下水からのリン及び／または窒素の除去方法
【課題】 下水から窒素及びリンを効率的に安定して除去する。
【解決手段】 嫌気槽、無酸素槽および好気槽からなる生物学的リンおよび／または窒素の除去プロセスにおいて、嫌気槽のＯＲＰ値を指標として、有機酸を嫌気槽に添加し、窒素とリンを安定して除去する。
【解決手段】 嫌気槽、無酸素槽および好気槽からなる生物学的リンおよび／または窒素の除去プロセスにおいて、嫌気槽のＯＲＰ値を指標として、有機酸を嫌気槽に添加し、窒素とリンを安定して除去する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下水中に含まれるリン及び／または窒素を安定的かつ効率的に除去する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
まず、リンの除去に関する従来技術を説明する。
【０００３】
都市下水中の全リン濃度は、通常３〜５ｍｇ／Ｌ程度あり、下水中のリンを除去する方法としては、以下のような方法が公知である。
【０００４】
（１）凝集沈殿法：塩化第二鉄、硫酸第二鉄などの鉄塩や硫酸アルミニウムやポリ塩化アルミニウム等の凝集剤を用いる凝集沈殿法が広く公知である。最も確実な方法であるが、凝集剤添加により、余剰汚泥量の増加に伴う処理費や薬品費などランニングコストが上昇する課題がある。
【０００５】
（２）生物学的リン除去プロセス：活性汚泥（微生物の集合体）中の一部の細菌群（以下、ポリリン酸蓄積細菌と述べる）は、嫌気条件下（溶存酸素も硝酸イオン等の結合態酸素もない状態）においてリンを放出させると、好気条件下ではリンを過剰に摂取しようとする。この性質を利用し、リン除去をはかるもので、このような方式を採用するとポリリン酸蓄積細菌がリンを摂取することにより下水の活性汚泥中のリン濃度は２〜３％から５〜６％程度に増大し、下水中のリン濃度が低下するといわれている。生物学的リン除去プロセスは、都市下水処理の分野で実用化が進んでいる。
【０００６】
以下に、本発明に関わる生物学的なリンと窒素除去の従来方法について説明する。
【０００７】
生物学的リン除去プロセスは、一般に最初沈殿池、反応槽（嫌気槽、および好気槽）、および最終沈澱池から構成されている。最初沈殿池は下水中の粗大浮遊物を沈降除去し、反応槽への有機物負荷を減じる。反応槽は、嫌気槽と好気槽とからなりたっており、嫌気槽において、嫌気性条件下におき、活性汚泥中のポリリン酸蓄積細菌からリンを放出させる。さらに、好気槽においてポリリン酸蓄積細菌にリンを放出量以上過剰に摂取させる。最終沈殿池においては、活性汚泥を沈降分離させ上澄み液は放流する。最終沈殿池で沈降分離された濃縮活性汚泥は、その一部を余剰汚泥として引きぬくとともに、返送汚泥として、嫌気槽に返送ポンプにより返送される。ポリリン酸蓄積細菌により余剰汚泥は、リンを高濃度に含むため、下水中に含まれていたリンは余剰汚泥の形で系外に引き抜かれることとなる。
【０００８】
生物学的リン除去プロセスは、上述の凝集沈殿法と比較するとランニングコストが安いという利点がある。
【０００９】
次に、窒素の除去に関する従来技術を説明する。
【００１０】
下水からの窒素の除去方法としては、以下のような生物学的硝化−窒素除去プロセスが、安価であり、広く採用されている。この方法は、絶対好気性の独立栄養細菌であるＮｉｔｒｏｓｏｍｏｎａｓ、およびＮｉｔｒｏｂａｃｔｅｒ等の硝化細菌による生物学的酸化反応（硝化反応）と通性嫌気性の従属栄養細菌であるＰｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ等の脱窒細菌による生物学的還元反応（脱窒反応）との組み合わせから成っている。
【００１１】
まず、硝化反応について説明する。硝化反応は、溶存酸素の存在下、すなわち、好気性の条件下において、硝化細菌を用いて、アンモニア性窒素（以下、ＮＨ４−Ｎと記載）を亜硝酸性窒素（以下、ＮＯ２−Ｎと記載）または硝酸性窒素（以下、ＮＯ３−Ｎと記載）まで酸化させる工程である。硝化反応は以下の化学式１および化学式２に示す反応の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。すなわち、化学式１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、化学式２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。
【００１２】
【化１】
【００１３】
窒素を除去するためには、硝化細菌を活性汚泥中に大量に増殖させることが極めて重要である。しかし、硝化細菌は、有機物を分解する従属栄養細菌と比較すると、増殖速度が小さく、また、下水や排水中の成分変動によって活性阻害を受けやすい。硝化細菌の増殖は通常、好気槽中での活性汚泥滞留時間（ＳＲＴ：Ｓｌｕｄｇｅ Ｒｅｔｅｎｔｉｏｎ Ｔｉｍｅ）や溶存酸素濃度（ＤＯ：Ｄｉｓｏｌｖｅｄ Ｏｘｙｇｅｎ）を指標として管理されている。
【００１４】
次に脱窒反応について説明する。硝化反応によって生成したＮＯ２−ＮおよびＮＯ３−Ｎは、活性汚泥中の脱窒細菌により、無酸素かつ有機物の存在下で、以下の化学式３および化学式４に示すように還元されて、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。
【００１５】
【化２】
【００１６】
脱窒素を安定して行なうためには、以下の２点が極めて重要である。
【００１７】
（１）溶存酸素が存在しないこと（無酸素条件）：脱窒細菌は、溶存酸素が存在すると、溶存酸素を優先的に用いてしまう。このため、ＮＯ２−ＮやＮＯ３−Ｎが残留しやすい。
【００１８】
（２）十分な有機物（水素供与体）があること：脱窒素を行なうためには十分な水素供与体が必要である。水素供与体として、都市下水などでは、下水中の有機物（以下、ＢＯＤとも記載する）成分がそのまま用いられ、有機物を含まない廃水ではメタノールなどが外部から添加されることが多い。ＢＯＤの場合、ＢＯＤ濃度（ｍｇ／Ｌ）は窒素濃度（ｍｇ／Ｌ）に対して、ＢＯＤ／Ｎ比が３以上必要（Ｎは窒素元素として）とされている。また、有機物の種類も重要であり、脱窒速度に大きく影響する。
【００１９】
生物学的硝化−窒素除去プロセスは、最初沈殿池、反応槽（無酸素槽、および好気槽）、および最終沈澱池からから構成されている。最初沈殿池は下水中の粗大浮遊物を沈降除去し、反応槽での有機物負荷を減じる。反応槽は、無酸素槽と好気槽とからなりたっている。無酸素槽（溶存酸素のない状態）には、好気槽から硝化液（好気槽内の処理水）の一部が循環返送される。硝化液中のＮＯ２−Ｎ並びにＮＯ３−Ｎは、活性汚泥中の脱窒細菌により、下水中の有機物との脱窒反応により、窒素ガスとして除去される。好気槽では、活性汚泥中の硝化細菌によりＮＨ４−Ｎの酸化（硝化）が行なわれ、硝化液の一部が無酸素槽に循環される。最終沈殿池においては、活性汚泥を沈降分離させ上澄み液は放流する。沈降分離された濃縮活性汚泥は、その一部を余剰汚泥として引きぬくとともに返送汚泥として、無酸素槽にポンプにより返送される。
【００２０】
生物学的リン・窒素除去プロセスは、前述した生物学的リン除去プロセスと生物学的硝化−窒素除去プロセスとを組み合わせたプロセスであり、最初沈殿池、反応槽（嫌気槽、無酸素槽、および好気槽）、および最終沈澱池から構成されている。最初沈殿池は下水中の粗大浮遊物を沈降除去し、反応槽での有機物負荷を減じる。反応槽は、嫌気槽、無酸素槽および好気槽からなりたっている。嫌気槽では前述したように活性汚泥中のポリリン酸蓄積細菌がリンの吐き出しをおこなう。無酸素槽には、好気槽から硝化液の一部が循環返送される。無酸素槽においては、この硝化液中のＮＯ２−ＮおよびＮＯ３−Ｎは、活性汚泥中の脱窒細菌により、下水中の有機物との脱窒反応により、窒素ガスとして除去される。
【００２１】
一方、好気槽では、活性汚泥中の硝化細菌によりＮＨ４−Ｎの酸化（硝化）が行なわれ、硝化液の一部は、嫌気槽に循環される。また、活性汚泥中のポリリン酸蓄積細菌は、リンを過剰に摂取する。最終沈殿池では、活性汚泥を沈降分離し、上澄み液は放流する。沈降分離された濃縮活性汚泥は、その一部を余剰汚泥として引きぬくとともに返送汚泥として、嫌気槽に返送ポンプにより返送される。ポリリン酸蓄積細菌により余剰活性汚泥は、リンを高濃度に含むため、下水に含まれていた、リンは余剰汚泥の形で系外に引き抜かれることとなる。
【００２２】
生物学的リン除去プロセスの最も大きな課題は、不安定性である。例えば、雨水などの下水への混入などにより、下水中の有機物濃度が低下するとともにＤＯが上昇し、嫌気槽において嫌気性条件が達成されずリンの放出が抑制される。嫌気槽で、一旦、リンの放出現象が抑制されると、好気槽でのリンの過剰な取り込み能力が低下してしまう。嫌気槽でのリン放出を良好に行なうためには下水中に大量のＢＯＤが必要であり、嫌気槽流入水のＢＯＤ（ｍｇ／Ｌ）／Ｔ−Ｐ（全リン：ｍｇ／Ｌ）濃度比が２０〜２５以上あればリンの放出は良好であるとされている（非特許文献１、非特許文献２）。
【００２３】
さらに、好気槽でのリンの過剰摂取については、ＤＯとの関連が多く指摘されている。ＤＯが不足するとリン摂取が阻害されるため、概ね、好気槽末端のＤＯは、１．５〜２．０ｍｇ／Ｌ（非特許文献１）あるいは１．５〜３．０ｍｇ／Ｌが望ましいとされている（非特許文献２）。
【００２４】
しかし、嫌気槽流入水のＢＯＤ／Ｔ−Ｐ比が２５以上あっても、嫌気槽でのリンの放出が不良で、処理水中に多量のリンが残留するケースがある。この原因としては、次のような要因が考えられる。（Ｉ）雨水が混入した下水や返送汚泥からのＮＯ２−ＮおよびＮＯ３−Ｎ（以下、ＮＯｘ−Ｎと記載）または溶存酸素の嫌気槽への流入。（ＩＩ）無酸素槽に返送される硝化液からのＮＯｘ−Ｎや溶存酸素の嫌気槽への逆流。（ＩＩＩ）嫌気槽での過度の攪拌による溶存酸素の巻き込み。（ＩＶ）嫌気槽での短絡流の発生による水理学的滞留時間（以下、ＨＲＴと記載）の短縮などが挙げられる。
【００２５】
これらの嫌気槽の緒条件は、各下水処理場で大きく異なり、このため、嫌気槽流入水のＢＯＤ／Ｔ−Ｐ比が２５以上あっても、嫌気槽でのリンの放出が良好とは限らないと思われる。
【００２６】
これらのことから、リンの除去については、嫌気槽でリンの放出状況をいかに簡易にモニタリングし、この対処方法を開発するかが重要である。この課題に対して、以下のような検討報告例がある。例えば、嫌気槽でリンの放出状況を簡易にモニタリングする方法として、酸化還元電位（以下、ＯＲＰと記載、銀／塩化銀電極基準）値に着目した事例がある。 例えば、嫌気槽のＯＲＰ値とリンの吐き出し現象が密接に関係しており、生物学的リン除去プロセスの嫌気槽のＯＲＰ値が−２７０ｍＶ超になったら、有機物を多く含む下水（最初沈殿池流入水）や最初沈殿池沈殿汚泥を嫌気槽に流入させ、嫌気槽のＯＲＰ値を−２７０ｍＶ以下に維持する方法が提案されている（特許文献１）。
【００２７】
また、下水（最初沈殿池流入水）や最初沈殿池流出水のＯＲＰ値を測定し、このＯＲＰ値の測定値に応じて、下水（最初沈殿池流入水）と最初沈殿池流出水の混合割合を変動させ、嫌気槽のＯＲＰ値を−２７０ｍＶ以下に維持する方法も提案されている（特許文献２）。
【００２８】
しかし、特許文献１のような最初沈殿池流入水を用いる方法は、最初沈殿池流入水自体の有機物濃度が不安定であるばかりでなく、反応槽での有機物負荷、窒素負荷を大きく変動させるため、廃水中のＢＯＤ成分や窒素の除去を制御することはかなり難しい。
【００２９】
次に、生物学的硝化−窒素除去プロセスの課題について説明する。窒素除去については、硝化反応にともない、化学式１及び化学式２から４．５７ｋｇＯ２／ｋｇＮＨ４−Ｎの酸素消費が発生する。通常、好気槽における硝化反応を促進するため、通常１．５ｍｇ／Ｌの溶存酸素が残存することが必要とされ、管理されている（非特許文献１および非特許文献２）。このため、曝気量が増加し、ブロアーによる電力消量が大きいため、硝化反応を維持できる範囲で、エネルギー消費量を小さくする方策が強く求められている。
【００３０】
また、生物学的硝化−窒素除去プロセスに関しては、リン除去と同様、有機物の不足により、脱窒反応が進行しにくくなる場合がある。脱窒反応を円滑に進めるためには、下水のＢＯＤ（ｍｇ／Ｌ）／Ｔ−Ｎ（全窒素、ｍｇ／Ｌ）濃度比は３程度以上あることが望ましいとされている。下水中の有機物が不足し脱窒反応が進まない場合は、無酸素槽に有機物として例えば、メチルアルコールを添加する方法は広く知られている（非特許文献１）しかし、下水のＢＯＤ（ｍｇ／Ｌ）／Ｔ−Ｎ（ｍｇ／Ｌ）濃度比が３以上あっても、無酸素槽での脱窒素が不良で、処理水中に窒素が残留するケースがある。例えば、無酸素槽に返送される硝化液の過剰なＤＯによる脱窒阻害、過剰な循環量、無酸素槽での短絡流の発生によるＨＲＴの短縮などの原因がある。したがって、一概に下水のＢＯＤ（ｍｇ／Ｌ）／Ｔ−Ｎ（ｍｇ／Ｌ）濃度比が３以上あっても、無酸素槽での窒素の除去が良好とは限らない。
【００３１】
したがって、無酸素槽での脱窒素の状況をいかに簡易にモニタリングし、この対処方法を開発するかが重要である。
【特許文献１】特開平３−２７８８９３号公報
