JP2009166044A - アンモニアを含む排水を処理する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】重炭酸塩が廃水内に存在するアンモニウムイオンのカウンタイオンであるアンモニアを含む排水を処理する方法を提供する。
【解決手段】アンモニウムの半分はニトリットに変換されてアンモニアおよびニトリットを含む溶液が作られ、第２の工程ではニトリットがアンモニアの酸化体として使用される。本発明による方法では、アンモニアの半分のニトリットへの変換は自動的に行われ、殆ど制御の必要のない方法が提供される。また本発明による方法では外部からの添加剤が不要である。
【選択図】図１

Description

本発明は硝化微生物を用い酸素を付加してアンモニアを含む排水を硝化処理しアンモニアの酸化生成物からなる溶液を生成する第１の工程と、アンモニアと共にアンモニアの酸化生成物を脱窒微生物を介して窒素に変換する第２の工程とを含むアンモニアを含む排水を処理する方法に関する。

このような方法の一が例えば米国特許第５，０７８，８８４号に開示されている。この場合アンモニアの酸化により生成されるニトレートが酸化体として使用され、実質的に嫌気条件下および微生物の補助により電子供与体として作用するアンモニアに分解される。このプロセス中、大気中に放出される窒素が生成される。

この方法の欠点はその明細書の図２（の右半部）に明らかなようにアンモニアの分解に確実性がないことにある。即ち不都合な水面への放出が生じ勝ちになる。これを避けるため、制御・測定装置のような種類の設備が必要になろう。且つまたこの方法では染料（その明細書の反応式５参照）を付加する要があり、またこの染料も制御して付加する要がある。

本発明の目的は上述の方法を改良し、特に添加剤が不要で、これにより制御技術の点から簡素化でき、原価効率が良好で信頼性の高い方法を提供することにある。

この目的は空気の供給により重炭酸塩が実質的に除去される重炭酸塩を含む水液を用い、通気を制御することにより排水に存在するアンモニアの一部をニトレートに変換し、ニトレートを含む溶液にしてペーハ値を７．２以下に維持する第１の工程と、脱窒微生物を介し得られたニトレートを残りのアンモニアの酸化体として使用する第２の工程とを含むことを特徴とする方法により達成できる。

しかしてこの方法により相当の利点を有することになる。即ち利点の一は実質的に自己調整特性を有することになる。また添加剤の使用も不要にできる。

アンモニアをニトリットに変換する硝化処理工程を有する方法は周知である。この硝化処理工程では、有機カーボン供給源が脱窒微生物の置換物として加えられる間に、ニトリットは窒素に変換される。前記の有機カーボン供給源としてメタノールが使用される。メタノールが分解されると、硝化処理工程中に形成された酸が消費され、脱窒化プロセスのペーハ値が制御される。このいわば非連続法では、添加剤が必要であり、時間制御ないしは基板供給制御等多くの制御が必要となる問題がある。全アンモニアの変換は全ての条件下では満足できるものではなく、最大９０％程度に制限され、このため多くの場合上述の工程に続くアンモニア処理が必要となる。

本願の方法の第１の好適な実施態様では、第１の工程においてアンモニアを含む排水が所望量、硝化処理反応炉へ供給され、硝化処理反応炉はスラッジが残留することのないように作動し、硝化処理を受ける溶液の温度は２５〜６０℃の温度に、またペーハ値は６〜７．２に維持されることを特徴とする。

このようにアンモニアをニトレートではなくニトリットに変換するに好ましい条件が与えられる。

本願の第２の工程では、硝化処理を受けている硝化処理反応炉内の溶液の温度は、より好適には２５〜６０℃間に、またペーハ値は６〜９間に維持される。

このようにニトリットおよびアンモニアを窒素に変換するに好ましい条件が与えられる。

本発明の方法の第２の実施態様では、第１および第２の工程が内部に硝化微生物および脱窒微生物が固形相で存在するバイオリアクタ内で同時に実行され、硝化微生物は実質的に固形相の外側好気部分に存在し、脱窒微生物は実質的に固形相の内側の嫌気条件部分に存在し、酸素はバイオリアクタ内のアンモニア濃度により第１の工程を制限する量供給される。

