JP2007275748A - 排水処理方法および排水処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排水中に含まれるアンモニアを好適に除去できる排水処理方法を提供する
【解決手段】アンモニアを含有する排水を活性汚泥で硝化および脱窒させて排水処理する排水処理方法であって、物理的圧搾法および水抽出法の少なくともいずれか一方の方法で、植物原料から植物抽出物を抽出し、活性汚泥にて硝化反応が行われる前、および、活性汚泥にて脱窒反応が行われる前の少なくともいずれか一方において、排水中に植物抽出物を添加する。植物抽出物の添加により、汚泥の活性を維持・向上させることができ、かつ、汚泥に対して栄養を補給することができる。アンモニア以外にＢＯＤ成分が含まれていない排水を処理する場合でも、硝化菌および脱窒菌の失活を防止しつつ硝化・脱窒反応を促進できるので、アンモニアを好適に除去できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、アンモニアを含有する排水を活性汚泥で硝化および脱窒させて排水処理する排水処理方法および排水処理装置に関する。

従来、活性汚泥を利用して、アンモニアを含有する排水を生物学的に処理する方法がある。このような排水処理方法として、活性汚泥中の硝化菌によりアンモニアを酸化して硝酸に変換する硝化工程と、活性汚泥中の脱窒菌により硝酸を窒素に変換する脱窒工程とを備えたものがある。

硝化工程では、硝化菌であるアンモニア酸化細菌は、好気条件下で排水中のアンモニアを電子供与体として亜硝酸を生成し、これと共に増殖する。また、硝化菌である亜硝酸酸化細菌は、好気条件下で亜硝酸を電子供与体として硝酸を生成し、これと共に増殖する。
一方、脱窒工程では、脱窒菌は、嫌気条件下でメタノールを電子供与体として硝酸を分子状窒素に還元し、これと共に増殖する。脱窒菌にて生成された窒素は大気に放出される。

このように、硝化工程と脱窒工程とでは働く菌の種類、酸化還元状態、電子供与体の種類がそれぞれ異なっている。これら硝化菌および脱窒菌は、排水処理装置において独立した槽内にて利用されるわけではなく、排水が順次硝化・脱窒される流れに沿って槽内を移動し、また汚泥が返送されるために、混合状態で利用されている。この際、各菌は自己の反応・増殖に適した環境に戻ってくるまでの間は不適切な環境に曝され続け、その間に菌の活性が低下して菌体の増殖が停止してしまうという問題がある。

ここで、アンモニアを高濃度に含有する食品工場排水や化学工場排水には、アンモニア以外にＢＯＤ（Biological Oxygen Demand）成分が含まれている場合が多く、硝化菌および脱窒菌はＢＯＤ成分を自己の反応や増殖に必要な栄養源として利用できる（非特許文献１参照）。しかし、ＢＯＤ成分が過剰に存在すると、硝化菌および脱窒菌はアンモニアや亜硝酸、硝酸を電子供与体として利用しなくなり、ＢＯＤ成分を主な栄養源とする他の菌が優先してしまうようにもなる。このため、アンモニアの処理能力が極端に低下してしまう問題がある。

一方、発電設備において燃焼排ガスを脱硫および脱硝した際に発生した排水中には、アンモニアが高濃度で存在しているものの、栄養源となるＢＯＤ成分が殆ど含まれていない。このため、上記のようなＢＯＤ成分を含有した排水とは異なり、硝化菌および脱窒菌以外の菌体が優先してしまうことはない。しかし、微生物にとって必須の成分が欠乏状態となるので、硝化菌および脱窒菌は増殖しても必要栄養源が不足しているために失活が早まり、本来菌が持つ活性が十分発現されない、という問題がある。

上記のような問題に対して、活性汚泥に活性維持向上剤を添加し、硝化菌および脱窒菌の活性を維持あるいは向上させる方法が考えられる。これにより、硝化菌および脱窒菌の失活が抑制され、かつ、硝化・脱窒反応が促進されるので、アンモニアの処理能力を向上させることが可能となる。
従来、このような活性維持向上剤を添加するものとして、例えば、アンモニア性窒素と亜硝酸性窒素とを反応させて窒素ガスに分解する独立栄養性脱窒微生物に対して、ヒドラジン、ヒドロキシルアミン、２価の鉄イオンなどを添加する方法が知られている（例えば、特許文献１，２参照）。

また、従来、米ぬか、植物性油の搾り粕等のＢＯＤ源と、水溶性重合体とを混合した組成物を使用して、活性汚泥に栄養を補給する方法もある（例えば、特許文献３参照）。この特許文献３の構成において、水溶性重合体は、米ぬか等のＢＯＤ源の腐敗を阻止する目的で添加されており、これにより組成物の長期保存が可能とされている。

堺好雄：月刊下水道、Vol.20, 15-18, 1997 特開２００３−１２９２号公報 特開２００３−３３７９１号公報 特開平９−７５９７７号公報

しかしながら、上記特許文献１，２に記載の構成では、独立栄養性脱窒微生物を利用して脱窒処理を行うため、排水中にはアンモニア性窒素に対して０．５〜２倍の亜硝酸性窒素が含まれていなければ、好適に脱窒処理を行うことができないおそれがある。

また、上記特許文献３に記載の構成では、米ぬかや植物性油の搾り粕等のＢＯＤ源を含む組成物を排水中に投与するので、硝化菌および脱窒菌が分解できないセルロースなどの難分解性物質が排水中に混入することになる。このような難分解性物質は、反応槽の底部に沈積して、硝化菌および脱窒菌にとって毒物となる硫化水素などの化合物が生成されてしまう。これにより、硝化菌および脱窒菌の生息環境を悪化させ、活性を低下させてしまうと共に、硝化菌および脱窒菌以外の菌体が優先してしまうようになる。この結果、アンモニアの処理能力が低下してしまうおそれがある。さらに、水溶性重合体を用いることを必須要件としているため、作業負担や処理コストが大きくなってしまうおそれがある。

本発明の目的は、上記した問題に鑑みて、排水中に含まれるアンモニアを好適に除去できる排水処理方法および排水処理装置を提供することにある。

請求項１に記載の本発明の排水処理方法は、アンモニアを含有する排水を活性汚泥で硝化および脱窒させて排水処理する排水処理方法であって、物理的圧搾法および水抽出法の少なくともいずれか一方の方法で、植物原料から植物抽出物を抽出し、前記活性汚泥にて硝化反応が行われる前、および、前記活性汚泥にて脱窒反応が行われる前の少なくともいずれか一方において、前記排水中に前記植物抽出物を添加することを特徴とする。

このような本発明によれば、排水中に植物抽出物を添加することにより、汚泥の活性を維持・向上させることができる。このため、アンモニア以外にＢＯＤ成分が含まれていない排水を処理する場合においても、硝化菌および脱窒菌の失活を防止しつつ硝化・脱窒反応を促進できるので、排水中のアンモニアを好適に除去できる。
特に、本発明では植物抽出物を使用するので、上記特許文献３のような難分解性物質の発生がなく、硝化菌および脱窒菌以外の菌体が優先してしまう等の問題がない。また、植物抽出物は、例えば密封保存等により腐敗を防止できるので、上記特許文献３のように水溶性重合体を用いることなく、簡易な手法で長期保存できる。さらに、植物抽出物は、原料自体が安価であり、物理的圧搾法あるいは水抽出法といった簡易な手法で生成することができる。したがって、排水処理効率の低下を防止でき、かつ、作業負担の軽減および処理コストの低下を図ることができる。

また、本発明では、排水中のアンモニア処理に硝化菌および脱窒菌を利用し、上記特許文献１，２のような独立栄養性脱窒微生物を利用しないので、排水中のアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素との比率を考慮せずに排水処理を実施できる。
ところで、硝化菌および脱窒菌を利用した排水処理においては、硝化菌および脱窒菌による硝化・脱窒の各反応は、４０℃以下の範囲では高温であるほど反応速度が高くなるという性質がある。一方、３７℃を越えると各菌体の失活が早まるという性質もある。このため、３７℃以上にて各菌体の失活を最小限に留め、かつ、硝化・脱窒反応を高速で進行させる技術が望まれている。
この点、本発明の排水処理法によれば、植物抽出物を添加することにより、３７℃を超えても活性汚泥の活性を高く維持できるので、各菌体の失活を防止でき、かつ、硝化・脱窒の各反応を良好に進行させることができる。

