WO2014112640A1 - 含窒素水処理システムおよび含窒素水処理方法 - Google Patents

含窒素水処理システムおよび含窒素水処理方法 Download PDF

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WO2014112640A1
WO2014112640A1 PCT/JP2014/051089 JP2014051089W WO2014112640A1 WO 2014112640 A1 WO2014112640 A1 WO 2014112640A1 JP 2014051089 W JP2014051089 W JP 2014051089W WO 2014112640 A1 WO2014112640 A1 WO 2014112640A1
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tank
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茂広 茶圓
篠田　晶子
嘉夫 藤原
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昭和電工株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a nitrogen-containing water treatment system and a nitrogen-containing water treatment method.
  • This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2013-008837 filed on January 21, 2013 and Japanese Patent Application No. 2013-100595 filed in Japan on May 10, 2013. The contents are incorporated herein.
  • Non-Patent Document 1 describes a technique for reducing nitrous oxide emissions by incinerating sewage sludge at a high temperature.
  • Nitrous oxide is selectively generated from the nitrogen-containing water treatment facility, and the generated nitrous oxide is recovered to prevent release to the environment, and the heat of decomposition generated by decomposition of the recovered nitrous oxide is reduced. It is an object to provide a nitrogen-containing water treatment system and a nitrogen-containing water treatment method that are used as energy.
  • the present invention provides the system of (1) which is the first aspect of the present invention.
  • the (1) preferably has any of the features described in (2) to (12) or a combination of these features.
  • a nitrogen-containing water treatment facility for treating nitrogen-containing water, and a recovery device for recovering nitrogen-containing gas containing nitrous oxide derived from a nitrogen component in the nitrogen-containing water generated from the nitrogen-containing water treatment facility;
  • a nitrogen-containing water treatment system comprising: a heating unit that performs heating with decomposition heat generated by decomposing nitrous oxide in the collected nitrogen-containing gas.
  • the nitrogen-containing water treatment system according to (1) further comprising a steam boiler and a steam turbine generator driven by steam generated by the steam boiler, wherein the heating means is a steam generation section of the steam boiler. .
  • the nitrogen-containing water treatment facility has a nitrogen-containing water treatment tank, and the nitrogen-containing water treatment tank is a treatment tank in which denitrification treatment with denitrifying bacteria and nitrification treatment with nitrifying bacteria are performed. Or the nitrogen-containing water treatment system according to (2).
  • the nitrogen-containing water according to (3) wherein the nitrogen-containing water treatment tank is a treatment tank in which denitrification by denitrifying bacteria and nitrification by nitrifying bacteria are alternately performed by intermittent aeration. Processing system.
  • the nitrogen-containing water treatment tank includes a denitrification tank that performs denitrification treatment with denitrifying bacteria and a nitrification tank that performs nitrification treatment with nitrifying bacteria, and circulates part of the treated water in the nitrification tank to the denitrification tank.
  • the nitrogen-containing water treatment system according to (3) wherein the nitrogen-containing water treatment system has a circulation path.
  • the nitrogen-containing water treatment system according to any one of to (5).
  • An adjustment unit that measures the concentration of nitrous oxide in the nitrogen-containing gas and the denitrification rate in the denitrification treatment, and adjusts the amount of circulation from the nitrification tank to the denitrification tank based on the measured result
  • the nitrogen-containing water treatment system according to (5).
  • It has an adjustment unit that measures the nitrous oxide concentration in the nitrogen-containing gas and the denitrification rate in the denitrification treatment, and adjusts the cycle time of the intermittent aeration based on the measured result.
  • Nitrogen-containing water treatment system is an adjustment unit that measures the concentration of nitrous oxide in the nitrogen-containing gas and the denitrification rate in the denitrification treatment, and adjusts the cycle time of the intermittent aeration based on the measured result.
  • (9) It has an adjustment unit that measures the nitrous oxide concentration in the nitrogen-containing gas and the denitrification rate in the denitrification treatment, and adjusts the pH in the denitrification treatment based on the measured results.
  • the nitrogen-containing water treatment system according to any one of (1) to (5).
  • a nitrous oxide concentration in the nitrogen-containing gas and a denitrification rate in the denitrification treatment are measured, and an adjustment unit that adjusts the oxidation-reduction potential in the denitrification treatment based on the measured result.
  • the denitrification treatment uses nitrate nitrogen or one or more denitrifying bacteria that reduce nitrite nitrogen to nitrous oxide, according to any one of (3) to (10) Nitrogen-containing water treatment system.
  • the present invention provides the following method (13), which is the second aspect of the present invention.
  • the (13) preferably has any one of the features described in (14) to (24) or a combination of these features.
  • the heating process includes a step of evaporating a fluid by the decomposition heat, and further includes a power generation step of generating power by driving a steam turbine generator with the steam generated in the step.
  • Nitrogen water treatment method (15)
  • the process of obtaining the nitrogen-containing gas includes a process of performing a denitrification process by denitrifying bacteria (denitrification process process) and a process of performing a nitrification process by nitrifying bacteria (nitrification process process), (13) or ( 14) The nitrogen-containing water treatment method according to 14).
  • the nitrogen-containing water treatment tank consists of one tank,
  • the treatment step for obtaining the nitrogen-containing gas includes a step of alternately performing the denitrification treatment step and the nitrification treatment step by performing intermittent aeration in the nitrogen-containing water treatment tank.
  • the nitrogen-containing water treatment tank includes a denitrification tank and a nitrification tank,
  • the treatment step for obtaining the nitrogen-containing gas includes a nitrification treatment step in the nitrification tank, a step of circulating a part of the treated water in the nitrification tank to the denitrification tank, and a denitrification treatment step in the denitrification tank.
  • the nitrogen-containing water treatment method as described in 2.
  • a step of measuring a nitrous oxide concentration in the nitrogen-containing gas, a nitrification rate in the nitrification treatment, and a step of adjusting a dissolved oxygen concentration in the nitrification treatment based on the measured result (15) The method for treating nitrogen-containing water according to any one of items 1) to (17).
  • a step of measuring a nitrous oxide concentration in the nitrogen-containing gas, a denitrification rate in the denitrification treatment, and adjusting a circulation amount from the nitrification tank to the denitrification tank based on the measured result The nitrogen-containing water treatment method according to (17), comprising a step.
  • the denitrification treatment uses one or more of denitrifying bacteria that reduce nitrate nitrogen and nitrite nitrogen to nitrous oxide, according to any one of (15) to (22) Nitrogen-containing water treatment method.
  • nitrous oxide is selectively generated from the nitrogen-containing water treatment facility, and the generated nitrous oxide is recovered to prevent release into the atmosphere and is recovered.
  • the heat of decomposition generated by the decomposition of nitrous oxide can be used as energy.
  • the nitrogen-containing water treatment system of the present invention includes a purification device for purifying the recovered nitrous oxide, nitrous oxide having a high concentration and high purity can be obtained.
  • the purified nitrous oxide can be used in a semiconductor manufacturing process. Moreover, it can be used as an energy source in a heating device or a power generation device of a nitrogen-containing water treatment system.
  • FIG. 1 is a schematic view for explaining an example of the nitrogen-containing water treatment system of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram for explaining an example of the nitrogen-containing water treatment system of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic view for explaining another example of the nitrogen-containing water treatment system of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view illustrating an example of an engine device (power generation device) including a heat pipe turbine. It is a schematic system diagram which shows the structure of a power generator provided with the steam boiler to which this invention is applied.
  • FIG. 6 is a schematic diagram for explaining another example of the nitrogen-containing water treatment system of the present invention.
  • FIG. 7 is a schematic diagram for explaining another example of the nitrogen-containing water treatment system of the present invention.
  • the nitrogen-containing water treatment system of the present invention has a nitrogen-containing water treatment tank, a recovery device, and a heating means. More specifically, a nitrogen-containing water treatment tank for treating nitrogen-containing water, a recovery device for recovering nitrogen-containing gas containing nitrous oxide derived from the nitrogen component generated from the nitrogen-containing water treatment tank, and the recovered Heating means for heating by decomposition heat generated by decomposing nitrogen-containing gas.
  • sewage is synonymous with “nitrogen-containing water”.
  • FIG. 2 (circulation type nitrification denitrification system) and FIG. 7 (batch type nitrification denitrification system) are schematic diagrams for explaining an example of the sewage treatment system of the present invention.
  • the nitrogen-containing water treatment system of this embodiment includes a nitrogen-containing water treatment facility 201, a recovery device 202, and a heating means 203 as shown in FIG.
  • the recovery device 202 recovers the nitrogen-containing gas containing nitrous oxide derived from the nitrogen component in the nitrogen-containing water generated from the nitrogen-containing water treatment facility 201.
  • the heating means 203 heats by the decomposition heat generated by decomposing the recovered nitrogen-containing gas.
  • FIG. 6 is a schematic diagram for explaining an example of a preferable nitrogen-containing water treatment facility that can be used in the nitrogen-containing water treatment system of the present embodiment.
  • the nitrogen-containing water treatment facility includes a first sedimentation tank 221 into which wastewater flows, a nitrogen-containing water treatment tank 502 into which wastewater that has passed through the first sedimentation tank 221 flows, and a nitrogen-containing water treatment tank 502. And a final sedimentation tank 220 (solid-liquid separator) into which the treated sewage flows.
  • the nitrogen-containing water treatment facility further includes sludge treatment means 253 for treating raw sludge separated from the sewage in the first sedimentation tank 221 and sludge separated from the treated water in the final sedimentation tank 220, and an incinerator 237.
  • the first settling basin 221 receives sewage, which is sewage, or sewage from which large debris such as sand and plastic bags contained in the sewage has been removed by a settling basin provided as necessary.
  • sewage which is sewage, or sewage from which large debris such as sand and plastic bags contained in the sewage has been removed by a settling basin provided as necessary.
  • the waste mainly composed of organic matter separated in the first settling tank 221 is called raw sludge.
  • the raw sludge is sent to the sludge treatment means 253 via the pipe 241 as shown in FIG. Further, the sewage separated from the raw sludge in the first sedimentation tank 221 is sent to the nitrogen-containing water treatment tank 502 through the water channel 242.
  • the initial sedimentation tank 221 is provided as necessary. Therefore, the nitrogen-containing water treatment facility shown in FIG. 6 may have a configuration that does not include the first sedimentation tank 221, that is, a configuration in which sewage that is sewage flows directly into the nitrogen-containing water
  • the nitrogen-containing water treatment tank 502 is a treatment tank in which denitrification treatment by denitrifying bacteria and nitrification treatment by nitrifying bacteria are performed.
  • a nitrogen-containing water treatment tank 502 shown in FIG. 6 is a circulation type nitrification / denitrification tank.
  • a nitrogen-containing water treatment tank 502 shown in FIG. 7 is a batch-type nitrification / denitrification tank.
  • nitrification treatment is treatment for nitrifying inflowing ammonia nitrogen with nitrifying bacteria.
  • nitrification treatment a change in the nitrogen form represented by the following formula (1) and / or the following formula (2) occurs. That is, in the “nitrification treatment” in the present invention, a nitrification reaction to nitrite nitrogen and / or nitrate nitrogen is performed.
  • denitrification treatment is a treatment for reducing nitrite nitrogen and / or nitrate nitrogen produced by the nitrification treatment by denitrification bacteria.
  • a change in nitrogen form represented by the following formula (3) and / or the following formula (4) occurs. That is, in the “denitrification treatment” in the present invention, denitrification reaction to nitrous oxide and / or nitrogen is performed.
  • the nitrogen-containing water treatment tank 502 is a treatment tank in which nitrification treatment by nitrifying bacteria and denitrification treatment by denitrifying bacteria are alternately performed in the same tank by performing intermittent aeration.
  • Batch type nitrification denitrification system In the batch type nitrification / denitrification-type nitrogen-containing water treatment tank 502, (a) denitrification treatment by denitrification bacteria in a non-aeration cycle in which only agitation is performed without aeration, and (b) nitrification bacteria in an aeration cycle in which aeration is performed. The nitrification treatment by is alternately performed.
  • the sewage from the first sedimentation tank 221 is generally supplied intermittently to the nitrogen-containing water treatment tank 502 during the non-aeration cycle.
  • Various microorganisms live in the nitrogen-containing water treatment tank 502 shown in FIG. Organic matter is decomposed by the action of these microorganisms.
  • Ammonia nitrogen contained in sewage is nitrified to nitrite by the action of nitrifying bacteria in the aeration cycle.
  • the reaction for nitrification to nitrate nitrogen proceeds.
  • the above nitrite or nitrate nitrogen is reduced to nitrous oxide by the action of denitrifying bacteria, and further reduced to nitrogen gas.
  • Denitrifying bacteria oxidize and decompose organic matter (carbon source) in wastewater using oxygen obtained by reduction of nitrite or nitrate nitrogen to obtain energy necessary for the growth and growth of the bacteria.
  • the microorganisms grown in the nitrogen-containing water treatment tank 502 flow into the final sedimentation tank 220 together with the treated sewage through the water channel 249.
  • the carrier 255 for immobilizing microorganisms is suspended in the sewage in the nitrogen-containing water treatment tank 502. For this reason, it becomes possible to carry a high-density microorganism on the carrier.
  • a filtration device may be installed.
  • the nitrogen-containing water treatment tank 502 is provided with a denitrification tank 228 for performing a denitrification reaction with denitrifying bacteria and a nitrification tank 229 for performing a nitrification treatment with nitrifying bacteria.
  • the treatment and denitrification treatment can be performed while circulating the treated water in separate tanks (circulation nitrification denitrification method).
  • These tanks may be, for example, a structure that is adjacent to and separated from each other by a shared wall or the like, or a structure in which distances or spaces are provided between the tanks and separated separately. Also good.
  • the upper spaces are connected to each other, that is, a single space, but the spaces may be separated from each other by walls or the like as necessary.
  • a circulation path 501 for circulating a part of the treated water in the nitrification tank 229 to the denitrification tank 228 and / or a return (circulation) path 251 for returning (circulating) the supernatant of the final sedimentation tank 220 to the denitrification tank 228 ( Hereinafter, it may be described as “return”.
  • the sewage treated in the denitrification tank 228 flows into the nitrification tank 229 through the water channel 248. Air is supplied into the nitrification tank 229 by the aeration apparatus 600.
  • the nitrification tank 229 organic substances are decomposed by the action of various microorganisms. Further, the nitrification reaction of ammonia nitrogen contained in the sewage proceeds, and along with this, aerobic microorganisms grow. The aerobic microorganisms grown in the nitrification tank 229 flow into the final sedimentation tank 220 through the water channel 249 together with the sewage treated in the nitrification tank 229.
  • sludge containing aerobic microorganisms is separated from treated water in a final sedimentation tank 220 (solid-liquid separation device).
  • the separated treated water is discharged into a river or the like through a water channel 252.
  • a part of the water is returned to the denitrification tank 228 as return water.
  • a portion of the sludge separated in the final sedimentation tank 220 (hereinafter sometimes referred to as excess sludge) is returned to the denitrification tank 228 via the pipe 243 as return sludge, as shown in FIG. Therefore, some of the microorganisms in the nitrogen-containing water treatment tank 502 circulate in the nitrogen-containing water treatment tank 502.
  • the remaining sludge separated in the final sedimentation tank 220 is sent to the sludge treatment means 253 through the pipe 244 together with the raw sludge separated in the initial sedimentation tank 221.
  • denitrification bacteria that perform denitrification treatment live in the denitrification tank 228.
  • the carrier 255 for immobilizing microorganisms is suspended in the sewage in the denitrification tank 228. For this reason, it is possible to carry high-density denitrifying bacteria.
  • the carrier 255 is prevented from being discharged to the inlet (outlet) of the water channel 248 from the denitrification tank 228 to the nitrification tank 229.
  • a filtration device such as a mesh screen may be installed. With this apparatus, most of the denitrifying bacteria can remain in the denitrifying tank 228 without being circulated.
  • nitrogen contained in the sewage flowing into the nitrogen-containing water treatment tank 502 is , Removed as shown below.
  • ammonia nitrogen contained in the sewage flows into the nitrification tank 229 via the denitrification tank 228, where nitrification is performed by the action of nitrifying bacteria.
  • nitrification is performed by the action of nitrifying bacteria in the aeration cycle.
  • the nitrite or nitrate nitrogen converted by the nitrification treatment is returned to the denitrification tank 228 via the return water pipe 251 or the circulation line 501 in FIG.
  • the process proceeds to the non-aeration cycle as it is.
  • the above nitrite or nitrate nitrogen is denitrified by denitrifying bacteria in the denitrification tank 228, and nitrous oxide or nitrogen gas is again removed from the denitrification tank 228 and / or again.
  • the gas is discharged from the flowing nitrification tank 229 as a gas.
  • nitrous oxide or nitrogen gas is discharged from the nitrogen-containing water treatment tank 502 as a gas.
  • nitrous oxide or nitrogen gas is discharged from the nitrogen-containing water treatment tank 502 as a gas.
  • the reaction is completely advanced to nitrate nitrogen, and in denitrification treatment, the reaction is completely advanced to nitrogen gas. It has been demanded.
  • the ratio of nitrite nitrogen and nitrate nitrogen in the nitrification treatment and the ratio of nitrous oxide and nitrogen gas in the denitrification treatment can be changed depending on the operating conditions.
  • the denitrifying bacteria working in the denitrifying treatment mean microorganisms such as bacteria, archaea, and fungi that reduce nitrite or nitrate nitrogen to nitrous oxide and / or nitrogen gas by nitrate respiration under anaerobic conditions.
  • the denitrifying bacteria can be selected according to need.
  • Pseudomonas aeruginosa Pseudomonas stutzeri, etc.
  • Pseudomonas genus Paracoccus denitrificans, Paracoccus halodeniticus Paracoccus genus such as Paracoccus halodenitrificans
  • Alkigenes genus such as Alcaligenes faecalis
  • Thiobacilus genus such as Thiobachillus denitrificans
  • Azospirillum such as Azospirillum brasilense.
  • the denitrifying bacteria are not limited to the microorganisms listed above, and are not limited as long as they have a denitrifying ability. These bacteria may be used alone or in combination of two or more.
  • Non-Patent Documents 2 to 8 denitrifying bacteria having the ability to reduce nitrite or nitrate nitrogen to nitrous oxide without reducing them to nitrogen gas are known (Non-Patent Documents 2 to 8). It is preferable to use one or more of these denitrifying bacteria that selectively produce nitrous oxide. By using these denitrifying bacteria, a high concentration of nitrous oxide can be produced in the denitrification treatment.
  • the nitrification reaction preferably generates nitrous acid rather than nitrifying to nitrate nitrogen. That is, it is preferable not to nitrify to nitrate nitrogen.
  • the nitrogen concentration of each nitrogen form is measured using a measuring instrument that measures nitrite nitrogen and nitrate nitrogen.
  • the nitrite nitrogen concentration / nitrate nitrogen concentration ratio in the nitrogen-containing water treatment tank in the nitrification treatment is adjusted.
  • the adjustment is preferably performed by providing an adjustment unit 300 that adjusts the density ratio within a predetermined range.
  • the adjustment unit can be arbitrarily selected, and examples thereof include a control device that adjusts the amount of aeration of the aeration device.
  • nitrite nitrogen means NO 2 —N
  • nitrate nitrogen means NO 3 —N.
  • the adjustment part in this invention may include the calculating part for calculating the value obtained by measurement, and obtaining the target numerical value in an adjustment part. By adjusting the ratio of nitrite nitrogen concentration to nitrate nitrogen concentration (nitrite nitrogen concentration / nitrate nitrogen concentration), the amount of nitrous oxide produced from the nitrogen-containing water treatment tank can be controlled. .
  • the ratio of nitrite nitrogen concentration to nitrate nitrogen concentration (nitrite nitrogen concentration / nitrate nitrogen concentration) in the nitrogen-containing water treatment tank in nitrification treatment is 0.5 to 10. Is more preferable, 0.75 to 10 is more preferable, and 1 to 10 is even more preferable. Formation of nitrous oxide by adjusting the ratio of nitrite nitrogen concentration to nitrate nitrogen concentration (nitrite nitrogen concentration / nitrate nitrogen concentration) in the nitrogen-containing water treatment tank in the nitrification treatment within the above range The amount can be increased.
  • the ratio of the nitrite nitrogen concentration to the nitrate nitrogen concentration may be adjusted as appropriate depending on the type of water to be treated.
  • the above range can be set by adjusting the amount of aeration.
  • the concentration ratio may be increased.
  • the concentration ratio may be lowered by increasing the amount of aeration and increasing the dissolved oxygen concentration in the nitrification tank 229.
  • an adjustment unit that adjusts the amount of dissolved oxygen regardless of whether the nitrogen-containing water treatment tank 502 is a circulation type or a batch type.
  • the nitrous oxide concentration in the nitrogen-containing gas containing nitrous oxide generated from the nitrogen-containing water treatment tank is measured.
  • the nitrification rate in the nitrification treatment is measured.
  • the amount of dissolved oxygen in nitrification is adjusted.
  • a control device for adjusting the amount of aeration of the aeration device can be cited.
  • a measuring device for measuring the nitrous oxide concentration in the nitrogen-containing gas derived from the nitrogen component containing nitrous oxide generated from the nitrogen-containing water treatment tank is provided (not shown), A method for measuring the concentration (%) of nitrous oxide in the nitrogen-containing gas can be mentioned.
  • the nitrification rate can be calculated, for example, by the method shown in the following equation (A).
  • the amount of nitrous oxide produced can be controlled by adjusting the amount of dissolved oxygen in the nitrification treatment.
  • the dissolved oxygen concentration is adjusted to 1.5 to 2.0 mg / L regardless of the value of the nitrous oxide concentration in the nitrogen-containing gas. If the nitrous oxide concentration in the nitrogen-containing gas tends to decrease or falls below the preset range, the dissolved oxygen concentration is adjusted to 1.0 to 1.5 mg / L if the nitrification rate is about 80 to 90%. To do. If the nitrification rate is about 90 to 100%, the dissolved oxygen concentration is adjusted to 0.5 to 1.0 mg / L. Such a method is mentioned. About said adjustment width, what is necessary is just to set suitably by the kind, density
  • the amount of dissolved oxygen is adjusted to be lowered.