この本発明による実施態様の利点は、単一の反応炉で済む点にある。好ましくは幾分粗いキャリアはバイオフィルム、即ち硝化微生物および脱窒微生物からなる層となり、第１の工程はバイオフィルムの外側の好気部分で実行される。酸素を制限するため、バイオフィルムの外側の好気部分は供給されたアンモニアの５０％以上を変換不可能であり、アンモニアはバイオフィルムの外側の好気部分に形成されるニトリットと共にバイオフィルムの内側の好気部分で窒素に変換される。

好ましくは固形相として、バイオフィルムを支承する粒状キャリアおよびバイオフィルムを支承する不動キャリアから選択された相が使用され得る。

キャリアが粒状である場合、キャリアのサイズを０１．〜１mmにすることが好ましい。これにより高いバイオマス密度が与えられ、バイオリアクタのサイズは限界値に保持できる。代表的な態様ではバイオフィルム面のアンモニアロードは日当たり２〜３ｇＮ/ｍ²より大きい。キャリア面の粗さも利点となる。

第２の工程では、脱窒化・硝化反応を受ける溶液の温度は好ましくは５〜６０℃の温度に、ペーハ値は６〜９の値に維持される。

これによりアンモニアの窒素への変換に好適な状態が与えられる。

本発明による方法の実験例を詳述する以下の説明から本発明はより明らかとなろう。

添付の図１には実験例でのパラメータが示される。

本発明による方法には硝化処理反応および脱窒化反応が含まれる。ペーハ値調整手段を加える必要がないことは反応式シートに示される総合反応式Ｉから、また下述から理解されよう。反応式IIによる硝化反応により、変換された等価アンモニア当たり２当量のプロトンが発生する。本発明を採用することにより好適に処理され得る廃水において、ＨＣＯ₃ ^-はアンモニアイオンのカウンタイオンである。この実験例での廃水には、廃棄放出物からのパーコレーション水および好気脱硫からの流出液が含まれる。また硝化処理反応中アンモニアの酸化に必要な空気供給により、反応式IIIに従ってＣＯ₂が確実に除去され得る。しかして硝化処理反応により、変換された等価アンモニア当たり１当量酸が実質的に生成される。反応式IVによる脱窒化反応には変換された等価アンモニア当たり１当量酸が必要である。即ち硝化処理反応炉からのＣＯ₂が除去された流出液を用いることによりペーハ値調整が不要である。

ＣＯ₂を除去することにより、硝化処理を受ける溶液はＨＣＯ₃ ^-が除去され、溶液の緩衝能力が低下される。即ちそのペーハ値は変化し、特にこの工程で酸が生成されることにより降下する。ＨＣＯ₃ ^-のｐｋ即ちＨＣＯ₃ ^-が最適に緩衝するときのペーハ値は６．３７である。ペーハ値が降下するため硝化処理反応が禁止され、アンモニアは一部のみ、本発明による理解によれば所望の程度まで（即ち最大５０％まで）変換され得る。この結果好適な量のアンモニアが酸を使用し、延いては低いペーハ値から利点を得る次の脱窒化プロセスに対し利用できる。

理論に捉らわれる事なく、本願の硝化微生物はＮＨ₄ ⁺やＮＯ₂ ^-ではなくＮＨ₃やＨＮＯ₂のみを感知するため、好適な制御性が得られると考えられる。ペーハ値が低下すると、ＮＨ₃（基板）濃度が低下し、硝化処理反応を禁止するＨＮＯ₂濃度が増加する。

実験例
撹拌されたバッチ反応炉（２．４１）をスラッジを残留させることなく作動し、アンモニアに富んだ廃水（４１ｍＭ；ｐＨ＝８．０）を供給した。これを一日中、反応炉の容積の８０％を補充した。温度は３３℃に維持し溶解した酸素濃度を２０％にした。これらの条件下で、バイオマス濃度はリットル当たり乾燥重量が１４０ｍｇであった。反応炉の流出液のペーハ値は約６．７であり、このペーハ値はメタノールのような基板化合物を付加することにより調整されなかった。廃水内の４０〜５０％のアンモニアが変換された。

