(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンモニア性窒素を含む原水を、脱窒槽に供給し、該脱窒槽内のアンモニア性窒素を電子供与体とし、亜硝酸性窒素を電子受容体とする脱窒微生物の作用により亜硝酸性窒素の存在下に脱窒処理する脱窒方法において、
該脱窒槽は、前記脱窒微生物が担体粒子表面に生物膜を形成したもの、又は前記脱窒微生物が自己造粒によりグラニュールになったものを反応槽内に保有するものであり、
複数の該反応槽が直列に配置されており、
第１段目の反応槽に原水の少なくとも一部を通水し、第２段目の反応槽に第１段目の反応槽の処理水と第１段目の反応槽の原水に残部がある場合の残部を通水し、第２段目の反応槽の汚泥を第１段目の反応槽に移送する脱窒方法であって、
第２段目の反応槽に、第１段目の反応槽よりも低い汚泥負荷で通水し、第２段目の反応槽の汚泥負荷をＮＨ４−Ｎ負荷として０．２ｋｇ−Ｎ／ｋｇ−ＶＳＳ／ｄａｙ以下とすることを特徴とする脱窒方法。
【請求項２】
請求項１において、第１段目の反応槽の汚泥負荷をＮＨ４−Ｎ負荷として０．２〜１ｋｇ−Ｎ／ｋｇ−ＶＳＳ／ｄａｙとすることを特徴とする脱窒方法。
【請求項３】
アンモニア性窒素を電子供与体とし、亜硝酸性窒素を電子受容体とする脱窒微生物を保有し、アンモニア性窒素を含む原水を亜硝酸性窒素の存在下に脱窒処理する脱窒槽を有する脱窒装置において、
該脱窒槽は、前記脱窒微生物が担体粒子表面に生物膜を形成したもの、又は前記脱窒微生物が自己造粒によりグラニュールになったものを反応槽内に保有するものであり、
複数の該反応槽が直列に配置されており、
第１段目の反応槽に原水の少なくとも一部を通水する手段と、
第２段目の反応槽に第１段目の反応槽の処理水と第１段目の反応槽の原水に残部がある場合の残部を通水する手段と、
第２段目の反応槽の汚泥を第１段目の反応槽に移送する手段とを備えてなる脱窒装置であって、
第２段目の反応槽は、第１段目の反応槽よりも低い汚泥負荷で通水され、第２段目の反応槽の汚泥負荷がＮＨ４−Ｎ負荷として０．２ｋｇ−Ｎ／ｋｇ−ＶＳＳ／ｄａｙ以下とされることを特徴とする脱窒装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アンモニア性窒素を含有する原水を、アンモニア性窒素を電子供与体とし、亜硝酸性窒素を電子受容体とする独立栄養性脱窒微生物により亜硝酸性窒素の存在下に脱窒処理する方法及び装置に係り、特に、この独立栄養性脱窒微生物を含むグラニュール汚泥を保有する脱窒槽に原水を通水して安定かつ効率的な脱窒処理を行う方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
排液中に含まれるアンモニア性窒素は河川、湖沼及び海洋などにおける富栄養化の原因物質の一つであり、排液処理工程で効率的に除去する必要がある。一般に、排水中のアンモニア性窒素は、アンモニア性窒素をアンモニア酸化細菌により亜硝酸性窒素に酸化し、更にこの亜硝酸性窒素を亜硝酸酸化細菌により硝酸性窒素に酸化する硝化工程と、これらの亜硝酸性窒素及び硝酸性窒素を従属栄養性細菌である脱窒菌により、有機物を電子供与体として利用して窒素ガスにまで分解する脱窒工程との２段階の生物反応を経て窒素ガスにまで分解される。
【０００３】
しかし、このような従来の硝化脱窒法では、脱窒工程において電子供与体としてメタノールなどの有機物を多量に必要とし、また硝化工程では多量の酸素が必要であるため、ランニングコストが高いという欠点がある。
【０００４】
