废水处理方法和废水处理装置与流程

本发明涉及含有有机物且含有有机氮和氨氮中的至少一种的废水的处理方法和废水处理装置。

背景技术：

作为对于含有有机氮和氨氮中的至少一种的废水，尤其是食品、畜牧业的废水这样的含有高浓度的氨和有机物的废水的废水处理，进行有机物处理、氮处理。

有机物处理中的一种为甲烷发酵处理。甲烷发酵处理具有污泥产生量少、省能源的优点。

甲烷发酵处理包含：水解反应、利用产酸菌的产酸反应和利用产甲烷细菌的甲烷发酵反应3个反应。水解反应中，废水所含的有机物(多糖类、脂质等)被水解，生成低分子有机物(单糖类、甘油、长链脂肪酸类等)。产酸反应中，低分子有机物被进一步分解，生成低级脂肪酸(丙酸、丁酸、乙酸等)、醇、醛等。甲烷发酵反应中，低级脂肪酸进一步被分解，生成甲烷等。产酸反应和甲烷发酵反应为分别利用厌氧性微生物的反应，在厌氧性条件下进行。

甲烷发酵处理所使用的甲烷发酵装置有：所有反应均在一个槽内进行的单槽式装置和使直至产酸反应为止的反应与甲烷发酵反应分别在单独的反应槽内进行的双槽式装置。各工序中，存在适宜的ph，产酸反应的最适ph为5.5～6.5，甲烷发酵反应的最适ph为7～8。为了可进行使其分别在最适运转条件下的管理，双槽式装置就成为了主流。此外，现有文献提出在双槽式装置上设置有ph计和氧化还原电位(orp)计，通过ph和orp进行双槽式厌氧处理装置的运转管理(专利文献1)。

关于氮处理，吹脱(stripping)处理、基于硝化液循环方式的处理、基于内源性脱氮方式的处理为通常的处理。

基于硝化液循环方式的处理，首先，原水(废水)中的氨氮通过硝化细菌在好氧条件下转化为亚硝态氮或者硝态氮。然后，利用有机物的还原能力，在无氧条件下，通过脱氮细菌将亚硝态氮或者硝态氮还原为氮气。

硝化细菌是将氨氮氧化为亚硝酸的氨氧化细菌、将亚硝态氮氧化为硝态氮的亚硝酸氧化细菌的总称。脱氮细菌是在无氧条件下，通过将亚硝态氮或者硝态氮作为电子受体并将有机物作为电子供体而使用，将亚硝态氮或者硝态氮还原为氮气的微生物。

近年，作为处理畜牧业、食品类的废水这样的含有高浓度氨的废水的方法，有文献提出能将氨氮好氧地转化为氮气而脱氮的、使用粪产碱杆菌no.4菌株的处理法(专利文献2)。

粪产碱杆菌no.4菌株为好氧性直接氮气化细菌中的一种，属于异养细菌，且可以好氧地将氨直接气体化为氮气。加之，与以往的硝化细菌相比较，具有氨除去速度迅速、增殖速度也迅速的优点。

此外，硝化液循环方式中，作为处理槽，需要好氧槽(硝化槽)和无氧槽(脱氮槽)2个槽，与此相对地，使用粪产碱杆菌no.4菌株的处理中，仅通过好氧处理就可以使氮除去成为可能，因此，就有可以使用单槽处理的优点。

此外，有文献提出：作为食品、畜牧业的废水处理装置，在甲烷发酵处理槽的后续阶段中，具备使用好氧直接氮气化细菌的进行氨除去处理的氨除去处理槽、将该处理槽内产生的气体从处理槽抽出气体导出路径和设置于该路径且分离气体中氨气的氨气分离装置的处理装置(专利文献3)。该处理装置中，甲烷发酵处理后的废水(硝化液)中所包含的高浓度氨通过好氧直接氮气化细菌的处理和吹脱处理，从而被除去。并确认了对真实废水的处理性能。

现有技术文献

专利文献

专利文献1日本专利特开2011-115721号公报

专利文献2日本专利特开2002-199875号公报

专利文献3日本专利特开2014-50767号公报

技术实现要素：

发明解决的课题

好氧直接氮气化细菌仅以有机酸作为基质。如专利文献3中所记载地，通过好氧直接氮气化细菌处理甲烷发酵处理生成的硝化液时，硝化液中可成为基质的有机酸成分少，因此，好氧直接氮气化细菌带来的氨氮的氮气化效果不充分。如果在硝化液中添加有机酸可以改善氮气化效果，但其改善效果也不充分。此外，还导致成本的增加。

本发明的目的在于提供：在含有有机物且含有有机氮和氨氮中的至少一个的废水的处理中，可以效率良好地除去有机氮和氨氮的废水处理方法和废水处理装置。

解决课题的手段

本发明人发现下述事项，从而完成本发明：在以用好氧直接氮气化细菌的活性污泥槽进行的处理的前置阶段中，对于废水实施产酸处理，其产酸处理水不作为硝化液，而是直接地供应到后续阶段的活性污泥槽进行处理，从而可以直接地、效率良好的进行氮气化反应而进行氮除去。

