濃度（ＳＳ）が比較的低い原水（窒素除去装置に供給された処理前の水）を処理して、清浄な処理水（処理済みの水）を得るのにも使用される。たとえば、河川や湖から取水した河川水や湖水（原水）を上水場で処理して上水（飲料水）にする場合、井戸水（原水）を処理して上水にする場合、プールの水（原水）を処理して循環使用する場合、極細繊維を使用して精密処理を行う場合、排水処理設備の沈殿槽と砂ろ過装置での処理に相当する処理を行う場合、および、魚を養殖するための養殖池の水を浄化する場合などがある。その他、本発明は、住宅の下水処理用の浄化槽にも適用可能である。
【００１０】
図１は、ひも状繊維集合体を使用した窒素除去装置の概略構成図、図２（Ａ）は、前記ひも状繊維集合体からなるろ過部材を示す説明図、図２（Ｂ）はひも状繊維集合体の拡大断面図である。
図３（Ａ），（Ｂ）は、それぞれ図２に示すろ過部材を円形に縫い合わせた状態を示す平面図，正面図、図４（Ａ）は前記ろ過部材と処理水排出手段を示す縦断面図、図４（Ｂ）は図４（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図、図５は図４（Ａ）の一部拡大断面図である。
図６（Ａ）は、微生物の小集団が、ひも状繊維集合体に付着しはじめた状態の顕微鏡写真に相当する図、図６（Ｂ）は、微生物の小集団が集まって微生物コロニーを形成しはじめた状態の顕微鏡写真に相当する図である。
【００１１】
図１ないし図６に示すように、窒素を含む被処理水１０から窒素を除去（脱窒）する方法は、内部７が嫌気性雰囲気の被処理水貯留部２に被処理水１０を貯留し、被処理水貯留部２に設けられ複数のひも状繊維集合体６の集合により構成されたろ過部材３を被処理水１０に浸して微生物コロニー１１を形成する。
そして、微生物コロニー１１ではアンモニア態の窒素の溶解が少なく且つ有機物が良好に溶解するように、処理水８は、所定の範囲の酸化還元電位（以下、ＯＲＰと記載）に制御された状態でろ過部材３から流出する。
この方法を実施するための、被処理水１０から窒素を除去する窒素除去装置１は、被処理水１０が貯留され内部が嫌気性雰囲気の被処理水貯留部２と、被処理水貯留部２に設けられ、複数のひも状繊維集合体６の集合により構成されたろ過部材３と、ろ過部材３から流出する処理水８のＯＲＰを調整するための酸化還元電位調整手段５とを備えている。
そして、ろ過部材３を被処理水１０に浸して微生物コロニー１１を形成し、微生物コロニー１１ではアンモニア態の窒素の溶解が少なく且つ有機物が良好に溶解するように、処理水８は、酸化還元電位調整手段５により所定の範囲のＯＲＰに制御された状態でろ過部材３から流出する。
【００１２】
より具体的な実施態様にかかる窒素除去方法は、内部７が嫌気性雰囲気の被処理水貯留部２に被処理水１０を貯留し、この被処理水貯留部２に設けられ細長い複数のひも状繊維集合体６の集合により構成されたろ過部材３の一部またはほぼ全部を被処理水１０に浸し、水位差Ｈにより被処理水１０がろ過部材３の水に浸った表面全体から繊維９の間の隙間に入ることにより、この繊維間隙間に入れない微生物の小集団（微生物の集合体であり、フロックとも呼ばれる）はひも状繊維集合体６の表面にパイプ状に付着し、被処理水１０は、ひも状繊維集合体６の長手方向に生じた圧力勾配により繊維間隙間を流れていき、ひも状繊維集合体６の表面にパイプ状に付着した微生物の小集団は、次第に大きくなって内部に微小な隙間を有してろ過機能を発揮する微生物コロニー（微生物の可視的な集塊であり、たとえば、活性汚泥のコロニー）１１を形成する。
その後、被処理水１０は、微生物コロニー１１の内部の微小な隙間に入るところでろ過された後、この微小な隙間を水位差Ｈにより流れ、次いで繊維間隙間を圧力勾配により流れていく。
