(57)【要約】    【課題】  排水を浄化する微生物への酸素ガス供給量を抑えつつ、排水中のＢＯＤ成分、窒素分、及びリン分のいずれも十分に減らすことができる排水処理方法などを提供することを課題としている。    【解決手段】  排水中で微細藻類を培養する第一処理工程と、該第一処理工程にて前記微細藻類を培養した後の排水を活性汚泥法によって水処理する第二処理工程とを備え、第一処理工程後の第一処理水を含み全窒素量が５〜１５ｍｇ／Ｌであり且つ全リン量が１〜３ｍｇ／Ｌである排水を、第二処理工程にて水処理する排水処理方法等を提供する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排水中で微細藻類を培養する第一処理工程と、該第一処理工程にて前記微細藻類を培養した後の第一処理水を含む排水を活性汚泥法によって水処理する第二処理工程とを備え、
前記第一処理工程後の前記第一処理水を含み全窒素量が５〜１５ｍｇ／Ｌであり且つ全リン量が１〜３ｍｇ／Ｌである前記排水を、前記第二処理工程にて水処理する排水処理方法。
【請求項２】
前記第一処理工程では、光を照射しつつ微細藻類を培養する請求項１に記載の排水処理方法。
【請求項３】
前記第一処理工程では、前記光としての自然光を照射しつつ微細藻類を培養する請求項２に記載の排水処理方法。
【請求項４】
前記第二処理工程の前記活性汚泥法が、標準活性汚泥法、又は、膜分離活性汚泥法である請求項１〜３のいずれか１項に記載の排水処理方法。
【請求項５】
排水中で微細藻類を培養する第一処理部と、該第一処理部にて前記微細藻類を培養した後の第一処理水を含む排水を活性汚泥法によって水処理する第二処理部とを備え、
前記第一処理部にて前記微細藻類を培養した後の前記第一処理水を含み全窒素量が５〜１５ｍｇ／Ｌであり且つ全リン量が１〜３ｍｇ／Ｌである前記排水を、前記第二処理部にて水処理するように構成されている排水処理設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排水処理方法及び排水処理設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、排水処理方法としては、様々なものが知られており、例えば、細菌や微細藻類などの微生物を利用して排水を浄化する方法が知られている。
【０００３】
この種の排水処理方法としては、例えば、細菌や原生動物などを含む活性汚泥によって排水中の有機物（生物的酸素要求量ＢＯＤ成分）を分解して減少させる活性汚泥法が知られている。また、排水中の有機物（ＢＯＤ成分）を分解して減少させ、窒素分を硝化してさらに窒素ガスへ変換して除去する硝化脱窒法が広く採用されている。また、排水中の有機物（ＢＯＤ成分）と窒素分とを十分に減らすことができ、リン分も減少させることができる嫌気無酸素好気法（Ａ２Ｏ法）が知られている（非特許文献１及び非特許文献２）。
【０００４】
一方で、この種の排水処理方法としては、例えば、太陽光を利用して光合成微生物を培養し排水中の窒素分及びリン分を減少させる光合成培養装置（光バイオリアクタ）と、この装置に併設され窒素分及びリン分を減少させる嫌気−好気活性汚泥処理装置とによって、排水中の窒素分及びリン分を減らす方法も提案されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２-２７６３８７号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】下水道施設計画・設備指針と解説  後編  ２００９年度版  社団法人日本下水道協会
【非特許文献２】最新環境浄化のための微生物学  稲森悠平編  講談社サイエンティフィク  ２００８年１２月１０日  第１刷発行
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、非特許文献１及び非特許文献２に記載されたＡ２Ｏ法を採用した排水処理方法では、排水中に含まれる無機窒素分としてのアンモニアを硝化するために、比較的長時間にわたって十分な酸素ガスを供給する必要があり、酸素ガス等を供給するための動力を多く必要とする。また、必ずしもリン分を十分に減少させることができない。特許文献１に記載された嫌気−好気活性汚泥処理装置を利用する排水処理方法も、上記と同様の問題を有する。
【０００８】
特許文献１に記載の光バイオリアクタでは、光合成微生物の培養に伴い多糖類などの光合成産物が老廃物等として産生されることがあるため、光バイオリアクタから流出する処理水の水質は、必ずしも良好でない場合がある。これに対して、特許文献１には、太陽光が強い昼間に光バイオリアクタから流出する処理水の水質をより向上させるために、例えば、光バイオリアクタから流出する処理水を嫌気−好気活性汚泥処理装置で水処理することが記載されている。しかしながら、光バイオリアクタによって排水中の窒素分及びリン分を完全に除去すると、嫌気−好気活性汚泥処理装置によって、ＢＯＤ成分を必ずしも十分に減らすことができない。本発明者らは、このような技術的事実を見いだした。
【０００９】
本発明は、上記の点を考慮し、排水を浄化する微生物への酸素ガス供給量を抑えつつ、排水中のＢＯＤ成分、窒素分、及びリン分のいずれも十分に減らすことができる排水処理方法及び排水処理設備を提供することを課題とする。また、酸素ガス等を供給するための動力を抑えることができる排水処理方法及び排水処理設備を提供することを他の課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決すべく、本発明に係る排水処理方法は、排水中で微細藻類を培養する第一処理工程と、該第一処理工程にて微細藻類を培養した後の第一処理水を含む排水を活性汚泥法によって水処理する第二処理工程とを備え、第一処理工程後の第一処理水を含み全窒素量が５〜１５ｍｇ／Ｌであり且つ全リン量が１〜３ｍｇ／Ｌである排水を、第二処理工程にて水処理することを特徴とする。
【００１１】
上記構成からなる排水処理方法においては、第一処理工程にて、排水中で微細藻類を培養するため、排水中に比較的多量に含まれる窒素分やリン分を栄養素として微細藻類が十分に増殖することができる。しかも、排水中に比較的多量に含まれる有機物（ＢＯＤ成分）を栄養素として微細藻類が増殖することができる。そして、微細藻類の増殖に伴って、排水中の窒素分やリン分が微細藻類の細胞内に取り込まれることにより、排水中の窒素分やリン分が十分に減少する。
そして、第二処理工程にて、第一処理工程を施した後の第一処理水を含み全窒素量が５〜１５ｍｇ／Ｌであり且つ全リン量が１〜３ｍｇ／Ｌである排水を、活性汚泥法によって水処理することにより、微細藻類の増殖に利用されなかった排水中の有機物や微細藻類からの溶存態有機老廃物といったＢＯＤ成分、窒素分、及びリン分を活性汚泥によって減少させることができる。
即ち、第二処理工程で水処理される水が、５〜１５ｍｇ／Ｌの全窒素量で窒素分を含み、かつ、１〜３ｍｇ／Ｌの全リン量でリンを含むことによって、活性汚泥の増殖に必要な窒素及びリンの量を確保できる。その結果、微細藻類由来の溶存態有機老廃物などの排水中の有機物（ＢＯＤ成分）を活性汚泥によって減少させることができる。
しかも、上記排水処理方法では、微細藻類に光合成させる場合に光合成によって第一処理水に酸素ガスが供給されることから、また、酸素ガスを消費する硝化反応を必ずしも要さないことから、比較的大量の酸素ガスを供給しなくても、排水中の窒素分を十分に減らすことができる。
従って、本発明に係る排水処理方法では、排水を浄化する微生物への酸素ガス供給量を抑えつつ、排水中のＢＯＤ成分（微細藻類由来のＢＯＤ成分を含む）、窒素分、及びリン分のいずれも十分に減らすことができる。また、本発明に係る排水処理方法では、酸素ガス等の供給に必要な動力を抑えることもできる。
【００１２】
本発明に係る排水処理方法においては、前記第一処理工程では、光を照射しつつ微細藻類を培養することが好ましい。
斯かる構成により、微細藻類に光合成をさせることができ、微細藻類の増殖をより促進させることができる。微細藻類の増殖がより促進されると、微細藻類の細胞内に取り込まれる窒素分やリン分の量がより多くなる。従って、排水中の窒素分やリン分をより十分に減少させることができる。
【００１３】
本発明に係る排水処理方法においては、前記第一処理工程では、前記光としての自然光を照射しつつ微細藻類を培養することが好ましい。
斯かる構成により、人工的な光エネルギーを利用しなくとも微細藻類に光合成をさせることができ、しかも、上述のごとく、排水中の窒素分やリン分をより十分に減少させることができる。
【００１４】
本発明に係る排水処理方法においては、前記第二処理工程の前記活性汚泥法が、標準活性汚泥法、又は、膜分離活性汚泥法であることが好ましい。
【００１５】
本発明に係る排水処理設備は、排水中で微細藻類を培養する第一処理部と、該第一処理部にて微細藻類を培養した後の第一処理水を含む排水を活性汚泥法によって水処理する第二処理部とを備え、
