JPWO2019198803A1 - 排水処理方法 - Google Patents

Abstract

有機性排水を第１好気槽及び無酸素槽に供給する工程１と；第１好気槽内において、担体に担持された細菌により硝化及び脱窒を行って、１次処理水を排出する工程２と；無酸素槽内において、有機性排水及び１次処理水に対して活性汚泥中の細菌による脱窒を行って、２次処理水を排出する工程３と；第２好気槽内において、２次処理水に対して活性汚泥中の細菌により硝化を行って、３次処理水を排出する工程４と；固液分離装置において、３次処理水から汚泥を分離して最終処理水として排出するとともに、汚泥を無酸素槽へ返送する工程５とを有する排水処理方法。この方法によれば、後段の無酸素槽における負荷を減らすことができ、当該無酸素槽を従来と比べて小型化することができるとともに、水質の優れた処理水を安定的に得ることが可能となる。

Description

本発明は、窒素成分を含有する有機性排水に対して生物処理を行う排水処理方法に関する。

排水中に含まれる窒素成分が海や湖へ流入することで引き起こされる富栄養化などの問題に対して、生物学的に窒素成分を処理する様々な方法が行われている。

下水などの排水に含まれる窒素成分は、大部分がアンモニア態窒素（ＮＨ_４−Ｎ）である。実際の下水処理では、ＮＨ_４−Ｎが好気条件下で酸化態窒素（ＮＯｘ−Ｎ）に変換される。当該変換のことを、以下、硝化反応又は硝化と略すことがある。その後、前記硝化で生成したＮＯｘ−Ｎが無酸素条件下で窒素ガス（Ｎ_２）に変換される。当該変換のことを、以下、脱窒反応又は脱窒と略すことがある。次いで前記脱窒で生成した窒素ガスが系外に放出されることで排水から窒素成分が除去される。

特許文献１には、脱窒を行う無酸素槽と硝化を行う好気槽を、この順序に配列し、好気槽から流出する処理水の一部を無酸素槽に返送させて処理する方法が開示されている。

特許文献１に記載の方法は、脱窒に必要な有機物源として、排水のＢＯＤに相当する量の有機物を利用することができるため、ランニングコストを低減することができる。しかしながら、後段の好気槽で生成する硝酸の一部が処理水中に残るため、槽全体の全窒素（Ｔ−Ｎ）除去率は原水に対する返送流量の比である返送比によって決まるという欠点がある。返送比がＲの場合、Ｔ−Ｎ除去率（％）は［Ｒ／（１＋Ｒ）］×１００となる。そのため、仮に、返送比（Ｒ）を１にした場合では、槽全体のＴ−Ｎ除去率は最大でも５０％に留まり、高い除去率が要求される場合には使用できないという課題があった。

また特許文献２には、好気槽と無酸素槽を、この順序で配列し、好気槽から流出する好気槽処理水を無酸素槽に導入して処理する方法が開示されている。この方法では、好気槽と無酸素槽をこの順序に配列するため、最大Ｔ−Ｎ除去率が特許文献１に記載の方法に比べて高くなる。しかしながら、無酸素槽に有機物源としてメタノールを添加しているため、ランニングコストがかかるという問題があった。

特開平８−２５７５８９号公報 特開平５−１２３６９６号公報

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、窒素成分を含有する有機性排水に対して生物処理を行うに際し、処理装置を大幅に小型化しつつ、ランニングコストを抑制しながら水質の優れた処理水を得ることのできる排水処理方法を提供することを目的とするものである。

上記課題は、第１好気槽、無酸素槽、第２好気槽及び固液分離装置をこの順序で備える処理装置を用いて、窒素成分を含有する有機性排水に対して生物処理を行う排水処理方法であって；
前記有機性排水の６０〜９５％を前記第１好気槽に供給するとともに、前記有機性排水の５〜４０％を前記無酸素槽に供給する工程１と、
前記第１好気槽内において、担体に担持された細菌により硝化及び脱窒を行って、１次処理水を排出する工程２と、
前記無酸素槽内において、前記有機性排水及び前記１次処理水に対して活性汚泥中の細菌による脱窒を行って、２次処理水を排出する工程３と、
前記第２好気槽内において、前記２次処理水に対して活性汚泥中の細菌により硝化を行って、３次処理水を排出する工程４と、
前記固液分離装置において、前記３次処理水から汚泥を分離して最終処理水として排出するとともに、前記汚泥を前記無酸素槽へ返送する工程５とを有することを特徴とする排水処理方法を提供することによって解決される。

このとき、前記第１好気槽でのＮＨ_４−Ｎ容積負荷が０．１ｋｇ／ｍ^３・ｄ以上であることが好ましい。また、前記第１好気槽、前記無酸素槽及び前記第２好気槽の水理学的滞留時間がいずれも４時間以下であることが好ましい。