これに対して、近年、アンモニア性窒素を電子供与体とし、亜硝酸性窒素を電子受容体とする独立栄養性微生物（自己栄養細菌）を利用し、アンモニア性窒素と亜硝酸性窒素とを反応させて脱窒する方法が提案された。この方法であれば、有機物の添加は不要であるため、従属栄養性の脱窒菌を利用する方法と比べて、コストを低減することができる。また、独立栄養性の微生物は収率が低く、汚泥の発生量が従属栄養性微生物と比較すると著しく少ないので、余剰汚泥の発生量を抑えることができる。更に、従来の硝化脱窒法で観察されるＮ２Ｏの発生がなく、環境に対する負荷を低減できるといった特長もある。
【０００５】
この独立栄養性脱窒微生物（以下「ＡＮＡＭＭＯＸ微生物」と称す場合がある。）を利用する生物脱窒プロセスは、Strous, M, et al., Appl. Microbiol. Biotechnol., 50, p.589-596 (1998) に報告されており、以下のような反応でアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素が反応して窒素ガスに分解されると考えられている。
【０００６】
【化１】
0004915036.tif 000002
【０００７】
しかし、上記生物脱窒法では、反応に関与するＡＮＡＭＭＯＸ微生物がその収率が低い分、増殖速度が遅く、反応槽内に高濃度に保持することが困難であり、このために処理効率を高めることができないという問題があった。
【０００８】
ところで、従属栄養性細菌である脱窒菌を利用する従来の硝化脱窒法では、原水を反応槽の下部より上向流で流入させ、菌の付着担体を用いることなく、汚泥をブロック化又は粒状化させて粒径１〜数ｍｍのグラニュール汚泥の汚泥床（スラッジブランケット）を形成させ、反応槽中に高濃度の微生物を保持して、高負荷処理を行うＵＳＢ (Upflow Sludge Bed；上向流汚泥床）方式で処理が行われている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従って、ＡＮＡＭＭＯＸ微生物についても、上向流反応槽やＳＢＲ（回分式反応槽）で造粒したグラニュール汚泥を用いて、ＵＳＢ方式で高負荷で生物脱窒処理を行うことが考えられるが、ＡＮＡＭＭＯＸ微生物は、独立栄養性であるために、増殖速度が小さく、粘質物（菌体外ポリマー）の産出量が少なく、このために形成されるグラニュール汚泥の強度が弱く、ガスの発生による汚泥床内の攪拌や原水の上昇水流による攪乱等によりグラニュール汚泥が崩壊し易い。このため、反応槽内にグラニュール汚泥を安定的に保持し得ないという欠点があった。
【００１０】
ＡＮＡＭＭＯＸ微生物のグラニュール汚泥の強度を上げるために、ＢＯＤ源を少量添加して他の従属栄養性微生物をグラニュール汚泥に付着させて増殖させることも考えられるが、この方法は、ＡＮＡＭＭＯＸ微生物の生育環境を劣化させ、ＡＮＡＭＭＯＸ微生物の活性低下を引き起こす可能性があり、好ましい方法とは言えない。
【００１１】
また、グラニュール汚泥を用いた生物脱窒処理では、グラニュール汚泥の粒径が増大するに従って、内部の微生物が失活して空洞を生じたグラニュール汚泥が、反応で発生するガスにより浮上し、著しい場合には反応槽から流出する問題もある。
【００１２】
このようなことから、ＡＮＡＭＭＯＸ微生物を利用したＵＳＢ方式にて安定かつ効率的な脱窒処理を行うためには、グラニュール汚泥の強度を維持しながら安定的に汚泥を増殖させる必要があり、また浮上汚泥発生の原因となるグラニュール内部の空洞の形成を予防する必要がある。
【００１３】
