硝化装置及びそれを備えた廃水処理装置
【課題】包括固定化担体による高い硝化処理効率を充分に活用しつつ、ランニングコストや設備投資コストを極力押さえることができ、しかも最初沈殿池を有しない既設の廃水処理場にも容易に導入することができる。
【解決手段】廃水中のアンモニア性窒素を硝化菌により好気性条件下で硝化処理して硝酸性窒素にする硝化装置１０において、廃水が流入し、硝化菌を含む活性汚泥１８によりアンモニア性窒素を硝化する汚泥用硝化槽１２と、汚泥用硝化槽１２で硝化処理された硝化水中の固形分を固液分離して上澄み水を得る固液分離槽１４と、上澄み水が流入し、硝化菌を包括固定した包括固定化担体３０により上澄み水中に残存するアンモニア性窒素を硝化して最終硝化処理水を得ると共に、包括固定化担体３０の担体分離スクリーン３６が設けられた担体用硝化槽１６と、を有する汚泥・担体硝化ライン５８を少なくとも１系列備えた。
【解決手段】廃水中のアンモニア性窒素を硝化菌により好気性条件下で硝化処理して硝酸性窒素にする硝化装置１０において、廃水が流入し、硝化菌を含む活性汚泥１８によりアンモニア性窒素を硝化する汚泥用硝化槽１２と、汚泥用硝化槽１２で硝化処理された硝化水中の固形分を固液分離して上澄み水を得る固液分離槽１４と、上澄み水が流入し、硝化菌を包括固定した包括固定化担体３０により上澄み水中に残存するアンモニア性窒素を硝化して最終硝化処理水を得ると共に、包括固定化担体３０の担体分離スクリーン３６が設けられた担体用硝化槽１６と、を有する汚泥・担体硝化ライン５８を少なくとも１系列備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は硝化装置及び廃水処理装置に係り、特に、特にランニングコストや設備コストを抑制しながら高い硝化処理効率を得るための硝化装置を構築する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
アンモニア性窒素を含む廃水から窒素を除去する廃水処理装置としては、従来から活性汚泥循環変法が知られている。活性汚泥循環変法は、活性汚泥を使用した処理方法で、廃水を嫌気性の脱窒槽を介して好気性の硝化槽に送り、この硝化槽において活性汚泥中の硝化菌によってアンモニア性窒素を硝酸性窒素に硝化（酸化）する。そして、硝化した硝化水の一部を硝化槽から脱窒槽に戻して活性汚泥中の脱窒菌によって硝酸性窒素を窒素ガスに変換する。また、硝化槽で硝化処理された処理水の残部は最終沈殿池を介して放流される。
【０００３】
しかし、活性汚泥による硝化処理は、硝化槽内に硝化菌を高濃度に維持できないため、高負荷運転を行うことができず、硝化処理効率が悪いという問題がある。このことから、近年、硝化槽に硝化菌を包括固定化した担体を投入する硝化促進型循環変法が行われている（例えば特許文献１）。この硝化促進型循環変法は、図１４に示すように基本的な構成は活性汚泥循環変法と同様であり、包括固定化担体４が投入された硝化槽１で硝化された硝化水が脱窒槽２で脱窒処理され、処理水は最終沈殿池３で固液分離されてから放流される。しかし、包括固定化担体４を投入した硝化槽１には、担体流出を防止する担体分離スクリーン５が設けられるため、廃水の原水が流入する前段において廃水中の夾雑物等の目詰まり物質を除去するための最初沈殿池６が必須となる。この場合、包括固定化担体の硝化性能を上げるためには、担体粒径は小さくし（例えば３ｍｍ程度）、比表面積を大きくすることが好ましく、その担体４を硝化槽１から流入しないようにするには、目幅が１．５〜２ｍｍ程度の担体分離スクリーン５が必要になる。この場合、担体分離スクリーン５の目開きを大きくして夾雑物が目詰まりしないようにすると、担体の大きさも大きくせざるをえないので、上記の如く硝化処理効率が低下する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−０１２３８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このように、包括固定化担体を用いた硝化装置は、活性汚泥を用いた硝化装置に比べて高い硝化処理効率が得られるが、下記に示す問題点がある。
【０００６】
（１）包括固定化担体を購入する費用が必要になる。また、担体の添加量が多くなると酸素溶解効率が低下し、曝気量が多くなるデメリットがある。
【０００７】
（２）硝化装置の前段には、廃水中の夾雑物等の目詰まり物質を除去するための固液分離槽（例えば最初沈殿池）を必要とするが、簡易的な処理法の場合、最初沈殿池等を有しない場合もある。したがって、包括固定化担体を用いた硝化装置を設置するには最初沈殿池などを設置して夾雑物を除去する必要があり、設備コストが高くなると共に、最初沈殿池のための用地確保が必要になる。
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、包括固定化担体による高い硝化処理効率を充分に活用しつつ、ランニングコストや設備投資コストを極力押さえることができ、しかも最初沈殿池を有しない既設の廃水処理場にも容易に導入することのできる硝化装置及びそれを備えた廃水処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の硝化装置は前記目的を達成するために、廃水中のアンモニア性窒素を硝化菌により好気性条件下で硝化処理して硝酸性窒素にする硝化装置において、前記廃水が流入し、前記硝化菌を含む活性汚泥により前記アンモニア性窒素を硝化する汚泥用硝化槽と、前記汚泥用硝化槽で硝化処理された活性汚泥による硝化処理水中の固形分を固液分離して上澄み水を得る固液分離槽と、前記上澄み水が流入し、前記硝化菌を包括固定した包括固定化担体により前記上澄み水中に残存するアンモニア性窒素を硝化して最終硝化処理水を得ると共に、前記包括固定化担体の担体分離スクリーンが設けられた担体用硝化槽と、を有する汚泥・担体硝化ラインを少なくとも１系列備えたことを特徴とする。
【００１０】
なお、硝化菌を包括固定するとは、純粋培養した硝化菌を包括固定する場合と、硝化菌を含む活性汚泥を包括固定する場合との両方を含む。また、特に断らなかったが、廃水は合成廃水ではないので、廃水中には、アンモニア性窒素の他に夾雑物やＢＯＤ成分等を含む。
【００１１】
本発明者は、廃水中のアンモニア性窒素の硝化を、汚泥用硝化槽での活性汚泥による汚泥硝化と担体用硝化槽での包括固定化担体による担体硝化とで分担することにより、汚泥用硝化槽の滞留時間を短くし且つ担体用硝化槽の容量（キャパシティ）を小さくしても高い硝化処理効率が得られるとの知見を得た。
【００１２】
本発明の硝化装置によれば、廃水中のアンモニア性窒素の硝化処理を、汚泥硝化槽において硝化菌を含む活性汚泥で汚泥硝化を行い、固液分離槽で固形物を除去した上澄み水を得る。そして、この上澄み水を、担体用硝化槽において硝化菌を包括固定した包括固定化担体で担体硝化を行うようにした。
【００１３】
これにより、廃水の全てを包括固定化担体の硝化槽で硝化する場合に比べて、包括固定化担体の使用量を大幅に低減できると共に曝気量も削減できるので、ランニング設備コストを低減できる。また、担体用硝化槽の容量（キャパシティ）を小さくしてコンパクト化することができると共に、担体用硝化槽の前段に固液分離槽があるので、担体用硝化槽の担体分離スクリーンが廃水中の夾雑物等の目詰まり物質で目詰まりすることもなく、運転管理も容易となる。
【００１４】
更によいことには、汚泥用硝化槽と固液分離槽（最終沈殿池）は、従来技術で述べたように既設の廃水処理場に備わっているので、固液分離槽の後段に担体用硝化槽のみを新設すれば、本願発明の硝化装置を構成することができ、既設の廃水処理場に容易に導入でき且つ設備コストも安価になる。
【００１５】
本発明の硝化装置においては、前記担体用硝化槽を迂回して前記上澄み水を前記硝化処理水の処理水配管にバイパスさせるバイパス配管と、前記上澄み水及び／又は前記硝化処理水のアンモニア性窒素濃度を測定する窒素濃度測定計と、前記上澄み水を前記担体用硝化槽と前記バイパス配管とに分配する上澄み水分配器と、前記濃度測定計の測定結果に基づいて前記上澄み水分配器を制御し、前記担体用硝化槽と前記バイパス配管とに分配する上澄み水分配量を調整する制御手段を備えることが好ましい。
【００１６】
なお、上澄み水分配器による担体用硝化槽と前記バイパス配管との分配比率は一方が１００％の場合も含む。
【００１７】
このように構成することで、廃水中のアンモニア性窒素濃度の変動、廃水の水温の変動、廃水流量の変動等があっても、担体用硝化槽とバイパス配管とに流す上澄み水の分配量を制御することで、担体用硝化槽における負荷調整（例えば負荷の軽減）を行うことができる。
【００１８】
これにより、水質基準に見合った一定の硝化処理水を得ることができるだけでなく、担体用硝化槽を過剰に運転することもなくなるので、より効率的な運転が可能となる。
【００１９】
この場合、前記汚泥・担体硝化ラインに並列に設けられ、前記汚泥用硝化槽と前記固液分離槽とから構成される汚泥硝化ラインと、前記汚泥・担体硝化ラインと前記汚泥硝化ラインとに前記廃水を分配する廃水分配器と、前記廃水の水質を測定する廃水測定計と、前記廃水測定計の測定結果に基づいて前記廃水分配器を制御し、前記汚泥・担体硝化ラインと前記汚泥硝化ラインとに分配する廃水の分配量を調整する制御手段と、前記汚泥・担体硝化ラインと前記汚泥硝化ラインとの上澄み水を合流させて前記汚泥・担体硝化ラインの担体用硝化槽に導入する合流配管と、を備えることがより好ましい。
【００２０】
なお、廃水分配器による汚泥・担体硝化ラインと汚泥硝化ラインとの分配比率は一方が１００％の場合も含む。
【００２１】
これにより、廃水の水質（例えば、アンモニア性窒素濃度、水温、水量）に応じて、汚泥用硝化槽に加わる負荷調整（例えば負荷の軽減）を行うことができるので、水質基準に見合った一定の硝化処理水をより効率的に得ることができる。
【００２２】
この場合、前記バイパス配管に代えて、前記担体用硝化槽を設けると更によい。これにより、廃水の水質（例えば、アンモニア性窒素濃度、水温、水量）に応じて、２つの担体用硝化槽によって担体硝化の負荷調整を行うことができる。これにより、バイパス配管の場合よりもフレキシビリティー性が向上する。したがって、汚泥用硝化槽及び担体用硝化槽の両方の負荷調整を行うことができるので、水質基準に見合った一定の硝化処理水をより効率的に得ることができる。
【００２３】
本発明の硝化装置においては、前記汚泥・担体硝化ラインに並列に設けられ、前記汚泥用硝化槽及び前記固液分離槽から構成された汚泥硝化ラインと、前記廃水の水質を測定する廃水測定計と、前記汚泥・担体硝化ラインと前記汚泥硝化ラインとのライン選択を行うライン選択手段と、前記廃水測定計の測定結果に基づいて前記ライン選択手段を制御して、前記汚泥・担体硝化ラインと前記汚泥硝化ラインとのうち使用するラインを選択する制御手段と、を備えることが好ましい。
【００２４】
これは、廃水の水質（例えば、アンモニア性窒素濃度、水温、水量）に応じて、汚泥用硝化槽と担体用硝化槽との負荷調整を行うための別態様であり、担体用硝化槽を有する汚泥・担体硝化ラインと担体用硝化槽を有しない汚泥硝化ラインとのうち使用するラインを選択できるようにしたものである。
【００２５】
これにより、汚泥用硝化槽及び担体用硝化槽の両方の負荷調整を行うことができるので、水質基準に見合った一定の硝化処理水をより効率的に得ることができる。
【００２６】
本発明の硝化装置においては、前記担体用硝化槽において、前記包括固定化担体は、該包括固定化担体が通過しない大きさの複数の通水孔が形成された容器内に流動可能に収納された状態で、前記担体用硝化槽に充填されていることが好ましい。
【００２７】
これにより、担体用硝化槽内では槽内を好気性にするためのエア曝気により容器が流動し、更に容器内で包括固定化担体が流動する。この２重の流動により、包括固定化担体と廃水との接触効率が良くなり、担体用硝化槽での硝化処理効率を向上させることができる。この場合、担体用硝化槽の前段に固液分離槽を設け、容器の通水孔を目詰まりさせる目詰まり物質を除去するので、通水孔が小さくても目詰まりしない。これにより、担体粒径が小さく硝化効率の良い包括固定化担体を容器内に収納できる。
【００２８】
更には、容器を使用しない場合（包括固定化担体を担体用硝化槽に直接投入する場合）に比べて担体分離スクリーンの目幅を大きくすることができるので、担体分離スクリーンの簡略化、例えば市販の金網やパンチングメタル等を使用することが可能となる。
【００２９】
