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(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】P2024017094
(43)【公開日】2024-02-08
(54)【発明の名称】水処理装置及び水処理方法
(51)【国際特許分類】
C02F 3/34 20230101AFI20240201BHJP
【ＦＩ】
C02F3/34 101B
C02F3/34 101A
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 2022119502
(22)【出願日】2022-07-27
(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】油井 啓徳
【テーマコード（参考）】
4D040
【Ｆターム（参考）】
4D040BB02
4D040BB42
4D040BB52
4D040BB82
4D040BB91
(57)【要約】
【課題】アンモニア性窒素を含む被処理水の濃度が変動しても、良好な水質の処理水を安定して得ることが可能な水処理装置を提供する。
【解決手段】水処理装置１は、アンモニア性窒素を含む被処理水を連続的に流入させながら、独立栄養性細菌により前記被処理水を生物処理する第１生物処理槽１０と、第１生物処理槽１０で処理された第１処理水を連続的に流入させながら、独立栄養性細菌により前記第１処理水を生物処理する第２生物処理槽１２と、第１生物処理槽１０を介さずに前記被処理水の一部を第２生物処理槽１２にバイパス流入させるバイパスライン２２と、前記第２生物処理槽１２で処理された第２処理水のアンモニア性窒素濃度を測定するアンモニア性窒素濃度計１６と、アンモニア性窒素濃度計１６により測定されたアンモニア性窒素濃度に基づいて、バイパスライン２２を流れる前記被処理水の流入量を制御する制御部１４と、を有することを特徴とする。
【選択図】図１
【解決手段】水処理装置１は、アンモニア性窒素を含む被処理水を連続的に流入させながら、独立栄養性細菌により前記被処理水を生物処理する第１生物処理槽１０と、第１生物処理槽１０で処理された第１処理水を連続的に流入させながら、独立栄養性細菌により前記第１処理水を生物処理する第２生物処理槽１２と、第１生物処理槽１０を介さずに前記被処理水の一部を第２生物処理槽１２にバイパス流入させるバイパスライン２２と、前記第２生物処理槽１２で処理された第２処理水のアンモニア性窒素濃度を測定するアンモニア性窒素濃度計１６と、アンモニア性窒素濃度計１６により測定されたアンモニア性窒素濃度に基づいて、バイパスライン２２を流れる前記被処理水の流入量を制御する制御部１４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】
アンモニア性窒素を含む被処理水を連続的に流入させながら、独立栄養性細菌により前記被処理水を生物処理する第１生物処理槽と、
前記第１生物処理槽で処理された第１処理水を連続的に流入させながら、独立栄養性細菌により前記第１処理水を生物処理する第２生物処理槽と、
前記第１生物処理槽を介さずに前記被処理水の一部を前記第２生物処理槽にバイパス流入させるバイパスラインと、
前記第２生物処理槽で処理された第２処理水のアンモニア性窒素濃度を測定するアンモニア性窒素濃度測定手段と、
前記アンモニア性窒素濃度測定手段により測定されたアンモニア性窒素濃度に基づいて、前記バイパスラインを流れる前記被処理水の流入量を制御する制御部と、を有することを特徴とする水処理装置。
前記第１生物処理槽で処理された第１処理水を連続的に流入させながら、独立栄養性細菌により前記第１処理水を生物処理する第２生物処理槽と、
前記第１生物処理槽を介さずに前記被処理水の一部を前記第２生物処理槽にバイパス流入させるバイパスラインと、
前記第２生物処理槽で処理された第２処理水のアンモニア性窒素濃度を測定するアンモニア性窒素濃度測定手段と、
前記アンモニア性窒素濃度測定手段により測定されたアンモニア性窒素濃度に基づいて、前記バイパスラインを流れる前記被処理水の流入量を制御する制御部と、を有することを特徴とする水処理装置。
【請求項2】
前記制御部は、前記アンモニア性窒素濃度測定手段により測定されたアンモニア性窒素濃度が予め設定した設定範囲内となるように、前記バイパスラインを流れる前記被処理水の流入量を制御することを特徴とする請求項１に記載の水処理装置。
【請求項3】
前記設定範囲は、０．５ｍｇ／Ｌ～５０ｍｇ／Ｌであることを特徴とする請求項２に記載の水処理装置。
【請求項4】
前記第２処理水をろ過するろ過手段を備え、