そして、微生物コロニー１１ではアンモニア態の窒素の溶解が少なく且つ有機物が良好に溶解して程良い嫌気状態になるように、処理水８は、所定の範囲のＯＲＰに制御された状態でろ過部材３から流出して被処理水貯留部２の外部に排出される。
【００１３】
この方法を実施する上で好適で具体的な窒素除去装置１は、窒素を含む被処理水１０から窒素を除去する機能を有している。窒素除去装置１は、被処理水１０が貯留され内部７が嫌気性雰囲気の被処理水貯留部２と、この被処理水貯留部２に設けられ、一部またはほぼ全部が被処理水１０に浸され、細長い複数のひも状繊維集合体６の集合により構成されたろ過部材３と、このろ過部材３から流出する処理水８を排出させるための処理水排出手段４と、この処理水８のＯＲＰを調整するための酸化還元電位調整手段５とを備えている。
ひも状のろ過部材３を構成する複数のひも状繊維集合体６は、多数の繊維９からなっている。このひも状繊維集合体６は、繊維９どうしが絡みあって、繊維９と繊維９との間が細い隙間になっている。また、ひも状繊維集合体６の繊維９と、他のひも状繊維集合体６の繊維９との間も、細い隙間になっている。これらの繊維間の隙間が、あたかも微細な管と同じような擬似微細管を構成している。
【００１４】
窒素除去装置１において、被処理水１０は、水位差Ｈによりろ過部材３の水に浸った表面全体から繊維９の間の隙間に入ることにより、繊維間隙間に入れない微生物の小集団３０はひも状繊維集合体６の表面にパイプ状に付着し、被処理水１０は、ひも状繊維集合体６の長手方向に生じた圧力勾配により繊維間隙間を流れていき、ひも状繊維集合体６の表面にパイプ状に付着した微生物の小集団３０は、次第に大きくなって内部に微小な隙間３１を有してろ過機能を発揮する微生物コロニー１１を形成する。
その後、被処理水１０は、微生物コロニー１１の内部の微小な隙間３１に入るところでろ過された後、この微小な隙間３１を水位差Ｈにより流れ次いで繊維間隙間を圧力勾配により流れていく。
そして、微生物コロニー１１ではアンモニア態の窒素の溶解が少なく且つ有機物が良好に溶解して程良い嫌気状態になるように、処理水８は、酸化還元電位調整手段５により所定の範囲のＯＲＰに制御された状態で、ろ過部材３から流出して処理水排出手段４により被処理水貯留部２の外部に排出される。
【００１５】
ポンプなどにより供給用配管１２を介して被処理水１０を供給することにより、被処理水貯留部２内の被処理水１０の水位Ｌａは、所定の高さ位置に維持されている。
被処理水貯留部２には、貯留されている被処理水１０を攪拌するための攪拌機１７が設けられている。攪拌機１７は、ろ過部材に付着している微生物の小集団３０や微生物コロニー１１が壊れたりろ過部材３から離脱しない程度に、羽根１７ａをゆっくりと回転させて被処理水１０を攪拌している。
被処理水貯留部２には、空気供給部１３が設けられている。空気供給部１３は、被処理水貯留部２の底面近くで空気１８をノズル１９から吐出させることにより、処理水８のＯＲＰを所定の範囲に制御している。
被処理水貯留部２の下流側には、処理水８を貯留するための処理水貯留部１２が配設されている。処理水貯留部１２内の処理水８の水位Ｌｃは、被処理水１０の水位Ｌａより下方に位置している。処理水貯留部１２は、ろ過部材３から排出されて処理水排出手段４を流れる処理水８を受けて貯留する。
【００１６】
処理水排出手段４は、被処理水貯留部２内に設けられたろ過部材支持部１５と、ろ過部材支持部１５に接続された排出用配管１４とを有している。ろ過部材支持部１５の内部には、ろ過部材３と連通して処理水８が流れる導水部１６が形成されている。
排出用配管１４は、導水部１６と連通しており、導水部１６を流れた処理水８を被処理水貯留部２の外部に導いて処理水貯留部１２に排出している。ろ過部材３から流出する処理水８は、導水部１６，排出用配管１４を流れて処理水貯留部１２に貯留される。
【００１７】