【特許文献２】特開２００３−０５３３８４号公報
【非特許文献１】高度処理施設設計マニュアル、ｐ２２５−２５２、日本下水道協会、平成６年
【非特許文献２】嫌気−無酸素−好気法運転管理マニュアル（案）、東京都下水道サービス、平成９年３月、ｐ２１−ｐ５３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３２】
上記課題を簡単にまとめると、生物学的リン除去プロセスは、下水中の有機物濃度の低下、好気槽末端のＤＯの低下、嫌気槽流入水のＢＯＤ／Ｔ−Ｐ濃度比の低下、嫌気槽のＮＯｘ−Ｎ濃度の上昇、嫌気槽のＤＯの上昇、および嫌気槽でのＨＲＴの短絡などの多くの不安定要素によりリンの除去が阻害されるおそれがある。また、多くの不安定要素をそれぞれモニタリングすることは困難である。
【００３３】
一方、窒素除去は、下水中の有機物濃度の低下、好気層末端のＤＯの低下、下水のＢＯＤ／Ｔ−Ｎ濃度比の低下、無酸素層のＤＯの上昇、無酸素槽でのＨＲＴの短絡、および無酸素槽での循環量の上昇などの多くの不安定要素により窒素の除去が阻害されるおそれがある。また、多くの不安定要素をそれぞれモニタリングすることは困難である。更に、ブロアーによる電力の消費が上昇するという問題もある。
【００３４】
下水からの生物学的リン・窒素除去プロセスについては、前述したリン除去、および、窒素除去の課題を併せ持つが、窒素除去の最適条件とリン除去の最適条件が相反する場合が多いため、課題解決がより難しい。
【００３５】
本発明は嫌気槽でのリン除去と、無酸素槽での脱窒素の状況とを簡易にモニタリングすることにより、安定的に下水からリンおよび／または窒素を除去することのできる生物学的除去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】
【００３６】
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、下水から安定して窒素および／またはリンを除去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。
【００３７】
（１）最初沈殿池、嫌気槽、好気槽及び最終沈殿池の各下水処理槽、又は最初沈殿池、嫌気槽、無酸素槽、好気槽及び最終沈殿池の各下水処理槽を用いた生物学的な下水処理方法において、嫌気槽のＯＲＰ値が−４００ｍＶ以上−２００ｍＶ以下の範囲に維持されるように有機酸を嫌気槽に添加することを特徴とする下水処理方法である。
【００３８】
（２）嫌気槽のＯＲＰ値の累積頻度の５０％以上が−３５０ｍＶ以上−２５０ｍＶ以下の範囲に維持されるように、前記有機酸を嫌気槽に添加することを特徴とする（１）に記載の下水処理方法である。
【００３９】
（３）最初沈殿池、無酸素槽、好気槽及び最終沈殿池の各下水処理槽、又は最初沈殿池、嫌気槽、無酸素槽、好気槽及び最終沈殿池の各下水処理槽を用いた生物学的な下水処理方法において、無酸素槽のＯＲＰ値が−２００ｍＶ以上−１００ｍＶ以下の範囲に維持されるように有機酸を前記無酸素槽に添加すること、前記好気槽から前記無酸素槽への硝化液の循環量を調整すること、前記好気槽のＯＲＰ値を調整すること、および前記好気槽のＤＯを調整すること、からなる群より選択される少なくとも１種を行なうことを特徴とする下水処理方法である。
【００４０】
（４）無酸素槽のＯＲＰ値の累積頻度の５０％以上が−２００ｍＶ以上−１５０ｍＶ以下の範囲に維持されるように、前記第二有機酸を前記無酸素槽に添加すること、前記好気槽から前記無酸素槽への硝化液の循環量を調整すること、前記好気槽のＯＲＰ値を調整すること、および前記好気槽のＤＯを調整すること、からなる群より選択される少なくとも１種を行なうことを特徴とする３）に記載の下水処理方法である。
【００４１】
（５）前記嫌気槽のＰＯ４−Ｐ濃度が１０ｍｇ／Ｌとなるように前記有機酸の前記嫌気槽への添加量を調整し、前記嫌気槽に流入する下水中および返送汚泥中のＮＯｘ−Ｎ濃度及びＤＯによって単位時間当たりに消費される有機酸量を計算し、前記嫌気槽に添加する前記有機酸の量を増やすことを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載の下水処理方法である。
【００４２】
（６）好気槽のＯＲＰ値が＋７０ｍＶ以上＋１００ｍＶ以下となるように、好気槽のブロアーによる曝気量を調整することを特徴とする（１）〜（５）のいずれかに記載の下水からのからの下水処理方法である。
【００４３】
（７）好気槽のＤＯが０．５ｍｇ／Ｌ以上１．５ｍｇ／Ｌ以下となるように好気槽のブロアーによる曝気量を調整することを特徴とする（１）〜（６）のいずれかに記載の下水処理方法である。
【００４４】
（８）好気槽の後段に更に第２無酸素槽及び第２好気槽を順に有することを特徴とする（１）〜（７）のいずれかに記載の下水処理方法である。
【００４５】
（９）嫌気槽、無酸素槽、好気槽の１槽又は２槽以上に微生物固定化担体を投入することを特徴とする（１）〜（８）のいずれかに記載の下水処理方法である。
【００４６】
（１０）嫌気槽、無酸素槽の少なくともいずれかに添加する有機酸が、酢酸および／または酢酸塩であることを特徴とする（１）〜（９）のいずれかに記載の下水処理方法である。
【発明の効果】
【００４７】
本発明により、窒素及びリンを含有する下水から、安定して窒素および／またはリンを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】
【００４８】
本発明の処理フロ−の１例を図１、図２、および図３に示す。図１は、本発明の生物学的リン除去プロセスである。反応槽は、嫌気槽４と好気槽６とから成り立っている。図２は、本発明の生物学的硝化−窒素除去プロセスである。反応槽は、無酸素槽５と好気槽６とから成り立っている。図３は、リン除去機能に加え、脱窒素機能も有する本発明の生物学的リン・窒素除去プロセスである。反応槽は、嫌気槽４、無酸素槽５、および好気槽６から成り立っている。
【００４９】
生物学的リン・窒素除去プロセスは、図１の生物学的リン除去プロセス、および、図２の生物学的硝化−窒素除去プロセスの機能を包含しているため、図３の生物学的リン・窒素除去プロセスを事例として発明の形態を説明する。
【００５０】
まず、下水１に含まれる粗大浮遊物（主として汚泥）は、最初沈殿池２において沈降除去される。その後、最初沈殿池流出水３は、嫌気槽４に流入する。
【００５１】
（嫌気槽）
嫌気槽４は、以下のように管理する。まず、生物学的リン除去の機構について簡単に述べる。生物学的リン除去を行なうポリリン酸蓄積細菌は、好気条件下で吸収したＰＯ４−Ｐを細胞内でポリリン酸の顆粒として保持しており、嫌気槽４においては、この顆粒のポリリン酸を加水分解して、ＰＯ４−Ｐとして放出するとともに、下水１中の有機物、特に有機酸２０や発酵産物を優先的に細胞内に摂取する。ＰＯ４−Ｐの放出速度は、基質の種類や濃度によって大きく異なっており、酢酸などの有機酸２０が基質である場合にＰＯ４−Ｐの放出速度が大きいとされている。細胞内に摂取された有機物は、グリコーゲンやＰＨＢ（ポリハイドロブチレイト）などの高分子物質の形で貯蔵される。これらの細胞内物質は、再び、ポリリン酸蓄積細菌を好気条件下に置くと、酸化分解され減少するが、ポリリン酸蓄積細菌はこの基質を利用することにより増殖する。また、ポリリン酸蓄積細菌は嫌気槽４で放出した量以上のＰＯ４−Ｐを過度にとりこみ、細胞内でポリリン酸の顆粒として保持するため、下水１中のＰＯ４−Ｐは減少する。
【００５２】
このような生物学的リン除去を行なうポリリン酸蓄積細菌の反応を促進する上で重要なことは、有機酸２０や発酵産物の存在であるが、これらの有機酸２０や発酵産物は、ＢＯＤ成分の一部ではあるものの、下水１のＢＯＤ濃度が高いからといってこれらの有機酸２０や発酵産物濃度が高いとは必ずしも限らない。したがって、ＢＯＤ濃度よりも下水１中の有機酸の濃度（ｍｇ／Ｌ）などを指標とする方がより有効である。嫌気槽４において、リン放出に必要な有機物の種類や必要量に関しては多くの研究事例があるが、希望するリンの放出量を１としたときに、添加する有機酸２０の量をモル比で１．３程度とすることが好ましいとの報告がある（例えば、Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｏｒｇａｎｉｃ ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ ｏｎ ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ ｒｅｍｏｖａｌ，Ｗａｔｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１９９１，Ｖｏｌ．２３，Ｎｏ．４／６，ｐ５８５−ｐ５９１）。したがって、嫌気槽４への有機酸２０の添加量は公知となっているこの数字を参考にすることができる。例えば、リン放出に対する酢酸利用をモル比で１．３とする場合、嫌気槽４で１０ｍｇ／ＬのＰＯ４−Ｐ放出を促すためには、必要な酢酸量は嫌気槽の容量あたり２５ｍｇ／Ｌとなる。しかし、実際の処理設備では、雨水や返送汚泥８の影響により、嫌気槽４にＮＯｘ−Ｎや溶存酸素が流入する場合がしばしばあり、嫌気槽４において、ＮＯｘ−Ｎ、及び溶存酸素が存在すると、有機酸２０は直ちに分解されてしまう。以下に、有機酸２０として、酢酸を用いた場合の反応を示す。
【００５３】
【化３】
【００５４】
化学式５〜７から、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。また、ＮＯ２−Ｎが１ｍｇ／Ｌ存在すると、これに伴い、酢酸１．６ｍｇ／Ｌが消費されることとなる。一方、溶存酸素は１ｍｇ／Ｌ存在すると、これに伴い、酢酸０．９ｍｇ／Ｌが消費されることとなる。この結果から、特に、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。
【００５５】
ＮＯ３−Ｎ、ＮＯ２−Ｎ、及び溶存酸素は、調査の結果、雨水が混入する下水１や返送汚泥８中にも存在する場合がたびたびあるが、特に、好気槽６の運転条件によっては、最終沈殿池７から嫌気槽４に返送される返送汚泥８中に高濃度のＮＯ３−Ｎが存在することが判明した。この場合、嫌気槽４においてリンの放出が極めて生じにくくなるおそれがある。例えば、流入してくる下水の酢酸濃度が２０ｍｇ／Ｌあったとしても、ＮＯ３−Ｎを１０ｍｇ／Ｌ含む返送汚泥８が下水１に対して５０Ｖ／Ｖ％混入すると、ＮＯ３−Ｎが１３．５ｍｇ／Ｌの酢酸を消費してしまう。
【００５６】
また、下水１中あるいは返送汚泥８中のＮＯｘ−Ｎや溶存酸素による有機酸２０の消費ばかりでなく、無酸素槽からの逆流などの装置特性も影響する場合がある。したがって、下水１中の有機酸２０の濃度のみで、嫌気槽４でのリンの放出を判断するのは難しく、また、この嫌気槽４でのリンの吐き出しに関与する要因（有機酸２０、ＮＯｘ−Ｎ濃度、ＤＯ、装置特性など）を、すべて事前に把握して有機酸２０の添加量を制御することは困難と考えられる。
【００５７】
そこで、発明者らは嫌気槽４のＯＲＰ計１３によるモニタリングを行いながら有機酸２０を添加する方法を発案し、嫌気槽４のＯＲＰ値を−２００ｍＶ以下−４００ｍＶ以上に維持し、好ましくはＯＲＰ値の測定累積頻度の５０％以上が−２５０ｍＶ以下−３５０ｍＶ以上に維持されるように有機酸２０を嫌気槽４に添加する方法を開発した。
【００５８】
ＯＲＰ値の制御による有機酸２０の添加の具体的方法の１例を示すと、嫌気槽４のＯＲＰ値が−２５０ｍＶ以上になると、有機酸タンク１１から有機酸２０を薬注ポンプ１２により、嫌気槽４に添加し、嫌気槽４のＯＲＰ値が目的の値になると停止させることにより、嫌気槽４のＯＲＰ値が−２００ｍＶ以下−４００ｍＶ以上に納まるように運転する。
【００５９】
より詳細には、一定期間、嫌気槽４のＯＲＰ値の累積頻度を測定し、嫌気槽４のＯＲＰ計１３によるモニタリングを行い、ＯＲＰ値が−２００ｍＶ以下−４００ｍＶ以上となるように有機酸２０を添加する。更に、ＯＲＰ値の累積頻度の５０％以上が−３５０ｍＶ以上−２５０ｍＶ以下の範囲に維持されるように有機酸２０を添加することが好ましい。累積頻度の採取頻度は、１分から１０分毎にデータを毎日採取し、これをデータ解析し、一定期間あたりのＯＲＰ値の累積頻度を算出する。累積頻度の算出の詳細例を示すと、嫌気槽４のＯＲＰ計１３にて計測したＯＲＰ値を、１分から１０分の間で設定した任意の時間間隔毎に自動データ収集装置（例えば、キーエンス社 モデルＧＲ３５００）で記録し、記録したＯＲＰ測定データのうち累積頻度を解析したい所定の期間に属する素データについてＯＲＰ値にして１ｍＶから５０ｍＶの範囲で選ばれる任意のデータ区間毎の出現度数を例えばマイクロソフト社マイクロソフトエクセルなどの表計算ソフトを使用して集計し、その出現度数に基づいて累積頻度を算出する。例えば、流入してくる下水１の水質時間変動のパターンがほぼ一定の場合は、１日あたりのＯＲＰ値の累積頻度で判断すればよい。降雨などの影響で下水１の水質に急激な変動がある場合は、降雨の影響が認められる期間でのＯＲＰ値の累積頻度で判断すればよい。
【００６０】
