(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024153445
(43)【公開日】2024-10-29
(54)【発明の名称】水処理方法及び水処理装置
(51)【国際特許分類】
C02F 3/34 20230101AFI20241022BHJP
【ＦＩ】
C02F3/34 101A
C02F3/34 101B
C02F3/34 101C
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023067347
(22)【出願日】2023-04-17
(71)【出願人】
【識別番号】000004400
【氏名又は名称】オルガノ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001210
【氏名又は名称】弁理士法人ＹＫＩ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】石井 拳人
(72)【発明者】
【氏名】油井 啓徳
(72)【発明者】
【氏名】山本 太一
【テーマコード（参考）】
4D040
【Ｆターム（参考）】
4D040BB02
4D040BB52
4D040BB91
(57)【要約】
【課題】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水処理方法を提供する。
【解決手段】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。
【選択図】図１
【解決手段】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。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項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。
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。
【請求項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。
【請求項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。
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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
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。
【請求項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。
【請求項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。
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。
【請求項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。
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
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。
【背景技術】
【0002】
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：ＮＨ３ ＋ ２Ｏ２ → ＮＯ３ － ＋ ２Ｈ＋ ＋ Ｈ２Ｏ …（式１）
脱窒：ＮＯ３ － ＋ ２Ｈ２ → ０．５Ｎ２ ＋ ２ＯＨ－ ＋ Ｈ２Ｏ …（式２）
【0003】
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。
【0004】
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。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。
【0005】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開平９－４３２２６号公報
【特許文献2】特開昭５５－７６６７号公報
【特許文献3】特開昭５７－１９６１４７号公報
【特許文献4】特開昭６３－１６５７５１号公報
【特許文献5】特開平３－６１８５６号公報
【特許文献6】特開平８－２９９９８８号公報
【特許文献7】特開２０２２－３７２８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
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。
【0008】
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である。
【課題を解決するための手段】
【0009】
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。
【0010】
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。
【0011】
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。
【0012】
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。
【0013】
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。
【0014】
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。
【0015】
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。
【0016】
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。
【0017】
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。
【0018】
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。
【発明の効果】
【0019】
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ができる。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1】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2】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。
【図3】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4】ＮＨ３およびＮＨ４
＋の各ｐＨにおける存在比を示す。
【図5】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】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7】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。
【図8】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。
【図9】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。
【図10】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。
【発明を実施するための形態】
【0021】
本開示の実施形態について以下説明する。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。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
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）。
【0031】
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。
【0032】
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。
【化1】
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
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。
【0036】
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。
【0037】
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。
【0038】
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。
【0039】
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。
【0040】
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。
【0041】
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。
【0042】
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。
【0043】
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。
【0044】
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。
【0045】
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。
【0046】
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。
【0047】
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。
【0048】
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。
【0049】
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。
【0050】
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。
【0051】
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。
【0052】
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。
【0053】
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。
【0054】
［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。
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。
【0055】
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。
【0056】
［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。
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。
【0057】
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。
【0058】
［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。
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。
【0059】
［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。
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。
【0060】
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。
【0061】
［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。
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。
【0062】
［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。
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。
【0063】
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。
【0064】
［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。
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。
【0065】
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。
【0066】
［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。
【0067】
［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。
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。
【0068】
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。
【0069】
［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。
（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。
【符号の説明】
【0070】
１～３ 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。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
