JP6240029B2

JP6240029B2 - 廃水処理装置及び廃水処理方法

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Publication number: JP6240029B2
Application number: JP2014115594A
Authority: JP
Inventors: 多田羅　昌浩; 昌浩多田羅; 秀石川; 嘉之上野
Original assignee: Kajima Corp
Current assignee: Kajima Corp
Priority date: 2014-06-04
Filing date: 2014-06-04
Publication date: 2017-11-29
Anticipated expiration: 2034-06-04
Also published as: JP2015229131A

Description

本発明は、繊維糸を撓ませてその両端を閉じることにより形成された輪状体が細長の芯部の外周全面に亘って多数立設された固定床担体を処理槽内に配置し、その固定床担体にアナモックス微生物などを保持させ、処理槽内で廃水を処理する廃水処理装置及び廃水処理方法などに関連する。

生活排水、し尿、産業排水、農業・畜産系排廃水などの廃水は、有機物・固形物・栄養塩などの汚濁物質を多く含有するため、一定の水質基準に達するまで処理してから、公共用水域などに放流される。通常、廃水処理は、廃水に含まれる汚濁成分の特性・処理目標などに応じて、処理方法を選択し、また、複数の処理方法を組み合わせて行う。

そのうち、例えば、活性汚泥法は、活性汚泥中の好気性微生物群の働きにより有機物などを分解・除去する方法であり、下水処理場などで最も多く採用されている。この方法では、一般的に、最初沈殿地で下水中の固形物を沈殿除去した後、曝気槽で活性汚泥中の好気性微生物群が有機物などの分解を行い、最終沈殿地で汚泥と水を沈殿分離する。回収された汚泥は、曝気槽などに返送したり、下水汚泥として処理したりし、分離された水は、塩素消毒などの後、公共用水域などに放流される。

また、例えば、嫌気性処理法は、嫌気性微生物群によって有機物をメタンと二酸化炭素に分解する方法であり、例えば、し尿・下水汚泥・食品工場廃水など、有機物を高濃度に含有する廃水の処理などに適用されている。この方法では、一般的に、嫌気槽内で有機物などの消化を行い、処理水を放流する。また、発生汚泥を汚泥処理施設で濃縮・脱水した後、その処理汚泥を搬出するとともに、脱水などにより回収された水を返流水として嫌気槽に返流する。

これらの方法を含め、多くの廃水処理方法は、有機物の除去には効果がある一方、窒素・リンなどの栄養塩類の除去が充分できないという問題がある。これらの栄養塩類が比較的高濃度で公共用水域などに放流されると、放流水域の富栄養化の原因となり、藻類の異常増殖やそれに伴う貧酸素化など、水域環境が悪化する。この問題は実際に顕在化しつつあり、懸念されている。

それに対し、廃水中の窒素の高度処理技術として、硝化脱窒法が知られている。硝化脱窒法は、好気条件下で、廃水中のアンモニア性窒素を、アンモニア酸化微生物及び亜硝酸酸化微生物の働きにより硝酸性窒素に変換し、次に、嫌気的条件下で、脱窒微生物の働きにより従属栄養的に硝酸性窒素を窒素ガスに変換する方法である。両反応により廃水中の窒素成分を窒素ガスに変換できるため、この方法を単独で採用する場合も有効であるほか、例えば、上記方法と組み合わせることにより、有機物に加え、窒素の除去も可能になり、廃水の高度処理を実現できる。また、例えば、上記嫌気性処理法において、返流水を返流する前にこの硝化脱窒処理を行うことにより、嫌気槽における窒素負荷量の増大を抑制できる。

硝化脱窒法は、生物的処理により廃水中の窒素成分を有効に除去できる点で有用であるが、硝化工程において曝気エネルギーが必要であるため動力コストが高い、脱窒細菌が従属栄養細菌であるため脱窒工程で炭素源（エタノールなど）の添加が必要である、窒素除去速度が遅いため槽容量を大きくする必要がある、余剰汚泥の発生が多い、処理過程で温暖化ガスである亜酸化窒素（N₂O）が発生する、などの課題もある。

近年、アナモックス反応（anammox；anaerobic ammonium oxidation、嫌気性アンモニア酸化反応）による窒素除去技術が注目されている。

アナモックス反応は、嫌気性・独立栄養性であるアナモックス微生物により、従来の硝化脱窒反応とは全く異なる代謝経路を経て、アンモニア性窒素及び亜硝酸性窒素を窒素ガスに変換する反応である。廃水中の窒素成分は多くの場合アンモニア性窒素であるため、このアナモックス反応を利用して、廃水中の窒素成分を窒素ガスとして除去する。

