JP2009195831A - 排水処理方法並びに排水処理システム - Google Patents

Abstract

【課題】被処理水の硝酸性窒素濃度が変動した場合であっても、被処理水の硝酸性窒素濃度を常時目標濃度以下に低減する方法を提供する。
【解決手段】少なくとも脱窒菌が担持されている担体と、非多孔性膜を少なくとも一部に備える密封構造の容器内に脱窒菌のエネルギー源となる電子供与体６が充填されている電子供与体供給装置とを含み、担体が電子供与体供給装置の非多孔性膜部分の周りに配置されているバイオリアクター８を被処理水１０に浸漬し、バイオリアクター８では電子供与体６が脱窒菌に供給されて脱窒処理が行われ、被処理水１０に含まれる硝酸性窒素の濃度が低減される排水処理方法において、被処理水１０の硝酸性窒素濃度がバイオリアクター８の脱窒処理能力を超えたとき、電子供与体供給装置からの電子供与体６の供給とは別に、電子供与体６を被処理水１０に直接添加し、被処理水１０の硝酸性窒素濃度を目標濃度以下に低減するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は排水処理方法並びに排水処理システムに関する。さらに詳述すると、本発明は、生物脱窒処理を行うことによって被処理水に含まれる硝酸性窒素を窒素ガスに還元処理し、被処理水の硝酸性窒素濃度を低減する排水処理方法並びに排水処理システムに関する。

湖沼や閉鎖系海域へ流入する硝酸性窒素等の窒素化合物は、富栄養化の主要な原因物質の一つである。そのため、窒素化合物に関する排水基準が強化され、現在では、河川や海域への排出も厳しく規制されている。例えば、火力発電所などから発生する脱硫排水には硝酸性窒素が含まれているため、排水の硝酸性窒素濃度を十分に低減させてから海域等へ排出する必要がある。

そこで、排水中の硝酸性窒素等の窒素化合物を除去する方法として、生物脱窒反応を利用した排水処理が広く一般的に行われている。例えば、特許文献１では、排水中にリン酸マグネシウムアンモニウムを粒子として生成させ、同時に、水素供与体（電子供与体）となる有機物を存在させて脱窒菌を増殖させ、リン酸マグネシウムアンモニウム粒子を核として脱窒菌を固定化することにより排水を脱窒処理する技術が提案されている。

ここで、脱窒菌を機能させるためには、脱窒菌に電子供与体を供給することが必要である。そこで、特許文献２では、脱窒菌等の微生物に対して電子供与体を供給するための装置に関する技術が提案されている。図８に示す電子供与体供給装置１０１は、電子供与体１０２と、非多孔性膜１０３を少なくとも一部に備える密封構造の容器１０４とを含み、容器１０４内には電子供与体１０２が充填され、電子供与体１０２を容器１０４の非多孔性膜１０３の部分から非多孔性膜１０３の分子透過性能に支配される速度で容器１０４の周辺に供給し、容器１０４の周辺の微生物の活性を制御するものである。この電子供与体供給装置１０１によれば、容器１０４内に充填された電子供与体１０２は、非多孔性膜１０３の分子透過性能に支配される速度で徐放される。そこで、電子供与体１０２の非多孔性膜透過速度を、非多孔性膜１０３の分子透過性能を決定する要素である膜材料や膜厚、膜密度などで調整することにより、電子供与体１０２を常時緩やかに供給して、微生物の活性の制御を行うことができる。

そして、この電子供与体供給装置１０１の容器１０４の非多孔性膜１０３の部分の周りに少なくとも脱窒菌が担持されている担体１０５を備えたバイオリアクター１０６（図９）を被処理水に浸漬することにより、バイオリアクター１０６が被処理水を脱窒処理して、被処理水の硝酸性窒素濃度を低減することができる。
特開平８−３１８２９３ 国際公開２００６／１３５０２８

上記のバイオリアクター１０６によれば、電子供与体供給装置１０１から一定速度で電子供与体１０２を徐放して、一定の脱窒処理能力を長期に亘り維持することができる。したがって、被処理水の硝酸性窒素濃度が変動することなくほぼ一定の場合には、被処理水の硝酸性窒素濃度を長期に亘って常時目標濃度以下に低減することができる。しかしながら、被処理水の硝酸性窒素濃度は一般的に変動が生じ易いため、上記バイオリアクター１０６のみを用いて排水処理を行った場合には、被処理水の硝酸性窒素濃度の急激な増加に対応できず、被処理水の硝酸性窒素濃度を常時目標濃度以下に低減できなくなる虞がある。

そこで、本発明は、被処理水の硝酸性窒素濃度が変動した場合であっても、被処理水の硝酸性窒素濃度を常時目標濃度以下に低減することのできる排水処理方法並びに排水処理システムを提供することを目的とする。

かかる課題を解決するため、本願発明者等は、上記のバイオリアクター１０６を利用した排水処理方法について各種検討を行ったところ、被処理水に電子供与体を直接添加することでバイオリアクター１０６の脱窒処理能力が即時的に向上することを見出した。即ち、バイオリアクター１０６の担体１０５には、普段は脱窒処理を行わずに水中に溶存している酸素を直接利用して生存している脱窒菌（以下、アイドリング状態にある脱窒菌と呼ぶ）が存在しており、被処理水に電子供与体を直接添加することによって、アイドリング状態にある脱窒菌に電子供与体が供給され、かつ、被処理水のＤＯ値（溶存酸素濃度）が低下し、バイオリアクター１０６の担体１０５に担持されている脱窒菌を機能させやすい嫌気環境が形成されてバイオリアクター１０６の脱窒処理能力が即時的に高まることを見出した。この結果から、被処理水の硝酸性窒素濃度の変動に対して、バイオリアクター１０６の脱窒処理能力を即時的に制御することにより被処理水の硝酸性窒素濃度を常時目標濃度以下に低減しうることを知見し、本願発明に至った。

かかる知見に基づく請求項１に記載の排水処理方法は、少なくとも脱窒菌が担持されている担体と、非多孔性膜を少なくとも一部に備える密封構造の容器内に脱窒菌のエネルギー源となる電子供与体が充填されている電子供与体供給装置とを含み、担体が電子供与体供給装置の非多孔性膜部分の周りに配置されているバイオリアクターを被処理水に浸漬し、バイオリアクターでは電子供与体供給装置の非多孔性膜部分から非多孔性膜の分子透過性能に支配される速度で電子供与体が脱窒菌に供給されて脱窒処理が行われ、被処理水に含まれる硝酸性窒素が窒素ガスに還元処理されて被処理水の硝酸性窒素濃度が低減される排水処理方法において、被処理水の硝酸性窒素濃度が増加してバイオリアクターの脱窒処理能力を超えたときに、電子供与体供給装置からの電子供与体の供給とは別個に、電子供与体を被処理水に直接添加し、被処理水の硝酸性窒素濃度を常時目標濃度以下に低減するようにしている。

