JP2005144310A - アンモニア含有廃液の処理方法及び処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 し尿、下水あるいは産業廃水の安価で簡単に脱窒素処理を行えるアンモニア含有廃液の処理方法を提供すること、又、処理時間がより短縮され、より省スペースのアンモニア含有廃液の処理装置を提供することである。
【解決手段】 硝化工程と脱窒工程を備えたアンモニア含有廃液の処理方法において、アンモニア含有廃液を電気化学的酸化してそのアンモニア性窒素を硝酸性窒素まで酸化し、電気化学的酸化で生成した該硝酸性窒素を生物学的脱窒処理で脱窒するアンモニア含有廃液の処理方法。硝化槽と脱窒槽を備えたアンモニア含有廃液の処理装置において、アンモニア含有廃液を電気化学的酸化してそのアンモニア性窒素を硝酸性窒素まで酸化する電極を備えた電気化学的硝化槽と、硝化槽で生成した該硝酸性窒素を生物学的に脱窒する脱窒槽とを有するアンモニア含有廃液の処理装置。
【選択図】 図１

Description

本発明は、アンモニア含有廃液を脱窒素するための処理方法及び処理装置に関し、さらに詳しくはし尿、下水あるいは産業廃水、嫌気性生物処理水、汚濁の進行した河川水・湖沼水等のアンモニア含有廃液を脱窒素して浄化するための処理方法及び処理装置に関する。

アンモニア含有廃液からの一般的なアンモニアの除去技術としては、アンモニアストリッピング、生物学的硝化脱窒法等が挙げられ、中でもアンモニアを窒素ガスにまで分解可能な生物学的硝化脱窒法が広く用いられている。生物学的硝化脱窒法は、アンモニア性窒素を硝化菌により硝酸性窒素まで酸化する硝化槽と、脱窒菌を利用して硝酸性窒素を窒素ガスとする脱窒槽から成り、後段の硝化槽から前段の脱窒槽に硝化液を循環する循環ラインを設けた循環式が代表的である。また、近年では、反応速度が遅い硝化の効率化のために、硝化槽に担体を投入し、硝化菌を高濃度に担体に保持させることにより処理の効率を高めることにより、硝化槽容量を小さくする方法が開発されている。

生物学的硝化脱窒法では、有機物が除去された後に硝化が進行するため処理の反応時間が長く、硝化菌の増殖速度が遅いので汚泥滞留時間を長くとる必要がある。又、冬季には微生物活性が低下して処理が悪化するとか、負荷変動に弱い等の問題がある。これらの問題は担体を用いることによりある程度改善されるものの、問題を解決するには至っていない。
また、近年は、［特許文献１］等に記載されているように電気化学的脱窒法も開発されていて、この方法は少なくとも陽極側の表面が白金からなる電極を用いて産業廃水を電解することにより、廃水中のアンモニア性窒素を酸化分解させて窒素ガスとして除去するものであるが、投入エネルギーが多すぎたり、又、塩化物イオン等の添加が必要とされたりして、実用化には至っていない。
特開平７−２９９４６６号公報

しかしながら、アンモニア含有廃液を生物的に酸化分解させる方法は大規模な処理施設が必要であり、処理時間がかかりすぎるという問題がある。更に、生物的な酸化分解反応は細菌が活発化するためのｐＨや温度等の設定管理が面倒である。
一方、電気化学的処理法を採用すると、予想外に消費電力コストが上昇するので、電気化学的処理法を単独で実施することは経済的に不可能である。

従って、本発明の目的は、上記問題点を解決し、安価で簡単に廃水の脱窒素処理を行える方法及びその装置を提供することである。又、本発明の別の目的は、処理時間がより短縮され、より省スペースの処理設備によるアンモニア含有廃液の処理方法及び処理装置を提供することである。

