JP2006289310A - 排水の処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】これまで形成が困難であった好気条件下でも脱窒菌を含むグラニュールを確実にかつ迅速に形成させ、硝化性能を有するグラニュールを用いた生物処理を実用化可能とできる、排水の処理方法を提供する。
【解決手段】アンモニア性窒素を含有する排水を好気性条件下において硝化菌と接触させることにより硝化処理を行うに際し、有機物を基質として形成させた脱窒菌を含むグラニュール、もしくはその破砕物を投入することにより、硝化性能を有するグラニュールを形成させることを特徴とする排水の処理方法。
【選択図】なし

Description

本発明は、アンモニア性窒素を含有する排水の処理方法に関し、とくに、グラニュール状微生物造粒体（以下、単にグラニュールと言う。）を使用した排水の処理方法に関する。

近年、排水処理の分野においては、微生物の生理活性を利用して排水中の汚濁物質を無害な物質に変化させて処理を行う生物処理が多用されている。一般的な生物処理法としては活性汚泥法が主流であるが、通常の活性汚泥法においては系内の微生物濃度の高濃度化が困難であり、負荷を高く取ることができないため、大きな敷地面積が必要であること、生物相の管理が難しくバルキング等の処理性能悪化を生じやすいこと、大規模な沈殿設備が必要であること、余剰汚泥等の廃棄物発生量が多いことなどが問題視されてきた。

これらの問題を解決する技術として活性汚泥の固液分離を膜を用いて行う方法、スポンジや高分子担体等の微生物を付着させて処理を行う方法、微生物が自己造粒したいわゆるグラニュールを使用して処理を行う方法等が開発されてきた。中でもグラニュールを使用する方法は反応槽内に多量の微生物を保持しうるため、単位体積当たりの反応速度が速く、固液分離も容易なため注目されてきている（例えば、特許文献１）。
特開２００２−３３６８８５号公報

ところが、グラニュールを使用した排水の生物処理は汚濁物質の高速処理が可能であるため、有効な方法であるが、グラニュールの形成が遅いことが問題視されてきた。とくに、アンモニア性窒素を好気条件下で微生物によって処理する場合にはアンモニア酸化細菌および亜硝酸酸化細菌を中心とした硝化菌を含有するグラニュールを形成させる必要があるが、これらの増殖速度が非常に遅く、また細胞外ポリマーの形成量が非常に少ないためグラニュール化が非常に困難であり、ほとんど実用化されていない。

また、硝化菌グラニュールの核としてＵＡＳＢ（Ｕｐｆｌｏｗ Ａｎａｅｒｏｂｉｃ Ｓｌｕｄｇｅ Ｂｌａｎｋｅｔ；上向流嫌気性スラッジブランケット）に代表される反応装置で形成される嫌気性細菌を主体とするグラニュールを投入することも考えられるが、嫌気性細菌を主体としており、好気性条件下では菌体が死滅するため、硝化菌を主体とするグラニュールへの生物相の移行がスムーズに進行しない恐れがある。

そこで本発明の課題は、これまで形成が困難であった好気条件下でも脱窒菌を含むグラニュールを確実にかつ迅速に形成させ、硝化性能を有するグラニュールを用いた生物処理を実用化可能とできる、排水の処理方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る排水の処理方法は、アンモニア性窒素を含有する排水を好気性条件下において硝化菌と接触させることにより硝化処理を行うに際し、有機物を基質として形成させた脱窒菌を含むグラニュール、もしくはその破砕物を投入することにより、硝化性能を有するグラニュールを形成させることを特徴とする方法からなる。

より具体的には、本発明に係る排水の処理方法は、アンモニア性窒素を含有する排水を好気性条件下において硝化菌と接触させることにより硝化処理を行うに際し、有機物及び硝酸もしくは亜硝酸イオンを含有する水を生物反応槽に上向流で通水することによって脱窒菌を含むグラニュールを形成させ、該生物反応槽にアンモニア性窒素を含む水および酸素を含有する気体を供給することによって脱窒菌を含むグラニュール表面に硝化菌を付着させて硝化性能を有するグラニュールを形成させることを特徴とする方法からなる。

