窒素含有水の処理方法及び窒素含有水の処理装置
【課題】本発明は、完全混合型の槽で、且つ被処理水を連続流入させる系で、硝化菌及び脱窒菌を含有する微生物群をグラニュール化させることができる窒素含有水の処理方法及び処理装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明は、硝化部に被処理水を供給して、前記被処理水中のアンモニウムイオンを硝酸若しくは亜硝酸にまで酸化する硝化工程と、完全混合型の脱窒部に前記被処理水を供給すると共に、水素供与体を供給し、前記被処理水中の前記硝酸若しくは前記亜硝酸を窒素ガスに還元する脱窒工程と、を含む窒素含有水の生物処理方法であって、前記脱窒工程では、前記脱窒部内での水素供与体の濃度が経時的に変化するように、前記水素供与体の添加量に時間的変動を与える。
【解決手段】本発明は、硝化部に被処理水を供給して、前記被処理水中のアンモニウムイオンを硝酸若しくは亜硝酸にまで酸化する硝化工程と、完全混合型の脱窒部に前記被処理水を供給すると共に、水素供与体を供給し、前記被処理水中の前記硝酸若しくは前記亜硝酸を窒素ガスに還元する脱窒工程と、を含む窒素含有水の生物処理方法であって、前記脱窒工程では、前記脱窒部内での水素供与体の濃度が経時的に変化するように、前記水素供与体の添加量に時間的変動を与える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被処理水中に含まれるアンモニウムイオン、有機体窒素等を生物学的に窒素ガスにまで酸化・還元する窒素含有水の処理方法及び窒素含有水の処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、排水処理の分野においては、微生物の生理活性を利用して排水中の汚濁物質を無害な物質に変化させて処理を行う生物化学的な水処理が多用されている。一般的な生物処理法として活性汚泥法が主流であるが、通常の活性汚泥法においては、系内の微生物濃度の高濃度化が困難であり負荷を高く取ることができないため、大きな敷地面積が必要であること、生物の管理が難しくバルキング等の処理性能悪化を生じやすいこと、大規模な沈殿設備が必要であること、余剰汚泥等の廃棄物発生量が多いことなどが問題視されてきた。これらの問題を解決する技術として、活性汚泥の固液分離を膜により行う方法、スポンジや高分子担体等の微生物を付着させて処理を行う方法、微生物が自己造粒した、いわゆるグラニュールを利用して処理を行う方法等が開発されてきた。中でもグラニュールを使用する方法は槽内に多量の微生物を保持しうるため、単位体積当たりの反応速度が速く、固液分離も容易なため注目されてきている。
【０００３】
窒素を含有した排水の処理においても同様に、生物化学的処理が適用される場合が多く、例えば、アンモニウムイオン、有機体窒素を含んだ排水の処理において、（１）有機物を好気的酸化処理若しくは嫌気性メタン発酵処理し、（２）好気性条件下においてアンモニア酸化細菌及び亜硝酸酸化細菌等により、アンモニウムイオンを亜硝酸イオン、硝酸イオンにまで酸化し、（３）無酸素条件下、水素供与体の存在下で、亜硝酸イオン、硝酸イオンを窒素ガスにまで還元し、（４）余剰の水素供与体を好気性条件下で二酸化炭素に酸化する、という工程により処理を行うことがある。水素供与体としては処理対象原水に含まれている有機物等を利用することができるが、水素供与体が不足する場合には外部から供給することが必要となる。このとき水素供与体は排水中の窒素濃度を元に供給量が決定され、その供給量に基づいて、水素供与体が連続的に添加される。
【０００４】
また、生物処理法としては活性汚泥法の他、微生物濃度を高めると共に固液分離を容易にするためスポンジやゲル状の担体を添加した処理方法が多用されている。しかし、担体を添加した方法における処理速度は、硝化速度として０．３〜０．５ｋｇＮ／ｍ３／ｄａｙ程度であり、また担体コストが非常に高い。そのため、高速化、低コスト化が望まれている。
【０００５】
一方、溶存酸素を必要としない嫌気性処理においては、単位微生物当たりの処理速度が遅いため、微生物自体を自己造粒させて比重の高い塊、グラニュールを形成することにより、槽内の微生物濃度を飛躍的に高める方法が使用されている。グラニュール化した微生物を使用する方法においては、高濃度の微生物を槽内に保持することができるため、槽当たりの処理速度は担体を使用した方法と比較しても速く、担体が不要であり、さらに、グラニュールの比重が高く沈降速度が速いため、固液分離が容易である等の利点を有している。このようなグラニュールを形成する微生物群は、嫌気性メタン発酵、上向流式スラッジブランケットリアクター（USB）、半回分式リアクター（SBR）で確認されている（例えば、特許文献１〜３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６３−２５８６９５号公報
【特許文献２】特開平１−２６２９９６号公報
【特許文献３】特開２０００−５１８９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
半回分式リアクターにおいては、１つの反応槽において（１）被処理水の流入、（２）酸素供給及び被処理水と微生物との接触、（３）微生物の沈降、（４）処理水の排出、といった４つの工程を経ることによって処理が行われるが、被処理水の流入と処理水の排出が共に短時間で行われるため、処理流量の変動が大きくなり、実施設においては大きな流量調整槽が必要となる。そのため、小規模の装置においては簡便で有利な装置となり得るが、中〜大規模の装置に適用することは困難である場合が多い。また、上向流式スラッジブランケットリアクター（ＵＳＢリアクター）を用いた場合には、非常に高い処理速度が得られるものの、特殊な形状の反応槽を用いるため、設備コストが高くなる。また、装置の構成上、脱窒槽内部の攪拌を十分に行うことができないため、被処理水のｐＨコントロールが困難となり、カルシウム等を含んだ被処理水においてはスケールの発生やグラニュール中に無機物が蓄積するなどの問題点を有している。
【０００８】
こういった問題を解決するためには従来から多くの装置で利用されている完全混合型の反応槽を利用し、被処理水を連続流入（及び連続排出）させる装置構成とすることが望ましいが、このような装置構成における脱窒菌のグラニュール形成に関する報告はこれまでにない。
【０００９】
そこで、本発明は、完全混合型の槽で、且つ被処理水を連続流入させる系で、硝化菌及び脱窒菌を含有する微生物群をグラニュール化させることができる窒素含有水の処理方法及び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】
【００１０】
（１）本発明は、硝化部に被処理水を供給して、前記被処理水中のアンモニウムイオンを硝酸若しくは亜硝酸にまで酸化する硝化工程と、完全混合型の脱窒部に前記被処理水を供給すると共に、水素供与体を供給し、前記被処理水中の前記硝酸若しくは前記亜硝酸を窒素ガスに還元する脱窒工程と、を含む窒素含有水の生物処理方法であって、前記脱窒工程では、前記脱窒部内での水素供与体の濃度が経時的に変化するように、前記水素供与体の添加量に時間的変動を与える。
【００１１】
（２）また、本発明は、硝化部に被処理水を供給して、前記被処理水中のアンモニウムイオンを硝酸若しくは亜硝酸にまで酸化する硝化工程と、完全混合型の脱窒部に前記被処理水を供給すると共に、水素供与体を供給し、前記被処理水中の前記硝酸若しくは前記亜硝酸を窒素ガスに還元する脱窒工程と、を含む窒素含有水の生物処理方法であって、前記脱窒部は、少なくとも第１脱窒部と第２脱窒部とを備え、前記脱窒工程では、前記第１脱窒部内と前記第２脱窒部内との間で、水素供与体の濃度差が形成されるように、少なくとも前記第１脱窒部に水素供与体を供給する。
【００１２】
（３）また、上記（２）記載の窒素含有水の処理方法において、前記第１脱窒部の容積が、前記脱窒部の総容積の１／３以下であることが好ましい。
【００１３】
（４）また、上記（１）記載の窒素含有水の処理方法において、前記脱窒部内の水素供与体の最大濃度と最小濃度との差は、５０ｍｇＴＯＣ／Ｌ以上であることが好ましい。
【００１４】
（５）また、上記（２）又は（３）記載の窒素含有水の処理方法において、前記第１脱窒部内での水素供与体の最大濃度と、前記第２脱窒部内での水素供与体の最小濃度との差が、５０ｍｇＴＯＣ／Ｌ以上となるように、少なくとも前記第１脱窒部に水素供与体を供給することが好ましい。
【００１５】
（６）また、上記（２）、（３）又は（５）記載の窒素含有水の処理方法において、前記第１脱窒部へ添加する前記水素供与体の添加量に時間的変動を与えることが好ましい。
【００１６】
（７）また、上記（１）〜（６）のいずれか１つに記載の窒素含有水の処理方法において、前記脱窒工程後の汚泥を前記硝化工程に返送することが好ましい。
【００１７】
（８）また、上記（１）〜（６）のいずれか１つに記載の窒素含有水の処理方法において、前記硝化工程の前に、被処理水の有機物処理又は脱窒処理を行う処理工程を含み、前記脱窒工程後の汚泥を前記硝化工程、前記処理工程のうち少なくともいずれか一方に返送することが好ましい。
【００１８】
（９）また、本発明は、被処理水中のアンモニウムイオンを硝酸若しくは亜硝酸にまで酸化する硝化部と、前記被処理水中の前記硝酸若しくは前記亜硝酸を窒素ガスに還元する完全混合型の脱窒部と、前記脱窒部に水素供与体を供給する水素供与体供給手段と、を備える窒素含有水の処理装置であって、前記水素供与体供給手段は、前記脱窒部内での水素供与体の濃度が経時的に変化するように、前記水素供与体の添加量に時間的変動を与える。
【００１９】
（１０）また、本発明は、被処理水中のアンモニウムイオンを硝酸若しくは亜硝酸にまで酸化する硝化部と、前記被処理水中の前記硝酸若しくは前記亜硝酸を窒素ガスに還元する完全混合型の脱窒部と、前記脱窒部に水素供与体を供給する水素供与体供給手段と、を備える窒素含有水の処理装置であって、前記脱窒部は、少なくとも第１脱窒部と第２脱窒部とを備え、前記水素供与体供給手段は、前記第１脱窒部内と前記第２脱窒部内との間で、水素供与体の濃度差が形成されるように、少なくとも前記第１脱窒部に水素供与体を供給する。
【００２０】
（１１）また、上記（１０）記載の窒素含有水の処理装置において、前記第１脱窒部の容積が、前記脱窒部の総容積の１／３以下であることが好ましい。
【００２１】
（１２）また、上記（９）記載の窒素含有水の処理装置において、前記脱窒部内の水素供与体の最大濃度と最小濃度との差は、５０ｍｇＴＯＣ／Ｌ以上であることが好ましい。
【００２２】
（１３）また、上記（１０）又は（１１）記載の窒素含有水の処理装置において、前記水素供与体供給手段は、前記第１脱窒部内での水素供与体の最大濃度と、前記第２脱窒部内での水素供与体の最小濃度との差が、５０ｍｇＴＯＣ／Ｌ以上となるように、少なくとも前記第１脱窒部に水素供与体を供給することが好ましい。
【００２３】
（１４）また、上記（１０）、（１１）又は（１３）記載の窒素含有水の処理装置において、前記水素供与体供給手段は、前記第１脱窒部へ添加する前記水素供与体の添加量に時間的変動を与えることが好ましい。
