(57)【要約】【課題】地下水や表流水に含まれるアンモニア性窒素の生物硝化反応を安定的に維持できる生物硝化方法及び生物硝化システムの提供。【解決手段】散気装置７が底部に設けられ、生物保持担体３が充填された流動床型好気生物反応槽２にて、アンモニア性窒素を含む地下水及び／又は表流水である被処理水を、散気装置７から酸素含有ガスを供給して曝気しながら処理する生物硝化方法であって、流動床型好気生物反応槽２に前記被処理水を通水する期間と通水しない期間とを交互に設け、前記被処理水を通水する期間は、散気装置７から酸素含有ガスを連続的に供給し、前記被処理水を通水しない期間は、前記酸素含有ガスの供給を停止して酸素を積極的に供給しない状態を維持する、生物硝化方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
散気装置が底部に設けられ、生物保持担体が充填された流動床型好気生物反応槽にて、アンモニア性窒素を含む地下水及び／又は表流水である被処理水を処理する生物硝化方法であって、
前記流動床型好気生物反応槽に前記被処理水を通水する期間と通水しない期間とを交互に設け、前記被処理水を通水する期間は、前記散気装置から酸素含有ガスを連続的に供給し、前記被処理水を通水しない期間は、前記酸素含有ガスの供給を停止して酸素を積極的に供給しない状態を維持する、生物硝化方法。
【請求項２】
前記被処理水を通水しない期間の後、前記被処理水の通水及び前記酸素含有ガスの供給の再開時に、前記被処理水中に発生する旋回流の上昇流の流速を０．１〜０．５ｍ／ｓの範囲内に保持する、請求項１に記載の生物硝化方法。
【請求項３】
アンモニア性窒素を含む地下水及び／又は表流水である被処理水を処理する生物硝化システムであって、
散気装置が底部に設けられ、生物保持担体が充填された流動床型好気生物反応槽と、
前記被処理水を前記流動床型好気生物反応槽に供給する被処理水供給管と、
前記流動床型好気生物反応槽にて前記被処理水を処理して得られる処理水を前記流動床型好気生物反応槽から排出する処理水排出管と、
前記散気装置に酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給管と、
前記流動床型好気生物反応槽への前記被処理水の供給量を調整する被処理水供給量調整手段と、
前記散気装置への前記酸素含有ガスの供給量を調整する酸素含有ガス供給量調整手段と、
を備え、
前記被処理水供給量調整手段は、前記流動床型好気生物反応槽に前記被処理水を供給する期間と供給しない期間とを交互に設けるように構成されており、
前記酸素含有ガス供給量調整手段は、前記被処理水を供給する期間は前記酸素含有ガスの供給を連続的に行い、前記被処理水を供給しない期間は前記酸素含有ガスの供給を停止するように構成されている、生物硝化システム。
【請求項４】
前記酸素含有ガス供給量調整手段は、さらに、前記被処理水を供給しない期間の後、前記被処理水の供給及び前記酸素含有ガスの供給の再開時に、前記被処理水中に発生する旋回流の上昇流の流速が０．１〜０．５ｍ／ｓの範囲内に保持されるように、前記酸素含有ガスの供給量を調整するように構成されている、請求項３に記載の生物硝化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンモニア性窒素を含む地下水や表流水を対象とする生物硝化方法及び生物硝化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
微生物が存在する有機性排水を処理する方法として、例えば特許文献１には、散気装置を底部に配置し、微生物を多量に保持するための担体を充填した生物処理槽を用いる方法が開示されている。このような生物処理槽は、流動床型生物処理槽と呼ばれる。担体は、生物処理槽内を自由に移動可能であり、流動担体と呼ばれる。担体にはポリビニールアルコール（ＰＶＡ）、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、およびポリウレタン等が適しており、形状としては、直方体、球体、筒体、および糸状体が適しているとされる。
【０００３】
特許文献２には、担体として３ｍｍ角の直方体ウレタン製の多孔状スポンジ担体を充填率２５％で充填し、担体と処理液との分離のためにスクリーンを配置した生物処理槽を用いる方法が記載されている。また、この生物処理槽における生物処理は好気性処理であり、曝気装置に送気路より空気を送って曝気し、有機性排水を担体に付着した生物膜と接触させて好気的に生物処理する。