アナモックス反応によって窒素除去を行う場合、一般的に、廃水中のアンモニア性窒素を亜硝酸性窒素にまで部分酸化する部分亜硝酸化工程と、アナモックス反応を行うアナモックス工程とが必要となる。部分亜硝酸化工程では、通常の硝化脱窒法による場合と同様、好気槽内で、アンモニア酸化微生物の働きにより、アンモニア性窒素の約半量を亜硝酸性窒素に変換する。アナモックス工程では、嫌気槽内で、アナモックス微生物の働きにより、アンモニア性窒素及び亜硝酸性窒素を窒素ガスに変換する。

アナモックス反応による窒素除去技術は、硝化脱窒法などの従来法と比較して、曝気エネルギーを半分程度に抑えることができるため動力コストが低い、炭素源を必要としない、窒素処理速度が速いため槽容量を小さくできる、余剰汚泥の発生が少ない、亜酸化窒素（N₂O）の発生が少ない、などの利点を有している。

アナモックス反応を用いた技術として、例えば、特許文献1には、亜硝酸性窒素及びアンモニア性窒素を含む廃液中においてアナモックス菌のグラニュールを流動させながら、前記廃液中の窒素成分を窒素ガスとして除去する廃液処理方法などが記載されており、本発明では、微生物付着担体として不織布が用いられている。特許文献2には、メタン菌グラニュールの核を充填率30〜50％（容積）で脱窒槽内に充填し、その核が充填された脱窒槽内へ独立栄養性脱窒微生物を含有する液を供給し、核の表面に独立栄養性脱窒微生物を増殖させ、独立栄養性脱窒微生物のグラニュールを形成する工程を有する脱窒方法などが、それぞれ記載されている。また、特許文献3には、アナモックス処理に必要な亜硝酸の生成を長期間持続させる方法として、網目構造または細孔構造を有する担体に、アンモニア酸化細菌を固着させて固定床ろ材を得、その固定床ろ材とアンモニア性窒素を含む廃水とを接触させ、アンモニア性窒素を亜硝酸化する亜硝酸化処理方法などが記載されている。その他、特許文献4には、本発明者らが発見したアナモックス菌を含有する混合微生物が記載されている。
特開2011-251255号公報特開2002-346593号公報特開2012-20262号公報特開2013-192465号公報

アナモックス反応による窒素除去処理では、動力コストが低く、処理効率が高い半面、アナモックス微生物の増殖速度が遅いため、短時間で、アナモックス微生物を処理槽内に高密度に保持させることが難しいという課題がある。そのため、アナモックス反応による窒素除去処理設備の立ち上げにも時間を要し、アナモックス反応による窒素除去技術の適用の障害にもなっている。

そこで、本発明は、短時間で、アナモックス微生物を処理槽内に高密度に保持させることが可能な手段を提供することなどを目的とする。

本発明者らは、アナモックス微生物が自己凝集してグラニュール様の凝集体を形成しやすい点に着目し、輪状体が多数形成された固定床担体を用いることにより、短時間で、アナモックス微生物を処理槽内に高密度に保持させることができることを新規に見出した。

そこで、本発明では、アナモックス微生物を用いて廃水処理を行う廃水処理装置であって、処理槽内に固定床担体が配置され、前記固定床担体が、細長の芯部と、該芯部の外周全面に亘って多数立設され、それぞれが繊維糸を撓ませてその両端を閉じることにより形成された輪状体と、を備えた廃水処理装置などを提供する。

本発明により、アナモックス微生物の凝集体が固定床担体の輪状体で絡め取られるように引っかかっていき、アナモックス微生物が凝集体ごと固定床担体に付着・定着するため、短時間で、アナモックス微生物を処理槽内に高密度に保持させることができる。これにより、アナモックス反応による窒素除去処理設備の立ち上げ時間を大幅に短縮できる。

また、処理槽内におけるアナモックス微生物の高集積化が可能なため、アナモックス反応による高効率な窒素除去が可能になる。即ち、例えば、廃水中のアンモニア性窒素を好気槽で亜硝酸性窒素にまで部分酸化し、アンモニア性窒素と亜硝酸性窒素を含有する一次処理水を準備した後、アナモックス微生物が高密度に集積した嫌気槽内に、その一次処理水を供給することにより、アンモニア性窒素及び亜硝酸性窒素が窒素ガスに変換され、高効率な窒素除去が可能になる。

加えて、アナモックス微生物を高密度に固定床担体に付着・定着させることで、アナモックス微生物による厚いバイオフィルムを、固定床担体を包むように形成させることができる。これにより、アナモックス反応による窒素除去において、安定した処理特性を維持することができる。

