JP2007117842A - 高濃度有機性廃水の窒素除去方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】安定してかつ処理全体のランニングコストも従来法に比べて大幅に低減できる有機性廃水の窒素除去方法及び装置を提供する。
【解決手段】窒素を含有する有機性廃水の処理法であって、被処理水を脱窒槽に導入して窒素除去を行った後、該脱窒槽から処理液を被処理水量より少ない量で硝化槽に導入し、被処理水中のアンモニア性窒素を亜硝酸性或いは硝酸性窒素に酸化した後、該硝化液を脱窒槽に返送することを特徴とする高濃度有機性廃水の窒素除去方法、及び装置。前記脱窒槽からの処理液を固液分離した後、該処理水を亜硝酸化槽に導入し、被処理水中のアンモニア性窒素の一部を亜硝酸性窒素に変換した後、後段の脱窒槽に供給してアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素を独立栄養性脱窒菌の存在下に窒素ガスとして脱窒処理して処理水を得ることが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、高濃度窒素及び有機物を含有する有機性廃液の処理に関するもので、畜産廃水、食品製造工場の廃液、有機汚泥濃縮液等の処理に関するものである。

従来、窒素濃度の高い有機性廃液の処理として、一般的に生物学的硝化脱窒法がよく用いられている。生物学的硝化脱窒法では、原水中のアンモニア性窒素を好気状態の反応槽、通称硝化槽において、アンモニア酸化細菌により亜硝酸性窒素に酸化し、さらに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する。さらにこの硝化槽からの処理液を嫌気状態の反応槽、通称脱窒槽に導入して、硝化槽処理液中の硝酸性窒素及び亜硝酸性窒素を従属栄養性細菌である脱窒菌により、有機物を電子供与体として利用しながら無害の窒素ガスに還元している。

しかし、この生物学的硝化脱窒処理では、アンモニア窒素を硝酸性及び亜硝酸性窒素に酸化する硝化槽に対し、好気状態を維持するために曝気等により大量の酸素を供給する必要があり、また、脱窒槽において、電子供与体となる有機物を大量に必要とし、原水中に有機物の少ない場合、メタノールを添加するなど、全体のランニングコストが高いという欠点がある。この脱窒槽に電子供与体として利用される有機物濃度は、ＢＯＤとして一般的に原水中アンモニア性窒素（ＮＨ_４−Ｎ）の２．５〜３．０倍以上が必要である。原水中ＢＯＤ／ＮＨ_４−Ｎが２．５以下の場合、不足分に相当するメタノールを添加する必要がある。不足分のメタノールを添加しないと、処理水中に大量の硝酸性窒素が残留することとなる。

近年、生物学的硝化脱窒法では、この脱窒処理プロセスにおいて、アンモニア性窒素を電子供与体として利用し、亜硝酸性窒素を電子受容体とする独立栄養性微生物を利用し、アンモニア性窒素と亜硝酸性窒素とを反応させて窒素ガスに変換する脱窒方法が提案されている（特許文献１）。この方法であれば、脱窒槽へのメタノール等の有機物添加が不要であり、また、原水中のアンモニア性窒素の全量を亜硝酸性窒素及び硝酸性窒素に酸化する必要が無くなるため、ランニングコストが大幅に低減できる。この方法では下記の反応式に示されるように、ＮＨ_４−Ｎに対し１．３倍のＮＯ_２−Ｎとの反応により窒素ガスに還元するものである。
１ＮＨ_４ ^＋＋１．３２ＮＯ_２ ⁻＋０．０６６ＨＣＯ_３ ⁻＋０．１３Ｈ^＋
→１．０２Ｎ_２＋０．２６ＮＯ_３ ⁻＋０．０６６ＣＨ_２Ｏ_０．５Ｎ_０．１５＋２．０３Ｈ_２Ｏ

高濃度のＮＨ_４−Ｎを含有する被処理水に対し、この方法で処理する場合、先ず、非処理水中のＮＨ_４−Ｎの一部を硝化槽において、アンモニア酸化細菌によりＮＯ_２−Ｎに酸化する必要があり、その割合はＮＨ_４−Ｎ全体の５７％であることが最も望ましい。
特開平８−１９２１８５号公報