窒素除去装置には、水位差調整手段が設けられて、水位差Ｈを調整可能になっている。
排出用配管１４の排出口１４ａは、処理水貯留部１２内の処理水８に浸されている。この場合の水位差Ｈは、処理水８の下流側水位（すなわち、処理水貯留部１２内の処理水８の水位Ｌｃ）から、被処理水貯留部２内の被処理水１０の水位Ｌａまでの高さ寸法である。すなわち、水位差Ｈ＝水位Ｌａ−水位Ｌｃである。この水位差Ｈは水位差調整手段により調整可能になっている。
これとは別に、排出用配管１４の排出口１４ａが、処理水貯留部１２の水面より離れて上方にあり、排出口１４ａは、被処理水１０の水位Ｌａより下方に位置している場合がある（図示せず）。
この場合の水位差Ｈは、処理水８の下流側水位Ｌｂ（すなわち、排出口１４ａの近傍の排出用配管１４内の水面の高さ位置）から被処理水１０の水位Ｌａまでの高さ寸法である。すなわち、水位差Ｈ＝水位Ｌａ−水位Ｌｂである。
【００１８】
被処理水１０は、流れの駆動源（エネルギー源）となる水位差Ｈに基づく重力による位置のエネルギーと、水の分子間の凝集力とにより自然に流れて、被処理水貯留部２から処理水貯留部１２に移動する。
すなわち、ろ過部材３は、繊維間隙間により構成されている擬似微細管を有しているので、被処理水貯留部２内の被処理水１０は、ひも状繊維集合体６の長手方向に生じた圧力勾配により擬似微細管内を流れる。
被処理水１０には、擬似微細管の内径より大きい浮遊固形物が多く含まれている。そのため、被処理水１０に含まれている浮遊固形物のうち、擬似微細管の内径より大きい浮遊固形物は、擬似微細管を通り抜けることができない。したがって、浮遊固形物は、ろ過部材３に付着して除去される。このろ過は、被処理水貯留部２に貯留されている被処理水１０の水中で行われる。
このように、擬似微細管の内径寸法により、除去される浮遊固形物の大きさが決まることになる。したがって、被処理水１０に含まれる浮遊固形物の種類，サイズ，粒度分布などに応じて、最適なろ過部材３の材質や、ひも状繊維集合体６および繊維９のサイズ，密度などの選定を行えばよい。
【００１９】
処理水８のＯＲＰを所定の範囲に制御するための酸化還元電位調整手段５は、空気供給部１３と、検出器２１と、検出器２１からの信号により空気供給部１３を制御して空気１８の流量を調整する制御部（図示せず）とにより構成されている。
検出器２１は、排出用配管１４に設けられ、ろ過部材３から流出する処理水８のＯＲＰを検出するためのものである。検出器２１から出力される信号に基づいて、空気供給部１３により被処理水１０内に供給される空気１８の流量を調節することにより、排出用配管１４を流れる処理水８のＯＲＰを、所定の範囲たとえば−１２０ｍＶ〜＋５０ｍＶの範囲に制御している。
また、微生物コロニー１１における固形物（すなわち、汚泥）の濃度の範囲は、３重量％〜５重量％であるのが好ましい。
被処理水貯留部２内の被処理水１０の水温が低いと微生物の活動が低下するが、この被処理水１０の水温が所定範囲（好ましくは、２３℃±７℃）であれば、微生物の活動が活発になって良好に窒素の除去が行われる。
そこで、窒素除去装置１は、被処理水１０の水温を所定の範囲に調節するための水温調節手段２２を有している。水温調節手段２２は、被処理水貯留部２の被処理水１０中に設けられたヒータ２３をオン，オフ制御して、被処理水１０の水温をたとえば２３℃±７℃の範囲に調節可能である。
【００２０】
ろ過部材３は、細長い複数のひも状繊維集合体６により構成されている。すなわち、ろ過部材３は、たて糸のみからなるひも状繊維集合体６により「すだれ状」に構成されている。一本のひも状繊維集合体６は、微細な多数の繊維９が集合したたて糸を複数本合わせることにより構成されている。
このように、ひも状のろ過部材３は、複数のひも状繊維集合体６が集合してすだれ状になっているので、目詰まりを起こしにくい。
