有機物含有水の生物処理方法及び装置
【課題】有機物含有水の生物処理において、担体の追加や通気量の増大、曝気槽の増設等の改造を行うことなく、処理効率を効果的に向上させて、高負荷運転を行った上で、安定した処理水質を維持する。
【解決手段】生物担体を内蔵する曝気槽１に有機物含有水を導入し、酸素含有気体を曝気して生物処理する方法において、酸素源として硝酸（塩）及び／又は亜硝酸（塩）を曝気槽１に添加し、曝気による有機物の生物酸化と、脱窒反応による有機物の分解とを行う有機物含有水の生物処理方法。
【解決手段】生物担体を内蔵する曝気槽１に有機物含有水を導入し、酸素含有気体を曝気して生物処理する方法において、酸素源として硝酸（塩）及び／又は亜硝酸（塩）を曝気槽１に添加し、曝気による有機物の生物酸化と、脱窒反応による有機物の分解とを行う有機物含有水の生物処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生活排水、下水、食品工場やパルプ工場をはじめとした広い濃度範囲の有機物含有水の生物処理に利用することができる方法及び装置に関するものであり、特に、既存の設備において、担体の追加や通気量の増大、曝気槽の増設等の改造を行うことなく、簡便な操作で、負荷の増大に対応することが可能な生物処理方法及び生物処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機物含有排水を生物処理する場合に用いられる活性汚泥法は、処理水質が良好で、メンテナンスが容易であるなどの利点から、下水処理や産業廃水処理等に広く用いられている。しかしながら、運転に用いられるＢＯＤ容積負荷は０．１〜１．０（一般的に０．５〜０．８）ｋｇ／ｍ３／日程度であるため、広い敷地面積が必要となる。
【０００３】
有機物含有排水の高負荷処理に関しては、担体を添加した生物処理（固定床法、流動床法）が知られている。この方法を用いた場合、１ｋｇ／ｍ３／日以上のＢＯＤ容積負荷で運転することが可能となる。また、生物処理水を固液分離する沈殿池からの汚泥の返送が不要となるため、沈殿池での汚泥管理の手間が省け、維持管理が容易となる。
【０００４】
しかしながら、担体を用いた生物処理では、以下のような問題点がある。
【０００５】
(1) 高負荷処理を行うためには菌体濃度を高く維持する必要があるが、担体内部にまで細菌を付着させようとすると、ＤＯ（溶存酸素）濃度を高くした運転を行う必要がある。また、菌体を高濃度に維持しようとすると担体を多く充填する必要があり、担体コストが上がるだけでなく、ＤＯの溶解効率が下がるため、曝気コストも増大する。
【０００６】
(2) 低い担体充填率、低いＤＯ濃度で、高い有機物除去率を達成しようとすると、低負荷での運転を行わなければならなくなる。仮に、過負荷での運転が続くと、有機物除去率が低下するだけでなく、粘性の高い糸状性菌が担体に大量に付着し、臭気発生が問題となる上に、これらが剥離すると、流動床では担体を分離するスクリーンを閉塞させてしまう。また、固定床では流路が閉塞してしまう。
【０００７】
このように固定床法、流動床法等を含む担体添加型の生物処理は、有機物含有排水の処理に実用化されており、対象とする排水によっては安定した処理が可能であるが、原水条件に対して、余裕の無い槽容積、担体充填率、曝気量で設計されている装置では、短期間の一時的な水量増加、原水濃度の増大であっても処理が不可能となり、この場合には、担体の追加や曝気槽、ブロワの増設等の改造が必要となる。
【０００８】
また、処理効率の向上方法、高負荷処理方法として、多段式の担体添加型生物処理の適用もあるが、この場合であっても、一段目の槽負荷が非常に高くなり、場合によっては、前述の糸状性細菌の増加を引き起こし、スクリーンの閉塞、流路の閉塞、臭気の発生等の問題に繋がる。
【０００９】
このような問題を回避するために、担体充填率、槽容積、通気量を決定する際に、最大負荷、夏場のＤＯ低下を想定して装置を設計すると、繁忙期が短期間の工場などでは、繁忙期以外の期間の負荷に対しては、過剰な装置となり、不経済である。
【００１０】
なお、原水を処理水で１００倍以上に希釈して反応槽に投入すると共に、反応槽内のｐＨや水温、ＮＨ３−Ｎ濃度、等の条件を制御して、反応槽内で硝化と脱窒とを同時に行うことにより、処理効率の向上を図る方法が提案されているが（特許文献１）、このように大量の処理水を返送することは、反応槽容量の増大につながる。
【特許文献１】特公平１−２２０３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上記従来の問題点を解決し、有機物含有水の生物処理において、担体の追加や通気量の増大、曝気槽の増設等の改造を行うことなく、処理効率を効果的に向上させて、高負荷運転を行った上で、安定した処理水質を維持することができる有機物含有水の生物処理方法及び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】
本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討を行った結果、曝気槽に硝酸（塩）及び／又は亜硝酸（塩）を添加して、酸素が届かない担体内部において、脱窒細菌による有機物分解を行わせることにより、担体充填率や曝気槽容量、曝気量の増大を要することなく、処理効率を高めることができることを見出し、本発明を完成させた。
【００１３】
即ち、本発明は以下を要旨とする。
なお、本明細書において、「硝酸（塩）」とは「硝酸」と「硝酸塩」のいずれか一方又は双方を意味し、「亜硝酸（塩）」とは「亜硝酸」と「亜硝酸塩」のいずれか一方又は双方を意味する。以下において、「「硝酸（塩）及び／又は亜硝酸（塩）」を「ＮＯｘ」と略記する場合がある。
【００１４】
本発明（請求項１）の有機物含有水の生物処理方法は、生物担体を内蔵する一槽式または多段型の曝気槽に有機物含有水を導入し、酸素含有気体を曝気して生物処理する方法において、酸素源として硝酸（塩）及び／又は亜硝酸（塩）含有液を前記曝気槽に添加し、該曝気槽内で曝気による有機物の生物酸化と、脱窒反応による有機物の分解とを行うことを特徴とする。
【００１５】
請求項２の有機物含有水の生物処理方法は、請求項１において、前記生物担体は、前記曝気槽内で曝気により流動する担体であることを特徴とする。
【００１６】
請求項３の有機物含有水の生物処理方法は、請求項１又は２において、前記曝気槽が直列多段に設けられ、後段の曝気槽の処理水の一部が１〜３槽目のいずれかまたは複数の曝気槽に返送されることを特徴とする。
【００１７】
請求項４の有機物含有水の生物処理方法は、請求項１ないし３のいずれか１項において、前記硝酸（塩）及び／又は亜硝酸（塩）含有液を添加する曝気槽の有機物担体負荷（ｋｇ−ＣＯＤＣｒ／ｍ３−担体／日）と溶存酸素（ｍｇ／Ｌ）との比を２．０以上とすることを特徴とする。
【００１８】
請求項５の有機物含有水の生物処理方法は、請求項１ないし４のいずれか１項において、前記脱窒反応による有機物の分解を行うべき、分解対象の溶解性ＣＯＤＣｒの１／６〜１／２重量倍の硝酸（塩）及び／又は亜硝酸（塩）（ＮＯｘ−Ｎ換算）含有液を添加することを特徴とする。
【００１９】
請求項６の有機物含有水の生物処理方法は、請求項１ないし５のいずれか１項において、前記生物担体の充填率が前記曝気槽容積の５〜５０％であることを特徴とする。
