廃水処理方法及び廃水処理装置
【課題】同一の処理槽に共存する硝化細菌及び嫌気性アンモニア酸化細菌により、廃水処理を迅速かつ安定して行うことができる廃水処理方法及び廃水処理装置を提供する。
【解決手段】処理槽２０に、硝化細菌が優占化された硝化担体２２と、嫌気性アンモニア酸化細菌が優占化された脱窒担体２４とを混在させる。これにより、処理槽２０において、硝化担体２２による硝化反応及び脱窒担体２４による脱窒反応の両方を行い、廃水中のアンモニア性窒素を窒素ガスに分解する。硝化細菌と嫌気性アンモニア酸化細菌とを互いに異なる担体（硝化担体２２及び脱窒担体２４）に固定化することで、硝化担体２２と脱窒担体２４との体積比（投入量比）の調節により、硝化細菌及び嫌気性アンモニア酸化細菌の菌量比を容易にコントロールすることができる。
【解決手段】処理槽２０に、硝化細菌が優占化された硝化担体２２と、嫌気性アンモニア酸化細菌が優占化された脱窒担体２４とを混在させる。これにより、処理槽２０において、硝化担体２２による硝化反応及び脱窒担体２４による脱窒反応の両方を行い、廃水中のアンモニア性窒素を窒素ガスに分解する。硝化細菌と嫌気性アンモニア酸化細菌とを互いに異なる担体（硝化担体２２及び脱窒担体２４）に固定化することで、硝化担体２２と脱窒担体２４との体積比（投入量比）の調節により、硝化細菌及び嫌気性アンモニア酸化細菌の菌量比を容易にコントロールすることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃水処理方法及び廃水処理装置に係り、特に、アンモニア性窒素を含む廃水の処理方法及び処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、アンモニア性窒素を含む廃水の処理方法として、嫌気性アンモニア酸化細菌による脱窒処理を伴う方法（嫌気性アンモニア酸化法）が注目を集めている。この方法では、硝化槽において、廃水中のアンモニア性窒素を硝化細菌で亜硝酸に硝化した後、脱窒槽において、当該亜硝酸と、廃水中のアンモニア性窒素とを嫌気性アンモニア酸化細菌により同時脱窒する。この方法によれば、脱窒反応時に、外部からの有機物の供給を必要としないため、効率的な廃水処理を行うことができる。
【０００３】
嫌気性アンモニア酸化法における同時脱窒は、下記の反応式に従って行われる。したがって、廃水中のアンモニア性窒素を確実に分解除去するためには、下記反応式の量論比に基づいて、脱窒槽中のアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素との比率を管理する必要がある。このため、硝化槽における硝化率を厳密にコントロールする必要があった。
【０００４】
１．００ＮＨ４＋１．３２ＮＯ２＋０．０６６ＨＣＯ３＋０．１３Ｈ＋
→１．０２Ｎ２＋０．２６ＮＯ３＋０．０６６ＣＨ２Ｏ０．５Ｎ０．１５＋２．０３Ｈ２Ｏ
そこで、硝化細菌及び嫌気性アンモニア酸化細菌が共存する処理槽において、好気条件下で、硝化反応及び脱窒反応の両方を行う方法（いわゆるキャノン法）が提案されている（例えば、非特許文献１）。この方法では、同一の処理槽内に共存する硝化細菌及び嫌気性アンモニア酸化細菌が、互いに均衡を保とうとするため、硝化率を厳密にコントロールしなくても、廃水中のアンモニア性窒素を確実に分解除去することができる。
【０００５】
キャノン法では、硝化細菌及び嫌気性アンモニア酸化細菌を同一の処理槽に共存させる必要がある。そこで、硝化細菌及び嫌気性アンモニア酸化細菌の両方を同一の生物膜に共存させ、当該生物膜により廃水処理を行う方法が提案されている。
【０００６】
例えば、特許文献１には、硝化細菌及び嫌気性アンモニア酸化細菌の両方が固定化された担体（スポンジ）を用いて、廃水処理を行うことが記載されている。
【０００７】
また、特許文献２には、嫌気性アンモニア酸化細菌を内部に包括固定化するとともに、表面に硝化細菌を付着させた二重構造の生物膜からなる担体（二重構造担体）を用いて、廃水処理を行うことが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−２９３４９４号公報
【特許文献２】特開２００４−２３０２２５号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Third, K.A., Sliekers, A.O., Kuenen, J.G., Jetten, M.S.M., 2001 The CANNON system (completely autotrophic nitrogen-removal over nitrite) under ammonium limitation: interaction and competition between three groups of bacteria. Syst. Appl. Microbiol. 24(4), 588-596.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１及び２に記載された方法では、硝化細菌と嫌気性アンモニア酸化細菌との菌量の比率をコントロールすることが難しく、硝化反応及び脱窒反応のいずれか一方が律速となってしまい、廃水処理を迅速に行うことができない場合がある。
【００１１】
本発明は上述の事情に鑑みてなされたものであり、同一の処理槽に共存する硝化細菌及び嫌気性アンモニア酸化細菌により、廃水処理を迅速かつ安定して行うことができる廃水処理方法及び廃水処理装置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】
【００１２】
本発明に係る廃水処理方法は、アンモニア性窒素を含む廃水を処理する方法であって、硝化細菌を優占化させた硝化担体と、嫌気性アンモニア酸化細菌を優占化させた脱窒担体とが混在する処理槽において、前記硝化担体の前記硝化細菌により、前記廃水に含まれる前記アンモニア性窒素を亜硝酸に酸化する工程と、前記処理槽において、前記脱窒担体の前記嫌気性アンモニア酸化細菌により、前記廃水中の前記アンモニア性窒素を水素供与体として、前記アンモニア性窒素の酸化により生成した前記亜硝酸を脱窒する工程とを含むことを特徴とする。
【００１３】
従来、同一の処理槽内で硝化反応及び脱窒反応を行う場合、硝化細菌及び嫌気性アンモニア酸化細菌が共存する生物膜を用いる必要があると考えられていた。このような状況において、本願発明者らは、鋭意検討した結果、硝化細菌と嫌気性アンモニア酸化細菌とを別々の担体に固定化して、これら２種類の担体を混在させた処理槽において、硝化反応及び脱窒反応を行うことが可能であることを発見した。上記廃水処理方法は、本願発明者らの上述の知見に基づいてなされたものである。
【００１４】
上記廃水処理方法では、硝化細菌と嫌気性アンモニア酸化細菌とを互いに異なる担体（硝化担体及び脱窒担体）に固定化することで、硝化担体と脱窒担体との体積比（投入量比）の調節により、硝化細菌及び嫌気性アンモニア酸化細菌の菌量比を容易にコントロールすることができる。したがって、硝化反応及び脱窒反応のいずれか一方が律速となることを防止して、廃水処理を迅速に行うことができる。
【００１５】
上記廃水処理方法は、前記処理槽に前記脱窒担体を投入する工程と、前記脱窒担体が投入された前記処理槽に、前記硝化細菌を含む担体を投入する工程と、前記脱窒担体が得られるように、前記処理槽内の前記担体に含まれる前記硝化細菌を馴養する工程とを含んでもよい。
【００１６】
脱窒担体中に優占化させた嫌気性アンモニア酸化細菌は、溶存酸素に対してある程度の耐性を有する。したがって、嫌気性アンモニア酸化細菌を予め優占化させた脱窒担体を処理槽に投入した後、当該処理槽において好気性細菌である硝化細菌を馴養することで、脱窒担体中の嫌気性アンモニア酸化細菌を失活させずに、硝化担体の馴養を行うことができる。
【００１７】
上記廃水処理方法において、前記処理槽が第１馴養室及び第２馴養室に分離されるように、前記処理槽に分離板を取り付ける工程と、前記第１馴養室に前記硝化細菌を含む第１担体を投入する工程と、前記第２馴養室に前記嫌気性アンモニア酸化細菌を含む第２担体を投入する工程と、前記硝化担体が得られるように、前記第１馴養室内の前記第１担体に含まれる前記硝化細菌を馴養する工程と、前記脱窒担体が得られるように、前記第２馴養室内の前記第２担体に含まれる前記嫌気性アンモニア酸化細菌を馴養する工程と、前記硝化細菌及び前記嫌気性アンモニア酸化細菌を馴養した後、前記分離板を取り外す工程とを含んでもよい。
【００１８】
このように、好気性細菌である硝化細菌と、嫌気性細菌である嫌気性アンモニア酸化細菌とを、それぞれ第１馴養室及び第２馴養室において馴養することで、硝化細菌及び嫌気性アンモニア酸化細菌の馴養を確実に行うことができる。また、廃水処理運転に用いる処理槽だけで、硝化細菌及び嫌気性アンモニア酸化細菌の馴養を行うことができるため、省スペース化を図ることができる。
【００１９】
上記廃水処理方法において、前記硝化担体及び前記脱窒担体の少なくとも一方は、包括固定化担体であるが好ましい。
【００２０】
担体として包括固定化担体を用いれば、付着固定化担体の場合に起こりうる生物膜の剥離が生じないため、菌量を確実にコントロールすることができる。また、包括固定化担体であれば、馴養の際、汚泥の返送が不要であるため、比較的容易に馴養を行うことができる。
【００２１】
上記廃水処理方法では、前記亜硝酸に酸化する工程と、前記亜硝酸を脱窒する工程とにおいて、前記処理槽における溶存酸素濃度を、１ｍｇ／Ｌ以上４ｍｇ／Ｌ以下に維持することが好ましい。
【００２２】
溶存酸素濃度（ＤＯ）を上記範囲に維持することで、廃水処理を安定して迅速に行うことができる。
【００２３】
上記廃水処理方法において、前記アンモニア性窒素を前記亜硝酸に酸化する硝化反応速度が、１．１ｋｇ-Ｎ・ｍ−３・ｄａｙ−１以上であり、前記亜硝酸を脱窒する脱窒反応速度が、２．０ｋｇ-Ｎ・ｍ−３・ｄａｙ−１以上であることが好ましい。
【００２４】
本発明に係る廃水処理装置は、硝化細菌を優占化させた硝化担体と、嫌気性アンモニア酸化細菌を優占化させた脱窒担体とが混在する処理槽を備えることを特徴とする。
【００２５】
上記廃水処理装置によれば、硝化担体と脱窒担体との体積比（投入量比）により、硝化細菌と嫌気性アンモニア酸化細菌との菌量の比率を容易にコントロールすることができる。したがって、硝化反応及び脱窒反応のいずれか一方が律速となることを防止して、廃水処理を迅速に行うことができる。
【００２６】
上記廃水処理装置は、前記処理槽が、前記硝化担体の馴養が行われる第１馴養室と、前記脱窒担体の馴養が行われる第２馴養室とに分離されるように、前記処理槽に着脱可能に取り付けられる分離板をさらに備えることが好ましい。
【００２７】
これにより、分離板により処理槽を第１馴養室及び第２馴養室に分離した状態で、好気性細菌である硝化細菌と、嫌気性細菌である嫌気性アンモニア酸化細菌とを、それぞれ第１馴養室及び第２馴養室において馴養することができる。また、廃水処理運転に用いる処理槽だけで、硝化細菌及び嫌気性アンモニア酸化細菌の馴養を行うことができるため、廃水処理装置を小型化することができる。
【００２８】
上記廃水処理装置は、前記処理槽を第１処理室及び第２処理室に分離するとともに、前記第１処理室及び前記第２処理室とを連通する連通路が前記処理槽の上部及び底部に形成されるように配置される邪魔板と、前記第１処理室及び前記第２処理室のいずれか一方に設けられ、前記連通路を介して、前記廃水の旋回流が前記処理槽内に形成されるように、前記廃水を曝気攪拌する散気手段とをさらに備えることが好ましい。
【００２９】
これにより、前記第１処理室及び前記第２処理室のいずれか一方に散気手段を設けるだけで、処理槽内に形成される廃水の旋回流を利用して、処理槽内の廃水に溶存酸素を供給するとともに、処理槽内の担体を流動させることができる。したがって、廃水処理運転に必要なエネルギーを低減することができる。
【００３０】
上記廃水処理装置において、前記硝化担体及び前記脱窒担体の少なくとも一方は、包括固定化担体であることが好ましい。
【００３１】
担体として包括固定化担体を用いれば、付着固定担体の場合に起こりうる生物膜の剥離が生じないため、菌量を確実にコントロールすることができる。また、包括固定化担体であれば、馴養の際、汚泥の返送が不要であるため、比較的容易に馴養を行うことができる。