  • the dissolved oxygen amount should not exceed the above range.
  • the ratio of nitrite nitrogen concentration to nitrate nitrogen concentration (nitrite nitrogen concentration / nitrate nitrogen concentration) can be increased. Thereby, it is considered that a large amount of nitrous oxide can be generated.
  • nitrification is insufficient, it adjusts so that the amount of dissolved oxygen may be raised.
  • the dissolved oxygen amount should not exceed the above range. By this adjustment, it is considered that the nitrification reaction necessary for the removal of nitrogen progresses and the required treated water quality can be secured.
  • the nitrogen-containing water treatment tank 502 is a circulation type
  • the adjustment unit preferably has the following characteristics. That is, in order to increase the amount of nitrous oxide produced, first, the nitrous oxide concentration in the nitrogen-containing gas derived from the nitrogen component containing nitrous oxide generated from the nitrogen-containing water treatment tank is measured. Next, the denitrification rate in the denitrification process (denitrification tank) is measured. And based on the measured result, the circulation amount from a nitrification tank to a denitrification tank is adjusted.
  • the measurement of the nitrous oxide concentration in the nitrogen-containing gas is the same as the measurement described above (in the case of the adjusting unit that adjusts the amount of dissolved oxygen).
  • the denitrification rate is nitrate and nitrite nitrogen (NO 3 ⁇ ) flowing into the denitrification tank 228 from the nitrification tank 229 through the return line 251 and / or the circulation line 501.
  • N + NO 2 ⁇ N the ratio of nitrogen reduced to nitrous oxide and nitrogen gas.
  • the denitrification rate can be calculated from the concentration and inflow amount of nitrate and nitrite nitrogen (NO 3 -N + NO 2 -N) in the denitrification tank 228 and the return water and circulating water flowing into the denitrification tank 228.
  • the denitrification rate can be calculated by the method shown in the following formula (C), for example. Specifically, of the nitrate and nitrite nitrogen (NO 3 -N + NO 2 -N) flowing into the denitrification tank 228 from the nitrification tank 229 through the return line 251 and / or the circulation line 501, the treated water in the denitrification tank The ratio of nitrate and nitrite nitrogen (NO 3 -N + NO 2 -N) remaining in the sample is subtracted from 1.
  • the denitrification rate can be calculated by, for example, the method shown in the following formula (D). Specifically, of the nitrate and nitrite nitrogen (NO 3 —N + NO 2 —N) before the oxygen-free cycle in the nitrogen-containing water treatment layer 502, the nitrate and nitrous acid remaining after the oxygen-free cycle
  • the ratio of the state nitrogen (NO 3 -N + NO 2 -N) can be calculated as 1 minus.
  • the nitrogen-containing water treatment tank 502 has the denitrification tank 228 and the nitrification tank 229
  • the nitrogen-containing water treated in the nitrification tank 229 is returned to the return line 251 and / or the circulation line. It is returned to the denitrification tank 228 via 501.
  • the amount of nitrous oxide produced can be controlled by adjusting the return amount from the nitrification tank 229 to the denitrification tank 228.
  • the adjustment unit used for this adjustment is, for example, a control device that adjusts the liquid feed amount of the return pump provided in the return line 251 and / or the circulation line 501.
  • An inflow amount (L / hr) of nitrogen-containing water into the denitrification tank 228 is measured with a flow meter or the like (adjustment unit 300), and an inflow amount of nitrogen-containing water (L / hr)
  • the amount of circulation from the nitrification tank 229 to the denitrification tank 228 is adjusted to 150% to 500%, preferably 200% to 400%.
  • the residence time of the sludge containing microorganisms is shortened by setting the circulation amount within the above range with respect to the inflow amount (L / hr) of nitrogen-containing water. For this reason, it is considered that nitrous oxide is easily generated.
  • the nitrous oxide reductase that reduces nitrous oxide to nitrogen gas is inhibited by dissolved oxygen brought into the denitrification tank 228, and the amount of nitrous oxide produced can be increased. .
  • the oxidation-reduction potential can be used as a management index of the dissolved oxygen amount in the denitrification treatment. Therefore, in the present embodiment, in order to increase the amount of nitrous oxide produced, the adjustment unit that adjusts the oxidation-reduction potential in the denitrification treatment regardless of whether the nitrogen-containing water treatment tank 502 is a circulation type or a batch type. Is preferably provided.
  • the nitrous oxide concentration in the nitrogen-containing gas and the denitrification rate in the denitrification treatment were measured and measured. Based on the result, the redox potential in the denitrification treatment is adjusted. Specifically, when the nitrogen-containing water treatment tank 502 is a circulation type, the oxidation-reduction potential increases when the return amount is increased. Further, when the nitrogen-containing water treatment tank 502 is a batch type, the oxidation-reduction potential is increased by increasing the aeration time or shortening the non-aeration time.
  • the control range of the oxidation-reduction potential of the denitrification tank 228 is preferably ⁇ 150 to 0 mV, more preferably ⁇ 100 to 0 mV.
  • About said adjustment width, what is necessary is just to set suitably in the range which does not impair a denitrification rate by the kind, density
  • the nitrification treatment and the denitrification treatment are alternately performed in the same tank by performing intermittent aeration (when the nitrogen-containing water treatment tank 502 is a batch type).
  • an adjustment unit for adjusting the cycle time of intermittent aeration that is, in order to increase the amount of nitrous oxide produced, an intermittent aeration cycle based on the nitrous oxide concentration in the nitrogen-containing gas and the measurement result of the denitrification rate in the denitrification treatment (nitrogen-containing water treatment tank) Adjust the time.
  • the denitrification rate is the non-aeration of nitrate and nitrite nitrogen (NO 3 -N + NO 2 -N) immediately after the aeration cycle.
  • the percentage of nitrogen reduced to nitrous oxide and nitrogen gas in the cycle It can be calculated based on the concentrations of nitrate and nitrite nitrogen (NO 3 -N + NO 2 -N) before and after the non-aeration cycle.
  • the dissolved oxygen concentration in the nitrogen-containing water treatment tank can be controlled by adjusting the cycle time of intermittent aeration.
  • the dissolved oxygen concentration increases and the nitrification reaction is promoted.
  • the denitrification process of the non-aeration cycle in order to prevent the reduction reaction from proceeding to nitrogen gas and generate nitrous oxide, it is effective to increase dissolved oxygen and inhibit nitrous oxide reductase. It is preferable to shorten the non-aeration time of the non-aeration cycle within a range that does not affect the denitrification rate.
  • the nitrogen-containing water treatment tank 502 is a circulation type or a batch type
  • measurement of the nitrous oxide concentration in the nitrogen-containing gas and the denitrification rate in the denitrification treatment (denitrification tank or batch type non-aeration cycle) It is preferable to have an adjustment unit for adjusting the pH of the treatment liquid in the denitrification treatment based on the result.
  • the measurement of the nitrous oxide concentration in the nitrogen-containing gas and the denitrification rate in the denitrification treatment are the same as the above measurement. It is considered that the amount of nitrous oxide produced increases by adjusting the pH of the treatment liquid in the denitrification treatment to make it weakly acidic.
  • the pH of the treatment liquid in the denitrification treatment it is preferable to set the pH of the treatment liquid in the denitrification treatment to 5 to 7, preferably 5.5 to 6.5.
  • an acid or an alkali agent is injected to adjust the pH to the upper limit of the above range. It is preferable to adjust as follows.
  • the denitrification rate is less than a preset range, it is possible to inject an acid or an alkali agent into the treatment tank to adjust the pH to the lower limit value or more of the above range.
  • an acid hydrochloric acid, sulfuric acid, etc.
  • an alkaline agent caustic soda, slaked lime, etc.
  • the adjustment unit is, for example, an acid or alkali agent injection device or the like.
  • the ratio of the organic carbon concentration C in the nitrogen-containing water to the NOx-type nitrogen concentration N in the nitrogen-containing water that is, C / It is preferable to have an adjustment unit that adjusts the N ratio. That is, in order to increase the amount of nitrous oxide produced, based on the nitrous oxide concentration in the nitrogen-containing gas and the measurement result of the denitrification rate in the denitrification treatment (denitrification tank or batch type non-aeration cycle) The ratio of the organic carbon concentration C in the nitrogen-containing water to the NOx nitrogen concentration N in the nitrogen-containing water in the denitrification treatment, that is, the C / N ratio is adjusted.
  • the C / N ratio is preferably 0.5 to 3.0, and more preferably 1.0 to 2.5.
  • the C / N ratio should be adjusted to be below the upper limit of the above range. This suppresses the reaction from nitrous oxide to nitrogen gas.
  • the denitrification rate falls below a preset range, it is considered that the production of nitrous oxide is promoted by adjusting the C / N ratio to be equal to or higher than the lower limit of the above range.
  • the organic matter concentration may be adjusted by pre-treating sewage flowing into a treatment tank for performing denitrification treatment and / or nitrification treatment by anaerobic treatment or the like.
  • the method etc. of adding organic substances, such as methanol, to the denitrification tank 228 are mentioned.
  • a method of adjusting the return amount from the return line 251 and / or the circulation line 501 can be used.
  • batch-type nitrification and denitrification treatment a method of adjusting the timing and amount of sewage introduced into the nitrogen-containing water treatment tank 502 by a liquid feeding device or the like can be mentioned.
  • the ratio of the total nitrogen amount N- (kg) flowing into the nitrogen-containing water treatment tank to the MLSS amount (kg) in the tank for performing nitrification is 0.1 to 0.25 (kg-N / Kg-MLSS / day), more preferably 0.12 to 0.2 (kg-N / kg-MLSS / day).
  • MLSS is the abbreviation for Mixed Liquid Suspended Solids (the activated sludge suspended matter in the aeration tank mixed liquid).
  • the total nitrogen amount flowing into the nitrogen-containing water treatment tank and the MLSS amount in the tank for performing nitrification treatment The ratio is adjusted to increase (total nitrogen / MLSS). However, this ratio should not exceed the above range. Specifically, it adjusts so that the total amount of inflowing nitrogen may be raised. Moreover, you may adjust so that the amount of MLSS may be reduced. On the other hand, when nitrification is insufficient, it adjusts so that ratio of the total nitrogen amount which flows into a nitrogen-containing water processing tank and the MLSS amount in the tank which performs nitrification may be lowered
  • this ratio should not exceed the above range. Specifically, it adjusts so that the total amount of inflowing nitrogen may be reduced. Moreover, you may adjust so that the amount of MLSS may be raised. This adjustment promotes the production of nitrous oxide.
  • the MLSS amount can be adjusted by the amount of sludge returned through the pipe 243 and the amount of sludge extracted by the pipe 244.
  • recovery apparatus which collect
  • the nitrogen-containing gas containing nitrous oxide generated from the nitrogen-containing water treatment tank is not limited as long as it is a nitrogen-containing gas containing nitrous oxide, and nitrogen or the like may be contained in addition to nitrous oxide.
  • nitrous oxide is used in a later step, it is preferably a nitrogen-containing gas containing only nitrous oxide.
  • An example of the recovery device is a recovery device 202 shown in FIG. As shown in FIG. 6, it is preferable to install the recovery device so as to cover the upper part of the nitrogen-containing water treatment tank 502.
  • a purifier 207 (FIG. 2) that purifies nitrogen gas containing nitrous oxide recovered by the recovery device 202.
  • the purification apparatus 207 is not particularly limited as long as it can purify nitrous oxide. In this embodiment, since the purification apparatus 207 is provided, a high concentration nitrous oxide can be obtained.
  • the nitrous oxide purified in this embodiment can be used in a semiconductor manufacturing process or the like by further purifying as necessary to obtain high-purity nitrous oxide.
  • nitrite nitrogen can be selectively generated in the nitrification tank by treating nitrogen-containing water under predetermined conditions.
  • nitrous oxide can be selectively generated. It is considered that 30% or more of the nitrogen contained in the nitrogen-containing water can be converted to nitrous oxide by treating the nitrogen-containing water under the conditions of this embodiment.
  • the present invention since a large amount of nitrous oxide can be obtained, it is possible to provide a supply source of decomposition heat that can be used for a heating means, a power generation device, and the like described later.
  • nitrification treatment In order to selectively generate nitrous oxide, it is preferable to control the nitrification treatment by adjusting the dissolved oxygen concentration in the nitrification treatment for reasons such as management and efficiency. Moreover, it is preferable to control the denitrification treatment by adjusting the pH in the denitrification treatment. Furthermore, in the circulation type nitrification denitrification method, it is possible to contribute to selectively producing nitrous oxide more efficiently by controlling the circulation ratio from the nitrification tank to the denitrification tank. In the intermittent aeration method, by controlling the intermittent aeration cycle, it is possible to contribute to more efficiently generating nitrous oxide selectively.
  • a sludge separation apparatus 500 including a filtration device in the tank.
  • the circulation means 501 which circulates the treated water from which the sludge was separated by the sludge separation apparatus 500 to a denitrification tank.
  • a carrier 255 for immobilizing microorganisms is introduced into the nitrogen-containing water treatment tank 502 and the treatment is carried out using the microorganisms immobilized in a comprehensive manner.
  • a carrier 255 for immobilizing microorganisms floats in the sewage contained in the denitrification tank 228.
  • the material, shape, size, number, and the like of the carrier 255 are not particularly limited, and are preferably determined according to the type of denitrifying bacteria contained in the sewage in the denitrification tank 228.
  • the carrier 255 can be selected as necessary.
  • a porous carrier or a gel-like carrier can be used.
  • the gel-like carrier it is preferable to use one containing a hydrophilic polymer such as polyethylene glycol (PEG), polyvinyl alcohol (PVA), polyacrylamide, sodium alginate, carrageenan or agar.
  • PEG polyethylene glycol
  • PVA polyvinyl alcohol
  • polyacrylamide sodium alginate
  • carrageenan or agar a hydrophilic polymer
  • a carrier absorbs water and swells, the network structure of the polymer increases, and the carrier floats along with the flow of sewage without floating in the denitrification tank 228. For this reason, a favorable environment can be provided for the growth of denitrifying bacteria. Therefore, the productivity of nitrous oxide can be further improved, and excellent sewage treatment efficiency can be obtained.
  • the carrier 255 when the carrier 255 is suspended in the sewage contained in the denitrification tank 228, it is preferable to treat the sewage using the stirring device 254 while stirring the sewage in the denitrification tank 228. .
  • the productivity of nitrous oxide can be further improved, and excellent sewage treatment efficiency can be obtained.
  • the carrier 255 when the carrier 255 is suspended in the sewage contained in the denitrification tank 228, the carrier is passed from the carrier denitrification tank 228 to the nitrification tank 229 by passing the sewage through a mesh-like screen during the movement of the sewage between the tanks. Can be easily prevented. Thereby, many denitrifying bacteria can be fixed in the denitrification tank 228, high sewage treatment efficiency can be stably obtained, and nitrous oxide can be stably produced.
  • the nitrogen-containing water treatment facility may be a treatment facility that uses the “anaerobic-anoxic-aerobic method”.
  • an anaerobic tank 227 is preferably provided as shown in FIG.
  • the anaerobic tank 227 may be separated by a wall shared with the anoxic tank 228, but may be provided separately with a distance between each tank.
  • the sewage treatment system of this embodiment has an anaerobic-anoxic-aerobic treatment facility, it is preferable to have a sewage treatment facility as shown in FIG.
  • a first settling basin 221 into which sewage that is sewage flows, a reaction tank 222 into which sewage that has passed through the first settling pond flows, a final settling tank 220 into which sewage treated in the reaction tank 222 flows, and an initial settling basin.
  • a sewage treatment facility comprising sludge treatment means 253 for treating the raw sludge separated from the sewage in 221 and the sludge separated from the treated water in the final sedimentation tank 220, and an incinerator 237.
  • a second denitrification tank (not shown) is provided between the reaction tank 222 and the final sedimentation tank 220 to completely reduce and denitrify nitrous oxide remaining without being recovered in the treated water. May be.
  • the initial sedimentation tank 221, the final sedimentation tank 220, the sludge treatment means 253, and the incinerator 237 are the same as described in FIG.
  • a reaction tank 222 shown in FIG. 1 is an anaerobic-anoxic-aerobic reaction tank.
  • an anaerobic tank 227, an oxygen-free tank 228, and an aerobic tank 229 are preferably formed in the reaction tank 222.
  • the arrangement and shape of the tank used in the present invention can be arbitrarily selected as long as there is no particular problem.
  • the anoxic tank 228 corresponds to the denitrification tank 228 and the aerobic tank 229 corresponds to the nitrification tank 229.
  • the sewage treated in the anaerobic tank 227 flows into the anoxic tank 228 through the water channel 245.
  • the sewage treated in the anoxic tank 228 flows into the aerobic tank 229 through the water channel 248. Air is supplied into the aerobic tank 229 using the aeration apparatus 600.
  • the microorganisms sequentially flow into the anaerobic tank 227, the anoxic tank 228, and the aerobic tank 229 together with the sewage flowing into the reaction tank 222.
  • the aerobic tank 229 organic substances are decomposed by the action of various microorganisms, and the nitrification reaction of ammonia nitrogen contained in the sewage proceeds, and the aerobic microorganisms involved grow accordingly. Aerobic microorganisms grown in the aerobic tank 229 flow into the final sedimentation tank 220 through the water channel 249 together with the sewage treated in the aerobic tank 229.
  • sludge containing aerobic microorganisms is separated from treated water in the final sedimentation tank 220.
  • the separated treated water is discharged into a river or the like through a water channel 252.
  • a part of the water is returned to the anoxic tank 228 as return water.
  • a part of the excess sludge in the final sedimentation tank 220 is returned to the anaerobic tank 227 via the pipe 243 as return sludge, as shown in FIG. Therefore, some of the microorganisms in the reaction tank 222 circulate in the reaction tank 222.
  • the remaining sludge separated in the final sedimentation tank 220 is sent to the sludge treatment means 253 through the pipe 244 together with the raw sludge separated in the initial sedimentation tank 221.
  • deoxygenating bacteria that perform denitrification treatment inhabit the anoxic tank 228 (228b).
  • Denitrifying bacteria oxidize and decompose organic matter (carbon source) in sewage using oxygen obtained by reduction of nitrite or nitrate nitrogen to obtain energy necessary for growth.
  • the carrier 255 for immobilizing microorganisms is suspended in the sewage in the oxygen-free tank 228, and high-density denitrifying bacteria can be carried there.
  • a filtering device such as a mesh screen that prevents the carrier 255 from being discharged at the inlet of the water channel 248 from the anaerobic tank 228 to the aerobic tank 229, the aerobic tank 228 is aerobic.
  • the outflow of denitrifying bacteria into the tank 229 may be prevented. Therefore, most of the denitrifying bacteria can remain in the anoxic tank 228 without being circulated.
  • Nitrogen contained in the sewage flowing into the reaction tank 222 is removed as shown below.
  • organic substances in the sewage are decomposed into methane gas and removed.
  • the organic nitrogen is converted to ammonia nitrogen and flows into the anoxic tank 228 together with the undecomposed organic matter residue.
  • the amount of undecomposed organic matter residue can be adjusted according to the processing conditions of the anaerobic tank 227.
  • the ammonia nitrogen flows into the aerobic tank 229 via the oxygen-free tank 228, where it is nitrified by the action of nitrifying bacteria and nitrified into nitrite nitrogen or nitrate nitrogen.
  • the converted nitrite or nitrate nitrogen is returned to the anoxic tank 228 via the return water pipe 251 from the final settling tank 220 or the aerobic tank 229 circulation line 501 as shown in FIG.
  • the Nitrite or nitrate nitrogen contained in the returned water is denitrified by denitrifying bacteria in the oxygen-free tank 228 to be reduced to nitrous oxide or nitrogen gas, and then the oxygen-free tank 228. And / or discharged as a gas from the aerobic tank 229 which flows again.
  • the amount of nitrous oxide produced can be changed by adjusting the operating conditions.
  • a second denitrification tank (not shown) is provided between the reaction tank 222 and the final precipitation tank 220 as necessary, and an organic substance such as methanol is added.
  • the reductive denitrification may be performed up to nitrogen gas.
  • the circulatory nitrification denitrification method and the anaerobic-anoxic-aerobic method have been described as examples.
  • the reaction tank has a tank in which nitrous oxide is generated
  • other methods can be used. It may be. Specifically, for example, an anaerobic-aerobic method, a nitrification / endogenous denitrification method, or a step inflow multi-stage nitrification denitrification method may be used.
  • an efficient system using aerobic (nitrification)-oxygen-free (denitrification) method with equipment to add organic matter as necessary Can also be established.
  • the sewage treatment system of the present embodiment is provided with a recovery device 202 that recovers nitrous oxide generated in the sewage treatment facility.
  • three recovery devices are provided as the recovery device 202: an oxygen-free tank recovery device 202a, an incinerator recovery device 202b, and an aerobic tank recovery device 202c.
  • the number of recovery devices 202 can be selected as necessary, and may be one, two, or four or more.
  • nitrous oxide generated in the sludge treatment means 253 and the final sedimentation tank 220 is recovered.
  • recovery apparatus is provided is mentioned. Other conditions of the recovery device may be arbitrarily selected.
  • Examples of the oxygen-free tank recovery apparatus 202a include an apparatus that covers the entire surface of the oxygen-free tank 228 and collects nitrous oxide generated in the oxygen-free tank 228. Further, as the aerobic tank recovery apparatus 202c, an apparatus that covers the entire surface of the aerobic tank 229 and collects nitrous oxide generated in the aerobic tank 229 can be used. Examples of the incinerator recovery device 202b include those that are provided at the exhaust port of the incinerator 237 and collect nitrous oxide produced by the incinerator 237.
