特許 6049544 排水処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6049544

(24)【登録日】2016年12月2日

(45)【発行日】2016年12月21日

(54)【発明の名称】排水処理装置

(51)【国際特許分類】

   C02F 3/34 20060101AFI20161212BHJP

   C02F 3/28 20060101ALI20161212BHJP

【ＦＩ】

   C02F3/34 101B

   C02F3/34 101C

   C02F3/34 Z

   C02F3/28 A

【請求項の数】7

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2013-117954(P2013-117954)

(22)【出願日】2013年6月4日

(65)【公開番号】特開2014-233691(P2014-233691A)

(43)【公開日】2014年12月15日

【審査請求日】2016年3月4日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(74)【代理人】

【識別番号】100108855

【弁理士】

【氏名又は名称】蔵田 昌俊

(74)【代理人】

【識別番号】100109830

【弁理士】

【氏名又は名称】福原 淑弘

(74)【代理人】

【識別番号】100088683

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100103034

【弁理士】

【氏名又は名称】野河 信久

(74)【代理人】

【識別番号】100075672

【弁理士】

【氏名又は名称】峰 隆司

(74)【代理人】

【識別番号】100153051

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 直樹

(74)【代理人】

【識別番号】100140176

【弁理士】

【氏名又は名称】砂川 克

(74)【代理人】

【識別番号】100158805

【弁理士】

【氏名又は名称】井関 守三

(74)【代理人】

【識別番号】100172580

【弁理士】

【氏名又は名称】赤穂 隆雄

(74)【代理人】

【識別番号】100179062

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 正

(74)【代理人】

【識別番号】100124394

【弁理士】

【氏名又は名称】佐藤 立志

(74)【代理人】

【識別番号】100112807

【弁理士】

【氏名又は名称】岡田 貴志

(74)【代理人】

【識別番号】100111073

【弁理士】

【氏名又は名称】堀内 美保子

(72)【発明者】

【氏名】時本 寛幸

(72)【発明者】

【氏名】小原 卓巳

(72)【発明者】

【氏名】足利 伸行

(72)【発明者】

【氏名】永森 泰彦

(72)【発明者】

【氏名】藤沢 実

【審査官】 富永 正史

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００４−３０５９８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−１１５８６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−１１５８９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１８９２８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２８８３７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−０７１４９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５９−０２９０９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０４３８４９５６（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０２Ｆ ３／００−３／３４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

有機物を懸濁物質として含有する排水を貯留する排水貯留槽と、
前記排水貯留槽から前記排水を送り出す送水装置と、
嫌気性微生物によって前記排水中の有機物を処理して溶存硫化物を含む嫌気処理水を生成する嫌気性処理槽と、
好気性微生物によって前記排水中の有機物を除去しアンモニア性窒素を酸化して硝酸性窒素を含む好気処理水を生成する好気性処理槽と、
前記嫌気処理水中の溶存硫化物を利用して前記好気処理水中の硝酸性窒素を窒素ガスへ変換する硫黄脱窒細菌を保有し処理した脱窒処理水を前記好気性処理槽へ排出する硫黄脱窒処理槽と、
前記好気性処理槽から排出される前記好気処理水中の好気性微生物を分離除去する固液分離装置と、
前記好気処理水の一部を好気処理循環水として前記硫黄脱窒処理槽へ供給する循環装置と、
前記好気性処理槽に酸素を供給する空気供給装置及び前記好気性処理槽中に前記酸素を拡散放出させる散気装置を含む曝気装置と、
前記硫黄脱窒処理槽に供給される前記好気処理循環水の循環流量を計測する流量計と、
前記硫黄脱窒処理槽の液相中の酸化還元電位を計測する電位計と、
前記酸化還元電位が所定の値になるように前記循環流量を基に前記循環装置の出力を制御する制御部と
を備える排水処理装置。

【請求項2】

前記制御部は、前記酸化還元電位が−２００〜−５０ｍＶとなるように制御する
請求項１に記載された排水処理装置。

【請求項3】

前記嫌気性処理槽の気相に接続されて前記嫌気性処理槽で発生したバイオガス中の硫化水素を除去する硫化水素除去装置を備える
請求項１または請求項２に記載された排水処理装置。

【請求項4】

前記嫌気性処理槽の気相に接続されて前記嫌気性処理槽で発生した硫化水素を含むバイオガスを前記硫黄脱窒処理槽へ供給する硫化水素供給経路と、
前記硫黄脱窒処理槽の気相に接続されて前記硫黄脱窒処理槽で余剰なバイオガス中の硫化水素を除去する硫化水素除去装置と、を備える
請求項１または請求項２に記載された排水処理装置。