本発明は上記従来の問題点を解決し、反応槽内にＡＮＡＭＭＯＸ微生物のグラニュール汚泥を保持して生物脱窒処理を行うに当たり、グラニュール汚泥の強度を維持して安定的に増殖させると共に、グラニュール内部の空洞の形成を防止して汚泥の浮上を防止し、安定かつ効率的な処理を行うことができる脱窒方法及び脱窒装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の脱窒方法は、アンモニア性窒素を含む原水を、脱窒槽に供給し、該脱窒槽内のアンモニア性窒素を電子供与体とし、亜硝酸性窒素を電子受容体とする脱窒微生物の作用により亜硝酸性窒素の存在下に脱窒処理する脱窒方法において、該脱窒槽は、前記脱窒微生物が担体粒子表面に生物膜を形成したもの、又は前記脱窒微生物が自己造粒によりグラニュールになったものを反応槽内に保有するものであり、複数の該反応槽が直列に配置されており、第１段目の反応槽に原水の少なくとも一部を通水し、第２段目の反応槽に第１段目の反応槽の処理水と第１段目の反応槽の原水に残部がある場合の残部を通水し、第２段目の反応槽の汚泥を第１段目の反応槽に移送する脱窒方法であって、第２段目の反応槽に、第１段目の反応槽よりも低い汚泥負荷で通水し、第２段目の反応槽の汚泥負荷をＮＨ４−Ｎ負荷として０．２ｋｇ−Ｎ／ｋｇ−ＶＳＳ／ｄａｙ以下とすることを特徴とする。
【００１５】
本発明の脱窒装置は、アンモニア性窒素を電子供与体とし、亜硝酸性窒素を電子受容体とする脱窒微生物を保有し、アンモニア性窒素を含む原水を亜硝酸性窒素の存在下に脱窒処理する脱窒槽を有する脱窒装置において、該脱窒槽は、前記脱窒微生物が担体粒子表面に生物膜を形成したもの、又は前記脱窒微生物が自己造粒によりグラニュールになったものを反応槽内に保有するものであり、複数の該反応槽が直列に配置されており、第１段目の反応槽に原水の少なくとも一部を通水する手段と、第２段目の反応槽に第１段目の反応槽の処理水と第１段目の反応槽の原水に残部がある場合の残部を通水する手段と、第２段目の反応槽の汚泥を第１段目の反応槽に移送する手段とを備えてなる脱窒装置であって、第２段目の反応槽は、第１段目の反応槽よりも低い汚泥負荷で通水され、第２段目の反応槽の汚泥負荷がＮＨ４−Ｎ負荷として０．２ｋｇ−Ｎ／ｋｇ−ＶＳＳ／ｄａｙ以下とされることを特徴とする。
【００１６】
なお、以下において、ＡＮＡＭＭＯＸ微生物が担体粒子表面に生物膜を形成したもの、及びＡＮＡＭＭＯＸ微生物の自己造粒により形成されたグラニュールを「グラニュール」と総称する。
【００１７】
本発明では、反応槽を２槽以上、例えば２槽直列に配置して第１段目の反応槽を高い汚泥負荷で運転することにより、グラニュールの内部にまで基質を十分に浸透させ、ＡＮＡＭＭＯＸ微生物の自己造粒作用を高めて、緻密で強度の高いグラニュールを形成する。
【００１８】
第１段目の反応槽では、このように高い汚泥負荷とすることで、ガス発生量が多くなり、流出部における固液分離性が悪くなるため、例えば反応槽上部に従来のＵＳＢ型嫌気処理装置にみられるようなＧＳＳ、即ち気液固分離装置を設置しても、汚泥の流出は避けられない。従って、第二段目の反応槽では、第１段目の反応槽から流出した汚泥の固液分離に重点を置き、第２段目の反応槽の処理水中に流出した汚泥を捕捉する。
【００１９】
この第２段目の反応槽では、第１段目の反応槽の処理水を通水するため、汚泥負荷が低くなり、残留基質濃度も低いため、ガスの発生量は少なく、固液分離が容易となる。なお、第２段目の反応槽の負荷が低過ぎる場合、第２段目の反応槽の活性低下が問題となるため、このような場合には、原水の一部を第１段目の反応槽をバイパスさせて第２段目の反応槽に直接導入することで第２段目の反応槽の負荷を調整する。
【００２０】
