JP2006346536A

JP2006346536A - 排水処理方法および装置

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Publication number: JP2006346536A
Application number: JP2005173655A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Eguchi; 正浩江口; Yoshiaki Hasebe; 吉昭長谷部
Original assignee: Organo Corp; Japan Organo Co Ltd
Current assignee: Organo Corp
Priority date: 2005-06-14
Filing date: 2005-06-14
Publication date: 2006-12-28

Abstract

【課題】グラニュールを利用した生物処理の利点を活かす高速処理が安定的に持続可能となり、かつ空気吹き込みのための消費エネルギーを必要最小限に抑え、形成したグラニュールを破壊しない、効率のよい排水処理方法および装置を提供する。
【解決手段】微生物を含有した造粒体を反応装置内に形成させ、処理対象物質を含有した排水を該反応装置内に通水することにより造粒体と接触させて処理対象物質の処理を行う方法であって、反応装置内の溶存酸素濃度が０．５ｍｇ／Ｌ以上になるようにばっ気することを特徴とする排水処理方法および排水処理装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、排水中の汚濁物質を微生物の自己造粒体（グラニュール）を用いて生物化学的に処理する方法に係り、特に通常の条件下においてはグラニュールを形成させることが困難なアンモニア性窒素を含む無機排水を、硝化細菌を含有するグラニュールによって硝化する排水の処理方法および処理装置に関する。

従来より、ＩＣなどの半導体の製造工程などでは、フッ酸、アンモニア、硝酸などが使用される。このため、その廃液として、フッ素（フッ酸）、窒素（アンモニア、硝酸）を含む排水が排出される。例えば、エッチング処理等の工程においてこれらの化学物質を含む薬品が用いられ、半導体基板を超純水等で洗浄した際の洗浄廃液としてこれらの化学物質を含む排水が排出される。また、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）製造工程も基本的に半導体製造工程と同様の工程を有しており、同様の排水が排出される。さらに、石炭火力発電所、ガラス表面加工工場等においても、窒素を含む排水が排出される。

窒素除去法としては、一般的に生物学的硝化脱窒処理方法が採用される。この生物学的硝化脱窒処理方法は、まず排水を硝化処理して排水中のアンモニア性窒素を亜硝酸性窒素又は硝酸性窒素とし、その後メタノール等の水素供与体を添加して無酸素状態とし、通性嫌気性細菌である脱窒菌の無酸素状態における硝酸呼吸を利用して窒素を除去するものである。

例えば、従来の好気性独立栄養性細菌の作用により排水中のアンモニア性窒素を亜硝酸性窒素又は硝酸性窒素へと変換する生物処理方法においては、その変換に伴って排水のｐＨが低下する。この好気性独立栄養性細菌（硝化細菌）の生育状態は以下の化学反応式で表すことができる。
ＮＨ₄ ⁺＋０．１０３ＣＯ₂＋１．８６Ｏ₂→０．０１８２Ｃ₂Ｈ₅ＮＯ₂＋０．００２４５Ｃ₅Ｈ₇ＮＯ₂＋０．９７９ＮＯ₃ ^-＋１．９８Ｈ⁺＋０．９３８Ｈ₂Ｏ
すなわち、硝化細菌の増殖に必要な無機炭素と処理すべきアンモニア性窒素との重量比は、０．０８８ｇ−Ｃ／ｇ−Ｎと表すことができる。このような硝化細菌を利用した従来の排水処理方法として、例えば特許文献１〜４に開示されたものが知られている。

一般に、アンモニアの硝化は活性汚泥法や生物固定担体を処理系内に投入して、その細菌を処理系内に留める生物膜法などが採用されているが、許容負荷は低く、例えば０．１〜１．０ｋｇ−Ｎ／ｍ³／ｄａｙ程度となっている。この許容負荷は反応槽の大きさに直接的に影響を及ぼし、また、装置の大きさはコストにも影響する。そのため近年では、微生物を含有し沈降性のよい造粒体を形成させることにより装置内における微生物濃度を飛躍的に高めて高許容負荷を達成する、いわゆるグラニュール法の検討が盛んに行われている。

