廃水処理装置及び廃水処理方法
【課題】廃水中のアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素の濃度比率の調整も不要で、窒素の完全脱窒が可能な廃水処理装置及び廃水処理方法を提供する。
【解決手段】第１の槽と、第２の槽と、前記第１の槽に投入された、未馴養のアンモニア酸化細菌を含む硝化担体と、前記第２の槽に投入された、未馴養の嫌気性アンモニア酸化細菌を含む独立栄養性脱窒担体と、前記硝化担体を前記第２の槽から前記第１の槽に移動させるための担体移送手段とを備え、前記第１の槽において、前記未馴養のアンモニア酸化細菌の馴養を行い、前記第２の槽において、前記未馴養の嫌気性アンモニア酸化細菌の馴養を行い、前記担体移動手段が、馴養が行われた嫌気性アンモニア酸化細菌が含まれる独立栄養性脱窒担体の全部または一部を、前記第２の槽から前記第１の槽に移動させた廃水処理装置。
【解決手段】第１の槽と、第２の槽と、前記第１の槽に投入された、未馴養のアンモニア酸化細菌を含む硝化担体と、前記第２の槽に投入された、未馴養の嫌気性アンモニア酸化細菌を含む独立栄養性脱窒担体と、前記硝化担体を前記第２の槽から前記第１の槽に移動させるための担体移送手段とを備え、前記第１の槽において、前記未馴養のアンモニア酸化細菌の馴養を行い、前記第２の槽において、前記未馴養の嫌気性アンモニア酸化細菌の馴養を行い、前記担体移動手段が、馴養が行われた嫌気性アンモニア酸化細菌が含まれる独立栄養性脱窒担体の全部または一部を、前記第２の槽から前記第１の槽に移動させた廃水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃水処理装置及び廃水処理方法に関し、特にアンモニア性窒素を含む廃水の廃水処理装置及び廃水処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年新しい窒素除去方法として、嫌気性アンモニア酸化細菌により脱窒処理を行う方法（嫌気性アンモニア酸化法）が注目されている。この嫌気性アンモニア酸化法とは、独立栄養細菌である嫌気性アンモニア酸化細菌群により、窒素含有水中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して、アンモニア性窒素と亜硝酸性窒素とを同時脱窒する方法である。
【０００３】
嫌気性アンモニア酸化法による同時脱窒は、下記反応式（１）に従って行われ、この式から分かるように、アンモニア性窒素と亜硝酸性窒素は、１：１．３２の割合で反応を起こすので、廃水中には、この割合でアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素が含まれていることが望ましいとされている。
【０００４】
NH4++1.32NO2-+0.66HCO3-+0.13H+
→1.02N2+0.26NO3-+0.066CH2O0.5N0.15+2.03H2O （１）
このような嫌気性アンモニア酸化法を利用した廃水処理方法等については、いろいろ提案されている。
【０００５】
例えば、特許文献１に記載された嫌気性アンモニア酸化槽の運転方法は、嫌気性アンモニア酸化細菌の馴養が済んだ一方の嫌気性アンモニア酸化槽から前記嫌気性アンモニア酸化細菌の一部を引き抜き、この引き抜いた嫌気性アンモニア酸化細菌を、これから馴養を行う他方の嫌気性アンモニア酸化槽に投入して立ち上げ運転を行う運転方法であって、前記一方の嫌気性アンモニア酸化槽で馴養の終了した嫌気性アンモニア酸化細菌は、固定化材料に付着固定または包括固定された微生物固定化剤であることを備えている。
【０００６】
これにより、増殖速度の遅い嫌気性アンモニア酸化細菌の馴養期間を短縮でき、嫌気性アンモニア酸化細菌が引き抜かれた一方の嫌気性アンモニア酸化槽の性能も低下させることがないとしている。
【０００７】
また、特許文献２に記載されたアンモニア性窒素含有水の硝化方法は、硝化槽から流出する硝化液中の亜硝酸性窒素のモル濃度（ａ）とアンモニアのモル濃度（ｂ）との比ａ／ｂを１．１以上にすることを備えている。これにより、硝化工程流出水中の亜硝酸性窒素とアンモニア性窒素との比と適正とし、脱窒処理を高効率に行うことができるとしている。
【０００８】
更に、特許文献３に記載されたアンモニアを含む廃水を処理する方法は、硝化微生物を用いて酸素を付加することによりアンモニアを含む廃水を硝化処理してアンモニアの酸化生成物を生成する第１の工程と、アンモニアと共に酸化生成物を脱窒微生物を介して窒素に変換する第２の工程とを備え、前記第１の工程と前記第２の工程とを単一のバイオリアクタ内で同時に行うことを備えている。これにより、添加剤が不要で、単一の反応炉のみで廃水処理が可能になるとしている。
【０００９】
更にまた、非特許文献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）について記載されている。
【００１０】
このキャノン法では、同一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としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００６−０００７８５号公報
【特許文献２】特開２００５−２４６１３６号公報
【特許文献３】特表２００１−５０６５３５号公報
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】Third, K. A., Slieker, A. O., Kuenen, J.G., Jetten, M. S. M. (2001), The CANON 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】
【００１３】
しかしながら、特許文献１に記載された嫌気性アンモニア酸化槽の運転方法は、実際の廃水を使用した場合、アンモニア性窒素と亜硝酸性窒素とが、上記反応式（１）で示した割合（アンモニア性窒素：亜硝酸性窒素＝１：１．３２）で含まれることはなく、主にアンモニア性窒素の形で含まれていることから、このままでは嫌気性アンモニア酸化細菌の馴養及び、馴養後の運転は効率の悪いものであり、完全脱窒は不可能であった。
【００１４】
特許文献２に記載されたアンモニア性窒素含有水の硝化方法は、アンモニア性窒素と亜硝酸性窒素の濃度を調整するので、アンモニア酸化細菌による脱窒処理は効率的に行われるが、アンモニア性窒素と亜硝酸性窒素の濃度を調整する工程が必要であった。また、どのようにアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素の濃度を調整しても、完全に理想的な濃度に常時保つことは不可能なので、窒素成分の一部は必ず脱窒されずに外部に放出されることになる。つまり、この方法においても、完全脱窒は不可能であった。
【００１５】
特許文献３に記載されたアンモニアを含む廃水を処理する方法、及び、非特許文献１に記載されたキャノン法は、同一槽内で硝化細菌と嫌気性アンモニア酸化細菌を共存させ、硝化反応と脱窒反応の両方を同時に行わせているため、廃水中のアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素との濃度比率を調整する必要はないが、それでも、アンモニア性窒素と亜硝酸性窒素との濃度比率は、反応式（１）で示される理想値にはならないので、廃水中の全ての窒素成分を完全脱窒することは不可能であった。
【００１６】
本発明は、かかる実情に鑑み、実際の廃水処理装置で、廃水処理を行いつつ、硝化細菌、嫌気性アンモニア酸化細菌の馴養を効率よく行うことができ、廃水中のアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素の濃度比率の調整も不要で、窒素の完全脱窒が可能な廃水処理装置及び廃水処理方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の課題は、下記の各発明によって解決することができる。
【００１８】
即ち、本発明の廃水処理装置は、廃水中のアンモニア性窒素を脱窒するための廃水処理装置であって、外部から廃水が注水される第１の槽と、前記第１の槽から廃水が注水される第２の槽と、前記第１の槽に投入された、未馴養のアンモニア酸化細菌を含む硝化担体と、前記第２の槽に投入された、未馴養の嫌気性アンモニア酸化細菌を含む独立栄養性脱窒担体と、前記硝化担体を前記第２の槽から前記第１の槽に移動させるための担体移送手段と、前記第１の槽に空気を送気するためのブロアと、前記ブロアの送気量を制御することにより、前記第１の槽内の廃水の溶存酸素濃度をコントロールする溶存酸素濃度制御装置と、を備え、前記第１の槽において、前記未馴養のアンモニア酸化細菌に、前記廃水中のアンモニア性窒素を亜硝酸性窒素に硝化させつつ、前記未馴養のアンモニア酸化細菌の馴養を行い、前記第２の槽において、前記未馴養の嫌気性アンモニア酸化細菌に、前記第１の槽から注水された廃水中のアンモニア性窒素と、前記廃水中の前記亜硝酸性窒素とを同時脱窒させながら、前記未馴養の嫌気性アンモニア酸化細菌の馴養を行い、前記担体移動手段が、馴養が行われた嫌気性アンモニア酸化細菌が含まれる独立栄養性脱窒担体の全部または一部を、前記第２の槽から前記第１の槽に移動させ、前記第１の槽において、前記アンモニア酸化細菌と、前記第２の槽から移動してきた前記嫌気性アンモニア酸化細菌とを、共存させ、前記アンモニア酸化細菌が、外部から注水された廃水中の一部のアンモニア性窒素を亜硝酸性窒素に硝化し、前記嫌気性アンモニア酸化細菌が、前記廃水中の残りのアンモニア性窒素と、前記アンモニア酸化細菌が生成した前記亜硝酸性窒素と、を同時脱窒することを主要な特徴としている。
【００１９】
これにより、硝化槽において、アンモニア性窒素と亜硝酸性窒素との濃度比を、嫌気性アンモニア酸化細菌にとって好ましい濃度比に調整して、脱窒槽に廃水を送水するので、嫌気性アンモニア酸化細菌の馴養を効率よく迅速に行うことができる。
【００２０】
また、馴養完了後は、脱窒槽内の嫌気性アンモニア酸化細菌を硝化槽に移動させ、硝化細菌と共存させるので、廃水中のアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素との濃度比を調整する必要なく、廃水の脱窒処理を行うことが可能になる。
【００２１】
また、本発明の廃水処理装置は、従属栄養性細菌を含む従属栄養性脱窒担体を、前記第２の槽に投入する担体投入手段と、前記従属栄養性細菌によって水素供与体として使用される有機物を、前記第２の槽に投入する水素供与体投入手段と、を更に備え、前記担体移動手段が、前記独立栄養性脱窒担体の全部または一部を、前記第２の槽から前記第１の槽に移動させた後、前記担体投入手段が、前記第２の槽に従属栄養性脱窒担体を投入し、前記水素供与体投入手段が、前記有機物を前記第２の槽に投入し、前記第１の槽から注水された廃水中の窒素成分を、前記従属栄養性細菌が、脱窒する、ことを主要な特徴としている。
【００２２】
これにより、嫌気性アンモニア酸化細菌だけでは、脱窒できなかった窒素成分も、第２の槽に投入された従属栄養性細菌によって脱窒することができるので、廃水中の窒素成分の完全脱窒が可能になる。
【００２３】
また、嫌気性アンモニア酸化細菌による脱窒も行っているので、従属栄養性細菌のみを使用する方法比較して、メタノール等の水素供与体の供給量を極めて少なくすることができるので、ランニングコストを極めて低く抑えることができる。
【００２４】
更に、本発明の廃水処理装置は、前記第２の槽の前記嫌気性アンモニア酸化細菌の窒素の除去速度が、前記第２の槽の１ｍ３あたり０．５kg-N/m3/d以上になるまで、前記嫌気性アンモニア酸化細菌を馴養した後、前記担体移動手段が、馴養が行われた前記嫌気性アンモニア酸化細菌が含まれる独立栄養性脱窒担体の全部または一部を、前記第２の槽から前記第１の槽に移動させることを主要な特徴としている。
【００２５】
これにより、嫌気性アンモニア酸化細菌にとって活性を失いやすい好気的な雰囲気化に嫌気性アンモニア酸化細菌を移動させても、嫌気性アンモニア酸化細菌が活性を失うことを防ぐことができる。
【００２６】
更にまた、本発明の廃水処理装置は、前記嫌気性アンモニア酸化細菌の細菌数が、FISHダイレクトカウントで1.5×107cells/ml以上になるまで、前記嫌気性アンモニア酸化細菌を馴養した後、前記担体移動手段が、馴養が行われた前記嫌気性アンモニア酸化細菌が含まれる独立栄養性脱窒担体の全部または一部を、前記第２の槽から前記第１の槽に移動させることを主要な特徴としている。
【００２７】
これにより、嫌気性アンモニア酸化細菌にとって活性を失いやすい好気的な雰囲気化に嫌気性アンモニア酸化細菌を移動させても、嫌気性アンモニア酸化細菌が活性を失うことを防ぐことができる。
【００２８】
また、本発明の廃水処理装置は、前記第１の槽から注水された廃水中のアンモニア性窒素と、前記廃水中の前記亜硝酸性窒素とを同時脱窒させながら、前記未馴養の嫌気性アンモニア酸化細菌の馴養を行う際、前記溶存酸素濃度制御装置が、前記ブロアの送気量を制御して、前記第１の槽から前記第２の槽に流入する廃水の亜硝酸性窒素濃度が１００mg-N/L以下になるように、前記第１の槽の溶存酸素濃度をコントロールすることを主要な特徴としている。
