JP2000189995A - 排水中の窒素除去方法及び装置 - Google Patents

排水中の窒素除去方法及び装置

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JP2000189995A
JP2000189995A JP52999A JP52999A JP2000189995A JP 2000189995 A JP2000189995 A JP 2000189995A JP 52999 A JP52999 A JP 52999A JP 52999 A JP52999 A JP 52999A JP 2000189995 A JP2000189995 A JP 2000189995A
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gas
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activated sludge
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Takanori Nishii
啓典 西井
Norio Yamada
紀夫 山田
Satoshi Yano
聡 矢野
Kazuo Awazu
一雄 粟津
Yutaka Yoneyama
豊 米山
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Ebara Corp
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Ebara Corp
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/30Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel

Abstract

(57)【要約】 【課題】 有機物水素供与体の添加量を低減して、低コ
ストで効率的に脱窒素すると共に、嫌気性消化ガスから
の硫化水素を有効活用して、ガス中から除去する排水中
の窒素除去方法及び装置を提供する。 【解決手段】 窒素化合物を含む排水を生物学的に処理
し、この窒素酸化物を含む処理水を有機性廃棄物の嫌気
性消化によって発生する消化ガスと接触させる排水中の
窒素除去方法としたものであり、また、窒素化合物を含
む排水を生物学的に処理する処理装置1、2と、有機性
廃棄物を嫌気性消化する嫌気性消化装置3と、気液接触
装置4とを有し、該気液接触装置4で前記生物学的処理
装置からの酸化態窒素を含有する活性汚泥混合液13と
嫌気性消化装置で発生する消化ガス15とを接触させ、
接触後の活性汚泥混合液14を生物学的処理装置1に循
環する流路を形成した窒素除去装置としたものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、排水中の窒素除去
に係り、特に、下水、し尿などの窒素化合物を含有する
排水及び有機性汚泥処理において排出される汚泥の脱水
分離液などの排水中の窒素除去方法及び装置に関する。
【0002】
【従来の技術】下水、し尿などの有機性排水中には、ア
ンモニア性窒素、硝酸・亜硝酸性窒素などの窒素化合物
が含まれる。これらの窒素化合物は、湖沼、海域などの
富栄養化の原因となるため、適切な処理を行ってから放
流することが望まれる。下水処理などで広く採用されて
いる好気性の標準型活性汚泥法においては、排水中のB
OD成分が主に除去され、窒素化合物は全窒素で20〜
40%程度しか除去されず、処理水中には主に硝酸態窒
素として残留する。このため、何らかの窒素除去処理が
必要である。
【0003】生物学的な窒素除去方法としては、し尿処
理などで採用されている循環式硝化・脱窒法と呼ばれる
方法がある。この方法は、嫌気槽及び好気槽を設けて、
微生物による硝化及び脱窒作用を利用して、排水中の窒
素化合物を窒素ガスとして除去する。しかし、嫌気槽、
好気槽各1槽では、全窒素の除去率は好気槽から嫌気槽
への循環液量の処理水量に対する比によって決まり、こ
の比率を大きくするほど除去率は高くなるが、100%
に近い除去率を得るためには、処理水量に対して循環液
量を非常に多くする必要があり実用的でない。実際に
は、各1槽の嫌気槽・好気槽での全窒素除去率は80〜
90%になるような比率にするのが一般的である。
【0004】残留した窒素化合物は、後段に二次脱窒素
槽を設置して脱窒素処理するのが一般的であるが、第二
次窒素槽では、脱窒素反応に必要である水素供与体が不
足しているため、メタノールなどの有機物水素供与体を
添加する必要がある。ここでのメタノールの添加量は、
脱窒素反応を十分に進行させるため、反応に必要な量よ
り多めに添加する。このため、二次脱窒素槽では有機物
が残留することになり、これを除去するため、二次脱窒
素槽の後段に再曝気槽を設け、残留有機物を除去する必
要があった。一方、有機性排水の生物学的処理では、活
性汚泥中の微生物の増殖によって多量に発生する余剰汚
泥の処理が問題となっている。余剰汚泥は脱水・乾燥し
て焼却されたり、嫌気性消化によって減容化処理後、脱
水・乾燥及び焼却あるいはコンポスト化される。
