JP2006272321A - アンモニア含有液の処理方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アンモニア含有液の処理を常に安定して行なうことにより、良好な液質の処理液を常時安定して得ることができるアンモニア含有液の処理方法及び装置を提供する。
【解決手段】アンモニア含有液のアンモニアを嫌気的に生物脱窒するアンモニア含有液の処理において、アンモニア含有液を従属栄養性脱窒細菌及び嫌気性アンモニア酸化細菌に生物処理槽１４内で嫌気性雰囲気で接触させながら、一定濃度の硝酸を貯留した硝酸貯留槽１２から生物処理槽１４にアンモニアを処理するための硝酸必要量を添加する。
【選択図】 図３

Description

本発明はアンモニア含有液の処理方法及び装置に係り、特に廃水処理分野、ファインケミカル分野等の広い分野において発生するアンモニア含有液のアンモニアを生物学的に脱窒する技術に関する。

工場廃液、写真現像廃液、化学生成物を製造する化学工場廃液等においては、低濃度から高濃度のアンモニア含有液が発生する。これらアンモニア含有液が廃液として廃棄される場合には、水域の富栄養化や溶存酸素の低下などの原因となることから、廃棄する前にアンモニアを除去する処理を行うことが必要である。また、液状の化学生成物にアンモニアが含有する場合には、化学生成物の純度を上げるために化学生成物からアンモニアを除去する必要がある。

従来、低濃度のアンモニア含有液は、塩素による酸化や生物処理が行われていた。塩素処理では塩素とアンモニアとが反応し、アンモニアが除去されると同時にクロラミンが生成される。このクロラミンは殺菌作用が強く、環境の生態系を乱す虞があるとともに、多量の塩素を必要とすることから、中濃度から高濃度のアンモニア含有液の処理には使用されず、通常、硝化・脱窒法による生物処理が行われている。

この硝化・脱窒法による生物処理は、アンモニアを硝化細菌で亜硝酸を介して硝酸にする硝化反応と、硝酸を脱窒細菌で窒素ガスに変換する脱窒反応とにより行われる。しかし、硝化・脱窒法によるアンモニア含有液の処理は、脱窒反応において有機物が必要であり、有機物として窒素量の３倍のメタノール量の添加を必要とする。したがって、アンモニアの濃度が高くなればなるほど多量のメタノールが使用され、イニシャルコストばかりでなく、多大なランニングコストを要するという欠点がある。

これに対し、効率的な生物処理として、最近、嫌気性アンモニア酸化法が検討されている（例えば特許文献１）。この嫌気性アンモニア酸化法は、アンモニアの一部をアンモニア酸化細菌による亜硝酸型の硝化反応で亜硝酸に変換し、この亜硝酸と残りのアンモニアとを嫌気性アンモニア酸化細菌により脱窒する方法である。この嫌気性アンモニア酸化法は、硝化反応において必要酸素量が少なく、また脱窒反応に有機物を必要としないのでランニングコストを大幅に削減できるというメリットがある。
特開２００１−０３７４６７号公報

しかしながら、特許文献１のように、嫌気性アンモニア酸化法によるアンモニア含有液の処理では、上記の如くランニングコストを大幅に削減できるというメリットがある反面、アンモニアの一部を亜硝酸に変換する硝化反応が安定しないために、アンモニアと反応する亜硝酸の濃度が経時的に変動し易い。これにより、亜硝酸とアンモニアとを常に好ましい比率で脱窒反応させることが難しいので、アンモニア含有液の処理が安定せず、処理液の液質が変動し易いという欠点がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、アンモニア含有液の処理を常に安定して行なうことにより、良好な液質の処理液を常時安定して得ることができるアンモニア含有液の処理方法及び装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、前記目的を達成するために、アンモニア含有液のアンモニアを嫌気的に生物脱窒するアンモニア含有液の処理方法において、前記アンモニア含有液に対して従属栄養性脱窒細菌及び嫌気性アンモニア酸化細菌を生物処理槽内で接触させて前記生物脱窒を行なう際に、一定濃度の硝酸を貯留した硝酸貯留槽から前記生物処理槽へ前記硝酸を添加することを特徴とする。

本発明によれば、従来のようにアンモニア含有液中のアンモニアの一部を硝化菌により亜硝酸型の硝化反応で亜硝酸に変換し、変換された亜硝酸と残りのアンモニアとを嫌気性アンモニア酸化細菌により脱窒すると、アンモニアと反応させる亜硝酸の濃度が経時的に変動し易いことに鑑み、一定濃度の硝酸を硝酸貯留槽に貯留しておき、この硝酸貯留槽から一定濃度の硝酸を生物処理槽に添加するようにした。

すなわち、硝酸貯留槽から一定濃度の硝酸を添加すると、生物処理槽では、流入するアンモニア含有液中のＢＯＤ成分を水素供与体として、従属栄養性脱窒細菌により添加された硝酸を亜硝酸に還元することができる。これにより、不安定要素であった亜硝酸濃度を安定させることができるので、嫌気性アンモニア酸化細菌による亜硝酸とアンモニアとの同時脱窒を安定して行なうことができる。その上、亜硝酸よりも安価な硝酸を添加に用いているので、処理に要するランニングコストを低減することもできる。

ここで、硝酸貯留槽に貯留する一定濃度の硝酸は、硝酸金属塩のように天然物や化学的な合成物の硝酸でもよく、或いは硝化槽で硝化菌により生物学的に生成された硝酸でもよい。要は硝酸貯留槽から生物処理槽に一定濃度の硝酸を添加できる構成であればよい。

請求項２に記載の発明は、前記目的を達成するために、アンモニア含有液のアンモニアを嫌気的に生物脱窒するアンモニア含有液の処理方法において、前記アンモニア含有液と従属栄養性脱窒細菌及び嫌気性アンモニア酸化細菌とを生物処理槽内で接触させて前記生物脱窒を行なう際に、一定濃度の硝酸を貯留した硝酸貯留槽から前記生物処理槽へ前記硝酸を添加するとともに、一定濃度の有機物を貯留した有機物貯留槽から前記生物処理槽へ前記有機物を添加することを特徴とする。

本発明によれば、処理対象となるアンモニア含有液中のＢＯＤ成分が少ない、すなわち有機物濃度が低い場合に、従属栄養性脱窒細菌による硝酸を亜硝酸に還元する反応が低下してしまうことを鑑み、一定濃度の硝酸添加に加えて有機物貯留槽から一定濃度の有機物を必要量添加するようにした。これにより、生物処理槽内において、硝酸貯留槽から添加された硝酸を従属栄養性脱窒細菌によって常に安定して亜硝酸に還元することができるので、嫌気性アンモニア酸化細菌による亜硝酸とアンモニアとの同時脱窒を更に安定して行なうことができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の前記アンモニア含有液のアンモニア性窒素濃度を測定し、前記測定されたアンモニア性窒素濃度から硝酸の必要量を演算し、演算した前記硝酸の必要量に基づいて、前記一定濃度の硝酸の添加量を調整することを特徴とする。

本発明によれば、アンモニア含有液を測定して得られたアンモニア性窒素濃度から前記亜硝酸必要量を演算し、演算結果に基づいて一定濃度の亜硝酸の添加量を調整する。これにより、アンモニア含有液のアンモニア濃度に応じて亜硝酸の添加量を適切に調整することができ、特に、アンモニア含有液のアンモニア濃度が変動する場合に有効である。なお、アンモニア含有液のアンモニア性窒素濃度の測定は、連続的であっても間欠的であってもよい。

請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の前記アンモニア含有液のアンモニア性窒素濃度を測定し、前記測定されたアンモニア性窒素濃度から硝酸の必要量を演算し、前記演算された前記硝酸の必要量に基づいて、前記硝酸貯留槽からの前記一定濃度の硝酸の添加量を調整すると同時に、前記アンモニア含有液における前記有機物中の有機性炭素濃度Ｃと前記硝酸性窒素濃度ＮＯ_３−Ｎの比であるＣ／ＮＯ_３−Ｎ比が０．５〜２．５の範囲になるように、前記有機物貯留槽からの前記一定濃度の有機物の添加量を調整することを特徴とする。

