WO2015072207A1

WO2015072207A1 - 有機排水処理装置、有機排水の処理方法及び有機排水処理装置の制御プログラム

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Publication number: WO2015072207A1
Application number: PCT/JP2014/072690
Authority: WO
Inventors: 卓巳小原; 理山中; 時本　寛幸; 辰彦榎木; 由紀夫平岡
Original assignee: 株式会社東芝
Priority date: 2013-11-18
Filing date: 2014-08-29
Publication date: 2015-05-21
Also published as: JP6158691B2; CN105722796B; JP2015097976A; CN105722796A

Abstract

　実施形態の有機排水処理装置は、生物反応槽と、アンモニア濃度測定器と、全窒素濃度測定器と、全リン濃度測定器と、制御部とを持つ。生物反応槽は、嫌気処理領域、調整領域および好気処理領域を有し、調整処理領域は、嫌気処理領域と好気処理領域との間にある。調整領域は、嫌気雰囲気、微好気雰囲気または好気雰囲気の１種または２種以上の雰囲気に切り替え可能である。アンモニア濃度測定器は、好気処理領域における処理水のアンモニア濃度を測定する。全窒素濃度測定器は、生物反応槽から流出した処理水の全窒素濃度を測定する。全リン濃度測定器は、前記生物反応槽から流出した処理水の全リン濃度を測定する。制御部は、アンモニア濃度測定器、全窒素濃度測定器および全リン濃度測定器により測定された値に基づいて、調整領域の雰囲気の範囲を調整する。

Description

有機排水処理装置、有機排水の処理方法及び有機排水処理装置の制御プログラム

　本発明の実施形態は、有機排水処理装置、有機排水の処理方法及び有機排水処理装置の制御プログラムに関する。

　従来、生活排水を浄化処理する下水処理場では、もっとも代表的なプロセスとして、標準活性汚泥法が採用されてきた。標準活性汚泥法は、送風機により水中に空気を供給する曝気槽において、好気微生物により水中の有機汚濁物質を酸化分解するものである。この標準活性汚泥法では、有機物は分解除去できる。しかし、放流先の富栄養化問題の原因物質となる窒素やリンは、標準活性汚泥法では除去できない。そこで、有機物を分解するとともに、窒素及びリンを除去する方法として、標準活性汚泥法の変法である窒素除去型の循環式硝化脱窒法、リン除去型の嫌気－好気活性汚泥法（ＡＯ法）、窒素・リン同時除去型の嫌気－無酸素-好気活性汚泥法（Ａ_２Ｏ）法などの高度処理プロセスの導入が進められている。

　高度処理プロセスでは、流入下水から最初沈殿池で沈殿汚泥が除去された一次処理水が生物反応槽に送られる。次いで、生物反応槽内の嫌気槽、無酸素槽および好気槽において微生物の反応により、一次処理水から有機物、窒素、リンが除去される。同時に、生物反応槽において微生物の凝集体であるフロックが形成される。そして、フロックを含む二次処理水が最終沈殿池に送られる。最終沈殿池では二次処理水からフロックが沈殿、除去される。沈殿物の大部分は活性汚泥を含む返送汚泥として最終沈殿池から生物反応槽に戻される。沈殿物の一部は余剰汚泥として最終沈殿池から排出され、濃縮・脱水後に焼却処理される。

　有機排水中の窒素分としてのアンモニアの除去プロセスは次の通りである。まず、好気槽においてアンモニアが硝酸イオンに酸化される。酸化された硝酸イオンは無酸素槽に返送される。無酸素槽において微生物の作用により硝酸イオンが窒素ガスに還元される。また、リンの除去プロセスでは、嫌気槽において微生物からリンを吐き出させる。次いで好気槽において、微生物にリンを吸収させ、リンを吸収した微生物をフロックとして沈澱除去させる。好気槽において微生物に吸収されるリン量は、嫌気槽において微生物が吐き出すリン量よりも大量である。この吐出量と吸収量の差に基づきリンの除去が行われる。

　しかしながら、既存の排水処理装置に、上記の高度処理方法を導入するためには、生物反応槽内に新たに嫌気槽、無酸素槽および好気槽を設ける必要がある。具体的には、攪拌機、ポンプなどの新たな機器の導入ならびに新たなコンクリート躯体の新設が必要となる。このため、既存の設備の改造に手間がかかる場合があった。

　また、窒素・リン同時除去型のＡ_２Ｏ法においては、窒素とリンの除去率がトレードオフの関係にある。このため、処理水中の窒素及びリンの濃度を同時に規制値以下にするのが困難になる可能性があった。そこで、処理水中の窒素及びリンの濃度を同時に低下するために、嫌気槽と好気槽の間に、ドラフトチューブエアレータ（ＤＴＡ）で嫌気－好気を切替え可能な嫌気好気兼用槽を設け、ＤＴＡの回転速度により撹拌モード（嫌気）と散気モード（好気）を切替えながら処理することで、窒素成分であるアンモニアとリンの除去の両立を図る技術が検討されている。

　しかしながらアンモニアは窒素成分の一成分でしかない。全窒素（Ｔ－Ｎ）の除去には、好気槽においてアンモニアを硝酸イオンに酸化する反応を進行させること、硝酸イオンを還元して窒素ガスに変換する脱窒反応を促進すること、が重要である。また、隔壁によって区画された嫌気好気兼用槽を新たに設けなくてはならないため、設備改良の手間が生じていた。

特開２０１３－２１２４９０号公報

　本発明が解決しようとする課題は、有機排水中の窒素及びリンを同時に除去可能であり、かつ、既存の設備への導入が容易な有機排水処理装置、有機排水の処理方法及び有機排水処理装置の制御プログラムを提供することである。

　実施形態の有機排水処理装置は、生物反応槽と、アンモニア濃度測定器と、全窒素濃度測定器と、全リン濃度測定器と、制御部とを持つ。
生物反応槽は、嫌気処理領域、調整領域および好気処理領域を有し、調整処理領域は、嫌気処理領域と好気処理領域との間にある。
　調整領域は、嫌気雰囲気、微好気雰囲気または好気雰囲気の１種または２種以上の雰囲気に切り替え可能である。
　アンモニア濃度測定器は、好気処理領域における処理水のアンモニア濃度を測定する。
　全窒素濃度測定器は、生物反応槽から流出した処理水の全窒素濃度を測定する。
　全リン濃度測定器は、前記生物反応槽から流出した処理水の全リン濃度を測定する。
　制御部は、アンモニア濃度測定器、全窒素濃度測定器および全リン濃度測定器により測定された値に基づいて、調整領域の雰囲気の範囲を調整する。

第１実施形態に係る有機排水処理装置を示す模式図。第２実施形態に係る有機排水処理装置を示す模式図。第３実施形態に係る有機排水処理装置を示す模式図。第４実施形態に係る有機排水処理装置を示す模式図。

　以下に、実施形態の有機排水処理装置、有機排水の処理方法及び有機排水処理装置の制御プログラムを、図面を参照して説明する。なお、実施の形態を通して共通の構成には同一の符号を付すものとし、重複する説明は省略する。また、各図は実施形態の説明とその理解を促すための模式図であり、その形状や寸法、比などは実際の装置と異なる個所があるが、これらは以下の説明と公知の技術を参酌して適宜、設計変更することができる。

（第１の実施形態）
　図１に示す本実施形態の有機排水処理装置１は、上流側から順に最初沈殿池２、生物反応槽３および最終沈殿池４を備えている。

　生物反応槽３は、微生物による分解作用を利用して汚水を浄化処理するための反応容器である。生物反応槽３には、嫌気処理領域１１、調整領域１２、好気処理領域１３が設置されている。調整領域１２は、嫌気処理領域１１と好気処理領域１３との間に設置されている。ここで、「間に設置」とは、空間的な概念ではなく、調整領域１２における処理の順番が、嫌気処理領域１１と好気処理領域１３との間であることを意味している。