【００２４】
（１５）また、上記（９）〜（１４）のいずれか１つに記載の窒素含有水の処理装置において、前記脱窒部から排出される汚泥を前記硝化部に返送する返送手段を備えることが好ましい。
【００２５】
（１６）また、上記（９）〜（１４）のいずれか１つに記載の窒素含有水の処理装置において、前記硝化部の前段に、被処理水の有機物処理又は脱窒処理を行う処理部を含み、 前記脱窒部から排出される汚泥を前記硝化部、前記処理部のうち少なくともいずれか一方に返送する返送手段を備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、完全混合型の槽で、且つ被処理水を連続流入させる系で、硝化菌及び脱窒菌を含有する微生物群をグラニュール化させることができ、装置の小型化又は低コスト化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本実施形態に係る窒素含有水の処理方法の一例を示す概略構成図である。
【図２】本実施形態に係る窒素含有水の処理方法の一例を示す概略構成図である。
【図３】本実施形態に係る窒素含有水の処理方法の一例を示す概略構成図である。
【図４】本実施形態に係る窒素含有水の処理方法の一例を示す概略構成図である。
【図５】本実施形態に係る窒素含有水の処理方法の一例を示す概略構成図である。
【図６】本実施形態に係る窒素含有水の処理方法の一例を示す概略構成図である。
【図７】実施例及び比較例の試験経過日数に対する硝化速度の変化を示す図である。
【図８】実施例及び比較例の試験経過日数に対する脱窒速度の変化を示す図である。
【図９】実施例及び比較例の試験経過日数に対するＭＬＳＳ濃度の変化を示す図である。
【図１０】実施例の第１脱窒槽内の水質の変化を示す図である。
【図１１】実施例の第２脱窒槽内の水質の変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明者らは、脱窒反応において添加を行う水素供与体の濃度に変動を与えることにより、脱窒菌が自己造粒したグラニュールが容易に形成可能であることを見出した。さらに、このグラニュールを硝化、脱窒を行う窒素含有水の処理システム内で循環させることにより、硝化菌等のすべての菌群をグラニュール化し、窒素含有水の処理システム全体を実質的に同一のグラニュールで処理することが可能であることを見出した。以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本実施形態は本発明を実施する一例であって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。
【００２９】
図１〜６は、本実施形態に係る窒素含有水の処理方法の一例を示す概略構成図である。図１（Ａ），（Ｂ）は、硝化工程、脱窒工程Ａ又はＢ、沈殿処理工程の順に処理を行う窒素含有水の処理方法を示している。
【００３０】
ここで、本実施形態において、処理対象となる排水は、アンモニア態窒素化合物若しくは有機態窒素化合物を含んだ被処理水であり、特に生活排水、食品工場排水、発電所排水、電子産業排水等の産業排水である。ここで、電子産業排水は、様々な薬品が含まれており、また製造する製品によっても排水中の成分は大きく異なるが、窒素含有排水としては、例えばウェハー洗浄排水等が挙げられる。この排水中には、アンモニアの他、ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）、過酸化水素、フッ素イオン、ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）等を含むことが多い。
【００３１】
このような排水を生物学的に処理するにあたり、過酸化水素やフッ素イオンは生物に対し阻害性を有するため、予め除去することが好ましい。これらの阻害性物質の処理方法としては、既存の技術を使用することができ、過酸化水素の処理においては、酵素を添加する方法、還元剤を注入する方法、活性炭に接触させる方法等が挙げられる。また、フッ素イオンの処理においては、カルシウムを添加してフッ化カルシウムとして除去する方法、イオン交換樹脂にて処理する方法等が挙げられる。
【００３２】
そして、過酸化水素やフッ素イオンを除去した窒素含有排水は、硝化工程、脱窒工程等による処理が行われる前に、一旦水槽に貯められ、後段の硝化工程等にかかる流量や水質を安定させると共に、適切なｐＨに調整されることが好ましい。そして、流量、水質、ｐＨ等が調整された窒素含有排水（以下、被処理水と呼ぶ場合がある）が硝化工程等に送られることとなる。
【００３３】
硝化工程は、硝化部（例えば、硝化槽）に被処理水を供給して、主に被処理水中のアンモニムイオンを好気的（酸素の存在下で）に硝酸若しくは亜硝酸に酸化する工程である。硝化部には、担体に硝化菌を含む微生物膜を担持させてなる微生物担持担体が充填されている。また、硝化部には、空気導入管（不図示）が接続されており、硝化部内の被処理水に空気を供給することができる構造になっている。そして、硝化部で、微生物担持担体の硝化菌の働きにより、被処理水中のアンモニウムイオンを硝酸、亜硝酸に硝化させる。ここで、硝化菌は、被処理水中に含まれるアンモニウムイオンを亜硝酸に硝化する独立栄養性細菌のアンモニア酸化細菌、アンモニウムイオンを硝酸に硝化する独立栄養性細菌の亜硝酸酸化細菌等である。
【００３４】
硝化菌が担持される担体は、特に制限されるものではないが、例えば、スポンジ、ゲル、プラスチック成型品等を利用することができる。具体的には、親水性のポリウレタンスポンジ、ポリビニルアルコールゲル等を利用することが好ましい。なお、後述するように、脱窒グラニュールを返送する場合、硝化菌が担持される担体は必ずしも必要でない。
【００３５】
脱窒工程Ａ，Ｂは、完全混合型の脱窒部に水素供与体を供給し、被処理水中の硝酸若しくは亜硝酸を無酸素条件下にて窒素ガスに還元する工程である。脱窒工程Ａの場合、脱窒部（例えば、脱窒槽）には、脱窒菌を含む汚泥が収容されており、脱窒部内では、脱窒菌の働きによって、硝酸若しくは亜硝酸が窒素ガスに還元されることとなる。脱窒工程Ｂの場合、第１脱窒部（及び第２脱窒部）には、脱窒菌を含む汚泥が収容されており、第１脱窒部（例えば、第１脱窒槽）で、被処理水を脱窒菌に接触させた後、被処理水、脱窒菌、水素供与体を第２脱窒部（例えば、第２脱窒槽）に送液する。そして、第１脱窒部及び第２脱窒部内では、脱窒菌の働きによって、被処理水中の硝酸若しくは亜硝酸が窒素ガスに還元される。
【００３６】
脱窒工程において、水素供与体としてメタノールを使用した場合、被処理水中の硝酸（硝酸イオン）、亜硝酸（亜硝酸イオン）は、下記反応式に示す反応により、窒素ガスに還元される。
【００３７】
２ＮＯ２− ＋ ＣＨ３ＯＨ → Ｎ２ ＋ ＣＯ２ ＋ Ｈ２Ｏ ＋ ２ＯＨ−
６ＮＯ３− ＋ ５ＣＨ３ＯＨ → ３Ｎ２ ＋ ５ＣＯ２ ＋ ７Ｈ２Ｏ ＋ ６ＯＨ−
【００３８】
また、脱窒工程Ａでは、脱窒部内の水素供与体の濃度が経時的に変化するように、水素供与体の添加量に時間的変動を与える。また、脱窒工程Ｂでは、少なくとも第１脱窒部及び第２脱窒部を設け、第１脱窒部内と第２脱窒部内との間で、所定の水素供与体の濃度差が形成されるように、少なくとも第１脱窒槽に水素供与体を供給する。なお、本実施形態における水素供与体の添加は、脱窒部に接続されている水素供与体添加ライン１０から行われるようになっている。
【００３９】
以下に、脱窒工程Ａにおける、水素供与体の供給方法について詳述する。
【００４０】
通常、水素供与体は、脱窒部に供給される被処理水中の硝酸イオン、亜硝酸イオンの濃度から、脱窒処理に必要な水素供与体の供給量を算出し、その量を変化させることなく連続的に脱窒部に供給する。そのため、脱窒部内の水素供与体の濃度は、低濃度でほぼ一定である。なお、通常は、脱窒処理を効率的に行うために、脱窒部内の硝酸イオン及び亜硝酸イオンの脱窒処理に必要な水素供与体の供給量（水素供与体必要理論量）の１．２倍前後を脱窒部に供給する。
【００４１】
しかし、脱窒工程Ａでは、脱窒部内での水素供与体の濃度が経時的に変化するように、水素供与体の供給−停止（間欠添加）、水素供与体の多量供給−少量供給等を行う。このように、水素供与体の濃度に変動を与えることにより、脱窒菌を含む汚泥が自己造粒したグラニュールを形成させることができる。
【００４２】
ここで、（例えば、脱窒槽部内での被処理水の水理学的滞留時間における）脱窒部内での水素供与体の最大濃度と最小濃度との差は、５０ｍｇＴＯＣ／Ｌ以上となるように、脱窒部内に水素供与体を供給することが好ましく、１００ｍｇＴＯＣ／Ｌ以上となるように、脱窒部内に水素供与体を供給することがより好ましい。脱窒部内での水素供与体の最大濃度と最小濃度との差が、５０ｍｇＴＯＣ／Ｌより小さいと、脱窒菌の自己造粒化を充分に誘導することができない場合がある。
【００４３】
ここで、脱窒部内での水素供与体の最小濃度は、最大濃度に対して１／２以下（０より大きく、最大濃度に対して１／２以下の範囲）であることが好ましい。上記最小濃度が最大濃度に対して１／２を超えると、脱窒菌の自己造粒化の誘導が困難となる場合がある。
【００４４】
本実施形態では、水素供与体を間欠的に脱窒部に供給することにより、脱窒部内での水素供与体の濃度を経時的に変化させることができる。具体的には、水素供与体の供給時では、脱窒部内に存在する脱窒菌の処理速度を超える速度で、水素供与体を供給することにより脱窒部内の水素供与体の濃度を増加させ、その後、水素供与体の供給を停止することにより、脱窒部内の水素供与体の濃度を低下させる。
【００４５】
水素供与体の供給停止時間は、水素供与体の供給時間の５０％より長いことが好ましい。水素供与体の供給停止時間が、水素供与体の供給時間の５０％以下であると、水素供与体の最大濃度と最小濃度との差が、例えば５０ｍｇＴＯＣ／Ｌ以上であっても、脱窒菌を含む汚泥の自己造粒化を充分に誘導することが困難となる場合がある。
【００４６】
水素供与体の供給及び停止のサイクルを複数行う場合、１サイクル（供給−停止）の時間は、水理学的滞留時間の５０％より短いこと、すなわち水理学的滞留時間に対して２サイクル以上行うことが好ましい。水理学的滞留時間に対して１サイクルしか行わないと、水素供与体の最大濃度と最小濃度との差は大きくなるが、水素供与体の濃度の高い処理水が脱窒部外へ排出されるため、処理水から水素供与体を除去するために設置される酸化槽等の負荷が高くなると共に、処理水の水質を悪化させる場合がある。また、脱窒処理において有効に使用されない水素供与体が多くなるため、水素供与体供給量を増加させる必要があり、脱室処理のコストが高くなる場合がある。
【００４７】
また、本実施形態では、脱窒部内の硝酸及び亜硝酸の濃度に対して、脱窒処理に必要な水素供与体の供給量（水素供与体必要理論量）を基準として、基準値より少ない量の水素供与体を脱窒部に供給する第１供給工程と、前記基準値より多い量の水素供与体を脱窒部に供給する第２供給工程とを組み合わせて、脱窒部に水素供与体を供給することによっても、脱窒部内での水素供与体の濃度を経時的に変化させることができる。