また、第１段目の反応槽からは汚泥が流出し、これが第２段目の反応槽で捕捉されるが、この第２段目の反応槽からは、適宜第１段目の反応槽に汚泥を返送する。即ち、第１段目の反応槽から流出する汚泥は、高負荷運転で発生したガスにより汚泥床内で撹拌されることによって生じたグラニュールの微小破片であるため、このような粒径の小さいグラニュールを第１段目の反応槽に返送することにより、第１段目の反応槽のグラニュールの平均粒径を小さくし、グラニュールの肥大化及びそれによる浮上を防止することもできる。
【００２１】
本発明において、第１段目の反応槽の汚泥負荷はＮＨ４−Ｎ負荷として０．２〜１ｋｇ−Ｎ／ｋｇ−ＶＳＳ／ｄａｙ、特に０．３〜０．５ｋｇ−Ｎ／ｋｇ−ＶＳＳ／ｄａｙの比較的高い負荷とし、第２段目の反応槽の汚泥負荷は、ＮＨ４−Ｎ負荷として０．２ｋｇ−Ｎ／ｋｇ−ＶＳＳ／ｄａｙ以下、特に０．０５〜０．１５ｋｇ−Ｎ／ｋｇ−ＶＳＳ／ｄａｙの低負荷とするのが好ましい。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して本発明の脱窒方法及び脱窒装置の実施の形態を詳細に説明する。
【００２３】
図１は、本発明の脱窒装置の実施の形態を示す系統図である。
【００２４】
この脱窒装置では、ＵＡＳＢ反応槽が２槽直列に設けられている。
【００２５】
第１段目のＵＳＢ反応槽１は、内部にＡＮＡＭＭＯＸ微生物のグラニュール汚泥床２が形成され、底部に原水の流入配管３が接続されている。反応槽１の上部にはＧＳＳ（気液固分離装置）４が設けられ、このＧＳＳ４から、処理水の移送配管５と処理水の一部を循環水として原水流入配管３に戻す循環配管６が引き出されている。処理水の移送配管５は、第２段目のＵＳＢ反応槽１１の流入配管１３に連結されている。
【００２６】
第２段目のＵＳＢ反応槽１１は、第１段目のＵＳＢ反応槽１と同様に、内部にＡＮＡＭＭＯＸ微生物のグラニュール汚泥床１２が形成され、底部に被処理液の流入配管１３が接続され、上部にＧＳＳ１４が設けられている。このＧＳＳ１４から処理水の排出配管１５と処理水の一部を循環水として流入配管１３に戻す循環配管１６が引き出されている。
【００２７】
原水を第１段目のＵＳＢ反応槽１に導入する流入配管１３からは、原水の一部を必要に応じて直接第２段目のＵＳＢ反応槽１１に導入するためのバイパス配管１７が分岐している。
【００２８】
また、第２段目のＵＳＢ反応槽１１のグラニュール汚泥床１２から、第１段目のＵＳＢ反応槽１のグラニュール汚泥床２に汚泥を移送するための移送配管１８が設けられている。
【００２９】
原水は、配管６からの循環水と共に配管３から第１段目のＵＳＢ反応槽１の底部に導入される。ＵＳＢ反応槽１に導入された原水は、ＡＮＡＭＭＯＸ微生物のグラニュール汚泥床２を上向流で上昇する間に、ＡＮＡＭＭＯＸ微生物により生物脱窒処理され、処理水は配管５より排出され、処理水の一部は配管６より原水流入配管３に循環される。配管５より排出された第１段目のＵＳＢ反応槽１の処理水は、次いで配管１６からの循環水と共に導入配管１３より第２段目のＵＳＢ反応槽１１の底部に導入され、ＡＮＡＭＭＯＸ微生物のグラニュール汚泥床１２を上向流で上昇し、その間に更に生物脱窒処理され、処理水は配管１５より系外へ排出される。また、処理水の一部は配管１６より導入配管１３に循環される。
【００３０】
第１段目のＵＳＢ反応槽１では、比較的高い負荷で処理を行って、グラニュールの内部にまで基質を十分に浸透させ、ＡＮＡＭＭＯＸ微生物の自己造粒作用を高めて、緻密で強度の高いグラニュールを形成する。
【００３１】
このために、第１段目のＵＳＢ反応槽１では、ＮＨ４−Ｎ負荷として０．２〜１ｋｇ−Ｎ／ｋｇ−ＶＳＳ／ｄａｙ、特に０．３〜０．５ｋｇ−Ｎ／ｋｇ−ＶＳＳ／ｄａｙの汚泥負荷となるように通水し、第１段目のＵＳＢ反応槽１の処理水中に残留する基質濃度を、アンモニア性窒素濃度及び亜硝酸性窒素濃度のいずれかが１０〜１８０ｍｇ−Ｎ／Ｌ程度、より好ましくは２０〜１００ｍｇ−Ｎ／Ｌ、特に３０〜７０ｍｇ−Ｎ／Ｌ程度となるようにするのが好ましい。
