JP7441619B2 - 排水処理装置及び排水処理方法 - Google Patents

Description

本発明は排水に含まれる窒素成分を除去する排水処理装置及び排水処理方法に関する。

従来より、排水に含まれている窒素成分、具体的に、アンモニアを構成するアンモニア性窒素及び亜硝酸を構成する亜硝酸性窒素を窒素ガスに変換するアナモックス反応が知られている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１において、まず、アンモニアを含む排水が第１の排水及び第２の排水に分割され、アンモニアを酸化して亜硝酸を生成するアンモニア酸化細菌が第１の排水に混合され、有機物を必要としない独立栄養細菌であるアナモックス細菌が第２の排水に混合される。

次いで、空気が第１の排水に供給され、これにより、第１の排水に含まれているアンモニアはアンモニア酸化細菌によって酸化されて亜硝酸が生成される。続いて、第１の排水で生成された亜硝酸と、第２の排水に含まれるアンモニアとに基づくアナモックス反応（式１）がアナモックス細菌によって進行され、これにより、窒素ガスが生成される。

排水に含まれるアンモニアを安定的に除去するためにアナモックス反応を制御する必要があり、一般的に、細菌によって実行される生物反応の制御は細菌の生菌数に基づいて制御され、細菌の生菌数は、例えば、平板上で細菌を培養する平板培養法によって細菌を培養した上で計測される。ところが、アナモックス細菌は平板培養法では成長しないため、リアルタイムでアナモックス細菌の生菌数を把握することができず、その結果、アナモックス細菌の生菌数に基づいてアナモックス反応を制御することはできない。これに対応して、アナモックス反応は、除去すべきアンモニアの濃度に基づいて第１の排水で生成される亜硝酸の濃度を制御することにより、間接的に制御される。

例えば、除去すべきアンモニアの濃度が上昇したとき、第１の排水に供給される空気がアンモニアの濃度の上昇に応じて増量され、これにより、生成される亜硝酸の濃度は上昇し、除去すべきアンモニアの濃度が低下したとき、第１の排水に供給される空気がアンモニアの濃度の低下に応じて減量され、これにより、生成される亜硝酸の濃度は低下する。このようにして、生成された亜硝酸は緩やかに第２の排水に供給され、アナモックス反応は制御される。

特開２０１１－２３５２８７号公報

しかしながら、除去すべきアンモニアの濃度が、例えば、１０００mg-N/L以上のとき、第１の排水に供給される空気量の制御が難しく、所望の濃度以上の亜硝酸が生成される場合がある。換言すると、アナモックス反応に必要な亜硝酸濃度よりも高い濃度の亜硝酸が第１の排水から第２の排水に供給される場合がある。アナモックス細菌は高濃度の亜硝酸、例えば、２０mg-N/Lに暴露されることによって不活性化するため、第２の排水に含まれる亜硝酸性窒素濃度が２０mg-N/L以上のとき、第２の排水に含まれているアンモニア性窒素及び亜硝酸性窒素は窒素ガスに変換されず、その結果、第２の排水に含まれるアンモニア性窒素及び亜硝酸性窒素は除去されないという問題があった。

すなわち、アナモックス細菌を用いて排水に含まれている窒素成分を安定的に除去することができないという問題があった。

本発明の目的は、アナモックス細菌を用いて排水に含まれている窒素成分を安定的に除去することができる排水処理装置及び排水処理方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の排水処理装置は、排水に含まれるアンモニア性窒素を亜硝酸性窒素に酸化するとともに、前記アンモニア性窒素及び前記亜硝酸性窒素に基づいて窒素ガスを生成する排水処理装置において、前記アンモニア性窒素を亜硝酸性窒素に酸化するアンモニア酸化細菌と、前記アンモニア性窒素及び前記酸化された亜硝酸性窒素に基づいて窒素ガスを生成するアナモックス細菌が活性汚泥によって包含されている汚泥包含菌と、前記排水の上向流を形成するカラムであって、前記汚泥包含菌を、前記上向流によって前記カラムの内部に滞留する滞留菌と、前記カラムの外部に流出する流出菌とに分級するカラムと、を有することを特徴とする。

