JP2006204967A

JP2006204967A - 脱窒処理方法及び脱窒処理装置

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Publication number: JP2006204967A
Application number: JP2005016449A
Authority: JP
Inventors: Akihiko Nishizawa; 昭彦西澤; Toshiyuki Nishio; 敏幸西尾
Original assignee: Kobelco Eco Solutions Co Ltd
Current assignee: Shinko Pantec Co Ltd
Priority date: 2005-01-25
Filing date: 2005-01-25
Publication date: 2006-08-10

Abstract

【課題】石炭火力発電所の脱硫排水，半導体工場等の排水等、硝酸イオンを含有するとともに、有機物（ＢＯＤ成分）の比較的少ない被処理水を、生物学的に脱窒処理する方法と装置に関し、水素供与体の注入量を適正化でき、それによって水素供与体のコストを低減ですることができ、且つ処理水質を維持できるとともに、処理水の有機物除去のための装置及び運転コストを低減することができる脱窒処理方法及び脱窒処理装置を提供することを課題とする。
【解決手段】硝酸等の窒素酸化物を含有する被処理水を脱窒槽１へ供給して脱窒処理する脱窒処理方法において、前記脱窒槽１に流入する被処理水の硝酸イオン濃度を測定し、又は該脱窒槽１内の被処理水の硝酸イオン濃度を測定することで、脱窒反応に必要な水素供与体の注入量を制御しつつ、該水素供与体を前記脱窒槽１又はその上流側へ注入することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、脱窒処理方法及び脱窒処理装置、さらに詳しくは、石炭火力発電所の脱硫排水、半導体工場等の排水等、硝酸イオンを含有するとともに、有機物（ＢＯＤ成分）の比較的少ない被処理水を、生物学的に脱窒処理する方法と装置に関する。

一般に、石炭火力発電所の脱硫排水、半導体工場等の排水等には、硝酸等の窒素酸化物が含有されており、それらの排水を河川等に放出するには、排水中から硝酸等を除去する必要がある。また地下水、河川水、湖水等には、硝酸や亜硝酸が含有されている場合があり、たとえば水道の原水として使用する場合には、硝酸や亜硝酸の含有されるべき基準があるため、原水から硝酸等を除去する必要がある。

そして、このような硝酸除去のための方法として、従来より種々の方法が採用されており、たとえば下記特許文献１のように脱窒菌を保持した脱窒槽の酸化還元電位（ＯＲＰ）を測定して、ＯＲＰが所定範囲になるように脱窒反応に必要な水素供与体の注入量を制御する方法がある

特開２０００−７０９８６号公報

しかし、このようなＯＲＰ制御を行なう場合、槽の形状、攪拌状態、原水水質（共存イオン等）の変動等により制御範囲が変化し、制御できないケースがある。このような場合、硝酸濃度に対して水素供与体の過不足が生じる。

また過剰に水素供与体が注入されると処理水中に水素供与体が残存し、処理水の有機物除去のために装置及び運転コストがかかる。また、水素供与体の注入量が不足すると処理水に残存する硝酸が増加し、所定の処理水質が得られないおそれが生じる。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、水素供与体の注入量を適正化でき、それによって水素供与体のコストを低減することができ、且つ処理水質を維持できるとともに、処理水の有機物除去のための装置及び運転コストを低減することができる脱窒処理方法及び脱窒処理装置を提供することを課題とする。

本発明は、このような課題を解決するために、脱窒処理方法及び脱窒処理装置としてなされたもので、脱窒処理方法に係る請求項１記載の発明は、硝酸等の窒素酸化物を含有する被処理水を脱窒槽１へ供給して脱窒処理する脱窒処理方法において、前記脱窒槽１に流入する被処理水の硝酸イオン濃度を測定し、又は該脱窒槽１内の被処理水の硝酸イオン濃度を測定することで、脱窒反応に必要な水素供与体の注入量を制御しつつ、該水素供与体を前記脱窒槽１又はその上流側へ注入することを特徴とする。

