氮、磷除去处理方法及氮、磷除去处理装置

摘要

一种氮、磷除去处理方法及装置，i）在氮化合物浓度超过阈值、且磷化合物浓度与阈值相等或低于它时，使DTA以高速模式驱动而成为需氧处理气氛，使需氧处理气氛中的水量对厌氧处理气氛中的水量的比率增加；ii）在氮化合物浓度与阈值相等或低于它、且磷化合物浓度超过阈值时，使DTA以低速模式驱动而成为厌氧处理气氛，使厌氧处理气氛中的水量对需氧处理气氛中的水量的比率增加；iii）在氮、磷化合物浓度超过阈值时，使污水流入量减小或将DTA从高速向低速模式切换或使驱动停止，使ii）的比率减小；iv）在氮、磷化合物浓度与阈值相等或低于它时，使DTA以高速模式驱动，直到氮或磷化合物浓度与阈值相等，使ii）的比率增加。

说明书

本申请基于2011年11月8日提出的日本专利申请第2011－244689号并主张其优先权，这里通过引用而包含其全部内容。 

技术领域

本发明涉及从下水或工厂排水中将氮（氨等）及磷除去的氮、磷除去处理方法及氮、磷除去处理装置。 

背景技术

在下水处理及排水处理中，为了将在生活废水或工厂排水等的下水中含有的有机物及氮（氨等）、磷等除去，进行利用微生物的代谢的生物学的处理。特别是，在如生活废水那样环境负荷比较低的下水中，进行利用需氧微生物的各种需氧处理法（aerobic treatment process）。例如在以有机物的除去为目的的情况下，作为需氧处理法而使用标准活性污泥法（standard activated sludge process）。最近，除了有机物以外还导入关于在下水中含有的氮及磷的含有量的法律限制的情况较多，所以先进处理工艺（advanced activated sludge process）正向下水处理厂普及。在先进处理工艺中，存在厌氧-无氧-需氧法（anaerobic-anoxic-aerobic process）（A2O法；A2/O process）、厌氧-需氧法（anaerobic-aerobic process）（AO法；A/O process）或循环式消化脱氮法（circulated nitrification/denitrification process）。 

在先进处理工艺中，将从流入下水通过最初沉淀池除去了沉淀污泥的一次处理水向生物反应槽输送，在生物反应槽内的厌氧槽（anaerobic tank）、无氧槽（anoxic tank）及需氧槽（aerobic tank）中通过微生物的反应从一次处理水中将有机物及氮、磷除去，同时形成作为微生物的凝聚体的絮凝物，将含有絮凝物的二次处理水向最终沉淀池输送。在最终沉淀池中，从二次处理水将絮凝物沉淀、除去。将沉淀物的大部分作为含有活性污泥（activated sludge）的返送污泥（return sludge）从最终沉淀池向生物反应槽送回，将 沉淀物的一部分作为剩余污泥（excess sludge）排出，在浓缩、脱水后，进行焚烧处理。 

在生物反应槽内的需氧槽中，为了对需氧微生物供给氧，通常进行基于鼓风机的曝气。需氧处理的主的目的是有机物的除去、将氨转变为硝酸的硝化反应的促进，及基于微生物的磷的吸收。为了分别控制生物反应槽内的厌氧槽及无氧槽的状态，通过循环泵的控制来调整从需氧槽向无氧槽的硝化液（nitrified liquor）的循环量，通过返送泵的控制来调整从最终沉淀池向厌氧槽的污泥的返送量。进而，根据情况，也有将甲醇或醋酸等的碳源或凝聚剂等的药品向厌氧槽及/或无氧槽投入的情况。厌氧/无氧处理的主要的目的是厌氧槽中的磷排出、及无氧槽中的硝酸向氮气的还原。通过进行该厌氧/无氧处理，由下个需氧槽将磷大量地吸收。这些曝气、返送循环泵、药品投入需要进行控制以能够可靠地实施有机物、氮及磷的除去。 

