WO2013084973A1

WO2013084973A1 - 窒素含有有機性廃水の処理システム及び処理方法

Info

Publication number: WO2013084973A1
Application number: PCT/JP2012/081600
Authority: WO
Inventors: 智子松▲崎▼; 若原　慎一郎; 奥村　洋一; 舞穂小林
Original assignee: 株式会社クボタ
Priority date: 2011-12-09
Filing date: 2012-12-06
Publication date: 2013-06-13
Also published as: WO2013084973A8; CN103827046A; CN103827046B; JP5814768B2; JP2013121565A; MY167389A

Abstract

　好気条件下で独立栄養性微生物によって被処理水に含有されるアンモニアを亜硝酸に酸化する亜硝酸化処理と、嫌気条件下で独立栄養性微生物によるアンモニア態窒素を電子供与体とし亜硝酸態窒素を電子受容体とした嫌気的アンモニア酸化処理と、によって脱窒処理する独立栄養性脱窒装置３０を備えると共に、独立栄養性脱窒装置３０の前段に被処理水に含有される懸濁性有機物を分離する懸濁性有機物分離装置１０及び懸濁性有機物分離装置１０で分離した懸濁性有機物を嫌気性消化する汚泥嫌気性消化装置４０を備え、汚泥嫌気性消化装置４０の消化液を独立栄養性脱窒装置３０に供給する第１移送経路Ｒ１を備えて構成され、懸濁性有機物を含む低アンモニア濃度の廃水であっても、独立栄養性微生物を用いて嫌気的アンモニア酸化処理が効率的に行なえる窒素含有有機性廃水の処理システム。

Description

窒素含有有機性廃水の処理システム及び処理方法

　本発明は、窒素含有有機性廃水の処理システム及び処理方法に関し、特に比較的アンモニア濃度が低い窒素含有有機性廃水に好適な処理システム及び処理方法に関する。

　従来、窒素含有有機性廃水を処理するために、循環脱窒法等の従属栄養性微生物を用いた生物学的硝化脱窒法が採用されてきた。このような生物学的硝化脱窒法は、アンモニア酸化細菌を用いて廃水中のアンモニア態窒素を亜硝酸態窒素に酸化し、更に亜硝酸酸化細菌を用いて亜硝酸態窒素を硝酸態窒素に酸化する硝化工程と、従属栄養性脱窒菌を用いて亜硝酸態窒素及び硝酸態窒素を窒素ガスにまで分解する脱窒工程を経て、廃水中のアンモニア態窒素を窒素ガスにまで分解する方法である。

　しかし、従来の生物学的硝化脱窒法では、硝化工程で必要となる大量の酸素を曝気して供給するため、曝気用のブロワファン等に要する電力コストが高騰するという問題、脱窒工程で有機炭素源であるメタノール等を大量に添加する必要があるため、薬品コストが高騰するという問題、さらに従属栄養性微生物を用いるために汚泥発生量が多く、余剰汚泥の処理コストが嵩むという問題等、全体的にランニングコストが嵩むという問題があった。

　そこで、特許文献１には、ＢＯＤ及び窒素含有排水に対して、嫌気性メタン発酵法によりＢＯＤを除去する嫌気処理工程、アンモニア態窒素の一部を亜硝酸態窒素とする亜硝酸型硝化工程、アンモニア態窒素を電子供与体とし亜硝酸態窒素を電子受容体とする独立栄養性脱窒微生物と接触させて脱窒する脱窒工程の順に処理し、前記嫌気処理工程で発生したバイオガスをアルカリ性溶液と接触させて得た（重）炭酸塩含有アルカリ性溶液を、前記亜硝酸型硝化工程のｐＨ調整に使用するＢＯＤ及び窒素含有排水の生物的処理方法が提案されている。

　尚、本明細書では、本発明を用語「廃水」を用いて説明するが、公知文献で使用されている用語「排水」とは同義語である。

　当該方法によれば、独立栄養性脱窒微生物であるＡＮＡＭＭＯＸ菌を用いて脱窒するために有機炭素源の添加が不要となり、またＡＮＡＭＭＯＸ菌は収率が低い独立栄養性の微生物であるために、汚泥の発生量が著しく少なくなり余剰汚泥の発生量を抑えることができる。

　そして、原水中のアンモニア態窒素の酸化を亜硝酸態窒素に止める亜硝酸型硝化を安定的に行うためのｐＨ調整剤として、市販薬剤に替えて、嫌気処理工程で発生したバイオガスをアルカリ性溶液と接触させて得た（重）炭酸塩含有アルカリ性溶液を用いることにより、薬剤費の低減を図ることができる。

　また、特許文献２には、アンモニア成分及びＢＯＤ成分を含有する対象処理液を、嫌気性条件下でアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素を窒素分子に変換する嫌気性アンモニア酸化処理を含む生物学的窒素除去システムが提案されている。

