JP2001205295A

JP2001205295A - 有機性廃水の処理方法

Info

Publication number: JP2001205295A
Application number: JP2000012945A
Authority: JP
Inventors: Taku Ike; 卓池; Yuji Yasuda; 雄二保田; Kazuhiko Fujise; 和彦藤瀬; Hiroshi Mizutani; 洋水谷
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2000-01-21
Filing date: 2000-01-21
Publication date: 2001-07-31

Abstract

(57)【要約】【課題】有機性廃水の処理に際して、硝化脱窒素処理
におけるＢＯＤ／Ｔ−Ｎ比を大きくし、外部からの水素
供与体の投入を不要にするとともに、回収したアンモニ
アが資源として利用可能となる廃水の処理方法を提供す
る。【解決手段】有機性廃水処理において、生物硝化脱窒
素処理の前段にて、有機性廃水に含まれるアンモニア成
分をアンモニアストリッピングによって除去することを
特徴とする有機性廃水の処理方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、し尿，浄化槽汚
泥，下水汚泥および家畜糞尿などの有機性廃水の処理方
法に関し、さらに詳しくは、廃水の種類によらず効果的
な硝化脱窒素処理を可能にする高濃度窒素を含む有機性
廃水の処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】有機性廃水の処理において、除去するも
のとしてはＢＯＤ成分やＣＯＤ成分、窒素化合物、リン
化合物などが挙げられる。従来、難分解性有機物、高濃
度窒素を含む有機性廃水については、衛生処理、水質保
全を主目的として、先ず、ＢＯＤ成分および窒素化合物
に関し、微生物による活性汚泥処理（活性汚泥法）であ
る硝化脱窒素処理を行って処理する。次いで、ＢＯＤ成
分や窒素化合物が除去された廃水は、高度処理により、
ＣＯＤ成分リン化合物及び色度等が除去される。

【０００３】図５に、二層式処理槽を用いた硝化脱窒素
処理の概略を示す。この硝化脱窒素処理１０では、有機
性廃水の流れに対して、前段に脱窒素槽８を設け、後段
に硝化槽９を設けた装置を用いている。硝化脱窒素処理
は、微生物の作用によって廃水中の汚濁成分を分解する
ものであり、処理対象である有機性廃水には、炭素源で
あるＢＯＤ成分、アンモニアや有機性窒素を含む窒素成
分（Ｔ−Ｎ）などが含まれている。このような構成から
なる硝化脱窒素処理では、廃水中のアンモニアについて
は、前段の脱窒素槽８では処理されないので、そのまま
の形態で硝化槽９まで運ばれる。そして、硝化槽９にお
いては下式（１）に示すように、供給管１１から導入さ
れた空気中の酸素と反応して、ＮＯｘ（ｘ＝２又は３）
が生成する。

【０００４】ＮＨ₄ ⁺ ＋ 3/2Ｏ₂ → ＮＯ₂ ^- ＋2Ｈ⁺ ＋Ｈ₂Ｏ・・・（１）ＮＯ₂ ^- ＋ 1/2Ｏ₂ → ＮＯ₃ 後段に設けられた硝化槽９で発生したＮＯｘ−Ｎは、返
送管によって前段の脱窒素槽８に送られる。そして、脱
窒素槽８にて、活性汚泥中のＢＯＤ成分中に含まれる水
素を利用して、下式（２）（３）に従って分解し、無害
化する。

【０００５】ＮＯ₂ ^- ＋ 3（Ｈ₂） → Ｎ₂ ＋2ＯＨ^- ＋ 2Ｈ₂Ｏ・・・（２） 2ＮＯ₃ ^- ＋ 5（Ｈ₂） → Ｎ₂ ＋2ＯＨ^- ＋ 4Ｈ₂Ｏ・・・（３）

【０００６】そして従来は、高濃度窒素を含む有機性廃
水についても、上記のような工程からなる活性汚泥によ
る生物脱窒素処理法をそのまま適用していた。上記の処
理方法では、脱窒素のための水素供与体が必要となる。
そして水素供与体としては、廃水中に含まれているＢＯ
Ｄ成分を利用するが、一般的には、除去する窒素（Ｔ−
Ｎ）量の３倍程度のＢＯＤ量を必要とする（ＢＯＤ/Ｔ-
Ｎ＞３）。