また、前記担体が連通孔を有することが好ましい。前記担体がポリビニルアルコールゲル担体であることも好ましい。

本発明によれば、第１好気槽に充填された担体に担持された細菌によって、当該第１好気槽内において硝化及び脱窒を行い、有機性排水に含まれる窒素成分を除去することができる。そのため、後段の無酸素槽における負荷を減らすことができ、当該無酸素槽を従来と比べて小型化することができるとともに、水質の優れた処理水を安定的に得ることが可能となる。また、本発明の処理方法では、有機性排水の一部を、第１好気槽だけでなく無酸素槽へも供給するので、無酸素槽に対してメタノールなどの有機物を添加しなくても脱窒効率を上げることができる。そのため、ランニングコストを低減しつつ、無酸素槽における脱窒効率を上げることができる。

本発明の処理方法で用いられる処理装置の一例を示したプロセスフロー図である。

（処理装置）
本発明は、窒素成分を含有する有機性排水に対して生物処理を行う排水処理方法に関する。まず、本発明の処理方法で用いられる処理装置の一例について図面を参照しつつ説明する。図１は本発明の処理方法で用いられる処理装置の一例を示したプロセスフロー図である。図１に示す処理装置は、第１好気槽１、無酸素槽２、第２好気槽３及び固液分離装置４をこの順序で備えている。以下、この処理装置を用いて排水処理を行った場合を例にして、本発明の処理方法について説明する。

（工程１）
本発明における工程１は、窒素成分を含有する有機性排水（以下、単に排水と略記することがある）を第１好気槽及び無酸素槽へ供給する工程である。工程１について、図１に示した処理装置を例に説明する。この処理装置では、排水は排水管５を通って処理装置へ導入される。この排水管５は途中で排水供給管６Ａ、６Ｂに分岐していて、排水供給管６Ａによって第１好気槽１へ排水が供給されるとともに、排水供給管６Ｂによって無酸素槽２へも排水が供給される。排水としては、窒素成分を含有するものであれば特に限定されず、例えば、下水などが挙げられる。

工程１においては、前記排水の６０〜９５％を第１好気槽に供給するとともに、前記排水の５〜４０％を無酸素槽に供給することが重要である。

排水の６０〜９５％を第１好気槽に供給するとは、下記式（１）で定義される第１好気槽への分配率を６０〜９５％にすることである。
（Ｂ／Ａ）×１００（％） （１）
Ａ：排水の全流量［ｍ^３／ｄ］
Ｂ：第１好気槽へ供給される排水の流量［ｍ^３／ｄ］

図１に示した処理装置を用いた場合、「排水の全流量」は「排水管５を通る排水の流量」に相当する流量であり、「第１好気槽へ供給される排水の流量」は「排水供給管６Ａから第１好気槽１へ供給される排水の流量」に相当する流量である。

第１好気槽への分配率が小さいと、無酸素槽に供給される有機物の量が多くなり、それに伴って無酸素槽に供給されるＴ−Ｎの量も多くなる。したがって、第１好気槽への分配率が６０％未満の場合、無酸素槽から供給されたＴ−Ｎが、第２好気槽で硝化された後、脱窒処理されないまま排出され、その結果として、最終処理水のＴ−Ｎ濃度が高くなり、水質の優れた最終処理水を安定的に得ることができなくなる。第１好気槽への分配率は、７０％以上であることが好ましく、８０％以上であることがより好ましい。一方、第１好気槽への分配率が大きいと、無酸素槽に供給される有機物の量は少なくなり、当該無酸素槽における脱窒反応の速度が低下する。したがって、第１好気槽への分配率が９５％を超える場合、Ｔ−Ｎ濃度の低い水質の優れた最終処理水を安定的に得ることができなくなる。第１好気槽への分配率は、９２．５％以下であることが好ましく、９０％以下であることがより好ましく、８７．５％以下であることがさらに好ましい。

また、排水の５〜４０％を無酸素槽に供給するとは、下記式（２）で定義される無酸素槽への分配率を５〜４０％にすることである。
（Ｃ／Ａ）×１００（％） （２）
Ａ：排水の全流量［ｍ^３／ｄ］
Ｃ：無酸素槽へ供給される排水の流量［ｍ^３／ｄ］

図１に示した処理装置を用いた場合、「排水の全流量」は「排水管５を通る排水の流量」に相当する流量であり、「無酸素槽へ供給される排水の流量」は「排水供給管６Ｂから無酸素槽２へ供給される排水の流量」に相当する流量である。

無酸素槽への分配率が小さいと、無酸素槽に供給される有機物の量は少なくなり、当該無酸素槽内における脱窒反応の速度が低下する。したがって、無酸素槽への分配率が５％未満の場合、Ｔ−Ｎ濃度の低い水質の優れた最終処理水を安定的に得ることができなくなる。無酸素槽への分配率は、７．５％以上であることが好ましく、１０％以上であることがより好ましく、１２．５％以上であることがさらに好ましい。一方、無酸素槽への分配率が大きいほど無酸素槽に供給される有機物の量は多くなるが、それに伴って無酸素槽に供給されるＴ−Ｎの量も多くなる。したがって無酸素槽への分配率が４０％を超えると、無酸素槽から供給されたＴ−Ｎが、第２好気槽で硝化された後、脱窒処理されないまま排出され、その結果として、最終処理水のＴ−Ｎ濃度が高くなり、水質の優れた最終処理水を安定的に得ることができなくなる。無酸素槽への分配率は３０％以下であることが好ましく、２０％以下であることがより好ましい。