このように、多孔状のスポンジ担体を水槽に充填し、好気的条件下で流動させ、担体の内部や壁面に微生物を保持させる流動床型生物処理槽は公知であり、有機性排水の生物処理に多用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−４２５８４号公報
【特許文献２】特開２００５−１６１２２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
地下水や表流水はアンモニア性窒素を含む場合が多い。アンモニア性窒素を含む地下水や表流水を飲用用途等に適用する場合には、アンモニア性窒素濃度を充分に低減することが望まれる。
しかし、アンモニア性窒素を含む地下水や表流水を上記のような流動床型生物処理層で処理する場合、有機性排水を処理する場合とは異なり、アンモニア性窒素の生物硝化反応が不安定になり、処理能力が低下することがある。処理能力の低下は、処理水中のアンモニア性窒素濃度の変動を引き起こす。
【０００６】
上記のような処理能力の低下は、特に負荷変動がある場合に生じやすい。
負荷変動により処理能力が低下する例として、アンモニア性窒素負荷を上げた後の処理水のアンモニア性窒素濃度の推移を示すグラフを図７に示した。このグラフは、後述する比較例１で用いたのと同じ生物硝化システムを用い、アンモニア性窒素負荷０．１０６ｋｇ−Ｎ／ｍ３／ｄ（被処理水のアンモニア性窒素濃度５．６ｍｇ／Ｌ、水滞留時間（ＨＲＴ）１．３時間）、水温１９℃の条件にて約１ヶ月間通水を行い、安定状態を示すようになった時点でＨＲＴを０．９時間としてアンモニア性窒素負荷を０．１４４ｋｇ−Ｎ／ｍ３／ｄに高め、その時点からの経過時間を横軸に、各経過時間における被処理水のアンモニア性窒素濃度を縦軸にとったグラフである。１槽目（被処理水の通水方向上流側）の流動床型生物処理槽の処理水のアンモニア性窒素濃度が０．９ｍｇ／Ｌ以下、２槽目（被処理水の通水方向下流側）の流動床型生物処理槽の処理水のアンモニア性窒素濃度が０．１ｍｇ／Ｌ以下を示すようになった状態を安定状態とした。通水時は、散気装置により、各槽の溶存酸素が飽和状態となるように過剰に空気を導入した。グラフ中、「１ｓｔ」は１槽目の流動床型生物処理槽から排出された処理水のデータを示し、「２ｎｄ」は２槽目の流動床型生物処理槽から排出された処理水のデータを示す。図７に示すとおり、１槽目では、負荷変動の後に処理水の水質が大きく悪化していた。また、流動床型生物処理槽を２槽直列に配置した場合、通常、１槽目で負荷変動が吸収され、２槽目での負荷変動が小さくなるが、２槽目においても処理水の水質が悪化していた。
【０００７】
アンモニア性窒素を含む地下水を飲用用途等に適用する場合は、その処理水の水質変動は極めて小さく安定的なものとすることが望まれる。そのため、地下水に含まれるアンモニア性窒素を生物硝化する際には、負荷変動のある条件においても、その生物硝化反応を安定的に維持することが望まれる。
特に、地下水の飲用化処理においては、夜間等の水需要が少ない時間帯に、地下水の飲用化処理を停止し、水需要の多い昼間の時間帯のみ飲用化処理を行うことがある。このような水量的な負荷変動は、前述のような濃度変動による負荷変動よりもさらに、流動床型生物処理層の処理能力を低下させやすい。そのため、水量負荷変動のある条件においても、地下水に含まれるアンモニア性窒素の生物硝化反応を安定的に維持できる生物硝化方法及び生物硝化システムが求められる。
【０００８】
本発明は、地下水や表流水に含まれるアンモニア性窒素の生物硝化反応を安定的に維持できる生物硝化方法及び生物硝化システム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】
【０００９】
本発明は、以下の態様を有する。
［１］散気装置が底部に設けられ、生物保持担体が充填された流動床型好気生物反応槽にて、アンモニア性窒素を含む地下水及び／又は表流水である被処理水を処理する生物硝化方法であって、
前記流動床型好気生物反応槽に前記被処理水を通水する期間と通水しない期間とを交互に設け、前記被処理水を通水する期間は、前記散気装置から酸素含有ガスを連続的に供給し、前記被処理水を通水しない期間は、前記酸素含有ガスの供給を停止して酸素を積極的に供給しない状態を維持する、生物硝化方法。
［２］前記被処理水を通水しない期間の後、前記被処理水の通水及び前記酸素含有ガスの供給の再開時に、前記被処理水中に発生する旋回流の上昇流の流速を０．１〜０．５ｍ／ｓの範囲内に保持する、［１］に記載の生物硝化方法。
［３］アンモニア性窒素を含む地下水及び／又は表流水である被処理水を処理する生物硝化システムであって、