請求項２に記載の本発明の排水処理方法は、請求項１に記載の排水処理方法において、前記活性汚泥にて脱窒反応が行われる前に、前記排水中に前記活性汚泥中の脱窒菌の電子供与体を添加することを特徴とする。
ここで、電子供与体としては、例えばメタノールなどが例示できる。
このような発明によれば、脱窒菌による脱窒反応をより高効率で進行させることができる。

請求項３に記載の本発明の排水処理方法は、請求項１または請求項２に記載の排水処理方法において、前記植物原料には、サトウキビ、テンサイ、トウモロコシ、フスマ、コメヌカ、ダイズのうち少なくともいずれか一種を用いることを特徴とする。

このような本発明において、植物原料としてサトウキビおよびテンサイを選択した場合、植物抽出物としては、例えばサトウキビおよびテンサイを物理的圧搾した糖蜜や、この糖蜜から糖を製造する過程で生じる廃糖蜜を使用することができる。
また、植物原料としてトウモロコシを選択した場合、植物抽出物としては、例えばトウモロコシからでん粉や油などの各種製品を製造する過程で生じるコーンスティープリカーを使用することができる。
さらに、植物原料としてフスマ、コメヌカ、ダイズを選択した場合、植物抽出物としては、例えば当該植物原料を加工する過程で生じた粕を水抽出することで得られた液体を使用することができる。
このように、各種植物原料から食料製品等を製造する際の副産物あるいは食料廃棄物を排水処理に有効活用でき、排水処理コストを大幅に低減できる。さらに、環境保全にも貢献できる。特に、植物抽出物として、サトウキビまたはテンサイから抽出した廃糖蜜、あるいは、フスマからの抽出物を使用すれば、硝化菌および脱窒菌の活性をより向上でき、かつ、硝化・脱窒反応をより促進させることができる。

請求項４に記載の本発明の排水処理方法は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の排水処理方法において、前記植物抽出物の添加量は、一日当たりの前記排水の流入量に対して乾物換算で１０ｐｐｍ以上５００ｐｐｍ以下とすることを特徴とする。
ここで、植物抽出物の添加量は、一日当たりの前記排水の流入量に対して、乾物換算で２０ｐｐｍ以上さらに好ましくは５０ｐｐｍ以上、かつ、５００ｐｐｍ以下であることが好ましい。
なお、植物抽出物の添加量が、一日当たりの前記排水の流入量に対して乾物換算で１０ｐｐｍよりも低い場合は、汚泥の活性を十分に維持・向上させることができず、５００ｐｐｍよりも高い場合は、排水処理後の処理水中のＣＯＤ（Chemical Oxygen Demand）濃度を高めてしまう問題がある。

このような本発明によれば、植物抽出物を上記範囲で調整して添加することにより、汚泥の活性を確実に維持・向上させることができる。このため、アンモニア以外にＢＯＤ成分が含まれていない排水を処理する場合においても、硝化菌および脱窒菌の失活を確実に防止でき、硝化・脱窒反応を確実に進行させることができる。

請求項５に記載の本発明の排水処理方法は、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の排水処理方法において、前記排水処理後の処理水を公共水面に放流するに当って、前記処理水中のＣＯＤ成分の濃度が環境規制範囲内に収まる条件で、前記植物抽出物の添加量を調整することを特徴とする。

上記のように、本発明では、植物抽出物を添加することで排水処理効率を確実に向上させることができ、さらに添加量を増加させれば排水処理効率もより向上できる。しかし、植物抽出物の添加量が多すぎると、排水処理後の処理水中のＣＯＤ成分の濃度が環境規制範囲内に収まらなくなる。このため、上記条件で前記植物抽出物の添加量の上限を規定する必要がある。このような範囲内で排水処理を実施した処理水は、例えば公共水面に放流しても赤潮等の環境問題を引き起こすことがないので、環境保全を図ることができる。

請求項６に記載の本発明の排水処理方法は、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の排水処理方法において、前記排水処理後の処理水中におけるＣＯＤ成分の濃度が、前記植物抽出物を添加しない条件で前記排水処理を実施した場合における当該処理水中のＣＯＤ成分の濃度に対して、５００ｐｐｍを越えない条件で、前記植物抽出物を添加することを特徴とする。
より好ましくは、上記処理水中におけるＣＯＤ成分の濃度が、植物抽出物を添加しない条件での上記処理水中におけるＣＯＤ成分の濃度に対して、４００ｐｐｍを越えない条件で、前記植物抽出物を添加する。

このような本発明によれば、安定的に活性汚泥の活性を維持・向上できると共に、処理水中のＣＯＤ濃度を低く抑えることができる。
なお、上記処理水中におけるＣＯＤ成分の濃度が、植物抽出物を添加しない条件での上記処理水中におけるＣＯＤ成分の濃度に対して５００ｐｐｍ以上となってしまった場合、植物抽出物を消費しきれずに処理水中のＣＯＤが上昇するおそれがある。

請求項７に記載の本発明の排水処理方法は、請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の排水処理方法において、前記排水中のアンモニア濃度は、３００ｐｐｍ以上であることを特徴とする。
より好ましくは、前記排水中のアンモニア濃度は、５００ｐｐｍ以上３０００ｐｐｍ以下である。
本発明によれば、発電設備からの排水など、アンモニア濃度が３００ｐｐｍ以上の高濃度のアンモニア含有排水に対して、最適な排水処理を実施できる。

請求項８に記載の本発明の排水処理方法は、請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の排水処理方法において、前記排水は、発電設備において燃焼排ガスを脱硫および脱硝した際に発生した排水であることを特徴とする。

ここで、発電設備は常時稼動しているので、当該発電設備より継続的に多量の燃焼排ガスが発生する。そして、この燃焼排ガスを脱硫・脱硝した際に発生した排水には、高濃度のアンモニアが含まれているので、そのまま公共水面に放流することができない。
ここにおいて、当該排水に石灰や塩化鉄などの化学的な凝集剤を添加してアンモニアを沈殿・除去する方法も考えられるが、高濃度のアンモニアを含有する多量の排水を処理するためには多量の凝集剤が必要となり、処理コストが高くなってしまう。また、当該排水には活性汚泥の栄養源となるＢＯＤ成分が殆ど含まれていないため、このような排水を硝化・脱窒処理する菌体の活性を維持することが困難となる。
このような観点から、発電設備からの多量の排水を安価でかつ効率良く処理する技術が求められている。また、発電設備からの排水の温度は高温であるため、当該排水を処理する場合には、硝化槽および脱窒槽の温度を３７℃以下に保つことが難しい場合も少なく、３７℃よりも高温となった場合でも運転可能な技術が求められている。

この点、本発明によれば、ＢＯＤの濃度が不十分な発電設備からの排水でも、植物抽出物を添加することにより、汚泥の活性を維持・向上させることができると共に、汚泥に対して栄養を補給することができる。しかも、３７℃を超えても活性汚泥の活性を維持できるので、硝化、脱窒の各反応を良好に進行させることができる。このように、本発明は発電設備からの排水処理において特に優れた効果を発揮することができ、当該排水中の高濃度のアンモニアを高効率で除去することができる。

請求項９に記載の本発明の排水処理装置は、アンモニアを含有する排水を活性汚泥で硝化および脱窒させて排水処理する排水処理装置であって、前記排水を内部に導入可能に設けられ、内部に充填された活性汚泥にて当該排水中のアンモニアを硝化させる硝化槽と、この硝化層の下流側に設けられ、内部に前記硝化層にて硝化された排水が導入されて、内部に充填された活性汚泥にて当該排水中の硝酸を脱窒させる脱窒槽と、この脱窒槽の下流側に設けられ、内部に前記脱窒槽にて脱窒された排水が導入されて、当該排水を内部に収容する受槽と、この受槽の底部に設けられ、前記受槽の底部に堆積した活性汚泥を前記硝化槽および前記脱窒槽の少なくともいずれか一方に返送する返送手段と、前記硝化槽および前記脱窒槽の少なくともいずれか一方に接続され、前記硝化槽内あるいは前記脱窒槽内の排水中に植物抽出物を注入する注入手段と、を備えて構成されており、前記排水は、発電設備において燃焼排ガスを脱硫および脱硝した際に発生した排水であり、前記植物抽出物は、物理的圧搾法および水抽出法の少なくともいずれか一方の方法で、植物原料より抽出して生成されていることを特徴とする。