上記目的を達成するために、本発明の排水処理方法は、排水に含まれるアンモニア性窒素を亜硝酸性窒素に酸化するとともに、前記アンモニア性窒素及び前記亜硝酸性窒素に基づいて窒素ガスを生成する排水処理装置であって、前記アンモニア性窒素を亜硝酸性窒素に酸化するアンモニア酸化細菌と、前記アンモニア性窒素及び前記酸化された亜硝酸性窒素に基づいて窒素ガスを生成するアナモックス細菌が活性汚泥によって包含されている汚泥包含菌と、前記排水の上向流を形成し、前記汚泥包含菌を前記上向流によって分級するカラムと、を有する排水処理装置を用いた排水処理方法において、前記アンモニア性窒素を亜硝酸性窒素に酸化する酸化ステップと、前記汚泥包含菌を、前記上向流によって前記カラムの内部に滞留する滞留菌と、前記カラムの外部に流出する流出菌とに分級する分級ステップと、前記アンモニア性窒素及び前記亜硝酸性窒素に基づいて窒素ガスを生成する生成ステップと、を有することを特徴とする。

本発明によれば、アナモックス細菌を用いて排水に含まれている窒素成分を安定的に除去することができる。

本発明の実施の形態に係る排水処理装置の構成を概略的に示すブロック図である。 図１の排水処理装置によって実行される窒素除去処理の手順を示すフローチャートである。 図１の排水処理装置の変形例を示すブロック図である。 図３の排水処理装置によって実行される窒素除去処理の手順を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳述する。

図１は、本発明の実施の形態に係る排水処理装置１０の構成を概略的に示すブロック図である。

図１の排水処理装置１０は、排水に含まれるアンモニア性窒素を除去する窒素除去処理を実行するために用いられ、処理槽１０ａ（第１の格納手段）及び処理槽１０ｂ（第２の格納手段）を備える。処理槽１０ａは、散気装置１１（変換手段）、ポンプＰ１、及びカラム１２（分級手段）を有するとともに、酸素存在下でアンモニア性窒素を亜硝酸性窒素に変換するアンモニア酸化細菌（変換手段）を有し、ポンプＰ１及びカラム１２は接続されている。処理槽１０ｂはポンプＰ２及び窒素除去領域１３を有し、窒素除去領域１３にはアナモックス細菌（他の生成手段）が存在している。

窒素除去処理が施される排水（以下、「原水」という。）が処理槽１０ａに充水され、散気装置１１が駆動する。散気装置１１は空気を原水に供給し、これにより、アンモニア酸化細菌は原水に含まれるアンモニアを酸化して亜硝酸を生成する。すなわち、アンモニアを構成するアンモニア性窒素は亜硝酸を構成する亜硝酸性窒素に変換され、原水はアンモニア性窒素及び亜硝酸性窒素を含む排水（以下、「第１の中間排水」という。）に変化する。

ポンプＰ１が駆動すると、第１の中間排水が処理槽１０ａを循環し、第１の中間排水はポンプＰ１からカラム１２に供給される。カラム１２は、例えば、円筒管であり、カラム１２の一端は処理槽１０ａの底部に固定されることによって閉塞され、カラム１２の他端は処理槽１０ａに充水されている第１の中間排水の水面から突出して開口している。したがって、カラム１２は処理槽１０ａの底部に固定される固定部１２ａと、第１の中間排水の水面から突出している開口部１２ｂとを有する。

また、カラム１２は、固定部１２ａの周辺にポンプＰ１から第１の中間排水をカラム１２の内部に供給するための供給部１２ｃと、開口部１２ｂの周辺に供給部１２ｃからカラム１２の内部に供給された第１の中間排水を流出する流出部１２ｄとを備える。第１の中間排水は供給部１２ｃからカラム１２の内部に供給され、固定部１２ａから開口部１２ｂの方向に流れる上向流１２ｅ（分級手段）をカラム１２の内部に形成し、流出部１２ｄからカラム１２の外部に流出する。上向流１２ｅの線速度はポンプＰ１によって制御されている。本実施の形態において、例えば、上向流１２ｅの線速度は１００m/day以上１０００m/day以下の範囲内で制御されるのがよい。

処理槽１０ａには活性汚泥（保護手段）に包含されたアナモックス細菌（以下、「汚泥包含菌」という。）が存在している。第１の中間排水に含まれるアンモニア性窒素及び亜硝酸性窒素は、汚泥包含菌を構成する活性汚泥を通過してアナモックス細菌（生成手段）に到達する。アナモックス細菌はアンモニア性窒素及び亜硝酸性窒素に基づいて窒素ガスを産生して第１の中間排水からアンモニア性窒素及び亜硝酸性窒素を除去する。

