JP2001170681A - アンモニア、リン含有廃水処理方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 廃水中に含まれるアンモニア及びリンを効率
的に除去する。 【解決手段】 原水分流装置1は、アンモニア、リン含
有廃水を第一処理手段2と第二工程反応槽3に分配供給す
る。第一工程反応槽2は、前記廃水を好気状態の下で微
生物群と接触させ、液相中のアンモニア成分を亜硝酸に
酸化する。第二工程反応槽3は、第一工程反応槽2の処理
水と前記廃水の混合液に消石灰を添加し、液相中のリン
成分をヒドロキシアパタイトして分離回収する。第三工
程反応槽4は、第二工程反応槽3の処理水を嫌気状態の下
で微生物群と接触させ、液相中のアンモニア成分と亜硝
酸成分とを窒素ガスに変換する。原水分流手段1には、
格納した水質測定値から演算によって前記手段2,3への
廃水分配供給比を算出する原水分流比計算手段11が具備
される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、嫌気性消化汚泥の
脱水分離液のような高濃度のアンモニアとリンとを含ん
だ廃水を生物学的及び化学的に処理する廃水処理方法及
びその装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】汚泥の処理方式として現在我が国で普及
しているものは、汚泥を直接脱水して焼却する方式、嫌
気性消化を行なった後に脱水して脱水ケーキの状態で処
分するか、あるいはさらに乾燥または焼却、溶融などを
行なって処分する方式である。嫌気性消化は嫌気性微生
物を用いて汚泥中の有機物をメタンと二酸化炭素に変換
することにより減量するプロセスであるが、有機性の窒
素は大部分アンモニアに変換されるので、脱水過程で生
じる分離液は高濃度のアンモニアを含んでいる。

【０００３】また、近年は脱水方式として遠心脱水を採
用しているところが多く、この場合、高分子凝集剤を用
いるために汚泥の液相に溶解しているリン酸態リンは大
部分脱水分離液に移行する。

【０００４】高濃度のアンモニア溶液を処理する方法と
して固定化した硝酸菌を用いた生物学的脱窒法が開発さ
れているが、硝酸菌の高濃度アンモニア耐性に課題があ
り、アンモニア濃度が500mg-窒素／l以上の廃水では希
釈する必要がある。

【０００５】現状においては、高濃度のアンモニアを処
理する適切な方法がないので、嫌気性消化汚泥脱水分離
液は水処理系に返送されている。この脱水分離液による
窒素負荷は水処理系にかかる総窒素負荷の15%程度にな
ると試算されており、下水処理場の放流水の水質基準が
現状より厳しくなった場合やディスポーザーの導入によ
り流入窒素濃度が高くなった場合には汚泥脱水分離液か
らアンモニアを除去する必要が生じてくることが予想さ
れる。

【０００６】近年、オランダにおいて嫌気性消化汚泥分
離液のような高濃度アンモニア廃水を対象としたSHARON
法という窒素除去法が開発され、C.HellingaらによりWa
t.Sci.Techi.Vol.37, No.9,pp135-142,（1998）に報告
されている。

【０００７】図２はSHARON法に係るアンモニア含有廃水
処理装置の概要図である。

【０００８】当該処理装置は、数百〜数千mg／l程度の
高濃度アンモニアを含んだ廃水を対象とし、汚泥の滞留
機構を持たない連続攪拌タンクリアクターにおいて、温
度を30〜40℃、pHを7〜8程度に保ち、エアレーションを
行なって前記廃水中に含まれたアンモニアを亜硝酸に酸
化することを特徴としている。

【０００９】同処理装置は、高温条件ではアンモニア酸
化菌の方が亜硝酸酸化細菌よりも成長速度が速いことを
利用し、水理学的滞留時間（以下、HRTと称する）が1.5
日程度で運転される。これにより、アンモニア酸化細菌
が優先的に生育し、亜硝酸酸化細菌はウオッシュアウト
される。また、被処理水である汚泥脱水分離液は、リア
クターに連続供給され、図３に示したタイムスケジュー
ルの下で処理される。すなわち、２時間の周期で80分を
好気、40分を嫌気として、好気から嫌気への切替はエア
レーションの中断により行なわれる。

【００１０】また同処理装置の反応液は、アンモニアの
酸化に伴い水素イオンが生成することから、経時的に酸
性化する。これに対処する手段として、当該記処理装置
には、苛性ソーダのような塩基を添加するpH調整手段を
具備させたり、また前記反応液に生物学的脱窒反応を生
起させ、この反応に伴うアルカリ度（pH）上昇によりｐ
Ｈを調整させている。後者のpH調整手段には、脱窒機能
を維持させるため、水素供与体（メタノール）供給手段
が付帯される。

【００１１】SHARON法においては、アンモニアは主に亜
硝酸に変換され、メタノールを添加して脱窒を行なった
場合、亜硝酸はさらに窒素に変換される。しかし、脱窒
を行なった場合でも処理水中に亜硝酸がかなり残留す
る。この処理水は、嫌気−好気循環式活性汚泥法を行な
っている汚水処理系に返送され、嫌気タンクにおいて亜
硝酸は脱窒処理される。

【００１２】一方、SHARON法以外の高濃度アンモニア含
有廃水処理方法としては、嫌気性アンモニア酸化（ANNA
MOX）法という手段がある。この方法は、M.Strousらに
よりWater Research,Vol.31,No.8,1955-1962(1997)に報
告されている。

