JP2003024985A

JP2003024985A - 脱窒装置及び脱窒方法

Info

Publication number: JP2003024985A
Application number: JP2001218432A
Authority: JP
Inventors: Akishi Hori; 晃士堀
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 2001-07-18
Filing date: 2001-07-18
Publication date: 2003-01-28

Abstract

(57)【要約】【課題】アンモニア性窒素と亜硝酸性窒素を含有する
原水を、アンモニア性窒素を電子供与体とし、亜硝酸性
窒素を電子受容体とする独立栄養性脱窒微生物のＡＮＡ
ＭＭＯＸ菌により生物脱窒するに当たり、ＡＮＡＭＭＯ
Ｘ菌を効率的に増殖させ、増殖させたＡＮＡＭＭＯＸ菌
を系内に高濃度で保持することにより、高負荷処理を行
う。【解決手段】ＡＮＡＭＭＯＸ菌を保持する脱窒槽１の
脱窒処理液を膜分離装置３で膜分離して処理水を得る。
膜分離装置３で分離する脱窒処理液のアンモニア性窒素
濃度と亜硝酸性窒素濃度の両方又はいずれか一方を０〜
３ｍｇ／Ｌとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アンモニア性窒素
と亜硝酸性窒素を含有する原水を、アンモニア性窒素を
電子供与体とし、亜硝酸性窒素を電子受容体とする独立
栄養性脱窒微生物の作用で生物脱窒する脱窒装置及び脱
窒方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、水中の窒素除去方法として、硝化
細菌によりアンモニア性窒素を亜硝酸性窒素や硝酸性窒
素に酸化し、次にメタノール等の電子供与体を添加しつ
つ脱窒細菌により亜硝酸性窒素や硝酸性窒素を窒素ガス
に還元して、水中から窒素を除去する方法が知られてい
る。

【０００３】この方法はアンモニア性窒素を窒素ガスに
酸化するために必要な酸化力よりも過剰の酸素を必要と
するため、酸素を多く必要とし、この酸素を微生物に供
給するためのエネルギーコストが高くつく。また、脱窒
反応のために電子供与体としてメタノール等の有機物を
添加するためのコストがかかり、またこの有機物を摂取
して増殖した脱窒細菌が余剰汚泥となるため、廃棄物の
処分コストも高くつくという問題がある。特に、硝酸性
窒素は亜硝酸性窒素に比べてより酸化された状態にある
ため、このための酸素供給コストも高く、また、これを
還元するための電子供与体もより多く必要であり、発生
する余剰汚泥量も多い。

【０００４】これに対して、近年、無酸素条件下でアン
モニア性窒素を電子供与体、亜硝酸性窒素を電子受容体
として両者を反応させ、窒素ガスを生成することができ
る独立栄養性の脱窒微生物群を利用した脱窒方法が知ら
れるようになった（Microbiology 142(1996), p2187-21
96等）。以下ではこの反応をＡＮＡＭＭＯＸ反応と呼
び、この独立栄養性脱窒微生物群をＡＮＡＭＭＯＸ菌と
呼ぶ。この方法によれば、亜硝酸性窒素の持つ酸化力を
利用してアンモニア性窒素を酸化することができるた
め、理論量と同程度の酸素消費量で窒素除去を行うこと
ができ、エネルギーを節約することができる。また、メ
タノール等の有機物を添加する必要がないため、そのた
めのコストも節約できる。この微生物は独立栄養細菌で
あり、有機物を利用して脱窒を行う細菌に比べると、還
元する亜硝酸性窒素当たりに発生する余剰汚泥量が５分
の１以下であり、廃棄物の発生量を大幅に低減すること
ができるという利点もある。

【０００５】この脱窒反応を行う際に、亜硝酸性窒素は
排水中のアンモニア性窒素の一部を酸化することにより
生成させても良く、また、亜硝酸性窒素を含む他の排水
を混合しても良い。

【０００６】ＡＮＡＭＭＯＸ菌による生物脱窒槽の形式
としては、砂や合成樹脂、ゲルなどの微生物の付着に適
した担体を充填したカラムに上向流で原水を通水し、担
体表面で窒素化合物と微生物を接触させて脱窒反応を進
行させる方式が用いられる。この場合、担体としては比
表面積が大きいものが好適であり、特に粒径０．１〜１
０ｍｍ程度の顆粒状、ひも状、筒状、歯車状などの形状
が知られている。担体は水中で緩やかに流動しているこ
とが好ましく、脱窒により発生するガスや、外部から注
入するガス、撹拌機などにより流動される。

【０００７】一方、活性汚泥を用いて排水中の有機物や
窒素を除去し、この活性汚泥処理液からＳＳを殆ど含ま
ない処理水を取り出し、濃縮された微生物を反応槽に返
送するための手段の一つとして、膜分離法が知られてい
る。この方法は微生物と処理水との分離に精密濾過（Ｍ
Ｆ）膜や限外濾過（ＵＦ）膜を用いるもので、ＳＳが０
〜２ｍｇ／Ｌ程度の清澄な処理水を取り出すことができ
るという利点を有する。また、反応槽内の微生物濃度を
通常５，０００〜３５，０００ｍｇ／Ｌに高めて運転す
ることができるために、反応槽容積当りの負荷を大きく
取ることができるという利点もある。

【０００８】膜分離法をＢＯＤ除去に採用した場合の反
応槽の容積負荷は、通常０．５〜２ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ^３
／ｄａｙであり、硝化・脱窒法に採用した場合の硝化負
荷は０．１〜０．５ｋｇ−Ｎ／ｍ^３／ｄａｙ、脱窒負荷
は０．１〜１．０ｋｇ−Ｎ／ｍ^３／ｄａｙの範囲がよく
用いられる。また、反応槽内の汚泥の滞留時間（ＳＲ
Ｔ）は、負荷にもよるが、通常５〜１００日、特に１０
〜５０日程度が採用される。

【０００９】この場合、膜面の目詰まりを防止するため
に、通常膜面と平行な方向に５〜４００ｃｍ／ｓｅｃ程
度の水流（クロスフロー）を与えることで、膜面に濃縮
される懸濁物質を拡散させ、連続的に濾過を行う。クロ
スフローを与えるための手段は、ポンプによるもの、曝
気により生起される水流を利用するもの、膜自身を移動
例えば回転させて相対的な水流を生じさせるもの等が知
られている。膜濾過の駆動力となる膜間差圧（以下「濾
過差圧」とも呼ぶ）を得るには、ポンプにより生起され
る正圧や負圧を利用したり、水頭差を利用したり、また
はその両方が利用される。

【００１０】膜の種類によっては定期的に洗浄水又は空
気などのガスを逆流させることで膜面に付着した汚泥を
剥離する逆洗操作が行われる。また、膜濾過を継続する
ことで、クロスフローや逆洗では剥離しきれない膜汚染
が生じ、濾過抵抗が大きくなり、濾過差圧が増大するか
膜フラックス（透過流束）が低下して所定水量を得られ
なくなる。この場合には、スポンジボールやスプレーな
どで膜面の汚染物を物理的に剥離させる物理洗浄が行わ
れたり、苛性ソーダなどのアルカリや硫酸、蓚酸、クエ
ン酸などの酸、又は次亜塩素酸ソーダや過酸化水素水な
どの酸化剤を用いて膜面の汚染物質を溶解したり分解し
つつ除去する薬品洗浄が行われる。このような物理洗浄
又は薬品洗浄は通常２〜１０ヶ月に１回程度の頻度で行
われる。

【００１１】膜汚染の原因は、膜面に付着した汚泥が脱
水ケーキ状になって強固に付着するケーク汚染や、原水
から流入したり微生物が産出する高分子有機物のうち、
膜を透過しないものが膜面に濃縮されてゲル化するゲル
汚染や、膜面で微生物がスライム状に成長することによ
るスライム汚染などである。

【００１２】また、分離膜は２〜１０年程度で劣化して
所定の性能を発揮しなくなるために、定期的に交換する
必要がある。

【００１３】ところで、ＡＮＡＭＭＯＸ菌の比増殖速度
は、最大で約０．０６５ｄａｙ^−１（１日当り１．０６
５倍に増殖）と遅く、多量の菌体を確保することが非常
に困難である。一方で自然界に存在するＡＮＡＭＭＯＸ
菌の量は非常に少ないため、ＡＮＡＭＭＯＸ菌を利用し
た脱窒装置を立ち上げるためには、まず菌体を十分に増
殖させる必要があり、このためにはＡＮＡＭＭＯＸ菌を
理想的な環境において最大増殖速度付近で増殖させ、な
おかつ増殖したＡＮＡＭＭＯＸ菌を効率良く系内に留め
る必要がある。

【００１４】ＡＮＡＭＭＯＸ菌を最大速度で増殖させる
ためには、アンモニア性窒素、亜硝酸性窒素、炭酸根等
のこの菌の基質となる物質を十分に供給する必要がある
が、担体に付着させて増殖させた場合には、付着した生
物膜の内側まで基質を浸透させることが難しく、従って
最大速度よりも遅い速度で増殖させることになり、効率
が悪い。また、生物膜の内側深くまで基質を浸透させる
ためには液中の基質濃度を高く保つ必要があるが、一方
で、基質、特に亜硝酸性窒素が高濃度に存在するとＡＮ
ＡＭＭＯＸ菌が阻害を受け、増殖しなくなったり死滅し
たりして逆効果となる問題もある。また、実際の脱窒装
置として稼動させる場合に、担体表面でＡＮＡＭＭＯＸ
菌が十分増殖するまでには最大負荷をかけられないた
め、立ち上がりが遅い。これを回避するために予めＡＮ
ＡＭＭＯＸ菌が十分に付着した担体を脱窒槽に投入する
ことも可能であるが、このためには稼動させる脱窒装置
と同等の大きさの反応槽で、予めＡＮＡＭＭＯＸ菌を培
養しておく必要があり、培養装置のコストがかかり、設
置スペースも必要となる。また、培養したＡＮＡＭＭＯ
Ｘ菌の運搬費用もかさむ。