本発明によれば、測定されたアンモニア含有液のアンモニア性窒素濃度に応じて、硝酸貯留槽から一定濃度の硝酸が生物処理槽へ必要量添加される際に、アンモニア含有液中における有機物中の有機性炭素濃度Ｃと硝酸性窒素濃度ＮＯ_３−Ｎの比であるＣ／ＮＯ_３−Ｎ比が０．５〜２．５の範囲になるように、添加される硝酸の必要量に応じて有機物貯留槽から添加される一定濃度の有機物の量を調整するようにした。これにより、生物処理槽では、常に安定したＣ／ＮＯ_３−Ｎ比の状態で硝酸が添加されるので、従属栄養性脱窒細菌と嫌気性アンモニア酸化細菌とによるアンモニア含有液中の亜硝酸の取り合いを防止することができる。したがって、アンモニア含有液の液質に影響されることなく、従属栄養性脱窒細菌による硝酸の還元反応と、嫌気性アンモニア酸化細菌による亜硝酸及びアンモニアの同時脱窒とを安定して行なうことができるので、常に安定した高速脱窒を連続して行なうことができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のうち何れか１つに記載の前記生物処理槽に流入するアンモニア含有液の流入量を測定し、前記流入量の測定結果の増減に比例させて、前記一定濃度の硝酸の添加量を増減させることを特徴とする。

本発明によれば、硝酸必要量に相当する硝酸の添加量を一旦決めた後は、アンモニア含有液の流入量の増減に比例させて、硝酸の添加量を増減する。硝酸必要量に相当する硝酸の添加量の決め方としては、請求項３及び４のようにアンモニア含有液のアンモニア性窒素濃度の測定から硝酸必要量を演算すればよい。これにより、アンモニア含有液の流入量に応じて硝酸の添加量を適切に調整することができるので、測定や調整を簡易化することができる。アンモニア含有液の流入量の測定は、連続的であっても間欠的であってもよい。これは、現像廃液のようにアンモニア含有液のアンモニア濃度が一定の場合に有効である。加えて、アンモニア含有液のアンモニア性窒素濃度の測定に加えて、生物処理槽に流入するアンモニア含有液の流入量を測定し、アンモニア性窒素濃度と流入量の両方に基づいて亜硝酸の添加量を調整すれば、より高精度な調整を行うことができる。

請求項６に記載の発明は、請求項１又は２に記載の前記硝酸貯留槽から前記生物処理槽に添加する前記硝酸の添加量を増減させるとともに、該増減したときの前記生物処理槽内で生成される窒素ガスのガス生成速度（Ｌ／分）の増減を測定し、前記添加量の増減に正比例して前記ガス生成速度が増減しなくなる添加量を硝酸必要量として前記一定濃度の硝酸の添加量を調整することを特徴とする。

本発明によれば、硝酸貯留槽に貯留される一定濃度の硝酸の添加量を生物処理槽内で生成されるガス生成速度によって調整するため、アンモニア含有液のアンモニア濃度の増減や生物処理槽への流入量の増減等、処理負荷の増減に対してリアルタイムに硝酸の添加量を調整する方法として有効である。

すなわち、生物処理槽内において、嫌気性アンモニア酸化細菌の存在下でアンモニアと亜硝酸とが反応すると窒素ガスが生成される。この窒素ガスの生成速度の増減は、アンモニア濃度の増減や流入量の増減等の処理負荷の増減をリアルタイムに反映する。例えば、硝酸の添加量を増加させたときに窒素ガスのガス生成速度も増大する場合には、硝酸の添加量が不足している可能性があるので、ガス生成速度が増大しなくなるまで更に添加量の増加を繰り返す。また、硝酸の添加量を増加させてもガス生成速度が増大しない場合には、硝酸の添加量が過剰となっており嫌気性アンモニア酸化細菌の活性が低下する可能性があるので、ガス生成速度が減少するまで硝酸の添加量を減少させる。このように、硝酸の添加量の増減を繰り介して、ガス生成速度が増大も減少もしなくなるときの硝酸の添加量を見出し、これを硝酸必要量として硝酸の添加量を調整する。これにより、アンモニア含有液のアンモニア性窒素濃度や流入量を測定しなくても、硝酸の添加量を適切に調整することができ、しかもアンモニア濃度の増減や流入量の増減等の処理負荷の増減に対してリアルタイムな調整が可能になる。

請求項７に記載の発明は、前記目的を達成するために、アンモニア含有液のアンモニアを嫌気的に生物脱窒するアンモニア含有液の処理装置において、内部に従属栄養性脱窒細菌及び嫌気性アンモニア酸化細菌を存在させた生物処理槽と、前記アンモニア含有液を前記生物処理槽に流入させる流入部と、前記生物処理槽で処理した処理液を流出させる流出部と、一定濃度の硝酸を貯留する硝酸貯留槽と、前記硝酸貯留槽から前記生物処理槽に硝酸を添加する硝酸添加手段と、前記硝酸の添加量を調整する硝酸添加量調整手段と、を備えたことを特徴とする。

また、請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の前記アンモニア含有液の処理装置において、一定濃度の有機物を貯留する有機物貯留槽と、前記有機物貯留槽から前記生物処理槽に有機物を添加する有機物添加手段と、前記有機物の添加量を調整する有機物添加量調整手段と、を備えたことを特徴とする。

請求項７及び８は、上述した本発明のアンモニア含有液の処理方法を装置として構成したものであり、アンモニア含有液の処理を常に安定に行うことが可能となるため、良好な液質の処理液を常時安定して得ることができる。

請求項９に記載の発明は、請求項７又は８に記載の前記アンモニア含有液のアンモニア性窒素濃度を測定する濃度測定手段を設け、前記硝酸添加量調整手段は、前記濃度測定手段の測定結果に基づいて、前記硝酸の添加量を調整することを特徴とする。これにより、生物処理槽に添加される一定濃度の硝酸は、硝酸添加量調整手段により常に適正な硝酸必要量に調整されて添加されるため、アンモニア含有液のアンモニア濃度が変動する場合に有効である上に、処理に要するランニングコストを更に低減することができる。

請求項１０に記載の発明は、請求項８に記載の前記有機物添加量調整手段は、前記硝酸添加量調整手段からの前記硝酸の添加量に基づいて、前記アンモニア含有液における前記有機物中の有機性炭素濃度Ｃと硝酸性窒素濃度ＮＯ_３−Ｎの比であるＣ／ＮＯ_３−Ｎ比が０．５〜２．５の範囲になるように、前記有機物の添加量を調整することを特徴とする。これにより、アンモニア含有液におけるアンモニア濃度や有機物濃度が変動する場合においても、アンモニア含有液中のアンモニアを有効に処理することが可能となる。

請求項１１に記載の発明は、請求項７又は８に記載の前記アンモニア含有液の前記生物処理槽への流入量を測定する流入量測定手段と、前記硝酸の添加量を調整する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記流入量測定手段の測定結果に基づいて、前記硝酸の添加量を調整することを特徴とする。これにより、硝酸の添加量は、生物処理槽へ流入するアンモニア含有液の流量に基づいて、硝酸必要量に調整されるため、現像廃液のようにアンモニア含有液のアンモニア濃度が一定の場合に有効である。

請求項１２に記載の発明は、請求項７又は８に記載の前記硝酸添加手段で添加される前記硝酸の添加量を増減したときに、前記生物処理槽内で生成される窒素ガスのガス生成速度（Ｌ／分）の増減を測定するガス生成速度測定手段を設け、前記硝酸添加量調整手段は、前記ガス生成速度測定手段の測定結果に基づいて、前記硝酸の添加量を調整することを特徴とする。

本発明によれば、ガス生成測定手段で測定された生物処理槽で生成される窒素ガスの生成速度に基づいて、硝酸添加量調整手段による硝酸の添加量が硝酸必要量に調整されるので、アンモニア含有液のアンモニア濃度の増減や生物処理槽への流入量の増減等の処理負荷の増減に対してリアルタイムに硝酸の添加量を調整する方法として有効である。

請求項１３に記載の発明は、請求項７〜１２のうち何れか１つに記載の前記生物処理槽をカートリッジ型の着脱可能構造とするとともに、前記流入部、流出部、及び添加手段の連結部を複数設けて、複数の生物処理槽を前記流入部、前記流出部、及び前記添加手段に装着して成ることを特徴とする。

