JP2004305816A - 硝化方法及び装置並びに廃水処理装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】アンモニア性窒素含有液と、濃度100mg/Lの低濃度な硫酸アンモニア溶液中で8週間培養して検出される硝化菌であるAL菌が優先繁殖したAL菌固定化担体16とを硝化槽14内で好気性雰囲気で接触させて硝化処理すると共に、該硝化槽14内の亜硝酸性窒素濃度/アンモニア性窒素濃度の比を2〜10の範囲に制御する。
【選択図】 図3
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は硝化方法及び装置並びに廃水処理装置に係り、特に高濃度のアンモニア性窒素廃水を固定化微生物を用いて高速処理するための硝化方法及び装置並びに廃水処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
廃水中に含まれるアンモニア性窒素は、放流先の公共用水域の溶存酸素の低下や、閉鎖性水域における富栄養化の原因物質の一つとなることから、その効果的な除去方法が課題になっている。廃水中のアンモニア性窒素を生物学的に処理する方法としては、通常、活性汚泥循環変法を用いた処理方法が行われ、硝化菌によるアンモニアから硝酸への硝化反応及び脱窒菌による硝酸から窒素への脱窒反応を利用したものである。この方法は、嫌気性状態の脱窒槽と好気性状態の硝化槽の2つの槽から成り、脱窒槽では脱窒菌により廃水中の有機物の分解と脱窒処理が行われ、硝化槽では硝化菌により廃水中のアンモニア性窒素が硝化処理されて硝酸になる。そして、硝化槽で硝化処理された硝化液が脱窒槽に循環されることにより廃水中の窒素成分は窒素ガスとして大気に放出されて除去される。この活性汚泥循環変法は、硝化効率を上げるために硝化菌の固定化が検討されており、固定化硝化菌を硝化槽に投入したプロセスが実用化されている。更には、固定化脱窒菌を脱窒槽に投入したプロセスも検討されている。
【0003】
この活性汚泥循環変法が適用される廃水は、主にアンモニア性窒素濃度が20〜60mg/l程度のアンモニア性窒素濃度が低レベルな下水であり、この程度のアンモニア性窒素濃度では硝化反応がスムーズに進行し、放流水中のアンモニア性窒素濃度が放流基準以下の数mg/l以下になる。しかし、高濃度のアンモニア性窒素廃水(400mg/L 〜5000mg/L 程度)が多量に発生する例えば現像所、無機合成工場、発電所等の場合には、廃水原水のアンモニア性窒素濃度を高くとも200mg/l以下になるまで希釈してから生物学的な処理を行っている。この結果、処理すべき廃水量が著しく増加してしまい、大規模な廃水処理装置が必要になるという問題があった。
【0004】
このような背景において、本出願の発明者は特許文献1において、濃度5000mg/L以上の高濃度な硫酸アンモニア溶液中で培養して検出される硝化菌であるAH菌がアンモニア性窒素濃度が400mg/L以上で高い硝化速度を発揮すること、濃度5000mg/L以上の高濃度な硫酸アンモニア溶液中で培養して検出される硝化菌であるAH菌及び濃度約100mg/Lの低濃度な硫酸アンモニア溶液中で培養して検出される硝化菌であるAL菌が混相状態で繁殖したAH菌・AL菌がアンモニア性窒素濃度が150〜400mg/Lの範囲で高い硝化速度を発揮すること、更には、濃度約100mg/Lの低濃度な硫酸アンモニア溶液中で培養して検出される硝化菌であるAL菌がアンモニア性窒素濃度200mg/L以下で高い硝化速度を発揮することを見いだした。
【0005】
そして、高濃度のアンモニア性窒素廃水を生物処理する方法に上記した3種類の硝化菌の特性を利用して、1段目の第1硝化槽でAH菌固定化担体とアンモニア性廃水を接触させ、2段目の第2硝化槽でAH菌・AL菌固定化担体とアンモニア性廃水とを接触させ、3段目の第3硝化槽でAL菌固定化担体とアンモニア性廃水とを接触させる多段硝化槽を構築することを提案した。
【0006】
【特許文献1】
特許第3252887号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した多段硝化槽のうち、AL菌が存在する2段目と3段目の硝化槽の立ち上げ時において、硝化速度が向上しないという現象がみられ、これにより立ち上げに長期間を要するという問題がある。また、硝化速度が大きい状態で安定する定常運転時においても、ある時期に硝化速度が急激に低下する現象がみられ、これにより多段硝化槽の後段に設けられた脱窒槽で脱窒処理して得られた処理水の水質が悪化してしまうという問題がある。
【0008】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、AL菌が存在する硝化槽での立ち上げを短期間で速やかに行うことができると共に、定常運転時における硝化速度の急激な低下を抑制して硝化速度を常に大きな状態に安定して維持することができる硝化方法及び装置並びに廃水処理装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決する為の手段】
硝化槽を多段に設けた場合、AL菌が優先繁殖する後段側の硝化槽では、上述したように、立ち上げ時に硝化速度が向上しない現象があるが、発明者は、この原因を追求したところ、AL菌の細胞内の亜硝酸性窒素(NO2 −N)濃度と細胞外部のアンモニア性窒素(NH4 −N)濃度とのバランスに伴う基質移動(能動輸送)に原因があることが分かった。即ち、AL菌の細胞内の亜硝酸性窒素濃度と細胞外部のアンモニア濃度とのバランスが略1:1に近づくと、AL菌の活性がそれ以上大きくならないことに起因する。従って、硝化槽内の亜硝酸性窒素濃度とアンモニア性窒素濃度との比のバランスを1:1から崩してやることでAL菌の硝化速度を良い状態に回復できるとの知見を得た。