【００１３】その報告によると、嫌気性消化汚泥の脱水
分離液に対し亜硝酸ナトリウムを添加して亜硝酸イオン
とアンモニウムイオンがおおよそ化学的に等当量溶解す
る状態にし、この調製液を反応タンクに供給し、液温30
℃、pH8.0の下、HRTを６~23時間とすると、液相中の亜
硝酸アンモニウムは窒素ガスに変換され系外除去され
る。前記反応タンクには、系外の脱窒素タンクから引き
抜いた種汚泥から馴養した活性汚泥を固定させた固定床
が設置されている。

【００１４】この反応は、独立栄養性の嫌気性アンモニ
ア酸化細菌が関与するので、通常の他栄養性脱窒とは異
なり、脱窒のための水素供与体（例えば、メタノール）
を必要としない。この菌は成長速度が遅いので、前述の
ように、菌を固定する必要がある。固定床以外の固定化
手段として流動床を用いた例が報告されている。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】前記SHARON法により、
嫌気性消化汚泥脱水分離液を原水（influent）としてメ
タノール注入率を１kg／kg(NH₄ ⁺-N)／ｌとした場合の処
理水（effluent）の水質をシミュレーションで予測した
例を表１に示す。

【００１６】

【表１】

【００１７】原水のアンモニア濃度が972mg(NH₄ ⁺-N)／
ｌの場合、処理水のアンモニア濃度は130mg(NH₄ ⁺-N)／
ｌで、亜硝酸濃度は345mg(NO₂-N)／ｌ、硝酸濃度は0.9m
g(NO₃ ⁺-N)／ｌとなった。この場合、全窒素の除去率は5
1％であるが、アンモニアが13％、亜硝酸が35.5％残留
した。

【００１８】このアンモニアと亜硝酸の残留率をある程
度低下させることはメタノールの注入率を上げることや
脱窒反応時間を長くすることなどにより可能であるが、
管理コストが高くなるので経済的な手段であるとは言え
ない。また、亜硝酸は毒性がありCOD源でもあるので、
汚水処理系に返送供給する場合、処理水の水質管理を厳
しくする必要が生じる可能性がある。さらに、通常のSH
ARON法では水溶性の塩基やメタノールを注入してもリン
の除去はできないので、リンの放流基準が厳しい場合に
は別途リンの除去処理手段が必要になる。

【００１９】一方、嫌気性アンモニア酸化法において、
効果的に反応を行なうためには、原水の組成をアンモニ
アと亜硝酸が等当量溶解した状態とする必要があると当
初考えられていた。しかし、その後の研究から亜硝酸を
やや多く必要とするだけでなく、亜硝酸の一部は硝酸に
変換されることが知られるようになった。また、嫌気性
アンモニア酸化細菌は独立栄養性であり、菌体合成の炭
素源としてCO₂を必要とする。嫌気性アンモニア酸化細
菌の菌体合成も含めた物質収支式は下記（１）式とな
る。

【００２０】 1ＮＨ₄ ⁺＋1.31ＮＯ₂ ^-＋0.0425ＣＯ₂→1.045Ｎ₂＋0.220ＮＯ₃ ^-＋1.870Ｈ₂Ｏ＋0 .090ＯＨ^-＋0.0425ＣＨ₂Ｏ …… （１） 従って、（１）式から、原水のアンモニアと亜硝酸との
モル比は1：1.31とすることが望ましいことが分かる。

【００２１】嫌気性消化汚泥脱水分離液を対象としてSH
ARON法と、嫌気性アンモニア酸化法とを組み合わせた処
理方法によりアンモニアを除去する方法は容易に思いつ
くことであるが、これを実際に行なうためにはSHARON法
においてｐＨ制御とアルカリ剤、メタノールなどの注入
制御が必要になり、嫌気性アンモニア酸化に適したアン
モニアと亜硝酸の組成にすることは困難が予想される。
また、通常のSHARON法と嫌気性アンモニア酸化法とを組
み合わせただけではリンの除去は可能とならない。

【００２２】本発明は、上記の事情に鑑み創作されたも
のであり、汚泥脱水分離液のような高濃度のアンモニア
とリンを含む廃水に対し、生物学的及び化学的処理を施
して効率的にアンモニアとリンを除去し、さらに除去し
たリンを有用資源として回収させることも可能なアンモ
ニア、リン含有廃水処理方法及びその装置を提供するこ
とを課題とする。

【００２３】

【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
めの手段として、第1発明は、アンモニア、リン含有廃
水を好気状態で微生物群と接触させて、液相中に含まれ
るアンモニア成分を亜硝酸に酸化する第一工程と、前記
廃水と前記第一工程の処理水との混合液に凝集剤を添加
して、前記混合液中に含まれるリン成分を固液分離する
第二工程と、前記第二工程の固液分離処理水を嫌気状態
で微生物群と接触させて、液相中に含まれるアンモニア
成分と亜硝酸成分とを窒素ガスに変換する第三工程から
なるアンモニア、リン含有廃水処理方法であって、前記
第一及び第二工程への前記廃水の供給を、前記廃水と前
記第一工程の処理水の水質に基づく演算により制御する
ことを特徴としている。

