(57)【要約】【課題】新規窒素及びりんの除去方法、並びに除去装置の提供。【解決手段】最初沈殿池、嫌気槽、無酸素槽（脱窒槽）、好気槽、最終沈澱池からなり、好気槽末端部の活性汚泥を無酸素槽（脱窒槽）に循環させる生物学的窒素およびりん除去プロセス（Ａ2Ｏ法）において、好気槽の後段に無酸素槽を設け、無酸素槽末端部の活性汚泥を前段の無酸素槽（脱窒槽）に循環させるとともに、好気槽から前段の無酸素槽（脱窒槽）への汚泥循環を停止する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
最初沈殿池、嫌気槽、無酸素槽（脱窒槽）、好気槽、最終沈澱池からなり、好気槽末端部の活性汚泥を無酸素槽（脱窒槽）に循環させる生物学的窒素およびりん除去プロセス（Ａ2Ｏ法）において、好気槽の後段に第２の無酸素槽を設け、当該第２の無酸素槽末端部の活性汚泥を前段の無酸素槽（脱窒槽）に循環させるとともに、前記好気槽末端部から前段の無酸素槽（脱窒槽）への汚泥循環を停止することを特徴とする下水からの窒素及びりんの除去方法。
【請求項２】
好気槽後段の第２無酸素槽の底部に水中攪拌機を設置し、活性汚泥を攪拌するとともに活性汚泥中のＤＯを０．５ｍｇ／Ｌ以下まで低下させることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
最初沈殿池、嫌気槽、無酸素槽（脱窒槽）、好気槽、最終沈澱池からなり、好気槽末端部の活性汚泥を無酸素槽（脱窒槽）に循環させる生物学的窒素およびりん除去プロセス（Ａ2Ｏ法）において、活性汚泥を循環させる好気槽末端部分の曝気を削減することにより、汚泥循環水中のＤＯを０．５ｍｇ／Ｌ以下とするとともに好気槽末端部の底部に水中攪拌機を設置し、活性汚泥を攪拌することを特徴とする下水からの窒素及びりんの除去方法。
【請求項４】
好気槽後段の第２無酸素槽または好気槽末端部のＤＯを０．５ｍｇ／Ｌ以下まで低下させる手段として、活性汚泥の内生呼吸を利用することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
好気槽において、ＮＨ4−Ｎ濃度を連続測定し、ＮＨ4−Ｎの測定値によって好気槽の曝気量を制御することにより、汚泥循環水中のＮＨ4−Ｎ濃度を０．５ｍｇ／Ｌ以下まで低下させることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
返送汚泥と最初沈殿池流出水を混合し、ＤＯおよびＮＯｘ−Ｎ（ＮＯ2−ＮとＮＯ3−Ｎの和）を検出限界以下まで削減した後、この混合水を嫌気槽に流入させることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
返送汚泥と最初沈殿池流出水を混合し、ＤＯおよびＮＯｘ−Ｎ（ＮＯ2−ＮとＮＯ3−Ｎの和）を検出限界以下まで削減する手段として、第３の無酸素槽（脱窒槽）を嫌気槽の前段に設けることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
嫌気槽の前段に設けた第３の無酸素槽に有機物、硫黄化合物の少なくともいずれかを添加して、嫌気槽流入水中のＤＯおよびＮＯｘ−Ｎ（ＮＯ2−ＮとＮＯ3−Ｎの和）を検出限界以下まで削減することを特徴とする、請求項６または７に記載の方法。
【請求項９】
最初沈殿池、嫌気槽、無酸素槽（脱窒槽）、好気槽、第２の無酸素槽、及び最終沈澱池を順に備え、更に、前記最終沈殿池の活性汚泥の一部を前記嫌気槽に循環する装置と、前記第２の無酸素槽内の活性汚泥の一部を前記無酸素槽（脱窒槽）へ循環する装置とを、備えることを特徴とする下水からの生物学的窒素及びりんの除去装置。
【請求項１０】
前記最初沈殿池と前記嫌気槽との間に、更に第３の無酸素槽を備え、前記最終沈殿池の活性汚泥の一部を前記嫌気槽に循環する装置に替えて、前記最終沈殿池の活性汚泥の一部を前記第３の無酸素槽に循環する装置を、備えることを特徴とする下水からの生物学的窒素及びりんの除去装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下水や廃水中に含まれる窒素およびりんを生物学的に除去する方法、特に嫌気槽、無酸素槽、好気槽からなる生物学的窒素およびりん同時除去法を安定的かつ効率的に運転する方法、並びにその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
まず、りんの除去に関する従来技術の原理を説明する。
都市下水中の全りん濃度は、５〜１０ｍｇ／Ｌ程度であり、これは屎尿、洗剤、工業薬品などに由来している。りんを除去する方法としては、鉄やアルミニウムの凝集剤を用いる凝集沈殿法が最も確実であるものの、凝集剤による余剰汚泥量の増加や薬品費の増大の短所がある。このため、下水からのりんの除去方法として、活性汚泥を用いるりん除去プロセスも広く用いられるようになった。
【０００３】
これは、活性汚泥中のある種の微生物（以下、りん蓄積細菌）は、先ず嫌気性条件下において、りんを放出させると、次に好気性条件下ではりんを過剰に摂取しようとする性質を利用したもので、都市下水処理の分野で実用化が進んでいる。このような方式を採用すると下水の活性汚泥中のりん濃度が２〜３％から５〜６％程度に増大するといわれている。
【０００４】
次に、窒素の除去に関する従来技術の原理を説明する。
都市下水中の大半の窒素は、アンモニア性窒素（ＮＨ4−Ｎ）であり、通常、２０〜５０ｍｇ／Ｌ程度の濃度である。都市下水からのＮＨ4−Ｎ除去方法としては、以下のような生物学的硝化−脱窒法が広く知見されている。これは、絶対好気性・独立栄養細菌（Ｎｉｔｒｏｓｏｍｏｎａｓ、Ｎｉｔｒｏｂａｃｔｅｒ等の硝化細菌）による生物学的酸化反応（硝化工程ともいう）と通性嫌気性・従属栄養細菌（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ等）による生物学的還元反応（脱窒工程ともいう）の組み合わせから成っている。
【０００５】
まず、硝化工程は以下の２段の反応から成っており、関与する硝化細菌の種類は異なっている。
【０００６】
２ＮＨ4+  ＋  ３Ｏ2  →  ２ＮＯ2-＋２Ｈ2Ｏ＋４Ｈ+    −−−−−−−−（１）
２ＮＯ2-  ＋    Ｏ2  →  ２ＮＯ3-                  −−−−−−−−−（２）
【０００７】
（１）式に示す反応は、Ｎｉｔｒｏｓｏｍｏｎａｓを代表種とするアンモニア酸化細菌によってもたらされ、（２）式に示す反応は、Ｎｉｔｒｏｂａｃｔｅｒを代表種とする亜硝酸酸化細菌によってもたらされる。
【０００８】
次に脱窒工程であるが、  上記反応によって生成した亜硝酸性窒素（ＮＯ2−Ｎ）並びに硝酸性窒素（ＮＯ3−Ｎ）は、通性嫌気性従属栄養細菌を用いて、無酸素条件下で、以下のように還元されて酸化窒素ガス（Ｎ2Ｏ）あるいは窒素ガス（Ｎ2）となり大気中に放散される。
【０００９】
２ＮＯ2-  ＋  ６Ｈ2  →  Ｎ2  ＋２Ｈ2Ｏ＋２ＯＨ-    −−−−−−−−−（３）
２ＮＯ3-  ＋１０Ｈ2  →  Ｎ2  ＋４Ｈ2Ｏ＋２ＯＨ-    −−−−−−−−−（４）
【００１０】
通性嫌気性従属栄養細菌は、水素供与体が必要であり、水素供与体として有機物が通常利用される。都市下水などでは、下水中の有機物（ＢＯＤ成分）がそのまま用いられ、有機物を含まない廃水ではメチルアルコールなどが外部から添加されることが多い。
【００１１】
最後に、下水処理の分野で実用化されている下水からの窒素およびりんの同時除去プロセスについて説明する。本法は、原理的には生物学的りん除去プロセスと生物学的窒素除去プロセスを組み合わせてりんと窒素を同時に除去するものである。
【００１２】
具体的には、本プロセスは、図１に示すように、最初沈殿池、嫌気槽、無酸素槽（脱窒槽）、好気槽（硝化槽）、最終沈殿池から構成されている。Ａ2Ｏ法（Ａｎａｅｒｏｂｉｃ−Ａｎｏｘｉｃ−Ｏｘｉｃ  Ｐｒｏｃｅｓｓ）として広く呼称されている。
【００１３】
まず、下水は、最初沈澱池において、重力沈降によって下水中の粗大な懸濁物質を除去する。嫌気槽においては、りんを過剰に放出させる。嫌気状態とは、溶存酸素（ＤＯ）およびＮＯｘ−Ｎとして存在する結合態の酸素が無い状態として定義される。その後、りんは無酸素槽および好気槽において順次摂取させる。また、無酸素状態とはＤＯの無い状態として定義されている。好気状態とはＤＯの存在する状態として定義されている。
【００１４】
下水中のＮＨ4−Ｎは、好気槽において硝化細菌によりＮＯ3−Ｎまで酸化させる。この好気槽のＮＯ3−Ｎを含有した活性汚泥を無酸素槽に循環させる。無酸素槽において、ＮＯ3−Ｎは多くの種類の脱窒細菌によりＮ2まで還元され水中から除去される。窒素の除去率は循環量によって決定され、循環率（循環水量／最初沈殿池流出水量）は、通常１００Ｖ／Ｖ％から２００Ｖ／Ｖ％程度である。最終沈澱池においては活性汚泥を重力沈降により分離し、上澄液は処理水として放流し、沈降した汚泥は嫌気槽に返送される。返送率（汚泥返送量／最初沈殿池流出水量）は、通常、５０Ｖ／Ｖ％程度である。一部の汚泥は、余剰汚泥として系外に引き抜かれる。すなわち、下水に含まれていたりんは、汚泥中に含まれるりんの形で引き抜かれるのである。
【００１５】
このようにＡ2Ｏ法は、生物学的な窒素及びりん除去の原理を巧みに組み合わせた優れた方法であり、実用化が進んでいる。
この一方で、生物学的なりん除去と窒素除去の制御が難しく、処理性能が安定しない事例が多く見られる。
【００１６】
例えば、りん除去に関しては、嫌気槽において十分なりんの放出を起こさせることが重要である。りん除去阻害の要因としては、ＤＯ、ＮＯｘ−Ｎの流入や有機物（特に有機酸）の欠乏があげられる。例えば、雨水が下水に流入すると上記のような処理性能が安定しない現象が生じることが知られている。また、無酸素槽においては、十分な脱窒反応が得られなかったり、脱窒は進むもののりんの放出が生じてしまうことがある。脱窒阻害の要因としてはＤＯ、ＮＯｘ−Ｎの過剰な流入や有機物の欠乏があげられる。りん放出の要因としては、逆に、有機物の過剰な残存が考えられる。
【００１７】
発明者らは、このようなＡ2Ｏ法の不安定化の要因として、好気槽の運転方法の影響が特に大きいと考えた。すなわち、通常、Ａ2Ｏ法における好気槽出口付近のＤＯは、硝化促進の観点から１．５〜３．０ｍｇ／Ｌが望ましいとされている（非特許文献１を参照のこと）。
【００１８】
さらに、実際には好気槽のＤＯは、これ以上のＤＯ値、例えば３〜５ｍｇ／Ｌのレベルで運転されている場合もしばしば知見される。この現象は、実際に処理している下水量が計画下水量よりも少ない場合や水質が計画値よりも低い場合に特に多く見られる。加えて、水温が上昇し、反応速度の上昇する夏場には好気槽のＤＯはさらに高くなりやすい。これは、好気槽の途中で硝化反応が完了すると、活性汚泥による酸素要求量が激減するため、曝気量をかなり下げても、好気槽のＤＯが過剰に残存しやすくなる理由による。また、曝気量を極端に低下させると活性汚泥の沈降、堆積が生ずるので、活性汚泥の攪拌の観点から曝気量の削減に限界がある。このため、どうしても好気槽末端のＤＯは高くなりやすい。
【００１９】
さらに、実際の下水量や下水水質が計画値にほぼ沿っている場合には、好気槽でＤＯをあえて上げなくても、硝化反応を完全に終了させることができるはずである。しかし、このような場合においても、好気槽のＤＯを１．５〜３．０ｍｇ／Ｌにあえて維持する必要は全く無いにもかかわらず、好気槽のＤＯを高めに維持している場合が多々ある。
【００２０】
このような好気槽のＤＯを高めに維持する運転は、エネルギー消費の面でデメリットがあるものの、最終沈殿池での汚泥嫌気化によるりん放出の防止や透視度向上などの様々なメリットがあるとされており、一見すると極めて安全側にたった管理のようにも思える。
【００２１】
しかしながら、実際には、Ａ2Ｏ法におけるこのような運転管理こそが、さまざまな弊害を生じてしまう原因となるのである。
まず、このような好気槽の運転方法は、好気槽から無酸素槽への循環水中に大量のＤＯを存在させることとなるため、無酸素槽における脱窒性能を悪化させることとなる。
【００２２】
以下に、有機物として、酢酸の場合のＤＯとの反応式、ＮＯｘ−Ｎとの反応式を示す。一般に活性汚泥中の脱窒細菌は、通性の細菌であり、ＤＯとＮＯｘ−Ｎの両方を利用できるが、並存する場合はＤＯを優先して用いてしまう。したがって、無酸素槽において、ＤＯが流入すると、ＤＯはＮＯｘ−Ｎに先行して、（５）式のように下水中の有機物と脱窒細菌を介してすぐに反応してしまう。ＮＯｘ−Ｎと酢酸の反応（６）は、ＤＯが消失してから開始されるが、それまでに有機物が使われてしまえば、（６）式は進行せず、  ＮＯｘ−Ｎは、残存することとなり、結果として脱窒効率が低下してしまうのである。たとえば、（５）式のようにＯ2が１．５ｍｇ／Ｌから３．０ｍｇ／Ｌ存在すると、酢酸もほぼ同様の１．５ｍｇ／Ｌから３．０ｍｇ／Ｌ消費されてしまう。
