JP2007007557A - Waste water treatment apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、廃水処理装置に関し、詳しくは、廃水中に高濃度で含まれるアンモニア性窒素の除去処理を部分亜硝酸化及び嫌気性アンモニア酸化により行う廃水処理装置に関する。 The present invention relates to a wastewater treatment apparatus, and more particularly, to a wastewater treatment apparatus that performs removal treatment of ammonia nitrogen contained in wastewater at a high concentration by partial nitritation and anaerobic ammonia oxidation.
水処理技術においてアンモニア含有廃水中の窒素除去技術としては、従来から循環式硝化脱窒法が広く知られている。しかしながら、この技術は、設置面積を広く必要とすることや循環ポンプの設置等、設備面におけるコストが高いことや脱窒の際の栄養源としての水素供与体を添加しなければならないといった問題点がある。 In the water treatment technology, a circulation nitrification denitrification method has been widely known as a nitrogen removal technology in ammonia-containing wastewater. However, this technology has a problem that a large installation area is required, a cost of equipment such as a circulation pump is high, and a hydrogen donor as a nutrient source in denitrification must be added. There is.
しかし、近年、アンモニア性窒素を含有する有機性廃液の処理方法において、廃液中のアンモニア性窒素を亜硝酸化細菌により部分的に亜硝酸化し、生成する亜硝酸化液を嫌気性アンモニア酸化法により、脱窒する処理方法が知られている。 However, in recent years, in the treatment method of organic waste liquid containing ammonia nitrogen, ammonia nitrogen in the waste liquid is partially nitrified by nitrifying bacteria, and the resulting nitrite is obtained by anaerobic ammonia oxidation method. A treatment method for denitrification is known.
この技術は、硝化反応の際、アンモニアから亜硝酸までの部分酸化のため、硝化に要する曝気量を削減できることに加えて、この反応に関わる微生物が自栄養性の細菌であるため、水素供与体である有機物の添加を必要としないので発生汚泥量が従来と比較しかなり減少するといった利点がある(例えば、特許文献1参照。)。 This technology not only reduces the amount of aeration required for nitrification due to partial oxidation from ammonia to nitrous acid during the nitrification reaction. In addition, the microorganism involved in this reaction is a self-trophic bacterium. Therefore, there is an advantage that the amount of generated sludge is considerably reduced as compared with the conventional method (for example, see Patent Document 1).
さらに、この嫌気性アンモニア酸化法を利用した技術として、SNAP法やCanon法が提案されている。SNAP法は、一槽でのアンモニア除去法であり、槽底部中央からの曝気により槽内に対流を発生させ、槽周辺部に設置した付着固定担体表面に好気性微生物であるアンモニア酸化細菌を付着させるとともに、担体内部の嫌気部分に嫌気性アンモニア酸化細菌を生息させ、この両者の働きによって硝化・脱窒を行う処理方法である。一方のCanon法は、リアクタに酸素を制限的に供給することで流入水中のアンモニアの半量をアンモニア酸化細菌の働きで硝酸に変換し、一槽で窒素除去を行う方法である。 Furthermore, as a technique using this anaerobic ammonia oxidation method, a SNAP method and a Canon method have been proposed. The SNAP method is a method for removing ammonia in a single tank, generating convection in the tank by aeration from the center of the bottom of the tank, and attaching ammonia-oxidizing bacteria, which are aerobic microorganisms, to the surface of the attached fixed carrier installed in the periphery of the tank. In addition, anaerobic ammonia-oxidizing bacteria are allowed to inhabit anaerobic parts inside the carrier, and nitrification and denitrification are performed by the action of both. On the other hand, the Canon method is a method in which half of the ammonia in the inflowing water is converted to nitric acid by the action of ammonia-oxidizing bacteria by supplying oxygen limitedly to the reactor, and nitrogen is removed in one tank.
