WO2024219081A1 - 水処理方法及び水処理装置 - Google Patents

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WO2024219081A1
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tank
water
biological treatment
treated
ammonia
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拳人 石井
啓徳 油井
太一 山本
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Organo Corp
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/34—Biological treatment of water, waste water, or sewage characterised by the microorganisms used

Definitions

  • This disclosure relates to a water treatment method and a water treatment device for treating water containing dissolved ammonia nitrogen.
  • nitrification-denitrification treatment When wastewater containing dissolved ammonia nitrogen flows into public waters, it can cause eutrophication, so ammonia nitrogen is removed by biological treatment.
  • nitrification-denitrification treatment nitrifying bacteria oxidize ammonia nitrogen to nitrite nitrogen or nitrate nitrogen under aerobic conditions, and denitrifying bacteria reduce nitrite nitrogen and nitrate nitrogen to nitrogen gas in the presence of a hydrogen donor under anaerobic conditions.
  • These two microbial reactions can be expressed by chemical formulas, for example, as follows: Nitrification: NH 3 + 2O 2 ⁇ NO 3 - + 2H + + H 2 O... (Formula 1) Denitrification: NO 3 - + 2H 2 ⁇ 0.5N 2 + 2OH - + H 2 O... (Formula 2)
  • Nitrifying bacteria are highly sensitive to environmental changes such as temperature, pH, and ammonia nitrogen concentration, and are easily inhibited by low concentrations of chemical substances.
  • nitrifying bacteria are autotrophic bacteria that use ammonia nitrogen or nitrite nitrogen as an energy source and inorganic carbon as a carbon source, their growth rate is slow, and it takes time for their activity to recover once it decreases. In order to stabilize nitrification and protect the quality of the treated water, it is important to detect abnormalities in nitrification and respond early.
  • Anomalies in nitrification can be detected, for example, by measuring the flow rate of the water to be treated, the ammonia nitrogen concentration in the water to be treated, and the ammonia nitrogen concentration in the treated water online, and monitoring the inflow ammonia load (kg-N/m 3 /day) and the ammonia removal rate.
  • the flow rate of the water to be treated can be easily measured online using a flow sensor.
  • the amount of nutrients added, such as phosphorus sources, trace metals, and hydrogen donors, can be optimized, for example, by measuring the flow rate of the water to be treated and the ammonia nitrogen concentration dissolved in the water to be treated online.
  • the flow rate of the water to be treated can be easily measured online using a flow sensor.
  • indophenol blue absorptiometry, neutralization titration, ion chromatography, and the like have been used as conventional methods for measuring the dissolved ammonia nitrogen concentration. These methods require manual sampling and analysis, and make it impossible to continuously measure the ammonia nitrogen concentration.
  • an ammonia sensor using a diaphragm electrode is in practical use. However, since the electrode part is immersed in the solution, dirt adhering to the electrode part must be washed manually periodically.
  • the coulometric titration method also allows for online measurement, it is necessary to remove SS components from the treated water by filtration, and the filtration equipment must be replaced manually. In addition, the running cost of the electrolyte used for the measurement is high. Therefore, there is a demand for an online measurement method of dissolved ammonia nitrogen concentration that is easy to maintain and has low running costs.
  • Patent Document 1 proposes a method for detecting N2 gas generated in the nitrification/denitrification process as a method for measuring dissolved ammonia nitrogen concentration without contacting the liquid.
  • Patent Documents 2, 3, 4, 5, 6, and 7 propose a method for holding collected sample water under alkaline conditions and measuring the generated NH3 gas with an NH3 gas sensor.
  • Japanese Patent Application Publication No. 9-43226 Japanese Patent Application Publication No. 55-7667 Japanese Patent Application Publication No. 57-196147 Japanese Unexamined Patent Publication No. 165751/1983 Japanese Unexamined Patent Publication No. 3-61856 Japanese Patent Application Publication No. 8-299988 JP 2022-37285 A
  • the object of this disclosure is to provide a water treatment method and water treatment device capable of stably biologically treating water to be treated that contains dissolved ammonia nitrogen, or to provide a water treatment method and water treatment device capable of supplying an appropriate amount of nutrients when biologically treating water to be treated that contains dissolved ammonia nitrogen.
  • the water treatment method includes a biological treatment step of biologically treating water to be treated having dissolved ammonia nitrogen in a biological treatment tank; a first measurement step of flowing a portion of the water to be treated flowing into the biological treatment tank as a first sample liquid into a first measurement tank, and under alkaline conditions, transferring the ammonia nitrogen dissolved in the first sample liquid as ammonia gas to the gas phase of the first measurement tank, thereby measuring an ammonia gas concentration C1 ; a second measurement step of flowing a portion of the treated water biologically treated in the biological treatment tank into a second measurement tank as a second sample liquid, and under alkaline conditions, transferring the ammonia nitrogen dissolved in the second sample liquid as ammonia gas to the gas phase of the second measurement tank, thereby measuring an ammonia gas concentration C2; and a control step of controlling the operating conditions of the biological treatment step based on the ammonia gas concentration C1 and the ammonia gas concentration C2 .
  • control step controls the operating conditions of the biological treatment step based on an ammonia removal rate calculated by dividing the ammonia nitrogen concentration in the treated water estimated from the ammonia gas concentration C2 by the ammonia nitrogen concentration in the water to be treated estimated from the ammonia gas concentration C1 .
  • the water treatment method preferably includes a flow rate measurement step for measuring the flow rate of the water to be treated flowing into the biological treatment tank, and the control step preferably controls the operating conditions of the biological treatment step based on the ammonia removal rate and the inflow ammonia load calculated by multiplying the ammonia nitrogen concentration in the water to be treated by the flow rate of the water to be treated.
  • the hydraulic retention time of the first measurement tank and the hydraulic retention time of the second measurement tank are each 1/4 or less of the hydraulic retention time of the biological treatment tank.
  • the operating conditions of the biological treatment process include at least one of the flow rate of the water to be treated flowing into the biological treatment tank, the temperature in the biological treatment tank, the pH in the biological treatment tank, the inorganic carbon concentration in the biological treatment tank, and the sludge concentration in the biological treatment tank.
  • the water treatment device includes a biological treatment tank for biologically treating water to be treated having dissolved ammonia nitrogen, and a first measurement tank, and a part of the water to be treated flowing into the biological treatment tank is flowed into the first measurement tank as a first sample liquid, and under alkaline conditions, the ammonia nitrogen dissolved in the first sample liquid is transferred as ammonia gas to the gas phase of the first measurement tank, and a first measurement device measures an ammonia gas concentration C1 ; and a second measurement tank is provided, and a part of the treated water biologically treated in the biological treatment tank is flowed into the second measurement tank as a second sample liquid, and under alkaline conditions, the ammonia nitrogen dissolved in the second sample liquid is transferred as ammonia gas to the gas phase of the second measurement tank, and a second measurement device measures an ammonia gas concentration C2 ; and a control device that controls the operating conditions of the biological treatment in the biological treatment tank based on the ammonia gas concentration C1 and the
  • control device controls the operating conditions of the biological treatment in the biological treatment tank based on an ammonia removal rate calculated by dividing the ammonia nitrogen concentration in the treatment water estimated from the ammonia gas concentration C2 by the ammonia nitrogen concentration in the water to be treated estimated from the ammonia gas concentration C1.
  • the water treatment device has a flow rate measuring means for measuring the flow rate of the water to be treated flowing into the biological treatment tank, and the control device controls the operating conditions of the biological treatment in the biological treatment tank based on the ammonia removal rate and the inflow ammonia load calculated by multiplying the ammonia nitrogen concentration in the water to be treated by the flow rate of the water to be treated.
  • the hydraulic retention time of the first measurement tank and the hydraulic retention time of the second measurement tank are each 1/4 or less of the hydraulic retention time of the biological treatment tank.
  • the operating conditions of the biological treatment in the biological treatment tank include at least one of the flow rate of the water to be treated flowing into the biological treatment tank, the temperature in the biological treatment tank, the pH in the biological treatment tank, the inorganic carbon concentration in the biological treatment tank, and the sludge concentration in the biological treatment tank.
  • the water treatment method is characterized by having a biological treatment process for biologically treating water to be treated having dissolved ammonia nitrogen in a biological treatment tank, a nutrient supply process for supplying a nutrient to the biological treatment tank, a flow rate measurement process for measuring the flow rate of the water to be treated flowing into the biological treatment tank, a measurement process for flowing a portion of the water to be treated flowing into the biological treatment tank as a sample liquid into a measurement tank, and measuring the ammonia gas concentration by transferring the ammonia nitrogen dissolved in the sample liquid as ammonia gas to the gas phase of the measurement tank under alkaline conditions, and a control process for controlling the amount of the nutrient supply based on the ammonia nitrogen concentration in the water to be treated estimated from the ammonia gas concentration and the flow rate of the water to be treated.
  • the hydraulic retention time of the measurement tank is 1/4 or less of the hydraulic retention time of the biological treatment tank.
  • the nutrient contains at least one of a phosphorus source, a trace metal, and a hydrogen donor.
  • the water treatment method includes an acid supply step of supplying an acid to the measurement tank to clean the inside of the measurement tank.
  • the water treatment device includes a biological treatment tank for biologically treating water to be treated having dissolved ammonia nitrogen, a nutrient supplying device for supplying nutrients to the biological treatment tank, and a measuring tank, which is configured to flow a portion of the water to be treated flowing into the biological treatment tank as a sample liquid into the measuring tank, and measure the ammonia gas concentration by transferring the ammonia nitrogen dissolved in the sample liquid as ammonia gas to the gas phase of the measuring tank under alkaline conditions, and a control device for controlling the amount of the nutrient supply based on the ammonia nitrogen concentration in the water to be treated estimated from the ammonia gas concentration and the flow rate of the water to be treated.
  • the hydraulic retention time of the measurement tank is 1/4 or less of the hydraulic retention time of the biological treatment tank.
  • the nutrients contain at least one of a phosphorus source, a trace metal, and a hydrogen donor.
  • the water treatment device preferably also includes an acid supply device that supplies an acid to the measurement tank to clean the inside of the measurement tank.
  • a water treatment method and a water treatment device capable of stably biologically treating water to be treated that contains dissolved ammonia nitrogen, or to provide a water treatment method and a water treatment device capable of supplying an appropriate amount of nutrients when biologically treating water to be treated that contains dissolved ammonia nitrogen.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating an example of a water treatment device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing an example of a first measurement device and a second measurement device.
  • FIG. 11 is a schematic configuration diagram showing another example of the first measurement device and the second measurement device. The abundance ratio of NH3 and NH4 + at each pH is shown.
  • FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing another example of the water treatment device according to the present embodiment.
  • FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing another example of the water treatment device according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a graph showing the relationship between the ammonia nitrogen concentration in the simulated wastewater and the ammonia gas concentration in the gas phase in Experimental Example 1.
  • FIG. 1 is a graph showing the ammonia gas concentration in the gas phase versus the calcium concentration (0 to 400 mg-Ca/L) in the simulated wastewater of Experimental Example 2.
  • FIG. 13 is a graph showing the change over time in ammonia gas concentration in the gas phase in Experimental Examples 3 and 4.
  • FIG. 13 shows the measurement results of ammonia gas concentration in the gas phase of a covered measurement tank in Experimental Example 1, and the measurement results of ammonia gas concentration in the gas phase of an uncovered measurement tank in Experimental Example 9.
  • 1 is a schematic configuration diagram illustrating an example of a water treatment device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram illustrating an example of a measuring device.
  • FIG. 11 is a schematic configuration diagram showing another example of the first measurement device and the second measurement device.
  • FIG. 13 is a graph showing the relationship between the ammonia nitrogen concentration in the simulated wastewater and the ammonia gas concentration in the gas phase in Experimental Example 11.
  • FIG. 13 is a graph showing the ammonia gas concentration in the gas phase versus the calcium concentration (0 to 400 mg-Ca/L) in the simulated wastewater of Experimental Example 12.
  • FIG. 13 is a graph showing the change over time in ammonia gas concentration in the gas phase in Experimental Examples 13 and 14.
  • FIG. 13 shows the measurement results of ammonia gas concentration in the gas phase of a covered measurement tank in Experimental Example 11, and the measurement results of ammonia gas concentration in the gas phase of an uncovered measurement tank in Experimental Example 17.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of a water treatment device according to this embodiment.
  • the water treatment device 1 shown in FIG. 1 has a biological treatment tank 10, a first measuring device 12, a second measuring device 14, a control device 16, a flowmeter 18, and a treated water supply pump 20.
  • An aeration device 22 is installed at the bottom of the biological treatment tank 10. Note that with regard to the first measuring device 12 and the second measuring device 14 shown in FIG. 1, only the first measuring tank 24 and the second measuring tank 32 are drawn, and the other components are omitted.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of the first measuring device and the second measuring device.
  • the first measuring device 12 has a first measuring tank 24, a pH meter 26a, an ammonia gas concentration meter 28a, and an agitator 30.
  • the ammonia gas concentration meter 28a is installed in the gas phase of the first measuring tank 24.
  • the second measuring device 14 has a second measuring tank 32, a pH meter 26b, an ammonia gas concentration meter 28b, and an agitator 30.
  • the ammonia gas concentration meter 28b is installed in the gas phase of the second measuring tank 32.
  • the ammonia gas concentration meters 28a and 28b may be installed in piping connected to the gas phase of the first measuring tank 24 or the gas phase of the second measuring tank 32.
  • the first measuring device 12 and the second measuring device 14 also have a pH adjuster supply device.
  • the pH adjuster supply device has, for example, an alkaline agent supply device 39 including an alkaline agent storage tank 34, alkaline agent supply pumps 36a, 36b, and alkaline agent supply pipes 38a, 38b, and an acid agent supply device 45 including an acid agent storage tank 40, acid agent supply pumps 42a, 42b, and acid agent supply pipes 44a, 44b.
  • the pH meter 26a and the alkaline agent supply pump 36a, and the pH meter 26b and the alkaline agent supply pump 36b are electrically connected by wire or wirelessly.
  • the alkaline agent supply pumps 36a, 36b for example, read the pH values of the pH meters 26a, 26b, and operate so that the first measuring tank 24 and the second measuring tank 32 are kept under alkaline conditions.
  • one pH adjuster supply device is used for both the first measurement device 12 and the second measurement device 14, but one pH adjuster supply device may be provided for each of the first measurement device 12 and the second measurement device 14.
  • a pipe 46a is connected to the biological treatment tank 10.
  • a flow meter 18 and a treated water supply pump 20 are installed in the pipe 46a.
  • a pipe 46b is also connected to the biological treatment tank 10.
  • One end of a pipe 46c is connected to the pipe 46a, and the other end of the pipe 46c is connected to the first measuring tank 24.
  • One end of a pipe 46d is connected to the first measuring tank 24, and the other end of the pipe 46d is connected to the biological treatment tank 10.
  • One end of a pipe 46e is connected to the pipe 46b, and the other end of the pipe 46e is connected to the second measuring tank 32.
  • One end of a pipe 46f is connected to the second measuring tank 32, and the other end of the pipe 46f is connected to the biological treatment tank 10.
  • an alkaline agent supply pipe 38a is connected to the alkaline agent storage tank 34, and the other end of the alkaline agent supply pipe 38a is connected to the first measuring tank 24.
  • one end of the alkaline agent supply pipe 38b is connected to the alkaline agent storage tank 34, and the other end of the alkaline agent supply pipe 38b is connected to the second measurement tank 32.
  • An alkaline agent supply pump 36a is installed in the alkaline agent supply pipe 38a, and an alkaline agent supply pump 36b is installed in the alkaline agent supply pipe 38b.
  • One end of the acid agent supply pipe 44a is connected to the acid agent storage tank 40, and the other end of the acid agent supply pipe 44a is connected to the first measurement tank 24.
  • one end of the acid agent supply pipe 44b is connected to the acid agent storage tank 40, and the other end of the acid agent supply pipe 44b is connected to the second measurement tank 32.
  • An acid agent supply pump 42a is installed in the acid agent supply pipe 44a, and an acid agent supply pump 42b is installed in the acid agent supply pipe 44b.
  • the control device 16 is connected to the ammonia gas concentration meters 28a, 28b, the flow meter 18, and the treated water supply pump 20 by wired or wireless electrical connections.
  • the control device 16 is composed of, for example, a microcomputer and electronic circuits, which are made up of a CPU that calculates programs, and a ROM and RAM that store the programs and calculation results, and reads out a predetermined program stored in the ROM or the like, and executes the program to control the operation of the water treatment device 1. Details will be described later, but for example, the control device 16 controls the operation of the treated water supply pump 20 based on the ammonia gas concentration measured by the ammonia gas concentration meters 28a, 28b.
  • the treated water supply pump 20 is operated to allow the treated water, in which ammonia nitrogen is dissolved, to flow from the pipe 46a into the biological treatment tank 10.
  • an oxygen-containing gas such as air is supplied by the aeration device 22, and the treated water is mixed with sludge containing microorganisms.
  • the ammonia nitrogen in the treated water is biologically treated (e.g., nitrification treatment) by microorganisms under aerobic conditions.
  • the biological treatment process in the biological treatment tank 10 is not limited to nitrification treatment only, and may be any biological treatment including nitrification treatment.
  • the treated water that has been biologically treated in the biological treatment tank 10 is discharged from the pipe 46b.
  • a portion of the water to be treated passing through the pipe 46a flows into the first measurement tank 24 from the pipe 46c as the first sample liquid
  • a portion of the water to be treated passing through the pipe 46b flows into the second measurement tank 32 from the pipe 46e as the second sample liquid.
  • the pH of the first sample liquid and the second sample liquid are measured at any time by the pH meters 26a and 26b, and the alkaline agent supply pumps 36a and 36b are operated based on the measured pH value.
  • a predetermined amount of alkaline agent is supplied from the alkaline agent storage tank 34 to the first measurement tank 24 and the second measurement tank 32, and the inside of each of the first measurement tank 24 and the second measurement tank 32 is maintained under alkaline conditions.
  • the first sample liquid and the alkaline agent are stirred by the agitator 30, and in the second measurement tank 32, the second sample liquid and the alkaline agent are stirred by the agitator 30.
  • first measurement tank 24 alkaline conditions are established, ammonia nitrogen dissolved in the first sample liquid is transferred to the gas phase as ammonia gas (NH 3 ), and the ammonia gas concentration C 1 is measured by the ammonia gas concentration meter 28 a (first measurement step).
  • second measurement tank 32 alkaline conditions are established, and a part of the ammonia nitrogen dissolved in the second sample liquid is transferred to the gas phase as ammonia gas (NH 3 ), and the ammonia gas concentration C 2 is measured by the ammonia gas concentration meter 28 b (second measurement step).
  • Fig. 3 is a schematic diagram showing another example of the first measuring device and the second measuring device.
  • the first measuring device 12 and the second measuring device 14 shown in Fig. 3 are not equipped with a pH meter.
  • an alkaline agent is added at a constant ratio to the inflow water amount, and the inside of the tank is made alkaline, and the ammonia gas concentration C1 and the ammonia gas concentration C2 are measured.