【００２３】
２Ｏ2  ＋  ＣＨ3ＣＯＯＨ      →  ２ＣＯ2＋２Ｈ2Ｏ        −−−−−−（５）
８ＮＯ3-  ＋  ５ＣＨ3ＣＯＯＨ  →  ４Ｎ2＋１０ＣＯ2＋６Ｈ2Ｏ＋８ＯＨ−（６）
したがって、最初沈殿池、嫌気槽、無酸素槽、好気槽、最終沈澱池からなり、好気槽の汚泥を無酸素槽に循環させる生物学的窒素およびりん除去プロセス（Ａ2Ｏ法）においては、汚泥循環水のＤＯはできれば０ｍｇ／Ｌであることが望ましいが、ＤＯが０．５ｍｇ／Ｌ以下であれば、ＤＯの影響をほぼ無視することができる。
【００２４】
次に、好気槽のＤＯが高いとＮＯｘ−Ｎが返送汚泥中に残存しやすくなることがあげられる。最終沈殿池において、汚泥が沈降し濃縮すると汚泥内部で内生呼吸によりＤＯが徐々に消費される。ＤＯが消失すると内生脱窒反応（活性汚泥内に蓄積、吸着された有機物とＮＯｘ−Ｎの反応）によりＮＯｘ−Ｎが消費される。さらに、ＮＯｘ−Ｎが消失するとりんの放出が観測されることになる。しかし、ＤＯが大量に存在すると、上記のような内生脱窒反応が生じにくくなるため、ＮＯｘ−Ｎはそのまま返送汚泥に残存しやすくなる。この結果、嫌気槽に返送汚泥を介してＮＯx−Ｎが流入しやすくなる。嫌気槽において、ＮＯx−Ｎが存在すると、（６）式のようにりんの放出に必要な有機酸は直ちに分解されてしまう。例えば、ＮＯ3−Ｎが１ｍｇ／Ｌ存在すると、これに伴い、酢酸２．７ｍｇ／Ｌが消費されることとなる。ＮＯ3−Ｎの存在が酢酸の消費に及ぼす影響が極めて大きいことがわかる。嫌気槽において、酢酸が欠乏すれば、りんの放出が継続的に抑制され、結果的にはりんの除去率の低下を招くこととなる。
【００２５】
さらに、好気槽の高いＤＯの存在は、硝化反応の進行を必ずしも意味しないと考えられる。言い換えれば、硝化反応を進行させるためには酸素はもちろん必要であるが、酸素が存在したからといって、硝化反応が進行していると判断することはできない。例えば、硝化細菌の活性が低下したり、死滅した場合には酸素消費がなくなり、好気槽は高いＤＯを示すこととなる。
【００２６】
また、同様に、好気槽の高いＤＯの存在は、りん摂取反応の進行も意味しないと考えられる。りん摂取反応は、りん蓄積細菌による有機物分解であり、酸素は必要であるが、酸素が存在するからといって、りん摂取反応が進行しているとは限らない。例えば、りん蓄積細菌の活性が低下したり、死滅した場合には酸素消費がなくなり、好気槽は高いＤＯを示すこととなる。このように、好気槽を高いＤＯで管理したとしても、そのことは必ずしも処理性能の安定を示すものではないのである。
【００２７】
このような観点から、Ａ2Ｏ法の運転は、従来の考え方のままでは、窒素とりんの安定的除去は難しいと考えられる。
【非特許文献１】高度処理設計マニュアル、ｐ２２５−２５２、日本下水道協会、平成６年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２８】
上記課題を簡単にまとめると、Ａ2Ｏ法においては好気槽の運転方法の影響が極めて大きく、従来の好気槽の運転方法は、必ずしもすべての現場に一般的に適用できるものではない。すなわち、好気槽でのＤＯを高めに維持する運転方法が処理の不安定さの主要な要因となっている場合が多い。好気槽でのＤＯの高めの維持が、嫌気槽でのりん放出の抑制や無酸素槽での脱窒効率の低下と深く結びつき、処理の不安定化を招いているのである。今回の発明はこのような観点から、Ａ2Ｏ法の運転管理方法の抜本的な変更をはかり、処理水質を安定化する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】
【００２９】
本発明者らは、上記の課題を解決すべく検討を重ねた結果、以下の方法により、窒素とりんを含有する下水を安定して効率的に処理することに成功した。本発明の要旨とするところは、次の（１）〜（１０）である。
【００３０】
（１）最初沈殿池、嫌気槽、無酸素槽（脱窒槽）、好気槽、最終沈澱池からなり、好気槽末端部の活性汚泥を無酸素槽（脱窒槽）に循環させる生物学的窒素およびりん除去プロセス（Ａ2Ｏ法）において、好気槽の後段に第２の無酸素槽を設け、当該第２の無酸素槽末端部の活性汚泥を前段の無酸素槽（脱窒槽）に循環させるとともに、前記好気槽末端部から前段の無酸素槽（脱窒槽）への汚泥循環を停止することを特徴とする下水からの窒素及びりんの除去方法。
【００３１】
（２）好気槽後段の第２無酸素槽の底部に水中攪拌機を設置し、活性汚泥を攪拌するとともに活性汚泥中のＤＯを０．５ｍｇ／Ｌ以下まで低下させることを特徴とする上記（１）に記載の下水からの窒素及びりんの除去方法。
【００３２】
（３）最初沈殿池、嫌気槽、無酸素槽（脱窒槽）、好気槽、最終沈澱池からなり、好気槽末端部の活性汚泥を無酸素槽（脱窒槽）に循環させる生物学的窒素およびりん除去プロセス（Ａ2Ｏ法）において、活性汚泥を循環させる好気槽末端部分の曝気を削減することにより、汚泥循環水中のＤＯを０．５ｍｇ／Ｌ以下とするとともに好気槽末端部の底部に水中攪拌機を設置し、活性汚泥を攪拌することを特徴とする下水からの窒素及びりんの除去方法。
【００３３】
（４）好気槽後段の第２無酸素槽または好気槽末端部のＤＯを０．５ｍｇ／Ｌ以下まで低下させる手段として、活性汚泥の内生呼吸を利用することを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれかに記載の下水からの窒素及びりんの除去方法。
【００３４】
（５）好気槽において、ＮＨ4−Ｎ濃度を連続測定し、ＮＨ4−Ｎの測定値によって好気槽の曝気量を制御することにより、汚泥循環水中のＮＨ4−Ｎ濃度を０．５ｍｇ／Ｌ以下まで低下させることを特徴とする上記（１）〜（４）のいずれかに記載の下水からの窒素及びりんの除去方法。
【００３５】
（６）返送汚泥と最初沈殿池流出水を混合し、ＤＯおよびＮＯｘ−Ｎ（ＮＯ2−ＮとＮＯ3−Ｎの和）を検出限界以下まで削減した後、この混合水を嫌気槽に流入させることを特徴とする上記（１）〜（５）のいずれかに記載の下水からの窒素及びりんの除去方法。
【００３６】
（７）返送汚泥と最初沈殿池流出水を混合し、ＤＯおよびＮＯｘ−Ｎ（ＮＯ2−ＮとＮＯ3−Ｎの和）を検出限界以下まで削減する手段として、第３の無酸素槽（脱窒槽）を嫌気槽の前段に設けることを特徴とする上記（６）に記載の下水からの窒素及びりんの除去方法。
【００３７】
（８）嫌気槽の前段に設けた第３の無酸素槽に有機物、硫黄化合物の少なくともいずれかを添加して、嫌気槽流入水中のＤＯおよびＮＯｘ−Ｎ（ＮＯ2−ＮとＮＯ3−Ｎの和）を検出限界以下まで削減することを特徴とする上記（６）又は（７）に記載の下水からの窒素及びりんの除去方法。
【００３８】
（９）最初沈殿池、嫌気槽、無酸素槽（脱窒槽）、好気槽、第２の無酸素槽、及び最終沈澱池を順に備え、更に、前記最終沈殿池の活性汚泥の一部を前記嫌気槽に循環する装置と、前記第２の無酸素槽内の活性汚泥の一部を前記無酸素槽（脱窒槽）へ循環する装置とを、備えることを特徴とする下水からの生物学的窒素及びりんの除去装置。
【００３９】
（１０）前記最初沈殿池と前記嫌気槽との間に、更に第３の無酸素槽を備え、前記最終沈殿池の活性汚泥の一部を前記嫌気槽に循環する装置に替えて、前記最終沈殿池の活性汚泥の一部を前記第３の無酸素槽に循環する装置を、備えることを特徴とする下水からの生物学的窒素及びりんの除去装置。
【発明の効果】
【００４０】
本発明により、窒素およびりんを含有する下水から窒素およびりんを安定して除去することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
従来のＡ2Ｏ法のフローを図１に示す。また、又本発明の処理フロ−の１例を図２、図３、図４に示す。
【００４２】
本発明は、換言すれば従来のＡ2Ｏ法の変法である。Ａ2ＯＡ法（嫌気−無酸素−好気−無酸素）あるいはＡ3ＯＡ法（無酸素−嫌気−無酸素−好気−無酸素）ともいうことができる。
すなわち、図２のＡ2ＯＡ法は、最初沈殿池２、嫌気槽５、無酸素槽（脱窒槽）６、好気槽７、第２無酸素槽８、最終沈澱池９を備え、更に、前記最終沈殿池の活性汚泥の一部を前記嫌気槽に循環する装置（返送汚泥１５を送る配管と返送汚泥ポンプ１４からなる）、と、前記第２の無酸素槽内の活性汚泥の一部を前記無酸素槽（脱窒槽）へ循環する装置（活性汚泥を含む汚泥循環水１８を送る配管と汚泥循環ポンプ１３からなる）とを備える。
【００４３】
また、図３のＡ3ＯＡ法は、最初沈殿池２、第３無酸素槽（脱窒槽）２０、嫌気槽５、無酸素槽（脱窒槽）６、好気槽７、第２無酸素槽８、最終沈澱池９を備え、更に、前記最終沈殿池の汚泥の一部を前記第３の無酸素槽に循環する装置（返送汚泥１５を送る配管と返送汚泥ポンプ１４からなる）と、前記第２の無酸素槽内の活性汚泥の一部を前記無酸素槽（脱窒槽）へ循環する装置（活性汚泥を含む汚泥循環水１８を送る配管と汚泥循環ポンプ１３からなる）とを備える。
【００４４】
図２、図３は共に、好気槽７の活性汚泥ではなく、第２無酸素槽８の活性汚泥を循環させるのである。
図４は好気槽７の活性汚泥を無酸素槽６（脱窒槽）に循環させる点では、従来法と同一であるが、好気槽７末端付近に水中攪拌機１１を設置するとともにＤＯ値１７が０．５ｍｇ／Ｌ以下である点が大きく異なっている。
【００４５】
図１に示す従来のＡ2Ｏ法における好気槽７出口のＤＯ１７は、硝化促進、りん摂取促進、最終沈殿池でのりん放出防止などの観点から１．５〜３．０ｍｇ／Ｌが望ましいとされていた。しかしながら、このような運転指標は、多くの課題がある。この課題を列挙すると以下のようになる。
【００４６】
１）  高いＤＯを保持する好気槽７の末端の活性汚泥が無酸素槽６に送られるため、無酸素槽６での脱窒反応が阻害されやすい。
２）  高いＤＯを保持する好気槽７の末端の活性汚泥が最終沈殿池９に送られるため、返送汚泥１５にＮＯｘ−Ｎが残留しやすくなる。このＮＯｘ−Ｎは、嫌気槽５におけるりん放出の阻害となる。
３）  好気槽７末端の高いＤＯの存在は、硝化反応の進行を意味しない。言い換えれば、硝化反応の進行には酸素は必要であるが、酸素が存在するからといって、硝化反応が進行しているとは限らない。
４）  好気槽７末端の高いＤＯの存在は、りん摂取反応の進行を意味しない。言い換えれば、りん摂取反応の進行には酸素は必要であるが、酸素が存在するからといって、りん摂取反応が進行しているとは限らない。
５）  嫌気槽５や無酸素槽６においてＤＯがたとえ０であっても、ＮＯｘ−Ｎが存在すれば、嫌気槽５でのりんの放出は抑制される。りんの放出が生じるのはＮＯｘ−Ｎが消失した後である。したがって、りんの放出を促進あるいは抑制する場合にはＤＯばかりでなくＮＯｘ−Ｎの管理が必要である。この視点が嫌気槽５、無酸素槽（脱窒槽）６、最終沈殿池９の管理から抜け落ちている。
【００４７】
発明者らは、従来のこのようなＡ2Ｏ法の課題を解決するため、今回のような発明に至ったものである。この具体的手段を以下に詳細に述べる。
まず、最初沈殿池２、嫌気槽５、無酸素槽６（脱窒槽）、好気槽７、最終沈澱池８からなり、好気槽７末端部の活性汚泥を無酸素槽６（脱窒槽）に循環させる生物学的窒素およびりん除去プロセス（Ａ2Ｏ法）において、好気槽７の後段にさらに第２の無酸素槽８を設けるのである（図２参照）。そして、この第２無酸素槽８末端部の活性汚泥を前段の無酸素槽（脱窒槽）６に循環させる。この第２無酸素槽８および活性汚泥循環液１８中のＤＯは、０．５ｍｇ／Ｌ以下が望ましく、できれば０ｍｇ／Ｌとすべきである。好気槽７から前段の無酸素槽（脱窒槽）６への汚泥循環は停止させる。好気槽７の後段に設けた第２無酸素槽８の目的は、文字通り、無酸素化、すなわち、ＤＯを０とすることであり、脱窒素ではない。むしろ、ＮＯｘ−Ｎは最終沈殿池９でのりんの放出を抑制する観点から削減しないことが重要である。第２無酸素槽８の底部には、水中攪拌機１１を設置し、攪拌のみで運転する。曝気による攪拌は行わない。
【００４８】
ＤＯの削減には、活性汚泥の内生呼吸を利用することが望ましい。一般に内生呼吸状態での酸素消費速度は０．１２ｇＯ2／ＭＬＳＳ・ｇ／日程度である。Ａ2Ｏ法においては、反応槽の活性汚泥濃度（ＭＬＳＳ濃度）は、２，０００〜３，０００ｍｇ／Ｌ程度で運転される。したがって、第２無酸素槽８のＨＲＴは、１時間もあれば１０〜１５ｍｇ／ＬのＤＯを０とすることが可能である。仮に、好気槽７のＤＯが３ｍｇ／Ｌ、活性汚泥濃度は３，０００ｍｇ／Ｌ程度に維持されているとすると、ＨＲＴが１２分程度の条件で、好気槽７の出口水中の３ｍｇ／ＬのＤＯを０とできる計算となる。なお、繰り返すが、この好気槽７の後段に設けた第２無酸素槽８は、あくまでＤＯを０とすることが目的である。脱窒素を目的とするものではない。
