JP5126691B2 - 廃水処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、廃水処理方法に係り、特に、アンモニア性窒素を含む廃水の処理方法に関する。

近年、アンモニア性窒素を含む廃水の処理方法として、嫌気性アンモニア酸化細菌による脱窒処理を伴う方法（嫌気性アンモニア酸化法）が注目を集めている。この方法では、硝化槽において、廃水中のアンモニア性窒素を硝化細菌で亜硝酸に硝化した後、脱窒槽において、当該亜硝酸と、廃水中のアンモニア性窒素とを嫌気性アンモニア酸化細菌により同時脱窒する。この方法によれば、脱窒反応時に、外部からの有機物の供給を必要としないため、効率的な廃水処理を行うことができる。

嫌気性アンモニア酸化法における同時脱窒は、下記反応式（１）に従って行われる。したがって、廃水中のアンモニア性窒素を確実に分解除去するためには、下記反応式（１）の量論比に基づいて、脱窒槽中のアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素との比率を管理する必要がある。このため、硝化槽における硝化率を厳密にコントロールする必要があった。

1.00ＮＨ₄＋1.32ＮＯ₂＋0.066ＨＣＯ₃＋0.13Ｈ^＋
→1.02Ｎ₂＋0.26ＮＯ₃＋0.066ＣＨ₂Ｏ_0.5Ｎ_0.15＋2.03Ｈ₂Ｏ （１）
そこで、硝化細菌及び嫌気性アンモニア酸化細菌が共存する処理槽において、好気条件下で、硝化反応及び脱窒反応の両方を行う方法（いわゆるキャノン法）が提案されている（例えば、非特許文献１）。この方法では、同一の処理槽内に共存する硝化細菌及び嫌気性アンモニア酸化細菌が、互いに均衡を保とうとするため、硝化率を厳密にコントロールしなくても、廃水中のアンモニア性窒素を確実に分解除去することができる。

キャノン法では、硝化細菌及び嫌気性アンモニア酸化細菌を同一の処理槽に共存させる必要がある。そこで、硝化細菌及び嫌気性アンモニア酸化細菌の両方を同一の生物膜に共存させ、当該生物膜により廃水処理を行う方法が提案されている。

例えば、特許文献１及び２には、嫌気性アンモニア酸化細菌を内部に包括固定化するとともに、表面に硝化細菌を付着させた二重構造の生物膜からなる担体（二重構造担体）を用いて、廃水処理を行うことが記載されている。

また特許文献３には、硝化細菌及び嫌気性アンモニア酸化細菌の両方が固定化された担体（スポンジ）を用いて、廃水処理を行うことが記載されている。

特表２００１−５０６５３５号公報 特開２００４−２３０２２５号公報 特開２００１−２９３４９４号公報

Third, K.A., Sliekers, A.O., Kuenen, J.G., Jetten, M.S.M., 2001 The CANNON system (completely autotrophic nitrogen-removal over nitrite) under ammonium limitation: interaction and competition between three groups of bacteria. Syst. Appl. Microbiol. 24(4), 588-596.

一方、本願発明者らは、特許文献１〜３に記載された方法に代わる方法として、別々の生物膜に生息する硝化細菌及び嫌気性アンモニア酸化細菌を用いて廃水処理を行う方法について検討を行っている。この方法は、硝化細菌と嫌気性アンモニア酸化細菌とを互いに異なる担体（硝化担体及び脱窒担体）に固定化して、これらの担体を用いて廃水処理を行うものである。

上記方法によれば、硝化担体と脱窒担体との体積比の調節により、硝化細菌及び嫌気性アンモニア酸化細菌の菌量比を容易にコントロールすることができる。したがって、硝化反応及び脱窒反応のいずれか一方が律速となることを防止して、廃水処理を迅速に行うことができる。

しかしながら、硝化細菌は増殖に溶存酸素を必要とする好気性細菌である一方、嫌気性アンモニア酸化細菌は、一定量以上の溶存酸素の存在下で増殖が制限される嫌気性細菌であるため、両者をいかにして馴養するかが問題になっている。

この点、特許文献１及び２には、硝化細菌及び嫌気性アンモニア酸化細菌の馴養に関して、具体的な記載がない。

また、特許文献３には、スポンジに硝化細菌を集積した後、別槽で馴養した嫌気性アンモニア酸化細菌を添加することが記載されている。しかし、この方法では、別槽で馴養した嫌気性アンモニア酸化細菌を添加する手間がかかるだけでなく、嫌気性アンモニア酸化細菌を馴養する槽を設置するためのコストが必要になる。