前記アンモニア性窒素濃度測定手段は、前記ろ過手段によりろ過されたろ過水のアンモニア性窒素濃度を測定することを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の水処理装置。
前記アンモニア性窒素濃度測定手段は、前記ろ過手段によりろ過されたろ過水のアンモニア性窒素濃度を測定することを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項5】
第１生物処理槽に、アンモニア性窒素を含む被処理水を連続的に流入させながら、独立栄養性細菌により前記被処理水を生物処理する第１生物処理工程と、
第２生物処理槽に、前記第１生物処理槽で処理された第１処理水を連続的に流入させながら、独立栄養性細菌により前記第１処理水を生物処理する第２生物処理工程と、
前記第１生物処理槽を介さずに前記被処理水の一部を前記第２生物処理槽にバイパス流入させる流入工程と、
前記第２生物処理槽で処理された第２処理水のアンモニア性窒素濃度を測定するアンモニア性窒素濃度測定工程と、を有し、
前記流入工程では、前記アンモニア性窒素濃度測定工程により測定されたアンモニア性窒素濃度に基づいて、前記バイパス流入させる前記被処理水の流入量を制御することを特徴とする水処理方法。
第２生物処理槽に、前記第１生物処理槽で処理された第１処理水を連続的に流入させながら、独立栄養性細菌により前記第１処理水を生物処理する第２生物処理工程と、
前記第１生物処理槽を介さずに前記被処理水の一部を前記第２生物処理槽にバイパス流入させる流入工程と、
前記第２生物処理槽で処理された第２処理水のアンモニア性窒素濃度を測定するアンモニア性窒素濃度測定工程と、を有し、
前記流入工程では、前記アンモニア性窒素濃度測定工程により測定されたアンモニア性窒素濃度に基づいて、前記バイパス流入させる前記被処理水の流入量を制御することを特徴とする水処理方法。
【請求項6】
前記流入工程では、前記アンモニア性窒素濃度測定工程により測定されたアンモニア性窒素濃度が予め設定した設定範囲内となるように、前記バイパス流入させる前記被処理水の流入量を制御することを特徴とする請求項５に記載の水処理方法。
【請求項7】
前記設定範囲は、０．５ｍｇ／Ｌ～５０ｍｇ／Ｌであることを特徴とする請求項６に記載の水処理方法。
【請求項8】
前記第２処理水をろ過するろ過工程を有し、
前記アンモニア性窒素濃度測定工程では、前記ろ過工程でろ過されたろ過水のアンモニア性窒素濃度を測定することを特徴とする請求項５～７のいずれか１項に記載の水処理方法。
前記アンモニア性窒素濃度測定工程では、前記ろ過工程でろ過されたろ過水のアンモニア性窒素濃度を測定することを特徴とする請求項５～７のいずれか１項に記載の水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、アンモニア性窒素を含む被処理水を処理する水処理装置及び水処理方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、集積回路（ＩＣ）等の半導体製造工程等では、アンモニア、硝酸等が使用されるため、その工程からの廃液として、窒素（アンモニア、硝酸）等を含む廃水が排出される。
【0003】
廃水中の窒素の除去としては、一般的に生物学的脱窒処理が採用される。この生物学的脱窒処理は、通性嫌気性細菌である脱窒菌の無酸素状態における硝酸呼吸を利用して窒素を除去する方法である。この生物学的脱窒処理においては、例えば、まず廃水を硝化処理して廃水中のアンモニア性窒素を亜硝酸性窒素または硝酸性窒素とし、その後、メタノール等の水素供与体を添加して無酸素状態とすることによって脱窒処理を行う。
【0004】
廃水の硝化処理は、例えば、活性汚泥法、生物膜法（例えば、固定床方式や流動床方式）やグラニュール法が用いられる。一般的に、活性汚泥法では、低負荷処理（例えば０．１～０．３ｋｇ－Ｎ／（ｍ３・ｄ））が行われ、生物膜法やグラニュール法では、高負荷処理（例えば０．５～１．０ｋｇ－Ｎ／（ｍ３・ｄ））が行われる（例えば、特許文献１参照）。
【0005】
特許文献２には、硝化槽の硝化処理水のアンモニア性窒素濃度を測定する手段を設置し、測定されたアンモニア性窒素濃度を、予め設定されたアンモニア性窒素濃度（１～１０ｍｇ／Ｌ）と比較し、測定値が設定値以下の場合、測定値が設定値以上となるように、硝化槽の窒素負荷量を調整する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特許第４８６５２１１号公報
【特許文献2】特開平０８－１２６８９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