　当該生物学的窒素除去システムは、窒素分を含有する対象処理液が流入するＢＯＤ分離装置と、該ＢＯＤ分離装置にて分離されたアンモニア含有液が流入し、主として亜硝酸性窒素を含有する処理液を得る好気性アンモニア酸化槽と、亜硝酸性窒素含有処理液が流入する嫌気性アンモニア酸化槽と、該嫌気性アンモニア酸化槽から排出される処理液が流入する嫌気性脱窒槽と、該嫌気性脱窒槽からの処理液が流入する再曝気槽とを備えるとともに、前記ＢＯＤ分離装置にて分離されたＢＯＤ含有液を前記嫌気性脱窒槽に導くラインとを備えている。また、前記ＢＯＤ分離装置の上流側に、対象処理液中に含有される夾雑物を除去するスクリーン、沈殿槽等の前処理装置が設けられる。

特許第４４９６７３５号公報特許第４６３２３５６号公報

　しかし、これまで懸濁性及び溶解性有機物を含む廃水に対して、嫌気的アンモニア酸化処理の積極的な研究はなされてこなかったため、このような廃水に対して効率的に嫌気的アンモニア酸化処理を行ない得る現実的な処理システム及び処理方法は未だ開発されていない。

　例えば、このような廃水に特許文献１に記載された方法を採用すると、亜硝酸化処理の前に嫌気性消化処理を行なうことによって溶解性ＢＯＤを低減させることはできるが、しかし懸濁性ＢＯＤを十分に除去することができないため、亜硝酸化工程で同時に懸濁性ＢＯＤをも分解するために多量の曝気が必要となり、そのための電力コストが嵩むようになる。

　また、このような廃水に特許文献２に記載された方法を採用すると、懸濁性有機物は除去されるが、アンモニア濃度が低いために好気性アンモニア酸化槽で安定的に亜硝酸を生成することができず、次工程の嫌気性アンモニア酸化槽で十分な処理が行なわれずにアンモニアや硝酸がリークするという問題があった。

　本発明の目的は、上述した問題点に鑑み、従来技術より効率的で、かつ、懸濁性有機物を含む低アンモニア濃度の廃水であっても、独立栄養性微生物を用いて効率的に嫌気的アンモニア酸化処理を行なえる窒素含有有機性廃水の処理システム及び処理方法を提供する点にある。

　上述の目的を達成するため、本発明による窒素含有有機性廃水の処理システムの第一の特徴構成は、特許請求の範囲の書類の請求項１に記載した通り、懸濁性有機物及びアンモニアを含有する被処理水に対して、好気条件下で独立栄養性微生物によってアンモニアを亜硝酸に酸化する亜硝酸化処理と、嫌気条件下で独立栄養性微生物によるアンモニア態窒素を電子供与体とし亜硝酸態窒素を電子受容体とした嫌気的アンモニア酸化処理と、を行なうことによって脱窒処理する独立栄養性脱窒装置を有する窒素含有有機性廃水の処理システムであって、前記独立栄養性脱窒装置の前段に設けられ被処理水から懸濁性有機物を分離する懸濁性有機物分離装置と、前記懸濁性有機物分離装置で分離された懸濁性有機物を嫌気性消化する汚泥嫌気性消化装置と、前記汚泥嫌気性消化装置の消化液を前記独立栄養性脱窒装置に供給する第１移送経路と、を備えている点にある。

　これまで、アンモニア濃度の低い廃水に対しては、効率的に安定した嫌気的アンモニア酸化処理を実現できなかった。アンモニア濃度が低い雰囲気では、アンモニアの硝酸化を抑制しながら亜硝酸化を進行させる処理を安定的に調整するのが困難であり、またアンモニアの約半量を亜硝酸化する部分亜硝酸化処理で、残存させるべきアンモニア量の調整を安定的に行なうことができなかったためであると考えられる。

　上述の構成によれば、懸濁性有機物分離装置で分離された懸濁性有機物が、汚泥嫌気性消化装置によって嫌気性消化されて、アンモニア態窒素が濃縮された消化液が得られる。そのような消化液を独立栄養性脱窒装置に供給することによって、独立栄養性脱窒装置における遊離アンモニア濃度（ＦＡ；Free Ammonia）が高くなり、硝酸化菌の活性が抑制されるようになる。その結果、亜硝酸化菌による亜硝酸化が優先的に進行するようになり、嫌気的アンモニア酸化処理が効率的に行なわれるようになるのである。このプロセスでは、温度やｐＨ制御による硝酸化菌の抑制が不要となり電力コストや薬品コストを節約できるようになる。尚、Anthonisenらは、遊離アンモニア濃度（ＦＡ）が０．１－１０ｐｐｍで硝酸化菌が選択的に阻害を受ける、と報告している。