【０００７】しかしながら、家畜糞尿等の高濃度窒素を
含む有機性廃水の処理を行う際、処理対象液のＢＯＤ/
Ｔ−Ｎが極端に小さい（例えば１以下）場合があり、こ
のような廃水については有効な脱窒素処理を行うことが
できない。そして、ＢＯＤ成分の不足に伴う水素供与体
の不足分を補うためには、メタノール等の高価な薬品を
多量に添加する必要があるという問題があった。また、
このような硝化脱窒処理を用いる従来の有機性廃水処理
では、窒素分を窒素ガス（Ｎ₂）として大気中に放出し
ており、よって、この方法では窒素の再利用は全く考慮
していなかった。この為、窒素化合物を、肥料としても
利用できるアンモニアの形態で回収できる技術が望まれ
ていた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明者らは、上記問
題点に鑑み、有機性廃水の処理に際して、硝化脱窒素処
理に導入される廃水のＢＯＤ／Ｔ−Ｎ比を大きくし、外
部からの水素供与体の投入を不要にするとともに、回収
したアンモニアが資源として利用可能となる廃水の処理
方法を開発すべく、鋭意検討した。その結果、本発明者
らは、活性汚泥処理の前段においてアンモニアストリッ
ピングを行い、ここで処理対象液中に含まれる窒素分の
一部をアンモニアとして除去するとともに、ＢＯＤにつ
いては除去されないように本装置を運転することによっ
て、かかる問題点が解決されることを見い出した。本発
明は、かかる見地より完成されたものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、有
機性廃水処理において、生物硝化脱窒素処理の前段に
て、有機性廃水に含まれるアンモニア成分をアンモニア
ストリッピングによって除去することを特徴とする有機
性廃水の処理方法を提供するものである。本発明では、
上記生物硝化脱窒素処理によって排出される余剰汚泥を
堆肥化（コンポスト化）すること、あるいは、上記アン
モニアストリッピングで回収したアンモニアを触媒反応
処理により窒素ガスに変換すること等を実施することが
できる。また、本発明においては、さらに加えて上記生
物硝化脱窒素処理の後段にて、高度処理を行うことが好
適であり、一方、上記アンモニアストリッピング処理で
回収したアンモニアと化学プラントにて発生する廃硫酸
とを反応させ、有価物である硫酸アンモニウムを製造す
ることもできる。

【００１０】本発明の適用対象としては、し尿及び浄化
槽汚泥、家畜糞尿等の高濃度窒素を含んだ有機性廃水が
挙げられる。本発明によれば、活性汚泥処理（硝化脱窒
素処理）入口部のＢＯＤ／Ｔ−Ｎ比を、外部からの水素
供与体（例えばメタノール等）の添加が不要な値に調整
することができるとともに、硝化脱窒素処理では窒素ガ
スとして除去されていたものが、アンモニアストリッピ
ングによりアンモニアNH₃として回収できることで、資
源の有効利用を図ることもできる。また、活性汚泥処理
後の余剰汚泥を堆肥化（コンポスト化）する態様によれ
ば、システム全体として、一層資源としての有効利用が
図れる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る有機性廃棄物
の処理方法について、添付図面を参照しながら、その具
体的な実施形態を詳細に説明する。実施の形態（その１）図１に、本発明に係る有機性廃水処理の一例を示す。従
来の廃水処理システムにおける硝化脱窒処理では、窒素
分、ＢＯＤ成分等を任意に含む有機性廃水をそのまま処
理していたが、本実施の形態では、その前段でアンモニ
ア成分を回収する。すなわち、アンモニアストリッピン
グ（窒素分回収）、活性汚泥処理の順で処理し、アンモ
ニアストリッピングを活性汚泥処理の前段で行う。この
アンモニアストリッピング処理によって、有機性廃水中
のアンモニア成分を含む窒素分濃度（Ｔ−Ｎ）が減少し
て、結果としてＢＯＤ／Ｔ−Ｎ比が増大する。そして、
続いて実施される硝化脱窒処理では、高いＢＯＤ／Ｔ−
Ｎ比（例えば３以上）の有機性廃水が導入されるため、
十分なＢＯＤ量が確保されており、安定した脱窒反応が
可能となる。