【0005】近年ではエネルギー回収及び有機資源有効
利用の観点から、また焼却に伴って発生する排ガス中の
ダイオキシンヘの懸念から、嫌気性消化が注目されてお
り、排水処理で発生ずる余剰汚泥とともに、生ごみ、厨
芥などの有機性廃棄物処理にも適用されつつある。嫌気
性消化では、発生する消化ガス中のメタンガスを利用し
て発電あるいは熱回収するのであるが、消化ガス中には
メタンガスのほかに炭酸ガス、硫化水素ガスが含まれ
る。消化ガスをエネルギー源として利用する場合、硫化
水素は酸化され亜硫酸ガスや硫酸となり、熱回収のため
の各機器、ガスの貯留設備、配管等を腐食する恐れがあ
るため、あらかじめ除去することが望ましい。上記のよ
うに、窒素化合物を含む有機性排水の従来の処理方法で
は、窒素化合物の除去率が低い、あるいは除去するため
に水槽を多段にし、有機物水素供与体の注入設備を設け
なければならないなどの問題があった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技
術の問題を解消し、有機物水素供与体を無添加とする
か、あるいは添加量を低減して低コストで効率的に脱窒
素処理を行うと共に、嫌気性消化で発生する消化ガス中
の硫化水素を有効に活用し、かつ消化ガス中から除去す
ることができる排水中の窒素除去方法及び装置を提供す
ることを課題とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明では、アンモニア性窒素、硝酸・亜硝酸性窒
素などの窒素化合物を含む排水を生物学的に処理し、こ
の窒素酸化物を含む処理水である活性汚泥混合液を、余
剰汚泥や生ごみ、厨芥等有機性廃棄物の嫌気性消化によ
って発生する消化ガスと接触させて、排水中の窒素を除
去することを特徴とする排水中の窒素除去方法としたも
のである。また、本発明では、窒素化合物を含む排水を
生物学的に処理する処理装置と、有機性廃棄物を嫌気性
消化する嫌気性消化装置と、気液接触装置とを有し、該
気液接触装置で前記生物学的処理装置からの酸化態窒素
を含有する活性汚泥混合液と嫌気性消化装置で発生する
消化ガスとを接触させ、接触後の活性汚泥混合液を生物
学的処理装置に循環する流路を形成したことを特徴とす
る窒素除去装置としたものである。
【0008】
【発明の実施の形態】次に、本発明を詳細に説明する。
本発明では、従来の脱窒素法のように、有機物水素供与
体を利用した従属栄養細菌による脱窒素作用を利用せ
ず、独立栄養細菌である硫黄脱窒菌による脱窒素作用を
利用している。硫黄脱窒細菌(Thiobacillu
s denitrificans)は、還元態硫黄を酸
化することでエネルギーを獲得し、硝酸塩・亜硝酸塩が
存在する無酸素条件下で脱窒能を示す細菌である。硝酸
態窒素を含有する活性汚泥混合液と、嫌気性消化槽で発
生する消化ガスを接触させ、消化ガス中の硫化水素を水
素供与体とした硫黄脱窒作用によって、活性汚泥混合液
中の硝酸態窒素を窒素ガスに還元する。活性汚泥混合液
を水処理設備のうちの曝気槽や硝化槽などの好気槽から
導入する場合、活性汚泥混合液中に2〜5mg/l程度
の溶存酸素が存在するが、濃度が低いこと及び気液接触
装置に連通する配管内などで活性汚泥中の微生物によっ
て速やかに消費されることから、通常は気液接触装置内
での脱窒反応を大きく阻害することはない。
【0009】混合液と消化ガスの接触方法としては、ス
ポンジ、筒型充填材、リングレースなどの充填材を充填
したカラムに、下部から消化ガスを上向流で通気し、上
部から混合液を散水するスクラバー方式、混合液を一定
時間貯留できる水槽を新たに設け、水槽の下部から消化
ガスを吹き込む曝気方式などが利用できるがこれに限定
されるわけではない。なお、硫黄脱窒細菌(Thiob
acillus denitrificans)を充填
材にあらかじめ付着させるか、あるいは水槽中に培養す
ることによって装置の立ち上げを促進することもできる
が、硫黄脱窒細菌は活性汚泥中にも普通に分布する細菌
であり、運転を継続することによって自然に増殖するた
め、特にその必要はない。上記本発明を採用することに
よって、消化ガス中の硫化水素を消費し、窒素除去率の
低かった標準型活性汚泥法においても、高い窒素除去率
が得られる。また、循環式硝化・脱窒素法では、メタノ
ール等の有機物水素供与体の添加量を削減することが可
能となる。
【0010】次に、本発明を図面を用いて説明する。図
1は、本発明の一実施形態を示すフローシートである。
図1において、窒素除去装置は、嫌気性及び好気性の脱
窒素槽1、硝化槽2を具備した窒素含有排水処理設備
と、嫌気性消化槽3、嫌気性消化槽3から発生する消化
ガスと脱窒素槽1又は硝化槽2内の活性汚泥混合液を接
触させるための気液接触槽4で構成される。活性汚泥混
合液13は脱窒素槽1又は硝化槽2から引き抜かれ、混
合液供給ポンプ6によって、気液接触装置4の上部から
散水装置8を通して、気液接触装置4内の充填材9に散
水される。活性汚泥混合液中には、硝酸態窒素が含まれ
ている。
【0011】一方、消化ガス15は、嫌気性消化槽2か
ら消化ガス供給ブロワ7によって、気液接触装置4に気
液接触装置4下部から導入される。気液接触装置4内で
は、充填材に付着した硫黄脱窒菌の作用により、消化ガ
