JP2010207785A - 排水の処理方法及び排水処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アナモックス細菌を利用した従来技術の課題を解決し、処理水中に硝酸根が残留することなく、有機物とアンモニア性窒素とを有する排水を効率よく処理する排水処理方法及び排水処理装置の提供。
【解決手段】有機物とアンモニア性窒素とを含有する原水を浄化処理する方法であって、工程Ａ：原水を、原生動物の実質的不存在下、細菌によって好気的に処理を行う細菌槽に導入して細菌処理し、該細菌により排水中の有機物を生物分解し、増殖した細菌を固液分離処理して除去する有機物の分解工程；工程Ｂ：工程Ａで得た処理水中のアンモニア性窒素の一部を、好気的条件下、アンモニア酸化細菌で亜硝酸性窒素に酸化する工程；工程Ｃ：工程Ｂで亜硝酸化された亜硝酸性窒素と、工程Ｂで亜硝酸性窒素に酸化されなかったアンモニア性窒素とを含む被処理水を、脱窒槽内で、嫌気的条件下、独立栄養性脱窒細菌により上記処理水を脱窒処理する工程を有する排水処理方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、排水処理方法及び排水処理装置に関し、より詳しくは、有機物とアンモニア性窒素とを含有する原水を、独立栄養性脱窒細菌（いわゆるアナモックス細菌）を利用して生物学的に処理する方法に関する。本発明において、有機物とは、ＢＯＤで示される有機物を意味する。

従来、排水中の窒素を生物学的に除去する方法としては、まずアンモニウムイオン（ＮＨ₄ ⁺）をアンモニア酸化細菌により亜硝酸イオン（ＮＯ₂ ^-）に酸化し、次いでＮＯ₂ ^-を亜硝酸酸化細菌で硝酸イオン（ＮＯ₃ ^-）に酸化して、このＮＯ₃ ^-を脱窒細菌により窒素ガス（Ｎ₂）へと還元する硝化脱窒法が一般的である。しかし、硝化脱窒法は、膨大な酸素供給を必要とし、装置が大掛かりになることや、脱窒細菌の代謝のためにメタノールのような炭素源の供給を必要とし、さらに、脱窒工程から発生する大量の余剰汚泥の処理が必要となるなど、運用コストがかさむといった問題がある。

このような問題に対し、近年、アンモニウムイオンと亜硝酸イオンを直接窒素ガスと水に変換する反応（嫌気的アンモニア酸化反応；アナモックス反応）を行う細菌（アナモックス細菌）が同定され、該アナモックス細菌を利用して、硝化脱窒法に代わる新たな排水処理方法を確立するための研究、開発が進められている（例えば、特許文献１、２及び３）。従来の硝化・脱窒反応を利用した方法と比較して、アナモックス反応を利用した方法では、高い窒素除去率の達成が可能となることのみならず、メタノールのような外部炭素源が不要であり、さらに、硝化に要する酸素供給量の５０％以上の削減、余剰汚泥の７０％以上もの削減が可能であり、反応槽をはじめとして設備を小型化できるなど、極めて経済的な処理が可能となることから、実排水への利用技術の確立が期待される。

しかしながら、実際の排水にアナモックス細菌を利用した例は少なく、工業的に有用な処理方法とするためには、さらなる検討が必要である。特に、アンモニア性窒素と有機物とが含まれる実際の排水について、アナモックス細菌を利用して処理するための研究、開発は遅れている。これは、有機物を酸化分解する好気性細菌と比べてアナモックス細菌は増殖が遅く、有機物を分解する工程で使用した好気性細菌等が混入することや、残存する有機物のために嫌気槽での従属栄養性脱窒菌が増殖することによりアナモックス細菌の生育が阻害されることがあり、これらの細菌を同時に管理することが困難であることが一因であると考えられる。また、アナモックス反応を起こさせるためには、被処理水中のアンモニア性窒素を分解して亜硝酸イオンにする必要があるが、実際の排水では、この点の制御が難しいという問題もある。本発明者らの検討によれば、有機物とアンモニア性窒素とを含有する排水をアナモックス細菌によって処理する場合に、該処理に先だって排水中の有機物を分解するために従来の活性汚泥法を用いた場合には、有機物を生物分解する長い滞留時間の間に、アンモニア性窒素の硝化が進行し、硝酸性窒素が生じる。これに対して、アナモックス細菌による処理では、硝酸性窒素は利用されないため、処理水中に硝酸性窒素が残留するといった問題が生じる。上記したように、排水中の脱窒処理に有用であると考えられるアナモックス細菌による処理の工業的な利用については、種々の課題があり、利用技術の確立が待望されている。