【0010】
上記バランスを1:1から崩す方法としては、AL菌が存在する硝化槽の後段において、脱窒処理に続いて再曝気処理した液を固液分離した汚泥及び/又は処理水をAL菌が存在する硝化槽に戻すことが効果的であることが分かった。この理由は、立ち上げ時の脱窒性能が十分でないときの脱窒処理によって亜硝酸が多く残存し、更にこの液を再曝気処理して硝化を進行させることにより、アンモニア濃度に比べて亜硝酸濃度の高い汚泥や処理水が得られ、この汚泥及び/又は処理水を硝化槽に戻すことで上記バランスが1:1から崩れるためと考えられる。この場合、硝化槽の後段において硝化槽での曝気量よりも多い曝気量で再曝気処理して硝化反応を進行させるだけでも効果がある。しかし、アンモニア濃度に比べて亜硝酸濃度の高い汚泥及び/又は処理水を硝化槽に戻し過ぎて、硝化槽内のアンモニア性窒素濃度に対する亜硝酸性窒素濃度の比(以下、「亜硝酸/アンモニア比」と称す)が余りにも大きくなると、AL菌の亜硝酸耐性の限界を超えてしまうために硝化速度が急激に低下するとの知見を得た。
【0011】
発明者は、上記知見から、AL菌が存在する硝化槽の硝化速度を向上させて立ち上げ期間を短縮して速やかに立ち上げるために好適な硝化槽内の亜硝酸/アンモニア比を実験により調べたところ、亜硝酸/アンモニア比が2〜10の範囲であることが必要であり、より好ましい範囲は3〜8の範囲であるとの知見を得た。
【0012】
また、発明者は、この硝化槽内の亜硝酸/アンモニア比は、何も立ち上げ時に限ったものではなく、硝化槽が大きな硝化速度で安定する定常運転時でも、亜硝酸/アンモニア比が2を下回ったり、10を超えたりした場合には、硝化速度が急激に低下するとの知見を得た。従って、定常運転時にも硝化槽内の亜硝酸/アンモニア比が上記した範囲に入るように調整することで、常に硝化速度が大きな状態を維持することができる。
【0013】
また、本発明者は、前記したバランスを1:1から崩す別の方法としては、ゼオライトをAL菌が存在する硝化槽に添加することも効果的であることも分かった。この理由は、ゼオライトはアンモニアの吸着性に優れているので、AL菌が存在する硝化槽にゼオライトを添加してアンモニアを吸着することで、上記バランスが1:1から崩れるためと考えられる。この場合にも、ゼオライトによるアンモニアの吸着で硝化槽内の亜硝酸/アンモニア比が10を超えないように、添加するゼオライト量を調整することが必要である。
【0014】
本発明はかかる知見のもとに成されたものである。
【0015】
本発明の請求項1は前記目的を達成する為に、アンモニア性窒素含有液と、濃度約100mg/Lの低濃度な硫酸アンモニア溶液中で4〜8週間培養して検出される硝化菌であるAL菌が優先繁殖したAL菌固定化担体とを硝化槽内で好気性雰囲気で接触させて硝化処理すると共に、該硝化槽内の亜硝酸性窒素濃度/アンモニア性窒素濃度の比を2〜10の範囲に制御することを特徴とする。
【0016】
これにより、硝化槽での立ち上げ期間を短縮して速やかに立ち上げることができ、且つ定常運転時におけるAL菌固定化担体の硝化速度の急激な低下現象を抑制し、硝化速度を常に大きな状態に安定させることができる。
【0017】
従って、本発明の請求項1硝化方法を、高濃度のアンモニア性廃水を無希釈で処理する多段硝化槽のうち、アンモニア性窒素含有液とAL菌固定化担体とを接触させて硝化処理する硝化槽に適用すれば、高濃度のアンモニア性廃水を一層効率的に処理することができる。
【0018】
本発明の請求項2は前記目的を達成する為に、アンモニア性窒素含有液と、濃度5000mg/L以上の高濃度な硫酸アンモニア溶液中で4〜8週間培養して検出される硝化菌であるAH菌及び濃度約100mg/Lの低濃度な硫酸アンモニア溶液中で4〜8週間培養して検出される硝化菌であるAL菌が混相状態で繁殖したAH菌・AL菌固定化担体とを硝化槽内で好気性雰囲気で接触させて硝化処理すると共に、前記AH菌・AL菌固定化担体におけるAH菌の菌数/AL菌の菌数の比が1未満の場合には、前記硝化槽内の亜硝酸性窒素濃度/アンモニア性窒素濃度の比を2〜10の範囲に制御することを特徴とする。
【0019】
硝化槽での立ち上げ時に硝化速度が向上しない現象や、定常運転時のある時期に硝化速度が急激に低下する現象は、アンモニア性窒素含有液とAL菌固定化担体とでの硝化処理に限らず、アンモニア性窒素含有液とAH菌・AL菌固定化担体とでの硝化処理でも発生する。しかし、この場合には、AH菌・AL菌固定化担体におけるAH菌の菌数/AL菌の菌数の比が1未満の場合、即ちAL菌がAH菌よりも多く、AL菌が硝化速度の律速になる場合に発生する。
【0020】
そこで、請求項2では、AH菌・AL菌固定化担体におけるAH菌の菌数/AL菌の菌数の比が1未満の場合には、硝化槽内の亜硝酸/アンモニア比を2〜10の範囲に制御するようにしたので、硝化槽での立ち上げ期間を短縮して速やかに立ち上げることができ、且つ定常運転時におけるAL菌固定化担体の硝化速度の急激な低下現象を抑制し、硝化速度を常に大きな状態に維持することができる。
【0021】
従って、本発明の請求項2の硝化方法を、高濃度のアンモニア性廃水を無希釈で処理する多段硝化槽のうち、アンモニア性窒素含有液とAH菌・AL菌固定化担体とを接触させて硝化処理する硝化槽に適用すれば、高濃度のアンモニア性窒素廃水を一層効率的に処理することができる。