散気装置が底部に設けられ、生物保持担体が充填された流動床型好気生物反応槽と、
前記被処理水を前記流動床型好気生物反応槽に供給する被処理水供給管と、
前記流動床型好気生物反応槽にて前記被処理水を処理して得られる処理水を前記流動床型好気生物反応槽から排出する処理水排出管と、
前記散気装置に酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給管と、
前記流動床型好気生物反応槽への前記被処理水の供給量を調整する被処理水供給量調整手段と、
前記散気装置への前記酸素含有ガスの供給量を調整する酸素含有ガス供給量調整手段と、
を備え、
前記被処理水供給量調整手段は、前記流動床型好気生物反応槽に前記被処理水を供給する期間と供給しない期間とを交互に設けるように構成されており、
前記酸素含有ガス供給量調整手段は、前記被処理水を供給する期間は前記酸素含有ガスの供給を連続的に行い、前記被処理水を供給しない期間は前記酸素含有ガスの供給を停止するように構成されている、生物硝化システム。
［４］前記酸素含有ガス供給量調整手段は、さらに、前記被処理水を供給しない期間の後、前記被処理水の供給及び前記酸素含有ガスの供給の再開時に、前記被処理水中に発生する旋回流の上昇流の流速が０．１〜０．５ｍ／ｓの範囲内に保持されるように、前記酸素含有ガスの供給量を調整するように構成されている、［３］に記載の生物硝化システム。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の生物硝化方法及び生物硝化システムによれば、地下水や表流水に含まれるアンモニア性窒素の生物硝化反応を安定的に維持できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第一実施形態の生物硝化システムを示す概略構成図である。
【図２】図１の生物硝化システムで被処理水の通水及び酸素含有ガスの供給を行っている際の被処理水の流れを模式的に示すフロー図である。
【図３】本発明の第二実施形態の生物硝化システムを示す概略構成図である。
【図４】本発明の第三実施形態の生物硝化システムの変形例を示す概略構成図である。
【図５】実施例１における運転再開後の処理水アンモニア窒素濃度の推移を示すグラフである。
【図６】比較例１における運転再開後の処理水アンモニア窒素濃度の推移を示すグラフである。
【図７】アンモニア性窒素負荷を上げた後の処理水アンモニア性窒素濃度の推移を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の生物硝化方法及び生物硝化システムについて、実施形態例を示して説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されない。
【００１３】
＜第一実施形態＞
（生物硝化システム）
図１は、本発明の第一実施形態の生物硝化システム１の概略構成図である。
生物硝化システム１は、アンモニア性窒素を含む地下水及び／又は表流水である被処理水を処理するものであって、
散気装置７が底部に設けられ、生物保持担体３が充填された流動床型好気生物反応槽２と、
前記被処理水を流動床型好気生物反応槽２に供給する被処理水供給管４と、
流動床型好気生物反応槽２にて前記被処理水を処理して得られる処理水を流動床型好気生物反応槽２から排出する処理水排出管５と、
散気装置７に酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給管６と、
被処理水供給管４に設けられた、流動床型好気生物反応槽２への前記被処理水の供給量（通水量）を調整するポンプ１０と、
酸素含有ガス供給管６に設けられた、散気装置７への酸素含有ガスの供給量（曝気量）を調整する弁８と、
酸素含有ガス供給管６の弁８の上流側に設けられたブロア１１と、
ポンプ１０、弁８及びブロア１１それぞれの動作を制御する制御装置（図示略）と、
を備える。
【００１４】
被処理水供給管４の上流端は、被処理水の供給源（図示なし。例えば被処理水が貯留された原水槽や地下水を揚水するための井戸等）にて被処理水中に配置されている。
被処理水供給管４の下流端は、流動床型好気生物反応槽２内の、被処理水の供給（通水）時において液面となる位置よりも上方に配置されている。
処理水排出管５の上流端は、流動床型好気生物反応槽２の側壁の上部に接続されている。この処理水排出管５の接続位置が、被処理水の供給時において液面となる位置である。この液面での流動床型好気生物反応槽２の水量が有効水量となる。
酸素含有ガス供給管６の下流端は、流動床型好気生物反応槽２の底部の、散気装置７が取り付けられた位置に接続されている。
