JP2001170684A

JP2001170684A - アンモニア含有廃水処理方法及びその装置

Info

Publication number: JP2001170684A
Application number: JP35416799A
Authority: JP
Inventors: Akira Matsunaga; 旭松永
Original assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1999-12-14
Filing date: 1999-12-14
Publication date: 2001-06-26

Abstract

(57)【要約】【課題】廃水中に含まれるアンモニアを効率的に除去
する。【解決手段】第一工程反応槽1において、系外から導
入したアンモニア含有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
に酸化し、この第一工程反応槽1の処理水を、第二工程
反応槽2において、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
窒素ガスに変換する。第一工程反応槽1には、活性汚泥1
11とアンモニア酸化細菌培地112と亜硝酸酸化細菌阻害
剤113とによって馴養させたアンモニア酸化細菌群を含
む種汚泥を同槽1に供給する種汚泥供給手段11が付帯さ
れる。また、同槽1には亜硝酸酸化細菌阻害剤113が間欠
的に供給されることにより、亜硝酸生成型硝化が維持さ
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を含んだ廃水を
生物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
されているものは、汚泥を直接脱水して焼却する方式
や、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】高濃度のアンモニア溶液を処理する方法と
して固定化した亜硝酸酸化細菌を用いた生物学的脱窒法
が開発されているが、亜硝酸酸化細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。

【０００４】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。

【０００５】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。

【０００６】図３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。

【０００７】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。

【０００８】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、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。

【０００９】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
ｐＨ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。

【００１０】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。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】生物学的硝化脱窒にお
いて亜硝酸生成型硝化と脱窒とを行なうことの利点は、
エアレーションに必要な電力と脱窒に必要な水素供与体
としてのメタノールを節減して処理効率を高めることが
できるという点にある。しかし、硝化を亜硝酸の段階で
停止して硝酸が生成しないような亜硝酸生成型硝化を行
なわせることは一時的に可能であるが、安定して長時間
持続させることは従来困難と考えられている。

【００１２】廃水プラントにおける通常の温度領域（5
〜20℃）において、亜硝酸酸化細菌の方がアンモニア酸
化細菌よりも速く成長することから、液相中のアンモニ
アは硝酸にまで完全に酸化される。一方、高温域では両
者とも成長速度が速くなるが、低温域の場合とは逆にア
ンモニア酸化細菌の方が亜硝酸酸化細菌よりも成長速度
が速くなる。この関係は、図4に示したアンモニア酸化
細菌及び亜硝酸酸化細菌の最短滞留時間と温度の関係を
示した特性図により明きらかである。最短滞留時間の短
い方が、成長速度が速いことを意味する。

【００１３】また、SHARON法では汚泥滞留機構がない単
純な攪拌機がついたリアクターにおいて温度を30℃とし
て、HRTを1.5日程度に調節する。これにより、アンモニ
ア酸化細菌が選択的に成長して亜硝酸酸化細菌は流出す
る。SHARON法による処理を開始するにあたり、種汚泥と
して一般的には活性汚泥が用いられるが、通常の活性汚
泥はアンモニア酸化細菌及び亜硝酸酸化細菌の菌数（単
位容積当り菌数）は両方とも少なく、同じ程度の菌数で
ある。これらの硝化菌は共に成長速度が遅く、有機性の
基質が共存すると、他栄養菌の方が優先的に成長するの
で、汚泥の硝化活性が低く抑えられる。

【００１４】したがって、嫌気性硝化汚泥脱水分離を対
象としてSHARON法を実施する場合、被処理水の有機物濃
度がかなり高いので、活性汚泥を種汚泥とした場合には
処理を開始してから本格的に処理できるまでに相当の時
間を要することが予想される。

【００１５】前記SHARON法の開始期間を短縮する方法と
してアンモニア酸化細菌の活性が高い汚泥を種汚泥（硝
化菌スラッジ）として投入することが考えられる。ま
た、この種汚泥を懸濁状態で供給する以外にゲル状に包
括固定化して供給する方法もある。

【００１６】種汚泥を固定化するもう一つの手段として
微小な担体に固定化する方法があり、この場合はバイオ
フィルムエアリフトサスペンションリアクター（以下、
BASリアクターと称す）を用いる。

【００１７】図5は、L.TijuisらによってWat.Sci.Tech.
Vol.29,No.10-11,pp.377-384(1994)に報告された論文に
記載されたBASリアクターの概要図である。

【００１８】リアクターの高さ／直径の比は20であり、
上部には3相のセパレータが組み込まれている。下降域
と上昇域の比率A_D／A_Rは1.1であり、HRTは0.67時間、表
面空気流速（上昇流速）は2.0cm／secとしている。最初
に培地、活性汚泥及び微小担体を投入し、エアリフトに
より空気を供給する。微小担体は、被処理水との接触表
面積がなるべく大きくなるように加工された材料からな
り、培地中に懸濁されることにより、その表面に生物膜
を発達させる。

【００１９】また、BASリアクターにおいて、培地を硝
化菌用から他栄養菌用に変更して、またもとの硝化菌用
にもどした場合に、リアクター内部における小懸濁粒子
上生物膜内の硝化菌及び他栄養菌用の細菌動力学と生物
膜の構造の変化を測定した例が、L.Tijuisらによる同じ
論文に報告されている。