前記第一処理部にて微細藻類を培養した後の第一処理水を含み全窒素量が５〜１５ｍｇ／Ｌであり且つ全リン量が１〜３ｍｇ／Ｌである排水を、前記第二処理部にて水処理するように構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の排水処理方法及び排水処理設備は、上述したように、排水を浄化する微生物への酸素ガス供給量を抑えつつ、排水中のＢＯＤ成分、窒素分、及びリン分のいずれも十分に減らすことができるという効果を奏する。また、本発明の排水処理方法及び排水処理設備は、酸素ガス等を供給するための動力を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】一実施形態の排水処理設備における一態様の概略を表した概略図。
【図２】一実施形態の排水処理設備における他態様の概略を表した概略図。
【図３】一実施形態の排水処理設備における他態様の概略を表した概略図。
【図４】一実施形態の排水処理設備における他態様の概略を表した概略図。
【図５】一実施形態の排水処理設備における他態様の概略を表した概略図。
【図６】第一処理工程にて排水の水質を経時的に測定した結果を表すグラフ。
【図７】第一処理工程にて排水の水質を経時的に測定した結果を表すグラフ。
【図８】第一処理工程にて排水の水質を経時的に測定した結果を表すグラフ。
【図９】Ａ２Ｏ法を行うための設備の一例を模式的に示した模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明に係る排水処理設備の一実施形態について、図面を参照しつつ詳しく説明する。
【００１９】
本実施形態の排水処理設備１は、図１に示すように、排水Ａ中で微細藻類を培養する第一処理部２と、該第一処理部２にて微細藻類を培養した後の排水Ａを活性汚泥法によって水処理する第二処理部３とを備えるものである。
【００２０】
詳しくは、本実施形態の排水処理設備１は、排水Ａを第一処理部２に供給し、第一処理部２にて排水Ａ中で微細藻類を培養するように構成されている。また、本実施形態の排水処理設備１は、第一処理部２にて微細藻類を培養した後の第一処理水を含む排水Ａを第二処理部３に供給し、第二処理部３にて活性汚泥法によって排水Ａを水処理するように構成されている。そして、活性汚泥法によって排水Ａを第二処理部３にて水処理することにより、浄化された浄化水Ｃ（第二処理水）を得るように構成されている。
即ち、排水処理設備１では、外部から供給された排水Ａが第一処理部２を経て、排水としての第一処理水となり、第一処理水を少なくとも含む排水が第二処理部３を経て、浄化水Ｃ（第二処理水）となる。
【００２１】
本実施形態の排水処理設備１においては、第一処理部２にて、排水中で微細藻類を培養するため、排水中に比較的多量に含まれる窒素分やリン分を栄養素として微細藻類が十分に増殖することができる。しかも、排水中に比較的多量に含まれる有機物（ＢＯＤ成分）を栄養素として微細藻類が増殖することができる。そして、微細藻類の増殖に伴って、排水中の窒素分やリン分が微細藻類の細胞内に取り込まれることにより、排水中の窒素分やリン分が十分に減少する。
そして、第二処理部３にて、第一処理部２にて窒素分やリン分が減少した第一処理水を含む排水を、活性汚泥法によって水処理することにより、微細藻類の増殖に利用されなかった排水中の有機物や微細藻類からの溶存態有機老廃物といったＢＯＤ成分、窒素分、及びリン分を活性汚泥によって減少させることができる。
しかも、比較的大量の酸素ガスを必要とする硝化反応を行わなくても、排水中の窒素分を十分に減らすことができる。
従って、本実施形態の排水処理設備１では、排水を浄化する微生物への酸素ガス供給量を抑えつつ、微細藻類由来のＢＯＤ成分を含む排水中のＢＯＤ成分、窒素分、及びリン分のいずれも十分に減らすことができる。また、本実施形態の排水処理設備１では、酸素ガス等を供給するための動力を抑えることができる。
【００２２】
さらに詳しくは、本実施形態の排水処理設備１は、図１に示すように、第二処理部３に供給される排水の全窒素量及び全リン量を測定する測定部１１を備える。また、本実施形態の排水処理設備１は、第一処理部に供給される前の排水と、第一処理部にて処理（培養）された後の第一処理水（排水）とを混合する混合部１２を備える。なお、図２〜図５において、測定部１１は、図示していない。
【００２３】
測定部１１は、第二処理部３に供給される排水の全窒素量及び全リン量を測定するように構成されている。測定部１１によって、第二処理部３に供給される排水の全窒素量及び全リン量を確認することができる。
【００２４】
混合部１２は、いったん排水処理設備１に取り込まれた排水であって第一処理部２に供給される前の排水の一部を取り出す排水取出経路１２ａと、排水取出経路１２ａを経た排水と、第一処理部２にて処理（培養）された後の第一処理水（排水）と、を混合する混合槽１２ｂとを有する。混合部１２によって、第一処理部に供給される前の排水と、第一処理部にて処理（培養）された後の第一処理水（排水）とを混合し、混合した排水を第二処理部へ供給することができる。
混合部１２を備えた排水処理設備１では、第一処理部での培養によって第一処理水（排水）の全窒素量が５ｍｇ／Ｌ未満、又は、全リン量が１ｍｇ／Ｌ未満まで低下したとしても、第一処理部に供給される前の排水の比較的多量の窒素分、リン分を含む排水を、第一処理水と混合できる。従って、第二処理部で水処理される排水の全窒素量を、５ｍｇ／Ｌ以上に調整することができ、また、同様に、全リン量を１ｍｇ／Ｌ以上に調整することができる。従って、第二処理部で水処理される排水の全窒素量、全リン量をそれぞれ５〜１５ｍｇ／Ｌ、１〜３ｍｇ／Ｌに調整することができる。
なお、本明細書において、全窒素量は、水中に溶解している全窒素量（溶存態全窒素）であり、全リン量は、水中に溶解している全リン量（溶存態全リン）である。
【００２５】
本実施形態の排水処理設備１は、混合部１２を備えず、第一処理部２にて全窒素量が５〜１５ｍｇ／Ｌとなり且つ全リン量が１〜３ｍｇ／Ｌとなった第一処理水（排水）を、第二処理部３にて水処理するように構成されていてもよい。
【００２６】
さらに、本実施形態の排水処理設備１は、例えば図２に示すように、排水Ａ中の浮遊物を沈殿させ浮遊物を減少させる第一沈殿槽４と、第一処理部２にて培養後の第一処理水（排水）に含まれる浮遊物を沈殿させ浮遊物を減少させる第二沈殿槽５と、第二処理部３にて水処理されることにより得られた浄化水Ｃに含まれる浮遊物を沈殿させ浮遊物を減少させた浄化水Ｃを得る第三沈殿槽６とを備える。
そして、本実施形態の排水処理設備１は、排水Ａに含まれる浮遊物を第一沈殿槽４にて沈殿させ、浮遊物を減少させた排水Ａを第一処理部２に供給するように構成されている。また、第一処理部２にて培養後の第一処理水を含有する排水に含まれる浮遊物を第二沈殿槽５にて沈殿させ、第二沈殿槽５にて浮遊物を減少させた排水を第二処理部３に供給するように構成されている。また、第二処理部３にて得られた浄化水Ｃに含まれる浮遊物を第三沈殿槽６にて沈殿させるように構成されている。
なお、本実施形態の排水処理設備１は、例えば図２に示すように、排水Ａに含まれる砂を沈殿させるための沈砂槽７を第一沈殿槽４の上流側にさらに備えていてもよい。
【００２７】
前記第一処理部２に供給される排水Ａは、有機態窒素及び有機態リンを含有するＢＯＤ成分を含むものである。
前記ＢＯＤ成分は、生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ）によって示される有機成分である。ＢＯＤ成分の量は、ＪＩＳ  Ｋ０１０２（工場排水試験法  生物化学的酸素消費量（ＢＯＤ））に従って測定される値である。
【００２８】
前記有機態窒素は、窒素分（窒素含有化合物）の一部であり、窒素分としては、有機態窒素又は無機態窒素が挙げられる。前記排水Ａは、通常、窒素分としての有機態窒素と、窒素分としての無機態窒素とを含む。
前記窒素分は、全窒素量によって示される窒素成分である。全窒素量は、ＪＩＳ  Ｋ０１０２０（工場排水試験法  全窒素  総和法）に従って測定される値である。
【００２９】
前記有機態窒素としては、例えば、タンパク質、アミノ酸等が挙げられる。
前記無機態窒素としては、例えば、アンモニウムイオン、硝酸イオン等が挙げられる。
【００３０】
前記有機態リンは、リン分（リン含有化合物）の一部であり、リン分としては、有機態リン又は無機態リンが挙げられる。前記排水Ａは、通常、リン分としての有機態リンと、リン分としての無機態リンとを含む。
前記リン分は、全リン量によって示されるリン成分である。全リン量は、ＪＩＳ  Ｋ０１０２０（工場排水試験法  全リン  モリブデン青吸光光度法）に従って測定される値である。
【００３１】
前記有機態リンとしては、例えば、リン脂質、核酸等が挙げられる。
前記無機態リンとしては、例えば、リン酸イオン等が挙げられる。
【００３２】