本发明中，产酸处理是指由甲烷发酵处理中水解反应和产酸反应构成的处理。

即，本发明具有以下的实施方式。

〔1〕一种废水处理方法，其为处理含有有机物且含有有机氮和氨氮中的至少一种的废水的方法，其特征在于，包括下述工序：

产酸处理工序：进行由上述废水中的有机物生成有机酸的产酸处理，并得到有机酸含量为200mg/l以上的产酸处理水的工序，

活性污泥处理工序：对于上述产酸处理得到的产酸处理水，使用好氧直接氮气化细菌而进行活性污泥处理，得到含有生物处理水和活性污泥的含污泥处理水的工序。

〔2〕根据〔1〕所述的废水处理方法，其中，上述产酸处理水的ph为5以上、小于8。

〔3〕根据〔2〕所述的废水处理方法，其中，在上述产酸处理中，上述废水的ph被控制在5以上、小于8。

〔4〕根据〔1〕～〔3〕中任一项所述的废水处理方法，其中，包括分离工序：使用分离装置对上述含污泥处理水进行固液分离处理的工序。

〔5〕根据〔4〕所述的废水处理方法，其中，上述分离装置为膜分离装置。

〔6〕根据〔5〕所述的废水处理方法，其中，上述膜分离装置被设置于进行上述活性污泥处理的活性污泥处理槽内。

〔7〕根据〔5〕所述的废水处理方法，其中，上述膜分离装置被设置于进行上述活性污泥处理的活性污泥处理槽的后续阶段。

〔8〕根据〔7〕所述的废水处理方法，其中，包括污泥送回工序：将用上述膜分离装置分离的活性污泥的一部分从上述膜分离装置送回上述活性污泥处理槽的工序。

〔9〕根据〔1〕～〔8〕中任一项所述的废水处理方法，其中，包括中和工序：在得到上述产酸处理水的工序之后，对上述产酸处理水进行中和处理的工序。

〔10〕根据〔1〕～〔9〕中任一项所述的废水处理方法，其中，含有菌体添加工序：向上述产酸处理水中添加好氧直接氮气化细菌的工序。

〔11〕根据〔1〕～〔10〕中任一项所述的废水处理方法，其中，上述好氧直接氮气化细菌为粪产碱杆菌no.4菌株(fermp-21814)。

〔12〕一种废水处理装置，其为处理含有有机物且含有有机氮和氨氮中的至少一种的废水的装置，其特征在于，所述废水处理装置包括：

产酸槽：进行由上述废水中的有机物生成有机酸的产酸处理，且使其为有机酸含量为200mg/l以上的产酸处理水，

活性污泥处理槽：用好氧直接氮气化细菌对上述产酸处理得到产酸处理水进行活性污泥处理，且使其为含有生物处理水和活性污泥的含污泥处理水。

〔13〕根据〔12〕所述的废水处理装置，其中，上述产酸处理水的ph为5以上、小于8。

〔14〕根据〔13〕所述的废水处理装置，其中，上述产酸槽内设置有：槽内ph测定部，测定上述产酸槽内的废水的ph；酸添加部，向上述产酸槽中添加酸；和碱添加部，向上述产酸槽添加碱，其构成为：根据用上述槽内ph测定部测定的ph，向上述产酸槽内添加酸或者碱，从而能够将上述废水的ph调节为5以上、小于8。

〔15〕根据〔12〕～〔14〕中任一项所述的废水处理装置，其中，含有对上述含污泥处理水进行固液分离处理的分离装置。

〔16〕根据〔15〕所述的废水处理装置，其中，上述分离装置为膜分离装置。

〔17〕根据〔16〕所述的废水处理装置，其中，上述膜分离装置被设置于上述活性污泥处理槽内。

〔18〕根据〔16〕所述的废水处理装置，其中，上述膜分离装置被设置于上述活性污泥处理槽的后续阶段。

〔19〕根据〔18〕所述的废水处理装置，其中，包括污泥送回装置，该装置将用上述膜分离装置分离的活性污泥的一部分从上述膜分离装置送回上述活性污泥处理槽。

〔20〕根据〔12〕～〔19〕中任一项所述的废水处理装置，其中，在上述产酸槽的后续阶段包括对上述产酸处理水进行中和处理的中和槽。

〔21〕根据〔12〕～〔20〕中任一项所述的废水处理装置，其中，包括向上述产酸处理水中添加好氧直接氮气化细菌的菌体添加装置。

〔22〕根据〔12〕～〔21〕中任一项所述的废水处理装置，其中，上述好氧直接氮气化细菌为粪产碱杆菌no.4菌株(fermp-21814)。

发明效果

本发明的废水处理方法和废水处理装置可以在含有有机物且含有有机氮和氨氮中的至少一种的废水的处理中，效率良好地除去有机氮和氨氮。

附图说明

【图1】显示本发明的第一实施方式的废水处理装置的示意结构图。

【图2】显示本发明的第二实施方式的废水处理装置的示意结构图。

【图3】显示本发明的第三实施方式的废水处理装置的示意结构图。

【符号说明】

1废水处理装置，2废水处理装置，3废水处理装置，11产酸槽，12第一流路，13第二流路，13a泵，14槽内ph测定部，15酸添加部，15a酸储存罐，15b酸供应流路，15c泵，16碱添加部，16a碱储存罐，16b碱供应流路，16c泵，17控制部，21活性污泥处理槽，22散气装置，22a散气管，22b导入管，22c鼓风机，25污泥抽出流路，25a阀，27第五流路，30菌体添加装置，31菌体储存槽，32菌体供应流路，32a泵，40氨除去装置，41第三流路，42氨除去装置，50膜分离装置，51膜分离槽，52膜组件，53第四流路，53a泵，54散气装置，54a散气管，54b导入管，54c鼓风机，55污泥送回装置，55a污泥送回流路，55b泵，61储存槽，71中和槽，72第六流路，74槽内ph测定部，75酸添加部，75a酸储存罐，75b酸供应流路，75c泵，76碱添加部，76a碱储存罐，76b碱供应流路，76c泵，77控制部

具体实施方式

以下，显示实施方式详细说明本发明。但是，本发明并非限定地解释为这些实施方式。

另外，本发明中，“有机物”是指作为好氧直接氮气化细菌的基质的有机酸，和在产酸工序中成为有机酸的物质(多糖类，脂质等)，一般为多糖类、脂质、柠檬酸、乙酸。其中，从成为好氧直接氮气化细菌的基质的角度考虑，优选有机酸，更优选乙酸、柠檬酸。

此外，“有机氮”是指有机成分所含的氮，一般为蛋白质、氨基酸。“氨氮”是指氮成分中的铵盐，也包含上述蛋白质、氨基酸通过产酸处理所产生的铵盐。

“好氧直接氮气化细菌”是指，好氧条件下将氨氮氮气化的异养微生物。此外，也指将有机氮转化(氧化)为氨氮的微生物。

另外，本发明中，活性污泥处理前的废水也称为“原水”，产酸处理后的废水也称为“产酸处理水”，甲烷发酵处理后的废水也称为“甲烷发酵处理水”，活性污泥处理后的产酸处理水也称为“生物处理水”，膜处理后的含污泥处理水(具体地为透过过滤膜的生物处理水)也称为“渗透水”。