【００２０】この報告では、実験期間が次の三つに分け
られる。彼らは他栄養菌の活性をもった実規規模装置か
ら採取した活性汚泥を用いて、まず、pH約7.0、液温30
の下、エネルギー源としてアンモニア、炭素源としてCO
₂を供給し（期間1）、硝化が完了するようになってから
培地をアンモニアから酢酸に変更している（期間2）。
そして、最後に、この培養系をアンモニア供給に戻して
いる（期間3）。この実験における消化速度と生物膜構
造は、以下のような変化をたどっている。

【００２１】図6は、顕微鏡観察に基づく期間1〜3にお
ける生物膜断面の概要図である。

【００２２】期間1における最初の20日間、液相中のア
ンモニアは亜硝酸に酸化される。そして、硝化速度は最
初の40日間で8倍に増加し、更なる酸化により主に硝酸
が生成して50日以内におおよそ5kg窒素／m³・日の硝化
速度が得られる。期間1ではアンモニアとCO₂で生育した
ため生物膜の成長が遅い。やがて、期間1の末期には、
衰退期に入っている亜硝酸酸化細菌群からなる生物膜の
一部が自然剥離する。

【００２３】期間2において、他栄養菌培地（酢酸）に
変更すると、亜硝酸酸化細菌生物膜の外側に他栄養菌群
からなる生物膜が発達し、前記剥離された部分にも同生
物膜が形成される。この期間の硝化速度は、前記他栄養
菌層により酸素拡散が制限されるため、1.0kg窒素／m³
・日に低下する。前記他栄養菌層は、他栄養性菌が供給
される限りは安定する。

【００２４】期間3において、硝化菌培地に戻すと、他
栄養菌からなる生物膜は二日間で剥離し、硝化速度は非
常に速く回復し、期間1終了時の硝化速度に戻る。

【００２５】この実験結果から、硝化菌用の培地を用い
て微小担体に固定化すると、硝化活性が高い種汚泥を得
ることができ、このような固定化種汚泥を有機物が多い
基質の中に入れても、かなり高い硝化活性を持続させる
ことができることがわかる。

【００２６】しかし、アンモニア酸化細菌培地を用いて
BASリアクターにおいて培養した固定化種汚泥をSHARON
法の種汚泥として用いると次のような問題が生じる。

【００２７】即ち、種汚泥はどのような状態であっても
通常はアンモニア酸化細菌とともに亜硝酸酸化細菌も増
殖するので、アンモニア酸化活性だけでなく亜硝酸活性
も高い。したがって、このような汚泥を種汚泥として使
用すると硝酸型硝化が起きてしまい、亜硝酸生成型硝化
を行なうことを目的としたSHARON法を行なうには不都合
である。

【００２８】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
を含む廃水に対し、生物学的処理を施して効率的にアン
モニアを除去するアンモニア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。

【００２９】

【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、前記第一工
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二工程と、前記第一工程の反応液
に、アンモニア酸化細菌群を馴養させた種汚泥を供給す
る工程とからなることを特徴としている。

【００３０】第2発明は、前記種汚泥は、活性汚泥にア
ンモニア酸化細菌用培地と亜硝酸酸化細菌阻害剤とを添
加してアンモニア酸化細菌群を馴養したことを特徴とし
ている。

【００３１】前記アンモニア酸化細菌用培地は、(NH₄)₂
SO₄（37.8mmol／l）、K₂HPO₄（2.87mmol／l）、MgSO
₄（1.22mmol／l）及びNaHCO₃（71.4mmol／l）からなる
培地を基に調製される。

【００３２】前記亜硝酸酸化細菌阻害剤には、DMU(3-
(3,4-dichlorophenyl)-1-methylurea)やパラコートがあ
る。

【００３３】尚、前記第一工程と前記第二工程とからな
るアンモニア含有廃水処理方法において、初期運転時
に、前記第一工程に、直接、活性汚泥と前記アンモニア
酸化細菌培地と前記亜硝酸酸化細菌阻害剤とを供給して
アンモニア酸化細菌群を馴養してもよい。

【００３４】第3発明は、前記第一工程に供給される前
記廃水に対し、一定時間毎に、亜硝酸酸化細菌阻害剤を
添加することにより、同工程における亜硝酸生成型硝化
を維持することを特徴としている。

【００３５】亜硝酸生成速度低下の原因となる硝酸を生
成させる亜硝酸酸化細菌の増殖を抑制させるため、前記
第一工程に供給される前記廃水に対し、一定時間毎に、
亜硝酸酸化細菌阻害剤を添加することにより、同工程に
おける亜硝酸生成型硝化機能を確保させている。

【００３６】第4発明は、アンモニア含有廃水が供給さ
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
を窒素ガスに変換する第二工程処理手段とからなるアン
モニア含有廃水処理装置において、アンモニア酸化細菌
培地と亜硝酸酸化細菌阻害剤とによって馴養させたアン
モニア酸化細菌群を含む種汚泥を、前記第一工程処理手
段に供給する種汚泥供給手段が具備されることを特徴と
している。