【００３２】
汚泥負荷が上記範囲よりも低いと十分な強度のグラニュールを形成し得ず、グラニュールの破壊が生じたり、また、グラニュール内部に微生物の失活による空洞が生じ易い。汚泥負荷が上記範囲よりも高いと過負荷となり、好ましくない。特に、第１段目のＵＳＢ反応槽１の処理水中に残留するアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素のいずれかの濃度が２００ｍｇ−Ｎ／Ｌ以上となると阻害作用が現れるため、この濃度は２００ｍｇ−Ｎ／Ｌ以下とすることが好ましく、特に、亜硝酸性窒素については、１００ｍｇ−Ｎ／Ｌ以下となるように制御することが好ましい。
【００３３】
一方、第２段目のＵＳＢ反応槽１１では、第１段目のＵＳＢ反応槽１よりも低い汚泥負荷で通水することにより、第１段目のＵＳＢ反応槽１から流出したグラニュールを捕捉する。従って、この第２段目のＵＳＢ反応槽１１では、ＮＨ４−Ｎ負荷として０．２ｋｇ−Ｎ／ｋｇ−ＶＳＳ／ｄａｙ以下、好ましくは０．０５〜０．１５ｋｇ−Ｎ／ｋｇ−ＶＳＳ／ｄａｙの低い汚泥負荷とする。第２段目のＵＳＢ反応槽１１の汚泥負荷が０．２ｋｇ−Ｎ／ｋｇ−ＶＳＳ／ｄａｙを超えると、この第２段目のＵＳＢ反応槽１１からもグラニュールが流出する恐れがあり、また、処理水の水質も悪化し好ましくない。
【００３４】
なお、第２段目のＵＳＢ反応槽１１には、第１段目のＵＳＢ反応槽１で脱窒処理された処理水が導入されるため、基質が不足する場合がある。従って、このような場合には、必要に応じて、原水の一部をバイパス配管１７から直接第２段目のＵＳＢ反応槽１１に導入し、第２段目のＵＳＢ反応槽１１で不足する基質を補うことができる。
【００３５】
また、移送配管１８より、適宜第２段目のＵＳＢ反応槽１１から第１段目のＵＳＢ反応槽１にグラニュールを返送する。即ち、第１段目のＵＳＢ反応層１から流出するグラニュールは、高負荷運転で発生したガスによりグラニュール汚泥床２内で撹拌されることによって生じたグラニュールの微小破片であるため、このような粒径の小さいグラニュールを第１段目のＵＳＢ反応槽１に返送することにより、第１段目のＵＳＢ反応槽１のグラニュールの平均粒径を小さくし、グラニュールの肥大化及びそれによる浮上を防止することができ、好ましい。
【００３６】
なお、第１段目のＵＳＢ反応槽１と第２段目のＵＳＢ反応槽１１とは、必ずしも同等の容積である必要はなく、第２段目のＵＳＢ反応槽１１は第１段目のＵＳＢ反応槽１よりも小容量のものとしても良い。また、第１段目のＵＳＢ反応槽１と第２段目のＵＳＢ反応槽１１とは平面的に２槽並べて配置しても良いが、設置面積を低減させるために、立体的に積み重ねて設けても良い。
【００３７】
本発明の脱窒方法において、処理対象となる原水は、アンモニア性窒素及び亜硝酸性窒素を含む水であり、有機物及び有機性窒素を含むものであってもよいが、これらは脱窒処理前に予めアンモニア性窒素になる程度まで分解しておくことが好ましく、また、溶存酸素濃度が高い場合には、必要に応じて溶存酸素を除去しておくことが好ましい。原水は無機物を含んでいてもよい。また、原水はアンモニア性窒素を含む液と亜硝酸性窒素を含む液を混合したものであってもよい。例えば、アンモニア性窒素を含む排水をアンモニア酸化微生物の存在下に好気性処理を行い、アンモニア性窒素の一部、好ましくはその１／２を亜硝酸に部分酸化したものを原水とすることができる。更には、アンモニア性窒素を含む排水の一部をアンモニア酸化微生物の存在下に好気性処理を行い、アンモニア性窒素を亜硝酸に酸化し、アンモニア性窒素を含む排水の残部と混合したものを原水としても良い。
【００３８】
