JP2007007620A

JP2007007620A - 窒素含有廃液の処理方法

Info

Publication number: JP2007007620A
Application number: JP2005194676A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Mori; 豊森
Original assignee: Fuji Electric Holdings Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2005-07-04
Filing date: 2005-07-04
Publication date: 2007-01-18

Abstract

【課題】アンモニア性窒素を含有する廃液の脱アンモニア処理を長期間安定して行うことのできる窒素含有廃液の処理方法を提供すること。
【解決手段】アンモニア性窒素を含有する廃液を活性汚泥処理法による硝化脱窒処理を行い、前記廃液中のアンモニア性窒素を窒素ガスに転換して除去する窒素含有廃液の処理方法であって、前記廃液を脱炭酸処理して前記廃液に溶存している炭酸ガスを減少させた後に、硝化脱窒処理することを特徴とする。
【選択図】なし

Description

本発明は、アンモニア性窒素を含有する廃液を生物化学的に処理し、窒素ガスとして除去する窒素含有廃液の処理方法に関する。

生ごみ等や下水の余剰汚泥などの有機性廃棄物をメタン発酵し、メタンガスとしてエネルギーを回収する方法が省資源、循環型社会形成の一環として採用されている。

メタン発酵は有機物をメタンと炭酸ガス（ＣＯ_２）に分解するが、１００％分解されるわけではなく、メタン発酵廃液中には高濃度の有機物成分が残っている。また、該発酵廃液中には、発酵残渣もしくはメタン発酵槽で増殖した菌体としての汚泥があり、この汚泥中には高濃度の窒素成分が含まれている。更に、有機物の分解生成物であるアンモニアも高濃度含まれている。したがって、メタン発酵廃液はそのまま下水道や河川には放流できず、有機物と窒素成分を分解除去する処理が必要である。

上記のメタン発酵廃液の処理方法として、活性汚泥処理法の一つである間欠曝気式活性汚泥処理（以下、「間欠曝気処理」とも記す）等が知られている。

この間欠曝気処理とは、上記メタン発酵廃液のようなアンモニア性窒素を含有する原水（以下、「窒素含有廃液」とも記す）に、空気曝気と曝気停止を交互に繰り返し、窒素含有廃液中のアンモニアと有機物とを、活性汚泥に培養させた微生物の食物として利用して分解除去する処理方法である。すなわち、窒素含有廃液中のアンモニア性窒素をアンモニア酸化細菌により亜硝酸性窒素に酸化させ、更にこの亜硝酸性窒素を亜硝酸酸化細菌により硝酸性窒素に酸化させる硝化工程と、硝化工程で得られた亜硝酸性窒素もしくは硝酸性窒素中の酸素を使い、窒素含有廃液中の有機物を酸化する脱窒菌の作用により、亜硝酸性窒素もしくは硝酸性窒素は還元して、窒素ガスにまで分解する脱窒工程とからなる２段階の生物反応によって、窒素含有廃液中のアンモニアを窒素ガスとして除去する方法である。

この間欠曝気処理には、例えば、下記特許文献１に開示されているような、単一の活性汚泥槽において、好気条件と嫌気条件とを繰り返し、時間的に区分して処理する方法や、下記非特許文献１に開示されているような、好気条件と嫌気条件とを活性汚泥槽内を区画し、空間的に区分して処理する方法などが知られている。
特開平４−１０４８９６号公報下水道施設計画・設計指針と解説後編（２００１年度版Ｐ２１７〜２１８社団法人日本下水道協会）

活性汚泥処理により、廃液から脱アンモニア処理による浄化処理を行うに際し、処理する廃液の性状によっては、経時で活性汚泥槽内のｐＨが徐々に低下していき、酸性となってしまうことがあった。

一方、活性汚泥槽では、微生物、すなわち硝化菌や脱窒菌の働きにより、廃液中のアンモニアを窒素ガスに転換して除去しているが、これらの微生物は槽内のｐＨによる影響を受けやすい。例えば、硝化菌の活性は、ｐＨ８〜９程度で最も活性が高くなるが、ｐＨ６ではその活性が３０％程度まで低下してしまうことが知られている。

よって、ｐＨが酸性側の領域では、ｐＨの低下とともにその活性が低下してしまうので、アンモニア性窒素の分解効率が損なわれ、窒素含有廃液の処理効率を長期間安定して行うことが困難な場合があった。

したがって本発明は、アンモニア性窒素を含有する廃液の浄化処理を長期間安定して行うことのできる窒素含有廃液の処理方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の窒素含有廃液の処理方法は、アンモニア性窒素を含有する廃液を活性汚泥処理法による硝化脱窒処理を行い、前記廃液中のアンモニア性窒素を窒素ガスに転換して除去する窒素含有廃液の処理方法であって、前記廃液を脱炭酸処理して前記廃液に溶存している炭酸ガス（ＣＯ_２）を減少させた後に、硝化脱窒処理することを特徴とする。