作为它们的控制方法，在实际的处理厂中采用例如关于曝气风量的溶解氧（DO）浓度一定控制、循环泵及返送泵的流入量比率一定控制等的简单的控制方法的情况较多。但是，这些控制方法并不是面向氮及磷等的除去处理的，而是将主要对仅以有机物的除去为目的的标准活性污泥工艺（standard activated sludge process）采用的方法原样应用到先进处理工艺中的，所以不能说是一定对先进处理工艺适合的方法。 

在从污水将氮及磷这两者除去的A2O工艺中，适当地维持厌氧槽与需氧槽的容积比从水质的稳定和节能运转的观点看是重要的。另一方面，由于流入下水负荷总是随着流量变动及水质变动而变动，所以需要使工艺的运用随时适当地对应于这些变动。 

但是，污水中含有的氮化合物（氨等）和磷化合物（磷酸等）也有在复杂的多元系统中各自的动态相反的情况，难以将两者以低能量消耗高效率地分离除去。 

因为这样的背景，希望确立能够同时实现水质的稳定化和节能运转的氮、磷除去型的A2O工艺。 

发明内容

这里记载的技术方案的目的在于提供一种能够从下水或工厂排水中将 氮和磷以低能量成本高效率地除去的氮、磷除去处理方法及氮、磷除去处理装置。 

本发明的氮、磷除去处理方法的特征在于，（a）在生物反应槽中，在厌氧槽与需氧槽之间配置厌氧需氧兼用槽，准备用来将上述厌氧需氧兼用槽内的水搅拌而曝气的导管式曝气器；（b）将污水导入上述厌氧槽，用厌氧槽内的厌氧微生物处理而将污浊物质分解，由此得到厌氧处理水；（c）将上述厌氧处理水从上述厌氧槽导入上述厌氧需氧兼用槽，使上述导管式曝气器以低速运转模式驱动来搅拌上述厌氧处理水而成为厌氧处理气氛，或者使上述导管式曝气器以高速运转模式驱动来曝气、搅拌上述厌氧处理水而成为需氧处理气氛，由此得到处理水；（d）将由上述厌氧需氧兼用槽处理过的上述处理水导入上述需氧槽，用需氧槽内的需氧微生物处理而将该处理水中的污浊物质分解，由此得到需氧处理水；（e）从上述需氧槽内的气相及/或液相中分别检测氮化合物及磷化合物，或者从在比最终沉淀池靠下游侧的排放用流路中流动的液相中分别检测氮化合物及磷化合物；（f）i）在由上述工序（e）检测出的氮化合物的浓度超过阈值、并且检测出的磷化合物的浓度与阈值相等或低于它的情况下，在上述工序（c）中，使上述导管式曝气器以高速运转模式驱动来曝气、搅拌上述厌氧需氧兼用槽内的厌氧处理水而成为需氧处理气氛，在上述生物反应槽内使置于需氧处理气氛中的水的量相对于置于厌氧处理气氛中的水的量的比率增加；ii）在由上述工序（e）检测出的氮化合物的浓度与阈值相等或低于它、并且检测出的磷化合物的浓度超过阈值的情况下，在上述工序（c）中，使上述导管式曝气器以低速运转模式驱动来搅拌上述厌氧需氧兼用槽内的厌氧处理水而使上述厌氧需氧兼用槽成为厌氧处理气氛，在上述生物反应槽内使置于厌氧处理气氛中的水的量相对于置于需氧处理气氛中的水的量的比率增加；iii）在由上述工序（e）检测出的氮化合物的浓度超过阈值、并且检测出的磷化合物的浓度超过阈值的情况下，在上述工序（b）中使污水的流入量减小，或者在上述工序（c）中，将上述导管式曝气器从高速运转模式向低速运转模式切换或使驱动停止，在上述生物反应槽内使置于厌氧处理气氛中的水的量相对于置于需氧处理气氛中的水的量的比率减小；iv）在由上述工序（e）检测出的氮化合物的浓度与阈值相等或低于它、并且检测出的磷化合 物的浓度与阈值相等或低于它的情况下，使上述导管式曝气器以低速运转模式驱动，直到氮化合物的浓度成为与阈值相等、或直到磷化合物的浓度成为与阈值相等，在上述生物反应槽内使置于厌氧处理气氛中的水的量相对于置于需氧处理气氛中的水的量的比率增加。 