  • ammonia nitrogen exists as NH3 and NH4 + , and the equilibrium relationship is expressed by the following formula.
  • Figure 4 shows the abundance ratio of NH3 and NH4 + at each pH.
  • the acid dissociation constant (pKa) of NH4 + is 9.25, and the abundance ratio of NH3 in the dissolved ammonia nitrogen is 8% at pH 8, 36% at pH 9, 85% at pH 10, and 98% at pH 11.
  • a part of the dissolved NH3 volatilizes as ammonia gas ( NH3 gas).
  • the abundance ratio of NH3 is high, the amount of NH3 volatilized as ammonia gas also increases.
  • the inside of the measurement tank only needs to be alkaline, but even if the concentration of dissolved ammonia nitrogen is low, it is preferable to set the pH in the measurement tank to 10 or more, and more preferably to 11 or more, in that ammonia gas can be easily measured by an ammonia gas concentration meter.
  • the control device 16 controls the operation of the biological treatment in the biological treatment tank 10 based on the ammonia gas concentrations C 1 and C 2 (control process).
  • the ammonia gas concentrations C 1 and C 2 measured by the ammonia gas concentration meters 28a and 28b for example, if the ammonia gas concentration C 2 is smaller than the ammonia gas concentration C 1 , it can be said that the ammonia nitrogen in the treated water is sufficiently removed, so it is presumed that the biological treatment is performed normally, but if there is almost no difference between the two, it is presumed that the biological treatment is not progressing and is abnormal.
  • the control device 16 presumes that the biological treatment is abnormal, so it reduces the output of the treated water supply pump 20 and reduces the flow rate of the treated water supplied to the biological treatment tank 10. This reduces the inflow ammonia load of the biological treatment tank 10, making it possible to increase the treatment capacity of ammonia nitrogen.
  • control device 16 presumes that the biological treatment is proceeding normally, and increases the output of the water supply pump 20 to restore the flow rate of the water to be treated.
  • control of the flow rate of the water to be treated is not limited to controlling the water supply pump 20, and may be adjusted, for example, by adjusting the opening/closing degree of a valve installed in the pipe 46a.
  • control items of the operating conditions of the biological treatment reaction are not limited to the flow rate of the water to be treated flowing into the biological treatment tank 10, and include, for example, the temperature in the biological treatment tank 10, the pH in the biological treatment tank 10, the inorganic carbon concentration in the biological treatment tank 10, and the sludge concentration in the biological treatment tank 10.
  • the control device 16 may operate a device (not shown) that supplies steam into the biological treatment tank 10 to supply steam into the biological treatment tank 10, thereby increasing the temperature in the biological treatment tank 10 and increasing the treatment capacity of ammonia nitrogen.
  • the control device 16 may operate a device (not shown) that supplies a pH adjuster into the biological treatment tank 10 to adjust the pH in the biological treatment tank 10 (for example, pH 7.5 to 8.0), increase the inorganic carbon concentration in the tank, and increase the treatment capacity of ammonia nitrogen.
  • the control device 16 may operate a device (not shown) that supplies bicarbonate or carbonate to the biological treatment tank 10 to increase the inorganic carbon concentration in the biological treatment tank 10 and increase the treatment capacity of ammonia nitrogen.
  • control device 16 may operate a device (not shown) that supplies biological sludge to the biological treatment tank 10 to increase the amount of biological sludge in the biological treatment tank 10 and increase the treatment capacity of ammonia nitrogen.
  • the operating conditions of the biological treatment are returned to the original state. Note that the above-mentioned control of the operating conditions is one example, and the operating conditions may be controlled according to, for example, the difference or increase/decrease between the ammonia gas concentrations C1 and C2 or the ratio.
  • the control device 16 may control the operating conditions of the biological treatment based on the ammonia removal rate obtained by dividing the ammonia nitrogen concentration D2 in the treated water estimated from the ammonia gas concentration C2 by the ammonia nitrogen concentration D1 in the water to be treated estimated from the ammonia gas concentration C1.
  • Correlation information between the dissolved ammonia nitrogen concentration and the ammonia gas concentration is stored in advance in the control device 16. Then, the control device 16 uses the correlation information to obtain the dissolved ammonia nitrogen concentration from the ammonia gas concentration C1 detected by the ammonia gas concentration meter 28a (this is set as the ammonia nitrogen concentration D1 in the water to be treated).
  • the control device 16 also uses the correlation information to obtain the dissolved ammonia nitrogen concentration from the ammonia gas concentration C2 detected by the ammonia gas concentration meter 28b (this is set as the ammonia nitrogen concentration D2 in the water to be treated).
  • the control device 16 divides the ammonia nitrogen concentration D2 in the treated water by the ammonia nitrogen concentration D1 in the water to be treated ( D2 / D1 ) to obtain the ammonia removal rate (1- D2 / D1 ).
  • the control device 16 controls the operating conditions of the biological treatment in the same manner as in the case where the biological treatment is estimated to be abnormal, as described above.
  • control device 16 returns the operating conditions of the biological treatment to their original state.
  • the control device 16 may control the operating conditions of the biological treatment in accordance with the increase or decrease in the ammonia removal rate.
  • the control device 16 may control the operating conditions of the biological treatment based on the inflow ammonia load calculated by multiplying the ammonia removal rate and the ammonia nitrogen concentration D1 in the water to be treated by the flow rate of the water to be treated flowing into the biological treatment tank 10.
  • the control device 16 calculates the ammonia removal rate from the ammonia nitrogen concentration D1 in the water to be treated and the ammonia nitrogen concentration D2 in the treated water.
  • the control device 16 also calculates the inflow ammonia load by multiplying the flow rate of the water to be treated detected by the flow meter 18 by the ammonia nitrogen concentration D1 in the water to be treated.
  • the control device 16 controls the operating conditions of the biological treatment in the same manner as, for example, when the biological treatment is estimated to be abnormal as described above. After that, when the ammonia removal rate and the inflow ammonia load are within the range of the preset planned values, the control device 16 returns the operating conditions of the biological treatment reaction to the original state.
  • the control device 16 may control the operating conditions of the biological treatment in accordance with an increase or decrease in the ammonia removal rate and an increase or decrease in the inflow ammonia load.
  • the planned value of the ammonia removal rate is, for example, preferably in the range of 90% to 100%, and more preferably in the range of 95% to 100%.
  • the planned value of the influent ammonia load is, for example, preferably in the range of 0.1 to 0.3 kg-N/ m3 /day in the activated sludge process, and preferably in the range of 0.5 to 1.0 kg-N/ m3 /day in the biofilm process (e.g., fixed bed type or fluidized bed type) or granule process.
  • the biological treatment tank 10, the first measuring device 12, and the second measuring device 14 are described in detail below. Note that, hereinafter, when referring to a measuring device, it refers to at least one of the first measuring device 12 and the second measuring device 14, and when referring to a measuring tank, it refers to at least one of the first measuring tank 24 and the second measuring tank 32.
  • the biological treatment tank 10 may be of any type as long as it can biologically treat the water to be treated in which ammonia nitrogen is dissolved.
  • Examples include biological treatment tanks that biologically treat the water to be treated in which ammonia nitrogen is dissolved by the activated sludge method, the membrane bioreactor (MBR) method, the fixed bed or fluidized bed biofilm method, or the granule method.
  • Examples of biological treatment methods for the water to be treated in which ammonia nitrogen is dissolved include the nitrification method, the nitrification-denitrification method, the circulating nitrification-denitrification method, and the anaerobic ammonia oxidation method (e.g., the anammox method).
  • the biological treatment tank 10 is not limited to a single tank, and may be composed of multiple tanks, as described below.
  • the measurement tank constituting the measurement device is preferably covered. By covering the measurement tank, dilution of the ammonia gas concentration due to air mixing is suppressed, and the ammonia gas detection sensitivity of the ammonia gas concentration meter can be increased.
  • the pipe 46d connected to the first measurement tank 24 and the pipe 46f connected to the second measurement tank 32 are water-sealed.
  • the pipes 46d and 46f can be water-sealed by providing a water tank for storing water in the pipes 46d and 46f, extending the pipes 46d and 46f below the water surface of the biological treatment tank 10, or making the pipes 46d and 46f S-shaped.
  • the inflow of the first sample liquid into the first measurement tank 24 and the inflow of the second sample liquid into the second measurement tank 32 may each be continuous or intermittent.
  • the hydraulic retention time of the first measuring tank 24 and the hydraulic retention time of the second measuring tank 32 are each preferably 1/4 or less of the hydraulic retention time of the biological treatment tank 10. By making the hydraulic retention time of the measuring tanks 1/4 or less of the hydraulic retention time of the biological treatment tank 10, for example, abnormalities in biological treatment in the biological treatment tank 10 can be detected more quickly.
  • a mist separator may be installed in front of the ammonia gas concentration meters 28a and 28b.
  • the ammonia gas concentration meters 28a and 28b include electrochemical, semiconductor, or catalytic combustion ammonia gas concentration meters.
  • the ammonia gas concentration may be measured online or manually.
  • alkali is consumed, for example, as shown in the above formula 1. Therefore, by returning the first sample liquid discharged from the first measuring tank 24 and the second sample liquid discharged from the second measuring tank 32 to the biological treatment tank 10 through the pipes 46d and 46f, alkali can be replenished to the biological treatment tank 10.
  • alkaline agents supplied to the measuring tanks for ammonia gas measurement include sodium hydroxide, potassium hydroxide, calcium hydroxide, etc.
  • the acid supply pumps 42a, 42b are operated periodically (e.g., once a day) to supply a predetermined amount of acid from the acid storage tank 40 to the first measuring tank 24 and the second measuring tank 32, thereby removing scale and cleaning the inside of the tank.
  • the wastewater is preferably supplied to, for example, a denitrification tank.
  • alkali is produced as shown in the above formula 2, so by supplying the wastewater after cleaning the scale in the measurement tank to the denitrification tank, acid can be replenished to the denitrification tank.
  • acids that can be supplied to the measurement tank to clean the inside of the tank include hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, phosphoric acid, citric acid, oxalic acid, lactic acid, ascorbic acid, and malic acid. Of these, hydrochloric acid or nitric acid, which can lower the pH by adding a small amount, are preferred.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing another example of a water treatment device according to this embodiment.
  • the water treatment device 2 shown in FIG. 5 includes a single measurement device 50 that serves both the first and second measurement devices described above.
  • the single measurement device 50 has a single measurement tank 52 that serves both the first and second measurement tanks. Note that FIG.
  • the single measurement device 5 only illustrates the single measurement tank 52 that constitutes the single measurement device 50, and the other components are not illustrated, but like the first and second measurement devices described above, the single measurement device includes, for example, a pH meter, an ammonia gas concentration meter, an agitator, an alkaline agent supply device, an acid agent supply device, etc.
  • one end of pipe 46k is connected to pipe 46a, and the other end of pipe 46k is connected to single measurement tank 52.
  • One end of pipe 46m is connected to pipe 46b, and the other end of pipe 46m is connected to single measurement tank 52.
  • One end of pipe 46n is connected to single measurement tank 52, and the other end of pipe 46n is connected to biological treatment tank 10.
  • the ammonia gas concentration is measured as follows. First, a part of the water to be treated passing through the pipe 46a flows into the single measurement tank 52 from the pipe 46k as the first sample liquid. Then, the pH of the first sample liquid is measured at any time by the pH meter, and a predetermined amount of alkaline agent is supplied from the alkaline agent supply device to the single measurement tank 52 based on the measured pH value, and the inside of the tank is kept under alkaline conditions.
  • the single measurement tank 52 alkaline conditions are created, and a part of the ammonia nitrogen dissolved in the first sample liquid is transferred to the gas phase as ammonia gas, and the ammonia gas concentration C1 is measured by the ammonia gas concentration meter. After a predetermined time has elapsed, the supply of the first sample liquid to the single measurement tank 52 is stopped, and the measurement of the ammonia gas concentration C1 is terminated. Next, a part of the treated water passing through the pipe 46b flows into the single measurement tank 52 from the pipe 46m as the second sample liquid, and the first sample liquid in the single measurement tank 52 is replaced with the second sample liquid.
  • the tank is made alkaline in the same manner as described above, a part of the ammonia nitrogen dissolved in the second sample liquid is transferred to the gas phase as ammonia gas, and the ammonia gas concentration C2 is measured by the ammonia gas concentration meter.
  • the measurements of the ammonia gas concentrations C1 and C2 are repeatedly performed at predetermined time intervals in the single measurement tank 52.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing another example of the water treatment device according to the present embodiment.
  • the water treatment device 3 shown in FIG. 6 has a plurality of biological treatment tanks. As shown in FIG. 6, the biological treatment tank 10a and the biological treatment tank 10b are connected by a pipe 46p.
  • a part of the water to be treated flowing into the biological treatment tank 10a at the front stage is made to flow into the first measurement tank 24 as the first sample liquid, and the ammonia gas concentration C 1 is measured.
  • a part of the treated water discharged from the biological treatment tank 10b at the rear stage is made to flow into the second measurement tank 32 as the second sample liquid, and the ammonia gas concentration C 2 is measured.
  • Example 1 A simulated wastewater containing ammonia nitrogen (1-50 mg-N/L), calcium (400 mg-Ca/L), inorganic carbon (20 mg-C/L), phosphorus (1 mg-P/L) and trace metals was introduced into a covered measuring tank with a liquid phase volume of 1 L and a gas phase volume of 0.4 L so that the hydraulic retention time (HRT) was 10 minutes. Then, 25% sodium hydroxide was added to the measuring tank so that the pH in the measuring tank was 11 or more, and the mixture was thoroughly mixed by stirring. The water temperature was 20-23°C, and the ammonia gas concentration transferred to the gas phase of the measuring tank was measured with an ammonia gas sensor 30 minutes after the simulated wastewater was introduced under atmospheric pressure. The ammonia nitrogen concentration in the simulated wastewater was measured by indophenol blue absorptiometry.
  • Example 2 A simulated wastewater containing an ammonia nitrogen concentration of 20 mg-N/L and a calcium concentration of 0 to 400 mg-Ca/L was allowed to flow into the measurement tank. The other conditions were the same as those in Experimental Example 1.
  • Figure 8 shows the ammonia gas concentration in the gas phase versus the calcium concentration (0 to 400 mg-Ca/L) in the simulated wastewater in Experimental Example 2. As shown in Figure 8, even if the calcium concentration in the simulated wastewater changes, there is almost no effect on the ammonia concentration in the gas phase. In this way, since the ammonia gas concentration in the gas phase is independent of the calcium concentration in the simulated wastewater, it is not necessary to carry out pretreatment to remove calcium from the wastewater when measuring the ammonia gas concentration.
  • Example 3 A simulated wastewater containing an ammonia nitrogen concentration of 20 mg-N/L was allowed to flow into the measurement tank so that the HRT was 10 minutes. The ammonia gas concentration in the gas phase was measured 0, 5, 10, 15, 30, 45, and 60 minutes after the start of the flow. The other conditions were the same as in Experimental Example 1.
  • Example 4 A simulated wastewater containing an ammonia nitrogen concentration of 20 mg-N/L was allowed to flow into the measurement tank so that the HRT was 5 minutes. The ammonia gas concentration in the gas phase was measured 0, 2.5, 5, 10, 15, 20, and 30 minutes after the start of the flow. The other conditions were the same as in Experimental Example 1.
  • FIG. 9 shows the change in ammonia gas concentration in the gas phase over time in Experimental Examples 3 and 4. As shown in FIG. 9, it takes four times the HRT of the measurement tank for the ammonia gas concentration in the gas phase to reach its maximum value. Since it is preferable for the NH3 gas concentration to reach its maximum value at least once within one HRT of the biological treatment tank, it is preferable to set the HRT of the measurement tank to 1/4 or less of the HRT of the biological treatment tank.
  • the HRT of the measurement tank can be increased or decreased by controlling the inflow of simulated wastewater into the measurement tank. If the measurement tank is sufficiently smaller than the biological treatment tank, the inflow of simulated wastewater may be small, and the pump that supplies the simulated wastewater to the measurement tank can be made smaller.
  • Example 5 Wastewater from a semiconductor factory containing ammonia nitrogen was allowed to flow into the measurement tank. Other conditions were the same as in Experimental Example 1. A correlation was confirmed using this wastewater as in Experimental Example 1 based on the actual measured value of the ammonia nitrogen concentration in the wastewater from a semiconductor factory, measured by indophenol blue absorptiometry, and the measured value of the ammonia gas concentration in the gas phase, and the error rate of the value of the ammonia nitrogen concentration calculated using the obtained approximation formula was 13%. From this result, it is possible to use the ammonia gas concentration in the gas phase, measured without filtering the wastewater, for calculating the ammonia nitrogen concentration in the wastewater from a semiconductor factory.
  • Example 6 The simulated wastewater used in Experimental Example 1 was supplied to a nitrification tank filled with a sponge-like carrier to carry out biological treatment. The treated water discharged from the nitrification tank was then allowed to flow into a measurement tank. The other conditions were the same as those in Experimental Example 1.
  • the amount of suspended solids (SS) in the treated water was 18 mg/L, and the ammonia nitrogen concentration measured using indophenol blue spectrophotometry was 17.9 mg-N/L.
  • the ammonia gas concentration in the gas phase of the measurement tank was 14.5 ppm, so the ammonia nitrogen concentration in the wastewater was calculated to be 18.2 mg-N/L using the approximation formula obtained in Experimental Example 1.
  • the error rate between the actual value obtained using indophenol blue spectrophotometry and the value calculated from the ammonia gas concentration in the gas phase was 1.6%.
  • Example 7 The simulated wastewater used in Experimental Example 1 was supplied to a nitrification tank where biological treatment was performed by a semi-batch activated sludge nitrogen removal method, and biological treatment was performed. The treated water discharged from the nitrification tank was then allowed to flow into a measurement tank. The other conditions were the same as those in Experimental Example 1.
  • the SS in the treated water was 1700 mg/L, and the ammonia nitrogen concentration measured by indophenol blue absorptiometry was 12.9 mg-N/L. Because the ammonia gas concentration in the gas phase of the measurement tank was 9.5 ppm, the ammonia nitrogen concentration in the wastewater was calculated to be 11.9 mg-N/L using the approximate formula obtained in Experimental Example 1. The error rate between the actual value obtained by indophenol blue absorptiometry and the value calculated from the ammonia gas concentration in the gas phase was 7.6%. From these results, it can be said that the ammonia gas concentration in the gas phase measured without filtration can be used to calculate the ammonia nitrogen concentration in the treated water.
  • Example 8 20% hydrochloric acid was added to the measurement tank used in Experimental Example 1, the pH in the tank was adjusted to 2 or less, and the tank was stirred for 5 minutes. As a result, the scale precipitated in the tank under alkaline conditions was dissolved.
  • Example 9 A simulated wastewater containing an ammonia nitrogen concentration of 20 mg-N/L was allowed to flow into an uncovered measurement tank. The other conditions were the same as those in Example 1.
