(57)【要約】【課題】アンモニア態窒素を好気的に直接窒素ガス化する微生物を用いた廃水の処理において、効率的に窒素ガス化による窒素除去を行うことができる廃水の処理装置および廃水の処理方法の提供。【解決手段】有機態窒素およびアンモニア態窒素の少なくとも一方を含む廃水を処理する装置であって、好気的直接窒素ガス化細菌を用いて前記廃水を活性汚泥処理し、生物処理水とする活性汚泥処理槽１１と、前記活性汚泥処理槽１１の下流に設けられた、活性汚泥および生物処理水を含む汚泥含有処理水を膜処理する膜分離手段２０と、前記膜分離手段２０から前記活性汚泥処理槽１１に、前記汚泥含有処理水の一部を返送する汚泥返送手段３０とを備える廃水の処理装置１。膜分離手段２０は、活性汚泥処理槽１１内に設けられていてもよい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機態窒素およびアンモニア態窒素の少なくとも一方を含む廃水を処理する装置であって、
好気的直接窒素ガス化細菌を用いて前記廃水を活性汚泥処理し、生物処理水とする活性汚泥処理槽と、
前記活性汚泥処理槽の下流に設けられた、活性汚泥および生物処理水を含む汚泥含有処理水を膜処理する膜分離手段と、
前記膜分離手段から前記活性汚泥処理槽に、前記汚泥含有処理水の一部を返送する汚泥返送手段とを備える、廃水の処理装置。
【請求項２】
有機態窒素およびアンモニア態窒素の少なくとも一方を含む廃水を処理する装置であって、
好気的直接窒素ガス化細菌を用いて前記廃水を活性汚泥処理し、生物処理水とする活性汚泥処理槽と、
活性汚泥および生物処理水を含む汚泥含有処理水を膜処理する膜分離手段とを備え、
前記膜分離手段が前記活性汚泥処理槽内に設けられている、廃水の処理装置。
【請求項３】
前記廃水に好気的直接窒素ガス化細菌を添加する菌体添加手段をさらに備える、請求項１または２に記載の廃水の処理装置。
【請求項４】
前記菌体添加手段が、前記活性汚泥処理槽中の廃水に好気的直接窒素ガス化細菌を添加する手段である、請求項３に記載の廃水の処理装置。
【請求項５】
前記好気的直接窒素ガス化細菌が、アルカリゲネス・フェカリスＮｏ４株（ＦＥＲＭ  Ｐ−１８１１４）である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の廃水の処理装置。
【請求項６】
有機態窒素およびアンモニア態窒素の少なくとも一方を含む廃水を処理する方法であって、
好気的直接窒素ガス化細菌を用いて前記廃水を活性汚泥処理槽で活性汚泥処理し、生物処理水とする活性汚泥処理工程と、
前記活性汚泥処理槽の下流に設けられた膜分離手段で、活性汚泥および生物処理水を含む汚泥含有処理水を膜処理する膜分離工程と、
前記膜分離手段から前記活性汚泥処理槽に、前記汚泥含有処理水の一部を返送する汚泥返送工程とを有する、廃水の処理方法。
【請求項７】
有機態窒素およびアンモニア態窒素の少なくとも一方を含む廃水を処理する方法であって、
好気的直接窒素ガス化細菌を用いて前記廃水を活性汚泥処理槽で活性汚泥処理し、生物処理水とする活性汚泥処理工程と、
活性汚泥および生物処理水を含む汚泥含有処理水を膜分離手段で膜処理する膜分離工程とを有し、
前記膜分離工程を前記活性汚泥処理槽内で行う、廃水の処理方法。
【請求項８】
前記廃水に好気的直接窒素ガス化細菌を添加する菌体添加工程をさらに有する、請求項６または７に記載の廃水の処理方法。
【請求項９】
前記菌体添加工程が、前記活性汚泥処理槽中の廃水に好気的直接窒素ガス化細菌を添加する工程である、請求項８に記載の廃水の処理方法。
【請求項１０】
前記好気的直接窒素ガス化細菌が、アルカリゲネス・フェカリスＮｏ４株（ＦＥＲＭ  Ｐ−１８１１４）である、請求項６〜９のいずれか一項に記載の廃水の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機態窒素およびアンモニア態窒素の少なくとも一方を含む廃水の処理装置および廃水の処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
アンモニア態窒素を含有する廃水（窒素含有廃水）を生物学的廃水処理（活性汚泥処理）する方法としては、一般的に消化液循環方式や内生脱窒方式などが知られている。
消化液循環方式では、まず、原水（廃水）中のアンモニア態窒素を硝化細菌によって好気的条件下で亜硝酸態窒素または硝酸態窒素に変換する。その後、脱窒細菌によって有機物を還元力として無酸素条件下で亜硝酸態窒素または硝酸態窒素を窒素ガスに還元する。
【０００３】
硝化細菌は、アンモニア態窒素を亜硝酸に酸化するアンモニア酸化細菌と、亜硝酸態窒素を硝酸態窒素に酸化する亜硝酸酸化細菌との総称である。
一方、脱窒細菌は、無酸素条件下において亜硝酸態窒素または硝酸態窒素を電子受容体とし、有機物を電子供与体として利用することによって、亜硝酸態窒素または硝酸態窒素を窒素ガスにまで還元する微生物である。
【０００４】
近年、畜産、食品などの高濃度のアンモニア態窒素を含有する廃水を処理する方法として、アンモニア態窒素を好気的に窒素ガスに変えて脱窒することが可能なアルカリゲネス・フェカリスを用いた処理法が提案されている。
例えば、特許文献１〜３には、アルカリゲネス・フェカリスとしてＮｏ４株（ＦＥＲＭ  Ｐ−１８１１４）を用いて、アンモニア態窒素を窒素ガスに変換する方法が開示されている。
また、特許文献４には、アルカリゲネス・フェカリスとしてＣＮＣＭ  Ｉ−３４４８株を用いて、アンモニア態窒素を窒素ガスに変換する方法が開示されている。
【０００５】
