WO2013133444A1 - 排水の処理装置、排水の処理方法、および排水の処理システム、並びに制御装置、制御方法、およびプログラム - Google Patents

Abstract

　反応槽２を構成する複数の好気槽２ａ～２ｄ内を流れる被処理水に対して生物処理を行う際に、散気部６ａ～６ｄによって被処理水を曝気する。反応槽２における被処理水の流れに沿った所望位置である好気槽２ｃの流入側に硝酸計７を設けて硝酸濃度を測定するとともに、反応槽２の流出側近傍にアンモニア計１１を設けてアンモニア濃度を測定する。制御部９は硝酸濃度およびアンモニア濃度の値に基づいて、硝酸濃度およびアンモニア濃度がともにそれぞれの所定範囲に収まるように、それぞれの気体供給量制御部１０ａ～１０ｄに制御信号を供給して散気部６ａ～６ｄから被処理水への気体の供給量を散気部６ａ～６ｄごとまたは散気部６ａ～６ｄにおいて一括して制御する。

Description

排水の処理装置、排水の処理方法、および排水の処理システム、並びに制御装置、制御方法、およびプログラム

　本発明は、好気槽における曝気風量を制御する排水の処理装置、排水の処理方法、および排水の処理システム、並びに制御装置、制御方法、およびプログラムに関する。

　従来、生活排水または工場排水等の下水を処理する下水処理システムとして、標準活性汚泥法によるものや散水ろ床法によるものなど、様々な下水処理システムが実用化されている。

　標準活性汚泥法による下水処理システムにおいては、反応槽内に処理対象の下水を流入させつつ、この反応槽内に存在する多種類の好気性微生物に対して酸素を供給する曝気処理を行う。これによって、反応槽内の下水中に含まれる有機物は、好気性微生物の作用によって分解され、安定した処理水質が得られる。

　反応槽内での曝気処理においては、曝気を行う散気装置に対して、流入水比例制御や、ＤＯ（溶存酸素）制御またはアンモニア制御（特許文献１参照）が行われる。流入水比例制御は、反応槽の流入側に設置された流量計を用いて、反応槽に流入する流入水量に比例した量の空気を散気装置に供給する制御である。ＤＯ制御は、反応槽の流出側の末端に設置した溶存酸素計（ＤＯ計）を用いて溶存酸素濃度を計測し、この溶存酸素濃度を所定の濃度に維持するように散気装置に空気を供給する制御である。アンモニア制御は、反応槽の流出側の末端に設置したアンモニア計を用いて、反応槽の末端におけるアンモニア性窒素（ＮＨ₄－Ｎ）を所定の濃度に維持するように散気装置に空気を供給する制御である。

特開２００５－１９９１１６号公報

　しかしながら、上述した各種制御においては、次のような問題があった。すなわち、流入水比例制御においては、窒素を含有する流入水の有機物負荷やアンモニア負荷が変わって水質が変動するため、流入水量に比例させて空気量を制御すると、空気量の過不足が生じてしまう。また、ＤＯ制御においては、窒素を含有する流入水の有機物負荷やアンモニア負荷が変化し、これらの負荷が低下した時には空気量が過剰になりやすく、反対に、負荷が上昇した時には空気量が不足しやすくなる。さらに、アンモニア制御においては、窒素を含有する流入水のアンモニア負荷に応じて適切な量の空気を散気装置に供給できる反面、アンモニア制御を行う前段階での脱窒処理の制御を行うことが困難であった。

　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、曝気を行う反応槽に流入する窒素含有水の負荷に応じて気体供給量（曝気量）を適切に制御することによって、反応槽に適正量の酸素を供給することができるとともに、脱窒処理および硝化処理を適切に制御することができ、窒素除去率を向上させて処理水質を改善させることができる排水の処理装置、排水の処理方法、および排水の処理システム、並びに制御装置、制御方法、およびプログラム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、本発明に係る排水の処理装置は、反応槽内において窒素含有水の流れに従って窒素含有水が含有するアンモニアが硝酸に硝化され、窒素含有水の流れ方向に沿った各位置で硝酸の各所望割合が脱窒されるように窒素含有水に対して流れ方向の略全域に亘って気体を供給する散気手段と、窒素含有水の流れ方向における第１の所定位置に設けられ、第１の所定位置で生じた硝酸の所望割合が脱窒されているか否かを確認する脱窒確認手段と、窒素含有水の流れ方向に沿った脱窒確認手段の下流側の第２の所定位置に設けられ、アンモニアの所望割合が硝化されているか否かを確認する硝化確認手段と、脱窒確認手段により確認された第１の所定位置で硝化されて生じた硝酸の割合に応じて、硝酸の所望割合が脱窒されるように、窒素含有水の流れ方向に沿って脱窒確認手段より少なくとも上流側における散気手段による気体の供給量を制御するとともに、硝化確認手段により確認された第２の所定位置におけるアンモニアの割合に応じて、アンモニアの所望割合が硝化されるように、窒素含有水の流れ方向に沿って硝化確認手段より少なくとも上流側における散気手段からの気体の供給量を制御する気体供給量制御手段と、を備えることを特徴とする。

　本発明に係る排水の処理装置は、上記の発明において、散気手段が、時間の経過または窒素含有水の流れ方向に従って、硝化反応が行われる領域と脱窒反応が行われる領域とを、順次、交互、または繰り返し形成させるように気体を供給可能に構成されていることを特徴とする。

　本発明に係る排水の処理装置は、上記の発明において、気体供給量制御手段が、硝化反応により硝化されて生じた硝酸に対する所望割合の脱窒が脱窒確認手段によって確認できない場合に、窒素含有水の流れ方向に沿って脱窒確認手段より少なくとも上流側における散気手段による気体の供給量を増減制御することを特徴とする。

　本発明に係る排水の処理装置は、上記の発明において、脱窒確認手段が硝酸濃度を測定可能に構成された硝酸濃度測定手段であるとともに、硝酸の所望割合が脱窒されているか否かの確認を、硝酸濃度を測定することにより行い、気体供給量制御手段は、硝酸濃度測定手段によって測定された硝酸濃度が所定範囲内になるように、少なくとも窒素含有水の流れ方向に沿った硝酸濃度測定手段より上流側における散気手段からの気体の供給量を制御することを特徴とする。

　本発明に係る排水の処理装置は、上記の発明において、脱窒確認手段がアンモニア性窒素を測定可能に構成されたアンモニア性窒素測定手段であるとともに、アンモニア性窒素の所望割合が脱窒されているか否かの確認を、アンモニア性窒素濃度を測定することにより行い、気体供給量制御手段は、アンモニア性窒素測定手段によって測定されたアンモニア性窒素濃度が所定範囲内になるように、少なくとも窒素含有水の流れ方向に沿ったアンモニア性窒素測定手段より上流側における散気手段からの気体の供給量を制御することを特徴とする。

　本発明に係る排水の処理装置は、上記の発明において、硝化確認手段がアンモニア濃度を測定可能に構成されたアンモニア濃度測定手段であるとともに、アンモニアの所望割合が硝化されているか否かの確認を、アンモニア濃度を測定することにより行い、気体供給量制御手段は、アンモニア濃度測定手段によって測定されたアンモニア濃度が所定範囲内になるように、硝化確認手段より上流側における少なくとも一部の散気手段からの気体の供給量を制御することを特徴とする。

　本発明に係る排水の処理装置は、上記の発明において、アンモニア濃度測定手段が反応槽における窒素含有水の流出側の近傍に設置されることを特徴とする。

　本発明に係る排水の処理装置は、上記の発明において、気体供給量制御手段は、硝酸濃度およびアンモニア濃度がともに所定範囲内に収まるように、散気手段から窒素含有水への気体の供給量を制御することを特徴とする。

　本発明に係る排水の処理装置は、上記の発明において、気体供給量制御手段は、窒素含有水の流れ方向に沿った全域において、散気手段を、散気手段からの気体の供給量が略一様になるように制御することを特徴とする。

　本発明に係る排水の処理装置は、上記の発明において、反応槽の前段に嫌気槽が設けられていることを特徴とする。

　本発明に係る排水の処理方法は、反応槽内を流れる窒素含有水に対して硝化反応および脱窒反応による生物処理を行う生物処理ステップと、窒素含有水の流れに従って窒素含有水に含まれるアンモニアが硝酸に硝化され、窒素含有水の流れ方向に沿った各位置で硝酸の各所望割合が脱窒されるように窒素含有水に対して流れ方向の略全域に亘って気体を供給する散気ステップと、窒素含有水の流れ方向における第１の所定位置で生じた硝酸の所望割合が脱窒されているか否かを確認する脱窒確認ステップと、窒素含有水に対して、第１の所定位置より窒素含有水の流れ方向に沿った下流側の第２の所定位置でアンモニアの所望割合が硝化されているか否かを確認する硝化確認ステップと、脱窒確認ステップにおいて確認された第１の所定位置で硝化されて生じた硝酸の割合に応じて、硝酸の所望割合が脱窒されるように、窒素含有水の流れ方向に沿った第１の所定位置より少なくとも上流側における気体の供給量を制御するとともに、硝化確認ステップにおいて確認された第２の所定位置におけるアンモニアの割合に応じて、アンモニアの所望割合が硝化されるように、窒素含有水の流れ方向に沿って第２の所定位置より少なくとも上流側における散気手段からの気体の供給量を制御する気体供給量制御ステップと、を含むことを特徴とする。

　本発明に係る排水の処理方法は、上記の発明において、時間の経過または窒素含有水の流れ方向に従って、硝化反応が行われる領域と脱窒反応が行われる領域とを、順次、交互、または繰り返し形成させるように窒素含有水に気体を供給することを特徴とする。

　本発明に係る排水の処理方法は、上記の発明において、脱窒確認ステップにおいて確認される硝酸の割合が第１の所定位置における硝酸濃度であり、気体供給量制御ステップにおいて、脱窒確認ステップで測定された硝酸濃度が所定範囲に収まる方向に、第１の所定位置より窒素含有水の流れ方向に沿った少なくとも上流側における気体の供給量を制御することを特徴とする。

　本発明に係る排水の処理方法は、上記の発明において、硝化確認ステップにおいて確認されるアンモニアの割合が第２の所定位置におけるアンモニア濃度であり、気体供給量制御ステップにおいて、硝化確認ステップにおいて測定されたアンモニア濃度が所定範囲に収まる方向に、第２の所定位置より窒素含有水の流れ方向に沿った少なくとも上流側における気体の供給量を制御することを特徴とする。

　本発明に係る排水の処理方法は、上記の発明において、硝化確認ステップにおいて、第２の所定位置が反応槽における窒素含有水の流出部近傍であることを特徴とする。

　本発明に係る排水の処理システムは、窒素含有水の流れ方向における第１の所定位置に設けられるとともに、流れ方向に従ってアンモニアが硝酸に硝化され、流れ方向に沿った各位置で硝酸の各所望割合が脱窒されるように流れ方向の略全域に亘って気体が供給される窒素含有水に対して、第１の所定位置で生じた硝酸の所望割合が脱窒されているか否かを確認する脱窒確認手段と、窒素含有水の流れ方向に沿った脱窒確認手段の下流側の第２の所定位置に設けられ、第２の所定位置におけるアンモニアの所望割合が硝化されているか否かを確認する硝化確認手段と、脱窒確認手段により確認された第１の所定位置で硝化されて生じた硝酸の割合に応じて、硝酸の所望割合が脱窒されるように、窒素含有水の流れ方向に沿った脱窒確認手段より少なくとも上流側における窒素含有水に供給する気体の供給量を制御するとともに、硝化確認手段により確認された第２の所定位置におけるアンモニアの割合に応じて、アンモニアの所望割合が硝化されるように、窒素含有水の流れ方向に沿って硝化確認手段より少なくとも上流側における散気手段からの気体の供給量を制御する気体供給量制御手段と、を備えることを特徴とする。