【００１２】ここで、アンモニアストリッピング１にお
いては、窒素化合物をアンモニアの形態のままで回収す
る。アンモニア回収は、通常１０〜２０％のアンモニア
水として回収され、回収したアンモニアは、中和剤とし
て使用したり、硫酸と混ぜて硫安等の肥料成分として使
用できる。この時、カプロラクタム製造工程，青酸製造
工程，メタクリル酸エステル製造工程，酸化チタン生成
廃液などの化学プラント等から発生する廃硫酸の利用も
考えられる。つまり、回収したアンモニアと化学プラン
トにて発生する廃硫酸とを反応させ、有価物である硫酸
アンモニウムを製造することもできる。

【００１３】上記アンモニアストリッピング処理は、例
えば図４に示すような蒸留塔によって実施できる。この
蒸留塔（アンモニアストリッパ）では、複数段に亘る棚
状の段２０に高温の水蒸気を下部から通し、上部から導
入される有機性廃水（原液）と接触させる。この接触に
より、塔の下部からは排水が回収され、上部からはアン
モニアを含む水蒸気が回収できる。この水蒸気を凝縮さ
せることによって、アンモニア水が得られる。アンモニ
アストリッピング自体は、電力設備の廃水や産業廃棄物
の廃水のように無機質系の廃水処理にも利用できる。本
発明では、例えばし尿や下水、家畜糞尿など有機性の窒
素含有廃水の処理過程にアンモニアストリッピングを用
いる。

【００１４】本発明では、上記アンモニアストリッピン
グ１を経て、高いＢＯＤ／Ｔ−Ｎ比（例えば３以上）を
有することとなった有機性廃水が活性汚泥処理に導入さ
れるので、有機性廃水は効果的に硝化脱窒素処理が行わ
れる。硝化脱窒素処理においては種々の装置を適宜用い
ることができ、何ら限定されるものではないが、本実施
の形態では、二槽式硝化脱窒処理槽および一槽式硝化脱
窒処理槽（単一槽）について説明する。

【００１５】一般に生物脱窒法では、曝気で作った好気
雰囲気下、廃水に含まれているアンモニア性窒素を硝化
菌の作用により、亜硝酸性窒素または硝酸性窒素に酸化
する硝化反応と、かかる亜硝酸性窒素または硝酸性窒素
を脱窒菌の作用により、嫌気雰囲気下窒素ガスに還元す
る脱窒反応によって行われる。この生物脱窒法の重要な
役割を担っているのは硝化菌と脱窒菌であるが、これら
の菌が機能するためには、炭素源が必要である。この生
物窒素除去法の脱窒反応においては、上記（２）又は
（３）式によって硝化反応で発生したＮＯｘ−Ｎは分解
され、無害化される。本発明では、水素供給体（Ｈ2）
としては原液中のＢＯＤ成分中に含まれるものを利用す
る。ここで、亜硝酸性窒素に比べると安定性の高い硝酸
性窒素の脱窒反応（３）式には、脱窒する窒素量に対し
てより高い水素（Ｈ2）量、すなわち、ＢＯＤ成分の量
が必要となる。

【００１６】図５に示す二層式装置では、好気雰囲気下
の硝化反応と、嫌気雰囲気下の脱窒反応とは、硝化槽９
と脱窒槽８において別々に行われるので、かかる曝気硝
化槽９における好気雰囲気下での硝化反応においては、
流入するアンモニア性窒素を確実に硝酸性窒素まで硝化
するので、脱窒反応では多くのＢＯＤ成分が必要であ
る。そこで、脱窒槽８における脱窒反応においては、通
常ＢＯＤ／Ｔ−Ｎが３以上であることが必要となる。そ
の点、本発明によれば、アンモニアストリッピングによ
って廃水中の窒素分の一部が回収されており、ＢＯＤ成
分の相対濃度（通常ＢＯＤ／Ｔ−Ｎ比が３〜１０）が高
いので、脱窒槽にメタノール等を添加する必要はなく、
コスト的に有利である。また、脱窒反応におけるＢＯＤ
成分の濃度を十分に確保できるので、脱窒機能が安定化
する効果もある。

