有機性廃水の処理方法及び処理設備
【課題】活性汚泥を用いた有機性廃水処理の本来的な機能である有機物分解処理能を妨げることなく、嫌気環境において生じる脱窒反応を好気環境である曝気槽において進行させることのできる有機性廃水の処理設備を提供する。
【解決手段】有機性廃水９が活性汚泥と共に曝気処理される曝気槽２を有する生物処理法を利用した有機性廃水の処理設備において、非多孔性膜２２を少なくとも一部に備えると共に電子供与体物質２３を充填した密封構造の容器２１と、微生物を担持し得る担体３１とをさらに有し、担体３１は容器２１の少なくとも非多孔性膜２２の周りに配置されて容器２１の非多孔性膜２２部分から徐放される電子供与体物質２３が担体３１に供給され、少なくとも担体３１は曝気槽２内の有機性廃水９と接触する位置に収容されているものとした。
【解決手段】有機性廃水９が活性汚泥と共に曝気処理される曝気槽２を有する生物処理法を利用した有機性廃水の処理設備において、非多孔性膜２２を少なくとも一部に備えると共に電子供与体物質２３を充填した密封構造の容器２１と、微生物を担持し得る担体３１とをさらに有し、担体３１は容器２１の少なくとも非多孔性膜２２の周りに配置されて容器２１の非多孔性膜２２部分から徐放される電子供与体物質２３が担体３１に供給され、少なくとも担体３１は曝気槽２内の有機性廃水９と接触する位置に収容されているものとした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機性廃水の処理方法及び処理設備に関する。さらに詳述すると、本発明は、
有機性廃水に含まれる窒素成分濃度を低減させるのに好適な有機性廃水の処理方法及び処理設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機性廃水の代表的な浄化処理方法として、活性汚泥法が知られている。この方法は、以下のように実施される。即ち、一次処理（スクリーン、沈砂池、最初沈殿池）を終えた有機性廃水が、曝気槽１０２に連続的に流入し、曝気槽１０２内の活性汚泥と混合される。曝気槽１０２にはブロワー（送風機）等から強制的に空気が吹き込まれて、曝気槽１０２内の有機性廃水の溶存酸素濃度が高濃度に維持され、有機性廃水中の有機物（ＢＯＤ成分）が活性汚泥中に存在する好気性微生物の作用により酸化分解される。有機性廃水を曝気槽２内で一定時間滞留させた後、曝気槽１０２内の混合液をそのまま沈殿槽１０３に流入させて静置し、微生物群（活性汚泥）にフロックを形成させて沈降させる。上澄液は処理水としてそのまま放流するか、あるいは必要に応じて次工程に回される。沈殿槽１０３で沈降した活性汚泥は返送汚泥として曝気槽１０２に返され、再び有機物分解作業に供される。一方で、増殖した微生物に見合う量の活性汚泥が、余剰汚泥として回収される（図１６、非特許文献１のｐ５３−５４、非特許文献２参照）。
【０００３】
ところで、近年、湖沼や内海等の閉鎖系水域において富栄養化の問題が顕在化している。富栄養化の問題を解決するためには、閉鎖系水域への窒素成分さらにはリン成分といった栄養塩の流入を防ぐことが重要である。そこで、活性汚泥法の変法として、窒素除去のための硝化脱窒法、リン除去のための嫌気好気法、窒素・リン同時除去のための嫌気無酸素好気法などが用いられている。
【０００４】
硝化脱窒法は、例えば図１８に示すように、曝気槽１０２の前段に脱窒槽１０５が設けられた設備において実施される。具体的には、有機性廃水に含まれるアンモニア性窒素が脱窒槽１０５では何の変化も受けることなく、曝気槽１０２へと流入する。そして、曝気槽１０２内で、アンモニア性窒素が亜硝酸性窒素、硝酸性窒素に酸化された後、硝化循環液として大量に（通常、流入する廃水の１〜３倍量）脱窒槽１０５へと戻される。脱窒槽１０５では、流入する有機性廃水に含まれる有機物を利用して亜硝酸性窒素、硝酸性窒素が脱窒反応を受け、有機性廃水の窒素の濃度が低減される。また、有機性廃水にはじめから亜硝酸性窒素、硝酸性窒素が含まれていた場合には、有機性廃水が脱窒槽１０５に流入した段階で脱窒反応を受けてそれらの濃度が低減される。また、有機性廃水中の有機物は、曝気槽１０５での脱窒菌による消費に加えて、曝気槽１０２での酸化分解処理によってその濃度が低減する（非特許文献１のｐ６０−６１、非特許文献２参照）。
【０００５】
嫌気好気法（ＡＯ法）は、図１７に示すように、曝気槽１０２の前段に嫌気槽１０４を設けたものである。活性汚泥中には、嫌気環境下で有機物を摂取しながらリンを放出して、続く好気条件で放出したよりも多くのリンを吸収する機能を有する細菌（ポリリン酸蓄積細菌）が存在している。この細菌の機能によって、有機性廃水のリン濃度を低減すると共に、余剰汚泥中にリンを蓄積させて系外に排出することができる（非特許文献２参照）。
【０００６】
嫌気無酸素好気活性汚泥法（Ａ２Ｏ法）は循環式嫌気好気法ともよばれ、例えば図１９に示すように、曝気槽１０２の前段に脱窒槽１０５が設けられ、さらに脱窒槽１０５の前段に嫌気槽１０４が設けられた設備において実施される。具体的には、硝化脱窒法のさらに前段に嫌気槽１０４をリン溶出槽として設けることにより、嫌気槽１０４に返送された活性汚泥に含まれるポリリン酸蓄積細菌からリンを放出させ、曝気槽１０２においてポリリン酸蓄積細菌にリンを過剰摂取させることにより、有機性廃水に含まれるリン濃度を低減し、さらには脱窒槽１０５と曝気槽１０２によって、硝化脱窒法と同様に、アンモニア性窒素、さらには亜硝酸性窒素や硝酸性窒素濃度の低減を図ることができる。また、有機性廃水中の有機物は、脱窒槽１０５における脱窒菌による消費、嫌気槽１０４や脱窒槽１０５におけるポリリン酸蓄積細菌による消費、そして曝気槽１０２における酸化分解によって、濃度が低減する（非特許文献１のｐ６１−６２、非特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】環境微生物学（昭晃堂、大森俊雄著ら著、初版５刷）
【非特許文献２】さまざまな活性汚泥法、［ｏｎｌｉｎｅ］、２００７年３月３０日、畜産環境技術研究所、［平成２１年１１月１７日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.chikusan-kankyo.jp/osuiss/kiso/0046.htm＞
【非特許文献３】嫌気−無酸素−好気法、［ｏｎｌｉｎｅ］、２００８年８月２８日、京都市下水道局、［平成２１年１１月１７日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.city.kyoto.lg.jp/suido/page/0000008844.html＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、これらの既存の処理方式には、それぞれ重大な欠点がある。
【０００９】
まず、標準活性汚泥法や嫌気好気法については、活性汚泥に含まれている硝化菌によって有機性廃水に含まれるアンモニア性窒素を酸化することはできるものの、アンモニア性窒素の酸化により生成される亜硝酸性窒素や硝酸性窒素、さらには有機性廃水にはじめから含まれている亜硝酸性窒素や硝酸性窒素を分子状窒素に変換（脱窒処理）することができない。したがって、閉鎖系水域での富栄養化の問題を引き起こす硝酸性窒素由来の窒素成分の濃度を低減することができない。しかも、嫌気好気法の場合、残存する硝酸性窒素は返送汚泥とともに嫌気槽に流入するため、嫌気槽においてポリリン酸蓄積細菌と脱窒菌による有機物摂取の競合が生じて、リン除去能力が十分に発揮されなくなる。
【００１０】
また、硝化脱窒法及び嫌気無酸素好気法は、有機性廃水に含まれるアンモニア性窒素のみならず、亜硝酸性窒素や硝酸性窒素を分子状窒素に変換（脱窒処理）してその濃度を低減することができるものの、脱窒処理のための脱窒槽１０５を別途設けることから、敷地面積に制限のある場合に導入が難しく、また建設費用が増大してしまう。さらに、曝気槽から脱窒槽に大量の返送を必要とすることから、ポンプの運転費用もかさむこととなる。
【００１１】
これらの問題点は、活性汚泥を用いた有機性廃水処理の本来的な機能である有機物分解処理能を妨げることなく、嫌気環境において生じる脱窒反応を好気環境である曝気槽１０２において進行させることができれば全て解決することができる。即ち、活性汚泥法及び嫌気好気法については、曝気槽１０２での脱窒処理を実現できれば、新たに処理槽を設けることなく、有機性廃水中の亜硝酸性窒素や硝酸性窒素濃度の低減を図ることができる。また、硝化脱窒法及び嫌気無酸素好気法については、曝気槽１０２での脱窒処理を実現できれば、脱窒槽１０５への硝酸性窒素の返送量を減少させることができる。あるいは、脱窒槽１０５での脱窒処理工程を完全に曝気槽１０２にシフトさせて、脱窒槽１０５への硝化循環液の返送工程を削除し、ポンプの運転費用の削減と施設規模の縮小が可能となる。
【００１２】
そこで、本発明は、活性汚泥を用いた有機性廃水処理の本来的な機能である有機物分解処理能を妨げることなく、嫌気環境において生じる脱窒反応を好気環境である曝気槽において進行させることのできる有機性廃水の処理方法及び処理設備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】
【００１３】
かかる課題を解決するため、本願発明者等が鋭意研究を行った。その結果、極めて強い好気環境下に晒される活性汚泥法における曝気槽においても脱窒反応を進行させることができ、しかも、活性汚泥を用いた有機性廃水処理の本来的な機能である有機物分解処理能を妨げることのない構成を知見し、本発明を完成するに至った。
【００１４】
即ち、本発明の有機性廃水の処理方法は、有機性廃水を活性汚泥と共に曝気槽内で曝気処理する工程を含む生物処理法を利用した有機性廃水の処理方法において、非多孔性膜を少なくとも一部に備えると共に電子供与体物質を充填した密封構造の容器の少なくとも非多孔性膜の周りに微生物を担持し得る担体を配置して、容器の非多孔性膜部分から電子供与体物質を徐放させて担体に供給し、少なくとも担体を曝気槽内の有機性廃水と接触させながら曝気処理を行うようにしている。
【００１５】
また、本発明の有機性廃水の処理設備は、有機性廃水が活性汚泥と共に曝気処理される曝気槽を有する生物処理法を利用した有機性廃水の処理設備において、非多孔性膜を少なくとも一部に備えると共に電子供与体物質を充填した密封構造の容器と、微生物を担持し得る担体とをさらに有し、担体は容器の少なくとも非多孔性膜の周りに配置されて容器の非多孔性膜部分から徐放される電子供与体物質が担体に供給され、少なくとも担体は曝気槽内の有機性廃水と接触する位置に収容されているものとしている。
【００１６】
したがって、本発明の有機性廃水の処理方法及び処理設備によると、活性汚泥に含まれている脱窒菌が担体に付着する。そして、担体に電子供与体物質が供給されることによって担体内に嫌気環境が形成され、嫌気環境下におかれた脱窒菌が脱窒処理能を発揮する。しかも、有機性廃水の有機物濃度を上昇させるエタノール等のアルコールを電子供与体物質として供給した場合にも、担体に付着した脱窒菌さらには活性汚泥によって迅速に消費されるため、活性汚泥を用いた有機性廃水処理の本来的な機能である有機物分解処理能は妨げられない。
【００１７】
ここで、本発明において、生物処理法は、標準活性汚泥法、嫌気好気法、嫌気無酸素好気法または硝化脱窒法であることが好ましい。
【００１８】
また、本発明において、担体には予め脱窒菌を担持させておいてもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、活性汚泥を用いた有機性廃水処理の本来的な機能である有機物分解処理能を妨げることなく、有機性廃水を活性汚泥と共に曝気処理する曝気槽内での脱窒処理が可能となる。
【００２０】
したがって、新たな処理槽（脱窒槽）を追加することなく、従来の標準活性汚泥法や嫌気好気法の曝気槽に脱窒処理能を付与することができるので、新たな処理槽を設けるための設備コストや敷地面積を確保することなく、コンパクトな設備で有機性廃水の処理を実施することが可能となる。
【００２１】
また、従来の硝化脱窒法や嫌気無酸素好気法の曝気槽に脱窒処理能を付与することにより、脱窒槽での脱窒処理工程の一部または全てを曝気槽にシフトさせることができる。したがって、曝気槽から脱窒槽への硝化循環液の返送量を減少させたり、または硝化循環液の返送工程を削除することができるので、廃水処理効率を従来よりも大幅に向上させることができる。
【００２２】
また、生物学的リン除去のための嫌気好気法や嫌気無酸素好気法では、曝気槽の硝酸性窒素濃度を低減することで、返送汚泥とともに嫌気槽に流入する硝酸性窒素が減少する。そのため、嫌気槽において、有機性廃水に含まれる有機物の脱窒菌による消費量が大幅に減少し、返送汚泥に含まれるポリリン酸蓄積細菌に優先的に消費されやすくなる。したがって、ポリリン酸蓄積細菌が増殖しやすくなると共に、リン蓄積能を発揮するポリリン酸蓄積細菌の割合が増加する。これにより、有機性廃水のリン濃度を従来よりも低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】生物処理法を活性汚泥法とした場合の本発明の有機性廃水の処理設備の一例を示す図である。