第１好気槽への分配率及び無酸素槽への分配率の調整方法は特に限定されない。例えば図１に示した処理装置を用いる場合、排水供給管６Ａ、６Ｂが分岐している箇所に調整弁などを設置して第１好気槽への分配率及び無酸素槽への分配率を調整する方法が挙げられる。このとき、排水管５を流れる排水のＴ−Ｎ濃度を連続測定し、Ｔ−Ｎ濃度が高い場合には無酸素槽への分配率を下げるように調整する。

（工程２）
本発明における工程２は、前記第１好気槽内において、担体に担持された細菌により硝化及び脱窒を行って、１次処理水を排出する工程である。この担体には、硝化能力を有する細菌及び脱窒能力を有する細菌が担持されている。すなわち、この担体には、硝化菌及び脱窒菌が担持されている。

工程２では、担体に担持された硝化菌により、排水中のＮＨ_４−Ｎの硝化が行われる。さらに、硝化で生成したＮＯｘ−Ｎが担体内部の無酸素領域に担持された脱窒菌により一部脱窒され窒素ガスに変換される。担体に硝化能力を有する細菌（硝化菌）が担持されていることは以下の方法で確認することができる。ＮＨ_４−Ｎを含む排水に担体を浸漬させた後、この排水を曝気する。このとき、担体に硝化菌が担持されていれば、排水のＮＨ_４−Ｎが減少しＮＯｘ−Ｎが増加する。この方法により、担体に硝化菌が担持されていることを確認することができる。一方、担体に脱窒能力を有する細菌（脱窒菌）が担持されていることは以下の方法で確認することができる。ＮＯｘ−Ｎを含み、ＢＯＤが所定値である排水に担体を浸漬させた後、排水を撹拌する。このとき、担体に脱窒菌が担持されていれば、排水のＮＯｘ−Ｎが減少する。この方法により、担体に脱窒菌が担持されていることを確認することができる。また、遺伝子プローブによるＦＩＳＨ（Fluorescent In Situ Hybridization)法によっても、担体に硝化菌又は脱窒菌が担持されていることも確認することができる。

第１好気槽におけるＴ−Ｎ除去率は、１０％以上であることが好ましい。Ｔ−Ｎ除去率の値が小さいほど無酸素槽に供給されるＴ−Ｎの量が多くなる。そのため、無酸素槽や、その後段の第２好気槽で処理しきれないＴ−Ｎにより、最終処理水のＴ−Ｎ濃度が高くなるおそれがある。第１好気槽におけるＴ−Ｎ除去率は、２０％以上であることがより好ましく、３０％以上であることがさらに好ましい。

ここで、第１好気槽におけるＴ−Ｎ除去率（％）は、下記式（３）で定義される値である。
［（Ｄ−Ｅ）／Ｄ］×１００ （３）
Ｄ：第１好気槽に供給される排水のＴ−Ｎ負荷［ｋｇ／ｄ］
Ｅ：第１好気槽から排出される１次処理水のＴ−Ｎ量［ｋｇ／ｄ］

前記第１好気槽でのＮＨ_４−Ｎ容積負荷は０．１ｋｇ／ｍ^３・ｄ以上であることが好ましい。ＮＨ_４−Ｎ容積負荷を０．１ｋｇ／ｍ^３・ｄ未満とした場合、容積の大きな好気槽を用いなければならず、処理装置の小型化の観点から好ましくない。ＮＨ_４−Ｎ容積負荷は０．１５ｋｇ／ｍ^３・ｄ以上であることがより好ましく、０．２ｋｇ／ｍ^３・ｄ以上であることがさらに好ましい。一方、前記第１好気槽でのＮＨ_４−Ｎ容積負荷は１．６ｋｇ／ｍ^３・ｄ以下であることが好ましい。ＮＨ_４−Ｎ容積負荷が１．６ｋｇ／ｍ^３・ｄを超える場合、当該第１好気槽におけるＮＨ_４−Ｎの低減が不十分となるおそれがある。ＮＨ_４−Ｎ容積負荷は１．２ｋｇ／ｍ^３・ｄ以下であることがより好ましい。

ここで、ＮＨ_４−Ｎ容積負荷［ｋｇ／ｍ^３・ｄ］は、下記式（４）で定義される値である。
［（Ｆ×Ｇ）／Ｈ］／１０００ （４）
Ｆ：排水のＮＨ_４−Ｎ濃度［ｍｇ／Ｌ］
Ｇ：第１好気槽へ供給される排水の流量［Ｌ／ｄ］
Ｈ：第１好気槽の容量［Ｌ］

第１好気槽内のｐＨは５．０〜９．０であることが好ましい。ｐＨがこの範囲から外れると細菌が生育し難くなるとともに、硝化速度及び脱窒速度が低下するおそれがある。ｐＨは５．５以上であることがより好ましく、６．０以上であることがさらに好ましい。一方、ｐＨは８．５以下であることがより好ましく、８．０以下であることがさらに好ましい。