  • Figure 10 shows the measurement results of the ammonia gas concentration in the gas phase of the covered measurement tank in Experimental Example 1, and the measurement results of the ammonia gas concentration in the gas phase of the uncovered measurement tank in Experimental Example 9. As shown in Figure 10, dilution of ammonia gas is suppressed when the ammonia gas concentration in the gas phase is measured using a covered measurement tank.
  • a biological treatment step of biologically treating the water to be treated in which ammonia nitrogen is dissolved in the biological treatment tank A first measurement step of flowing a part of the water to be treated flowing into the biological treatment tank into a first measurement tank as a first sample liquid, transferring ammonia nitrogen dissolved in the first sample liquid to a gas phase portion of the first measurement tank as ammonia gas under alkaline conditions, and measuring an ammonia gas concentration C1 ; A second measurement step of flowing a part of the treated water biologically treated in the biological treatment tank into a second measurement tank as a second sample liquid, and transferring ammonia nitrogen dissolved in the second sample liquid to a gas phase portion of the second measurement tank as ammonia gas under alkaline conditions to measure an ammonia gas concentration C2 ; and a control step of controlling operating conditions of the biological treatment step based on the ammonia gas concentrations C1 and C2 .
  • a biological treatment tank for biologically treating the water to be treated in which ammonia nitrogen is dissolved a first measuring device that has a first measurement tank, flows a part of the water to be treated flowing into the biological treatment tank as a first sample liquid into the first measurement tank, and transfers ammonia nitrogen dissolved in the first sample liquid to a gas phase portion of the first measurement tank as ammonia gas under alkaline conditions to measure an ammonia gas concentration C1 ;
  • a second measurement device has a second measurement tank, and a part of the treated water biologically treated in the biological treatment tank is introduced into the second measurement tank as a second sample liquid, and ammonia nitrogen dissolved in the second sample liquid is transferred to a gas phase portion of the second measurement tank as ammonia gas under alkaline conditions to measure an ammonia gas concentration C2 ;
  • a control device that controls operating conditions of the biological treatment in the biological treatment tank based on the ammonia gas concentrations C1 and C2 .
  • the water treatment device described in ( 6) above characterized in that the control device controls the operating conditions of the biological treatment in the biological treatment tank based on an ammonia removal rate calculated by dividing the ammonia nitrogen concentration in the treatment water estimated from the ammonia gas concentration C2 by the ammonia nitrogen concentration in the water to be treated estimated from the ammonia gas concentration C1.
  • a flow rate measuring means for measuring the flow rate of the water to be treated flowing into the biological treatment tank The water treatment device described in (7) above, characterized in that the control device controls the operating conditions of the biological treatment in the biological treatment tank based on the ammonia removal rate and the inflow ammonia load calculated by multiplying the ammonia nitrogen concentration in the water to be treated by the flow rate of the water to be treated.
  • the water treatment device according to any one of (6) to (8) above, characterized in that the hydraulic retention time of the first measurement tank and the hydraulic retention time of the second measurement tank are each 1/4 or less of the hydraulic retention time of the biological treatment tank.
  • the operating conditions of the biological treatment in the biological treatment tank include at least one of the flow rate of the water to be treated flowing into the biological treatment tank, the temperature in the biological treatment tank, the pH in the biological treatment tank, the inorganic carbon concentration in the biological treatment tank, and the sludge concentration in the biological treatment tank.
  • FIG. 11 is a schematic diagram showing an example of a water treatment device according to this embodiment.
  • the water treatment device 4 shown in FIG. 11 has a biological treatment tank 110, a measuring device 112, a control device 116, a flowmeter 118, and a nutrient supply device 120.
  • the biological treatment tank 110 is equipped with a nitrification tank 110a, a denitrification tank 110b, and an oxidation tank 110c.
  • An aeration device 122 is installed at the bottom of the nitrification tank 110a and the oxidation tank 110c.
  • An agitator 123 is installed in the denitrification tank 110b. Note that with regard to the measuring device 112 shown in FIG. 11, only the measuring tank 124 is drawn, and the other components are omitted.
  • FIG. 12 is a schematic diagram showing an example of a measurement device.
  • the measurement device 112 has a measurement tank 124, a pH meter 126, an ammonia gas concentration meter 128, and an agitator 130.
  • the ammonia gas concentration meter 128 is installed in the gas phase of the measurement tank 124.
  • the ammonia gas concentration meter 128 may be installed in a pipe connected to the gas phase of the measurement tank 124.
  • the measuring device 112 also has a pH adjuster supply device.
  • the pH adjuster supply device has, for example, an alkaline agent supply device 139 including an alkaline agent storage tank 134, an alkaline agent supply pump 136, and an alkaline agent supply pipe 138, and an acid agent supply device 145 including an acid agent storage tank 140, an acid agent supply pump 142, and an acid agent supply pipe 144.
  • the pH meter 126 and the alkaline agent supply pump 136 are electrically connected by wire or wirelessly.
  • the alkaline agent supply pump 136 reads the pH value of the pH meter 126, and operates so that the inside of the measuring tank 124 is maintained under alkaline conditions.
  • a pipe 146a is connected to the nitrification tank 110a.
  • a flow meter 118 is installed in the pipe 146a.
  • One end of a pipe 146b is connected to the nitrification tank 110a, and the other end of the pipe 146b is connected to the denitrification tank 110b.
  • One end of a pipe 146c is connected to the denitrification tank 110b, and the other end of the pipe 146c is connected to the oxidation tank 110c.
  • a pipe 146d is connected to the oxidation tank 110c.
  • One end of a pipe 146e is connected to the pipe 146a, and the other end of the pipe 146e is connected to the measurement tank 124.
  • One end of a pipe 146f is connected to the measurement tank 124, and the other end of the pipe 146f is connected to the nitrification tank 110a.
  • an alkaline agent supply pipe 138 is connected to the alkaline agent storage tank 134, and the other end of the alkaline agent supply pipe 138 is connected to the measurement tank 124.
  • An alkaline agent supply pump 136 is installed in the alkaline agent supply pipe 138.
  • One end of an acid agent supply pipe 144 is connected to the acid agent storage tank 140, and the other end of the acid agent supply pipe 144 is connected to the measurement tank 124.
  • An acid agent supply pump 142 is installed in the acid agent supply pipe 144.
  • the nutrient supply device 120 comprises nutrient storage tanks 150a, 150b, nutrient supply pumps 152a, 152b, and nutrient supply pipes 154a, 154b.
  • One end of the nutrient supply pipe 154a is connected to the nutrient storage tank 150a, and the other end of the nutrient supply pipe 154a is connected to the nitrification tank 110a.
  • One end of the nutrient supply pipe 154b is connected to the nutrient storage tank 150b, and the other end of the nutrient supply pipe 154b is connected to the denitrification tank 110b.
  • a nutrient supply pump 152a is installed in the nutrient supply pipe 154a, and a nutrient supply pump 152b is installed in the nutrient supply pipe 154b.
  • the nutrient supplying device 120 of this embodiment is not limited to the above configuration as long as it is configured to supply nutrients to the biological treatment tank 110, but when the biological treatment tank 110 includes a nitrification tank 110a, a denitrification tank 110b, and an oxidation tank 110c as shown in FIG. 11, it is preferable that the device is configured to supply nutrients to at least one of the nitrification tank 110a and the denitrification tank 110b. Examples of nutrients include phosphorus sources, hydrogen donors, and trace metals.
  • the control device 116 is connected to the ammonia gas concentration meter 128, the flow meter 118, and the nutrient supply pumps 152a, 152b by wired or wireless electrical connections.
  • the control device 116 is composed of, for example, a microcomputer and electronic circuits, which are made up of a CPU that executes programs, and a ROM and RAM that store the programs and calculation results, and reads out a specific program stored in the ROM or the like, executes the program, and controls the operation of the water treatment device 4. Details will be described later, but for example, the control device 116 controls the operation of the nutrient supply pumps 152a, 152b based on the ammonia nitrogen concentration in the water to be treated and the flow rate of the water to be treated.
  • the water to be treated with dissolved ammonia nitrogen flows into the biological treatment tank 110 and is biologically treated (biological treatment process).
  • the water to be treated with dissolved ammonia nitrogen flows into the nitrification tank 110a through pipe 146a.
  • an oxygen-containing gas such as air is supplied by the aeration device 122, the water to be treated is mixed with sludge containing microorganisms, and nitrification treatment, for example, according to the above formula 1, is carried out under aerobic conditions.
  • the nutrient supply pump 152a is operated, and the nutrient in the nutrient storage tank 150a is appropriately supplied to the nitrification tank 110a through the nutrient supply pipe 154a (nutrient supply process).
  • the treated water that has been nitrified flows into the denitrification tank 110b through pipe 146b.
  • the treated water that has been nitrified is mixed with sludge containing microorganisms by the agitator 123, and the denitrification process is carried out under anaerobic conditions, for example, as shown in the above formula 2.
  • the nutrient supply pump 152b is operated to supply the nutrient in the nutrient storage tank 150b from the nutrient supply pipe 154b to the denitrification tank 110b as appropriate (nutrient supply process).
  • the control of the amount of nutrient supply will be described later.
  • the denitrified treated water flows into the oxidation tank 110c through pipe 146c.
  • an oxygen-containing gas such as air is supplied by an aeration device 122, and oxidation is carried out under aerobic conditions to remove organic matter contained in the treated water.
  • the treated water from the oxidation tank 110c is discharged through pipe 146d.
  • a portion of the water to be treated passing through pipe 146a flows into the measurement tank 124 from pipe 146e as a sample liquid.
  • the pH of the sample liquid is measured at any time by the pH meter 126, and the alkaline agent supply pump 136 is operated based on the measured pH value.
  • the alkaline agent supply pump 136 By operating the alkaline agent supply pump 136, a predetermined amount of alkaline agent is supplied from the alkaline agent storage tank 134 to the measurement tank 124, and the measurement tank 124 is maintained under alkaline conditions.
  • the sample liquid and alkaline agent are stirred by the stirrer 130.
  • the ammonia nitrogen dissolved in the sample liquid is transferred to the gas phase as ammonia gas (NH 3 ), and the ammonia gas concentration is measured by the ammonia gas concentration meter 128 (measurement step).
  • FIG. 13 is a schematic diagram showing another example of the measuring device 112.
  • the measuring device 112 shown in FIG. 13 does not have a pH meter.
  • an alkaline agent is added at a constant ratio to the amount of inflowing water, and the tank is made alkaline, and the ammonia gas concentration is measured by the ammonia gas concentration meter 128.
  • ammonia nitrogen exists as NH3 and NH4 + , and the equilibrium relationship is expressed by the following formula.
  • Figure 14 shows the abundance ratio of NH3 and NH4 + at each pH.
  • the acid dissociation constant (pKa) of NH4 + is 9.25, and the abundance ratio of NH3 in the dissolved ammonia nitrogen is 8% at pH 8, 36% at pH 9, 85% at pH 10, and 98% at pH 11.
  • a part of the dissolved NH3 volatilizes as ammonia gas ( NH3 gas).
  • the abundance ratio of NH3 is high, the amount of NH3 volatilized as ammonia gas also increases.
  • the inside of the measurement tank only needs to be alkaline, but even if the concentration of dissolved ammonia nitrogen is low, it is preferable to set the pH in the measurement tank to 10 or more, and more preferably 11 or more, in that ammonia gas can be easily measured by an ammonia gas concentration meter.
  • the control device 116 controls the amount of nutrients supplied to the biological treatment tank based on the ammonia nitrogen concentration in the water to be treated, which is estimated from the ammonia gas concentration, and the flow rate of the water to be treated (control process). An example of the control method is described below.
  • Correlation information between the dissolved ammonia nitrogen concentration and the ammonia gas concentration is stored in advance in the control device 116. Then, the control device 116 uses the correlation information to determine the dissolved ammonia nitrogen concentration from the ammonia gas concentration detected by the ammonia gas concentration meter 128 (this is the ammonia nitrogen concentration in the water being treated). The flow rate of the water being treated flowing through the pipe 146a is measured by the flow meter 118 (flow rate measurement process) and transmitted to the control device 116. The control device 116 calculates the optimal amount of nutrient to be added from the ammonia nitrogen concentration in the water being treated and the flow rate of the water being treated detected by the flow meter 118.
  • the control device 116 calculates the amount of methanol to be added to the denitrification tank 110b as, for example, the ammonia nitrogen concentration in the water to be treated estimated from the ammonia gas concentration x the flow rate of the water to be treated x 3 (preferably 3 times, but not limited to 3 times).
  • a trace metal is to be added to the nitrification tank, it may be calculated from the ammonia nitrogen concentration in the water to be treated x the flow rate of the water to be treated x a predetermined magnification for nitrification and added.
  • the amount of phosphorus source to be added may be determined by multiplying the amount of ammonia in the water to be treated by a predetermined magnification for nitrification and denitrification, respectively, that is determined in advance.
  • the control device 116 inverter controls the nutrient supply pumps 152a, 152b to supply the calculated amount of nutrient to be added to the nitrification tank 110a and the denitrification tank 110b.
  • the water to be treated contains nutrient
  • the concentration of nutrients in the treated water may be determined by manual analysis or by an online sensor.
  • control device 116 calculates the ammonia nitrogen concentration in the water to be treated from the ammonia gas concentration detected by the ammonia gas concentration meter 128. Then, when the inflow ammonia load calculated by multiplying the ammonia nitrogen concentration in the water to be treated by the flow rate of the water to be treated detected by the flow meter 118 deviates from a preset planned value, the control device 116 operates the nutrient supply pumps 152a, 152b to start supplying the nutrient.
  • the control device 116 increases the output of the nutrient supply pumps 152a, 152b to increase the supply amount of the nutrient. After that, when the inflow ammonia load falls within the range of the preset planned value, the control device 116 stops the operation of the nutrient supply pumps 152a, 152b or reduces the output of the nutrient supply pumps 152a, 152b to return the supply of the nutrient to the original state.
  • the control device 116 may inverter-control the nutrient supply pumps 152a, 152b so that the amount of nutrient supply increases or decreases according to the increase or decrease in the inflow ammonia load.
  • the planned value of the inflow ammonia load is preferably in the range of, for example, 0.1 to 0.3 kg-N/ m3 /day in the activated sludge process, and in the range of, for example, 0.5 to 1.0 kg-N/ m3 /day in the biofilm process (e.g., fixed bed type or fluidized bed type) or granule process.
  • the amount of nutrients supplied to the biological treatment tank based on the ammonia nitrogen concentration in the water to be treated estimated from the ammonia gas concentration detected from the water to be treated and the flow rate of the water to be treated flowing into the biological treatment tank, even if the ammonia nitrogen concentration in the water to be treated fluctuates, the concentration fluctuation can be quickly grasped and an appropriate amount of nutrients can be supplied. As a result, the water to be treated in which ammonia nitrogen is dissolved can be stably biologically treated.
  • an ammonia gas concentration meter that does not come into contact with the water to be treated or the treated water in which ammonia nitrogen is dissolved is used, so there is no need to clean dirt or scale from the concentration meter's sensor, making maintenance easy.
  • the biological treatment tank 110, measuring device 112, nutrients, etc. are described in detail below.
  • the biological treatment tank 110 may be of any type as long as it can biologically treat the water to be treated in which ammonia nitrogen is dissolved.
  • the biological treatment tank include an activated sludge process, a membrane bioreactor (MBR) process, a fixed bed or fluidized bed biofilm process, or a granule process.
  • MLR membrane bioreactor
  • Examples of biological treatment of the water to be treated in which ammonia nitrogen is dissolved include a nitrification process, a nitrification-denitrification process, a circulating nitrification-denitrification process, and an anaerobic ammonia oxidation process (e.g., an anammox process).
  • the biological treatment tank 110 may be composed of a single tank or multiple tanks. Examples of multiple tank configurations include a tank configuration including a nitrification tank 110a and a denitrification tank 110b, a tank configuration including multiple nitrification tanks 110a, and a tank configuration including multiple den
  • the measurement tank 124 constituting the measurement device 112 is preferably covered. By covering the measurement tank 124, dilution of the ammonia gas concentration due to air mixing is suppressed, and the ammonia gas detection sensitivity of the ammonia gas concentration meter can be increased.
  • the pipe 146f connected to the measurement tank 124 is water-sealed.
  • the pipe 146f can be water-sealed by providing a water tank for storing water in the pipe 146f, extending the pipe 146f below the water surface of the biological treatment tank 110, or making the pipe 146f S-shaped.
  • the flow of sample liquid into the measurement tank 124 may be continuous or intermittent.
  • the hydraulic retention time of the measurement tank 124 is preferably 1/4 or less of the hydraulic retention time of the biological treatment tank 110.
  • the hydraulic retention time of the biological treatment tank described here is the hydraulic retention time up to the tank where you want to track the treatment status of the ammonia nitrogen concentration. In other words, if you want to check the treatment status up to the nitrification tank, it is 1/4 of the hydraulic retention time of the nitrification tank. If you want to check the treatment status up to the denitrification tank, it is the hydraulic retention time of the nitrification tank and denitrification tank combined.
  • a mist separator may be installed in front of the ammonia gas concentration meter 128.
  • the ammonia gas concentration meter 128 include electrochemical, semiconductor, or catalytic combustion ammonia gas concentration meters. The measurement of the ammonia gas concentration may be performed online or manually.
  • alkaline agents supplied to the measurement tank 124 for ammonia gas measurement include sodium hydroxide, potassium hydroxide, calcium hydroxide, etc.
  • the acid supply pump 142 is operated periodically (e.g., once a day) to supply a predetermined amount of acid from the acid storage tank 140 to the measurement tank 124, thereby removing scale and cleaning the tank.
  • the wastewater is preferably supplied to, for example, the denitrification tank 110b.
  • the denitrification tank 110b alkali is generated as shown in the above formula 2, so by supplying the wastewater after cleaning the scale in the measurement tank 124 to the denitrification tank 110b, acid can be replenished to the denitrification tank 110b.
  • acids that can be supplied to the measurement tank 124 to clean the inside of the tank include hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, phosphoric acid, citric acid, oxalic acid, lactic acid, ascorbic acid, and malic acid. Of these, hydrochloric acid or nitric acid, which can lower the pH by adding a small amount, are preferred.
  • the amount of nutrients added can be controlled not only by controlling the nutrient supply pumps 152a and 152b, but also by controlling the opening and closing of valves installed in the nutrient supply pipes 154a and 154b, for example.
  • the nutrients may be added to the biological treatment tank 110 (e.g., nitrification tank 110a, denitrification tank 110b) or to piping connected to the biological treatment tank 110 (e.g., piping 146a, 146b).
  • the biological treatment tank 110 e.g., nitrification tank 110a, denitrification tank 110b
  • piping connected to the biological treatment tank 110 e.g., piping 146a, 146b
  • Nutritional agents include, for example, phosphorus sources, trace metals, hydrogen donors, etc.
  • Phosphorus sources include, for example, phosphoric acid and phosphates.
  • Trace metals include, for example, alkali metals such as sodium, potassium, calcium, and magnesium, and metals such as iron, manganese, zinc, and nickel.
