JP3907004B2 - 廃水処理方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、廃水中の窒素成分を除去する廃水処理方法及び装置に係り、特に嫌気性アンモニア酸化細菌を用いた脱窒処理の高速化技術に関する。

下水や産業廃水に含有する窒素成分は、湖沼の富栄養化の原因になること、河川の溶存酸素の低下原因になること等の理由から、窒素成分を除去する必要がある。下水や産業廃水に含有する窒素成分は、アンモニア性窒素、亜硝酸性窒素、硝酸性窒素、有機性窒素が主たる窒素成分である。

従来、この種の廃水は、窒素濃度が低濃度であれば、イオン交換法での除去や塩素、オゾンによる酸化も用いられているが、中高濃度の場合には生物処理が採用されており、一般的には以下の条件で運転されている。

生物処理では好気硝化と嫌気脱窒による硝化・脱窒処理が行われており、好気硝化では、アンモニア酸化細菌（Nitrosomonas,Nitrosococcus,Nitrosospira,Nitrosolobusなど）と亜硝酸酸化細菌（Nitrobactor,Nitrospina,Nitrococcus,Nitrospira など）によるアンモニア性窒素や亜硝酸性窒素の酸化が行われる一方、嫌気脱窒では、従属栄養細菌（Pseudomonas denitrificans など）による脱窒が行われる。

また、好気硝化を行う硝化槽は負荷０．２〜０．３ｋｇ−Ｎ／ｍ³ ／日の範囲で運転され、嫌気脱窒の脱窒槽は負荷０．２〜０．４ｋｇ−Ｎ／ｍ³ ／日の範囲で運転される。下水の総窒素濃度３０〜４０ｍｇ／Ｌを処理するには、硝化槽で６〜８時間の滞留時間、脱窒槽で５〜８時間が必要であり、大規模な処理槽が必要であった。また無機質だけを含有する産業廃水では、硝化槽や脱窒槽は先と同様の負荷で設計されるが、脱窒に有機物が必要で、窒素濃度の３〜４倍濃度のメタノールを添加していた。このためイニシャルコストばかりでなく、多大なランニングコストを要するという問題もある。

これに対し、最近、嫌気性アンモニア酸化細菌を用いた廃水処理方法が注目されている（例えば特許文献１）。この嫌気性アンモニア酸化は、アンモニアを水素供与体とし、亜硝酸を水素受容体として、嫌気性アンモニア酸化細菌によりアンモニアと亜硝酸とを同時脱窒する方法である。

この方法によれば、アンモニアを水素供与体とするため、脱窒で使用するメタノール等の使用量を大幅に削減できることや、汚泥の発生量を削減できる等のメリットがあり，今後の廃水処理方法として有効な方法であると考えられている。
特開２００１−３７４６７号公報

ところで、嫌気性アンモニア酸化反応を行う嫌気性アンモニア酸化細菌は、Planctomycete が代表的で、その他にも多くの種や属があるものと考えられるが、増殖速度が０．００１ｈ^-1と極めて遅いことが報告されている（Strous,M.et al.:Nature,400,446(1999)。従って、嫌気性アンモニア酸化細菌を用いて実際の廃水処理方法や装置を構成するには、この増殖速度の極めて遅い嫌気性アンモニア酸化細菌を用いた廃水処理における処理槽を高速に立ち上げると共に、立ち上げ後の処理槽の脱窒反応を高速で行うことが必要になる。

しかしながら、この方法は未だ反応特性が十分に解明されておらず、高速な立ち上げや脱窒速度を大きくすることが難しいという欠点がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、増殖速度の極めて遅い嫌気性アンモニア酸化細菌を用いた廃水処理における処理槽の立ち上げを高速化することができると共に、立ち上げ後の処理槽の定常運転での脱窒反応を高速化することができるので、廃水中の窒素成分を嫌気性アンモニア酸化細菌を用いた脱窒により除去するための方法や装置を具体的に実現化することができる廃水処理方法及びその装置を提供することを目的とする。