【００３２】
上記廃水処理装置は、前記処理槽内の前記廃水を曝気攪拌する散気手段と、前記処理槽における溶存酸素量が１ｍｇ／Ｌ以上４ｍｇ／Ｌ以下になるように、前記散気手段を制御する制御手段とをさらに備えることが好ましい。
【００３３】
溶存酸素濃度（ＤＯ）を上記範囲に維持することで、廃水処理を安定して迅速に行うことができる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、硝化細菌を優占化させた硝化担体と、嫌気性アンモニア酸化細菌を優占化させた脱窒担体とが混在する処理槽を用いて廃水処理を行うため、処理槽内の硝化担体と脱窒担体との体積比（投入量比）により、硝化反応及び脱窒反応のいずれか一方が律速となることを防止して、廃水処理を迅速に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係る廃水処理装置の一例を示す構成図である。
【図２】硝化担体及び脱窒担体の馴養を行う廃水処理装置の一例を示す構成図である。
【図３】硝化担体及び脱窒担体の馴養を行う廃水処理装置の他の例を示す構成図である。
【図４】旋回流を利用して処理槽内の廃水を攪拌する廃水処理装置の一例を示す構成図である。
【図５】旋回流を利用して処理槽内の廃水を攪拌する廃水処理装置の他の例を示す構成図である。
【図６】硝化担体及び脱窒担体の馴養を行う廃水処理装置の他の例を示す構成図である。
【図７】硝化担体の馴養に用いたアンモニア廃水の水質を示す表である。
【図８】脱窒担体の馴養に用いた合成廃水の水質を示す表である。
【図９】実施例１における廃水処理の結果を示す表である。
【図１０】実施例２における廃水処理の結果を示す表である。
【図１１】実施例４における、溶存酸素量と窒素除去率との関係を示すグラフである。
【図１２】実施例５における廃水処理の結果を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、添付図面に従って本発明の実施形態について説明する。
【００３７】
図１は、本実施形態に係る廃水処理装置の一例を示す構成図である。同図に示すように、廃水処理装置１０は、主として、処理すべき廃水（原廃水）が貯留される原水タンク１２と、原水タンク１２から送られる廃水を処理する処理槽２０と、廃水処理装置１０の各部を制御する制御装置４０とにより構成される。
【００３８】
原水タンク１２に貯留される廃水は、少なくともアンモニア性窒素を含有する廃水であり、アンモニア性窒素の他に、窒素、リン、炭素等の栄養塩が含まれていてもよい。原水タンク１２は、処理槽２０と連結されており、ポンプ１４により、原水タンク１２から処理槽２０に廃水を供給できるようになっている。
【００３９】
従来、同一の処理槽内で硝化反応及び脱窒反応を行う場合、硝化細菌及び嫌気性アンモニア酸化細菌が共存する生物膜を用いる必要があると考えられていた。このような状況において、本願発明者らは、鋭意検討した結果、硝化細菌と嫌気性アンモニア酸化細菌とを別々の担体に固定化して、これら２種類の担体を混在させた処理槽において、硝化反応及び脱窒反応を行うことが可能であることを発見した。本実施形態に係る廃水処理装置１０は、本願発明者らの上述の知見に基づいており、処理槽２０には、硝化細菌（アンモニア酸化細菌）が優占的に集積された硝化担体２２と、嫌気性アンモニア酸化細菌が優占的に集積された脱窒担体２４とが混在している。すなわち、硝化細菌と嫌気性アンモニア酸化細菌とは、互いに異なる担体（硝化担体２２及び脱窒担体２４）に固定化されている。
【００４０】
このように硝化細菌と嫌気性アンモニア酸化細菌とを互いに異なる担体に固定化することで、硝化担体２２と脱窒担体２４との体積比（投入量比）の調節により、硝化細菌及び嫌気性アンモニア酸化細菌の菌量比を容易にコントロールすることができる。したがって、硝化反応及び脱窒反応のいずれか一方が律速となることを防止して、廃水処理を迅速に行うことができる。
【００４１】
また、硝化細菌及び嫌気性アンモニア酸化細菌の一方を内部に包括固定化するとともに、他方を担体表面に付着させた二重構造担体（例えば、特許文献２に記載された担体）の場合には、担体内層への原料物質の拡散が律速になり、十分な廃水処理速度が得られないことがある。これは、一方の細菌が生息する外層が厚いと、反応原料物質が、他方の細菌が生息する内層に迅速に拡散することができないためである。これに対し、本実施形態のように、硝化細菌と嫌気性アンモニア酸化細菌とを互いに異なる担体（硝化担体２２と脱窒担体２４）に固定化する場合、反応原料物質の拡散律速に起因する廃水処理速度の低下は起こらない。
【００４２】
また、二重構造担体の場合には、担体の外層が剥がれ落ちて、外層に生息する細菌が処理槽から流出してしまい、硝化細菌と嫌気性アンモニア酸化細菌との菌量のバランスが崩れて、廃水処理が不安定になってしまうことがある。これに対し、本実施形態のように、硝化細菌と嫌気性アンモニア酸化細菌とを互いに異なる担体（硝化担体２２と脱窒担体２４）に固定化する場合、硝化細菌と嫌気性アンモニア酸化細菌との菌量のバランスを安定して維持することができる。
【００４３】
処理槽２０では、硝化担体２２に集積された硝化細菌と、脱窒担体２４に集積された嫌気性アンモニア酸化細菌とが共存している。これにより、処理槽２０において、硝化担体２２による硝化反応及び脱窒担体２４による脱窒反応の両方を行い、廃水中のアンモニア性窒素を窒素ガスに分解することができる。ここで、硝化反応とは、廃水中のアンモニア性窒素を硝化細菌により亜硝酸に酸化する反応をいい、脱窒反応とは、嫌気性アンモニア酸化細菌により、廃水中のアンモニア性窒素を水素供与体として、硝化反応により生成した亜硝酸を脱窒する反応をいう。
【００４４】
硝化担体２２は、硝化細菌が固定化されていれば特に限定されず、固定化担体であってもよいし、接触ろ材であってもよい。硝化担体２２に固定化される硝化細菌は、活性汚泥等の微生物から分離したものを用いてもよいし、硝化細菌を優先繁殖させた微生物群を含む活性汚泥を用いてもよい。
【００４５】
また、固定化担体タイプの硝化担体２２としては、硝化細菌を担体内部に包括固定化した包括固定化担体を用いることが好ましい。包括固定化担体を用いれば、付着固定担体の場合に起こりうる生物膜の剥離が生じないため、菌量を確実にコントロールすることができる。また、包括固定化担体であれば、馴養の際、汚泥の返送が不要であるため、比較的容易に馴養を行うことができる。
【００４６】
硝化担体２２の固定化材料は、特に限定されないが、例えば、ポリビニルアルコール、アルギン酸、ポリエチレングリコール等のゲルや、セルロース、ポリエステル、ポリプロピレン、塩化ビニル等のプラスチックを用いることができる。硝化担体２２の形状は、例えば、球形、円筒形、立方形であってもよく、硝化担体２２は、多孔状、ハニカム状、スポンジ状に成形されていてもよい。また、硝化担体２２として、微生物の自己造粒を利用したグラニュール担体を使用してもよい。なお、硝化担体２２として使用可能な接触ろ材として、塩化ビニル製やポリエチレン製のものを挙げることができる。
【００４７】
脱窒担体２４は、嫌気性アンモニア酸化細菌が固定化されていれば特に限定されず、固定化担体であってもよいし、接触ろ材であってもよい。
【００４８】
また、脱窒担体２４に用いる固定化担体は、嫌気性アンモニア酸化細菌を担体内部に包括固定化した包括固定化担体であってもよいし、嫌気性アンモニア酸化細菌を担体表面に付着固定した付着固定化担体であってもよい。中でも、脱窒担体２４として、包括固定化担体を使用することが好ましい。包括固定化担体を用いれば、付着固定担体の場合に起こりうる生物膜の剥離が生じないため、菌量を確実にコントロールすることができる。また、包括固定担体は、菌を確実に処理槽内に維持することができるため、培養により得られる貴重な菌である嫌気性アンモニア酸化細菌の固定担体として適している。さらに、包括固定化担体であれば、馴養の際、汚泥の返送が不要であるため、比較的容易に馴養を行うことができる。
【００４９】
脱窒担体２４の固定化材料は、特に限定されないが、例えば、ポリビニルアルコール、アルギン酸、ポリエチレングリコール等のゲルや、セルロース、ポリエステル、ポリプロピレン、塩化ビニル等のプラスチックを用いることができる。脱窒担体２４の形状は、例えば、球形、円筒形、立方形であってもよく、脱窒担体２４は、多孔状、ハニカム状、スポンジ状に成形されていてもよい。また、脱窒担体２４として、微生物の自己造粒を利用したグラニュール担体を使用してもよい。なお、脱窒担体２４として使用可能な接触ろ材として、塩化ビニル製やポリエチレン製のものを挙げることができる。
【００５０】
硝化担体２２及び脱窒担体２４の合計体積は、処理槽２０内の廃水の体積の１０〜４０％であることが好ましく、１５〜２５％であることがより好ましい。また、処理槽２０における硝化担体２２及び脱窒担体２４の合計体積に対する脱窒担体２４の体積率Ｘは、処理槽２０内の水温に応じて調節されることが好ましい。特に、脱窒担体２４の体積率Ｘは、水温が１５〜２０℃の場合には５０〜７５％に、水温が２０〜２５℃の場合には４０〜６５％に、水温が２５〜３７℃の場合には２０〜５０％に調節されることが好ましい。
【００５１】
また、図１に示すように、処理槽２０には、処理槽２０内の廃水の水質を測定するセンサー２６が設けられている。センサー２６は、例えば、アンモニア濃度、亜硝酸濃度、硝酸濃度、溶存酸素量、ｐＨなどを測定可能な構成になっている。センサー２６の測定結果は、制御装置４０に送られ、この測定結果に基づいて、廃水処理装置１０の各部が制御される。
【００５２】
また、処理槽２０には、散気手段２８が設けられており、この散気手段２８を介して、ブロア３０から空気が供給されるようになっている。これにより、処理槽２０内の廃水を曝気攪拌するとともに、廃水に溶存酸素を供給することができる。
【００５３】
ブロア３０は、制御装置４０により、処理槽２０内の廃水の溶存酸素量が１．０ｍｇ／Ｌ以上４．０ｍｇ／Ｌ以下（より好ましくは、１．５ｍｇ／Ｌ以上３．０ｍｇ／Ｌ以下）になるように制御されることが好ましい。溶存酸素量が高すぎると、嫌気性細菌である嫌気性アンモニア酸化細菌の活性が低下する一方、溶存酸素量が低すぎると、好気性細菌である硝化細菌の活性が低下する。処理槽２０内の廃水の溶存酸素量を上記範囲に維持することで、硝化細菌及び嫌気性アンモニア酸化細菌の活性を維持して、廃水処理を迅速に行うことができる。
【００５４】
処理槽２０における亜硝酸濃度は、１〜２８０ｍｇ／Ｌに維持されることが好ましく、２〜１００ｍｇ／Ｌに維持されることがより好ましい。また、処理槽２０におけるアンモニア濃度は、１〜１００ｍｇ／Ｌに維持されることが好ましく、１〜２０ｍｇ／Ｌに維持されることがより好ましい。
【００５５】
処理槽２０における亜硝酸濃度及びアンモニア濃度は、制御装置４０がポンプ１４を制御して、廃水の処理槽２０における滞留時間（水理学的滞留時間）を変更することで、調節することができる。
【００５６】
次に、硝化細菌を優占化させた硝化担体２２と、嫌気性アンモニア酸化細菌を優占化させた脱窒担体２４とを処理槽２０内に混在させる方法について説明する。
【００５７】
硝化細菌を優占化させた硝化担体２２は、馴養された硝化細菌が固定化された担体である。例えば、硝化担体２２は、単位体積あたりのアンモニア性窒素の処理速度が４ｋｇ-Ｎ／ｍ３-担体／ｄａｙ以上になるように、硝化細菌の馴養が行われている。なお、特に明記しない限り、「硝化担体２２」は、馴養済みの硝化担体２２を指す。一方、未馴養の硝化担体２２とは、単位体積あたりのアンモニア性窒素の処理速度が０．５ｋｇ-Ｎ／ｍ３-担体／ｄａｙ以下のものを指す。
【００５８】
嫌気性アンモニア酸化細菌を優占化させた脱窒担体２４は、馴養された嫌気性アンモニア酸化細菌が固定化された担体である。例えば、脱窒担体２４は、単位体積あたりのアンモニア性窒素及び亜硝酸性窒素の処理速度が５ｋｇ-Ｎ／ｍ３-担体／ｄａｙ以上になるように、嫌気性アンモニア酸化細菌の馴養が行われている。なお、特に明記しない限り、「脱窒担体２４」は、馴養済みの脱窒担体２４を指す。一方、未馴養の脱窒担体２４とは、アンモニア性窒素及び亜硝酸性窒素の処理速度が２．５ｋｇ-Ｎ／ｍ３-担体／ｄａｙ以下のものを指す。
【００５９】