【図２】生物処理法を嫌気・好気活性汚泥法とした場合の本発明の有機性廃水の処理設備の一例を示す図である。
【図３】生物処理法を生物学的脱窒素法とした場合の本発明の有機性廃水の処理設備の一例を示す図である。
【図４】生物処理法を生物学的脱リン法とした場合の本発明の有機性廃水の処理設備の一例を示す図である。
【図５】本発明に使用する容器の構成の一例を示す図である。
【図６】本発明に使用する容器の構成の他の例を示す図である。
【図７】袋状の担体に容器を内包した形態を示す図である。
【図８】本発明における曝気槽への脱窒モジュールの収容形態の一例を示す図である。
【図９】本発明における曝気槽への脱窒モジュールの収容形態の他の例を示す図である。
【図１０】本発明における曝気槽への脱窒モジュールの収容形態のさらに他の例を示す図である。
【図１１】実施例で使用した有機性廃水の処理設備を示す図である。
【図１２】脱窒菌を予め担持させた担体を用いたときの、有機性廃水中の有機物濃度の経時変化を示す図である。
【図１３】脱窒菌を予め担持させた担体を用いたときの、有機性廃水中の硝酸性窒素濃度の経時変化を示す図である。
【図１４】脱窒菌を予め担持させていない担体を用いたときの、有機性廃水中の有機物濃度の経時変化を示す図である。
【図１５】脱窒菌を予め担持させていない担体を用いたときの、有機性廃水中の硝酸性窒素濃度の経時変化を示す図である。
【図１６】活性汚泥法を実施するための従来の有機性廃水の処理設備の一例を示す図である。
【図１７】嫌気・好気活性汚泥法を実施するための従来の有機性廃水の処理設備の一例を示す図である。
【図１８】生物学的脱窒素法を実施するための従来の有機性廃水の処理設備の一例を示す図である。
【図１９】生物学的脱リン法を実施するための従来の有機性廃水の処理設備の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明を実施するための形態について、図面に基づいて詳細に説明する。
【００２５】
本発明の有機性廃水の処理方法は、有機性廃水を活性汚泥と共に曝気槽内で曝気処理する工程を含む生物処理法を利用した有機性廃水の処理方法において、非多孔性膜を少なくとも一部に備えると共に電子供与体物質を充填した密封構造の容器の少なくとも非多孔性膜の周りに微生物を担持し得る担体を配置して、容器の非多孔性膜部分から電子供与体物質を徐放させて担体に供給し、少なくとも担体を曝気槽内の有機性廃水と接触させながら曝気処理を行うようにしている。この方法により、曝気槽内での脱窒処理が可能となる。
【００２６】
本発明の有機性廃水の処理方法は、例えば、図１〜４に示す有機性廃水の処理設備において実施される。即ち、有機性廃水９が活性汚泥と共に曝気処理される曝気槽２を有する生物処理法を利用した有機性廃水の処理設備１において、非多孔性膜２２を少なくとも一部に備えると共に電子供与体物質２３を充填した密封構造の容器２１と、微生物を担持し得る担体３１とをさらに有し、担体３１は容器２１の少なくとも非多孔性膜２２の周りに配置されて容器２１の非多孔性膜２２部分から徐放される電子供与体物質２３が担体３１に供給され、少なくとも担体３１は曝気槽２内の有機性廃水９と接触する位置に収容されている処理設備１において実施される。因みに、図１〜４の符号１１は、容器２１の非多孔性膜２２部分の周りに担体３１を配置した脱窒モジュールを意味している。
【００２７】
以下、容器２１の構成、担体３１の構成、並びに曝気槽２への脱窒モジュール１１の収容形態について説明した後、図１〜４に示す有機性廃水の処理設備について詳細に説明する。尚、脱窒モジュール１１を構成する容器２１及び担体３１については、本件出願人が先に出願した国際公開２００６／１３５０２８に記載されたものとほぼ同じものを用いることができる。
【００２８】
＜容器の構成＞
本発明に使用する容器２１については、本件出願人が先に出願した国際公開２００６／１３５０２８に詳細に記載されたものとほぼ同様のものを用いることができる。以下、容器２１の構成の概要を説明する。
【００２９】
図５に容器２１の形態の一例を示す。容器２１は、非多孔性膜２２を少なくとも一部に備えると共に、電子供与体物質２３を充填して密封構造としたものである。このように構成することで、電子供与体物質２３を容器２１の非多孔性膜２２の部分から非多孔性膜２２の分子透過性能に支配される速度で容器２１の周辺に供給することができる。図５に示す形態では、容器２１は全体が非多孔性膜２２で構成される袋状を成し、周縁をヒートシールで溶着したり、接着剤により接着したりするようにして電子供与体物質２３を密封するようにしているが、形体や構造はこれに限定されるものではない。例えば容器２１をチューブ状やシート状としてもよい。また、容器２１は、全体を非多孔性膜２２で構成するものに限定されず、片面のみを非多孔性膜２２で構成したり、１つの面のさらに一部分を非多孔性膜２２のみで構成するようにしてもよい。部分的に非多孔性膜２２を用いる場合には、その他の部分は金属製やプラスチック製の剛体フレームを用いたり、電子供与体物質２３を透過しない膜や部材を用いてもよい。
【００３０】
また、容器２１は、完全密封された独立したものとせずに、電子供与体物質２３をその内部に導入する手段を有する密封構造とし、電子供与体物質２３を外部から補充可能としてもよい。例えば、図６に示すように、容器２１の縁の一部に電子供与体物質２３を注入する供給部２５を設けてノズルないしパイプ２７を装着する構造でも良いし、予め容器２１と一体となったノズルないしパイプ２７のようなものでも良い。そして、ノズルないしパイプ２７と液体の電子供与体物質２３を貯留するタンク２６とをチューブ２８などで連結し、必要に応じて電子供与体物質２３を補充可能としてもよい。この場合、タンク２６と容器２１とはチューブ２８を介して連通されているので、タンク２６内に電子供与体物質２３を貯留しておけば、容器２１内の電子供与体物質２３が減少したときに、サイフォンの原理を利用してチューブ両端での圧力差を利用して電子供与体物質２３を容器２１に補充することができる。あるいは電子供与体物質２３を重力により流下させて容器２１に補充することもできる。尚、この場合には、容器２１は供給部２５あるいはノズル２７を設けているので厳密な意味での密封構造ではないが、供給ノズル２７内がタンクから供給される電子供与体物質３で満たされている状態では、液面がシールとなって容器２１内は事実上密封状態にある。このため、液状あるいはガス化した電子供与体物質２３が供給部２５やノズル２７を通って容器２１外に漏れ出ることはない。ここで、電子供与体物質２３は、容器２１内に供給部から供給するのみならず、さらに排出部を設けて排出部から排出させて、容器２１内の電子供与体物質２３を入れ替え可能にしてもよい。この場合にも、供給部２５と排出部には電子供与体物質２３が満たされて、容器２１内は事実上密封状態となり、液状あるいはガス化した電子供与体物質２３が供給部２５や排出部を通って容器２１外に漏れ出ることはない。
【００３１】
非多孔性膜２２は、電子供与体物質２３の分子を少しずつ透過させることによって徐放するものである。この非多孔性膜２２は、膜材料、膜厚、封入する電子供与体物質２３の分子量や性質、温度、濃度、膜密度や膜構成分子の構造により、単位面積当たりを透過する電子供与体物質３の分子の量を制御することが可能である。例えば、膜厚を薄くすれば単位面積当たりを透過する電子供与体物質２３の分子の量は多くなり、逆に厚くすれば多くなる。電子供与体物質２３の温度を高くすれば単位面積当たりを透過する電子供与体物質２３の分子の量は多くなり、逆に低くすれば少なくなる。電子供与体物質２３の濃度を高めれば単位面積当たりを透過する電子供与体物質２３の分子の量は多くなり、逆に低くすれば少なくなる。膜密度を低くすれば単位面積当たりを透過する電子供与体物質２３の分子の量は多くなり、逆に高くすれば少なくなる。
【００３２】
非多孔性膜２２としては、疎水性の膜、親水性の膜、または親水性と疎水性の両方の性質を有する膜を、容器内に充填される電子供与体物質の性質に合わせて用いることができる。
【００３３】
疎水性の非多孔性膜としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンその他のオレフィン系の膜、エチレン・酢酸ビニル共重合体膜が挙げられる。これらの膜は、微生物の活動の場である水領域や土壌中、大気中とそれ以外の領域を良好に区画することが可能である。また、適度な物質の透過性、熱可逆性を有しており、柔軟で成形が容易であるという利点を有している。尚、エチレン・酢酸ビニル共重合体膜は、同じ膜厚のポリエチレンやポリプロピレンの膜と比較して電子供与体物質２３の透過性能が高いことから、非多孔性膜２２の厚みを、十分な強度を確保できる厚みとしながらも、非多孔性膜２２の分子透過性能の初期スペックを高めることができる点で好適である。エチレン・酢酸ビニル共重合体を構成する分子であるエチレンと酢酸ビニルのモル比については、特に限定されるものではないが、例えば、エチレンと酢酸ビニルのモル比が８８：１２とすることが好適である。但し、疎水性の非多孔性膜はこれらに限定されるものではない。
【００３４】
親水性の非多孔性膜としては、分子構造中に親水基を有する膜、例えば、ポリエステル、ナイロン（ポリアミド）、ポリビニルアルコール、ビニロン、セロハン、ポリグルタミン酸などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００３５】
親水性と疎水性の両方の性質を有する膜としては、例えば、エチレンビニルアルコール共重合体（ＥＶＯＨ）、つまり、疎水性のポリエチレン構造と親水性のポリビニルアルコール構造の両方を有する共重合体膜が挙げられるが、これに限定されるものではない。尚、親水性と疎水性の両方の性質を有する膜は、疎水性のポリエチレンと親水基のポリビニルアルコールの含有比率を変えることにより、疎水性を強めたり、親水性を強めたりすることができる。
【００３６】
電子供与体物質２３としては、脱窒菌が必要とする電子供与体物質であると共に、脱窒菌に対して毒性を呈さない分子からなる物質であり、非多孔性膜２２を腐食しない性質を持ち、且つ非多孔性膜２２を透過できる分子量及び性質を有するものが適宜選択され、その状態はガス状であっても液状であってもよい。
【００３７】
疎水性の非多孔性膜を用いる場合には、電子供与体物質２３として、ガス状物質である水素や硫化水素、メタン及びエタン等の有機化合物が挙げられる。液状物質としては、メタノール、エタノール及びプロパノール等のアルコール、酢酸及び酢酸よりも分子量の大きい及びプロピオン酸等の揮発性有機酸、ベンゼン、トルエン、フェノール等の揮発性有機物が挙げられ、特に、メタノール及びエタノールの使用が好適である。但し、電子供与体物質２３はこれらに限定されるものではない。尚、これらの電子供与体物質２３は、１種類のみを用いても良いし、２種以上を混在させて用いてもよい。また、電子供与体物質２３としてアルコールを用いる場合でも、原液のまま使用可能である。容器２１にアルコールを密封するとアルコールは非多孔性膜２２から脱窒菌へ緩やかに供給されるため、アルコールの原液を用いても、アルコールの濃度が薄められて脱窒菌に供給され、脱窒菌が死に至ることはない。尚、必ずしもアルコールの原液を用いることはなく、アルコールの原液を水で希釈して用いた場合や、不純物が混在しているような場合であっても、アルコール分子のみが非多孔性膜を透過して微生物に緩やかに供給される。
【００３８】
親水性の非多孔性膜を用いる場合には、電子供与体物質２３として、メタノール、エタノール及びプロパノール等のアルコール、乳酸、酢酸及びプロピオン酸等の有機酸、グルコース及びスクロース等の糖類が挙げられるが、電子供与体物質２３はこれらに限定されるものではない。尚、親水性の非多孔性膜を用いる場合、炭素数の大きな物質を用いると、物質の疎水性が強くなりすぎて、非多孔性膜を透過しなくなる。したがって、炭素数が１〜５のものを使用することが好適であり、炭素数が１〜３のものを使用することがより好適である。
【００３９】
親水性と疎水性の両方の性質を有する非多孔性膜を用いる場合には、上記のいずれの電子供与体物質を用いてもよい。また、容器２１を疎水性の非多孔性膜と親水性の非多孔性膜とで構成して、疎水性の非多孔性膜のみを透過する電子供与体物質と親水性の非多孔性膜のみを透過する電子供与体物質とを組み合わせて用いるようにしてもよい。
【００４０】
電子供与体物質２３の非多孔性膜２２の透過は、当該物質分子が膜に溶け込み、その溶け込んだ分子が膜内部を拡散して反対側に達することにより起こる。したがって、膜への溶け込みが起こらない程分子量の大きなカテキンなどは非多孔性膜２２を透過しにくい。また、ポリエチレンやポリプロピレン等は水となじむ官能基が存在しない疎水性の強い膜であると共に低極性であるため、極性分子である水が膜に溶け込みにくい。したがって、水に溶けやすい極性の高い物質であるシアン化合物などもほとんど透過できない。また、水は水分子同士の水素結合が強いため、常温では水が当該膜を透過することはほとんど無い。したがって、疎水性の非多孔性膜を用いた場合には、アルコールに不純物例えばカテキンやシアン化合物のように微生物に対して毒性を呈する抗菌性の分子が混入している廃アルコールを用いることができる。換言すれば、非多孔性膜２２は、所望の電子供与体物質を主成分として透過させる「分子ふるい」として機能する。また、電子供与体物質２３は、容器２１内に充填されている状態が気体、液体、蒸気（揮発性物質が揮発して生成されたもの）のどの状態であっても、容器２１外には分子状態で放出される。つまり、電子供与体物質２３は、非多孔性膜２２を透過して、液体のように分子間の引力により凝集することのないガス（気体）の状態で徐放される。したがって、非多孔性膜２２はガス透過性膜とも表現できる。また、電子供与体物質２３は、容器２１の外部環境が気相であっても液相であっても非多孔性膜２２から徐放される。