本発明者は、嫌気性アンモニア酸化細菌は他の細菌との共生関係において特異的な特性があり、その特性を生かした嫌気性アンモニア酸化を行うことが嫌気性アンモニア酸化細菌を用いた廃水処理の処理槽の高速な立ち上げや、立ち上がった後の処理槽の定常運転における高速な脱窒反応を行う上で極めて重要であるとの知見を得た。即ち、廃水処理を行う処理槽に投入する浮遊微生物群中又は固定化微生物群中の嫌気性アンモニア酸化細菌が単に高ければ立ち上げや定常運転時の脱窒反応を高速化できるのではなく、微生物群の総菌数に対する嫌気性アンモニア酸化細菌の比率である共生バランスが重要であることが分かった。ここで、浮遊微生物群とは例えば処理槽内で浮遊する汚泥等であり、固定化微生物群とは、例えば流動可能な担体に付着固定又は包括固定された汚泥や、あるいは固定床に付着固定された汚泥等である。本発明はかかる知見に基づいて成されたものである。

本発明の請求項１は、前記目的を達成するために、廃水中の窒素成分を嫌気性アンモニア酸化反応を行う処理槽内の浮遊微生物群で脱窒して除去する廃水処理方法において、前記処理槽を立ち上げる際には、前記処理槽内に投入した浮遊微生物群の菌体濃度を、総菌数が前記処理槽内濃度として１０⁷ 個／ｍＬ以上且つ嫌気性アンモニア酸化細菌が前記総菌数の１／１０〜１／１０００の範囲になるように調整する調整工程を行うことを特徴とする。また、請求項２のように、処理槽を立ち上げる際には、調整工程に加えて、処理槽内で脱窒された窒素を減圧して引き抜いて前記嫌気性アンモニア酸化細菌の窒素除去性能を増大させる減圧工程、を行うことが好ましい。

請求項１は、嫌気性アンモニア酸化細菌が処理槽内に浮遊する浮遊微生物群中の微生物の一部として存在する場合であり、この場合には処理槽に投入する時点での浮遊微生物群の菌体濃度を、総菌数が１０⁷ 個／ｍＬ以上且つ嫌気性アンモニア酸化細菌が総菌数の１／１０〜１／１０００の範囲に調整することにより、処理槽の高速な立ち上げを行うことができると共に、立ち上がった後の処理槽の定常運転においても高速で安定した脱窒反応を行うことができる。尚、処理槽に投入する時点は、換言すると、処理槽の立ち上げ開始時に相当する。

本発明の請求項３は、前記目的を達成するために、廃水中の窒素成分を嫌気性アンモニア酸化反応を行う処理槽内の固定化微生物群で脱窒して除去する廃水処理方法において、前記処理槽を立ち上げる際には、前記処理槽内に投入するときの前記固定化微生物群の菌体濃度を、総菌数が１０⁶ 個／ｍＬ以上、且つ嫌気性アンモニア酸化細菌が前記総菌数の１／１０〜１／１０００の範囲になるように調整する調整工程を行うことを特徴とする。また、請求項４のように、処理槽を立ち上げる際には、調整工程に加えて、処理槽内で脱窒された窒素を減圧して引き抜いて前記嫌気性アンモニア酸化細菌の窒素除去性能を増大させる減圧工程、を行うことが好ましい。

請求項２は、嫌気性アンモニア酸化細菌が処理槽内に投入された固定化微生物群中の微生物の一部として存在する場合であり、この場合には処理槽に投入する時点での固定化微生物群の菌体濃度を、総菌数が１０⁶ 個／ｍＬ以上で、且つ嫌気性アンモニア酸化細菌が前記総菌数の１／１０〜１／１０００の範囲に調整することにより、処理槽の高速な立ち上げを行うことができると共に、立ち上がった後の処理槽の定常運転においても高速で安定した脱窒反応を行うことができる。また、微生物群が浮遊微生物群である場合と、固定化された固定化微生物群である場合では、固定化微生物群の方が総菌数が少なくても良好な立ち上げを行うことができる。

本発明の請求項５は、前記目的を達成するために、嫌気性アンモニア酸化反応を行う処理槽と、前記処理槽の立ち上げの際に該処理槽に内に投入され、総菌数が前記処理槽内濃度として１０ ⁷ 個／ｍＬ以上且つ嫌気性アンモニア酸化細菌が前記総菌数の１／１０〜１／１０００の範囲に調整された浮遊微生物群と、前記処理槽内で脱窒された窒素を減圧して引き抜いて前記嫌気性アンモニア酸化細菌の窒素除去性能を増大させる減圧装置と、を備えたことを特徴とする。