【００２０】
請求項７の有機物含有水の生物処理方法は、請求項１ないし６のいずれか１項において、前記生物担体は、最も短い一辺又は直径が２ｍｍ以上であることを特徴とする。
【００２１】
本発明（請求項８）の有機物含有水の生物処理装置は、生物担体を内蔵する曝気槽と、該曝気槽に有機物含有水を導入する手段とを有し、該曝気槽にて酸素含有気体を曝気して生物処理する装置において、酸素源として硝酸（塩）及び／又は亜硝酸（塩）を前記曝気槽に添加する手段を有し、該曝気槽内で曝気による有機物の生物酸化と、脱窒反応による有機物の分解とを行うことを特徴とする。
【００２２】
請求項９の有機物含有水の生物処理装置は、請求項８において、前記生物担体は、前記曝気槽内で曝気により流動する担体であることを特徴とする。
【００２３】
請求項１０の有機物含有水の生物処理装置は、請求項８又は９において、前記曝気槽が直列多段に設けられ、後段の曝気槽の処理水の一部を最前の曝気槽に返送する手段を有することを特徴とする。
【００２４】
請求項１１の有機物含有水の生物処理装置は、請求項８ないし１０のいずれか１項において、前記硝酸（塩）及び／又は亜硝酸（塩）を添加する曝気槽の有機物担体負荷（ｋｇ−ＣＯＤＣｒ／ｍ３−担体／日）と溶存酸素（ｍｇ／Ｌ）との比を２．０以上とすることを特徴とする。
【００２５】
請求項１２の有機物含有水の生物処理装置は、請求項８ないし１１のいずれか１項において、前記脱窒反応による有機物の分解を行うべき、分解対象の溶解性ＣＯＤＣｒの１／６〜１／２重量倍の硝酸（塩）及び／又は亜硝酸（塩）を添加することを特徴とする。
【００２６】
請求項１３の有機物含有水の生物処理装置は、請求項８ないし１２のいずれか１項において、前記生物担体の充填率が前記曝気槽容積の５〜５０％であることを特徴とする。
【００２７】
請求項１４の有機物含有水の生物処理装置は、請求項８ないし１３のいずれか１項において、前記生物担体は、最も短い一辺又は直径が２ｍｍ以上であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、曝気槽に、酸素の代りに、硝酸（塩）及び／又は亜硝酸（塩）を添加して、酸素が届かない担体内部で脱窒細菌による脱窒反応で、有機物を分解することにより、担体表面近くの細菌では除去し切れなかった残存有機物を除去することができる。
【００２９】
このため、有機物含有水の生物処理において、処理効率を効果的に向上させて、高負荷運転を行った上で、安定した処理水質を維持することができる。
【００３０】
本発明では、既存の設備において、高負荷時に、硝酸（塩）及び／又は亜硝酸（塩）を添加するという簡便な操作で、担体の追加や通気量の増大、曝気槽の増設等の改造を行うことなく、負荷の増大に対応することができる。
【００３１】
このような本発明の有機物含有水の生物処理方法及び装置は、曝気のみの処理では、溶解性ＣＯＤＣｒ濃度が３０ｍｇ／Ｌ以上残留するような、処理能力に限界のある設備であって、敷地の制約により、曝気槽を増設したり、ブロワを増設することが困難な設備において、高負荷の増大に工業的に有利に対応することを可能とするものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下に、図面を参照して本発明の有機物含有水の生物処理方法及び装置の実施の形態を詳細に説明する。
【００３３】
図１〜３は、本発明の有機物含有水の生物処理装置の実施の形態を示す系統図である。図１〜３において、同一機能を奏する部材には同一符号を付してある。
【００３４】
図１の装置は、担体２を投入した一過式曝気槽（汚泥返送なし）１を１槽設けて、原水（有機物含有水）の生物処理を行うものであり、原水は配管１１より曝気槽１に導入され、原水中の有機物が曝気槽１内の浮遊細菌と担体付着細菌により、曝気下酸化分解され、生物処理水は曝気槽１内のスクリーン３を透過して配管１２より取り出される。
【００３５】
図１においては、この曝気槽１に配管１３より硝酸（塩）及び／又は亜硝酸（塩）（ＮＯｘ）を添加して生物処理効率の向上を図る。
【００３６】
図２，３は、曝気槽を２槽の曝気槽１Ａ，１Ｂに分割し、多段処理方式としたものであり、図２，３の装置では、原水は、配管１１より第１曝気槽１Ａに導入されて原水中の有機物が曝気槽１Ａ内の浮遊細菌と担体付着細菌により、曝気下酸化分解され、生物処理水は曝気槽１Ａ内のスクリーン３を透過して配管１４より第２曝気槽１Ｂに導入され、この第１曝気槽１Ａの処理水中の残留有機物が曝気槽１Ｂ内の浮遊細菌と担体付着細菌により、曝気下酸化分解され、生物処理水は曝気槽１Ｂ内のスクリーン３を透過して配管１２より取り出される。
【００３７】
このような、多段処理方式では、最前（１段目）の曝気槽１Ａが高負荷となり、前述のような弊害を発生することがある。
【００３８】
そこで、図２の装置では、第１段目の曝気槽１Ａに配管１３よりＮＯｘを添加して、図１の装置と同様に担体内での脱窒反応により残留有機物の分解除去を促進する。
【００３９】
また、図３の装置では、後段の曝気槽１Ｂの処理水の一部を配管１５より前段の曝気槽１Ａに返送する。即ち、このような多段処理を適用すると、後段の曝気槽１Ｂでの自己消化が促進され、汚泥発生量は低減するが、処理水中に流出する窒素濃度(硝酸、亜硝酸濃度)が増大する。このような場合には、ＮＯｘ−Ｎを含む後段の曝気槽１Ｂの処理水をＮＯｘ源として前段の曝気槽１Ａに返送することが好ましい。この場合には、配管１３より系外から添加するＮＯｘの添加量を削減することができるか、或いは、ＮＯｘの添加を不要とすることができる。図３の装置では、処理の安定性向上に加え、処理水のＮＯｘ−Ｎ濃度の低減を図ることができ、より一層効率的な処理を行える。
【００４０】
このように後段の曝気槽の処理水を前段の曝気槽に返送する場合、後段の曝気槽の更に後段に凝集沈殿や加圧浮上といった固液分離手段がある場合は、その固液分離前の生物処理水を返送する方が、固液分離装置を小型化することができる点で有利である。
【００４１】
本発明において、多段処理を行う場合、曝気槽は２段に限らず、３段以上に直列に設けても良いが、ＮＯｘを添加する場合、ＮＯｘの添加は、最も負荷の高い第１段目の曝気槽に添加することが好ましく、１〜３槽目の曝気槽のいずれか、または複数の曝気槽に添加しても良い。また、処理水の返送は最も処理水のＮＯｘ−Ｎ濃度の高い最後段の曝気槽の処理水を、最も負荷の高い第１段目の曝気槽に返送することが好ましく、１〜３槽目の曝気槽のいずれか、または複数の曝気槽に返送してもよい。この返送により、添加するＮＯｘ含有液の補助または代替とすることができる。
【００４２】
このように後段の曝気槽の処理水の一部を前段の曝気槽に返送する場合、装置全体の処理水量を過度に大きくすることなく、また装置当たりの処理水量を低減することなく、返送による上記効果を十分に得る上で、例えば、後段の曝気槽の処理水のうちの原水流入量の２５〜２００％量程度を前段の曝気槽に返送することが好ましい。
【００４３】
以下に、本発明における曝気槽へのＮＯｘ添加による生物処理効率の向上機構を図４を参照して説明する。
【００４４】
