(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃水に含まれる窒素成分を生物学的に除去する窒素処理方法であって、
硝化細菌群が固定化された流動床担体によって前記廃水よりも高濃度のアンモニア性窒素を含有する高濃度アンモニア性窒素廃水の硝化処理を行い、前記硝化細菌群に含まれている高濃度アンモニア耐性菌（ＡＨ菌）を増殖させる工程と、
増殖させた前記ＡＨ菌を利用して前記廃水の硝化処理を行う工程と、
前記硝化処理が行われた廃水の脱窒処理を行う工程と
を含み、
前記高濃度アンモニア性窒素廃水は、前記廃水の硝化処理で発生した余剰汚泥を嫌気性消化した後の脱水処理によって生じる汚泥脱水濾液であり、
前記汚泥脱水濾液のアンモニア性窒素濃度が、１００ｍｇ／Ｌ以上であり、
前記流動床担体を前記ＡＨ菌を増殖させる処理槽と前記硝化処理を行う処理槽との間で循環させることを特徴とする窒素処理方法。
【請求項２】
前記廃水が、下水であり、
前記下水のアンモニア性窒素濃度が、１００ｍｇ／Ｌ未満であることを特徴とする請求項１に記載の窒素処理方法。
【請求項３】
硝化処理が行われる前記廃水の水温が、２０℃以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の窒素処理方法。
【請求項４】
廃水に含まれる窒素成分を生物学的に除去する窒素処理装置であって、
前記廃水の硝化処理を行う好気槽と、
前記硝化処理が行われた廃水の脱窒処理を行う無酸素槽と、
硝化細菌群が固定化された流動床担体によって前記廃水よりも高濃度のアンモニア性窒素を含有する高濃度アンモニア性窒素廃水の硝化処理を行い、前記硝化細菌群に含まれている高濃度アンモニア耐性菌（ＡＨ菌）を増殖させる副好気槽と、
前記副好気槽と前記好気槽とを接続し、前記流動床担体を前記副好気槽と前記好気槽との間で循環させる担体循環路と、を備え、
前記高濃度アンモニア性窒素廃水は、前記廃水の硝化処理で発生した余剰汚泥を嫌気性消化した後の脱水処理によって生じる汚泥脱水濾液であり、
前記汚泥脱水濾液のアンモニア性窒素濃度が、１００ｍｇ／Ｌ以上であり、
前記流動床担体を前記副好気槽と前記好気槽との間で循環させて、増殖させた前記ＡＨ菌を利用して前記廃水の硝化処理を行うことを特徴とする窒素処理装置。
【請求項５】
前記廃水が、下水であり、
前記下水のアンモニア性窒素濃度が、１００ｍｇ／Ｌ未満であることを特徴とする請求項４に記載の窒素処理装置。
【請求項６】
前記好気槽が、複数の処理槽からなり、
増殖させた前記ＡＨ菌が、前記複数の処理槽のうちで最前段の処理槽に移送されることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の窒素処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃水に含まれる窒素成分を生物学的に除去する窒素処理方法及び窒素処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
生活廃水や産業廃水には、アンモニア性窒素、亜硝酸性窒素、硝酸性窒素等の無機性窒素や有機性窒素が含まれていることがある。これらの窒素成分は、湖沼、河川等の富栄養化や溶存酸素濃度の低下を招き、水質汚染を生じる一因となるため、環境への放流にあたっては、窒素濃度を低減させる窒素除去処理があらかじめ行われる。
【０００３】
窒素除去処理の方法としては、廃水の窒素濃度が低濃度である場合には、イオン交換法、吸着法、不連続点塩素添加法、オゾン酸化法等の種々の窒素除去方法を利用することが可能である。しかしながら、生活廃水や産業廃水等の汚水や雨水の処理を行う下水処理施設においては、一般に微生物による生物学的処理が採用されており、下水に含まれる各種有機物の分解処理と併せて窒素除去処理がなされている。
【０００４】
下水処理の処理形式としては、好気性処理と嫌気性処理とを組み合わせて行うものがある。好気性処理では、好気性微生物群による各種有機物の好気分解と共に、好気性微生物群に含まれているアンモニア酸化細菌（Nitrosomonas、Nitrosococcus、Nitrosospira、Nitrosolobus等）や亜硝酸酸化細菌菌（Nitrobactor、Nitrospina、Nitrococcus、Nitrospira等）によってアンモニア性窒素や亜硝酸性窒素を酸化する硝化処理が行われる。また、嫌気性処理では、嫌気性微生物群による各種有機物の嫌気分解と共に、嫌気性微生物群に含まれている従属栄養細菌（Pseudomonas denitrificans等）によって硝酸性窒素や亜硝酸性窒素を分子状窒素に還元する脱窒処理が行われる。
【０００５】
このような硝化処理と脱窒処理とによって窒素除去を行う下水処理施設は、通常、硝化処理が行われる好気槽は、負荷０．２〜０．３ｋｇ−Ｎ／ｍ３／日の範囲で運転され、脱窒処理が行われる嫌気槽は、負荷０．２〜０．４ｋｇ−Ｎ／ｍ３／日の範囲で運転される。総窒素濃度が３０〜４０ｍｇ／Ｌ程度である平均的な下水の窒素除去処理を十分に行うためには、好気槽については６〜８時間程度、嫌気槽については５〜８時間程度の滞留時間を確保する必要があるため、標準活性汚泥法等と比較すると、処理槽規模や曝気動力等を要する処理形式となっている。
【０００６】
また、下水処理施設には、被処理水の生物学的処理を行う下水処理系に付随して、汚泥処理系が備えられる場合がある。汚泥処理系では、生物学的処理に際して発生した余剰汚泥が、消化処理、脱水処理等を経て有機資材化或いは廃棄物化される。脱水処理後に発生する汚泥脱水濾液は、窒素成分を多量に含んでおり、通常、下水処理系に返送されて再処理される。返送された汚泥脱水濾液は、被処理水の窒素負荷を増大させ、窒素除去処理の速度や安定性の低下を招くため、汚泥脱水濾液を適切に処理するための技術が検討されている。
【０００７】
例えば、特許文献１には、有機物を含有する汚泥を無酸素槽（１）と好気槽（２）からなる反応槽（３）に供給して有機物を分解し、嫌気性消化槽（８）で嫌気消化処理を施した後、脱水機（９）で固液分離を行なった脱水ろ液を調整槽（１０）に一時的に貯留する汚泥処理システムにおいて、調整槽（１０）の後段に間欠式エアレーション（１１）と撹拌機（１２）を設けた硝化槽（１３）を配設し、硝化槽（１３）の上澄液を無酸素槽（１）に抜出す抜出しポンプ（１５）と、硝化槽（１３）の汚水と無酸素槽（１）の汚水を交換させる交換ポンプ（１４）を設置した脱水ろ液の窒素除去システムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１２−１５７８３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