本発明は、下記の手段により上記の課題を解決した。
（１）硝化工程と脱窒工程を備えたアンモニア含有廃液の処理方法において、アンモニア含有廃液を電気化学的酸化してそのアンモニア性窒素を硝酸性窒素まで酸化し、該電気化学的酸化で生成した該硝酸性窒素を生物学的脱窒処理で脱窒することを特徴とするアンモニア含有廃液の処理方法。
（２）硝化槽と脱窒槽を備えたアンモニア含有廃液の処理装置において、アンモニア含有廃液を電気化学的酸化してそのアンモニア性窒素を硝酸性窒素まで酸化する電極を備えた電気化学的硝化槽と、該硝化槽で生成した該硝酸性窒素を生物学的に脱窒する脱窒槽とを有することを特徴とするアンモニア含有廃液の処理装置。
（３）アンモニア含有廃液のアンモニア性窒素を電気化学的酸化によって前記硝酸性窒素まで酸化する前記電気化学的硝化槽の前段に生物学的に脱窒する脱窒槽を配置し、前記脱窒槽に後段の電気化学的硝化槽から硝化液を循環する循環ラインを設けたことを特徴とする前記（２）記載のアンモニア含有廃液の処理装置。
（４）電気化学的硝化槽の前段に固液分離装置を設置したことを特徴とする前記（２）又は（３）記載のアンモニア含有廃液の処理装置。
（５）脱窒槽が固液分離機能を有する生物膜ろ過法を用いることを特徴とする前記（２）又は（３）記載のアンモニア含有廃液の処理装置。

電気化学的酸化によって硝酸性窒素まで酸化する硝化槽と、硝化槽で生成された硝酸性窒素を生物学的に脱窒する脱窒槽からなることを特徴とする、本発明の処理方法及び処理装置によりアンモニア性窒素含有廃液を処理することにより、以下のような効果が得られ、極めて効率的である。
（１）反応時間が短縮でき、省スペースが可能（従来型の１／２以下）。
（２）硝化菌の増殖速度に左右されず、冬季でも能力低下することがないため、メンテナンスが容易で安定処理が可能である。
（３）硝化に大容量のブロアを必要とせず、騒音対策を要しない。
（４）従来型では完全にＢＯＤ除去した後でないと硝化が進行しなかったが、本発明ではＢＯＤが残留していても硝化が進行するため、硝化反応が効率的である。

本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照して詳細に説明する。なお、実施の形態および実施例を説明する全図において、同一機能を有する構成要素は同一の符号を付けて説明する。

図１は、本発明による、生物学的脱窒槽２と電気化学的硝化槽３を組み合わせた、アンモニア含有廃液１の処理方法のフローを示す図である。
図２は、本発明による、生物学的脱窒槽２、固液分離装置６及び電気化学的硝化槽３を組み合わせたアンモニア含有廃液１の処理方法のフローを示す図である。
図３は生物学的脱窒槽２、生物学的硝化槽７及び沈殿池８を組み合わせた従来（比較例）の循環式硝化脱窒処理によるアンモニア含有廃液１の処理方法のフローを示す図である。沈殿池で処理された処理水は循環水９として生物学的脱窒槽２に返送される。

本発明において処理されるアンモニア含有廃液は、アンモニアを含有しているものならば特に限定されるものではないが、主たる処理対象廃液は、し尿、下水あるいは産業廃水、嫌気性消化の脱離液や嫌気性生物処理水、汚濁の進行した河川水・湖沼水等のアンモニア含有廃液である。特に産業廃水、し尿及び浄化槽汚泥を処理するし尿処理分野、汚泥や生ごみ等の有機性固形物および高濃度有機性廃液を処理する嫌気性消化の脱離液や嫌気性生物処理水が望ましい。原水のアンモニア性窒素濃度も特に限定されるものではないが、１００ｍｇ／リットル（Ｌ）以上が好ましく、さらに２００ｍｇ／リットル以上が望ましい。アンモニア性窒素濃度が１００ｍｇ／リットル未満の場合、投入エネルギー当たりの硝酸性窒素生成量が少なく、生物学的硝化法が有利となることもある。原水のアンモニア性窒素濃度が１００ｍｇ／リットル以上、望ましくは２００ｍｇ／リットル以上となると、投入エネルギー当たりの硝酸性窒素生成量が多く、電気化学的硝化法が有効である。また、生物学的硝化法では有機物が完全に除去されないと硝化反応が進行しないが、本発明で用いる電気化学的酸化による硝化の場合は酢酸等の有機物成分が残留していても硝化することが可能であり、効率的である。