図４において、１０は多孔質担体であり、一般的な曝気量では、この担体１０の内部１０Ａ（ドットを付した部分）には酸素が届かず、無酸素状態となっている。曝気槽にＮＯｘを添加すると、このような担体１０の無酸素領域１０ＡにＮＯｘが浸透する。また、この無酸素領域１０Ａ内に有機物が侵入すると、無酸素領域１０Ａに存在するＮＯｘを利用して嫌気性の脱窒細菌による脱窒反応が起こり、有機物が分解される。そして、ＮＯｘは窒素ガスに分解され、有機物はＣＯ２と水に分解される。この結果、担体充填率を高めたり、曝気量を増やしたり、曝気槽容量を増大させたりすることなく、ＮＯｘの添加のみで曝気槽内の生物処理で担体表面では除去し得なかった残留有機物を担体内での脱窒反応で効果的に分解除去して、曝気槽全体での生物処理効率を高めることができる。
【００４５】
本発明において、曝気槽内に保有される担体の形状については任意であり、球状、ペレット状、中空筒状、立方体又は直方体形状、棒状、その他の異形形状のいずれでも良い。
【００４６】
また、担体の素材についても任意であり、天然素材、無機素材、高分子素材などを用いることができ、更にゲル状物質であっても良いが、望ましくは、多孔質のポリウレタン製流動担体（スポンジ担体）のような曝気槽内の曝気により流動する担体である。流動性担体であれば、曝気下での流動で、担体内部の無酸素領域へのＮＯｘ及び有機物の取り込み、脱窒分解生成物である窒素ガスや水、ＣＯ２の無酸素領域からの排出を効率的に行うことができる。この場合、多孔質担体の孔径は、担体の流動性、担体内外へのガスや液の流入出の効率の面から０．０１〜０．５ｍｍ程度であることが好ましい。
【００４７】
また、担体の大きさについては、小さいと、図４に示す無酸素領域を形成し得ないため、担体内に酸素が届く表層領域と、酸素が届かない内部領域（無酸素領域）との両方を確保することができるように、ある程度大きい方が好ましい。このような観点から、担体は、その形状にもよるが、最も短い一辺の長さないしは直径が２ｍｍ以上、特に３ｍｍ以上であることが好ましい。ただし、担体の大きさが過度に大きいと、流動性、取り扱い性、細菌が付着するための比表面積の確保の面で好ましくないことから、最も長い一辺の長さないしは直径が１０ｍｍ以下であることが好ましい。
【００４８】
また、曝気槽への担体の充填率は、曝気槽の負荷に応じて適宜決定されるが、曝気槽容積の５〜５０％（体積％）とすることが好ましい。担体充填率が５％未満でも５０％を超えても生物処理効率が低下する傾向にある。担体内の無酸素領域での脱窒活性の面からは担体充填率は特に５〜２０％とすることが好ましい。
【００４９】
また、曝気槽に添加するＮＯｘとしては、硝酸、硝酸塩、亜硝酸、亜硝酸塩のうちのいずれか１種又は２種以上を用いることができるが、例えば硝酸ナトリウム等の水溶液の形態で添加することが、操作上好ましい。
【００５０】
曝気槽へのＮＯｘの添加は、ＮＯｘの添加により、担体内部の無酸素領域での脱窒反応により除去すべき有機物の量に応じて適宜決定される。通常、曝気槽内の担体添加型生物処理では除去し得ずに残留する。従って、ＮＯｘ−Ｎ換算（ＮＯ３−Ｎ換算及び／又はＮＯ２−Ｎ換算）重量で、担体内部の脱窒反応で除去する必要がある、有機物に基く溶解性ＣＯＤＣｒ重量の１／６〜１／２倍、好ましくは１／４〜１／３倍のＮＯｘを添加することが好ましく、このような添加量であれば、担体添加型生物処理では除去し得ない残留溶解性ＣＯＤＣｒを、担体内部の無酸素領域での脱窒反応により効果的に分解除去することができる。
【００５１】
ところで、本発明により、曝気槽にＮＯｘを添加して担体内部で脱窒反応を起こさせるには、担体内部に無酸素領域を形成し、かつ、ＮＯｘだけでなく有機物も担体内に浸透させる必要がある。この条件は、曝気槽の容積負荷、担体充填率、ＤＯに依存し、脱窒を起こさせようとする槽の担体負荷とＤＯの関係で表すことができる。
【００５２】
図５は、この関係を示すものであり、ここでは、０．０５ｋｇ−Ｎ／ｍ３／日以上の窒素除去活性が得られる場合を、「担体内での脱窒が起こる」とし、黒マルで示してある。グラフの白マルは脱窒の起こらない条件である。
【００５３】
図５より、ＮＯｘを添加して、担体内で脱窒を起こさせようとする曝気槽の有機物担体負荷（ｋｇ−ＣＯＤＣｒ／ｍ３−担体／日）とＤＯ（ｍｇ／Ｌ）との比を２．０以上とすれば、脱窒を起こさせることができることができることが分かる。
【００５４】
例えば、５ｍｍ角スポンジ担体を担体充填率４０％で用いた場合の脱型の可否と曝気槽の有機物容積負荷とＤＯとの関係を示すグラフである図６から明らかなように、担体充填率４０％、ＤＯ＝４ｍｇ／Ｌで運転する場合は、容積負荷３．２ｋｇ−ＣＯＤＣｒ／ｍ３−担体／日以上で運転する必要がある。
【００５５】
また、脱窒反応を起こさせようとする曝気槽のバルク中に、脱窒反応の炭素源としての溶解性ＣＯＤＣｒが３０ｍｇ−ＣＯＤＣｒ／Ｌ以上、例えば３０〜１００ｍｇ−ＣＯＤＣｒ／Ｌ程度残存するような運転条件に制御して、前述のＮＯｘ添加量でＮＯｘを添加することが、脱窒反応をより一層確実に起こさせる上で好ましい。
【００５６】
また、担体反応を安定して起こさせるために、脱窒反応を起こさせようとする曝気槽のバルク中のＤＯが４．０ｍｇ／Ｌ以下となり、担体内に酸素が浸透せず、担体内に広い無酸素領域が形成されるような条件で曝気槽の曝気を行うことが好ましい。
【００５７】
なお、このように、曝気槽の運転条件を、脱窒細菌の増殖に適したものに設定しても、原水中に細菌の増殖に必須な成分が含まれていなければ、脱窒細菌が増殖せず、脱窒による有機物除去効率も向上しない。そこで、曝気槽に栄養剤を添加し、担体内での脱窒を安定して維持することで有機物除去率を安定させるようにすることもできる。図２，３に示すような多段処理において、脱窒細菌の栄養剤を添加する場合、脱窒が最も進行する最前（第１段目）の曝気槽に添加することが望ましい。
【００５８】
栄養剤としては、鉄、銅、モリブデン、マグネシウム、カリウム、カルシウム等の脱窒に必須な無機物を１種単独で又は２種以上混合して用いることができる。
【実施例】
【００５９】
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
【００６０】
（実施例１）
図１に示す、容量が２．８６Ｌの一過式曝気槽（汚泥返送なし）を用いて、原水の処理を行った。担体は、５ｍｍ角（一辺が５ｍｍの立方体）のポリウレタンフォーム製のものを用い、曝気槽容積に対し担体充填率２０％となるように添加した。槽内ＤＯは１ｍｇ／Ｌとし、曝気槽に対するＣＯＤＣｒ容積負荷は５．６ｋｇ−ＣＯＤＣｒ／ｍ３／日、ＨＲＴ２．４時間で運転した。原水ＣＯＤＣｒ濃度は５６０ｍｇ／Ｌとし、野菜エキス、魚肉エキス、及び液糖を混合した人工排水を基質として用いた。
【００６１】
この条件で一ヶ月間運転したところ、処理水中の溶解性ＣＯＤＣｒは５７〜８０ｍｇ−ＣＯＤＣｒ／Ｌで安定していた。
【００６２】
運転開始から一ヵ月後、１０重量％硝酸ナトリウム水溶液を、原水に対し、２０ｍｇ−Ｎ／Ｌとなるように添加したところ、処理水中の溶解性ＣＯＤＣｒ濃度は２５〜３４ｍｇ−ＣＯＤＣｒ／Ｌまで低下した。
【００６３】
（比較例１）
実施例１と同じ条件で、硝酸ナトリウムを添加せずに運転を継続したところ、処理水中の溶解性ＣＯＤＣｒ濃度は５７〜８０ｍｇ−ＣＯＤＣｒ／Ｌのままであり、低下することはなかった。
【００６４】
（比較例２）
実施例１の条件で、担体充填率を３０％まで上げ、ＤＯ＞２ｍｇ／Ｌで運転すると、処理水中の溶解性ＣＯＤＣｒ濃度は２８〜４２ｍｇ−ＣＯＤＣｒ／Ｌまで低下したが、この場合には担体コスト、曝気コストが高くつく。