しかしながら、嫌気性条件下にて有機物のメタン発酵を行うメタン細菌や無酸素条件下で硝酸イオンや亜硝酸イオンを窒素ガスに還元する脱窒細菌等は比較的容易にグラニュールを形成するが、溶存酸素を含む好気性条件下においては、回分式反応装置でグラニュールを形成したという報告があるものの、連続通水プロセスにおいては困難であることが知られている。さらに、細胞外ポリマーの産出量が少ない硝化細菌においてはグラニュールの形成が非常に困難であると考えられてきた。

ところが近年、グラニュールの内部に鉄化合物が存在することを見出し、鉄イオンを連続的に注入することによって硝化細菌グラニュールを形成させる方法が発明された（特許文献５）。
特開昭５４−３３３６５号公報特開昭６１−１１８１９８号公報特開平５−１２３６９６号公報特開２００３−３３７８８号公報特開２００３−２６６０９５号公報

菌体濃度が高いグラニュールを利用した好気性グラニュール生物処理は、従来の通常の生物処理に比較して、５倍程度の高負荷処理が可能になる方法である。しかしながら、長期の運転や高負荷処理において、安定した高速処理の持続が難しいという問題が残されている。また、大量の空気を吹き込むと、消費エネルギーが増大することと、形成したグラニュールが破壊される懸念があった。

そこで本発明の課題は、グラニュールを利用した生物処理の利点を活かす高速処理が安定的に持続可能となり、かつ空気吹き込みのための消費エネルギーを必要最小限に抑え、形成したグラニュールを破壊しない、効率のよい排水処理方法および装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明者らは、鋭意検討を行った結果、長期運転ではグラニュールが肥大化し、グラニュールのごく表層の部分までにしか酸素が行き渡らず、有効に高濃度の菌を利用できていないことをつきとめた。そこで、よりグラニュールの内部まで酸素が行きわたるように空気を供給することを検討した結果、反応装置（反応槽）内の溶存酸素濃度（ＤＯ）が０．５ｍｇ／Ｌ以上あれば、充分な硝化速度を得られることをつきとめた。また、８ｍｇ／Ｌ以上にしても、硝化速度の上昇はあまり認められないこともつきとめた。さらに、リアクターを用いた試験を実施した結果、空気の線速度（ＬＶ）が５〜１００ｍ／ｈｒの範囲内であれば、通常の排水処理条件で反応装置内の溶存酸素濃度が０．５ｍｇ／Ｌ以上となり、また、空気供給に伴うせん断応力でグラニュールが微細化や崩壊などを生じないことが判明した。

すなわち、本発明に係る排水処理方法は、微生物を含有した造粒体を反応装置内に形成させ、処理対象物質を含有した排水を該反応装置内に通水することにより造粒体と接触させて処理対象物質の処理を行う排水処理方法において、反応装置内の溶存酸素濃度が０．５ｍｇ／Ｌ以上になるようにばっ気することを特徴とする方法からなる。

この排水処理方法においては、反応装置内の溶存酸素濃度を計測し、該溶存酸素濃度が０．５ｍｇ／Ｌ以上になるように空気供給量を調整することが好ましい。

また、本発明に係る排水処理方法は、微生物を含有した造粒体を反応装置内に形成させ、処理対象物質を含有した排水を該反応装置内に通水することにより造粒体と接触させて処理対象物質の処理を行う排水処理方法において、ばっ気のために反応装置内に供給する空気の線速度を５〜１００ｍ／ｈｒの範囲内に制御することを特徴とする方法からなる。

さらに、本発明に係る排水処理方法は、微生物を含有した造粒体を反応装置内に形成させ、処理対象物質を含有した排水を該反応装置内に通水することにより造粒体と接触させて処理対象物質の処理を行う排水処理方法において、反応装置内の溶存酸素濃度が０．５ｍｇ／Ｌ以上になるようにばっ気するとともに、ばっ気のために反応装置内に供給する空気の線速度を５〜１００ｍ／ｈｒの範囲内に制御することを特徴とする方法からなる。