１．２ｍｌ／ｍｉｎの流出液を流動床反応炉（容量２１）に供給した。流動床反応炉のペーハ値は安定していて、約７．９であった。ｋｊｅｌ−ｄａｈｌ窒素を流動床反応炉内で日当たり０．６ｋｇＮ／ｍ³の割合で変換した。窒素の全除去量は８３％であった。関連するパラメータは図面に示してある。

このパーセンテージは流動床反応炉からの流出液の一部をバッチ反応炉へ戻すことにより増加した。流動床反応炉内のペーハ値が安定しているので、戻し量はそれほど重要ではなく固定値に設定し得る。戻し量が大きすぎたときは、バッチ反応炉内のアンモニアの分解を増加した。これにより酸の消費が流動床反応炉内で低下し、この結果アンモニア分解が再び低下した。

本発明による方法は実質的に自己調整特性を有し、少なくとも約８０％のアンモニアが染体として分解するが、オプションとして硝化処理反応炉の内容物のペーハ値を脱窒反応炉からの流出液を供給することにより調整し得る。従って外部から添加剤を付加する必要がない。

本発明による方法の別の実施態様によれば、廃水を脱窒化工程で供給する。脱窒化処理中に廃水からのアンモニアを使用し、脱窒化反応炉からの一部を硝化処理反応炉へ供給する。ここで脱窒化反応炉へ供給するニトリットが形成され得る。

脱窒化工程からの流出液が放出される場合、流出液に対し先ずニトリット放出を避けるために硝化処理工程を行う。

好適な微生物が文献に示される周知の方法でアンモニアを分解する既存の水処理プラントのスラッジから大きな困難を伴うことなく得られる。また脱窒化反応の培養はオランダのバールンのCentraal Bureatu voor Schimmelculturesの登録番号９４９．８７から得られる。

Claims (6)

1. 硝化微生物を用い酸素を付加することによりアンモニアを含む排水を硝化処理してアンモニアの酸化生成物を有する溶液を生成する第１の工程と、アンモニアと共に酸化生成物を脱窒微生物を介して窒素に変換する第２の工程とを含有し、重炭酸塩を供給する空気が実質的に除去された重炭酸塩を含む廃水を用い、第１の工程で通気を制御することによりペーハ値は７．２以下に維持し、廃水内に存在するアンモニアの一部をニトリットに変換してニトリットを含む溶液を生成し、第２の工程で、生成したニトリットを脱窒微生物により残りのアンモニアの酸化体として使用することを特徴とするアンモニアを含む排水を処理する方法。
2. 第１の工程では、アンモニアを含む排水をスラッジが残留することなく硝化処理反応炉が動作するような量だけ硝化処理反応炉へ供給することを特徴とする請求項１の方法。
3. 第２の工程では、脱窒化処理を受けている脱窒化反応炉を温度２５〜６０℃間の温度に維持し、ペーハ値を６〜９間に維持することを特徴とする請求項１あるいは２の方法。
4. 第１及び第２の工程を単一のバイオリアクタ内で同時に行い、バイオリアクタ内で硝化微生物および脱窒微生物を固形相で存在させ、硝化微生物を実質的に固形相の外側の好気部分に存在させ、脱窒微生物を実質的に固形相の内側の嫌気部分を存在させ、酸素をバイオリアクタ内のアンモニア濃度に対応させて第１の工程を制限する量供給することを特徴とする請求項１の方法。
5. バイオフィルムを支承する粒状キャリアおよびバイオフィルムを支承する不動キャリアから選択された相を固形相として使用することを特徴とする請求項４の方法。
6. 脱窒化処理・硝化処理を受けている反応炉の温度を５〜６０℃間に維持し、ペーハ値が６〜９間に維持することを特徴とする請求項１あるいは２の方法。

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