アルカリゲネス・フェカリスＮｏ４株（ＦＥＲＭ  Ｐ−１８１１４）やＣＮＣＭ  Ｉ−３４４８株は、好気的直接窒素ガス化細菌の１種であり、従属栄養細菌でありながら、好気的にアンモニア態窒素を窒素ガスにまで直接にガス化できる。加えて、従来の硝化細菌と比較して、アンモニア態窒素除去速度が速く、増殖速度も速いといった利点がある。
また、活性汚泥処理するにあたって、消化液循環方式では処理槽として好気槽（硝化槽）と無酸素槽（脱窒槽）の２槽が必要であるのに対し、上記の好気的直接窒素ガス化細菌を用いた処理では好気処理のみで窒素除去が可能であるため、１槽で処理できる利点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−１９９８７５号公報
【特許文献２】特開２００８−１０４３６１号公報
【特許文献３】特開２０１４−５０７６７号公報
【特許文献４】特表２００９−５３４０４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、アルカリゲネス・フェカリスをはじめとする好気的直接窒素ガス化細菌を用いた廃水の処理では、例えば図６に示す廃水の処理装置３のように、好気的直接窒素ガス化細菌を含む活性汚泥を用い、活性汚泥処理槽１１で廃水を処理した後、沈殿槽７１で活性汚泥と上澄み液とに固液分離する。活性汚泥の一部は返送汚泥として汚泥返送手段３０により活性汚泥処理槽１１に返送され、上澄み液は第五の流路７２を通って貯留槽６１に貯留される。
【０００８】
しかしながら、好気的直接窒素ガス化細菌の純粋培養液は一般的にフロックを形成しにくく、沈殿槽７１で十分に沈殿しにくいため、返送汚泥中の好気的直接窒素ガス化細菌の濃度が低く、十分な量の好気的直接窒素ガス化細菌を活性汚泥処理槽１１に返送することは困難である。そのため、菌体添加手段４０を用いて好気的直接窒素ガス化細菌の培養液を活性汚泥処理槽１１に添加しても、活性汚泥処理槽１１内にて十分な菌体量を維持することが困難となり、好気的直接窒素ガス化の効率が低下するという問題があった。
【０００９】
例えば、特許文献３には、アルカリゲネス・フェカリスＮｏ４株を用いたアンモニア含有排水処理試験結果が記載されている。本試験はＳＢＲタイプ反応装置を用いたバッチ処理であり、１Ｌの反応槽（活性汚泥処理槽）に対して１日の処理水量を１００〜１５０ｍＬに設定している。すなわち、滞留時間として１０〜６．６７日という条件で運転している。
バッチ処理において、滞留時間が１０〜６．６７日程度であれば沈降性が低い菌体を用いても沈降するまでの時間を確保できる。よって、菌体濃度が比較的高い状態の返送汚泥を活性汚泥処理槽に返送できるので、活性汚泥処理槽内の菌体量が維持され、廃水を十分に処理できる。
しかし、滞留時間を短縮して処理水量を向上させようとすると、沈降性の低い菌体では活性汚泥処理槽内にて十分な菌体量を維持することが困難である。またバッチ処理ではなく、連続処理の場合では沈殿槽が大型化したり、返送汚泥量が増大したりする。
【００１０】
本発明は、アンモニア態窒素を好気的に直接窒素ガス化する微生物を用いた廃水の処理において、効率的に窒素ガス化による窒素除去を行うことができる廃水の処理装置および廃水の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】
【００１１】
本発明は以下の態様を有する。
［１］  有機態窒素およびアンモニア態窒素の少なくとも一方を含む廃水を処理する装置であって、好気的直接窒素ガス化細菌を用いて前記廃水を活性汚泥処理し、生物処理水とする活性汚泥処理槽と、前記活性汚泥処理槽の下流に設けられた、活性汚泥および生物処理水を含む汚泥含有処理水を膜処理する膜分離手段と、前記膜分離手段から前記活性汚泥処理槽に、前記汚泥含有処理水の一部を返送する汚泥返送手段とを備える、廃水の処理装置。
［２］  有機態窒素およびアンモニア態窒素の少なくとも一方を含む廃水を処理する装置であって、好気的直接窒素ガス化細菌を用いて前記廃水を活性汚泥処理し、生物処理水とする活性汚泥処理槽と、活性汚泥および生物処理水を含む汚泥含有処理水を膜処理する膜分離手段とを備え、前記膜分離手段が前記活性汚泥処理槽内に設けられている、廃水の処理装置。
［３］  前記廃水に好気的直接窒素ガス化細菌を添加する菌体添加手段をさらに備える、［１］または［２］に記載の廃水の処理装置。
［４］  前記菌体添加手段が、前記活性汚泥処理槽中の廃水に好気的直接窒素ガス化細菌を添加する手段である、［３］に記載の廃水の処理装置。
［５］  前記好気的直接窒素ガス化細菌が、アルカリゲネス・フェカリスＮｏ４株（ＦＥＲＭ  Ｐ−１８１１４）である、［１］〜［４］のいずれか１つに記載の廃水の処理装置。
【００１２】
［６］  有機態窒素およびアンモニア態窒素の少なくとも一方を含む廃水を処理する方法であって、好気的直接窒素ガス化細菌を用いて前記廃水を活性汚泥処理槽で活性汚泥処理し、生物処理水とする活性汚泥処理工程と、前記活性汚泥処理槽の下流に設けられた膜分離手段で、活性汚泥および生物処理水を含む汚泥含有処理水を膜処理する膜分離工程と、前記膜分離手段から前記活性汚泥処理槽に、前記汚泥含有処理水の一部を返送する汚泥返送工程とを有する、廃水の処理方法。
［７］  有機態窒素およびアンモニア態窒素の少なくとも一方を含む廃水を処理する方法であって、好気的直接窒素ガス化細菌を用いて前記廃水を活性汚泥処理槽で活性汚泥処理し、生物処理水とする活性汚泥処理工程と、活性汚泥および生物処理水を含む汚泥含有処理水を膜分離手段で膜処理する膜分離工程とを有し、前記膜分離工程を前記活性汚泥処理槽内で行う、廃水の処理方法。