しかし、被処理水中に含有されるＢＯＤが、ＮＨ_４−Ｎに対する比率が低い場合、ＢＯＤ酸化細菌の増殖速度が速いため、被処理水に対し、予めＢＯＤ酸化除去を行った後、硝化槽においてＮＨ_４−ＮをＮＯ_２−Ｎに酸化することが必要である。この場合、ＢＯＤ酸化に必要な曝気動力が無視できず、ランニングコストの増大要因となる。また、ＢＯＤを従来の脱窒法の電子供与体として利用する場合、被処理水中のＮＨ_４−Ｎをほぼ完全に硝酸性窒素及び亜硝酸性窒素に酸化する必要がある。このため、処理液中に多量の硝酸性窒素及び亜硝酸性窒素が残留し、これらを除去するためには、メタノール添加等による従来の従属栄養性細菌を用いた脱窒法で処理するしかない。被処理水中のＢＯＤ源を、従属栄養性細菌による脱窒の電子供与体として利用できる分に相当するＮＨ_４−Ｎのみを硝酸性窒素に酸化して、脱窒槽にて窒素ガスに還元し、処理水に濃度の低下したＮＨ_４−Ｎのみを残留させる方法は、これまでに提案されていない。

本発明は、このような従来の実情より為されたものであり、安定してかつ処理全体のランニングコストも従来法に比べて大幅に低減できる有機性廃水の窒素除去方法及び装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記の問題点を解決するもので、下記の構成から成るものである。
（１）窒素を含有する有機性廃水の処理法であって、被処理水を脱窒槽に導入して窒素除去を行った後、該脱窒槽から処理液を被処理水量より少ない量で硝化槽に導入し、被処理水中のアンモニア性窒素を亜硝酸性或いは硝酸性窒素に酸化した後、該硝化液を脱窒槽に返送することを特徴とする高濃度有機性廃水の窒素除去方法。
（２）前記脱窒槽からの処理液を固液分離した後、該処理水を亜硝酸化槽に導入し、被処理水中のアンモニア性窒素の一部を亜硝酸性窒素に変換した後、後段の脱窒槽に供給してアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素を独立栄養性脱窒菌の存在下に窒素ガスとして脱窒処理して処理水を得ることを特徴とする前記（１）記載の高濃度有機性廃水の窒素除去方法。
（３）被処理水が、窒素及び有機物を含有する有機性廃液を嫌気性消化した後の処理液であることを特徴とする前記（１）に記載の高濃度有機性廃水の窒素除去方法。
（４）被処理水中のＢＯＤ／Ｎ濃度比が２．５以下であることを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の高濃度有機性廃水の窒素除去方法。
（５）窒素を含有する有機性廃水の処理装置において、前記被処理水の窒素除去を行う脱窒槽と、該脱窒槽から処理液を被処理水量より少ない量で導入し、該処理水中のアンモニア性窒素を亜硝酸性或いは硝酸性窒素に酸化した後、該硝化液を脱窒槽に返送する硝化槽と、前記脱窒槽からの処理液を固液分離する固液分離装置とを有することを特徴とする高濃度有機性廃水の窒素除去装置。
（６）窒素を含有する有機性廃水の処理装置において、前記被処理水の窒素除去を行う第１脱窒槽と、該脱窒槽から処理液を被処理水量より少ない量で導入し、該処理水中のアンモニア性窒素を亜硝酸性或いは硝酸性窒素に酸化した後、該硝化液を第１脱窒槽に返送する硝化槽と、前記脱窒槽からの処理液を固液分離する固液分離装置と、該処理水中のアンモニア性窒素の一部を亜硝酸性窒素に変化する亜硝酸化槽と、該処理液中のアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素を独立栄養性脱窒菌の存在下に窒素ガスとして脱窒処理して処理水を得る第２脱窒槽とを有することを特徴とする高濃度有機性廃水の窒素除去装置。

本発明において、「脱窒」は特に断わらない限り独立栄養性脱窒菌による脱窒を意味する。本発明で処理の対象となる汚水はアンモニア性窒素を含む汚水であり、有機物、亜硝酸性窒素、その他の不純物などを含んでいてもよい。有機性窒素化合物を含む汚水は、そのまま本発明に供してもよいが、嫌気性処理又は好気性処理などにより有機性窒素化合物をアンモニア性窒素に変換したのち、本発明に供してもよい。また、ＢＯＤ濃度にはこだわらないが、独立栄養性脱窒菌群の存在割合を増加させるために、あらかじめＢＯＤだけを生物処理して、ＢＯＤをアンモニア性窒素に対してＢＯＤ／Ｎ濃度比を２．５以下にした後、本発明に供するのが効果的である。本発明で処理の対象となる汚水の例としては、畜産廃水、食品製造工場の廃水、有機汚泥濃縮液などが挙げられる。