本発明によれば、アンモニア含有液の処理装置は、生物処理槽をカートリッジ型の着脱可能構造として、連結部をそれぞれ複数設けた流入部、流出部、及び添加手段に着脱自在に装着できるようにしたのであるため、メリーゴーランド式に複数の生物処理槽で順番にアンモニア含有液を処理することもできる。あるいは、複数の生物処理槽のうちの１本を非常時の予備の生物処理槽として使用することもできる。このように、生物処理槽をカートリッジ型の着脱可能構造にすることにより、１本の生物処理槽の従属栄養性脱窒細菌や嫌気性アンモニア酸化細菌の活性が低下したり死滅したりした場合には、別の生物処理槽に簡単に交換したり、予備の生物処理槽を使用したりすることができる。

以上説明したように、本発明のアンモニア含有液の処理方法及び装置によれば、アンモニア含有液を常に安定処理することができるので、常時安定し且つ良好な液質の処理液を得ることができる。また、亜硝酸よりも安価な硝酸を使用しているので、処理に要するコストを低減することができる。

本発明の最大の特徴としては、処理対象となるアンモニア含有液に含有される硝酸を亜硝酸に硝酸還元処理し、その亜硝酸を嫌気性アンモニア酸化細菌と従属栄養性脱窒細菌とが取り合って各脱窒処理を行なう点にある。このとき、アンモニア含有液中のアンモニア窒素濃度に対して、硝酸性窒素濃度が１〜２倍になるように硝酸を添加すると、常時安定した良好な処理液を得ることができる。このことから、嫌気性アンモニア酸化細菌による反応を優先させるためには、本願発明者は、以下の２点を見出すことにより、最良の窒素除去方法を導き出した。

（１）本発明では、流入するアンモニア含有液中の有機物中の有機性炭素濃度Ｃと硝酸性窒素濃度ＮＯ_３−Ｎとの比であるＣ／ＮＯ_３−Ｎ比の値を０．５〜２．５に調整すると、従属栄養性脱窒細菌による硝酸還元処理が不十分となるため、亜硝酸を蓄積し易くするとともに、嫌気性アンモニア酸化細菌によって生成した亜硝酸とアンモニアとを用いて脱窒され易くなる。

（２）上述した従属栄養性脱窒細菌と嫌気性アンモニア酸化細菌とを包括固定化又は付着固定化して使用することが好ましく、従属栄養性脱窒細菌の菌数が嫌気性アンモニア酸化細菌の菌数の１０〜１，０００倍になるように固定化を行なうと、各細菌の共生又は共存が好ましい状態になって、硝酸還元処理及び嫌気性アンモニア酸化処理が活性化されるので、アンモニア含有液に対するアンモニアの除去率を向上させることが可能となる。

まず、本願発明者は、（１）に関して証明するために第１の試験を行なった。第１の試験では、従属栄養性脱窒細菌を２×１０^６ｃｅｌｌｓ／ｍＬの菌数で、嫌気性アンモニア酸化細菌を２×１０^５ｃｅｌｌｓ／ｍＬの菌数で固定化した担体を用いて、アンモニア含有液である合成廃水を連続処理し、処理が安定した１ヵ月後のＣ／ＮＯ_３−Ｎ比及び脱窒率を測定する試験を行なった。

第１の試験において、担体は、ポリエチレングリコールジアクリレートで包括固定化し、固定化したものを３ｍｍ角の立方体に成型した包括固定化担体が使用された。こうして得られた担体を１Ｌの反応槽に充填率２０％になるように充填し、この反応槽に合成廃水を連続供給して処理を行なった。

また、第１の試験における合成廃水は、アンモニア性窒素濃度と硝酸濃度の比を１：１に、かつ総窒素濃度Ｔ−Ｎの値を８０ｍｇ／Ｌに調整するとともに、有機物として酢酸ナトリウムを有機性炭素濃度Ｃと硝酸性窒素濃度ＮＯ_３−Ｎの比であるＣ／ＮＯ_３−Ｎ比が１となるように添加して調整したものが使用された。

さらに、反応槽では、処理の負荷を１．２ｋｇ−Ｎ／ｍ^３／ｄａｙで運転が開始され、１ヵ月後においてＴ−Ｎ除去率が８２％まで処理されて、処理が安定した。その後、Ｃ／ＮＯ_３−Ｎ比を０．２〜４まで変化させて運転を行ない、Ｃ／ＮＯ_３−Ｎ比と窒素除去率との関係を調査した。その結果を図１に示す。図１は、第１の試験におけるＣ／ＮＯ_３−Ｎ比と窒素（Ｔ−Ｎ）除去率との関係を示したグラフである。

図１のグラフによると、Ｃ／ＮＯ_３−Ｎ比は、０．５〜２．５の範囲、特に１〜２の範囲においてＴ−Ｎ除去率が５０％以上の高い値を示している。一方、Ｃ／ＮＯ_３−Ｎ比が２．５以上になると、Ｔ−Ｎ除去率の値が急速に低下する。これは、従属栄養性脱窒細菌による脱窒が優先されて、有機物を水素供与体とした反応が進行してしまい、嫌気性アンモニア酸化細菌による嫌気性アンモニア酸化の反応が阻害されるからと考えられる。したがって、本発明において、Ｃ／ＮＯ_３−Ｎ比を０．５〜２．５の範囲、好ましくは１〜２の範囲に調整して硝酸還元処理及び嫌気性アンモニア酸化処理を行なうことにより、効率のよい窒素除去を安定して行なうことができる。なお、Ｃ／ＮＯ_３−Ｎ比の調整に使用される有機物としては、メタノール、廃糖蜜、酢酸等が好ましい。

次に、本願発明者は、上述した（２）に関する証明をするために、第２の試験を行なった。第２の試験では、従属栄養性脱窒細菌及び嫌気性アンモニア酸化細菌を各菌数で固定化した担体を用いて、アンモニア含有液である合成廃水を連続処理し、処理が安定した１ヵ月後のＣ／ＮＯ_３−Ｎ比及び脱窒率を測定する試験を行なった。

第２の試験において、担体は、第１の試験と同様に、ポリエチレングリコールジアクリレートで包括固定化し、固定化したものを３ｍｍ角の立方体に成型した包括固定化担体が使用された。こうして得られた担体を１Ｌの反応槽に充填率２０％になるように充填し、この反応槽に合成廃水を連続供給して処理を行なった。

また、第２の試験における合成廃水は、アンモニア性窒素濃度と硝酸濃度の比を１：１、かつ総窒素濃度Ｔ−Ｎの値を８０ｍｇ／Ｌに調整するとともに、有機物として酢酸ナトリウムを有機性炭素濃度Ｃと硝酸性窒素濃度ＮＯ_３−Ｎの比であるＣ／ＮＯ_３−Ｎ比が１となるように添加して調整したものが使用された。

さらに、反応槽では、処理の負荷を１．２ｋｇ−Ｎ／ｍ^３／ｄａｙで運転が開始され、１ヵ月後に処理が安定した際の処理液の液質（すなわち、Ｔ−Ｎ除去率）を評価した。その結果を図２に示す。図２は、第２の試験における従属栄養性脱窒細菌の菌数と嫌気性アンモニア酸化細菌の菌数との比に対するＴ−Ｎ除去率の相関を示したグラフである。

図２のグラフによると、従属栄養性脱窒細菌の菌数が嫌気性アンモニア酸化細菌の菌数の１０〜１，０００倍の濃度で固定化された担体を使用したときに、５０％以上の高いＴ−Ｎ除去率を示している。その一方で、従属栄養性脱窒細菌の菌数が少ないとＴ−Ｎ除去率が低く、また菌数が多すぎてもＴ−Ｎ除去率が低下する傾向にあった。これは、従属栄養性脱窒細菌及びと嫌気性アンモニア酸化細菌の両細菌が適度な菌数の割合で共生又は共存することにより、各処理中における亜硝酸生成の反応との取り合いのバランスが釣り合って、窒素除去の活性が促進されるものと考えられる。なお、この各細菌の菌数の割合において、記載は省略するが付着固定化においても同様な傾向を得ることができた。