【００４９】
好気槽７の後段に設けた第２無酸素槽８で注意すべきことは、最終沈殿池９でのりんの放出の抑制である。このため、本発明では、第２無酸素槽８の出口水のＮＯｘ−Ｎ濃度を５．０ｍｇ／Ｌ以上１０ｍｇ／Ｌ以下残存させる。第２無酸素槽８でＮＯｘ−Ｎを完全に除去することはしない。これは、完全な脱窒の達成、すなわちＮＯｘ−Ｎの完全な消失は、最終沈殿池９でのりんの放出を促進するからである。一方、ＮＯｘ−Ｎ濃度が５．０ｍｇ／Ｌ以上あれば、最終沈殿池９でのりんの放出を防止できる。このように、最終沈殿池９でのりん放出を防ぐためには、第２無酸素槽８において脱窒素を促進してはならない。また、ＮＯｘ−Ｎ濃度を５．０ｍｇ／Ｌ以上残留させることにより、最終沈殿池９から嫌気槽５への返送汚泥１５中でのりんの放出も防止できる。  
【００５０】
好気槽７の後段に第２無酸素槽８を新たに設置や拡張が困難な場合には、以下のような運転方法（図４参照）で対応させる。すなわち、ＨＲＴが１０分から３０分程度である好気槽７の末端部分のブロアによる曝気を低減もしくは停止させるのである。具体的にはＤＯ１７を測定し、ＤＯ１７の値が０ｍｇ／Ｌ以上０．５ｍｇ／Ｌ以下となるように曝気量を削減する。このことにより、汚泥循環水１８中のＤＯも０ｍｇ／Ｌ以上０．５ｍｇ／Ｌ以下とすることができる。曝気量を削減した好気槽７の末端部は、活性汚泥が沈降しない程度に攪拌しながら運転する必要があるため、底部に水中攪拌機１１を設置し攪拌する必要がある。従来のＡ2Ｏ法では、好気槽７末端部のＤＯは、通常、１．５〜３．０ｍｇ／Ｌが望ましいとされてきた。しかし、硝化反応が好気槽７で完了していることが確認できれば、必ずしもこれに準ずる必要は全く無い。既に硝化反応が完了していれば、好気槽７末端のＤＯは０ｍｇ／Ｌ以上０．５ｍｇ／Ｌ以下で全くかまわない。ＤＯは先にも述べたが、硝化反応の完了を確認する方法には使えない。好気槽７において、硝化反応の完了を確認する方法としては以下のような方法がある。
【００５１】
まず、好気槽７において、ＮＨ4−Ｎ濃度を連続測定し、ＮＨ4−Ｎの測定値によって好気槽７の曝気量を制御することにより、好気槽７末端において、ＮＨ4−Ｎ濃度を０．５ｍｇ／Ｌ以下まで低下させる。ＮＨ4−Ｎ濃度を０．５ｍｇ／Ｌ以下まで低下させれば、下水（１）中のＮＨ4−Ｎが２０ｍｇ／Ｌから５０ｍｇ／Ｌ程度の場合、硝化率は９７．５から９９％となり、硝化反応がほぼ完了していると判断できる。
【００５２】
硝化反応の完了を確認するこれ以外の方法としては、好気槽７において、ＯＲＰを連続測定し、これらの測定値によって、好気槽７の曝気量を制御する方法がある。ＯＲＰは硝化反応の進行と密接に関係しており、ＯＲＰが＋８０ｍＶ以上（銀／塩化銀基準）まで上昇すれば硝化反応はほぼ完了していると判断できる。したがって、好気槽７のＯＲＰを指標として好気槽７を曝気してもかまわない。なお、ＯＲＰが＋１００ｍＶ（銀／塩化銀基準）以上まで曝気する必要はない。
【００５３】
好気槽７でのりんの摂取については、従来、好気槽７でのＤＯ濃度との関連が多く指摘されてきた。すなわち、好気槽７でＤＯが不足すると、好気槽７でのりんの摂取が阻害される可能性があるため、概ね、好気槽７末端のＤＯ濃度は、１．５〜３．０ｍｇ／Ｌが望ましいとされている（非特許文献１）。しかしながら、発明者らの見解は全く異なる。りんの摂取に酸素は必要であるが、酸素が十分あるからといって、りん蓄積細菌によるりんの摂取が順調とみなすのは疑問である。実際、発明者らの実験では、  活性汚泥中にりん蓄積細菌が十分に存在していれば、好気槽７のＤＯ濃度が０．５ｍｇ／Ｌであっても、２ｍｇ／Ｌであってもりんの摂取に明確な差は全く認められなかった（図５、図６参照）。したがって、好気槽７のＤＯが低くてもりんの摂取には全く問題はないと思われる。
【００５４】
脱窒素を行う無酸素槽６（脱窒槽）の運転は以下のように実施する。本発明では、無酸素槽６（脱窒槽）に流入する汚泥循環水１８のＤＯ値が０から０．５ｍｇ／Ｌ以下となるため、ＤＯによる脱窒反応の阻害は極めて軽微となる。したがって、無酸素槽６のＮＯｘ−Ｎ除去率は、ＤＯの存在が無視できる為、有機物の絶対量によって判断できることになる。無酸素槽（脱窒槽）６を制御する１つの手段としては、無酸素槽６のＯＲＰが−１５０ｍＶ〜−２００ｍＶとなるように制御する。ＯＲＰを−２００ｍＶ以上とするためには、無酸素槽６をブロア１２により曝気し、ＯＲＰを上昇させる。また、ＯＲＰを−１５０ｍＶ以下とするためには、有機物および／または硫黄化合物を無酸素槽６（脱窒槽）に添加すればよい。有機物としては、メタノール、酢酸、酢酸ナトリウムなどから適宜選べばよい。硫黄化合物としては、チオ硫酸ナトリウム、元素硫黄などの適用が考えられる（（７）式参照）。
【００５５】
８ＮＯ3-  ＋  ５Ｓ2Ｏ32-  ＋Ｈ2Ｏ→  ４Ｎ2＋１０ＳＯ42-＋２Ｈ+ −−（７）
【００５６】
有機物や硫黄化合物を含む下水（１）を用いてもかまわない。
次に、最終沈殿池９での留意点を述べる。最終沈殿池９でのりんの放出は、ＮＯｘ−Ｎの存在と強い関連があり、ＮＯｘ−Ｎが存在していればりんの放出は生じない。発明者らの考えでは、Ａ2Ｏ法における最終沈殿池９からのりんの放出は、  処理水中のＤＯの残存量ばかりでなく、ＮＯｘ−Ｎの残存量にも影響を受ける。すなわち、最終沈殿池９の底部で汚泥の堆積が生じ、数時間（通常２〜４時間程度）の汚泥堆積時間の影響のため、汚泥内でＤＯ（内生呼吸）、続いて、ＮＯｘ−Ｎが消失（内生脱窒）し、嫌気状態が進行した結果、自己分解によるりん放出が生ずるのである。りんの放出はＤＯがいくら消失しても、ＮＯｘ−Ｎさえある程度残存していれば生じない。実際、発明者らは最終沈殿池流入水のＮＯｘ−Ｎが５ｍｇ／Ｌ以上あれば、最終沈殿池９の滞留時間が４時間の条件で返送汚泥中１５にＮＯｘ−Ｎが１ｍｇ／Ｌ以上残存していた。この結果、最終沈殿池９においても、返送汚泥１５ラインにおいてもりんの放出は観測されなかった。
【００５７】
しかしながら、一方で、最終沈澱池９から嫌気槽５への返送汚泥１５中に含まれるＮＯｘ−Ｎが残存しすぎると、嫌気槽５でのりんの放出に影響する。返送汚泥中１５のＮＯｘ−Ｎを削減する簡単な手段としては、返送汚泥１５と最初沈殿池流出水３をあらかじめ混合し、返送汚泥１５中に含まれるＮＯｘ−Ｎを脱窒反応により削減した後、返送汚泥１５と最初沈殿池流出水３を嫌気槽５に流入させればよい。さらに、返送汚泥１５と最初沈殿池流出水３を混合し、脱窒を行う第３の無酸素槽２０（脱窒槽）を嫌気槽５の前段に設けることは、脱窒反応安定化の観点から望ましいことである（図３参照）。降雨などの影響で最初沈殿池流出水３に含まれる有機物濃度が低下し、ＤＯも存在する場合、最初沈殿池流出水３のみでは、返送汚泥１５中のＮＯｘ−Ｎの削減に効果が見られない。このような場合には、有機物および／又は硫黄化合物のを嫌気槽５の前段に設けた第３無酸素槽２０（脱窒槽）に添加すればよい。第３無酸素槽２０（脱窒槽）における脱窒反応の進行度の判断も、前述したようなＯＲＰを用いて判断することができる。有機物または硫黄化合物の添加量は、第３無酸素槽２０（脱窒槽）のＯＲＰが−１５０ｍＶ（銀／塩化銀電極基準）以下となるように添加すればよい。第３無酸素槽２０（脱窒槽）のＯＲＰが−１５０ｍＶ以下であればＮＯｘ−Ｎはほぼ除去されていると判断できる。有機物としては、メタノール、酢酸、酢酸ナトリウムなどから適宜選べばよい。硫黄化合物としては、チオ硫酸ナトリウム、元素硫黄などの適用が考えられる。有機物や硫黄化合物を含む下水（１）を用いてもかまわない。
【実施例】
【００５８】
以下、本発明の実施例を説明する。
実施例１：下水からの窒素・りん除去への適用（Ａ2ＯＡ法）
本発明の方法を都市下水処理へ適用し、今回発案したＡ2ＯＡ法による処理水質の安定化を検討した（図２参照）。
今回発案した装置は、図２に示すように、最初沈殿池２、嫌気槽５、無酸素槽（脱窒槽）６、好気槽７、第２の無酸素槽８、及び最終沈澱池９を順に備え、更に、前記最終沈殿池９の汚泥の一部を前記嫌気槽５に循環する装置と、前記第２の無酸素槽８内の活性汚泥の一部を前記無酸素槽（脱窒槽）６へ循環する装置とを備えることを特徴とする。図１の従来のＡ2Ｏ法と比較すると、第２無酸素槽８が新たに設置されている点、及び前記第２の無酸素槽８内の活性汚泥の一部を前記無酸素槽（脱窒槽）６へ循環する点が大きく異なる。また、従来のＡ2Ｏ法では好気槽７の末端部のＤＯ１７が重要視され、通常、１．５〜３．０ｍｇ／ＬのＤＯ管理値で運転されているが、本発明では第２無酸素槽８を新たに設け、ＤＯ管理値を０〜０．５ｍｇ／Ｌとしている点が大きく異なっている。
【００５９】
本発明による処理は以下のように実施される。まず、下水１の浮遊物を最初沈殿池２で除去した後、最初沈殿池流出水３は、嫌気槽５、無酸素槽（脱窒槽）６、好気槽７、第２無酸素槽８、最終沈殿池９を流下していく。さらに、第２無酸素槽８の活性汚泥の一部を循環ポンプ１３を用いて無酸素槽（脱窒槽）６に循環させる。活性汚泥の循環率は最初沈殿池流出水３に対して１５０Ｖ／Ｖ％である。また、最終沈殿池９で沈殿した汚泥は、返送汚泥ポンプ１４を用いて最初沈殿池流出水３に対して５０Ｖ／Ｖ％、嫌気槽５に返送する。
【００６０】
各槽の水理学的滞留時間（ＨＲＴ）は、嫌気槽５が２時間、無酸素槽（脱窒槽）６が４時間、好気槽７が８時間、第２無酸素槽８が３０分間とした。また最終沈殿池９のＨＲＴは４時間とした。
【００６１】
嫌気槽５、無酸素槽（脱窒槽）６にはそれぞれＯＲＰ計１６を設置し、りんの放出および脱窒反応の進行状況をモニタリングした。また、好気槽７にはＯＲＰ計１６、ＮＨ4−Ｎ計１０を設置し、りんの摂取と硝化反応の進行状況をモニタリングした。さらに、第２無酸素槽８にはＤＯ計１７を設置し、ＤＯの削減状況をモニタリングした。
【００６２】
最初沈殿池流出水３の水質は、ＢＯＤが平均１０６ｍｇ／Ｌ、ＳＳが平均６７ｍｇ／Ｌ、Ｔ−Ｎ（ト−タル窒素）が平均３２ｍｇ／Ｌ（大半がアンモニア性窒素）、Ｔ−Ｐ（ト−タルりん）が平均４ｍｇ／Ｌ程度であった。以下、各槽の運転方法を詳細に述べる。
【００６３】
嫌気槽５にて、りんの放出を促進するため、嫌気槽５のＯＲＰ１６が−２７０ｍＶを上回った場合、嫌気槽５のＯＲＰ１６を指標として、有機物添加装置４から有機物（本ケースの場合、酢酸）を嫌気槽５に３０ｍｇ／Ｌ−下水となるように添加し、嫌気槽５のＯＲＰ１６を−２７０ｍＶ以下に低下させる方式とした。この結果、嫌気槽５におけるＰＯ4−Ｐ放出濃度は、１０ｍｇ／Ｌ〜２０ｍｇ／Ｌ程度で推移し、安定していた。
【００６４】
無酸素槽（脱窒槽）６では、後段の第２無酸素槽８から循環されてくる汚泥循環水１８中のＮＯｘ−Ｎを除去する。従来のＡ2Ｏ法では、通常、汚泥循環水１８が好気槽７から循環されるため、無酸素槽（脱窒槽）６に１．５〜３．０ｍｇ／Ｌ以上のＤＯが連続的に持ち込まれる。このことにより、無酸素槽（脱窒槽）６では、ＢＯＤで表示される有機物が優先的にＤＯに消費され、この結果、ＮＯｘ−Ｎの除去が悪化する場合がしばしば見られる。しかしながら、本発明では無酸素槽８の活性汚泥を循環ポンプ１３により、最初沈殿池流出水３に対して１５０Ｖ／Ｖ％、無酸素槽（脱窒槽）６に循環させている。したがって、無酸素槽（脱窒槽）６にＤＯがもちこまれ、このＤＯの持込によるＮＯｘ−Ｎの除去が悪化する現象は生じなかった。
【００６５】
しかしながら、無酸素槽（脱窒槽）６において、有機物不足によるＮＯｘ−Ｎ除去率の低下や過剰の有機物が残存し、無酸素槽６においてりんの放出現象が確認される場合が認められた。したがって、無酸素槽（脱窒槽）６のＯＲＰ１６を指標として、以下の運転を行なった。すなわち、無酸素槽（脱窒槽）６のＯＲＰ１８が、−１００ｍＶ以上の場合、換言すれば、有機物不足の場合には、有機物添加装置４から有機物（本ケースの場合、酢酸）を無酸素槽（脱窒槽）６に添加させ、無酸素槽（脱窒槽）６のＯＲＰ１６を−１００ｍＶ以下に低下させた。また、無酸素槽（脱窒槽）６のＯＲＰ１６が−２００ｍＶ以下の場合、換言すれば、過剰の有機物が残存する場合には、ブロア１２を一時的に稼動させ、無酸素槽（脱窒槽）６のＯＲＰ１８が−２００ｍＶ以上になるように維持した。  このようにして、無酸素槽（脱窒槽）６のＯＲＰ１６は、−１００ｍＶから−２００ｍＶに維持した。このことにより、無酸素槽（脱窒槽）６出口のＮＯｘ−Ｎ濃度は０ｍｇ／Ｌ〜０．５ｍｇ／Ｌで推移するとともに、りん濃度の上昇も見られなかった。
