汚水処理装置及び処理方法
【課題】 脱窒材を用いて脱窒菌の働きにより脱窒する汚水処理において、処理水の白濁を防止する。
【解決手段】 汚水処理装置は、汚水中の硝酸態窒素を脱窒材に付着した脱窒菌により窒素ガスに還元する脱窒槽（Ｂ）を備える。脱窒槽（Ｂ）の前に、散気装置を備えるとともに接触濾材が装填され該接触濾材に付着した硝化菌により汚水中の窒素成分を硝酸態窒素に硝化する硝化槽（Ａ）を設け、該硝化槽（Ａ）を少なくとも２室の構成として、少なくとも最終室では曝気を抑制するように構成する。脱窒槽（Ｂ）の後に、接触濾材が装填され該接触濾材に付着した原生生物により前記脱窒槽で脱窒された汚水とともに流出した白濁の原因菌を捕捉除去する流出菌除去槽（Ｃ）を設ける。
【解決手段】 汚水処理装置は、汚水中の硝酸態窒素を脱窒材に付着した脱窒菌により窒素ガスに還元する脱窒槽（Ｂ）を備える。脱窒槽（Ｂ）の前に、散気装置を備えるとともに接触濾材が装填され該接触濾材に付着した硝化菌により汚水中の窒素成分を硝酸態窒素に硝化する硝化槽（Ａ）を設け、該硝化槽（Ａ）を少なくとも２室の構成として、少なくとも最終室では曝気を抑制するように構成する。脱窒槽（Ｂ）の後に、接触濾材が装填され該接触濾材に付着した原生生物により前記脱窒槽で脱窒された汚水とともに流出した白濁の原因菌を捕捉除去する流出菌除去槽（Ｃ）を設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、家庭排水、下水、畜産排水、食品排水、工場排水などの汚水の処理装置及び処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
汚水処理の一方法として、窒素成分（Ｏｒ−Ｎ、ＮＨ4+−Ｎ等）を硝酸態窒素（ＮＯ3-−Ｎ）に硝化した後、脱窒菌の働きにより生物学的に硝酸態窒素を窒素ガス（Ｎ2）に還元して放出させる生物学的脱窒方法がある。この生物学的脱窒方法には、用いる脱窒菌や脱窒材によって色々な種類があるが、その一つとして、硫黄酸化脱窒細菌がその栄養源となる硫黄（Ｓ）で硝酸態窒素を窒素ガスに還元する方法がある。この還元において炭酸カルシウム（ＣａＣＯ3）を併存させることにより、還元時の副成物である硫酸イオン（ＳＯ42-）を石膏（ＣａＳＯ4）として沈殿させることが行われる。
【０００３】
例えば、特許文献１には、家畜等の動物性排泄物が微生物利用の処理装置で炭酸ガスと廃水とに分解され、この廃水は微生物利用の硝化槽でアンモニア態窒素が硝酸性窒素に硝化され、次いで微生物利用の脱窒槽で硝酸性窒素が脱窒されるようにした処理システムが開示されている。脱窒槽では、硫黄と石灰石とからなる脱窒材に通性嫌気性硫黄酸化細菌を付着させたものが使用される。
【０００４】
また、特許文献２には、硫黄と炭酸カルシウム系成分とからなる脱窒材を充填した層を有する処理槽に硝酸性窒素含有排水を流入させ、予め定めた間隔又は予め定めた脱窒率に低下したとき、脱窒材表面付着気泡の除去処理を行い、脱窒活性を回復することが開示されている。
【０００５】
また、特許文献３には（炭酸カルシウムは用いないが）、汚水を硝化槽、脱窒槽、再曝気槽及び沈澱槽に同順で通し、脱窒槽には硫黄又は硫黄化合物（Ｎａ2Ｓ等）と炭酸ソーダ（Ｎａ2ＣＯ3）とを添加して脱窒菌の働きにより生物学的に脱窒し、再曝気槽では曝気により有機物の酸化とＮ2ガス気泡の除去とを行うことが開示されている。
【特許文献１】特開２００３−７１４９１公報
【特許文献２】特開２００３−３３４５９０公報
【特許文献３】特開平１−３１９５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の特許文献１，２のように硫黄と炭酸カルシウム系成分とからなる脱窒材を用いて硫黄酸化脱窒細菌の働きにより行う脱窒においては、実際には、脱窒槽での処理水をさらに沈澱槽を通してから放流することになる。しかし、汚水や条件によっては脱窒槽での処理水が白濁する場合があり、その白濁物質は沈澱槽での一般的な滞留時間である約３時間程度では除去することができず、放流水のＳＳ濃度を高くするという問題があった。また、仮にその脱窒槽の後工程として特許文献３のような再曝気槽を設けても、単なる曝気ではその白濁はほとんど除去されないことが、本発明者の実験により判明した。
【０００７】
そこで、本発明の課題は、脱窒材を用いて脱窒菌の働きにより脱窒する汚水処理において、処理水の白濁を防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者が上記の白濁物質を顕微鏡で観察した結果、図２（ｃ）に示すような糸状の硫黄細菌の一種であるベギアトア属（Beggiatoa）であることが判明し、その集落（コロニー）は白色から灰白色で薄い膜状に広がる特徴があることも判明した。さらに検討したところ、このベギアトア属は脱窒槽で微好気性状態となったときに増殖することが分かった。本発明は、この検討を基礎になされたものであって、次の手段を採ったものである。
【０００９】
［本発明に係る汚水処理装置］
［１］汚水中の硝酸態窒素を脱窒材に付着した脱窒菌により窒素ガスに還元する脱窒槽（Ｂ）を備え、
前記脱窒槽（Ｂ）の前に、散気装置を備えるとともに接触濾材が装填され該接触濾材に付着した硝化菌により汚水中の窒素成分を硝酸態窒素に硝化する硝化槽（Ａ）を設け、該硝化槽（Ａ）を少なくとも２室の構成として、少なくとも最終室では曝気を抑制するように構成した汚水処理装置。
［２］汚水中の硝酸態窒素を脱窒材に付着した脱窒菌により窒素ガスに還元する脱窒槽（Ｂ）を備え、
前記脱窒槽（Ｂ）の後に、接触濾材が装填され該接触濾材に付着した原生生物により前記脱窒槽で脱窒された汚水とともに流出した白濁の原因菌を捕捉除去する流出菌除去槽（Ｃ）を設けた汚水処理装置。
［３］汚水中の硝酸態窒素を脱窒材に付着した脱窒菌により窒素ガスに還元する脱窒槽（Ｂ）を備え、
前記脱窒槽（Ｂ）の前に、散気装置を備えるとともに接触濾材が装填され該接触濾材に付着した硝化菌により汚水中の窒素成分を硝酸態窒素に硝化する硝化槽（Ａ）を設け、該硝化槽（Ａ）を少なくとも２室の構成として、少なくとも最終室では曝気を抑制するように構成し、
前記脱窒槽（Ｂ）の後に、接触濾材が装填され該接触濾材に付着した原生生物により前記脱窒槽で脱窒された汚水とともに流出した白濁の原因菌を捕捉除去する流出菌除去槽（Ｃ）を設けた汚水処理装置。
【００１０】
［本発明に係る汚水処理方法］
［１］十分に曝気しながら汚水を接触濾材に付着した硝化菌に触れさせることにより窒素成分を硝酸態窒素に硝化した後、曝気を抑制して汚水を接触濾材に付着した硝化菌に触れさせることによりさらに窒素成分を硝酸態窒素に硝化する硝化工程と、
前記硝化工程で硝化された汚水を脱窒材に付着した脱窒菌に触れさせることにより硝酸態窒素を窒素ガスに還元する脱窒工程とを含む汚水処理方法。
［２］汚水を脱窒材に付着した脱窒菌に触れさせることにより硝酸態窒素を窒素ガスに還元する脱窒工程と、
前記脱窒工程で脱窒された汚水を接触濾材に付着した原生生物に触れさせることにより前記脱窒工程から前記汚水とともに流出した白濁の原因菌を捕捉除去する流出菌除去工程とを含む汚水処理方法。
［３］十分に曝気しながら汚水を接触濾材に付着した硝化菌に触れさせることにより窒素成分を硝酸態窒素に硝化した後、曝気を抑制して汚水を接触濾材に付着した硝化菌に触れさせることによりさらに窒素成分を硝酸態窒素に硝化する硝化工程と、
前記硝化工程で硝化された汚水を脱窒材に付着した脱窒菌に触れさせることにより硝酸態窒素を窒素ガスに還元する脱窒工程と、
前記脱窒工程で脱窒された汚水を接触濾材に付着した原生生物に触れさせることにより前記脱窒工程から前記汚水とともに流出した白濁の原因菌を捕捉除去する流出菌除去工程とを含む汚水処理方法。
【００１１】
本発明の各構成要素の態様について、以下に例示する。
（Ａ）硝化槽（接触曝気槽）・硝化工程