しかしながら、この両方法は、いずれもリアクタ内を低DOとし、嫌気性アンモニア酸化細菌を優先させる方法であるため、亜硝酸生成速度が低く、脱窒の速度も低下するといった問題を有している。また、低C/N比の廃水に対しては有効であるが、高BODの廃水への適用は困難である。
上述のように、SNAP法やCanon法のように一槽での脱窒処理は種々の問題点を有しているが、前記特許文献1に記載された方法では、前述のような利点は有しているものの、複数の処理槽を設置する必要があり、設備面におけるコストに問題があるだけでなく、BOD、DOの持込、亜硝酸/アンモニア濃度比の微調整等の問題がある。 As described above, the denitrification treatment in one tank has various problems as in the SNAP method and the Canon method, but the method described in Patent Document 1 has the above-described advantages. However, it is necessary to install a plurality of treatment tanks, and there are problems in terms of equipment cost, as well as problems such as bringing in BOD and DO, and fine adjustment of the nitrous acid / ammonia concentration ratio.
そこで本発明は、高BOD、高DOの廃水でも、亜硝酸化嫌気性脱窒処理を簡単な装置構成で効率よく行うことができる廃水処理装置を提供することを目的としている。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a wastewater treatment apparatus that can efficiently perform nitritation anaerobic denitrification treatment with a simple apparatus configuration even with high BOD and high DO wastewater.
上記目的を達成するため、本発明の廃水処理装置は、廃水中に含まれるアンモニア性窒素の除去処理を行う廃水処理装置において、前記廃水を導入、曝気処理して廃水中のアンモニウムイオンを亜硝酸イオンに酸化する好気処理部と、生成した亜硝酸イオンと廃水中のアンモニウムイオンとを嫌気状態で反応させて窒素ガスを生成させる嫌気処理部とを有するとともに、前記好気処理部と前記嫌気処理部とを実質的に水の対流を発生させずに、前記アンモニウムイオン及び亜硝酸イオンが通過可能な仕切部材、例えば、スポンジ型成形体、ろ布、半透膜、精密ろ過膜のいずれか一種以上で形成した仕切部材で区画したことを特徴としている。 In order to achieve the above object, a wastewater treatment apparatus of the present invention is a wastewater treatment apparatus for removing ammonia nitrogen contained in wastewater. The wastewater is introduced and aerated to convert ammonium ions in the wastewater to nitrous acid. An aerobic treatment unit that oxidizes to ions, an anaerobic treatment unit that reacts the generated nitrite ions and ammonium ions in the wastewater in an anaerobic state to generate nitrogen gas, and the aerobic treatment unit and the anaerobic part A partition member capable of allowing the ammonium ions and nitrite ions to pass through without substantially causing convection of water between the processing section, for example, any of sponge-type molded bodies, filter cloths, semipermeable membranes, and microfiltration membranes It is characterized by partitioning with one or more partition members.
本発明の廃水処理装置によれば、好気処理部と嫌気処理部とに水(液)が対流(循環)しないので、嫌気処理部へのBOD、DOの持込みを最小限にでき、高効率、高負荷で運転することができる。 According to the waste water treatment apparatus of the present invention, since water (liquid) does not convect (circulate) between the aerobic treatment unit and the anaerobic treatment unit, it is possible to minimize the introduction of BOD and DO into the anaerobic treatment unit, and high efficiency. Can be operated at high load.