　同第二の特徴構成は、同請求項２に記載した通り、上述した第一の特徴構成に加えて、前記独立栄養性脱窒装置は、被処理水に対して前記亜硝酸化処理が行なわれる亜硝酸化装置と、前記亜硝酸化処理が行なわれた被処理水に対して前記嫌気的アンモニア酸化処理が行なわれる嫌気的アンモニア酸化装置とを備えて構成され、前記第１移送経路は前記汚泥嫌気性消化装置の消化液を前記亜硝酸化装置に供給する経路で構成され、さらに前記汚泥嫌気性消化装置の消化液を前記嫌気的アンモニア酸化装置に供給する第２移送経路を備えている点にある。

　独立栄養性脱窒装置が亜硝酸化装置と嫌気的アンモニア酸化装置の２槽式で構成される場合には、汚泥嫌気性消化装置の消化液が、第１移送経路を経由して亜硝酸化装置に供給され、さらに第２移送経路を経由して嫌気的アンモニア酸化装置に供給される。このような構成によって、嫌気的アンモニア酸化装置内のアンモニア濃度と亜硝酸濃度を適正比に調整することができ、嫌気的アンモニア酸化を効率的に進行させることができる。

　嫌気的アンモニア酸化反応は、以下の式で表されるように、１当量のアンモニア態窒素を電子供与体とし、約１．３当量の亜硝酸態窒素を電子受容体とした独立栄養性細菌による脱窒反応である。
　ＮＨ_４ ^＋＋1.32ＮＯ_２ ^－＋0.066ＨＣＯ_３ ^－＋0.13Ｈ^＋→
　　　　　1.02Ｎ_２＋0.26ＮＯ_３ ^－＋0.066ＣＨ_２Ｏ_０．５Ｎ_0.15＋2.03Ｈ_２Ｏ

　亜硝酸化装置で部分的に亜硝酸化された硝化液の亜硝酸態窒素とアンモニア態窒素とが上式のモル比であれば、効率的に嫌気的アンモニア酸化処理が進むが、上式のモル比と大きく異なる場合には嫌気的アンモニア酸化処理が滞ることになる。そのような場合でも、第２移送経路を介して供給されるアンモニア濃度の高い消化液によって、亜硝酸態窒素とアンモニア態窒素のモル比を適正な値、例えば１：１．３～１．４程度に調節することができ、嫌気的アンモニア酸化を効率的に進行させることができるようになる。

　同第三の特徴構成は、同請求項３に記載した通り、上述した第一の特徴構成に加えて、前記第１移送経路に、従属栄養性脱窒微生物によって亜硝酸態窒素及び硝酸態窒素を窒素分子に還元する脱窒処理を行なう従属栄養性脱窒装置を配置し、前記独立栄養性脱窒装置の処理液を前記従属栄養性脱窒装置に供給する第３移送経路を備えている点にある。

　上述の構成によれば、第３移送経路を経由して独立栄養性脱窒装置の処理液の一部を従属栄養性脱窒装置に返送することにより、汚泥嫌気性消化装置の消化液に含有される主に溶解性有機物を電子供与体とし独立栄養性脱窒装置の処理液に含有される硝酸態窒素を電子受容体とする従属栄養性脱窒微生物によって脱窒処理を行うことで、独立栄養性脱窒装置から系外に排出される硝酸量を低減できるようになる。

　同第四の特徴構成は、同請求項４に記載した通り、上述した第二の特徴構成に加えて、前記第１移送経路に、従属栄養性脱窒微生物によって亜硝酸態窒素及び硝酸態窒素を窒素分子に還元する脱窒処理を行なう従属栄養性脱窒装置を配置し、前記嫌気的アンモニア酸化装置の処理液を前記従属栄養性脱窒装置に供給する第３移送経路を備えている点にある。

　上述の構成によれば、第３移送経路を経由して嫌気的アンモニア酸化装置の処理液の一部を従属栄養性脱窒装置に返送することにより、汚泥嫌気性消化装置の消化液に含有される主に溶解性有機物を電子供与体とし嫌気的アンモニア酸化装置の処理液に含有される硝酸態窒素を電子受容体とした従属栄養性脱窒微生物による脱窒処理を行なうことで、嫌気的アンモニア酸化装置から系外に排出される硝酸量を低減できるようになる。

　同第五の特徴構成は、同請求項５に記載した通り、上述した第一から第四の何れかの特徴構成に加えて、被処理水は、１）ＮＨ_３－Ｎ（アンモニア態窒素濃度）　＜　１００ｐｐｍ、２）ＢＯＤ／ＮＨ_３－Ｎ　＞　３．０であり、前記懸濁性有機物分離装置の分離液は、３）０．５　＜　ＢＯＤ／ＮＨ_３－Ｎ　＜　２．０である点にある。

　独立栄養性脱窒装置では曝気量を調節して溶存酸素濃度が適当な範囲に制御されるが、アンモニア態窒素濃度が１００ｐｐｍ未満の場合は、僅かな曝気風量の変化で溶存酸素濃度が大きく変動してしまう。そのような場合でも、ＢＯＤ／ＮＨ_３－Ｎを０．５より大きな値に調節することで、ＢＯＤによる酸素の消費によって溶存酸素濃度の大きな変動を抑えることができる。尚、ＢＯＤ／ＮＨ_３－Ｎが２．０を超えると曝気量が増えて、省エネルギーの観点から望ましくない。