廃水の硝化処理を担うアンモニア酸化細菌は、増殖速度が極めて遅い特徴を有しており、一連の窒素除去処理においてはアンモニア酸化反応が律速段階となっている。アンモニア酸化細菌の活性が一旦低下してしまうと、再び硝化活性を回復するまで脱窒処理が進まなくなり、安定的な窒素除去処理が難しくなる。よって、窒素除去処理の速度や安定性を向上し、処理槽規模や曝気動力等の設備効率の改善を図るためには、アンモニア酸化細菌による活性を高水準に維持することが重要である。
【００１０】
しかしながら、アンモニア酸化細菌による活性は、廃水の性状変動の影響を受け易い特質を有している。例えば、汚泥処理系から汚泥脱水濾液が返送される等して廃水のアンモニア性窒素濃度が増大すると、アンモニア酸化細菌の活性が阻害されることが知られている。特許文献１に開示される技術によれば、調整槽の後段に配設した硝化槽によって、汚泥脱水濾液に含まれる窒素除去が可能になるとされているものの、この硝化槽は無酸素槽の後段の好気槽における硝化処理には直接には寄与しない。そのため、下水処理施設等における廃水の窒素除去処理に適用した場合には、下水処理系等に導入される被処理水の性状変動に適切に対処することはできない。
【００１１】
また、アンモニア酸化細菌の活性は、低水温の環境において大きく低下することが知られている。例えば、被処理水の水温が冬季等に２０℃を下回る程の低温となると、アンモニア酸化細菌の活性が著しく低下して十分な硝化処理を行うことができなくなり、その後の脱窒処理が進行せず、窒素除去処理が行えなくなるという問題がある。そのため、廃水のアンモニア性窒素濃度や水温等の性状変動に依らず、安定的に窒素除去処理を行うことを可能とする技術が求められている。
【００１２】
そこで、本発明は、廃水のアンモニア性窒素濃度の増大や水温の低下があっても廃水に含まれる窒素成分を安定的に除去することができる窒素処理装置及び窒素処理方法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】
【００１３】
前記課題を解決するために本発明に係る窒素処理方法は、廃水に含まれる窒素成分を生物学的に除去する窒素処理方法であって、硝化細菌群が固定化された流動床担体によって前記廃水よりも高濃度のアンモニア性窒素を含有する高濃度アンモニア性窒素廃水の硝化処理を行い、前記硝化細菌群に含まれている高濃度アンモニア耐性菌（ＡＨ菌）を増殖させる工程と、増殖させた前記ＡＨ菌を利用して前記廃水の硝化処理を行う工程と、前記硝化処理が行われた廃水の脱窒処理を行う工程とを含み、前記高濃度アンモニア性窒素廃水は、前記廃水の硝化処理で発生した余剰汚泥を嫌気性消化した後の脱水処理によって生じる汚泥脱水濾液であり、前記汚泥脱水濾液のアンモニア性窒素濃度が、１００ｍｇ／Ｌ以上であり、前記流動床担体を前記ＡＨ菌を増殖させる処理槽と前記硝化処理を行う処理槽との間で循環させることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係る窒素処理装置は、廃水に含まれる窒素成分を生物学的に除去する窒素処理装置であって、前記廃水の硝化処理を行う好気槽と、前記硝化処理が行われた廃水の脱窒処理を行う無酸素槽と、硝化細菌群が固定化された流動床担体によって前記廃水よりも高濃度のアンモニア性窒素を含有する高濃度アンモニア性窒素廃水の硝化処理を行い、前記硝化細菌群に含まれている高濃度アンモニア耐性菌（ＡＨ菌）を増殖させる副好気槽と、前記副好気槽と前記好気槽とを接続し、前記流動床担体を前記副好気槽と前記好気槽との間で循環させる担体循環路と、を備え、前記高濃度アンモニア性窒素廃水は、前記廃水の硝化処理で発生した余剰汚泥を嫌気性消化した後の脱水処理によって生じる汚泥脱水濾液であり、前記汚泥脱水濾液のアンモニア性窒素濃度が、１００ｍｇ／Ｌ以上であり、前記流動床担体を前記副好気槽と前記好気槽との間で循環させて、増殖させた前記ＡＨ菌を利用して前記廃水の硝化処理を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、廃水のアンモニア性窒素濃度の増大や水温の低下があっても廃水に含まれる窒素成分を安定的に除去することができる窒素処理装置及び窒素処理方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る窒素処理装置の一例を示す構成図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る窒素処理装置の一例を示す構成図である。
【図３】本発明の第３実施形態に係る窒素処理装置の一例を示す構成図である。
【図４】本発明の第４実施形態に係る窒素処理装置の一例を示す構成図である。
【図５】本発明の第５実施形態に係る窒素処理装置の一例を示す構成図である。
【図６】実施例に係る廃水処理方法を適用した被処理水の窒素濃度の変化を示す図である。
【図７】実施例に係る廃水処理方法を適用した被処理水の窒素濃度の変化を部分拡大して示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
［窒素処理方法］
はじめに、本発明の一実施形態に係る窒素処理方法について説明する。
【００１８】
本実施形態に係る窒素処理方法は、廃水に含まれる窒素成分を生物学的に除去する窒素処理方法である。この窒素処理方法では、少なくともアンモニア性窒素を窒素成分として含む廃水を被処理水として処理し、廃水に含まれる窒素成分を硝化処理と脱窒処理とによって分子状窒素に変換して窒素除去を行う。硝化処理においては、特に、高濃度アンモニア耐性菌（ＡＨ菌）の活性を利用する窒素処理方法である。
【００１９】
一般に、活性汚泥等に含まれる硝化細菌群には、アンモニア性窒素を亜硝酸性窒素にまで酸化するアンモニア酸化細菌群と、亜硝酸性窒素を硝酸性窒素にまで酸化する亜硝酸酸化細菌群とが含まれている。さらに、アンモニア酸化細菌は、高濃度のアンモニアに対する耐性を示し、高濃度のアンモニアの存在下でより高い活性を示す高濃度アンモニア耐性菌（ＡＨ菌）と、高濃度のアンモニアに対する感受性を示し、低濃度のアンモニアの存在下でより高い活性を示す低濃度アンモニア酸化細菌（ＡＬ菌）とに分類されることが知られている（刊行物：Y. Suwa, Y. Imamura, T. Suzuki, T. Tashiro, Y. Urushigawa, Ammonium-oxidizing bacteria with different sensitivities to (NH4)2SO4in activated sludges, Water Res. 28 (1994) 1523-1532参照）。