【００１５】更に担体表面でＡＮＡＭＭＯＸ菌を増殖さ
せる際の問題点として、担体表面のＡＮＡＭＭＯＸ菌の
一部は常に液中へ剥離し、処理水へ流出しているという
ことがある。特に、最終的には担体表面はＡＮＡＭＭＯ
Ｘ菌で飽和し、増殖するＡＮＡＭＭＯＸ菌量と剥離する
ＡＮＡＭＭＯＸ菌量はバランスすることとなるため、Ａ
ＮＡＭＭＯＸ菌の付着量が増加するほど、剥離量も増加
し、ＡＮＡＭＭＯＸ菌の増殖及びそれに伴う脱窒能力の
増加率は見掛け上、上述の０．０６５ｄａｙ⁻ ^１よりも
低くなる。実際、本発明者がプラスチック製の担体や、
メタン生成細菌を主体としたグラニュールにＡＮＡＭＭ
ＯＸ菌を付着させて増殖を試みたところ、増殖したＡＮ
ＡＭＭＯＸ菌が系内に留まる割合は１０〜７５％であ
り、ＡＮＡＭＭＯＸ菌の増殖と共に系外へ流出する菌量
が増加した。

【００１６】本発明者は、このような、担体を用いてＡ
ＮＡＭＭＯＸ菌を増殖させる場合の問題を解決するため
に検討した結果、ＡＮＡＭＭＯＸ菌を懸濁状態で増殖さ
せて利用することも可能であることを知見した。この場
合には、菌体は粒径０．１ｍｍ以下の比較的小さなフロ
ックを形成しているため、基質の浸透が律速となって増
殖が妨げられることはなく、容易に最大能力を発揮して
脱窒を行うことができる。また、このようにして増殖し
た菌体は時間をかけて沈降させたり、機械的濃縮手段を
用いることにより、高濃度に濃縮して運転することがで
きるため、装置を立ち上げる際のＡＮＡＭＭＯＸ菌の供
給も容易である。

【００１７】このようにＡＮＡＭＭＯＸ菌を懸濁状態で
増殖させ、窒素除去を行わせるためには、反応を終えた
後の菌体を処理水から分離し、濃縮された菌体を再び反
応槽へ戻す必要がある。このための分離・濃縮手段とし
ては、活性汚泥の場合と同様に、沈殿、遠心濃縮、濾
過、加圧浮上濃縮等が考えられるが、最も安価で操作も
簡単なのが沈殿による方法である。

【００１８】図６は、ＡＮＡＭＭＯＸ菌の分離に沈殿槽
を用いた脱窒装置を示す。この脱窒装置は脱窒槽１と沈
殿槽２とで主に構成され、脱窒槽１には撹拌機１Ｍが設
けられ、沈殿槽２には脱窒処理液が流入するフィードウ
ェル２Ｆと集泥用のレーキ２Ｍが設けられている。これ
ら脱窒槽１及び沈殿槽２は密閉構造とされており、各槽
１，２から脱窒ガスを排出する脱窒ガス排出管１５Ａ，
１５Ｂ及び１５が設けられている。

【００１９】原水は原水流入管１１より脱窒槽１に導入
され、脱窒処理された後、連通管１２より沈殿槽２に移
送されて沈殿分離される。沈殿槽２で分離された分離液
は処理水流出管１３より処理水として系外へ排出され、
分離汚泥はポンプＰを備える汚泥返送管１４により脱窒
槽１に返送される。

【００２０】脱窒槽１は、アンモニア性窒素負荷が例え
ば０．１〜２ｋｇ−Ｎ／ｍ^３／ｄａｙとなるように容積
が決定される。また、沈殿槽２は流入原水量に対して水
面積負荷が例えば１〜２０ｍ／ｄａｙとなるように面積
が決定される。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】しかし、本発明者が沈
殿によりＡＮＡＭＭＯＸ菌を含むフロックの分離を試み
たところ、一部は沈殿したが、一部は浮上したために、
うまく分離を行えず、このため、ＡＮＡＭＭＯＸ菌を系
内に高濃度に保持できず、脱窒槽の性能を高く維持し得
ないという問題が生じた。また、良好に分離が行える場
合であっても、見掛け上の比増殖速度は０．０３５〜
０．０５５ｄａｙ^−１となり、増殖したＡＮＡＭＭＯＸ
菌が系内に留まる割合は５５〜８５％であった。

【００２２】ところで、ＡＮＡＭＭＯＸ菌は亜硝酸性窒
素が高濃度に存在すると阻害されて活性を失う。この阻
害が始まる濃度は５０〜２００ｍｇ／Ｌであり、高濃度
であるほど阻害は激しくなる。このような亜硝酸性窒素
による阻害を受けた場合や、適正なｐＨ範囲である６〜
９のｐＨ範囲をはずれた場合、溶存酸素を含む水に触れ
た場合など、菌の生育に不適となる条件下では、生物膜
方式であればＡＮＡＭＭＯＸ菌は剥離して流出しやすく
なり、また沈殿槽では通常よりも処理水への流出量が増
大する。一方、このような阻害環境から回復させるため
には、阻害の原因をできるだけ早く取り除くことが重要
であり、そのためには亜硝酸性窒素が２００ｍｇ／Ｌ以
下、好ましくは５０ｍｇ／Ｌ以下でｐＨ６〜９、好まし
くは６．５〜８．５、溶存酸素０〜０．１ｍｇ／Ｌ、好
ましくは０〜０．０５ｍｇ／Ｌの水でＡＮＡＭＭＯＸ反
応槽内を置換し、ＡＮＡＭＭＯＸ菌が阻害を受けない環
境とすることが望ましい。

【００２３】しかし、従来の生物膜を利用した方法や沈
殿分離を利用した方法では、阻害を受けると同時に微生
物と処理水との分離が困難になるため、上述のような阻
害作用の無い水で置換しようとすると、ＡＮＡＭＭＯＸ
菌が同時に流出してしまうため、速やかにＡＮＡＭＭＯ
Ｘ反応槽内の阻害物質を取り除けないという欠点があっ
た。

【００２４】本発明は、このような問題を解決し、ＡＮ
ＡＭＭＯＸ菌を懸濁状態で増殖させて生物脱窒を行い、
脱窒処理液からＡＮＡＭＭＯＸ菌を効率的に分離して、
系内にＡＮＡＭＭＯＸ菌を高濃度に保持することにより
効率的な生物脱窒を行うことができ、また、阻害物質が
系内に蓄積した場合でもこれを速やかに取り除くことが
できる脱窒装置及び脱窒方法を提供することを目的とす
る。

【００２５】

【課題を解決するための手段】本発明の脱窒装置は、ア
ンモニア性窒素を含有する原水の流入口と処理液の流出
口とを有し、アンモニア性窒素を電子供与体とし、亜硝
酸性窒素を電子受容体とする脱窒微生物の作用により亜
硝酸性窒素の存在下に生物脱窒する脱窒槽と、該脱窒槽
の流出液又は該脱窒槽内の液を膜分離して前記脱窒微生
物と処理水とに分離する膜分離手段とを備えることを特
徴とする。

【００２６】本発明の脱窒方法は、アンモニア性窒素を
含有する原水を、アンモニア性窒素を電子供与体とし、
亜硝酸性窒素を電子受容体とする脱窒微生物の作用によ
り亜硝酸性窒素の存在下に生物脱窒する脱窒工程と、該
脱窒工程の処理液を膜分離して前記脱窒微生物を含む汚
泥と処理水とに分離する膜分離工程とを有する脱窒方法
において前記膜分離工程で分離する脱窒工程の処理液中
のアンモニア性窒素濃度と亜硝酸性窒素濃度の両方又は
いずれか一方を０〜５ｍｇ／Ｌとすることを特徴とす
る。

【００２７】本発明者は、ＡＮＡＭＭＯＸ菌を脱窒処理
液から効率的に分離すべく検討を重ね、ＡＮＡＭＭＯＸ
菌を含むフロックの分離に膜分離手段を用いたところ、
ＳＳの流出は全く無くなり、比増殖速度として０．０６
０〜０．０６５ｄａｙ^−１という理想的な値が得られ、
また増殖したＡＮＡＭＭＯＸ菌が系内に留まる割合は９
５％以上となることから、ＡＮＡＭＭＯＸ菌を効率良く
増殖させるには膜分離手段を用いるのが最適であること
を見出し、本発明の脱窒装置に到達した。

【００２８】即ち、沈殿槽を用いてＡＮＡＭＭＯＸ菌を
固液分離した場合に、ＡＮＡＭＭＯＸ菌の一部が処理水
中に流出してしまい、効果的にＡＮＡＭＭＯＸ菌量を増
加させることができない理由は、ＡＮＡＭＭＯＸ菌のフ
ロック形成能力が弱いためであり、フロックに取り込ま
れていない分散状の菌体の沈降速度が遅いために沈降分
離が困難であったと考えられる。

【００２９】一方、フロック形成能力が弱いことは、菌
体外へのコロイド様物質の分泌が少ないためであると推
察された。そこで、本発明者はＡＮＡＭＭＯＸ菌のこの
ような特性を利用することにより、活性汚泥等の膜分離
の際に問題となる高分子コロイド物質由来のゲル汚染
を、ＡＮＡＭＭＯＸ菌の場合には低減でき、安定した膜
濾過を行えると考えた。

【００３０】実際にＡＮＡＭＭＯＸ菌の固液分離に膜分
離手段を用いて運転し、菌体外に産出されるコロイド物
質のうち膜分離により阻止される物質の量を、槽内液を
遠心分離した上澄み液と膜透過水とのＴＯＣ濃度の差で
評価したところ、この値は５ｍｇ／Ｌ以下になっている
ことがわかり、コロイド様物質の産出がわずかであるこ
とが確認された。通常の活性汚泥に膜分離法を適用した
場合、この値は２０〜３００ｍｇ／Ｌ程度であり、特に
１００ｍｇ／Ｌ以上の時に膜面でのゲル汚染が激しく生
じる。

【００３１】また、膜分離手段であれば、ＡＮＡＭＭＯ
Ｘ菌が失活するなどの原因により、沈降性が極度に悪化
した場合でも、ＡＮＡＭＭＯＸ菌を流出させることなく
速やかに処理水のみを排出することができる。このた
め、阻害物質が槽内に蓄積した場合にも、阻害作用を持
たない水を供給する手段を設けて膜分離手段と共に稼動
させることにより、系内の阻害物質を迅速に洗い出し、
ＡＮＡＭＭＯＸ反応槽内を速やかに阻害のない環境に戻
すことができる。