另外，本发明的氮、磷除去处理装置的特征在于，具有：生物反应槽，设在从最初沉淀池到最终沉淀池之间；泵，从上述最初沉淀池向上述生物反应槽供给污水；厌氧槽，设在上述生物反应槽中，使污水与厌氧微生物反应而将污水中的污浊物质分解；厌氧需氧兼用槽，设在上述生物反应槽中，从上述厌氧槽接受厌氧处理水，处理上述厌氧处理水；导管式曝气器，设在上述厌氧需氧兼用槽内，在低速运转模式与高速运转模式之间切换，在上述低速运转模式下被驱动来搅拌上述厌氧处理水而成为厌氧处理气氛，以及在上述高速运转模式下被驱动来曝气并搅拌上述厌氧处理水而成为需氧处理气氛；需氧槽，设在上述生物反应槽中，从上述厌氧需氧兼用槽接受处理水，向上述处理水中吹入空气，在曝气气氛下使上述处理水与需氧微生物反应而将该处理水中的污浊物质分解；氮检测器，从上述需氧槽内的气相及/或液相中检测氮化合物，或从在排放用流路中流动的液相中检测氮化合物；以及磷检测器，从上述需氧槽内的气相及/或液相中检测磷化合物，或从在上述排放用流路中流动的液相中检测磷化合物。 

附图说明

图1是表示有关实施方式的氮、磷除去处理装置的结构块图。 

图2是将导管式曝气器的一部分切开表示的结构块剖视图。 

图3是表示有关实施方式的氮、磷除去处理方法的流程图。 

具体实施方式

以下，参照附图说明各种优选的实施方式。在以下的实施方式中，说明下水处理厂的先进处理工艺的例子。 

如图1所示，本实施方式的氮、磷除去处理装置1从上游侧起依次具备最初沉淀池（primary settler）2、流量计31、32、生物反应槽（bioreactor）10及最终沉淀池（secondary settler）7。生物反应槽10是用来利用微生物 带来的分解作用将污水净化处理的反应容器，包括厌氧槽4、厌氧需氧兼用槽5及需氧槽6。在生物反应槽10中，厌氧槽4配置在前段，厌氧需氧兼用槽5配置在中段，需氧槽6配置在后段。 

在最终沉淀池7的下游侧设有未图示的消毒设备，被消毒后的最终处理水通过排放用流路（discharge path）被排放到河流或海洋中。 

进而，氮、磷除去处理装置1作为周边附带设备而具备氨传感器8、磷酸传感器9、全氮传感器11、全磷传感器12、控制器20及未图示的凝聚剂投入设备、药液注入设备、储水箱等。这些装置及设备类通过配管线路或配线线路相互连接。在配管线路的适当部位，分别安装有各种泵P1～P4、阀V1、鼓风机B1～B3、流量计31、32及未图示的压力计、温度计等的各种仪表类。从包括氨传感器8、磷酸传感器9、全氮传感器11、全磷传感器12的各种传感器向控制器20分别传送信号。控制器20基于这些输入信号向泵等的驱动源分别传送控制信号，由此将装置1的整体综合地控制。 

最初沉淀池2是接纳由下水处理厂泵站的泵P1送来的污水，静置规定时间，使悬浮物质（Suspended Solids）沉淀的一次处理设备。在最初沉淀池2中设有堤坝，上部澄清水越过堤坝而流入到溢流线路中，再从溢流线路通过两个送水线路L21、L22被以1：0～1：1的范围的分配比率向生物反应槽10内的厌氧槽4及厌氧需氧兼用槽5供给。在一个送水线路L21中安装着受控制器20控制的泵P21和流量计31，控制从最初沉淀池2向厌氧槽4的一次处理水的流量。此外，在另一个送水线路（旁通线路）L22中也安装着受控制器20控制的泵P22和流量计32，控制从最初沉淀池2向厌氧需氧兼用槽5直接输送的一次处理水的流量。另外，在最初沉淀池2的底部上连通着未图示的污泥排出线路，将污泥定期地或随时排出。 