水中に溶存する炭酸ガス（ＣＯ_２）は下式（Ａ）のような平衡状態にある。
ＣＯ_２＋Ｈ_２Ｏ⇔Ｈ_２ＣＯ_３⇔Ｈ^＋＋ＨＣＯ_３ ⁻・・・（Ａ）

したがって、活性汚泥槽内の炭酸ガス（ＣＯ_２）の蓄積量が大きくなると、上記式（Ａ）が右に進み、活性汚泥槽内の水素イオン濃度が徐々に増加していき、ｐＨが低下して酸性となってしまう。

そのため、硝化脱窒処理を実施する際における前処理工程として、脱炭酸処理を行い、廃液に溶存している炭酸ガス（ＣＯ_２）を除去して、活性汚泥槽内の炭酸ガス（ＣＯ_２）の蓄積を抑制することで、活性汚泥槽内の経時的なｐＨの低下を抑制することができる。

よって、本発明によれば、廃液のアンモニア除去効率を低下させることなく、廃液の浄化処理を長期間安定して行うことができる。

また、前記アンモニア性窒素を含有する廃液は、有機物性廃棄物をメタン発酵処理した際に排出されるメタン発酵廃液であることが好ましい。有機性廃棄物のメタン発酵処理による生成物として、主にメタンガスと炭酸ガス（ＣＯ_２）が生成されるので、メタン発酵廃液には炭酸ガス（ＣＯ_２）が大量に含まれている。そのため、アンモニア性窒素を含有する廃液として、メタン発酵廃液を用いた場合、特に効果的である。

本発明の窒素含有廃液の処理方法によれば、活性汚泥処理時におけるｐＨの低下（酸性化）を抑制することができる。そのため、アンモニア性窒素の硝化脱窒反応に寄与する微生物である、硝化菌や脱窒菌の活性低下を抑制することができ、長期間安定して廃液の浄化処理を行うことができる。

以下、本発明について図面を用いて更に詳細に説明する。図１には、本発明の窒素含有廃液の処理に用いる処理装置の一実施形態の概略構成図が示されている。

この処理装置は、窒素含有廃液を貯留するための廃液貯留槽１と、窒素含有廃液に溶解している炭酸ガス（ＣＯ_２）を除去するための脱炭酸処理槽２と、脱炭酸処理した窒素含有廃液を硝化脱窒処理して浄化処理するための活性汚泥槽３と、活性汚泥槽３で浄化処理された活性汚泥処理液を固液分離処理して分離汚泥と分離液とに固液分離する固液分離槽４とで主に構成されている。

廃液貯留槽１としては、貯留タンクのようなものであってもよく、また、例えば有機性廃棄物をメタン菌などでメタン発酵処理するために用いたメタン発酵処理槽などであってもよい。そして、廃液貯留槽１から伸びた配管１ａは脱炭酸処理槽２に接続されている。

脱炭酸処理槽２としては、例えば、脱炭酸処理槽２の下部から空気などの気体を曝気させて溶存している炭酸ガス（ＣＯ_２）を脱気させるような構成のものや、ヒータなどの加温機により、脱炭酸処理槽２内を昇温して炭酸ガス（ＣＯ_２）を脱気させるような構成のものや、減圧機により、脱炭酸処理槽２内を減圧して炭酸ガス（ＣＯ_２）を脱気させるような構成のものなどが挙げられる。そして、脱炭酸処理槽２から伸びた配管２ａは活性汚泥槽３に接続されている。

活性汚泥槽３としては、発酵廃液中の有機物や窒素を微生物によって硝化及び脱窒するための処理槽であって、好気槽又は間欠曝気槽である。そして、活性汚泥槽３から伸びた配管３ａは固液分離槽４に接続されている。なお、配管２ａから一定時間毎に供給される窒素含有廃液と同量の処理液が、配管３ａから引き抜かれて固液分離槽４に送られるように構成されており、活性汚泥槽３内は、常に一定量の窒素含有廃液で満たされている。

固液分離槽４としては、固液分離できるような構成を有するものであれば特に限定はなく、従来より知られている、重力沈澱槽、膜分離装置等の固液分離装置を広く利用できる。

次に、この処理装置を用いた本発明の窒素含有廃液の処理方法について説明する。
まず、廃液貯留槽１からの窒素含有廃液は、脱炭酸処理槽２において、脱炭酸処理が行われる。

窒素含有廃液としては、有機性廃棄物を嫌気性微生物によりメタン発酵処理した際に排出される発酵廃液（以下より「メタン発酵廃液」とする）や、し尿、下水などが挙げられるが、メタン発酵廃液にはメタン発酵に伴い生成した炭酸ガス（ＣＯ_２）が多量に溶存していることから、メタン発酵廃液を用いた場合、特に顕著な効果を発揮する。

窒素含有廃液の脱炭酸処理方法としては、空気曝気による脱気方法、加熱脱気方法、減圧脱気方法などが挙げられ、特に、装置構成が簡素という理由から、空気曝気による脱気方法が好ましい。

また、廃液から脱気する炭酸ガス（ＣＯ_２）の量は、活性汚泥槽内の温度や廃液の流入量等の硝化脱窒処理条件によって異なるので特に限定はしないが、例えば、活性汚泥槽内温度が３０℃、廃液処理の滞留時間が７日で運転している場合は、廃液に溶存している炭酸ガス（ＣＯ_２）の濃度が４０ｍｇ／Ｌ以下であれば、活性汚泥槽内に炭酸ガス（ＣＯ_２）が蓄積することがなく、活性汚泥槽内の経時的なｐＨの低下を抑制することができる。