【００２９】
これにより、過剰な亜硝酸性窒素による、第２の槽の嫌気性アンモニア酸化細菌の馴養の阻害を防ぐことができ、嫌気性アンモニア酸化細菌の馴養を効率よく、迅速に行うことができる。
【００３０】
更に、本発明の廃水処理方法は、外部から廃水が注水される第１の槽と、前記第１の槽から廃水が注水される第２の槽と、前記第１の槽に投入された、未馴養のアンモニア酸化細菌を含む硝化担体と、前記第２の槽に投入された、未馴養の嫌気性アンモニア酸化細菌を含む独立栄養性脱窒担体と、前記硝化担体を前記第２の槽から前記第１の槽に移動させるための担体移送手段と、前記第１の槽に空気を送気するためのブロアと、前記ブロアの送気量を制御することにより、前記第１の槽内の廃水の溶存酸素濃度をコントロールする溶存酸素濃度制御装置と、を備えた廃水処理装置を用いて、廃水中のアンモニア性窒素を脱窒する廃水処理方法であって、前記第１の槽で、前記未馴養のアンモニア酸化細菌に、前記廃水中のアンモニア性窒素を亜硝酸性窒素に硝化させつつ、前記未馴養のアンモニア酸化細菌の馴養を行うアンモニア酸化細菌馴養工程と、前記第２の槽で、前記未馴養の嫌気性アンモニア酸化細菌に、前記第１の槽から注水された廃水中のアンモニア性窒素と、前記廃水中の前記亜硝酸性窒素とを同時脱窒させながら、前記未馴養の嫌気性アンモニア酸化細菌の馴養を行う嫌気性アンモニア酸化細菌馴養工程と、前記担体移動手段が、前記嫌気性アンモニア酸化細菌馴養工程において馴養が行われた嫌気性アンモニア酸化細菌を含む独立栄養性脱窒担体の全部または一部を、前記第２の槽から前記第１の槽に移動させる担体移動工程と、前記第１の槽において、前記アンモニア酸化細菌が、外部から注水された廃水中の一部のアンモニア性窒素を亜硝酸性窒素に硝化する硝化工程と、前記第１の槽において、前記担体移動工程で第１の槽に移動させられた前記嫌気性アンモニア酸化細菌が、前記廃水中の残りのアンモニア性窒素と、前記アンモニア酸化細菌が生成した前記亜硝酸性窒素と、を同時脱窒する、同時脱窒工程と、を備えることを主要な特徴としている。
【００３１】
これにより、硝化槽において、アンモニア性窒素と亜硝酸性窒素との濃度比を、嫌気性アンモニア酸化細菌にとって好ましい濃度比に調整して、脱窒槽に廃水を送水するので、嫌気性アンモニア酸化細菌の馴養を効率よく迅速に行うことができる。
【００３２】
また、馴養完了後は、脱窒槽内の嫌気性アンモニア酸化細菌を硝化槽に移動させ、硝化細菌と共存させるので、廃水中のアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素との濃度比を調整する必要なく、廃水の脱窒処理を行うことが可能になる。
【００３３】
また、本発明の廃水処理方法は、前記廃水処理装置が、従属栄養性細菌を含む従属栄養性脱窒担体を、前記第２の槽に投入する担体投入手段と、前記従属栄養性細菌によって水素供与体として使用される有機物を、前記第２の槽に投入する水素供与体投入手段と、を更に備え、前記担体移動工程の後、前記担体投入手段が、前記第２の槽に従属栄養性脱窒担体を投入する担体投入工程と、前記担体移動工程の後、前記水素供与体投入手段が、前記有機物を前記第２の槽に投入する水素供与体投入工程と、前記第１の槽から注水された廃水中の窒素成分を、前記従属栄養性細菌が、脱窒する従属栄養性細菌脱窒工程と、を更に備えることを主要な特徴としている。
【００３４】
これにより、嫌気性アンモニア酸化細菌だけでは、脱窒できなかった窒素成分も、第２の槽に投入された従属栄養性細菌によって脱窒することができるので、廃水中の窒素成分の完全脱窒が可能になる。
【００３５】
また、嫌気性アンモニア酸化細菌による脱窒も行っているので、従属栄養性細菌のみを使用する方法比較して、メタノール等の水素供与体の供給量を極めて少なくすることができるので、ランニングコストを極めて低く抑えることができる。
【００３６】
更に、本発明の廃水処理方法は、前記アンモニア酸化細菌馴養工程において、前記第２の槽の前記嫌気性アンモニア酸化細菌の窒素の除去速度が、前記第２の槽の１ｍ３あたり０．５kg-N/m3/d以上になるまで、前記嫌気性アンモニア酸化細菌を馴養した後に、前記担体移動工程が行われることを主要な特徴としている。
【００３７】
これにより、嫌気性アンモニア酸化細菌にとって活性を失いやすい好気的な雰囲気化に嫌気性アンモニア酸化細菌を移動させても、嫌気性アンモニア酸化細菌が活性を失うことを防ぐことができる。
【００３８】
更にまた、本発明の廃水処理方法は、前記アンモニア酸化細菌馴養工程において、前記嫌気性アンモニア酸化細菌の細菌数が、FISHダイレクトカウントで1.5×107cells/ml以上になるまで、前記嫌気性アンモニア酸化細菌を馴養した後に、前記担体移動工程が行われる、ことを主要な特徴としている。
【００３９】
これにより、嫌気性アンモニア酸化細菌にとって活性を失いやすい好気的な雰囲気化に嫌気性アンモニア酸化細菌を移動させても、嫌気性アンモニア酸化細菌が活性を失うことを防ぐことができる。
【００４０】
また、本発明の廃水処理方法は、前記嫌気性アンモニア酸化細菌馴養工程において、前記溶存酸素濃度制御装置が、前記ブロアの送気量を制御して、前記第１の槽から前記第２の槽に流入する廃水の亜硝酸性窒素濃度が１００mg-N/L以下になるように、前記第１の槽の溶存酸素濃度をコントロールする工程を更に含むことを主要な特徴としている。
【００４１】
これにより、過剰の亜硝酸性窒素による、第２の槽の嫌気性アンモニア酸化細菌の馴養の阻害を防ぐことができ、嫌気性アンモニア酸化細菌の馴養を効率よく、迅速に行うことができる。
【発明の効果】
【００４２】
本発明の、廃水処理装置及び廃水処理方法によれば、廃水の脱窒処理を行いながら、硝化細菌と、嫌気性アンモニア酸化細菌の馴養を効率的に行い、馴養完了後は、廃水中のアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素の濃度管理をすることなく、脱窒処理をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の第１の状態の廃水処理装置の概略構成図である。
【図２】本発明の第２の状態の廃水処理装置の概略構成である。
【図３】本発明の第３の状態の廃水処理装置の概略構成図である。
【図４】窒素除去速度と活性低下率との関係を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
以下、添付図面を参照しながら、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。ここで、図中、同一の記号で示される部分は、同様の機能を有する同様の要素である。また、本明細書中で、数値範囲を“ 〜 ”を用いて表す場合は、“ 〜 ”で示される上限、下限の数値も数値範囲に含むものとする。
【００４５】
＜廃水処理装置の構成＞
本発明に係る廃水処理装置の一実施例について図面を参照して説明する。本発明に係る廃水処理装置は、以下に説明するように、第１の状態から第３の状態に変化してゆくことが特徴の一つである。図１は、本発明の第１の状態の廃水処理装置の概略構成図である。
【００４６】
（１）第１の状態の廃水処理装置
図１に示すように、第１の状態の廃水処理装置１００は、原水ポンプ１０と、硝化槽２０と、脱窒槽３０と、担体移送手段４０と、溶存酸素濃度制御装置５０と、ブロア６０と、噴出口７０と、スクリーン８０と、撹拌装置８５と、硝化担体９０と、独立栄養性脱窒担体９２と、を主に備えて構成される。
【００４７】
原水ポンプ１０は、アンモニアを含む廃水（原水）を硝化槽２０に送水する。ブロア６０は、空気（酸素）を送気し、噴出口７０から硝化槽２０内の水に空気（酸素）を供給する。供給する空気量は、硝化槽２０内の水の溶存酸素濃度を測定するセンサを備えた溶存酸素濃度制御装置５０により制御され、硝化槽２０内の水の溶存酸素濃度が所定の値になるようにコントロールされる。
【００４８】
硝化槽２０内には、アンモニア酸化細菌が固定化された硝化担体９０が投入されている。硝化担体９０は、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からである。
【００４９】
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。しかしながら、包括固定化担体に限定するものではなく、上記の利点はなくなるが、接触ろ材や付着固定化担体を使用しても良い。
【００５０】
硝化担体９０の固定化材料としては、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使用することができるが、これらに限定するものではない。
【００５１】
また、硝化担体９０は、球状体、円筒形状体、多孔質体、立方体、直方体、スポンジ状体、繊維状体、菊花状体、ハニカム状体などに成形されたものが好ましいが、これらの形状に限定されるものではない。
【００５２】
硝化担体９０のサイズは、スクリーン８０の目詰まりなどの廃水処理装置内の閉塞を防止する観点から、１ｍｍ〜１０ｍｍであることが好ましい。また、硝化担体９０の充填率（硝化槽２０内の廃水体積に対する硝化担体９０の体積の割合）は、５〜５０ｖｏｌ％であることが好ましい。
【００５３】
スクリーン８０は、硝化槽２０と、脱窒槽３０とに設置されている。どちらも槽内の担体が外部に流れ出さないようにするためのものであり、水は通しても担体は通らないサイズ、形状の孔が開いている。即ち、硝化槽２０に設置されたスクリーン８０は、硝化担体９０が、下流の脱窒槽３０に流れ込むのを防ぐためのものであり、水は通るが硝化担体９０は通らないサイズの孔が開いている。また、脱窒槽３０に設置されているスクリーン８０は、独立栄養性脱窒担体９２が、下流に流れ出すのを防ぐためのものであり、水は通るが独立栄養性脱窒担体９２は通らないサイズの孔が開いている。
【００５４】
脱窒槽３０には、独立栄養性脱窒担体９２が投入されている。独立栄養性脱窒担体９２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からである。
【００５５】
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。しかしながら、包括固定化担体に限定するものではなく、上記の利点はなくなるが、接触ろ材や付着固定化担体を使用しても良い。
【００５６】
独立栄養性脱窒担体９２の固定化材料としては、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使用することができるが、これらに限定するものではない。
【００５７】
また、独立栄養性脱窒担体９２は、球状体、円筒形状体、多孔質体、立方体、直方体、スポンジ状体、繊維状体、菊花状体、ハニカム状体などに成形されたものが好ましいが、これらの形状に限定されるものではない。
【００５８】
独立栄養性脱窒担体９２のサイズは、スクリーン８０の目詰まりなどの廃水処理装置内の閉塞を防止する観点から、１ｍｍ〜１０ｍｍであることが好ましい。また、独立栄養性脱窒担体９２の充填率（脱窒槽３０内の廃水体積に対する独立栄養性脱窒担体９２の体積の割合）は、５〜５０ｖｏｌ％であることが好ましい。
【００５９】
撹拌装置８５は、脱窒槽３０内に設置され、脱窒槽３０内の水を撹拌する。
【００６０】
担体移送手段４０は、脱窒槽３０に投入されている独立栄養性脱窒担体９２を硝化槽２０に移動させるための手段であり、様々な手段を採用することができる。例えば、ポンプにより移動させる手段、ネットなどによるグラブ式の移動手段、等を採用することができる。
【００６１】
具体的には、脱窒槽３０内に設置された撹拌装置８５を停止し、沈殿した独立栄養性脱窒担体９２をポンプにより吸い上げる手段や、独立栄養性脱窒担体９２を透過させない口径（約１ｍｍ）のネットに独立栄養性脱窒担体９２を捕集し、つり上げて硝化槽２０に移動させる手段等を採用することができる。
【００６２】
（２）第２の状態の廃水処理装置
次に、第２の状態の廃水処理装置について説明する。図２は、本発明の第２の状態の廃水処理装置の概略構成である。
【００６３】
ここで、第２の状態の廃水処理装置１１０は、その構成要素のほとんどが第１の状態の廃水処理装置と同じであるので、同じ部分については説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。
【００６４】
第２の状態の廃水処理装置は、第１の状態の廃水処理装置において馴養された脱窒槽３０内の独立栄養性脱窒担体９２を、担体移送手段４０を用いて硝化槽２０に移動させたものである。この際、全ての独立栄養性脱窒担体９２を硝化槽２０に移動させても良いし、一部を硝化槽２０に移動させても良い。
【００６５】
（３）第３の状態の廃水処理装置
次に、第３の状態の廃水処理装置について説明する。図３は、本発明の第３の状態の廃水処理装置の概略構成図である。
【００６６】