また、かかる知見に基づく請求項２に記載の排水処理システムは、少なくとも脱窒菌が担持されている担体と、非多孔性膜を少なくとも一部に備える密封構造の容器内に脱窒菌のエネルギー源となる電子供与体が充填されている電子供与体供給装置とを含み、担体が電子供与体供給装置の非多孔性膜部分の周りに配置されているバイオリアクターと、被処理水の流入部及び排出部を備える排水処理槽とを少なくとも有し、バイオリアクターは排水処理槽内の被処理水に浸漬され、バイオリアクターでは電子供与体供給装置の非多孔性膜部分から非多孔性膜の分子透過性能に支配される速度で電子供与体が脱窒菌に供給されて脱窒処理が行われ、被処理水に含まれる硝酸性窒素が窒素ガスに還元処理されて被処理水の硝酸性窒素濃度が低減される排水処理システムにおいて、被処理水の硝酸性窒素濃度を測定する硝酸性窒素濃度測定手段と、被処理水に電子供与体を直接添加する電子供与体供給手段と、硝酸性窒素濃度測定手段により測定された被処理水の硝酸性窒素濃度がバイオリアクターの脱窒処理能力を超えたと判断されたときに電子供与体供給手段を作動させる制御手段とを有するものである。

被処理水の硝酸性窒素濃度がほとんど変動しない場合には、少なくとも脱窒菌が担持されている担体と、非多孔性膜を少なくとも一部に備える密封構造の容器内に脱窒菌のエネルギー源となる電子供与体が充填されている電子供与体供給装置とを含むバイオリアクターによって被処理水の硝酸性窒素濃度が常時目標濃度以下に低減される。しかしながら、被処理水の硝酸性窒素濃度が増加する方向に変動し、バイオリアクターの脱窒処理能力を超えた場合には、被処理水の硝酸性窒素濃度が目標濃度以下に低減されなくなる。そこで、被処理水の硝酸性窒素濃度が増加してバイオリアクターの脱窒処理能力を超えたときに、電子供与体を被処理水に直接添加すると、電子供与体供給装置から十分に電子供与体が供給されていない脱窒菌（この脱窒菌をアイドリング状態の脱窒菌と呼ぶ。）に電子供与体が供給される。アイドリング状態の脱窒菌は主にバイオリアクターの担体の表面側の領域（被処理水に接触する側の領域）に多く存在する。また、電子供与体を被処理水に直接添加すると、好気性一般細菌と脱窒菌が呼吸により被処理水に溶存している酸素を消費して被処理水のＤＯ値が低下する。特に、バイオリアクターの担体表面（被処理水と接触する側の領域）には、アイドリング状態の脱窒菌と共に好気性一般細菌が多く存在しやすく、バイオリアクターの担体表面近傍（被処理水に接触する側の領域とその近傍）でＤＯ値が急激に低下しやすい。したがって、電子供与体を被処理水に直接添加することで、バイオリアクターの脱窒処理能力が即時的に高まり、被処理水の硝酸性窒素濃度が常時目標濃度以下に低減される。

尚、「目標濃度」とは、脱窒処理後に排出される被処理水の硝酸性窒素濃度が排水基準値以下となるように予め定められた濃度を意味している。

ここで、請求項３に記載したように、請求項２の排水処理システムにおいては、バイオリアクターを構成する担体とは別の第二の担体と、濾過膜または濾過装置とをさらに有し、第二の担体には少なくとも脱窒菌が担持されて排水処理槽内の被処理水に分散され、排水処理槽の排出部から排出される前に被処理水が通過する位置に濾過膜または濾過装置が配置されて、被処理水から第二の担体が濾過分離されるものとすることが好ましい。この場合には、アイドリング状態にある脱窒菌の総量が第二の担体に担持されている脱窒菌の分だけ増加するので、電子供与体を被処理水に直接添加したときに、脱窒処理速度がさらに即時的に向上する。しかも、排水処理槽の排出部から排出される前に被処理水が通過する位置に濾過膜が配置されているので、排水処理槽から排出される被処理水には第二の担体は含まれることが無く、第二の担体は排水処理槽内に留まり、この第二の担体に担持されている脱窒菌がアイドリング状態の脱窒菌として再利用される。

請求項１に記載の排水処理方法並びに請求項２に記載の排水処理システムによれば、被処理水の硝酸性窒素濃度が増加してバイオリアクターの脱窒処理能力を超えたときに、電子供与体を被処理水に直接添加することで、バイオリアクターの脱窒処理能力を即時的に高めることができる。したがって、被処理水の硝酸性窒素濃度が増加する方向に変動する場合に、バイオリアクターの脱窒処理能力を即時的に高めて、被処理水の硝酸性窒素濃度を常時目標濃度以下に低減することが可能となる。しかも、電子供与体の被処理水への直接添加は、被処理水の硝酸性窒素濃度が増加してバイオリアクターの脱窒処理能力を超えたときにのみ行うようにしているので、電子供与体の使用量を抑えてコストを低減することができると共に、被処理水のＢＯＤの上昇による被処理水の水質汚染や、好気性の一般細菌に過剰に栄養源（電子供与体）が与えられることによる余剰汚泥の発生が生じ難い。

請求項３に記載の排水処理システムによれば、バイオリアクターを構成する担体とは別の第二の担体に脱窒菌が担持されて排水処理槽内の被処理水に分散されているので、アイドリング状態にある脱窒菌の総量が第二の担体に担持されている脱窒菌の分だけ増加する。したがって、被処理水に電子供与体を直接添加したときに、脱窒処理速度をさらに即時的に高めることが可能となる。しかも、排水処理槽の排出部から排出される前に被処理水が通過する位置に濾過膜が配置されているので、排水処理槽から排出される被処理水には第二の担体は含まれることが無く、第二の担体は排水処理槽内に留められ、第二の担体に担持されているアイドリング状態にある脱窒菌を長期に亘って利用することが可能となる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面に基づいて詳細に説明する。

本発明にかかる排水処理システムの一実施形態を図１〜図４に基づいて説明する。

図１に示す本発明の排水処理システム１は、脱窒処理を行うバイオリアクター８と、被処理水１０の流入部１１ａ及び排出部１１ｂを備える排水処理槽１１とを少なくとも有し、バイオリアクター８が排水処理槽１１内の被処理水１０に浸漬されている排水処理システムにおいて、被処理水１０の硝酸性窒素濃度を測定する硝酸性窒素濃度測定手段１２と、被処理水１０に電子供与体を直接添加する電子供与体供給手段１３と、硝酸性窒素濃度測定手段１２により測定された被処理水１０の硝酸性窒素濃度がバイオリアクター８の脱窒処理能力を超えたと判断されたときに電子供与体供給手段１３を作動させる制御手段１４とを有するものである。

本実施形態におけるバイオリアクター８は、本願発明者等が先に出願した国際公開２００６／１３５０２８に開示されたものである。図４に示すこのバイオリアクター８は、少なくとも脱窒菌２が担持されている担体３と、非多孔性膜４を少なくとも一部に備える密封構造の容器５内に脱窒菌２のエネルギー源となる電子供与体６が充填されている電子供与体供給装置７とを含むものであり、担体３は電子供与体供給装置７の非多孔性膜４の部分の周りに配置され、電子供与体供給装置７の非多孔性膜４の部分から非多孔性膜４の分子透過性能に支配される速度で電子供与体６が脱窒菌２に供給されて脱窒処理が行われる。本実施形態の排水処理システム１においては、図１に示すように、複数のバイオリアクター８を適当な間隔で適宜並列し、被処理水１０の硝酸性窒素濃度がほとんど変動しないときには被処理水１０の硝酸性窒素濃度を目標濃度以下に低減するようにしている。また、本実施形態では、バイオリアクター８を構成する電子供与体供給装置７の容器５は、それぞれ管体２０を介してタンク３０に連結され、管体２０内を通過する電子供与体６が容器５に供給されるようにしている。

