JP2006289168A

JP2006289168A - 排水処理装置

Info

Publication number: JP2006289168A
Application number: JP2005109499A
Authority: JP
Inventors: Akira Cho; 亮張
Original assignee: Maezawa Industries Inc
Current assignee: Maezawa Industries Inc
Priority date: 2005-04-06
Filing date: 2005-04-06
Publication date: 2006-10-26
Anticipated expiration: 2025-04-06
Also published as: JP4557779B2

Abstract

【課題】含窒素有機性排水をメタン発酵と脱窒とで処理するにあたり、メタン発酵効率の低下を抑えながら薬剤費用の増加も抑えることができる排水処理装置を提供する。
【解決手段】含窒素有機性排水をメタン発酵させるメタン発酵処理手段１１と、メタン発酵処理液を嫌気状態で脱窒する脱窒部を含む生物処理手段１２とを有する排水処理装置において、前記メタン発酵処理手段１１に導入する前記含窒素有機性排水の一部を分岐する経路１６，１８と、該経路に分岐した含窒素有機性排水中のアンモニアを、マグネシウムイオン及びリン酸イオンと反応させてリン酸アンモニウムマグネシウムを形成するストルバイト形成手段１３と、該ストルバイト形成手段１３で形成したリン酸アンモニウムマグネシウムを分離した残りの分離液を前記生物処理手段１２に導入する経路１９とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、排水処理装置に関し、詳しくは、家畜糞尿等のアンモニア性窒素を含む含窒素有機性排水をメタン発酵処理した後に生物処理によって脱窒を行う排水処理装置に関する。

家畜糞尿のような畜産排水や、食品排水、汚泥脱離液等の含窒素有機性排水は、高濃度の有機物を含有するため、従来から、有機物をメタン発酵させることによりメタンガスとして回収し、新エネルギーとして利用することが行われている。しかし、メタン発酵後の消化液は有機物濃度が低くなるため、生物処理による脱窒（窒素除去）で必要な炭素源が不足して十分な脱窒が行えなくなるという問題があった。

このため、原水である含窒素有機性排水の一部を、メタン発酵処理装置をバイパスさせて窒素除去を行う生物処理装置に導入し、原水中の有機物を脱窒に必要な炭素源とする方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。また、高濃度のアンモニアを含む原水にマグネシウム化合物やリン化合物を添加して原水中のアンモニアと反応させ、一般にストルバイト、あるいはＭＡＰ、マグアンプと呼ばれる難溶性のリン酸アンモニウムマグネシウムを形成させることにより、原水中の窒素成分であるアンモニアの一部乃至略全量を除去し、有機物によるメタン発酵の効率を向上させる方法も提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
特開平１１−７７００６号公報特開平７−５１６９３号公報

特許文献１に記載された方法では、メタン発酵処理装置をバイパスさせた原水にも同濃度の窒素が含まれているため、脱窒及び消化に消費される有機物を考慮すると、バイパスさせる原水量が多くなってメタン発酵効率が大きく低下するという問題がある。一方、特許文献２に記載された方法では、大量のマグネシウム化合物やリン化合物を必要とするため、薬剤費用の問題が生じる可能性がある。

そこで本発明は、含窒素有機性排水をメタン発酵と脱窒とで処理するにあたり、メタン発酵効率の低下を抑えながら薬剤費用の増加も抑えることができる排水処理装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明の排水処理装置は、含窒素有機性排水をメタン発酵させるメタン発酵処理手段と、メタン発酵処理液を嫌気状態で脱窒する脱窒部を含む生物処理手段とを有する排水処理装置において、前記メタン発酵処理手段に導入する前記含窒素有機性排水の一部を分岐する経路と、該経路に分岐した含窒素有機性排水中のアンモニアを、マグネシウムイオン及びリン酸イオンと反応させてリン酸アンモニウムマグネシウムを形成するストルバイト形成手段と、該ストルバイト形成手段で形成したリン酸アンモニウムマグネシウムを分離した残りの分離液を前記生物処理手段に導入する経路とを設けたことを特徴としている。

さらに、本発明の排水処理装置は、前記メタン発酵処理手段の前段に加水分解処理手段を設けるとともに、該加水分解処理手段に導入する前の前記含窒素有機性排水の一部又は該加水分解処理手段で処理した加水分解水の一部を前記ストルバイト形成手段に導入する経路を設けたことを特徴としている。

