JP2017104818A

JP2017104818A - 浄水処理設備の運転管理方法

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Publication number: JP2017104818A
Application number: JP2015241771A
Authority: JP
Inventors: 槙田　則夫; Norio Makita; 則夫槙田; 弘明仲田; Hiroaki Nakata; 安永　利幸; Toshiyuki Yasunaga; 利幸安永
Original assignee: Swing Corp
Current assignee: Swing Corp
Priority date: 2015-12-11
Filing date: 2015-12-11
Publication date: 2017-06-15
Anticipated expiration: 2035-12-11
Also published as: JP6517137B2

Abstract

【課題】低温であってもアンモニアイオンの硝化能力が低下しない浄水処理設備の運転管理方法を提供する。【解決手段】本発明の方法は馴致工程を有し、馴致工程では、処理対象の被処理水よりもアンモニア性窒素濃度の高い馴致用水溶液で硝化菌を馴致場用する。被処理水の水温低下などの要因で、浄水処理設備の硝化機能が低下したときには、予め馴致培養した硝化菌による硝化処理に切り替えると、浄水処理設備の硝化能力が低下せずに、長時間連続して浄水処理を行うことができる。【選択図】図１

Description

本発明は、水処理分野、特に上水道における高度浄水処理に使用される浄水処理設備の運転管理方法に関する。

わが国は、河川水、湖沼水及び地下水など清浄で豊富な水道水源に恵まれており、従来、浄水場では、例えば特許文献１の図１に示すような処理が一般的な浄水処理であった。

特許文献１には、従来の浄水処理装置および二酸化炭素排出負荷の小さい植物系活性炭使用した浄水処理装置と浄水処理方法が記載されており、活性炭吸着池における生物活性炭によるアンモニアの酸化作用に関する技術、また高度浄水処理のフローの前段に生物処理酸化池を組合せる処理フローが記載されている。

これは、除濁と消毒を基本目的としたもので、水処理剤としては、硫酸アルミニウム、ポリ塩化アルミニウムなどの凝集剤や塩素、次亜塩素酸ナトリウムなどの消毒剤のみが使用されてきた。

しかしながら、ライフラインとしての水道水源確保等を目的としたダム湖の増加、及び水源の富栄養化の進行に伴い、カビ臭物質である２−メチルイソボルネオール、ジェオスミンなどを産出するＰｈｏｒｍｉｄｉｕｍｔｅｎｕｅ、Ａｎａｂａｅｎａｓｐｉｒｏｉｄｅｓｖａｒ．ｃｒａｓｓａ、Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒｉａｔｅｎｕｉｓ、Ｍｉｃｒｏｃｙｓｔｉｓａｅｒｕｇｉｎｏｓａなどの藻類の異常繁殖、及びこれに伴う異臭味発生問題が生じ、通常処理では対応が難しくなった。

この異臭味対策として、通常処理のフローに加え、オゾン処理、生物処理及び活性炭処理などが行われるようになった。活性炭は、１０００ｍ²／ｇもの広大な比表面積を持つ微細孔を有しており、カビ臭物質などの有機物質を除去することができる。この活性炭は、形状の違いにより粉末活性炭、粒状成型活性炭、及び粒状破砕活性炭に分類され、粒状成型活性炭は、円柱状や球状などに成形されたもの、粒状破砕活性炭は破砕して粒状破砕物としたものなどである。

異臭味障害対策として、活性炭を使用するフローには、例えば特許文献１の図２、図３に示す２つのフローがあり、異臭味障害の発生頻度が小さい場合には、障害発生時期にのみ着水井などに粉末活性炭を注入する対処的な処理を、頻度が大きい場合には、粒状破砕活性炭を敷設した活性炭吸着池を設置して恒久的な処理を行うフローが選択される。

さらに、１９７０年代になると、水中のフミン酸などの有機物質と消毒剤の塩素剤の反応により生成される、発癌性物質であるトリハロメタン（クロロホルム、ブロモジクロロメタン、ジブロモクロロメタン、ブロモホルムの４物質の総称。以下、ＴＨＭと称する）を始めとする、ハロ酢酸、抱水ハラールなどを含む有機ハロゲン系の消毒副生成物の問題が顕在化し、水道の安全性を揺るがせかねない大きな問題となった。塩素消毒時に塩素との反応によって上記のような消毒副生成物を生成する有機物は、消毒副生成物の前駆物質（ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ）と称され、この有機物を効率よく除去し、塩素消毒副生成物を低減する技術が求められるようになった。

また、水源の富栄養化の進行などにより、水道原水に含有されるアンモニア性窒素も増加する傾向があるが、アンモニア性窒素は水道消毒に使用される塩素剤（液体塩素、次亜塩素酸ナトリウム）と反応して、いわゆるカルキ臭と称される異臭味を残留させるため、水道水を不味くさせる要因となる。

このため、安全でおいしい水を供給するという観点から、塩素剤添加位置の見直し、生物活性炭ＢＡＣ：（ＢｉｏｌｏｇｉｃａｌＡｃｔｉｖａｔｅＣａｒｂｏｎ、表面に繁殖した微生物による代謝機能により有機物分解作用およびアンモニア性窒素の硝酸化作用を有する粒状活性炭）処理など、塩素消毒副生成物の抑制を目的とした高度浄水処理が本格検討されるようになった。

ＢＡＣ処理は、凝集処理＋オゾン処理＋粒状活性炭処理＋後塩素処理の組合せを基本としたものである。まず、凝集処理による除濁と有機物質の粗除去、次いでオゾン処理により、残留有機物質の酸化分解及び低分子化・易生物分解化（ｂｉｏｄｅｇｒａｄａｂｌｅ）を経て、ＢＡＣ処理による残留有機物質の吸着除去及び生物分解、並びにアンモニア性窒素の低減が行われ、最終的に消毒副生成物の前駆物質となる有機物質やアンモニア性窒素をできるだけ減少させた後で塩素剤による消毒が行われる。ただし、未使用の粒状活性炭がＢＡＣ化するためには粒状活性炭表面に微生物が繁殖する必要があることから、一般的には３ヶ月〜６ヶ月程度かかると言われている。