図６に発明者らが検討した嫌気槽４のＯＲＰ値と嫌気槽４のＰＯ４−Ｐ濃度の関係を示す。図６には、ＯＲＰ計１３によるモニタリングを行い、有機酸２０として酢酸を嫌気槽４に下水流入量あたり３０ｍｇ／Ｌで添加し、ＯＲＰ値を制御した本発明の有機酸２０の添加方法（図６では発明法と記載）の場合と、有機酸２０を無添加の従来の方法（図６では従来法と記載）とを示す。従来法では、嫌気槽４のＯＲＰ値が−１００〜−３００ｍＶと大きくばらつき、リンの放出量も小さいが、発明法では、嫌気槽４のＯＲＰ値の測定累積頻度の５０％以上が−２５０ｍＶ以下となり、又リンの放出量が大きくなった。このようにＯＲＰ値を制御するように有機酸２０を添加すると嫌気槽４のＯＲＰ値を低く維持でき、リンの放出量が大きくなる。
【００６１】
薬品のコストを考慮すると、ＯＲＰ値は−３５０ｍＶ以上に維持することが好ましい。
【００６２】
この有機酸２０の添加及び停止のタイミングは、反応槽の容量、ＨＲＴ、有機酸２０の濃度および有機酸２０の投入流量に応じて適宜決定することができる。
【００６３】
図７に嫌気槽４のＯＲＰ値と嫌気槽４のＮＯｘ−Ｎ濃度との関係を示す。有機酸２０として酢酸を、ＯＲＰ計１３によるモニタリングを行いながら嫌気槽４に下水流入量あたり３０ｍｇ／Ｌで添加した、本発明の有機酸２０の添加方法（図７では発明法と記載）の場合と、有機酸２０を無添加の従来の方法（図７では従来法と記載）を示す。この結果から、嫌気槽４にＮＯｘ−Ｎが存在すれば、ＯＲＰ値が上昇し易いことがわかる。ＮＯｘ−Ｎは、雨水や返送汚泥８から嫌気槽４に流入する。外部から酢酸を添加するとＮＯｘ−Ｎは、脱窒素反応により嫌気槽４で活性汚泥中の脱窒細菌により容易に消費され、この結果、ＯＲＰ値も−３００〜−２００ｍＶと低くなることがわかる。
【００６４】
また、図８に本発明の有機酸２０の添加方法（図８では発明法と記載）の場合と、有機酸２０を無添加の従来の方法（図８では従来法と記載）における嫌気槽４のＰＯ４−Ｐと最終沈殿池流出水１９のＰＯ４−Ｐ濃度との関係を示す。この結果から、嫌気槽４のＰＯ４−Ｐ濃度が１０ｍｇ／Ｌ以上あれば、最終沈殿池流出水１９のＰＯ４−Ｐ濃度は０．５ｍｇ／Ｌ以下となることがわかる。また、この結果から、嫌気槽４でのＰＯ４−Ｐ放出濃度の目安は、１０ｍｇ／Ｌ程度と考えられる。
【００６５】
以上のように、嫌気槽４のＯＲＰ値を連続してモニタリングすると、下水１、返送汚泥８及び嫌気槽４のＮＯｘ−Ｎまたは有機酸２０を連続測定しなくても、嫌気槽４でのリンの放出状態をリアルタイムに推定することができる。また、嫌気槽４のＯＲＰ値を制御するための有機酸２０の添加は、従来技術では不安定であったリン除去の安定化に極めて効果がある。
【００６６】
さらに、嫌気槽４への有機酸２０の添加量であるが、嫌気槽４のＯＲＰ値をＯＲＰ計１３でモニタリングしながら嫌気槽４のＯＲＰ値が所定の範囲となるように適宜添加することができ、添加流量も適宜決定することができる。しかし、有機酸２０の添加量が小さすぎると、有機酸２０を添加してから実際にＯＲＰ値が変化するまでは、タイムラグを生じて所定のＯＲＰ値の範囲から逸脱することもありうる。このことから、ＯＲＰ値を所定の制御範囲内に留めることができるように、予め有機酸２０の添加量をある程度予測しておくことが望ましい。
【００６７】
例えば、有機酸の添加量は、先にも述べたように、リン放出に対する酢酸利用は、モル比で１．３程度とすることが好ましい。したがって、嫌気槽への有機酸添加量は公知となっているこれらの数字を参考することができる。例えば、モル比が１．３の場合、嫌気槽で１０ｍｇ／ＬのＰＯ４−Ｐ放出を促すためには、必要な酢酸量は２５ｍｇ／Ｌとなる。
【００６８】
しかし、下水１や返送汚泥８により、嫌気槽４に、溶存酸素やＮＯｘ−Ｎが存在し、有機酸２０が大きく消費されることが明らかな場合には、以下のような方法を用いることができる。すなわち、最初沈澱池流出水３および返送汚泥８中のＮＯｘ−Ｎ濃度及びＤＯを定期的に測定し、嫌気槽４に流入するこれらＮＯｘ−Ｎ及び溶存酸素の質量から、消費される有機酸２０の量を化学式５〜７を用いて計算し、嫌気槽４に添加する有機酸２０の添加量を、計算によって算出した値の分だけ、更に増やして添加することが好ましい。
【００６９】
以上の方法によっても、嫌気槽４の構造的な問題からＯＲＰ値を所定の範囲内に維持できない場合は、ＯＲＰ値をＯＲＰ計１３でモニタリングしながら適宜有機酸２０の添加量をさらに増加させてもかまわない。
【００７０】
また、最初沈澱池流出水３の有機酸２０の濃度が常に低く、嫌気槽４のＯＲＰ値が高く推移し、有機酸２０の外部添加が常時必要な場合には、有機酸２０の添加に加えて、嫌気槽４のＯＲＰ値が−２５０ｍＶ以下になるように、下水１の一部（例えば１０％程度）を嫌気槽４に直接流入させてもかまわない。
【００７１】
（無酸素槽）
次に、無酸素槽５の運転方法を説明する。
【００７２】
無酸素槽５では、好気槽６で生成したＮＯ２−Ｎ及びＮＯ３−Ｎを含む硝化液１５を無酸素槽５に循環ポンプ１６を用いて循環し、最初沈澱池流出水３中のＢＯＤを用いて硝化液１５中のＮＯ２−Ｎ及びＮＯ３−Ｎを窒素ガスまで還元する。前段に嫌気槽４がある場合、下水１中の一部のＢＯＤ成分、例えば有機酸２０は、ポリリン酸蓄積細菌による取りこみで減少するので、残留ＢＯＤ成分を用いて、脱窒反応を行なう。この残留ＢＯＤ成分の測定は、活性汚泥に吸着されているものもあり、かなり困難である。
【００７３】
硝化液１５の循環量は、下水１の流入量に対して、通常１００〜２００Ｖ／Ｖ％とすることが好ましい。この場合、理論窒素除去率Ｅは、以下の式１で表される。
【００７４】
【数１】
【００７５】
式１において、Ｅは理論窒素除去率（％）であり、Ｒは硝化液循環比（−）である。
【００７６】
しかし、実際には下水１の流入量に対する硝化液１５の循環量は２００Ｖ／Ｖ％までは窒素除去率が向上するが、これ以上増加させても窒素除去率を向上させることは難しい。これは、硝化液１５の循環量を増やしても、無酸素槽５での有機物／窒素比が低下したり、硝化液１５中の溶存酸素の持ち込み量が増え、脱窒阻害が生じやすいためである。
【００７７】
図９に本発明の有機酸２０の添加方法（図９では発明法と記載）の場合と、有機酸２０を無添加の従来の方法（図９では従来法と記載）における無酸素槽５のＯＲＰ値と無酸素槽５のＮＯｘ−Ｎ濃度との関係を示す。無酸素槽５の脱窒反応が低下し、ＮＯｘ−Ｎが残留するとＯＲＰ値が上昇する。例えば、ＯＲＰ値が−１５０ｍＶ以下ではＮＯｘ−Ｎ濃度は０．５ｍｇ／Ｌ以下であるが、ＯＲＰ値が−１００ｍＶを越えるとＮＯｘ−Ｎ濃度は２．０ｍｇ／Ｌをオーバーする。この結果から、無酸素槽５のＯＲＰ値は、−２００ｍＶ以上−１００ｍＶ以下であることが望ましい。また、一定期間、無酸素槽５のＯＲＰ値の累積頻度を測定し、無酸素槽５のＯＲＰ値が−２００ｍＶ以上−１００ｍＶ以下で、累積頻度の５０％以上が−２００ｍＶ以上−１５０ｍＶ以下の範囲に維持されているとより好ましい。
【００７８】
累積頻度の採取頻度は、１分から１０分毎にデータを毎日採取し、これをデータ解析し、一定期間あたりのＯＲＰ値の累積頻度を算出する。流入してくる下水の水質時間変動のパターンがほぼ一定の場合は、１日あたりのＯＲＰ値の累積頻度で判断すればよい。降雨などの影響で下水１の水質に急激な変動がある場合は、降雨の影響が認められる期間でのＯＲＰ値の累積頻度で判断すればよい。
【００７９】
無酸素槽５でＯＲＰ値が−１００ｍＶ超まで上昇する場合、あるいは、無酸素槽５のＯＲＰ値の累積頻度の５０％以上が−２００ｍＶ以上−１５０ｍＶ以下の範囲に維持されない場合には、無酸素槽５のＯＲＰ値を指標としてさらに有機物を無酸素槽５に添加してもかまわない。有機物の中でも有機酸２０は、反応速度が速く、脱リンにも用いるため、これを無酸素槽５に添加することは望ましい。また、無酸素槽５のＯＲＰ値を指標として硝化液１５の循環量を下げ、無酸素槽５のＯＲＰ値を低下させてもかまわない。また、硝化反応の阻害が起こらない範囲で、好気槽６のＯＲＰ値及び／又はＤＯを低下させ、無酸素槽５のＯＲＰ値を低下させてもかまわない。
【００８０】
一方で、無酸素槽５のＯＲＰ値が−２００ｍＶ未満に低下すると、ＮＯｘ−Ｎは消失しているものの、下水１中の有機物が過剰に残留していることが推測される。残留した有機物は、後段の好気槽６に流入し、溶存酸素をＮＨ４−Ｎよりも優先的に消費するため、硝化反応への阻害が出やすい。このため、このような場合には、無酸素槽５に設置したＯＲＰ計１３によるモニタリングを行いながら、無酸素槽５を曝気し、過剰に残留する有機物を除去し、ＯＲＰ値を−２００ｍＶ以上に維持することが望ましい。
【００８１】
（好気槽）
次に好気槽６の運転方法を説明する。
【００８２】
好気槽６では、常時、ブロアー１０によって曝気を行ない、溶存酸素の存在下で、アンモニア酸化細菌により、ＮＨ４−ＮをＮＯ２−Ｎまで酸化する。続いて、亜硝酸酸化細菌により、ＮＯ２−ＮをＮＯ３−Ｎまで酸化する。ＤＯのモニタリングはＤＯ計１４により行われる。
【００８３】
【化４】
【００８４】
硝化反応が順調に進行すると、ＮＯｘ−Ｎが蓄積し、好気槽６のＯＲＰ値は、徐々に上昇していく。通常、好気槽６のＯＲＰ値は、好気槽６出口付近のＯＲＰ値を基準とし、ＯＲＰ値によりブロアー１０による曝気量を調整する。
【００８５】
硝化反応促進の視点からは、通常、好気槽６末端のＤＯは、１．５〜３．０ｍｇ／Ｌ、あるいは、好気槽６末端のＯＲＰ値は＋１００〜１２５ｍＶ以上が望ましいとされている（非特許文献１、下水のＣＯＤ、リン及び窒素の高効率処理の研究、下水道協会誌、１９９３、Ｖｏｌ．３０、Ｎｏ．３６４、ｐ９６−ｐ１０６）。
【００８６】
しかし、今回、発明者らは、省エネルギーの観点から、好気槽６末端のＯＲＰ値が＋７０ｍＶ以上＋１００ｍＶ以下、また、好気槽６末端のＤＯが、０．５〜１．５ｍｇ／Ｌに維持されるように曝気量を制御した。この結果、図１０に示すように好気槽６末端のＯＲＰ値が＋７０ｍＶ程度であれば、ＤＯが０．５〜１．５ｍｇ／Ｌと従来の維持管理指針よりもかなり低くても硝化反応は９０％以上進行していることを見いだした。すなわち、省エネルギーの視点からは、好気槽６末端のＯＲＰ値を＋７０ｍＶから＋１００ｍＶの範囲にすることが好ましい。
【００８７】
また、脱窒素促進の視点から考えると、好気槽６から硝化液１５を無酸素槽５へ送水しているが、好気槽６でのＤＯが高すぎると、無酸素槽５での脱窒反応が阻害を受ける。この視点からも、好気槽６のＤＯを１．５ｍｇ／Ｌ以下とすることは極めて望ましい。
【００８８】
さらに、好気槽６では、ポリリン酸蓄積細菌によるリンの過剰摂取も行われ、好気槽６でのリンの過剰摂取について、ＤＯとの関連が多く指摘されている。概ね、好気槽６末端のＤＯが１．５〜３．０ｍｇ／Ｌが望ましいとされている。しかし、発明者らは、好気槽６のＯＲＰ値が＋７０ｍＶ以上あれば、ＤＯが０．５〜１．５ｍｇ／Ｌでもリンのとりこみに何ら問題は生じないことを見いだした。したがって、リンの取りこみの視点からも、好気槽６のＯＲＰ値が＋７０ｍＶ以上あれば、ＤＯを０．５〜１．５ｍｇ／Ｌとすることが好ましい。
【００８９】
無酸素槽５と好気槽６との単段での組み合わせの場合、上述したように硝化液１５の循環量をいくら上げても、原理上、窒素除去率に限界があり、最終沈殿池流出水１９中にＮＯｘ−Ｎが残留するおそれがある。窒素濃度が高い下水１の場合、嫌気槽４へのＮＯｘ−Ｎの流入が増加しやすく、リン除去が悪化しやすい。窒素除去率を１００％近くに向上させれば、このような問題は生じなくなる。これに対処するためには、好気槽６の後段に新たにＯＲＰ計１３を組み込んだ第２無酸素槽１７と第２好気槽１８を設置することが好ましい。本発明の処理フロ−の１例を図１１に示す。
【００９０】
この場合、第２無酸素槽１７への流入水には、有機物はほとんど含まれていないので、第２無酸素槽１７において効率的に脱窒素を行なうためには外部から有機物、例えば有機酸２０を添加する必要がある。有機物無添加でも基本的には脱窒素は可能である（内生脱窒素として公知）が、この場合は、かなりのＨＲＴが必要となる。第２無酸素槽１７のＯＲＰ値は、−２００ｍＶ以上−１５０ｍＶ以下であることが望ましいが、一定期間、無酸素槽５のＯＲＰ値の累積頻度を測定し、第２無酸素槽１７のＯＲＰ値が−２００ｍＶ以上−１００ｍＶ以下で、累積頻度５０％以上が−２００ｍＶ以上−１５０ｍＶ以下の範囲に維持されていれば大きな影響はない。累積頻度の採取頻度は、１分から１０分毎にデータを毎日採取し、これをデータ解析し、一定期間あたりのＯＲＰ値の累積頻度を算出する。流入してくる下水の水質時間変動のパターンがほぼ一定の場合は、１日あたりのＯＲＰ値の累積頻度で判断すればよい。降雨などの影響で下水１の水質に急激な変動がある場合は、降雨の影響が認められる期間でのＯＲＰ値の累積頻度で判断すればよい。
【００９１】
第２好気槽１８では、有機酸２０は水素供与体として添加し、第２無酸素槽１７の出口水中に残存した有機物の酸化が主目的である。したがって、第２好気槽１８のＯＲＰ値やＤＯは、硝化反応を促進させる目的の好気槽６よりも、更に低くてもかまわない。
【００９２】
なお、第２好気槽１８のＯＲＰ値は、＋５０〜＋７０ｍＶでＤＯが０．５〜１．０ｍｇ／Ｌでも有機物分解に問題は生じない。
【００９３】