請求項３は、請求項１又は請求項２の廃水処理方法を実施するための装置として構成したものである。

本発明の請求項６は、前記目的を達成するために、嫌気性アンモニア酸化反応を行う処理槽と、前記処理槽の立ち上げの際に該処理槽に内に投入され、総菌数が１０ ^６ 個／ｍＬ以上且つ嫌気性アンモニア酸化細菌が前記総菌数の１／１０〜１／１０００の範囲に調整された固定化微生物群と、前記処理槽内で脱窒された窒素を減圧して引き抜いて前記嫌気性アンモニア酸化細菌の窒素除去性能を増大させる減圧装置と、を備えたことを特徴とする。

請求項２、４、５、６のいずれか１のように、嫌気性アンモニア酸化反応を行う処理槽内を減圧するようにしたので、処理槽内に発生する窒素ガス（Ｎ_２ガス）気泡が除去され、基質と浮遊微生物群、又は基質と固定化微生物群との接触が良くなり、窒素の除去性能が向上する。

以上説明したように本発明の廃水処理方法及びその装置によれば、増殖速度の極めて遅い嫌気性アンモニア酸化細菌を用いた廃水処理における処理槽の立ち上げを高速化することができると共に、立ち上げ後の処理槽の定常運転での脱窒反応を高速化することができる。

従って、廃水中の窒素成分を嫌気性アンモニア酸化細菌を用いた脱窒により除去するための方法や装置を具体的に実現化することができる。

以下添付図面に従って本発明に係る廃水処理方法及びその装置における好ましい実施の形態について詳説する。

本発明では、嫌気性アンモニア酸化細菌と、他の細菌との共生関係における特異的な特性について解明できたことが最も重要な点であり、以下にその特性について説明する。

これまで嫌気性アンモニア酸化細菌自体の菌体濃度や他の菌との共生バランスが解明できていない原因として、嫌気性アンモニア酸化細菌の計測方法がなく菌数を把握できないことが大きな要因である。そこで、本発明では以下に示す嫌気性アンモニア酸化細菌の計測手法を新たに開発し、嫌気性アンモニア酸化細菌数の計測を可能とした。そして、その特性を生かした処理を行うことが嫌気性アンモニア酸化細菌を用いた処理槽の高速な立ち上げや、立ち上げ後の処理槽の定常運転における高速な脱窒反応を行うことを可能とした。

（嫌気性アンモニア酸化菌数計測方法）
表１は、嫌気性アンモニア酸化細菌の計測のために開発した培地である。

（注）この培地は１０％ブロモチモルブルー液を数滴添加して使用。

表１の無機培地を試験管５０ｍＬずつ分注し、ダーラム管に入れオートクレーブにより１２１°Ｃで滅菌した。この培地に、最確値法（鈴木達彦編「土壌微生物実験法」養賢堂、Ｐ２１−４１（１９７８））に準じて菌数測定サンプルを希釈接種した。この培養において、接種は嫌気グローボックスで行い、嫌気条件下、３７°Ｃで３ケ月培養した。培養後、ダーラム管にガスが溜まり且つ培地の色が緑から青に変化した試験管について、嫌気性アンモニア酸化細菌が陽性と判断した。この色の変化は窒素ガスが発生し且つアルカリ性に変化したことを意味する。陽性、陰性の判定の後、最確値法に準じて嫌気性アンモニア酸化細菌数を換算した。また、嫌気性アンモニア酸化細菌を包括固定化した包括担体での菌数測定は、包括担体をホモジナイズし、懸濁液を先と同様の培地を用い、最確値法で嫌気性アンモニア酸化細菌数を換算した。

一例として次式に、包括担体中の嫌気性アンモニア酸化細菌数の換算方法を示す。
（数１）Ｘｐ＝Ｘｏ×（Ｖｐ＋Ｖｗ）／Ｖｐ
ここで、Ｘｐ：担体内部の嫌気性アンモニア酸化細菌数（個／ｍＬ）
Ｘｏ：培地に接種した原液の嫌気性アンモニア酸化細菌数（個／ｍＬ）
Ｖｐ：原液の作製に供試した担体量（ｍＬ）
Ｖｗ：原液の作製に加えた殺菌水液量（ｍＬ）である。