【００６５】
実施例１及び比較例１，２における処理水の溶解性ＣＯＤＣｒ濃度の経時変化を図７に示す。
【００６６】
実施例１及び比較例１，２より、本発明によれば、担体充填率、曝気量を抑えた上で、処理効率の向上を図ることができることが分かる。
【００６７】
（実施例２）
図２に示す、容量が２．８６Ｌの一過式曝気槽（汚泥返送なし）を２槽直列につないだ２段生物処理にて、原水の処理を行った。担体は、実施例１で用いたと同様の５ｍｍ角のポリウレタンフォーム製のものを用い、各曝気槽の容積に対し２０％となるように添加した。ＤＯは前段曝気槽で１ｍｇ／Ｌ、後段曝気槽で３ｍｇ／Ｌとし、装置全体に対するＣＯＤＣｒ容積負荷は５．６ｋｇ−ＣＯＤＣｒ／ｍ３／日、ＨＲＴ２．４時間で運転した。原水ＣＯＤＣｒ濃度は５６０ｍｇ／Ｌとし、野菜エキス、魚肉エキス、及び液糖を混合した人工排水を基質として用いた。
【００６８】
この条件で一ヶ月間運転したところ、処理水中の溶解性ＣＯＤＣｒは２８〜３７ｍｇ−ＣＯＤＣｒ／Ｌで安定していたが、前段の曝気槽のスクリーンがスライムで閉塞するため、毎日洗浄する必要があった。
【００６９】
そこで、１０重量％硝酸ナトリウム水溶液を、原水に対し、１０ｍｇ−Ｎ／Ｌとなるように添加したところ、スライムによる閉塞は解消し、処理水中の溶解性ＣＯＤＣｒは２８〜３３ｍｇ−ＣＯＤＣｒ／Ｌまで低下した。
【００７０】
処理水中の硝酸性窒素濃度は２０ｍｇ−Ｎ／Ｌで安定していた。
【００７１】
（実施例３）
図３に示す、容量が２．８６Ｌの一過式生物処理槽（汚泥返送なし）を２槽直列につないだ２段生物処理にて、原水の処理を行った。担体は、実施例１で用いたと同様の５ｍｍ角のポリウレタンフォーム製のものを用い、各曝気槽の容積に対し２０％となるように添加した。ＤＯは前段曝気槽で１ｍｇ／Ｌ、後段曝気槽で３ｍｇ／Ｌとし、装置全体に対するＣＯＤＣｒ容積負荷は５．６ｋｇ−ＣＯＤＣｒ／ｍ３／日、ＨＲＴ２．４時間で運転した。原水ＣＯＤＣｒ濃度は５６０ｍｇ／Ｌとし、野菜エキス、魚肉エキス、及び液糖を混合した人工排水を基質として用いた。また、後段の曝気槽の処理水の５０％（原水流量の１００％）に相当する４０ｍｌ／分をポンプで引き抜き、前段へ返送した。
【００７２】
この条件で、一ヶ月間運転したところ、スライムによる閉塞は発生せず、処理水中の溶解性ＣＯＤＣｒは２５〜３５ｍｇ−ＣＯＤＣｒ／Ｌで安定していた。さらに処理水の硝酸性窒素濃度は１０ｍｇ−Ｎ／Ｌまで低下した。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の有機物含有水の生物処理装置の実施の形態を示す系統図である。
【図２】本発明の有機物含有水の生物処理装置の別の実施の形態を示す系統図である。
【図３】本発明の有機物含有水の生物処理装置の異なる実施の形態を示す系統図である。
【図４】本発明に係る担体内部での脱窒反応機構の説明図である。
【図５】脱窒反応の可否と、有機物担体負荷及びＤＯとの関係を示すグラフである（図中、ドットを付した領域が、脱窒の起きる領域である。）。
【図６】脱窒反応の可否と、曝気槽の有機物容積負荷及びＤＯとの関係を示すグラフである（図中、ドットを付した領域が、脱窒の起きる領域である。）。
【図７】実施例１及び比較例１，２における処理水の溶解性ＣＯＤＣｒの経時変化を示すグラフである。
【符号の説明】
【００７４】
１，１Ａ，１Ｂ 曝気槽
２ 担体
３ スクリーン
１０ 多孔質担体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生活排水、下水、食品工場やパルプ工場をはじめとした広い濃度範囲の有機物含有水の生物処理に利用することができる方法及び装置に関するものであり、特に、既存の設備において、担体の追加や通気量の増大、曝気槽の増設等の改造を行うことなく、簡便な操作で、負荷の増大に対応することが可能な生物処理方法及び生物処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機物含有排水を生物処理する場合に用いられる活性汚泥法は、処理水質が良好で、メンテナンスが容易であるなどの利点から、下水処理や産業廃水処理等に広く用いられている。しかしながら、運転に用いられるＢＯＤ容積負荷は０．１〜１．０（一般的に０．５〜０．８）ｋｇ／ｍ３／日程度であるため、広い敷地面積が必要となる。
【０００３】
有機物含有排水の高負荷処理に関しては、担体を添加した生物処理（固定床法、流動床法）が知られている。この方法を用いた場合、１ｋｇ／ｍ３／日以上のＢＯＤ容積負荷で運転することが可能となる。また、生物処理水を固液分離する沈殿池からの汚泥の返送が不要となるため、沈殿池での汚泥管理の手間が省け、維持管理が容易となる。
【０００４】
しかしながら、担体を用いた生物処理では、以下のような問題点がある。
【０００５】
(1) 高負荷処理を行うためには菌体濃度を高く維持する必要があるが、担体内部にまで細菌を付着させようとすると、ＤＯ（溶存酸素）濃度を高くした運転を行う必要がある。また、菌体を高濃度に維持しようとすると担体を多く充填する必要があり、担体コストが上がるだけでなく、ＤＯの溶解効率が下がるため、曝気コストも増大する。
【０００６】
(2) 低い担体充填率、低いＤＯ濃度で、高い有機物除去率を達成しようとすると、低負荷での運転を行わなければならなくなる。仮に、過負荷での運転が続くと、有機物除去率が低下するだけでなく、粘性の高い糸状性菌が担体に大量に付着し、臭気発生が問題となる上に、これらが剥離すると、流動床では担体を分離するスクリーンを閉塞させてしまう。また、固定床では流路が閉塞してしまう。
【０００７】
このように固定床法、流動床法等を含む担体添加型の生物処理は、有機物含有排水の処理に実用化されており、対象とする排水によっては安定した処理が可能であるが、原水条件に対して、余裕の無い槽容積、担体充填率、曝気量で設計されている装置では、短期間の一時的な水量増加、原水濃度の増大であっても処理が不可能となり、この場合には、担体の追加や曝気槽、ブロワの増設等の改造が必要となる。
【０００８】
また、処理効率の向上方法、高負荷処理方法として、多段式の担体添加型生物処理の適用もあるが、この場合であっても、一段目の槽負荷が非常に高くなり、場合によっては、前述の糸状性細菌の増加を引き起こし、スクリーンの閉塞、流路の閉塞、臭気の発生等の問題に繋がる。
【０００９】
このような問題を回避するために、担体充填率、槽容積、通気量を決定する際に、最大負荷、夏場のＤＯ低下を想定して装置を設計すると、繁忙期が短期間の工場などでは、繁忙期以外の期間の負荷に対しては、過剰な装置となり、不経済である。
【００１０】
なお、原水を処理水で１００倍以上に希釈して反応槽に投入すると共に、反応槽内のｐＨや水温、ＮＨ３−Ｎ濃度、等の条件を制御して、反応槽内で硝化と脱窒とを同時に行うことにより、処理効率の向上を図る方法が提案されているが（特許文献１）、このように大量の処理水を返送することは、反応槽容量の増大につながる。
【特許文献１】特公平１−２２０３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上記従来の問題点を解決し、有機物含有水の生物処理において、担体の追加や通気量の増大、曝気槽の増設等の改造を行うことなく、処理効率を効果的に向上させて、高負荷運転を行った上で、安定した処理水質を維持することができる有機物含有水の生物処理方法及び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】