汚泥包含菌は、上向流１２ｅがカラム１２の内部を通過したとき、上向流１２ｅの線速度に応じて分級される。具体的に、汚泥包含菌は、上向流１２ｅがカラム１２の内部を通過したときにカラム１２の内部に滞留する滞留菌（第１の窒素除去手段）と、上向流１２ｅがカラム１２の内部を通過したときに流出部１２ｄから流出する流出菌（第２の窒素除去手段）とに分級される。したがって、滞留菌においてアナモックス細菌を包み込む活性汚泥の量は、大抵の場合、流出菌においてアナモックス細菌を包み込む活性汚泥の量よりも多い。そのため、アナモックス細菌が滞留菌及び流出菌のそれぞれの中心に位置し、滞留菌及び流出菌が高濃度の亜硝酸に暴露されるとき、滞留菌のアナモックス細菌は流出菌のアナモックス細菌よりも高濃度の亜硝酸から隔離されているため、不活性化し難い。そのような滞留菌はカラム１２の内部で第１の中間排水からアンモニア性窒素及び亜硝酸性窒素を除去する機能を十分に発揮することができる。

原水が処理槽１０ａに充水されるとともに、散気装置１１及びポンプＰ１が駆動されてから一定時間が経過し、第１の中間排水が所定の基準を充足するとき、所定の基準を充足する第１の中間排水は、第２の中間排水として処理槽１０ｂに送水される。本実施の形態において、所定の基準は、例えば、アンモニア性窒素及び亜硝酸性窒素等の無機態窒素化合物濃度に基づいて決定される。具体的に、第１の中間排水のアンモニア性窒素濃度と亜硝酸性窒素濃度との比率が１．５：１～１：１になるようにアンモニア性窒素が低減されたとき、第１の中間排水は所定の基準を充足し、第２の中間排水として処理槽１０ａから処理槽１０ｂに送水される。

処理槽１０ｂが第２の中間排水によって充水されると、処理槽１０ｂのポンプＰ２が駆動し、第２の中間排水は処理槽１０ｂを循環する。第２の中間排水は、アンモニア性窒素及び亜硝酸性窒素を有し、処理槽１０ｂを循環するとき、窒素除去領域１３を通過する。窒素除去領域１３は、例えば、アナモックス細菌が付着した担体を有する。アナモックス細菌を付着させる担体には、例えば、樹脂成形体、活性炭、又は不織布等が用いられる。窒素除去領域１３において、アナモックス細菌は第２の中間排水に含まれるアンモニア性窒素及び亜硝酸性窒素に基づくアナモックス反応（式１）に従って窒素ガスを産生する。窒素ガスは第２の中間排水から放出され、その結果、第２の中間排水からアンモニア性窒素及び亜硝酸性窒素は除去される。

処理槽１０ａから処理槽１０ｂへ送水された第２の中間排水は所定の基準を充足する第１の中間排水である。所定の基準を充足する第１の中間排水は原水に含まれるアンモニア性窒素及びこれに伴って生成された亜硝酸性窒素が処理槽１０ａにおいて予め処理されているため、高濃度の亜硝酸を含まない。したがって、窒素除去領域１３のアナモックス細菌は第２の中間排水によって不活性化しない。

図２は、図１の排水処理装置１０によって実行される窒素除去処理の手順を示すフローチャートである。

図２において、まず、酸素存在下でアンモニア性窒素を亜硝酸性窒素に変換するアンモニア酸化細菌を含む原水が処理槽１０ａに充水され、散気装置１１が駆動される（Ｓ２１）。散気装置１１は駆動して空気を原水に供給し、アンモニア酸化細菌は原水に含まれるアンモニアを酸化して亜硝酸を生成する。すなわち、アンモニアを構成するアンモニア性窒素は亜硝酸を構成する亜硝酸性窒素に変換され、原水は第１の中間排水に変化する（変換ステップ）。

次いで、ポンプＰ１が駆動し、第１の中間排水を、供給部１２ｃを経由してカラム１２の内部に供給する（Ｓ２２）。第１の中間排水がカラム１２の内部に供給されると、上向流１２ｅが形成される（Ｓ２３）。なお、図２の窒素除去処理では、上向流１２ｅの線速度は１５０m/dayで制御されている。