本発明は上述の事情に鑑みてなされたものであり、硝化細菌及び嫌気性アンモニア酸化細菌の馴養を容易かつ低コストで行うとともに、両者の菌量比を容易にコントロールできる廃水処理方法を提供することを目的とする。

本発明に係る廃水処理方法は、アンモニア性窒素を含む廃水を処理する方法であって、嫌気性アンモニア酸化細菌を含む未馴養の脱窒担体を処理槽に投入する工程と、硝化細菌を含む未馴養の硝化担体を前記処理槽に投入する工程と、前記処理槽における溶存酸素量を１ｍｇ／Ｌ以上８ｍｇ／Ｌ以下に維持しながら、前記処理槽内の未馴養の前記硝化担体を馴養する工程と、前記硝化担体を馴養した後、前記処理槽における溶存酸素量を１ｍｇ／Ｌ未満に維持しながら、前記処理槽内の未馴養の前記脱窒担体を馴養する工程と、馴養された前記硝化担体により、前記廃水中の前記アンモニア性窒素を亜硝酸に酸化する工程と、馴養された前記脱窒担体により、前記廃水中の前記アンモニア性窒素を水素供与体として、前記アンモニア性窒素の酸化により生成した前記亜硝酸を脱窒する工程とを含むことを特徴とする。

従来、同一の処理槽内で硝化反応及び脱窒反応を行う場合、硝化細菌及び嫌気性アンモニア酸化細菌が共存する生物膜を用いる必要があると考えられていた。このような状況において、本願発明者らは、鋭意検討した結果、硝化細菌と嫌気性アンモニア酸化細菌とを別々の担体に固定化して、これら２種類の担体を混在させた処理槽において、硝化反応及び脱窒反応を行うことが可能であることを発見した。

上記廃水処理方法は、上述の知見に基づくものであり、硝化細菌と嫌気性アンモニア酸化細菌とを互いに異なる担体に固定化することで、硝化担体と脱窒担体との体積比の調節により、硝化細菌及び嫌気性アンモニア酸化細菌の菌量比を容易にコントロールすることができる。したがって、硝化反応及び脱窒反応のいずれか一方が律速となることを防止して、廃水処理を迅速に行うことができる。

また、脱窒担体を馴養する際の溶存酸素量を１ｍｇ／Ｌ未満に維持することで、嫌気性アンモニア酸化細菌の増殖を促進することができる。また、馴養済みの硝化担体の活性が適度に抑制されるので、処理槽内で亜硝酸が過剰に生成されることがなく、過剰な亜硝酸に起因する嫌気性アンモニア酸化細菌の増殖阻害を防止することができる。

さらに、硝化細菌及び嫌気性アンモニア酸化細菌の馴養を同一の槽（処理槽）で行うため、馴養工程を簡素化するとともに、低コスト化することができる。

上記廃水処理方法において、前記脱窒担体を馴養する工程では、前記嫌気性アンモニア酸化細菌を１．５×１０^７Ｃｅｌｌｓ／ｍｌ以上に増殖させることが好ましい。

細菌数が上記範囲である嫌気性アンモニア酸化細菌は、脱窒反応により窒素ガスを多量に生成することで、自らの周囲に局所的な嫌気条件場を形成するため、処理槽が全体として好気条件であっても、活性を維持することができる。したがって、処理槽内で、好気性細菌である硝化細菌の活性と、嫌気性細菌である嫌気性アンモニア酸化細菌の活性とを容易に両立することができる。

上記廃水処理方法において、前記脱窒担体を馴養する工程では、前記処理槽における溶存酸素量を０．２ｍｇ／Ｌ以下から徐々に増加させることが好ましい。

これにより、嫌気性アンモニア酸化細菌の増殖に応じて、硝化担体を徐々に活性化して、硝化反応により生成される亜硝酸の量を徐々に増加させることで、脱窒担体の馴養を効率的に行うことができる。

上記廃水処理方法において、前記亜硝酸に酸化する工程および前記亜硝酸を脱窒する工程において、前記処理槽における溶存酸素量を１ｍｇ／Ｌ以上８ｍｇ／Ｌ以下に維持することが好ましい。