【００１７】また、硝化脱窒素処理においては、図６に
示す単一槽タイプの装置を用いることができる。この処
理方法においては、完全混合型の反応槽１０にて、高い
活性汚泥濃度・容積負荷に設定した、ＢＯＤ成分を含ん
だ有機性廃水を間欠投入すること、曝気空気量を過不足
ないように制御すること等により、アンモニア性窒素の
硝化を亜硝酸性窒素までで止めると共に、単一の反応槽
で硝化反応と脱窒反応とを同時に行い、反応効率を高め
るものである。この方法では、被処理廃水を間欠投入す
るにより、有機性廃水の投入時には、廃水の高い酸素消
費活性を利用することにより槽内を比較的嫌気状態にし
て脱窒反応が卓越する時間帯を確保し、投入停止時に
は、槽内を比較的好気状態に維持し硝化反応が卓越する
時間帯を確保することが必要である。また、溶存酸素濃
度を必要以上に高くしない様にするために、曝気空気量
を過不足ないように制御することで、曝気を行いつつ嫌
気環境をつくり、高い脱窒機能を維持する。このような
単一槽を用いれば、プロセスを簡易化でき、かつ、ｐＨ
調整用アルカリの薬品の使用量を少なくするという利点
がある。そして、上記単一槽からの流出液は、単一槽に
接続している固液分離槽１３に導入され、固液分離手段
により固液分離し、分離液を処理液として取出し、濃縮
汚泥を単一槽に返送する。単一槽において高負荷で処理
を行う場合、活性汚泥濃度を高く維持する必要があり、
このような高汚泥濃度の流出液は沈降分離では分離困難
であるが、膜分離装置を用いることにより固液分離が可
能である。

【００１８】さらに、硝化脱窒素処理においては、図７
に示す単一槽タイプの装置を用いることもできる。この
処理方法では、完全混合型の反応槽１０において、槽内
の一部が隔壁により、曝気してエアリフト循還流を形成
する曝気部と非曝気部に仕切られており、投入される有
機物性窒素化合物を含有する廃水に対し、仕切られた該
曝気部と該非曝気部との間を双方向で流動させる。そし
て、曝気部にて好気雰囲気で硝化を行い、非曝気部にて
嫌気雰囲気で脱窒を行う。この方法では、空気の量を極
力抑え、酸素の溶解効率を向上させる観点から、単一槽
を深層化することが好ましく、例えば深さが約１０ｍ程
度で十分な機能が期待できる。また、本発明の単一槽に
設けられる隔壁１４は、かかる槽を完全に２つに仕切る
ものではなく、廃水が双方向に流動できるように、かか
る単一槽を２つのゾーンに分けるものである。つまり隔
壁の作用は、単一槽内を有機性廃水が双方向に流動でき
る、曝気してエアリフト循還流を形成できる曝気部と、
非曝気部とに分けることである。さらに、エアを送り込
む装置、例えば、曝気装置１２を曝気部に設けることが
好ましく、特に、曝気循環部の底に設けることが好まし
い。これによって、廃水を曝気装置によって起こした上
昇するエアリフトに乗せ、曝気部から非曝気部に流しこ
み、さらに曝気部までに流して循環流を作り出すことが
できる。なお、有機性廃水の投入法は、連続でも、間欠
でもよく、とくに限定されるものではないが、図７の単
一槽では、連続投入することが好ましい。また、上記循
環流を確保するために、単一槽を左右に仕切る隔壁の上
部と下部に空隙や穴を設けることが好ましい。

【００１９】一方、本発明においては、図３に示すよう
に活性汚泥処理２の後段において、必要に応じて高度処
理３を実施することができる。高度処理では、凝集沈殿
・活性炭吸着・オゾン処理などにより、生物処理で残留
した有機物や色度（発色成分）、リンなどの除去を行
う。特に、生物学的な処理のみでは分解困難なＣＯＤ成
分等の難分解性有機物は、色度成分の主成分となってお
り、高度処理を行うことによって有機性廃水の色度除去
等を一層有効に行うことができる。

【００２０】実施の形態（その２）図２および図３に、本発明に係る有機性廃水処理の他の
一例を示す。本実施の形態では、実施の形態（その１）
の活性汚泥処理２（生物硝化脱窒素処理）によって排出
される余剰汚泥を、堆肥化（コンポスト化４）する工程
を加えた処理方法である。廃棄物処理においては種々の
リサイクルが行われてきており、有機性廃水処理におい
ても、単に無害化して廃棄するのではなく、再生物とし
て回収して循環使用することが推進されてきている。本
実施の形態のように、炭素化合物に関してはコンポスト
処理することによって、再生物の循環利用が可能とな
る。