上記のとおり、粒状活性炭を使用する浄水処理の処理フローとしては、オゾン処理併用の有無及び活性炭の配置位置の違いにより、特許文献１の図３、図４、図５、図６に示された４種が代表的であり、それぞれ用途に合わせた粒径の粒状破砕活性炭が使用されてきた。

砂ろ過池に前置される下向流活性炭吸着池には、粒径０．８５ｍｍ〜２．０ｍｍ、有効径１．１〜１．３ｍｍ、均等係数１．３以下の大粒径の石炭系粒状破砕活性炭（特許文献１の図４）、砂ろ過池に後置される下向流活性炭吸着池には、それぞれ粒径０．５ｍｍ〜２．０ｍｍ、平均径０．９〜１．１ｍｍ、均等係数１．５〜１．９の中粒径のヤシ殻系粒状破砕活性炭及び石炭系粒状破砕活性炭（特許文献１の図５）、上向流流動床活性炭吸着池には、粒径０．２ｍｍ〜１．７ｍｍ、有効径０．３５〜０．４５、均等係数１．４以上の小粒径の石炭系粒状破砕活性炭（特許文献１の図６）が使用されるのが一般的である。

これら以外に、上記処理フローにおいて、凝集沈澱池の前段に生物酸化処理池を組み合わせる方式、特許文献１の図５に示したような中粒径下向流活性炭吸着池の後段に、更にろ過池（凝集ろ過を含む）を組み合わせる方式などもある。

なお、オゾン処理を併用しない粒状活性炭であっても、また、オゾン処理を併用する生物活性炭においても、生物分解性の無い有機物が次第に蓄積されるため、吸着性能は次第に失われて行く。このように吸着性能がほとんど失われた活性炭は劣化炭などと称されるが、定期的な賦活再生を行うことによって活性炭としての有機物除去能力を再賦与することが可能である。

上水道用の活性炭の劣化炭は塩素消毒副生成物の前駆物質となる腐植質（フミン質、フミン酸、フルボ酸などの有機性着色物質）や、異臭味成分であるジェオスミン、２−メチルイソボルネオールなどの有機物を吸着しているが、これら石炭系破砕炭およびヤシ殻系破砕炭の劣化炭の再生には８００〜９５０℃の温度による水蒸気再生法が採用されることが一般的である。この有機物除去能力を再賦与させた活性炭は再生炭と称される。

ただし、表面に繁殖していた微生物は水蒸気再生の過程で失われているため、再生炭を活性炭吸着池に戻した場合には、再生炭がＢＡＣ化するまでに未使用活性炭同様、３ヶ月〜６ヶ月程度かかる。

また、菌付着担体の一例を示すと、例えば、特許文献２には、ポリビニルアルコールとアルギン酸ナトリウム混合液を塩化カルシウム溶液中に液滴して球状ゲルを作成した後、球状ゲルを凍結・解凍処理や硫酸ナトリウム処理することで不溶化させた菌付着担体が開示されている。

更に、菌体を内部に包括する包括固定化担体としては、例えば、特許文献３に、ポリエチレングリコールのジエステル又はメトキシポリエチレングリコールのモノエステルの重合体ゲルの内部に微生物を包括固定してなる菌包括固定担体が開示されている。

特開２０１１−４５８５３号公報特開平５−２７１４２５号公報特公昭６４−９０７２号公報

しかしながら、前述のとおり、高度浄水処理は安全でおいしい水造りの切札となるものであるが、アンモニア性窒素除去の点で更に解決すべき課題を有していた。即ち、ＢＡＣ処理において、アンモニア性窒素は、活性炭表面に繁殖した亜硝酸化菌・硝酸化菌により硝酸性窒素に酸化され低減するが、これらの微生物は２０℃未満（特に１０℃以下）の低水温になると活性度が著しく低下するという欠点を有していた。

それに加えて、夏季などの高水温期は、水源上流地域から清浄な融雪水が大量に供給されるため河川流量も多く、アンモニア性窒素濃度も０．１ｍｇ／Ｌ程度の低濃度に保たれるが、冬季などの低水温期には河川水量が低下するため、都市近郊部の清浄度に欠ける流入河川の水質の影響が高くなり、アンモニア性窒素濃度が２ｍｇ／Ｌ以上といった高濃度になる場合もある。このように、生物活性の低下する低水温時期に、逆にアンモニア性窒素濃度が高くなる傾向があるため、従来のＢＡＣ処理だけではアンモニア性窒素が十分に低減できない場合があるという課題があった。

残留したアンモニア性窒素は、浄水処理の最終工程で行われる塩素消毒（後塩素処理と称される）の際に、下記のようなブレークポイント塩素酸化を行うことで分解することができるが、アンモニア性窒素の分解には化学量論的には７．４倍の遊離塩素を必要とするため、残留アンモニア性窒素濃度が高いと所要塩素添加量多くなり、トリハロメタンなどの消毒副生成物が増加したり、いわゆるカルキ臭として知られる結合塩素由来の異臭味物質を副生させるため、後塩素消毒を実施する前の段階でアンモニア性窒素を完全に除去することが望まれていた。