第１好気槽内の温度は１０〜４０℃であることが好ましい。温度がこの範囲から外れると細菌が生育し難くなるとともに、硝化速度及び脱窒速度が低下するおそれがある。温度は２０℃以上であることがより好ましい。一方、温度は３５℃以下であることがより好ましい。

第１好気槽のＤＯ（Dissolved Oxygen、溶存酸素）は０．５〜７．０ｍｇ／Ｌであることが好ましい。ＤＯが０．５ｍｇ／Ｌ未満の場合、硝化速度が低下するおそれがある。ＤＯは１．０ｍｇ／Ｌ以上であることがより好ましく、２．０ｍｇ／Ｌ以上であることがさらに好ましい。一方、ＤＯが７．０ｍｇ／Ｌを超える場合、脱窒速度が低下するおそれがある。ＤＯは６．０ｍｇ／Ｌ以下であることがより好ましく、５．０ｍｇ／Ｌ以下であることがさらに好ましい。なお、ＤＯは、隔膜電極法などの方法により測定することができる。

工程２において、硝化をより効率よく進行させる観点から、第１好気槽内の処理水を曝気することが好ましい。曝気の方法は特に限定されないが、図１に示すように、第１好気槽１は、空気管１７が接続された散気装置１６を備えることが好ましい。散気装置１６からの空気によって第１好気槽１内の処理水を曝気することができるとともに、処理水及び担体を十分に流動させることができる。担体の流動性をさらに向上させたい場合は、撹拌器などを用いて処理水を撹拌してもよい。また、担体の流出を防ぐために、図１に示すように、第１好気槽の排出口にスクリーン１５を設けることも好ましい。

槽容積に対する担体の体積割合（充填率）は、排水のＮＨ_４−Ｎ濃度や流量に応じて適宜決めることができる。担体の充填率が高いほど硝化反応及び脱窒反応を効率よく進行させることができるが、充填率が高すぎると担体の流動性が下がり反応効率が低下することがある。充填率は３０％以下であることが好ましく、２５％以下であることがより好ましい。一方、第１好気槽で安定的に排水処理を行う観点から、充填率は５％以上であることが好ましい。

本発明で用いられる担体は、表面から内部に連通する孔（連通孔）を有することが好ましい。ここで、孔が連通しているとは、孔が各々独立に存在しているのではなく、孔同士が相互に連通していることをいう。連通孔は、電子顕微鏡を用いて担体を観察することにより確認することができる。

連通孔内の溶存酸素（ＤＯ：Dissolved Oxygen）濃度は担体表面からの距離によって変わる。そのため、好気的条件となる担体表面には硝化菌が担持され、無酸素条件となる担体内部には脱窒菌が担持される。連通孔の孔径は、細菌のみが担体内部に棲息できる孔径であることが好ましい。担体の表面付近の孔径が０．１〜１００μｍであることが好ましい。孔径が０．１μｍ未満の場合、細菌が担体内部に進入できないことがある。表面付近の孔径は０．５μｍ以上であることがより好ましい。一方、表面付近の孔径が１００μｍを超える場合、細菌以外の大きな生物が侵入し、硝化速度及び脱窒速度が低下するおそれがある。孔径は５０μｍ以下であることがより好ましい。なお、連通孔の孔径は、電子顕微鏡を用いた観察などの方法により測定することができる。

本発明で用いられる担体の種類は特に限定されない。細菌との親和性が高く、細菌棲息性に優れている点から、担体が高分子ゲル担体であることが好ましく、ポリビニルアルコールゲル担体（ＰＶＡゲル担体）であることがより好ましい。ＰＶＡゲル担体は、多くの細菌を付着させることができるため、短い水理学的滞留時間（Hydraulic Retention Time:ＨＲＴ）で安定的な処理が可能となる。中でも、連通孔を有するＰＶＡゲル担体が好適に採用される。

ＰＶＡゲル担体は、スポンジなどの発泡体と異なり、外力が加わり変形したとしても容易には水分が放出されず細菌の棲息に適した環境を提供することができる。ＰＶＡゲル担体の含水率は７０質量％以上であることが好ましい。含水率は８０質量％以上であることがより好ましく、９０質量％以上であることがさらに好ましい。一方、含水率が９８質量％を超える場合には、ＰＶＡゲル担体の強度が低下するおそれがある。含水率は９６質量％以下であることがより好ましい。

担体の球相当径は、１〜１０ｍｍであることが好ましい。球相当径が小さい場合、第１好気槽に担体の流出を防ぐためのスクリーンを設置した場合に、スクリーンの網目を小さくしなければならず、目詰まりを起こすおそれがある。球相当径は２ｍｍ以上であることがより好ましい。一方、球相当径が１０ｍｍを超える場合、担体の流動性が低下するおそれがある。球相当径は６ｍｍ以下であることがより好ましい。ここで、球相当径とは粒子の体積と等しい体積を有する球の直径である。

担体の形状は、特に限定されるものではなく、立方体、直方体、円柱状、球状、マカロニ状など任意の形状をとることができる。これらの中でも、細菌との接触効率を考えると球状が好ましい。