【請求項5】

有機物源を貯留する有機物貯留槽と、
前記有機物源を前記硫黄脱窒処理槽へ供給する添加装置と、を備え、
前記制御部は、
前記送水装置が出力する送水量及び前記電位計の酸化還元電位を基に、前記循環装置及び前記添加装置の吐出量を制御する
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載された排水処理装置。

【請求項6】

前記送水装置は、前記嫌気性処理槽へ前記排水を供給する経路を塞ぐ第１の弁と、前記硫黄脱窒処理槽へ前記排水を供給する経路を塞ぐ第２の弁と、を備え、
前記制御部は、前記送水装置が出力する送水量及び前記電位計の酸化還元電位を基に、前記循環装置、前記第１の弁及び前記第２の弁を制御する
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載された排水処理装置。

【請求項7】

前記固液分離槽に沈殿した有機物源を前記硫黄脱窒処理槽へ供給する返送装置、を備え、
前記制御部は、
前記送水装置が出力する送水量及び前記電位計の酸化還元電位を基に、前記循環装置及び前記返送装置を制御する
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載された排水処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、メタン発酵と好気性処理を組み合わせて汚泥水を処理する排水処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

有機性の懸濁物質を含む排水を生物学的処理によって処理する排水処理装置がある。排水処理装置は、嫌気性処理槽と好気性処理槽と脱窒脱硫処理槽を備える。嫌気性処理槽では、排水を嫌気性処理することで硫化水素を含む第１処理水が生成される。好気性処理槽では、第１処理水を好気性処理することで亜硝酸性窒素および硝酸性窒素が含まれる第２処理水が生成される。脱窒脱硫処理槽では、第１処理水と第２処理水を混合し、硫黄脱窒細菌によって第２処理水中の硝酸性窒素から窒素ガスを分離する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０００−１８９９９５号公報

【特許文献2】特開２０１１−１８９２８６号公報

【特許文献3】特開２０１２− ６６１８６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、上述の排水処理装置のように、硫黄脱窒細菌によって排水から窒素を除去する場合、除去対象である窒素（Ｎ）と、窒素を除去するために利用される硫黄（Ｓ）の比率、すなわちＮ／Ｓ比が重要である。窒素に対して硫黄が多く、Ｎ／Ｓ比が小さいと、硫黄脱窒処理槽中に硫化物イオンが残留し、硫化水素ガスとして大気中へ放散される可能性がある。また窒素に対して硫黄が少なく、Ｎ／Ｓ比が大きいと、硝酸性窒素の還元が不完全になり、亜硝酸性窒素が硫黄脱窒処理層中に残存してしまうため、窒素除去率が低下する。したがって、硫化水素の放散及び窒素除去率の低下を抑制するために、硫黄脱窒処理層中の硝酸性窒素濃度及び溶存硫化物濃度をそれぞれ計測する硝酸性窒素濃度計及び溶存硫化物濃度計を設置し、それぞれの測定結果を基にＮ／Ｓ比が所望する値になるように管理しなければならない。溶存硫化物濃度は嫌気性処理槽の処理に依存し、硝酸性窒素濃度は好気性処理槽の処理に依存する。特に、硫黄脱窒処理槽が嫌気性処理槽の下流かつ好気性処理槽の上流に位置する場合、硝酸性窒素濃度は嫌気性処理槽及び硫黄脱窒処理槽の排水処理に少なからず影響される。つまり嫌気性処理槽から供給される溶存硫化物及び好気性処理槽から供給される硝酸性窒素をそれぞれ調整し、Ｎ／Ｓ比が所望の値になるように制御することは、排水処理装置の構成を煩雑にする。

【0005】

そこで本発明は、簡単な構成で溶存硫化物濃度及び硝酸性窒素濃度を管理し、窒素除去率の低下及び硫化水素を大気へ放散させることを抑制することができる排水処理装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