本発明の生物学的窒素除去方法は、窒素を含有する有機性廃水を脱窒槽に導入して窒素除去を行った後、該脱窒槽から処理液の一部を硝化槽に導入し、被処理水中のアンモニア性窒素を亜硝酸性或いは硝酸性窒素に酸化した後、該硝化液を脱窒槽に返送するとともに、前記脱窒槽からの処理液を固液分離した後、該処理水を亜硝酸化槽に導入し、被処理水中のアンモニア性窒素の一部を亜硝酸性窒素に変換した後、後段の脱窒槽に供給してアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素を独立栄養性脱窒菌の存在下に窒素ガスとして脱窒処理して処理水を得るものである。

このため、最初に有機性物質を電子供与体とする従来の硝化脱窒法を行った後、アンモニア性窒素の一部を亜硝酸性窒素に変換した後、後段の脱窒槽でアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素を独立栄養性脱窒菌の存在下脱窒処理する硝化脱窒法を組合わせることにより、安定した脱窒処理が可能となり、ランニングコストも従来法に比べ大幅に低減できるようにしたことが、本発明の骨子である。

本発明によれば、高濃度窒素を含有する有機性廃水を嫌気状態の脱窒槽に供給して脱窒処理を行った後、脱窒処理液の一部を好気状態の硝化槽に導入してＮＨ_４−Ｎを硝酸性窒素に酸化して脱窒槽に返送することにより、被処理水中の有機物を脱窒の電子供与体として利用できる一方、脱窒槽からの処理液中の有機物濃度が大幅に低減し、ＮＨ_４−Ｎも被処理液より低減できることから、アンモニア性窒素を電子供与体とし、亜硝酸性窒素を電子受容体として用いることができる、新規の生物学的硝化脱窒法に適用可能な流入原水水質となる。この結果、被処理水の有機物を酸化分解するための曝気動力が不要であり、ランニングコストが大幅に低減できる一方、被処理水中に、低減されたＮＨ_４−Ｎのみを残留させることができ、後段の亜硝酸化及びアンモニア脱窒処理プロセスにより、安定した脱窒処理が可能となり、処理全体のランニングコストが従来法より大幅に低減できる。

以下、本発明の実施形態を図面を用いて詳細に説明する。
図１に畜産廃水をメタン発酵処理した後、その脱離液を固液分離した分離水を晶析脱リン処理した後の処理液に対し、本発明による処理を行う場合の一例をフローシートで示した。
図１に示す如く、被処理水１が活性汚泥処理を行う第１脱窒槽２に供給されて従属栄養性脱窒菌により、被処理水１中の有機物を電子供与体として利用し、硝化槽５から供給される循環液４中の硝酸性窒素及び亜硝酸性窒素を窒素ガスに変換した後、活性汚泥混合液である第１脱窒槽処理液６を沈殿池８に導入して重力沈降で活性汚泥を分離し、ＳＳの分離した上澄液を終沈処理水９として得る。ここで沈殿池８流入前の第１脱窒槽処理液６の一部、例えば被処理水流入量の３０％を活性汚泥処理の硝化槽５に導入して、硝化槽５内のアンモニア酸化菌及び亜硝酸酸化菌により、被処理水中のアンモニア性窒素が硝酸性及び亜硝酸性窒素に酸化される。

なお、第１脱窒槽２の処理方式は、実施例１のように活性汚泥を用いた処理方式の他、接触酸化方式、脱窒槽に担体を添加した流動担体方式等の何れも可能で同様な効果が得られる。また、硝化槽５の処理方式としても、活性汚泥方式の外に、接触酸化方式、硝化槽に担体を添加し、担体表面に硝化菌からなる生物膜を形成させて処理する方法、活性汚泥混合液に担体を添加した担体投入型活性汚泥処理等のいずれも可能であり、同様な効果が得られる。さらに担体を用いた生物膜方式で硝化を行う場合、第１脱窒槽処理液６中の脱窒菌が硝化槽５に混入することを防ぐため、第１脱窒槽処理液６を固液分離した処理水、図１の終沈処理水９の一部を硝化槽５に導入すると、硝化槽５において硝化菌のみが増殖し、高濃度の硝化菌を硝化槽５に維持できることから、安定した硝化性能が得られる。