本方法は、電気化学的酸化処理による電気化学的硝化槽３と生物学的処理による生物学的脱窒槽２からなる硝化脱窒法であり、前段が、硝化槽３であっても脱窒槽２であっても構わない。前段に脱窒槽２を設けた場合は、硝化槽３から硝化液４を循環し、廃液中の有機物を利用して脱窒するため、効率的である。この時、循環量を調整することにより、処理水の硝酸性窒素濃度を調整できる。また、硝化槽３の前段に単純沈殿、凝集沈殿、磁気分離、ろ過装置などの固液分離装置６（図２を参照）を設置することで、硝化槽３での反応をさらに効率化させることも出来る。
特に磁気分離は、鉄系凝集剤の添加又は鉄電解装置の設置により、水酸化鉄を供給することにより、より効果的な処理が可能となる。

脱窒槽２は、生物学的脱窒法であれば、浮遊微生物でも、担体に保持させた微生物でも、包括固定した微生物でも、自己造粒した微生物でも、これらいくつかを組み合わせたものを利用したものでもよい。また、固定床（生物膜ろ過法）でも流動床でもよい。特に生物膜ろ過法による脱窒を行うと、脱窒と同時に固液分離（ＳＳ除去）ができるため、処理水水質の向上が期待できる。また、硝化槽３の前段に脱窒槽２がある場合には、生物膜ろ過法を採用することにより、別途固液分離装置を導入することなく、硝化の効率化を図ることが出来る。浮遊微生物を利用する場合には、脱窒槽２での微生物濃度を高くするために、脱窒槽の後段に固液分離装置６を設置し、分離した汚泥を脱窒槽２に返送してもよい。また、脱窒に利用されるＢＯＤ源が不足した場合には、ＢＯＤ源の添加を行うこともある。生物学的脱窒法は、生物学的硝化法と比べて安定性が高いうえ、高負荷処理可能であり、電気化学的手法を用いた脱窒と比べてコストが安く優位である。

電気化学的硝化槽３は、電気化学的にアンモニア性窒素を硝酸性窒素に酸化できるものであれば何でもよい。一般的には、水槽内におかれた陽極と陰極の間に電圧をかけ、電流を流すことにより、電気化学的酸化が行われる。この時、陽極と陰極の間に隔膜を設置しても、設置しなくてもよいが、隔膜を設置した方がより効率的になることが多い。電極種類、電圧、電流については処理対象によって適宜決めるものである。陽極の一例として、酸化鉛や酸化チタン、酸化スズ、酸化イリジウム、酸化ルテニウム、酸化バナジウムに代表される金属酸化物の１つ以上が含まれているもの、白金、ダイアモンド電極等が挙げられる。陰極としては耐久性があるものであれば何でもよく、特にチタン、ステンレス、ダイアモンド電極が望ましい。電圧、電流は、使用する電極により最適な範囲が存在するが、通常、数〜数十Ｖ、数〜数十Ａ程度である。

以下において、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例により制限されるものではない。

実施例１〜２、比較例１
長さ１０ｃｍ×幅１０ｃｍのチタン表面に酸化鉛を施した電極をそれぞれ陽極に、チタンを陰極に用いて電解を行い、アンモニウムイオン計により廃水中のアンモニア性窒素濃度（ｐｐｍ）を経時的に測定した。陽極及び陰極との間隔を１０ｍｍとし、電極には５ボルト、２アンペアの電流を流して行った。実施例及び比較例の詳細な実験条件は第１表に示した。