一実施形態の排水処理装置は、排水貯留槽と送水装置と嫌気性処理槽と好気性処理槽と硫黄脱窒処理槽と固液分離槽と循環装置と曝気装置と流量計と電位計と制御部とを備える。排水貯留槽は、有機物を懸濁物質として含有する排水を貯留する。送水装置は、排水貯留槽から排水を送り出す。嫌気性処理槽は、嫌気性微生物によって排水中の有機物を処理して溶存硫化物を含む嫌気処理水を生成する。好気性処理槽は、好気性微生物によって排水中の有機物を除去しアンモニア性窒素を酸化して硝酸性窒素を含む好気処理水を生成する。硫黄脱窒処理槽は、嫌気処理水中の溶存硫化物を利用して好気処理水中の硝酸性窒素を窒素ガスへ変換する硫黄脱窒細菌を保有し、処理した脱窒処理水を好気性処理槽へ排出する。固液分離槽は、好気性処理槽から排出される好気排水中の好気性微生物を分離除去する。循環装置は、好気処理水を硫黄脱窒処理槽へ供給する。曝気装置は、空気供給装置及び散気装置を含む。空気供給装置は、好気性処理槽に酸素を供給する。散気装置は、好気性処理槽中に空気を拡散放出させる。流量計は、硫黄脱窒処理槽に供給される好気処理水の循環流量を計測する。電位計は、硫黄脱窒処理槽の液相中の酸化還元電位を計測する。制御部は、酸化還元電位が所定の値になるように循環流量を基に循環装置の出力を制御する。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】第１の実施形態の排水処理装置のブロック図。

【図2】図１中の電位計の酸化還元電位に対し処理水中のＮＯ_２−Ｎ濃度及びＳ^２−濃度の値の関係を示すグラフ。

【図3】第２の実施形態の排水処理装置のブロック図。

【図4】第３の実施形態の排水処理装置のブロック図。

【図5】第４の実施形態の排水処理装置のブロック図。

【図6】第５の実施形態の排水処理装置のブロック図。

【発明を実施するための形態】

【0008】

（第１の実施形態）
第１の実施形態の排水処理装置１００について、図１及び図２を参照して説明する。図１に示す排水処理装置１００は、下水や工場排水などの有機物を含む排水を生物学的処理法によって浄化する。生物学的処理法は、嫌気性処理法と好気性処理法に分類される。嫌気性処理法は、酸素の無いところで活動する嫌気性の生物、例えばメタン発酵細菌を主体とした嫌気性微生物を利用して排水中の有機物を分解し、メタンガスなどのバイオガスを生成する。また、好気性処理法は、酸素を消費する好気性微生物を利用して排水中の有機物を除去するとともにアンモニア性窒素を酸化させる。アンモニア性窒素は、まず亜硝酸性窒素に酸化されたのち、最終的に硝酸性窒素に酸化される。

【0009】

この排水処理装置１００は、嫌気性処理法と好気性処理法の両方を採用している。また単純に嫌気性処理法と好気性処理法を組み合わせただけでは、富栄養化対策として窒素除去が行われないので、排水処理装置１００は、さらに循環式硝化脱窒法を採用している。循環式硝化脱窒法は、好気性処理法によって生成された硝酸性窒素を、脱窒細菌によって窒素ガスに還元し、系外に排出する。また、脱窒細菌は、硝酸性窒素を窒素ガスに変換するために有機物を消費する。特に硫黄脱窒細菌は、排水中の溶存硫化物よって、脱窒効果を促進させる。

【0010】

排水処理装置１００は、排水貯留槽１と送水装置１１と嫌気性処理槽２と好気性処理槽３と硫黄脱窒処理槽４と循環装置３１と曝気装置３２と流量計３１１と電位計４１と固液分離槽５と制御部６とを備える。排水貯留槽１は、有機物を懸濁物質ＳＳとして含有する排水Ｗｗを一時的に貯留し、嫌気性処理槽２に供給する排水Ｗｗの供給量を制御しやすくする。また、排水Ｗｗ中に含まれる懸濁物質ＳＳのうち生物学的処理に供しない土砂などが、沈殿物として排水貯留槽１において除去される。送水装置１１は、排水貯留槽１の排水Ｗｗを嫌気性処理槽２へ送る。

【0011】

嫌気性処理槽２は、送水装置１１が途中に設置された排水供給通路１２によって排水貯留槽１に接続され、嫌気性微生物としてメタン発酵細菌及び硫酸還元細菌を保有している。これらの嫌気性微生物は、排水Ｗｗ中の有機物を分解すると、バイオガスＧｂとしてメタンガスＧｍ及び硫化水素ガスＧｓをそれぞれ生成する。硫化水素ガスＧｓの一部は、溶存硫化物として硫化水素イオン（ＨＳ⁻）や硫化物イオン（Ｓ^２−）の形で排水Ｗｗ中に取り込まれ、嫌気処理水Ｗ２として排出される。溶存硫化物を含む嫌気処理水Ｗ２は、硫黄脱窒処理槽４へ流入する。