ろ過部材３の組成は、ポリエステル系合成繊維，レーヨンおよびアクリル繊維などの化学繊維から少なくとも一つ選択されるのが好ましい。たとえば、ろ過部材３は、約４０重量％のポリエステル系合成繊維と、約４０重量％のレーヨンと、約２０重量％のアクリル繊維により構成されている。
なお、ろ過部材３の素材として、次の高分子化合物を使用してもよい。たとえば、エチルセルロース，酢酸セルロース，ナイロン，ビニロン，アセテート，キュプラ，アクリルニトリル，ポリエチレン，ポリ塩化ビニル，ポリ塩化ビニリデン，ポリ酢酸ビニル，ポリスチレン，ポリテトラフルオロエチレン，ポリテレフタル酸エチレン，ポリトリフルオロエチレン，ポリクロロトリフルオロエチレン，ポリビニルアルコール，ポリプロピレン，ポリメタクリル酸メチル等が挙げられる。
【００２１】
ろ過部材３は、複数のひも状繊維集合体６を平たい束状にするための縫い合わせ部４０を有している。縫い合わせ部４０では、ひも状繊維集合体６同士を圧縮せずにほぐした状態にしているので、処理水８が縫い合わせ部４０の内部を流れる場合でも抵抗なく容易に通ることができる。
ひも状繊維集合体６の直径ｅ（図２（Ｂ））は、微生物の種類，サイズ，粒度分布などに応じて適宜選定されるものであり、たとえば直径ｅ＝約３ｍｍ〜約４ｍｍである。
ろ過部材３は、図２（Ａ）に示す平たい形状のものを、図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、縫い合わせ部４０の両方の端部４０ａ，４０ｂを縫い合わせて円環状に形成されている。なお、図３（Ｂ）では、ひも状繊維集合体６の一部の図示を省略している。
【００２２】
円環状に形成された縫い合わせ部４０の外周面には、円環状のバンド４５が取付けられている。バンド４５は、縫い合わせ部４０を円環状に保持するとともに、ひも状繊維集合体６がほぐれてしまうのを防止している。
縫い合わせ部４０とバンド４５を支持部として、一方側のひも状繊維集合体６と他方側のひも状繊維集合体６を、それぞれ半径方向外方に広がるように折り返して使用することになる。
なお、本発明におけるひも状繊維集合体６には、本実施形態で示すもののほか、直径の細い糸状の繊維集合体や、たて糸と若干のよこ糸からなる繊維集合体なども含まれる。また、たとえば、布状の不織布などを細く切って、若干幅が広くて細長い形状のひも状繊維集合体を成形する場合であってもよい。
【００２３】
ろ過部材支持部１５は、中心部に縦方向に配置され下端部を閉じたパイプ状の支柱管４１と、支柱管４１に支持され、上端部と下端部がそれぞれ閉じられた中空のホルダ４２とを有している。
支柱管４１には、複数の連通孔４８が穿設されている。ホルダ４２には、支柱管４１を中心位置に保持するための円環状の保持部４６が一体形成され、保持部４６には複数の連通孔４７が穿設されている。
【００２４】
ろ過部材３は、ホルダ４２の開口部に、隙間がないように装着されている。これにより、ホルダ４２の内部空間４９はろ過部材３により被処理水貯留部２内の被処理水１０に対して遮蔽されているので、被処理水のショートパスを防止することができる。
内部空間４９と支柱管４１の内部空間とにより、処理水８が流れる導水部１６が構成されている。
被処理水１０はろ過部材３により処理される。ろ過部材３から流出した処理水８は、ホルダ４２の内部空間４９に入り、その後、連通孔４７を通って連通孔４８から支柱管４１内に入るかまたは内部空間４９から直接連通孔４８を通って支柱管４１内に入る。その後、処理水４８は、支柱管４１から排出用配管１４を通って被処理水貯留部２の外部に排出される。
【００２５】
図５は、複数のひも状繊維集合体６のうちの一つのひも状繊維集合体６を例にとって示している。
