WO2016117210A1 - 窒素含有廃水の脱窒方法及び脱窒装置 - Google Patents

Abstract

　処理装置の小型化が可能で、部分亜硝酸化及び嫌気性酸化処理を同一反応槽内で安定的且つ効率的に行うことが可能な窒素含有廃水の脱窒方法及び脱窒装置を提供する。窒素含有廃水を、アンモニア酸化菌と嫌気性アンモニア酸化菌とを含有する微生物担体若しくは微生物担体と活性汚泥とを収容した反応槽内に供給する工程（Ｓ１１）と、酸素含有気体又は酸素を含有しない気体を反応槽内に順に供給して反応槽内の窒素含有廃水を攪拌し、アンモニア酸化菌と嫌気性アンモニア酸化菌の働きにより窒素含有廃水を脱窒処理する工程（Ｓ１２、Ｓ１３）と、微生物担体若しくは微生物担体及び活性汚泥を処理水から分離し、該処理水を反応槽から排出させる工程（Ｓ１４、Ｓ１５）とを含む窒素含有廃水の脱窒方法である。

Description

窒素含有廃水の脱窒方法及び脱窒装置

　本発明は、窒素含有廃水の脱窒方法及び脱窒装置に関し、特に、下水消化汚泥の脱水分離液、浸出水、畜産廃液のメタン発酵脱水分離液、し尿及び浄化槽汚泥の濃縮脱水分離液、食品や化学工場廃液等の脱窒処理に好適な窒素含有廃水の脱窒方法及び脱窒装置に関する。

　近年、従来の従属脱窒より省エネである嫌気性アンモニア酸化法が注目されている。嫌気性アンモニア酸化法は、ＮＨ₄－Ｎを電子供与体とし、ＮＯ₂－Ｎを電子受容体とする独立栄養性微生物を利用し、嫌気状態においてＮＨ₄－ＮとＮＯ₂－Ｎを直接反応させて窒素ガスに変換する。このため、外部からメタノール等の有機物添加が不要であり、薬品コストを大きく低減できる。また、独立栄養性微生物を利用した処理であるため、汚泥発生量が極めて少ないという利点も有する。

　嫌気性アンモニア酸化法による脱窒反応を安定して得るためには、被処理水の窒素、一般的にはアンモニア性窒素の一部を、予め亜硝酸性窒素に変換する、すなわち部分亜硝酸化プロセスを行うことが必要である。例えば、特許文献１（特開２０１２－２４７０７号公報）では、図１に示すように、亜硝酸化槽と嫌気性アンモニア酸化槽の２槽式から構成された処理装置の例が記載されている。嫌気性アンモニア酸化槽内には高分子ゲル担体を添加し、担体の表面に嫌気性アンモニア酸化菌を付着固定して、嫌気性アンモニア酸化槽内の菌濃度を高く保持している。

　近年、部分亜硝酸化と嫌気性アンモニア脱窒を同一反応槽で行う方法も提案されている。例えば、特許文献２（特開２０１４－３６９５９号公報）では、同一反応槽において、部分亜硝酸化及び嫌気性アンモニア酸化を同時に行う脱窒方法が記載されている。特許文献３（特許第５３４７２２１号公報）にも、同一反応槽において、部分亜硝酸化及び嫌気性アンモニア酸化を同時に行う脱窒方法が記載されている。

特開２０１２－２４７０７号公報 特開２０１４－３６９５９号公報 特許第５３４７２２１号公報

　しかしながら、特許文献２及び３で記載されるような同一反応槽内で部分亜硝酸化処理と嫌気性アンモニア酸化処理を同時に行う場合、反応槽への曝気風量及びＤＯ（溶存酸素）の制御が部分亜硝酸化及び嫌気性アンモニア酸化性能に大きく影響する。例えば、曝気風量が大きくＤＯが高い場合には、担体外側に付着したアンモニア酸化菌の亜硝酸化性能が高くなるが、アンモニア酸化菌の内側にある嫌気性アンモニア酸化菌への酸素透過が起こり、脱窒性能が大きく低下してしまう。このため現状の処理装置及び処理方法では、反応槽内のＤＯの適切な制御が極めて難しく、部分亜硝酸化及び嫌気性酸化処理を安定的に両立させることが難しい。更には、特許文献２及び３の技術では、曝気風量を制御しながら、反応槽内の担体流動の均一化を両立させることも難しい。

　一方、特許文献１に記載される処理装置では、反応槽を２つ準備する必要があるため、同一反応槽を用いる場合に比べて設備が大型化する。更に、特許文献１では、嫌気性アンモニア酸化槽内にインペラーを用いた機械攪拌方式を採用しているが、このような機械攪拌方式を用いて担体を流動させると、担体表面への嫌気性アンモニア酸化菌の付着速度、付着量が、攪拌強度、インペラー材質、形状、担体添加量等に大きく影響されることがわかった。即ち、攪拌強度が強すぎてインペラー材質が硬すぎる場合等には、担体表面に付着した嫌気性アンモニア酸化菌が機械摩擦により剥離し、剥離したアンモニア酸化菌が浮上して反応槽外へと流出する現象が発生する。その結果、反応槽内に一定量以上の微生物を常に保持させることが難しくなり、安定した処理を行うことが困難になる場合がある。