図１は、上記した嫌気性アンモニア酸化細菌の計測方法を使用し、嫌気性アンモニア酸化細菌と他の細菌との共生バランスにおける特異的な特性について、浮遊微生物群を使用して調べたものである。

即ち、廃水中の窒素成分を除去する処理槽への投入時の浮遊微生物群の総菌数と、該総菌数に対する嫌気性アンモニア酸化細菌の比率（Ｅ）を変えたときに、処理槽における嫌気性アンモニア酸化が立ち上がるまでの日数がどのように変わるかを調べた。図１の横軸の嫌気性アンモニア酸化細菌の比率（Ｅ）は、次式で定義したものである。尚、総菌数はバイオプロラーで測定した。

Ｅ＝Ｘ／Ｘａ
ここで、Ｘ：嫌気性アンモニア酸化細菌数（個／ｍＬ）
Ｘａ：総菌数（個／ｍＬ）
試験に供した廃水は、アンモニア性窒素濃度が３００ｍｇ／Ｌ、亜硝酸性窒素濃度が２８０ｍｇ／Ｌと無機塩類を含む無機合成廃水を使用した。また、嫌気性アンモニア酸化細菌の種汚泥としては、下水処理場の活性汚泥から馴養した嫌気性アンモニア酸化細菌集積汚泥（アンモニアと亜硝酸を含有する無機廃水を負荷３ｋｇ−Ｎ／ｍ³ ／日で馴養した汚泥）を使用した。そして、処理槽の亜硝酸濃度を６０ｍｇ／Ｌ以下になるように希釈しながら、負荷１ｋｇ−Ｎ／ｍ³ ／日で運転し、Ｔ−Ｎ（総窒素）除去率が７０％を得た時点で立ち上がったと判断した。

図１から明らかなように、浮遊微生物群の総菌数が１０⁷ 個／ｍＬ以上且つ嫌気性アンモニア酸化細菌が総菌数の１／１０〜１／１０００の範囲（嫌気性アンモニア酸化細菌数に換算すると１０⁴ 〜１０⁶ 個／ｍＬ）を満足する共生バランス条件において、立ち上がりが非常に速いことが分かる。即ち、立ち上げ開始時の嫌気性アンモニア酸化細菌の種汚泥が、上記の共生バランス条件を満足することにより、処理槽の立ち上げを高速化することができると共に、立ち上げ後の処理槽の定常運転においても上記の共生バランス条件を満足することにより、脱窒反応をも高速化することができる。

図２は、固定化微生物群の一例として、微生物群を包括固定化した包括固定化担体について、上記した浮遊微生物群の場合と同様に、嫌気性アンモニア酸化細菌と他の細菌との共生バランスにおける特異的な特性について調べたものである。試験に供した廃水は図１の浮遊微生物群の場合と同様である。

試験に供した包括固定化担体は次のように作成した。即ち、下水処理場の活性汚泥に、馴養した嫌気性アンモニア酸化細菌含有汚泥（アンモニアと亜硝酸を含有する無機廃水を負荷３ｋｇ−Ｎ／ｍ³ ／日で馴養した汚泥）を混合し、嫌気性アンモニア酸化細菌数と総菌数を調整した包括固定用の種汚泥を得た。この種汚泥を分子量４０００番のポリエチレングリコールジアクリレートに懸濁し、過硫酸カリウムを添加することにより重合し、これにより種汚泥をゲル中に包括固定化した。包括固定に使用した成分の組成比率は表２の通りである。

包括固定化担体は、３ｍｍ角に成形して処理槽の立ち上げ試験を行った。

その結果は、図２から明らかなように、包括固定化担体内部の微生物群の総菌数が１０
⁶ 個／ｍＬ以上且つ嫌気性アンモニア酸化細菌が総菌数の１／１０〜１／１０００の範囲（嫌気性アンモニア酸化細菌数に換算すると１０³ 〜１０⁵ 個／ｍＬ）を満足する共生バランス条件において立ち上がりが早いことが分かる。即ち、包括固定化担体の場合には、包括固定化担体内部の嫌気性アンモニア酸化細菌の種汚泥が、上記の共生バランス条件を満足することにより、処理槽の立ち上げを高速化することができると共に、立ち上げ後の処理槽の定常運転においても上記の共生バランス条件を満足することにより、脱窒反応をも高速化することができる。また、包括固定化担体の場合には、先の浮遊微生物群の場合に比べて総菌数が１０⁶ 個／ｍＬと１オーダー少ない菌数で嫌気性アンモニア酸化の活性が立ち上がることが分かる。これは、包括固定により菌の安定性が増したものと考えられ、包括固定以外の付着固定やグラニュールでも同様の傾向が得られた。