【００２０】
例えば、微生物固定化の形態において、濃度５０００ｍｇ／Ｌの高濃度な硫酸アンモニア溶液中で８週間培養して検出されるアンモニア酸化細菌をＡＨ菌、濃度１００ｍｇ／Ｌの低濃度な硫酸アンモニア溶液中で８週間培養して検出されるアンモニア酸化細菌をＡＬ菌に分類することができる（特開平９−４７７８８号公報、特開平９−７５９８４号公報等参照）。
【００２１】
一般に、下水等のようにアンモニア性窒素濃度が２０ｍｇ／Ｌ〜６０ｍｇ／Ｌ程度と低い廃水の窒素除去処理においては、ＡＬ菌が優先的に増殖して高い硝化活性を示す一方で、ＡＨ菌は良好な増殖を示さず、硝化活性も低い。そのため、従来の窒素除去処理では、主として、ＡＬ菌の寄与によって被処理水の硝化処理がなされている。これに対して、環境中のアンモニア性窒素濃度が高まると、ＡＨ菌の増殖速度が増大し、高い硝化活性を示すようになる一方で、ＡＬ菌の増殖速度は低下し、硝化活性を示さなくなることが知られている。ＡＨ菌は、アンモニアに対する親和性は低いものの、アンモニア性窒素濃度の増大によって硝化速度が速くなる性質を示すため、ある濃度以上では、ＡＨ菌が優先的に硝化処理を担うことになる。
【００２２】
このように本実施形態に係る窒素処理方法で利用するＡＨ菌は、被処理水のアンモニア性窒素濃度が増大する変動があっても活性が低下し難いという利点を有している。加えて、ＡＨ菌は、環境の水温が低い場合、例えば、水温７℃においても活性を示し、また、水温が低い環境においては、アンモニア性窒素濃度が２０ｍｇ／Ｌ〜６０ｍｇ／Ｌ程度に低下しても、活性を保持することが新たに見出された。そこで、本実施形態に係る窒素処理方法では、硝化細菌群に含まれているＡＨ菌を増殖させて廃水の硝化処理に利用することによって、従来のＡＬ菌による窒素除去処理よりも、廃水のアンモニア性窒素濃度の増大や水温の低下に因る影響を受け難い硝化処理を実現することを可能とした。
【００２３】
本実施形態に係る窒素処理方法は、詳細には、高濃度硝化処理工程と、低濃度硝化処理工程と、脱窒処理工程とを含んでなる方法である。これらの各工程は、この順に繰り返し連続的に行うことが可能であり、通常は、廃水を窒素除去処理するための生物学的処理を行う処理槽において実施する。
【００２４】
この窒素処理方法において窒素除去処理される廃水（被処理水）は、少なくともアンモニア性窒素を含む廃水であれば、亜硝酸性窒素、硝酸性窒素等の他の無機性窒素や、有機性窒素や、他の有機物を含有していてもよい。例えば、生活廃水や産業廃水等の汚水、雨水、、又は、これらが合流した混合汚水を含む下水を被処理水として好適に適用することができる。このような下水は、アンモニア性窒素濃度が、通常１００ｍｇ／Ｌ未満であり、２０ｍｇ／Ｌ〜６０ｍｇ／Ｌ程度であることが多い。窒素除去処理される廃水（被処理水）の水温は、常温（５℃〜３５℃）の範囲で適用することができ、１０℃〜２０℃の温度域、５℃〜１０℃の温度域のいずれにおいても、この窒素処理方法を適用することが可能である。
【００２５】
高濃度硝化処理工程では、硝化細菌群によって廃水よりも高濃度のアンモニア性窒素を含有する高濃度アンモニア性窒素廃水の硝化処理を行い、硝化細菌群に含まれているＡＨ菌を増殖させる。高濃度アンモニア性窒素廃水は、窒素除去処理される廃水（被処理水）とは異なる廃水である。硝化細菌群によって高濃度アンモニア性窒素廃水の硝化処理を行うことで、ＡＨ菌の菌数や硝化活性を、従来の廃水の窒素除去処理と比較して向上させることができる。
【００２６】
高濃度アンモニア性窒素廃水の硝化処理は、例えば、硝化細菌群を含んでいる活性汚泥のような好気性微生物群を用いた好気性処理によって行うことができる。高濃度アンモニア性窒素廃水としては、被処理水よりも高濃度のアンモニア性窒素を含有する限り適宜の廃水を用いることができ、例えば、嫌気性消化処理後の汚泥脱水濾液、アンモニア用スクラバ廃水、半導体洗浄廃水等の各種無機窒素廃水等を適用することができる。これらの中でも硝化細菌の生育に適した水温と無機炭素源とを有する嫌気性消化処理後の汚泥脱水濾液が好ましい。硝化処理の温度条件は、好ましくは３０℃以上３７℃以下程度であるが、特に制限されるものではない。また、硝化処理の処理時間は、適宜の時間とすることができ、高濃度アンモニア性窒素廃水に含まれるアンモニア性窒素の略全量を硝化することは要しない。
【００２７】
高濃度アンモニア性窒素廃水のアンモニア性窒素濃度は、少なくとも１００ｍｇ／Ｌ以上、好ましくは１６０ｍｇ／Ｌ以上、より好ましくは２００ｍｇ／Ｌ以上、さらに好ましくは４００ｍｇ／Ｌ以上とする。ＡＬ菌は、アンモニア性窒素濃度が１００ｍｇ／Ｌ以下の領域で、最大活性及び最大菌数に達し、その領域を上回るアンモニア性窒素濃度では、活性及び菌数が減少に転じる傾向を示す。そして、微生物固定化の形態においては、アンモニア性窒素濃度が４００ｍｇ／Ｌ付近に達すると、菌数は２桁程度低下し、硝化活性を略示さなくなる。これに対して、ＡＨ菌は、アンモニア性窒素濃度が４００ｍｇ／Ｌ付近に達するまで対数増殖的に増殖すると共に活性も向上して定常状態に達する傾向を示す。よって、アンモニア性窒素濃度が１００ｍｇ／Ｌ以上であれば、微生物固定化を行うか否かに関わらず、アンモニア性窒素濃度が増大するほどＡＨ菌も定常状態に至るまで増殖を続けるため、ＡＨ菌を有効に利用することが可能である。
【００２８】
高濃度硝化処理工程において硝化処理に用いる硝化細菌群は、固定化担体又は接触ろ材の形態に固定化して用いることが好ましい。固定化する硝化細菌群は、活性汚泥等のような微生物群から分離したものでも、アンモニア酸化細菌を優先的に繁殖させた微生物群であってもよい。固定化担体としては、アンモニア酸化細菌を担体内部に包括固定化した包括固定化担体、及び、担体表面に付着固定した付着固定化担体のいずれでもよいが、包括固定化担体を用いることが好ましい。包括固定化担体とすると、馴養時などにおいて汚泥の管理を簡易化することができる点で有利である。
【００２９】
固定化の材料としては、例えば、ポリビニルアルコール、アルギン酸、ポリエチレングリコール等のゲル担体や、セルロース、ポリエステル、ポリプロピレン、塩化ビニル等のプラスチック担体等の適宜の担体を使用することができる。また、固定化担体の形状としては、球形、円筒形、立方形、多孔状、ハニカム状、スポンジ状等の成形を行ったものが好適である。接触ろ材としては、塩化ビニル製のろ材や、ポリエチレン製のろ材が好適である。また、微生物の自己造粒を利用したグラニュールを使用することも可能である。固定化の担体量としては、処理槽あたり、１０％以上４０％以下とすることが好ましく、１５％以上２５％以下とすることがより好ましい。