以下、本実施形態におけるバイオリアクター８の構成について詳細に説明する。

バイオリアクター８を構成する電子供与体供給装置７は、非多孔性膜４を少なくとも一部に備える密封構造の容器５内に脱窒菌２のエネルギー源となる電子供与体６が充填されているものである。この電子供与体供給装置７の非多孔性膜４の部分からは、非多孔性膜４の分子透過性能に支配される速度で電子供与体６が担体３に担持されている脱窒菌２に供給される。

本実施形態における容器５は、図２に示すように、金属製の剛体フレーム２１に非多孔性膜４を貼り付けると共に、フレーム２１の上部に電子供与体供給部２２を備えて管体２０と連通している。このように構成することで、容器５が被処理水１０の水面に浮いたり動いたりするのを防いで、バイオリアクター８同士が接触することなく、その機能が充分に発揮されるようにしている。しかしながら、この形態や構造に限定されるものではなく、容器５の全体が非多孔性膜４で構成される袋状を成し、周縁をヒートシールで溶着したり、接着剤により接着したりするようにして電子供与体６を密封するようにしてもよいし、袋状ではなく、チューブ状やシート状としてもよい。また、片面だけを非多孔性膜４で構成したり、１つの面のさらに一部分を非多孔性膜４のみで構成するようにしても良い。尚、図２における容器５はフレーム２１の上部に電子供与体供給部２２を備えて管体２０と連通しているので厳密な意味での密封構造ではないが、管体２０内が電子供与体６で満たされている状態では、これがシールとなって容器５内は事実上密封状態にある。したがって、容器５内の電子供与体６が電子供与体供給部２２を通って容器５の外に漏れ出ることはない。

容器５を構成する非多孔性膜４は、容器５内に充填されている電子供与体６の分子を少しずつ透過させることによって徐放するものである。この非多孔性膜４は、膜材料、膜厚、封入する電子供与体６の分子量や性質、温度、電子供与体６の濃度により、単位面積当たりを透過する電子供与体６の分子の量を制御することが可能である。例えば、同じ容器を用いた場合でも、電子供与体６の濃度を高めれば、電子供与体６の透過速度を高めることができる。したがって、電子供与体６の濃度を適宜選択することにより、所望の透過速度に制御することが可能である。また、同じ膜材料の場合には膜厚によって単位面積当たりの分子透過量が変化する。したがって、適宜膜厚などを選定することによって、所望の透過速度に制御することが可能である。

ここで、非多孔性膜４は、膜構成分子の密度や構造によっても分子透過量が変化する。ポリエチレンを例に挙げて説明すると、ＪＩＳ Ｋ６９２２‐２により分類される低密度ポリエチレン（密度９１０ｋｇ／ｍ^３以上、９３０ｋｇ／ｍ^３未満）を用いた場合と比較して、高密度ポリエチレン（密度９４２ｋｇ／ｍ^３以上）を用いた場合には、電子供与体６の膜外への透過量が減少する。したがって、非多孔性膜４の膜厚と膜密度のバランスを適宜制御することにより、所望の透過速度に制御することができる。また、膜内部のポリエチレン鎖の分子構造は、例えば延伸処理により可変することができるので、当該処理により所望の膜材料の膜密度や分子構造を変化させて、電子供与体６の透過速度を制御することも可能である。

非多孔性膜４としては、疎水性の膜、親水性の膜または親水性と疎水性の両方の性質を有する膜のいずれかを、容器５内に充填される電子供与体６の性質に合わせて用いることができる。疎水性の膜としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンその他のオレフィン系の膜が挙げられるがこれらに限定されない。親水性の膜としては、分子構造中に親水基を有する膜、例えば、ポリエステル、ナイロン（ポリアミド）、ポリビニルアルコール、ビニロン、セロハン、ポリグルタミン酸などが挙げられるがこれらに限定されない。親水性と疎水性の両方の性質を有する膜としては、例えば、エチレンビニルアルコール共重合体（ＥＶＯＨ）、つまり、疎水性のポリエチレン構造と親水性のポリビニルアルコール構造の両方を有する共重合体膜が挙げられるがこれに限定されない。親水性と疎水性の両方の性質を有する膜は、疎水性のポリエチレンと親水基のポリビニルアルコールの含有比率を変えることにより、疎水性を強めたり、親水性を強めたりすることができる。その他にも上記の非多孔性膜に比べ透過性が劣るが、極めて低い透過速度が要求される場合には、ポリ塩化ビニリデン、ポリカーボネート、エチレンアクリル酸共重合体、ポリエチレンテレフタレート混合物系などの気液系膜、つまり、その分子構造中の親水基や極性基の状態によって透過性が変化する膜を用いることができる。

電子供与体６としては、脱窒菌２が必要とするエネルギー源物質であると共に脱窒菌２に対して毒性を呈さない物質であって、非多孔性膜４を腐食しない性質を持ち、かつ非多孔性膜４を透過できる分子量、性質を有するものが適宜選択される。例えば、メタノール、エタノール及びプロパノールその他のアルコール、グルコース及びスクロースその他の糖類、乳酸、酢酸が挙げられるがこれらに限定されない。また、ガス状物質である水素、硫化水素、メタン、エタン等を用いることもできる。

ポリエチレンやポリプロピレンに代表される疎水性の膜を用いることで、分子構造中に親水基を有していない疎水性の物質であるベンゼンやトルエンを透過させることができる。また、メタノールやエタノールその他のアルコールや酢酸、乳酸など、分子構造中に親水基を有している一部の物質も疎水性の膜を透過する。一方、グルコースやスクロース等の糖類のように水溶性の高い物質は疎水性の膜を透過することができない。この場合、ポリビニルアルコール膜などの親水性の膜を用いることで、水溶性の高い物質を透過させることができる。メタノールやエタノール、酢酸、乳酸も水に可溶な物質であるから、ポリビニルアルコール膜を透過することが可能である。また、親水性と疎水性の両方の性質を有するエチレンビニルアルコール共重合体（ＥＶＯＨ）を用いることで、共重合体を構成するエチレンとビニルアルコールの比により、物質の透過量を制御することが可能である。つまり、エチレンの量を増やすと疎水性物質の透過量を増やすことができ、ポリビニルアルコールの量を増やすと親水性物質の透過量を増やすことができる。

ここで、疎水性の膜としてポリエチレンやポリプロピレンを用いることが好ましい。ポリエチレンやポリプロピレンは、適度な物質の透過性、熱可逆性を有しており、柔軟で成形が容易であるという利点を有している。しかも、安価で入手しやすく、コスト面や性能面から考えても非常に優れている。