第一实施方式

<废水处理装置>

本发明的废水处理装置为，处理含有有机物且含有有机氮和氨氮中的至少一种的废水的装置。

图1为本发明的第一实施方式的废水处理装置1的示意结构图。另外，为了方便说明，图1中的尺寸比与实际尺寸不同。下述图2～3也同样。

本实施方式的废水处理装置1具备产酸槽11、活性污泥处理槽21、菌体添加装置30、氨除去装置40、膜组件52(膜分离装置)和储存槽61。活性污泥处理槽21设置于产酸槽11的后续阶段。菌体添加装置30和氨除去装置40分别设置于活性污泥处理槽21。膜组件52设置于活性污泥处理槽21内。储存槽61设置于活性污泥处理槽21的后续阶段。

(废水)

本发明的处理对象废水为从工厂、营业场所等排出的被处理水，含有有机物，且含有有机氮和氨氮中的至少一种。作为这样的废水的例子，可列举以下废水。

(1)含有有机物和有机氮，不含氨氮的废水。

(2)含有有机物和氨氮，不含有机氮的废水。

(3)含有有机物、有机氮和氨氮的废水。

(产酸槽)

产酸槽11是为了进行生物性废水处理(由产酸菌进行厌氧处理)从而填充微生物的槽。具体地，进行对废水进行由有机物生成有机酸的产酸处理，使其成为产酸处理水的生物性废水处理的槽。产酸菌可以为作为甲烷发酵中的产酸菌而公知的产酸菌。

产酸处理是指由废水中的有机物生成有机酸的处理，典型地为进行甲烷发酵处理中的直至甲烷发酵反应的前置阶段的反应的处理。产酸处理中，进行水解反应和产酸反应，废水所含的有机物被分解有机酸(丙酸、丁酸、乙酸等)。因此，产酸处理水含有该有机酸。

甲烷发酵处理中，进一步进行甲烷发酵反应，有机酸被进一步分解。如果进行了甲烷发酵反应，那么有机酸的含量就低。甲烷发酵处理水中不含有机酸，即使含有有机酸也只有一点点。

因此，产酸处理水是指对废水进行产酸处理后的处理水，可以说其含有一定以上含量的由产酸处理产生的有机酸。

本发明中，即使在产酸反应后进行甲烷发酵反应，只要有机酸含量为200mg/l以上就可以作为产酸处理水进行处理。

一般，产酸处理水中的有机酸含量为丙酸、丁酸和乙酸的合计量。有机酸含量优选2000mg/l以上，更优选3000mg/l以上，特别优选4000mg/l以上。

从减少排出的处理水中(活性污泥处理水中的)残留的有机酸的角度考虑，产酸处理水中的有机酸含量优选15000mg/l以下，特别优选10000mg/l以下。

因此，产酸处理水中的有机酸含量，优选200～15000mg/l，更优选2000～15000mg/l，进一步优选3000～15000mg/l，特别优选4000～15000mg/l，最优选4000～10000mg/l。

有机酸的功能是作为好氧直接氮气化细菌的基质。尤其是，由产酸处理产生的有机酸作为好氧直接氮气化细菌的基质是有用的。如果有机酸的含量在上述下限值以上，那么就可以充分地发挥好氧直接氮气化细菌带来的氨氮的氮气化效果。

此外，产酸处理水中也含有氨氮。该氨氮有废水中原本含有的氨氮，也有通过产酸处理分解含氮有机物(有机氮)从而产生的氨氮。

通常，产酸处理水中的氨氮含量为500～1000mg/l左右。

产酸槽11与第一流路12的一端和第二流路13的一端相连接。第二流路13的另一端与活性污泥处理槽21连接。

第一流路12为用于使从养猪场等排出的废水流入产酸槽11的流路。

第二流路13为用于将产酸槽11中生成的产酸处理水供应到后续阶段的活性污泥处理槽21的流路。第二流路13设置有泵13a，通过运转泵13a，从而使产酸处理水被从产酸槽11供应入活性污泥处理槽21。

此外，产酸槽11中设置有槽内ph测定部14、酸添加部15和碱添加部16。此外，槽内ph测定部14、酸添加部15和碱添加部16分别连接于控制部17。

槽内ph测定部14、酸添加部15和碱添加部16是用于监测并控制产酸槽11内的ph的装置。ph影响到产酸反应的易于进行的程度、甲烷发酵反应的难以进行程度，通过监测并控制产酸槽11内的ph，使之成为产酸反应易于进行且甲烷发酵反应难以进行的ph，从而可以抑制进行甲烷发酵反应而导致的有机酸的含量的降低。

槽内ph测定部14测定产酸槽11内的废水的ph。槽内ph测定部14可以使用各种ph测定装置。

酸添加部15向产酸槽11中添加酸。酸添加部15具备酸储存罐15a、酸供应流路15b和设置于酸供应流路15b的泵15c。通过使泵15c运转，从而酸储存罐15a内的酸(酸溶液等)被添加于产酸槽11中。

碱添加部16向产酸槽11中添加碱。碱添加部16具备碱储存罐16a、碱供应流路16b和设置于碱供应流路16b的泵16c。通过使泵16c运转，从而碱储存罐16a内的碱(碱溶液等)被添加于产酸槽11中。

控制部17被构成为：根据槽内ph测定部14测定的ph从而控制酸添加部15和碱添加部16，使产酸槽11内的废水的ph维持在5以上、小于8的范围内。

产酸反应中适宜的ph在5以上、小于8的范围内，尤其是在5.5以上6.5以下的范围内。通过将产酸槽11内的废水的ph维持在该范围内，产酸反应良好地进行。如果产酸槽11内的废水的ph维持在上述范围内，那么生成的产酸处理水的ph也在上述范围内。

控制部17也可以为例如具备cpu(中央处理单元，centralprocessingunit)等演算处理装置的部件。

对于控制部17的运转进行说明。

从槽内ph测定部14输入到控制部17的ph(产酸槽11内的废水的ph)比预先设定的合适的ph范围的上限高时，控制部17使泵15c开始运转，使酸储存罐15a内的酸，经由酸供应流路15b流入产酸槽11。之后，如果从槽内ph测定部14输入控制部17的ph在合适的ph范围内，那么就使泵15c的运转停止。

