JP2001179296A - 硝酸イオン及び／又は亜硝酸イオン含有水の処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 イオン交換樹脂からの塩を含む再生廃液中の
硝酸イオン、亜硝酸イオンを効果的に脱窒処理する。 【解決手段】 再生廃液調整槽１０内の廃液の塩濃度を
電気伝導率計１４で測定し、希釈水槽１６からの希釈水
の導入を制御する。これによって、再生廃液の塩濃度が
所定の値に調整される。そして、塩濃度が調整された再
生廃液中が生物処理槽１２に供給され、脱窒処理され
る。また、塩濃度に応じて生物処理槽１２における処理
時間を変更することも好適である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被処理水中の硝酸
イオン及び／又は亜硝酸イオンを生物を用いて脱窒処理
する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】浄水場などにおける水中の硝酸イオンや
亜硝酸イオンを除去する方法として、陰イオン交換樹脂
を用いる方法が利用されている。この方法では、陰イオ
ン交換樹脂による陰イオン交換反応により、水中の硝酸
イオンや亜硝酸イオンが樹脂に吸着され除去される。そ
して、ここで吸着された硝酸イオン、亜硝酸イオンは、
樹脂の再生により、樹脂から脱離され、硝酸イオンや亜
硝酸イオンを含む再生廃液として排出される。

【０００３】また、ここで排出された硝酸イオン、亜硝
酸イオンを含有する再生廃液の処理方法として、生物を
用いた脱窒処理がある。この脱窒処理は、脱窒細菌を用
いて再生廃液中の硝酸イオン等を窒素ガスとして除去す
る。そして、硝酸イオン等の窒素成分が除去された処理
水が、系外に放流される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな硝酸イオン、亜硝酸イオンを含有する再生廃液の脱
窒処理を行ったところ、十分効率的な処理が行えない場
合があった。

【０００５】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
であり、イオン交換樹脂から排出される再生廃液などの
液中に含まれる硝酸イオン、亜硝酸イオンの脱窒処理を
効果的に行える方法を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記再生廃
液の処理が効率的に行えないことの理由について検討し
た結果、再生廃液は塩濃度が高く、これが原因ではない
かと考えた。すなわち、再生廃液中には、陰イオン交換
樹脂から脱離した硝酸イオンや亜硝酸イオンの他に、樹
脂の再生に必要な陰イオンを含む塩類が高濃度で含まれ
る。例えば、硝酸イオン等の吸着に塩化物イオン型の陰
イオン交換樹脂を用いた場合は硝酸イオン等のほかに陰
イオン交換樹脂の再生に食塩水が使用されるため、再生
廃液中には高濃度の塩化ナトリウムが含まれることにな
る。

【０００７】そこで、生物による脱窒処理反応におい
て、被処理水中の塩濃度と脱窒速度との関係を調べ、両
者間に相関があることを見い出し、本発明を完成した。

【０００８】本発明は、硝酸イオン及び／又は亜硝酸イ
オンを含有する被処理水を生物を用いて脱窒処理する方
法において、被処理水の塩濃度に基づき前記生物による
前記脱窒処理における処理条件を制御することを特徴と
する。

【０００９】このように被処理水中の塩濃度に基づいて
脱窒処理の条件を制御することにより、塩による脱窒処
理への影響を考慮した処理が可能となる。そこで、塩存
在下でも被処理水中の硝酸イオン、亜硝酸イオンを適切
に分解除去することが可能となる。なお、この処理によ
り得られる処理水は、塩を含んだものであり、イオン交
換樹脂の再生液などに再使用することが好適である。

【００１０】上記脱窒処理に用いられる生物は、グラニ
ュール状であることが好適である。

【００１１】ここで、「グラニュール状」とは、生物が
高濃度に凝集し、粒状となっていることを意味する。脱
窒処理を適切な流速下で上向流で行うと、脱窒細菌など
の生物が凝集し、例えば粒径が０．５〜３ｍｍ程度のグ
ラニュール状になる。このように生物をグラニュール状
にすることにより、処理槽の単位体積あたりの生物量が
多くなり、処理効率を上げることが可能となる。そのた
め、被処理水の塩濃度が上昇し、処理速度が低下した場
合にも、その処理効率の低減を補うことができる。

【００１２】また、上記脱窒処理の制御として、脱窒処
理時における被処理水の塩濃度を分解処理に適した濃度
に制御することもできる。

【００１３】このような分解処理に適した濃度として
は、例えば、電気伝導率で２０ｍＳ／ｃｍ程度以下とす
ることができる。このように被処理水の塩濃度を、脱窒
菌などの生物による分解処理に適した濃度に制御するこ
とにより、効率よく硝酸イオン、亜硝酸イオンを分解す
ることができる。また、高い脱窒処理速度が得られる最
低限度の塩濃度に制御することにより、不必要な希釈用
水の使用を回避することができ、また、処理容量の不要
な増大を防止することも可能となる。