  • Hydrogen donors that are conventionally known can be used, and examples of such donors include methanol, ethanol, isopropanol, acetic acid, hydrogen gas, acetone, glucose, and ethyl methyl ketone.
  • Example 11 A simulated wastewater containing ammonia nitrogen (1-50 mg-N/L), calcium (400 mg-Ca/L), inorganic carbon (20 mg-C/L), phosphorus (1 mg-P/L) and trace metals was introduced into a covered measuring tank with a liquid phase volume of 1 L and a gas phase volume of 0.4 L so that the hydraulic retention time (HRT) was 10 minutes. Then, 25% sodium hydroxide was added to the measuring tank so that the pH in the measuring tank was 11 or more, and the mixture was thoroughly mixed by stirring. The water temperature was 20-23°C, and the ammonia gas concentration transferred to the gas phase of the measuring tank was measured with an ammonia gas sensor 30 minutes after the simulated wastewater was introduced under atmospheric pressure. The ammonia nitrogen concentration in the simulated wastewater was measured by indophenol blue absorptiometry.
  • Example 12 A simulated wastewater containing an ammonia nitrogen concentration of 20 mg-N/L and a calcium concentration of 0 to 400 mg-Ca/L was flowed into the measurement tank. The other conditions were the same as those in Experimental Example 11.
  • Figure 16 shows the ammonia gas concentration in the gas phase versus the calcium concentration (0-400 mg-Ca/L) in the simulated wastewater in Experimental Example 12.
  • wastewater containing ammonia nitrogen discharged from a semiconductor factory also contains fluorine. Since fluorine has a negative effect on biological treatment, it is desirable to perform the nitrification-denitrification treatment process after removing fluorine. In the fluorine removal process, fluorine and calcium compounds are reacted to precipitate as calcium fluoride, but in order to sufficiently remove fluorine, it is desirable to add a considerable amount of calcium ions.
  • the ammonia nitrogen-containing wastewater flowing into the nitrification-denitrification treatment process may contain calcium ions of 100 mg-Ca/L or more.
  • the ammonia gas concentration in the gas phase is independent of the calcium ion concentration in the wastewater, so there is no need to perform pretreatment to remove calcium from the wastewater when measuring the ammonia gas concentration.
  • Example 13 A simulated wastewater containing an ammonia nitrogen concentration of 20 mg-N/L was allowed to flow into the measurement tank so that the HRT was 10 minutes. The ammonia gas concentration in the gas phase was measured 0, 5, 10, 15, 30, 45, and 60 minutes after the start of the flow. The other conditions were the same as in Experimental Example 11.
  • Example 14 A simulated wastewater containing an ammonia nitrogen concentration of 20 mg-N/L was allowed to flow into the measurement tank so that the HRT was 5 minutes. The ammonia gas concentration in the gas phase was measured 0, 2.5, 5, 10, 15, 20, and 30 minutes after the start of the flow. The other conditions were the same as in Experimental Example 11.
  • FIG. 17 shows the change in ammonia gas concentration in the gas phase over time in Experimental Examples 13 and 14. As shown in FIG. 17, it takes four times the HRT of the measurement tank for the ammonia gas concentration in the gas phase to reach its maximum value. Since it is preferable for the NH3 gas concentration to reach its maximum value at least once within one HRT of the biological treatment tank, it is preferable to set the HRT of the measurement tank to 1/4 or less of the HRT of the biological treatment tank.
  • the HRT of the measurement tank can be increased or decreased by controlling the inflow of the simulated wastewater into the measurement tank. If the measurement tank is sufficiently smaller than the biological treatment tank, the inflow of the simulated wastewater may be small, and the pump that supplies the simulated wastewater to the measurement tank can be made smaller.
  • Example 15 Wastewater from a semiconductor factory containing ammonia nitrogen was allowed to flow into the measurement tank. Other conditions were the same as in Experimental Example 11. A correlation was confirmed using this wastewater as in Experimental Example 11 from the actual measured value of the ammonia nitrogen concentration in the wastewater from a semiconductor factory, measured by indophenol blue absorptiometry, and the measured value of the ammonia gas concentration in the gas phase, and the error rate of the value of the ammonia nitrogen concentration calculated using the obtained approximation formula was 13%. From this result, it is possible to use the ammonia gas concentration in the gas phase, measured without filtering the wastewater, for calculating the ammonia nitrogen concentration in the wastewater from a semiconductor factory.
  • Example 16 20% hydrochloric acid was added to the measurement tank used in Experimental Example 11, the pH in the tank was adjusted to 2 or less, and the tank was stirred for 5 minutes. As a result, the scale in the tank that had precipitated under alkaline conditions was dissolved.
  • Example 17 A simulated wastewater containing an ammonia nitrogen concentration of 20 mg-N/L was allowed to flow into an uncovered measuring tank. The other conditions were the same as those in Experimental Example 1.
  • Figure 18 shows the measurement results of the ammonia gas concentration in the gas phase of the covered measurement tank in Experimental Example 11, and the measurement results of the ammonia gas concentration in the gas phase of the uncovered measurement tank in Experimental Example 17. As shown in Figure 18, dilution of ammonia gas is suppressed when the ammonia gas concentration in the gas phase is measured using a covered measurement tank.
  • a biological treatment tank for biologically treating the water to be treated in which ammonia nitrogen is dissolved A nutrient supplying device for supplying nutrients to the biological treatment tank; a measuring device having a measurement tank, a portion of the water to be treated flowing into the biological treatment tank as a sample liquid, and ammonia nitrogen dissolved in the sample liquid is transferred to a gas phase portion of the measurement tank as ammonia gas under alkaline conditions to measure an ammonia gas concentration; a control device that controls the supply amount of the nutrient based on the ammonia nitrogen concentration in the water to be treated estimated from the ammonia gas concentration and the flow rate of the water to be treated.
  • 1 to 4 water treatment device, 10, 10a, 10b: biological treatment tank, 12: first measuring device, 14: second measuring device, 16: control device, 18: flow meter, 20: treated water supply pump, 22: aeration device, 24: first measuring tank, 26a, 26b: pH meter, 28a, 28b: ammonia gas concentration meter, 30: agitator, 32: second measuring tank, 34: alkaline agent storage tank, 36a, 36b: alkaline agent supply pump, 38a, 38b: alkaline agent supply piping, 39: alkaline agent supply device, 40: acid agent storage tank, 42a, 42b: acid agent supply pump, 44a, 44b: acid agent supply piping, 45: acid agent supply device, 46a to 46f, 46k, 46m, 46n, 46p: piping, 50: single measuring device, 52: single measurement Tank, 110 biological treatment tank, 110a nitrification tank, 110b denitrification tank, 110c oxidation tank, 112 measuring device, 116 control device, 118

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Abstract

水処理方法は、生物処理槽（１０）において、アンモニア態窒素が溶存された被処理水を生物処理する生物処理工程と、生物処理槽（１０）に流入する前記被処理水の一部を第１測定槽（２４）に流入させ、アルカリ性条件下で、前記被処理水に溶存しているアンモニア態窒素をアンモニアガスとして第１測定槽（２４）の気相部に移行させて、アンモニアガス濃度Ｃ１を測定する第１測定工程と、生物処理槽（１０）で生物処理された処理水の一部を第２測定槽（３２）に流入させ、アルカリ性条件下で、前記処理水に溶存しているアンモニア態窒素をアンモニアガスとして第２測定槽（３２）の気相部に移行させて、アンモニアガス濃度Ｃ２を測定する第２測定工程と、前記アンモニアガス濃度Ｃ１及び前記アンモニアガス濃度Ｃ２に基づいて、前記生物処理工程の運転条件を制御する制御工程と、を有する。

Description

水処理方法及び水処理装置
　本開示は、アンモニア態窒素が溶存された被処理水を処理する水処理方法及び水処理装置に関する。
　公共水域にアンモニア態窒素が溶存された排水が流入すると富栄養化を引き起こすため、アンモニア態窒素は生物学的処理によって除去されている。硝化脱窒処理では、好気条件において硝化菌がアンモニア態窒素を亜硝酸態窒素または硝酸態窒素態へ酸化し、無酸素条件において脱窒菌が水素供与体存在下で亜硝酸態窒素、硝酸態窒素を窒素ガスへ還元する。これら２つの微生物反応を化学式で表すと、例えば、以下のようになる。
硝化：ＮＨ３　＋　２Ｏ２　→　ＮＯ３ －　＋　２Ｈ＋　＋　Ｈ２Ｏ　　　　　…（式１）
脱窒：ＮＯ３ －　＋　２Ｈ２　→　０．５Ｎ２　＋　２ＯＨ－　＋　Ｈ２Ｏ　…（式２）
　硝化菌は温度やｐＨ、アンモニア態窒素濃度といった環境変動に対する感受性が高く、低濃度の化学物質によって阻害を受けやすい。また、硝化菌はアンモニア態窒素もしくは亜硝酸態窒素をエネルギー源、無機炭素を炭素源とする独立栄養性菌であるため増殖速度が遅く、硝化菌の活性が低下すると回復までに時間を要する。硝化を安定させ処理水質を守るためには、硝化の異常を検知し、早期対応することが重要である。また、アンモニア態窒素が溶存された被処理水に対して、安定な生物処理を行うには、水温、ｐＨなどの環境条件を整えることも重要であるが、被処理水中のアンモニア態窒素濃度に応じて、栄養剤（例えば、リン源、微量金属、水素供与体）の濃度を一定以上に保つことも重量である。生活排水が流入する公共下水と比較すると、産業排水では栄養剤が不足しやすい。特に、化学工場や半導体製造工場から排出されるアンモニア態窒素含有排水では、栄養剤を添加しないと十分に窒素が処理されないことがある。また、栄養剤が過剰に添加されると、処理水への栄養剤のリークや、処理コストの増大といった、水質的、経済的な問題が懸念される。