【0022】
本発明の請求項3は、請求項1又は2において、硝化槽内の亜硝酸性窒素濃度/アンモニア性窒素濃度の比が3〜8になるようにすることを特徴とする。
【0023】
請求項3は、硝化槽内の亜硝酸/アンモニア比を3〜8の範囲に限定したもので、硝化速度を一層大きく維持することができる。
【0024】
本発明の請求項4は前記目的を達成するために、アンモニア性窒素含有液を好気性雰囲気で硝化菌に接触させて硝化処理する硝化装置において、前記アンモニア性窒素含有液が流入する硝化槽と、前記硝化槽内で前記アンモニア性窒素含有液に接触する固定化担体であって、濃度約100mg/Lの低濃度な硫酸アンモニア溶液中で4〜8週間培養して検出される硝化菌であるAL菌が優先繁殖したAL菌固定化担体と、前記硝化槽内を好気性雰囲気にする曝気手段と、前記硝化槽内の亜硝酸性窒素濃度/アンモニア性窒素濃度の比を検出する検出手段と、前記検出手段の検出結果に基づいて、前記硝化槽内の亜硝酸性窒素濃度/アンモニア性窒素濃度の比を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【0025】
本発明の請求項4は、請求項1の硝化方法を具体的な装置として構成したものである。
【0026】
本発明の請求項5は前記目的を達成するために、アンモニア性窒素含有液を好気性雰囲気で硝化菌に接触させて硝化処理する硝化装置において、前記アンモニア性窒素含有液が流入する硝化槽と、前記硝化槽内に充填されて前記アンモニア性窒素含有液に接触する固定化担体であって、濃度5000mg/L以上の高濃度な硫酸アンモニア溶液中で4〜8週間培養して検出される硝化菌であるAH菌及び濃度約100mg/Lの低濃度な硫酸アンモニア溶液中で4〜8週間培養して検出される硝化菌であるAL菌が混相状態で繁殖したAH菌・AL菌固定化担体と、前記硝化槽内を好気性雰囲気にする曝気手段と、前記硝化槽内の亜硝酸性窒素濃度/アンモニア性窒素濃度の比を検出する検出手段と、前記AH菌・AL菌固定化担体におけるAH菌の菌数/AL菌の菌数の比が1未満の場合には、前記検出手段の検出結果に基づいて、前記硝化槽内の亜硝酸性窒素濃度/アンモニア性窒素濃度の比を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【0027】
本発明の請求項5は、請求項2の硝化方法を具体的な装置として構成したものである。また、AH菌・AL菌固定化担体におけるAH菌の菌数/AL菌の菌数の比が1未満かどうかは、AH菌・AL菌固定化担体の菌体を調べることにより把握することができる。
【0028】
本発明の請求項6は請求項4又は5において、前記制御手段は、前記硝化槽の後段で再曝気処理をした後の固液分離で発生する汚泥及び/又は処理水を前記硝化槽に返送する返送手段、及び/又は前記硝化槽にゼオライトを添加する添加手段であることを特徴とする。
【0029】
硝化槽の後段で再曝気処理をした後の固液分離で発生する汚泥及び/又は処理水を硝化槽に返送するようにしたので、硝化反応が進行して亜硝酸/アンモニア比が高い汚泥及び/又は処理水が硝化槽に返送される。この結果、硝化槽での立ち上げ期間を短縮でき、且つ定常運転時におけるAL菌固定化担体の硝化速度の急激な低下現象を抑制し、硝化速度を常に大きな状態に維持することができる。この場合、返送する汚泥汚泥及び/又は処理水は、硝化槽の立ち上げのための馴養期間では亜硝酸が100〜200mg/L含有され、アンモニアは50mg/L以下の含有であることが好ましい。即ち、立ち上げ時の脱窒が不十分な状態で再曝気処理して硝化を進行させることで、このような亜硝酸とアンモニアとの関係を得ることができる。
【0030】
また、硝化槽にゼオライトを添加することによっても同様の効果を得ることができる。
【0031】
本発明の請求項7は前記目的を達成するために、アンモニア性窒素含有液を硝化処理する槽を直列に2槽以上n段数配置された多段硝化槽と、前記多段硝化槽の後段に設けられ、前記多段硝化槽で硝化処理された流出液を脱窒処理する脱窒槽と、前記脱窒槽で脱窒処理された流出液を再曝気処理する再曝気槽と、前記再曝気槽で再曝気処理された流出液を固液分離する固液分離槽と、前記固液分離槽で固液分離された汚泥及び/又は処理水を前記多段硝化槽のうちのn段目及び/又はn−1段目に返送する返送手段と、を備えたことを特徴とする。
【0032】
本発明の請求項7は、多段硝化槽に本発明の硝化装置を組み込んでアンモニア性窒素含有液から窒素を除去する廃水処理装置として構成したものである。これにより、AL菌が存在する硝化槽での立ち上げ期間を短縮して速やかな立ち上げを行うことができ、且つ定常運転時におけるAL菌固定化担体の硝化速度の急激な低下現象を抑制し、硝化速度を常に大きな状態に維持することができる。この場合、返送する汚泥及び/又は処理水に亜硝酸を多く残存させるためには、脱窒槽でのメタノール添加量を亜硝酸濃度の0.5〜1.0倍の濃度で添加するとよい。
【0033】
【発明の実施の形態】
以下添付図面に従って本発明に係る硝化方法及び装置並びに廃水処理装置の好ましい実施の形態について詳説する。
【0034】
本発明を説明する前に、本発明を理解する上で前提となるAH菌、AH菌・AL菌、及びAL菌について説明する。
【0035】
本発明者は、硝化菌は、大別すると、高濃度のアンモニア性窒素雰囲気の条件下で高活性を発揮する硝化菌と、低濃度のアンモニア性窒素雰囲気の条件下で高活性を発揮する硝化菌とが生存することを見いだし、これら2種類の硝化菌を特定するために、濃度5000mg/l以上の高濃度な硫酸アンモニア溶液中で4〜8週間培養して検出される硝化菌をAH菌とし、濃度約100mg/lの低濃度な硫酸アンモニア溶液中で4〜8週間培養して検出される硝化菌をAL菌とした。