本開示の目的は、アンモニア性窒素を含む被処理水の濃度が変動しても、良好な水質の処理水を安定して得ることが可能な水処理装置及び水処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本開示の一態様に係る水処理装置は、アンモニア性窒素を含む被処理水を連続的に流入させながら、独立栄養性細菌により前記被処理水を生物処理する第１生物処理槽と、前記第１生物処理槽で処理された第１処理水を連続的に流入させながら、独立栄養性細菌により前記第１処理水を生物処理する第２生物処理槽と、前記第１生物処理槽を介さずに前記被処理水の一部を前記第２生物処理槽にバイパス流入させるバイパスラインと、前記第２生物処理槽で処理された第２処理水のアンモニア性窒素濃度を測定するアンモニア性窒素濃度測定手段と、前記アンモニア性窒素濃度測定手段により測定されたアンモニア性窒素濃度に基づいて、前記バイパスラインを流れる前記被処理水の流入量を制御する制御部と、を有することを特徴とする。
【0009】
前記水処理装置において、前記制御部は、前記アンモニア性窒素濃度測定手段により測定されたアンモニア性窒素濃度が予め設定した設定範囲内となるように、前記バイパスラインを流れる前記被処理水の流入量を制御することが好ましい。
【0010】
前記水処理装置において、前記設定範囲は、０．５ｍｇ／Ｌ～５０ｍｇ／Ｌであることが好ましい。
【0011】
前記水処理装置において、前記第２処理水をろ過するろ過手段を備え、前記アンモニア性窒素濃度測定手段は、前記ろ過手段によりろ過されたろ過水のアンモニア性窒素濃度を測定することが好ましい。
【0012】
また、本開示の一態様に係る水処理方法は、第１生物処理槽に、アンモニア性窒素を含む被処理水を連続的に流入させながら、独立栄養性細菌により前記被処理水を生物処理する第１生物処理工程と、第２生物処理槽に、前記第１生物処理槽で処理された第１処理水を連続的に流入させながら、独立栄養性細菌により前記第１処理水を生物処理する第２生物処理工程と、前記第１生物処理槽を介さずに前記被処理水の一部を前記第２生物処理槽にバイパス流入させる流入工程と、前記第２生物処理槽で処理された第２処理水のアンモニア性窒素濃度を測定するアンモニア性窒素濃度測定工程と、を有し、前記流入工程では、前記アンモニア性窒素濃度測定工程により測定されたアンモニア性窒素濃度に基づいて、前記バイパス流入させる前記被処理水の流入量を制御することを特徴とする。
【0013】
前記水処理方法において、前記流入工程では、前記アンモニア性窒素濃度測定工程により測定されたアンモニア性窒素濃度が予め設定した設定範囲内となるように、前記バイパス流入させる前記被処理水の流入量を制御することが好ましい。
【0014】
前記水処理方法において、前記設定範囲は、０．５ｍｇ／Ｌ～５０ｍｇ／Ｌであることが好ましい。
【0015】
前記水処理方法において、前記第２処理水をろ過するろ過工程を有し、前記アンモニア性窒素濃度測定工程では、前記ろ過工程でろ過されたろ過水のアンモニア性窒素濃度を測定することが好ましい。
【発明の効果】
【0016】
本開示によれば、アンモニア性窒素を含む被処理水の濃度が変動しても、良好な水質の処理水を安定して得ることが可能な水処理装置及び水処理方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【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】本実施形態に係る水処理槽の他の一例を示す概略構成図である。
【図3】実施例の被処理水流量に対する第２生物処理槽への被処理水バイパス比率の経日変化を示すグラフである。
【図4】実施例及び比較例により得られた第２処理水のアンモニア性窒素濃度の経日変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0018】
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。
【0019】
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、アンモニア性窒素を含む被処理水に対して、活性汚泥法、生物膜法またはグラニュール法等による生物処理によって生物処理を行う装置である。図１に示す水処理装置１は、第１生物処理槽１０、第２生物処理槽１２、制御装置１４、アンモニア性窒素濃度計１６、被処理水用ポンプ１８、流入ライン（２０ａ，２０ｂ）、バイパスライン２２、処理水排出ライン２４、流量調整弁（２６ａ，２６ｂ）を備える。第１生物処理槽１０及び第２生物処理槽１２の底部には、散気装置２８が設置されている。また、第１生物処理槽１０及び第２生物処理槽１２には、処理水出口を取り囲むようにスクリーン３０が設置されている。