　生物反応槽３には、浄化処理前の有機排水が流入する流入部と、浄化処理後の有機排水が流出する流出部がある。流入部は、嫌気処理領域１１の近くに設置されている。流出部は、好気処理領域１３の近くに設置されている。嫌気処理領域１１における有機排水の水面高さは、調整処理領域１２における有機排水の水面高さよりも高くなっている。調整処理領域１２における有機排水の水面高さは、好気処理領域１３における有機排水の水面高さよりも高くなっている。このように、嫌気処理領域１１、調整領域１２、好気処理領域１３における水面高さが、段階的に低くなるように構成されている。

嫌気処理領域１１は、生物反応槽３の内容積のうちの１５～３０％を占める領域とされる。好気処理領域１３は、生物反応槽３の内容積のうちの４０～６０％を占める領域とされる。生物反応槽３の内容積の残りが調整領域１２とされる。

　最初沈殿池２は、有機排水を受け入れ、所定時間静置しておき、浮遊物質（SS）を沈殿させる一次処理設備である。最初沈殿池２には堰が設けられ、上澄み水が堰を乗り越えてオーバーフローラインに流れ込み、さらにオーバーフローラインから生物反応槽３に流入するようになっている。なお、最初沈殿池２の底部には図示しない汚泥排出ラインが連通し、汚泥が定期的に又は随時に排出されるようになっている。

　生物反応槽３には、曝気手段としてエアレーション装置２０が備えられている。エアレーション装置２０は、ブロア２１と、ブロア２１から延びる空気配管２２と、空気配管２２に設けられた流量調整弁２３と、空気配管２２から分岐した分岐管２４と、各分岐管２４に設けられた開閉弁２５ａ～２５ｅと、各分岐管２４の先端に取り付けられた散気板２６ａ～２６ｅとから構成されている。散気板２６ａ～２６ｅは、生物反応槽３の内部に設置されている。

　散気板２６ａは、生物反応槽３の嫌気処理領域１１に設置されている。また、散気板２６ｂ及び２６ｃは処理水が流れる方向に沿って調整領域１２内に設置されている。更に、散気板２６ｄ～２６ｅは処理水が流れる方向に沿って好気処理領域１３に設置されている。

　また、各分岐管２４に設けられた開閉弁２５ａ～２５ｅのうち、嫌気処理領域１１に向かう分岐管２４に設置された開閉弁２５ａは、常に「閉」とされている。なお、分岐管２４、開閉弁２５ａ及び散気板２６ａの設置は省略してもよい。また、好気処理領域１３に向かう分岐管２４に設置された開閉弁２５ｄ及び２５ｅは、常に「開」とされている。更に、調整領域１２に向かう分岐管２４に設置された開閉弁２５ｂ及び２５ｃは、開度が自在に設定可能になっている。開閉弁２５ｂ及び２５ｃは、後述する制御部９に接続されている。制御部９の指令に基づき、開閉弁２５ｂ及び２５ｃの開度が制御される。これら開閉弁２５ｂ及び２５ｃの開度を制御することで、調整領域１２における雰囲気の範囲を調整可能になっている。たとえば、調整領域１２の雰囲気を、嫌気雰囲気、微好気雰囲気または好気雰囲気の１種または２種以上に設定できるようになっている。

　更に、空気配管２２に設けられた流量調整弁２３は、風量コントローラ３０に接続されている。風量コントローラ３０の制御によって、空気配管２２における空気の流量が調整可能となっている。

　また、生物反応槽３の好気処理領域１３には、凝集剤供給装置５０が備えられている。凝集剤供給装置５０から、好気処理領域１３を流れる処理水に凝集剤が投入できるようになっている。凝集剤供給装置５０は、後述する制御部９に接続されている。

　嫌気処理領域１１は、バルブが全閉であるため、定常運転時において嫌気性微生物が活性になるように嫌気雰囲気（ＯＲＰ値がマイナス側）となる。より詳細には、ＯＲＰ値が－２００ｍＶ以下となる。ここでＯＲＰ値とは酸化還元電位のことをいう。処理水のＯＲＰ値がマイナスの場合はその処理水は還元状態にあるといえる。すなわち、曝気しないで嫌気的な状態におかれた汚水は電位が低くなる（マイナスのＯＲＰ値）。嫌気処理領域１１では、微生物からのリンの吐き出しが進むとともに、硝酸イオンから窒素への還元反応が進む。

　一方、好気処理領域１３は、定常運転時において好気性微生物が活性になるように好気雰囲気（ＯＲＰ値がプラス側）に調整されている。より詳細には、ＯＲＰ値が５０ｍＶ以上の範囲になるように調整されている。ＯＲＰ値がプラスの場合はその処理水は酸化状態にあるといえる。すなわち、曝気が十分で好気的な状態におかれた処理水は電位が高くなる。好気処理領域１３では、微生物によるリンの吸収が進むとともにアンモニアから硝酸イオンへの酸化反応が進む。

　調整領域１２は、雰囲気を嫌気雰囲気、微好気雰囲気または好気雰囲気のいずれか１種または２種以上に切り替え可能である。また、調整領域１２は、嫌気雰囲気、微好気雰囲気及び好気雰囲気の各雰囲気が占める範囲を調整可能とされている。図１に示す例では、調整領域１２は、第１領域１２ａと第２領域１２ｂの２つの領域に分けられる。第１領域１２ａは、散気板２６ｂの設置箇所に対応する領域であり、第２領域１２ｂは、散気板２６ｃの設置箇所に対応する領域である。第１、第２領域１２ａ、１２ｂのそれぞれにおいて、雰囲気を独立して切り替え可能とされている。

　ここで、微好気雰囲気とは、ＯＲＰ値が－５０～５０ｍＶの範囲になるように調整された雰囲気をいう。嫌気雰囲気が－２００ｍV以下の範囲の雰囲気であり、好気雰囲気が５０ｍＶ以上の範囲の雰囲気であるから、微好気雰囲気は、嫌気雰囲気と好気雰囲気の中間の状態にあるといえる。この微好気雰囲気では、硝酸イオンから窒素への還元反応と、アンモニアから硝酸イオンへの酸化反応とが同時に進む。

　調整領域１２における雰囲気の切替は、エアレーション装置２０を操作することにより行う。エアレーション装置２０は、後述する制御部９の指令によって制御される。エアレーション装置２０の各散気板から空気を供給しない場合は嫌気雰囲気となる。エアレーション装置２０の各散気板から空気を多量に供給する場合は好気雰囲気となる。エアレーション装置２０の各散気板から空気を少量に供給する場合は微好気雰囲気となる。好気雰囲気と微好気雰囲気の切替は、分岐管２４に設けられた開閉弁２５ｂ、２５ｃの開度を調整することで行う。たとえば、好気雰囲気にする場合は開閉弁２５ｂ、２５ｃの開度を全開（１００％開）とする。微好気雰囲気にする場合は開閉弁２５ｂ、２５ｃの開度を、全開に対して５～１５％の開度とする。

　また、各雰囲気の占める範囲を調整するには、調整領域１２に備えられた２つの散気板２６ｂ、２６ｃからの空気供給量を独立に制御することで行う。たとえば、散気板２６ｂ、２６ｃの両方の空気供給を止めた場合は、調整領域１２の全部が嫌気雰囲気となる。また、散気板２６ｂの空気供給を止めるとともに散気板２６ｃから少量の空気を供給した場合は、第１領域１２ａが嫌気雰囲気となり、第２領域１２ｂが微好気雰囲気となる。また、散気板２６ｂから少量の空気を供給するとともに散気板２６ｃから大量の空気を供給した場合は、第１領域１２ａが微好気雰囲気となり、第２領域１２ｂが好気雰囲気となる。更に、散気板２６ｂ、２６ｃの両方から大量の空気を供給した場合は、調整領域１２の全部が好気雰囲気となる。図１に示す例では、調整領域１２に２つの散気板２６ｂ、２６ｃを設置することで調整領域１２を更に２つの領域（第１、第２領域）に分けているが、散気板を更に数多く設置して、調整領域１２をより多くの領域に分けることで、調整領域１２における雰囲気をより柔軟に調整することが可能となる。