【００３２】しかし、膜分離手段を用いた場合、運転を
継続するに従って、膜面に付着物の存在が認められるよ
うになった。この付着物はＡＮＡＭＭＯＸ菌と同様の赤
色を呈していたことから、浮遊しているＡＮＡＭＭＯＸ
菌が膜面に濃縮されてケーク化したか、或いは膜面でＡ
ＮＡＭＭＯＸ菌がスライム状に増殖したものと推定され
た。

【００３３】一方で、濾過差圧は急速な上昇を見せたた
め、安定した膜濾過を行うためには２〜４週間に１回の
頻度で薬品洗浄を行う必要が生じた。

【００３４】しかし、このように頻繁に薬品洗浄を行う
ことは、手間とコストがかかるだけでなく、膜の劣化を
早め、膜交換コストの増大を招く。即ち、膜が劣化する
主要因の一つは洗浄薬液と接触することによる化学反応
であり、洗浄頻度が増加すればするほど膜の寿命は短く
なる。また、薬品洗浄頻度の増加は、膜洗浄で発生する
廃薬品の処理においても問題である。この廃薬品は膜面
から溶解した有機物を多量に含んでおり、また次亜塩素
酸ソーダなどの酸化剤が残留している。また、蓚酸、ク
エン酸等の酸は有機物そのものである。

【００３５】活性汚泥に対して膜濾過手段を適用した場
合には、これらの廃薬品は活性汚泥で処理することが容
易であった。即ち、膜面から溶出した有機物や蓚酸、ク
エン酸等の有機酸は、活性汚泥の有機物除去能力によっ
て容易に除去することができ、また、次亜塩素酸ソーダ
などの酸化剤も活性汚泥に投入すれば、一部の菌体と反
応して容易にその酸化力を失い中和される。しかし、Ａ
ＮＡＭＭＯＸ菌は有機物の除去能力を持たないために廃
薬品を処理することができないだけでなく、仮にこのよ
うな多量の有機物を投入すればＡＮＡＭＭＯＸ菌に阻害
作用を示し、脱窒能力を失わせる。また、次亜塩素酸ソ
ーダのような酸化剤もＡＮＡＭＭＯＸ菌に対して強力な
阻害作用を示す。ＡＮＡＭＭＯＸ菌を殺菌することで次
亜塩素酸ソーダの酸化力は失われるが、活性汚泥と異な
りＡＮＡＭＭＯＸ菌は増殖に多大の時間を要するため
に、次亜塩素酸ソーダにより失活したＡＮＡＭＭＯＸ菌
の活性は容易に回復されない。このように、ＡＮＡＭＭ
ＯＸ菌の膜分離では、膜の薬品洗浄で発生した廃薬品
は、活性汚泥の場合のように系内で処理をすることがで
きず、系外に排出して廃棄処理を行う必要があるため、
一層の手間とコストがかかるという問題がある。

【００３６】また、膜分離装置は高価であるために、こ
れを採用することはコスト的な観点からは有利とは言え
ないが、これに加えて更に上述のように頻繁な薬品洗浄
の手間とコスト、高い膜交換コストを考慮すると、ＡＮ
ＡＭＭＯＸ菌を利用することによるコスト削減効果は低
いものとなる。

【００３７】ＡＮＡＭＭＯＸ菌を膜分離した際の膜汚染
は、ＡＮＡＭＭＯＸ菌が膜面で増殖し、スライムを形成
するためと考えられる。本発明者の観察によれば、ＡＮ
ＡＭＭＯＸ菌は特に流速の速いところで付着しやすく、
膜面に限らず水槽壁面や膜分離装置への導水パイプ壁面
等にも多量のＡＮＡＭＭＯＸスライムが付着した。

【００３８】しかし、本発明者は、アンモニア性窒素濃
度と亜硝酸性窒素濃度の少なくとも一方の濃度が低いと
きには、このスライム汚染が生じにくいことを発見し
た。

【００３９】即ち、ＡＮＡＭＭＯＸ菌の付着力が強い理
由は、自然界中でのＡＮＡＭＭＯＸ菌の生息環境が限ら
れているために、水流により他の場所へ移動することは
最適な生息環境から流されることを意味する場合が多
く、これに抵抗して増殖に適した環境に留まる必要が特
に強いためであると思われる。一方で、基質のないとこ
ろに留まることはむしろＡＮＡＭＭＯＸ菌にとって不利
に働くために、このようなところでは付着現象が起こら
ず、むしろ積極的に剥離していると考えられる。従っ
て、基質であるアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素のいず
れか一方が少なければ、ＡＮＡＭＭＯＸ菌が膜面で増殖
することによるスライムの付着は防止される。そして、
本発明者は更に検討を重ね、膜汚染を防止し得る基質の
濃度を特定したところ、アンモニア性窒素と亜硝酸性窒
素のいずれか一方の濃度が０〜５ｍｇ／Ｌ、好ましくは
０〜２ｍｇ／Ｌであれば、ＡＮＡＭＭＯＸスライムによ
る膜汚染を防止して、薬品洗浄頻度を低減できることを
見出し、本発明の脱窒方法に到達した。

【００４０】本発明の脱窒方法により、膜汚染を軽減す
ることにより、膜の薬品洗浄にかかるコストや、膜の交
換費用が低減されるため、膜分離方式を実用的なコスト
で採用することが可能となる。

【００４１】

【発明の実施の形態】以下に本発明の脱窒装置及び脱窒
方法の実施の形態を詳細に説明する。

【００４２】本発明の脱窒装置は、ＡＮＡＭＭＯＸ菌を
保持する脱窒槽とこの脱窒槽の脱窒処理液を膜処理する
膜分離装置とで主に構成される。

【００４３】本発明に係る脱窒槽は、亜硝酸性窒素を含
む排水又は溶液とアンモニア性窒素を含む排水又は溶液
を供給する手段、或いはアンモニア性窒素と亜硝酸性窒
素とを含む排水又は溶液を供給する手段を備え、好まし
くは脱窒槽内を緩やかに撹拌するための撹拌手段、例え
ば撹拌機や水中ポンプ、ガスの吹き込み手段を備えるこ
とが好ましい。

【００４４】脱窒槽内にはｐＨの検知手段を設け、必要
に応じて酸又はアルカリ剤、或いはその両方を供給する
手段を備えることが好ましい。用いる酸としては塩酸、
硫酸、炭酸などが好ましく、アルカリとしては水酸化ナ
トリウム溶液などが好ましい。

【００４５】また、脱窒槽は空気が混入しないよう通常
は密閉構造とし、脱窒反応で発生する脱窒ガスは外部か
ら空気が逆流するのを防ぐためにチャッキ弁や水封部を
通じて外部に排出される。

【００４６】更に脱窒槽上部にはスカムが発生すること
が多いために、スカムの破砕手段を設けることが好まし
く、浮上したスカムを破砕するための泡切り用カッター
を水面付近に備えたり、水面付近を撹拌羽で撹拌するこ
とで水面を波立たせたり、また水槽に旋回流を引き起こ
して水面付近に浮上濃縮される汚泥を十分に脱窒槽内部
に巻き込むことが有効である。特に、旋回流を引き起こ
す手段としては嫌気性のガスを吹き込むことがよく、こ
の場合、脱窒槽上部の脱窒ガスをブロワやコンプレッサ
により昇圧して、脱窒槽内に吹き込むことが簡便であ
る。ガスの吹き込み量は脱窒槽の底面積に対して１〜５
０Ｎｍ^３−ガス／ｍ^２−底面／ｈｒ程度が好ましく、更
に好ましくは２〜２０Ｎｍ^３−ガス／ｍ^２−底面／ｈｒ
程度が良い。ガス吹き込みは連続でも良く間欠でも良い
が、スカムが発生したときのみ間欠的に１日１〜５０回
程度、より好ましくは４〜２０回程度、１回当りの吹き
込み時間は１〜６０分間、好ましくは３〜３０分間程度
で行うのが好ましい。ガスの吹き込み部はバッフル板な
どにより仕切り、上昇部と下降部を仕切る方が、撹拌効
果や消泡作用の面から好ましい。

【００４７】この際に生ずるガスリフト作用による上昇
水流の中に浸漬膜を設置して膜分離を行うことは特に動
力の節約になり好ましい。また、脱窒槽内液を外部に取
り出して槽外に設置した膜分離装置に循環通水して膜分
離を行う場合において、反応槽内に戻される濃縮液で水
面のスカムを破砕したり、この濃縮液を水面上に横向き
又は下向きに吹き込むことでスカムを脱窒槽内に巻き込
んで撹拌することも動力の節約になり好ましい。

【００４８】一方、脱窒槽の脱窒処理液を膜分離する膜
分離装置の分離膜の材質としては、ポリエチレン、ポリ
プロピレン、ポリオレフィン、ポリスルフォン、ポリエ
ーテルスルフォン、ポリアミド、ＰＶＤＦ（ポリフッ化
ビニリデン）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレ
ン）、セラミック、不織布など特に材質を問わずに使用
することができるが、特に親水性の素材がＡＮＡＭＭＯ
Ｘ菌の付着による膜汚染を防止するのに好適である。

【００４９】分離膜の形式は中空糸膜、チューブラ膜、
平膜などいずれの形式でも良い。

【００５０】膜分離方式はデッドエンド濾過方式、クロ
スフロー濾過方式、浸漬膜方式、ダイナミック濾過方式
などのいずれでもよいが、特にクロスフロー濾過方式
と、浸漬膜方式は、上述の如く脱窒槽内の撹拌やスカム
破砕手段と兼用することができるために好適である。

【００５１】膜分離のための圧力はポンプや水圧を利用
した正圧と負圧の両方を利用することができるが、膜面
において透過液が負圧になると透過液から脱窒ガスが発
生し、流路に気泡が溜ることで透過液流路の圧力が不均
一になったり、また透過液をポンプで排出する場合には
ポンプがエアを巻き込むことによる膜分離効率の低下が
起こり、また透過液をサイフォンで排出する場合にはサ
イフォンがブレークするなどの障害を生じやすい。この
ため、透過液側は正圧として運転することが好ましい。