特許第３９３７６６４号公報 特許第３９２５９０２号公報 特開２００６−８８０９２号公報

従って、本発明の目的は、上述したアナモックス細菌を利用した従来の処理技術における問題点を解決し、処理水中に窒素分が残留することなく、有機物とアンモニア性窒素とを含有する排水を効率よく処理できる排水処理方法及び排水処理装置を提供することである。本発明の目的は、特に、高濃度の有機物とアンモニア性窒素を含有する排水中のアンモニア性窒素を効率よく処理することができる排水処理方法及び排水処理装置を提供することである。

上記目的は以下の本発明により達成される。すなわち、本発明は、有機物とアンモニア性窒素とを含有する原水を浄化処理する方法であって、下記の工程Ａ〜Ｃを有することを特徴とする排水処理方法である。
工程Ａ：上記原水を、原生動物の実質的不存在下、細菌によって好気的に処理を行う細菌槽に導入して細菌処理し、該細菌により上記排水中の有機物を生物分解し、増殖した細菌を固液分離処理して除去する有機物の分解工程；
工程Ｂ：工程Ａで得た処理水中のアンモニア性窒素の一部を、好気的条件下、アンモニア酸化細菌により亜硝酸性窒素に酸化する工程；及び、
工程Ｃ：工程Ｂで亜硝酸化された亜硝酸性窒素と、工程Ｂで亜硝酸性窒素に酸化されなかったアンモニア性窒素とを含む被処理水を、脱窒槽内で、嫌気的条件下、独立栄養性脱窒細菌により上記処理水を脱窒処理する工程。

前記排水処理方法においては、さらに、下記のように構成することが好ましい。工程Ｂで、工程Ａで得た処理水の一部を亜硝酸化槽に導入し、該亜硝酸化槽内で、好気的条件下、アンモニア酸化細菌により処理水中のアンモニア性窒素のほぼ全てを亜硝酸性窒素に酸化し、亜硝酸化槽からの亜硝酸性窒素を含む処理水と、亜硝酸化槽に導入しない工程Ａからのアンモニア性窒素を含む処理水とを脱窒槽に導入して工程Ｃの処理をすること；工程Ｂで、工程Ａで得た処理水の全部を亜硝酸化槽に導入し、該亜硝酸化槽内で、好気的条件下、アンモニア酸化細菌により処理水中のアンモニア性窒素の一部を亜硝酸性窒素に酸化し、亜硝酸化槽内からの処理水を脱窒槽に導入して工程Ｃの処理をすること；工程Ｃの脱窒槽内に導入された被処理水中のアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素のモル比が１：１〜２となるように、工程Ａで得た処理水中のアンモニア性窒素を工程Ｂで亜硝酸化させること；工程Ａで使用する細菌が非凝集性細菌であり、増殖した非凝集性細菌の除去を、加圧浮上分離処理を少なくとも含む固液分離処理によって行うこと；さらに、前記工程Ｂの処理水又は工程Ｃの処理水を固液分離処理する工程を設けること；原水が、鉄鋼の洗浄排水、めっき工場の排水、嫌気性消化脱離液、食品加工排水のいずれかであることが好ましい。

また、本発明の別の実施形態は、有機物とアンモニア性窒素とを含有する原水を浄化処理するための排水処理装置であって、上記原水を導入し、原生動物の実質的不存在下、細菌によって好気的に処理を行う細菌槽と、細菌槽で処理した処理水の少なくとも一部についてアンモニア性窒素を、好気的条件下、アンモニア酸化細菌で亜硝酸性窒素に酸化するための亜硝酸化槽と、細菌槽で処理され、かつ、亜硝酸化槽で亜硝酸化された亜硝酸性窒素を含む処理水と、細菌槽で処理され、かつ、亜硝酸化槽での亜硝酸化がされなかったアンモニア性窒素を含む処理水とを被処理水として、嫌気的条件下、独立栄養性脱窒細菌により上記処理水を脱窒処理するための脱窒槽とを少なくとも備えてなることを特徴とする排水処理装置である。