担体の比重は水よりわずかに大きく、第１好気槽から流失しない程度に、当該第１好気槽の中で揺動させることができる比重であることが好ましい。本発明の処理方法において、比重が水よりわずかに大きい担体を用いることにより、担体を流出させることなくより安定的に排水を処理することができる。かかる観点から、担体の比重は、１．００１以上であることが好ましく、１．００５以上であることがより好ましい。一方、比重は、１．２以下であることが好ましく、１．１以下であることがより好ましく、１．０５以下であることがさらに好ましい。

本発明におけるＰＶＡゲル担体は、細菌の保持量を増大させることができると共に、繰り返し使用における耐久性を確保することができる観点から、アセタール化されたＰＶＡゲル担体であってもよい。

（工程３）
本発明における工程３は、無酸素槽内において、前記有機性排水及び前記１次処理水に対して活性汚泥中の細菌による脱窒を行って２次処理水を排出する工程である。工程３では１次処理水に含まれるＮＯｘ−Ｎが、排水に含まれる有機物の存在下で脱窒菌によって脱窒されて窒素ガスに変換される。このとき、活性汚泥の内生脱窒が同時に進行してもよい。これにより、１次処理水及び排水の混合液から窒素が除去される。無酸素槽に担体を投入し当該担体に担持された脱窒菌による脱窒を併用してもかまわない。

無酸素槽内のｐＨは５．０〜９．０であることが好ましい。ｐＨがこの範囲から外れると脱窒菌が生育し難くなるとともに、脱窒速度が低下するおそれがある。ｐＨは５．５以上であることがより好ましく、６．０以上であることがさらに好ましい。一方、ｐＨは８．５以下であることがより好ましく、８．０以下であることがさらに好ましい。

無酸素槽内の温度は１０〜４０℃であることが好ましい。温度がこの範囲から外れると脱窒菌が生育し難くなるとともに、脱窒速度が低下するおそれがある。温度は２０℃以上であることがより好ましい。一方、温度は３５℃以下であることがより好ましい。

無酸素槽内の酸化還元電位（ＯＲＰ：Oxidation Reduction Potential）が−１００ｍＶ以下であることが好ましい。ＯＲＰが、−１００ｍＶを超えると、脱窒菌の活性が低下するため、Ｔ−Ｎ除去率が低下するおそれがある。ＯＲＰは−１５０ｍＶ以下であることがより好ましい。ＯＲＰは、電位差測定装置を用いた方法などにより測定することができる。

無酸素槽内のＤＯ（Dissolved Oxygen、溶存酸素）は０．２ｍｇ／Ｌ以下であることが好ましい。ＤＯが０．２ｍｇ／Ｌを超えると、脱窒反応の速度が低下するおそれがある。ＤＯは０．１ｍｇ／Ｌ以下であることがより好ましく、０．０５ｍｇ／Ｌ以下であることがさらに好ましい。ＤＯは、隔膜電極法などの方法により測定することができる。

無酸素槽内の活性汚泥濃度（ＭＬＳＳ：Mixed Liquor Volatile Suspended Solid）は、１０００〜８０００ｍｇ／Ｌであることが好ましい。ＭＬＳＳが１０００ｍｇ／Ｌ未満であると脱窒速度が低下するおそれがある。ＭＬＳＳは２０００ｍｇ／Ｌ以上であることがより好ましく、３０００ｍｇ／Ｌ以上であることがさらに好ましい。一方、ＭＬＳＳが８０００ｍｇ／Ｌを超えると、後段の固液分離装置において固液分離が難しくなるおそれがある。ＭＬＳＳは６０００ｍｇ／Ｌ以下であることがより好ましく、５０００ｍｇ／Ｌ以下であることがさらに好ましい。

（工程４）
本発明における工程４は、前記第２好気槽内において、前記２次処理水に対して活性汚泥中の細菌により硝化を行って、３次処理水を排出する工程である。この工程では２次処理水に含まれるＮＨ_４−ＮがＮＯｘ−Ｎに変換される。第２好気槽に担体を投入し当該担体に担持された硝化菌による硝化を併用してもかまわない。

第２好気槽内のｐＨは５．０〜９．０であることが好ましい。ｐＨがこの範囲から外れると細菌が生育し難くなり硝化速度が低下するおそれがある。ｐＨは５．５以上であることがより好ましく、６．０以上であることがさらに好ましい。一方、ｐＨは８．５以下であることがより好ましく、８．０以下であることがさらに好ましい。

第２好気槽内の温度は１０〜４０℃であることが好ましい。温度がこの範囲から外れると細菌が生育し難くなり硝化速度が低下するおそれがある。温度は２０℃以上であることがより好ましい。一方、温度は３５℃以下であることがより好ましい。

第２好気槽のＤＯは０．５〜７．０ｍｇ／Ｌであることが好ましい。ＤＯが０．５ｍｇ／Ｌ未満の場合、硝化速度が低下するおそれがある。ＤＯは１．０ｍｇ／Ｌ以上であることがより好ましく、２．０ｍｇ／Ｌ以上であることがさらに好ましい。一方、ＤＯが７．０ｍｇ／Ｌを超える場合、活性汚泥が解体して、最終処理水のＴ−Ｎ濃度が上昇するおそれがある。ＤＯは６．０ｍｇ／Ｌ以下であることがより好ましく、５．０ｍｇ／Ｌ以下であることがさらに好ましい。なお、ＤＯは、隔膜電極法などの方法により測定することができる。