【００２４】リン成分を固液分離させるための凝集剤と
して、硫酸アルミニウムなどのアルミニウム塩、硫酸第
一鉄（FeSO₄）などの鉄塩、ドロマイト（CaMg(C
O₃)₂）、マグネシウム塩、消石灰等がある第２発明は、
前記第一及び第二工程への廃水供給制御は、前記第一工
程の処理水と前記第二工程に供給される廃水との混合時
における液相中のアンモニアと亜硝酸のモル比が1：1.3
となるように、前記第一及び第二工程への廃水供給量を
調整することを特徴としている。

【００２５】前記反応式（１）から、第三工程における
嫌気性アンモニア酸化処理を遂行するためにはアンモニ
アと亜硝酸のモル比は1：1.3と望まれる。第一次工程へ
の廃水の分配供給比率をZとすると、下記式が成り立
つ。この一次方程式による演算により、第一次工程への
廃水の分配供給比率Zが算出される。

【００２６】(A・(1−Z)＋B・Z)／(Z・(A−B))＝1／1.3 Z：第一次工程への廃水の分配供給比率 A：第一次工程に供給される廃水のアンモニア濃度（mg
／l） B：第一工程の処理水のアンモニア濃度（mg／l） 第３発明は、前記凝集剤は、消石灰であることを特徴と
している。

【００２７】第４発明は、前記第一工程におけるｐＨ調
整を、消石灰の添加により行なうことを特徴している。

【００２８】第５発明は、前記第一工程における消石灰
の添加を、ｐＨ調整用消石灰注入率と、前記廃水及び前
記第一工程処理水の水質との関係に基づく演算により制
御することを特徴としている。

【００２９】第６発明は、前記第一工程における消石灰
添加制御のための演算は、下記式によることを特徴とし
ている。

【００３０】X＝（(A−B)・Z・7.1−C）・0.74 X：ｐＨ調整用消石灰注入率（mg／l） A：第一工程に供給される廃水のアンモニア濃度（mg／
l） B：第一工程の処理水のアンモニア濃度（mg／l） Z：第一工程への廃水の分配供給比率 C：第一工程に供給される廃水のアルカリ度（mg／l） 第７発明は、前記第二工程における消石灰の添加を、ヒ
ドロキシアパタイト生成用消石灰注入率と、廃水のリン
酸態リン濃度との関係に基づく演算により制御すること
を特徴としている。

【００３１】第８発明は、前記第二工程における消石灰
添加制御のための演算は、下記式によることを特徴とし
ている。

【００３２】Y＝D・4.0 Y：ヒドロキシアパタイト生成用消石灰注入率（mg／l） D：前記廃水のリン酸態リン濃度（mg／l） 第９発明は、アンモニア、リン含有廃水が供給され、こ
の廃水を第一処理手段と第二工程処理手段とに分配供給
する原水分流手段と、前記原水分配手段から前記廃水が
供給され、この廃水を好気状態の下で微生物群と接触さ
せて、液相中に含まれるアンモニア成分を亜硝酸に酸化
する第一工程処理手段と、前記第一工程処理手段の処理
水と、前記原水分配手段からの前記廃水とが、供給さ
れ、前記二者の混合液に消石灰を添加し、液相中に含ま
れるリン成分をヒドロキシアパタイトとして固液分離さ
せる第二工程処理手段と、前記第二工程処理手段の処理
水が供給され、この処理水を嫌気状態の下で微生物群と
接触させて、液相中に含まれるアンモニア成分と亜硝酸
成分とを窒素ガスに変換させる第三工程処理手段とから
なるアンモニア、リン含有廃水処理装置であって、前記
原水分流手段には、前記原水分流手段に供給される前記
廃水の水質と前記第一処理手段の処理水の水質とを格納
し、この格納した値から演算によって前記廃水の前記第
一及び第二処理手段への分配供給比を算出する原水分流
比計算手段が具備されることを特徴としている。

【００３３】第１０発明は、前記第一処理手段には、前
記原水分流手段に供給される前記廃水及び前記第一処理
手段の処理水の水質と、前記算出された分配供給比とを
格納し、この格納した値から演算によってｐＨ調整用消
石灰注入率を算出するｐH調整手段が具備されることを
特徴としている。

【００３４】第１１発明は、前記第二処理手段には、前
記原水分流手段に供給される廃水の水質を格納し、この
格納した値から演算によってヒドロキシアパタイト生成
用消石灰注入率を算出する消石灰注入手段が具備される
ことを特徴としている。

【００３５】

【発明の実施の形態】前記解決手段で述べたように、本
発明は、アンモニア、リン含有廃水を好気状態で微生物
群と接触させて、液相中に含まれるアンモニア成分を亜
硝酸に酸化する第一工程と、前記廃水と前記第一工程の
処理水との混合液に凝集剤を添加して、前記混合液中に
含まれるリン成分を固液分離する第二工程と、前記第二
工程の固液分離処理水を嫌気状態で微生物群と接触させ
て、液相中に含まれるアンモニア成分と亜硝酸成分とを
窒素ガスに変換する第三工程からなるアンモニア、リン
含有廃水処理方法であり、前記第一及び第二工程への前
記廃水の供給を、前記廃水と前記第一工程処理水の水質
に基づく演算により制御している。

【００３６】第一工程においては、前述のSHARON法に基
づく亜硝酸型硝化手段を導入している。当該亜硝酸型硝
化処理手段は、液温30〜40℃、ｐH7〜8、HRT（水理学的
滞留時間）1.5日の反応条件の下で連続曝気を行なう。
この条件により、反応液中の微生物群はアンモニア酸化
細菌が優先種となる。尚、HRTは、アンモニア負荷量に
応じて任意に調整される。