  • the denitrifying bacteria that inhabit the anoxic tank 228 are selected from denitrifying bacteria that have high nitrous oxide production ability, excellent metabolic selectivity to nitrous oxide, and high growth ability. Are preferably used. Further, the oxygen-free tank 228 is set to a high concentration culture condition suitable for the selected denitrifying bacteria having high nitrous oxide production ability or denitrifying bacteria having excellent metabolic selectivity to nitrous oxide, and more nitrous oxide. It is preferable to improve the productivity.
  • the culture conditions may be adjusted by a method of appropriately controlling the amount of organic matter flowing into the anaerobic tank 228, the amount returned from the aerobic tank 229, dissolved oxygen, and the like. Furthermore, denitrifying bacteria cultured outside the sewage treatment system may be supplied to the anoxic tank 228 as needed in order to increase the production capacity of nitrous oxide.
  • the aerobic tank 229 discharges the treated water separated from the sludge by the separation membrane.
  • the aerobic tank 229 is a tank that treats sewage using the membrane separation activated sludge method (MBR method). There may be. In this case, it is preferable because better sewage treatment efficiency can be obtained. Moreover, it is not necessary to provide the final sedimentation layer 220, and it can contribute to size reduction of a sewage treatment facility.
  • the sewage treatment system of the present embodiment preferably includes the following tanks as the sludge treatment means 253. That is, a concentration tank 224 that concentrates raw sludge and sludge sent to the sludge treatment means 253 to generate concentrated sludge, a dehydrator 225 that dehydrates the concentrated sludge, and a dryer 226 that dries the dewatered concentrated sludge. May be provided.
  • the sewage treatment system of this embodiment includes an incinerator 237 that incinerates the sludge dried in the sludge treatment means 253.
  • the nitrogen-containing water preferably contains one or more of sewage, human waste, livestock wastewater, fishery processing wastewater, and factory wastewater.
  • the sewage treatment system of the present embodiment includes a sewage treatment facility 201 from which nitrous oxide is discharged, a recovery device 202 that collects nitrous oxide produced by the sewage treatment facility 201, and It has a decomposition reaction section 204 for decomposing the collected nitrous oxide, and a heating means 203 for heating with decomposition heat generated by decomposition of nitrous oxide.
  • the sewage treatment facility 201 shown in FIG. 2 includes the anaerobic tank 228 and the aerobic tank 229 of the reaction tank 222 that discharges nitrous oxide, and the incinerator 237 shown in FIG.
  • the recovery device 202 shown in FIG. 2 corresponds to the oxygen-free tank recovery device 202a, the incinerator recovery device 202b, and the aerobic tank recovery device 202c shown in FIG. 1, or the recovery device 202 shown in FIGS. . Therefore, in this embodiment, it is possible to prevent nitrous oxide discharged in the anaerobic tank 228, the aerobic tank 229, and the incinerator 237 from being released into the atmosphere. Further, the heat of decomposition generated by the decomposition of the recovered nitrous oxide can be used as energy.
  • a purification device 207 for purifying the nitrous oxide recovered by the recovery device 202 is provided.
  • the purification apparatus 207 is not particularly limited as long as it can purify nitrous oxide. In this embodiment, since the purification apparatus 207 is provided, a high concentration nitrous oxide can be obtained.
  • the nitrous oxide purified in this embodiment can be used in a semiconductor manufacturing process or the like by further purifying as necessary to obtain high-purity nitrous oxide.
  • the nitrous oxide recovered by the recovery device 202 is purified by the purification device 207 and supplied to the decomposition reaction unit 204.
  • the purifying device 207 may not be provided.
  • the purification device 207 has a function as a liquefaction unit that liquefies the nitrous oxide recovered by the recovery device 202 and supplies it to the decomposition reaction unit 204.
  • the function as the liquefaction means can be obtained by, for example, a method of compressing gaseous nitrous oxide at a pressure of 50 MPa or higher, or a method of cooling to ⁇ 89 ° C. or lower.
  • the purification method of the purification apparatus 207 is not limited to liquefaction, and any method may be used as long as the object can be achieved. By purifying nitrous oxide, it can be suitably used as an energy source in the heating means 203 of the sewage treatment system.
  • the remaining gas generated in the sewage treatment facility 201 and from which nitrous oxide is recovered by the recovery device 202 is used as an oxygen-free tank 228, an aerobic tank 229, and a nitrogen-containing water treatment tank. It is preferable that supply means 209 such as a pipe or a pump for supplying any one or more of 502 is provided.
  • the nitrous oxide supplied to the decomposition reaction unit 204 is decomposed into nitrogen and oxygen, and then supplied to the heating means 203.
  • Nitrogen and oxygen generated by the decomposition of nitrous oxide are supplied to the heating means 203 through the pipe (supplying means) and used as energy, and then are supplied to the sewage treatment facility 201 through the pipe (supplying means). It can also be supplied (supply means) to any one or more of the oxygen-free tank 228, the aerobic tank 229, and the nitrogen-containing water treatment tank 502.
  • the decomposition reaction unit 204 shown in FIG. 2 is a container in which a catalyst is housed, and has a gas inlet at one end and a gas outlet at the other end.
  • the nitrous oxide recovered by the recovery device 202 is introduced into the decomposition reaction section from the inlet, decomposes into nitrogen and oxygen by the action of the catalyst, and generates heat of decomposition at this time.
  • a mixed gas of nitrogen and oxygen which is a decomposition gas that has become a high temperature due to the heat of decomposition, is discharged from the discharge port.
  • Nitrous oxide is a stable gas at normal temperature and atmospheric pressure. On the other hand, when the temperature is about 500 ° C. or higher, self-decomposition (thermal decomposition) occurs while generating heat.
  • the decomposition of nitrous oxide is a decomposition accompanied by heat generation (exothermic reaction).
  • the decomposition start temperature can be lowered to, for example, about 350 to 400 ° C. Therefore, in order to start the decomposition of nitrous oxide, it is necessary to preheat the decomposition reaction section 204 to 350 to 400 ° C. Once decomposition starts, the decomposition heat generated by the decomposition of nitrous oxide can continuously decompose nitrous oxide supplied thereafter (no heating is required after the decomposition starts). ).
  • the catalyst used in the decomposition reaction unit 204 can be selected as necessary, but can efficiently decompose nitrous oxide in a wide temperature range (particularly in a low temperature range) and is sufficient for thermal fatigue, oxidation, etc. at high temperatures. It is preferred to use a catalyst that can withstand. Examples of such a catalyst having high decomposition efficiency of nitrous oxide and excellent heat resistance and oxidation resistance include catalysts disclosed in, for example, “JP 2002-153734 A” and “JP 2002-253967 A”. Can be used.
  • any of the catalysts shown in the following [1] to [6] can be used.
  • [1] A catalyst in which aluminum (Al), magnesium (Mg), and rhodium (Rh) are supported on a carrier.
  • [2] A catalyst in which magnesium (Mg) and rhodium (Rh) are supported on an alumina (Al 2 O 3 ) support.
  • [3] A catalyst in which rhodium (Rh) is supported on a carrier in which a spinel crystalline composite oxide is formed of at least a part of aluminum (Al) and magnesium (Mg).
  • At least one metal selected from the group including zinc (Zn), iron (Fe), manganese (Mn) and nickel (Ni), aluminum (Al) and rhodium (Rh) are supported on the carrier.
  • At least one metal selected from the group including zinc (Zn), iron (Fe), manganese (Mn) and nickel (Ni) and rhodium (Rh) are supported on an alumina (Al 2 O 3 ) support. Catalyst.
  • a spinel crystalline composite comprising at least a part of aluminum (Al) and at least one metal selected from the group including zinc (Zn), iron (Fe), manganese (Mn), and nickel (Ni)
  • a carrier selected from silica (SiO 2 ) and silica alumina (SiO 2 —Al 2 O 3 ) is further added to rhodium (Rh), ruthenium (Ru).
  • a catalyst supporting at least one noble metal selected from the group containing palladium (Pd) can also be suitably used.
  • examples of the catalyst include, but are not limited to, the following catalysts.
  • a catalyst used when decomposing and removing nitrous oxide in exhaust gas discharged in a manufacturing process of adipic acid, a manufacturing process of nitric acid, or the like can be used.
  • Such a catalyst is represented by, for example, MAl 2 O 3 (M is any one of Pd, Cu, Cu / Mg, Cu / Zn, Cu / Zn / Mg), and M is 10 to 30.
  • M is any one of Pd, Cu, Cu / Mg, Cu / Zn, Cu / Zn / Mg
  • M is 10 to 30.
  • Examples thereof include a support in which a precious metal is supported at a rate of 0.1 to 2% by mass on an alumina support containing at a rate of mass%.
  • the shape of the catalyst is not particularly limited.
  • powder, granule, pellet, honeycomb, porous, pulverized, mesh, plate, sheet, etc. Can be used.
  • nitrous oxide itself decomposes at about 500 ° C. or higher. Therefore, by maintaining the temperature of the decomposition reaction unit 204 at or above the nitrous oxide self-decomposition temperature, it is possible to continuously decompose nitrous oxide without using the catalyst.
  • NO x gas is generated as a decomposition byproduct when nitrous oxide is self-decomposed without using the above catalyst. Therefore, in the present embodiment, it is preferable to use the above catalyst in order to prevent generation of NO x gas.
  • the catalyst can be used even when the temperature is higher than the nitrous oxide autolysis temperature.
  • the heating means 203 shown in FIG. 2 is not particularly limited as long as it can heat an object to be heated using a high-temperature nitrous oxide decomposition gas.
  • Specific examples of the heating means 203 include a type in which a decomposition gas of high-temperature nitrous oxide is blown onto the object to be heated (such as a blower), and heat exchange is performed between the decomposition gas of high-temperature nitrous oxide and the object to be heated.
  • the type to perform (heat exchanger) etc. are mentioned.
  • a heat exchanger that can use a high-temperature gas, a steam generation unit of a boiler (steam boiler, hot water boiler), or the like can be given.
  • the heating means 203 shown in FIG. 2 can also be used as a heat source for drying sludge in the drying device 226 shown in FIGS.
  • the nitrogen-containing water treatment method according to the first embodiment of the present invention is a treatment step of treating nitrogen-containing water in a nitrogen-containing water treatment tank to obtain a nitrogen-containing gas containing nitrous oxide derived from a nitrogen component in the nitrogen-containing water. And a recovery step of recovering the obtained nitrogen-containing gas, and a heating step of heating by decomposition heat generated by decomposing nitrous oxide in the recovered nitrogen-containing gas. Furthermore, the treatment process for obtaining the nitrogen-containing gas has a process of performing a denitrification process by denitrifying bacteria (denitrification process process) and a process of performing a nitrification process by nitrifying bacteria (nitrification process process).
  • denitrification process process denitrification process process
  • nitrification process process a process of performing a nitrification process by nitrifying bacteria
  • sewage that is sewage is treated using the sewage treatment system shown in FIG. 6 (circulation nitrification denitrification method) or FIG. 7 (batch nitrification denitrification method) and FIG. A method for processing will be described as an example.
  • sewage as sewage first flows into the settling tank 221 to precipitate and remove sludge mainly composed of organic matter (raw sludge).
  • the sewage that first passes through the settling tank 221 flows into the nitrogen-containing water treatment tank 502.
  • the nitrogen-containing water treatment tank 502 comprises one tank, and nitrogen-containing gas containing nitrous oxide is discharged from the sewage flowing into the nitrogen-containing water treatment tank 502.
  • the obtaining step includes a step of alternately performing a nitrification treatment step that requires oxygen and a denitrification treatment step that does not require oxygen by performing intermittent aeration in the nitrogen-containing water treatment tank 502.
  • the details of each treatment process of the batch nitrification denitrification system are the same as the explanation of the nitrogen-containing water treatment system.
  • the nitrogen-containing water treatment tank 502 includes a denitrification tank 228 and a nitrification tank 229, and the step of obtaining nitrogen-containing gas containing nitrous oxide is a nitrification process. It includes a nitrification treatment step in the tank, a step of circulating a part of the treated water in the nitrification tank to the denitrification tank, and a denitrification treatment step in the denitrification tank.
  • the ammonia nitrogen contained in the sewage is supplied to the nitrification tank 229 via the denitrification tank 228, where nitrification is performed.
  • the sewage that has undergone nitrification is circulated to the denitrification tank 228 via a return water pipe 251 extending from the final sedimentation tank 220 or a circulation path 501 extending from the nitrification tank 229.
  • Nitrite or nitrate nitrogen in the return water is denitrified by denitrifying bacteria in the denitrification tank 228.
  • the sewage treated in the denitrification tank 228 flows into the final sedimentation tank 220 again through the nitrification tank 229.
  • the nitrite nitrogen concentration / nitrate concentration ratio in the nitrification treatment is preferably adjusted to 0.5 to 10.
  • Detailed explanations and preferred examples regarding the adjustment of the nitrite nitrogen concentration / nitrate concentration ratio are the same as those in the nitrogen-containing water treatment system.
  • the nitrogen-containing water treatment method of the present invention measures the nitrous oxide concentration in the nitrogen-containing gas containing nitrous oxide generated from the nitrogen-containing treatment tank, the nitrification rate in the nitrification treatment, and the denitrification rate in the denitrification treatment. And a step of adjusting the following (i) to (v) based on the measured result, the amount of nitrous oxide produced can be controlled.
  • the treated water when the treated water is circulated through the circulation path 501, it is preferable to provide a step of separating the sludge by providing the sludge separation device 500 in the nitrification tank 229.
  • the carrier 255 on which microorganisms are immobilized is suspended in the sewage contained in the nitrogen-containing water treatment tank 502, the action of the microorganisms immobilized on the carrier 255 is excellent. In addition, the sewage treatment efficiency can be obtained and the nitrous oxide production ability can be improved.
  • sewage treatment method B a case where sewage that is sewage is treated using the sewage treatment system shown in FIGS. 1 and 2 will be described as an example.
  • sewage is first introduced into the settling basin 221 as sewage to precipitate and remove sludge mainly composed of organic matter (raw sludge).
  • the sewage that first passes through the settling tank 221 flows into the reaction tank 222.
  • the amount of nitrous oxide produced can be changed by adjusting the operating conditions as described above.
  • the sewage flowing into the reaction tank 222 is supplied to the aerobic tank 229 through the anaerobic tank 227 and the anoxic tank 228.
  • the organic matter in the sewage is decomposed and removed into methane gas or the like.
  • the organic nitrogen is converted to ammonia nitrogen and flows into the anoxic tank 228 together with the undecomposed organic matter residue.
  • the amount of undecomposed organic matter residue can be adjusted according to the processing conditions of the anaerobic tank 227.
  • the ammonia nitrogen flows into the aerobic tank 229 via the anoxic tank 228. Nitrification is performed by the action of nitrifying bacteria in the aerobic tank 229 and nitrification is performed to nitrite nitrogen or nitrate nitrogen.
  • the converted nitrite or nitrate nitrogen is returned to the anoxic tank 228 via the return water pipe 251 or the circulation line 501.
  • the nitrite or nitrate nitrogen contained in the returned water is denitrified by denitrifying bacteria in the anoxic tank 228 and reduced to nitrous oxide or nitrogen gas.
  • the carrier 255 for immobilizing microorganisms is suspended in the oxygen-free tank 228.
  • excellent sewage treatment efficiency can be obtained, and the nitrous oxide production ability can be improved.
  • the sewage treated here flows again into the final sedimentation tank 220 through the aerobic tank 229. And in the final sedimentation tank 220, it isolate
  • the produced nitrous oxide is discharged as a gas from the oxygen-free tank 228 and / or the aerobic tank 229 that flows again.
  • surplus sludge containing microorganisms separated from the treated water in the final sedimentation tank 220 is sent to the sludge treatment means 253 together with the raw sludge separated in the first sedimentation tank 221.
  • the raw sludge and excess sludge sent to the sludge treatment means 253 are concentrated in the concentration tank 224 to be concentrated sludge, dehydrated in the dehydrator 225, and dried in the dryer 226. Thereafter, the dried sludge is incinerated in the incinerator 237.
  • nitrous oxide generated in the anaerobic tank 228, the aerobic tank 229, and the incinerator 237 of the sewage treatment facility 201 is collected using the collection device 202 as shown in FIG. To do. Subsequently, the collected nitrous oxide is purified in the purification apparatus 207. Thereafter, heating is performed by heat of decomposition generated by decomposing the purified nitrous oxide (heating step). In the heating process, decomposition heat can be used for drying sludge generated by sewage treatment.
  • nitrogen and / or oxygen generated by the decomposition of nitrous oxide can be supplied to any one or more of the anoxic tank 228 and the aerobic tank 229. Further, the gas generated in the sewage treatment facility 201 and from which nitrous oxide is recovered can be supplied to one or more of the anoxic tank 228 and the aerobic tank 229.
  • the nitrogen-containing water treatment method of the present invention includes a sewage treatment facility 201 (oxygen-free tank 228, aerobic tank 229 and incinerator 237 in FIG. 1) from which nitrous oxide is discharged, and a sewage treatment facility 201. It has a recovery device 202 that recovers nitrogen oxide and a heating means 203 that heats by the heat of decomposition generated by the decomposition of the recovered nitrous oxide. Therefore, the nitrous oxide generated by the sewage treatment can be recovered and prevented from being released into the atmosphere, and the heat of decomposition generated by the decomposition of the recovered nitrous oxide can be used as energy.
  • the purified nitrous oxide can be used as a heat source for the heating device and / or an energy source for the power generation device.
  • nitrous oxide can be used for aeration in the sewage treatment facility 201.
  • the gas generated in the sewage treatment facility 201 and the nitrous oxide recovered by the recovery device 202 is supplied to one or more of the anoxic tank 228 and the aerobic tank 229.
  • the supply means 209 is provided, the gas from which nitrous oxide is recovered can be used for aeration in the sewage treatment facility 201.
  • unrecovered nitrous oxide can be returned to the system.
  • the carrier 255 immobilizing microorganisms when the carrier 255 immobilizing microorganisms is suspended in the sewage contained in the oxygen-free tank 228, excellent sewage is obtained by the action of the microorganisms immobilized on the carrier 255. While processing efficiency is obtained, the nitrous oxide production ability can be improved.
  • the heating means 203 is for drying sludge generated by sewage treatment
  • the heat of decomposition generated by the decomposition of the collected nitrous oxide is efficiently used as energy in the sewage treatment system. Can be used well.
  • FIG. 3 is a schematic view for explaining another example of the sewage treatment system of the present invention.
  • the sewage treatment system of the present embodiment is different from the sewage treatment system 1 of the first embodiment described above in that a power generation apparatus 205 that generates power by the decomposition heat generated by the decomposition of the collected nitrous oxide instead of the heating means. (Including the part of the heating means). For this reason, in this embodiment, the description about the same member as the wastewater treatment system of 1st Embodiment mentioned above is abbreviate
  • the power generation device 205 can supply power to a drying device (drying device 226 shown in FIG. 1) that dries sludge generated by sewage treatment. Further, the power generation device 205 can supply power to the aeration device.
  • the aeration apparatus supplies gas to one or more of the anoxic tank 228 and the aerobic tank 229.
  • FIG. 5 is a schematic system diagram showing a configuration of a power generation device including the steam boiler 1 applied to the present invention.
  • This power generator uses the heat of decomposition generated by the decomposition of nitrous oxide (N 2 O) to obtain electric power.
  • N 2 O nitrous oxide
  • the power generator shown in FIG. 5 preferably includes a steam boiler 1, a steam turbine 2, a generator 3, a condenser 4, and a feed water pump 5.
  • the power generation apparatus is rotated by steam boiler 1 that generates steam by heat recovery from high-temperature cracked gas (N 2 , O 2 ) generated by decomposition of nitrous oxide, and steam generated by steam boiler 1.
  • a water supply pump 5 for supplying water to the boiler 1 is generally provided.
  • the steam boiler 1 includes a decomposition reaction unit 6 that decomposes nitrous oxide and a steam generation unit 7 that generates water vapor by heat exchange between a high-temperature decomposition gas generated by decomposition of nitrous oxide and water as a working fluid.
  • the decomposition reaction unit 6 is the same as the decomposition reaction unit 204 of the first embodiment (FIG. 2), description thereof is omitted.
  • the steam generation unit 7 is a heat exchanger that performs heat exchange between the high-temperature cracked gas and water to generate water vapor, and corresponds to the heating unit 203 of the first embodiment (FIG. 2). That is, in the power generation device of FIG. 5, the heating unit 203 of the first embodiment is the steam generating unit 7 of the steam boiler 1, and further, water that is the working fluid is evaporated, and the steam turbine 2 is generated by the steam.
  • the steam turbine generator which drives is provided.
  • the steam boiler 1 can be a boiler of the same type as a conventional round boiler or water tube boiler.
  • the round boiler include a furnace tube boiler, a smoke tube boiler, a furnace tube fire tube boiler, and a standing boiler.
  • the water pipe boiler include a natural circulation type, a forced circulation type, and a once-through type.
  • the steam boiler 1 is configured to supply cracked gas from the cracking reaction section 6 to the steam generating section 7 and generate steam by heat exchange with the cracked gas in the steam generating section 7. .
  • the decomposition reaction unit 6 and the steam generation unit 7 are configured integrally, and steam is generated by exchanging heat between the decomposition reaction unit 6 and the steam generation unit 7. It is also possible.
  • the steam generation unit 7 may be provided outside the decomposition reaction unit 6 so that steam is generated by heat exchange with heat (decomposition heat) generated in the decomposition reaction unit 6. It is. In this case, it is possible to obtain steam by the heat generated in the decomposition reaction unit 6 at the same time as the decomposition reaction unit 6 is cooled.
  • the configuration other than the steam boiler 1, that is, the steam turbine 2, the generator 3, the condenser 4, the feed water pump 5, and the like described above are the same as the existing ones. Can be used. Further, the same applies to ancillary equipment (equipment / parts) and security equipment (equipment / parts).
  • the steam turbine 2 can be selected as necessary, and is not limited to an impulse turbine that rotates the turbine blade together with the turbine shaft by an impact force when steam is blown from the nozzle to the turbine blade. It may be a reaction turbine that rotates the turbine blade together with the turbine shaft by a reaction force that expands when the steam that has flowed into the turbine blade flows out of the turbine blade. Further, it may be a combined turbine combining these impulse turbine and reaction turbine.