【0020】
第１生物処理槽１０の入口には、流入ライン２０ａが接続されている。また、流入ライン２０ａには被処理水用ポンプ１８及び流量調整弁２６ａが設置されている。流入ライン２０ｂの一端は第１生物処理槽１０の出口に接続され、流入ライン２０ｂの他端は第２生物処理槽１２の入口に接続されている。バイパスライン２２の一端は流入ライン２０ａに接続され、バイパスライン２２の他端は流入ライン２０ｂに接続されている。また、バイパスライン２２には流量調整弁２６ｂが設置されている。第２生物処理槽１２の出口には、処理水排出ライン２４が接続されている。また、処理水排出ライン２４にはアンモニア性窒素濃度計１６が設置されている。
【0021】
制御装置１４は、有線または無線の電気的接続等によって、アンモニア性窒素濃度計１６、被処理水用ポンプ１８、及び流量調整弁２６ａ，２６ｂと接続されている。なお、図での説明は省略するが、第１生物処理槽１０や第２生物処理槽１２に、ｐＨセンサや水温センサ等を設置している場合には、制御装置１４はそれらのセンサと接続されていてもよい。
【0022】
制御装置１４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。例えば、被処理水用ポンプ１８の作動を制御したり、流量調整弁２６ａ，２６ｂの開閉度を制御したりする。
【0023】
本実施形態に係る水処理装置１の動作について説明する。
【0024】
制御装置１４により、被処理水用ポンプ１８が稼働され、また、流量調整弁２６ａが所定の開度まで開放されて、アンモニア性窒素を含む被処理水が、流入ライン２０ａを通って、第１生物処理槽１０に供給される。この際、制御装置１４により、流量調整弁２６ｂが所定の開度まで開放されて、流入ライン２０ａを通る被処理水の一部をバイパスライン２２から第２生物処理槽１２にバイパス流入させてもよい（流入工程）。
【0025】
第１生物処理槽１０内では、散気装置２８によって空気等の酸素含有気体の供給が行われ、被処理水と独立栄養細菌とが混合される。そして、第１生物処理槽１０内では、好気条件で、独立栄養細菌により、被処理水が生物処理される（第１生物処理工程）。具体的には、被処理水中のアンモニア性窒素が、独立栄養細菌により、亜硝酸性窒素及び硝酸性窒素の少なくとも１つにまで硝化される。第１生物処理槽１０で処理された処理水（第１処理水）は、流入ライン２０ｂを通って、第２生物処理槽１２に供給される。
【0026】
第２生物処理槽１２内では、散気装置２８によって空気等の酸素含有気体の供給が行われ、流入ライン２０ｂから供給された第１処理水やバイパスライン２２から流入した被処理水が独立栄養細菌と混合される。第２生物処理槽１２内では、好気条件で、独立栄養細菌により、第１処理水や被処理水が生物処理される（第２生物処理工程）。第２生物処理槽１２で処理された処理水（第２処理水）は、処理水排出ライン２４を通って、系外に排出される。
【0027】
ここで、第２処理水のアンモニア性窒素濃度が、アンモニア性窒素濃度計１６により測定される（アンモニア性窒素濃度測定工程）そして、制御装置１４は、アンモニア性窒素濃度計１６により測定された第２処理水中のアンモニア性窒素濃度に基づいて、バイパスライン２２を流れる被処理水の流入量を制御する。被処理水の流入量制御の具体例を以下に説明する。
【0028】
（制御例１）
処理水排出ライン２４を流れる第２処理水のアンモニア性窒素濃度が、アンモニア性窒素濃度計１６により検出され、検出されたアンモニア性窒素濃度値が制御装置１４に入力される。制御装置１４は、入力されたアンモニア性窒素濃度が、予め定めた所定値未満の場合、バイパスライン２２を流れる被処理水の流入量が増加するように、流量調整弁２６ａ，２６ｂの開度を制御する。例えば、バイパスライン２２に被処理水が流入していない場合には、所定の流入量の被処理水がバイパスライン２２に流れるように流量調整弁２６ａ，２６ｂの開度を制御する。また、例えば、バイパスライン２２に被処理水が既に流入している場合には、その時の被処理水の流入量に対して所定の割合に増やした流入量の被処理水がバイパスライン２２に流れるように流量調整弁２６ａ，２６ｂの開度を制御する。また、制御装置１４は、入力されたアンモニア性窒素濃度が、予め定めた所定値以上となった場合、制御装置１４は、バイパスライン２２を流れる被処理水の流入量が減少するように、流量調整弁２６ａ，２６ｂの開度を制御する。例えば、バイパスライン２２への原水の流入が停止するように、流量調整弁２６ａ，２６ｂの開度を制御する。また、例えば、現状のバイパスライン２２を流れる被処理水の流入量に対して所定の割合に減らした流入量の被処理水が、バイパスライン２２を流れるように、流量調整弁２６ａ，２６ｂの開度を制御する。予め定めた所定値は、安定した処理を行うために、処理目標値の０．６～１倍の範囲とすることが好ましい。