本方法では、単段の方法よりも第２好気槽１８のＯＲＰ値やＤＯをより低めに保てるので省エネルギー化が容易であり、窒素を１００％近く除去できる。また、返送汚泥８中にＮＯｘ−Ｎがほとんど存在しないため、嫌気槽４でのリンの吐き出しをより安定化できる。
【００９４】
小規模の下水処理場のように、下水１の性状変動や水量変動が大きい場合、処理が不安定になりやすいため、無酸素槽５と好気槽６とを、上述のように連続して２段以上組み合わせて用いることは望ましい。
【００９５】
更に、施設に余裕がなく、下水１の性状変動や水量変動によって、脱窒素反応や硝化反応が低下しやすい下水処理場の場合、微生物固定化担体（プラスチックス、セラミックス、スラグ、およびゲル等）を、各反応槽に投入し微生物を高濃度化してもかまわない。微生物を高濃度化することにより、処理速度が上昇し、処理の安定化、高効率処理につながる。各槽への微生物固定化担体投入量は、担体のみかけ容積で反応槽容量あたり、５〜２０Ｖ／Ｖ％程度である。
【００９６】
嫌気槽、無酸素槽、または第２無酸素槽に添加される有機酸としては、酢酸および／または酢酸塩が好ましい。
【００９７】
ＯＲＰ計１３は、反応槽が押し出し流れ、または、押し出し流れに近い場合、反応が終了している各槽の出口付近に設置することが望ましい。完全混合の場合は、押し出し流れの場合のように特に限定しないが、流入水の影響を避けるため、反応槽の中央部から出口付近に設置することが望ましい。
【００９８】
最終沈殿池７は、活性汚泥の沈降分離を行なう。通常、水面積負荷が２０〜２５ｍ３／ｍ２・日程度、有効水深３．５〜４．０ｍで設計されるが、適宜決定することができる。
【実施例】
【００９９】
以下、本発明の実施例を説明する。なお、本発明は本実施例に限定されるものではない。
【０１００】
（実施例１）
図３に示すように、下水１は、最初沈殿池１、嫌気槽４、無酸素槽５、好気槽６、および最終沈殿池７を用いて処理を行った。硝化液１５は、循環ポンプ１６により下水１に対して１５０Ｖ／Ｖ％の条件で無酸素槽５に返送した。返送汚泥８は、返送汚泥ポンプ９により、下水１に対して５０Ｖ／Ｖ％の条件で嫌気槽４に返送した。各反応槽のＭＬＳＳ（汚泥濃度）は２５００〜３０００ｍｇ／Ｌに維持した。また、Ａ−ＳＲＴ（好気槽６での汚泥滞留時間）は１２〜１３日で管理した。
【０１０１】
最初沈殿池流出水３の水質は、ＢＯＤが平均１００ｍｇ／Ｌ、Ｔ−Ｎが平均３０ｍｇ／Ｌ、Ｔ−Ｐが４ｍｇ／Ｌ、ＰＯ４−Ｐが２．４ｍｇ／Ｌ程度である。
【０１０２】
嫌気槽４のＯＲＰ計１３（東亜ディーケーケー株式会社製 モデルＨＢＭ−３１２型）によるモニタリングの結果を指標とし、ＯＲＰ値が−２５０ｍＶ基準で有機酸２０を嫌気槽４に添加し、嫌気槽４のＯＲＰ値を−４００ｍＶ以上−２００ｍＶ以下、累積頻度で−２５０ｍＶ以下が５０％を占めるように制御した。
【０１０３】
また、嫌気槽４への有機酸２０の添加濃度は、以下のように決定した。嫌気槽４での目標リン放出濃度を１０ｍｇ／Ｌとすると、先にも述べたように、リン放出に対する酢酸利用は、モル比で０．６〜１．３程度であるから、モル比が１．３の場合、嫌気槽４で必要な酢酸濃度は、嫌気槽４容量あたり２５ｍｇ／Ｌとなる。嫌気槽４に返送汚泥８が流入するが、返送汚泥８は、ＮＯ３−Ｎを４ｍｇ／Ｌ含有していた。返送汚泥８の量は、下水１の流入量に対して５０Ｖ／Ｖ％であったので、嫌気槽４でのＮＯ３−Ｎの流入濃度は、２ｍｇ／Ｌである。そこで、嫌気槽４におけるＮＯ３−Ｎに伴う酢酸消費量は、５．４ｍｇ／Ｌと推定した。なお、ＮＯ２−Ｎ、およびＤＯはほぼ０であり、無視できた。
【０１０４】
この結果と、先の２５ｍｇ／Ｌとを合算すると、嫌気槽４で必要な酢酸濃度は、嫌気槽４容量あたり３０ｍｇ／Ｌとなる。上記の酢酸をすべて下水１で補おうとすると、返送汚泥８の量を考慮して、下水流量あたりに換算し４５ｍｇ／Ｌ−下水の酢酸が必要である。しかし、下水１中には平均１５ｍｇ／Ｌ−下水（０〜３０ｍｇ／Ｌ）の程度の酢酸しか含まなかったため、下水流量あたりの酢酸添加量は３０ｍｇ／Ｌ−下水とした。
【０１０５】
好気槽６のＯＲＰ値を指標とし、＋９０ｍＶで曝気量を増減させ、ＯＲＰ値を＋８０〜＋１００ｍＶの範囲で推移させた。同時にＤＯ計１４（東亜ディーケーケー株式会社製 モデルＤＤＩＣ−７型）により好気槽６のＤＯを測定し、ＯＲＰ値の制御のもとでＤＯが０．５〜１．０ｍｇ／Ｌの範囲で推移するようにＯＲＰ値の制御に用いる曝気風量を調整した。硝化液１５は、循環ポンプ１６により下水１に対して１５０Ｖ／Ｖ％無酸素槽５に返送した。また、返送汚泥８は、返送汚泥ポンプ９により、下水１に対して５０Ｖ／Ｖ％、嫌気槽４に返送した。なお、硝化液１５の循環量は、両方法ともに１５０Ｖ／Ｖ％とした。 （比較例１）
嫌気槽のＯＲＰ値の制御は行わなかった。
【０１０６】
好気槽６のＯＲＰ値の制御は行なわず、ＤＯの管理（ＤＯ管理値＝２−３ｍｇ／Ｌ）を行なった。上記以外は、実施例１と同じ装置を用いて、同様の操作を行った。
【０１０７】
図４に実施例１および比較例１の嫌気槽４のＯＲＰ値の累積頻度を示す。図４に示すように、実施例１では嫌気槽４のＯＲＰ値は０ｍＶから−４００ｍＶと大きく変動し、累積頻度で−２００ｍＶ以上が４０％を占めた。一方、比較例１では、嫌気槽４のＯＲＰ値は−２００ｍＶから−４００ｍＶの範囲に維持されており、累積頻度で−２５０ｍＶ以下が５０％を占めた。このように実施例１は、比較例１よりも嫌気槽４のＯＲＰ値を低い水準に維持することができた。
【０１０８】
実施例１では、好気槽６において、ＤＯが０．５〜１．０ｍｇ／Ｌであっても、ＯＲＰ値が＋９０ｍＶに維持されていれば、硝化反応はほぼ完全に進行しており、かつ、脱窒素反応も比較例１よりも優れていた。また、リンの取りこみについては十分に行われていた。
【０１０９】
表１に、実施例１および比較例１の平均水質の比較を示す。
【０１１０】
比較例１では、嫌気槽４でのＯＲＰ値が高く、リンの吐き出しが安定せず、この結果、処理水１９のリン濃度も安定しなかった。一方、発明法では嫌気槽４でのリンの吐き出しが顕著に生じ、好気槽６でのリンの取りこみも問題なく、処理水１９のリン濃度も安定した。発明法では処理水１９のＰＯ４―Ｐ濃度も、処理の開発目標値である１ｍｇ／Ｌ以下となった。
【０１１１】
【表１】
【０１１２】
図５に実施例１および比較例１の無酸素槽５のＯＲＰ値の累積頻度を示す。図５に示すように、比較例１では、無酸素槽５のＯＲＰ値が０ｍＶから−２００ｍＶで推移し、ＮＯｘ−Ｎも残留しやすかった。この一方、好気槽６のＯＲＰ値及びＤＯを制御する発明法では、無酸素槽５のＯＲＰ値は−１００〜−２００ｍＶの範囲に維持されており、１日あたりの累積頻度で−１５０ｍＶ以下が５０％を占めた。このように実施例１は、比較例１よりも無酸素槽５のＯＲＰ値を低い水準に維持することができた。この結果、実施例１では比較例１よりも脱窒素性能が改善された。
【０１１３】
表２に、平均水質の比較を示す。実施例１では、ＮＨ４−Ｎが０．５ｍｇ／Ｌ程度とやや残留したが、脱窒素性能が２ｍｇ／Ｌ改善され、結果的には窒素除去性能が１．５ｍｇ／Ｌ改善された。
【０１１４】
【表２】
【０１１５】
図６に嫌気槽のＯＲＰ値と嫌気槽のＮＯｘ−Ｎ濃度との関係を示す。図７に嫌気槽のＯＲＰ値と嫌気槽のＰＯ４−Ｐ濃度との関係を示す。図８に嫌気槽のＰＯ４−Ｐ濃度と最終沈殿池流出水のＰＯ４−Ｐ濃度との関係を示す。図９に無酸素槽のＯＲＰ値と無酸素槽のＮＯ３−Ｎ濃度との関係を示す。図１０に好気槽のＯＲＰ値と硝化反応の進行度との関係を示す。図６〜１０に関しては、上述したとおりである。
【図面の簡単な説明】
【０１１６】
【図１】本発明に係る、ＯＲＰ値の制御を組み込んだ下水からの生物学的リン除去プロセスである。
【図２】本発明に係る、ＯＲＰ値の制御を組み込んだ下水からの生物学的硝化−窒素除去プロセスである。
【図３】本発明に係る、ＯＲＰ値の制御を組み込んだ下水からの生物学的リン・窒素除去プロセスである。
【図４】嫌気槽のＯＲＰ値の累積頻度を示す図である。
【図５】無酸素槽のＯＲＰ値の累積頻度を示す図である。
【図６】嫌気槽のＯＲＰ値と嫌気槽のＮＯｘ−Ｎ濃度との関係を示す図である。
【図７】嫌気槽のＯＲＰ値と嫌気槽のＰＯ４−Ｐ濃度との関係を示す図である。
【図８】嫌気槽のＰＯ４−Ｐ濃度の最終沈殿池流出水のＰＯ４−Ｐ濃度との関係を示す図である。
【図９】無酸素槽のＯＲＰ値と無酸素槽のＮＯ３−Ｎ濃度との関係を示す図である。
【図１０】好気槽のＯＲＰ値と硝化反応の進行度との関係を示す図である。
【図１１】本発明に係る、ＯＲＰ値の制御を組み込んだ下水からの生物学的リン・窒素除去プロセスである。
【符号の説明】
【０１１７】
１ 下水、
２ 最初沈殿池、
３ 最初沈殿池流出水、
４ 嫌気槽、
５ 無酸素槽、
６ 好気槽、
７ 最終沈殿池、
８ 返送汚泥、
９ 返送汚泥ポンプ、
１０ ブロアー、
１１ 有機酸タンク、
１２ 薬注ポンプ、
１３ ＯＲＰ計、
１４ ＤＯ計、
１５ 硝化液、
１６ 循環ポンプ、
１７ 第２無酸素槽、
１８ 第２好気槽、
１９ 最終沈殿池流出水、
２０ 有機酸。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下水中に含まれるリン及び／または窒素を安定的かつ効率的に除去する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
まず、リンの除去に関する従来技術を説明する。
【０００３】
都市下水中の全リン濃度は、通常３〜５ｍｇ／Ｌ程度あり、下水中のリンを除去する方法としては、以下のような方法が公知である。
【０００４】
（１）凝集沈殿法：塩化第二鉄、硫酸第二鉄などの鉄塩や硫酸アルミニウムやポリ塩化アルミニウム等の凝集剤を用いる凝集沈殿法が広く公知である。最も確実な方法であるが、凝集剤添加により、余剰汚泥量の増加に伴う処理費や薬品費などランニングコストが上昇する課題がある。
【０００５】
（２）生物学的リン除去プロセス：活性汚泥（微生物の集合体）中の一部の細菌群（以下、ポリリン酸蓄積細菌と述べる）は、嫌気条件下（溶存酸素も硝酸イオン等の結合態酸素もない状態）においてリンを放出させると、好気条件下ではリンを過剰に摂取しようとする。この性質を利用し、リン除去をはかるもので、このような方式を採用するとポリリン酸蓄積細菌がリンを摂取することにより下水の活性汚泥中のリン濃度は２〜３％から５〜６％程度に増大し、下水中のリン濃度が低下するといわれている。生物学的リン除去プロセスは、都市下水処理の分野で実用化が進んでいる。
【０００６】
以下に、本発明に関わる生物学的なリンと窒素除去の従来方法について説明する。
【０００７】
生物学的リン除去プロセスは、一般に最初沈殿池、反応槽（嫌気槽、および好気槽）、および最終沈澱池から構成されている。最初沈殿池は下水中の粗大浮遊物を沈降除去し、反応槽への有機物負荷を減じる。反応槽は、嫌気槽と好気槽とからなりたっており、嫌気槽において、嫌気性条件下におき、活性汚泥中のポリリン酸蓄積細菌からリンを放出させる。さらに、好気槽においてポリリン酸蓄積細菌にリンを放出量以上過剰に摂取させる。最終沈殿池においては、活性汚泥を沈降分離させ上澄み液は放流する。最終沈殿池で沈降分離された濃縮活性汚泥は、その一部を余剰汚泥として引きぬくとともに、返送汚泥として、嫌気槽に返送ポンプにより返送される。ポリリン酸蓄積細菌により余剰汚泥は、リンを高濃度に含むため、下水中に含まれていたリンは余剰汚泥の形で系外に引き抜かれることとなる。
【０００８】
生物学的リン除去プロセスは、上述の凝集沈殿法と比較するとランニングコストが安いという利点がある。
【０００９】
次に、窒素の除去に関する従来技術を説明する。
【００１０】
下水からの窒素の除去方法としては、以下のような生物学的硝化−窒素除去プロセスが、安価であり、広く採用されている。この方法は、絶対好気性の独立栄養細菌であるＮｉｔｒｏｓｏｍｏｎａｓ、およびＮｉｔｒｏｂａｃｔｅｒ等の硝化細菌による生物学的酸化反応（硝化反応）と通性嫌気性の従属栄養細菌であるＰｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ等の脱窒細菌による生物学的還元反応（脱窒反応）との組み合わせから成っている。
【００１１】
まず、硝化反応について説明する。硝化反応は、溶存酸素の存在下、すなわち、好気性の条件下において、硝化細菌を用いて、アンモニア性窒素（以下、ＮＨ４−Ｎと記載）を亜硝酸性窒素（以下、ＮＯ２−Ｎと記載）または硝酸性窒素（以下、ＮＯ３−Ｎと記載）まで酸化させる工程である。硝化反応は以下の化学式１および化学式２に示す反応の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。すなわち、化学式１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、化学式２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。
【００１２】
【化１】
【００１３】