【００３７】前記課題で述べたように、SHARON法による
手段によれば亜硝酸型硝化が起こるが、反応液相中には
未反応のアンモニアが残留する。

【００３８】そこで、本発明に係る廃水処理方法は、前
記残留したアンモニア濃度を考慮しながら、系外から供
給された廃水を、前記廃水と第一工程反応液の水質に応
じて前記第一及び第二工程に分配供給させている。

【００３９】本発明に係る分配供給制御は、前記反応式
（１）に基づく後述の（２）式による演算から第一次工
程への廃水の分配供給比率を算出して行なう。

【００４０】ここで、第一次工程に供給された廃水のア
ンモニア濃度がA（mg／ｌ）、第一工程処理水のアンモ
ニア濃度がB（mg／ｌ）であり、一次工程においては亜
硝酸型硝化反応しか起こらないとすると、一次工程処理
水のアンモニア濃度はB（mg／ｌ）であり、同処理水の
亜硝酸濃度はA−B（mg／ｌ）となることが予想される。
反応式（１）から、第三工程における嫌気性アンモニア
酸化処理を遂行するためにはアンモニアと亜硝酸のモル
比は1：1.3とすることが望ましい。そこで、このモル比
を得るための第二工程における一次工程処理水の混合比
率、すなわち第一次工程への廃水の分配供給比率をZと
すると、下記（２）式が成り立つ。この一次方程式によ
る演算により、第一次工程への廃水の分配供給比率Zが
算出される。

【００４１】 (A・(1−Z)＋B・Z)／(Z・(A−B))＝1／1.3 …… （２） Z：第一次工程への廃水の分配供給比率 A：第一次工程に供給される廃水のアンモニア濃度（mg
／ｌ） B：第一工程の処理水のアンモニア濃度（mg／ｌ） かかる分配供給制御手段によって、第三工程における反
応液を嫌気性アンモニア酸化処理に適した反応液相組成
に調製させることが可能になる。これにより、SHARON法
の欠点が補填され、液相中のアンモニアと亜硝酸とを効
率良く窒素ガスに変換させ、系外に除去させることがで
きる。

【００４２】また、前記制御手段は、第一処理工程に係
る生物学的処理手段がSHARON法以外の亜硝酸型硝化処理
手段であっても適用させることができる。

【００４３】さらに、第一工程には、亜硝酸型硝化の反
応条件を維持させるために、ｐH調整手段が具備され
る。アンモニア性窒素1mg／lが亜硝酸に酸化されると、
化学量論関係から、アルカリ度は7.1mg／l消費される。
したがって、この亜硝酸生成に伴うアルカリ度消費量
と、第一工程に供給される廃水のアルカリ度との差は、
同工程における硝化に伴うアルカリ度不足分となる。こ
れにアルカリ度を消石灰注入率に換算するための換算係
数0.74を乗じてやれば、第一工程におけるpH調整用の消
石灰注入率が算出される。

【００４４】よって、当該ｐH調整手段に係る消石灰の
添加による反応液のｐH調整は、下記（３）式による演
算に基づき行なう。

【００４５】 X＝（(A−B)・Z・7.1−C）・0.74 …… （３） X：ｐＨ調整用消石灰注入率（mg／l） A：第一工程に供給される廃水のアンモニア濃度（mg／
l） B：第一工程の処理水のアンモニア濃度（mg／l） Z：第一工程への廃水の分配供給比率 C：第一工程に供給される廃水のアルカリ度（mg／l） 第二工程においては、凝集剤として消石灰（CaOH）を添
加し、液相中のリン成分をヒドロキシアパタイト（Ｃａ
₅(ＰＯ₄)₃ＯＨ）として固液分離させている。

【００４６】ヒドロキシアパタイト生成の化学量論式
（４）は以下のようになる。

【００４７】 3ＨＰＯ₄ ^2-＋5Ｃａ²⁺＋4ＯＨ^-→Ｃａ₅(ＰＯ₄)₃ＯＨ＋3Ｈ₂Ｏ …… （４） 反応式（４）から、リン1モル（31g）に対して5／3モル
（74×5／3＝123.3g）の消石灰が必要であるので、リン
1mg／lに対しては123.3／31＝4.0mg／l必要である。

【００４８】よって、ヒドロキシアパタイト沈殿生成用
消石灰注入率Yを算出するための演算式は下記（５）式
となる。

【００４９】Y＝D・4.0 …… （５） Y：ヒドロキシアパタイト生成用消石灰注入率（mg／l） D：リン酸態リン濃度（mg／l） 尚、消石灰の代わりに他の凝集剤を添加させても良い。
他の凝集剤としては、硫酸アルミニウムなどのアルミニ
ウム塩、硫酸第一鉄（FeSO₄）などの鉄塩、ドロマイト
（CaMg(CO₃)₂）、マグネシウム塩があるが、それぞれ適
正のpHの下で添加する必要がある。

【００５０】ドロマイト、マグネシウム塩の添加によっ
て得られたリン酸マグネシウムアンモニウム（MAP）
は、ヒドロアパタイトと同様に有用資源となる。MAP生
成用のマグネシウム塩注入率は、前記消石灰注入率算出
方法と同じ要領で、マグネシウム塩とMAPとの関係を示
した化学量論式から得ることができる。