　最終沈殿池４の下流側には図示しない消毒設備が設けられ、消毒された最終処理水が放流用流路を通って河川や海洋に放流されるようになっている。

　また、最終沈澱池４には、返送配管４０が備えられる。返送配管４０の途中にはポンプ４１が備えられている。返送配管４０によって、返送汚泥及び処理水の一部が最終沈澱池４から生物反応槽３の上流部に常時戻される。

　また、有機排水処理装置１には、アンモニア濃度測定器５と、溶存酸素測定器６と、全窒素濃度測定器７と、全リン濃度測定器８とが備えられている。アンモニア濃度測定器５は、好気処理領域１３を流れる処理水のアンモニア濃度を測定する。溶存酸素測定器６は、好気処理領域１３を流れる処理水の溶存酸素量を測定する。全窒素濃度測定器７及び全リン濃度測定器８は、生物反応槽３及び最終沈殿池４から流出された処理水の全窒素濃度及び全リン濃度をそれぞれ測定する。

　アンモニア濃度測定器５及び溶存酸素測定器６は、風量コントローラ３０に接続されている。更にアンモニア濃度測定器５は、後述する切替判定部９ｂにも接続されている。更にまた、全窒素濃度測定器７及び全リン濃度測定器８は後述する切替判定部９ｂに接続されている。

　更に、有機排水処理装置１には、生物反応槽３の調整領域１２を制御する制御部９が備えられている。制御部９には、目標値設定器９ａと切替判定部９ｂとが備えられている。制御部９は、たとえば中央演算装置を備えたコンピュータによって構成される。

　また、制御部９の切替判定部９ｂには、有機排水処理装置１を制御する制御プログラムが格納されている。この制御プログラムは、第１ステップと、第２ステップとからなる。第１ステップは、所定時間毎に、処理水のアンモニア濃度、全窒素濃度及び全リン濃度をそれぞれ測定させる指令を発する。第２ステップは、処理水のアンモニア濃度、全窒素濃度及び全リン濃度の測定結果に基づき、調整領域１２における嫌気雰囲気、微好気雰囲気及び好気雰囲気の範囲を調整する指令を発する。制御プログラムの動作は、後述する。

　制御プログラムの第１、第２ステップは、たとえば、制御部９を構成する中央演算装置に備えられた機能によって実現される。

　次に、図１に示す有機排水処理装置１を用いた有機排水の処理方法について説明する。
　有機排水（原水）は，最初沈殿池２にて、固形分と液分に分離する。液分は生物反応槽３内に導入する。生物反応槽３内では微生物の凝集物である活性汚泥の働きにより、有機物質の分解除去と同時に、以下に示す原理で窒素、リンの除去が行われる。

　まず、窒素除去の原理を説明する。
　有機排水中の窒素成分の大半はアンモニアイオン（ＮＨ_４ ^＋）の形態で存在する。この窒素分は、酸素が存在する条件下で活性汚泥中に存在する硝化菌の働きにより、（１）式の反応により、硝酸性窒素（ＮＯ_３ ^－）まで酸化される。この反応は、主に、好気処理領域１３において進行する。

酸素が存在する条件（好気条件）
　ＮＨ_４ ^＋＋２Ｏ_２→ＮＯ_３ ^－＋Ｈ_２Ｏ＋２Ｈ^＋…（１）

　この硝酸性窒素が、酸素なしの条件で脱窒菌の働きにより、（２）式の反応により窒素ガスに還元される。この反応は、主に、嫌気処理領域１１において進行する。（２）式の（Ｈ）は、下水中の有機物質（水素供与体）から与えられるため、この反応の促進のためには有機物が必要となる。有機物は、有機排水中の有機物でもよく、アルコール、カルボン酸等を嫌気処理領域１１に供給することでもよい。

　酸素なしの条件（嫌気条件）
　２ＮＯ_３ ^－＋１０Ｈ→Ｎ_２＋２ＯＨ^－＋４Ｈ_２Ｏ　…　（２）

　上述のように、好気雰囲気では、（１）式の反応が主に進行する。また、嫌気雰囲気では、（２）式の反応が主に進行する。更に、微好気雰囲気では、（１）式と（２）式の反応が同時に進む。

　ここで、（１）式のアンモニアから硝酸イオンへの反応の進行が不十分の場合は、（２）式の反応が進まず、処理水中の全窒素濃度が低減できない。従って、処理水中のアンモニア濃度及び全窒素濃度が高い場合は、（１）式を促進する必要があり、好気雰囲気を増やす必要がある。

　一方、（１）式の反応の進行が十分であっても、（２）式の反応が進まない場合は、処理水中の全窒素濃度が低減できない。従って、処理水中のアンモニア濃度が低いにも係わらず全窒素濃度が高い場合は、（２）式を促進する必要があるので、微好気雰囲気を増やす必要がある。

　次に、リン除去の原理について示す。
　リンは、活性汚泥中に存在するリン蓄積菌の働きにより除去される。リン蓄積菌は嫌気雰囲気において、菌体内に蓄積したリンを吐出する。一方、好気雰囲気においては、嫌気雰囲気において菌体から吐出した以上のリンを吸収する。吐出量と吸収量との差分に相当するリンが水中から除去される。リンを体内に蓄えたリン蓄積菌は最終沈殿池４で余剰汚泥として引き抜かれることにより、除去される。また、リン蓄積菌によるリンの除去は、嫌気雰囲気の容積が大きいほど、効果的に進む場合が多い。なお、硝化・脱窒反応が促進される微好気条件ではリン蓄積菌によるリンの吐出は起こらない。

　以上の窒素、リンの除去の原理に基づき、本実施形態の有機排水の処理方法を、制御部９が実行する制御プログラムの動作と合わせて説明する。

　まず、初期状態として、調整領域１２の第１領域１２ａ、第２領域１２ｂの両方が微好気雰囲気に設定されているとする。

　有機排水は、最初沈澱池２おいて固形分が沈降分離された後に、上澄み分が生物反応槽３に流入する。流入した有機排水は、嫌気処理領域１１、調整領域１２及び好気処理領域１３を経て、生物反応槽３から流出する。また、好気処理領域１３において処理水のアンモニア濃度及び溶存酸素量がアンモニア濃度測定器５及び溶存酸素測定器６によって測定され、測定結果が切替判定部９ｂ及び風量コントローラ３０に出力される。風量コントローラ３０の指令に基づき、ブロワ２１の送風量を制御する。ブロワの送風量に関しては、特開２００５－１９９１１６号公報、特開２００７－２４９７６７号公報に開示されているような方法でアンモニア濃度と溶存酸素量より、風量調節弁２４を調節して曝気風量を制御する。

　生物反応槽３から流出した処理水は、活性汚泥とともに最終沈澱池４に流入する。最終沈澱池４において活性汚泥を沈降分離させる。その後、処理水のみを環境中に放流する。最終沈澱池４から放流される処理水の全窒素濃度及び全リン濃度は、それぞれ測定器７、８によって測定される。測定器７、８による測定結果が制御部９の切替判定部９ｂに出力される。また、最終沈澱池４において沈降分離された活性汚泥は、一部が返送汚泥として返送配管４０を経由して嫌気処理領域１１に戻される。また、活性汚泥の残部は、脱水、焼却されて埋め立て処分される。

　生物反応槽３の嫌気処理領域１１では、嫌気処理領域内の微生物により有機排水中の汚濁物質を分解して嫌気処理水とする。次に、調整領域１２では、微好気雰囲気下で嫌気処理水中の汚濁物質を分解して中間処理水とする。次に、好気処理領域１３では、好気処理領域１３内の微生物により中間処理水中の汚濁物質を分解して処理水とする。また、好気処理領域１３に備えられた凝集剤供給装置５０から、ポリ塩化アルミニウム、硫酸アルミニウム、硫酸鉄などの凝集剤を連続して添加し、処理水中に浮遊するフロックを凝集させる。なお、凝集剤の添加は、リンの化学的除去を促進する効果もあるので、後述するように、処理水中の全リン濃度によって、凝集剤の供給量を変動させる場合がある。