前記排水Ａは、通常、ＢＯＤ成分として、有機態窒素、有機態リン、窒素（Ｎ）やリン（Ｐ）を含まない有機物を含んでいる。
ＢＯＤ成分は、微生物によって、より分子量が小さい物質へと分解（加水分解等）され、微細藻類の栄養素（炭素源）、及び、活性汚泥中の細菌等の栄養素（炭素源）として利用される。
一方、無機態窒素及び無機態リンは、微細藻類の細胞内に取り込まれることにより、主に微細藻類の栄養素として利用される。
なお、前記排水Ａは、第一処理部２に送られる前において、砂などをさらに含み得る。
【００３３】
前記排水Ａの全窒素量は、排水Ａが下水である場合、第一処理部２に送られる前において、通常、１０ｍｇ／Ｌ以上７０ｍｇ／Ｌ以下である。斯かる排水Ａの全窒素量は、１５ｍｇ／Ｌよりも多いことが好適であり、更には３０ｍｇ／Ｌよりも多いことが好適である。
前記排水Ａの全リン量は、第一処理部２に送られる前において、通常、１．５ｍｇ／Ｌ以上１０ｍｇ／Ｌ以下である。斯かる排水Ａの全リン量は、３ｍｇ／Ｌよりも多いことが好適である。
また、前記排水Ａが下水の場合、流入する下水のＢＯＤ値は、２００ｍｇ／Ｌ以下である。前記排水Ａが下水の一次処理水の場合、一次処理水のＢＯＤ値は、第一処理部２に送られる前において、５０〜１６０ｍｇ／Ｌである。なお、上記の排水処理装置において除去されるＢＯＤ成分の量は、ＢＯＤ値換算で、通常、４０〜１５０ｍｇ／Ｌである。
なお、前記一次処理水は、例えば、微細藻類から排出される有機老廃物（主要成分は多糖類）、微細藻類の増殖に利用されなかった有機物などのＢＯＤ成分を含む。
【００３４】
前記排水Ａとしては、具体的には、例えば、下水が挙げられる。また、醸造工場、食品工場、化学工場、電子産業工場、パルプ工場等の工場や石炭火力発電所から排出される産業排水、及びそれら産業排水の処理水などの内、リン及び窒素を含み微細藻類が資化可能な糖類（ブドウ糖や果糖など）、アルコール（エタノールなど）や有機酸（酢酸など）を含有する排水、或いはリン、窒素を含みＢＯＤの含有量が２００ｍｇ/Ｌ以下である排水にも適用できる。
前記下水としては、例えば、下水処理場に流入する下水流入水が挙げられる。
なお、下水処理の分野においては、通常、第一沈殿槽４で処理した後の排水を一次処理水という。本実施形態においては、一次処理水を活性汚泥処理せずに微細藻類で水処理し、その後、活性汚泥で水処理する。以下、沈砂槽７及び第一沈殿槽４で水処理された後の排水Ａを一次処理水ともいう。本実施形態においては排水として一次処理水を利用することが好ましい。
【００３５】
前記沈砂槽７は、設備１外から供給される排水Ａを内部に貯め、排水Ａに含まれる砂を沈殿させるように構成されている。
なお、本実施形態の排水処理設備１は、例えば図２に示すように、沈砂槽７から第一処理部２へ、第一沈殿槽４を経ずに排水Ａを送るように構成されていてもよい（図２等の破線矢印にて図示）。
【００３６】
前記第一沈殿槽４は、沈砂槽７から供給された排水Ａに含まれる浮遊物を沈殿させるように構成されている。
前記第一沈殿槽４においては、内部に貯めた排水Ａを、例えば１０分〜３時間静置することにより、排水Ａに含まれる浮遊物を沈殿させることができる。
【００３７】
前記第一処理部２は、排水Ａと微細藻類とを収容する培養槽２ａを有する。前記第一処理部２は、沈砂槽７や第一沈殿槽４を経て送られてきた排水Ａを培養槽２ａ内に取り入れ、培養槽２ａにおいて、排水Ａ中で微細藻類を培養するように構成されている。
【００３８】
前記第一処理部２においては、排水Ａ中で微細藻類が培養されるため、排水Ａ中に比較的多量に含まれる炭素源を栄養素として微細藻類が十分に増殖することができる。しかも、排水Ａ中に比較的多量に含まれる窒素分やリン分を栄養素として微細藻類が十分に増殖することができる。そして、微細藻類の増殖に伴って、排水Ａ中の窒素分やリン分が微細藻類の細胞内に取り込まれることにより、排水Ａ中の窒素分やリン分が十分に減少する。
【００３９】
本実施形態の排水処理設備１は、第一処理部２にて微細藻類を培養した後の第一処理水を含み全窒素量が５〜１５ｍｇ／Ｌであり且つ全リン量が１〜３ｍｇ／Ｌである排水を、第二処理部３にて水処理するように構成されている。
即ち、第一処理部２は、排水Ａの全窒素量が１５ｍｇ／Ｌ以下に低下するまで微細藻類を培養するように構成されている。また、第一処理部２は、排水Ａの全リン量が３ｍｇ／Ｌ以下に低下するまで微細藻類を培養するように構成されている。
【００４０】
前記第一処理部２は、微細藻類に光合成をさせるために、光Ｂを微細藻類に照射するように構成されている。
前記第一処理部２が、光Ｂを微細藻類に照射するように構成されていることにより、微細藻類に光合成をさせることができ、微細藻類の増殖をより促進させることができる。微細藻類の増殖がより促進されると、微細藻類の細胞内に取り込まれる窒素分やリン分の量がより多くなる。従って、排水中の窒素分やリン分をより十分に減少させることができる。
なお、前記第一処理部２において微細藻類に光Ｂを照射することにより、微細藻類は、光合成によって二酸化炭素を細胞内に取り込んで糖類などを合成しつつ増殖し得る（光独立栄養）。また、微細藻類の一部は、光合成しつつ排水Ａ中の無機炭素源及び有機炭素源を栄養素として利用しつつ増殖し得る（光従属栄養）。
【００４１】
前記第一処理部２は、太陽光などの自然光Ｂを培養槽２ａ内の微細藻類に照射するように構成されていることが好ましい。
微細藻類に照射する光Ｂとして太陽光などの自然光Ｂが採用されることにより、人工的な光エネルギーを利用しなくとも微細藻類に光合成をさせることができ、しかも、上述のごとく、排水中の窒素分やリン分をより十分に減少させることができる。
【００４２】
前記第一処理部２は、例えば、屋外に設置されることにより、太陽光Ｂを微細藻類に直接的に照射するように構成されている。また、前記第一処理部２は、例えば、屋内に設置されつつ、屋外から取り入れた太陽光Ｂを間接的に微細藻類に照射するように構成されている。
【００４３】
さらに、前記第一処理部２は、天候に関わらず、より確実に微細藻類に光合成をさせるために、培養槽２ａ内の微細藻類に光Ｂを照射する照明機器２ｂを有する。
前記第一処理部２は、例えば図２に示すように、培養槽２ａに収容する排水Ａ中の微細藻類に照明機器２ｂから光Ｂを照射するように構成されている。
【００４４】
前記培養槽２ａは、培養槽２ａの内部に収容する微細藻類の光合成を促進させるべく、例えば、上方から照射される光Ｂが排水Ａを透過して底部にまで届くように、比較的深さが浅く形成されている。
【００４５】
具体的には、前記培養槽２ａは、例えば、２０ｃｍ〜５０ｃｍの排水Ａ深さとなるように設定されている。
前記培養槽２ａとしては、例えば、開放系の培養槽、又は、閉鎖系の培養槽（フォトバイオリアクター）などが挙げられる。
【００４６】
前記開放系の培養槽としては、例えば、レースウェイ型のもの、円形型のものなどが挙げられる。該開放系の培養槽は、建設費が比較的安いという利点を有する。開放系の培養槽は、通常、深さが比較的浅いため、比較的広大な設置面積を必要とする。
【００４７】
前記閉鎖系の培養槽（フォトバイオリアクター）としては、例えば、平板型のもの、チューブ型のもの、太陽光集光・光転送・内部照射型のもの、完全人工光利用型のものなどが挙げられる。なお、閉鎖系の培養槽が、内部に光を照射できる槽である場合、槽は、深さが例えば５ｍなど、比較的深い槽であってもよい。
【００４８】
前記培養槽２ａとしては、設置する場所の条件、培養する微細藻類の種類などに応じて、適宜、最適なものが採用される。
【００４９】
前記培養槽２ａにおいて微細藻類に照射される光Ｂの強度は、特に限定されるものではないが、例えば、ユーグレナ属（Euglena）を培養する場合、５０μｍｏｌ ｐｈｏｔｏｎｓ／ｍ２・ｓ〜５００μｍｏｌ ｐｈｏｔｏｎｓ／ｍ２・ｓの強度であることが好ましい。
前記光Ｂの強度が５０μｍｏｌ ｐｈｏｔｏｎｓ／ｍ２・ｓ以上であることにより、光合成をより促すことができるという利点がある。また、光の強度が５００μｍｏｌ ｐｈｏｔｏｎｓ／ｍ２・ｓ以下、好ましくは２００μｍｏｌ ｐｈｏｔｏｎｓ／ｍ２・ｓ以下であることにより、光による増殖阻害をより確実に抑制できるという利点がある。
【００５０】
前記第一処理部２は、微細藻類に光Ｂを照射する期間と、光Ｂを照射しない期間とを交互に設けることにより、培養槽２ａ内の排水Ａ中で微細藻類を増殖させるように構成されていてもよい。
即ち、前記第一処理部２は、微細藻類に光Ｂを照射して光合成を行わせつつ微細藻類を増殖させる期間と、暗条件下にて従属栄養培養によって微細藻類を増殖させる期間とを繰り返し交互に設けるように構成されていてもよい。
前記第一処理部２において微細藻類に光Ｂを照射する期間は、通常、日光が出ている昼の時間に相当する８時間〜１５時間である。また、微細藻類に光合成を行わせない暗条件の期間は、通常、日光が出ていない夜の時間に相当する９時間〜１６時間である。これらの期間は、状況や目的に応じて変化させることができる。