これにより、好気性細菌である硝化細菌の活性と、嫌気性細菌である嫌気性アンモニア酸化細菌の活性とを両立して、廃水処理を迅速に行うことができる。

上記廃水処理方法において、前記脱窒担体を馴養する工程では、散気装置を用いて前記処理槽の曝気攪拌を間欠的に行うことが好ましい。

これにより、処理槽内の脱窒担体を流動させ、脱窒担体の周囲の液体（廃水）のよどみを防止して、嫌気性アンモニア酸化細菌の馴養を効率的に行うことができる。

上記廃水処理方法において、前記脱窒担体と前記硝化担体とは、包括固定化担体であることが好ましい。

担体として包括固定化担体を用いれば、付着固定化担体の場合に起こりうる生物膜の剥離が生じないため、菌量を確実にコントロールすることができる。また、包括固定化担体であれば、馴養の際、汚泥の返送が不要であるため、比較的容易に馴養を行うことができる。

本発明によれば、硝化細菌と嫌気性アンモニア酸化細菌とを互いに異なる担体に固定化することで、硝化担体と脱窒担体との体積比の調節により、硝化反応及び脱窒反応のいずれか一方が律速となることを防止して、廃水処理を迅速に行うことができる。

また、脱窒担体を馴養する際の溶存酸素量を１ｍｇ／Ｌ未満に維持することで、嫌気性アンモニア酸化細菌の増殖を促進することができる。

さらに、硝化細菌及び嫌気性アンモニア酸化細菌の馴養を同一の槽（処理槽）で行うため、馴養工程を簡素化するとともに、低コスト化することができる。

廃水処理装置の一例を示す構成図である。 旋回流を利用して処理槽内の廃水を攪拌する廃水処理装置の一例を示す構成図である。 図２に示す廃水処理装置の処理槽の変形例を示す構成図である。

以下、添付図面に従って本発明の実施形態について説明する。

図１は、本実施形態に係る廃水処理方法を行うための廃水処理装置の一例を示す構成図である。同図に示すように、廃水処理装置１０は、主として、処理すべき廃水（原廃水）が貯留される原水タンク１２と、原水タンク１２から送られる廃水を処理する処理槽２０と、処理槽２０に未馴養の硝化担体２２を供給する硝化担体供給部４２と、処理槽２０に未馴養の脱窒担体２４を供給する脱窒担体供給部４４と、廃水処理装置１０の各部を制御する制御装置４０とにより構成される。

原水タンク１２に貯留される廃水は、少なくともアンモニア性窒素を含有する廃水であり、アンモニア性窒素の他に、窒素、リン、炭素等の栄養塩が含まれていてもよい。原水タンク１２は、処理槽２０と連結されており、ポンプ１４により、原水タンク１２から処理槽２０に廃水を供給できるようになっている。

硝化担体供給部４２及び脱窒担体供給部４４は、それぞれ、未馴養の硝化担体２２及び未馴養の脱窒担体２４を貯留するとともに、これらの担体を処理槽２０に投入することができる構成になっており、例えば、ホッパーを用いることができる。

未馴養の硝化担体２２及び未馴養の脱窒担体２４は、硝化担体供給部４２及び脱窒担体供給部４４により処理槽２０に投入された後、処理槽２０内で馴養される。これにより、硝化担体２２に硝化細菌が優占的に集積され、脱窒担体２４に嫌気性アンモニア酸化細菌が優占的に集積される。なお、硝化担体２２及び脱窒担体２４の馴養については、後で詳細に説明する。

従来、同一の処理槽内で硝化反応及び脱窒反応を行う場合、硝化細菌及び嫌気性アンモニア酸化細菌が共存する生物膜を用いる必要があると考えられていた。このような状況において、本願発明者らは、鋭意検討した結果、硝化細菌と嫌気性アンモニア酸化細菌とを別々の担体に固定化して、これら２種類の担体を混在させた処理槽において、硝化反応及び脱窒反応を行うことが可能であることを発見した。本実施形態に係る廃水処理装置１０は、上述の知見に基づいており、処理槽２０には、硝化細菌（アンモニア酸化細菌）が優占的に集積された硝化担体２２と、嫌気性アンモニア酸化細菌が優占的に集積された脱窒担体２４とが混在している。すなわち、硝化細菌と嫌気性アンモニア酸化細菌とは、互いに異なる担体（硝化担体２２及び脱窒担体２４）に固定化されている。

このように硝化細菌と嫌気性アンモニア酸化細菌とを別々の担体に固定化することで、硝化担体２２と脱窒担体２４との体積比（投入量比）の調節により、硝化細菌及び嫌気性アンモニア酸化細菌の菌量比を容易にコントロールすることができる。したがって、硝化反応及び脱窒反応のいずれか一方が律速となることを防止して、廃水処理を迅速に行うことができる。