　硝化の異常は、例えば、被処理水流量、被処理水中のアンモニア態窒素濃度、処理水中のアンモニア態窒素濃度をオンライン測定し、流入アンモニア負荷（ｋｇ－Ｎ／ｍ３／ｄａｙ）およびアンモニア除去率をモニタリングすることで検知できる。被処理水流量は流量センサを用いて簡便にオンライン測定できる。リン源、微量金属、水素供与体といった栄養剤の添加量は、例えば、被処理水流量、被処理水中に溶存するアンモニア態窒素濃度をオンライン測定することで最適化できる。被処理水流量は流量センサを用いて簡便にオンライン測定できる。一方、溶存アンモニア態窒素濃度を測定する従来方法としては、インドフェノール青吸光光度法、中和滴定法、イオンクロマトグラフ法などが用いられてきた。これらの方法は人手によってサンプリングおよび分析を行わなければならず、連続的なアンモニア態窒素濃度の測定が不可能である。オンライン測定方法には、隔膜電極を用いたアンモニアセンサーが実用されている。ただし、電極部は溶液に浸漬するため、電極部に付着する汚れを人手によって定期的に洗浄しなければならない。電量滴定法でもオンライン測定が可能だが、ろ過処理によって被処理水のＳＳ成分等を除去しなければならず、人手によるろ過装置の交換が必要である。また、測定に用いる電解液のランニングコストが高いという欠点がある。したがって、保守管理が容易かつランニングコストが安価な溶存アンモニア態窒素濃度のオンライン測定方法が求められている。
　一般的に、非接液センサは汚れの影響が少なく、測定に伴うコストが低い。溶存アンモニア態窒素濃度を非接液で測定する方法として、例えば、特許文献１には、硝化脱窒工程で発生したＮ２ガスを検出する方法が提案されている。また、例えば、特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５、特許文献６、特許文献７には、採取したサンプル水をアルカリ条件で保持し、発生するＮＨ３ガスをＮＨ３ガスセンサーで測定する方法が提案されている。
特開平９－４３２２６号公報 特開昭５５－７６６７号公報 特開昭５７－１９６１４７号公報 特開昭６３－１６５７５１号公報 特開平３－６１８５６号公報 特開平８－２９９９８８号公報 特開２０２２－３７２８５号公報
　ところで、アンモニア態窒素が溶存された被処理水を安定に生物処理するには、被処理水中のアンモニア態窒素濃度の変動に応じて、適切な生物処理の条件を設定して、運転する必要がある。しかし、従来には溶存アンモニア態窒素濃度を測定する簡便な方法がないため、被処理水中のアンモニア態窒素の濃度を速やかに把握して、適切な生物処理条件を設定することが困難となっている。また、前述したように、アンモニア態窒素が溶存された被処理水を安定に生物処理するには、被処理水中に溶存するアンモニア態窒素濃度に応じて、栄養剤の濃度を一定以上に保つことが重要である。しかし、従来には溶存アンモニア態窒素濃度を測定する簡便な方法がないため、被処理水中のアンモニア態窒素の濃度を速やかに把握して、適切な量の栄養剤を供給することが困難となっている。
　そこで、本開示の目的は、アンモニア態窒素が溶存された被処理水を安定に生物処理することが可能な水処理方法及び水処理装置を提供すること、或いはアンモニア態窒素が溶存された被処理水を生物処理する際に、適切な量の栄養剤を供給することが可能な水処理方法及び水処理装置を提供することである。
　本開示の実施形態に係る水処理方法は、生物処理槽において、アンモニア態窒素が溶存された被処理水を生物処理する生物処理工程と、前記生物処理槽に流入する前記被処理水の一部を第１サンプル液として第１測定槽に流入させ、アルカリ性条件下で、前記第１サンプル液に溶存しているアンモニア態窒素をアンモニアガスとして前記第１測定槽の気相部に移行させて、アンモニアガス濃度Ｃ１を測定する第１測定工程と、前記生物処理槽で生物処理された処理水の一部を第２サンプル液として第２測定槽に流入させ、アルカリ性条件下で、前記第２サンプル液に溶存しているアンモニア態窒素をアンモニアガスとして前記第２測定槽の気相部に移行させて、アンモニアガス濃度Ｃ２を測定する第２測定工程と、前記アンモニアガス濃度Ｃ１及び前記アンモニアガス濃度Ｃ２に基づいて、前記生物処理工程の運転条件を制御する制御工程と、を有することを特徴とする。
　また、前記水処理方法において、前記制御工程は、前記アンモニアガス濃度Ｃ２から推定される処理水中のアンモニア態窒素濃度を、前記アンモニアガス濃度Ｃ１から推定される被処理水中のアンモニア態窒素濃度で除することにより求められるアンモニア除去率に基づいて、前記生物処理工程の運転条件を制御することが好ましい。
　また、前記水処理方法は、前記生物処理槽に流入する前記被処理水の流量を測定する流量測定工程を有し、前記制御工程は、前記アンモニア除去率、及び前記被処理水中のアンモニア態窒素濃度に前記被処理水の流量を乗じることにより求められる流入アンモニア負荷に基づいて、前記生物処理工程の運転条件を制御することが好ましい。
　また、前記水処理方法において、前記第１測定槽の水理学的滞留時間、及び前記第２測定槽の水理学的滞留時間はそれぞれ、前記生物処理槽の水理学的滞留時間の１／４以下であることが好ましい。
　また、前記水処理方法において、前記生物処理工程の運転条件は、前記生物処理槽に流入する前記被処理水の流量、前記生物処理槽内の温度、前記生物処理槽内のｐＨ、前記生物処理槽内の無機炭素濃度、前記生物処理槽内の汚泥濃度のうちの少なくともいずれか１つを含むことが好ましい。
　また、本開示の実施形態に係る水処理装置は、アンモニア態窒素が溶存された被処理水を生物処理する生物処理槽と、第１測定槽を有し、前記生物処理槽に流入する前記被処理水の一部を第１サンプル液として前記第１測定槽に流入させ、アルカリ性条件下で、前記第１サンプル液に溶存しているアンモニア態窒素をアンモニアガスとして前記第１測定槽の気相部に移行させて、アンモニアガス濃度Ｃ１を測定する第１測定装置と、第２測定槽を有し、前記生物処理槽で生物処理された処理水の一部を第２サンプル液として前記第２測定槽に流入させ、アルカリ性条件下で、前記第２サンプル液に溶存しているアンモニア態窒素をアンモニアガスとして前記第２測定槽の気相部に移行させて、アンモニアガス濃度Ｃ２を測定する第２測定装置と、前記アンモニアガス濃度Ｃ１及び前記アンモニアガス濃度Ｃ２に基づいて、前記生物処理槽における前記生物処理の運転条件を制御する制御装置と、を有することを特徴とする。
　また、前記水処理装置において、前記制御装置は、前記アンモニアガス濃度Ｃ２から推定される処理水中のアンモニア態窒素濃度を、前記アンモニアガス濃度Ｃ１から推定される被処理水中のアンモニア態窒素濃度で除することにより求められるアンモニア除去率に基づいて、前記生物処理槽における前記生物処理の運転条件を制御することが好ましい。
　また、前記水処理装置は、前記生物処理槽に流入する前記被処理水の流量を測定する流量測定手段を有し、前記制御装置は、前記アンモニア除去率、及び前記被処理水中のアンモニア態窒素濃度に前記被処理水の流量を乗じることにより求められる流入アンモニア負荷に基づいて、前記生物処理槽における前記生物処理の運転条件を制御することが好ましい。
　また、前記水処理装置において、前記第１測定槽の水理学的滞留時間、前記第２測定槽の水理学的滞留時間はそれぞれ、前記生物処理槽の水理学的滞留時間の１／４以下であることが好ましい。
　また、前記水処理装置において、前記生物処理槽における前記生物処理の運転条件は、前記生物処理槽に流入する前記被処理水の流量、前記生物処理槽内の温度、前記生物処理槽内のｐＨ、前記生物処理槽内の無機炭素濃度、前記生物処理槽内の汚泥濃度のうちの少なくともいずれか１つを含むことが好ましい。
　本開示の実施形態に係る水処理方法は、生物処理槽において、アンモニア態窒素が溶存された被処理水を生物処理する生物処理工程と、前記生物処理槽に栄養剤を供給する栄養剤供給工程と、前記生物処理槽に流入する前記被処理水の流量を測定する流量測定工程と、前記生物処理槽に流入する前記被処理水の一部をサンプル液として測定槽に流入させ、アルカリ性条件下で、前記サンプル液に溶存しているアンモニア態窒素をアンモニアガスとして前記測定槽の気相部に移行させて、アンモニアガス濃度を測定する測定工程と、前記アンモニアガス濃度から推定される被処理水中のアンモニア態窒素濃度と、前記被処理水の流量とに基づいて、前記栄養剤の供給量を制御する制御工程と、を有することを特徴とする。
　また、前記水処理方法において、前記測定槽の水理学的滞留時間は、前記生物処理槽の水理学的滞留時間の１／４以下であることが好ましい。
　また、前記水処理方法において、前記栄養剤は、リン源、微量金属、水素供与体のうちの少なくともいずれか１つを含むことが好ましい。
　また、前記水処理方法において、前記測定槽に酸剤を供給して、前記測定槽内を洗浄する酸剤供給工程を有することが好ましい。
　また、本開示の実施形態に係る水処理装置は、アンモニア態窒素が溶存された被処理水を生物処理する生物処理槽と、前記生物処理槽に栄養剤を供給する栄養剤供給装置と、測定槽を有し、前記生物処理槽に流入する前記被処理水の一部をサンプル液として前記測定槽に流入させ、アルカリ性条件下で、前記サンプル液に溶存しているアンモニア態窒素をアンモニアガスとして前記測定槽の気相部に移行させて、アンモニアガス濃度を測定する測定装置と、前記アンモニアガス濃度から推定される被処理水中のアンモニア態窒素濃度と、前記被処理水の流量とに基づいて、前記栄養剤の供給量を制御する制御装置と、を有する。
　また、前記水処理装置において、前記測定槽の水理学的滞留時間は、前記生物処理槽の水理学的滞留時間の１／４以下であることが好ましい。
　また、前記水処理装置において、前記栄養剤は、リン源、微量金属、水素供与体のうちの少なくともいずれか１つを含むことが好ましい。
　また、前記水処理装置において、前記測定槽に酸剤を供給して、前記測定槽内を洗浄する酸剤供給装置を有することが好ましい。
　本開示によれば、アンモニア態窒素が溶存された被処理水を安定に生物処理することが可能な水処理方法及び水処理装置を提供すること、或いはアンモニア態窒素が溶存された被処理水を生物処理する際に、適切な量の栄養剤を供給することが可能な水処理方法及び水処理装置を提供することができる。
本実施形態に係る水処理装置の一例を示す概略構成図である。 第１測定装置及び第２測定装置の一例を示す概略構成図である。 第１測定装置及び第２測定装置の他の一例を示す概略構成図である。 ＮＨ３およびＮＨ４ ＋の各ｐＨにおける存在比を示す。 本実施形態に係る水処理装置の他の一例を示す概略構成図である。 本実施形態に係る水処理装置の他の一例を示す概略構成図である。 実験例１の模擬排水中のアンモニア態窒素濃度と気相部中のアンモニアガス濃度の関係を示す図である。 実験例２の模擬排水中のカルシウム濃度（０～４００ｍｇ－Ｃａ／Ｌ）に対する気相部中のアンモニアガス濃度を示す図である。 実験例３及び４における気相部中のアンモニアガス濃度の時間変化を示す図である。 実験例１の覆蓋されている測定槽の気相部中のアンモニアガス濃度の測定結果と、実験例９の覆蓋されていない測定槽の気相部中のアンモニアガス濃度の測定結果を示す図である。 本実施形態に係る水処理装置の一例を示す概略構成図である。 測定装置の一例を示す概略構成図である。 第１測定装置及び第２測定装置の他の一例を示す概略構成図である。 ＮＨ３およびＮＨ４ ＋の各ｐＨにおける存在比を示す。 実験例１１の模擬排水中のアンモニア態窒素濃度と気相部中のアンモニアガス濃度の関係を示す図である。 実験例１２の模擬排水中のカルシウム濃度（０～４００ｍｇ－Ｃａ／Ｌ）に対する気相部中のアンモニアガス濃度を示す図である。 実験例１３及び１４における気相部中のアンモニアガス濃度の時間変化を示す図である。 実験例１１の覆蓋されている測定槽の気相部中のアンモニアガス濃度の測定結果と、実験例１７の覆蓋されていない測定槽の気相部中のアンモニアガス濃度の測定結果を示す図である。
　まず、図１～図１０を使用して、アンモニア態窒素が溶存された被処理水を安定に生物処理することが可能な水処理方法及び水処理装置の実施形態について説明する。本実施形態は本開示を実施する一例であって、本開示を限定するものではない。
　図１は、本実施形態に係る水処理装置の一例を示す概略構成図である。図１に示す水処理装置１は、生物処理槽１０、第１測定装置１２、第２測定装置１４、制御装置１６、流量計１８、被処理水供給ポンプ２０を有する。生物処理槽１０の底部には散気装置２２が設置されている。なお、図１に示す第１測定装置１２及び第２測定装置１４については、第１測定槽２４及び第２測定槽３２のみを描画し、その他の構成については省略している。
　図２は、第１測定装置及び第２測定装置の一例を示す概略構成図である。第１測定装置１２は、第１測定槽２４、ｐＨ計２６ａ、アンモニアガス濃度計２８ａ、撹拌機３０を有する。アンモニアガス濃度計２８ａは第１測定槽２４の気相部に設置されている。第２測定装置１４は、第２測定槽３２、ｐＨ計２６ｂ、アンモニアガス濃度計２８ｂ、撹拌機３０を有する。アンモニアガス濃度計２８ｂは第２測定槽３２の気相部に設置されている。アンモニアガス濃度計２８ａ，２８ｂは、第１測定槽２４の気相部や第２測定槽３２の気相部に接続した配管に設置されてもよい。
　また、第１測定装置１２及び第２測定装置１４は、ｐＨ調整剤供給装置を有する。ｐＨ調整剤供給装置は、例えば、アルカリ剤貯留槽３４、アルカリ剤供給ポンプ３６ａ，３６ｂ、アルカリ剤供給配管３８ａ，３８ｂを備えるアルカリ剤供給装置３９と、酸剤貯留槽４０、酸剤供給ポンプ４２ａ，４２ｂ、酸剤供給配管４４ａ，４４ｂを備える酸剤供給装置４５とを有する。ｐＨ計２６ａとアルカリ剤供給ポンプ３６ａ、及びｐＨ計２６ｂとアルカリ剤供給ポンプ３６ｂとは、有線または無線で電気的に接続されている。アルカリ剤供給ポンプ３６ａ，３６ｂは、例えば、ｐＨ計２６ａ，２６ｂのｐＨ値を読み取り、第１測定槽２４及び第２測定槽３２の槽内がアルカリ条件に保たれるように稼働する。なお、本実施形態では、１つのｐＨ調整剤供給装置を第１測定装置１２及び第２測定装置１４の両方に用いているが、第１測定装置１２及び第２測定装置１４それぞれに１つずつのｐＨ調整剤供給装置を用意してもよい。
　生物処理槽１０には配管４６ａが接続されている。配管４６ａには流量計１８及び被処理水供給ポンプ２０が設置されている。また、生物処理槽１０には配管４６ｂが接続されている。配管４６ａには、配管４６ｃの一端が接続され、第１測定槽２４には、配管４６ｃの他端が接続されている。また、第１測定槽２４には、配管４６ｄの一端が接続され、生物処理槽１０には、配管４６ｄの他端が接続されている。配管４６ｂには、配管４６ｅの一端が接続され、第２測定槽３２には、配管４６ｅの他端が接続されている。また、第２測定槽３２には、配管４６ｆの一端が接続され、生物処理槽１０には、配管４６ｆの他端が接続されている。アルカリ剤貯留槽３４にはアルカリ剤供給配管３８ａの一端が接続され、第１測定槽２４にはアルカリ剤供給配管３８ａの他端が接続されている。また、アルカリ剤貯留槽３４にはアルカリ剤供給配管３８ｂの一端が接続され、第２測定槽３２にはアルカリ剤供給配管３８ｂの他端が接続されている。アルカリ剤供給配管３８ａにはアルカリ剤供給ポンプ３６ａが設置され、アルカリ剤供給配管３８ｂにはアルカリ剤供給ポンプ３６ｂが設置されている。酸剤貯留槽４０には酸剤供給配管４４ａの一端が接続され、第１測定槽２４には酸剤供給配管４４ａの他端が接続されている。また、酸剤貯留槽４０には酸剤供給配管４４ｂの一端が接続され、第２測定槽３２には酸剤供給配管４４ｂの他端が接続されている。酸剤供給配管４４ａには酸剤供給ポンプ４２ａが設置され、酸剤供給配管４４ｂには、酸剤供給ポンプ４２ｂが設置されている。
　制御装置１６は、有線または無線の電気的接続等によって、アンモニアガス濃度計２８ａ，２８ｂ、流量計１８、被処理水供給ポンプ２０と接続されている。制御装置１６は、例えば、プログラムを演算するＣＰＵ、プログラムや演算結果を記憶するＲＯＭおよびＲＡＭから構成されるマイクロコンピュータと電子回路等で構成され、ＲＯＭ等に記憶された所定のプログラムを読み出し、当該プログラムを実行して、水処理装置１の動作を制御する。詳細は後述するが、例えば、アンモニアガス濃度計２８ａ，２８ｂにより測定されたアンモニアガス濃度に基づいて、被処理水供給ポンプ２０の稼働を制御する。
　本実施形態に係る水処理装置１の動作の一例について説明する。
　被処理水供給ポンプ２０を稼働させ、アンモニア態窒素が溶存された被処理水を配管４６ａから、生物処理槽１０に流入させる。生物処理槽１０内では、散気装置２２によって空気等の酸素含有気体の供給が行われ、被処理水と微生物を含む汚泥とが混合される。生物処理槽１０内では、被処理水中のアンモニア態窒素が、好気条件で、微生物によって生物処理（例えば、硝化処理）される。生物処理槽１０による生物処理工程は、硝化処理のみに限定されず、硝化処理を含む生物処理であればよい。生物処理槽１０内で生物処理された処理水は、配管４６ｂから排出される。
　また、本実施形態では、配管４６ａを通る被処理水の一部が第１サンプル液として、配管４６ｃから第１測定槽２４に流入し、配管４６ｂを通る処理水の一部が第２サンプル液として、配管４６ｅから第２測定槽３２に流入する。ｐＨ計２６ａ，２６ｂにより第１サンプル液及び第２サンプル液のｐＨが随時測定され、測定されたｐＨ値に基づいて、アルカリ剤供給ポンプ３６ａ，３６ｂが稼働する。アルカリ剤供給ポンプ３６ａ，３６ｂの稼働により、アルカリ剤貯留槽３４から第１測定槽２４及び第２測定槽３２に所定量のアルカリ剤が供給され、第１測定槽２４及び第２測定槽３２それぞれの槽内がアルカリ性条件に保たれる。なお、第１測定槽２４では、第１サンプル液とアルカリ剤が撹拌機３０により撹拌され、第２測定槽３２では、第２サンプル液とアルカリ剤が撹拌機３０により撹拌される。
　第１測定槽２４では、アルカリ性条件にして、第１サンプル液中に溶存しているアンモニア態窒素をアンモニアガス（ＮＨ３）として気相部に移行させて、アンモニアガス濃度計２８ａによりアンモニアガス濃度Ｃ１を測定する（第１測定工程）。また、第２測定槽３２でも同様に、アルカリ性条件にして、第２サンプル液中に溶存しているアンモニア態窒素の一部をアンモニアガス（ＮＨ３）として気相部に移行させて、アンモニアガス濃度計２８ｂによりアンモニアガス濃度Ｃ２を測定する（第２測定工程）。
　図３は、第１測定装置及び第２測定装置の他の一例を示す概略構成図である。図３に示す第１測定装置１２及び第２測定装置１４は、ｐＨ計を具備していない。第１測定装置１２及び第２測定装置１４では、流入水量に対し一定の比率でアルカリ剤を添加し、槽内をアルカリ性条件として、アンモニアガス濃度Ｃ１及びアンモニアガス濃度Ｃ２を測定する。
　サンプル液中においてアンモニア態窒素は、ＮＨ３及びＮＨ４ ＋として存在し、平衡関係は下式で表せられる。