処理水排出ライン２４を流れる第２処理水のアンモニア性窒素濃度が、アンモニア性窒素濃度計１６により検出され、検出されたアンモニア性窒素濃度値が制御装置１４に入力される。制御装置１４は、入力されたアンモニア性窒素濃度が、予め定めた所定値未満の場合、バイパスライン２２を流れる被処理水の流入量が増加するように、流量調整弁２６ａ，２６ｂの開度を制御する。例えば、バイパスライン２２に被処理水が流入していない場合には、所定の流入量の被処理水がバイパスライン２２に流れるように流量調整弁２６ａ，２６ｂの開度を制御する。また、例えば、バイパスライン２２に被処理水が既に流入している場合には、その時の被処理水の流入量に対して所定の割合に増やした流入量の被処理水がバイパスライン２２に流れるように流量調整弁２６ａ，２６ｂの開度を制御する。また、制御装置１４は、入力されたアンモニア性窒素濃度が、予め定めた所定値以上となった場合、制御装置１４は、バイパスライン２２を流れる被処理水の流入量が減少するように、流量調整弁２６ａ，２６ｂの開度を制御する。例えば、バイパスライン２２への原水の流入が停止するように、流量調整弁２６ａ，２６ｂの開度を制御する。また、例えば、現状のバイパスライン２２を流れる被処理水の流入量に対して所定の割合に減らした流入量の被処理水が、バイパスライン２２を流れるように、流量調整弁２６ａ，２６ｂの開度を制御する。予め定めた所定値は、安定した処理を行うために、処理目標値の０．６～１倍の範囲とすることが好ましい。
【0029】
被処理水の流入量制御の他の例について説明する。
【0030】
（制御例２）
制御装置１４は、予め定めたアンモニア性窒素濃度の設定範囲内となるように、バイパスライン２２を流れる被処理水の流入量を制御する。例えば、予め大小２点のアンモニア性窒素濃度の設定値（設定値１：大きい方の設定値、設定値２：小さい方の設定値）を定める。制御装置１４は、アンモニア性窒素濃度計１６によって検出された第２処理水のアンモニア性窒素濃度が、小さい方の設定値（設定値２）未満であった場合は、バイパスライン２２を流れる被処理水の流入量が増加するように、流量調整弁２６ａ，２６ｂの開度を制御する。また、制御装置１４は、アンモニア性窒素濃度計１６によって測定された第２処理水のアンモニア性窒素濃度が、小さい方の設定値（設定値２）以上であり、大きい方の設定値（設定値１）未満である場合は、制御装置１４は、バイパスライン２２を流れる被処理水の流入量を維持する。すなわち、流量調整弁２６ａ，２６ｂの開度をそのままの状態で維持する。また、制御装置１４は、アンモニア性窒素濃度計１６によって測定された第２処理水中のアンモニア性窒素濃度が、大きい方の設定値（設定値１）以上である場合は、バイパスライン２２を流れる被処理水の流入量が減少するように、流量調整弁２６ａ，２６ｂの開度を制御する。
制御装置１４は、予め定めたアンモニア性窒素濃度の設定範囲内となるように、バイパスライン２２を流れる被処理水の流入量を制御する。例えば、予め大小２点のアンモニア性窒素濃度の設定値（設定値１：大きい方の設定値、設定値２：小さい方の設定値）を定める。制御装置１４は、アンモニア性窒素濃度計１６によって検出された第２処理水のアンモニア性窒素濃度が、小さい方の設定値（設定値２）未満であった場合は、バイパスライン２２を流れる被処理水の流入量が増加するように、流量調整弁２６ａ，２６ｂの開度を制御する。また、制御装置１４は、アンモニア性窒素濃度計１６によって測定された第２処理水のアンモニア性窒素濃度が、小さい方の設定値（設定値２）以上であり、大きい方の設定値（設定値１）未満である場合は、制御装置１４は、バイパスライン２２を流れる被処理水の流入量を維持する。すなわち、流量調整弁２６ａ，２６ｂの開度をそのままの状態で維持する。また、制御装置１４は、アンモニア性窒素濃度計１６によって測定された第２処理水中のアンモニア性窒素濃度が、大きい方の設定値（設定値１）以上である場合は、バイパスライン２２を流れる被処理水の流入量が減少するように、流量調整弁２６ａ，２６ｂの開度を制御する。
【0031】
設定範囲（例えば、設定値２～設定値１）は、第２生物処理槽１２から排出される処理水の放流水質基準を考慮して、例えば、０．５ｍｇ／Ｌ～５０ｍｇ／Ｌの範囲であることが好ましい。設定値２は、０．５ｍｇ／Ｌ以上の範囲で設定されることが好ましく、０．５ｍｇ／Ｌ～５．０ｍｇ／Ｌの範囲で設定されることがより好ましい。設定値１は、例えば、５０ｍｇ／Ｌ以下の範囲で設定されることが好ましく、１．０ｍｇ／Ｌ～５０ｍｇ／Ｌの範囲で設定されることがより好ましい。