本発明の廃水処理装置は前記目的を達成するために、請求項１〜７の何れか１に記載の硝化装置と、前記硝化装置で硝化処理された硝化処理水中の硝酸性窒素を、脱窒菌により嫌気性条件下で脱窒処理して窒素ガスに変換する脱窒槽と、を備えたことを特徴とする。
【００３０】
本発明は、本発明の硝化装置を組み込んだ廃水処理装置として構成し、硝化装置で処理された硝化処理水中の硝酸性窒素を脱窒槽で窒素ガスとして除去するようにしたものである。
【００３１】
本発明の廃水処理装置においては、前記脱窒槽は、前記硝化装置の前段に設けられ、前記担体用硝化槽で処理された最終硝化処理水の一部が循環配管を介して前記脱窒槽に循環されることが好ましい。
【００３２】
脱窒槽を硝化装置の前段に配置することで、廃水中の有機物を脱窒菌の栄養源として効率的に使用することができる。
【００３３】
本発明の廃水処理装置においては、前記脱窒槽の他に、前記硝化装置の後段に前記脱窒菌を包括固定した包括固定化担体を含む補助脱窒槽が設けられ、前記担体用硝化槽で処理された最終硝化処理水の残部に残留する硝酸性窒素を前記補助脱窒槽で窒素ガスに変換することが好ましい。
【００３４】
担体用硝化槽で処理された最終硝化処理水中には硝酸性窒素が少量残留しているので、補助脱窒槽で確実に窒素ガスに変換することができる。
【発明の効果】
【００３５】
以上説明したように本発明の硝化装置及びそれを備えた廃水処理装置によれば、包括固定化担体による高い硝化処理効率を充分に活用しつつ、ランニングコストや設備投資コストを極力押さえることができ、しかも最初沈殿池を有しない既設の廃水処理場にも容易に導入することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の硝化装置の基本構成図
【図２】容器に収納した包括固定化担体を担体用硝化槽に充填した説明図
【図３】本発明の硝化装置の第１の実施の形態を説明する説明図
【図４】本発明の硝化装置の第２の実施の形態を説明する説明図
【図５】本発明の硝化装置の第３の実施の形態を説明する説明図
【図６】本発明の硝化装置の第４の実施の形態を説明する説明図
【図７】基本構成の硝化装置を組み込んだ廃水処理装置の説明図
【図８】第１の実施の形態の硝化装置を組み込んだ廃水処理装置の説明図
【図９】第２の実施の形態の硝化装置を組み込んだ廃水処理装置の説明図
【図１０】第３の実施の形態の硝化装置を組み込んだ廃水処理装置の説明図
【図１１】第４の実施の形態の硝化装置を組み込んだ廃水処理装置の説明図
【図１２】担体用硝化槽の後に脱窒槽を設けた廃水処理装置の説明図
【図１３】本発明の硝化装置を用いた実施例のグラフ
【図１４】従来の硝化促進型循環変法の説明図
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、添付図面に従って本発明に係る硝化装置及びそれを備えた廃水処理装置の好ましい実施の形態について詳説する。
【００３８】
［硝化装置］
（基本構成）
図１は、本発明の硝化装置１０の基本構成図である。
【００３９】
図１に示すように、本発明の硝化装置１０は主として、汚泥用硝化槽１２と、固液分離槽１４と、担体用硝化槽１６と、で構成される。なお、図１では、汚泥用硝化槽１２、固液分離槽１４、及び担体用硝化槽１６の各槽間における廃水の送液手段は省略している。また、図１では、汚泥用硝化槽１２、固液分離槽１４、及び担体用硝化槽１６を離れた別個の槽として図示したが、１つの槽を３つの部屋に区画した一体的構造に形成してもよい。また、汚泥用硝化槽１２と固液分離槽１４とを１つの槽を２つに区画し、担体用硝化槽１６のみを別槽とすることもできる。
【００４０】
アンモニア性窒素を含有する廃水は、原水配管１１を介して先ず汚泥用硝化槽１２に流入する。なお、廃水中には、アンモニア性窒素の他に夾雑物やＢＯＤ成分等が含まれている。
【００４１】
汚泥用硝化槽１２の槽内には硝化菌を含む活性汚泥１８が浮遊していると共に、槽の底部には曝気管２０が配置され、ブロア２２から送られたエアが曝気管２０から槽内に曝気される。これにより、廃水中のアンモニア性窒素を活性汚泥によって好気性条件下で汚泥硝化する。
【００４２】
なお、本発明の硝化装置１０を組み込んでアンモニア性窒素廃水の硝化・脱窒を行う廃水処理装置を構築する場合には、後記するように、廃水は脱窒槽を介して汚泥用硝化槽１２に流入するように構成することが好ましい。
【００４３】
次に、汚泥用硝化槽１２において汚泥硝化された汚泥硝化水は、固液分離槽１４に送られる。固液分離槽１４では、汚泥硝化水中の固形分、特に汚泥用硝化槽１２から汚泥硝化水に同伴した活性汚泥や夾雑物等の目詰まり物質を沈降させることにより固液分離して上澄み水を得る。固液分離槽１４の底部に沈降した活性汚泥及び夾雑物は汚泥排出配管２４を介して一部の汚泥が余剰汚泥として排出されると共に、汚泥返送配管２６を介して後記する廃水処理装置の脱窒槽に返送される。
【００４４】
次に、固液分離槽１４において得られた上澄み水は、担体用硝化槽１６に送られる。担体用硝化槽１６の槽内には硝化菌を包括固定した多数の包括固定化担体３０が充填されていると共に、槽の底部には曝気管３２が配置され、ブロア３４から送られたエアが曝気管３２から槽内に曝気される。また、担体用硝化槽１６の硝化処理水の流出部には、包括固定化担体３０が最終硝化処理水（以下、単に硝化処理水という）に同伴して流出するのを防止する担体分離スクリーン３６が設けられる。これにより、上澄み水中に残存するアンモニア性窒素を好気性条件下で担体硝化すると共に、包括固定化担体３０が硝化処理水に同伴して流出するのを防止する。
【００４５】
担体用硝化槽１６で担体硝化された硝化処理水は、処理水配管３８を介して後記する廃水処理装置の脱窒槽に送られる。
【００４６】
図２に示すように、担体用硝化槽１６において、包括固定化担体３０は、該担体３０が通過しない大きさの通水孔３１が複数形成された容器３３内に流動可能に収納された状態で、担体用硝化槽１６に充填されていることが好ましい。容器３３の大きさとしては、直径で５０〜１５０ｍｍの範囲が好ましい。容器３３は、球体を２分割した２つの半球体３３Ａ，３３Ｂで構成され、半球体３３Ａ，３３Ｂ同士が分割部３５で嵌合又はネジ溝によって螺合することにより一体化される。容器３３の材質は、特に限定されないが、加工のし易さ、曝気管３２からの曝気エアによって槽内で流動可能な比重であること等を考慮すると、プラスチック製であることが好ましい。そして、包括固定化担体３０が収納された状態での容器３３の比重は０．９８〜１．０２の範囲が好ましい。収納する担体３０は流動性を考慮し、水に近い比重の０．９８〜１．０２としており、この範囲より小さいと液面に浮上し、大きいと槽底に沈降するため、流動させるための曝気動力が必要になる。このため、容器の比重についても同様とした。
【００４７】
また、容器３３に収納する包括固定化担体３０の収納率としては、容器３３内容積の３０％を上限とすることが好ましい。収納率が３０％を超えると、容器３３内での包括固定化担体３０の活発な流動が阻害されるからである。
【００４８】
これにより、担体用硝化槽１６内では曝気管３２から曝気されたエアによって、容器３３が流動し、更に容器３３内で包括固定化担体３０が流動する。この２重の流動により、包括固定化担体３０と廃水との接触効率が良くなり、担体用硝化槽１６での硝化処理効率を向上させることができる。
【００４９】
この場合、担体用硝化槽１６の前段に固液分離槽１４を設け、容器３３の通水孔３１を目詰まりさせる目詰まり物質を除去するようにしているので、通水孔３１が目詰まりしない。これにより、包括固定化担体３０の担体粒径が２〜５ｍｍの小さいまま、容器３３内に収納することができるので、容器３３内での高い硝化性能を確保することができる。
【００５０】
更には、担体分離スクリーン３６の目幅を容器３３がない場合に比べて大きくすることができるので、担体分離スクリーン３６の簡略化、例えば市販の金網やパンチングメタル等を使用することが可能となる。例えば、容器３３の大きさが直径１００ｍｍの場合は、この大きさの容器３３が流出しなければよく、例えば５０〜８０ｍｍ角の孔を有する金網やパンチングメタルを使用できる。これにより、挟雑物が担体分離スクリーン３６に付着し、閉塞することがないので、その運転管理性は図１の包括固定化担体３０を担体用硝化槽１６に直接充填する際の担体分離スクリーン３６よりも格段に容易となる。
【００５１】
上記したように、本発明の硝化装置１０では、廃水中のアンモニア性窒素の硝化を、汚泥用硝化槽１２での汚泥硝化と担体用硝化槽１６での担体硝化とで分担することにより、下記に示す多くのメリットを得ることができる。
【００５２】
（Ａ）汚泥用硝化槽１２の滞留時間を短くし且つ担体用硝化槽１６の容量（キャパシティ）を小さくしても高い硝化処理効率を得ることができる。これにより、同じ処理水品質基準で比較した場合、廃水の全てを包括固定化担体の硝化槽で硝化する従来の硝化促進型循環変法に比べて滞留時間がやや長くなるものの、従来の活性汚泥循環変法に比べて滞留時間を約半分にすることができる。しかも、従来の硝化促進型循環変法に比べて包括固定化担体の使用量を大幅に低減できると共に曝気量も削減できる。これにより、ランニングコストを低減できると共に、担体用硝化槽の容量（キャパシティ）を小さくしてコンパクト化することができる。
【００５３】
ちなみに、活性汚泥１８と包括固定化担体３０とを１つの槽に共存させて硝化処理する場合は、包括固定化担体３０と活性汚泥１８との硝化性能の区分ができない。したがって、設計上、硝化槽に過剰の包括固定化担体を充填せざるを得ないため、多量の包括固定化担体を必要とした。
【００５４】
（Ｂ）また、汚泥用硝化槽１２と担体用硝化槽１６との間に固液分離槽１４を設けたことにより、担体用硝化槽１６には活性汚泥が存在しないか、存在しても微々たる量である。したがって、上澄み水は清水に性状が近く、通常の活性汚泥に比べて酸素溶解効率が高いので、担体用硝化槽１６でのエア曝気量を低減できる。
【００５５】
（Ｃ）担体用硝化槽１６の前段に固液分離槽１４があるので、担体用硝化槽１６の担体分離スクリーン３６が廃水中の夾雑物等の目詰まり物質で目詰まりすることもない。この場合、図２のように包括固定化担体３０を容器３３に収納すれば、容器３３に形成された通水孔３１の目詰まりを防止でき且つ担体分離スクリーン３６の目幅を大きくできる。
【００５６】
（Ｄ）汚泥用硝化槽１２と固液分離槽１４（例えば最終沈殿池）は、従来技術で述べたように既設の廃水処理場に備わっているので、既設の汚泥用硝化槽１２と固液分離槽１４の後段に担体用硝化槽のみを新設すれば、本願発明の硝化装置を構成することができる。これにより、既設の廃水処理場に簡単に導入できると共に設備コストも安価になる。
【００５７】
（Ｅ）担体用硝化槽１６では、汚泥用硝化槽１２で汚泥硝化した残りのアンモニア性窒素を硝化処理するために、従来の活性汚泥循環変法や硝化促進型循環変法に比べて低濃度のアンモニア性窒素を硝化処理することになる。包括固定化担体３０は低濃度のアンモニア性窒素に対しても高速で硝化処理が可能であり、硝化処理水の品質を向上できる。
【００５８】
（Ｆ）本発明の硝化装置１０は、活性汚泥循環変法のような既設の廃水処理場に改造をすることなく導入できるだけでなく、オキシデションディッチ法（ＯＤ法）やシーケンスバッチリアクター法（ＳＢＲ法）を備えた既設の廃水処理場であっても改造することなく導入することができる。
【００５９】
ここで包括固定化担体３０について説明する。
【００６０】
本発明における包括固定化担体３０は、硝化菌を含む微生物を混合した固定化材料を重合することにより、微生物を固定化材料内に包括固定化したものであり、粒径が１〜５ｍｍ程度（通常３ｍｍ）のものが使用される。固定化材料は、高分子モノマー、プレポリマー、オリゴマー等が挙げられるが、特に限定されるものではなく、例えば、ポリアクリルアミド、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、アルギン酸ナトリウム、カラギーナン、寒天、等を用いることができる。その他、固定化材料のプレポリマーは、以下のものを用いることができる。
【００６１】
（モノメタクリレート類）ポリエチレングリコールモノメタクリレート、ポリプレングリコールモノメタクリレート、ポリプロピレングリコールモノメタクリレート、メトキシジエチレングリコールメタクリレート、メトキシポリエチレングリコールメタクリレート、メタクリロイルオキシエチルハイドロジェンフタレート、メタクリロイルオキシエチルハイドロジェンサクシネート、３クロロ２ヒドロキシプロピルメタクリレート、ステアリルメタクリレート、２ヒドロキシメタクリレート、エチルメタクリレート等。
【００６２】