また、硝化細菌及び嫌気性アンモニア酸化細菌の一方を内部に包括固定化するとともに、他方を担体表面に付着させた二重構造担体（例えば、特許文献１及び２に記載された担体）の場合には、担体内層への原料物質の拡散が律速になり、十分な廃水処理速度が得られないことがある。これは、二重構造担体の外層が厚いと、内層への反応原料物質が迅速に拡散することができないため、内層に生息する細菌への反応原料物質の供給（拡散）が律速になるためである。これに対し、本実施形態のように、硝化細菌と嫌気性アンモニア酸化細菌とを別々の担体（硝化担体２２と脱窒担体２４）に固定化する場合、反応原料物質の拡散律速に起因する廃水処理速度の低下は起こらない。

また、二重構造担体の場合には、担体の外層が剥がれ落ちて、外層に生息する細菌が処理槽から流出してしまい、硝化細菌と嫌気性アンモニア酸化細菌との菌量のバランスが崩れて、廃水処理が不安定になってしまうことがある。これに対し、本実施形態のように、硝化細菌と嫌気性アンモニア酸化細菌とを別々の担体（硝化担体２２と脱窒担体２４）に固定化する場合、硝化細菌と嫌気性アンモニア酸化細菌との菌量のバランスを安定して維持することができる。

処理槽２０では、硝化担体２２に集積された硝化細菌と、脱窒担体２４に集積された嫌気性アンモニア酸化細菌とが共存している。これにより、処理槽２０において、硝化担体２２による硝化反応及び脱窒担体２４による脱窒反応の両方を行い、廃水中のアンモニア性窒素を窒素ガスに分解することができる。ここで、硝化反応とは、廃水中のアンモニア性窒素を硝化細菌により亜硝酸に酸化する反応をいい、脱窒反応とは、嫌気性アンモニア酸化細菌により、廃水中のアンモニア性窒素を水素供与体として、硝化反応により生成した亜硝酸を脱窒する反応をいう。

硝化担体２２は、硝化細菌が固定化されていれば特に限定されず、固定化担体であってもよいし、接触ろ材であってもよい。固定化担体タイプの硝化担体２２としては、硝化細菌を担体内部に包括固定化した包括固定化担体を用いることが好ましい。包括固定化担体を用いれば、付着固定担体の場合に起こりうる生物膜の剥離が生じないため、菌量を確実にコントロールすることができる。また、包括固定化担体であれば、馴養の際、汚泥の返送が不要であるため、比較的容易に馴養を行うことができる。

硝化担体２２の固定化材料は、特に限定されないが、例えば、ポリビニルアルコール、アルギン酸、ポリエチレングリコール等のゲルや、セルロース、ポリエステル、ポリプロピレン、塩化ビニル等のプラスチックを用いることができる。硝化担体２２の形状は、例えば、球形、円筒形、立方形、直方形であってもよく、硝化担体２２は、多孔状、ハニカム状、スポンジ状、繊維状、菊花状に成形されていてもよい。また、硝化担体２２として、微生物の自己造粒を利用したグラニュール担体を使用してもよい。なお、硝化担体２２として使用可能な接触ろ材として、塩化ビニル製やポリエチレン製のものを挙げることができる。また、硝化担体２２の直径（幅）は、廃水処理装置内の閉塞を防止する観点から、１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることが好ましい。また硝化担体２２の充填率（処理槽２０内の廃水体積に対する硝化担体２２の体積の割合）は、５ｖｏｌ％以上５０ｖｏｌ％以下であることが好ましい。

脱窒担体２４は、嫌気性アンモニア酸化細菌が固定化されていれば特に限定されず、固定化担体であってもよいし、接触ろ材であってもよい。脱窒担体２４に用いる固定化担体は、嫌気性アンモニア酸化細菌を担体内部に包括固定した包括固定化担体であってもよいし、嫌気性アンモニア酸化細菌を担体表面に付着固定した付着固定化担体であってもよい。中でも、脱窒担体２４として、包括固定化担体を使用することが好ましい。包括固定化担体を用いれば、付着固定担体の場合に起こりうる生物膜の剥離が生じないため、菌量を確実にコントロールすることができる。また、包括固定化担体は、菌を確実に処理槽内に維持することができるため、培養により得られる貴重な菌である嫌気性アンモニア酸化細菌の固定担体として適している。さらに、包括固定化担体であれば、馴養の際、汚泥の返送が不要であるため、比較的容易に馴養を行うことができる。