【0012】

また、嫌気性処理槽２の気相は、硫化水素除去装置２１の一例である脱硫塔に接続されている。脱硫塔は、乾式脱硫法又はアルカリ吸収法によって、嫌気性微生物が生成したこれらバイオガスＧｂ中から硫化水素ガスＧｓを捕集する。硫化水素ガスＧｓが除去されたバイオガスＧｂは、メタンガスＧｍが主成分でるので、燃料として二次利用することができる。

【0013】

好気性処理槽３は、好気性微生物によって、排水Ｗｗ中の有機物を除去しアンモニア性窒素を硝酸性窒素に酸化する。このときアンモニア性窒素は、まず亜硝酸性窒素に酸化されてから硝酸性窒素に酸化される。硝酸性窒素を含んだ好気処理循環水Ｗ３は、循環装置３１によって硫黄脱窒処理槽４に供給される。循環流量を計測するための流量計３１１は、好気処理循環水Ｗ３が流れる循環路３１２の途中に設置されている。

【0014】

また、アンモニア性窒素を酸化するために必要な酸素は、曝気装置３２によって好気性処理槽３内へ供給される。曝気装置３２は、空気供給装置３２１と散気装置３２２を含む。本実施形態の場合、空気供給装置３２１は、空気を取り込んで好気性処理槽３へ送り込むブロワ（送風機）である。散気装置３２２は、空気供給装置３２１によって送られてくる空気を好気性処理槽３内に拡散放出させるノズルである。図１に示す本実施形態の場合、散気装置３２２は、好気性処理槽３の底部に設置され、空気を細かい気泡にして勢いよく放出させることによって、排水Ｗｗに酸素を溶け込ませる。

【0015】

曝気装置３２は、空気供給装置３２１と散気装置３２２で構成された空気吹込み式に限らず、機械的な方法、例えば回転翼で底部の排水を汲み上げて強制的に対流を起こしたり、排水中に設置されたタービンで攪拌したりしてもよいし、高濃度酸素を供給したり好気性処理槽３を深くしてその深部に空気を供給したりすることで酸素の溶入効果を高めてもよい。

【0016】

硫黄脱窒処理槽４は、嫌気性処理槽２と好気性処理槽３の間に設置される。嫌気性処理槽２が上流側であり、好気性処理槽３が下流側である。嫌気性処理槽２からオーバーフローした嫌気処理水Ｗ２と循環装置３１によって汲み出された好気処理循環水Ｗ３が硫黄脱窒処理槽４に流れ込む。硫黄脱窒処理槽４は、硫黄脱窒細菌を保有している。硫黄脱窒細菌は、嫌気処理水Ｗ２中の溶存硫化物を利用して好気処理循環水Ｗ３中の硝酸性窒素を窒素ガスへ変換する。窒素ガスは無害であるのでそのまま系外へ放出される。硫黄脱窒処理槽４で処理された脱窒処理水Ｗ４は、オーバーフローして下流の好気性処理槽３へ流入する。

【0017】

固液分離槽５は、好気性処理槽３の下流に設置され、好気性処理槽３から排出される好気処理水Ｗ３１中の好気性微生物やその死骸などを含む懸濁物質ＳＳを沈殿させることによって分離除去する。懸濁物質ＳＳが除去された処理水Ｗ５は、固液分離槽５からオーバーフローして排出される。

【0018】

さらにこの排水処理装置１００では、硫黄脱窒処理槽４の液相の酸化還元電位を計測するために、電位計４１が硫黄脱窒処理槽４に設置されている。電位計４１の配置及び設置される数は、図１に限定されない。硫黄脱窒処理槽４の液相中の酸化還元電位を正確に把握するために、水深や嫌気処理水Ｗ２及び好気処理循環水Ｗ３が流入する位置に応じて複数配置してもよい。

【0019】

ここで、硫黄脱窒細菌による窒素除去に関するラボ試験の結果を図２に示す。図２において、横軸は酸化還元電位（ＯＲＰ）［ｍＶ］を示し、縦軸は硫黄脱窒処理槽４の亜硝酸性窒素濃度（処理水中のＮＯ_２−Ｎの濃度）［ｍｇ／ｌ］及び硫化物イオン濃度（処理水中のＳ^２−の濃度）［ｍｇ／ｌ］を示す。図２によれば、酸化還元電位（ＯＲＰ）がＯＲＰ＜−２００［ｍＶ］である場合、硫化物イオンＳ^２−が多く残存し、硫黄脱窒処理槽４から下流で硫化水素ガスとして大気に放散される可能性がある。酸化還元電位（ＯＲＰ）がＯＲＰ＞−５０［ｍＶ］である場合、硝酸性窒素の還元が不完全であり、亜硝酸性窒素となって多く残存しており、窒素除去率が低下することを意味する。