（モノアクリレート類）２ヒドロキシエチルアクリレート、２ヒドロキシプロピルアクリレート、イソブチルアクリレート、ｔブチルアクリレート、イソオクチルアクリレート、ラウリルアクリレート、ステアリルアクリレート、イソボルニルアクリレート、シクロへキシルアクリレート、メトキシトリエチレングリコールアクリレート、２エトキシエチルアクリレート、テトラヒドロフルフリルアクリレート、フェノキシエチルアクリレート、ノニルフェノキシポリエチレングリコールアクリレート、ノニルフェノキシポリプロピレングリコールアクリレート、シリコン変性アクリレート、ポリプロピレングリコールモノアクリレート、フェノキシエチルアクリレート、フェノキシジエチレングリコールアクリレート、フェノキシポリエチレングリコールアクリレート、メトキシポリエチレングリコールアクリレート、アクリロイルアキシエチルハイドロジェンサクシネート、ラウリルアクリレート等。
【００６３】
（ジメタクリレート類）１，３ブチレングリコールジメタクリレート、１，４ブタンジオールジメタクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレート、ポリエチレングリコールジメタクリレート、ブチレングリコールジメタクリレート、ヘキサンジオールジメタクリレート、ネオペンチルグリコールジメタクリレート、ポリプレングリコールジメタクリレート、２ヒドロキシ１，３ジメタクリロキシプロパン、２，２ビス４メタクリロキシエトキシフェニルプロパン、３，２ビス４メタクリロキシジエトキシフェニルプロパン、２，２ビス４メタクリロキシポリエトキシフェニルプロパン等。
【００６４】
（ジアクリレート類）エトキシ化ネオペンチルグリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、１，６ヘキサンジオールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、トリプロピレングリコールジアクリレート、ポリプロピレングリコールジアクリレート、２，２ビス４アクリロキシヒエトキシフェニルプロパン、２ヒドロキシ１アクリロキシ３メタクリロキシプロパン等。
【００６５】
（トリメタクリレート類）トリメチロールプロパントリメタクリレート等。
【００６６】
（トリアクリレート類）トリメチロールプロパントリアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、トリメチロールプロパンＥＯ付加トリアクリレート、グリセリンＰＯ付加トリアクリレート、エトキシ化トリメチロールプロパントリアクリレート等。
【００６７】
（テトラアクリレート類）ペンタエリスリトールテトラアクリレート、エトキシ化ペンタエリスリトールテトラアクリレート、プロポキシ化ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラアクリレート等。
【００６８】
（ウレタンアクリレート類）ウレタンアクリレート、ウレタンジメチルアクリレート、ウレタントリメチルアクリレート等。
【００６９】
（その他）アクリルアミド、アクリル酸、ジメチルアクリルアミド。
【００７０】
また、本発明での重合は、過硫酸カリウムを用いたラジカル重合が最適であるが、紫外線や電子線を用いた重合やレドックス重合でもよい。過硫酸カリウムを用いた重合では、過硫酸カリウムの添加量を０．００１〜０．２５％がよく、アミン系の重合促進剤を０．００１〜０．５％添加するとよい。アミン系の重合促進剤としてはβジメチルアミノプロピオニトリル、ＮＮＮ’Ｎ’テトラメチルエチレンジアミン、亜硫酸ソーダなどがよい。
【００７１】
また、固定化材料内に包括固定化する硝化菌としては、純粋培養したものでもよいが、硝化菌を含有する活性汚泥を包括固定化することがより好ましい。この理由は、固定化材料に溶解している酸素は重合を阻害するが、活性汚泥を包括固定化することで、活性汚泥が酸素を消費し重合反応を順調に進行させるので、強度の強い包括固定化担体３０を得ることができる。
【００７２】
かかる硝化装置１０は、廃水のアンモニア性窒素濃度、水温、水量の少なくとも１つの因子の変動に伴う硝化処理水の水質変動を防止するために、汚泥用硝化槽１２と担体用硝化槽１６との負荷調整を行う負荷調整機構を具備することが好ましい。以下、負荷調整機構の各種態様を説明する。
【００７３】
（負荷調整機構を具備した硝化装置の第１の実施の形態）
図３は、負荷調整機構を担体用硝化槽１６のみに設けた場合である。
【００７４】
なお、基本構成は図１と同様なので、図１と異なる構成のみを説明する。
【００７５】
図３に示すように、負荷調整機構は、担体用硝化槽１６を迂回して上澄み水を処理水配管３８にバイパスさせるバイパス配管４０と、上澄み水を担体用硝化槽１６とバイパス配管４０とに分配する上澄み水分配器４２と、上澄み水のアンモニア性窒素濃度を測定する第１濃度測定計４４Ａと、硝化処理水のアンモニア性窒素を測定する第２濃度測定計４４Ｂと、第１及び第２濃度測定計４４Ａ，４４Ｂの測定結果に基づいて上澄み水分配器４２を駆動して担体用硝化槽１６とバイパス配管４０への分配比率を制御する制御手段４６と、で構成される。
【００７６】
制御手段４６は、第１濃度測定計４４Ａで測定される上澄み水のアンモニア性窒素濃度、及び第２濃度測定計４４Ｂで測定される処理水のアンモニア性窒素濃度に基づいて、担体用硝化槽１６とバイパス配管４０とに分配する分配比率を調整して、硝化処理水が目標の品質基準で一定になるように制御する。分配比率は一方が１００％で他方が０％の場合も含む。
【００７７】
例えば、冬期のように廃水の水温が低くなると、活性汚泥１８の硝化活性が低下するので、汚泥用硝化槽１２で汚泥硝化された上澄み水中には、アンモニア性窒素の残量が多くなり易い。したがって、第１濃度測定計４４Ａでの測定結果が高くなるので、制御手段４６は、バイパス配管４０に流す上澄み水の流量を減らして担体用硝化槽１６に流す流量を多くする。逆に、夏期のように廃水の水温が高く活性汚泥１８の硝化活性が高い場合には、制御手段４６はバイパス配管４０に流す上澄み水の流量を多くして担体用硝化槽１６に流す流量を減らす。これにより、季節に関係なく硝化処理水の水質を一定に維持することができる。また、夏期には、担体用硝化槽１６への処理水量を低減することにより、無駄な曝気量を低減できる。更には、バイパス配管４０側の流量を１００％とすることで、担体用硝化槽１６の運転を停止し、ランニングコストを低減することもできる。
【００７８】
なお、図３には、第１濃度測定計４４Ａと第２濃度測定計４４Ｂとの両方を設けた図で示したが、第１濃度測定計４４Ａと第２濃度測定計４４Ｂとの何れか一方を設けることもできる。
【００７９】
（負荷調整機構を具備した硝化装置の第２の実施の形態）
図４は、負荷調整機構を、汚泥用硝化槽１２と担体用硝化槽１６との両方に設けた場合であり、担体用硝化槽１６側の負荷調整機構は図３で説明したと同様であるので説明は省略する。
【００８０】
図４に示すように、汚泥用硝化槽１２側の負荷調整機構は、汚泥用硝化槽１２、固液分離槽１４、及び担体用硝化槽１６から構成される汚泥・担体硝化ライン５８に、汚泥用硝化槽１２と固液分離槽１４とから構成される汚泥硝化ライン６０が並列に配置されることにより構成される。換言すると、汚泥用硝化槽１２Ａ，１２Ｂ及び固液分離槽１４Ａ，１４Ｂからなる汚泥硝化ライン６０が２列並列に設けられ、その後段にバイパス配管４０を備えた担体用硝化槽１６が１槽設けられる。そして、廃水が廃水分配器５０及び分岐配管５２によって２列の汚泥硝化ライン６０に分配される。分配比率は一方が１００％の場合も含む。
【００８１】
なお図４では、汚泥硝化ライン６０を２列設けたが３列以上でもよい。
【００８２】
原水配管１１には、廃水のアンモニア性窒素濃度を測定する窒素濃度測定計、廃水の水温を計測する水温計、廃水の水量を計測する原水水量計の少なくとも１つが設けられ、測定された測定結果が制御手段５６に入力される。なお、窒素濃度測定計、水温計、原水水量計は全て設けることは必須ではなく、変動の大きな廃水ファクターの測定計を設ければよい。ここでは、水温計５４を設けた場合で説明する。そして、制御手段５６は、水温計５４で測定される廃水の水温が低い場合には、廃水分配器５０を制御して、２列の汚泥硝化ライン６０に廃水を２等分する。
【００８３】
これにより、冬期のように廃水の水温が低く活性汚泥１８の硝化活性が顕著に低下する場合であっても、汚泥用硝化槽１２の１槽当たりの負荷が軽減されるので、硝化処理効率が低下しないようにできる。逆に、夏期のように廃水の水温が高く活性汚泥１８の硝化活性が高くなる場合には、１列の汚泥硝化ライン６０のみに廃水を流す。
【００８４】
そして、汚泥硝化ライン６０からの上澄み水が負荷調整機構を具備した担体用硝化槽１６で担体硝化される。
【００８５】
このように、汚泥用硝化槽１２と担体用硝化槽１６との両方に負荷調整機構を設けることにより、廃水のアンモニア性窒素濃度、水温、水量の少なくとも１つの因子の変動に伴う硝化処理水の水質変動を防止することができる。この負荷調整機構は、換言すると、汚泥用硝化槽１２と担体用硝化槽１６とにおける廃水の滞留時間を適切に調整できることを意味し、廃水の水質に応じて汚泥硝化と担体硝化との滞留時間を適切に組み合わせることができる。
【００８６】
（負荷調整機構を具備した硝化装置の第３の実施の形態）
図５の負荷調整機構は、図４で説明したバイパス配管４０の代わりに２列並列に担体用硝化槽１６Ａ，１６Ｂ設け、上澄み水分配器４２で２列の担体用硝化槽１６Ａ，１６Ｂに上澄み水を分配できるように構成したものである。分配比率は一方が１００％の場合も含む。
【００８７】
これにより、上澄み水中のアンモニア窒素濃度の残量が多い場合には、上澄み水を２列の担体用硝化槽１６Ａ，１６Ｂに分配して１槽当たりの負荷を軽減できるので、硝化処理水の水質を一定に維持することができる。
【００８８】
また、図５の場合にも、硝化処理水の水質変動を防止するのみならず、汚泥用硝化槽１２と担体用硝化槽１６とにおける廃水の滞留時間をも適切に調整することができる。
【００８９】
（負荷調整機構を具備した硝化装置の第４の実施の形態）
図６の負荷調整機構は、図３〜図５で説明したように廃水分配器５０や上澄み水分配器４２によって、分配比率を変えることで負荷を調整する方式ではなく、担体用硝化槽１６を有する汚泥・担体硝化ライン５８と、担体用硝化槽１６を有しない汚泥硝化ライン６０とを並列に配置して、廃水の水質に応じて使用するラインを選択するようにしたものである。
【００９０】
即ち、図６に示すように、負荷調整機構は、汚泥用硝化槽１２、固液分離槽１４、及び担体用硝化槽１６から構成される汚泥・担体硝化ライン５８と、汚泥用硝化槽１２及び固液分離槽１４から構成されて担体用硝化槽１６を有しない汚泥硝化ライン６０とが並列に配置される。
【００９１】
図６（Ａ）は３列の汚泥・担体硝化ライン５８と１列の汚泥硝化ライン６０との組み合わせ、図６（Ｂ）は２列の汚泥・担体硝化ライン５８と２列の汚泥硝化ライン６０との組み合わせ、図６（Ｃ）は１列の汚泥・担体硝化ライン５８と３列の汚泥硝化ライン６０との組み合わせた場合である。
【００９２】
なお、図６では、汚泥・担体硝化ライン５８と汚泥硝化ライン６０との合計のライン列数を４列にしたが、これに限定されるものではない。
【００９３】
図６（Ａ）の場合で詳しく説明すると、原水配管１１から４本の分岐管６２Ａ，６２Ｂ，６２Ｃ，６２Ｄに分岐され、３本の分岐管６２Ａ，６２Ｂ，６２Ｃにはそれぞれ汚泥・担体硝化ライン５８が連結される。そして、残りの１本の分岐管６２Ｄに汚泥硝化ライン６０が連結される。また、３列の汚泥・担体硝化ライン５８と１列の汚泥硝化ライン６０とは合流配管６４によって１本の処理水配管３８に合流される。
【００９４】
また、原水配管１１の分岐位置にライン選択手段６６が設けられると共に、原水配管１１には、廃水中のアンモニア性窒素濃度を測定する濃度測定手段、水温を測定する水温計、水量を測定する水量計の少なくとも１つが設けられる。図６では水温計５４を設けた場合で示している。
【００９５】
そして、制御手段６８は、水温計５４で測定された廃水の水温に応じてライン選択手段６６を制御して、４本の分岐管６２Ａ，６２Ｂ，６２Ｃ，６２Ｄのうち使用する分岐管を選択する。
【００９６】
これにより、廃水中のアンモニア性窒素濃度、水温、水量に応じて、汚泥用硝化槽１２と担体用硝化槽１６との負荷調整を行うことができるので、硝化処理水の水質を一定に維持することができる。
【００９７】
また、図６の場合にも、硝化処理水の水質変動を防止するのみならず、汚泥用硝化槽１２と担体用硝化槽１６とにおける廃水の滞留時間をも適切に調整することができる。
【００９８】