另一方面，从槽内ph测定部14输入控制部17的ph比合适的ph范围的下限低时，控制部17使泵16c开始运转，使碱储存罐16a内的碱经由碱供应流路16b流入产酸槽11。之后，如果从槽内ph测定部14输入控制部17的ph在合适的ph范围内，那么就使泵16c的运转停止。

另外，也可以不设置控制部17，而根据槽内ph测定部14测定的ph，手动切换泵15c，16c的运转。

优选产酸槽11中设置监测并控制产酸槽11内的温度、氧化还原电位等条件的装置。与ph相比较，这些条件的影响小，但是与ph同样地，影响到产酸反应的易于进行程度、甲烷发酵反应的难以进行程度。通过监测并控制这些条件，以达到使产酸反应易于进行且甲烷发酵反应难以进行的条件，从而可以抑制甲烷发酵反应进行而导致的有机酸含量的降低。

(活性污泥处理槽)

活性污泥处理槽21是为了进行生物性废水处理(活性污泥处理)从而填充微生物(活性污泥)的槽。具体的为：用好氧直接氮气化细菌对来自于产酸槽11的产酸处理水进行活性污泥处理，使其为含有生物处理水和活性污泥的含污泥处理水的槽。

如上所述，产酸处理水中含有有机酸和氨氮。使用了好氧直接氮气化细菌的活性污泥处理中，好氧直接氮气化细菌以产酸处理水中的有机酸作为基质，好氧地将氨氮直接氮气化，得到脱氮的产酸处理水(生物处理水)。后面将详细说明好氧直接氮气化细菌。

活性污泥处理槽21与第二流路13的另一端连接，以使产酸处理水由产酸槽11供应到活性污泥处理槽21。

此外，活性污泥处理槽21与污泥抽出流路25的一端连接。污泥抽出流路25中设置有阀25a。

污泥抽出流路25为用于从活性污泥处理槽21抽出活性污泥的流路。通常推定活性污泥处理槽21内的菌体浓度越高，生物处理性能越高。但是，如果菌体浓度过高，膜处理时，膜组件52的堵塞可能性增高。因此，菌体浓度过度增加时，可以通过打开阀25a并由污泥抽出流路25排出活性污泥，从而控制菌体浓度。

活性污泥处理槽21内且膜组件52下方设置有散气装置22。散气装置22被用为维持槽内为好氧条件。此外，本实施方式中，也用于膜组件52的洗涤。

散气装置22具备将空气通入活性污泥处理槽21内的散气管22a、向散气管22a供应空气的导入管22b和送入空的鼓风机22c。

作为散气管22a，只要是可以将由鼓风机22c供应的空气向上方喷出的装置就没有特别限定，可列举例如穿孔单管、薄膜型的散气管。

活性污泥处理槽21中可以设置测定槽内的产酸处理水的ph、氧化还原电位、水温、氨浓度等的各种测定机器(在图示中均省略)。

尤其是在生物反应中，ph控制是重要的，在槽内的产酸处理水的ph酸性化或者碱性化时，优选进一步设置用于添加碱或者酸的装置，并根据槽内的ph，将碱或者酸添加入活性污泥处理槽21中。作为这样的装置，可列举例如与槽内ph测定部14、酸添加部15和碱添加部16同样的装置。

(菌体添加装置)

菌体添加装置30向产酸处理水中添加好氧直接氮气化细菌。

本实施方式的菌体添加装置30向活性污泥处理槽21内的产酸处理水中添加好氧直接氮气化细菌。

菌体添加装置30具备菌体储存槽31和菌体供应流路32。

菌体储存槽31为储存好氧直接氮气化细菌的槽。

菌体供应流路32的一端连接菌体储存槽31，另一端连接活性污泥处理槽21。菌体供应流路32中设置有泵32a。通过运转泵32a，以使菌体储存槽31内的好氧直接氮气化细菌供应入活性污泥处理槽21内。

优选菌体储存槽31中具备加热或者冷却部件(在图示中省略)，以能够维持菌体储存槽31内温度为适宜的温度。罐内温度优选0～15℃。此外，优选，菌体储存槽31中设置有如可以在菌体储存槽31内培养好氧直接氮气化细菌的装置(搅拌装置、曝气装置、培养基的添加装置等。在图示中均省略)。

作为好氧直接氮气化细菌可列举例如：粪产碱杆菌no.4菌株(alcaligenesfaecalisno.4)(fermp-21814)、粪产碱杆菌okk17菌株(alcaligenesfaecalisokk17)等产碱菌属细菌；甲基营养芽孢杆菌菌株l7(bacillusmethylotrophicusstrainl7)等芽孢杆菌属细菌等。此外，除了上述以外，作为好氧直接氮气化细菌也可以使用红球菌sp.cpz24.(rhodococcussp.cpz24.)、土壤杆菌sp.lad9(agrobacteriumsp.lad9)、施氏假单胞菌yzn-001(pseudomonasstutzeriyzn-001)、雷氏普罗威登斯菌yl(providenciarettgeriyl)等。这些好氧直接氮气化细菌均可以1种单独使用也可以2种以上并用。

从培养效率、增殖速度、脱氮效率的角度考虑，好氧直接氮气化细菌优选粪产碱杆菌no.4菌株。

(氨除去装置)

氨除去装置40具备第三流路41、氨除去设备42。第三流路41的一端连接活性污泥处理槽21，另一端开放于大气中。氨除去设备42被设置在第三流路41上。

氨除去装置40为从活性污泥处理槽21内的产酸处理水除去飞散的氨的装置。

如上所述，活性污泥处理槽21内的产酸处理水含有高浓度的氨氮。氨氮被好氧直接氮气化细菌氮气化，但是由于吹脱效果，因而氨氮的一部分以气体状的氨的形式从产酸处理水中飞散出。氨除去装置40除去该飞散的氨。

含有从产酸处理水中飞散的氨的气体，通过第三流路41，被导入氨除去设备42，除去氨之后，被排放于大气中。

氨除去设备42无特别限定，可列举利用催化剂等的氨的氧化分解的装置、基于吸收塔的氨吸收装置、氨燃烧装置等。

(膜组件)