処理槽２０内に混在させる硝化担体２２及び脱窒担体２４は、馴養済みの硝化担体２２及び馴養済みの脱窒担体２４を処理槽２０に投入してもよいし、硝化担体２２及び脱窒担体２４のいずれか一方を廃水処理装置１０内で馴養してもよい。
【００６０】
例えば、未馴養の硝化担体２２と馴養済みの脱窒担体２４とを処理槽２０に投入した後、処理槽２０内を好気条件に維持することで、硝化担体２２の馴養を行ってもよい。馴養済みの脱窒担体２４に含まれる嫌気性アンモニア酸化細菌は、溶存酸素に対してある程度の耐性を有する。したがって、嫌気性アンモニア酸化細菌が優占化された脱窒担体２４と未馴養の硝化担体２２とを処理槽２０に投入した後、硝化担体２２の馴養を行うことで、脱窒担体２４中の嫌気性アンモニア酸化細菌を失活させずに、硝化担体２２に硝化細菌を優占化させることができる。
【００６１】
また、以下に説明するような手順で、未馴養の硝化担体２２と未馴養の脱窒担体２４とを、廃水処理装置内で馴養してもよい。図２は、硝化担体２２及び脱窒担体２４の馴養を行う廃水処理装置の一例を示す構成図である。図３は、硝化担体２２及び脱窒担体２４の馴養を行う廃水処理装置の他の例を示す構成図である。なお、図２及び３では、図１に示す廃水処理装置１０と共通する構成要素には同一の符号を付し、ここではその説明を省略する。
【００６２】
図２に示すように、廃水処理装置５０は、処理槽２０の後段に、脱窒担体２４の馴養が行われる馴養槽４２を備える点で、廃水処理装置１０と異なる。
【００６３】
廃水処理装置５０を用いて、硝化担体２２及び脱窒担体２４の馴養を行うには、まず、未馴養の硝化担体２２を処理槽２０に投入するとともに、未馴養の脱窒担体２４を馴養槽４２に投入する。この後、処理槽２０を好気条件で維持するとともに、馴養槽４２を嫌気条件に維持することで、硝化担体２２及び脱窒担体２４の馴養を行う。
【００６４】
このとき、センサー２６（２６Ａ、２６Ｂ）の測定結果に基づいて、処理槽２０における溶存酸素量、アンモニア濃度及びｐＨと、馴養槽４２における溶存酸素量、アンモニア濃度、亜硝酸濃度及びｐＨとを調節することが好ましい。
【００６５】
また、図２に示すように、制御装置４０の指示に従って、アンモニア、亜硝酸及び中和剤（例えば、炭酸水素ナトリウムや塩酸）を処理槽２０及び馴養槽４２に供給するタンク４４（４４Ａ、４４Ｂ）が設けられていることが好ましい。これにより、センサー２６の測定結果に基づいて制御装置４０がタンク４４に指示を送ることで、処理槽２０におけるアンモニア濃度及びｐＨと、馴養槽４２におけるアンモニア濃度、亜硝酸濃度及びｐＨとを自動的に調節することができる。
【００６６】
廃水処理装置５０によれば、散気手段２８が設けられた処理槽２０において、好気性細菌である硝化細菌の馴養を行うとともに、処理槽２０の後段に設けられた馴養槽４２において、嫌気性細菌である嫌気性アンモニア酸化細菌の馴養を行うことができる。
【００６７】
そして、硝化担体２２及び脱窒担体２４を馴養した後、脱窒担体２４を馴養槽４２から処理槽２０に移すことで、硝化細菌を優占化させた硝化担体２２と、嫌気性アンモニア酸化細菌を優占化させた脱窒担体２４とを処理槽２０内に混在させることができる。しかし、廃水処理装置５０の場合、廃水処理運転時に使用しない馴養槽４２設けるため、広い設置スペースを必要とする。そこで、図３に示す廃水処理装置６０を用いることが好ましい。
【００６８】
廃水処理装置６０は、図３に示すように、処理槽２０に着脱可能に取り付けられる分離板６２を備える点で、廃水処理装置１０と異なる。
【００６９】
廃水処理装置６０を用いて、硝化担体２２及び脱窒担体２４の馴養を行うには、まず、分離板６２により、処理槽２０を第１馴養室２０Ａ及び第２馴養室２０Ｂに分割し、未馴養の硝化担体２２を第１馴養室２０Ａに投入するとともに、未馴養の脱窒担体２４を第２馴養室２０Ｂに投入する。この後、第１馴養室２０Ａを好気条件で維持するとともに、第２馴養室２０Ｂを嫌気条件に維持することで、硝化担体２２及び脱窒担体２４の馴養を行う。
【００７０】
このとき、図２に示す廃水処理装置５０と同様に、センサー２６（２６Ａ、２６Ｂ）の測定結果に基づいて、第１馴養室２０Ａにおける溶存酸素量、アンモニア濃度及びｐＨと、第２馴養室２０Ｂにおける溶存酸素量、アンモニア濃度、亜硝酸濃度及びｐＨとを調節することが好ましい。
【００７１】
また、図３に示すように、制御装置４０の指示に従って、アンモニア、亜硝酸及び中和剤（例えば、炭酸水素ナトリウムや塩酸）を処理槽２０及び馴養槽４２に供給するタンク４４（４４Ａ、４４Ｂ）が設けられていることが好ましい。これにより、センサー２６の測定結果に基づいて制御装置４０がタンク４４に指示を送ることで、第１馴養室２０Ａにおけるアンモニア濃度及びｐＨと、第２馴養室２０Ｂにおけるアンモニア濃度、亜硝酸濃度及びｐＨとを自動的に調節することができる。
【００７２】
このように硝化担体２２及び脱窒担体２４の馴養を行った後、分離板６２を取り外す。これにより、馴養済みの硝化担体２２と、馴養済みの脱窒担体２４とを処理槽２０内に混在させることができる。
【００７３】
なお、分離板６２の取り付け及び取り外しは、制御装置４０により、分離板６２を上下方向（図３における矢印の方向）に移動させるモーター６４を制御することで行うことが好ましい。
【００７４】
廃水処理装置６０によれば、好気条件である第１馴養室２０Ａにおいて、好気性細菌である硝化細菌の馴養を行うとともに、嫌気条件である第２馴養室２０Ｂにおいて、嫌気性細菌である嫌気性アンモニア酸化細菌の馴養を行うことができる。また、廃水処理運転を行う処理槽２０だけで、硝化細菌及び嫌気性アンモニア酸化細菌の馴養を行うことができるため、廃水処理装置を小型化することができる。
【００７５】
以上、本発明の一実施形態に係る廃水処理方法及び廃水処理装置について説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはもちろんである。
【００７６】
例えば、上述の実施形態では、処理槽２０を散気手段２８により曝気攪拌する例について説明したが、処理槽２０に旋回流を形成して、処理槽２０内の廃水を攪拌してもよい。
【００７７】
図４は、旋回流を利用して処理槽２０内の廃水を攪拌する廃水処理装置の一例を示す構成図である。なお、図４では、図１に示す廃水処理装置１０と共通する構成要素には同一の符号を付し、ここではその説明を省略する。
【００７８】
図４に示すように、廃水処理装置７０は、処理槽２０を第１処理室７４及び第２処理室７６に分離する邪魔板７２を備える点で廃水処理装置１０と異なる。
【００７９】
邪魔板７２は、第１処理室７４と第２処理室７６とを連通する連通路７８が処理槽２０の上部及び底部に形成されるように配置される。連通路７８の断面形状は特に限定されず、正方形や長方形等の多角形であっても、円形、楕円形であってもよい。また、連通路７８は、処理槽２０の上部及び底部に一つずつ設けてもよいし、処理槽２０の上部及び底部に複数の連通路７８を設けてもよい。
【００８０】
また、散気手段２８は、第１処理室７４及び第２処理室７６のいずれか一方に設けられており、散気手段２８を稼動することで、連通路７８を介して、廃水の旋回流を処理槽２０内に形成することができる。
【００８１】
これにより、第１処理室７４及び第２処理室７６のいずれか一方に散気手段２８を設けるだけで、処理槽２０内に形成される廃水の旋回流を利用して、処理槽２０内の廃水に溶存酸素を供給するとともに、処理槽２０内の担体を流動させることができる。したがって、廃水処理運転に必要なエネルギーを低減することができる。
【００８２】
なお、図４には、平板状の邪魔板７２により、処理槽２０内に廃水の旋回流を形成する例を示したが、邪魔板７２の形状はこれに限定されず、種々の形状であってもよい。例えば、図５に示すように、円筒状の邪魔板７２を処理槽２０内に配置することで形成される連通路７８を介して、第１処理室７４及び第２処理室のいずれか一方（図５に示す例では、第１処理室７４）に設けられた散気手段２８により、廃水の旋回流を処理槽２０内に形成してもよい。
【００８３】
また上述の実施形態では、平板状の分離板６２により処理槽２０を第１馴養室２０Ａ及び第２馴養室２０Ｂに分離した状態で担体の馴養を行う例について説明したが、分離板６２の形状は平板状に限られず、種々の形状を採りうる。例えば、図６に示すように、円筒状の分離板６２により、処理槽２０を第１馴養室２０Ａ及び第２馴養室２０Ｂに分離した状態で、硝化担体２２の馴養を第１馴養室２０Ａで行うとともに、脱窒担体２４の馴養を第２馴養室２０Ｂで行ってもよい。なお、図６には、円筒状の処理槽２０の外側を第１馴養室２０Ａとし、処理槽２０の内側を第２馴養室２０Ｂとする例を示したが、処理槽２０の内側を第１馴養室２０Ａとし、処理槽２０の外側を第２馴養室２０Ｂとしてもよいことはいうまでもない。
【実施例】
【００８４】
以下、実施例により、本発明の特徴をさらに具体的に説明する。ただし、本発明の範囲は以下に示す具体例により限定的に解釈されるべきものではない。
【００８５】
（実施例１）
＜硝化担体２２の作製＞
硝化細菌を含む活性汚泥を、３ｍｍ角の立方体に成形したポリエチレングリコール系のゲルで包括固定化した。なお、このときの包括固定化担体の硝化速度は、０．５ｋｇ-Ｎ／ｍ３-担体／ｄａｙ以下であった。
【００８６】
この包括固定化担体０．２Ｌを、容積２Ｌの円筒形のリアクタ（培養槽）に投入した。このリアクタにアンモニア廃水（無機合成廃水）を流入させ、リアクタ内の温度を３０℃に維持しながら、硝化細菌の馴養を１ヶ月行って、脱窒担体２４を作製した。図７は、硝化細菌の馴養に用いたアンモニア廃水の水質を示す表である。
【００８７】
硝化細菌の馴養時は、曝気攪拌により、リアクタ内の溶存酸素量（ＤＯ）を２〜４ｍｇ／Ｌに維持するとともに、５％炭酸水素ナトリウムの添加によりｐＨを７．５に維持した。また、馴養開始初期は、滞留時間（水理学的滞留時間）が２４時間になるようにアンモニア廃水の流入量を調節し、その後、硝化細菌の活性の増加に応じて、滞留時間を短縮し、負荷を大きくした。
【００８８】
硝化細菌の馴養開始から１ヶ月後に、ＤＯ＝３ｍｇ／Ｌ、水温２６℃の条件下で、上記包括固定化担体の硝化速度（＝アンモニアの除去速度＝亜硝酸の生成速度）を測定したところ、７．０ｋｇ-Ｎ／ｍ３-担体／ｄａｙであった。
【００８９】
また、硝化細菌の馴養開始から１〜２ヶ月の期間における平均水質は、流入廃水中のアンモニア（ＮＨ４-Ｎ）濃度が７０５ｍｇ／Ｌであり、処理水中のアンモニア（ＮＨ４-Ｎ）濃度が３００ｍｇ／Ｌ、処理水中の亜硝酸（ＮＯ２-Ｎ）濃度が３９８ｍｇ／Ｌ、処理水中の硝酸（ＮＯ３-Ｎ）濃度が１ｍｇ／Ｌであった。
【００９０】
＜脱窒担体２４の作製＞
嫌気性アンモニア酸化細菌を、３ｍｍ角の立方体に成形したポリエチレングリコール系のゲルで包括固定化した。なお、このときの包括固定化担体の窒素除去速度は、２．５ｋｇ-Ｎ／ｍ３-担体／ｄａｙ以下であった。
【００９１】
この包括固定化担体０．２Ｌを、容積２Ｌの円筒形のリアクタ（培養槽）に投入した。また、リアクタは、内部への空気の混入を防ぐ構造であり、スターラーを備えるものを用いた。このリアクタに合成廃水を流入させ、リアクタ内の温度を３０℃に維持しながら、嫌気性アンモニア酸化細菌の馴養を２ヶ月行って、脱窒担体２４を作製した。図８は、嫌気性アンモニア酸化細菌の馴養に用いた合成廃水の水質を示す表である。
【００９２】
脱窒担体の馴養時は、ＨＣｌ（０．２Ｎ）の添加によりｐＨを７．５に維持した。また、馴養開始初期は、滞留時間（水理学的滞留時間）が１２時間になるように廃水流入量を調節し、活性の増加に伴い、窒素濃度を徐々に上昇させた。
【００９３】
嫌気性アンモニア酸化細菌の馴養開始から２ヵ月後に、水温３０℃の条件下で、脱窒速度（アンモニア性窒素及び亜硝酸性窒素の除去速度の和）を測定したところ、１８．０ｋｇ-Ｎ／ｍ３-担体／ｄａｙであった。
【００９４】
＜硝化脱窒試験＞
上記手順で作製した硝化担体２２及び脱窒担体２４を用いて、アンモニア廃水の廃水処理試験を行った。硝化担体２２の作製に使用したのと同一のリアクタに、硝化担体２２を０．２Ｌ、脱窒担体２４を０．２Ｌ投入した。このリアクタに、図７に示す水質の合成廃水を流入させ、廃水処理を行った。廃水処理時は、リアクタ内の溶存酸素量を２．０〜３．０ｍｇ／Ｌに維持した。
【００９５】
図９は、廃水処理開始から１週間〜３ヶ月の流入廃水及び処理水の平均水質を示す表である。図９から、リアクタ内のアンモニアがほぼ完全に処理されるとともに、硝化反応により生成する亜硝酸も、嫌気性アンモニア酸化反応（脱窒反応）により脱窒されることが分かった。