【００５２】膜の薬品洗浄には、水酸化ナトリウム溶液
などのアルカリ液、次亜塩素酸ソーダや過酸化水素など
の酸化剤、塩酸、硫酸、クエン酸、蓚酸などの酸、各種
の界面活性剤など、通常、膜の洗浄に用いられる各種の
薬剤が使用可能である。特にＡＮＡＭＭＯＸ菌は酸素の
存在に対して弱いため、膜に付着して膜汚染原因となっ
たＡＮＡＭＭＯＸ菌を効率良く剥離するためには、洗浄
薬液が溶存酸素を１ｍｇ／Ｌ以上含むことが好ましく、
より好ましくは溶存酸素を３ｍｇ／Ｌ以上含むものが良
い。また、酸素含有気体でバブリングしたり空気逆洗す
ることも効果的である。溶存酸素は他の薬剤と併用する
と最も有効であるが、溶存酸素単独でも膜汚染回復効果
がある。

【００５３】本発明は特にＡＮＡＭＭＯＸ菌を効率的に
増殖させる点で優れており、この装置で増殖させたＡＮ
ＡＭＭＯＸ菌を含む汚泥を他の装置で利用することで、
他の装置の立ち上げ時間を短縮したり、また他の装置で
一時的に処理能力を増殖させる場合や、トラブルなどで
劣化した処理能力を回復させることに役立てることもで
きる。

【００５４】この目的に対しては、ＡＮＡＭＭＯＸ菌を
含む汚泥を保管する装置を備えることが好ましい。この
保管装置としては、無酸素環境を保つ密閉構造であり、
好ましくは撹拌機やガス撹拌などの撹拌手段を持ち、ま
た保管中のｐＨ変動を調整するためのｐＨ調製手段を備
えることがより好ましい。更に、保管中にＡＮＡＭＭＯ
Ｘ菌の活性を保つためにアンモニア性窒素、亜硝酸性窒
素を補給する手段を備えることも有効である。また、こ
の汚泥を搬出する際には濃縮して濃度を高めることがよ
り好ましいため、濃縮手段を備えることがより有効であ
る。濃縮手段としては、汚泥を沈降させた後の上澄み液
を排出する手段や、下方に濃縮された汚泥を排出する手
段、汚泥を浮上濃縮するための微細気泡を発生させる手
段、膜分離や遠心分離等の機械的濃縮手段が挙げられる
が、本発明の脱窒装置の構成要素としての膜分離手段を
利用できる構造としても良い。必要に応じて水温を調節
することも好ましく、適切な水温は５〜４０℃、より好
ましくは１０〜２５℃である。

【００５５】また、汚泥を保管する容器として本発明の
脱窒装置の構成要素としての脱窒槽で兼用させることも
でき、この場合には本発明の脱窒方法の膜分離手段に、
汚泥濃度上昇に対する余裕率を１０〜２００％、より好
ましくは２０〜１００％持たせることが好ましい。膜分
離手段に余裕率を取る方法としては、膜面積を増加させ
る方法、膜面の循環流速や気泡流を速める方法、予備の
膜分離装置を稼働させる方法、予備の脱窒槽を利用する
方法などが挙げられる。

【００５６】このような手段は汚泥を搬出する必要があ
る時に用いる臨時手段としても良い。

【００５７】本発明の装置には、脱窒槽内に高濃度の亜
硝酸性窒素などの阻害物質が蓄積した場合には、これを
速やかに洗い流せるように、好ましくは滞留時間０．５
〜１２時間、更に好ましくは１〜６時間で溶存酸素を除
去した水を供給できる手段を設けることが好ましい。こ
の水には亜硝酸性窒素濃度２００ｍｇ／Ｌ以下、好まし
くは５０ｍｇ／Ｌ以下のものを用いる必要がある。溶存
酸素の除去手段としては、脱酸素剤の投入や、嫌気性ガ
スによるバブリングなどを用いることができ、ＡＮＡＭ
ＭＯＸ脱窒槽内に連通した気密式の水槽でこれらの手段
を使用することができる。この気密式水槽の大きさは上
述の水量に対して滞留時間が好ましくは１〜６０分間、
更に好ましくは５〜３０分間あれば良いが、他の目的の
ために設置された水槽を流用したためにこの範囲を超え
て滞留時間が長いことは特に本発明の実施を妨げるもの
ではない。またこの脱酸素手段は原水の脱酸素手段と共
用することもできる。

【００５８】本発明の脱窒方法では、膜分離手段に供給
される脱窒処理液のアンモニア性窒素濃度及び亜硝酸性
窒素濃度のいずれか一方又は双方を０〜５ｍｇ／Ｌ、特
に好ましくは０〜２ｍｇ／Ｌとして膜分離を行う。

【００５９】なお、ＡＮＡＭＭＯＸ菌による脱窒処理で
は、硝酸性窒素が生成するため、通常の場合、本発明に
係る生物脱窒装置の後段には硝酸性窒素を除去するため
の脱窒装置が設けられ、膜分離装置からの処理水は更に
脱窒処理される。この脱窒処理においては、亜硝酸性窒
素も同時に除去される。従って、処理水中に亜硝酸性窒
素が残留しても後段の脱窒装置で除去できるが、アンモ
ニア性窒素が残留した場合には、更に残留するアンモニ
ア性窒素を除去するための硝化脱窒装置を設ける必要が
生じることから、本発明では、亜硝酸性窒素よりもアン
モニア性窒素を低濃度に維持することが後段での処理水
質の向上や装置構成の簡略化の面で好ましい。従って、
一般的には、膜分離する脱窒処理液のアンモニア性窒素
濃度が０〜５ｍｇ／Ｌ、好ましくは０〜２ｍｇ／Ｌとな
るように処理を行うのが好ましい。

【００６０】このような本発明の方法を効果的に実施す
るためには、膜分離装置への供給水中のアンモニア性窒
素濃度及び／又は亜硝酸性窒素濃度を監視し、アンモニ
ア性窒素濃度を低く保つ場合において、該供給水のアン
モニア性窒素濃度が高いようであれば、この脱窒装置に
流入するアンモニア性窒素負荷を下げるか亜硝酸性窒素
負荷を上げる操作を行い、亜硝酸性窒素濃度を低く保つ
場合において、該供給水の亜硝酸性窒素濃度が高いよう
であれば、この脱窒装置に流入する亜硝酸性窒素負荷を
下げるかアンモニア性窒素負荷を上げる操作を行えば良
い。

【００６１】なお、膜分離装置への供給水中のアンモニ
ア性窒素濃度及び亜硝酸性窒素濃度のいずれか一方が十
分に低い場合でも他方の残留濃度が大きく、全窒素濃度
が高い場合には、不足している側の窒素負荷を上げる
か、過剰となっている側の窒素負荷を下げることにより
全窒素濃度を下げることが望ましい。

【００６２】このような濃度の監視は、脱窒装置の膜分
離装置が脱窒槽内に浸漬された浸漬型膜分離装置である
場合には、膜分離装置を浸漬した脱窒槽内液の濃度を監
視すれば良い。また、脱窒槽の脱窒処理液を脱窒槽外の
膜分離装置で膜分離する場合には、例えば脱窒槽から膜
分離装置への脱窒処理液の移送配管や、脱窒槽内におい
て濃度を監視すれば良い。膜面に供給される汚泥中のア
ンモニア性窒素濃度や亜硝酸性窒素濃度は、膜透過水の
それとほぼ同等と見なすことができるから、膜透過水の
濃度を監視することで代用しても良い。

【００６３】このような負荷調整は、脱窒槽におけるＡ
ＮＡＭＭＯＸ反応速度や流入する原水のアンモニア性窒
素と亜硝酸性窒素との比率が既知であるか、容易に推測
できる場合には、このような濃度測定を行わずに机上計
算のみで対応することもできる。

【００６４】また、上記の濃度の監視は一定時間毎に手
動又は自動の水質分析、好ましくは自動の水質分析によ
り行われる。このための測定手段としては、特に制限は
なく、フローインジェクション法による測定手段、イオ
ン電極による測定手段、紫外線分析計による測定手段、
水質試験紙などの簡易分析手段、その他従来公知の測定
手段をいずれも用いることができる。

【００６５】原水の水質や脱窒槽の運転条件が安定して
いる場合には、一旦アンモニア性窒素濃度及び／又は亜
硝酸性窒素濃度を調整した後は、通常一定期間は同様の
状態を維持できるため、負荷調整は必ずしも毎日行う必
要はなく、半年程度調整が不要な場合もある。

【００６６】本発明の脱窒方法において、膜分離供給水
のアンモニア性窒素濃度及び／又は亜硝酸性窒素濃度を
安定して保つには、脱窒槽を２槽以上直列に配置するの
が特に好ましく、この場合、最低１槽には膜分離装置へ
の給泥槽又は膜浸漬槽よりも高い汚泥負荷をかけると良
い。この場合には、この高負荷とする脱窒槽における処
理水質から、現在のＡＮＡＭＭＯＸ菌の持つＡＮＡＭＭ
ＯＸ反応速度を算出することができ、この値から膜分離
装置への給泥槽又は膜浸漬槽における処理水質を予測す
ることができ、好ましい。特に、膜分離装置への給泥槽
又は膜浸漬槽における汚泥負荷よりも高い汚泥負荷をか
けている脱窒槽において、脱窒処理液のアンモニア性窒
素濃度及び亜硝酸性窒素濃度のいずれかが３ｍｇ／Ｌ以
下となっていれば、膜分離装置への給泥槽又は膜浸漬槽
におけるこれらの窒素濃度も３ｍｇ／Ｌ以下になってい
ることが期待できる。ただし、他の栄養塩や炭酸根、ｐ
Ｈ、温度等の条件はこれらの脱窒槽間で一定であるか、
膜分離装置への給泥槽又は膜浸漬槽の環境がよりＡＮＡ
ＭＭＯＸ反応に適した環境である方が良い。

【００６７】また、本発明の脱窒方法における窒素濃度
を維持した上で、窒素の除去能力を高く保つために、系
外へ排出する汚泥量を少なく保つことが重要であり、系
内の汚泥保持量から１日当たりの汚泥排出量を割った値
である汚泥滞留時間（ＳＲＴ）が１６日以上、好ましく
は２０日以上、特に好ましくは３０〜３００日とするこ
とが望ましい。例えば、ＳＲＴが１８日では１割程度の
負荷変動により容易に本発明の窒素の濃度範囲を超える
おそれがあり、綿密な濃度監視と負荷調整が必要であ
る。これに対して、ＳＲＴを例えば３０日とした場合に
は、４割程度の負荷変動を許容することができ、ＳＲＴ
を１００日とすれば２倍程度の負荷変動を許容すること
ができる。