図１に模式的に示すように、硝化槽Ａは、底部に散気装置１を備えるとともに、内部に接触濾材６が装填され、該接触濾材６に付着した硝化菌が汚水中の窒素成分を硝酸態窒素に硝化する槽であり、いわゆる接触曝気槽である。流入した汚水に酸素を供給することで、次の式のとおり、有機態窒素（Ｏｒ−Ｎ）やアンモニア態窒素（ＮＨ4+−Ｎ）等の窒素成分を、硝化菌（亜硝化菌も含む）により亜硝酸態窒素（ＮＯ2-−Ｎ）を経て硝酸態窒素（ＮＯ3-−Ｎ）に硝化させる。また、接触濾材６に付着したその他の微生物により有機物質（ＢＯＤ源）を除去する効果もある。
［式１］
Ｏｒ−Ｎ→ＮＨ4+−Ｎ→ＮＯ2-−Ｎ→ＮＯ3-−Ｎ
【００１２】
硝化槽Ａは、有機態窒素やアンモニア態窒素の質量に応じた容量とし、そのときに必要な酸素を散気装置１での曝気により補い、好気性状態で処理を行う。散気装置１は、外部空気を槽内に散らして流入させる散気管２と、散気管２に曝気用の外部空気を供給する曝気用配管３と、曝気用配管３に設けられて外部空気の流入量を調節する曝気量調節装置４（例えば流量調整弁）と、散気管２に洗浄用の外部空気を供給する洗浄用配管５とを備えている。
【００１３】
接触濾材６は、特に限定されないが、硝酸菌の増殖に適正な微アルカリ性状態をつくるもの、及び、脱リン作用のあるものが好ましい。微アルカリ性状態をつくるものとしては、珪酸カルシウム系、炭酸カルシウム系、貝殻、炭酸マグネシウム系等を例示できる。脱リン作用のあるものとしては、珪酸カルシウム系、鉄塩系、アルミニウム塩系、ハイドロタルサイト系、ジルコニウムフェライト系等を例示できる。特に多孔質珪酸カルシウム水和物からなる接触濾材は、硝化菌やその他の微生物の担持性に優れ、適正な微アルカリ性状態（ｐＨ＝７．０〜８．５）をつくり、硝化を促進するとともに、汚水中のリンをリン酸カルシウムとして除去することができるため、最も好ましい。図２（ａ）は、多孔質珪酸カルシウム水和物からなる接触濾材の一例（クリオン株式会社製の商品名「ＴＢＸ−８０号」）である。
【００１４】
そして、次工程である脱窒槽Ｂでの処理水の白濁を抑制するために、硝化槽Ａは、汚水が順次送られる少なくとも２室（複数室）に構成され、少なくとも最終室は曝気を抑制できるように構成されていることが好ましい。
【００１５】
第一室Ａ１は、独立した散気装置１と接触濾材６とを備える。そして、曝気量調節装置４により外部空気の流入量を比較的多く調節して散気管２から十分に曝気を行い、硝化のための酸素を増やすように運転することが好ましい。
【００１６】
最終室である第二室Ａ２も、独立した散気装置１と接触濾材６とを備える。しかし、曝気量調節装置４により外部空気の流入量を比較的少なく調節して（或いは無くして）曝気を抑制し（停止する場合も含む）、次工程の脱窒槽Ｂへ行く溶存酸素を減らすように運転することが好ましい。前記のとおり、本発明者による検討により、脱窒槽Ｂで処理水が白濁する原因は、原因菌（硫黄−炭酸カルシウム系脱窒材の場合は糸状の硫黄細菌の一種であるベギアトア属）の増殖にあり、これは脱窒槽で微好気性状態となったときに増殖することが判明した。すなわち、
（ア）特に、例えば生活系排水処理水、下水の二次処理水、河川などの処理において処理条件が良い場合、すなわちＢＯＤ濃度が低く、窒素成分の濃度が低く、窒素形態が硝酸態まで形態変化している場合には、脱窒槽Ｂへ行く溶存酸素が高くなって微好気性状態となる。
（イ）また、多量に処理を行う際にコスト面から脱窒槽の規模を大きくすることができない場合、滞留時間が長くなり、そのため脱窒槽Ｂは溶存酸素量が上昇して微好気性状態となる。
（ウ）このように溶存酸素が多量にある場合、脱窒槽Ｂで使用する硫黄酸化脱窒細菌は硝酸態窒素の酸素よりも溶存酸素を優先的に利用して増殖するため、硝酸態窒素の除去率が低下し、流入水は徐々に好気性状態になり、白濁の原因菌が増殖しやすいのである。
そこで、脱窒槽Ｂがこのような微好気性の状態にならないように又はなりにくいように、その前工程である硝化槽Ａの第二室Ａ２では曝気を抑制して、脱窒槽Ｂへ行く溶存酸素をできるだけ減らすのである。第二室Ａ２の出口における好ましい溶存酸素は２ｍｇ／ｌ未満であり、より好ましくは約１ｍｇ／ｌ程度である。こうすれば、脱窒槽Ｂでの白濁の原因菌の増殖を抑制することができる。
【００１７】
しかし、流入水中の窒素成分の濃度が特に低い場合には、第二室Ａ２の曝気を停止した状態であっても、第二室Ａ２の出口における溶存酸素が２〜５ｍｇ／ｌ程度となる場合がある。この場合には、脱窒槽Ｂでの白濁の発生を十分には抑制できないが、その白濁は後述する流出菌除去槽Ｃにて除去される（白濁対策その２）。
【００１８】
なお、いずれの室Ａ１，Ａ２も、接触濾材６を洗浄する際には、逆洗ブロワ（図示略）により洗浄用配管５から供給される洗浄用の外部空気を散気管２から散気して行う。そして、懸濁した汚水と槽底に沈殿した沈殿汚泥は、汚泥排出用配管８からポンプ（図示略）で引き抜いて余剰汚泥槽Ｆへ移送する。
【００１９】
（Ｂ）脱窒槽・脱窒工程
図１に模式的に示すように、脱窒槽Ｂは、内部に脱窒材１０が装填され、該脱窒材１０に付着した硫黄酸化脱窒細菌が前記硝化槽Ａで硝化された汚水中の硝酸態窒素を窒素ガスに還元する槽である。槽底部には硝化槽Ａのものと同様の散気装置１を備えるが、この散気装置１は専ら後述する洗浄用であって、脱窒（還元）中は基本的に散気装置１による散気は停止して嫌気性状態で行う。
【００２０】
脱窒材は、特に限定されないが、硫黄と炭酸カルシウム系成分との混合物を含む脱窒材が好ましい。脱窒菌は、特に限定されないが、脱窒材によって決まる場合が多く、前記硫黄と炭酸カルシウム系成分との混合物を含む脱窒材に対しては硫黄酸化脱窒細菌となる。図２（ｂ）は、硫黄−炭酸カルシウム系脱窒材の一例（株式会社ニッチツ製の商品名「デニカル」：粒径１０〜５０ｍｍ）を示している。次の反応式のように、硫黄酸化脱窒細菌は、栄養源となる硫黄を硝酸性窒素の酸素を利用して酸化し、無害な窒素ガスを吐き出し、その際の副産物として硫酸イオン（ＳＯ42-）が生成される。
［式２］
1.114Ｓ＋ＮＯ3-＋0.699Ｈ2Ｏ＋0.337ＣＯ2＋0.0842ＨＣＯ3-＋0.0842ＮＨ4+→1.114ＳＯ42-＋0.5Ｎ2＋0.0842Ｃ5Ｈ7Ｏ2Ｎ（biomass）＋1.228Ｈ+
【００２１】
硫黄酸化脱窒細菌は、多くの種類があり、特に限定されないが、絶対独立栄養、非好酸性、通性嫌気性で脱窒能力のあるものは、Thiobacillus denitrificantsである。硫黄酸化脱窒細菌が働くのに最適ｐＨの領域は６〜９．５の中性付近であるのに対し、上記反応式で分かるように、脱窒槽では水素イオン濃度が高まりｐＨは低下する。しかし、硫黄と炭酸カルシウム系成分とからなる脱窒材では、炭酸カルシウムの存在によりｐＨの調整ができる。また、前記硝化槽Ａに珪酸カルシウム系の接触濾材を用いると、流入水のｐＨが６以下の場合でも、硝化槽Ａの出口のｐＨを６．５〜８とすることができ、脱窒槽Ｂにおける硫黄酸化脱窒細菌の最適ｐＨを確保することができる。
【００２２】
上記反応で副産物として生成された硫酸イオン（ＳＯ42-）は、次の式のように、脱窒材１０に含まれる炭酸カルシウムのカルシウムイオン（Ｃａ2+）と反応して、硫酸カルシウム（ＣａＳＯ4）が生成される。しかし、硫酸カルシウムは溶解しやすいため、その一部が処理水へ溶解し、硫酸イオン、カルシウムイオンの濃度が高くなる。このカルシウムイオン濃度が高くなることを利用し、後述するとおり、次の流出菌除去槽Ｃでの脱リン率を高くすることができる。
［式３］
ＳＯ42-＋Ｃａ2+→ＣａＳＯ4
【００２３】