［８］  前記廃水に好気的直接窒素ガス化細菌を添加する菌体添加工程をさらに有する、［６］または［７］に記載の廃水の処理方法。
［９］  前記菌体添加工程が、前記活性汚泥処理槽中の廃水に好気的直接窒素ガス化細菌を添加する工程である、［８］に記載の廃水の処理方法。
［１０］  前記好気的直接窒素ガス化細菌が、アルカリゲネス・フェカリスＮｏ４株（ＦＥＲＭ  Ｐ−１８１１４）である、［６］〜［９］のいずれか１つに記載の廃水の処理方法。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の廃水の処理装置および廃水の処理方法によれば、アンモニア態窒素を好気的に直接窒素ガス化する微生物を用いた廃水の処理において、効率的に窒素ガス化による窒素除去を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の廃水の処理装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】本発明の廃水の処理装置の他の例を示す概略構成図である。
【図３】実施例１における試験原水および透過水の全窒素濃度の変化を示すグラフである。
【図４】実施例２における試験原水および透過水の全窒素濃度の変化を示すグラフである。
【図５】比較例１における試験原水および処理水の全窒素濃度の変化を示すグラフである。
【図６】従来の廃水の処理装置の一例を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態の一例について詳細に説明するが、本発明はこれらの実施形態に限定して解釈されるものではない。
なお、本発明において、「有機態窒素」とは、有機成分に含まれる窒素のことであり、一般的にはタンパク質やアミノ酸である。
また、「好気的直接窒素ガス化細菌」とは、好気条件下で従属栄養的にアンモニア態窒素を窒素ガス化する微生物である。また、有機態窒素をアンモニア態窒素に変換（酸化）する微生物でもある。
また、「窒素ガス化」とは、アンモニア態窒素がＮ２分子となって、廃水中から気体として除去されることを意味する。
図１、２、６における寸法比は、説明の便宜上、実際のものとは異なったものである。また、図２、６においては、図１と同じ構成要素には同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００１６】
「第一実施形態」
＜廃水の処理装置＞
本発明の廃水の処理装置は、有機態窒素およびアンモニア態窒素の少なくとも一方を含む廃水を処理する装置である。
図１は、本発明の第一実施形態の廃水の処理装置１の概略構成図である。
本実施形態の廃水の処理装置１は、好気的直接窒素ガス化細菌を用いて廃水を活性汚泥処理（生物処理）し、生物処理水とする活性汚泥処理槽１１と、活性汚泥処理槽１１の下流に設けられた、活性汚泥および生物処理水を含む汚泥含有処理水を膜処理する膜分離手段２０と、膜分離手段２０から活性汚泥処理槽１１に、汚泥含有処理水の一部を返送する汚泥返送手段３０と、廃水に好気的直接窒素ガス化細菌を添加する菌体添加手段４０と、廃水に好気的直接窒素ガス化細菌の生育に必要となる物質（栄養剤）を添加する栄養剤添加手段５０と、膜処理された汚泥含有処理水を貯留する貯留槽６１とを備える。
なお、本発明において活性汚泥処理前の廃水を「原水」ともいい、活性汚泥処理後の廃水を「生物処理水」ともいい、膜処理後の汚泥含有処理水（具体的には、濾過膜を透過した生物処理水）を「透過水」ともいう。
【００１７】
（廃水）
本発明の処理対象となる廃水は、工場、事業所等から排出される被処理水であり、有機態窒素およびアンモニア態窒素の少なくとも一方を含む。
有機態窒素は、嫌気条件または好気条件下において微生物の作用により、アンモニア態窒素に変換される。有機態窒素を多く含む廃水として、食品廃水、畜産廃水などが挙げられる。
有機態窒素以外の窒素成分としては、アンモニア態窒素、硝酸態窒素、亜硝酸態窒素などの無機態窒素がある。
【００１８】
（活性汚泥処理槽）
活性汚泥処理槽１１は、生物学的廃水処理（活性汚泥処理）を行うために微生物（活性汚泥）を充填するものであり、本実施形態においては好気的直接窒素ガス化細菌を含む。
活性汚泥処理槽１１には、第一の流路１２と第二の流路１３とが接続されている。第一の流路１２は、工場や事業所等から排出された廃水を活性汚泥処理槽１１に流入（供給）させるための流路である。一方、第二の流路１３は、活性汚泥処理槽１１から排出された汚泥含有処理水を後述の膜分離手段２０の膜分離槽２１に流入（供給）させるための流路である。
【００１９】
また、活性汚泥処理槽１１内には槽内を好気条件に維持するために散気装置１４が設置されている。
散気装置１４は、空気を活性汚泥処理槽１１内に散気する散気管１４ａと、散気管１４ａに空気を供給する導入管１４ｂと、空気を送気するブロア１４ｃとを備えている。
散気管１４ａとしては、ブロア１４ｃから供給される空気を上方へ吐出できるものであれば特に限定されないが、例えば、穴あきの単管やメンブレンタイプのものが挙げられる。
【００２０】
活性汚泥処理槽１１には、槽内のｐＨ、酸化還元電位、水温、アンモニア濃度を測定する各種測定機器（いずれも図示略）を設置することが好ましい。
特に生物反応においてｐＨ制御は重要であり、槽内のｐＨが酸性化またはアルカリ化した場合には、アルカリ溶液または酸性溶液を添加するための装置（いずれも図示略）をさらに設置し、槽内のｐＨに応じてアルカリ溶液または酸性溶液を活性汚泥処理槽１１に添加することが好ましい。