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　図４に、ＮＨ３およびＮＨ４ ＋の各ｐＨにおける存在比を示す。ＮＨ４ ＋の酸解離定数（ｐＫａ）は９．２５であり、溶存アンモニア態窒素におけるＮＨ３の存在比はｐＨ８において８％、ｐＨ９において３６％、ｐＨ１０において８５％、ｐＨ１１において９８％である。溶存しているＮＨ３の一部はアンモニアガス（ＮＨ３ガス）として揮発する。ＮＨ３の存在比率が高いとアンモニアガスとして揮発するＮＨ３の量も多くなる。測定槽内は、アルカリ性条件であればよいが、溶存するアンモニア態窒素が低濃度でも、アンモニアガスをアンモニアガス濃度計により容易に測定できる点で、測定槽内のｐＨを１０以上にすることが好ましく、１１以上にすることがより好ましい。
　制御装置１６は、アンモニアガス濃度Ｃ１及びＣ２に基づいて、生物処理槽１０における生物処理の運転を制御する（制御工程）。ここで、アンモニアガス濃度計２８ａ，２８ｂにより測定されたアンモニアガス濃度Ｃ１及びＣ２に関して、例えば、アンモニアガス濃度Ｃ１に比べてアンモニアガス濃度Ｃ２が小さければ、処理水中のアンモニア態窒素が十分に除去されていると言えるため、生物処理が正常に行われていると推定されるが、両者の差がほとんどなければ、生物処理は進行しておらず、異常であると推定される。例えば、制御装置１６は、アンモニアガス濃度Ｃ１とＣ２の差が所定値以下である場合（或いは、Ｃ２／Ｃ１の比が所定値以上である場合）、生物処理が異常であると推定されるため、被処理水供給ポンプ２０の出力を下げ、生物処理槽１０へ供給される被処理水の流量を下げる。これにより、生物処理槽１０の流入アンモニア負荷が下がるため、アンモニア態窒素の処理能力を上げることが可能となる。その後、制御装置１６は、アンモニアガス濃度Ｃ１とＣ２の差が所定値を超えた場合（或いは、Ｃ２／Ｃ１の比が所定値未満となった場合）、生物処理が正常に行われていると推定されるため、被処理水供給ポンプ２０の出力を上げて、被処理水の流量を回復させる。なお、被処理水の流量制御は、被処理水供給ポンプ２０を制御する場合に限られず、例えば、配管４６ａに設置したバルブの開閉度により調整してもよい。
　生物処理反応の運転条件の制御項目は、生物処理槽１０へ流入する被処理水の流量に限定されず、例えば、生物処理槽１０内の温度、生物処理槽１０内のｐＨ、生物処理槽１０内の無機炭素濃度、生物処理槽１０内の汚泥濃度等が挙げられる。例えば、制御装置１６は、前述したように、アンモニアガス濃度Ｃ１及びＣ２から生物処理が異常であると推定される場合には、生物処理槽１０内に蒸気を供給する装置（不図示）を稼働させ、生物処理槽１０内に蒸気を供給して、生物処理槽１０内の温度を上げて、アンモニア態窒素の処理能力を上げてもよい。また、例えば、制御装置１６は、前述したように、アンモニアガス濃度Ｃ１及びＣ２から生物処理が異常であると推定される場合には、生物処理槽１０内にｐＨ調整剤を供給する装置（不図示）を稼働させて、生物処理槽１０内のｐＨを調整して（例えばｐＨ７．５～８．０）、槽内の無機炭素濃度を高め、アンモニア態窒素の処理能力を上げてもよい。また、制御装置１６は、前述したように、アンモニアガス濃度Ｃ１及びＣ２から生物処理が異常であると推定される場合には、生物処理槽１０内に重炭酸塩もしくは炭酸塩を供給する装置（不図示）を稼働させて、生物処理槽１０内の無機炭素濃度を高め、アンモニア態窒素の処理能力を上げてもよい。また、例えば、制御装置１６は、前述したように、アンモニアガス濃度Ｃ１及びＣ２から生物処理が異常であると推定される場合には、例えば、生物処理槽１０に生物汚泥を供給する装置（不図示）を稼働させて、生物処理槽１０内の生物汚泥量を高めて、アンモニア態窒素の処理能力を上げてもよい。また、その後、アンモニアガス濃度Ｃ１及びＣ２から生物処理反応が正常に行われていると推定された場合には、生物処理の運転条件を元の状態に戻す。なお、上記の運転条件の制御は一例であって、例えば、アンモニアガス濃度Ｃ１とＣ２の差や比の増減に応じて、運転条件を制御してもよい。
　このように、被処理水側から検知したアンモニアガス濃度及び生物処理した処理水側から検知したアンモニアガス濃度に基づいて、アンモニア態窒素が溶存した被処理水における生物処理の運転条件を制御することで、例えば、被処理水中のアンモニア態窒素濃度が変動しても、適切な生物処理の条件を設定することができるため、アンモニア態窒素が溶存された被処理水を安定に生物処理することができる。なお、本実施形態では、アンモニア態窒素が溶存した被処理水や処理水に非接触なアンモニアガス濃度計を使用しているため、濃度計のセンサ部の汚れやスケールを洗浄する必要がなく、保守管理が容易である。
　制御装置１６は、アンモニアガス濃度Ｃ２から推定される処理水中のアンモニア態窒素濃度Ｄ２を、アンモニアガス濃度Ｃ１から推定される被処理水中のアンモニア態窒素濃度Ｄ１で除することにより求められるアンモニア除去率に基づいて、生物処理の運転条件を制御してもよい。以下に、制御方法の一例を説明する。制御装置１６に、溶存アンモニア態窒素濃度とアンモニアガス濃度との相関情報を予め記憶させておく。そして、制御装置１６は、当該相関情報を使用して、アンモニアガス濃度計２８ａにより検出されたアンモニアガス濃度Ｃ１から溶存アンモニア態窒素濃度を求める（これを被処理水中のアンモニア態窒素濃度Ｄ１とする）。また、制御装置１６は、当該相関情報を使用して、アンモニアガス濃度計２８ｂにより検出されたアンモニアガス濃度Ｃ２から溶存アンモニア態窒素濃度を求める（これを処理水中のアンモニア態窒素濃度Ｄ２とする）。制御装置１６は、処理水中のアンモニア態窒素濃度Ｄ２を被処理水中のアンモニア態窒素濃度Ｄ１で除して（Ｄ２／Ｄ１）、アンモニア除去率（１－Ｄ２／Ｄ１）を求める。制御装置１６は、アンモニア除去率が予め設定した計画値から外れる場合には、生物処理の運転条件について、例えば、前述した生物処理が異常であると推定される場合と同様の制御を行う。その後、制御装置１６は、アンモニア除去率が予め設定した計画値の範囲になった場合に、生物処理の運転条件を元の状態に戻す。なお、制御装置１６は、アンモニア除去率の増減に応じて、生物処理の運転条件を制御してもよい。
　制御装置１６は、アンモニア除去率、及び被処理水中のアンモニア態窒素濃度Ｄ１に生物処理槽１０に流入する被処理水の流量を乗じることにより求められる流入アンモニア負荷に基づいて、生物処理の運転条件を制御してもよい。以下に、制御方法の一例を説明する。制御装置１６は、前述したように、被処理水中のアンモニア態窒素濃度Ｄ１及び処理水中のアンモニア態窒素濃度Ｄ２から、アンモニア除去率を算出する。また、制御装置１６は、流量計１８により検出された被処理水の流量に被処理水中のアンモニア態窒素濃度Ｄ１を乗じて、流入アンモニア負荷を算出する。制御装置１６は、アンモニア除去率及び流入アンモニア負荷それぞれが、予め設定した計画値から外れる場合には、生物処理の運転条件について、例えば、前述した生物処理が異常であると推定される場合と同様の制御を行う。その後、制御装置１６は、アンモニア除去率及び流入アンモニア負荷それぞれが、予め設定した計画値の範囲になった場合に、生物処理反応の運転条件を元の状態に戻す。なお、制御装置１６は、アンモニア除去率の増減及び流入アンモニア負荷の増減に応じて、生物処理の運転条件を制御してもよい。
　アンモニア除去率の計画値は、例えば、９０％～１００％の範囲であることが好ましく、９５％～１００％の範囲であることがより好ましい。流入アンモニア負荷の計画値は、活性汚泥法では例えば０．１～０．３ｋｇ－Ｎ／ｍ３／ｄａｙの範囲であることが好ましく、生物膜法（例えば固定床式や流動床式）やグラニュール法では例えば０．５～１．０ｋｇ－Ｎ／ｍ３／ｄａｙの範囲であることが好ましい。
　以下に、生物処理槽１０、第１測定装置１２及び第２測定装置１４について詳述する。なお、以下では、測定装置と称する場合には、第１測定装置１２及び第２測定装置１４のうちの少なくともいずれか一方を指し、測定槽と称する場合には、第１測定槽２４及び第２測定槽３２ののうちの少なくともいずれか一方を指すこととする。
　生物処理槽１０は、アンモニア態窒素が溶存された被処理水を生物処理することができれば如何なる態様のものでもよい。例えば、活性汚泥法、膜分離活性汚泥法（ＭＢＲ）、固定床または流動床による生物膜法、あるいはグラニュール法等によりアンモニア態窒素が溶存された被処理水を生物処理する生物処理槽等が挙げられる。また、アンモニア態窒素が溶存された被処理水の生物処理は、例えば、硝化法、硝化脱窒法、循環式硝化脱窒法、嫌気的アンモニア酸化法（例えば、アナモックス法）等が挙げられる。生物処理槽１０は、単一の槽に限定されず、後述するように、複数の槽から構成されていてもよい。
　測定装置を構成する測定槽は、覆蓋されていることが好ましい。測定槽が覆蓋されていることで、空気の混入によるアンモニアガス濃度の希釈が抑制され、アンモニアガス濃度計によるアンモニアガス検出感度を高めることができる。
　測定槽にヒータを設置して、測定槽内を加温することが好ましい。これにより、測定槽内の気相部のアンモニアガス濃度を高めることができる。また、測定槽内の気相部をブロワーによって循環させてもよい。この場合には、測定槽を完全に密閉することが望ましい。測定槽内への空気の混入を防ぐために、第１測定槽２４に接続された配管４６ｄや第２測定槽３２に接続された配管４６ｆは水封されていることが好ましい。例えば、配管４６ｄや配管４６ｆに、水を溜めた水槽を設けたり、配管４６ｄや配管４６ｆを生物処理槽１０の水面より下まで伸ばしたり、配管４６ｄや配管４６ｆをＳ字型にしたりして、これらの配管を水封する。
　第１測定槽２４への第１サンプル液の流入、第２測定槽３２への第２サンプル液の流入は、それぞれ連続的であっても、間欠的であってもよい。
　第１測定槽２４の水理学的滞留時間、第２測定槽３２の水理学的滞留時間はそれぞれ、生物処理槽１０の水理学的滞留時間の１／４以下であることが好ましい。測定槽の水理学的滞留時間を生物処理槽１０の水理学的滞留時間の１／４以下とすることで、例えば、生物処理槽１０での生物処理の異常をより速やかに検知できる。
　アンモニアガス濃度計２８ａ，２８ｂの結露を避けるため、アンモニアガス濃度計２８ａ，２８ｂの前にミストセパレータを設置してもよい。アンモニアガス濃度計２８ａ，２８ｂとしては、例えば、電気化学式、半導体式、又は接触燃焼式のアンモニアガス濃度計が挙げられる。アンモニアガス濃度の測定は、オンラインで行ってもよいし、マニュアル（手動）で行ってもよい。
　アルカリ性条件下で、第１測定槽２４から排出される第１サンプル液や第２測定槽３２から排出される第２サンプル液は、生物処理槽１０へ返送させることが好ましい。生物処理槽１０では、例えば、上記式１の通り、アルカリが消費される。したがって、第１測定槽２４から排出される第１サンプル液及び第２測定槽３２から排出される第２サンプル液を、配管４６ｄ及び４６ｆから生物処理槽１０へ返送することで、生物処理槽１０にアルカリを補給できる。アンモニアガス測定のために測定槽へ供給するアルカリ剤は、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム等が挙げられる。
　第１測定槽２４及び第２測定槽３２の槽内にはスケールが析出する場合があるため、槽内を定期的に洗浄することが好ましい。例えば、酸剤供給ポンプ４２ａ，４２ｂを定期的に稼働させ（例えば、１日に１回）、酸剤貯留槽４０から第１測定槽２４及び第２測定槽３２に所定量の酸剤を供給して、スケールを除去し、槽内を洗浄する。
　測定槽に酸剤を供給して、槽内を洗浄した後の排水については、例えば、脱窒槽に供給することが好ましい。脱窒槽では、上記式２の通り、アルカリが生成されるため、測定槽内のスケール洗浄後の排水を脱窒槽に供給することで、脱窒槽に酸を補給できる。槽内洗浄のために測定槽に供給する酸は、例えば、塩酸、硫酸、硝酸、リン酸、クエン酸、シュウ酸、乳酸、アスコルビン酸、リンゴ酸などが挙げられる。これらの中では、少量の添加でｐＨを低下させられる塩酸或いは硝酸が好ましい。
　図５は、本実施形態に係る水処理装置の他の一例を示す概略構成図である。図５に示す水処理装置２において、図１に示す水処理装置１と同様の構成については同一の符号を付している。図５に示す水処理装置２では、前述した第１測定装置及び第２測定装置を兼用する単一測定装置５０を備える。単一測定装置５０は、第１測定槽及び第２測定槽を兼用する単一測定槽５２を有する。なお、図５では、単一測定装置５０を構成する単一測定槽５２のみを描画し、それ以外の構成については不図示とするが、前述した第１測定装置や第２測定装置と同様に、例えば、ｐＨ計、アンモニアガス濃度計、撹拌機、アルカリ剤供給装置、酸剤供給装置等を備えている。
　図５に示すように、配管４６ａには配管４６ｋの一端が接続され、単一測定槽５２には配管４６ｋの他端が接続されている。配管４６ｂには配管４６ｍの一端が接続され、単一測定槽５２には配管４６ｍの他端が接続されている。単一測定槽５２には配管４６ｎの一端が接続され、生物処理槽１０には配管４６ｎの他端が接続されている。
　図５に示す水処理装置２では、例えば、以下のようにしてアンモニアガス濃度が測定される。まず、配管４６ａを通る被処理水の一部が第１サンプル液として、配管４６ｋから単一測定槽５２に流入する。そして、ｐＨ計により第１サンプル液のｐＨが随時測定され、測定されたｐＨ値に基づいて、アルカリ剤供給装置から、所定量のアルカリ剤が単一測定槽５２に供給され、槽内がアルカリ性条件に保たれる。単一測定槽５２では、アルカリ性条件にして、第１サンプル液中に溶存しているアンモニア態窒素の一部をアンモニアガスとして気相部に移行させて、アンモニアガス濃度計によりアンモニアガス濃度Ｃ１を測定する。所定時間経過後、単一測定槽５２への第１サンプル液の供給を停止して、アンモニアガス濃度Ｃ１の測定を終了する。次に、配管４６ｂを通る処理水の一部が第２サンプル液として、配管４６ｍから単一測定槽５２に流入し、単一測定槽５２内の第１サンプル液を第２サンプル液に置き換える。槽内の第１サンプル液が第２サンプル液に置き換わった段階で、前述と同様に、槽内をアルカリ性条件にして、第２サンプル液中に溶存しているアンモニア態窒素の一部をアンモニアガスとして気相部に移行させて、アンモニアガス濃度計によりアンモニアガス濃度Ｃ２を測定する。このように、図５に示す水処理装置２では、単一測定槽５２内でアンモニアガス濃度Ｃ１及びＣ２の測定を所定時間毎に繰り返し行う。
　図６は、本実施形態に係る水処理装置の他の一例を示す概略構成図である。図６に示す水処理装置３において、図１に示す水処理装置１と同様の構成については同値の符号を付している。図６に示す水処理装置３は、複数の生物処理槽を有する。図６に示すように、生物処理槽１０ａと生物処理槽１０ｂとは配管４６ｐにより接続されている。図６に示す水処理装置３では、最前段の生物処理槽１０ａに流入する被処理水の一部を第１サンプル液として、第１測定槽２４に流入させ、アンモニアガス濃度Ｃ１を測定する。また、最後段の生物処理槽１０ｂから排出される処理水の一部を第２サンプル液として、第２測定槽３２に流入させ、アンモニアガス濃度Ｃ２を測定する。
［実験例１］
　液相部容積が１Ｌ、気相部容積が０．４Ｌであり、覆蓋した測定槽に、アンモニア態窒素（１～５０ｍｇ－Ｎ／Ｌ）、カルシウム（４００ｍｇ－Ｃａ／Ｌ）、無機炭素（２０ｍｇ－Ｃ／Ｌ）、リン（１ｍｇ－Ｐ／Ｌ）、微量金属を含む模擬排水を、水理学的滞留時間（ＨＲＴ）が１０分となるように流入させた。そして、測定槽内のｐＨが１１以上となるように、２５％水酸化ナトリウムを測定槽へ添加し、攪拌により完全混合させた。水温は２０～２３oＣとし、大気圧下で、模擬排水を流入させてから３０分後に、測定槽の気相部に移行したアンモニアガス濃度をアンモニアガスセンサにより測定した。また、模擬排水中のアンモニア態窒素濃度はインドフェノール青吸光光度法により測定した。
　図７に、実験例１の模擬排水中のアンモニア態窒素濃度と気相部中のアンモニアガス濃度の関係を示す。図７に示すように、模擬排水中のアンモニア態窒素濃度と気相部中のアンモニアガス濃度には正の相関関係（決定係数Ｒ２＝０．９９５６）がある。したがって、近似式を用いて気相部中のアンモニアガス濃度から、模擬排水中のアンモニア態窒素濃度を算出できることがわかる。
［実験例２］
　アンモニア態窒素濃度２０ｍｇ－Ｎ／Ｌ、カルシウム濃度０～４００ｍｇ－Ｃａ／Ｌを含む模擬排水を測定槽へ流入させた。その他の条件は実験例１と同一とした。
　図８に、実験例２の模擬排水中のカルシウム濃度（０～４００ｍｇ－Ｃａ／Ｌ）に対する気相部中のアンモニアガス濃度を示した。図８に示すように、模擬排水中のカルシウム濃度が変わっても、気相部中のアンモニア濃度にはほとんど影響がない。このように、気相部中のアンモニアガス濃度は、模擬排水中のカルシウム濃度に非依存的であるため、アンモニアガス濃度を測定する際には、排水からカルシウムを除去する前処理を実施しなくてもよい。
［実験例３］
　アンモニア態窒素濃度２０ｍｇ－Ｎ／Ｌを含む模擬排水を測定槽へＨＲＴが１０分となるように流入させた。流入開始０分、５分、１０分、１５分、３０分、４５分、６０分後に、気相部中のアンモニアガス濃度を測定した。その他の条件は実験例１と同一とした。
［実験例４］
　アンモニア態窒素濃度２０ｍｇ－Ｎ／Ｌを含む模擬排水を測定槽へＨＲＴが５分となるように流入させた。流入開始０分、２．５分、５分、１０分、１５分、２０分、３０分後に、気相部中のアンモニアガス濃度を測定した。その他の条件は実験例１と同一とした。
　図９に、実験例３及び４における気相部中のアンモニアガス濃度の時間変化を示す。図９に示すように、気相部中のアンモニアガス濃度が最大値に達するには、測定槽のＨＲＴの４倍の時間を要する。少なくとも生物処理槽の１ＨＲＴ内に１回以上はＮＨ３ガス濃度が最大値に達することが好ましいため、測定槽のＨＲＴは生物処理槽のＨＲＴの１／４以下に設定するのが好ましい。測定槽のＨＲＴは、測定槽への模擬排水の流入量を制御することで増減できる。測定槽は生物処理槽よりも十分に小さければ、模擬排水の流入量が少なくてもよく、測定槽へ模擬排水を供給するポンプを小型化できる。
［実験例５］
　アンモニア態窒素を含有する半導体工場排水を測定槽へ流入させた。その他の条件は実験例１と同一とした。インドフェノール青吸光光度法で測定した半導体工場排水中のアンモニア態窒素濃度の実測値と、気相部中のアンモニアガス濃度の測定値から、実験例１のように本排水を用いて相関関係を確認し、得られた近似式を使用して算出したアンモニア態窒素濃度の値の誤差率は１３％であった。この結果から、排水をろ過処理しないで測定した気相部中のアンモニアガス濃度を、半導体工場排水中のアンモニア態窒素濃度の算出に利用できる。
［実験例６］
　スポンジ状担体を充填した硝化槽に、実験例１で使用した模擬排水を供給して生物処理を行った。そして、硝化槽から排出された処理水を、測定槽に流入させた。その他の条件は実験例１と同一とした。
　処理水中の浮遊物質量（Ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ　ｓｏｌｉｄ：ＳＳ）は１８ｍｇ／Ｌ、インドフェノール青吸光光度法で測定したアンモニア態窒素濃度は１７．９ｍｇ－Ｎ／Ｌであった。測定槽の気相部中のアンモニアガス濃度は１４．５ｐｐｍであったため、実験例１で求めた近似式を用いて排水中のアンモニア態窒素濃度を算出すると１８．２ｍｇ－Ｎ／Ｌとなった。インドフェノール青吸光光度法で求めた実測値と、気相部アンモニアガス濃度から算出した値の誤差率は１．６％であった。
［実験例７］
　半回分式活性汚泥窒素除去法により生物処理を行う硝化槽に、実験例１で使用した模擬排水を供給して生物処理を行った。そして、硝化槽から排出された処理水を、測定槽に流入させた。その他の条件は実験例１と同一とした。