膜组件52对活性污泥处理槽21中生成的、含有生物处理水和活性污泥的含污泥处理水，进行固液分离处理。

膜组件52具备过滤膜，通过该过滤膜，从而使含污泥处理水被固液分离(膜处理)为生物处理水和活性污泥。此外，本实施方式中，膜组件52被设置于活性污泥处理槽21内，因此，也可以期待由于活性污泥处理槽21内的菌体的浓缩作用而引起的生物分解处理性能的提高。

此外，膜组件52与第四流路53的一端连接。第四流路53的另一端与储存槽61连接。第四流路53中设置有泵53a。通过使泵53a运转，从而渗透过膜组件52的过滤膜的渗透水(生物处理水)从膜组件52排出，供应入储存槽61。

作为过滤膜，只要是具有过滤能力的膜就没有特别限定，可列举例如：中空纤维膜、平膜、管状膜、整体柱(monolith)型膜等。其中，从容积填充率高的角度考虑，优选中空纤维膜。

作为过滤膜，使用中空纤维膜时，作为其材质，可列举例如：纤维素、聚烯烃、聚砜、聚偏二氟乙烯(pvdf)、聚四氟乙烯(ptfe)等。其中，作为中空纤维膜的材质，从耐化学试剂性和耐ph变化性强的角度考虑，优选pvdf、ptfe。作为过滤膜，使用整体柱型膜时，优选使用陶瓷制的膜。

作为过滤膜中所形成的微孔的平均孔径，一般称为超滤膜的膜为0.001～0.1μm左右，一般称为精滤膜的膜为0.1～1μm左右。本发明优选使用平均孔径在上述范围内(0.001～1μm左右)的过滤膜。

(储存槽)

储存槽61储存由固液分离处理从而与活性污泥相分离的生物处理水(渗透水)。

<废水处理方法>

使用了如图1所示的废水处理装置1的废水处理方法中，首先，使从养猪场等中排出的废水，介由第一流路12流入产酸槽11。预先使产酸菌被保持在产酸槽11内。接着，使产酸槽11内维持在厌氧条件下，使产酸菌为优先，对废水进行产酸处理，作为产酸处理水(产酸处理工序)。

接着，介由第二流路13，使产酸处理水从产酸槽11流入活性污泥处理槽21。接着，通过菌体添加装置30，将好氧直接氮气化细菌添加入活性污泥处理槽21内的产酸处理水中(菌体添加工序)。此外，启动活性污泥处理槽21内的散气装置22，使槽内维持在好氧条件下，并对产酸处理水进行活性污泥处理，作为含污泥处理水(活性污泥处理工序)。

活性污泥处理工序中，通过好氧直接氮气化细菌氮气化产酸处理水中的氨氮，并从产酸处理水除去氮。此时，产酸处理水中的有机酸被好氧直接氮气化细菌消耗。此外，由于吹脱效果，因而氨氮的一部分以气体状的氨的形式从产酸处理水中飞散出。因此，将含有该飞散的氨的气体，从活性污泥处理槽21通过第三流路41导入氨除去设备42，用氨除去设备42除去氨(飞散氨除去工序)。然后，氨被除去的气体被排放入大气中。

接着，通过启动泵53a并对膜组件52内进行减压，对活性污泥处理槽21内的含污泥处理水进行固液分离处理(分离工序)。本实施方式中，分离工序在活性污泥处理槽21内进行。

固液分离时，通过将空气从散气装置22导入膜组件52，从而通过空气洗涤(airscrubbing)洗涤膜组件52的过滤膜表面，同时可以效率良好地固液分离活性污泥和生物处理水。

透过膜组件52的过滤膜的生物处理水(渗透水)介由第四流路53从膜组件52供应入储存槽61并被储存。

产酸处理工序优选在产酸反应易于进行且甲烷发酵反应难以进行的条件下进行。甲烷发酵反应中，产酸反应产生的有机酸被进一步分解，成为好氧直接氮气化细菌的基质的有机酸的含量降低。

作为影响产酸反应易于进行且甲烷发酵反应的难以进行的条件，可列举：ph、温度等。尤其是ph的影响大。

如上所述，产酸反应中的ph适宜在5以上小于8的范围内，最宜为5.5以上6.5以下的范围内。若ph小于8的话，甲烷发酵反应就难以进行。如果ph在5以上，产酸菌不易受损害。

因此，优选在产酸处理工序中，将产酸槽11内的废水的ph维持在5以上小于8的范围内，尤其优选维持在5.5以上6.5以下的范围内。

为了使上述ph在上述范围内，在产酸处理工序中，例如，通过槽内ph测定部14持续测定产酸槽11内的废水的ph，并根据需要添加酸或碱。

产酸反应中的温度(产酸槽11内的温度)，典型的为20℃以上、小于40℃，优选25～37℃。如果温度小于20℃，就可能没有活性，如果在40℃以上，就可能菌体死灭。

从氮除去性能、菌体沉降分离等角度考虑，菌体添加工序中，好氧直接氮气化细菌的添加量优选为使单位体积的产酸处理水的好氧直接氮气化细菌的干燥质量浓度为2,000～20,000mg/l的量。

活性污泥处理工序中，活性污泥处理槽21内的菌体浓度，以mlss(混合液悬浮固体，mixedliquorsuspendedsolid)浓度计，优选2000～20000mg/l，优选5000～10000mg/l。

活性污泥处理槽21内的ph优选7～9。

活性污泥处理槽21内的温度优选20～35℃。

<作用效果>

以上说明的本发明的第一实施方式的废水处理装置和废水处理方法中，对废水进行产酸处理，对所得到的产酸处理水进行使用了好氧直接氮气化细菌的活性污泥处理。与甲烷发酵处理水相比，产酸处理水的成为好氧直接氮气化细菌的良好基质的有机酸的含量多。因此，活性污泥处理时，即使不额外添加有机酸，也可以有效地使好氧直接氮气化细菌发挥作用，有效地进行氮除去。