　本発明に係る制御装置は、窒素含有水の流れに従って窒素含有水に含まれるアンモニアが硝酸に硝化され、窒素含有水の流れ方向に沿った各位置で硝酸の各所望割合が脱窒されるように窒素含有水に流れ方向の略全域に亘って気体を供給する散気手段に対して、窒素含有水の流れ方向における第１の所定位置で生じた硝酸の所望割合が脱窒されているか否かを確認する脱窒確認手段が確認した第１の所定位置で硝化されて生じた硝酸の割合に応じて、硝酸の所望割合が脱窒されるように窒素含有水の流れ方向に沿った脱窒確認手段より少なくとも上流側における気体の供給量を制御するとともに、窒素含有水の流れ方向に沿った脱窒確認手段より下流側の第２の所定位置で、アンモニアの所望割合が硝化されているか否かを確認する硝化確認手段が確認したアンモニアの割合に応じて、アンモニアの所望割合が硝化されるように窒素含有水の流れ方向に沿った硝化確認手段より少なくとも上流側における気体の供給量を制御することを特徴とする。

　本発明に係る制御方法は、窒素含有水に対する気体供給量を制御する制御装置による制御方法において、窒素含有水の流れ方向における第１の所定位置において、流れ方向に従ってアンモニアが硝酸に硝化され、流れ方向に沿った各位置で硝酸の各所望割合が脱窒されるように流れ方向の略全域に亘って気体が供給される窒素含有水に対して、第１の所定位置で生じた硝酸の所望割合が脱窒されているか否かを確認する脱窒確認ステップと、窒素含有水に対して、第１の所定位置より窒素含有水の流れ方向に沿った下流側の第２の所定位置でアンモニアの所望割合が硝化されているか否かを確認する硝化確認ステップと、脱窒確認ステップにおいて確認された第１の所定位置で硝化されて生じた硝酸の割合に応じて、硝酸の所望割合が脱窒されるように、窒素含有水の流れ方向に沿った第１の所定位置より少なくとも上流側における窒素含有水に供給する気体の供給量を制御するとともに、硝化確認ステップにおいて確認された第２の所定位置におけるアンモニアの割合に応じて、アンモニアの所望割合が硝化されるように、窒素含有水の流れ方向に沿って第２の所定位置より少なくとも上流側における散気手段からの気体の供給量を制御する気体供給量制御ステップと、を含むことを特徴とする。

　本発明に係るプログラムは、窒素含有水の流れ方向における第１の所定位置において、流れ方向に従ってアンモニアが硝酸に硝化され、流れ方向に沿った各位置で硝酸の各所望割合が脱窒されるように流れ方向の略全域に亘って気体が供給される窒素含有水に対して、第１の所定位置で生じた硝酸の所望割合が脱窒されているか否かを確認する脱窒確認ステップと、窒素含有水に対して、第１の所定位置より窒素含有水の流れ方向に沿った下流側の第２の所定位置でアンモニアの所望割合が硝化されているか否かを確認する硝化確認ステップと、脱窒確認ステップにおいて確認された第１の所定位置で硝化されて生じた硝酸の割合に応じて、硝酸の所望割合が脱窒されるように、窒素含有水の流れ方向に沿った第１の所定位置より少なくとも上流側における窒素含有水に供給する気体の供給量を制御するとともに、硝化確認ステップにおいて確認された第２の所定位置におけるアンモニアの割合に応じて、アンモニアの所望割合が硝化されるように、窒素含有水の流れ方向に沿って第２の所定位置より少なくとも上流側における窒素含有水に供給する気体の供給量を制御する気体供給量制御ステップと、をコンピュータに実行させることを特徴とする。

　本発明に係る排水の処理装置、排水の処理方法、および排水の処理システム、並びに制御装置、制御方法、およびプログラムによれば、曝気を行う反応槽に流入する窒素含有水の負荷に応じて気体供給量を適切に制御することができ、反応槽に適正量の酸素を供給することができるとともに、脱窒処理および硝化処理を制御することができ、窒素除去率を向上させて処理水質を改善させ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を示す構成図である。 図２Ａは、本発明の第１の実施形態による排水処理装置における反応槽を示す平面図である。 図２Ｂは、本発明の第１の実施形態による排水処理装置における反応槽の他の変形例を示す平面図である。 図３は、反応槽内の被処理水の流れに沿って測定した、ＮＨ₄－Ｎ、ＮＯ_２－Ｎ、およびＮＯ_３－Ｎのそれぞれの窒素濃度、および全窒素濃度を示すグラフである。 図４は、本発明の第１の実施形態による排水の処理方法を示すフローチャートである。 図５は、本発明の第２の実施形態による排水処理装置を示す構成図である。 図６は、本発明の第３の実施形態による反応槽を示す斜視透視図である。 図７Ａは、図６に示す反応槽におけるＡ－Ａ線に沿った断面図である。 図７Ｂは、図６に示す反応槽におけるＢ－Ｂ線に沿った断面図である。 図８Ａは、本発明の実施形態による反応槽の他の変形例を示す構成図である。 図８Ｂは、本発明の実施形態による反応槽の他の変形例を示す構成図である。 図８Ｃは、本発明の実施形態による反応槽の他の変形例を示す構成図である。 図８Ｄは、図８Ｃに示す反応槽における散気部の時間経過に伴う曝気のタイミングを示すタイミング図である。 図８Ｅは、本発明の実施形態による反応槽の他の変形例を示す構成図である。 図８Ｆは、図８Ｅに示す反応槽に浮遊させる微生物を担持した担体の断面模式図である。 図９Ａは、図６に示す反応槽に一対のＤＯ計を設置した場合における設置位置での断面図である。 図９Ｂは、脱窒速度および硝化速度の溶存酸素濃度依存性を示すグラフである。 図１０Ａは、図６に示す反応槽に一対のＯＲＰ計を設置した場合における設置位置での断面図である。 図１０Ｂは、脱窒速度および硝化速度の酸化還元電位依存性を示すグラフである。 図１１Ａは、図５に示す排水処理装置においてアンモニア計を設置した場合を示す構成図である。 図１１Ｂは、目標硝化速度および測定硝化速度を説明するための反応槽内の被処理水の流れに沿って測定した、ＮＨ₄－Ｎ、ＮＯ_２－Ｎ、およびＮＯ_３－Ｎのそれぞれの窒素濃度、および全窒素濃度を示すグラフである。

　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）
　（排水処理装置の構成）
　まず、本発明の第１の実施形態による制御装置を含む排水の処理装置の構成について説明する。図１は、この第１の実施形態による排水処理装置の構成を示す模式図である。図１に示すように、本発明の第１の実施形態である排水処理装置は、最初沈殿池１、順次連通した複数段の好気槽２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ（第１槽～第４槽）からなる反応槽２、固液分離槽３、汚泥返送経路５、および制御部９を備える。

　最初沈殿池１には、窒素含有原水（以下、原水）が流入する。最初沈殿池１においては、原水を緩やかに流水させて、比較的粒子の小さいゴミなどを沈殿させる。

　反応槽２には、最初沈殿池１から流出した窒素含有水である被処理水が流入する。この反応槽２を構成する複数段の好気槽２ａ～２ｄは、被処理水の流れ方向に沿って配列されている。ここで、反応槽２における被処理水の流入側においては、ＢＯＤ酸化領域が生じている場合もある。そして、好気槽２ａ～２ｄはそれぞれ、散気手段としての散気部６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄを備える。散気部６ａ～６ｄは、ブロア８が供給する空気などの気体を用いて、それぞれの好気槽２ａ～２ｄ内に散気を行い、貯留されている活性汚泥を曝気する。それぞれの好気槽２ａ～２ｄにおいては、主に、好気条件下で被処理水中に含まれるアンモニア性窒素が亜硝酸性窒素および硝酸性窒素に硝化される。それぞれの散気部６ａ～６ｄが設けられた好気槽２ａ～２ｄは、直線的に配列しても良く、反応槽２の一例を示す平面図である図２Ａに示すように、途中で折り返して配列した迂回水路としても良い。

　また、図１に示すように、散気部６ａ～６ｄにはそれぞれ、制御装置を構成する気体供給量制御手段の一部としての気体供給量制御部１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄが設けられている。気体供給量制御部１０ａ～１０ｄはそれぞれ、空気流量制御弁などから構成され、制御装置を構成する気体供給量制御手段の一部としての制御部９からの制御信号に従って、それぞれの好気槽２ａ～２ｄにおける散気部６ａ～６ｄからの気体供給量をそれぞれ一様または個別に制御する。

　制御装置としての制御部９は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭやＲＡＭなどの記憶媒体、およびハードディスクなどの記録媒体を有して構成されるコンピュータ（ＰＣ）などからなる。制御部９においては、記録媒体に後述する排水の処理方法や制御方法を実行可能な所定のプログラムが格納されている。制御部９は、後述するように、入力された硝酸濃度の計測値データなどの確認信号に応答して、格納されたプログラムに従って制御信号を出力することで、気体供給量制御部１０ａ～１０ｄを制御して散気部６ａ～６ｄからの気体供給量を制御する。

　また、反応槽２における被処理水の流れに沿った所望の位置には、硝酸計７が備えられている。この窒素確認手段としての硝酸計７は、脱窒を制御する所望の位置における被処理水の硝酸濃度を測定する硝酸濃度測定手段である。この第１の実施形態において、硝酸計７は、例えば反応槽２のほぼ中間位置である好気槽２ｃの流入位置に設置する。ここで、硝酸計７の設置位置としては、所望の位置に設定可能であり、後述するように脱窒反応の制御に用いることから、脱窒反応により除去したい窒素量を確保できる位置より下流側、かつ、反応槽２の内部において硝化反応を十分に行うことができる位置より上流側が望ましい。さらには、硝酸計７の設置位置は、あらかじめ測定した全窒素濃度、硝酸性窒素、亜硝酸性窒素、およびアンモニア性窒素のそれぞれの濃度に関する反応槽２の位置依存性に基づいて決定可能である。そして、制御部９，気体供給量制御部１０、および硝酸計７によって、排水の処理システムが構成されている。

　なお、本明細書において硝酸とは、硝酸（ＨＮＯ₃）、亜硝酸（ＨＮＯ₂）、硝酸性窒素（ＮＯ₃－Ｎ）、亜硝酸性窒素（ＮＯ₂－Ｎ）、硝酸性窒素と亜硝酸性窒素との集合、および硝酸と亜硝酸とをともに示すＮＯ_ｘを含む概念である。また、本明細書においてアンモニアとは、アンモニアおよびアンモニア性窒素を含む概念である。すなわち、本明細書において硝酸濃度は、硝酸、亜硝酸、硝酸性窒素、亜硝酸性窒素、硝酸性窒素と亜硝酸性窒素との集合、および硝酸と亜硝酸とをともに示すＮＯ_ｘの、いずれの濃度であってもよく、アンモニア濃度は、アンモニア（ＮＨ₃）およびアンモニア性窒素（ＮＨ₄－Ｎ）のいずれの濃度であっても良い。

　また、反応槽２を構成する複数段の好気槽２ａ～２ｄが図２Ａに示すように折り返して配列されている場合においても、硝酸計７は反応槽２の被処理水の流れに沿った所望の位置、例えば好気槽２ｃの流入位置などに設けられる。なお、硝酸計７の設置位置に関する詳細については後述する。

　また、図１に示すように、反応槽２における硝酸計７の下流側には、硝化反応を確認するための硝化確認手段として、アンモニア濃度を測定可能なアンモニア濃度測定手段としてのアンモニア計１１が設けられている。このアンモニア計１１は、硝酸計７の下流側であれば任意の位置に設けることが可能である。この第１の実施形態においては、後段の固液分離槽３に供給する処理水のアンモニア濃度を測定することが重要であることから、反応槽２の流出側（出口側）である好気槽２ｄの流出側の近傍に設けることが好ましい。