また請求項２記載の発明は、請求項１記載の脱窒処理方法において、脱窒槽１に流入する被処理水の硝酸イオン濃度、又は脱窒槽１内の被処理水の硝酸イオン濃度とともに、該脱窒槽１から流出する処理水の硝酸イオン濃度をも測定して、水素供与体の注入量を微調整することを特徴とする。

さらに請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の脱窒処理方法において、脱窒槽１内の被処理水の硝酸イオン濃度が２〜５mg/Lとなるように水素供与体の注入量を制御することを特徴とする。また請求項４記載の発明は、請求項２記載の脱窒処理方法において、脱窒槽１から流出する処理水の硝酸イオン濃度が２〜５mg/Lとなるように水素供与体の注入量を制御することを特徴とする。

さらに脱窒処理装置に係る請求項５記載の発明は、硝酸等の窒素酸化物を含有する被処理水を供給して脱窒処理する脱窒槽１を具備する脱窒処理装置において、前記脱窒槽１に流入する被処理水の硝酸イオン濃度を測定するための硝酸イオン測定器４と、前記脱窒槽１に流入する被処理水の流量を測定するための流量計５と、該流量計５によって測定される被処理水の流量、及び硝酸イオン測定器４によって測定される硝酸イオン濃度との双方に基づいて、水素供与体の注入量を制御するための制御装置３とをさらに具備することを特徴とする。

さらに請求項６記載の発明は、請求項５記載の脱窒処理装置において、脱窒槽１に流入する被処理水の硝酸イオン濃度を測定する硝酸イオン測定器４ａの他に、脱窒槽１から排出される処理水の硝酸イオン濃度を測定する硝酸イオン測定器４ｂが設けられていることを特徴とする。

さらに請求項７記載の発明は、硝酸等の窒素酸化物を含有する被処理水を供給して脱窒処理する脱窒槽１を具備する脱窒処理装置において、前記脱窒槽１内の被処理水の硝酸イオン濃度を測定するための硝酸イオン測定器４と、該硝酸イオン測定器４によって測定される硝酸イオン濃度に基づいて、水素供与体の注入量を制御するための制御装置３とをさらに具備することを特徴とする。

本発明は、上述のように脱窒槽に流入する被処理水の硝酸イオン濃度を測定し、又は該脱窒槽内の被処理水の硝酸イオン濃度を測定することで、脱窒反応に必要な水素供与体の注入量を制御しつつ、該水素供与体を前記脱窒槽又はその上流側へ注入するものであるため、被処理水のＢＯＤがほとんどない場合、或いは変動が少ない場合、さらには被処理水のＢＯＤに変動がある場合においても、水素供与体の注入量を適正化できるので、水素供与体のコストが低減できるという効果がある。

また、処理水質を維持できるとともに、処理水の有機物除去のために装置及び運転コストを低減することができるという効果がある。

さらに、水素供与体注入量の適正化により、水素供与体であるメタノール等の薬品のコストを低減することができ、また脱窒槽で発生する汚泥量を低減することができるという効果もある。

以下、本発明の実施形態について図面に従って説明する。
（実施形態１）
本実施形態の脱窒処理装置は、図１に示すように、脱窒槽１、メタノール貯留槽２、制御装置３、硝酸イオン測定器４、流量計５を具備している。脱窒槽１は、原水である被処理水を供給して微生物（脱窒菌）によって脱窒処理するためのもので、原水としては、本実施形態では、石炭火力発電所の脱硫排水、半導体工場等の排水等の硝酸イオンを含有し、且つ有機物（ＢＯＤ成分）の少ない被処理水が用いられる。

メタノール貯留槽２は、水素供与体としてのメタノールを貯留するための槽であり、制御装置３は、メタノール貯留槽２から前記脱窒槽１へ供給されるメタノールの注入量を制御するための装置である。