従って、例えば、前記固定床担体にアナモックス微生物が保持され、該固定床担体に直径10mm厚以上のバイオフィルムが形成された構成にすることで、アナモックス反応による窒素除去処理設備の立ち上げ時間を大幅に短縮でき、また、高効率かつ安定性の高い窒素除去処理が可能となる。

その他、例えば、前記固定床担体にアナモックス微生物及び亜硝酸化微生物が保持され、該固定床担体に直径10mm厚以上のバイオフィルムが形成された構成にしてもよい。

この構成の場合、上記と同様、短時間で、アナモックス微生物を処理槽内に高密度に保持させることができる。

また、嫌気性のアナモックス微生物とともに好気性の亜硝酸化微生物を処理槽内に投入することで、亜硝酸化微生物も同様に固定床担体に付着・定着するため、結果として、固定床担体の芯部側では嫌気的状態となって主にアナモックス微生物が多く集積し、固定床担体の外周側では好気的状態がある程度維持されて主に亜硝酸化微生物が多く集積するようになる。そして、アナモックス微生物と亜硝酸化微生物の両者による厚いバイオフィルムを、固定床担体を包むように形成させることができる。これにより、好気的反応（部分亜硝酸化）と嫌気的反応（アナモックス反応）を一つの処理槽で行うことができるようになる。従って、窒素除去処理設備及びプロセスを大幅に簡略化でき、建設コスト・運転コスト・維持コストを大幅に低減できる。

さらに、通常、好気的条件下においては、酸化反応により、アンモニア性窒素は亜硝酸性窒素を経て硝酸性窒素にまで変換されやすいのに対し、アナモックス反応によって効率的な窒素除去を行う場合には、その酸化反応を制御し、アンモニア性窒素から亜硝酸性窒素までの変換にできるだけ抑える必要があり、硝酸性窒素の生成を抑制する必要がある。それに対し、この構成の場合、好気的反応によってアンモニア性窒素から亜硝酸性窒素が生成された後、その亜硝酸性窒素が速やかにアナモックス反応に使用されるため、亜硝酸性窒素から硝酸性窒素への酸化反応を抑制でき、硝酸性窒素の生成を抑制できる。従って、アナモックス反応による窒素除去の高効率化・安定化を図ることができる。

本発明により、短時間で、アナモックス微生物を処理槽内に高密度に保持させることができる。

＜本発明に係る廃水処理装置について＞
本発明は、アナモックス微生物を用いて廃水処理を行う廃水処理装置であって、処理槽内に固定床担体が配置され、前記固定床担体が、細長の芯部と、該芯部の外周全面に亘って多数立設され、それぞれが繊維糸を撓ませてその両端を閉じることにより形成された輪状体と、を備えた廃水処理装置をすべて包含する。以下、図1、図2A、及び図2Bを用いて、その例を説明する。なお、本発明は、この実施形態のみに狭く限定されない。

図1は、本発明に係る廃水処理装置の例を示す構成模式図、図2Aは、本発明に係る固定床担体の例を示す外観上方視模式図、図2Bは同外観斜視模式図である。

図1の廃水処理装置Aは、処理槽1と、その処理槽1内に略鉛直方向に配置された複数の固定床担体2、2、2と、被処理水W1を処理槽1内に供給する被処理水供給手段3と、処理水W2を処理槽1外に排出する処理水排出手段4と、処理槽1内を撹拌する撹拌手段5と、生成された窒素ガスを処理槽1外に排出する気体排出手段6とを備えている。処理槽1内に配置された固定床担体2の周囲にはバイオフィルム29が形成されている。処理槽1内で、被処理水W1は水位W11の高さまで貯留している。

図2A又は図2Bの固定床担体2は、細長の芯部21と、芯部21の外周の全面に亘って多数立設され、それぞれが繊維糸221を撓ませてその両端を閉じることにより形成された輪状体22と、を備えている。固定床担体2の周囲にはバイオフィルム29が形成されている。

処理槽1は、被処理水供給手段3によって供給された被処理水W1を一定時間貯留させ、窒素除去処理を行う部位である。処理槽1は、目的に応じて適宜大きさ・構成などを定めることができ、特に限定されないが、例えば、アナモックス反応を用いて窒素除去処理を行う場合は、アナモックス微生物が絶対嫌気性であるので、できるだけ密封された空気に触れる機会の少ない条件を創出することが好ましい。

処理槽1内に配置される固定床担体2は、窒素除去処理に利用する微生物を付着・定着させ、保持させる部位である。本発明では、固定床担体2は、細長の芯部21と、その芯部の外周全面に亘って多数立設された輪状体22とを備える。