因此，通过对活性污泥处理产生的含污泥处理水固液分离处理从而得到的生物处理水的氮含量足够少。

尤其是，本实施方式中，由于固液分离处理所使用的分离装置为活性污泥处理槽21内所设置的膜组件52(膜分离装置)，因此，好氧直接氮气化细菌难以从活性污泥处理槽21流出，可以维持充分的活性污泥处理槽内的菌体量。因此，可以使好氧直接氮气化细菌更有效地发挥作用，可以使氮除去的效率更优异。

此外，本实施方式中，通过氨除去装置40，以除去从产酸处理水飞散的氨。因此，可以抑制飞散的氨再次溶解入产酸处理水而导致的氨氮浓度增高，且氮除去效率更优异。

第二实施方式

<废水处理装置>

图2为本发明的第二实施方式的废水处理装置2的示意结构图。另外，以下如所示的实施方式中，与第一实施方式相同的构成要素使用相同的符号，而省略其说明。

本实施方式的废水处理装置2具备产酸槽11、活性污泥处理槽21、菌体添加装置30、氨除去装置40、膜分离装置50、污泥送回装置55和储存槽61。活性污泥处理槽21被设置于产酸槽11的后续阶段。菌体添加装置30和氨除去装置40分别被设置于活性污泥处理槽21。膜分离装置50被设置于活性污泥处理槽21的后续阶段。污泥送回装置55与膜分离装置50和活性污泥处理槽21连接。储存槽61被设置于膜分离装置50的后续阶段。

膜分离装置50具备膜分离槽51、膜分离槽51内所设置的膜组件52和设置于膜组件52下方的膜洗涤用散气装置54。

(产酸槽)

本实施方式的产酸槽11与第一实施方式的产酸槽11相同。

(活性污泥处理槽)

除了槽内未设置膜组件52、与第五流路27的一端连接和与污泥送回装置55的污泥送回流路55a的一端连接以外，本实施方式的活性污泥处理槽21与第一实施方式的活性污泥处理槽21相同。第五流路27的另一端与膜分离装置50的膜分离槽51连接。

第五流路27为用于使活性污泥处理槽21内的活性污泥含有水流入膜分离槽51的流路。

(菌体添加装置)

本实施方式的菌体添加装置30与第一实施方式的菌体添加装置30相同。

(氨除去装置)

本实施方式的氨除去装置40与第一实施方式的氨除去装置40相同。

(膜分离装置)

膜分离槽51为贮存从活性污泥处理槽21送入的含有活性污泥和生物处理水的污泥处理水的槽。

本实施方式的膜组件52与第一实施方式的膜组件52相同。

散气装置54具备将空气在膜分离槽51内进行散气的散气管54a、将空气供应于散气管54a的导入管54b和将空气送入的鼓风机54c。作为散气管54a，可列举与第一实施方式的散气装置22散气管22a同样的散气管。

(污泥送回装置)

污泥送回装置55将由膜分离装置50分离的活性污泥的一部分从膜分离装置50送回活性污泥处理槽21。

污泥送回装置55具备污泥送回流路55a和设置于污泥送回流路55a的泵55b。污泥送回流路55a为用于下述过程的流路：使膜分离槽51内的含污泥处理水的一部分从膜分离槽51排出，流入(供应)活性污泥处理槽21。通过使泵55b运转，从而可以将膜分离槽51内的含污泥处理水的一部分从膜分离槽51送回活性污泥处理槽21。

(储存槽)

本实施方式的储存槽61与第一实施方式的储存槽61相同。

<废水处理方法>

使用了如图2所示的废水处理装置2的废水处理方法中，首先，使从养猪场等排出的废水介由第一流路12流入产酸槽11。预先使产酸菌被保持在产酸槽11内。接着，使产酸槽11内维持在厌氧条件下，对废水进行产酸处理，使其成为产酸处理水(产酸处理工序)。

接着，介由第二流路13，使产酸处理水从产酸槽11流入活性污泥处理槽21。接着，通过菌体添加装置30，将好氧直接氮气化细菌添加入活性污泥处理槽21内的产酸处理水中(菌体添加工序)。此外，启动活性污泥处理槽21内的散气装置22，使槽内维持在好氧条件下，并对产酸处理水进行活性污泥处理，使其为含污泥处理水(活性污泥处理工序)。

活性污泥处理工序中，如上所述，通过吹脱效果，氨氮的一部分以气体状的氨的形式从产酸处理水中飞散出。因此，将含有该飞散的氨的气体，从活性污泥处理槽21通过第三流路41导入氨除去设备42，在氨除去设备42中除去氨(飞散氨除去工序)。然后，氨被除去的气体被排放入大气中。

接着，经过活性污泥处理的产酸处理水(生物处理水)与活性污泥一同，作为含污泥处理水，介由第五流路27流入膜分离槽51。接着，通过启动泵53a并对膜组件52内进行减压，对膜分离槽51内的含污泥处理水进行固液分离处理(分离工序)。

固液分离时，通过将空气从散气装置54导入膜组件52，从而通过空气洗涤对膜组件52的过滤膜表面进行洗涤，同时可以效率良好地进行固液分离。

此外，将膜分离槽51内的活性污泥含有水的一部分通过污泥送回装置55送回活性污泥处理槽21(污泥送回工序)。

透过膜组件52的过滤膜的生物处理水(渗透水)从膜组件52介由第四流路53供应入储存槽61，并被储存。

产酸处理工序、菌体添加工序、活性污泥处理工序各自的优选条件与第一实施方式的废水处理方法相同。

污泥送回工序中，一般，从膜分离装置50到活性污泥处理槽21的送回污泥量优选处理水量的1～5倍。

<作用效果>

在以上说明的本发明的第二实施方式的废水处理装置和废水处理方法中，由于，对废水进行产酸处理，并对所得到的产酸处理水进行使用了好氧直接氮气化细菌的活性污泥处理，因此，与第一实施方式同样地，活性污泥处理时，即使不额外添加有机酸，也可以有效地使好氧直接氮气化细菌发挥作用，有效地进行氮除去。

此外，本实施方式中，由于，固液分离处理在活性污泥处理槽21的后续阶段的膜分离槽51内进行，因此，与固液分离处理在活性污泥处理槽21内进行时相比，具有容易维持菌体量、处理水质的稳定化的优点。