なお、本明細書中における「暗条件」とは、培養期間を通じて光の照射強度を平均した場合にその値が数μｍｏｌ ｐｈｏｔｏｎｓ／ｍ２・ｓ以下（多くとも１０μｍｏｌ ｐｈｏｔｏｎｓ／ｍ２・ｓを超えない）となることを意味する。
【００５１】
前記第一処理部２では、例えば、微細藻類としてユーグレナ（Euglena）属生物を採用する場合、培養槽２ａにおける培養温度が、２０℃〜３０℃であることが好ましい。
【００５２】
前記第一処理部２における排水ＡのｐＨは、微細藻類が増殖できるｐＨであれば、特に限定されない。該ｐＨとしては、例えば、ユーグレナ（Euglena）属生物を培養する場合には、ｐＨ３．０〜８．０が採用される。
前記第一処理部２は、排水ＡのｐＨを調整すべく、塩酸のような無機酸を排水Ａに添加するように構成されていてもよく、酢酸のような有機酸を排水Ａに添加するように構成されていてもよい。
【００５３】
前記第一処理部２は、図２に示すように、二酸化炭素を含む気体によって培養槽２ａ中の排水Ａを曝気するための曝気管２ｃを有する。
【００５４】
前記曝気管２ｃは、培養槽２ａの底部に配されており、二酸化炭素を含む気体を培養槽２ａの底部側から排水Ａ中へ気泡状に供給するように構成されている。
【００５５】
二酸化炭素を含む気体としては、例えば、空気、排気ガス、炭酸ガス、又は、これらの混合ガス等が挙げられる。
【００５６】
前記第一処理部２においては、例えば、二酸化炭素を含む気体として二酸化炭素を比較的多く含む排気ガスを採用し、該排気ガスを曝気管２ｃを経由させて培養槽２ａ内の排水Ａに供給することにより、排水Ａを曝気によって撹拌しつつ、効率よく微細藻類に光合成を行わせることができる。
【００５７】
また、前記第一処理部２においては、例えば、明条件において微細藻類の光合成によって排水中に供給される酸素ガス量が、暗条件において微細藻類が呼吸するために不十分な場合に、前記気体として空気を採用し、曝気管２ｃを経由させて排水Ａ中に該空気を供給することにより、排水Ａを曝気して撹拌しつつ、培養槽２ａ内の微細藻類に呼吸用の酸素を供給することができる。
前記第一処理部２は、微細藻類を培養しつつ曝気管２ｃによって排水Ａを常時曝気するように構成されていてもよく、所定の時間間隔を空けて排水Ａを曝気するように構成されていてもよい。
【００５８】
なお、前記第一処理部２は、微細藻類と排水Ａとを槽内にて撹拌する撹拌装置（図示せず）を有してもよい。
【００５９】
前記微細藻類は、昆布やワカメと異なり、通常、単細胞性である。また、通常、細胞の大きさが概ね数マイクロメートルから数十マイクロメートルの微小な藻類である。
前記微細藻類は、通常、光合成能力を有する。
【００６０】
前記微細藻類としては、ユーグレナ（Euglena）属に属する微細藻類、クロレラ（Chlorella）属に属する微細藻類、オーキセノクロレラ（Auxenochlorella）属に属する微細藻類、ボトリオコッカス（Botryococcus）属に属する微細藻類、ナンノクロリス（Nannochloris）属に属する微細藻類、ナンノクロロプシス（Nannochloropsis）属に属する微細藻類、ネオクロリス（Neochloris）属に属する微細藻類、シュードコッコミクサ（Pseudococcomyxa）属に属する微細藻類、セネデスムス（Scenedesmus）属に属する微細藻類からなる群より選択された少なくとも１種が好ましい。
【００６１】
前記ユーグレナ（Euglena）属に属する微細藻類としては、例えば、Euglena gracilis、Euglena longa、Euglena caudata、Euglena oxyuris、Euglena tripteris、Euglena proxima、Euglena viridis、Euglena sociabilis、Euglena ehrenbergii、Euglena deses、Euglena pisciformis、Euglena spirogyra、Euglena acus、Euglena geniculata、Euglena intermedia、Euglena mutabilis、Euglena sanguinea、Euglena stellata、Euglena terricola、Euglena klebsi、Euglena rubra、又は、Euglena cyclopicolaなどが挙げられる。
具体的には、前記ユーグレナ（Euglena）属に属する微細藻類としては、例えば、Euglena gracilis  などが挙げられる。
【００６２】
前記クロレラ（Chlorella）属に属する微細藻類としては、例えば、Chlorella vulgaris、Chlorella pyrenoidosa、又は、Chlorella sorocinianaなどが挙げられる。
【００６３】
前記オーキセノクロレラ（Auxenochlorella）属に属する微細藻類としては、例えば、Auxenochlorella protothecoidesなどが挙げられる。
【００６４】
前記ボトリオコッカス（Botryococcus）属に属する微細藻類としては、例えば、Botryococcus brauniiなどが挙げられる。Botryococcus brauniiとしては、例えば、後述するBotryococcus tsukuba1が挙げられる。
【００６５】
前記ナンノクロリス（Nannochloris）属に属する微細藻類としては、例えば、Nannochloris bacillaris、Nannochloris normandinaeなどが挙げられる。
【００６６】
前記ナンノクロロプシス（Nannochloropsis）属に属する微細藻類としては、例えば、Nannochloropsis oculataなどが挙げられる。
【００６７】
前記ネオクロリス（Neochloris）属に属する微細藻類としては、例えば、Neochloris aquatica、Neochloris cohaerens、Neochloris conjuncta、Neochloris gelatinosa、Neochloris pseudostigmata、Neochloris pseudostigmatica、Neochloris pyrenoidosa、Neochloris terrestris、Neochloris texensis、Neochloris vigensis、Neochloris wimmeri、Neochloris oleoabundansなどが挙げられる。
【００６８】
前記シュードコッコミクサ（Pseudococcomyxa）属に属する微細藻類としては、例えば、Pseudococcomyxa ellipsoideaなどが挙げられる。
【００６９】
前記セネデスムス（Scenedesmus）属に属する微細藻類としては、例えば、Scenedesmus sp.R-16 Scenedesmus rubescens Scenedesmus ovaltermus、Scenedesmus disciformis、Scenedesmus acumunatus、Acutodesmus obliquus（Scenedesmus acumunatusの一種）Scenedesmus dimorphusなどが挙げられる。
【００７０】
上記の微細藻類の培養株は、独立行政法人製品評価技術基盤機構  特許微生物寄託センター（郵便番号292-0818  千葉県木更津市かずさ鎌足２−５−８）、独立行政法人国立環境研究所微生物系統保存施設（郵便番号305-8506  茨城県つくば市小野川16-2）、又は、The Culture Collection of Algae at the University of Texas at Austin, USA（http://web.biosci.utexas.edu/utex/default.aspx）などから容易に入手される。
【００７１】
前記微細藻類としては、例えば、下水中に含まれる自然発生微細藻類が採用される。自然発生微細藻類は、上記クロレラ（Chlorella）属に属する微細藻類及び上記セネデスムス（Scenedesmus）属に属する微細藻類のいずれかを少なくとも含む。
【００７２】
前記第二沈殿槽５は、第一処理部２から供給された第一処理水を少なくとも含む排水に含まれる浮遊物を沈殿させるように構成されている。具体的には、第二沈殿槽５は、第一処理部２から供給された第一処理水を含有する排水に含まれる浮遊物としての微細藻類を、沈殿させるように構成されている。
【００７３】
前記第二沈殿槽５においては、内部に貯めた排水を、例えば３０〜１８０分間静置することにより、排水に含まれる微細藻類を沈殿させることができる。
前記第二沈殿槽５は、槽内に凝集剤が添加されるように構成され、添加された凝集剤によって微細藻類を沈殿させるように構成されていてもよい。
前記第二沈殿槽５において沈殿させる微細藻類が上記のユーグレナ属に属する微細藻類である場合には、排水と微細藻類との比重差がより大きくなることから、より確実に浮遊物としての微細藻類を沈殿させることができる。