図1及び図2は本発明の廃水処理装置の第1形態例を示すもので、図1は概略系統図、図2は仕切部材の説明図である。この廃水処理装置は、処理槽11の内部を仕切部材12によって好気処理部13と嫌気処理部14とに区画したものであって、好気処理部13の底部には、水中に酸素を供給するための散気装置15が設けられている。また、好気処理部13には廃水導入手段16が設けられている。廃水を連続的に注入する場合、処理水導出手段17は嫌気処理部14に設けるのが好ましく、廃水を断続的に導入する、いわゆる回分式処理方式の場合では処理水導出手段は好気処理部13に設けるのが好ましい。
1 and 2 show a first embodiment of the wastewater treatment apparatus of the present invention, FIG. 1 is a schematic system diagram, and FIG. 2 is an explanatory view of a partition member. This wastewater treatment apparatus is configured such that the inside of a
仕切部材12は、実質的に水の対流が抑制され、主に拡散のみによってイオンの通過、移動が可能な材料、例えば、スポンジ型成形体、ろ布、半透膜、精密ろ過膜のいずれか又はこれらを組み合わせたもののように、水を通過させるためには圧力を加える必要があるもの、つまり、通水抵抗があるような材料によって形成されている。すなわち、イオンを拡散現象によって好気処理部13と嫌気処理部14とに移動させ、水の移動を抑制するようにしているため、水中の酸素はほとんど嫌気処理部14に移動することはなく、嫌気処理部14が好気性状態になることを防止している。また、イオンに比べて分子量が大きい有機化合物の拡散速度が比較的遅いことから、好気処理部13内のBOD成分が嫌気処理部14へ移動することも抑制することができる。
The
仕切部材12の材質、形状は適宜選択できるが、通水抵抗が一定以上である必要がある。ここでは、通水抵抗を圧力10kPaでの仕切部材12の単位面積[m2]当たりの通水量Q10で表すと、好ましい仕切部材12の通水量Q10は500L/分/m2以下であり、特に好ましいのは100L/分/m2である。通水量Q10が500L/分/m2以下であれば、対流を抑制するための通液抵抗が確保され、イオンを優先的に移動させることができる。また、仕切部材12の表面積は、その材質や廃液の性状等によって変動するが、窒素負荷1kg−N/日当たりの表面積は10m2以上が好ましく、50m2以上が特に好ましい。
The material and shape of the
一方、好気処理部13での散気装置15からの曝気処理により、水中に溶解しているアンモニウムイオン(アンモニア性窒素)が酸化されて生成した亜硝酸イオン(亜硝酸性窒素)及び未反応のアンモニウムイオンは、仕切部材12の両側のイオン濃度差に応じて仕切部材12を拡散により通過して好気処理部13から嫌気処理部14に移動する。嫌気処理部14に移動したアンモニウムイオンと亜硝酸イオンとは、嫌気性アンモニア酸化によって窒素ガスを生成し、窒素ガスは気泡となって水中から系外に排出される。
On the other hand, nitrite ions (nitrite nitrogen) generated by oxidation of ammonium ions (ammonia nitrogen) dissolved in water by aeration treatment from the
亜硝酸化手段である好気処理部13は、アンモニア性窒素を亜硝酸化細菌により、硝酸が生成しないように亜硝酸化して、亜硝酸アンモニウムを生成させるように構成される。このような亜硝酸化手段としては、アンモニア性窒素と亜硝酸化細菌とを好気性下に接触させてアンモニア性窒素を亜硝酸化させるものが採用できる。亜硝酸化細菌は浮遊状態でもよく、スポンジ、樹脂成形体、活性炭等の担体に担持させた状態でもよい。
The
好気処理部13で用いられる亜硝酸化細菌は、従来からアンモニア性窒素の亜硝酸化に用いられている細菌であって、好気性下でアンモニア性窒素を酸化して亜硝酸性窒素に転換する細菌である。このような亜硝酸化細菌は、アンモニア性窒素を含む液を好気性下に酸化することにより発生させることができるが、有機性廃水処理の好気処理手段から採取した汚泥をそのまま、又は、充填層に付着させて使用することができる。また、通常、散気によって好気処理部13内は略均一混合状態にあるが、散気による撹拌力が不十分な場合は、撹拌機、循環ポンプ等の撹拌手段を設けることができる。