【００２１】
（膜分離手段）
本実施形態の膜分離手段２０は、活性汚泥処理槽１１の下流に設けられており、膜分離槽２１と、膜分離槽２１内に設置された膜モジュール２２と、膜モジュール２２の下方に設置された、膜洗浄用の散気装置２３とを備える。
膜分離槽２１は、活性汚泥処理槽１１から送られた、活性汚泥および生物処理水を含む汚泥含有処理水を溜めるものである。
【００２２】
膜モジュール２２は、膜分離槽２１内に設置されている。膜モジュールは濾過膜を備え、この濾過膜により汚泥含有処理水が生物処理水と活性汚泥とに固液分離（膜処理）される。
濾過膜としては、濾過能を有するものであれば特に限定されないが、例えば、中空糸膜、平膜、チューブラ膜、モノリス型膜などが挙げられる。これらの中でも、容積充填率が高いことから、中空糸膜が好ましい。
濾過膜として中空糸膜を用いる場合、その材質としては、例えば、セルロース、ポリオレフィン、ポリスルホン、ポリフッ化ビニリデンフロライド（ＰＶＤＦ）、ポリ四フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）などが挙げられる。これらの中でも、中空糸膜の材質としては、耐薬品性やｐＨ変化に強い点から、ＰＶＤＦ、ＰＴＦＥが好ましい。
濾過膜としてモノリス型膜を用いる場合は、セラミック製の膜を用いることが好ましい。
濾過膜に形成される微細孔の平均孔径としては、一般に限外濾過膜と呼ばれる膜で０．００１〜０．１μｍ程度であり、一般に精密濾過膜と呼ばれる膜で０．１〜１μｍ程度である。本発明においては平均孔径が上記範囲内である濾過膜を用いることが好ましい。
【００２３】
膜モジュール２２には、第三の流路２４が接続されている。第三の流路２４は、濾過膜を透過した透過水（生物処理水）を膜分離手段２０から排出し、後述の貯留槽６１に流入（供給）させるための流路である。
第三の流路２４には、ポンプ２４ａが設置されている。これにより、膜モジュール２２の濾過膜を透過した透過水を膜分離手段２０から排出できるようになっている。
【００２４】
散気装置２３は、膜モジュール２２の濾過膜を洗浄するものであり、膜分離槽２１内かつ膜モジュール２２の下方に設置されている。
散気装置２３は、空気を膜分離槽２１内に散気する散気管２３ａと、散気管２３ａに空気を供給する導入管２３ｂと、空気を送気するブロア２３ｃとを備えている。
散気管２３ａとしては、ブロア２３ｃから供給される空気を上方へ吐出できるものであれば特に限定されないが、例えば、穴あきの単管やメンブレンタイプのものが挙げられる。
【００２５】
（汚泥返送手段）
汚泥返送手段３０は、膜分離手段２０から活性汚泥処理槽１１に、汚泥含有処理水の一部を返送するものである。
汚泥返送手段３０は、第四の流路３１を備える。第四の流路３１は、汚泥含有処理水の一部を膜分離手段２０から排出し、活性汚泥処理槽１１に流入（供給）させるための流路である。
第四の流路３１には、ポンプ３１ａが設置されている。これにより、膜分離槽２１内の汚泥含有処理水の一部を膜分離手段２０から活性汚泥処理槽１１に返送できるようになっている。
【００２６】
（菌体添加手段）
菌体添加手段４０は、廃水に好気的直接窒素ガス化細菌を添加するものである。
本実施形態の菌体添加手段４０は、活性汚泥処理槽１１の廃水に好気的直接窒素ガス化細菌を添加する。
菌体添加手段４０は、好気的直接窒素ガス化細菌を貯留するタンク４１と、好気的直接窒素ガス化細菌をタンク４１から廃水に供給する菌体供給流路４２と、好気的直接窒素ガス化細菌を送り出すポンプ４３とを備える。
タンク４１には、タンク内温度を適温に維持できるように、加温または冷却機構が備えられていることが好ましい。タンク内温度は０〜１５℃が好ましい。
【００２７】
好気的直接窒素ガス化細菌としては、例えば、アルカリゲネス・フェカリスＮｏ４株（Ａｌｃａｌｉｇｅｎｅｓ  ｆａｅｃａｌｉｓ  Ｎｏ．４．）、アルカリゲネス・フェカリスＯＫＫ１７株（Ａｌｃａｌｉｇｅｎｅｓ  ｆａｅｃａｌｉｓ  ＯＫＫ１７）等のアルカリゲネス属細菌；バチルス属細菌などが挙げられる。
また、上述した以外にも、好気的直接窒素ガス化細菌としてロードコックスｓｐ．ＣＰＺ２４．（Ｒｈｏｄｏｃｏｃｃｕｓ  ｓｐ．ＣＰＺ２４．)、アグロバクテリウムｓｐ．ＬＡＤ９（Ａｇｒｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ  ｓｐ．ＬＡＤ９）、バチルス・メチロトロフィカス・ストレインＬ７（Ｂａｃｉｌｌｕｓ  ｍｅｔｈｙｌｏｔｒｏｐｈｉｃｕｓ  ｓｔｒａｉｎ  Ｌ７）、シュードモナス・ステュツェリＹＺＮ−００１（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ  ｓｔｕｔｚｅｒｉ  ＹＺＮ−００１）、プロビデンシア・レッツゲリＹＬ（Ｐｒｏｖｉｄｅｎｃｉａ  ｒｅｔｔｇｅｒｉ  ＹＬ）などを用いることができる。
【００２８】
（栄養剤添加手段）
栄養剤添加手段５０は、廃水に好気的直接窒素ガス化細菌の生育に必要となる物質（栄養剤）を添加するものである。
本実施形態の栄養剤添加手段５０は、活性汚泥処理槽１１の廃水に栄養剤を添加する。
栄養剤添加手段５０は、栄養剤の溶液を貯留するタンク５１と、栄養剤の溶液をタンク５１から廃水に供給する栄養剤供給流路５２と、栄養剤の溶液を送り出すポンプ５３とを備える。
なお、栄養剤が粉体である場合は、タンク５１、栄養剤供給流路５２およびポンプ５３に代えて、粉体状の栄養剤を貯留する容器と、粉体投入用設備とを組合せて用いてもよい。
【００２９】