【0020】

つまり、硫黄脱窒処理槽４中の酸化還元電位を、−２００［ｍＶ］≦ＯＲＰ≦−５０［ｍＶ］に管理することで、硫化水素ガスの放散及び窒素除去率の低下を予防することができる。本実施形態では、硫黄脱窒処理槽４に供給される嫌気処理水Ｗ２中の溶存硫化物と好気処理循環水Ｗ３中の硝酸性窒素の供給量を好適に維持するために、これらの濃度から求められる比率（Ｎ／Ｓ比）を管理する代わりに、硫黄脱窒処理槽４の液相中の酸化還元電位（ＯＲＰ）を管理する。

【0021】

制御部６は、図１に示すように、電位計４１及び流量計３１１に接続されている。制御部６は、酸化還元電位（ＯＲＰ）が所定の値、この場合は−２００［ｍＶ］＜ＯＲＰ＜−５０［ｍＶ］になるように流量計の循環流量を基に循環装置３１の出力を制御する。

【0022】

以上のように構成された排水処理装置１００の制御について説明する。酸化還元電位がＯＲＰ＜−２００［ｍＶ］である場合、制御部６は、循環装置３１の運転出力を、現在の出力に対して例えば１０％増加させる。実際に硫黄脱窒処理槽４内の酸化還元電位に変化が表れるまで、硫黄脱窒処理槽４の容積や硫黄脱窒細菌の活性度などに起因して、しばらく時間がかかるので、例えば３０分程度の効果待ち時間を設けておく。効果待ち時間が経過した後の酸化還元電位が、ＯＲＰ＞−２００［ｍＶ］であれば循環装置３１の運転出力をそのまま維持し、ＯＲＰ＜−２００［ｍＶ］であれば循環装置３１の運転出力をさらに増加、例えば１０％増加させる。以後、酸化還元電位が−２００［ｍＶ］≦ＯＲＰ≦−５０［ｍＶ］の値になるまでこれを繰り返す。また、酸化還元電位がＯＲＰ＞−５０［ｍＶ］である場合、制御部６は、流量計の循環流量を基に循環装置３１の運転出力を、現在の出力に対して例えば１０％減少させる。そして、設定した効果待ち時間を経過した後の酸化還元電位が−２００［ｍＶ］≦ＯＲＰ≦−５０［ｍＶ］の範囲に入るように、制御部６は、循環装置３１の運転出力を制御する。

【0023】

溶存硫化物濃度は、嫌気性処理槽２に供給される排水Ｗｗ中の有機物の量及び成分に起因する。したがって、硫黄脱窒処理槽４における酸化還元電位を上述の範囲に維持するために、制御部６は、予め設定された時間間隔で酸化還元電位を計測し、循環装置３１の運転出力を制御する。

【0024】

本実施形態の排水処理装置１００によれば、硫黄脱窒処理槽４における溶存硫化物濃度及び硝酸性窒素濃度を好適に維持管理するために、硫黄脱窒処理槽４の液相の酸化還元電位を管理する。溶存硫化物濃度及び硝酸性窒素濃度を基にＮ／Ｓ比を算出することに比べて、計測した酸化還元電位を直接的に利用して脱窒処理を制御できるため、排水処理装置１００の運転管理が容易である。

【0025】

第２から第５の実施形態の排水処理装置１００について、以下に説明する。第２から第５の実施形態の排水処理装置１００の構成において、第１の実施形態の排水処理装置１００と同じ機能を有する構成は、各実施形態及びその関連する図中に同一の符号を付し、その説明については第１の実施形態中の対応する記載を参酌する。したがって、第１の実施形態の排水処理装置１００と異なる点について、以下に説明する。

【0026】

第２の実施形態の排水処理装置１００は、図３を参照して説明する。この排水処理装置１００は、嫌気性処理槽２の気相に接続された硫化水素供給経路２２を備えている。この硫化水素供給経路２２は、嫌気性処理槽２において発生するバイオガスＧｂ中の硫化水素ガスＧｓを硫黄脱窒処理槽４に供給する。したがって、硫黄脱窒処理槽４では、溶存硫化物に加えて硫化水素供給経路２２で供給される硫化水素ガスＧｓも利用して、嫌気性微生物の１つである硫黄脱窒細菌が硝酸性窒素を窒素ガスへ変換する。なお、硫化水素除去装置２１は、硫化水素供給経路２２によって接続された先の硫黄脱窒処理槽４の気相に接続する。