　そして、図１に示すように、硝酸計７は、測定した硝酸濃度の値を制御部９に供給するとともに、アンモニア計１１は、測定したアンモニア濃度の値を制御部９に供給する。硝酸計７によって計測された硝酸濃度の値、およびアンモニア計１１によって計測されたアンモニア濃度の値が供給された制御部９は、これらの硝酸濃度およびアンモニア濃度の値に基づいて、気体供給量制御部１０ａ～１０ｄに制御信号を供給して、散気部６ａ～６ｄによる気体供給量を制御する。すなわち、制御部９および気体供給量制御部１０ａ～１０ｄによって、気体供給量制御手段が構成される。なお、制御部９による制御の詳細については後述する。

　固液分離槽３には、最下流の好気槽２ｄから流出した被処理水が流入する。固液分離槽３においては、被処理水が分離液４ａと活性汚泥４ｂとに分離する。固液分離槽３の側壁には、配管（図示せず）が接続されており、この配管を介して分離液４ａが消毒処理過程に送られるように構成されている。また、固液分離槽３の底部には、汚泥返送経路５が接続されており、固液分離槽３の底部に堆積した活性汚泥４ｂを好気槽２ａに返送できるように構成されている。これにより、好気槽２ａおよび下流側の好気槽２ｂ，２ｃ，２ｄ内の生物量を所定量に維持することができる。

　（排水の処理方法における気体供給量制御）
　次に、好気槽２ａ～２ｄにおいて行われる排水の処理方法、およびこれに伴う制御方法並びに制御部９が実行するプログラムによる気体供給量制御について説明する。図４は、この第１の実施形態による処理方法を示すフローチャートである。

　この好気槽２ａ～２ｄにおいて行われる排水の処理方法においては、まず、図１に示す最初沈殿池１からの被処理水が、好気槽２ａから好気槽２ｄに順次送られる。それぞれの好気槽２ａ～２ｄにおいては、好気性条件下で活性汚泥中の好気性微生物である硝化菌により、被処理水中のアンモニア性窒素（ＮＨ₄－Ｎ）が、下記の反応式（１）～（３）のように、亜硝酸性窒素（ＮＯ_２－Ｎ）や硝酸性窒素（ＮＯ_３－Ｎ）に硝化される（図４中、ステップＳＴ１およびステップＳＴ２）。

　ＮＨ_３＋Ｏ_２＋２e^-＋２Ｈ^＋→ＮＨ_２ＯＨ＋Ｈ_２Ｏ　…（１）
　ＮＨ_２ＯＨ＋Ｈ_２Ｏ→ＮＯ_２ ^-＋５Ｈ^＋＋４ｅ^－　…（２）
　ＮＯ_２ ^-＋０．５Ｏ_２→ＮＯ_３ ^-　…（３）

　一方、反応槽２における被処理水中の酸素量が少ない領域や硝化槽においては、酸素量が少ないことから脱窒菌による脱窒反応（嫌気反応）が発生する。この脱窒反応を生じる領域（脱窒反応領域）に充分な炭素源を供給すれば、脱窒反応も充分に進行させることができる。その結果、反応槽２において部分的に、脱窒反応が行われる領域が発生する。これにより、下記の反応式（４）～（１０）のように、硝化が不充分であることによって発生した亜酸化窒素（Ｎ₂Ｏ）ガスを分解したり、亜酸化窒素を発生させることなく亜硝酸を還元したりして、窒素と二酸化炭素とに分解させて、窒素除去を行うことができる。

　ＮＯ_２ ^－＋３Ｈ^＋＋２ｅ^－　→　０．５Ｎ_２Ｏ＋１．５Ｈ_２Ｏ　…（４）
　ＮＯ_２ ^－＋Ｈ^＋＋２（Ｈ）　→　０．５Ｎ_２Ｏ＋１．５Ｈ_２Ｏ　…（５）
　ＮＯ_３ ^－＋Ｈ^＋＋５（Ｈ）　→　０．５Ｎ_２＋３Ｈ_２Ｏ　…（６）
　ＮＯ_３ ^－＋２Ｈ　→　ＮＯ_２ ^－＋Ｈ_２Ｏ　…（７）
　ＮＯ_２ ^－＋Ｈ^＋＋（Ｈ）　→　ＮＯ＋Ｈ_２Ｏ　…（８）
　ＮＯ＋（Ｈ）　→　０．５Ｎ_２Ｏ＋０．５Ｈ_２Ｏ　…（９）
　Ｎ_２Ｏ＋２（Ｈ）　→　Ｎ_２＋Ｈ_２Ｏ　…（１０）

　ここで、本発明者は、このような脱窒反応と硝化反応とが並行して進行する場合について、反応槽２における好気槽２ａの流入側から好気槽２ｄの流出側の方向、すなわち被処理水の流れの方向に沿って、複数の位置での、アンモニア性窒素（ＮＨ₄－Ｎ）、亜硝酸性窒素（ＮＯ_２－Ｎ）、および硝酸性窒素（ＮＯ_３－Ｎ）におけるそれぞれの窒素濃度と、これらを合計した全窒素濃度とを測定した。図３は、ＮＨ₄－Ｎ、ＮＯ_２－Ｎ、およびＮＯ_３－Ｎの窒素濃度および全窒素濃度を、反応槽２の位置によって測定した結果を示すグラフである。

　図３に示すように、反応槽２の比較的前半側である好気槽２ａの流入側から好気槽２ｂの流出側の位置までは、被処理水の流れに従って、ＮＯ_２－ＮおよびＮＯ_３－Ｎの窒素濃度があまり増加せず、全窒素濃度が減少する。これは、反応槽２の上流側の好気槽２ａ，２ｂにおいて、硝化反応領域と脱窒反応領域とが存在し、硝化反応領域における硝化処理と脱窒反応領域における脱窒処理とが同時に進行して、窒素除去率が向上しているためと考えられる。また、反応槽２における後半部分である好気槽２ｃの流入側から好気槽２ｄの流出側の位置までは、ＮＯ_２－ＮおよびＮＯ_３－Ｎの窒素濃度が増加している。

　さらに、図３に示すように、反応槽２における比較的後半側においては、反応槽２の流出側に行くに従って、ＮＨ₄－Ｎの窒素濃度が大幅に減少している。すなわち、本発明者は、反応槽２の下流側の好気槽２ｃ，２ｄにおいては、脱窒反応が継続して進行しているとともに、硝化反応が急速に進行していると考えた。そこで、本発明者は、まず、硝酸計７を反応槽２における窒素濃度が減少する所望の位置に設置して、この位置における硝酸濃度に基づいて、硝酸計７より少なくとも上流側における気体の供給量を略一様または個別に制御すれば、硝酸計７より上流側で発生している脱窒反応および硝化反応をともに制御可能になることを想起した。

　具体的に本発明者は、被処理水が反応槽２内を流下するに従って、散気部６ａ～６ｄによって被処理水に含まれるアンモニア（ＮＨ₄）が徐々に硝酸（亜硝酸性窒素（ＮＯ_２－Ｎ）および硝酸性窒素（ＮＯ_３－Ｎ））に硝化されるように、反応槽２内における被処理水に対して、その流れ方向の略全体に亘って気体を供給することによって、反応槽２内における被処理水の流れ方向における各位置で硝化されて生じた硝酸の各所望割合が脱窒されることを知見した。これにより、本発明者は、硝酸計７を所望位置に設置して、硝酸計７により計測される計測値が所定範囲に収まるように、少なくとも硝酸計７より上流側の散気部６からの気体供給量を一様または個別に制御することによって、硝酸計７より上流側の脱窒反応および硝化反応を制御できることを知見した。

　さらに、本発明者の知見によれば、アンモニア計１１を硝酸計７の下流側の硝化反応が進む領域に設置することによって、反応槽２の後半部分における硝化反応を制御することができるとともに、反応槽２から流出する処理水におけるアンモニア濃度を制御することができる。これにより、本発明者は、アンモニア計１１によるアンモニア濃度の計測によって、硝酸計７より下流側における反応槽２内の被処理水における、硝化反応の進行状態を確認できるとともに脱窒反応の状態をも確認することができることを知見した。すなわち、本発明者は、アンモニア計１１を硝酸計７より下流側に設置して、アンモニア計１１により計測されるアンモニア濃度が所定範囲に収まるように、少なくとも硝酸計７とアンモニア計１１との間における散気部６ｃ，６ｄからの気体の供給量を制御することによって、アンモニア計１１より上流側の脱窒反応および硝化反応を制御できることを知見した。これにより、本発明者は、固液分離槽３からの返送汚泥によって反応槽２の比較的前半側である好気槽２ａ，２ｂにおける脱窒反応を維持することができるのみならず、比較的後半側である好気槽２ｃ，２ｄにおける脱窒反応を維持することができ、安定して窒素除去を行うことができることを想起するに至った。

　そこで、本発明においては、まず、制御部９は、好気槽２ｃの流入側に設置した硝酸計７による硝酸濃度をモニタリングするとともに、硝酸計７の下流側のアンモニア計１１によるアンモニア濃度をモニタリングする。そして、硝酸計７による硝酸濃度の計測値に伴って、被処理水の流れ方向に沿って少なくとも硝酸計７より上流側の気体供給量制御部１０ａ，１０ｂを制御するとともに、アンモニア計１１によるアンモニア濃度の計測値に伴って、被処理水の流れ方向に沿って少なくとも硝酸計７より下流側の気体供給量制御部１０ｃ，１０ｄを制御する。これにより、制御部９は、反応槽２における気体供給量、すなわちそれぞれの好気槽２ａ～２ｄの気体供給量を制御する。

　そして、硝酸計７によって硝化反応により硝化されて生じた硝酸に対する所望割合の脱窒が確認できない場合には、被処理水の流れ方向に沿った硝酸計７より少なくとも上流側の散気部６ａ，６ｂによる気体の供給量を個別または一様に増減制御する。そして、制御部９がこれらの気体供給量を制御することによって、反応槽２内の硝酸計７より上流側における被処理水において、硝化反応を抑制しつつ脱窒反応を進行させることができる。硝酸計７より下流側においては、被処理水の上流側から下流側への流れに沿って被処理水中の溶存酸素量が増加するので、脱窒反応が進行しつつも被処理水はより好気条件となって硝化反応が急速に進行して、アンモニア（ＮＨ₄）が急速に減少するとともに、硝酸（亜硝酸性窒素（ＮＯ_２－Ｎ）および硝酸性窒素（ＮＯ_３－Ｎ））の濃度が急速に増加する。

　この場合、反応槽２における脱窒反応を制御することを考慮すると、硝酸計７は、脱窒反応および硝化反応が共存する領域のうちの脱窒反応の制御を所望する位置、例えば、硝化反応による硝酸の発生を抑制しつつ脱窒反応を進行させる必要のある反応槽２における領域の最下流側に設置することが望ましい。これにより、反応槽２内の硝酸計７より上流側における被処理水において、硝化反応を抑制しつつ脱窒反応を進行させることができる。また、硝酸計７より下流側においては、被処理水の上流側から下流側への流れに沿って被処理水中の溶存酸素量が増加するので、脱窒反応が進行しつつ被処理水はより好気条件となって硝化反応が急速に進行して、アンモニア（ＮＨ₄）が急速に減少する。そして、この硝化反応の進行に伴って、硝酸（亜硝酸性窒素（ＮＯ_２－Ｎ）および硝酸性窒素（ＮＯ_３－Ｎ））の濃度が急速に増加する。そのため、アンモニア計１１は、アンモニア性窒素の窒素濃度がほぼ最小になるような位置の近傍に設置することが望ましい。そのため、この第１の実施形態においては、アンモニア計１１を好気槽２ｄの流出側に設置するのが望ましい。

　そして、この第１の実施形態においては、まず、硝酸計７が、好気槽２ｃの流入側におけるＮＯ_２－ＮおよびＮＯ_３－Ｎの合計の硝酸濃度を測定する（図４中、ステップＳＴ３）とともに、アンモニア計１１が好気槽２ｄの流出側におけるＮＨ₄－Ｎの濃度（アンモニア濃度）を測定する（図４中、ステップＳＴ４）。これらの計測後、硝酸計７は硝酸濃度の計測値を制御部９に供給するとともに、アンモニア計１１はアンモニア濃度の計測値を制御部９に供給する。制御部９は、供給されたアンモニア濃度および硝酸濃度の値が所定範囲内であるか否かを判断する（図４中、ステップＳＴ５）。