【００３７】前記種汚泥供給手段は、前記馴養させたア
ンモニア酸化細菌群を含む種汚泥を、非固定化あるいは
固定化した後、第一工程処理手段へと供給する。

【００３８】前記種汚泥を固定化させる手段には、固定
床表面若しくは液相内で流動が可能な担体（例えば、ボ
ール状、円柱状、中空円筒状または回転円板等）表面へ
の馴養による自然固定、または高分子ゲルビーズによる
包括固定等がある。

【００３９】前記第二工程処理手段に係る生物学的窒素
除去法には、嫌気性アンモニア酸化法または脱窒法等が
ある。

【００４０】第5発明は、第二工程処理手段が嫌気性ア
ンモニア酸化処理を行なう場合、前記廃水及び前記第一
処理手段の処理水の水質に応じて、系外から供給された
前記廃水を前記第一処理手段と前記第二工程処理手段と
に分配供給する原水分流手段が具備されることを特徴と
している。

【００４１】前記廃水及び前記第一処理手段の処理水の
水質は、アンモニア性窒素、亜硝酸性窒素、硝酸性窒素
等の測定値である。前記原水分流手段は、これらの測定
値を前記分配供給における制御因子として導入してい
る。

【００４２】また、第二工程処理手段が脱窒処理を行な
う場合、同手段には水素供与体としてメタノールが供給
される。このメタノールの供給により、第二工程処理手
段における脱窒機能が維持されるばかりでなく、pHが一
定に保たれ、処理水を後段の汚水処理系に支障なく供給
させることができる。

【００４３】

【発明の実施の形態】前記解決手段で述べたように、本
発明に係るアンモニア含有廃水処理方法は、アンモニア
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、前記第一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二工程と、前記第一
工程の反応液に、アンモニア酸化細菌群を馴養させた種
汚泥を供給する工程とからなる。

【００４４】第一工程は、亜硝酸生成形硝化手段として
SHARON法導入し、液温30〜40℃、ｐH7〜8、HRT1.5日の
反応条件の下で連続曝気を行なう。これにより、反応液
中の微生物群はアンモニア酸化細菌群が優先種となる。
尚、HRTは、アンモニア負荷量に応じて任意に調整され
る。

【００４５】第二工程は、生物学的窒素除去として、脱
窒法または嫌気性アンモニア酸化法を導入している。

【００４６】第二工程処理手段が脱窒処理を行なう場
合、同手段には水素供与体としてメタノールが供給され
る。これにより、第二工程処理手段における脱窒機能が
維持されるばかりでなく、pHが一定に保たれ、処理水を
後段の汚水処理系に支障なく供給させることができる。

【００４７】一方、嫌気性アンモニア酸化法は、亜硝酸
イオンとアンモニウムイオンとを含んだ調製液を、嫌気
性アンモニア酸化細菌群と共に、液温30℃、pH8の下
で、６〜23時間滞留とすることにより、液相中の亜硝酸
アンモニウムを窒素ガスに変換して系外除去することを
特徴としている。同法は、M.StrousらによってWaterRes
earch, Vol.31,No.8,1955-1962(1997)に報告されてい
る。

【００４８】前記嫌気性アンモニア酸化法は、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、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。

【００４９】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式となる。

【００５０】1NH₄ ⁺＋1.31NO₂ ^-＋0.0425CO₂→1.045N₂＋
0.220NO₃ ⁺＋1.870H₂O＋0.090OH^-＋0.0425CH₂O このことから、第二工程における液相中のアンモニアと
亜硝酸のモル比は1：1.31とすることが望ましい。

【００５１】そこで、第二工程処理手段が嫌気性アンモ
ニア酸化処理を行なう場合、第一工程の前段に原水分配
工程が供される。原水分流工程は、前記廃水及び前記第
一工程処理水の水質に応じて、系外から供給されたアン
モニア含有廃水を前記第一工程と前記第二工程とに分配
供給することを特徴としている。尚、前記廃水及び前記
第一工程処理水の水質には、アンモニア性窒素、亜硝酸
性窒素、硝酸性窒素等の測定値がある。このように、第
二工程の液相は、前記原水分流工程によって嫌気性アン
モニア処理に適した組成に調整される。

【００５２】また、前記種汚泥は、活性汚泥にアンモニ
ア酸化細菌用培地と亜硝酸酸化細菌阻害剤とを添加して
馴養されたアンモニア酸化細菌群を含んでいる。アンモ
ニア酸化細菌用培地は、表1に示されたような組成から
なる培地を希釈し、さらに微量金属溶液（Fe、Ca等を含
む）を適量添加して調製される。

【００５３】

【表1】

【００５４】前記種汚泥の培養は、懸濁培養を行なう場
合、室内規模のにおいては、三角フラスコに活性汚泥と
前記調製した培地を入れて綿栓で蓋をする。攪拌は、容
器を振るか攪拌機で攪拌する。

【００５５】前記亜硝酸酸化細菌阻害剤には、DMU(3-
(3,4-dichlorophenyl)-1-methylurea)やパラコートがあ
る。DMUは、硝化阻害剤として知られているATU（アリチ
オ尿素）とは異なり、アンモニア酸化は阻害しないで亜
硝酸酸化のみを選択的に阻害する効果がある。パラコー
トは除草剤の一種であるが、1mg／lのパラコートによっ
てNitrobacter agilis（亜硝酸酸化細菌の一種）の生育
は阻害されるが、Nitrosomonas europaea（アンモニア
酸化細菌の一種）の生育は何ら影響を受けない（山中健
生：微生物のエネルギー代謝（学会出版センター）,pp.
170-171）。