尤其是，本实施方式中，由于具备污泥送回装置：将膜分离槽51内的活性污泥的一部分送回活性污泥处理槽21，因此，可以充分地维持活性污泥处理槽21内的菌体量。因此，更有效地使好氧直接氮气化细菌作用，且氮除去的效率更优异。

此外，本实施方式中，通过氨除去装置40，以除去从产酸处理水飞散的氨。因此，可以抑制飞散的氨再次溶解入产酸处理水而导致的氨氮浓度增高，且氮除去效率更优异。

第三实施方式

<废水处理装置>

图3是本发明的第三实施方式的废水处理装置3的示意结构图。

本实施方式的废水处理装置3具备产酸槽11、中和槽71、活性污泥处理槽21、菌体添加装置30、氨除去装置40、膜组件52(膜分离装置)和储存槽61。中和槽71被设置于产酸槽11的后续阶段。活性污泥处理槽21被设置于中和槽71的后续阶段。菌体添加装置30和氨除去装置40分别被设置于活性污泥处理槽21。膜组件52被设置于活性污泥处理槽21内。储存槽61被设置于活性污泥处理槽21的后续阶段。

(产酸槽)

本实施方式的产酸槽11与第一实施方式的产酸槽11相同。

(中和槽)

中和槽71对来自于产酸槽11的产酸处理水进行中和处理。

如上所述，产酸处理中的适宜的ph为5以上、小于8。另一方面，使用了好氧直接氮气化细菌的活性污泥处理中的适宜ph为7～9，如果该ph过低，利用好氧直接氮气化细菌的氨氮的氮气化效果就不充分。因此，相对于活性污泥处理中的适宜的ph，产酸处理水的ph过低时，在中和槽71中对产酸处理水进行中和处理，将其ph调节到活性污泥处理中的适宜的ph的范围内。

中和槽71与第二流路13的另一端和第六流路72的一端连接。第六流路72的另一端被连接于活性污泥处理槽21。

本实施方式中，第二流路13为：用于将产酸槽11生成的产酸处理水供应于后续阶段的中和槽71的流路。

第六流路72为：用于使中和槽71中根据需要被中和处理的产酸处理水流入后续阶段的活性污泥处理槽21的流路。

此外，中和槽71设置有槽内ph测定部74、酸添加部75、碱添加部76。此外，槽内ph测定部74、酸添加部75和碱添加部76分别连接于控制部77。

槽内ph测定部74、酸添加部75和碱添加部76是用于监测并控制中和槽71内的ph的装置。

槽内ph测定部74测定中和槽71内的产酸处理水的ph。作为槽内ph测定部74，可以使用各种ph测定装置。

酸添加部75向中和槽71中添加酸。酸添加部75具备酸储存罐75a、酸供应流路75b和设置于酸供应流路75b的泵75c。通过运转泵75c，酸储存罐75a内的酸(酸溶液等)被添加入中和槽71。

碱添加部76向中和槽71中添加碱。碱添加部76具备碱储存罐76a、碱供应流路76b和设置于碱供应流路76b的76c。通过运转泵76c，碱储存罐76a内的碱(碱溶液等)被添加入中和槽71。

控制部77被构成为：根据槽内ph测定部74所测定的ph，控制酸添加部75和碱添加部76，以使中和槽71内的产酸处理水的ph维持在6～9的范围内，优选维持在7～9的范围内。

控制部77可以为例如具备cpu等运算处理装置。

除了ph范围不同以外，控制部77的运转与控制部17的运转同样。

另外，也可以不设置控制部77，而根据槽内ph测定部74所测定的ph，手动切换泵75c、76c的运转。

(活性污泥处理槽)

除了代替第二流路13而与第六流路72的一端连接以外，本实施方式的活性污泥处理槽21与第一实施方式的活性污泥处理槽21相同。

(菌体添加装置)

本实施方式的菌体添加装置30与第一实施方式的菌体添加装置30相同。

(氨除去装置)

本实施方式的氨除去装置40与第一实施方式的氨除去装置40相同。

(膜组件)

本实施方式的膜组件52与第一实施方式的膜组件52相同。

(储存槽)

本实施方式的储存槽61与第一实施方式的储存槽61相同。

<废水处理方法>

使用了如图3所示的废水处理装置3的废水处理方法中，首先，使从养猪场等排出的废水介由第一流路12流入产酸槽11。预先使产酸菌被保持在产酸槽11内。接着，使产酸槽11内维持在厌氧条件下，对废水进行产酸处理，使其成为产酸处理水(产酸处理工序)。

接着，介由第二流路13，使产酸处理水从产酸槽11流入中和槽71。接着，对产酸处理水进行中和处理(中和工序)。

接着，介由第六流路72，使被中和处理的产酸处理水从中和槽71流入活性污泥处理槽21。接着，通过菌体添加装置30，将好氧直接氮气化细菌添加入活性污泥处理槽21内的产酸处理水中(菌体添加工序)。此外，使活性污泥处理槽21内的散气装置22启动，使槽内维持在好氧条件下，对产酸处理水进行活性污泥处理，使其为含污泥处理水(活性污泥处理工序)。

活性污泥处理工序中，如上所述，由于吹脱效果，因而氨氮的一部分以气体状的氨的形式从产酸处理水中飞散出，将含有该飞散的氨的气体，从活性污泥处理槽21通过第三流路41而导入氨除去设备42，在氨除去设备42中除去氨(飞散氨除去工序)。然后，氨被除去的气体被排放入大气中。

接着，通过启动泵53a并对膜组件52内进行减压，对活性污泥处理槽21内的含污泥处理水进行固液分离处理(分离工序)。本实施方式中，分离工序在活性污泥处理槽21内进行。