【0027】

以上のように構成された第２の実施形態の排水処理装置１００によれば、嫌気性処理槽２から供給される嫌気処理水Ｗ２中の溶存硫化物（ＨＳ⁻，Ｓ^２−）のみならず、嫌気性処理槽２でバイオガスＧｂとして排出される硫化水素ガスＧｓも利用する。溶存硫化物の絶対量が多くなることによって、硫黄脱窒処理槽４において除去できる窒素量も増える。また、バイオガスＧｂ中の硫化水素ガスＧｓを利用することによって、系外に放出する前に処理すべき硫化水素ガスＧｓの量も減る。

【0028】

硫黄脱窒処理槽４の液相中の溶存硫化物が増えたことによって、好気性処理槽３から循環装置３１で供給される好気処理循環水Ｗ３の循環流量も増える。このとき硫黄脱窒処理槽４の運転管理は、酸化還元電位によって制御されるので、第１の実施形態の排水処理装置１００と同じように簡単に管理することができる。

【0029】

第３の実施形態の排水処理装置１００は、図４を参照して説明する。この排水処理装置は、有機物源を貯留する有機物貯留槽７と、硫黄脱窒処理槽４にこの有機物源を供給する添加装置７１とをさらに備えている。有機物貯留槽７に貯留されている有機物源は、例えばメタノールである。硫黄脱窒処理槽４に有機物源としてメタノールが投入されると、硫黄脱窒処理槽４内に脱窒細菌が増殖する。増殖した脱窒細菌は、有機物源を分解するときに好気処理循環水Ｗ３中の硝酸性窒素を窒素ガスに変換する。有機物源は、脱窒細菌が硝酸性窒素を窒素ガスへ変換する際に必要となる有機物であればメタノール以外であってもよい。硫黄脱窒処理槽４において、硫黄脱窒細菌と脱窒細菌の両方がそれぞれ硝酸性窒素を窒素ガスに変換する。

【0030】

制御部６は、送水装置１１、電位計４１、（流量計３１１）、添加装置７１、及び循環装置３１に接続されており、送水装置１１の送水量及び電位計４１の酸化還元電位を基に、添加装置７１及び循環装置３１の運転出力を制御する。制御部６は、酸化還元電位が−２００［ｍＶ］≦ＯＲＰ≦−５０［ｍＶ］となるように循環装置３１及び添加装置７１の運転出力を制御する。

【0031】

ここで、窒素除去率に対し、好気処理循環水Ｗ３の流量Ｑ３および嫌気処理水Ｗ２の流量Ｑ２は、次の関係を有している。
窒素除去率＝１／（１＋Ｑ３／Ｑ２） …式１
上記の式１によれば、窒素除去率の目標値が設定されている場合、窒素除去率と嫌気処理水Ｗ２の流量Ｑ２から、好気処理循環水Ｗ３の流量Ｑ３が決まってしまう。好気処理循環水Ｗ３の流量Ｑ３は、循環装置３１による循環流量であり、嫌気処理水Ｗ２の流量Ｑ２は、送水装置１１による送水流量である。つまり、窒素除去率の目標値が決定されている場合、第１及び第２の実施形態のように循環装置３１の出力を制御して循環流量を変えることができない。

【0032】

そこで、酸化還元電位（ＯＲＰ）がＯＲＰ＞−５０［ｍＶ］、すなわち硝酸性窒素に対して硫黄脱窒細菌が活動するために必要となる溶存硫化物が不足している場合に限り、硫黄脱窒処理槽４における窒素除去率を維持するために、有機物貯留槽７から有機物源であるメタノールを硫黄脱窒処理槽４へ投入する。硫黄脱窒処理槽４に有機物源を添加した結果、酸化還元電位に変化が現れるまでにしばらく時間がかかるので、例えば３０分の結果待ち時間を設定する。結果待ち時間が経過した後で酸化還元電位を計測し、酸化還元電位がＯＲＰ＞−５０［ｍＶ］である場合、制御部６は、添加装置７１の運転出力を、現時点での運転出力に対して、例えば１０％増加させる。さらに結果待ち時間が経過したのち、酸化還元電位がＯＲＰ＞―５０［ｍＶ］である場合、制御部６は添加装置７１の運転出力をさらに増加、例えば１０％増加させる。また、酸化還元電位がＯＲＰ≦−５０［ｍＶ］になれば、制御部６は、添加装置７１の運転状態を維持する。