【００５６】また、亜硝酸酸化細菌阻害剤は、平常運転
時にも、第一工程の反応液に硝酸が生成する硝酸が生成
するような場合に添加される。アンモニア処理速度（亜
硝酸生成速度）低下の原因となる硝酸を生成させる亜硝
酸酸化細菌の増殖を抑制させるためである。このとき、
前記阻害剤は、間欠的に添加される。前記阻害剤は、難
分解性であることから、連続的に供給すると処理水中に
多く残留させることとなる。処理水を後続の汚水処理系
に供した場合、その処理機能に影響を及ぼす恐れがある
からである。

【００５７】尚、前記種汚泥は、非固定化あるいは固定
化して第一工程に供給される。

【００５８】前記種汚泥を固定化させる場合は、固定
床、若しくは液相内で流動が可能な担体の表面へ馴養に
よって自然固定させるか、高分子ゲルビーズによって包
括固定させる。

【００５９】前記担体は高負荷に対応すべく接触表面積
が広い部材が選定される。例えば、ボール状、円柱状ま
たは中空円筒状のものや、回転円板体が用いられる。担
体の径及び投入量は、汚濁負荷量（例えば、アンモニア
負荷量）によって定まる。

【００６０】前記担体への固定は、例えば、前述のBAS
リアクター内において、担体を活性汚泥、前記アンモニ
ア酸化細菌用培地及び亜硝酸酸化細菌阻害剤と共に滞留
させ、亜硝酸生成型硝化活性（亜硝酸生成速度）の上昇
が経時的に緩やかになるまで培養させることにより行な
う。

【００６１】また、回転円板体を用いる場合、第一工程
の反応液に半分浸漬させ、活性汚泥、前記アンモニア酸
化細菌用培地及び亜硝酸酸化細菌阻害剤添加し、一定速
度で回転させながら前記生物膜を均一に固定させる。か
かる手段は、前記第二工程に適用させてもよい。このと
き、回転円板体は、液相中に全部浸漬させる。

【００６２】高分子ゲルビーズ包括固定は、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、前記馴養させた種汚泥を包括させる。か
かる手段は、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を
回避させることもできる。

【００６３】従来の生物膜法を用いた硝化脱窒手段にお
いて、有機物濃度の高い流入廃水を処理した場合、既に
有る生物膜上には、他栄養菌を多く含む生物膜が発達す
る。これにより酸素供給が制限されてアンモニア酸化速
度がかなり低下する。また、前記廃水に対し種汚泥とし
て活性汚泥を供給した場合でも、同汚泥中に含まれる他
栄養菌の成長によりアンモニア酸化細菌の成長が抑制さ
れて、アンモニア酸化速度が上昇せず、結果的にSHARON
法の適用が困難となる。

【００６４】そこで、本発明に係る種汚泥供給手段によ
って、SHARON法の適用が容易となり、亜硝酸生成形硝化
処理の効率化と長期安定化が可能となる。

【００６５】本発明に係る第一工程手段は、液温やpH、
またはリアクター構造やHRTなどの反応条件を、SHARON
法と同じ条件に調節してアンモニア酸化細菌の選択的成
長を助長させているが、初期運転時からSHARON法に適し
た前記種汚泥を供給することによりアンモニア酸化細菌
の選択的成長に有利な条件が整えられ、初期運転期間を
短縮させる効果がある。

【００６６】以下、本発明の実施形態を図面に基づいて
説明する。（第１形態）図１は、本形態に係る廃水処理装置システ
ムの概要図である。

【００６７】当該廃水処理装置は、系外からアンモニア
含有廃水が供給される第一工程手段と、第一工程手段の
処理水が供給される第二工程手段とから構成される。

【００６８】第一工程手段は、第一工程反応槽１に種汚
泥供給手段11と液温調整手段14と第一pH調整手段とが付
帯されることにより構成される。尚、第一工程反応槽1
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。

【００６９】第一工程反応槽1は、供給された被処理水
（アンモニア含有廃水）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、亜硝酸生成型硝化を優先的に維持させるべく、pH
は7〜8、液温は約30〜40℃に調整される。

【００７０】種汚泥供給手段11には、第一種汚泥培養手
段11aまたは第二種汚泥培養手段11bが付帯される。前記
手段11は、第一種汚泥培養手段11aまたは第二種汚泥培
養手段11bおいて培養した種汚泥を非固定化あるいは固
定化して第一工程反応槽１に供給する。

【００７１】種汚泥を非固定化して供給する場合、種汚
泥供給手段11は第一種汚泥培養手段11aの培養液を直接
第一工程反応槽１に供給する。

【００７２】第一種汚泥培養手段11aは、アンモニア酸
化細菌（亜硝酸菌）の馴養（集積培養）を行なう。同手
段11aには、系外から活性汚泥111、アンモニア酸化細菌
培地112及び亜硝酸酸化細菌阻害剤113が供給される。ア
ンモニア酸化細菌培地112は前述の組成に調製された培
地である。亜硝酸酸化細菌阻害剤113としては、前述のD
MUやパラコートが用いられる。