硝酸イオン測定器４は前記脱窒槽１に流入する原水の硝酸イオン濃度を測定するためのものであり、流量計５は前記脱窒槽１に流入する原水の流入量を測定するためのものである。この硝酸イオン測定器４で測定される硝酸イオン濃度、及び流量計５で測定される脱窒槽１への原水の流入量によって、該脱窒槽１へのメタノールの注入量が前記制御装置３で計算されて決定される。また、原水にＢＯＤ成分が含まれている場合には、ＢＯＤ濃度に基づいてもメタノールの注入量が計算されて決定される。

また、前記メタノール貯留槽２と脱窒槽１間にはポンプ６が配設され、前記硝酸イオン測定器４で測定された硝酸イオン濃度、及び流量計５で測定された流入量に基づいて前記制御装置３で算出されたメタノールの必要注入量に応じてポンプ６が作動してメタノール貯留槽２から脱窒槽１へメタノールが供給されるように構成されている。

そして、このような構成からなる脱窒処理装置を用いて脱窒処理を行う場合には、原水を脱窒槽１へ供給する。その原水中には硝酸等の窒素酸化物が含有されているが、脱窒槽１内には脱窒菌が含有されているので、原水が脱窒菌と接触することによって、原水中の窒素酸化物は脱窒菌により窒素ガスに転化されることになる。

そして、脱窒槽１内の被処理水は、上述のように窒素酸化物が窒素ガスに転化されることで浄化され、該脱窒槽１から処理水として排出される。排出された浄化水は、必要に応じてｐＨ調整等の処理をして河川等に放流される。

一方、転化された窒素ガスは、脱窒槽１の上部に移動され放散されるが、この脱窒槽１内において、硝酸を窒素に転化するための反応は、その反応を生じさせる水素供与体の量が不足していれば、十分に行われない。従って、水素供与体としてのメタノールが、メタノール貯留槽２から脱窒槽１へ注入されることとなる。

この場合、脱窒槽１へ注入されるメタノールの量は、脱窒槽１内で脱窒反応を生じさせるに必要な理論メタノール量の１００％とされる。具体的には、硝酸イオン測定器４によって脱窒槽１に流入する原水の硝酸イオン濃度が測定され、また流量計５によって脱窒槽１に流入する原水の流入量が測定され、この原水の硝酸イオン濃度と流入量によって、該脱窒槽１へのメタノールの注入量が前記制御装置３で計算されて決定され、必要量のメタノールがメタノール貯留槽２から脱窒槽１へ注入されることとなる。

この場合において、本実施形態では、硝酸イオン測定器４によって測定される脱窒槽１に流入する原水の硝酸イオン濃度に基づいて、制御装置３で脱窒槽１へのメタノールの注入量が制御されるように構成されているので、従来の酸化還元電位（ＯＲＰ）に基づいて制御を行なう場合に比べると、脱窒槽の形状，攪拌状態，原水水質の変動等による制御範囲の変化が少なく、従って硝酸濃度に対して水素供与体の過不足が生じるようなこともなく、適正な量のメタノールが脱窒槽１へ注入されることになる。

このように、本実施形態では、適正な量のメタノールが注入されるので、処理水中にメタノールが残存するようなこともなく、脱窒槽１から排出される処理水の水質も維持されることとなり、処理水中の有機物除去のための装置や運転のコストも低減することができる。本実施形態に適用される原水の性状は限定されるものではないが、原水中の有機物（ＢＯＤ成分）が少なく、また有機物（ＢＯＤ成分）濃度の変動も少ない場合に適用するのが好ましい。有機物が少なく、有機物濃度の変動が少ない原水の場合は、計算で求める必要なメタノール注入量の変動が少ないことになり、より正確にメタノール注入量を計算することができ、注入量も適正に制御することができるからである。