【００５１】消石灰の添加によるヒドロキシアパタイト
の沈殿生成は、pH5.8から始まり、ｐH8.0付近では最も
溶解度が低くなり、沈殿が生成し易い条件となることが
知られている。本発明に係る廃水処理システムにおいて
導入している第一工程に係るSHARON法も、第三工程に係
る生物学的嫌気性アンモニア酸化処理法もｐH8.0付近に
調整する必要があるので、工程毎にpHを調整する必要が
無くなる。

【００５２】仮に、pH調整が必要になっても、消石灰は
一般的にpH調整用薬剤として用いられている苛性ソーダ
よりも安価であるであるから処理コストの負担とならな
い。

【００５３】第三工程に係る微生物群は、嫌気性アンモ
ニア酸化細菌を優先種としている。当該アンモニア酸化
細菌は成長速度が遅いことから、固定手段により第三工
程の反応槽内に固定化される。

【００５４】嫌気性アンモニア酸化細菌の固定化手段と
しては、固定床、流動床、ゲル包括固定等がある。

【００５５】固定床は、反応槽内に担体を設置し、これ
に前記微生物群を固定化させる手段である。流動床は、
前記微生物群を固定させた担体を反応槽内において被処
理水と共に攪拌手段等により流動させて被処理物質との
接触効率を高めた手段である。ゲル包括固定は、ポリエ
チレングリコールやPVA−SbQ（スチルバゾール置換ポリ
ビニルアルコールの略称、光架橋性ポリマー）をビーズ
状にゲル化させて前記微生物群を包括させた手段であ
る。

【００５６】前記ゲル包括固定は、嫌気性アンモニア酸
化細菌等の特定微生物群を高濃度に保持させることがで
きる。また、高い処理効率を達成できると同時に、固液
分離に伴うトラブルも回避させることもできる。

【００５７】このように、本発明に係る廃水処理方法に
よれば、嫌気性消化汚泥分離液のような高濃度のアンモ
ニア、リン含有廃水を対象としても、処理コストを安価
に抑えながら、汚泥の生成を少なくさせ、効率よくアン
モニア及びリンを除去させることが可能となる。

【００５８】また、リンが沈殿して生成したヒドロキシ
アパタイトは、肥料としての用途があり、リンと共に固
液分離された炭酸カルシウムは農作物に対する有害な作
用なく、土壌の酸性防止や酸性雨を中和させる作用があ
る。

【００５９】以下、本発明の実施形態を図面に基づいて
説明する。

【００６０】図１は、本発明に係る廃水処理装置システ
ムの概要図である。

【００６１】当該廃水処理装置は、系外からアンモニ
ア、リン含有廃水が供給される原水分流手段と、前記原
水分流手段から前記廃水が供給される第一工程処理手段
と、前記原水分流手段及び第一工程処理手段から前記廃
水と第一工程処理手段の処理水とが供給される前記第二
工程処理手段と、前記第二工程処理手段の処理水が供給
される第三工程処理手段とから構成される。

【００６２】原水分流手段は、原水分流装置１に原水水
質測定手段10と原水分流比計算手段11とが付帯されるこ
とで構成される。本形態において、原水水質測定手段10
は、原水分流装置１への廃水供給路に設置される。

【００６３】原水水質測定手段10は、系外から供給され
たアンモニア、リン含有廃水の水質を測定し、この測定
値を演算処理のために原水分流比測定手段11、第一消石
灰注入率計算手段22及び第二消石灰注入率計算手段31に
供給する。本形態においては、液温、pH、アンモニア濃
度、アルカリ度及びリン酸態リン濃度等が測定される。

【００６４】原水分流比計算手段11は、外部から供給さ
れた測定値を格納し、この値から（２）式による演算に
よって前記廃水の前記第一工程及び第二工程処理手段へ
の分配供給比の算出を行なう。本計算手段11には、原水
水質測定手段10において測定された前記廃水の水質と、
後述の第一工程処理水質測定手段21において測定された
前記第一工程処理手段2の反応液の水質とが供給され
る。この算出値は、原水分流手段１に供給される。

【００６５】原水分流装置１は、原水分流比計算手段11
から供給された値に基づき、系外から供給されたアンモ
ニア、リン含有廃水を、第一処理手段2と第二工程処理
手段３とに分配供給する。

【００６６】第一工程処理手段は、第一工程反応槽2に
第一工程処理水質測定手段21と第一消石灰注入率計算手
段22と第一消石灰注入手段23とが付帯されることにより
構成される。また、第一工程反応槽2内には、硝化反応
に必要な空気を供給するための散気装置が設置されてい
る。

【００６７】第一工程処理水質測定手段21は、第一工程
反応槽１内反応液の水質を測定し、この測定値を演算処
理のために原水分流比計算手段11及び第一消石灰注入率
計算手段22に供給する。本形態においては、液温、pH、
アンモニア濃度、亜硝酸、硝酸、アルカリ度及びリン酸
態リン濃度等が測定される。

【００６８】第一消石灰注入率計算手段22は、外部から
供給された測定値を格納し、この値から（３）式による
演算によって第一消石灰注入率の算出を行なう。本計算
手段22には、原水水質測定手段10において測定された前
記廃水の水質と、前記計算手段において算出された値
と、後述の第一工程処理水質測定手段21において測定さ
れた前記第一工程処理手段２の反応液の水質とが供給さ
れる。ここで、第一消石灰注入率は、前述のｐＨ調整用
消石灰注入率X（mg／l）を意味する。この算出値は、第
一消石灰注入手段23に供給される。