【００１５】
流動床型好気生物反応槽２内には、さらに、生物保持担体３と処理水を分離するための固液分離装置９が設置されている。これにより、流動床型好気生物反応槽２から生物保持担体３が排出されることを抑制しつつ処理水を排出できるようになっている。
【００１６】
生物硝化システム１においては、ポンプ１０及び制御装置によって、流動床型好気生物反応槽２への前記被処理水の供給量を調整する被処理水供給量調整手段が構成されている。また、弁８、ブロア１１及び制御装置によって、散気装置７への酸素含有ガスの供給量を調整する酸素含有ガス供給量調整手段が構成されている。
制御装置によってポンプ１０を動作させることにより、被処理水の供給源から被処理水を、被処理水供給管４を経て流動床型好気生物反応槽２に供給することができる。また、ポンプ１０による送液量を調整することにより、被処理水の供給量（通水量）を調整できる。
制御装置によって弁８が開の状態でブロア１１を動作させることにより、空気等の酸素含有ガスを、酸素含有ガス供給管６を経て散気装置７に供給することができる。また、ブロア１１による送気量を調整することにより、酸素含有ガスの供給量（曝気量）を調整できる。
【００１７】
流動床型好気生物反応槽２は、その底部に設けられた散気装置７から酸素含有ガスを供給することによって、流動床型好気生物反応槽２内の被処理水を曝気すること、及び旋回流を生じさせることのできる生物処理槽である。流動床型好気生物反応槽２の底部の散気装置７から供給された酸素含有ガスが被処理水中を上昇することによって上昇流が生じ、液面に近づいた上昇流が下降流に転じて旋回流が形成される。
流動床型好気生物反応槽２としては、片側旋回流方式及び両側旋回流方式のものが好ましく用いられる。
図２に、流動床型好気生物反応槽２にて被処理水の通水及び酸素含有ガスの供給を行っている際の被処理水の流れ（旋回流）を模式的に示すフロー図を示す。
流動床型好気生物反応槽２に充填された生物保持担体３は、前記旋回流により、流動床型好気生物反応槽２内を自由に流動できるようになっている。
【００１８】
生物保持担体３は、被処理水に含まれるアンモニア性窒素を生物硝化するための微生物、つまり硝化菌を保持するためのものである。流動床型好気生物反応槽２に生物保持担体３が充填されていることで、流動床型好気生物反応槽２内の硝化菌濃度を高めることができる。
生物保持担体３としては、特に限定されず、流動床型好気生物反応槽に用いられる担体として公知のものを用いることができる。
生物保持担体３を構成する材料としては、例えばポリビニールアルコール（ＰＶＡ）、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、ポリウレタン等が挙げられる。
生物保持担体３の形状としては、例えば直方体、球体、筒体、糸状体等が挙げられる。生物保持担体３は、多孔状でも非多孔状でもよく、硝化菌をより多く保持できる点で、多孔状であることが好ましい。
【００１９】
流動床型好気生物反応槽２における生物保持担体３の充填率は、有効水量に対して２５〜４５体積％程度が望ましい。有効水量とは、処理水排出管５の接続位置の液面における流動床型好気生物反応槽２の水量を示す。充填率が前記範囲の下限値以上であれば、処理能力がより優れ、前記範囲の上限値以下であれば、生物保持担体３の流動状態がより優れる。
【００２０】
散気装置７としては、公知のものを採用できる。流動床型好気生物反応槽２内の底部に配置される散気装置７の数は１つでも２つ以上でもよい。
弁８としては、例えばゲート弁やバタフライ弁等が挙げられる。
固液分離装置９としては、例えばスクリーン等が挙げられる。
ポンプ１０としては、例えば渦巻きポンプ等が挙げられる。
【００２１】
制御装置は、以下の（１）〜（２）のステップ、及び必要に応じて以下の（３）のステップを行うように構成されている。
（１）ポンプ１０を動作させて、流動床型好気生物反応槽２に前記被処理水を供給する期間と、ポンプ１０の動作を停止して、流動床型好気生物反応槽２に前記被処理水を供給しない期間とを交互に設けるステップ。
（２）前記被処理水を供給する期間は、弁８を開としブロア１１を動作させて、酸素含有ガスの供給を連続的に行い、前記被処理水を供給しない期間は、弁８を閉としブロア１１の動作を停止して、前記酸素含有ガスの供給を停止するステップ。
（３）前記被処理水を供給しない期間の後、前記被処理水の供給及び前記酸素含有ガスの供給の再開時に、前記被処理水中に発生する旋回流の上昇流の流速が０．１〜０．５ｍ／ｓの範囲内に保持されるように、前記酸素含有ガスの供給量を調整するステップ。