ここで、第３の状態の廃水処理装置１２０は、その構成要素のほとんどが第１の状態の廃水処理装置と同じであるので、同じ部分については説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。
【００６７】
第３の状態の廃水処理装置は、第２の状態の廃水処理装置の脱窒槽３０内に従属栄養性脱窒担体９４を投入したものである。従属栄養性脱窒担体９４は、従属栄養細菌（Pseudomonas denitrificansなど）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からである。
【００６８】
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。しかしながら、包括固定化担体に限定するものではなく、上記の利点はなくなるが、接触ろ材や付着固定化担体を使用しても良い。
【００６９】
従属栄養性脱窒担体９４の固定化材料としては、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使用することができるが、これらに限定するものではない。
【００７０】
また、従属栄養性脱窒担体９４は、球状体、円筒形状体、多孔質体、立方体、直方体、スポンジ状体、繊維状体、菊花状体、ハニカム状体などに成形されたものが好ましいが、これらの形状に限定されるものではない。
【００７１】
従属栄養性脱窒担体９４のサイズは、スクリーン８０の目詰まりなどの廃水処理装置内の閉塞を防止する観点から、１ｍｍ〜１０ｍｍであることが好ましい。また、独立栄養性脱窒担体９２の充填率（脱窒槽３０内の廃水体積に対する従属栄養性脱窒担体９４の体積の割合）は、５〜５０ｖｏｌ％であることが好ましい。
【００７２】
また、脱窒槽３０には、図示しない水素供与体投入装置が設置されている。この水素供与体投入装置により、従属栄養性の脱窒反応に必要な水素供与体が脱窒槽３０内に投入される。
【００７３】
水素供与体については、特に限定しないが、メタノール、酢酸ナトリウムなどのＢＯＤ成分となるものを使用することができる。また、水素供与体は、窒素１に対して炭素として１〜１０ほどの割合になるように投入することが望ましい。この投入は、ポンプにより連続投入することが望ましいが、回分的に投入しても良い。
【００７４】
＜廃水処理装置の作動＞
次に、本発明の一実施例に係る廃水処理装置の作動について図面を参照して説明する。
【００７５】
（１）第１の状態の廃水処理装置の作動
図１を参照して、第１の状態の廃水処理装置の作動について説明する。原水ポンプ１０により、少なくともアンモニアを含有する廃水である原水が、硝化槽２０に注水される。この原水は、アンモニア性窒素の他に窒素、リン、炭素、重金属類などの栄養塩が含まれていても良い。原水中のアンモニア性窒素濃度は、特に限定しないが、１００〜２０００ｍｇ／Ｌが好ましく、２００〜１０００ｍｇ／Ｌが特に好ましい。
【００７６】
硝化槽２０には、未馴養の硝化細菌（アンモニア酸化細菌）が保持された硝化担体９０が投入されている。硝化槽２０内の原水は、好気的に保たれており、硝化細菌が原水中のアンモニア性窒素を亜硝酸性窒素に硝化する。溶存酸素濃度制御装置５０は、センサを用いて原水中のＤＯ濃度を測定しながらブロア６０の送気量を制御することにより、原水中のＤＯ濃度を設定された濃度に保つ。硝化槽２０内の原水のＤＯ（溶存酸素）濃度は、特に限定はしないが、０．５〜８ｍｇ／Ｌが好ましく、０．５〜７ｍｇ／Ｌが更に好ましく、１〜７ｍｇ／Ｌが最も好ましい。溶存酸素濃度制御装置５０は、原水中のＤＯ濃度をこれらの好ましい濃度に保つことができる。
【００７７】
硝化槽２０内の未馴養の硝化細菌は、原水中に含まれるアンモニア性窒素の一部を亜硝酸性窒素に硝化（亜硝酸型硝化）することにより増殖し、馴養される。このようにして、硝化槽２０は立ち上げられるが、硝化細菌による硝化反応の立ち上げ状態では、槽内のアンモニア濃度が減少傾向になると同時に亜硝酸性窒素濃度が増加傾向になり、アンモニアから亜硝酸性窒素への硝化反応（亜硝酸型硝化）が確認できるようになっている。
【００７８】
ここで、「立ち上げる」とは、細菌を馴養することにより、廃水を処理するのに十分な数だけ細菌を増殖させ、その細菌が含まれる槽において、必要とされる量の廃水処理を可能にすることをいう。よって、「硝化細菌を立ち上げる」と、「硝化反応を立ち上げる」と、「（硝化細菌が含まれる）硝化槽を立ち上げる」とは、同じ意味になる。また、これは、他の細菌、槽についても同じことが言える。
【００７９】
硝化細菌による硝化反応が立ち上がった状態では、亜硝酸生成速度は、槽１ｍ３あたり０．５kg-N/m3/d以上であることが好ましい。また、ＤＯ濃度の制御により、アンモニア性窒素の約半量（厳密には、アンモニア性窒素と亜硝酸性窒素とが１：１．３２の割合になるアンモニア量）が亜硝酸性窒素に硝化されていることが好ましい。
【００８０】
原水の水温は、立ち上がった状態での亜硝酸生成速度が維持されていれば良く、特に限定はしないが、１０〜３５℃が好ましい。また、ｐＨについても同様に、亜硝酸生成速度が維持されていれば良く、特に限定しないが、ｐＨ６．０〜８．５が好ましい。
【００８１】
このように、硝化細菌によってアンモニア性窒素の約半量が亜硝酸性窒素に硝化された原水は、脱窒槽３０に送水される。この時、硝化槽２０に設置されたスクリーン８０によって、硝化担体９０が脱窒槽３０内に流れ込むことが防がれる。
【００８２】
次に、脱窒槽３０内での嫌気性アンモニア酸化細菌の馴養について説明する。独立栄養性脱窒担体９２に含まれる未馴養の嫌気性アンモニア酸化細菌は、硝化槽２０から脱窒槽３０に流れ込んだ原水中のアンモニア性窒素と、亜硝酸性窒素とを同時脱窒しながら増殖し、馴養される。即ち、嫌気性アンモニア酸化細菌は、硝化槽２０内で硝化細菌によってアンモニア性窒素から生成された亜硝酸性窒素を、原水中のアンモニア性窒素を水素供与体として脱窒しながら馴養される。
【００８３】
ここで、嫌気性アンモニア酸化細菌は、一般的に硝化細菌よりも増殖速度が遅い。そのため、硝化槽の立ち上がりよりも、脱窒槽の嫌気性アンモニア酸化細菌の立ち上がりの方が遅れることになる。更に、嫌気性アンモニア酸化細菌は、高濃度の亜硝酸性窒素によりその反応を阻害される。特に原水中のアンモニア濃度が高い場合、硝化槽２０の立ち上げ後には、約半量の高濃度の亜硝酸が存在するため、その高濃度の亜硝酸によって嫌気性アンモニア酸化反応は影響を受けてしまう。これにより、更に立ち上げに時間が必要になる。
【００８４】
そこで、特に立ち上げ初期では、脱窒槽３０に流入する原水中の亜硝酸性窒素濃度を１００mg-N/L以下にし、脱窒槽３０内の原水中の亜硝酸性窒素濃度を常に１００mg-N/L以下に保つことが望ましい。
【００８５】
そのための窒素濃度の制御方法としては、特に限定するものではないが、以下の方法がある。第１の方法は、硝化層２０の立ち上げを脱窒槽３０の嫌気性アンモニア酸化細菌の馴養に合わせてゆっくりと行う方法である。第２の方法は、硝化層２０と脱窒槽３０の間に調整槽を設け、硝化槽２０から流出する原水を、この調整槽で脱窒槽３０に適した状態になるように調整してから、脱窒槽３０に適量な水量で注水する方法である。
【００８６】
第１の方法について説明すると、硝化層２０のＤＯ濃度を低く保つことにより亜硝酸の生成速度を低く保つ。このとき、脱窒槽３０に流入する原水の亜硝酸性窒素濃度が１００mg-N/L以下になるように、硝化槽２０のＤＯの濃度を低く保つことが望ましい。亜硝酸性窒素濃度が１００mg-N/L以下の場合は、嫌気性アンモニア酸化細菌の馴養が阻害されないからである。
【００８７】
このようにして、硝化槽２０の立ち上げをゆっくりと行う。そして、脱窒槽３０の嫌気性アンモニア酸化細菌の馴養に合わせて、つまり、嫌気性アンモニア酸化細菌の増殖による嫌気性アンモニア酸化反応処理能力の増加に合わせて、硝化槽２０の亜硝酸生成速度を上げることにより、徐々に脱窒槽３０に流入する原水の亜硝酸濃度を上げてゆく。硝化槽２０の亜硝酸生成速度を上げるのは、硝化槽２０のＤＯ濃度の調整により行う。
【００８８】
これにより、硝化槽２０から脱窒槽３０に流入する原水が、嫌気性アンモニア酸化細菌の馴養を阻害するほどの亜硝酸濃度にならないように調整することができるので、嫌気性アンモニア酸化細菌の馴養を良好に行うことができる。
【００８９】
第２の方法について説明すると、第２の方法とは、硝化層２０と脱窒槽３０の間に調整槽を設け、硝化槽２０から流出する原水を、この調整槽で脱窒槽３０に適した状態になるように調整してから、脱窒槽３０に適量な水量で注水する方法である。
【００９０】
この原水の調整方法には、亜硝酸性窒素を含む薬品を投入する方法や希釈等の方法を用いることができ、これにより、亜硝酸濃度や窒素の負荷を調整することができる。
【００９１】
これにより、第１の方法と同様に、脱窒槽３０に流れ込む原水が、嫌気性アンモニア酸化細菌の馴養を阻害するほどの亜硝酸濃度にならないように調整することができるので、嫌気性アンモニア酸化細菌の馴養を良好に行うことができる。
【００９２】
このようにして、脱窒槽３０内の独立栄養性脱窒担体９２に保持された嫌気性アンモニア酸化細菌は馴養され、立ち上げられる。立ち上げの判断として、嫌気性アンモニア酸化細菌の窒素除去の反応式より、アンモニアの除去量１に対して、亜硝酸または硝酸の除去量がそれぞれ、約１．３２（亜硝酸）、０．２６（硝酸）になっていることを採用することができる。
【００９３】
立ち上げられた状態では、窒素除去速度は、槽１ｍ３あたり０．５kg-N/m3/d以上であることが好ましい。脱窒槽３０内の原水の水温は、立ち上がった状態での窒素除去速度が維持されていれば良く、特に限定はしないが、１０〜３５℃が好ましい。また、ｐＨについても同様に、窒素除去速度が維持されていれば良く、特に限定しないが、ｐＨ６．０〜８．５が好ましい。
【００９４】
このように第１の状態の廃水処理装置は、実際に廃水の脱窒処理を行いながら、同時に硝化細菌、嫌気性アンモニア酸化細菌の馴養が可能になる。また、立ち上がった状態の第１の状態の廃水処理装置では、外部からの有機物の供給を必要とせずに、十分な脱窒処理能力を有することになる。ただし、第１の状態の廃水処理装置では、硝化槽２０内での反応で、アンモニア性窒素と亜硝酸性窒素の比率が厳密には１：１．３２になるように制御する必要がある。しかしながらこの問題は、次に説明する第２の状態の廃水処理装置で解決する。
【００９５】
（２）第２の状態の廃水処理装置の作動
図２を参照して、第２の状態の廃水処理装置の作動について説明する。第１の状態の廃水処理装置の作動により硝化槽２０内の硝化細菌の立ち上げと、脱窒槽３０内の嫌気性アンモニア酸化細菌の立ち上げとが、完了することにより、第２の状態の廃水処理装置の作動が始まる。
【００９６】
担体移送手段４０は、脱窒槽３０内の独立栄養性脱窒担体９２の全部または一部を硝化層２０に移動させる。この時の嫌気性アンモニア酸化細菌の窒素の除去速度は、槽１ｍ３あたり０．５kg-N/m3/d以上、または、独立栄養性脱窒担体９２に保持されている嫌気性アンモニア酸化細菌の数がFISH法ダイレクトカウントで1.5×107cells/ml以上であることが必要である。
【００９７】
窒素の除去速度が、槽１ｍ３あたり０．５kg-N/m3/d以上であることが必要であることを示す評価結果は、図４に示される。図４は、窒素除去速度と活性低下率との関係を表す図である。
【００９８】
ここで、窒素除去速度は、アンモニア性窒素濃度と、亜硝酸性窒素濃度との和から求めた。窒素除去速度を求めるための式を以下に示す。
窒素除去速度(kg-N/m3/d)＝｛(CNH4, AIN-CNH4, AOUT) + (CNO2, AIN-CNO2, AOUT)｝×24/HRT
CNH4, AIN：流入水（原水）中のアンモニア性窒素濃度
CNH4, AOUT：流出水（処理水）中のアンモニア性窒素濃度
CNO2, AIN：流入水（原水）中の亜硝酸性窒素濃度
CNO2, AOUT：流出水（処理水）中の亜硝酸性窒素濃度
アンモニア性窒素の分析は、インドフェノール青法を用いた。また、亜硝酸性窒素については、イオンクロマトグラフ（ICS-1500, Dionex, USA）を用いて分析した。
【００９９】
また、活性低下率（％）は、槽内のＤＯ濃度が、0.5mg/L以下の条件での窒素除去速度と、槽内のＤＯ濃度を2mg/L程度にしたときの窒素除去速度の割合からから求めた。活性低下率（％）を求めるための式を以下に示す。
活性低下率（％）＝｛(NR0-NR1)/NR0｝×100
NR0：ＤＯ＝0.5mg/L以下の条件での窒素除去速度
NR1：ＤＯ＝2mg/L程度の条件での窒素除去速度
図４に示されるように、窒素除去速度が０．５kg-N/m3/d以上の時、活性低下率を１０％以下に抑えることができる。窒素除去率を１kg-N/m3/d以上にすることにより、活性低下率を約５％以下に抑えることができ、窒素除去率を４kg-N/m3/d以上にすることにより、活性低下率を０％に抑えることができる。
【０１００】