窒素を除去するためには、硝化細菌を活性汚泥中に大量に増殖させることが極めて重要である。しかし、硝化細菌は、有機物を分解する従属栄養細菌と比較すると、増殖速度が小さく、また、下水や排水中の成分変動によって活性阻害を受けやすい。硝化細菌の増殖は通常、好気槽中での活性汚泥滞留時間（ＳＲＴ：Ｓｌｕｄｇｅ Ｒｅｔｅｎｔｉｏｎ Ｔｉｍｅ）や溶存酸素濃度（ＤＯ：Ｄｉｓｏｌｖｅｄ Ｏｘｙｇｅｎ）を指標として管理されている。
【００１４】
次に脱窒反応について説明する。硝化反応によって生成したＮＯ２−ＮおよびＮＯ３−Ｎは、活性汚泥中の脱窒細菌により、無酸素かつ有機物の存在下で、以下の化学式３および化学式４に示すように還元されて、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。
【００１５】
【化２】
【００１６】
脱窒素を安定して行なうためには、以下の２点が極めて重要である。
【００１７】
（１）溶存酸素が存在しないこと（無酸素条件）：脱窒細菌は、溶存酸素が存在すると、溶存酸素を優先的に用いてしまう。このため、ＮＯ２−ＮやＮＯ３−Ｎが残留しやすい。
【００１８】
（２）十分な有機物（水素供与体）があること：脱窒素を行なうためには十分な水素供与体が必要である。水素供与体として、都市下水などでは、下水中の有機物（以下、ＢＯＤとも記載する）成分がそのまま用いられ、有機物を含まない廃水ではメタノールなどが外部から添加されることが多い。ＢＯＤの場合、ＢＯＤ濃度（ｍｇ／Ｌ）は窒素濃度（ｍｇ／Ｌ）に対して、ＢＯＤ／Ｎ比が３以上必要（Ｎは窒素元素として）とされている。また、有機物の種類も重要であり、脱窒速度に大きく影響する。
【００１９】
生物学的硝化−窒素除去プロセスは、最初沈殿池、反応槽（無酸素槽、および好気槽）、および最終沈澱池からから構成されている。最初沈殿池は下水中の粗大浮遊物を沈降除去し、反応槽での有機物負荷を減じる。反応槽は、無酸素槽と好気槽とからなりたっている。無酸素槽（溶存酸素のない状態）には、好気槽から硝化液（好気槽内の処理水）の一部が循環返送される。硝化液中のＮＯ２−Ｎ並びにＮＯ３−Ｎは、活性汚泥中の脱窒細菌により、下水中の有機物との脱窒反応により、窒素ガスとして除去される。好気槽では、活性汚泥中の硝化細菌によりＮＨ４−Ｎの酸化（硝化）が行なわれ、硝化液の一部が無酸素槽に循環される。最終沈殿池においては、活性汚泥を沈降分離させ上澄み液は放流する。沈降分離された濃縮活性汚泥は、その一部を余剰汚泥として引きぬくとともに返送汚泥として、無酸素槽にポンプにより返送される。
【００２０】
生物学的リン・窒素除去プロセスは、前述した生物学的リン除去プロセスと生物学的硝化−窒素除去プロセスとを組み合わせたプロセスであり、最初沈殿池、反応槽（嫌気槽、無酸素槽、および好気槽）、および最終沈澱池から構成されている。最初沈殿池は下水中の粗大浮遊物を沈降除去し、反応槽での有機物負荷を減じる。反応槽は、嫌気槽、無酸素槽および好気槽からなりたっている。嫌気槽では前述したように活性汚泥中のポリリン酸蓄積細菌がリンの吐き出しをおこなう。無酸素槽には、好気槽から硝化液の一部が循環返送される。無酸素槽においては、この硝化液中のＮＯ２−ＮおよびＮＯ３−Ｎは、活性汚泥中の脱窒細菌により、下水中の有機物との脱窒反応により、窒素ガスとして除去される。
【００２１】
一方、好気槽では、活性汚泥中の硝化細菌によりＮＨ４−Ｎの酸化（硝化）が行なわれ、硝化液の一部は、嫌気槽に循環される。また、活性汚泥中のポリリン酸蓄積細菌は、リンを過剰に摂取する。最終沈殿池では、活性汚泥を沈降分離し、上澄み液は放流する。沈降分離された濃縮活性汚泥は、その一部を余剰汚泥として引きぬくとともに返送汚泥として、嫌気槽に返送ポンプにより返送される。ポリリン酸蓄積細菌により余剰活性汚泥は、リンを高濃度に含むため、下水に含まれていた、リンは余剰汚泥の形で系外に引き抜かれることとなる。
【００２２】
生物学的リン除去プロセスの最も大きな課題は、不安定性である。例えば、雨水などの下水への混入などにより、下水中の有機物濃度が低下するとともにＤＯが上昇し、嫌気槽において嫌気性条件が達成されずリンの放出が抑制される。嫌気槽で、一旦、リンの放出現象が抑制されると、好気槽でのリンの過剰な取り込み能力が低下してしまう。嫌気槽でのリン放出を良好に行なうためには下水中に大量のＢＯＤが必要であり、嫌気槽流入水のＢＯＤ（ｍｇ／Ｌ）／Ｔ−Ｐ（全リン：ｍｇ／Ｌ）濃度比が２０〜２５以上あればリンの放出は良好であるとされている（非特許文献１、非特許文献２）。
【００２３】
さらに、好気槽でのリンの過剰摂取については、ＤＯとの関連が多く指摘されている。ＤＯが不足するとリン摂取が阻害されるため、概ね、好気槽末端のＤＯは、１．５〜２．０ｍｇ／Ｌ（非特許文献１）あるいは１．５〜３．０ｍｇ／Ｌが望ましいとされている（非特許文献２）。
【００２４】
しかし、嫌気槽流入水のＢＯＤ／Ｔ−Ｐ比が２５以上あっても、嫌気槽でのリンの放出が不良で、処理水中に多量のリンが残留するケースがある。この原因としては、次のような要因が考えられる。（Ｉ）雨水が混入した下水や返送汚泥からのＮＯ２−ＮおよびＮＯ３−Ｎ（以下、ＮＯｘ−Ｎと記載）または溶存酸素の嫌気槽への流入。（ＩＩ）無酸素槽に返送される硝化液からのＮＯｘ−Ｎや溶存酸素の嫌気槽への逆流。（ＩＩＩ）嫌気槽での過度の攪拌による溶存酸素の巻き込み。（ＩＶ）嫌気槽での短絡流の発生による水理学的滞留時間（以下、ＨＲＴと記載）の短縮などが挙げられる。
【００２５】
これらの嫌気槽の緒条件は、各下水処理場で大きく異なり、このため、嫌気槽流入水のＢＯＤ／Ｔ−Ｐ比が２５以上あっても、嫌気槽でのリンの放出が良好とは限らないと思われる。
【００２６】
これらのことから、リンの除去については、嫌気槽でリンの放出状況をいかに簡易にモニタリングし、この対処方法を開発するかが重要である。この課題に対して、以下のような検討報告例がある。例えば、嫌気槽でリンの放出状況を簡易にモニタリングする方法として、酸化還元電位（以下、ＯＲＰと記載、銀／塩化銀電極基準）値に着目した事例がある。 例えば、嫌気槽のＯＲＰ値とリンの吐き出し現象が密接に関係しており、生物学的リン除去プロセスの嫌気槽のＯＲＰ値が−２７０ｍＶ超になったら、有機物を多く含む下水（最初沈殿池流入水）や最初沈殿池沈殿汚泥を嫌気槽に流入させ、嫌気槽のＯＲＰ値を−２７０ｍＶ以下に維持する方法が提案されている（特許文献１）。
【００２７】
また、下水（最初沈殿池流入水）や最初沈殿池流出水のＯＲＰ値を測定し、このＯＲＰ値の測定値に応じて、下水（最初沈殿池流入水）と最初沈殿池流出水の混合割合を変動させ、嫌気槽のＯＲＰ値を−２７０ｍＶ以下に維持する方法も提案されている（特許文献２）。
【００２８】
しかし、特許文献１のような最初沈殿池流入水を用いる方法は、最初沈殿池流入水自体の有機物濃度が不安定であるばかりでなく、反応槽での有機物負荷、窒素負荷を大きく変動させるため、廃水中のＢＯＤ成分や窒素の除去を制御することはかなり難しい。
【００２９】
次に、生物学的硝化−窒素除去プロセスの課題について説明する。窒素除去については、硝化反応にともない、化学式１及び化学式２から４．５７ｋｇＯ２／ｋｇＮＨ４−Ｎの酸素消費が発生する。通常、好気槽における硝化反応を促進するため、通常１．５ｍｇ／Ｌの溶存酸素が残存することが必要とされ、管理されている（非特許文献１および非特許文献２）。このため、曝気量が増加し、ブロアーによる電力消量が大きいため、硝化反応を維持できる範囲で、エネルギー消費量を小さくする方策が強く求められている。
【００３０】
また、生物学的硝化−窒素除去プロセスに関しては、リン除去と同様、有機物の不足により、脱窒反応が進行しにくくなる場合がある。脱窒反応を円滑に進めるためには、下水のＢＯＤ（ｍｇ／Ｌ）／Ｔ−Ｎ（全窒素、ｍｇ／Ｌ）濃度比は３程度以上あることが望ましいとされている。下水中の有機物が不足し脱窒反応が進まない場合は、無酸素槽に有機物として例えば、メチルアルコールを添加する方法は広く知られている（非特許文献１）しかし、下水のＢＯＤ（ｍｇ／Ｌ）／Ｔ−Ｎ（ｍｇ／Ｌ）濃度比が３以上あっても、無酸素槽での脱窒素が不良で、処理水中に窒素が残留するケースがある。例えば、無酸素槽に返送される硝化液の過剰なＤＯによる脱窒阻害、過剰な循環量、無酸素槽での短絡流の発生によるＨＲＴの短縮などの原因がある。したがって、一概に下水のＢＯＤ（ｍｇ／Ｌ）／Ｔ−Ｎ（ｍｇ／Ｌ）濃度比が３以上あっても、無酸素槽での窒素の除去が良好とは限らない。
【００３１】
したがって、無酸素槽での脱窒素の状況をいかに簡易にモニタリングし、この対処方法を開発するかが重要である。
【特許文献１】特開平３−２７８８９３号公報
【特許文献２】特開２００３−０５３３８４号公報
【非特許文献１】高度処理施設設計マニュアル、ｐ２２５−２５２、日本下水道協会、平成６年
【非特許文献２】嫌気−無酸素−好気法運転管理マニュアル（案）、東京都下水道サービス、平成９年３月、ｐ２１−ｐ５３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３２】
上記課題を簡単にまとめると、生物学的リン除去プロセスは、下水中の有機物濃度の低下、好気槽末端のＤＯの低下、嫌気槽流入水のＢＯＤ／Ｔ−Ｐ濃度比の低下、嫌気槽のＮＯｘ−Ｎ濃度の上昇、嫌気槽のＤＯの上昇、および嫌気槽でのＨＲＴの短絡などの多くの不安定要素によりリンの除去が阻害されるおそれがある。また、多くの不安定要素をそれぞれモニタリングすることは困難である。
【００３３】
一方、窒素除去は、下水中の有機物濃度の低下、好気層末端のＤＯの低下、下水のＢＯＤ／Ｔ−Ｎ濃度比の低下、無酸素層のＤＯの上昇、無酸素槽でのＨＲＴの短絡、および無酸素槽での循環量の上昇などの多くの不安定要素により窒素の除去が阻害されるおそれがある。また、多くの不安定要素をそれぞれモニタリングすることは困難である。更に、ブロアーによる電力の消費が上昇するという問題もある。
【００３４】
下水からの生物学的リン・窒素除去プロセスについては、前述したリン除去、および、窒素除去の課題を併せ持つが、窒素除去の最適条件とリン除去の最適条件が相反する場合が多いため、課題解決がより難しい。
【００３５】
本発明は嫌気槽でのリン除去と、無酸素槽での脱窒素の状況とを簡易にモニタリングすることにより、安定的に下水からリンおよび／または窒素を除去することのできる生物学的除去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】
【００３６】
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、下水から安定して窒素および／またはリンを除去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。
【００３７】
（１）最初沈殿池、嫌気槽、好気槽及び最終沈殿池の各下水処理槽、又は最初沈殿池、嫌気槽、無酸素槽、好気槽及び最終沈殿池の各下水処理槽を用いた生物学的な下水処理方法において、嫌気槽のＯＲＰ値が−４００ｍＶ以上−２００ｍＶ以下の範囲に維持されるように有機酸を嫌気槽に添加することを特徴とする下水処理方法である。
【００３８】
（２）嫌気槽のＯＲＰ値の累積頻度の５０％以上が−３５０ｍＶ以上−２５０ｍＶ以下の範囲に維持されるように、前記有機酸を嫌気槽に添加することを特徴とする（１）に記載の下水処理方法である。
【００３９】
（３）最初沈殿池、無酸素槽、好気槽及び最終沈殿池の各下水処理槽、又は最初沈殿池、嫌気槽、無酸素槽、好気槽及び最終沈殿池の各下水処理槽を用いた生物学的な下水処理方法において、無酸素槽のＯＲＰ値が−２００ｍＶ以上−１００ｍＶ以下の範囲に維持されるように有機酸を前記無酸素槽に添加すること、前記好気槽から前記無酸素槽への硝化液の循環量を調整すること、前記好気槽のＯＲＰ値を調整すること、および前記好気槽のＤＯを調整すること、からなる群より選択される少なくとも１種を行なうことを特徴とする下水処理方法である。
【００４０】
（４）無酸素槽のＯＲＰ値の累積頻度の５０％以上が−２００ｍＶ以上−１５０ｍＶ以下の範囲に維持されるように、前記第二有機酸を前記無酸素槽に添加すること、前記好気槽から前記無酸素槽への硝化液の循環量を調整すること、前記好気槽のＯＲＰ値を調整すること、および前記好気槽のＤＯを調整すること、からなる群より選択される少なくとも１種を行なうことを特徴とする３）に記載の下水処理方法である。
【００４１】
（５）前記嫌気槽のＰＯ４−Ｐ濃度が１０ｍｇ／Ｌとなるように前記有機酸の前記嫌気槽への添加量を調整し、前記嫌気槽に流入する下水中および返送汚泥中のＮＯｘ−Ｎ濃度及びＤＯによって単位時間当たりに消費される有機酸量を計算し、前記嫌気槽に添加する前記有機酸の量を増やすことを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載の下水処理方法である。
【００４２】
（６）好気槽のＯＲＰ値が＋７０ｍＶ以上＋１００ｍＶ以下となるように、好気槽のブロアーによる曝気量を調整することを特徴とする（１）〜（５）のいずれかに記載の下水からのからの下水処理方法である。
【００４３】
（７）好気槽のＤＯが０．５ｍｇ／Ｌ以上１．５ｍｇ／Ｌ以下となるように好気槽のブロアーによる曝気量を調整することを特徴とする（１）〜（６）のいずれかに記載の下水処理方法である。
【００４４】