ところで、処理槽１０ａには汚泥包含菌が存在し、汚泥包含菌にはカラム１２の内部に滞留する滞留菌と、カラム１２の外部に流出する流出菌とがある。汚泥包含菌は、第１の中間排水がカラム１２の内部に供給され、上向流１２ｅの影響を受けつつもカラム１２の内部に滞留する滞留菌と、上向流１２ｅの影響を受けてカラム１２の外部に流出する流出菌とに分級される。すなわち、汚泥包含菌は、上向流１２ｅの線速度に応じて滞留菌及び流出菌に分級される（分級ステップ）。したがって、一般的に、滞留菌の比重は流出菌の比重よりも大きく、滞留菌を構成する活性汚泥の量は流出菌を構成する活性汚泥の量よりも多い。

滞留菌はカラム１２の内部の第１の中間排水に含まれるアンモニア性窒素及び亜硝酸性窒素を除去する（Ｓ２４）。具体的に、カラム１２の内部の第１の中間排水に含まれるアンモニア性窒素及び亜硝酸性窒素は、滞留菌を構成する活性汚泥を通過してアナモックス細菌に到達する。アナモックス細菌は滞留菌を構成する活性汚泥を経由して到達したアンモニア性窒素及び亜硝酸性窒素から窒素ガスを産生し、カラム１２の内部の第１の中間排水からアンモニア性窒素及び亜硝酸性窒素を除去する（生成ステップ）。

流出菌は、流出菌を構成する活性汚泥の量が滞留菌を構成する活性汚泥の量よりも少ないため、滞留菌よりも外部の亜硝酸濃度に影響を受けやすい。したがって、カラム１２の外部に流出した流出菌が存在する領域の亜硝酸濃度が高濃度（例えば、２００mg-N/L以上）のため、流出菌によるアンモニア性窒素及び亜硝酸性窒素の除去は期待することができない。

続いて、処理槽１０ａを充水する第１の中間排水が所定の基準を充足するか否かを判別する（Ｓ２５）。本実施の形態において、第１の中間排水のアンモニア性窒素濃度が、Ｓ２１～Ｓ２４の各処理が実行されることによって第１の中間排水のアンモニア性窒素濃度と亜硝酸性窒素濃度との比率が１．５：１～１：１になるように低減されたとき、第１の中間排水は所定の基準を充足する。

Ｓ２５の判別の結果、第１の中間排水が所定の基準を充足していないと判別されたとき、本処理はＳ２５に戻り、第１の中間排水が所定の基準を充足していると判別されたとき、第１の中間排水は第２の中間排水として処理槽１０ｂに送水される（Ｓ２６）。

処理槽１０ｂが第２の中間排水によって充水されると、処理槽１０ｂのポンプＰ２が駆動し、第２の中間排水は処理槽１０ｂを循環して窒素除去領域１３を通過する（Ｓ２７）。第２の中間排水は、アンモニア性窒素及び亜硝酸性窒素を有し、窒素除去領域１３は、例えば、アナモックス細菌が付着した担体を有する。したがって、窒素除去領域１３において、アナモックス細菌は第２の中間排水に含まれるアンモニア性窒素及び亜硝酸性窒素に基づくアナモックス反応（式１）に従って窒素ガスを産生し、第２の中間排水に含まれるアンモニア性窒素及び亜硝酸性窒素を除去し（Ｓ２８）、本処理は終了する。

図２の窒素除去処理によれば、散気装置１１が駆動され（Ｓ２１）、アンモニア性窒素を有する原水はアンモニア性窒素及び亜硝酸性窒素を有する第１の中間排水に変化し、滞留菌は第１の中間排水が有するアンモニア性窒素及び亜硝酸性窒素に基づいてカラム１２の内部で窒素ガスを産生し、第１の中間排水からアンモニア性窒素及び亜硝酸性窒素を除去する（Ｓ２４）。このとき、滞留菌は活性汚泥がアナモックス細菌を包含することによって構成されているので、高濃度の亜硝酸が原水のアンモニアから生成されても、高濃度の亜硝酸が直ちにアナモックス細菌に暴露するのを防止することができ、もって、アナモックス細菌が不活性化するのを防止することができる。