【００６６】
好気槽７では、ＮＨ4−ＮのＮＯ3−Ｎまでの酸化とりんの摂取を行なう。好気槽７は複数のブロア１２を設置し、以下の運転条件で好気槽７を運転した。好気槽７の前部から中部は、好気槽７のＯＲＰ１６が＋５０ｍＶ以上＋７０ｍＶ以下に維持されるようにブロア１２の曝気量を制御した。また、好気槽７の後部はブロア１２によって、好気槽７のＮＨ4−Ｎが０．５ｍｇ／Ｌ以下に維持されるように運転した。この結果、好気槽７の出口水のＰＯ4−Ｐ濃度、ＮＨ4−Ｎ濃度はそれぞれ０．０２ｍｇ／Ｌで０．２５ｍｇ／Ｌとなっており、りんの吸収および硝化反応は十分に進行していることが確認できた。
【００６７】
さらに、第２無酸素槽８には、水中攪拌機１１を設置するとともに、第２無酸素槽８のＤＯ１７を連続測定しながら、第２無酸素槽８を攪拌のみで運転した。一般に内生呼吸状態での酸素消費速度は０．１２ｇＯ2／ＭＬＳＳ・ｇ／日程度である。各反応槽の活性汚泥濃度（ＭＬＳＳ濃度）は、２，０００〜３，０００ｍｇ／Ｌ程度であるから、ＨＲＴが１時間もあれば１０〜１５ｍｇ／ＬのＤＯを０とすることが可能である。今回、活性汚泥濃度は３，０００ｍｇ／Ｌ程度に維持されていたため、ＨＲＴが３０分の条件で、好気槽７出口水中の３ｍｇ／ＬのＤＯを０とできた。なお、第２無酸素槽８は、あくまでＤＯを０とすることが目的である。脱窒素を目的とするものではない。むしろ、最終沈殿池９でのりん放出を防ぐためには、脱窒素を促進してはならない。ＮＯｘ−Ｎ濃度を５〜１０ｍｇ／Ｌ残留させることにより、通常の処理時間内であれば、最終沈殿池９および返送汚泥１４中でのりんの放出を防止できる。  実際の第２無酸素槽８出口水のＤＯ濃度は０ｍｇ／Ｌ、ＮＯｘ−Ｎ濃度は５〜１０ｍｇ／Ｌで推移した。なお、無酸素槽６や無酸素槽２０は、脱窒までを目的としており、同じ無酸素槽でもその目的は大きく異なっている。
【００６８】
第２無酸素槽８の出口水に含まれるＰＯ4−Ｐ、ＮＨ4−Ｎは、それぞれ、０．０２ｍｇ／Ｌ、０．２５ｍｇ／Ｌと、好気槽７と大きく変わらなかった。このことは第２無酸素槽８においてりんの溶出が生じなかったことを意味している。第２無酸素槽８のＤＯは０ｍｇ／Ｌ〜０．５ｍｇ／Ｌ以下で推移したが、りんの放出は全く見られなかった。これは第２無酸素槽８のＤＯが０ｍｇ／Ｌ〜０．５ｍｇ／Ｌ以下と低くても、ＮＯｘ−Ｎが平均８ｍｇ／Ｌ（５ｍｇ／Ｌ以上〜１０ｍｇ／Ｌ以下）存在しており、ＮＯｘ−Ｎの存在のため、りんの放出を抑制できたためと思われる。
【００６９】
以上述べたようなＡ2ＯＡ法の運転の結果、処理水１９のＴ−Ｎ濃度、Ｔ−Ｐ濃度は、それぞれ平均７．６ｍｇ／Ｌ、平均０．４０ｍｇ／Ｌとなり、本発明によって窒素、りんを安定して除去できた。
【００７０】
【表１】
2007136298.tif 000003
【００７１】
実施例２：下水からの窒素・りん除去への適用（発明法と従来法の比較）
本発明の方法を、雨水が混入しやすい都市下水処理へ適用し、今回発案した発明法（Ａ3ＯＡ法）と従来法（Ａ2Ｏ法）の処理水質を比較検討した（図１、図３参照）。
【００７２】
今回発案した装置は、図３に示すように、最初沈殿池２、第３無酸素槽（脱窒槽）２０、嫌気槽５、無酸素槽（脱窒槽）６、好気槽７、第２無酸素槽８、最終沈殿池９からなる。図１の従来のＡ2Ｏ法と比較すると、第２無酸素槽８ばかりでなく、前記最初沈殿池２と前記嫌気槽５との間に、更に第３の無酸素槽を備え、前記最終沈殿池９の汚泥の一部を前記嫌気槽５に循環する装置に替えて、前記最終沈殿池９の汚泥の一部を前記第３の無酸素槽８に循環する装置を備える点が大きく異なっている。また、従来のＡ2Ｏ法では好気槽７の末端部のＤＯ１７が重要視され、通常、１．５〜３．０ｍｇ／ＬのＤＯ管理値で運転されているが、本発明では第２無酸素槽８を新たに設け、ＤＯ管理値を０〜０．５ｍｇ／Ｌとしている点が大きく異なっている。
【００７３】
本発明による下水の処理は以下のように実施される。まず、下水１の浮遊物を最初沈殿池２で除去した後、最初沈殿池流出水３を第３無酸素槽（脱窒槽）２０で返送汚泥１５と混合させる。その後、最初沈殿池流出水３と返送汚泥１５の混合水は、嫌気槽５、無酸素槽（脱窒槽）６、好気槽７、第２無酸素槽８、最終沈殿池９を流下していく。さらに、第２無酸素槽８の活性汚泥の一部を循環ポンプ１３を用いて無酸素槽（脱窒槽）６に循環させる。活性汚泥の循環率は最初沈殿池流出水３に対して１５０Ｖ／Ｖ％である。また、最終沈殿池９で沈殿した汚泥は、返送汚泥ポンプ１４を用いて最初沈殿池流出水３に対して５０Ｖ／Ｖ％、嫌気槽５の前段に設置した無酸素槽（脱窒槽）２０に返送する。
【００７４】
各槽の水理学的滞留時間（ＨＲＴ）は、第３無酸素槽（脱窒槽）２０が１時間、嫌気槽５が２時間、無酸素槽（脱窒槽）６が４時間、好気槽７が８時間、第２無酸素槽８が３０分間とした。また最終沈殿池９のＨＲＴは４時間とした。
【００７５】
本発明では嫌気槽５、無酸素槽（脱窒槽）６、第３無酸素槽（脱窒槽）２０にはそれぞれＯＲＰ計１６を設置し、りんの放出および脱窒反応の進行状況をモニタリングした。また、好気槽７にはＯＲＰ計１６、ＮＨ4−Ｎ計１０を設置し、りんの摂取と硝化反応の進行状況をモニタリングした。さらに、第２無酸素槽８にはＤＯ計１７を設置し、ＤＯの削減状況をモニタリングした。一方、図１の従来法では嫌気槽５、無酸素槽（脱窒槽）６にはそれぞれＯＲＰ計１６を設置したが、特に制御は行わなかった。また、好気槽７末端部にはＤＯ計１７を設置し、ＤＯが１．５ｍｇ／Ｌ以上３．０ｍｇ／Ｌ以下となるようにＤＯを制御指標としてブロワの送風量を制御する運転をおこなった。
【００７６】
最初沈殿池流出水３の水質は、ＢＯＤが平均８０ｍｇ／Ｌ、ＳＳが平均４７ｍｇ／Ｌ、Ｔ−Ｎ（ト−タル窒素）が平均３０ｍｇ／Ｌ（大半がアンモニア性窒素）、Ｔ−Ｐ（ト−タルりん）が平均４ｍｇ／Ｌ程度であった。本下水の場合、平均ＢＯＤ／Ｔ−Ｐは２０以下であり、嫌気槽におけるりんの放出が生じにくいことが推定された。
【００７７】
以下、各槽の運転状態を詳細に述べる。
発明法では、返送汚泥１５と最初沈殿池流出水３を第３無酸素槽２０であらかじめ混合し、ＤＯおよびＮＯｘ−Ｎを検出限界以下まで減少させて嫌気槽５に供給した。第３無酸素槽２０ではＯＲＰを指標とし、−２７０ｍＶ以上で有機物を添加した。有機物としては酢酸を使用し、添加量は３０ｍｇ／Ｌ−下水とした。第３無酸素槽２０のＯＲＰは、−２５０〜−３２０ｍＶで推移した。
【００７８】
嫌気槽５のＯＲＰ１６は、年間を通じて、−２７０ｍＶから−３５０ｍＶの範囲で推移し、嫌気槽５では、有機物４添加の必要はほとんど生じなかった。又、嫌気槽５におけるＰＯ4−Ｐ放出濃度は、１０ｍｇ／Ｌ〜２０ｍｇ／Ｌ程度で推移し、安定していた。
【００７９】
一方、従来法では、嫌気槽５のＯＲＰ１６は、−１８０ｍＶから−２８０ｍＶの範囲で推移し、特に、降雨時に上昇した。この結果、嫌気槽５におけるＰＯ4−Ｐ放出濃度は、３ｍｇ／Ｌ〜１５ｍｇ／Ｌ程度と発明法に比べてかなり低い値で推移した。
【００８０】
【表２】
2007136298.tif 000004
【００８１】
無酸素槽（脱窒槽）６では、後段の無酸素槽８から循環されてくる汚泥循環水１８中のＮＯｘ−Ｎを除去する。従来のＡ2Ｏ法では、汚泥循環水１８が好気槽７から循環されるため、汚泥循環水中に１．５．〜３．０ｍｇ／ＬのＤＯが通常含まれており、無酸素槽（脱窒槽）６に、このＤＯが連続的に持ち込まれた。このことにより、無酸素槽（脱窒槽）６では、ＢＯＤで表示される有機物が優先的にＤＯに消費され、この結果、ＯＲＰがしばしば−１００ｍＶ以上まで上昇し、ＮＯｘ−Ｎの除去が悪化する場合が見られた。
【００８２】
しかしながら、本発明では第２無酸素槽８を設置しているため、汚泥循環水１８のＤＯが０〜０．５ｍｇ／Ｌ以下であった。したがって、無酸素槽（脱窒槽）６のＯＲＰは、−１５０ｍＶ〜−２００ｍＶ程度に維持され、ＤＯの持込によるＮＯｘ−Ｎの除去が悪化する現象は生じなかった。
【００８３】
【表３】
2007136298.tif 000005
【００８４】
好気槽７では、ＮＨ4−ＮのＮＯ3−Ｎまでの酸化とりんの摂取を行なう。発明法、従来法とも好気槽７は複数のブロア１２を設置しており、以下の運転条件でそれぞれ好気槽７を運転した。
【００８５】
発明法では好気槽７の前部から中部は、好気槽７のＯＲＰ１６が＋５０ｍＶ以上＋７０ｍＶ以下に維持されるようにブロア１２の曝気量を制御した。また、好気槽７の後部はブロア１２によって、好気槽７末端部のＯＲＰ１６が＋８０ｍＶ以上＋１００ｍＶ以下に維持されるようにブロア１２の曝気量を制御し、ＮＨ4−Ｎが０．５ｍｇ／Ｌ以下に維持されるように運転した。この結果、好気槽７の出口水のＰＯ4−Ｐ濃度、ＮＨ4−Ｎ濃度はそれぞれ平均０．０５ｍｇ／Ｌ（０．０１〜０．２ｍｇ／Ｌ）、平均０．２０ｍｇ／Ｌ（０．１〜０．５ｍｇ／Ｌ）となっており、りんの吸収および硝化反応は十分に進行していることが確認できた。一方、図１の従来法では、好気槽７末端部のＤＯ１７が＋１．５ｍｇ／Ｌ〜３．０ｍｇ／Ｌに維持されるよう、好気槽７の前部から後部にかけてのブロア１２の曝気量を制御した。しかし、降雨期には曝気量を制御だけでＤＯを制御するのが困難であち、ＤＯ１７が上昇しやすく、６ｍｇ／Ｌに達することも見られた。また、好気槽７の出口水のＰＯ4−Ｐ濃度は、０．５〜２ｍｇ／Ｌ（平均０．８ｍｇ／Ｌ）で推移し、不安定な結果となった。この主要な原因は、嫌気槽５におけるＰＯ4−Ｐの放出が十分でなかったことに起因していると推定された。さらに、ＮＨ4−Ｎ濃度は、平均１．２０ｍｇ／Ｌ（０．５〜２ｍｇ／Ｌ）となっており、ＤＯは高いものの硝化反応が十分に進行していない場も見られた。
【００８６】
【表４】
2007136298.tif 000006
【００８７】
さらに、発明法では第２無酸素槽８には、水中攪拌機１１を設置するとともに、第２無酸素槽８のＤＯ１７を連続測定しながら、第２無酸素槽８を攪拌のみで運転した。一般に内生呼吸状態での酸素消費速度は０．１２ｇＯ2／ＭＬＳＳ・ｇ／日程度である。各反応槽の活性汚泥濃度（ＭＬＳＳ濃度）は、２，０００〜３，０００ｍｇ／Ｌ程度であるから、ＨＲＴが１時間もあれば１０〜１５ｍｇ／ＬのＤＯを０とすることが可能である。今回、活性汚泥濃度は３，０００ｍｇ／Ｌ程度に維持されていたため、ＨＲＴが１０分の条件で、好気槽７出口水中の１〜２ｍｇ／ＬのＤＯを０とできた。第２無酸素槽８の出口水に含まれるＰＯ4−Ｐ、ＮＨ4−Ｎは、それぞれ、０．０５ｍｇ／Ｌ、０．８０ｍｇ／Ｌと、好気槽７と変わらなかった。第２無酸素槽８のＤＯは０ｍｇ／Ｌ〜０．２ｍｇ／Ｌ以下で推移したが、りんの放出は全く見られなかった。これは第２無酸素槽８のＤＯが０ｍｇ／Ｌ〜０．２ｍｇ／Ｌ以下と低くても、ＮＯｘ−Ｎが平均７．５ｍｇ／Ｌ（６ｍｇ／Ｌ以上〜９ｍｇ／Ｌ以下）存在しており、ＮＯｘ−Ｎの存在のため、りんの放出を抑制できたためと思われる。
【００８８】
最終沈殿池９において、第２無酸素槽８から流出した汚泥は沈降し、処理水１９と分離される。沈降した汚泥は、返送汚泥１５として返送汚泥ポンプ１４により、第３無酸素槽（脱窒槽）２０に返送される。返送汚泥１５中のＮＯｘ−Ｎ濃度は、最終沈殿池９における内生脱窒反応により減少したが、平均４ｍｇ／Ｌ（２ｍｇ／Ｌ以上〜６ｍｇ／Ｌ以下）まで残留した。ＮＯｘ−Ｎが枯渇することはなかったため、ＰＯ4−Ｐの放出は見られなった。さらに、返送汚泥１５に含まれるＮＯｘ−Ｎは、第３無酸素槽（脱窒槽）２０で完全に除去され、嫌気槽５への流入は無視できた。
【００８９】
以上述べたように、従来法（Ａ2Ｏ法）のままでは対応できなかったような地域においても、今回の発明法を適用すれば、表５のように窒素、りんを安定して除去できる。
【００９０】
【表５】
2007136298.tif 000007
【００９１】
実施例３：好気槽７におけるＤＯとりん摂取の関係の検討
図２の嫌気槽５から、活性汚泥６０Ｌを引き抜き、２系列の１００Ｌタンク（図示せず）にそれぞれ投入した。１系列は初期のＤＯを０．４〜０．５ｍｇ／Ｌ以下、他の１系列はＤＯを２．０〜２．５ｍｇ／Ｌに維持する程度に攪拌と曝気を行い、水質の経時変化を追跡した。ＤＯを０．４〜０．５ｍｇ／Ｌ以下に維持した系列の結果を図５に、また、ＤＯを２．０〜２．５ｍｇ／Ｌに維持した系列の結果を図６に示す。なお、水温は２５℃、ＭＬＳＳは１，５００ｍｇ／Ｌであった。この結果から、好気槽におけるＰＯ4−Ｐの摂取は、  ＤＯが０．４〜０．５ｍｇ／Ｌでも阻害は生じなかった。このため、好気槽のＤＯをあえて従来基準のように１．５ｍｇ／Ｌ以上に維持する必要性はないと考えられた。また、りんの摂取には、ＤＯに関わらず、４〜５時間程度必要であった。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】従来のＡ2Ｏ法のプロセスフローである。