　嫌気処理領域１１では、リン蓄積菌からのリンの吐出がなされる。また、嫌気処理領域１１では、硝酸イオンから窒素への還元反応も進む。硝酸イオンは、好気処理領域１３においてアンモニアの酸化反応により生成され、返送汚泥とともに最終沈澱池４から返送配管４０を経て嫌気処理領域１１に戻されたものである。また、微好気雰囲気に調整された調整領域１２では、処理水中のアンモニアの酸化反応と、硝酸イオンの還元反応とが同時に進む。更に、好気処理領域１３では、処理水中のアンモニアの酸化反応が進む。

　ここで、制御プログラムのステップ１として、目標値設定器９ａから、切替判定部９ｂに所定の目標値を出力する。目標値には、好気処理領域１３における処理水中のアンモニア濃度の上限値（以下、目標値_ＮＨ３という）、最終沈澱池４に流出した処理水の全窒素濃度の上限値（以下、目標値_Ｔ－Ｎという）及び全リン濃度の上限値（以下、目標値_Ｐという）が含まれる。

　目標値_ＮＨ３は、たとえば、処理水中のアンモニア濃度及び全窒素濃度が高い場合に、（１）式を促進するために好気雰囲気を増やす必要があると判断する場合における処理水中のアンモニア濃度の上限である。
　また、目標値_Ｔ－Ｎは、たとえば、自主的に設定した全窒素濃度の排出目標値である。更に、目標値_Ｐは、たとえば、自主的に設定した全リン濃度の排出目標値である。
　なお、目標値_Ｔ－Ｎ及び目標値_Ｐは、これら排出規制値よりも低い値に設定することが、公害防止、環境保全の観点から好ましい。全窒素、全リンの排出規制値は、たとえば公定の排水の排出基準に定められた値を用いる。

　次に、制御プログラムのステップ２として、所定時間毎に、アンモニア濃度測定器５、全窒素濃度測定器７及び全リン濃度測定器８から、制御部９の切替判定部９ｂに、処理水中のアンモニア濃度、全窒素濃度、全リン濃度が入力される。そして、切替判定部９ｂにおいて、処理水中のアンモニア濃度、全窒素濃度、全リン濃度に基づき、調整領域１２における雰囲気の種類及び範囲を決定する。決定内容に基づき、判定部９ｂが調整領域１２の雰囲気を制御するエアレーション装置２０に指令を発する。また、判定部９ｂは、凝集剤供給装置５０に指令を発してもよい。

　ステップ２の実施頻度は、調整領域１２における雰囲気の切替が頻繁になりすぎないように１０分～６０分に１回程度とする。計算頻度は監視端末等から設定できるようにする。

　以下、表１を参照して、切替判定部９の動作を場合分けして説明する。

（ケース１）
　表１に示すように、全窒素濃度が目標値_Ｔ－Ｎを超え、かつアンモニア濃度が目標値_ＮＨ３を超える場合は、調整領域１２における好気雰囲気の範囲を増やす。本ケースでは、アンモニア濃度が目標値_ＮＨ３を超えているため、好気雰囲気の範囲を増やすことで、アンモニアから硝酸イオンへの酸化反応を促進させる。たとえば、初期状態において調整領域１２の全部が微好気雰囲気となっている場合は、第２領域１２ｂの雰囲気を微好気雰囲気から好気雰囲気にするために、開閉弁２５ｃの開度を全開にする。更に好気雰囲気を増やす場合は、第１領域１２ａの雰囲気を微好気雰囲気から好気雰囲気とするために、開閉弁２５ｂの開度を全開にする。好気雰囲気の範囲を増やす場合は、好気処理領域１３に近い側から順に切り替える。調整領域１２の全部がすでに好気雰囲気になっている場合は、そのままの状態を維持する。なお、全窒素濃度が目標値_Ｔ－Ｎを超過していることに対しては、たとえば、生物反応槽３への有機排水の流入量を一時的に減少または停止させることで対処する。あるいは、硝酸イオンから窒素への還元反応を促進するために、上記式（２）における水素源としてアルコールやカルボン酸等を処理水に供給してもよい。

（ケース２）
　表１に示すように、全窒素濃度が目標値_Ｔ－Ｎを超え、アンモニア濃度が目標値_ＮＨ３と等しい場合は、調整領域１２における各雰囲気の範囲をそのままとする。その理由は、アンモニア濃度が目標値_ＮＨ３と等しいので、アンモニアの酸化反応は十分であり、汚濁物質の分解処理を安定して行う観点から、雰囲気の範囲をあえて変更する必要がないためである。なお、全窒素濃度が目標値_Ｔ－Ｎを超過していることに対しては、ケース１と同様に、たとえば、生物反応槽３への有機排水の流入量を一時的に減少または停止させることで対処する。あるいは、硝酸イオンから窒素への還元反応を促進するために、上記式（２）における水素源としてアルコールやカルボン酸等を処理水に供給してもよい。

（ケース３）
　表１に示すように、全窒素濃度が目標値_Ｔ－Ｎを超え、アンモニア濃度が目標値_ＮＨ３未満の場合には、調整領域１２における微好気雰囲気の範囲を増やす。ケース３では、アンモニア濃度が目標値_ＮＨ３未満であるので、アンモニアの酸化反応が進む雰囲気が十分確保されている一方で、全窒素濃度が目標値_Ｔ－Ｎを超えていることから、微好気雰囲気の範囲を増やすことで、硝酸イオンの還元反応を促進させる。

　上記の初期状態では調整領域１２全体が微好気雰囲気なので、それ以上に微好気雰囲気を増やす余地はない。しかしながら、たとえば、調整領域１２の第１領域１２ａ及び第２領域１２ｂの両方が嫌気雰囲気の場合は、まず、好気処理領域１３に近い側の第２領域１２ｂを微好気雰囲気とするために、開閉弁２５ｃの開度を調整する。更に、微好気雰囲気を増やす必要があれば、第１領域１２ａを微好気雰囲気とするために、開閉弁２５ｂの開度を調整する。

　また、第１領域１２ａ及び第２領域１２ｂの両方が好気雰囲気の場合は、まず、嫌気処理領域１１に近い側の第１領域１２ａを微好気雰囲気とするために、開閉弁２５ｂの開度を調整する。更に、微好気雰囲気を増やす必要があれば、第２領域１２ｂを微好気雰囲気とするために、開閉弁２５ｃの開度を調整する。

　更に、第１領域１２ａが嫌気状態であり、第２領域１２ｂが好気雰囲気の場合は、嫌気処理領域１１に近い側の第１領域１２ａを微好気雰囲気とするために、開閉弁２５ｂの開度を調整する。更に、微好気雰囲気を増やす必要があれば、第２領域１２ｂを微好気雰囲気とするために、開閉弁２５ｃの開度を調整する。

　調整領域１２の全部がすでに微好気雰囲気になっている場合は、そのままの状態を維持する。なお、全窒素濃度が目標値_Ｔ－Ｎを超過していることに対しては、たとえば、生物反応槽３への有機排水の流入量を一時的に減少または停止させることで対処する。あるいは、硝酸イオンから窒素への還元反応を促進するために、上記式（２）における水素源としてアルコールやカルボン酸等を処理水に供給してもよい。

　このように、微好気雰囲気の範囲を増やす場合は、好気処理領域１３に近い側から切り替える場合と、嫌気処理領域１１に近い側から切り替える場合とがある。

（ケース４）
　表１に示すように、全窒素濃度が目標値_Ｔ－Ｎを超え、全リン濃度が目標値_Ｐを超える場合には、凝集剤供給装置５０からの凝集剤の供給量を増やす。すなわち、全リン濃度を低減するために、凝集剤を通常よりもより多く添加してリンを汚泥とともに凝集させる化学的処理法を適用する。全窒素濃度の低減については、たとえば、生物反応槽３への有機排水の流入量を一時的に減少または停止させることで対処する。これは全リン濃度の低減にも有効である。また、全窒素濃度の低減のために、硝酸イオンから窒素への還元反応を促進するために上記式（２）における水素源としてアルコールやカルボン酸等を処理水に供給してもよい。