被処理水１中のアンモニア性窒素の一部が脱窒除去された終沈処理水９全量が、亜硝酸化槽１０に導入される。亜硝酸化槽１０において、被処理水中の残留アンモニア性窒素を、アンモニア酸化細菌により約５０％を亜硝酸性窒素に酸化した後、亜硝酸化槽処理液１１が第２脱窒槽１２に供給される。第２脱窒槽１２において、独立栄養性細菌（アンモニア脱窒菌）により、アンモニア性窒素及び亜硝酸性窒素がそれぞれ、電子供与体と電子受容体として利用した生物反応が進行し、窒素ガスに変換されて、処理水１３が得られる。
なお、亜硝酸化槽１０の処理方式として、活性汚泥方式、流動型担体方式、生物膜ろ過方式、固定床方式の何れも利用可能であり、同様な効果が得られる。また、流入水のＳＳが固液分離等で除去された場合、アンモニア酸化菌が生物膜として付着できる担体や生物膜ろ過、固定床方式を用いることが硝化菌の安定保持が可能であることから望ましい。また、亜硝酸化槽１０の操作条件として、ｐＨが７．０〜８．０、好ましくは８．０程度とすることが望ましい。また、槽内ＤＯは０．５〜２．０ｍｇ／リットル、好ましくは１．０ｍｇ／リットル前後とすることが望ましい。

第２脱窒槽１２の処理方式は、上向流型嫌気性汚泥ろ床（ＵＡＳＢ）方式、流動型担体方式、生物膜ろ過方式、固定床方式の何れも可能であり、同様な効果が得られる。ＳＳの少ない流入水に対し、アンモニア脱窒菌が生物膜として付着固定化できる流動型担体、生物膜ろ過及び固定床方式が好ましい。また、アンモニア性窒素及び亜硝酸性窒素の濃度が数百ｍｇ／リットル以上と高い流入水に対しては、完全混合槽とすると、初期濃度の影響が少なく、より安定した処理が可能である。

以下に、本発明を実施例により具体的に説明する。ただし、本発明はこの実施例のみに限定されるものではない。

実施例１
図１に示すフローシートにより、畜産廃水をメタン発酵処理した後、その脱離液を固液分離した分離水を晶析脱リン処理した後の処理液に対し、本発明による処理を行った。
図１に示す如く、被処理水１が活性汚泥処理を行う第１脱窒槽２に供給されて従属栄養性脱窒菌により、被処理水１中の有機物を電子供与体として利用し、硝化槽５から供給される循環液４中の硝酸性窒素及び亜硝酸性窒素を窒素ガスに変換した後、活性汚泥混合液である第１脱窒槽処理液６を沈殿池８に導入して重力沈降で活性汚泥を分離し、ＳＳの分離した上澄液を終沈処理水９として得た。ここで沈殿池８流入前の第１脱窒槽処理液６の一部、被処理水流入量の３０％を活性汚泥処理の硝化槽５に導入して、硝化槽５内のアンモニア酸化菌及び亜硝酸酸化菌により、被処理水中のアンモニア性窒素が硝酸性及び亜硝酸性窒素に酸化した。

被処理水１中のアンモニア性窒素の一部が脱窒除去された終沈処理水９全量を、亜硝酸化槽１０に導入した。亜硝酸化槽１０において、被処理水中の残留アンモニア性窒素を、アンモニア酸化細菌により約５０％を亜硝酸性窒素に酸化した後、亜硝酸化槽処理液１１が第２脱窒槽１２に供給した。第２脱窒槽１２において、独立栄養性細菌（アンモニア脱窒菌）により、アンモニア性窒素及び亜硝酸性窒素がそれぞれ、電子供与体と電子受容体として利用した生物反応が進行し、窒素ガスに変換されて、処理水１３が得られた。亜硝酸化槽１０の操作条件として、ｐＨが８．０程度とした。また、槽内ＤＯは１．０ｍｇ／リットル前後とした。