（実施形態２）
本実施形態においては、図２に示すように、脱窒槽１へ流入する被処理水の硝酸イオンの濃度を測定する硝酸イオン測定器４ａの他、脱窒槽１から排出される処理水の硝酸イオンの濃度を測定する硝酸イオン測定器４ｂも設けられており、この点で硝酸イオン測定器４が１個のみ設けられていた実施形態１の場合と相違する。すなわち、脱窒槽１の上流側と下流側における硝酸イオンの濃度をそれぞれ測定する２個の硝酸イオン測定器４ａ、４ｂが設けられているのである。

原水のＢＯＤ濃度が変動する場合には、脱窒槽１へ流入する原水の硝酸イオンの濃度と
、原水の流入量のみではメタノールの注入量の決定が困難となる。ＢＯＤ濃度が変動することで、必要なメタノールの注入量も変動しうるからである。そこで、上述のように脱窒槽１から排出される処理水の硝酸イオンの濃度を測定する硝酸イオン測定器４ｂを設けて、脱窒槽１から排出される処理水の硝酸イオン濃度をも測定することで、制御装置３による制御を微調整することができ、メタノールの注入量を適正な量とすることができるのである。また良好で安定した処理水を得ることができる。

尚、本実施形態の脱窒処理装置は、図２に示すように、脱窒槽１、メタノール貯留槽２、制御装置３、流量計５、ポンプ６を具備しており、この点は上記実施形態１と共通するため、詳細な説明は省略する。

（実施形態３）
本実施形態においては、図３に示すように、脱窒槽１、メタノール貯留槽２、硝酸イオン測定器４、ポンプ６が設けられており、実施形態１及び２のような制御装置３や流量計５は設けられていない。

また本実施形態では、実施形態１及び２のように脱窒槽１に流入する原水（被処理水）の硝酸イオン濃度を測定するのではなく、脱窒槽１内の被処理水の硝酸イオン濃度を測定するように、硝酸イオン測定器４が脱窒槽１とポンプ６とに接続されており、この点でも上記実施形態１及び２と相違する。

本実施形態では、脱窒槽１へ流入する原水の流入量とは無関係に脱窒槽１内の被処理水の硝酸イオン濃度のみに基づいてメタノール貯留槽２からの脱窒槽１へのメタノールの注入量が制御される。

脱窒槽１への原水の流入量やＢＯＤ濃度の変動が少ない場合であっても、変動が大きい場合であっても、本実施形態のように脱窒槽１内の被処理水の硝酸イオン濃度のみに基づいてメタノールの注入量を制御しても、適正量のメタノールを脱窒槽１に注入することができる。尚、本実施形態での硝酸イオン測定器４の設定位置は、良好で安定した処理水を得ることができることから、脱窒槽１中の液が脱窒槽１から排出される直前に設けるのが好ましい。

この結果、本実施形態では、装置全体の構成が上記実施形態１及び２に比べて簡易となり、装置のコストや運転コストをより低減することができる。
（その他の実施形態）

尚、上記実施形態では、脱窒槽１に注入する水素供与体としてメタノールを用いたが、水素供与体の種類はこれに限定されるものではなく、要は水素供与体として硝酸等の窒素酸化物に対して脱窒反応を生じさせるようなものであればよい。たとえば水素自体であってもよく、また酢酸のようなものであってもよい。

また上記実施形態では、水素供与体としてのメタノールが脱窒槽１に直接注入されていたが、これに限らず脱窒槽１の上流側の流路に注入することも可能である。要は、脱窒槽１又はその上流側に注入されればよいのである。

さらに、上記実施形態１乃至３の硝酸イオン測定器４、４ａ、４ｂで測定される硝酸イオン濃度は特に限定されるものではないが、実施形態２の硝酸イオン測定器４ａで測定される硝酸イオン濃度、或いは実施形態３の硝酸イオン測定器４で測定される硝酸イオン濃度は、水素供与体の注入量を制御する観点から、２〜５mg/Lであることが好ましい。２mg/L未満であるとメタノールが過剰に注入されるおそれがあり、また５mg/Lを超えると硝酸
が残留することになり所定の処理水質が得られないからである。