脱窒担体２４の固定化材料は、特に限定されないが、例えば、ポリビニルアルコール、アルギン酸、ポリエチレングリコール等のゲルや、セルロース、ポリエステル、ポリプロピレン、塩化ビニル等のプラスチックを用いることができる。脱窒担体２４の形状は、例えば、球形、円筒形、立方形、直方形であってもよく、脱窒担体２４は、多孔状、ハニカム状、スポンジ状、繊維状、菊花状に成形されていてもよい。また、脱窒担体２４として、微生物の自己造粒を利用したグラニュール担体を使用してもよい。なお、脱窒担体２４として使用可能な接触ろ材として、塩化ビニル製やポリエチレン製のものを挙げることができる。また、脱窒担体２４の直径（幅）は、廃水処理装置内の閉塞を防止する観点から、１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることが好ましい。また脱窒担体２４の充填率（処理槽２０内の廃水体積に対する脱窒担体２４の体積の割合）は、５ｖｏｌ％以上５０ｖｏｌ％以下であることが好ましい。

また、図１に示すように、原水タンク１２及び処理槽２０には、それぞれ、廃水の水質を測定するセンサー１６及びセンサー２６が設けられている。センサー１６及びセンサー２６は、例えば、アンモニア濃度、亜硝酸濃度、硝酸濃度、溶存酸素量、ｐＨなどの測定が可能な構成になっている。センサー１６及びセンサー２６の測定結果は、制御装置４０に送られ、これらの測定結果に基づいて、廃水処理装置１０の各部が制御される。

また、処理槽２０には、散気手段２８が設けられており、この散気手段２８を介して、ブロア３０から空気が供給されるようになっている。これにより、処理槽２０内の廃水を曝気攪拌するとともに、廃水に溶存酸素を供給することができる。

ブロア３０は、制御装置４０により、処理槽２０内の廃水の溶存酸素量が１．０ｍｇ／Ｌ以上８．０ｍｇ／Ｌ以下（より好ましくは、２．０ｍｇ／Ｌ以上４．０ｍｇ／Ｌ以下）になるように制御されることが好ましい。溶存酸素量が高すぎると、嫌気性細菌である嫌気性アンモニア酸化細菌の活性が低下する一方、溶存酸素量が低すぎると、好気性細菌である硝化細菌の活性が低下する。処理槽２０内の廃水の溶存酸素量を上記範囲に維持することで、硝化細菌及び嫌気性アンモニア酸化細菌の活性を維持して、廃水処理を迅速に行うことができる。

処理槽２０における亜硝酸性窒素濃度は、過剰な亜硝酸に起因する硝化反応及び脱窒反応への影響を防止する観点から、３００ｍｇＮ／Ｌ以下に維持されることが好ましい。また、処理槽２０におけるアンモニア性窒素濃度は、亜硝酸性窒素濃度に応じて、１〜３００ｍｇＮ／Ｌの範囲に維持されることが好ましい。

処理槽２０における亜硝酸濃度及びアンモニア濃度は、制御装置４０がポンプ１４を制御して、処理槽２０における廃水の滞留時間（水理学的滞留時間）を変更することで、調節することができる。

次に、硝化担体２２及び脱窒担体２４の馴養について説明する。

まず、硝化担体供給部４２により、未馴養の硝化担体２２を処理槽２０に投入する。ここで、未馴養の硝化担体２２とは、硝化細菌（亜硝酸型硝化細菌）を含む担体であり、Ｒｅａｌ−ｔｉｍｅ ＰＣＲ法による硝化細菌のコピー数が６．０×１０^７Ｃｏｐｉｅｓ／ｍｌ以下であるものをいう。なお、硝化細菌のコピー数が「６．０×１０^７Ｃｏｐｉｅｓ／ｍｌ」とは、硝化担体２２の単位体積あたりのアンモニア性窒素の処理速度が約０．２５ｋｇ-Ｎ／ｍ^３-担体／ｄａｙに相当する。

ここで、Ｒｅａｌ−ｔｉｍｅ ＰＣＲ法は、例えば、「K. Isaka et al., Ammonium removal performance of anaerobic ammonium-oxidizing bacteria immobilized in polyethylene glycol gel carrier, Applied Microbiology and Biotechnology, 76, 1457-1465 (2007)」で詳細に説明されているため、ここではその説明を省略する。

次に、処理槽２０に投入された未馴養の硝化担体２２を好気条件下で馴養する。具体的には、ブロア３０を稼動して、処理槽２０内の廃水を曝気攪拌して、処理槽２０内の廃水中の溶存酸素量（ＤＯ）が１〜８ｍｇ／Ｌ（好ましくは、２〜３ｍｇ／Ｌ）に維持する。