本発明によれば、上記した本発明の排水処理方法と同様に、排水中に植物抽出物を添加することにより、排水中のアンモニアを好適に除去できる。
特に、ＢＯＤの濃度が不十分でかつ高温な発電設備からの排水中のアンモニアを好適に除去できる。すなわち、硝化槽あるいは脱窒槽の排水中に植物抽出物を添加することで、硝化菌および脱窒菌の活性を向上できるので、排水中のＢＯＤ濃度が不十分であっても当該菌体の失活を低く抑えることができる。また、硝化槽および脱窒槽の温度が３７℃より高くても当該菌体の失活を抑制できる。このため、硝化・脱窒槽では硝化・脱窒反応を効率良く進行させることができ、当該排水中のアンモニアを好適に除去できる。
さらに、返送手段にて受槽の汚泥を硝化層あるいは脱窒槽に返送することで、比較的に増殖能力が低い硝化菌および脱窒菌を硝化・脱窒槽に補充することができ、硝化・脱窒反応の効率をさらに高めることができる。また、受槽中の排水に含まれた未使用の植物抽出物などを再度硝化・脱窒槽に戻して活性汚泥に消費させることで、排水処理後の処理水中のＣＯＤ濃度を低減でき、当該処理水を公共水面に安全に放流することができる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る排水処理方法を実施するための排水処理装置を示した模式図である。

〔排水処理装置の構成〕
図１において、１は排水処理装置であり、この排水処理装置１は、排水に含まれるアンモニアを活性汚泥を利用して硝化・脱窒する排水処理を実施するものである。このような排水処理装置１は、互いに直列に接続された、原水貯留層２と、４つの硝化槽３Ａ〜３Ｄと、４つの脱窒槽４Ａ〜４Ｄと、酸化槽５（受槽）と、沈殿槽６（受槽）とを備えている。

原水貯留層２は、発電設備において燃焼排ガスを脱硫および脱硝した際に発生した排水（以下、原水と称す）を貯留する。原水には、３００ｐｐｍ以上、好ましくは５００ｐｐｍ以上３０００ｐｐｍ以下の高濃度のアンモニアと、硫酸カルシウムなどの特定の物質が含まれている。また、原水には、アンモニアおよび該物質以外には、栄養源となるＢＯＤ成分は殆ど含まれておらず、当該ＢＯＤ成分の濃度は３０００ｐｐｍ以下である。

硝化槽３Ａ〜３Ｄは、原水貯留層２の下流側に一連に設けられた好気性の槽であり、原水貯留層２からの原水に含まれたアンモニアを硝化する硝化工程を実施する。この硝化槽３Ａ〜３Ｄでは、硝化槽３Ａに原水貯留層２からの原水が導入されて、硝化槽３Ａに導入された原水は硝化槽３Ｂ〜３Ｄへと順に流通するようになっている。

このような硝化槽３Ａ〜３Ｄの底部には、硝化ブロワ７の配管がそれぞれ接続され、硝化ブロワ７より例えば１００〜２０００ｍｌ／ｌ・ｍｉｎの流量で空気が吹き込まれる（曝気）。これにより硝化槽３Ａ〜３Ｄの内部が均一に攪拌されると共に、好気性雰囲気が形成される。
そして、硝化槽３Ａ〜３Ｄ内部には、活性汚泥を付着させるためのリアクタ３１がそれぞれ設けられている。このリアクタ３１に付着した活性汚泥では、主に好気性の硝化菌であるアンモニア酸化細菌および亜硝酸酸化細菌が機能する。なお、活性汚泥を付着させる手段としては、リアクタ３１を設置するものに限らず、内部に活性汚泥を収容する固定化担体を硝化槽３Ａ〜３Ｄ内に投入するものでもよい。

アンモニア酸化細菌としては、Nitrosomonas europaeaなどが挙げられ、このようなアンモニア酸化細菌は原水中のアンモニアを電子供与体として、以下に示すようにして亜硝酸を生成する。

〔化学式〕
ＮＨ_４＋１．５Ｏ_２→ＮＯ_２ ⁻＋Ｈ_２Ｏ＋２Ｈ^＋…（１）

亜硝酸酸化細菌としては、Nitrobacter winogradskyiなどが挙げられ、このような亜硝酸酸化細菌は、アンモニア酸化細菌にて生成された亜硝酸を電子供与体として、以下に示すようにして硝酸を生成する。

〔化学式〕
ＮＯ_２ ⁻＋０．５Ｏ_２→ＮＯ_３ ⁻…（２）

また、硝化槽３Ａには注入手段８が接続されており、この注入手段８により植物抽出物が硝化槽３Ａ内部に所定量注入されるようになっている。植物抽出物は、サトウキビ、テンサイ、トウモロコシ、フスマ、コメヌカ、ダイズのうち少なくともいずれか一種の植物原料から抽出した液体である。
なお、注入手段８より、植物抽出物と共にリン酸カリウム（KH₂PO₄、K₂HPO₄、K₃PO₄）水溶液を注入する構成としてもよい。これにより、汚泥の活性維持向上効果をより高めることが可能となる。

さらに、硝化槽３Ａには、槽内の原水のｐＨを測定するｐＨセンサ３２が接続されている。また、硝化槽３Ａには、水酸化ナトリウム水溶液などを槽液に導入して、槽内の原水のｐＨを所定値に調整するｐＨ調整手段３３が接続されている。このようなｐＨセンサ３２およびｐＨ調整手段３３にて、硝化槽３Ａ〜３Ｄ内のｐＨが所定の値に維持されるようになっている。
また、硝化槽３Ａ〜３Ｄには、硝化槽３Ａ〜３Ｄの温度を所定値に制御する図示しない温度制御手段が設けられている。

脱窒槽４Ａ〜４Ｄは、硝化槽３Ｄの下流側に一連に設けられた嫌気性の槽であり、硝化槽３Ｄからの原水に含まれた硝酸を脱窒する脱窒工程を実施する。この脱窒槽４Ａ〜４Ｄでは、脱窒槽４Ａに硝化槽３Ｄからの原水が導入されて、脱窒槽４Ａに導入された原水は脱窒槽４Ｂ〜４Ｄへと順に流通するようになっている。
このような脱窒槽４Ａ〜４Ｄの内部は嫌気性雰囲気となっており、また、底部には攪拌装置４１設けられて、この攪拌装置４１の攪拌により各槽内が均質に混合された状態となっている。

このような脱窒槽４Ａ〜４Ｄ内部を流通する活性汚泥では、主に嫌気性の菌体である脱窒菌が機能する。このような脱窒菌としては、硝酸還元菌であるParacoccus denitrificansなどが挙げられる。
そして、脱窒槽４Ａには注入手段９が接続されており、この注入手段９により植物抽出物が脱窒槽４Ａ内部に所定量注入されるようになっている。植物抽出物は、注入手段８で使用するものと同様である。また、注入手段９より、植物抽出物と共に、メタノールなどの電子供与体も注入する。
上記硝酸還元菌は、この注入手段９からの植物抽出物および電子供与体を取り込んで、以下に示すようにして硝酸から分子状窒素を生成する。この硝酸還元菌の作用により発生した窒素ガスは、脱窒槽４Ａ〜４Ｄの上方から大気に放出されるようになっている。

〔化学式〕
２ＮＯ_３ ⁻＋１０Ｈ^＋→Ｎ_２＋４Ｈ_２Ｏ＋２ＯＨ⁻…（３）

そして、脱窒槽４Ａには、槽液のｐＨを測定するｐＨセンサ４２が接続されている。また、脱窒槽４Ａには、塩酸水溶液などを槽内の原水に導入して、槽内の原水のｐＨを所定値に調整するｐＨ調整手段４３が接続されている。このようなｐＨセンサ４２およびｐＨ調整手段４３にて、脱窒槽４Ａ〜４Ｄ内のｐＨが所定の値に維持されるようになっている。さらに、脱窒槽４Ａ〜４Ｄには、脱窒槽４Ａ〜４Ｄの温度を所定値に制御する図示しない温度制御手段が設けられている。

酸化槽５は、脱窒槽４Ｄの下流側に一連に設けられた好気性の槽であり、脱窒槽４Ｄからの脱窒後の原水（以下、処理水と称す）中に残存した植物抽出物等のＣＯＤ成分を酸化分解する。このような酸化槽５の底部には、硝化槽３Ａ〜３Ｄと同様に硝化ブロワ７の配管が接続され、この硝化ブロワ７より例えば１００〜２０００ｍｌ／ｌ・ｍｉｎの流量で空気が吹き込まれる（曝気）。これにより、酸化槽５が好気性雰囲気となって、硝化菌の作用により、処理水中からＣＯＤ成分が効率良く除去される。

また、酸化槽５の底部には汚泥返送手段５１が設けられており、酸化槽５内部の活性汚泥は、硝化槽３Ａおよび脱窒槽４Ａの少なくともいずれか一方に、所定の頻度で返送されるようになっている。これにて、硝化槽３Ａ〜３Ｄおよび脱窒槽４Ａ〜４Ｄの各槽内における活性汚泥の濃度が所定の値に維持されるようになっている。