【００４８】
第１供給工程における水素供与体の供給時間は、第２供給工程における水素供与体の供給時間の５０％より長いことが好ましい。第１供給工程における水素供与体の供給時間が、第２供給工程における水素供与体の供給時間の５０％以下であると、水素供与体の最大濃度と最小濃度との差が、例えば５０ｍｇＴＯＣ／Ｌ以上であっても、脱窒菌の自己造粒化を充分に誘導することが困難となる場合がある。
【００４９】
第１供給工程及び第２供給工程のサイクルを複数行う場合、１サイクル（第１供給工程−第２供給工程）の時間は、水理学的滞留時間の５０％より短いこと、すなわち水理学的滞留時間に対して２サイクル以上行うことが好ましい。水理学的滞留時間に対して１サイクルしか行わないと、水素供与体の最大濃度と最小濃度との差は大きくなるが、水素供与体の濃度の高い処理水が脱窒部外へ排出されるため、処理水から水素供与体を除去するために設置される酸化槽等の負荷が高くなると共に、処理水の水質を悪化させる場合がある。また、脱窒処理において有効に使用されない水素供与体が多くなるため、水素供与体供給量を増加させる必要があり、脱室処理のコストが高くなる場合がある。
【００５０】
また、本実施形態では、脱窒部内での水素供与体の最小濃度は、１００ｍｇＴＯＣ／Ｌ以下であることが好ましく、２ｍｇＴＯＣ／Ｌ〜１００ｍｇＴＯＣ／Ｌの範囲であることがより好ましい。水素供与体の最小濃度が１００ｍｇＴＯＣ／Ｌより大きいと、脱窒菌の自己造粒化を充分に誘導することが困難となる場合がある。また、水素供与体の最小濃度が２ｍｇＴＯＣ／Ｌより小さいと、脱窒処理を効率的に行うことができず、処理水の水質を悪化させる場合がある。
【００５１】
次に、脱窒工程Ｂにおける水素供与体の濃度差の形成方法について説明する。
【００５２】
脱窒工程Ｂでは、第１脱窒部内と第２脱窒部内との間で、水素供与体の濃度差が形成されるように、少なくとも第１脱窒部に水素供与体を供給する。脱窒工程Ｂでは、脱窒部を２つ以上備えていればよく、例えば、第１脱窒部と第２脱窒部との間等に、さらに（複数の）脱窒部（例えば、脱窒槽）を設置してもよい。そして、本明細書では、水素供与体濃度が最も高くなる脱窒部を第１脱窒部とし、水素供与体濃度が最も低くなる脱窒部を第２脱窒部とする。
【００５３】
本実施形態において、脱窒部は槽型であることが望ましいが、必ずしもこれに制限されるものではなく、特に第１脱窒部においては、被処理水と水素供与体との接触機会を確保することができるものであれば、必ずしも槽型である必要はなく、所定の長さを有するライン（管）等であってもよい。
【００５４】
第１脱窒部の容積は、第２脱窒部との水素供与体の濃度差を大きくするため、脱窒部全体の容積の１／３以下であることが好ましく、さらに、脱窒部全体の容積の１／５以下であることが好ましい。また、第１脱窒部のＨＲＴ（水理学的滞留時間）が短くなりすぎると、流入してくる被処理水中の溶存酸素の消費が追いつかず、第１脱窒部が好気性条件となる場合がある。したがって、被処理水中の硝酸イオンや亜硝酸イオン濃度や溶存酸素濃度にもよるが、第１脱窒部は数分以上のＨＲＴを確保することができる大きさとすることが好ましく、第１脱窒部の容積の下限値は、脱窒部全体の容積の１／３０以上であることが好ましく、さらに、脱窒部全体の容積の１／２０以上であることがより好ましい。
【００５５】
ここで、（例えば、第２脱窒部内の被処理水の水理学的滞留時間（ＨＲＴ）における）第１脱窒部内での水素供与体の最大濃度と、（例えば、第２脱窒部内の被処理水の水理学的滞留時間における）第２脱窒部内での水素供与体の最小濃度との差は、５０ｍｇＴＯＣ／Ｌ以上となるように、少なくとも第１脱窒部内に水素供与体を供給することが好ましく、１００ｍｇＴＯＣ／Ｌ以上となるように、少なくとも第１脱窒部内に水素供与体を供給することがより好ましい。第１脱窒部内での水素供与体の最大濃度と第２脱窒部内での水素供与体の最小濃度との差が、５０ｍｇＴＯＣ／Ｌより小さいと、脱窒菌を含む汚泥の自己造粒化を充分に誘導することができない場合がある。
【００５６】
水素供与体の添加量は被処理水中の硝酸イオン若しくは亜硝酸イオン濃度より計算される。通常は、上記計算値に被処理水中の溶存酸素の消費に使われる量を加えた上で、一定の安全率を掛けた値が水素供与体の添加量として決定される。そして、脱窒工程Ｂでは、決定された量の水素供与体を第１脱窒部に連続的に供給してもよい（第２脱窒部にも供給してよい）が、被処理水中の硝酸イオン、亜硝酸イオンの濃度が低い場合には、脱窒処理に必要な水素供与体の濃度も低くなるため、第１脱窒部と第２脱窒部との間で、水素供与体の濃度差を形成することが困難となる。
【００５７】
このような場合には、第１脱窒部に添加する水素供与体の添加量を多くするか、上記説明したような水素供与体の供給−停止（間欠添加）、水素供与体の多量供給−少量供給を行う等のような水素供与体の添加量に時間的変動を与えることで、第１脱窒部と第２脱窒部との間で、容易に水素供与体の濃度差を形成することができる。水素供与体の供給及び停止時間及び水素供与体の多量供給−少量供給時間等は、第１脱窒部内での水素供与体の最大濃度と第２脱窒部内での水素供与体の最小濃度との差が、例えば５０ｍｇＴＯＣ／Ｌ以上となるように設定されることが好ましい。
【００５８】
第１脱窒部での水素供与体の供給及び停止のサイクルを複数行う場合、水素供与体の多量供給−少量供給のサイクルを複数行う場合、後段の第２脱窒部内での水素供与体の濃度を平均化することができる点で、１サイクルの時間は、脱窒部全体における水理学的滞留時間の５０％より短いこと、すなわち脱窒部全体における水理学的滞留時間に対して２サイクル以上行うことが好ましい。
【００５９】
本実施形態では、少なくとも第１脱窒部に水素供与体を供給すればよいが、第１脱窒部内と第２脱窒部内との間で、水素供与体の濃度差が形成されるように、第２脱窒部にも水素供与体を供給（供給−停止の間欠供給、多量供給−少量供給等も含む）してよい。
【００６０】
なお、脱窒菌をグラニュール化させる際には、一部の金属類の添加が良好な結果をもたらす場合がある。これらは、一般的にグラニュール化促進物質として位置付けられ、イオン類としてカルシウムイオン、鉄イオン、化合物類としてフライアッシュ、酸化鉄、炭酸カルシウム等が挙げられる。このうちイオン類に関しては、脱窒処理期間に渡って、もしくは装置の立ち上げ期に連続又は間欠的に添加されることが好ましい。また、化合物類に関しては、装置立ち上げ時に汚泥の添加と共に添加されることが好ましい。
【００６１】
本実施形態で用いられる水素供与体は、例えば、メタノール、エタノール、イソプロパノール、酢酸、水素ガス、アセトン、グルコース、エチルメチルケトン、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）等が挙げられるが、これに制限されるものではなく、水素供与体として従来公知のもの全てを使用することができる。
【００６２】
硝酸イオン、亜硝酸イオンから窒素ガスへの還元反応は、水素供与体の種類により若干異なるが、いずれにしても硝酸イオン、亜硝酸イオンと等モルの水酸化物イオンが生成するため、脱窒部内の被処理水ｐＨは上昇する。一般的に、脱窒処理における被処理水のｐＨは８〜９の範囲に調整することが好適である。但し、水素供与体由来の炭酸イオン濃度が高くなって、被処理水中に含まれるカルシウムイオン等によるスケール発生が懸念される場合には、脱窒部内の被処理水ｐＨは６〜７．５の範囲に調整することが好ましく、６．３〜７．０の範囲に調整することがより好ましい。例えば、脱窒部にｐＨセンサを設置して、脱窒部内の被処理水のｐＨを検出し、検出したｐＨ値に基づいて、脱窒部内の被処理水のｐＨが上記範囲となるように、酸剤又はアルカリ剤を脱窒部に供給し、脱窒部内の被処理水のｐＨを調整する。
【００６３】
次に、沈殿処理工程により、脱窒工程Ａ，Ｂ等から排出される処理水から、汚泥を分離する。図１（Ａ），（Ｂ）では、沈殿処理工程により処理水から分離した汚泥を硝化工程に返送する返送ライン１２を備えており、本実施形態の脱窒工程Ａ又はＢにより得られるグラニュール汚泥を循環させることができる。これにより、硝化菌を含んだグラニュールが形成されるため、硝化工程等も同一のグラニュールによって処理することが可能となる。
【００６４】
図２（Ａ），（Ｂ）は、有機物処理工程、硝化工程、脱窒工程Ａ又はＢ、沈殿処理工程の順に処理を行う窒素含有水の処理方法を示している。有機物処理工程は、被処理水中の有機態窒素やその他の有機物を好気若しくは嫌気条件下にて処理を行い、有機物（例えばＩＰＡ、ＴＭＡＨ等）の除去と共に有機態窒素をアンモニア態窒素に変換等をする工程である。また、図２（Ａ），（Ｂ）に示す窒素含有水の処理には、沈殿処理工程により処理水から分離した汚泥を有機物処理工程に返送する返送ライン１４を備えており、本実施形態の脱窒工程Ａ又はＢにより得られるグラニュール汚泥を循環させることができる。これにより、硝化菌を含んだグラニュールが形成されるため、硝化工程等も同一のグラニュールによって処理することが可能となる。
【００６５】
図３（Ａ），（Ｂ）は、硝化工程、脱窒工程Ａ又はＢ、酸化工程、沈殿処理工程の順に処理を行う窒素含有水の処理方法を示している。酸化工程は、脱窒にて添加した水素供与体の余剰分を好気的に処理する工程である。図３（Ａ），（Ｂ）に示す窒素含有水の処理も同様に、沈殿処理工程により処理水から分離した汚泥を硝化工程に返送する返送ライン１２を備えており、本実施形態の脱窒工程Ａ又はＢにより得られるグラニュール汚泥を循環させることができる。これにより、硝化菌を含んだグラニュールが形成されるため、硝化工程等も同一のグラニュールによって処理することが可能となる。
【００６６】
図４（Ａ），（Ｂ）は、脱窒工程Ａ又はＢ、硝化工程、脱窒工程Ｃ、酸化工程、沈殿処理工程の順に処理を行う窒素含有水の処理方法を示している。図５（Ａ），（Ｂ）は、脱窒工程Ｃ、硝化工程、脱窒工程Ａ又はＢ、酸化工程、沈殿処理工程の順に処理を行う窒素含有水の処理方法を示している。脱窒工程Ｃは、脱窒部に水素供与体を間欠的又は多量供給−少量供給することや第１脱窒部と第２脱窒部との間で所定の濃度差となるように水素供与体を供給することを行わずに、硝酸若しくは亜硝酸性窒素を無酸素条件下にて窒素ガスに還元する従来の脱窒工程である。なお、図４（Ａ），（Ｂ）又は図５（Ａ），（Ｂ）の窒素含有水の処理方法では、処理性能を向上させるため、硝化工程により得られる処理水の一部を、前段に配置した脱窒工程Ａ、Ｂ、又は脱窒工程Ｃに返送している。図４（Ａ），（Ｂ）及び図５（Ａ），（Ｂ）に示す窒素含有水の処理も同様に、沈殿処理工程により処理水から分離した汚泥を脱窒工程に返送する返送ライン１６を備えており、本実施形態の脱窒工程Ａ又はＢにより得られるグラニュール汚泥を循環させている。この場合、硝化菌を含んだグラニュールが形成されるため、硝化工程等も同一のグラニュールによって処理することが可能となる。
【００６７】
