JP5992807B2 - 排水処理装置および排水処理方法 - Google Patents

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Description

本発明は、窒素を含有する排水を生物処理する排水処理装置および排水処理方法に関する。
窒素を含有する排水（以下、窒素含有排水）を生物処理する際、反応副生成物として亜酸化窒素ガス（Ｎ２Ｏガス）が発生することが知られている。亜酸化窒素ガスは温室効果ガスであり、その温室効果は二酸化炭素ガスの約３１０倍と非常に高い。また、亜酸化窒素ガスは、フロンガスと同様、成層圏のオゾン層を破壊するオゾン層破壊ガスとしても問題視されている。このため、窒素含有排水を生物処理する際、大気中への亜酸化窒素ガスの拡散を抑制することが地球環境保護の観点から急務となっている。なお、窒素含有排水としては、下水処理場の最初沈殿池より供給される原水、一般下水や汚水、し尿、工場排水、農業集落排水、漁業集落排水、養殖排水などを処理した排水や浄水原水等を例示できる。
一般に、窒素含有排水を生物処理する方法（以下、排水処理方法と表記）は、硝化菌を利用して窒素含有排水中のアンモニア性窒素を酸化する硝化工程と、脱窒菌を利用して窒素含有排水中に含まれる窒素酸化物を還元する脱窒工程と、を含む（特許文献１参照）。硝化工程は、以下に示す化学反応式（１），（２）に従ってアンモニアが酸化されて亜硝酸となる工程と、以下に示す化学反応式（３）に従って亜硝酸が酸化されて硝酸となる工程と、を含む。
ＮＨ４ ＋＋Ｏ２＋Ｈ＋＋２ｅ− → ＮＨ２ＯＨ＋Ｈ２Ｏ …（１）
ＮＨ２ＯＨ＋Ｈ２Ｏ → ＮＯ２ −＋５Ｈ＋＋４ｅ− …（２）
ＮＯ２ −＋０．５Ｏ２ → ＮＯ３ − …（３）
化学反応式（１），（２）は、本来的には１対の反応として連続的に進み、以下の化学反応式（４）に示すように余った電子が酸素に渡される。しかしながら、化学反応式（１）に従って生成されたＮＨ２ＯＨの一部が化学反応式（２）の反応経路を経ることなく以下に示す化学反応式（５）に従って酸化されることによって、亜酸化窒素が生成されることがある。また、曝気量が不足して硝化工程に必要な酸素量を確保できない場合、反応が十分に進行せず、排水中にＮＯ２ −が蓄積し、以下に示す化学反応式（６），（７）の反応が生じ、硝化率が低下することによって、亜酸化窒素への転換率が上昇することがある。
０．５Ｏ２＋２Ｈ＋＋２ｅ− → Ｈ２Ｏ …（４）
ＮＨ２ＯＨ＋ＮＯ２ − → Ｎ２Ｏ＋Ｈ２Ｏ＋ＯＨ− …（５）
ＮＯ２ −＋３Ｈ＋＋２ｅ− → ０．５Ｎ２Ｏ＋１．５Ｈ２Ｏ …（６）
ＮＯ２ −＋Ｈ＋＋２（Ｈ） → ０．５Ｎ２Ｏ＋１．５Ｈ２Ｏ …（７）
一方、脱窒工程は、有機物を利用して以下に示す化学反応式（８）に従って進行する。化学反応式（８）中の（Ｈ）は、水素供与体としてのエタノールおよびその他の有機物を示している。しかしながら、この脱窒工程において、有機物量が少ない、溶存酸素量が多い等、反応環境が良好でないと、脱窒反応が不十分になり、窒素への完全な分解が進まなくなる。この結果、以下に示す化学反応式（９）〜（１２）のうち、化学反応式（１１）までで反応が終了してしまい、亜酸化窒素の発生量が増加することがある。
ＮＯ３ −＋Ｈ＋＋５（Ｈ） → ０．５Ｎ２＋３Ｈ２Ｏ …（８）
ＮＯ３ −＋２Ｈ → ＮＯ２ −＋Ｈ２Ｏ …（９）
ＮＯ２ −＋Ｈ＋＋（Ｈ） → ＮＯ＋Ｈ２Ｏ …（１０）
ＮＯ＋（Ｈ） → ０．５Ｎ２Ｏ＋０．５Ｈ２Ｏ …（１１）
Ｎ２Ｏ＋２（Ｈ） → Ｎ２＋Ｈ２Ｏ …（１２）
ところで、嫌気好気法（ＡＯ法）、嫌気無酸素好気法（Ａ2Ｏ法）、循環型硝化脱窒法などの排水処理方法において、窒素除去率を向上させるためには、硝化槽において発生した硝化液を脱窒槽（嫌気槽や無酸素槽）に循環させ、生物学的な還元反応によって窒素化を促進する必要がある。
特開平６−６３５８８号公報
ところが、亜酸化窒素を含む活性汚泥が返送経路を介して好気槽に返送されると、好気槽での散気の影響によって、亜酸化窒素が揮散されて大気中に放出されてしまう。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、亜酸化窒素を効率的に除去し、装置外への放出を抑制できる排水処理装置および排水処理方法を提供することにある。
上述した課題を解決し、上記目的を達成するために、本発明に係る排水処理装置は、窒素含有排水に対して生物処理を行う活性汚泥を含む反応槽と、反応槽において生成された混合気体に含まれる亜酸化窒素を少なくとも好気脱窒菌により脱窒する分解槽と、を備えることを特徴とする。
本発明に係る排水処理装置は、上記の発明において、分解槽が、反応槽において生成された混合気体に含まれる亜酸化窒素を好気脱窒菌および嫌気脱窒菌によって脱窒するように構成されていることを特徴とする。本発明に係る排水処理装置は、この構成において、分解槽内において、好気脱窒菌と嫌気脱窒菌とが仕切り手段により分離されていることを特徴とする。さらに、本発明に係る排水処理装置は、これらの構成において、嫌気脱窒菌が、細菌を担持可能に構成された嫌気用担体に担持されていることを特徴とする。また、本発明に係る排水処理装置は、分解槽が混合気体を散気する混合気体散気手段を備え、混合気体散気手段から散気される混合気体の流量を制御することによって亜酸化窒素の分解速度を制御することを特徴とする。
本発明に係る排水処理装置は、上記の発明において、好気脱窒菌が、細菌を担持可能に構成された好気用担体に担持されていることを特徴とする。
本発明に係る排水処理装置は、上記の発明において、反応槽が好気槽であることを特徴とする。これは、好気槽において生成される混合気体に亜酸化窒素が多く含まれるという本発明者の知見に基づいており、この構成により好気槽において生成される混合気体に含まれる亜酸化窒素を除去することによって、分解槽の設置数を最小限にしつつ亜酸化窒素の排水処理装置外への放出を効率的に抑制できる。
本発明に係る排水処理方法は、窒素含有排水に対して混合気体の生成を伴う生物処理を行う反応ステップと、混合気体を分解槽に供給する供給ステップと、分解槽に供給された混合気体を好気脱窒菌に供給する好気ガス供給ステップと、好気脱窒菌により混合気体に含まれる亜酸化窒素を分解する好気分解ステップと、を含むことを特徴とする。
本発明に係る排水処理方法は、上記の発明において、好気分解ステップ後に、混合気体を嫌気脱窒菌に供給する嫌気ガス供給ステップと、嫌気脱窒菌により混合気体に含まれる亜酸化窒素を分解する嫌気分解ステップと、をさらに含むことを特徴とする。
本発明に係る排水処理装置および排水処理方法によれば、亜酸化窒素を効率的に除去し、装置外への放出を大幅に抑制することが可能となる。