硫黄酸化脱窒細菌は脱窒材の硫黄表面に付着して増殖するが、細菌の世代交代により、図２（ｂ）に示すように汚泥１１が脱窒材１０の硫黄表面に現れ、脱窒能力が低下する。すなわち、死滅した細菌が、汚泥１１として硫黄表面に堆積（吸着）して処理能力が低下する。また、発生する窒素ガス１２が硫黄表面に付着し、流入水中の硝酸態窒素イオンとの接触機会が減り、脱窒能力が低下する。この汚泥１１及び窒素ガス１２を取り除くために、定期的に、逆洗ブロワ（図示略）により洗浄用配管５から供給される洗浄用の外部空気を散気管２から脱窒材１０に強制的に送り、硫黄表面を洗浄する。そして、懸濁した汚水と槽底に沈殿した沈殿汚泥は、汚泥排出用配管８からポンプ（図示略）で引き抜いて余剰汚泥槽Ｆへ移送する。また、脱窒槽Ｂの沈殿汚泥からは、含有される硫黄により硫化水素（Ｈ2Ｓ）が発生するので、該沈殿汚泥を引き抜けば硫化水素も除去できる。
【００２４】
さて、前記のとおり、脱窒槽Ｂから出ていく処理水が糸状の硫黄細菌の一種であるベギアトア属で白濁することがある。硝化槽Ａの第二室Ａ２で曝気を抑制したことで、第二室Ａ２の出口における溶存酸素が２ｍｇ／ｌ未満となった場合には、脱窒槽Ｂでの糸状の硫黄細菌の増殖は抑制される傾向となるが、第二室Ａ２の出口における溶存酸素が２ｍｇ／ｌを超える場合には、脱窒槽Ｂで図２（ｃ）に示すような糸状の硫黄細菌が増殖する傾向となるので、白濁の発生が避けがたくなる。そこで、次の流出菌除去槽Ｃが設けられている。
【００２５】
（Ｃ）流出菌除去槽・流出菌除去工程
図１に模式的に示すように、流出菌除去槽Ｃは、底部に硝化槽Ａのものと同様の散気装置１を備えるとともに、接触濾材１６が装填され、該接触濾材１６に付着した原生生物が前記脱窒槽Ｂで脱窒された汚水とともに流出した白濁の原因菌（糸状の硫黄細菌）を捕捉除去する槽であり、いわゆる接触曝気槽である。従って主目的は、汚水中の白濁の原因菌その他の浮遊物質（汚濁物質）を除去することにある。また、別の目的は汚水中のリンを除去することにある。従って、必要な酸素を散気装置１での曝気により補い、好気性状態で処理を行う。
【００２６】
接触濾材に付着して生息する原生動物（ツリガネムシ、ゾウリムシ等々）は、汚水中の白濁の原因菌（糸状の硫黄細菌）その他の浮遊物質（汚濁物質）を捕捉して除去する。これにより、白濁はほぼ完全に除去され、浮遊物質が無く、済んだ透明度の高い処理水が得られる。
【００２７】
接触濾材１６は、特に限定されないが、脱リン作用のあるものが好ましい。脱リン作用のあるものとしては、珪酸カルシウム系、リン鉱石、カルシウムヒドロキシアパタイト、ハイドロタルサイト、カルサイトを含む材料等を例示できる。前述したとおり、脱窒槽Ｂからの処理水はカルシウムイオン（Ｃａ2+）の濃度が高くなる。このカルシウム濃度が高くなることを利用し、流出菌除去槽Ｃの接触濾材を珪酸カルシウム系とすると、珪酸カルシウムにリン酸とカルシウムが反応して難溶解性のリン酸カルシウム化合物が晶析することで、脱リン率が高くなる。また、硫酸イオンについても硫酸カルシウムとして吸着除去することも期待できる。特に多孔質珪酸カルシウム水和物からなる接触濾材は、原生生物の担持性に優れ、脱リン性能も高いため、最も好ましい。
【００２８】
また、脱窒槽Ｂから流出菌除去槽Ｃへ流入する処理水のｐＨは６〜７程度となることにより、鉄塩、アルミニウム塩、ジルコニウムフェライト等を含む材料を装填することで、脱リン率の向上も期待できる。
【００２９】
なお、接触濾材１６を洗浄する際には、逆洗ブロワ（図示略）により洗浄用配管５から供給される洗浄用の外部空気を散気管２から散気して行う。そして、懸濁した汚水と槽底に沈殿した沈殿汚泥は、汚泥排出用配管８からポンプ（図示略）で引き抜いて余剰汚泥槽Ｆへ移送する。
【００３０】
（Ｄ）沈澱槽
図１に模式的に示すように、沈澱槽Ｄは、流出菌除去槽Ｃからの処理水を溜め、さらに余剰汚泥を沈殿させて除去する槽である。
【００３１】
（Ｅ）消毒槽
図１に模式的に示すように、消毒槽Ｅは、沈澱槽Ｄからの処理水中に含まれる大腸菌等を滅菌剤（例えば次亜塩素酸系滅菌剤等）により除去する槽である。消毒槽Ｅから出た処理水は放流可能である。
【００３２】
（Ｆ）余剰汚泥槽
図１に模式的に示すように、余剰汚泥槽Ｆは、前記各槽Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄからポンプ（図示略）で引き抜いた余剰汚泥を貯溜する槽である。なお、各槽の洗浄は、前記のとおり逆洗ブロワ（図示略）で、定期的（例えば１回／日）に３〜１０分程度の外部空気を全面曝気して行う。
【発明の効果】
【００３３】
本発明の汚水処理装置又は汚水処理方法によれば、次の効果が得られる。
（１）硝化槽・硝化工程の最終での曝気を抑制することにより、脱窒槽へ行く汚水の溶存酸素を減らし、脱窒槽での白濁の原因菌の増殖を抑制することができる。
（２）流出菌除去槽・流出菌除去工程により、脱窒槽から流出する白濁の原因菌を除去することができ、透視度の高い処理水が得られる。
（３）硝化槽・硝化工程の接触濾材を脱リン作用のある接触濾材とすれば、脱リンができる。
（４）硝化槽・硝化工程の接触濾材を珪酸カルシウム系の接触濾材とすれば、脱リンに加えて、ｐＨ維持作用により脱窒効果も高まる。
（５）脱窒材を硫黄と炭酸カルシウム系成分との混合物を含む脱窒材とすれば、脱窒菌のための有機炭素源としてのアルコール及びその管理が不要となる。
（６）脱窒槽の底部に散気装置を設けて定期的に洗浄すれば、脱窒材に付着する余剰汚泥や窒素ガスを除去して、安定して脱窒できる。
（７）流出菌除去槽・流出菌除去工程の接触濾材を脱リン作用のある接触濾材とすれば、脱リンができる。
（８）硝化槽・硝化工程の接触濾材を珪酸カルシウム系の接触濾材とすれば、脱窒槽から流出するカルシウムイオンを利用することによりリン除去能力がさらに高まる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
汚水処理装置は、汚水中の硝酸態窒素を硫黄と炭酸カルシウム系成分との混合物を含む脱窒材に付着した硫黄酸化脱窒細菌により窒素ガスに還元する脱窒槽（Ｂ）を備え、
前記脱窒槽（Ｂ）の前に、散気装置を備えるとともに珪酸カルシウム系の接触濾材が装填され該接触濾材に付着した硝化菌により汚水中の窒素成分を硝酸態窒素に硝化する硝化槽（Ａ）を設け、該硝化槽（Ａ）を少なくとも２室の構成として、少なくとも最終室では曝気を抑制するように構成し、
前記脱窒槽（Ｂ）の後に、珪酸カルシウム系の接触濾材が装填され該接触濾材に付着した原生生物により前記脱窒槽で脱窒された汚水とともに流出した白濁の原因菌を捕捉除去する流出菌除去槽（Ｃ）を設ける。
【００３５】
汚水処理方法は、十分に曝気しながら汚水を珪酸カルシウム系の接触濾材に付着した硝化菌に触れさせることにより窒素成分を硝酸態窒素に硝化した後、曝気を抑制して汚水を接触濾材に付着した硝化菌に触れさせることによりさらに窒素成分を硝酸態窒素に硝化する硝化工程と、
前記硝化工程で硝化された汚水を硫黄と炭酸カルシウム系成分との混合物を含む脱窒材に付着した硫黄酸化脱窒細菌に触れさせることにより硝酸態窒素を窒素ガスに還元する脱窒工程と、
前記脱窒工程で脱窒された汚水を珪酸カルシウム系の接触濾材に付着した原生生物に触れさせることにより前記脱窒工程から前記汚水とともに流出した白濁の原因菌を捕捉除去する流出菌除去工程とを含む。
【実施例】
【００３６】
図１に示す汚水処理装置を使用して、実際の汚水を浄化した実施例について説明する。
【００３７】
［処理条件］
対象汚水：下水二次処理水（下水処理場における最終沈澱槽）
処理水量：５ｍ3／日
［処理方法］
処理方式：硫黄酸化脱窒細菌による脱窒、及び、珪酸カルシウム系濾材（ＴＢＸ）による脱リン
【００３８】
［処理フロー］
図１に示すように、対象汚水（流入水）を、硝化槽Ａの第一室Ａ１及び第二室Ａ２に通して窒素成分を硝化するとともに脱リンし、続いて脱窒槽Ｂに通して脱窒（還元）し、続いて流出菌除去槽Ｃに通して糸状の硫黄細菌その他の浮遊物質を除去するとともに脱リンし、さらに沈澱槽Ｄ及び消毒槽Ｅを通して、処理水を得た。各槽は１回／日にて定期的に、逆洗プロワ（２００リットル／分）で５分程度の外部空気を全面曝気して洗浄した。そのとき懸濁した汚水と沈殿汚泥とをエアーリフトポンプで引き抜き、余剰汚泥槽Ｆに貯溜した。
【００３９】
［処理装置・処理条件の概要］