在厌氧槽4与厌氧需氧兼用槽5之间设有第1堤坝10a。此外，在厌氧需氧兼用槽5与需氧槽6之间设有第2堤坝10b。污水越过（溢流）第1堤坝10a而从厌氧槽4向厌氧需氧兼用槽5流入，接着越过（溢流）第2堤坝10b而从厌氧需氧兼用槽5向需氧槽6流入。 

厌氧槽4具备具有将污水搅拌的螺旋体42的搅拌机41。从未图示的凝聚剂投入设备向厌氧槽4内投入凝聚剂。厌氧槽4在稳态运转时被调整为厌氧处理气氛（ORP值为负侧），以使厌氧微生物为活性。这里，所谓ORP， 是指氧化还原电位（Oxidation-Reduction potential）。在污水的ORP值是负的情况下，该污水处于还原状态，在污水的ORP值是正的情况下，可以说该污水处于氧化状态。即，曝气充分、处于需氧状态的污水的电位较高（正的ORP值），与此相反，没有曝气、处于厌氧状态的污水的电位较低（负的ORP值）。这里，所谓厌氧处理气氛（anaerobic treatment condition），是指被处理的污水的ORP值处于负侧的状态。此外，所谓需氧处理气氛（aerobic treatment condition），是指被处理的污水的ORP值处于正侧的状态。此外，在厌氧槽4的底部连通着未图示的污泥排出线路，将凝聚而沉淀的污泥定期地或随时排出。 

厌氧需氧兼用槽5具有第1及第2导管式曝气器（Draft Tube Aerator；以下称作DTA）50A、50B。DTA50A、50B的动作能够在低速运转模式与高速运转模式之间阶段性地切换。在将DTA50A、50B以低速运转模式运转的情况下，使叶轮以低速旋转。在将DTA50A、50B以高速运转模式运转的情况下，使叶轮以高速旋转并从空气扩散管向水中吹入空气。 

在第1DTA50A上连接着鼓风机B1，在第2DTA50B上连接着鼓风机B2。两鼓风机B1、B2受控制器20控制动作。 

在本实施方式中，通过使用两个DTA50A、50B将厌氧需氧兼用槽5在厌氧处理及需氧处理的中都使用，能够动态地控制生物反应槽10内的厌氧处理气氛与需氧处理气氛的容积比。另外，在图中为了方便而表示了两个DTA50A、50B，但导管式曝气器的数量并不仅限定于此，也可以根据装置的规模而将1个、3个、4个、5个或其以上的数量的导管式曝气器排列设置在厌氧需氧兼用槽5内。此外，厌氧需氧兼用槽5内的处理一般在厌氧槽4内的处理后进行，但也可以进行与厌氧槽4内的处理同时进行的并行处理。即，将旁通线路L22设在从最初沉淀池2到厌氧需氧兼用槽5之间，将一次处理水从最初沉淀池2不经由厌氧槽4而通过旁通线路L22并从最初沉淀池2向厌氧需氧兼用槽5直接输送，能够通过厌氧槽4和厌氧需氧兼用槽5将一次处理水并行处理。 

接着，参照图2说明导管式曝气器。 

在第1DTA50A的空气扩散管56上连通着鼓风机B1，在第1DTA50A的驱动装置的马达53m上连接着电源21。此外，在第2DTA50B的空气扩 散管56上连接着第2鼓风机B2，在第2DTA50B的驱动装置的马达53m上连接着第2电源22。另外，由于第1DTA50A和第2DTA50B的结构实质上相同，所以这里作为代表而说明第1DTA50A。 

第1DTA50A的主体部分配置在厌氧需氧兼用槽5的内部中，附属部分配置在厌氧需氧兼用槽5的外部。DTA50A的主体部分由导管51、叶轮52、长轴52a、轴承54、导引翼片54a、整流板55a及空气扩散管56构成。该主体部分通过多个柱55悬挂支承在厌氧需氧兼用槽5的上部台58上，在悬挂支承状态下浸渍在厌氧需氧兼用槽5内的水中。 