図１は、本発明の第１の実施形態による排水処理装置の分解槽および反応槽を示す概略構成図である。 図２は、本発明の第１の実施形態による分解槽における亜酸化窒素の除去方法を示すフローチャートである。 図３は、本発明の第２の実施形態による排水処理装置の分解槽の詳細を示す構成図である。 図４は、本発明の第３の実施形態による排水処理装置の分解槽および反応槽を示す概略構成図である。 図５は、本発明の第３の実施形態による分解槽における亜酸化窒素の除去方法を示すフローチャートである。 図６は、本発明の第４の実施形態による排水処理装置の分解槽の詳細を示す構成図である。 図７は、本発明の第４の実施形態による排水処理装置の分解槽における好気脱窒菌担体層の湿潤状態を示す構成図である。 図８は、本発明の第４の実施形態による排水処理装置の分解槽における好気脱窒菌担体層および嫌気脱窒菌担体層の浸漬状態を示す構成図である。 図９は、本発明の第４の実施形態による排水処理装置の分解槽の仕切り板の構成の変形例を示す構成図である。 図１０は、本発明の第４の実施形態による排水処理装置の分解槽の仕切り板の構成の変形例を示す構成図である。 図１１は、本発明の第５の実施形態による排水処理装置の分解槽、反応槽および硝化槽を示す概略構成図である。 図１２は、本発明の第６の実施形態による排水処理装置を示す概略構成図である。 図１３は、本発明の実施形態に基づく実施例を示す図表である。
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施形態の全図においては、同一または対応する部分には同一の符号を付す。また、本発明は以下に説明する実施形態によって限定されるものではない。
（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態による分解槽を有する排水処理装置について説明する。図１は、この第１の実施形態による排水処理装置の分解槽および反応槽を示す模式図である。
図１に示すように、この第１の実施形態による排水処理装置においては、少なくとも反応槽１０および分解槽２０を備える。反応槽１０は、他の反応槽から流出した処理水が流入する活性汚泥槽であり、例えば無酸素槽、嫌気槽、または好気槽などの他の反応槽（図１中、図示せず）の下流側に配置される。また、反応槽１０において処理された処理水は、さらに下流の例えば好気槽などの反応槽や固液分離槽に流出される。
反応槽１０内には、活性汚泥を含む生物処理水１６を攪拌するための攪拌手段としての攪拌機１１が設けられている。攪拌機１１は、例えば、モータなどによって回転される攪拌羽根からなる。反応槽１０の底部には、貯留されている生物処理水に空気を供給するための空気散気手段としての空気散気部１２が設けられている。空気散気部１２には、バルブ１３ａを備えた配管１３が連通されている。また、配管１３には、窒素（Ｎ2）および酸素（Ｏ2）を主に含む空気を供給するためのブロワ１４が設けられ、空気がブロワ１４によって配管１３を通じて空気散気部１２に供給される。また、ブロワ１４からの曝気空気の流量の調整は、バルブ１３ａを流量調整手段として用いることで行うことが可能であるが、空気散気部１２、配管１３またはブロワ１４に流量調整手段を別途設置することも可能である。また、反応槽１０には、上部の空間を密閉するための密閉手段としての蓋部１５が設けられている。
分解槽２０は、上方から処理水を散水可能に構成された生物分解処理槽である。分解槽２０の内部には、好気脱窒菌担体層２１が設けられている。この好気脱窒菌担体層２１は、処理水が上方から必要量散水されることにより、少なくとも湿潤状態とされる。ここで湿潤状態とは、好気脱窒菌担体層２１に含有される水分が、少なくとも好気脱窒菌の生成に必要な量以上ある状態であり、処理水の散水量を多くすることによって、分解槽２０の内部に処理水を貯留して、図１に示す好気脱窒菌担体層２１が処理水に浸漬された状態を含む。
好気脱窒菌担体層２１は、表面に好気脱窒菌が担持された担体や内部に好気脱窒菌が包括固定化された担体を単一で用いた単一体、または複数集合させた集合体から構成される。脱窒菌を保持する担体としては、固定担体や流動担体を採用することができ、天然高分子、合成高分子、これらの複合体、および吸水性ポリマーといったゲル状のものを用いることが可能である。また、担体に担持させたり包括固定化させたりする好気脱窒菌としては、独立栄養性の好気脱窒菌が好適に採用される。独立栄養性の好気脱窒菌としては、例えば、ヒュードモナス属（Pseudomonas sp.DNY8、Pseudomonas stutzeri(Ps)など）、パラコッカス属（Paracoccus denitrificans、Paracoccus pantotrophusなど）、およびＤＣＢ−Ｔ６などを挙げることができるが、必ずしもこれらの細菌に限定されるものではなく、公知な細菌や新規な細菌を適宜採用することが可能である。
好気脱窒菌担体層２１の下方で分解槽２０の底部には、混合気体散気手段としての混合気体散気部２２が設けられている。混合気体散気部２２は、好気脱窒菌担体層２１に向けて混合気体を散気可能に構成されている。なお、分解槽２０の内部に処理水が貯留されている場合には、混合気体散気部２２は処理水に混合気体を曝気可能に構成されている。
混合気体散気部２２には、配管２３が連通されている。配管２３には、バルブ２４ａを備えるとともに他端が反応槽１０の上部の密閉空間１０ａ内に連通する、配管２４が連結されている。配管２４にはブロワ２６が設けられている。配管２４およびブロワ２６によって、混合気体を捕集するための捕集管が構成されている。また、ブロワ２６によって、密閉空間１０ａ内の混合気体を配管２４および配管２３を順次通じて混合気体散気部２２に供給可能に構成されている。
また、ブロワ２６からの混合気体の流量は、バルブ２４ａを流量調整手段として用いるとともに所定の制御手段（図示せず）などで制御することによって、制御可能である。なお、混合気体散気部２２、配管２３、またはブロワ２６に外部から制御可能な流量調整手段を別途設置することも可能である。これにより、詳細は後述するが、混合気体散気部２２から散気される混合気体の流量を制御することによって、分解槽２０内におけるＮ2Ｏガスの分解速度を制御することが可能になる。
さらに、配管２３，２４には、反応槽１０の密閉空間１０ａ内の混合気体を外気に放出するための配管２７が連結されている。配管２７にはバルブ２７ａが設けられており、このバルブ２７ａの開閉によって配管２７を通じた混合気体の外気への放出が制御される。
また、分解槽２０の底部には、分解槽２０内に貯留された処理水を反応槽１０に供給するための配管２５が連通されている。この配管２５には、分解槽２０から反応槽１０に供給する処理水の水量を制御するとともに、分解槽２０に貯留される処理水の量を制御するための開閉可能なバルブ２５ａが設けられている。
また、配管２５には、処理水の流れ方向に沿ってバルブ２５ａの上流側から下流側にバイパスするように、オーバーフロー配管２８が連結されている。オーバーフロー配管２８は、その上部が分解槽２０の上部よりやや低い位置になるように設けられている。これにより、分解槽２０は、内部に貯留する処理水の水圧に基づいて、上部から処理水が溢れるのを防止可能に構成されている。また、オーバーフロー配管２８は、その途中で分岐されている。オーバーフロー配管２８は、直接およびオーバーフロー配管バルブ２８ａを介してバルブ２５ａの下流側に連結されている。そして、分解槽２０は、オーバーフロー配管バルブ２８ａを制御することによって、分解槽２０中の処理水の貯留量、すなわち分解槽２０に貯留される処理水の水面レベルを制御可能に構成されている。