また、汚泥包含菌は上向流１２ｅによって滞留菌及び流出菌に分級される。滞留菌を構成する活性汚泥の量は流出菌を構成する活性汚泥の量よりも多く、汚泥包含菌が分級されることにより、滞留菌がカラム１２の内部に存在し、流出菌はカラム１２の外部に存在する。すなわち、滞留菌はカラム１２の内部でアナモックス細菌を亜硝酸から保護しつつ窒素除去処理を実行するので、アナモックス細菌が不活性化することなく長期間アンモニア性窒素を窒素ガスに変換することができ、もって、アナモックス細菌を用いて排水に含まれている窒素成分を安定的に除去することができる。

さらに、第１の中間排水のアンモニア性窒素濃度は処理槽１０ａで十分に低減され、その結果、第１の中間排水は第２の中間排水として処理槽１０ｂに送水されるので、処理槽１０ｂでのアナモックス細菌への負荷を低下することができる。

図３は、図１の排水処理装置１０の変形例を示すブロック図である。

図３の排水処理装置３０は、その構成、作用が図１の排水処理装置１０と基本的に同じであり、２つ（複数）のカラム１２，３１を備える点で図１の排水処理装置１０と異なる。以下、図１の排水処理装置１０と重複した構成、作用については説明を省略し、異なる構成、作用についての説明を行う。

図３の排水処理装置３０は、カラム１２，３１を備え、カラム３１（他の分級手段）はカラム１２に接続されている。カラム３１は、例えば、円筒管であり、カラム３１の一端は処理槽１０ａの底部に固定されることによって閉塞され、カラム３１の他端は処理槽１０ａに充水されている第１の中間排水の水面から突出して開口している。したがって、カラム３１は処理槽１０ａの底部に固定される固定部３１ａと、第１の中間排水の水面から突出している開口部３１ｂとを有する。

また、カラム３１は、固定部３１ａの周辺にカラム１２から第１の中間排水をカラム３１の内部に供給するための供給部３１ｃと、開口部３１ｂの周辺に供給部３１ｃからカラム３１の内部に供給された第１の中間排水を流出する流出部３１ｄとを備える。第１の中間排水は供給部３１ｃからカラム３１の内部に供給され、固定部３１ａから開口部３１ｂの方向に流れる上向流３１ｅ（他の分級手段）をカラム３１の内部に形成し、流出部３１ｄからカラム３１の外部に流出する。本実施の形態において、上向流３１ｅの線速度はポンプＰ１によって制御されているが、上向流３１ｅの線速度を独立して制御するポンプ等の制御手段が設けられてもよい。また、本実施の形態において、上向流１２ｅ，３１ｅは異なる線速度であることを前提とし、例えば、上向流１２ｅの線速度は１００m/day以上１０００m/day以下の範囲内で制御し、上向流３１ｅの線速度は５０m/day以上５００m/day以下の範囲内で制御するのがよい。

ポンプＰ１が駆動すると、第１の中間排水は、供給部１２ｃ、カラム１２の内部、流出部１２ｄ、供給部３１ｃ、及びカラム３１の内部を経由して流出部３１ｄからカラム３１の外部に流出する。このとき、カラム１２の内部に存在する汚泥包含菌は、上向流１２ｅによって滞留菌及び流出菌に分級され、流出菌は第１の中間排水と共にカラム３１の内部に供給される。カラム３１の内部に供給された流出菌は上向流３１ｅの線速度に応じて再度分級される。

具体的に、流出菌は、上向流３１ｅがカラム３１の内部を通過したときにカラム３１の内部に滞留する他の滞留菌（第３の窒素除去手段）と、カラム３１の外部に流出する第１の中間排水と共に流出する他の流出菌（第４の窒素除去手段）とに分級される。したがって、他の滞留菌はカラム３１の内部の第１の中間排水に分散されるとともに、他の流出菌はカラム３１の外部に流出した第１の中間排水に分散される。

そうすると、滞留菌はカラム１２の内部の第１の中間排水からアンモニア性窒素及び亜硝酸性窒素を除去し、他の滞留菌はカラム３１の内部の第１の中間排水からアンモニア性窒素及び亜硝酸性窒素を除去する。