【００７３】種汚泥を固定化して供給する場合、種汚泥
供給手段11は、第一種汚泥培養手段11aの培養液を前記
高分子のゲルビーズに包括させた後に、このゲルビーズ
を第一工程反応槽１に供給する。

【００７４】また、種汚泥供給手段11は、第二種汚泥培
養手段11bにおいてアンモニア酸化細菌群からなる生物
膜を流動式の担体に固定させた後に、この担体を第一工
程反応槽１に供給する。

【００７５】第二種汚泥培養手段11bは、前述のBAS法を
導入している。すなわち、同手段11bは、アンモニア酸
化細菌の馴養に適切な条件の下で、図4のようなBASリア
クターにおいて担体をエアリフトにより流動させること
によりアンモニア酸化細菌群からなる生物膜を担体に固
定させる。第一種汚泥培養手段11aと同様に、系外から
は活性汚泥111、アンモニア酸化細菌培地112及び亜硝酸
酸化細菌阻害剤113が供給される。

【００７６】液温調整手段12は、第一工程反応槽1内の
反応液の液温を測定し、亜硝酸生成型硝化処理に適した
前記の液温に調整する。

【００７７】第一pH調整手段は、pH計13と制御部14とア
ルカリ供給手段15からなる。制御部14は、pH計13によっ
て測定された第一反応槽１内反応液のpHを格納した後、
制御信号をアルカリ供給手段17に供給し、亜硝酸生成型
硝化処理に適した前記のpHに調整する。

【００７８】第二工程手段は、第二工程反応槽2に液温
調整手段21とpH調整手段が付帯されることにより構成さ
れる。

【００７９】液温調整手段21は、第二工程反応槽2内の
反応液の液温を測定し、脱窒処理若しくは嫌気性アンモ
ニア酸化処理に適した液温の調整を行なう。

【００８０】第二pH調整手段は、アルカリ剤と脱窒とに
よるpH制御を導入している。脱窒によるpH制御は、脱窒
反応に伴う水素イオンの消費をpH制御に利用したもので
ある。同手段は、pH計22と制御部23と水素供与体供給手
段23aとアルカリ供給手段23bからなる。

【００８１】第二工程反応槽2が脱窒槽として用いられ
る場合、制御部23は制御信号を水素供与体供給手段23a
に供給する。水素供与体供給手段23aは、格納した制御
信号に基づいて脱窒処理に必要な水素供与体を定量的に
第一工程反応槽2の反応液に添加する。前記水素供与体
としてメタノールが添加される。

【００８２】第二工程反応槽2が嫌気性アンモニア酸化
槽として用いられる場合、制御部23は制御信号をアルカ
リ供給手段23bに供給する。アルカリ供給手段23bも、制
御部23から格納した制御信号に基づいてアルカリ剤を定
量的に第一工程反応槽2の反応液に添加する。

【００８３】尚、第二工程反応槽2を嫌気性アンモニア
酸化槽として用いるとき、当該廃水処理装置には、原水
分流手段10が具備され、さらに同槽2内には嫌気性アン
モニア酸化細菌固定化手段20が設置される。

【００８４】原水分流手段10は、経路102を介して系外
から導入した被処理水（アンモニア含有廃水）を、流入
廃水及び前記第一工程処理水の水質に応じ、経路103、1
04を介し、第一工程反応槽1と第二工程反応槽2に分配供
給する機能を有する。

【００８５】前記固定手段20には、固定式や流動式があ
る。固定式は、槽内に固定床を設置させ、馴養により前
記嫌気性アンモニア酸化細菌群を固定化させる方式であ
る。流動式は、前記微生物群を馴養により固定化させた
担体を、または馴養させた前記微生物群を包括させた前
述の高分子ゲルビーズを、水槽2内で攪拌手段により流
動させる方式である。

【００８６】本形態に係る処理装置における各工程の作
用について説明する。

【００８７】第二工程反応槽2を脱窒槽として用いる場
合、アンモニア含有廃水は、経路100を介し、第一工程
反応槽1に供給される。

【００８８】第一工程反応槽1内に供給された前記廃水
は、散気装置による空気攪拌により、種汚泥供給手段11
から供給された活性汚泥と接触する。また、槽1内反応
液の液温とpHは、液温調整手段12とpH調整手段（pH計1
3、制御部14、アルカリ注入手段15）との監視の下で一
定（本形態においては液温約30℃、pH約8）に保たれ
る。このとき、被処理水中に含まれるアンモニア成分の
ほとんどは、前記汚泥中のアンモニア酸化細菌群によっ
て亜硝酸へと酸化される。廃水中に含まれた汚濁物質
（BOD源、SS等）も、液相中の他の微生物群による同化
作用及び異化作用によって、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、さらに他の微生
物群による分解作用を受ける。槽1内の反応液は、経路1
01を介し、第二工程反応槽2へと移流する。