以下に示す図３〜９の添付図面に従って、本発明に係るアンモニア含有液の処理方法及び装置の好ましい実施の形態について詳説する。

本発明に適用されるアンモニア含有液の処理装置は、図３〜９の各種態様に示される如く、硝酸貯留槽１２と生物処理槽１４とを基本構成として成り、この基本構成に各種測定手段や、制御手段等を装備することで構成される。したがって、先ず基本構成である硝酸貯留槽１２及び生物処理槽１４について説明する。

硝酸貯留槽１２は、一定濃度の硝酸が添加されるように硝酸金属塩を溶媒（通常水）に溶解させた溶液、或いは一定濃度の硝酸が添加されるように調整された硝酸金属塩の粉体が貯留可能な構造を有している。また、硝酸貯留槽１２は、各種の測定及び制御によってアンモニア含有液に含まれるアンモニアを処理する適切な硝酸必要量を生物処理槽１４へ添加する構造を有している。この場合、硝酸貯留槽１２に貯留される硝酸は、上述した硝酸金属塩のような天然物や、化学的に合成された合成物に限定することはなく、アンモニアや亜硝酸を生物学的に硝化する際に生成される硝酸でもよい。要は、硝酸貯留槽１２に一定濃度の硝酸が貯留され、安定して添加できればよい。

生物処理槽１４には、従属栄養性脱窒細菌及び嫌気性アンモニア酸化細菌が馴養又は投入されており、嫌気性雰囲気に保持される。嫌気性アンモニア酸化細菌の馴養としては、例えば、２００４年度、第７回の日本水環境学会シンポジウム講演集の１２５頁に記載されるように、嫌気性アンモニア酸化細菌を含む活性汚泥や嫌気性消化汚泥等を種汚泥として馴養することができる。なお、ここで述べる嫌気性アンモニア酸化細菌とは、アンモニア含有液のアンモニアを嫌気的に生物脱窒するための細菌であって、アンモニアと亜硝酸を基質とする全ての細菌について本発明を適用できる。

生物処理槽１４内における嫌気性アンモニア酸化細菌などの保持形態としては、生物処理槽１４内に浮遊菌の形で保持することも可能であるが、嫌気性アンモニア酸化細菌などを充填材に付着させた生物膜、或いは嫌気性アンモニア酸化細菌などを固定化材に固定化した固定化担体として保持することが好ましい。

生物膜として従属栄養性脱窒細菌及び嫌気性アンモニア酸化細菌を保持させた場合の生物処理槽１４への充填量は、固定床タイプの場合に３０〜７０容積％、懸濁粒子槽や膨張槽のタイプの場合に５〜４０容積％がよい。生物膜の充填材としては、不織布、プラスチック材料、スポンジ材料等の材質のものを使用でき、形状も板状、粒状、筒状などの各種の形状のものを使用できる。

本発明において、各細菌の固定化には、１）付着固定化、２）包括固定化の２つの方法を用いることができる。

１）の付着固定化の方法としては、球状や筒状などの担体や、ひも状材料、ゲル状材料、不織布状材料等の凹凸の多い材料が各細菌を付着させ易いので、アンモニアの除去率を向上させることができる。

２）の包括固定化の方法としては、固定化の対象となる細菌と固定化材料であるモノマやプレポリマを混合してから、重合させて細菌を包括固定化させる方法が一般的である。モノマ材料としては、アクリルアミド、メチレンビスアクリルアミド、トリアクリルフォルマール等が好ましい。また、プレポリマ材料としては、ポリエチレングリコールジアクリレートやポリエチレングリコールメタアクリレートが好ましく、その誘導体も使用することができる。包括固定化担体の形状としては、球状や筒状等の包括担体や、ひも状包括担体、不織布状の包括担体等の凹凸が多い包括担体が廃水等のアンモニア含有液と各細菌との接触効率が高いので、アンモニアの除去率を向上させることができる。

表１は、従属栄養性脱窒細菌及び嫌気性アンモニア酸化細菌を包括固定した包括固定化担体の代表的な組成例である。

上記組成の懸濁液に過硫酸カリウムを０．２５部添加すると重合が始まり、ゲル化する。このゲルを切断し、任意の大きさにしたものが包括固定化担体となる。なお、包括固定化担体の大きさは、形状が角形や球状である場合には、１〜１０ｍｍ程度が好ましい。

なお、本発明で適用される包括固定化担体としては、従属栄養性脱窒細菌と嫌気性アンモニア酸化細菌とを上述した表１の割合で混合した状態で包括固定化した担体の他に、従属栄養性脱窒細菌を包括固定化した担体と、嫌気性アンモニア酸化細菌を包括固定化した担体とを別々に作成して、生物処理槽１４内に投入してもよい。また、担体の中心側に嫌気性アンモニア酸化細菌を包括固定化して、その周囲の表層近辺に従属栄養性脱窒細菌を包括固定化した担体も又、本発明に適用させることができる。

図３は、アンモニア含有液の処理装置１０の第１の実施の形態であり、内部に従属栄養性脱窒細菌及び嫌気性アンモニア酸化細菌を存在させた嫌気性雰囲気の生物処理槽１４と、アンモニア含有液を生物処理槽１４に流入させる流入部と、生物処理槽１４で処理した処理液を流出させる流出部と、一定濃度の硝酸を貯留する硝酸貯留槽１２と、硝酸貯留槽１２から生物処理槽に硝酸を添加する硝酸添加手段と、硝酸の添加量を調整する硝酸添加量調整手段と、から構成される。

生物処理槽１４において、流入部を形成する流入配管１６から流入ポンプ１７の駆動により、アンモニア含有液が槽内へ流入される。生物処理槽１４内には従属栄養性脱窒細菌及び嫌気性アンモニア酸化細菌が包括固定化された包括固定化担体２４が充填されており、流入したアンモニア含有液と接触する。この場合、図３では省略してあるが、包括固定化担体２４を生物処理槽１４内で流動させてアンモニア含有液との接触効率を上げるために、例えば攪拌機や嫌気ガスの吹き込み機のようなものを設けることが好ましい。

なお、生物処理槽１４では、従属栄養性脱窒細菌の菌数を前記嫌気性アンモニア酸化細菌の菌数に対して１０〜１，０００倍の範囲に調整することが好ましい。この菌数比に調整することにより、従属栄養性脱窒細菌が亜硝酸を硝酸に酸化する酸化処理を行なって、嫌気性アンモニア酸化細菌との亜硝酸の取り合いを防止することができる。

生物処理槽１４の上方に設けられた硝酸貯留槽１２からは、硝酸添加手段として硝酸添加配管２０が生物処理槽１４の上方まで延設され、硝酸貯留槽１２に貯留された一定濃度の硝酸が生物処理槽１４に添加される。これにより、嫌気性雰囲気の下で、添加された硝酸が従属栄養性脱窒細菌により亜硝酸に還元されるとともに、アンモニア含有液のアンモニアと、亜硝酸とが嫌気性アンモニア酸化細菌により同時脱窒され、窒素ガスとして除去される。生物処理槽１４で処理された処理液は流出部を形成する処理液配管１８を介して系外に排出される。生物処理槽１４の流出部側にはスクリーン２６が設けられ、包括固定化担体２４が処理液と一緒に流出することを防止する。このように、一定濃度の硝酸を硝酸貯留槽１２に貯留しておき、この硝酸貯留槽１２から生物処理槽１４に硝酸必要量に相当する硝酸の添加量を添加することにより、アンモニア含有液の処理を常に安定して行なうことができるので、良好な液質の処理液を常時安定して得ることができる。