【0036】
これらAH菌やAL菌の特性を図1に示すように、AH菌は、アンモニア性窒素濃度が400mg/l以上の領域で優先繁殖し、菌数の顕著な増殖が見られ、硝化速度も顕著に高くなる。AL菌はアンモニア性窒素濃度が200mg/l以下の領域で優先繁殖し、菌数の顕著な増殖が見られ、硝化速度は100mg/l付近にピークがある放物線を示す。そして、アンモニア性窒素濃度が150〜400mg/lの領域ではAH菌とAL菌の混相繁殖したAH菌・AL菌となり、硝化速度は2種類の菌の混在による相乗効果が生じる。
【0037】
従って、AH菌とAL菌の特性を上手に利用した多段硝化槽を構築することにより、高濃度のアンモニア性窒素廃水を効率良く且つ高速に処理することができると共に、亜硝酸型の硝化反応を支配的に行うことができるので、脱窒槽での必要な有機物添加量も少なくできる。
【0038】
本発明者は、かかるAH菌、AH菌・AL菌、AL菌を利用した多段硝化槽に関する研究の中で、多段硝化槽のうち、AL菌が存在する後段の硝化槽の立ち上げ時に硝化速度が向上しない現象、或いは定常運転時において、ある時期に硝化速度が急激に低下する現象の原因として図2に示す関係を見い出した。
【0039】
図2の縦軸はAL菌の硝化速度(mg−N/h・L −担体)であり、横軸はAL菌固定化担体が充填された硝化槽内におけるアンモニア性窒素濃度に対する亜硝酸性窒素濃度の比(亜硝酸/アンモニア比)である。
【0040】
図2から分かるように、亜硝酸/アンモニア比を大きくしていくと、AL菌の硝化速度は急激に低下し、亜硝酸/アンモニア比が略1:1のときに硝化速度が最低となり約40(mg−N/h・L −担体)まで低下する。この現象の原因として、亜硝酸/アンモニア比が1:1の平衡状態で基質の能動輸送が阻害されていることが考えられる。これは、アンモニア性窒素含有液とAL菌固定化担体とを接触させて硝化処理する硝化槽の立ち上げ時に特に見られる現象で、硝化初期の亜硝酸性窒素濃度が小さい水質状態から硝化処理が進行して次第に硝化槽内の亜硝酸性窒素濃度が高くなってくると発生する。
【0041】
従来、亜硝酸性窒素濃度が増加するとAL菌の硝化速度が急激に低下する原因は、AL菌の亜硝酸耐性が弱いためと考えられていたが、図2から分かるように、亜硝酸/アンモニア比を略1:1から更に大きくしていくと、AL菌の硝化速度は再び上昇する。亜硝酸/アンモニア比が2のときに硝化速度が約100(mg−N/h・L −担体)まで回復し、亜硝酸/アンモニア比が3を超えるころに硝化速度が約200(mg−N/h・L −担体)で最大になる。そして、亜硝酸/アンモニア比が約8から硝化速度が再び低下し始め、亜硝酸/アンモニア比が約10のときに硝化速度が約100(mg−N/h・L −担体)まで低下し、その後も低下する。これは硝化槽内のアンモニア性窒素濃度に対する亜硝酸性窒素濃度の比が余りにも大きくなると、AL菌の亜硝酸耐性の限界を超えてしまうために硝化速度が低下し始めるものと考えられる。
【0042】
従って、AL菌固定化担体が充填された硝化槽の立ち上げ期間の短縮を行うには、硝化槽内の亜硝酸/アンモニア比を2〜10の範囲、好ましくは3〜8の範囲に制御することが重要である。また、硝化速度が大きな状態で安定する定常運転時においても、硝化槽内の亜硝酸/アンモニア比を2〜10の範囲、好ましくは3〜8の範囲に制御することが重要である。
【0043】
また、図2の亜硝酸/アンモニア比と硝化速度との関係は、アンモニア性窒素含有液とAL菌固定化担体とを接触させて硝化処理する硝化槽だけでなく、アンモニア性窒素含有液とAH菌・AL菌固定化担体とを接触させて硝化処理する硝化槽でも同様に生じる。しかし、この場合には、AH菌・AL菌固定化担体におけるAH菌の菌数/AL菌の菌数の比が1未満の場合に発生することが分かった。
【0044】
本発明の硝化方法は、かかる知見に基づいて成されたもので、アンモニア性窒素含有液と、濃度約100mg/Lの低濃度な硫酸アンモニア溶液中で4〜8週間培養して検出される硝化菌であるAL菌が優先繁殖したAL菌固定化担体とを硝化槽内で好気性雰囲気で接触させて硝化処理すると共に、該硝化槽内の亜硝酸性窒素濃度/アンモニア性窒素濃度の比を2〜10の範囲に、好ましくは3〜8の範囲に制御するものである。
【0045】
更には、アンモニア性窒素含有液と、濃度5000mg/L以上の高濃度な硫酸アンモニア溶液中で4〜8週間培養して検出される硝化菌であるAH菌及び濃度約100mg/Lの低濃度な硫酸アンモニア溶液中で4〜8週間培養して検出される硝化菌であるAL菌が混相状態で繁殖したAH菌・AL菌固定化担体とを硝化槽内で好気性雰囲気で接触させて硝化処理すると共に、前記AH菌・AL菌固定化担体におけるAH菌の菌数/AL菌の菌数の比が1未満の場合には、前記硝化槽内の亜硝酸性窒素濃度/アンモニア性窒素濃度の比を2〜10の範囲に、好ましくは3〜8の範囲に制御するものである。
【0046】
かかる本発明の硝化方法の場合、AL菌固定化担体又はAH菌・AL菌固定化担体は、活性汚泥からAH菌やAL菌を分離して固定化した、所謂、分離培養硝化菌固定化法で製造されたものであっても、活性汚泥からAH菌やAL菌を集積培養する、所謂、集積培養硝化菌固定化法の何れであってもよい。
【0047】
図3は、本発明の硝化方法を適用する硝化装置の構成図である。
【0048】