【００８９】第二工程反応槽2に供給された嫌気槽50の
反応液が無酸素状態で活性化した汚泥と接触すると、液
相中の窒素成分（アンモニア、亜硝酸、硝酸）は、前記
汚泥中に含まれた脱窒菌群によって、窒素ガスに変換さ
れて大気中へと系外除去される。槽内反応液の液温及び
pHは、液温調整手段21と第二pH調整手段（pH計22、制御
部23、水素供与体供給手段23a）により脱窒処理に適切
な条件に保たれる。また、液相中に含まれるメタノール
以外の有機物（汚濁物質）も、脱窒ための水素供与体
や、他の嫌気性微生物群による同化異化作用の対象とな
る。第二反応槽2内の反応液は固液分離処理され、その
上澄水は処理水として汚水処理処理装置3に供給され
る。

【００９０】一方、第二工程反応槽2が嫌気性アンモニ
ア酸化槽として用いられる場合、被処理水（アンモニア
含有廃水）は、原水分流手段10を介し、第一工程反応槽
1及び第二工程反応槽2に供給される。

【００９１】被処理水は、経路102を介し原水分流手段1
0に供給され、前記廃水及び前記第一工程処理水の水質
（例えば、アンモニア性窒素濃度、亜硝酸性窒素濃度及
び硝酸性窒素濃度）に応じ、前述のように第一工程反応
槽1と第二工程反応槽2とに適切に分配供給される。

【００９２】第一工程反応槽1における作用の説明は、
省略する。第二工程反応槽2に供給された第一工程処理
水と、原水分流手段10から供給されたアンモニア含有廃
水は、一定の滞留時間（本形態においてはHRT6〜23時
間）の下、嫌気状態で活性化された微生物群（特に、嫌
気性アンモニア酸化細菌群）と接触する。反応液は、液
温調整手段21及びpH調整手段（pH計22、制御部23、アル
カリ供給手段23b）の監視の下、最適（本形態において
は液温30℃、pH8）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、前記微生物群に
よって窒素ガスに変換に変換され、大気中へと系外除去
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。第二工程反応槽2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3に供給される。（第２形態）図2(a)は、本形態に係る廃水処理装置シス
テムの概要図である。

【００９３】当該廃水処理装置は、系外からアンモニア
含有廃水が供給される第一工程手段と、第一工程手段の
処理水が供給される第二工程手段とから構成される。第
一工程手段及び第二工程手段は、回転円板接触法を導入
している。

【００９４】回転円板接触法は、被処理水中に半分ある
いは全部浸漬させた円板を回転させることにより、前記
円板の表面に固定された微生物群（生物膜）によって液
相中の被処理物質を摂取させる方式である。好気処理を
行なう場合、円板は被処理水に半分浸漬される。また、
嫌気処理を行なうば場合、円板は被処理水に全部浸漬さ
れる。

【００９５】第一工程手段は、第一回転円板処理装置6
に液温調整手段63とpH調整手段とが具備されることによ
り構成される。また、第一回転円板処理装置6には、被
処理水が供給される経路200と、活性汚泥111、アンモニ
ア酸化細菌培地112及び亜硝酸酸化細菌阻害剤113が供給
される経路205とが付帯される。

【００９６】第一回転円板処理装置６は、従来の回転円
板処理装置と同様の構成となっている。すなわち、被処
理水が滞留する水槽60と、槽60内に設置される円板61
と、この円板61を回転させる駆動装置62とからなる。円
板61は、水槽60内に複数設置され、従来の回転円板処理
装置と同様、被処理水に半分浸漬されながら回転する
(図6(b))。尚、円板61の径及び設置数は、アンモニア負
荷量に合わせ任意に設定される。

【００９７】円板61上の生物膜は、予め初期運転時に形
成される。すなわち、初期運転時、経路205を介した活
性汚泥111、アンモニア酸化細菌培地112及び亜硝酸酸化
細菌阻害剤113の供給によって、円板61表面に主にアン
モニア酸化細菌群からなる生物膜が馴養形成させる。

【００９８】尚、前記生物膜維持のため、通常の運転時
においても、亜硝酸酸化細菌阻害剤113は、タイマー制
御によって間欠的に供給される。

【００９９】液温調整手段63は、水槽60内の反応液の液
温を測定し、亜硝酸生成型硝化処理に適した液温に調整
する。

【０１００】前記pH調整手段は、pH計64と制御部65とア
ルカリ注入手段66とからなる。制御部65は、pH計64によ
って測定された水槽60内反応液のpHを格納した後、制御
信号をアルカリ供給手段66に供給し、亜硝酸生成型硝化
処理に適したpHに調整する。

【０１０１】第二工程手段は、第二回転円板処理装置7
に液温調整手段73とpH調整手段とが具備されることによ
り構成される。

【０１０２】第二回転円板処理装置7も、第一回転円板
処理装置6と同様に、一般的な回転円板処理装置と同じ
構成となっている。円板61は、従来の回転円板処理装置
と同様に水槽60内に複数設置されるが、嫌気性アンモニ
ア酸化処理と脱窒処理とに係る微生物群を嫌気状態の下
で活性化させるために、反応液中に全部浸漬されながら
回転する(図6(C))。尚、装置7が嫌気性アンモニア酸化
処理を行なう場合、第1形態と同様に、本廃水処理装置
には原水分流手段10が具備される。