栄養剤としては、炭素源や微量元素などが挙げられる。
炭素源としては、例えば、乳酸、酢酸、クエン酸、プロピオン酸、酪酸等の有機酸およびそれらの塩などが挙げられる。
微量元素としては、例えば、リン、マグネシウム、マンガン、亜鉛、カルシウム、鉄、モリブデン、銅、コバルトおよびそれらを含む塩や水和物などが挙げられる。
【００３０】
（貯留槽）
貯留槽６１は、膜処理された汚泥含有処理水（透過水）を貯留するものである。
【００３１】
＜廃水の処理方法＞
図１に示す廃水の処理装置１を用いた廃水の処理方法では、まず、工場や事業所等から排出された廃水を第一の流路１２を介して活性汚泥処理槽１１へ流入させる。次いで、活性汚泥処理槽１１中の廃水に菌体添加手段４０から好気的直接窒素ガス化細菌を添加する（菌体添加工程）。また、必要に応じて活性汚泥処理槽１１中の廃水に栄養剤添加手段５０から栄養剤を添加する（栄養剤添加工程）。
活性汚泥処理槽１１内の散気装置１４を作動させ、槽内を好気条件に維持し、生物学的廃水処理を行う（活性汚泥処理工程）。すると、廃水中のアンモニア態窒素が好気的直接窒素ガス化細菌によって窒素ガス化し、廃水から窒素が除去される。なお、廃水中に有機態窒素が含まれている場合、上述したように、有機態窒素は微生物の作用によりアンモニア態窒素に変換された後に、好気的直接窒素ガス化細菌によって窒素ガス化される。
【００３２】
次いで、活性汚泥処理された廃水（生物処理水）を活性汚泥と共に汚泥含有処理水として第二の流路１３を介して膜分離手段２０へ流入させる。ポンプ２４ａを作動させ、膜モジュール２２内を減圧にすることによって汚泥含有処理水を膜処理し、活性汚泥と生物処理水とに固液分離する（膜分離工程）。この際、散気装置２３から空気を膜モジュール２２に導入することによって、膜モジュール２２の濾過膜の表面をエアスクラビングにより洗浄しながら、効率よく固液分離を行うことができる。
また、膜分離槽２１内の活性汚泥含有水の一部を汚泥返送手段３０によって活性汚泥処理槽１１に返送する（汚泥返送工程）。膜分離手段２０から活性汚泥処理槽１１への返送汚泥量は一般的に、処理水量の１〜５倍とすることが好ましい。
【００３３】
濾過膜を透過した生物処理水は、透過水として膜分離手段２０から第三の流路２４を介して貯留槽６１へ供給され、貯留される。
【００３４】
栄養剤添加工程を行う場合、菌体添加工程と栄養剤添加工程は、同時に行ってもよいし、菌体添加工程の後に栄養剤添加工程を行ってもよいし、栄養剤添加工程の後に菌体添加工程を行ってもよい。
【００３５】
好気的直接窒素ガス化細菌の添加量は、窒素除去性能や菌体沈降分離等の観点から、活性汚泥処理槽１１中の乾燥重量濃度が、２，０００〜２０，０００ｍｇ／Ｌとなる量が好ましい。
【００３６】
＜作用効果＞
以上説明した本発明の第一実施形態の廃水の処理装置および廃水の処理方法によれば、好気的直接窒素ガス化細菌を用いた廃水の処理において、膜分離手段から活性汚泥処理槽に汚泥含有処理水の一部を返送する。返送される汚泥含有処理水は活性汚泥が濃縮されたものであり、この活性汚泥には好気的直接窒素ガス化細菌が高濃度に含まれている。よって、活性汚泥処理槽から膜分離手段へ汚泥含有処理水が移ることで好気的直接窒素ガス化細菌が活性汚泥処理槽から流出しても、膜分離手段から活性汚泥処理槽に汚泥含有処理水の一部を返送することで活性汚泥処理槽１１内に好気的直接窒素ガス化細菌が戻るので、活性汚泥処理槽内の菌体量を十分に維持できる。
このように、本発明であれば、沈降性が低い好気的直接窒素ガス化細菌を十分な量、活性汚泥処理槽内に保持できるので、有機態窒素またはアンモニア態窒素を含む廃水の処理において、効率的に窒素ガス化による窒素除去を行うことができる。
【００３７】
「第二実施形態」
＜廃水の処理装置＞
図２は、本発明の第二実施形態の廃水の処理装置２の概略構成図である。
本実施形態の廃水の処理装置２は、好気的直接窒素ガス化細菌を用いて廃水を活性汚泥処理（生物処理）し、生物処理水とする活性汚泥処理槽１１と、活性汚泥処理槽１１内に設けられた、活性汚泥および生物処理水を含む汚泥含有処理水を膜処理する膜分離手段２０と、廃水に好気的直接窒素ガス化細菌を添加する菌体添加手段４０と、廃水に好気的直接窒素ガス化細菌の生育に必要となる物質（栄養剤）を添加する栄養剤添加手段５０と、膜処理された汚泥含有処理水（透過水）を貯留する貯留槽６１とを備える。
【００３８】
（処理槽）
本実施形態の活性汚泥処理槽１１は、槽内に膜分離手段２０が設けられている点以外は、第一実施形態の活性汚泥処理槽１１と同じである。
【００３９】
（膜分離手段）
本実施形態の膜分離手段２０は、膜モジュール２２と、膜モジュール２２の下方に設置された、膜洗浄用の散気装置２３とを備え、これらが活性汚泥処理槽１１内に設けられている。
本実施形態の膜モジュール２２および散気装置２３は、第一実施形態の膜モジュール２２および散気装置２３と同じである。
【００４０】
（菌体添加手段）
本実施形態の菌体添加手段４０は、第一実施形態の菌体添加手段４０と同じである。
【００４１】
（栄養剤添加手段）
本実施形態の栄養剤添加手段５０は、第一実施形態の栄養剤添加手段５０と同じである。
【００４２】
（貯留槽）
本実施形態の貯留槽６１は、第一実施形態の貯留槽６１と同じである。
【００４３】
＜廃水の処理方法＞
図２に示す廃水の処理装置２を用いた廃水の処理方法では、まず、工場や事業所等から排出された廃水を第一の流路１２を介して活性汚泥処理槽１１へ流入させる。次いで、活性汚泥処理槽１１中の廃水に菌体添加手段４０から好気的直接窒素ガス化細菌を添加する（菌体添加工程）。また、必要に応じて活性汚泥処理槽１１中の廃水に栄養剤添加手段５０から栄養剤を添加する（栄養剤添加工程）。