固定床担体2を形成する手段については特に限定されない。例えば、細長の布状部材上に輪状体22が多数形成されるように繊維糸221を編みつけた後、芯材21を捩じり形成することによって、芯部21を略円筒状に形成するとともに、その外周全面に亘って輪状体22が多数立設される形状を成形してもよい。また、繊維糸221を編みあげることで芯部21に該当する部分と輪状体22を形成してもよい。その他、予め輪状体22を形成しておき、棒状又は紐状部材の外周の全面に亘ってその輪状体22を取着・固定することにより、本発明に係る固定床担体の形状を成形してもよい。

芯部21は、多数の輪状体22を立設させる基材部分である。例えば、略棒状、略紐状などの形態を備える。

輪状体22は、略輪状（略ループ状）の形態を備える部位で、芯部21の外周（側壁面）の全面に亘って多数立設される。

各輪状体22は、それぞれ、繊維糸221を撓ませてその両端を閉じることにより、略輪状に形成されている。繊維糸221の部分が輪状体22の実質部分であり、繊維糸221によって囲まれた輪穴部分は中空の流通可能な部分である。各輪状体22を繊維糸221により形成し、かつ略輪状に形成することにより、アナモックス微生物の凝集体が絡め取られるように引っかかっていき、アナモックス微生物が凝集体ごと固定床担体に付着・定着するため、短時間で、アナモックス微生物を処理槽内に高密度に保持させることができる。

形成された輪状体22の大きさは特に限定されないが、アナモックス微生物の凝集体が引っ掛かる程度の大きさ、即ち、輪状体22の最大横幅d1が5〜20mm、最大長さd2が5〜30mmであることが好適であり、輪状体22の最大横幅d1が6〜15mm、最大長さd2が8〜25mmであることがより好適であり、輪状体22の最大横幅d1が8〜12mm、最大長さd2が10〜20mmであることが最も好適である。ここで、最大横幅d1は、繊維糸221を撓ませて輪状体22を形成した際に、対向する繊維間の最大距離であり、最大長さは、繊維糸221を撓ませて輪状体22を形成した際の根元部分（芯部表面）から先端部分（芯部から最も離れた部分）までの長さである。

各輪状体22は、複数の繊維糸221、221、221の束として形成されたものであってもよい。例えば、一つの輪状体22を、2〜10本の繊維糸の束として形成することにより、アナモックス微生物の凝集体を固定床担体の輪状体により効率的に引っかけ、アナモックス微生物を凝集体ごと固定床担体に付着・定着させることができるため、より短時間で、アナモックス微生物を処理槽内に高密度に保持させることができる。

輪状体22を形成する繊維糸221の材質については、公知のものを広く利用でき、狭く限定されないが、例えば、アナモックス微生物が付着・定着しやすく、かつ処理槽1内若しくは被処理水W1内に長時間設置されても担体性能を保持可能な高耐久性部材であることが好ましい。繊維糸221の材料として、例えば、合成繊維、天然繊維、無機繊維、金属繊維、若しくはそのうちの複数を組み合わせたものなどを使用できる。合成繊維としては、例えば、ポリエステル繊維、ナイロン繊維、アクリル繊維、ポリオレフィン繊維、ポリビニルアルコール繊維、ポリ塩化ビニル繊維、ポリ塩化ビニリデン繊維、ポリウレタン繊維、ポリアセタール繊維、ポリフロロエチレン繊維、フエノール繊維などが挙げられる。天然繊維としては、例えば、綿、絹、亜麻、黄麻などが挙げられる。無機繊維としては、例えば、炭素繊維、ガラス繊維などが挙げられる。金属繊維としては、例えば、鉄繊維、銅繊維などが挙げられる。

被処理水供給手段3は、処理槽1に被処理水W1を供給する部位である（図1中、符号X1参照）。処理槽1に被処理水W1を供給する方法については、公知技術を広く採用でき、特に限定されない。

処理水排出手段4は、処理槽1内で窒素除去処理などを行った後、その処理水W2を処理槽1外へ排出する部位である（図1中、符号X2参照）。処理水W2を処理槽1の外へ排出する方法については、公知技術を広く採用でき、特に限定されない。

撹拌手段5は、処理槽内に貯留する被処理水W1を撹拌する部位である。処理槽1内を撹拌手段5で撹拌することにより、アナモックス微生物の凝集体を、固定床担体の輪状体22の近傍に移動させることができ、その凝集体が輪状体22に引っ掛かって付着・定着することを促進することができる。また、処理槽1内を撹拌手段5で撹拌することにより、固定床担体2に保持された微生物と被処理水W1との接触を増大できるため、処理効率を向上できる。撹拌方法については、公知技術を広く採用でき、特に限定されない。