【００４１】
尚、非多孔性膜２２は、電子供与体物質２３を膜に溶け込ませることにより透過させており、多孔質膜のように孔の大きさや数で電子供与体物質の通液量等を制御するものではない。したがって、長期間の使用による孔の閉塞の問題も生じることが無く、定期的な逆洗浄の必要もない。したがって長期間メンテナンスを行うことなく使用でき、ランニングコストを低減できる。
【００４２】
＜担体の構成＞
本発明に使用する担体３１については、本件出願人が先に出願した国際公開２００６／１３５０２８に詳細に記載されたものとほぼ同様のものを用いることができる。以下、担体３１の構成の概要を説明する。
【００４３】
微生物を担持し得る担体３１としては、活性汚泥中の脱窒菌を付着させる場合には、各種の有機物あるいは無機物を素材とする繊維や不織布、あるいは活性炭や焼結セラミックスのような多孔質など、微生物を担持することのできる既知または新規の担体を適宜使用できる。また、脱窒菌をあらかじめ固定する場合には、例えば、コラーゲン、フィブリン、アルブミン、カゼイン、セルロースファイバー、セルローストリアセタート、寒天、アルギン酸カルシウム、カラギーナン、アガロース等の天然高分子、ポリアクリルアミド、ポリ−２−ヒドロキシエチルメタクリル酸、ポリビニルクロリド、γ−メチルポリグルタミン酸、ポリスチレン、ポリビニルピロリドン、ポリジメチルアクリルアミド、ポリウレタン、光硬化性樹脂（ポリビニルアルコール誘導体、ポリエチレングリコール誘導体、ポリプロピレングリコール誘導体、ポリブタジエン誘導体等）等の合成高分子、またはこれらの複合体、さらには吸水性ポリマーを用いることが可能である。吸水性ポリマーとしては、公知のものを使用することができるが、具体的には、ポリアクリル酸、ポリアスパラギン酸、ポリグルタミン酸やそれらの改変物、ポリエチレングリコール改変物等が挙げられる。尚、ここで言う改変物とは、イオン性基をもつ高分子を前記高分子の一部に架橋させた物である。また、活性汚泥中の脱窒菌を付着させる場合と同様の担体を用いてもよい。但し、担体３１はこれらに限定されるものではない。
【００４４】
＜曝気槽への脱窒モジュールの収容形態＞
本発明の有機性廃水の処理設備では、担体３１は容器２１の少なくとも非多孔性膜２２の周りに配置されて容器２１の非多孔性膜２２部分から徐放される電子供与体物質２３が担体３１に供給され、少なくとも担体３１は曝気槽２内の有機性廃水９と接触する位置に収容される。
【００４５】
まず、脱窒モジュール１１について説明する。脱窒モジュール１１は、容器２１の少なくとも非多孔性膜２２の周りに担体３１が配置されて、容器２１の非多孔性膜２２部分から徐放される電子供与体物質２３が担体３１に供給されるものである。容器２１の非多孔性膜２２と担体３１の位置関係については、容器２１の非多孔性膜２２部分から徐放される電子供与体物質２３が担体３１に十分に供給される位置関係にあれば特に限定されるものではないが、容器２１の非多孔性膜２２と担体３１とを例えば数センチ程度まで近接させることが好適であり、容器２１の非多孔性膜２２に担体３１を接触させることがより好適である。
【００４６】
担体３１は、非多孔性膜２２の表面に例えば接着等により備えてもよいし、非多孔性膜２２の袋の周縁をヒートシールする際に担体ごとヒートシールして一体化してもよい。また、担体３１を袋状にしてその中に容器２１を内包したり、図７に示すように、袋状の担体３１の一部を開口しておいて、袋の内部空間３３に容器２１を収容するようにしてもよい。袋状の担体３１を形成する場合には、例えば、構造的補強を図るために不織布３２等により袋を形成し、袋の内側もしくは袋の外側または袋の両側（図７では袋の内側）に担体３１を塗布して形成したり、予め形成された膜状の担体３１を不織布３２に接着あるいは溶着するようにしてもよい。但し、この形態に限定するものではなく、不織布３２そのものも微生物を担持し得る担体として機能するので、不織布３２のみで袋を形成してこれを担体としても良い。また、不織布３２を使用せずに高分子等の担体３１のみを用いて袋を形成してもよい。尚、容器２１の非多孔性膜部分２２は担体３１で完全に覆われるものとすることが好適である。この場合、電子供与体物質２３を担体３１に無駄なく供給することができる。
【００４７】
担体３１の厚みについては、微生物を担持し得る領域を確保できれば、特に限定されるものではないが、少なくとも０．３ｍｍとすることが好適であり、少なくとも１ｍｍとすることがより好適である。
【００４８】
曝気装置２ａが収容された曝気槽２内では、図８に示すように、袋状の担体３１に容器２１を内包した脱窒モジュール１１を有機性廃水９に沈めてもよいし、図９に示すように、容器２１の一方の面にのみに担体３１を接着等により備えた脱窒モジュール１１を有機性廃水９に浮かせて、担体３１を有機性廃水９に接触させるようにしてもよい。この場合、容器２１の他方の面から電子供与体物質が徐放しないように、バリア膜等を設けることが好適である。尚、脱窒モジュール１１は少なくとも担体３１のみを有機性廃水９に接触させれば、その全体を有機性廃水９に接触させずとも脱窒処理能を発揮させることができる。
【００４９】
ここで、脱窒モジュール１１は、曝気槽２と独立したものには限定されない。例えば、図１０に示すように、曝気槽２の一部に貫通孔４０を設けてこれを非多孔性膜２２で塞ぎ、非多孔性膜２２の曝気槽２の内側の表面に担体３１を例えば接着等により備え、容器２１にはその一部に孔を設けて貫通孔４０と連通させ、この孔から曝気槽２の貫通孔４０に向けて電子供与体物質２３を供給して、非多孔性膜２２から電子供与体物質２３を透過させるようにしてもよい。この場合、容器２１は曝気槽２と独立に設けてもよいし、曝気槽２と一体化させてもよい。
【００５０】
また、図８及び図９では脱窒モジュール１１を一つしか収容していないが、これを複数収容してもよい。脱窒モジュール１１を複数収容することで、脱窒菌を担持可能な面積を増大させて、脱窒反応を促進することができる。また、脱窒モジュール１１の形状は、図８及び図９のものには限定されず、例えばチューブ状としてもよいし、また、チューブ状の脱窒モジュール１１を螺旋状やコイル状として脱窒菌を担持可能な面積をさらに増大させてもよい。
【００５１】
担体３１を曝気槽２内で有機性廃水９と接触させると、活性汚泥中に存在している脱窒菌が徐々に担体３１に担持される。そして、電子供与体物質２３が担体３１に供給されることによって、担体３１に嫌気性環境が形成されると共に、担体３１に担持された脱窒菌に電子供与体物質２３が与えられる。嫌気性環境で電子供与体物質２３が与えられた脱窒菌は、脱窒処理能を発揮する。したがって、曝気槽２内での硝酸性窒素、亜硝酸性窒素の脱窒処理が可能となる。
【００５２】
ここで、担体３１には、予め脱窒菌を担持させておいてもよい。予め担持させる脱窒菌としては、微生物学の分野における公知ないしは新規のものを適宜採用することができる。例えば、Paracoccus denitrificans、Alcaligenes eutrophus、Alcaligenes faecalis、Pseudomonas denitrificans、Paracoccus pantotrophus、Thiobacillus denitrificansを挙げることができるが、これらに限定されるものではない。尚、予め脱窒菌を担持させる場合に用いる担体としては、上記の天然高分子、合成高分子、これらの複合体及び吸水性ポリマーといったゲル状のものを用いることが好適である。また、活性汚泥に含まれる脱窒菌を曝気槽２において担持させる場合に用いる担体としては、不織布等の空隙率の高い素材を用いることが好適である。
【００５３】
以上、本発明の構成によって、強い好気性である曝気槽２において、硝酸性窒素、亜硝酸性窒素を分子状窒素に変換する脱窒反応を進行させることができる。しかも、有機性廃水のＢＯＤを上昇させる虞のある電子供与体物質２３を供給しても、有機性廃水のＢＯＤの上昇は見られず、活性汚泥を利用した有機性廃水処理の本来的な機能である有機物分解処理能は阻害されることがない。つまり、従来の活性汚泥法の有機物分解処理能を妨げることなく、脱窒処理能のみを付与することができる。また、有機性廃水に含まれるアンモニア性窒素は、活性汚泥に含まれるアンモニア酸化菌が好気性雰囲気で機能して亜硝酸性窒素あるいは硝酸性窒素に酸化される。そして、この亜硝酸性窒素と硝酸性窒素が曝気槽２に付与された脱窒処理能によって、分子状窒素に変換される。したがって、本発明によれば、有機性廃水に含まれる有機物のみならず、硝酸性窒素及び亜硝酸性窒素、さらにはアンモニア性窒素を分子状窒素に変換して無害な窒素ガスとして有機性廃水から除去することが可能となる。
【００５４】
＜有機性廃水の処理設備＞
以下、標準活性汚泥法、嫌気好気法、嫌気無酸素好気法、硝化脱窒法を利用した本発明の有機性廃水の処理設備について説明する。
【００５５】
（１）標準活性汚泥法
標準活性汚泥法を利用した本発明の有機性廃水の処理設備の一例を図１に示す。この処理設備１ａは、有機性廃水９が曝気槽２に導入されて活性汚泥と共に曝気処理され、有機性廃水と活性汚泥の混合液がそのまま沈殿槽３に流入する。そして、沈殿槽３では、曝気槽２から流入した混合液に含まれる活性汚泥がフロックを形成して沈降し、沈殿槽３の上澄液が処理水として得られる。沈殿槽３で沈降した活性汚泥は返送汚泥として曝気槽２に返され、再び有機物分解作業に供される。一方で、増殖した微生物に見合う量の活性汚泥が、余剰汚泥として回収される。そして、曝気槽２には、上記した種々の形態で脱窒モジュール１１が収容される。
【００５６】
この処理設備１ａにより有機性廃水を処理することで、活性汚泥法の本来的な機能である有機物の分解処理能を維持しながらも、有機性廃水に含まれるアンモニア性窒素、硝酸性窒素、亜硝酸性窒素を分子状窒素に変換してその濃度を低減することができる。すなわち、新たに脱窒槽を設けることなく、窒素除去機能を付与することができる。
【００５７】
尚、図１の処理設備は、連続式の活性汚泥法を利用したものであるが、回分式の活性汚泥法の曝気槽２に脱窒モジュール１１を収容しても同様の効果が得られる。
【００５８】
（２）嫌気好気法
嫌気好気法を利用した本発明の有機性廃水の処理設備の一例を図２に示す。この処理設備１ｂは、嫌気槽４、曝気槽２、沈殿槽３の順で処理槽が設置され、有機性廃水９が嫌気槽４→曝気槽２→沈殿槽３の順で導入される。沈殿槽３で沈降した活性汚泥は返送汚泥として嫌気槽４を経由して曝気槽２に戻り、再び有機物分解作業に供される。一方で、増殖した微生物に見合う量の活性汚泥が、余剰汚泥として回収される。そして、曝気槽２には、上記した種々の形態で脱窒モジュール１１が収容される。
【００５９】
この処理設備１ｂにより有機性廃水を処理することで、嫌気好気法の本来的な機能である有機物分解処理能、バルキング抑制能及びリン濃度の低減能を維持しながらも、有機性廃水に含まれるアンモニア性窒素、硝酸性窒素、亜硝酸性窒素を分子状窒素に変換してその濃度を低減することができる。また、曝気槽２の硝酸性窒素濃度を低減することで、返送汚泥とともに嫌気槽４に流入する硝酸性窒素が減少する。そのため、嫌気槽４において、有機性廃水に含まれる有機物の脱窒菌による消費量が大幅に減少し、返送汚泥に含まれるポリリン酸蓄積細菌に優先的に消費されやすくなる。したがって、ポリリン酸蓄積細菌が増殖しやすくなると共に、リン蓄積能を発揮するポリリン酸蓄積細菌の割合が増加する。これにより、有機性廃水のリン濃度を従来よりも低減することができる。
【００６０】
（３）硝化脱窒法
硝化脱窒法を利用した本発明の有機性廃水の処理設備の一例を図３に示す。この処理設備１ｃは、脱窒槽５、曝気槽２、沈殿槽３の順で処理槽が設置され、有機性廃水９が脱窒槽５→曝気槽２→沈殿槽３の順で導入される。沈殿槽３で沈降した活性汚泥は返送汚泥として脱窒槽５を経由して曝気槽２に戻り、再び有機物分解作業に供される。一方で、増殖した微生物に見合う量の活性汚泥が、余剰汚泥として回収される。また、曝気槽２内で、アンモニア性窒素が亜硝酸性窒素、硝酸性窒素に酸化された後、曝気槽２内の有機性廃水９（活性汚泥との混合液）が硝化循環液として脱窒槽５へと戻され、脱窒反応に供されて分子状窒素に変換されて除去される。有機性廃水にはじめから亜硝酸性窒素、硝酸性窒素が含まれている場合には、有機性廃水が脱窒槽５に流入した段階で脱窒反応を受けてそれらの濃度が低減される。
【００６１】