【００７４】
前記第二処理部３は、例えば図２に示すように、少なくとも第二沈殿槽５から供給された排水（必要に応じて第一沈殿槽４からの排水を含む）を、散気しつつ活性汚泥によって水処理する散気槽３ａと、該散気槽３ａに酸素を含む気体を供給する散気管３ｂとを有する。
【００７５】
前記第二処理部３は、散気槽３ａ内部に排水を収容し、散気管３ｂから供給される気体により排水を散気しつつ活性汚泥によって排水を水処理するように構成されている。即ち、活性汚泥法によって排水を水処理するように構成されている。
なお、本実施形態の排水処理設備１は、活性汚泥によって水処理された浄化水Ｃ（第二処理水）を第二処理部３から第三沈殿槽６へ送るように構成されている。
【００７６】
前記散気槽３ａは、細菌、原生動物、後生動物等の生物種を含む活性汚泥によって、好気的条件下において排水中のＢＯＤ成分（有機炭素源）を分解する水処理を行うように構成されている。
【００７７】
前記散気管３ｂは、散気槽３ａの底部に配されており、酸素を含む気体としての空気等を散気槽３ａの底部側から排水中へ気泡状に供給するように構成されている。
【００７８】
前記第二処理部３によって排水が上記のごとく活性汚泥法によって水処理されることにより、排水に含まれていた有機物（ＢＯＤ成分）が二酸化炭素へと分解される。そして、十分に浄化された浄化水が得られる。
また、前記第二処理部３において活性汚泥法によって排水が水処理されることにより、例えば、排水に含まれる有機態窒素が、より分子量の小さいアンモニアイオンなどへ分解され得る。同様に、排水に含まれる有機態リンが、より分子量の小さいリン酸イオンなどへ分解され得る。活性汚泥法による水処理においては、排水中に含まれる窒素分やリン分が硝化脱窒工程及び生物学的脱リン工程を経ることなく、活性汚泥中に取り込まれ、排水が浄化される。
本実施形態の排水処理設備１においては、第一処理部２によって、排水中の窒素分やリン分が微細藻類の細胞内に取り込まれることにより、排水に含まれる窒素分やリン分が十分に減少する。さらに、第二処理部３によって、微細藻類に利用されなかったＢＯＤ成分（有機態窒素、有機態リン、又は、窒素やリンを含まない有機物など）や微細藻類から排出されるＢＯＤ成分（主に、窒素やリンを含まない多糖類などの有機物）が活性汚泥によって二酸化炭素にまで分解される。従って、本実施形態の排水処理設備１においては、ＢＯＤ成分、窒素分、リン分のいずれもが十分に減少した浄化水を得ることができる。
【００７９】
一般的な嫌気無酸素好気法（Ａ２Ｏ法）では、排水中のリン分を必ずしも安定的に減少させることができない。また、排水に含まれる窒素分の大半を硝化細菌によって硝化させるために、曝気によって多量の酸素ガスを硝化反応にて使用するため、多量の酸素ガス、及び、酸素ガスを供給するための大型の散気動力が必要となる。
このように、一般的な排水処理設備と比較して、本実施形態の排水処理設備１においては、排水を浄化する微生物への酸素ガス供給量を抑えつつ、排水中の有機物（ＢＯＤ成分）、窒素分、及びリン分のいずれも十分に減らすことができる。しかも、本実施形態の排水処理設備１は、微細藻類の光合成によって第一処理水に酸素ガスが供給されることから、また、酸素ガスを消費する硝化反応を必ずしも要さないことから、酸素ガスを供給するための大規模な散気装置などを必ずしも必要としないため、コンパクト化されたものとなり得る。
【００８０】
前記第二処理部３の散気槽３ａに供給される排水の全窒素量は、５〜１５ｍｇ／Ｌに調整される。前記第二処理部３の散気槽３ａに供給される排水の全リン量は、１〜３ｍｇ／Ｌに調整される。全窒素量及び全リン量の調整は、必要に応じて、第一沈殿槽４からの排水を、散気槽３ａに供給される排水と混合させることによって行うことができる。
前記第二処理部３に供給される排水の全窒素量及び全リン量が、それぞれ５ｍｇ／Ｌ以上、１ｍｇ／Ｌ以上であることにより、活性汚泥に含まれる微生物の増殖に必要な全窒素量や全リン量をより確実に確保でき、活性汚泥に含まれる微生物の増殖をより確実に促進できる。従って、ＢＯＤ成分をより十分に分解することができる。
一方、排水中の全窒素量及び全リン量が、それぞれ１５ｍｇ／Ｌ以下、３ｍｇ／Ｌ以下であることにより、窒素分やリン分を細胞内に取り込む性能が比較的低い微生物を含む活性汚泥によっても、窒素分やリン分をさらに減らすことにより、浄化水中の全窒素量や全リン量を十分に低くすることができる。
【００８１】
本実施形態の排水処理設備１は、例えば図２に示すように、第一処理部２にて微細藻類を培養した後の第一処理水を含む排水が、脱窒反応などを伴う嫌気的処理を経ずに、第二処理部３へ供給されるように構成されている。第一処理部２にて微細藻類を培養した後の第一処理水を含む排水が嫌気的処理を経ない分、排水処理設備をコンパクト化できる。
なお、第二処理部３へ供給される排水は、第一処理部２にて微細藻類を培養した後の第一処理水（排水）を少なくとも含む。第二処理部３へ供給される排水は、いったん排水処理設備１に取り込まれた排水Ａであって第一処理部２に供給される前の第一沈殿槽４からの排水Ａを含んでいても良い。
【００８２】
前記第三沈殿槽６は、第二処理部３から供給された浄化水Ｃ（第二処理水）に含まれる浮遊物を沈殿させるように構成されている。具体的には、第二処理部３から供給された浄化水Ｃに含まれる浮遊物としての活性汚泥を沈殿させ、活性汚泥が減少した浄化水Ｃを得るように構成されている。
そして、本実施形態の排水処理設備１は、例えば図２に示すように、第三沈殿槽６にて活性汚泥が減少した浄化水Ｃを設備１外へ送るように構成されている。
【００８３】
前記第三沈殿槽６においては、内部に貯めた浄化水Ｃを、例えば１〜４時間静置することにより、浄化水Ｃに含まれる活性汚泥を沈殿させることができる。
前記第三沈殿槽６は、槽内に凝集剤を添加するように構成され、添加された凝集剤によって活性汚泥を沈殿させるように構成されていてもよい。
【００８４】
本実施形態の排水処理設備１は、例えば図２に示すように、第二沈殿槽５にて沈殿させた微細藻類を第一処理部２に返送する微細藻類返送用経路８と、第三沈殿槽６にて沈殿させた活性汚泥を第二処理部３に返送する活性汚泥返送用経路９と、活性汚泥法による水処理によって得られた浄化水Ｃを設備１外へ送る浄化水取出用経路１０とをさらに備える。
【００８５】
前記微細藻類返送用経路８は、例えば、微細藻類返送用配管８によって形成され、第二沈殿槽５においていったん沈殿させた微細藻類を第一処理部２へ送るように構成されている。前記微細藻類返送用配管８によって、いったん沈殿した微細藻類を第一処理部２に送ることにより、第一処理部２にて培養する微細藻類濃度を高めることができる。微細藻類濃度を高めることにより、排水中のＢＯＤ成分、窒素分、リン分をより速く減少させることができる。
前記活性汚泥返送用経路９は、例えば、活性汚泥返送用配管９によって形成され、第三沈殿槽６においていったん沈殿させた活性汚泥を第二処理部３へ送るように構成されている。前記活性汚泥返送用配管９によって、いったん沈殿した活性汚泥を第二処理部３に送ることにより、第二処理部３における汚泥濃度を高めることができる。
前記浄化水取出用経路１０は、例えば、浄化水取出用配管１０によって形成され、例えば図２に示すように、第三沈殿槽６において活性汚泥が減少した浄化水Ｃを設備１外へ送るように構成されている。
【００８６】
前記浄化水取出用配管１０によって設備１外へ送られた浄化水Ｃは、例えば、河川や海へ放流されるか、又は、下水へ放流される。
【００８７】
本実施形態の排水処理設備１は、例えば図２に示すように、第二沈殿槽５において沈殿させた微細藻類を設備１外へ送り、余剰微細藻類Ｐとして排出するように構成されている。
また、本実施形態の排水処理設備１は、第三沈殿槽６において沈殿させた活性汚泥を設備１外へ送り、余剰活性汚泥Ｑとして排出するように構成されている。
【００８８】
本実施形態の排水処理設備１においては、例えば図３に示すように、第二処理部３は、さらに、散気槽３ａ内で活性汚泥法によって排水が水処理されることにより得られた浄化水Ｃを膜濾過する膜ユニット３ｃを有する構成であっても良い。膜ユニット３ｃは、活性汚泥法によって水処理される排水に浸かるように散気槽３ａ内に配されている。
前記第二処理部３は、浮遊物を含む浄化水Ｃを膜ユニット３ｃに含まれる濾過膜によって膜濾過することにより、濾過膜を透過した透過水（浄化水Ｃ）を得るように構成されている。
即ち、前記膜ユニット３ｃを有する第二処理部３は、第一処理部２から供給された排水を膜分離活性汚泥法（ＭＢＲ法）によって水処理し、排水が浄化されてなる浄化水Ｃを得るように構成されている。
なお、膜分離活性汚泥法（ＭＢＲ法）は、活性汚泥法の一種であり、活性汚泥によって浄化された浄化水と活性汚泥との分離を濾過膜の膜分離によって行う方法である。
【００８９】