活性汚泥処理槽１１内の散気装置１４を作動させ、槽内を好気条件に維持し、生物学的廃水処理を行う（活性汚泥処理工程）。すると、廃水中のアンモニア態窒素が好気的直接窒素ガス化細菌によって窒素ガス化し、廃水から窒素が除去される。なお、廃水中に有機態窒素が含まれている場合、上述したように、有機態窒素は微生物の作用によりアンモニア態窒素に変換された後に、好気的直接窒素ガス化細菌によって窒素ガス化される。
【００４４】
次いで、ポンプ２４ａを作動させ、膜モジュール２２内を減圧にすることによって汚泥含有処理水を膜処理し、活性汚泥と生物処理水とに固液分離する（膜分離工程）。この際、散気装置２３から空気を膜モジュール２２に導入することによって、膜モジュール２２の濾過膜の表面をエアスクラビングにより洗浄しながら、効率よく固液分離を行うことができる。
第二実施形態では、膜分離工程は活性汚泥処理槽１１内にて行われる。
【００４５】
濾過膜を透過した生物処理水は、透過水として膜分離手段２０から第三の流路２４を介して貯留槽６１へ供給され、貯留される。
【００４６】
好気的直接窒素ガス化細菌の添加量および栄養剤の添加量は、第一実施形態の廃水の処理方法と同じである。
【００４７】
＜作用効果＞
以上説明した本発明の第二実施形態の廃水の処理装置および廃水の処理方法によれば、好気的直接窒素ガス化細菌を用いた廃水の処理において、活性汚泥処理槽内にて膜分離工程を行う。よって、活性汚泥処理槽から好気的直接窒素ガス化細菌が流出しにくいので、活性汚泥処理槽内の菌体量を十分に維持できる。
このように、本発明であれば、沈降性が低い好気的直接窒素ガス化細菌を十分な量、活性汚泥処理槽内に保持できるので、有機態窒素またはアンモニア態窒素を含む廃水の処理において、効率的に窒素ガス化による窒素除去を行うことができる。
【００４８】
「他の実施形態」
本発明の廃水の処理装置および廃水の処理方法は、上述した実施形態に限定されない。例えば、第一実施形態および第二実施形態において、好気的直接窒素ガス化細菌および栄養剤は、第一の流路１２を流れる廃水に添加されてもよいし、栄養剤が第一の流路１２を流れる廃水に添加され、好気的直接窒素ガス化細菌が活性汚泥処理槽１１中の廃水に添加されてもよい。また、好気的直接窒素ガス化細菌が第一の流路１２を流れる廃水に添加され、栄養剤が活性汚泥処理槽１１中の廃水に添加されてもよい。
【００４９】
また、第一実施形態および第二実施形態において、活性汚泥処理槽１１の上流に原水貯留槽を設け、廃水を活性汚泥処理する前に一旦貯留してもよい。廃水を活性汚泥処理する前に貯留しておくことで、原水水量または原水水質の変動を均一化することができる。また、この原水貯留槽に貯留された廃水に、必要に応じて栄養剤を添加してもよい。
【実施例】
【００５０】
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００５１】
「実施例１」
アルカリゲネスの純水培養液を初発汚泥として活性汚泥処理槽に添加し、以下のようにして開放系で廃水の処理を２１日間、連続して行った。
まず、アルカリゲネス・フェカリスＮｏ４株（ＦＥＲＭ  Ｐ−１８１１４）の培養液をＭＬＳＳ濃度として２，０００ｍｇ／Ｌとなるように菌体懸濁液を調製した。
別途、国内の養豚排水消化液を市水にて５倍希釈した希釈液に、酢酸ナトリウムを濃度が６，０００ｍｇ／Ｌとなるように添加し、試験原水を調製した。試験原水の平均水質を表１に示す。
【００５２】
【表１】
2017221915.tif 000003
【００５３】
有効容積１．２５Ｌの水槽を活性汚泥処理槽とし、この活性汚泥処理槽内に菌体懸濁液１．２５Ｌを投入した。
活性汚泥処理槽の下流に有効容積１．２５Ｌの膜分離槽を設置し、活性汚泥および生物処理水を含む汚泥含有処理水を活性汚泥処理槽から膜分離槽に流入できるようにした。平均孔径０．０５μｍの精密濾過用ポリフッ化ビニリデン中空糸膜（三菱レイヨン株式会社製、「ステラポアーＳＡＤＦ」）を膜面積０．０２２ｍ２となるようにスクリーン状に成形した膜モジュールを、膜分離槽内に浸漬した。膜モジュールの端部に設けた吸水部に濾過ポンプを接続し、膜分離槽内の液体を濾過できるようにした。
次いで、活性汚泥処理槽内に試験原水を１日あたり０．８３Ｌの割合で連続的に添加した（すなわち滞留時間３日間）。活性汚泥処理槽内は６Ｌ／ｍｉｎにて空気を通気して酸素供給した。
活性汚泥処理槽にて活性汚泥処理された試験原水（生物処理水）を活性汚泥と共に汚泥含有処理水として膜分離槽に流入させ、膜分離槽内の膜モジュールにより濾過し、透過水を膜分離槽から排出した。
また、膜分離槽内への汚泥濃縮を防止するために、膜分離槽内の汚泥を１日あたり２．５Ｌ（１日あたり処理量０．８３Ｌの約３倍）の割合で活性汚泥処理槽へ間欠的に返送した。
活性汚泥処理槽に添加する直前の試験原水および膜分離槽から排出された透過水を定期的に採取し、以下のようにして全窒素濃度（ＴＮ）を測定した。結果を図３に示す。
【００５４】
（全窒素濃度の測定）
全窒素濃度は、全有機体炭素分析装置（株式会社三菱化学アナリテック製、「ＴＯＣ−３００Ｖ」）の後段に接続した、窒素検出器（株式会社三菱化学アナリテック製、「ＮＤ−２１０型」）を用いて測定した。本装置の測定方法は、酸化分解−化学発光法（減圧法）とした。
【００５５】
「実施例２」
アルカリゲネスの純水培養液を初発汚泥として活性汚泥処理槽に添加し、以下のようにして開放系で廃水の処理を２８日間、連続して行った。