沈殿槽６は、酸化槽５の下流側に設けられて、酸化槽５からの処理水中に含まれた活性汚泥を沈殿させる。この沈殿槽６では、酸化槽５からの処理水中のうち活性汚泥は底部に沈殿する。一方、当該処理水中のうち上澄み液は、適宜後処理が施されて公共水面に放流されるようになっている。
また、沈殿槽６の底部には、酸化槽５における汚泥返送手段５１と同様に、汚泥返送手段６１が設けられており、この汚泥返送手段６１は、沈殿槽６の底部に沈殿した活性汚泥を所定の頻度で硝化槽３Ａに返送する。

〔植物抽出物の生成〕
植物抽出物の原料は、上述のように、サトウキビ、テンサイ、トウモロコシ、フスマ、コメヌカ、ダイズのうち少なくともいずれか一種を使用する。抽出は、物理的圧搾法および水抽出法の少なくともいずれか一方の方法で実施する。
具体的には、植物原料としてサトウキビ、テンサイを使用する場合、植物抽出物としては、製糖工程で生じる糖蜜あるいは廃糖蜜を使用する。糖蜜は、サトウキビあるいはテンサイを物理的に圧搾することにより得られる糖汁である。廃糖蜜は、この糖蜜から糖分以外の成分を分離し、さらにしょ糖などの糖分を精製した後に残留する液体である。

また、植物原料としてトウモロコシを使用する場合、植物抽出物としてはコーンスティープリカーを使用する。コーンスティープリカーは、コーンウエットミリング方法にてトウモロコシからでん粉や油などの各種製品を分離する際に発生する副産物であり、トウモロコシから溶出した可溶性成分を含む液体、あるいは当該可溶性成分と乳酸発酵で生成された成分とを含む液体である。

さらに、植物原料としてフスマ、コメヌカ、ダイズを使用する場合、植物抽出物としては、当該植物原料を粉状にしたものを水中に所定時間浸漬させた懸濁液を所定時間加熱し、この懸濁液を固液分離した液体部分を使用する。

〔排水処理動作〕
次に、上記排水処理装置１を用いた排水処理動作について説明する。
まず、発電設備からの原水を原水貯留層２に導入して、この原水貯留層２に貯留された原水を硝化槽３Ａに導入する。これと共に、硝化槽３Ａには注入手段８より所定量の植物抽出物を注入する。これにより、硝化槽３Ａ〜３Ｄにおける活性汚泥が高活性となり、好気性の硝化菌は、原水におけるＢＯＤ成分が低濃度であっても、硝化反応を高効率で進行させる。一方、嫌気性の脱窒菌は、好気性雰囲気の硝化槽３Ａ〜３Ｄにおいても、その失活が抑制される。

硝化槽３Ａ〜３Ｄにて硝化工程が施された原水は、脱窒槽４Ａへと導入され、脱窒槽４Ａから脱窒槽４Ｄへと順に流通する。これと共に、脱窒槽４Ａには、注入手段９より所定量の植物抽出物および電子供与体を注入する。これにより、脱窒槽４Ａ〜４Ｄにおける活性汚泥が高活性となり、嫌気性の脱窒菌は、原水におけるＢＯＤ成分が低濃度であっても、脱窒反応を高効率で進行させる。一方、好気性の硝化菌は、嫌気性雰囲気の脱窒槽４Ａ〜４Ｄにおいても、その失活が抑制される。

この後、脱窒槽４Ａ〜４Ｄにて脱窒された原水は処理水となって酸化槽５へと導入され、再び好気性雰囲気に曝される。これにより、処理水中に残存した植物抽出物等のＣＯＤ成分が除去され、酸化処理後の処理水は沈殿槽６へと導入される。
また、酸化槽５内の活性汚泥は、汚泥返送手段５１にて、硝化槽３Ａおよび脱窒槽４Ａの少なくともいずれか一方に、所定の頻度で返送される。これにより、硝化菌および脱窒菌を、硝化槽３Ａあるいは脱窒槽４Ａに補充することができ、硝化・脱窒反応の効率をさらに高めることができる。また、酸化槽５中の処理水に含まれた未使用の植物抽出物などを、再度、硝化槽３Ａあるいは脱窒槽４Ａに戻して活性汚泥に消費させることで、処理水中のＣＯＤ濃度を低減でき、当該処理水を公共水面に安全に放流することができる。

そして、沈殿槽６では処理水中の活性汚泥が沈殿槽６の底部に沈殿し、沈殿した当該汚泥は汚泥返送手段６１にて所定の頻度で硝化槽３Ａに返送される。これにより、硝化菌および脱窒菌を硝化槽３Ａに補充でき、硝化反応の効率をさらに高めることができると共に、処理水中のＣＯＤ濃度をさらに低減できる。
一方、沈殿槽６中の上澄み液は、必要に応じて、例えばろ過処理、活性炭処理、あるいはこれらの組み合わせ等を含む後処理が施された後に、海や河川などの公共水面に放流される。以上にて、排水処理が終了する。

なお、注入手段８および注入手段９による植物抽出物の注入量は、両方を併せて、一日当たりの原水の流入量に対して、乾物換算で１０ｐｐｍ以上より好ましくは２０ｐｐｍ以上さらに好ましくは５０ｐｐｍ以上、かつ、５００ｐｐｍ以下となる条件とすることが好ましい。これにより、活性汚泥の活性向上効果が確実に得られる。
また、注入手段８および注入手段９では、沈殿槽６中の上澄み液を公共水面に放流するに当って、上澄み液中のＣＯＤ成分の濃度が環境規制範囲内に収まる条件で、植物抽出物の添加量を調整することが望ましい。これにより、処理水を公共水面に放流しても赤潮等の環境問題を引き起こすおそれがなく、環境保全を図ることができる。
さらに、注入手段８および注入手段９では、沈殿槽６中の上澄み液中におけるＣＯＤ成分の濃度が、植物抽出物を添加しない条件で排水処理を実施した場合における沈殿槽６中の上澄み液中のＣＯＤ成分の濃度に対して、５００ｐｐｍを越えない条件で、植物抽出物を添加することが好ましい。これにより、安定的に活性汚泥の活性を維持・向上できると共に、処理水中のＣＯＤ濃度を低く抑えることができる。

〔実施形態の変形〕
なお、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記実施形態では、発電設備からの高濃度のアンモニア含有排水を原水とする構成を例示したが、これに限らない。すなわち、本発明の排水処理方法では、低濃度のアンモニア含有排水に対しても脱窒処理を施すことができる。また、食品工場排水や化学設備排水など、アンモニア以外のＢＯＤ成分を含んだ排水に対しても脱窒処理を施すことができる。

前記実施形態では、排水処理装置１は、４つの硝化槽３Ａ〜３Ｄと、この硝化槽の下流に設けられた脱窒槽４Ａ〜４Ｄとを備えた構成としたが、これに限らない。すなわち、例えば、排水処理装置は、脱窒槽と、この脱窒槽の下流側に設けられた硝化槽とを備え、脱窒槽に汚泥を返送する構成としてもよい。このような構成でも上記実施形態と同様の排水処理を実施でき、特に化学設備排水からの排水などのアンモニアおよび硝酸を多く含む排水を好適に処理できる。また、硝化槽および脱窒槽の数は任意である。

前記実施形態では、脱窒槽４Ａ〜４Ｄ内部が嫌気性雰囲気となっているとしたが、さらに、脱窒槽４Ａ〜４Ｄ内部に図示しない窒素ガス供給手段の配管を接続し、この窒素ガス供給手段より各槽内に窒素ガスを吹き込む構成としてもよい。これにより、嫌気性雰囲気を早急に形成することができるので、例えば運転初期からも嫌気性雰囲気を形成でき、脱窒反応を高効率で進行させることができる。

前記実施形態では、沈殿槽６を設ける構成としたが、沈殿槽６の代わり、あるいは、沈殿槽６の下流側にさらに、前記処理水を遠心分離して活性汚泥を凝縮する集泥器を設けてもよい。このような構成によれば、処理水における上澄み液および活性汚泥を、より確実に分離できる。

前記実施形態では、酸化槽５に汚泥返送手段５１を設け、かつ、沈殿槽６に汚泥返送手段６１を設ける構成としたが、これに限らず、汚泥返送手段は、酸化槽５および沈殿槽６のいずれか一方にのみ設ける構成としてもよい。このような構成でも、硝化菌および脱窒菌を硝化槽３Ａあるいは脱窒槽４Ａに補充でき、硝化・脱窒反応の効率を高めることができると共に、処理水中のＣＯＤ濃度を低減できる。