また、FISH法ダイレクトカウントについては、「K. Isaka et al., Growth characteristic of anaerobic ammonium oxidizing (anammox) bacteria in an anaerobic biological filtrated (ABF) reactor, Applied Microbiology and Biotechnology, 70, 47-52(2006)」に記載されているので、説明は省略する。
【０１０１】
このように、発明者の鋭意研究によって、好気的雰囲気においても嫌気性アンモニア酸化細菌が活性を余り失わない条件を見いだすことができた。即ち、好気性の硝化細菌にとって望ましい環境である好気的な雰囲気化では、本来嫌気性アンモニア酸化細菌は、その活性が阻害されるのであるが、発明者の鋭意研究によって、活性が阻害されない条件が見いだされたのである。
【０１０２】
担体移送手段４０による独立栄養性脱窒担体９２の移動は、例えば、ポンプによる移動、ネットなどによるグラブ式の移動等を採用することができる。
【０１０３】
具体的には、脱窒槽３０内に設置された撹拌装置８５を停止し、沈殿した独立栄養性脱窒担体９２をポンプにより吸い上げる方法や、独立栄養性脱窒担体９２を透過させない口径（約１ｍｍ）のネットに独立栄養性脱窒担体９２を捕集し、つり上げて硝化槽２０に移動させる方法等を用いることができる。
【０１０４】
このように、脱窒槽３０内の嫌気性アンモニア酸化細菌が固定化されている独立栄養性脱窒担体９２の一部または全部を硝化槽２０に移動させることにより、第２の状態の廃水処理装置が完成する。この第２の状態の廃水処理装置では、度同一槽内（硝化槽２０）で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。即ち、槽内のアンモニア性窒素の割合と亜硝酸性窒素との比率を管理する必要がない。また、水素供与体も不要である。
【０１０５】
なお、硝化槽２０の運転において、ＤＯ濃度は、０．５〜２ｍｇ／Ｌ程度が好ましい。また、酸素の供給により効率よく撹拌されていることが好ましい。
【０１０６】
槽内の原水の水温は、窒素除去速度が維持されていれば良く、特に限定はしないが、１０〜３５℃が好ましい。また、ｐＨについても同様に、窒素除去速度が維持されていれば良く、特に限定しないが、ｐＨ６．５〜８．０が好ましい。
【０１０７】
以上説明したように、第１の状態の廃水処理装置及び、第１の状態から変化させた第２の状態の廃水処理装置を用いることにより、未馴養の２種類の菌である、硝化細菌（アンモニア酸化細菌）と嫌気性アンモニア酸化細菌とを同時に馴養しながら、廃水処理も同時に行うことができる。
【０１０８】
これにより、通常６ヶ月以上必要な嫌気性アンモニア酸化細菌の馴養期間中においても、廃水処理を同時に行うことができるので、馴養期間中での廃水処理装置による廃水処理が可能になる。
【０１０９】
（３）第３の状態の廃水処理装置の作動
図３を参照して、第３の状態の廃水処理装置の作動について説明する。第３の状態の廃水処理装置は、図示しない担体投入手段が、第２の状態の廃水処理装置の脱窒槽３０に従属栄養性脱窒担体９４を投入したものである。
【０１１０】
原水ポンプ１０により硝化槽２０に注水された原水中の窒素成分は、硝化槽２０内の硝化細菌と嫌気性アンモニア酸化細菌とにより、そのほとんどが分解され脱窒される。
【０１１１】
次に、完全には脱窒しきれなかった残りの窒素成分を含む原水は、脱窒槽３０に送水される。脱窒槽３０では、図示しない水素供与体投入手段により投入されたメタノール、酢酸ナトリウムなどの有機物である水素供与体を用いて、従属栄養性脱窒担体９４内に固定化された従属栄養細菌が、脱窒を行う。
【０１１２】
これにより、嫌気性アンモニア酸化法では除去しきれない窒素分も確実に除去する、完全脱窒処理を行うことができる。また、従属栄養細菌のみを使用する脱窒処理と異なり、嫌気性アンモニア酸化法も併用しているので、使用する水素供与体の量は、極めて少量で済み、ランニングコストも極めて低く抑えることができる。
【０１１３】
このように、本発明の廃水処理装置及び廃水処理方法は、第１の状態の廃水処理装置から、第２の状態の廃水処理装置、第３の状態の廃水処理装置と状態を変化させてゆくことにより、廃水処理を行いつつ、細菌の立ち上げが可能であり、第２の状態の廃水処理装置の状態で使用すれば、硝化率のコントロール不要で、かつ、水素供与体を必要としない廃水処理が可能になる。
【０１１４】
また、第３の状態の廃水処理装置を使用すれば、硝化率のコントロール不要で、かつ、極めて少量の水素供与体の投入のみで、廃水の完全脱窒を行うことができる。
【０１１５】
更に、第１の状態において、未馴養のアンモニア酸化細菌と、未馴養の嫌気性アンモニア酸化細菌とを立ち上げながら、廃水の処理が可能なので、細菌が立ち上がる前においても廃水処理が可能になり、立ち上げ期間中の装置の可動停止を防ぐことができる。
【０１１６】
更にまた、細菌の馴養は、馴養終了後の本格稼働時の廃水と同じ廃水で行われるので、本格稼働時においても細菌は、廃水になれているので、能力を十分に発揮することができる。
【０１１７】
なお、上記において、廃水中の窒素成分を脱窒するための廃水処理装置、廃水処理方法について説明したが、上記と全く同じようにして、廃水中の窒素成分を除去した廃水処理水を製造することができる。この廃水処理水の製造方法については、上記と全く同じ内容になるので説明は省略する。
【符号の説明】
【０１１８】
１０…原水ポンプ、２０…硝化槽、３０…脱窒槽、４０…担体移送手段、５０…溶存酸素濃度制御装置、６０…ブロア、７０…噴出口、８０…スクリーン、８５…撹拌装置、９０…硝化担体、９２…独立栄養性脱窒担体、９４…従属栄養性脱窒担体、１００…廃水処理装置、１１０…廃水処理装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃水処理装置及び廃水処理方法に関し、特にアンモニア性窒素を含む廃水の廃水処理装置及び廃水処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年新しい窒素除去方法として、嫌気性アンモニア酸化細菌により脱窒処理を行う方法（嫌気性アンモニア酸化法）が注目されている。この嫌気性アンモニア酸化法とは、独立栄養細菌である嫌気性アンモニア酸化細菌群により、窒素含有水中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して、アンモニア性窒素と亜硝酸性窒素とを同時脱窒する方法である。
【０００３】
嫌気性アンモニア酸化法による同時脱窒は、下記反応式（１）に従って行われ、この式から分かるように、アンモニア性窒素と亜硝酸性窒素は、１：１．３２の割合で反応を起こすので、廃水中には、この割合でアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素が含まれていることが望ましいとされている。
【０００４】
NH4++1.32NO2-+0.66HCO3-+0.13H+
→1.02N2+0.26NO3-+0.066CH2O0.5N0.15+2.03H2O （１）
このような嫌気性アンモニア酸化法を利用した廃水処理方法等については、いろいろ提案されている。
【０００５】
例えば、特許文献１に記載された嫌気性アンモニア酸化槽の運転方法は、嫌気性アンモニア酸化細菌の馴養が済んだ一方の嫌気性アンモニア酸化槽から前記嫌気性アンモニア酸化細菌の一部を引き抜き、この引き抜いた嫌気性アンモニア酸化細菌を、これから馴養を行う他方の嫌気性アンモニア酸化槽に投入して立ち上げ運転を行う運転方法であって、前記一方の嫌気性アンモニア酸化槽で馴養の終了した嫌気性アンモニア酸化細菌は、固定化材料に付着固定または包括固定された微生物固定化剤であることを備えている。
【０００６】
これにより、増殖速度の遅い嫌気性アンモニア酸化細菌の馴養期間を短縮でき、嫌気性アンモニア酸化細菌が引き抜かれた一方の嫌気性アンモニア酸化槽の性能も低下させることがないとしている。
【０００７】
また、特許文献２に記載されたアンモニア性窒素含有水の硝化方法は、硝化槽から流出する硝化液中の亜硝酸性窒素のモル濃度（ａ）とアンモニアのモル濃度（ｂ）との比ａ／ｂを１．１以上にすることを備えている。これにより、硝化工程流出水中の亜硝酸性窒素とアンモニア性窒素との比と適正とし、脱窒処理を高効率に行うことができるとしている。
【０００８】
更に、特許文献３に記載されたアンモニアを含む廃水を処理する方法は、硝化微生物を用いて酸素を付加することによりアンモニアを含む廃水を硝化処理してアンモニアの酸化生成物を生成する第１の工程と、アンモニアと共に酸化生成物を脱窒微生物を介して窒素に変換する第２の工程とを備え、前記第１の工程と前記第２の工程とを単一のバイオリアクタ内で同時に行うことを備えている。これにより、添加剤が不要で、単一の反応炉のみで廃水処理が可能になるとしている。
【０００９】
更にまた、非特許文献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）について記載されている。
【００１０】
このキャノン法では、同一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としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００６−０００７８５号公報
【特許文献２】特開２００５−２４６１３６号公報
【特許文献３】特表２００１−５０６５３５号公報
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】Third, K. A., Slieker, A. O., Kuenen, J.G., Jetten, M. S. M. (2001), The CANON 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】
【００１３】
しかしながら、特許文献１に記載された嫌気性アンモニア酸化槽の運転方法は、実際の廃水を使用した場合、アンモニア性窒素と亜硝酸性窒素とが、上記反応式（１）で示した割合（アンモニア性窒素：亜硝酸性窒素＝１：１．３２）で含まれることはなく、主にアンモニア性窒素の形で含まれていることから、このままでは嫌気性アンモニア酸化細菌の馴養及び、馴養後の運転は効率の悪いものであり、完全脱窒は不可能であった。
【００１４】
特許文献２に記載されたアンモニア性窒素含有水の硝化方法は、アンモニア性窒素と亜硝酸性窒素の濃度を調整するので、アンモニア酸化細菌による脱窒処理は効率的に行われるが、アンモニア性窒素と亜硝酸性窒素の濃度を調整する工程が必要であった。また、どのようにアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素の濃度を調整しても、完全に理想的な濃度に常時保つことは不可能なので、窒素成分の一部は必ず脱窒されずに外部に放出されることになる。つまり、この方法においても、完全脱窒は不可能であった。
【００１５】
特許文献３に記載されたアンモニアを含む廃水を処理する方法、及び、非特許文献１に記載されたキャノン法は、同一槽内で硝化細菌と嫌気性アンモニア酸化細菌を共存させ、硝化反応と脱窒反応の両方を同時に行わせているため、廃水中のアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素との濃度比率を調整する必要はないが、それでも、アンモニア性窒素と亜硝酸性窒素との濃度比率は、反応式（１）で示される理想値にはならないので、廃水中の全ての窒素成分を完全脱窒することは不可能であった。
【００１６】
本発明は、かかる実情に鑑み、実際の廃水処理装置で、廃水処理を行いつつ、硝化細菌、嫌気性アンモニア酸化細菌の馴養を効率よく行うことができ、廃水中のアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素の濃度比率の調整も不要で、窒素の完全脱窒が可能な廃水処理装置及び廃水処理方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の課題は、下記の各発明によって解決することができる。
【００１８】
即ち、本発明の廃水処理装置は、廃水中のアンモニア性窒素を脱窒するための廃水処理装置であって、外部から廃水が注水される第１の槽と、前記第１の槽から廃水が注水される第２の槽と、前記第１の槽に投入された、未馴養のアンモニア酸化細菌を含む硝化担体と、前記第２の槽に投入された、未馴養の嫌気性アンモニア酸化細菌を含む独立栄養性脱窒担体と、前記硝化担体を前記第２の槽から前記第１の槽に移動させるための担体移送手段と、前記第１の槽に空気を送気するためのブロアと、前記ブロアの送気量を制御することにより、前記第１の槽内の廃水の溶存酸素濃度をコントロールする溶存酸素濃度制御装置と、を備え、前記第１の槽において、前記未馴養のアンモニア酸化細菌に、前記廃水中のアンモニア性窒素を亜硝酸性窒素に硝化させつつ、前記未馴養のアンモニア酸化細菌の馴養を行い、前記第２の槽において、前記未馴養の嫌気性アンモニア酸化細菌に、前記第１の槽から注水された廃水中のアンモニア性窒素と、前記廃水中の前記亜硝酸性窒素とを同時脱窒させながら、前記未馴養の嫌気性アンモニア酸化細菌の馴養を行い、前記担体移動手段が、馴養が行われた嫌気性アンモニア酸化細菌が含まれる独立栄養性脱窒担体の全部または一部を、前記第２の槽から前記第１の槽に移動させ、前記第１の槽において、前記アンモニア酸化細菌と、前記第２の槽から移動してきた前記嫌気性アンモニア酸化細菌とを、共存させ、前記アンモニア酸化細菌が、外部から注水された廃水中の一部のアンモニア性窒素を亜硝酸性窒素に硝化し、前記嫌気性アンモニア酸化細菌が、前記廃水中の残りのアンモニア性窒素と、前記アンモニア酸化細菌が生成した前記亜硝酸性窒素と、を同時脱窒することを主要な特徴としている。