図１及び図２の結果から、総菌数と嫌気性アンモニア酸化細菌数とは共生的なリンケージ関係があり、総菌数に対する嫌気性アンモニア酸化細菌の比率（Ｅ）が低いと立ち上がらず、高過ぎても立ち上がりが悪いことが分かる。これは、比率（Ｅ）が低い場合には微生物の捕食により嫌気性アンモニア酸化細菌が減少することは容易に想定されるが、高過ぎる場合の立ち上がり期間の増大は、嫌気性アンモニア酸化細菌が他の菌から供給される活性促進因子が少なくなるためと推察される。

図３は本発明の廃水処理方法を実施するために好適な廃水処理装置の一例で、浮遊微生物群で嫌気性アンモニア酸化反応を行う場合である。尚、以下で述べる処理槽は、嫌気性アンモニア酸化細菌が作用する槽で、脱窒を行う槽である。この処理槽は、完全嫌気でなくても反応は進行し、定常時には無酸素条件又は微好気条件の槽であってもよい。

図３に示すように、廃水処理装置１０は、アンモニアと亜硝酸とを含有する廃水が、原水配管１２を介して原水ポンプ１４により処理槽１６内に流入する。処理槽１６内では、浮遊微生物群中の嫌気性アンモニア酸化細菌により、アンモニアと亜硝酸とが同時脱窒され、処理水が処理水配管１８を介して排出される。そして、処理槽１６内に投入されて立ち上げられる浮遊微生物群の菌体濃度は、総菌数が１０⁷ 個／ｍＬ以上且つ嫌気性アンモニア酸化細菌が総菌数の１／１０〜１／１０００の範囲に調整されている。このように、総菌数と、総菌数に対する嫌気性アンモニア酸化細菌数を調整することにより、浮遊微生物群中に存在する嫌気性アンモニア酸化細菌と他の菌との共生バランスを適切なバランスに設定することができるので、処理槽１６の高速な立ち上げを行うことができると共に、定常運転時においても高速で安定した脱窒反応を行うことができる。

また、処理槽１６内に底部に窒素ガスの散気管２０を設け、処理槽１６の立ち上げ開始時には処理槽１６内に窒素ガスを散気し、被処理水中の酸素を脱気することが好ましい。これは、酸素は嫌気性アンモニア酸化細菌の活性を阻害するからであり、立ち上げ時に廃水の酸素を除去することで、立ち上げ速度を更に速くすることができるからである。また、処理槽１６内の上端部にヘッドスペース部２２が形成されるように、原水配管１２からの廃水の流入量と処理水配管１８の設置位置を調整すると共に、このヘッドスペース部２２と真空ポンプ２４とを減圧配管２６を介して接続し、処理槽１６内を減圧することが好ましい。これは、処理槽１６内を減圧すると、嫌気性アンモニア酸化細菌の窒素除去活性が増大するためである。窒素除去活性が増大する理由としては、減圧することにより嫌気性アンモニア酸化細菌の表面の分子状の窒素が除去され、基質の拡散がよくなるためと推察される。また、浮遊微生物群による嫌気性アンモニア酸化反応の場合には、処理槽１６内の上部に逆ハ状の庇２８を設け、その庇２８の上部に処理水配管１８の吸込み口を設けるとよい。これにより、処理槽１６内で浮遊する浮遊微生物群が処理水に同伴して処理水配管１８から流出するのを抑制できる。また、処理槽１６の底部と上部とを循環配管３０で連通し、循環配管３０に設けた循環ポンプ３２で被処理水を循環させることが好ましい。これにより、浮遊微生物群が処理槽１６内全体に均等に浮遊し、廃水に効率的に接触す
るので、立ち上げの高速化を促進できる。通気線速度１〜５ｃｍ／秒が有効である。