ひも状繊維集合体６に固形物（微生物コロニー１１）が付着していない状態のときには、被処理水１０の大部分は、ひも状繊維集合体６の根元部で、水位差Ｈに基づく重力による位置のエネルギーによりひも状繊維集合体６の水に浸った表面全体から繊維９の間の隙間に入ることにより、繊維間隙間に入れない微生物の小集団３０はひも状繊維集合体６の表面にパイプ状に付着し、被処理水１０は、ひも状繊維集合体６の長手方向に生じた圧力勾配により繊維間隙間を流れる。
時間が経過すると、ひも状繊維集合体６の表面に微生物の小集団３０がパイプ状に付着し、この微生物の小集団３０は、次第に大きくなって活性汚泥（付着固形物）からなる微生物コロニー１１を形成する。
微生物コロニー１１が付着して周囲を囲まれたひも状繊維集合体６は、あたかも複数の繊維間隙間で構成された擬似パイプ（または、ハニカム）のような構造をなしている。微生物コロニー１１の内部には、ろ過機能を発揮する微小な隙間３１が形成されている。
したがって、被処理水１０は、水位差Ｈに基づく重力による位置のエネルギーと、水の分子間の凝集力とにより、擬似パイプ内の隙間を流れることになる。また、被処理水１０は、ろ過機能を発揮する微生物コロニーの内部の微小な隙間３１を水位差Ｈにより流れる。
【００２６】
被処理水１０は、水位差Ｈによりひも状繊維集合体６の表面全体から繊維９の間の隙間に入るところでろ過され、繊維間隙間に入れない微生物の小集団３０はひも状繊維集合体６の表面にパイプ状に付着し、被処理水１０は、ひも状繊維集合体６の長手方向に生じた圧力勾配により繊維間隙間を流れていく。
また、被処理水１０は、ろ過機能を有する微生物コロニー１１の内部の微小な隙間３１に入るところでもろ過された後、この微小な隙間３１を水位差Ｈにより流れ、次いで、繊維間隙間を圧力勾配により流れていく。
これにより、被処理水１０は、処理水８となってホルダ４２の内部空間４９に流れ込む。被処理水１０は、繊維９の間の隙間を圧力勾配により流れるので、付着した微生物コロニー１１のサイズが大きくなっても、継続して流れることができる。
【００２７】
次に、本発明者の行なった実験について説明する。実験条件は下記の通りである。
・ろ過部材３の組成：ポリエステル系合成繊維４０重量％，レーヨン４０重量％，アクリル繊維２０重量％
・ろ過部材３の寸法（展開時）：約４３ｃｍ（幅Ｄ）×約３０ｃｍ（長さＥ）
・ひも状繊維集合体６：直径ｅが約４ｍｍ
・被処理水貯留部２の容積：１ｍ３
・ろ過部材支持部１５：長さ約２ｍのホルダを１基として、３基（１組）を２組
・被処理水１０：下水処理センターにて活性汚泥法で処理した後の水
・被処理水の流量：３．９ｍ３／日
・実験期間：２日間
【００２８】
ろ過部材支持部１５は、長さ約２ｍのホルダ４２を１基とした場合、被処理水貯留部２内には、３基（１組）を２組（すなわち、合計６基）を設置し、排出用配管１４に並列に接続した。
また、被処理水貯留部２内に、被処理水１０を貯留したのち４．８ｋｇ（ｄｒｙ）  の汚泥を投入し、ろ過部材３がこの汚泥を吸い寄せて微生物コロニー１１が形成された状態で、窒素の除去の実験を行なった。
茨城県内の下水処理センターにて活性汚泥法で処理した後の水を原水（被処理水１０）とし、３．９ｍ３／日の流量で原水を被処理水貯留部２に流入させた。被処理水貯留部２内での平均滞留時間は６．１５Ｈｒとなった。
水温調節手段２２でヒータ２３をオン，オフ制御することにより、被処理水貯留部２内の被処理水１０の水温を２３℃±７℃の範囲に調節している。
窒素の除去状態（脱窒状態）は、亜硝酸態と硝酸態の窒素（ＮＯ２＋ＮＯ３−−Ｎ）で評価した。図７は、この窒素の除去に関する実験データの一例を示す図である。図８は、処理水８のＢＯＤ（生化学的酸素要求量）とアンモニア態の窒素（ＮＨ４−Ｎ）の濃度の一例を示すグラフである。図８の横軸は処理水８のＯＲＰを示し、縦軸は濃度を示している。図８中の曲線ＡはＢＯＤを示し、曲線ＢはＮＨ４−Ｎを示している。