（８）好気槽の後段に更に第２無酸素槽及び第２好気槽を順に有することを特徴とする（１）〜（７）のいずれかに記載の下水処理方法である。
【００４５】
（９）嫌気槽、無酸素槽、好気槽の１槽又は２槽以上に微生物固定化担体を投入することを特徴とする（１）〜（８）のいずれかに記載の下水処理方法である。
【００４６】
（１０）嫌気槽、無酸素槽の少なくともいずれかに添加する有機酸が、酢酸および／または酢酸塩であることを特徴とする（１）〜（９）のいずれかに記載の下水処理方法である。
【発明の効果】
【００４７】
本発明により、窒素及びリンを含有する下水から、安定して窒素および／またはリンを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】
【００４８】
本発明の処理フロ−の１例を図１、図２、および図３に示す。図１は、本発明の生物学的リン除去プロセスである。反応槽は、嫌気槽４と好気槽６とから成り立っている。図２は、本発明の生物学的硝化−窒素除去プロセスである。反応槽は、無酸素槽５と好気槽６とから成り立っている。図３は、リン除去機能に加え、脱窒素機能も有する本発明の生物学的リン・窒素除去プロセスである。反応槽は、嫌気槽４、無酸素槽５、および好気槽６から成り立っている。
【００４９】
生物学的リン・窒素除去プロセスは、図１の生物学的リン除去プロセス、および、図２の生物学的硝化−窒素除去プロセスの機能を包含しているため、図３の生物学的リン・窒素除去プロセスを事例として発明の形態を説明する。
【００５０】
まず、下水１に含まれる粗大浮遊物（主として汚泥）は、最初沈殿池２において沈降除去される。その後、最初沈殿池流出水３は、嫌気槽４に流入する。
【００５１】
（嫌気槽）
嫌気槽４は、以下のように管理する。まず、生物学的リン除去の機構について簡単に述べる。生物学的リン除去を行なうポリリン酸蓄積細菌は、好気条件下で吸収したＰＯ４−Ｐを細胞内でポリリン酸の顆粒として保持しており、嫌気槽４においては、この顆粒のポリリン酸を加水分解して、ＰＯ４−Ｐとして放出するとともに、下水１中の有機物、特に有機酸２０や発酵産物を優先的に細胞内に摂取する。ＰＯ４−Ｐの放出速度は、基質の種類や濃度によって大きく異なっており、酢酸などの有機酸２０が基質である場合にＰＯ４−Ｐの放出速度が大きいとされている。細胞内に摂取された有機物は、グリコーゲンやＰＨＢ（ポリハイドロブチレイト）などの高分子物質の形で貯蔵される。これらの細胞内物質は、再び、ポリリン酸蓄積細菌を好気条件下に置くと、酸化分解され減少するが、ポリリン酸蓄積細菌はこの基質を利用することにより増殖する。また、ポリリン酸蓄積細菌は嫌気槽４で放出した量以上のＰＯ４−Ｐを過度にとりこみ、細胞内でポリリン酸の顆粒として保持するため、下水１中のＰＯ４−Ｐは減少する。
【００５２】
このような生物学的リン除去を行なうポリリン酸蓄積細菌の反応を促進する上で重要なことは、有機酸２０や発酵産物の存在であるが、これらの有機酸２０や発酵産物は、ＢＯＤ成分の一部ではあるものの、下水１のＢＯＤ濃度が高いからといってこれらの有機酸２０や発酵産物濃度が高いとは必ずしも限らない。したがって、ＢＯＤ濃度よりも下水１中の有機酸の濃度（ｍｇ／Ｌ）などを指標とする方がより有効である。嫌気槽４において、リン放出に必要な有機物の種類や必要量に関しては多くの研究事例があるが、希望するリンの放出量を１としたときに、添加する有機酸２０の量をモル比で１．３程度とすることが好ましいとの報告がある（例えば、Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｏｒｇａｎｉｃ ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ ｏｎ ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ ｒｅｍｏｖａｌ，Ｗａｔｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１９９１，Ｖｏｌ．２３，Ｎｏ．４／６，ｐ５８５−ｐ５９１）。したがって、嫌気槽４への有機酸２０の添加量は公知となっているこの数字を参考にすることができる。例えば、リン放出に対する酢酸利用をモル比で１．３とする場合、嫌気槽４で１０ｍｇ／ＬのＰＯ４−Ｐ放出を促すためには、必要な酢酸量は嫌気槽の容量あたり２５ｍｇ／Ｌとなる。しかし、実際の処理設備では、雨水や返送汚泥８の影響により、嫌気槽４にＮＯｘ−Ｎや溶存酸素が流入する場合がしばしばあり、嫌気槽４において、ＮＯｘ−Ｎ、及び溶存酸素が存在すると、有機酸２０は直ちに分解されてしまう。以下に、有機酸２０として、酢酸を用いた場合の反応を示す。
【００５３】
【化３】
【００５４】
化学式５〜７から、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。また、ＮＯ２−Ｎが１ｍｇ／Ｌ存在すると、これに伴い、酢酸１．６ｍｇ／Ｌが消費されることとなる。一方、溶存酸素は１ｍｇ／Ｌ存在すると、これに伴い、酢酸０．９ｍｇ／Ｌが消費されることとなる。この結果から、特に、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。
【００５５】
ＮＯ３−Ｎ、ＮＯ２−Ｎ、及び溶存酸素は、調査の結果、雨水が混入する下水１や返送汚泥８中にも存在する場合がたびたびあるが、特に、好気槽６の運転条件によっては、最終沈殿池７から嫌気槽４に返送される返送汚泥８中に高濃度のＮＯ３−Ｎが存在することが判明した。この場合、嫌気槽４においてリンの放出が極めて生じにくくなるおそれがある。例えば、流入してくる下水の酢酸濃度が２０ｍｇ／Ｌあったとしても、ＮＯ３−Ｎを１０ｍｇ／Ｌ含む返送汚泥８が下水１に対して５０Ｖ／Ｖ％混入すると、ＮＯ３−Ｎが１３．５ｍｇ／Ｌの酢酸を消費してしまう。
【００５６】
また、下水１中あるいは返送汚泥８中のＮＯｘ−Ｎや溶存酸素による有機酸２０の消費ばかりでなく、無酸素槽からの逆流などの装置特性も影響する場合がある。したがって、下水１中の有機酸２０の濃度のみで、嫌気槽４でのリンの放出を判断するのは難しく、また、この嫌気槽４でのリンの吐き出しに関与する要因（有機酸２０、ＮＯｘ−Ｎ濃度、ＤＯ、装置特性など）を、すべて事前に把握して有機酸２０の添加量を制御することは困難と考えられる。
【００５７】
そこで、発明者らは嫌気槽４のＯＲＰ計１３によるモニタリングを行いながら有機酸２０を添加する方法を発案し、嫌気槽４のＯＲＰ値を−２００ｍＶ以下−４００ｍＶ以上に維持し、好ましくはＯＲＰ値の測定累積頻度の５０％以上が−２５０ｍＶ以下−３５０ｍＶ以上に維持されるように有機酸２０を嫌気槽４に添加する方法を開発した。
【００５８】
ＯＲＰ値の制御による有機酸２０の添加の具体的方法の１例を示すと、嫌気槽４のＯＲＰ値が−２５０ｍＶ以上になると、有機酸タンク１１から有機酸２０を薬注ポンプ１２により、嫌気槽４に添加し、嫌気槽４のＯＲＰ値が目的の値になると停止させることにより、嫌気槽４のＯＲＰ値が−２００ｍＶ以下−４００ｍＶ以上に納まるように運転する。
【００５９】
より詳細には、一定期間、嫌気槽４のＯＲＰ値の累積頻度を測定し、嫌気槽４のＯＲＰ計１３によるモニタリングを行い、ＯＲＰ値が−２００ｍＶ以下−４００ｍＶ以上となるように有機酸２０を添加する。更に、ＯＲＰ値の累積頻度の５０％以上が−３５０ｍＶ以上−２５０ｍＶ以下の範囲に維持されるように有機酸２０を添加することが好ましい。累積頻度の採取頻度は、１分から１０分毎にデータを毎日採取し、これをデータ解析し、一定期間あたりのＯＲＰ値の累積頻度を算出する。累積頻度の算出の詳細例を示すと、嫌気槽４のＯＲＰ計１３にて計測したＯＲＰ値を、１分から１０分の間で設定した任意の時間間隔毎に自動データ収集装置（例えば、キーエンス社 モデルＧＲ３５００）で記録し、記録したＯＲＰ測定データのうち累積頻度を解析したい所定の期間に属する素データについてＯＲＰ値にして１ｍＶから５０ｍＶの範囲で選ばれる任意のデータ区間毎の出現度数を例えばマイクロソフト社マイクロソフトエクセルなどの表計算ソフトを使用して集計し、その出現度数に基づいて累積頻度を算出する。例えば、流入してくる下水１の水質時間変動のパターンがほぼ一定の場合は、１日あたりのＯＲＰ値の累積頻度で判断すればよい。降雨などの影響で下水１の水質に急激な変動がある場合は、降雨の影響が認められる期間でのＯＲＰ値の累積頻度で判断すればよい。
【００６０】
図６に発明者らが検討した嫌気槽４のＯＲＰ値と嫌気槽４のＰＯ４−Ｐ濃度の関係を示す。図６には、ＯＲＰ計１３によるモニタリングを行い、有機酸２０として酢酸を嫌気槽４に下水流入量あたり３０ｍｇ／Ｌで添加し、ＯＲＰ値を制御した本発明の有機酸２０の添加方法（図６では発明法と記載）の場合と、有機酸２０を無添加の従来の方法（図６では従来法と記載）とを示す。従来法では、嫌気槽４のＯＲＰ値が−１００〜−３００ｍＶと大きくばらつき、リンの放出量も小さいが、発明法では、嫌気槽４のＯＲＰ値の測定累積頻度の５０％以上が−２５０ｍＶ以下となり、又リンの放出量が大きくなった。このようにＯＲＰ値を制御するように有機酸２０を添加すると嫌気槽４のＯＲＰ値を低く維持でき、リンの放出量が大きくなる。
【００６１】
薬品のコストを考慮すると、ＯＲＰ値は−３５０ｍＶ以上に維持することが好ましい。
【００６２】
この有機酸２０の添加及び停止のタイミングは、反応槽の容量、ＨＲＴ、有機酸２０の濃度および有機酸２０の投入流量に応じて適宜決定することができる。
【００６３】
図７に嫌気槽４のＯＲＰ値と嫌気槽４のＮＯｘ−Ｎ濃度との関係を示す。有機酸２０として酢酸を、ＯＲＰ計１３によるモニタリングを行いながら嫌気槽４に下水流入量あたり３０ｍｇ／Ｌで添加した、本発明の有機酸２０の添加方法（図７では発明法と記載）の場合と、有機酸２０を無添加の従来の方法（図７では従来法と記載）を示す。この結果から、嫌気槽４にＮＯｘ−Ｎが存在すれば、ＯＲＰ値が上昇し易いことがわかる。ＮＯｘ−Ｎは、雨水や返送汚泥８から嫌気槽４に流入する。外部から酢酸を添加するとＮＯｘ−Ｎは、脱窒素反応により嫌気槽４で活性汚泥中の脱窒細菌により容易に消費され、この結果、ＯＲＰ値も−３００〜−２００ｍＶと低くなることがわかる。
【００６４】
また、図８に本発明の有機酸２０の添加方法（図８では発明法と記載）の場合と、有機酸２０を無添加の従来の方法（図８では従来法と記載）における嫌気槽４のＰＯ４−Ｐと最終沈殿池流出水１９のＰＯ４−Ｐ濃度との関係を示す。この結果から、嫌気槽４のＰＯ４−Ｐ濃度が１０ｍｇ／Ｌ以上あれば、最終沈殿池流出水１９のＰＯ４−Ｐ濃度は０．５ｍｇ／Ｌ以下となることがわかる。また、この結果から、嫌気槽４でのＰＯ４−Ｐ放出濃度の目安は、１０ｍｇ／Ｌ程度と考えられる。
【００６５】
以上のように、嫌気槽４のＯＲＰ値を連続してモニタリングすると、下水１、返送汚泥８及び嫌気槽４のＮＯｘ−Ｎまたは有機酸２０を連続測定しなくても、嫌気槽４でのリンの放出状態をリアルタイムに推定することができる。また、嫌気槽４のＯＲＰ値を制御するための有機酸２０の添加は、従来技術では不安定であったリン除去の安定化に極めて効果がある。
【００６６】
さらに、嫌気槽４への有機酸２０の添加量であるが、嫌気槽４のＯＲＰ値をＯＲＰ計１３でモニタリングしながら嫌気槽４のＯＲＰ値が所定の範囲となるように適宜添加することができ、添加流量も適宜決定することができる。しかし、有機酸２０の添加量が小さすぎると、有機酸２０を添加してから実際にＯＲＰ値が変化するまでは、タイムラグを生じて所定のＯＲＰ値の範囲から逸脱することもありうる。このことから、ＯＲＰ値を所定の制御範囲内に留めることができるように、予め有機酸２０の添加量をある程度予測しておくことが望ましい。
【００６７】
例えば、有機酸の添加量は、先にも述べたように、リン放出に対する酢酸利用は、モル比で１．３程度とすることが好ましい。したがって、嫌気槽への有機酸添加量は公知となっているこれらの数字を参考することができる。例えば、モル比が１．３の場合、嫌気槽で１０ｍｇ／ＬのＰＯ４−Ｐ放出を促すためには、必要な酢酸量は２５ｍｇ／Ｌとなる。
【００６８】
しかし、下水１や返送汚泥８により、嫌気槽４に、溶存酸素やＮＯｘ−Ｎが存在し、有機酸２０が大きく消費されることが明らかな場合には、以下のような方法を用いることができる。すなわち、最初沈澱池流出水３および返送汚泥８中のＮＯｘ−Ｎ濃度及びＤＯを定期的に測定し、嫌気槽４に流入するこれらＮＯｘ−Ｎ及び溶存酸素の質量から、消費される有機酸２０の量を化学式５〜７を用いて計算し、嫌気槽４に添加する有機酸２０の添加量を、計算によって算出した値の分だけ、更に増やして添加することが好ましい。
【００６９】
以上の方法によっても、嫌気槽４の構造的な問題からＯＲＰ値を所定の範囲内に維持できない場合は、ＯＲＰ値をＯＲＰ計１３でモニタリングしながら適宜有機酸２０の添加量をさらに増加させてもかまわない。
【００７０】
また、最初沈澱池流出水３の有機酸２０の濃度が常に低く、嫌気槽４のＯＲＰ値が高く推移し、有機酸２０の外部添加が常時必要な場合には、有機酸２０の添加に加えて、嫌気槽４のＯＲＰ値が−２５０ｍＶ以下になるように、下水１の一部（例えば１０％程度）を嫌気槽４に直接流入させてもかまわない。