【図２】本発明によるＡ2Ｏ変法  （Ａ2ＯＡ法）のプロセスフローである。
【図３】本発明によるＡ2Ｏ変法  （Ａ3ＯＡ法）のプロセスフローである。
【図４】本発明によるＡ2Ｏ変法のプロセスフローである。
【図５】好気槽における水質の経時変化である（初期ＤＯ＝０．４〜０．５ｍｇ／Ｌ制御）。
【図６】好気槽における水質の経時変化である（初期ＤＯ＝２．０〜２．５ｍｇ／Ｌ制御）。
【符号の説明】
【００９３】
１    下水
２    最初沈殿池
３    最初沈殿池流出水
４    有機物添加装置
５    嫌気槽
６    無酸素槽（脱窒槽）
７    好気槽
８    第２無酸素槽
９    最終沈殿池
１０    ＮＨ4−Ｎ濃度計
１１    水中攪拌機
１２    ブロア
１３    汚泥循環ポンプ
１４    返送汚泥ポンプ
１５    返送汚泥
１６    ＯＲＰ計
１７    ＤＯ計
１８    汚泥循環水
１９    処理水
２０    第３無酸素槽（脱窒槽）
【図１】
2007136298.tif 000008
【図２】
2007136298.tif 000009
【図３】
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【図４】
2007136298.tif 000011
【図５】
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【図６】
2007136298.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成19年2月15日(2007.2.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
最初沈殿池、嫌気槽、無酸素槽（脱窒槽）、好気槽、最終沈澱池からなり、好気槽末端部の活性汚泥を無酸素槽（脱窒槽）に循環させる生物学的窒素およびりん除去プロセス（Ａ2Ｏ法）において、好気槽の後段に第２の無酸素槽を設け、当該第２の無酸素槽末端部の活性汚泥を前段の無酸素槽（脱窒槽）に循環させるとともに、前記好気槽末端部から前段の無酸素槽（脱窒槽）への汚泥循環を停止することを特徴とする下水からの窒素及びりんの除去方法。
【請求項２】
好気槽後段の第２無酸素槽の底部に水中攪拌機を設置し、活性汚泥を攪拌するとともに活性汚泥中のＤＯを０．５ｍｇ／Ｌ以下まで低下させることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
好気槽後段の第２無酸素槽のＤＯを０．５ｍｇ／Ｌ以下まで低下させる手段として、活性汚泥の内生呼吸を利用することを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
好気槽において、ＮＨ4−Ｎ濃度を連続測定し、ＮＨ4−Ｎの測定値によって好気槽の曝気量を制御することにより、汚泥循環水中のＮＨ4−Ｎ濃度を０．５ｍｇ／Ｌ以下まで低下させることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
返送汚泥と最初沈殿池流出水を混合し、ＤＯおよびＮＯｘ−Ｎ（ＮＯ2−ＮとＮＯ3−Ｎの和）を検出限界以下まで削減した後、この混合水を嫌気槽に流入させることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
返送汚泥と最初沈殿池流出水を混合し、ＤＯおよびＮＯｘ−Ｎ（ＮＯ2−ＮとＮＯ3−Ｎの和）を検出限界以下まで削減する手段として、第３の無酸素槽（脱窒槽）を嫌気槽の前段に設けることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
嫌気槽の前段に設けた第３の無酸素槽に有機物、硫黄化合物の少なくともいずれかを添加して、嫌気槽流入水中のＤＯおよびＮＯｘ−Ｎ（ＮＯ2−ＮとＮＯ3−Ｎの和）を検出限界以下まで削減することを特徴とする、請求項５または６に記載の方法。
【請求項８】
最初沈殿池、嫌気槽、無酸素槽（脱窒槽）、好気槽、第２の無酸素槽、及び最終沈澱池を順に備え、更に、前記最終沈殿池の活性汚泥の一部を前記嫌気槽に循環する装置と、前記第２の無酸素槽内の活性汚泥の一部を前記無酸素槽（脱窒槽）へ循環する装置とを、備えることを特徴とする下水からの生物学的窒素及びりんの除去装置。
【請求項９】
前記最初沈殿池と前記嫌気槽との間に、更に第３の無酸素槽を備え、前記最終沈殿池の活性汚泥の一部を前記嫌気槽に循環する装置に替えて、前記最終沈殿池の活性汚泥の一部を前記第３の無酸素槽に循環する装置を、備えることを特徴とする下水からの生物学的窒素及びりんの除去装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下水や廃水中に含まれる窒素およびりんを生物学的に除去する方法、特に嫌気槽、無酸素槽、好気槽からなる生物学的窒素およびりん同時除去法を安定的かつ効率的に運転する方法、並びにその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
まず、りんの除去に関する従来技術の原理を説明する。
都市下水中の全りん濃度は、５〜１０ｍｇ／Ｌ程度であり、これは屎尿、洗剤、工業薬品などに由来している。りんを除去する方法としては、鉄やアルミニウムの凝集剤を用いる凝集沈殿法が最も確実であるものの、凝集剤による余剰汚泥量の増加や薬品費の増大の短所がある。このため、下水からのりんの除去方法として、活性汚泥を用いるりん除去プロセスも広く用いられるようになった。
【０００３】
これは、活性汚泥中のある種の微生物（以下、りん蓄積細菌）は、先ず嫌気性条件下において、りんを放出させると、次に好気性条件下ではりんを過剰に摂取しようとする性質を利用したもので、都市下水処理の分野で実用化が進んでいる。このような方式を採用すると下水の活性汚泥中のりん濃度が２〜３％から５〜６％程度に増大するといわれている。
【０００４】
次に、窒素の除去に関する従来技術の原理を説明する。
都市下水中の大半の窒素は、アンモニア性窒素（ＮＨ4−Ｎ）であり、通常、２０〜５０ｍｇ／Ｌ程度の濃度である。都市下水からのＮＨ4−Ｎ除去方法としては、以下のような生物学的硝化−脱窒法が広く知見されている。これは、絶対好気性・独立栄養細菌（Ｎｉｔｒｏｓｏｍｏｎａｓ、Ｎｉｔｒｏｂａｃｔｅｒ等の硝化細菌）による生物学的酸化反応（硝化工程ともいう）と通性嫌気性・従属栄養細菌（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ等）による生物学的還元反応（脱窒工程ともいう）の組み合わせから成っている。
【０００５】
まず、硝化工程は以下の２段の反応から成っており、関与する硝化細菌の種類は異なっている。
【０００６】
２ＮＨ4+  ＋  ３Ｏ2  →  ２ＮＯ2-＋２Ｈ2Ｏ＋４Ｈ+    −−−−−−−−（１）
２ＮＯ2-  ＋    Ｏ2  →  ２ＮＯ3-                  −−−−−−−−−（２）
【０００７】
（１）式に示す反応は、Ｎｉｔｒｏｓｏｍｏｎａｓを代表種とするアンモニア酸化細菌によってもたらされ、（２）式に示す反応は、Ｎｉｔｒｏｂａｃｔｅｒを代表種とする亜硝酸酸化細菌によってもたらされる。
【０００８】
次に脱窒工程であるが、上記反応によって生成した亜硝酸性窒素（ＮＯ2−Ｎ）並びに硝酸性窒素（ＮＯ3−Ｎ）は、通性嫌気性従属栄養細菌を用いて、無酸素条件下で、以下のように還元されて酸化窒素ガス（Ｎ2Ｏ）あるいは窒素ガス（Ｎ2）となり大気中に放散される。
【０００９】
２ＮＯ2-  ＋  ６Ｈ2  →  Ｎ2  ＋２Ｈ2Ｏ＋２ＯＨ-    −−−−−−−−−（３）
２ＮＯ3-  ＋１０Ｈ2  →  Ｎ2  ＋４Ｈ2Ｏ＋２ＯＨ-    −−−−−−−−−（４）
【００１０】
通性嫌気性従属栄養細菌は、水素供与体が必要であり、水素供与体として有機物が通常利用される。都市下水などでは、下水中の有機物（ＢＯＤ成分）がそのまま用いられ、有機物を含まない廃水ではメチルアルコールなどが外部から添加されることが多い。
【００１１】
最後に、下水処理の分野で実用化されている下水からの窒素およびりんの同時除去プロセスについて説明する。本法は、原理的には生物学的りん除去プロセスと生物学的窒素除去プロセスを組み合わせてりんと窒素を同時に除去するものである。
【００１２】
具体的には、本プロセスは、図１に示すように、最初沈殿池、嫌気槽、無酸素槽（脱窒槽）、好気槽（硝化槽）、最終沈殿池から構成されている。Ａ2Ｏ法（Ａｎａｅｒｏｂｉｃ−Ａｎｏｘｉｃ−Ｏｘｉｃ  Ｐｒｏｃｅｓｓ）として広く呼称されている。
【００１３】
まず、下水は、最初沈澱池において、重力沈降によって下水中の粗大な懸濁物質を除去する。嫌気槽においては、りんを過剰に放出させる。嫌気状態とは、溶存酸素（ＤＯ）およびＮＯｘ−Ｎとして存在する結合態の酸素が無い状態として定義される。その後、りんは無酸素槽および好気槽において順次摂取させる。また、無酸素状態とはＤＯの無い状態として定義されている。好気状態とはＤＯの存在する状態として定義されている。
【００１４】
下水中のＮＨ4−Ｎは、好気槽において硝化細菌によりＮＯ3−Ｎまで酸化させる。この好気槽のＮＯ3−Ｎを含有した活性汚泥を無酸素槽に循環させる。無酸素槽において、ＮＯ3−Ｎは多くの種類の脱窒細菌によりＮ2まで還元され水中から除去される。窒素の除去率は循環量によって決定され、循環率（循環水量／最初沈殿池流出水量）は、通常１００Ｖ／Ｖ％から２００Ｖ／Ｖ％程度である。最終沈澱池においては活性汚泥を重力沈降により分離し、上澄液は処理水として放流し、沈降した汚泥は嫌気槽に返送される。返送率（汚泥返送量／最初沈殿池流出水量）は、通常、５０Ｖ／Ｖ％程度である。一部の汚泥は、余剰汚泥として系外に引き抜かれる。すなわち、下水に含まれていたりんは、汚泥中に含まれるりんの形で引き抜かれるのである。
【００１５】
このようにＡ2Ｏ法は、生物学的な窒素及びりん除去の原理を巧みに組み合わせた優れた方法であり、実用化が進んでいる。
この一方で、生物学的なりん除去と窒素除去の制御が難しく、処理性能が安定しない事例が多く見られる。
【００１６】
例えば、りん除去に関しては、嫌気槽において十分なりんの放出を起こさせることが重要である。りん除去阻害の要因としては、ＤＯ、ＮＯｘ−Ｎの流入や有機物（特に有機酸）の欠乏があげられる。例えば、雨水が下水に流入すると上記のような処理性能が安定しない現象が生じることが知られている。また、無酸素槽においては、十分な脱窒反応が得られなかったり、脱窒は進むもののりんの放出が生じてしまうことがある。脱窒阻害の要因としてはＤＯ、ＮＯｘ−Ｎの過剰な流入や有機物の欠乏があげられる。りん放出の要因としては、逆に、有機物の過剰な残存が考えられる。
【００１７】
発明者らは、このようなＡ2Ｏ法の不安定化の要因として、好気槽の運転方法の影響が特に大きいと考えた。すなわち、通常、Ａ2Ｏ法における好気槽出口付近のＤＯは、硝化促進の観点から１．５〜３．０ｍｇ／Ｌが望ましいとされている（非特許文献１を参照のこと）。
【００１８】
さらに、実際には好気槽のＤＯは、これ以上のＤＯ値、例えば３〜５ｍｇ／Ｌのレベルで運転されている場合もしばしば知見される。この現象は、実際に処理している下水量が計画下水量よりも少ない場合や水質が計画値よりも低い場合に特に多く見られる。加えて、水温が上昇し、反応速度の上昇する夏場には好気槽のＤＯはさらに高くなりやすい。これは、好気槽の途中で硝化反応が完了すると、活性汚泥による酸素要求量が激減するため、曝気量をかなり下げても、好気槽のＤＯが過剰に残存しやすくなる理由による。また、曝気量を極端に低下させると活性汚泥の沈降、堆積が生ずるので、活性汚泥の攪拌の観点から曝気量の削減に限界がある。このため、どうしても好気槽末端のＤＯは高くなりやすい。
【００１９】
さらに、実際の下水量や下水水質が計画値にほぼ沿っている場合には、好気槽でＤＯをあえて上げなくても、硝化反応を完全に終了させることができるはずである。しかし、このような場合においても、好気槽のＤＯを１．５〜３．０ｍｇ／Ｌにあえて維持する必要は全く無いにもかかわらず、好気槽のＤＯを高めに維持している場合が多々ある。
【００２０】
このような好気槽のＤＯを高めに維持する運転は、エネルギー消費の面でデメリットがあるものの、最終沈殿池での汚泥嫌気化によるりん放出の防止や透視度向上などの様々なメリットがあるとされており、一見すると極めて安全側にたった管理のようにも思える。
【００２１】
しかしながら、実際には、Ａ2Ｏ法におけるこのような運転管理こそが、さまざまな弊害を生じてしまう原因となるのである。