DTA50A的附属部分由驱动装置53、鼓风机B1及曝气线路L13构成。驱动装置53设置在台58上。驱动装置53具备马达53m、驱动力传递机构及旋转驱动轴53a。旋转驱动轴53a通过台58的开口达到厌氧需氧兼用槽5的内部，其下端部通过凸缘接头与叶轮52的长轴52a同轴连结。马达53m连接在图1所示的第1电源21上。第1电源21是受控制器20控制的。当控制器20向第1电源21发送供电信号时，马达53m起动，马达53m的旋转驱动力被传递给长轴52a，叶轮52旋转，由此将厌氧需氧兼用槽5内的污水搅拌。该搅拌的强度通过控制器20驱动控制第1DTA50的马达53m来控制。 

第1鼓风机B1既可以设置在厌氧需氧兼用槽5的台58上，也可以设置在未图示的其他台上。鼓风机B1连接在图1所示的控制器20的内置电源上，动作受控制器20控制。鼓风机B1的排气口经由曝气线路L13连通到环状头57上。进而，环状头57在叶轮52的正下方经由多个连通管56a连通在环状的空气扩散管56上。该环状头57遍及360°整周安装在导管51的内周面上。此外，环状的空气扩散管56与环状头57以同心圆配置。遍及环状的空气扩散管56的全长而开口有多个细孔。当从鼓风机B1向环状头57输送加压空气时，从空气扩散管56的细孔向污水中喷射细小的气泡，由此将污水曝气。该曝气量通过控制器20驱动控制第1鼓风机B1来控制。 

如上述那样，控制器20通过将驱动装置的马达53m和鼓风机B1分别独立地控制，能够将对于污水的曝气量（氧供给量）及搅拌的强度（水流速度）一起控制。 

此外，控制器20具备将第1及第2DTA50A、50B的运转在低速运转 模式与高速运转模式之间切换的运转模式切换功能。这里，所谓低速运转模式，是指将从DTA下部排出的水流速度至少设为10cm/sec的弱搅拌运转。在低速运转模式中，不驱动各鼓风机B1、B2，不进行厌氧需氧兼用槽5内的污水的曝气。相对于此，所谓高速运转模式，是指使叶轮旋转速度为200rpm以上、同时从空气扩散管向水中吹入（强搅拌+通气）空气的运转。在高速运转模式中，使各鼓风机B1、B2驱动，进行厌氧需氧兼用槽5内的污水的曝气。 

导管51具备上段管51a、中段管51b及下段管51c。上段管51a呈上部开口比下部开口大的漏斗形状，受多个柱55支承。中段管51b是具有与上段管51a的下部开口大致相同的内径的圆筒，连接在上段管51a的下部上。在该中段管51b内安装有空气扩散管56和环状头57。此外，在中段管51b内，在空气扩散管56的正上方配置有叶轮52。下段管51c是具有比中段管51b的内径小的内径的圆筒，连接在中段管51b的下部上。在该下段管51c内安装有轴承54和导引翼片54a。 

叶轮52以位于空气扩散管56的正上方的方式安装在长轴52a的下端部。叶轮52的外径比导管51的中段管51b的内径小足够多。叶轮52的叶片的数量可以为3片或4片。轴52a的最下端部受轴承54可旋转地支承。在从该轴承54的外周到导管51之间安装有多个导引翼片54a，通过这些导引翼片54a将在导管51内流动的水流朝下导引。 

整流板55a沿着柱55的长度方向分别安装在柱55的外周上。这些整流板55a形成为从柱55向外方伸出的翼片形状，具有与上述多个导引翼片54a一起调节污水的流动的功能。 

需氧槽6在稳态运转及非稳态运转的哪种中，都在运转中总是将污水曝气，使需氧微生物作用于污水而将污浊物质分解，将污水净化。在需氧槽6的下部设置有平板状的散气装置61。在散气装置61上连接着鼓风机B3。 