次に、上記説明した各種態様の硝化装置１０を組み込んだ廃水処理装置７０について説明する。
【００９９】
［廃水処理装置］
図７の廃水処理装置７０は、図１に示した基本構成の硝化装置１０を組み込んだ場合である。
【０１００】
図７に示すように、汚泥用硝化槽１２の前段に脱窒槽７２が設けられると共に、担体用硝化槽１６で処理された硝化処理水の一部が循環配管７４を介して脱窒槽７２に循環される。脱窒槽７２内には、脱窒菌を含む活性汚泥７６が嫌気性条件下で浮遊しており、硝化処理水と接触することによって、硝化処理水中の硝酸性窒素を窒素ガスに変換する。また、固液分離槽１４で沈降した汚泥は、汚泥返送配管２６を介して脱窒槽７２に戻される。
【０１０１】
図８の廃水処理装置７０は、図３に示した第１の実施の形態の硝化装置１０を組み込んだものであり、図９の廃水処理装置７０は図４に示した第２の実施の形態の硝化装置１０を組み込んだものである。また、図１０の廃水処理装置７０は図５に示した第３の実施の形態の硝化装置１０を組み込んだものであり、図１１の廃水処理装置７０は図６（Ａ）に示した第４の実施の形態の硝化装置１０を組み込んだものである。
【０１０２】
また、図１２の廃水処理装置７０は、図７の基本構成に加えて、担体用硝化槽１６の後段に補助脱窒槽８０を設け、補助脱窒槽８０内には充填材として脱窒菌を包括固定化した包括固定化担体を充填した場合である。なお、充填材はプラスチック製や砂状などの一般的に使用されているものを使用できる。また、図示しないが、脱窒のための有機源は補助脱窒槽８０内にメタノールなどを添加して補うことができる。
【０１０３】
図１２の廃水処理装置７０の場合には、固液分離槽１４によって活性汚泥１８等のＳＳ成分が担体用硝化槽１６に同伴されることがないので、担体用硝化槽１６の後段に担体処理方式の補助脱窒槽８０を設けることが可能となる。ちなみに、ＳＳ成分が多い場合には、充填材が閉塞するため、逆洗を頻繁に行う必要があるだけでなく、ＳＳ成分が処理水にリークして水質を悪化させる原因になる。
【０１０４】
これによって、担体用硝化槽１６で処理された硝化処理水中に残存する微量の硝酸性窒素を窒素ガスに変換できるので、補助脱窒槽８０後の最終処理水の水質向上を図ることができると共に、最終処理水に混ざって活性汚泥等のＳＳ成分が排出されることもない。
【０１０５】
また、図には示さなかったが、担体用硝化槽１６の後段に担体処理方式の補助脱窒槽８０を設ける構成であれば、アンモニア性窒素濃度が比較的低い廃水の場合、前段に配置した脱窒槽７２や循環配管７４を省略することも可能である。
【０１０６】
［実施例］
（試験Ａ）
本発明の硝化装置を備えた廃水処理装置（実施例）と、従来の活性汚泥循環変法の廃水処理装置（比較例１）と、従来の硝化促進型循環変法の廃水処理装置（比較例２）との３つの装置について、硝化ラインでの滞留時間（ＨＲＴ）を比較した。
【０１０７】
比較試験は、実施例、及び比較例１、２ともに、アンモニア性窒素を主とする総窒素濃度（ＴＮ）が４０ｍｇ／Ｌの同じ水質の廃水について略ＴＮ１０ｍｇ／Ｌ平均の処理水を得るために必要なＨＲＴを比較した。
【０１０８】
＊実施例は、図７の廃水処理装置の構成を用いた。
【０１０９】
＊比較例１は、固液分離槽（最初沈殿池）→脱窒槽（活性汚泥）→硝化槽（活性汚泥）→固液分離槽（最終沈殿池）であり、硝化槽で得られた硝化処理水の一部を脱窒槽に循環させた。
【０１１０】
＊比較例２は、比較例１の硝化槽を活性汚泥から包括固定化担体に代えた以外は比較１と同様である。
【０１１１】
なお、実施例、比較例１、２における脱窒槽における活性汚泥の汚泥濃度（ＭＬＳＳ）及び比較例１の硝化槽における汚泥濃度は２０００ｍｇ／Ｌに設定した。また、本発明及び比較例２の硝化槽には、包括固定化担体を１０％容積になるように充填した。また、硝化槽でのエア曝気による溶存酸素（ＤＯ）は、実施例、１、２とも同じ３ｍｇ／Ｌになるようにすると共に、硝化処理水を脱窒槽に循環させる循環比率は実施例、１、２ともに同じである。
【０１１２】
〈試験結果〉
＊本発明の実施例は、汚泥用硝化槽のＨＲＴが８時間＋担体用硝化槽のＨＲＴが１時間の合計９時間のＨＲＴであった。
【０１１３】
＊従来の活性汚泥循環変法による比較例１は、硝化槽のＨＲＴが１２〜１６時間であった。
【０１１４】
＊従来の硝化促進型循環変法による比較例２は、硝化槽のＨＲＴが６〜８時間であった。また、廃水中の夾雑物が担体分離スクリーン（目幅１．５ｍｍ）につまる傾向が見られ、メンテナンスは本発明に比べて煩雑であった。
【０１１５】
上記結果から分かるように、本発明における硝化ラインのＨＲＴは、廃水の全てを包括固定化担体のみで硝化処理する比較例２に比べて多少長くなるが、廃水の全てを活性汚泥のみで硝化処理する比較例１に比べてＨＲＴを大幅に短縮することができる。
【０１１６】
また、本発明の実施例は、担体用硝化槽での滞留時間を１時間にすることができるので、硝化槽容量を比較例２に比べて顕著にコンパクト化することができ、その分、包括固定化担体の充填量も大幅に削減できる。また、汚泥用硝化槽と固液分離槽（最終沈殿池）は、既設の廃水処理場に備わっているので、固液分離槽の後段に担体用硝化槽のみを新設すれば、既設の廃水処理場を改造せずに対応できる。
【０１１７】
（試験Ｂ）
活性汚泥は、廃水水温が高い夏期は硝化速度が落ちにくいが、廃水水温が低い冬期は硝化速度が落ち易い。そこで、活性汚泥と包括固定化担体とを用いて、冬期の廃水温度（１１〜１６℃）を想定した硝化処理効率を比較した。
【０１１８】
その結果、活性汚泥の硝化速度は平均１ｍｇ／ｇ-SS・hであるのに対して、包括固定化担体の硝化速度は平均８０ｍｇ／Ｌ-担体・hであった。
【０１１９】
そして、上記活性汚泥を硝化槽にＭＬＳＳで２０００ｍｇ／Ｌになるように充填すると共に、上記包括固定化担体を同じ容量の硝化槽に１０％容積になるように充填して、槽１日当たりの硝化速度を調べた。
【０１２０】
その結果、活性汚泥充填の硝化槽は４８ｍｇ／Ｌ−硝化槽・日であるのに対して、包括固定化担体の硝化槽は１９２ｍｇ／Ｌ−硝化槽・日であった。この結果から、廃水水温が低い冬期では包括固定化担体を充填した硝化槽の方が活性汚泥を充填した硝化槽よりも圧倒的に硝化速度が速くなる。
【０１２１】
このことから、汚泥用硝化槽の後段に硝化促進型循環変法よりも容量（キャパシティ）の小さな小型の担体用硝化槽を配置することで、包括固定化担体の使用量を大幅に削減し、且つ廃水水温が低く活性汚泥の活性が低下し易い冬期対策に特に有効となる。
【０１２２】
（試験Ｃ）
試験Ｃは、汚泥硝化と担体硝化を組み合わせた本発明の硝化装置が廃水のアンモニア性窒素の変動に対してどの程度対応能力があるかを調べた。試験は、既存の下水処理場（活性汚泥循環変法を使用）の硝化処理水を、試験用ラインを介して担体用硝化槽の試験プラントに引き込み、廃水中のアンモニア性窒素濃度が変動した場合の対応能力を調べた。廃水の温度は１１〜２１℃であり、担体用硝化槽（包括固定化担体１０％充填率）のＨＲＴは１時間に設定した。その結果を図１３に示す。
【０１２３】
図１３から分かるように、下水処理場からの硝化処理水中のアンモニア性窒素は約０〜約１９ｍｇ／Ｌまで変動した。しかし、図１３（Ａ）に示すように、汚泥用硝化槽→固液分離槽→担体用硝化槽の構成で処理した硝化処理水のアンモニア性窒素濃度は、処理水基準である５ｍｇ／Ｌ以下に略することができた。この結果は、廃水原水中のアンモニア性窒素濃度が０〜２０ｍｇ／Ｌまで変動しても、硝化処理率は約７０％と安定していることを示す。このことは、汚泥用硝化槽内の活性汚泥中の硝化菌の活性が低下する冬期であっても、汚泥用硝化槽の後段に容量の小さな担体用硝化槽を配置することで、処理水基準５ｍｇ／Ｌ以下を達成できることを示している。
【０１２４】
一方、図１３（Ｂ）は、原水のアンモニア濃度（ＮＨ４−Ｎ濃度）に応じて担体用硝化槽への流入割合を変化させた場合の結果である。具体的には、原水中のＮＨ４−Ｎ濃度が１０ｍｇ／Ｌ以下の場合において、バイパス配管への流入を開始し、原水中のＮＨ４−Ｎ濃度が低いほど担体用硝化槽への流入割合を少なくして処理した。図１３（Ｂ）から分かるように、バイパス配管への流入を併用しても、処理水のＮＨ４−Ｎ濃度を５ｍｇ／Ｌ以下にすることができた。この場合は当然ながら、担体用硝化槽の処理量が少ないので、曝気動力等のエネルギーを節約できた。
【符号の説明】
【０１２５】
１０…硝化装置、１２…汚泥用硝化槽、１４…固液分離槽、１６…担体用硝化槽、１８…活性汚泥、２０…曝気管、２２…ブロア、２４…汚泥排出配管、２６…汚泥返送配管、３０…包括固定化担体、３１…通水孔、３２…曝気管、３３…容器、３４…ブロア、３５…分割部、３６…担体分離スクリーン、３８…処理水配管、４０…バイパス配管、４２…上澄み水分配器、４４Ａ…第１濃度測定計、４４Ｂ…第２濃度測定計、４６…制御手段、５０…廃水分配器、５２…分岐配管、５４…水温計、５６…制御手段、５８…汚泥・担体硝化ライン、６０…汚泥硝化ライン、６２Ａ，６２Ｂ，６２Ｃ，６２Ｄ…分岐管、６４…合流管、６６…ライン選択手段、６８…制御手段、７０…廃水処理装置、７２…脱窒槽（活性汚泥）、７４…循環配管、７６…活性汚泥、８０…脱窒槽（包括固定化担体）
【技術分野】
【０００１】
本発明は硝化装置及び廃水処理装置に係り、特に、特にランニングコストや設備コストを抑制しながら高い硝化処理効率を得るための硝化装置を構築する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
アンモニア性窒素を含む廃水から窒素を除去する廃水処理装置としては、従来から活性汚泥循環変法が知られている。活性汚泥循環変法は、活性汚泥を使用した処理方法で、廃水を嫌気性の脱窒槽を介して好気性の硝化槽に送り、この硝化槽において活性汚泥中の硝化菌によってアンモニア性窒素を硝酸性窒素に硝化（酸化）する。そして、硝化した硝化水の一部を硝化槽から脱窒槽に戻して活性汚泥中の脱窒菌によって硝酸性窒素を窒素ガスに変換する。また、硝化槽で硝化処理された処理水の残部は最終沈殿池を介して放流される。
【０００３】
しかし、活性汚泥による硝化処理は、硝化槽内に硝化菌を高濃度に維持できないため、高負荷運転を行うことができず、硝化処理効率が悪いという問題がある。このことから、近年、硝化槽に硝化菌を包括固定化した担体を投入する硝化促進型循環変法が行われている（例えば特許文献１）。この硝化促進型循環変法は、図１４に示すように基本的な構成は活性汚泥循環変法と同様であり、包括固定化担体４が投入された硝化槽１で硝化された硝化水が脱窒槽２で脱窒処理され、処理水は最終沈殿池３で固液分離されてから放流される。しかし、包括固定化担体４を投入した硝化槽１には、担体流出を防止する担体分離スクリーン５が設けられるため、廃水の原水が流入する前段において廃水中の夾雑物等の目詰まり物質を除去するための最初沈殿池６が必須となる。この場合、包括固定化担体の硝化性能を上げるためには、担体粒径は小さくし（例えば３ｍｍ程度）、比表面積を大きくすることが好ましく、その担体４を硝化槽１から流入しないようにするには、目幅が１．５〜２ｍｍ程度の担体分離スクリーン５が必要になる。この場合、担体分離スクリーン５の目開きを大きくして夾雑物が目詰まりしないようにすると、担体の大きさも大きくせざるをえないので、上記の如く硝化処理効率が低下する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−０１２３８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このように、包括固定化担体を用いた硝化装置は、活性汚泥を用いた硝化装置に比べて高い硝化処理効率が得られるが、下記に示す問題点がある。
【０００６】
（１）包括固定化担体を購入する費用が必要になる。また、担体の添加量が多くなると酸素溶解効率が低下し、曝気量が多くなるデメリットがある。
【０００７】
（２）硝化装置の前段には、廃水中の夾雑物等の目詰まり物質を除去するための固液分離槽（例えば最初沈殿池）を必要とするが、簡易的な処理法の場合、最初沈殿池等を有しない場合もある。したがって、包括固定化担体を用いた硝化装置を設置するには最初沈殿池などを設置して夾雑物を除去する必要があり、設備コストが高くなると共に、最初沈殿池のための用地確保が必要になる。