まず、このような好気槽の運転方法は、好気槽から無酸素槽への循環水中に大量のＤＯを存在させることとなるため、無酸素槽における脱窒性能を悪化させることとなる。
【００２２】
以下に、有機物として、酢酸の場合のＤＯとの反応式、ＮＯｘ−Ｎとの反応式を示す。一般に活性汚泥中の脱窒細菌は、通性の細菌であり、ＤＯとＮＯｘ−Ｎの両方を利用できるが、並存する場合はＤＯを優先して用いてしまう。したがって、無酸素槽において、ＤＯが流入すると、ＤＯはＮＯｘ−Ｎに先行して、（５）式のように下水中の有機物と脱窒細菌を介してすぐに反応してしまう。ＮＯｘ−Ｎと酢酸の反応（６）は、ＤＯが消失してから開始されるが、それまでに有機物が使われてしまえば、（６）式は進行せず、ＮＯｘ−Ｎは、残存することとなり、結果として脱窒効率が低下してしまうのである。たとえば、（５）式のようにＯ2が１．５ｍｇ／Ｌから３．０ｍｇ／Ｌ存在すると、酢酸もほぼ同様の１．５ｍｇ／Ｌから３．０ｍｇ／Ｌ消費されてしまう。
【００２３】
２Ｏ2  ＋  ＣＨ3ＣＯＯＨ      →  ２ＣＯ2＋２Ｈ2Ｏ        −−−−−−（５）
８ＮＯ3-  ＋  ５ＣＨ3ＣＯＯＨ  →  ４Ｎ2＋１０ＣＯ2＋６Ｈ2Ｏ＋８ＯＨ−（６）
したがって、最初沈殿池、嫌気槽、無酸素槽、好気槽、最終沈澱池からなり、好気槽の汚泥を無酸素槽に循環させる生物学的窒素およびりん除去プロセス（Ａ2Ｏ法）においては、汚泥循環水のＤＯはできれば０ｍｇ／Ｌであることが望ましいが、ＤＯが０．５ｍｇ／Ｌ以下であれば、ＤＯの影響をほぼ無視することができる。
【００２４】
次に、好気槽のＤＯが高いとＮＯｘ−Ｎが返送汚泥中に残存しやすくなることがあげられる。最終沈殿池において、汚泥が沈降し濃縮すると汚泥内部で内生呼吸によりＤＯが徐々に消費される。ＤＯが消失すると内生脱窒反応（活性汚泥内に蓄積、吸着された有機物とＮＯｘ−Ｎの反応）によりＮＯｘ−Ｎが消費される。さらに、ＮＯｘ−Ｎが消失するとりんの放出が観測されることになる。しかし、ＤＯが大量に存在すると、上記のような内生脱窒反応が生じにくくなるため、ＮＯｘ−Ｎはそのまま返送汚泥に残存しやすくなる。この結果、嫌気槽に返送汚泥を介してＮＯx−Ｎが流入しやすくなる。嫌気槽において、ＮＯx−Ｎが存在すると、（６）式のようにりんの放出に必要な有機酸は直ちに分解されてしまう。例えば、ＮＯ3−Ｎが１ｍｇ／Ｌ存在すると、これに伴い、酢酸２．７ｍｇ／Ｌが消費されることとなる。ＮＯ3−Ｎの存在が酢酸の消費に及ぼす影響が極めて大きいことがわかる。嫌気槽において、酢酸が欠乏すれば、りんの放出が継続的に抑制され、結果的にはりんの除去率の低下を招くこととなる。
【００２５】
さらに、好気槽の高いＤＯの存在は、硝化反応の進行を必ずしも意味しないと考えられる。言い換えれば、硝化反応を進行させるためには酸素はもちろん必要であるが、酸素が存在したからといって、硝化反応が進行していると判断することはできない。例えば、硝化細菌の活性が低下したり、死滅した場合には酸素消費がなくなり、好気槽は高いＤＯを示すこととなる。
【００２６】
また、同様に、好気槽の高いＤＯの存在は、りん摂取反応の進行も意味しないと考えられる。りん摂取反応は、りん蓄積細菌による有機物分解であり、酸素は必要であるが、酸素が存在するからといって、りん摂取反応が進行しているとは限らない。例えば、りん蓄積細菌の活性が低下したり、死滅した場合には酸素消費がなくなり、好気槽は高いＤＯを示すこととなる。このように、好気槽を高いＤＯで管理したとしても、そのことは必ずしも処理性能の安定を示すものではないのである。
【００２７】
このような観点から、Ａ2Ｏ法の運転は、従来の考え方のままでは、窒素とりんの安定的除去は難しいと考えられる。
【非特許文献１】高度処理設計マニュアル、ｐ２２５−２５２、日本下水道協会、平成６年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２８】
上記課題を簡単にまとめると、Ａ2Ｏ法においては好気槽の運転方法の影響が極めて大きく、従来の好気槽の運転方法は、必ずしもすべての現場に一般的に適用できるものではない。すなわち、好気槽でのＤＯを高めに維持する運転方法が処理の不安定さの主要な要因となっている場合が多い。好気槽でのＤＯの高めの維持が、嫌気槽でのりん放出の抑制や無酸素槽での脱窒効率の低下と深く結びつき、処理の不安定化を招いているのである。今回の発明はこのような観点から、Ａ2Ｏ法の運転管理方法の抜本的な変更をはかり、処理水質を安定化する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】
【００２９】
本発明者らは、上記の課題を解決すべく検討を重ねた結果、以下の方法により、窒素とりんを含有する下水を安定して効率的に処理することに成功した。本発明の要旨とするところは、次の（１）〜（９）である。
【００３０】
（１）最初沈殿池、嫌気槽、無酸素槽（脱窒槽）、好気槽、最終沈澱池からなり、好気槽末端部の活性汚泥を無酸素槽（脱窒槽）に循環させる生物学的窒素およびりん除去プロセス（Ａ2Ｏ法）において、好気槽の後段に第２の無酸素槽を設け、当該第２の無酸素槽末端部の活性汚泥を前段の無酸素槽（脱窒槽）に循環させるとともに、前記好気槽末端部から前段の無酸素槽（脱窒槽）への汚泥循環を停止することを特徴とする下水からの窒素及びりんの除去方法。
【００３１】
（２）好気槽後段の第２無酸素槽の底部に水中攪拌機を設置し、活性汚泥を攪拌するとともに活性汚泥中のＤＯを０．５ｍｇ／Ｌ以下まで低下させることを特徴とする上記（１）に記載の下水からの窒素及びりんの除去方法。
【００３２】
（３）好気槽後段の第２無酸素槽のＤＯを０．５ｍｇ／Ｌ以下まで低下させる手段として、活性汚泥の内生呼吸を利用することを特徴とする上記（１）又は（２）のいずれかに記載の下水からの窒素及びりんの除去方法。
【００３３】
（４）好気槽において、ＮＨ4−Ｎ濃度を連続測定し、ＮＨ4−Ｎの測定値によって好気槽の曝気量を制御することにより、汚泥循環水中のＮＨ4−Ｎ濃度を０．５ｍｇ／Ｌ以下まで低下させることを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれかに記載の下水からの窒素及びりんの除去方法。
【００３４】
（５）返送汚泥と最初沈殿池流出水を混合し、ＤＯおよびＮＯｘ−Ｎ（ＮＯ2−ＮとＮＯ3−Ｎの和）を検出限界以下まで削減した後、この混合水を嫌気槽に流入させることを特徴とする上記（１）〜（４）のいずれかに記載の下水からの窒素及びりんの除去方法。
【００３５】
（６）返送汚泥と最初沈殿池流出水を混合し、ＤＯおよびＮＯｘ−Ｎ（ＮＯ2−ＮとＮＯ3−Ｎの和）を検出限界以下まで削減する手段として、第３の無酸素槽（脱窒槽）を嫌気槽の前段に設けることを特徴とする上記（５）に記載の下水からの窒素及びりんの除去方法。
【００３６】
（７）嫌気槽の前段に設けた第３の無酸素槽に有機物、硫黄化合物の少なくともいずれかを添加して、嫌気槽流入水中のＤＯおよびＮＯｘ−Ｎ（ＮＯ2−ＮとＮＯ3−Ｎの和）を検出限界以下まで削減することを特徴とする上記（５）又は（６）に記載の下水からの窒素及びりんの除去方法。
【００３７】
（８）最初沈殿池、嫌気槽、無酸素槽（脱窒槽）、好気槽、第２の無酸素槽、及び最終沈澱池を順に備え、更に、前記最終沈殿池の活性汚泥の一部を前記嫌気槽に循環する装置と、前記第２の無酸素槽内の活性汚泥の一部を前記無酸素槽（脱窒槽）へ循環する装置とを、備えることを特徴とする下水からの生物学的窒素及びりんの除去装置。
【００３８】
（９）前記最初沈殿池と前記嫌気槽との間に、更に第３の無酸素槽を備え、前記最終沈殿池の活性汚泥の一部を前記嫌気槽に循環する装置に替えて、前記最終沈殿池の活性汚泥の一部を前記第３の無酸素槽に循環する装置を、備えることを特徴とする下水からの生物学的窒素及びりんの除去装置。
【発明の効果】
【００３９】
本発明により、窒素およびりんを含有する下水から窒素およびりんを安定して除去することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
従来のＡ2Ｏ法のフローを図１に示す。また、又本発明の処理フロ−の１例を図２、図３に示す。
【００４１】
本発明は、換言すれば従来のＡ2Ｏ法の変法である。Ａ2ＯＡ法（嫌気−無酸素−好気−無酸素）あるいはＡ3ＯＡ法（無酸素−嫌気−無酸素−好気−無酸素）ともいうことができる。
すなわち、図２のＡ2ＯＡ法は、最初沈殿池２、嫌気槽５、無酸素槽（脱窒槽）６、好気槽７、第２無酸素槽８、最終沈澱池９を備え、更に、前記最終沈殿池の活性汚泥の一部を前記嫌気槽に循環する装置（返送汚泥１５を送る配管と返送汚泥ポンプ１４からなる）、と、前記第２の無酸素槽内の活性汚泥の一部を前記無酸素槽（脱窒槽）へ循環する装置（活性汚泥を含む汚泥循環水１８を送る配管と汚泥循環ポンプ１３からなる）とを備える。
【００４２】
また、図３のＡ3ＯＡ法は、最初沈殿池２、第３無酸素槽（脱窒槽）２０、嫌気槽５、無酸素槽（脱窒槽）６、好気槽７、第２無酸素槽８、最終沈澱池９を備え、更に、前記最終沈殿池の汚泥の一部を前記第３の無酸素槽に循環する装置（返送汚泥１５を送る配管と返送汚泥ポンプ１４からなる）と、前記第２の無酸素槽内の活性汚泥の一部を前記無酸素槽（脱窒槽）へ循環する装置（活性汚泥を含む汚泥循環水１８を送る配管と汚泥循環ポンプ１３からなる）とを備える。
【００４３】
図２、図３は共に、好気槽７の活性汚泥ではなく、第２無酸素槽８の活性汚泥を循環させるのである。
【００４４】
図１に示す従来のＡ2Ｏ法における好気槽７出口のＤＯ１７は、硝化促進、りん摂取促進、最終沈殿池でのりん放出防止などの観点から１．５〜３．０ｍｇ／Ｌが望ましいとされていた。しかしながら、このような運転指標は、多くの課題がある。この課題を列挙すると以下のようになる。
【００４５】
１）  高いＤＯを保持する好気槽７の末端の活性汚泥が無酸素槽６に送られるため、無酸素槽６での脱窒反応が阻害されやすい。
２）  高いＤＯを保持する好気槽７の末端の活性汚泥が最終沈殿池９に送られるため、返送汚泥１５にＮＯｘ−Ｎが残留しやすくなる。このＮＯｘ−Ｎは、嫌気槽５におけるりん放出の阻害となる。
３）  好気槽７末端の高いＤＯの存在は、硝化反応の進行を意味しない。言い換えれば、硝化反応の進行には酸素は必要であるが、酸素が存在するからといって、硝化反応が進行しているとは限らない。
４）  好気槽７末端の高いＤＯの存在は、りん摂取反応の進行を意味しない。言い換えれば、りん摂取反応の進行には酸素は必要であるが、酸素が存在するからといって、りん摂取反応が進行しているとは限らない。
５）  嫌気槽５や無酸素槽６においてＤＯがたとえ０であっても、ＮＯｘ−Ｎが存在すれば、嫌気槽５でのりんの放出は抑制される。りんの放出が生じるのはＮＯｘ−Ｎが消失した後である。したがって、りんの放出を促進あるいは抑制する場合にはＤＯばかりでなくＮＯｘ−Ｎの管理が必要である。この視点が嫌気槽５、無酸素槽（脱窒槽）６、最終沈殿池９の管理から抜け落ちている。
【００４６】
発明者らは、従来のこのようなＡ2Ｏ法の課題を解決するため、今回のような発明に至ったものである。この具体的手段を以下に詳細に述べる。
まず、最初沈殿池２、嫌気槽５、無酸素槽６（脱窒槽）、好気槽７、最終沈澱池８からなり、好気槽７末端部の活性汚泥を無酸素槽６（脱窒槽）に循環させる生物学的窒素およびりん除去プロセス（Ａ2Ｏ法）において、好気槽７の後段にさらに第２の無酸素槽８を設けるのである（図２参照）。そして、この第２無酸素槽８末端部の活性汚泥を前段の無酸素槽（脱窒槽）６に循環させる。この第２無酸素槽８および活性汚泥循環液１８中のＤＯは、０．５ｍｇ／Ｌ以下が望ましく、できれば０ｍｇ／Ｌとすべきである。好気槽７から前段の無酸素槽（脱窒槽）６への汚泥循環は停止させる。好気槽７の後段に設けた第２無酸素槽８の目的は、文字通り、無酸素化、すなわち、ＤＯを０とすることであり、脱窒素ではない。むしろ、ＮＯｘ−Ｎは最終沈殿池９でのりんの放出を抑制する観点から削減しないことが重要である。第２無酸素槽８の底部には、水中攪拌機１１を設置し、攪拌のみで運転する。曝気による攪拌は行わない。
【００４７】
ＤＯの削減には、活性汚泥の内生呼吸を利用することが望ましい。一般に内生呼吸状態での酸素消費速度は０．１２ｇＯ2／ＭＬＳＳ・ｇ／日程度である。Ａ2Ｏ法においては、反応槽の活性汚泥濃度（ＭＬＳＳ濃度）は、２，０００〜３，０００ｍｇ／Ｌ程度で運転される。したがって、第２無酸素槽８のＨＲＴは、１時間もあれば１０〜１５ｍｇ／ＬのＤＯを０とすることが可能である。仮に、好気槽７のＤＯが３ｍｇ／Ｌ、活性汚泥濃度は３，０００ｍｇ／Ｌ程度に維持されているとすると、ＨＲＴが１２分程度の条件で、好気槽７の出口水中の３ｍｇ／ＬのＤＯを０とできる計算となる。なお、繰り返すが、この好気槽７の後段に設けた第２無酸素槽８は、あくまでＤＯを０とすることが目的である。脱窒素を目的とするものではない。