（Ａ）硝化槽Ａ
・第一室Ａ１
有効容量： ０．６１ｍ3
接触濾材： 多孔質珪酸カルシウム水和物濾材
（クリオン株式会社製の商品名「ＴＢＸ−８０号」）
接触濾材装填量： ０．４ｍ3
曝気量 ： ２５リットル／分
・第二室Ａ２
有効容量：０．６１ｍ3
接触濾材： 多孔質珪酸カルシウム水和物濾材
（クリオン株式会社製の商品名「ＴＢＸ−８０号」）
接触濾材装填量： ０．４ｍ3
曝気量 ： ０リットル／分
【００４０】
（Ｂ）脱窒槽
有効容量： ０．６１ｍ3
脱窒材 ： 硫黄−炭酸カルシウム系脱窒材・粒径１０〜５０ｍｍ
（株式会社ニッチツ製の商品名「デニカル」）
接触濾材装填量： ０．４ｍ3
【００４１】
（Ｃ）流出菌除去槽
有効容量： ０．６１ｍ3
接触濾材： 多孔質珪酸カルシウム水和物濾材
（クリオン株式会社製の商品名「ＴＢＸ−８０号」）
接触濾材装填量： ０．４ｍ3
曝気量 ： ２５リットル／分
【００４２】
（Ｄ）沈澱槽
有効容量： ０．４ｍ3
（Ｅ）消毒槽
滅菌剤 ：次亜塩素酸系滅菌剤
（Ｆ）余剰汚泥槽
有効容量： ０．４５ｍ3
【００４３】
［処理結果］
次の表１に処理結果を示す。流入水（硝化槽Ａの入口：対象汚水）の各成分と、処理水（消毒槽Ｅの出口）の各成分とを比較したものであるが、窒素及びリンを放流可能なレベルに除去でき、透視度も極めて良好という結果が得られた。
【表１】
【００４４】
より詳しい分析のために、流入水（硝化槽Ａの入口：対象汚水）と、硝化槽Ａの出口と、脱窒槽Ｂの出口と、処理水（消毒槽Ｅの出口）とにおいて測定した各成分の推移を、図３〜図６に示す。図３は溶存酸素（ＤＯ）の推移、図４は総窒素（Ｔ−Ｎ）とアンモニア態窒素（ＮＨ4+−Ｎ）と硝酸態窒素（ＮＯx−Ｎ）の各推移、図５はｐＨと総リン（Ｔ−Ｐ）の各推移、図６はカルシウムイオン（Ｃａ2+）と硫酸イオン（ＳＯ42-）の各推移である。
【００４５】
図３に示されるとおり、硝化槽Ａの出口において溶存酸素が約２ｍｇ／ｌに減少しているので、脱窒槽Ｂにおける糸状の硫黄細菌の増殖はある程度は抑制されたが、完全には防止できず、若干の白濁が認められた。しかし、この白濁（糸状の硫黄細菌）は流出菌除去槽Ｃで十分に除去されたので、処理水の透視度は極めて良好となった。
【００４６】
また、図４に示されるとおり、脱窒槽Ｂにおいて十分な脱窒が行われた。また、図５に示すように、珪酸カルシウム系の接触濾材を使用した硝化槽Ａにおいて既に脱リンが進み、同じく珪酸カルシウム系の接触濾材を使用した流出菌除去槽Ｃを経た処理水はさらに顕著に脱リンが進んだ。前述したとおり、流出菌除去槽Ｃで脱リンが顕著に進んだのは、図６に示されているようにカルシウムイオン濃度が高くなり、難溶解性のリン酸カルシウム化合物が晶析することを利用したためである。
【００４７】
なお、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、発明の趣旨から逸脱しない範囲で適宜変更して具体化することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施例の汚水処理装置を模式的に示す概略図である。
【図２】（ａ）は接触濾材の一例を示す図、（ｂ）は硫黄−炭酸カルシウム系脱窒材の一例を示す図、（ｃ）は糸状の硫黄細菌の一種であるベギアトア属の顕微鏡による拡大図である。
【図３】実施例における溶存酸素の推移を示すグラフである。
【図４】実施例における総窒素とアンモニア態窒素と硝酸態窒素の各推移を示すグラフである。
【図５】実施例におけるｐＨと総リンの各推移を示すグラフである。
【図６】実施例におけるカルシウムイオンと硫酸イオンの各推移を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４９】
１ 散気装置
２ 散気管
３ 曝気用配管
４ 曝気量調節装置
５ 洗浄用配管
６ 接触濾材
８ 汚泥排出用配管
１０ 脱窒材
１１ 汚泥
１２ 窒素ガス
１６ 接触濾材
Ａ 硝化槽
Ａ１ 第一室
Ａ２ 第二室
Ｂ 脱窒槽
Ｃ 流出菌除去槽
Ｄ 沈澱槽
Ｅ 消毒槽
Ｆ 余剰汚泥槽
【技術分野】
【０００１】
本発明は、家庭排水、下水、畜産排水、食品排水、工場排水などの汚水の処理装置及び処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
汚水処理の一方法として、窒素成分（Ｏｒ−Ｎ、ＮＨ4+−Ｎ等）を硝酸態窒素（ＮＯ3-−Ｎ）に硝化した後、脱窒菌の働きにより生物学的に硝酸態窒素を窒素ガス（Ｎ2）に還元して放出させる生物学的脱窒方法がある。この生物学的脱窒方法には、用いる脱窒菌や脱窒材によって色々な種類があるが、その一つとして、硫黄酸化脱窒細菌がその栄養源となる硫黄（Ｓ）で硝酸態窒素を窒素ガスに還元する方法がある。この還元において炭酸カルシウム（ＣａＣＯ3）を併存させることにより、還元時の副成物である硫酸イオン（ＳＯ42-）を石膏（ＣａＳＯ4）として沈殿させることが行われる。
【０００３】
例えば、特許文献１には、家畜等の動物性排泄物が微生物利用の処理装置で炭酸ガスと廃水とに分解され、この廃水は微生物利用の硝化槽でアンモニア態窒素が硝酸性窒素に硝化され、次いで微生物利用の脱窒槽で硝酸性窒素が脱窒されるようにした処理システムが開示されている。脱窒槽では、硫黄と石灰石とからなる脱窒材に通性嫌気性硫黄酸化細菌を付着させたものが使用される。
【０００４】
また、特許文献２には、硫黄と炭酸カルシウム系成分とからなる脱窒材を充填した層を有する処理槽に硝酸性窒素含有排水を流入させ、予め定めた間隔又は予め定めた脱窒率に低下したとき、脱窒材表面付着気泡の除去処理を行い、脱窒活性を回復することが開示されている。
【０００５】
また、特許文献３には（炭酸カルシウムは用いないが）、汚水を硝化槽、脱窒槽、再曝気槽及び沈澱槽に同順で通し、脱窒槽には硫黄又は硫黄化合物（Ｎａ2Ｓ等）と炭酸ソーダ（Ｎａ2ＣＯ3）とを添加して脱窒菌の働きにより生物学的に脱窒し、再曝気槽では曝気により有機物の酸化とＮ2ガス気泡の除去とを行うことが開示されている。
【特許文献１】特開２００３−７１４９１公報
【特許文献２】特開２００３−３３４５９０公報
【特許文献３】特開平１−３１９５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の特許文献１，２のように硫黄と炭酸カルシウム系成分とからなる脱窒材を用いて硫黄酸化脱窒細菌の働きにより行う脱窒においては、実際には、脱窒槽での処理水をさらに沈澱槽を通してから放流することになる。しかし、汚水や条件によっては脱窒槽での処理水が白濁する場合があり、その白濁物質は沈澱槽での一般的な滞留時間である約３時間程度では除去することができず、放流水のＳＳ濃度を高くするという問題があった。また、仮にその脱窒槽の後工程として特許文献３のような再曝気槽を設けても、単なる曝気ではその白濁はほとんど除去されないことが、本発明者の実験により判明した。
【０００７】
そこで、本発明の課題は、脱窒材を用いて脱窒菌の働きにより脱窒する汚水処理において、処理水の白濁を防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者が上記の白濁物質を顕微鏡で観察した結果、図２（ｃ）に示すような糸状の硫黄細菌の一種であるベギアトア属（Beggiatoa）であることが判明し、その集落（コロニー）は白色から灰白色で薄い膜状に広がる特徴があることも判明した。さらに検討したところ、このベギアトア属は脱窒槽で微好気性状態となったときに増殖することが分かった。本発明は、この検討を基礎になされたものであって、次の手段を採ったものである。
【０００９】
［本発明に係る汚水処理装置］
［１］汚水中の硝酸態窒素を脱窒材に付着した脱窒菌により窒素ガスに還元する脱窒槽（Ｂ）を備え、