　本発明による窒素含有有機性廃水の処理方法の第一の特徴構成は、同請求項６に記載した通り、懸濁性有機物及びアンモニアを含有する被処理水に対して、好気条件下で独立栄養性微生物によってアンモニアを亜硝酸に酸化する亜硝酸化処理工程と、嫌気条件下で独立栄養性微生物によるアンモニア態窒素を電子供与体とし亜硝酸態窒素を電子受容体とした嫌気的アンモニア酸化処理工程と、を含む独立栄養性脱窒処理工程を実行する窒素含有有機性廃水の処理方法であって、前記独立栄養性脱窒処理工程の前に、被処理水から懸濁性有機物を分離する懸濁性有機物分離処理工程と、前記懸濁性有機物分離処理工程によって分離された懸濁性有機物を嫌気性消化する嫌気性消化処理工程を実行し、前記嫌気性消化処理工程の消化液を前記独立栄養性脱窒処理工程に供給する点にある。

　同第二の特徴構成は、同請求項７に記載した通り、上述の第一の特徴構成に加えて、前記亜硝酸化処理工程と前記嫌気的アンモニア酸化処理工程は、それぞれ独立した処理工程であり、前記消化液を前記亜硝酸化処理工程と前記嫌気的アンモニア酸化処理工程に分配供給する点にある。

　同第三の特徴構成は、同請求項８に記載した通り、上述した第一の特徴構成に加えて、前記消化液に対して、従属栄養性脱窒微生物によって亜硝酸態窒素及び硝酸態窒素を窒素分子に還元する従属栄養性脱窒処理工程を実行し、前記従属栄養性脱窒処理工程後の処理液を前記独立栄養性脱窒処理工程に供給し、前記独立栄養性脱窒処理工程後の処理液を前記従属栄養性脱窒処理工程に供給する点にある。

　同第四の特徴構成は、同請求項９に記載した通り、上述した第二の特徴構成に加えて、前記消化液に対して、従属栄養性脱窒微生物によって亜硝酸態窒素及び硝酸態窒素を窒素分子に還元する従属栄養性脱窒処理工程を実行し、前記従属栄養性脱窒処理工程後の処理液を前記亜硝酸化処理工程に供給し、前記嫌気的アンモニア酸化処理工程後の処理液を前記従属栄養性脱窒処理工程に供給する点にある。

　以上説明した通り、本発明によれば、従来技術より効率的で、かつ、懸濁性有機物を含む低アンモニア濃度の廃水であっても、独立栄養性微生物を用いて効率的に嫌気的アンモニア酸化処理を行なえる窒素含有有機性廃水の処理システム及び処理方法を提供することができるようになった。

図１は、本発明による処理システムの第一態様の説明図である。図２は、本発明による処理システムの第二態様の説明図である。図３は、本発明による処理システムの第三態様の説明図である。図４は、本発明による処理システムの第四態様の説明図である。図５は、本発明による処理システムの説明図である。

　以下、本発明による窒素含有有機性廃水の処理システム及び処理方法の実施形態を説明する。
　図１には、第一の態様の窒素含有有機性廃水の処理システムが示されている。当該処理システムは、懸濁性有機物及びアンモニアを含有する被処理水を浄化するシステムであり、懸濁性有機物分離装置１０と、汚泥嫌気性消化装置４０と、独立栄養性脱窒装置３０と、第１移送経路Ｒ１を備えている。

　懸濁性有機物分離装置１０では、被処理水に含まれる懸濁性有機物が分離され、汚泥嫌気性消化装置４０では、懸濁性有機物分離装置１０で分離された懸濁性有機物が嫌気消化される。汚泥嫌気性消化装置４０の消化液が、第１移送経路Ｒ１を経由して独立栄養性脱窒装置３０に供給され、独立栄養性脱窒装置３０では、亜硝酸化処理と嫌気的アンモニア酸化処理とが行なわれ、懸濁性有機物分離装置１０の分離液が脱窒処理される。

　懸濁性有機物分離装置１０として、沈殿装置、凝集沈殿装置、浮上分離装置、スクリーン装置、膜分離装置、サイクロン装置、スクリュープレスやデカンタ等の機械的分離装置の何れかを採用して構成することができる。これらの複数の装置を組み合わせて構成することも可能である。

　亜硝酸化処理とは、アンモニアを含有する被処理水に対して、好気条件下で独立栄養性微生物（独立栄養性亜硝酸化菌）によってアンモニア態窒素を亜硝酸態窒素に酸化する処理である。