　制御部９に供給された硝酸濃度の計測値が所定範囲内、すなわちあらかじめ設定した目標範囲（設定目標範囲）であり、かつアンモニア濃度の計測値が所定範囲内である場合（図４中、ステップＳＴ５：Ｙｅｓ）、制御部９は、硝酸計７による硝酸濃度のモニタリング、およびアンモニア計１１によるアンモニア濃度のモニタリングを継続する（図４中、ステップＳＴ３，ＳＴ４）。

　一方、制御部９が、硝酸濃度の計測値が設定目標範囲未満、すなわち設定目標範囲の下限未満、またはアンモニア濃度の計測値が所定範囲外であると判断する（図４中、ステップＳＴ５：Ｎｏ）と、気体供給量制御部１０ａ～１０ｄに制御信号を供給して、好気槽２ａ～２ｄにおける散気部６ａ～６ｄからの気体供給量を増加させたり減少させたりする制御を行う（図４中、ステップＳＴ６）。

　具体的には、制御部９は、硝酸計７により測定される硝酸濃度の値が例えば５．０ｍｇ／Ｌ以下のあらかじめ設定した目標範囲になるように、好気槽２ａ～２ｄ、特に好気槽２ａ，２ｂにおける気体供給量を制御する。すなわち、制御部９は、硝酸計７から供給された硝酸濃度の値が設定目標範囲の下限未満であると判断する（図４中、ステップＳＴ５：Ｎｏ）と、少なくとも好気槽２ａ，２ｂにおける硝酸濃度を増加させるように、少なくとも散気部６ａ，６ｂからの気体供給量を増加させる制御を行う（図４中、ステップＳＴ６）。

　一方、制御部９は、硝酸計７から供給された硝酸濃度の値が設定目標範囲の上限を超えたと判断する（図４中、ステップＳＴ５：Ｎｏ）と、少なくとも好気槽２ａ，２ｂにおける硝酸濃度を低下させるように、少なくとも散気部６ａ，６ｂによる気体供給量を減少させる制御を行う（図４中、ステップＳＴ６）。

　また、制御部９は、硝酸濃度の値に基づく気体供給量の制御とともに、アンモニア計１１により測定されるアンモニア濃度の値が例えば１．０～５．０ｍｇ／Ｌ、好適には１．０～２．０ｍｇ／Ｌに収まるように、好気槽２ａ～２ｄ、特に硝酸計７とアンモニア計１１との間の好気槽２ｃ，２ｄにおける気体供給量を制御する。なお、アンモニア濃度の上限の値は、硝化反応を制御するための値であり、この値が大きすぎると硝化反応が進みすぎてしまい、脱窒反応による窒素除去が低下してしまう。他方、アンモニア濃度の下限の値は、０ｍｇ／Ｌより大きい時には、反応槽２内の硝酸計７より下流側において脱窒反応が存在していることの確認になる。そのため、アンモニア濃度の下限は０ｍｇ／Ｌより大きいことが望ましい。さらに、アンモニア濃度の範囲が、１．０ｍｇ／Ｌより小さくなるとアンモニア計１１の計測精度が低下してしまい、５．０ｍｇ／Ｌより大きくなると処理水質が悪化してしまうため、処理水質の要求水質を考慮すると、１．０～５．０ｍｇ／Ｌに制御することが望ましい。なお、この設定目標範囲については、反応槽２の形状、寸法などの設計に応じて最適な設定目標範囲が反応槽ごとに設定可能である。

　具体的には、制御部９は、アンモニア計１１から供給されたアンモニア濃度の値が例えば１．０ｍｇ／Ｌ未満であると判断する（図４中、ステップＳＴ５：Ｎｏ）と、少なくとも好気槽２ｃ，２ｄにおけるアンモニア濃度を増加させるように、少なくとも散気部６ｃ，６ｄによる気体供給量を減少させる制御を行う（図４中、ステップＳＴ６）。一方、制御部９は、アンモニア計１１から供給されたアンモニア濃度の値が例えば５．０ｍｇ／Ｌ、好適には２．０ｍｇ／Ｌを超えたと判断した場合（図４中、ステップＳＴ５：Ｎｏ）、少なくとも好気槽２ｃ，２ｄにおけるアンモニア濃度を低下させるように、少なくとも散気部６ｃ，６ｄによる気体供給量を増加させる制御を行う（図４中、ステップＳＴ６）。なお、制御部９による気体供給量の制御においては、曝気を連続的に行ってもよく、気体供給量を０とした曝気の停止制御を含んで間欠的に行っても良い。

　すなわち、上述した散気部６ａ～６ｄの制御においては、散気部６ａ～６ｄからの気体供給量を一様に増減させたり、散気部６ａ，６ｂからの気体供給量を増減させつつ散気部６ｃ，６ｄからの気体供給量を一定に維持させたりすることが可能である。なお、硝酸計７の設置位置に応じて、増減制御を行う必要のある散気部６が選択される。具体的には、硝酸計７を好気槽２ａの下流側または好気槽２ｂの上流側に設置した場合においては、制御部９は、少なくとも気体供給量制御部１０ａにより、散気部６ａからの気体供給量を制御する。反対に、硝酸計７を好気槽２ｃまたは好気槽２ｄの上流側に設置した場合には、制御部９は、少なくとも気体供給量制御部１０ａ～１０ｃにより、散気部６ａ～６ｃからのそれぞれの気体供給量を制御する。また、制御部９は、散気部６ａ～６ｄに対してそれぞれ、気体供給量制御部１０ａ～１０ｄごとに独立した制御を行っても、互いに同一の制御を行っても、複数選択して集団化させた散気部６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄごとに制御を行っても良い。

　このように、制御部９がそれぞれの気体供給量制御部１０ａ，１０ｂに制御信号を供給して、それぞれの散気部６ａ，６ｂにおける気体供給量を制御することにより、好気槽２ａ，２ｂ内において、脱窒反応と硝化反応とを適切に共存させて、反応槽２の内部における脱窒反応の生成を制御することが可能となる。さらに、制御部９がそれぞれの気体供給量制御部１０ｃ，１０ｄに制御信号を供給して、それぞれの散気部６ｃ，６ｄにおける気体供給量を適切に制御していることにより、アンモニア濃度を制御することができ、好気槽２ｃ，２ｄにおける硝化反応を制御することができるので、返送汚泥によって好気槽２ａ，２ｂにおける脱窒反応を維持することが可能となる。また、制御部９が気体供給量を最適に制御していることにより、散気部６ａ～６ｄによる気体供給量を必要十分な量に制御することができ、ブロア８の消費電力量を削減して、排水処理における消費電力を削減することも可能となる。

　以上説明した本発明の第１の実施形態によれば、反応槽２を構成する複数の好気槽２ａ～２ｄにおいて、反応槽２の中間の位置である好気槽２ｃの流入部側に硝酸計７を設置するとともに、好気槽２ｄの流出側にアンモニア計１１を設置して、これらの硝酸計７による硝酸濃度およびアンモニア計１１によるアンモニア濃度の測定に基づいて、硝酸濃度およびアンモニア濃度が所定範囲内に収まるように、好気槽２ａ～２ｄにおける気体供給量を制御している。これにより、主に反応槽２の前半部分である好気槽２ａ，２ｂにおいて行われる脱窒反応および硝化反応を制御するとともに、反応槽２の後半部分である好気槽２ｃ，２ｄにおいて行われる硝化反応を制御することができるので、窒素除去率を向上させることができるとともに、被処理水の有機物負荷や窒素負荷に応じて反応槽２に適正な量の酸素を供給することができる。また、反応槽２と同形状の別の反応槽があり、同条件で排水の流入、返送汚泥の返送がある場合、その別の反応槽も反応槽２と同条件で気体供給量の制御をして、適正な量の酸素を供給することができる。

　（第１の実施形態の変形例１）
　また、この第１の実施形態においては、反応槽２を４槽の好気槽２ａ～２ｄから構成したが、この反応槽２を被処理水の流れが生じる単一槽とすることも可能である。図２Ｂは、第１の実施形態の変形例１としての、反応槽２を単一槽から構成した場合の平面図である。図２Ｂに示すように、散気手段としては、複数の散気部６ａ～６ｄの代わりに単体の散気部６から構成しても良い。この場合においても、硝酸計７は、被処理水の流れ方向に沿って、脱窒反応を制御する必要がある領域の最下流側の所望の位置に設けられるが、ここでは反応槽２の被処理水の流れ方向に沿ったほぼ中間の位置に設けられる。なお、散気手段を単体の散気部６から構成した場合であっても、散気部６における反応槽２内での気体の供給部分ごとに気体供給量を制御可能に構成しても良い。また、反応槽２を単一槽とした場合においても、散気手段を、上述した第１の実施形態と同様に複数の散気部から構成してもよい。そして、反応槽２を単一槽とし、散気手段を複数の散気部から構成する場合においても、複数の散気部を互いに独立して制御しても、互いに同一に制御しても良い。

　（第２の実施形態）
　次に、本発明の第２の実施形態による制御装置を備えた排水の処理装置について説明する。図５は、この第２の実施形態による排水の処理装置を示す構成図である。

　図５に示すように、この第２の実施形態による排水の処理装置においては、第１の実施形態と異なり、反応槽２は、複数段の好気槽ではなく単一の好気槽である硝化脱窒反応槽から構成されている。また、この反応槽２の被処理水の流れ方向において所望の位置、すなわち、より上流側の被処理水中の脱窒反応を制御するための所定位置に硝酸計７が設置されている。硝酸計７は、この所定位置における硝酸濃度を測定して測定結果を制御部９に供給する。制御部９は、供給された硝酸濃度に基づいて、硝酸計７より少なくとも上流側の散気部６ａ，６ｂの気体供給量（曝気量）を制御する。なお、制御部９は、反応槽２に亘って、散気部６ａ～６ｄを一様に制御することも可能であり、散気部６ａ，６ｂと散気部６ｃ，６ｄとをそれぞれ個別に制御することも可能である。

　また、反応槽２に対して、被処理水の流れ方向に沿った前段には、嫌気槽１２が設けられている。嫌気槽１２は、窒素含有水である被処理水が最初沈殿池１を介して流入する槽である。嫌気槽１２内には、外部のモータ１２ａにより回転可能な攪拌部１２ｂが設けられており、この攪拌部１２ｂにより、嫌気槽１２内の活性汚泥が攪拌される。なお、下水処理場の構成によっては最初沈殿地１が設けられていない場合もあり、この場合には原水は最初に嫌気槽１２に流入する。この嫌気槽１２は、嫌気環境下でリン蓄積細菌の作用によって被処理水に対し脱リン処理（嫌気処理）を施すための槽である。そして、嫌気槽１２においては、嫌気条件下で被処理水中に含まれる有機物が活性汚泥に取り込まれるとともに、活性汚泥中に含まれるリンが原水中に放出される。

　また、固液分離槽３の底部に接続された汚泥返送経路５によって、固液分離槽３の底部に堆積した活性汚泥４ｂが嫌気槽１２に返送される。これにより、嫌気槽１２および下流側の反応槽２内の生物量を所定量に維持することができる。なお、固液分離槽３において生成された活性汚泥４ｂの残部は余剰汚泥として外部に排出される。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、説明を省略する。

　この第２の実施形態においては、単一槽からなる反応槽２の第１の所定位置に、計測した硝酸濃度を制御部９に供給する硝酸計７を設置しているとともに、第２の所定位置に計測したアンモニア濃度を制御部９に供給するアンモニア計１１を設置していることにより、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

　（第３の実施形態）
　次に、本発明の第３の実施形態による制御装置を備えた排水の処理装置について説明する。図６は、第３の実施形態による排水の処理装置における嫌気槽１２および反応槽２を示す斜視透過図である。図６において、以下の説明のために、嫌気槽１２および反応槽２における図面手前側の側壁は記載していない。また、図７Ａおよび図７Ｂはそれぞれ、図６におけるＡ－Ａ線およびＢ－Ｂ線に沿った反応槽の断面図である。