本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討を行った結果、曝気槽に硝酸（塩）及び／又は亜硝酸（塩）を添加して、酸素が届かない担体内部において、脱窒細菌による有機物分解を行わせることにより、担体充填率や曝気槽容量、曝気量の増大を要することなく、処理効率を高めることができることを見出し、本発明を完成させた。
【００１３】
即ち、本発明は以下を要旨とする。
なお、本明細書において、「硝酸（塩）」とは「硝酸」と「硝酸塩」のいずれか一方又は双方を意味し、「亜硝酸（塩）」とは「亜硝酸」と「亜硝酸塩」のいずれか一方又は双方を意味する。以下において、「「硝酸（塩）及び／又は亜硝酸（塩）」を「ＮＯｘ」と略記する場合がある。
【００１４】
本発明（請求項１）の有機物含有水の生物処理方法は、生物担体を内蔵する一槽式または多段型の曝気槽に有機物含有水を導入し、酸素含有気体を曝気して生物処理する方法において、酸素源として硝酸（塩）及び／又は亜硝酸（塩）含有液を前記曝気槽に添加し、該曝気槽内で曝気による有機物の生物酸化と、脱窒反応による有機物の分解とを行うことを特徴とする。
【００１５】
請求項２の有機物含有水の生物処理方法は、請求項１において、前記生物担体は、前記曝気槽内で曝気により流動する担体であることを特徴とする。
【００１６】
請求項３の有機物含有水の生物処理方法は、請求項１又は２において、前記曝気槽が直列多段に設けられ、後段の曝気槽の処理水の一部が１〜３槽目のいずれかまたは複数の曝気槽に返送されることを特徴とする。
【００１７】
請求項４の有機物含有水の生物処理方法は、請求項１ないし３のいずれか１項において、前記硝酸（塩）及び／又は亜硝酸（塩）含有液を添加する曝気槽の有機物担体負荷（ｋｇ−ＣＯＤＣｒ／ｍ３−担体／日）と溶存酸素（ｍｇ／Ｌ）との比を２．０以上とすることを特徴とする。
【００１８】
請求項５の有機物含有水の生物処理方法は、請求項１ないし４のいずれか１項において、前記脱窒反応による有機物の分解を行うべき、分解対象の溶解性ＣＯＤＣｒの１／６〜１／２重量倍の硝酸（塩）及び／又は亜硝酸（塩）（ＮＯｘ−Ｎ換算）含有液を添加することを特徴とする。
【００１９】
請求項６の有機物含有水の生物処理方法は、請求項１ないし５のいずれか１項において、前記生物担体の充填率が前記曝気槽容積の５〜５０％であることを特徴とする。
【００２０】
請求項７の有機物含有水の生物処理方法は、請求項１ないし６のいずれか１項において、前記生物担体は、最も短い一辺又は直径が２ｍｍ以上であることを特徴とする。
【００２１】
本発明（請求項８）の有機物含有水の生物処理装置は、生物担体を内蔵する曝気槽と、該曝気槽に有機物含有水を導入する手段とを有し、該曝気槽にて酸素含有気体を曝気して生物処理する装置において、酸素源として硝酸（塩）及び／又は亜硝酸（塩）を前記曝気槽に添加する手段を有し、該曝気槽内で曝気による有機物の生物酸化と、脱窒反応による有機物の分解とを行うことを特徴とする。
【００２２】
請求項９の有機物含有水の生物処理装置は、請求項８において、前記生物担体は、前記曝気槽内で曝気により流動する担体であることを特徴とする。
【００２３】
請求項１０の有機物含有水の生物処理装置は、請求項８又は９において、前記曝気槽が直列多段に設けられ、後段の曝気槽の処理水の一部を最前の曝気槽に返送する手段を有することを特徴とする。
【００２４】
請求項１１の有機物含有水の生物処理装置は、請求項８ないし１０のいずれか１項において、前記硝酸（塩）及び／又は亜硝酸（塩）を添加する曝気槽の有機物担体負荷（ｋｇ−ＣＯＤＣｒ／ｍ３−担体／日）と溶存酸素（ｍｇ／Ｌ）との比を２．０以上とすることを特徴とする。
【００２５】
請求項１２の有機物含有水の生物処理装置は、請求項８ないし１１のいずれか１項において、前記脱窒反応による有機物の分解を行うべき、分解対象の溶解性ＣＯＤＣｒの１／６〜１／２重量倍の硝酸（塩）及び／又は亜硝酸（塩）を添加することを特徴とする。
【００２６】
請求項１３の有機物含有水の生物処理装置は、請求項８ないし１２のいずれか１項において、前記生物担体の充填率が前記曝気槽容積の５〜５０％であることを特徴とする。
【００２７】
請求項１４の有機物含有水の生物処理装置は、請求項８ないし１３のいずれか１項において、前記生物担体は、最も短い一辺又は直径が２ｍｍ以上であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、曝気槽に、酸素の代りに、硝酸（塩）及び／又は亜硝酸（塩）を添加して、酸素が届かない担体内部で脱窒細菌による脱窒反応で、有機物を分解することにより、担体表面近くの細菌では除去し切れなかった残存有機物を除去することができる。
【００２９】
このため、有機物含有水の生物処理において、処理効率を効果的に向上させて、高負荷運転を行った上で、安定した処理水質を維持することができる。
【００３０】
本発明では、既存の設備において、高負荷時に、硝酸（塩）及び／又は亜硝酸（塩）を添加するという簡便な操作で、担体の追加や通気量の増大、曝気槽の増設等の改造を行うことなく、負荷の増大に対応することができる。
【００３１】
このような本発明の有機物含有水の生物処理方法及び装置は、曝気のみの処理では、溶解性ＣＯＤＣｒ濃度が３０ｍｇ／Ｌ以上残留するような、処理能力に限界のある設備であって、敷地の制約により、曝気槽を増設したり、ブロワを増設することが困難な設備において、高負荷の増大に工業的に有利に対応することを可能とするものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下に、図面を参照して本発明の有機物含有水の生物処理方法及び装置の実施の形態を詳細に説明する。
【００３３】
図１〜３は、本発明の有機物含有水の生物処理装置の実施の形態を示す系統図である。図１〜３において、同一機能を奏する部材には同一符号を付してある。
【００３４】
図１の装置は、担体２を投入した一過式曝気槽（汚泥返送なし）１を１槽設けて、原水（有機物含有水）の生物処理を行うものであり、原水は配管１１より曝気槽１に導入され、原水中の有機物が曝気槽１内の浮遊細菌と担体付着細菌により、曝気下酸化分解され、生物処理水は曝気槽１内のスクリーン３を透過して配管１２より取り出される。
【００３５】
図１においては、この曝気槽１に配管１３より硝酸（塩）及び／又は亜硝酸（塩）（ＮＯｘ）を添加して生物処理効率の向上を図る。
【００３６】
図２，３は、曝気槽を２槽の曝気槽１Ａ，１Ｂに分割し、多段処理方式としたものであり、図２，３の装置では、原水は、配管１１より第１曝気槽１Ａに導入されて原水中の有機物が曝気槽１Ａ内の浮遊細菌と担体付着細菌により、曝気下酸化分解され、生物処理水は曝気槽１Ａ内のスクリーン３を透過して配管１４より第２曝気槽１Ｂに導入され、この第１曝気槽１Ａの処理水中の残留有機物が曝気槽１Ｂ内の浮遊細菌と担体付着細菌により、曝気下酸化分解され、生物処理水は曝気槽１Ｂ内のスクリーン３を透過して配管１２より取り出される。
【００３７】