（ケース５）
　表１に示すように、全窒素濃度が目標値_Ｔ－Ｎを超え、全リン濃度が目標値_Ｐに等しい場合には、そのままの状態を維持する。なお、全窒素濃度が目標値_Ｔ－Ｎを超過していることに対しては、たとえば、生物反応槽３への有機排水の流入量を一時的に減少または停止させることで対処する。若しくは、硝酸イオンから窒素への還元反応を促進するために、上記式（２）における水素源としてアルコールやカルボン酸等を処理水に供給する。

（ケース６）
　表１に示すように、全窒素濃度が目標値_Ｔ－Ｎを超え、全リン濃度が目標値_Ｐ未満の場合には、リンの除去が十分になされているから、凝集剤供給装置５０からの凝集剤の供給量を減らす。全窒素濃度の低減については、たとえば、生物反応槽３への有機排水の流入量を一時的に減少または停止させることで対処する。これは全リン濃度の低減にも有効である。また、全窒素濃度の低減のために、硝酸イオンから窒素への還元反応を促進するために上記式（２）における水素源としてアルコールやカルボン酸等を処理水に供給してもよい。

（ケース７）
　全窒素濃度が目標値_Ｔ－Ｎ以下であり、リン濃度が目標値_Ｐを超える場合は、調整領域１２における嫌気雰囲気の範囲を増やす。全窒素濃度が目標値_Ｔ－Ｎ未満なので、窒素の除去プロセスは順調であるのに対し、リン濃度が目標値_Ｐを超えているので、リンの除去プロセスを改善する必要がある。そこで、嫌気雰囲気の範囲を増やすことで、菌体からのリンの吐出を盛んにして、好気雰囲気における菌体によりリンの吸収量を増大させて、リンの除去率を高める。

　具体的にはたとえば、初期状態において調整領域１２の全部が微好気雰囲気となっている場合は、第１領域１２ａの雰囲気を微好気雰囲気から嫌気雰囲気とするために、開閉弁２５ｂの開度を全閉にする。次いで、更に嫌気雰囲気を増やす場合は、第２領域１２ｂの雰囲気を微好気雰囲気から嫌気雰囲気とするために、開閉弁２５ｃの開度を全閉にする。このように、嫌気雰囲気の範囲を増やす場合は、嫌気処理領域１１に近い側から順に切り替える。調整領域１２の全部がすでに嫌気雰囲気になっている場合は、そのままの状態を維持する。

　このように、嫌気雰囲気の範囲を増やす場合は、嫌気処理領域１１に近い側から順に切り替えるとよい。

（ケース８）
　全窒素濃度が目標値_Ｔ－Ｎ以下であり、リン濃度が目標値_Ｐ以下の場合は、調整領域１２における各雰囲気の範囲をそのままとする。窒素及びリンの除去が順調に行われているので、あえて雰囲気の範囲を変更する必要はない。

　上記の何れかのケースに従って有機排水処理装置１を運転し、その後、所定時間毎に、ステップ２を再度実施して、調整領域１２における雰囲気の範囲を変更する。

　以上説明したように、本実施形態の有機排水の処理装置及び処理方法によれば、有機排水を処理する生物反応槽３に、嫌気処理領域１１、調整領域１２及び好気処理領域１３を設置した上で、処理水の全窒素濃度及びアンモニア濃度に応じて、調整領域１２における雰囲気の種類及び範囲を調整することで、窒素とリンの除去を同時に進めることができる。

　処理水の全窒素濃度が高く、かつ、アンモニア濃度が高い場合は、アンモニアの硝化反応を促進するべく、好気雰囲気を増やすことで、窒素の除去率を改善できる。
　また、処理水の全窒素濃度が高く、かつ、アンモニア濃度が低い場合は、硝酸イオンの還元反応を促進するべく、微好気雰囲気を増やすことで、窒素の除去率を改善できる。
　更に、処理水の全窒素濃度が低く、かつ、リン濃度が高い場合は、菌体からのリンの吐出を促してより多くのリンを菌体に吸収させるべく、嫌気雰囲気を増やすことで、リンの除去率を改善できる。

　更にまた、アンモニア濃度測定器５を生物反応槽３に設置することにより、切替判定だけでなく、曝気風量のコントロールにもアンモニア濃度測定器５を利用することができ、曝気風量の削減効果により、省エネを図ることができる。

　また、リンに関しては、凝集剤を添加することにより化学的にも除去できるため、リンの値に関わらず、全窒素濃度とアンモニア濃度に基づき調整領域１２の雰囲気を制御することで、窒素の除去率を高めることができる。

　更に、既存の全面曝気方式の標準活性汚泥法の施設において、一部の開閉弁２５ｂ、２６ｂを開度可変式の開閉弁とし、各種センサを追加設置するのみで本実施形態の処理方法及び処理装置を構築できるため、既存設備の改造を最小限にして窒素・リンの同時除去が可能になる。

　なお、本実施形態では以下の変更を加えても良い。
　調整領域１２の少なくとも一部を嫌気雰囲気とした場合や、嫌気処理領域１１においては、たとえば１時間おきに数分程度、開閉弁２５ａ～２５ｃを「開」として撹拌を促進させてもよい。
　アンモニア濃度測定器５、全窒素濃度測定器７及び全リン濃度測定器８の設置位置は生物処理槽３の後段部から後ろであれば、最終沈殿池４に設置するなど、どこであってもよい。
　また、図１では調整領域１２を２つの領域に分けたが、１つの領域であってもよいし、３以上の領域であってもよい。
　更に全リン濃度測定器８は、リン酸性のリン（PO4-P）を測定するリン酸計であってもよい。

（第２の実施形態）
　図２に、本実施形態の有機排水処理装置５１を示す。図１に示した有機排水処理装置１と同一の構成要素には、同一の符号を付してその説明を一部省略する。

　図２に示す有機排水処理装置５１の生物反応槽３には、嫌気処理領域１１、調整領域１２、好気処理領域１３が設置されている。調整領域１２は、嫌気処理領域１１と好気処理領域１３との間に設置されている。

　また、生物反応槽３には、曝気手段としてエアレーション装置６０が備えられている。エアレーション装置６０は、ブロア２１と、ブロア２１から延びる空気配管２２と、空気配管２２に設けられた流量調整弁２３と、空気配管２２から分岐した分岐管２４と、各分岐管２４に設けられた開閉弁６５ａ～６５ｂと、各分岐管２４の先端に取り付けられた散気板６６ａ～６６ｂとから構成されている。散気板６６ａ～６６ｂは、生物反応槽３の好気処理領域１３に設置されている。また、各分岐管２４に設けられた開閉弁６５ａ～６５ｂは、常に「開」とされている。

　また、生物反応槽３の調整領域１２には、曝気手段としてドラフトチューブエアレーター７１、７２が設置されている。ドラフトチューブエアレーター７１、７２は、図示略の空気供給部と、回転可能な撹拌翼７１ａ、７１ｂとから構成されている。撹拌翼７１ａ、７１ｂの回転速度を調整することで、調整領域１２における雰囲気を、嫌気雰囲気、微好気雰囲気または好気雰囲気の１種または２種以上に設定できるようになっている。

　調整領域１２は、雰囲気を嫌気雰囲気、微好気雰囲気または好気雰囲気のいずれか１種または２種以上に切り替え可能である。また、調整領域１２は、嫌気雰囲気、微好気雰囲気及び好気雰囲気の各雰囲気が占める範囲を調整可能とされている。図２に示す例では、調整領域１２は、第１領域１２ａと第２領域１２ｂの２つの領域に分けられる。第１領域１２ａは、ドラフトチューブエアレーター７１の設置箇所に対応する領域であり、第２領域１２ｂは、ドラフトチューブエアレーター７２の設置箇所に対応する領域である。第１、第２領域１２ａ、１２ｂのそれぞれにおいて、雰囲気を独立して切り替え可能とされている。

　調整領域１２における雰囲気の切替は、ドラフトチューブエアレーター７１、７２の回転速度を調整することにより行う。ドラフトチューブエアレーター７１は、制御部９の指令によって制御される。ドラフトチューブエアレーター７１、７２を低速回転させると嫌気雰囲気となる。ドラフトチューブエアレーター７１、７２を高速回転させると好気雰囲気となる。ドラフトチューブエアレーター７１、７２を中速回転させると微好気雰囲気となる。ドラフトチューブエアレーター７１、７２の回転速度の設定は、処理水のＯＲＰ値を基準にして各雰囲気毎に設定すればよい。