【００２９】
この実験に使用した窒素除去装置１において、内部が嫌気性雰囲気の被処理水貯留部２に被処理水１０を貯留し、この被処理水貯留部２に設けられたろ過部材３の全部を被処理水１０に浸している。
供給用配管１２を介して、所定流量の被処理水１０を被処理水貯留部２に供給している。その結果、被処理水貯留部２内の被処理水１０の水位Ｌａは、処理水貯留部１２内の処理水８の水位Ｌｃより高いので、水位差Ｈが確保されている。
【００３０】
この水位差Ｈにより、被処理水１０がろ過部材３の水に浸った表面全体から繊維９の間の隙間に入ることにより、この繊維間隙間に入れない微生物の小集団３０はひも状繊維集合体６の表面にパイプ状に付着し、被処理水１０は、ひも状繊維集合体６の長手方向に生じた圧力勾配により繊維間隙間を流れていく（図６（Ａ）の状態）。
こうして、ひも状繊維集合体６の表面にパイプ状に付着した微生物の小集団３０は、次第に大きくなって微生物コロニー１１を形成する。この微生物コロニー１１は、内部に微小な隙間３１を有してろ過機能を発揮する（図６（Ｂ）の状態）。
繊維９の間の隙間の寸法（たとえば、内径が約２０〜３０μｍ）、微生物の粒子の寸法（たとえば、約１〜２μｍ）、および、微生物コロニー１１の内部の微小な隙間３１の寸法（たとえば、内径が約１μｍ以下）などは、顕微鏡写真により確認することができた。
【００３１】
その後、被処理水１０は、微生物コロニー１１の内部の微小な隙間３１に入るところでろ過された後、この微小な隙間３１を水位差Ｈにより流れ、次いで繊維間隙間を圧力勾配により流れていく。
処理水８は、酸化還元電位調整手段５により所定の範囲のＯＲＰに制御された状態で、ろ過部材３から流出して被処理水貯留部２の外部に排出される。すなわち、処理水８は、ろ過部材３からホルダ４２の内部空間４９，支柱管４１の内部，排出用配管１４の順に流れて、処理水貯留部１２に貯留される。
処理水８のＯＲＰは、処理水８が空気に触れる前に測定するのが好ましいので、被処理水貯留部２から排出した直後の位置で測定している。
【００３２】
空気供給部１３で供給する空気１８の流量の増減により、処理水８のＯＲＰを増減させることができる。また、空気１８の供給量を少なくして、処理水８のＯＲＰを減少させると、図８の曲線Ａに示すように、処理水８のＢＯＤが上昇している。これは、処理水８のＯＲＰを減少させれば、微生物コロニー１１では、微生物の有機物が処理水８中に溶解していることを意味している。
微生物コロニー１１で、このような有機物の溶解が発生すると、残った微生物がこの有機物を餌として食べる。また、微生物は呼吸をするために酸素を必要とするので、微生物コロニー１１の内部の微小な隙間３１を流れる水に含まれている硝酸を分解して酸素を取り込む。
微小な隙間３１を流れる水の中の硝酸は、こうして酸素と窒素に分解されるので、この水から窒素が除去される。しかも、微生物は溶解した有機物を餌として食べるので、従来のメタノール添加法などで添加していたメタノールなどの有機炭素源を添加する必要はない。
図８の曲線Ａに示すように、処理水８のＯＲＰが＋５０ｍＶ以下のときに、有機物が良好に溶解して窒素の除去に特に有効であることが確認された。
【００３３】
一方、処理水８中のＮＨ４−Ｎ（アンモニア態の窒素）に関しては、図８の曲線Ｂに示すように、処理水８のＯＲＰが減少して嫌気状態になれば、アンモニア態の窒素（ＮＨ４−Ｎ）が増加している。これは、微生物コロニー１１で、アンモニア態の窒素の溶解が起こって腐敗が始まっていることを意味している。
このようにアンモニア態の窒素が処理水８に溶解して窒素が増えると、窒素の除去の目的に反することになる。このアンモニア態の窒素は、処理水８のＯＲＰが−１２０ｍＶ以下の範囲で特に大きくなっている。
【００３４】