本発明の排水処理装置によれば、含窒素有機性排水の大部分をメタン発酵させるので、メタン発酵効率が損なわれることがなく、ストルバイト形成装置には含窒素有機性排水の一部を導入するので、ここで窒素（アンモニア）の全量を除去するようにしても薬剤費用が少なくてすむ。そして、ストルバイト形成装置で窒素を低減又は除去した分離液は原水と同濃度の有機物を含んでいるので、この分離液を生物処理装置に導入することにより、脱窒に必要な炭素源となる有機物をメタン発酵処理液に補給できることになる。したがって、生物処理装置における脱窒効率も向上する。また、メタン発酵処理装置の前段に加水分解処理装置を設けることにより、有機酸等を生成させることができるので、メタン発酵効率や脱窒効率が向上する。

図１は本発明の一形態例を示す排水処理装置の概略系統図である。この排水処理装置は、含窒素有機性排水（原水）をメタン発酵させるメタン発酵処理手段１１と、メタン発酵処理液を生物処理により嫌気状態で脱窒する生物処理手段１２とを有するとともに、原水中の窒素（アンモニア）を難溶性のリン酸アンモニウムマグネシウム（ストルバイト）として固定するストルバイト形成手段１３と、原水中のタンパク質や脂質等を加水分解する加水分解処理手段１４とを有している。

ストルバイト形成手段１３は、その流入側に、原水流入経路１５から分岐した原水分岐経路１６あるいは加水分解処理手段１４からメタン発酵処理手段１１に至る加水分解水経路１７から分岐した加水分解水分岐経路１８が接続され、流出側には、該ストルバイト形成手段１３で形成したリン酸アンモニウムマグネシウムを分離した残りの分離液を前記生物処理手段１２に導入する分離液導入経路１９が接続されている。

ストルバイト形成手段１３には、原水流入経路１５を流れる原水の一部、あるいは、加水分解処理手段１４で加水分解された加水分解水の一部が導入され、原水中に含まれるアンモニアとマグネシウムイオン及びリン酸イオンとが反応してストルバイトを形成する。このとき、原水中にマグネシウムイオンが十分に含まれていない場合には、可溶性のマグネシウム化合物、例えば塩化マグネシウム、硫酸マグネシウム、水酸化マグネシウム等、及びこれらを含む混合物等をマグネシウム添加経路２１から添加し、リン酸イオンが十分に含まれていない場合には、可溶性のリン酸化合物、例えばリン酸、リン酸ナトリウム、リン酸カリウム等、及びこれらを含む混合物等をリン酸添加経路２２から添加すればよい。これらの添加量は、ストルバイト形成手段１３に流入した水中に存在するアンモニア量やマグネシウムイオン量、リン酸イオン量に応じて設定すればよい。ただし、リン酸／アンモニアのモル比は１．５以上であることが好ましく、マグネシウム／アンモニアのモル比は２．５以上であることが好ましい。また、ストルバイト形成時の反応はｐＨ８以上で進行するので、必要に応じて水酸化ナトリウム、水酸化マグネシウム等のｐＨ調整剤を添加することができる。

ストルバイト形成手段１３の装置構成は、従来から用いられている周知のストルバイト形成装置を流入水の性状等に応じて任意に選択して使用できるが、形成されたストルバイトを液中から分離するため、ストルバイトの結晶を成長させる手段を有するものが好ましい。また、ストルバイト形成手段１３には、形成されたストルバイトを固液分離する固液分離手段が備えられており、分離したストルバイトは肥料等として利用される。

加水分解処理手段１４は、原水中に含まれる高分子有機物をアミノ酸や酢酸等の低分子有機物に加水分解するとともに、難溶性有機物を可溶化するものであって、これにより、メタン発酵処理手段１１におけるメタン発酵の効率が向上し、さらに、生物処理手段１２における脱窒に必要な炭素源を効率よく供給できるようになる。また、原水中の有機性窒素化合物を低分子化してアンモニアに変換することもでき、ストルバイト形成手段１３におけるストルバイトの形成効率を向上させることもできる。なお、この加水分解処理手段１４は、原水の性状に応じて設ければよく、高分子有機物の濃度が低ければ省略することができる。

メタン発酵処理手段１１は、原水中の有機物をメタン菌の作用でメタン発酵させることにより有機物を分解するものであって、生成したメタンは、燃料等として利用される。このメタン発酵処理手段１１は、原水や加水分解水の性状に応じた構成のものを使用でき、必要な滞留日数等の条件に応じて適宜な構成のメタン発酵処理装置を選択することができる。このメタン発酵処理を行うことにより、原水や加水分解水中に存在する有機物の大部分がメタンに分解される。

メタン発酵処理手段１１で処理されたメタン発酵処理液は、発酵処理液経路２３を通って生物処理手段１２に流入する。この生物処理手段１１は、嫌気状態（無酸素状態）で脱窒菌が有機物をエネルギー源としてメタン発酵処理液中の硝酸性窒素を窒素に還元する脱窒部を有している。この脱窒部には、前記ストルバイト形成手段１３でアンモニア性窒素を除去乃至低減した分離液が分離液導入経路１９から導入されることにより、該分離液中に存在する有機物（炭素源）が脱窒菌のエネルギー源となる。