　また、各雰囲気の占める範囲を調整するには、調整領域１２に備えられた２つのドラフトチューブエアレーター７１、７２の回転数を独立に制御することで行えばよい。たとえば、ドラフトチューブエアレーター７１、７２の両方を低速回転させた場合は、調整領域１２の全部が嫌気雰囲気となる。また、ドラフトチューブエアレーター７１を低速回転とし、ドラフトチューブエアレーター７２を中速回転させた場合は、第１領域１２ａが嫌気雰囲気となり、第２領域１２ｂが微好気雰囲気となる。また、ドラフトチューブエアレーター７１を中速回転とし、ドラフトチューブエアレーター７２を高速回転させた場合は、第１領域１２ａが微好気雰囲気となり、第２領域１２ｂが好気雰囲気となる。更に、ドラフトチューブエアレーター７１、７２の両方を高速回転させた場合は、調整領域１２の全部が好気雰囲気となる。図１に示す例では、調整領域１２に２つのドラフトチューブエアレーター７１、７２を設置することで調整領域１２を更に２つの領域（第１、第２領域）に分けているが、ドラフトチューブエアレーターを更に数多く設置して、調整領域１２をより多くの領域に分けることで、調整領域１２における雰囲気をより柔軟に調整することが可能となる。

　また、生物反応槽３の嫌気処理領域１１には撹拌装置７３が設置されており、たとえば１時間おきに数分程度、撹拌装置を撹拌させることで、嫌気処理を促進できるようになっている。

　以下、図２に示す有機排水処理装置５１による有機排水の処理方法を説明する。なお、本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、有機排水処理装置５１は制御プログラムによって制御される。以下の処理方法の説明は、第１の実施形態と相違する点を中心に説明する。

　まず、初期状態として、調整領域１２の第１領域１２ａ、第２領域１２ｂの両方が微好気雰囲気に設定されているとする。ドラフトチューブエアレータ－７１、７２は、制御部９の指令により、両方とも中速回転されている。以下、上記表１の各ケースにおける動作を説明する。

（ケース１）
　表１のケース１を本実施形態において実施する場合、すなわち、調整領域１２における好気雰囲気の範囲を増やす場合には、ドラフトチューブエアレーター７１，７２を次の様に動作させる。初期状態において調整領域１２の全部が微好気雰囲気となっている場合は、第２領域１２ｂの雰囲気を微好気雰囲気から好気雰囲気とするために、ドラフトチューブエアレーター７２を高速回転させる。更に好気雰囲気を増やす場合は、第１領域１２ａの雰囲気を微好気雰囲気から好気雰囲気とするために、ドラフトチューブエアレーター７１を高速回転させる。好気雰囲気の範囲を増やす場合は、好気処理領域１３に近い側から順に切り替える。調整領域１２の全部がすでに好気雰囲気になっている場合は、そのままの状態を維持する。

（ケース２）
　表１のケース２を本実施形態において実施する場合、すなわち、調整領域１２における各雰囲気の範囲をそのままとする場合は、ドラフトチューブエアレーター７１、７２の運転条件をそのまま維持すればよい。

（ケース３）
　表１のケース３を本実施形態において実施する場合、すなわち、調整領域１２における微好気雰囲気の範囲を増やす場合は、以下の通りとする。

　上記の初期状態では調整領域１２全体が微好気雰囲気なので、それ以上に微好気雰囲気を増やす余地はない。しかしながら、たとえば、調整領域１２の第１領域１２ａ及び第２領域１２ｂの両方が嫌気雰囲気の場合は、まず、好気処理領域１３に近い側の第２領域１２ｂを微好気雰囲気とするために、ドラフトチューブエアレーター７２の回転速度を低速回転から中速回転とする。更に、微好気雰囲気を増やす必要があれば、第１領域１２ａを微好気雰囲気とするために、ドラフトチューブエアレーター７１の回転速度を低速回転から中速回転とする。

　また、第１領域１２ａ及び第２領域１２ｂの両方が好気雰囲気の場合は、まず、嫌気処理領域１１に近い側の第１領域１２ａを微好気雰囲気とするために、ドラフトチューブエアレーター７１の回転速度を高速回転から中速回転とする。更に、微好気雰囲気を増やす必要があれば、第２領域１２ｂを微好気雰囲気とするために、ドラフトチューブエアレーター７２の回転速度を高速回転から中速回転とする。

　更に、第１領域１２ａが嫌気状態であり、第２領域１２ｂが好気雰囲気の場合は、嫌気処理領域１１に近い側の第１領域１２ａを微好気雰囲気とするために、ドラフトチューブエアレーター７１の回転速度を低速回転から中速回転とする。更に、微好気雰囲気を増やす必要があれば、第２領域１２ｂを微好気雰囲気とするために、ドラフトチューブエアレーター７２の回転速度を高速回転から中速回転とする。

　調整領域１２の全部がすでに微好気雰囲気になっている場合は、そのままの状態を維持すればよい。

（ケース４、５、６）
　表１のケース４、５、６を本実施形態において実施する場合は、第１の実施形態と同様にすればよい。

（ケース７）
　表１のケース７を本実施形態において実施する場合、すなわち、調整領域１２における嫌気雰囲気の範囲を増やす場合は、以下の通りとする。

　初期状態において調整領域１２の全部が微好気雰囲気となっている場合は、第１領域１２ａの雰囲気を微好気雰囲気から嫌気雰囲気とするために、ドラフトチューブエアレーター７１の回転速度を中速回転から低速回転とする。更に嫌気雰囲気を増やす場合は、第２領域１２ｂの雰囲気を微好気雰囲気から嫌気雰囲気とするために、ドラフトチューブエアレーター７２の回転速度を中速回転から低速回転とする。調整領域１２の全部がすでに嫌気雰囲気になっている場合は、そのままの状態を維持する。

（ケース８）
　表１のケース８を本実施形態において実施する場合は、第１の実施形態と同様にすればよい。

　そして、上記の何れかのケースに従って有機排水処理装置５１を運転し、その後、所定時間毎に、ステップ２を再度実施して、調整領域１２における雰囲気の範囲を変更する。

　本実施形態の有機排水の処理装置５１及び処理方法によれば、第１の実施形態と同様の効果が得られるとともに、以下の効果も得られる。

　本実施形態では、嫌気処理領域１１に撹拌装置７３が備えられ、撹拌を行うことができるため、嫌気雰囲気条件での反応が進みやすくなり、窒素、リンの除去を促進できる。
　また、調整領域１２においてドラフトチューブエアレーター７１、７２によって処理水を撹拌するので、処理水の水質改善効果が得やすくなり、窒素、リンの除去をより促進できる。

　なお、本実施形態では、図２に示すように、調整領域１２を２つの領域に分けたが、１つの領域であってもよいし、３以上の領域であってもよい。

（第３の実施形態）
　図３に、本実施形態の有機排水処理装置８１を示す。図１に示した有機排水処理装置１と同一の構成要素には、同一の符号を付してその説明を一部省略する。
　図１に示す第１実施形態の有機排水処理装置１に対する、図３に示す有機排水処理装置８１の相違点は、調整領域１２の第１領域１２ａ及び第２領域１２ｂのそれぞれに、ＯＲＰ計（酸化還元電位計）８２、８３を設置した点である。本実施形態では、調整領域１２における雰囲気を制御する際に、ＯＲＰ計８２、８３によって測定された処理水の酸化還元電位に基づき、開閉弁２５ｂ及び２５ｃの開度を調整する。すなわち、制御部９が、ＯＲＰ計８２，８３の測定結果に基づき、調整領域１２における各雰囲気の状態を維持するように曝気手段２０の開閉弁２５ｂ及び２５ｃの開度を微調整する。あるいは、ＯＲＰ計８２，８３の測定結果に基づき、調整領域１２における嫌気雰囲気、微好気雰囲気または好気雰囲気の範囲を調整する。