次に、以上のようにして構成された排水処理装置を用いた排水処理方法における亜酸化窒素の除去方法について説明する。図２は、この第１の実施形態による亜酸化窒素の除去方法を示すフローチャートである。
図２に示すように、この第１の実施形態による亜酸化窒素の除去方法においては、まずステップＳＴ１において、反応ステップおよび供給ステップとして、反応槽１０の密閉空間１０ａ内に放出される亜酸化窒素（Ｎ2Ｏ）を含有する混合気体を、分解槽２０に供給する。すなわち、まず、図１に示す反応槽１０内の生物処理水１６において、攪拌機１１を駆動させつつ外部から空気散気部１２を通じて空気を供給する。これにより、反応槽１０内において、例えば、溶存酸素濃度が高い環境下で硝化菌の作用によって硝化処理が行われ、上述した化学反応式（１），（２）に従って亜硝酸が生成され、上述した化学反応式（３）に従って硝酸が生成される。
このとき、化学反応式（１）に従って生成されたＮＨ２ＯＨの一部が化学反応式（２）の反応経路を経ることなく上述した化学反応式（５）に従って酸化されると、反応槽１０内において、生物処理水１６から密閉空間１０ａ内に亜酸化窒素（Ｎ2Ｏ）が放出されてしまう。また、種々の原因によって排水中にＮＯ２ −が蓄積されると、上述した化学反応式（６），（７）の反応が生じて硝化率が低下し、反応槽１０の上部の空間にＮ2Ｏがさらに放出される。このようにして、上述した化学反応式（５）〜（７）に従った反応および空気散気部１２から散気される空気によって、密閉空間１０ａ内に少なくともＮ2Ｏと、Ｎ2およびＯ2とを含む混合気体としてのＮ2Ｏ含有ガスが放出される。
次に、バルブ２７ａを閉じた状態でバルブ２４ａを開け、ブロワ２６を稼働させることにより、密閉空間１０ａ内のＮ2Ｏ含有ガスが捕集される。捕集されたＮ2Ｏ含有ガスは、配管２３を通じて分解槽２０に供給される。
次に、図２に示すステップＳＴ２に移行して、分解槽２０においてＮ2Ｏ含有ガスが散気される。すなわち、図１に示す反応槽１０の密閉空間１０ａ内において捕集されたＮ2Ｏ含有ガスは、分解槽２０に供給され、混合気体散気部２２から散気される。なお、反応槽１０において発生したＮ2Ｏ含有ガスの生成量が、混合気体散気部２２において許容される散気量を超えた場合、バルブ２７ａを開けることによって、配管２７を通じて余剰のＮ2Ｏ含有ガスを外部に放出させる。このようにして、バルブ２７ａは安全弁として用いることができるが、反応槽１０、その密閉空間１０ａの容積、またはＮ2Ｏガスの発生量によっては、バルブ２７ａや配管２７を採用しないことも可能である。
続いて、図２に示すステップＳＴ３に移行して、好気ガス供給ステップとして、分解槽２０において好気脱窒菌担体層２１に対して、Ｎ2Ｏ含有ガスを供給する。すなわち、図１に示す分解槽２０に供給され混合気体散気部２２から散気されたＮ2Ｏ含有ガスは、好気脱窒菌担体層２１に対して散気または曝気されることによって供給される。好気脱窒菌担体層２１は処理水によって常時湿潤状態にあることから、Ｎ2Ｏ含有ガスが処理水に溶解して好気脱窒菌による反応に供する。
次に、図２に示すステップＳＴ４に移行して、好気分解ステップとして、好気脱窒菌担体層２１に担持された好気脱窒菌によりＮ2Ｏ含有ガス中のＮ2Ｏが分解される。すなわち、図１に示す分解槽２０において、Ｎ2Ｏ含有ガスが好気脱窒菌担体層２１に供給されると、担体に担持されている好気脱窒菌によって、例えば上述した化学反応式（１２）に従った脱窒が行われる。これによって、Ｎ2Ｏ含有ガス中のＮ2ＯがＮ2ガスに分解されて外部に放出される。なお、Ｎ2Ｏ含有ガス中のＮ2Ｏ以外の気体成分も併せて外部に放出される。
以上説明した第１の実施形態によれば、反応槽１０において生成される亜酸化窒素（Ｎ2Ｏ）を分解槽２０に供給して、好気脱窒菌担体層２１により分解して窒素（Ｎ2）として放出していることにより、温室効果ガスである亜酸化窒素ガスを排水処理装置から外部に放出する量を低減できるので、窒素含有排水を生物処理する際に、大気中への亜酸化窒素ガスの拡散を抑制できる。
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図３は、この第２の実施形態による分解槽を示す構成図である。図３に示すように、この第２の実施形態による分解槽２０は、第１の実施形態と異なり、好気用担体としての複数の好気脱窒菌担体２１ａに好気脱窒菌を担持させつつ、分解槽２０に処理水を貯留する。これによって、分解槽２０の処理水中に好気脱窒菌担体２１ａを浮遊させて好気脱窒菌担体層２１を構成する。ここで、個々の好気脱窒菌担体２１ａの寸法は、最大径が例えば１０〜１２ｍｍになるように形成するのが好ましいが、必ずしもこれらの数値に限定されるものではない。
また、分解槽２０の側部には、ＤＯ計やＯＲＰ計などに処理水を供給するためのバルブ２０ａ，２０ｂが設けられている。また、Ｎ2Ｏの脱窒除去は好気脱窒菌担体２１ａに担持されている好気脱窒菌によって行われる。その他の構成および亜酸化窒素の除去方法については第１の実施形態と同様であるので、その説明を省略する。
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図４は、この第３の実施形態による排水処理装置に設けられる反応槽および分解槽を示す模式図である。
図４に示すように、この第３の実施形態による排水処理装置においては、第１の実施形態と異なり、分解槽３０において、好気脱窒菌担体層２１の上方に嫌気脱窒菌担体層３１が設けられている。この嫌気脱窒菌担体層３１は、上方から散水される処理水によって常時湿潤状態とされる。ここで湿潤状態とは、嫌気脱窒菌担体層３１に含有される水分が少なくとも嫌気脱窒菌の生成に必要な量以上ある状態であり、処理水の散水量を多くすることによって、分解槽３０の内部に処理水を貯留して、図４に示す嫌気脱窒菌担体層３１が分解槽３０に貯留された処理水に浸漬された状態を含む。また、外部から水素供与体としての有機物が供給されることにより、脱窒菌に栄養が供給される。
次に、この第３の実施形態の排水処理方法について説明する。この第３の実施形態によるＮ2Ｏの除去方法は、第１の実施形態と異なり、好気脱窒菌担体層２１によってＮ2Ｏが分解されて通過した混合気体に対して、嫌気脱窒菌担体層３１によって脱窒処理が改めて行われる。図５は、この第３の実施形態による亜酸化窒素の除去方法を示すフローチャートである。
図５に示すように、この第３の実施形態による亜酸化窒素の除去方法においては、まずステップＳＴ１１において、反応槽１０の密閉空間１０ａ内に放出されるＮ2Ｏを含有した混合気体を、分解槽３０に供給する。すなわち、まず、図４に示す反応槽１０内の生物処理水１６において、攪拌機１１を駆動させつつ外部から空気散気部１２を通じて空気を供給する。これにより、反応槽１０内において、例えば、溶存酸素濃度が高い環境下で硝化菌の作用によって硝化処理が行われ、上述した化学反応式（１），（２）に従って亜硝酸が生成され、上述した化学反応式（３）に従って硝酸が生成される。