図４は本発明の廃水処理方法を実施するために好適な廃水処理装置の別の例で、包括固定化担体で嫌気性アンモニア酸化反応を行う場合である。尚、図３と同じ部材及び装置は同符合を付して説明する。また、包括固定化担体による嫌気性アンモニア酸化反応の場合には完全混合でよい。

図４に示すように、廃水処理装置１０は、アンモニアと亜硝酸とを含有する廃水が、原水配管１２を介して処理槽１６内に流入し、処理槽１６内に投入された多数の包括固定化担体３４、３４…に固定化された嫌気性アンモニア酸化細菌により、アンモニアと亜硝酸とが同時脱窒され、処理水が処理水配管１８を介して排出される。また、処理水配管１８の吸込み口近傍にはスクリーン３６が設けられ、これにより包括固定化担体３４が処理水に同伴して流出することを防止する。そして、処理槽１６内に投入されて立ち上げられる包括固定化担体３４の菌体濃度は、総菌数が１０⁶ 個／ｍＬ以上、且つ嫌気性アンモニア酸化細菌が総菌数の１／１０〜１／１０００の範囲に調整される。このように、総菌数と、総菌数に対する嫌気性アンモニア酸化細菌数を調整することにより、包括固定化担体３４中に存在する嫌気性アンモニア酸化細菌と他の菌との共生バランスを適切なバランスに設定することができるので、処理槽１６の高速な立ち上げを行うことができると共に、処理槽１６の定常運転時においても高速で安定した脱窒反応を行うことができる。

包括固定化担体３４による嫌気性アンモニア酸化反応の場合にも、浮遊微生物群の場合と同様に、処理槽１６の立ち上げ開始時には、処理槽１６内に散気管２０から窒素ガスを散気し、被処理水中の酸素を脱気することが好ましい。また、処理槽１６内は減圧することが好ましい。更に、処理槽１６内を攪拌する攪拌機３８を設けることが好ましい。これにより、包括固定化担体３４が処理槽１６内全体に均等に流動し、廃水に効率的に接触するので、処理槽１６の立ち上げの高速化を促進できる。

図４では、固定化微生物群として、包括固定化担体３４の例で説明したが、付着固定やグラニュールを用いることもできる。

付着固定では球状や筒状などの担体材料、ひも状材料、ゲル状担体、不織布状材料など凹凸が多い固定化材料が付着しやすく除去率が向上する。上記した包括固定では嫌気性アンモニア酸化細菌と固定化材料（モノマ、プレポリマ）を混合した混合液を重合し、ゲルの内部に嫌気性アンモニア酸化細菌を包括固定化する。モノマー材料としてはアクリルアミド、メチレンビスアクリルアミド、トリアクリルフォルマールなどがよい。プレポリマ材料としてはポリエチレングリコールジアクリレートやポリエチレングリコールメタアクリレートがよく、その誘導体を用いることができる。包括固定化担体３４の形状は球状や筒状などの包括担体、ひも状包括担体、不織布状など凹凸が多い包括担体が接触効率がよく脱窒速度が向上する。

嫌気性アンモニア酸化細菌を付着固定又は包括固定で固定化した担体の脱窒速度を調べるために、図４の装置構成で試験した。即ち、図４に示す各種の担体を担体充填率２５％になるように処理槽に充填し、アンモニア性廃水を処理した。固定化に使用した種汚泥は、アンモニアと亜硝酸で集積培養して得られた脱窒速度１．２ｋｇ−Ｎ／ｍ³ ／日の能力をもった汚泥であり、嫌気性アンモニア酸化細菌濃度が８×１０⁶ 個／ｍＬであり、総菌数８×１０⁸ 個／ｍＬであった。

その結果、表３に示すように、４週間後には、何れの付着担体又は包括担体の場合にも２００(mg-N/L-担体/h) 以上の高い脱窒速度を得ることができた。この実験には、アンモニア性窒素濃度と亜硝酸性窒素濃度が５：４のＴ−Ｎ（全窒素）５００ｍｇ／Ｌの廃水を
用いた。表３の末尾の欄に減圧したときの脱窒速度を示す。減圧するとＮ₂ 気泡が除去され、基質と担体との接触が良好となり脱窒速度が向上した。