【００１９】
これにより、硝化槽において、アンモニア性窒素と亜硝酸性窒素との濃度比を、嫌気性アンモニア酸化細菌にとって好ましい濃度比に調整して、脱窒槽に廃水を送水するので、嫌気性アンモニア酸化細菌の馴養を効率よく迅速に行うことができる。
【００２０】
また、馴養完了後は、脱窒槽内の嫌気性アンモニア酸化細菌を硝化槽に移動させ、硝化細菌と共存させるので、廃水中のアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素との濃度比を調整する必要なく、廃水の脱窒処理を行うことが可能になる。
【００２１】
また、本発明の廃水処理装置は、従属栄養性細菌を含む従属栄養性脱窒担体を、前記第２の槽に投入する担体投入手段と、前記従属栄養性細菌によって水素供与体として使用される有機物を、前記第２の槽に投入する水素供与体投入手段と、を更に備え、前記担体移動手段が、前記独立栄養性脱窒担体の全部または一部を、前記第２の槽から前記第１の槽に移動させた後、前記担体投入手段が、前記第２の槽に従属栄養性脱窒担体を投入し、前記水素供与体投入手段が、前記有機物を前記第２の槽に投入し、前記第１の槽から注水された廃水中の窒素成分を、前記従属栄養性細菌が、脱窒する、ことを主要な特徴としている。
【００２２】
これにより、嫌気性アンモニア酸化細菌だけでは、脱窒できなかった窒素成分も、第２の槽に投入された従属栄養性細菌によって脱窒することができるので、廃水中の窒素成分の完全脱窒が可能になる。
【００２３】
また、嫌気性アンモニア酸化細菌による脱窒も行っているので、従属栄養性細菌のみを使用する方法比較して、メタノール等の水素供与体の供給量を極めて少なくすることができるので、ランニングコストを極めて低く抑えることができる。
【００２４】
更に、本発明の廃水処理装置は、前記第２の槽の前記嫌気性アンモニア酸化細菌の窒素の除去速度が、前記第２の槽の１ｍ３あたり０．５kg-N/m3/d以上になるまで、前記嫌気性アンモニア酸化細菌を馴養した後、前記担体移動手段が、馴養が行われた前記嫌気性アンモニア酸化細菌が含まれる独立栄養性脱窒担体の全部または一部を、前記第２の槽から前記第１の槽に移動させることを主要な特徴としている。
【００２５】
これにより、嫌気性アンモニア酸化細菌にとって活性を失いやすい好気的な雰囲気化に嫌気性アンモニア酸化細菌を移動させても、嫌気性アンモニア酸化細菌が活性を失うことを防ぐことができる。
【００２６】
更にまた、本発明の廃水処理装置は、前記嫌気性アンモニア酸化細菌の細菌数が、FISHダイレクトカウントで1.5×107cells/ml以上になるまで、前記嫌気性アンモニア酸化細菌を馴養した後、前記担体移動手段が、馴養が行われた前記嫌気性アンモニア酸化細菌が含まれる独立栄養性脱窒担体の全部または一部を、前記第２の槽から前記第１の槽に移動させることを主要な特徴としている。
【００２７】
これにより、嫌気性アンモニア酸化細菌にとって活性を失いやすい好気的な雰囲気化に嫌気性アンモニア酸化細菌を移動させても、嫌気性アンモニア酸化細菌が活性を失うことを防ぐことができる。
【００２８】
また、本発明の廃水処理装置は、前記第１の槽から注水された廃水中のアンモニア性窒素と、前記廃水中の前記亜硝酸性窒素とを同時脱窒させながら、前記未馴養の嫌気性アンモニア酸化細菌の馴養を行う際、前記溶存酸素濃度制御装置が、前記ブロアの送気量を制御して、前記第１の槽から前記第２の槽に流入する廃水の亜硝酸性窒素濃度が１００mg-N/L以下になるように、前記第１の槽の溶存酸素濃度をコントロールすることを主要な特徴としている。
【００２９】
これにより、過剰な亜硝酸性窒素による、第２の槽の嫌気性アンモニア酸化細菌の馴養の阻害を防ぐことができ、嫌気性アンモニア酸化細菌の馴養を効率よく、迅速に行うことができる。
【００３０】
更に、本発明の廃水処理方法は、外部から廃水が注水される第１の槽と、前記第１の槽から廃水が注水される第２の槽と、前記第１の槽に投入された、未馴養のアンモニア酸化細菌を含む硝化担体と、前記第２の槽に投入された、未馴養の嫌気性アンモニア酸化細菌を含む独立栄養性脱窒担体と、前記硝化担体を前記第２の槽から前記第１の槽に移動させるための担体移送手段と、前記第１の槽に空気を送気するためのブロアと、前記ブロアの送気量を制御することにより、前記第１の槽内の廃水の溶存酸素濃度をコントロールする溶存酸素濃度制御装置と、を備えた廃水処理装置を用いて、廃水中のアンモニア性窒素を脱窒する廃水処理方法であって、前記第１の槽で、前記未馴養のアンモニア酸化細菌に、前記廃水中のアンモニア性窒素を亜硝酸性窒素に硝化させつつ、前記未馴養のアンモニア酸化細菌の馴養を行うアンモニア酸化細菌馴養工程と、前記第２の槽で、前記未馴養の嫌気性アンモニア酸化細菌に、前記第１の槽から注水された廃水中のアンモニア性窒素と、前記廃水中の前記亜硝酸性窒素とを同時脱窒させながら、前記未馴養の嫌気性アンモニア酸化細菌の馴養を行う嫌気性アンモニア酸化細菌馴養工程と、前記担体移動手段が、前記嫌気性アンモニア酸化細菌馴養工程において馴養が行われた嫌気性アンモニア酸化細菌を含む独立栄養性脱窒担体の全部または一部を、前記第２の槽から前記第１の槽に移動させる担体移動工程と、前記第１の槽において、前記アンモニア酸化細菌が、外部から注水された廃水中の一部のアンモニア性窒素を亜硝酸性窒素に硝化する硝化工程と、前記第１の槽において、前記担体移動工程で第１の槽に移動させられた前記嫌気性アンモニア酸化細菌が、前記廃水中の残りのアンモニア性窒素と、前記アンモニア酸化細菌が生成した前記亜硝酸性窒素と、を同時脱窒する、同時脱窒工程と、を備えることを主要な特徴としている。
【００３１】
これにより、硝化槽において、アンモニア性窒素と亜硝酸性窒素との濃度比を、嫌気性アンモニア酸化細菌にとって好ましい濃度比に調整して、脱窒槽に廃水を送水するので、嫌気性アンモニア酸化細菌の馴養を効率よく迅速に行うことができる。
【００３２】
また、馴養完了後は、脱窒槽内の嫌気性アンモニア酸化細菌を硝化槽に移動させ、硝化細菌と共存させるので、廃水中のアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素との濃度比を調整する必要なく、廃水の脱窒処理を行うことが可能になる。
【００３３】
また、本発明の廃水処理方法は、前記廃水処理装置が、従属栄養性細菌を含む従属栄養性脱窒担体を、前記第２の槽に投入する担体投入手段と、前記従属栄養性細菌によって水素供与体として使用される有機物を、前記第２の槽に投入する水素供与体投入手段と、を更に備え、前記担体移動工程の後、前記担体投入手段が、前記第２の槽に従属栄養性脱窒担体を投入する担体投入工程と、前記担体移動工程の後、前記水素供与体投入手段が、前記有機物を前記第２の槽に投入する水素供与体投入工程と、前記第１の槽から注水された廃水中の窒素成分を、前記従属栄養性細菌が、脱窒する従属栄養性細菌脱窒工程と、を更に備えることを主要な特徴としている。
【００３４】
これにより、嫌気性アンモニア酸化細菌だけでは、脱窒できなかった窒素成分も、第２の槽に投入された従属栄養性細菌によって脱窒することができるので、廃水中の窒素成分の完全脱窒が可能になる。
【００３５】
また、嫌気性アンモニア酸化細菌による脱窒も行っているので、従属栄養性細菌のみを使用する方法比較して、メタノール等の水素供与体の供給量を極めて少なくすることができるので、ランニングコストを極めて低く抑えることができる。
【００３６】
更に、本発明の廃水処理方法は、前記アンモニア酸化細菌馴養工程において、前記第２の槽の前記嫌気性アンモニア酸化細菌の窒素の除去速度が、前記第２の槽の１ｍ３あたり０．５kg-N/m3/d以上になるまで、前記嫌気性アンモニア酸化細菌を馴養した後に、前記担体移動工程が行われることを主要な特徴としている。
【００３７】
これにより、嫌気性アンモニア酸化細菌にとって活性を失いやすい好気的な雰囲気化に嫌気性アンモニア酸化細菌を移動させても、嫌気性アンモニア酸化細菌が活性を失うことを防ぐことができる。
【００３８】
更にまた、本発明の廃水処理方法は、前記アンモニア酸化細菌馴養工程において、前記嫌気性アンモニア酸化細菌の細菌数が、FISHダイレクトカウントで1.5×107cells/ml以上になるまで、前記嫌気性アンモニア酸化細菌を馴養した後に、前記担体移動工程が行われる、ことを主要な特徴としている。
【００３９】
これにより、嫌気性アンモニア酸化細菌にとって活性を失いやすい好気的な雰囲気化に嫌気性アンモニア酸化細菌を移動させても、嫌気性アンモニア酸化細菌が活性を失うことを防ぐことができる。
【００４０】
また、本発明の廃水処理方法は、前記嫌気性アンモニア酸化細菌馴養工程において、前記溶存酸素濃度制御装置が、前記ブロアの送気量を制御して、前記第１の槽から前記第２の槽に流入する廃水の亜硝酸性窒素濃度が１００mg-N/L以下になるように、前記第１の槽の溶存酸素濃度をコントロールする工程を更に含むことを主要な特徴としている。
【００４１】
これにより、過剰の亜硝酸性窒素による、第２の槽の嫌気性アンモニア酸化細菌の馴養の阻害を防ぐことができ、嫌気性アンモニア酸化細菌の馴養を効率よく、迅速に行うことができる。
【発明の効果】
【００４２】
本発明の、廃水処理装置及び廃水処理方法によれば、廃水の脱窒処理を行いながら、硝化細菌と、嫌気性アンモニア酸化細菌の馴養を効率的に行い、馴養完了後は、廃水中のアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素の濃度管理をすることなく、脱窒処理をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の第１の状態の廃水処理装置の概略構成図である。
【図２】本発明の第２の状態の廃水処理装置の概略構成である。
【図３】本発明の第３の状態の廃水処理装置の概略構成図である。
【図４】窒素除去速度と活性低下率との関係を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
以下、添付図面を参照しながら、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。ここで、図中、同一の記号で示される部分は、同様の機能を有する同様の要素である。また、本明細書中で、数値範囲を“ 〜 ”を用いて表す場合は、“ 〜 ”で示される上限、下限の数値も数値範囲に含むものとする。
【００４５】
＜廃水処理装置の構成＞
本発明に係る廃水処理装置の一実施例について図面を参照して説明する。本発明に係る廃水処理装置は、以下に説明するように、第１の状態から第３の状態に変化してゆくことが特徴の一つである。図１は、本発明の第１の状態の廃水処理装置の概略構成図である。
【００４６】
（１）第１の状態の廃水処理装置
図１に示すように、第１の状態の廃水処理装置１００は、原水ポンプ１０と、硝化槽２０と、脱窒槽３０と、担体移送手段４０と、溶存酸素濃度制御装置５０と、ブロア６０と、噴出口７０と、スクリーン８０と、撹拌装置８５と、硝化担体９０と、独立栄養性脱窒担体９２と、を主に備えて構成される。
【００４７】
原水ポンプ１０は、アンモニアを含む廃水（原水）を硝化槽２０に送水する。ブロア６０は、空気（酸素）を送気し、噴出口７０から硝化槽２０内の水に空気（酸素）を供給する。供給する空気量は、硝化槽２０内の水の溶存酸素濃度を測定するセンサを備えた溶存酸素濃度制御装置５０により制御され、硝化槽２０内の水の溶存酸素濃度が所定の値になるようにコントロールされる。
【００４８】
硝化槽２０内には、アンモニア酸化細菌が固定化された硝化担体９０が投入されている。硝化担体９０は、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からである。
【００４９】
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。しかしながら、包括固定化担体に限定するものではなく、上記の利点はなくなるが、接触ろ材や付着固定化担体を使用しても良い。
【００５０】
硝化担体９０の固定化材料としては、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使用することができるが、これらに限定するものではない。
【００５１】