　処理水中のＳＳは１７００ｍｇ／Ｌ、インドフェノール青吸光光度法で測定したアンモニア態窒素濃度は１２．９ｍｇ－Ｎ／Ｌであった。測定槽の気相部中のアンモニアガス濃度は９．５ｐｐｍであったため、実験例１で求めた近似式を用いて排水中のアンモニア態窒素濃度を算出すると１１．９ｍｇ－Ｎ／Ｌとなった。インドフェノール青吸光光度法で求めた実測値と、気相部アンモニアガス濃度から算出した値の誤差率は７．６％であった。この結果から、ろ過処理なしに測定した気相部中のアンモニアガス濃度を、処理水中のアンモニア態窒素濃度の算出に利用できると言える。
［実験例８］
　実験例１で使用した測定槽に２０％塩酸を添加し、槽内ｐＨを２以下にして、５分間、槽内を攪拌した。その結果、アルカリ性条件で析出した槽内のスケールは溶解した。
［実験例９］
　アンモニア態窒素濃度２０ｍｇ－Ｎ／Ｌを含む模擬排水を、覆蓋されていない測定槽へ流入させた。その他の条件は実施例１と同一とした。
　図１０に、実験例１の覆蓋されている測定槽の気相部中のアンモニアガス濃度の測定結果と、実験例９の覆蓋されていない測定槽の気相部中のアンモニアガス濃度の測定結果を示す。図１０に示すように、覆蓋されている測定槽を使用して、気相部中のアンモニアガス濃度を測定する方が、アンモニアガスの希釈が抑制される。
［付記］
（１）
　生物処理槽において、アンモニア態窒素が溶存された被処理水を生物処理する生物処理工程と、
　前記生物処理槽に流入する前記被処理水の一部を第１サンプル液として第１測定槽に流入させ、アルカリ性条件下で、前記第１サンプル液に溶存しているアンモニア態窒素をアンモニアガスとして前記第１測定槽の気相部に移行させて、アンモニアガス濃度Ｃ１を測定する第１測定工程と、
　前記生物処理槽で生物処理された処理水の一部を第２サンプル液として第２測定槽に流入させ、アルカリ性条件下で、前記第２サンプル液に溶存しているアンモニア態窒素をアンモニアガスとして前記第２測定槽の気相部に移行させて、アンモニアガス濃度Ｃ２を測定する第２測定工程と、
　前記アンモニアガス濃度Ｃ１及び前記アンモニアガス濃度Ｃ２に基づいて、前記生物処理工程の運転条件を制御する制御工程と、を有することを特徴とする水処理方法。
（２）
　前記制御工程は、前記アンモニアガス濃度Ｃ２から推定される処理水中のアンモニア態窒素濃度を、前記アンモニアガス濃度Ｃ１から推定される被処理水中のアンモニア態窒素濃度で除することにより求められるアンモニア除去率に基づいて、前記生物処理工程の運転条件を制御することを特徴とする上記（１）に記載の水処理方法。
（３）
　前記生物処理槽に流入する前記被処理水の流量を測定する流量測定工程を有し、
　前記制御工程は、前記アンモニア除去率、及び前記被処理水中のアンモニア態窒素濃度に前記被処理水の流量を乗じることにより求められる流入アンモニア負荷に基づいて、前記生物処理工程の運転条件を制御することを特徴とする上記（２）に記載の水処理方法。
（４）
　前記第１測定槽の水理学的滞留時間、及び前記第２測定槽の水理学的滞留時間はそれぞれ、前記生物処理槽の水理学的滞留時間の１／４以下であることを特徴とする上記（１）～（３）のいずれか１つに記載の水処理方法。
（５）
　前記生物処理工程の運転条件は、前記生物処理槽に流入する前記被処理水の流量、前記生物処理槽内の温度、前記生物処理槽内のｐＨ、前記生物処理槽内の無機炭素濃度、前記生物処理槽内の汚泥濃度のうちの少なくともいずれか１つを含むことを特徴とする上記（１）～（４）のいずれか１つに記載の水処理方法。
（６）
　アンモニア態窒素が溶存された被処理水を生物処理する生物処理槽と、
　第１測定槽を有し、前記生物処理槽に流入する前記被処理水の一部を第１サンプル液として前記第１測定槽に流入させ、アルカリ性条件下で、前記第１サンプル液に溶存しているアンモニア態窒素をアンモニアガスとして前記第１測定槽の気相部に移行させて、アンモニアガス濃度Ｃ１を測定する第１測定装置と、
　第２測定槽を有し、前記生物処理槽で生物処理された処理水の一部を第２サンプル液として前記第２測定槽に流入させ、アルカリ性条件下で、前記第２サンプル液に溶存しているアンモニア態窒素をアンモニアガスとして前記第２測定槽の気相部に移行させて、アンモニアガス濃度Ｃ２を測定する第２測定装置と、
　前記アンモニアガス濃度Ｃ１及び前記アンモニアガス濃度Ｃ２に基づいて、前記生物処理槽における前記生物処理の運転条件を制御する制御装置と、を有することを特徴とする水処理装置。
（７）
　前記制御装置は、前記アンモニアガス濃度Ｃ２から推定される処理水中のアンモニア態窒素濃度を、前記アンモニアガス濃度Ｃ１から推定される被処理水中のアンモニア態窒素濃度で除することにより求められるアンモニア除去率に基づいて、前記生物処理槽における前記生物処理の運転条件を制御することを特徴とする上記（６）に記載の水処理装置。
（８）
　前記生物処理槽に流入する前記被処理水の流量を測定する流量測定手段を有し、
　前記制御装置は、前記アンモニア除去率、及び前記被処理水中のアンモニア態窒素濃度に前記被処理水の流量を乗じることにより求められる流入アンモニア負荷に基づいて、前記生物処理槽における前記生物処理の運転条件を制御することを特徴とする上記（７）に記載の水処理装置。
（９）
　前記第１測定槽の水理学的滞留時間、前記第２測定槽の水理学的滞留時間はそれぞれ、前記生物処理槽の水理学的滞留時間の１／４以下であることを特徴とする上記（６）～（８）のいずれか１つに記載の水処理装置。
（１０）
　前記生物処理槽における前記生物処理の運転条件は、前記生物処理槽に流入する前記被処理水の流量、前記生物処理槽内の温度、前記生物処理槽内のｐＨ、前記生物処理槽内の無機炭素濃度、前記生物処理槽内の汚泥濃度のうちの少なくともいずれか１つを含むことを特徴とする上記（６）～（９）のいずれか１つに記載の水処理装置。
　次に、図１１～図１８を使用して、アンモニア態窒素が溶存された被処理水を生物処理する際に、適切な量の栄養剤を供給することが可能な水処理方法及び水処理装置について説明する。本実施形態は本開示を実施する一例であって、本開示を限定するものではない。
　図１１は、本実施形態に係る水処理装置の一例を示す概略構成図である。図１１に示す水処理装置４は、生物処理槽１１０、測定装置１１２、制御装置１１６、流量計１１８、栄養剤供給装置１２０を有する。生物処理槽１１０は、硝化槽１１０ａ、脱窒槽１１０ｂ、及び酸化槽１１０ｃを備える。硝化槽１１０ａ及び酸化槽１１０ｃの底部には散気装置１２２が設置されている。また、脱窒槽１１０ｂには撹拌機１２３が設置されている。なお、図１１に示す測定装置１１２については、測定槽１２４のみを描画し、その他の構成については省略している。
　図１２は、測定装置の一例を示す概略構成図である。測定装置１１２は、測定槽１２４、ｐＨ計１２６、アンモニアガス濃度計１２８、撹拌機１３０を有する。アンモニアガス濃度計１２８は測定槽１２４の気相部に設置されている。アンモニアガス濃度計１２８は、測定槽１２４の気相部に接続した配管に設置されてもよい。
　また、測定装置１１２は、ｐＨ調整剤供給装置を有する。ｐＨ調整剤供給装置は、例えば、アルカリ剤貯留槽１３４、アルカリ剤供給ポンプ１３６、アルカリ剤供給配管１３８を備えるアルカリ剤供給装置１３９と、酸剤貯留槽１４０、酸剤供給ポンプ１４２、酸剤供給配管１４４を備える酸剤供給装置１４５とを有する。ｐＨ計１２６とアルカリ剤供給ポンプ１３６とは、有線または無線で電気的に接続されている。アルカリ剤供給ポンプ１３６は、例えば、ｐＨ計１２６のｐＨ値を読み取り、測定槽１２４の槽内がアルカリ条件に保たれるように稼働する。
　硝化槽１１０ａには、配管１４６ａが接続されている。配管１４６ａには、流量計１１８が設置されている。また、硝化槽１１０ａには、配管１４６ｂの一端が接続され、脱窒槽１１０ｂには、配管１４６ｂの他端が接続されている。また、脱窒槽１１０ｂには、配管１４６ｃの一端が接続され、酸化槽１１０ｃには、配管１４６ｃの他端が接続されている。また、酸化槽１１０ｃには、配管１４６ｄが接続されている。配管１４６ａには、配管１４６ｅの一端が接続され、測定槽１２４には、配管１４６ｅの他端が接続されている。また、測定槽１２４には、配管１４６ｆの一端が接続され、硝化槽１１０ａには、配管１４６ｆの他端が接続されている。
　アルカリ剤貯留槽１３４にはアルカリ剤供給配管１３８の一端が接続され、測定槽１２４にはアルカリ剤供給配管１３８の他端が接続されている。アルカリ剤供給配管１３８にはアルカリ剤供給ポンプ１３６が設置されている。酸剤貯留槽１４０には酸剤供給配管１４４の一端が接続され、測定槽１２４には酸剤供給配管１４４の他端が接続されている。酸剤供給配管１４４には酸剤供給ポンプ１４２が設置されている。
　栄養剤供給装置１２０は、栄養剤貯留槽１５０ａ，１５０ｂ、栄養剤供給ポンプ１５２ａ，１５２ｂ、栄養剤供給配管１５４ａ，１５４ｂを備える。栄養剤貯留槽１５０ａには栄養剤供給配管１５４ａの一端が接続され、硝化槽１１０ａには栄養剤供給配管１５４ａの他端が接続されている。また、栄養剤貯留槽１５０ｂには栄養剤供給配管１５４ｂの一端が接続され、脱窒槽１１０ｂには栄養剤供給配管１５４ｂの他端が接続されている。栄養剤供給配管１５４ａには栄養剤供給ポンプ１５２ａが設置され、栄養剤供給配管１５４ｂには栄養剤供給ポンプ１５２ｂが設置されている。本実施形態の栄養剤供給装置１２０は、生物処理槽１１０に栄養剤を供給するように構成されていればよく、上記構成に限定されないが、図１１に示す生物処理槽１１０のように、硝化槽１１０ａ、脱窒槽１１０ｂ、酸化槽１１０ｃを備える場合には、硝化槽１１０ａ及び脱窒槽１１０ｂの少なくともいずれか一方に栄養剤を供給するように構成されていることが好ましい。栄養剤は、例えば、リン源、水素供与体、微量金属等である。
　制御装置１１６は、有線または無線の電気的接続等によって、アンモニアガス濃度計１２８、流量計１１８、及び栄養剤供給ポンプ１５２ａ，１５２ｂと接続されている。制御装置１１６は、例えば、プログラムを演算するＣＰＵ、プログラムや演算結果を記憶するＲＯＭおよびＲＡＭから構成されるマイクロコンピュータと電子回路等で構成され、ＲＯＭ等に記憶された所定のプログラムを読み出し、当該プログラムを実行して、水処理装置４の動作を制御する。詳細は後述するが、例えば、被処理水中のアンモニア態窒素濃度、及び被処理水流量に基づいて、栄養剤供給ポンプ１５２ａ，１５２ｂの稼働を制御する。
　本実施形態に係る水処理装置４の動作の一例について説明する。
　アンモニア態窒素が溶存された被処理水は生物処理槽１１０に流入し、生物処理される（生物処理工程）。例えば、アンモニア態窒素が溶存された被処理水が配管１４６ａから硝化槽１１０ａに流入する。硝化槽１１０ａ内では、散気装置１２２によって空気等の酸素含有気体の供給が行われ、被処理水と微生物を含む汚泥とが混合され、好気条件で、例えば上記式１の硝化処理が行われる。硝化処理中には、栄養剤供給ポンプ１５２ａが稼働されて、栄養剤貯留槽１５０ａ内の栄養剤が、栄養剤供給配管１５４ａから硝化槽１１０ａに適宜供給される（栄養剤供給工程）。硝化処理された処理水は配管１４６ｂから脱窒槽１１０ｂに流入する。脱窒槽１１０ｂ内では、撹拌機１２３により硝化処理された処理水と微生物を含む汚泥とが混合され、嫌気条件で、例えば上記式２の脱窒処理が行われる。脱窒処理中には、栄養剤供給ポンプ１５２ｂが稼働されて、栄養剤貯留槽１５０ｂ内の栄養剤が、栄養剤供給配管１５４ｂから脱窒槽１１０ｂに適宜供給される（栄養剤供給工程）。なお、栄養剤の供給量の制御については後述する。
　また、脱窒処理された処理水は、配管１４６ｃから酸化槽１１０ｃに流入する。酸化槽１１０ｃ内では、散気装置１２２によって空気等の酸素含有気体の供給が行われ、好気条件で、処理水中に含まれる有機物が除去される酸化処理が行われる。酸化槽１１０ｃで処理された処理水は、配管１４６ｄから排出される。
　また、本実施形態では、配管１４６ａを通る被処理水の一部がサンプル液として、配管１４６ｅから測定槽１２４に流入する。ｐＨ計１２６によりサンプル液のｐＨが随時測定され、測定されたｐＨ値に基づいて、アルカリ剤供給ポンプ１３６が稼働する。アルカリ剤供給ポンプ１３６の稼働により、アルカリ剤貯留槽１３４から測定槽１２４に所定量のアルカリ剤が供給され、測定槽１２４内がアルカリ性条件に保たれる。なお、測定槽１２４では、サンプル液とアルカリ剤が撹拌機１３０により撹拌される。
　測定槽１２４では、アルカリ性条件にして、サンプル液中に溶存しているアンモニア態窒素をアンモニアガス（ＮＨ３）として気相部に移行させて、アンモニアガス濃度計１２８によりアンモニアガス濃度を測定する（測定工程）。
　図１３は、測定装置１１２の他の一例を示す概略構成図である。図１３に示す測定装置１１２は、ｐＨ計を具備していない。測定装置１１２では、流入水量に対し一定の比率でアルカリ剤を添加し、槽内をアルカリ性条件として、アンモニアガス濃度計１２８によりアンモニアガス濃度を測定する。
　サンプル液中においてアンモニア態窒素は、ＮＨ３及びＮＨ４ ＋として存在し、平衡関係は下式で表せられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
　図１４に、ＮＨ３およびＮＨ４ ＋の各ｐＨにおける存在比を示す。ＮＨ４ ＋の酸解離定数（ｐＫａ）は９．２５であり、溶存アンモニア態窒素におけるＮＨ３の存在比はｐＨ８において８％、ｐＨ９において３６％、ｐＨ１０において８５％、ｐＨ１１において９８％である。溶存しているＮＨ３の一部はアンモニアガス（ＮＨ３ガス）として揮発する。ＮＨ３の存在比率が高いとアンモニアガスとして揮発するＮＨ３の量も多くなる。測定槽内は、アルカリ性条件であればよいが、溶存するアンモニア態窒素が低濃度でも、アンモニアガスをアンモニアガス濃度計により容易に測定できる点で、測定槽内のｐＨを１０以上にすることが好ましく、１１以上にすることがより好ましい。
　制御装置１１６は、アンモニアガス濃度から推定される被処理水中のアンモニア態窒素濃度、及び被処理水の流量に基づいて、生物処理槽に供給する栄養剤の供給量を制御する（制御工程）。以下に、制御方法の一例を説明する。
　制御装置１１６には、溶存アンモニア態窒素濃度とアンモニアガス濃度との相関情報を予め記憶させておく。そして、制御装置１１６は、当該相関情報を使用して、アンモニアガス濃度計１２８により検出されたアンモニアガス濃度から、溶存アンモニア態窒素濃度を求める（これを被処理水中のアンモニア態窒素濃度とする）。流量計１１８により、配管１４６ａを流れる被処理水の流量が測定され（流量測定工程）、制御装置１１６に送信される。制御装置１１６は、被処理水中のアンモニア態窒素濃度と、流量計１１８により検出された被処理水の流量から、栄養剤の最適な添加量を計算する。例えば、硝化槽１１０ａでアンモニア態窒素が全て硝酸態窒素まで酸化され、栄養剤として水素供与体としてのメタノールを用いる場合、メタノールを被処理水中のアンモニア態窒素量の３倍量が栄養剤の最適な添加量として好ましい。制御装置１１６は、例えば、脱窒槽１１０ｂに供給するメタノールの添加量として、アンモニアガス濃度から推定される被処理水中のアンモニア態窒素濃度×被処理水流量×３（好ましくは３倍であるが、３倍に限定されない）として算出する。同様に硝化槽に添加する微量金属であれば、被処理水中のアンモニア態窒素濃度×被処理水流量×硝化用の所定倍率から算出して添加すればよい。リン源も同様に、被処理水中のアンモニア量からあらかじめ決定しておいた硝化用、脱窒用それぞれの所定倍率を乗じて添加量を決定すればよい。制御装置１１６は、栄養剤供給ポンプ１５２ａ，１５２ｂをインバータ制御して、算出した添加量分の栄養剤を、硝化槽１１０ａ及び脱窒槽１１０ｂに供給する。なお、被処理水中に栄養剤が含まれている場合には、上記算出した栄養剤の添加量から被処理水中に含有している分の栄養剤を差し引いた量の栄養剤を供給することが好ましい。被処理水中の栄養物剤の濃度は手分析された値でもよいし、オンラインセンサーで取得した値でもよい。
　また、制御方法の他の一例を説明する。例えば、制御装置１１６は、前述したように、アンモニアガス濃度計１２８により検出されたアンモニアガス濃度から被処理水中のアンモニア態窒素濃度を算出する。そして、制御装置１１６は、被処理水中のアンモニア態窒素濃度に、流量計１１８により検出された被処理水の流量を乗じることにより求められる流入アンモニア負荷が、予め設定した計画値から外れた場合には、栄養剤供給ポンプ１５２ａ，１５２ｂを稼働させて、栄養剤の供給を開始する。或いは、制御装置１１６は、流入アンモニア負荷が、予め設定した計画値から外れた場合には、栄養剤供給ポンプ１５２ａ，１５２ｂの出力を上げて、栄養剤の供給量を上げる。その後、制御装置１１６は、流入アンモニア負荷が、予め設定した計画値の範囲になった場合に、栄養剤供給ポンプ１５２ａ，１５２ｂの稼働を停止したり、或いは栄養剤供給ポンプ１５２ａ，１５２ｂの出力を下げたりして、栄養剤の供給を元の状態に戻す。なお、制御装置１１６は、流入アンモニア負荷の増減に応じて栄養剤の供給量が増減するように、栄養剤供給ポンプ１５２ａ，１５２ｂをインバータ制御してもよい。流入アンモニア負荷の計画値は、活性汚泥法では例えば０．１～０．３ｋｇ－Ｎ／ｍ３／ｄａｙの範囲であることが好ましく、生物膜法（例えば固定床式や流動床式）やグラニュール法では例えば０．５～１．０ｋｇ－Ｎ／ｍ３／ｄａｙの範囲であることが好ましい。
　このように、被処理水側から検知したアンモニアガス濃度により推定される被処理水中のアンモニア態窒素濃度及び生物処理槽に流入する被処理水の流量に基づいて、生物処理槽への栄養剤の供給量を制御することで、例えば、被処理水中のアンモニア態窒素濃度が変動しても、その濃度変動を速やかに把握して、適切な量の栄養剤を供給することができる。その結果、アンモニア態窒素が溶存された被処理水を安定に生物処理することが可能となる。なお、本実施形態では、アンモニア態窒素が溶存した被処理水や処理水に非接触なアンモニアガス濃度計を使用しているため、濃度計のセンサ部の汚れやスケールを洗浄する必要がなく、保守管理が容易である。
　以下に、生物処理槽１１０、測定装置１１２、栄養剤等について詳述する。
　生物処理槽１１０は、アンモニア態窒素が溶存された被処理水を生物処理することができれば如何なる態様のものでもよい。例えば、活性汚泥法、膜分離活性汚泥法（ＭＢＲ）、固定床または流動床による生物膜法、あるいはグラニュール法等によりアンモニア態窒素が溶存された被処理水を生物処理する生物処理槽等が挙げられる。また、アンモニア態窒素が溶存された被処理水の生物処理は、例えば、硝化法、硝化脱窒法、循環式硝化脱窒法、嫌気的アンモニア酸化法（例えば、アナモックス法）等が挙げられる。生物処理槽１１０は、単一の槽から構成されていてもよいし、複数の槽から構成されていてもよい。複数の槽構成としては、例えば、硝化槽１１０ａ、脱窒槽１１０ｂを含む槽構成、複数の硝化槽１１０ａを含む槽構成、複数の脱窒槽１１０ｂを含む槽構成等が挙げられる。
　測定装置１１２を構成する測定槽１２４は、覆蓋されていることが好ましい。測定槽１２４が覆蓋されていることで、空気の混入によるアンモニアガス濃度の希釈が抑制され、アンモニアガス濃度計によるアンモニアガス検出感度を高めることができる。
　測定槽１２４にヒータを設置して、測定槽１２４内を加温することが好ましい。これにより、測定槽１２４内の気相部のアンモニアガス濃度を高めることができる。また、測定槽１２４内の気相部をブロワーによって循環させてもよい。この場合には、測定槽１２４を完全に密閉することが望ましい。測定槽１２４内への空気の混入を防ぐために、測定槽１２４に接続された配管１４６ｆは水封されていることが好ましい。例えば、配管１４６ｆに、水を溜めた水槽を設けたり、配管１４６ｆを生物処理槽１１０の水面より下まで伸ばしたり、配管１４６ｆをＳ字型にしたりして、これらの配管を水封する。