【００９６】
（実施例２）
実施例１と同様の馴養条件で、硝化担体２２及び脱窒担体２４を作製した。
【００９７】
得られた硝化担体２２及び脱窒担体２４を、実施例１と同じリアクタに種々の比率で充填した。すなわち、硝化担体２２及び脱窒担体２４の合計体積に対する脱窒担体２４の体積率を、７５％、６５％、５０％、４０％、２５％及び２０％に調整した。なおいずれの場合も、硝化担体２２及び脱窒担体２４の合計体積が０．５Ｌになるようにした。
【００９８】
この後、実施例１と同様の条件で、図７に示す水質の合成廃水をリアクタに流入させ、廃水処理運転を行った。廃水処理時は、リアクタ内の溶存酸素量を２．０〜３．０ｍｇ／Ｌに維持した。また水温は１５〜２０℃、２０〜２５℃、２５〜３７℃に調整し、窒素負荷はそれぞれ１．０〜１．５ｋｇ-Ｎ／ｍ３／ｄａｙ、１．３〜１．８ｋｇ-Ｎ／ｍ３／ｄａｙ、１．７〜２．８ｋｇ-Ｎ／ｍ３／ｄａｙに調整した。
【００９９】
図１０は、廃水処理の結果を示す表である。図１０において、「◎」は８０％以上の窒素除去率が得られたことを示し、「○」は５０％以上８０％未満の窒素除去率が得られたことを示し、「△」は窒素除去性能が得られたものの、窒素除去率が５０％未満であったことを示す。また、「○ＮＨ４」及び「△ＮＨ４」は、アンモニアが処理水に残留し、処理性能が低下したことを意味し、「○ＮＯ２」及び「△ＮＯ２」は、亜硝酸が処理水に残留し、処理性能が低下したことを意味する。
【０１００】
図１０から、硝化担体２２及び脱窒担体２４の合計体積に対する脱窒担体２４の体積率の好ましい範囲は、水温によって異なることが分かった。具体的には、脱窒担体２４の体積率は、水温が１５〜２０℃の場合には５０〜７５％が好ましく、水温が２０〜２５℃の場合には４０〜６５％が好ましく、水温が２５〜３７℃の場合には２０〜５０％が好ましいことが分かった。
【０１０１】
特に、水温が２５〜３７℃であって、脱窒担体２４の体積率が２５〜４０％の条件では、リアクタから窒素が消失する速度として、２．１ｋｇ-Ｎ／ｍ３／ｄａｙと極めて高い処理性能が得られた。これは、硝化細菌及び嫌気性アンモニア酸化細菌が、それぞれ硝化担体２２及び脱窒担体２４に高濃度に保持されており、この状態をリアクタ内で安定して維持することができたためであると考えられる。
【０１０２】
（実施例３）
以下の手順で、未馴養の硝化担体２２と馴養済みの脱窒担体２４とを用いて、リアクタの立ち上げ試験を行った。
【０１０３】
硝化細菌を含む活性汚泥を、３ｍｍ角の立方体に成形したポリエチレングリコール系のゲルで包括固定化した。なお、このときの包括固定化担体の硝化速度は、０．５ｋｇ-Ｎ／ｍ３-担体／ｄａｙ以下であった。また、馴養済みの脱窒担体２４として、実施例１と同様の条件で馴養を行った脱窒担体を用いた。
【０１０４】
実施例１で用いたリアクタ（容積２Ｌ）に、上記未馴養の硝化担体を０．３Ｌ、馴養済みの脱窒担体を０．２Ｌ投入した。このリアクタに図７に示す水質のアンモニア廃水を流入させ、馴養を行った。なお、リアクタ内の水温を３０℃に調整するとともに、ｐＨが７．５になるように炭酸水素ナトリウム及び塩酸を適宜滴下した。
【０１０５】
その結果、馴養開始から１ヵ月後には、リアクタ内の窒素は８０％以上処理され、リアクタ内で硝化担体による硝化反応と、脱窒担体による脱窒反応とが並行して行われていることが確認された。
【０１０６】
このことから、未馴養の硝化担体及び馴養済みの脱窒担体を処理槽に投入した後、処理槽内を好気条件に維持することで、脱窒担体中の嫌気性アンモニア酸化細菌を失活させずに、硝化担体の馴養を行うことができることが分かった。
【０１０７】
なお、比較例として、馴養済みの硝化担体及び未馴養の脱窒担体を処理槽に投入した後、処理槽を好気条件下に維持して、脱窒担体の馴養を行った。しかしながら、馴養開始から５ヶ月を経過しても、原廃水のアンモニアが亜硝酸に酸化されるのみであり、脱窒反応を確認することはできなかった。
【０１０８】
（実施例４）
実施例１の硝化脱窒試験において、処理槽内の溶存酸素量と窒素除去率について検討を行った。その結果を図１１に示す。図１１から、溶存酸素量（ＤＯ）が１〜４ｍｇ／Ｌの場合に高い窒素除去率が得られることが分かった。特に、溶存酸素量が１．５〜３．０ｍｇ／Ｌの場合には、非常に高い窒素除去率が得られた。
【０１０９】
一方、溶存酸素量が１ｍｇ／Ｌ未満の場合、好気性細菌である硝化細菌の活性が低下して、硝化反応が律速になり、処理水中にアンモニアが残留し、窒素除去率が低下した。また溶存酸素量が４ｍｇ／Ｌを超える場合には、嫌気性アンモニア酸化細菌の活性が低下し、脱窒反応が律速になり、処理水中に亜硝酸が残留し、窒素除去率が低下した。
【０１１０】
（実施例５）
以下の手順で、図３に示す廃水処理装置６０を用いて、処理槽２０内で硝化担体２２及び脱窒担体２４の馴養を行った後、廃水処理実験を行った。
【０１１１】
第１馴養室２０Ａ及び第２馴養室２０Ｂの容積がそれぞれ１０Ｌになるように、直方体のリアクタからなる処理槽２０に分離板６２を取り付けた。この後、第１馴養室２０Ａ及び第２馴養室２０Ｂに、それぞれ、未馴養の硝化担体（実施例１と同じもの）２Ｌ、未馴養の脱窒担体（実施例１と同じもの）１Ｌを投入した。
【０１１２】
この処理槽２０に、図７に示す水質のアンモニア廃水を流入させ、硝化担体及び脱窒担体の馴養を行った。馴養時は、第１馴養室２０Ａの溶存酸素量を２〜４ｍｇ／Ｌに維持するとともに、第１馴養室２０ＡのｐＨが７．５になるように、５％炭酸水素ナトリウムを適宜添加した。また、第２馴養室２０ＢのｐＨが７．５になるように、ＨＣｌ（０．２Ｎ）を適宜添加した。なお、馴養は、３０℃の恒温室内で行った。
【０１１３】
硝化担体及び脱窒担体の馴養は、具体的には次の方法で行った。
【０１１４】
まず、第１馴養室２０Ａの立ち上げを行った。すなわち、第１馴養室２０Ａにおいて、硝化担体の馴養を行った。次に、第１馴養室２０Ａにおける硝化活性が確認された後、第１馴養室２０Ａの処理水を第２馴養室２０Ｂに流入させた。嫌気性アンモニア酸化細菌の活性の上昇にともない、第２馴養室２０Ｂへの流入速度を増加させ、徐々に立ち上げを行った。
【０１１５】
これにより、馴養開始から６ヵ月後には、第１馴養室２０Ａにおいて１．２ｋｇ-Ｎ／ｍ３／ｄａｙの硝化速度が確認され、第２馴養室２０Ｂにおいて３．８ｋｇ-Ｎ／ｍ３／ｄａｙの処理速度が確認された。
【０１１６】
そして、馴養開始から１０ヶ月後に、分離板６２を取り外し、第１馴養室２０Ａ及び第２馴養室２０Ｂを連結した。また同時に、第２馴養室２０Ｂのスターラー攪拌を停止し、曝気攪拌を開始した。
【０１１７】
その後、２ヶ月間にわたって廃水処理運転を継続した。図１２は、廃水処理運転を行った２ヶ月間の平均水質を示す表である。図１２から、アンモニア性窒素がほとんど除去されていた。また、硝化細菌による硝化率を特にコントロールしなかったが、安定した処理性能が得られた。
【０１１８】
また、比較例として、馴養後に分離板６２を取り外さずに、第１馴養室２０Ａ（硝化槽）と第２馴養室２０Ｂ（脱窒槽）とが分離した状態のまま、廃水処理運転を行った。この場合、図１２に示すように、処理水にアンモニアが多く残留する傾向があった。これは、第１馴養室２０Ａ（硝化槽）における硝化率を５７％（脱窒反応式の量論比から導かれる目標値）に調節することが難しく、第２馴養室２０Ｂ（脱窒槽）に流入するアンモニアと亜硝酸とのバランスが崩れたためであると考えられる。
【０１１９】
なお、図１２に示すように、本発明及び実施例において硝酸の生成が確認され、実施例のほうが比較例よりも、硝酸の生成量が若干多かった。この硝酸は、嫌気性アンモニア酸化細菌による脱窒反応の際に発生したものである。したがって、図１２から、実施例のほうが比較例よりも、嫌気性アンモニア酸化細菌による脱窒反応がより多く行われたことが分かった。
【０１２０】
また、分離板６２を用いずに、未馴養の硝化担体と未馴養の脱窒担体とを処理槽２０に投入して、好気条件下で馴養を行ったが、原廃水のアンモニアが亜硝酸に酸化されるのみであり、５ヶ月経過した後も、脱窒反応が確認されることはなかった。
【符号の説明】
【０１２１】
１０…廃水処理装置、１２…原水タンク、１４…ポンプ、２０…処理槽、２０Ａ…第１馴養室、２０Ｂ…第２馴養室、２２…硝化担体、２４…脱窒担体、２６…センサー、２８…散気手段、３０…ブロア、４０…制御装置、４２…馴養槽、４４…タンク、５０…廃水処理装置、６０…廃水処理装置、６２…分離板、６４…モーター、７０…廃水処理装置、７２…邪魔板、７４…第１処理室、７６…第２処理室、７８…連通路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃水処理方法及び廃水処理装置に係り、特に、アンモニア性窒素を含む廃水の処理方法及び処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、アンモニア性窒素を含む廃水の処理方法として、嫌気性アンモニア酸化細菌による脱窒処理を伴う方法（嫌気性アンモニア酸化法）が注目を集めている。この方法では、硝化槽において、廃水中のアンモニア性窒素を硝化細菌で亜硝酸に硝化した後、脱窒槽において、当該亜硝酸と、廃水中のアンモニア性窒素とを嫌気性アンモニア酸化細菌により同時脱窒する。この方法によれば、脱窒反応時に、外部からの有機物の供給を必要としないため、効率的な廃水処理を行うことができる。
【０００３】
嫌気性アンモニア酸化法における同時脱窒は、下記の反応式に従って行われる。したがって、廃水中のアンモニア性窒素を確実に分解除去するためには、下記反応式の量論比に基づいて、脱窒槽中のアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素との比率を管理する必要がある。このため、硝化槽における硝化率を厳密にコントロールする必要があった。
【０００４】
１．００ＮＨ４＋１．３２ＮＯ２＋０．０６６ＨＣＯ３＋０．１３Ｈ＋
→１．０２Ｎ２＋０．２６ＮＯ３＋０．０６６ＣＨ２Ｏ０．５Ｎ０．１５＋２．０３Ｈ２Ｏ
そこで、硝化細菌及び嫌気性アンモニア酸化細菌が共存する処理槽において、好気条件下で、硝化反応及び脱窒反応の両方を行う方法（いわゆるキャノン法）が提案されている（例えば、非特許文献１）。この方法では、同一の処理槽内に共存する硝化細菌及び嫌気性アンモニア酸化細菌が、互いに均衡を保とうとするため、硝化率を厳密にコントロールしなくても、廃水中のアンモニア性窒素を確実に分解除去することができる。
【０００５】
キャノン法では、硝化細菌及び嫌気性アンモニア酸化細菌を同一の処理槽に共存させる必要がある。そこで、硝化細菌及び嫌気性アンモニア酸化細菌の両方を同一の生物膜に共存させ、当該生物膜により廃水処理を行う方法が提案されている。
【０００６】
例えば、特許文献１には、硝化細菌及び嫌気性アンモニア酸化細菌の両方が固定化された担体（スポンジ）を用いて、廃水処理を行うことが記載されている。
【０００７】
また、特許文献２には、嫌気性アンモニア酸化細菌を内部に包括固定化するとともに、表面に硝化細菌を付着させた二重構造の生物膜からなる担体（二重構造担体）を用いて、廃水処理を行うことが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−２９３４９４号公報
【特許文献２】特開２００４−２３０２２５号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Third, K.A., Sliekers, A.O., Kuenen, J.G., Jetten, M.S.M., 2001 The CANNON system (completely autotrophic nitrogen-removal over nitrite) under ammonium limitation: interaction and competition between three groups of bacteria. Syst. Appl. Microbiol. 24(4), 588-596.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１及び２に記載された方法では、硝化細菌と嫌気性アンモニア酸化細菌との菌量の比率をコントロールすることが難しく、硝化反応及び脱窒反応のいずれか一方が律速となってしまい、廃水処理を迅速に行うことができない場合がある。