硝化担体２２の馴養は、Ｒｅａｌ−ｔｉｍｅ ＰＣＲ法による硝化細菌のコピー数が１．２×１０^８Ｃｏｐｉｅｓ／ｍｌ以上（より好ましくは、６．０×１０^８Ｃｏｐｉｅｓ／ｍｌ以上）になるように行うことが好ましい。ここで、硝化細菌のコピー数が「１．２×１０^８Ｃｏｐｉｅｓ／ｍｌ」は、硝化担体２２の単位体積あたりのアンモニア性窒素の処理速度が０．５ｋｇ-Ｎ／ｍ^３-担体／ｄａｙに相当する。また、硝化細菌のコピー数が「６．０×１０^８Ｃｏｐｉｅｓ／ｍｌ」は、硝化担体２２の単位体積あたりのアンモニア性窒素の処理速度が２．５ｋｇ-Ｎ／ｍ^３-担体／ｄａｙに相当する。

なお、硝化担体２２の馴養（亜硝酸型硝化反応の立ち上げ）の進行は、処理槽２０内のアンモニア濃度の減少傾向と、処理槽２０内の亜硝酸濃度の増加傾向とにより、確認することができる。また、亜硝酸型硝化反応では水素イオンが生成されることを利用して、処理槽２０内のｐＨの減少傾向から、硝化担体２２の馴養（亜硝酸型硝化反応の立ち上げ）の進行を確認してもよい。

次に、脱窒担体供給部４４により、未馴養の脱窒担体２４を処理槽２０に投入する。ここで、未馴養の脱窒担体２４とは、嫌気性アンモニア酸化細菌を含む担体であり、ＦＩＳＨ（Fluorescence In Situ Hybridization）法ダイレクトカウントにより測定される嫌気性アンモニア酸化細菌の菌数が１．５×１０^７Ｃｅｌｌｓ／ｍｌ（Ｒｅａｌ−ｔｉｍｅ ＰＣＲ法で２．０×１０^８Ｃｏｐｉｅｓ／ｇに相当）よりも少ないものをいう。なお、嫌気性アンモニア酸化細菌の菌数が「１．５×１０^７Ｃｅｌｌｓ／ｍｌ」とは、脱窒担体２４の単位体積あたりの窒素除去速度として約２．５ｋｇ-Ｎ／ｍ^３-担体／ｄａｙに相当する。

ここで、ＦＩＳＨ法ダイレクトカウントについては、例えば、「K. Isaka et al., Growth characteristic of anaerobic ammonium-oxidizing (anammox) bacteria in an anaerobic biological filtrated (ABF) reactor, Applied Microbiology and Biotechnology, 70, 47-52 (2006)」で詳細に説明されているため、ここではその説明を省略する。

次に、処理槽２０に投入された未馴養の脱窒担体２４を嫌気条件下で馴養する。具体的には、処理槽２０内の廃水中の溶存酸素量（ＤＯ）を１ｍｇ／Ｌ未満（好ましくは、０．２ｍｇ／Ｌ以下）に維持する。また、処理槽２０内の亜硝酸濃度が１００ｍｇＮ／Ｌ以下になるように、処理槽２０内の溶存酸素量を調節することが好ましい。

また、処理槽２０における溶存酸素量は、０．２ｍｇ／Ｌ以下から徐々に増加させることが好ましい。これにより、嫌気性アンモニア酸化細菌の増殖に応じて、硝化担体２２を徐々に活性化して、硝化反応により生成される亜硝酸の量を徐々に増加させることで、脱窒担体２４の馴養を効率的に行うことができる。

このとき、処理槽２０内の亜硝酸濃度が、原水タンク１２のアンモニア濃度から、処理槽２０のアンモニア濃度を差し引いた値（亜硝酸に消化したアンモニア量）の半量以下になるように、処理槽２０における溶存酸素量を徐々に増加させることが好ましい。

脱窒担体２４（嫌気性アンモニア酸化細菌）の馴養にはアンモニア及び亜硝酸が必要であるが、原廃水に含まれるアンモニアと、馴養済みの硝化担体２２の硝化反応により生成する亜硝酸とを利用することができる。例えば、原廃水中のアンモニア性窒素濃度が５０〜２０００ｍｇＮ／Ｌ（好ましくは、１００〜１０００ｍｇＮ／Ｌ）である場合、原廃水に含まれるアンモニアの一部を硝化担体２２の硝化反応により亜硝酸に酸化することで、脱窒担体２４の馴養に必要なアンモニアと亜硝酸とを確保することができる。なお、原廃水中のアンモニア濃度が低い場合、不足しているアンモニアを処理槽２０に適宜供給してもよい。