【００６９】第一消石灰注入手段23は、前記計算手段22
において算出された注入率に基づき消石灰を第一反応槽
２内の反応液に添加し、同槽２反応液のpHを所定の値に
維持させる。本形態においては、pHは7〜8に維持され
る。

【００７０】第一工程反応槽２は、供給された被処理水
（アンモニア、リン含有廃水と第一工程処理手段の処理
水との混合液）に一定の滞留時間（HRT）を設け、この
滞留時間の下、連続曝気を行なう。本形態において、亜
硝酸型硝化を優先的に維持させるべく、HRTは1.5日、pH
は7〜8、液温は約30〜40℃に調整される。

【００７１】第二工程処理手段は、第二工程反応槽３に
第二消石灰注入率計算手段31と第二消石灰注入手段32と
が付帯されることで構成される。

【００７２】第二消石灰注入率計算手段31は、外部から
供給された測定値を格納し、この値から（５）式による
演算によって第二消石灰注入率の算出を行なう。本計算
手段31には、原水水質測定手段10において測定された前
記廃水の水質の値が供給される。ここで、第二消石灰注
入率は、前述のヒドロキシアパタイト生成用消石灰注入
率Y（mg／l）を意味する。この算出値は、第二消石灰注
入手段32に供給される。

【００７３】第二消石灰注入手段32は、前記計算手段31
において算出された注入率Y（mg／l）に基づき消石灰を
第二反応槽3内の反応液に添加し、液相中のリン成分を
ヒドロキシアパタイトとして凝集させる。

【００７４】第三工程処理手段は、第三工程反応槽4に
第三工程処理水質測定手段42が付帯されることにより構
成される。また、第三工程反応槽4内には、嫌気性アン
モニア酸化細菌固定化手段41が設置される。

【００７５】第三工程処理水質測定手段42は、第三工程
反応槽4内反応液のpHや液温等の測定を行なう。本測定
手段42の監視の下、第三工程反応槽4内反応液は嫌気性
アンモニア酸化処理に最適な条件（例えば、pH8、液温3
0℃）に調整される。

【００７６】嫌気性アンモニア酸化細菌固定化手段41
は、嫌気性アンモニア酸化細菌を前述の固定床、流動
床、ゲル包括のいずれかによって第三工程反応槽4内に
固定化させる。

【００７７】固定床を用いる場合、第三工程反応槽4内
に担体を設置させ、これに嫌気性アンモニア酸化細菌を
固定させる。前記微生物群の固定は、系外の脱窒槽から
採取した種汚泥を第三工程反応槽4内に投入し、嫌気状
態で馴養させることにより行なう。担体は、被処理水と
の接触表面をなるべく広くさせた形状、例えばハニカム
状や波板状等の部材が用いられる。

【００７８】流動床を用いる場合、第三工程反応槽4内
に担体を投入し、空気攪拌以外の攪拌手段により、系外
の脱窒槽から採取した種汚泥と共に流動させながら、嫌
気性アンモニア酸化細菌を馴養固定させる。担体は、ボ
ール状、円柱状、中空円筒状等の部材が用いられる。担
体の大きさ、投入量は、アンモニア、亜硝酸負荷量によ
って定まる。

【００７９】ゲル包括固定を用いる場合、予め馴養させ
た嫌気性アンモニア酸化細菌群を、ポリエチレングリコ
ールまたはPVA−SbQのゲルビーズに包括させたものを、
反応槽4内に投入する。前記微生物群を包括させたゲル
ビーズの投入量は、アンモニア、亜硝酸負荷量によって
定まる。

【００８０】尚、前述のようにゲル包括固定手段は特定
微生物群を高濃度に保持させることができることから、
この手段を第一工程処理手段（亜硝酸型硝化処理）に導
入してもよい。

【００８１】本発明に係る廃水処理装置における各工程
の作用について説明する。

【００８２】被処理水（アンモニア含有廃水）は、原水
分流装置1に供給され、原水分流比計算手段11の制御に
より第一工程反応槽2と第二工程反応槽3とに最適に分配
供給される。例えば、表１のように、被処理水のアンモ
ニア濃度が972mg／l、一次工程処理水のアンモニア濃度
が130mg／lである場合、原水分流比計算手段11における
（２）式に基づく演算、すなわち(972・(1−Z)＋130・
Z)／(Z・(972−130))＝1／1.3によって、第一次工程へ
の被処理水の分配供給比率（Z）が0.65として算出され
る。この算出値に基づき、被処理水は第一工程反応槽2
及び第二工程反応槽3へと供給される。

【００８３】第一工程反応槽2に供給された被処理水
は、一定の滞留時間、pH、液温の下、好気状態において
活性化された微生物群と接触する。このとき、前記微生
物群（特に、アンモニア酸化細菌）による亜硝酸型硝化
によって、液相中に含まれるアンモニア成分のほとんど
（80〜85％）は亜硝酸に酸化される。また、汚濁物質
（BOD源、SS等）も、他の微生物群の同化作用及び異化
作用により、一部は同微生物群の細胞内に分解吸収され
一部は低分子化される。さらに、この低分子化された汚
濁物質は、他の微生物群による分解作用を受ける。第一
工程反応槽１の反応液は、被処理水の流入に伴い第二工
程反応槽3へと移流する。