　嫌気的アンモニア酸化処理とは、嫌気条件下で独立栄養性微生物（独立栄養性脱窒菌）によるアンモニア態窒素を電子供与体とし亜硝酸態窒素を電子受容体とする嫌気的アンモニア酸化処理であって、以下の化学式で表されるように、１当量のアンモニア態窒素と約１．３当量の亜硝酸態窒素とを脱窒反応によって窒素分子に変換する処理である。
　ＮＨ_４ ^＋＋1.32ＮＯ_２ ^－＋0.066ＨＣＯ_３ ^－＋0.13Ｈ^＋→
　　　　　1.02Ｎ_２＋0.26ＮＯ_３ ^－＋0.066ＣＨ_２Ｏ_０．５Ｎ_0.15＋2.03Ｈ_２Ｏ

　これまで、アンモニア濃度の低い廃水に対しては、効率的に安定した嫌気的アンモニア酸化処理を実現できなかった。アンモニア濃度が低い雰囲気では、アンモニアの硝酸化を抑制しながら亜硝酸化を進行させる処理を安定的に調整するのが困難であり、またアンモニアの約半量を亜硝酸化する部分亜硝酸化処理で、残存させるべきアンモニア量の調整を安定的に行なうことができなかったためである。

　当該処理システムによれば、独立栄養性脱窒装置３０の前段に備えた懸濁性有機物分離装置１０によって、被処理水から懸濁性有機物が分離された分離液が独立栄養性脱窒装置３０に供給される。懸濁性有機物分離装置１０によって、被処理水から分離された懸濁性有機物は、汚泥嫌気性消化装置４０によって嫌気性消化され、アンモニア態窒素が濃縮された消化液を得ることができる。

　懸濁性有機物分離装置１０で懸濁性有機物を分離した後の分離液のアンモニア態窒素の濃度が低い場合でも、このようなアンモニア態窒素が濃縮された消化液を、第１移送経路Ｒ１を介して独立栄養性脱窒装置３０に供給することによって、独立栄養性脱窒装置３０では遊離アンモニア濃度（ＦＡ；Free Ammonia）が高くなる。その結果、硝酸化菌の活性が抑制され、亜硝酸化菌による亜硝酸化が優先的に進行するようになり、嫌気的アンモニア酸化処理が効率的に行なわれるようになるのである。

　遊離アンモニア濃度（ＦＡ）を０．１－１０ｐｐｍの範囲に調整することが好ましく、硝酸化菌の活性を選択的に抑制することで、アンモニア濃度が１００ｐｐｍ未満の被処理水であっても良好に処理できる。さらに、温度制御やｐＨ制御による硝酸化菌の抑制が不要となり電力コストや薬品コストを節約できるようになる。

　遊離アンモニア濃度は、被処理水のアンモニウムイオン濃度を隔膜式イオン電極法等によって測定し、下記の〔数１〕に示すように、温度、ｐＨとの関係から算出するAnthonisenらの計算式で求める方法を採用することができる。

［数１］

　独立栄養性脱窒装置３０として、亜硝酸化処理を行なう亜硝酸化槽と、嫌気的アンモニア酸化処理を行なうアンモニア酸化槽を直列配置した２槽直列式の構成や、CanonやSNAP等の１槽式の構成を採用することができる。

　Canonと呼ばれる方法は、Sequential Bach Reactor（SBR）に微量の酸素を供給することで流入するアンモニアの約半量をアンモニア酸化細菌の働きによって亜硝酸に変換し、一つの槽でアンモニアの除去を進行させる方法である。

　SNAPと呼ばれる方法は、嫌気的にアンモニア酸化する独立栄養性脱窒菌を含む菌群を担体に付着固定化し、その菌群の外表面にアンモニア酸化細菌を含む菌群を付着固定化したアンモニア処理材をアンモニア含有廃水に接触させてアンモニアを除去する方法である。

　また、アンモニア酸化細菌と独立栄養性脱窒菌を包括固定化した担体を反応槽内で流動させ、溶存酸素を脱窒反応を阻害しない範囲に調節してアンモニアを除去する方法もある。

　つまり、当該処理システムによって、懸濁性有機物及びアンモニアを含有する被処理水に対して、好気条件下で独立栄養性微生物によってアンモニアを亜硝酸に酸化する亜硝酸化処理工程と、嫌気条件下で独立栄養性微生物によるアンモニア態窒素を電子供与体とし亜硝酸態窒素を電子受容体とした嫌気的アンモニア酸化処理工程と、を含む独立栄養性脱窒処理工程を実行する窒素含有有機性廃水の処理方法が実行される。

　詳しくは、前記独立栄養性脱窒処理工程の前に、被処理水から懸濁性有機物を分離する懸濁性有機物分離処理工程と、前記懸濁性有機物分離処理工程によって分離された懸濁性有機物を嫌気性消化する嫌気性消化処理工程を実行し、前記嫌気性消化処理工程の消化液を前記独立栄養性脱窒処理工程に供給する窒素含有有機性廃水の処理方法が実行される。