【００４８】
好気槽７の後段に設けた第２無酸素槽８で注意すべきことは、最終沈殿池９でのりんの放出の抑制である。このため、本発明では、第２無酸素槽８の出口水のＮＯｘ−Ｎ濃度を５．０ｍｇ／Ｌ以上１０ｍｇ／Ｌ以下残存させる。第２無酸素槽８でＮＯｘ−Ｎを完全に除去することはしない。これは、完全な脱窒の達成、すなわちＮＯｘ−Ｎの完全な消失は、最終沈殿池９でのりんの放出を促進するからである。一方、ＮＯｘ−Ｎ濃度が５．０ｍｇ／Ｌ以上あれば、最終沈殿池９でのりんの放出を防止できる。このように、最終沈殿池９でのりん放出を防ぐためには、第２無酸素槽８において脱窒素を促進してはならない。また、ＮＯｘ−Ｎ濃度を５．０ｍｇ／Ｌ以上残留させることにより、最終沈殿池９から嫌気槽５への返送汚泥１５中でのりんの放出も防止できる。
【００４９】
従来のＡ2Ｏ法では、好気槽７末端部のＤＯは、通常、１．５〜３．０ｍｇ／Ｌが望ましいとされてきた。しかし、硝化反応が好気槽７で完了していることが確認できれば、必ずしもこれに準ずる必要は全く無い。既に硝化反応が完了していれば、好気槽７末端のＤＯは０ｍｇ／Ｌ以上０．５ｍｇ／Ｌ以下で全くかまわない。ＤＯは先にも述べたが、硝化反応の完了を確認する方法には使えない。好気槽７において、硝化反応の完了を確認する方法としては以下のような方法がある。
【００５０】
好気槽７において、ＮＨ4−Ｎ濃度を連続測定し、ＮＨ4−Ｎの測定値によって好気槽７の曝気量を制御することにより、好気槽７末端において、ＮＨ4−Ｎ濃度を０．５ｍｇ／Ｌ以下まで低下させる。ＮＨ4−Ｎ濃度を０．５ｍｇ／Ｌ以下まで低下させれば、下水（１）中のＮＨ4−Ｎが２０ｍｇ／Ｌから５０ｍｇ／Ｌ程度の場合、硝化率は９７．５から９９％となり、硝化反応がほぼ完了していると判断できる。
【００５１】
好気槽７でのりんの摂取については、従来、好気槽７でのＤＯ濃度との関連が多く指摘されてきた。すなわち、好気槽７でＤＯが不足すると、好気槽７でのりんの摂取が阻害される可能性があるため、概ね、好気槽７末端のＤＯ濃度は、１．５〜３．０ｍｇ／Ｌが望ましいとされている（非特許文献１）。しかしながら、発明者らの見解は全く異なる。りんの摂取に酸素は必要であるが、酸素が十分あるからといって、りん蓄積細菌によるりんの摂取が順調とみなすのは疑問である。実際、発明者らの実験では、活性汚泥中にりん蓄積細菌が十分に存在していれば、好気槽７のＤＯ濃度が０．５ｍｇ／Ｌであっても、２ｍｇ／Ｌであってもりんの摂取に明確な差は全く認められなかった（図４、図５参照）。したがって、好気槽７のＤＯが低くてもりんの摂取には全く問題はないと思われる。
【００５２】
脱窒素を行う無酸素槽６（脱窒槽）の運転は以下のように実施する。本発明では、無酸素槽６（脱窒槽）に流入する汚泥循環水１８のＤＯ値が０から０．５ｍｇ／Ｌ以下となるため、ＤＯによる脱窒反応の阻害は極めて軽微となる。したがって、無酸素槽６のＮＯｘ−Ｎ除去率は、ＤＯの存在が無視できる為、有機物の絶対量によって判断できることになる。無酸素槽（脱窒槽）６を制御する１つの手段としては、無酸素槽６のＯＲＰが−１５０ｍＶ〜−２００ｍＶとなるように制御する。ＯＲＰを−２００ｍＶ以上とするためには、無酸素槽６をブロア１２により曝気し、ＯＲＰを上昇させる。また、ＯＲＰを−１５０ｍＶ以下とするためには、有機物および／または硫黄化合物を無酸素槽６（脱窒槽）に添加すればよい。有機物としては、メタノール、酢酸、酢酸ナトリウムなどから適宜選べばよい。硫黄化合物としては、チオ硫酸ナトリウム、元素硫黄などの適用が考えられる（（７）式参照）。
【００５３】
８ＮＯ3-  ＋  ５Ｓ2Ｏ32-  ＋Ｈ2Ｏ→  ４Ｎ2＋１０ＳＯ42-＋２Ｈ+    −−（７）
【００５４】
有機物や硫黄化合物を含む下水（１）を用いてもかまわない。
次に、最終沈殿池９での留意点を述べる。最終沈殿池９でのりんの放出は、ＮＯｘ−Ｎの存在と強い関連があり、ＮＯｘ−Ｎが存在していればりんの放出は生じない。発明者らの考えでは、Ａ2Ｏ法における最終沈殿池９からのりんの放出は、  処理水中のＤＯの残存量ばかりでなく、ＮＯｘ−Ｎの残存量にも影響を受ける。すなわち、最終沈殿池９の底部で汚泥の堆積が生じ、数時間（通常２〜４時間程度）の汚泥堆積時間の影響のため、汚泥内でＤＯ（内生呼吸）、続いて、ＮＯｘ−Ｎが消失（内生脱窒）し、嫌気状態が進行した結果、自己分解によるりん放出が生ずるのである。りんの放出はＤＯがいくら消失しても、ＮＯｘ−Ｎさえある程度残存していれば生じない。実際、発明者らは最終沈殿池流入水のＮＯｘ−Ｎが５ｍｇ／Ｌ以上あれば、最終沈殿池９の滞留時間が４時間の条件で返送汚泥中１５にＮＯｘ−Ｎが１ｍｇ／Ｌ以上残存していた。この結果、最終沈殿池９においても、返送汚泥１５ラインにおいてもりんの放出は観測されなかった。
【００５５】
しかしながら、一方で、最終沈澱池９から嫌気槽５への返送汚泥１５中に含まれるＮＯｘ−Ｎが残存しすぎると、嫌気槽５でのりんの放出に影響する。返送汚泥中１５のＮＯｘ−Ｎを削減する簡単な手段としては、返送汚泥１５と最初沈殿池流出水３をあらかじめ混合し、返送汚泥１５中に含まれるＮＯｘ−Ｎを脱窒反応により削減した後、返送汚泥１５と最初沈殿池流出水３を嫌気槽５に流入させればよい。さらに、返送汚泥１５と最初沈殿池流出水３を混合し、脱窒を行う第３の無酸素槽２０（脱窒槽）を嫌気槽５の前段に設けることは、脱窒反応安定化の観点から望ましいことである（図３参照）。降雨などの影響で最初沈殿池流出水３に含まれる有機物濃度が低下し、ＤＯも存在する場合、最初沈殿池流出水３のみでは、返送汚泥１５中のＮＯｘ−Ｎの削減に効果が見られない。このような場合には、有機物および／又は硫黄化合物のを嫌気槽５の前段に設けた第３無酸素槽２０（脱窒槽）に添加すればよい。第３無酸素槽２０（脱窒槽）における脱窒反応の進行度の判断も、前述したようなＯＲＰを用いて判断することができる。有機物または硫黄化合物の添加量は、第３無酸素槽２０（脱窒槽）のＯＲＰが−１５０ｍＶ（銀／塩化銀電極基準）以下となるように添加すればよい。第３無酸素槽２０（脱窒槽）のＯＲＰが−１５０ｍＶ以下であればＮＯｘ−Ｎはほぼ除去されていると判断できる。有機物としては、メタノール、酢酸、酢酸ナトリウムなどから適宜選べばよい。硫黄化合物としては、チオ硫酸ナトリウム、元素硫黄などの適用が考えられる。有機物や硫黄化合物を含む下水（１）を用いてもかまわない。
【実施例】
【００５６】
以下、本発明の実施例を説明する。
実施例１：下水からの窒素・りん除去への適用（Ａ2ＯＡ法）
本発明の方法を都市下水処理へ適用し、今回発案したＡ2ＯＡ法による処理水質の安定化を検討した（図２参照）。
今回発案した装置は、図２に示すように、最初沈殿池２、嫌気槽５、無酸素槽（脱窒槽）６、好気槽７、第２の無酸素槽８、及び最終沈澱池９を順に備え、更に、前記最終沈殿池９の汚泥の一部を前記嫌気槽５に循環する装置と、前記第２の無酸素槽８内の活性汚泥の一部を前記無酸素槽（脱窒槽）６へ循環する装置とを備えることを特徴とする。図１の従来のＡ2Ｏ法と比較すると、第２無酸素槽８が新たに設置されている点、及び前記第２の無酸素槽８内の活性汚泥の一部を前記無酸素槽（脱窒槽）６へ循環する点が大きく異なる。また、従来のＡ2Ｏ法では好気槽７の末端部のＤＯ１７が重要視され、通常、１．５〜３．０ｍｇ／ＬのＤＯ管理値で運転されているが、本発明では第２無酸素槽８を新たに設け、ＤＯ管理値を０〜０．５ｍｇ／Ｌとしている点が大きく異なっている。
【００５７】
本発明による処理は以下のように実施される。まず、下水１の浮遊物を最初沈殿池２で除去した後、最初沈殿池流出水３は、嫌気槽５、無酸素槽（脱窒槽）６、好気槽７、第２無酸素槽８、最終沈殿池９を流下していく。さらに、第２無酸素槽８の活性汚泥の一部を循環ポンプ１３を用いて無酸素槽（脱窒槽）６に循環させる。活性汚泥の循環率は最初沈殿池流出水３に対して１５０Ｖ／Ｖ％である。また、最終沈殿池９で沈殿した汚泥は、返送汚泥ポンプ１４を用いて最初沈殿池流出水３に対して５０Ｖ／Ｖ％、嫌気槽５に返送する。
【００５８】
各槽の水理学的滞留時間（ＨＲＴ）は、嫌気槽５が２時間、無酸素槽（脱窒槽）６が４時間、好気槽７が８時間、第２無酸素槽８が３０分間とした。また最終沈殿池９のＨＲＴは４時間とした。
【００５９】
嫌気槽５、無酸素槽（脱窒槽）６にはそれぞれＯＲＰ計１６を設置し、りんの放出および脱窒反応の進行状況をモニタリングした。また、好気槽７にはＮＨ4−Ｎ計１０を設置し硝化反応の進行状況をモニタリングした。さらに、第２無酸素槽８にはＤＯ計１７を設置し、ＤＯの削減状況をモニタリングした。
【００６０】
最初沈殿池流出水３の水質は、ＢＯＤが平均１０６ｍｇ／Ｌ、ＳＳが平均６７ｍｇ／Ｌ、Ｔ−Ｎ（ト−タル窒素）が平均３２ｍｇ／Ｌ（大半がアンモニア性窒素）、Ｔ−Ｐ（ト−タルりん）が平均４ｍｇ／Ｌ程度であった。以下、各槽の運転方法を詳細に述べる。
【００６１】
嫌気槽５にて、りんの放出を促進するため、嫌気槽５のＯＲＰ１６が−２７０ｍＶを上回った場合、嫌気槽５のＯＲＰ１６を指標として、有機物添加装置４から有機物（本ケースの場合、酢酸）を嫌気槽５に３０ｍｇ／Ｌ−下水となるように添加し、嫌気槽５のＯＲＰ１６を−２７０ｍＶ以下に低下させる方式とした。この結果、嫌気槽５におけるＰＯ4−Ｐ放出濃度は、１０ｍｇ／Ｌ〜２０ｍｇ／Ｌ程度で推移し、安定していた。
【００６２】
無酸素槽（脱窒槽）６では、後段の第２無酸素槽８から循環されてくる汚泥循環水１８中のＮＯｘ−Ｎを除去する。従来のＡ2Ｏ法では、通常、汚泥循環水１８が好気槽７から循環されるため、無酸素槽（脱窒槽）６に１．５〜３．０ｍｇ／Ｌ以上のＤＯが連続的に持ち込まれる。このことにより、無酸素槽（脱窒槽）６では、ＢＯＤで表示される有機物が優先的にＤＯに消費され、この結果、ＮＯｘ−Ｎの除去が悪化する場合がしばしば見られる。しかしながら、本発明では無酸素槽８の活性汚泥を循環ポンプ１３により、最初沈殿池流出水３に対して１５０Ｖ／Ｖ％、無酸素槽（脱窒槽）６に循環させている。したがって、無酸素槽（脱窒槽）６にＤＯがもちこまれ、このＤＯの持込によるＮＯｘ−Ｎの除去が悪化する現象は生じなかった。
【００６３】
しかしながら、無酸素槽（脱窒槽）６において、有機物不足によるＮＯｘ−Ｎ除去率の低下や過剰の有機物が残存し、無酸素槽６においてりんの放出現象が確認される場合が認められた。したがって、無酸素槽（脱窒槽）６のＯＲＰ１６を指標として、以下の運転を行なった。すなわち、無酸素槽（脱窒槽）６のＯＲＰ１８が、−１００ｍＶ以上の場合、換言すれば、有機物不足の場合には、有機物添加装置４から有機物（本ケースの場合、酢酸）を無酸素槽（脱窒槽）６に添加させ、無酸素槽（脱窒槽）６のＯＲＰ１６を−１００ｍＶ以下に低下させた。また、無酸素槽（脱窒槽）６のＯＲＰ１６が−２００ｍＶ以下の場合、換言すれば、過剰の有機物が残存する場合には、ブロア１２を一時的に稼動させ、無酸素槽（脱窒槽）６のＯＲＰ１８が−２００ｍＶ以上になるように維持した。このようにして、無酸素槽（脱窒槽）６のＯＲＰ１６は、−１００ｍＶから−２００ｍＶに維持した。このことにより、無酸素槽（脱窒槽）６出口のＮＯｘ−Ｎ濃度は０ｍｇ／Ｌ〜０．５ｍｇ／Ｌで推移するとともに、りん濃度の上昇も見られなかった。
【００６４】
好気槽７では、ＮＨ4−ＮのＮＯ3−Ｎまでの酸化とりんの摂取を行なう。好気槽７は複数のブロア１２を設置し、ブロア１２の曝気量を制御した。ブロア１２によって、好気槽７の末端部に設置したＮＨ4−Ｎ計１０のＮＨ4−Ｎ値が０．５ｍｇ／Ｌ以下に維持されるようにブロア１２を運転した。この結果、好気槽７の出口水のＰＯ4−Ｐ濃度、ＮＨ4−Ｎ濃度はそれぞれ０．０２ｍｇ／Ｌで０．２５ｍｇ／Ｌとなっており、りんの吸収および硝化反応は十分に進行していることが確認できた。
【００６５】
さらに、第２無酸素槽８には、水中攪拌機１１を設置するとともに、第２無酸素槽８のＤＯ１７を連続測定しながら、第２無酸素槽８を攪拌のみで運転した。一般に内生呼吸状態での酸素消費速度は０．１２ｇＯ2／ＭＬＳＳ・ｇ／日程度である。各反応槽の活性汚泥濃度（ＭＬＳＳ濃度）は、２，０００〜３，０００ｍｇ／Ｌ程度であるから、ＨＲＴが１時間もあれば１０〜１５ｍｇ／ＬのＤＯを０とすることが可能である。今回、活性汚泥濃度は３，０００ｍｇ／Ｌ程度に維持されていたため、ＨＲＴが３０分の条件で、好気槽７出口水中の３ｍｇ／ＬのＤＯを０とできた。なお、第２無酸素槽８は、あくまでＤＯを０とすることが目的である。脱窒素を目的とするものではない。むしろ、最終沈殿池９でのりん放出を防ぐためには、脱窒素を促進してはならない。ＮＯｘ−Ｎ濃度を５〜１０ｍｇ／Ｌ残留させることにより、通常の処理時間内であれば、最終沈殿池９および返送汚泥１４中でのりんの放出を防止できる。実際の第２無酸素槽８出口水のＤＯ濃度は０ｍｇ／Ｌ、ＮＯｘ−Ｎ濃度は５〜１０ｍｇ／Ｌで推移した。なお、無酸素槽６や無酸素槽２０は、脱窒までを目的としており、同じ無酸素槽でもその目的は大きく異なっている。