第２好気槽内のＭＬＳＳは、１０００〜８０００ｍｇ／Ｌであることが好ましい。ＭＬＳＳが１０００ｍｇ／Ｌ未満であると硝化速度が低下するおそれがある。ＭＬＳＳは２０００ｍｇ／Ｌ以上であることがより好ましく、３０００ｍｇ／Ｌ以上であることがさらに好ましい。一方、ＭＬＳＳが８０００ｍｇ／Ｌを超えると、後段の固液分離装置において固液分離が難しくなるおそれがある。ＭＬＳＳは６０００ｍｇ／Ｌ以下であることがより好ましく、５０００ｍｇ／Ｌ以下であることがさらに好ましい。

工程４において、硝化をより効率よく進行させる観点から、第２好気槽内の処理水を曝気することが好ましい。曝気の方法は特に限定されないが、図１に示すように、第２好気槽３は、空気管１９が接続された散気装置２０を備えることが好ましい。散気装置２０からの空気によって第２好気槽３内の処理水を曝気することができるとともに、処理水を十分に流動させることができる。また、図示しない撹拌器などを用いて処理水を撹拌してもよい。

（工程５）
本発明における工程５は、前記固液分離装置において、前記３次処理水から汚泥を分離して最終処理水として排出するとともに、前記汚泥を前記無酸素槽へ返送する工程である。このとき、汚泥を前記無酸素槽だけではなく第２好気槽へも返送してもかまわない。なお、汚泥を第１好気槽へ返送した場合、返送された汚泥によって担体に担持された細菌が減少するおそれがあるため、第１好気槽へ汚泥を返送することは好ましくない。

ここで、工程５で用いられる固液分離装置は、液体と固体とを分離することのできる装置であれば特に限定されず、例えば、沈殿槽などが挙げられる。沈殿槽では、活性汚泥が沈降し活性汚泥と上澄み液に分離され、沈降した活性汚泥は返送汚泥として無酸素槽に返送され、上澄み液は系外に排出され最終処理水として放流される。工程５で用いられる固液分離装置として、膜分離装置も挙げられる。

本発明において、前記第１好気槽、前記無酸素槽及び前記第２好気槽のＨＲＴがいずれも４時間以下であることが好ましい。槽の小型化の観点から、第１好気槽、無酸素槽及び第２好気槽のＨＲＴがいずれも３時間以下であることがより好ましい。一方、第１好気槽、無酸素槽及び第２好気槽のＨＲＴがいずれも０．５時間以上であることが好ましい。第１好気槽、無酸素槽及び第２好気槽のいずれかの槽のＨＲＴが０．５時間未満であった場合、負荷が高くなり、処理ができなくなるおそれがある。第１好気槽、無酸素槽及び第２好気槽のＨＲＴがいずれも１時間以上であることがより好ましい。

以下、実施例及び比較例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明は、これら実施例に限定されるものではない。

実施例１
図１に示す処理装置を用いて、窒素成分を含有する有機性排水に対して生物処理を行った。
（有機性排水）
生物処理される有機性排水として、以下の組成の人工下水を用いた。
ＢＯＤ：１２５ｍｇ／Ｌ、Ｔ−Ｎ濃度：２５ｍｇ／Ｌ、ＳＳ（Suspended Solids、浮遊物質）濃度：１００ｍｇ／Ｌ、ＮＨ_４−Ｎ濃度：２５ｍｇ／Ｌ

（担体）
第１好気槽１に担体１４を０．８Ｌ投入した。投入した担体１４は、ポリビニルアルコールゲル担体（株式会社クラレ製のＰＶＡゲル「クラゲール」）であった。この担体１４は球状であって、球相当径は４ｍｍであり、比重は１．０２５であり、含水率は９３質量％である。電子顕微鏡を用いてこの担体の表面を観察したところ、相互に連通した孔が確認された。また、得られた電子顕微鏡写真を用いて担体の表面付近の孔径を測定したところ、孔径は０．５〜２０μｍであった。このとき、孔の形状が円でない場合、円相当径を孔径とした。

（処理装置）
図１に示す処理装置は、第１好気槽１、無酸素槽２、第２好気槽３、及び固液分離装置４を備えている。各槽はこの順序に配置されている。

・第１好気槽
第１好気槽１（好気担体槽）の容量は４Ｌである。第１好気槽１の底部には散気装置１６が取り付けられていて、空気管１７を通して送られた空気により槽内の処理水が曝気されている。さらに、槽の出口には担体１４の流出を防ぐためのスクリーン１５が取り付けられている。

第１好気槽１内には上述した担体１４が入れられている。また、図１に示すように、排水管５は途中で排水供給管６Ａ、６Ｂに分岐していて、排水供給管６Ａによって第１好気槽１へ排水が供給される。そして、第１好気槽１に供給された排水は、当該槽内において、担体に担持された細菌により硝化及び脱窒される。硝化及び脱窒された排水は、連絡管７によって１次処理水として無酸素槽２へ供給される。