【００８４】また、第一工程反応槽2のpHは、前述のよ
うに、前記pH調整手段（第一工程処理水質測定手段21、
第一消石灰注入率計算手段22、第一消石灰注入手段23）
によって一定に調整される。例えば、表１のように、被
処理水のアンモニア濃度が972mg／l、一次工程処理水の
アンモニア濃度が130mg／l及び被処理水のアルカリ度が
3615mg／lである場合、pH調整のための第一消石灰注入
率は、計算手段22における（３）式に基づく演算によ
り、（(972−130)・0.65・7.1−3615）・0.74≒200mg／
lとなる。尚、前記被処理水のアルカリ度3615mg／lは、
表1の炭酸水素イオン濃度72.3mmol／lから換算した。

【００８５】第二工程反応槽3において、液相中に含ま
れたリン成分は、第二消石灰注入手段32による消石灰の
定量的な添加より、ヒドロキシアパタイトとして固液分
離される。例えば、表1のように、反応槽3に供給された
被処理水のリン酸濃度が27mg／lである場合、消石灰注
入率は、第二消石灰注入率計算手段31における（５）式
に基づく演算により、27×4.0＝108mg／lとなる。消石
灰の総注入量は、第一工程反応槽における消石灰の注入
と合せて308mg／lとなるが、これは表1の水質に対する
本廃水処理装置における必要最低限の消石灰注入率であ
る。これ以外に、消石灰は、第二工程反応槽3におけるp
H調整用と、消石灰の一部がCaCO₃生成に消費されること
よる補充のために必要となる。しかしながら、これらの
追加分は、第一消石灰注入率と第二消石灰注入率に比較
すると低いことが予想される。第二工程反応槽3におい
て固液分離された上澄水は、第三工程反応槽4へ移送さ
れる。

【００８６】第三工程反応槽4に供給された被処理水
は、一定の滞留時間（本形態においてはHRT6〜23時間）
の下で嫌気状態において活性化された微生物群と接触す
る。また、反応液は、第三工程処理水質測定手段42の監
視の下、最適（本形態においてはpH8、液温30℃）に保
たれる。このとき、液相中に含まれるアンモニア成分と
亜硝酸成分は、前記微生物群（特に、嫌気性アンモニア
酸化細菌）によって、窒素ガスに変換に変換され、大気
中へと系外排出される。また、汚濁物質（BOD源、SS
等）も、他の微生物群の同化作用及び異化作用により、
一部は同微生物群の細胞内に分解吸収され一部は低分子
化される。さらに、この低分子化された汚濁物質は、他
の微生物群による分解作用を受ける。第三工程反応槽4
内の反応液は固液分離処理され、分離された清澄な上澄
水は処理水として系外に移送されて汚水処理装置５に供
される。

【００８７】

【発明の効果】以上詳細に述べたように、本発明に係る
にアンモニア、リン含有廃水処理方法及びその装置によ
れば、嫌気性消化汚泥分離液のような高濃度のアンモニ
ア、リンを含んだ廃水に対し生物学的亜硝酸型硝化処理
を施した後、この処理水と前記廃水との混合液に消石灰
を添加してリン成分を固液分離させ、さらに、この上澄
水を生物学的嫌気性アンモニア酸化処理することによ
り、液相中のアンモニア、リン成分を効率的に除去する
ことが可能となる。

【００８８】また、当該廃水処理方法及びその装置は、
流入廃水と前記亜硝酸型硝化処理水の水質を考慮しなが
ら、流入廃水を前記生物学的亜硝酸型硝化処理手段と前
記消石灰を用いたリン除去手段とに分配供給させてい
る。これにより、前記嫌気性アンモニア酸化処理に供さ
れる被処理水中のアンモニアと亜硝酸の組成は同アンモ
ニア酸化処理に適した組成に調製され、液相中のアンモ
ニアと亜硝酸は効率良く窒素ガスに変換され系外除去さ
れる。

【００８９】さらに、前記亜硝酸型硝化処理におけるpH
は、消石灰の添加により一定（pH7〜8）に制御される。
消石灰を用いた前記リン除去手段における適性pHも約8.
0であり、前記嫌気性アンモニア酸化処理における適性p
Hも前記亜硝酸型硝化処理とほぼ同じ条件であることか
ら、工程毎にpHを調整する必要が無くなる。仮に、pH調
整が必要になっても、消石灰は一般的にpH調整用薬剤と
して用いられている苛性ソーダよりも安価であるである
から管理コストの負担とならない。

【００９０】そして、前記リン除去手段において固液分
離されたヒドロキシアパタイトは、肥料としての用途が
あり、リンと共に固液分離された炭酸カルシウムは農作
物に対する有害な作用なく、土壌の酸性防止や酸性雨を
中和させる作用がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る処理装置システム概要図。

【図２】SHARON法に係る処理装置システム概要図。

【図３】SHARON法に係る運転周期。

【符号の説明】

1…原水分流手段 2…第一工程反応槽 3…第二工程反応槽 4…第三工程反応槽 5…汚水処理装置 10…原水水質測定手段 11…原水分流比計算手段 21…第一工程処理水質測定手段 22…第一消石灰注入率計算手段 23…第一消石灰注入手段 31…第二消石灰注入率計算手段 32…第二消石灰注入手段 41…嫌気性アンモニア酸化細菌固定化手段 42…第三工程処理水質測定手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4D015 BA03 BA19 BA24 CA12 CA18 DA05 DA15 DA19 DA24 DA31 EA03 EA04 EA32 FA01 FA02 FA26 4D040 BB02 BB32 BB33 BB42 BB52 BB72 BB73 BB82 BB91 DD03 DD18 DD31 4D062 BA03 BA19 BA24 CA12 CA18 DA05 DA15 DA19 DA24 DA31 EA03 EA04 EA32 FA01 FA02 FA26

