(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】P2024153446
(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】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023067348
(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
4D040BB23
4D040BB52
4D040BB93
(57)【要約】
【課題】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を提供する。
【解決手段】水処理方法は、硝化槽１０ａ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、硝化槽１０ａに栄養剤を供給する栄養剤供給工程と、硝化槽１０ａ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、硝化槽１０ａ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２４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測定槽２４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。
【選択図】図１
【解決手段】水処理方法は、硝化槽１０ａ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、硝化槽１０ａに栄養剤を供給する栄養剤供給工程と、硝化槽１０ａ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、硝化槽１０ａ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２４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測定槽２４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。
【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。
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。
【請求項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請求項１に記載の水処理方法。
【請求項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請求項１又は２に記載の水処理方法。
【請求項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請求項１又は２に記載の水処理方法。
【請求項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。
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。
【請求項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請求項５に記載の水処理装置。
【請求項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請求項５又は６に記載の水処理装置。
【請求項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請求項５又は６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】
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。
【0004】
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が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】
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。
【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。
【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。
【0010】
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。
【0011】
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。
【0012】
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。
【0013】
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。
【0014】
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。
【0015】
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。
【0016】
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。
【発明の効果】
【0017】
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。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【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】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】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6】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7】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8】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７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】
【0019】
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。
【0020】
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、測定装置１２、制御装置１６、流量計１８、栄養剤供給装置２０を有する。生物処理槽１０は、硝化槽１０ａ、脱窒槽１０ｂ、及び酸化槽１０ｃを備える。硝化槽１０ａ及び酸化槽１０ｃの底部には散気装置２２が設置されている。また、脱窒槽１０ｂには撹拌機２３が設置されている。なお、図１に示す測定装置１２については、測定槽２４のみを描画し、その他の構成については省略している。
【0021】
図２は、測定装置の一例を示す概略構成図である。測定装置１２は、測定槽２４、ｐＨ計２６、アンモニアガス濃度計２８、撹拌機３０を有する。アンモニアガス濃度計２８は測定槽２４の気相部に設置されている。アンモニアガス濃度計２８は、測定槽２４の気相部に接続した配管に設置されてもよい。
【0022】
また、測定装置１２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３６、アルカリ剤供給配管３８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４２、酸剤供給配管４４を備える酸剤供給装置４５とを有する。ｐＨ計２６とアルカリ剤供給ポンプ３６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３６は、例えば、ｐＨ計２６のｐＨ値を読み取り、測定槽２４の槽内がアルカリ条件に保たれるように稼働する。
【0023】
硝化槽１０ａには、配管４６ａが接続されている。配管４６ａには、流量計１８が設置されている。また、硝化槽１０ａには、配管４６ｂの一端が接続され、脱窒槽１０ｂには、配管４６ｂの他端が接続されている。また、脱窒槽１０ｂには、配管４６ｃの一端が接続され、酸化槽１０ｃには、配管４６ｃの他端が接続されている。また、酸化槽１０ｃには、配管４６ｄが接続されている。配管４６ａには、配管４６ｅの一端が接続され、測定槽２４には、配管４６ｅの他端が接続されている。また、測定槽２４には、配管４６ｆの一端が接続され、硝化槽１０ａには、配管４６ｆの他端が接続されている。
【0024】
アルカリ剤貯留槽３４にはアルカリ剤供給配管３８の一端が接続され、測定槽２４にはアルカリ剤供給配管３８の他端が接続されている。アルカリ剤供給配管３８にはアルカリ剤供給ポンプ３６が設置されている。酸剤貯留槽４０には酸剤供給配管４４の一端が接続され、測定槽２４には酸剤供給配管４４の他端が接続されている。酸剤供給配管４４には酸剤供給ポンプ４２が設置されている。
【0025】
栄養剤供給装置２０は、栄養剤貯留槽５０ａ，５０ｂ、栄養剤供給ポンプ５２ａ，５２ｂ、栄養剤供給配管５４ａ，５４ｂを備える。栄養剤貯留槽５０ａには栄養剤供給配管５４ａの一端が接続され、硝化槽１０ａには栄養剤供給配管５４ａの他端が接続されている。また、栄養剤貯留槽５０ｂには栄養剤供給配管５４ｂの一端が接続され、脱窒槽１０ｂには栄養剤供給配管５４ｂの他端が接続されている。栄養剤供給配管５４ａには栄養剤供給ポンプ５２ａが設置され、栄養剤供給配管５４ｂには栄養剤供給ポンプ５２ｂが設置されている。本実施形態の栄養剤供給装置２０は、生物処理槽１０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１に示す生物処理槽１０のように、硝化槽１０ａ、脱窒槽１０ｂ、酸化槽１０ｃを備える場合には、硝化槽１０ａ及び脱窒槽１０ｂ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。
【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２８、流量計１８、及び栄養剤供給ポンプ５２ａ，５２ｂ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、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５２ａ，５２ｂ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】
アンモニア態窒素が溶存された被処理水は生物処理槽１０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４６ａから硝化槽１０ａに流入する。硝化槽１０ａ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、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５２ａが稼働されて、栄養剤貯留槽５０ａ内の栄養剤が、栄養剤供給配管５４ａから硝化槽１０ａ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４６ｂから脱窒槽１０ｂに流入する。脱窒槽１０ｂ内では、撹拌機２３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５２ｂが稼働されて、栄養剤貯留槽５０ｂ内の栄養剤が、栄養剤供給配管５４ｂから脱窒槽１０ｂ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。
【0029】