【００３０】
低濃度硝化処理工程では、高濃度硝化処理工程において増殖させたＡＨ菌を利用して廃水の硝化処理を行う。この低濃度硝化処理工程は、ＡＨ菌を利用して、従来から一般的に行われている硝化処理を廃水（被処理水）に対して行うことで、被処理水に含まれるアンモニア性窒素を亜硝酸性窒素や硝酸性窒素に変換するものである。硝化処理で用いられている好気性微生物群にＡＨ菌を混在させて利用することによって、被処理水のアンモニア性窒素濃度が増大したり、水温が低下したりすることがあっても、被処理水に含まれるアンモニア性窒素を安定して硝化することができる。
【００３１】
被処理水の硝化処理においては、増殖させたＡＨ菌を硝化処理を行う好気的な処理槽に直接的に添加ないし流入させたり、そのような処理槽の前段側に添加ないし流入させた後に好気的な処理槽に間接的に流入させたりしてもよい。或いは、増殖させたＡＨ菌に対して被処理水を直接的に供給して接触させてもよい。いずれの場合においても、増殖させたＡＨ菌を含む硝化細菌群が利用されることで、アンモニア性窒素濃度が高濃度の領域では、ＡＨ菌を優先的に利用することができ、低濃度の領域では、ＡＬ菌を優先的に利用することができる。そのため、広範囲にアンモニア性窒素濃度が変動する廃水（被処理水）をより安定的に硝化処理することが可能になる。
【００３２】
脱窒処理工程では、ＡＨ菌を利用して硝化処理が行われた廃水の脱窒処理を行う。この脱窒処理工程は、従来から一般的に行われている脱窒処理を行うことで、嫌気性微生物群によって硝化処理後の廃水（被処理水）に含まれる亜硝酸性窒素や硝酸性窒素を分子状窒素に変換するものである。被処理水のアンモニア性窒素濃度の増大や水温の低下があっても、低濃度硝化処理工程においてＡＨ菌が高い硝化率で硝化処理を行うため、この脱窒処理工程ではアンモニア性窒素が十分に亜硝酸性窒素や硝酸性窒素に変換された被処理水が脱窒処理されることになり、高い窒素除去率で窒素成分を安定的に除去することができるようになる。
【００３３】
［窒素処理装置：第１実施形態］
次に、本発明の第１実施形態に係る窒素処理装置について説明する。なお、以下の各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複する部分についての説明は省略する。
【００３４】
図１は、本発明の第１実施形態に係る窒素処理装置の一例を示す構成図である。
【００３５】
図１に示すように、第１実施形態に係る窒素処理装置１は、下水処理系１０と、汚泥処理系２０と、副好気槽３０とを備えている。窒素処理装置１は、廃水に含まれる窒素成分を生物学的処理によって除去する装置であって、廃水中のアンモニア性窒素、亜硝酸性窒素、硝酸性窒素等の無機性窒素や、有機性窒素等の窒素成分を、硝化反応と脱窒反応とによって分子状窒素（窒素ガス）に変換して除去する機能を有している。この実施形態は、窒素処理装置１を下水処理施設に適用し、廃水として下水を処理する例を示したものである。窒素処理装置１は、前記の窒素処理方法の実施に好適な装置となっており、特に、ＡＨ菌を優先的に増殖させるための副好気槽３０が、下水処理系１０の系外に独立して備えられている点に特徴を有している。
【００３６】
下水処理系１０は、図１に示すように、生物学的処理を行う処理槽として、無酸素槽１２と好気槽１４とを有している。下水処理系１０において、無酸素槽１２と好気槽１４とは、無酸素槽１２が前段側、好気槽１４が後段側になるように直列の関係で設けられており、下水処理系１０に導入された被処理水としての下水（原水）は、無酸素槽１２で処理された後に好気槽１４に流入し、好気槽１４で引き続き処理されるようになっている。また、無酸素槽１２と好気槽１４とは、硝化液返送管１００によって接続され、好気槽１４で処理された硝化液が無酸素槽１２に返流されるようになっている。
【００３７】
無酸素槽１２は、嫌気性微生物群によって被処理水の嫌気性処理を行い、被処理水に含まれる窒素成分の脱窒処理を行う密閉槽となっている。無酸素槽１２には、脱窒細菌群を含んでいる嫌気性微生物群が保持され、脱窒細菌群が脱窒処理を行う。また、被処理水を撹拌する機械的攪拌、気流攪拌、液流攪拌等による攪拌手段や、被処理水を加温するボイラ等の加熱手段や、スカム除去手段等を設けることができる。
【００３８】
嫌気性処理は、溶存酸素濃度が制限されて遊離分子状酸素が乏しい一方で、亜硝酸イオンや硝酸イオン等の結合性酸素が存在する条件の下で、嫌気性微生物群を利用して行われる。嫌気性処理では、被処理水に含まれる有機物等が嫌気的に分解されると共に、嫌気性微生物群に含まれる脱窒細菌群によって、亜硝酸性窒素や硝酸性窒素が分子状窒素にまで還元されて脱窒がなされる。嫌気性微生物群は、微生物固定化された形態としてもよく、固定床、流動床等の適宜の形式の処理を用いることができる。具体的な固定化の形態としては、前記の硝化細菌群の固定化におけるものと同様のもの適用することが可能である。
【００３９】
好気槽１４は、好気性微生物群によって被処理水の好気性処理を行い、被処理水に含まれているアンモニア性窒素の硝化を行う処理槽となっている。好気槽１４には、硝化細菌群を含んでいる好気性微生物群が保持される。また、被処理水を曝気する曝気手段が設けられる。この好気槽１４には、後記する副好気槽３０において増殖したＡＨ菌が移送されてきて、硝化処理を担うことになる。
【００４０】
好気性処理は、溶存酸素が存在する条件の下で、好気性微生物群を利用して行われる。好気性処理では、被処理水に含まれる有機物等が好気的に分解されると共に、好気性微生物群に含まれる硝化細菌群によって、アンモニア性窒素が亜硝酸性窒素や硝酸性窒素にまで酸化されて硝化処理がなされる。好気性微生物群は、微生物固定化された形態としてもよく、固定床、流動床等の適宜の形式の処理を用いることができる。具体的な固定化の形態としては、前記の硝化細菌群の固定化におけるものと同様のもの適用することが可能である。
【００４１】