　上記課題を鑑み、本発明は、処理装置の小型化が可能で、部分亜硝酸化及び嫌気性アンモニア酸化処理を同一反応槽内で安定的且つ効率的に行うことが可能な窒素含有廃水の脱窒方法及び脱窒装置を提供する。

　上記課題を解決するために本発明者らが鋭意検討した結果、同一反応槽に酸素含有気体又は酸素を含まない気体を順に供給し、部分亜硝酸化及び嫌気性アンモニア酸化処理を同一反応槽内でバッチ式に処理することで、装置を小型化するとともに窒素含有廃水の脱窒処理をより効率的に行うことが可能であることを見いだした。

　以上の知見を基礎として完成した本発明は一側面において、窒素含有廃水を、アンモニア酸化菌と嫌気性アンモニア酸化菌とを含有する微生物担体若しくは微生物担体と活性汚泥とを収容した反応槽内に供給する工程と、酸素含有気体又は酸素を含有しない気体を反応槽内に順に供給して反応槽内の窒素含有廃水を攪拌し、アンモニア酸化菌と嫌気性アンモニア酸化菌の働きにより窒素含有廃水を脱窒処理する工程と、微生物担体若しくは微生物担体及び活性汚泥を処理水から分離し、該処理水を反応槽から排出させる工程とを含む窒素含有廃水の脱窒方法が提供される。

　本発明に係る窒素含有廃水の脱窒方法は一実施態様において、窒素含有廃水を脱窒処理する前に、窒素含有廃水のＴ－Ｎ濃度（ｍｇ／Ｌ）に対するＭ－アルカリ度（ｍｇ／Ｌ）が３．５～４．５倍となるように、窒素含有廃水のＭ－アルカリ度を予め調整することを含む。

　本発明に係る窒素含有廃水の脱窒方法は別の一実施態様において、窒素含有廃水を脱窒処理する工程が、反応槽内に酸素含有気体を供給して反応槽内の窒素含有廃水を攪拌することにより、窒素含有廃水に含まれるアンモニア性窒素の一部をアンモニア酸化菌の働きにより亜硝酸性窒素に酸化させることを含む好気攪拌工程と、酸素含有気体の供給を停止し、反応槽内に酸素を含有しない気体を供給して反応槽内の窒素含有廃水を攪拌することにより、窒素含有廃水に含まれるアンモニア性窒素及び亜硝酸性窒素から嫌気性アンモニア酸化菌の働きにより窒素ガスを発生させることを含む嫌気攪拌工程とを含む。

　本発明に係る窒素含有廃水の脱窒方法は更に別の一実施態様において、嫌気攪拌工程の後に、反応槽内に酸素含有気体を供給して反応槽内の窒素含有廃水を攪拌する追加好気攪拌工程を更に備える。

　本発明に係る窒素含有廃水の脱窒方法は更に別の一実施態様において、反応槽内に酸素含有気体を供給する際に、反応槽内の窒素含有廃水の溶存酸素濃度を、アンモニア酸化菌による部分亜硝酸化処理に必要な溶存酸素濃度範囲に制御しながら反応槽内の窒素含有廃水のｐＨを監視し、窒素含有廃水のｐＨが所定値以下となった場合に、反応槽内への酸素含有気体の供給を停止させることを含む。

　本発明に係る窒素含有廃水の脱窒方法は更に別の一実施態様において、酸素を含有しない気体の供給は、反応槽内で発生した窒素ガスを反応槽内へ循環させることにより行われる。

　本発明に係る窒素含有廃水の脱窒方法は更に別の一実施態様において、反応槽から排出した処理水を曝気し、曝気液を固液分離して上澄液を得るとともに、固液分離により得られた濃縮汚泥を反応槽へ返送することを更に含む。

　本発明に係る窒素含有廃水の脱窒方法は更に別の一実施態様において、微生物担体が、反応槽内での処理経過に伴い、親水性高分子担体の表面上にアンモニア酸化菌及び嫌気性アンモニア酸化菌を徐々に付着させることにより得られた結合型微生物担体である。