このとき、化学反応式（１）に従って生成されたＮＨ２ＯＨの一部が、化学反応式（２）の反応経路を経ることなく、上述した化学反応式（５）に従って酸化されると、反応槽１０内において生物処理水１６から密閉空間１０ａ内にＮ2Ｏが放出される。また、種々の原因によって排水中にＮＯ２ −が蓄積されると、上述した化学反応式（６），（７）の反応が生じて硝化率が低下し、反応槽１０の上部の空間にＮ2Ｏがさらに放出される。このようにして、上述した化学反応式（５）〜（７）に従った反応および空気散気部１２から散気される空気によって、密閉空間１０ａ内に少なくともＮ2Ｏと、Ｎ2およびＯ2とを含む混合気体としてのＮ2Ｏ含有ガスが放出される。
次に、バルブ２７ａを閉じた状態でバルブ２４ａを開け、ブロワ２６を稼働させることにより、密閉空間１０ａ内のＮ2Ｏ含有ガスが捕集される。捕集されたＮ2Ｏ含有ガスは、配管２３を通じて分解槽３０に供給される。
次に、図５に示すステップＳＴ１２に移行して、分解槽３０においてＮ2Ｏ含有ガスが散気される。すなわち、図１に示す反応槽１０の密閉空間１０ａ内において捕集されたＮ2Ｏ含有ガスは、分解槽３０に供給され、混合気体散気部２２から散気される。なお、反応槽１０において発生したＮ2Ｏ含有ガスの生成量が、混合気体散気部２２において許容される散気量を超えた場合、バルブ２７ａを開けることによって、配管２７を通じて余剰のＮ2Ｏ含有ガスを外部に放出させる。このようにして、バルブ２７ａは安全弁として用いることができるが、反応槽１０、その密閉空間１０ａの容積、またはＮ2Ｏガスの発生量によっては、バルブ２７ａや配管２７を採用しないことも可能である。
続いて、図５に示すステップＳＴ１３に移行して、分解槽３０において好気脱窒菌担体層２１に対して、Ｎ2Ｏ含有ガスを供給する。すなわち、図４に示す分解槽３０に供給され混合気体散気部２２から散気されたＮ2Ｏ含有ガスは、好気脱窒菌担体層２１に対して散気または曝気されることによって供給される。
次に、図５に示すステップＳＴ１４に移行して、好気脱窒菌担体層２１に担持された好気脱窒菌によりＮ2Ｏ含有ガス中のＮ2Ｏが分解される。すなわち、図４に示す分解槽３０において、Ｎ2Ｏ含有ガスが好気脱窒菌担体層２１に供給されると、好気脱窒菌によって、例えば上述した化学反応式（１２）に従った脱窒が行われる。これによって、Ｎ2Ｏ含有ガス中のＮ2Ｏの一部がＮ2ガスに分解される。
次に、図５に示すステップＳＴ１５に移行して、嫌気ガス供給ステップとして、嫌気脱窒菌担体層３１にＮ2Ｏの残部を含むＮ2Ｏ含有ガスが供給される。すなわち、図４に示す好気脱窒菌担体層２１を通過したＮ2Ｏ含有ガスは、嫌気脱窒菌担体層３１に対して散気または曝気によって供給される。
続いて、図５に示すステップＳＴ１６に移行して、嫌気分解ステップとして、嫌気脱窒菌担体層３１に担持された嫌気脱窒菌によりＮ2Ｏ含有ガス中のＮ2Ｏが分解される。すなわち、図４に示す分解槽３０において、Ｎ2Ｏが好気脱窒菌担体層２１において分解されずに残ったＮ2Ｏを含む窒素酸化物が、嫌気脱窒菌担体層３１によって還元されて脱窒処理が行われる。これによって、Ｎ2Ｏ含有ガス中のＮ2Ｏの一部がＮ2ガスに分解される。なお、Ｎ2Ｏ以外のガスは嫌気脱窒菌による化学反応を生じることなく通過して、外部に放出される。
この第３の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができるとともに、さらに嫌気脱窒菌担体層３１によって脱窒処理を再度行っていることにより、反応槽１０内において発生したＮ2Ｏを含む窒素化合物をさらに還元して分解することが可能になるので、窒素酸化物の外部への放出量をより一層低減できる。
（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。図６は、この第４の実施形態による分解槽を示す構成図である。図６に示すように、この第４の実施形態による分解槽３０は、第３の実施形態と異なり、複数の好気脱窒菌担体２１ａに好気脱窒菌が担持されているとともに、嫌気用担体としての複数の嫌気脱窒菌担体３１ａに嫌気脱窒菌が担持されている。また、これらの複数の好気脱窒菌担体２１ａと複数の嫌気脱窒菌担体３１ａとは、仕切り手段としての仕切り板３３により互いに分離した状態となっている。仕切り板３３は例えば微小の開孔が例えば等間隔に複数形成され、少なくとも分解槽３０内で液相および気相を通過可能、かつ好気脱窒菌担体２１ａおよび嫌気脱窒菌担体３１ａが通過できない大きさに形成されている。
仕切り板３３は、具体的には、プラスチック、ゴム、金属、またはセラミックス膜から構成される。プラスチックとしては、耐薬品性と機械的物性とに優れ、常用耐熱温度が６０℃以上、好適には８０℃以上であることから、塩化ビニル樹脂、ポリエチレン、およびポリプロピレンなどが採用される。また、仕切り板３３をプラスチックから構成する場合には、板厚は例えば１０〜数１０ｍｍ程度とするのが望ましい。
また、ゴムとしては、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＭ、ＥＰＤＭ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、およびニトリルゴム（ＮＢＲ）などが採用される。ＥＰＭ、ＥＰＤＭは、耐オゾン、アルコール、ケトン、デリコールのような極性溶剤や塩酸、苛性ソーダなどに耐性を有し、耐水、耐蒸気性を有するため好ましい。ＣＲは、耐熱性、耐老化性、耐オゾン性、耐候性、および耐燃性に優れ、酸化性薬品以外の薬品類に対して耐性を有するため好ましい。また、ＮＢＲは、耐油性、耐摩耗性、および機械的強度の向上に寄与するため好ましい。また、仕切り板３３をゴムから構成する場合には、板厚は例えば１０〜数１０ｍｍとするのが望ましいが、仕切り板３３自体の寸法に応じて、ゴムを支持する支持体を設ける必要も生じる。
また、金属としては、仕切り板３３を薄板化可能であるためステンレス鋼（ＳＵＳ３０４，ＳＵＳ３１６）などが好ましい。この場合、仕切り板３３の板厚は、数ｍｍ以上、具体的には仕切り板３３の開孔の目詰まりが抑制される１ｍｍ以上であれば良く、数１０ｍｍ以下でよい。
また、分解槽３０中に仕切り板３３を設けなかった場合、分解槽３０に貯留される処理水を、水深Ｌ1および容積Ｖ1とする。そして、この場合、混合気体としてのＮ2Ｏ含有ガスが混合気体散気部２２から散気された時点から処理水の水面に到達するまでの接触時間Ｔ1において、Ｎ2Ｏ含有ガスが気泡として処理水と接触し、Ｎ2Ｏ含有ガス内の各種ガス成分が処理水に溶融する。
他方、図６に示すように、分解槽３０中に仕切り板３３を設けた場合、分解槽３０の好気脱窒菌担体層２１に貯留される処理水を、水深Ｌ2および容積Ｖ2とする。そして、この場合、Ｎ2Ｏ含有ガスが混合気体散気部２２から散気された時点から好気脱窒菌担体層２１の上面、すなわち仕切り板３３に到達するまでの接触時間Ｔ2において、散気されたＮ2Ｏ含有ガスが気泡として処理水と接触する。これによって、Ｎ2Ｏ含有ガスのガス成分が処理水に溶融し、溶融したガス成分のうちのＮ2Ｏが好気脱窒菌担体層２１の好気脱窒菌によって分解される。
同様に、分解槽３０の嫌気脱窒菌担体層３１に貯留される処理水を、水深Ｌ3および容積Ｖ3とする。そして、この場合、Ｎ2Ｏ含有ガスが仕切り板３３を通過した時点から嫌気脱窒菌担体層３１の上面、すなわち処理水面に到達するまでの接触時間Ｔ3において、Ｎ2Ｏ含有ガスが気泡として処理水と接触する。これによって、Ｎ2Ｏ含有ガス内の各種ガス成分が処理水に溶融し、溶融したガス成分のうちのＮ2Ｏが嫌気脱窒菌担体層３１の嫌気脱窒菌によって分解される。