  • a heat pipe steam turbine generator 160 shown in FIG. 4 can be used as the power generator 205 shown in FIG.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the heat pipe steam turbine generator 160.
  • the heat pipe type steam turbine generator 160 is a power generator including a generator 170 including a heat pipe turbine 161 that converts a temperature difference into motive power, and a generator 170 that generates power by driving the heat pipe turbine 161. .
  • This generator uses the temperature difference before and after decomposition of nitrous oxide to obtain power, and then converts this power into electric power.
  • the heat pipe turbine 161 includes, for example, a substantially cylindrical heat pipe (container body) 162 in which a condensable working fluid (steam source) L is sealed in a state where the inside is vacuum degassed.
  • the heat pipe 162 is arranged in an upright state, and has an evaporation section 163 that heats and evaporates the stored working fluid L on the lower side thereof.
  • a turbine section 164 is provided in which the turbine blades 164a are rotationally driven integrally with the turbine shaft 164b by the evaporated working fluid L (steam).
  • the generator 170 is connected to the turbine shaft 164b of the turbine unit 164.
  • the heat pipe 162 is provided with a communication pipe (flow path) 165 that allows communication between a portion where the working fluid L is stored and a portion above the turbine blade 164a.
  • the heat pipe 162 has a condensing part 166 that cools and condenses the working fluid L in the middle part of the communication pipe 165.
  • a wick 167 having a capillary structure including a fine wire such as a metal net or carbon fiber is provided on the inner surface of the heat pipe 162, for example, a wick 167 having a capillary structure including a fine wire such as a metal net or carbon fiber is provided.
  • the heat pipe turbine 161 includes a heater (heating means) 168 that heats the working fluid L in the evaporator 163 and a cooler (cooling means) 169 that cools the working fluid L in the condenser 166. Yes.
  • the working fluid L evaporating in the evaporating unit 163 flows to the condensing unit 166 and is condensed due to a temperature difference in the heat pipe 162, and the working fluid L is Circulate. That is, heat transport is performed by absorbing and releasing the latent heat of the working fluid L.
  • the evaporated working fluid L can be sprayed onto the turbine blades 164a, thereby rotating the turbine shaft 164b to obtain power. Furthermore, electric power can be obtained by rotationally driving the generator 170 connected to the turbine shaft 164b.
  • the working fluid L can be selected as necessary, and for example, water (steam) can be preferably used.
  • water steam
  • the nitrous oxide gas (N 2 ) which is discharged from the recovery device 202 via the purification device 207 (nitrous oxide is liquefied at high pressure) and adiabatically expanded. O) is supplied to the cooler 169 through the first supply line 107. And while this nitrous oxide gas passes the inside of the cooler 169, the condensing part 166 of the said heat pipe turbine 161 is cooled. That is, in the cooler 169, the working fluid L flowing in the condensing unit 166 is cooled by using the cold heat accompanying the adiabatic expansion of nitrous oxide.
  • the nitrous oxide gas discharged from the cooler 169 is supplied to the cracking reactor 124 through the second supply line 108. And while this nitrous oxide gas passes through the inside of the decomposition reactor 124, decomposition by the catalyst 104 is performed.
  • the catalyst 104 may be heated by the heater 111.
  • nitrous oxide decomposition gas (N 2 , O 2 ) obtained by decomposing nitrous oxide gas in the decomposition reactor 124 is supplied to the heater 168 through the third supply line 109. . And while this cracked gas passes the inside of the heater 168, the evaporation part 163 of the said heat pipe turbine 161 is heated. That is, in the heater 168, the working fluid L in the evaporation section 163 is heated using the decomposition heat generated by the decomposition of nitrous oxide. Then, the cracked gas is discharged from the discharge line 110.
  • the heat pipe steam turbine generator 160 uses the cold heat accompanying the above-described adiabatic expansion of nitrous oxide and the decomposition heat generated by the decomposition of the nitrous oxide. Therefore, it is possible to generate a large temperature difference between the evaporator 163 and the condenser 166 of the heat pipe turbine 161. And it is possible to obtain a large output (power and electric power) by utilizing such a temperature difference before and after decomposition of nitrous oxide gas.
  • the present invention is not necessarily limited to the configuration of the heat pipe steam turbine generator 160 shown in FIG. 4, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
  • the heat pipe steam turbine generator 160 shown in FIG. 4 is not limited to the configuration including the heat pipe turbine 161.
  • various types of heat pipe turbines such as a siphon type and a wick type can be used.
  • various types such as a single tube type and a loop type can be used.
  • the configuration of the heater 168 and the cooler 169 may be any configuration that can exchange heat with the evaporator 163 and the condenser 166 of the heat pipe turbine 161. These configurations can be appropriately changed in accordance with the design (form) of the heat pipe turbine 161. For example, when using nitrous oxide without liquefying, the condensing part 166 can be water-cooled or air-cooled.
  • the nitrogen-containing water treatment method according to the second embodiment of the present invention is different from the nitrogen-containing water treatment method according to the first embodiment in that there is a step of evaporating the working fluid by heat of decomposition of nitrous oxide in the heating process. In addition, it further includes a power generation step of generating power by driving the steam turbine generator with the generated steam.
  • a power generation step of generating power by driving the steam turbine generator with the generated steam is performed similarly to the sewage treatment system of the first embodiment described above.
  • power generation is performed by the decomposition heat generated by decomposing nitrous oxide (power generation step).
  • the power generation step it is preferable to supply the generated power to a drying device 226 that dries sludge generated by sewage treatment.
  • the generated power may be supplied to an aeration device and / or an aeration device that supplies gas to any one or more of the oxygen-free tank 228 and the aerobic tank 229.
  • the sewage treatment system of the present embodiment is generated by sewage treatment equipment 201 from which nitrous oxide is discharged, a recovery device 202 that recovers nitrous oxide discharged from the sewage treatment tank 201, and decomposition of the recovered nitrous oxide. And a power generation device 205 that generates power using the decomposition heat. Therefore, the nitrous oxide generated by the sewage treatment can be recovered and prevented from being released into the atmosphere, and the heat of decomposition generated by the decomposition of the recovered nitrous oxide can be used as energy.
  • the power generation device 205 of the sewage treatment system of this embodiment supplies power to the drying device 226 that dries sludge generated by sewage treatment, or any one of the inside of the anoxic tank 228 and the aerobic tank 229.
  • the heat of decomposition generated by the decomposition of the collected nitrous oxide can be efficiently used as energy in the sewage treatment system.
  • the sewage treatment system of the present invention is not limited to the above-described embodiment.
  • the case where sewage treatment is performed has been described as an example, but the sewage treatment system and the sewage treatment method of the present invention can be applied to sewage treatment other than sewage treatment.
  • ballast water to be treated by the sewage treatment system examples include ballast water containing microorganisms and shellfish that have grown during voyage.
  • human waste examples include wastewater containing human waste generated in livestock related facilities.
  • fishery related wastewater examples include wastewater containing fishery processing residues and wastewater used for aquaculture.
  • aquarium wastewater treatment examples include wastewater used for breeding.
  • wastewater from the mining site examples include wastewater containing shale gas and organic matter in oil used when mining shale gas, oil sand, and the like.
  • leachate from the landfill leachate or rainwater to prevent spontaneous ignition of the waste soaked into the landfill and leached into the drainage pipe embedded in the landfill. Is mentioned.
  • Wastewater generated during the production of bioethanol and biodiesel includes raw materials (for bioethanol, corn, sugarcane, rice, cellulose, etc., for biodiesel (rapeseed oil, sunflower, oil palm (palm oil, jatropha), algae) And wastewater used for culturing microorganisms that decompose biomass, such as food waste (waste edible oil).
  • nitrous oxide is discharged from the sewage treatment tank by denitrification of sewage in the sewage treatment tank, as in the case of performing sewage treatment.
  • sewage contains any 1 type, or 2 or more types of sewage, human waste, livestock waste water, fishery processing waste water, and factory waste water.
  • These wastewaters are preferable because they have a high BOD (biochemical oxygen demand) and nitrous oxide is easily discharged from the wastewater treatment tank.
  • the present invention can be preferably applied to nitrogen-containing water containing nitrous oxide at a high concentration as industrial wastewater.
  • sewage treatment facility nitrogen-containing water treatment facility
  • recovery device 202a anaerobic tank recovery device 202b . incinerator recovery device 202c ... aerobic tank recovery device 203 ... heating means 204 ... decomposition reaction section 205 ... power generation device 207 ... purification device 209 ... supply means 220 ... Final sedimentation tank 221 ... Initial sedimentation tank 222 ... Reaction tank 224 ... Concentration tank 225 ... Dehydration apparatus 226 ... Drying apparatus 227 ... Anaerobic tank 228 ... Anoxic tank (anoxic tank, sewage treatment tank) 229 ... Nitrification tank (aerobic tank) 237 ... Incinerators 241, 243, 244 ...