【０１０３】円板71における生物膜も、予め初期運転時
に形成される。すなわち、初期運転時、経路205を介し
た嫌気活性汚泥の供給によって、液温約30℃、pH約8の
下で馴養させることにより、円板71表面に主にアンモニ
ア酸化細菌群からなる生物膜を形成させる。

【０１０４】原水分流手段8は、第一回転円板処理装置6
と第二回転円板処理装置7への流量を適切な比率に調節
する機能を有し、経路202を介して系外から被処理水
（アンモニア含有廃水）を導入し、この被処理水を経路
203、204を介して第一回転円板処理装置6と第二回転円
板処理装置7へと分配供給する。

【０１０５】液温調整手段14は、水槽70内の反応液の液
温を測定し、脱窒処理若しくは嫌気性アンモニア酸化処
理に適した液温に調整する。

【０１０６】pH調整手段は、pH計74と制御部75と水素供
与体供給手段76aとアルカリ供給手段76bからなる。装置
7が他栄養性脱窒手段として用いられる場合、制御部74
は制御信号を水素供与体供給手段76aに供給する。水素
供与体供給手段76aは、前記制御部74の制御信号を格納
し、水槽70の反応液に水素供与体（本形態においては、
メタノール）を定量的に添加する。一方、装置7が嫌気
性アンモニア酸化処理手段として用いられる場合、制御
部75は制御信号をアルカリ供給手段76bに供給する。ア
ルカリ供給手段76bは、第1形態と同様に、制御部74から
格納した制御信号に基づいてアルカリ剤を定量的に水槽
70の反応液に添加する。

【０１０７】本形態に係る処理装置における各工程の作
用について説明する。

【０１０８】第二回転円板処理装置7を脱窒手段として
用いる場合、アンモニア含有廃水は、経路200を介し、
第一回転円板処理装置6に供給される。

【０１０９】第一回転円板処理装置6内に供給された前
記廃水は、一定の滞留時間（本形態においてはHRT約1.5
日）の下で、62駆動装置によって回転する円板61の表面
に固定された生物膜と接触する。水槽60内反応液の液温
とpHは、液温調整手段63とpH調整手段（pH計64、制御部
65、アルカリ注入手段66）との監視の下で一定（本形態
においては液温約30℃、pH約8）に保たれている。

【０１１０】このとき、水槽60内反応液相に含まれるア
ンモニア成分のほとんどは、前記汚泥中のアンモニア酸
化細菌群によって亜硝酸へと酸化される。また、他の汚
濁物質（BOD源、SS等）も、他の微生物群による同化作
用及び異化作用によって、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、さらに他の微生物
群による分解作用を受ける。第一工程処理水（水槽60内
の反応液）は、経路201を介し、第二回転円板処理装置7
へと移流する。

【０１１１】第二回転円板処理装置7に供給された第一
工程処理水は、一定の滞留時間の下で、72駆動装置によ
って回転する円板71の表面に固定された生物膜と接触す
る。水槽70内反応液の液温及びpHは、液温調整手段73と
第二pH調整手段（pH計74、制御部75、水素供与体供給手
段76a）により脱窒処理に適切な条件に保たれている。
このとき、液相中のアンモニア、亜硝酸、及び硝酸成分
は、メタノールが注入されることによる脱窒（他栄養性
脱窒）の進行により、窒素ガスに変換される。また、液
相中に含まれるメタノール以外の有機物（汚濁物質）
も、脱窒ための水素供与体や、液相中の嫌気性微生物群
による同化異化作用の対象となる。水槽70内の反応液は
固液分離処理され、その上澄水は処理水として汚水処理
処理装置9に供給される。

【０１１２】一方、第二回転円板処理装置7が嫌気性ア
ンモニア酸化処理手段として用いられる場合、被処理水
（アンモニア含有廃水）は、原水分流手段10を介し、第
一回転円板処理装置6及び第二回転円板処理装置7に供給
される。

【０１１３】被処理水は、経路202を介し原水分流手段1
0に供給され、前記廃水及び前記第一工程処理水の水質
（例えば、アンモニア性窒素濃度、亜硝酸性窒素濃度及
び硝酸性窒素濃度）に応じ、前述のように第一回転円板
処理装置6と第二回転円板処理装置7とに適切に分配供給
される。

【０１１４】第一回転円板処理装置6における作用の説
明は省略する。

【０１１５】第二回転円板処理装置7に供給された第一
工程処理水と原水分流手段10から供給されたアンモニア
含有廃水は、一定の滞留時間（例えば、本形態において
HRT6〜23時間）の下、72駆動装置によって回転する円板
71の表面に固定された生物膜と接触する。反応液は、液
温調整手段73及びpH調整手段（pH計74、制御部75、アル
カリ供給手段76b）の監視の下、最適（例えば、本形態
において、液温30℃、pH8）に保たれている。また液相
中のアンモニアと亜硝酸の濃度は、原水分流手段10によ
って嫌気性アンモニア処理に適したモル濃度比率となっ
ている。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。水槽70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9に供給される。