このように下水処理系１０には、被処理水としての下水（原水）が流入し、無酸素槽１２と好気槽１４とにおいて硝化処理と脱窒処理とが行われる。そして、硝化処理と脱窒処理とによって窒素成分が除去された下水は、沈殿槽２２に移送される。なお、下水処理系１０は、生物学的処理を行う処理槽として、少なくとも無酸素槽１２と好気槽１４とを有する構成であれば、被処理水の生物学的処理や性状の調整等を行う他の処理槽を有していてもよい。このような他の処理槽としては、例えば、遊離分子状酸素と結合性酸素の両方が乏しい条件の下で嫌気性処理を行う嫌気槽や、後段側で有機物の再分解処理を行う再曝気槽や、被処理水の流量、ｐＨ、溶存酸素濃度等を調整する調整槽等の適宜の処理槽を設けることができる。また、これらの無酸素槽１２、好気槽１４及び他の処理槽の各槽数や配列は、特に制限されるものではなく、いずれかの処理槽を直列状に複数配置したり、各処理槽の配列順を任意に入れ替えたりしてもよいし、各処理槽を相互に接続する流路、管路等を任意に配設してもよい。
【００４２】
汚泥処理系２０は、図１に示すように、下水処理系１０に付随して備えられており、沈殿槽２２、濃縮部２４、消化槽２６、固液分離部２８とを有している。この窒素処理装置１において、汚泥処理系２０は、余剰汚泥を処理すると共に、ＡＨ菌を増殖させるための高濃度アンモニア性窒素廃水（アンモニア廃水２９）を供給する役割も担っている。
【００４３】
沈殿槽２２は、生物学的処理がなされた被処理水に含まれる汚泥の沈殿処理が行われる処理槽となっている。沈殿槽２２は、下水処理系１０の後段側に設けられており、被処理水から好気性微生物群を含む汚泥が沈殿分離される。そして、汚泥が分離された被処理水は、処理水として窒素処理装置１の系外に排水される一方で、被処理水から分離された汚泥は、沈殿槽２２の下部側から汚泥引抜管１１０を介して引き抜かれる。引き抜かれた汚泥は、所定の返送比で汚泥返送管１２０を介して下水処理系１０に返送され、余剰汚泥は濃縮部２４に移送される。
【００４４】
濃縮部２４は、余剰汚泥に含まれる水分を減じて濃縮する処理槽や装置等で構成され、例えば、重力濃縮や加圧浮上濃縮を行う形式の濃縮槽や、遠心分離や濾過分離を利用する固液分離装置等が設けられる。濃縮部２４では、余剰汚泥に凝集剤を添加して凝集化させた後に固液分離を行うことで含水率を９８〜９９％程度の状態から数％程度低下させる。
【００４５】
消化槽２６は、嫌気条件の下で汚泥の分解処理を行う密閉槽となっている。消化槽２６には、余剰汚泥を撹拌する機械的攪拌、気流攪拌、液流攪拌等による攪拌手段や、余剰汚泥を加温するボイラ等の加熱手段等が設けられる。消化槽２６では、嫌気性微生物群によって余剰汚泥中に含まれる有機物を低分子化して減容させる。その後、有機物の消化によって生じたメタン、二酸化炭素等のガスは、捕集されて攪拌や加熱等に利用され、消化された余剰汚泥は、固液分離部２８に移送される。
【００４６】
固液分離部２８は、余剰汚泥に含まれる水分を脱水する固液分離装置等で構成され、例えば、遠心分離、真空減圧、スクリュプレス、ベルトプレス、フィルタプレス等を行う適宜の形式の固液分離装置が設けられる。固液分離部２８では、余剰汚泥を脱水処理し、含水率を７０〜９０％程度にまで低下させる。その後、脱水処理されたケーキ状の汚泥２７は、系外へ排出され有機資材化或いは廃棄物化される。その一方で、脱水処理によって生じた汚泥脱水濾液（アンモニア廃水２９）は、副好気槽３０に移送される。
【００４７】
副好気槽３０は、硝化細菌群によって高濃度アンモニア性窒素廃水の硝化処理を行い、硝化細菌群に含まれているＡＨ菌を増殖させる処理槽となっている。副好気槽３０には、硝化細菌群が保持され、被処理水を曝気する曝気手段が設けられる。副好気槽３０は、回分式の処理及び連続式の処理のいずれを行うものであってもよい。
【００４８】
副好気槽３０では、高濃度アンモニア性窒素廃水である汚泥脱水濾液を被処理水とし、硝化細菌群を含んでいる好気性微生物群を用いて硝化処理を行う。汚泥の固液分離によって生じた汚泥脱水濾液は、汚泥中に含まれる有機物が消化される過程で、有機性窒素等に由来するアンモニア性窒素が多量に生じており、通常、下水よりも高濃度のアンモニア性窒素を含有する高アンモニア廃水となっている。具体的には、汚泥脱水濾液のアンモニア性窒素濃度は、５００ｍｇ／Ｌ以上１０００ｍｇ／Ｌ以下程度であり、平均的な下水における濃度よりも高い。そのため、副好気槽３０における硝化処理によって、アンモニア酸化細菌群中のＡＨ菌の割合が高められる。また、有機物が消化処理されることによって、硝化細菌の炭素源となる炭酸イオン濃度が高くなっているため、ＡＨ菌を含めた硝化細菌群全体が炭素源を外部から供給しなくても良好に増殖するようになっている。そのため、副好気槽３０では、多量の硝化細菌を得ることが可能である。
【００４９】
副好気槽３０における被処理水のアンモニア性窒素濃度は、１００ｍｇ／Ｌ以上、好ましくは１６０ｍｇ／Ｌ以上、より好ましくは２００ｍｇ／Ｌ以上、さらに好ましくは４００ｍｇ／Ｌ以上とする。アンモニア性窒素濃度を調整するために、汚泥脱水濾液を適宜希釈してもよい。また、アンモニアイオンセンサー等でアンモニア濃度を測定し、アンモニア濃度が低下した時は、汚泥脱水濾液の供給量を増加させるか、曝気量を下げることが有効である。副好気槽３０の温度条件は、好ましくは３０℃以上３７℃以下程度であるが、消化後の汚泥脱水濾液は発熱しているため硝化細菌の増殖に有利である。また、硝化処理の処理時間は、適宜の時間とすることができ、高濃度アンモニア性窒素廃水（２９）に含まれるアンモニア性窒素の略全量を硝化することは要しない。副好気槽３０で硝化処理された汚泥脱水濾液は、その後に下水処理系１０に返送されて処理されるためである。
【００５０】
副好気槽３０で増殖させたＡＨ菌は、副好気槽３０で硝化処理された処理水と共に、下水処理系１０が有する無酸素槽１２に移送された後、無酸素槽１２を流出して好気槽１４に移送される。そして、好気槽１４においては、ＡＨ菌の硝化活性が好気条件の下で復帰し、移送されたＡＨ菌が混在した好気性微生物群によって下水に含まれるアンモニア性窒素の硝化処理が行われる。
【００５１】
このように窒素処理装置１では、副好気槽３０において、高濃度アンモニア性窒素廃水の硝化処理を行うことで増殖させたＡＨ菌を利用して、下水に含まれるアンモニア性窒素の硝化処理を行うことができるようになっている。そのため、下水のアンモニア性窒素濃度が高濃度である場合にはＡＨ菌によって、低濃度である場合にはＡＬ菌によって、それぞれ優先的に硝化処理を行わせることができる。そのため、広範囲にアンモニア性窒素濃度が変動する下水を安定的に硝化処理し、高い窒素除去率を安定して実現することが可能である。また、下水の水温が低温である場合には、ＡＨ菌によって硝化活性が維持されるため、下水の水温の変動に対しても、安定して窒素除去処理を行うことが可能である。
【００５２】