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Abstract

含窒素水を処理する含窒素水処理設備と、前記含窒素水処理設備から発生する、亜酸化窒素を含む窒素成分由来の含窒素ガスを回収する回収装置と、回収した前記含窒素ガスを分解することにより発生する分解熱によって加熱を行う加熱手段と、を有する含窒素水処理システムを提供する。

Description

含窒素水処理システムおよび含窒素水処理方法
　本発明は、含窒素水処理システムおよび含窒素水処理方法に関する。
　本願は、２０１３年１月２１日に出願された特願２０１３－００８８３７号及び、２０１３年５月１０日に、日本に出願された特願２０１３－１００５９５号、に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　下水など窒素を含む含窒素水を処理することにより、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ、一酸化二窒素とも言う。）が発生することが知られている。例えば、下水道施設では、汚泥焼却工程や微生物の働きにより亜酸化窒素が発生する（例えば、非特許文献１参照）。亜酸化窒素は、二酸化炭素(ＣＯ２)の約３１０倍の温暖化効果を持つ温室効果ガスである。このため、窒素を含む含窒素水を処理する際に発生する亜酸化窒素の排出を抑制して、地球温暖化を防止することが要求されている。
　非特許文献１には、下水汚泥を高温焼却することにより、亜酸化窒素の排出を削減する技術が記載されている。
　また、亜酸化窒素の大気中への放出を防ぐ技術として、例えば工場や焼却設備、自動車などから排出される排ガス中の亜酸化窒素を、触媒を用いて分解除去する技術が多数開発されている（例えば、特許文献１～３参照。）。また、亜酸化窒素を触媒分解することで得られる分解ガスを利用して、推力を発生させるスラスタ装置が提案されている（例えば、特許文献４参照。）。
特開平５－４０２７号公報 特開２００５－２３０７９５号公報 特開２００６－１８１５７０号公報 特開２００７－１１９８８２号公報
資源のみち委員会、資源のみちの実現に向けて、報告書、平成１９年３月、１１ページ～１３ページ Bazylinski, D. A., E. Palome, N. A. Blakemore & R. P. Blakemore (1986) Denitrification by Chromobacterium violaceum. Appl. Environ. Microbiol., 52: 696-699. Blaszczyk, M. (1993) Effect of medium composition on the denitrification of nitrate by Paracoccus denitrificas. Appl. Environ. Microbiol., 59: 3951-3953 Okada, N., N. Nomura, T. Nakajima-Kambe & H. Uchiyama (2005) Characterization of the aerobic denitrification in Mesorhizomiumsp. Strain NH-14 in comparison with that in related Rhisobia. Microbes Environ. 20: 208-215. Philippot, L., J. Andert, C. M. Jones, D. Bru & S. Hallin (2010) Importance of denitrifiers lacking the genes encoding the nitrous oxide reductase for N2O emissions from sol. Glob. Change Biol., 17: 1497-1504. Tago, K., S. Ishii, T. Nishizawa, S. Otsuka & K. Senoo (2011) Phylogenetic and functional diversity of denitrifying bacteria isolated from various rice paddy and rice-soybean rotation fields. Microbes Environ., 26: 30-35. van Rijn, Y. Tal & Y. Barak (1996) Influence of volatile fatty acids on nitrite accumulation by Pseudomonas stutzeristrain isolated from a denitrifying fluidized bed reactor. Appl. Environ. Microbiol., 62: 2615-2620. Wood, D. W., J. C. Setubal, R. Kaul et al. (2001) The genome of the natural engineer Agrobacterium tumefaciens C58. Science, 294: 676-684.
　従来の技術では、下水などの含窒素水を処理する含窒素水処理槽から排出される亜酸化窒素の排出量を抑制する技術は検討されていた。しかしながら、亜酸化窒素を選択的に生成させる技術はなかった。また、従来、含窒素水処理設備から排出される亜酸化窒素は、全て大気中に放出されていた。
　また、近年、地球環境に対する意識の高まりによって、化石燃料等に依存した社会から、再生可能な代替エネルギーを利用した社会への転換が求められている。
　本発明は、上記事情に鑑みて提案されたものである。含窒素水処理設備から選択的に亜酸化窒素を生成させ、この生成させた亜酸化窒素を回収して環境中への放出を防止するとともに、回収した亜酸化窒素の分解により発生する分解熱をエネルギーとして利用する、含窒素水処理システムおよび含窒素水処理方法を提供することを課題とする。
　　本発明は、本発明の第一の態様である（１）のシステムを提供する。また前記（１）は、（２）～（１２）に記載される特徴のいずれか、あるいはこれらの特徴の組み合わせを有する事が好ましい。
　（１）含窒素水を処理する含窒素水処理設備と、前記含窒素水処理設備から発生する、前記含窒素水中の窒素成分由来の亜酸化窒素を含む含窒素ガスを回収する回収装置と、回収した前記含窒素ガス中の亜酸化窒素を分解することにより発生する分解熱によって加熱を行う加熱手段と、を有することを特徴とする含窒素水処理システム。
（２）更に、蒸気ボイラーと当該蒸気ボイラーで発生する蒸気により駆動される蒸気タービン発電機を備え、前記加熱手段が当該蒸気ボイラーの蒸気発生部である（１）に記載の含窒素水処理システム。
 
（３）前記含窒素水処理設備が、含窒素水処理槽を有し、前記含窒素水処理槽が、脱窒菌による脱窒処理および硝化菌による硝化処理が行われる処理槽である、（１）又は（２）に記載の含窒素水処理システム。
　（４）前記含窒素水処理槽が、間欠曝気を行うことにより、脱窒菌による脱窒処理と、硝化菌による硝化処理が交互に行われる処理槽である、（３）に記載の含窒素水処理システム。
　（５）前記含窒素水処理槽が、脱窒菌による脱窒処理を行う脱窒槽と、硝化菌による硝化処理を行う硝化槽を備え、前記硝化槽の処理水の一部を前記脱窒槽に循環させる循環経路を有する、（３）に記載の含窒素水処理システム。
（６）前記含窒素ガス中の亜酸化窒素濃度と、前記硝化処理における硝化率を測定し、測定された結果に基づいて前記硝化処理における溶存酸素濃度を調整する調整部を有する、（３）～（５）のいずれか１項に記載の含窒素水処理システム。
（７）　前記含窒素ガス中の亜酸化窒素濃度と、前記脱窒処理における脱窒率を測定し、測定された結果に基づいて前記硝化槽から前記脱窒槽への循環量を調整する調整部を有する、（５）に記載の含窒素水処理システム。
（８）前記含窒素ガス中の亜酸化窒素濃度と、前記脱窒処理における脱窒率を測定し、測定された結果に基づいて前記間欠曝気のサイクル時間を調整する調整部を有する、（４）に記載の含窒素水処理システム。
（９）前記含窒素ガス中の亜酸化窒素濃度と、前記脱窒処理における脱窒率を測定し、測定された結果に基づいて前記脱窒処理におけるｐＨを調整する調整部を有する、（３）～（５）のいずれか１項に記載の含窒素水処理システム。
（１０）　前記含窒素ガス中の亜酸化窒素濃度と、前記脱窒処理における脱窒率を測定し、測定された結果に基づいて前記脱窒処理における酸化還元電位を調整する調整部を有する、（３）～（５）のいずれかに記載の含窒素水処理システム。
（１１）　前記脱窒処理において、硝酸態窒素、または亜硝酸態窒素を亜酸化窒素に還元する脱窒菌の１種または２種以上を利用する、（３）～（１０）のいずれかに記載の含窒素水処理システム。
（１２）前記含窒素水が下水、し尿、畜産排水、水産加工排水、工場排水のいずれか１種または２種以上を含むことを特徴とする（１）～（１１）のいずれかに記載の含窒素水処理システム。
本発明は、本発明の第二の態様である以下の（１３）の方法を提供する。また前記（１３）は、（１４）～（２４）に記載される特徴のいずれか、あるいはこれらの特徴の組み合わせを有する事が好ましい。
　（１３）含窒素水を含窒素水処理槽で処理して、前記含窒素水中の窒素成分由来の亜酸化窒素を含む含窒素ガスを得る処理工程と、前記含窒素ガスを回収する回収工程と、回収した前記含窒素ガス中の亜酸化窒素を分解することにより発生する分解熱によって加熱を行う加熱工程と、を有することを特徴とする含窒素水処理方法。
　（１４）前記加熱工程が前記分解熱により流体を蒸発させるステップを含み、更に、前記ステップで発生する蒸気により蒸気タービン発電機を駆動して発電を行う発電工程を含む（１３）に記載の含窒素水処理方法。
　（１５）前記含窒素ガスを得る処理工程が、脱窒菌により脱窒処理を行う工程（脱窒処理工程）および硝化菌により硝化処理を行う工程（硝化処理工程）を含む、（１３）又は（１４）に記載の含窒素水処理方法。
　（１６）前記含窒素水処理槽が１つの槽からなり、
前記含窒素ガスを得る処理工程が、前記含窒素水処理槽において間欠曝気を行うことにより、前記脱窒処理工程と、前記硝化処理工程を、交互に行う工程を含む、（１５）に記載の含窒素水処理方法。
　（１７）前記含窒素水処理槽が脱窒槽と硝化槽を備え、
前記含窒素ガスを得る処理工程が、前記硝化槽における硝化処理工程、前記硝化槽の処理水の一部を脱窒槽に循環させる工程、及び前記脱窒槽における脱窒処理工程を含む、（１５）に記載の含窒素水処理方法。
（１８）前記含窒素ガス中の亜酸化窒素濃度と、前記硝化処理における硝化率を測定する工程と、測定された結果に基づいて前記硝化処理における溶存酸素濃度を調整する工程を備える、（１５）～（１７）のいずれか１項に記載の含窒素水処理方法。
（１９）前記含窒素ガス中の亜酸化窒素濃度と、前記脱窒処理における脱窒率を測定する工程と、測定された結果に基づいて前記硝化槽から前記脱窒槽への循環量を調整する工程を備える、（１７）に記載の含窒素水処理方法。
（２０）前記含窒素ガス中の亜酸化窒素濃度と、前記脱窒処理における脱窒率を測定する工程と、測定された結果に基づいて前記間欠曝気のサイクル時間を調整する工程を備える、（１６）に記載の含窒素水処理方法。
（２１）前記含窒素ガス中の亜酸化窒素濃度と、前記脱窒処理における脱窒率を測定する工程と、測定された結果に基づいて前記脱窒処理におけるｐＨを調整する工程を備える、（１５）～（１７）のいずれか１項に記載の含窒素水処理方法。
（２２）前記含窒素ガス中の亜酸化窒素濃度と、前記脱窒処理における脱窒率を測定する工程と、測定された結果に基づいて前記脱窒処理における酸化還元電位を調整する工程を備える、（１５）～（２１）のいずれか１項に記載の含窒素水処理方法。
（２３）　前記脱窒処理において、硝酸態窒素、亜硝酸態窒素を亜酸化窒素に還元する脱窒菌の１種または２種以上を利用する、（１５）～（２２）のいずれかに記載の含窒素水処理方法。
（２４）　前記含窒素水が下水、し尿、畜産排水、水産加工排水、工場排水のいずれか１種または２種以上を含むことを特徴とする（１３）~（２３）のいずれかに記載の含窒素水処理方法。
本発明の含窒素水処理システムによれば、含窒素水処理設備から選択的に亜酸化窒素を生成させ、生成させた亜酸化窒素を回収して大気中への放出を防止するとともに、回収した亜酸化窒素の分解により発生する分解熱をエネルギーとして利用できる。
　また、本発明の含窒素水処理システムが、回収した亜酸化窒素を精製する精製装置を備えている場合、高濃度で純度の高い亜酸化窒素が得られる。精製された亜酸化窒素は、半導体の製造工程において使用できる。また、含窒素水処理システムの加熱装置や発電装置においてエネルギー源として使用できる。
図１は、本発明の含窒素水処理システムの一例を説明するための概略図である。 図２は、本発明の含窒素水処理システムの一例を説明するための概略図である。 図３は、本発明の含窒素水処理システムの他の例を説明するための概略図である。 図４は、ヒートパイプタービンを備えた発動装置（発電装置）の一例を示す断面模式図である。 本発明を適用した蒸気ボイラーを備える発電装置の構成を示す概略系統図である。 図６は、本発明の含窒素水処理システムの他の例を説明するための概略図である。 図７は、本発明の含窒素水処理システムの他の例を説明するための概略図である。
　以下、本発明の含窒素水処理システムおよび含窒素水処理方法について、図面を参照して詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、本発明をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは限定されない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、特に問題の無い限り、材料、数、形状、量、種類、位置などについて、追加、省略、置換、及び変更などの変更が可能である。各例や実施形態同士で、条件を交換しても良い。
　以下に、本発明の第一の態様である含窒素水処理システム（装置）の好ましい例や実施形態について説明する。
　本発明の含窒素水処理システムは、含窒素水処理槽と、回収装置と、加熱手段とを有する。さらに詳しくは、含窒素水を処理する含窒素水処理槽と、前記含窒素水処理槽から発生する、前記窒素成分由来の亜酸化窒素を含む含窒素ガスを回収する回収装置と、回収した前記含窒素ガスを分解することにより発生する分解熱によって加熱を行う加熱手段と、を有する。以下、「汚水」は「含窒素水」と同義である。
　＜第１実施形態＞
（含窒素水処理システム１）
　以下、本発明の含窒素水処理システムの一例として、下水処理を行う汚水処理システムを例に挙げて説明する。
　図２、図６（循環式硝化脱窒方式）、および図７（回分式硝化脱窒方式）は、本発明の汚水処理システムの一例を説明するための概略図である。
　本実施形態の含窒素水処理システムは、図２に示すように、含窒素水処理設備２０１と、回収装置２０２と、加熱手段２０３とを有する。ここで、回収装置２０２は、前記含窒素水処理設備２０１から発生する、含窒素水中の窒素成分由来の亜酸化窒素を含む含窒素ガスを回収する。加熱手段２０３は、回収した前記含窒素ガスを分解することにより発生する分解熱によって加熱を行う。
　含窒素水処理設備について、以下に説明する。
好ましい含窒素水処理設備の一例を、図６（循環式硝化脱窒方式）を参照して説明する。図６は本実施形態の含窒素水処理システムにおいて使用可能である、好ましい含窒素水処理設備の一例を説明するための概略図である。
　図６に示すように、含窒素水処理設備は、汚水が流入する最初沈殿池２２１と、最初沈殿池２２１を通過した汚水が流入する含窒素水処理槽５０２と、含窒素水処理槽５０２で処理された汚水が流入する最終沈殿槽２２０（固液分離装置）とを備える。さらにこの含窒素水処理設備は、最初沈殿池２２１で汚水と分離された生汚泥および最終沈殿槽２２０で処理水と分離された汚泥を処理する汚泥処理手段２５３と、焼却装置２３７とを備える。
　最初沈殿池２２１には、汚水である下水または、必要に応じて設けられる沈砂池により下水に含まれる砂やビニール袋などの大きなゴミの除去された汚水が、流入する。最初沈殿池２２１では、有機物が主体の小さなゴミが沈殿して除去される。最初沈殿池２２１において分離された有機物主体のゴミは生汚泥と呼ばれる。生汚泥は、図６に示すように、配管２４１を介して汚泥処理手段２５３に送られる。また、最初沈殿池２２１において生汚泥と分離された汚水は、水路２４２を介して含窒素水処理槽５０２に送られる。
　最初沈殿池２２１は、必要に応じて設けられる。したがって、図６に示す含窒素水処理設備は、最初沈殿池２２１を含まない構成、すなわち、含窒素水処理槽５０２に直接汚水である下水が流入する構成であってもよい。
　本発明で使用され得る含窒素水処理槽について、さらに詳細に説明する。
　含窒素水処理槽５０２は、脱窒菌による脱窒処理及び硝化菌による硝化処理が行われる処理槽である。
　図６に示す含窒素水処理槽５０２は、循環式硝化脱窒方式の槽である。
　図７に示す含窒素水処理槽５０２は、回分式硝化脱窒方式の槽である。
含窒素水処理槽５０２内では、硝化処理及び脱窒処理を行う。硝化処理と脱窒処理について、それぞれ以下に説明する。
　本発明において「硝化処理」とは、流入するアンモニア態窒素を硝化菌により硝化する処理である。硝化処理では、下記（１）式及び／又は下記（２）式で表される窒素形態の変化が起こる。即ち、本発明における「硝化処理」では、亜硝酸態の窒素、及び／又は硝酸態の窒素への硝化反応が行われる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
　本発明において「脱窒処理」とは、前記の硝化処理によって生成された亜硝酸態の窒素、及び／又は硝酸態の窒素を、脱窒菌により還元する処理である。脱窒処理では、下記式（３）及び／又は下記（４）式で表される窒素形態の変化が起こる。即ち、本発明における「脱窒処理」では、亜酸化窒素、及び／又は窒素への脱窒反応が行われる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
　本発明において、図７に示すように、含窒素水処理槽５０２は、間欠曝気を行うことにより、同一の槽において、硝化菌による硝化処理及び脱窒菌による脱窒処理が交互に行われる処理槽であってもよい（回分式硝化脱窒方式）。
回分式硝化脱窒方式の含窒素水処理槽５０２では、（ａ）曝気を行わずに撹拌のみを行う非曝気サイクルにおける脱窒菌による脱窒処理と、（ｂ）曝気を行う曝気サイクルにおける硝化菌による硝化処理と、が交互に行われる。最初沈殿池２２１からの汚水は、一般的には非曝気サイクル中に間欠的に含窒素水処理槽５０２に供給される。
　図７に示す含窒素水処理槽５０２内には、多様な微生物が生息している。それらの微生物の働きで有機物が分解される。汚水に含まれるアンモニア態窒素は、曝気サイクルにおいて、硝化菌の働きにより亜硝酸態に硝化される。さらに、硝酸態の窒素へと硝化される反応が進む。それに伴って、関与する微生物が増殖する。また、非曝気サイクルにおいて、上記の亜硝酸態もしくは硝酸態の窒素が脱窒菌のはたらきにより亜酸化窒素に還元され、さらには窒素ガスに還元される。脱窒菌は、亜硝酸態もしくは硝酸態の窒素の還元で得られる酸素を用いて汚水中の有機物（炭素源）を酸化分解して、菌の生育や増殖に必要なエネルギーを得ている。含窒素水処理槽５０２内で増殖した微生物は、水路２４９を介して処理された汚水とともに最終沈殿槽２２０に流入する。本実施形態においては、微生物を固定化する担体２５５を、含窒素水処理槽５０２の汚水中に浮遊させている。このため、担体に高密度の微生物を担持することが可能となる。有用な微生物の流出を防止するために、含窒素水処理槽５０２から最終沈殿槽２２０への水路２４９の入口（流出口）に、担体２５５が排出されることを防止する網目状のスクリーンなどのろ過装置を設置してもよい。
　本発明においては、図６に示すように、含窒素水処理槽５０２に、脱窒菌による脱窒反応を行う脱窒槽２２８と、硝化菌による硝化処理を行う硝化槽２２９とを設けることにより、硝化処理と脱窒処理を別々の槽で処理水を循環させながら行うこともできる（循環式硝化脱窒方式）。これらの槽は、例えば、共有する壁等により互いに隣り合いかつ分離された構造であってもよく、あるいは、互いの槽の間に距離や空間が設けられて別々に分離された構造であってもよい。上部の空間は互いにつながっていること、すなわち一つの空間であることが好ましいが、必要に応じて空間が壁などで互いに分離されていても良い。また、硝化槽２２９の処理水の一部を脱窒槽２２８へと循環させる循環経路５０１、及び／または、最終沈殿槽２２０の上澄みを脱窒槽２２８に返送（循環）させる返送（循環）経路２５１（以下、「返送」と記載することがある。）を有することが好ましい。脱窒槽２２８において処理された汚水は、水路２４８を介して硝化槽２２９へ流入する。硝化槽２２９内には、曝気装置６００により空気が供給されている。
　図６に示す含窒素水処理槽５０２内には、多様な微生物が生息している。硝化槽２２９内では、様々な微生物の働きで有機物が分解される。また、汚水中に含まれるアンモニア態窒素の硝化反応が進み、それに伴って、好気性の微生物が増殖する。硝化槽２２９内で増殖した好気性微生物は、水路２４９を介して硝化槽２２９で処理された汚水とともに最終沈殿槽２２０に流入する。
　図６に示すように、好気性微生物を含む汚泥は、最終沈殿槽２２０（固液分離装置）において処理水と分離される。分離された処理水は、水路２５２を介して河川等に放流される。また、一部は返送水として脱窒槽２２８に返送される。一方、最終沈殿槽２２０において分別された汚泥（以下、余剰汚泥ということがある）の一部は、図６に示すように、配管２４３を介して返送汚泥として脱窒槽２２８に返送される。したがって、含窒素水処理槽５０２内の微生物の一部は、含窒素水処理槽５０２内を循環している。また、最終沈殿槽２２０において分別された汚泥の残部は、配管２４４を介して、最初沈殿池２２１において分離された生汚泥と共に、汚泥処理手段２５３に送られる。
　また、脱窒槽２２８には、脱窒処理を行う脱窒菌が生息している。本実施形態では、微生物を固定化する担体２５５を、脱窒槽２２８の汚水中に浮遊させている。このため高密度の脱窒菌を担持することが可能である。また、脱窒槽２２８から硝化槽２２９への脱窒菌の流出を防止するために、脱窒槽２２８から硝化槽２２９への水路２４８の入口（流出口）に、担体２５５が排出されることを防止する網目状のスクリーンなどのろ過装置を設置していてもよい。この装置により、大部分の脱窒菌は、循環せずに脱窒槽２２８内にとどまる事ができる。
　以上のように説明した図６の設備（循環式硝化脱窒方式）、または図７の設備（回分式硝化脱窒方式）において、含窒素水処理槽５０２に流入した汚水中に含まれる窒素は、以下に示すように除去される。
汚水中に含まれるアンモニア態窒素は、図６に示す循環式の場合には、脱窒槽２２８を経由して硝化槽２２９に流入し、そこで硝化菌の働きにより硝化処理が行われる。図７に示す回分式の場合には、曝気サイクルにおいて硝化菌の働きにより硝化処理が行われる。
硝化処理により変換された亜硝酸態もしくは硝酸態の窒素は、図６においては、返送水配管２５１または、循環ライン５０１を介して脱窒槽２２８に返送される。図７においては、同じ含窒素水処理槽５０２において、処理がそのまま非曝気サイクルに移行する。
次に、上記の亜硝酸態もしくは硝酸態の窒素は、図６においては、脱窒槽２２８内の脱窒菌により脱窒処理が行われ、亜酸化窒素又は窒素ガスが、脱窒槽２２８および／または再度流入する硝化槽２２９から気体として排出される。
また図７においては、非曝気サイクルにおいて脱窒菌により脱窒処理が行われ、その結果、亜酸化窒素又は窒素ガスが含窒素水処理槽５０２から気体として排出される。