　本発明に係る窒素含有廃水の脱窒方法は更に別の一実施態様において、活性汚泥がアンモニア酸化菌を含有する。

　本発明は別の一側面において、窒素含有廃水を供給する供給部と、窒素含有廃水と、アンモニア酸化菌と嫌気性アンモニア酸化菌とを含有する微生物担体若しくは微生物担体と活性汚泥とを収容して、酸素含有気体又は酸素を含有しない気体を順に供給することにより窒素含有廃水を脱窒処理する反応槽と、酸素含有気体又は酸素を含有しない気体を順に反応槽内に供給することによって、反応槽内の窒素含有廃水を攪拌させるための散気手段と、散気手段に接続され、酸素含有気体又は酸素を含有しない気体の供給切替を行う切替手段と、脱窒処理で得られる処理液を微生物担体若しくは微生物担体及び活性汚泥を処理水から分離して反応槽外へ排出させる排出部とを備える窒素含有廃水の脱窒装置が提供される。

　本発明によれば、処理装置の小型化が可能で、部分亜硝酸化及び嫌気性アンモニア酸化処理を同一反応槽内で安定的且つ効率的に行うことが可能な窒素含有廃水の脱窒方法及び脱窒装置が提供できる。

本発明の実施の形態に係る脱窒装置の一例を表す概略図である。 本発明の実施の形態に係る脱窒方法の一例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態の変形例に係る脱窒装置の一例を表す概略図である。

　以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであってこの発明の技術的思想は構成部品の構造、配置等を下記のものに特定するものではない。

　本発明の実施の形態に係る脱窒処理に好適な脱窒装置の例を図１に示す。図１に示すように、本発明に係る脱窒装置は、窒素含有廃水を処理する反応槽７と、反応槽７内に酸素含有気体又は酸素を含有しない気体を順に供給することにより、反応槽７内の窒素含有廃水を攪拌させるための散気手段１２と、酸素含有気体又は酸素を含有しない気体の反応槽７への供給切替を行う切替手段５とを備える。

　反応槽７の上部には、窒素含有廃水を供給するための供給部（供給口）６が設けられている。供給部６からは、反応槽７での１回の処理に必要な量の窒素含有廃水が供給される。反応槽７内には、図１に示すように、アンモニア酸化菌及び嫌気性アンモニア酸化菌を担持した微生物担体１０が少なくとも収容されている。なお、本実施形態において「アンモニア酸化菌」とは、窒素含有廃水に含まれるアンモニア性窒素の一部を亜硝酸性窒素に酸化するための微生物を意味する。「嫌気性アンモニア酸化菌」とは、窒素含有廃水に含まれるアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素を嫌気状態において窒素ガスに変換するための微生物を意味する。

　反応槽７内に投入される微生物担体１０としては、アンモニア酸化菌及び嫌気性アンモニア酸化菌を安定して槽内に維持するために、親水性高分子担体の表面上に前記アンモニア酸化菌及び前記嫌気性アンモニア酸化菌を徐々に付着させることにより得られた結合型微生物担体を利用することが好ましい。「結合型微生物担体」とは、主として親水性高分子担体の表面上に微生物を付着又は成長させる結合固定化法によって微生物を固定化した結合固定化担体を意味する。この場合、担体表面に嫌気性アンモニア酸化菌を先に結合固定化後、その表面にアンモニア酸化菌を付着固定化する二重層の生物膜が形成可能である。結合型微生物担体を用いることにより、流入する窒素含有廃水の性状により適した微生物担体が利用できるとともに、微生物担体を装置外で製造する場合に比べて処理を効率化できる。一方、別の固定化方法である包括固定化担体を利用する場合には、嫌気性アンモニア酸化菌を担体内部に包括固定し、その表面に好気性のアンモニア酸化菌を付着固定することが好ましい。

　親水性高分子担体の材料としては、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）やポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、ポリアクリルアミド、光硬化性樹脂等の合成高分子、カラギーナン、アルギン酸ソーダ等の高分子を用いたゲル担体、ポリエチレンやポリウレタン、ポリプロピレン等からなる担体等が好適に用いられる。

　親水性高分子担体の形状としては、球形、四角形、円筒形の何れも使用可能であり、その有効径は、後述する処理水と担体との分離の際に分離しやすい１～２０ｍｍが好ましい。担体として表面に微細孔径を多く有するもの、表面に無数の凹凸を有するものがアンモニア酸化菌及び嫌気性アンモニア酸化菌の付着固定が速く短期間で高い脱窒性能が得られる。

　親水性高分子担体の比表面積は、２００～３００００ｍ²／ｍ³、より好ましくは、２００～２００００ｍ²／ｍ³、更に好ましくは２００～１００００ｍ²／ｍ³であるものが好ましい。担体比重は、反応槽７内でのガス攪拌によってより均一に流動可能となる１．０１～１．１５、より好ましくは、１．０１～１．１０、更に好ましくは１．０１～１．０５であるものが好ましい。

　微生物担体１０の反応槽７への充填量は、反応槽７内でのガス攪拌によって、均一に混合流動可能となる５～３０Ｖ％であるのが好ましく、より好ましくは１０～３０Ｖ％、更に好ましくは１０～２０Ｖ％である。