【００１４】また、上記脱窒処理の制御としては、脱窒
処理時の処理時間を制御することが挙げられる。

【００１５】例えば、再生廃液を貯留せずに直接処理す
る場合、排出される廃液の塩濃度が変化する。例えば、
硝酸イオン、亜硝酸イオンを吸着した陰イオン交換樹脂
を高塩濃度の再生液により再生を行った後、洗浄水によ
る洗浄が行われる場合、排出される再生廃液は当初高塩
濃度でその後塩濃度が低くなる。このような場合に塩濃
度に対応して、脱窒処理時間を制御することにより、硝
酸イオン、亜硝酸イオンなどの適切な分解を行うことが
できる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態を
図面を用いて説明する。

【００１７】図１は、本実施形態に係る硝酸イオン／亜
硝酸イオンを分解除去する装置の構成図である。なお、
以下硝酸イオン、亜硝酸イオンを含めて「硝酸イオン
等」という。

【００１８】本装置は、主要な構成として、イオン交換
樹脂塔１からの硝酸イオン等を含む再生廃液の塩濃度を
調整するための再生廃液調整槽１０と、調整された再生
廃液を生物により脱窒処理する生物処理槽１２とを有し
ている。

【００１９】浄水場などにおいては、原水中の硝酸イオ
ン等を除去するために、塩化物イオン型の陰イオン交換
樹脂が充填されたイオン交換樹脂塔１を有している場合
がある。このイオン交換樹脂塔１は定期的に再生処理さ
れる。

【００２０】このイオン交換樹脂塔１で発生する再生廃
液は、再生廃液調整槽１０に回収される。ここで回収さ
れる再生廃液１０ａには、イオン交換樹脂塔１において
吸着除去された硝酸イオン等の他に、樹脂の再生のため
に使用された塩類が含まれる。

【００２１】この再生廃液中に含まれる塩類としては、
例えば、塩化物イオン型の陰イオン交換樹脂の場合には
通常、再生に食塩が用いられるので塩化ナトリウム（Ｎ
ａＣｌ）が挙げられる。

【００２２】再生廃液調整槽１０には、再生廃液の塩濃
度をモニタするために電気伝導率計１４が備えられてい
る。この電気伝導率計１４のセンサ部１４ａは、再生廃
液調整槽１０の内部に配置されている。そして、このセ
ンサ部１４ａにおいて、再生廃液に電流を流すことで、
再生廃液の電気伝導率を測定する。電気伝導率と塩濃度
には、一定の関係があり、再生廃液の塩濃度が電気伝導
率として測定される。

【００２３】また、再生廃液調整槽１０には、再生廃液
の塩濃度を生物処理槽１２における処理に影響を与えな
い塩濃度に調整するために、希釈水槽１６から希釈水が
供給されるようになっている。この希釈水槽１６からの
希釈水の供給は、ポンプ１８により行われる。なお、こ
の希釈水は、イオン交換樹脂塔１の処理水が好適である
が、被処理水でもよい。

【００２４】そして、電気伝導率計１４には、制御装置
２８が接続されており、この制御装置２８は、電気伝導
率計１４の測定値に基づき供給ポンプ１８による再生廃
液調整槽１０への希釈水の供給を制御する。

【００２５】例えば、電気伝導率計１４に基づき測定さ
れた再生廃液の塩濃度が、生物処理槽１２における脱窒
処理速度を低下させる値である場合には、制御装置２８
はポンプ１８をオンする。これによって、再生廃液調整
槽１０に希釈水が供給され、再生廃液調整槽１０内の廃
液の塩濃度が低下される。再生廃液中の塩が塩化ナトリ
ウムの場合には、電気伝導率を３０ｍＳ／ｃｍ以下にす
るのが好ましく、２０ｍＳ／ｃｍ以下にすることがさら
に好ましい。

【００２６】再生廃液調整槽１０は、生物処理槽１２と
配管２０を介して接続され、この配管には、ポンプ２２
が設けられている。従って、このポンプ２２を駆動する
ことで、再生廃液調整槽１０において塩濃度が調整され
た再生廃液が生物処理槽１２に供給される。

【００２７】生物処理槽１２には、脱窒細菌を含む汚泥
が収容されており、またメタノール貯槽２４からメタノ
ールが供給されている。そこで、脱窒細菌がメタノール
を水素供与体として硝酸呼吸を行い、硝酸イオン等を窒
素ガスに還元し、脱窒処理が行われる。