（ブレークポイント処理）
２ＮＨ_３＋６Ｃｌ_２ → Ｎ_２↑ ＋６ＨＣｌ

また、未使用炭、再生炭の何れを使用する場合でも、これらの粒状活性炭がＢＡＣ化するまでの期間はアンモニア性窒素を除去できないという課題もあった。

本発明は、上記従来の課題に鑑み成されたものであり、その目的とするところは、アンモニア性窒素含有水を水源とする浄水処理において、活性炭付着した微生物の活性度低下を防止し、アンモニア性窒素の残留を低濃度に抑制することができる浄水処理設備の最適運転管理方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の運転管理方法は以下の構成とすることができる。
（１）被処理水に含まれるアンモニウムイオンを硝化菌で硝化する浄水処理設備の運転管理方法において、水温が１０℃〜３５℃であり、かつ、前記被処理水よりも高濃度のアンモニウムイオンを含有する馴致用水溶液で硝化菌を予め馴致しておく。被処理水の水温が２０℃未満に低下したときに、その被処理水を馴致した硝化菌と接触させて硝化工程を行う。
（２）アンモニウムイオン濃度はアンモニウム性窒素濃度として定義することが可能であり、馴致用水溶液のアンモニウム性窒素濃度は１ｍｇ／Ｌ以上３０ｍｇ／Ｌ以下にすることが好ましい。
（３）被処理水に凝集剤を添加して凝集沈殿する凝集沈殿池と、被処理水にオゾンを接触させるオゾン接触池と、被処理水を活性炭吸着処理する活性炭吸着池と、被処理水をろ過するろ過池とを有する浄水処理設備を運転管理する場合、少なくとも１台の前記活性炭吸着池に硝化菌を担持させておき、当該硝化菌に被処理水を接触させて硝化工程を行うことができる。
（４）馴致工程の場所は特に限定されず、活性炭吸着池の外部と内部の少なくとも一方で行うことができる。
（５）活性炭吸着池は複数台設置することも可能であり、この場合、１台以上の活性炭吸着池を予備池とし、他の１台以上の活性炭吸着池で被処理水の吸着処理を行い、被処理水の水温が所定温度以下に低下したときに、当該被処理水の通水を、吸着処理を行う活性炭吸着池から予備池に切り替え、硝化工程を行うことができる。
（６）上記のような浄水処理設備では、硝化工程の場所は特に限定されない。例えば、少なくとも凝集沈澱池よりも上流側に硝化菌を担持する硝酸化池を設置し、馴致工程後の硝化菌に、凝集沈殿前の被処理水を接触させて硝化工程を行うこともできる。
（７）ろ過池の上流側と下流側のいずれか一方又は両方に硝酸化池を設置し、馴致工程後の硝化菌に、ろ過処理前とろ過処理後のいずれか一方又は両方の被処理水を接触させて硝化工程を行うこともできる。
（８）更には、少なくとも凝集沈澱池とオゾン接触池の間に硝酸化池を設置し、馴致工程後の硝化菌に、凝集沈殿処理後であって、かつ、オゾン接触前の被処理水を接触させて硝化工程を行うこともできる。
（９）被処理水のアンモニウムイオン濃度と、水温のいずれか一方又は両方を測定し、測定したデータに基づき、馴致水溶液のアンモニウムイオン濃度と、硝化工程の開始時期のいずれか一方又は両方を制御することが好ましい。
（１０）有機物吸着能が低下した前記活性炭吸着池と、硝化能が低下した前記硝酸化池のいずれか一方又は両方を再生処理することも可能である。
（１１）更には、硝化工程の後に、被処理水を塩素消毒してもよい。

本発明によれば、高濃度アンモニウムイオン下で馴致した硝化菌を使用することで、低水温期であっても、処理水の残留アンモニア性窒素濃度を抑制することができる。

本発明に用いる浄水処理設備の第一例を示す模式図である。本発明に用いる浄水処理設備の第二例を示す模式図である。本発明に用いる浄水処理設備の第三例を示す模式図である。本発明に用いる浄水処理設備の第四例を示す模式図である。本発明に用いる浄水処理設備の第五例を示す模式図である。本発明に用いる浄水処理設備の第六例を示す模式図である。本発明に用いる浄水処理設備の第七例を示す模式図である。

以下、本発明を具体的に説明するが、本発明は特定の具体例に限定されるものではない。本発明は、水処理に有用な微生物を馴致する工程と、馴致した微生物を硝化等の処理に利用する工程とを有する。

以下にその具体例を説明する。

＜微生物＞
本発明は水処理工程に寄与する微生物（酵母、真菌、細菌類）であれば特に限定されず、複数種類の細菌類を利用することが可能であるが、特に、アンモニア性窒素の分解、除去に有用な微生物類を使用する。本発明では、アンモニア性窒素の酸化並びに亜硝酸の酸化に寄与する細菌類、即ち、硝酸菌（硝酸化菌）と亜硝酸菌（亜硝酸化菌）の少なくとも一方、好ましくは両方を使用可能であり、本願明細書ではこのような細菌類を硝化菌と称する。

これら硝化菌の利用法は特に限定されないが、担体に付着（定着）させて馴致することが好ましい。

＜担体＞
硝化菌は担体に付着（定着）させ、馴致する。この担体は特に限定されず、表面に硝化菌を付着させる菌付着担体と、内部に硝化菌を固定化する菌包括固定化担体のいずれか一方又は両方を用いることができる。

菌付着担体は、特に限定されないが、一例としては不溶化ゲルがある。不溶化ゲルは、例えば、ポリビニルアルコールとアルギン酸ナトリウム混合液を塩化カルシウム溶液中に液滴して球状ゲルを作成した後、球状ゲルを凍結・解凍処理や硫酸ナトリウム処理することで不溶化させたものである。

また、不溶化ゲルと一緒に、又は不溶化ゲルとは別に、他の担体を使用することも可能である。他の担体としては、活性炭材料（例えば粒状活性炭）、アンスラサイト破砕物、木炭破砕物、天然ゼオライト破砕物、人工ゼオライト成形物、粒状樹脂成型物、ガラス繊維、プラスチック繊維、セラミック多孔体等のいずれか１種以上の材料を用いることが可能である。これらのうち、粒状樹脂成形物としては、ポリウレタンフォーム、ポリビニルアルコール、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエチレングリコール、セルロース原料の樹脂成型物が使用できる。

包括固定化担体としては、例えば、ポリエチレングリコールのジエステル又はメトキシポリエチレングリコールのモノエステルの重合体ゲルの内部に微生物を包括固定してなる菌包括固定担体を使用することができる。なお、菌包括固定担体は、これに限定されるものではなく、硝化菌等の微生物を担体内部に包括可能であれば、例えば、ポリアクリルアミド、寒天、カラギーナン、コラーゲン、ポリビニルアルコール、アルギン酸を原料とした粒状ゲルを使用可能である。

硝化菌を担体に付着（定着）させる方法は特に限定されないが、別途分離培養した硝化菌、市販の硝化菌、または、硝化菌を含むであろう水若しくは土壌を、単独又は組み合わせて硝化菌の供給源として担体に接触させる。硝化菌の供給源となる水若しくは土壌は特に限定されず、汚泥水、海水等多様なものを用いることができるが、好ましくは、硝化処理の対象となる被処理水（塩素消毒前）を供給源として使用する。
次に、硝化菌の馴致工程を具体的に説明する。