以上の実験結果をまとめると、微生物コロニー１１でアンモニア態の窒素の溶解が少なく且つ有機物が良好に溶解して程良い嫌気状態になる条件としては、処理水８のＯＲＰを−１２０ｍＶ〜＋５０ｍＶの範囲に制御するのが好ましいことが分かる。
このときの微生物コロニー１１における固形物の濃度（汚泥の濃度）は３重量％〜５重量％で、被処理水貯留部２内の被処理水１０の水温が２３℃±７℃の範囲であれば、窒素の除去が良好に行われた。
処理水８のＯＲＰについては、検出器２１で検出された処理水８のＯＲＰの値に基づいて、空気供給部１３を制御して空気１８の流量を調整する。これにより、処理水８のＯＲＰの制御を行うことができる。
水位差Ｈを大きくすれば固形物の濃度は高くなり、水位差Ｈを小さくすれば固形物の濃度は低くなる。したがって、水位差Ｈを水位差調整手段により調整すれば、固形物の濃度を制御することができる。
また、水温調節手段２２が、ヒータ２３をオン，オフすることにより、被処理水貯留部２内の被処理水１０の水温を２３℃±７℃の範囲に制御することができる。
【００３５】
上述のようにして窒素除去装置１を運転することにより、被処理水１０から窒素を除去して清浄な処理水８を得ることができる。図７は、原水（被処理水１０）と処理水８における亜硝酸と硝酸の濃度および除去率を示している。この実験では、平均の除去率は６３．６％であり、良好に窒素を除去できることが確認された。
こうして、排水中の窒素を除去することにより清浄な排水を放流することができるので、河川や湖などの富栄養化を防止して水質を改善することができる。
【００３６】
従来の窒素除去技術では、微生物は嫌気性雰囲気の槽の内部全体を常に浮遊した状態であり、この微生物などからなる浮遊固形物の濃度もそれほど高くすることができず、せいぜい０．３％〜０．５％が濃度の上限であった。
これに対して、本発明では、ろ過部材３に微生物コロニー１１が形成され、この微生物コロニー１１内の微小な隙間３１を水が流れるようになっている。この微生物コロニー１１は、微生物が棲み付いている住処でもあるので、微生物は槽内で浮遊することなくほぼ同じ位置に留まることができる。
こうして、微生物コロニー１１が形成されると、汚泥（微生物）はほぼ同じ場所に留まっているので、微生物コロニー１１内の汚泥の濃度を従来より著しく高くすることができる。
【００３７】
また、微生物コロニー１１内には、微生物の餌となる有機物が十分にあり、必要な酸素は微小な隙間３１を流れる水により常時供給され、しかも微生物の濃度は従来より著しく高くなっている（たとえば、従来より約１０倍）。
したがって、微生物は、微生物コロニー１１内で安定した状態で棲むことができるので、生物学的に良好な状態で窒素が除去される。また、微生物コロニー１１内では、溶解した有機物を微生物が餌として食べて汚泥を消費していくので、汚泥の除去を行う必要はなく、産業廃棄物となる汚泥の処理が不要になる可能性が高い。
【００３８】
従来は、嫌気性雰囲気中で水中浮遊生物が窒素成分と接触するか、または生物膜表面にて窒素成分と接触していたが、本発明では、微生物コロニー１１の内部を水が通過する接触構造となるので、接触の機会が多くなり、窒素の除去をよりよい効率で行うことができる。
従来の循環法では、窒素の除去が硝化を阻害していたが、本発明では、硝化の阻害がないので容易に窒素の除去を行うことができる。
たとえば、上水（飲料水）を得るために取水源地域に設置された上水場に本発明を適用すれば、取水した水に薬品を添加しなくても容易に窒素を除去して、上水の水質を改善することができる。
【００３９】
本発明によれば、生物の食物連鎖をより促進することにより、産業廃棄物となる物質（汚泥）を自然な循環形態にすることができ、省エネルギーであり、設備の簡素化ができ、使用敷地の大幅な削減ができ、社会生活における経費を節減して社会に貢献することができる。