　反応槽７では、微生物担体１０と活性汚泥（浮遊活性汚泥）の共存が望ましい。浮遊活性汚泥の共存により、窒素含有廃水の水質が変動しても、活性汚泥処理による平均化が可能であり、安定した部分亜硝酸化処理が得られる。活性汚泥にはアンモニア酸化菌を含有させることが好ましい。

　散気手段１２は、反応槽７の底部に設けられている。散気手段１２の上流側にはブロワ１１が配管等を介して接続されている。ブロワ１１の上流側の配管には水トラップ１３が配置されており、反応槽７で発生した窒素ガスが水トラップ１３へ供給されて、水トラップ１３に接続された配管、ブロワ１１及び散気手段１２を介して、酸素を含有しない気体として反応槽７へ内部循環できるようになっている。

　反応槽７内で発生した窒素ガスを反応槽内で循環させることにより、反応槽７で発生した窒素ガスを有効利用することができ、装置外部から酸素を含有しない気体を導入する場合に比べて生産性が向上する。なお、内部循環で十分な窒素ガスの供給量が得られない場合には装置外部から酸素を含有しない気体を供給可能であることは勿論である。

　図１のブロワ１１の上流側の配管には、酸素含有気体（例えば、空気）を供給するための供給部（図示せず）が、切替手段５を介して接続されている。切替手段５は、反応槽７の処理状態に応じて、酸素含有気体と酸素を含有しない気体（反応槽７からの窒素ガス）を行う。例えば、反応槽７において部分亜硝酸化処理をバッチ式で優先的に進めたい場合には、切替手段５により酸素含有気体が散気手段１２から供給されるようにする。嫌気アンモニア酸化処理をバッチ式で優先的に進めたい場合には、切替手段５により酸素含有気体の供給を停止させ、酸素を含有しない気体が散気手段１２から供給されるようにする。

　反応槽７には、ＤＯ計２、ｐＨ計３、ＯＲＰ計４が設けられており、反応槽７内の窒素含有廃水の溶存酸素濃度（ＤＯ）、ｐＨ及び酸化還元電位（ＯＲＰ）が測定可能になっている。ＤＯ計２、ｐＨ計３、ＯＲＰ計４により、部分亜硝酸化処理と嫌気性アンモニア酸化処理の各処理をバッチ処理で行う場合の反応終了時点を決定することが可能である。なお、反応槽７には、反応槽７内で発生した排気ガスを反応槽７の外部へ排出可能な排気口１４が設けられていても良い。反応槽７で脱窒処理されて最終的に得られる処理水は、排出部１５を介して微生物担体１０及び活性汚泥などから分離されて外部へ排出される。

　次に、図２に示すフローチャートを用いて、本実施形態に係る脱窒方法の一例を説明する。本実施形態に係る脱窒方法は、窒素含有廃水を、アンモニア酸化菌と嫌気性アンモニア酸化菌とを含有する微生物担体、若しくはこの微生物担体と活性汚泥とを収容した反応槽７内に供給する工程（Ｓ１１）と、酸素含有気体又は酸素を含有しない気体を反応槽７内に順に供給して反応槽７内の窒素含有廃水を攪拌し、アンモニア酸化菌と嫌気性アンモニア酸化菌の働きにより窒素含有廃水を脱窒処理する工程（Ｓ１２、Ｓ１３）と、酸素含有気体又は酸素を含有しない気体の反応槽７内への供給を停止し、微生物担体（及び活性汚泥）を処理水から分離し（Ｓ１４）、その処理水を反応槽７から排出させる工程（Ｓ１５）とを含む。

　窒素含有廃水を反応槽７内に供給する工程（Ｓ１１）では、反応槽７内での１回の処理に必要な量の窒素含有廃水が反応槽７内に供給される。窒素含有廃水としては、下水消化汚泥の脱水分離液、浸出水、畜産廃液のメタン発酵脱水分離液、し尿及び浄化槽汚泥の濃縮脱水分離液、食品や化学工場廃液、半導体製造工程で排出される無機化学排水等が利用される。

　この窒素含有廃水は、反応槽７で脱窒処理する前に、窒素含有廃水のＴ－Ｎ濃度（ｍｇ／Ｌ）に対するＭ－アルカリ度（ｍｇ／Ｌ）が３．５～４．５倍、より好ましくは３．７～４．４倍、更に好ましくは３．９～４．１倍となるように窒素含有廃水のＭ－アルカリ度を予め調整しておくことが好ましい。窒素含有廃水のＭ－アルカリ度／Ｔ－Ｎ濃度比の調整は、窒素含有廃水の性状に応じて、硫酸、塩酸等の酸又は水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、重炭酸ナトリウム等のアルカリを添加することにより調整が可能である。なお、窒素含有廃水のＭ－アルカリ度／Ｔ－Ｎ濃度比の調整は反応槽７へ供給する前に予め行ってもよく、直接反応槽に添加してもよいことは勿論である。