このような仕切り板３３を設けない場合と設けた場合とを比較すると、分解槽３０に貯留される処理水の関係から、（１３）式および（１４）式が成立する。
Ｌ1＝Ｌ2＋Ｌ3 ……（１３）
Ｖ1＝Ｖ2＋Ｖ3 ……（１４）
これに対し、仕切り板３３の下方においてＮ2Ｏ含有ガスが滞留することによって、Ｎ2Ｏ含有ガスと処理水との接触時間が増加し、接触時間Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3の間は、（１５）式の関係になる。
Ｔ1＜Ｔ2＋Ｔ3 ……（１５）
すなわち、分解槽３０に液相および気相を通過可能な仕切り板３３を設けることによって、Ｎ2Ｏ含有ガスと処理水との接触時間を増加させることができる。これにより、Ｎ2Ｏ含有ガス中のＮ2Ｏの処理水中への溶存量が増加し、これに伴ってＮ2Ｏの分解速度を増加させることができるので、Ｎ2Ｏの除去効率を向上させることができる。
また、分解槽３０に脱窒菌担体を分離するための仕切り板３３を設けることによって、担体を分解槽３０の上部および下部のそれぞれの層に維持できる。そのため、担体に付着した菌である脱窒菌の生育を溶存酸素濃度に応じた環境に適して行うことができるので、安定した分解速度を維持できる。これに対し、仕切り板３３を設けない場合には、散気されて流入するＮ2Ｏ含有ガスのガス量によって担体が浮遊することが考えられ、貯留された処理水の上部と下部とで担体が流動する、いわゆる流動床になる。さらに、流入するＮ2Ｏ含有ガスのガス量が小さい環境下では、担体が分解槽３０の下部に堆積するため、溶存酸素濃度の高い環境が維持される。また、仕切り板３３を設けることによって、担体付着汚泥を所望の一定水位である程度維持することによって、安定的な分解速度を実現できる。
次に、この第４の実施形態による分解槽３０の変形例について説明する。図７および図８はそれぞれ、第１および第２の変形例による分解槽３０の構成を示す概略図であり、図９および図１０はそれぞれ、第３および第４の変形例による分解槽３０の内部の仕切り板３３における板張り出し構造を示す概略図である。
まず、この第４の実施形態による分解槽３０の第１の変形例について説明する。図７に示すように、分解槽３０の第１の変形例においては、仕切り板３３の上方で複数の嫌気脱窒菌担体３１ａの上方には、シャワーボール３４が設けられている。このシャワーボール３４には、バルブ３５ａにより供給量を制御可能な配管３５を通じた処理水と、バルブ３６ａにより供給量を制御可能な配管３６を通じた例えばメタノールなどの有機物とが、配管３７で合流して混合物となって供給される。
そして、シャワーボール３４から散布される処理水と有機物との混合物によって、複数の好気脱窒菌担体２１ａおよび複数の嫌気脱窒菌担体３１ａは常に湿潤状態に保たれる。なお、貯留される処理水が少ない場合には、複数の好気脱窒菌担体２１ａおよび複数の嫌気脱窒菌担体３１ａを常に湿潤状態に維持するために、シャワーボール３４から間欠散布を行う。また、分解槽３０に貯留される処理水が多い場合でも、複数の好気脱窒菌担体２１ａのみを処理水中に浸漬させて浮遊させるように構成する。
具体的には、仕切り板３３とほぼ同じ高さの位置で分岐したオーバーフロー配管２８におけるオーバーフロー配管バルブ２８ａを開け、仕切り板３３よりも高い位置に処理水が貯留しないように制御する。これにより、処理水が最も貯留された状態では、分解槽３０の内部における仕切り板３３の下方において、複数の好気脱窒菌担体２１ａが、処理水に浸漬されつつ浮遊して好気脱窒菌担体層２１を構成する。他方、複数の嫌気脱窒菌担体３１ａは、重力により仕切り板３３上に堆積して嫌気脱窒菌担体層３１を構成する。
次に、この第４の実施形態による第２の変形例について説明する。図８に示すように、第２の変形例による分解槽３０においては、第１の変形例と異なり、複数の好気脱窒菌担体２１ａおよび複数の嫌気脱窒菌担体３１ａを処理水中に浸漬可能に構成する。この場合、オーバーフロー配管バルブ２８ａを閉じることによって、オーバーフロー配管２８の上部まで処理水が上昇可能に構成するので、仕切り板３３より上方の嫌気脱窒菌担体３１ａの部分にも処理水を貯留させる。
そして、仕切り板３３の下方において処理水中に複数の好気脱窒菌担体２１ａが浸漬されて好気脱窒菌担体層２１が構成される。これとともに、仕切り板３３の上方において、処理水中に複数の嫌気脱窒菌担体３１ａが浸漬されて嫌気脱窒菌担体層３１が構成される。なお、オーバーフロー配管バルブ２８ａを開けた状態としても、オーバーフロー配管２８の分岐した部分を仕切り板３３の上面より高い位置に設けることによって、複数の嫌気脱窒菌担体３１ａの少なくとも一部を処理水に浸漬させて嫌気脱窒菌担体層３１を構成するようにしても良い。この場合、貯留される処理水が少ない場合には、複数の好気脱窒菌担体２１ａおよび複数の嫌気脱窒菌担体３１ａを常に湿潤状態に維持するために、シャワーボール３４から間欠散布を行う。その他の構成は、第１の変形例による分解槽３０と同様であるので、説明を省略する。
次に、この第４の実施形態による第３の変形例について説明する。図９に示すように、この第３の変形例による分解槽３０においては、仕切り板３３の代わりに、少なくとも２枚の仕切り板３３ａ，３３ｂを設ける。そして、分解槽３０における最も高い位置に設けられた仕切り板３３ａより上方に、複数の嫌気脱窒菌担体３１ａ（図９中、図示せず）から構成される嫌気脱窒菌担体層３１を設ける。他方、分解槽３０の最も低い位置に設けられた仕切り板３３ｂより下方に、複数の好気脱窒菌担体２１ａ（図９中、図示せず）から構成される好気脱窒菌担体層２１を設ける。
仕切り板３３ａ，３３ｂの間には、例えば分解槽３０の内側壁から内側に向けて、張り出し板３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄがそれぞれ交互に張り出した、いわゆる板張り出し構造を有する気液接触延長手段としての気液接触部３８が設けられている。
すなわち、好気脱窒菌担体層２１を通過したＮ2Ｏ含有ガスの気泡は、仕切り板３３ｂを通過した後、順次張り出し板３８ｄ，３８ｃの間、張り出し板３８ｃ，３８ｂの間、および張り出し板３８ｂ，３８ａの間を通過することで、気液接触部３８を通過する。気液接触部３８を通過したＮ2Ｏ含有ガスの気泡は、仕切り板３３ａに到達して、嫌気脱窒菌担体層３１に供給される。この第３の変形例による気液接触部３８を設けた分解槽３０の場合、上述した第１および第２の変形例による分解槽３０の場合に比して、Ｎ2Ｏ含有ガスと処理水との接触時間を約２〜１０倍に増加させることができる。これにより、貯留された処理水中にＮ2Ｏ含有ガス中のＮ2Ｏをより多く溶解できるので、特に嫌気脱窒菌担体層３１によるＮ2Ｏの除去に寄与し、効率良く除去することが可能になる。
なお、このような気液接触部３８の構成は、Ｎ2Ｏの除去効率を考慮すると、複数の仕切り板３３ａ，３３ｂの間に設けることが好ましいが、必ずしもこれに限定されるものではなく、例えば好気脱窒菌担体層２１中に設けても良い。また、仕切り板３３ａ，３３ｂは２枚に限定されるものではなく３枚以上設けても良く、この場合もＮ2Ｏ含有ガスと処理水とが接触する時間が増加するため、仕切り板３３ａ，３３ｂの目詰まり等を考慮して適宜設置するのが好ましい。