【００１１】
本発明は上述の事情に鑑みてなされたものであり、同一の処理槽に共存する硝化細菌及び嫌気性アンモニア酸化細菌により、廃水処理を迅速かつ安定して行うことができる廃水処理方法及び廃水処理装置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】
【００１２】
本発明に係る廃水処理方法は、アンモニア性窒素を含む廃水を処理する方法であって、硝化細菌を優占化させた硝化担体と、嫌気性アンモニア酸化細菌を優占化させた脱窒担体とが混在する処理槽において、前記硝化担体の前記硝化細菌により、前記廃水に含まれる前記アンモニア性窒素を亜硝酸に酸化する工程と、前記処理槽において、前記脱窒担体の前記嫌気性アンモニア酸化細菌により、前記廃水中の前記アンモニア性窒素を水素供与体として、前記アンモニア性窒素の酸化により生成した前記亜硝酸を脱窒する工程とを含むことを特徴とする。
【００１３】
従来、同一の処理槽内で硝化反応及び脱窒反応を行う場合、硝化細菌及び嫌気性アンモニア酸化細菌が共存する生物膜を用いる必要があると考えられていた。このような状況において、本願発明者らは、鋭意検討した結果、硝化細菌と嫌気性アンモニア酸化細菌とを別々の担体に固定化して、これら２種類の担体を混在させた処理槽において、硝化反応及び脱窒反応を行うことが可能であることを発見した。上記廃水処理方法は、本願発明者らの上述の知見に基づいてなされたものである。
【００１４】
上記廃水処理方法では、硝化細菌と嫌気性アンモニア酸化細菌とを互いに異なる担体（硝化担体及び脱窒担体）に固定化することで、硝化担体と脱窒担体との体積比（投入量比）の調節により、硝化細菌及び嫌気性アンモニア酸化細菌の菌量比を容易にコントロールすることができる。したがって、硝化反応及び脱窒反応のいずれか一方が律速となることを防止して、廃水処理を迅速に行うことができる。
【００１５】
上記廃水処理方法は、前記処理槽に前記脱窒担体を投入する工程と、前記脱窒担体が投入された前記処理槽に、前記硝化細菌を含む担体を投入する工程と、前記脱窒担体が得られるように、前記処理槽内の前記担体に含まれる前記硝化細菌を馴養する工程とを含んでもよい。
【００１６】
脱窒担体中に優占化させた嫌気性アンモニア酸化細菌は、溶存酸素に対してある程度の耐性を有する。したがって、嫌気性アンモニア酸化細菌を予め優占化させた脱窒担体を処理槽に投入した後、当該処理槽において好気性細菌である硝化細菌を馴養することで、脱窒担体中の嫌気性アンモニア酸化細菌を失活させずに、硝化担体の馴養を行うことができる。
【００１７】
上記廃水処理方法において、前記処理槽が第１馴養室及び第２馴養室に分離されるように、前記処理槽に分離板を取り付ける工程と、前記第１馴養室に前記硝化細菌を含む第１担体を投入する工程と、前記第２馴養室に前記嫌気性アンモニア酸化細菌を含む第２担体を投入する工程と、前記硝化担体が得られるように、前記第１馴養室内の前記第１担体に含まれる前記硝化細菌を馴養する工程と、前記脱窒担体が得られるように、前記第２馴養室内の前記第２担体に含まれる前記嫌気性アンモニア酸化細菌を馴養する工程と、前記硝化細菌及び前記嫌気性アンモニア酸化細菌を馴養した後、前記分離板を取り外す工程とを含んでもよい。
【００１８】
このように、好気性細菌である硝化細菌と、嫌気性細菌である嫌気性アンモニア酸化細菌とを、それぞれ第１馴養室及び第２馴養室において馴養することで、硝化細菌及び嫌気性アンモニア酸化細菌の馴養を確実に行うことができる。また、廃水処理運転に用いる処理槽だけで、硝化細菌及び嫌気性アンモニア酸化細菌の馴養を行うことができるため、省スペース化を図ることができる。
【００１９】
上記廃水処理方法において、前記硝化担体及び前記脱窒担体の少なくとも一方は、包括固定化担体であるが好ましい。
【００２０】
担体として包括固定化担体を用いれば、付着固定化担体の場合に起こりうる生物膜の剥離が生じないため、菌量を確実にコントロールすることができる。また、包括固定化担体であれば、馴養の際、汚泥の返送が不要であるため、比較的容易に馴養を行うことができる。
【００２１】
上記廃水処理方法では、前記亜硝酸に酸化する工程と、前記亜硝酸を脱窒する工程とにおいて、前記処理槽における溶存酸素濃度を、１ｍｇ／Ｌ以上４ｍｇ／Ｌ以下に維持することが好ましい。
【００２２】
溶存酸素濃度（ＤＯ）を上記範囲に維持することで、廃水処理を安定して迅速に行うことができる。
【００２３】
上記廃水処理方法において、前記アンモニア性窒素を前記亜硝酸に酸化する硝化反応速度が、１．１ｋｇ-Ｎ・ｍ−３・ｄａｙ−１以上であり、前記亜硝酸を脱窒する脱窒反応速度が、２．０ｋｇ-Ｎ・ｍ−３・ｄａｙ−１以上であることが好ましい。
【００２４】
本発明に係る廃水処理装置は、硝化細菌を優占化させた硝化担体と、嫌気性アンモニア酸化細菌を優占化させた脱窒担体とが混在する処理槽を備えることを特徴とする。
【００２５】
上記廃水処理装置によれば、硝化担体と脱窒担体との体積比（投入量比）により、硝化細菌と嫌気性アンモニア酸化細菌との菌量の比率を容易にコントロールすることができる。したがって、硝化反応及び脱窒反応のいずれか一方が律速となることを防止して、廃水処理を迅速に行うことができる。
【００２６】
上記廃水処理装置は、前記処理槽が、前記硝化担体の馴養が行われる第１馴養室と、前記脱窒担体の馴養が行われる第２馴養室とに分離されるように、前記処理槽に着脱可能に取り付けられる分離板をさらに備えることが好ましい。
【００２７】
これにより、分離板により処理槽を第１馴養室及び第２馴養室に分離した状態で、好気性細菌である硝化細菌と、嫌気性細菌である嫌気性アンモニア酸化細菌とを、それぞれ第１馴養室及び第２馴養室において馴養することができる。また、廃水処理運転に用いる処理槽だけで、硝化細菌及び嫌気性アンモニア酸化細菌の馴養を行うことができるため、廃水処理装置を小型化することができる。
【００２８】
上記廃水処理装置は、前記処理槽を第１処理室及び第２処理室に分離するとともに、前記第１処理室及び前記第２処理室とを連通する連通路が前記処理槽の上部及び底部に形成されるように配置される邪魔板と、前記第１処理室及び前記第２処理室のいずれか一方に設けられ、前記連通路を介して、前記廃水の旋回流が前記処理槽内に形成されるように、前記廃水を曝気攪拌する散気手段とをさらに備えることが好ましい。
【００２９】
これにより、前記第１処理室及び前記第２処理室のいずれか一方に散気手段を設けるだけで、処理槽内に形成される廃水の旋回流を利用して、処理槽内の廃水に溶存酸素を供給するとともに、処理槽内の担体を流動させることができる。したがって、廃水処理運転に必要なエネルギーを低減することができる。
【００３０】
上記廃水処理装置において、前記硝化担体及び前記脱窒担体の少なくとも一方は、包括固定化担体であることが好ましい。
【００３１】
担体として包括固定化担体を用いれば、付着固定担体の場合に起こりうる生物膜の剥離が生じないため、菌量を確実にコントロールすることができる。また、包括固定化担体であれば、馴養の際、汚泥の返送が不要であるため、比較的容易に馴養を行うことができる。
【００３２】
上記廃水処理装置は、前記処理槽内の前記廃水を曝気攪拌する散気手段と、前記処理槽における溶存酸素量が１ｍｇ／Ｌ以上４ｍｇ／Ｌ以下になるように、前記散気手段を制御する制御手段とをさらに備えることが好ましい。
【００３３】
溶存酸素濃度（ＤＯ）を上記範囲に維持することで、廃水処理を安定して迅速に行うことができる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、硝化細菌を優占化させた硝化担体と、嫌気性アンモニア酸化細菌を優占化させた脱窒担体とが混在する処理槽を用いて廃水処理を行うため、処理槽内の硝化担体と脱窒担体との体積比（投入量比）により、硝化反応及び脱窒反応のいずれか一方が律速となることを防止して、廃水処理を迅速に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係る廃水処理装置の一例を示す構成図である。
【図２】硝化担体及び脱窒担体の馴養を行う廃水処理装置の一例を示す構成図である。
【図３】硝化担体及び脱窒担体の馴養を行う廃水処理装置の他の例を示す構成図である。
【図４】旋回流を利用して処理槽内の廃水を攪拌する廃水処理装置の一例を示す構成図である。
【図５】旋回流を利用して処理槽内の廃水を攪拌する廃水処理装置の他の例を示す構成図である。
【図６】硝化担体及び脱窒担体の馴養を行う廃水処理装置の他の例を示す構成図である。
【図７】硝化担体の馴養に用いたアンモニア廃水の水質を示す表である。
【図８】脱窒担体の馴養に用いた合成廃水の水質を示す表である。
【図９】実施例１における廃水処理の結果を示す表である。
【図１０】実施例２における廃水処理の結果を示す表である。
【図１１】実施例４における、溶存酸素量と窒素除去率との関係を示すグラフである。
【図１２】実施例５における廃水処理の結果を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、添付図面に従って本発明の実施形態について説明する。
【００３７】
図１は、本実施形態に係る廃水処理装置の一例を示す構成図である。同図に示すように、廃水処理装置１０は、主として、処理すべき廃水（原廃水）が貯留される原水タンク１２と、原水タンク１２から送られる廃水を処理する処理槽２０と、廃水処理装置１０の各部を制御する制御装置４０とにより構成される。
【００３８】
原水タンク１２に貯留される廃水は、少なくともアンモニア性窒素を含有する廃水であり、アンモニア性窒素の他に、窒素、リン、炭素等の栄養塩が含まれていてもよい。原水タンク１２は、処理槽２０と連結されており、ポンプ１４により、原水タンク１２から処理槽２０に廃水を供給できるようになっている。
【００３９】
従来、同一の処理槽内で硝化反応及び脱窒反応を行う場合、硝化細菌及び嫌気性アンモニア酸化細菌が共存する生物膜を用いる必要があると考えられていた。このような状況において、本願発明者らは、鋭意検討した結果、硝化細菌と嫌気性アンモニア酸化細菌とを別々の担体に固定化して、これら２種類の担体を混在させた処理槽において、硝化反応及び脱窒反応を行うことが可能であることを発見した。本実施形態に係る廃水処理装置１０は、本願発明者らの上述の知見に基づいており、処理槽２０には、硝化細菌（アンモニア酸化細菌）が優占的に集積された硝化担体２２と、嫌気性アンモニア酸化細菌が優占的に集積された脱窒担体２４とが混在している。すなわち、硝化細菌と嫌気性アンモニア酸化細菌とは、互いに異なる担体（硝化担体２２及び脱窒担体２４）に固定化されている。
【００４０】
このように硝化細菌と嫌気性アンモニア酸化細菌とを互いに異なる担体に固定化することで、硝化担体２２と脱窒担体２４との体積比（投入量比）の調節により、硝化細菌及び嫌気性アンモニア酸化細菌の菌量比を容易にコントロールすることができる。したがって、硝化反応及び脱窒反応のいずれか一方が律速となることを防止して、廃水処理を迅速に行うことができる。
【００４１】
また、硝化細菌及び嫌気性アンモニア酸化細菌の一方を内部に包括固定化するとともに、他方を担体表面に付着させた二重構造担体（例えば、特許文献２に記載された担体）の場合には、担体内層への原料物質の拡散が律速になり、十分な廃水処理速度が得られないことがある。これは、一方の細菌が生息する外層が厚いと、反応原料物質が、他方の細菌が生息する内層に迅速に拡散することができないためである。これに対し、本実施形態のように、硝化細菌と嫌気性アンモニア酸化細菌とを互いに異なる担体（硝化担体２２と脱窒担体２４）に固定化する場合、反応原料物質の拡散律速に起因する廃水処理速度の低下は起こらない。
【００４２】
また、二重構造担体の場合には、担体の外層が剥がれ落ちて、外層に生息する細菌が処理槽から流出してしまい、硝化細菌と嫌気性アンモニア酸化細菌との菌量のバランスが崩れて、廃水処理が不安定になってしまうことがある。これに対し、本実施形態のように、硝化細菌と嫌気性アンモニア酸化細菌とを互いに異なる担体（硝化担体２２と脱窒担体２４）に固定化する場合、硝化細菌と嫌気性アンモニア酸化細菌との菌量のバランスを安定して維持することができる。
【００４３】