【００２８】ここで、脱窒反応は、次式（１）、（２）
で表され、硝酸イオン等の窒素は窒素ガスとして除去さ
れ、再生廃液から硝酸イオン等が除去される。

【００２９】 ２ＮＯ_３ ⁻ ＋ １０Ｈ^＋ → Ｎ_２↑＋ ４Ｈ_２Ｏ ＋ ２ＯＨ⁻ （１） ２ＮＯ_２ ⁻ ＋ ６Ｈ^＋ → Ｎ_２↑＋ ２Ｈ_２Ｏ ＋ ２ＯＨ⁻ （２） なお、水素供与体としては、メタノールの他、メタノー
ル以外のアルコール類、酢酸等の有機酸類、グルコース
等の糖類などを挙げることができる。

【００３０】また、脱窒菌を含む汚泥をグラニュール状
にすることが好ましい。このグラニュール状とは、生物
が高濃度に凝集した粒子状を意味する。このように汚泥
をグラニュール状とすることにより、単位体積あたりの
生物量が多くなる。例えば、脱窒菌をグラニュール状と
することにより、汚泥を通常の活性汚泥法のように浮遊
状態で使用した場合に比して汚泥濃度を１０倍程度まで
高めることができる。そのため、生物処理槽１２の単位
体積当たりの脱窒処理の効率を向上させることが可能と
なる。よって、再生廃液中の塩濃度が高く脱窒処理の速
度が低下した場合でも、処理効率の低下を補うことがで
きる。

【００３１】このグラニュール状の汚泥を形成するため
には、脱窒処理を適切な流速の上向流で行う。これによ
って処理槽内の汚泥が凝集し、グラニュール状になる。
また、水素供与体としてメタノールを用いることによ
り、汚泥がグラニュール状になりやすく、本実施形態に
おいて汚泥を効果的にグラニュール状にすることができ
る。ここで、生物処理槽１２内の上向流線速度（ＬＶ）
を２ｍ／日以上とすることがグラニュール汚泥の形成に
有効である。

【００３２】生物処理槽１２には、排出管２６が接続さ
れており、脱窒処理済みの処理水がここから排出され
る。この処理水は、硝酸イオン等が分解除去されてお
り、ある程度の食塩を含んでいる。そこで、イオン交換
樹脂塔１内の陰イオン交換樹脂の再生液などに利用する
ことが好適である。

【００３３】このように、本実施形態では、再生廃液調
整槽１０に希釈水を導入することによって、再生廃液の
塩濃度を所定の値にまで低下させる。従って、生物処理
槽１２において、好適な脱窒処理を行うことができる。

【００３４】なお、ここでは、被処理水の例として、イ
オン交換樹脂からの再生廃液を示したが、硝酸イオン等
の他に高濃度の塩を含有する水であれば、特にこれに限
定されるものではなく、種々の硝酸イオン含有水を被処
理水とすることができる。

【００３５】また、再生廃液は、イオン交換樹脂塔１の
再生時にバッチ的に発生する。特に、再生操作は、高塩
濃度の再生溶液による陰イオン交換樹脂の再生に引き続
き、再生溶液の押出し及び洗浄が行われる。そこで、再
生廃液は当初高塩濃度で、その後塩濃度の低いものが得
られる。このため、再生廃液が流入している時には、ポ
ンプ２２の駆動を停止しておき、その後、希釈水槽１６
から所定量の希釈水を供給し、塩濃度を調整した後、ポ
ンプ２２を駆動して、生物処理槽１２への廃液の供給を
再開することが好適である。

【００３６】すなわち、再生廃液の再生廃液調整槽１０
への流入を流量計などで検出した場合には、制御装置２
８がポンプ２２をオフする。次に、再生廃液の流入が停
止した場合に、電気伝導率計１４からの信号を監視しな
がら、ポンプ１８を駆動して希釈水を再生廃液調整槽１
０に導入する。そして、塩濃度が所定値にまで低下した
ときにポンプ１８をオフし、ポンプ２２を駆動して、希
釈後の再生廃液の生物処理槽への供給を再開する。な
お、メタノールの生物処理槽１２への供給もポンプ２２
の駆動と連動させることが好ましい。

【００３７】なお、生物処理槽１２において、所定の上
向速度を維持するために処理水の一部を生物処理槽１２
の底部に循環できるようにすることも好適である。これ
によって、生物処理槽１２における処理時間を任意に設
定しながら、生物処理槽１２内の上向速度を所定のもの
に維持できる。

【００３８】また、再生廃液調整槽１０において、常に
塩濃度を一定に制御できるとは限らない。その場合に
は、生物処理槽１２への廃液の供給量を制御し、ここに
おける処理時間を塩濃度に基づき決定することが好適で
ある。これによって、塩濃度が高い場合において、処理
時間を長くすることができる。このようにして、脱窒に
必要な処理時間を確保することができ、確実な脱窒処理
を図ることができる。