次に、この第４の実施形態による第４の変形例について説明する。図１０に示すように、この第４の変形例による分解槽３０においては、仕切り板３３の代わりに、分解槽３０の内側壁から内側に向けて互い違いに張り出した張り出し板３８ｅ，３８ｆと、気相および液相を通過可能な少なくとも２枚の仕切り板３３ｃ，３３ｄとを設ける。仕切り板３３ｃ，３３ｄはそれぞれ、張り出し板３８ｅ，３８ｆの端部を気相および液相を通過可能で好気脱窒菌担体２１ａや嫌気脱窒菌担体３１ａが通過できない状態に封止するように設けられる。
このような構成により、Ｎ2Ｏ含有ガスの気泡の流れに沿って仕切り板３３ｃより上流側に、複数の好気脱窒菌担体２１ａ（図１０中、図示せず）から構成される好気脱窒菌担体層２１が設けられる。他方、Ｎ2Ｏ含有ガスの気泡の流れに沿って仕切り板３３ｃより下流側に、複数の嫌気脱窒菌担体３１ａ（図１０中、図示せず）から構成される嫌気脱窒菌担体層３１を設ける。
そして、仕切り板３３ｃ，３３ｄの間における張り出し板３８ｅ，３８ｆによって、気液接触部３８が構成される。すなわち、好気脱窒菌担体層２１を通過したＮ2Ｏ含有ガスの気泡は、仕切り板３３ｃを通過した後、張り出し板３８ｅ，３８ｆの間を通過して気液接触部３８を通過し、仕切り板３３ｄを通過して、嫌気脱窒菌担体層３１に供給される。この第４の変形例による気液接触部３８を設けた分解槽３０の場合、上述した第１および第２の変形例による分解槽３０の場合に比して、Ｎ2Ｏ含有ガスと処理水との接触時間を約２〜１０倍に増加させることができる。これにより、貯留された処理水中にＮ2Ｏ含有ガス中のＮ2Ｏをより多く溶解できるので、特に嫌気脱窒菌担体層３１によるＮ2Ｏの除去に寄与し、効率良く除去することが可能になる。
なお、このような気液接触部３８の構成は、Ｎ2Ｏの除去効率を考慮すると、複数の張り出し板３８ｅ，３８ｆにより構成するのが好ましく、仕切り板３３ｃ，３３ｄおよび張り出し板３８ｅ，３８ｆの構成を複数設けることが可能である。この場合もＮ2Ｏ含有ガスと処理水との接触時間が増加するため、仕切り板３３ｃ，３３ｄの目詰まり等を考慮して適宜好ましい枚数を設置する。
以上のように構成されたこの第４の実施形態によれば、第１〜第３の実施形態と同様の効果を得ることができるとともに、さらに好気脱窒菌担体層２１および嫌気脱窒菌担体層３１を処理水に浸漬させたり処理水により湿潤状態で堆積させたりすることによって、Ｎ2Ｏ含有ガスを脱窒菌により接触させることができる。そのため、反応槽１０内において発生したＮ2Ｏを含む窒素化合物をさらに還元して分解することが可能になる。また、気液接触部３８を設けた場合には、処理水中にＮ2Ｏを含む窒素化合物のガスをより多く溶解させることができるので、好気脱窒菌担体層２１および嫌気脱窒菌担体層３１によるＮ2Ｏを含む窒素化合物の除去に寄与し、Ｎ2Ｏの外部への放出量をさらに低減できる。
（第５の実施形態）
次に、本発明の第５の実施形態について説明する。図１１は、この第５の実施形態による排水処理装置に設けられる反応槽、硝化槽および分解槽を示す模式図である。
図１１に示すように、この第５の実施形態においては、第３の実施形態による反応槽１０および分解槽３０に加え、好気槽である硝化槽４０が設けられている。硝化槽４０の内部には、表面に硝化菌が担持された担体や内部に硝化菌が包括固定化された担体を複数集合させた集合体からなる硝化菌担体層４１が設けられている。硝化菌担体層４１における硝化菌を担持する担体としては、固定担体や流動担体を採用することができ、天然高分子、合成高分子、これらの複合体および吸水性ポリマーといったゲル状のものを用いることが可能である。また、担体に担持させたり包括固定化させたりする硝化菌としては、従来公知の硝化菌や新規の硝化菌を適宜採用することが可能である。
また、この硝化菌担体層４１は、上方から必要量の処理水を散水することにより、少なくとも湿潤状態になっている。湿潤状態とは、硝化菌担体層４１に含有される水分が少なくとも硝化菌の生成に必要な量以上ある状態であり、処理水の散水量を多くすることによって硝化槽４０の内部に処理水を貯留して、図１１に示す硝化菌担体層４１が処理水に浸漬された状態を含む。
また、硝化菌担体層４１の下方で硝化槽４０の底部には、混合気体散気手段としての混合気体散気部４２が設けられている。混合気体散気部４２は、硝化菌担体層４１に対して混合気体を散気可能に構成されている。なお、硝化槽４０の内部に処理水が貯留されている場合には、混合気体散気部４２は処理水に混合気体を曝気可能に構成される。
混合気体散気部４２には配管４３が連通され、配管４３は配管２４に連結されている。配管４３，２４には、反応槽１０の密閉空間１０ａ内の混合気体を外気に放出するための配管４７が連結されている。配管４７にはバルブ４７ａが設けられており、このバルブ４７ａの開閉によって配管４７を通じた混合気体の外気への放出が制御される。また、硝化槽４０の底部には、硝化槽４０内に貯留された処理水を反応槽１０に供給するための配管４６が連通されている。
また、硝化槽４０には、上部の空間を密閉するための密閉手段としての蓋部４５が設けられている。蓋部４５には硝化槽４０の上部の密閉空間に連通した配管４４の一端が連結されている。配管４４の他端は、分解槽３０にＮ2Ｏ含有ガスを供給するための配管２３に連結されている。その他の構成については、第１および第２の実施形態と同様であるので、説明を省略する。
次に、この第５の実施形態による排水処理方法においては、第３および第４の実施形態と異なり、反応槽１０において生成された混合気体のうちの窒素含有悪臭成分が、硝化槽４０において硝化される。具体的には、硝化槽４０において、反応槽１０から混合気体散気部４２を通じて供給されるＮ2Ｏ含有ガスに含まれる成分のうちのＮ2、Ｏ2およびＮ2Ｏ以外の、例えばアンモニアなどの窒素含有悪臭成分を硝化する硝化処理が行われる。その他の構成については、第３の実施形態と同様なので、説明を省略する。
以上のように構成されたこの第５の実施形態によれば、第１〜第４の実施形態と同様の効果を得ることができるとともに、第３の実施形態による排水処理装置に対して、さらに好気槽としての硝化槽を設けていることにより、反応槽１０内において生成されたＮ2Ｏ含有ガスに含まれる悪臭成分を除去できるので、排水処理装置の外部への悪臭成分の放出量をより一層低減することが可能となる。
（第６の実施形態）
次に、本発明の第６の実施形態について説明する。図１２は、この第６の実施形態による排水処理装置を示す模式図である。
図１２に示すように、この第６の実施形態による排水処理装置においては、無酸素槽５１，５４，５７、好気槽６０，７０，８０、固液分離槽（沈殿槽）９０、および分解槽２０を主な構成要素として備えている。
無酸素槽５１は、窒素含有排水が最初、または下水処理場の構成によっては最初沈殿池（図示せず）を介して原水として流入して、生物処理水５３が貯留された反応槽である。無酸素槽５４は、無酸素槽５１の下流側に配置され、無酸素槽５１から流出した処理水が流入して生物処理水５６が貯留された反応槽である。無酸素槽５７は、無酸素槽５４の下流側に配置され、無酸素槽５４から流出した処理水が流入して生物処理水５９が貯留された反応槽である。これらの無酸素槽５１，５４，５７は、無酸素環境下において脱窒菌の作用によって処理水に対して脱窒処理を行う反応槽であり、それぞれ活性汚泥を攪拌するための攪拌手段としての攪拌機５２，５５，５８が設けられている。