上記のような本発明に係る排水処理方法においては、処理対象物質としては、例えば、アンモニア性窒素とすることができる。

本発明に係る排水処理装置は、微生物を含有した造粒体を反応装置内に形成させ、処理対象物質を含有した排水を該反応装置内に通水することにより造粒体と接触させて処理対象物質の処理を行う排水処理装置において、反応装置内の溶存酸素濃度が０．５ｍｇ／Ｌ以上になるようにばっ気する手段を有することを特徴とする装置からなる。

この排水処理装置においては、反応装置内の溶存酸素濃度を計測する手段と、該溶存酸素濃度が０．５ｍｇ／Ｌ以上になるように空気供給量を調整する手段とを有することが好ましい。

また、本発明に係る排水処理装置は、微生物を含有した造粒体を反応装置内に形成させ、処理対象物質を含有した排水を該反応装置内に通水することにより造粒体と接触させて処理対象物質の処理を行う排水処理装置において、反応装置内をばっ気する手段と、該ばっ気手段により反応装置内に供給される空気の線速度を５〜１００ｍ／ｈｒの範囲内に制御する手段とを有することを特徴とする装置からなる。

さらに、本発明に係る排水処理装置は、微生物を含有した造粒体を反応装置内に形成させ、処理対象物質を含有した排水を該反応装置内に通水することにより造粒体と接触させて処理対象物質の処理を行う排水処理装置において、反応装置内の溶存酸素濃度が０．５ｍｇ／Ｌ以上になるようにばっ気する手段と、該ばっ気手段により反応装置内に供給される空気の線速度を５〜１００ｍ／ｈｒの範囲内に制御する手段とを有することを特徴とする装置からなる。

上記のような本発明に係る排水処理装置においては、処理対象物質としては、例えば、アンモニア性窒素とすることができる。

このような本発明に係る排水処理方法および装置は、微生物を含有した造粒体を反応装置内に形成させて、処理対象物質を含有した排水を該反応装置内に通水することによって造粒体と接触させ、これにより処理対象物質を好気的に生物処理を行う方法および装置に関するものであり、処理対象物質の種類や微生物の種類に特に限定はないが、特に硝化処理や有機物処理の高負荷処理に好適に使用されるものである。

本発明に係る排水処理方法および装置によれば、好気グラニュールのポテンシャルを十分活かした高速生物処理を長期間安定して運転することが可能となる。そして、グラニュールを使用して、省スペースかつ低コストな生物処理を実施することが可能となる。

以下に、本発明について、望ましい実施の形態とともに、とくに、排水中のアンモニア性窒素を本発明を用いて処理する場合を例にとって、詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施態様に係る排水処理装置の概略構成を示しており、特に、アンモニア性窒素を含む無機性排水を生物処理によって硝化する排水処理装置１を示している。この排水処理装置１は、反応装置としての反応槽２と、その下部に接続され、アンモニア性窒素を含む排水３を流入させる、ポンプ４を備えた排水導入ライン５と、反応装置内をばっ気する手段としての、ブロワー６および該ブロワー６によりばっ気用空気を供給する空気供給ライン７と、反応槽２の上部に接続され、処理水８を排出する処理水排出ライン９と、を備えている。排水導入ライン５は、必要に応じて栄養塩（リン、微量元素）などの添加可能な添加流入部１０を備えている。また、本実施態様では、反応槽２内には、必要に応じてアルカリ剤１１（例えば、ＮａＯＨ）が注入ポンプ１２により注入できるようになっており、注入量は、例えば、反応槽２内に対して設けられたｐＨセンサ１３（図示例では、反応槽２内の上、中、下部の少なくとも１箇所以上に設けてある。）に基づいて注入ポンプ１２の駆動（例えば、回転数）を制御することにより、調製できるようになっている。また、反応槽２内には、溶存酸素濃度センサ（ＤＯセンサ）１４が設けられ（図示例では、反応槽２内の上、中、下部の少なくとも１箇所以上に設けてある。）、反応槽２内の溶存酸素濃度を検出できるようになっている。この溶存酸素濃度センサ１４の検出信号に基づいて、ばっ気用のブロワー６の駆動（例えば、回転数）を制御できるようになっている。