前記排水処理装置においては、さらに、下記のように構成することが好ましい。細菌槽で処理した処理水を、脱窒槽に導入する処理水と、亜硝酸化槽に導入する処理水とに分配するための導入路を有し、該導入路によって、脱窒槽に導入する処理水と亜硝酸化槽に導入する処理水との導入比率が１：１〜２となるように構成されていること；細菌槽の細菌が非凝集性細菌であり、増殖した細菌を除去するための固液分離処理槽に、加圧浮上分離槽を有することが好ましい。

本発明によれば、処理水中に窒素分が残留することなく、有機物とアンモニア性窒素とを含有する排水を効率よく処理できる、アナモックス細菌を利用した排水処理方法及び排水処理装置が提供される。本発明によれば、特に、有機物と、アンモニア性窒素とを高濃度に含有する排水を、効率よく処理することができる排水処理方法及び排水処理装置の提供が可能となる。

本発明の排水の処理方法の一例を示すフロー図である。 本発明の排水の処理方法の他の例を示すフロー図である。 本発明の排水の処理方法の他の例を示すフロー図である。

以下、本発明に関する好ましい実施形態を添付図面に従って説明するが、本発明は下記の実施形態に限定されるものではなく、適宜変更して実施することもできる。本発明者らは、有機物とアンモニア性窒素とを含有する原水を処理する場合に、有機物の分解の際に硝酸性窒素が生じないようにすること、さらに、アナモックス反応を効率よく実施するためには、有機物を除去した原水中のアンモニア性窒素の一部を亜硝酸イオンに変換し、特に好ましくは、アンモニア性窒素の半量程度を亜硝酸イオンに変換させ、脱窒槽における被処理水を、亜硝酸イオンと、亜硝酸イオンに変換させなかったアンモニアイオンとを含む状態にして、アナモックス細菌で処理するプロセスを確立することが有効であることを知見して、本発明に至ったものである。
図１は、本発明の排水の処理方法の概略を示すフロー図である。原水（排水）は、まず排水供給路１から細菌槽２に導入され、好気的条件下で処理される。本発明で処理の対象となる排水は、有機物とアンモニア性窒素とを含有する排水である。本発明で使用する細菌槽２は、従来の活性汚泥法に比べて高負荷運転が可能であるため、高濃度の有機物を含有する排水をそのまま処理することができるという利点があり、有機物を高濃度に含有する排水に適用可能である。本発明の排水の処理方法で処理対象とできる具体的な排水としては、鉄鋼の洗浄排水、めっき工場排水、嫌気性消化脱離液、及び食品加工排水などが挙げられる。

本発明の排水処理方法を構成する工程Ａは、原生動物の実質的不存在下、細菌で好気的に処理を行う細菌槽２に排水を導入して細菌処理し、該細菌により上記排水中の有機物を生物分解し、増殖した細菌を除去する有機物の分解工程である。細菌としては、細菌槽２中に良好な状態で浮遊する非凝集性細菌を用いることが好ましい。工程Ａで好適に用いることのできる非凝集性細菌が選択的に生息する細菌槽２は、特公昭５６−４８２３５号公報に記載の方法で容易に得ることができる。

好気的条件での生物処理では、排水中にアンモニア性窒素が存在する場合、アンモニア酸化細菌による硝化によって、亜硝酸性窒素、さらに分解が進むと硝酸性窒素が発生する。本発明者らの検討によれば、従来の活性汚泥法では、有機物の処理効率に劣り、細菌槽２中における水の滞留時間を長く取らなければならないため、硝化が進行して硝酸性窒素が発生する場合がある。一方、アナモックス細菌は硝酸性窒素を消費しないため、その後の処理水中に硝酸性窒素が残留するという問題が生じる。