また、窒素処理装置１では、副好気槽３０で優先的に増殖させたＡＨ菌は、副好気槽３０における処理水と共に、下水処理系１０が有する無酸素槽１２に移送される。これによって、副好気槽３０における硝化処理で生じた亜硝酸性窒素や硝酸性窒素は、はじめに無酸素槽１２における脱窒処理を受けるようになる。そのため、好気槽１４においては、亜硝酸性窒素による阻害の危険性が低減し、また、副好気槽３０、無酸素槽１２及び好気槽１４の各処理槽においては、滞留時間等の運転条件の許容範囲を広げることができる。
【００５３】
［窒素処理装置：第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係る窒素処理装置について説明する。
【００５４】
図２は、本発明の第２実施形態に係る窒素処理装置の一例を示す構成図である。
【００５５】
図２に示すように、第２実施形態に係る窒素処理装置２は、前記の窒素処理装置１と同様に、下水処理系１０と、汚泥処理系２０と、副好気槽３０とを備えている。窒素処理装置２が、前記の窒素処理装置１と異なるのは、副好気槽３０で優先的に増殖させたＡＨ菌が、副好気槽３０における被処理水と共に、下水処理系１０が有する好気槽１４に直接的に移送される点である。
【００５６】
この窒素処理装置２では、副好気槽３０で増殖させたＡＨ菌が、下水処理系１０が有する無酸素槽１２に移送されること無く好気槽１４に直接的に移送されるため、嫌気条件とされる無酸素槽１２において、ＡＨ菌の菌数や活性が低下することが無い。そのため、増殖させたＡＨ菌による下水の硝化処理を高効率で行うことが可能である。
【００５７】
［窒素処理装置：第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態に係る窒素処理装置について説明する。
【００５８】
図３は、本発明の第３実施形態に係る窒素処理装置の一例を示す構成図である。
【００５９】
図３に示すように、第３実施形態に係る窒素処理装置３は、下水処理系１０と、汚泥処理系２０とを備えている。そして、下水処理系１０は、生物学的処理を行う処理槽として、無酸素槽１２と副好気槽３０Ａと好気槽１４とを有している。この窒素処理装置３は、ＡＨ菌を増殖させるための副好気槽３０Ａが、下水処理系１０に組み込まれている点に特徴を有している。
【００６０】
副好気槽３０Ａは、無酸素槽１２よりも後段側、且つ、好気槽１４よりも前段側に備えられている。副好気槽３０Ａは、汚泥脱水濾液の硝化処理を行い、硝化細菌群に含まれているＡＨ菌を増殖させると共に、下水処理系１０に導入され、無酸素槽１２から流出した被処理水に含まれているアンモニア性窒素の硝化処理を行う処理槽となっている。硝化細菌群は、微生物固定化された形態としてもよく、固定床、流動床等の適宜の形式の処理を用いることができる。
【００６１】
副好気槽３０Ａは、固液分離部２８から移送されてくる汚泥脱水濾液によって、被処理水のアンモニア性窒素濃度が高濃度とされる。そして、被処理水は、副好気槽３０Ａにおいて少なくとも一部のアンモニア性窒素が硝化処理された後に、好気槽１４に移送され、好気槽１４において残部が硝化処理される。
【００６２】
廃水処理装置３の下水処理系１０には、副好気槽３０Ａを迂回し、無酸素槽１２で処理された被処理水を好気槽１４に直接的に流入させるバイパス管１４０が備えられている。通常、副好気槽３０Ａには、アンモニア性窒素濃度が低濃度の被処理水が、無酸素槽１２から流入してくるため、副好気槽３０ＡにおけるＡＨ菌の増殖が妨げられる恐れがある。そこで、無酸素槽１２において処理された被処理水をバイパス管１４０を介して直接的に好気槽１４に移送することで、副好気槽３０Ａにおけるアンモニア性窒素濃度をＡＨ菌の増殖に適した濃度に維持させることができる。
【００６３】
バイパス管１４０を介した下水の移送については、例えば、下水のアンモニア性窒素濃度や、汚泥脱水濾液のアンモニア性窒素濃度の計測に基いて流量を設定することができ、この間には無酸素槽１２から副好気槽３０Ａへの非処理水の流入を遮断してもよい。或いは、下水のアンモニア性窒素濃度が高濃度である場合には、副好気槽３０Ａにおいて汚泥脱水濾液と混合された下水のアンモニア性窒素濃度がＡＨ菌の増殖に適した濃度となる限りにおいて、無酸素槽１２から直接的に副好気槽３０Ａへ被処理水を流入させてもよい。
【００６４】
この窒素処理装置３では、副好気槽３０Ａが下水処理系１０に組み込まれていることによって、よりＡＨ菌の生育に適した条件下においてＡＨ菌に硝化処理を行わせることが可能になり、下水の水温の変動に対して安定した硝化処理を実現することができる。その一方で、後段の好気槽１４においては、ＡＬ菌の生育に適した環境を形成させることも可能になる。そのため、広範囲にアンモニア性窒素濃度が変動したとしてもＡＨ菌とＡＬ菌とによって安定して硝化処理を行うことができる。また、副好気槽が下水処理系１０の系外に備えられる場合と比較して水処理系列が簡略化されるため、配管類、弁類、ポンプ類等の維持管理負担が低減する利点がある。
【００６５】
［窒素処理装置：第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態に係る窒素処理装置について説明する。
【００６６】
図４は、本発明の第４実施形態に係る窒素処理装置の一例を示す構成図である。
【００６７】
図４に示すように、第４実施形態に係る窒素処理装置４は、下水処理系１０と、汚泥処理系２０と、副好気槽３０とを備えている。そして、下水処理系１０は、生物学的処理を行う処理槽として、無酸素槽１２と副好気槽３０Ａと好気槽１４とを有している。この窒素処理装置４は、ＡＨ菌を増殖させるための副好気槽（３０，３０Ａ）が、下水処理系１０と下水処理系１０の系外との両方に備えられている点に特徴を有している。
【００６８】
窒素処理装置４においては、固液分離部２８で生じた汚泥脱水濾液（アンモニア廃水２９）は、下水処理系１０の系外に備えられる副好気槽３０と、下水処理系１０に備えられる副好気槽３０Ａとに移送される。そして、各副好気槽３０，３０Ａにおいては、汚泥脱水濾液を被処理水として硝化処理を行い、硝化細菌群に含まれているＡＨ菌をそれぞれ増殖させる。そして、副好気槽３０で増殖させたＡＨ菌は、副好気槽３０における被処理水と共に、下水処理系１０に組み込まれた副好気槽３０Ａに移送される。その後、副好気槽３０Ａにおいては、下水に含まれる少なくとも一部のアンモニア性窒素が硝化処理された後に好気槽１４に移送され、好気槽１４において残部が硝化処理される。
【００６９】