The nitrite bacteria used in the
脱窒手段である嫌気処理部14は、亜硝酸化液を嫌気性アンモニア酸化細菌により、アンモニア性窒素と亜硝酸性窒素とを反応させて脱窒するように構成される。嫌気性アンモニア酸化細菌は嫌気性であるため、酸素が供給されない構造が採用される。嫌気性アンモニア酸化細菌は、浮遊状の汚泥として用いてもよく、担体に担持した状態又はグラニュール等の粒状の状態で用いてもよい。このような脱窒手段において、アンモニア性窒素と亜硝酸性窒素とを含む液を嫌気性アンモニア酸化細菌と接触させ、アンモニア性窒素と亜硝酸性窒素とを反応させ、窒素ガスに転換して脱窒を行う。
The
嫌気処理部14で用いられる嫌気性アンモニア酸化細菌は、Planctomycetesに属す細菌であって、従来の脱窒に用いられている従属栄養性の脱窒細菌とは異なり、独立栄養性の細菌である。このため、脱窒に際して、従来の脱窒細菌には必要であったメタノール等の栄養源の添加を必要としない。また、嫌気性アンモニア酸化細菌は、アンモニア性窒素と亜硝酸性窒素とを反応させて直接窒素ガスに変換させるため、アンモニア性窒素及び亜硝酸性窒素を同時に除去でき、しかも、有害な廃棄物を生成しないという特徴を有している。
The anaerobic ammonia oxidizing bacterium used in the
さらに、嫌気性アンモニア酸化細菌は、アンモニア性窒素を電子供与体、亜硝酸性窒素を電子受容体として、アンモニア性窒素と亜硝酸性窒素とを反応させて直接窒素ガスに変換させるため、酸素及び硝酸性窒素は不要であり、酸素が存在すると、嫌気性アンモニア酸化細菌の脱窒活性は低下する。したがって、嫌気処理部14には、実質的に酸素が含まれていない状態の液(廃水)を供給するべきである。また、嫌気性アンモニア酸化細菌は硝酸を資化できないため、好気処理部13において硝酸性窒素が実質的に生成させないことが好ましい。酸素については、仕切部材12から嫌気処理部14へ移動する間に細菌によって消費されるので、嫌気処理部14の入口部分で溶存酸素がなくなるような曝気量を容易に設定することができる。
Furthermore, anaerobic ammonia-oxidizing bacteria use ammonia nitrogen as an electron donor and nitrite nitrogen as an electron acceptor to react ammonia nitrogen and nitrite nitrogen directly to convert them into nitrogen gas. Nitrate nitrogen is not necessary, and the presence of oxygen reduces the denitrification activity of anaerobic ammonia oxidizing bacteria. Therefore, the
また、嫌気性アンモニア酸化細菌は、アンモニア性窒素と亜硝酸性窒素とをモル比で1:1.32で反応させるが、嫌気処理部14に供給する廃水は、アンモニア性窒素より亜硝酸性窒素の濃度が低くなっており、好気処理部13で生成した亜硝酸が仕切部材12を随時通過して嫌気処理部14で除去される状態となる。
The anaerobic ammonia oxidizing bacteria react ammonia nitrogen and nitrite nitrogen at a molar ratio of 1: 1.32. However, the wastewater supplied to the
好気処理部13及び嫌気処理部14に供給する廃水は、アンモニア性窒素濃度が50〜3000mg/L、好ましくは80〜2000mg/L、さらに好ましくは300〜1000mg/Lの範囲であり、亜硝酸性窒素濃度が10〜300mg/L、好ましくは20〜200mg/L、さらに好ましくは30〜100mg/Lの範囲であり、pH6.5〜8.0、好ましくはpH6.7〜7.5の範囲が望ましい。
The waste water supplied to the
好気処理部13及び嫌気処理部14における処理温度は室温以上でよく、特に30℃以上が望ましく、低温時には加温してもよい。また、pH調整剤、栄養剤、その他の添加剤は必要に応じて注入することができる。さらに、汚泥が過剰に生成する場合には、一部を引き抜いて廃棄すればよい。