また、硝化担体２２の硝化反応により生成される亜硝酸の量が十分でない場合、不足している亜硝酸を処理槽２０に適宜供給してもよい。処理槽２０に供給される亜硝酸溶液は、亜硝酸成分を含有する液体であれば特に限定されず、例えば、亜硝酸塩を含む水溶液であってもよいし、亜硝酸を含む廃水であってもよい。また、処理槽２０への亜硝酸溶液の添加量は、処理槽２０における亜硝酸性窒素濃度が１００ｍｇＮ／Ｌ以下になるように、決定されることが好ましい。

また、脱窒担体２４の馴養は、ＦＩＳＨ法ダイレクトカウントにより測定される嫌気性アンモニア酸化細菌の菌数が１．５×１０^７Ｃｅｌｌｓ／ｍｌ以上（より好ましくは、４．５×１０^７Ｃｅｌｌｓ／ｍｌ以上）になるように行うことが好ましい。

ここで、嫌気性アンモニア酸化細菌の菌数が「４．５×１０^７Ｃｅｌｌｓ／ｍｌ」は、Ｒｅａｌ−ｔｉｍｅ ＰＣＲ法では４．５×１０^８Ｃｏｐｉｅｓ／ｇに、脱窒担体２４の単位体積あたりの窒素除去速度では約５ｋｇ-Ｎ／ｍ^３-担体／ｄａｙに相当する。

細菌数が上記範囲である嫌気性アンモニア酸化細菌は、脱窒反応により窒素ガスを多量に生成することで、自らの周囲に局所的な嫌気条件場を形成するため、処理槽２０が全体として好気条件であっても、活性を維持することができる。したがって、処理槽２０内で、好気性細菌である硝化細菌の活性と、嫌気性細菌である嫌気性アンモニア酸化細菌の活性とを容易に両立することができる。

なお、脱窒担体２４の馴養（脱窒反応の立ち上げ）の進行は、処理槽２０内のアンモニア濃度及び亜硝酸濃度の減少傾向と、処理槽２０内の硝酸濃度の増加傾向とにより、確認することができる。特に、上述の反応式（１）の量論比に従って、（アンモニアの消費量）：（亜硝酸の消費量）：（硝酸の生成量）＝１：１．３２：０．２６に近い関係があれば、脱窒担体２４の馴養（脱窒反応の立ち上げ）が適切に進行していると判断できる。また、アンモニア１ｍｏｌに対して、約０．１３ｍｏｌの水素イオンが消費されることを利用して、処理槽２０内のｐＨの上昇傾向から、脱窒担体２４の馴養（脱窒反応の立ち上げ）の進行を確認してもよい。

上述の馴養方法では、好気条件下（ＤＯ＝１〜８ｍｇ／Ｌ）で硝化担体２２を馴養した後に、嫌気条件下（ＤＯ＜１ｍｇ／Ｌ）で脱窒担体２４の馴養を行う。このように、脱窒担体２４を馴養する際の溶存酸素量を１ｍｇ／Ｌ未満に維持することで、嫌気性アンモニア酸化細菌の増殖を促進することができる。また、馴養済みの硝化担体２２の活性が適度に抑制されるので、処理槽２０内で亜硝酸が過剰に生成されることがなく、過剰な亜硝酸に起因する嫌気性アンモニア酸化細菌の増殖阻害を防止することができる。

さらに、上述の馴養方法によれば、硝化細菌及び嫌気性アンモニア酸化細菌の馴養を同一の槽（処理槽２０）で行うため、馴養工程を簡素化するとともに、低コスト化することができる。

以上、本発明の一実施形態に係る廃水処理方法について説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはもちろんである。

例えば、上述の実施形態では、硝化担体２２の馴養を行った後、未馴養の脱窒担体２４を処理槽２０に投入する例について説明したが、未馴養の脱窒担体２４は、硝化担体２２を馴養する際、又は硝化担体２２の馴養前に、処理槽２０に投入してもよい。

また、上述の実施形態では、処理槽２０を散気手段２８により曝気攪拌する例について説明したが、処理槽２０に旋回流を形成して、処理槽２０内の廃水を攪拌してもよい。

図２は、旋回流を利用して処理槽２０内の廃水を攪拌する廃水処理装置の一例を示す構成図である。なお、図２では、図１に示す廃水処理装置１０と共通する構成要素には同一の符号を付し、ここではその説明を省略する。