　図６に示すように、この反応槽２は単一槽から構成されているとともに、被処理水の流れ方向に沿った反応槽２の前段には嫌気槽１２が設けられている。嫌気槽１２には一方の側から原水が流入され、嫌気槽１２において嫌気処理された被処理水が、他方の側から反応槽２に供給される。

　また、反応槽２の内部には、反応槽２の高さ方向に沿ったほぼ中間に板状の散気部６が設けられている。散気部６は、反応槽２の長手方向である被処理水の流れ方向に沿った所定の区画ごとに、気体供給量制御部１０によって気体の供給量を調整可能に構成されている。

　また、反応槽２における被処理水の流れ方向、すなわち反応槽２の長手方向に沿った第１の所定位置に硝酸濃度を計測可能な硝酸計７が設置されている。硝酸計７は計測した硝酸濃度を制御部９に供給する。制御部９は、供給された硝酸濃度の計測値に応じ、所定のプログラムに従って、気体供給量制御部１０に制御信号を供給する。気体供給量制御部１０は、供給された制御信号に応じて、散気部６の全体に亘って一様になるように気体供給量を制御したり、散気部６の所定の区画ごとに気体供給量を制御したりする。

　さらに、反応槽２における被処理水の流れ方向、すなわち反応槽２の長手方向に沿った第２の所定位置にアンモニア濃度を計測可能なアンモニア計１１が設置されている。アンモニア計１１は計測したアンモニア濃度を制御部９に供給する。制御部９は、供給されたアンモニア濃度の計測値に応じ、所定のプログラムに従って、気体供給量制御部１０に制御信号を供給する。気体供給量制御部１０は、供給された制御信号に応じて、散気部６の所定の区画ごとの気体供給量を制御する。

　また、反応槽２内には、その中央部分に、反応槽２の長手方向に沿って仕切り板１３が設けられている。仕切り板１３は、その厚さ方向が反応槽２の底面とほぼ平行になるように設置されている。換言すると、仕切り板１３は、その面が反応槽２の底面に対して垂直になるように設置されている。そして、この仕切り板１３によって、反応槽２の内部は、仕切り板１３の上方部分および下方部分が開いて部分的に仕切られた状態になっている。

　そして、以上のように構成された反応槽２内において、被処理水を流しつつ散気部６から被処理水に気体を供給して曝気を行うと、曝気された気体は、仕切り板１３に沿って上昇して、仕切り板１３に仕切られた状態で反対面側に旋回する。これとともに被処理水は、反応槽２の長手方向に沿って流動しているため、曝気された気体は図６中矢印Ｃのように螺旋状の旋回流を形成しながら、被処理水に溶存していく。同様にして、被処理水は反応槽２の長手方向の軸をほぼ中心とするような螺旋状に旋回しつつ、反応槽２の長手方向に沿って進行する。なお、散気部６からの気体供給量は、被処理水の流入量や反応槽２の大きさや形状などの条件に応じて設定される。

　そして、硝酸計７が設けられた位置における断面図である図７Ａ中の矢印Ｃに示すように、散気部６から曝気された気体は被処理水とともに仕切り板１３の上方部分の間隙を通過して反対側に旋回する。また、気体の旋回に随伴する被処理水は、仕切り板１３の下方部分の間隙を通過して、散気部６の下方に到達する。この場合、被処理水の旋回流の流れ方向（矢印Ｃ）に沿って、上流側の好気領域３１と下流側の無酸素嫌気領域３２とが共存状態となる。好気領域３１は、好気性の硝化菌によって硝化反応が促進されて硝化領域を構成する一方で、無酸素嫌気領域３２は、嫌気性の脱窒菌によって脱窒反応が促進されて脱窒領域を構成する。

　そして、反応槽２の長手方向に沿った上流側においては、被処理水には、図７Ａに示す位置より上流側の散気部６からの気体供給量に基づいた酸素が溶存している。これに対し、アンモニア計１１が設けられた位置における断面図である図７Ｂに示す位置においては、さらに反応槽２の長手方向に沿った下流側であるため、図７Ａに示す位置に比して、溶存酸素量が多くなっている。そのため、図７Ｂに示す無酸素嫌気領域３２は、図７Ａに示す無酸素嫌気領域３２に比して、その領域が縮小している。すなわち、被処理水は、反応槽２の長手方向に沿って上流側から下流側に向かって流れることから、下流に行くほど酸素との接触量が増加するので、溶存酸素が増加して好気領域３１が拡大する。そのため、この反応槽２の内部の被処理水においては、脱窒領域は上流側から下流側になるに従って減少傾向になる。一方、硝化領域は、上流側から下流側になるに従って増加傾向になる。

　以上のことから、反応槽２の上流側においては、硝化反応が共存しつつも脱窒反応が促進され、下流側においては脱窒反応が生じつつも硝化反応が促進される。これにより、図３に示すように、反応槽２の上流側では、硝化反応が行われてもすぐに脱窒反応が進行するため、硝酸系窒素（ＮＯ₃－Ｎ）や亜硝酸系窒素（ＮＯ₂－Ｎ）はほとんど現出しない。そして、反応槽２の下流側に進むに従って、脱窒反応によって全窒素濃度が減少しつつも、硝化反応が促進されることによって硝酸濃度が増加する。なお、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。

　以上説明したこの第３の実施形態によれば、反応槽２の内部において、仕切り板１３を設けつつ散気部６からの気体の供給によって、被処理水の旋回流を形成していることにより、硝化反応と脱窒反応とを制御良く共存させつつ、上流側において硝化反応による硝酸の現出をより効率良く抑制できるとともに、下流側において硝化反応を促進できるので、硝酸計７によって硝酸濃度を計測しつつ、この硝酸濃度が設定範囲内に納まるように散気部６を制御することにより、反応槽２における脱窒反応と硝化反応とをより正確に制御することが可能となる。

　（反応槽および散気部の変形例）
　次に、上述した本発明の実施形態における反応槽２および内部の散気部６に関する変形例について説明する。

　（変形例２）
　図８Ａは、変形例２による反応槽２を示す構成図である。図８Ａに示すように、変形例２による反応槽２においては、第２の実施形態と同様に、反応槽２の内部に複数の散気部１６ａ，１６ｂ，１６ｃが設けられている。これらの散気部１６ａ～１６ｃはそれぞれ、制御部９（図８Ａ中、図示せず）からの制御信号に基づいて、気体供給量を制御する気体供給量制御部１９ａ，１９ｂ，１９ｃにより制御される。また、第２の実施形態とは異なり、それぞれの散気部１６ａ～１６ｃの間は、所定間隔に隔てて設けられている。すなわち、反応槽２の全体としては気体が供給されている一方、被処理水の流れ方向に沿って局所的に、気体が供給される領域と気体が供給されない領域とが順次、交互または繰り返して形成される。これにより、反応槽２内において、好気性細菌の硝化菌と通性嫌気性の脱窒菌とを共存させつつ、それらの活動を交互に活発化させることができるので、第３の実施形態において説明した反応槽２のように、反応槽２内において、硝化反応が生じる領域と脱窒反応が生じる領域とを制御性良く形成することができる。

　（変形例３）
　また、図８Ｂは、変形例３による反応槽２を示す構成図である。図８Ｂに示すように、変形例３による反応槽２においては、第２の実施形態におけると同様に、反応槽２の内部に複数の散気部２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ，２６ｅが設けられている。そして、これらの散気部２６ａ～２６ｅはそれぞれ、制御部９（図８Ｂ中、図示せず）からの制御信号に基づいて、気体供給量を制御する気体供給量制御部２９ａ，２９ｂ，２９ｃ，２９ｄ，２９ｅにより制御される。また、第２の実施形態とは異なり、制御部９により、複数の散気部２６ａ～２６ｅに対して選択的に、曝気を行う散気部と曝気を行わない散気部とが設定される。なお、図８Ｂにおいては、散気部２６ａ，２６ｃ，２６ｅが曝気を行うとともに、散気部２６ｂ，２６ｄが散気を行わないように制御される。そして、これらの散気部２６ａ～２６ｅのうちの曝気を行う散気部と曝気を行わない散気部とは、反応槽２内を流れる被処理水の水質性状に応じて適宜選択される。すなわち、反応槽２の全体としては気体が供給されている一方、被処理水の流れ方向に沿って局所的に、気体が供給される領域と気体が供給されない領域とが順次、交互または繰り返して形成される。これにより、反応槽２内において、好気性細菌の硝化菌と通性嫌気性の脱窒菌とを共存させつつ、それらの活動を順次、交互、または繰り返して活発化させることができるので、第３の実施形態による反応槽２と同様に、反応槽２内において、硝化反応が生じる領域と脱窒反応が生じる領域とを制御性良く形成することができる。

　（変形例４）
　また、図８Ｃは、変形例４による反応槽２を示す構成図である。図８Ｃに示すように、変形例４による反応槽２においては、第１の実施形態における変形例１と同様に、反応槽２の内部に単体の散気部３６が設けられている。そして、この散気部３６は、制御部９（図８Ｃ中、図示せず）からの制御信号に基づいて、気体供給量を制御する気体供給量制御部３９により制御される。また、変形例３とは異なり、制御部９により、散気部３６は、時間の経過に従って、順次、交互、または繰り返して曝気を行ったり曝気を行わなかったりするように制御される。

　図８Ｄは、この曝気の有無のタイミングを示すタイミングチャートの一例である。図８Ｄに示すように、散気部３６による曝気を行う時間（図８Ｄ中、ＯＮ）と、曝気を行わない時間（図８Ｄ中、ＯＦＦ）とは、反応槽２内を流れる被処理水の水質性状などの種々の条件によって適宜設定される。すなわち、反応槽２の全体としては気体が供給される一方、時間の経過に従って、被処理水に気体が供給される時間と供給されない時間とが順次、交互または繰り返して設定される。これにより、反応槽２内において、好気性細菌の硝化菌と通性嫌気性の脱窒菌とを共存させつつ、それらの活動を時間の経過に従って、順次、交互、または繰り返して活発化させることができるので、第３の実施形態において説明した反応槽２と同様に、反応槽２内において、硝化反応が生じる領域と脱窒反応が生じる領域とを制御性良く形成することができる。

　（変形例５）
　さらに、図８Ｅは、変形例５による反応槽２を示す構成図である。図８Ｅに示すように、変形例５による反応槽２においては、変形例４と同様に反応槽２の内部に単体の散気部４６が設けられている。そして、この散気部４６は、制御部９（図８Ｅ中、図示せず）からの制御信号に基づいて、気体供給量を制御する気体供給量制御部４９により制御される。また、反応槽２内には、好気性細菌の硝化菌と通性嫌気性の脱窒菌とをともに担持した担体４３が複数投入されている。そして、反応槽２内に散気部４６から気体が供給されると反応槽２内が攪拌され、処理水中において担体４３が流動して被処理水内において担体４３は略一様に分布する。図８Ｆは、この担体４３の断面構造を示す断面図である。

　図８Ｆに示すように、担体４３は、粒状の樹脂製担体からなり、担体４３が被処理水中において、流動しても菌を保持可能である限りにおいて、その大きさや形状は種々の大きさや形状を採用できる。例えば、円柱形、球形等で、外径寸王が数ｍｍ程度のものが好ましい。また、担体４３の表面部の硝化反応ゾーンには主に好気性の硝化菌が、脱窒反応ゾーンには主に通性嫌気性の脱窒菌が担持されるようにしている。具体的には、担体４３は、硝化反応に寄与する好気性の硝化菌を外側領域４３ａに、この硝化菌に取り囲まれる形態で嫌気性の脱窒反応に寄与する通性嫌気性の脱窒菌を優占種として内側領域４３ｂに、それぞれ存在させる２層の微生物膜を表面部に担持させている。これにより、被処理水中の担体４３において、優占種として、より外側に位置する硝化菌は好気性条件とされ、より内側に位置する脱窒菌は、硝化菌に取り囲まれる形態で嫌気性条件が確保される。