この処理設備１ｃでは、脱窒処理工程の一部を脱窒槽５から曝気槽２にシフトさせることができ、曝気槽２から脱窒槽５への硝化循環液の返送量を減少させることができる。したがって、返送のためのポンプの運転費用を削減することができる。つまり、硝化脱窒法を利用した従来の有機性廃水の処理設備において、脱窒能力を上げるために脱窒槽への返送量を増やす結果として発生していた問題、即ち、ポンプ費用が嵩むという問題を本発明の処理設備により大幅に削減することができる。尚、処理設備１ｃでは、曝気槽２から脱窒槽５への硝化循環液の返送を行うようにしているが、脱窒処理工程を脱窒槽５から曝気槽２に完全にシフトさせて、返送工程を完全に削除してもよい。この場合、有機物分解能力及び窒素成分除去能力を維持しながらも、脱窒槽５を削除して設備のコンパクト化を図ることができる。
【００６２】
（４）嫌気無酸素好気法
嫌気無酸素好気法を利用した本発明の有機性廃水の処理設備の一例を図４に示す。この処理設備１ｄは、嫌気槽４、脱窒槽５、曝気槽２、沈殿槽３の順で処理槽が設置され、有機性廃水９が嫌気槽４→脱窒槽５→曝気槽２→沈殿槽３の順で導入される。沈殿槽３で沈降した活性汚泥は返送汚泥として嫌気槽４及び脱窒槽５を経由して曝気槽２に戻り、再び有機物分解作業に供される。一方で、増殖した微生物に見合う量の活性汚泥が、余剰汚泥として回収される。また、曝気槽２内で、アンモニア性窒素が亜硝酸性窒素、硝酸性窒素に酸化された後、曝気槽２内の有機性廃水９（活性汚泥との混合液）が硝化循環液として脱窒槽５へと戻され、脱窒反応に供されて分子状窒素に変換されて除去される。また、嫌気槽４をリン溶出槽として設けることにより、嫌気槽４に返送された活性汚泥に含まれるポリリン酸蓄積細菌からリンを排出させ、曝気槽２においてポリリン酸蓄積細菌にリンを過剰摂取させることにより、有機性廃水に含まれるリン濃度を低減することができる。さらには脱窒槽５と曝気槽２によって、アンモニア性窒素、さらには亜硝酸性窒素や硝酸性窒素濃度の低減を図ることができる。また、有機性廃水中の有機物は、曝気槽２での酸化分解処理に加えて、脱窒槽５において脱窒菌に消費されてその濃度が低減する。さらには、嫌気槽４や脱窒槽５でポリリン酸蓄積細菌に消費されてその濃度が低減する。
【００６３】
この処理設備１ｄでは、脱窒処理工程の一部を脱窒槽５から曝気槽２にシフトさせることができ、曝気槽２から脱窒槽５への硝化循環液の返送量を減少させることができる。したがって、返送のためのポンプの運転費用を削減することができる。また、曝気槽２の硝酸性窒素濃度を低減することで、返送汚泥とともに嫌気槽４に流入する硝酸性窒素が減少する。そのため、嫌気槽４において、有機性廃水に含まれる有機物の脱窒菌による消費量が大幅に減少し、返送汚泥に含まれるポリリン酸蓄積細菌に優先的に消費されるようになる。その結果、ポリリン酸蓄積細菌が増殖しやすくなると共に、リン蓄積能を発揮するポリリン酸蓄積細菌の割合が増加して、有機性廃水のリン濃度を従来よりも低減することができる。尚、処理設備１ｄでは、曝気槽２から脱窒槽５への硝化循環液の返送を行うようにしているが、脱窒処理工程を脱窒槽５から曝気槽２に完全にシフトさせて、返送工程ならびに処理設備１ｄの脱窒槽５を削除してもよい。この場合、有機物分解能力、リン除去能力及び窒素成分除去能力を維持しながらも、設備のコンパクト化を図ることができる。
【００６４】
上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、上述の実施形態では、標準活性汚泥法、嫌気好気法、嫌気無酸素好気法及び硝化脱窒法を例に挙げて説明したが、これらの方法以外にも、有機性廃水を活性汚泥と共に曝気槽内で曝気処理する工程を含むあらゆる生物処理法に本発明を適用することができる。
【実施例】
【００６５】
以下に本発明の実施例を説明するが、本発明はこれら実施例に限られるものではない。
【００６６】
活性汚泥リアクターを用いて本発明の有効性を検討した。
【００６７】
＜活性汚泥リアクターの構成＞
図１１に示す連続式の活性汚泥リアクターを構築した。２．９Ｌ容の曝気槽２に貯水タンク５１から送液ポンプ５２により水道水５３を供給した。この水道水５３には、無機塩類を添加した。また、曝気槽２には、水道水と同時に基質ポンプ５４により滅菌した約４０倍の濃厚有機物基質５５（以下、濃厚基質５５と呼ぶ）を供給した。無機塩類と有機物の組成は表１の通りとした。即ち、曝気槽２に水道水５３と濃厚基質５５を同時に供給して曝気槽２に有機性廃水９を供給するようにした。尚、有機性廃水９の供給量は８．２Ｌ／日であり、これは、基質濃度として、ＴＯＣが１２０ｍｇ／Ｌ、ＴＮが３６ｍｇＮ／Ｌに相当する。
【００６８】
【表１】
【００６９】
曝気槽２の曝気装置（エアストーン２ａ、エアポンプ２ｂ）で曝気処理された有機性廃水９は沈殿池３に送液され、有機性廃水９に懸濁している活性汚泥を沈殿処理した後、活性汚泥を送液ポンプ５２で曝気槽２に戻した。
【００７０】
活性汚泥リアクターは２つ用意し、沈殿池は共有させた。したがって、２つのリアクターにおける活性汚泥単独での処理能力は共通である。種汚泥は、嫌気好気法（ＡＯ法）を採用している都市下水処理場から採取した。
【００７１】
運転条件は、ＨＲＴ（水理学的滞留時間）を８．５時間とし、汚泥返送率を１００％とし、ＳＲＴ（汚泥保持時間）を１１日とした。曝気槽２内の有機性廃水９の水温とｐＨについては特に制御を行わなかったが、実験期間中において、それぞれ２１℃〜２５℃、７．５〜８．０であり、大きな変動は見られず、水質への影響も見られなかった。また、曝気槽２内の有機性廃水９の溶存酸素濃度は常に４ｍｇ／Ｌ以上に維持した。
【００７２】
＜脱窒モジュールの構成＞
脱窒モジュール１１は、不織布３２で外袋を作製し、その外側表面に担体３１を塗布して作製した以外は図７と同様のものを本実施例に使用した。即ち、電子供与体供給容器２１は、容器２１の全面を非多孔性膜２２とした袋状とした。具体的には、０．１ｍｍ厚の低密度ポリエチレンフィルム（ミポロンフィルム、ミツワ株式会社製）を用いた。これを約１６ｃｍ×１６ｃｍに裁断して熱融着して袋状とし、この袋内に９９．５％エタノールを７０ｍＬ封入した。このフィルムのエタノール透過速度は、２５℃において０．８ｍｇＣＯＤ／ｃｍ２／日であった。
【００７３】
次に、０．６ｍｍ厚のＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）樹脂不織布（Ｇ２２６０−１Ｓ、東レ製）を用いて、電子供与体供給容器より僅かに大きな外袋を作製した。外袋の表面には、光硬化性樹脂（ＰＶＡ−ＳＢＱ、ＳＰＰ−Ｈ−１３、東洋合成工業）をアンモニア酸化細菌（Nitrosomonas europaea NBRC14298）、亜硝酸酸化細菌（Nitrobacter winogradskyi NBRC14297）及び脱窒細菌（Paracoccus pantotrophus JCM6892）を含むリン酸緩衝液と混合して１ｍｍ厚で塗布した。その後、メタルハライドランプを片面あたり２０分ほど照射して硬化させた。この外袋を担体３１とし、この袋の中に電子供与体供給容器２１を入れて実験に供した（アンモニア酸化菌、亜硝酸酸化菌及び脱窒菌を担体３１に予め固定した脱窒モジュール１１（実施例１））。
【００７４】
尚、アンモニア酸化菌、亜硝酸酸化菌及び脱窒菌を予め担体に担持しない場合には、活性汚泥中の脱窒菌を付着させるための不織布として、２ｍｍ厚の空隙の多いポリエチレン製エアレイド不織布（金星製紙製、４０ｇ／ｍ２）を用いて、電子供与体供給容器より僅かに大きな外袋を作製した。この外袋を担体３１とし、この袋の中に電子供与体供給容器２１を入れて実験に供した（アンモニア酸化菌、亜硝酸酸化菌及び脱窒菌を担体３１に固定していない脱窒モジュール１１（実施例２））。
【００７５】
＜分析方法＞
有機物指標として、沈殿槽３の上澄液（処理水）を遠心分離並びに濾過（孔系０．２μｍ）した後、ＴＯＣを測定した。また、インドフェノール法によりアンモニア性窒素を測定し、イオンクロマトグラフ法により亜硝酸性窒素と硝酸性窒素を測定した。汚泥濃度は遠心分離法により測定した。
【００７６】
（実施例１）
上記の活性汚泥リアクターの曝気槽２に、アンモニア酸化菌、亜硝酸酸化菌及び脱窒菌を担体３１に予め固定した脱窒モジュール１１を２つ収容し、有機性廃水の処理試験を実施した。尚、ポリエチレンフィルムの面積（即ち、担体３１の有効面積）の合計は約１０００ｃｍ２であった。
【００７７】
（比較例１）
上記の活性汚泥リアクターの曝気槽２に脱窒モジュール１１を収容することなく、有機性廃水の処理試験を実施した。
【００７８】
＜実験結果１＞
アンモニア性窒素と亜硝酸性窒素の濃度は、実施例１と比較例１のいずれの場合にも０．３ｍｇＮ／Ｌ以下であり、極めて低濃度であることが確認された。
【００７９】
また、図１２に示されるように、ＴＯＣ濃度については、実施例１と比較例１において殆ど差が見られなかった。このことから、脱窒モジュール１１を構成する電子供与体供給容器２１内に封入されたエタノール２３がポリエチレン膜２２から透過することによるＴＯＣ濃度の上昇は生じないことが明らかとなった。
【００８０】
さらに、図１３に示されるように、硝酸性窒素濃度については、比較例１よりも実施例１の方が濃度が低下することが明らかとなった。このことから、脱窒モジュール１１を活性汚泥リアクターの曝気槽２に収容することによって、曝気槽２を曝気処理して溶存酸素濃度が高められた条件下においても、脱窒モジュール１１の微生物担体３１の一部を嫌気条件として、脱窒菌の脱窒処理能を発揮させることが可能であることが示された。
【００８１】
（実施例２）
担体３１にアンモニア酸化菌、亜硝酸酸化菌及び脱窒菌を固定しないタイプの脱窒モジュール１１を用いたこと以外は、実施例１と同様の方法で実験を実施した。
【００８２】
＜実験結果２＞
アンモニア性窒素と亜硝酸性窒素の濃度は、実施例２と比較例１のいずれの場合にも０．３ｍｇＮ／Ｌ以下であり、極めて低濃度であることが確認された。
【００８３】
また、図１４に示されるように、ＴＯＣ濃度については、実施例２と比較例１において殆ど差が見られなかった。このことから、脱窒モジュール１１を構成する電子供与体供給容器２１内に封入されたエタノール２３がポリエチレン膜２２から透過することによるＴＯＣ濃度の上昇は生じないことが明らかとなった。
【００８４】
さらに、図１５に示されるように、硝酸性窒素濃度については、比較例１よりも実施例２の方が濃度が低下することが明らかとなった。このことから、担体３１に脱窒菌が担持されていない脱窒モジュール１１を活性汚泥リアクターの曝気槽２に収容した場合にも、担体３１に予め脱窒菌を担持させた担体３１を脱窒モジュール１１を収容した場合と同様、脱窒処理が可能であることが明らかとなった。このことから、担体３１に予め脱窒菌を担持させなくても、曝気処理を行う中で、活性汚泥に含まれる脱窒菌を担体３１に担持させて、脱窒菌の脱窒処理能を発揮させることが可能であることが明らかとなった。
【００８５】
以上の結果から、電子供与体物質２３全般を担体３１に供給することによって、担体３１内に嫌気環境を形成することができると共に、担体３１に担持されている脱窒菌に電子供与体物質２３を与えて、活性汚泥を用いた有機性廃水処理の本来的な機能である有機物分解処理能を妨げることなく、脱窒菌に脱窒処理能を発揮させ、曝気槽２に脱窒処理能を付与できる可能性が導かれた。
【符号の説明】
【００８６】
１（１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ） 有機性廃水の処理設備
２ 曝気槽
９ 有機性廃水
２１ 容器
２２ 非多孔性膜
２３ 電子供与体物質
３１ 担体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機性廃水の処理方法及び処理設備に関する。さらに詳述すると、本発明は、
有機性廃水に含まれる窒素成分濃度を低減させるのに好適な有機性廃水の処理方法及び処理設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機性廃水の代表的な浄化処理方法として、活性汚泥法が知られている。この方法は、以下のように実施される。即ち、一次処理（スクリーン、沈砂池、最初沈殿池）を終えた有機性廃水が、曝気槽１０２に連続的に流入し、曝気槽１０２内の活性汚泥と混合される。曝気槽１０２にはブロワー（送風機）等から強制的に空気が吹き込まれて、曝気槽１０２内の有機性廃水の溶存酸素濃度が高濃度に維持され、有機性廃水中の有機物（ＢＯＤ成分）が活性汚泥中に存在する好気性微生物の作用により酸化分解される。有機性廃水を曝気槽２内で一定時間滞留させた後、曝気槽１０２内の混合液をそのまま沈殿槽１０３に流入させて静置し、微生物群（活性汚泥）にフロックを形成させて沈降させる。上澄液は処理水としてそのまま放流するか、あるいは必要に応じて次工程に回される。沈殿槽１０３で沈降した活性汚泥は返送汚泥として曝気槽１０２に返され、再び有機物分解作業に供される。一方で、増殖した微生物に見合う量の活性汚泥が、余剰汚泥として回収される（図１６、非特許文献１のｐ５３−５４、非特許文献２参照）。
【０００３】