　たとえば、調整領域１２の少なくとも一部を微好気雰囲気とする場合の開閉弁２５ｂまたは２５ｃの開度は、ＯＲＰ計８２，８３によるＯＲＰ値が－５０～５０ｍＶの間となるように開度を自動調整する。開閉弁２５ｂの開度は、ＯＲＰ計８２のＯＲＰ値に基づいて調整する。開閉弁２５ｃの開度は、ＯＲＰ計８３のＯＲＰ値に基づいて調整する。また、ＯＲＰ計８２または８３のＯＲＰ値が変動して－５０ｍＶ未満になる場合は、開閉弁２５ｂまたは２５ｃの開度を開方向に調整する。ＯＲＰ計８２または８３のＯＲＰ値が５０ｍＶ超に変動する場合は、開閉弁２５ｂまたは２５ｃ開度を閉方向に調整して、雰囲気の状態を維持する。

　開閉弁２５ｂまたは２５ｃの開度の調節方法は、ＯＲＰ計８２、８３のＯＲＰ値が－５０～５０ｍＶの範囲外にある場合に、開度をたとえば１％ずつ増減する方法であってもよいし、ＰＩ制御（比例積分制御）やＰＩＤ制御（比例積分微分制御）のような一般的なフィードバック制御方式を活用してもよい。ＯＲＰ計８２，８３の応答時間も考慮し、開度を増減する周期は１分～数十分程度とすることが望ましい。

　以上、微好気雰囲気の場合について説明したが、嫌気雰囲気及び好気雰囲気の場合も同様に調整すればよい。

　本実施形態によれば、調整領域１２の雰囲気を確実に制御できるので、有機排水からの窒素及びリンの除去を改善できる。特に、本実施形態によれば、嫌気雰囲気や好気雰囲気に比べて調整維持が難しい微好気雰囲気であっても、確実に微好気雰囲気を形成できるので、特に窒素の除去率を改善できる。

　なお、ＯＲＰ計による制御は、第２の実施形態におけるドラフトチューブエアレーターの制御にも適用して良いことはもちろんである。

（第４の実施形態）
　図４に、本実施形態の有機排水処理装置９１を示す。図２に示した有機排水処理装置５１と同一の構成要素には、同一の符号を付してその説明を一部省略する。
　図２に示す第２実施形態の有機排水処理装置５１に対する、図４に示す有機排水処理装置９１の相違点は、生物反応槽３の好気処理領域１３から調整領域１２の入側に向けて、処理水の一部を循環するための循環ライン９２が設けられた点である。この循環ライン９２は、処理水返送配管９３と、循環ポンプ９４から構成されている。

　本実施形態における制御部９は、調整領域１２の全部が好気雰囲気となり、かつ、窒素濃度が目標値_Ｔ－Ｎを超え、アンモニア濃度が目標値_ＮＨ３未満の場合に、循環ライン９２によって処理水を好気処理領域１３から調整領域１２の入側に循環させる。処理水の循環と同時に、調整領域１２の一部または全部を嫌気雰囲気とする。

　調整領域１２がすべて微好気雰囲気になり、アンモニア濃度が目標値_ＮＨ３未満であるにも係わらず全窒素濃度が目標値_Ｔ－Ｎを超えてしまう状態が続く場合には、循環ポンプ９４を起動して、処理水の循環を実施する。循環量は好気処理領域１３への流入量に対して、０％超２００％以下の範囲で調節するものとし、窒素濃度が目標値_Ｔ－Ｎ未満になるまで、たとえば下記（３）式にしたがって、循環量を増減するものとする。

　Qcirc＝Kp（TN-TNref）　…　（３）

　式（３）において、Qcircは循環流量（m3/h）であり、Kpは比例定数であり、TNは処理水の全窒素濃度であり、TNrefは目標値_Ｔ－Ｎである。

　窒素濃度が目標値_Ｔ－Ｎ未満になれば、循環ポンプ９４を停止して、表１に示す判定基準に基づき運転を行うものとする。また、循環ポンプ９４の運転中は、調整領域１２の第１領域１２ａ及び第２領域１２ｂのＯＲＰ値が－１５０～０ｍＶの範囲になるようにドラフトチューブエアレーター７１、７２の回転速度を調節する。

　アンモニアから硝酸イオンへの酸化反応は順調だが、硝酸イオンから窒素への還元反応が不十分の場合、処理水を微好気雰囲気から嫌気雰囲気の中間程度にした調整領域１２に循環させることにより、硝酸イオンから窒素への還元反応の効率を向上させて、窒素の除去率を改善できる。

　なお、循環量に関しては、（３）式に限らず、全窒素濃度測定器７の計測値が目標値_Ｔ－Ｎより高い場合に循環量を増やし、全窒素濃度測定器７の計測値が目標値_Ｔ－Ｎより低い場合には循環量を減じるものであれば、どのような方法であってもよい。

　また、循環ライン９２は、第１の実施形態の有機排水処理装置１に適用しても良い。

　以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、生物反応槽が、嫌気処理領域、調整領域および好気処理領域を有し、調整領域は、制御部によって、嫌気雰囲気、微好気雰囲気または好気雰囲気の１種または２種以上の雰囲気に切り替え可能なので、有機排水中の窒素及びリンを同時に除去可能であり、かつ、既存の設備への導入を容易にできる。