図６（Ａ），（Ｂ）は、有機物処理工程、硝化工程、脱窒工程Ａ又はＢ、酸化工程、沈殿処理工程の順に処理を行う窒素含有水の処理方法を示している。図６（Ａ），（Ｂ）に示す窒素含有水の処理も同様に、沈殿処理工程により処理水から分離した汚泥を有機物処理工程に返送する返送ライン１２を備えており、本実施形態の脱窒工程Ａ又はＢにより得られるグラニュール汚泥を循環させている。これにより、硝化菌を含んだグラニュールが形成されるため、硝化工程等も同一のグラニュールによって処理することが可能となる。
【００６８】
上記これらの本実施形態において、有機物処理、硝化処理、酸化処理等はそれぞれ既存の方法を用いることができる。そして、沈殿処理に関しても従来の技術を適用することが可能であるが、グラニュール化において、ある程度の水面積負荷をかけて密度の高い汚泥を選別して、系内に保持することを好ましい。通常の活性汚泥システムにおいては、水面積負荷を０．６ｍ／ｈｒ以下程度として設計されるのが一般的であるが、本実施形態においては、０．８ｍ／ｈｒ以上とすることが好ましく、１．０ｍ／ｈｒ以上とすることがより好ましい。
【００６９】
また、沈殿処理により分離された汚泥が有機物処理工程、硝化工程等に返送される場合、返送率は被処理水流量に対して、１０％〜２００％程度とすることが好ましい。返送には、返送ライン（１２，１４，１６）に設置された通常のポンプ（不図示）により行うことができるが、通常の渦巻きポンプではグラニュールが破砕される場合があるため、回転容積式ポンプ、チューブポンプ、エアーリフトポンプ等で返送を行うことが好ましい。
【００７０】
また、沈殿処理工程では、沈殿槽を設置する代わりに、脱窒部もしくは酸化槽の一部を仕切って沈降部を設けたり、脱窒部もしくは酸化槽にＧＳＳを設けたり、膜分離装置等を設けてもよい。
【００７１】
また、処理対象となる被処理水は基本的に連続流入されるが、流量調整槽等を設置して、流量調整槽のレベル制御により、被処理水の流入のＯＮ−ＯＦＦ制御を行ってもよい。この場合にも、本実施形態では、グラニュールの形成が良好に行われる。そして、被処理水の流入に合わせて、水素供与体の添加時間、タイミング等を制御することが望ましい。
【００７２】
脱窒部内のＭＬＳＳ濃度としては特に制限されるものではないが、十分な処理速度を達成することができる点で、ＭＬＳＳ濃度は５０００〜１０００００ｍｇＭＬＳＳ／Ｌ程度とすることが好ましい。
【実施例】
【００７３】
以下、実施例および比較例を挙げ、本発明をより具体的に詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
【００７４】
実施例においては、図３（Ｂ）に示した処理方法により試験を行った。硝化工程では容積３６Ｌの硝化槽を用い、脱窒工程Ｂでは容積４Ｌの第１脱窒槽、容積３６Ｌの第２脱窒槽を用い、酸化処理工程では容積２０Ｌの酸化槽を用いた。
【００７５】
下記表１に示す水質の被処理水を連続通水した。また、硝化槽及び酸化槽では空気を曝気し、ＤＯを２ｍｇＯ／Ｌ以上に維持した。第１脱窒槽及び第２脱窒槽には攪拌機を設置して攪拌を行った。水素供与体としてメタノールを使用し、第１脱窒槽に間欠的に添加した。水素供与体の添加−停止の１サイクルは、被処理水流量と第２脱窒槽の容積から計算された第２脱窒槽ＨＲＴの１／４とした。また、水素供与体の添加と停止の時間比を１：１９とした。実施例１では、沈殿槽から排出される処理水中の全窒素濃度が１０ｍｇＮ／Ｌ以下となるように段階的に被処理水量を増加させて、負荷を上昇させた。なお、メタノールの添加量は、流入窒素量に対して３ｋｇメタノール／ｋｇＮとした。また、試験開始時には約５００ｍｇＭＬＳＳ／Ｌとなるように脱窒を行っている活性汚泥を第１脱窒槽及び第２脱窒槽に供給した。また、硝化槽及び第２脱窒槽にはｐＨコントローラーを設置し、塩酸若しくは水酸化ナトリウムを用いて、被処理水のｐＨを７．０〜７．５となるように調整した。また、脱窒部後段に設置した沈殿槽に溜まった汚泥は、エアーリフトポンプを用いて硝化槽に返送した。
【００７６】
【表１】
【００７７】
比較例においては、第１脱窒槽を設置しないこと、水素供与体を第２脱窒槽に連続的に添加すること以外は実施例１と同様の条件で試験を行った。
【００７８】
図７は、実施例及び比較例の試験経過日数に対する硝化速度の変化を示す図である。図８は、実施例及び比較例の試験経過日数に対する脱窒速度の変化を示す図である。図９は、実施例及び比較例の試験経過日数に対するＭＬＳＳ濃度の変化を示す図である。比較例では、一時硝化速度で０．３ｋｇＮ／ｍ３／ｄａｙ、脱窒速度で０．４ｋｇＮ／ｍ３／ｄａｙ付近まで上昇したが、沈殿槽からの汚泥の流出が激しく、十分な汚泥濃度を維持することができなかった。このため、ＭＬＳＳ濃度も低下し、結果として、硝化速度は０．１５ｋｇＮ／ｍ３／ｄａｙ、脱窒速度は０．１８ｋｇＮ／ｍ３／ｄａｙ付近で安定した。また、汚泥の状態もほとんどグラニュール化することはなかった。実施例では、ＭＬＳＳ濃度の増加が確認され、これに伴い硝化速度及び脱窒速度も上昇し、試験開始後２ヶ月後には、硝化速度及び脱窒速度いずれも０．６ｋｇＮ／ｍ３／ｄａｙ程度まで上昇し、比較例の３倍程度の速度が得られた。また汚泥状態は自己造粒化が見られ、直径２００μｍほどのグラニュールを形成した。
【００７９】
図１０は、実施例の第１脱窒槽内の水質の変化を示す図であり、図１１は、実施例の第２脱窒槽内の水質の変化を示す図である。実施例の第１脱窒槽内ではＴＯＣ濃度として０〜２００ｍｇＴＯＣ／Ｌ程度（最大濃度は約２００ｍｇＴＯＣ／Ｌ）の水素供与体濃度の変動が与えられ、第２脱窒槽内ではＴＯＣ濃度として２〜１８ｍｇＴＯＣ／Ｌ程度（最小濃度は約２ｍｇＴＯＣ／Ｌ）の水素供与体濃度の変動が与えられていることを確認した。
【符号の説明】
【００８０】
１０ 水素供与体添加ライン、１２，１４，１６ 返送ライン。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被処理水中に含まれるアンモニウムイオン、有機体窒素等を生物学的に窒素ガスにまで酸化・還元する窒素含有水の処理方法及び窒素含有水の処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、排水処理の分野においては、微生物の生理活性を利用して排水中の汚濁物質を無害な物質に変化させて処理を行う生物化学的な水処理が多用されている。一般的な生物処理法として活性汚泥法が主流であるが、通常の活性汚泥法においては、系内の微生物濃度の高濃度化が困難であり負荷を高く取ることができないため、大きな敷地面積が必要であること、生物の管理が難しくバルキング等の処理性能悪化を生じやすいこと、大規模な沈殿設備が必要であること、余剰汚泥等の廃棄物発生量が多いことなどが問題視されてきた。これらの問題を解決する技術として、活性汚泥の固液分離を膜により行う方法、スポンジや高分子担体等の微生物を付着させて処理を行う方法、微生物が自己造粒した、いわゆるグラニュールを利用して処理を行う方法等が開発されてきた。中でもグラニュールを使用する方法は槽内に多量の微生物を保持しうるため、単位体積当たりの反応速度が速く、固液分離も容易なため注目されてきている。
【０００３】
窒素を含有した排水の処理においても同様に、生物化学的処理が適用される場合が多く、例えば、アンモニウムイオン、有機体窒素を含んだ排水の処理において、（１）有機物を好気的酸化処理若しくは嫌気性メタン発酵処理し、（２）好気性条件下においてアンモニア酸化細菌及び亜硝酸酸化細菌等により、アンモニウムイオンを亜硝酸イオン、硝酸イオンにまで酸化し、（３）無酸素条件下、水素供与体の存在下で、亜硝酸イオン、硝酸イオンを窒素ガスにまで還元し、（４）余剰の水素供与体を好気性条件下で二酸化炭素に酸化する、という工程により処理を行うことがある。水素供与体としては処理対象原水に含まれている有機物等を利用することができるが、水素供与体が不足する場合には外部から供給することが必要となる。このとき水素供与体は排水中の窒素濃度を元に供給量が決定され、その供給量に基づいて、水素供与体が連続的に添加される。
【０００４】
また、生物処理法としては活性汚泥法の他、微生物濃度を高めると共に固液分離を容易にするためスポンジやゲル状の担体を添加した処理方法が多用されている。しかし、担体を添加した方法における処理速度は、硝化速度として０．３〜０．５ｋｇＮ／ｍ３／ｄａｙ程度であり、また担体コストが非常に高い。そのため、高速化、低コスト化が望まれている。
【０００５】
一方、溶存酸素を必要としない嫌気性処理においては、単位微生物当たりの処理速度が遅いため、微生物自体を自己造粒させて比重の高い塊、グラニュールを形成することにより、槽内の微生物濃度を飛躍的に高める方法が使用されている。グラニュール化した微生物を使用する方法においては、高濃度の微生物を槽内に保持することができるため、槽当たりの処理速度は担体を使用した方法と比較しても速く、担体が不要であり、さらに、グラニュールの比重が高く沈降速度が速いため、固液分離が容易である等の利点を有している。このようなグラニュールを形成する微生物群は、嫌気性メタン発酵、上向流式スラッジブランケットリアクター（USB）、半回分式リアクター（SBR）で確認されている（例えば、特許文献１〜３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６３−２５８６９５号公報
【特許文献２】特開平１−２６２９９６号公報
【特許文献３】特開２０００−５１８９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
半回分式リアクターにおいては、１つの反応槽において（１）被処理水の流入、（２）酸素供給及び被処理水と微生物との接触、（３）微生物の沈降、（４）処理水の排出、といった４つの工程を経ることによって処理が行われるが、被処理水の流入と処理水の排出が共に短時間で行われるため、処理流量の変動が大きくなり、実施設においては大きな流量調整槽が必要となる。そのため、小規模の装置においては簡便で有利な装置となり得るが、中〜大規模の装置に適用することは困難である場合が多い。また、上向流式スラッジブランケットリアクター（ＵＳＢリアクター）を用いた場合には、非常に高い処理速度が得られるものの、特殊な形状の反応槽を用いるため、設備コストが高くなる。また、装置の構成上、脱窒槽内部の攪拌を十分に行うことができないため、被処理水のｐＨコントロールが困難となり、カルシウム等を含んだ被処理水においてはスケールの発生やグラニュール中に無機物が蓄積するなどの問題点を有している。
【０００８】
こういった問題を解決するためには従来から多くの装置で利用されている完全混合型の反応槽を利用し、被処理水を連続流入（及び連続排出）させる装置構成とすることが望ましいが、このような装置構成における脱窒菌のグラニュール形成に関する報告はこれまでにない。
【０００９】
そこで、本発明は、完全混合型の槽で、且つ被処理水を連続流入させる系で、硝化菌及び脱窒菌を含有する微生物群をグラニュール化させることができる窒素含有水の処理方法及び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】