在需氧槽6中安装有氨传感器8及磷酸传感器9，分别检测需氧槽6内的气相中的氨浓度和磷酸浓度，将它们的检测信号向控制器20传送。在本实施方式中，除了氨传感器8及磷酸传感器9以外还能够使用全氮传感器11及全磷传感器12。 

全氮传感器11及全磷传感器12分别安装在比最终沉淀池7更靠下游侧的排放用流路线路L4上。排放用流路是用来将由消毒设备（未图示）消毒后的最终处理水向河川等排放的线路。 

全氮传感器11不仅检测水中的氨离子，还兼具备检测硝酸离子和亚硝酸离子的功能，检测将排放用流路的处理水中含有的氨离子、硝酸离子、亚硝酸离子合计的全氮浓度值TN。 

全磷传感器12不仅检测水中的磷酸离子，还兼具备检测磷酸盐（phosphate）的功能，检测将排放用流路的处理水中含有的磷酸离子及磷酸盐合计的全磷浓度值TP。 

控制器20当被从氨传感器8及全氮传感器11分别输入检测信号时，计算基于氨离子的检测信号检测出的氨浓度值NH4-N，计算基于硝酸离子的检测信号检测出的硝酸浓度值NO3-N，还计算基于亚硝酸离子的检测信号检测出的亚硝酸浓度值NO2-N，根据这些计算出的氨浓度值NH4-N、硝酸浓度值NO3-N、亚硝酸浓度值NO2-N计算全氮浓度值TN。进而，控制器20将预先设定、保存在数据保存部中的氮浓度的阈值Nlim从数据保存部调出，将调出的阈值Nlim与上述计算出的氨浓度值NH4-N比较，在氨浓度值NH4-N超过阈值Nlim的情况下求出两者的差分⊿N1，并从数据保存部调出活性污泥法工艺的实际储存数据，基于调出的实际储存数据以使差分⊿N1为零的方式求出厌氧处理气氛的容积与需氧处理气氛的容积的比率。或者，控制器20也可以代替氨浓度值NH4-N而使用全氮浓度值TN求出上述容积比率。在此情况下，控制器20将计算出的全氮浓度值TN与阈值Nlim比较，在全氮浓度值TN超过阈值Nlim的情况下求出两者的差分⊿N2，并从数据保存部调出活性污泥法工艺的实际储存数据，基于调出的实际储存数据以使差分⊿N2为零的方式求出厌氧处理气氛的容积与需氧处理气氛的容积的比率。这里，氮浓度的阈值Nlim是由法律允许向河川或海洋排放的水中的氮浓度的最大值（限制值）。 

此外，控制器20当分别被从磷酸传感器9及全磷传感器12输入检测信号时，计算基于磷酸离子的检测信号检测出的磷酸浓度值PO4-P，还计算基于磷酸盐的检测信号检测出的磷酸盐浓度值PPT-P，根据这些磷酸浓度值PO4-P及磷酸盐浓度值PPT-P计算全磷浓度值TP。进而，控制器20 将预先设定、保存在数据保存部中的磷浓度的阈值Plim调出，将调出的阈值Plim与上述计算出的磷酸浓度值PO4-P比较，在磷酸浓度值PO4-P超过阈值Plim的情况下求出两者的差分⊿P1，以使求出的差分⊿P1为零的方式求出厌氧处理气氛的容积与需氧处理气氛的容积的比率。或者，控制器20也可以代替磷酸浓度值PO4-P而使用全磷浓度值TP求出上述容积比率。在此情况下，控制器20将计算出的全磷浓度值TP与阈值Plim比较，在全磷浓度值TP超过阈值Plim的情况下求出两者的差分⊿P2，并且从数据保存部调出活性污泥法工艺的实际储存数据，基于调出的实际储存数据以使差分⊿P2为零的方式求出厌氧处理气氛的容积与需氧处理气氛的容积的比率。这里，磷浓度的阈值Plim是由法律允许向河川或海洋排放的水中的磷浓度的最大值（限制值）。 