また、硝化担体９０は、球状体、円筒形状体、多孔質体、立方体、直方体、スポンジ状体、繊維状体、菊花状体、ハニカム状体などに成形されたものが好ましいが、これらの形状に限定されるものではない。
【００５２】
硝化担体９０のサイズは、スクリーン８０の目詰まりなどの廃水処理装置内の閉塞を防止する観点から、１ｍｍ〜１０ｍｍであることが好ましい。また、硝化担体９０の充填率（硝化槽２０内の廃水体積に対する硝化担体９０の体積の割合）は、５〜５０ｖｏｌ％であることが好ましい。
【００５３】
スクリーン８０は、硝化槽２０と、脱窒槽３０とに設置されている。どちらも槽内の担体が外部に流れ出さないようにするためのものであり、水は通しても担体は通らないサイズ、形状の孔が開いている。即ち、硝化槽２０に設置されたスクリーン８０は、硝化担体９０が、下流の脱窒槽３０に流れ込むのを防ぐためのものであり、水は通るが硝化担体９０は通らないサイズの孔が開いている。また、脱窒槽３０に設置されているスクリーン８０は、独立栄養性脱窒担体９２が、下流に流れ出すのを防ぐためのものであり、水は通るが独立栄養性脱窒担体９２は通らないサイズの孔が開いている。
【００５４】
脱窒槽３０には、独立栄養性脱窒担体９２が投入されている。独立栄養性脱窒担体９２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からである。
【００５５】
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。しかしながら、包括固定化担体に限定するものではなく、上記の利点はなくなるが、接触ろ材や付着固定化担体を使用しても良い。
【００５６】
独立栄養性脱窒担体９２の固定化材料としては、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使用することができるが、これらに限定するものではない。
【００５７】
また、独立栄養性脱窒担体９２は、球状体、円筒形状体、多孔質体、立方体、直方体、スポンジ状体、繊維状体、菊花状体、ハニカム状体などに成形されたものが好ましいが、これらの形状に限定されるものではない。
【００５８】
独立栄養性脱窒担体９２のサイズは、スクリーン８０の目詰まりなどの廃水処理装置内の閉塞を防止する観点から、１ｍｍ〜１０ｍｍであることが好ましい。また、独立栄養性脱窒担体９２の充填率（脱窒槽３０内の廃水体積に対する独立栄養性脱窒担体９２の体積の割合）は、５〜５０ｖｏｌ％であることが好ましい。
【００５９】
撹拌装置８５は、脱窒槽３０内に設置され、脱窒槽３０内の水を撹拌する。
【００６０】
担体移送手段４０は、脱窒槽３０に投入されている独立栄養性脱窒担体９２を硝化槽２０に移動させるための手段であり、様々な手段を採用することができる。例えば、ポンプにより移動させる手段、ネットなどによるグラブ式の移動手段、等を採用することができる。
【００６１】
具体的には、脱窒槽３０内に設置された撹拌装置８５を停止し、沈殿した独立栄養性脱窒担体９２をポンプにより吸い上げる手段や、独立栄養性脱窒担体９２を透過させない口径（約１ｍｍ）のネットに独立栄養性脱窒担体９２を捕集し、つり上げて硝化槽２０に移動させる手段等を採用することができる。
【００６２】
（２）第２の状態の廃水処理装置
次に、第２の状態の廃水処理装置について説明する。図２は、本発明の第２の状態の廃水処理装置の概略構成である。
【００６３】
ここで、第２の状態の廃水処理装置１１０は、その構成要素のほとんどが第１の状態の廃水処理装置と同じであるので、同じ部分については説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。
【００６４】
第２の状態の廃水処理装置は、第１の状態の廃水処理装置において馴養された脱窒槽３０内の独立栄養性脱窒担体９２を、担体移送手段４０を用いて硝化槽２０に移動させたものである。この際、全ての独立栄養性脱窒担体９２を硝化槽２０に移動させても良いし、一部を硝化槽２０に移動させても良い。
【００６５】
（３）第３の状態の廃水処理装置
次に、第３の状態の廃水処理装置について説明する。図３は、本発明の第３の状態の廃水処理装置の概略構成図である。
【００６６】
ここで、第３の状態の廃水処理装置１２０は、その構成要素のほとんどが第１の状態の廃水処理装置と同じであるので、同じ部分については説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。
【００６７】
第３の状態の廃水処理装置は、第２の状態の廃水処理装置の脱窒槽３０内に従属栄養性脱窒担体９４を投入したものである。従属栄養性脱窒担体９４は、従属栄養細菌（Pseudomonas denitrificansなど）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からである。
【００６８】
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。しかしながら、包括固定化担体に限定するものではなく、上記の利点はなくなるが、接触ろ材や付着固定化担体を使用しても良い。
【００６９】
従属栄養性脱窒担体９４の固定化材料としては、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使用することができるが、これらに限定するものではない。
【００７０】
また、従属栄養性脱窒担体９４は、球状体、円筒形状体、多孔質体、立方体、直方体、スポンジ状体、繊維状体、菊花状体、ハニカム状体などに成形されたものが好ましいが、これらの形状に限定されるものではない。
【００７１】
従属栄養性脱窒担体９４のサイズは、スクリーン８０の目詰まりなどの廃水処理装置内の閉塞を防止する観点から、１ｍｍ〜１０ｍｍであることが好ましい。また、独立栄養性脱窒担体９２の充填率（脱窒槽３０内の廃水体積に対する従属栄養性脱窒担体９４の体積の割合）は、５〜５０ｖｏｌ％であることが好ましい。
【００７２】
また、脱窒槽３０には、図示しない水素供与体投入装置が設置されている。この水素供与体投入装置により、従属栄養性の脱窒反応に必要な水素供与体が脱窒槽３０内に投入される。
【００７３】
水素供与体については、特に限定しないが、メタノール、酢酸ナトリウムなどのＢＯＤ成分となるものを使用することができる。また、水素供与体は、窒素１に対して炭素として１〜１０ほどの割合になるように投入することが望ましい。この投入は、ポンプにより連続投入することが望ましいが、回分的に投入しても良い。
【００７４】
＜廃水処理装置の作動＞
次に、本発明の一実施例に係る廃水処理装置の作動について図面を参照して説明する。
【００７５】
（１）第１の状態の廃水処理装置の作動
図１を参照して、第１の状態の廃水処理装置の作動について説明する。原水ポンプ１０により、少なくともアンモニアを含有する廃水である原水が、硝化槽２０に注水される。この原水は、アンモニア性窒素の他に窒素、リン、炭素、重金属類などの栄養塩が含まれていても良い。原水中のアンモニア性窒素濃度は、特に限定しないが、１００〜２０００ｍｇ／Ｌが好ましく、２００〜１０００ｍｇ／Ｌが特に好ましい。
【００７６】
硝化槽２０には、未馴養の硝化細菌（アンモニア酸化細菌）が保持された硝化担体９０が投入されている。硝化槽２０内の原水は、好気的に保たれており、硝化細菌が原水中のアンモニア性窒素を亜硝酸性窒素に硝化する。溶存酸素濃度制御装置５０は、センサを用いて原水中のＤＯ濃度を測定しながらブロア６０の送気量を制御することにより、原水中のＤＯ濃度を設定された濃度に保つ。硝化槽２０内の原水のＤＯ（溶存酸素）濃度は、特に限定はしないが、０．５〜８ｍｇ／Ｌが好ましく、０．５〜７ｍｇ／Ｌが更に好ましく、１〜７ｍｇ／Ｌが最も好ましい。溶存酸素濃度制御装置５０は、原水中のＤＯ濃度をこれらの好ましい濃度に保つことができる。
【００７７】
硝化槽２０内の未馴養の硝化細菌は、原水中に含まれるアンモニア性窒素の一部を亜硝酸性窒素に硝化（亜硝酸型硝化）することにより増殖し、馴養される。このようにして、硝化槽２０は立ち上げられるが、硝化細菌による硝化反応の立ち上げ状態では、槽内のアンモニア濃度が減少傾向になると同時に亜硝酸性窒素濃度が増加傾向になり、アンモニアから亜硝酸性窒素への硝化反応（亜硝酸型硝化）が確認できるようになっている。
【００７８】
ここで、「立ち上げる」とは、細菌を馴養することにより、廃水を処理するのに十分な数だけ細菌を増殖させ、その細菌が含まれる槽において、必要とされる量の廃水処理を可能にすることをいう。よって、「硝化細菌を立ち上げる」と、「硝化反応を立ち上げる」と、「（硝化細菌が含まれる）硝化槽を立ち上げる」とは、同じ意味になる。また、これは、他の細菌、槽についても同じことが言える。
【００７９】
硝化細菌による硝化反応が立ち上がった状態では、亜硝酸生成速度は、槽１ｍ３あたり０．５kg-N/m3/d以上であることが好ましい。また、ＤＯ濃度の制御により、アンモニア性窒素の約半量（厳密には、アンモニア性窒素と亜硝酸性窒素とが１：１．３２の割合になるアンモニア量）が亜硝酸性窒素に硝化されていることが好ましい。
【００８０】
原水の水温は、立ち上がった状態での亜硝酸生成速度が維持されていれば良く、特に限定はしないが、１０〜３５℃が好ましい。また、ｐＨについても同様に、亜硝酸生成速度が維持されていれば良く、特に限定しないが、ｐＨ６．０〜８．５が好ましい。
【００８１】
このように、硝化細菌によってアンモニア性窒素の約半量が亜硝酸性窒素に硝化された原水は、脱窒槽３０に送水される。この時、硝化槽２０に設置されたスクリーン８０によって、硝化担体９０が脱窒槽３０内に流れ込むことが防がれる。
【００８２】
次に、脱窒槽３０内での嫌気性アンモニア酸化細菌の馴養について説明する。独立栄養性脱窒担体９２に含まれる未馴養の嫌気性アンモニア酸化細菌は、硝化槽２０から脱窒槽３０に流れ込んだ原水中のアンモニア性窒素と、亜硝酸性窒素とを同時脱窒しながら増殖し、馴養される。即ち、嫌気性アンモニア酸化細菌は、硝化槽２０内で硝化細菌によってアンモニア性窒素から生成された亜硝酸性窒素を、原水中のアンモニア性窒素を水素供与体として脱窒しながら馴養される。
【００８３】
ここで、嫌気性アンモニア酸化細菌は、一般的に硝化細菌よりも増殖速度が遅い。そのため、硝化槽の立ち上がりよりも、脱窒槽の嫌気性アンモニア酸化細菌の立ち上がりの方が遅れることになる。更に、嫌気性アンモニア酸化細菌は、高濃度の亜硝酸性窒素によりその反応を阻害される。特に原水中のアンモニア濃度が高い場合、硝化槽２０の立ち上げ後には、約半量の高濃度の亜硝酸が存在するため、その高濃度の亜硝酸によって嫌気性アンモニア酸化反応は影響を受けてしまう。これにより、更に立ち上げに時間が必要になる。
【００８４】
そこで、特に立ち上げ初期では、脱窒槽３０に流入する原水中の亜硝酸性窒素濃度を１００mg-N/L以下にし、脱窒槽３０内の原水中の亜硝酸性窒素濃度を常に１００mg-N/L以下に保つことが望ましい。
【００８５】
そのための窒素濃度の制御方法としては、特に限定するものではないが、以下の方法がある。第１の方法は、硝化層２０の立ち上げを脱窒槽３０の嫌気性アンモニア酸化細菌の馴養に合わせてゆっくりと行う方法である。第２の方法は、硝化層２０と脱窒槽３０の間に調整槽を設け、硝化槽２０から流出する原水を、この調整槽で脱窒槽３０に適した状態になるように調整してから、脱窒槽３０に適量な水量で注水する方法である。
【００８６】
第１の方法について説明すると、硝化層２０のＤＯ濃度を低く保つことにより亜硝酸の生成速度を低く保つ。このとき、脱窒槽３０に流入する原水の亜硝酸性窒素濃度が１００mg-N/L以下になるように、硝化槽２０のＤＯの濃度を低く保つことが望ましい。亜硝酸性窒素濃度が１００mg-N/L以下の場合は、嫌気性アンモニア酸化細菌の馴養が阻害されないからである。
【００８７】
このようにして、硝化槽２０の立ち上げをゆっくりと行う。そして、脱窒槽３０の嫌気性アンモニア酸化細菌の馴養に合わせて、つまり、嫌気性アンモニア酸化細菌の増殖による嫌気性アンモニア酸化反応処理能力の増加に合わせて、硝化槽２０の亜硝酸生成速度を上げることにより、徐々に脱窒槽３０に流入する原水の亜硝酸濃度を上げてゆく。硝化槽２０の亜硝酸生成速度を上げるのは、硝化槽２０のＤＯ濃度の調整により行う。
【００８８】
これにより、硝化槽２０から脱窒槽３０に流入する原水が、嫌気性アンモニア酸化細菌の馴養を阻害するほどの亜硝酸濃度にならないように調整することができるので、嫌気性アンモニア酸化細菌の馴養を良好に行うことができる。
【００８９】
第２の方法について説明すると、第２の方法とは、硝化層２０と脱窒槽３０の間に調整槽を設け、硝化槽２０から流出する原水を、この調整槽で脱窒槽３０に適した状態になるように調整してから、脱窒槽３０に適量な水量で注水する方法である。
【００９０】
この原水の調整方法には、亜硝酸性窒素を含む薬品を投入する方法や希釈等の方法を用いることができ、これにより、亜硝酸濃度や窒素の負荷を調整することができる。
【００９１】
これにより、第１の方法と同様に、脱窒槽３０に流れ込む原水が、嫌気性アンモニア酸化細菌の馴養を阻害するほどの亜硝酸濃度にならないように調整することができるので、嫌気性アンモニア酸化細菌の馴養を良好に行うことができる。