【００１０】
（１）本発明は、硝化部に被処理水を供給して、前記被処理水中のアンモニウムイオンを硝酸若しくは亜硝酸にまで酸化する硝化工程と、完全混合型の脱窒部に前記被処理水を供給すると共に、水素供与体を供給し、前記被処理水中の前記硝酸若しくは前記亜硝酸を窒素ガスに還元する脱窒工程と、を含む窒素含有水の生物処理方法であって、前記脱窒工程では、前記脱窒部内での水素供与体の濃度が経時的に変化するように、前記水素供与体の添加量に時間的変動を与える。
【００１１】
（２）また、本発明は、硝化部に被処理水を供給して、前記被処理水中のアンモニウムイオンを硝酸若しくは亜硝酸にまで酸化する硝化工程と、完全混合型の脱窒部に前記被処理水を供給すると共に、水素供与体を供給し、前記被処理水中の前記硝酸若しくは前記亜硝酸を窒素ガスに還元する脱窒工程と、を含む窒素含有水の生物処理方法であって、前記脱窒部は、少なくとも第１脱窒部と第２脱窒部とを備え、前記脱窒工程では、前記第１脱窒部内と前記第２脱窒部内との間で、水素供与体の濃度差が形成されるように、少なくとも前記第１脱窒部に水素供与体を供給する。
【００１２】
（３）また、上記（２）記載の窒素含有水の処理方法において、前記第１脱窒部の容積が、前記脱窒部の総容積の１／３以下であることが好ましい。
【００１３】
（４）また、上記（１）記載の窒素含有水の処理方法において、前記脱窒部内の水素供与体の最大濃度と最小濃度との差は、５０ｍｇＴＯＣ／Ｌ以上であることが好ましい。
【００１４】
（５）また、上記（２）又は（３）記載の窒素含有水の処理方法において、前記第１脱窒部内での水素供与体の最大濃度と、前記第２脱窒部内での水素供与体の最小濃度との差が、５０ｍｇＴＯＣ／Ｌ以上となるように、少なくとも前記第１脱窒部に水素供与体を供給することが好ましい。
【００１５】
（６）また、上記（２）、（３）又は（５）記載の窒素含有水の処理方法において、前記第１脱窒部へ添加する前記水素供与体の添加量に時間的変動を与えることが好ましい。
【００１６】
（７）また、上記（１）〜（６）のいずれか１つに記載の窒素含有水の処理方法において、前記脱窒工程後の汚泥を前記硝化工程に返送することが好ましい。
【００１７】
（８）また、上記（１）〜（６）のいずれか１つに記載の窒素含有水の処理方法において、前記硝化工程の前に、被処理水の有機物処理又は脱窒処理を行う処理工程を含み、前記脱窒工程後の汚泥を前記硝化工程、前記処理工程のうち少なくともいずれか一方に返送することが好ましい。
【００１８】
（９）また、本発明は、被処理水中のアンモニウムイオンを硝酸若しくは亜硝酸にまで酸化する硝化部と、前記被処理水中の前記硝酸若しくは前記亜硝酸を窒素ガスに還元する完全混合型の脱窒部と、前記脱窒部に水素供与体を供給する水素供与体供給手段と、を備える窒素含有水の処理装置であって、前記水素供与体供給手段は、前記脱窒部内での水素供与体の濃度が経時的に変化するように、前記水素供与体の添加量に時間的変動を与える。
【００１９】
（１０）また、本発明は、被処理水中のアンモニウムイオンを硝酸若しくは亜硝酸にまで酸化する硝化部と、前記被処理水中の前記硝酸若しくは前記亜硝酸を窒素ガスに還元する完全混合型の脱窒部と、前記脱窒部に水素供与体を供給する水素供与体供給手段と、を備える窒素含有水の処理装置であって、前記脱窒部は、少なくとも第１脱窒部と第２脱窒部とを備え、前記水素供与体供給手段は、前記第１脱窒部内と前記第２脱窒部内との間で、水素供与体の濃度差が形成されるように、少なくとも前記第１脱窒部に水素供与体を供給する。
【００２０】
（１１）また、上記（１０）記載の窒素含有水の処理装置において、前記第１脱窒部の容積が、前記脱窒部の総容積の１／３以下であることが好ましい。
【００２１】
（１２）また、上記（９）記載の窒素含有水の処理装置において、前記脱窒部内の水素供与体の最大濃度と最小濃度との差は、５０ｍｇＴＯＣ／Ｌ以上であることが好ましい。
【００２２】
（１３）また、上記（１０）又は（１１）記載の窒素含有水の処理装置において、前記水素供与体供給手段は、前記第１脱窒部内での水素供与体の最大濃度と、前記第２脱窒部内での水素供与体の最小濃度との差が、５０ｍｇＴＯＣ／Ｌ以上となるように、少なくとも前記第１脱窒部に水素供与体を供給することが好ましい。
【００２３】
（１４）また、上記（１０）、（１１）又は（１３）記載の窒素含有水の処理装置において、前記水素供与体供給手段は、前記第１脱窒部へ添加する前記水素供与体の添加量に時間的変動を与えることが好ましい。
【００２４】
（１５）また、上記（９）〜（１４）のいずれか１つに記載の窒素含有水の処理装置において、前記脱窒部から排出される汚泥を前記硝化部に返送する返送手段を備えることが好ましい。
【００２５】
（１６）また、上記（９）〜（１４）のいずれか１つに記載の窒素含有水の処理装置において、前記硝化部の前段に、被処理水の有機物処理又は脱窒処理を行う処理部を含み、 前記脱窒部から排出される汚泥を前記硝化部、前記処理部のうち少なくともいずれか一方に返送する返送手段を備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、完全混合型の槽で、且つ被処理水を連続流入させる系で、硝化菌及び脱窒菌を含有する微生物群をグラニュール化させることができ、装置の小型化又は低コスト化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本実施形態に係る窒素含有水の処理方法の一例を示す概略構成図である。
【図２】本実施形態に係る窒素含有水の処理方法の一例を示す概略構成図である。
【図３】本実施形態に係る窒素含有水の処理方法の一例を示す概略構成図である。
【図４】本実施形態に係る窒素含有水の処理方法の一例を示す概略構成図である。
【図５】本実施形態に係る窒素含有水の処理方法の一例を示す概略構成図である。
【図６】本実施形態に係る窒素含有水の処理方法の一例を示す概略構成図である。
【図７】実施例及び比較例の試験経過日数に対する硝化速度の変化を示す図である。
【図８】実施例及び比較例の試験経過日数に対する脱窒速度の変化を示す図である。
【図９】実施例及び比較例の試験経過日数に対するＭＬＳＳ濃度の変化を示す図である。
【図１０】実施例の第１脱窒槽内の水質の変化を示す図である。
【図１１】実施例の第２脱窒槽内の水質の変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明者らは、脱窒反応において添加を行う水素供与体の濃度に変動を与えることにより、脱窒菌が自己造粒したグラニュールが容易に形成可能であることを見出した。さらに、このグラニュールを硝化、脱窒を行う窒素含有水の処理システム内で循環させることにより、硝化菌等のすべての菌群をグラニュール化し、窒素含有水の処理システム全体を実質的に同一のグラニュールで処理することが可能であることを見出した。以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本実施形態は本発明を実施する一例であって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。
【００２９】
図１〜６は、本実施形態に係る窒素含有水の処理方法の一例を示す概略構成図である。図１（Ａ），（Ｂ）は、硝化工程、脱窒工程Ａ又はＢ、沈殿処理工程の順に処理を行う窒素含有水の処理方法を示している。
【００３０】
ここで、本実施形態において、処理対象となる排水は、アンモニア態窒素化合物若しくは有機態窒素化合物を含んだ被処理水であり、特に生活排水、食品工場排水、発電所排水、電子産業排水等の産業排水である。ここで、電子産業排水は、様々な薬品が含まれており、また製造する製品によっても排水中の成分は大きく異なるが、窒素含有排水としては、例えばウェハー洗浄排水等が挙げられる。この排水中には、アンモニアの他、ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）、過酸化水素、フッ素イオン、ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）等を含むことが多い。
【００３１】
このような排水を生物学的に処理するにあたり、過酸化水素やフッ素イオンは生物に対し阻害性を有するため、予め除去することが好ましい。これらの阻害性物質の処理方法としては、既存の技術を使用することができ、過酸化水素の処理においては、酵素を添加する方法、還元剤を注入する方法、活性炭に接触させる方法等が挙げられる。また、フッ素イオンの処理においては、カルシウムを添加してフッ化カルシウムとして除去する方法、イオン交換樹脂にて処理する方法等が挙げられる。
【００３２】
そして、過酸化水素やフッ素イオンを除去した窒素含有排水は、硝化工程、脱窒工程等による処理が行われる前に、一旦水槽に貯められ、後段の硝化工程等にかかる流量や水質を安定させると共に、適切なｐＨに調整されることが好ましい。そして、流量、水質、ｐＨ等が調整された窒素含有排水（以下、被処理水と呼ぶ場合がある）が硝化工程等に送られることとなる。
【００３３】
硝化工程は、硝化部（例えば、硝化槽）に被処理水を供給して、主に被処理水中のアンモニムイオンを好気的（酸素の存在下で）に硝酸若しくは亜硝酸に酸化する工程である。硝化部には、担体に硝化菌を含む微生物膜を担持させてなる微生物担持担体が充填されている。また、硝化部には、空気導入管（不図示）が接続されており、硝化部内の被処理水に空気を供給することができる構造になっている。そして、硝化部で、微生物担持担体の硝化菌の働きにより、被処理水中のアンモニウムイオンを硝酸、亜硝酸に硝化させる。ここで、硝化菌は、被処理水中に含まれるアンモニウムイオンを亜硝酸に硝化する独立栄養性細菌のアンモニア酸化細菌、アンモニウムイオンを硝酸に硝化する独立栄養性細菌の亜硝酸酸化細菌等である。
【００３４】
硝化菌が担持される担体は、特に制限されるものではないが、例えば、スポンジ、ゲル、プラスチック成型品等を利用することができる。具体的には、親水性のポリウレタンスポンジ、ポリビニルアルコールゲル等を利用することが好ましい。なお、後述するように、脱窒グラニュールを返送する場合、硝化菌が担持される担体は必ずしも必要でない。
【００３５】
脱窒工程Ａ，Ｂは、完全混合型の脱窒部に水素供与体を供給し、被処理水中の硝酸若しくは亜硝酸を無酸素条件下にて窒素ガスに還元する工程である。脱窒工程Ａの場合、脱窒部（例えば、脱窒槽）には、脱窒菌を含む汚泥が収容されており、脱窒部内では、脱窒菌の働きによって、硝酸若しくは亜硝酸が窒素ガスに還元されることとなる。脱窒工程Ｂの場合、第１脱窒部（及び第２脱窒部）には、脱窒菌を含む汚泥が収容されており、第１脱窒部（例えば、第１脱窒槽）で、被処理水を脱窒菌に接触させた後、被処理水、脱窒菌、水素供与体を第２脱窒部（例えば、第２脱窒槽）に送液する。そして、第１脱窒部及び第２脱窒部内では、脱窒菌の働きによって、被処理水中の硝酸若しくは亜硝酸が窒素ガスに還元される。
【００３６】