図２に示すように、廃水処理装置７０は、処理槽２０を第１処理室７４及び第２処理室７６に分離する邪魔板７２を備える点で廃水処理装置１０と異なる。

邪魔板７２は、第１処理室７４と第２処理室７６とを連通する連通路７８が処理槽２０の上部及び底部に形成されるように配置される。連通路７８の断面形状は特に限定されず、正方形や長方形等の多角形であっても、円形、楕円形であってもよい。また、連通路７８は、処理槽２０の上部及び底部に一つずつ設けてもよいし、処理槽２０の上部及び底部に複数の連通路７８を設けてもよい。

また、散気手段２８は、第１処理室７４及び第２処理室７６のいずれか一方に設けられており、散気手段２８を稼動することで、連通路７８を介して、廃水の旋回流を処理槽２０内に形成することができる。

これにより、第１処理室７４及び第２処理室７６のいずれか一方に散気手段２８を設けるだけで、処理槽２０内に形成される廃水の旋回流を利用して、処理槽２０内の廃水に溶存酸素を供給するとともに、処理槽２０内の担体を流動させることができる。したがって、廃水処理運転に必要なエネルギーを低減することができる。

さらに、上記構成の廃水処理装置７０によれば、脱窒担体２４の馴養時に間欠的に曝気攪拌する際に、処理槽２０内の廃水の旋回流を利用することで、処理槽２０内の溶存酸素量（ＤＯ）の上昇を抑制しながら、脱窒担体２４を効果的に流動させることができる。

なお、図２には、平板状の邪魔板７２により、処理槽２０内に廃水の旋回流を形成する例を示したが、邪魔板７２の形状はこれに限定されず、種々の形状であってもよい。例えば、図３に示すように、円筒状の邪魔板７２を処理槽２０内に配置することで形成される連通路７８を介して、第１処理室７４及び第２処理室７６のいずれか一方（図３に示す例では、第１処理室７４）に設けられた散気手段２８により、廃水の旋回流を処理槽２０内に形成してもよい。

１０…廃水処理装置、１２…原水タンク、１４…ポンプ、１６…センサー、２０…処理槽、２２…硝化担体、２４…脱窒担体、２６…センサー、２８…散気手段、３０…ブロア、４０…制御装置、４２…硝化担体供給部、４４…脱窒担体供給部、７０…廃水処理装置、７２…邪魔板、７４…第１処理室、７６…第２処理室、７８…連通路

Claims (6)

1. アンモニア性窒素を含む廃水を処理する方法であって、
   嫌気性アンモニア酸化細菌を含む未馴養の脱窒担体を処理槽に投入する工程と、
   硝化細菌を含む未馴養の硝化担体を前記処理槽に投入する工程と、
   前記処理槽における溶存酸素量を１ｍｇ／Ｌ以上８ｍｇ／Ｌ以下に維持しながら、前記処理槽内の未馴養の前記硝化担体を馴養する工程と、
   前記硝化担体を馴養した後、前記処理槽における溶存酸素量を１ｍｇ／Ｌ未満に維持しながら、前記処理槽内の未馴養の前記脱窒担体を馴養する工程と、
   馴養された前記硝化担体により、前記廃水中の前記アンモニア性窒素を亜硝酸に酸化する工程と、
   馴養された前記脱窒担体により、前記廃水中の前記アンモニア性窒素を水素供与体として、前記アンモニア性窒素の酸化により生成した前記亜硝酸を脱窒する工程とを含むことを特徴とする廃水処理方法。
2. 前記脱窒担体を馴養する工程では、前記嫌気性アンモニア酸化細菌を１．５×１０^７Ｃｅｌｌｓ／ｍｌ以上に増殖させることを特徴とする請求項１に記載の廃水処理方法。
3. 前記脱窒担体を馴養する工程では、前記処理槽における溶存酸素量を０．２ｍｇ／Ｌ以下から徐々に増加させることを特徴とする請求項１又は２に記載の廃水処理方法。
4. 前記亜硝酸に酸化する工程および前記亜硝酸を脱窒する工程において、前記処理槽における溶存酸素量を１ｍｇ／Ｌ以上８ｍｇ／Ｌ以下に維持することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の廃水処理方法。
5. 前記脱窒担体を馴養する工程では、散気装置を用いて前記処理槽の曝気攪拌を間欠的に行うことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の廃水処理方法。
6. 前記脱窒担体と前記硝化担体とは、包括固定化担体であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の廃水処理方法。

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