　すなわち、反応槽２の全体としては気体が供給される一方、反応槽２の被処理水内における担体４３自体によって、好気性の硝化菌と嫌気性の脱窒菌とが共存して、硝化反応と脱窒反応とが共存した状態を形成することができる。これにより、反応槽２内において、好気性細菌の硝化菌と通性嫌気性の脱窒菌とを共存させつつ、それらの活動をともに活発化させることができるので、反応槽２内において、硝化反応と脱窒反応とを制御性良く共存させることができる。

　（脱窒確認手段の変形例）
　次に、上述した本発明の各実施形態における脱窒確認手段として用いる計器に関する変形例について説明する。

　（変形例６）
　まず、変形例６について説明する。図９Ａは、第３の実施形態による反応槽２を示す図７Ａに対応した変形例６による反応槽２の断面図である。また、図９Ｂは、脱窒速度および硝化速度における溶存酸素濃度依存性を示すグラフである。この変形例６においては、脱窒確認手段として一対の溶存酸素（ＤＯ）計を用いる。

　すなわち、図９Ａに示すように、旋回流を形成する反応槽２の内部において、好気領域３１および無酸素嫌気領域３２はそれぞれ、被処理水の旋回流に沿って上流側および下流側に順次形成される。そして、この変形例６においては、第３の実施形態とは異なり、あらかじめ形成が判明している好気領域３１および無酸素嫌気領域３２にそれぞれ、溶存酸素濃度（ＤＯ濃度）を計測する第１のＤＯ計５１ａおよび第２のＤＯ計５１ｂが一対で設置されている。なお、反応槽２内の旋回流が一般に螺旋状であることから、第１のＤＯ計５１ａおよび第２のＤＯ計５１ｂは、反応槽２の長手方向に沿って若干ずれた位置に設置するのが好ましいが、図９Ａにおいては便宜上、反応槽２の長手方向に沿った同じ位置に記載している。また、それぞれの第１のＤＯ計５１ａおよび第２のＤＯ計５１ｂによって計測されたＤＯ濃度の計測値はそれぞれ、制御部９に供給される。その他の構成は、第３の実施形態と同様であるので、説明を省略する。

　次に、脱窒確認手段としてＤＯ計を用いた場合における制御部９による制御方法について説明する。まず、第２のＤＯ計５１ｂが無酸素嫌気領域３２におけるＤＯ濃度ＤＯ２を計測する。第２のＤＯ計５１ｂはＤＯ濃度ＤＯ２を制御部９に供給する。続いて、またはこれとともに、第１のＤＯ計５１ａが好気領域３１におけるＤＯ濃度ＤＯ１を計測する。第１のＤＯ計５１ａはＤＯ濃度ＤＯ１を制御部９に供給する。

　制御部９は、無酸素嫌気領域３２におけるＤＯ濃度ＤＯ２が、所定のＤＯ濃度範囲内、本発明者が実験から得た知見によれば具体的には例えば０ｍｇ／Ｌより大きく０．５ｍｇ／Ｌ以下（０ｍｇ／Ｌ＜ＤＯ２≦０．５ｍｇ／Ｌ）であるか否かを判断する。ここで図９Ｂに示すように、ＤＯ濃度が０．５ｍｇ／Ｌ以下の場合、脱窒速度のＤＯ濃度依存性は上に凸のグラフとなっており、ＤＯ濃度が減少するに従って処理速度は増加する。また、ＤＯ濃度が０．５ｍｇ／Ｌ以下の場合、硝化速度のＤＯ濃度依存性は極めて小さい速度である。そのため、第２のＤＯ計５１ｂにより計測された無酸素嫌気領域３２における被処理水のＤＯ濃度ＤＯ２が０．５ｍｇ／Ｌ以下であれば、この第２のＤＯ計５１ｂより反応槽２の長手方向に沿った上流側において、硝化処理が抑制されつつ脱窒処理を効率良く行われていることが確認できる。

　そして、図９Ａに示す無酸素嫌気領域３２におけるＤＯ濃度ＤＯ２が所定のＤＯ濃度範囲外となった場合、制御部９は、散気部６からの気体供給量を制御することにより、無酸素嫌気領域３２におけるＤＯ濃度が所定のＤＯ濃度範囲内になるように制御する。具体的には、ＤＯ濃度ＤＯ２が所定のＤＯ濃度範囲の上限（例えば０．５ｍｇ／Ｌ）を超えた場合、被処理水の流れ方向に沿った、少なくとも第２のＤＯ計５１ｂより上流側の気体供給量を減少させる。一方、ＤＯ濃度ＤＯ２が所定のＤＯ濃度範囲の下限を下回った場合、被処理水の流れ方向に沿った、少なくとも第２のＤＯ計５１ｂより上流側の気体供給量を増加させる。

　また、制御部９は、好気領域３１におけるＤＯ濃度ＤＯ１が、無酸素嫌気領域３２におけるＤＯ濃度ＤＯ２に対して、所定のＤＯ濃度、具体的には例えば０．５ｍｇ／Ｌだけ高いＤＯ濃度以上（ＤＯ２＋０．５ｍｇ／Ｌ≦ＤＯ１）であるか否かを判断する。ここで図９Ｂに示すように、ＤＯ２＋０．５ｍｇ／Ｌの取り得る範囲として、ＤＯ濃度が０．５ｍｇ／Ｌより大きい場合、硝化速度のＤＯ濃度依存性は単調増加しており、ＤＯ濃度が増加するに従って処理速度も増加する。そのため、第１のＤＯ計５１ａより計測された好気領域３１における被処理水のＤＯ濃度ＤＯ１が、無酸素嫌気領域３２における被処理水のＤＯ濃度ＤＯ２より０．５ｍｇ／Ｌ以上大きければ、この第１のＤＯ計５１ａより反応槽２の長手方向に沿った下流側において、脱窒処理が行われつつ硝化処理が促進されることを確認できる。

　そして、図９Ａに示す好気領域３１におけるＤＯ濃度ＤＯ１が、無酸素嫌気領域３２におけるＤＯ濃度ＤＯ２に所定のＤＯ濃度（例えば０．５ｍｇ／Ｌ）だけ加算したＤＯ濃度未満になった場合、制御部９は、散気部６からの気体供給量を制御することによって、好気領域３１におけるＤＯ濃度ＤＯ１が、ＤＯ濃度ＤＯ２より所定のＤＯ濃度以上高いＤＯ濃度になるように制御する。具体的には、ＤＯ濃度ＤＯ１がＤＯ濃度ＤＯ２に所定のＤＯ濃度（例えば０．５ｍｇ／Ｌ）だけ加算したＤＯ濃度未満となったら、被処理水の流れ方向に沿った、少なくとも第１のＤＯ計５１ａより上流側の気体供給量を増加させる。

　以上説明した変形例６においては、上述した実施形態において硝酸計によって行っていた脱窒処理の制御を、一対のＤＯ計を用いて行っている。これにより、反応槽２内において、好気性細菌の硝化菌と通性嫌気性の脱窒菌とを共存させつつ、それらの活動をともに活発化させることができるので、反応槽２内において、硝化反応と脱窒反応とを制御性良く共存させることができる。

　（変形例７）
　次に、変形例７について説明する。図１０Ａは、第３の実施形態による反応槽２を示す図７Ａに対応した変形例７による反応槽２の断面図である。また、図１０Ｂは、脱窒速度および硝化速度における酸化還元電位依存性を示すグラフである。この変形例７においては、脱窒確認手段として一対の酸化還元電位（ＯＲＰ）計を用いる。

　すなわち、図１０Ａに示すように、変形例７においては、第３の実施形態とは異なり、旋回流を形成する反応槽２の内部において、あらかじめ形成されていることが判明している好気領域３１および無酸素嫌気領域３２にそれぞれ、酸化還元電位（ＯＲＰ値）を計測可能な第１のＯＲＰ計５５ａおよび第２のＯＲＰ計５５ｂが一対で設置されている。なお、反応槽２内の旋回流が一般に螺旋状であることから、第１のＯＲＰ計５５ａおよび第２のＯＲＰ計５５ｂは、反応槽２の長手方向に沿って若干ずれた位置に設置するのが好ましいが、図１０Ａにおいては便宜上反応槽２の長手方向に沿った同じ位置に記載している。また、第１のＯＲＰ計５５ａおよび第２のＯＲＰ計５５ｂによって計測されたＯＲＰ値の計測値は制御部９に供給される。その他の構成は、第３の実施形態と同様であるので、説明を省略する。

　次に、脱窒確認手段として一対のＯＲＰ計を用いた場合における制御部９による制御方法について説明する。まず、第２のＯＲＰ計５５ｂが無酸素嫌気領域３２におけるＯＲＰ値ＯＲＰ２を計測する。第２のＯＲＰ計５５ｂはＯＲＰ値ＯＲＰ２を制御部９に供給する。続いて、またはこれとともに、第１のＯＲＰ計５５ａが好気領域３１におけるＯＲＰ値ＯＲＰ１を計測する。第１のＯＲＰ計５５ａはＯＲＰ値ＯＲＰ１を制御部９に供給する。

　制御部９は、無酸素嫌気領域３２におけるＯＲＰ値ＯＲＰ２が、所定のＯＲＰ値範囲内、本発明者が実験から得た知見によれば具体的には例えば－５０ｍＶ以下（ＯＲＰ２≦－５０ｍＶ）であるか否かを判断する。ここで図１０Ｂに示すように、ＯＲＰ値が－５０ｍＶ以下の場合、脱窒速度のＯＲＰ値依存性は上に凸のグラフとなっており、ＯＲＰ値が減少するに従って処理速度は増加する。また、ＯＲＰ値が－５０ｍＶ以下の場合、硝化速度はほとんど０に近い値になる。そのため、第２のＯＲＰ計５５ｂにより計測された無酸素嫌気領域３２における被処理水のＯＲＰ値が－５０ｍＶ以下であれば、この第２のＯＲＰ計５５ｂより反応槽２の長手方向に沿った上流側において、硝化処理が抑制されつつ脱窒処理を効率良く行われていることが確認できる。

　そして、図１０Ａに示す無酸素嫌気領域３２におけるＯＲＰ値ＯＲＰ２が所定のＯＲＰ値範囲外となった場合、制御部９は、散気部６からの気体供給量を制御することにより、無酸素嫌気領域３２におけるＯＲＰ値が所定のＯＲＰ値範囲内になるように制御する。具体的には、ＯＲＰ値ＯＲＰ２が所定のＯＲＰ値範囲の上限（例えば－５０ｍＶ）を超えた場合、被処理水の流れ方向に沿った、少なくとも第２のＯＲＰ計５５ｂより上流側の気体供給量を減少させる。一方、ＯＲＰ値ＯＲＰ２が所定のＯＲＰ値範囲の下限（例えば－１００ｍＶ）を下回った場合、被処理水の流れ方向に沿った、少なくとも第２のＯＲＰ計５１ｂより上流側の気体供給量を増加させる。

　また、制御部９は、好気領域３１におけるＯＲＰ値ＯＲＰ１が、無酸素嫌気領域３２におけるＯＲＰ値ＯＲＰ２に対して、所定のＯＲＰ値、具体的には例えば５０ｍＶだけ高いＯＲＰ値以上（ＯＲＰ２＋５０ｍＶ≦ＯＲＰ１）であるか否かを判断する。ここで図１０Ｂに示すように、ＯＲＰ２＋５０ｍＶの取り得る範囲として、ＯＲＰ値が－５０ｍＶより大きい場合、硝化速度のＯＲＰ値依存性は単調増加し、ＯＲＰ値が増加するに従って処理速度も増加する。そのため、第１のＯＲＰ計５５ａより計測された好気領域３１における被処理水のＯＲＰ値ＯＲＰ１が、無酸素嫌気領域３２における被処理水のＯＲＰ値ＯＲＰ２より５０ｍＶ以上大きければ、この第１のＯＲＰ計５５ａより反応槽２の長手方向に沿った下流側において、脱窒処理が行われつつ硝化処理が促進されることを確認できる。