これに対し、本発明では、アナモックス細菌による処理に先だち、原生動物の実質的不存在下、細菌、より好ましくは非凝集性細菌によって好気的な処理を行う。従来の有機物の生物処理では、種々の細菌や原生動物等が混在した状態の活性汚泥で処理を行っているため、細菌槽２内では、有機物が細菌によって分解されるとともに、増殖した細菌が原生動物に捕食されるという生物活動が起っている。さらに、このような処理の後に、固液分離処理して余剰汚泥を除去することで、有機物の分解・除去を行っているため、被処理水の滞留時間を長くすることを要し、その間に硝化が進行して硝酸性窒素を生じる。これに対し、本発明では、原生動物が実質的に存在しない状態の細菌槽２で、細菌によって有機物を分解させるため、排水中の有機物は細菌によって迅速に分解されて、有機物が細菌に変換される。このため、細菌槽２では、従来の活性汚泥槽と比較して高負荷運転が可能であり、排水中の有機物の濃度が同じであれば処理時間を短くすることができる。そして、本発明では、増殖した細菌は、固液分離処理によって除去している。このため、従来の活性汚泥処理によって同程度の有機物の分解を行った場合に比べて、亜硝酸性窒素、さらには、硝酸性窒素の発生を格段に減らすことができる。

また、本発明で用いる細菌槽２は、同程度の有機物分解能力を持つ活性汚泥槽よりも小型ですむため、排水処理装置全体の小型化に寄与できる。本発明の工程Ａでは、細菌槽で増殖した細菌を固液分離処理によって除去するが、図２に示すように、細菌槽２の下流側に固液分離装置９を配置し、処理水を固液分離処理することで行うことが好ましい。固液分離装置９としては、例えば、加圧浮上分離装置、沈殿槽、ろ過装置などを用いることができる。特に、細菌として非凝集性のものを用いた場合には、該細菌は、処理水中で沈殿しないという性質を有するため、加圧浮上分離装置を用いて処理水を固液分離処理することが好ましい。工程Ａにおいて、細菌の発生量が極めて少ない場合には、増殖した細菌を除去することを省くことも可能である。しかし、次に説明する本発明の工程Ｂで使用するアンモニア酸化細菌、特に、工程Ｃで使用するアナモックス細菌は、いずれも増殖速度が非常に遅く、処理槽中に他の細菌が混入することにより、成長が阻害されるおそれがあるので、工程Ａで増殖した細菌は、処理水中から確実に除去することが有効である。このため、加圧浮上分離処理槽と沈殿槽等、複数の装置を組み合わせて固液分離処理を行うことも有効である。

本発明の排水処理方法を構成する工程Ｂでは、前記した工程Ａの処理後に得た処理水中のアンモニア性窒素の一部を、好気的条件下、アンモニア酸化細菌により亜硝酸性窒素に酸化する。その具体的な方法としては、下記の２つの方法が挙げられる。その一つは、予め工程Ａで処理した処理水を分配し、亜硝酸化槽４への導入量をコントロールすることで、亜硝酸性窒素を含有する処理水とした後、これと、工程Ａで処理したアンモニア性窒素を含有する処理水とを併合して処理する方法である。具体的には、図２に示したように、工程Ａで有機物を細菌によって分解除去した後に得た処理水の一部を流路３Ａから亜硝酸化槽４へと導入し、該亜硝酸化槽４内で、アンモニア酸化細菌により処理水中の全部のアンモニア性窒素を亜硝酸性窒素に酸化し、これを脱窒槽６へと導入するとともに、工程Ａで処理した処理水を流路３Ｂから直接、脱窒槽６へと導入するように構成する。この方法は、工程Ａからの処理水を量的にコントロールすればよいので、制御がし易いという利点がある。

別の方法としては、図３に示したように、工程Ａで得た処理水の全部を亜硝酸化槽４に導入し、該亜硝酸化槽４内で、好気的条件下、アンモニア酸化細菌により処理水中のアンモニア性窒素の一部を亜硝酸性窒素に酸化し、亜硝酸化槽４内からの処理水が、亜硝酸性窒素とアンモニア性窒素とを混在したものになるようにする方法が挙げられる。この方法では、亜硝酸化槽４内におけるアンモニア酸化細菌によるアンモニア性窒素の分解の進行を最適な状態に制御する必要があるが、細菌槽で処理した処理水を一括して処理できるので、処理を同時進行することができるという利点がある。亜硝酸化槽４内におけるアンモニア酸化細菌による分解の状態を適宜に制御する方法としては、ｐＨ、水温、溶存酸素、を調整するといった方法が挙げられる。