具体的に、カラム１２の内部の第１の中間排水のアンモニア性窒素及び亜硝酸性窒素は滞留菌を構成する活性汚泥を通過してアナモックス細菌に到達し、そのアナモックス細菌は到達したアンモニア性窒素及び亜硝酸性窒素から窒素ガスを産生し、カラム１２の内部の第１の中間排水からアンモニア性窒素及び亜硝酸性窒素を除去する。カラム３１の内部の第１の中間排水のアンモニア性窒素及び亜硝酸性窒素は他の滞留菌を構成する活性汚泥を通過してアナモックス細菌に到達し、そのアナモックス細菌は到達したアンモニア性窒素及び亜硝酸性窒素から窒素ガスを産生し、カラム３１の内部の第１の中間排水からアンモニア性窒素及び亜硝酸性窒素を除去する。

原水が処理槽１０ａに充水されるとともに、散気装置１１及びポンプＰ１が駆動されてから一定時間が経過し、第１の中間排水が所定の基準を充足するとき、所定の基準を充足する第１の中間排水は、第２の中間排水として処理槽１０ｂに送水される。

図４は、図３の排水処理装置３０によって実行される窒素除去処理の手順を示すフローチャートである。図４のＳ２１～Ｓ２８の処理は図２のＳ２１～Ｓ２８の処理と同一であるため、以下において、図２の処理と異なる点のみ説明する。

図４において、カラム１２の内部に存在する汚泥包含菌はカラム１２の内部に形成された上向流１２ｅの線速度に応じて滞留菌及び流出菌に分級され（Ｓ２３）、滞留菌は上向流１２ｅを形成する第１の中間排水に含まれるアンモニア性窒素及び亜硝酸性窒素を除去し（Ｓ２４）、流出菌は第１の中間排水と共に流出部１２ｄ及び供給部３１ｃを経由してカラム３１の内部に供給される。カラム３１の内部に供給された第１の中間排水は上向流３１ｅを形成し、カラム３１の内部に供給された流出菌は上向流３１ｅの線速度によって再度分級される（Ｓ４１）。なお、図４の窒素除去処理では、上向流１２ｅの線速度は２００m/dayで制御され、上向流３１ｅの線速度は１００m/dayで制御されている。

具体的に、カラム３１の内部に供給された流出菌は、カラム３１の内部に形成された上向流３１ｅの線速度に応じてカラム３１の内部に滞留する他の滞留菌と、カラム３１の外部に流出する他の流出菌とに分級される。すなわち、流出菌は、上向流３１ｅの線速度に応じて他の滞留菌及び他の流出菌に分級される。したがって、一般的に、他の滞留菌の比重は他の流出菌の比重よりも大きく、例えば、他の滞留菌を構成する活性汚泥の量は他の流出菌を構成する活性汚泥の量よりも多い。

他の滞留菌はカラム３１の内部の第１の中間排水に含まれるアンモニア性窒素及び亜硝酸性窒素を除去する（Ｓ４２）。具体的に、カラム３１の内部の第１の中間排水に含まれるアンモニア性窒素及び亜硝酸性窒素は、他の滞留菌を構成する活性汚泥を通過してアナモックス細菌に到達する。アナモックス細菌は他の滞留菌を構成する活性汚泥を経由して到達したアンモニア性窒素及び亜硝酸性窒素から窒素ガスを産生し、カラム３１の内部の第１の中間排水からアンモニア性窒素及び亜硝酸性窒素を除去する。その後、本処理はＳ２５に進む。

図４の処理によれば、カラム３１の内部に供給された流出菌は上向流３１ｅの線速度によって再度分級される（Ｓ４１）。これにより、滞留菌、他の滞留菌、及び他の流出菌の各汚泥包含菌は、滞留菌がカラム１２の内部に分布し、他の滞留菌がカラム３１の内部に分布し、他の流出菌がカラム３１の外部に流出した第１の中間排水に分布するように分級される。

通常、滞留菌を構成する活性汚泥の量は他の滞留菌及び他の流出菌のそれぞれを構成する活性汚泥の量よりも多く、他の滞留菌を構成する活性汚泥の量は他の流出菌を構成する活性汚泥の量よりも多い。したがって、高濃度の亜硝酸が滞留菌、他の滞留菌、又は他の流出菌に暴露したとき、滞留菌を構成するアナモックス細菌は、他の滞留菌を構成するアナモックス細菌及び他の流出菌を構成するアナモックス細菌よりも不活性化し難く、他の滞留菌を構成するアナモックス細菌は、他の流出菌を構成するアナモックス細菌よりも不活性化し難い。