【００６８】本発明では脱窒槽内の汚泥濃度は、懸濁物
質濃度（ＳＳ）として１〜４０ｋｇ／ｍ^３、特に３〜２
０ｋｇ／ｍ^３が好適である。特に、汚泥濃度を３〜１０
ｋｇ−ＳＳ／ｍ^３として運転すれば、膜の汚染をさらに
軽減することができ、膜の薬品洗浄頻度が少なくなり、
膜の寿命が長くなり、膜交換コストが安くなる上に、膜
のフラックスを高く設定することができるために、必要
な膜面積が少なくなり、膜コストを安価にすることがで
きる。

【００６９】なお、脱窒槽への懸濁物質の流入量が多い
場合は、ＡＮＡＭＭＯＸ菌以外の懸濁物質が増加し、Ｓ
Ｓ当たりのＡＮＡＭＭＯＸ反応速度が低下するため、そ
の分ＳＳ濃度を高く保つ必要がある。この問題を回避す
るためには脱窒槽の上流側で固液分離を行ってＳＳを除
去したり、ＢＯＤ除去を行って脱窒槽内で増殖する従属
栄養細菌量を減少させたりする方法が効果的である。た
だし、これらの前処理装置を設置するためのスペースが
なかったり、技術的・経済的理由によりこれらの前処理
が困難である場合などには、ＳＳ濃度上昇による膜分離
能力の低下を、膜分離装置の能力を通常よりも増大させ
ることで補うことができる。

【００７０】また、ＡＮＡＭＭＯＸ菌の搬出に備えて菌
体量を多く保持しておきたい場合にも、脱窒槽内のＳＳ
濃度を高く保持しておくことが望ましい。ＳＳ濃度が高
くなったことにより膜分離能力が不足する場合には、予
備の膜分離装置を稼働したり仮設の膜分離装置を設置す
ることが好ましい。また、流入排水のうち比較的濃度の
低いものの流入を停止し、高濃度の排水を選択して通水
することも効果的である。また、汚泥中のＡＮＡＭＭＯ
Ｘ菌の割合を特に高めるために、比較的濃度の高いアン
モニア性窒素と亜硝酸性窒素を含む溶液を添加して、脱
窒槽内のＡＮＡＭＭＯＸ菌濃度を高めることも効果的で
ある。

【００７１】本発明の脱窒槽では、ＡＮＡＭＭＯＸ菌以
外の硝酸性窒素の脱窒能力を持つ脱窒細菌を共存させる
こともでき、この場合、残留する硝酸性窒素濃度を低下
させることができ、窒素除去率が向上する。このため、
後段の脱窒の処理プロセスを小型化したり、省略したり
することができる。この脱窒反応を行わせるために添加
する電子供与体の量は、有機物の場合には原水から流入
する硝酸性窒素と系内で生成する硝酸性窒素の和に対し
てＣＯＤ_Ｃｒとして０．５〜３倍量、より好ましくは
１．５〜２．５倍量を加えるのがよく、硫化物の場合に
は同様に硝酸性窒素の和に対して０．５〜１．７倍、硫
黄の場合には０．８〜２．２倍が好適である。このよう
に外部から電子供与体を添加すると槽内ではＡＮＡＭＭ
ＯＸ菌以外の菌体が増加し、汚泥濃度が増加するか、ま
たは汚泥濃度が増加しないように汚泥を引き抜いた場合
にはＡＮＡＭＭＯＸ菌の濃度が低くなりＡＮＡＭＭＯＸ
反応速度が低下する。

【００７２】ただし、汚泥の分離に膜分離手段を用いて
いるため、汚泥濃度が増加しても膜面積を増やしたり、
膜面流速を高めたり、膜面のガススクラビング量を増や
したり、膜フラックスを下げたり、逆洗頻度を上げた
り、薬品洗浄頻度を増加することにより、これにより膜
分離装置に係わるコストは増大するものの、汚泥濃度の
増加に対応することが可能であり、場合によっては後処
理として別途脱窒槽を設けるよりも有利である場合があ
る。

【００７３】これらの脱窒菌はＡＮＡＭＭＯＸ菌の基質
である亜硝酸性窒素も脱窒することがあるため、ＡＮＡ
ＭＭＯＸ反応が終了後に電子供与体を添加して脱窒させ
るのが良い。このためには、亜硝酸性窒素を主に与える
期間と硝酸性窒素を脱窒するために与える電子供与体を
主に与える期間を時間的に区分するか、または別々の脱
窒槽に添加するのが良い。

【００７４】この場合、膜分離装置への給泥槽又は膜浸
漬槽における硝酸性窒素濃度は１〜１０，０００ｍｇ／
Ｌであることが好ましく、更に好ましくは５〜２，００
０ｍｇ／Ｌであることが好ましい。硝酸性窒素濃度がこ
の範囲よりも低い場合には、膜汚染が激しくなり、処理
水のＣＯＤ濃度悪化、悪臭発生が生ずる。これは、従属
栄養細菌と液中の有機物が腐敗を開始して、硫化物イオ
ンや有機酸を生ずることにより、これらの腐敗産物によ
りＡＮＡＭＭＯＸ菌の一部が死滅し、更に腐敗を進行さ
せ、この腐敗産物が膜の目詰まりを引き起こしたり、処
理水の悪化を引き起こすためであると推定される。硝酸
性窒素濃度を増加させるためには、流入する電子供与体
を減らすか、流入する脱窒菌の量を減らすか、槽内の脱
窒菌を排出して濃度を低減するか、ＡＮＡＭＭＯＸ菌に
対して負荷を増加して生成する硝酸性窒素の量を増加さ
せるか、硝酸性窒素を含む液を流入させる等の手段を取
ることができる。最も望ましい手段は流入する電子供与
体の量を減らすことであり、脱窒のために電子供与体を
添加している場合は添加している有機物量を減らせばよ
く、排水中に有機物等の電子供与体が含まれている場合
には生物処理装置、濾過装置、凝集分離装置、活性炭吸
着塔等を利用して有機物を減らすのが望ましい。硝酸性
窒素濃度を増加させるために、次に好ましい手段は、流
入する脱窒菌量を減らすことであり、このためには生物
処理装置や濾過装置や凝集分離装置などのＳＳ除去能力
を有する装置を利用することができる。

【００７５】なお、本発明の脱窒装置はＡＮＡＭＭＯＸ
菌を増殖させることに特に優れているため、排水中の窒
素除去装置として機能させつつ、他の装置のＡＮＡＭＭ
ＯＸ活性を持つ汚泥を供給する供給源としても有用であ
る。他の装置のＡＮＡＭＭＯＸ汚泥を供給するために特
に汚泥量を増加させたい場合は、一時的に膜汚染が促進
されることを犠牲にして、膜分離に供する脱窒処理液の
亜硝酸性窒素とアンモニア性窒素のいずれも５〜３，０
００ｍｇ／Ｌ、特に好ましくは１０〜１，０００ｍｇ／
Ｌとすることで、ＡＮＡＭＭＯＸ菌の増殖を促進するこ
ともできる。但し、高濃度の亜硝酸性窒素はＡＮＡＭＭ
ＯＸ菌に対して阻害作用を持つため、亜硝酸性窒素濃度
の上限は好ましくは２００ｍｇ／Ｌ以下、更に好ましく
は５０ｍｇ／Ｌ以下とする。

【００７６】本発明において、処理対象となる原水は、
アンモニア性窒素及び亜硝酸性窒素を含む水であり、有
機物及び有機性窒素を含むものであっても良いが、これ
らは脱窒処理前に予めアンモニア性窒素になる程度まで
分解しておくことが好ましく、また、溶存酸素濃度が高
い場合には、必要に応じて溶存酸素を除去しておくこと
が好ましい。また、原水はアンモニア性窒素を含む液と
亜硝酸性窒素を含む液を混合したものであっても良い。
例えば、アンモニア性窒素を含む排水を硝化細菌の存在
下に好気性処理を行い、アンモニア性窒素の一部、好ま
しくはその５０〜７０％を亜硝酸に部分酸化したものを
原水とすることができる。更には、アンモニア性窒素を
含む排水の一部を硝化細菌の存在下に好気性処理を行
い、アンモニア性窒素を亜硝酸に酸化し、アンモニア性
窒素を含む排水の残部と混合したものを原水としても良
い。

【００７７】一般的には、下水、し尿、汚泥消化脱離
液、その他工場排水、埋立浸出水等のアンモニア性窒
素、有機性窒素及び有機物を含む排水が処理対象となる
場合が多いが、この場合、これらを好気性又は嫌気性処
理して有機物を分解し、有機性窒素をアンモニア性窒素
に分解し、さらに部分亜硝酸化或いは、一部についての
亜硝酸化を行った液を原水とすることが好ましい。

【００７８】以下に図面を参照して本発明の脱窒装置の
具体的な構成を説明する。

【００７９】図１〜３は本発明の脱窒装置の実施の形態
を示す系統図である。

【００８０】図１の脱窒装置は、脱窒槽１と膜分離装置
３とで主に構成される。原水は、流量計２１Ｆ及び流量
調整弁２１Ｖを備える原水流入管２１より脱窒槽１に導
入される。脱窒槽１には撹拌機１Ｍが設けられ、また、
槽下部の壁面には下方からの脱窒ガスの巻き込みを防止
するバッフル板１Ｂが設けられている。そして、このバ
ッフル板１Ｂに囲われた部分から、給泥ポンプＰ_１によ
り、脱窒処理液が取り出され、給泥管２２を経て膜分離
装置３に供給される。この給泥ポンプＰ_１としては、ス
ネークポンプや渦巻きポンプなど、汚泥の移送に適した
ポンプが用いられるが、汚泥に対する機械的衝撃の少な
さからスネークポンプが好適である。給泥ポンプＰ_１に
は変速機が装備されるか、吐出側に流量調整弁が設けら
れ、吐出能力を調整できるようになっている。給泥管２
２には流量計２２Ｆと圧力計２２Ｐが設けられている。

【００８１】脱窒槽１にはレベルスイッチ１Ｌが設けら
れ、水位が低いときには原水や希釈水の投入量を多くし
たり、膜濾過される流量が少なくなるような操作、例え
ば透過液の流量をバルブで絞ったり、給泥する流量及び
／又は圧力を低下させて透過液量を少なくしたりし、逆
に水位が高いときには原水や希釈水の投入量を少なくし
たり、膜濾過される流量が多くなるような操作、例えば
透過液側のバルブの開度を大きくしたり、給泥する流量
及び／又は圧力を増加させて透過液量を多くしたりする
ように構成されている。原水の供給や膜分離装置３の運
転を間欠的に行うことで水位調整しても良い。また、水
位と連動して間欠運転の間隔を変えても良い。