前記膜ユニット３ｃを有する第二処理部３は、例えば、少なくとも酸素を含む気体によって散気槽３ａ内を散気しつつ、該散気によって第二処理部３の膜ユニット３ｃの外表面を洗浄するように構成されている。
膜ユニット３ｃの表面が散気管３ｂから供給される気体の散気によって洗浄されることにより、膜ユニット３ｃの表面に付着した汚れが除去される。従って、膜ユニット３ｃの詰まりが抑制され膜ユニット３ｃによる膜濾過がより確実に行われる。
【００９０】
前記膜ユニット３ｃは、濾過膜を有し、浮遊物を含む浄化水Ｃを濾過膜によって膜濾過するように構成されている。
具体的には、前記膜ユニット３ｃは、図３に示すように、排水中に浸漬され、内側を陰圧にすることにより外側から内側へ向けて膜濾過を行い、濾過膜を透過した透過水を取り出すように構成されている。
【００９１】
前記濾過膜としては、効率良く膜濾過を行いつつ排水中の活性汚泥をより確実に減少させることができるという点で、精密濾過膜（ＭＦ膜）が好ましい。
【００９２】
前記精密濾過膜（ＭＦ膜）の孔径は、通常、０．０１μｍを超え１０μｍ以下である。精密濾過膜（ＭＦ膜）の孔径は、細菌類の透過をより確実に阻止できるという点で、０．４５μｍ以下であることが好ましい。
【００９３】
前記濾過膜の形状としては、従来公知のものが挙げられ、例えば、中空糸状に形成されたいわゆる中空糸膜状、又は、板状の平膜状などが挙げられる。
前記濾過膜の材質としては、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）、セルロース、ポリアミド、セラミック等が挙げられる。
【００９４】
前記膜ユニット３ｃを有する排水処理設備１は、図３に示すように、膜ユニット３ｃに取り付けられた浄化水取出用配管１０（透過水取出用配管）を備え、第二処理部３において膜分離（膜濾過）された浄化水Ｃを設備１外へ送るように構成されている。斯かる排水処理設備１は、余剰活性汚泥Ｑを散気槽３ａから排出するように構成されてもいる。
【００９５】
なお、本実施形態の排水処理設備１は、例えば図４又は図５に示すように、第二沈殿槽５を備えず、膜分離ユニット２ｄを有する第一処理部２を備え、第一処理部２にて微細藻類を培養した後の第一処理水を含む排水を斯かる膜分離ユニット２ｄを介して第二処理部３に直接送るように構成されていてもよい。斯かる構成の排水処理設備１は、余剰微細藻類Ｐを培養槽２ａから排出するように構成されてもいる。なお、第一処理部２の膜分離ユニット２ｄは、第二処理部３の膜ユニット３ｃと同様に構成され、微細藻類を培養する排水Ａに浸かるように培養槽２ａ内に配されている。
また、本実施形態の排水処理設備１は、上述した混合部１２を備えていなくてもよい。
【００９６】
次に、本実施形態の排水処理方法について説明する。
【００９７】
本実施形態の排水処理方法は、上述した各機器類を用いることによって実施することができる。
【００９８】
本実施形態の排水処理方法は、排水Ａ中で微細藻類を培養する第一処理工程と、該第一処理工程にて前記微細藻類を培養した後の第一処理水を少なくとも含む排水を活性汚泥法によって水処理する第二処理工程とを備える。
【００９９】
本実施形態の排水処理方法では、十分に全窒素量又は全リン量を減らした第一処理水を含む排水に対して第二処理工程を行うこととなる。第二処理工程では、必ずしも十分に全窒素量又は全リン量を減らせないことから、第一処理工程によって上記のごとく十分に全窒素量又は全リン量を減らすことにより、十分に窒素分やリン分が減少した浄化水Ｃを第二処理工程にて得ることができる。なお、本実施形態の排水処理方法では、第二処理工程開始時における排水の全窒素量及び全リン量は、それぞれ、５〜１５ｍｇ／Ｌ、１〜３ｍｇ／Ｌである。
【０１００】
詳しくは、本実施形態の排水処理方法においては、第一処理工程にて、排水中で微細藻類を培養するため、排水中に比較的多量に含まれる窒素分やリン分を栄養素として微細藻類が十分に増殖することができる。しかも、排水中に比較的多量に含まれる有機物（ＢＯＤ成分）を栄養素として微細藻類が増殖することができる。そして、微細藻類の増殖に伴って、排水中の窒素分やリン分が微細藻類の細胞内に取り込まれることにより、排水中の窒素分やリン分が十分に減少する。
また、第二処理工程にて、第一処理工程によって窒素分やリン分が減少した排水を、活性汚泥法によって水処理することにより、微細藻類の増殖に利用されなかった排水中の有機物や微細藻類由来の溶存態有機老廃物といったＢＯＤ成分、窒素分、及びリン分を活性汚泥によって減少させることができる。
しかも、比較的大量の酸素ガスを必要とする、例えば硝化反応を行わなくても、排水中の窒素分を十分に減らすことができる。
従って、本実施形態の排水処理方法では、排水を浄化する微生物への酸素ガス供給量を抑えつつ、排水中のＢＯＤ成分（微細藻類由来のＢＯＤ成分を含む）、窒素分、及びリン分のいずれも十分に減らすことができる。
【０１０１】
前記排水処理方法は、第一処理工程と第二処理工程とを同時に行いながら実施することができる。一方で、前記排水処理方法は、第一処理工程を所定時間行った後に第二処理工程を行うなど、第一処理工程と第二処理工程とを別々に行うことによって実施することができる。
【０１０２】
前記第一処理工程は、上記の第一処理部２において行うことができる。
前記第一処理工程の開始時、及び実施中には、通常、排水が微細藻類を乾燥質量換算で１００〜５０００ｍｇ／Ｌ含む。
前記第一処理工程では、光を照射しつつ微細藻類を培養することが好ましく、光としての自然光を照射しつつ微細藻類を培養することがより好ましい。
前記第一処理工程において光を照射しつつ微細藻類を培養することにより、微細藻類の生育をより促進できることから、微細藻類の増殖をより促進できる。微細藻類の増殖に伴って、排水Ａ中の窒素含有化合物やリン含有化合物が微細藻類の細胞内に取り込まれる。これにより、排水Ａ中の窒素含有化合物やリン含有化合物がより確実に減少する。従って、排水Ａ中の窒素含有化合物やリン含有化合物をより十分に減少させて排水Ａをより十分に浄化できる。
【０１０３】
前記第一処理工程において光としての自然光を照射しつつ微細藻類を培養することにより、電力等の人工的なエネルギーを使わなくとも微細藻類に光合成させることができるという利点がある。
特に、排水処理方法において、排水Ａとして下水を採用し、且つ、微細藻類に照射する光として自然光を採用することにより、排水Ａとして、昼夜において窒素分やリン分の量が変動する下水を採用しても、十分に排水Ａ中の窒素分やリン分を減少させることができるという利点がある。
即ち、下水に含まれる窒素分やリン分は、産業活動が活発化する昼間において増加し、一方で夜間において減少するところ、自然光としての太陽光は、昼間においてより強く夕方において弱まり、夜間においてなくなる。昼間において排水Ａ中の窒素分やリン分が増加しても、上述した曝気によって二酸化炭素を十分に供給すると、より強度の強い昼間の太陽光によって微細藻類の光合成が促進される。これにより、排水Ａに含まれる増加した窒素分やリン分を、強度の強い太陽光によって微細藻類に十分に取り込ませることができる。即ち、昼間における排水Ａ中の窒素分やリン分の増加に応じて、より強度の強い昼間の太陽光によって微細藻類の増殖を促進させ、排水Ａ中の窒素分やリン分を減少させる量を昼間において増やすことができる。従って、昼夜において窒素分やリン分の量が変動する下水を排水Ａとして採用しても、下水に含まれる窒素分やリン分を十分に減少させることができる。
【０１０４】
前記第一処理工程では、排水Ａに含まれる窒素分やリン分の量に応じて、微細藻類に照射する光の強度を調整することが好ましい。
詳しくは、前記第一処理工程では、排水Ａに含まれる窒素分やリン分の量と、微細藻類に照射する光の強度とを比例させることが好ましい。即ち、排水Ａに含まれる窒素分やリン分の量が増えると、微細藻類に照射する光の強度を大きくし、排水Ａに含まれる窒素分やリン分の量が減ると、微細藻類に照射する光の強度を小さくすることが好ましい。
【０１０５】
前記排水処理方法では、第一処理工程後の排水（第一処理水）を含み全窒素量が５〜１５ｍｇ／Ｌであり且つ全リン量が１〜３ｍｇ／Ｌである排水を、第二処理工程にて水処理する。
全窒素量、及び、全リン量は、上述したＪＩＳ規格に記載された方法によって測定する。なお、全窒素量、及び、全リン量は、市販されている水質測定装置によって簡易的に測定することができる。
【０１０６】
例えば、前記排水処理方法では、第一処理工程後に全窒素量が５ｍｇ／Ｌ未満となり、全リン量が１ｍｇ／Ｌとなった排水を、第一処理工程前の排水と混合することができる。これにより、排水の全窒素量を５〜１５ｍｇ／Ｌに調整し、排水の全リン量を１〜３ｍｇ／Ｌに調整することができる。そして、全窒素量及び全リン量を上記のごとく調整した排水を第二処理工程にて水処理することができる。
【０１０７】
また、前記排水処理方法では、第一処理工程にて全窒素量が５〜１５ｍｇ／Ｌとなり且つ全リン量が１〜３ｍｇ／Ｌとなった排水としての第一処理水を、第二処理工程にて水処理することができる。