【００７１】
（無酸素槽）
次に、無酸素槽５の運転方法を説明する。
【００７２】
無酸素槽５では、好気槽６で生成したＮＯ２−Ｎ及びＮＯ３−Ｎを含む硝化液１５を無酸素槽５に循環ポンプ１６を用いて循環し、最初沈澱池流出水３中のＢＯＤを用いて硝化液１５中のＮＯ２−Ｎ及びＮＯ３−Ｎを窒素ガスまで還元する。前段に嫌気槽４がある場合、下水１中の一部のＢＯＤ成分、例えば有機酸２０は、ポリリン酸蓄積細菌による取りこみで減少するので、残留ＢＯＤ成分を用いて、脱窒反応を行なう。この残留ＢＯＤ成分の測定は、活性汚泥に吸着されているものもあり、かなり困難である。
【００７３】
硝化液１５の循環量は、下水１の流入量に対して、通常１００〜２００Ｖ／Ｖ％とすることが好ましい。この場合、理論窒素除去率Ｅは、以下の式１で表される。
【００７４】
【数１】
【００７５】
式１において、Ｅは理論窒素除去率（％）であり、Ｒは硝化液循環比（−）である。
【００７６】
しかし、実際には下水１の流入量に対する硝化液１５の循環量は２００Ｖ／Ｖ％までは窒素除去率が向上するが、これ以上増加させても窒素除去率を向上させることは難しい。これは、硝化液１５の循環量を増やしても、無酸素槽５での有機物／窒素比が低下したり、硝化液１５中の溶存酸素の持ち込み量が増え、脱窒阻害が生じやすいためである。
【００７７】
図９に本発明の有機酸２０の添加方法（図９では発明法と記載）の場合と、有機酸２０を無添加の従来の方法（図９では従来法と記載）における無酸素槽５のＯＲＰ値と無酸素槽５のＮＯｘ−Ｎ濃度との関係を示す。無酸素槽５の脱窒反応が低下し、ＮＯｘ−Ｎが残留するとＯＲＰ値が上昇する。例えば、ＯＲＰ値が−１５０ｍＶ以下ではＮＯｘ−Ｎ濃度は０．５ｍｇ／Ｌ以下であるが、ＯＲＰ値が−１００ｍＶを越えるとＮＯｘ−Ｎ濃度は２．０ｍｇ／Ｌをオーバーする。この結果から、無酸素槽５のＯＲＰ値は、−２００ｍＶ以上−１００ｍＶ以下であることが望ましい。また、一定期間、無酸素槽５のＯＲＰ値の累積頻度を測定し、無酸素槽５のＯＲＰ値が−２００ｍＶ以上−１００ｍＶ以下で、累積頻度の５０％以上が−２００ｍＶ以上−１５０ｍＶ以下の範囲に維持されているとより好ましい。
【００７８】
累積頻度の採取頻度は、１分から１０分毎にデータを毎日採取し、これをデータ解析し、一定期間あたりのＯＲＰ値の累積頻度を算出する。流入してくる下水の水質時間変動のパターンがほぼ一定の場合は、１日あたりのＯＲＰ値の累積頻度で判断すればよい。降雨などの影響で下水１の水質に急激な変動がある場合は、降雨の影響が認められる期間でのＯＲＰ値の累積頻度で判断すればよい。
【００７９】
無酸素槽５でＯＲＰ値が−１００ｍＶ超まで上昇する場合、あるいは、無酸素槽５のＯＲＰ値の累積頻度の５０％以上が−２００ｍＶ以上−１５０ｍＶ以下の範囲に維持されない場合には、無酸素槽５のＯＲＰ値を指標としてさらに有機物を無酸素槽５に添加してもかまわない。有機物の中でも有機酸２０は、反応速度が速く、脱リンにも用いるため、これを無酸素槽５に添加することは望ましい。また、無酸素槽５のＯＲＰ値を指標として硝化液１５の循環量を下げ、無酸素槽５のＯＲＰ値を低下させてもかまわない。また、硝化反応の阻害が起こらない範囲で、好気槽６のＯＲＰ値及び／又はＤＯを低下させ、無酸素槽５のＯＲＰ値を低下させてもかまわない。
【００８０】
一方で、無酸素槽５のＯＲＰ値が−２００ｍＶ未満に低下すると、ＮＯｘ−Ｎは消失しているものの、下水１中の有機物が過剰に残留していることが推測される。残留した有機物は、後段の好気槽６に流入し、溶存酸素をＮＨ４−Ｎよりも優先的に消費するため、硝化反応への阻害が出やすい。このため、このような場合には、無酸素槽５に設置したＯＲＰ計１３によるモニタリングを行いながら、無酸素槽５を曝気し、過剰に残留する有機物を除去し、ＯＲＰ値を−２００ｍＶ以上に維持することが望ましい。
【００８１】
（好気槽）
次に好気槽６の運転方法を説明する。
【００８２】
好気槽６では、常時、ブロアー１０によって曝気を行ない、溶存酸素の存在下で、アンモニア酸化細菌により、ＮＨ４−ＮをＮＯ２−Ｎまで酸化する。続いて、亜硝酸酸化細菌により、ＮＯ２−ＮをＮＯ３−Ｎまで酸化する。ＤＯのモニタリングはＤＯ計１４により行われる。
【００８３】
【化４】
【００８４】
硝化反応が順調に進行すると、ＮＯｘ−Ｎが蓄積し、好気槽６のＯＲＰ値は、徐々に上昇していく。通常、好気槽６のＯＲＰ値は、好気槽６出口付近のＯＲＰ値を基準とし、ＯＲＰ値によりブロアー１０による曝気量を調整する。
【００８５】
硝化反応促進の視点からは、通常、好気槽６末端のＤＯは、１．５〜３．０ｍｇ／Ｌ、あるいは、好気槽６末端のＯＲＰ値は＋１００〜１２５ｍＶ以上が望ましいとされている（非特許文献１、下水のＣＯＤ、リン及び窒素の高効率処理の研究、下水道協会誌、１９９３、Ｖｏｌ．３０、Ｎｏ．３６４、ｐ９６−ｐ１０６）。
【００８６】
しかし、今回、発明者らは、省エネルギーの観点から、好気槽６末端のＯＲＰ値が＋７０ｍＶ以上＋１００ｍＶ以下、また、好気槽６末端のＤＯが、０．５〜１．５ｍｇ／Ｌに維持されるように曝気量を制御した。この結果、図１０に示すように好気槽６末端のＯＲＰ値が＋７０ｍＶ程度であれば、ＤＯが０．５〜１．５ｍｇ／Ｌと従来の維持管理指針よりもかなり低くても硝化反応は９０％以上進行していることを見いだした。すなわち、省エネルギーの視点からは、好気槽６末端のＯＲＰ値を＋７０ｍＶから＋１００ｍＶの範囲にすることが好ましい。
【００８７】
また、脱窒素促進の視点から考えると、好気槽６から硝化液１５を無酸素槽５へ送水しているが、好気槽６でのＤＯが高すぎると、無酸素槽５での脱窒反応が阻害を受ける。この視点からも、好気槽６のＤＯを１．５ｍｇ／Ｌ以下とすることは極めて望ましい。
【００８８】
さらに、好気槽６では、ポリリン酸蓄積細菌によるリンの過剰摂取も行われ、好気槽６でのリンの過剰摂取について、ＤＯとの関連が多く指摘されている。概ね、好気槽６末端のＤＯが１．５〜３．０ｍｇ／Ｌが望ましいとされている。しかし、発明者らは、好気槽６のＯＲＰ値が＋７０ｍＶ以上あれば、ＤＯが０．５〜１．５ｍｇ／Ｌでもリンのとりこみに何ら問題は生じないことを見いだした。したがって、リンの取りこみの視点からも、好気槽６のＯＲＰ値が＋７０ｍＶ以上あれば、ＤＯを０．５〜１．５ｍｇ／Ｌとすることが好ましい。
【００８９】
無酸素槽５と好気槽６との単段での組み合わせの場合、上述したように硝化液１５の循環量をいくら上げても、原理上、窒素除去率に限界があり、最終沈殿池流出水１９中にＮＯｘ−Ｎが残留するおそれがある。窒素濃度が高い下水１の場合、嫌気槽４へのＮＯｘ−Ｎの流入が増加しやすく、リン除去が悪化しやすい。窒素除去率を１００％近くに向上させれば、このような問題は生じなくなる。これに対処するためには、好気槽６の後段に新たにＯＲＰ計１３を組み込んだ第２無酸素槽１７と第２好気槽１８を設置することが好ましい。本発明の処理フロ−の１例を図１１に示す。
【００９０】
この場合、第２無酸素槽１７への流入水には、有機物はほとんど含まれていないので、第２無酸素槽１７において効率的に脱窒素を行なうためには外部から有機物、例えば有機酸２０を添加する必要がある。有機物無添加でも基本的には脱窒素は可能である（内生脱窒素として公知）が、この場合は、かなりのＨＲＴが必要となる。第２無酸素槽１７のＯＲＰ値は、−２００ｍＶ以上−１５０ｍＶ以下であることが望ましいが、一定期間、無酸素槽５のＯＲＰ値の累積頻度を測定し、第２無酸素槽１７のＯＲＰ値が−２００ｍＶ以上−１００ｍＶ以下で、累積頻度５０％以上が−２００ｍＶ以上−１５０ｍＶ以下の範囲に維持されていれば大きな影響はない。累積頻度の採取頻度は、１分から１０分毎にデータを毎日採取し、これをデータ解析し、一定期間あたりのＯＲＰ値の累積頻度を算出する。流入してくる下水の水質時間変動のパターンがほぼ一定の場合は、１日あたりのＯＲＰ値の累積頻度で判断すればよい。降雨などの影響で下水１の水質に急激な変動がある場合は、降雨の影響が認められる期間でのＯＲＰ値の累積頻度で判断すればよい。
【００９１】
第２好気槽１８では、有機酸２０は水素供与体として添加し、第２無酸素槽１７の出口水中に残存した有機物の酸化が主目的である。したがって、第２好気槽１８のＯＲＰ値やＤＯは、硝化反応を促進させる目的の好気槽６よりも、更に低くてもかまわない。
【００９２】
なお、第２好気槽１８のＯＲＰ値は、＋５０〜＋７０ｍＶでＤＯが０．５〜１．０ｍｇ／Ｌでも有機物分解に問題は生じない。
【００９３】
本方法では、単段の方法よりも第２好気槽１８のＯＲＰ値やＤＯをより低めに保てるので省エネルギー化が容易であり、窒素を１００％近く除去できる。また、返送汚泥８中にＮＯｘ−Ｎがほとんど存在しないため、嫌気槽４でのリンの吐き出しをより安定化できる。
【００９４】
小規模の下水処理場のように、下水１の性状変動や水量変動が大きい場合、処理が不安定になりやすいため、無酸素槽５と好気槽６とを、上述のように連続して２段以上組み合わせて用いることは望ましい。
【００９５】
更に、施設に余裕がなく、下水１の性状変動や水量変動によって、脱窒素反応や硝化反応が低下しやすい下水処理場の場合、微生物固定化担体（プラスチックス、セラミックス、スラグ、およびゲル等）を、各反応槽に投入し微生物を高濃度化してもかまわない。微生物を高濃度化することにより、処理速度が上昇し、処理の安定化、高効率処理につながる。各槽への微生物固定化担体投入量は、担体のみかけ容積で反応槽容量あたり、５〜２０Ｖ／Ｖ％程度である。
【００９６】
嫌気槽、無酸素槽、または第２無酸素槽に添加される有機酸としては、酢酸および／または酢酸塩が好ましい。
【００９７】
ＯＲＰ計１３は、反応槽が押し出し流れ、または、押し出し流れに近い場合、反応が終了している各槽の出口付近に設置することが望ましい。完全混合の場合は、押し出し流れの場合のように特に限定しないが、流入水の影響を避けるため、反応槽の中央部から出口付近に設置することが望ましい。
【００９８】
最終沈殿池７は、活性汚泥の沈降分離を行なう。通常、水面積負荷が２０〜２５ｍ３／ｍ２・日程度、有効水深３．５〜４．０ｍで設計されるが、適宜決定することができる。
【実施例】
【００９９】
以下、本発明の実施例を説明する。なお、本発明は本実施例に限定されるものではない。
【０１００】
（実施例１）
図３に示すように、下水１は、最初沈殿池１、嫌気槽４、無酸素槽５、好気槽６、および最終沈殿池７を用いて処理を行った。硝化液１５は、循環ポンプ１６により下水１に対して１５０Ｖ／Ｖ％の条件で無酸素槽５に返送した。返送汚泥８は、返送汚泥ポンプ９により、下水１に対して５０Ｖ／Ｖ％の条件で嫌気槽４に返送した。各反応槽のＭＬＳＳ（汚泥濃度）は２５００〜３０００ｍｇ／Ｌに維持した。また、Ａ−ＳＲＴ（好気槽６での汚泥滞留時間）は１２〜１３日で管理した。
【０１０１】
最初沈殿池流出水３の水質は、ＢＯＤが平均１００ｍｇ／Ｌ、Ｔ−Ｎが平均３０ｍｇ／Ｌ、Ｔ−Ｐが４ｍｇ／Ｌ、ＰＯ４−Ｐが２．４ｍｇ／Ｌ程度である。
【０１０２】
嫌気槽４のＯＲＰ計１３（東亜ディーケーケー株式会社製 モデルＨＢＭ−３１２型）によるモニタリングの結果を指標とし、ＯＲＰ値が−２５０ｍＶ基準で有機酸２０を嫌気槽４に添加し、嫌気槽４のＯＲＰ値を−４００ｍＶ以上−２００ｍＶ以下、累積頻度で−２５０ｍＶ以下が５０％を占めるように制御した。
【０１０３】
また、嫌気槽４への有機酸２０の添加濃度は、以下のように決定した。嫌気槽４での目標リン放出濃度を１０ｍｇ／Ｌとすると、先にも述べたように、リン放出に対する酢酸利用は、モル比で０．６〜１．３程度であるから、モル比が１．３の場合、嫌気槽４で必要な酢酸濃度は、嫌気槽４容量あたり２５ｍｇ／Ｌとなる。嫌気槽４に返送汚泥８が流入するが、返送汚泥８は、ＮＯ３−Ｎを４ｍｇ／Ｌ含有していた。返送汚泥８の量は、下水１の流入量に対して５０Ｖ／Ｖ％であったので、嫌気槽４でのＮＯ３−Ｎの流入濃度は、２ｍｇ／Ｌである。そこで、嫌気槽４におけるＮＯ３−Ｎに伴う酢酸消費量は、５．４ｍｇ／Ｌと推定した。なお、ＮＯ２−Ｎ、およびＤＯはほぼ０であり、無視できた。
【０１０４】
この結果と、先の２５ｍｇ／Ｌとを合算すると、嫌気槽４で必要な酢酸濃度は、嫌気槽４容量あたり３０ｍｇ／Ｌとなる。上記の酢酸をすべて下水１で補おうとすると、返送汚泥８の量を考慮して、下水流量あたりに換算し４５ｍｇ／Ｌ−下水の酢酸が必要である。しかし、下水１中には平均１５ｍｇ／Ｌ−下水（０〜３０ｍｇ／Ｌ）の程度の酢酸しか含まなかったため、下水流量あたりの酢酸添加量は３０ｍｇ／Ｌ−下水とした。
【０１０５】
好気槽６のＯＲＰ値を指標とし、＋９０ｍＶで曝気量を増減させ、ＯＲＰ値を＋８０〜＋１００ｍＶの範囲で推移させた。同時にＤＯ計１４（東亜ディーケーケー株式会社製 モデルＤＤＩＣ−７型）により好気槽６のＤＯを測定し、ＯＲＰ値の制御のもとでＤＯが０．５〜１．０ｍｇ／Ｌの範囲で推移するようにＯＲＰ値の制御に用いる曝気風量を調整した。硝化液１５は、循環ポンプ１６により下水１に対して１５０Ｖ／Ｖ％無酸素槽５に返送した。また、返送汚泥８は、返送汚泥ポンプ９により、下水１に対して５０Ｖ／Ｖ％、嫌気槽４に返送した。なお、硝化液１５の循環量は、両方法ともに１５０Ｖ／Ｖ％とした。 （比較例１）
嫌気槽のＯＲＰ値の制御は行わなかった。