また、脱窒処理された処理水は、配管４６ｃから酸化槽１０ｃに流入する。酸化槽１０ｃ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、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１０ｃで処理された処理水は、配管４６ｄから排出される。
【0030】
また、本実施形態では、配管４６ａを通る被処理水の一部がサンプル液として、配管４６ｅから測定槽２４に流入する。ｐＨ計２６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３６が稼働する。アルカリ剤供給ポンプ３６の稼働により、アルカリ剤貯留槽３４から測定槽２４に所定量のアルカリ剤が供給され、測定槽２４内がアルカリ性条件に保たれる。なお、測定槽２４では、サンプル液とアルカリ剤が撹拌機３０により撹拌される。
【0031】
測定槽２４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２８によりアンモニアガス濃度を測定する（測定工程）。
【0032】
図３は、測定装置１２の他の一例を示す概略構成図である。図３に示す測定装置１２は、ｐＨ計を具備していない。測定装置１２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２８によりアンモニアガス濃度を測定する。
【0033】
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】
【0034】
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。
【0035】
制御装置１６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。
【0036】
制御装置１６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１６は、当該相関情報を使用して、アンモニアガス濃度計２８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１８により、配管４６ａ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１６に送信される。制御装置１６は、被処理水中のアンモニア態窒素濃度と、流量計１８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１０ａ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１６は、例えば、脱窒槽１０ｂ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１６は、栄養剤供給ポンプ５２ａ，５２ｂ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１０ａ及び脱窒槽１０ｂ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。
【0037】
また、制御方法の他の一例を説明する。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計２８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１６は、被処理水中のアンモニア態窒素濃度に、流量計１８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５２ａ，５２ｂを稼働させて、栄養剤の供給を開始する。或いは、制御装置１６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５２ａ，５２ｂ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１６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５２ａ，５２ｂの稼働を停止したり、或いは栄養剤供給ポンプ５２ａ，５２ｂ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１６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５２ａ，５２ｂ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。
【0038】
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。
【0039】
以下に、生物処理槽１０、測定装置１２、栄養剤等について詳述する。
【0040】
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１０ａ、脱窒槽１０ｂを含む槽構成、複数の硝化槽１０ａを含む槽構成、複数の脱窒槽１０ｂを含む槽構成等が挙げられる。
【0041】
測定装置１２を構成する測定槽２４は、覆蓋されていることが好ましい。測定槽２４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。
【0042】
測定槽２４にヒータを設置して、測定槽２４内を加温することが好ましい。これにより、測定槽２４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２４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２４を完全に密閉することが望ましい。測定槽２４内への空気の混入を防ぐために、測定槽２４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４６ｆに、水を溜めた水槽を設けたり、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４６ｆをＳ字型にしたりして、これらの配管を水封する。
【0043】
測定槽２４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。
【0044】
測定槽２４の水理学的滞留時間は、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２４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、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。
【0045】
アンモニアガス濃度計２８の結露を避けるため、アンモニアガス濃度計２８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２８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。
【0046】
アルカリ性条件下で、測定槽２４から排出されるサンプル液は、硝化槽１０ａへ返送させることが好ましい。硝化槽１０ａ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、測定槽２４から排出されるサンプル液を、配管４６ｆから硝化槽１０ａへ返送することで、硝化槽１０ａ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２４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。
【0047】
測定槽２４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４２を定期的に稼働させ（例えば、１日に１回）、酸剤貯留槽４０から測定槽２４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。
【0048】
測定槽２４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１０ｂに供給することが好ましい。脱窒槽１０ｂでは、上記式２の通り、アルカリが生成されるため、測定槽２４内のスケール洗浄後の排水を脱窒槽１０ｂに供給することで、脱窒槽１０ｂに酸を補給できる。槽内洗浄のために測定槽２４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。
【0049】
栄養剤の添加量の制御は、栄養剤供給ポンプ５２ａ，５２ｂを制御する場合に限られず、例えば、栄養剤供給配管５４ａ，５４ｂに設置したバルブの開閉度により行ってもよい。
【0050】
栄養剤の添加先は、生物処理槽１０（例えば、硝化槽１０ａ、脱窒槽１０ｂ）でもよいし、生物処理槽１０に接続されている配管（例えば、配管４６ａ、４６ｂ）でもよい。
【0051】
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。
【0052】
［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。
【0053】
図５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５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。
【0054】
［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。
【0055】
図６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６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２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。
【0056】
［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。
【0057】
［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。
【0058】
図７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７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。
【0059】
［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。
【0060】
［実験例６］
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。
【0061】
［実験例７］
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。
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。
【0062】
図８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７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８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。
【0063】
［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）
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。
【符号の説明】
【0064】
１ 水処理装置、１０ 生物処理槽、１０ａ 硝化槽、１０ｂ 脱窒槽、１０ｃ 酸化槽、１２ 測定装置、１６ 制御装置、１８ 流量計、２０ 栄養剤供給装置、２２ 散気装置、２３，３０ 撹拌機、２４ 測定槽、２６ ｐＨ計、２８ アンモニアガス濃度計、３４ アルカリ剤貯留槽、３６ アルカリ剤供給ポンプ、３８ 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、４２ 酸剤供給ポンプ、４４ 酸剤供給配管、４５ 酸剤供給装置、４６ａ～４６ｆ 配管、５０ａ，５０ｂ 栄養剤貯留槽、５２ａ，５２ｂ 栄養剤供給ポンプ、５４ａ，５４ｂ 栄養剤供給配管。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