以下、実施例を挙げて、本発明をより具体的に説明する。
（１）排水処理装置の運転
１槽あたり１０００トンの容量を有する硝化槽３Ａ〜３Ｄと、１槽あたり７５０トンの容量を有する脱窒槽４Ａ〜４Ｄとを備えた排水処理装置１（図１参照）に原水を連続的に通水した。
原水中の主な成分は、カルシウムイオン４００ｐｐｍ、硫酸イオン１４０００ｐｐｍ、ナトリウムイオン９０ｐｐｍ、カリウムイオン１５ｐｐｍ、マグネシウムイオン５００ｐｐｍ、鉄イオン３０ｐｐｍ、塩素イオン１５０ｐｐｍ、バナジウムイオン２ｐｐｍ、ニッケルイオン１ｐｐｍ以下、リン１．２ｐｐｍであった。またアンモニウムイオンは９８０ｐｐｍであった。

排水処理装置１の運転は、一日に供給する汚泥の量を４つの硝化槽３Ａ〜３Ｄの全容量で除した値を負荷率（％）とし、この負荷率を変更して行った。原水流入量は１時間当たり７０トンとした。
硝化槽３Ａ〜３Ｄには攪拌と酸素の供給を目的として送気を行い、硝化槽３Ａ〜３Ｃの溶存酸素量は３〜５ｍｇ／Ｌの範囲に、硝化槽３Ｄの溶存酸素量は１．２〜０．８ｍｇ／ｌの範囲に保った。
脱窒槽４Ｄの後段には容量６００トンの酸化槽５を設け、さらにその後段には容量１０００トンの沈殿槽６を設け、酸化槽５へ流入する汚泥のうち５０％分を硝化槽３Ａに返送して運転した。
汚泥の温度は３５．５〜３６℃、ｐＨは水酸化ナトリウムで７．７に制御した。汚泥のＭＬＳＳ（Mixed liquor suspended solids）は５６００〜５９００ｍｇ／ｌの範囲であった。脱窒槽３Ａ入口には、５０％メタノール液を６トン／日の割合で供給した。

負荷率１２．５％以下で運転した場合、硝化槽３Ｄ出口では、アンモニア酸化細菌および亜硝酸酸化細菌の働きにより、アンモニアおよび亜硝酸はほぼ０であり、アンモニアの全量が硝酸に変換されていた。一方、脱窒槽４Ｃ出口では硝酸は１ｐｐｍ以下であり、脱窒槽４Ｄ出口では硝酸は完全に消失し、窒素ガスに変換されていた。
このような条件で運転されている排水処理装置１の負荷率を２０％に上昇させて、５０％メタノール液を９トン／日の割合に増加させて供給したところ、硝化槽３Ｄ出口ではアンモニウムイオンが１２０ｐｐｍ残存し、硝化槽４Ｄ出口では硝酸が７８ｐｐｍ残存していた。

ここで、上記条件（負荷率２０％）で操業中の排水処理装置１において、サトウキビから物理的圧搾法にて抽出した糖蜜（水分３６％）を、硝化槽３Ａ入口に一日あたり２００Ｋｇ連続的に注入し、脱窒槽４Ａ入口に一日あたり５０ｋＧ連続的に注入した。この植物抽出物の添加量は、両方を合わせて、一日当たりの原水流入量に対して乾物換算で１２０ｐｐｍとなっている。
注入開始６日後には、アンモニアは硝化槽３Ｄ出口ではほぼ０、硝酸は脱窒槽４Ｄ出口で完全に消失していた。なお、沈殿槽６における上澄み液中のＣＯＤは１６ｐｐｍであった。

以上より、サトウキビから物理的圧搾法にて抽出した糖蜜（植物抽出物）を添加することにより、硝化菌および脱窒菌の活性を向上させることができ、硝化・脱窒反応が良好に進行することが分かった。

（２）汚泥の硝化活性測定法
マグネットを入れた２４０ｍｌ容の広口ビンに汚泥を２２０ｍｌ加え、恒温水槽に入れて、汚泥温度が測定目的温度になるように設定した。一方、広口ビンに合うシリコン栓の中心部に穴をあけ、温度センサー付き溶存酸素計のセンサーを取り付けた。さらに、ビン底部まで届く送気チューブとシリコン栓の底に大気に開放された排気チューブを取り付けた。シリコン栓を完全に密着させずに空気を流しながら、塩化アンモニウムを１２５ｐｐｍ添加し、次に速やかに活性維持向上剤を一定濃度添加した後、通気状態のままシリコン栓を密着させた。
次いで、溶存酸素量が５ｍｇ／ｌ以上に上昇したことを確認した後、送気を止め、溶存酸素が４．５ｍｇ／ｌに低下した時点を０分とした。以後、経時的に低下していく溶存酸素量を読み取り、溶存酸素量の減少量より硝化活性を評価した。

（３）汚泥の脱窒活性測定法
上記硝化活性測定法と同様に、マグネットを入れた２４０ｍｌ容の広口ビンに活性汚泥を２２０ｍｌ加え、恒温水槽に入れて、水温を測定目的温度に設定した。一方、広口ビンに合うシリコン栓の中心部に穴をあけ、温度センサー付き溶存酸素計のセンサーを取り付けた。さらに、ビン底部まで届く送気チューブとシリコン栓の底に大気に開放された排気チューブを取り付けた。
送気チューブには窒素ガスを流した。溶存酸素が０になったことを確認後、１０％硝酸ナトリウム液を１２５ｐｐｍとなるように添加し、次いで、１０重量％メタノールを１２５ｐｐｍとなるよう添加し、窒素送気を止めると同時に、排気チューブの先に５規定の水酸化ナトリウムを入れた５ｍｌ容の液溜りを設けたマノメーターを連結した。このマノメーターに生成したガスを通して連結からのガス蓄積量として、経時的に窒素ガスの発生量を読み取り、これを脱窒活性とした。

（４）サトウキビ、テンサイおよびトウモロコシを原料とする植物抽出物の効果
次に、サトウキビ、テンサイおよびトウモロコシを原料とする植物抽出物の効果を調べた。
上記（１）で運転中の排水処理装置１の硝化槽３Ａから採取した汚泥を用いて、以下に示す各試料についての硝化活性を上記（２）に示した硝化活性測定法により測定した。また、上記（１）で運転中の排水処理装置１の脱窒槽３Ａ入口に各試料を添加し、沈殿槽６における上澄み液中のＣＯＤ濃度を測定した。
植物抽出物として、糖蜜（実施例１−１〜１−３）、廃糖蜜（実施例１−４〜１−６）およびコーンスティープリカー（実施例１−７〜１−９）の各種植物抽出物を使用した。そして、各種植物抽出物の添加量（乾物換算）を２０ｐｐｍ、１００ｐｐｍ、１０００ｐｐｍとした。なお、糖蜜および廃糖蜜には、サトウキビを原料とするものを使用した。
比較例として、植物抽出物を添加しない場合（比較例１−１）、しょ糖を１０００ｐｐｍ添加した場合（比較例１−２）、および、ブドウ糖を１０００ｐｐｍ添加した場合（比較例１−３）についても同様に実験を行った。なお、しょ糖およびブドウ糖は、糖蜜に含まれる成分である。
各試料について、０分および５分後における溶存酸素量と、沈殿槽６における上澄み液中のＣＯＤ濃度とをそれぞれ表１に示す。

表１において、実施例１−１〜１−９と比較例１−１とを比較すると、実施例１−１〜１−９のいずれもが比較例１−１よりも５分後の溶存酸素量の消費率が大きくなっている。特に、廃糖蜜を添加した実施例１−４〜１−６は当該消費率が最大となっている。このことより、糖蜜、廃糖蜜およびコーンスティープリカーを添加することにより、汚泥の硝化活性を向上できることが認められ、特に廃糖蜜において高い活性向上効果が得られることが分かった。
なお、しょ糖（比較例１−２）やブドウ糖（比較例１−３）には、活性向上効果が認められなかった。このため、糖蜜による汚泥の活性向上効果は、糖蜜中のしょ糖およびブドウ糖以外の成分が作用したことに拠るものと考えられる。