処理前の原水と装置から排出された処理水について、ｐＨ、ＳＳ、ＢＯＤ及び窒素成分量を測定し、廃水中の窒素量の変化等を調べた。水質分析はＪＩＳ Ｋ０１０２工場排水試験方法に準拠した。（Ｔ−Ｎは総和法、ＮＨ₄ ⁺−Ｎはイオン電極法に従った。）
実施例１
脱窒槽で生物膜ろ過法を用いて、アンモニア含有廃液を処理した。試験結果は第２表に示す。
実施例２
流動床型生物膜を備えた脱窒槽及び磁気分離機能を有する固液分離槽を使用した装置で、アンモニア含有廃液を処理した。試験結果は第２表に示す。
比較例１
生物学的脱窒槽２、生物学的硝化槽７及び沈殿池８を組み合わせた装置でアンモニア含有廃液を処理した。試験結果は第２表に示す。

実施例２は、固液分離後に電気化学的硝化を行った場合であるが、固液分離を行わない実施例１についても同様の効果があることを確認している。
硝化槽に生物学的処理法を採用している比較例１では、硝化槽容積負荷を０．３ｋｇ−Ｎ／（ｍ³ 槽・ｄ）までしか上げることができなかったが、電気化学的処理を採用した実施例では、硝化槽容積負荷を１．５ｋｇ−Ｎ／（ｍ³ 槽・ｄ）まで上げることができた。この結果、硝化槽容量が１／５、処理全体では１／２以下まで省スペース化が可能であった。

本発明は、下水、し尿、産業廃水等に含まれる窒素成分であるアンモニア含有廃液を効率よく運転処理することができるので、下水処理場や各種廃水処理施設等における利用が期待される。

本発明による、生物学的脱窒槽と電気化学的硝化槽を組み合わせたアンモニア含有廃液の処理方法のフローを示す図である。 本発明による、生物学的脱窒槽、固液分離装置及び電気化学的硝化槽を組み合わせたアンモニア含有廃液の処理方法のフローを示す図である。 生物学的脱窒槽、生物学的硝化槽及び沈殿池を組み合わせた従来（比較例）の循環式硝化脱窒処理によるアンモニア含有廃液の処理方法のフローを示す図である。

符号の説明

１ アンモニア含有廃液
２ 生物学的脱窒槽
３ 電気化学的硝化槽
４ 硝化液
５ 処理水
６ 固液分離槽
７ 生物学的硝化槽
８ 沈殿池
９ 循環水

Claims (5)

1. 硝化工程と脱窒工程を備えたアンモニア含有廃液の処理方法において、アンモニア含有廃液を電気化学的酸化してそのアンモニア性窒素を硝酸性窒素まで酸化し、該電気化学的酸化で生成した該硝酸性窒素を生物学的脱窒処理で脱窒することを特徴とするアンモニア含有廃液の処理方法。
2. 硝化槽と脱窒槽を備えたアンモニア含有廃液の処理装置において、アンモニア含有廃液を電気化学的酸化してそのアンモニア性窒素を硝酸性窒素まで酸化する電極を備えた電気化学的硝化槽と、該硝化槽で生成した該硝酸性窒素を生物学的に脱窒する脱窒槽とを有することを特徴とするアンモニア含有廃液の処理装置。
3. アンモニア含有廃液のアンモニア性窒素を電気化学的酸化によって前記硝酸性窒素まで酸化する前記電気化学的硝化槽の前段に生物学的に脱窒する脱窒槽を配置し、前記脱窒槽に後段の電気化学的硝化槽から硝化液を循環する循環ラインを設けたことを特徴とする請求項２記載のアンモニア含有廃液の処理装置。
4. 電気化学的硝化槽の前段に固液分離装置を設置したことを特徴とする請求項２又は請求項３記載のアンモニア含有廃液の処理装置。
5. 脱窒槽が固液分離機能を有する生物膜ろ過法を用いることを特徴とする請求項２又は請求項３記載のアンモニア含有廃液の処理装置。

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