ス中の硫化水素を水素供与体として、活性汚泥混合液中
の硝酸態窒素は窒素ガスに還元される。この反応は次式
(1)のように表される。 1.1S + NO3 - + 0.7H2O + 0.34CO2 + 0.08HCO3 - + 0.08NH4 +→ 0.08C5H7O2N + 0.5N2 + 1.1SO4 2- + 1.2H+…(1)
【0012】この反応によって発生した窒素ガスは、気
液接触装置4からの流出ガス16に混合され、硫酸イオ
ンは気液接触装置4からの流出水13中に溶解する。こ
の気液接触装置4からの流出水は、脱窒素槽又は硝化槽
に戻されるが、溶解した硫酸イオンによって排水処理設
備の機能が損なわれることはない。上記の方法によっ
て、嫌気、好気の各1槽の処理設備でも、従来より高い
除去率を得ることが可能となるが、二次脱窒素槽及び再
曝気槽を具備した処理設備においては、二次脱窒素槽の
活性汚泥混合液と消化ガスを接触させることによって、
メタノールを添加することなく脱窒素処理することが可
能である。
【0013】
【実施例】以下、本発明を実施例により、具体的に詳述
する。 実施例1.図2に、本発明の窒素除去方法を実施する装
置の概略構成図を示す。図2の装置は、循環式硝化・脱
窒素方式の水処理設備1、2、1’、2’と、嫌気性消
化による汚泥処理設備3、及び二次脱窒素槽1’の活性
汚泥混合液と硝化ガスを接触させる気液接触装置4で構
成される。気液接触装置4は、円筒状のカラムで内部に
樹脂製の20mm角の立方体型のスポンジを充填したも
のである。充填物9としては、適度に空隙を有し、表面
積が広く、表面の微生物が付着しやすい材質のものであ
れば、これに限られたものではない。活性汚泥混合液1
3は、気液接触装置の上部から散水ノズル8を通して充
填物9全体に均一に分散するように散水した。一方、消
化ガス15は、気液接触装置下部の散気管から通気し
た。
【0014】表1に、活性汚泥混合液中の窒素化合物濃
度及び消化ガス中の硫化水素濃度を示す。また、表2に
気液接触装置から流出する活性汚泥混合液中の窒素化合
物濃度、及び排出されるガス中の硫化水素濃度を示す。
【表1】
【0015】
【表2】 この結果から、本発明によって、消化ガス中の硫化水素
を利用して排水中の硝酸態窒素が除去できることが明ら
かである。硝酸態窒素は、窒素ガスとなり排出ガス中に
含まれるが、硫化水素のように腐食性をもつこともな
く、酸素のように爆発を引き起こす可能性もないため、
特に問題とはならない。また、消化ガス中の硫化水素は
硫酸イオンとなり、流出水中に溶解するため、気液接触
装置に通水した活性汚泥混合液のpHは低下するが、水
処理設備への悪影響はない。
【0016】
【発明の効果】上記のように、本発明によれば以下よう
な効果を奏することができる。 (1) BOD除去を目的とした従来の生物学的水処理
設備においても、窒素化合物の除去率を飛躍的に高める
ことが可能である。 (2) 窒素除去を目的とした生物学的水処理設備にお
いては、有機物水素供与体の添加なしで脱窒素すること
ができる。 また、本発明は、生物学的水処理設備と嫌気性消化設備
とが存在する処理設備に、簡単に適用可能であり、水処
理、ガス処理の両面での効果があるため今後広く普及す
るものと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の窒素除去装置の一例を示す概略構成
図。
【図2】本発明の窒素除去装置の他の例を示す概略構成
図。
【符号の説明】
1:脱窒素槽、1’:二次脱窒素槽、2:硝化槽、
2’:再爆気槽、3:嫌気性消化槽、4:気液接触装
置、5、6:ポンプ、7:ブロワ、8:散水装置、9:
充填材、10:窒素含有排水、11:循環水、12:処
理水、13:活性汚泥混合液、14:脱窒循環水、1
5:消化ガス
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 矢野 聡 東京都大田区羽田旭町11番1号 株式会社 荏原製作所内 (72)発明者 粟津 一雄 東京都大田区羽田旭町11番1号 株式会社 荏原製作所内 (72)発明者 米山 豊 東京都大田区羽田旭町11番1号 株式会社 荏原製作所内 Fターム(参考) 4D040 BB02 BB52 BB93 DD03

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 窒素化合物を含む排水を生物学的に処理
    し、この窒素酸化物を含む処理水を有機性廃棄物の嫌気
    性消化によって発生する消化ガスと接触させて、排水中
    の窒素を除去することを特徴とする排水中の窒素除去方
    法。
  2. 【請求項2】 窒素化合物を含む排水を生物学的に処理
    する処理装置と、有機性廃棄物を嫌気性消化する嫌気性
    消化装置と、気液接触装置とを有し、該気液接触装置で
    前記生物学的処理装置からの酸化態窒素を含有する活性
    汚泥混合液と嫌気性消化装置で発生する消化ガスとを接
    触させ、接触後の活性汚泥混合液を生物学的処理装置に
    循環する流路を形成したことを特徴とする窒素除去装
    置。
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