下水処理系１０の系外に備えられる副好気槽３０は、略全量の硝化処理を行うことを要しないため、下水処理系１０に備えられる副好気槽３０Ａに比して小容量の処理槽としたり、滞留時間をより短期に設定したりすることができる。他方、固液分離部２８からの汚泥脱水濾液の移送は、副好気槽３０と副好気槽３０Ａとに対して適宜の分配比で行うことが可能である。よって、下水の水温が低く、硝化細菌群による硝化活性を高い水準に維持し難い場合には、下水処理系１０の系外に備えられる副好気槽３０に対する分配比を高めることで、よりアンモニア性窒素濃度を高め易い副好気槽３０において、ＡＨ菌の増殖を優先的に行わせることができる。
【００７０】
このように窒素処理装置４では、副好気槽３０Ａが下水処理系１０に備えられると共に、副好気槽３０が下水処理系１０の系外に備えられることによって、ＡＨ菌の増殖を適時且つ迅速に行うことが可能となるため、硝化処理の安定性が確保し易くなる。また、副好気槽３０と副好気槽３０Ａとの分配比を適宜調節することによって、下水処理系１０においては、ＡＨ菌とＡＬ菌との優先度を選択した硝化処理を行いつつ、副好気槽３０においては、汚泥脱水濾液に含まれる窒素成分の硝化処理を十分に行うことが可能になる。そのため、下水及び汚泥脱水濾液の全体に対する窒素除去率を有効に高めることができる。
【００７１】
［窒素処理装置：第５実施形態］
次に、本発明の第５実施形態に係る窒素処理装置について説明する。
【００７２】
図５は、本発明の第５実施形態に係る窒素処理装置の一例を示す構成図である。
【００７３】
図５に示すように、第５実施形態に係る窒素処理装置５は、下水処理系１０と、汚泥処理系２０と、副好気槽３０とを備えている。そして、下水処理系１０は、生物学的処理を行う処理槽として、無酸素槽１２と第１好気槽１４ａと第２好気槽１４ｂとを有しており、副好気槽３０と第１好気槽１４ａとの間には、担体移送管１６０と担体返送管１７０とが設けられている。この窒素処理装置５は、ＡＨ菌を増殖させるための副好気槽３０と下水処理系１０に備えられる好気槽（１４ａ）との間で、ＡＨ菌が固定化された流動床担体が循環する構成とされている点に特徴を有している。
【００７４】
窒素処理装置５における副好気槽３０では、流動床担体に付着固定化又は包括固定化された硝化細菌群を用いて硝化処理が行われ、増殖させたＡＨ菌が付着固定化又は包括固定化された流動床担体が得られる。このようにしてＡＨ菌が流動床担体に固定化されることで、増殖させたＡＨ菌の処理槽間の移送を確実に行うことが可能になる。また、固定化により、ＡＨ菌に対するアンモニア性窒素濃度の影響が緩和され、アンモニア性窒素濃度が低濃度の下水の硝化処理において活性の低下が抑制される。なお、図５においては、副好気槽３０で硝化処理された処理水は、下水処理系１０に備えられる無酸素槽１２の前段側に移送されるものとしているが、下水処理系１０が有する好気槽（１４ａ）に直接的に移送されるようにしてもよい。
【００７５】
窒素処理装置５には、副好気槽３０と好気槽（１４ａ）とを接続し、ＡＨ菌が固定化された流動床担体を副好気槽３０と好気槽（１４ａ）との間で循環させる担体循環路として担体移送管１６０と担体返送管１７０とが設けられている。担体移送管１６０は、副好気槽３０の出口側と第１好気槽１４ａの入口側との間に流動床担体を副好気槽３０から通流させる流路を形成し、担体返送管１７０は、第１好気槽１４ａの出口側と副好気槽３０の入口側との間に流動床担体を副好気槽３０に向けて通流させる流路を形成しており、流動床担体が副好気槽３０と好気槽（１４ａ）との両方において所定時間にわたって滞留しつつ、繰り返し循環するようになっている。
【００７６】
担体移送管１６０と担体返送管１７０とには、流動床担体を移送する不図示のポンプないし散気手段がそれぞれ備えられる。ポンプによる水流や、ケスナーブラシ等の横軸攪拌を可能とする散気手段による水流によって、流動床担体を副好気槽３０と好気槽（１４ａ）との間で循環させることが可能である。すなわち、副好気槽３０においてＡＨ菌を増殖させた流動床担体を好気槽（１４ａ）に移送して下水の硝化処理を行うことができる。また、アンモニア性窒素濃度が低濃度の下水によって活性が低下した流動床担体を副好気槽３０に返送し、副好気槽３０においてＡＨ菌を再び増殖させた後に再利用することができる。
【００７７】
窒素処理装置５では、図５においては、下水処理系１０が、直列状に配置された第１好気槽１４ａと第２好気槽１４ｂの２段の処理槽からなる好気槽を有している。このように好気槽を複数段の構成とし、複数の処理槽のうちで最前段の処理槽（第１好気槽１４ａ）にＡＨ菌を増殖させた流動床担体を移送する構成にすることによって、第１好気槽１４ａにおけるアンモニア性窒素濃度を副好気槽３０に準ずる高濃度に維持することができる。そのため、下水に対してＡＨ菌による活性を有効に利用することができる。
【００７８】
窒素処理装置５における下水処理系１０の構成は、図５に示される第１好気槽１４ａと第２好気槽１４ｂの２段の好気槽を有する構成に限られるものではなく、単槽であっても、３段以上であってもよい。また、担体返送管１７０を、複数の処理槽のうちで最前段の処理槽（第１好気槽１４ａ）ではなく、より後段側の処理槽（第２好気槽１４ｂ）と副好気槽３０との間に接続してもよい。また、担体移送管１６０と担体返送管１７０とに代えて、流動床担体の移送方向を可変可能一つの流路を有する担体循環管を、副好気槽３０と好気槽（１４ａ，１４ｂ）との間に接続し、流動床担体を時分割的に移送して往復させる構成としてもよい。或いは、下水処理系１０の好気槽（１４ａ）で使用される流動床担体を、副好気槽３０に移送してＡＨ菌を増殖させて用いる運転方法を用いてもよい。
【００７９】
このように窒素処理装置５では、副好気槽３０と下水処理系１０に備えられる好気槽との間で、ＡＨ菌が固定化された流動床担体が循環する構成とされることによって、副好気槽３０で増殖させたＡＨ菌の菌数を維持し易くすることができる。また、下水に対して、ＡＨ菌の硝化活性を即時的に利用することが可能になるため、下水のアンモニア性窒素濃度の増大や水温の低下に対して、硝化処理の安定性がより高められる点で有利である。
【００８０】
なお、以上の各実施形態に係る窒素処理装置の構成は、相互に組合わせたり、置換したりしてもよい。例えば、第１実施形態〜第４実施形態に係る窒素処理装置に担体循環路を設けてもよいし、第１実施形態〜第５実施形態に係る窒素処理装置の下水処理系の処理槽構成を変えて適用してもよい。また、汚泥処理系２０にその他の処理部を付加してもよいし、濃縮部２４等を省略化してもよい。
【実施例】
【００８１】
以下、本発明の実施例を示して本発明を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。
【００８２】
［実施例１］