＜馴致工程＞
馴致には、水を主成分とし、かつ、被処理水よりもアンモニウムイオン濃度（アンモニア性窒素濃度）が高い馴致用水溶液を使用する。馴致用水溶液には、例えば、浄水処理設備で処理前若しくは処理中の被処理水、浄水処理設備で処理後の処理水、浄水処理設備での処理対象外の水（河川水、雨水、排水等）、または、水道水等の多様な水源を利用可能であり、これらは２種以上を混合して用いることもできる。ただし、塩素等の硝化菌抑制物質を高濃度に含む場合は、脱塩素処理等の前処理が必要である。

馴致用水溶液は、被処理水よりもアンモニア性窒素濃度を高く維持する必要がある。ここで、アンモニア性窒素濃度の基準になる被処理水は、浄水処理設備に導入前（原水）であってもよいし、処理中のものでもよいが、好ましくは、低水温期（水温１０℃未満）以外の被処理水を基準にする。基準となる被処理水のアンモニア性窒素濃度は、後述するように、浄水処理中に測定してもよいし、過去の測定データから基準値を設定してもよい。

馴致用水溶液のアンモニア性窒素濃度は、一般に濃度が高いほど硝化工程の処理安定性が向上するが、必要以上に高濃度であるとコストが高くなり、また、高ｐＨが硝化菌に悪影響を与える場合もある。逆に、馴致用水溶液のアンモニア性窒素濃度が低すぎると硝化効果の持続期間が短くなり、その後の被処理水の水温低下やアンモニア性窒素濃度増加に対応できないため、適切な濃度を事前に予測して設定することもできる。

具体的には、馴致用水溶液のアンモニア性窒素濃度は１ｍｇ／Ｌ以上が好ましく、アンモニア性窒素濃度が３ｍｇ／Ｌ以上であることがより好ましく、アンモニア性窒素濃度が５ｍｇ／Ｌ以上であることが更に好ましい。その上限は特に限定されないが、好ましくは３０ｍｇ／Ｌ以下、より好ましくは１０ｍｇ／Ｌ以下である。

馴致用水溶液のアンモニア性窒素濃度が低い場合は、アンモニアをイオン又は塩の態様で添加する。また、硝化菌の培養を抑制しない物質であれば、ｐＨ緩衝剤、酸、アルカリ、糖類等の添加剤を馴致用水溶液に添加することも可能である。

馴致用水溶液、硝化菌を担持した担体及び硝化菌（担体）を収容した装置（槽、池、カラムなど）のいずれか１以上を加熱又は冷却して１０℃以上３５℃以下の温度に維持して馴致工程を行う。好ましくは、馴致用水溶液の水温を１０℃以上３５℃以下に維持する。馴致に必要な期間は特に限定されず、溶存酸素濃度、アンモニウムイオン濃度、硝化菌の初期担持量等により適宜変更可能であるが、２週間以上の馴致期間を設けることが好ましい。馴致工程を経た硝化菌を、続いて硝化工程に利用する。

＜硝化工程＞
本発明では、水温が一定温度以下に低下した被処理水、または、水温が一定温度以上であってもアンモニア性窒素濃度が所定濃度以上に上昇した被処理水の硝化に、上記馴致工程を経た硝化菌を利用し、浄水処理設備の硝化効率を高める。馴致工程を経た硝化菌の利用を水温が高い時期に開始しても処理安定性は高いが、その開始時期が早すぎると、その後の低水温期やアンモニア性窒素濃度の増加に対応できなくなる。

従って、硝化工程の開始時期（馴致工程の終了）の判断は、被処理水の水温とアンモニア性窒素濃度のいずれか一方、好ましくは両方を連続的（常時）または１回以上の回数で定期的に測定し、必要であれば集積した他のデータと照合して総合的に判断する。このようなデータは、馴致工程の条件（アンモニア性窒素濃度、温度）の設定にも利用可能である。実測以外に利用可能な他のデータとしては、過去に同一の浄水処理設備で測定したデータ、他の浄水処理設備で取得したデータ（過去データ含む）の他、公表データ（厚生労働省水道水質データベース、国土交通省水文水質データベース等）など、多様なデータを利用可能である。なお、アンモニウム性窒素濃度（アンモニア態窒素濃度）は、例えば、イオン電極法で測定できる（ＪＩＳＫ０１０１の３６．４等）

具体的には、２０℃未満、または１５℃以下の水温を設定温度とし、この設定温度以下に水温が低下したときに硝化工程を開始する。ただし、温暖地など、被処理水の水温低下の可能性が低い場合は、硝化効率のみを考慮し、１０℃以上、好ましくは１５℃以上、より好ましくは２０℃以上の水温で、硝化工程を開始することができる。この場合、例えば、被処理水のアンモニア性窒素濃度が所定濃度を超えた時を、硝化工程開始時期とする。

硝化菌を被処理水に接触させる方法は特に限定されないが、例えば、硝化菌が定着した担体と共に、浄水処理設備の装置（例：充填活性炭）の充填材料に補充（追加）してもよいし、その充填材料の一部又は全部と交換してもよい。さらに、硝化菌をカラム、槽等の容器に収容した硝酸化池（硝酸化槽）を、浄水処理設備の中に組み込んで使用してもよい。硝酸化池の形状、構造は特に限定されず、例えば、固定床、流動床、生物膜方式であってもよいし、上向流であっても下向流であってもよい。

次に、硝酸化池を利用した浄水処理設備と、その運転管理方法を具体的に説明する。

＜浄水処理設備＞
図１〜５は浄水処理設備の具体例を示している。なお、図１〜図５に記載の活性炭吸着池は固定床下向流式のものであるが、流動床上向流式のものであってもよい。これら浄水処理設備の構造は特に限定されないが、共通する構造（装置）には同じ符号を付して以下に説明する。各浄水処理設備は凝集沈澱池１０を有している。凝集沈澱池１０は、原水（被処理水）の供給源に、直接又は前処理部（着水井など）を介して間接的に接続されており、未処理の被処理水又は少なくとも一部が前処理された被処理水が凝集沈澱池１０に供給される。