前記脱窒槽（Ｂ）の前に、散気装置を備えるとともに接触濾材が装填され該接触濾材に付着した硝化菌により汚水中の窒素成分を硝酸態窒素に硝化する硝化槽（Ａ）を設け、該硝化槽（Ａ）を少なくとも２室の構成として、少なくとも最終室では曝気を抑制するように構成した汚水処理装置。
［２］汚水中の硝酸態窒素を脱窒材に付着した脱窒菌により窒素ガスに還元する脱窒槽（Ｂ）を備え、
前記脱窒槽（Ｂ）の後に、接触濾材が装填され該接触濾材に付着した原生生物により前記脱窒槽で脱窒された汚水とともに流出した白濁の原因菌を捕捉除去する流出菌除去槽（Ｃ）を設けた汚水処理装置。
［３］汚水中の硝酸態窒素を脱窒材に付着した脱窒菌により窒素ガスに還元する脱窒槽（Ｂ）を備え、
前記脱窒槽（Ｂ）の前に、散気装置を備えるとともに接触濾材が装填され該接触濾材に付着した硝化菌により汚水中の窒素成分を硝酸態窒素に硝化する硝化槽（Ａ）を設け、該硝化槽（Ａ）を少なくとも２室の構成として、少なくとも最終室では曝気を抑制するように構成し、
前記脱窒槽（Ｂ）の後に、接触濾材が装填され該接触濾材に付着した原生生物により前記脱窒槽で脱窒された汚水とともに流出した白濁の原因菌を捕捉除去する流出菌除去槽（Ｃ）を設けた汚水処理装置。
【００１０】
［本発明に係る汚水処理方法］
［１］十分に曝気しながら汚水を接触濾材に付着した硝化菌に触れさせることにより窒素成分を硝酸態窒素に硝化した後、曝気を抑制して汚水を接触濾材に付着した硝化菌に触れさせることによりさらに窒素成分を硝酸態窒素に硝化する硝化工程と、
前記硝化工程で硝化された汚水を脱窒材に付着した脱窒菌に触れさせることにより硝酸態窒素を窒素ガスに還元する脱窒工程とを含む汚水処理方法。
［２］汚水を脱窒材に付着した脱窒菌に触れさせることにより硝酸態窒素を窒素ガスに還元する脱窒工程と、
前記脱窒工程で脱窒された汚水を接触濾材に付着した原生生物に触れさせることにより前記脱窒工程から前記汚水とともに流出した白濁の原因菌を捕捉除去する流出菌除去工程とを含む汚水処理方法。
［３］十分に曝気しながら汚水を接触濾材に付着した硝化菌に触れさせることにより窒素成分を硝酸態窒素に硝化した後、曝気を抑制して汚水を接触濾材に付着した硝化菌に触れさせることによりさらに窒素成分を硝酸態窒素に硝化する硝化工程と、
前記硝化工程で硝化された汚水を脱窒材に付着した脱窒菌に触れさせることにより硝酸態窒素を窒素ガスに還元する脱窒工程と、
前記脱窒工程で脱窒された汚水を接触濾材に付着した原生生物に触れさせることにより前記脱窒工程から前記汚水とともに流出した白濁の原因菌を捕捉除去する流出菌除去工程とを含む汚水処理方法。
【００１１】
本発明の各構成要素の態様について、以下に例示する。
（Ａ）硝化槽（接触曝気槽）・硝化工程
図１に模式的に示すように、硝化槽Ａは、底部に散気装置１を備えるとともに、内部に接触濾材６が装填され、該接触濾材６に付着した硝化菌が汚水中の窒素成分を硝酸態窒素に硝化する槽であり、いわゆる接触曝気槽である。流入した汚水に酸素を供給することで、次の式のとおり、有機態窒素（Ｏｒ−Ｎ）やアンモニア態窒素（ＮＨ4+−Ｎ）等の窒素成分を、硝化菌（亜硝化菌も含む）により亜硝酸態窒素（ＮＯ2-−Ｎ）を経て硝酸態窒素（ＮＯ3-−Ｎ）に硝化させる。また、接触濾材６に付着したその他の微生物により有機物質（ＢＯＤ源）を除去する効果もある。
［式１］
Ｏｒ−Ｎ→ＮＨ4+−Ｎ→ＮＯ2-−Ｎ→ＮＯ3-−Ｎ
【００１２】
硝化槽Ａは、有機態窒素やアンモニア態窒素の質量に応じた容量とし、そのときに必要な酸素を散気装置１での曝気により補い、好気性状態で処理を行う。散気装置１は、外部空気を槽内に散らして流入させる散気管２と、散気管２に曝気用の外部空気を供給する曝気用配管３と、曝気用配管３に設けられて外部空気の流入量を調節する曝気量調節装置４（例えば流量調整弁）と、散気管２に洗浄用の外部空気を供給する洗浄用配管５とを備えている。
【００１３】
接触濾材６は、特に限定されないが、硝酸菌の増殖に適正な微アルカリ性状態をつくるもの、及び、脱リン作用のあるものが好ましい。微アルカリ性状態をつくるものとしては、珪酸カルシウム系、炭酸カルシウム系、貝殻、炭酸マグネシウム系等を例示できる。脱リン作用のあるものとしては、珪酸カルシウム系、鉄塩系、アルミニウム塩系、ハイドロタルサイト系、ジルコニウムフェライト系等を例示できる。特に多孔質珪酸カルシウム水和物からなる接触濾材は、硝化菌やその他の微生物の担持性に優れ、適正な微アルカリ性状態（ｐＨ＝７．０〜８．５）をつくり、硝化を促進するとともに、汚水中のリンをリン酸カルシウムとして除去することができるため、最も好ましい。図２（ａ）は、多孔質珪酸カルシウム水和物からなる接触濾材の一例（クリオン株式会社製の商品名「ＴＢＸ−８０号」）である。
【００１４】
そして、次工程である脱窒槽Ｂでの処理水の白濁を抑制するために、硝化槽Ａは、汚水が順次送られる少なくとも２室（複数室）に構成され、少なくとも最終室は曝気を抑制できるように構成されていることが好ましい。
【００１５】
第一室Ａ１は、独立した散気装置１と接触濾材６とを備える。そして、曝気量調節装置４により外部空気の流入量を比較的多く調節して散気管２から十分に曝気を行い、硝化のための酸素を増やすように運転することが好ましい。
【００１６】
最終室である第二室Ａ２も、独立した散気装置１と接触濾材６とを備える。しかし、曝気量調節装置４により外部空気の流入量を比較的少なく調節して（或いは無くして）曝気を抑制し（停止する場合も含む）、次工程の脱窒槽Ｂへ行く溶存酸素を減らすように運転することが好ましい。前記のとおり、本発明者による検討により、脱窒槽Ｂで処理水が白濁する原因は、原因菌（硫黄−炭酸カルシウム系脱窒材の場合は糸状の硫黄細菌の一種であるベギアトア属）の増殖にあり、これは脱窒槽で微好気性状態となったときに増殖することが判明した。すなわち、
（ア）特に、例えば生活系排水処理水、下水の二次処理水、河川などの処理において処理条件が良い場合、すなわちＢＯＤ濃度が低く、窒素成分の濃度が低く、窒素形態が硝酸態まで形態変化している場合には、脱窒槽Ｂへ行く溶存酸素が高くなって微好気性状態となる。
（イ）また、多量に処理を行う際にコスト面から脱窒槽の規模を大きくすることができない場合、滞留時間が長くなり、そのため脱窒槽Ｂは溶存酸素量が上昇して微好気性状態となる。
（ウ）このように溶存酸素が多量にある場合、脱窒槽Ｂで使用する硫黄酸化脱窒細菌は硝酸態窒素の酸素よりも溶存酸素を優先的に利用して増殖するため、硝酸態窒素の除去率が低下し、流入水は徐々に好気性状態になり、白濁の原因菌が増殖しやすいのである。
そこで、脱窒槽Ｂがこのような微好気性の状態にならないように又はなりにくいように、その前工程である硝化槽Ａの第二室Ａ２では曝気を抑制して、脱窒槽Ｂへ行く溶存酸素をできるだけ減らすのである。第二室Ａ２の出口における好ましい溶存酸素は２ｍｇ／ｌ未満であり、より好ましくは約１ｍｇ／ｌ程度である。こうすれば、脱窒槽Ｂでの白濁の原因菌の増殖を抑制することができる。
【００１７】
しかし、流入水中の窒素成分の濃度が特に低い場合には、第二室Ａ２の曝気を停止した状態であっても、第二室Ａ２の出口における溶存酸素が２〜５ｍｇ／ｌ程度となる場合がある。この場合には、脱窒槽Ｂでの白濁の発生を十分には抑制できないが、その白濁は後述する流出菌除去槽Ｃにて除去される（白濁対策その２）。
【００１８】
なお、いずれの室Ａ１，Ａ２も、接触濾材６を洗浄する際には、逆洗ブロワ（図示略）により洗浄用配管５から供給される洗浄用の外部空気を散気管２から散気して行う。そして、懸濁した汚水と槽底に沈殿した沈殿汚泥は、汚泥排出用配管８からポンプ（図示略）で引き抜いて余剰汚泥槽Ｆへ移送する。
【００１９】
（Ｂ）脱窒槽・脱窒工程
図１に模式的に示すように、脱窒槽Ｂは、内部に脱窒材１０が装填され、該脱窒材１０に付着した硫黄酸化脱窒細菌が前記硝化槽Ａで硝化された汚水中の硝酸態窒素を窒素ガスに還元する槽である。槽底部には硝化槽Ａのものと同様の散気装置１を備えるが、この散気装置１は専ら後述する洗浄用であって、脱窒（還元）中は基本的に散気装置１による散気は停止して嫌気性状態で行う。