　次に、反応槽７内に酸素含有気体を供給して反応槽７内の窒素含有廃水を攪拌することにより、窒素含有廃水に含まれるアンモニア性窒素の一部を前記アンモニア酸化菌の働きにより亜硝酸性窒素に酸化させることを含む好気攪拌工程を行う（工程Ｓ１２）。

　具体的には、図１のブロワ１１を起動し、切替手段５を切り替えて空気取入口を開放して酸素含有気体を取り入れるようにし、散気手段１２を通じて反応槽７内へ供給して反応槽７内の窒素含有廃水に液流を起こさせることにより反応槽７の曝気と担体流動を行う。これにより、窒素含有廃水に含まれるアンモニア性窒素の一部を前記アンモニア酸化菌の働きにより亜硝酸性窒素に酸化させる部分亜硝酸化処理が進行する。

　酸素含有気体の曝気風量は、微生物担体１０と活性汚泥を反応槽７内で十分に流動させるためには、５～１００Ｌ／ｍ³／分とするのが好ましく、より好ましくは５～５０Ｌ／ｍ³／分、更に好ましくは５～２０Ｌ／ｍ³／分である。

　工程Ｓ１２において、部分亜硝酸化処理を安定して行うとともに微生物担体付着の嫌気性アンモニア酸化菌に対する酸素阻害を最小限に避けるためには、空気取入口の開閉度を適切に調整して曝気風量を調整すること等により、反応槽７内の窒素含有廃水の溶存酸素濃度（ＤＯ）を、アンモニア酸化菌による部分亜硝酸化処理に必要な溶存酸素濃度範囲に制御することが重要である。

　具体的には、図１のＤＯ計２で確認しながら、反応槽７内の窒素含有廃水のＤＯを０．３～２．０ｍｇ／Ｌに制御することが好ましく、より好ましくは０．５～１．０ｍｇ／Ｌに制御する。

　工程Ｓ１２の反応時間は反応槽７内の窒素含有廃水のｐＨで制御することが可能である。窒素含有廃水のＴ－Ｎ濃度（又は溶解性Ｔ－Ｎ濃度）に対するＭ－アルカリ度の倍率を３．５～４．５倍となるように予め調整しておくことで、ｐＨが７付近もしくはそれ以下に低下した場合を、部分亜硝酸化処理反応終了時間とすることができる。

　よって、工程Ｓ１２においては、反応槽７内の窒素含有廃水の溶存酸素濃度を、アンモニア酸化菌による部分亜硝酸化処理に必要な溶存酸素濃度範囲（ＤＯ＝０．３～２．０ｍｇ／Ｌ）に制御しながら、図１のｐＨ計３により窒素含有廃水のｐＨを監視し、窒素含有廃水のｐＨが所定値以下（７．５以下、より好ましくは６．５～７．５、更に好ましくは６．５～７．０）となった場合に、反応槽７内への酸素含有気体の供給を停止させ、工程Ｓ１２を終了させることが好ましい。

　酸素含有気体の供給を停止した後は、反応槽７内に酸素を含有しない気体を供給して反応槽内の窒素含有廃水を攪拌することにより、窒素含有廃水に含まれるアンモニア性窒素及び亜硝酸性窒素から嫌気性アンモニア酸化菌の働きにより窒素ガスを発生させることを含む嫌気攪拌工程を行う（工程Ｓ１３）。

　酸素を含まない気体の供給量は、工程Ｓ１２と同様に、微生物担体１０と活性汚泥を反応槽７内で十分に流動させるために、５～１００Ｌ／ｍ³／分とするのが好ましく、より好ましくは５～５０Ｌ／ｍ³／分、更に好ましくは５～２０Ｌ／ｍ³／分である。

　工程Ｓ１３の反応は反応槽７内の窒素含有廃水のｐＨ及びＯＲＰを制御することで適切且つ安定的に処理を進めることが可能である。即ち、嫌気性アンモニア酸化処理が進行すると、ｐＨが高くなっていくため、ｐＨ計３の検出結果に応じて、反応槽７内のｐＨが高くなった場合には、硫酸又は塩酸を注入することにより、反応槽７内のｐＨを８．５以下、好ましくは８．０以下に制御する。

　更にＯＲＰ計４により窒素含有廃水のＯＲＰを監視することが好ましい。ＯＲＰが５０ｍＶ以上に上昇した場合には嫌気性アンモニア酸化菌の活性が低下する場合があるため、反応槽７内に有機物の添加剤を一次的に混合させてＯＲＰを５０ｍＶ以下、好ましくは２０ｍＶ以下、さらに好ましくは０ｍＶ以下に維持できるようにする。或いは、酸素を含まない気体（窒素ガス）の内部循環量を大きくしてＯＲＰを低下させてもよい。或いは脱窒処理時間をＯＲＰの所定値低下までに長くしてもよい。また、添加する有機物としては、メタノール、エタノール、酢酸、酢酸ナトリウム、グルコース、ペプトン、有機性汚泥等が挙げられる。