このような、多段処理方式では、最前（１段目）の曝気槽１Ａが高負荷となり、前述のような弊害を発生することがある。
【００３８】
そこで、図２の装置では、第１段目の曝気槽１Ａに配管１３よりＮＯｘを添加して、図１の装置と同様に担体内での脱窒反応により残留有機物の分解除去を促進する。
【００３９】
また、図３の装置では、後段の曝気槽１Ｂの処理水の一部を配管１５より前段の曝気槽１Ａに返送する。即ち、このような多段処理を適用すると、後段の曝気槽１Ｂでの自己消化が促進され、汚泥発生量は低減するが、処理水中に流出する窒素濃度(硝酸、亜硝酸濃度)が増大する。このような場合には、ＮＯｘ−Ｎを含む後段の曝気槽１Ｂの処理水をＮＯｘ源として前段の曝気槽１Ａに返送することが好ましい。この場合には、配管１３より系外から添加するＮＯｘの添加量を削減することができるか、或いは、ＮＯｘの添加を不要とすることができる。図３の装置では、処理の安定性向上に加え、処理水のＮＯｘ−Ｎ濃度の低減を図ることができ、より一層効率的な処理を行える。
【００４０】
このように後段の曝気槽の処理水を前段の曝気槽に返送する場合、後段の曝気槽の更に後段に凝集沈殿や加圧浮上といった固液分離手段がある場合は、その固液分離前の生物処理水を返送する方が、固液分離装置を小型化することができる点で有利である。
【００４１】
本発明において、多段処理を行う場合、曝気槽は２段に限らず、３段以上に直列に設けても良いが、ＮＯｘを添加する場合、ＮＯｘの添加は、最も負荷の高い第１段目の曝気槽に添加することが好ましく、１〜３槽目の曝気槽のいずれか、または複数の曝気槽に添加しても良い。また、処理水の返送は最も処理水のＮＯｘ−Ｎ濃度の高い最後段の曝気槽の処理水を、最も負荷の高い第１段目の曝気槽に返送することが好ましく、１〜３槽目の曝気槽のいずれか、または複数の曝気槽に返送してもよい。この返送により、添加するＮＯｘ含有液の補助または代替とすることができる。
【００４２】
このように後段の曝気槽の処理水の一部を前段の曝気槽に返送する場合、装置全体の処理水量を過度に大きくすることなく、また装置当たりの処理水量を低減することなく、返送による上記効果を十分に得る上で、例えば、後段の曝気槽の処理水のうちの原水流入量の２５〜２００％量程度を前段の曝気槽に返送することが好ましい。
【００４３】
以下に、本発明における曝気槽へのＮＯｘ添加による生物処理効率の向上機構を図４を参照して説明する。
【００４４】
図４において、１０は多孔質担体であり、一般的な曝気量では、この担体１０の内部１０Ａ（ドットを付した部分）には酸素が届かず、無酸素状態となっている。曝気槽にＮＯｘを添加すると、このような担体１０の無酸素領域１０ＡにＮＯｘが浸透する。また、この無酸素領域１０Ａ内に有機物が侵入すると、無酸素領域１０Ａに存在するＮＯｘを利用して嫌気性の脱窒細菌による脱窒反応が起こり、有機物が分解される。そして、ＮＯｘは窒素ガスに分解され、有機物はＣＯ２と水に分解される。この結果、担体充填率を高めたり、曝気量を増やしたり、曝気槽容量を増大させたりすることなく、ＮＯｘの添加のみで曝気槽内の生物処理で担体表面では除去し得なかった残留有機物を担体内での脱窒反応で効果的に分解除去して、曝気槽全体での生物処理効率を高めることができる。
【００４５】
本発明において、曝気槽内に保有される担体の形状については任意であり、球状、ペレット状、中空筒状、立方体又は直方体形状、棒状、その他の異形形状のいずれでも良い。
【００４６】
また、担体の素材についても任意であり、天然素材、無機素材、高分子素材などを用いることができ、更にゲル状物質であっても良いが、望ましくは、多孔質のポリウレタン製流動担体（スポンジ担体）のような曝気槽内の曝気により流動する担体である。流動性担体であれば、曝気下での流動で、担体内部の無酸素領域へのＮＯｘ及び有機物の取り込み、脱窒分解生成物である窒素ガスや水、ＣＯ２の無酸素領域からの排出を効率的に行うことができる。この場合、多孔質担体の孔径は、担体の流動性、担体内外へのガスや液の流入出の効率の面から０．０１〜０．５ｍｍ程度であることが好ましい。
【００４７】
また、担体の大きさについては、小さいと、図４に示す無酸素領域を形成し得ないため、担体内に酸素が届く表層領域と、酸素が届かない内部領域（無酸素領域）との両方を確保することができるように、ある程度大きい方が好ましい。このような観点から、担体は、その形状にもよるが、最も短い一辺の長さないしは直径が２ｍｍ以上、特に３ｍｍ以上であることが好ましい。ただし、担体の大きさが過度に大きいと、流動性、取り扱い性、細菌が付着するための比表面積の確保の面で好ましくないことから、最も長い一辺の長さないしは直径が１０ｍｍ以下であることが好ましい。
【００４８】
また、曝気槽への担体の充填率は、曝気槽の負荷に応じて適宜決定されるが、曝気槽容積の５〜５０％（体積％）とすることが好ましい。担体充填率が５％未満でも５０％を超えても生物処理効率が低下する傾向にある。担体内の無酸素領域での脱窒活性の面からは担体充填率は特に５〜２０％とすることが好ましい。
【００４９】
また、曝気槽に添加するＮＯｘとしては、硝酸、硝酸塩、亜硝酸、亜硝酸塩のうちのいずれか１種又は２種以上を用いることができるが、例えば硝酸ナトリウム等の水溶液の形態で添加することが、操作上好ましい。
【００５０】
曝気槽へのＮＯｘの添加は、ＮＯｘの添加により、担体内部の無酸素領域での脱窒反応により除去すべき有機物の量に応じて適宜決定される。通常、曝気槽内の担体添加型生物処理では除去し得ずに残留する。従って、ＮＯｘ−Ｎ換算（ＮＯ３−Ｎ換算及び／又はＮＯ２−Ｎ換算）重量で、担体内部の脱窒反応で除去する必要がある、有機物に基く溶解性ＣＯＤＣｒ重量の１／６〜１／２倍、好ましくは１／４〜１／３倍のＮＯｘを添加することが好ましく、このような添加量であれば、担体添加型生物処理では除去し得ない残留溶解性ＣＯＤＣｒを、担体内部の無酸素領域での脱窒反応により効果的に分解除去することができる。
【００５１】
ところで、本発明により、曝気槽にＮＯｘを添加して担体内部で脱窒反応を起こさせるには、担体内部に無酸素領域を形成し、かつ、ＮＯｘだけでなく有機物も担体内に浸透させる必要がある。この条件は、曝気槽の容積負荷、担体充填率、ＤＯに依存し、脱窒を起こさせようとする槽の担体負荷とＤＯの関係で表すことができる。
【００５２】
図５は、この関係を示すものであり、ここでは、０．０５ｋｇ−Ｎ／ｍ３／日以上の窒素除去活性が得られる場合を、「担体内での脱窒が起こる」とし、黒マルで示してある。グラフの白マルは脱窒の起こらない条件である。
【００５３】
図５より、ＮＯｘを添加して、担体内で脱窒を起こさせようとする曝気槽の有機物担体負荷（ｋｇ−ＣＯＤＣｒ／ｍ３−担体／日）とＤＯ（ｍｇ／Ｌ）との比を２．０以上とすれば、脱窒を起こさせることができることができることが分かる。
【００５４】
例えば、５ｍｍ角スポンジ担体を担体充填率４０％で用いた場合の脱型の可否と曝気槽の有機物容積負荷とＤＯとの関係を示すグラフである図６から明らかなように、担体充填率４０％、ＤＯ＝４ｍｇ／Ｌで運転する場合は、容積負荷３．２ｋｇ−ＣＯＤＣｒ／ｍ３−担体／日以上で運転する必要がある。
【００５５】
また、脱窒反応を起こさせようとする曝気槽のバルク中に、脱窒反応の炭素源としての溶解性ＣＯＤＣｒが３０ｍｇ−ＣＯＤＣｒ／Ｌ以上、例えば３０〜１００ｍｇ−ＣＯＤＣｒ／Ｌ程度残存するような運転条件に制御して、前述のＮＯｘ添加量でＮＯｘを添加することが、脱窒反応をより一層確実に起こさせる上で好ましい。