【００８２】脱窒槽１は、空気の混入を避けるために気
密構造とされ、脱窒反応で生成した脱窒ガスは脱窒ガス
排出管２５より系外へ排出される。この脱窒ガス排出管
２５には逆止弁２５Ｖや水封等の逆流防止手段が設けら
れている。脱窒槽１を完全に気密に保つことは困難であ
る場合があるため、脱窒槽内の圧力は大気圧よりも高
め、例えば１〜１０ｋＰａに保つことにより、空気の混
入を防止しても良い。脱窒槽１にはｐＨ調整手段と、必
要に応じて温度調整手段が設けられる。

【００８３】膜分離装置３の透過液は処理水流出管２３
より系外へ排出される。この処理水流出管２３には流量
調整弁２３Ｖと流量計２３Ｆが設けられている。また、
処理水流出管２３に分岐して開閉弁２６Ｖを有するサン
プリング管２６が設けられており、必要に応じて、サン
プリング水が水質管理のためのアンモニア性窒素濃度及
び亜硝酸性窒素濃度測定装置に送給され、濃度測定が行
われる。この濃度測定手段としては、脱窒処理液の濃度
監視のための手段として前述したものを用いることがで
きる。膜分離装置３の透過液はＳＳを含まないことか
ら、この測定に当たり、予めＳＳの除去操作を行う必要
はなく、容易かつ簡便に分析を行える。

【００８４】膜分離装置の濃縮液（濃縮汚泥）は、濃縮
汚泥返送管２４により脱窒槽１に返送される。この濃縮
汚泥返送管２４には流量調整弁２４Ｖ、圧力計２４Ｐ、
流量計２４Ｆが設けられている。

【００８５】この濃縮液は、脱窒槽１の水面付近に横向
き、斜め下向き又は下向きに吐き出される。これにより
脱窒槽１の水面付近の撹拌状態が良くなり、スカムの浮
上が防止される。

【００８６】図２の脱窒装置は、膜分離装置が２機設け
られ、また、ＡＮＡＭＭＯＸ汚泥を貯留するための汚泥
貯留槽４が設けられたものである。図２において、図１
に示す部材と同一機能を奏する部材には同一符号を付
し、その説明を省略する。

【００８７】第２の膜分離装置としての膜分離装置５に
は、給泥管２２から分岐する第２の給泥管３２を経て第
２の給泥ポンプＰ_２により脱窒槽１の脱窒処理液が導入
され、第２の処理水流出管３３から膜分離装置３の透過
液を取り出すと共に濃縮液を第２の濃縮汚泥返送管３４
を経て脱窒槽１に返送することができるように構成され
ている。２２Ｖ，３２Ｖは開閉弁であり、３３Ｖ，３４
Ｖは流量調整弁である。３２Ｆ，３３Ｆ，３４Ｆは流量
計、３２Ｐ，３４Ｐは圧力計である。

【００８８】この脱窒装置では、膜分離装置３と第２の
膜分離装置５とのいずれか一方を運転し、例えば、一方
の膜分離装置の薬品洗浄時や膜交換時に他方の膜分離装
置を運転するようにすることもでき、また、両方を運転
して、脱窒槽１の脱窒処理液を２機の膜分離装置３，５
で膜分離処理することもできる。

【００８９】汚泥貯留槽４は脱窒槽１と同様に撹拌機４
Ｍとバッフル板４Ｂを備え、また、気密構造とされてお
り、脱窒槽１から配管３１よりＡＮＡＭＭＯＸ菌を含む
汚泥を引き抜き、引き抜いた汚泥を適宜撹拌しながら貯
留するように構成されている。Ｐ_３は汚泥引き抜きポン
プ、３１Ｆは流量計、３１Ｖは流量調整弁である。汚泥
貯留槽４のバッフル板４Ｂに囲われた部分には、開閉弁
３５Ｖを有する汚泥引き抜き管３５が設けられ、この汚
泥引き抜き管３５は第２の膜分離装置５への給泥配管に
連結されている。また、第２の膜分離装置５の濃縮汚泥
返送管３４から分岐する配管３６が設けられている。３
６Ｖは流量調整弁である。３７はガス抜き配管であり、
逆止弁３７Ｖを備えている。汚泥貯留槽４には必要に応
じてｐＨ調整手段、温度調整手段を設けることができ
る。

【００９０】汚泥貯留槽４に貯留されている汚泥は、更
に多量の汚泥を貯留する目的で、或いは多量の汚泥を運
搬する目的で、或いは汚泥を廃棄する際の処分業者の引
き取り費用を低減するなどの目的で、濃縮を行うことが
できる。

【００９１】汚泥の濃縮を行う場合には、汚泥貯留槽４
内の撹拌を停止して汚泥を自然沈降させた後に上部の上
澄み液を排出するか、下部に沈降した濃縮汚泥を取り出
す。また、汚泥の濃縮を第２の膜分離装置５を用いて行
うこともでき、この場合には、配管３５，３２を経て汚
泥貯留槽４内の汚泥を第２の膜分離装置５に送給して膜
分離処理し、透過液を配管３３より系外へ排出すると共
に濃縮汚泥を配管３４，３６を経て汚泥貯留槽４に返送
して槽内の汚泥を濃縮すれば良い。

【００９２】汚泥貯留槽４にはレベルスイッチ４Ｌが設
けられているが、このような汚泥の濃縮を行うために、
レベルスイッチ４Ｌに例えば２点以上の水位制御点を設
けることが好ましい。この場合には、自動制御にて、上
方の水位制御点に達したときに濃縮操作を開始し、下方
の水位制御点に達したときに濃縮操作を停止することが
できる。

【００９３】図３の脱窒装置は、膜分離装置として浸漬
型膜分離装置を用いたものである。この膜浸漬脱窒槽６
内は、バッフル板６Ｂで仕切られ、バッフル板６Ｂで仕
切られた領域内に平膜型又は外圧型中空糸膜等の浸漬膜
７が設けられ、この下方に散気管８が設けられている。
６Ｌはレベルスイッチである。

【００９４】膜浸漬脱窒槽６は空気が混入しないように
気密構造とされており、脱窒反応で発生した脱窒ガスは
配管４２を経て排出される。この配管４２には、配管４
３が分岐しており、脱窒ガスの一部がガス吹き込みブロ
ワ４３Ｂにより散気管８に送給されて、浸漬膜７の下方
から散気されるように構成されている。４２Ｖ_１，４２
Ｖ_２は開閉弁、４３Ｖはガス流量調整弁、４３Ｆは吹き
込みガス流量計である。

【００９５】原水は、原水ポンプＰ_４により配管４１を
経て膜浸漬脱窒槽６に導入されて脱窒処理される。膜浸
漬脱窒槽６内の脱窒処理液は浸漬膜７で膜分離処理さ
れ、透過液は処理水ポンプＰ_５により配管４４を経て処
理水として取り出される。４４Ｐは圧力計、４４Ｖは流
量調整弁、４４Ｆは流量計である。

【００９６】膜浸漬脱窒槽６内で濃縮された汚泥は、必
要に応じて汚泥引き抜きポンプＰ_６により、配管４５か
ら系外へ引き抜かれる。

【００９７】この脱窒装置は、散気管８からの散気によ
るガス流で浸漬膜７の膜面への汚泥の蓄積が防止され
る。また、浸漬膜７の透過液側を処理水ポンプＰ_５で吸
引することで処理水が取り出されるが、この際、膜浸漬
脱窒槽６内に旋回流が発生するため、水面付近のスカム
様汚泥は、この旋回流に巻き込まれ、槽内に均一に分散
し、効率良くＡＮＡＭＭＯＸ反応に寄与するようにな
る。また、このように処理水の取り出しで生じる旋回流
で槽内が効果的に撹拌されるために、他の撹拌手段を必
要としない場合も多い。

【００９８】

【実施例】以下に比較例及び実施例を挙げて、本発明を
より具体的に説明する。

【００９９】比較例１内径０．３ｍの円筒形ＵＳＢ反応槽に約２０Ｌのメタン
細菌を主体とするグラニュールを充填すると共に、別途
フィル＆ドロー方式で培養したＡＮＡＭＭＯＸ菌約５ｇ
を投入した。この反応槽に原水として、アンモニア性窒
素２００ｍｇ／Ｌ、亜硝酸性窒素２８０ｍｇ／Ｌ、重炭
酸ナトリウム３００ｍｇ／Ｌ及び微量のカルシウムイオ
ン、マグネシウムイオンその他の微量元素を含有する合
成排水を予め窒素ガスで脱酸素した水を通水した。この
原水からは無酸素環境下でＡＮＡＭＭＯＸ菌がＶＳＳと
して約２２ｍｇ／Ｌ生成し、他の菌体は殆ど無視できる
程度しか生成しない。

【０１００】このＵＳＢ反応槽の下部から原水を通水し
てＡＮＡＭＭＯＸ菌を増殖させ、窒素除去を行った。反
応槽は３０℃の恒温室内に設置した。ＵＳＢ反応槽上部
にはガスの分離とグラニュールの沈降分離を目的とした
分離器であるＧＳＳ（気固液分離器；Gas Solid Separa
tor）を取り付け、ＧＳＳの沈殿部から処理水を循環
し、原水と合流させてＵＳＢ反応槽内部の上昇流速が１
ｍ／ｈｒ（１．７ｍ^３／ｄａｙ）となるように通水し
た。原水の導入量は当初５Ｌ／ｄａｙから開始し、その
後は常時アンモニア性窒素が５ｍｇ／Ｌ以上残留するよ
うに原水の導入量を増加した。なお、原水と循環水は合
流後にｐＨ調整槽でｐＨを７．５に調整して反応槽下部
へ導いた。また、反応槽上部は密閉し、脱窒ガスは外部
へ排出し、空気が逆流しないように水封した。

【０１０１】この結果、アンモニア性窒素の容積負荷
１．５ｋｇ／ｍ^３／ｄａｙ（原水１５０Ｌ／ｄａｙ）ま
では処理水に流出するＶＳＳ濃度は２〜８ｍｇ／Ｌであ
った。また、容積負荷３ｋｇ／ｍ^３／ｄａｙ付近となっ
たときには流出するＶＳＳは１４〜１７ｍｇ／Ｌとなっ
た。