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、包括固定化担体による高い硝化処理効率を充分に活用しつつ、ランニングコストや設備投資コストを極力押さえることができ、しかも最初沈殿池を有しない既設の廃水処理場にも容易に導入することのできる硝化装置及びそれを備えた廃水処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の硝化装置は前記目的を達成するために、廃水中のアンモニア性窒素を硝化菌により好気性条件下で硝化処理して硝酸性窒素にする硝化装置において、前記廃水が流入し、前記硝化菌を含む活性汚泥により前記アンモニア性窒素を硝化する汚泥用硝化槽と、前記汚泥用硝化槽で硝化処理された活性汚泥による硝化処理水中の固形分を固液分離して上澄み水を得る固液分離槽と、前記上澄み水が流入し、前記硝化菌を包括固定した包括固定化担体により前記上澄み水中に残存するアンモニア性窒素を硝化して最終硝化処理水を得ると共に、前記包括固定化担体の担体分離スクリーンが設けられた担体用硝化槽と、を有する汚泥・担体硝化ラインを少なくとも１系列備えたことを特徴とする。
【００１０】
なお、硝化菌を包括固定するとは、純粋培養した硝化菌を包括固定する場合と、硝化菌を含む活性汚泥を包括固定する場合との両方を含む。また、特に断らなかったが、廃水は合成廃水ではないので、廃水中には、アンモニア性窒素の他に夾雑物やＢＯＤ成分等を含む。
【００１１】
本発明者は、廃水中のアンモニア性窒素の硝化を、汚泥用硝化槽での活性汚泥による汚泥硝化と担体用硝化槽での包括固定化担体による担体硝化とで分担することにより、汚泥用硝化槽の滞留時間を短くし且つ担体用硝化槽の容量（キャパシティ）を小さくしても高い硝化処理効率が得られるとの知見を得た。
【００１２】
本発明の硝化装置によれば、廃水中のアンモニア性窒素の硝化処理を、汚泥硝化槽において硝化菌を含む活性汚泥で汚泥硝化を行い、固液分離槽で固形物を除去した上澄み水を得る。そして、この上澄み水を、担体用硝化槽において硝化菌を包括固定した包括固定化担体で担体硝化を行うようにした。
【００１３】
これにより、廃水の全てを包括固定化担体の硝化槽で硝化する場合に比べて、包括固定化担体の使用量を大幅に低減できると共に曝気量も削減できるので、ランニング設備コストを低減できる。また、担体用硝化槽の容量（キャパシティ）を小さくしてコンパクト化することができると共に、担体用硝化槽の前段に固液分離槽があるので、担体用硝化槽の担体分離スクリーンが廃水中の夾雑物等の目詰まり物質で目詰まりすることもなく、運転管理も容易となる。
【００１４】
更によいことには、汚泥用硝化槽と固液分離槽（最終沈殿池）は、従来技術で述べたように既設の廃水処理場に備わっているので、固液分離槽の後段に担体用硝化槽のみを新設すれば、本願発明の硝化装置を構成することができ、既設の廃水処理場に容易に導入でき且つ設備コストも安価になる。
【００１５】
本発明の硝化装置においては、前記担体用硝化槽を迂回して前記上澄み水を前記硝化処理水の処理水配管にバイパスさせるバイパス配管と、前記上澄み水及び／又は前記硝化処理水のアンモニア性窒素濃度を測定する窒素濃度測定計と、前記上澄み水を前記担体用硝化槽と前記バイパス配管とに分配する上澄み水分配器と、前記濃度測定計の測定結果に基づいて前記上澄み水分配器を制御し、前記担体用硝化槽と前記バイパス配管とに分配する上澄み水分配量を調整する制御手段を備えることが好ましい。
【００１６】
なお、上澄み水分配器による担体用硝化槽と前記バイパス配管との分配比率は一方が１００％の場合も含む。
【００１７】
このように構成することで、廃水中のアンモニア性窒素濃度の変動、廃水の水温の変動、廃水流量の変動等があっても、担体用硝化槽とバイパス配管とに流す上澄み水の分配量を制御することで、担体用硝化槽における負荷調整（例えば負荷の軽減）を行うことができる。
【００１８】
これにより、水質基準に見合った一定の硝化処理水を得ることができるだけでなく、担体用硝化槽を過剰に運転することもなくなるので、より効率的な運転が可能となる。
【００１９】
この場合、前記汚泥・担体硝化ラインに並列に設けられ、前記汚泥用硝化槽と前記固液分離槽とから構成される汚泥硝化ラインと、前記汚泥・担体硝化ラインと前記汚泥硝化ラインとに前記廃水を分配する廃水分配器と、前記廃水の水質を測定する廃水測定計と、前記廃水測定計の測定結果に基づいて前記廃水分配器を制御し、前記汚泥・担体硝化ラインと前記汚泥硝化ラインとに分配する廃水の分配量を調整する制御手段と、前記汚泥・担体硝化ラインと前記汚泥硝化ラインとの上澄み水を合流させて前記汚泥・担体硝化ラインの担体用硝化槽に導入する合流配管と、を備えることがより好ましい。
【００２０】
なお、廃水分配器による汚泥・担体硝化ラインと汚泥硝化ラインとの分配比率は一方が１００％の場合も含む。
【００２１】
これにより、廃水の水質（例えば、アンモニア性窒素濃度、水温、水量）に応じて、汚泥用硝化槽に加わる負荷調整（例えば負荷の軽減）を行うことができるので、水質基準に見合った一定の硝化処理水をより効率的に得ることができる。
【００２２】
この場合、前記バイパス配管に代えて、前記担体用硝化槽を設けると更によい。これにより、廃水の水質（例えば、アンモニア性窒素濃度、水温、水量）に応じて、２つの担体用硝化槽によって担体硝化の負荷調整を行うことができる。これにより、バイパス配管の場合よりもフレキシビリティー性が向上する。したがって、汚泥用硝化槽及び担体用硝化槽の両方の負荷調整を行うことができるので、水質基準に見合った一定の硝化処理水をより効率的に得ることができる。
【００２３】
本発明の硝化装置においては、前記汚泥・担体硝化ラインに並列に設けられ、前記汚泥用硝化槽及び前記固液分離槽から構成された汚泥硝化ラインと、前記廃水の水質を測定する廃水測定計と、前記汚泥・担体硝化ラインと前記汚泥硝化ラインとのライン選択を行うライン選択手段と、前記廃水測定計の測定結果に基づいて前記ライン選択手段を制御して、前記汚泥・担体硝化ラインと前記汚泥硝化ラインとのうち使用するラインを選択する制御手段と、を備えることが好ましい。
【００２４】
これは、廃水の水質（例えば、アンモニア性窒素濃度、水温、水量）に応じて、汚泥用硝化槽と担体用硝化槽との負荷調整を行うための別態様であり、担体用硝化槽を有する汚泥・担体硝化ラインと担体用硝化槽を有しない汚泥硝化ラインとのうち使用するラインを選択できるようにしたものである。
【００２５】
これにより、汚泥用硝化槽及び担体用硝化槽の両方の負荷調整を行うことができるので、水質基準に見合った一定の硝化処理水をより効率的に得ることができる。
【００２６】
本発明の硝化装置においては、前記担体用硝化槽において、前記包括固定化担体は、該包括固定化担体が通過しない大きさの複数の通水孔が形成された容器内に流動可能に収納された状態で、前記担体用硝化槽に充填されていることが好ましい。
【００２７】
これにより、担体用硝化槽内では槽内を好気性にするためのエア曝気により容器が流動し、更に容器内で包括固定化担体が流動する。この２重の流動により、包括固定化担体と廃水との接触効率が良くなり、担体用硝化槽での硝化処理効率を向上させることができる。この場合、担体用硝化槽の前段に固液分離槽を設け、容器の通水孔を目詰まりさせる目詰まり物質を除去するので、通水孔が小さくても目詰まりしない。これにより、担体粒径が小さく硝化効率の良い包括固定化担体を容器内に収納できる。
【００２８】
更には、容器を使用しない場合（包括固定化担体を担体用硝化槽に直接投入する場合）に比べて担体分離スクリーンの目幅を大きくすることができるので、担体分離スクリーンの簡略化、例えば市販の金網やパンチングメタル等を使用することが可能となる。
【００２９】
本発明の廃水処理装置は前記目的を達成するために、請求項１〜７の何れか１に記載の硝化装置と、前記硝化装置で硝化処理された硝化処理水中の硝酸性窒素を、脱窒菌により嫌気性条件下で脱窒処理して窒素ガスに変換する脱窒槽と、を備えたことを特徴とする。
【００３０】
本発明は、本発明の硝化装置を組み込んだ廃水処理装置として構成し、硝化装置で処理された硝化処理水中の硝酸性窒素を脱窒槽で窒素ガスとして除去するようにしたものである。
【００３１】
本発明の廃水処理装置においては、前記脱窒槽は、前記硝化装置の前段に設けられ、前記担体用硝化槽で処理された最終硝化処理水の一部が循環配管を介して前記脱窒槽に循環されることが好ましい。
【００３２】
脱窒槽を硝化装置の前段に配置することで、廃水中の有機物を脱窒菌の栄養源として効率的に使用することができる。
【００３３】
本発明の廃水処理装置においては、前記脱窒槽の他に、前記硝化装置の後段に前記脱窒菌を包括固定した包括固定化担体を含む補助脱窒槽が設けられ、前記担体用硝化槽で処理された最終硝化処理水の残部に残留する硝酸性窒素を前記補助脱窒槽で窒素ガスに変換することが好ましい。
【００３４】
担体用硝化槽で処理された最終硝化処理水中には硝酸性窒素が少量残留しているので、補助脱窒槽で確実に窒素ガスに変換することができる。
【発明の効果】
【００３５】
以上説明したように本発明の硝化装置及びそれを備えた廃水処理装置によれば、包括固定化担体による高い硝化処理効率を充分に活用しつつ、ランニングコストや設備投資コストを極力押さえることができ、しかも最初沈殿池を有しない既設の廃水処理場にも容易に導入することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の硝化装置の基本構成図
【図２】容器に収納した包括固定化担体を担体用硝化槽に充填した説明図
【図３】本発明の硝化装置の第１の実施の形態を説明する説明図
【図４】本発明の硝化装置の第２の実施の形態を説明する説明図
【図５】本発明の硝化装置の第３の実施の形態を説明する説明図
【図６】本発明の硝化装置の第４の実施の形態を説明する説明図
【図７】基本構成の硝化装置を組み込んだ廃水処理装置の説明図
【図８】第１の実施の形態の硝化装置を組み込んだ廃水処理装置の説明図
【図９】第２の実施の形態の硝化装置を組み込んだ廃水処理装置の説明図
【図１０】第３の実施の形態の硝化装置を組み込んだ廃水処理装置の説明図
【図１１】第４の実施の形態の硝化装置を組み込んだ廃水処理装置の説明図
【図１２】担体用硝化槽の後に脱窒槽を設けた廃水処理装置の説明図
【図１３】本発明の硝化装置を用いた実施例のグラフ
【図１４】従来の硝化促進型循環変法の説明図
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、添付図面に従って本発明に係る硝化装置及びそれを備えた廃水処理装置の好ましい実施の形態について詳説する。
【００３８】
［硝化装置］
（基本構成）
図１は、本発明の硝化装置１０の基本構成図である。
【００３９】
図１に示すように、本発明の硝化装置１０は主として、汚泥用硝化槽１２と、固液分離槽１４と、担体用硝化槽１６と、で構成される。なお、図１では、汚泥用硝化槽１２、固液分離槽１４、及び担体用硝化槽１６の各槽間における廃水の送液手段は省略している。また、図１では、汚泥用硝化槽１２、固液分離槽１４、及び担体用硝化槽１６を離れた別個の槽として図示したが、１つの槽を３つの部屋に区画した一体的構造に形成してもよい。また、汚泥用硝化槽１２と固液分離槽１４とを１つの槽を２つに区画し、担体用硝化槽１６のみを別槽とすることもできる。
【００４０】
アンモニア性窒素を含有する廃水は、原水配管１１を介して先ず汚泥用硝化槽１２に流入する。なお、廃水中には、アンモニア性窒素の他に夾雑物やＢＯＤ成分等が含まれている。
【００４１】
汚泥用硝化槽１２の槽内には硝化菌を含む活性汚泥１８が浮遊していると共に、槽の底部には曝気管２０が配置され、ブロア２２から送られたエアが曝気管２０から槽内に曝気される。これにより、廃水中のアンモニア性窒素を活性汚泥によって好気性条件下で汚泥硝化する。
【００４２】
なお、本発明の硝化装置１０を組み込んでアンモニア性窒素廃水の硝化・脱窒を行う廃水処理装置を構築する場合には、後記するように、廃水は脱窒槽を介して汚泥用硝化槽１２に流入するように構成することが好ましい。
【００４３】
次に、汚泥用硝化槽１２において汚泥硝化された汚泥硝化水は、固液分離槽１４に送られる。固液分離槽１４では、汚泥硝化水中の固形分、特に汚泥用硝化槽１２から汚泥硝化水に同伴した活性汚泥や夾雑物等の目詰まり物質を沈降させることにより固液分離して上澄み水を得る。固液分離槽１４の底部に沈降した活性汚泥及び夾雑物は汚泥排出配管２４を介して一部の汚泥が余剰汚泥として排出されると共に、汚泥返送配管２６を介して後記する廃水処理装置の脱窒槽に返送される。
【００４４】
次に、固液分離槽１４において得られた上澄み水は、担体用硝化槽１６に送られる。担体用硝化槽１６の槽内には硝化菌を包括固定した多数の包括固定化担体３０が充填されていると共に、槽の底部には曝気管３２が配置され、ブロア３４から送られたエアが曝気管３２から槽内に曝気される。また、担体用硝化槽１６の硝化処理水の流出部には、包括固定化担体３０が最終硝化処理水（以下、単に硝化処理水という）に同伴して流出するのを防止する担体分離スクリーン３６が設けられる。これにより、上澄み水中に残存するアンモニア性窒素を好気性条件下で担体硝化すると共に、包括固定化担体３０が硝化処理水に同伴して流出するのを防止する。