第１表は、第１脱窒槽及び硝化槽を活性汚泥方式、亜硝酸化槽を流動型担体方式、第２脱窒槽を固定床方式用いて処理した結果である。
被処理水ＢＯＤが２１００ｍｇ／リットル、ＮＨ_４−Ｎが２０５０ｍｇ／リットルであるのに対し、第１脱窒槽で脱窒処理後の終沈処理水はＢＯＤ ２０ｍｇ／リットル、ＮＨ_４−Ｈ １３１０ｍｇ／リットルとなり、被処理水量の３０％を脱窒処理後、硝化槽で硝化すれば、ＢＯＤが除去され、低減されたＮＨ_４−Ｈのみが残留する処理液が安定して得られた。この終沈処理水を亜硝酸化槽、第２脱窒槽の順に処理を行った結果、ＮＨ_４−Ｎが１０ｍｇ／リットル以下、ＮＯ_２−Ｎが３０ｍｇ／リットル以下、ＮＯ_３−Ｎが７０ｍｇ／リットル以下、Ｔ−Ｎが１１０ｍｇ／リットル以下と安定した処理水が得られた。なお、この処理水中のＴ−Ｎをさらに低減するためには、従来のメタノールを電子供与体として添加する脱窒法で行えば、Ｔ−Ｎが１０ｍｇ／リットル以下となった処理水を得ることができる。

本発明の有機性廃水の窒素除去方法及び装置は、安定した脱窒処理が可能であり、しかも処理全体のランニングコストも従来法に比べ大幅に低減可能であるので、畜産廃水、食品製造工場の廃液、有機汚泥濃縮液等の処理に特に有用である。

本発明の有機性廃水の窒素除去装置を示すフロー図である。

符号の説明

１ 被処理水
２ 第１脱窒槽
３ 返送汚泥
４ 循環液
５ 硝化槽
６ 第１脱窒槽処理液
７ 余剰汚泥
８ 沈殿池
９ 終沈処理水
１０ 亜硝酸化槽
１１ 亜硝酸化槽処理液
１２ 第２脱窒槽
１３ 処理水

Claims (6)

1. 窒素を含有する有機性廃水の処理法であって、被処理水を脱窒槽に導入して窒素除去を行った後、該脱窒槽から処理液を被処理水量より少ない量で硝化槽に導入し、被処理水中のアンモニア性窒素を亜硝酸性或いは硝酸性窒素に酸化した後、該硝化液を脱窒槽に返送することを特徴とする高濃度有機性廃水の窒素除去方法。
2. 前記脱窒槽からの処理液を固液分離した後、該処理水を亜硝酸化槽に導入し、被処理水中のアンモニア性窒素の一部を亜硝酸性窒素に変換した後、後段の脱窒槽に供給してアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素を独立栄養性脱窒菌の存在下に窒素ガスとして脱窒処理して処理水を得ることを特徴とする前記請求項１記載の高濃度有機性廃水の窒素除去方法。
3. 被処理水が、窒素及び有機物を含有する有機性廃液を嫌気性消化した後の処理液であることを特徴とする請求項１に記載の高濃度有機性廃水の窒素除去方法。
4. 被処理水中のＢＯＤ／Ｎ濃度比が２．５以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の高濃度有機性廃水の窒素除去方法。
5. 窒素を含有する有機性廃水の処理装置において、前記被処理水の窒素除去を行う脱窒槽と、該脱窒槽から処理液を被処理水量より少ない量で導入し、該処理水中のアンモニア性窒素を亜硝酸性或いは硝酸性窒素に酸化した後、該硝化液を脱窒槽に返送する硝化槽と、前記脱窒槽からの処理液を固液分離する固液分離装置とを有することを特徴とする高濃度有機性廃水の窒素除去装置。
6. 窒素を含有する有機性廃水の処理装置において、前記被処理水の窒素除去を行う第１脱窒槽と、該脱窒槽から処理液を被処理水量より少ない量で導入し、該処理水中のアンモニア性窒素を亜硝酸性或いは硝酸性窒素に酸化した後、該硝化液を第１脱窒槽に返送する硝化槽と、前記脱窒槽からの処理液を固液分離する固液分離装置と、該処理水中のアンモニア性窒素の一部を亜硝酸性窒素に変化する亜硝酸化槽と、該処理液中のアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素を独立栄養性脱窒菌の存在下に窒素ガスとして脱窒処理して処理水を得る第２脱窒槽とを有することを特徴とする高濃度有機性廃水の窒素除去装置。

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