ところで、近年、湖沼や内海等の閉鎖系水域において富栄養化の問題が顕在化している。富栄養化の問題を解決するためには、閉鎖系水域への窒素成分さらにはリン成分といった栄養塩の流入を防ぐことが重要である。そこで、活性汚泥法の変法として、窒素除去のための硝化脱窒法、リン除去のための嫌気好気法、窒素・リン同時除去のための嫌気無酸素好気法などが用いられている。
【０００４】
硝化脱窒法は、例えば図１８に示すように、曝気槽１０２の前段に脱窒槽１０５が設けられた設備において実施される。具体的には、有機性廃水に含まれるアンモニア性窒素が脱窒槽１０５では何の変化も受けることなく、曝気槽１０２へと流入する。そして、曝気槽１０２内で、アンモニア性窒素が亜硝酸性窒素、硝酸性窒素に酸化された後、硝化循環液として大量に（通常、流入する廃水の１〜３倍量）脱窒槽１０５へと戻される。脱窒槽１０５では、流入する有機性廃水に含まれる有機物を利用して亜硝酸性窒素、硝酸性窒素が脱窒反応を受け、有機性廃水の窒素の濃度が低減される。また、有機性廃水にはじめから亜硝酸性窒素、硝酸性窒素が含まれていた場合には、有機性廃水が脱窒槽１０５に流入した段階で脱窒反応を受けてそれらの濃度が低減される。また、有機性廃水中の有機物は、曝気槽１０５での脱窒菌による消費に加えて、曝気槽１０２での酸化分解処理によってその濃度が低減する（非特許文献１のｐ６０−６１、非特許文献２参照）。
【０００５】
嫌気好気法（ＡＯ法）は、図１７に示すように、曝気槽１０２の前段に嫌気槽１０４を設けたものである。活性汚泥中には、嫌気環境下で有機物を摂取しながらリンを放出して、続く好気条件で放出したよりも多くのリンを吸収する機能を有する細菌（ポリリン酸蓄積細菌）が存在している。この細菌の機能によって、有機性廃水のリン濃度を低減すると共に、余剰汚泥中にリンを蓄積させて系外に排出することができる（非特許文献２参照）。
【０００６】
嫌気無酸素好気活性汚泥法（Ａ２Ｏ法）は循環式嫌気好気法ともよばれ、例えば図１９に示すように、曝気槽１０２の前段に脱窒槽１０５が設けられ、さらに脱窒槽１０５の前段に嫌気槽１０４が設けられた設備において実施される。具体的には、硝化脱窒法のさらに前段に嫌気槽１０４をリン溶出槽として設けることにより、嫌気槽１０４に返送された活性汚泥に含まれるポリリン酸蓄積細菌からリンを放出させ、曝気槽１０２においてポリリン酸蓄積細菌にリンを過剰摂取させることにより、有機性廃水に含まれるリン濃度を低減し、さらには脱窒槽１０５と曝気槽１０２によって、硝化脱窒法と同様に、アンモニア性窒素、さらには亜硝酸性窒素や硝酸性窒素濃度の低減を図ることができる。また、有機性廃水中の有機物は、脱窒槽１０５における脱窒菌による消費、嫌気槽１０４や脱窒槽１０５におけるポリリン酸蓄積細菌による消費、そして曝気槽１０２における酸化分解によって、濃度が低減する（非特許文献１のｐ６１−６２、非特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】環境微生物学（昭晃堂、大森俊雄著ら著、初版５刷）
【非特許文献２】さまざまな活性汚泥法、［ｏｎｌｉｎｅ］、２００７年３月３０日、畜産環境技術研究所、［平成２１年１１月１７日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.chikusan-kankyo.jp/osuiss/kiso/0046.htm＞
【非特許文献３】嫌気−無酸素−好気法、［ｏｎｌｉｎｅ］、２００８年８月２８日、京都市下水道局、［平成２１年１１月１７日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.city.kyoto.lg.jp/suido/page/0000008844.html＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、これらの既存の処理方式には、それぞれ重大な欠点がある。
【０００９】
まず、標準活性汚泥法や嫌気好気法については、活性汚泥に含まれている硝化菌によって有機性廃水に含まれるアンモニア性窒素を酸化することはできるものの、アンモニア性窒素の酸化により生成される亜硝酸性窒素や硝酸性窒素、さらには有機性廃水にはじめから含まれている亜硝酸性窒素や硝酸性窒素を分子状窒素に変換（脱窒処理）することができない。したがって、閉鎖系水域での富栄養化の問題を引き起こす硝酸性窒素由来の窒素成分の濃度を低減することができない。しかも、嫌気好気法の場合、残存する硝酸性窒素は返送汚泥とともに嫌気槽に流入するため、嫌気槽においてポリリン酸蓄積細菌と脱窒菌による有機物摂取の競合が生じて、リン除去能力が十分に発揮されなくなる。
【００１０】
また、硝化脱窒法及び嫌気無酸素好気法は、有機性廃水に含まれるアンモニア性窒素のみならず、亜硝酸性窒素や硝酸性窒素を分子状窒素に変換（脱窒処理）してその濃度を低減することができるものの、脱窒処理のための脱窒槽１０５を別途設けることから、敷地面積に制限のある場合に導入が難しく、また建設費用が増大してしまう。さらに、曝気槽から脱窒槽に大量の返送を必要とすることから、ポンプの運転費用もかさむこととなる。
【００１１】
これらの問題点は、活性汚泥を用いた有機性廃水処理の本来的な機能である有機物分解処理能を妨げることなく、嫌気環境において生じる脱窒反応を好気環境である曝気槽１０２において進行させることができれば全て解決することができる。即ち、活性汚泥法及び嫌気好気法については、曝気槽１０２での脱窒処理を実現できれば、新たに処理槽を設けることなく、有機性廃水中の亜硝酸性窒素や硝酸性窒素濃度の低減を図ることができる。また、硝化脱窒法及び嫌気無酸素好気法については、曝気槽１０２での脱窒処理を実現できれば、脱窒槽１０５への硝酸性窒素の返送量を減少させることができる。あるいは、脱窒槽１０５での脱窒処理工程を完全に曝気槽１０２にシフトさせて、脱窒槽１０５への硝化循環液の返送工程を削除し、ポンプの運転費用の削減と施設規模の縮小が可能となる。
【００１２】
そこで、本発明は、活性汚泥を用いた有機性廃水処理の本来的な機能である有機物分解処理能を妨げることなく、嫌気環境において生じる脱窒反応を好気環境である曝気槽において進行させることのできる有機性廃水の処理方法及び処理設備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】
【００１３】
かかる課題を解決するため、本願発明者等が鋭意研究を行った。その結果、極めて強い好気環境下に晒される活性汚泥法における曝気槽においても脱窒反応を進行させることができ、しかも、活性汚泥を用いた有機性廃水処理の本来的な機能である有機物分解処理能を妨げることのない構成を知見し、本発明を完成するに至った。
【００１４】
即ち、本発明の有機性廃水の処理方法は、有機性廃水を活性汚泥と共に曝気槽内で曝気処理する工程を含む生物処理法を利用した有機性廃水の処理方法において、非多孔性膜を少なくとも一部に備えると共に電子供与体物質を充填した密封構造の容器の少なくとも非多孔性膜の周りに微生物を担持し得る担体を配置して、容器の非多孔性膜部分から電子供与体物質を徐放させて担体に供給し、少なくとも担体を曝気槽内の有機性廃水と接触させながら曝気処理を行うようにしている。
【００１５】
また、本発明の有機性廃水の処理設備は、有機性廃水が活性汚泥と共に曝気処理される曝気槽を有する生物処理法を利用した有機性廃水の処理設備において、非多孔性膜を少なくとも一部に備えると共に電子供与体物質を充填した密封構造の容器と、微生物を担持し得る担体とをさらに有し、担体は容器の少なくとも非多孔性膜の周りに配置されて容器の非多孔性膜部分から徐放される電子供与体物質が担体に供給され、少なくとも担体は曝気槽内の有機性廃水と接触する位置に収容されているものとしている。
【００１６】
したがって、本発明の有機性廃水の処理方法及び処理設備によると、活性汚泥に含まれている脱窒菌が担体に付着する。そして、担体に電子供与体物質が供給されることによって担体内に嫌気環境が形成され、嫌気環境下におかれた脱窒菌が脱窒処理能を発揮する。しかも、有機性廃水の有機物濃度を上昇させるエタノール等のアルコールを電子供与体物質として供給した場合にも、担体に付着した脱窒菌さらには活性汚泥によって迅速に消費されるため、活性汚泥を用いた有機性廃水処理の本来的な機能である有機物分解処理能は妨げられない。
【００１７】
ここで、本発明において、生物処理法は、標準活性汚泥法、嫌気好気法、嫌気無酸素好気法または硝化脱窒法であることが好ましい。
【００１８】
また、本発明において、担体には予め脱窒菌を担持させておいてもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、活性汚泥を用いた有機性廃水処理の本来的な機能である有機物分解処理能を妨げることなく、有機性廃水を活性汚泥と共に曝気処理する曝気槽内での脱窒処理が可能となる。
【００２０】
したがって、新たな処理槽（脱窒槽）を追加することなく、従来の標準活性汚泥法や嫌気好気法の曝気槽に脱窒処理能を付与することができるので、新たな処理槽を設けるための設備コストや敷地面積を確保することなく、コンパクトな設備で有機性廃水の処理を実施することが可能となる。
【００２１】
また、従来の硝化脱窒法や嫌気無酸素好気法の曝気槽に脱窒処理能を付与することにより、脱窒槽での脱窒処理工程の一部または全てを曝気槽にシフトさせることができる。したがって、曝気槽から脱窒槽への硝化循環液の返送量を減少させたり、または硝化循環液の返送工程を削除することができるので、廃水処理効率を従来よりも大幅に向上させることができる。
【００２２】
また、生物学的リン除去のための嫌気好気法や嫌気無酸素好気法では、曝気槽の硝酸性窒素濃度を低減することで、返送汚泥とともに嫌気槽に流入する硝酸性窒素が減少する。そのため、嫌気槽において、有機性廃水に含まれる有機物の脱窒菌による消費量が大幅に減少し、返送汚泥に含まれるポリリン酸蓄積細菌に優先的に消費されやすくなる。したがって、ポリリン酸蓄積細菌が増殖しやすくなると共に、リン蓄積能を発揮するポリリン酸蓄積細菌の割合が増加する。これにより、有機性廃水のリン濃度を従来よりも低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】生物処理法を活性汚泥法とした場合の本発明の有機性廃水の処理設備の一例を示す図である。
【図２】生物処理法を嫌気・好気活性汚泥法とした場合の本発明の有機性廃水の処理設備の一例を示す図である。
【図３】生物処理法を生物学的脱窒素法とした場合の本発明の有機性廃水の処理設備の一例を示す図である。
【図４】生物処理法を生物学的脱リン法とした場合の本発明の有機性廃水の処理設備の一例を示す図である。
【図５】本発明に使用する容器の構成の一例を示す図である。
【図６】本発明に使用する容器の構成の他の例を示す図である。
【図７】袋状の担体に容器を内包した形態を示す図である。
【図８】本発明における曝気槽への脱窒モジュールの収容形態の一例を示す図である。
【図９】本発明における曝気槽への脱窒モジュールの収容形態の他の例を示す図である。
【図１０】本発明における曝気槽への脱窒モジュールの収容形態のさらに他の例を示す図である。
【図１１】実施例で使用した有機性廃水の処理設備を示す図である。
【図１２】脱窒菌を予め担持させた担体を用いたときの、有機性廃水中の有機物濃度の経時変化を示す図である。
【図１３】脱窒菌を予め担持させた担体を用いたときの、有機性廃水中の硝酸性窒素濃度の経時変化を示す図である。
【図１４】脱窒菌を予め担持させていない担体を用いたときの、有機性廃水中の有機物濃度の経時変化を示す図である。
【図１５】脱窒菌を予め担持させていない担体を用いたときの、有機性廃水中の硝酸性窒素濃度の経時変化を示す図である。
【図１６】活性汚泥法を実施するための従来の有機性廃水の処理設備の一例を示す図である。
【図１７】嫌気・好気活性汚泥法を実施するための従来の有機性廃水の処理設備の一例を示す図である。
【図１８】生物学的脱窒素法を実施するための従来の有機性廃水の処理設備の一例を示す図である。
【図１９】生物学的脱リン法を実施するための従来の有機性廃水の処理設備の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明を実施するための形態について、図面に基づいて詳細に説明する。
【００２５】
本発明の有機性廃水の処理方法は、有機性廃水を活性汚泥と共に曝気槽内で曝気処理する工程を含む生物処理法を利用した有機性廃水の処理方法において、非多孔性膜を少なくとも一部に備えると共に電子供与体物質を充填した密封構造の容器の少なくとも非多孔性膜の周りに微生物を担持し得る担体を配置して、容器の非多孔性膜部分から電子供与体物質を徐放させて担体に供給し、少なくとも担体を曝気槽内の有機性廃水と接触させながら曝気処理を行うようにしている。この方法により、曝気槽内での脱窒処理が可能となる。
【００２６】