进而，控制器20将与求出的容积比对应的控制信号向鼓风机B1、B2及电源21、22分别发送，分别控制DTA50A、50B的曝气、搅拌动作。 

说明上述装置的作用。 

首先，对稳态运转时的作用进行说明。 

控制器20将泵P1起动，从下水处理厂的泵站将规定量的下水导入到最初沉淀池2中，静置规定的时间，使固态成分沉淀。根据需要，也可以向最初沉淀池2投入凝聚剂。将沉淀的污泥从最初沉淀池2的底部排出口排出。接着，将两个泵P21、P22起动，从最初沉淀池2将上部澄清水（一次处理水）经由线路L21、L22向生物反应槽10内的厌氧槽4和厌氧需氧兼用槽5分别供给。此时，控制器20基于从两个流量计31、32进入的流量检测信号分别反馈控制两个泵P21、P22的动作，以成为2：1的分配比率的方式向厌氧槽4及厌氧需氧兼用槽5分别供给一次处理水。 

控制器20将搅拌机41起动，旋转驱动螺旋体42，将厌氧槽4内的污水搅拌。此外，控制器20向电源21、22发送控制信号，使第1及第2DTA50A、50B的叶轮52分别以低速运转模式旋转驱动，将厌氧需氧兼用槽5内的污水搅拌。在稳态运转时，鼓风机B1、B2处于停止状态，不将厌氧需氧兼用槽5内的污水曝气。 

对从污水将氮除去的作用进行说明。 

在厌氧槽4及厌氧需氧兼用槽5内，进行遵循下式（1）和（2）的硝 化反应，污水中的氨被分解而生成亚硝酸离子（NO₂^-），进而，亚硝酸离子被氧化而生成硝酸离子（NO₃^－）。 

NH₄⁺+（3/2）O₂→NO₂^－+H₂O+2H⁺…（1） 

NO₂^-+（1/2）O₂→NO₃^-…（2） 

进而，在厌氧槽4及厌氧需氧兼用槽5内，进行遵循下式（3）的脱氮反应，作为硝化反应生成物的硝酸离子（NO₃^－）被分解，最终被还原为氮。 

NO₃+5H₂→N₂+4H₂O+2OH^－…（3） 

接着，对从污水将磷除去的作用进行说明。 

在稳态运转时及非稳态运转时的任一个中，都在运转中总是常时驱动鼓风机B3，通过散气装置61将需氧处理槽6内的污水总是曝气。这是因为，为了需氧微生物在需氧处理槽6内的污水中持续生存，污水中的溶解氧是必不可少的。需氧微生物为了得到生存所需要的能量，从污水中取入氧、磷酸离子和水，从它们合成三磷酸腺苷（ATP）。该ATP合成是需氧微生物为了生存而必不可少的代谢之一。即，需氧微生物通过将磷酸离子向体内取入（吸收），从需氧处理槽6内的污水将磷除去。 

接着，参照图3，说明氮浓度上升时及/或磷浓度上升时的非稳态运转时的作用。 

当与氨浓度值NH4-N及/或全氮浓度值TN对应的检测信号从氨传感器8或全氮传感器11的某一方或双方进入到控制器20中，则控制器20将这些浓度值NH4-N、TN与阈值Nlim比较，判定两者的大小（工序S1）。在本实施方式中，将氮浓度的阈值Nlim从0.1～0.2mgN/l的范围中根据工艺而选择设定最优值。 

在工序S1中为浓度值NH4-N、TN的某一个或两者超过阈值Nlim的YES判定的情况下，控制器20进一步参照从磷酸传感器9及全磷传感器12送来的检测信号，分别求出与这些检测信号对应的磷酸浓度值PO4-P及全磷浓度值TP，将这些浓度值PO4-P、TP与阈值Plim比较，判定两者的大小（工序S2）。在本实施方式中，将磷浓度的阈值Plim设定为0.5mgP/l。另外，在图3中，为了方便而进行简略化，省略了全氮浓度值TN及全磷浓度值TP的显示。 