すなわち、ストルバイト形成手段１３からの分離液は、原水と略同濃度の有機物を含み、原水に比べてアンモニア性窒素が低濃度となった状態になっているので、この分離液を生物処理手段１２、特にその脱窒部に導入することにより、脱窒部内の液中の窒素濃度を増加させずに有機物濃度だけを増加させることができ、脱窒菌のエネルギー源となる有機物量を窒素量に対して相対的に増加させることができる。

生物処理手段１２の構成も原水の性状に応じて適当に選択することができ、例えば、無酸素槽、嫌気槽、好気槽を組み合わせたものでもよく、間欠曝気を行う処理槽であってもよく、ディッチであってもよい。

このように形成した排水処理装置において、原水流入経路１５からの含窒素有機性排水は、必要に応じて設けられた加水分解処理手段１４で加水分解されて高分子有機物が低分子化される。加水分解水は、その大部分が加水分解水経路１７からメタン発酵処理手段１１に流入するとともに、一部が加水分解水分岐経路１８を通ってストルバイト形成手段１３に流入する。

メタン発酵処理手段１１に流入した加水分解水は、含有する有機物がメタン菌の作用でメタン発酵し、分解してメタンを生成するとともに加水分解水中からほとんどの有機物が除去される。また、ストルバイト形成手段１３に流入した加水分解水は、含有するアンモニアと、必要に応じて添加されるマグネシウムイオン及びリン酸イオンとが反応して難溶性のストルバイトを形成し、加水分解水中からアンモニアが除去される。

メタン発酵処理手段１１で有機物を除去したメタン発酵処理水と、ストルバイト形成手段１３で形成したストルバイトを分離した残りの分離液とは、各経路２３，１９を通って生物処理手段１２にそれぞれ流入する。この生物処理手段１２において、分離液中の有機物を炭素源として活動する脱窒菌の作用により、メタン発酵処理水中に高濃度で含まれる窒素分が窒素ガスとなって水中から除去され、処理水経路２４から流出する。

なお、加水分解処理手段１４を設けた場合でも、原水分岐経路１６によって原水の一部をストルバイト形成手段１３に導入することもできるが、有機物を低分子化した加水分解水の一部をストルバイト形成手段１３に導入することによってストルバイトの形成効率や、その後段の脱窒処理における脱窒効率を向上させることができるという利点がある。

アンモニア性窒素濃度が２０５０ｐｐｍ、ＢＯＤが３１００ｍｇ／Ｌの養豚廃液に、リン酸／アンモニアのモル比が１．７、マグネシウム／アンモニアのモル比が３．０になるようにリン酸と酸化マグネシウムをそれぞれ添加した。次に、種晶として２０容積％のストルバイトを添加した。得られた処理水を分析した結果、アンモニア性窒素濃度は３８ｐｐｍ、リン酸性リン濃度は４１ｐｐｍであった。また、ＢＯＤ濃度は３０５０ｍｇ／Ｌであった。

得られた処理水を、メタン発酵した消化液を処理する活性汚泥実験装置に投入し、脱窒用炭素源として用いた。その結果、メタノールを炭素源とする脱窒と略同様の結果が得られた。

本発明の一形態例を示す排水処理装置の概略系統図である。

符号の説明

１１…メタン発酵処理手段、１２…生物処理手段、１３…ストルバイト形成手段、１４…加水分解処理手段、１５…原水流入経路、１６…原水分岐経路、１７…加水分解水経路、１８…加水分解水分岐経路、１９…分離液導入経路、２１…マグネシウム添加経路、２２…リン酸添加経路、２３…発酵処理液経路、２４…処理水経路

Claims

含窒素有機性排水をメタン発酵させるメタン発酵処理手段と、メタン発酵処理液を嫌気状態で脱窒する脱窒部を含む生物処理手段とを有する排水処理装置において、前記メタン発酵処理手段に導入する前記含窒素有機性排水の一部を分岐する経路と、該経路に分岐した含窒素有機性排水中のアンモニアを、マグネシウムイオン及びリン酸イオンと反応させてリン酸アンモニウムマグネシウムを形成するストルバイト形成手段と、該ストルバイト形成手段で形成したリン酸アンモニウムマグネシウムを分離した残りの分離液を前記生物処理手段に導入する経路とを設けたことを特徴とする排水処理装置。
前記メタン発酵処理手段の前段に加水分解処理手段を設けるとともに、該加水分解処理手段に導入する前の前記含窒素有機性排水の一部又は該加水分解処理手段で処理した加水分解水の一部を前記ストルバイト形成手段に導入する経路を設けたことを特徴とする請求項１記載の排水処理装置。