有効容積２．５Ｌの水槽を活性汚泥処理槽とし、この活性汚泥処理槽内に実施例１と同様にして調製した菌体懸濁液２．５Ｌを投入した。
平均孔径０．０５μｍの精密濾過用ポリフッ化ビニリデン中空糸膜（三菱レイヨン株式会社製、「ステラポアーＳＡＤＦ」）を膜面積０．０２２ｍ２となるようにスクリーン状に成形した膜モジュールを、活性汚泥処理槽内に浸漬した。膜モジュールの端部に設けた吸水部に濾過ポンプを接続し、活性汚泥処理槽内の液体を濾過できるようにした。
次いで、活性汚泥処理槽内に実施例１と同様にして調製した試験原水を１日あたり０．８３Ｌの割合で連続的に添加した（すなわち滞留時間３日間）。活性汚泥処理槽内は６Ｌ／ｍｉｎにて空気を通気して酸素供給した。
同じく、１日あたり０．８３Ｌの割合で、上記膜モジュールを用いて活性汚泥処理槽内の液体を濾過し、透過水を活性汚泥処理槽から排出した。
活性汚泥処理槽に添加する直前の試験原水および活性汚泥処理槽から排出された透過水を定期的に採取し、実施例１と同様にして全窒素濃度（ＴＮ）を測定した。結果を図４に示す。
【００５６】
「比較例１」
実施例１と同様にして、菌体懸濁液および試験原水を調製した。
有効容積２．５Ｌの水槽を活性汚泥処理槽とし、この活性汚泥処理槽内に菌体懸濁液２．５Ｌを投入した。
活性汚泥処理槽の下流に有効容積２．５Ｌの沈殿槽を設置し、活性汚泥および生物処理水を含む汚泥含有処理水を活性汚泥処理槽から沈殿槽に流入できるようにした。
次いで、活性汚泥処理槽内に試験原水を１日あたり０．８３Ｌの割合で連続的に添加した（すなわち滞留時間３日間）。活性汚泥処理槽内は６Ｌ／ｍｉｎにて空気を通気して酸素供給した。
活性汚泥処理槽にて活性汚泥処理された試験原水（生物処理水）を活性汚泥と共に汚泥含有処理水として沈殿槽に流入させ、この沈殿槽から越流した上澄み液を処理水とした。また、沈殿槽の底部に沈殿した活性汚泥を１日に０．８３Ｌの割合で活性汚泥処理槽に返送した。
活性汚泥処理槽に添加する直前の試験原水および沈殿槽から越流した処理水を定期的に採取し、実施例１と同様にして全窒素濃度（ＴＮ）を測定した。結果を図５に示す。
【００５７】
図３から明らかなように、実施例１の場合、透過水中の全窒素濃度（ＴＮ）は全試験期間（２１日間）を通じて平均１８６ｍｇ／Ｌであり、窒素ガス化による窒素除去率は約５５％であった。また、２１日経過後の活性汚泥処理槽内のＭＬＳＳ濃度は、８，５００ｍｇ／Ｌまで増加していた。
図４から明らかなように、実施例２の場合、透過水中の全窒素濃度（ＴＮ）は全試験期間（２８日間）を通じて平均１４５ｍｇ／Ｌであり、窒素ガス化による窒素除去率は約６６％であった。また、２８日経過後の活性汚泥処理槽内のＭＬＳＳ濃度は、９，８００ｍｇ／Ｌまで増加していた。
なお、窒素除去率は下記式より求められる。
全窒素除去率（％）＝（試験原水の全窒素濃度−透過水の全窒素濃度）／試験原水の全窒素濃度×１００
【００５８】
一方、図５から明らかなように、比較例１の場合、処理水中の全窒素濃度（ＴＮ）は７日後には３２８ｍｇ／Ｌであり、窒素除去率は２３．７％まで低下した。７日後の活性汚泥処理槽内のＭＬＳＳ濃度は１，０００ｍｇ／Ｌにまで低下しており、活性汚泥処理槽内中のアルカリゲネス・フェカリスＮｏ４株（ＦＥＲＭ  Ｐ−１８１１４）の濃度が低減していることが、窒素ガス化による窒素除去率低下の原因であると考えられる。
【符号の説明】
【００５９】
１  廃水の処理装置
２  廃水の処理装置
３  廃水の処理装置
１１  活性汚泥処理槽
１２  第一の流路
１３  第二の流路
１４  散気装置
１４ａ  散気管
１４ｂ  導入管
１４ｃ  ブロア
２０  膜分離手段
２１  膜分離槽
２２  膜モジュール
２３  散気装置
２３ａ  散気管
２３ｂ  導入管
２３ｃ  ブロア
２４  第三の流路
２４ａ  ポンプ
３０  汚泥返送手段
３１  第四の流路
３１ａ  ポンプ
４０  菌体添加手段
４１  タンク
４２  菌体供給流路
４３  ポンプ
５０  栄養剤添加手段
５１  タンク
５２  栄養剤供給流路
５３  ポンプ
６１  貯留槽
７１  沈殿槽
【図１】
2017221915.tif 000004
【図２】
2017221915.tif 000005
【図３】
2017221915.tif 000006
【図４】
2017221915.tif 000007
【図５】
2017221915.tif 000008
【図６】
2017221915.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成28年10月3日(2016.10.3)
【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】請求項５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項５】
前記好気的直接窒素ガス化細菌が、アルカリゲネス・フェカリスＮｏ４株（ＦＥＲＭ  Ｐ−２１８１４）である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の廃水の処理装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１０】
前記好気的直接窒素ガス化細菌が、アルカリゲネス・フェカリスＮｏ４株（ＦＥＲＭ  Ｐ−２１８１４）である、請求項６〜９のいずれか一項に記載の廃水の処理方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