第１好気槽１の管理条件を表１に示す。表１に示すように、第１好気槽１内のｐＨは６．２であり、ＤＯは４．４ｍｇ／Ｌ、ＯＲＰは１００ｍＶ、槽内の温度は３０℃であった。また、第１好気槽１のＨＲＴは２時間とした。

・無酸素槽
無酸素槽２（無酸素活性汚泥槽）の容量は４Ｌである。無酸素槽２には撹拌器１８が取り付けられて、この撹拌器１８により槽内の処理水が撹拌されている。また、図１に示すように、排水管５は途中で排水供給管６Ａ、６Ｂに分岐していて、排水供給管６Ｂによって無酸素槽２へ排水が供給される。無酸素槽２に供給された排水及び１次処理水は、活性汚泥中の細菌により脱窒される。脱窒された排水及び１次処理水は、連絡管８によって２次処理水として第２好気槽３へ供給される。

無酸素槽２の管理条件を表１に示す。表１に示すように、無酸素槽１内のｐＨは６．２であり、ＤＯは０．０ｍｇ／Ｌ、ＯＲＰは−１８０ｍＶ、槽内の温度は３０℃、ＭＬＳＳは３９００ｍｇ／Ｌであった。無酸素槽２のＨＲＴは２時間とした。

・第２好気槽
第２好気槽３（好気活性汚泥槽）の容量は２Ｌである。第２好気槽３の底部には散気装置２０が取り付けられていて、空気管１９を通して送られた空気により槽内の処理水が曝気されている。

第２好気槽３に供給された２次処理水は、活性汚泥中の細菌により硝化される。硝化された２次処理水は、連絡管９によって３次処理水として固液分離装置４へ供給される。

第２好気槽３の管理条件を表１に示す。表１に示すように、第２好気槽２内のｐＨは６．２であり、ＤＯは３．７ｍｇ／Ｌ、ＯＲＰは１４０ｍＶ、槽内の温度は３０℃、ＭＬＳＳは３８００ｍｇ／Ｌであった。第２好気槽３のＨＲＴは１時間とした。

・固液分離装置
固液分離装置４は容量５Ｌの沈殿槽である。当該沈殿槽において、３次処理水に含まれる固形物を沈殿させて上澄み液を分離した。そして、最終処理水として処理水管１０から装置の外へ排出した。この沈殿槽の下部には汚泥管１１が取り付けられている。この汚泥管１１は返送汚泥管１２と汚泥排出管１３とに分岐していて、沈殿槽に蓄積した沈殿（汚泥）の一部を、返送汚泥管１２で無酸素槽２へ返送した。

以上説明した処理装置を用いて、上述した有機性排水に対して生物処理を行った。処理装置全体の運転条件及び、その運転条件で処理を行った結果を以下に示す。

（運転条件）
表３に示すように、排水管５を流れる排水の流量は４８Ｌ／ｄである。図示しない弁を調節して、排水供給管６Ａから第１好気槽１へ供給する排水の流量を３８．４Ｌ／ｄとし、排水供給管６Ｂから無酸素槽２へ供給する排水の流量を９．６Ｌ／ｄとした。このとき、第１好気槽に供給される排水のＴ−Ｎ負荷は０．０００９６ｋｇ／ｄであった。

（結果）
第１好気槽１から排出された１次処理水の水質を調べたところ、１次処理水のＴ−Ｎ量は０．０００５７６ｋｇ／ｄであり、第１好気槽１でのＴ−Ｎ除去率は４０％であった。また、処理装置から排出された最終処理水の水質を調べたところ、最終処理水のＴ−Ｎ濃度は６ｍｇ／Ｌであった。ここで、日本の閉鎖的水域の一般的なＴ−Ｎ濃度の規制値（許容限界）は１０ｍｇ／Ｌである。上記のように本実施例の最終処理水のＴ−Ｎ濃度はこの規制値以下であった。また、ＮＨ_４−Ｎ濃度は２ｍｇ／Ｌ、ＳＳ濃度は８ｍｇ／Ｌであった。結果を表３に示す。

実施例２
排水供給管６Ａから第１好気槽１へ供給する排水の流量を４３．２Ｌ／ｄとし、排水供給管６Ｂから無酸素槽２へ供給する排水の流量を４．８Ｌ／ｄとした以外は実施例１と同様にして排水処理を行った。その結果、第１好気槽でのＴ−Ｎ除去率は４０％であった。最終処理水のＴ−Ｎ濃度は８ｍｇ／Ｌであり、上記規制値以下の値であった。また、ＮＨ_４−Ｎ濃度は２ｍｇ／Ｌ、ＳＳ濃度は１２ｍｇ／Ｌであった。結果を表３に示す。

比較例１
排水を無酸素槽２へ供給せず、第１好気槽１にのみ供給した以外は実施例１と同様にして排水処理を行った。その結果、第１好気槽でのＴ−Ｎ除去率は４０％であった。最終処理水のＴ−Ｎ濃度は１５ｍｇ／Ｌであり、上記規制値を超える値であった。また、ＮＨ_４−Ｎ濃度は２ｍｇ／Ｌ、ＳＳ濃度は２０ｍｇ／Ｌであった。結果を表３に示す。