次に、添加量ごとに見てみると、添加量が２０ｐｐｍの場合（実施例１−１，１−４，１−７）は、無添加の場合（比較例１−１）よりも、５分後の溶存酸素量の消費率が大きくなっている。また、添加量が１００ｐｐｍの場合（実施例１−２，１−５，１−８）は、添加量が２０ｐｐｍの場合（実施例１−１，１−４，１−７）よりも、当該消費率がさらに大きくなっている。そして、添加量が１０００ｐｐｍの場合（実施例１−３，１−６，１−９）、当該消費率が最大となっていた。
一方、添加量１０００ｐｐｍの場合（実施例１−３，１−６，１−９）は、添加量２０ｐｐｍ（実施例１−１，１−４，１−７）および添加量１００ｐｐｍ（実施例１−２，１−５，１−８）の場合と比べて、ＣＯＤ濃度が著しく上昇していた。
このことにより、植物抽出物の添加量は、一日当たりの原水の流入量に対して、乾物換算で１０ｐｐｍ以上より好ましくは２０ｐｐｍ以上さらに好ましくは５０ｐｐｍ以上、かつ、５００ｐｐｍ以下とすることが好ましいことが分かった。

（５）３７℃以上での汚泥活性低下の防止について
上記（１）の排水処理装置１を、一日の排水処理量を７００トンで継続的に安定運転していたが、原水の温度の上昇、外気温の上昇および熱交換器用冷却水の温度上昇により、３６℃以下での運転が困難となってきた。そこで、温度上昇による汚泥の活性低下の防止策を検討した。

まず、４基の１０Ｌ容ジャーファーメンターを用意し、運転中の上記（１）の排水処理装置１における硝化槽３Ａから汚泥を抜き出し、２基にそれぞれ６Ｌを仕込んだ。同様に排水処理装置１における脱窒槽４Ａから汚泥を抜き出し、残りの２基のジャーファーメンターにそれぞれ６Ｌを仕込んだ。
硝化槽３Ａの汚泥を含む１基と、脱窒槽４Ａの汚泥を含む１基とを連結し、２組の硝化・脱窒槽を準備した。排水処理装置１に供給されている原水に、リン酸一カリウム５ｐｐｍを添加した処理液を作成した。
硝化汚泥を含む２つのジャーファーメンターに上記処理液を希釈率０．２（一日あたり１２００ｍｌ）で流し、該ジャーファーメンター内は１％水酸化ナトリウム水を用いてｐＨ７．８に維持しながら、モーターで底部攪拌を行った。同時に空気を１ｖｖｍ流した。汚泥温度は３６℃に制御した。この際、汚泥中リン濃度は７６００ｍｇ／Ｋｇ乾燥汚泥であった。

そして、硝化汚泥を含む２つのジャーファーメンターからの流出液は、脱窒汚泥を含むそれぞれのジャーファーメンターに導いた。この脱窒汚泥を含む２つのジャーファーメンターでは、底部をモーターで攪拌しながら、０．１ｖｖｍの窒素ガスを流して嫌気状態を保った。同時に、流入する硝酸態窒素の窒素に対し、３．４倍モルのメタノール（１０％液）を微量ポンプで連続注入した。硝酸の消費によるｐＨの上昇は１％塩酸液でｐＨ７．８に調製し、汚泥温度は３６℃に制御した。この際、それぞれの汚泥中リン濃度は７９００ｍｇ／Ｋｇ乾燥汚泥であった。

このような２系統の硝化・脱窒槽のうち、１系統の硝化・脱窒槽には、糖蜜（実施例２−１〜２−７）、糖蜜およびリン酸一カリウムを組み合わせたもの（実施例２−８〜２−１４）、あるいは、リン酸一カリウム（参考例２−１〜２−７）を所定量添加した。また、他系統の硝化・脱窒槽には活性維持向上剤を添加しなかった（比較例２−１〜２−７）。そして、汚泥温度を３６℃の状態から０．５℃ずつ上げていき、各温度において、活性維持向上剤を添加してから３時間後の汚泥の脱窒活性を上記（３）の方法で測定した。
なお、汚泥の硝化能力（溶存酸素量）ではなく脱窒能力（窒素発生量）で評価を行ったのは、硝化菌であるアンモニア酸化細菌、亜硝酸酸化細菌と、脱窒菌である硝酸還元菌とを比較すると、硝酸還元菌の方が高温耐性が優れており温度の影響を受け難いためである。補足ではあるが、汚泥温度３６℃の状態では、いずれにおいても、硝化活性は５分後の溶存酸素濃度で０、脱窒活性は１５分後で１．１ｍｌの窒素発生量であった。

表２において、実施例２−１〜２−５と比較例２−１〜２−５とを比較すると、実施例２−１〜２−５の方が窒素発生量が多くなっており、実施例２−６〜２−７と比較例２−６〜２−７とを比較すると、実施例２−６〜２−７の方が若干高めではあるが、双方は略等しい窒素発生量となっていた。これより、植物抽出物である糖蜜を添加することにより、３６〜３８．５℃の温度範囲では汚泥の活性を向上できることが分かった。特に汚泥温度が３７〜３８．５℃（実施例２−３〜２−５）において、窒素発生量の減少を抑制できることが分かった。この結果より、植物抽出物を添加することにより、３７℃以上においても各菌体の失活を抑制でき、硝化・脱窒反応が良好に進行することが分かった。

また、表２において、実施例２−８〜２−１４と比較例２−１〜２−７とを比較すると、実施例２−８〜２−１４の方が窒素発生量が著しく多いことが分かる。これより、植物抽出物とリン酸一カリウムとを組み合わせて添加することにより、３６〜３９．５℃の温度範囲で、汚泥の活性を著しく向上できることが分かった。特に、汚泥温度が３８．５〜３９．５℃以上においても、窒素発生量の減少を抑制できることが分かった。
なお、表２において、実施例２−８〜２−１４と参考例２−１〜２−７とを比較すると、実施例２−８〜２−１４の方が窒素発生量が著しく多くなっている。このことより、植物抽出物とリン酸一カリウムとを組み合わせて添加することで、リン酸一カリウムを単体で添加する場合よりも、飛躍的に汚泥の活性を向上できることが分かった。

（６）汚泥の調整管理
次に、各種植物抽出物の添加による効果を検討するために、図２に示すような実験装置にて汚泥の調整管理を行った。
図２において、硝化槽Ａとして、６リットル容の大型ガラスジャーを用意した。運転中の上記（１）の排水処理装置１における硝化槽３Ａから汚泥を抜き出し、これを硝化槽Ａに４．６５リットル入れた。硝化槽Ａには、原水貯留槽Ｂに貯留されたアンモニア濃度１２００ｐｐｍを含む発電排水（原水）を、２４時間あたり１２００ｍｌ供給した。また、硝化槽Ａには、注入手段Ｃより、排水あたり１０ｐｐｍとなるようにリン酸二カリウムの２％液を供給した。さらに、硝化槽Ａには空気を毎分７５０ｍｌ底部に供給した。また、硝化槽ＡにはｐＨセンサーを接続し、１規定の水酸化ナトリウムを用いて、槽内のｐＨを７．７に制御した。

次に、脱窒槽Ｄとして、２Ｌ容のガラスジャーを用意した。運転中の上記（１）の排水処理装置１における脱窒槽４Ａから汚泥を抜き出し、これを脱窒槽Ｄに１．５リットル入れ、ｐＨを７．６に調整した。硝化槽Ａと脱窒槽Ｄとを配管で接続し、硝化槽Ａから溢流する汚泥が自動的に脱窒槽Ｄに流れるようにした。脱窒槽Ｄには、注入手段Ｅより、２５重量％のメタノールを含む溶液を２４時間あたり１００ｍｌ供給した。なお、当該溶液は、３６％塩酸でｐＨ１．５に調整してある。脱窒槽Ｄには窒素ガスを毎分２５０ｍｌの割合で供給した。また、脱窒槽ＤにはｐＨセンサーを接続し、１規定塩酸を用いてｐＨを７．６に制御した。

硝化槽Ａおよび脱窒槽Ｄの内部には回転子を設け、さらに、これら硝化槽Ａおよび脱窒槽Ｄを、マグネットスターラーを備えた恒温槽Ｆ内に設置した。そして、ガスを供給し、マグネットスターラーにて回転子を回転させることにより、硝化槽Ａおよび脱窒槽Ｄの内部を撹拌した。恒温槽Ｆは、硝化槽Ａと脱窒槽Ｄの内部温度が３５℃±１℃になるように加温した。
また脱窒槽Ｄから溢流した汚泥は、空気と窒素ガスの混合ガス（１０００ｍｌ）で、受槽としての酸化槽Ｇに導いた。酸化槽Ｇに溜まった汚泥は一時間あたり３００ｍｌの割合で硝化槽Ａに返送した。
このような実験装置を用いて、以下の実験を行った。