【0033】

以上のように構成された第３の実施形態の排水処理装置１００によれば、第１及び第２の実施形態の排水処理装置１００と同様に、硫黄脱窒処理槽４の酸化還元電位を管理することで脱窒処理の運転管理を容易に行える。また、有機物貯留槽７を備えているので、窒素除去率の目標値が設定されて循環装置３１の流量Ｑ３を変化させることができない場合でも、有機物源を硫黄脱窒処理槽４へ添加して硫黄脱窒細菌と脱窒細菌を併用することで、窒素除去処理の効率を維持することができる。

【0034】

第４の実施形態の排水処理装置１００は、図５を参照して説明する。この排水処理装置１００において、送水装置１１は、嫌気性処理槽２へ排水Ｗｗを供給する主経路１２１と、この主経路１２１に設置される第１の弁１３１と、硫黄脱窒処理槽４へ排水Ｗｗを供給するバイパス経路１２２と、このバイパス経路１２２に設置される第２の弁１３２とを備える。また、制御部６は、送水装置１１が出力する送水量及び電位計４１の酸化還元電位を基に、循環装置３１、第１の弁１３１及び第２の弁１３２を制御する。制御部６は、酸化還元電位（ＯＲＰ）が−２００［ｍＶ］≦ＯＲＰ≦−５０［ｍＶ］の範囲になるように、循環装置３１と、第１の弁１３１及び第２の弁１３２とを制御する。

【0035】

排水処理装置１００が循環装置３１の運転出力を制御することによって、硫黄脱窒処理槽４の酸化還元電位を上記設定範囲に維持することは、第１の実施形態で述べたとおりである。第３の実施形態の場合のように、窒素除去率の目標値が設定されている状態で、硫黄脱窒処理槽４の酸化還元電位がＯＲＰ＞−５０［ｍＶ］である場合、すなわち硝酸性窒素に対して溶存硫化物が不足している場合に限り、第１の弁１３１及び第２の弁１３２を制御することによって酸化還元電位を設定範囲に調整する。

【0036】

排水処理装置１００は、排水貯留槽１の排水Ｗｗを硫黄脱窒処理槽４へバイパス経路１２２を通して供給することで有機物源を供給し、硫黄脱窒処理槽４中に脱窒細菌を増殖させ、窒素除去率を維持する。そのために制御部６は、排水Ｗｗの供給経路を主経路１２１からバイパス経路１２２に切り換えるために、第２の弁１３２を開いたのち、第１の弁１３１を閉じる。第２の弁１３２を開いて排水Ｗｗを硫黄脱窒処理槽４へ供給することで、排水Ｗｗ中に含まれる有機物が硫黄脱窒処理槽４に供給される。その結果、第３の実施形態で硫黄脱窒処理槽４へ有機物源を供給したときと同様に、脱窒細菌が増殖し、この脱窒細菌が有機物を分解するときに硝酸性窒素を窒素ガスに変換する。酸化還元電位がＯＲＰ≦−５０［ｍＶ］に回復した場合、制御部６は、第１の弁１３１を開いたのち第２の弁１３２を閉じて、排水Ｗｗを嫌気性処理槽２へ送るように供給経路を切り換える。

【0037】

以上のように構成された第４の実施形態の排水処理装置１００によれば、第１から第３の実施形態の排水処理装置１００と同様に、硫黄脱窒処理槽４の酸化還元電位を管理することで、脱窒処理の運転管理を容易に行える。さらに第３の実施形態の有機物貯留槽７を備えることなく、バイパス経路１２２と第１の弁１３１と第２の弁１３２を設ける簡単な構成で第３の実施形態と同様の効果を得ることができる。

【0038】

第５の実施形態の排水処理装置１００は、図６を参照して説明する。この排水処理装置１００は、固液分離槽５に沈殿した有機物源を硫黄脱窒処理槽４へ供給する返送装置５１をさらに備える。制御部６は、送水装置が出力する送水量及び電位計４１の酸化還元電位を基に、循環装置３１及び返送装置５１の運転出力を制御する。制御部６は、他の実施形態と同様に、酸化還元電位（ＯＲＰ）が−２００［ｍＶ］≦ＯＲＰ≦−５０［ｍＶ］の範囲になるように、循環装置３１と返送装置５１の運転出力を制御する。