【００２０】
脱窒材は、特に限定されないが、硫黄と炭酸カルシウム系成分との混合物を含む脱窒材が好ましい。脱窒菌は、特に限定されないが、脱窒材によって決まる場合が多く、前記硫黄と炭酸カルシウム系成分との混合物を含む脱窒材に対しては硫黄酸化脱窒細菌となる。図２（ｂ）は、硫黄−炭酸カルシウム系脱窒材の一例（株式会社ニッチツ製の商品名「デニカル」：粒径１０〜５０ｍｍ）を示している。次の反応式のように、硫黄酸化脱窒細菌は、栄養源となる硫黄を硝酸性窒素の酸素を利用して酸化し、無害な窒素ガスを吐き出し、その際の副産物として硫酸イオン（ＳＯ42-）が生成される。
［式２］
1.114Ｓ＋ＮＯ3-＋0.699Ｈ2Ｏ＋0.337ＣＯ2＋0.0842ＨＣＯ3-＋0.0842ＮＨ4+→1.114ＳＯ42-＋0.5Ｎ2＋0.0842Ｃ5Ｈ7Ｏ2Ｎ（biomass）＋1.228Ｈ+
【００２１】
硫黄酸化脱窒細菌は、多くの種類があり、特に限定されないが、絶対独立栄養、非好酸性、通性嫌気性で脱窒能力のあるものは、Thiobacillus denitrificantsである。硫黄酸化脱窒細菌が働くのに最適ｐＨの領域は６〜９．５の中性付近であるのに対し、上記反応式で分かるように、脱窒槽では水素イオン濃度が高まりｐＨは低下する。しかし、硫黄と炭酸カルシウム系成分とからなる脱窒材では、炭酸カルシウムの存在によりｐＨの調整ができる。また、前記硝化槽Ａに珪酸カルシウム系の接触濾材を用いると、流入水のｐＨが６以下の場合でも、硝化槽Ａの出口のｐＨを６．５〜８とすることができ、脱窒槽Ｂにおける硫黄酸化脱窒細菌の最適ｐＨを確保することができる。
【００２２】
上記反応で副産物として生成された硫酸イオン（ＳＯ42-）は、次の式のように、脱窒材１０に含まれる炭酸カルシウムのカルシウムイオン（Ｃａ2+）と反応して、硫酸カルシウム（ＣａＳＯ4）が生成される。しかし、硫酸カルシウムは溶解しやすいため、その一部が処理水へ溶解し、硫酸イオン、カルシウムイオンの濃度が高くなる。このカルシウムイオン濃度が高くなることを利用し、後述するとおり、次の流出菌除去槽Ｃでの脱リン率を高くすることができる。
［式３］
ＳＯ42-＋Ｃａ2+→ＣａＳＯ4
【００２３】
硫黄酸化脱窒細菌は脱窒材の硫黄表面に付着して増殖するが、細菌の世代交代により、図２（ｂ）に示すように汚泥１１が脱窒材１０の硫黄表面に現れ、脱窒能力が低下する。すなわち、死滅した細菌が、汚泥１１として硫黄表面に堆積（吸着）して処理能力が低下する。また、発生する窒素ガス１２が硫黄表面に付着し、流入水中の硝酸態窒素イオンとの接触機会が減り、脱窒能力が低下する。この汚泥１１及び窒素ガス１２を取り除くために、定期的に、逆洗ブロワ（図示略）により洗浄用配管５から供給される洗浄用の外部空気を散気管２から脱窒材１０に強制的に送り、硫黄表面を洗浄する。そして、懸濁した汚水と槽底に沈殿した沈殿汚泥は、汚泥排出用配管８からポンプ（図示略）で引き抜いて余剰汚泥槽Ｆへ移送する。また、脱窒槽Ｂの沈殿汚泥からは、含有される硫黄により硫化水素（Ｈ2Ｓ）が発生するので、該沈殿汚泥を引き抜けば硫化水素も除去できる。
【００２４】
さて、前記のとおり、脱窒槽Ｂから出ていく処理水が糸状の硫黄細菌の一種であるベギアトア属で白濁することがある。硝化槽Ａの第二室Ａ２で曝気を抑制したことで、第二室Ａ２の出口における溶存酸素が２ｍｇ／ｌ未満となった場合には、脱窒槽Ｂでの糸状の硫黄細菌の増殖は抑制される傾向となるが、第二室Ａ２の出口における溶存酸素が２ｍｇ／ｌを超える場合には、脱窒槽Ｂで図２（ｃ）に示すような糸状の硫黄細菌が増殖する傾向となるので、白濁の発生が避けがたくなる。そこで、次の流出菌除去槽Ｃが設けられている。
【００２５】
（Ｃ）流出菌除去槽・流出菌除去工程
図１に模式的に示すように、流出菌除去槽Ｃは、底部に硝化槽Ａのものと同様の散気装置１を備えるとともに、接触濾材１６が装填され、該接触濾材１６に付着した原生生物が前記脱窒槽Ｂで脱窒された汚水とともに流出した白濁の原因菌（糸状の硫黄細菌）を捕捉除去する槽であり、いわゆる接触曝気槽である。従って主目的は、汚水中の白濁の原因菌その他の浮遊物質（汚濁物質）を除去することにある。また、別の目的は汚水中のリンを除去することにある。従って、必要な酸素を散気装置１での曝気により補い、好気性状態で処理を行う。
【００２６】
接触濾材に付着して生息する原生動物（ツリガネムシ、ゾウリムシ等々）は、汚水中の白濁の原因菌（糸状の硫黄細菌）その他の浮遊物質（汚濁物質）を捕捉して除去する。これにより、白濁はほぼ完全に除去され、浮遊物質が無く、済んだ透明度の高い処理水が得られる。
【００２７】
接触濾材１６は、特に限定されないが、脱リン作用のあるものが好ましい。脱リン作用のあるものとしては、珪酸カルシウム系、リン鉱石、カルシウムヒドロキシアパタイト、ハイドロタルサイト、カルサイトを含む材料等を例示できる。前述したとおり、脱窒槽Ｂからの処理水はカルシウムイオン（Ｃａ2+）の濃度が高くなる。このカルシウム濃度が高くなることを利用し、流出菌除去槽Ｃの接触濾材を珪酸カルシウム系とすると、珪酸カルシウムにリン酸とカルシウムが反応して難溶解性のリン酸カルシウム化合物が晶析することで、脱リン率が高くなる。また、硫酸イオンについても硫酸カルシウムとして吸着除去することも期待できる。特に多孔質珪酸カルシウム水和物からなる接触濾材は、原生生物の担持性に優れ、脱リン性能も高いため、最も好ましい。
【００２８】
また、脱窒槽Ｂから流出菌除去槽Ｃへ流入する処理水のｐＨは６〜７程度となることにより、鉄塩、アルミニウム塩、ジルコニウムフェライト等を含む材料を装填することで、脱リン率の向上も期待できる。
【００２９】
なお、接触濾材１６を洗浄する際には、逆洗ブロワ（図示略）により洗浄用配管５から供給される洗浄用の外部空気を散気管２から散気して行う。そして、懸濁した汚水と槽底に沈殿した沈殿汚泥は、汚泥排出用配管８からポンプ（図示略）で引き抜いて余剰汚泥槽Ｆへ移送する。
【００３０】
（Ｄ）沈澱槽
図１に模式的に示すように、沈澱槽Ｄは、流出菌除去槽Ｃからの処理水を溜め、さらに余剰汚泥を沈殿させて除去する槽である。
【００３１】
（Ｅ）消毒槽
図１に模式的に示すように、消毒槽Ｅは、沈澱槽Ｄからの処理水中に含まれる大腸菌等を滅菌剤（例えば次亜塩素酸系滅菌剤等）により除去する槽である。消毒槽Ｅから出た処理水は放流可能である。
【００３２】
（Ｆ）余剰汚泥槽
図１に模式的に示すように、余剰汚泥槽Ｆは、前記各槽Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄからポンプ（図示略）で引き抜いた余剰汚泥を貯溜する槽である。なお、各槽の洗浄は、前記のとおり逆洗ブロワ（図示略）で、定期的（例えば１回／日）に３〜１０分程度の外部空気を全面曝気して行う。
【発明の効果】
【００３３】
本発明の汚水処理装置又は汚水処理方法によれば、次の効果が得られる。
（１）硝化槽・硝化工程の最終での曝気を抑制することにより、脱窒槽へ行く汚水の溶存酸素を減らし、脱窒槽での白濁の原因菌の増殖を抑制することができる。
（２）流出菌除去槽・流出菌除去工程により、脱窒槽から流出する白濁の原因菌を除去することができ、透視度の高い処理水が得られる。
（３）硝化槽・硝化工程の接触濾材を脱リン作用のある接触濾材とすれば、脱リンができる。
（４）硝化槽・硝化工程の接触濾材を珪酸カルシウム系の接触濾材とすれば、脱リンに加えて、ｐＨ維持作用により脱窒効果も高まる。
（５）脱窒材を硫黄と炭酸カルシウム系成分との混合物を含む脱窒材とすれば、脱窒菌のための有機炭素源としてのアルコール及びその管理が不要となる。
（６）脱窒槽の底部に散気装置を設けて定期的に洗浄すれば、脱窒材に付着する余剰汚泥や窒素ガスを除去して、安定して脱窒できる。
（７）流出菌除去槽・流出菌除去工程の接触濾材を脱リン作用のある接触濾材とすれば、脱リンができる。