電子供与体の非多孔性膜４の透過は、当該物質分子が膜に溶け込み、その溶け込んだ分子が膜内部を拡散して反対側に達することにより起こる。したがって、膜への溶け込みが起こらない程分子量の大きなカテキンなどは非多孔性膜４を透過しにくい。また、ポリエチレンやポリプロピレン等は水となじむ官能基が存在しない疎水性の強い膜であると共に低極性であるため、極性分子である水が膜に溶け込みにくい。したがって、水に溶けやすい極性の高い物質であるシアン化合物などもほとんど透過できない。また、水は水分子同士の水素結合が強いため、常温では水が当該膜を透過することはほとんど無い。したがって、非多孔性膜４は、水や極性の高いシアン化合物、分子量の大きなカテキン等の不純物はほとんど透過させずに、所望の電子供与体を主成分として透過させる「分子ふるい」として機能する。したがって、非多孔性膜４としてポリエチレンやポリプロピレンに代表される疎水性の膜を用いた場合には、アルコールに不純物例えばカテキンやシアン化合物のように微生物に対して毒性を呈する抗菌性の分子が混入している廃アルコールを用いることができる。また、電子供与体６は、容器内に充填されている状態が気体、液体、蒸気（例えば、アルコールが揮発して生成されたもの）のどの状態であっても、容器外には分子状態で放出される。つまり、電子供与体６は、非多孔性膜２を透過して、液体のように分子間の引力により凝集することのないガス（気体）の状態で徐放される。したがって、非多孔性膜２はガス透過性膜とも表現できる。

ここで、図３に示すように、容器５に液状の電子供与体６を浸透させ得る液体浸透部材２５を収容するようにしてもよい。このように構成することで、電子供与体６が毛管現象により液体浸透部材２５の全体に浸透して拡散すると共に、容器５に押圧力が掛かって潰れた場合であっても、液体浸透部材２５がスペーサーとして機能し、電子供与体６の浸透経路が確保されるので、電子供与体６を非多孔性膜４の全面から均一に徐放することができる。

液体浸透部材２５は、電子供与体６を毛管現象により均一に拡散させることができる部材であればよい。例示すると、多孔質体、繊維状物質、粉体などが挙げられる。より具体的には、例えば多孔質体であれば、金属多孔質体であっても、セラミックス多孔質体であってもよいし、可撓性のプラスチック多孔質体などを用いてもよい。また、繊維状物質としては、濾紙等の紙、不織布、その他発泡体などが挙げられる。さらに、粉体としては容器５に充填して電子供与体６を浸透し得るものであればよい。また、ポリエチレンフォーム、ポリウレタンフォーム、塩化ビニールスポンジ、天然ゴムスポンジ、シリコンゴムスポンジ、セルローススポンジなどを用いることもできる。尚、液体浸透部材２５はここで例示したものに限られるものではない。

液体浸透部材２５の厚さについては、厚くすれば電子供与体６の浸透容量を増加させることができるが、容器５の厚さは厚くなる。逆に、液体浸透部材２５の厚さを薄くすれば電子供与体６の浸透容量は減少するものの、容器５の厚さは薄くできる。したがって、これらのバランスにより、容器５の厚さが所望の厚さとなるよう液体浸透部材２５の厚さを調整すればよい。

バイオリアクター８を構成する担体３は、図４に示すように、電子供与体供給装置７の容器５の少なくとも非多孔性膜４の部分に例えば、接着や溶着等により備えられる。

担体３としては、微生物を担持し得るあらゆる材料を用いることができる。

例えば、担体３として、微生物や酵素の固定化に一般的に用いられている高分子ゲルを使用することができる。具体的には、コラーゲン、フィブリン、アルブミン、カゼイン、セルロースファイバー、セルローストリアセタート、寒天、アルギン酸カルシウム、カラギーナン、アガロース等の天然高分子、ポリアクリルアミド、ポリ−２−ヒドロキシエチルメタクリル酸、ポリビニルクロリド、γ−メチルポリグルタミン酸、ポリスチレン、ポリビニルピロリドン、ポリジメチルアクリルアミド、ポリウレタン、光硬化性樹脂（ポリビニルアルコール誘導体、ポリエチレングリコール誘導体、ポリプロピレングリコール誘導体、ポリブタジエン誘導体等）等の合成高分子、またはこれらの複合体が挙げられるが、これらに限定されない。

また、担体３として、吸水性ポリマーを用いることもできる。吸水性ポリマーを用いることで、担体の保水力、吸水力が高まるので、脱窒菌２を良好な状態で担持させて目的とする成分の除去を効率よく行うことが可能となる。吸水性ポリマーを具体的に例示すると、ポリアクリル酸、ポリアスパラギン酸、ポリグルタミン酸やそれらの改変物、ポリエチレングリコール改変物が挙げられるがこれらに限定されない。尚、ここで言う改変物とは、イオン性基をもつ高分子を前記高分子の一部に架橋させたものである。

尚、担体３は、高分子ゲルや吸水性ポリマーに限定されるものではない。例えば、不織布を起毛処理したものを担体３として用いるようにしてもよい。

担体３に担持されている脱窒菌２は、硝酸性窒素及び亜硝酸性窒素を還元して窒素ガスに変換する微生物であり、新規微生物は勿論のこと、従来この種の分野で知られているものを適宜使用することができる。具体的には、例えば、Paracoccus denitrificans JCM-6892、Paracoccus denitrificans、Alcaligenes eutrophus、 A. faecalis、Alcaligenes sp.、Pseudomonas denitrificans等を挙げることができるがこれらに限定されない。

一般に、脱窒機能を有する細菌（脱窒菌）は通性嫌気性菌であり、これらの細菌は、嫌気条件では、硝酸や亜硝酸に電子を渡すこと（還元）による嫌気呼吸によりエネルギーを得る為、硝酸や亜硝酸を窒素ガスに変換することができる。一方、好気条件では、水中に溶存している酸素を直接利用してエネルギーを得るため、硝酸や亜硝酸を窒素ガスに変換する機能を発揮しない。

ここで、担体３には脱窒菌２の他に、アンモニア性窒素を酸化して亜硝酸性窒素に変換するアンモニア酸化菌を担持するようにしてもよい。アンモニア酸化菌は、新規微生物は勿論のこと、従来この種の分野で知られているものを適宜使用することができる。具体的には、Nitrosomonas europaea IFO-14298、Nitrosomonas europaea、 N.marina^＊、Nitrosococcus oceanus^＊、 N.mobilis、Nitrosospira briensis、Nitrosolobus multiformis、Nitrosovibrio tenuis等を挙げることができるがこれらに限定されない。

尚、上記において＊を付した菌株は海水の処理にのみ適用できる菌株であり、それ以外は淡水の処理にのみ適用できる菌株である。N.europaeaは淡水で用いることのできるものと海水で用いることができるものが存在する。

担体３に脱窒菌２を担持することにより、被処理水１０に含まれる硝酸性窒素が嫌気環境下で窒素ガスに還元され、被処理水１０の硝酸性窒素濃度が低減される。尚、上述したように、脱窒菌２は、亜硝酸性窒素を窒素ガスに還元する能力も有しているので、被処理水１０に含まれる亜硝酸性窒素濃度も低減される。