【００４５】
担体用硝化槽１６で担体硝化された硝化処理水は、処理水配管３８を介して後記する廃水処理装置の脱窒槽に送られる。
【００４６】
図２に示すように、担体用硝化槽１６において、包括固定化担体３０は、該担体３０が通過しない大きさの通水孔３１が複数形成された容器３３内に流動可能に収納された状態で、担体用硝化槽１６に充填されていることが好ましい。容器３３の大きさとしては、直径で５０〜１５０ｍｍの範囲が好ましい。容器３３は、球体を２分割した２つの半球体３３Ａ，３３Ｂで構成され、半球体３３Ａ，３３Ｂ同士が分割部３５で嵌合又はネジ溝によって螺合することにより一体化される。容器３３の材質は、特に限定されないが、加工のし易さ、曝気管３２からの曝気エアによって槽内で流動可能な比重であること等を考慮すると、プラスチック製であることが好ましい。そして、包括固定化担体３０が収納された状態での容器３３の比重は０．９８〜１．０２の範囲が好ましい。収納する担体３０は流動性を考慮し、水に近い比重の０．９８〜１．０２としており、この範囲より小さいと液面に浮上し、大きいと槽底に沈降するため、流動させるための曝気動力が必要になる。このため、容器の比重についても同様とした。
【００４７】
また、容器３３に収納する包括固定化担体３０の収納率としては、容器３３内容積の３０％を上限とすることが好ましい。収納率が３０％を超えると、容器３３内での包括固定化担体３０の活発な流動が阻害されるからである。
【００４８】
これにより、担体用硝化槽１６内では曝気管３２から曝気されたエアによって、容器３３が流動し、更に容器３３内で包括固定化担体３０が流動する。この２重の流動により、包括固定化担体３０と廃水との接触効率が良くなり、担体用硝化槽１６での硝化処理効率を向上させることができる。
【００４９】
この場合、担体用硝化槽１６の前段に固液分離槽１４を設け、容器３３の通水孔３１を目詰まりさせる目詰まり物質を除去するようにしているので、通水孔３１が目詰まりしない。これにより、包括固定化担体３０の担体粒径が２〜５ｍｍの小さいまま、容器３３内に収納することができるので、容器３３内での高い硝化性能を確保することができる。
【００５０】
更には、担体分離スクリーン３６の目幅を容器３３がない場合に比べて大きくすることができるので、担体分離スクリーン３６の簡略化、例えば市販の金網やパンチングメタル等を使用することが可能となる。例えば、容器３３の大きさが直径１００ｍｍの場合は、この大きさの容器３３が流出しなければよく、例えば５０〜８０ｍｍ角の孔を有する金網やパンチングメタルを使用できる。これにより、挟雑物が担体分離スクリーン３６に付着し、閉塞することがないので、その運転管理性は図１の包括固定化担体３０を担体用硝化槽１６に直接充填する際の担体分離スクリーン３６よりも格段に容易となる。
【００５１】
上記したように、本発明の硝化装置１０では、廃水中のアンモニア性窒素の硝化を、汚泥用硝化槽１２での汚泥硝化と担体用硝化槽１６での担体硝化とで分担することにより、下記に示す多くのメリットを得ることができる。
【００５２】
（Ａ）汚泥用硝化槽１２の滞留時間を短くし且つ担体用硝化槽１６の容量（キャパシティ）を小さくしても高い硝化処理効率を得ることができる。これにより、同じ処理水品質基準で比較した場合、廃水の全てを包括固定化担体の硝化槽で硝化する従来の硝化促進型循環変法に比べて滞留時間がやや長くなるものの、従来の活性汚泥循環変法に比べて滞留時間を約半分にすることができる。しかも、従来の硝化促進型循環変法に比べて包括固定化担体の使用量を大幅に低減できると共に曝気量も削減できる。これにより、ランニングコストを低減できると共に、担体用硝化槽の容量（キャパシティ）を小さくしてコンパクト化することができる。
【００５３】
ちなみに、活性汚泥１８と包括固定化担体３０とを１つの槽に共存させて硝化処理する場合は、包括固定化担体３０と活性汚泥１８との硝化性能の区分ができない。したがって、設計上、硝化槽に過剰の包括固定化担体を充填せざるを得ないため、多量の包括固定化担体を必要とした。
【００５４】
（Ｂ）また、汚泥用硝化槽１２と担体用硝化槽１６との間に固液分離槽１４を設けたことにより、担体用硝化槽１６には活性汚泥が存在しないか、存在しても微々たる量である。したがって、上澄み水は清水に性状が近く、通常の活性汚泥に比べて酸素溶解効率が高いので、担体用硝化槽１６でのエア曝気量を低減できる。
【００５５】
（Ｃ）担体用硝化槽１６の前段に固液分離槽１４があるので、担体用硝化槽１６の担体分離スクリーン３６が廃水中の夾雑物等の目詰まり物質で目詰まりすることもない。この場合、図２のように包括固定化担体３０を容器３３に収納すれば、容器３３に形成された通水孔３１の目詰まりを防止でき且つ担体分離スクリーン３６の目幅を大きくできる。
【００５６】
（Ｄ）汚泥用硝化槽１２と固液分離槽１４（例えば最終沈殿池）は、従来技術で述べたように既設の廃水処理場に備わっているので、既設の汚泥用硝化槽１２と固液分離槽１４の後段に担体用硝化槽のみを新設すれば、本願発明の硝化装置を構成することができる。これにより、既設の廃水処理場に簡単に導入できると共に設備コストも安価になる。
【００５７】
（Ｅ）担体用硝化槽１６では、汚泥用硝化槽１２で汚泥硝化した残りのアンモニア性窒素を硝化処理するために、従来の活性汚泥循環変法や硝化促進型循環変法に比べて低濃度のアンモニア性窒素を硝化処理することになる。包括固定化担体３０は低濃度のアンモニア性窒素に対しても高速で硝化処理が可能であり、硝化処理水の品質を向上できる。
【００５８】
（Ｆ）本発明の硝化装置１０は、活性汚泥循環変法のような既設の廃水処理場に改造をすることなく導入できるだけでなく、オキシデションディッチ法（ＯＤ法）やシーケンスバッチリアクター法（ＳＢＲ法）を備えた既設の廃水処理場であっても改造することなく導入することができる。
【００５９】
ここで包括固定化担体３０について説明する。
【００６０】
本発明における包括固定化担体３０は、硝化菌を含む微生物を混合した固定化材料を重合することにより、微生物を固定化材料内に包括固定化したものであり、粒径が１〜５ｍｍ程度（通常３ｍｍ）のものが使用される。固定化材料は、高分子モノマー、プレポリマー、オリゴマー等が挙げられるが、特に限定されるものではなく、例えば、ポリアクリルアミド、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、アルギン酸ナトリウム、カラギーナン、寒天、等を用いることができる。その他、固定化材料のプレポリマーは、以下のものを用いることができる。
【００６１】
（モノメタクリレート類）ポリエチレングリコールモノメタクリレート、ポリプレングリコールモノメタクリレート、ポリプロピレングリコールモノメタクリレート、メトキシジエチレングリコールメタクリレート、メトキシポリエチレングリコールメタクリレート、メタクリロイルオキシエチルハイドロジェンフタレート、メタクリロイルオキシエチルハイドロジェンサクシネート、３クロロ２ヒドロキシプロピルメタクリレート、ステアリルメタクリレート、２ヒドロキシメタクリレート、エチルメタクリレート等。
【００６２】
（モノアクリレート類）２ヒドロキシエチルアクリレート、２ヒドロキシプロピルアクリレート、イソブチルアクリレート、ｔブチルアクリレート、イソオクチルアクリレート、ラウリルアクリレート、ステアリルアクリレート、イソボルニルアクリレート、シクロへキシルアクリレート、メトキシトリエチレングリコールアクリレート、２エトキシエチルアクリレート、テトラヒドロフルフリルアクリレート、フェノキシエチルアクリレート、ノニルフェノキシポリエチレングリコールアクリレート、ノニルフェノキシポリプロピレングリコールアクリレート、シリコン変性アクリレート、ポリプロピレングリコールモノアクリレート、フェノキシエチルアクリレート、フェノキシジエチレングリコールアクリレート、フェノキシポリエチレングリコールアクリレート、メトキシポリエチレングリコールアクリレート、アクリロイルアキシエチルハイドロジェンサクシネート、ラウリルアクリレート等。
【００６３】
（ジメタクリレート類）１，３ブチレングリコールジメタクリレート、１，４ブタンジオールジメタクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレート、ポリエチレングリコールジメタクリレート、ブチレングリコールジメタクリレート、ヘキサンジオールジメタクリレート、ネオペンチルグリコールジメタクリレート、ポリプレングリコールジメタクリレート、２ヒドロキシ１，３ジメタクリロキシプロパン、２，２ビス４メタクリロキシエトキシフェニルプロパン、３，２ビス４メタクリロキシジエトキシフェニルプロパン、２，２ビス４メタクリロキシポリエトキシフェニルプロパン等。
【００６４】
（ジアクリレート類）エトキシ化ネオペンチルグリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、１，６ヘキサンジオールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、トリプロピレングリコールジアクリレート、ポリプロピレングリコールジアクリレート、２，２ビス４アクリロキシヒエトキシフェニルプロパン、２ヒドロキシ１アクリロキシ３メタクリロキシプロパン等。
【００６５】
（トリメタクリレート類）トリメチロールプロパントリメタクリレート等。
【００６６】
（トリアクリレート類）トリメチロールプロパントリアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、トリメチロールプロパンＥＯ付加トリアクリレート、グリセリンＰＯ付加トリアクリレート、エトキシ化トリメチロールプロパントリアクリレート等。
【００６７】
（テトラアクリレート類）ペンタエリスリトールテトラアクリレート、エトキシ化ペンタエリスリトールテトラアクリレート、プロポキシ化ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラアクリレート等。
【００６８】
（ウレタンアクリレート類）ウレタンアクリレート、ウレタンジメチルアクリレート、ウレタントリメチルアクリレート等。
【００６９】
（その他）アクリルアミド、アクリル酸、ジメチルアクリルアミド。
【００７０】
また、本発明での重合は、過硫酸カリウムを用いたラジカル重合が最適であるが、紫外線や電子線を用いた重合やレドックス重合でもよい。過硫酸カリウムを用いた重合では、過硫酸カリウムの添加量を０．００１〜０．２５％がよく、アミン系の重合促進剤を０．００１〜０．５％添加するとよい。アミン系の重合促進剤としてはβジメチルアミノプロピオニトリル、ＮＮＮ’Ｎ’テトラメチルエチレンジアミン、亜硫酸ソーダなどがよい。
【００７１】
また、固定化材料内に包括固定化する硝化菌としては、純粋培養したものでもよいが、硝化菌を含有する活性汚泥を包括固定化することがより好ましい。この理由は、固定化材料に溶解している酸素は重合を阻害するが、活性汚泥を包括固定化することで、活性汚泥が酸素を消費し重合反応を順調に進行させるので、強度の強い包括固定化担体３０を得ることができる。
【００７２】
かかる硝化装置１０は、廃水のアンモニア性窒素濃度、水温、水量の少なくとも１つの因子の変動に伴う硝化処理水の水質変動を防止するために、汚泥用硝化槽１２と担体用硝化槽１６との負荷調整を行う負荷調整機構を具備することが好ましい。以下、負荷調整機構の各種態様を説明する。
【００７３】
（負荷調整機構を具備した硝化装置の第１の実施の形態）
図３は、負荷調整機構を担体用硝化槽１６のみに設けた場合である。
【００７４】
なお、基本構成は図１と同様なので、図１と異なる構成のみを説明する。
【００７５】
図３に示すように、負荷調整機構は、担体用硝化槽１６を迂回して上澄み水を処理水配管３８にバイパスさせるバイパス配管４０と、上澄み水を担体用硝化槽１６とバイパス配管４０とに分配する上澄み水分配器４２と、上澄み水のアンモニア性窒素濃度を測定する第１濃度測定計４４Ａと、硝化処理水のアンモニア性窒素を測定する第２濃度測定計４４Ｂと、第１及び第２濃度測定計４４Ａ，４４Ｂの測定結果に基づいて上澄み水分配器４２を駆動して担体用硝化槽１６とバイパス配管４０への分配比率を制御する制御手段４６と、で構成される。
【００７６】