【０１１６】

【発明の効果】以上のことから、本発明に係るアンモニ
ア含有廃水処理方法及びその装置は以下の効果を奏す
る。

【０１１７】本発明に係る第一工程は、液温とpH、リア
クターの構造とHRTなどの条件をSHARON法と同じ条件に
調節している。この条件によってアンモニア酸化細菌の
選択的成長は助長されるが、本発明は最初からSHARON法
に適した種汚泥を供給している。これにより、アンモニ
ア酸化細菌の選択的成長に有利な条件が整えられ、廃水
処理設備における初期運転期間が短縮される。

【０１１８】そして、種汚泥を担体に固定あるいは高分
子ゲル内に包括固定させて供給することで、亜硝酸生成
型硝化処理の更なる効率化とその長期的安定化が可能と
なる。

【０１１９】また、第一工程に回転円板接触法を導入し
ても、好気状態が維持され、温度、pH、アンモニア酸化
細菌の選択的成長に好適な条件に調節されているので、
円板表面にアンモニア酸化細菌の菌数が多い生物膜が発
達して亜硝酸生成型硝化が行なわれる。特に、亜硝酸酸
化細菌阻害剤を添加している期間中は亜硝酸酸化細菌の
成長は抑制されるが、アンモニア酸化細菌の成長は抑制
されないので、円板上にアンモニア酸化細菌の菌数が多
い生物膜が発達する。そして、亜硝酸酸化細菌阻害剤の
添加を中断した後、この膜の上に他栄養菌が多い生物膜
が発達しても、アンモニア酸化細菌の活性は維持される
ので、亜硝酸生成型硝化は維持される。

【０１２０】さらに、本発明に係る亜硝酸生成型硝化処
理（第一工程）と嫌気性アンモニア処理（第二工程）の
組み合わせ手段によって、アンモニアと亜硝酸の濃度比
率は嫌気性アンモニア酸化反応が進行し易い条件とな
り、液相中のアンモニア及び亜硝酸成分を効率的に窒素
ガスとして系外除去させることができる。しかも、前記
嫌気性アンモニア酸化処理においては、アンモニアと硝
酸の組み合わせよりもアンモニアと亜硝酸の組み合わせ
の方が嫌気性アンモニア酸化反応の速度が速くなる。ま
た、従来の硝化脱窒処理手段において、硝酸生成型硝酸
を亜硝酸生成型硝化手段に代えたことにより、硝化工程
におけるアルカリ消費の低減が可能となり、脱窒工程に
おいてもメタノール消費量を削減させることができる。

【０１２１】このように、本発明に係るアンモニア含有
廃水処理方法及びその装置は、従来の硝化脱窒手段と比
べ、アンモニア含有廃水の処理速度が高くなるととも
に、処理コストも安価となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１形態に係る処理装置システム概要図。

【図２】第２形態に係る処理装置システム概要図。

【図３】SHARON法に係る処理装置システム概要図。

【図４】アンモニア酸化細菌及び亜硝酸酸化細菌の最短
滞留時間と温度の関係を示した特性図。

【図５】BAS（バイオフィルムエアリフトサスペンショ
ン）リアクターの概要図。

【図６】顕微鏡観察に基づく期間1〜3における生物膜断
面の概要図。

【符号の説明】

1…第一工程反応槽 2…第二工程反応槽（脱窒槽、嫌気性アンモニア酸化
槽） 3,9…汚水処理装置 10…原水分流手段 11…種汚泥供給手段 11a…第一種汚泥培養手段 11b…第二種汚泥培養手段 12,21,63,73…液温調整手段 13,22,64,74…pH計 14,23,65,75…制御部 15,23b,66,76b…アルカリ供給手段 23a,76a…水素供与体供給手段 6…第一回転円板処理装置 7…第二回転円板処理装置 60,70…水槽 61,71…円板 62,72…駆動装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アンモニア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、前記第一工程の固液分離処
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
る第二工程と、前記第一工程の反応液に、アンモニア酸
化細菌群を馴養させた種汚泥を供給する工程とからなる
ことを特徴としたアンモニア含有廃水処理方法。
【請求項2】前記種汚泥は、活性汚泥にアンモニア酸
化細菌用培地と亜硝酸酸化細菌阻害剤とを添加してアン
モニア酸化細菌群を馴養したことを特徴とする請求項1
記載のアンモニア含有廃水処理方法。
【請求項3】前記第一工程に供給される前記廃水に対
し一定時間毎に亜硝酸酸化細菌阻害剤を添加することに
より、同工程における亜硝酸生成型硝化を維持すること
を特徴とする請求項1または2記載のアンモニア含有廃水
処理方法。
【請求項4】アンモニア含有廃水が供給され、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
に変換する第二工程処理手段と、アンモニア酸化細菌培
地と亜硝酸酸化細菌阻害剤とによって馴養させたアンモ
ニア酸化細菌群を含む種汚泥を、前記第一工程処理手段
に供給する種汚泥供給手段とを具備することを特徴とし
たアンモニア含有廃水処理装置。
【請求項5】第二工程処理手段が嫌気性アンモニア酸
化処理を行なう場合、前記廃水及び前記第一処理手段の
処理水の水質に応じて、系外から供給された前記廃水を
前記第一処理手段と前記第二工程処理手段とに分配供給
する原水分流手段が具備されることを特徴とする請求項
4記載のアンモニア含有廃水処理装置。