一方、他の滞留菌を構成するアナモックス細菌は、滞留菌を構成するアナモックス細菌よりも窒素除去処理を効率的に実行する。他方、他の流出菌は、他の流出菌を構成する活性汚泥の量が滞留菌及び他の滞留菌のそれぞれを構成する活性汚泥の量よりも少ないため、滞留菌及び他の滞留菌よりも外部の亜硝酸濃度に影響を受けやすい。したがって、カラム３１の外部に流出した他の流出菌が存在する領域の亜硝酸濃度が高濃度（例えば、２００mg-N/L以上）のため、他の流出菌によるアンモニア性窒素及び亜硝酸性窒素の除去は期待することができない。

すなわち、カラム１２，３１が配置されることにより、処理槽１０ａ内部の亜硝酸濃度はカラム１２の内部、カラム３１の内部、及びカラム３１の外部に流出した第１の中間排水の３つの領域に分割され、滞留菌、他の滞留菌、及び他の流出菌が各領域の亜硝酸濃度に応じて分布される。その結果、滞留菌及び他の滞留菌は各領域の亜硝酸から適切に保護されるとともに、各領域での窒素除去処理を効率的に実行するので、カラム１２，３１が配置されている排水処理装置３０はカラム１２のみが配置されている排水処理装置１０よりも効率的な窒素除去処理を実行することができる。

本実施の形態において、処理槽１０ｂは、窒素除去領域１３に存在するアナモックス細菌が第２の中間排水からアンモニア性窒素及び亜硝酸性窒素を除去している。第２の中間排水が高濃度の亜硝酸を含むとき、窒素除去領域１３のアナモックス細菌は不活性化するが、原水に含まれるアンモニア性窒素及びこれに伴って生成された亜硝酸性窒素は処理槽１０ａで予め処理され、所定の基準を充足する第１の中間排水が第２の中間排水として処理槽１０ｂに送水されるので、窒素除去領域１３のアナモックス細菌は高濃度の亜硝酸を含まないように制御された第２の中間排水によって不活性化することはない。

また、図２及び図４のＳ２５の処理において、第１の中間排水のアンモニア性窒素濃度が第１の中間排水のアンモニア性窒素濃度と亜硝酸性窒素濃度との比率が１．５：１～１：１になるように低減されたときに所定の基準を充足しているとしたが、第１の中間排水の全窒素濃度が、例えば、５００mg-N/L以下のときに所定の基準を充足しているとしてもよい。この場合も、また、処理槽１０ｂでのアナモックス細菌への負荷を低下することができる。

ところで、従来の排水処理装置において、原水に含まれるアンモニア性窒素が１０００mg-N/L以上のとき、第２の排水に混合されたアナモックス細菌は不活性化する場合があったが、本実施の形態の排水処理装置１０，３０を用いることによってアナモックス細菌は不活性化することなく原水に含まれるアンモニア性窒素は除去される。実際に、全窒素濃度２０００mg-N/Lの原水が排水処理装置１０，３０の処理槽１０ａに供給されたとき、アンモニア性窒素濃度及び亜硝酸性窒素濃度のそれぞれが５００mg-N/Lである全窒素濃度が１０００mg-N/Lの第１の中間排水が得られ、その後、処理槽１０ｂのアナモックス細菌によって第２の中間排水の全窒素濃度が１００mg-N/Lまで低下した。すなわち、原水の窒素成分は排水処理装置１０，３０によって９５％除去され、その結果、排水処理装置１０，３０はアナモックス細菌が不活性化する恐れのある全窒素濃度１０００mg-N/L以上の原水から窒素を除去する際に使用することができることがわかった。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に何ら限定されるものではない。

１０ 排水処理装置
１０ａ，１０ｂ 処理槽
１１ 散気装置
１２ カラム
１２ｅ 上向流

Claims (9)