前記（１）のステップは、被処理水供給量調整手段により行われ、前記（２）、（３）のステップは、酸素含有ガス供給量調整手段により行われる。
かかる制御装置としては、例えば、前記（１）〜（２）または前記（１）〜（３）のステップを実行させるように構成されたプログラムが入力されたコンピュータが挙げられる。
【００２２】
（生物硝化方法）
生物硝化システム１は、アンモニア性窒素を含む地下水／又は表流水である被処理水を処理し、被処理水に含まれるアンモニア性窒素を生物硝化するために用いられる。生物硝化システム１で被処理水を処理することにより、被処理水よりもアンモニア性窒素濃度が低減された処理水が得られる。
生物硝化システム１では、流動床型好気生物反応槽２に被処理水を供給（通水）する期間と供給しない期間とを交互に設け、被処理水を供給する期間は、散気装置７から酸素含有ガスを連続的に供給し、被処理水を供給しない期間は、前記酸素含有ガスの供給を停止して酸素を積極的に供給しない状態を維持する。
【００２３】
生物硝化システム１を用いた生物硝化方法をより詳しく説明する。
この生物硝化方法では、まず、ポンプ１０を動作させ、被処理水の供給源（図示なし）から被処理水を、被処理水供給管４を経て、硝化菌が付着した生物保持担体３が充填された流動床型好気生物反応槽２内に供給する。また、弁８を開とし、ブロア１１を動作させて、酸素含有ガスを、酸素含有ガス供給管６を経て流動床型好気生物反応槽２内の散気装置７に供給する。これにより、散気装置７から被処理水中に酸素含有ガスが供給され、曝気が行われる。
曝気により流動床型好気生物反応槽２内に酸素が供給されると、被処理水中のアンモニア性窒素は、硝化菌の作用により流動床型好気生物反応槽２内でアンモニア酸化される。
アンモニア酸化の化学式は次式（Ｉ）で示される。
ＮＨ４＋＋２Ｏ２＋ＨＣＯ３−→ＨＮＯ３＋Ｈ２ＣＯ３＋Ｈ２Ｏ      （Ｉ）
【００２４】
硝化菌としては、アンモニア性窒素の生物硝化に用いられる公知の硝化菌を利用できる。
硝化菌の生物保持担体３への付着は、例えば、種菌が付着した生物保持担体を一定量添加する方法により行うことができる。
Ｎｉｔｒｏｓｏｂａｃｔｏｒを代表とする硝化菌は、独立栄養であり、基本的には炭酸ガスを唯一の炭素源としており、有機物基質を必要とせずアンモニアの存在下で生育できるが、その増殖速度は極めて小さい。したがって、生物硝化反応を高く保持するには、硝化菌を生物反応槽内に大量に保持する操作が必要となる。このために、硝化菌を、浮遊菌体ではなく生物保持担体３に付着した状態で保持する流動床型好気生物反応槽２が好適である。
【００２５】
被処理水としては、アンモニア性窒素を含む地下水及びアンモニア性窒素を含む表流水のいずれか一方または両方が用いられる。
被処理水のアンモニア性窒素濃度は、特に限定されないが、例えば１〜１０ｍｇ／Ｌ程度が好ましい。アンモニア性窒素濃度は、連続的にはイオン電極、回分式には比色計等により測定される。
被処理水のＢＯＤは、５ｍｇ／Ｌ以下が好ましい。ＢＯＤは、溶存酸素の減少速度から測定される。
被処理水の水温は、生物硝化反応を高く保持する観点から、１０〜３０℃が好ましく、１５〜２５℃がより好ましい。
【００２６】
被処理水の供給量は、被処理水のアンモニア性窒素濃度、アンモニア性窒素負荷、流動床型好気生物反応槽２内での被処理水の滞留時間（ＨＲＴ）等を考慮して設定される。
アンモニア性窒素負荷は、０．１〜０．５ｋｇ−Ｎ／ｍ３／ｄが好ましく、０．１５〜０．２５ｋｇ−Ｎ／ｍ３／ｄがより好ましい。アンモニア性窒素負荷が前記範囲の上限値以下であれば処理量がより優れ、前記範囲の上限値以下であれば処理能力がより優れる。アンモニア性窒素負荷は、被処理水のアンモニア性窒素濃度と被処理水の通水量の積と、流動床型好気生物反応槽２の容積の関係により求められる。
ＨＲＴは、流動床型好気生物反応槽２から排出される処理水の所望のアンモニア性窒素濃度に応じて設定され、特に限定されないが、通常、０．５〜２．０時間程度である。
【００２７】
酸素含有ガスとしては、酸素を含むものであればよく、例えば空気が挙げられる。
酸素含有ガスの供給量は、供給された酸素含有ガスによって形成される旋回流の上昇流の流速が０．１〜０．５ｍ／ｓの範囲内に保持される量とすることが好ましい。旋回流の上昇流の流速は、０．１〜０．２ｍ／ｓの範囲内であることがより好ましい。旋回流の上昇流の流速が前記範囲の下限値以上であれば生物保持担体３の流動性がより優れ、前記範囲の上限値以下であれば電力効率がより優れる。
酸素含有ガスの供給量は、前記酸素含有ガス供給量調整手段により調整できる。
旋回流の上昇流の流速は、電磁流速計等により測定できる。