（７）フスマ、コメヌカおよび脱脂大豆粉を原料とする植物抽出物の効果
４．５リットルの水道水中に、フスマ、コメヌカ、脱脂大豆粉をそれぞれ乾物換算で５００ｇずつ没入させ、全量５ｋｇの懸濁液を３種用意した。これら懸濁液を一昼夜４℃の低温室に保管し、各種原料を膨潤せしめた。この後、各懸濁液をオートクレーブに入れ、１２１℃で３０分間加熱処理した。加熱後の各懸濁液を３０℃以下に降温させた後、８０００Ｇで遠心分離して液体部分を得て、これを植物抽出物として用いた。

次に、運転中の上記（１）の排水処理装置１（図１参照）における硝化槽３Ａおよび脱窒槽４Ａからそれぞれ汚泥を採取し、上記（２）の実験装置（図２参照）における硝化槽Ａおよび脱窒槽Ｄにそれぞれ投入して実験装置を運転させた。運転開始から４８時間後、上記の各種植物抽出物を硝化槽Ａまたは脱窒槽Ｄに添加した。添加量は、１００ｐｐｍ、２００ｐｐｍ、４００ｐｐｍとした。植物抽出物を添加してから７２時間経過後に、硝化槽Ａにおける汚泥の硝化活性を上記（２）の方法で測定し、脱窒槽Ｄにおける汚泥の脱窒活性を上記（３）の方法で測定した。また、各種植物抽出物を添加する前における硝化槽Ａ・脱窒槽Ｄ内の汚泥の重量を測定し、各植物抽出物を添加してから７２時間経過後における硝化槽Ａ・脱窒槽Ｄ内の汚泥の重量を測定して、各槽内の汚泥の増加量（増殖率）を得た。
表３には、硝化槽Ａに各植物抽出物を所定量添加した場合（実施例３−１〜実施例３−９）における、硝化槽Ａ内の汚泥の増殖率、および、汚泥の硝化活性（溶存酸素濃度）を示した。また、比較例３として、植物抽出物を添加しない場合での実験結果を示した。
表４には、脱窒槽Ｄに各植物抽出物を所定量添加した場合（実施例４−１〜実施例４−９）における、脱窒槽Ｄ内の汚泥の増殖率、および、汚泥の脱窒活性（窒素発生量）を示した。また、比較例４として、植物抽出物を添加しない場合での実験結果を示した。

表３において、実施例３−１〜実施例３−９は、比較例３と比較して、硝化槽Ａ内の汚泥の増殖率が大きく、５分後の溶存酸素濃度は低くなっていた。また、実施例３−１〜実施例３−９では、各種植物抽出物の添加量が多くなるほど、硝化槽Ａ内の汚泥の増殖率が大きくなり、５分後の溶存酸素濃度は低くなっていた。これより、フスマ、コメヌカおよび脱脂大豆粉を原料とする各種植物抽出物を硝化槽Ａに添加することにより、また、その添加量が多くなるほど、汚泥が増殖しやすくなり、硝化菌による硝化反応も良好に進行することが分かった。

そして、表３において、汚泥の増殖率は、フスマを添加した場合（実施例３−１〜実施例３−３）で最大となり、コメヌカを添加した場合（実施例３−４〜実施例３−６）で最小となった。５分後の溶存酸素濃度は、ダイズを添加した場合（実施例３−７〜実施例３−９）でその消費率が最大となり、コメヌカを添加した場合（実施例３−４〜実施例３−６）でその消費率が最小となった。これより、硝化槽に対する植物抽出物の植物原料としては、フスマおよびダイズを使用することが好ましいことが分かった。

次に、表４において、実施例４−１〜実施例４−９は比較例４よりも、脱窒槽Ｄ内の汚泥の増殖率が大きく、１５分後の窒素発生量も多かった。これより、フスマ、コメヌカおよび脱脂大豆粉を原料とする各種植物抽出物を脱窒槽Ｄに添加することにより、汚泥が増殖しやすくなり、脱窒菌による脱窒反応も良好に進行することが分かった。
また、表４において、実施例４−１〜実施例４−９では、各種植物抽出物の添加量が多くなるほど、脱窒槽Ｄ内の汚泥の増殖率が大きくなり、１５分後の窒素発生量も多くなっていた。しかし、厳密に見ると、各種植物抽出物の添加量が２００ｐｐｍまでは汚泥の増殖率および窒素発生量は共に増加することが認められるが、２００ｐｐｍよりも添加量が多くなっても汚泥の増殖率および窒素発生量はさほど変化しないことが分かる。また、各種植物抽出物の添加量が多くなる程、槽内のＣＯＤ濃度は高まってしまう。
このことにより、各種植物抽出物の添加量は、一日当たりの原水の流入量に対して、乾物換算で１０ｐｐｍ以上５００ｐｐｍ以下であることが好ましいと考えられる。

さらに、表４において、汚泥の増殖率は、フスマを添加した場合（実施例４−１〜実施例４−３）で最大となり、ダイズを添加した場合（実施例４−７〜実施例４−９）で最小となった。１５分後の窒素発生量は、フスマを添加した場合（実施例４−１〜実施例４−３）で最大となり、コメヌカを添加した場合（実施例４−４〜実施例４−６）で最小となった。これより、脱窒槽に対する植物抽出物の植物原料としては、フスマを使用することが好ましいことが分かった。

（８）難分解性物質の影響について
上記（７）と同様に、４．５リットルの水道水中に、フスマ、コメヌカ、脱脂大豆粉をそれぞれ乾物換算で５００ｇずつ没入させ、全量５ｋｇの懸濁液を３種用意した。これら懸濁液を一昼夜４℃の低温室に保管し、各種原料を膨潤せしめた。この後、各懸濁液をオートクレーブに入れ、１２１℃で３０分間加熱処理した。加熱後の各懸濁液を３０℃以下に降温させた後、８０００Ｇで遠心分離して液体部分を得て、これを植物抽出物（実施例５−１〜５−９）として使用した。
比較のため、遠心分離は行わずに、難分解性物質が混在した状態の懸濁液（比較例５−１〜５−９）も準備した。

次に、運転中の上記（１）の排水処理装置１（図１参照）における硝化槽３Ａおよび脱窒槽４Ａからそれぞれ汚泥を採取し、上記（２）の実験装置（図２参照）における硝化槽Ａおよび脱窒槽Ｄにそれぞれ投入して実験装置を運転させた。運転開始から４８時間後、上記の各種植物抽出物（実施例５−１〜５−９）および各種懸濁液（比較例５−１〜５−９）を硝化槽Ａまたは脱窒槽Ｄにそれぞれ添加した。添加量は、５０ｐｐｍ、１００ｐｐｍ、２００ｐｐｍとした。植物抽出物を添加してから７２時間経過後に、硝化槽Ａあるいは脱窒槽Ｄにおける汚泥を採取して、これを遠心分離し、液体部分のＣＯＤ濃度を測定した。
表５には、各植物抽出物を所定量添加した場合（実施例５−１〜実施例５−９）、および、各種懸濁液を所定量添加した場合（比較例５−１〜５−９）における、硝化槽Ａおよび脱窒槽Ｄ内のそれぞれのＣＯＤ濃度を示した。また、比較例５−１０として、植物抽出物を添加しない条件での実験結果も示した。

表５において、実施例５−１〜５−３と比較例５−１〜５−３との比較、実施例５−４〜５−６と比較例５−４〜５−６との比較、および、実施例５−７〜５−９と比較例５−７〜５−９との比較により、難分解性物質を分離しないで添加した場合、硝化槽Ａおよび脱窒槽Ｄ内のＣＯＤ濃度が上昇してしまうことが分かった。これは、難分解性物質が汚泥中に混在することで、硝化菌および脱窒菌以外の菌体が優先してしまったためと考えられる。

また、表５において、実施例５−１〜５−３と比較例５−１０とを比較すると、硝化槽のＣＯＤ濃度がそれぞれ同等であり、また、脱窒槽のＣＯＤ濃度もそれぞれ同等であることが分かる。これより、フスマを原料とする植物抽出物を添加しても、硝化槽のＣＯＤ濃度および脱窒槽のＣＯＤ濃度が上昇しないことが分かった。

（９）サトウキビ、トウモロコシおよびフスマを原料とする植物抽出物の効果
サトウキビ、トウモロコシおよびフスマを原料とする各植物抽出物について、汚泥の増殖、汚泥の硝化・脱窒活性、および排水処理後のＣＯＤ濃度に与える影響を調べるために、以下の実験を行った。
植物抽出物として、上記（４）に示したサトウキビを原料とする廃糖蜜（実施例６−１）、および、トウモロコシを原料とするコーンスティープリカー（実施例６−２）を用いた。また、上記（７）と同様にしてフスマを原料とするフスマ抽出物（実施例６−３）を準備し、これとの比較のために、上記（８）と同様にしてフスマを原料とする懸濁液（比較例６−２）を準備した。