従来は、温暖化ガスである亜酸化窒素の生成量を極力削減するために、硝化処理においては硝酸態の窒素まで反応を完全に進めること、脱窒処理においては窒素ガスまで反応を完全に進めることが求められてきた。本実施形態においては運転の条件により、硝化処理における亜硝酸態窒素と硝酸態窒素の比率や、脱窒処理における亜酸化窒素と窒素ガスの比率を、変化させることができる。
　脱窒処理ではたらく脱窒菌は、嫌気条件下で硝酸呼吸により亜硝酸態もしくは硝酸態窒素を亜酸化窒素および／または窒素ガスに還元する、細菌、古細菌、真菌などの微生物を意味する。
　脱窒菌は必要に応じて選択できるが、例えば、シュードモナス・エルギノーサ（Pseudomonas　aeruginosa）、シュードモナス・スッツツエリ（Pseudomonas　stutzeri）等のシュードモナス属、パラコッカス・デニトリフィカンス（Paracoccus　denitrificans）、パラコッカス・ハロデニトリフィカンス.（Paracoccus halodenitrificans）等のパラコッカス属、アルカリゲネス・フェカリス（Alcaligenes　faecalis）等のアルカリゲネス属、チオバチルス・デニトリフィカンス（Thiobachillus　denitrificans）等のチオバチルス属、アクロモバクター・サイクロクラステス（Achromobacter　cycloclastes）等のアクロノバクター属、アゾスピリルム・ブラシレンセ（Azospirillum　brasilense）等のアゾスピリルム属等が挙げられる。しかし、脱窒菌としては、上に挙げた微生物に限らず、脱窒能を有する微生物であれば限定されない。これらの菌は単独で用いても良く、あるいは、二種以上を組み合わせて使用しても良い。
　これらの脱窒菌の中でも、亜硝酸態もしくは硝酸態窒素を窒素ガスまで還元せずに亜酸化窒素に還元する能力を有する脱窒菌が知られている（非特許文献２～８）。これらの亜酸化窒素を選択的に生成する脱窒菌のいずれか１種または２種以上を用いることが好ましい。これらの脱窒菌を用いることで、脱窒処理において高濃度の亜酸化窒素を生成させることができる。
　本発明において、硝化反応は、硝酸態窒素にまで硝化するのではなく、亜硝酸を生成することが好ましい。すなわち、硝酸態窒素にまで硝化しないことが好ましい。具体的には、まず、亜硝酸態窒素と、硝酸態窒素とを測定する測定機器を用いて、前記各窒素形態の窒素濃度を測定する。次に、測定結果に基づいて、硝化処理における、前記含窒素水処理槽内の亜硝酸態窒素濃度／硝酸態窒素濃度比を、調整する。調整は、濃度比を所定の範囲に調整する調整部３００を設けることにより行うことが好ましい。調整部は任意に選択でき、例えば曝気装置の曝気量を調節する制御装置等が挙げられる。本実施形態において、亜硝酸態窒素とは、ＮＯ２－Ｎを意味し、硝酸態窒素とは、ＮＯ３－Ｎを意味する。
　なお、本発明における調整部は、測定で得られた値を演算し、目的の数値を得る為の、演算部を調整部内に含んでいても良い。
　亜硝酸態窒素濃度と硝酸態窒素濃度との比（亜硝酸態窒素濃度／硝酸態窒素濃度）を調整することにより、含窒素水処理槽から生成される亜酸化窒素量を制御することができる。
　本発明において、硝化処理における前記含窒素水処理槽内の亜硝酸態窒素濃度と硝酸態窒素濃度との比（亜硝酸態窒素濃度／硝酸態窒素濃度）は、０．５～１０であることが好ましく、０．７５～１０であることがより好ましく、１～１０であることがより一層好ましい。
　硝化処理における前記含窒素水処理槽内の亜硝酸態窒素濃度と硝酸態窒素濃度との比（亜硝酸態窒素濃度／硝酸態窒素濃度）を上記の範囲とすることにより、亜酸化窒素の生成量を増加させることが可能となる。
　亜硝酸態窒素濃度と硝酸態窒素濃度との比（亜硝酸態窒素濃度／硝酸態窒素濃度）の調整は、被処理水の種類等により適宜調整すればよい。例えば、曝気量の調整等により、上記の範囲とすることができる。
　具体例を挙げれば、亜硝酸態窒素濃度／硝酸態窒素濃度があらかじめ定められた範囲の下限値未満となった場合には、曝気量を抑えて硝化槽２２９の溶存酸素濃度を低下させることによって前記濃度比を高くすればよい。また亜硝酸態窒素濃度／硝酸態窒素濃度が上限値を超えた場合には、曝気量を多くして硝化槽２２９の溶存酸素濃度を高めることによって前記濃度比を低くすればよい。
　本実施形態においては、含窒素水処理槽５０２が循環式又は回分式のいずれの場合についても、溶存酸素量を調整する調整部を設けることが好ましい。亜酸化窒素の生成量を増加させるために、まず、含窒素水処理槽から発生する、亜酸化窒素を含む含窒素ガス中の亜酸化窒素濃度を測定する。次に、硝化処理（硝化槽又は回分式の曝気サイクル）における硝化率を測定する。そして、測定された結果に基づいて、硝化処理における溶存酸素量を調整する。この調整に使用される調整部の具体例としては、例えば曝気装置の曝気量を調節する制御装置等が挙げられる。
　硝化率の具体的な測定方法としては、含窒素水処理槽から発生する、亜酸化窒素を含む窒素成分由来の含窒素ガス中の亜酸化窒素濃度を測定する測定機器を設け（不図示）、含窒素ガス中の亜酸化窒素濃度（％）を測定する方法が挙げられる。また、硝化槽２２９における硝化率を汎用の測定機器で測定してもよい。
硝化率は、循環式硝化脱窒方式（図６）の場合は、例えば下記式（Ａ）に示す方法により算出できる。具体的には、硝化槽２２９に流入するアンモニア態窒素（ＮＨ４－Ｎ）のうち、硝酸態および亜硝酸態窒素に変換した分（ＮＯ３－Ｎ＋ＮＯ２－Ｎ）の割合として算出できる。
　上記の測定結果に基づいて、硝化処理における溶存酸素量を調整することにより、亜酸化窒素の生成量を制御することが可能となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
また、回分式硝化脱窒方式（図７）の場合は、例えば下記式（Ｂ）に示す方法により算出できる。具体的には、含窒素水処理槽５０２における曝気サイクル前のアンモニア態窒素（ＮＨ４－Ｎ）のうち、曝気サイクル後に硝酸態および亜硝酸態窒素に変換した合計（ＮＯ３－Ｎ＋ＮＯ２－Ｎ）の割合として、算出できる。
　上記の測定結果に基づいて、硝化処理における溶存酸素量を調整することにより、亜酸化窒素の生成量を制御することが可能となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
以下に、硝化槽における硝化率を測定し、測定された結果に基づいて、硝化処理における溶存酸素量を調整する一例を示す。例えば、硝化率が８０％未満となった場合には、含窒素ガス中の亜酸化窒素濃度の値に関わらず、溶存酸素濃度を１．５～２．０ｍｇ／Ｌに調整する。含窒素ガス中の亜酸化窒素濃度が減少傾向もしくは予め設定した範囲を下回った場合には、硝化率が８０～９０％程度であれば溶存酸素濃度を１．０～１．５ｍｇ／Ｌに調整する。硝化率が９０～１００％程度であれば溶存酸素濃度を０．５～１．０ｍｇ／Ｌに調整する。このような方法などが挙げられる。上記の調整幅については、被処理水の種類や濃度等により適宜設定すればよい。
例えば、亜酸化窒素濃度が所望の値に達しない状況で、硝化が必要以上に進行していた場合には、溶存酸素量を下げるように調整する。但し、溶存酸素量は上記範囲を超えないようにする。この調整により、亜硝酸態窒素濃度と硝酸態窒素濃度との比（亜硝酸態窒素濃度／硝酸態窒素濃度）を高くすることができる。これにより、亜酸化窒素を多く生成させることができると考えられる。
一方、硝化が不十分である場合には、溶存酸素量を上げるように調整する。但し、溶存酸素量は上記範囲を超えないようにする。この調整により、窒素除去のために最低限必要な硝化反応が進み、要求される処理水質を確保することができると考えられる。
　本発明においては、含窒素水処理槽５０２が循環式の場合には、硝化槽から脱窒槽への循環量を調整する調整部を有していることが好ましい。調整部では、以下の特徴を有していることが好ましい。すなわち、亜酸化窒素の生成量を増加させるために、まず、含窒素水処理槽から発生する、亜酸化窒素を含む窒素成分由来の含窒素ガス中の亜酸化窒素濃度を測定する。次に、脱窒処理（脱窒槽）における脱窒率を測定する。そして、測定された結果に基づいて、硝化槽から脱窒槽への循環量を調整する。
含窒素ガス中の亜酸化窒素濃度の測定等は、前記（溶存酸素量を調整する調整部の場合）の測定等と同様である。
脱窒率は、循環式硝化脱窒方式（図６）の場合は、硝化槽２２９から返送ライン２５１および／または循環ライン５０１を通じて脱窒槽２２８に流入する硝酸態および亜硝酸態窒素（ＮＯ３－Ｎ＋ＮＯ２－Ｎ）のうちの、亜酸化窒素および窒素ガスに還元された窒素の割合である。またこの脱窒率は、脱窒槽２２８内、および脱窒槽２２８に流入する返送水及び循環水の硝酸態および亜硝酸態窒素（ＮＯ３－Ｎ＋ＮＯ２－Ｎ）の濃度と流入量から算出できる。
脱窒率は、循環式硝化脱窒方式（図６）の場合は、例えば下記式（Ｃ）に示す方法により、算出できる。具体的には、硝化槽２２９から返送ライン２５１および／または循環ライン５０１を通じて脱窒槽２２８に流入する硝酸態および亜硝酸態窒素（ＮＯ３－Ｎ＋ＮＯ２－Ｎ）のうちの、脱窒槽の処理水中に残存している硝酸態および亜硝酸態窒素（ＮＯ３－Ｎ＋ＮＯ２－Ｎ）の割合を１から差し引いた分として算出できる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000005
また、回分式硝化脱窒方式（図７）の場合は、脱窒率は、例えば下記式（Ｄ）に示す方法により、算出できる。具体的には、含窒素水処理層５０２における無酸素サイクル前の硝酸態および亜硝酸態窒素（ＮＯ３－Ｎ＋ＮＯ２－Ｎ）のうちの、無酸素サイクル後に残存している硝酸態および亜硝酸態窒素（ＮＯ３－Ｎ＋ＮＯ２－Ｎ）の割合を、１から差し引いた分として算出できる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000006
　図６に示す、循環式硝化脱窒法において、含窒素水処理槽５０２が脱窒槽２２８と硝化槽２２９を有する場合、硝化槽２２９で処理された含窒素水を、返送ライン２５１および／または循環ライン５０１を介して、脱窒槽２２８に返送させる。この際、硝化槽２２９から脱窒槽２２８への返送量を調整することにより、亜酸化窒素の生成量を制御することができる。この調整に使用される調整部は、例えば、返送ライン２５１および／または循環ライン５０１に設けられた返送ポンプの送液量を調整する制御装置等である。
より具体的に好ましい例を述べると、含窒素水の脱窒槽２２８への流入量（Ｌ／ｈｒ）を流量計等で測定し（調整部３００）、含窒素水の流入量（Ｌ／ｈｒ）に対して、硝化槽２２９から脱窒槽２２８への循環量を、１５０％～５００％、好ましくは２００～４００％に調整する方法が挙げられる。
含窒素水の流入量（Ｌ／ｈｒ）に対して、循環量を上記の範囲に設定することにより、微生物を含む汚泥の滞留時間が短縮される。このため、亜酸化窒素が生成しやすくなると考えられる。また、返送水の量を調整すると、脱窒槽２２８に持ち込まれる溶存酸素により亜酸化窒素を窒素ガスへ還元する亜酸化窒素還元酵素が阻害を受け、亜酸化窒素の生成量を増加させることができる。
前述の溶存酸素量の調整について、脱窒処理においては、溶存酸素の直接測定が困難である。本発明では、脱窒処理における溶存酸素量の管理指標として、酸化還元電位を利用することができる。従って、本実施形態においては、亜酸化窒素の生成量を増加させるため、含窒素水処理槽５０２が循環式又は回分式のいずれの場合についても、脱窒処理における酸化還元電位を調整する調整部を設けることが好ましい。すなわち、亜酸化窒素の生成量を増加させるために、含窒素ガス中の亜酸化窒素濃度と、脱窒処理（脱窒槽又は回分式の非曝気サイクル）における脱窒率を測定し、測定された結果に基づいて、脱窒処理における酸化還元電位を調整する。
具体的には、含窒素水処理槽５０２が循環式の場合には、返送量を上げると酸化還元電位は上昇する。また、含窒素水処理槽５０２が回分式の場合には、曝気時間を長くする、又は非曝気時間を短縮することなどにより、酸化還元電位は上昇する。
脱窒槽２２８の酸化還元電位の管理範囲としては、－１５０～０ｍＶが良く、より好ましくは‐１００～０ｍＶである。上記の調整幅については、被処理水の種類や濃度等により、脱窒率が損なわれない範囲において、適宜設定すればよい。
　本実施形態において、硝化処理及び脱窒処理が、間欠曝気を行うことにより同一の槽において、硝化処理及び脱窒処理を交互に行うものである場合（含窒素水処理槽５０２が回分式の場合）、間欠曝気のサイクル時間を調整する調整部を有することが好ましい。すなわち、亜酸化窒素の生成量を増加させるために、含窒素ガス中の亜酸化窒素濃度と、脱窒処理（含窒素水処理槽）における脱窒率の測定結果に基づいて、間欠曝気のサイクル時間を調整する。同一の槽において、硝化処理及び脱窒処理を交互に行うものである場合、脱窒率は、曝気サイクル直後の硝酸態および亜硝酸態窒素（ＮＯ３－Ｎ＋ＮＯ２－Ｎ）のうち、非曝気サイクルで亜酸化窒素および窒素ガスに還元された窒素の割合である。非曝気サイクル前後における硝酸態および亜硝酸態窒素（ＮＯ３－Ｎ＋ＮＯ２－Ｎ）の濃度をもとに算出できる。
例えば図７に示す回分式硝化脱窒槽において、間欠曝気のサイクル時間を調整することにより、含窒素水処理槽内の溶存酸素濃度を制御できる。
具体的には、曝気時間を長くすると、溶存酸素濃度が増加し、硝化反応が促進される。本実施態様においては、硝酸態窒素まで硝化反応を進めず、亜硝酸態窒素を生成するほうが亜酸化窒素の生成に貢献できる。よって、含窒素ガス中の亜酸化窒素濃度が所望量に達しない場合には、硝化処理に影響しない範囲で曝気サイクルの曝気時間を短縮することなどが好ましい。また、非曝気サイクルの脱窒処理において、窒素ガスまで還元反応を進めず、亜酸化窒素を生成させるためには、溶存酸素を高めて亜酸化窒素還元酵素を阻害することが有効である。脱窒率に影響しない範囲で非曝気サイクルの非曝気時間を短縮することなどが好ましい。
　含窒素水処理槽５０２が循環式又は回分式のいずれの場合についても、含窒素ガス中の亜酸化窒素濃度と、脱窒処理（脱窒槽又は回分式の非曝気サイクル）における脱窒率の測定結果に基づいて、脱窒処理における処理液のｐＨを調整する調整部を有することが好ましい。
含窒素ガス中の亜酸化窒素濃度と、脱窒処理における脱窒率の測定等は、前記の測定等と同様である。
脱窒処理における処理液のｐＨを調整し、弱酸性とすることにより、亜酸化窒素の生成量が増加すると考えられる。
一例を示すと、脱窒処理における処理液のｐＨを５～７、好ましくは５．５～６．５に設定することが好ましい。
例えば、亜酸化窒素濃度が所望の値に達しない状況で、脱窒率が予め設定された範囲以上に進行していた場合には、酸又はアルカリ剤を注入してｐＨを上記範囲の上限値以下にするように調整することが好ましい。一方、脱窒率が予め設定された範囲未満となった場合には、酸又はアルカリ剤を処理槽に注入してｐＨを上記範囲の下限値以上に調整することが可能である。
　ｐＨを上記の範囲に設定するには、酸（塩酸、硫酸等）またはアルカリ剤（苛性ソーダ、消石灰等）が使用できる。調整部は、例えば、酸又はアルカリ剤の注入装置等である。
　含窒素水処理槽５０２が循環式又は回分式のいずれの場合についても、脱窒処理における、含窒素水中の有機物態炭素濃度Ｃの、含窒素水中のＮＯｘ態窒素濃度Ｎに対する比、すなわちＣ／Ｎ比を調整する、調整部を有することが好ましい。
すなわち、亜酸化窒素の生成量を増加させるために、含窒素ガス中の亜酸化窒素濃度と、脱窒処理（脱窒槽または回分式の非曝気サイクル）における脱窒率の測定結果に基づいて、脱窒処理における含窒素水中の有機物態炭素濃度Ｃの、含窒素水中のＮＯｘ態窒素濃度Ｎに対する比、すなわちＣ／Ｎ比を調整する。
含窒素ガス中の亜酸化窒素濃度と、脱窒処理における脱窒率の測定等は前記の測定等と同様である。
本実施形態においては、上記Ｃ／Ｎ比を０．５～３．０とすることが好ましく、１．０～２．５とすることがより好ましい。
例えば、亜酸化窒素濃度が所望の値に達しない状況で、脱窒率が予め設定された範囲以上に進行していた場合には、Ｃ／Ｎ比を上記範囲の上限値以下に調整することにより、亜酸化窒素から窒素ガスへの反応が抑制される。一方、脱窒率が予め設定された範囲未満となった場合には、Ｃ／Ｎ比を上記範囲の下限値以上に調整することにより亜酸化窒素の生成が促進されると考えられる。
　Ｃ／Ｎ比を調整する方法としては、脱窒処理及び／または硝化処理を行う処理槽に流入する汚水を嫌気処理などで前処理を行うことにより、有機物濃度を調整すればよい。また、脱窒槽２２８にメタノール等の有機物を添加する方法等が挙げられる。
また、循環式の硝化及び脱窒処理においては、返送ライン２５１および／または循環ライン５０１からの返送量を調整する方法等が挙げられる。回分式の硝化や、脱窒処理においては、送液装置等により含窒素水処理槽５０２に汚水を投入するタイミングや投入量を調整する方法等が挙げられる。
本実施形態においては、含窒素水処理槽に流入する総窒素量Ｎ－（ｋｇ）と硝化処理を行う槽内のＭＬＳＳ量（ｋｇ）の比が、０．１～０．２５（ｋｇ－Ｎ／ｋｇ－ＭＬＳＳ／日）、より好ましくは０．１２～０．２（ｋｇ－Ｎ／ｋｇ－ＭＬＳＳ／日）となるように調整することが好ましい。なお、ＭＬＳＳは、Ｍｉｘｅｄ Ｌｉｑｕｏｒ Ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ Ｓｏｌｉｄｓ（ばっ気槽混合液中の活性汚泥浮遊物）の略である。
例えば、亜酸化窒素濃度が所望の値に達しない状況で、硝化が必要以上に進行していた場合には、含窒素水処理槽に流入する総窒素量と硝化処理を行う槽内のＭＬＳＳ量の比（総窒素／ＭＬＳＳ）を上げるように調整する。但し、この比は上記範囲を超えないようにする。具体的には、流入する総窒素量を上げるように調整する。また、ＭＬＳＳ量を下げるように調整してもよい。一方、硝化が不十分である場合には、含窒素水処理槽に流入する総窒素量と硝化処理を行う槽内のＭＬＳＳ量の比を下げるように調整する。但し、この比は上記範囲を超えないようにする。具体的には、流入する総窒素量を下げるように調整する。また、ＭＬＳＳ量を上げるように調整してもよい。この調整により、亜酸化窒素の生成が促進される。
ＭＬＳＳ量は、配管２４３を通じて返送される汚泥の量、及び配管２４４によって引き抜く汚泥量によって調整できる。
本発明においては、前記含窒素水処理槽から発生する亜酸化窒素を含む窒素成分由来の含窒素ガスを回収する回収装置を設置することが好ましい。
含窒素水処理槽から発生する亜酸化窒素を含む含窒素ガスとは、亜酸化窒素を含む含窒素ガスであれば限定されず、亜酸化窒素以外に窒素等を含んでいてもよい。本実施形態においては、後の工程で亜酸化窒素を利用するため、亜酸化窒素のみを含む含窒素ガスであることが好ましい。
回収装置としては、例えば図６に示す回収装置２０２が挙げられる。図６に示すように、含窒素水処理槽５０２の上部を覆うように回収装置を設置することが好ましい。
さらに、回収装置２０２で回収した亜酸化窒素を含む窒素ガスを精製する精製装置２０７（図２）を有することが好ましい。
精製装置２０７は、亜酸化窒素を精製できるものであればよく、特に限定されるものではない。本実施形態においては、精製装置２０７を備えているため、高濃度の亜酸化窒素が得られる。本実施形態において精製された亜酸化窒素は、必要に応じて更に精製して高純度の亜酸化窒素とすることで、半導体の製造工程などにおいて使用できる。
　本実施形態によれば、所定の条件で含窒素水を処理することにより、硝化槽において亜硝酸態窒素を選択的に生成させることができる。脱窒槽においては、亜酸化窒素を選択的に生成させることが可能となる。
　本実施形態の条件で含窒素水を処理することにより、含窒素水に含まれる窒素のうち３０％以上を亜酸化窒素に転換することができると考えられる。本発明によれば、多量の亜酸化窒素を得ることができるため、後述する加熱手段や発電装置等に利用できる分解熱の供給源を提供することができる。
　亜酸化窒素を選択的に生成させるため、管理面や効率面等の理由から、硝化処理における溶存酸素濃量の調整により、硝化処理を制御することが好ましい。また、脱窒処理におけるｐＨを調整することにより、脱窒処理を制御することが好ましい。
　さらに、循環式硝化脱窒法においては硝化槽から脱窒槽への循環比を制御することにより、より効率的に亜酸化窒素を選択的に生成させることに寄与できる。間欠曝気法においては、間欠曝気のサイクルを制御することにより、より効率的に亜酸化窒素を選択的に生成させることに寄与できる。
　硝化槽には、例えば図６に示すように、槽内にろ過装置を備える汚泥分離装置５００が設置されることが好ましい。また、汚泥分離装置５００により汚泥が分離された処理水を脱窒槽に循環させる循環手段５０１を有することが好ましい。
汚泥分離装置５００を設けることにより、硝化槽２２９から硝化反応を行う微生物の流出を防止でき、また、脱窒槽２２８と硝化槽２２９の微生物の混合を抑制できる。
循環式硝化脱窒方式（図６）の場合は、含窒素水処理槽５０２に微生物を固定化する担体２５５を投入し、包括固定化された微生物により、処理を行うことが好ましい。
　本実施形態においては、図６に示すように、脱窒槽２２８に収容された汚水中に、微生物を固定化する担体２５５が浮遊している。担体２５５に微生物を固定化させることで、脱窒槽２２８から硝化槽２２９への脱窒菌の流出を防止できる。また、増殖速度の遅い脱窒菌の生育条件を改善できる。担体２５５の材質や形状、大きさ、数などは、特に限定されるものではなく、脱窒槽２２８の汚水に含まれる脱窒菌の種類などに合わせて決定することが好ましい。
　担体２５５は必要に応じで選択でき、例えば、多孔質の担体や、ゲル状の担体を用いることができる。ゲル状の担体としては、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリアクリルアミド、アルギン酸ナトリウム、カラギーナン、寒天などの親水性ポリマーを含むものを用いることが好ましい。このような担体は、水を吸って膨潤するとポリマーの網目構造が大きくなり、脱窒槽２２８内で浮上することなく、汚水の流動と一緒に担体が浮遊する。このため、脱窒菌の繁殖に良好な環境を提供できる。従って、より亜酸化窒素の生産能を向上させることができるとともに、優れた汚水処理効率が得られる。
例えば、図６に示すように、脱窒槽２２８に収容された汚水中に担体２５５を浮遊させる場合、攪拌装置２５４を用いて、脱窒槽２２８内の汚水を攪拌しながら汚水を処理することが好ましい。この場合、より一層、亜酸化窒素の生産能を向上させることができるとともに、優れた汚水処理効率が得られる。
　また、脱窒槽２２８に収容された汚水中に担体２５５を浮遊させる場合、槽間の汚水の移動の際に汚水を網目状のスクリーンなどに通す方法により、担体の脱窒槽２２８から硝化槽２２９への移動を容易に防止できる。これにより、脱窒槽２２８内に多くの脱窒菌を定着させることができ、高い汚水処理効率が安定して得られ、亜酸化窒素を安定して生成できる。
　本発明において、含窒素水処理設備は、“嫌気－無酸素－好気法”を使用する処理設備であってもよい。含窒素水処理設備が嫌気－無酸素－好気法の処理設備である場合、図１に示すように、嫌気槽２２７を設けることが好ましい。嫌気槽２２７は、無酸素槽２２８と共有する壁により分離されていても良いが、互いの槽の間に距離を隔てて別々に設けられても良い。
　本実施形態の汚水処理システムが嫌気－無酸素－好気法の処理設備を有する場合は、図１に示すような、汚水処理設備を有していることが好ましい。すなわち、汚水である下水の流入する最初沈殿池２２１と、最初沈殿池を通過した汚水が流入する反応槽２２２と、反応槽２２２で処理された汚水が流入する最終沈殿槽２２０と、最初沈殿池２２１で汚水と分離された生汚泥および最終沈殿槽２２０で処理水と分離された汚泥とを処理する汚泥処理手段２５３と、焼却装置２３７とを備える、汚水処理設備を有していることが好ましい。
また必要に応じて、反応槽２２２と最終沈殿槽２２０の間に、処理水中に回収しきれずに残存する亜酸化窒素を完全に還元脱窒するための第２の脱窒槽（不図示）を設けてもよい。