　そして、図１０Ａに示す好気領域３１におけるＯＲＰ値ＯＲＰ１が、無酸素嫌気領域３２におけるＯＲＰ値ＯＲＰ２に所定のＯＲＰ値（例えば５０ｍＶ）だけ加算したＯＲＰ値未満になった場合、制御部９は、散気部６からの気体供給量を制御することによって、好気領域３１におけるＯＲＰ値ＯＲＰ１が、ＯＲＰ値ＯＲＰ２より所定のＯＲＰ値以上高いＯＲＰ値になるように制御する。具体的には、ＯＲＰ値ＯＲＰ１がＯＲＰ値ＯＲＰ２に所定のＯＲＰ値（例えば５０ｍＶ）だけ加算したＯＲＰ値未満となったら、被処理水の流れ方向に沿った、少なくとも第１のＯＲＰ計５５ａより上流側の気体供給量を増加させる。

　以上説明した変形例７においては、上述した実施形態において硝酸計によって行っていた脱窒処理の制御を、一対のＯＲＰ計を用いて行っている。これにより、反応槽２内において、好気性細菌の硝化菌と通性嫌気性の脱窒菌とを共存させつつ、それらの活動をともに活発化させることができるので、反応槽２内において、硝化反応と脱窒反応とを制御性良く共存させることができる。

　（変形例８）
　次に、変形例８について説明する。図１１Ａは、第２の実施形態における図５に対応した変形例８による排水処理装置の構成図である。また、図１１Ｂは、目標硝化速度および測定硝化速度を説明するための反応槽内の被処理水の流れに沿って測定した図３に対応するＮＨ₄－Ｎ、ＮＯ_２－Ｎ、およびＮＯ_３－Ｎのそれぞれの窒素濃度、および全窒素濃度を示すグラフである。この変形例８においては、脱窒確認手段として一対のアンモニア計を用いる。

　すなわち、図１１Ａに示すように、変形例８においては、第２の実施形態とは異なり、反応槽２の硝酸計７の代わりに、被処理水の流れ方向に沿った上流側の第１のアンモニア計５８ａと下流側の第２のアンモニア計５８ｂとの一対のアンモニア計からなる硝化速度計５８が設置されている。第１のアンモニア計５８ａおよび第２のアンモニア計５８ｂによって計測されたアンモニア濃度の計測値は、それぞれ制御部９に供給される。その他の構成は、第２の実施形態と同様であるので、説明を省略する。

　次に、脱窒確認手段として一対の第１のアンモニア計５８ａおよび第２のアンモニア計５８ｂからなる硝化速度計５８を用いた場合における、制御部９による制御方法について説明する。まず、第１のアンモニア計５８ａおよび第２のアンモニア計５８ｂがそれぞれ、第１のアンモニア濃度ＮＨ１および第２のアンモニア濃度ＮＨ２を計測する。それぞれの第１のアンモニア濃度ＮＨ１および第２のアンモニア濃度ＮＨ２は、制御部９に供給される。制御部９は、供給された第１のアンモニア濃度ＮＨ１と第２のアンモニア濃度ＮＨ２（ＮＨ１＞ＮＨ２）とから測定硝化速度を算出する。具体的には、上流側の第１のアンモニア計５８ａにより測定されたアンモニア濃度ＮＨ１と、これより下流側のアンモニア濃度ＮＨ２とから、（１１）式に基づいて測定硝化速度を算出する。なお、この測定硝化速度は、図１１Ｂに示す実線の傾きの絶対値に相当し、硝化速度計５８の設置位置に応じて測定硝化速度は２本の実線のように異なる場合がある。

　一方、種々の反応槽２ごとにあらかじめ、処理水目標値としての最終的なアンモニア濃度（目標アンモニア濃度）ＮＨ３が設定されている。制御部９は、この目標アンモニア濃度ＮＨ３と、第１のアンモニア計５８ａの位置において計測されたアンモニア濃度ＮＨ１とから、基準となる硝化速度（目標硝化速度）を算出して、制御部９の記録領域（図示せず）に格納する。この目標硝化速度は、以下の（１２）式に基づいて算出される。なお、この目標硝化速度は、図１１Ｂに示す点線の傾きの絶対値に相当する。

　そして、図１１Ａに示すように、制御部９は、第１のアンモニア計５８ａと第２のアンモニア計５８ｂとの間における測定硝化速度、すなわち硝化速度計５８により計測された測定硝化速度が、目標硝化速度未満になるように、少なくとも第２のアンモニア計５８ｂより上流側の散気部６からの気体供給量を制御する。これにより、第２のアンモニア計５８ｂより上流側における硝化反応の進行を抑制して、この領域における脱窒反応を促進することができる。また、測定硝化速度が目標硝化速度未満であっても、遅くなりすぎてしまうと、反応槽２の流出側においてアンモニア濃度が所望の目標アンモニア濃度ＮＨ３まで減少しない場合がある。そこで、本発明者の実験から得た知見によれば、測定硝化速度は、目標硝化速度の半分より大きくするのが好ましい。すなわち、制御部９は、以下の（１３）式が成り立つように散気部６からの気体供給量を制御する。

　具体的には、目標硝化速度に対する測定硝化速度が（１３）式によって設定された範囲よりも大きくなった場合、すなわち、測定硝化速度が目標硝化速度以上になった場合には、硝化反応が進みすぎていることになる。そのため、制御部９は、反応槽２における被処理水の流れ方向に沿った第２のアンモニア計５８ｂより少なくとも上流側における散気部６ａ，６ｂからの空気の供給量を減少させる。これにより制御部９は、反応槽２において、硝化反応が進みすぎないように制御する。一方、目標硝化速度に対する測定硝化速度が（１３）式によって設定された範囲よりも小さくなった場合、すなわち、測定硝化速度が目標硝化速度の半分以下になった場合には、硝化反応が抑制されすぎていることになる。そのため、制御部９は、反応槽２における被処理水の流れ方向に沿った第２のアンモニア計５８ｂより少なくとも上流側における散気部６ａ，６ｂからの空気の供給量を増加させる。これにより、制御部９は、反応槽２において硝化反応を所望の硝化速度で行うように制御する。

　以上説明した変形例８においては、上述した実施形態において硝酸計によって行っていた脱窒処理の制御を、一対のアンモニア計を用いて行っている。これにより、反応槽２内において、好気性細菌の硝化菌と通性嫌気性の脱窒菌とを共存させつつ、それらの活動をともに活発化させることができる。これによって、反応槽２内において、硝化反応と脱窒反応とを制御性良く共存させることができる。

　（変形例９）
　次に、変形例９について説明する。この変形例９においては、図５に示す第２の実施形態による排水の処理装置と異なり、脱窒確認手段として、硝酸計７の代わりに流量計を用いる。そして、この流量計と、被処理水の流れ方向に沿ってこの流量計より上流側の散気部６ａ、６ｂからの気体供給量と、流量計による計測値の各値での脱窒状況とをあらかじめ検出しておき、これらの相関関係のデータを制御部９の記録領域（図示せず）のデータテーブルに格納しておく。制御部９は、流量計から供給された流量値と、制御部９に格納されたデータテーブルとに基づいて、計測された流量値に対して演算を行うことにより、脱窒反応の状況を予測する。そして、計測された流量値に基づいて、少なくとも流量計の上流側における散気部６ａ，６ｂからの気体供給量を制御する。なお、脱窒反応の状況として、硝酸値、ＤＯ濃度、ＯＲＰ値、硝化速度などの値を採用しても良い。

　この変形例９によれば、流量計と脱窒反応の状況との相関関係に基づいて、制御部９が、少なくとも流量計より上流側の脱窒反応の状況を予測し、この予測に基づいて、流量計より上流側の散気部６ａ，６ｂからの気体供給量を制御していることにより、反応槽２内において、好気性細菌の硝化菌と通性嫌気性の脱窒菌とを共存させつつ、それらの活動をともに活発化させることができる。これによって、反応槽２内において、硝化反応と脱窒反応とを制御性良く共存させることができる。

　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はあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる数値を用いてもよい。

　また、上述の実施形態においては、いわゆる標準活性汚泥法による排水の生物処理について説明したが、本発明は、必ずしもこの方法に限定されるものではなく、好気槽を用いる種々の処理方法に適用することができる。具体的に、本発明は、ＡＯ（嫌気－好気）法、Ａ₂Ｏ（嫌気－無酸素－好気）法、硝化＋内生脱窒法、多段ステップ流入式硝化脱窒法、および多段ステップ流入式Ａ₂Ｏ法などの好気槽を用いる各種の排水の処理方法に適用することが可能である。

　また、反応槽２として、深さが１０ｍ程度の深槽旋回流反応槽や、５ｍ程度の浅槽反応槽を採用することも可能である。

　また、上述の実施形態においては、脱窒確認手段として硝酸計、溶存酸素（ＤＯ）計、酸化還元電位（ＯＲＰ）計、アンモニア計、および流量計を用いているが、必ずしもこれらの計器に限定されるものではなく、ＢＯＤ計、ＣＯＤ計、ＴＯＣ計、Ｒｒ計、ＡＴＵ－Ｒｒ計、およびＵＶ計などを採用することが可能である。

　また、上述の実施形態においては、制御部と気体供給量制御部とを別体としているが、これらの制御部と気体供給量制御部とは同一の制御部から構成することも可能であり、同様の機能を有する３つ以上の別体から構成することも可能である。

　また、上述の変形例６，７においては、ＤＯ計やＯＲＰ計を旋回流反応槽に設置しているが必ずしも旋回流反応槽に限定されるものではなく、反応槽２内において脱窒領域および硝化領域が共存している状態が確認可能な反応槽であれば、一対のＤＯ計や一対のＯＲＰ計を用いて、一方の計器によって脱窒領域におけるＤＯ濃度やＯＲＰ値を測定するとともに、他方の計器によって硝化領域におけるＤＯ濃度やＯＲＰ濃度を測定することによって、上述と同様の脱窒領域および硝化領域の形成を制御することができる。さらに、上述した変形例４において説明した反応槽２のように、時間によって脱窒領域と硝化領域とが交互に現出するような反応槽においては、一対のＤＯ計やＯＲＰ計による計測を、１つのＤＯ計やＯＲＰ計で行うことも可能である。

　また、上述の変形例６，７においては、第３の実施形態による反応槽２を用い、変形例８，９においては第２の実施形態による反応槽２を用いているが、変形例６～９において、変形例２～５における反応槽２を採用することも可能である。この場合においては、脱窒領域に設置する計器および硝化領域に設置する計器をそれぞれ、各反応槽２において形成が確認されている硝化領域および脱窒領域に設置することによって、第１～第３の実施形態と同様の効果を得ることができる。

　また、上述の変形例８においては、硝化速度計を複数のアンモニア計、具体的には一対のアンモニア計から構成し、この硝化速度計を用いて反応槽２内の被処理水における硝化速度を測定しているが、硝化速度計は必ずしも一対のアンモニア計に限定されるものではなく、さらに３つ以上のアンモニア計を採用しても、硝化速度を計測可能な各種の装置を採用しても良い。

　１　最初沈殿池
　２　反応槽
　２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ　好気槽
　３　固液分離槽
　４ａ　分離液
　４ｂ　活性汚泥
　５　汚泥返送経路
　６，６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ，１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ，２６ｅ，３６，４６　散気部
　７　硝酸計
　８　ブロア
　９　制御部
　１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，２９ａ，２９ｂ，２９ｃ，２９ｄ，２９ｅ，３９，４９　気体供給量制御部
　１１　アンモニア計
　１２　嫌気槽
　１２ａ　モータ
　１２ｂ　攪拌部
　１３　仕切り板
　３１　好気領域
　３２　無酸素嫌気領域
　４３　担体
　４３ａ　外側領域
　４３ｂ　内側領域
　５１ａ　第１のＤＯ計
　５１ｂ　第２のＤＯ計
　５５ａ　第１のＯＲＰ計
　５５ｂ　第２のＯＲＰ計
　５８　硝化速度計
　５８ａ　第１のアンモニア計
　５８ｂ　第２のアンモニア計