さらに、処理すべき被処理水の種類も該実施形態のような石炭火力発電所の脱硫排水，半導体工場等の排水等の硝酸イオンを含有し、且つ有機物（ＢＯＤ成分）の少ない被処理水に限定されず、他の排水や水道原水等を被処理水とすることも可能であり、窒素酸化物を含有する種々の被処理水に本発明を適用することが可能である。また、アンモニア性窒素含有廃水等を硝化処理した後の硝化液を被処理水とすることも可能である。

さらに、硝酸イオン測定器としては、常時、オンラインで硝酸イオンを測定できる機器であればよく、たとえばハックケミカル社製ＡＰＡ６０００（商品名）等の硝酸イオンメータを用いることができる。

さらに、脱窒方法も、浮遊法、担体固定化法、グラニュール法等、その種類は問うものではなく、要は脱窒菌を用いる方法であればよい。

一実施形態としての脱窒処理装置を示す概略ブロック図。他実施形態としての脱窒処理装置を示す概略ブロック図。他実施形態としての脱窒処理装置を示す概略ブロック図。

符号の説明

１…脱窒槽３…制御装置
４…硝酸イオン測定器

Claims

硝酸等の窒素酸化物を含有する被処理水を脱窒槽（１）へ供給して脱窒処理する脱窒処理方法において、前記脱窒槽（１）に流入する被処理水の硝酸イオン濃度を測定し、又は該脱窒槽（１）内の被処理水の硝酸イオン濃度を測定することで、脱窒反応に必要な水素供与体の注入量を制御しつつ、該水素供与体を前記脱窒槽（１）又はその上流側へ注入することを特徴とする脱窒処理方法。
脱窒槽（１）に流入する被処理水の硝酸イオン濃度、又は脱窒槽（１）内の被処理水の硝酸イオン濃度とともに、該脱窒槽（１）から流出する処理水の硝酸イオン濃度をも測定して、水素供与体の注入量を微調整する請求項１記載の脱窒処理方法。
脱窒槽（１）内の被処理水の硝酸イオン濃度が２〜５mg/Lとなるように水素供与体の注入量を制御する請求項１又は２記載の脱窒処理方法。
脱窒槽（１）から流出する処理水の硝酸イオン濃度が２〜５mg/Lとなるように水素供与体の注入量を制御する請求項２記載の脱窒処理方法。
硝酸等の窒素酸化物を含有する被処理水を供給して脱窒処理する脱窒槽（１）を具備する脱窒処理装置において、前記脱窒槽（１）に流入する被処理水の硝酸イオン濃度を測定するための硝酸イオン測定器（４）と、前記脱窒槽（１）に流入する被処理水の流量を測定するための流量計（５）と、該流量計（５）によって測定される被処理水の流量、及び硝酸イオン測定器（４）によって測定される硝酸イオン濃度との双方に基づいて、水素供与体の注入量を制御するための制御装置（３）とをさらに具備することを特徴とする脱窒処理装置。
脱窒槽（１）に流入する被処理水の硝酸イオン濃度を測定する硝酸イオン測定器（４ａ）の他に、脱窒槽（１）から排出される処理水の硝酸イオン濃度を測定する硝酸イオン測定器（４ｂ）が設けられている請求項５記載の脱窒処理装置。
硝酸等の窒素酸化物を含有する被処理水を供給して脱窒処理する脱窒槽（１）を具備する脱窒処理装置において、前記脱窒槽（１）内の被処理水の硝酸イオン濃度を測定するための硝酸イオン測定器（４）と、該硝酸イオン測定器（４）によって測定される硝酸イオン濃度に基づいて、水素供与体の注入量を制御するための制御装置（３）とをさらに具備することを特徴とする脱窒処理装置。