The processing temperature in the
嫌気処理部14では、前述のように、嫌気性アンモニア酸化細菌によって亜硝酸化液中のアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素とが反応し、窒素ガスに変換されて脱窒される。このとき、溶存酸素の存在は、嫌気性アンモニア酸化細菌の活性を低下させるため、嫌気処理部14には流入しないことが望まれる。本形態例に示すように、仕切部材12を介在させることによって溶存酸素が嫌気処理部14に直接流入することが阻害されるため、従来より大流量で嫌気処理を行うことができる。嫌気性アンモニア酸化細菌による反応は、以下の反応式(1)に示され、アンモニア性窒素と亜硝酸性窒素とが略1:1.32で反応する。
In the
NH4++1.32NO2 −+0.066HCO3+0.13H
→ 1.02N2+0.26NO3 −+0.066CH2O0.5N0.15+2.03H2O …(1)
NH 4+ + 1.32NO 2 − + 0.066HCO 3 + 0.13H
→ 1.02N 2 + 0.26NO 3 − + 0.066CH 2 O 0.5 N 0.15 + 2.03H 2 O (1)
上記処理では、高アンモニア性窒素濃度及び亜硝酸性窒素の液を好気処理部13及び嫌気処理部14で処理することにより、好気処理部13において硝酸が生成しない条件でアンモニア性窒素を亜硝酸化することができ、嫌気処理部14において無酸素下で高効率で脱窒を行うことができる。
In the above process, the ammonia nitrogen is sublimated under conditions where nitric acid is not generated in the
好気処理部13では、アンモニア性窒素:亜硝酸性窒素のモル比が近似的に1:1.32の亜硝酸化液を生成させる必要はなく、生成した亜硝酸イオンが仕切部材12を通過して順次嫌気処理部14に移動するため、亜硝酸イオンの蓄積も起こらない。また、アンモニア性窒素を亜硝酸性窒素まで酸化すればよく、従来のように亜硝酸性窒素から硝酸性窒素に酸化する必要はないので、硝化細菌を含む汚泥は不要であり、硝化菌を担持させるための充填材が省略でき、処理槽11の小型化が図れるとともに、酸化に必要な酸素の量(曝気量)も少なくできる。
In the
嫌気処理部14では、アンモニア性窒素と亜硝酸性窒素とを略1:1.32のモル比で反応させて脱窒するため、メタノール等の栄養源が不要であり、効率よく脱窒を行うことができる。また、脱窒反応で生成するのは無害な窒素ガスであり、そのまま廃棄できる。亜硝酸化液細菌及び嫌気性アンモニア酸化細菌は増殖速度が小さいので、汚泥の増加量は少なく、余剰汚泥の発生量は少ない。
In the
図3は本発明の廃水処理装置の第2形態例を示す概略系統図である。なお、脱窒処理は前記第1形態例と同様にして行われるので、詳細な説明は省略する。 FIG. 3 is a schematic system diagram showing a second embodiment of the wastewater treatment apparatus of the present invention. Since the denitrification process is performed in the same manner as in the first embodiment, detailed description is omitted.
本形態例に示す廃水処理装置は、好気処理部となる好気処理槽21と、嫌気処理部となる嫌気処理槽22とを前記仕切部材と同様の材料で形成した連通部23を介して連通させたものであって、嫌気処理槽22内の液を循環経路を介してポンプ24で連通部23内に循環させ、連通部23の内部の嫌気液と外部の好気液との間でアンモニウムイオン及び亜硝酸イオンを移動させるように形成している。このように、ポンプ24によって嫌気処理槽22内に液の流動を発生させることにより、嫌気処理槽22内での反応効率を向上させることができる。
The wastewater treatment apparatus shown in the present embodiment includes an
11…処理槽、12…仕切部材、13…好気処理部、14…嫌気処理部、15…散気装置、16…廃水導入手段、17…処理水導出手段、21…好気処理槽、22…嫌気処理槽、23…連通部、24…ポンプ
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