【０１０６】
好気槽６のＯＲＰ値の制御は行なわず、ＤＯの管理（ＤＯ管理値＝２−３ｍｇ／Ｌ）を行なった。上記以外は、実施例１と同じ装置を用いて、同様の操作を行った。
【０１０７】
図４に実施例１および比較例１の嫌気槽４のＯＲＰ値の累積頻度を示す。図４に示すように、実施例１では嫌気槽４のＯＲＰ値は０ｍＶから−４００ｍＶと大きく変動し、累積頻度で−２００ｍＶ以上が４０％を占めた。一方、比較例１では、嫌気槽４のＯＲＰ値は−２００ｍＶから−４００ｍＶの範囲に維持されており、累積頻度で−２５０ｍＶ以下が５０％を占めた。このように実施例１は、比較例１よりも嫌気槽４のＯＲＰ値を低い水準に維持することができた。
【０１０８】
実施例１では、好気槽６において、ＤＯが０．５〜１．０ｍｇ／Ｌであっても、ＯＲＰ値が＋９０ｍＶに維持されていれば、硝化反応はほぼ完全に進行しており、かつ、脱窒素反応も比較例１よりも優れていた。また、リンの取りこみについては十分に行われていた。
【０１０９】
表１に、実施例１および比較例１の平均水質の比較を示す。
【０１１０】
比較例１では、嫌気槽４でのＯＲＰ値が高く、リンの吐き出しが安定せず、この結果、処理水１９のリン濃度も安定しなかった。一方、発明法では嫌気槽４でのリンの吐き出しが顕著に生じ、好気槽６でのリンの取りこみも問題なく、処理水１９のリン濃度も安定した。発明法では処理水１９のＰＯ４―Ｐ濃度も、処理の開発目標値である１ｍｇ／Ｌ以下となった。
【０１１１】
【表１】
【０１１２】
図５に実施例１および比較例１の無酸素槽５のＯＲＰ値の累積頻度を示す。図５に示すように、比較例１では、無酸素槽５のＯＲＰ値が０ｍＶから−２００ｍＶで推移し、ＮＯｘ−Ｎも残留しやすかった。この一方、好気槽６のＯＲＰ値及びＤＯを制御する発明法では、無酸素槽５のＯＲＰ値は−１００〜−２００ｍＶの範囲に維持されており、１日あたりの累積頻度で−１５０ｍＶ以下が５０％を占めた。このように実施例１は、比較例１よりも無酸素槽５のＯＲＰ値を低い水準に維持することができた。この結果、実施例１では比較例１よりも脱窒素性能が改善された。
【０１１３】
表２に、平均水質の比較を示す。実施例１では、ＮＨ４−Ｎが０．５ｍｇ／Ｌ程度とやや残留したが、脱窒素性能が２ｍｇ／Ｌ改善され、結果的には窒素除去性能が１．５ｍｇ／Ｌ改善された。
【０１１４】
【表２】
【０１１５】
図６に嫌気槽のＯＲＰ値と嫌気槽のＮＯｘ−Ｎ濃度との関係を示す。図７に嫌気槽のＯＲＰ値と嫌気槽のＰＯ４−Ｐ濃度との関係を示す。図８に嫌気槽のＰＯ４−Ｐ濃度と最終沈殿池流出水のＰＯ４−Ｐ濃度との関係を示す。図９に無酸素槽のＯＲＰ値と無酸素槽のＮＯ３−Ｎ濃度との関係を示す。図１０に好気槽のＯＲＰ値と硝化反応の進行度との関係を示す。図６〜１０に関しては、上述したとおりである。
【図面の簡単な説明】
【０１１６】
【図１】本発明に係る、ＯＲＰ値の制御を組み込んだ下水からの生物学的リン除去プロセスである。
【図２】本発明に係る、ＯＲＰ値の制御を組み込んだ下水からの生物学的硝化−窒素除去プロセスである。
【図３】本発明に係る、ＯＲＰ値の制御を組み込んだ下水からの生物学的リン・窒素除去プロセスである。
【図４】嫌気槽のＯＲＰ値の累積頻度を示す図である。
【図５】無酸素槽のＯＲＰ値の累積頻度を示す図である。
【図６】嫌気槽のＯＲＰ値と嫌気槽のＮＯｘ−Ｎ濃度との関係を示す図である。
【図７】嫌気槽のＯＲＰ値と嫌気槽のＰＯ４−Ｐ濃度との関係を示す図である。
【図８】嫌気槽のＰＯ４−Ｐ濃度の最終沈殿池流出水のＰＯ４−Ｐ濃度との関係を示す図である。
【図９】無酸素槽のＯＲＰ値と無酸素槽のＮＯ３−Ｎ濃度との関係を示す図である。
【図１０】好気槽のＯＲＰ値と硝化反応の進行度との関係を示す図である。
【図１１】本発明に係る、ＯＲＰ値の制御を組み込んだ下水からの生物学的リン・窒素除去プロセスである。
【符号の説明】
【０１１７】
１ 下水、
２ 最初沈殿池、
３ 最初沈殿池流出水、
４ 嫌気槽、
５ 無酸素槽、
６ 好気槽、
７ 最終沈殿池、
８ 返送汚泥、
９ 返送汚泥ポンプ、
１０ ブロアー、
１１ 有機酸タンク、
１２ 薬注ポンプ、
１３ ＯＲＰ計、
１４ ＤＯ計、
１５ 硝化液、
１６ 循環ポンプ、
１７ 第２無酸素槽、
１８ 第２好気槽、
１９ 最終沈殿池流出水、
２０ 有機酸。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
最初沈殿池、嫌気槽、好気槽及び最終沈殿池の各下水処理槽、又は最初沈殿池、嫌気槽、無酸素槽、好気槽及び最終沈殿池の各下水処理槽を用いた生物学的な下水処理方法において、
前記嫌気槽のＯＲＰ値が−４００ｍＶ以上−２００ｍＶ以下の範囲に維持されるように、有機酸を前記嫌気槽に添加することを特徴とする下水処理方法。
【請求項２】
前記嫌気槽のＯＲＰ値の累積頻度の５０％以上が−３５０ｍＶ以上−２５０ｍＶ以下の範囲に維持されるように、前記有機酸を前記嫌気槽に添加することを特徴とする請求項１に記載の下水処理方法。
【請求項３】
最初沈殿池、無酸素槽、好気槽及び最終沈殿池の各下水処理槽、又は最初沈殿池、嫌気槽、無酸素槽、好気槽及び最終沈殿池の各下水処理槽を用いた生物学的な下水処理方法において、
前記無酸素槽のＯＲＰ値が−２００ｍＶ以上−１００ｍＶ以下の範囲に維持されるように、
有機酸を前記無酸素槽に添加すること、前記好気槽から前記無酸素槽への硝化液の循環量を調整すること、前記好気槽のＯＲＰ値を調整すること、および前記好気槽のＤＯを調整すること、からなる群より選択される少なくとも１種を行なうことを特徴とする下水処理方法。
【請求項４】
前記無酸素槽のＯＲＰ値の累積頻度の５０％以上が−２００ｍＶ以上−１５０ｍＶ以下の範囲に維持されるように、
前記有機酸を前記無酸素槽に添加すること、前記好気槽から前記無酸素槽への硝化液の循環量を調整すること、前記好気槽のＯＲＰ値を調整すること、および前記好気槽のＤＯを調整すること、からなる群より選択される少なくとも１種を行なうことを特徴とする請求項３に記載の下水処理方法。
【請求項５】
前記嫌気槽のＰＯ４−Ｐ濃度が１０ｍｇ／Ｌとなるように前記有機酸の前記嫌気槽への添加量を調整し、
さらに、前記嫌気槽に流入する下水中および返送汚泥中のＮＯｘ−Ｎ濃度及びＤＯによって単位時間当たりに消費される有機酸量を計算し、前記嫌気槽に添加する前記有機酸の量を増やすことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の下水処理方法。
【請求項６】
前記好気槽のＯＲＰ値が＋７０ｍＶ以上＋１００ｍＶ以下となるように、前記好気槽のブロアーによる曝気量を調整することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の下水処理方法。
【請求項７】
前記好気槽のＤＯが０．５ｍｇ／Ｌ以上１．５ｍｇ／Ｌ以下となるように前記好気槽のブロアーによる曝気量を調整することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の下水処理方法。
【請求項８】
前記好気槽の後段に更に第２無酸素槽及び第２好気槽を順に有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の下水処理方法。
【請求項９】
前記嫌気槽、前記無酸素槽、前記好気槽の１槽又は２槽以上に微生物固定化担体を投入することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の下水処理方法。
【請求項１０】
嫌気槽、無酸素槽の少なくともいずれかに添加する有機酸が、酢酸および／または酢酸塩であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の下水処理方法。
【請求項１】
最初沈殿池、嫌気槽、好気槽及び最終沈殿池の各下水処理槽、又は最初沈殿池、嫌気槽、無酸素槽、好気槽及び最終沈殿池の各下水処理槽を用いた生物学的な下水処理方法において、
前記嫌気槽のＯＲＰ値が−４００ｍＶ以上−２００ｍＶ以下の範囲に維持されるように、有機酸を前記嫌気槽に添加することを特徴とする下水処理方法。
【請求項２】
前記嫌気槽のＯＲＰ値の累積頻度の５０％以上が−３５０ｍＶ以上−２５０ｍＶ以下の範囲に維持されるように、前記有機酸を前記嫌気槽に添加することを特徴とする請求項１に記載の下水処理方法。
【請求項３】
最初沈殿池、無酸素槽、好気槽及び最終沈殿池の各下水処理槽、又は最初沈殿池、嫌気槽、無酸素槽、好気槽及び最終沈殿池の各下水処理槽を用いた生物学的な下水処理方法において、
前記無酸素槽のＯＲＰ値が−２００ｍＶ以上−１００ｍＶ以下の範囲に維持されるように、
有機酸を前記無酸素槽に添加すること、前記好気槽から前記無酸素槽への硝化液の循環量を調整すること、前記好気槽のＯＲＰ値を調整すること、および前記好気槽のＤＯを調整すること、からなる群より選択される少なくとも１種を行なうことを特徴とする下水処理方法。
【請求項４】
前記無酸素槽のＯＲＰ値の累積頻度の５０％以上が−２００ｍＶ以上−１５０ｍＶ以下の範囲に維持されるように、
前記有機酸を前記無酸素槽に添加すること、前記好気槽から前記無酸素槽への硝化液の循環量を調整すること、前記好気槽のＯＲＰ値を調整すること、および前記好気槽のＤＯを調整すること、からなる群より選択される少なくとも１種を行なうことを特徴とする請求項３に記載の下水処理方法。
【請求項５】
前記嫌気槽のＰＯ４−Ｐ濃度が１０ｍｇ／Ｌとなるように前記有機酸の前記嫌気槽への添加量を調整し、
さらに、前記嫌気槽に流入する下水中および返送汚泥中のＮＯｘ−Ｎ濃度及びＤＯによって単位時間当たりに消費される有機酸量を計算し、前記嫌気槽に添加する前記有機酸の量を増やすことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の下水処理方法。
【請求項６】
前記好気槽のＯＲＰ値が＋７０ｍＶ以上＋１００ｍＶ以下となるように、前記好気槽のブロアーによる曝気量を調整することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の下水処理方法。
【請求項７】
前記好気槽のＤＯが０．５ｍｇ／Ｌ以上１．５ｍｇ／Ｌ以下となるように前記好気槽のブロアーによる曝気量を調整することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の下水処理方法。
【請求項８】
前記好気槽の後段に更に第２無酸素槽及び第２好気槽を順に有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の下水処理方法。
【請求項９】
前記嫌気槽、前記無酸素槽、前記好気槽の１槽又は２槽以上に微生物固定化担体を投入することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の下水処理方法。
【請求項１０】
嫌気槽、無酸素槽の少なくともいずれかに添加する有機酸が、酢酸および／または酢酸塩であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の下水処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図１１】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図１１】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００６−１３６８２０（Ｐ２００６−１３６８２０Ａ）
【公開日】平成１８年６月１日（２００６．６．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３２９２２３（Ｐ２００４−３２９２２３）
【出願日】平成１６年１１月１２日（２００４．１１．１２）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【出願人】（０００２３０５７１）日本下水道事業団 (46)
【出願人】（０００２１９４５１）東亜ディーケーケー株式会社 (204)
【出願人】（０００００４０６４）日本碍子株式会社 (2,325)
【出願人】（５９１０８３２４４）富士電機システムズ株式会社 (1,717)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年６月１日（２００６．６．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１１月１２日（２００４．１１．１２）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【出願人】（０００２３０５７１）日本下水道事業団 (46)
【出願人】（０００２１９４５１）東亜ディーケーケー株式会社 (204)
【出願人】（０００００４０６４）日本碍子株式会社 (2,325)
【出願人】（５９１０８３２４４）富士電機システムズ株式会社 (1,717)
【Ｆターム（参考）】
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