本発明の有機性廃水の処理方法は、例えば、図１〜４に示す有機性廃水の処理設備において実施される。即ち、有機性廃水９が活性汚泥と共に曝気処理される曝気槽２を有する生物処理法を利用した有機性廃水の処理設備１において、非多孔性膜２２を少なくとも一部に備えると共に電子供与体物質２３を充填した密封構造の容器２１と、微生物を担持し得る担体３１とをさらに有し、担体３１は容器２１の少なくとも非多孔性膜２２の周りに配置されて容器２１の非多孔性膜２２部分から徐放される電子供与体物質２３が担体３１に供給され、少なくとも担体３１は曝気槽２内の有機性廃水９と接触する位置に収容されている処理設備１において実施される。因みに、図１〜４の符号１１は、容器２１の非多孔性膜２２部分の周りに担体３１を配置した脱窒モジュールを意味している。
【００２７】
以下、容器２１の構成、担体３１の構成、並びに曝気槽２への脱窒モジュール１１の収容形態について説明した後、図１〜４に示す有機性廃水の処理設備について詳細に説明する。尚、脱窒モジュール１１を構成する容器２１及び担体３１については、本件出願人が先に出願した国際公開２００６／１３５０２８に記載されたものとほぼ同じものを用いることができる。
【００２８】
＜容器の構成＞
本発明に使用する容器２１については、本件出願人が先に出願した国際公開２００６／１３５０２８に詳細に記載されたものとほぼ同様のものを用いることができる。以下、容器２１の構成の概要を説明する。
【００２９】
図５に容器２１の形態の一例を示す。容器２１は、非多孔性膜２２を少なくとも一部に備えると共に、電子供与体物質２３を充填して密封構造としたものである。このように構成することで、電子供与体物質２３を容器２１の非多孔性膜２２の部分から非多孔性膜２２の分子透過性能に支配される速度で容器２１の周辺に供給することができる。図５に示す形態では、容器２１は全体が非多孔性膜２２で構成される袋状を成し、周縁をヒートシールで溶着したり、接着剤により接着したりするようにして電子供与体物質２３を密封するようにしているが、形体や構造はこれに限定されるものではない。例えば容器２１をチューブ状やシート状としてもよい。また、容器２１は、全体を非多孔性膜２２で構成するものに限定されず、片面のみを非多孔性膜２２で構成したり、１つの面のさらに一部分を非多孔性膜２２のみで構成するようにしてもよい。部分的に非多孔性膜２２を用いる場合には、その他の部分は金属製やプラスチック製の剛体フレームを用いたり、電子供与体物質２３を透過しない膜や部材を用いてもよい。
【００３０】
また、容器２１は、完全密封された独立したものとせずに、電子供与体物質２３をその内部に導入する手段を有する密封構造とし、電子供与体物質２３を外部から補充可能としてもよい。例えば、図６に示すように、容器２１の縁の一部に電子供与体物質２３を注入する供給部２５を設けてノズルないしパイプ２７を装着する構造でも良いし、予め容器２１と一体となったノズルないしパイプ２７のようなものでも良い。そして、ノズルないしパイプ２７と液体の電子供与体物質２３を貯留するタンク２６とをチューブ２８などで連結し、必要に応じて電子供与体物質２３を補充可能としてもよい。この場合、タンク２６と容器２１とはチューブ２８を介して連通されているので、タンク２６内に電子供与体物質２３を貯留しておけば、容器２１内の電子供与体物質２３が減少したときに、サイフォンの原理を利用してチューブ両端での圧力差を利用して電子供与体物質２３を容器２１に補充することができる。あるいは電子供与体物質２３を重力により流下させて容器２１に補充することもできる。尚、この場合には、容器２１は供給部２５あるいはノズル２７を設けているので厳密な意味での密封構造ではないが、供給ノズル２７内がタンクから供給される電子供与体物質３で満たされている状態では、液面がシールとなって容器２１内は事実上密封状態にある。このため、液状あるいはガス化した電子供与体物質２３が供給部２５やノズル２７を通って容器２１外に漏れ出ることはない。ここで、電子供与体物質２３は、容器２１内に供給部から供給するのみならず、さらに排出部を設けて排出部から排出させて、容器２１内の電子供与体物質２３を入れ替え可能にしてもよい。この場合にも、供給部２５と排出部には電子供与体物質２３が満たされて、容器２１内は事実上密封状態となり、液状あるいはガス化した電子供与体物質２３が供給部２５や排出部を通って容器２１外に漏れ出ることはない。
【００３１】
非多孔性膜２２は、電子供与体物質２３の分子を少しずつ透過させることによって徐放するものである。この非多孔性膜２２は、膜材料、膜厚、封入する電子供与体物質２３の分子量や性質、温度、濃度、膜密度や膜構成分子の構造により、単位面積当たりを透過する電子供与体物質３の分子の量を制御することが可能である。例えば、膜厚を薄くすれば単位面積当たりを透過する電子供与体物質２３の分子の量は多くなり、逆に厚くすれば多くなる。電子供与体物質２３の温度を高くすれば単位面積当たりを透過する電子供与体物質２３の分子の量は多くなり、逆に低くすれば少なくなる。電子供与体物質２３の濃度を高めれば単位面積当たりを透過する電子供与体物質２３の分子の量は多くなり、逆に低くすれば少なくなる。膜密度を低くすれば単位面積当たりを透過する電子供与体物質２３の分子の量は多くなり、逆に高くすれば少なくなる。
【００３２】
非多孔性膜２２としては、疎水性の膜、親水性の膜、または親水性と疎水性の両方の性質を有する膜を、容器内に充填される電子供与体物質の性質に合わせて用いることができる。
【００３３】
疎水性の非多孔性膜としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンその他のオレフィン系の膜、エチレン・酢酸ビニル共重合体膜が挙げられる。これらの膜は、微生物の活動の場である水領域や土壌中、大気中とそれ以外の領域を良好に区画することが可能である。また、適度な物質の透過性、熱可逆性を有しており、柔軟で成形が容易であるという利点を有している。尚、エチレン・酢酸ビニル共重合体膜は、同じ膜厚のポリエチレンやポリプロピレンの膜と比較して電子供与体物質２３の透過性能が高いことから、非多孔性膜２２の厚みを、十分な強度を確保できる厚みとしながらも、非多孔性膜２２の分子透過性能の初期スペックを高めることができる点で好適である。エチレン・酢酸ビニル共重合体を構成する分子であるエチレンと酢酸ビニルのモル比については、特に限定されるものではないが、例えば、エチレンと酢酸ビニルのモル比が８８：１２とすることが好適である。但し、疎水性の非多孔性膜はこれらに限定されるものではない。
【００３４】
親水性の非多孔性膜としては、分子構造中に親水基を有する膜、例えば、ポリエステル、ナイロン（ポリアミド）、ポリビニルアルコール、ビニロン、セロハン、ポリグルタミン酸などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００３５】
親水性と疎水性の両方の性質を有する膜としては、例えば、エチレンビニルアルコール共重合体（ＥＶＯＨ）、つまり、疎水性のポリエチレン構造と親水性のポリビニルアルコール構造の両方を有する共重合体膜が挙げられるが、これに限定されるものではない。尚、親水性と疎水性の両方の性質を有する膜は、疎水性のポリエチレンと親水基のポリビニルアルコールの含有比率を変えることにより、疎水性を強めたり、親水性を強めたりすることができる。
【００３６】
電子供与体物質２３としては、脱窒菌が必要とする電子供与体物質であると共に、脱窒菌に対して毒性を呈さない分子からなる物質であり、非多孔性膜２２を腐食しない性質を持ち、且つ非多孔性膜２２を透過できる分子量及び性質を有するものが適宜選択され、その状態はガス状であっても液状であってもよい。
【００３７】
疎水性の非多孔性膜を用いる場合には、電子供与体物質２３として、ガス状物質である水素や硫化水素、メタン及びエタン等の有機化合物が挙げられる。液状物質としては、メタノール、エタノール及びプロパノール等のアルコール、酢酸及び酢酸よりも分子量の大きい及びプロピオン酸等の揮発性有機酸、ベンゼン、トルエン、フェノール等の揮発性有機物が挙げられ、特に、メタノール及びエタノールの使用が好適である。但し、電子供与体物質２３はこれらに限定されるものではない。尚、これらの電子供与体物質２３は、１種類のみを用いても良いし、２種以上を混在させて用いてもよい。また、電子供与体物質２３としてアルコールを用いる場合でも、原液のまま使用可能である。容器２１にアルコールを密封するとアルコールは非多孔性膜２２から脱窒菌へ緩やかに供給されるため、アルコールの原液を用いても、アルコールの濃度が薄められて脱窒菌に供給され、脱窒菌が死に至ることはない。尚、必ずしもアルコールの原液を用いることはなく、アルコールの原液を水で希釈して用いた場合や、不純物が混在しているような場合であっても、アルコール分子のみが非多孔性膜を透過して微生物に緩やかに供給される。
【００３８】
親水性の非多孔性膜を用いる場合には、電子供与体物質２３として、メタノール、エタノール及びプロパノール等のアルコール、乳酸、酢酸及びプロピオン酸等の有機酸、グルコース及びスクロース等の糖類が挙げられるが、電子供与体物質２３はこれらに限定されるものではない。尚、親水性の非多孔性膜を用いる場合、炭素数の大きな物質を用いると、物質の疎水性が強くなりすぎて、非多孔性膜を透過しなくなる。したがって、炭素数が１〜５のものを使用することが好適であり、炭素数が１〜３のものを使用することがより好適である。
【００３９】
親水性と疎水性の両方の性質を有する非多孔性膜を用いる場合には、上記のいずれの電子供与体物質を用いてもよい。また、容器２１を疎水性の非多孔性膜と親水性の非多孔性膜とで構成して、疎水性の非多孔性膜のみを透過する電子供与体物質と親水性の非多孔性膜のみを透過する電子供与体物質とを組み合わせて用いるようにしてもよい。
【００４０】
電子供与体物質２３の非多孔性膜２２の透過は、当該物質分子が膜に溶け込み、その溶け込んだ分子が膜内部を拡散して反対側に達することにより起こる。したがって、膜への溶け込みが起こらない程分子量の大きなカテキンなどは非多孔性膜２２を透過しにくい。また、ポリエチレンやポリプロピレン等は水となじむ官能基が存在しない疎水性の強い膜であると共に低極性であるため、極性分子である水が膜に溶け込みにくい。したがって、水に溶けやすい極性の高い物質であるシアン化合物などもほとんど透過できない。また、水は水分子同士の水素結合が強いため、常温では水が当該膜を透過することはほとんど無い。したがって、疎水性の非多孔性膜を用いた場合には、アルコールに不純物例えばカテキンやシアン化合物のように微生物に対して毒性を呈する抗菌性の分子が混入している廃アルコールを用いることができる。換言すれば、非多孔性膜２２は、所望の電子供与体物質を主成分として透過させる「分子ふるい」として機能する。また、電子供与体物質２３は、容器２１内に充填されている状態が気体、液体、蒸気（揮発性物質が揮発して生成されたもの）のどの状態であっても、容器２１外には分子状態で放出される。つまり、電子供与体物質２３は、非多孔性膜２２を透過して、液体のように分子間の引力により凝集することのないガス（気体）の状態で徐放される。したがって、非多孔性膜２２はガス透過性膜とも表現できる。また、電子供与体物質２３は、容器２１の外部環境が気相であっても液相であっても非多孔性膜２２から徐放される。
【００４１】
尚、非多孔性膜２２は、電子供与体物質２３を膜に溶け込ませることにより透過させており、多孔質膜のように孔の大きさや数で電子供与体物質の通液量等を制御するものではない。したがって、長期間の使用による孔の閉塞の問題も生じることが無く、定期的な逆洗浄の必要もない。したがって長期間メンテナンスを行うことなく使用でき、ランニングコストを低減できる。
【００４２】
＜担体の構成＞
本発明に使用する担体３１については、本件出願人が先に出願した国際公開２００６／１３５０２８に詳細に記載されたものとほぼ同様のものを用いることができる。以下、担体３１の構成の概要を説明する。
【００４３】
微生物を担持し得る担体３１としては、活性汚泥中の脱窒菌を付着させる場合には、各種の有機物あるいは無機物を素材とする繊維や不織布、あるいは活性炭や焼結セラミックスのような多孔質など、微生物を担持することのできる既知または新規の担体を適宜使用できる。また、脱窒菌をあらかじめ固定する場合には、例えば、コラーゲン、フィブリン、アルブミン、カゼイン、セルロースファイバー、セルローストリアセタート、寒天、アルギン酸カルシウム、カラギーナン、アガロース等の天然高分子、ポリアクリルアミド、ポリ−２−ヒドロキシエチルメタクリル酸、ポリビニルクロリド、γ−メチルポリグルタミン酸、ポリスチレン、ポリビニルピロリドン、ポリジメチルアクリルアミド、ポリウレタン、光硬化性樹脂（ポリビニルアルコール誘導体、ポリエチレングリコール誘導体、ポリプロピレングリコール誘導体、ポリブタジエン誘導体等）等の合成高分子、またはこれらの複合体、さらには吸水性ポリマーを用いることが可能である。吸水性ポリマーとしては、公知のものを使用することができるが、具体的には、ポリアクリル酸、ポリアスパラギン酸、ポリグルタミン酸やそれらの改変物、ポリエチレングリコール改変物等が挙げられる。尚、ここで言う改変物とは、イオン性基をもつ高分子を前記高分子の一部に架橋させた物である。また、活性汚泥中の脱窒菌を付着させる場合と同様の担体を用いてもよい。但し、担体３１はこれらに限定されるものではない。
【００４４】
＜曝気槽への脱窒モジュールの収容形態＞