在工序S1中为浓度值NH4-N、TN的任一个都与阈值Nlim相等或比 它低的NO判定的情况下，控制器20也进一步与上述同样分别求出与磷酸传感器9及全磷传感器12的检测信号对应的磷酸浓度值PO4-P及全磷浓度值TP，将这些浓度值PO4-P、TP与阈值Plim比较，判定两者的大小（工序S3）。 

在工序S2中为浓度值PO4-P、TP的任一个都与阈值Plim相等或比它低的NO判定的情况下，控制器20使DTA50A、50B以高速运转模式驱动，直到浓度值NH4-N、TP都低于阈值Nlim（工序S4）。通过DTA50A、50B的高速运转模式驱动，使厌氧需氧兼用槽5内的水从厌氧处理气氛（ORP负值）转变为需氧处理气氛（ORP正值），在生物反应槽10内，将置于厌氧处理气氛中的水的量与置于需氧处理气氛中的水的量的比率（水量比）例如从1：2.5改变为1：4。 

由于厌氧槽滞留时间是2小时（1～2小时）、需氧槽滞留时间是8小时（8～10小时）左右，所以A2O工艺中的典型的水量比是约1：4。水的滞留时间HRT由将处理槽的容积V用处理量Q除的值（V=Q×HRT或HRT=V/Q）给出。 

在通常的运转中，由于需氧槽6和厌氧槽4是大致相同的处理量，所以各处理槽4、5、6中的滞留时间与处理水量大致成比例，处理水量比与滞留时间比大致一致。 

在生物反应槽10内使置于厌氧处理气氛中的水的量增加的情况下，优选的是使置于需氧处理气氛中的水的量相对于置于厌氧处理气氛中水的量的比率为1：2.5左右。另一方面，在生物反应槽10内使置于需氧处理气氛中的水的量增加的情况下，优选的是使置于需氧处理气氛中的水的量相对于置于厌氧处理气氛中水的量的比率为1：4左右。 

通过将DTA50A、50B的运转从低速运转模式向高速运转模式切换，使兼用槽5内的处理气氛从厌氧处理向需氧处理转变。兼用槽5内的处理气氛从厌氧处理转变为需氧处理的标识是ORP值从负成为正。 

在工序S2中为磷浓度值PO4-P、TP的某一个或两者超过阈值Plim的YES判定的情况下，控制器20通过使泵P2低速旋转驱动，使向生物反应槽10的污水（一次处理水）的流入量减小，或者将兼用槽5内的DTA50A、50B从高速运转模式向低速运转模式切换或使DTA50A、50B的驱动停止， 由此使置于需氧处理气氛中的水的量相对于置于厌氧处理气氛中水的量的比率减小到1：4～1：3（工序S5）。或者，在本实施方式的装置是膜分离活性污泥法工艺（membrane separation bioreactor process）用的系统的情况下，使对于从多个膜分离单元中适当选择的单元的曝气量减小或停止（工序S5）。 

在工序S3中为磷浓度值PO4-P、TP的某一个或两者超过阈值Plim的YES判定的情况下，控制器20使DTA50A、50B以低速运转模式驱动，直到磷浓度值PO4-P、TP都低于阈值Plim（工序S6）。通过DTA50A、50B的低速运转模式驱动，使兼用槽5从需氧转变为厌氧的处理气氛（ORP负值），在生物反应槽10中，将置于需氧处理气氛中的水的量相对于置于厌氧处理气氛中水的量的比率从1：1.5～1：1改变为1：4～1：3。 

在工序S3中为磷浓度值PO4-P、TP都与阈值Plim相等或比它低的NO判定的情况下，控制器20使DTA50A、50B以低速运转模式驱动，直到氮浓度值NH4-N、TN的某个与阈值Nlim相等、或磷浓度值PO4-P、TP的某个与阈值Plim相等，使置于厌氧处理气氛的水的量增加（工序S7）。 

根据上述实施方式，能够从下水及工厂排水将氮和磷以低能量成本高效率地除去，能够确立能够同时实现水质的稳定化和节能运转的氮、磷除去型的A2O工艺。