　図２には、第二の態様の処理システムが示されている。当該処理システムは、上述した独立栄養性脱窒装置３０が、被処理水に対して亜硝酸化処理を行なう亜硝酸化装置３０Ａと、亜硝酸化処理が行なわれた被処理水に対して嫌気的アンモニア酸化処理を行なう嫌気的アンモニア酸化装置３０Ｂの２槽直列式で構成されている。

　この場合、汚泥嫌気性消化装置４０の消化液を亜硝酸化装置３０Ａに供給する経路が第１移送経路Ｒ１となる。さらに、汚泥嫌気性消化装置４０の消化液を嫌気的アンモニア酸化装置３０Ｂに供給する経路が第２移送経路Ｒ２となる。

　独立栄養性脱窒装置３０を、亜硝酸化装置３０Ａと嫌気的アンモニア酸化装置３０Ｂの２槽式で構成することで、汚泥嫌気性消化装置４０の消化液は、第１移送経路Ｒ１によって亜硝酸化装置３０Ａに供給され、第２移送経路Ｒ２によって嫌気的アンモニア酸化装置３０Ｂに供給されるようになる。

　亜硝酸化装置３０Ａで部分的に亜硝酸化された硝化液の亜硝酸態窒素とアンモニア態窒素が適正比に対して大きく異なるような場合であっても、汚泥嫌気性消化装置４０のアンモニア態窒素濃度の高い消化液を第２移送経路Ｒ２によって嫌気的アンモニア酸化装置３０Ｂに供給することで、嫌気的アンモニア酸化装置３０Ｂ内のアンモニア濃度と亜硝酸濃度を適正な値、例えば１：１．３～１．４程度に調節することができ、嫌気的アンモニア酸化を効率的に進行させることができる。

　つまり、上述した窒素含有有機性廃水の処理方法に加えて、前記亜硝酸化処理工程と前記嫌気的アンモニア酸化処理工程は、それぞれ独立した処理工程であり、前記消化液を前記亜硝酸化処理工程と前記嫌気的アンモニア酸化処理工程に分配供給する窒素含有有機性廃水の処理方法が実行される。

　図３には、第三の態様の処理システムが示されている。当該処理システムは、上述した第一の態様の処理システムの第１移送経路Ｒ１に、従属栄養性脱窒微生物によって亜硝酸態窒素及び硝酸態窒素を窒素分子に還元する脱窒処理を行なう従属栄養性脱窒装置２０を配置し、独立栄養性脱窒装置３０の処理液を従属栄養性脱窒装置２０に供給する第３移送経路Ｒ３を備えている。

　第１移送経路Ｒ１によって汚泥嫌気性消化装置４０の処理液が従属栄養性脱窒装置２０に供給され、第３移送経路Ｒ３によって独立栄養性脱窒装置３０の処理液の一部が従属栄養性脱窒装置２０に返送される。このような構成によって、汚泥嫌気性消化装置４０の消化液に含まれる主に溶解性有機物を電子供与体とし独立栄養性脱窒装置３０の処理液に含有される硝酸態窒素を電子受容体とした従属栄養性脱窒微生物による脱窒処理が促進されるようになり、独立栄養性脱窒装置３０から系外に排出される硝酸量が低減できるようになる。

　独立栄養性脱窒装置３０に供給される被処理水に多量の溶解性有機物が含まれていると、亜硝酸化処理に要する酸素が溶解性有機物の分解処理に費やされ、亜硝酸化処理の効率が低下する。

　汚泥嫌気性消化装置４０の消化液に含まれる溶解性有機物が従属栄養性脱窒装置２０によって分解処理され、当該従属栄養性脱窒装置２０によって溶解性有機物濃度が低くなった被処理水が独立栄養性脱窒装置３０に供給されるため、アンモニア態窒素を亜硝酸態窒素に酸化する亜硝酸化処理を行なう独立栄養性微生物の処理が妨げられることがなく、効率的に処理することができるようになる。

　上述した第一の態様の窒素含有有機性廃水の処理方法に加えて、前記消化液に対して、従属栄養性脱窒微生物によって亜硝酸態窒素及び硝酸態窒素を窒素分子に還元する従属栄養性脱窒処理工程を実行し、前記従属栄養性脱窒処理工程後の処理液を前記独立栄養性脱窒処理工程に供給し、前記独立栄養性脱窒処理工程後の処理液を前記従属栄養性脱窒処理工程に供給する窒素含有有機性廃水の処理方法が実現される。

　図４には、第四の態様の処理システムが示されている。当該処理システムは、上述した第二の態様の処理システムの第１移送経路Ｒ１に、従属栄養性脱窒微生物によって亜硝酸態窒素及び硝酸態窒素を窒素分子に還元する脱窒処理を行なう従属栄養性脱窒装置２０を配置し、嫌気的アンモニア酸化装置３０Ｂの処理液の一部を従属栄養性脱窒装置２０に供給する第３移送経路Ｒ３を備えている。