凝集沈澱池１０では、手作業又は機械的手段により、１種以上の凝集剤（無機凝集剤、高分子凝集剤、凝集助剤など）を被処理水に添加、攪拌し、フロックを成長させる。フロックは、凝集沈澱池１０の一部の装置と、凝集沈澱池１０よりも下流側の装置のうち、いずれか１以上の装置で構成された固液分離装置により分離される。

例えば、凝集沈澱池１０は、凝集剤を添加撹拌する凝集槽１１の他、凝集槽１１の下流側の沈澱池１２を有しており、沈澱池１２には傾斜板又は傾斜管が設けられ、フロックが沈殿分離（固液分離）する。なお、固液分離装置はこれに限定されず、後述する図６、７の膜分離装置と凝集槽１１との組み合わせであってもよいし、凝集沈澱池と砂ろ過池（ろ過装置）との組合せであってもよい。また、沈澱池を伴わない凝集槽と砂ろ過池（ろ過装置）との組合せであってもよい。

ここでは、凝集沈澱池１０の下流側には他の１以上の装置が設置され、フロックが分離された後の被処理水（液相）が更に処理される。具体的には、凝集沈澱池１０の下流側に、オゾン接触池２１と活性炭吸着池２５、３１と、砂ろ過池２８のいずれか１台以上が設置されており、これらの台数や設置順は特に限定されないが、好ましくは、オゾン接触池２１と、１台以上の活性炭吸着池２５、３１と、砂ろ過池２８とを記載した順番に設置する。

活性炭吸着池２５、３１には、多様な活性炭を使用可能であるが、従来技術でも使用可能な活性炭、即ち、大粒径（粒径０．８５ｍｍ〜２．０ｍｍ、有効径１．１〜１．３ｍｍ、均等係数１．３以下）、中粒径（粒径０．５ｍｍ〜２．０ｍｍ、平均径０．９〜１．１ｍｍ、均等係数１．５〜１．９）、小粒径（粒径０．２ｍｍ〜１．７ｍｍ、有効径０．３５〜０．４５、均等係数１．４以上）のいずれのサイズ；石炭系、植物系、高分子樹脂系のいずれを原料；破砕状、球形状、円柱状のいずれの形状をも使用可能であり、２種以上を混合又は別層として使用することもできる。

他方、砂ろ過池２８は、ろ過砂（珪砂）、アンスラサイト、ガーネット、マンガン砂、セラミック等のろ過材が１種以上充填されている。従って、フロックを沈殿分離した後の被処理水（液相）は、オゾン接触池２１でオゾン処理され、活性炭吸着池２５、３１で残留物質が吸着除去され、更に、砂ろ過池２８でろ過され、残留汚染物質が除去された処理水となる。

なお、残留汚染物質の除去工程の下流側には後処理部を設けることも可能である。具体的には、処理水に次亜塩素酸ナトリウム等の塩素剤を添加して塩素消毒（後塩素処理）し、水道水等の浄水とすることもできる。本発明では、この後処理（塩素消毒）の前、すなわち、原水から処理水になる前の間で硝化工程を行う。

この硝化工程と、前述の馴致工程のためは、被処理水の状態を測定する必要がある。具体的には、浄水処理設備内に測定センサーを設置し、又は、浄水処理設備内部若しくはその前段から被処理水（原水）を採取し、被処理水のアンモニア性窒素濃度の少なくとも一方、好ましくは両方を測定し、前述したように、馴致工程と硝化工程のいずれか一方又は両方で利用する。

浄水処理設備内部の被処理水からデータを取得する場合、測定場所は、塩素消毒前であれば特に限定されず、また、一カ所のみ又は複数箇所の被処理水を測定しもよい。好ましいデータの測定場所は、活性炭吸着池２５とその前後の配管（流入水、流出水）のいずれか一カ所以上であり、加えて、後述する硝酸化池（予備池）と、その前後の配管（流入水、流出水）でも測定することが好ましい。

以下、硝酸化池を組み込んだ浄水処理設備の具体例を説明する。

＜第一例＞
図１に示す第一例の浄水処理設備では、１台以上の活性炭吸着池２５、３１が直列又は並列に設置されており、好ましくは２台以上の活性炭吸着池２５、３１が、より好ましくは３台以上の活性炭吸着池２５、３１が並列に設置されている。これらの活性炭吸着池２５、３１のうち、１台以上、好ましくは２台以上の活性炭吸着池３１を予備池とし、予備池３１に被処理水を通水するか、別途硝化菌を播種して硝化菌を定着させる。

バルブの開閉等により、予備池３１は他の活性炭吸着池２５から独立して通水可能になっている。測定される被処理水の水温が１０℃を超える、より好ましくは２０℃以上の高温期では、活性炭吸着池２５に被処理水を通水し、通常の活性炭吸着処理を行う。

このとき、被処理水のアンモニア性窒素濃度を実測又は予測し、被処理水よりもアンモニア性窒素濃度を高くした馴致用水溶液を予備池３１に通水する。上述したように、馴致用水溶液は特に限定されないが、硝酸化池（予備池３１）を浄水処理設備に組み込む場合は、予備池３１にも被処理水の一部を通水し、被処理水が予備池３１に流入する直前または流入後にアンモニア（イオン又は塩）を添加し、馴致用水溶液とする。

馴致用水溶液を予備池３１に通水しながら、或いは、一定量を超える馴致用水溶液を予備池３１内部に保持し、その水温（１０〜３５℃）を維持し、かつ、そのアンモニア性窒素濃度を被処理水よりも高濃度に維持して馴致培養を行う。馴致培養の間、活性炭吸着池２５では通常の吸着処理が行われるが、被処理水の水温が低下（２０℃未満）した時を硝化工程の開始時期と判断し、手動又は機械的手段により、馴致用水溶液の通水又はアンモニアの供給を停止し、被処理水の少なくとも一部の通水を、活性炭吸着池２５から予備池３１へ切り替える。