脱窒工程において、水素供与体としてメタノールを使用した場合、被処理水中の硝酸（硝酸イオン）、亜硝酸（亜硝酸イオン）は、下記反応式に示す反応により、窒素ガスに還元される。
【００３７】
２ＮＯ２− ＋ ＣＨ３ＯＨ → Ｎ２ ＋ ＣＯ２ ＋ Ｈ２Ｏ ＋ ２ＯＨ−
６ＮＯ３− ＋ ５ＣＨ３ＯＨ → ３Ｎ２ ＋ ５ＣＯ２ ＋ ７Ｈ２Ｏ ＋ ６ＯＨ−
【００３８】
また、脱窒工程Ａでは、脱窒部内の水素供与体の濃度が経時的に変化するように、水素供与体の添加量に時間的変動を与える。また、脱窒工程Ｂでは、少なくとも第１脱窒部及び第２脱窒部を設け、第１脱窒部内と第２脱窒部内との間で、所定の水素供与体の濃度差が形成されるように、少なくとも第１脱窒槽に水素供与体を供給する。なお、本実施形態における水素供与体の添加は、脱窒部に接続されている水素供与体添加ライン１０から行われるようになっている。
【００３９】
以下に、脱窒工程Ａにおける、水素供与体の供給方法について詳述する。
【００４０】
通常、水素供与体は、脱窒部に供給される被処理水中の硝酸イオン、亜硝酸イオンの濃度から、脱窒処理に必要な水素供与体の供給量を算出し、その量を変化させることなく連続的に脱窒部に供給する。そのため、脱窒部内の水素供与体の濃度は、低濃度でほぼ一定である。なお、通常は、脱窒処理を効率的に行うために、脱窒部内の硝酸イオン及び亜硝酸イオンの脱窒処理に必要な水素供与体の供給量（水素供与体必要理論量）の１．２倍前後を脱窒部に供給する。
【００４１】
しかし、脱窒工程Ａでは、脱窒部内での水素供与体の濃度が経時的に変化するように、水素供与体の供給−停止（間欠添加）、水素供与体の多量供給−少量供給等を行う。このように、水素供与体の濃度に変動を与えることにより、脱窒菌を含む汚泥が自己造粒したグラニュールを形成させることができる。
【００４２】
ここで、（例えば、脱窒槽部内での被処理水の水理学的滞留時間における）脱窒部内での水素供与体の最大濃度と最小濃度との差は、５０ｍｇＴＯＣ／Ｌ以上となるように、脱窒部内に水素供与体を供給することが好ましく、１００ｍｇＴＯＣ／Ｌ以上となるように、脱窒部内に水素供与体を供給することがより好ましい。脱窒部内での水素供与体の最大濃度と最小濃度との差が、５０ｍｇＴＯＣ／Ｌより小さいと、脱窒菌の自己造粒化を充分に誘導することができない場合がある。
【００４３】
ここで、脱窒部内での水素供与体の最小濃度は、最大濃度に対して１／２以下（０より大きく、最大濃度に対して１／２以下の範囲）であることが好ましい。上記最小濃度が最大濃度に対して１／２を超えると、脱窒菌の自己造粒化の誘導が困難となる場合がある。
【００４４】
本実施形態では、水素供与体を間欠的に脱窒部に供給することにより、脱窒部内での水素供与体の濃度を経時的に変化させることができる。具体的には、水素供与体の供給時では、脱窒部内に存在する脱窒菌の処理速度を超える速度で、水素供与体を供給することにより脱窒部内の水素供与体の濃度を増加させ、その後、水素供与体の供給を停止することにより、脱窒部内の水素供与体の濃度を低下させる。
【００４５】
水素供与体の供給停止時間は、水素供与体の供給時間の５０％より長いことが好ましい。水素供与体の供給停止時間が、水素供与体の供給時間の５０％以下であると、水素供与体の最大濃度と最小濃度との差が、例えば５０ｍｇＴＯＣ／Ｌ以上であっても、脱窒菌を含む汚泥の自己造粒化を充分に誘導することが困難となる場合がある。
【００４６】
水素供与体の供給及び停止のサイクルを複数行う場合、１サイクル（供給−停止）の時間は、水理学的滞留時間の５０％より短いこと、すなわち水理学的滞留時間に対して２サイクル以上行うことが好ましい。水理学的滞留時間に対して１サイクルしか行わないと、水素供与体の最大濃度と最小濃度との差は大きくなるが、水素供与体の濃度の高い処理水が脱窒部外へ排出されるため、処理水から水素供与体を除去するために設置される酸化槽等の負荷が高くなると共に、処理水の水質を悪化させる場合がある。また、脱窒処理において有効に使用されない水素供与体が多くなるため、水素供与体供給量を増加させる必要があり、脱室処理のコストが高くなる場合がある。
【００４７】
また、本実施形態では、脱窒部内の硝酸及び亜硝酸の濃度に対して、脱窒処理に必要な水素供与体の供給量（水素供与体必要理論量）を基準として、基準値より少ない量の水素供与体を脱窒部に供給する第１供給工程と、前記基準値より多い量の水素供与体を脱窒部に供給する第２供給工程とを組み合わせて、脱窒部に水素供与体を供給することによっても、脱窒部内での水素供与体の濃度を経時的に変化させることができる。
【００４８】
第１供給工程における水素供与体の供給時間は、第２供給工程における水素供与体の供給時間の５０％より長いことが好ましい。第１供給工程における水素供与体の供給時間が、第２供給工程における水素供与体の供給時間の５０％以下であると、水素供与体の最大濃度と最小濃度との差が、例えば５０ｍｇＴＯＣ／Ｌ以上であっても、脱窒菌の自己造粒化を充分に誘導することが困難となる場合がある。
【００４９】
第１供給工程及び第２供給工程のサイクルを複数行う場合、１サイクル（第１供給工程−第２供給工程）の時間は、水理学的滞留時間の５０％より短いこと、すなわち水理学的滞留時間に対して２サイクル以上行うことが好ましい。水理学的滞留時間に対して１サイクルしか行わないと、水素供与体の最大濃度と最小濃度との差は大きくなるが、水素供与体の濃度の高い処理水が脱窒部外へ排出されるため、処理水から水素供与体を除去するために設置される酸化槽等の負荷が高くなると共に、処理水の水質を悪化させる場合がある。また、脱窒処理において有効に使用されない水素供与体が多くなるため、水素供与体供給量を増加させる必要があり、脱室処理のコストが高くなる場合がある。
【００５０】
また、本実施形態では、脱窒部内での水素供与体の最小濃度は、１００ｍｇＴＯＣ／Ｌ以下であることが好ましく、２ｍｇＴＯＣ／Ｌ〜１００ｍｇＴＯＣ／Ｌの範囲であることがより好ましい。水素供与体の最小濃度が１００ｍｇＴＯＣ／Ｌより大きいと、脱窒菌の自己造粒化を充分に誘導することが困難となる場合がある。また、水素供与体の最小濃度が２ｍｇＴＯＣ／Ｌより小さいと、脱窒処理を効率的に行うことができず、処理水の水質を悪化させる場合がある。
【００５１】
次に、脱窒工程Ｂにおける水素供与体の濃度差の形成方法について説明する。
【００５２】
脱窒工程Ｂでは、第１脱窒部内と第２脱窒部内との間で、水素供与体の濃度差が形成されるように、少なくとも第１脱窒部に水素供与体を供給する。脱窒工程Ｂでは、脱窒部を２つ以上備えていればよく、例えば、第１脱窒部と第２脱窒部との間等に、さらに（複数の）脱窒部（例えば、脱窒槽）を設置してもよい。そして、本明細書では、水素供与体濃度が最も高くなる脱窒部を第１脱窒部とし、水素供与体濃度が最も低くなる脱窒部を第２脱窒部とする。
【００５３】
本実施形態において、脱窒部は槽型であることが望ましいが、必ずしもこれに制限されるものではなく、特に第１脱窒部においては、被処理水と水素供与体との接触機会を確保することができるものであれば、必ずしも槽型である必要はなく、所定の長さを有するライン（管）等であってもよい。
【００５４】
第１脱窒部の容積は、第２脱窒部との水素供与体の濃度差を大きくするため、脱窒部全体の容積の１／３以下であることが好ましく、さらに、脱窒部全体の容積の１／５以下であることが好ましい。また、第１脱窒部のＨＲＴ（水理学的滞留時間）が短くなりすぎると、流入してくる被処理水中の溶存酸素の消費が追いつかず、第１脱窒部が好気性条件となる場合がある。したがって、被処理水中の硝酸イオンや亜硝酸イオン濃度や溶存酸素濃度にもよるが、第１脱窒部は数分以上のＨＲＴを確保することができる大きさとすることが好ましく、第１脱窒部の容積の下限値は、脱窒部全体の容積の１／３０以上であることが好ましく、さらに、脱窒部全体の容積の１／２０以上であることがより好ましい。
【００５５】
ここで、（例えば、第２脱窒部内の被処理水の水理学的滞留時間（ＨＲＴ）における）第１脱窒部内での水素供与体の最大濃度と、（例えば、第２脱窒部内の被処理水の水理学的滞留時間における）第２脱窒部内での水素供与体の最小濃度との差は、５０ｍｇＴＯＣ／Ｌ以上となるように、少なくとも第１脱窒部内に水素供与体を供給することが好ましく、１００ｍｇＴＯＣ／Ｌ以上となるように、少なくとも第１脱窒部内に水素供与体を供給することがより好ましい。第１脱窒部内での水素供与体の最大濃度と第２脱窒部内での水素供与体の最小濃度との差が、５０ｍｇＴＯＣ／Ｌより小さいと、脱窒菌を含む汚泥の自己造粒化を充分に誘導することができない場合がある。
【００５６】
水素供与体の添加量は被処理水中の硝酸イオン若しくは亜硝酸イオン濃度より計算される。通常は、上記計算値に被処理水中の溶存酸素の消費に使われる量を加えた上で、一定の安全率を掛けた値が水素供与体の添加量として決定される。そして、脱窒工程Ｂでは、決定された量の水素供与体を第１脱窒部に連続的に供給してもよい（第２脱窒部にも供給してよい）が、被処理水中の硝酸イオン、亜硝酸イオンの濃度が低い場合には、脱窒処理に必要な水素供与体の濃度も低くなるため、第１脱窒部と第２脱窒部との間で、水素供与体の濃度差を形成することが困難となる。
【００５７】
このような場合には、第１脱窒部に添加する水素供与体の添加量を多くするか、上記説明したような水素供与体の供給−停止（間欠添加）、水素供与体の多量供給−少量供給を行う等のような水素供与体の添加量に時間的変動を与えることで、第１脱窒部と第２脱窒部との間で、容易に水素供与体の濃度差を形成することができる。水素供与体の供給及び停止時間及び水素供与体の多量供給−少量供給時間等は、第１脱窒部内での水素供与体の最大濃度と第２脱窒部内での水素供与体の最小濃度との差が、例えば５０ｍｇＴＯＣ／Ｌ以上となるように設定されることが好ましい。
【００５８】
第１脱窒部での水素供与体の供給及び停止のサイクルを複数行う場合、水素供与体の多量供給−少量供給のサイクルを複数行う場合、後段の第２脱窒部内での水素供与体の濃度を平均化することができる点で、１サイクルの時間は、脱窒部全体における水理学的滞留時間の５０％より短いこと、すなわち脱窒部全体における水理学的滞留時間に対して２サイクル以上行うことが好ましい。
【００５９】
本実施形態では、少なくとも第１脱窒部に水素供与体を供給すればよいが、第１脱窒部内と第２脱窒部内との間で、水素供与体の濃度差が形成されるように、第２脱窒部にも水素供与体を供給（供給−停止の間欠供給、多量供給−少量供給等も含む）してよい。
【００６０】
なお、脱窒菌をグラニュール化させる際には、一部の金属類の添加が良好な結果をもたらす場合がある。これらは、一般的にグラニュール化促進物質として位置付けられ、イオン類としてカルシウムイオン、鉄イオン、化合物類としてフライアッシュ、酸化鉄、炭酸カルシウム等が挙げられる。このうちイオン類に関しては、脱窒処理期間に渡って、もしくは装置の立ち上げ期に連続又は間欠的に添加されることが好ましい。また、化合物類に関しては、装置立ち上げ時に汚泥の添加と共に添加されることが好ましい。
【００６１】