実施例１として、前記の実施形態に係る窒素処理方法を適用し、高濃度アンモニア性窒素廃水の硝化処理を行って増殖させたＡＨ菌を用いて、低温廃水を被処理水とした処理試験を行った。
【００８３】
処理試験には、高濃度アンモニア性窒素廃水として、硫酸アンモニウムと炭酸ナトリウムとを主成分とする無機合成廃水を使用した。また、被処理水としては、アンモニア性窒素濃度が低濃度である下水を想定し、前記の無機合成廃水のアンモニアウムイオン濃度を段階的に希釈して模擬的に使用した。被処理水の水温は、低水温の処理を想定し、７℃とした。なお、処理試験に使用した処理槽の槽容量は２．０Ｌとし、処理槽内には、硝化細菌群を含む好気性細菌群（活性汚泥）を包括固定化した流動床担体を１０％充填した。
【００８４】
処理試験では、硝化細菌群によって、アンモニア性窒素濃度を３３０ｍｇ／Ｌに設定した高濃度アンモニア性窒素廃水の硝化処理を７０日間にわたって行い、硝化細菌群に含まれているＡＨ菌を増殖させた。その後、アンモニア性窒素濃度を１００ｍｇ／Ｌ、４０ｍｇ／Ｌ、２０ｍｇ／Ｌに経時段階的に低下させた廃水を処理槽に導入して連続処理を実施し、硝化処理前と硝化処理後のそれぞれにおける各窒素濃度（各窒素成分の濃度）の継続的な計測を行った。
【００８５】
図６は、実施例に係る廃水処理方法を適用した被処理水の窒素濃度を示す図である。また、図７は、実施例に係る廃水処理方法を適用した被処理水の窒素濃度の変化を部分拡大して示す図である。
【００８６】
図６及び図７において、横軸は処理試験開始以後の時間（日）、縦軸は被処理水に含まれる窒素濃度（ｍｇ／Ｌ）を表している。また、〇は、硝化処理前の被処理水（原水）のアンモニア性窒素濃度、●は、硝化処理後の被処理水（処理水）のアンモニア性窒素濃度、■は、硝化処理後の被処理水（処理水）の亜硝酸性窒素濃度、▲は、硝化処理後の被処理水（処理水）の硝酸性窒素濃度を示している。なお、図７は、図６における１１５日から１４０日の区間を抽出して示したものである。
【００８７】
図６及び図７に示すように、増殖させたＡＨ菌を利用した硝化処理では、被処理水の水温が７℃と低温であるにも関わらず硝化活性が高い水準で維持されていることが分かる。硝化処理前の被処理水のアンモニア性窒素濃度に対して、硝化処理後の被処理水のアンモニア性窒素濃度は大きく低下しており、亜硝酸性窒素や硝酸性窒素が十分に生成されている。
【００８８】
実施例１の連続処理を継続して行った結果、図７に示すように、アンモニア性窒素濃度を２０ｍｇ／Ｌにまで低下させた段階（平均アンモニア濃度２１ｍｇ／Ｌ）では、硝化処理後の処理水は、アンモニア性窒素濃度が平均値で１．６ｍｇ／Ｌに達している。
【００８９】
［比較例１］
比較例１として、高濃度アンモニア性窒素廃水の硝化処理を行わず、ＡＨ菌を増殖させていない通常の硝化細菌群を用いて、低温廃水を被処理水とした処理試験を行った。
【００９０】
処理試験は、アンモニア性窒素濃度を２０ｍｇ／Ｌの一定濃度に設定した被処理水を連続処理した点を除いて、実施例１と同様にして行った。その結果、硝化処理後の処理水は、アンモニア性窒素濃度が平均値で９．８ｍｇ／Ｌに留まった。また、処理水や処理槽の出口付近から汚泥を採取して水温７℃の廃水の硝化試験を行ったところ、硝化速度（アンモニア性窒素の消費速度）は、実施例１において同様に採取した汚泥と比較して、約１／５倍の速度しか認められなかった。
【００９１】
［実施例２］
実施例２として、前記の実施形態に係る窒素処理方法を適用し、第１実施形態に係る窒素処理装置を模擬した試験系を用いて、低温下水を被処理水とした処理試験を行った。
【００９２】
処理試験には、無酸素槽と好気槽とを有する模擬下水処理系の後段に沈殿槽を設置し、副好気槽を別途独立して備えた窒素処理装置を使用した。各処理槽の槽容量は、無酸素槽５．０Ｌ、好気槽４．０Ｌ、沈殿槽２．０Ｌ、副好気槽２．０Ｌとした。
【００９３】
はじめに、模擬下水処理系を、低水温且つ低アンモニア性窒素濃度の模擬下水を被処理水として用いると共に、沈殿槽から無酸素槽に被処理水の流入速度と等流速で汚泥を返送しつつ、好気槽から無酸素槽に被処理水の流入速度の３倍流速で硝化液を返送して、ＳＳ濃度（浮遊物質濃度）２０００ｍｇ／Ｌの条件で運転した。なお、被処理水としては、具体的には、硫酸アンモニウムと酢酸ナトリウムとを主成分とし、アンモニア性窒素濃度が４０ｍｇ／Ｌであり、Ｃ／Ｎ比が２．５であり、水温が１４℃である模擬下水を使用した。
【００９４】
模擬下水処理系のみを運転して被処理水を処理した結果、処理水のアンモニア性窒素濃度は平均値で５ｍｇ／Ｌ程度に留まった。このとき、処理水のアンモニア性窒素濃度は経時的に変動し、硝化処理が不安定になり得ることが認められた。
【００９５】
続いて、副好気槽を、汚泥脱水濾液を高濃度アンモニア性窒素廃水として用いると共に、硝化細菌群を含む好気性細菌群（活性汚泥）を包括固定化した流動床担体を１０％充填して運転した。なお、高濃度アンモニア性窒素廃水としては、下水処理場から採取した汚泥脱水濾液をアンモニア性窒素濃度９００ｍｇ／Ｌに調整して使用した。また、高濃度アンモニア性窒素廃水の水温は３０℃とした。
【００９６】
副好気槽のみを運転して高濃度アンモニア性窒素廃水を硝化処理した結果、概ね５０％のアンモニア性窒素が硝化されていた。その後、副好気槽の出口付近や配管から汚泥を定期的に採取し、模擬下水処理系に投入して被処理水の硝化処理を実施した。その結果、処理水のアンモニア性窒素濃度は、１ｍｇ／Ｌ以下に達した。
【００９７】
以上の結果から、高濃度アンモニア性窒素廃水中で、硝化細菌群に含まれているＡＨ菌を増殖させて、そのＡＨ菌を被処理水の硝化処理に利用することによって、アンモニア性窒素濃度の増大と共に水温の低下が生じても、安定的に窒素除去処理を行うことが可能なことが分かる。また、被処理水のアンモニア性窒素濃度が低下しても、増殖させたＡＨ菌の活性が維持されており、一旦増殖させたＡＨ菌は、持続的に利用することが可能であることが分かる。
【符号の説明】
【００９８】
１  窒素処理装置
１０  下水処理系
１２  無酸素槽
１４  好気槽
２０  汚泥処理系
２２  沈殿槽
２４  濃縮部
２６  消化槽
２８  固液分離部
２７  汚泥
２９  アンモニア廃水（高濃度アンモニア性窒素廃水）
３０  副好気槽
１００  硝化液返送管
１１０  汚泥引抜管
１２０  汚泥返送管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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