いずれの方法によっても、工程Ｂで、原水中のアンモニア性窒素の一部をアンモニア酸化細菌によって亜硝酸化させることが必要となるが、酸化させる量は、次の工程Ｃで行うアナモックス反応を利用した脱窒処理の効率を決定づける重要な要素となる。例えば、原水中のアンモニア性窒素のモル数の半量から３分の２程度とすることが好ましいが、この点については後述する。

工程Ｂで行うアンモニア酸化細菌によって亜硝酸化を行う亜硝酸化槽４としては、活性汚泥槽、固定床、流動床を用いることができる。アンモニア酸化細菌によってアンモニア性窒素を酸化する場合に、反応を亜硝酸性窒素に留めておくための具体的な方法としては、下記に挙げるような方法がある。例えば、ｐＨを７〜９に調整する方法によれば、確実に、アンモニア性窒素を亜硝酸性窒素に酸化できる。より好ましくは、槽内のｐＨを８．０、溶存酸素２ｍｇ／Ｌ以下、水温３０〜４０℃で処理する。特には、水温を３５℃とすることが好ましい。

本発明の工程Ｂで使用できるアンモニア酸化細菌の例としては、Nitrosomonas、Nitrosococcus及びNitrosospiraを挙げることができる。アンモニア酸化細菌は増殖速度が遅いので、担体を亜硝酸化槽４内に投入してアンモニア酸化細菌を担持させることが好ましい。

工程Ｂの次の工程Ｃで使用するアナモックス細菌は、増殖速度が非常に遅く、処理槽中に他の細菌が混入することにより、増殖が阻害されるおそれがあるので、工程Ｂで使用した細菌を、工程Ｂからの処理水中から除去することが有効である。このため、亜硝酸化処理（工程Ｂ）の後に固液分離処理を行うことが好ましい。また、工程Ｂの亜硝酸化処理を継続すると処理槽中に原生動物が発生する。当該原生動物は、工程Ａからの処理水に混入した細菌を捕食するため、工程Ｃで使用する独立栄養性脱窒菌の安定な培養に貢献できる。

本発明の排水処理方法を構成する次の工程Ｃについて説明する。工程Ｃでは、工程Ａで有機物を除去した処理水の一部を工程Ｂで処理した後、アンモニア性窒素と亜硝酸性窒素とを含有するようにした被処理水を、アナモックス細菌により脱窒処理する。工程Ｃは、酸素を遮断し脱窒槽６内で、嫌気的条件下で処理を行う。

工程Ｃでは、嫌気的条件下で、アナモックス反応を利用することにより、被処理水中に含まれるアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素から、以下の式１により窒素ガスが発生して脱窒が行われる。

本発明の工程Ｃに好適に使用できるアナモックス細菌の例としては、Candidatus“Brocadia"などを挙げることができる。なお、現段階では、アナモックス細菌は純粋培養をすることはできていない。

本発明の工程Ｃで使用するアナモックス細菌は、成長が非常に遅く、他の細菌の影響も受け易いため、脱窒槽６では、担体に固定した状態で培養されたものを使用することが好ましい。アナモックス細菌を定着させるための担体としては、不繊布製、ポリウレタンフォーム製、セラミックス製などの市販の担体を使用することができる。

本発明の排水処理方法においては、工程Ｃで、上記したアンモニウムイオンと亜硝酸イオンが直接窒素ガスと水に変換するアナモックス反応によって、被処理水中のアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素とを構成している全ての窒素が、窒素ガスに変換するように構成することが好ましい。そのためには、脱窒槽内における被処理水中のアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素のモル比が、１：１〜２となるように調整することが有効である。前記した反応式１に示したように、理論的には、アンモニア性窒素と亜硝酸性窒素とは１：１で反応する。しかし、本発明者らの検討によれば、脱窒槽中における両者のモル比は、アンモニア性窒素と亜硝酸性窒素とを同等とするよりも、亜硝酸性窒素の量がアンモニア性窒素の量よりも幾分多くなるように調整すると、アンモニア性窒素の分解をより確実にすることができるので好ましい。一方、アンモニア性窒素に対する亜硝酸性窒素のモル比が２倍よりも大きくなると、処理水中に亜硝酸性窒素が残留するようになるため好ましくない。