硝化装置10は、流入管12からアンモニア性窒素含有液が硝化槽14に流入し、硝化槽14内に充填された固定化担体16(AL菌固定化担体又はAH菌・AL菌固定化担体)と接触する。硝化槽14内の底部には、ブロア18に接続された曝気管20が配設され、この曝気管20からエアが曝気されることにより、硝化槽14内が好気性雰囲気に形成される。硝化槽14で硝化処理された処理液は流出管22により底部に曝気管20を有する再曝気槽17を介して固液分離槽24に送られ、処理水と汚泥とに固液分離される。固液分離槽24の底部と硝化槽14とは返送汚泥配管26によって連結され、コントローラ28が返送汚泥配管26に設けた返送汚泥ポンプ30を制御することにより固液分離槽24で沈降した汚泥を硝化槽14に返送する。この場合、汚泥を返送することに限らず、固液分離槽24で分離された処理水を返送してもよく、汚泥と処理水の両方を返送してもよい。
【0049】
また、硝化槽14の上方には、ゼオライトを貯留するタンク32が設けられ、タンク32底部から添加配管34が硝化槽14まで延設される。そして、コントローラ28が添加配管34に設けたバルブ36を開成することにより、ゼオライトを硝化槽14に添加する。硝化槽14へのゼオライトの添加はアンモニアの吸着除去を目的としたものであり、アンモニアの吸着除去できるものであれば他の物質でもよい。また、硝化槽14内のアンモニアを吸着以外で除去する方法としては、PHストリッピング法があり、硝化槽14内の液のPHを約10に調整し、曝気管20から曝気するエア量を好気性雰囲気にするエア量の2倍以上曝気することで、液中のアンモニアを大気中に気散させることができる。
【0050】
硝化槽14内には、亜硝酸性窒素濃度を検出する亜硝酸センサ38が設けられると共に、アンモニア性窒素濃度を検出するアンモニアセンサ40が設けられる。亜硝酸センサ38としては例えばブラウンルーベを使用でき、アンモニアセンサ40としては、例えばイオン電極を使用することができる。亜硝酸センサ38及びアンモニアセンサ40で検出された検出結果は、比較器42によって亜硝酸/アンモニア比が求められ、求めた結果がコントローラ28に入力される。そして、コントローラ28は、入力された亜硝酸/アンモニア比に基づいて硝化槽14内の亜硝酸/アンモニア比が2〜10の範囲内になるように、添加配管34のバルブ36又は汚泥返送配管26の返送汚泥ポンプ30を制御する。即ち、硝化槽14の立ち上げ時或いは定常運転時に、亜硝酸/アンモニア比が1に近づく方向にシフトする場合には、コントローラ28は、固液分離槽24で発生する亜硝酸濃度の高い汚泥及び/又は処理水を硝化槽14へ返送するか、及び/又は硝化槽14へのゼオライトの添加を行う。これにより、AL菌が存在する硝化槽14での立ち上げ期間を短縮でき、且つ定常運転時におけるAL菌固定化担体の硝化速度の急激な低下現象を抑制し、硝化速度を常に大きな状態に維持することができる。この場合、返送する汚泥及び/又は処理水に亜硝酸を多く残存させるためには、脱窒槽15でのメタノール添加量を亜硝酸濃度の0.5〜1.0倍の濃度で添加するとよい。
【0051】
しかし、アンモニア濃度に比べて亜硝酸濃度の高い汚泥及び/又は処理水を硝化槽14に戻し過ぎたり、ゼオライトにより硝化槽14内のアンモニアを吸着し過ぎたりして、硝化槽14内の亜硝酸/アンモニア比が10を超えると、AL菌の亜硝酸耐性の限界を超えてしまう。従って、コントローラ28は、硝化槽14に戻す汚泥及び/又は処理水の量や、硝化槽14に添加するゼオライトの量を適切に制御するように構成される。
【0052】
図4〜図9は、本発明の硝化方法及び装置を多段硝化槽のうち、AL菌又はAH菌・AL菌が存在する硝化槽に適用して、アンモニア濃度が400mg/L 以上の高濃度のアンモニア性窒素含有液を効率良く且つ高速に処理するための廃水処理装置の構成を示したものである。尚、図4〜図9の多段硝化槽において、AH菌・AL菌固定化担体の硝化槽の槽数、及びAL菌固定化担体の硝化槽の槽数は一例であり、多段処理槽に流入するアンモニア性窒素含有液のアンモニア性窒素濃度によって変わる。
【0053】
図4の廃水処理装置50は、3段から成る多段硝化槽の後段に脱窒槽52と再曝気槽54と固液分離槽56を設けたものである。多段硝化槽は、アンモニア性廃水とAH菌固定化担体とを接触させる1段目の第1硝化槽14Aと、第1硝化槽14Aの流出液とAH菌・AL菌固定化担体とを接触させる2段目の第2硝化槽14Bと、第2硝化槽14Bの流出液とAL菌固定化担体とを接触させる3段目の第3硝化槽14Cとで構成される。そして、第3硝化槽14Cに本発明の硝化方法を適用可能なように、固液分離槽56からの返送汚泥配管26が接続されると共に、ゼオライトの添加配管34が設けられる。尚、図4では、図3の硝化装置10で説明した亜硝酸センサ38、アンモニアセンサ40、比較器42、コントローラ28、添加配管34のバルブ36、汚泥返送配管26の返送汚泥ポンプ30は省略してあり、図5から図9も同様である。また、再曝気槽54は再度硝化処理を行う槽であり、曝気量を硝化槽14での曝気量よりも多くして、脱窒処理の後で再度硝化処理を行うと共にアンモニアを気散させて、亜硝酸/アンモニア比におけるアンモニアを低減する。
【0054】
図5の廃水処理装置60は、固液分離槽56からの返送汚泥配管を第2硝化槽14Bに接続すると共に、ゼオライトの添加配管34を削除した以外は、図4と同様である。
【0055】
図6の廃水処理装置70は、固液分離槽56からの返送汚泥配管26を第2硝化槽14B及び第3硝化槽14Cに分配できるように接続すると共に、ゼオライトの添加配管34を設けなかった以外は、図4と同様である。