硝酸添加配管２０には、硝酸の添加量を調整する硝酸添加量調整手段としての硝酸用バルブ２２が設けられる。硝酸貯留槽１２から生物処理槽１４へ添加する一定濃度の硝酸の添加量は、硝酸用バルブ２２の開閉によって調整され、アンモニア含有液のアンモニアを処理するために必要な硝酸必要量に相当する添加量が生物処理槽１４に添加される。この硝酸必要量は、アンモニアのアンモニア性窒素量に対して亜硝酸の亜硝酸性窒素量が１〜１．５倍の範囲になるように、従属栄養性脱窒細菌によって亜硝酸に還元するのに必要とされる硝酸の量であることが好ましい。すなわち、生物処理槽１４において、処理対象となるアンモニア含有液に含有されるアンモニアのアンモニア性窒素量（ＮＨ_４-Ｎ）に対する亜硝酸の亜硝酸性窒素量（ＮＯ_２-Ｎ）の比率（ＮＯ_２-Ｎ／ＮＨ_４-Ｎ）は、アンモニア含有液から除去される総窒素除去率（Ｔ−Ｎ除去率）に密接な関係があり、比率が１〜１．５倍の範囲でＴ−Ｎ除去率が最大になり、比率が１未満及び１．５を超えるとＴ−Ｎ除去率が急激に低下する傾向にある。

図４は、本発明の第２の実施の形態であるアンモニア含有液の処理装置３０の概略構成を示した平面図である。図３に示した第１の実施形態である処理装置１０と同じ部材及び手段については同符号を付して説明は省略する。

図４に示すように、処理装置３０には、硝酸貯留槽１２の他に、有機物貯留槽３２が生物処理槽１４に配設されている。

有機物貯留槽３２は、一定濃度の有機物が添加されるように有機物を溶媒（通常水）に溶解させた溶液、或いは一定濃度の有機物が添加されるように調整された有機物の粉体が貯留可能な構造を有している。使用される有機物としては、メタノールや廃糖蜜、酢酸などが好ましいが、特に限定するものではない。また、有機物貯留槽３２は、各種の測定及び制御によって適切な有機物必要量を生物処理槽１４へ添加する構造を有している。この場合、有機物貯留槽３２に貯留される有機物は、上述した天然物や、化学的に合成された合成物に限定することはない。要は、有機物貯留槽３２に一定濃度の有機物が貯留され、安定して添加できればよい。

したがって、処理装置３０では、生物処理槽１４の上方に設けられた硝酸貯留槽１２から、貯留された一定濃度の硝酸が硝酸添加配管２０を介して生物処理槽１４に添加される一方で、有機物貯留槽３２からは、有機物添加手段として生物処理槽１４の上方まで延設された有機物添加配管３４を介して、貯留された一定濃度の有機物が生物処理槽１４に添加される。

有機物添加配管３４には、有機物の添加量を調整する有機物添加量調整手段としての有機物用バルブ３６が設けられる。有機物貯留槽３２から生物処理槽１４へ添加する一定濃度の有機物の添加量は、有機物用バルブ３６の開閉によって調整され、アンモニア含有液のアンモニアを処理するために必要な有機物必要量に相当する添加量が生物処理槽１４に添加される。この有機物必要量は、生物処理槽１４内におけるアンモニア含有液中の有機物中の有機性炭素濃度と硝酸性窒素濃度の比であるＣ／ＮＯ_３−Ｎ比が０．５〜２．５の範囲であることが好ましい。生物処理槽１４内において、上述したＣ／ＮＯ_３−Ｎ比の範囲に保持することにより、担体２４，２４…内に保持された従属栄養性脱窒細菌が有機物を水素供与体として添加された硝酸を亜硝酸に安定して還元することができるので、生物処理槽１４内における嫌気性アンモニア酸化細菌と従属栄養性脱窒細菌とによる亜硝酸の取り合いを調整することができる。

図５は、本発明の第３の実施の形態であるアンモニア含有液の処理装置５０の概略構成を示した平面図である。なお、第１及び第２の実施形態と同様の部材及び手段については同符号を付して説明は省略する。

図５に示すように、流入配管１６の途中にアンモニア含有液のアンモニア性窒素濃度を測定する濃度測定器３８が設けられ、濃度測定器３８で測定された測定値は濃度モニタリングタイプの硝酸制御装置４０に送られる。濃度測定器３８によるアンモニア性窒素濃度の測定は連続的又は間欠的でもよい。この硝酸制御装置４０では、濃度測定器３８で測定された測定結果から、生物処理槽１４における嫌気性アンモニア酸化細菌が必要とする亜硝酸必要量を従属栄養性脱窒細菌により還元して生成するのに必要な硝酸必要量に相当する硝酸の添加量を演算し、演算した添加量に基づいて硝酸用バルブ２２の開度を調整する。添加量とバルブ開度との関係は予め測定され、硝酸制御装置４０に入力しておくとよい。これにより、アンモニア含有液のアンモニア濃度に応じて硝酸の添加量を適切に制御することができる。したがって、本発明のアンモニア含有液の処理装置５０の第２の実施の形態は、アンモニア含有液のアンモニア濃度が変動する場合に有効である。

なお、図５には示さなかったが、生物処理槽１４に流入するアンモニア含有液の流入量も変動する場合には、濃度測定器３８に加えて流入配管１６に流入量を測定する流量測定器を設け、濃度と流量の両方で硝酸の添加量を制御することが好ましい。

図６は、本発明の第４の実施の形態であるアンモニア含有液の処理装置６０の概略構成を示した平面図であり、アンモニア性窒素濃度から硝酸添加量及び有機物添加量を制御する態様を示している。なお、第１〜３の実施形態と同様の部材及び手段については同符号を付して説明は省略する。

図６に示すように、処理装置６０は、生物処理槽１４へ流入するアンモニア含有液は、含有されるアンモニア性窒素濃度が濃度測定器３８により測定され、その測定値が濃度モニタリングタイプの制御装置４２へ送られる。制御装置４２は、送られた測定値を基にして、生物処理槽１４における嫌気性アンモニア酸化細菌が必要とする亜硝酸必要量を従属栄養性脱窒細菌により還元して生成するのに必要な硝酸必要量に相当する硝酸の添加量を演算するとともに、生物処理槽１４内におけるアンモニア含有液中の有機物中の有機性炭素濃度と硝酸性窒素濃度の比であるＣ／ＮＯ_３−Ｎ比が０．５〜２．５の範囲になるのに必要とされる有機物の添加量を演算する。そして、制御装置４２は、演算された硝酸の添加量及び有機物の添加量に基づいて、硝酸用バルブ２２及び有機物用バルブ３６の開閉度を制御して、各添加量を調整する。これにより、生物処理槽内において、アンモニア含有液のアンモニア濃度に応じて、従属栄養性細菌による硝酸還元処理と、嫌気性アンモニア酸化細菌による亜硝酸及びアンモニアの同時脱窒とを適切に行なうことができるので、アンモニア含有液のアンモニア濃度が変動する場合において、特に有効である。

図７は、本発明の第５の実施の形態であるアンモニア含有液の処理装置７０の概略構成を示した平面図である。なお、第１〜４の実施形態と同じ部材及び手段については同符号を付して説明は省略する。

図７に示すように、流入配管１６の途中にアンモニア含有液の流入量を測定する流入量測定器４４が設けられ、流入量測定器４４で測定された測定値は流量モニタリングタイプの制御装置４６に送られる。流入量測定器４４によるアンモニア含有液の流入量の測定は連続的又は間欠的でもよい。制御装置４６は、流入量測定器４４で測定された流入量の増減に正比例した亜硝酸必要量に相当する亜硝酸を従属栄養性脱窒細菌によって生成させるために、必要とされる硝酸必要量に相当する硝酸の添加量を増減させるように、硝酸用バルブ２２の開閉を制御する。また、同時に、制御装置４６は、生物処理槽１４内におけるアンモニア含有液中の有機物中の有機性炭素濃度と硝酸性窒素濃度の比であるＣ／ＮＯ_３−Ｎ比が０．５〜２．５の範囲になるのに必要とされる有機物必要量に相当する有機物の添加量を増減させるように、有機物用バルブ３６の開閉を制御する。なお、硝酸必要量及び有機物必要量は、予めアンモニア含有液のアンモニア性窒素濃度を分析することにより求めておくとよい。

このことから、第５の実施の形態である処理装置７０は、現像廃液のようにアンモニア含有液のアンモニア濃度が一定の場合に有効である。なお、流入するアンモニア含有液の有機物量が一定で、生物処理槽１４において有機物の調整が必要ない場合には、制御装置４６によって流量から硝酸添加量のみを制御するようにしてもよい。

図８は、本発明の第６の実施の形態であるアンモニア含有液の処理装置８０の概略構成を示した平面図である。なお、第１〜５の実施の形態と同様の装置、部材及び手段については同符号を付し、その説明は省略する。