【００５６】
また、担体反応を安定して起こさせるために、脱窒反応を起こさせようとする曝気槽のバルク中のＤＯが４．０ｍｇ／Ｌ以下となり、担体内に酸素が浸透せず、担体内に広い無酸素領域が形成されるような条件で曝気槽の曝気を行うことが好ましい。
【００５７】
なお、このように、曝気槽の運転条件を、脱窒細菌の増殖に適したものに設定しても、原水中に細菌の増殖に必須な成分が含まれていなければ、脱窒細菌が増殖せず、脱窒による有機物除去効率も向上しない。そこで、曝気槽に栄養剤を添加し、担体内での脱窒を安定して維持することで有機物除去率を安定させるようにすることもできる。図２，３に示すような多段処理において、脱窒細菌の栄養剤を添加する場合、脱窒が最も進行する最前（第１段目）の曝気槽に添加することが望ましい。
【００５８】
栄養剤としては、鉄、銅、モリブデン、マグネシウム、カリウム、カルシウム等の脱窒に必須な無機物を１種単独で又は２種以上混合して用いることができる。
【実施例】
【００５９】
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
【００６０】
（実施例１）
図１に示す、容量が２．８６Ｌの一過式曝気槽（汚泥返送なし）を用いて、原水の処理を行った。担体は、５ｍｍ角（一辺が５ｍｍの立方体）のポリウレタンフォーム製のものを用い、曝気槽容積に対し担体充填率２０％となるように添加した。槽内ＤＯは１ｍｇ／Ｌとし、曝気槽に対するＣＯＤＣｒ容積負荷は５．６ｋｇ−ＣＯＤＣｒ／ｍ３／日、ＨＲＴ２．４時間で運転した。原水ＣＯＤＣｒ濃度は５６０ｍｇ／Ｌとし、野菜エキス、魚肉エキス、及び液糖を混合した人工排水を基質として用いた。
【００６１】
この条件で一ヶ月間運転したところ、処理水中の溶解性ＣＯＤＣｒは５７〜８０ｍｇ−ＣＯＤＣｒ／Ｌで安定していた。
【００６２】
運転開始から一ヵ月後、１０重量％硝酸ナトリウム水溶液を、原水に対し、２０ｍｇ−Ｎ／Ｌとなるように添加したところ、処理水中の溶解性ＣＯＤＣｒ濃度は２５〜３４ｍｇ−ＣＯＤＣｒ／Ｌまで低下した。
【００６３】
（比較例１）
実施例１と同じ条件で、硝酸ナトリウムを添加せずに運転を継続したところ、処理水中の溶解性ＣＯＤＣｒ濃度は５７〜８０ｍｇ−ＣＯＤＣｒ／Ｌのままであり、低下することはなかった。
【００６４】
（比較例２）
実施例１の条件で、担体充填率を３０％まで上げ、ＤＯ＞２ｍｇ／Ｌで運転すると、処理水中の溶解性ＣＯＤＣｒ濃度は２８〜４２ｍｇ−ＣＯＤＣｒ／Ｌまで低下したが、この場合には担体コスト、曝気コストが高くつく。
【００６５】
実施例１及び比較例１，２における処理水の溶解性ＣＯＤＣｒ濃度の経時変化を図７に示す。
【００６６】
実施例１及び比較例１，２より、本発明によれば、担体充填率、曝気量を抑えた上で、処理効率の向上を図ることができることが分かる。
【００６７】
（実施例２）
図２に示す、容量が２．８６Ｌの一過式曝気槽（汚泥返送なし）を２槽直列につないだ２段生物処理にて、原水の処理を行った。担体は、実施例１で用いたと同様の５ｍｍ角のポリウレタンフォーム製のものを用い、各曝気槽の容積に対し２０％となるように添加した。ＤＯは前段曝気槽で１ｍｇ／Ｌ、後段曝気槽で３ｍｇ／Ｌとし、装置全体に対するＣＯＤＣｒ容積負荷は５．６ｋｇ−ＣＯＤＣｒ／ｍ３／日、ＨＲＴ２．４時間で運転した。原水ＣＯＤＣｒ濃度は５６０ｍｇ／Ｌとし、野菜エキス、魚肉エキス、及び液糖を混合した人工排水を基質として用いた。
【００６８】
この条件で一ヶ月間運転したところ、処理水中の溶解性ＣＯＤＣｒは２８〜３７ｍｇ−ＣＯＤＣｒ／Ｌで安定していたが、前段の曝気槽のスクリーンがスライムで閉塞するため、毎日洗浄する必要があった。
【００６９】
そこで、１０重量％硝酸ナトリウム水溶液を、原水に対し、１０ｍｇ−Ｎ／Ｌとなるように添加したところ、スライムによる閉塞は解消し、処理水中の溶解性ＣＯＤＣｒは２８〜３３ｍｇ−ＣＯＤＣｒ／Ｌまで低下した。
【００７０】
処理水中の硝酸性窒素濃度は２０ｍｇ−Ｎ／Ｌで安定していた。
【００７１】
（実施例３）
図３に示す、容量が２．８６Ｌの一過式生物処理槽（汚泥返送なし）を２槽直列につないだ２段生物処理にて、原水の処理を行った。担体は、実施例１で用いたと同様の５ｍｍ角のポリウレタンフォーム製のものを用い、各曝気槽の容積に対し２０％となるように添加した。ＤＯは前段曝気槽で１ｍｇ／Ｌ、後段曝気槽で３ｍｇ／Ｌとし、装置全体に対するＣＯＤＣｒ容積負荷は５．６ｋｇ−ＣＯＤＣｒ／ｍ３／日、ＨＲＴ２．４時間で運転した。原水ＣＯＤＣｒ濃度は５６０ｍｇ／Ｌとし、野菜エキス、魚肉エキス、及び液糖を混合した人工排水を基質として用いた。また、後段の曝気槽の処理水の５０％（原水流量の１００％）に相当する４０ｍｌ／分をポンプで引き抜き、前段へ返送した。
【００７２】
この条件で、一ヶ月間運転したところ、スライムによる閉塞は発生せず、処理水中の溶解性ＣＯＤＣｒは２５〜３５ｍｇ−ＣＯＤＣｒ／Ｌで安定していた。さらに処理水の硝酸性窒素濃度は１０ｍｇ−Ｎ／Ｌまで低下した。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の有機物含有水の生物処理装置の実施の形態を示す系統図である。
【図２】本発明の有機物含有水の生物処理装置の別の実施の形態を示す系統図である。
【図３】本発明の有機物含有水の生物処理装置の異なる実施の形態を示す系統図である。
【図４】本発明に係る担体内部での脱窒反応機構の説明図である。
【図５】脱窒反応の可否と、有機物担体負荷及びＤＯとの関係を示すグラフである（図中、ドットを付した領域が、脱窒の起きる領域である。）。
【図６】脱窒反応の可否と、曝気槽の有機物容積負荷及びＤＯとの関係を示すグラフである（図中、ドットを付した領域が、脱窒の起きる領域である。）。
【図７】実施例１及び比較例１，２における処理水の溶解性ＣＯＤＣｒの経時変化を示すグラフである。
【符号の説明】
【００７４】
１，１Ａ，１Ｂ 曝気槽
２ 担体
３ スクリーン
１０ 多孔質担体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生物担体を内蔵する一槽式または多段型の曝気槽に有機物含有水を導入し、酸素含有気体を曝気して生物処理する方法において、酸素源として硝酸（塩）及び／又は亜硝酸（塩）含有液を前記曝気槽に添加し、該曝気槽内で曝気による有機物の生物酸化と、脱窒反応による有機物の分解とを行うことを特徴とする有機物含有水の生物処理方法。
【請求項２】