【0056】
図7の廃水処理装置80は、4段から成る多段硝化槽の後段に脱窒槽52と再曝気槽54と固液分離槽56を設けたものである。多段硝化槽は、アンモニア性窒素含有液とAH菌固定化担体とを接触させる1段目の第1硝化槽14Aと、第1硝化槽14Aの流出液とAH菌・AL菌固定化担体とを接触させる2段目の第2硝化槽14Bと、2段目の第2硝化槽14Bの流出液とAL菌固定化担体とを接触させる3段目の第3硝化槽14Cと、第3硝化槽14Cの流出液とAL菌固定化担体とを接触させる4段目の第4硝化槽14Dとで構成される。そして、第3硝化槽14Cに本発明の硝化方法を適用可能なように、固液分離槽56からの返送汚泥配管26が接続される。但し、ゼオライトの添加配管34は設けなかった。
【0057】
図8の廃水処理装置90は、5段から成る多段硝化槽の後段に脱窒槽52と再曝気槽54と固液分離槽56を設けたものである。多段硝化槽は、アンモニア性窒素含有液とAH菌固定化担体とを接触させる1段目の第1硝化槽14Aと、第1硝化槽14Aの流出液とAH菌・AL菌固定化担体とを接触させる2段目の第2硝化槽14Bと、2段目の第2硝化槽14Bの流出液とAH菌・AL菌固定化担体とを接触させる3段目の第3硝化槽14Cと、第3硝化槽14Cの流出液とAH菌・AL菌固定化担体とを接触させる4段目の第4硝化槽14Dと、第4硝化槽14Dの流出液とAL菌固定化担体とを接触させる5段目の第5硝化槽14Eとで構成される。そして、第4硝化槽14D及び第5硝化槽14Eに本発明の硝化方法を適用可能なように、固液分離槽56からの返送汚泥配管26が接続させた。但し、ゼオライトの添加配管34は設けなかった。尚、第2硝化槽14B、第3硝化槽14C、及び第4硝化槽14Eにおいては、AH菌とAL菌とが混相繁殖しており、前段側の硝化槽(第2硝化槽)ほどAH菌の比率が高い。
【0058】
図9の廃水処理装置100は、6段から成る多段硝化槽の後段に脱窒槽52と再曝気槽54と固液分離槽56を設けたものである。多段硝化槽は、アンモニア性窒素含有液とAH菌固定化担体とを接触させる1段目の第1硝化槽14Aと、第1硝化槽14Aの流出液とAH菌・AL菌固定化担体とを接触させる2段目の第2硝化槽14Bと、第2硝化槽14Bの流出液とAH菌・AL菌固定化担体とを接触させる3段目の第3硝化槽14Cと、第3硝化槽14Cの流出液とAH菌・AL菌固定化担体とを接触させる4段目の第4硝化槽14Dと、第4硝化槽14Dの流出液とAL菌固定化担体とを接触させる5段目の第5硝化槽14Eと、第5硝化槽14Eの流出液とAL菌固定化担体とを接触させる6段目の第6硝化槽14Fで構成される。そして、第6硝化槽14Fに本発明の硝化方法を適用可能なように、固液分離槽56からの返送汚泥配管26が接続される。但し、ゼオライトの添加配管34は設けなかった。
【0059】
上記図4〜図9のように、多段硝化槽のAL菌が存在する後段側の硝化槽に本発明の硝化方法を適用した廃水処理装置を構築して、多段硝化槽のうちのn段目及び/又はn−1段目に、多段硝化槽14の後段で脱窒処理に続いて再曝気処理をした後の固液分離で発生する汚泥及び/又は処理水を返送するか、及び/又は多段硝化槽14のAL菌が存在する硝化槽にゼオライトを添加するかによって、AL菌が存在する硝化槽の立ち上げ期間を短縮して速やかな立ち上げを行うことができると共に、硝化速度が大きい状態で安定する定常運転時においても、ある時期に硝化速度が急激に低下する現象を抑制することができる。これにより、高濃度をアンモニアを含有するアンモニア性窒素含有液を、常に安定し且つ効率的に硝化処理することができるので、良好な水質の処理水を廃水処理装置から排出することができる。
【0060】
【実施例】
(実施例1)
実施例1は、図4の廃水処理装置を使用して、工場廃水Aを処理したもので、立ち上がり時における固液分離槽からAL菌が存在する硝化槽への汚泥の返送効果、更にはゼオライトの添加効果を調べたものである。
【0061】
工場廃水Aの組成は次の通りである。
【0062】
・NH4 −N濃度:400〜650mg/L
・BOD濃度 :20〜40mg/L
・COD濃度 :80〜100mg/L
・TN濃度 :450〜700mg/L
・NO2 −N濃度:10mg/L 以下
・NO3 −N濃度:10mg/L 以下
各処理槽の容量は次の通りで、廃水処理量は30m3 /時間である。
【0063】
・第1硝化槽 :100L
・第2硝化槽 :200L
・第3硝化槽 :300L
・脱窒槽 :300L
・再曝気槽 :100L
・固液分離槽 :200L
そして、廃水処理装置の立ち上がり時には、第3硝化槽に固液分離槽で固液分離された汚泥を返送すると共に、添加配管からゼオライトを添加した。また、第3硝化槽に設置した亜硝酸センサとアンモニアセンサにより、亜硝酸/アンモニア比の変化を監視した。更に、脱窒槽には、生成される亜硝酸量の0.5倍のメタノール量を添加した。これは、脱窒槽での処理水に亜硝酸を多く残存させるためにメタノール添加量を通常よりも低くしたものである。
【0064】
その結果、第3硝化槽内の立ち上がり時の亜硝酸/アンモニア比を3〜6の範囲に制御でき、第3硝化槽内のNO2 −N濃度が150〜210mg/L 、NH4 −N濃度が40〜50mg/L で推移した。これにより、第3硝化槽での担体活性の立ち上がりが早くなり、硝化反応を順調に進行させることができ、運転開始1カ月後における第3硝化槽の硝化速度は120(mg−N/h・L −担体)に達した。
【0065】