【0032】
設定値１は、第２生物処理槽１２内のｐＨ値に基づいて設定されてもよい。例えば、制御装置１４に、ｐＨ値と設定値との関係を規定したマップ（関係式やテーブル等でもよい）を記憶させておく。そして、制御装置１４は、ｐＨ計により測定された第２生物処理槽１２内のｐＨ値を前述のマップに当てはめて、設定値を算出する。制御装置１４は、算出した設定値を上記設定値１として設定する。ｐＨ値に基づいて、設定値１を設定することにより、硝化処理中の遊離アンモニアの影響を抑えることが可能となり、硝化能力を向上させることができる。例えば、ｐＨ７～７．５（水温２０℃）の場合、設定値１は１．０ｍｇ／Ｌ～２５ｍｇ／Ｌの範囲に設定されることが好ましい。また、水温によっても遊離アンモニアの影響を受けることから、第２生物処理槽１２内のｐＨ及び水温に基づいて、設定値１を設定することがより好ましい。
【0033】
第２生物処理槽１２へバイパス流入させる被処理水の流入量は、第２処理水のアンモニア性窒素濃度の測定頻度に応じて変化させるが、その変化率は、全体の被処理水流量に対して０．１～２０％であることが好ましい。また、硝化菌等の微生物の増殖速度を考慮して、第２生物処理槽１２へバイパス流入させる被処理水の流入量において、１日に増加させる分の流入量は１０％以下とする方がよい。第２処理水のアンモニア性窒素濃度の測定頻度が多い場合は上記変化率を小さく設定し、測定頻度が少ない場合は上記変化率を大きく設定することで、目標とする除去性能に到達するまでの期間を短縮することが可能である。
【0034】
第１生物処理槽と第２生物処理槽の直列２段で生物処理することで、１段目は高負荷粗どりとなり、すなわち槽内アンモニア性窒素濃度が高い条件で運転することとなり、槽内の濃度変動に強い槽となる。しかし、被処理水負荷が低下して、１段目の生物処理槽で処理が完結した場合は、２段目の生物処理槽が無負荷となり、２段目の生物処理槽の処理活性が低下する。したがって、２段目の生物処理槽には、アンモニア性窒素負荷を一定以上にする必要があるが、２段目の生物処理槽のアンモニア性窒素負荷が高くなりすぎると、処理水の水質が悪化してしまう。そこで、本実施形態では、前述したように、２段目の生物処理槽で処理された処理水のアンモニア性窒素濃度に基づいて、２段目の生物処理槽にバイパスさせる被処理水の流入量を制御することで、アンモニア性窒素を含む被処理水の濃度が変動しても、２段目の生物処理槽の負荷を安定化させることができるため、無負荷による処理活性の低下、高負荷による処理水質の悪化を抑制することができる。すなわち、アンモニア性窒素を含む被処理水の濃度が変動しても、良好な水質の処理水を安定して得ることが可能となる。
【0035】
図２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、その説明を省略する。図２に示す水処理装置２は、ろ過装置３２、第１生物処理槽１０及び第２生物処理槽１２に充填された担体３４を有する。
【0036】
処理水排出ライン２４を流れる第２処理水の一部は、処理水排出ライン２４に接続された分岐ライン３６ａを通り、ろ過装置３２に供給され、ろ過装置３２により固液分離される。ろ過装置３２により得られたろ過水は、ろ過水排出ライン３６ｂから系外へ排出される。この際、ろ過水排出ライン３６ｂに設置されたアンモニア性窒素濃度計１６により、ろ過水排出ライン３６ｂを流れるろ過水中のアンモニア性窒素濃度が測定される。そして、前述したように、測定されたアンモニア性窒素濃度に基づいて、バイパスライン２２を流れる被処理水の流入量が制御される。
【0037】
ろ過装置３２により固液分離されたろ過水のアンモニア性窒素濃度を測定することにより、アンモニア性窒素濃度を低濃度まで精度よく測定することができる。また、ろ過装置３２により固液分離したろ過水は、ＳＳ成分等が除去されているため、アンモニア性窒素濃度計１６のメンテナンス頻度を抑えることができる。
【0038】
アンモニア性窒素濃度計１６は、オンラインで測定可能なものであれば特に制限されないが、電量滴定式アンモニア性窒素メーターであることが好ましい。電量滴定式アンモニア性窒素メーターは、クーロメトリーを応用した電量滴定法による測定であり、原理的に検量線を作成しなくてもよく、かつアンモニアと高い選択性および反応性を有する臭素を滴定剤に用いることができる。また、電極部分が汚れにくく、また、酸による洗浄が比較的容易である等の利点がある。したがって、電量滴定式アンモニア性窒素メーターを用いることによって、メンテナンスを行う人手を減らすことが可能となる。アンモニア性窒素濃度計１６による測定頻度は、任意に設定することができるが、１５分に１度程度の測定を行うことが好ましい。