処理槽２０では、硝化担体２２に集積された硝化細菌と、脱窒担体２４に集積された嫌気性アンモニア酸化細菌とが共存している。これにより、処理槽２０において、硝化担体２２による硝化反応及び脱窒担体２４による脱窒反応の両方を行い、廃水中のアンモニア性窒素を窒素ガスに分解することができる。ここで、硝化反応とは、廃水中のアンモニア性窒素を硝化細菌により亜硝酸に酸化する反応をいい、脱窒反応とは、嫌気性アンモニア酸化細菌により、廃水中のアンモニア性窒素を水素供与体として、硝化反応により生成した亜硝酸を脱窒する反応をいう。
【００４４】
硝化担体２２は、硝化細菌が固定化されていれば特に限定されず、固定化担体であってもよいし、接触ろ材であってもよい。硝化担体２２に固定化される硝化細菌は、活性汚泥等の微生物から分離したものを用いてもよいし、硝化細菌を優先繁殖させた微生物群を含む活性汚泥を用いてもよい。
【００４５】
また、固定化担体タイプの硝化担体２２としては、硝化細菌を担体内部に包括固定化した包括固定化担体を用いることが好ましい。包括固定化担体を用いれば、付着固定担体の場合に起こりうる生物膜の剥離が生じないため、菌量を確実にコントロールすることができる。また、包括固定化担体であれば、馴養の際、汚泥の返送が不要であるため、比較的容易に馴養を行うことができる。
【００４６】
硝化担体２２の固定化材料は、特に限定されないが、例えば、ポリビニルアルコール、アルギン酸、ポリエチレングリコール等のゲルや、セルロース、ポリエステル、ポリプロピレン、塩化ビニル等のプラスチックを用いることができる。硝化担体２２の形状は、例えば、球形、円筒形、立方形であってもよく、硝化担体２２は、多孔状、ハニカム状、スポンジ状に成形されていてもよい。また、硝化担体２２として、微生物の自己造粒を利用したグラニュール担体を使用してもよい。なお、硝化担体２２として使用可能な接触ろ材として、塩化ビニル製やポリエチレン製のものを挙げることができる。
【００４７】
脱窒担体２４は、嫌気性アンモニア酸化細菌が固定化されていれば特に限定されず、固定化担体であってもよいし、接触ろ材であってもよい。
【００４８】
また、脱窒担体２４に用いる固定化担体は、嫌気性アンモニア酸化細菌を担体内部に包括固定化した包括固定化担体であってもよいし、嫌気性アンモニア酸化細菌を担体表面に付着固定した付着固定化担体であってもよい。中でも、脱窒担体２４として、包括固定化担体を使用することが好ましい。包括固定化担体を用いれば、付着固定担体の場合に起こりうる生物膜の剥離が生じないため、菌量を確実にコントロールすることができる。また、包括固定担体は、菌を確実に処理槽内に維持することができるため、培養により得られる貴重な菌である嫌気性アンモニア酸化細菌の固定担体として適している。さらに、包括固定化担体であれば、馴養の際、汚泥の返送が不要であるため、比較的容易に馴養を行うことができる。
【００４９】
脱窒担体２４の固定化材料は、特に限定されないが、例えば、ポリビニルアルコール、アルギン酸、ポリエチレングリコール等のゲルや、セルロース、ポリエステル、ポリプロピレン、塩化ビニル等のプラスチックを用いることができる。脱窒担体２４の形状は、例えば、球形、円筒形、立方形であってもよく、脱窒担体２４は、多孔状、ハニカム状、スポンジ状に成形されていてもよい。また、脱窒担体２４として、微生物の自己造粒を利用したグラニュール担体を使用してもよい。なお、脱窒担体２４として使用可能な接触ろ材として、塩化ビニル製やポリエチレン製のものを挙げることができる。
【００５０】
硝化担体２２及び脱窒担体２４の合計体積は、処理槽２０内の廃水の体積の１０〜４０％であることが好ましく、１５〜２５％であることがより好ましい。また、処理槽２０における硝化担体２２及び脱窒担体２４の合計体積に対する脱窒担体２４の体積率Ｘは、処理槽２０内の水温に応じて調節されることが好ましい。特に、脱窒担体２４の体積率Ｘは、水温が１５〜２０℃の場合には５０〜７５％に、水温が２０〜２５℃の場合には４０〜６５％に、水温が２５〜３７℃の場合には２０〜５０％に調節されることが好ましい。
【００５１】
また、図１に示すように、処理槽２０には、処理槽２０内の廃水の水質を測定するセンサー２６が設けられている。センサー２６は、例えば、アンモニア濃度、亜硝酸濃度、硝酸濃度、溶存酸素量、ｐＨなどを測定可能な構成になっている。センサー２６の測定結果は、制御装置４０に送られ、この測定結果に基づいて、廃水処理装置１０の各部が制御される。
【００５２】
また、処理槽２０には、散気手段２８が設けられており、この散気手段２８を介して、ブロア３０から空気が供給されるようになっている。これにより、処理槽２０内の廃水を曝気攪拌するとともに、廃水に溶存酸素を供給することができる。
【００５３】
ブロア３０は、制御装置４０により、処理槽２０内の廃水の溶存酸素量が１．０ｍｇ／Ｌ以上４．０ｍｇ／Ｌ以下（より好ましくは、１．５ｍｇ／Ｌ以上３．０ｍｇ／Ｌ以下）になるように制御されることが好ましい。溶存酸素量が高すぎると、嫌気性細菌である嫌気性アンモニア酸化細菌の活性が低下する一方、溶存酸素量が低すぎると、好気性細菌である硝化細菌の活性が低下する。処理槽２０内の廃水の溶存酸素量を上記範囲に維持することで、硝化細菌及び嫌気性アンモニア酸化細菌の活性を維持して、廃水処理を迅速に行うことができる。
【００５４】
処理槽２０における亜硝酸濃度は、１〜２８０ｍｇ／Ｌに維持されることが好ましく、２〜１００ｍｇ／Ｌに維持されることがより好ましい。また、処理槽２０におけるアンモニア濃度は、１〜１００ｍｇ／Ｌに維持されることが好ましく、１〜２０ｍｇ／Ｌに維持されることがより好ましい。
【００５５】
処理槽２０における亜硝酸濃度及びアンモニア濃度は、制御装置４０がポンプ１４を制御して、廃水の処理槽２０における滞留時間（水理学的滞留時間）を変更することで、調節することができる。
【００５６】
次に、硝化細菌を優占化させた硝化担体２２と、嫌気性アンモニア酸化細菌を優占化させた脱窒担体２４とを処理槽２０内に混在させる方法について説明する。
【００５７】
硝化細菌を優占化させた硝化担体２２は、馴養された硝化細菌が固定化された担体である。例えば、硝化担体２２は、単位体積あたりのアンモニア性窒素の処理速度が４ｋｇ-Ｎ／ｍ３-担体／ｄａｙ以上になるように、硝化細菌の馴養が行われている。なお、特に明記しない限り、「硝化担体２２」は、馴養済みの硝化担体２２を指す。一方、未馴養の硝化担体２２とは、単位体積あたりのアンモニア性窒素の処理速度が０．５ｋｇ-Ｎ／ｍ３-担体／ｄａｙ以下のものを指す。
【００５８】
嫌気性アンモニア酸化細菌を優占化させた脱窒担体２４は、馴養された嫌気性アンモニア酸化細菌が固定化された担体である。例えば、脱窒担体２４は、単位体積あたりのアンモニア性窒素及び亜硝酸性窒素の処理速度が５ｋｇ-Ｎ／ｍ３-担体／ｄａｙ以上になるように、嫌気性アンモニア酸化細菌の馴養が行われている。なお、特に明記しない限り、「脱窒担体２４」は、馴養済みの脱窒担体２４を指す。一方、未馴養の脱窒担体２４とは、アンモニア性窒素及び亜硝酸性窒素の処理速度が２．５ｋｇ-Ｎ／ｍ３-担体／ｄａｙ以下のものを指す。
【００５９】
処理槽２０内に混在させる硝化担体２２及び脱窒担体２４は、馴養済みの硝化担体２２及び馴養済みの脱窒担体２４を処理槽２０に投入してもよいし、硝化担体２２及び脱窒担体２４のいずれか一方を廃水処理装置１０内で馴養してもよい。
【００６０】
例えば、未馴養の硝化担体２２と馴養済みの脱窒担体２４とを処理槽２０に投入した後、処理槽２０内を好気条件に維持することで、硝化担体２２の馴養を行ってもよい。馴養済みの脱窒担体２４に含まれる嫌気性アンモニア酸化細菌は、溶存酸素に対してある程度の耐性を有する。したがって、嫌気性アンモニア酸化細菌が優占化された脱窒担体２４と未馴養の硝化担体２２とを処理槽２０に投入した後、硝化担体２２の馴養を行うことで、脱窒担体２４中の嫌気性アンモニア酸化細菌を失活させずに、硝化担体２２に硝化細菌を優占化させることができる。
【００６１】
また、以下に説明するような手順で、未馴養の硝化担体２２と未馴養の脱窒担体２４とを、廃水処理装置内で馴養してもよい。図２は、硝化担体２２及び脱窒担体２４の馴養を行う廃水処理装置の一例を示す構成図である。図３は、硝化担体２２及び脱窒担体２４の馴養を行う廃水処理装置の他の例を示す構成図である。なお、図２及び３では、図１に示す廃水処理装置１０と共通する構成要素には同一の符号を付し、ここではその説明を省略する。
【００６２】
図２に示すように、廃水処理装置５０は、処理槽２０の後段に、脱窒担体２４の馴養が行われる馴養槽４２を備える点で、廃水処理装置１０と異なる。
【００６３】
廃水処理装置５０を用いて、硝化担体２２及び脱窒担体２４の馴養を行うには、まず、未馴養の硝化担体２２を処理槽２０に投入するとともに、未馴養の脱窒担体２４を馴養槽４２に投入する。この後、処理槽２０を好気条件で維持するとともに、馴養槽４２を嫌気条件に維持することで、硝化担体２２及び脱窒担体２４の馴養を行う。
【００６４】
このとき、センサー２６（２６Ａ、２６Ｂ）の測定結果に基づいて、処理槽２０における溶存酸素量、アンモニア濃度及びｐＨと、馴養槽４２における溶存酸素量、アンモニア濃度、亜硝酸濃度及びｐＨとを調節することが好ましい。
【００６５】
また、図２に示すように、制御装置４０の指示に従って、アンモニア、亜硝酸及び中和剤（例えば、炭酸水素ナトリウムや塩酸）を処理槽２０及び馴養槽４２に供給するタンク４４（４４Ａ、４４Ｂ）が設けられていることが好ましい。これにより、センサー２６の測定結果に基づいて制御装置４０がタンク４４に指示を送ることで、処理槽２０におけるアンモニア濃度及びｐＨと、馴養槽４２におけるアンモニア濃度、亜硝酸濃度及びｐＨとを自動的に調節することができる。
【００６６】
廃水処理装置５０によれば、散気手段２８が設けられた処理槽２０において、好気性細菌である硝化細菌の馴養を行うとともに、処理槽２０の後段に設けられた馴養槽４２において、嫌気性細菌である嫌気性アンモニア酸化細菌の馴養を行うことができる。
【００６７】
そして、硝化担体２２及び脱窒担体２４を馴養した後、脱窒担体２４を馴養槽４２から処理槽２０に移すことで、硝化細菌を優占化させた硝化担体２２と、嫌気性アンモニア酸化細菌を優占化させた脱窒担体２４とを処理槽２０内に混在させることができる。しかし、廃水処理装置５０の場合、廃水処理運転時に使用しない馴養槽４２設けるため、広い設置スペースを必要とする。そこで、図３に示す廃水処理装置６０を用いることが好ましい。
【００６８】
廃水処理装置６０は、図３に示すように、処理槽２０に着脱可能に取り付けられる分離板６２を備える点で、廃水処理装置１０と異なる。
【００６９】
廃水処理装置６０を用いて、硝化担体２２及び脱窒担体２４の馴養を行うには、まず、分離板６２により、処理槽２０を第１馴養室２０Ａ及び第２馴養室２０Ｂに分割し、未馴養の硝化担体２２を第１馴養室２０Ａに投入するとともに、未馴養の脱窒担体２４を第２馴養室２０Ｂに投入する。この後、第１馴養室２０Ａを好気条件で維持するとともに、第２馴養室２０Ｂを嫌気条件に維持することで、硝化担体２２及び脱窒担体２４の馴養を行う。
【００７０】
このとき、図２に示す廃水処理装置５０と同様に、センサー２６（２６Ａ、２６Ｂ）の測定結果に基づいて、第１馴養室２０Ａにおける溶存酸素量、アンモニア濃度及びｐＨと、第２馴養室２０Ｂにおける溶存酸素量、アンモニア濃度、亜硝酸濃度及びｐＨとを調節することが好ましい。
【００７１】
また、図３に示すように、制御装置４０の指示に従って、アンモニア、亜硝酸及び中和剤（例えば、炭酸水素ナトリウムや塩酸）を処理槽２０及び馴養槽４２に供給するタンク４４（４４Ａ、４４Ｂ）が設けられていることが好ましい。これにより、センサー２６の測定結果に基づいて制御装置４０がタンク４４に指示を送ることで、第１馴養室２０Ａにおけるアンモニア濃度及びｐＨと、第２馴養室２０Ｂにおけるアンモニア濃度、亜硝酸濃度及びｐＨとを自動的に調節することができる。
【００７２】
このように硝化担体２２及び脱窒担体２４の馴養を行った後、分離板６２を取り外す。これにより、馴養済みの硝化担体２２と、馴養済みの脱窒担体２４とを処理槽２０内に混在させることができる。
【００７３】
なお、分離板６２の取り付け及び取り外しは、制御装置４０により、分離板６２を上下方向（図３における矢印の方向）に移動させるモーター６４を制御することで行うことが好ましい。