ろ過部材３および微生物コロニー１１がろ過機能を発揮しているので、従来必要であった沈殿槽などが不要になり、また、汚泥を返送する必要もなくなる。したがって、処理工程が簡素になるとともに、ろ過装置を別途設けなくても固液分離が十分に行われるので、清浄な処理水８を得ることができる。
【００４０】
本発明では、内部が嫌気性雰囲気の被処理水貯留部２に、ろ過部材３が取付けられたろ過部材支持部１５などを増設すれば、本発明の窒素除去装置１を容易に構成することができる。
本実施形態では、被処理水１０および処理水８の移動は、流れの駆動源（エネルギー源）となる水位差Ｈに基づく重力による位置のエネルギーと、水の分子間の凝集力によるものであり、この間に動力は全く使われていない。また、水を循環する必要もない。
したがって、従来の水処理技術と比べて、動力が小さくなるので、水処理装置の消費エネルギーを少なくすることができ、騒音もほとんど発生せず、処理工程が簡素なので運転も容易である。
【００４１】
なお、ろ過部材３の全部を被処理水１０に浸す場合を示したが、ろ過部材３の全部ではなくて大部分を被処理水１０に浸す場合であってもよい。
また、ろ過部材支持部１５を全体的にほぼ垂直方向（縦方向）に配置する場合を示したが、垂直方向に対して傾斜した方向（斜め方向）に配置する場合であってもよい。
【００４２】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲で種々の変形，付加などが可能である。
なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。
【００４３】
【発明の効果】
本発明は上述のように構成したので、窒素除去のためのメタノールなどを添加する必要がなく、また簡素な処理工程で窒素を除去して清浄な処理水を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１ないし図８は本発明の実施形態の一例を示す図で、図１は窒素除去装置の概略構成図である。
【図２】図２（Ａ）は、ひも状繊維集合体からなるろ過部材を示す説明図、図２（Ｂ）はひも状繊維集合体の拡大断面図である。
【図３】図３（Ａ），（Ｂ）は、図２に示すろ過部材を円形に縫い合わせた状態を示す平面図，正面図である。
【図４】図４（Ａ）は、前記ろ過部材と処理水排出手段を示す縦断面図、図４（Ｂ）は図４（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【図５】図４（Ａ）の一部拡大断面図である。
【図６】図６（Ａ）は、微生物の小集団がひも状繊維集合体に付着しはじめた状態の顕微鏡写真に相当する図、図６（Ｂ）は、前記微生物の小集団が集まって微生物コロニーを形成しはじめた状態の顕微鏡写真に相当する図である。
【図７】窒素の除去に関する実験データの一例を示す図である。
【図８】処理水のＢＯＤとアンモニア態の窒素の濃度の一例を示すグラフである。
【符号の説明】
１      窒素除去装置
２      被処理水貯留部
３      ろ過部材
４      処理水排出手段
５      酸化還元電位調整手段
６      ひも状繊維集合体
８      処理水
９      繊維
１０    被処理水
１１    微生物コロニー
３０    微生物の小集団
３１    微小な隙間
Ｈ      水位差
【図１】
2004181274.tif 000003
【図２】
2004181274.tif 000004
【図３】
2004181274.tif 000005
【図４】
2004181274.tif 000006
【図５】
2004181274.tif 000007
【図６】
2004181274.tif 000008
【図７】
2004181274.tif 000009
【図８】
2004181274.tif 000010