Claims (18)

1. 　反応槽内において窒素含有水の流れに従って前記窒素含有水が含有するアンモニアが硝酸に硝化され、前記窒素含有水の流れ方向に沿った各位置で硝酸の各所望割合が脱窒されるように前記窒素含有水に対して前記流れ方向の略全域に亘って気体を供給する散気手段と、
   　前記窒素含有水の流れ方向における第１の所定位置に設けられ、前記第１の所定位置で生じた硝酸の所望割合が脱窒されているか否かを確認する脱窒確認手段と、
   　前記窒素含有水の流れ方向に沿った前記脱窒確認手段の下流側の第２の所定位置に設けられ、アンモニアの所望割合が硝化されているか否かを確認する硝化確認手段と、
   　前記脱窒確認手段により確認された前記第１の所定位置で硝化されて生じた硝酸の割合に応じて、前記硝酸の所望割合が脱窒されるように、前記窒素含有水の流れ方向に沿って前記脱窒確認手段より少なくとも上流側における前記散気手段による気体の供給量を制御するとともに、前記硝化確認手段により確認された前記第２の所定位置におけるアンモニアの割合に応じて、前記アンモニアの所望割合が硝化されるように、前記窒素含有水の流れ方向に沿って前記硝化確認手段より少なくとも上流側における前記散気手段からの気体の供給量を制御する気体供給量制御手段と、
   　を備えることを特徴とする排水の処理装置。
2. 　前記散気手段が、時間の経過または前記窒素含有水の流れ方向に従って、硝化反応が行われる領域と脱窒反応が行われる領域とを、順次、交互、または繰り返し形成させるように気体を供給可能に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の排水の処理装置。
3. 　前記気体供給量制御手段が、硝化反応により硝化されて生じた硝酸に対する所望割合の脱窒が前記脱窒確認手段によって確認できない場合に、前記窒素含有水の流れ方向に沿って前記脱窒確認手段より少なくとも上流側における前記散気手段による気体の供給量を増減制御することを特徴とする請求項１または２に記載の排水の処理装置。
4. 　前記脱窒確認手段が硝酸濃度を測定可能に構成された硝酸濃度測定手段であるとともに、前記硝酸の所望割合が脱窒されているか否かの確認を、硝酸濃度を測定することにより行い、前記気体供給量制御手段は、前記硝酸濃度測定手段によって測定された硝酸濃度が所定範囲内になるように、少なくとも前記窒素含有水の流れ方向に沿った前記硝酸濃度測定手段より上流側における前記散気手段からの気体の供給量を制御することを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の排水の処理装置。
5. 　前記硝化確認手段がアンモニア濃度を測定可能に構成されたアンモニア濃度測定手段であるとともに、前記アンモニアの所望割合が硝化されているか否かの確認を、アンモニア濃度を測定することにより行い、前記気体供給量制御手段は、前記アンモニア濃度測定手段によって測定されたアンモニア濃度が所定範囲内になるように、前記硝化確認手段より上流側における少なくとも一部の前記散気手段からの気体の供給量を制御することを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の排水の処理装置。
6. 　前記アンモニア濃度測定手段が前記反応槽における前記窒素含有水の流出側の近傍に設置されることを特徴とする請求項５に記載の排水の処理装置。
7. 　前記気体供給量制御手段は、前記硝酸濃度および前記アンモニア濃度がともに所定範囲内に収まるように、前記散気手段から前記窒素含有水への気体の供給量を制御することを特徴とする請求項４～６のいずれか１項に記載の排水の処理装置。
8. 　前記気体供給量制御手段は、前記窒素含有水の流れ方向に沿った全域において、前記散気手段を、前記散気手段からの気体の供給量が略一様になるように制御することを特徴とする請求項１～７のいずれか１項に記載の排水の処理装置。
9. 　前記反応槽の前段に嫌気槽が設けられていることを特徴とする請求項１～８のいずれか１項に記載の排水の処理装置。
10. 　反応槽内を流れる窒素含有水に対して硝化反応および脱窒反応による生物処理を行う生物処理ステップと、
    　前記窒素含有水の流れに従って前記窒素含有水に含まれるアンモニアが硝酸に硝化され、前記窒素含有水の流れ方向に沿った各位置で硝酸の各所望割合が脱窒されるように前記窒素含有水に対して前記流れ方向の略全域に亘って気体を供給する散気ステップと、
    　前記窒素含有水の流れ方向における第１の所定位置で生じた硝酸の所望割合が脱窒されているか否かを確認する脱窒確認ステップと、
    　前記窒素含有水に対して、前記第１の所定位置より前記窒素含有水の流れ方向に沿った下流側の第２の所定位置で前記アンモニアの所望割合が硝化されているか否かを確認する硝化確認ステップと、
    　前記脱窒確認ステップにおいて確認された前記第１の所定位置で硝化されて生じた硝酸の割合に応じて、前記硝酸の所望割合が脱窒されるように、前記窒素含有水の流れ方向に沿った前記第１の所定位置より少なくとも上流側における気体の供給量を制御するとともに、前記硝化確認ステップにおいて確認された前記第２の所定位置におけるアンモニアの割合に応じて、前記アンモニアの所望割合が硝化されるように、前記窒素含有水の流れ方向に沿って前記第２の所定位置より少なくとも上流側における前記散気手段からの気体の供給量を制御する気体供給量制御ステップと、
    　を含むことを特徴とする排水の処理方法。
11. 　時間の経過または前記窒素含有水の流れ方向に従って、硝化反応が行われる領域と脱窒反応が行われる領域とを、順次、交互、または繰り返し形成させるように前記窒素含有水に気体を供給することを特徴とする請求項１０に記載の排水の処理方法。
12. 　前記脱窒確認ステップにおいて確認される硝酸の割合が前記第１の所定位置における硝酸濃度であり、前記気体供給量制御ステップにおいて、前記脱窒確認ステップで測定された硝酸濃度が所定範囲に収まる方向に、前記第１の所定位置より前記窒素含有水の流れ方向に沿った少なくとも上流側における気体の供給量を制御することを特徴とする請求項１０または１１に記載の排水の処理方法。
13. 　前記硝化確認ステップにおいて確認されるアンモニアの割合が前記第２の所定位置におけるアンモニア濃度であり、前記気体供給量制御ステップにおいて、前記硝化確認ステップにおいて測定されたアンモニア濃度が所定範囲に収まる方向に、前記第２の所定位置より前記窒素含有水の流れ方向に沿った少なくとも上流側における気体の供給量を制御することを特徴とする請求項１０～１２のいずれか１項に記載の排水の処理方法。
14. 　前記硝化確認ステップにおいて、前記第２の所定位置が前記反応槽における前記窒素含有水の流出部近傍であることを特徴とする請求項１０～１３のいずれか１項に記載の排水の処理方法。
15. 　窒素含有水の流れ方向における第１の所定位置に設けられるとともに、前記流れ方向に従ってアンモニアが硝酸に硝化され、前記流れ方向に沿った各位置で硝酸の各所望割合が脱窒されるように前記流れ方向の略全域に亘って気体が供給される窒素含有水に対して、前記第１の所定位置で生じた硝酸の所望割合が脱窒されているか否かを確認する脱窒確認手段と、
    　前記窒素含有水の流れ方向に沿った前記脱窒確認手段の下流側の第２の所定位置に設けられ、前記第２の所定位置におけるアンモニアの所望割合が硝化されているか否かを確認する硝化確認手段と、
    　前記脱窒確認手段により確認された前記第１の所定位置で硝化されて生じた硝酸の割合に応じて、前記硝酸の所望割合が脱窒されるように、前記窒素含有水の流れ方向に沿った前記脱窒確認手段より少なくとも上流側における前記窒素含有水に供給する気体の供給量を制御するとともに、前記硝化確認手段により確認された前記第２の所定位置におけるアンモニアの割合に応じて、前記アンモニアの所望割合が硝化されるように、前記窒素含有水の流れ方向に沿って前記硝化確認手段より少なくとも上流側における前記散気手段からの気体の供給量を制御する気体供給量制御手段と、
    　を備えることを特徴とする排水の処理システム。
16. 　窒素含有水の流れに従って前記窒素含有水に含まれるアンモニアが硝酸に硝化され、前記窒素含有水の流れ方向に沿った各位置で硝酸の各所望割合が脱窒されるように前記窒素含有水に前記流れ方向の略全域に亘って気体を供給する散気手段に対して、
    　前記窒素含有水の流れ方向における第１の所定位置で生じた硝酸の所望割合が脱窒されているか否かを確認する脱窒確認手段が確認した前記第１の所定位置で硝化されて生じた硝酸の割合に応じて、前記硝酸の所望割合が脱窒されるように前記窒素含有水の流れ方向に沿った前記脱窒確認手段より少なくとも上流側における気体の供給量を制御するとともに、前記窒素含有水の流れ方向に沿った前記脱窒確認手段より下流側の第２の所定位置で、前記アンモニアの所望割合が硝化されているか否かを確認する硝化確認手段が確認したアンモニアの割合に応じて、前記アンモニアの所望割合が硝化されるように前記窒素含有水の流れ方向に沿った前記硝化確認手段より少なくとも上流側における気体の供給量を制御する
    　ことを特徴とする制御装置。
17. 　窒素含有水に対する気体供給量を制御する制御装置による制御方法において、
    　窒素含有水の流れ方向における第１の所定位置において、前記流れ方向に従ってアンモニアが硝酸に硝化され、前記流れ方向に沿った各位置で硝酸の各所望割合が脱窒されるように前記流れ方向の略全域に亘って気体が供給される窒素含有水に対して、前記第１の所定位置で生じた硝酸の所望割合が脱窒されているか否かを確認する脱窒確認ステップと、
    　前記窒素含有水に対して、前記第１の所定位置より前記窒素含有水の流れ方向に沿った下流側の第２の所定位置で前記アンモニアの所望割合が硝化されているか否かを確認する硝化確認ステップと、
    　前記脱窒確認ステップにおいて確認された前記第１の所定位置で硝化されて生じた硝酸の割合に応じて、前記硝酸の所望割合が脱窒されるように、前記窒素含有水の流れ方向に沿った前記第１の所定位置より少なくとも上流側における前記窒素含有水に供給する気体の供給量を制御するとともに、前記硝化確認ステップにおいて確認された前記第２の所定位置におけるアンモニアの割合に応じて、前記アンモニアの所望割合が硝化されるように、前記窒素含有水の流れ方向に沿って前記第２の所定位置より少なくとも上流側における前記散気手段からの気体の供給量を制御する気体供給量制御ステップと、
    　を含むことを特徴とする制御方法。
18. 　窒素含有水の流れ方向における第１の所定位置において、前記流れ方向に従ってアンモニアが硝酸に硝化され、前記流れ方向に沿った各位置で硝酸の各所望割合が脱窒されるように前記流れ方向の略全域に亘って気体が供給される窒素含有水に対して、前記第１の所定位置で生じた硝酸の所望割合が脱窒されているか否かを確認する脱窒確認ステップと、
    　前記窒素含有水に対して、前記第１の所定位置より前記窒素含有水の流れ方向に沿った下流側の第２の所定位置で前記アンモニアの所望割合が硝化されているか否かを確認する硝化確認ステップと、
    　前記脱窒確認ステップにおいて確認された前記第１の所定位置で硝化されて生じた硝酸の割合に応じて、前記硝酸の所望割合が脱窒されるように、前記窒素含有水の流れ方向に沿った前記第１の所定位置より少なくとも上流側における前記窒素含有水に供給する気体の供給量を制御するとともに、前記硝化確認ステップにおいて確認された前記第２の所定位置におけるアンモニアの割合に応じて、前記アンモニアの所望割合が硝化されるように、前記窒素含有水の流れ方向に沿って前記第２の所定位置より少なくとも上流側における前記窒素含有水に供給する気体の供給量を制御する気体供給量制御ステップと、
    　をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。

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