　第１移送経路Ｒ１によって汚泥嫌気性消化装置４０の処理液が従属栄養性脱窒装置２０に供給され、第３移送経路Ｒ３によって嫌気的アンモニア酸化装置３０Ｂの処理液の一部が従属栄養性脱窒装置２０に返送される。このような構成により、汚泥嫌気性消化装置４０の消化液に含有される主に溶解性有機物を電子供与体とし嫌気的アンモニア酸化装置の処理液に含有される硝酸態窒素を電子受容体とした従属栄養性脱窒微生物による脱窒処理が行なわれ、嫌気的アンモニア酸化装置３０Ｂから系外に排出される硝酸量が低減できるようになる。

　亜硝酸化装置３０Ａに供給される被処理水に多量の溶解性有機物が含まれていると、亜硝酸化に要する酸素が溶解性有機物の分解処理に費やされるため、亜硝酸化処理の効率が低下する。しかし、汚泥嫌気性消化装置４０の消化液に含まれる溶解性有機物が従属栄養性脱窒装置２０によって分解処理され、当該従属栄養性脱窒装置２０によって溶解性有機物濃度が低くなった被処理水が亜硝酸化装置３０Ａに供給されるため、アンモニア態窒素を亜硝酸化窒素に酸化する亜硝酸化処理を行う独立栄養性微生物の処理が妨げられることがなく、効率的に処理することができるようになる。

　上述の第二の態様の処理方法に加えて、前記消化液に対して、従属栄養性脱窒微生物によって亜硝酸態窒素及び硝酸態窒素を窒素分子に還元する従属栄養性脱窒処理工程を実行し、前記従属栄養性脱窒処理工程後の処理液を前記亜硝酸化処理工程に供給し、前記嫌気的アンモニア酸化処理工程後の処理液を前記従属栄養性脱窒処理工程に供給する窒素含有有機性廃水の処理方法が実行される。

　図５に示すように、当該廃水処理システムに導入される被処理水のアンモニア態窒素濃度が１００ｐｐｍ未満の場合、被処理水のアンモニア態窒素濃度に対するＢＯＤ比は３．０より大きいことが好ましい。特に、懸濁性有機物濃度の比率が大きい方がより好ましい。汚泥嫌気性消化装置４０でのアンモニア回収効率が向上して、独立栄養性脱窒装置３０での遊離アンモニア濃度の調整が容易になるからである。そして、懸濁性有機物分離装置１０の分離液のアンモニア態窒素濃度に対するＢＯＤ比を０．５より大きく、２．０より小さい範囲に調整することによっても、亜硝酸化を安定させることができる。

　独立栄養性脱窒装置３０では曝気量を調節して溶存酸素濃度が適当な範囲に制御されるが、アンモニア態窒素濃度が１００ｐｐｍ未満の場合は、僅かな曝気風量の変化で溶存酸素濃度が大きく変動してしまう。そのような場合でも、ＢＯＤ／ＮＨ_３－Ｎを０．５より大きな値に調節することで、ＢＯＤによる酸素の消費によって溶存酸素濃度の大きな変動を抑えることができるのである。尚、ＢＯＤ／ＮＨ_３－Ｎが２．０を超えると曝気量が増えて、省エネルギーの観点から望ましくない。

　曝気量の調整は、溶存酸素濃度の測定値に基づく方法の他に、アンモニウムイオン濃度や亜硝酸イオン濃度の測定値に基づいて行う方法や、これらを組み合わせた方法で行うことができる。

　このように、本発明によって、従来実現されなかった下水のような低アンモニア濃度の廃水に対しても嫌気的アンモニア酸化処理を適用することが可能になる。

　下水処理場で使用する電力量は、約６３億ｋＷｈ（平成１６年度）であり、国内で使用される電力量の０．７％を占め、ウルグアイやジャマイカ１国の消費電力量に相当する。そのうち、曝気ブロワの消費電力量が２５～３０％を占める。本発明によって、理論上従来の完全硝化処理の４３％の酸素量しか必要としない嫌気的アンモニア酸化処理を下水処理に適用することで、絶大な節電効果を生み温室効果ガス削減に大きく貢献できるのである。

　上述した実施形態は、何れも本発明の一例であり、該記載により本発明が限定されるものではなく、各部の具体的構成は本発明の作用効果が奏される範囲で適宜設計可能であることはいうまでもない。

１０：懸濁性有機物分離装置
２０：溶解性有機物分解装置
３０：独立栄養性脱窒装置
３０Ａ：亜硝酸化装置
３０Ｂ：嫌気的アンモニア酸化装置
４０：汚泥嫌気性消化装置
Ｒ１：第１移送経路
Ｒ２：第２移送経路
Ｒ３：第３移送経路
Ｒ４：第４移送経路