図８に示すように、生物処理槽１４は密閉式の槽として形成され、生物処理槽１４内の上部空間には、生物処理槽１４内でアンモニアと亜硝酸とが反応することにより生成される窒素ガスが溜まるトラップ部４８が形成される。また、生物処理槽１４の上板１４Ａには、トラップ部４８に溜まる窒素ガスを収集するガス収集管５２が接続される。図示しないが、処理液配管１８が生物処理槽１４に接続される接続部には生物処理槽１４内で発生した窒素ガスが処理液と一緒に漏洩しないための液封機構を設けることが好ましい。液封機構としては、例えば液封Ｕ字管のような公知のものを使用できる。

ガス収集管５２の途中には、ガス収集管５２を流れるガス量を逐次測定することで、生物処理槽１４内で発生する窒素ガスのガス生成速度（Ｌ／分）を測定するガス生成速度測定器５４が設けられる。厳密には、ガス収集管５２で収集されるガス中には、アンモニア含有液から持ち込まれる空気成分等も考えられるが、極めて微量であるので無視し、ここでは窒素ガスのガス生成速度と称することにする。ガス生成速度測定器５４としては、例えば渦式流量計、フロート式流量計、積算流量計等を好ましく使用することができる。

ガス生成速度測定器５４で測定される測定値は窒素ガスモニタリングタイプの制御装置５６に逐次入力される。制御装置５６では、硝酸の添加量を増減させるとともに、増減させたときのガス生成速度測定器５４で測定される窒素ガスのガス生成速度Ｖｎ（Ｌ／分）の増減をモニタリングし、各添加量の増減に比例してガス生成速度Ｖｎが増減しなくなる添加量を硝酸必要量及び有機物必要量とし、硝酸用バルブ２２及び有機物用バルブの開閉を制御して、硝酸添加量を調整する。

また、処理装置８０では、同時に有機物貯留槽３２に貯留された一定濃度の有機物を生物処理槽１４へ添加する。このとき、アンモニア含有液中の有機物中の有機性炭素濃度と硝酸性窒素濃度の比であるＣ／ＮＯ_３−Ｎ比が０．５〜２．５の範囲になるように、有機物用バルブ３６の開閉を調整することにより、添加量が有機物必要量に調整される。

例えば、図９のフローチャートに示すように、窒素ガス発生モニタリングによる硝酸制御プログラムでは、処理装置８０の運転初期の硝酸添加量における窒素ガスのガス生成速度を測定し、このガス生成速度Ｖｎのときの硝酸添加量を基準添加量とする（ステップＳ１０）。

次に、制御装置５６は、ステップＳ１２において、硝酸用バルブ２２の開度を大きくして、硝酸貯留槽１２から生物処理槽１４に添加する硝酸の添加量を基準添加量よりも３％（重量％でも容量％でもよい）増加させる。そして、制御装置５６は、ステップＳ１４において、添加量を３％増加させることによってガス生成速度測定器５４で測定されるガス生成速度Ｖｎが増大するかをモニタリングし、硝酸の添加量の増加に正比例してガス生成速度Ｖｎが増大（例えば３％）する場合には、硝酸の添加量が不足している可能性があるので、再びステップＳ１２に戻って硝酸の添加量を基準添加量よりも更に３％増加させる。

硝酸の添加量の増加に正比例してガス生成速度Ｖｎが増大しない場合には、硝酸の添加量が過剰となっており嫌気性アンモニア酸化細菌の活性が低下する危険があるので、ステップＳ１６において硝酸用バルブ２２及び有機物用バルブ３６の各開度を絞って硝酸及び有機物の添加量を３％減少させる。制御装置５６は、各添加量を３％減少させることによってガス生成速度測定器５４で測定されるガス生成速度Ｖｎが減少するかをステップＳ１８でモニタリングし、各添加量の減少に正比例してガス生成速度Ｖｎが低下（例えば３％）する場合には、再びステップＳ１２に戻り、ガス生成速度Ｖｎが低下しない場合には、硝酸や有機物が未だ過剰である危険性があるので、ステップＳ１６に戻る。

このように、ステップＳ１２からステップＳ１８までの操作を繰り返すことにより、ガス生成速度が増大も低下もしなくなるときの硝酸の添加量を見つけ、これを硝酸必要量として硝酸の添加量を調整する。これにより、アンモニア含有液のアンモニア性窒素濃度や流入量を測定しなくても、硝酸の添加量を適量に調整することができ、しかもアンモニア濃度の増減や流入量の増減等の処理負荷の増減に対してリアルタイムな調整が可能になる。なお、上記のプログラムでは、硝酸の添加量の増減を３％としたが、２〜５％の範囲で適宜選択することが好ましい。これは、２％未満では、ガス生成速度の増大・減少をステップＳ１４及びＳ１８において精度良くモニタリングできず、５％を超えると生物処理槽１４内での硝酸濃度が急激に上昇する危険があるからである。また、ステップＳ１２やステップＳ１４に戻ったときには、次のサイクルとして硝酸の増減量を例えば３％から２％に変えて行ってもよい。

図１０は、本発明の第７の実施の形態であるアンモニア含有液の処理装置１００の概略構成を示した平面図である。なお、第１〜６の実施の形態と同様の装置、部材及び手段については同符号を付し、その説明は省略する。

図１０に示すように、処理装置１００は、主として、アンモニア含有液を貯留するアンモニア含有液貯留槽６２と、一定濃度の硝酸を貯留する硝酸貯留槽１２と、一定濃度の有機物を貯留する有機物貯留槽３２と、カートリッジ型の着脱可能構造を有する縦型の生物処理槽１４と、生物処理槽１４で処理された処理液を貯留する処理液貯留槽６４とで構成される。カートリッジ型の生物処理槽１４は、密閉型の筒状容器とし、その内部に包括固定化担体を固定床として充填することが好ましい。

アンモニア含有液貯留槽６２のアンモニア含有液を生物処理槽１４に流入させる流入配管１６は、先端側（生物処理槽側）が２本に分岐され、分岐された２本の配管１６Ａ，１６Ａの途中にバルブ２２が設けられるとともに、２本の配管１６Ａ，１６Ａの先端にはワンタッチ式連結器６６の雄部が設けられる。また、硝酸貯留槽１２の硝酸を生物処理槽１４に添加する硝酸添加配管２０は、バルブ２２を備えた複数の配管２０Ａ，２０Ａが分岐して構成され、配管２０Ａに硝酸添加ポンプ６８が設けられるとともに、各配管２０Ａ，２０Ａの先端にワンタッチ式連結器６６の雄部が設けられる。同じく、有機物貯留槽３２の有機物を生物処理槽１４に添加する有機物添加配管３４は、バルブ２２を備えた複数の配管３４Ａ，３４Ａが分岐して構成され、配管３４Ａに有機物添加ポンプ７２が設けられるとともに、各配管３４Ａ，３４Ａの先端にワンタッチ式連結器６６の雄部が設けられる。更に、生物処理槽１４で処理された処理液の処理液配管１８の基端側（生物処理槽側）が２本に分岐されるとともに、バルブを備えた２本の配管１８Ａ，１８Ａの基端にはワンタッチ式連結器６６の雄部が設けられる。

一方、生物処理槽１４の下端部、上端部、及び側面部の３カ所には、それぞれ連結管７４，７４…が設けられ、それぞれの連結管７４の先端にはワンタッチ式連結器６６の雌部が設けられる。これにより、２つの生物処理槽１４は、ワンタッチ式連結器６６を介して流入配管１６、処理液配管１８、硝酸添加配管２０、及び有機物添加配管３４に着脱自在に装着することができる。

なお、本実施の形態では、２槽の生物処理槽１４を着脱できるように構成したが、１槽でも２槽以上でもよく、槽数に合わせて流入配管１６、処理液配管１８、硝酸添加配管２０、及び有機物添加配管３４の取り合い数を形成すればよい。