【００３９】また、上述の例では、生物処理槽１２に
は、再生廃液調整槽１０から再生廃液をバッチ的に導入
し、処理水をバッチ的に排出するように構成してもよ
い。この場合には、処理水を循環して、所定の上向流速
を維持する。

【００４０】なお、ここでは、被処理水の例として、イ
オン交換樹脂からの再生廃液を示したが、これ以外に
も、被処理水として硝酸イオン等の他に塩を含有する水
などを広く含めることができる。

【００４１】さらに、本実施形態では、再生廃液調整槽
１０を設けたが、これを省略し、生物処理槽１２に再生
廃液を直接供給してもよい。この場合には、電気伝導率
計１４により生物処理槽１２内の塩濃度を計測し、希釈
水を直接生物処理槽１２に供給する。また、生物処理槽
１２の水位を変更可能にしておき、生物処理槽１２から
の処理水の排出を間欠的に行うことで処理時間を調整す
ることもできる。

【００４２】

【実施例】本実施例では、再生廃液中の塩濃度と、脱窒
処理時間との関係を調べた。これらの関係を調べるため
に、電気伝導率として約０、１０、２０、３０、４０、
５０ｍＳ／ｃｍを示す異なる塩濃度の再生廃液を準備し
た。また、この生物処理のための脱窒細菌を含む生物
（汚泥）として、表１に示すように、馴養する際の塩濃
度を電気伝導率として約０（水道水）、２０、３０、４
０ｍＳ／ｃｍと変えたものをそれぞれ準備した。また、
これらの塩濃度に対応して、馴養の際の含有窒素濃度を
２００〜５００ｍｇＮ／Ｌの間で変化させた。

【００４３】

【表１】 以上のような各汚泥を用いて、上記塩濃度の異なる再生
廃液の脱窒処理を行った際の結果を図２に示す。

【００４４】図２に示す通り、塩が存在した条件で馴養
された汚泥は、電気伝導率として０（水道水）、１０、
２０ｍＳ／ｃｍでは、高い脱窒速度を維持することがで
きたが、３０ｍＳ／ｃｍでは、いずれも脱窒速度が１／
２〜１／３まで低下した。また、４０、５０ｍＳ／ｃｍ
では、ほぼ３０ｍＳ／ｃｍの場合と同様の脱窒速度が得
られた。

【００４５】一方、水道水で馴養した汚泥では、電気伝
導率２０ｍＳ／ｃｍの塩濃度でも脱窒速度が１／２以下
に低下した。

【００４６】これより、効率的な脱窒処理を行うために
は、イオン交換樹脂から排出された再生廃液の塩濃度
を、２０ｍＳ／ｃｍ程度に低下させることが好ましいこ
とがわかる。

【００４７】また、塩濃度が３０ｍＳ／ｃｍ以上の再生
廃液の脱窒処理では、脱窒処理速度が低下するため、こ
の速度に対応して処理時間を延長する必要があることが
確認された。

【００４８】

【発明の効果】以上の通り、硝酸イオン等を含む再生廃
液の脱窒処理では、再生廃液中の塩濃度により、脱窒処
理速度が変化するが、本発明によれば、再生廃液中の塩
濃度を調整するか、又は、脱窒処理時間を調整すること
により、塩を含む再生廃液における脱窒処理を効率的
に、また、確実に実行することができる。

【００４９】また、この脱窒処理にグラニュール状の脱
窒菌を含む汚泥を用いることにより、汚泥の濃度を高
め、生物処理槽の単位体積当たりの脱窒処理速度を向上
させることができる。そのため、塩濃度が高く、脱窒処
理速度が低下した場合でも、その速度低下を補うことが
可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第一の実施形態における硝酸イオン／亜硝酸
イオンを分解除去するための装置の全体構成を示す図で
ある。

【図２】 実施例における再生廃液中の塩濃度と脱窒速
度との関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１０ 再生廃液調整槽、１２ 生物処理槽、１４ 電気
伝導率計、１６ 希釈水槽。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 硝酸イオン及び／又は亜硝酸イオンを含
   有する被処理水を生物を用いて脱窒処理する方法におい
   て、 被処理水の塩濃度に基づき前記生物による前記脱窒処理
   における処理条件を制御することを特徴とする硝酸イオ
   ン及び／又は亜硝酸イオン含有水の処理方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の方法において、 前記生物がグラニュール状であることを特徴とする硝酸
   イオン及び／又は亜硝酸イオン含有水の処理方法。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載の方法において、 前記脱窒処理時の塩濃度を所定濃度に制御することを特
   徴とする硝酸イオン及び／又は亜硝酸イオン含有水の処
   理方法。
4. 【請求項４】 請求項１又は２に記載の方法において、 前記脱窒処理の処理時間が制御されることを特徴とする
   硝酸イオン及び／又は亜硝酸イオン含有水の処理方法。