【００２８】
被処理水を供給（通水）する期間は、特に限定されないが、２４時間から被処理水を供給しない期間を減じた期間が好ましい。地下水及び／又は表流水の飲用化処理においては、夜間等の水需要が少ない時間帯に、地下水及び／又は表流水の飲用化処理を停止し、水需要の多い昼間の時間帯のみ飲用化処理を行うことがある。水需要が少ない時間帯を「被処理水を供給しない期間」として本発明の方法を適用することで、かかる飲用化処理における水質変動を抑制できる。
酸素含有ガスを曝気する期間は、被処理水を供給する期間と同じである。
【００２９】
上記のように流動床型好気生物反応槽２への被処理水の供給（通水）及び酸素含有ガスの供給（曝気）を任意の期間行った後、ポンプ１０の動作を停止させ、流動床型好気生物反応槽２への被処理水の供給を停止する。また、弁８を閉とし、ブロア１１の動作を停止させて、酸素含有ガスの供給を停止する。これにより、流動床型好気生物反応槽２内に酸素を積極的に供給しない状態となる。この状態を任意の期間維持する。
【００３０】
被処理水を供給しない期間は、２〜１２時間が好ましく、３〜８時間がより好ましい。被処理水を供給しない期間が前記範囲の上限値以下であれば、処理水アンモニア濃度の低減効果が良好であり、前記範囲の下限値以上であれば、停止時間を長期に保てる。
酸素含有ガスの供給を停止する期間は、被処理水を供給しない期間と同じである。
【００３１】
その後、被処理水を供給する期間（酸素含有ガスを供給する期間）と被処理水を供給しない期間（酸素含有ガスの供給を停止する期間）とを交互に設けて、被処理水の処理を続ける。各期間における好ましい態様は前記と同様である。
【００３２】
被処理水を供給しない期間の後、被処理水の供給及び酸素含有ガスの供給の再開時には、被処理水中に発生する旋回流の上昇流の流速を０．１〜０．５ｍ／ｓの範囲内（より好ましくは０．１〜０．２ｍ／ｓの範囲内）に保持することが好ましい。旋回流の上昇流の流速が前記範囲の下限値以上であれば生物保持担体の流動性がより優れ、前記範囲の上限値以下であれば電力効率がより優れる。
旋回流の上昇流の流速は、酸素含有ガスの供給量により調整できる。酸素含有ガスの供給量は、前記酸素含有ガス供給量調整手段により調整できる。
【００３３】
上記のように被処理水を処理して得られる処理水のアンモニア性窒素濃度は、１ｍｇ／Ｌ以下が好ましく、０．５ｍｇ／Ｌ以下がより好ましい。
【００３４】
（作用効果）
生物硝化システム１及びこれを用いた生物硝化方法にあっては、流動床型好気生物反応槽２に被処理水を通水しない期間に曝気を停止し、酸素を積極的に供給しない状態を維持することにより、被処理水のアンモニア性窒素濃度の変動や被処理水の水量の変動等の負荷変動があった場合でも、被処理水に含まれるアンモニア性窒素の生物硝化反応を安定的に維持することができる。そのため、得られる処理水の水質を、変動の小さい安定的なものとすることができる。
【００３５】
一般的に生物反応は負荷変動に弱いので、従来は、一定量の負荷を維持できるように被処理水の濃度管理と流量管理がなされており、硝化菌に酸素を供給するための曝気操作は連続的に行われている。また、生物保持担体を用いる流動床式生物処理装置では生物保持担体を流動維持することが重要であり、生物保持担体を沈降沈積させないために曝気を継続させていた。
本発明にあっては、意外にも、被処理水を通水しない期間に曝気操作も停止することで、負荷変動による影響を低減できる。これは、通水停止時に曝気を停止することによって、生物保持担体に保持された硝化菌の自己消化（自己酸化分解）を抑制できるためと考えられる。自己消化を抑制できることで、硝化菌の保持量を維持でき、通水再開時にも硝化反応を安定的に生じさせ得ると考えられる。
【００３６】
＜第二実施形態＞
（生物硝化システム）
図３は、本発明の第二実施形態の生物硝化システム２０の概略構成図である。なお、以下に示す実施形態において、前出の実施形態に対応する構成要素には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
生物硝化システム２０は、第一実施形態の生物硝化システム１を２つ直列に連結したものである。ただし、ポンプ１０は、２槽目（被処理水の通水方向上流側）の流動床型好気生物反応槽２に被処理水を供給する被処理水供給管４には設けられていない。また、１槽目（被処理水の通水方向上流側）の流動床型好気生物反応槽２から処理水を排出する処理水排出管５の下流端が２槽目の流動床型好気生物反応槽２に接続されており、この処理水排出管５が、２槽目の流動床型好気生物反応槽２に被処理水を供給する被処理水供給管を兼ねるようになっている。つまり１槽目の流動床型好気生物反応槽２から排出された処理水が、２槽目の流動床型好気生物反応槽２の被処理水として用いられるようになっている。また、制御装置（図示なし）は、１つのポンプ１０、２つの弁８，８及び２つのブロア１１，１１それぞれの動作を制御するようになっている。