＊…２６０ｍｍＨｇ減圧培養処理

（第１実施例）
以下、本発明の実施例を説明するが、こられの実施例に限定するものではない。

第１実施例は浮遊微生物群で本発明の廃水処理方法を行った場合である。

アンモニアと亜硝酸で集積培養して得られた脱窒速度１．２ｋｇ−Ｎ／ｍ³ ／日の能力をもった集積培養汚泥を試験に供試した。この集積培養汚泥の嫌気性アンモニア酸化細菌濃度は８×１０⁸ 個／ｍＬであった。そして、この集積培養汚泥と活性汚泥とを混合し、図３の廃水処理装置１０における処理槽１６に汚泥濃度（ＭＬＳＳ）として４０００ｍｇ／Ｌ投入し、浮遊微生物群の菌体濃度が総菌数４×１０⁸ 個／ｍＬ、嫌気性アンモニア酸化細菌８×１０⁵ 個／ｍＬになるようにして運転を開始した。

廃水は、アンモニア性窒素濃度と亜硝酸性窒素濃度が５：４の比の廃水Ｔ−Ｎ（総窒素）１０００ｍｇ／Ｌを用いて、負荷１ｋｇ−Ｎ／ｍ³ ／日で運転を開始し、アンモニア性窒素濃度と亜硝酸性窒素濃度とをモニタリングしながら、アンモニア性窒素濃度が５０〜１００ｍｇ／Ｌ且つ亜硝酸性窒素濃度が３０〜８０ｍｇ／Ｌになるように水道水で希釈して運転した。始めの１０日間は４倍希釈が必要であったが、その後、徐々に希釈率を下げ、運転４週間後、負荷１ｋｇ−Ｎ／ｍ³ ／日でＴ−Ｎ（総窒素）除去率が８０％以上となって立ち上がり、その後も８０〜９０％で安定した。

比較として、浮遊微生物群の菌体濃度が総菌数８×１０⁵ 個／ｍＬ、嫌気性アンモニア酸化細菌８×１０⁵ 個／ｍＬとなるように、即ち菌の全てが嫌気性アンモニア酸化細菌であるような汚泥を調整し、この汚泥を処理槽１６に投入して運転を開始したが、運転開始１００日後でもＴ−Ｎ（総窒素）除去率が４０％以下と立ち上げることができず、その後も３０〜６０％の間で推移した。

（第２実施例）
第２実施例では以下のように作製した包括固定化担体で本発明の廃水処理方法を行った場合である。

包括固定するための種汚泥はアンモニアと亜硝酸で集積培養し得られた脱室速度１．２ｋｇ−Ｎ／ｍ³ ／日の能力をもった汚泥で、初期濃度３×１０⁸ 個／ｍＬを固定化の種菌として供試した。種菌を遠心分離で回収し、この菌に活性汚泥を混合した複合菌を、分子量４０００番のポリエチレングリコールジアクリレート（固定化材料）に懸濁し、過硫酸カリウムを添加することにより重合して、次に示す組成の包括固定化担体を作製した。
・嫌気性アンモニア酸化細菌：４×１０⁵ 個／ｍＬ
・総菌数 ：３×１０⁸ 個／ｍＬ
・ポリエチレングリコールジアクリレート：１０％
・過硫酸カリウム ：０．２５％
このゲルを３ｍｍ角に成形し、図４に示す廃水処理装置１０の処理槽１６に充填率３８％になるよう充填した。

廃水は、アンモニア性窒素濃度と亜硝酸性窒素濃度が５：４の比の廃水Ｔ−Ｎ（総窒素）６００ｍｇ／Ｌを用いて、負荷０．５ｋｇ−Ｎ／ｍ³ ／日で運転を開始した。徐々に負荷を増大させて、運転開始４週間後に負荷１．５ｋｇ−Ｎ／ｍ³ ／日でＴ−Ｎ（総窒素）除去率が８０％以上となって立ち上がり、その後も８０〜９０％で安定して推移した。

比較として、微生物群の総菌数３×１０⁸ 個／ｍＬ、嫌気性アンモニア酸化細菌４×１０³ 個／ｍＬで、総菌数に対して嫌気性アンモニア酸化細菌が１／１０００００と本発明の共生バランス条件（１／１０〜１／１０００）の下限を下回る場合の包括固定化担体を作成し、この包括固定化担体を処理槽１６に投入して運転を開始したが、運転開始１００日後でも立ち上がらず、その後も２０〜４０％の間で不安定に推移した。