本発明の有機性廃水の処理設備では、担体３１は容器２１の少なくとも非多孔性膜２２の周りに配置されて容器２１の非多孔性膜２２部分から徐放される電子供与体物質２３が担体３１に供給され、少なくとも担体３１は曝気槽２内の有機性廃水９と接触する位置に収容される。
【００４５】
まず、脱窒モジュール１１について説明する。脱窒モジュール１１は、容器２１の少なくとも非多孔性膜２２の周りに担体３１が配置されて、容器２１の非多孔性膜２２部分から徐放される電子供与体物質２３が担体３１に供給されるものである。容器２１の非多孔性膜２２と担体３１の位置関係については、容器２１の非多孔性膜２２部分から徐放される電子供与体物質２３が担体３１に十分に供給される位置関係にあれば特に限定されるものではないが、容器２１の非多孔性膜２２と担体３１とを例えば数センチ程度まで近接させることが好適であり、容器２１の非多孔性膜２２に担体３１を接触させることがより好適である。
【００４６】
担体３１は、非多孔性膜２２の表面に例えば接着等により備えてもよいし、非多孔性膜２２の袋の周縁をヒートシールする際に担体ごとヒートシールして一体化してもよい。また、担体３１を袋状にしてその中に容器２１を内包したり、図７に示すように、袋状の担体３１の一部を開口しておいて、袋の内部空間３３に容器２１を収容するようにしてもよい。袋状の担体３１を形成する場合には、例えば、構造的補強を図るために不織布３２等により袋を形成し、袋の内側もしくは袋の外側または袋の両側（図７では袋の内側）に担体３１を塗布して形成したり、予め形成された膜状の担体３１を不織布３２に接着あるいは溶着するようにしてもよい。但し、この形態に限定するものではなく、不織布３２そのものも微生物を担持し得る担体として機能するので、不織布３２のみで袋を形成してこれを担体としても良い。また、不織布３２を使用せずに高分子等の担体３１のみを用いて袋を形成してもよい。尚、容器２１の非多孔性膜部分２２は担体３１で完全に覆われるものとすることが好適である。この場合、電子供与体物質２３を担体３１に無駄なく供給することができる。
【００４７】
担体３１の厚みについては、微生物を担持し得る領域を確保できれば、特に限定されるものではないが、少なくとも０．３ｍｍとすることが好適であり、少なくとも１ｍｍとすることがより好適である。
【００４８】
曝気装置２ａが収容された曝気槽２内では、図８に示すように、袋状の担体３１に容器２１を内包した脱窒モジュール１１を有機性廃水９に沈めてもよいし、図９に示すように、容器２１の一方の面にのみに担体３１を接着等により備えた脱窒モジュール１１を有機性廃水９に浮かせて、担体３１を有機性廃水９に接触させるようにしてもよい。この場合、容器２１の他方の面から電子供与体物質が徐放しないように、バリア膜等を設けることが好適である。尚、脱窒モジュール１１は少なくとも担体３１のみを有機性廃水９に接触させれば、その全体を有機性廃水９に接触させずとも脱窒処理能を発揮させることができる。
【００４９】
ここで、脱窒モジュール１１は、曝気槽２と独立したものには限定されない。例えば、図１０に示すように、曝気槽２の一部に貫通孔４０を設けてこれを非多孔性膜２２で塞ぎ、非多孔性膜２２の曝気槽２の内側の表面に担体３１を例えば接着等により備え、容器２１にはその一部に孔を設けて貫通孔４０と連通させ、この孔から曝気槽２の貫通孔４０に向けて電子供与体物質２３を供給して、非多孔性膜２２から電子供与体物質２３を透過させるようにしてもよい。この場合、容器２１は曝気槽２と独立に設けてもよいし、曝気槽２と一体化させてもよい。
【００５０】
また、図８及び図９では脱窒モジュール１１を一つしか収容していないが、これを複数収容してもよい。脱窒モジュール１１を複数収容することで、脱窒菌を担持可能な面積を増大させて、脱窒反応を促進することができる。また、脱窒モジュール１１の形状は、図８及び図９のものには限定されず、例えばチューブ状としてもよいし、また、チューブ状の脱窒モジュール１１を螺旋状やコイル状として脱窒菌を担持可能な面積をさらに増大させてもよい。
【００５１】
担体３１を曝気槽２内で有機性廃水９と接触させると、活性汚泥中に存在している脱窒菌が徐々に担体３１に担持される。そして、電子供与体物質２３が担体３１に供給されることによって、担体３１に嫌気性環境が形成されると共に、担体３１に担持された脱窒菌に電子供与体物質２３が与えられる。嫌気性環境で電子供与体物質２３が与えられた脱窒菌は、脱窒処理能を発揮する。したがって、曝気槽２内での硝酸性窒素、亜硝酸性窒素の脱窒処理が可能となる。
【００５２】
ここで、担体３１には、予め脱窒菌を担持させておいてもよい。予め担持させる脱窒菌としては、微生物学の分野における公知ないしは新規のものを適宜採用することができる。例えば、Paracoccus denitrificans、Alcaligenes eutrophus、Alcaligenes faecalis、Pseudomonas denitrificans、Paracoccus pantotrophus、Thiobacillus denitrificansを挙げることができるが、これらに限定されるものではない。尚、予め脱窒菌を担持させる場合に用いる担体としては、上記の天然高分子、合成高分子、これらの複合体及び吸水性ポリマーといったゲル状のものを用いることが好適である。また、活性汚泥に含まれる脱窒菌を曝気槽２において担持させる場合に用いる担体としては、不織布等の空隙率の高い素材を用いることが好適である。
【００５３】
以上、本発明の構成によって、強い好気性である曝気槽２において、硝酸性窒素、亜硝酸性窒素を分子状窒素に変換する脱窒反応を進行させることができる。しかも、有機性廃水のＢＯＤを上昇させる虞のある電子供与体物質２３を供給しても、有機性廃水のＢＯＤの上昇は見られず、活性汚泥を利用した有機性廃水処理の本来的な機能である有機物分解処理能は阻害されることがない。つまり、従来の活性汚泥法の有機物分解処理能を妨げることなく、脱窒処理能のみを付与することができる。また、有機性廃水に含まれるアンモニア性窒素は、活性汚泥に含まれるアンモニア酸化菌が好気性雰囲気で機能して亜硝酸性窒素あるいは硝酸性窒素に酸化される。そして、この亜硝酸性窒素と硝酸性窒素が曝気槽２に付与された脱窒処理能によって、分子状窒素に変換される。したがって、本発明によれば、有機性廃水に含まれる有機物のみならず、硝酸性窒素及び亜硝酸性窒素、さらにはアンモニア性窒素を分子状窒素に変換して無害な窒素ガスとして有機性廃水から除去することが可能となる。
【００５４】
＜有機性廃水の処理設備＞
以下、標準活性汚泥法、嫌気好気法、嫌気無酸素好気法、硝化脱窒法を利用した本発明の有機性廃水の処理設備について説明する。
【００５５】
（１）標準活性汚泥法
標準活性汚泥法を利用した本発明の有機性廃水の処理設備の一例を図１に示す。この処理設備１ａは、有機性廃水９が曝気槽２に導入されて活性汚泥と共に曝気処理され、有機性廃水と活性汚泥の混合液がそのまま沈殿槽３に流入する。そして、沈殿槽３では、曝気槽２から流入した混合液に含まれる活性汚泥がフロックを形成して沈降し、沈殿槽３の上澄液が処理水として得られる。沈殿槽３で沈降した活性汚泥は返送汚泥として曝気槽２に返され、再び有機物分解作業に供される。一方で、増殖した微生物に見合う量の活性汚泥が、余剰汚泥として回収される。そして、曝気槽２には、上記した種々の形態で脱窒モジュール１１が収容される。
【００５６】
この処理設備１ａにより有機性廃水を処理することで、活性汚泥法の本来的な機能である有機物の分解処理能を維持しながらも、有機性廃水に含まれるアンモニア性窒素、硝酸性窒素、亜硝酸性窒素を分子状窒素に変換してその濃度を低減することができる。すなわち、新たに脱窒槽を設けることなく、窒素除去機能を付与することができる。
【００５７】
尚、図１の処理設備は、連続式の活性汚泥法を利用したものであるが、回分式の活性汚泥法の曝気槽２に脱窒モジュール１１を収容しても同様の効果が得られる。
【００５８】
（２）嫌気好気法
嫌気好気法を利用した本発明の有機性廃水の処理設備の一例を図２に示す。この処理設備１ｂは、嫌気槽４、曝気槽２、沈殿槽３の順で処理槽が設置され、有機性廃水９が嫌気槽４→曝気槽２→沈殿槽３の順で導入される。沈殿槽３で沈降した活性汚泥は返送汚泥として嫌気槽４を経由して曝気槽２に戻り、再び有機物分解作業に供される。一方で、増殖した微生物に見合う量の活性汚泥が、余剰汚泥として回収される。そして、曝気槽２には、上記した種々の形態で脱窒モジュール１１が収容される。
【００５９】
この処理設備１ｂにより有機性廃水を処理することで、嫌気好気法の本来的な機能である有機物分解処理能、バルキング抑制能及びリン濃度の低減能を維持しながらも、有機性廃水に含まれるアンモニア性窒素、硝酸性窒素、亜硝酸性窒素を分子状窒素に変換してその濃度を低減することができる。また、曝気槽２の硝酸性窒素濃度を低減することで、返送汚泥とともに嫌気槽４に流入する硝酸性窒素が減少する。そのため、嫌気槽４において、有機性廃水に含まれる有機物の脱窒菌による消費量が大幅に減少し、返送汚泥に含まれるポリリン酸蓄積細菌に優先的に消費されやすくなる。したがって、ポリリン酸蓄積細菌が増殖しやすくなると共に、リン蓄積能を発揮するポリリン酸蓄積細菌の割合が増加する。これにより、有機性廃水のリン濃度を従来よりも低減することができる。
【００６０】
（３）硝化脱窒法
硝化脱窒法を利用した本発明の有機性廃水の処理設備の一例を図３に示す。この処理設備１ｃは、脱窒槽５、曝気槽２、沈殿槽３の順で処理槽が設置され、有機性廃水９が脱窒槽５→曝気槽２→沈殿槽３の順で導入される。沈殿槽３で沈降した活性汚泥は返送汚泥として脱窒槽５を経由して曝気槽２に戻り、再び有機物分解作業に供される。一方で、増殖した微生物に見合う量の活性汚泥が、余剰汚泥として回収される。また、曝気槽２内で、アンモニア性窒素が亜硝酸性窒素、硝酸性窒素に酸化された後、曝気槽２内の有機性廃水９（活性汚泥との混合液）が硝化循環液として脱窒槽５へと戻され、脱窒反応に供されて分子状窒素に変換されて除去される。有機性廃水にはじめから亜硝酸性窒素、硝酸性窒素が含まれている場合には、有機性廃水が脱窒槽５に流入した段階で脱窒反応を受けてそれらの濃度が低減される。
【００６１】
この処理設備１ｃでは、脱窒処理工程の一部を脱窒槽５から曝気槽２にシフトさせることができ、曝気槽２から脱窒槽５への硝化循環液の返送量を減少させることができる。したがって、返送のためのポンプの運転費用を削減することができる。つまり、硝化脱窒法を利用した従来の有機性廃水の処理設備において、脱窒能力を上げるために脱窒槽への返送量を増やす結果として発生していた問題、即ち、ポンプ費用が嵩むという問題を本発明の処理設備により大幅に削減することができる。尚、処理設備１ｃでは、曝気槽２から脱窒槽５への硝化循環液の返送を行うようにしているが、脱窒処理工程を脱窒槽５から曝気槽２に完全にシフトさせて、返送工程を完全に削除してもよい。この場合、有機物分解能力及び窒素成分除去能力を維持しながらも、脱窒槽５を削除して設備のコンパクト化を図ることができる。
【００６２】
（４）嫌気無酸素好気法
嫌気無酸素好気法を利用した本発明の有機性廃水の処理設備の一例を図４に示す。この処理設備１ｄは、嫌気槽４、脱窒槽５、曝気槽２、沈殿槽３の順で処理槽が設置され、有機性廃水９が嫌気槽４→脱窒槽５→曝気槽２→沈殿槽３の順で導入される。沈殿槽３で沈降した活性汚泥は返送汚泥として嫌気槽４及び脱窒槽５を経由して曝気槽２に戻り、再び有機物分解作業に供される。一方で、増殖した微生物に見合う量の活性汚泥が、余剰汚泥として回収される。また、曝気槽２内で、アンモニア性窒素が亜硝酸性窒素、硝酸性窒素に酸化された後、曝気槽２内の有機性廃水９（活性汚泥との混合液）が硝化循環液として脱窒槽５へと戻され、脱窒反応に供されて分子状窒素に変換されて除去される。また、嫌気槽４をリン溶出槽として設けることにより、嫌気槽４に返送された活性汚泥に含まれるポリリン酸蓄積細菌からリンを排出させ、曝気槽２においてポリリン酸蓄積細菌にリンを過剰摂取させることにより、有機性廃水に含まれるリン濃度を低減することができる。さらには脱窒槽５と曝気槽２によって、アンモニア性窒素、さらには亜硝酸性窒素や硝酸性窒素濃度の低減を図ることができる。また、有機性廃水中の有機物は、曝気槽２での酸化分解処理に加えて、脱窒槽５において脱窒菌に消費されてその濃度が低減する。さらには、嫌気槽４や脱窒槽５でポリリン酸蓄積細菌に消費されてその濃度が低減する。
【００６３】
この処理設備１ｄでは、脱窒処理工程の一部を脱窒槽５から曝気槽２にシフトさせることができ、曝気槽２から脱窒槽５への硝化循環液の返送量を減少させることができる。したがって、返送のためのポンプの運転費用を削減することができる。また、曝気槽２の硝酸性窒素濃度を低減することで、返送汚泥とともに嫌気槽４に流入する硝酸性窒素が減少する。そのため、嫌気槽４において、有機性廃水に含まれる有機物の脱窒菌による消費量が大幅に減少し、返送汚泥に含まれるポリリン酸蓄積細菌に優先的に消費されるようになる。その結果、ポリリン酸蓄積細菌が増殖しやすくなると共に、リン蓄積能を発揮するポリリン酸蓄積細菌の割合が増加して、有機性廃水のリン濃度を従来よりも低減することができる。尚、処理設備１ｄでは、曝気槽２から脱窒槽５への硝化循環液の返送を行うようにしているが、脱窒処理工程を脱窒槽５から曝気槽２に完全にシフトさせて、返送工程ならびに処理設備１ｄの脱窒槽５を削除してもよい。この場合、有機物分解能力、リン除去能力及び窒素成分除去能力を維持しながらも、設備のコンパクト化を図ることができる。