　工程Ｓ１４において、散気手段１２からの酸素含有気体又は酸素を含有しない気体の反応槽７内への供給を停止させ、反応槽７内の窒素含有廃水中で流動する微生物担体及び前記活性汚泥を沈降又は浮上させることにより、処理水から分離する。分離した処理水は、工程Ｓ１５において、反応槽７に設けられた排出部１５から排出させる。

　工程Ｓ１６において、新たな処理対象（窒素含有廃水）が無い場合には処理を終了する。工程Ｓ１６において、新たな処理対象（窒素含有廃水）を反応槽７に供給して脱窒処理を継続したい場合には、工程Ｓ１１に戻り、工程Ｓ１１～１５を繰り返す。

　本発明の実施の形態に係る脱窒装置及び脱窒方法によれば、同一反応槽において、微生物担体または微生物担体と活性汚泥の働きにより、酸素含有ガスによる曝気工程と内部窒素ガス循環によるガス攪拌の曝気工程を行えば、好気と嫌気区間が安定して維持でき、部分亜硝酸化と嫌気性アンモニア酸化反応が効率よく得られるため、従来に比べて脱窒性能を向上させることができる。

　更に、好気攪拌工程（Ｓ１２）及び嫌気攪拌工程（Ｓ１３）のいずれも、ガス攪拌方式にて反応槽７内の担体を流動させていることから、担体に対する機械的な衝撃が殆どなく、均一の流動が可能であり、微生物担体表面に嫌気性アンモニア酸化菌及びアンモニア酸化菌のいずれも高濃度に付着することが可能である。

　更に、反応槽７内において、担体及び活性汚泥が安定的に保持されることにより、アンモニア酸化菌及び嫌気性アンモニア酸化菌の同時保持が可能であり、部分亜硝酸化と嫌気性アンモニア酸化反応が効率よく得られる。

　更に、反応槽７に活性汚泥を微生物担体と共存させた場合は、酸素ガスを取り入れた好気曝気工程においては活性汚泥による酸素消費が主となるため、微生物担体表面付着固定の嫌気性アンモニア酸化菌への酸素移動が殆どなく、阻害される懸念がなくなる。

　なお、上述した反応槽７における窒素含有廃水を脱窒処理する工程（Ｓ１２、１３）の後に、反応槽７内に更に酸素含有気体を供給して反応槽７内の窒素含有廃水を攪拌する追加好気攪拌工程を更に備えていてもよい。追加好気攪拌工程を行うことにより、微生物担体又は活性汚泥に付着した窒素ガスを曝気にて除去することができるため、微生物担体及び活性汚泥の処理水からの分離を安定的に行うことができる。

　或いは、図３に示すように、反応槽７から排出した処理水を曝気槽９に導いて曝気し、曝気槽９で得られた曝気液を固液分離槽（沈殿池１７）において固液分離して、上澄液を処理水として得るとともに、固液分離により得られた濃縮汚泥を返送ライン１６を介して反応槽７へ返送する。また、反応槽ＭＬＳＳ調整のために濃縮汚泥の一部を余剰汚泥１８として抜き出してもよい。これにより、活性汚泥の安定分離による処理水ＳＳの低減、反応槽ＭＬＳＳ濃度の設定が容易かつ高く維持することができるという効果が得られる。反応槽ＭＬＳＳ濃度を高く維持できれば、処理対象原水水質の変動に対応できるだけでなく、部分亜硝酸化反応速度も向上し、短時間で部分亜硝酸化工程の完了が可能となる。

　以下に本発明の実施例を比較例と共に示すが、これらの実施例は本発明及びその利点をよりよく理解するために提供するものであり、発明が限定されることを意図するものではない。

（実施例１）
　窒素含有廃水（原水）を以下の要領で処理した。
（１）バッチ処理１回分の原水を上部密封型の反応槽７に導入した。
（２）ブロワ１１を起動し、切替手段５を用いて空気取入口を開放して、酸素含有ガス（空気）を取り入れることにより、散気手段１２を通じて反応槽７内の曝気と担体流動を行った。この処理工程は、原水中のアンモニア性窒素の一部を亜硝酸性窒素に酸化することを目的として行った。
（３）ブロワ１１を作動させたまま、切替手段５を切り替えて、内部循環ガスを用いたガス攪拌の曝気を継続し、担体流動を行った。この処理工程は、工程（２）で得られた亜硝酸性窒素とアンモニア性窒素が反応して窒素ガスが生成し、窒素除去されることを目的として行った。嫌気性アンモニア酸化反応では、無機炭酸を消費し、ｐＨが上昇するため、工程（３）の開始とともに、無機炭酸水溶液を添加するとともに酸水溶液注入によるｐＨ制御を行った。
（４）曝気停止し、担体を沈降または浮上分離させて、分離後の処理液を排出部１５を通じて排出した。