気体排出手段6は、窒素除去処理によって生成された窒素ガスなどを処理槽1外に排出する部位である（図1中、符号X3参照）。窒素ガスなどを処理槽1外に排出する方法については、公知技術を広く採用でき、特に限定されない。

例えば、アナモックス微生物を用いて廃水処理を行う場合、まず、この廃水処理装置Aの処理槽1にアナモックス微生物を含む汚泥（アナモックス汚泥）を投入し、固定床担体2にアナモックス微生物を付着・定着させる。例えば、アナモックス汚泥を種汚泥として処理槽1に投入し、所定期間原料を連続的に供給することにより、処理槽1にアナモックス微生物を付着・定着させることができる。

アナモックス汚泥としては、公知のものを広く採用でき、特に限定されないが、例えば、特許文献4記載の混合微生物を採用してもよい。アナモックス汚泥の投入量は、条件などにより適宜定めることができるが、例えば、窒素除去槽の容積1L当たり、アナモックス汚泥をSS量で10〜1,000mgが好適であり、50〜500mgがより好適であり、100〜400mgが最も好適である。

例えば、この廃水処理装置Aの処理槽1にアナモックス微生物を投入すると、アナモックス微生物が凝集体ごと固定床担体2に付着・定着し、短時間で、アナモックス微生物を処理槽内に高密度に保持させることができる。固定床担体2にアナモックス微生物が高密度に付着・定着すると、アナモックス微生物による厚いバイオフィルム29が固定床担体2を包むように形成される。

固定床担体2の周囲にまで厚いバイオフィルム29が形成されることにより、アナモックス反応による窒素除去において、安定した処理特性を維持することができる。バイオフィルム29は、例えば、直径（略鉛直方向に設置された固定床担体2の長手方向に対する水平方向断面の最大径）10mm厚以上が好適であり、直径20mm厚以上がより好適であり、直径30mm厚以上が最も好適である。なお、形成されるバイオフィルム29は、概ね直径150mm以下である。

本装置Aの適用対象となる被処理水W1（窒素除去処理の原料など）には、少なくとも窒素を含有する水、例えば、生活排水、し尿、産業排水、農業・畜産系排廃水などの廃水の他、廃水処理後の水、例えば、活性汚泥法処理後の水（放流水を含む）、嫌気性処理後の水（放流水、返流水などを含む）、前処理後の水、例えば、部分的亜硝酸化処理後の水などが広く包含される。

アナモックス微生物を用いて廃水処理を行う場合、アンモニア性窒素と亜硝酸性窒素を含有し、かつその比率が1:1〜1:1.5の範囲であることが好ましい。そのため、例えば、前処理として、原料を曝気し、アンモニア酸化細菌の働きによりアンモニア性窒素の一部を亜硝酸性窒素に変換してから、処理槽1に供給するようにしてもよい。

一方、例えば、アナモックス微生物及び亜硝酸化微生物を用いて廃水処理を行う場合、まず、この廃水処理装置Aの処理槽1にアナモックス微生物を含む汚泥（アナモックス汚泥）及び亜硝酸化微生物を含む汚泥（亜硝酸化汚泥）を投入し、固定床担体2にアナモックス微生物及び亜硝酸化微生物を付着・定着させる。例えば、アナモックス汚泥及び亜硝酸化汚泥を種汚泥として処理槽1に投入し、所定期間原料を連続的に供給することにより、上述の通り、固定床担体2の芯部21側に主にアナモックス微生物を、固定床担体2の外周側に主に亜硝酸化微生物を高密度に保持させることができる。また、両微生物による厚いバイオフィルム29が固定床担体2を包むように形成される。これにより、好気的反応（部分亜硝酸化）と嫌気的反応（アナモックス反応）を一つの処理槽で行うことができる。

アナモックス微生物及び亜硝酸化微生物によるバイオフィルム29は、例えば、直径（略鉛直方向に設置された固定床担体2の長手方向に対する水平方向断面の最大径）10mm厚以上が好適であり、直径20mm厚以上がより好適であり、直径30mm厚以上が最も好適である。なお、形成されるバイオフィルム29は、概ね直径150mm以下である。

アナモックス微生物及び亜硝酸化微生物を用いて廃水処理を行う場合、処理槽1内に、別途、亜硝酸化微生物のための曝気手段（図示せず）を配置してもよい。被処理水W1に曝気を行っても、主に厚いバイオフィルム29の内側にアナモックス微生物の定着領域が形成され、その領域では概ね嫌気的条件が保たれる。

＜アナモックス微生物による廃水処理方法について＞
本発明は、繊維糸を撓ませてその両端を閉じることにより形成された輪状体が細長の芯部の外周全面に亘って多数立設された固定床担体を処理槽内に配置し、前記固定床担体にアナモックス微生物を保持させ、前記処理槽内で廃水を処理する廃水処理方法を全て包含する。