【0039】

排水処理装置１００が循環装置３１の運転出力を制御して硫黄脱窒処理槽４の酸化還元電位を上述の設定範囲内に維持することは、第１の実施形態で述べたとおりである。この第５の実施形態では、第３の実施形態の場合と同様に、窒素除去率の目標値が設定されている状態で、硫黄脱窒処理槽４の酸化還元電位がＯＲＰ＞−５０［ｍＶ］である場合、すなわち硝酸性窒素に対して溶存硫化物が不足している場合に限り、返送装置５１の運転出力を制御することによって酸化還元電圧を設定範囲になるように調整する。

【0040】

固液分離槽５の底部には、好気性微生物やその死骸などの懸濁物質ＳＳが沈殿している。この排水処理装置１００では、固液分離槽５に沈殿した懸濁物質ＳＳを有機物源として返送装置５１で硫黄脱窒処理槽４に供給することで、硫黄脱窒処理槽４中に脱窒細菌を増殖させ、窒素除去率を目標値に維持する。制御部６は、返送装置５１の運転出力を制御して固液分離槽５の沈殿物を有機物源として硫黄脱窒処理槽４に供給する。これにより、脱窒細菌が増殖し、この脱窒細菌が有機物源を分解する際に硝酸性窒素を窒素ガスに変換する。

【0041】

脱窒細菌が活性化することによって酸化還元電位に変化が現れるまでにしばらく時間がかかるので、第３及び第４の実施形態と同様に効果待ち時間、例えば３０分を設定する。効果待ち時間が経過した後、酸化還元電位がＯＲＰ＞−５０［ｍＶ］である場合、制御部６は、現在の返送装置５１の運転出力を増加、例えば１０％増加させる。酸化還元電位がＯＲＰ≦−５０［ｍＶ］に回復した場合、制御部６は、その時の返送装置５１の運転出力を維持する。

【0042】

以上のように構成された第５の実施形態の排水処理装置１００によれば、第１から第４の実施形態の排水処理装置１００と同様に、硫黄脱窒処理槽４の酸化還元電位を管理することで、脱窒処理の運転管理を容易に行える。また、固液分離槽５の沈殿物を有機物源として利用して硫黄脱窒処理槽４における窒素除去率を維持するので、簡単な構成で第２及び第４の実施形態と同様の効果を得る。

【0043】

なお、第３から第５の実施形態において、結果待ち時間を設定する代わりに、制御部６で酸化還元電位の変化率を算出し、その変化率を基に酸化還元電位が−２００［ｍＶ］≦ＯＲＰ≦−５０［ｍＶ］の範囲になる時期や、添加装置７１、送水装置１１、または返送装置５１の運転出力を制御してもよい。

【0044】

また、第１の実施形態において、排水処理装置１００は、嫌気性処理槽２で発生したバイオガスＧｂから硫化水素ガスＧｓを硫化水素除去装置２１によって取り除いている。また、第２の実施形態において、排水処理装置１００は、嫌気性処理槽２で発生したバイオガスＧｂの硫化水素ガスＧｓは、硫化水素供給経路２２によって、硫黄脱窒処理槽４へ供給している。第３から第５の実施形態において、排水処理装置１００は、第１の実施形態と同様に、嫌気性処理槽２で発生したバイオガスＧｂから硫化水素ガスＧｓを硫化水素除去装置２１によって取り除いているのに対し、硫化水素ガスＧｓが混ざったバイオガスＧｂを第２の実施形態の図３のように硫化水素供給経路２２によって、嫌気性処理槽２から硫黄脱窒処理槽４へ供給するようにしてもよい。この場合、硫黄脱窒処理槽４へ供給されたバイオガスＧｂのうち、余剰なバイオガスＧｂを硫黄脱窒処理槽４から取り出し、さらにそこから硫化水素ガスＧｓを分離しメタンガスＧｍを取り出すために、硫化水素除去装置２１を硫黄脱窒処理槽４の気相に接続する。

【0045】

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

【符号の説明】

【0046】

１００…排水処理装置、１…排水貯留槽、１１…送水装置、１３１…第１の弁、１３２…第２の弁、２…嫌気性処理槽、２１…硫化水素除去装置、２２…硫化水素供給経路、３…好気性処理槽、３１…循環装置、３１１…流量計、３２…曝気装置、３２１…空気供給装置、３２２…散気装置、４…硫黄脱窒処理槽、４１…電位計、５…固液分離槽、５１…返送装置、６…制御部、７…有機物貯留槽、７１…添加装置、Ｗｗ…排水、Ｗ２…嫌気処理水、Ｗ３…好気処理循環水、Ｗ３１…好気処理水、Ｗ４…脱窒処理水、Ｗ５…処理水、ＳＳ…懸濁物質（有機物源）。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】