近年、畜産、食品などの高濃度のアンモニア態窒素を含有する廃水を処理する方法として、アンモニア態窒素を好気的に窒素ガスに変えて脱窒することが可能なアルカリゲネス・フェカリスを用いた処理法が提案されている。
例えば、特許文献１〜３には、アルカリゲネス・フェカリスとしてＮｏ４株（ＦＥＲＭ  Ｐ−２１８１４）を用いて、アンモニア態窒素を窒素ガスに変換する方法が開示されている。
また、特許文献４には、アルカリゲネス・フェカリスとしてＣＮＣＭ  Ｉ−３４４８株を用いて、アンモニア態窒素を窒素ガスに変換する方法が開示されている。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
アルカリゲネス・フェカリスＮｏ４株（ＦＥＲＭ  Ｐ−２１８１４）やＣＮＣＭ  Ｉ−３４４８株は、好気的直接窒素ガス化細菌の１種であり、従属栄養細菌でありながら、好気的にアンモニア態窒素を窒素ガスにまで直接にガス化できる。加えて、従来の硝化細菌と比較して、アンモニア態窒素除去速度が速く、増殖速度も速いといった利点がある。
また、活性汚泥処理するにあたって、消化液循環方式では処理槽として好気槽（硝化槽）と無酸素槽（脱窒槽）の２槽が必要であるのに対し、上記の好気的直接窒素ガス化細菌を用いた処理では好気処理のみで窒素除去が可能であるため、１槽で処理できる利点がある。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
本発明は以下の態様を有する。
［１］  有機態窒素およびアンモニア態窒素の少なくとも一方を含む廃水を処理する装置であって、好気的直接窒素ガス化細菌を用いて前記廃水を活性汚泥処理し、生物処理水とする活性汚泥処理槽と、前記活性汚泥処理槽の下流に設けられた、活性汚泥および生物処理水を含む汚泥含有処理水を膜処理する膜分離手段と、前記膜分離手段から前記活性汚泥処理槽に、前記汚泥含有処理水の一部を返送する汚泥返送手段とを備える、廃水の処理装置。
［２］  有機態窒素およびアンモニア態窒素の少なくとも一方を含む廃水を処理する装置であって、好気的直接窒素ガス化細菌を用いて前記廃水を活性汚泥処理し、生物処理水とする活性汚泥処理槽と、活性汚泥および生物処理水を含む汚泥含有処理水を膜処理する膜分離手段とを備え、前記膜分離手段が前記活性汚泥処理槽内に設けられている、廃水の処理装置。
［３］  前記廃水に好気的直接窒素ガス化細菌を添加する菌体添加手段をさらに備える、［１］または［２］に記載の廃水の処理装置。
［４］  前記菌体添加手段が、前記活性汚泥処理槽中の廃水に好気的直接窒素ガス化細菌を添加する手段である、［３］に記載の廃水の処理装置。
［５］  前記好気的直接窒素ガス化細菌が、アルカリゲネス・フェカリスＮｏ４株（ＦＥＲＭ  Ｐ−２１８１４）である、［１］〜［４］のいずれか１つに記載の廃水の処理装置。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
［６］  有機態窒素およびアンモニア態窒素の少なくとも一方を含む廃水を処理する方法であって、好気的直接窒素ガス化細菌を用いて前記廃水を活性汚泥処理槽で活性汚泥処理し、生物処理水とする活性汚泥処理工程と、前記活性汚泥処理槽の下流に設けられた膜分離手段で、活性汚泥および生物処理水を含む汚泥含有処理水を膜処理する膜分離工程と、前記膜分離手段から前記活性汚泥処理槽に、前記汚泥含有処理水の一部を返送する汚泥返送工程とを有する、廃水の処理方法。
［７］  有機態窒素およびアンモニア態窒素の少なくとも一方を含む廃水を処理する方法であって、好気的直接窒素ガス化細菌を用いて前記廃水を活性汚泥処理槽で活性汚泥処理し、生物処理水とする活性汚泥処理工程と、活性汚泥および生物処理水を含む汚泥含有処理水を膜分離手段で膜処理する膜分離工程とを有し、前記膜分離工程を前記活性汚泥処理槽内で行う、廃水の処理方法。
［８］  前記廃水に好気的直接窒素ガス化細菌を添加する菌体添加工程をさらに有する、［６］または［７］に記載の廃水の処理方法。
［９］  前記菌体添加工程が、前記活性汚泥処理槽中の廃水に好気的直接窒素ガス化細菌を添加する工程である、［８］に記載の廃水の処理方法。
［１０］  前記好気的直接窒素ガス化細菌が、アルカリゲネス・フェカリスＮｏ４株（ＦＥＲＭ  Ｐ−２１８１４）である、［６］〜［９］のいずれか１つに記載の廃水の処理方法。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５１】
「実施例１」
アルカリゲネスの純水培養液を初発汚泥として活性汚泥処理槽に添加し、以下のようにして開放系で廃水の処理を２１日間、連続して行った。
まず、アルカリゲネス・フェカリスＮｏ４株（ＦＥＲＭ  Ｐ−２１８１４）の培養液をＭＬＳＳ濃度として２，０００ｍｇ／Ｌとなるように菌体懸濁液を調製した。
別途、国内の養豚排水消化液を市水にて５倍希釈した希釈液に、酢酸ナトリウムを濃度が６，０００ｍｇ／Ｌとなるように添加し、試験原水を調製した。試験原水の平均水質を表１に示す。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５８】
一方、図５から明らかなように、比較例１の場合、処理水中の全窒素濃度（ＴＮ）は７日後には３２８ｍｇ／Ｌであり、窒素除去率は２３．７％まで低下した。７日後の活性汚泥処理槽内のＭＬＳＳ濃度は１，０００ｍｇ／Ｌにまで低下しており、活性汚泥処理槽内中のアルカリゲネス・フェカリスＮｏ４株（ＦＥＲＭ  Ｐ−２１８１４）の濃度が低減していることが、窒素ガス化による窒素除去率低下の原因であると考えられる。