また、担体３に脱窒菌２と共にアンモニア酸化菌を担持することにより、被処理水１０に含まれているアンモニア性窒素が好気環境下で亜硝酸性窒素に酸化される。そして、この亜硝酸性窒素と共に被処理水１０に含まれている硝酸性窒素が嫌気環境下で窒素ガスに還元される。ここで、アンモニア酸化菌に対して酸素を供給した場合（排水処理槽１１内を空気曝気処理した場合）、脱窒菌２は脱窒処理能力をほとんど機能しなくなるが、この場合には、脱窒菌２は担体３の好適な領域、即ち、酸素が供給されている位置から離れた嫌気性領域（空気曝気されている被処理水１０側とは反対の担体３の電子供与体供給装置７側）に偏在し易くなる。一方、アンモニア酸化菌は、被処理水１０に接触している側の位置に偏在し易くなる。

また、担体３内には、脱窒処理を常時行っている脱窒菌と共に、アイドリング状態にある脱窒菌も存在する。即ち、図４に示すように、バイオリアクター８を構成する担体３に担持されている脱窒菌２のうち、電子供与体供給装置７から電子供与体６が充分に供給されない担体の表面側の領域（被処理水に接触する側の領域）に存在する脱窒菌はアイドリング状態の脱窒菌２ａとして存在し、普段は脱窒処理を行っていない。

排水処理槽１１に流入する被処理水１０の硝酸性窒素濃度が変動することなくほぼ一定値を示す場合には、バイオリアクター８による処理のみで被処理水１０の硝酸性窒素濃度を目標濃度以下に低減することができる。しかしながら、排水処理槽１１に流入する被処理水１０の硝酸性窒素濃度が大幅に増加するような場合には、バイオリアクター８による処理のみでは、被処理水１０の硝酸性窒素濃度を目標濃度以下に低減できなくなる。そこで、被処理水１０の硝酸性窒素濃度がバイオリアクター８の脱窒処理能力を超えたと判断されたときに、電子供与体１３ａを電子供与体供給手段１３から排水処理槽１１内の被処理水１０に直接添加する。

電子供与体１３ａを被処理水１０に直接添加することにより、バイオリアクター８を構成する担体３に担持されている脱窒菌２のうち、電子供与体供給装置７から電子供与体６が十分に供給されていない脱窒菌（アイドリング状態の脱窒菌２ａ）に電子供与体１３ａが供給される。また、電子供与体１３ａを被処理水１０に直接添加することにより、被処理水１０全体のＤＯ値が低下し、特に、バイオリアクター８の担体３の表面近傍でＤＯ値が急激に低下する。したがって、脱窒菌が脱窒処理能力を発揮するための適正な嫌気環境が一時的に形成され、特に、バイオリアクター８の担体３の表面近傍でＤＯ値が急激に低下することによって、アイドリング状態の脱窒菌２ａが脱窒処理能力を発揮し易くなり、バイオリアクター８の脱窒処理能力が即時的に高まる。したがって、被処理水の硝酸性窒素濃度が増加してバイオリアクターの脱窒処理能力を超えたときに電子供与体を被処理水に直接添加することによって、被処理水の硝酸性窒素濃度が常時目標濃度以下に低減される。

ＤＯ値の低下は、好気性一般細菌の作用により引き起こされる。即ち、電子供与体１３ａを被処理水１０に直接添加すると、好気性一般細菌が酸素を消費して呼吸を行うようになり、被処理水１０に溶存している酸素が消費される。ここで、好気性一般細菌はバイオリアクター８の担体３に固定されやすく、酸素が供給されやすい担体３の表面側に多く存在しやすい。したがって、被処理水１０に電子供与体１３ａを直接添加すると、特に担体３の表面側近傍で酸素が消費されてＤＯ値が急激に低下しやすい。尚、上述したように、脱窒菌は通性嫌気性菌であることから、好気性一般細菌と同様、電子供与体１３ａを被処理水１０に直接添加すると、酸素を消費して呼吸を行うようになる。したがって、脱窒菌の一部もＤＯ値の低下に寄与している。また、処理対象である被処理水１０には、一般的には好気性一般細菌が棲息しているが、好気性一般細菌がほとんど棲息していないような被処理水を処理対象とする場合であっても、バイオリアクター８の担体３に通性嫌気性菌である脱窒菌を担持させておくだけで、この脱窒菌が好気性一般細菌と同様の働きをして、バイオリアクター８の脱窒処理能力を即時的に高めることができるという本発明の効果を得ることができる。

被処理水１０の硝酸性窒素濃度の測定は、硝酸性窒素濃度測定手段１２により行う。硝酸性窒素濃度測定手段１２としては、例えば光センサ（スキャン社製、ノトリライザーＧ-Ｎｅ-００５）が挙げられるが、これに限定されない。尚、被処理水１０に硝酸性窒素と共に亜硝酸性窒素も含まれている場合には、光センサにより検出される硝酸性窒素濃度が硝酸性窒素と亜硝酸性窒素の合計濃度として検出される。したがって、硝酸性窒素濃度の変動のみならず、亜硝酸性窒素の変動も検出することにより、被処理水１０の亜硝酸性窒素濃度の変動が生じる場合にも、被処理水１０の亜硝酸性窒素濃度を常時目標濃度以下に低減することができる。

硝酸性窒素濃度測定手段１２により測定された被処理水１０の硝酸性窒素濃度データは、ＣＰＵまたはＭＰＵからなる制御手段１４に送られる。制御手段１４では、被処理水１０の硝酸性窒素濃度がバイオリアクター８の脱窒処理能力を超えたか否かを判断すると共に、電子供与体供給手段１３に命令信号を送り、動作を制御する。

電子供与体供給手段１３は、電子供与体１３ａを貯留するタンク２６と、開閉動作によってタンク２６から排水処理槽１１内への電子供与体１３ａの供給を制御するバルブ２７とを備えている。バルブ２７には、例えば制御手段１４からの命令信号に応答して駆動するソレノイドが組み込まれており、ソレノイドの駆動に伴ってバルブ２７が開閉動作するように構成されている。防爆機能が要求される場合は、エアー作動弁をソレノイドに代替できる。

電子供与体１３ａとしては、水に溶けやすい物質を用いることが好ましい。水に溶けやすい物質を用いることによって、被処理水１０に電子供与体１３ａを直接添加したときに電子供与体１３ａが拡散し易くなり、アイドリング状態の脱窒菌２ａに電子供与体１３ａが供給されやすくなる。また、被処理水１０のＤＯ値を低下させて脱窒菌２にとって好ましい嫌気環境を形成しやすくなる。例えば、メタノール、エタノール及びプロパノールその他のアルコール、グルコース及びスクロースその他の糖類、乳酸、酢酸が挙げられるがこれらに限定されない。