５００ｍｌ用のバッフル付きマイヤーフラスコ２個を準備した。運転中の上記（１）の排水処理装置１（図１参照）における硝化槽３Ａおよび脱窒槽４Ａからそれぞれ汚泥を採取した。
一方のフラスコには、ｐＨ７．２の硝化槽汚泥１２５ｍｌを投入し、上記各植物抽出物を添加した。この後、アンモニアを加えてｐＨを８．０とし、シリコン栓をした。
他方のフラスコには、ｐＨ８．１の脱窒槽汚泥１２５ｍｌを投入し、上記各植物抽出物を添加した後、硝酸を加えてｐＨを７．２とした。そして、窒素ガスを毎分１００ｍｌの速度で１０分間内部に吹き込み、直ちにメタノールを１０００ｐｐｍとなるように加え、その後脱圧用に１ｍｍの穴を開けたシリコン栓をした。
これら２つのフラスコを回転振とう式の３６℃の恒温槽に入れ、３日間培養した。この間において、２４時間経過した時点と、４８時間経過した時点で、シリコン栓を外し、硝酸あるいはアンモニア水を適宜添加して、硝化槽汚泥のｐＨを８．０に調整し、脱窒槽汚泥のｐＨを７．２に調整した。また、脱窒槽汚泥は窒素ガスで内部を置換し、メタノール１０００ｐｐｍを加えた。
７２時間経過後に２本のフラスコの汚泥を合わせ、硝化槽汚泥、脱窒槽汚泥ともにｐＨを７．６に合わせた。

そして、上記（２）（３）の方法により、汚泥の硝化活性および脱窒活性を測定した。活性の測定後、汚泥２００ｍｌを遠心分離し、沈殿した汚泥を１１０℃で乾燥し、汚泥の増殖を調べるために汚泥濃度を測定するとともに、上澄みのＣＯＤ濃度を測定した。なお、比較のために、植物抽出物を添加しない場合（比較例６−１）についても同様にして実験を行った。また、比較例６−２については、難分解性物質が混在した状態であるため、汚泥の増殖については評価しなかった。
各試料についての、汚泥の増殖率、汚泥の硝化・脱窒活性およびＣＯＤ濃度の各測定結果を表６に示す。

表６において、汚泥の増殖率は、廃糖蜜（実施例６−１）が最大で、次いでコーンスティープリカー（実施例６−２）、フスマ抽出物（実施例６−３）の順となった。そして、いずれも無添加（比較例６−１）の場合と比較して、汚泥の増殖率は大幅に高くなっている。
また、表６において、汚泥の硝化・脱窒活性は、廃糖蜜（実施例６−１）が最も優れており、次いでコーンスティープリカー（実施例６−２）、フスマ抽出物（実施例６−３）の順となった。いずれも無添加（比較例６−１）の場合、および、懸濁液（比較例６−２）を添加した場合と比較して、硝化・脱窒活性が大幅に向上している。
そして、表６において、ＣＯＤ濃度は、廃糖蜜（実施例６−１）が最も低く、次いでコーンスティープリカー（実施例６−２）、フスマ抽出物（実施例６−３）の順となった。いずれも無添加（比較例６−１）の場合、および、懸濁液（比較例６−２）を添加した場合と比較して、ＣＯＤ濃度が大幅に低下している。
このことにより、アンモニア含有排水処理における活性汚泥の活性維持・向上効果は、サトウキビを原料とする植物抽出物が最も優れており、次いで、トウモロコシ、フスマを原料とする植物抽出物の順となることが分かった。

なお、フスマ抽出物（実施例６−３）については、表６ではＣＯＤ濃度が１９ｐｐｍで、実施例６−１および６−２と比較してやや高い値となっている。
ここで、上記（１）の排水処理装置１（図１参照）における返送量を毎時間６００ｍｌに上昇させ、この排水処理装置１における硝化槽３Ａおよび脱窒槽４Ａからそれぞれ汚泥を採取した。そして、フスマ抽出物（実施例６−３）について、上記と同様にして実験を行い、ＣＯＤ濃度を測定した。結果、４８時間後にはＣＯＤは１３ｐｐｍに低下し、実施例６−１および６−２よりもＣＯＤ濃度を低減できることが分かった。

本発明の一実施形態に係る排水処理方法を実施するための排水処理装置を示した模式図である。 本発明の一実施例における実験装置を示した模式図である。

符号の説明

１…排水処理装置
２…原水貯留層
３Ａ-３Ｄ…硝化槽
３１…リアクタ
３２…ｐＨセンサ
３３…ｐＨ調整手段
４Ａ-４Ｄ…脱窒槽
４１…攪拌装置
４２…ｐＨセンサ
４３…ｐＨ調整手段
５…酸化槽（受槽）
５１…汚泥返送手段
６…沈殿槽（受槽）
６１…汚泥返送手段
７…硝化ブロワ
８…注入手段
９…注入手段

Claims (9)

1. アンモニアを含有する排水を活性汚泥で硝化および脱窒させて排水処理する排水処理方法であって、
   物理的圧搾法および水抽出法の少なくともいずれか一方の方法で、植物原料から植物抽出物を抽出し、
   前記活性汚泥にて硝化反応が行われる前、および、前記活性汚泥にて脱窒反応が行われる前の少なくともいずれか一方において、前記排水中に前記植物抽出物を添加する
   ことを特徴とする排水処理方法。
2. 請求項１に記載の排水処理方法において、
   前記活性汚泥にて脱窒反応が行われる前に、前記排水中に前記活性汚泥中の脱窒菌の電子供与体を添加する
   ことを特徴とする排水処理方法。
3. 請求項１または請求項２に記載の排水処理方法において、
   前記植物原料には、サトウキビ、テンサイ、トウモロコシ、フスマ、コメヌカ、ダイズのうち少なくともいずれか一種を用いる
   ことを特徴とする排水処理方法。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の排水処理方法において、
   前記植物抽出物の添加量は、一日当たりの前記排水の流入量に対して乾物換算で１０ｐｐｍ以上５００ｐｐｍ以下とする
   ことを特徴とする排水処理方法。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の排水処理方法において、
   前記排水処理後の処理水を公共水面に放流するに当って、前記処理水中のＣＯＤ成分の濃度が環境規制範囲内に収まる条件で、前記植物抽出物の添加量を調整する
   ことを特徴とする排水処理方法。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の排水処理方法において、
   前記排水処理後の処理水中におけるＣＯＤ成分の濃度が、前記植物抽出物を添加しない条件で前記排水処理を実施した場合における当該処理水中のＣＯＤ成分の濃度に対して、５００ｐｐｍを越えない条件で、前記植物抽出物を添加する
   ことを特徴とする排水処理方法。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の排水処理方法において、
   前記排水中のアンモニア濃度は、３００ｐｐｍ以上である
   ことを特徴とする排水処理方法。
8. 請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の排水処理方法において、
   前記排水は、発電設備において燃焼排ガスを脱硫および脱硝した際に発生した排水である
   ことを特徴とする排水処理方法。
9. アンモニアを含有する排水を活性汚泥で硝化および脱窒させて排水処理する排水処理装置であって、
   前記排水を内部に導入可能に設けられ、内部に充填された活性汚泥にて当該排水中のアンモニアを硝化させる硝化槽と、
   この硝化層の下流側に設けられ、内部に前記硝化層にて硝化された排水が導入されて、内部に充填された活性汚泥にて当該排水中の硝酸を脱窒させる脱窒槽と、
   この脱窒槽の下流側に設けられ、内部に前記脱窒槽にて脱窒された排水が導入されて、当該排水を内部に収容する受槽と、
   この受槽の底部に設けられ、前記受槽の底部に堆積した活性汚泥を前記硝化槽および前記脱窒槽の少なくともいずれか一方に返送する返送手段と、
   前記硝化槽および前記脱窒槽の少なくともいずれか一方に接続され、前記硝化槽内あるいは前記脱窒槽内の排水中に植物抽出物を注入する注入手段と、を備えて構成されており、
   前記排水は、発電設備において燃焼排ガスを脱硫および脱硝した際に発生した排水であり、
   前記植物抽出物は、物理的圧搾法および水抽出法の少なくともいずれか一方の方法で、植物原料より抽出して生成されている
   ことを特徴とする排水処理装置。

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