一方、第3硝化槽内の立ち上がり時に固液分離槽で発生する汚泥を返送せず、且つゼオライトを添加しないと、亜硝酸/アンモニア比が1:1に近づき、第3硝化槽内のNO2 −N濃度が150〜210mg/L 、NH4 −N濃度が210〜350mg/L の高レベルで推移した。運転開始1カ月後における第3硝化槽の硝化速度は35(mg−N/h・L −担体)と低かった。これにより、AL菌が存在する硝化槽での立ち上がり時において、固液分離槽で発生する汚泥及び/又は処理水の返送による効果、及びゼオライトを添加する効果が確認された。
(実施例2)
実施例2は、実施例1よりも高濃度のアンモニアを含有する工場廃水Bを処理したもので、汚泥返送の効果を調べると共に、図4、図5、図6の廃水処理装置を使用して、返送汚泥をどの硝化槽に返送するのが効果的であるかを調べたものである。尚、図4のゼオライトの添加は使用しなかった。
【0066】
・NH4 −N濃度:1000〜1500mg/L
・BOD濃度 :20〜40mg/L
・COD濃度 :18〜60mg/L
・TN濃度 :1010〜1510mg/L
・NO2 −N濃度:10mg/L 以下
・NO3 −N濃度:10mg/L 以下
各処理槽の容量は次の通りで、廃水処理量は30L /時間である。
【0067】
・第1硝化槽 :100L
・第2硝化槽 :200L
・第3硝化槽 :300L
・脱窒槽 :300L
・再曝気槽 :100L
・固液分離槽 :200L
そして、図4の廃水処理装置で2週間運転したら、次に図5の廃水処理装置で2週間運転し、最後に図6の廃水処理装置で2週間運転した。また、図4、図5、図6の廃水処理装置ともに、固液分離槽で固液分離した汚泥を返送汚泥配管で第3硝化槽に返送率200%で返送するようにした。図6の場合には固液分離槽で分離された汚泥を半量に分けて第2硝化槽と第3硝化槽に返送した。図6の第2硝化槽での硝化槽内におけるAH菌の菌数/AL菌の菌数の比が1未満であった。また、脱窒槽には、生成される亜硝酸量の0.5倍のメタノール量を添加した。これは、脱窒槽での処理水に亜硝酸を多く残存させるためにメタノール添加量を通常よりも低くしたものである。更に、本発明を実施する硝化槽では、亜硝酸センサとアンモニアセンサにより、亜硝酸/アンモニア比の変化を監視した。
【0068】
その結果、図4、図5、図6の何れの廃水処理装置の場合も、第3硝化槽内の亜硝酸/アンモニア比を3〜10の範囲に制御でき、NO2 −N濃度が290〜390mg/L 、NH4 −N濃度が30〜50mg/L の低レベルで推移した。これにより、硝化反応を順調に進行させることができ、廃水処理装置から良好な処理水を排出することができた。
【0069】
一方、図4、図5、図6の何れの廃水処理装置の場合も、汚泥の返送を停止すると、亜硝酸/アンモニア比が1〜2となり、最後段の硝化槽のNO2 −N濃度が540〜840mg/L 、NH4 −N濃度が460〜660mg/L の高レベルで推移した。これにより、AL菌が存在する硝化槽であれば、どの硝化槽に汚泥返送を行っても効果が得られることが確認された。
(実施例3)
実施例3は、図7、図8、図9の廃水処理装置を使用して、返送汚泥の効果を調べたものである。
【0070】
・NH4 −N濃度:1350〜1600mg/L
・BOD濃度 :15〜40mg/L
・COD濃度 :18〜70mg/L
・TN濃度 :1360〜1610mg/L
・NO2 −N濃度:10mg/L 以下
・NO3 −N濃度:10mg/L 以下
各処理槽の容量は次の通りで、廃水処理量は5L /時間である。
【0071】
・第1硝化槽 :100L
・第2硝化槽 :200L
・第3硝化槽 :300L
・脱窒槽 :300L
・再曝気槽 :100L
・固液分離槽 :200L
そして、図7の廃水処理装置で2週間運転したら、次に図8の廃水処理装置で2週間運転し、最後に図9の廃水処理装置で2週間運転した。また固液分離槽で固液分離した汚泥を図7では第3硝化槽に返送し、図8では第4硝化槽と第5硝化槽に半々ずつ返送し、図9では第6硝化槽に返送した。返送率は200%である。また、脱窒槽には、生成される亜硝酸量の0.9倍のメタノール量を添加した。更に、本発明を実施する硝化槽では、亜硝酸センサとアンモニアセンサにより、亜硝酸/アンモニア比の変化を監視した。
【0072】
その結果、図7、図8、図9の何れの廃水処理装置の場合も、本発明の硝化方法を実施した硝化槽内の亜硝酸/アンモニア比を4〜10の範囲に制御できた。これにより、硝化速度を大きく維持できるので、最後段の硝化槽におけるNO2 −N濃度を290〜400mg/L 、NH4 −N濃度が30〜50mg/L の低レベルで推移した。この結果、硝化反応を順調に進行させることができ、廃水処理装置から良好な処理水を排出することができた。
【0073】
一方、図7、図8、図9の何れの廃水処理装置の場合も、汚泥の返送を停止すると、硝化槽内の亜硝酸/アンモニア比が1〜2となり、最後段の硝化槽のNO2 −N濃度が820〜1100mg/L 、NH4 −N濃度が480〜560mg/L の高レベルで推移した。これにより、汚泥の返送効果が確認された。
【0074】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の硝化方法及び装置並びに廃水処理装置によれば、AL菌が存在する硝化槽での立ち上げ期間を短縮して速やかな立ち上げを行うことができると共に、定常運転時における硝化速度の急激な低下を抑止し、硝化速度を硝化速度を常に速い状態に維持することができる。これにより、硝化反応を順調に進行させることができ、廃水処理装置から良好な処理水を排出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】AH菌、AH菌・AL菌、AL菌の特性を示した説明図