【０１０２】即ち、生成する菌体量に対する流出する菌
体量の割合は、比較的負荷が低い立ち上げ初期で１〜４
割、負荷が高くなると８割程度に達することが明らかと
なった。

【０１０３】比較例２図６に示すような脱窒槽容積１Ｌ、沈殿槽容積０．５
Ｌ、沈殿槽面積５０ｃｍ ^２の装置を用い、別途フィル＆
ドロー方式で培養したＡＮＡＭＭＯＸ菌を主体とする汚
泥をＶＳＳ１０００ｍｇ／Ｌとなるように脱窒槽に投入
し、アンモニア性窒素濃度１００ｍｇ／Ｌ、亜硝酸性窒
素濃度１４０ｍｇ／Ｌ、重炭酸ナトリウム２００ｍｇ／
Ｌ及び微量のカルシウムイオン、マグネシウムイオンそ
の他の微量元素を含有する合成排水を予め窒素ガスで脱
酸素した水を原水として通水した。この原水からは無酸
素環境下でＡＮＡＭＭＯＸ菌がＶＳＳとして約１１ｍｇ
／Ｌ生成し、他の菌体は殆ど無視できる程度しか生成し
ない。

【０１０４】脱窒槽と沈殿槽はそれぞれ密閉し、上部の
気相を連通し、脱窒ガスは外部へ導いて、空気が逆流し
ないように水封した。

【０１０５】脱窒槽内はｐＨ計を設置し、ｐＨの上昇と
共に炭酸ガスを導入することによりｐＨ７．５にｐＨ調
整した。

【０１０６】原水は２Ｌ／ｄａｙの流量で通水し、返送
汚泥量も２Ｌ／ｄａｙとして運転した。

【０１０７】その後、脱窒槽内の汚泥濃度の上昇と共に
徐々に通水量を増加したところ、約３ヶ月後には汚泥濃
度２０００ｍｇ−ＶＳＳ／Ｌまで増加し、原水通水量も
４Ｌ／ｄａｙまで増加した。

【０１０８】この結果、アンモニア性窒素容積負荷０．
４ｋｇ−Ｎ／ｍ^３／ｄａｙ、亜硝酸性窒素０．５２ｋｇ
−Ｎ／ｍ^３／ｄａｙまで除去されることが確認できた。
一方、硝酸性窒素は０．１ｋｇ−Ｎ／ｍ^３／ｄａｙで増
加したため、窒素の除去速度としては０．８２ｋｇ−Ｎ
／ｍ^３／ｄａｙとなった。

【０１０９】この間の処理水のＶＳＳ濃度は２〜５ｍｇ
／Ｌであり、流出する菌体量は生成する菌体量の２〜５
割になることが明らかとなった。

【０１１０】このときの沈殿槽における水面積負荷は、
実装置で用いられるような１〜３０ｍ／ｄａｙよりも十
分低かったために、ＡＮＡＭＭＯＸ菌の流出は沈殿槽の
問題ではなく、浮遊増殖するＡＮＡＭＭＯＸ菌に特有の
性質であることが確認された。

【０１１１】実施例１図４に示す脱窒装置を用いて脱窒処理を行った。ただ
し、脱窒槽１にバッフル板１Ｂは設けず、また、脱窒槽
１から脱窒処理液を取り出して膜分離装置３に送給する
給泥管２２の取り付け位置は、脱窒槽１の高さ方向の中
間位置とした。また、膜分離装置３の濃縮液を返送する
濃縮汚泥返送管２４は、脱窒槽１内の槽内液中に、濃縮
液の吹き出し方向を下方に向けて設けた。脱窒槽１の外
側はウォータージャケットで覆い、３０〜３５℃の温水
を循環することで脱窒槽内の液温を３０〜３５℃に保っ
た。

【０１１２】この脱窒装置は、脱窒槽１と膜分離装置３
とで主に構成される点において、図１に示した脱窒装置
と同様の構成とされており、同一機能を奏する部材に同
一符号を付してその説明を省略する。

【０１１３】図４の脱窒装置では膜分離装置３の透過液
を透過液ポンプＰ_７で処理水流出管２３より取り出す
が、この処理水流出管２３に分岐して処理水返送管２７
が設けられており、必要に応じて処理水が脱窒槽１に返
送されるように構成されている。２３Ｓ，２７Ｓは電磁
弁である。即ち、この脱窒装置では、膜分離装置３の膜
フラックスを一定に保つために透過液流量を比較的定量
性のあるチューブポンプＰ_７で制御する。また、原水投
入量及び膜フラックスを一定としながら、脱窒槽１内の
液面を一定に保つために、脱窒槽１の水位が低いときは
レベルスイッチ１Ｌで検知し、処理水返送電磁弁２７Ｓ
を用いて透過液を自動的に脱窒槽１内へ返送する。脱窒
槽１の水位が上昇すると、処理水は処理水排出電磁弁２
３Ｓより排出される。

【０１１４】脱窒槽１の容積は５Ｌであり、膜分離装置
３は平膜型膜分離装置であり、使用した平膜は公称孔径
０．４μｍの塩素化ポリエチレン製のＭＦ膜である。

【０１１５】脱窒槽１の槽内液は変速機付きのスネーク
ポンプＰ_１により膜分離装置３に供給され膜分離処理さ
れる。膜分離装置３では、一次側の出口をボールバルブ
２４Ｖで絞ることにより、膜の一次側（原水側）の平均
圧力を１００〜１５０ＭＰａとし、膜の二次側（透過液
側）をチューブポンプＰ_７で定量的に吸引することによ
り処理水を得た。

【０１１６】脱窒槽１は撹拌機１Ｍで撹拌し、脱窒槽１
内部のｐＨをｐＨ計（図示せず）で測定し、ｐＨの上昇
と共に炭酸ガスを導入してｐＨ調整を行い、ｐＨ７．５
に調整した。脱窒槽１は密閉し、脱窒ガスは外部へ導い
て、空気が逆流しないように水封した。

【０１１７】次に、図５を参照して本実施例で用いた膜
分離装置の平膜セルの構造を説明する。図５（ａ）はこ
の平膜セル５０の平面図であり、図５（ｂ）は図５
（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面の拡大図である。

【０１１８】ボルト５０Ｂ及びナット５０Ｎによって連
結された上側ハウジング５１と下側ハウジング５２とに
よって外殻が構成されている。この平膜セル５０の内部
には多孔質金属焼結板５６が水平に配置され、該多孔質
金属焼結板５６の上面に平膜５３が配置されている。こ
の平膜５３の上側が被処理液流路５４となっており、多
孔質金属焼結板５６の下側が透過液集水路５５となって
いる。被処理液は、平膜セル５０の長手方向の一端側の
入口５７から被処理液流路５４に導入され、他端側の濃
縮液出口５８から濃縮水として流出する。被処理液が、
平膜５３に沿って濃縮液出口５８側へ流れる間に、平膜
５３で膜分離処理され、透過液は多孔質金属焼結板５６
の透過液流路から透過液集水路５５及び透過液出口５９
を経て取り出される。濃縮液は濃縮液出口５８から取り
出される。

【０１１９】膜分離装置３の有効膜面は流路幅４０ｍｍ
×流路長８６０ｍｍ、膜面積３．４４×１０^−２ｍ^２と
した。一次側の流路高さは４ｍｍであり、流路断面積は
１．６×１０^−４ｍ^２である。この膜分離装置３では、
脱窒槽１からの脱窒処理液通水量を５〜１９Ｌ／ｍｉｎ
とすることで、膜面流速０．５〜２ｍ／ｓｅｃを確保す
ることができ、また、透過液の流量を１０〜６９Ｌ／ｄ
ａｙとすることで、膜フラックス０．３〜２ｍ^３／ｍ^２
／ｄａｙとすることができる。前述の如く、透過液は脱
窒槽１内の水位をレベルスイッチ１Ｌで検知し、水位が
所定より低い時は脱窒槽１へ返送して槽内の水量低下を
防ぎ、水位が所定量より高い時は系外へ排出して処理水
とした。膜分離装置は同様のものを最大２系列、並列に
用いた。

【０１２０】原水としては、比較例１で用いたものと同
一組成の合成排水を予め窒素ガスで脱酸素したものを脱
窒槽１に導入した。

【０１２１】脱窒装置の運転開始時には別途培養したＡ
ＮＡＭＭＯＸ菌を含む汚泥をＶＳＳ４００ｍｇ／Ｌとな
るよう脱窒槽１に投入し、原水流量を４Ｌ／ｄａｙとし
て通水を開始した。膜面流速は１ｍ／ｓｅｃ、膜フラッ
クスは１ｍ^３／ｍ^２／ｄａｙとし、処理水のアンモニア
性窒素が２０ｍｇ／Ｌ以下となるのを待って通水量を増
加した。

【０１２２】この結果、１ヶ月後には脱窒槽１内の汚泥
はＶＳＳ２，５００ｍｇ／Ｌに達し、原水通水量は３０
Ｌ／ｄａｙ、アンモニア性窒素の容積負荷は１．２ｋｇ
／ｍ ^３／ｄａｙに達した。処理水のＶＳＳは１ｍｇ／Ｌ
以下であり、増殖したＡＮＡＭＭＯＸ菌の９５％以上が
脱窒槽１内に留まっていることが確認された。この期
間、膜分離装置３に流入する脱窒処理液のアンモニア性
窒素濃度は１０ｍｇ／Ｌ以上で推移し、亜硝酸性窒素濃
度は２０ｍｇ／Ｌ以上で推移した。なお、処理水のアン
モニア性窒素濃度は１２〜３０ｍｇ／Ｌ、亜硝酸性窒素
濃度は２５〜５５ｍｇ／Ｌで、硝酸性窒素濃度は４０〜
５０ｍｇ／Ｌであった。