　測定槽１２４へのサンプル液の流入は、連続的であっても、間欠的であってもよい。
　測定槽１２４の水理学的滞留時間は、生物処理槽１１０の水理学的滞留時間の１／４以下であることが好ましい。測定槽１２４の水理学的滞留時間を生物処理槽１１０の水理学的滞留時間の１／４以下とすることで、例えば、被処理水中のアンモニア態窒素濃度の追従性が高くなり、栄養剤の添加量の制御が容易となる。ここで記載する生物処理槽の水理学的滞留時間とはアンモニア態窒素濃度の処理状況を追従したい槽までの水理学的滞留時間である。つまり、硝化槽までの処理状況を確認したい場合は硝化槽の水理学的滞留時間の１／４である。脱窒槽までの処理状況を確認したい場合は硝化槽と脱窒槽を合わせた水理学的滞留時間となる。
　アンモニアガス濃度計１２８の結露を避けるため、アンモニアガス濃度計１２８の前にミストセパレータを設置してもよい。アンモニアガス濃度計１２８としては、例えば、電気化学式、半導体式、又は接触燃焼式のアンモニアガス濃度計が挙げられる。アンモニアガス濃度の測定は、オンラインで行ってもよいし、マニュアル（手動）で行ってもよい。
　アルカリ性条件下で、測定槽１２４から排出されるサンプル液は、硝化槽１１０ａへ返送させることが好ましい。硝化槽１１０ａでは、例えば、上記式２の通り、アルカリが消費される。したがって、測定槽１２４から排出されるサンプル液を、配管１４６ｆから硝化槽１１０ａへ返送することで、硝化槽１１０ａにアルカリを補給できる。アンモニアガス測定のために測定槽１２４へ供給するアルカリ剤は、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム等が挙げられる。
　測定槽１２４内にはスケールが析出する場合があるため、槽内を定期的に洗浄することが好ましい。例えば、酸剤供給ポンプ１４２を定期的に稼働させ（例えば、１日に１回）、酸剤貯留槽１４０から測定槽１２４に所定量の酸剤を供給して、スケールを除去し、槽内を洗浄する。
　測定槽１２４に酸剤を供給して、槽内を洗浄した後の排水については、例えば、脱窒槽１１０ｂに供給することが好ましい。脱窒槽１１０ｂでは、上記式２の通り、アルカリが生成されるため、測定槽１２４内のスケール洗浄後の排水を脱窒槽１１０ｂに供給することで、脱窒槽１１０ｂに酸を補給できる。槽内洗浄のために測定槽１２４に供給する酸は、例えば、塩酸、硫酸、硝酸、リン酸、クエン酸、シュウ酸、乳酸、アスコルビン酸、リンゴ酸などが挙げられる。これらの中では、少量の添加でｐＨを低下させられる塩酸或いは硝酸が好ましい。
　栄養剤の添加量の制御は、栄養剤供給ポンプ１５２ａ，１５２ｂを制御する場合に限られず、例えば、栄養剤供給配管１５４ａ，１５４ｂに設置したバルブの開閉度により行ってもよい。
　栄養剤の添加先は、生物処理槽１１０（例えば、硝化槽１１０ａ、脱窒槽１１０ｂ）でもよいし、生物処理槽１１０に接続されている配管（例えば、配管１４６ａ、１４６ｂ）でもよい。
　栄養剤は、例えば、リン源、微量金属、水素供与体等が挙げられる。リン源としては、例えば、リン酸やリン酸塩等が挙げられる。微量金属としては、例えば、ナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウムなどのアルカリ金属類、鉄、マンガン、亜鉛、ニッケルなどの金属類等が挙げられる。水素供与体としては、従来公知のものが使用できるが、例えば、メタノール、エタノール、イソプロパノール、酢酸、水素ガス、アセトン、グルコース、エチルメチルケトン等が挙げられる。
［実験例１１］
　液相部容積が１Ｌ、気相部容積が０．４Ｌであり、覆蓋した測定槽に、アンモニア態窒素（１～５０ｍｇ－Ｎ／Ｌ）、カルシウム（４００ｍｇ－Ｃａ／Ｌ）、無機炭素（２０ｍｇ－Ｃ／Ｌ）、リン（１ｍｇ－Ｐ／Ｌ）、微量金属を含む模擬排水を、水理学的滞留時間（ＨＲＴ）が１０分となるように流入させた。そして、測定槽内のｐＨが１１以上となるように、２５％水酸化ナトリウムを測定槽へ添加し、攪拌により完全混合させた。水温は２０～２３oＣとし、大気圧下で、模擬排水を流入させてから３０分後に、測定槽の気相部に移行したアンモニアガス濃度をアンモニアガスセンサにより測定した。また、模擬排水中のアンモニア態窒素濃度はインドフェノール青吸光光度法により測定した。
　図１５に、実験例１１の模擬排水中のアンモニア態窒素濃度と気相部中のアンモニアガス濃度の関係を示す。図１５に示すように、模擬排水中のアンモニア態窒素濃度と気相部中のアンモニアガス濃度には正の相関関係（決定係数Ｒ２＝０．９９５６）がある。したがって、近似式を用いて気相部中のアンモニアガス濃度から、模擬排水中のアンモニア態窒素濃度を算出できることがわかる。
［実験例１２］
　アンモニア態窒素濃度２０ｍｇ－Ｎ／Ｌ、カルシウム濃度０～４００ｍｇ－Ｃａ／Ｌを含む模擬排水を測定槽へ流入させた。その他の条件は実験例１１と同一とした。
　図１６に、実験例１２の模擬排水中のカルシウム濃度（０～４００ｍｇ－Ｃａ／Ｌ）に対する気相部中のアンモニアガス濃度を示した。図１６に示すように、模擬排水中のカルシウム濃度が変わっても、気相部中のアンモニア濃度にはほとんど影響がない。例えば、半導体工場から排出されるアンモニア態窒素含有排水には、フッ素も含まれている。フッ素は生物学的処理に悪影響を与えるため、硝化脱窒処理工程は、フッ素を除去した後に行われることが望ましい。そして、フッ素を除去する工程では、フッ素とカルシウム化合物を反応させて、フッ化カルシウムとして沈殿させるが、フッ素を十分に除去するためには、相当量のカルシウムイオンを添加することが望ましい。そのため、硝化脱窒処理に流入するアンモニア態窒素含有排水には、１００ｍｇ－Ｃａ／Ｌ以上のカルシウムイオンが含まれる場合がある。しかし、実験例１２で検証したように、気相部のアンモニアガス濃度は、排水中のカルシウムイオン濃度に非依存的であるため、アンモニアガス濃度を測定する際には、排水からカルシウムを除去する前処理を実施しなくてもよい。
［実験例１３］
　アンモニア態窒素濃度２０ｍｇ－Ｎ／Ｌを含む模擬排水を測定槽へＨＲＴが１０分となるように流入させた。流入開始０分、５分、１０分、１５分、３０分、４５分、６０分後に、気相部中のアンモニアガス濃度を測定した。その他の条件は実験例１１と同一とした。
［実験例１４］
　アンモニア態窒素濃度２０ｍｇ－Ｎ／Ｌを含む模擬排水を測定槽へＨＲＴが５分となるように流入させた。流入開始０分、２．５分、５分、１０分、１５分、２０分、３０分後に、気相部中のアンモニアガス濃度を測定した。その他の条件は実験例１１と同一とした。
　図１７に、実験例１３及び１４における気相部中のアンモニアガス濃度の時間変化を示す。図１７に示すように、気相部中のアンモニアガス濃度が最大値に達するには、測定槽のＨＲＴの４倍の時間を要する。少なくとも生物処理槽の１ＨＲＴ内に１回以上はＮＨ３ガス濃度が最大値に達することが好ましいため、測定槽のＨＲＴは生物処理槽のＨＲＴの１／４以下に設定するのが好ましい。測定槽のＨＲＴは、測定槽への模擬排水の流入量を制御することで増減できる。測定槽は生物処理槽よりも十分に小さければ、模擬排水の流入量が少なくてもよく、測定槽へ模擬排水を供給するポンプを小型化できる。
［実験例１５］
　アンモニア態窒素を含有する半導体工場排水を測定槽へ流入させた。その他の条件は実験例１１と同一とした。インドフェノール青吸光光度法で測定した半導体工場排水中のアンモニア態窒素濃度の実測値と、気相部中のアンモニアガス濃度の測定値から実験例１１のように本排水を用いて相関関係を確認し、得られた近似式を使用して算出したアンモニア態窒素濃度の値の誤差率は１３％であった。この結果から、排水をろ過処理しないで測定した気相部中のアンモニアガス濃度を、半導体工場排水中のアンモニア態窒素濃度の算出に利用できる。
［実験例１６］
　実験例１１で使用した測定槽に２０％塩酸を添加し、槽内ｐＨを２以下にして、５分間、槽内を攪拌した。その結果、アルカリ性条件で析出した槽内のスケールは溶解した。
［実験例１７］
　アンモニア態窒素濃度２０ｍｇ－Ｎ／Ｌを含む模擬排水を、覆蓋されていない測定槽へ流入させた。その他の条件は実験例１と同一とした。
　図１８に、実験例１１の覆蓋されている測定槽の気相部中のアンモニアガス濃度の測定結果と、実験例１７の覆蓋されていない測定槽の気相部中のアンモニアガス濃度の測定結果を示す。図１８に示すように、覆蓋されている測定槽を使用して、気相部中のアンモニアガス濃度を測定する方が、アンモニアガスの希釈が抑制される。
［付記］
（１）
　生物処理槽において、アンモニア態窒素が溶存された被処理水を生物処理する生物処理工程と、
　前記生物処理槽に栄養剤を供給する栄養剤供給工程と、
　前記生物処理槽に流入する前記被処理水の流量を測定する流量測定工程と、
　前記生物処理槽に流入する前記被処理水の一部をサンプル液として測定槽に流入させ、アルカリ性条件下で、前記サンプル液に溶存しているアンモニア態窒素をアンモニアガスとして前記測定槽の気相部に移行させて、アンモニアガス濃度を測定する測定工程と、
　前記アンモニアガス濃度から推定される被処理水中のアンモニア態窒素濃度と、前記被処理水の流量とに基づいて、前記栄養剤の供給量を制御する制御工程と、を有することを特徴とする水処理方法。
（２）
　前記測定槽の水理学的滞留時間は、前記生物処理槽の水理学的滞留時間の１／４以下であることを特徴とする上記（１）に記載の水処理方法。
（３）
　前記栄養剤は、リン源、微量金属、水素供与体のうちの少なくともいずれか１つを含むことを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の水処理方法。
（４）
　前記測定槽に酸剤を供給して、前記測定槽内を洗浄する酸剤供給工程を有することを特徴とする上記（１）～（３）のいずれか１つに記載の水処理方法。
（５）
　アンモニア態窒素が溶存された被処理水を生物処理する生物処理槽と、
　前記生物処理槽に栄養剤を供給する栄養剤供給装置と、
　測定槽を有し、前記生物処理槽に流入する前記被処理水の一部をサンプル液として前記測定槽に流入させ、アルカリ性条件下で、前記サンプル液に溶存しているアンモニア態窒素をアンモニアガスとして前記測定槽の気相部に移行させて、アンモニアガス濃度を測定する測定装置と、
　前記アンモニアガス濃度から推定される被処理水中のアンモニア態窒素濃度と、前記被処理水の流量とに基づいて、前記栄養剤の供給量を制御する制御装置と、を有することを特徴とする水処理装置。
（６）
　前記測定槽の水理学的滞留時間は、前記生物処理槽の水理学的滞留時間の１／４以下であることを特徴とする上記（５）に記載の水処理装置。
（７）
　前記栄養剤は、リン源、微量金属、水素供与体のうちの少なくともいずれか１つを含むことを特徴とする上記（５）又は（６）に記載の水処理装置。
（８）
　前記測定槽に酸剤を供給して、前記測定槽内を洗浄する酸剤供給装置を有することを特徴とする上記（５）～（７）のいずれか１つに記載の水処理装置。
　１～４　水処理装置、１０，１０ａ，１０ｂ　生物処理槽、１２　第１測定装置、１４　第２測定装置、１６　制御装置、１８　流量計、２０　被処理水供給ポンプ、２２　散気装置、２４　第１測定槽、２６ａ，２６ｂ　ｐＨ計、２８ａ，２８ｂ　アンモニアガス濃度計、３０　撹拌機、３２　第２測定槽、３４　アルカリ剤貯留槽、３６ａ，３６ｂ　アルカリ剤供給ポンプ、３８ａ，３８ｂ　アルカリ剤供給配管、３９　アルカリ剤供給装置、４０　酸剤貯留槽、４２ａ，４２ｂ　酸剤供給ポンプ、４４ａ，４４ｂ　酸剤供給配管、４５　酸剤供給装置、４６ａ～４６ｆ，４６ｋ，４６ｍ，４６ｎ，４６ｐ　配管、５０　単一測定装置、５２　単一測定槽、１１０　生物処理槽、１１０ａ　硝化槽、１１０ｂ　脱窒槽、１１０ｃ　酸化槽、１１２　測定装置、１１６　制御装置、１１８　流量計、１２０　栄養剤供給装置、１２２　散気装置、１２３，１３０　撹拌機、１２４　測定槽、１２６　ｐＨ計、１２８　アンモニアガス濃度計、１３４　アルカリ剤貯留槽、１３６　アルカリ剤供給ポンプ、１３８　アルカリ剤供給配管、１３９　アルカリ剤供給装置、１４０　酸剤貯留槽、１４２　酸剤供給ポンプ、１４４　酸剤供給配管、１４５　酸剤供給装置、１４６ａ～１４６ｆ　配管、１５０ａ，１５０ｂ　栄養剤貯留槽、１５２ａ，１５２ｂ　栄養剤供給ポンプ、１５４ａ，１５４ｂ　栄養剤供給配管。

Claims (18)

  1. 　生物処理槽において、アンモニア態窒素が溶存された被処理水を生物処理する生物処理工程と、
    　前記生物処理槽に流入する前記被処理水の一部を第１サンプル液として第１測定槽に流入させ、アルカリ性条件下で、前記第１サンプル液に溶存しているアンモニア態窒素をアンモニアガスとして前記第１測定槽の気相部に移行させて、アンモニアガス濃度Ｃ１を測定する第１測定工程と、
    　前記生物処理槽で生物処理された処理水の一部を第２サンプル液として第２測定槽に流入させ、アルカリ性条件下で、前記第２サンプル液に溶存しているアンモニア態窒素をアンモニアガスとして前記第２測定槽の気相部に移行させて、アンモニアガス濃度Ｃ２を測定する第２測定工程と、
    　前記アンモニアガス濃度Ｃ１及び前記アンモニアガス濃度Ｃ２に基づいて、前記生物処理工程の運転条件を制御する制御工程と、を有することを特徴とする水処理方法。
  2. 　前記制御工程は、前記アンモニアガス濃度Ｃ２から推定される処理水中のアンモニア態窒素濃度を、前記アンモニアガス濃度Ｃ１から推定される被処理水中のアンモニア態窒素濃度で除することにより求められるアンモニア除去率に基づいて、前記生物処理工程の運転条件を制御することを特徴とする請求項１に記載の水処理方法。
  3. 　前記生物処理槽に流入する前記被処理水の流量を測定する流量測定工程を有し、
    　前記制御工程は、前記アンモニア除去率、及び前記被処理水中のアンモニア態窒素濃度に前記被処理水の流量を乗じることにより求められる流入アンモニア負荷に基づいて、前記生物処理工程の運転条件を制御することを特徴とする請求項２に記載の水処理方法。
  4. 　前記第１測定槽の水理学的滞留時間、及び前記第２測定槽の水理学的滞留時間はそれぞれ、前記生物処理槽の水理学的滞留時間の１／４以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の水処理方法。
  5. 　前記生物処理工程の運転条件は、前記生物処理槽に流入する前記被処理水の流量、前記生物処理槽内の温度、前記生物処理槽内のｐＨ、前記生物処理槽内の無機炭素濃度、前記生物処理槽内の汚泥濃度のうちの少なくともいずれか１つを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の水処理方法。
  6. 　アンモニア態窒素が溶存された被処理水を生物処理する生物処理槽と、
    　第１測定槽を有し、前記生物処理槽に流入する前記被処理水の一部を第１サンプル液として前記第１測定槽に流入させ、アルカリ性条件下で、前記第１サンプル液に溶存しているアンモニア態窒素をアンモニアガスとして前記第１測定槽の気相部に移行させて、アンモニアガス濃度Ｃ１を測定する第１測定装置と、
    　第２測定槽を有し、前記生物処理槽で生物処理された処理水の一部を第２サンプル液として前記第２測定槽に流入させ、アルカリ性条件下で、前記第２サンプル液に溶存しているアンモニア態窒素をアンモニアガスとして前記第２測定槽の気相部に移行させて、アンモニアガス濃度Ｃ２を測定する第２測定装置と、
    　前記アンモニアガス濃度Ｃ１及び前記アンモニアガス濃度Ｃ２に基づいて、前記生物処理槽における前記生物処理の運転条件を制御する制御装置と、を有することを特徴とする水処理装置。
  7. 　前記制御装置は、前記アンモニアガス濃度Ｃ２から推定される処理水中のアンモニア態窒素濃度を、前記アンモニアガス濃度Ｃ１から推定される被処理水中のアンモニア態窒素濃度で除することにより求められるアンモニア除去率に基づいて、前記生物処理槽における前記生物処理の運転条件を制御することを特徴とする請求項６に記載の水処理装置。
  8. 　前記生物処理槽に流入する前記被処理水の流量を測定する流量測定手段を有し、
    　前記制御装置は、前記アンモニア除去率、及び前記被処理水中のアンモニア態窒素濃度に前記被処理水の流量を乗じることにより求められる流入アンモニア負荷に基づいて、前記生物処理槽における前記生物処理の運転条件を制御することを特徴とする請求項７に記載の水処理装置。
  9. 　前記第１測定槽の水理学的滞留時間、前記第２測定槽の水理学的滞留時間はそれぞれ、前記生物処理槽の水理学的滞留時間の１／４以下であることを特徴とする請求項６又は７に記載の水処理装置。
  10. 　前記生物処理槽における前記生物処理の運転条件は、前記生物処理槽に流入する前記被処理水の流量、前記生物処理槽内の温度、前記生物処理槽内のｐＨ、前記生物処理槽内の無機炭素濃度、前記生物処理槽内の汚泥濃度のうちの少なくともいずれか１つを含むことを特徴とする請求項６又は７に記載の水処理装置。
  11. 　生物処理槽において、アンモニア態窒素が溶存された被処理水を生物処理する生物処理工程と、
    　前記生物処理槽に栄養剤を供給する栄養剤供給工程と、
    　前記生物処理槽に流入する前記被処理水の流量を測定する流量測定工程と、
    　前記生物処理槽に流入する前記被処理水の一部をサンプル液として測定槽に流入させ、アルカリ性条件下で、前記サンプル液に溶存しているアンモニア態窒素をアンモニアガスとして前記測定槽の気相部に移行させて、アンモニアガス濃度を測定する測定工程と、
    　前記アンモニアガス濃度から推定される被処理水中のアンモニア態窒素濃度と、前記被処理水の流量とに基づいて、前記栄養剤の供給量を制御する制御工程と、を有することを特徴とする水処理方法。
  12. 　前記測定槽の水理学的滞留時間は、前記生物処理槽の水理学的滞留時間の１／４以下であることを特徴とする請求項１１に記載の水処理方法。
  13. 　前記栄養剤は、リン源、微量金属、水素供与体のうちの少なくともいずれか１つを含むことを特徴とする請求項１１又は１２に記載の水処理方法。
  14. 　前記測定槽に酸剤を供給して、前記測定槽内を洗浄する酸剤供給工程を有することを特徴とする請求項１１又は１２に記載の水処理方法。
  15. 　アンモニア態窒素が溶存された被処理水を生物処理する生物処理槽と、
    　前記生物処理槽に栄養剤を供給する栄養剤供給装置と、
    　測定槽を有し、前記生物処理槽に流入する前記被処理水の一部をサンプル液として前記測定槽に流入させ、アルカリ性条件下で、前記サンプル液に溶存しているアンモニア態窒素をアンモニアガスとして前記測定槽の気相部に移行させて、アンモニアガス濃度を測定する測定装置と、
    　前記アンモニアガス濃度から推定される被処理水中のアンモニア態窒素濃度と、前記被処理水の流量とに基づいて、前記栄養剤の供給量を制御する制御装置と、を有することを特徴とする水処理装置。
  16. 　前記測定槽の水理学的滞留時間は、前記生物処理槽の水理学的滞留時間の１／４以下であることを特徴とする請求項１５に記載の水処理装置。
  17. 　前記栄養剤は、リン源、微量金属、水素供与体のうちの少なくともいずれか１つを含むことを特徴とする請求項１５又は１６に記載の水処理装置。
  18. 　前記測定槽に酸剤を供給して、前記測定槽内を洗浄する酸剤供給装置を有することを特徴とする請求項１５又は１６に記載の水処理装置。
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