第１の実施例及び第２の実施例から分かるように、処理槽１６における浮遊微生物群又は包括固定化担体の嫌気性アンモニア酸化細菌が単に高ければ立ち上げや定常運転時の脱窒反応を高速化できるのではなく、浮遊微生物群又は包括固定化担体の総菌数に対する嫌気性アンモニア酸化細菌の比率である共生バランスが重要である。

嫌気性アンモニア酸化細菌と他の菌の共生バランスを浮遊微生物群で説明する説明図 嫌気性アンモニア酸化細菌と他の菌の共生バランスを固定化微生物群の一例として包括固定化担体で説明する説明図 本発明の廃水処理方法を実施する廃水処理装置で、浮遊微生物群に好適な装置の構成図 本発明の廃水処理方法を実施する廃水処理装置で、包括固定化担体に好適な装置の構成図

符号の説明

１０…廃水処理装置、１２…原水配管、１４…原水ポンプ、１６…処理槽、１８…処理水配管、２０…窒素ガスの散気管、２２…ヘッドスペース部、２４…真空ポンプ、２６…減圧配管、２８…庇、３０…循環配管、３２…循環ポンプ、３４…包括固定化担体、３６…スクリーン、３８…攪拌機

Claims (6)

1. 廃水中の窒素成分を嫌気性アンモニア酸化反応を行う処理槽内の浮遊微生物群で脱窒して除去する廃水処理方法において、
   前記処理槽を立ち上げる際には、
   前記処理槽内に投入した浮遊微生物群の菌体濃度を、総菌数が前記処理槽内濃度として１０⁷ 個／ｍＬ以上且つ嫌気性アンモニア酸化細菌が前記総菌数の１／１０〜１／１０００の範囲になるように調整する調整工程を行うことを特徴とする廃水処理方法。
2. 前記処理槽を立ち上げる際には、前記調整工程に加えて、前記処理槽内で脱窒された窒素を減圧して引き抜いて前記嫌気性アンモニア酸化細菌の窒素除去性能を増大させる減圧工程、を行うことを特徴とする請求項１の廃水処理方法。
3. 廃水中の窒素成分を嫌気性アンモニア酸化反応を行う処理槽内の固定化微生物群で脱窒して除去する廃水処理方法において、
   前記処理槽を立ち上げる際には、
   前記処理槽内に投入するときの前記固定化微生物群の菌体濃度を、総菌数が１０⁶ 個／ｍＬ以上、且つ嫌気性アンモニア酸化細菌が前記総菌数の１／１０〜１／１０００の範囲になるように調整する調整工程を行うことを特徴とする廃水処理方法。
4. 前記処理槽を立ち上げる際には、前記調整工程に加えて、前記処理槽内で脱窒された窒素を減圧して引き抜いて前記嫌気性アンモニア酸化細菌の窒素除去性能を増大させる減圧工程、を行うことを特徴とする請求項３の廃水処理方法。
5. 嫌気性アンモニア酸化反応を行う処理槽と、
   前記処理槽の立ち上げの際に該処理槽に内に投入され、総菌数が前記処理槽内濃度として１０ ⁷ 個／ｍＬ以上且つ嫌気性アンモニア酸化細菌が前記総菌数の１／１０〜１／１０００の範囲に調整された浮遊微生物群と、
   前記処理槽内で脱窒された窒素を減圧して引き抜いて前記嫌気性アンモニア酸化細菌の窒素除去性能を増大させる減圧装置と、を備えたことを特徴とする廃水処理装置。
6. 嫌気性アンモニア酸化反応を行う処理槽と、
   前記処理槽の立ち上げの際に該処理槽に内に投入され、総菌数が１０ ^６ 個／ｍＬ以上且つ嫌気性アンモニア酸化細菌が前記総菌数の１／１０〜１／１０００の範囲に調整された固定化微生物群と、
   前記処理槽内で脱窒された窒素を減圧して引き抜いて前記嫌気性アンモニア酸化細菌の窒素除去性能を増大させる減圧装置と、を備えたことを特徴とする廃水処理装置。

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