制御手段１４により、被処理水１０の硝酸性窒素濃度がバイオリアクター８の脱窒処理量を超えたと判断された場合には、電子供与体供給手段１３を動作させて、排水処理槽１１内の被処理水１０に電子供与体１３ａを直接添加する。被処理水１０に直接添加された電子供与体１３ａは、排水処理槽１１内に設けられた曝気装置あるいは排水処理槽１１内の水流により被処理水１０に拡散してアイドリング状態の脱窒菌２ａに電子供与体１３ａが供給される。また、電子供与体１３ａが被処理水１０に拡散することにより、被処理水１０全体のＤＯ値、特にバイオリアクター８の担体表面近傍のＤＯ値が即時的に低下して嫌気環境が形成され、バイオリアクター８の脱窒処理能力が即時的に高まる。

被処理水１０の硝酸性窒素濃度がバイオリアクター８の脱窒処理能力を超えたか否かの判断は、以下に説明する方法により行う。

例えば、図１に示すように、排水処理槽１１から排出された被処理水１０の硝酸性窒素濃度を測定しうる位置に硝酸性窒素濃度測定装置１２を配置して、排水処理に供された後の段階で被処理水１０の硝酸性窒素濃度を測定し、この値が被処理水１０の硝酸性窒素濃度の変動がない場合に排水処理槽１１から排出される被処理水１０の硝酸性窒素濃度を超えたか否かを判断する。

また、排水処理槽１１内に流入する前の被処理水１０の硝酸性窒素濃度を測定しうる位置に硝酸性窒素濃度測定装置１２を配置して、排水処理に供される前の段階で被処理水１０の硝酸性窒素濃度を測定し、この値がバイオリアクター８により処理可能な硝酸性窒素濃度を超えたか否かにより判断するようにしてもよい。

また、排水処理槽１１内の前段、中段、後段のいずれかの被処理水１０の硝酸性窒素濃度を測定しうる位置に硝酸性窒素濃度測定装置１２を配置して、排水処理槽１１内の前段、中段、後段のいずれかの被処理水１０の硝酸性窒素濃度を測定し、この値が被処理水１０の硝酸性窒素濃度の変動がない場合に排水処理槽１１内の前段、中段、後段のいずれかの被処理水１０の硝酸性窒素濃度を超えたか否かを判断するようにしてもよい。

ここで、被処理水１０の硝酸性窒素濃度測定の時間間隔は、被処理水１０の硝酸性窒素濃度が変動する時間間隔に応じて適宜選択されるが、出来るだけ短い時間間隔、例えば６０分間隔で測定することで、確実に被処理水１０の硝酸性窒素濃度を常時目標濃度以下に低減することができる。

また、被処理水１０への電子供与体１３ａの添加量は、脱窒処理速度を即時的に向上させることが可能な量であって、次の硝酸性窒素濃度測定時までに消費されうる量が、排水処理槽１１の容積に応じて適宜選択される。即ち、被処理水１０の硝酸性窒素濃度測定の時間間隔が短ければ、電子供与体１３ａは排水処理槽１１の容積に応じて少量ずつ添加する。被処理水１０の硝酸性窒素濃度測定の時間間隔が長ければ、電子供与体１３ａは排水処理槽１１の容積に応じて多めに添加する。

以上、硝酸性窒素濃度測定手段１２により測定された被処理水１０の硝酸性窒素濃度がバイオリアクター８の脱窒処理能力を超えたと判断されたとき電子供与体１３ａを排水処理槽１１内の被処理水１０に添加することで、被処理水１０全体のＤＯ値、特にバイオリアクター８の担体表面近傍のＤＯ値が即時的に低下し、アイドリング状態の脱窒菌２ａに電子供与体１３ａが供給されて、バイオリアクター８の脱窒処理能力が即時的に高まる。このように、バイオリアクター８の脱窒処理能力を即時的に高めることによって、被処理水１０の硝酸性窒素濃度が変動する場合にも被処理水１０の硝酸性窒素濃度を常時目標濃度以下に低減することが可能となる。

また、被処理水１０の硝酸性窒素濃度がバイオリアクター８の脱窒処理能力を超えたときだけ電子供与体１３ａを被処理水１０に直接添加することによって、被処理水１０のＢＯＤを上昇させることなく、また、被処理水１０内の好気性一般細菌への過剰な栄養源の供給を防いで、余剰汚泥の発生を防ぐことができるので、水質が悪化しない。しかも、必要なときだけ電子供与体を被処理水１０に直接供給するので、排水処理にかかるコストを抑えることができる。

次に、本発明の排水処理システムの他の実施形態について説明する。この排水処理システムは、図５に示すように、上述の排水処理システム１に加えて、第二の担体１６と、濾過膜１７とをさらに有するものである。

第二の担体１６としては、微生物を固定しうると共に被処理水１０に分散可能なあらゆる材料を用いることができる。例えば、上述した高分子ゲルや吸水性ポリマーを粒状として被処理水１０に分散可能としたものや、粒状活性炭などの多孔質体を用いることができるが、これらに限定されない。

第二の担体１６には、上述した脱窒菌２のみを担持してもよいし、脱窒菌２と共に上述したアンモニア酸化菌を担持するようにしてもよい。いずれの場合にも、脱窒菌２は第二の担体１６内の棲息に好適な位置に偏在して脱窒処理を行うことができる。例えば、排水処理槽１１内を空気等により曝気して好気環境とした場合には、脱窒菌２は第二の担体１６の内側に偏在して脱窒処理が行われる。

濾過膜１７は、被処理水１０に分散されている第二の担体１６を被処理水１０から濾過分離可能な膜であれば特に限定されない。例えば、中空糸膜等が挙げられるがこれに限定されるものではない。例えば、ワイヤースクリーン、金網を用いることも可能である。また、エッジワイヤースクリーンや金網等の一般的な濾過機能を有する濾過装置を用いてもよい。

本実施形態において、濾過膜１７は、排水処理槽１１の排出部１１ｂに備えられ、排水処理槽１１の排出部１１ｂから被処理水１０が排出される際に被処理水１０から第二の担体１６が濾過分離される。したがって、排出された被処理水１０には第二の担体１６は含まれず、濾過膜１７により濾過分離された第二の担体１６は排水処理槽１１内に備えられた曝気装置等により排水処理槽１１内の被処理水１０に再度分散される。

第二の担体１６に担持されている脱窒菌２は、通常の排水処理時には、バイオリアクター８を構成する電子供与体供給装置７から電子供与体６が供給されない。したがって、第二の担体１６に担持されている脱窒菌２は、通常の排水処理時には、アイドリング状態の脱窒菌として存在している。したがって、排水処理槽１１内には、バイオリアクター８を構成する担体３に担持されている上述したアイドリング状態の脱窒菌２ａに加えて、第二の担体１６に担持されているアイドリング状態の脱窒菌が存在することになり、電子供与体１３ａを被処理水１０に直接添加したときに機能しうる脱窒菌の総量が第二の担体１６に担持されている脱窒菌の分だけ多くなる。その結果、硝酸性窒素濃度測定手段１２により測定された被処理水１０の硝酸性窒素濃度がバイオリアクター８の脱窒処理能力を超えたと判断されたとき電子供与体１３ａを排水処理槽１１内の被処理水１０に添加した際に、脱窒処理速度をさらに即時的に高めることができる。

なお、上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、図５に示す排水処理システムでは、濾過膜１７を排水処理槽１１の排出部１１ｂに備えるようにしているが、この形態に限定されるものではなく、例えば、バイオリアクター８と濾過膜１７とを交互に配置し、濾過膜１７によって排水処理槽１１を複数の区画に分画して被処理水１０を処理するようにしてもよい。