【００７４】
廃水処理装置６０によれば、好気条件である第１馴養室２０Ａにおいて、好気性細菌である硝化細菌の馴養を行うとともに、嫌気条件である第２馴養室２０Ｂにおいて、嫌気性細菌である嫌気性アンモニア酸化細菌の馴養を行うことができる。また、廃水処理運転を行う処理槽２０だけで、硝化細菌及び嫌気性アンモニア酸化細菌の馴養を行うことができるため、廃水処理装置を小型化することができる。
【００７５】
以上、本発明の一実施形態に係る廃水処理方法及び廃水処理装置について説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはもちろんである。
【００７６】
例えば、上述の実施形態では、処理槽２０を散気手段２８により曝気攪拌する例について説明したが、処理槽２０に旋回流を形成して、処理槽２０内の廃水を攪拌してもよい。
【００７７】
図４は、旋回流を利用して処理槽２０内の廃水を攪拌する廃水処理装置の一例を示す構成図である。なお、図４では、図１に示す廃水処理装置１０と共通する構成要素には同一の符号を付し、ここではその説明を省略する。
【００７８】
図４に示すように、廃水処理装置７０は、処理槽２０を第１処理室７４及び第２処理室７６に分離する邪魔板７２を備える点で廃水処理装置１０と異なる。
【００７９】
邪魔板７２は、第１処理室７４と第２処理室７６とを連通する連通路７８が処理槽２０の上部及び底部に形成されるように配置される。連通路７８の断面形状は特に限定されず、正方形や長方形等の多角形であっても、円形、楕円形であってもよい。また、連通路７８は、処理槽２０の上部及び底部に一つずつ設けてもよいし、処理槽２０の上部及び底部に複数の連通路７８を設けてもよい。
【００８０】
また、散気手段２８は、第１処理室７４及び第２処理室７６のいずれか一方に設けられており、散気手段２８を稼動することで、連通路７８を介して、廃水の旋回流を処理槽２０内に形成することができる。
【００８１】
これにより、第１処理室７４及び第２処理室７６のいずれか一方に散気手段２８を設けるだけで、処理槽２０内に形成される廃水の旋回流を利用して、処理槽２０内の廃水に溶存酸素を供給するとともに、処理槽２０内の担体を流動させることができる。したがって、廃水処理運転に必要なエネルギーを低減することができる。
【００８２】
なお、図４には、平板状の邪魔板７２により、処理槽２０内に廃水の旋回流を形成する例を示したが、邪魔板７２の形状はこれに限定されず、種々の形状であってもよい。例えば、図５に示すように、円筒状の邪魔板７２を処理槽２０内に配置することで形成される連通路７８を介して、第１処理室７４及び第２処理室のいずれか一方（図５に示す例では、第１処理室７４）に設けられた散気手段２８により、廃水の旋回流を処理槽２０内に形成してもよい。
【００８３】
また上述の実施形態では、平板状の分離板６２により処理槽２０を第１馴養室２０Ａ及び第２馴養室２０Ｂに分離した状態で担体の馴養を行う例について説明したが、分離板６２の形状は平板状に限られず、種々の形状を採りうる。例えば、図６に示すように、円筒状の分離板６２により、処理槽２０を第１馴養室２０Ａ及び第２馴養室２０Ｂに分離した状態で、硝化担体２２の馴養を第１馴養室２０Ａで行うとともに、脱窒担体２４の馴養を第２馴養室２０Ｂで行ってもよい。なお、図６には、円筒状の処理槽２０の外側を第１馴養室２０Ａとし、処理槽２０の内側を第２馴養室２０Ｂとする例を示したが、処理槽２０の内側を第１馴養室２０Ａとし、処理槽２０の外側を第２馴養室２０Ｂとしてもよいことはいうまでもない。
【実施例】
【００８４】
以下、実施例により、本発明の特徴をさらに具体的に説明する。ただし、本発明の範囲は以下に示す具体例により限定的に解釈されるべきものではない。
【００８５】
（実施例１）
＜硝化担体２２の作製＞
硝化細菌を含む活性汚泥を、３ｍｍ角の立方体に成形したポリエチレングリコール系のゲルで包括固定化した。なお、このときの包括固定化担体の硝化速度は、０．５ｋｇ-Ｎ／ｍ３-担体／ｄａｙ以下であった。
【００８６】
この包括固定化担体０．２Ｌを、容積２Ｌの円筒形のリアクタ（培養槽）に投入した。このリアクタにアンモニア廃水（無機合成廃水）を流入させ、リアクタ内の温度を３０℃に維持しながら、硝化細菌の馴養を１ヶ月行って、脱窒担体２４を作製した。図７は、硝化細菌の馴養に用いたアンモニア廃水の水質を示す表である。
【００８７】
硝化細菌の馴養時は、曝気攪拌により、リアクタ内の溶存酸素量（ＤＯ）を２〜４ｍｇ／Ｌに維持するとともに、５％炭酸水素ナトリウムの添加によりｐＨを７．５に維持した。また、馴養開始初期は、滞留時間（水理学的滞留時間）が２４時間になるようにアンモニア廃水の流入量を調節し、その後、硝化細菌の活性の増加に応じて、滞留時間を短縮し、負荷を大きくした。
【００８８】
硝化細菌の馴養開始から１ヶ月後に、ＤＯ＝３ｍｇ／Ｌ、水温２６℃の条件下で、上記包括固定化担体の硝化速度（＝アンモニアの除去速度＝亜硝酸の生成速度）を測定したところ、７．０ｋｇ-Ｎ／ｍ３-担体／ｄａｙであった。
【００８９】
また、硝化細菌の馴養開始から１〜２ヶ月の期間における平均水質は、流入廃水中のアンモニア（ＮＨ４-Ｎ）濃度が７０５ｍｇ／Ｌであり、処理水中のアンモニア（ＮＨ４-Ｎ）濃度が３００ｍｇ／Ｌ、処理水中の亜硝酸（ＮＯ２-Ｎ）濃度が３９８ｍｇ／Ｌ、処理水中の硝酸（ＮＯ３-Ｎ）濃度が１ｍｇ／Ｌであった。
【００９０】
＜脱窒担体２４の作製＞
嫌気性アンモニア酸化細菌を、３ｍｍ角の立方体に成形したポリエチレングリコール系のゲルで包括固定化した。なお、このときの包括固定化担体の窒素除去速度は、２．５ｋｇ-Ｎ／ｍ３-担体／ｄａｙ以下であった。
【００９１】
この包括固定化担体０．２Ｌを、容積２Ｌの円筒形のリアクタ（培養槽）に投入した。また、リアクタは、内部への空気の混入を防ぐ構造であり、スターラーを備えるものを用いた。このリアクタに合成廃水を流入させ、リアクタ内の温度を３０℃に維持しながら、嫌気性アンモニア酸化細菌の馴養を２ヶ月行って、脱窒担体２４を作製した。図８は、嫌気性アンモニア酸化細菌の馴養に用いた合成廃水の水質を示す表である。
【００９２】
脱窒担体の馴養時は、ＨＣｌ（０．２Ｎ）の添加によりｐＨを７．５に維持した。また、馴養開始初期は、滞留時間（水理学的滞留時間）が１２時間になるように廃水流入量を調節し、活性の増加に伴い、窒素濃度を徐々に上昇させた。
【００９３】
嫌気性アンモニア酸化細菌の馴養開始から２ヵ月後に、水温３０℃の条件下で、脱窒速度（アンモニア性窒素及び亜硝酸性窒素の除去速度の和）を測定したところ、１８．０ｋｇ-Ｎ／ｍ３-担体／ｄａｙであった。
【００９４】
＜硝化脱窒試験＞
上記手順で作製した硝化担体２２及び脱窒担体２４を用いて、アンモニア廃水の廃水処理試験を行った。硝化担体２２の作製に使用したのと同一のリアクタに、硝化担体２２を０．２Ｌ、脱窒担体２４を０．２Ｌ投入した。このリアクタに、図７に示す水質の合成廃水を流入させ、廃水処理を行った。廃水処理時は、リアクタ内の溶存酸素量を２．０〜３．０ｍｇ／Ｌに維持した。
【００９５】
図９は、廃水処理開始から１週間〜３ヶ月の流入廃水及び処理水の平均水質を示す表である。図９から、リアクタ内のアンモニアがほぼ完全に処理されるとともに、硝化反応により生成する亜硝酸も、嫌気性アンモニア酸化反応（脱窒反応）により脱窒されることが分かった。
【００９６】
（実施例２）
実施例１と同様の馴養条件で、硝化担体２２及び脱窒担体２４を作製した。
【００９７】
得られた硝化担体２２及び脱窒担体２４を、実施例１と同じリアクタに種々の比率で充填した。すなわち、硝化担体２２及び脱窒担体２４の合計体積に対する脱窒担体２４の体積率を、７５％、６５％、５０％、４０％、２５％及び２０％に調整した。なおいずれの場合も、硝化担体２２及び脱窒担体２４の合計体積が０．５Ｌになるようにした。
【００９８】
この後、実施例１と同様の条件で、図７に示す水質の合成廃水をリアクタに流入させ、廃水処理運転を行った。廃水処理時は、リアクタ内の溶存酸素量を２．０〜３．０ｍｇ／Ｌに維持した。また水温は１５〜２０℃、２０〜２５℃、２５〜３７℃に調整し、窒素負荷はそれぞれ１．０〜１．５ｋｇ-Ｎ／ｍ３／ｄａｙ、１．３〜１．８ｋｇ-Ｎ／ｍ３／ｄａｙ、１．７〜２．８ｋｇ-Ｎ／ｍ３／ｄａｙに調整した。
【００９９】
図１０は、廃水処理の結果を示す表である。図１０において、「◎」は８０％以上の窒素除去率が得られたことを示し、「○」は５０％以上８０％未満の窒素除去率が得られたことを示し、「△」は窒素除去性能が得られたものの、窒素除去率が５０％未満であったことを示す。また、「○ＮＨ４」及び「△ＮＨ４」は、アンモニアが処理水に残留し、処理性能が低下したことを意味し、「○ＮＯ２」及び「△ＮＯ２」は、亜硝酸が処理水に残留し、処理性能が低下したことを意味する。
【０１００】
図１０から、硝化担体２２及び脱窒担体２４の合計体積に対する脱窒担体２４の体積率の好ましい範囲は、水温によって異なることが分かった。具体的には、脱窒担体２４の体積率は、水温が１５〜２０℃の場合には５０〜７５％が好ましく、水温が２０〜２５℃の場合には４０〜６５％が好ましく、水温が２５〜３７℃の場合には２０〜５０％が好ましいことが分かった。
【０１０１】
特に、水温が２５〜３７℃であって、脱窒担体２４の体積率が２５〜４０％の条件では、リアクタから窒素が消失する速度として、２．１ｋｇ-Ｎ／ｍ３／ｄａｙと極めて高い処理性能が得られた。これは、硝化細菌及び嫌気性アンモニア酸化細菌が、それぞれ硝化担体２２及び脱窒担体２４に高濃度に保持されており、この状態をリアクタ内で安定して維持することができたためであると考えられる。
【０１０２】
（実施例３）
以下の手順で、未馴養の硝化担体２２と馴養済みの脱窒担体２４とを用いて、リアクタの立ち上げ試験を行った。
【０１０３】
硝化細菌を含む活性汚泥を、３ｍｍ角の立方体に成形したポリエチレングリコール系のゲルで包括固定化した。なお、このときの包括固定化担体の硝化速度は、０．５ｋｇ-Ｎ／ｍ３-担体／ｄａｙ以下であった。また、馴養済みの脱窒担体２４として、実施例１と同様の条件で馴養を行った脱窒担体を用いた。
【０１０４】
実施例１で用いたリアクタ（容積２Ｌ）に、上記未馴養の硝化担体を０．３Ｌ、馴養済みの脱窒担体を０．２Ｌ投入した。このリアクタに図７に示す水質のアンモニア廃水を流入させ、馴養を行った。なお、リアクタ内の水温を３０℃に調整するとともに、ｐＨが７．５になるように炭酸水素ナトリウム及び塩酸を適宜滴下した。
【０１０５】
その結果、馴養開始から１ヵ月後には、リアクタ内の窒素は８０％以上処理され、リアクタ内で硝化担体による硝化反応と、脱窒担体による脱窒反応とが並行して行われていることが確認された。
【０１０６】
このことから、未馴養の硝化担体及び馴養済みの脱窒担体を処理槽に投入した後、処理槽内を好気条件に維持することで、脱窒担体中の嫌気性アンモニア酸化細菌を失活させずに、硝化担体の馴養を行うことができることが分かった。
【０１０７】
なお、比較例として、馴養済みの硝化担体及び未馴養の脱窒担体を処理槽に投入した後、処理槽を好気条件下に維持して、脱窒担体の馴養を行った。しかしながら、馴養開始から５ヶ月を経過しても、原廃水のアンモニアが亜硝酸に酸化されるのみであり、脱窒反応を確認することはできなかった。
【０１０８】
（実施例４）
実施例１の硝化脱窒試験において、処理槽内の溶存酸素量と窒素除去率について検討を行った。その結果を図１１に示す。図１１から、溶存酸素量（ＤＯ）が１〜４ｍｇ／Ｌの場合に高い窒素除去率が得られることが分かった。特に、溶存酸素量が１．５〜３．０ｍｇ／Ｌの場合には、非常に高い窒素除去率が得られた。
【０１０９】
一方、溶存酸素量が１ｍｇ／Ｌ未満の場合、好気性細菌である硝化細菌の活性が低下して、硝化反応が律速になり、処理水中にアンモニアが残留し、窒素除去率が低下した。また溶存酸素量が４ｍｇ／Ｌを超える場合には、嫌気性アンモニア酸化細菌の活性が低下し、脱窒反応が律速になり、処理水中に亜硝酸が残留し、窒素除去率が低下した。
【０１１０】
（実施例５）
以下の手順で、図３に示す廃水処理装置６０を用いて、処理槽２０内で硝化担体２２及び脱窒担体２４の馴養を行った後、廃水処理実験を行った。
【０１１１】
第１馴養室２０Ａ及び第２馴養室２０Ｂの容積がそれぞれ１０Ｌになるように、直方体のリアクタからなる処理槽２０に分離板６２を取り付けた。この後、第１馴養室２０Ａ及び第２馴養室２０Ｂに、それぞれ、未馴養の硝化担体（実施例１と同じもの）２Ｌ、未馴養の脱窒担体（実施例１と同じもの）１Ｌを投入した。