【００２１】実施の形態（その3）実施の形態（その１）においては、アンモニアストリッ
ピング１で回収したアンモニアをそのまま資源として利
用できる。本実施の形態では、上記アンモニアストリッ
ピング処理で回収したアンモニアを、触媒反応処理によ
り窒素ガスに変換する有機性廃水の処理方法である。本
実施の形態では、回収したアンモニアを触媒反応を用い
て、アンモニアを窒素ガスに変換する。有機性廃水から
回収する窒素分は、設備周辺の環境によってはアンモニ
アの形態での回収することが困難な場所もある。よっ
て、本実施の形態によれば、回収したアンモニアを触媒
で処理し、無害な窒素ガスとして大気中に放出すること
ができ、刺激性のアンモニアは排出されない。ここで用
いられるアンモニアを窒素に分解する触媒としては、例
えば酸化チタン系等が挙げられる。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る処理
方法によれば、活性汚泥処理（硝化脱窒素処理）入口部
のＢＯＤ／Ｔ−Ｎ比を、外部からの水素供与体（例えば
メタノール等）の添加が不要な値に調整することができ
るので、システムの運転コストを大幅に低減することが
できる。また、硝化脱窒素処理では窒素ガスとして除去
されていたものが、アンモニアストリッピングによりア
ンモニアNH₃として回収できることで、エネルギー的に
も効率良く資源の有効利用を図ることもできる。さら
に、活性汚泥処理後の余剰汚泥を堆肥化する態様によれ
ば、システム全体として、一層資源としての有効利用が
図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る有機性廃水の処理方法の工程を模
式的に示す図である。

【図２】本発明に係る有機性廃水の処理方法の他の工程
を模式的に示す図である。

【図３】本発明に係る有機性廃水の処理方法の他の工程
を模式的に示す図である。

【図４】本発明で用いられるアンモニアストリッパの概
略を示す構成図である。

【図５】本発明で用いることができる二層式処理槽の概
略を示す構成図である。

【図６】本発明で用いることができる単一槽の概略を示
す構成図である。

【図７】本発明で用いることができる他の単一槽の概略
を示す構成図である。

【符号の説明】

１アンモニアストリッピング２活性汚泥処理３高度処理４コンポスト化８脱窒素槽９硝化槽１０硝化脱窒処理１１酸素供給管１２曝気装置１３固液分離槽１４隔壁１５好気ゾーン１６嫌気ゾーン１７ブロア１８処理液流出部２０棚段２１液降下部２２棚段支持部２３インレットウエア２４アウトレットウエア２５気液接触部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者藤瀬和彦神奈川県横浜市中区錦町12番地三菱重工業株式会社横浜製作所内 (72)発明者水谷洋神奈川県横浜市中区錦町12番地三菱重工業株式会社横浜製作所内Ｆターム(参考） 4D028 AA08 BA04 BB01 BB07 BC17 CA01 CC02 4D037 AA11 AB01 AB05 AB12 AB15 BA23 BB01 BB05 BB06 CA01 CA03 CA06 CA07 CA08 CA12 4D040 BB05 BB07 BB12 BB22 BB24 BB91

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】有機性廃水処理において、硝化脱窒素処
理の前段にて、有機性廃水に含まれるアンモニア成分を
アンモニアストリッピングによって除去することを特徴
とする有機性廃水の処理方法。
【請求項２】上記硝化脱窒素処理によって排出される
余剰汚泥を、堆肥化することを特徴とする請求項１記載
の有機性廃水の処理方法。
【請求項３】上記硝化脱窒素処理の後段にて、高度処
理を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の有機
性廃水の処理方法。
【請求項４】上記アンモニアストリッピングで回収し
たアンモニアを、触媒反応処理により窒素ガスに変換す
ることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の有
機性廃水の処理方法。
【請求項５】上記アンモニアストリッピング処理で回
収したアンモニアと化学プラントにて発生する廃硫酸と
を反応させ、有価物である硫酸アンモニウムを製造する
請求項１〜４のいずれかに記載の有機性廃水処理方法。