上記反応槽２の内部には独立栄養性細菌を含むグラニュール（造立体）が形成される。反応槽２の上部には、気固液分離部１５が設けられ、供給した空気と、処理水と、一部の浮上したグラニュール、汚泥の分離を行うようになっている。

本発明では、上記反応装置内（反応槽２内）の溶存酸素濃度（ＤＯ）を０．５ｍｇ／Ｌ以上にばっ気することを特徴としている。より好ましくは、１〜８ｍｇ／Ｌにすることを特徴としている。この際、原水（排水）の性状変動なども考慮して、反応槽２内の溶存酸素濃度を計測、モニタリングすることが好ましい。モニタリングの結果、溶存酸素濃度が低い場合には手動で空気供給量を上げるか、溶存酸素濃度センサ１４と連動して自動で空気供給量を制御することができる。溶存酸素濃度を測定するポイントに関しては、反応槽２内で設置しやすい上部、または反応が活発に生じている下部から中心部あたりで計測し調整することができる。

そして、反応槽２内におけるばっ気用空気の線速度ＬＶを５〜１００ｍ／ｈｒの範囲内に設定する。空気ＬＶをこの範囲で供給することで、グラニュールの流動性、反応槽内の望ましい溶存酸素濃度の確保が可能となり、また必要以上のエネルギーの消費を抑えて消費エネルギーを削減できるとともに、グラニュール崩壊、流出を回避することが可能となる。

また、反応の過程でｐＨが変動する処理においては、ｐＨ調整剤（上記実施態様ではアルカリ剤）を添加する。とくに硝化処理においては、ｐＨが低下するため、アルカリ剤を添加することが必要である。好ましくは、反応槽中のｐＨをモニタリングしながらｐＨ中性にコントロールすることが好ましい。

このように本発明によれば、グラニュールのポテンシャルを活かす高速処理が安定的に実現可能となり、省スペースかつ低コストな生物処理を実施することが可能となる。

なお、本発明は、好気性グラニュールを用いた生物処理であれば同等の効果を発揮するため、硝化処理に何ら限定されるものではない。

実施例１
形成した好気性硝化グラニュールを１．５Ｌ容器にＭＬＳＳとして２５００ｍｇ／Ｌとなるように入れ、アンモニア性窒素を１５０ｍｇ／Ｌとなるように添加して実験を開始し、経時的に硝酸性窒素の濃度を測定して硝化速度を算出した。実験における溶存酸素濃度は、各ビーカーで０．２、０．５、１、２、３、５、８、１０、１５ｍｇＯ／Ｌとなるように設定し、反応液中の溶存酸素濃度を計測しながら空気、窒素、酸素を供給して調整を行った。温度は２０℃で実施した。

好気グラニュールの硝化速度に及ぼす溶存酸素濃度の影響を調べた結果を図２に示す。図２から分かるように、反応液中の溶存酸素濃度が高いほど硝化速度が顕著に向上することを確認できた。また、０．５ｍｇＯ／Ｌ（溶存酸素濃度）以上であれば１０ｍｇＮ／Ｌ・ｈｒ（硝化速度）程度以上の速度が得られること、および酸素を使用して８ｍｇＯ／Ｌ（溶存酸素濃度）以上に調整しても硝化速度の顕著な向上が認められないことを確認できた。

この結果から、好気グラニュールを用いた生物処理おいて、反応槽中の溶存酸素濃度を０．５ｍｇ／Ｌにすること、好ましくは１〜８ｍｇ／Ｌ、さらに好ましくは２〜８ｍｇ／Ｌの範囲内に調整することで、グラニュールの特性を活かした高速処理が可能であることを確認できた。