Claims

　懸濁性有機物及びアンモニアを含有する被処理水に対して、好気条件下で独立栄養性微生物によってアンモニアを亜硝酸に酸化する亜硝酸化処理と、嫌気条件下で独立栄養性微生物によるアンモニア態窒素を電子供与体とし亜硝酸態窒素を電子受容体とした嫌気的アンモニア酸化処理と、を行なうことによって脱窒処理する独立栄養性脱窒装置を有する窒素含有有機性廃水の処理システムであって、
　前記独立栄養性脱窒装置の前段に設けられ被処理水から懸濁性有機物を分離する懸濁性有機物分離装置と、
　前記懸濁性有機物分離装置で分離された懸濁性有機物を嫌気性消化する汚泥嫌気性消化装置と、
　前記汚泥嫌気性消化装置の消化液を前記独立栄養性脱窒装置に供給する第１移送経路と、
を備えていることを特徴とする窒素含有有機性廃水の処理システム。
　前記独立栄養性脱窒装置は、被処理水に対して前記亜硝酸化処理が行なわれる亜硝酸化装置と、前記亜硝酸化処理が行なわれた被処理水に対して前記嫌気的アンモニア酸化処理が行なわれる嫌気的アンモニア酸化装置とを備えて構成され、
　前記第１移送経路は前記汚泥嫌気性消化装置の消化液を前記亜硝酸化装置に供給する経路で構成され、さらに前記汚泥嫌気性消化装置の消化液を前記嫌気的アンモニア酸化装置に供給する第２移送経路を備えていることを特徴とする請求項１記載の窒素含有有機性廃水の処理システム。
　前記第１移送経路に、従属栄養性脱窒微生物によって亜硝酸態窒素及び硝酸態窒素を窒素分子に還元する脱窒処理を行なう従属栄養性脱窒装置を配置し、前記独立栄養性脱窒装置の処理液を前記従属栄養性脱窒装置に供給する第３移送経路を備えていることを特徴とする請求項１記載の窒素含有有機性廃水の処理システム。
　前記第１移送経路に、従属栄養性脱窒微生物によって亜硝酸態窒素及び硝酸態窒素を窒素分子に還元する脱窒処理を行なう従属栄養性脱窒装置を配置し、前記嫌気的アンモニア酸化装置の処理液を前記従属栄養性脱窒装置に供給する第３移送経路を備えていることを特徴とする請求項２記載の窒素含有有機性廃水の処理システム。
　被処理水は、
　　１）ＮＨ_３－Ｎ（アンモニア態窒素濃度）　＜　１００ｐｐｍ
　　２）ＢＯＤ／ＮＨ_３－Ｎ　＞　３．０
であり、前記懸濁性有機物分離装置の分離液は、
　　３）０．５　＜　ＢＯＤ／ＮＨ_３－Ｎ　＜　２．０
であることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の窒素含有有機性廃水の処理システム。
　懸濁性有機物及びアンモニアを含有する被処理水に対して、好気条件下で独立栄養性微生物によってアンモニアを亜硝酸に酸化する亜硝酸化処理工程と、嫌気条件下で独立栄養性微生物によるアンモニア態窒素を電子供与体とし亜硝酸態窒素を電子受容体とした嫌気的アンモニア酸化処理工程と、を含む独立栄養性脱窒処理工程を実行する窒素含有有機性廃水の処理方法であって、
　前記独立栄養性脱窒処理工程の前に、被処理水から懸濁性有機物を分離する懸濁性有機物分離処理工程と、前記懸濁性有機物分離処理工程によって分離された懸濁性有機物を嫌気性消化する嫌気性消化処理工程を実行し、前記嫌気性消化処理工程の消化液を前記独立栄養性脱窒処理工程に供給することを特徴とする窒素含有有機性廃水の処理方法。
　前記亜硝酸化処理工程と前記嫌気的アンモニア酸化処理工程は、それぞれ独立した処理工程であり、前記消化液を前記亜硝酸化処理工程と前記嫌気的アンモニア酸化処理工程に分配供給することを特徴とする請求項６記載の窒素含有有機性廃水の処理方法。
　前記消化液に対して、従属栄養性脱窒微生物によって亜硝酸態窒素及び硝酸態窒素を窒素分子に還元する従属栄養性脱窒処理工程を実行し、前記従属栄養性脱窒処理工程後の処理液を前記独立栄養性脱窒処理工程に供給し、前記独立栄養性脱窒処理工程後の処理液を前記従属栄養性脱窒処理工程に供給することを特徴とする請求項６記載の窒素含有有機性廃水の処理方法。
　前記消化液に対して、従属栄養性脱窒微生物によって亜硝酸態窒素及び硝酸態窒素を窒素分子に還元する従属栄養性脱窒処理工程を実行し、前記従属栄養性脱窒処理工程後の処理液を前記亜硝酸化処理工程に供給し、前記嫌気的アンモニア酸化処理工程後の処理液を前記従属栄養性脱窒処理工程に供給することを特徴とする請求項７記載の窒素含有有機性廃水の処理方法。