【００３７】
（生物硝化方法）
生物硝化システム２０を用いた生物硝化方法は、第一実施形態の生物硝化システム１を用いた生物硝化方法と同様にして行うことができ、好ましい態様も同様である。
１槽目、２槽目それぞれの流動床型好気生物反応槽２における生物保持担体３の充填量、酸素含有ガスの供給量、ＨＲＴ（水滞留時間）等はそれぞれ同じでもよく異なってもよい。
【００３８】
（作用効果）
生物硝化システム２０及びこれを用いた生物硝化方法にあっては、第一実施形態と同様に、負荷変動があった場合でも、被処理水に含まれるアンモニア性窒素の生物硝化反応を安定的に維持することができ、得られる処理水の水質を、変動の小さい安定的なものとすることができる。
また、２槽の流動床型好気生物反応槽２，２を直列に連結しているため、流動床型好気生物反応槽２が１槽のみの場合に比べて、負荷変動の影響をより小さくすることができ、アンモニア性窒素の生物硝化反応を安定的に維持する効果がより優れる。
【００３９】
＜第三実施形態＞
（生物硝化システム）
図４は、本発明の第三実施形態の生物硝化システム３０の概略構成図である。
生物硝化システム３０は、流動床型好気生物反応槽２の上部の開口を覆う覆蓋１２をさらに備える以外は、第一実施形態の生物硝化システム１と同様である。
覆蓋１２には、空気排出口１２ａが形成されている。空気排出口１２ａは、流動床型好気生物反応槽２の外部から流動床型好気生物反応槽２内への空気の流入を抑制し、流動床型好気生物反応槽２内から外部への気体の流出は抑制しないように構成されている。
【００４０】
（生物硝化方法）
生物硝化システム３０を用いた生物硝化方法は、第一実施形態の生物硝化システム１を用いた生物硝化方法と同様にして行うことができ、好ましい態様も同様である。
【００４１】
（作用効果）
生物硝化システム３０及びこれを用いた生物硝化方法にあっては、第一実施形態と同様に、負荷変動があった場合でも、被処理水に含まれるアンモニア性窒素の生物硝化反応を安定的に維持することができ、得られる処理水の水質を、変動の小さい安定的なものとすることができる。
また、空気排出口１２ａが形成された覆蓋１２で流動床型好気生物反応槽２の上部の開口が覆われていることにより、被処理水を供給しない期間（酸素含有ガスの供給を停止する期間）に、流動床型好気生物反応槽２の外部の空気が流動床型好気生物反応槽２上部の気相部分に流入し、この空気中の酸素が被処理水中に移動することを抑制できる。これにより、被処理水を供給しない期間中の硝化菌の自己消化（自己酸化分解）及びそれに伴う硝化菌の保持量の低下をより効果的に抑制でき、被処理水の供給再開時の生物硝化反応の安定性がより高まる。
【００４２】
以上、実施形態を示して本発明の生物硝化方法及び生物硝化システムを説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。上記実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。
例えば、上記の各実施形態では、ポンプ１０、弁８及びブロア１１を制御装置により制御する例を示したが、ポンプ１０、弁８、ブロア１１を、手動、遠隔操作等により制御してもよい。
第二実施形態では、２槽の流動床型好気生物反応槽２を直列に連結した例を示したが、流動床型好気生物反応槽２を３槽以上直列に連結した構成としてもよく、２槽以上の流動床型好気生物反応槽２を並列に連結した構成としてもよい。処理能力の点では、第二実施形態に示したように、２槽の流動床型好気生物反応槽２を直列に連結した構成が好ましい。
第二実施形態の複数の流動床型好気生物反応槽２，２に第三実施形態に示したような、空気排出口１２ａが形成された覆蓋１２を設けてもよい。
【実施例】
【００４３】
以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００４４】
（実施例１）
本実施例においては、図３に示した生物硝化システム２０と同様の構成の生物硝化システムを用いて、以下の手順で生物硝化を行った。
被処理水として、地下水に塩化アンモニウムおよび重炭酸水素ナトリウムを加え、アンモニア窒素濃度を５．６ｍｇ／Ｌ、アルカリ度を８０ｍｇ／Ｌに調整した人工地下水を用意した。