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アンモニア、リン含有廃水を好気状態で
   微生物群と接触させて、液相中に含まれるアンモニア成
   分を亜硝酸に酸化する第一工程と、前記廃水と前記第一
   工程の処理水との混合液に凝集剤を添加して、前記混合
   液中に含まれるリン成分を固液分離する第二工程と、前
   記第二工程の固液分離処理水を嫌気状態で微生物群と接
   触させて、液相中に含まれるアンモニア成分と亜硝酸成
   分とを窒素ガスに変換する第三工程からなるアンモニ
   ア、リン含有廃水処理方法であって、前記第一及び第二
   工程への前記廃水の供給を、前記廃水と前記第一工程の
   処理水の水質に基づく演算により制御することを特徴と
   するアンモニア、リン含有廃水処理方法。
2. 【請求項２】 前記第一及び第二工程への廃水供給制御
   は、前記第一工程の処理水と前記第二工程に供給される
   廃水との混合時における液相中のアンモニアと亜硝酸の
   モル比が1：1.3となるように、前記第一及び第二工程へ
   の廃水供給量を調整することを特徴とした請求項１記載
   のアンモニア、リン含有廃水処理方法。
3. 【請求項３】 前記凝集剤は、消石灰であることを特徴
   とした請求項１または２記載のアンモニア、リン含有廃
   水処理方法。
4. 【請求項４】 前記第一工程におけるｐＨ調整を、消石
   灰の添加により行なうことを特徴とした請求項１から３
   記載のアンモニア、リン含有廃水処理方法。
5. 【請求項５】 前記第一工程における消石灰の添加を、
   ｐＨ調整用消石灰注入率と、前記廃水及び前記第一工程
   の処理水の水質との関係に基づく演算により制御するこ
   とを特徴とした請求項４記載のアンモニア、リン含有廃
   水処理方法。
6. 【請求項６】前記第一工程における消石灰添加制御のた
   めの演算は、下記式によることを特徴とした請求項５記
   載のアンモニア、リン含有廃水処理方法。 X＝（(A−B)・Z・7.1−C）・0.74 X：ｐＨ調整用消石灰注入率（mg／l） A：第一工程に供給される廃水のアンモニア濃度（mg／
   l） B：第一工程の処理水のアンモニア濃度（mg／l） Z：第一工程への廃水の分配供給比率 C：第一工程に供給される廃水のアルカリ度（mg／l）
7. 【請求項７】前記第二工程における消石灰の添加を、ヒ
   ドロキシアパタイト生成用消石灰注入率と、廃水のリン
   酸態リン濃度との関係に基づく演算により制御すること
   を特徴とした請求項１または６記載のアンモニア、リン
   含有廃水処理方法。
8. 【請求項８】前記第二工程における消石灰添加制御のた
   めの演算は、下記式によることを特徴請求項７記載のア
   ンモニア、リン含有廃水処理方法。 Y＝D・4.0 Y：ヒドロキシアパタイト生成用消石灰注入率（mg／l） D：前記廃水のリン酸態リン濃度（mg／l）
9. 【請求項９】 アンモニア、リン含有廃水が供給され、
   この廃水を第一処理手段と第二工程処理手段とに分配供
   給する原水分流手段と、前記原水分配手段から前記廃水
   が供給され、この廃水を好気状態の下で微生物群と接触
   させて、液相中に含まれるアンモニア成分を亜硝酸に酸
   化する第一工程処理手段と、前記第一工程処理手段の処
   理水と、前記原水分配手段からの前記廃水とが、供給さ
   れ、前記二者の混合液に消石灰を添加し、液相中に含ま
   れるリン成分をヒドロキシアパタイトとして固液分離さ
   せる第二工程処理手段と、前記第二工程処理手段の処理
   水が供給され、この処理水を嫌気状態の下で微生物群と
   接触させて、液相中に含まれるアンモニア成分と亜硝酸
   成分とを窒素ガスに変換させる第三工程処理手段とから
   なるアンモニア、リン含有廃水処理装置であって、前記
   原水分流手段には、前記原水分流手段に供給される前記
   廃水の水質と前記第一処理手段の処理水の水質とを格納
   し、この格納した値から演算によって前記廃水の前記第
   一及び第二処理手段への分配供給比を算出する原水分流
   比計算手段が具備されることを特徴としたアンモニア、
   リン含有廃水処理装置。
10. 【請求項１０】 前記第一処理手段には、前記原水分流
    手段に供給される前記廃水及び前記第一処理手段の処理
    水の水質と、前記算出された分配供給比とを格納し、こ
    の格納した値から演算によってｐＨ調整用消石灰注入率
    を算出するｐH調整手段が具備されることを特徴とした
    請求項９記載のアンモニア、リン含有廃水処理装置。
11. 【請求項１１】 前記第二処理手段には、前記原水分流
    手段に供給される廃水の水質を格納し、この格納した値
    から演算によってヒドロキシアパタイト生成用消石灰注
    入率を算出する消石灰注入手段が具備されることを特徴
    とした請求項１０記載のアンモニア、リン含有廃水処理
    装置。