即ち、前記排水処理方法では、全窒素量が５〜１５ｍｇ／Ｌとなるように（全窒素量が５〜１５ｍｇ／Ｌとなるまで）第一処理工程で微細藻類を培養した後の第一処理水（排水）を、第二処理工程にて水処理することができる。また、全リン量が１〜３ｍｇ／Ｌとなるように（全リン量が１〜３ｍｇ／Ｌとなるまで）第一処理工程で微細藻類を培養した後の第一処理水（排水）を、第二処理工程にて水処理することができる。
【０１０８】
前記第二処理工程で水処理する排水中の全窒素量や全リン量が上記の下限量以上であることにより、第二処理工程における微生物の増殖に必要な全窒素量や全リン量をより確実に確保でき、ＢＯＤ成分をより十分に分解することができる。一方、第二処理工程で水処理する排水中の全窒素量や全リン量が上記の上限量以下であることにより、活性汚泥法によってより十分に窒素分やリン分を減らすことができ、浄化水中の全窒素量や全リン量を十分に低くすることができる。
【０１０９】
本実施形態の排水処理方法では、第二処理工程で水処理する排水の全窒素量、全リン量を特に上記範囲にすることによって、多量の酸素ガスを必要とする硝化反応を行わなくとも、十分に排水の窒素分を減らすことができる。また、リン除去のための特別な工程を行わなくとも、十分にリン分を減らすことができる。従って、硝化反応に必要な酸素ガス供給装置の動力（散気動力）を大幅に削減することができる。また、リン除去の工程のための設備を必ずしも設ける必要がない。
なお、前記第一処理工程の後では、通常、排水としての第一処理水の全窒素量が８ｍｇ／Ｌ程度、排水Ａの全リン量が１．５ｍｇ／Ｌ程度である。
【０１１０】
前記第一処理工程では、光を照射しつつ微細藻類を培養する培養時間が、通常、２時間〜１０時間である。
【０１１１】
前記第一処理工程では、図４及び図５に示すように、上記の膜分離ユニット２ｄを用いて、培養後の微細藻類と排水とを分離することが好ましい。
【０１１２】
前記第二処理工程は、上記の第二処理部３において行うことができる。
前記第二処理工程では、活性汚泥法として標準活性汚泥法を採用できる。標準活性汚泥法は、排水中のＢＯＤ除去を目的として行われる方法であり、斯かる方法では、有機物がガス化、低分子化される。活性汚泥法は、菌体濃度を高める担体の存在下で行ってもよい。
【０１１３】
前記第二処理工程では、活性汚泥法としての膜分離活性汚泥法（ＭＢＲ）を採用することが好ましい。
前記第二処理工程において膜分離活性汚泥法を採用することにより、例えば活性汚泥を沈殿させなくても浄化水Ｃに含まれる浮遊物を減少させることができるため、浄化水Ｃに含まれる浮遊物を効率的に減少させることができるという利点がある。
【０１１４】
前記第二処理工程では、活性汚泥法によって排水を水処理する時間が、通常、４時間〜８時間である。なお、この時間は特に限定されず、求められる処理水質により変動する。
【０１１５】
前記排水処理方法では、通常、第一処理工程にて前記微細藻類を培養した後の第一処理水を少なくとも含む排水を、脱窒反応などの嫌気的処理を経させずに、第二処理工程にて活性汚泥法によって水処理する。
【０１１６】
本実施形態の排水処理設備及び排水処理方法は、上記例示の通りであるが、本発明は、上記例示の排水処理設備及び排水処理方法に限定されるものではない。
また、一般の排水処理設備及び排水処理方法において用いられる種々の態様を、本発明の効果を損ねない範囲において、採用することができる。
【実施例】
【０１１７】
試験例などによって、排水処理設備及び排水処理方法をさらに詳しく説明する。
【０１１８】
まず、第一処理部によって第一処理工程（微細藻類を培養）を行った結果を、試験例によって示す。
【０１１９】
（試験例１）
排水中にて下記の微細藻類を培養することにより、第一処理工程を行った。
「排水」
下水処理場の一次処理水（滅菌処理なし、ｐＨ調整なし（ｐＨ７．０程度））
「微細藻類」
ユーグレナ（Euglena）属に属する微細藻類  Euglena gracilis EOD-1
（原寄託日２０１３年３月２５日付で独立行政法人製品評価技術基盤機構  特許生物寄託センター（ＮＩＴＥ−ＩＰＯＤ（郵便番号292-0818  日本国千葉県木更津市かずさ鎌足2-5-8  120号室）にブダペスト条約の規定下で、受託番号ＦＥＲＭ  ＢＰ−１１５３０として国際寄託済み）
培養開始時の排水中の濃度（０．７０ｇ／Ｌ  乾燥質量換算）
「培養条件」
・培養槽−容積１０Ｌ（光照射方向の長さが１０ｃｍ）
・曝気−二酸化炭素ガス／空気＝１０／９０（体積比）の混合ガスを１．０Ｌ／分の量で連続的に供給
・培養温度−室温（１５〜２５℃に設定）
・光照射−培養槽の表面で約２００μｍｏｌ ｐｈｏｔｏｎｓ／ｍ２・ｓｅｃの強度となるように蛍光灯の光を１２時間照射後、光照射を止めた
・培養時間−２４時間
【０１２０】
（試験例２）
培養する微細藻類を下記の微細藻類に変更した点以外は、試験例１と同様にして第一処理工程を行った。
「微細藻類」
上記の一次処理水に光を照射することにより予め増殖させた自然発生微細藻類
セネデスムス属及びクロレラ属のいずれかの属に属する微細藻類を少なくとも含む
培養開始時の排水中の濃度（１．０７ｇ／Ｌ  乾燥質量換算）
【０１２１】
試験例１及び試験例２の第一処理工程を行いつつ、排水（上澄液）の全窒素量（溶存態全窒素：ＤＴ−Ｎ）、アンモニア態窒素量（ＮＨ４−Ｎ）、硝酸態窒素量（ＮＯ３−Ｎ）、全リン量（溶存態全リン：ＤＴ−Ｐ）、リン酸態リン量（ＰＯ４−Ｐ）、全有機炭素量（溶存態有機炭素ＤＯＣ）を測定した。このうち、全窒素量（溶存態全窒素：ＤＴ−Ｎ）、及び、全リン量（溶存態全リン：ＤＴ−Ｐ）の結果を表１に示す。
【０１２２】
【表１】
2016036777.tif 000003
【０１２３】
（試験例３）
微細藻類として試験例１の微細藻類と同じ株を用い、下記の培養条件にて第一処理工程を行った。
「前培養−１」
従属栄養培養によって微細藻類を予め増殖させた。
・培地
ＡＦ−６培地の組成を変えた培地（AF-6＋グルコース25g／L＋酵母エキス5g／L）
２００ｍＬ
（AF-6培地の組成は、独立行政法人国立環境研究所微生物系統保存施設のホームページ（http://mcc.nies.go.jp/）にて開示）
・培養方法
坂口フラスコ内にて光を照射せずに振盪培養
（１００ストローク／分、３〜７日間）
「前培養−２」
従属栄養培養から独立栄養培養へ切り替えた。
・培地
下水の二次処理水（フィルター滅菌済み）２００ｍＬ
・培養方法
三角フラスコ内にて、明暗を繰り返す条件下でＣＯ２を通気しつつ培養（３日間）
２５℃、約１５０μｍｏｌ ｐｈｏｔｏｎｓ／ｍ２・ｓｅｃ、１２時間明条件／１２時間暗条件
「第一処理工程」
・培地
下水  約１０００ｍＬ（フィルター滅菌済み）
・培養方法
メディウム瓶（１Ｌ）内にて、明暗を繰り返す条件下でＣＯ２を通気しつつ培養（〜２４時間）
２５℃、約２００μｍｏｌ ｐｈｏｔｏｎｓ／ｍ２・ｓｅｃ、１２時間明条件／１２時間暗条件
培養開始から０、２、４、６、８、２４時間後にサンプリング
サンプリング後のサンプルを０．２２μｍフィルターで濾過した後、濾液を分析時まで凍結保存した。濾液の全窒素量（溶存態全窒素：ＤＴ−Ｎ）及び全リン量（溶存態全リン：ＤＴ−Ｐ）に関わる分析結果を、試験例１〜３についてまとめて図６に示す。
【０１２４】
（試験例４）
微細藻類として下記の株を用い、下記の培養条件にて第一処理工程を行った。
「微細藻類」
Botryococcus tsukuba1 原寄託日２０１０年１２月９日付で独立行政法人製品評価技術基盤機構  特許生物寄託センター（ＮＩＴＥ−ＩＰＯＤ（郵便番号292-0818  日本国千葉県木更津市かずさ鎌足2-5-8  120号室）にブダペスト条約の規定下で、受託番号ＦＥＲＭ  ＢＰ−１１４４１として国際寄託済み）
「前培養」
・培地
下水（流入水、フィルター滅菌済み） 
・培養方法
２Ｌジャーファーメンターによる培養
明暗を繰り返す条件下で５％ＣＯ２を通気しつつ培養
２５℃、約７５０μｍｏｌ ｐｈｏｔｏｎｓ／ｍ２・ｓｅｃ、１２時間明条件／１２時間暗条件
「第一処理工程」
・培地
下水約１０００ｍＬ（流入水、フィルター滅菌済み）
・培養方法
メディウム瓶（１Ｌ）内にて、明暗を繰り返す条件下で１％ＣＯ２を通気しつつ培養
２５℃、約２００μｍｏｌ ｐｈｏｔｏｎｓ／ｍ２・ｓｅｃ、１２時間明条件／１２時間暗条件
培養開始から０、２、４、６、８、２４時間後にサンプリング
サンプリング後のサンプルを０．２２μｍフィルターで濾過した後、濾液を分析時まで凍結保存した。濾液の全窒素量（溶存態全窒素：ＤＴ−Ｎ）及び全リン量（溶存態全リン：ＤＴ−Ｐ）に関わる分析結果を図７に示す。
【０１２５】
図６、及び、図７から把握されるように、排水中で微細藻類を培養することによって、排水の全窒素量を１５ｍｇ／Ｌ以下にすることができ、全リン量を３ｍｇ／Ｌ以下にすることができる。
【０１２６】