また、窒素含有廃液の脱炭酸処理条件としては、装置スケールや、脱炭酸処理に用いる窒素含有廃液に溶存している炭酸ガス（ＣＯ_２）の量により変動するので、特に限定はしない。

例えば、有機性廃棄物を嫌気性微生物によりメタン発酵処理した際に排出される発酵廃液には通常炭酸ガス（ＣＯ_２）が３００ｍｇ／Ｌ程度溶存しているが、この廃液を空気曝気による脱気方法で脱炭酸処理する場合、空気曝気量（曝気強度）０．５Ｌ/ｍｉｎ・Ｌで、廃液を３０分間空気曝気することで、炭酸ガス（ＣＯ_２）の溶存濃度を４０ｍｇ／Ｌ以下にまで低減することができる。

なお、窒素含有廃液に溶存している炭酸ガス（ＣＯ_２）の濃度は、炭酸ガス濃度計等により測定することができる。

そして、この脱炭酸処理された窒素含有廃液を、活性汚泥槽３内にて、活性汚泥処理法による硝化脱窒処理を行い、窒素含有廃液中のアンモニアを窒素ガスに転換して除去する。

ここで、水中に溶存する炭酸ガス（ＣＯ_２）は下式（Ａ）のような平衡状態にある。
ＣＯ_２＋Ｈ_２Ｏ⇔Ｈ_２ＣＯ_３⇔Ｈ^＋＋ＨＣＯ_３ ⁻・・・（Ａ）

したがって、活性汚泥槽内の炭酸ガス（ＣＯ_２）の蓄積量が大きくなると、上記式（Ａ）の平衡状態が右に進み、活性汚泥槽３内のｐＨが低下していくが、本発明においては、窒素含有廃液を脱炭酸処理しているので、活性汚泥槽３に炭酸ガス（ＣＯ_２）が蓄積することがない。

例えば、硝化菌の活性は、ｐＨ８〜９程度で最も活性が高く、一方ｐＨ６ではその活性がｐＨ８〜９の状態の３０％程度まで低下してしまうが、こうすることで、硝化菌の活性の活性低下を抑制でき、アンモニア性窒素の硝化工程を安定して行うことができる。

よって、活性汚泥槽３内における炭酸ガス（ＣＯ_２）の蓄積を抑制することで、活性汚泥槽３内の微生物の活性が経時的に低下するといったことがなく、窒素含有廃液の浄化処理を長期間安定して継続することができる。

そして、このようにして浄化処理した活性汚泥処理液を固液分離槽４にて、分離液と分離汚泥とに固液分離を行う。

活性汚泥槽３から引き抜かれた活性汚泥処理液には、活性汚泥槽３内の菌体と、有機分とが合成・付着して生成されたＳＳ（ＳｕｓｐｅｎｄｅｄＳｏｌｉｄ）などが含まれており、そのまま下水放流することはできないことがある。そのため、固液分離槽４にて、活性汚泥処理液を、分離液と分離汚泥とに固液分離処理し、活性汚泥処理液から固形分を除去することが好ましい。

活性汚泥処理液の固液分離方法としては、特に限定はなく、例えば、塩化第二鉄、ポリ硫酸鉄などの鉄塩や、ポリ塩化アルミニウムなどといった無機系凝集剤や、ポリメタクリル酸エステル系、ポリアクリル酸エステル系、ポリアクリルアミド系等の、カチオン系、アニオン系、ノニオン系高分子凝集剤などの凝集剤を攪拌添加し、活性汚泥処理液中の固形分をフロック形成させて、重力沈殿や膜分離によって固液分離する方法などが挙げられる。

このようにして、活性汚泥処理液を固液分離した分離液は、アンモニアの含有量が極めて少なく、また、固形分濃度も極めて少ないので、下水放流することも可能である。

窒素含有廃液の処理方法は、例えば、糞尿、生ゴミ、食品加工残滓等の有機性廃棄物をメタン発酵処理する際に排出される廃水の浄化処理に好適に用いられる。

本発明の窒素含有廃液の処理に用いる処理装置の一実施形態の概略構成図である。

符号の説明

１：廃液貯留槽
２：脱炭酸処理槽
３：活性汚泥槽
４：固液分離槽
１ａ、２ａ、３ａ：配管

Claims

アンモニア性窒素を含有する廃液を活性汚泥処理法による硝化脱窒処理を行い、前記廃液中のアンモニア性窒素を窒素ガスに転換して除去する窒素含有廃液の処理方法であって、
前記廃液を脱炭酸処理して前記廃液に溶存している炭酸ガスを減少させた後に、硝化脱窒処理することを特徴とする窒素含有廃液の処理方法。
前記アンモニア性窒素を含有する廃液は、有機物をメタン発酵処理した際に排出されるメタン発酵廃液である請求項１に記載の窒素含有廃液の処理方法。