本実施形態で用いられる水素供与体は、例えば、メタノール、エタノール、イソプロパノール、酢酸、水素ガス、アセトン、グルコース、エチルメチルケトン、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）等が挙げられるが、これに制限されるものではなく、水素供与体として従来公知のもの全てを使用することができる。
【００６２】
硝酸イオン、亜硝酸イオンから窒素ガスへの還元反応は、水素供与体の種類により若干異なるが、いずれにしても硝酸イオン、亜硝酸イオンと等モルの水酸化物イオンが生成するため、脱窒部内の被処理水ｐＨは上昇する。一般的に、脱窒処理における被処理水のｐＨは８〜９の範囲に調整することが好適である。但し、水素供与体由来の炭酸イオン濃度が高くなって、被処理水中に含まれるカルシウムイオン等によるスケール発生が懸念される場合には、脱窒部内の被処理水ｐＨは６〜７．５の範囲に調整することが好ましく、６．３〜７．０の範囲に調整することがより好ましい。例えば、脱窒部にｐＨセンサを設置して、脱窒部内の被処理水のｐＨを検出し、検出したｐＨ値に基づいて、脱窒部内の被処理水のｐＨが上記範囲となるように、酸剤又はアルカリ剤を脱窒部に供給し、脱窒部内の被処理水のｐＨを調整する。
【００６３】
次に、沈殿処理工程により、脱窒工程Ａ，Ｂ等から排出される処理水から、汚泥を分離する。図１（Ａ），（Ｂ）では、沈殿処理工程により処理水から分離した汚泥を硝化工程に返送する返送ライン１２を備えており、本実施形態の脱窒工程Ａ又はＢにより得られるグラニュール汚泥を循環させることができる。これにより、硝化菌を含んだグラニュールが形成されるため、硝化工程等も同一のグラニュールによって処理することが可能となる。
【００６４】
図２（Ａ），（Ｂ）は、有機物処理工程、硝化工程、脱窒工程Ａ又はＢ、沈殿処理工程の順に処理を行う窒素含有水の処理方法を示している。有機物処理工程は、被処理水中の有機態窒素やその他の有機物を好気若しくは嫌気条件下にて処理を行い、有機物（例えばＩＰＡ、ＴＭＡＨ等）の除去と共に有機態窒素をアンモニア態窒素に変換等をする工程である。また、図２（Ａ），（Ｂ）に示す窒素含有水の処理には、沈殿処理工程により処理水から分離した汚泥を有機物処理工程に返送する返送ライン１４を備えており、本実施形態の脱窒工程Ａ又はＢにより得られるグラニュール汚泥を循環させることができる。これにより、硝化菌を含んだグラニュールが形成されるため、硝化工程等も同一のグラニュールによって処理することが可能となる。
【００６５】
図３（Ａ），（Ｂ）は、硝化工程、脱窒工程Ａ又はＢ、酸化工程、沈殿処理工程の順に処理を行う窒素含有水の処理方法を示している。酸化工程は、脱窒にて添加した水素供与体の余剰分を好気的に処理する工程である。図３（Ａ），（Ｂ）に示す窒素含有水の処理も同様に、沈殿処理工程により処理水から分離した汚泥を硝化工程に返送する返送ライン１２を備えており、本実施形態の脱窒工程Ａ又はＢにより得られるグラニュール汚泥を循環させることができる。これにより、硝化菌を含んだグラニュールが形成されるため、硝化工程等も同一のグラニュールによって処理することが可能となる。
【００６６】
図４（Ａ），（Ｂ）は、脱窒工程Ａ又はＢ、硝化工程、脱窒工程Ｃ、酸化工程、沈殿処理工程の順に処理を行う窒素含有水の処理方法を示している。図５（Ａ），（Ｂ）は、脱窒工程Ｃ、硝化工程、脱窒工程Ａ又はＢ、酸化工程、沈殿処理工程の順に処理を行う窒素含有水の処理方法を示している。脱窒工程Ｃは、脱窒部に水素供与体を間欠的又は多量供給−少量供給することや第１脱窒部と第２脱窒部との間で所定の濃度差となるように水素供与体を供給することを行わずに、硝酸若しくは亜硝酸性窒素を無酸素条件下にて窒素ガスに還元する従来の脱窒工程である。なお、図４（Ａ），（Ｂ）又は図５（Ａ），（Ｂ）の窒素含有水の処理方法では、処理性能を向上させるため、硝化工程により得られる処理水の一部を、前段に配置した脱窒工程Ａ、Ｂ、又は脱窒工程Ｃに返送している。図４（Ａ），（Ｂ）及び図５（Ａ），（Ｂ）に示す窒素含有水の処理も同様に、沈殿処理工程により処理水から分離した汚泥を脱窒工程に返送する返送ライン１６を備えており、本実施形態の脱窒工程Ａ又はＢにより得られるグラニュール汚泥を循環させている。この場合、硝化菌を含んだグラニュールが形成されるため、硝化工程等も同一のグラニュールによって処理することが可能となる。
【００６７】
図６（Ａ），（Ｂ）は、有機物処理工程、硝化工程、脱窒工程Ａ又はＢ、酸化工程、沈殿処理工程の順に処理を行う窒素含有水の処理方法を示している。図６（Ａ），（Ｂ）に示す窒素含有水の処理も同様に、沈殿処理工程により処理水から分離した汚泥を有機物処理工程に返送する返送ライン１２を備えており、本実施形態の脱窒工程Ａ又はＢにより得られるグラニュール汚泥を循環させている。これにより、硝化菌を含んだグラニュールが形成されるため、硝化工程等も同一のグラニュールによって処理することが可能となる。
【００６８】
上記これらの本実施形態において、有機物処理、硝化処理、酸化処理等はそれぞれ既存の方法を用いることができる。そして、沈殿処理に関しても従来の技術を適用することが可能であるが、グラニュール化において、ある程度の水面積負荷をかけて密度の高い汚泥を選別して、系内に保持することを好ましい。通常の活性汚泥システムにおいては、水面積負荷を０．６ｍ／ｈｒ以下程度として設計されるのが一般的であるが、本実施形態においては、０．８ｍ／ｈｒ以上とすることが好ましく、１．０ｍ／ｈｒ以上とすることがより好ましい。
【００６９】
また、沈殿処理により分離された汚泥が有機物処理工程、硝化工程等に返送される場合、返送率は被処理水流量に対して、１０％〜２００％程度とすることが好ましい。返送には、返送ライン（１２，１４，１６）に設置された通常のポンプ（不図示）により行うことができるが、通常の渦巻きポンプではグラニュールが破砕される場合があるため、回転容積式ポンプ、チューブポンプ、エアーリフトポンプ等で返送を行うことが好ましい。
【００７０】
また、沈殿処理工程では、沈殿槽を設置する代わりに、脱窒部もしくは酸化槽の一部を仕切って沈降部を設けたり、脱窒部もしくは酸化槽にＧＳＳを設けたり、膜分離装置等を設けてもよい。
【００７１】
また、処理対象となる被処理水は基本的に連続流入されるが、流量調整槽等を設置して、流量調整槽のレベル制御により、被処理水の流入のＯＮ−ＯＦＦ制御を行ってもよい。この場合にも、本実施形態では、グラニュールの形成が良好に行われる。そして、被処理水の流入に合わせて、水素供与体の添加時間、タイミング等を制御することが望ましい。
【００７２】
脱窒部内のＭＬＳＳ濃度としては特に制限されるものではないが、十分な処理速度を達成することができる点で、ＭＬＳＳ濃度は５０００〜１０００００ｍｇＭＬＳＳ／Ｌ程度とすることが好ましい。
【実施例】
【００７３】
以下、実施例および比較例を挙げ、本発明をより具体的に詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
【００７４】
実施例においては、図３（Ｂ）に示した処理方法により試験を行った。硝化工程では容積３６Ｌの硝化槽を用い、脱窒工程Ｂでは容積４Ｌの第１脱窒槽、容積３６Ｌの第２脱窒槽を用い、酸化処理工程では容積２０Ｌの酸化槽を用いた。
【００７５】
下記表１に示す水質の被処理水を連続通水した。また、硝化槽及び酸化槽では空気を曝気し、ＤＯを２ｍｇＯ／Ｌ以上に維持した。第１脱窒槽及び第２脱窒槽には攪拌機を設置して攪拌を行った。水素供与体としてメタノールを使用し、第１脱窒槽に間欠的に添加した。水素供与体の添加−停止の１サイクルは、被処理水流量と第２脱窒槽の容積から計算された第２脱窒槽ＨＲＴの１／４とした。また、水素供与体の添加と停止の時間比を１：１９とした。実施例１では、沈殿槽から排出される処理水中の全窒素濃度が１０ｍｇＮ／Ｌ以下となるように段階的に被処理水量を増加させて、負荷を上昇させた。なお、メタノールの添加量は、流入窒素量に対して３ｋｇメタノール／ｋｇＮとした。また、試験開始時には約５００ｍｇＭＬＳＳ／Ｌとなるように脱窒を行っている活性汚泥を第１脱窒槽及び第２脱窒槽に供給した。また、硝化槽及び第２脱窒槽にはｐＨコントローラーを設置し、塩酸若しくは水酸化ナトリウムを用いて、被処理水のｐＨを７．０〜７．５となるように調整した。また、脱窒部後段に設置した沈殿槽に溜まった汚泥は、エアーリフトポンプを用いて硝化槽に返送した。
【００７６】
【表１】
【００７７】
比較例においては、第１脱窒槽を設置しないこと、水素供与体を第２脱窒槽に連続的に添加すること以外は実施例１と同様の条件で試験を行った。
【００７８】
図７は、実施例及び比較例の試験経過日数に対する硝化速度の変化を示す図である。図８は、実施例及び比較例の試験経過日数に対する脱窒速度の変化を示す図である。図９は、実施例及び比較例の試験経過日数に対するＭＬＳＳ濃度の変化を示す図である。比較例では、一時硝化速度で０．３ｋｇＮ／ｍ３／ｄａｙ、脱窒速度で０．４ｋｇＮ／ｍ３／ｄａｙ付近まで上昇したが、沈殿槽からの汚泥の流出が激しく、十分な汚泥濃度を維持することができなかった。このため、ＭＬＳＳ濃度も低下し、結果として、硝化速度は０．１５ｋｇＮ／ｍ３／ｄａｙ、脱窒速度は０．１８ｋｇＮ／ｍ３／ｄａｙ付近で安定した。また、汚泥の状態もほとんどグラニュール化することはなかった。実施例では、ＭＬＳＳ濃度の増加が確認され、これに伴い硝化速度及び脱窒速度も上昇し、試験開始後２ヶ月後には、硝化速度及び脱窒速度いずれも０．６ｋｇＮ／ｍ３／ｄａｙ程度まで上昇し、比較例の３倍程度の速度が得られた。また汚泥状態は自己造粒化が見られ、直径２００μｍほどのグラニュールを形成した。
【００７９】
図１０は、実施例の第１脱窒槽内の水質の変化を示す図であり、図１１は、実施例の第２脱窒槽内の水質の変化を示す図である。実施例の第１脱窒槽内ではＴＯＣ濃度として０〜２００ｍｇＴＯＣ／Ｌ程度（最大濃度は約２００ｍｇＴＯＣ／Ｌ）の水素供与体濃度の変動が与えられ、第２脱窒槽内ではＴＯＣ濃度として２〜１８ｍｇＴＯＣ／Ｌ程度（最小濃度は約２ｍｇＴＯＣ／Ｌ）の水素供与体濃度の変動が与えられていることを確認した。
【符号の説明】
【００８０】
１０ 水素供与体添加ライン、１２，１４，１６ 返送ライン。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
硝化部に被処理水を供給して、前記被処理水中のアンモニウムイオンを硝酸若しくは亜硝酸にまで酸化する硝化工程と、
完全混合型の脱窒部に前記被処理水を供給すると共に、水素供与体を供給し、前記被処理水中の前記硝酸若しくは前記亜硝酸を窒素ガスに還元する脱窒工程と、を含む窒素含有水の生物処理方法であって、
前記脱窒工程では、前記脱窒部内での水素供与体の濃度が経時的に変化するように、前記水素供与体の添加量に時間的変動を与えることを特徴とする窒素含有水の処理方法。
【請求項２】
硝化部に被処理水を供給して、前記被処理水中のアンモニウムイオンを硝酸若しくは亜硝酸にまで酸化する硝化工程と、
完全混合型の脱窒部に前記被処理水を供給すると共に、水素供与体を供給し、前記被処理水中の前記硝酸若しくは前記亜硝酸を窒素ガスに還元する脱窒工程と、を含む窒素含有水の生物処理方法であって、