一般的には、下水、し尿、嫌気性消化脱離液等のアンモニア性窒素、有機性窒素及び有機物を含む排水が処理対象となる場合が多いが、この場合、これらを好気性又は嫌気性処理して有機物を分解し、有機性窒素をアンモニア性窒素に分解し、さらに部分亜硝酸化或いは、一部についての亜硝酸化を行った液を原水とすることが好ましい。
【００３９】
原水のアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素の割合はモル比でアンモニア性窒素１に対して亜硝酸性窒素０．５〜２、特に１〜１．５とするのが好ましい。原水中のアンモニア性窒素及び亜硝酸性窒素の濃度はそれぞれ５〜１０００ｍｇ／Ｌ、５〜２００ｍｇ／Ｌであることが好ましいが、処理水を循環して希釈すればこの限りではない。
【００４０】
原水の脱窒条件としては、例えば反応槽内液の温度が１０〜４０℃、特に２０〜３５℃、ｐＨが５〜９、特に６〜８、溶存酸素濃度が０〜２．５ｍｇ／Ｌ、特に０〜０．２ｍｇ／Ｌ、ＢＯＤ濃度が０〜５０ｍｇ／Ｌ、特に０〜２０ｍｇ／Ｌの範囲とするのが好ましい。
【００４１】
グラニュール汚泥を形成する場合、微生物だけではグラニュール形成に期間を要するので、核となる物質を添加し、その核の周りにＡＮＡＭＭＯＸ微生物の生物膜を形成させることが望ましい。この場合、核として、例えば微生物グラニュールや非生物的な担体を挙げることができる。
【００４２】
核として用いられる微生物グラニュールとしては、メタン菌グラニュール等の嫌気性微生物や従属栄養性脱窒菌グラニュール等を挙げることができる。メタン菌グラニュールは、ＵＡＳＢ（Upflow Anaerobic Sludge Blanket；上向流嫌気性汚泥床）法もしくはＥＧＳＢ（Expanded Granule Sludge Bed；展開粒状汚泥床）法でメタン発酵が行われているメタン発酵槽で使用されているものを適用できる。また、従属栄養性脱窒グラニュールは、ＵＳＢ方式の通常の脱窒槽で利用されるものを適用できる。これらのグラニュールはそのままの状態で、又はその破砕物として用いることができる。独立栄養性脱窒微生物はこのような微生物グラニュールに付着しやすく、グラニュールの形成に要する時間が短縮される。また、核として非生物的な材料を用いるよりも経済的である。
【００４３】
核として用いられる非生物的な材料としては、例えば、活性炭、ゼオライト、ケイ砂、ケイソウ土、焼成セラミック、イオン交換樹脂等、好ましくは活性炭、ゼオライト等よりなる、粒径５０〜２００μｍ、好ましくは５０〜１００μｍで、平均比重１．０１〜２．５、好ましくは１．１〜２．０の担体を挙げることができる。
【００４４】
このようにして形成されるＡＮＡＭＭＯＸ微生物のグラニュール汚泥は、平均粒径が０．２５〜３ｍｍ、好ましくは０．２５〜２ｍｍ、より好ましくは０．２５〜１．５ｍｍ程度、平均比重が１．０１〜２．５、好ましくは１．１〜２．０であることが望ましい。グラニュールの粒度が小さいほど比表面積が大きくなるので、高い汚泥濃度を維持し、脱窒処理を効率よく行う点で好ましい。
【００４５】
本発明の生物脱窒方法は、具体的には、嫌気性処理で見られるようなＵＡＳＢ方式又はＥＧＳＢ方式で反応槽内のＡＮＡＭＭＯＸ微生物のグラニュール汚泥を原水の上向流で展開させてグラニュール汚泥床を形成して行うのが、原水とグラニュール汚泥との接触効率を高くすることができ、好ましい。なお、処理水の一部は循環水として、反応槽の原水導入側へ戻す。
【００４６】
この場合、ＵＡＳＢ方式であれば循環水量は原水量の０．５〜１０倍とし、反応槽内の上向流速（原水と循環水との合計の流速）を０．５〜２ｍ／ｈｒとするのが好ましい。また、ＥＧＳＢ方式であれば循環水量は原水量の０．５〜２０倍とし、反応槽内の上向流速（原水と循環水の合計の流速）を２〜１５ｍ／ｈｒとしてグラニュール汚泥床を展開させて通液する。