　バッチ処理は、基本的に上記のように（１）→（２）→（３）→（４）→（１）の順に繰り返した。工程（４）において担体沈降分離が困難な場合は、工程（３）終了後、切替手段５を切り替えて、空気取入口を再度開放して曝気し、担体付着の窒素ガスを曝気にて除去した後に、再び工程（４）を行った。

　工程（２）では、微生物担体表面付着のアンモニア酸化菌の働きにより、原水中に含まれるＮＨ₄－Ｎの一部をＮＯ₂－Ｎに変換する部分亜硝酸化処理を行った。この部分亜硝酸化処理を安定して行い、微生物担体付着の嫌気性アンモニア酸化菌に対する酸素阻害を最小限に避けるために、反応槽７内のＤＯを制御した。同時に、反応槽７内の原水のｐＨを監視した。工程（３）の反応時間はＯＲＰ及びｐＨにて制御した。反応槽７へ硫酸や塩酸の注入しながら反応槽ｐＨを８．５以下、好ましくは８．０以下にし、ＯＲＰを５０ｍＶ以下に制御した。

　上記処理フローで下水消化汚泥脱水ろ液を実施した処理条件を表１に示す。表２には本処理条件で約２ヶ月連続処理した原水及び処理水の平均水質結果を示す。

　実施例１では、原水導入時間５分、部分亜硝酸化工程時間３ｈ、嫌気性アンモニア酸化工程時間３ｈ、再曝気工程時間１５分、沈降分離時間１５分のサイクルでバッチ処理を行った。反応槽７には平均径４ｍｍ、比重１．０１、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）主体の高分子ゲル担体を原水導入時はＭ－アルカリ度がＴ－Ｎの４倍となるように不足のアルカリとして所定量のＮａ₂ＣＯ₃水溶液を反応槽に原水とともに注入した。また、部分亜硝酸化工程終了後、嫌気性アンモニア酸化工程開始前に無機炭酸として所定量のＮａ₂ＣＯ₃水溶液を添加した。嫌気性アンモニア酸化処理時のｐＨが８．０以下、ＯＲＰ５０ｍＶ以下となるようにＨ₂ＳＯ₄水溶液にて注入制御した。その結果、表２に示すようにＴ－Ｎ除去率が８４．８％と安定した脱窒性能が得られた。

（実施例２）
　図３に示すように実施例１と同じく、反応槽７で原水をバッチ式で部分亜硝酸化工程及び嫌気性アンモニア酸化工程を行った後、反応槽７から担体分離した処理液を曝気槽９に導いて曝気し、曝気槽９で得られた曝気液を固液分離槽（沈殿池１７）において固液分離して、上澄液を処理水として得るとともに、固液分離により得られた濃縮汚泥を反応槽７へ返送した。処理工程は以下の手順と時間で行った。（１）原水導入＋汚泥返送１０分→（２）部分亜硝酸化工程２ｈ、（３）嫌気性アンモニア酸化工程３ｈ→（４）反応槽処理液排出＋再曝気１５分とした。バッチ処理はこの（１）→（２）→（３）→（４）→（１）のサイクルで行った。ここでは、沈殿池１７が別途設置されているため、バッチ処理の間は活性汚泥の沈降分離が可能であり、高濃度の返送汚泥が得られた。表３には実施例２の処理条件を示す。実施例２は実施例１と同様に下水消化汚泥脱水ろ液を原水として用い、Ｍ－アルカリ度の調整も同じ方法で行った。嫌気性アンモニア酸化工程開始前に無機炭酸として所定量のＮａ₂ＣＯ₃水溶液を添加した。嫌気性アンモニア酸化処理時のｐＨが８．０以下、ＯＲＰ５０ｍＶ以下となるようにＨ₂ＳＯ₄水溶液にて注入制御した。表４には約２ヶ月連続処理した原水及び処理水の平均水質を示す。表４に示すようにＴ－Ｎ除去率が平均８３．８％となり、安定した脱窒性能が得られた。

（比較例）
　図１と同じ反応槽７を用い、１回バッチ処理水量を実施例１と同じ２０Ｌとし、常に好気条件での連続曝気で部分亜硝酸化処理と嫌気性アンモニア酸化を同時に行う処理を行った。反応槽ＤＯを０．４～０．５ｍｇ／Ｌに制御した。また、反応槽ｐＨを７．５に設定した。他の条件は実施例１と同じとした。表５には約２ヶ月連続処理した原水及び処理水の平均水質を示す。表５に示すように原水に対するＴ－Ｎ除去率が平均５２％にとどまり、安定した脱窒性能が得られなかった。

２・・・ＤＯ計
３・・・ｐＨ計
４・・・ＯＲＰ計
５・・・切替手段
６・・・供給部
７・・・反応槽
９・・・曝気槽
１０・・・微生物担体
１１・・・ブロワ
１２・・・散気手段
１３・・・水トラップ
１４・・・排気口
１５・・・排出部
１６・・・返送ライン
１７・・・沈殿池
１８・・・余剰汚泥