このように構成された処理装置８０の第７の実施の形態は、複数の生物処理槽１４をメリーゴーランド式に順番に使用することができる。更には、複数の生物処理槽１４のうちの１槽を予備の生物処理槽１４として、使用中の生物処理槽１４における嫌気性アンモニア酸化細菌が死滅したり、活性が低下したりしたときに、予備の生物処理槽１４を使用するようにすれば便利である。したがって、図１０に示した本発明の第７の実施の形態である処理装置１００は、現像廃液のように一定濃度のアンモニアを含む小規模廃液の処理を行なう場合に有効である。

なお、上述した本実施形態である図３〜８、及び１０に示した処理装置１０，３０，５０，６０，７０，８０，１００において、使用される各装置及び部材の個数、形状、及び材質等は、特に限定されるものではない。

図３〜８に示した本実施形態では、生物処理槽１４内に存在する従属栄養性脱窒細菌及び嫌気性アンモニア酸化細菌の保持形態として、包括固定化担体の例で説明したが、特に限定されるものではない。浮遊菌や生物膜、付着固定化担体の何れでもよい。

以下に本発明の実施例を説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

［実施例１］
実施例１では、図３に示した処理装置１０を使用してアンモニア含有液を処理した。

生物処理槽１４に充填した包括固定化担体の組成等は表２の通りである。

上述した各成分を混合した後、過硫酸カリウムを添加することにより上記組成をゲル化させた後、３ｍｍ角型に成形して包括固定化担体２４とした。

（処理装置の試験条件）
・アンモニア含有液：アンモニア性窒素（ＮＨ_４-Ｎ）濃度９０〜１２０ｍｇ／Ｌ、ＢＯＤ濃度９０〜１３０ｍｇ／Ｌの工場廃水を使用。
・硝酸添加量：硝酸性窒素（ＮＯ_３−Ｎ）濃度１５０ｍｇ／Ｌの硝酸を一定量添加。
・生物処理槽１４の滞留時間：２時間
・包括固定化担体の充填率：２０％
・生物処理槽１４を機械攪拌して担体２４，２４…を流動。

上記の条件で連続処理し、１ヶ月の馴養後、生物処理槽１４ではアンモニア含有液のアンモニアと亜硝酸とが嫌気的に同時脱窒され、処理液の総窒素濃度（Ｔ−Ｎ）は３０〜５０ｍｇ／Ｌで安定して推移した。

また、実施例１では、図３の処理装置１０を用いて、ＢＯＤ成分を含有しないアンモニア性窒素（ＮＨ_４-Ｎ）濃度９０〜１２０ｍｇ／Ｌ及び硝酸性窒素（ＮＯ_３−Ｎ）濃度１２０〜１８０ｍｇ／Ｌの工場廃水を滞留時間２時間で生物処理槽１４内に滞留させ、有機物としての酢酸ナトリウムをＣ／ＮＯ_３−Ｎ比で１．２倍になるように添加して処理運転を行なった。その結果、安定して連続処理がなされ、処理液中の総窒素濃度（Ｔ−Ｎ）は３０〜５０ｍｇ／Ｌで推移した。

［実施例２］
実施例２では、本発明法１〜３として、図６の処理装置６０、図７の処理装置７０、図８の処理装置８０を用いて、実施例１と同じ包括固定化担体でアンモニア含有液の処理を行なった。本発明法１〜３の各処理条件は、以下の通りである。

＜本発明法１＞
・図６に示した処理装置６０を使用。
・処理対象となるアンモニア含有液：アンモニア性窒素（ＮＨ_４−Ｎ）濃度９０〜１２０ｍｇ／Ｌの工場廃水を使用。
・硝酸添加量：アンモニアモニタリング制御により、アンモニア性窒素（ＮＨ_４−Ｎ）濃度の１．８倍の硝酸性窒素（ＮＯ_３−Ｎ）を添加。
・有機物添加量：アンモニアモニタリング制御により、廃糖蜜中の有機性炭素を硝酸性窒素の１．２倍（Ｃ／ＮＯ_３−Ｎ比）になるように添加。
・生物処理槽１４の滞留時間：２時間。
・生物処理槽１４の担体充填量：２０％
・生物処理槽１４を機械攪拌して担体２４，２４…を流動。

＜本発明法２＞
・図７に示した処理装置７０を使用。
・処理対象となるアンモニア含有液：アンモニア性窒素（ＮＨ_４−Ｎ）濃度９０〜１２０ｍｇ／Ｌの工場廃水を使用。
・硝酸添加量：流量制御により、平均アンモニア性窒素（ＮＨ_４−Ｎ）濃度を１０５ｍｇ／Ｌと設定して、その１．８倍の硝酸性窒素（ＮＯ_３−Ｎ）を添加。
・有機物添加量：アンモニアモニタリング制御により、廃糖蜜中の有機性炭素を硝酸性窒素の１．２倍（Ｃ／ＮＯ_３−Ｎ比）になるように添加。
・生物処理槽１４の滞留時間：２時間。
・生物処理槽１４の担体充填量：２０％
・生物処理槽１４を機械攪拌して担体２４，２４…を流動。

＜本発明法３＞
・図８に示した処理装置８０を使用。
・処理対象となるアンモニア含有液：アンモニア性窒素（ＮＨ_４−Ｎ）濃度９０〜１２０ｍｇ／Ｌの工場廃水を使用。
・硝酸添加量：窒素ガス生成量での制御により、平均アンモニア性窒素（ＮＨ_４−Ｎ）濃度を１０５ｍｇ／Ｌと設定して、その１．４倍の硝酸性窒素（ＮＯ_３−Ｎ）を添加、その後は図９に示したフローチャートに従って制御。
・有機物添加量：廃糖蜜中の有機性炭素を硝酸性窒素の１．２倍（Ｃ／ＮＯ_３−Ｎ比）になるように添加。
・生物処理槽１４の滞留時間：２時間。
・生物処理槽１４の担体充填量：２０％
・生物処理槽１４を機械攪拌して担体２４，２４…を流動。

上述した本発明法１〜３の結果を表１に示す。なお、表１の従来法１及び２は、図４に示した処理装置３０を用いて硝酸を添加しない処理を行なった。

表３から分かるように、本発明法１〜３は、処理液の総窒素濃度は１０〜３０ｍｇ／Ｌの間であり、アンモニア含有液を安定して処理することができた。

これに対し、従来法１及び２は、処理液の総窒素濃度は８７〜１２４ｍｇ／Ｌの間であり、アンモニア含有液のアンモニアを殆ど処理することができなかった。

また、従来法によるアンモニアの処理には、硝化反応と脱窒反応が必要であり、硝化反応には滞留時間４〜６時間、脱窒反応にも３〜６時間必要であり、更にメタノールが窒素量の３倍量必要になる。したがって、大規模の処理装置を必要とする。

これに対し、本発明法では、アンモニア含有液と従属栄養性脱窒細菌及び嫌気性アンモニア酸化細菌とを生物処理槽１４内で嫌気性雰囲気において接触させながら、一定濃度の硝酸を貯留した硝酸貯留槽１２から生物処理槽１４に硝酸必要量及び有機物必要量を添加するだけである。これにより、滞留時間を１時間に短縮できるとともに、アンモニア含有液の処理を常に安定に行うことができる。したがって、硝化槽と脱窒槽を必要とする従来法に比べて処理装置をコンパクト化できるだけでなく、ランニングコストも削減でき非常に安価な処理方法と言える。

［実施例３］
実施例３では、図１０に示した処理装置１００を使用してアンモニア含有液を処理した。

生物処理槽１４に充填した包括固定化担体の組成等は表４の通りである。

上述した各成分を混合した後、過硫酸カリウムを添加することにより上記組成をゲル化させ、３ｍｍ角型に成形して包括固定化担体２４とした。

（処理装置の試験条件）
・アンモニア含有液：アンモニア性窒素（ＮＨ_４−Ｎ）濃度２０００ｍｇ／Ｌの現像廃液希釈水を使用。
・硝酸添加量：アンモニア性窒素（ＮＨ_４-Ｎ）に対して１．５倍量に相当する窒素量の硝酸を連続添加。
・有機物添加量：硝酸性窒素（ＮＯ_３−Ｎ）濃度に対して０．８倍のメタノール量を連続添加。
・生物処理槽１４の滞留時間：４時間
・包括固定化担体２４の充填率：３０％
・生物処理槽１４を嫌気的に機械攪拌して包括固定化担体を流動。