また、このような望ましい反応槽中の溶存酸素濃度を達成するためには、ばっ気のために反応装置内に供給する空気の線速度を５〜１００ｍ／ｈｒの範囲内に制御することが好ましいことを、装置的に確認した。

本発明に係る排水の処理方法および装置は、例えば生活排水の排水処理のほか、半導体製造工程によって排出される産業排水の排水処理等、各種分野における排水処理に適用可能である。

本発明の一実施態様に係る排水処理装置の概略構成図である。実施例１の試験結果を示す溶存酸素濃度（ＤＯ）とＮＯx 生成速度との関係図である。

符号の説明

１排水処理装置
２反応装置としての反応槽
３排水
４ポンプ
５排水導入ライン
６ばっ気手段としてのブロワー
７空気供給ライン
８処理水
９処理水排出ライン
１０添加流入部
１１アルカリ剤
１２注入ポンプ
１３ｐＨセンサ
１４溶存酸素濃度センサ（ＤＯセンサ）
１５気固液分離部

Claims

微生物を含有した造粒体を反応装置内に形成させ、処理対象物質を含有した排水を該反応装置内に通水することにより造粒体と接触させて処理対象物質の処理を行う排水処理方法において、反応装置内の溶存酸素濃度が０．５ｍｇ／Ｌ以上になるようにばっ気することを特徴とする排水処理方法。
反応装置内の溶存酸素濃度を計測し、該溶存酸素濃度が０．５ｍｇ／Ｌ以上になるように空気供給量を調整することを特徴とする、請求項１に記載の排水処理方法。
微生物を含有した造粒体を反応装置内に形成させ、処理対象物質を含有した排水を該反応装置内に通水することにより造粒体と接触させて処理対象物質の処理を行う排水処理方法において、ばっ気のために反応装置内に供給する空気の線速度を５〜１００ｍ／ｈｒの範囲内に制御することを特徴とする排水処理方法。
微生物を含有した造粒体を反応装置内に形成させ、処理対象物質を含有した排水を該反応装置内に通水することにより造粒体と接触させて処理対象物質の処理を行う排水処理方法において、反応装置内の溶存酸素濃度が０．５ｍｇ／Ｌ以上になるようにばっ気するとともに、ばっ気のために反応装置内に供給する空気の線速度を５〜１００ｍ／ｈｒの範囲内に制御することを特徴とする排水処理方法。
処理対象物質がアンモニア性窒素であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の排水処理方法。
微生物を含有した造粒体を反応装置内に形成させ、処理対象物質を含有した排水を該反応装置内に通水することにより造粒体と接触させて処理対象物質の処理を行う排水処理装置において、反応装置内の溶存酸素濃度が０．５ｍｇ／Ｌ以上になるようにばっ気する手段を有することを特徴とする排水処理装置。
反応装置内の溶存酸素濃度を計測する手段と、該溶存酸素濃度が０．５ｍｇ／Ｌ以上になるように空気供給量を調整する手段とを有することを特徴とする、請求項６に記載の排水処理装置。
微生物を含有した造粒体を反応装置内に形成させ、処理対象物質を含有した排水を該反応装置内に通水することにより造粒体と接触させて処理対象物質の処理を行う排水処理装置において、反応装置内をばっ気する手段と、該ばっ気手段により反応装置内に供給される空気の線速度を５〜１００ｍ／ｈｒの範囲内に制御する手段とを有することを特徴とする排水処理装置。
微生物を含有した造粒体を反応装置内に形成させ、処理対象物質を含有した排水を該反応装置内に通水することにより造粒体と接触させて処理対象物質の処理を行う排水処理装置において、反応装置内の溶存酸素濃度が０．５ｍｇ／Ｌ以上になるようにばっ気する手段と、該ばっ気手段により反応装置内に供給される空気の線速度を５〜１００ｍ／ｈｒの範囲内に制御する手段とを有することを特徴とする排水処理装置。
処理対象物質がアンモニア性窒素であることを特徴とする、請求項６〜９のいずれかに記載の排水処理装置。