制御手段４６は、第１濃度測定計４４Ａで測定される上澄み水のアンモニア性窒素濃度、及び第２濃度測定計４４Ｂで測定される処理水のアンモニア性窒素濃度に基づいて、担体用硝化槽１６とバイパス配管４０とに分配する分配比率を調整して、硝化処理水が目標の品質基準で一定になるように制御する。分配比率は一方が１００％で他方が０％の場合も含む。
【００７７】
例えば、冬期のように廃水の水温が低くなると、活性汚泥１８の硝化活性が低下するので、汚泥用硝化槽１２で汚泥硝化された上澄み水中には、アンモニア性窒素の残量が多くなり易い。したがって、第１濃度測定計４４Ａでの測定結果が高くなるので、制御手段４６は、バイパス配管４０に流す上澄み水の流量を減らして担体用硝化槽１６に流す流量を多くする。逆に、夏期のように廃水の水温が高く活性汚泥１８の硝化活性が高い場合には、制御手段４６はバイパス配管４０に流す上澄み水の流量を多くして担体用硝化槽１６に流す流量を減らす。これにより、季節に関係なく硝化処理水の水質を一定に維持することができる。また、夏期には、担体用硝化槽１６への処理水量を低減することにより、無駄な曝気量を低減できる。更には、バイパス配管４０側の流量を１００％とすることで、担体用硝化槽１６の運転を停止し、ランニングコストを低減することもできる。
【００７８】
なお、図３には、第１濃度測定計４４Ａと第２濃度測定計４４Ｂとの両方を設けた図で示したが、第１濃度測定計４４Ａと第２濃度測定計４４Ｂとの何れか一方を設けることもできる。
【００７９】
（負荷調整機構を具備した硝化装置の第２の実施の形態）
図４は、負荷調整機構を、汚泥用硝化槽１２と担体用硝化槽１６との両方に設けた場合であり、担体用硝化槽１６側の負荷調整機構は図３で説明したと同様であるので説明は省略する。
【００８０】
図４に示すように、汚泥用硝化槽１２側の負荷調整機構は、汚泥用硝化槽１２、固液分離槽１４、及び担体用硝化槽１６から構成される汚泥・担体硝化ライン５８に、汚泥用硝化槽１２と固液分離槽１４とから構成される汚泥硝化ライン６０が並列に配置されることにより構成される。換言すると、汚泥用硝化槽１２Ａ，１２Ｂ及び固液分離槽１４Ａ，１４Ｂからなる汚泥硝化ライン６０が２列並列に設けられ、その後段にバイパス配管４０を備えた担体用硝化槽１６が１槽設けられる。そして、廃水が廃水分配器５０及び分岐配管５２によって２列の汚泥硝化ライン６０に分配される。分配比率は一方が１００％の場合も含む。
【００８１】
なお図４では、汚泥硝化ライン６０を２列設けたが３列以上でもよい。
【００８２】
原水配管１１には、廃水のアンモニア性窒素濃度を測定する窒素濃度測定計、廃水の水温を計測する水温計、廃水の水量を計測する原水水量計の少なくとも１つが設けられ、測定された測定結果が制御手段５６に入力される。なお、窒素濃度測定計、水温計、原水水量計は全て設けることは必須ではなく、変動の大きな廃水ファクターの測定計を設ければよい。ここでは、水温計５４を設けた場合で説明する。そして、制御手段５６は、水温計５４で測定される廃水の水温が低い場合には、廃水分配器５０を制御して、２列の汚泥硝化ライン６０に廃水を２等分する。
【００８３】
これにより、冬期のように廃水の水温が低く活性汚泥１８の硝化活性が顕著に低下する場合であっても、汚泥用硝化槽１２の１槽当たりの負荷が軽減されるので、硝化処理効率が低下しないようにできる。逆に、夏期のように廃水の水温が高く活性汚泥１８の硝化活性が高くなる場合には、１列の汚泥硝化ライン６０のみに廃水を流す。
【００８４】
そして、汚泥硝化ライン６０からの上澄み水が負荷調整機構を具備した担体用硝化槽１６で担体硝化される。
【００８５】
このように、汚泥用硝化槽１２と担体用硝化槽１６との両方に負荷調整機構を設けることにより、廃水のアンモニア性窒素濃度、水温、水量の少なくとも１つの因子の変動に伴う硝化処理水の水質変動を防止することができる。この負荷調整機構は、換言すると、汚泥用硝化槽１２と担体用硝化槽１６とにおける廃水の滞留時間を適切に調整できることを意味し、廃水の水質に応じて汚泥硝化と担体硝化との滞留時間を適切に組み合わせることができる。
【００８６】
（負荷調整機構を具備した硝化装置の第３の実施の形態）
図５の負荷調整機構は、図４で説明したバイパス配管４０の代わりに２列並列に担体用硝化槽１６Ａ，１６Ｂ設け、上澄み水分配器４２で２列の担体用硝化槽１６Ａ，１６Ｂに上澄み水を分配できるように構成したものである。分配比率は一方が１００％の場合も含む。
【００８７】
これにより、上澄み水中のアンモニア窒素濃度の残量が多い場合には、上澄み水を２列の担体用硝化槽１６Ａ，１６Ｂに分配して１槽当たりの負荷を軽減できるので、硝化処理水の水質を一定に維持することができる。
【００８８】
また、図５の場合にも、硝化処理水の水質変動を防止するのみならず、汚泥用硝化槽１２と担体用硝化槽１６とにおける廃水の滞留時間をも適切に調整することができる。
【００８９】
（負荷調整機構を具備した硝化装置の第４の実施の形態）
図６の負荷調整機構は、図３〜図５で説明したように廃水分配器５０や上澄み水分配器４２によって、分配比率を変えることで負荷を調整する方式ではなく、担体用硝化槽１６を有する汚泥・担体硝化ライン５８と、担体用硝化槽１６を有しない汚泥硝化ライン６０とを並列に配置して、廃水の水質に応じて使用するラインを選択するようにしたものである。
【００９０】
即ち、図６に示すように、負荷調整機構は、汚泥用硝化槽１２、固液分離槽１４、及び担体用硝化槽１６から構成される汚泥・担体硝化ライン５８と、汚泥用硝化槽１２及び固液分離槽１４から構成されて担体用硝化槽１６を有しない汚泥硝化ライン６０とが並列に配置される。
【００９１】
図６（Ａ）は３列の汚泥・担体硝化ライン５８と１列の汚泥硝化ライン６０との組み合わせ、図６（Ｂ）は２列の汚泥・担体硝化ライン５８と２列の汚泥硝化ライン６０との組み合わせ、図６（Ｃ）は１列の汚泥・担体硝化ライン５８と３列の汚泥硝化ライン６０との組み合わせた場合である。
【００９２】
なお、図６では、汚泥・担体硝化ライン５８と汚泥硝化ライン６０との合計のライン列数を４列にしたが、これに限定されるものではない。
【００９３】
図６（Ａ）の場合で詳しく説明すると、原水配管１１から４本の分岐管６２Ａ，６２Ｂ，６２Ｃ，６２Ｄに分岐され、３本の分岐管６２Ａ，６２Ｂ，６２Ｃにはそれぞれ汚泥・担体硝化ライン５８が連結される。そして、残りの１本の分岐管６２Ｄに汚泥硝化ライン６０が連結される。また、３列の汚泥・担体硝化ライン５８と１列の汚泥硝化ライン６０とは合流配管６４によって１本の処理水配管３８に合流される。
【００９４】
また、原水配管１１の分岐位置にライン選択手段６６が設けられると共に、原水配管１１には、廃水中のアンモニア性窒素濃度を測定する濃度測定手段、水温を測定する水温計、水量を測定する水量計の少なくとも１つが設けられる。図６では水温計５４を設けた場合で示している。
【００９５】
そして、制御手段６８は、水温計５４で測定された廃水の水温に応じてライン選択手段６６を制御して、４本の分岐管６２Ａ，６２Ｂ，６２Ｃ，６２Ｄのうち使用する分岐管を選択する。
【００９６】
これにより、廃水中のアンモニア性窒素濃度、水温、水量に応じて、汚泥用硝化槽１２と担体用硝化槽１６との負荷調整を行うことができるので、硝化処理水の水質を一定に維持することができる。
【００９７】
また、図６の場合にも、硝化処理水の水質変動を防止するのみならず、汚泥用硝化槽１２と担体用硝化槽１６とにおける廃水の滞留時間をも適切に調整することができる。
【００９８】
次に、上記説明した各種態様の硝化装置１０を組み込んだ廃水処理装置７０について説明する。
【００９９】
［廃水処理装置］
図７の廃水処理装置７０は、図１に示した基本構成の硝化装置１０を組み込んだ場合である。
【０１００】
図７に示すように、汚泥用硝化槽１２の前段に脱窒槽７２が設けられると共に、担体用硝化槽１６で処理された硝化処理水の一部が循環配管７４を介して脱窒槽７２に循環される。脱窒槽７２内には、脱窒菌を含む活性汚泥７６が嫌気性条件下で浮遊しており、硝化処理水と接触することによって、硝化処理水中の硝酸性窒素を窒素ガスに変換する。また、固液分離槽１４で沈降した汚泥は、汚泥返送配管２６を介して脱窒槽７２に戻される。
【０１０１】
図８の廃水処理装置７０は、図３に示した第１の実施の形態の硝化装置１０を組み込んだものであり、図９の廃水処理装置７０は図４に示した第２の実施の形態の硝化装置１０を組み込んだものである。また、図１０の廃水処理装置７０は図５に示した第３の実施の形態の硝化装置１０を組み込んだものであり、図１１の廃水処理装置７０は図６（Ａ）に示した第４の実施の形態の硝化装置１０を組み込んだものである。
【０１０２】
また、図１２の廃水処理装置７０は、図７の基本構成に加えて、担体用硝化槽１６の後段に補助脱窒槽８０を設け、補助脱窒槽８０内には充填材として脱窒菌を包括固定化した包括固定化担体を充填した場合である。なお、充填材はプラスチック製や砂状などの一般的に使用されているものを使用できる。また、図示しないが、脱窒のための有機源は補助脱窒槽８０内にメタノールなどを添加して補うことができる。
【０１０３】
図１２の廃水処理装置７０の場合には、固液分離槽１４によって活性汚泥１８等のＳＳ成分が担体用硝化槽１６に同伴されることがないので、担体用硝化槽１６の後段に担体処理方式の補助脱窒槽８０を設けることが可能となる。ちなみに、ＳＳ成分が多い場合には、充填材が閉塞するため、逆洗を頻繁に行う必要があるだけでなく、ＳＳ成分が処理水にリークして水質を悪化させる原因になる。
【０１０４】
これによって、担体用硝化槽１６で処理された硝化処理水中に残存する微量の硝酸性窒素を窒素ガスに変換できるので、補助脱窒槽８０後の最終処理水の水質向上を図ることができると共に、最終処理水に混ざって活性汚泥等のＳＳ成分が排出されることもない。
【０１０５】
また、図には示さなかったが、担体用硝化槽１６の後段に担体処理方式の補助脱窒槽８０を設ける構成であれば、アンモニア性窒素濃度が比較的低い廃水の場合、前段に配置した脱窒槽７２や循環配管７４を省略することも可能である。
【０１０６】
［実施例］
（試験Ａ）
本発明の硝化装置を備えた廃水処理装置（実施例）と、従来の活性汚泥循環変法の廃水処理装置（比較例１）と、従来の硝化促進型循環変法の廃水処理装置（比較例２）との３つの装置について、硝化ラインでの滞留時間（ＨＲＴ）を比較した。
【０１０７】
比較試験は、実施例、及び比較例１、２ともに、アンモニア性窒素を主とする総窒素濃度（ＴＮ）が４０ｍｇ／Ｌの同じ水質の廃水について略ＴＮ１０ｍｇ／Ｌ平均の処理水を得るために必要なＨＲＴを比較した。
【０１０８】
＊実施例は、図７の廃水処理装置の構成を用いた。
【０１０９】
＊比較例１は、固液分離槽（最初沈殿池）→脱窒槽（活性汚泥）→硝化槽（活性汚泥）→固液分離槽（最終沈殿池）であり、硝化槽で得られた硝化処理水の一部を脱窒槽に循環させた。
【０１１０】
＊比較例２は、比較例１の硝化槽を活性汚泥から包括固定化担体に代えた以外は比較１と同様である。
【０１１１】
なお、実施例、比較例１、２における脱窒槽における活性汚泥の汚泥濃度（ＭＬＳＳ）及び比較例１の硝化槽における汚泥濃度は２０００ｍｇ／Ｌに設定した。また、本発明及び比較例２の硝化槽には、包括固定化担体を１０％容積になるように充填した。また、硝化槽でのエア曝気による溶存酸素（ＤＯ）は、実施例、１、２とも同じ３ｍｇ／Ｌになるようにすると共に、硝化処理水を脱窒槽に循環させる循環比率は実施例、１、２ともに同じである。
【０１１２】
〈試験結果〉
＊本発明の実施例は、汚泥用硝化槽のＨＲＴが８時間＋担体用硝化槽のＨＲＴが１時間の合計９時間のＨＲＴであった。
【０１１３】
＊従来の活性汚泥循環変法による比較例１は、硝化槽のＨＲＴが１２〜１６時間であった。
【０１１４】
＊従来の硝化促進型循環変法による比較例２は、硝化槽のＨＲＴが６〜８時間であった。また、廃水中の夾雑物が担体分離スクリーン（目幅１．５ｍｍ）につまる傾向が見られ、メンテナンスは本発明に比べて煩雑であった。
【０１１５】
上記結果から分かるように、本発明における硝化ラインのＨＲＴは、廃水の全てを包括固定化担体のみで硝化処理する比較例２に比べて多少長くなるが、廃水の全てを活性汚泥のみで硝化処理する比較例１に比べてＨＲＴを大幅に短縮することができる。
【０１１６】
また、本発明の実施例は、担体用硝化槽での滞留時間を１時間にすることができるので、硝化槽容量を比較例２に比べて顕著にコンパクト化することができ、その分、包括固定化担体の充填量も大幅に削減できる。また、汚泥用硝化槽と固液分離槽（最終沈殿池）は、既設の廃水処理場に備わっているので、固液分離槽の後段に担体用硝化槽のみを新設すれば、既設の廃水処理場を改造せずに対応できる。