　本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

Claims

　嫌気処理領域、嫌気雰囲気、微好気雰囲気または好気雰囲気の１種または２種以上の雰囲気に切り替え可能であり、かつ、雰囲気の範囲を調整可能な調整領域および好気処理領域を有し、前記調整処理領域は、前記嫌気処理領域と前記好気処理領域との間にある生物反応槽と、
　前記好気処理領域における処理水のアンモニア濃度を測定するアンモニア濃度測定器と、
　前記生物反応槽から流出した処理水の全窒素濃度を測定する全窒素濃度測定器と、
　前記生物反応槽から流出した処理水の全リン濃度を測定する全リン濃度測定器と、
　前記アンモニア濃度測定器、前記全窒素濃度測定器および前記全リン濃度測定器により測定された値に基づいて、前記調整領域の雰囲気の範囲を調整する制御部と、
を具備する有機排水処理装置。
　前記制御部は、
　前記アンモニア濃度、前記全窒素濃度および前記全リン濃度についてあらかじめ設定された目標値を格納する目標値設定器と、
　前記目標値と、前記アンモニア濃度測定器、全窒素濃度測定器および全リン濃度測定器で測定されたそれぞれの測定値とを照らし、前記調整領域の雰囲気の範囲を調整する切替判定部と、
を具備する請求項１に記載の有機排水処理装置。
　前記制御部は、所定時間毎に、
　前記全窒素濃度が所定の目標値_Ｔ－Ｎを超え、かつ前記アンモニア濃度が所定の目標値_ＮＨ３を超える場合に、前記調整領域における前記好気雰囲気の範囲を増やし、
　前記全窒素濃度が前記目標値_Ｔ－Ｎを超え、かつ前記アンモニア濃度が前記目標値_ＮＨ３と等しい場合に、前記調整領域における各雰囲気の範囲をそのままとし、
　前記全窒素濃度が前記目標値_Ｔ－Ｎを超え、かつ前記アンモニア濃度が前記目標値_ＮＨ３未満の場合に、前記調整領域における前記微好気雰囲気の範囲を増やし、
　前記全窒素濃度が前記目標値_Ｔ－Ｎ以下であり、かつ前記リン濃度が所定の目標値_Ｐを超える場合に、前記調整領域における前記嫌気雰囲気の範囲を増やし、
　前記全窒素濃度が前記目標値_Ｔ－Ｎ以下であり、かつ前記リン濃度が前記目標値_Ｐ以下の場合に、前記調整領域における各雰囲気の範囲をそのままとする、
ように前記調整領域を制御するものである請求項１に記載の有機排水処理装置。
　前記制御部は、所定時間毎に、
　前記全窒素濃度が所定の目標値_Ｔ－Ｎを超え、かつ前記アンモニア濃度が所定の目標値_ＮＨ３を超える場合に、前記調整領域における前記好気雰囲気の範囲を増やし、
　前記全窒素濃度が前記目標値_Ｔ－Ｎを超え、かつ前記アンモニア濃度が前記目標値_ＮＨ３と等しい場合に、前記調整領域における各雰囲気の範囲をそのままとし、
　前記全窒素濃度が前記目標値_Ｔ－Ｎを超え、かつ前記アンモニア濃度が前記目標値_ＮＨ３未満の場合に、前記調整領域における前記微好気雰囲気の範囲を増やし、
　前記全窒素濃度が前記目標値_Ｔ－Ｎ以下であり、かつ前記リン濃度が所定の目標値_Ｐを超える場合に、前記調整領域における前記嫌気雰囲気の範囲を増やし、
　前記全窒素濃度が前記目標値_Ｔ－Ｎ以下であり、かつ前記リン濃度が前記目標値_Ｐ以下の場合に、前記調整領域における各雰囲気の範囲をそのままとする、
ように前記調整領域を制御するものである請求項２に記載の有機排水処理装置。
　前記制御部の指令に基づいて前記調整領域における雰囲気を嫌気雰囲気、微好気雰囲気または好気雰囲気のいずれか１種または２種以上に切り替え調整可能な曝気手段が、前記調整領域に備えられている請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の有機排水処理装置。
　前記制御部の指令に基づいて前記調整領域における雰囲気を嫌気雰囲気、微好気雰囲気または好気雰囲気のいずれか１種または２種以上に切り替え調整可能な曝気手段が、前記調整領域に備えられ、
　前記調整領域に酸化還元電位計が備えられ、
　前記制御部は、前記酸化還元電位計の測定結果に基づき、前記調整領域における各雰囲気の状態を維持するように前記曝気手段を制御する請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の有機排水処理装置。
　前記制御部の指令に基づいて前記調整領域における雰囲気を嫌気雰囲気、微好気雰囲気または好気雰囲気のいずれか１種または２種以上に切り替え調整可能な曝気手段が、前記調整領域に備えられ、
　前記調整領域に酸化還元電位計が備えられ、
　前記制御部は、前記酸化還元電位計の測定結果に基づき、前記調整領域における嫌気雰囲気、微好気雰囲気または好気雰囲気の範囲を調整する請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の有機排水処理装置。
　前記制御部の指令に基づいて前記調整領域における雰囲気を嫌気雰囲気、微好気雰囲気または好気雰囲気のいずれか１種または２種以上に切り替え調整可能な曝気手段が、前記調整領域に備えられ、
　前記好気処理領域の処理水の一部を前記調整領域の入側に返送可能な循環ラインが設けられ、
　前記制御部は、前記調整領域の全部が好気雰囲気となり、かつ、前記窒素濃度が前記目標値_Ｔ－Ｎを超え、前記アンモニア濃度が前記目標値_ＮＨ３未満の場合に、前記循環ラインによって前記処理水を循環させることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の有機排水処理装置。
　前記制御部の指令に基づいて前記調整領域における雰囲気を嫌気雰囲気、微好気雰囲気または好気雰囲気のいずれか１種または２種以上に切り替え調整可能な曝気手段が、前記調整領域に備えられ、
　前記好気処理領域に、リンを凝集させる凝集剤を供給する凝集剤供給部が更に備えられ、
　前記制御部は、
　前記窒素濃度が前記目標値_Ｔ－Ｎを超え、かつ前記リン濃度が前記目標値_Ｐを超えるときに、前記凝集剤供給部による凝集剤供給量を増加させ、
　前記窒素濃度が前記目標値_Ｔ－Ｎを超え、かつ前記リン濃度が前記目標値_Ｐと等しいときに、前記凝集剤投入部による凝集剤供給量をそのままとし、
　前記窒素濃度が前記目標値_Ｔ－Ｎを超え、かつ前記リン濃度が前記目標値_Ｐ未満のときに、前記凝集剤投入部による凝集剤供給量を減少させる、
ものである請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の有機排水処理装置。
　有機排水を処理する生物反応槽に、嫌気処理領域と、雰囲気の範囲を調整可能な調整領域と、好気処理領域と、を設置し、
　前記有機排水を前記嫌気処理領域に導入し、前記嫌気処理領域内の微生物により汚濁物質を分解して嫌気処理水とする嫌気処理と、
　前記嫌気処理水を前記調整領域に導入し、調整された雰囲気下で汚濁物質を分解して中間処理水とする調整処理と、
　前記中間処理水を前記好気処理領域に導入し、前記好気処理領域内の微生物により汚濁物質を分解して処理水とする好気処理と、
　所定時間毎に、前記処理水のアンモニア濃度、全窒素濃度及び全リン濃度をそれぞれ測定する処理と、
　前記処理水の一部を前記嫌気処理領域に常時返送する処理と、を行いながら、
　前記全窒素濃度が所定の目標値_Ｔ－Ｎを超え、かつ前記アンモニア濃度が所定の目標値_ＮＨ３を超える場合に、前記調整領域における前記好気雰囲気の範囲を増やし、
　前記全窒素濃度が前記目標値_Ｔ－Ｎを超え、前記アンモニア濃度が前記目標値_ＮＨ３と等しいときに、前記調整領域における各雰囲気の範囲をそのままとし、
　前記全窒素濃度が前記目標値_Ｔ－Ｎを超え、前記アンモニア濃度が前記目標値_ＮＨ３未満のときに、前記調整領域における前記微好気雰囲気の範囲を増やし、
　前記全窒素濃度が前記目標値_Ｔ－Ｎ以下であり、前記リン濃度が所定の目標値_Ｐを超えるときに、前記調整領域における前記嫌気雰囲気の範囲を増やし、
　前記全窒素濃度が前記目標値_Ｔ－Ｎ以下であり、前記リン濃度が前記目標値_Ｐ以下のときに、前記調整領域における各雰囲気の範囲をそのままとする、
ことを特徴とする有機排水の処理方法。
　有機排水を処理する生物反応槽に、
　嫌気処理領域と、
　雰囲気の範囲を調整可能な調整領域と、
　好気処理領域と、が設置されてなる有機排水処理装置を用いて、
　前記有機排水を前記嫌気処理領域に導入し、前記嫌気処理領域内の微生物により汚濁物質を分解して嫌気処理水とする嫌気処理と、
　前記嫌気処理水を前記調整領域に導入し、調整された雰囲気下で汚濁物質を分解して中間処理水とする調整処理と、
　前記中間処理水を前記好気処理領域に導入し、前記好気処理領域内の微生物により汚濁物質を分解して処理水とする好気処理と、前記処理水の一部を前記嫌気処理領域に常時返送する処理と、を行う際の制御プログラムであり、
　所定時間毎に、前記処理水のアンモニア濃度、全窒素濃度及び全リン濃度をそれぞれ測定する第１ステップと、
　前記処理水のアンモニア濃度、全窒素濃度及び全リン濃度の測定結果に基づき、前記調整領域における嫌気雰囲気、微好気雰囲気及び好気雰囲気の範囲を調整する第２ステップと、を備え、
　前記第２ステップは、
　前記全窒素濃度が所定の目標値_Ｔ－Ｎを超え、かつ前記アンモニア濃度が所定の目標値_ＮＨ３を超える場合に、前記好気雰囲気の範囲を増やし、
　前記全窒素濃度が前記目標値_Ｔ－Ｎを超え、前記アンモニア濃度が前記目標値_ＮＨ３と等しいときに、各雰囲気の範囲をそのままとし、
　前記全窒素濃度が前記目標値_Ｔ－Ｎを超え、前記アンモニア濃度が前記目標値_ＮＨ３未満のときに、前記微好気雰囲気の範囲を増やし、
　前記全窒素濃度が前記目標値_Ｔ－Ｎ以下であり、前記リン濃度が所定の目標値_Ｐを超えるときに、前記嫌気雰囲気の範囲を増やし、
　前記全窒素濃度が前記目標値_Ｔ－Ｎ以下であり、前記リン濃度が前記目標値_Ｐ以下のときに、各雰囲気の範囲をそのままとする、
ステップであることを特徴とする有機排水処理装置の制御プログラム。