馴致により、予備池３１の硝化能力は向上しているため、低温、高濃度アンモニア性窒素の被処理水であっても、そのアンモニア性窒素濃度を低減させることができる。なお、馴致工程を予備池３１の外部で行い、馴致した硝化菌（担体）を予備池３１に充填してから硝化工程を行うことも可能である。

予備池３１は２台以上設置してもよく、この場合、先ず１台以上の予備池３１で硝化工程を行い、その予備池３１の硝化能力の低下や故障が生じた場合は、他の１台以上の予備池３１に被処理水の通水を切り替えれば、浄水処理設備をより長時間連続運転することが可能になる。

第一例の浄水処理設備のみならず、他の例の浄水処理設備においても、有機物吸着能が低下した活性炭吸着池２５（予備池３１）には再生処理（賦活処理）を施すことができる。賦活処理は、ガス賦活（水蒸気、二酸化炭素、空気等）、薬品賦活（塩化亜鉛、硫酸塩、リン酸塩等）またはこれら１以上の賦活処理を組み合わせることが可能である。

より好ましくは、活性炭吸着池２５、３１から取り出した活性炭材料に、高温（７００〜１０００℃、好ましくは８００〜９５０℃）の水蒸気を接触させる水蒸気賦活処理を施した後、酸洗浄処理を施し、再生した活性炭材料を活性炭吸着池２５の容器（カラム、槽）に充填し、再利用する。活性炭吸着池３１（予備池）は、硝化菌を担持した場合も、活性炭材料以外の担体を収容した場合も、担体が有機物であれば水蒸気賦活工程で燃焼されるため、活性炭材料の性能を再生後に劣化させることはない。

従って、予備池３１としての担体は、活性炭材料自体又は樹脂等の有機物を主成分とするものが好ましい。

第一例では、活性炭吸着池の予備池３１を硝酸化池としたが、本発明はこれに限定されない。以下に、第二〜第五例の浄水処理設備についても説明する。

＜第二例〜第五例＞
図２〜５は第二例〜第五例の浄水処理設備を示しており、これらの浄水処理設備は、活性炭吸着池（予備池）３１以外に硝酸化池３２が設置されている。

硝酸化池３２は、第二例では原水（着水井）と凝集沈澱池１１との間に設置され（図２）、第三例では砂ろ過池２８よりも下流側に設置され（図３）、第四例では凝集沈澱池１０とオゾン接触池２１との間に設置され（図４）、第五例では活性炭吸着池２５と砂ろ過池２８との間に設置されている（図５）。

いずれの場合も、バルブの開閉等により、手作業又は機械的に被処理水の通水を制御可能であり、被処理水は一部又は全部が硝酸化池３２を通り、或いは、硝酸化池３２を通らずに浄水処理設備で処理され、処理水となる。

第一例の予備池３１と同様、硝酸化池３２に硝化菌（担体）を収容して馴致工程を行うか、硝酸化池３２の外部で馴致した硝化菌（担体）を硝酸化池３２に収容し、被処理水の水温が低温になったときには、硝酸化池３２への馴致用水溶液の通水（アンモニアの供給）を停止し、被処理水の少なくとも一部を硝酸化池３２に通水して硝化工程を開始する。第一例と同様、第二〜第五例の場合も、硝化工程を得た硝化菌を使用することで、低温時のアンモニア性窒素の残留濃度を抑制することができる。

このように、硝酸化池３２の設置場所は限定されず、また、硝酸化池３２の台数も限定されないが、硝酸化池３２に担持させる微生物（硝化菌）が好気性菌の場合はオゾン接触池２１よりも下流又は上流に設置する。

第一例〜第五例で示した硝酸化池３２を組み合わせ、異なる処理工程の被処理水の硝化処理を行うことも可能であり、この場合は、複数台の硝酸化池３２に同時に被処理水を通水して硝化処理を行ってもよいし、１台以上の硝酸化池３２を硝化処理に使用する間は、他の１台以上の硝酸化池３２では馴致処理を行ってもよい。

＜その他＞
以上は、凝集沈澱池１０、オゾン接触池２１、活性炭吸着池２５（３１）及び砂ろ過池２８を、硝酸化池３２と組み合わせたが、本発明はこれに限定されるものではない。

例えば、図１〜５の設備からオゾン接触池２１を除き、更に、砂ろ過池２８を活性炭吸着池２５と凝集沈澱池１０の間に設置してもよい。凝集沈澱池１０と砂ろ過池２８と、オゾン接触池２１と、活性炭吸着池２５を記載した順番に接続してもよい。

これらの浄水処理設備においても、硝酸化池３１、３２の設置場所や設置台数は特に限定されず、また、浄水処理設備に予備池３１を設置せず、活性炭吸着池２５のみを設置する場合は、別途馴致した硝化菌（担体）を活性炭吸着池２５の活性炭材料に追加又は交換して、硝化工程を行うこともできる。

更に、図６のような浸漬型分子装置５１を、凝集沈澱池１０の内部、又は、凝集沈澱池１０よりも下流側の槽の内部に浸漬して設置してもよいし、図７のようなセラミックモジュール型膜分離装置５５を、凝集沈澱池１０よりも下流側に設置してもよい。

いずれの例でも、硝酸化池３２は、凝集沈澱池１０よりも上流側、凝集沈澱池１０と膜分離装置５１、５５の間、または膜分離装置５１、５５よりも下流側のいずれか一カ所以上に設置することができる。

以下に、本発明の実施例を比較例と共に説明する。

［比較例１］
予備池３１を除いた以外は図１と同じ浄水処理設備の活性炭吸着池２５に脱塩素した水道水に塩化アンモニウムをアンモニア性窒素として０．２ｍｇ／Ｌ、市販の水槽用硝化菌剤液を３００ｍｇ／Ｌとなるよう添加した溶液を張り、1週間コンディショニングした。ついで脱塩素した水道水にカオリン１０ｍｇ／Ｌ、塩化アンモニウムをアンモニア性窒素として０．２ｍｇ／Ｌ添加した試験用の被処理水を２５℃に水温調整し、予備池３１を除いた以外は図１と同じ浄水処理設備で、処理量６０Ｌ／時（１時間当たりの通水量６０リットル）で連続処理を行ったところ、通水開始２０日目後の処理水はアンモニア性窒素が０．０２ｍｇ／Ｌ未満であった。更に、３１日目から被処理水の水温を９℃に変更したところ、３４日目から処理水のアンモニア性窒素が検出され（検出濃度以上）、３８日目にはアンモニア性窒素が０．１ｍｇ／Ｌ以上にまで上昇した。