【０１１７】
（試験Ｂ）
活性汚泥は、廃水水温が高い夏期は硝化速度が落ちにくいが、廃水水温が低い冬期は硝化速度が落ち易い。そこで、活性汚泥と包括固定化担体とを用いて、冬期の廃水温度（１１〜１６℃）を想定した硝化処理効率を比較した。
【０１１８】
その結果、活性汚泥の硝化速度は平均１ｍｇ／ｇ-SS・hであるのに対して、包括固定化担体の硝化速度は平均８０ｍｇ／Ｌ-担体・hであった。
【０１１９】
そして、上記活性汚泥を硝化槽にＭＬＳＳで２０００ｍｇ／Ｌになるように充填すると共に、上記包括固定化担体を同じ容量の硝化槽に１０％容積になるように充填して、槽１日当たりの硝化速度を調べた。
【０１２０】
その結果、活性汚泥充填の硝化槽は４８ｍｇ／Ｌ−硝化槽・日であるのに対して、包括固定化担体の硝化槽は１９２ｍｇ／Ｌ−硝化槽・日であった。この結果から、廃水水温が低い冬期では包括固定化担体を充填した硝化槽の方が活性汚泥を充填した硝化槽よりも圧倒的に硝化速度が速くなる。
【０１２１】
このことから、汚泥用硝化槽の後段に硝化促進型循環変法よりも容量（キャパシティ）の小さな小型の担体用硝化槽を配置することで、包括固定化担体の使用量を大幅に削減し、且つ廃水水温が低く活性汚泥の活性が低下し易い冬期対策に特に有効となる。
【０１２２】
（試験Ｃ）
試験Ｃは、汚泥硝化と担体硝化を組み合わせた本発明の硝化装置が廃水のアンモニア性窒素の変動に対してどの程度対応能力があるかを調べた。試験は、既存の下水処理場（活性汚泥循環変法を使用）の硝化処理水を、試験用ラインを介して担体用硝化槽の試験プラントに引き込み、廃水中のアンモニア性窒素濃度が変動した場合の対応能力を調べた。廃水の温度は１１〜２１℃であり、担体用硝化槽（包括固定化担体１０％充填率）のＨＲＴは１時間に設定した。その結果を図１３に示す。
【０１２３】
図１３から分かるように、下水処理場からの硝化処理水中のアンモニア性窒素は約０〜約１９ｍｇ／Ｌまで変動した。しかし、図１３（Ａ）に示すように、汚泥用硝化槽→固液分離槽→担体用硝化槽の構成で処理した硝化処理水のアンモニア性窒素濃度は、処理水基準である５ｍｇ／Ｌ以下に略することができた。この結果は、廃水原水中のアンモニア性窒素濃度が０〜２０ｍｇ／Ｌまで変動しても、硝化処理率は約７０％と安定していることを示す。このことは、汚泥用硝化槽内の活性汚泥中の硝化菌の活性が低下する冬期であっても、汚泥用硝化槽の後段に容量の小さな担体用硝化槽を配置することで、処理水基準５ｍｇ／Ｌ以下を達成できることを示している。
【０１２４】
一方、図１３（Ｂ）は、原水のアンモニア濃度（ＮＨ４−Ｎ濃度）に応じて担体用硝化槽への流入割合を変化させた場合の結果である。具体的には、原水中のＮＨ４−Ｎ濃度が１０ｍｇ／Ｌ以下の場合において、バイパス配管への流入を開始し、原水中のＮＨ４−Ｎ濃度が低いほど担体用硝化槽への流入割合を少なくして処理した。図１３（Ｂ）から分かるように、バイパス配管への流入を併用しても、処理水のＮＨ４−Ｎ濃度を５ｍｇ／Ｌ以下にすることができた。この場合は当然ながら、担体用硝化槽の処理量が少ないので、曝気動力等のエネルギーを節約できた。
【符号の説明】
【０１２５】
１０…硝化装置、１２…汚泥用硝化槽、１４…固液分離槽、１６…担体用硝化槽、１８…活性汚泥、２０…曝気管、２２…ブロア、２４…汚泥排出配管、２６…汚泥返送配管、３０…包括固定化担体、３１…通水孔、３２…曝気管、３３…容器、３４…ブロア、３５…分割部、３６…担体分離スクリーン、３８…処理水配管、４０…バイパス配管、４２…上澄み水分配器、４４Ａ…第１濃度測定計、４４Ｂ…第２濃度測定計、４６…制御手段、５０…廃水分配器、５２…分岐配管、５４…水温計、５６…制御手段、５８…汚泥・担体硝化ライン、６０…汚泥硝化ライン、６２Ａ，６２Ｂ，６２Ｃ，６２Ｄ…分岐管、６４…合流管、６６…ライン選択手段、６８…制御手段、７０…廃水処理装置、７２…脱窒槽（活性汚泥）、７４…循環配管、７６…活性汚泥、８０…脱窒槽（包括固定化担体）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃水中のアンモニア性窒素を硝化菌により好気性条件下で硝化処理して硝酸性窒素にする硝化装置において、
前記廃水が流入し、前記硝化菌を含む活性汚泥により前記アンモニア性窒素を硝化する汚泥用硝化槽と、
前記汚泥用硝化槽で硝化処理された活性汚泥による硝化処理水中の固形分を固液分離して上澄み水を得る固液分離槽と、
前記上澄み水が流入し、前記硝化菌を包括固定した包括固定化担体により前記上澄み水中に残存するアンモニア性窒素を硝化して最終硝化処理水を得ると共に、前記包括固定化担体の担体分離スクリーンが設けられた担体用硝化槽と、
を有する汚泥・担体硝化ラインを少なくとも１系列備えたことを特徴とする硝化装置。
【請求項２】
前記担体用硝化槽を迂回して前記上澄み水を前記硝化処理水の処理水配管にバイパスさせるバイパス配管と、
前記上澄み水及び／又は前記硝化処理水のアンモニア性窒素濃度を測定する窒素濃度測定計と、
前記上澄み水を前記担体用硝化槽と前記バイパス配管とに分配する上澄み水分配器と、
前記濃度測定計の測定結果に基づいて前記上澄み水分配器を制御し、前記担体用硝化槽と前記バイパス配管とに分配する上澄み水分配量を調整する制御手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の硝化装置。
【請求項３】
前記汚泥・担体硝化ラインに並列に設けられ、前記汚泥用硝化槽と前記固液分離槽とから構成される汚泥硝化ラインと、
前記汚泥・担体硝化ラインと前記汚泥硝化ラインとに前記廃水を分配する廃水分配器と、
前記廃水の水質を測定する廃水測定計と、
前記廃水測定計の測定結果に基づいて前記廃水分配器を制御し、前記汚泥・担体硝化ラインと前記汚泥硝化ラインとに分配する廃水の分配量を調整する制御手段と、
前記汚泥・担体硝化ラインと前記汚泥硝化ラインとの上澄み水を合流させて前記汚泥・担体硝化ラインの担体用硝化槽に導入する合流配管と、を備えたことを特徴とする請求項２に記載の硝化装置。
【請求項４】
前記バイパス配管に代えて、前記担体用硝化槽を設けたことを特徴とする請求項３に記載の硝化装置。
【請求項５】
前記汚泥・担体硝化ラインに並列に設けられ、前記汚泥用硝化槽及び前記固液分離槽から構成された汚泥硝化ラインと、
前記廃水の水質を測定する廃水測定計と、
前記汚泥・担体硝化ラインと前記汚泥硝化ラインとのライン選択を行うライン選択手段と、
前記廃水測定計の測定結果に基づいて前記ライン選択手段を制御して、前記汚泥・担体硝化ラインと前記汚泥硝化ラインとのうち使用するラインを選択する制御手段と、を備えたことを特徴とする請求項１に記載の硝化装置。
【請求項６】
前記廃水の水質は、アンモニア性窒素濃度、水温、水量の少なくとも１つであることを特徴とする請求項３〜５の何れか１に記載の硝化装置。
【請求項７】
前記担体用硝化槽において、
前記包括固定化担体は、該包括固定化担体が通過しない大きさの複数の通水孔が形成された容器内に流動可能に収納された状態で、前記担体用硝化槽に充填されていることを特徴とする請求項１〜６の何れか１に記載の硝化装置。
【請求項８】
請求項１〜７の何れか１に記載の硝化装置と、
前記硝化装置で硝化処理された硝化処理水中の硝酸性窒素を、脱窒菌により嫌気性条件下で脱窒処理して窒素ガスに変換する脱窒槽と、を備えたことを特徴とする廃水処理装置。
【請求項９】
前記脱窒槽は、前記硝化装置の前段に設けられ、前記担体用硝化槽で処理された最終硝化処理水の一部が循環配管を介して前記脱窒槽に循環されることを特徴とする請求項８に記載の廃水処理装置。
【請求項１０】
前記脱窒槽の他に、前記硝化装置の後段に前記脱窒菌を包括固定した包括固定化担体を含む補助脱窒槽が設けられ、前記担体用硝化槽で処理された最終硝化処理水の残部に残留する硝酸性窒素を前記補助脱窒槽で窒素ガスに変換することを特徴とする請求項９に記載の廃水処理装置。
【請求項１】
廃水中のアンモニア性窒素を硝化菌により好気性条件下で硝化処理して硝酸性窒素にする硝化装置において、
前記廃水が流入し、前記硝化菌を含む活性汚泥により前記アンモニア性窒素を硝化する汚泥用硝化槽と、
前記汚泥用硝化槽で硝化処理された活性汚泥による硝化処理水中の固形分を固液分離して上澄み水を得る固液分離槽と、
前記上澄み水が流入し、前記硝化菌を包括固定した包括固定化担体により前記上澄み水中に残存するアンモニア性窒素を硝化して最終硝化処理水を得ると共に、前記包括固定化担体の担体分離スクリーンが設けられた担体用硝化槽と、
を有する汚泥・担体硝化ラインを少なくとも１系列備えたことを特徴とする硝化装置。
【請求項２】
前記担体用硝化槽を迂回して前記上澄み水を前記硝化処理水の処理水配管にバイパスさせるバイパス配管と、
前記上澄み水及び／又は前記硝化処理水のアンモニア性窒素濃度を測定する窒素濃度測定計と、
前記上澄み水を前記担体用硝化槽と前記バイパス配管とに分配する上澄み水分配器と、
前記濃度測定計の測定結果に基づいて前記上澄み水分配器を制御し、前記担体用硝化槽と前記バイパス配管とに分配する上澄み水分配量を調整する制御手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の硝化装置。
【請求項３】
前記汚泥・担体硝化ラインに並列に設けられ、前記汚泥用硝化槽と前記固液分離槽とから構成される汚泥硝化ラインと、
前記汚泥・担体硝化ラインと前記汚泥硝化ラインとに前記廃水を分配する廃水分配器と、
前記廃水の水質を測定する廃水測定計と、
前記廃水測定計の測定結果に基づいて前記廃水分配器を制御し、前記汚泥・担体硝化ラインと前記汚泥硝化ラインとに分配する廃水の分配量を調整する制御手段と、
前記汚泥・担体硝化ラインと前記汚泥硝化ラインとの上澄み水を合流させて前記汚泥・担体硝化ラインの担体用硝化槽に導入する合流配管と、を備えたことを特徴とする請求項２に記載の硝化装置。
【請求項４】
前記バイパス配管に代えて、前記担体用硝化槽を設けたことを特徴とする請求項３に記載の硝化装置。
【請求項５】
前記汚泥・担体硝化ラインに並列に設けられ、前記汚泥用硝化槽及び前記固液分離槽から構成された汚泥硝化ラインと、
前記廃水の水質を測定する廃水測定計と、
前記汚泥・担体硝化ラインと前記汚泥硝化ラインとのライン選択を行うライン選択手段と、
前記廃水測定計の測定結果に基づいて前記ライン選択手段を制御して、前記汚泥・担体硝化ラインと前記汚泥硝化ラインとのうち使用するラインを選択する制御手段と、を備えたことを特徴とする請求項１に記載の硝化装置。
【請求項６】
前記廃水の水質は、アンモニア性窒素濃度、水温、水量の少なくとも１つであることを特徴とする請求項３〜５の何れか１に記載の硝化装置。
【請求項７】
前記担体用硝化槽において、
前記包括固定化担体は、該包括固定化担体が通過しない大きさの複数の通水孔が形成された容器内に流動可能に収納された状態で、前記担体用硝化槽に充填されていることを特徴とする請求項１〜６の何れか１に記載の硝化装置。
【請求項８】
請求項１〜７の何れか１に記載の硝化装置と、
前記硝化装置で硝化処理された硝化処理水中の硝酸性窒素を、脱窒菌により嫌気性条件下で脱窒処理して窒素ガスに変換する脱窒槽と、を備えたことを特徴とする廃水処理装置。
【請求項９】
前記脱窒槽は、前記硝化装置の前段に設けられ、前記担体用硝化槽で処理された最終硝化処理水の一部が循環配管を介して前記脱窒槽に循環されることを特徴とする請求項８に記載の廃水処理装置。
【請求項１０】
前記脱窒槽の他に、前記硝化装置の後段に前記脱窒菌を包括固定した包括固定化担体を含む補助脱窒槽が設けられ、前記担体用硝化槽で処理された最終硝化処理水の残部に残留する硝酸性窒素を前記補助脱窒槽で窒素ガスに変換することを特徴とする請求項９に記載の廃水処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１３−１３８５７（Ｐ２０１３−１３８５７Ａ）
【公開日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４８５０８（Ｐ２０１１−１４８５０８）
【出願日】平成２３年７月４日（２０１１．７．４）
【出願人】（０００００５４５２）株式会社日立プラントテクノロジー (1,767)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月４日（２０１１．７．４）
【出願人】（０００００５４５２）株式会社日立プラントテクノロジー (1,767)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]