【００９２】
このようにして、脱窒槽３０内の独立栄養性脱窒担体９２に保持された嫌気性アンモニア酸化細菌は馴養され、立ち上げられる。立ち上げの判断として、嫌気性アンモニア酸化細菌の窒素除去の反応式より、アンモニアの除去量１に対して、亜硝酸または硝酸の除去量がそれぞれ、約１．３２（亜硝酸）、０．２６（硝酸）になっていることを採用することができる。
【００９３】
立ち上げられた状態では、窒素除去速度は、槽１ｍ３あたり０．５kg-N/m3/d以上であることが好ましい。脱窒槽３０内の原水の水温は、立ち上がった状態での窒素除去速度が維持されていれば良く、特に限定はしないが、１０〜３５℃が好ましい。また、ｐＨについても同様に、窒素除去速度が維持されていれば良く、特に限定しないが、ｐＨ６．０〜８．５が好ましい。
【００９４】
このように第１の状態の廃水処理装置は、実際に廃水の脱窒処理を行いながら、同時に硝化細菌、嫌気性アンモニア酸化細菌の馴養が可能になる。また、立ち上がった状態の第１の状態の廃水処理装置では、外部からの有機物の供給を必要とせずに、十分な脱窒処理能力を有することになる。ただし、第１の状態の廃水処理装置では、硝化槽２０内での反応で、アンモニア性窒素と亜硝酸性窒素の比率が厳密には１：１．３２になるように制御する必要がある。しかしながらこの問題は、次に説明する第２の状態の廃水処理装置で解決する。
【００９５】
（２）第２の状態の廃水処理装置の作動
図２を参照して、第２の状態の廃水処理装置の作動について説明する。第１の状態の廃水処理装置の作動により硝化槽２０内の硝化細菌の立ち上げと、脱窒槽３０内の嫌気性アンモニア酸化細菌の立ち上げとが、完了することにより、第２の状態の廃水処理装置の作動が始まる。
【００９６】
担体移送手段４０は、脱窒槽３０内の独立栄養性脱窒担体９２の全部または一部を硝化層２０に移動させる。この時の嫌気性アンモニア酸化細菌の窒素の除去速度は、槽１ｍ３あたり０．５kg-N/m3/d以上、または、独立栄養性脱窒担体９２に保持されている嫌気性アンモニア酸化細菌の数がFISH法ダイレクトカウントで1.5×107cells/ml以上であることが必要である。
【００９７】
窒素の除去速度が、槽１ｍ３あたり０．５kg-N/m3/d以上であることが必要であることを示す評価結果は、図４に示される。図４は、窒素除去速度と活性低下率との関係を表す図である。
【００９８】
ここで、窒素除去速度は、アンモニア性窒素濃度と、亜硝酸性窒素濃度との和から求めた。窒素除去速度を求めるための式を以下に示す。
窒素除去速度(kg-N/m3/d)＝｛(CNH4, AIN-CNH4, AOUT) + (CNO2, AIN-CNO2, AOUT)｝×24/HRT
CNH4, AIN：流入水（原水）中のアンモニア性窒素濃度
CNH4, AOUT：流出水（処理水）中のアンモニア性窒素濃度
CNO2, AIN：流入水（原水）中の亜硝酸性窒素濃度
CNO2, AOUT：流出水（処理水）中の亜硝酸性窒素濃度
アンモニア性窒素の分析は、インドフェノール青法を用いた。また、亜硝酸性窒素については、イオンクロマトグラフ（ICS-1500, Dionex, USA）を用いて分析した。
【００９９】
また、活性低下率（％）は、槽内のＤＯ濃度が、0.5mg/L以下の条件での窒素除去速度と、槽内のＤＯ濃度を2mg/L程度にしたときの窒素除去速度の割合からから求めた。活性低下率（％）を求めるための式を以下に示す。
活性低下率（％）＝｛(NR0-NR1)/NR0｝×100
NR0：ＤＯ＝0.5mg/L以下の条件での窒素除去速度
NR1：ＤＯ＝2mg/L程度の条件での窒素除去速度
図４に示されるように、窒素除去速度が０．５kg-N/m3/d以上の時、活性低下率を１０％以下に抑えることができる。窒素除去率を１kg-N/m3/d以上にすることにより、活性低下率を約５％以下に抑えることができ、窒素除去率を４kg-N/m3/d以上にすることにより、活性低下率を０％に抑えることができる。
【０１００】
また、FISH法ダイレクトカウントについては、「K. Isaka et al., Growth characteristic of anaerobic ammonium oxidizing (anammox) bacteria in an anaerobic biological filtrated (ABF) reactor, Applied Microbiology and Biotechnology, 70, 47-52(2006)」に記載されているので、説明は省略する。
【０１０１】
このように、発明者の鋭意研究によって、好気的雰囲気においても嫌気性アンモニア酸化細菌が活性を余り失わない条件を見いだすことができた。即ち、好気性の硝化細菌にとって望ましい環境である好気的な雰囲気化では、本来嫌気性アンモニア酸化細菌は、その活性が阻害されるのであるが、発明者の鋭意研究によって、活性が阻害されない条件が見いだされたのである。
【０１０２】
担体移送手段４０による独立栄養性脱窒担体９２の移動は、例えば、ポンプによる移動、ネットなどによるグラブ式の移動等を採用することができる。
【０１０３】
具体的には、脱窒槽３０内に設置された撹拌装置８５を停止し、沈殿した独立栄養性脱窒担体９２をポンプにより吸い上げる方法や、独立栄養性脱窒担体９２を透過させない口径（約１ｍｍ）のネットに独立栄養性脱窒担体９２を捕集し、つり上げて硝化槽２０に移動させる方法等を用いることができる。
【０１０４】
このように、脱窒槽３０内の嫌気性アンモニア酸化細菌が固定化されている独立栄養性脱窒担体９２の一部または全部を硝化槽２０に移動させることにより、第２の状態の廃水処理装置が完成する。この第２の状態の廃水処理装置では、度同一槽内（硝化槽２０）で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。即ち、槽内のアンモニア性窒素の割合と亜硝酸性窒素との比率を管理する必要がない。また、水素供与体も不要である。
【０１０５】
なお、硝化槽２０の運転において、ＤＯ濃度は、０．５〜２ｍｇ／Ｌ程度が好ましい。また、酸素の供給により効率よく撹拌されていることが好ましい。
【０１０６】
槽内の原水の水温は、窒素除去速度が維持されていれば良く、特に限定はしないが、１０〜３５℃が好ましい。また、ｐＨについても同様に、窒素除去速度が維持されていれば良く、特に限定しないが、ｐＨ６．５〜８．０が好ましい。
【０１０７】
以上説明したように、第１の状態の廃水処理装置及び、第１の状態から変化させた第２の状態の廃水処理装置を用いることにより、未馴養の２種類の菌である、硝化細菌（アンモニア酸化細菌）と嫌気性アンモニア酸化細菌とを同時に馴養しながら、廃水処理も同時に行うことができる。
【０１０８】
これにより、通常６ヶ月以上必要な嫌気性アンモニア酸化細菌の馴養期間中においても、廃水処理を同時に行うことができるので、馴養期間中での廃水処理装置による廃水処理が可能になる。
【０１０９】
（３）第３の状態の廃水処理装置の作動
図３を参照して、第３の状態の廃水処理装置の作動について説明する。第３の状態の廃水処理装置は、図示しない担体投入手段が、第２の状態の廃水処理装置の脱窒槽３０に従属栄養性脱窒担体９４を投入したものである。
【０１１０】
原水ポンプ１０により硝化槽２０に注水された原水中の窒素成分は、硝化槽２０内の硝化細菌と嫌気性アンモニア酸化細菌とにより、そのほとんどが分解され脱窒される。
【０１１１】
次に、完全には脱窒しきれなかった残りの窒素成分を含む原水は、脱窒槽３０に送水される。脱窒槽３０では、図示しない水素供与体投入手段により投入されたメタノール、酢酸ナトリウムなどの有機物である水素供与体を用いて、従属栄養性脱窒担体９４内に固定化された従属栄養細菌が、脱窒を行う。
【０１１２】
これにより、嫌気性アンモニア酸化法では除去しきれない窒素分も確実に除去する、完全脱窒処理を行うことができる。また、従属栄養細菌のみを使用する脱窒処理と異なり、嫌気性アンモニア酸化法も併用しているので、使用する水素供与体の量は、極めて少量で済み、ランニングコストも極めて低く抑えることができる。
【０１１３】
このように、本発明の廃水処理装置及び廃水処理方法は、第１の状態の廃水処理装置から、第２の状態の廃水処理装置、第３の状態の廃水処理装置と状態を変化させてゆくことにより、廃水処理を行いつつ、細菌の立ち上げが可能であり、第２の状態の廃水処理装置の状態で使用すれば、硝化率のコントロール不要で、かつ、水素供与体を必要としない廃水処理が可能になる。
【０１１４】
また、第３の状態の廃水処理装置を使用すれば、硝化率のコントロール不要で、かつ、極めて少量の水素供与体の投入のみで、廃水の完全脱窒を行うことができる。
【０１１５】
更に、第１の状態において、未馴養のアンモニア酸化細菌と、未馴養の嫌気性アンモニア酸化細菌とを立ち上げながら、廃水の処理が可能なので、細菌が立ち上がる前においても廃水処理が可能になり、立ち上げ期間中の装置の可動停止を防ぐことができる。
【０１１６】
更にまた、細菌の馴養は、馴養終了後の本格稼働時の廃水と同じ廃水で行われるので、本格稼働時においても細菌は、廃水になれているので、能力を十分に発揮することができる。
【０１１７】
なお、上記において、廃水中の窒素成分を脱窒するための廃水処理装置、廃水処理方法について説明したが、上記と全く同じようにして、廃水中の窒素成分を除去した廃水処理水を製造することができる。この廃水処理水の製造方法については、上記と全く同じ内容になるので説明は省略する。
【符号の説明】
【０１１８】
１０…原水ポンプ、２０…硝化槽、３０…脱窒槽、４０…担体移送手段、５０…溶存酸素濃度制御装置、６０…ブロア、７０…噴出口、８０…スクリーン、８５…撹拌装置、９０…硝化担体、９２…独立栄養性脱窒担体、９４…従属栄養性脱窒担体、１００…廃水処理装置、１１０…廃水処理装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃水中のアンモニア性窒素を脱窒するための廃水処理装置であって、
外部から廃水が注水される第１の槽と、
前記第１の槽から廃水が注水される第２の槽と、
前記第１の槽に投入された、未馴養のアンモニア酸化細菌を含む硝化担体と、
前記第２の槽に投入された、未馴養の嫌気性アンモニア酸化細菌を含む独立栄養性脱窒担体と、
前記硝化担体を前記第２の槽から前記第１の槽に移動させるための担体移送手段と、
前記第１の槽に空気を送気するためのブロアと、
前記ブロアの送気量を制御することにより、前記第１の槽内の廃水の溶存酸素濃度をコントロールする溶存酸素濃度制御装置と、
を備え、
前記第１の槽において、前記未馴養のアンモニア酸化細菌に、前記廃水中のアンモニア性窒素を亜硝酸性窒素に硝化させつつ、前記未馴養のアンモニア酸化細菌の馴養を行い、
前記第２の槽において、前記未馴養の嫌気性アンモニア酸化細菌に、前記第１の槽から注水された廃水中のアンモニア性窒素と、前記廃水中の前記亜硝酸性窒素とを同時脱窒させながら、前記未馴養の嫌気性アンモニア酸化細菌の馴養を行い、
前記担体移動手段が、馴養が行われた嫌気性アンモニア酸化細菌が含まれる独立栄養性脱窒担体の全部または一部を、前記第２の槽から前記第１の槽に移動させ、
前記第１の槽において、
前記アンモニア酸化細菌と、前記第２の槽から移動してきた前記嫌気性アンモニア酸化細菌とを、共存させ、
前記アンモニア酸化細菌が、外部から注水された廃水中の一部のアンモニア性窒素を亜硝酸性窒素に硝化し、
前記嫌気性アンモニア酸化細菌が、前記廃水中の残りのアンモニア性窒素と、前記アンモニア酸化細菌が生成した前記亜硝酸性窒素と、を同時脱窒する、
廃水処理装置。
【請求項２】
従属栄養性細菌を含む従属栄養性脱窒担体を、前記第２の槽に投入する担体投入手段と、
前記従属栄養性細菌によって水素供与体として使用される有機物を、前記第２の槽に投入する水素供与体投入手段と、
を更に備え、
前記担体移動手段が、前記独立栄養性脱窒担体の全部または一部を、前記第２の槽から前記第１の槽に移動させた後、
前記担体投入手段が、前記第２の槽に従属栄養性脱窒担体を投入し、
前記水素供与体投入手段が、前記有機物を前記第２の槽に投入し、
前記第１の槽から注水された廃水中の窒素成分を、前記従属栄養性細菌が、脱窒する、
請求項１に記載の廃水処理装置。
【請求項３】
前記第２の槽の前記嫌気性アンモニア酸化細菌の窒素の除去速度が、前記第２の槽の１ｍ３あたり０．５kg-N/m3/d以上になるまで、前記嫌気性アンモニア酸化細菌を馴養した後、
前記担体移動手段が、馴養が行われた前記嫌気性アンモニア酸化細菌が含まれる独立栄養性脱窒担体の全部または一部を、前記第２の槽から前記第１の槽に移動させる、請求項１または２に記載の廃水処理装置。
【請求項４】
前記嫌気性アンモニア酸化細菌の細菌数が、FISHダイレクトカウントで1.5×107cells/ml以上になるまで、前記嫌気性アンモニア酸化細菌を馴養した後、
前記脱窒移動手段が、馴養が行われた前記嫌気性アンモニア酸化細菌が含まれる独立栄養性脱窒担体の全部または一部を、前記第２の槽から前記第１の槽に移動させる、請求項１または２に記載の廃水処理装置。
【請求項５】