1. 排水に含まれるアンモニア性窒素を亜硝酸性窒素に酸化するとともに、前記アンモニア性窒素及び前記亜硝酸性窒素に基づいて窒素ガスを生成する排水処理装置において、
   前記アンモニア性窒素を亜硝酸性窒素に酸化するアンモニア酸化細菌と、
   前記アンモニア性窒素及び前記酸化された亜硝酸性窒素に基づいて窒素ガスを生成するアナモックス細菌が活性汚泥によって包含されている汚泥包含菌と、
   前記排水の上向流を形成するカラムであって、前記汚泥包含菌を、前記上向流によって前記カラムの内部に滞留する滞留菌と、前記カラムの外部に流出する流出菌とに分級するカラムと、を有することを特徴とする排水処理装置。
2. 前記排水処理装置が、前記排水に含まれるアンモニア性窒素を亜硝酸性窒素に酸化するとともに、前記アンモニア性窒素及び前記亜硝酸性窒素に基づいて窒素ガスを生成する第１の処理槽と、前記アンモニア性窒素及び前記亜硝酸性窒素を含む排水が前記第１の処理槽から送水されるとともに、前記アンモニア性窒素及び前記亜硝酸性窒素に基づいて窒素ガスを生成する第２の処理槽と、を備え、
   前記第１の処理槽は、前記アンモニア酸化細菌と前記汚泥包含菌と前記カラムとを有し、
   前記第２の処理槽は、前記アナモックス細菌を有することを特徴とする請求項１記載の排水処理装置。
3. 前記滞留菌の比重は前記流出菌の比重よりも大きいことを特徴とする請求項１又は２記載の排水処理装置。
4. 前記カラムにおける上向流の線速度は１００m/day以上１０００m/day以下に制御されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の排水処理装置。
5. 前記第１の処理槽は、前記流出菌を含む排水の上向流を形成し、前記流出菌を当該上向流によって分級する他のカラムをさらに有し、前記他のカラムは、前記流出菌を、前記他のカラムの内部に滞留する他の滞留菌と、前記他のカラムの外部に流出する他の流出菌とに分級し、前記他の滞留菌の比重は前記他の流出菌の比重よりも大きいことを特徴とする請求項２記載の排水処理装置。
6. 前記他のカラムにおける上向流の線速度は５０m/day以上５００m/day以下に制御されていることを特徴とする請求項５記載の排水処理装置。
7. 前記第１の処理槽から前記第２の処理槽に送水される排水に含まれるアンモニア性窒素濃度及び亜硝酸性窒素濃度の比率が１．５：１～１：１であり、又は、前記第１の処理槽から前記第２の処理槽に送水される排水の全窒素濃度が５００mg-N/L以下であることを特徴とする請求項２、５及び６のいずれか１項に記載の排水処理装置。
8. 排水に含まれるアンモニア性窒素を亜硝酸性窒素に酸化するとともに、前記アンモニア性窒素及び前記亜硝酸性窒素に基づいて窒素ガスを生成する排水処理装置であって、前記アンモニア性窒素を亜硝酸性窒素に酸化するアンモニア酸化細菌と、前記アンモニア性窒素及び前記酸化された亜硝酸性窒素に基づいて窒素ガスを生成するアナモックス細菌が活性汚泥によって包含されている汚泥包含菌と、前記排水の上向流を形成し、前記汚泥包含菌を前記上向流によって分級するカラムと、を有する排水処理装置を用いた排水処理方法において、
   前記アンモニア性窒素を亜硝酸性窒素に酸化する酸化ステップと、
   前記汚泥包含菌を、前記上向流によって前記カラムの内部に滞留する滞留菌と、前記カラムの外部に流出する流出菌とに分級する分級ステップと、
   前記アンモニア性窒素及び前記亜硝酸性窒素に基づいて窒素ガスを生成する生成ステップと、を有することを特徴とする排水処理方法。
9. 前記排水処理装置が、前記排水に含まれるアンモニア性窒素を亜硝酸性窒素に酸化するとともに、前記アンモニア性窒素及び前記亜硝酸性窒素に基づいて窒素ガスを生成する第１の処理槽と、前記アンモニア性窒素及び前記亜硝酸性窒素を含む排水が前記第１の処理槽から送水されるとともに、前記アンモニア性窒素及び前記亜硝酸性窒素に基づいて窒素ガスを生成する第２の処理槽と、を備え、
   前記酸化ステップ及び前記分級ステップは前記第１の処理槽において実行されるとともに、前記生成ステップは前記第２の処理槽において実行されることを特徴とする請求項８記載の排水処理方法。

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