前記脱窒部は、少なくとも第１脱窒部と第２脱窒部とを備え、
前記脱窒工程では、前記第１脱窒部内と前記第２脱窒部内との間で、水素供与体の濃度差が形成されるように、少なくとも前記第１脱窒部に水素供与体を供給することを特徴とする窒素含有水の処理方法。
【請求項３】
請求項２記載の窒素含有水の処理方法であって、前記第１脱窒部の容積が、前記脱窒部の総容積の１／３以下であることを特徴とする窒素含有水の処理方法。
【請求項４】
請求項１記載の窒素含有水の処理方法であって、前記脱窒部内の水素供与体の最大濃度と最小濃度との差は、５０ｍｇＴＯＣ／Ｌ以上であることを特徴とする窒素含有水の処理方法。
【請求項５】
請求項２又は３記載の窒素含有水の処理方法であって、前記第１脱窒部内での水素供与体の最大濃度と、前記第２脱窒部内での水素供与体の最小濃度との差が、５０ｍｇＴＯＣ／Ｌ以上となるように、少なくとも前記第１脱窒部に水素供与体を供給することを特徴とする窒素含有水の処理方法。
【請求項６】
請求項２、３又は５記載の窒素含有水の処理方法であって、前記第１脱窒部へ添加する前記水素供与体の添加量に時間的変動を与えることを特徴とする窒素含有水の処理方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の窒素含有水の処理方法であって、前記脱窒工程後の汚泥を前記硝化工程に返送することを特徴とする窒素含有水の処理方法。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の窒素含有水の処理方法であって、前記硝化工程の前に、被処理水の有機物処理又は脱窒処理を行う処理工程を含み、
前記脱窒工程後の汚泥を前記硝化工程、前記処理工程のうち少なくともいずれか一方に返送することを特徴とする窒素含有水の処理方法。
【請求項９】
被処理水中のアンモニウムイオンを硝酸若しくは亜硝酸にまで酸化する硝化部と、
前記被処理水中の前記硝酸若しくは前記亜硝酸を窒素ガスに還元する完全混合型の脱窒部と、
前記脱窒部に水素供与体を供給する水素供与体供給手段と、を備える窒素含有水の処理装置であって、
前記水素供与体供給手段は、前記脱窒部内での水素供与体の濃度が経時的に変化するように、前記水素供与体の添加量に時間的変動を与えることを特徴とする窒素含有水の処理装置。
【請求項１０】
被処理水中のアンモニウムイオンを硝酸若しくは亜硝酸にまで酸化する硝化部と、
前記被処理水中の前記硝酸若しくは前記亜硝酸を窒素ガスに還元する完全混合型の脱窒部と、
前記脱窒部に水素供与体を供給する水素供与体供給手段と、を備える窒素含有水の処理装置であって、
前記脱窒部は、少なくとも第１脱窒部と第２脱窒部とを備え、
前記水素供与体供給手段は、前記第１脱窒部内と前記第２脱窒部内との間で、水素供与体の濃度差が形成されるように、少なくとも前記第１脱窒部に水素供与体を供給することを特徴とする窒素含有水の処理装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の窒素含有水の処理装置であって、前記第１脱窒部の容積が、前記脱窒部の総容積の１／３以下であることを特徴とする窒素含有水の処理装置。
【請求項１２】
請求項９記載の窒素含有水の処理装置であって、前記脱窒部内の水素供与体の最大濃度と最小濃度との差は、５０ｍｇＴＯＣ／Ｌ以上であることを特徴とする窒素含有水の処理装置。
【請求項１３】
請求項１０又は１１記載の窒素含有水の処理装置であって、前記水素供与体供給手段は、前記第１脱窒部内での水素供与体の最大濃度と、前記第２脱窒部内での水素供与体の最小濃度との差が、５０ｍｇＴＯＣ／Ｌ以上となるように、少なくとも前記第１脱窒部に水素供与体を供給することを特徴とする窒素含有水の処理装置。
【請求項１４】
請求項１０、１１又は１３記載の窒素含有水の処理装置であって、前記水素供与体供給手段は、前記第１脱窒部へ添加する前記水素供与体の添加量に時間的変動を与えることを特徴とする窒素含有水の処理装置。
【請求項１５】
請求項９〜１４のいずれか１項に記載の窒素含有水の処理装置であって、前記脱窒部から排出される汚泥を前記硝化部に返送する返送手段を備えることを特徴とする窒素含有水の処理装置。
【請求項１６】
請求項９〜１４のいずれか１項に記載の窒素含有水の処理装置であって、前記硝化部の前段に、被処理水の有機物処理又は脱窒処理を行う処理部を含み、
前記脱窒部から排出される汚泥を前記硝化部、前記処理部のうち少なくともいずれか一方に返送する返送手段を備えることを特徴とする窒素含有水の処理装置。
【請求項１】
硝化部に被処理水を供給して、前記被処理水中のアンモニウムイオンを硝酸若しくは亜硝酸にまで酸化する硝化工程と、
完全混合型の脱窒部に前記被処理水を供給すると共に、水素供与体を供給し、前記被処理水中の前記硝酸若しくは前記亜硝酸を窒素ガスに還元する脱窒工程と、を含む窒素含有水の生物処理方法であって、
前記脱窒工程では、前記脱窒部内での水素供与体の濃度が経時的に変化するように、前記水素供与体の添加量に時間的変動を与えることを特徴とする窒素含有水の処理方法。
【請求項２】
硝化部に被処理水を供給して、前記被処理水中のアンモニウムイオンを硝酸若しくは亜硝酸にまで酸化する硝化工程と、
完全混合型の脱窒部に前記被処理水を供給すると共に、水素供与体を供給し、前記被処理水中の前記硝酸若しくは前記亜硝酸を窒素ガスに還元する脱窒工程と、を含む窒素含有水の生物処理方法であって、
前記脱窒部は、少なくとも第１脱窒部と第２脱窒部とを備え、
前記脱窒工程では、前記第１脱窒部内と前記第２脱窒部内との間で、水素供与体の濃度差が形成されるように、少なくとも前記第１脱窒部に水素供与体を供給することを特徴とする窒素含有水の処理方法。
【請求項３】
請求項２記載の窒素含有水の処理方法であって、前記第１脱窒部の容積が、前記脱窒部の総容積の１／３以下であることを特徴とする窒素含有水の処理方法。
【請求項４】
請求項１記載の窒素含有水の処理方法であって、前記脱窒部内の水素供与体の最大濃度と最小濃度との差は、５０ｍｇＴＯＣ／Ｌ以上であることを特徴とする窒素含有水の処理方法。
【請求項５】
請求項２又は３記載の窒素含有水の処理方法であって、前記第１脱窒部内での水素供与体の最大濃度と、前記第２脱窒部内での水素供与体の最小濃度との差が、５０ｍｇＴＯＣ／Ｌ以上となるように、少なくとも前記第１脱窒部に水素供与体を供給することを特徴とする窒素含有水の処理方法。
【請求項６】
請求項２、３又は５記載の窒素含有水の処理方法であって、前記第１脱窒部へ添加する前記水素供与体の添加量に時間的変動を与えることを特徴とする窒素含有水の処理方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の窒素含有水の処理方法であって、前記脱窒工程後の汚泥を前記硝化工程に返送することを特徴とする窒素含有水の処理方法。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の窒素含有水の処理方法であって、前記硝化工程の前に、被処理水の有機物処理又は脱窒処理を行う処理工程を含み、
前記脱窒工程後の汚泥を前記硝化工程、前記処理工程のうち少なくともいずれか一方に返送することを特徴とする窒素含有水の処理方法。
【請求項９】
被処理水中のアンモニウムイオンを硝酸若しくは亜硝酸にまで酸化する硝化部と、
前記被処理水中の前記硝酸若しくは前記亜硝酸を窒素ガスに還元する完全混合型の脱窒部と、
前記脱窒部に水素供与体を供給する水素供与体供給手段と、を備える窒素含有水の処理装置であって、
前記水素供与体供給手段は、前記脱窒部内での水素供与体の濃度が経時的に変化するように、前記水素供与体の添加量に時間的変動を与えることを特徴とする窒素含有水の処理装置。
【請求項１０】
被処理水中のアンモニウムイオンを硝酸若しくは亜硝酸にまで酸化する硝化部と、
前記被処理水中の前記硝酸若しくは前記亜硝酸を窒素ガスに還元する完全混合型の脱窒部と、
前記脱窒部に水素供与体を供給する水素供与体供給手段と、を備える窒素含有水の処理装置であって、
前記脱窒部は、少なくとも第１脱窒部と第２脱窒部とを備え、
前記水素供与体供給手段は、前記第１脱窒部内と前記第２脱窒部内との間で、水素供与体の濃度差が形成されるように、少なくとも前記第１脱窒部に水素供与体を供給することを特徴とする窒素含有水の処理装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の窒素含有水の処理装置であって、前記第１脱窒部の容積が、前記脱窒部の総容積の１／３以下であることを特徴とする窒素含有水の処理装置。
【請求項１２】
請求項９記載の窒素含有水の処理装置であって、前記脱窒部内の水素供与体の最大濃度と最小濃度との差は、５０ｍｇＴＯＣ／Ｌ以上であることを特徴とする窒素含有水の処理装置。
【請求項１３】
請求項１０又は１１記載の窒素含有水の処理装置であって、前記水素供与体供給手段は、前記第１脱窒部内での水素供与体の最大濃度と、前記第２脱窒部内での水素供与体の最小濃度との差が、５０ｍｇＴＯＣ／Ｌ以上となるように、少なくとも前記第１脱窒部に水素供与体を供給することを特徴とする窒素含有水の処理装置。
【請求項１４】
請求項１０、１１又は１３記載の窒素含有水の処理装置であって、前記水素供与体供給手段は、前記第１脱窒部へ添加する前記水素供与体の添加量に時間的変動を与えることを特徴とする窒素含有水の処理装置。
【請求項１５】
請求項９〜１４のいずれか１項に記載の窒素含有水の処理装置であって、前記脱窒部から排出される汚泥を前記硝化部に返送する返送手段を備えることを特徴とする窒素含有水の処理装置。
【請求項１６】
請求項９〜１４のいずれか１項に記載の窒素含有水の処理装置であって、前記硝化部の前段に、被処理水の有機物処理又は脱窒処理を行う処理部を含み、
前記脱窒部から排出される汚泥を前記硝化部、前記処理部のうち少なくともいずれか一方に返送する返送手段を備えることを特徴とする窒素含有水の処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図８】
【図９】
【図７】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図８】
【図９】
【図７】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−５６３８３（Ｐ２０１１−５６３８３Ａ）
【公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２０８１６８（Ｐ２００９−２０８１６８）
【出願日】平成２１年９月９日（２００９．９．９）
【出願人】（０００００４４００）オルガノ株式会社 (606)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月９日（２００９．９．９）
【出願人】（０００００４４００）オルガノ株式会社 (606)
【Ｆターム（参考）】
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