上述の通り、輪状体が細長の芯部の外周全面に亘って多数立設された固定床担体を用いることにより、アナモックス微生物の凝集体が固定床担体の輪状体で絡め取られるように引っかかっていき、アナモックス微生物が凝集体ごと固定床担体に付着・定着するため、短時間で、アナモックス微生物を処理槽内に高密度に保持させることができる。これにより、アナモックス反応による窒素除去処理設備の立ち上げ時間を大幅に短縮できる。

まず、例えば、アナモックス汚泥を種汚泥として処理槽に投入する工程により、処理槽内の固定床担体にアナモックス微生物を保持させる。そして、例えば、固定床担体を包むようにバイオフィルムが形成され、窒素除去率などによりアナモックス微生物の付着・定着が確認された場合、窒素除去のための本格的な運転を開始する。

次に、例えば、処理槽内に被処理水（窒素除去処理の原料）を投入し、窒素除去処理を開始する。この方法による窒素除去処理では、連続的な処理が可能である。

その他、例えば、例えば、前処理として、被処理水を処理槽に投入する前に原料を曝気し、アンモニア酸化細菌の働きによりアンモニア性窒素の一部を亜硝酸性窒素に変換する工程を有していてもよい。

＜アナモックス微生物及び亜硝酸化微生物による廃水処理方法について＞
本発明は、繊維糸を撓ませてその両端を閉じることにより形成された輪状体が細長の芯部の外周全面に亘って多数立設された固定床担体を処理槽内に配置し、前記固定床担体にアナモックス微生物及び亜硝酸化微生物を保持させ、前記処理槽内で廃水を処理する廃水処理方法を全て包含する。

上述の通り、嫌気性のアナモックス微生物とともに好気性の亜硝酸化微生物を処理槽内に投入することで、固定床担体の芯部側に主にアナモックス微生物を、固定床担体の外周側に主に亜硝酸化微生物を高密度に保持させることができ、両微生物による厚いバイオフィルムが固定床担体を包むように形成させることができる。これにより、一つの処理槽内で亜硝酸化処理と窒素除去処理を行うことができる。

まず、例えば、処理槽にアナモックス微生物を含む汚泥（アナモックス汚泥）及び亜硝酸化微生物を含む汚泥（亜硝酸化汚泥）を投入する工程により、処理槽内の固定床担体にアナモックス微生物及び亜硝酸化微生物を保持させる。そして、例えば、固定床担体を包むようにバイオフィルムが形成され、窒素除去率などによりアナモックス微生物及び亜硝酸化微生物の付着・定着が確認された場合、窒素除去のための本格的な運転を開始する。

次に、例えば、処理槽内に被処理水（窒素除去処理の原料）を投入し、窒素除去処理を開始する。この方法による窒素除去処理では、連続的な処理が可能である。なお、この方法では、アンモニア性窒素の一部を亜硝酸性窒素に変換する工程を省略でき、処理槽を一槽化できるという利点がある。

実施例1では、本発明に係る固定床担体を用いて、アナモックス反応による廃水処理リアクタの立ち上げ実験を行った。

本発明に係る固定床担体として、細長の布状部材の一方の面上に、撓ませてその両端を閉じた状態で輪状体が多数形成されるように、ポリ塩化ビニリデン製の繊維糸を編みつけた後、芯材を捩じり形成することによって、芯部が略棒状（略円筒状）に形成されるとともに、その外周全面に亘って輪状体が多数立設されたものを用いた。対照の固定床担体としては、ポリエステル製の不織布を用いた。

図1と同様の構成を備えた液量2Lのジャーファーメンタの培養槽に、固定床担体を配置し、原料を6L/dayとなるように連続的に投入した。ジャーファーメンタ内の液の排出はオーバーフローにより行った。用いた原料の組成は次の通りであった。亜硝酸ナトリウム(NaNo₂)860mg/L、硫酸アンモニウム((NH₄)₂SO₄)875mg/L、重炭酸カリウム(KHCO₃)500mg/L、リン酸二水素カリウム(KH₂PO₄)27mg/L、硫酸マグネシウム(MgSO₄・7H₂O)300mg/L、塩化カルシウム(CaCl₂・2H₂O)180mg/L、微量元素溶液I 1mg/L、微量元素溶液II 1mL/L。微量元素溶液Iの組成は、エチレンジアミン四酢酸(EDTA)5g/L、硫酸鉄(FeSO₄)5g/Lであった。微量元素溶液IIの組成は、エチレンジアミン四酢酸(EDTA)15g/L、硫酸亜鉛七水和物(ZnSO₄・7H₂O)0.43g/L、塩化コバルト六水和物(CoCl₂・6H₂O)0.24g/L、塩化マンガン四水和物(MnCl₂・4H₂O)0.99g/L、硫酸銅五水和物(CuSO₄・5H₂O)0.25g/L、モリブデン酸ナトリウム二水和物(NaMoO₄・2H₂O)0.22g/L、塩化ニッケル六水和物(NiCl₂・6H₂O)0.19g/L、セレン酸ナトリウム十水和物(NaSeO₄・10H₂O)0.21g/L、ホウ酸(H₃BO₄)0.014g/Lであった。培養槽内の温度を35℃に調整した。