このような本発明に係る排水の処理方法においては、脱窒菌を含むグラニュールと共に硝化菌を含む水を添加することができる。硝化菌を含む水としては、硝化菌を培養液により培養して製剤化した微生物製剤、あるいは活性汚泥を用いることができる。

すなわち、本発明では、通性嫌気性細菌を主体とする脱窒菌を含むグラニュールを有機物を基質として無酸素条件下で形成させ、本グラニュールもしくはその破砕物を投入することにより硝化菌をグラニュール表面に増殖させ、硝化性能を有するグラニュールを形成させることが可能であることを見出したものである。本グラニュールは通性嫌気性細菌を主体としているので、好気性条件下においても生育できるため、スムーズに硝化菌を主体としたグラニュールへの移行が可能である。

このように、本発明に係る排水の処理方法によれば、これまで形成が困難であった系においても短期間でのグラニュール化が可能となり、目標とする効率のよい生物処理を行うことができる。したがって、本発明に係る方法を使用することにより、反応槽のコンパクト化、汚泥の脱水性の向上等が可能となり、結果として低コストでの実用的な排水処理を達成することができる。

以下に、本発明の望ましい実施の形態について、とくに排水中のアンモニア性窒素を処理する場合について、詳細に説明する。

＜グラニュールの形成方法＞
本発明で用いる脱窒菌を含むグラニュールは、有機物および硝酸性窒素もしくは亜硝酸性窒素を含有する水を生物反応槽に通水して作製される。一般に脱窒菌のグラニュールは硝化菌のグラニュールと比較して非常に作製が容易で、適切な濃度のアルコール類や酢酸塩等の有機物及び硝酸性窒素もしくは亜硝酸性窒素を含有する水を上向流で通水することによって、通常２週間から１ヶ月程度で形成される。本発明においてはこのグラニュールは他の事業場、工場等で作製したものや現場にて設置した反応槽によって作製することが可能である。また、硝化性能を有するグラニュールが必要な現場で脱窒菌のグラニュールを作成する場合には硝化反応槽を転用して作製することができる。この場合、あらかじめ無酸素条件下で、適切な負荷で有機物及び硝酸性窒素もしくは亜硝酸性窒素を含有する水を上向流で通水して脱窒菌のグラニュールを作製した後、アンモニア性窒素含有水および酸素を供給する。脱窒菌を含むグラニュールの径が大きい場合には破砕を行った後に投入する方法も非常に有効である。

硝化菌のグラニュールにおいては、グラニュール表面からの酸素の拡散距離が有効微生物量に直接関わってくるため、比較的径は小さい方が結果として反応槽当たりの負荷を高く取ることが可能であるが、径が小さくなるに従い沈降速度が遅くなるため、径としては０．１〜１．０ｍｍ程度が特に有効である。また、脱窒菌のグラニュールを核として投入する場合、硝化菌源を同様に投入することが有効である。硝化菌源としては硝化菌を培養して作製した一般に販売されている微生物製剤や、活性汚泥等が効果的である。

脱窒と異なり硝化の場合には、硝化菌の増殖に溶存酸素を必要とするため、グラニュール反応槽下部より空気もしくは酸素を供給する。装置形状に特に指定はなく、円筒状もしくは角型槽等の一般的なものが使用できるが、グラニュールを形成するためのせん断力を確保するため、グラニュールを形成する槽においては縦横比は１：１以上を確保することが望ましい。

立ち上げ初期にはグラニュールが十分に形成されておらず、汚泥の比重が小さいため、汚泥は系外に流出する。このような汚泥は沈殿槽等によって濃縮して反応槽内に返送することが望ましい。また、反応槽上部に十分な大きさの固−気−液分離装置（ＧＳＳ）を設置した場合には沈殿槽を省略することもできる。

このように脱窒菌を含むグラニュールを核として投入し表面に硝化菌を増殖させることによって徐々に生物相が脱窒菌を主体とするものから硝化菌を主体とするものへ変化し、最終的には高い硝化性能を有するグラニュールが形成される。