【００６４】
上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、上述の実施形態では、標準活性汚泥法、嫌気好気法、嫌気無酸素好気法及び硝化脱窒法を例に挙げて説明したが、これらの方法以外にも、有機性廃水を活性汚泥と共に曝気槽内で曝気処理する工程を含むあらゆる生物処理法に本発明を適用することができる。
【実施例】
【００６５】
以下に本発明の実施例を説明するが、本発明はこれら実施例に限られるものではない。
【００６６】
活性汚泥リアクターを用いて本発明の有効性を検討した。
【００６７】
＜活性汚泥リアクターの構成＞
図１１に示す連続式の活性汚泥リアクターを構築した。２．９Ｌ容の曝気槽２に貯水タンク５１から送液ポンプ５２により水道水５３を供給した。この水道水５３には、無機塩類を添加した。また、曝気槽２には、水道水と同時に基質ポンプ５４により滅菌した約４０倍の濃厚有機物基質５５（以下、濃厚基質５５と呼ぶ）を供給した。無機塩類と有機物の組成は表１の通りとした。即ち、曝気槽２に水道水５３と濃厚基質５５を同時に供給して曝気槽２に有機性廃水９を供給するようにした。尚、有機性廃水９の供給量は８．２Ｌ／日であり、これは、基質濃度として、ＴＯＣが１２０ｍｇ／Ｌ、ＴＮが３６ｍｇＮ／Ｌに相当する。
【００６８】
【表１】
【００６９】
曝気槽２の曝気装置（エアストーン２ａ、エアポンプ２ｂ）で曝気処理された有機性廃水９は沈殿池３に送液され、有機性廃水９に懸濁している活性汚泥を沈殿処理した後、活性汚泥を送液ポンプ５２で曝気槽２に戻した。
【００７０】
活性汚泥リアクターは２つ用意し、沈殿池は共有させた。したがって、２つのリアクターにおける活性汚泥単独での処理能力は共通である。種汚泥は、嫌気好気法（ＡＯ法）を採用している都市下水処理場から採取した。
【００７１】
運転条件は、ＨＲＴ（水理学的滞留時間）を８．５時間とし、汚泥返送率を１００％とし、ＳＲＴ（汚泥保持時間）を１１日とした。曝気槽２内の有機性廃水９の水温とｐＨについては特に制御を行わなかったが、実験期間中において、それぞれ２１℃〜２５℃、７．５〜８．０であり、大きな変動は見られず、水質への影響も見られなかった。また、曝気槽２内の有機性廃水９の溶存酸素濃度は常に４ｍｇ／Ｌ以上に維持した。
【００７２】
＜脱窒モジュールの構成＞
脱窒モジュール１１は、不織布３２で外袋を作製し、その外側表面に担体３１を塗布して作製した以外は図７と同様のものを本実施例に使用した。即ち、電子供与体供給容器２１は、容器２１の全面を非多孔性膜２２とした袋状とした。具体的には、０．１ｍｍ厚の低密度ポリエチレンフィルム（ミポロンフィルム、ミツワ株式会社製）を用いた。これを約１６ｃｍ×１６ｃｍに裁断して熱融着して袋状とし、この袋内に９９．５％エタノールを７０ｍＬ封入した。このフィルムのエタノール透過速度は、２５℃において０．８ｍｇＣＯＤ／ｃｍ２／日であった。
【００７３】
次に、０．６ｍｍ厚のＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）樹脂不織布（Ｇ２２６０−１Ｓ、東レ製）を用いて、電子供与体供給容器より僅かに大きな外袋を作製した。外袋の表面には、光硬化性樹脂（ＰＶＡ−ＳＢＱ、ＳＰＰ−Ｈ−１３、東洋合成工業）をアンモニア酸化細菌（Nitrosomonas europaea NBRC14298）、亜硝酸酸化細菌（Nitrobacter winogradskyi NBRC14297）及び脱窒細菌（Paracoccus pantotrophus JCM6892）を含むリン酸緩衝液と混合して１ｍｍ厚で塗布した。その後、メタルハライドランプを片面あたり２０分ほど照射して硬化させた。この外袋を担体３１とし、この袋の中に電子供与体供給容器２１を入れて実験に供した（アンモニア酸化菌、亜硝酸酸化菌及び脱窒菌を担体３１に予め固定した脱窒モジュール１１（実施例１））。
【００７４】
尚、アンモニア酸化菌、亜硝酸酸化菌及び脱窒菌を予め担体に担持しない場合には、活性汚泥中の脱窒菌を付着させるための不織布として、２ｍｍ厚の空隙の多いポリエチレン製エアレイド不織布（金星製紙製、４０ｇ／ｍ２）を用いて、電子供与体供給容器より僅かに大きな外袋を作製した。この外袋を担体３１とし、この袋の中に電子供与体供給容器２１を入れて実験に供した（アンモニア酸化菌、亜硝酸酸化菌及び脱窒菌を担体３１に固定していない脱窒モジュール１１（実施例２））。
【００７５】
＜分析方法＞
有機物指標として、沈殿槽３の上澄液（処理水）を遠心分離並びに濾過（孔系０．２μｍ）した後、ＴＯＣを測定した。また、インドフェノール法によりアンモニア性窒素を測定し、イオンクロマトグラフ法により亜硝酸性窒素と硝酸性窒素を測定した。汚泥濃度は遠心分離法により測定した。
【００７６】
（実施例１）
上記の活性汚泥リアクターの曝気槽２に、アンモニア酸化菌、亜硝酸酸化菌及び脱窒菌を担体３１に予め固定した脱窒モジュール１１を２つ収容し、有機性廃水の処理試験を実施した。尚、ポリエチレンフィルムの面積（即ち、担体３１の有効面積）の合計は約１０００ｃｍ２であった。
【００７７】
（比較例１）
上記の活性汚泥リアクターの曝気槽２に脱窒モジュール１１を収容することなく、有機性廃水の処理試験を実施した。
【００７８】
＜実験結果１＞
アンモニア性窒素と亜硝酸性窒素の濃度は、実施例１と比較例１のいずれの場合にも０．３ｍｇＮ／Ｌ以下であり、極めて低濃度であることが確認された。
【００７９】
また、図１２に示されるように、ＴＯＣ濃度については、実施例１と比較例１において殆ど差が見られなかった。このことから、脱窒モジュール１１を構成する電子供与体供給容器２１内に封入されたエタノール２３がポリエチレン膜２２から透過することによるＴＯＣ濃度の上昇は生じないことが明らかとなった。
【００８０】
さらに、図１３に示されるように、硝酸性窒素濃度については、比較例１よりも実施例１の方が濃度が低下することが明らかとなった。このことから、脱窒モジュール１１を活性汚泥リアクターの曝気槽２に収容することによって、曝気槽２を曝気処理して溶存酸素濃度が高められた条件下においても、脱窒モジュール１１の微生物担体３１の一部を嫌気条件として、脱窒菌の脱窒処理能を発揮させることが可能であることが示された。
【００８１】
（実施例２）
担体３１にアンモニア酸化菌、亜硝酸酸化菌及び脱窒菌を固定しないタイプの脱窒モジュール１１を用いたこと以外は、実施例１と同様の方法で実験を実施した。
【００８２】
＜実験結果２＞
アンモニア性窒素と亜硝酸性窒素の濃度は、実施例２と比較例１のいずれの場合にも０．３ｍｇＮ／Ｌ以下であり、極めて低濃度であることが確認された。
【００８３】
また、図１４に示されるように、ＴＯＣ濃度については、実施例２と比較例１において殆ど差が見られなかった。このことから、脱窒モジュール１１を構成する電子供与体供給容器２１内に封入されたエタノール２３がポリエチレン膜２２から透過することによるＴＯＣ濃度の上昇は生じないことが明らかとなった。
【００８４】
さらに、図１５に示されるように、硝酸性窒素濃度については、比較例１よりも実施例２の方が濃度が低下することが明らかとなった。このことから、担体３１に脱窒菌が担持されていない脱窒モジュール１１を活性汚泥リアクターの曝気槽２に収容した場合にも、担体３１に予め脱窒菌を担持させた担体３１を脱窒モジュール１１を収容した場合と同様、脱窒処理が可能であることが明らかとなった。このことから、担体３１に予め脱窒菌を担持させなくても、曝気処理を行う中で、活性汚泥に含まれる脱窒菌を担体３１に担持させて、脱窒菌の脱窒処理能を発揮させることが可能であることが明らかとなった。
【００８５】
以上の結果から、電子供与体物質２３全般を担体３１に供給することによって、担体３１内に嫌気環境を形成することができると共に、担体３１に担持されている脱窒菌に電子供与体物質２３を与えて、活性汚泥を用いた有機性廃水処理の本来的な機能である有機物分解処理能を妨げることなく、脱窒菌に脱窒処理能を発揮させ、曝気槽２に脱窒処理能を付与できる可能性が導かれた。
【符号の説明】
【００８６】
１（１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ） 有機性廃水の処理設備
２ 曝気槽
９ 有機性廃水
２１ 容器
２２ 非多孔性膜
２３ 電子供与体物質
３１ 担体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機性廃水を活性汚泥と共に曝気槽内で曝気処理する工程を含む生物処理法を利用した有機性廃水の処理方法において、
非多孔性膜を少なくとも一部に備えると共に電子供与体物質を充填した密封構造の容器の少なくとも前記非多孔性膜の周りに微生物を担持し得る担体を配置して、前記容器の前記非多孔性膜部分から前記電子供与体物質を徐放させて前記担体に供給し、少なくとも前記担体を前記曝気槽内の前記有機性廃水と接触させながら前記曝気処理を行うことを特徴とする曝気槽内での脱窒処理を可能とした有機性廃水の処理方法。
【請求項２】
前記生物処理法が、標準活性汚泥法、嫌気好気法、嫌気無酸素好気法または硝化脱窒法である請求項１に記載の有機性廃水の処理方法。
【請求項３】
前記担体に予め脱窒菌を担持させてから前記有機性廃水と接触させる請求項１に記載の有機性廃水の処理方法。
【請求項４】
有機性廃水が活性汚泥と共に曝気処理される曝気槽を有する生物処理法を利用した有機性廃水の処理設備において、
非多孔性膜を少なくとも一部に備えると共に電子供与体物質を充填した密封構造の容器と、微生物を担持し得る担体とをさらに有し、
前記担体は前記容器の少なくとも前記非多孔性膜の周りに配置されて前記容器の前記非多孔性膜部分から徐放される前記電子供与体物質が前記担体に供給され、少なくとも前記担体は前記曝気槽内の前記有機性廃水と接触する位置に収容されていることを特徴とする曝気槽内での脱窒処理が可能な有機性廃水の処理設備。
【請求項５】
前記生物処理法が、標準活性汚泥法、嫌気好気法、嫌気無酸素好気法または硝化脱窒法である請求項４に記載の有機性廃水の処理設備。
【請求項６】
前記担体には予め脱窒菌が担持されている請求項４に記載の有機性廃水の処理設備。
【請求項１】
有機性廃水を活性汚泥と共に曝気槽内で曝気処理する工程を含む生物処理法を利用した有機性廃水の処理方法において、
非多孔性膜を少なくとも一部に備えると共に電子供与体物質を充填した密封構造の容器の少なくとも前記非多孔性膜の周りに微生物を担持し得る担体を配置して、前記容器の前記非多孔性膜部分から前記電子供与体物質を徐放させて前記担体に供給し、少なくとも前記担体を前記曝気槽内の前記有機性廃水と接触させながら前記曝気処理を行うことを特徴とする曝気槽内での脱窒処理を可能とした有機性廃水の処理方法。
【請求項２】
前記生物処理法が、標準活性汚泥法、嫌気好気法、嫌気無酸素好気法または硝化脱窒法である請求項１に記載の有機性廃水の処理方法。
【請求項３】
前記担体に予め脱窒菌を担持させてから前記有機性廃水と接触させる請求項１に記載の有機性廃水の処理方法。
【請求項４】
有機性廃水が活性汚泥と共に曝気処理される曝気槽を有する生物処理法を利用した有機性廃水の処理設備において、
非多孔性膜を少なくとも一部に備えると共に電子供与体物質を充填した密封構造の容器と、微生物を担持し得る担体とをさらに有し、
前記担体は前記容器の少なくとも前記非多孔性膜の周りに配置されて前記容器の前記非多孔性膜部分から徐放される前記電子供与体物質が前記担体に供給され、少なくとも前記担体は前記曝気槽内の前記有機性廃水と接触する位置に収容されていることを特徴とする曝気槽内での脱窒処理が可能な有機性廃水の処理設備。
【請求項５】
前記生物処理法が、標準活性汚泥法、嫌気好気法、嫌気無酸素好気法または硝化脱窒法である請求項４に記載の有機性廃水の処理設備。
【請求項６】
前記担体には予め脱窒菌が担持されている請求項４に記載の有機性廃水の処理設備。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−１０４５６４（Ｐ２０１１−１０４５６４Ａ）
【公開日】平成２３年６月２日（２０１１．６．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２６５２０２（Ｐ２００９−２６５２０２）
【出願日】平成２１年１１月２０日（２００９．１１．２０）
【出願人】（０００１７３８０９）財団法人電力中央研究所 (1,040)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月２日（２０１１．６．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月２０日（２００９．１１．２０）
【出願人】（０００１７３８０９）財団法人電力中央研究所 (1,040)
【Ｆターム（参考）】
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