【０１１２】
この処理槽２０に、図７に示す水質のアンモニア廃水を流入させ、硝化担体及び脱窒担体の馴養を行った。馴養時は、第１馴養室２０Ａの溶存酸素量を２〜４ｍｇ／Ｌに維持するとともに、第１馴養室２０ＡのｐＨが７．５になるように、５％炭酸水素ナトリウムを適宜添加した。また、第２馴養室２０ＢのｐＨが７．５になるように、ＨＣｌ（０．２Ｎ）を適宜添加した。なお、馴養は、３０℃の恒温室内で行った。
【０１１３】
硝化担体及び脱窒担体の馴養は、具体的には次の方法で行った。
【０１１４】
まず、第１馴養室２０Ａの立ち上げを行った。すなわち、第１馴養室２０Ａにおいて、硝化担体の馴養を行った。次に、第１馴養室２０Ａにおける硝化活性が確認された後、第１馴養室２０Ａの処理水を第２馴養室２０Ｂに流入させた。嫌気性アンモニア酸化細菌の活性の上昇にともない、第２馴養室２０Ｂへの流入速度を増加させ、徐々に立ち上げを行った。
【０１１５】
これにより、馴養開始から６ヵ月後には、第１馴養室２０Ａにおいて１．２ｋｇ-Ｎ／ｍ３／ｄａｙの硝化速度が確認され、第２馴養室２０Ｂにおいて３．８ｋｇ-Ｎ／ｍ３／ｄａｙの処理速度が確認された。
【０１１６】
そして、馴養開始から１０ヶ月後に、分離板６２を取り外し、第１馴養室２０Ａ及び第２馴養室２０Ｂを連結した。また同時に、第２馴養室２０Ｂのスターラー攪拌を停止し、曝気攪拌を開始した。
【０１１７】
その後、２ヶ月間にわたって廃水処理運転を継続した。図１２は、廃水処理運転を行った２ヶ月間の平均水質を示す表である。図１２から、アンモニア性窒素がほとんど除去されていた。また、硝化細菌による硝化率を特にコントロールしなかったが、安定した処理性能が得られた。
【０１１８】
また、比較例として、馴養後に分離板６２を取り外さずに、第１馴養室２０Ａ（硝化槽）と第２馴養室２０Ｂ（脱窒槽）とが分離した状態のまま、廃水処理運転を行った。この場合、図１２に示すように、処理水にアンモニアが多く残留する傾向があった。これは、第１馴養室２０Ａ（硝化槽）における硝化率を５７％（脱窒反応式の量論比から導かれる目標値）に調節することが難しく、第２馴養室２０Ｂ（脱窒槽）に流入するアンモニアと亜硝酸とのバランスが崩れたためであると考えられる。
【０１１９】
なお、図１２に示すように、本発明及び実施例において硝酸の生成が確認され、実施例のほうが比較例よりも、硝酸の生成量が若干多かった。この硝酸は、嫌気性アンモニア酸化細菌による脱窒反応の際に発生したものである。したがって、図１２から、実施例のほうが比較例よりも、嫌気性アンモニア酸化細菌による脱窒反応がより多く行われたことが分かった。
【０１２０】
また、分離板６２を用いずに、未馴養の硝化担体と未馴養の脱窒担体とを処理槽２０に投入して、好気条件下で馴養を行ったが、原廃水のアンモニアが亜硝酸に酸化されるのみであり、５ヶ月経過した後も、脱窒反応が確認されることはなかった。
【符号の説明】
【０１２１】
１０…廃水処理装置、１２…原水タンク、１４…ポンプ、２０…処理槽、２０Ａ…第１馴養室、２０Ｂ…第２馴養室、２２…硝化担体、２４…脱窒担体、２６…センサー、２８…散気手段、３０…ブロア、４０…制御装置、４２…馴養槽、４４…タンク、５０…廃水処理装置、６０…廃水処理装置、６２…分離板、６４…モーター、７０…廃水処理装置、７２…邪魔板、７４…第１処理室、７６…第２処理室、７８…連通路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンモニア性窒素を含む廃水を処理する方法であって、
硝化細菌を優占化させた硝化担体と、嫌気性アンモニア酸化細菌を優占化させた脱窒担体とが混在する処理槽において、前記硝化担体の前記硝化細菌により、前記廃水に含まれる前記アンモニア性窒素を亜硝酸に酸化する工程と、
前記処理槽において、前記脱窒担体の前記嫌気性アンモニア酸化細菌により、前記廃水中の前記アンモニア性窒素を水素供与体として、前記アンモニア性窒素の酸化により生成した前記亜硝酸を脱窒する工程とを含むことを特徴とする廃水処理方法。
【請求項２】
前記処理槽に前記脱窒担体を投入する工程と、
前記脱窒担体が投入された前記処理槽に、前記硝化細菌を含む担体を投入する工程と、
前記脱窒担体が得られるように、前記処理槽内の前記担体に含まれる前記硝化細菌を馴養する工程とを含むことを特徴とする請求項１に記載の廃水処理方法。
【請求項３】
前記処理槽が第１馴養室及び第２馴養室に分離されるように、前記処理槽に分離板を取り付ける工程と、
前記第１馴養室に前記硝化細菌を含む第１担体を投入する工程と、
前記第２馴養室に前記嫌気性アンモニア酸化細菌を含む第２担体を投入する工程と、
前記硝化担体が得られるように、前記第１馴養室内の前記第１担体に含まれる前記硝化細菌を馴養する工程と、
前記脱窒担体が得られるように、前記第２馴養室内の前記第２担体に含まれる前記嫌気性アンモニア酸化細菌を馴養する工程と、
前記硝化細菌及び前記嫌気性アンモニア酸化細菌を馴養した後、前記分離板を取り外す工程とを含むことを特徴とする請求項１に記載の廃水処理方法。
【請求項４】
前記硝化担体及び前記脱窒担体の少なくとも一方は、包括固定化担体であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の廃水処理方法。
【請求項５】
前記亜硝酸に酸化する工程と、前記亜硝酸を脱窒する工程とにおいて、前記処理槽における溶存酸素濃度を、１ｍｇ／Ｌ以上４ｍｇ／Ｌ以下に維持することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の廃水処理方法。
【請求項６】
前記アンモニア性窒素を前記亜硝酸に酸化する硝化反応速度が、１．１ｋｇ-Ｎ・ｍ−３・ｄａｙ−１以上であり、
前記亜硝酸を脱窒する脱窒反応速度が、２．０ｋｇ-Ｎ・ｍ−３・ｄａｙ−１以上であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の廃水処理方法。
【請求項７】
硝化細菌を優占化させた硝化担体と、嫌気性アンモニア酸化細菌を優占化させた脱窒担体とが混在する処理槽を備えることを特徴とする廃水処理装置。
【請求項８】
前記処理槽が、前記硝化担体の馴養が行われる第１馴養室と、前記脱窒担体の馴養が行われる第２馴養室とに分離されるように、前記処理槽に着脱可能に取り付けられる分離板をさらに備えることを特徴とする請求項７に記載の廃水処理装置。
【請求項９】
前記処理槽を第１処理室及び第２処理室に分離するとともに、前記第１処理室及び前記第２処理室とを連通する連通路が前記処理槽の上部及び底部に形成されるように配置される邪魔板と、
前記第１処理室及び前記第２処理室のいずれか一方に設けられ、前記連通路を介して、前記廃水の旋回流が前記処理槽内に形成されるように、前記廃水を曝気攪拌する散気手段とをさらに備えることを特徴とする請求項７又は８に記載の廃水処理装置。
【請求項１０】
前記硝化担体及び前記脱窒担体の少なくとも一方は、包括固定化担体であることを特徴とする請求項７乃至９のいずれか一項に記載の廃水処理装置。
【請求項１１】
前記処理槽内の前記廃水を曝気攪拌する散気手段と、
前記処理槽における溶存酸素量が１ｍｇ／Ｌ以上４ｍｇ／Ｌ以下になるように、前記散気手段を制御する制御手段とをさらに備えることを特徴とする請求項７乃至１０のいずれか一項に記載の廃水処理装置。
【請求項１】
アンモニア性窒素を含む廃水を処理する方法であって、
硝化細菌を優占化させた硝化担体と、嫌気性アンモニア酸化細菌を優占化させた脱窒担体とが混在する処理槽において、前記硝化担体の前記硝化細菌により、前記廃水に含まれる前記アンモニア性窒素を亜硝酸に酸化する工程と、
前記処理槽において、前記脱窒担体の前記嫌気性アンモニア酸化細菌により、前記廃水中の前記アンモニア性窒素を水素供与体として、前記アンモニア性窒素の酸化により生成した前記亜硝酸を脱窒する工程とを含むことを特徴とする廃水処理方法。
【請求項２】
前記処理槽に前記脱窒担体を投入する工程と、
前記脱窒担体が投入された前記処理槽に、前記硝化細菌を含む担体を投入する工程と、
前記脱窒担体が得られるように、前記処理槽内の前記担体に含まれる前記硝化細菌を馴養する工程とを含むことを特徴とする請求項１に記載の廃水処理方法。
【請求項３】
前記処理槽が第１馴養室及び第２馴養室に分離されるように、前記処理槽に分離板を取り付ける工程と、
前記第１馴養室に前記硝化細菌を含む第１担体を投入する工程と、
前記第２馴養室に前記嫌気性アンモニア酸化細菌を含む第２担体を投入する工程と、
前記硝化担体が得られるように、前記第１馴養室内の前記第１担体に含まれる前記硝化細菌を馴養する工程と、
前記脱窒担体が得られるように、前記第２馴養室内の前記第２担体に含まれる前記嫌気性アンモニア酸化細菌を馴養する工程と、
前記硝化細菌及び前記嫌気性アンモニア酸化細菌を馴養した後、前記分離板を取り外す工程とを含むことを特徴とする請求項１に記載の廃水処理方法。
【請求項４】
前記硝化担体及び前記脱窒担体の少なくとも一方は、包括固定化担体であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の廃水処理方法。
【請求項５】
前記亜硝酸に酸化する工程と、前記亜硝酸を脱窒する工程とにおいて、前記処理槽における溶存酸素濃度を、１ｍｇ／Ｌ以上４ｍｇ／Ｌ以下に維持することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の廃水処理方法。
【請求項６】
前記アンモニア性窒素を前記亜硝酸に酸化する硝化反応速度が、１．１ｋｇ-Ｎ・ｍ−３・ｄａｙ−１以上であり、
前記亜硝酸を脱窒する脱窒反応速度が、２．０ｋｇ-Ｎ・ｍ−３・ｄａｙ−１以上であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の廃水処理方法。
【請求項７】
硝化細菌を優占化させた硝化担体と、嫌気性アンモニア酸化細菌を優占化させた脱窒担体とが混在する処理槽を備えることを特徴とする廃水処理装置。
【請求項８】
前記処理槽が、前記硝化担体の馴養が行われる第１馴養室と、前記脱窒担体の馴養が行われる第２馴養室とに分離されるように、前記処理槽に着脱可能に取り付けられる分離板をさらに備えることを特徴とする請求項７に記載の廃水処理装置。
【請求項９】
前記処理槽を第１処理室及び第２処理室に分離するとともに、前記第１処理室及び前記第２処理室とを連通する連通路が前記処理槽の上部及び底部に形成されるように配置される邪魔板と、
前記第１処理室及び前記第２処理室のいずれか一方に設けられ、前記連通路を介して、前記廃水の旋回流が前記処理槽内に形成されるように、前記廃水を曝気攪拌する散気手段とをさらに備えることを特徴とする請求項７又は８に記載の廃水処理装置。
【請求項１０】
前記硝化担体及び前記脱窒担体の少なくとも一方は、包括固定化担体であることを特徴とする請求項７乃至９のいずれか一項に記載の廃水処理装置。
【請求項１１】
前記処理槽内の前記廃水を曝気攪拌する散気手段と、
前記処理槽における溶存酸素量が１ｍｇ／Ｌ以上４ｍｇ／Ｌ以下になるように、前記散気手段を制御する制御手段とをさらに備えることを特徴とする請求項７乃至１０のいずれか一項に記載の廃水処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１０−２２１１９１（Ｐ２０１０−２２１１９１Ａ）
【公開日】平成２２年１０月７日（２０１０．１０．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−７４２４６（Ｐ２００９−７４２４６）
【出願日】平成２１年３月２５日（２００９．３．２５）
【出願人】（０００００５４５２）株式会社日立プラントテクノロジー (1,767)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月７日（２０１０．１０．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月２５日（２００９．３．２５）
【出願人】（０００００５４５２）株式会社日立プラントテクノロジー (1,767)
【Ｆターム（参考）】
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