また、上述の実施形態では、脱窒菌２のみを担体３及び第二の担体１６に担持する形態と、脱窒菌２及びアンモニア酸化菌を担体３及び第二の担体１６に担持する形態を例に挙げて説明したが、さらに他の菌を担持させるようにしてもよい。

以下、実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

（供試菌株とその培養）
脱窒菌２としてParacoccus denitrificans JCM-6892を用いた。培養には、JCM Medium List No.22（Nutrient agar No.2）から寒天を除いた液体培地（組成：ペプトン１０ｇ／Ｌ、肉汁１０ｇ／Ｌ、塩化ナトリウム５ｇ／Ｌ、ｐＨ：７．０〜７．２）を用いた。３０℃で振とう（１１０ｒｐｍ）培養後、遠心分離により集菌し、リン酸緩衝液（９ｇ／Ｌ Ｎａ_２ＨＰＯ_４・１２Ｈ_２Ｏ、１．５ｇ／Ｌ ＫＨ_２ＰＯ_４、ｐＨ＝７．５）により３回洗浄した。洗浄菌体は３３mg dry wt./mLになるようそれぞれリン酸緩衝液に懸濁した。

（電子供与体供給装置７の作製）
非多孔性膜４には、厚さ０．０５ｍｍのポリエチレン膜（商品名：ミポロンフィルム、ミツワ（株）製）を用いた。電子供与体６には、エタノール（和光純薬工業製、９９．５％）を用いた。そして、ポリエチレン膜により袋を形成し、袋の中にエタノールを密封して、これを電子供与体供給装置７とした。

（担体３の作製）
光硬化性樹脂ＰＶＡ−ＳｂＱ（ＳＰＰ−Ｈ−１３、東洋合成工業製）９ｍＬに対し、P.denitrificansの菌懸濁液２ｍＬを混合し、固定化した。菌体と樹脂の混合液は直接不織布に塗布し、メタルハロゲンランプ下で１時間照射することにより不織布の片面にシート状に固定化担体（縦５０ｍｍ、横５０ｍｍ、厚さ１ｍｍ）を成形し、２つの固定化担体を不織布を外側にして貼り合わせ、袋状の担体３を作製した。

（バイオリアクターの作製）
袋状の担体３の内側の空間に電子供与体供給装置７を収容し、電子供与体供給装置７の周りに担体３を配置したバイオリアクター８を作製した。

（排水処理試験）
硝酸イオン（ＮＯ_３ ⁻）濃度２００ｍｇ−Ｎ／Ｌの硝酸水溶液１０（ｐＨ７．８）をビーカー内に３００ｍＬ入れ、比較例１〜６並びに実施例１〜２の各種条件で排水処理試験を行い、硝酸水溶液１０の硝酸イオン濃度の経時変化（実験開始から１０時間後、２４時間後、３２時間後、４８時間後、５８時間後）を測定した。試験中の硝酸水溶液１０の温度は３０℃とし、硝酸水溶液１０に空気または窒素をエアストーンから放出させて好気または嫌気状態とした。また、試験中は硝酸水溶液１０を撹拌子により撹拌し続けた。硝酸イオン濃度の測定はイオンクロマトアナライザ（ＩＣＳ-１５００、ＤＩＯＮＥＸ製）によりおこなった。尚、本実験では、P.denitrificansのみを担体３に担持させており、硝酸水溶液１０にも菌はほとんど含まれていない状態である。

（比較例１）
硝酸水溶液１０にP.denitrificansの菌懸濁液を０．２ｍＬ添加し、実験開始直後、２４時間後及び４８時間後にエタノール（和光純薬工業製、９９．５％）０．０６ｍＬを硝酸水溶液１０に直接添加した。試験中は硝酸水溶液１０を嫌気状態とした。尚、０．０６ｍＬというエタノール添加量は、電子供与体供給装置７から一日（２４時間）に徐放されるエタノール量と同じ量である。

（比較例２）
硝酸水溶液１０に袋状の担体３を浸漬し、実験開始直後、２４時間後及び４８時間後にエタノール（和光純薬工業製、９９．５％）０．０６ｍＬを硝酸水溶液１０に直接添加した。試験中は硝酸水溶液１０を嫌気状態とした。

（比較例３）
バイオリアクター８を硝酸水溶液１０に浸漬した。試験中は硝酸水溶液１０を嫌気状態とした。

（実施例１）
バイオリアクター８を硝酸水溶液１０に浸漬すると共に、実験開始直後、２４時間後にエタノール（和光純薬工業製、９９．５％）０．０６ｍＬを硝酸水溶液１０に直接添加した。試験中は硝酸水溶液１０を嫌気状態とした。

比較例１〜３並びに実施例１の実験結果を図６に示す。図６において、▽は比較例１の実験結果を示し、△は比較例２の実験結果を示し、□は比較例３の実験結果を示し、○は実施例１の実験結果を示す。また、図６中の矢印は、エタノールを硝酸水溶液１０に直接添加したことを示している。脱窒処理速度は比較例１、比較例２、比較例３、実施例１の順で高まることが確認された。この結果から、脱窒菌２を被処理水１０に遊離させて脱窒処理を行うよりも、脱窒菌２を担体３に担持させて脱窒処理を行った方が脱窒処理速度が高まることが明らかとなった。また、比較例２と比較例３の実験結果から、エタノール等の電子供与体１３ａの供給は、被処理水１０に直接添加して行うよりも電子供与体供給装置７を用いて袋状の担体３の内側から行った方が脱窒処理速度が高まり、電子供与体１３ａの被処理水への直接添加と、電子供与体供給装置７を用いた袋状の担体３の内側からの電子供与体６の供給とを併用することで、さらに脱窒処理速度が高まることが明らかとなった。

また、比較例１及び比較例２に示す結果から、エタノールを硝酸水溶液１０に直接添加した直後に硝酸イオン濃度が急激に低下することが確認されたことから、エタノール等の電子供与体１３ａを被処理水１０に直接添加することで、脱窒処理速度を即時的を高めることが可能であることが明らかとなった。この理由は、アイドリング状態にある脱窒菌に電子供与体１３ａが供給されて、アイドリング状態にある脱窒菌による脱窒処理が行われたことに起因するものと推定される。

（比較例４）
硝酸水溶液１０にP.denitrificansの菌懸濁液を０．２ｍＬ添加し、実験開始直後、２４時間後、４８時間後にエタノール（和光純薬工業製、９９．５％）０．０６ｍＬを硝酸水溶液１０に直接添加した。試験中は硝酸水溶液１０を好気状態とした。

（比較例５）
硝酸水溶液１０に袋状の担体３を浸漬し、実験開始直後、２４時間後、４８時間後にエタノール（和光純薬工業製、９９．５％）０．０６ｍＬを硝酸水溶液１０に直接添加した。試験中は硝酸水溶液１０を好気状態とした。