請求項１において、前記生物担体は、前記曝気槽内で曝気により流動する担体であることを特徴とする有機物含有水の生物処理方法。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記曝気槽が直列多段に設けられ、後段の曝気槽の処理水の一部が１〜３槽目のいずれか、または複数の曝気槽に返送されることを特徴とする有機物含有水の生物処理方法。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項において、前記硝酸（塩）及び／又は亜硝酸（塩）含有液を添加する曝気槽の有機物担体負荷（ｋｇ−ＣＯＤＣｒ／ｍ３−担体／日）と溶存酸素（ｍｇ／Ｌ）との比を２．０以上とすることを特徴とする有機物含有水の生物処理方法。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項において、前記脱窒反応による有機物の分解を行うべき、分解対象の溶解性ＣＯＤＣｒの１／６〜１／２重量倍の硝酸（塩）及び／又は亜硝酸（塩）（ＮＯｘ−Ｎ換算）含有液を添加することを特徴とする有機物含有水の生物処理方法。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項において、前記生物担体の充填率が前記曝気槽容積の５〜５０％であることを特徴とする有機物含有水の生物処理方法。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１項において、前記生物担体は、最も短い一辺又は直径が２ｍｍ以上であることを特徴とする有機物含有水の生物処理方法。
【請求項８】
生物担体を内蔵する曝気槽と、該曝気槽に有機物含有水を導入する手段とを有し、該曝気槽にて酸素含有気体を曝気して生物処理する装置において、酸素源として硝酸（塩）及び／又は亜硝酸（塩）を前記曝気槽に添加する手段を有し、該曝気槽内で曝気による有機物の生物酸化と、脱窒反応による有機物の分解とを行うことを特徴とする有機物含有水の生物処理装置。
【請求項９】
請求項８において、前記生物担体は、前記曝気槽内で曝気により流動する担体であることを特徴とする有機物含有水の生物処理装置。
【請求項１０】
請求項８又は９において、前記曝気槽が直列多段に設けられ、後段の曝気槽の処理水の一部を最前の曝気槽に返送する手段を有することを特徴とする有機物含有水の生物処理装置。
【請求項１１】
請求項８ないし１０のいずれか１項において、前記硝酸（塩）及び／又は亜硝酸（塩）を添加する曝気槽の有機物担体負荷（ｋｇ−ＣＯＤＣｒ／ｍ３−担体／日）と溶存酸素（ｍｇ／Ｌ）との比を２．０以上とすることを特徴とする有機物含有水の生物処理装置。
【請求項１２】
請求項８ないし１１のいずれか１項において、前記脱窒反応による有機物の分解を行うべき、分解対象の溶解性ＣＯＤＣｒの１／６〜１／２重量倍の硝酸（塩）及び／又は亜硝酸（塩）を添加することを特徴とする有機物含有水の生物処理装置。
【請求項１３】
請求項８ないし１２のいずれか１項において、前記生物担体の充填率が前記曝気槽容積の５〜５０％であることを特徴とする有機物含有水の生物処理装置。
【請求項１４】
請求項８ないし１３のいずれか１項において、前記生物担体は、最も短い一辺又は直径が２ｍｍ以上であることを特徴とする有機物含有水の生物処理装置。
【請求項１】
生物担体を内蔵する一槽式または多段型の曝気槽に有機物含有水を導入し、酸素含有気体を曝気して生物処理する方法において、酸素源として硝酸（塩）及び／又は亜硝酸（塩）含有液を前記曝気槽に添加し、該曝気槽内で曝気による有機物の生物酸化と、脱窒反応による有機物の分解とを行うことを特徴とする有機物含有水の生物処理方法。
【請求項２】
請求項１において、前記生物担体は、前記曝気槽内で曝気により流動する担体であることを特徴とする有機物含有水の生物処理方法。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記曝気槽が直列多段に設けられ、後段の曝気槽の処理水の一部が１〜３槽目のいずれか、または複数の曝気槽に返送されることを特徴とする有機物含有水の生物処理方法。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項において、前記硝酸（塩）及び／又は亜硝酸（塩）含有液を添加する曝気槽の有機物担体負荷（ｋｇ−ＣＯＤＣｒ／ｍ３−担体／日）と溶存酸素（ｍｇ／Ｌ）との比を２．０以上とすることを特徴とする有機物含有水の生物処理方法。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項において、前記脱窒反応による有機物の分解を行うべき、分解対象の溶解性ＣＯＤＣｒの１／６〜１／２重量倍の硝酸（塩）及び／又は亜硝酸（塩）（ＮＯｘ−Ｎ換算）含有液を添加することを特徴とする有機物含有水の生物処理方法。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項において、前記生物担体の充填率が前記曝気槽容積の５〜５０％であることを特徴とする有機物含有水の生物処理方法。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１項において、前記生物担体は、最も短い一辺又は直径が２ｍｍ以上であることを特徴とする有機物含有水の生物処理方法。
【請求項８】
生物担体を内蔵する曝気槽と、該曝気槽に有機物含有水を導入する手段とを有し、該曝気槽にて酸素含有気体を曝気して生物処理する装置において、酸素源として硝酸（塩）及び／又は亜硝酸（塩）を前記曝気槽に添加する手段を有し、該曝気槽内で曝気による有機物の生物酸化と、脱窒反応による有機物の分解とを行うことを特徴とする有機物含有水の生物処理装置。
【請求項９】
請求項８において、前記生物担体は、前記曝気槽内で曝気により流動する担体であることを特徴とする有機物含有水の生物処理装置。
【請求項１０】
請求項８又は９において、前記曝気槽が直列多段に設けられ、後段の曝気槽の処理水の一部を最前の曝気槽に返送する手段を有することを特徴とする有機物含有水の生物処理装置。
【請求項１１】
請求項８ないし１０のいずれか１項において、前記硝酸（塩）及び／又は亜硝酸（塩）を添加する曝気槽の有機物担体負荷（ｋｇ−ＣＯＤＣｒ／ｍ３−担体／日）と溶存酸素（ｍｇ／Ｌ）との比を２．０以上とすることを特徴とする有機物含有水の生物処理装置。
【請求項１２】
請求項８ないし１１のいずれか１項において、前記脱窒反応による有機物の分解を行うべき、分解対象の溶解性ＣＯＤＣｒの１／６〜１／２重量倍の硝酸（塩）及び／又は亜硝酸（塩）を添加することを特徴とする有機物含有水の生物処理装置。
【請求項１３】
請求項８ないし１２のいずれか１項において、前記生物担体の充填率が前記曝気槽容積の５〜５０％であることを特徴とする有機物含有水の生物処理装置。
【請求項１４】
請求項８ないし１３のいずれか１項において、前記生物担体は、最も短い一辺又は直径が２ｍｍ以上であることを特徴とする有機物含有水の生物処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−４６５７２（Ｐ２０１０−４６５７２Ａ）
【公開日】平成２２年３月４日（２０１０．３．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２１０８５４（Ｐ２００８−２１０８５４）
【出願日】平成２０年８月１９日（２００８．８．１９）
【出願人】（０００００１０６３）栗田工業株式会社 (1,536)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年３月４日（２０１０．３．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月１９日（２００８．８．１９）
【出願人】（０００００１０６３）栗田工業株式会社 (1,536)
【Ｆターム（参考）】
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