【0039】
第１生物処理槽１０及び第２生物処理槽１２は、硝化のみを行うものに限らず、硝化脱窒をともに行うものであってもよい。第１生物処理槽１０及び第２生物処理槽１２の形式については、特に制限されないが、槽内に硝化菌をできるだけ多く保持し、かつ沈殿池を設けなくてもよい等の点で、生物膜方式を利用することが好ましい。生物膜法では、例えば、担体３４に付着した硝化菌とバルク水中に漂う硝化菌により、硝化処理等が行われる。
【0040】
担体３４は、好気性条件下で使用される従来公知の担体であればよく、特に限定されない。担体３４としては、例えば、プラスチック製担体、スポンジ状担体、ゲル状担体等が挙げられるが、コストと耐久性のバランスが良好であるスポンジ状担体が好ましい。
【0041】
第１生物処理槽１０や第２生物処理槽１２には、微生物の育成等の点で、栄養塩を添加してもよい。栄養塩としては、必須栄養素の窒素（Ｎ）、リン（Ｐ）の他に、微量元素として、硫黄（Ｓ）、カリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、カルシウム（Ｃａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、鉄（Ｆｅ）、マンガン（Ｍｎ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、モリブデン（Ｍｏ）等が挙げられる。
【0042】
第１生物処理槽１０及び第２生物処理槽１２内のｐＨは、微生物の育成等の点から、例えば、ｐＨ６～８の範囲に調整されることが好ましく、遊離アンモニアの阻害を抑制するため、ｐＨ６．８～７．２の範囲に調整されることがより好ましい。
【0043】
第１生物処理槽１０及び第２生物処理槽１２における生物処理は、好気条件下で行うことが好ましく、第１生物処理槽１０及び第２生物処理槽１２内の溶存酸素濃度は、例えば、０．５ｍｇ／Ｌ以上、好ましくは１ｍｇ／Ｌ以上であることが好ましい。
【0044】
第１生物処理槽１０及び第２生物処理槽１２の水温は、例えば、１５～４０℃の範囲に維持されることが好ましい。
【0045】
処理対象である被処理水としては、例えば、半導体製造工程等で排出されるアンモニア性窒素含有廃水等が挙げられる。なお、被処理水が１００ｍｇ／Ｌ以上、好ましくは１００～１０００ｍｇ／Ｌの範囲のカルシウムを含有する場合に、本実施形態に係る水処理方法および水処理装置１を好適に適用することができる。
【実施例0046】
以下、実施例を挙げ、本開示をより具体的に詳細に説明するが、本開示は、以下の実施例に限定されるものではない。
【0047】
＜実施例＞
図２に示す水処理装置を使用して、以下に示す条件で、連続通水試験を実施した。なお、連続通水試験を実施する前には、馴養工程を行った。具体的には、第１生物処理槽のみに被処理水を通水し、アンモニア性窒素負荷を０．６ｋｇＮ／（ｍ３・ｄ）とした後、第１生物処理及び第２生物処理の２段処理の運転を開始して、全体のアンモニア性窒素負荷が０．８ｋｇＮ／（ｍ３・ｄ）となった段階で馴養工程を終了し、続いて連続通水試験の検証を行った。以下、「生物処理槽」と称する場合、第１生物処理槽及び第２生物処理槽の両方を指している。
図２に示す水処理装置を使用して、以下に示す条件で、連続通水試験を実施した。なお、連続通水試験を実施する前には、馴養工程を行った。具体的には、第１生物処理槽のみに被処理水を通水し、アンモニア性窒素負荷を０．６ｋｇＮ／（ｍ３・ｄ）とした後、第１生物処理及び第２生物処理の２段処理の運転を開始して、全体のアンモニア性窒素負荷が０．８ｋｇＮ／（ｍ３・ｄ）となった段階で馴養工程を終了し、続いて連続通水試験の検証を行った。以下、「生物処理槽」と称する場合、第１生物処理槽及び第２生物処理槽の両方を指している。
【0048】
［試験条件］
生物処理槽内のｐＨ：７．０～７．５（苛性ソーダで調整）
生物処理槽容積：２Ｌ
担体：疎水性ポリウレタン製のスポンジ担体
担体充填率：生物処理槽の３０％（かさ容量／槽容量）
被処理水の水温：２０℃
被処理水中のアンモニア性窒素濃度：２５、５０ｍｇ／Ｌ
被処理水組成：井水に塩化アンモニウムを上記アンモニウム性窒素濃度相当量となるように添加し、その他に炭酸ナトリウム、リン酸および微量元素を含む溶液を添加した。
アンモニア性窒素濃度計：電量滴定式アンモニア性窒素メーター（セントラル科学製）
被処理水流量：６４Ｌ／ｄに固定
全体のアンモニア性窒素容積負荷：０．４～０．８ｋｇＮ／（ｍ３・ｄ）