流動床型好気生物反応槽２として、完全混合槽型の透明アクリル製水槽を用いた。前記透明アクリル製水槽は、幅：１２０ｍｍ、奥行き：６０ｍｍ、高さ：２７０ｍｍ（有効水量１．７５Ｌ）の片側旋回流角型水槽である。水槽底部には散気球が設けられている。この透明アクリル製水槽に生物保持担体３を充填率が３０体積％となるように充填した。生物保持担体３としては、発泡ポリウレタン製のスポンジ担体（株式会社イノアックコーポレーション製、商品名ウォターフレックス、５ｍｍ角型：品番ＡＱ−１４）を用いた。
スポンジ担体を透明アクリル製水槽に充填する前に、すでに培養して硝化菌が付着しているスポンジ担体を一定量添加した。
【００４５】
前記透明アクリル製水槽に前記人工地下水（１７℃）を通水した。通水は、水槽底部の散気球から空気を導入し、曝気流動状態にて、水滞留時間（ＨＲＴ）が０．９時間となるように行った。この時のアンモニア性窒素負荷は０．１４４ｋｇ−Ｎ／ｍ３／ｄであった。空気の導入量は、被処理水の旋回流の上昇流の流速が０．１５ｍ／ｓに保持される量とした。
通水開始から約１か月経過後に安定状態、すなわち１槽目のアンモニア性窒素濃度が０．９ｍｇ／Ｌ、２槽目のアンモニア性窒素濃度が０．１ｍｇ／Ｌ以下を示すようになった。このように安定状態となったことを確認した上で、１日の通水工程として、通水及び曝気を連続的に行う期間を１６時間設け、その後の８時間、通水を停止するとともに曝気を停止する期間を設ける操作を１週間繰り返した。
上記操作を繰り返す間、通水及び曝気の停止後に通水及び曝気を再開した後の、前記透明アクリル製水槽から排出された処理水のアンモニア性窒素濃度（処理水アンモニア性窒素濃度）の代表的な推移を図５に示した。１槽目出口（１ｓｔ）の処理水アンモニア性窒素濃度は、再開後２時間ほど安定状態の０．９ｍｇ／Ｌを上回ったものの、再開２．５時間後には０．９ｍｇ／Ｌを示した。また、２槽目出口（２ｎｄ）の処理水アンモニア性窒素濃度は、再開後１時間までは安定状態の０．１ｍｇ／Ｌを上回る０．２ｍｇ／Ｌを示したものの、その１時間後には０．１ｍｇ／Ｌを示した。
このように、通水と通水停止のサイクルを繰り返しても、通水停止時に曝気を停止することにより、極めて安定な運転が可能なことが確認された。
【００４６】
（比較例１）
実施例１で用いたのと同じ生物硝化システム及び人工地下水を用い、以下の手順で生物硝化を行った。
前記透明アクリル製水槽に前記人工地下水（１７℃）を通水した。通水は、水槽底部の散気球から空気を導入し、曝気流動状態にて、水滞留時間（ＨＲＴ）が０．９時間となるように行った。この時のアンモニア性窒素負荷は０．１４４ｋｇ−Ｎ／ｍ３／ｄであった。空気の導入量は、被処理水の旋回流の上昇流の流速が０．１５ｍ／ｓに保持される量とした。
通水開始から約１か月経過後に、安定状態となったことを確認した上で、１日の通水工程として、通水及び曝気を連続的に行う期間を１６時間設け、その後の８時間、通水を停止するとともに曝気を継続する期間を設ける操作を１週間繰り返した。
上記操作を繰り返す間、通水及び曝気の停止後に通水及び曝気を再開した後の処理水アンモニア性窒素濃度の代表的な推移を図６に示した。１槽目出口（１ｓｔ）のアンモニア性窒素濃度は、通水再開直後に２ｍｇ／Ｌ程度と高い値を示し、安定状態の０．９ｍｇ／Ｌに達したのは通水工程の終わりの１６時間後となった。また、２槽目出口（２ｎｄ）のアンモニア性窒素濃度は、通水再開の１時間後に０．３ｍｇ／Ｌと高い値を示し、安定状態の０．１ｍｇ／Ｌに達するのに約６時間を要した。
このように、通水と通水停止のサイクルを繰り返す際、通水停止期間に曝気を継続すると、通水再開時に処理水の水質が悪化する結果となった。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明にあっては、流動床型好気生物反応槽に被処理水を通水しない期間に曝気を停止し、酸素を積極的に供給しない状態を維持することにより、地下水及び／又は表流水に含まれるアンモニア性窒素の生物硝化反応を安定的に維持することができる。
【符号の説明】
【００４８】
１  生物硝化システム
２  流動床型好気生物反応槽
３  生物保持担体
４  被処理水供給管
５  処理水排出管
６  酸素含有ガス供給管
７  散気装置
８  弁
９  固液分離装置
１０  ポンプ
１１  ブロア
１２  覆蓋
１２ａ  空気排出口
２０  生物硝化システム
３０  生物硝化システム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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