比較例１と同じ条件で活性炭吸着池２５をコンディショニング後、比較例１と同じ条件で作製し、水温調整した被処理水を、図１の浄水処理設備で予備池３１を経由させずに処理量６０Ｌ／時で連続処理を行った。比較例１と同様、通水開始２０日目から処理水のアンモニア性窒素は０．０２ｍｇ／Ｌ未満まで低下した。ただし、実施例１では、被処理水を通水処理している間、活性炭吸着池２５と同じ条件でコンディショニングを行った予備池３１では、水温２５℃、アンモニア性窒素濃度１ｍｇ／Ｌ、溶存酸素６ｍｇ／Ｌ以上に維持した馴致用水溶液で馴致培養を行った。その後、試験開始から３１日目に被処理水の水温を９℃に変更するとともに、活性炭吸着池２５を予備池３１に切り替えて通水したところ、６０日目でも処理水のアンモニア性窒素濃度は０．０２ｍｇ／Ｌ未満に維持された。

馴致用水溶液のアンモニア性窒素濃度を５ｍｇ／Ｌに変更した以外は実施例１と同じ条件で馴致培養を行い、更に、３１日目以降の被処理水のアンモニア性窒素濃度を２ｍｇ／Ｌに増加した以外は実施例１と同じ条件で予備池３２での硝化処理を行ったところ、６０日目目でもアンモニア性窒素濃度は０．０２ｍｇ／Ｌ未満に維持された。

塩化アンモニウムをアンモニア性窒素として１ｍｇ／Ｌ添加した以外は、実施例１及び比較例１と同じ条件で活性炭吸着池の事前コンディショニングおよび被処理水を作製した。この被処理水を水温２５℃に調整し、図２の浄水処理設備で、硝酸化池３２を経由させずに処理量６０Ｌ／時で連続処理を行ったところ、通水開始２０日目から処理水のアンモニア性窒素は０．０２ｍｇ／Ｌ未満になった。

他方、硝酸化池３２には天然ゼオライト破砕物を担体として充填し、活性炭吸着池と同じ条件でコンディショニングしておき、硝酸化池３２を経由しない系で処理する間、水温３０℃、アンモニア性窒素１０ｍｇ／Ｌ、溶存酸素６ｍｇ／Ｌ以上に維持した馴致用水溶液で馴致培養を行った。その後、３１日目から被処理水の水温を８℃に、アンモニア性窒素濃度を３ｍｇ／Ｌに変更するとともに、硝酸化池３２を経由する系に切り替えて通水したところ、６０日目でもアンモニア性窒素は０．０２ｍｇ／Ｌ未満のままであった。

実施例１及び比較例１と同じ条件で活性炭吸着池の事前コンディショニングおよび試験用の被処理水を作製した。この被処理水を水温２５℃に調整し、図３の浄水処理設備で、硝酸化池３２を経由させずに、処理量６０Ｌ／時）で連続処理を行ったところ、通水開始２０日目から処理水のアンモニア性窒素は０．０２ｍｇ／Ｌ未満に低下した。

他方、硝酸化池３２には粒状活性炭を担体として充填して実施例１の活性炭吸着池と同じ条件でコンディショニングしておき、水温２５℃、アンモニア性窒素濃度５ｍｇ／Ｌ、溶存酸素６ｍｇ／Ｌ以上に維持した馴致用水溶液で馴致培養を行った。その他、３１日目から被処理水の水温を９℃に、アンモニア性窒素濃度を２ｍｇ／Ｌに変更するとともに、硝酸化池３２を経由する系に切り替えて通水したところ、６０日目でもアンモニア性窒素は０．０２ｍｇ／Ｌ未満のままであった。

被処理水のアンモニア性窒素濃度を０．５ｍｇ／Ｌに変えた以外は、実施例１及び比較例１と同様の活性炭吸着池の事前コンディショニングおよび試験用被処理水を作製した。この被処理水を水温２５℃に調整し、図４の浄水処理設備で硝酸化池３２を経由させずに処理量６０Ｌ／時で連続処理を行ったところ、通水開始２０日目から処理水のアンモニア性窒素は０．０２ｍｇ／Ｌ未満になった。

硝酸化池３２にはポリビニルアルコール・ゲルを担体として充填して実施例１の活性炭吸着池と同じ条件でコンディショニングしておき、水温３０℃、アンモニア性窒素濃度１０ｍｇ／Ｌ、溶存酸素６ｍｇ／Ｌ以上に維持した馴致用水溶液で馴致培養を行った。ついで、３１日目から、被処理水の水温を９℃に、アンモニア性窒素濃度を２ｍｇ／Ｌに変更するとともに硝酸化池３２を経由する系に切り替えて通水したところ、６０日目でも処理水のアンモニア性窒素濃度は０．０２ｍｇ／Ｌ未満のままであった。

実施例５と同じ条件で活性炭吸着池の事前コンディショニングおよび被処理水を作製した。ついで水温２５℃に調整し、図５の浄水処理設備で、硝酸化池３２を経由しない系の連続処理（処理量６０Ｌ／時）を行ったところ、通水開始２０日目から処理水のアンモニア性窒素は０．０２ｍｇ／Ｌ未満に低下した。

この間、水温３０℃、粉末活性炭１００ｍｇ／Ｌ、アンモニア性窒素１０ｍｇ／Ｌ、水槽用硝化菌薬剤３００ｍｇ／Ｌ、溶存酸素６ｍｇ／Ｌ以上の状態を維持した亜硝酸化菌・硝酸化菌の馴致培養を行い、更に、この培養液をポリエチレングリコールジメタルリレート重合ゲルにより包括させた粒状ゲルを作製し、硝酸化池３２に充填した。