培養槽に特許文献4で用いたアナモックス汚泥（SS濃度2,000mg/L）を種汚泥として約200mL投入し、以降、培養槽へ供給される流入液、及び、培養槽から溢れ出た流出液について、イオン交換クロマトグラフィーを用いて、付属された電気伝導度検出器により、アンモニウム塩、亜硝酸塩、硝酸塩の濃度を測定するとともに、そのデータ及び原料供給量に基づいて、窒素除去速度を自動算出した。

結果を図3に示す。図3は、本発明に係る固定床担体を用いた場合の窒素除去速度を示すグラフである。図3中の横軸はアナモックス汚泥を投入してからの経過日数（単位：日）を、同縦軸は窒素除去速度（単位：kg/m³/日）を、それぞれ表わす。同グラフ中の「輪状体担体」の折れ線は本発明に係る固定床担体を用いた場合の結果を、「不織布担体」の折れ線は不織布の固定床担体を用いた場合の結果を、それぞれ表わす。

図3に示す通り、通常用いられる不織布の固定床担体を用いた場合は、窒素除去速度がなだらかに上昇し、窒素除去処理装置の立ち上げまでに約3カ月を要したのに対し、本発明に係る固定床担体を用いた場合は、窒素除去速度が約20日で0.6 kg/m³/日程度の高水準に到達し、1カ月以内で窒素除去処理装置の立ち上げを完了できた。また、目視による観察の結果、約1カ月以内に、約40mmのバイオフィルムが形成されていることが確認された。

この結果は、本発明に係る固定床担体が、短時間で、アナモックス微生物を処理槽内に高密度に保持させることができること、及び、これにより、アナモックス反応による窒素除去処理設備の立ち上げ時間を大幅に短縮できることを示す。

実施例2では、本発明に係る固定床担体にアナモックス微生物及び亜硝酸化微生物を定着させることで、亜硝酸性窒素を供給しなくてもアンモニア性窒素の除去処理が可能か、検討した。

図1と同様の構成を備えた液量5Lのジャーファーメンタの培養槽に、実施例1と同様、芯材の外周に輪状体が多数形成された固定床担体を充填し、原料を30L/dayとなるように連続的に投入した。ジャーファーメンタ内の液の排出はオーバーフローにより行った。用いた原料の組成は次の通りであった。アンモニア性窒素として硫酸アンモニウム((NH₄)₂SO₄)875mg/L、重炭酸カリウム(KHCO₃)500mg/L、リン酸二水素カリウム(KH₂PO₄)27mg/L、硫酸マグネシウム(MgSO₄・7H₂O)300mg/L、塩化カルシウム(CaCl₂・2H₂O)180mg/L、微量元素溶液I 1mg/L、微量元素溶液II 1mL/L。微量元素溶液Iの組成は、エチレンジアミン四酢酸(EDTA)5g/L、硫酸鉄(FeSO₄)5g/Lであった。微量元素溶液IIの組成は、エチレンジアミン四酢酸(EDTA)15g/L、硫酸亜鉛七水和物(ZnSO₄・7H₂O)0.43g/L、塩化コバルト六水和物(CoCl₂・6H₂O)0.24g/L、塩化マンガン四水和物(MnCl₂・4H₂O)0.99g/L、硫酸銅五水和物(CuSO₄・5H₂O)0.25g/L、モリブデン酸ナトリウム二水和物(NaMoO₄・2H₂O)0.22g/L、塩化ニッケル六水和物(NiCl₂・6H₂O)0.19g/L、セレン酸ナトリウム十水和物(NaSeO₄・10H₂O)0.21g/L、ホウ酸(H₃BO₄)0.014g/Lであった。培養槽内の温度を35℃に調整した。

特許文献4で用いたアナモックス汚泥（SS濃度2,000mg/L）及び亜硝酸化汚泥（亜硝酸化微生物を含む汚泥）を混合し、種汚泥として培養槽に各20％容量投入し、以降、培養槽へ供給される流入液、及び、培養槽から溢れ出た流出液について、イオン交換クロマトグラフィーを用いて、付属された電気伝導度検出器により、アンモニウム塩、亜硝酸塩、硝酸塩の濃度を測定するとともに、そのデータ及び原料供給量に基づいて、窒素除去速度を自動算出した。