工程Ｃにおける脱窒槽内におけるアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素のモル比の調整は、工程Ａで処理した処理水を、工程Ｂの亜硝酸化槽４と、工程Ｃの脱窒槽６とに予め分けて送るように構成し、その際に、工程Ｂの亜硝酸化槽４へと送る量を、工程Ｃの脱窒槽６へ送る量と同じか、最大２倍量とすることで容易に行うことができる。工程Ａで処理した処理水の全部を工程Ｂの亜硝酸化槽４内へと送り、該亜硝酸化槽内で、処理水中のアンモニア性窒素の一部を亜硝酸性窒素に変換させる場合における変換量を制御する方法としては、先に述べた通り、槽内のｐＨを８．０、溶存酸素２ｍｇ／Ｌ以下、水温３０〜４０℃で処理する方法等が挙げられる。

上記のような構成の本発明の排水処理方法で処理された処理水は、有機物とアンモニアの含有量が極めて少ないため、沈殿槽８で固液分離処理を行って汚泥を除去した上で、下水放流することが可能である。沈殿槽８としては、従来公知の固液分離装置を広く利用できる。沈殿槽８から汚泥の一部を取り出し、脱窒槽６に返送するのも好ましい形態である。工程Ｂの処理液を固液分離しない場合には、図１に示したように、工程Ｃで得られた処理水を固液分離し、分離した汚泥の一部を亜硝酸化槽４に返送するように構成してもよい。

以下、実施例及び比較例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

［実施例１］
＜人工排水の調製＞
図２に記載の処理フローからなる排水処理の試験装置を作製し、表１に示した組成の人工排水の処理を連続して行った。なお、表１中のsolution 1とsolution 2の組成は、それぞれ、表２及び表３に示す通りである。

＜排水処理装置の構成＞
細菌槽２としては、容量０．８Ｌの曝気槽を使用し、細菌には非凝集性細菌を用いた。具体的には、特公昭５６−４８２３５号公報に記載の方法で、処理槽内を、原生動物が実質的に存在せず、非凝集性細菌が選択的に生息する環境にした。

亜硝酸化槽４としては、容量２．５Ｌの曝気槽を使用し、槽内に体積として３０％のスポンジ担体を投入してアンモニア酸化細菌を付着させた。その際に、曝気条件を細菌槽２におけるよりも弱くした。

脱窒槽６としては、容量２Ｌの嫌気槽を使用し、槽内にアナモックス細菌を担持したポリウレタンフォームからなる担体を投入した。

＜各処理槽の条件＞
表４に、細菌槽２、亜硝酸化槽４及び脱窒槽６における処理条件を示した。また、表４中に比較例で使用した活性汚泥槽における処理条件を合わせて示した。

＜人工排水の処理＞
上記で調製した人工排水を使用して、図２に示した処理フローに従って処理を行った。なお、処理前における人工排水の分析結果を表５に示した。まず、人工排水を細菌槽２に導入し、表４に記載の条件で好気処理した。処理後における処理水についての分析結果を表５に示した。この結果、ＢＯＤで示される有機物が分解し、ＳＳで示される懸濁質成分（細菌）に変化したことが確認した。次に、固液分離処理でＳＳを除去し、その後、処理した処理水を亜硝酸化槽４に導入し、表４に記載の条件で亜硝酸化処理を行った。その際、処理した処理水の半量を亜硝酸化処理し、残りの処理水は、亜硝酸化処理せずに脱窒槽６に導入されるように設計した。亜硝酸化処理後の処理水の分析結果を表５に示した。次に、固液分離処理でＳＳを除去した亜硝酸化処理をしない処理水と、亜硝酸化処理後の処理水とを脱窒槽６に導入し、表４に記載の条件で脱窒処理した。脱窒処理後の処理水の分析結果を表５に示した。なお、表５においては、アンモニア性窒素は「ＮＨ₄−Ｎ」で表し、亜硝酸性窒素は「ＮＯ₂−Ｎ」で表し、硝酸性窒素は「ＮＯ₃−Ｎ」で表す。