　図１中、最初沈殿池２２１、最終沈殿槽２２０、汚泥処理手段２５３、焼却装置２３７については、図６における説明と同様である。
　図１に示す反応槽２２２は、嫌気－無酸素－好気方式の反応槽である。図１に示すように、反応槽２２２内には、嫌気槽２２７と無酸素槽２２８と好気槽２２９とが形成されていることが好ましい。なお本発明に使用される槽の配置や形状は、特に問題の無い限り、任意に選択可能である。
　無酸素槽２２８は前記脱窒槽２２８に、好気槽２２９は前記硝化槽２２９に相当する。
嫌気槽２２７において処理された汚水は水路２４５を介して無酸素槽２２８へ流入する。無酸素槽２２８において処理された汚水は水路２４８を介して好気槽２２９へ流入する。好気槽２２９内には、曝気装置６００を用いて空気が供給されている。
　図１に示す反応槽２２２内には、多様な微生物が生息している。微生物は、反応槽２２２に流入した汚水とともに、嫌気槽２２７、無酸素槽２２８、好気槽２２９に順次流入する。好気槽２２９内では、様々な微生物の働きで有機物が分解されるとともに、汚水中に含まれるアンモニア態窒素の硝化反応が進み、それに伴って、関与する好気性微生物が増殖する。好気槽２２９内で増殖した好気性微生物は、水路２４９を介して、好気槽２２９において処理された汚水とともに最終沈殿槽２２０に流入する。
　図１に示すように、好気性微生物を含む汚泥は、最終沈殿槽２２０において処理水と分離される。分離された処理水は、水路２５２を介して河川等に放流される。また、一部は返送水として無酸素槽２２８に返送される。一方、最終沈殿槽２２０における余剰汚泥の一部は、図１に示すように、配管２４３を介して、返送汚泥として嫌気槽２２７に返送される。したがって、反応槽２２２内の微生物の一部は、反応槽２２２内を循環している。また、最終沈殿槽２２０において分別された汚泥の残部は、配管２４４を介して、最初沈殿池２２１において分離された生汚泥と共に、汚泥処理手段２５３に送られる。
　また、無酸素槽２２８（２２８ｂ）には、脱窒処理を行う脱窒菌が生息している。脱窒菌は、亜硝酸態もしくは硝酸態の窒素の還元で得られる酸素を用いて汚水中の有機物（炭素源）を酸化分解して、生育に必要なエネルギーを得ている。本実施形態においては、微生物を固定化する担体２５５を、無酸素槽２２８の汚水中に浮遊させており、そこに高密度の脱窒菌を担持することが可能となる。そして、無酸素槽２２８から好気槽２２９への水路２４８の入口に、担体２５５が排出されるのを防止する網目状のスクリーンなどのろ過装置を設置することによって、無酸素槽２２８から好気槽２２９への脱窒菌の流出を防止していてもよい。したがって、大部分の脱窒菌は、循環せずに無酸素槽２２８内にとどまることができる。
　反応槽２２２に流入した汚水中に含まれる窒素は、以下に示すように除去される。嫌気槽２２７では、汚水中の有機物はメタンガス等に分解して除去される。その際、有機態の窒素はアンモニア態窒素に変換され、未分解の有機物残分とともに無酸素槽２２８に流入する。嫌気槽２２７の処理条件により、未分解の有機物残分の量を調整することができる。上記アンモニア態窒素は、無酸素槽２２８を経由して好気槽２２９に流入し、そこで硝化菌の働きにより硝化処理され、亜硝酸態の窒素又は硝酸態の窒素に硝化される。変換された亜硝酸態又は硝酸態の窒素は、図１に示すように、最終沈殿槽２２０からの返送水配管２５１、または好気槽２２９循環ライン５０１を介して、無酸素槽２２８に返送される。返送された水中に含まれる亜硝酸態又は硝酸態の窒素は、無酸素槽２２８内の脱窒菌により脱窒処理されることで、亜酸化窒素又は窒素ガスに還元され、その後、無酸素槽２２８および／または再度流入する好気槽２２９から気体として排出される。本実施形態においては、運転の条件を調整することにより、亜酸化窒素の生成量を変化させることができる。
亜酸化窒素が完全に排出されずに溶解残存した場合は、必要に応じて反応槽２２２と最終沈殿槽２２０の間に第２の脱窒槽（不図示）を設け、メタノール等の有機物を添加することにより完全に窒素ガスまで還元脱窒してもよい。
　本実施形態では、循環式硝化脱窒法、嫌気－無酸素－好気法を例に挙げて説明したが、反応槽は、亜酸化窒素が生成される槽を有していれば、他の方式のものであってもよい。具体的には、例えば、嫌気－好気法、硝化／内生脱窒法、または、ステップ流入式多段硝化脱窒法などの方式であってもよい。有機物が少なくアンモニア等の窒素濃度が高い工場排水などの場合においては、必要に応じて有機物を添加する設備を付与した好気（硝化）－無酸素（脱窒）法などにより、効率的なシステムを確立することもできる。
　また、図１に示すように、本実施形態の汚水処理システムには、汚水処理設備で生成される亜酸化窒素を回収する回収装置２０２が設けられている。本実施形態では、回収装置２０２として、無酸素槽用回収装置２０２ａと焼却装置用回収装置２０２ｂと好気槽用回収装置２０２ｃの３つの回収装置が設けられている。回収装置２０２の数は必要に応じて選択でき、１つでもよいし、２つでも４以上であってもよい。具体的には、４つ以上の回収装置が設けられている例として、図１に示す３つの回収装置に加えて、汚泥処理手段２５３や最終沈殿槽２２０で生成される亜酸化窒素を回収する回収装置が設けられている場合などが挙げられる。回収装置のその他の条件も任意で選択してよい。
　無酸素槽用回収装置２０２ａとしては、無酸素槽２２８上の全面を覆うように設けられ、無酸素槽２２８で生成される亜酸化窒素を捕集する装置などが挙げられる。また、好気槽用回収装置２０２ｃとしては、好気槽２２９上の全面を覆うように設けられ、好気槽２２９で生成される亜酸化窒素を捕集する装置などが挙げられる。焼却装置用回収装置２０２ｂとしては、焼却装置２３７の排気口に設けられ、焼却装置２３７で生成される亜酸化窒素を捕集するものなどが挙げられる。
　無酸素槽２２８内に生息する脱窒菌の例としては、細菌、古細菌、真菌などの微生物が挙げられる。
　脱窒菌の具体例としては、前記同様である。
　無酸素槽２２８内に生息する脱窒菌は、脱窒菌の中でも、亜酸化窒素生産能の高いもの、若しくは亜酸化窒素への代謝選択性の優れているもの、増殖能が高いものを、選抜して用いることが好ましい。
　さらに、無酸素槽２２８内を、選抜された亜酸化窒素生産能の高い脱窒菌、若しくは亜酸化窒素への代謝選択性の優れている脱窒菌にとって好適な高濃度培養条件とし、より亜酸化窒素の生産能を向上させることが好ましい。培養条件は、無酸素槽２２８に流入する有機物量や、好気槽２２９からの返送量、溶存酸素などを適宜制御する方法などにより調整すればよい。さらに、亜酸化窒素の生産能を高くするために、必要に応じて、汚水処理システムの外で培養した脱窒菌を、無酸素槽２２８に供給してもよい。
　また、本実施形態においては、無酸素槽２２８に収容された汚水中に微生物を固定化した担体が浮遊している場合を例に挙げて説明したが、微生物が槽中に存在すれば、担体を用いなくてもよい。
　また、本実施形態においては、好気槽２２９が、分離膜によって汚泥と分離した処理水を排出するものであり、例えば、膜分離活性汚泥法（ＭＢＲ法）を用いて汚水を処理する槽であってもよい。この場合、より優れた汚水処理効率が得られるため好ましい。また、最終沈殿層２２０を設けなくても済み、汚水処理設備の小型化に寄与できる。
　さらに、本実施形態の汚水処理システムは、図１に示すように、汚泥処理手段２５３として、以下の槽を備えていることが好ましい。すなわち、汚泥処理手段２５３に送られた生汚泥および汚泥を濃縮して濃縮汚泥を生成する濃縮槽２２４と、濃縮汚泥を脱水する脱水装置２２５と、脱水された濃縮汚泥を乾燥させる乾燥装置２２６とを備えていてもよい。また、本実施形態の汚水処理システムは、汚泥処理手段２５３において乾燥された汚泥を焼却する、焼却装置２３７が備えられる。
　本実施形態においては、含窒素水が下水、し尿、畜産排水、水産加工排水、及び、工場排水のいずれか１種又は２種以上を含むことが好ましい。
　また、本実施形態の汚水処理システムは、図２に示すように、亜酸化窒素が排出される汚水処理設備２０１と、汚水処理設備２０１で生成される亜酸化窒素を回収する回収装置２０２と、回収した亜酸化窒素を分解する分解反応部２０４と、亜酸化窒素の分解により発生する分解熱によって加熱を行う加熱手段２０３とを有している。
　図２に示す汚水処理設備２０１は、図１に示す、亜酸化窒素を排出する反応槽２２２の無酸素槽２２８および好気槽２２９、及び焼却装置２３７を有する、汚水処理設備、又は図６、図７に示す含窒素水処理槽５０２に、それぞれ対応する。
　図２に示す回収装置２０２は、図１に示す無酸素槽用回収装置２０２ａと焼却装置用回収装置２０２ｂと好気槽用回収装置２０２ｃ、又は図６、図７に示す回収装置２０２に対応する。
　したがって、本実施形態においては、無酸素槽２２８および好気槽２２９、焼却装置２３７において排出される亜酸化窒素が大気中に放出されることを防止できる。また、回収した亜酸化窒素の分解により発生する分解熱をエネルギーとして利用できる。
　本実施形態においては、図２に示すように、回収装置２０２において回収した亜酸化窒素を精製する精製装置２０７を備える。精製装置２０７は、亜酸化窒素を精製できるものであればよく、特に限定されるものではない。本実施形態においては、精製装置２０７を備えているため、高濃度の亜酸化窒素が得られる。本実施形態において精製された亜酸化窒素は、必要に応じて更に精製して高純度の亜酸化窒素とすることで、半導体の製造工程などにおいて使用できる。
　図２に示すように、回収装置２０２において回収された亜酸化窒素は、精製装置２０７において精製されて、分解反応部２０４に供給される。
　回収した亜酸化窒素の全部を精製せずに分解反応部２０４に供給し、精製した亜酸化窒素として利用しない場合には、精製装置２０７は設けなくてもよい。
　また、精製装置２０７が、回収装置２０２において回収した亜酸化窒素を液化して、分解反応部２０４に供給する、液化手段としての機能を備えることが好ましい。液化手段としての機能は、例えば、気体の亜酸化窒素を５０ＭＰａ以上の圧力で圧縮する方法、あるいは、－８９℃以下に冷却する方法などにより得られる。また、精製装置２０７の精製方法は、液化することに限定されず、目的を達成できるものであればいかなる方法でも構わない。亜酸化窒素を精製することにより、汚水処理システムの加熱手段２０３においてエネルギー源として好適に使用できる。
　また、図２に示すように、汚水処理設備２０１で生成されて、回収装置２０２により亜酸化窒素が回収された残りの気体を、無酸素槽２２８、好気槽２２９、及び含窒素水処理槽５０２のいずれか１以上に供給する、配管やポンプなどの供給手段２０９が備えられていることが好ましい。
　図２に示すように、分解反応部２０４に供給された亜酸化窒素は、分解されて窒素および酸素となり、その後、加熱手段２０３に供給される。亜酸化窒素の分解により発生した窒素および酸素は、配管（供給手段）を介して、加熱手段２０３に供給されてエネルギーとして利用された後、配管（供給手段）を介して、汚水処理設備２０１の無酸素槽２２８、好気槽２２９、含窒素水処理槽５０２のいずれか１以上に供給（供給手段）することもできる。
　図２に示す分解反応部２０４は、その内側に触媒が収納された容器であり、一端にガス流入口があり、他端にガス排出口を有する。回収装置２０２で回収した亜酸化窒素は、流入口から分解反応部に導入され、触媒の作用で窒素と酸素に分解し、この際に分解熱を発する。この分解熱を得て高温になった分解ガスである窒素と酸素の混合ガスが、排出口から排出される。
亜酸化窒素は、常温、大気圧下で安定したガスである。一方、その温度が約５００℃以上になると、発熱しながら自己分解（熱分解）する。このように、亜酸化窒素の分解は、発熱を伴った分解（発熱反応）である。また、亜酸化窒素は、触媒を用いて分解したときに、その分解開始温度を例えば３５０～４００℃程度に引き下げることができる。従って、亜酸化窒素の分解開始に当たっては、分解反応部２０４を３５０～４００℃に予熱しておく必要がある。一旦分解が始まると、この亜酸化窒素の分解により発生する分解熱によって、その後に供給される亜酸化窒素の分解を継続的に行わせることが可能である（分解開始後は加熱の必要がない）。
　分解反応部２０４に用いる触媒は必要に応じて選択できるが、広い温度域（特に低温域）で亜酸化窒素を効率良く分解することができ、且つ、高温下での熱疲労や酸化等に十分耐え得る触媒を使用することが好ましい。このような亜酸化窒素の分解効率が高く、耐熱性及び耐酸化性に優れた触媒として、例えば「特開２００２－１５３７３４号公報」や「特開２００２－２５３９６７号公報」に開示された触媒などを使用することができる。
　具体的には、以下の〔１〕～〔６〕に示す何れかの触媒を用いることができる。
〔１〕 アルミニウム(Ａｌ)、マグネシウム(Ｍｇ)及びロジウム(Ｒｈ)が担体に担持されている触媒。 
〔２〕 マグネシウム(Ｍｇ)及びロジウム(Ｒｈ)がアルミナ(Ａｌ２Ｏ３)担体に担持されている触媒。 
〔３〕 アルミニウム(Ａｌ)の少なくとも一部とマグネシウム(Ｍｇ)により、スピネル型結晶性複合酸化物が形成されている担体に、ロジウム(Ｒｈ)が担持されている触媒。 
〔４〕 亜鉛(Ｚｎ)、鉄(Ｆｅ)、マンガン(Ｍｎ)及びニッケル(Ｎｉ)を含む群から選ばれる少なくとも１種の金属、アルミニウム(Ａｌ)及びロジウム(Ｒｈ)が担体に担持されている触媒。 
〔５〕 亜鉛(Ｚｎ)、鉄(Ｆｅ)、マンガン(Ｍｎ)及びニッケル(Ｎｉ)を含む群から選ばれる少なくとも１種の金属及びロジウム(Ｒｈ)がアルミナ(Ａｌ２Ｏ３)担体に担持されている触媒。 
〔６〕 アルミニウム(Ａｌ)の少なくとも一部と、亜鉛(Ｚｎ)、鉄(Ｆｅ)、マンガン(Ｍｎ)及びニッケル(Ｎｉ)を含む群から選ばれる少なくとも１種の金属により、スピネル型結晶性複合酸化物が形成されている担体にロジウム(Ｒｈ)が担持されている触媒。
　また、本実施形態の分解反応部２０４に用いる触媒としては、更に、シリカ(ＳｉＯ２)、シリカアルミナ(ＳｉＯ２-Ａｌ２Ｏ３)から選ばれる担体に、ロジウム(Ｒｈ)、ルテニウム(Ｒｕ)、パラジウム(Ｐｄ)を含む群から選ばれる少なくとも１つの貴金属を担持した触媒なども、好適に用いることができる。このような触媒を用いることによって、亜酸化窒素を１００％に近い分解効率で、窒素と酸素に分解することが可能である。特に、シリカ(ＳｉＯ２)又はシリカアルミナ(ＳｉＯ２-Ａｌ２Ｏ３)を含む担体にロジウム(Ｒｈ)を担持した触媒を用いた場合には、一酸化窒素(ＮＯ)や二酸化窒素(ＮＯ２)などといったＮＯｘガスの発生がほとんど無く、亜酸化窒素をほぼ完全に窒素と酸素に分解することが可能である。
　さらに、触媒の例には以下の触媒が挙げられるが、これらに限定されない。
（１）アルミナをウォッシュコートした、コージェライト、メタルハニカム、又は多孔質セラミックスの担体に、窒素酸化物の分解に有効なロジウムを、質量分率で２～３％含浸させた触媒。
（２）アルミナ、コージェライト又は炭化珪素のセラミックス製ハニカム構造体に、アルミナを含む担体層を形成させ、この担体層に窒素酸化物の分解に有効なロジウムなどが担持された触媒。
　また、その他の触媒としては、例えばアジピン酸の製造工程や硝酸の製造工程などで排出される排ガス中の亜酸化窒素を分解除去する際に使用される触媒なども用いることができる。このような触媒としては、例えば、ＭＡｌ２Ｏ３（Ｍは、Ｐｄ、Ｃｕ，Ｃｕ／Ｍｇ，Ｃｕ／Ｚｎ，Ｃｕ／Ｚｎ／Ｍｇの何れかである。）で表され、Ｍを１０～３０質量％の割合で含むアルミナ担体に、貴金属を０．１～２質量％の割合で担時させたものを挙げることができる。
　触媒の形状については、特に限定されるものではない。例えば、粉末状、顆粒状、ペレット状、ハニカム状、多孔質状、粉砕状、メッシュ状、板状、シート状のものなど、任意の形状の中から最適な形状及びサイズのものを適宜選択して使用すればよい。
　一方、亜酸化窒素自体は約５００℃以上で自己分解する。このことから、上記分解反応部２０４の温度を亜酸化窒素の自己分解温度以上に保つことで、上記触媒を用いずに亜酸化窒素の分解を継続的に行わせることも可能である。しかしながら、上記触媒を用いずに亜酸化窒素を自己分解させた場合には、分解副生物としてＮＯｘガスが発生することがわかっている。したがって、本実施形態では、ＮＯｘガスの発生を防ぐため、上記触媒を用いることが好ましい。上記触媒は、亜酸化窒素の自己分解温度以上であっても使用することが可能である。
図２に示す加熱手段２０３は、高温の亜酸化窒素の分解ガスを利用して被加熱物を加熱することができるものであれば、特に限定はされない。加熱手段２０３の具体例としては、高温の亜酸化窒素の分解ガスを被加熱物に吹き付けるタイプのもの（ブロワーなど）、高温の亜酸化窒素の分解ガスと被加熱物との間で熱交換を行うタイプのもの（熱交換器）などが挙げられる。高温ガスの利用が可能な熱交換器の例としては、ボイラー（蒸気ボイラー、温水ボイラー）の蒸気発生部などが挙げられる。
　図２に示す加熱手段２０３は、図１、図６、図７に示す乾燥装置２２６において、汚泥を乾燥するための熱源として用いることもできる。
（含窒素水処理方法１）
　本発明の第１実施形態に係る含窒素水処理方法は、含窒素水を含窒素水処理槽で処理して、含窒素水中の窒素成分由来の亜酸化窒素を含む含窒素ガスを得る処理工程と、得られた含窒素ガスを回収する回収工程と、回収した前記含窒素ガス中の亜酸化窒素を分解することにより発生する分解熱によって加熱を行う加熱工程とを有する。更に、含窒素ガスを得る処理工程が、脱窒菌により脱窒処理を行う工程（脱窒処理工程）と硝化菌により硝化処理を行う工程（硝化処理工程）を有する。
本発明の含窒素水処理方法の好ましい例について以下に説明する。
（含窒素水処理方法Ａ）
　本発明の汚水処理方法の一例として、図６（循環式硝化脱窒方式）または、図７（回分式硝化脱窒方式）、および図２に示す汚水処理システムを用いて、汚水である下水を処理する場合の方法を例に挙げて説明する。
　まず、汚水としての下水を最初沈殿池２２１に流入し、有機物が主体の汚泥(生汚泥)を沈殿させて除去する。次いで、最初沈殿池２２１を通過した汚水が含窒素水処理槽５０２に流入する。
（回分式硝化脱窒方式）
　図７に示す回分式硝化脱窒方式の汚水処理システムにおいては、含窒素水処理槽５０２が1つの槽からなり、含窒素水処理槽５０２に流入した汚水から亜酸化窒素を含む含窒素ガスを得る工程は、含窒素水処理槽５０２において間欠曝気を行うことにより、酸素を必要とする硝化処理工程及び酸素が不要である脱窒処理工程を交互行う工程を含む。回分式硝化脱窒方式の各処理工程についての詳細は、前記含窒素水処理システムの説明と同様である。
（循環式硝化脱窒方式）
図６に示す循環式硝化脱窒方式の汚水処理システムにおいては、含窒素水処理槽５０２が脱窒槽２２８と硝化槽２２９を備えており、亜酸化窒素を含む含窒素ガスを得る工程は、硝化槽における硝化処理工程、硝化槽の処理水の一部を脱窒槽に循環させる工程、及び脱窒槽における脱窒処理工程を含む。すなわち、汚水中に含まれるアンモニア態窒素は脱窒槽２２８を経て硝化槽２２９に供給され、そこで硝化処理がされる。硝化処理を経た汚水は、最終沈殿槽２２０から延びる返送水配管２５１または硝化槽２２９から延びる循環経路５０１を介して、脱窒槽２２８へと循環される。返送水中の亜硝酸態もしくは硝酸態の窒素は、脱窒槽２２８内の脱窒菌により脱窒処理される。脱窒槽２２８で処理された汚水は、再度硝化槽２２９を経て、最終沈殿槽２２０に流入する。そして、最終沈殿槽２２０において、主として微生物を含む余剰汚泥と分離され、処理水として排出される。循環式硝化脱窒方式の各処理工程についての詳細は、前記含窒素水処理システムの説明と同様である。
　本発明の含窒素水処理方法において、亜酸化窒素の生成量を増加させるためには、硝化処理における亜硝酸態窒素濃度／硝酸態濃度比を０．５～１０に調整することが好ましい。亜硝酸態窒素濃度／硝酸態濃度比の調整に関する詳細な説明や好ましい例は、前記含窒素水処理システムにおける説明と同様である。
　本発明の含窒素水処理方法は、含窒素処理槽から発生する、亜酸化窒素を含む含窒素ガス中の亜酸化窒素濃度と、硝化処理における硝化率や、脱窒処理における脱窒率を測定する工程を備え、測定された結果に基づいて、以下の（ｉ）～（ｖ）等を調整する工程を備えることにより、亜酸化窒素の生成量を制御することができる。
（ｉ）溶存酸素濃度、
（ｉｉ）脱窒処理におけるｐＨ、
（ｉｉｉ）脱窒処理における処理水中の有機物態炭素濃度Ｃの、含窒素水中におけるＮＯｘ態窒素濃度Ｎに対する比である、Ｃ／Ｎ比、
（ｉｖ）含窒素処理槽に流入する総窒素量（ｋｇ／日）と、含窒素処理水槽内の含窒素水のＭＬＳＳ量（ｋｇ）、
（ｖ）硝化槽２２９から脱窒槽２２８への循環量、等
生成された亜酸化窒素は、脱窒槽２２８および／または再度流入する硝化槽２２９から気体として排出される。
上記（ｉ）～（ｖ）に関する詳細な説明や好ましい例は、前記含窒素水処理システムにおける説明と同様である。
　本発明の含窒素水処理方法においては、循環経路５０１を介して処理水を循環させる際、硝化槽２２９内に汚泥分離装置５００を設け、汚泥を分離する工程を設けることが好ましい。
　本発明の含窒素水処理方法において、含窒素水処理槽５０２に収容された汚水中に微生物を固定化した担体２５５が浮遊されている場合、担体２５５に固定化された微生物の働きによって、優れた汚水処理効率が得られるとともに、亜酸化窒素の生産能を向上させることができる。
　本発明の含窒素水処理方法において、硝酸態窒素、亜硝酸態窒素を、亜酸化窒素に還元する脱窒菌を利用することが好ましい。前記脱窒菌に関する説明は、前記含窒素水処理システムにおける説明と同様である。
（含窒素水処理方法Ｂ）
　次に、本発明の汚水処理方法の一例として、図１および図２に示す汚水処理システムを用いて、汚水である下水を処理する場合を例に挙げて説明する。
　まず、汚水として下水を最初沈殿池２２１に流入し、有機物が主体の汚泥(生汚泥)を沈殿させて除去する。次いで、最初沈殿池２２１を通過した汚水が反応槽２２２に流入する。
（嫌気－無酸素－好気法）
本実施形態においては、すでに述べたように運転の条件を調整することにより、亜酸化窒素の生成量を変化させることができる。
　反応槽２２２に流入した汚水は、嫌気槽２２７、無酸素槽２２８を経て、好気槽２２９に供給される。嫌気槽２２７では、汚水中の有機物はメタンガス等に分解除去される。その際、有機態の窒素はアンモニア態窒素に変換され、未分解の有機物残分とともに無酸素槽２２８に流入する。嫌気槽２２７の処理条件により、未分解の有機物残分の量を調整することができる。上記アンモニア態窒素は、無酸素槽２２８を経由して好気槽２２９に流入する。好気槽２２９で硝化菌の働きにより硝化処理され、亜硝酸態の窒素又は硝酸態の窒素に硝化される。変換された亜硝酸態又は硝酸態の窒素は、返送水配管２５１、または循環ライン５０１を介して無酸素槽２２８に返送される。返送された水中に含まれる亜硝酸態又は硝酸態の窒素は、無酸素槽２２８内の脱窒菌により脱窒処理され、亜酸化窒素又は窒素ガスまで還元される。
また、本実施形態では、無酸素槽２２８において、微生物を固定化する担体２５５を浮遊させている。担体２５５に固定化された微生物の働きによって、優れた汚水処理効率が得られるとともに、亜酸化窒素の生産能を向上させることができる。ここで処理された汚水は、再度好気槽２２９経て、最終沈殿槽２２０に流入する。そして、最終沈殿槽２２０において、主として微生物を含む余剰汚泥と分離され、処理水として排出される。生成された亜酸化窒素は、無酸素槽２２８および／または再度流入する好気槽２２９から、気体として排出される。
　また、図１に示すように、最終沈殿槽２２０において処理水と分離された微生物を含む余剰汚泥は、最初沈殿池２２１において分離された生汚泥とともに、汚泥処理手段２５３に送られる。そして、汚泥処理手段２５３に送られた生汚泥および余剰汚泥は、濃縮槽２２４において濃縮して濃縮汚泥とされ、脱水装置２２５において脱水され、乾燥装置２２６において乾燥する。その後、乾燥した汚泥を、焼却装置２３７において焼却する。
　本実施形態の汚水処理方法においては、汚水処理設備２０１の無酸素槽２２８および好気槽２２９、焼却装置２３７で生成される亜酸化窒素を、図２に示すように回収装置２０２を用いて回収する。