【０１２３】一方、濾過差圧は当初１０ｋＰａ以下で推
移したが、約１週間経過後から急速に濾過差圧が上昇
し、１ヶ月後には１００ｋＰａとなった。この値はＶＳ
Ｓ１０，０００〜１５，０００ｍｇ／Ｌの活性汚泥を膜
濾過する場合よりも２〜３倍程度高い膜汚染速度であ
り、特にＡＮＡＭＭＯＸ菌がより高濃度になれば更に汚
染速度が増加する。このようなクロスフロー濾過方式を
適用する場合、濾過差圧の上限は１００〜１５０ｋＰａ
程度が普通であり、この値に達するまでに薬品洗浄など
を行って膜汚染を回復する必要がある。また、濾過差圧
が１００ｋＰａを超えてからは処理水排出管２３内に気
泡が観察されるようになり、このために排出される処理
水量の定量性を保つことが困難になり、頻繁にチューブ
ポンプＰ_７の流量を調整する必要が生じた。このように
透過液が気液混層流となった場合、透過液ポンプが例え
ば渦巻きポンプであれば、ポンプの吐出能力、吐出揚程
が低下するなどの問題が生ずる場合が多い。

【０１２４】以上の要素を考慮すると、本実施例１の運
転条件では、実用規模の膜濾過を行う場合に薬品洗浄頻
度が２〜４週間に１回と評価された。

【０１２５】この膜分離装置３の一次側に、０．２重量
％の水酸化ナトリウム水溶液を溶存酸素濃度１ｍｇ／Ｌ
以上となるよう維持して循環通液したところ、１２時間
の薬品洗浄で９割以上の膜汚染が剥離し、性能を回復す
ることが確認された。一方、活性汚泥で汚染された膜の
場合、この条件での回復率は３〜７割程度である。この
ように効果的にＡＮＡＭＭＯＸ菌による膜汚染が回復で
きた理由は、溶存酸素の存在により膜面に付着したＡＮ
ＡＭＭＯＸ菌が効率良く分解され、剥離が促進したため
と思われる。

【０１２６】実施例２実施例１の条件から、原水流量を落として２５Ｌ／ｄａ
ｙとしたこと以外は実施例１と同様にして運転を行った
ところ、膜分離装置３に流入する脱窒処理液のアンモニ
ア性窒素を１ｍｇ／Ｌに落とすことができた。以降は１
週間ごとに３割通水量を増加し、その都度、アンモニア
性窒素濃度を測定したところ、期間を通じてアンモニア
性窒素濃度を３ｍｇ／Ｌ以下に保つことができた。特
に、通水量を上げる前の数日間は１ｍｇ／Ｌ以下のアン
モニア性窒素濃度であった。この結果、４０日後には槽
内ＶＳＳ濃度が１０，０００ｍｇ／Ｌを超え、アンモニ
ア性窒素の容積負荷は３ｋｇ／ｍ^３／ｄａｙに達した。

【０１２７】このとき、濾過差圧の上昇速度は２ｋＰａ
／ｄａｙ以下であり、概ね０．２〜１ｋＰａ／ｄａｙで
あったことから、膜汚染が効果的に抑制されていること
が確認できた。そして、必要な膜洗浄頻度は３ヶ月〜１
年に１回であると評価された。

【０１２８】一方、このとき、脱窒槽１内の水面近くに
はスカム様の汚染が溜まり始めた。スカムの発生は、脱
窒槽１内の汚泥分布を不均一にし、被処理液と汚泥の接
触効率を低下させて反応効率を低下させたり、脱窒ガス
と共に汚泥が外部へ流出する危険がある。このため、膜
分離装置３から返送される濃縮液流を脱窒槽１の水面付
近に水平に吹き出すように改良し、水面付近の撹拌力を
高めたところ、スカム様汚泥の量が減少した。

【０１２９】また、発生した脱窒ガスを抱き込んで浮上
するフロックの他に、膜分離装置３からの濃縮液中に微
細な気泡の発生が多くみられた。この現象を解析したと
ころ、膜分離装置３に供給する脱窒槽１内の脱窒処理液
の取り出し口が、脱窒槽１の壁面の中間の高さにあった
ために、容積負荷の増大と共に増加した脱窒ガスが膜分
離装置３への供給液に巻き込まれ、このガスが膜分離装
置３への給泥ポンプＰ _１により微細化されると同時に加
圧され、液中に脱窒ガスが再溶解し、この液が脱窒槽１
に返送されて圧力が常圧に戻ったときに、加圧環境下で
溶解した脱窒ガスが微細気泡となることによるものと推
定された。この気泡は、フロックに浮力を与えて水面付
近に浮上させるため、スカムの増加につながる。

【０１３０】このため、膜分離装置３に供給する脱窒処
理液の取り出し口を脱窒槽１の下部に変更し、図４に示
す如く、バッフル板１Ｂを設けたところ、脱窒ガスの巻
き込みは軽減され、同時にスカム様汚泥の発生も軽減し
た。

【０１３１】この結果から、膜分離装置へ供給する脱窒
処理液は、脱窒ガスの発生の少ない部分から採取すると
良く、特に採取口付近には下方から発生した脱窒ガスの
巻き込みを防止するバッフル板などを設けると良いこと
が分かった。また、膜分離装置に供給する脱窒処理液の
供給元となる脱窒槽は容積負荷を低く取り、脱窒ガスの
発生を極力抑制することがより好ましい。

【０１３２】この脱窒槽の望ましい容積負荷は、反応槽
形状や汚泥濃度、ポンプ形式や管内流速等によるために
一概には言えないが、例えば亜硝酸性窒素と硝酸性窒素
が還元される速度として０〜１．５ｋｇ−Ｎ／ｍ^３／ｄ
ａｙ、より好ましくは０．１〜０．８ｋｇ−Ｎ／ｍ^３／
ｄａｙとするのが良い。

【０１３３】実施例３実施例２において、ＶＳＳ濃度が１０，０００ｍｇ／Ｌ
に達した後、脱窒槽１内の汚泥濃度が１０，０００ｍｇ
／Ｌを保つように脱窒槽１から汚泥の引き抜きを行った
こと以外は同様にして運転を行ったところ、平均１４０
ｍＬ／ｄａｙの汚泥の引き抜きが必要であった。このと
き、ＳＲＴは３６日と計算される。この状態で原水濃度
を変動させたところ、約１日間の負荷上昇であれば最大
５割の負荷を許容できることが分かったが、徐々にアン
モニア性窒素濃度が上昇する傾向を見せた。１日間の内
にアンモニア性窒素濃度が３ｍｇ／Ｌを超えない実用的
な負荷変動は４割程度であった。

【０１３４】また、引き抜いた汚泥を別の密閉式の反応
槽に満たし、緩やかに撹拌し、ｐＨを６．５〜９．０の
範囲に適宜調節し、水温を１５〜２０℃としながら保管
したところ、１ヶ月間でＶＳＳとして４０ｇの菌体を得
ることができた。更に汚泥を供給しつつ、２０時間静置
することにより、６０％程度が上澄みとして現れたた
め、これを静かに排出したところ、ＶＳＳとして約２
０，０００ｍｇ／Ｌの汚泥が得られた。この汚泥のＡＮ
ＡＭＭＯＸ活性を調べたところ、アンモニア性窒素の除
去速度として０．２ｋｇ−Ｎ／ｋｇ−ＶＳＳ／ｄａｙ以
上の値であり、他の装置に供給しても十分実用となる速
度を保持することが確認された。

【０１３５】ここで蓄積・濃縮した汚泥は、同一組成の
原水６７Ｌ／ｄａｙを処理する反応槽を即座に立ち上げ
ることが可能であった。

【０１３６】

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の脱窒装置及
び脱窒方法によれば、ＡＮＡＭＭＯＸ菌を含む汚泥の分
離に膜分離手段を採用することにより、ＡＮＡＭＭＯＸ
菌をほぼ最大速度で増殖させることができ、また増殖し
たＡＮＡＭＭＯＸ菌の９５％以上を系内に留めることが
できるため、立ち上がりが速く、負荷変動に強く、安定
した脱窒処理を行うことが可能となる。また、増殖した
ＡＮＡＭＭＯＸ菌は高濃度で運搬することができ、他の
ＡＮＡＭＭＯＸ反応槽の立ち上げに利用することができ
る。

【０１３７】特に、本発明の脱窒方法では、ＡＮＡＭＭ
ＯＸ菌の膜面への付着による膜汚染を効果的に防止する
ことができ、薬品洗浄頻度を減らすことにより薬品洗浄
にかかる手間及びコストと洗浄薬品の廃棄処理を軽減
し、また、膜の寿命を延長して膜の交換コストを低減す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の脱窒装置の実施の形態を示す系統図で
ある。

【図２】本発明の脱窒装置の別の実施の形態を示す系統
図である。

【図３】本発明の脱窒装置の他の実施の形態を示す系統
図である。

【図４】実施例１〜３で用いた脱窒装置を示す系統図で
ある。

【図５】実施例１〜３で用いた膜分離装置の平膜セルの
構成を示す図であって、図５（ａ）は平面図、図５
（ｂ）は図５（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面の拡大図であ
る。

【図６】固液分離手段として沈殿槽を用いた脱窒装置を
示す系統図である。

【符号の説明】

１脱窒槽２沈殿槽３膜分離装置４汚泥貯留槽５第２の膜分離装置６膜浸漬脱窒槽７浸漬膜８散気管５０平膜セル５３平膜

フロントページの続きＦターム(参考） 4D006 HA93 KA12 KA43 KA72 KB23 KC03 KC14 KC16 KD01 KD11 KD12 KD15 KD16 MA01 MA02 MA03 MC03 MC22 MC23 MC29 MC30 MC54 MC62 PA01 PB08 PC64 4D040 AA24 AA55 AA61 BB91

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アンモニア性窒素を含有する原水の流入
口と処理液の流出口とを有し、アンモニア性窒素を電子
供与体とし、亜硝酸性窒素を電子受容体とする脱窒微生
物の作用により亜硝酸性窒素の存在下に生物脱窒する脱
窒槽と、該脱窒槽の流出液又は該脱窒槽内の液を膜分離して前記
脱窒微生物と処理水とに分離する膜分離手段とを備える
ことを特徴とする脱窒装置。
【請求項２】アンモニア性窒素を含有する原水を、ア
ンモニア性窒素を電子供与体とし、亜硝酸性窒素を電子
受容体とする脱窒微生物の作用により亜硝酸性窒素の存
在下に生物脱窒する脱窒工程と、該脱窒工程の処理液を膜分離して前記脱窒微生物を含む
汚泥と処理水とに分離する膜分離工程とを有する脱窒方
法において前記膜分離工程で分離する脱窒工程の処理液
中のアンモニア性窒素濃度と亜硝酸性窒素濃度の両方又
はいずれか一方を０〜５ｍｇ／Ｌとすることを特徴とす
る脱窒方法。