［比較例１］
表１に記載の組成の人工排水を、細菌槽に代えて活性汚泥槽で有機物の分解処理を行い、固液分離した処理水を用いた以外は実施例１と同様にして、処理を行った。活性汚泥槽の運転条件を表４に示し、最終処理水の水質の分析結果を表５に示した。

これらの結果より、実施例１の処理方法で排水を処理した場合には、比較例１の処理方法で処理した場合に比べて、処理水中の硝酸性窒素濃度及びＳＳ濃度が低い、良好な水質の最終処理水を得られることを確認した。また、処理に要する時間は格段に短くてすみ、処理設備も小型化できることを確認した。実施例１の処理方法による最終処理水中の硝酸性窒素濃度が、比較例１の処理方法による最終処理水よりも低いのは、有機物の好気的処理を行った細菌槽の水理学的滞留時間（ＨＲＴ）を、活性汚泥槽のＨＲＴ（３日）に比べて１５分の１の４．８時間と短くできるため、アンモニア性窒素が硝酸にまで酸化するのを抑えることができたと考えられる。

［実施例２］
細菌槽で処理後に固液分離処理でＳＳを除去した処理水の亜硝酸化槽４への導入量が、脱窒槽６への導入量の２倍（すなわち、アンモニア性窒素と亜硝酸性窒素のモル比が１：２）になるようにしたこと以外は、実施例１と同様の方法で人工排水を処理した。その際の脱窒処理後における最終処理水の水質を表５に示した。

［実施例３］
細菌槽で処理後に固液分離処理でＳＳを除去した処理水の亜硝酸化槽４への導入量が、脱窒槽６への導入量の２．５倍（すなわち、アンモニア性窒素と亜硝酸性窒素のモル比が１：２．５）になるようにしたこと以外は、実施例１と同様の方法で人工排水を処理した。その際の脱窒処理後における最終処理水の水質を表５に示した。

実施例１及び２と、本実施例とによる最終処理水の水質を比較した。この結果、細菌槽で処理した処理水を脱窒槽に導入する処理水と、亜硝酸化槽に導入する処理水との導入比率によって最終処理水中の亜硝酸性窒素の量が影響を受けることがわかった。そして、１：１〜２（すなわち、アンモニア性窒素と亜硝酸性窒素のモル比が１：１〜２）とすることが、最終処理水中に亜硝酸性窒素が残存しないより適切な比率であることを確認した。

［実施例４］
図３に記載の処理フローの排水処理装置を製造し、表１の組成の人工排水の処理を行った。細菌槽２で処理した処理水の全量を亜硝酸化槽４へと送り、そのアンモニア性窒素の一部を亜硝酸性窒素に変換し、これを脱窒槽６へと導入して、アナモックス細菌で処理した。本実施例の場合は、亜硝酸化槽４と、脱窒槽６の後にそれぞれ沈殿槽８Ａ及び８Ｂを設置し、固液分離処理を行い、分離した汚泥の一部をそれぞれの槽に返送した。それぞれの固液分離処理の後の処理水の水質を表５に示した。亜硝酸化槽４内で、アンモニア性窒素を亜硝酸性窒素に変換する際のコントロールは、ｐＨ、ＤＯ、ＨＲＴによって行い、脱窒槽６内における被処理水のアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素との比率が１：１となるように制御した。

表５の結果から、図３に示した処理フローの場合にも、図２で示した処理フローで処理した場合と同様の結果が得られることが明らかとなった。

本発明によれば、アナモックス細菌を利用した従来技術における問題点を解決し、処理水中に硝酸が残留することなく、有機物とアンモニア性窒素とを含有する排水を効率よく処理できる排水処理方法及び排水処理装置が提供できる。本発明の排水処理方法及び排水処理装置は、鉄鋼洗浄排水やメッキ工場の排水処理に特に有用である。