※全体のアンモニア性窒素容積負荷は以下のようにして算出される。全体のアンモニア性窒素容積負荷＝被処理水中のアンモニア性窒素濃度×被処理水流量÷第１生物処理槽及び第２生物処理槽の合計槽容積
生物処理槽内のｐＨ：７．０～７．５（苛性ソーダで調整）
生物処理槽容積：２Ｌ
担体：疎水性ポリウレタン製のスポンジ担体
担体充填率：生物処理槽の３０％（かさ容量／槽容量）
被処理水の水温：２０℃
被処理水中のアンモニア性窒素濃度：２５、５０ｍｇ／Ｌ
被処理水組成：井水に塩化アンモニウムを上記アンモニウム性窒素濃度相当量となるように添加し、その他に炭酸ナトリウム、リン酸および微量元素を含む溶液を添加した。
アンモニア性窒素濃度計：電量滴定式アンモニア性窒素メーター（セントラル科学製）
被処理水流量：６４Ｌ／ｄに固定
全体のアンモニア性窒素容積負荷：０．４～０．８ｋｇＮ／（ｍ３・ｄ）
※全体のアンモニア性窒素容積負荷は以下のようにして算出される。全体のアンモニア性窒素容積負荷＝被処理水中のアンモニア性窒素濃度×被処理水流量÷第１生物処理槽及び第２生物処理槽の合計槽容積
【0049】
連続通水試験では、被処理水のアンモニア性窒素濃度５０ｍｇ／Ｌで、１２日間運転を行った後に、被処理水のアンモニア性窒素濃度２５ｍｇ／Ｌに変更して、３日間運転を行い、その後、被処理水のアンモニア性窒素濃度５０ｍｇ／Ｌに戻して運転を行った。被処理水流量に対する第２生物処理槽への被処理水バイパス比率を、初日１０％、２日目２０％にして、被処理水を第２生物処理槽へバイパス流入させた。そして、３日目から、アンモニア性窒素濃度計により、６０分ごとに、第２処理水のアンモニア性窒素濃度を測定し、設定したアンモニア性窒素濃度の範囲に入るように、第２生物処理槽へバイパス流入させる被処理水の流入量を制御した。具体的には、第２処理水のアンモニア性窒素濃度が１．０ｍｇ／Ｌ未満の場合、第２生物処理槽へバイパス流入させる被処理水の流入量を増加させ、第２処理水のアンモニア性窒素濃度が１．０ｍｇ／Ｌ以上、１．５ｍｇ／Ｌ未満の場合は、第２生物処理槽へバイパス流入させる被処理水の流入量を維持し、第２処理水のアンモニア性窒素濃度が１．５ｍｇ／Ｌ以上の場合、第２生物処理槽へバイパス流入させる被処理水の流入量を減少させた。
【0050】
＜比較例＞
被処理水を第２生物処理槽へバイパス流入させなかったこと以外は、実施例と同様に連続通水試験を行った。
被処理水を第２生物処理槽へバイパス流入させなかったこと以外は、実施例と同様に連続通水試験を行った。
【0051】
図３に、実施例の被処理水流量に対する第２生物処理槽への被処理水バイパス比率の経日変化を示す。また、図４に、実施例及び比較例により得られた第２処理水のアンモニア性窒素濃度の経日変化を示す。なお、図３にプロットした第２生物処理槽への被処理水パバス比率の値は、１日５回測定した平均値であり、図４にプロットした第２処理水のアンモニア性窒素濃度の値は、アンモニア性窒素濃度計で測定した測定値を１日平均した値である。比較例では、被処理水のアンモニア性窒素濃度を２５ｍｇ／Ｌに変更した際には、図４に示すように、第２処理水中のアンモニア性窒素濃度が０．１ｍｇ／Ｌとなり、非常に良好な水質が得られた。しかし、被処理水のアンモニア性窒素濃度を５０ｍｇ／Ｌに戻したところ、第２処理水中のアンモニア性窒素濃度は５．３ｍｇ／Ｌまで悪化した。その後、第２処理水中のアンモニア性窒素濃度が２ｍｇ／Ｌ（目標水質）になるまで３日間を要した。一方、実施例では、被処理水中のアンモニア性窒素濃度を２５ｍｇ/Ｌに変更した際、第２処理水中のアンモニア性窒素濃度は１．１ ｍｇ/Ｌとなり、その時の被処理水バイパス比率はそれまでの約２０％から３８％まで増加した。また、被処理水のアンモニア性窒素濃度を５０ｍｇ/Ｌに戻した後も、第２処理水中のアンモニア性窒素濃度は２ｍｇ／Ｌ（目標水質）以下であった。実施例のように、第１生物処理槽と第２生物処理槽の２段処理において、第２生物処理槽により得られる処理水中のアンモニア性窒素濃度に基づいて、第２生物処理槽へバイパスさせる被処理水の流入量を制御することで、被処理水のアンモニア性窒素濃度が変動しても、良好な水質の処理水を安定して得ることが可能となる。
【符号の説明】
【0052】
１，２ 水処理装置、１０ 第１生物処理槽、１２ 第２生物処理槽、１４ 制御装置、１６ アンモニア性窒素濃度計、１８ 被処理水用ポンプ、２０ａ，２０ｂ 流入ライン、２２ バイパスライン、２４ 処理水排出ライン、２６ａ，２６ｂ 流量調整弁、２８ 散気装置、３０ スクリーン、３２ ろ過装置、３４ 担体、３６ａ 分岐ライン、３６ｂ ろ過水排出ライン。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