（比較例６）
バイオリアクター８を硝酸水溶液１０に浸漬した。試験中は硝酸水溶液１０を好気状態とした。

（実施例２）
バイオリアクター８を硝酸水溶液１０に浸漬すると共に、実験開始直後、２４時間後にエタノール（和光純薬工業製、９９．５％）０．０６ｍＬを硝酸水溶液１０に直接添加した。試験中は硝酸水溶液１０を好気状態とした。

比較例４〜６並びに実施例２の実験結果を図７に示す。図７において、▼は比較例４の実験結果を示し、▲は比較例５の実験結果を示し、■は比較例６の実験結果を示し、●は実施例２の実験結果を示す。また、図７中の矢印は、エタノールを硝酸水溶液１０に直接添加したことを示している。比較例４については硝酸イオン濃度の低減がほとんど見られなかったことから、脱窒菌２が機能していないことが考えられた。比較例５、比較例６、実施例２に関しては、硝酸イオン濃度の低減が見られたことから脱窒菌２が機能し、脱窒処理能力が、比較例５、比較例６、実施例２の順で高まることが確認された。これらの結果から、被処理水１０を空気曝気して好気性条件とした場合には脱窒菌２を担体３に担持させて脱窒処理を行う必要があることが明らかとなった。また、エタノール等の電子供与体１３ａの供給は、被処理水１０に直接添加して行うよりも電子供与体供給装置７を用いて袋状の担体３の内側から行った方が脱窒処理速度が高まり、電子供与体１３ａの被処理水１０への直接添加と、電子供与体供給装置７を用いた袋状の担体３の内側からの電子供与体６の供給とを併用することで、さらに脱窒処理速度が高まることが明らかとなった。

また、比較例５に示す結果から、エタノールを硝酸水溶液１０に直接添加した直後に硝酸イオン濃度が急激に低下することが確認されたことから、エタノール等の電子供与体１３ａを被処理水１０に直接添加することで、脱窒処理速度を即時的を高めることが可能であることが明らかとなった。この理由は、エタノールを硝酸水溶液１０に直接添加したことにより、担体３に担持されている通性嫌気性菌の脱窒菌にエタノールが供給され、担体３の近傍の酸素が呼吸により消費されることによってＤＯ値が低下して、担体３の近傍に嫌気環境が形成されたことと、アイドリング状態にある脱窒菌に電子供与体１３ａが供給されたことに起因するものと推定される。

この結果から、好気性一般細菌を含む被処理水を処理する場合には、ＤＯ値をさらに低下させやすくすることができると考えられる。また、好気性一般細菌を含まない場合であっても、通性嫌気性菌である脱窒菌だけを担体３に担持させることで、バイオリアクター８の脱窒処理能力を即時的に高めることができるという本発明の効果を得られることが明らかとなった。

以上、本実施例の実験結果から、バイオリアクター８を被処理水１０に浸漬することによって、被処理水１０の硝酸性窒素濃度がほとんど変動することの無い場合には、バイオリアクター８の優れた脱窒処理能力を発揮させながら排水処理を行い、被処理水１０の硝酸性窒素濃度が増加してバイオリアクター８の脱窒処理能力を超えた場合にのみ、被処理水１０にエタノール等の電子供与体１３ａを直接添加することによって、脱窒処理速度を即時的に高め、被処理水１０の硝酸性窒素濃度を常時目標濃度以下に低減することが可能であることが明らかとなった。

本発明の排水処理システムの一実施形態を示す図である。 電子供与体供給装置の一例を示す図である。 電子供与体供給装置の他の例を示す図である。 図２の電子供与体供給装置の容器の非多孔性膜部分に担体が備えられた例を示す図である。 本発明の排水処理システムの他の実施形態を示す図である。 窒素ガスによる曝気（嫌気）条件下での排水処理試験結果を示す図である。 空気による曝気（好気）条件下での排水処理試験結果を示す図である。 従来の電子供与体供給装置の構成を示す図である。 従来のバイオリアクターの構成を示す図である。

符号の説明

１ 排水処理システム
２ 脱窒菌
３ 担体
４ 非多孔性膜
５ 容器
６,１３ａ 電子供与体
７ 電子供与体供給装置
８ バイオリアクター
１０ 被処理水
１１ 排水処理槽
１１ａ 流入部
１１ｂ 排出部
１２ 硝酸性窒素濃度測定手段
１３ 電子供与体供給手段
１４ 制御手段
１６ 第二の担体
１７ 濾過膜

Claims (3)

1. 少なくとも脱窒菌が担持されている担体と、非多孔性膜を少なくとも一部に備える密封構造の容器内に前記脱窒菌のエネルギー源となる電子供与体が充填されている電子供与体供給装置とを含み、前記担体が前記電子供与体供給装置の前記非多孔性膜部分の周りに配置されているバイオリアクターを被処理水に浸漬し、前記バイオリアクターでは前記電子供与体供給装置の前記非多孔性膜部分から前記非多孔性膜の分子透過性能に支配される速度で前記電子供与体が前記脱窒菌に供給されて脱窒処理が行われ、前記被処理水に含まれる硝酸性窒素が窒素ガスに還元処理されて前記被処理水の硝酸性窒素濃度が低減される排水処理方法において、前記被処理水の硝酸性窒素濃度が増加して前記バイオリアクターの脱窒処理能力を超えたときに、前記電子供与体供給装置からの前記電子供与体の供給とは別個に、電子供与体を前記被処理水に直接添加し、前記被処理水の硝酸性窒素濃度を常時目標濃度以下に低減することを特徴とする排水処理方法。
2. 少なくとも脱窒菌が担持されている担体と、非多孔性膜を少なくとも一部に備える密封構造の容器内に前記脱窒菌のエネルギー源となる電子供与体が充填されている電子供与体供給装置とを含み、前記担体が前記電子供与体供給装置の前記非多孔性膜部分の周りに配置されているバイオリアクターと、被処理水の流入部及び排出部を備える排水処理槽とを少なくとも有し、前記バイオリアクターは前記排水処理槽内の前記被処理水に浸漬され、前記バイオリアクターでは前記電子供与体供給装置の前記非多孔性膜部分から前記非多孔性膜の分子透過性能に支配される速度で前記電子供与体が前記脱窒菌に供給されて脱窒処理が行われ、前記被処理水に含まれる硝酸性窒素が窒素ガスに還元処理されて前記被処理水の硝酸性窒素濃度が低減される排水処理システムにおいて、前記被処理水の硝酸性窒素濃度を測定する硝酸性窒素濃度測定手段と、前記被処理水に電子供与体を直接添加する電子供与体供給手段と、前記硝酸性窒素濃度測定手段により測定された前記被処理水の硝酸性窒素濃度が前記バイオリアクターの脱窒処理能力を超えたと判断されたときに前記電子供与体供給手段を作動させる制御手段とを有することを特徴とする排水処理システム。
3. 前記排水処理システムは、前記担体とは別の第二の担体と、濾過膜または濾過装置とをさらに有し、前記第二の担体には少なくとも脱窒菌が担持されて前記排水処理槽内の前記被処理水に分散され、前記排水処理槽の前記排出部から排出される前に前記被処理水が通過する位置に前記濾過膜が配置されて、前記被処理水から前記第二の担体が濾過分離される請求項２に記載の排水処理システム。

Images