結果を図4に示す。図4は、本発明に係る固定床担体にアナモックス微生物及び亜硝酸化微生物を定着させた場合における窒素除去速度を示すグラフである。図4中の横軸は各汚泥を投入してからの経過日数（単位：日）を、同左側の縦軸は窒素濃度（単位mg/L）を、同右側の縦軸は窒素除去速度（単位：kg/m³/日）を、それぞれ表わす。同グラフ中の「窒素除去速度」の折れ線は各経過日における窒素除去速度を、「流入NH₄」の折れ線は各経過日における培養槽内に流入したアンモニア性窒素の濃度を、「流出NH₄」の折れ線は各経過日における培養槽外に流出したアンモニア性窒素の濃度を、「流出N0₂」の折れ線は各経過日における培養槽内に流出した亜硝酸性窒素の濃度を、「流出NO₃」の折れ線は各経過日における培養槽外に流出した硝酸性窒素の濃度を、それぞれ表わす。

図4に示す通り、実験開始直後から窒素の除去が確認されるとともに、日数の経過とともに徐々に窒素除去速度が上昇し、種汚泥の投入から約3か月後には、窒素除去速度が約1.6 kg/m³/日に達した。この値は、亜硝酸化処理と窒素除去処理を2槽に分けて行う通常の場合とほぼ同等である。

従って、この結果は、本発明に係る固定床担体を用いて、固定床担体にアナモックス微生物及び亜硝酸化微生物が保持させることにより、好気的反応（部分亜硝酸化）と嫌気的反応（アナモックス反応）を一つの処理槽で行うことができることを示す。

上述の通り、本発明に係る固定床担体は、アナモックス反応による窒素除去技術において従来固定床担体として広く用いられている不織布担体と比較して、短時間で、アナモックス微生物を処理槽内に高密度に保持させることができる。これにより、アナモックス反応による窒素除去処理設備の立ち上げ時間を大幅に短縮できる。また、本発明によりアナモックス微生物を処理槽内に高密度に保持させることができるため、アナモックス反応による窒素除去処理の高効率化・安定化を図ることができる。

加えて、本発明に係る固定床担体を採用することにより短期間でアナモックス微生物を処理槽内に高密度に保持させることができるため、例えば、アナモックス微生物及び亜硝酸化微生物を処理槽内に投入した場合には、両微生物とも固定床担体に付着・定着させることができ、これにより、好気的反応（部分亜硝酸化）と嫌気的反応（アナモックス反応）を一つの処理槽で行うことも可能になる。従って、窒素除去処理設備及びプロセスを大幅に簡略化でき、建設コスト・運転コスト・維持コストを大幅に低減できる。

本発明に係る廃水処理装置の例を示す構成模式図。本発明に係る固定床担体の例を示す外観上方視模式図。本発明に係る固定床担体の例を示す外観斜視模式図。本発明に係る固定床担体を用いた場合の窒素除去速度を示すグラフ。本発明に係る固定床担体にアナモックス微生物及び亜硝酸化微生物を定着させた場合における窒素除去速度を示すグラフ。

1 処理槽
2 固定床担体
21 芯部
22 輪状体
221 繊維糸
29 バイオフィルム
3 被処理水供給手段
4 処理水排出手段
5 撹拌手段
6 気体排出手段
A 廃水処理装置
W1 被処理水
W2 処理水

Claims

アナモックス微生物を用いて廃水処理を行う廃水処理装置であって、
処理槽内に固定床担体が配置され、
前記固定床担体が、細長の芯部と、該芯部の外周全面に亘って多数立設され、それぞれが繊維糸を撓ませてその両端を閉じることにより形成された輪状体と、を備え、
前記固定床担体にアナモックス微生物及び亜硝酸化微生物が保持された廃水処理装置。
前記各輪状体が、複数の繊維糸の束として形成された請求項1記載の廃水処理装置。
前記輪状体の最大横幅が5〜20mmである請求項1又は請求項2記載の廃水処理装置。
前記固定床担体に直径10mm厚以上のバイオフィルムが形成された請求項1〜3のいずれか一項記載の廃水処理装置。
繊維糸を撓ませてその両端を閉じることにより形成された輪状体が細長の芯部の外周全面に亘って多数立設された固定床担体を処理槽内に配置し、前記固定床担体にアナモックス微生物及び亜硝酸化微生物を保持させ、前記処理槽内で廃水を処理する廃水処理方法。
一つの処理槽内で亜硝酸化処理と窒素除去処理を行う請求項5記載の廃水処理方法。