【図2】亜硝酸/アンモニア比とAL菌の硝化速度との関係を示したグラフ
【図3】本発明の硝化装置の構成図
【図4】本発明の廃水処理装置において硝化槽を3段直列に並べた多段硝化槽の第3硝化槽に本発明の硝化方法を適用した構成図
【図5】本発明の廃水処理装置において硝化槽を3段直列に並べた多段硝化槽の第2硝化槽に本発明の硝化方法を適用した構成図
【図6】本発明の廃水処理装置において硝化槽を3段直列に並べた多段硝化槽の第2硝化槽と第3硝化槽に本発明の硝化方法を適用した構成図
【図7】本発明の廃水処理装置において硝化槽を4段直列に並べた多段硝化槽の第3硝化槽に本発明の硝化方法を適用した構成図
【図8】本発明の廃水処理装置において硝化槽を5段直列に並べた多段硝化槽の第4硝化槽と第5硝化槽に本発明の硝化方法を適用した構成図
【図9】本発明の廃水処理装置において硝化槽を6段直列に並べた多段硝化槽の第6硝化槽に本発明の硝化方法を適用した構成図
【符号の説明】
10…硝化装置、12…流入管、14…硝化槽、16…AL菌又はAH菌・AL菌の固定化担体、18…ブロア、20…曝気管、22…流出管、24…固液分離槽、26…返送汚泥配管、28…コントローラ、30…返送汚泥ポンプ、32…タンク、34…添加配管、36…バルブ、38…亜硝酸センサ、40…アンモニアセンサ、50、60、70、80、90、100…廃水処理装置、52…脱窒槽、17、54…再曝気槽、56…固液分離槽
Claims (8)
- アンモニア性窒素含有液と、濃度約100mg/Lの低濃度な硫酸アンモニア溶液中で4〜8週間培養して検出される硝化菌であるAL菌が優先繁殖したAL菌固定化担体とを硝化槽内で好気性雰囲気で接触させて硝化処理すると共に、該硝化槽内の亜硝酸性窒素濃度/アンモニア性窒素濃度の比を2〜10の範囲に制御することを特徴とする硝化方法。
- アンモニア性窒素含有液と、濃度5000mg/L以上の高濃度な硫酸アンモニア溶液中で4〜8週間培養して検出される硝化菌であるAH菌及び濃度約100mg/Lの低濃度な硫酸アンモニア溶液中で4〜8週間培養して検出される硝化菌であるAL菌が混相状態で繁殖したAH菌・AL菌固定化担体とを硝化槽内で好気性雰囲気で接触させて硝化処理すると共に、
前記AH菌・AL菌固定化担体におけるAH菌の菌数/AL菌の菌数の比が1未満の場合には、前記硝化槽内の亜硝酸性窒素濃度/アンモニア性窒素濃度の比を2〜10の範囲に制御することを特徴とする硝化方法。 - 前記硝化槽内の亜硝酸性窒素濃度/アンモニア性窒素濃度の比が3〜8になるように制御することを特徴とする請求項1又は2の硝化方法。
- アンモニア性窒素含有液を好気性雰囲気で硝化菌に接触させて硝化処理する硝化装置において、
前記アンモニア性窒素含有液が流入する硝化槽と、
前記硝化槽内で前記アンモニア性窒素含有液に接触する固定化担体であって、濃度約100mg/Lの低濃度な硫酸アンモニア溶液中で4〜8週間培養して検出される硝化菌であるAL菌が優先繁殖したAL菌固定化担体と、
前記硝化槽内を好気性雰囲気にする曝気手段と、
前記硝化槽内の亜硝酸性窒素濃度/アンモニア性窒素濃度の比を検出する検出手段と、
前記検出手段の検出結果に基づいて、前記硝化槽内の亜硝酸性窒素濃度/アンモニア性窒素濃度の比を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする硝化装置。 - アンモニア性窒素含有液を好気性雰囲気で硝化菌に接触させて硝化処理する硝化装置において、
前記アンモニア性窒素含有液が流入する硝化槽と、
前記硝化槽内で前記アンモニア性窒素含有液に接触する固定化担体であって、濃度5000mg/L以上の高濃度な硫酸アンモニア溶液中で4〜8週間培養して検出される硝化菌であるAH菌及び濃度約100mg/Lの低濃度な硫酸アンモニア溶液中で4〜8週間培養して検出される硝化菌であるAL菌が混相状態で繁殖したAH菌・AL菌固定化担体と、
前記硝化槽内を好気性雰囲気にする曝気手段と、
前記硝化槽内の亜硝酸性窒素濃度/アンモニア性窒素濃度の比を検出する検出手段と、
前記AH菌・AL菌固定化担体におけるAH菌の菌数/AL菌の菌数の比が1未満の場合には、前記検出手段の検出結果に基づいて、前記硝化槽内の亜硝酸性窒素濃度/アンモニア性窒素濃度の比を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする硝化装置。 - 前記制御手段は、前記硝化槽の後段で再曝気処理をした後の固液分離で発生する汚泥及び/又は処理水を前記硝化槽に返送する返送手段、及び/又は前記硝化槽にゼオライトを添加する添加手段であることを特徴とする請求項4又は5の硝化装置。
- アンモニア性窒素含有液を硝化処理する槽を直列に2槽以上n段数配置された多段硝化槽と、
前記多段硝化槽の後段に設けられ、前記多段硝化槽で硝化処理された流出液を脱窒処理する脱窒槽と、
前記脱窒槽で脱窒処理された流出液を再曝気処理する再曝気槽と、
前記再曝気槽で再曝気処理された流出液を固液分離する固液分離槽と、
前記固液分離槽で固液分離された汚泥及び/又は処理水を前記多段硝化槽のうちのn段目及び/又はn−1段目に返送する返送手段と、を備えたことを特徴とする廃水処理装置。 - 前記n段目及び/又はn−1段目にゼオライトを添加する添加手段を設けたことを特徴とする請求項7の廃水処理装置。
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