また、それぞれの無酸素槽５４，５７内のそれぞれの生物処理水５６，５９には、無酸素槽５４内に返送経路９３を介して好気槽８０内の硝化液が循環されることによる硝酸が含まれる。この硝酸は、上述した化学反応式（９）〜（１２）に従った化学反応によって窒素に分解される。返送経路９３を介して無酸素槽５４内に硝化液を循環させることによって、無酸素槽５４，５７における脱窒効率を向上させることができる。
好気槽６０は、無酸素槽５７の下流側に配置され、無酸素槽５７から流出した処理水が流入する槽であり、上述した反応槽１０と同様の構成を有する。また、好気槽７０，８０はそれぞれ、好気槽６０，７０の下流側に配置され、それぞれ好気槽６０，７０から流出した処理水が流入する反応槽であり、いずれも上述した反応槽１０と同様の構成を有する。
これらの好気槽６０，７０，８０内にはそれぞれ、生物処理水を攪拌する攪拌手段としての攪拌機６１，７１，８１が設けられている。好気槽６０，７０，８０の底部にはそれぞれ、貯留されている処理水に空気を供給するための空気散気手段としての空気散気部６２，７２，８２が設けられている。各空気散気部６２，７２，８２にはそれぞれ、配管６３，７３，８３の一端が連結されており、これらの配管６３，７３，８３の他端は、空気を供給するブロワ１４に連結されている。配管６３，７３，８３にはそれぞれ、バルブ６３ａ，７３ａ，８３ａが設けられ、各空気散気部６２，７２，８２に供給する空気をそれぞれ調整可能に構成されている。それぞれの好気槽６０，７０，８０内においてはそれぞれ、空気散気部６２，７２，８２による散気が行われ、溶存酸素濃度が高い環境下で硝化菌の作用によって処理水の硝化が行われる。また、好気槽６０，７０，８０にはそれぞれ、上部の空間を密閉する密閉手段としての蓋部６５，７５，８５がそれぞれ設けられている。また、分解槽２０に貯留された処理水は、配管２５を通じて好気槽６０に供給されるように構成されている。
それぞれの好気槽６０，７０，８０における各蓋部６５，７５，８５にはそれぞれ、配管６４，７４，８４が連通されている。これらの配管６４，７４，８４は、混合気体散気部２２に連通されブロワ２６を備えた配管２３に連結されている。また、配管６４，７４，８４にはそれぞれ、分解槽２０に供給するＮ2Ｏ含有ガスの流量を制御するためのバルブ６４ａ，７４ａ，８４ａが設けられている。配管６４，７４，８４、配管２３およびブロワ２６によって、各好気槽６０，７０，８０におけるそれぞれの密閉空間６０ａ，７０ａ，８０ａ内の混合気体を捕集するための捕集管が構成される。そして、それぞれの密閉空間６０ａ，７０ａ，８０ａ内の混合気体がそれぞれ配管６４，７４，８４と、配管２３とを順次通じて混合気体散気部２２に供給可能に構成されている。
固液分離槽９０は、好気槽８０の下流側に位置し、好気槽８０から流出した処理水が流入する槽である。固液分離槽９０は、生物処理が完了した処理水を例えば沈殿などによって固液分離するための槽であり、例えば固液分離を促進するための攪拌機９１を備える。そして、固液分離槽９０において固液分離によって生成された上澄水９５が、装置外に排出可能に構成されている。返送経路９３は、ポンプ９３ａを備え、このポンプ９３ａによって沈殿した汚泥９４の一部を無酸素槽５４まで返送するための配管である。固液分離槽９０において固液分離された汚泥９４の残部は、余剰汚泥として装置外に排出するように構成されている。この第６の実施形態による排水処理装置のその他の構成については、第１の実施形態と同様であるので、その説明を省略する。
次に、本発明の第６の実施形態による排水処理方法について説明する。この第６の実施形態による排水処理方法において、窒素含有排水は、まず無酸素槽５１に流入され、続いて無酸素槽５４，５７に順次流入されて、それぞれにおいて脱窒処理が行われる。続いて、処理水は、好気槽６０，７０，８０に順次流入して、それぞれの好気槽６０，７０，８０において硝化処理される。このとき、それぞれの好気槽６０，７０，８０においてはＮ2Ｏ含有ガスが生成される。この生成されたＮ2Ｏ含有ガスは、配管６４，７４，８４を通じ、さらに配管２３および混合気体散気部２２を順次通じて分解槽２０に供給され、好気脱窒菌担体層２１においてＮ2Ｏが分解されて除去される。
一方、好気槽８０を流出した処理水は、固液分離槽９０に流入する。固液分離槽９０においては、処理水が固液分離されて生成された上澄水９５が装置外に排出される。固液分離槽９０において固液分離されて沈殿した汚泥９４の一部は、返送経路９３を通じて無酸素槽５４に返送される。一方で沈殿した汚泥９４の残部は、余剰汚泥として装置外に排出される。この第６の実施形態による排水処理方法のその他のステップについては、第１および第２の実施形態と同様であるので、説明を省略する。なお、分解槽２０の代わりに第３および第４の実施形態による分解槽３０を採用することも可能である。この場合、第６の実施形態による排水処理方法のその他のステップについては、第３および第４の実施形態と同様であるので、説明を省略する。
この第６の実施形態によれば、好気槽６０，７０，８０において生成されたＮ2Ｏ含有ガスのＮ2Ｏを分解槽２０において除去していることにより、第１および第２の実施形態と同様の効果を得ることができるとともに、複数の反応槽を有する排水処理装置であっても、分解槽２０，３０を用いることでＮ2Ｏを効率良く分解除去できるので、種々の排水処理装置において、Ｎ2Ｏの排水処理装置の外部への放出を抑制できる。
（実施例）
次に、以上の実施形態に基づいた実施例について説明する。すなわち、第１および第２の実施形態に基づいてＮ2Ｏガスの分解を行った実施例１，および第３および第４の実施形態に基づいてＮ2Ｏガスの分解を行った場合の実施例２〜７について説明する。図１３は、これらの実施例１〜７の結果を示す。なお、図１３の表において、分解Ｎ2Ｏガス濃度は、流入Ｎ2Ｏガス濃度から捕集Ｎ2Ｏガス濃度を減算した濃度である。また、ＭＬＳＳ換算量は、嫌気用担体または好気用担体の付着ＭＬＳＳ分と、これらの担体に付着した以外の活性汚泥の合計を１（Ｌ）当たりのＭＬＳＳ量に換算した値である。
図１３に示す実施例１から、第１および第２の実施形態による分解槽２０のように好気脱窒菌担体層２１のみを設けた、いわゆる好気状態における脱窒反応（溶存酸素濃度ＤＯ＝０．２ｍｇ／Ｌ）でのＮ2Ｏの分解率が３１．５％になることがわかる。これは、分解槽２０を設けておらず、流入Ｎ2Ｏガス濃度のままでＮ2Ｏが外部に放出されていた従来の場合（比較例）に比して、Ｎ2Ｏの放出量を７０％以下の６８．５％にまで低減できたことを意味する。
また、実施例１から、ガス流量を１０．１Ｌ／ｍｉｎから１Ｌ／ｍｉｎに変換し、分解Ｎ2Ｏガス濃度を１０ｐｐｍとして外挿すると、分解速度は３．８μｇ−Ｎ／ｇＳＳ・ｈとなる。そして、分解率を３１．５％に補正すると分解速度は１．１μｇ−Ｎ／ｇＳＳ・ｈになる。