　続いて、回収した亜酸化窒素を、精製装置２０７において精製する。
　その後、精製された亜酸化窒素を分解させることにより発生する分解熱によって加熱を行う（加熱工程）。加熱工程においては、分解熱を汚水処理により発生する汚泥を乾燥すること等に利用できる。
　本実施形態においては、亜酸化窒素の分解により発生した窒素および／または酸素を、無酸素槽２２８、好気槽２２９のいずれか１以上に供給することができる。
　また、汚水処理設備２０１で生成されて、亜酸化窒素の回収された気体を、無酸素槽２２８、好気槽２２９のいずれか１以上に供給することができる。
　本発明の含窒素水処理方法は、亜酸化窒素が排出される汚水処理設備２０１（図１における無酸素槽２２８、好気槽２２９及び焼却装置２３７）と、汚水処理設備２０１で生成される亜酸化窒素を回収する回収装置２０２と、回収した亜酸化窒素の分解により発生する分解熱によって加熱を行う加熱手段２０３とを有している。よって、汚水処理により発生する亜酸化窒素を回収して大気中への放出を防止できるとともに、回収した亜酸化窒素の分解により発生する分解熱をエネルギーとして利用できる。
　本発明の含窒素水処理方法において、回収した亜酸化窒素を精製する精製手段２０７を備えている場合、精製された亜酸化窒素を加熱装置の熱源および／または発電装置のエネルギー源として利用できる。
　本実施形態の汚水処理システムにおいて、亜酸化窒素の分解により発生した窒素および／または酸素を、無酸素槽２２８、好気槽２２９のいずれか１以上に供給する供給手段を備える場合、亜酸化窒素の分解物を汚水処理設備２０１内の曝気に利用できる。
　本発明の含窒素水処理方法において、汚水処理設備２０１で生成されて、回収装置２０２により亜酸化窒素の回収された気体を、無酸素槽２２８、好気槽２２９のいずれか１以上に供給する供給手段２０９を備える場合、亜酸化窒素の回収された気体を汚水処理設備２０１内の曝気に利用できる。また、未回収の亜酸化窒素を系内に戻すことが可能となる。
　本発明の含窒素水処理方法において、無酸素槽２２８に収容された汚水中に微生物を固定化した担体２５５が浮遊している場合、担体２５５に固定化された微生物の働きによって、優れた汚水処理効率が得られるとともに、亜酸化窒素の生産能を向上させることができる。
　本発明の含窒素水処理方法において、加熱手段２０３が、汚水処理により発生する汚泥を乾燥するものである場合、回収した亜酸化窒素の分解により発生する分解熱を汚水処理システム内でエネルギーとして効率よく利用できる。
＜第２実施形態＞
（含窒素水処理システム２）
　図３は、本発明の汚水処理システムの他の例を説明するための概略図である。本実施形態の汚水処理システムが、上述した第１実施形態の汚水処理システム１と異なるところは、加熱手段に代えて、回収した亜酸化窒素の分解により発生する分解熱によって発電を行う発電装置２０５（加熱手段の部分を含む）を備えることである。このため、本実施形態においては、上述した第１実施形態の汚水処理システムと同じ部材についての説明は省略する。
　発電装置２０５は、汚水処理により発生する汚泥を乾燥する乾燥装置（図１に示す乾燥装置２２６）に電力を供給することができる。
　また、発電装置２０５は、曝気装置に電力を供給することができる。曝気装置は、無酸素槽２２８、好気槽２２９のいずれか１以上に気体を供給するものである。
　次に、発電装置２０５の好ましい例について説明する。
　図５は、本発明に適用される、蒸気ボイラー１を備えた発電装置の構成を示す概略系統図である。この発電装置は、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）の分解により発生する分解熱を利用して、電力を得るものである。
　具体的には、この図５に示す発電装置は、蒸気ボイラー１と、蒸気タービン２と、発電機３と、復水器４と、給水ポンプ５とを好ましく備える。具体的には発電装置は、亜酸化窒素の分解により発生した高温の分解ガス（Ｎ２，Ｏ２）からの熱回収により水蒸気を発生させる蒸気ボイラー１と、蒸気ボイラー１で発生した水蒸気により回転駆動される蒸気タービン２と、蒸気タービン２の駆動により発電する発電機３と、蒸気タービン２からの水蒸気を冷却して復水する復水器４と、復水器４からの復水を蒸気ボイラー１に給水する給水ポンプ５とをおおむね備えている。
　また、蒸気ボイラー１は、亜酸化窒素を分解する分解反応部６と、亜酸化窒素の分解により発生した高温の分解ガスと作動流体である水との熱交換により水蒸気を発生させる蒸気発生部７とを備えている。
ここで、分解反応部６は第１実施形態（図２）の分解反応部２０４と同じであるため、説明は省略する。また、蒸気発生部７は、高温の分解ガスと水の間の熱交換を行って水蒸気を発生させる熱交換器であり、第１実施形態（図２）の加熱手段２０３に相当する。つまり、この図５の発電装置は、第１実施形態の加熱手段２０３の部分が蒸気ボイラー１の蒸気発生部７であり、更に、その作動流体である水を蒸発させ、その蒸気により蒸気タービン２を駆動する蒸気タービン発電機を備える。
　また、上記の蒸気ボイラー１は、従来の丸ボイラーや水管ボイラーなどと同様の形式のボイラーを用いることができる。丸ボイラーについては、例えば、炉筒ボイラー、煙管ボイラー、炉筒煙管ボイラー、立てボイラーなどを挙げることができる。一方、水管ボイラーについては、例えば、自然循環式、強制循環式、貫流式のものなどを挙げることができる。
　また、上記の蒸気ボイラー１は、上記分解反応部６から上記蒸気発生部７へと分解ガスを供給し、この蒸気発生部７において分解ガスとの熱交換により蒸気を発生させる構成となっている。しかし、このような構成に必ずしも限定されるものではない。例えば、本発明では、上記分解反応部６と上記蒸気発生部７とを一体的に構成し、これら分解反応部６と蒸気発生部７との間で熱交換を行うことによって、蒸気を発生させることも可能である。
　具体的には、上記分解反応部６の外側に上記蒸気発生部７を設けて、上記分解反応部６で発生する熱（分解熱）との熱交換により蒸気を発生させる構成とすることが可能である。この場合、上記分解反応部６の冷却を行うと同時に、上記分解反応部６で発生する熱によって蒸気を得ることが可能である。
　また、上記図５に示す発電装置では、上記蒸気ボイラー１以外の構成、すなわち、上述した蒸気タービン２や、発電機３、復水器４、給水ポンプ５などについても、既存のものと同様のものを使用することが可能である。さらに、付属設備（機器／部品）や保安設備（機器／部品）等についても同様である。
上記の蒸気タービン２は必要に応じて選択でき、蒸気をノズルからタービン翼に吹き付けたときの衝撃力によって、このタービン翼をタービン軸と共に回転させる衝動式タービンに限られない。タービン翼に流入した蒸気がタービン翼から流出する際に膨張する反力によって、このタービン翼をタービン軸と共に回転させる反動式タービンであってもよい。さらに、これら衝動式タービンと反動式タービンとを組み合わせた複合式タービンであってもよい。
また、図３に示す発電装置２０５としては、上記の蒸気タービン発電機のほかに、図４に示すヒートパイプ式蒸気タービン発電機１６０を用いることができる。
　図４はヒートパイプ式蒸気タービン発電機１６０の構成を示す断面模式図である。
　ヒートパイプ式蒸気タービン発電機１６０は、温度差を動力に変換するヒートパイプタービン１６１を備えた発動装置に、更に、このヒートパイプタービン１６１の駆動により発電する発電機１７０を備えた発電装置である。この発電機は、亜酸化窒素の分解前と分解後の温度差を利用して動力を得た後、この動力を電力に変換する。
　ヒートパイプタービン１６１は、例えば、内部を真空脱気した状態で凝縮性の作動流体（蒸気源）Ｌが封入された略円筒状のヒートパイプ（容器本体）１６２を備えている。このヒートパイプ１６２は、起立した状態で配置され、その下部側に、貯留された作動流体Ｌを加熱して蒸発させる蒸発部１６３を有している。
　一方、ヒートパイプ１６２の上部側には、蒸発した作動流体Ｌ（蒸気）によってタービン翼１６４ａがタービン軸１６４ｂと一体に回転駆動されるタービン部１６４が設けられている。発電機１７０は、このタービン部１６４のタービン軸１６４ｂと連結されている。
　また、ヒートパイプ１６２には、作動流体Ｌが貯留された部分と、タービン翼１６４ａよりも上方側の部分との間を連通させる連通管（流路）１６５が設けられている。そして、ヒートパイプ１６２は、この連通管１６５の中途部に作動流体Ｌを冷却して凝縮させる凝縮部１６６を有している。また、ヒートパイプ１６２の内面には、例えば金属網や炭素繊維等の極細線材を含む毛細管構造のウィック１６７が設けられている。
　さらに、ヒートパイプタービン１６１は、蒸発部１６３中の作動流体Ｌを加熱する加熱器（加熱手段）１６８と、凝縮部１６６中の作動流体Ｌを冷却する冷却器（冷却手段）１６９とを備えている。
　このヒートパイプタービン１６１では、ヒートパイプ１６２の内部に温度差が生じることにより、蒸発部１６３で蒸発した作動流体Ｌが、凝縮部１６６へと流動して凝縮することを繰り返しながら、作動流体Ｌが循環する。すなわち、作動流体Ｌの潜熱の吸収・放出によって熱輸送が行われる。そして、このヒートパイプタービン１６１では、蒸発した作動流体Ｌをタービン翼１６４ａに吹き付けて、それによりタービン軸１６４ｂを回転させて動力を得ることが可能である。さらに、タービン軸１６４ｂと連結された発電機１７０を回転駆動することで電力を得ることが可能である。
　作動流体Ｌは必要に応じて選択でき、例えば水（水蒸気）を好ましく使用することができる。また、作動流体Ｌとしては、アンモニアや、ノルマルペンタン等の有機媒体など、水よりも沸点が低いものなどを使用することも可能である。
　以上のような構造を有するヒートパイプ式蒸気タービン発電機１６０の動作について説明する。
　図４に示すヒートパイプ式蒸気タービン発電機１６０では、先ず、回収装置２０２から精製装置２０７（亜酸化窒素は高圧で液化される）を介して放出されて断熱膨張した亜酸化窒素ガス（Ｎ２Ｏ）が第１の供給ライン１０７を通して冷却器１６９に供給される。そして、この亜酸化窒素ガスが冷却器１６９の内部を通過する間に、上記ヒートパイプタービン１６１の凝縮部１６６を冷却する。すなわち、この冷却器１６９では、亜酸化窒素の断熱膨張に伴う冷熱を利用して、上記凝縮部１６６中を流れる作動流体Ｌに対する冷却が行われる。
　次に、冷却器１６９から排出された亜酸化窒素ガスが第２の供給ライン１０８を通して分解反応器１２４に供給される。そして、この亜酸化窒素ガスが分解反応器１２４の内部を通過する間に、触媒１０４による分解が行われる。触媒１０４はヒーター１１１によって加熱されても良い。
　次に、分解反応器１２４で亜酸化窒素ガスを分解することにより得られた亜酸化窒素の分解ガス（Ｎ２，Ｏ２）が、第３の供給ライン１０９を通して、加熱器１６８に供給される。そして、この分解ガスが加熱器１６８の内部を通過する間に、上記ヒートパイプタービン１６１の蒸発部１６３を加熱する。すなわち、この加熱器１６８では、亜酸化窒素の分解により発生する分解熱を利用して、上記蒸発部１６３中の作動流体Ｌに対する加熱が行われる。そして、分解ガスは、排出ライン１１０から排出される。
　以上のように、このヒートパイプ式蒸気タービン発電機１６０では、上述した亜酸化窒素の断熱膨張に伴う冷熱と、この亜酸化窒素の分解により発生する分解熱とを利用する。従って、上記ヒートパイプタービン１６１の蒸発部１６３と凝縮部１６６との間に大きな温度差を発生させることが可能である。そして、このような亜酸化窒素ガスの分解前と分解後の温度差を利用することで、大きな出力（動力及び電力）を得ることが可能である。
　本発明は、上記図４に示すヒートパイプ式蒸気タービン発電機１６０の構成に必ずしも限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更等を加えることが可能である。
　例えば、図４に示すヒートパイプ式蒸気タービン発電機１６０は、上記ヒートパイプタービン１６１を備えた構成に限定されるものではない。すなわち、ヒートパイプタービンについては、例えばサイフォン式やウィック式など、様々な形式のものを使用することが可能である。また、ヒートパイプの流路構成についても、単管型やループ型など、様々な形式のものを使用することが可能である。
　また、上記加熱器１６８及び冷却器１６９の構成についても、上記ヒートパイプタービン１６１の蒸発部１６３や凝縮部１６６との間で熱交換が行える構成であればよい。これらの構成は、上記ヒートパイプタービン１６１の設計（形式）に合わせて、適宜変更を加えることが可能である。例えば、亜酸化窒素を液化せずに使用する場合は、凝縮部１６６を水冷または空冷とすることができる。
（含窒素水処理方法２）
　本発明の第２実施形態に係る含窒素水処理方法が第１実施形態に係る含窒素水処理方法と異なる点は、加熱工程において、亜酸化窒素の分解熱により作動流体を蒸発させるステップを有し、更に発生した蒸気により蒸気タービン発電機を駆動して発電を行う発電工程を含む点である。
次に、本発明の汚水処理方法の一例として、図３に示す汚水処理システムを用いて、汚水を処理する場合を例に挙げて説明する。
　本実施形態においては、上述した第１実施形態の汚水処理システムと同様にして、亜酸化窒素を分解させるまでの各工程を行う。
　その後、本実施形態においては、亜酸化窒素を分解させることにより発生する分解熱によって発電を行う（発電工程）。発電工程においては、発電した電力を、汚水処理により発生する汚泥を乾燥する乾燥装置２２６に供給することが好ましい。また、発電した電力は、無酸素槽２２８内、好気槽２２９内のいずれか１以上に気体を供給する散気装置および／または曝気装置に、供給してもよい。
　本実施形態の汚水処理システムは、亜酸化窒素が排出される汚水処理設備２０１と、汚水処理槽２０１から排出される亜酸化窒素を回収する回収装置２０２と、回収した亜酸化窒素の分解により発生する分解熱によって発電を行う発電装置２０５とを有している。よって、汚水処理により発生する亜酸化窒素を回収して大気中への放出を防止できるとともに、回収した亜酸化窒素の分解により発生する分解熱をエネルギーとして利用できる。
　また、本実施形態の汚水処理システムの発電装置２０５が、汚水処理により発生する汚泥を乾燥する乾燥装置２２６に電力を供給する場合や、無酸素槽２２８内及び好気槽２２９内のいずれか１以上に気体を供給する曝気装置に電力を供給する場合、回収した亜酸化窒素の分解により発生する分解熱を、汚水処理システム内でエネルギーとして効率よく利用できる。
　本発明の汚水処理システムは、上述した実施形態に限定されるものではない。
　例えば、上述した実施形態では、下水処理を行う場合を例に挙げて説明したが、本発明の汚水処理システムおよび汚水処理方法は、下水処理以外の汚水処理に適用できる。具体的には、上水処理、バラスト水処理、水産関連施設排水処理、水族館排水処理、工場排水処理、原子力関連施設の排水処理（放射性廃液）、し尿処理、採掘現場からの排水、廃棄物埋め立て地からの浸出水処理、バイオエタノールやバイオディーゼルの製造時に発生する排水処理、宇宙での汚水処理などの汚水処理を行う場合に適用できる。
　汚水処理システムで処理される、バラスト水としては、例えば、航海中に増殖した微生物や貝を含むバラスト水が挙げられる。し尿としては、例えば、畜産関連施設で発生するし尿を含む排水が挙げられる。水産関連施設排水としては、水産加工残渣を含む排水や、養殖に使用した排水が挙げられる。水族館排水処理としては、飼育に使用した排水が挙げられる。
　採掘現場からの排水としては、シェールガス、オイルサンドなどを採掘する際に使用した、シェールガスやオイル中の有機物を含む排水が挙げられる。
　廃棄物埋め立て地からの浸出水としては、廃棄物の自然発火を防止するための散水や雨水が廃棄物埋め立て地に染み込んで、廃棄物埋め立て地に埋め込まれた水抜き配管に浸出した、浸出水が挙げられる。
　バイオエタノールやバイオディーゼルの製造時に発生する排水としては、原料（バイオエタノールの場合、トウモロコシ、サトウキビ、米、セルロースなど、バイオディーゼルの場合（菜種油、ヒマワリ、油やし（パーム油、ジャトロファ）、藻類、食品廃棄物（廃食用油）など）であるバイオマスを分解する微生物の培養に使用した排水が挙げられる。
　これらの汚水処理では、下水処理を行う場合と同様に、汚水処理槽における汚水の脱窒により、汚水処理槽から亜酸化窒素が排出される。
　また、これらの汚水の中でも、汚水が、下水、し尿、畜産排水、水産加工排水、工場排水のいずれか１種または２種以上を含むことが好ましい。これらの汚水はＢＯＤ（生物化学的酸素要求量）の高く、汚水処理槽から亜酸化窒素が排出しやすいため好ましい。工場排水として、亜酸化窒素が高濃度で含まれる含窒素水に対しても、本発明を好ましく適用できる。
１…蒸気ボイラー
２…蒸気タービン
３…発電機
４…復水器
５…給水ポンプ
６…分解反応部
７…蒸気発生部
１０４…触媒
１０７…第１の供給ライン
１０８…第２の供給ライン
１０９…第３の供給ライン
１１０…排出ライン
１２４…分解反応器
１６０…ヒートパイプ式蒸気タービン発電機
１６１…ヒートパイプタービン
１６２…ヒートパイプ
１６３…蒸発部
１６４…タービン部
１６４ａ…タービン翼
１６４ｂ…タービン軸
１６５…連通管
１６６…凝縮部
１６７…ウィック
１６８…加熱器
１６９…冷却器
１７０…発電機
２０１…汚水処理設備（含窒素水処理設備）
２０２…回収装置
２０２ａ…無酸素槽用回収装置
２０２ｂ…焼却装置用回収装置
２０２ｃ…好気槽用回収装置
２０３…加熱手段
２０４…分解反応部
２０５…発電装置
２０７…精製装置
２０９…供給手段
２２０…最終沈殿槽
２２１…最初沈殿池
２２２…反応槽
２２４…濃縮槽
２２５…脱水装置
２２６…乾燥装置
２２７…嫌気槽
２２８…無酸素槽（無酸素槽、汚水処理槽）
２２９…硝化槽（好気槽）
２３７…焼却装置
２４１、２４３、２４４…配管
２４２、２４５、２４８、２４９、２５２…水路
２５１…返送経路（返送ライン）
２５３…汚泥処理手段
２５４…攪拌装置
２５５…担体
５００…汚泥分離装置
５０１…循環経路（循環ライン）
５０２…含窒素水処理槽
６００…曝気装置
Ｌ…作動流体
３００…調整部

Claims (24)

  1. 　含窒素水を処理する含窒素水処理設備と、
    前記含窒素水処理設備から発生する前記含窒素水中の窒素成分由来の亜酸化窒素を含む含窒素ガスを回収する回収装置と、
    回収した前記含窒素ガス中の亜酸化窒素を分解することにより発生する分解熱によって加熱を行う加熱手段と、
    を有する含窒素水処理システム。
  2. 更に、蒸気ボイラーと当該蒸気ボイラーで発生する蒸気により駆動される蒸気タービン発電機を備え、前記加熱手段が当該蒸気ボイラーの蒸気発生部である請求項１に記載の含窒素水処理システム。
  3. 　前記含窒素水処理設備が、含窒素水処理槽を有し、前記含窒素水処理槽が、脱窒菌による脱窒処理および硝化菌による硝化処理が行われる処理槽である、請求項１又は２に記載の含窒素水処理システム。
  4. 　前記含窒素水処理槽が、間欠曝気を行うことにより、脱窒菌による脱窒処理と、硝化菌による硝化処理が交互に行われる処理槽である、請求項３に記載の含窒素水処理システム。
  5. 　前記含窒素水処理槽が、脱窒菌による脱窒処理を行う脱窒槽と、硝化菌による硝化処理を行う硝化槽を備え、前記硝化槽の処理水の一部を前記脱窒槽に循環させる循環経路を有する、請求項３に記載の含窒素水処理システム。
  6. 前記含窒素ガス中の亜酸化窒素濃度と、前記硝化処理における硝化率を測定し、測定された結果に基づいて前記硝化処理における溶存酸素濃度を調整する調整部を有する、請求項３～５のいずれか１項に記載の含窒素水処理システム。
  7. 前記含窒素ガス中の亜酸化窒素濃度と、前記脱窒処理における脱窒率を測定し、測定された結果に基づいて前記硝化槽から前記脱窒槽への循環量を調整する調整部を有する、請求項５に記載の含窒素水処理システム。
  8. 前記含窒素ガス中の亜酸化窒素濃度と、前記脱窒処理における脱窒率を測定し、測定された結果に基づいて前記間欠曝気のサイクル時間を調整する調整部を有する、請求項４に記載の含窒素水処理システム。
  9. 前記含窒素ガス中の亜酸化窒素濃度と、前記脱窒処理における脱窒率を測定し、測定された結果に基づいて前記脱窒処理におけるｐＨを調整する調整部を有する、請求項３～５のいずれか１項に記載の含窒素水処理システム。
  10. 前記含窒素ガス中の亜酸化窒素濃度と、前記脱窒処理における脱窒率を測定し、測定された結果に基づいて前記脱窒処理における酸化還元電位を調整する調整部を有する、請求項３～５のいずれか１項に記載の含窒素水処理システム。
  11. 前記脱窒処理において、硝酸態窒素、または亜硝酸態窒素を亜酸化窒素に還元する脱窒菌の１種または２種以上を利用する、請求項３～１０のいずれか１項に記載の含窒素水処理システム。
  12. 前記含窒素水が下水、し尿、畜産排水、水産加工排水、工場排水のいずれか１種または２種以上を含むことを特徴とする請求項１～１１のいずれか一項に記載の含窒素水処理システム。
  13. 　含窒素水を含窒素水処理槽で処理して、前記含窒素水中の窒素成分由来の亜酸化窒素を含む含窒素ガスを得る処理工程と、
    前記含窒素ガスを回収する回収工程と、
    回収した前記含窒素ガス中の亜酸化窒素を分解することにより発生する分解熱によって加熱を行う加熱工程と、
    を有する、含窒素水処理方法。
  14. 　前記加熱工程が前記分解熱により流体を蒸発させるステップを含み、更に、前記ステップで発生する蒸気により蒸気タービン発電機を駆動して発電を行う発電工程を含む請求項１３に記載の含窒素水処理方法。
  15. 　前記含窒素ガスを得る処理工程が、脱窒菌により脱窒処理を行う工程（脱窒処理工程）および硝化菌により硝化処理を行う工程（硝化処理工程）を含む、請求項１３又は１４に記載の含窒素水処理方法。
  16. 　前記含窒素水処理槽が１つの槽からなり、
    前記含窒素ガスを得る処理工程が、前記含窒素水処理槽において間欠曝気を行うことにより、前記脱窒処理工程と、前記硝化処理工程を、交互に行う工程を含む、請求項１５に記載の含窒素水処理方法。
  17. 　前記含窒素水処理槽が脱窒槽と硝化槽を備え、
    前記含窒素ガスを得る処理工程が、前記硝化槽における硝化処理工程、前記硝化槽の処理水の一部を脱窒槽に循環させる工程、及び前記脱窒槽における脱窒処理工程を含む、請求項１５に記載の含窒素水処理方法。
  18. 前記含窒素ガス中の亜酸化窒素濃度と、前記硝化処理における硝化率を測定する工程と、測定された結果に基づいて前記硝化処理における溶存酸素濃度を調整する工程を備える、請求項１５～１７のいずれか１項に記載の含窒素水処理方法。
  19. 前記含窒素ガス中の亜酸化窒素濃度と、前記脱窒処理における脱窒率を測定する工程と、測定された結果に基づいて前記硝化槽から前記脱窒槽への循環量を調整する工程を備える、請求項１７に記載の含窒素水処理方法。
  20. 前記含窒素ガス中の亜酸化窒素濃度と、前記脱窒処理における脱窒率を測定する工程と、測定された結果に基づいて前記間欠曝気のサイクル時間を調整する工程を備える、請求項１６に記載の含窒素水処理方法。
  21. 前記含窒素ガス中の亜酸化窒素濃度と、前記脱窒処理における脱窒率を測定する工程と、測定された結果に基づいて前記脱窒処理におけるｐＨを調整する工程を備える、請求項１５～１７のいずれか１項に記載の含窒素水処理方法。
  22. 前記含窒素ガス中の亜酸化窒素濃度と、前記脱窒処理における脱窒率を測定する工程と、測定された結果に基づいて前記脱窒処理における酸化還元電位を調整する工程を備える、請求項１５～２１のいずれか１項に記載の含窒素水処理方法。
  23. 前記脱窒処理において、硝酸態窒素、亜硝酸態窒素を亜酸化窒素に還元する脱窒菌の１種または２種以上を利用する、請求項１５～２２のいずれか１項に記載の含窒素水処理方法。
  24. 前記含窒素水が下水、し尿、畜産排水、水産加工排水、工場排水のいずれか１種または２種以上を含む、請求項１３～２３のいずれか１項に記載の含窒素水処理方法。
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