次いで、３１日目から被処理水の水温を９℃に、アンモニア性窒素濃度を２ｍｇ／Ｌに変更するとともに、ゲル充填済みの硝酸化池３２に被処理水を通水したところ、６０日目でも処理水のアンモニア性窒素濃度は０．０２ｍｇ／Ｌ未満のままであった。

図１の浄水処理設備に２台（２池）の予備池３１を設けたものを用意し、実施例１と同じ条件で活性炭吸着池及び予備池の事前コンディショニングおよび被処理水を作製した。ついで水温２５℃に調整し、実施例１と同じ条件でいずれの予備池３１も経由させずに、処理量６０Ｌ／時で連続処理を行ったところ、通水開始２０日目から処理水のアンモニア性窒素は０．０２ｍｇ／Ｌ未満に低下した。

２台の予備池３１のうち、第１の予備池３１は、水温２５℃、アンモニア性窒素１ｍｇ／Ｌ、溶存酸素６ｍｇ／Ｌ以上に維持した馴致用水溶液で馴致培養を行い、第２の予備池３１については水温２５℃、アンモニア性窒素１０ｍｇ／Ｌ、溶存酸素６ｍｇ／Ｌ以上に維持した馴致用水溶液で馴致培養を行った。

ついで、３１日目から被処理水の水温を９℃、アンモニア性窒素を２ｍｇ／Ｌに変更するとともに、活性炭吸着池２５を第１の予備池３１に切り替えて通水したところ、６０日目でも処理水のアンモニア性窒素濃度は０．０２ｍｇ／Ｌ未満のままであった。さらに６１日目からは被処理水の水温を７℃、アンモニア性窒素濃度を３ｍｇ／Ｌに変更するとともに、第１の予備池３１から第２の予備池３２へ被処理水の通水を切り替えたところ、１２０日目でも処理水のアンモニア性窒素濃度は０．０２ｍｇ／Ｌ未満のままであった。

１０：凝集沈澱池、２１：オゾン接触池、２５：活性炭吸着池、２８：砂ろ過池、３１：予備池、３２：硝酸化池

Claims

被処理水に含まれるアンモニウムイオンを硝化菌で硝化する浄水処理設備の運転管理方法であって、
水温が１０℃〜３５℃であり、かつ、前記被処理水よりも高濃度のアンモニウムイオンを含有する馴致用水溶液で前記硝化菌を馴致する馴致工程と、
水温が２０℃未満に低下した被処理水を、馴致した前記硝化菌と接触させる硝化工程と、
を有することを特徴とする運転管理方法。
前記馴致用水溶液のアンモニウム性窒素濃度が１ｍｇ／Ｌ以上３０ｍｇ／Ｌ以下である請求項１に記載の運転管理方法。
被処理水に凝集剤を添加して凝集沈殿する凝集沈殿池と、被処理水にオゾンを接触させるオゾン接触池と、被処理水を活性炭吸着処理する活性炭吸着池と、被処理水をろ過するろ過池と、を有する浄水処理設備を運転管理する方法であって、
少なくとも１台の前記活性炭吸着池に前記硝化菌を担持させ、当該硝化菌に前記被処理水を接触させ、硝化工程を行う請求項１又は２に記載の運転管理方法。
前記活性炭吸着池の外部と、前記活性炭吸着池の内部のいずれか一方又は両方で馴致工程を行う請求項３に記載の運転管理方法。
前記活性炭吸着池を複数台設置し、
１台以上の活性炭吸着池を、前記硝化菌を担持させる予備池とし、
他の１台以上の活性炭吸着池で被処理水の吸着処理を行い、
前記被処理水の水温が所定温度以下に低下したときに、当該被処理水の通水を、吸着処理を行う活性炭吸着池から前記予備池に切り替え、硝化工程を行う請求項３又は請求項４に記載の運転管理方法。
被処理水に凝集剤を添加して凝集沈殿する凝集沈殿池と、被処理水にオゾンを接触させるオゾン接触池と、被処理水を活性炭吸着処理する活性炭吸着池と、被処理水をろ過するろ過池と、を有する浄水処理設備を運転管理する方法であって、
少なくとも前記凝集沈澱池よりも上流側に、前記硝化菌を担持する硝酸化池を設置し、
馴致工程後の硝化菌に、凝集沈殿前の被処理水を接触させて硝化工程を行う請求項１〜５のいずれか１項に記載の運転管理方法。
被処理水に凝集剤を添加して凝集沈殿する凝集沈殿池と、被処理水にオゾンを接触させるオゾン接触池と、被処理水を活性炭吸着処理する活性炭吸着池と、被処理水をろ過するろ過池と、を有する浄水処理設備を運転管理する方法であって、
前記ろ過池の上流側と下流側のいずれか一方又は両方に、前記硝化菌を担持する硝酸化池を設置し、
馴致工程後の硝化菌に、ろ過処理前とろ過処理後のいずれか一方又は両方の被処理水を接触させて硝化工程を行う請求項１〜６のいずれか１項に記載の運転管理方法。
被処理水に凝集剤を添加して凝集沈殿する凝集沈殿池と、被処理水にオゾンを接触させるオゾン接触池と、被処理水を活性炭吸着処理する活性炭吸着池と、被処理水をろ過するろ過池と、を有する浄水処理設備を運転管理する方法であって、
少なくとも凝集沈澱池とオゾン接触池の間に、前記硝化菌を担持する硝酸化池を設置し、
馴致工程後の硝化菌に、凝集沈殿処理後であって、かつ、オゾン接触前の被処理水を接触させて硝化工程を行う請求項１〜７のいずれか１項に記載の運転管理方法。
前記被処理水のアンモニウムイオン濃度と、水温のいずれか一方又は両方を測定し、
測定したデータに基づき、前記馴致水溶液のアンモニウムイオン濃度と、前記硝化工程の開始時期のいずれか一方又は両方を制御する請求項１〜８のいずれか１項に記載の運転管理方法。
有機物吸着能が低下した前記活性炭吸着池と、硝化能が低下した前記硝酸化池のいずれか一方又は両方を再生処理する再生工程を更に含む請求項３〜９のいずれか１項に記載の運転管理方法。
硝化工程の後に、被処理水を塩素消毒する工程を更に有する請求項１〜１０のいずれか１項に記載の運転管理方法。