＜装置の構成＞
アンモニア性窒素を含有した排水は通常反応装置内への負荷を安定化させるため、調整槽に一旦滞留させた後、一定流量で硝化反応槽へ送られる。排水中にアンモニア性窒素以外の有機物質や阻害物質がある場合には、あらかじめ問題のない程度まで処理を施しておくことが望ましい。また、ｐＨは中性〜弱アルカリ性で処理することが望ましいため、必要に応じて排水のｐＨを調整する。

硝化反応槽内には脱窒菌を含むグラニュールが硝化菌グラニュールの核として充填されており、硝化反応は好気性条件下で進行するため、反応槽下部から空気もしくは酸素による曝気を行う。また、アンモニア性窒素の硝化に伴いアルカリ度を消費し、ｐＨが低下するため、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウムなどのアルカリを添加する設備を設けることが望ましい。反応槽上部にはグラニュールの流出を防止するため固−気−液分離装置（ＧＳＳ）を設置することが望ましい。

このように硝化菌グラニュールとアンモニア性窒素を含有する排水とを接触させることにより、アンモニア性窒素を硝酸もしくは亜硝酸にまで硝化することができる。硝酸もしくは亜硝酸は必要に応じて一般的な脱窒装置を使用することによって窒素ガスにまで変化させて系外へ放出することができる。

以下に本発明に係る方法を用いて行った実施例を示す。なお、この実施例は本発明の範囲を限定するものではない。

実施例１
内径50mm、高さ3000mm、上部に固−気−液分離装置（ＧＳＳ）を設置した反応槽を作製し、内部に下水処理場の活性汚泥をそれぞれ2000mg/Lとなるように投入した。また、内部には攪拌のため攪拌羽を設置し5rpmで攪拌を行った。本反応槽に硝酸性窒素200mg/Lおよびメタノール800mg/Lおよびリン30mg/Lを含有させた工業用水を上向流で通水した。約１ヶ月の通水により約1mmの脱窒菌を含有するグラニュールが形成された。

本反応槽に食品工場の排水処理設備より採取した活性汚泥を投入すると共に、アンモニア性窒素およびカルシウムをそれぞれ500mg/L含む排水を通水し、0.5L/minで曝気を行いながらグラニュールを作製した。

比較例１
同様の反応槽を作製し、活性汚泥を投入すると共に脱窒菌を含むグラニュールがない条件下で、アンモニア性窒素およびカルシウムをそれぞれ500mg/L含む排水を通水し、0.5L/minで曝気を行った。活性汚泥の流出が顕著であったため、適宜流出した汚泥を反応槽に戻す操作を行った。

〔結果〕
１ヵ月後、２ヵ月後の反応槽当たりの硝化活性を表１に示した。実施例１においては１ヵ月後において活性汚泥もほぼ消失し、グラニュールが槽内良好に形成され、また、硝化活性が上昇していることからもグラニュールの菌相が脱窒菌から硝化菌へと移行したものと推定された。これに対し、比較例１においては汚泥の増加および硝化活性の増加は若干見られたものの、グラニュールの形成は確認されなかった。

Claims (5)

1. アンモニア性窒素を含有する排水を好気性条件下において硝化菌と接触させることにより硝化処理を行うに際し、有機物を基質として形成させた脱窒菌を含むグラニュール、もしくはその破砕物を投入することにより、硝化性能を有するグラニュールを形成させることを特徴とする排水の処理方法。
2. アンモニア性窒素を含有する排水を好気性条件下において硝化菌と接触させることにより硝化処理を行うに際し、有機物及び硝酸もしくは亜硝酸イオンを含有する水を生物反応槽に上向流で通水することによって脱窒菌を含むグラニュールを形成させ、該生物反応槽にアンモニア性窒素を含む水および酸素を含有する気体を供給することによって脱窒菌を含むグラニュール表面に硝化菌を付着させて硝化性能を有するグラニュールを形成させることを特徴とする排水の処理方法。
3. 脱窒菌を含むグラニュールと共に硝化菌を含む水を添加することを特徴とする、請求項１または２に記載の排水の処理方法。
4. 硝化菌を含む水が硝化菌を培養液により培養して製剤化した微生物製剤であることを特徴とする、請求項３に記載の排水の処理方法。
5. 硝化菌を含む水が活性汚泥であることを特徴とする、請求項３に記載の排水の処理方法。