また、試験例３及び試験例４の条件で、それぞれ７日間、第一処理工程（培養）を行い、微細藻類の乾燥重量と、ろ液のＴＯＣ濃度（溶存態有機炭素：ＤＯＣ）とを経時的に分析した結果を図８に示す。なお、ＤＯＣとＢＯＤの間には、経験的な相関関係があり、ＤＯＣの増加に伴いＢＯＤも増加する。図８から把握されるように、微細藻類の増殖に伴い、排水中のＤＯＣが増加している。従って、仮に、排水を活性汚泥法で水処理し、活性汚泥法で水処理された後の水を微細藻類で水処理すると、微細藻類で水処理した後の水に含まれる有機物が増加することとなる。そのため、有機物が増加した分、有機物を減らすためにさらなる水処理が必要となる。
これに対して、微細藻類を用いて排水（例えば、一次処理水）を水処理し、その後、活性汚泥で水処理することにより、排水中の窒素分、リン分、ＢＯＤを十分に減少させることができる。
【０１２７】
さらに、下記の文献の記述を基にして、活性汚泥法において、活性汚泥微生物の細胞内に取り込まれる窒素量及びリン量（即ち、排水から取り除かれる窒素量及びリン量）を求めた。
＜文献１＞下水道施設計画・設備指針と解説  後編  ２００９年度版  社団法人日本下水道協会  １５ページ、３０５ページ  
＜文献２＞リン資源の回収と有効利用  サイエンス＆テクノロジー株式会社  ２００９年  ５ページ
第二処理工程での条件を下記のように設定した。
被処理排水量                                ８０００  ｍ３／日
散気槽での水理学的滞留時間（ＨＲＴ）        ０．３３ｄ
散気槽へ入る排水の溶解性ＢＯＤ量            ８０  ｍｇ／Ｌ
散気槽へ入る排水の懸濁物質量（ＳＳ）        ９０  ｍｇ／Ｌ
散気槽から出る排水の懸濁物質量（ＳＳ）      １０  ｍｇ／Ｌ
溶解性ＢＯＤに対する汚泥変換率              ０．５  ｍｇ／ｍｇ
懸濁物質に対する汚泥変換率                  ０．９５  ｍｇ／ｍｇ
活性汚泥微生物の内生呼吸による減量          ０．０４  １／ｄ
ＭＬＳＳ濃度                                １５００ｍｇ／Ｌ
上記の設定条件から、余剰汚泥発生量、発生する余剰汚泥に含有される窒素及びリンを求めた。余剰汚泥発生量の計算は、文献１の３０５ページに記載の下記の計算式を基にして行った。
余剰汚泥発生量＝ａ×溶解性ＢＯＤ量＋ｂ×ＳＳ量
−ｃ×ＭＬＳＳ量−散気槽から出る排水のＳＳ量
また、汚泥における窒素の含有量の計算は、活性汚泥微生物の細胞の化学組成がＣ５Ｈ７ＮＯ２であるという技術的事項（文献１に記載）に基づいて行った。汚泥におけるリンの含有量の計算は、活性汚泥中に約２〜３％のリンが含まれているという技術液事項（文献２に記載）に基づいて２．５％と仮定して行った。算出結果を下記に示す。
余剰汚泥発生量          ７６４  ｋｇ／日
余剰汚泥に含まれる窒素    ９５  ｋｇ／日
余剰汚泥に含まれるリン    １９  ｋｇ／日      
必要窒素（活性汚泥に消費される窒素）
全窒素量に換算して１１．８  ｍｇ−Ｎ／Ｌ
必要リン（活性汚泥に消費されるリン）
全リン量に換算して  ２．４  ｍｇ−Ｐ／Ｌ      
この算出結果から、下記のことがいえる。即ち、第一処理工程後の排水において、全窒素量が５〜１５ｍｇ／Ｌであり、全リン量が１〜３ｍｇ／Ｌであれば、この排水に活性汚泥処理を施すことにより、活性汚泥微生物によって有機物が分解されつつ、排水中の窒素分とリン分とが活性汚泥微生物に取り込まれ、窒素分とリン分とが十分に減少した浄化水を得ることができる。
【０１２８】
続いて、一態様の排水処理設備によって排水処理方法を行うことを想定し、排水処理の条件を設計した。そして、排水処理後の浄化水の水質を計算によって求めた。なお、比較の排水処理方法として、嫌気無酸素好気法（Ａ２Ｏ）法を挙げた。
【０１２９】
（排水処理方法の一例  本法）
排水処理方法を行うにあたり、図２に示す排水処理設備を想定した。具体的には、表２に示すように排水処理設備を設計した。また、排水中の浮遊物量が培養槽においてＭＬＳＳ＝１，０００となるように、また、散気槽においてＭＬＳＳ＝１，５００となるように排水処理条件を設定した。
【０１３０】
【表２】
2016036777.tif 000004
【０１３１】
（嫌気無酸素好気法の一例  Ａ２Ｏ法）
一方、下記の文献に記載された事項を基にして、所定条件下での嫌気無酸素好気法による排水処理を想定した。
＜文献３＞流域別下水道整備総合計画制度設計会議編  「流域別下水道整備総合計画調査  指針と解説」  日本下水道協会  平成１１年度版  第１１５ページ
文献３の記述を基にして、Ａ２Ｏ法によって排水を処理したときの処理後の水質の計算結果を表３に示す。なお、表３において＃を付した数値は、文献３に記述されていた除去率の値と、浄化後の値（処理水質）とから計算により求めたものである。
表１と表３との比較から把握されるように、Ａ２Ｏ法では、第一処理工程と比べて、排水中の窒素分やリン分を必ずしも十分に除去できない。
なお、上記のＡ２Ｏ法を行うための排水処理設備としては、具体的には、図９に示す設備を設定した。
【０１３２】
【表３】
2016036777.tif 000005
【０１３３】
さらに、下記文献に記載されている事項を基にして、排水処理において必要とされる酸素ガス量を算出し、排水処理における必要酸素量（ＡＯＲ）を計算によって求めた。ただし、今回の必要酸素量の計算にあたっては、藻類の光合成によって供給される酸素量を考慮していない。
＜文献１＞同上  ３８，３９，１６４、１６５，１６８ページ  
【０１３４】
諸設定条件を表４〜表６に示す。上記の文献１に記載の事項、及び、表４〜表６に従って算出した必要酸素量についてまとめたものを表７に示す。
【０１３５】
【表４】
2016036777.tif 000006
【０１３６】
【表５】
2016036777.tif 000007
【０１３７】
【表６】
2016036777.tif 000008
【０１３８】
【表７】
2016036777.tif 000009
【０１３９】
表７から把握されるように、微細藻類を培養した後に窒素分及びリン分が所定量となった排水に対して活性汚泥処理を施す排水処理方法では、排水を浄化する微生物への酸素ガス供給量を抑えつつ、排水中の有機物、窒素分、及びリン分のいずれも十分に減らすことができる。また、酸素ガス供給量は、微細藻類の光合成によって供給される酸素ガス量を考慮しないとしても十分に抑えられることから、酸素ガス等を供給するための動力を抑えることができる。
上記の排水処理設備及び排水処理方法においては、上記必要酸素ガス量に加え、例えば、第一処理工程で培養槽内を撹拌し二酸化炭素を供給するための動力を要するが、この動力は、酸素ガスを供給するための曝気に要する動力に比べると非常に小さい。このため、従来のＡ2Ｏ法に比較して、上記の排水処理設備及び排水処理方法は、曝気及び撹拌に要する動力を４０〜５０％程度低減することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１４０】
本発明の排水処理設備及び排水処理方法は、例えば、下水などの排水を浄化して浄化水を得るために好適に使用できる。具体的には、本発明の排水処理設備及び排水処理方法は、例えば、下水処理設備、下水処理方法に適用できる。さらには、本発明の排水処理設備及び排水処理方法は、排水の浄化に伴って増殖する微細藻類の細胞内に炭化水素や多糖類などの有機物を貯蔵させ、培養した微細藻類を、健康食品、医薬品、飼料、又は燃料を含む化成品等の用途で利用するためにも好適に使用され得る。
【符号の説明】
【０１４１】
１：排水処理設備、
２：第一処理部、  ２ａ：培養槽、  ２ｂ：照明機器、  ２ｃ：曝気管、  ２ｄ：膜分離ユニット、
３：第二処理部、  ３ａ：散気槽、  ３ｂ：散気管、  ３ｃ：膜ユニット、
４：第一沈殿槽、  ５：第二沈殿槽、  ６：第三沈殿槽、
７：沈砂槽、
８：微細藻類返送用経路（微細藻類返送用配管）、
９：活性汚泥返送用経路（活性汚泥返送用配管）、
１０：浄化水（透過水）取出用経路（浄化水（透過水）取出用配管）、
１０１：無酸素槽、  １０２：脱窒槽、  １０３：硝化槽、  １０４：沈殿池、
１１：測定部、  １２：混合部、
Ａ：排水、  Ｂ：光、  Ｃ：浄化水、  Ｐ：余剰微細藻類、  Ｑ：余剰活性汚泥
Ｚ：余剰汚泥。
【図１】
2016036777.tif 000010
【図２】
2016036777.tif 000011
【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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【図８】
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【図９】
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