【００４７】
なお、本発明においては、グラニュール汚泥をより強固とするために、高分子凝集剤（ポリマー）を第１段目のＵＳＢ反応槽１に添加しても良い。
【００４８】
この場合、添加するポリマーとしては、アニオン系、カチオン系、ノニオン等の合成又は天然高分子ポリマーを用いることができるが、好ましくは、分子量が１０３〜１０６程度の比較的分子量の低いポリマーが好ましく、特に、気泡の付着性が低いカチオンサイトを有するジメチルアミノエチルアクリレート、ジメチルアミノエチルメタクリレート等のカチオン性モノマのホモポリマ、それらのカチオン性モノマとアクリルアミド、メタクリルアミドとのコポリマ、ポリビニルアミジン、キトサン等のカチオン性水溶性ポリマーが好適である。
【００４９】
ポリマーの添加量は、少ないと添加によるグラニュール汚泥の強度向上効果が十分に得られず、多過ぎると、グラニュール汚泥同士が付着し合って粒塊化し、ガスを補足し易くなり、浮上性が高められるため、ＵＳＢ反応槽１への流入水量（原水と循環水との合計水量）に対して０．１〜５ｍｇ／Ｌ程度の濃度となるように添加するのが好ましい。
【００５０】
ポリマーの添加は連続添加でも間欠添加でも良い。間欠添加の場合、添加の頻度は１０〜１００分に１回程度の頻度とするのが好ましい。
【００５１】
【実施例】
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
【００５２】
実施例１
脱窒汚泥から馴養したＡＮＡＭＭＯＸ微生物のグラニュール汚泥を用いて、図１に示す脱窒装置により連続実験を行った。
【００５３】
第１段目のＵＳＢ反応槽としては、内径１０ｃｍ、高さ約１２０ｃｍのＰＶＣカラム（容量約７．５Ｌ）を用い、第２段目のＵＳＢ反応槽には内径７．５ｃｍ、高さ約１００ｃｍのＰＶＣカラム（容量約４Ｌ）を用いた。これらのカラムは、各々内部に気液固分離装置を備える。
【００５４】
通水開始時に、上記グラニュール汚泥を第１段目の反応槽に約４Ｌ（約１２０ｇ−ＶＳＳ）充填し、第２段目の反応槽に約２Ｌ（約６０ｇ−ＶＳＳ）充填した。この脱窒装置を３０℃に制御された恒温室に設置して実験を行った。原水としては、下水処理水にアンモニア及び亜硝酸を添加してＮＨ４−Ｎ濃度及びＮＯ２−Ｎ濃度を各々３００ｍｇ−Ｎ／Ｌとし、ｐＨ７．５に調整したものを用い、下記の通水条件で通水した。なお、各カラム上部の処理水は一部ポンプにより反応槽の底部に約１００ｍＬ／ｍｉｎ（１４４Ｌ／ｄａｙ）で循環した。運転中は、１週間に１回の頻度で、第２段目の反応槽から手動で汚泥を界面が一定になるように１００〜５００ｍＬ（約３〜５ｇ−ＶＳＳ）引き抜いて第１段目の反応槽に返送した。
【００５５】
0004915036.tif 000003
【００５６】
連続運転を４ヶ月間行って、その間の処理性能（第２段目の反応槽の処理水中の残留ＮＨ４−Ｎ濃度）を調べ、結果を図２に示した。
【００５７】
また、実験開始直後、２ヶ月後（６０日目）及び４ヶ月後（１２０日目）に、第１段目の反応槽内のグラニュール汚泥の強度及び浮上ポテンシャルを下記方法で評価し、結果を表１に示した。
【００５８】
［グラニュール汚泥の強度］
反応槽からグラニュール汚泥を採取し、１Ｌのメスシリンダーに静止容量で１００ｍＬ充填した。純水を５００ｍＬのレベルまで加え、窒素ガスを３００ｍＬ／ｍｉｎでセラミック散気球を通してこのメスシリンダー中に供給してメスシリンダー内を攪拌し、２４時間後の汚泥の存在形態を評価した。評価は、粒径０．２５ｍｍ以下の細かな汚泥に分散化したものの、汚泥全体に占める割合を調べることにより行った。この値が小さいほど、グラニュール汚泥の強度が高い。