１：排水供給路
２：細菌槽
３、３Ａ、３Ｂ、５、７：流路
４：亜硝酸化槽
６：脱窒槽
８、８Ａ、８Ｂ：沈殿槽
９：固液分離装置

Claims (10)

1. 有機物とアンモニア性窒素とを含有する原水を浄化処理する方法であって、下記の工程Ａ〜Ｃを有することを特徴とする排水処理方法。
   工程Ａ：上記原水を、原生動物の実質的不存在下、細菌によって好気的に処理を行う細菌槽に導入して細菌処理し、該細菌により上記排水中の有機物を生物分解し、増殖した細菌を固液分離処理して除去する有機物の分解工程；
   工程Ｂ：工程Ａで得た処理水中のアンモニア性窒素の一部を、好気的条件下、アンモニア酸化細菌により亜硝酸性窒素に酸化する工程；及び、
   工程Ｃ：工程Ｂで亜硝酸化された亜硝酸性窒素と、工程Ｂで亜硝酸性窒素に酸化されなかったアンモニア性窒素とを含む被処理水を、脱窒槽内で、嫌気的条件下、独立栄養性脱窒細菌により上記処理水を脱窒処理する工程。
2. 工程Ｂで、工程Ａで得た処理水の一部を亜硝酸化槽に導入し、該亜硝酸化槽内で、好気的条件下、アンモニア酸化細菌により処理水中のアンモニア性窒素のほぼ全てを亜硝酸性窒素に酸化し、亜硝酸化槽からの亜硝酸性窒素を含む処理水と、亜硝酸化槽に導入しない工程Ａからのアンモニア性窒素を含む処理水とを脱窒槽に導入して工程Ｃの処理をする請求項１に記載の方法。
3. 工程Ｂで、工程Ａで得た処理水の全部を亜硝酸化槽に導入し、該亜硝酸化槽内で、好気的条件下、アンモニア酸化細菌により処理水中のアンモニア性窒素の一部を亜硝酸性窒素に酸化し、亜硝酸化槽内からの処理水を脱窒槽に導入して工程Ｃの処理をする請求項１に記載の方法。
4. 工程Ｃの脱窒槽内に導入された被処理水中のアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素のモル比が１：１〜２となるように、工程Ａで得た処理水中のアンモニア性窒素を工程Ｂで亜硝酸化させる請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記工程Ａで使用する細菌が非凝集性細菌であり、増殖した非凝集性細菌の除去を、加圧浮上分離処理を少なくとも含む固液分離処理によって行う請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
6. さらに、前記工程Ｂの処理水又は工程Ｃの処理水を固液分離処理する工程を設ける請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
7. 原水が、鉄鋼の洗浄排水、めっき工場の排水、嫌気性消化脱離液、食品加工排水のいずれかである請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
8. 有機物とアンモニア性窒素とを含有する原水を浄化処理するための排水処理装置であって、上記原水を導入し、原生動物の実質的不存在下、細菌によって好気的に処理を行う細菌槽と、
   増殖した細菌を除去するための固液分離処理槽と、
   細菌槽で処理した処理水の少なくとも一部についてアンモニア性窒素を、好気的条件下、アンモニア酸化細菌で亜硝酸性窒素に酸化するための亜硝酸化槽と、
   細菌槽で処理され、かつ、亜硝酸化槽で亜硝酸化された亜硝酸性窒素を含む処理水と、細菌槽で処理され、かつ、亜硝酸化槽での亜硝酸化がされなかったアンモニア性窒素を含む処理水とを被処理水として、嫌気的条件下、独立栄養性脱窒細菌により上記処理水を脱窒処理するための脱窒槽とを少なくとも備えてなることを特徴とする排水処理装置。
9. 細菌槽で処理した処理水を、脱窒槽に導入する処理水と、亜硝酸化槽に導入する処理水とに分配するための導入路を有し、該導入路によって、脱窒槽に導入する処理水と亜硝酸化槽に導入する処理水との導入比率が１：１〜２となるように構成されている請求項８に記載の装置。
10. 細菌槽の細菌が非凝集性細菌であり、増殖した細菌を除去するための固液分離処理槽に、加圧浮上分離処理槽を有する請求項８又は９に記載の装置。

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