比較例２
排水供給管６Ａから第１好気槽１へ供給する排水の流量を２４Ｌ／ｄとし、排水供給管６Ｂから無酸素槽２へ供給する排水の流量を２４Ｌ／ｄとした以外は実施例１と同様にして排水処理を行った。その結果、第１好気槽でのＴ−Ｎ除去率は４０％であった。最終処理水のＴ−Ｎ濃度は１５ｍｇ／Ｌであり、Ｔ−Ｎ濃度は上記規制値を超える値であった。また、ＮＨ_４−Ｎ濃度は１２ｍｇ／Ｌ、ＳＳ濃度は１０ｍｇ／Ｌであった。結果を表３に示す。

比較例３
沈殿槽からの汚泥を第１好気槽１へ返送した以外は実施例１と同様にして排水処理を行った。その結果は、第１好気槽でのＴ−Ｎ除去率は３０％であった。最終処理水のＴ−Ｎ濃度は１２ｍｇ／Ｌであり、上記規制値を超える値であった。また、ＮＨ_４−Ｎ濃度は９ｍｇ／Ｌ、ＳＳ濃度は３０ｍｇ／Ｌであった。結果を表３に示す。

比較例４
第１好気槽１に担体を投入せずに活性汚泥を投入することによって、当該第１好気槽１を活性汚泥槽にするとともに、この活性汚泥槽に、沈殿槽からの汚泥を返送し、第１好気槽１及び第２好気槽３の管理条件を表２に示すように変更した以外は実施例１と同様にして排水処理を行った。このときの第１好気槽１、無酸素槽２及び第２好気槽３の管理条件を表２に示す。その結果、第１好気槽でのＴ−Ｎ除去率は２０％であった。最終処理水のＴ−Ｎ濃度は１５ｍｇ／Ｌであり、上記規制値を超える値であった。また、ＮＨ_４−Ｎ濃度は１０ｍｇ／Ｌ、ＳＳ濃度は４５ｍｇ／Ｌであった。結果を表３に示す。

第１好気槽１、無酸素槽２、第２好気槽３、固液分離装置４をこの順序で備える処理装置において、第１好気槽１が活性汚泥槽であった場合、最終処理水のＴ−Ｎ濃度が規制値を超える値となった（比較例４）。また、固液分離装置４の汚泥を無酸素槽２ではなく、第１好気槽１へ返送した場合も、最終処理水のＴ−Ｎ濃度が規制値を超える値となった（比較例３）。

これに対して、硝化能力および脱窒能力を有する細菌が担持された担体が投入された第１好気槽１を用い、第１好気槽１及び無酸素槽２に排水を供給するとともに、汚泥を無酸素槽３へ返送した場合、最終処理水のＴ−Ｎ濃度が規制値以下となった（実施例１及び２）。このとき、第１好気槽１及び無酸素槽２に排水を供給するに際し、それら排水の供給量が所定の値を満足しなければ、最終処理水のＴ−Ｎ濃度が規制値を超える値となることもわかった（比較例１及び２）。

１ 第１好気槽
２ 無酸素槽
３ 第２好気槽
４ 固液分離装置
５ 排水管
６Ａ、６Ｂ 排水供給管
７、８、９ 連絡管
１０ 処理水管
１１ 汚泥管
１２ 返送汚泥管
１３ 汚泥排出管
１４ 担体
１５ スクリーン
１６、２０ 散気装置
１７、１９ 空気管
１８ 撹拌器

Claims (5)

1. 第１好気槽、無酸素槽、第２好気槽及び固液分離装置をこの順序で備える処理装置を用いて、窒素成分を含有する有機性排水に対して生物処理を行う排水処理方法であって；
   前記有機性排水の６０〜９５％を前記第１好気槽に供給するとともに、前記有機性排水の５〜４０％を前記無酸素槽に供給する工程１と、
   前記第１好気槽内において、担体に担持された細菌により硝化及び脱窒を行って、１次処理水を排出する工程２と、
   前記無酸素槽内において、前記有機性排水及び前記１次処理水に対して活性汚泥中の細菌による脱窒を行って、２次処理水を排出する工程３と、
   前記第２好気槽内において、前記２次処理水に対して活性汚泥中の細菌により硝化を行って、３次処理水を排出する工程４と、
   前記固液分離装置において、前記３次処理水から汚泥を分離して最終処理水として排出するとともに、前記汚泥を前記無酸素槽へ返送する工程５とを有することを特徴とする排水処理方法。
2. 前記第１好気槽でのＮＨ_４−Ｎ容積負荷が０．１ｋｇ／ｍ^３・ｄ以上である請求項１に記載の排水処理方法。
3. 前記第１好気槽、前記無酸素槽及び前記第２好気槽の水理学的滞留時間がいずれも４時間以下である請求項１又は２に記載の排水処理方法。
4. 前記担体が連通孔を有する、請求項１〜３のいずれかに記載の排水処理方法。
5. 前記担体がポリビニルアルコールゲル担体である請求項１〜４のいずれかに記載の排水処理方法。

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