また、図１３に示すように、第３および第４の実施形態による分解槽３０を用い、好気脱窒菌担体層２１および嫌気脱窒菌担体層３１によってＮ2Ｏガスを除去する構成に基づいて実施例２〜７を行った。実施例２〜４は、流入Ｎ2Ｏガス濃度を９０ｐｐｍと一定とし、混合気体の流量をそれぞれ、１Ｌ／ｍｉｎ、３Ｌ／ｍｉｎ、および６Ｌ／ｍｉｎに制御した場合の結果を示す。また、実施例５〜７は、流入Ｎ2Ｏガス濃度を３２〜３４ｐｐｍとほぼ一定とし、実施例２〜４と同様に混合気体のガス流量をそれぞれ、１Ｌ／ｍｉｎ、３Ｌ／ｍｉｎ、および６Ｌ／ｍｉｎに制御した場合の結果を示す。
実施例２〜４から、混合気体散気部２２からの混合気体の散気の流量を増加させると、分解速度が３０．０μｇ−Ｎ／ｇＳＳ・ｈ、８９．０μｇ−Ｎ／ｇＳＳ・ｈ、および１３１．５μｇ−Ｎ／ｇＳＳ・ｈと、単調増加することがわかる。すなわち、混合気体散気部２２からの混合気体のガス流量を制御することによって、Ｎ2Ｏの分解速度を制御できることがわかる。これにより、Ｎ2Ｏの分解速度を所望の分解速度とするために、混合気体のガス流量を制御するのが好ましいことがわかる。
また、実施例２〜４から、好気脱窒菌担体層２１および嫌気脱窒菌担体層３１を備えた分解槽３０を用いた嫌気状態における脱窒反応（溶存酸素濃度ＤＯ＝０ｍｇ／Ｌ）によるＮ2Ｏの分解率は、７２．２％以上９８．９％以下となり、Ｎ2Ｏをほとんど除去できることがわかる。
また、実施例５〜７から、流入Ｎ2Ｏガス濃度を実施例２〜４に比して小さくした場合には、混合気体の散気の流量を増加させると、分解速度が１１．１μｇ−Ｎ／ｇＳＳ・ｈ、３３．８μｇ−Ｎ／ｇＳＳ・ｈ、および７１．０μｇ−Ｎ／ｇＳＳ・ｈと、単調増加することがわかる。すなわち、実施例２〜４の場合と同様に、流入Ｎ2Ｏガス濃度が比較的低い場合でも、混合気体のガス流量を制御することでＮ2Ｏの分解速度を制御できるので、混合気体のガス流量を制御することで、分解速度を所望の分解速度に制御できることがわかる。
また、実施例５〜７から、流入Ｎ2Ｏガス濃度が実施例２〜４に比して比較的小さい場合においては、嫌気状態における脱窒反応（溶存酸素濃度ＤＯ＝０ｍｇ／Ｌ）によるＮ2Ｏの分解率が９６．９％以上９７．１％以下となり、極めて高い分解率を実現できることがわかる。すなわち、混合気体の流入Ｎ2Ｏガス濃度が比較的低い場合には、含まれているＮ2Ｏをほとんど除去できることがわかる。
以上、本発明の実施形態について具体的に説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えば、上述の実施形態において挙げた数値、材料、形状はあくまでも例に過ぎず、それぞれ、必要に応じてこれと異なる数値、材料、形状を採用してもよい。
上述の第１〜第５の実施形態においては、反応槽１０を硝化菌によって硝化を行う好気槽としたが、反応槽１０は嫌気性脱窒菌によって脱窒を行う脱窒槽であってもよい。
また、上述の第６の実施形態においては、好気槽６０，７０，８０を物理的に分離した槽から構成しているが、複数の好気槽６０，７０，８０を、隔壁または槽内流によって１つの好気槽内を仮想的に複数に区分けしたものであってもよい。
１０ 反応槽
１０ａ，６０ａ，７０ａ，８０ａ 密閉空間
１１，５２，５５，５８，６１，７１，８１，９１ 攪拌機
１２，６２，７２，８２ 空気散気部
１３，２３，２４，２５，２７，３５，３６，３７，４３，４４，４６，４７，６３，６４，７３，７４，８３，８４ 配管
１３ａ，２４ａ，２５ａ，２７ａ，４７ａ，６３ａ，６４ａ，７３ａ，７４ａ，８３ａ，８４ａ バルブ
１４，２６ ブロワ
１５，４５，６５，７５，８５ 蓋部
１６ 生物処理水
２０，３０ 分解槽
２１ 好気脱窒菌担体層
２１ａ 好気脱窒菌担体
２２ 混合気体散気部
２８ オーバーフロー配管
２８ａ オーバーフロー配管バルブ
３１ 嫌気脱窒菌担体層
３１ａ 嫌気脱窒菌担体
３３，３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄ 仕切り板
３４ シャワーボール
３８ 気液接触部
３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄ，３８ｅ，３８ｆ 張り出し板
４０ 硝化槽
４１ 硝化菌担体層
４２ 混合気体散気部
５１，５４，５７ 無酸素槽
６０，７０，８０ 好気槽
９０ 固液分離槽
９３ 返送経路
９３ａ ポンプ
９４ 汚泥
９５ 上澄水

Claims (6)

  1. 窒素含有排水に対して生物処理を行う活性汚泥を含む反応槽と、
    前記反応槽において生成された混合気体に含まれる亜酸化窒素を少なくとも好気脱窒菌により脱窒する分解槽と、
    を備え、
    前記分解槽は、
    好気脱窒菌を担持する好気用担体が設けられる好気用担体層と、
    前記好気用担体層の上方に設けられ、嫌気脱窒菌を担持する嫌気用担体が設けられる嫌気用担体層と、
    前記好気用担体層内に前記混合気体を供給する混合気体散気手段と、を有し、
    前記好気用担体層において、前記混合気体散気手段から供給された前記混合気体に含まれる亜酸化窒素を脱窒し、前記嫌気用担体層において、前記好気用担体層を通過した前記混合気体に含まれる亜酸化窒素を脱窒する、排水処理装置。
  2. 前記分解槽は、前記好気用担体層及び前記嫌気用担体層との間に設けられ、液相及び気相を通過可能であって、好気用担体及び嫌気用担体が通過できないように構成される仕切り手段を更に有する、請求項１に記載の排水処理装置。
  3. 前記混合気体散気手段から散気される前記混合気体の流量を制御することによって前記亜酸化窒素の分解速度を制御することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の排水処理装置。
  4. 前記反応槽が好気槽であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の排水処理装置。
  5. 前記嫌気用担体層の上方に設けられ、前記窒素含有排水及び有機物を混合して前記嫌気用担体層に向けて供給する供給手段を更に有する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の排水処理装置。
  6. 窒素含有排水に対して混合気体の生成を伴う生物処理を行う反応ステップと、
    前記混合気体を、分解槽において好気脱窒菌を担持する好気用担体が設けられる好気用担体層に供給する供給ステップと、
    前記好気用担体層に供給された混合気体を前記好気脱窒菌に供給する好気ガス供給ステップと、
    前記好気用担体層内の前記好気脱窒菌により前記混合気体に含まれる亜酸化窒素を分解する好気分解ステップと、
    前記好気分解ステップ後に、前記分解槽において前記好気用担体層の上方に設けられ嫌気脱窒菌を担持する嫌気用担体が設けられる嫌気用担体層に、前記好気用担体層を通過した前記混合気体を供給する嫌気ガス供給ステップと、
    前記嫌気用担体層内の前記嫌気脱窒菌により、前記混合気体に含まれる亜酸化窒素を分解する嫌気分解ステップと、
    を含むことを特徴とする排水処理方法。
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