Claims (10)

1. 　窒素含有廃水を、アンモニア酸化菌と嫌気性アンモニア酸化菌とを含有する微生物担体若しくは前記微生物担体と活性汚泥とを収容した反応槽内に供給する工程と、
   　酸素含有気体又は酸素を含有しない気体を前記反応槽内に順に供給して前記反応槽内の前記窒素含有廃水を攪拌し、前記アンモニア酸化菌と前記嫌気性アンモニア酸化菌の働きにより前記窒素含有廃水を脱窒処理する工程と、
   　前記微生物担体若しくは前記微生物担体及び前記活性汚泥を処理水から分離し、該処理水を前記反応槽から排出させる工程と
   　を含む窒素含有廃水の脱窒方法。
2. 　前記窒素含有廃水を脱窒処理する前に、前記窒素含有廃水のＴ－Ｎ濃度（ｍｇ／Ｌ）に対するＭ－アルカリ度（ｍｇ／Ｌ）が３．５～４．５倍となるように、前記窒素含有廃水のＭ－アルカリ度を予め調整することを含む請求項１に記載の窒素含有廃水の脱窒方法。
3. 　前記窒素含有廃水を脱窒処理する工程が、
   　前記反応槽内に酸素含有気体を供給して前記反応槽内の前記窒素含有廃水を攪拌することにより、前記窒素含有廃水に含まれるアンモニア性窒素の一部を前記アンモニア酸化菌の働きにより亜硝酸性窒素に酸化させることを含む好気攪拌工程と、
   　前記酸素含有気体の供給を停止し、前記反応槽内に前記酸素を含有しない気体を供給して前記反応槽内の前記窒素含有廃水を攪拌することにより、前記窒素含有廃水に含まれる前記アンモニア性窒素及び前記亜硝酸性窒素から前記嫌気性アンモニア酸化菌の働きにより窒素ガスを発生させることを含む嫌気攪拌工程と
   　を含む請求項１又は２に記載の窒素含有廃水の脱窒方法。
4. 　前記嫌気攪拌工程の後に、前記反応槽内に酸素含有気体を供給して前記反応槽内の窒素含有廃水を攪拌する追加好気攪拌工程を更に備える請求項３に記載の窒素含有廃水の脱窒方法。
5. 　前記反応槽内に前記酸素含有気体を供給する際に、
   　前記反応槽内の前記窒素含有廃水の溶存酸素濃度を、前記アンモニア酸化菌による部分亜硝酸化処理に必要な溶存酸素濃度範囲に制御しながら前記反応槽内の前記窒素含有廃水のｐＨを監視し、前記窒素含有廃水のｐＨが所定値以下となった場合に、前記反応槽内への前記酸素含有気体の供給を停止させることを含む請求項１～４のいずれか１項に記載の窒素含有廃水の脱窒方法。
6. 　前記酸素を含有しない気体の供給は、前記反応槽内で発生した窒素ガスを前記反応槽内へ循環させることにより行われる請求項１～５のいずれか１項に記載の窒素含有廃水の脱窒方法。
7. 　前記反応槽から排出した前記処理水を曝気し、曝気液を固液分離して上澄液を得るとともに、前記固液分離により得られた濃縮汚泥を前記反応槽へ返送することを更に含む請求項１～６のいずれか１項に記載の窒素含有廃水の脱窒方法。
8. 　前記微生物担体が、前記反応槽内での処理経過に伴い、親水性高分子担体の表面上に前記アンモニア酸化菌及び前記嫌気性アンモニア酸化菌を徐々に付着させることにより得られた結合型微生物担体である請求項１～７のいずれか１項に記載の窒素含有廃水の脱窒方法。
9. 　前記活性汚泥が前記アンモニア酸化菌を含有する請求項１～８のいずれか１項に記載の窒素含有廃水の脱窒方法。
10. 　窒素含有廃水を供給する供給部と、
    　前記窒素含有廃水と、アンモニア酸化菌と嫌気性アンモニア酸化菌とを含有する微生物担体若しくは前記微生物担体と活性汚泥とを収容して、酸素含有気体又は酸素を含有しない気体を順に供給することにより前記窒素含有廃水を脱窒処理する反応槽と、
    　前記酸素含有気体又は酸素を含有しない気体を前記反応槽内に供給することによって、前記反応槽内の前記窒素含有廃水を攪拌させるための散気手段と、
    　前記散気手段に接続され、前記酸素含有気体又は前記酸素を含有しない気体の供給切替を行う切替手段と、
    　前記脱窒処理で得られる処理液を前記微生物担体若しくは前記微生物担体及び前記活性汚泥を処理水から分離して前記反応槽外へ排出させる排出部と
    　を備える窒素含有廃水の脱窒装置。
    　

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