（８）硝化槽・硝化工程の接触濾材を珪酸カルシウム系の接触濾材とすれば、脱窒槽から流出するカルシウムイオンを利用することによりリン除去能力がさらに高まる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
汚水処理装置は、汚水中の硝酸態窒素を硫黄と炭酸カルシウム系成分との混合物を含む脱窒材に付着した硫黄酸化脱窒細菌により窒素ガスに還元する脱窒槽（Ｂ）を備え、
前記脱窒槽（Ｂ）の前に、散気装置を備えるとともに珪酸カルシウム系の接触濾材が装填され該接触濾材に付着した硝化菌により汚水中の窒素成分を硝酸態窒素に硝化する硝化槽（Ａ）を設け、該硝化槽（Ａ）を少なくとも２室の構成として、少なくとも最終室では曝気を抑制するように構成し、
前記脱窒槽（Ｂ）の後に、珪酸カルシウム系の接触濾材が装填され該接触濾材に付着した原生生物により前記脱窒槽で脱窒された汚水とともに流出した白濁の原因菌を捕捉除去する流出菌除去槽（Ｃ）を設ける。
【００３５】
汚水処理方法は、十分に曝気しながら汚水を珪酸カルシウム系の接触濾材に付着した硝化菌に触れさせることにより窒素成分を硝酸態窒素に硝化した後、曝気を抑制して汚水を接触濾材に付着した硝化菌に触れさせることによりさらに窒素成分を硝酸態窒素に硝化する硝化工程と、
前記硝化工程で硝化された汚水を硫黄と炭酸カルシウム系成分との混合物を含む脱窒材に付着した硫黄酸化脱窒細菌に触れさせることにより硝酸態窒素を窒素ガスに還元する脱窒工程と、
前記脱窒工程で脱窒された汚水を珪酸カルシウム系の接触濾材に付着した原生生物に触れさせることにより前記脱窒工程から前記汚水とともに流出した白濁の原因菌を捕捉除去する流出菌除去工程とを含む。
【実施例】
【００３６】
図１に示す汚水処理装置を使用して、実際の汚水を浄化した実施例について説明する。
【００３７】
［処理条件］
対象汚水：下水二次処理水（下水処理場における最終沈澱槽）
処理水量：５ｍ3／日
［処理方法］
処理方式：硫黄酸化脱窒細菌による脱窒、及び、珪酸カルシウム系濾材（ＴＢＸ）による脱リン
【００３８】
［処理フロー］
図１に示すように、対象汚水（流入水）を、硝化槽Ａの第一室Ａ１及び第二室Ａ２に通して窒素成分を硝化するとともに脱リンし、続いて脱窒槽Ｂに通して脱窒（還元）し、続いて流出菌除去槽Ｃに通して糸状の硫黄細菌その他の浮遊物質を除去するとともに脱リンし、さらに沈澱槽Ｄ及び消毒槽Ｅを通して、処理水を得た。各槽は１回／日にて定期的に、逆洗プロワ（２００リットル／分）で５分程度の外部空気を全面曝気して洗浄した。そのとき懸濁した汚水と沈殿汚泥とをエアーリフトポンプで引き抜き、余剰汚泥槽Ｆに貯溜した。
【００３９】
［処理装置・処理条件の概要］
（Ａ）硝化槽Ａ
・第一室Ａ１
有効容量： ０．６１ｍ3
接触濾材： 多孔質珪酸カルシウム水和物濾材
（クリオン株式会社製の商品名「ＴＢＸ−８０号」）
接触濾材装填量： ０．４ｍ3
曝気量 ： ２５リットル／分
・第二室Ａ２
有効容量：０．６１ｍ3
接触濾材： 多孔質珪酸カルシウム水和物濾材
（クリオン株式会社製の商品名「ＴＢＸ−８０号」）
接触濾材装填量： ０．４ｍ3
曝気量 ： ０リットル／分
【００４０】
（Ｂ）脱窒槽
有効容量： ０．６１ｍ3
脱窒材 ： 硫黄−炭酸カルシウム系脱窒材・粒径１０〜５０ｍｍ
（株式会社ニッチツ製の商品名「デニカル」）
接触濾材装填量： ０．４ｍ3
【００４１】
（Ｃ）流出菌除去槽
有効容量： ０．６１ｍ3
接触濾材： 多孔質珪酸カルシウム水和物濾材
（クリオン株式会社製の商品名「ＴＢＸ−８０号」）
接触濾材装填量： ０．４ｍ3
曝気量 ： ２５リットル／分
【００４２】
（Ｄ）沈澱槽
有効容量： ０．４ｍ3
（Ｅ）消毒槽
滅菌剤 ：次亜塩素酸系滅菌剤
（Ｆ）余剰汚泥槽
有効容量： ０．４５ｍ3
【００４３】
［処理結果］
次の表１に処理結果を示す。流入水（硝化槽Ａの入口：対象汚水）の各成分と、処理水（消毒槽Ｅの出口）の各成分とを比較したものであるが、窒素及びリンを放流可能なレベルに除去でき、透視度も極めて良好という結果が得られた。
【表１】
【００４４】
より詳しい分析のために、流入水（硝化槽Ａの入口：対象汚水）と、硝化槽Ａの出口と、脱窒槽Ｂの出口と、処理水（消毒槽Ｅの出口）とにおいて測定した各成分の推移を、図３〜図６に示す。図３は溶存酸素（ＤＯ）の推移、図４は総窒素（Ｔ−Ｎ）とアンモニア態窒素（ＮＨ4+−Ｎ）と硝酸態窒素（ＮＯx−Ｎ）の各推移、図５はｐＨと総リン（Ｔ−Ｐ）の各推移、図６はカルシウムイオン（Ｃａ2+）と硫酸イオン（ＳＯ42-）の各推移である。
【００４５】
図３に示されるとおり、硝化槽Ａの出口において溶存酸素が約２ｍｇ／ｌに減少しているので、脱窒槽Ｂにおける糸状の硫黄細菌の増殖はある程度は抑制されたが、完全には防止できず、若干の白濁が認められた。しかし、この白濁（糸状の硫黄細菌）は流出菌除去槽Ｃで十分に除去されたので、処理水の透視度は極めて良好となった。
【００４６】
また、図４に示されるとおり、脱窒槽Ｂにおいて十分な脱窒が行われた。また、図５に示すように、珪酸カルシウム系の接触濾材を使用した硝化槽Ａにおいて既に脱リンが進み、同じく珪酸カルシウム系の接触濾材を使用した流出菌除去槽Ｃを経た処理水はさらに顕著に脱リンが進んだ。前述したとおり、流出菌除去槽Ｃで脱リンが顕著に進んだのは、図６に示されているようにカルシウムイオン濃度が高くなり、難溶解性のリン酸カルシウム化合物が晶析することを利用したためである。
【００４７】
なお、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、発明の趣旨から逸脱しない範囲で適宜変更して具体化することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施例の汚水処理装置を模式的に示す概略図である。
【図２】（ａ）は接触濾材の一例を示す図、（ｂ）は硫黄−炭酸カルシウム系脱窒材の一例を示す図、（ｃ）は糸状の硫黄細菌の一種であるベギアトア属の顕微鏡による拡大図である。
【図３】実施例における溶存酸素の推移を示すグラフである。
【図４】実施例における総窒素とアンモニア態窒素と硝酸態窒素の各推移を示すグラフである。
【図５】実施例におけるｐＨと総リンの各推移を示すグラフである。
【図６】実施例におけるカルシウムイオンと硫酸イオンの各推移を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４９】
１ 散気装置
２ 散気管
３ 曝気用配管
４ 曝気量調節装置
５ 洗浄用配管
６ 接触濾材
８ 汚泥排出用配管
１０ 脱窒材
１１ 汚泥
１２ 窒素ガス
１６ 接触濾材
Ａ 硝化槽
Ａ１ 第一室
Ａ２ 第二室
Ｂ 脱窒槽
Ｃ 流出菌除去槽
Ｄ 沈澱槽
Ｅ 消毒槽
Ｆ 余剰汚泥槽
【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚水中の硝酸態窒素を脱窒材に付着した脱窒菌により窒素ガスに還元する脱窒槽（Ｂ）を備え、
前記脱窒槽（Ｂ）の前に、散気装置を備えるとともに接触濾材が装填され該接触濾材に付着した硝化菌により汚水中の窒素成分を硝酸態窒素に硝化する硝化槽（Ａ）を設け、該硝化槽（Ａ）を少なくとも２室の構成として、少なくとも最終室では曝気を抑制するように構成した汚水処理装置。
【請求項２】
汚水中の硝酸態窒素を脱窒材に付着した脱窒菌により窒素ガスに還元する脱窒槽（Ｂ）を備え、
前記脱窒槽（Ｂ）の後に、接触濾材が装填され該接触濾材に付着した原生生物により前記脱窒槽で脱窒された汚水とともに流出した白濁の原因菌を捕捉除去する流出菌除去槽（Ｃ）を設けた汚水処理装置。
【請求項３】
汚水中の硝酸態窒素を脱窒材に付着した脱窒菌により窒素ガスに還元する脱窒槽（Ｂ）を備え、
前記脱窒槽（Ｂ）の前に、散気装置を備えるとともに接触濾材が装填され該接触濾材に付着した硝化菌により汚水中の窒素成分を硝酸態窒素に硝化する硝化槽（Ａ）を設け、該硝化槽（Ａ）を少なくとも２室の構成として、少なくとも最終室では曝気を抑制するように構成し、