固液分离时，通过将空气从散气装置22导入膜组件52，从而通过空气洗涤进行膜组件52的过滤膜表面的洗涤，同时可以效率良好地固液分离活性污泥和生物处理水。

渗透了膜组件52的过滤膜的生物处理水(渗透水)介由第四流路53从膜组件52供应入储存槽61并被储存。

产酸处理工序、菌体添加工序、活性污泥处理工序各自的优选条件与第一实施方式的废水处理方法相同。

<作用效果>

以上说明的本发明的第三实施方式的废水处理装置和废水处理方法中，对废水进行产酸处理，对所得到的产酸处理水进行使用了好氧直接氮气化细菌的活性污泥处理，因此，与第一实施方式同样地，活性污泥处理时，即使不额外添加有机酸，也可以有效地使好氧直接氮气化细菌发挥作用，有效地进行氮除去。

尤其是，本实施方式中，在活性污泥处理之前，对产酸处理水进行中和处理，因此，可以在适宜的ph下进行活性污泥处理，氮除去效率更优异。

此外，本实施方式中，固液分离处理所使用的分离装置为设置于活性污泥处理槽21内的膜组件52(膜分离装置)，因此，好氧直接氮气化细菌难以从活性污泥处理槽21流出，可以充分维持活性污泥处理槽内的菌体量。因此，可以使好氧直接氮气化细菌更有效地发挥作用，氮除去效率更优异。

此外，本实施方式中，通过氨除去装置40从而除去从产酸处理水飞散的氨。因此，可以抑制飞散的氨再次溶解入产酸处理水而导致的氨氮浓度增高，且氮除去效率更优异

其他的实施方式

本发明的废水处理装置和废水处理方法并不被上述实施方式所限定。

例如，第一实施方式～第三实施方式中，好氧直接氮气化细菌可以被添加入第一流路12所流的废水中。第三实施方式中，好氧直接氮气化细菌也可以被添加入中和槽71内的产酸处理水或者第六流路72所流的产酸处理水中。

可以向产酸处理水中，添加乙酸等有机酸。有机酸可以为酸型也可以为盐型(钠盐等)。但是，本发明中，即使不添加有机酸，也可以充分发挥利用好氧直接氮气化细菌的氨氮的氮气化效果。

固液分离处理所使用的分离装置并不被限定为膜分离装置，也可以为膜分离装置以外的分离装置。例如可以使用沉降槽代替第二实施方式中的膜分离装置50。从维持好氧直接氮气化细菌的菌浓度的角度考虑优选膜分离装置。

第一实施方式～第三实施方式中，可以在产酸槽11的上流设置原水储存槽，在对废水进行产酸处理之前暂时储存废水。通过在对废水进行产酸处理之前暂时储存废水，从而可以使原水水量或者原水水质的波动均匀化。

实施例

下面，通过实施例更详细地说明本发明，但本发明并不限定于其所记载的内容。

实施例1～4，比较例1～2

使用制造酶的废水的厌氧处理(产酸处理或者甲烷发酵处理)所产生的厌氧处理水(有机酸含量不同的2种产酸处理水和甲烷发酵处理水)，进行以下这样的研究。

用下述的试验方法，在如表1所示的试验条件下，进行评价利用好氧直接氮气化细菌的氮除去性能的试验。

各试验条件为：改变作为评价对象的厌氧处理水的种类、对于厌氧处理水的有无添加乙酸钠(有机酸)。

使用的厌氧处理水中的有机酸含量(丙酸、丁酸和乙酸的合计量)，氨氮的含量分别如下所示。

产酸处理水a：有机酸含量3800mg/l，氨氮的含量1000mg/l。

产酸处理水b：有机酸含量400mg/l，氨氮的含量1000mg/l。

甲烷发酵处理水：有机酸含量0mg/l，氨氮的含量1000mg/l。

(试验方法)

取厌氧处理水350ml加入1l的锥形瓶中，并添加好氧直接氮气化细菌。根据试验条件，而添加乙酸钠。添加乙酸钠时(在进行有机酸的后添加时)，其添加量为2000mg/l。

接着，在震荡时间48小时、温度25℃、震荡速度120rpm的条件下震荡烧瓶。作为好氧直接氮气化细菌，添加如日本专利特开2002-199875号公报中记载所培养的粪产碱杆菌no.4菌株(fermp-21814)。

48小时的震荡之后，将烧瓶内的液体(生物处理水)作为样品，通过下述测定方法测定全氮浓度。根据测定結果，通过下述式算出全氮(tn)除去率。

tn除去率(％)＝(厌氧处理水的全氮浓度-生物处理水的全氮浓度)

(全氮浓度的测定方法)

使用连接于总有机碳分析装置(株式会社三菱化学分析技术(mitsubishichemicalanalytechco.,ltd.)制，“toc-300v”)的后续阶段的氮检测器(株式会社三菱化学分析技术制，“nd-210型”)而测定全氮浓度。本装置的测定方法作为氧化分解-化学发光法(减压法)。

试验结果如表1所示。

【表1】

※添加2000mg/l

根据不进行有机酸的后添加的实施例1～2和比较例1的对比可知：与对甲烷发酵处理水进行利用好氧直接氮气化细菌的处理的比较例1相比较，对产酸处理水进行利用好氧直接氮气化细菌的处理的实施例1～2可以得到优异的氮除去性能(利用好氧直接氮气化细菌的氨氮的氮气化效果)。

在进行了有机酸的后添加的实施例3～4和比较例2的对比中也可见同样的倾向。

【工业上的的利用可能性】

如上所说明的，在前置阶段进行厌氧处理，并在后续阶段进行使用了好氧直接氮气化细菌的活性污泥处理的废水处理的情况下，厌氧处理中，并非进行反应直至如日本专利特开2014-50767号公报所记载的甲烷发酵反应，通过进行反应直至将有机物分解为有机酸的产酸反应，通过将成为好氧直接氮气化细菌的基质的有机酸供应到后续阶段的活性污泥处理槽中，可以使好氧直接氮气化细菌效率的效率良好地发挥作用。

因此，与日本专利特开2014-50767号公报所记载的方法相比，本发明可以使好氧直接氮气化细菌有效地发挥作用，也可以使生物反应效率提高。进一步地，可将使用了以往的甲烷发酵中的主流的产酸槽、甲烷发酵槽的二相型处理装置的厌氧处理变为仅使用产酸槽的一相型处理装置就可以处理，由此，可以期待装置的紧凑化、用于提高好氧直接氮气化细菌的活性的有机酸添加量的削減而带来的运行成本削减效果。