【００６６】
第２無酸素槽８の出口水に含まれるＰＯ4−Ｐ、ＮＨ4−Ｎは、それぞれ、０．０２ｍｇ／Ｌ、０．２５ｍｇ／Ｌと、好気槽７と大きく変わらなかった。このことは第２無酸素槽８においてりんの溶出が生じなかったことを意味している。第２無酸素槽８のＤＯは０ｍｇ／Ｌ〜０．５ｍｇ／Ｌ以下で推移したが、りんの放出は全く見られなかった。これは第２無酸素槽８のＤＯが０ｍｇ／Ｌ〜０．５ｍｇ／Ｌ以下と低くても、ＮＯｘ−Ｎが平均８ｍｇ／Ｌ（５ｍｇ／Ｌ以上〜１０ｍｇ／Ｌ以下）存在しており、ＮＯｘ−Ｎの存在のため、りんの放出を抑制できたためと思われる。
【００６７】
以上述べたようなＡ2ＯＡ法の運転の結果、処理水１９のＴ−Ｎ濃度、Ｔ−Ｐ濃度は、それぞれ平均７．６ｍｇ／Ｌ、平均０．４０ｍｇ／Ｌとなり、本発明によって窒素、りんを安定して除去できた。
【００６８】
【表１】
2007136298.tif 000014
【００６９】
実施例２：下水からの窒素・りん除去への適用（発明法と従来法の比較）
本発明の方法を、雨水が混入しやすい都市下水処理へ適用し、今回発案した発明法（Ａ3ＯＡ法）と従来法（Ａ2Ｏ法）の処理水質を比較検討した（図１、図３参照）。
【００７０】
今回発案した装置は、図３に示すように、最初沈殿池２、第３無酸素槽（脱窒槽）２０、嫌気槽５、無酸素槽（脱窒槽）６、好気槽７、第２無酸素槽８、最終沈殿池９からなる。図１の従来のＡ2Ｏ法と比較すると、第２無酸素槽８ばかりでなく、前記最初沈殿池２と前記嫌気槽５との間に、更に第３の無酸素槽を備え、前記最終沈殿池９の汚泥の一部を前記嫌気槽５に循環する装置に替えて、前記最終沈殿池９の汚泥の一部を前記第３の無酸素槽８に循環する装置を備える点が大きく異なっている。また、従来のＡ2Ｏ法では好気槽７の末端部のＤＯ１７が重要視され、通常、１．５〜３．０ｍｇ／ＬのＤＯ管理値で運転されているが、本発明では第２無酸素槽８を新たに設け、ＤＯ管理値を０〜０．５ｍｇ／Ｌとしている点が大きく異なっている。
【００７１】
本発明による下水の処理は以下のように実施される。まず、下水１の浮遊物を最初沈殿池２で除去した後、最初沈殿池流出水３を第３無酸素槽（脱窒槽）２０で返送汚泥１５と混合させる。その後、最初沈殿池流出水３と返送汚泥１５の混合水は、嫌気槽５、無酸素槽（脱窒槽）６、好気槽７、第２無酸素槽８、最終沈殿池９を流下していく。さらに、第２無酸素槽８の活性汚泥の一部を循環ポンプ１３を用いて無酸素槽（脱窒槽）６に循環させる。活性汚泥の循環率は最初沈殿池流出水３に対して１５０Ｖ／Ｖ％である。また、最終沈殿池９で沈殿した汚泥は、返送汚泥ポンプ１４を用いて最初沈殿池流出水３に対して５０Ｖ／Ｖ％、嫌気槽５の前段に設置した無酸素槽（脱窒槽）２０に返送する。
【００７２】
各槽の水理学的滞留時間（ＨＲＴ）は、第３無酸素槽（脱窒槽）２０が１時間、嫌気槽５が２時間、無酸素槽（脱窒槽）６が４時間、好気槽７が８時間、第２無酸素槽８が３０分間とした。また最終沈殿池９のＨＲＴは４時間とした。
【００７３】
本発明では嫌気槽５、無酸素槽（脱窒槽）６、第３無酸素槽（脱窒槽）２０にはそれぞれＯＲＰ計１６を設置し、りんの放出および脱窒反応の進行状況をモニタリングした。また、好気槽７にはＮＨ4−Ｎ計１０を設置し硝化反応の進行状況をモニタリングした。さらに、第２無酸素槽８にはＤＯ計１７を設置し、ＤＯの削減状況をモニタリングした。一方、図１の従来法では嫌気槽５、無酸素槽（脱窒槽）６にはそれぞれＯＲＰ計１６を設置したが、特に制御は行わなかった。また、好気槽７末端部にはＤＯ計１７を設置し、ＤＯが１．５ｍｇ／Ｌ以上３．０ｍｇ／Ｌ以下となるようにＤＯを制御指標としてブロワの送風量を制御する運転をおこなった。
【００７４】
最初沈殿池流出水３の水質は、ＢＯＤが平均８０ｍｇ／Ｌ、ＳＳが平均４７ｍｇ／Ｌ、Ｔ−Ｎ（ト−タル窒素）が平均３０ｍｇ／Ｌ（大半がアンモニア性窒素）、Ｔ−Ｐ（ト−タルりん）が平均４ｍｇ／Ｌ程度であった。本下水の場合、平均ＢＯＤ／Ｔ−Ｐは２０以下であり、嫌気槽におけるりんの放出が生じにくいことが推定された。
【００７５】
以下、各槽の運転状態を詳細に述べる。
発明法では、返送汚泥１５と最初沈殿池流出水３を第３無酸素槽２０であらかじめ混合し、ＤＯおよびＮＯｘ−Ｎを検出限界以下まで減少させて嫌気槽５に供給した。第３無酸素槽２０ではＯＲＰを指標とし、−２７０ｍＶ以上で有機物を添加した。有機物としては酢酸を使用し、添加量は３０ｍｇ／Ｌ−下水とした。第３無酸素槽２０のＯＲＰは、−２５０〜−３２０ｍＶで推移した。
【００７６】
嫌気槽５のＯＲＰ１６は、年間を通じて、−２７０ｍＶから−３５０ｍＶの範囲で推移し、嫌気槽５では、有機物４添加の必要はほとんど生じなかった。又、嫌気槽５におけるＰＯ4−Ｐ放出濃度は、１０ｍｇ／Ｌ〜２０ｍｇ／Ｌ程度で推移し、安定していた。
【００７７】
一方、従来法では、嫌気槽５のＯＲＰ１６は、−１８０ｍＶから−２８０ｍＶの範囲で推移し、特に、降雨時に上昇した。この結果、嫌気槽５におけるＰＯ4−Ｐ放出濃度は、３ｍｇ／Ｌ〜１５ｍｇ／Ｌ程度と発明法に比べてかなり低い値で推移した。
【００７８】
【表２】
2007136298.tif 000015
【００７９】
無酸素槽（脱窒槽）６では、後段の無酸素槽８から循環されてくる汚泥循環水１８中のＮＯｘ−Ｎを除去する。従来のＡ2Ｏ法では、汚泥循環水１８が好気槽７から循環されるため、汚泥循環水中に１．５．〜３．０ｍｇ／ＬのＤＯが通常含まれており、無酸素槽（脱窒槽）６に、このＤＯが連続的に持ち込まれた。このことにより、無酸素槽（脱窒槽）６では、ＢＯＤで表示される有機物が優先的にＤＯに消費され、この結果、ＯＲＰがしばしば−１００ｍＶ以上まで上昇し、ＮＯｘ−Ｎの除去が悪化する場合が見られた。
【００８０】
しかしながら、本発明では第２無酸素槽８を設置しているため、汚泥循環水１８のＤＯが０〜０．５ｍｇ／Ｌ以下であった。したがって、無酸素槽（脱窒槽）６のＯＲＰは、−１５０ｍＶ〜−２００ｍＶ程度に維持され、ＤＯの持込によるＮＯｘ−Ｎの除去が悪化する現象は生じなかった。
【００８１】
【表３】
2007136298.tif 000016
【００８２】
好気槽７では、ＮＨ4−ＮのＮＯ3−Ｎまでの酸化とりんの摂取を行なう。発明法、従来法とも好気槽７は複数のブロア１２を設置しており、以下の運転条件でそれぞれ好気槽７を運転した。
【００８３】
発明法では好気槽７は複数のブロア１２により曝気量を制御した。また、好気槽７の後部はブロア１２によって、好気槽７末端部に設置したＮＨ4−Ｎ計１０ＮＨ4−Ｎが０．５ｍｇ／Ｌ以下に維持されるように運転した。この結果、好気槽７の出口水のＰＯ4−Ｐ濃度、ＮＨ4−Ｎ濃度はそれぞれ平均０．０５ｍｇ／Ｌ（０．０１〜０．２ｍｇ／Ｌ）、平均０．２０ｍｇ／Ｌ（０．１〜０．５ｍｇ／Ｌ）となっており、りんの吸収および硝化反応は十分に進行していることが確認できた。一方、図１の従来法では、好気槽７末端部のＤＯ１７が＋１．５ｍｇ／Ｌ〜３．０ｍｇ／Ｌに維持されるよう、好気槽７の前部から後部にかけてのブロア１２の曝気量を制御した。しかし、降雨期には曝気量を制御だけでＤＯを制御するのが困難であち、ＤＯ１７が上昇しやすく、６ｍｇ／Ｌに達することも見られた。また、好気槽７の出口水のＰＯ4−Ｐ濃度は、０．５〜２ｍｇ／Ｌ（平均０．８ｍｇ／Ｌ）で推移し、不安定な結果となった。この主要な原因は、嫌気槽５におけるＰＯ4−Ｐの放出が十分でなかったことに起因していると推定された。さらに、ＮＨ4−Ｎ濃度は、平均１．２０ｍｇ／Ｌ（０．５〜２ｍｇ／Ｌ）となっており、ＤＯは高いものの硝化反応が十分に進行していない場も見られた。
【００８４】
【表４】
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【００８５】
さらに、発明法では第２無酸素槽８には、水中攪拌機１１を設置するとともに、第２無酸素槽８のＤＯ１７を連続測定しながら、第２無酸素槽８を攪拌のみで運転した。一般に内生呼吸状態での酸素消費速度は０．１２ｇＯ2／ＭＬＳＳ・ｇ／日程度である。各反応槽の活性汚泥濃度（ＭＬＳＳ濃度）は、２，０００〜３，０００ｍｇ／Ｌ程度であるから、ＨＲＴが１時間もあれば１０〜１５ｍｇ／ＬのＤＯを０とすることが可能である。今回、活性汚泥濃度は３，０００ｍｇ／Ｌ程度に維持されていたため、ＨＲＴが１０分の条件で、好気槽７出口水中の１〜２ｍｇ／ＬのＤＯを０とできた。第２無酸素槽８の出口水に含まれるＰＯ4−Ｐ、ＮＨ4−Ｎは、それぞれ、０．０５ｍｇ／Ｌ、０．８０ｍｇ／Ｌと、好気槽７と変わらなかった。第２無酸素槽８のＤＯは０ｍｇ／Ｌ〜０．２ｍｇ／Ｌ以下で推移したが、りんの放出は全く見られなかった。これは第２無酸素槽８のＤＯが０ｍｇ／Ｌ〜０．２ｍｇ／Ｌ以下と低くても、ＮＯｘ−Ｎが平均７．５ｍｇ／Ｌ（６ｍｇ／Ｌ以上〜９ｍｇ／Ｌ以下）存在しており、ＮＯｘ−Ｎの存在のため、りんの放出を抑制できたためと思われる。
【００８６】
最終沈殿池９において、第２無酸素槽８から流出した汚泥は沈降し、処理水１９と分離される。沈降した汚泥は、返送汚泥１５として返送汚泥ポンプ１４により、第３無酸素槽（脱窒槽）２０に返送される。返送汚泥１５中のＮＯｘ−Ｎ濃度は、最終沈殿池９における内生脱窒反応により減少したが、平均４ｍｇ／Ｌ（２ｍｇ／Ｌ以上〜６ｍｇ／Ｌ以下）まで残留した。ＮＯｘ−Ｎが枯渇することはなかったため、ＰＯ4−Ｐの放出は見られなった。さらに、返送汚泥１５に含まれるＮＯｘ−Ｎは、第３無酸素槽（脱窒槽）２０で完全に除去され、嫌気槽５への流入は無視できた。
【００８７】
以上述べたように、従来法（Ａ2Ｏ法）のままでは対応できなかったような地域においても、今回の発明法を適用すれば、表５のように窒素、りんを安定して除去できる。
【００８８】
【表５】
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【００８９】
実施例３：好気槽７におけるＤＯとりん摂取の関係の検討
図２の嫌気槽５から、活性汚泥６０Ｌを引き抜き、２系列の１００Ｌタンク（図示せず）にそれぞれ投入した。１系列は初期のＤＯを０．４〜０．５ｍｇ／Ｌ以下、他の１系列はＤＯを２．０〜２．５ｍｇ／Ｌに維持する程度に攪拌と曝気を行い、水質の経時変化を追跡した。ＤＯを０．４〜０．５ｍｇ／Ｌ以下に維持した系列の結果を図４に、また、ＤＯを２．０〜２．５ｍｇ／Ｌに維持した系列の結果を図５に示す。なお、水温は２５℃、ＭＬＳＳは１，５００ｍｇ／Ｌであった。この結果から、好気槽におけるＰＯ4−Ｐの摂取は、  ＤＯが０．４〜０．５ｍｇ／Ｌでも阻害は生じなかった。このため、好気槽のＤＯをあえて従来基準のように１．５ｍｇ／Ｌ以上に維持する必要性はないと考えられた。また、りんの摂取には、ＤＯに関わらず、４〜５時間程度必要であった。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】従来のＡ2Ｏ法のプロセスフローである。
【図２】本発明によるＡ2Ｏ変法  （Ａ2ＯＡ法）のプロセスフローである。
【図３】本発明によるＡ2Ｏ変法  （Ａ3ＯＡ法）のプロセスフローである。
【図４】好気槽における水質の経時変化である（初期ＤＯ＝０．４〜０．５ｍｇ／Ｌ制御）。
【図５】好気槽における水質の経時変化である（初期ＤＯ＝２．０〜２．５ｍｇ／Ｌ制御）。
【符号の説明】
【００９１】
１    下水
２    最初沈殿池
３    最初沈殿池流出水
４    有機物添加装置
５    嫌気槽
６    無酸素槽（脱窒槽）
７    好気槽
８    第２無酸素槽
９    最終沈殿池
１０    ＮＨ4−Ｎ濃度計
１１    水中攪拌機
１２    ブロア
１３    汚泥循環ポンプ
１４    返送汚泥ポンプ
１５    返送汚泥
１６    ＯＲＰ計
１７    ＤＯ計
１８    汚泥循環水
１９    処理水
２０    第３無酸素槽（脱窒槽）
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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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