上記の条件で連続処理した結果、生物処理槽１４では、アンモニア含有液のアンモニアと、硝酸貯留槽１２から添加された硝酸に対する従属栄養性脱窒細菌による還元で生成された亜硝酸とが同時脱窒されて、処理液の総窒素濃度は１２０〜１８０ｍｇ／Ｌで安定して推移した。

このように、本発明を採用することにより、アンモニア含有液中のアンモニアを高速脱窒することが可能となる。

本発明でのＣ／ＮＯ_３−Ｎ比とＴ−Ｎ除去率との関係図 本発明での従属栄養性脱窒細菌数／嫌気性アンモニア細菌数の比とＴ−Ｎ除去率との関係図 本発明の第１の実施の形態であるアンモニア含有液の処理装置の概略構成を示した平面図 本発明の第２の実施の形態であるアンモニア含有液の処理装置の概略構成を示した平面図 本発明の第３の実施の形態であるアンモニア含有液の処理装置の概略構成を示した平面図 本発明の第４の実施の形態であるアンモニア含有液の処理装置の概略構成を示した平面図 本発明の第５の実施の形態であるアンモニア含有液の処理装置の概略構成を示した平面図 本発明の第６の実施の形態であるアンモニア含有液の処理装置の概略構成を示した平面図 窒素ガス発生モニタリングによる硝酸及び有機物自動制御システムにおける制御プログラムのフローチャート 本発明の第７の実施の形態であるアンモニア含有液の処理装置の概略構成を示した平面図

符号の説明

１０，３０，５０，６０，７０，８０，１００…アンモニア含有液の処理装置、１２…硝酸貯留槽、１４…生物処理槽、１６…流入配管、１７…流入ポンプ、１８…処理液配管、２０…硝酸添加配管（硝酸添加手段）、２２…硝酸用バルブ（硝酸添加量調整手段）、２４…担体、２６…スクリーン、３２…有機物貯留槽、３４…有機物添加配管、３６…有機物用バルブ、３８…濃度測定器、４０…濃度モニタリングタイプの硝酸制御装置、４２…濃度モニタリングタイプの硝酸制御装置、４４…流入量測定器、４６…流量モニタリングタイプの制御装置、４８…トラップ部、５２…ガス収集管、５４…ガス生成速度測定器、５６…窒素ガスモニタリングタイプの制御装置、６２…アンモニア含有液貯留槽、６４…処理液貯留槽、６６…ワンタッチ式の連結器、７４…連結管

Claims (13)

1. アンモニア含有液のアンモニアを嫌気的に生物脱窒するアンモニア含有液の処理方法において、
   前記アンモニア含有液に対して従属栄養性脱窒細菌及び嫌気性アンモニア酸化細菌を生物処理槽内で接触させて前記生物脱窒を行なう際に、
   一定濃度の硝酸を貯留した硝酸貯留槽から前記生物処理槽へ前記硝酸を添加することを特徴とするアンモニア含有液の処理方法。
2. アンモニア含有液のアンモニアを嫌気的に生物脱窒するアンモニア含有液の処理方法において、
   前記アンモニア含有液と従属栄養性脱窒細菌及び嫌気性アンモニア酸化細菌とを生物処理槽内で接触させて前記生物脱窒を行なう際に、
   一定濃度の硝酸を貯留した硝酸貯留槽から前記生物処理槽へ前記硝酸を添加するとともに、
   一定濃度の有機物を貯留した有機物貯留槽から前記生物処理槽へ前記有機物を添加することを特徴とするアンモニア含有液の処理方法。
3. 前記アンモニア含有液のアンモニア性窒素濃度を測定し、
   前記測定されたアンモニア性窒素濃度から硝酸の必要量を演算し、
   演算した前記硝酸の必要量に基づいて、前記一定濃度の硝酸の添加量を調整することを特徴とする請求項１又は２のアンモニア含有液の処理方法。
4. 前記アンモニア含有液のアンモニア性窒素濃度を測定し、
   前記測定されたアンモニア性窒素濃度から硝酸の必要量を演算し、
   前記演算された前記硝酸の必要量に基づいて、前記硝酸貯留槽からの前記一定濃度の硝酸の添加量を調整すると同時に、
   前記アンモニア含有液における前記有機物中の有機性炭素濃度Ｃと前記硝酸性窒素濃度ＮＯ_３−Ｎの比であるＣ／ＮＯ_３−Ｎ比が０．５〜２．５の範囲になるように、前記有機物貯留槽からの前記一定濃度の有機物の添加量を調整することを特徴とする請求項２に記載のアンモニア含有液の処理方法。
5. 前記生物処理槽に流入するアンモニア含有液の流入量を測定し、
   前記流入量の測定結果の増減に比例させて、前記一定濃度の硝酸の添加量を増減させることを特徴とする請求項１〜４のうち何れか１つに記載のアンモニア含有液の処理方法。
6. 前記硝酸貯留槽から前記生物処理槽に添加する前記硝酸の添加量を増減させるとともに、該増減したときの前記生物処理槽内で生成される窒素ガスのガス生成速度（Ｌ／分）の増減を測定し、
   前記添加量の増減に正比例して前記ガス生成速度が増減しなくなる添加量を硝酸必要量として前記一定濃度の硝酸の添加量を調整することを特徴とする請求項１又は２のアンモニア含有液の処理方法。
7. アンモニア含有液のアンモニアを嫌気的に生物脱窒するアンモニア含有液の処理装置において、
   内部に従属栄養性脱窒細菌及び嫌気性アンモニア酸化細菌を存在させた生物処理槽と、
   前記アンモニア含有液を前記生物処理槽に流入させる流入部と、
   前記生物処理槽で処理した処理液を流出させる流出部と、
   一定濃度の硝酸を貯留する硝酸貯留槽と、
   前記硝酸貯留槽から前記生物処理槽に硝酸を添加する硝酸添加手段と、
   前記硝酸の添加量を調整する硝酸添加量調整手段と、を備えたことを特徴とするアンモニア含有液の処理装置。
8. 前記アンモニア含有液の処理装置は、
   一定濃度の有機物を貯留する有機物貯留槽と、
   前記有機物貯留槽から前記生物処理槽に有機物を添加する有機物添加手段と、
   前記有機物の添加量を調整する有機物添加量調整手段と、を備えたことを特徴とする請求項７に記載のアンモニア含有液の処理装置。
9. 前記アンモニア含有液のアンモニア性窒素濃度を測定する濃度測定手段を設け、
   前記硝酸添加量調整手段は、前記濃度測定手段の測定結果に基づいて、前記硝酸の添加量を調整することを特徴とする請求項７又は８のアンモニア含有液の処理装置。
10. 前記有機物添加量調整手段は、前記硝酸添加量調整手段からの前記硝酸の添加量に基づいて、前記アンモニア含有液における前記有機物中の有機性炭素濃度Ｃと前記硝酸性窒素濃度ＮＯ_３−Ｎの比であるＣ／ＮＯ_３−Ｎ比が０．５〜２．５の範囲になるように、前記有機物の添加量を調整することを特徴とする請求項８に記載のアンモニア含有液の処理装置。
11. 前記アンモニア含有液の前記生物処理槽への流入量を測定する流入量測定手段と、前記硝酸の添加量を調整する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記流入量測定手段の測定結果に基づいて、前記硝酸の添加量を調整することを特徴とする請求項７又は８のアンモニア含有液の処理装置。
12. 前記硝酸添加手段で添加される前記硝酸の添加量を増減したときに、前記生物処理槽内で生成される窒素ガスのガス生成速度（Ｌ／分）の増減を測定するガス生成速度測定手段を設け、
    前記硝酸添加量調整手段は、前記ガス生成速度測定手段の測定結果に基づいて、前記硝酸の添加量を調整することを特徴とする請求項７又は８のアンモニア含有液の処理装置。
13. 前記生物処理槽をカートリッジ型の着脱可能構造とすると共に、前記流入部、流出部、及び添加手段の連結部を複数設けて、
    複数の生物処理槽を前記流入部、前記流出部、及び前記添加手段に装着して成ることを特徴とする請求項７〜１２のうち何れか１つに記載のアンモニア含有液の処理装置。
    

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