【００５９】
［グラニュール汚泥の浮上ポテンシャル］
反応槽からグラニュール汚泥を採取して三角フラスコ内に３０ｍＬ入れ、第２段目の反応槽の処理水にアンモニアと亜硝酸を添加して、ＮＨ４−Ｎ濃度及びＮＯ２−Ｎ濃度を各々１００ｍｇ−Ｎ／Ｌとした水を入れて３０℃で１２時間静置培養し、浮上する汚泥と沈殿する汚泥の重量をそれぞれ測定し、浮上汚泥の全体汚泥に占める割合を浮上ポテンシャルと定義した。
【００６０】
なお、この実施例１では、４ヶ月の連続運転後の第１段目及び第２段目の反応槽の合計の汚泥量は２４５ｇ−ＶＳＳに増加していた。
【００６１】
比較例１
実施例１において、第２段目の反応槽を用いず、第１段目の反応槽のみで下記の通水条件で通水を行ったこと以外は同様にして４ヶ月間の連続運転を行い、同様に処理性能とグラニュール汚泥の強度及び浮上ポテンシャルを調べ、結果を図２及び表１に示した。
【００６２】
なお、この比較例１では、４ヶ月の連続運転後の反応槽内の汚泥量は８５ｇ−ＶＳＳに減少していた。
【００６３】
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【００６４】
【表１】
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【００６５】
実施例１及び比較例１の結果を比較することにより、次のことが明らかである。
【００６６】
比較例１では、運転開始当初処理は順調であったが、１ヶ月目ほどから汚泥浮上が始まり、またグラニュールも崩壊することによって汚泥量は減少気味で、開始時の１２０ｇ−ＶＳＳに対して実験終了時では８５ｇ−ＶＳＳになっていた。このため徐々に処理性能が悪化しており、運転開始後３ヶ月では処理水のＮＨ４−Ｎ濃度は３０ｍｇ−Ｎ／Ｌを超すようになった。一方、実施例１では汚泥の状態は安定しており、汚泥量も徐々に増加傾向にあり、全体としての汚泥量は運転開始時の１８０ｇ−ＶＳＳから２４５ｇ−ＶＳＳまで増加した。そして、処理性能も常に安定しており、良好な結果が得られた。なお、実施例１において、第１段目の反応槽の処理水のアンモニア性窒素濃度は３０〜４０ｍｇ−Ｎ／Ｌの範囲であり、亜硝酸性窒素濃度は３０〜４０ｍｇ−Ｎ／Ｌの範囲であった。
【００６７】
比較例１では、全体の負荷は４ｋｇ−Ｎ／ｍ３／ｄａｙで運転を行ったのに対し、実施例１では第１段目の反応槽の汚泥負荷が０．６ｋｇ−Ｎ／ｋｇ−ＶＳＳ／ｄａｙとなるような運転を行い、第２段目の反応槽も含めた全体の槽負荷は６．３ｋｇ−Ｎ／ｍ３／ｄａｙであり、負荷は比較例１の場合の１．５倍である。即ち、実施例１では比較例１よりも５０％以上高い負荷条件で、安定な処理を行えた。
【００６８】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の脱窒方法及び脱窒装置によれば、ＡＮＡＭＭＯＸ微生物のグラニュール汚泥を保持した反応槽内に原水を通水して脱窒処理するに当たり、緻密で強度が高く、沈降性の良いグラニュール汚泥を形成して長期に亘り安定かつ効率的な脱窒処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の脱窒装置の実施の形態を示す系統図である。
【図２】実施例１及び比較例１における脱窒処理性能を示すグラフである。
【符号の説明】
１，１１  ＵＳＢ反応槽
２，１２  グラニュール汚泥床
４、１４  ＧＳＳ
【図１】
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【図２】
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