前記第１の槽から注水された廃水中のアンモニア性窒素と、前記廃水中の前記亜硝酸性窒素とを同時脱窒させながら、前記未馴養の嫌気性アンモニア酸化細菌の馴養を行う際、
前記溶存酸素濃度制御装置が、前記ブロアの送気量を制御して、前記第１の槽から前記第２の槽に流入する廃水の亜硝酸性窒素濃度が１００mg-N/L以下になるように、前記第１の槽の溶存酸素濃度をコントロールする、請求項１から４のいずれか一つに記載の廃水処理装置。
【請求項６】
外部から廃水が注水される第１の槽と、
前記第１の槽から廃水が注水される第２の槽と、
前記第１の槽に投入された、未馴養のアンモニア酸化細菌を含む硝化担体と、
前記第２の槽に投入された、未馴養の嫌気性アンモニア酸化細菌を含む独立栄養性脱窒担体と、
前記硝化担体を前記第２の槽から前記第１の槽に移動させるための担体移送手段と、
前記第１の槽に空気を送気するためのブロアと、
前記ブロアの送気量を制御することにより、前記第１の槽内の廃水の溶存酸素濃度をコントロールする溶存酸素濃度制御装置と、
を備えた廃水処理装置を用いて、廃水中のアンモニア性窒素を脱窒する廃水処理方法であって、
前記第１の槽で、前記未馴養のアンモニア酸化細菌に、前記廃水中のアンモニア性窒素を亜硝酸性窒素に硝化させつつ、前記未馴養のアンモニア酸化細菌の馴養を行うアンモニア酸化細菌馴養工程と、
前記第２の槽で、前記未馴養の嫌気性アンモニア酸化細菌に、前記第１の槽から注水された廃水中のアンモニア性窒素と、前記廃水中の前記亜硝酸性窒素とを同時脱窒させながら、前記未馴養の嫌気性アンモニア酸化細菌の馴養を行う嫌気性アンモニア酸化細菌馴養工程と、
前記担体移動手段が、前記嫌気性アンモニア酸化細菌馴養工程において馴養が行われた嫌気性アンモニア酸化細菌を含む独立栄養性脱窒担体の全部または一部を、前記第２の槽から前記第１の槽に移動させる担体移動工程と、
前記第１の槽において、前記アンモニア酸化細菌が、外部から注水された廃水中の一部のアンモニア性窒素を亜硝酸性窒素に硝化する硝化工程と、
前記第１の槽において、前記担体移動工程で第１の槽に移動させられた前記嫌気性アンモニア酸化細菌が、前記廃水中の残りのアンモニア性窒素と、前記アンモニア酸化細菌が生成した前記亜硝酸性窒素と、を同時脱窒する、同時脱窒工程と、
を備える廃水処理方法。
【請求項７】
前記廃水処理装置が、
従属栄養性細菌を含む従属栄養性脱窒担体を、前記第２の槽に投入する担体投入手段と、
前記従属栄養性細菌によって水素供与体として使用される有機物を、前記第２の槽に投入する水素供与体投入手段と、
を更に備え、
前記担体移動工程の後、前記担体投入手段が、前記第２の槽に従属栄養性脱窒担体を投入する担体投入工程と、
前記担体移動工程の後、前記水素供与体投入手段が、前記有機物を前記第２の槽に投入する水素供与体投入工程と、
前記第１の槽から注水された廃水中の窒素成分を、前記従属栄養性細菌が、脱窒する従属栄養性細菌脱窒工程と、
を更に備える請求項６に記載の廃水処理方法。
【請求項８】
前記アンモニア酸化細菌馴養工程において、前記第２の槽の前記嫌気性アンモニア酸化細菌の窒素の除去速度が、前記第２の槽の１ｍ３あたり０．５kg-N/m3/d以上になるまで、前記嫌気性アンモニア酸化細菌を馴養した後に、前記担体移動工程が行われる、請求項６または７に記載の廃水処理方法。
【請求項９】
前記アンモニア酸化細菌馴養工程において、前記嫌気性アンモニア酸化細菌の細菌数が、FISHダイレクトカウントで1.5×107cells/ml以上になるまで、前記嫌気性アンモニア酸化細菌を馴養した後に、前記担体移動工程が行われる、請求項６または７に記載の廃水処理方法。
【請求項１０】
前記嫌気性アンモニア酸化細菌馴養工程において、前記溶存酸素濃度制御装置が、前記ブロアの送気量を制御して、前記第１の槽から前記第２の槽に流入する廃水の亜硝酸性窒素濃度が１００mg-N/L以下になるように、前記第１の槽の溶存酸素濃度をコントロールする工程を更に含む、請求項６から９のいずれか一つに記載の廃水処理方法。
【請求項１】
廃水中のアンモニア性窒素を脱窒するための廃水処理装置であって、
外部から廃水が注水される第１の槽と、
前記第１の槽から廃水が注水される第２の槽と、
前記第１の槽に投入された、未馴養のアンモニア酸化細菌を含む硝化担体と、
前記第２の槽に投入された、未馴養の嫌気性アンモニア酸化細菌を含む独立栄養性脱窒担体と、
前記硝化担体を前記第２の槽から前記第１の槽に移動させるための担体移送手段と、
前記第１の槽に空気を送気するためのブロアと、
前記ブロアの送気量を制御することにより、前記第１の槽内の廃水の溶存酸素濃度をコントロールする溶存酸素濃度制御装置と、
を備え、
前記第１の槽において、前記未馴養のアンモニア酸化細菌に、前記廃水中のアンモニア性窒素を亜硝酸性窒素に硝化させつつ、前記未馴養のアンモニア酸化細菌の馴養を行い、
前記第２の槽において、前記未馴養の嫌気性アンモニア酸化細菌に、前記第１の槽から注水された廃水中のアンモニア性窒素と、前記廃水中の前記亜硝酸性窒素とを同時脱窒させながら、前記未馴養の嫌気性アンモニア酸化細菌の馴養を行い、
前記担体移動手段が、馴養が行われた嫌気性アンモニア酸化細菌が含まれる独立栄養性脱窒担体の全部または一部を、前記第２の槽から前記第１の槽に移動させ、
前記第１の槽において、
前記アンモニア酸化細菌と、前記第２の槽から移動してきた前記嫌気性アンモニア酸化細菌とを、共存させ、
前記アンモニア酸化細菌が、外部から注水された廃水中の一部のアンモニア性窒素を亜硝酸性窒素に硝化し、
前記嫌気性アンモニア酸化細菌が、前記廃水中の残りのアンモニア性窒素と、前記アンモニア酸化細菌が生成した前記亜硝酸性窒素と、を同時脱窒する、
廃水処理装置。
【請求項２】
従属栄養性細菌を含む従属栄養性脱窒担体を、前記第２の槽に投入する担体投入手段と、
前記従属栄養性細菌によって水素供与体として使用される有機物を、前記第２の槽に投入する水素供与体投入手段と、
を更に備え、
前記担体移動手段が、前記独立栄養性脱窒担体の全部または一部を、前記第２の槽から前記第１の槽に移動させた後、
前記担体投入手段が、前記第２の槽に従属栄養性脱窒担体を投入し、
前記水素供与体投入手段が、前記有機物を前記第２の槽に投入し、
前記第１の槽から注水された廃水中の窒素成分を、前記従属栄養性細菌が、脱窒する、
請求項１に記載の廃水処理装置。
【請求項３】
前記第２の槽の前記嫌気性アンモニア酸化細菌の窒素の除去速度が、前記第２の槽の１ｍ３あたり０．５kg-N/m3/d以上になるまで、前記嫌気性アンモニア酸化細菌を馴養した後、
前記担体移動手段が、馴養が行われた前記嫌気性アンモニア酸化細菌が含まれる独立栄養性脱窒担体の全部または一部を、前記第２の槽から前記第１の槽に移動させる、請求項１または２に記載の廃水処理装置。
【請求項４】
前記嫌気性アンモニア酸化細菌の細菌数が、FISHダイレクトカウントで1.5×107cells/ml以上になるまで、前記嫌気性アンモニア酸化細菌を馴養した後、
前記脱窒移動手段が、馴養が行われた前記嫌気性アンモニア酸化細菌が含まれる独立栄養性脱窒担体の全部または一部を、前記第２の槽から前記第１の槽に移動させる、請求項１または２に記載の廃水処理装置。
【請求項５】
前記第１の槽から注水された廃水中のアンモニア性窒素と、前記廃水中の前記亜硝酸性窒素とを同時脱窒させながら、前記未馴養の嫌気性アンモニア酸化細菌の馴養を行う際、
前記溶存酸素濃度制御装置が、前記ブロアの送気量を制御して、前記第１の槽から前記第２の槽に流入する廃水の亜硝酸性窒素濃度が１００mg-N/L以下になるように、前記第１の槽の溶存酸素濃度をコントロールする、請求項１から４のいずれか一つに記載の廃水処理装置。
【請求項６】
外部から廃水が注水される第１の槽と、
前記第１の槽から廃水が注水される第２の槽と、
前記第１の槽に投入された、未馴養のアンモニア酸化細菌を含む硝化担体と、
前記第２の槽に投入された、未馴養の嫌気性アンモニア酸化細菌を含む独立栄養性脱窒担体と、
前記硝化担体を前記第２の槽から前記第１の槽に移動させるための担体移送手段と、
前記第１の槽に空気を送気するためのブロアと、
前記ブロアの送気量を制御することにより、前記第１の槽内の廃水の溶存酸素濃度をコントロールする溶存酸素濃度制御装置と、
を備えた廃水処理装置を用いて、廃水中のアンモニア性窒素を脱窒する廃水処理方法であって、
前記第１の槽で、前記未馴養のアンモニア酸化細菌に、前記廃水中のアンモニア性窒素を亜硝酸性窒素に硝化させつつ、前記未馴養のアンモニア酸化細菌の馴養を行うアンモニア酸化細菌馴養工程と、
前記第２の槽で、前記未馴養の嫌気性アンモニア酸化細菌に、前記第１の槽から注水された廃水中のアンモニア性窒素と、前記廃水中の前記亜硝酸性窒素とを同時脱窒させながら、前記未馴養の嫌気性アンモニア酸化細菌の馴養を行う嫌気性アンモニア酸化細菌馴養工程と、
前記担体移動手段が、前記嫌気性アンモニア酸化細菌馴養工程において馴養が行われた嫌気性アンモニア酸化細菌を含む独立栄養性脱窒担体の全部または一部を、前記第２の槽から前記第１の槽に移動させる担体移動工程と、
前記第１の槽において、前記アンモニア酸化細菌が、外部から注水された廃水中の一部のアンモニア性窒素を亜硝酸性窒素に硝化する硝化工程と、
前記第１の槽において、前記担体移動工程で第１の槽に移動させられた前記嫌気性アンモニア酸化細菌が、前記廃水中の残りのアンモニア性窒素と、前記アンモニア酸化細菌が生成した前記亜硝酸性窒素と、を同時脱窒する、同時脱窒工程と、
を備える廃水処理方法。
【請求項７】
前記廃水処理装置が、
従属栄養性細菌を含む従属栄養性脱窒担体を、前記第２の槽に投入する担体投入手段と、
前記従属栄養性細菌によって水素供与体として使用される有機物を、前記第２の槽に投入する水素供与体投入手段と、
を更に備え、
前記担体移動工程の後、前記担体投入手段が、前記第２の槽に従属栄養性脱窒担体を投入する担体投入工程と、
前記担体移動工程の後、前記水素供与体投入手段が、前記有機物を前記第２の槽に投入する水素供与体投入工程と、
前記第１の槽から注水された廃水中の窒素成分を、前記従属栄養性細菌が、脱窒する従属栄養性細菌脱窒工程と、
を更に備える請求項６に記載の廃水処理方法。
【請求項８】
前記アンモニア酸化細菌馴養工程において、前記第２の槽の前記嫌気性アンモニア酸化細菌の窒素の除去速度が、前記第２の槽の１ｍ３あたり０．５kg-N/m3/d以上になるまで、前記嫌気性アンモニア酸化細菌を馴養した後に、前記担体移動工程が行われる、請求項６または７に記載の廃水処理方法。
【請求項９】
前記アンモニア酸化細菌馴養工程において、前記嫌気性アンモニア酸化細菌の細菌数が、FISHダイレクトカウントで1.5×107cells/ml以上になるまで、前記嫌気性アンモニア酸化細菌を馴養した後に、前記担体移動工程が行われる、請求項６または７に記載の廃水処理方法。
【請求項１０】
前記嫌気性アンモニア酸化細菌馴養工程において、前記溶存酸素濃度制御装置が、前記ブロアの送気量を制御して、前記第１の槽から前記第２の槽に流入する廃水の亜硝酸性窒素濃度が１００mg-N/L以下になるように、前記第１の槽の溶存酸素濃度をコントロールする工程を更に含む、請求項６から９のいずれか一つに記載の廃水処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−３５２１５（Ｐ２０１２−３５２１５Ａ）
【公開日】平成２４年２月２３日（２０１２．２．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１７８８６４（Ｐ２０１０−１７８８６４）
【出願日】平成２２年８月９日（２０１０．８．９）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２１年度独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構 省水型・環境調和型水循環プロジェクト 水循環要素技術研究開発 高効率難分解性物質分解技術の開発委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【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２４年２月２３日（２０１２．２．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月９日（２０１０．８．９）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２１年度独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構 省水型・環境調和型水循環プロジェクト 水循環要素技術研究開発 高効率難分解性物質分解技術の開発委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【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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