前記脱窒槽（Ｂ）の後に、接触濾材が装填され該接触濾材に付着した原生生物により前記脱窒槽で脱窒された汚水とともに流出した白濁の原因菌を捕捉除去する流出菌除去槽（Ｃ）を設けた汚水処理装置。
【請求項４】
十分に曝気しながら汚水を接触濾材に付着した硝化菌に触れさせることにより窒素成分を硝酸態窒素に硝化した後、曝気を抑制して汚水を接触濾材に付着した硝化菌に触れさせることによりさらに窒素成分を硝酸態窒素に硝化する硝化工程と、
前記硝化工程で硝化された汚水を脱窒材に付着した脱窒菌に触れさせることにより硝酸態窒素を窒素ガスに還元する脱窒工程とを含む汚水処理方法。
【請求項５】
汚水を脱窒材に付着した脱窒菌に触れさせることにより硝酸態窒素を窒素ガスに還元する脱窒工程と、
前記脱窒工程で脱窒された汚水を接触濾材に付着した原生生物に触れさせることにより前記脱窒工程から前記汚水とともに流出した白濁の原因菌を捕捉除去する流出菌除去工程とを含む汚水処理方法。
【請求項６】
十分に曝気しながら汚水を接触濾材に付着した硝化菌に触れさせることにより窒素成分を硝酸態窒素に硝化した後、曝気を抑制して汚水を接触濾材に付着した硝化菌に触れさせることによりさらに窒素成分を硝酸態窒素に硝化する硝化工程と、
前記硝化工程で硝化された汚水を脱窒材に付着した脱窒菌に触れさせることにより硝酸態窒素を窒素ガスに還元する脱窒工程と、
前記脱窒工程で脱窒された汚水を接触濾材に付着した原生生物に触れさせることにより前記脱窒工程から前記汚水とともに流出した白濁の原因菌を捕捉除去する流出菌除去工程とを含む汚水処理方法。
【請求項７】
前記硝化槽又は硝化工程の接触濾材が脱リン作用のある接触濾材である請求項１、３、４又は６記載の汚水処理装置又は汚水処理方法。
【請求項８】
前記接触濾材が珪酸カルシウム系の接触濾材である請求項７記載の汚水処理装置又は汚水処理方法。
【請求項９】
前記硝化槽の各室の底部に散気装置が設けられ、各散気装置は曝気量調節装置を備える請求項１又は３記載の汚水処理装置。
【請求項１０】
前記脱窒材が、硫黄と炭酸カルシウム系成分との混合物を含む脱窒材である請求項１〜６のいずれか一項に記載の汚水処理装置又は汚水処理方法。
【請求項１１】
前記脱窒槽の底部に散気装置が設けられた請求項１、２又は３記載の汚水処理装置。
【請求項１２】
前記流出菌除去槽又は流出菌除去工程の接触濾材が脱リン作用のある接触濾材である請求項２、３、５又は６記載の汚水処理装置又は汚水処理方法。
【請求項１３】
前記接触濾材が珪酸カルシウム系の接触濾材である請求項１２記載の汚水処理装置又は汚水処理方法。
【請求項１４】
前記流出菌除去槽の底部に散気装置が設けられた請求項２又は３記載の汚水処理装置。
【請求項１】
汚水中の硝酸態窒素を脱窒材に付着した脱窒菌により窒素ガスに還元する脱窒槽（Ｂ）を備え、
前記脱窒槽（Ｂ）の前に、散気装置を備えるとともに接触濾材が装填され該接触濾材に付着した硝化菌により汚水中の窒素成分を硝酸態窒素に硝化する硝化槽（Ａ）を設け、該硝化槽（Ａ）を少なくとも２室の構成として、少なくとも最終室では曝気を抑制するように構成した汚水処理装置。
【請求項２】
汚水中の硝酸態窒素を脱窒材に付着した脱窒菌により窒素ガスに還元する脱窒槽（Ｂ）を備え、
前記脱窒槽（Ｂ）の後に、接触濾材が装填され該接触濾材に付着した原生生物により前記脱窒槽で脱窒された汚水とともに流出した白濁の原因菌を捕捉除去する流出菌除去槽（Ｃ）を設けた汚水処理装置。
【請求項３】
汚水中の硝酸態窒素を脱窒材に付着した脱窒菌により窒素ガスに還元する脱窒槽（Ｂ）を備え、
前記脱窒槽（Ｂ）の前に、散気装置を備えるとともに接触濾材が装填され該接触濾材に付着した硝化菌により汚水中の窒素成分を硝酸態窒素に硝化する硝化槽（Ａ）を設け、該硝化槽（Ａ）を少なくとも２室の構成として、少なくとも最終室では曝気を抑制するように構成し、
前記脱窒槽（Ｂ）の後に、接触濾材が装填され該接触濾材に付着した原生生物により前記脱窒槽で脱窒された汚水とともに流出した白濁の原因菌を捕捉除去する流出菌除去槽（Ｃ）を設けた汚水処理装置。
【請求項４】
十分に曝気しながら汚水を接触濾材に付着した硝化菌に触れさせることにより窒素成分を硝酸態窒素に硝化した後、曝気を抑制して汚水を接触濾材に付着した硝化菌に触れさせることによりさらに窒素成分を硝酸態窒素に硝化する硝化工程と、
前記硝化工程で硝化された汚水を脱窒材に付着した脱窒菌に触れさせることにより硝酸態窒素を窒素ガスに還元する脱窒工程とを含む汚水処理方法。
【請求項５】
汚水を脱窒材に付着した脱窒菌に触れさせることにより硝酸態窒素を窒素ガスに還元する脱窒工程と、
前記脱窒工程で脱窒された汚水を接触濾材に付着した原生生物に触れさせることにより前記脱窒工程から前記汚水とともに流出した白濁の原因菌を捕捉除去する流出菌除去工程とを含む汚水処理方法。
【請求項６】
十分に曝気しながら汚水を接触濾材に付着した硝化菌に触れさせることにより窒素成分を硝酸態窒素に硝化した後、曝気を抑制して汚水を接触濾材に付着した硝化菌に触れさせることによりさらに窒素成分を硝酸態窒素に硝化する硝化工程と、
前記硝化工程で硝化された汚水を脱窒材に付着した脱窒菌に触れさせることにより硝酸態窒素を窒素ガスに還元する脱窒工程と、
前記脱窒工程で脱窒された汚水を接触濾材に付着した原生生物に触れさせることにより前記脱窒工程から前記汚水とともに流出した白濁の原因菌を捕捉除去する流出菌除去工程とを含む汚水処理方法。
【請求項７】
前記硝化槽又は硝化工程の接触濾材が脱リン作用のある接触濾材である請求項１、３、４又は６記載の汚水処理装置又は汚水処理方法。
【請求項８】
前記接触濾材が珪酸カルシウム系の接触濾材である請求項７記載の汚水処理装置又は汚水処理方法。
【請求項９】
前記硝化槽の各室の底部に散気装置が設けられ、各散気装置は曝気量調節装置を備える請求項１又は３記載の汚水処理装置。
【請求項１０】
前記脱窒材が、硫黄と炭酸カルシウム系成分との混合物を含む脱窒材である請求項１〜６のいずれか一項に記載の汚水処理装置又は汚水処理方法。
【請求項１１】
前記脱窒槽の底部に散気装置が設けられた請求項１、２又は３記載の汚水処理装置。
【請求項１２】
前記流出菌除去槽又は流出菌除去工程の接触濾材が脱リン作用のある接触濾材である請求項２、３、５又は６記載の汚水処理装置又は汚水処理方法。
【請求項１３】
前記接触濾材が珪酸カルシウム系の接触濾材である請求項１２記載の汚水処理装置又は汚水処理方法。
【請求項１４】
前記流出菌除去槽の底部に散気装置が設けられた請求項２又は３記載の汚水処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００６−２３９５３６（Ｐ２００６−２３９５３６Ａ）
【公開日】平成１８年９月１４日（２００６．９．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−５７３０１（Ｐ２００５−５７３０１）
【出願日】平成１７年３月２日（２００５．３．２）
【出願人】（０００１８５９４９）クリオン株式会社 (105)
【出願人】（３９１０５４２６８）株式会社ニッチツ (8)
【出願人】（５０５０７７２１９）
【出願人】（５０２１０４９３０）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年９月１４日（２００６．９．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月２日（２００５．３．２）
【出願人】（０００１８５９４９）クリオン株式会社 (105)
【出願人】（３９１０５４２６８）株式会社ニッチツ (8)
【出願人】（５０５０７７２１９）
【出願人】（５０２１０４９３０）
【Ｆターム（参考）】
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