JP2009220076A - Ｕａｓｂリアクタ、生物学的硝化脱窒装置及びその使用方法 - Google Patents

Abstract

【課題】短時間内に装置を立上げ安定運転を行うことが可能で性能に優れたＵＡＳＢリアクタ及び生物学的硝化脱窒装置を提供する。さらに生物学的硝化脱窒装置の新たな使用方法を提供する。
【解決手段】本発明のＵＡＳＢリアクタ２０は、リアクタ本体２５に固定され微生物を付着固定化する多孔質の担体２２を有する。この担体２２は、カーテン状のスポンジ担体とし、リアクタ本体２５の中間部に取付けてもよい。さらにＵＡＳＢリアクタ２０を生物学的硝化脱窒装置１に使用してもよい。さらに生物学的硝化脱窒装置１の運転開始後、グラニュール汚泥２１が十分に形成された後に前記担体２２を前記リアクタ本体２５から取外してもよい。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＵＡＳＢ（Ｕｐｆｌｏｗ Ａｎａｅｒｏｂｉｃ Ｓｌｕｄｇｅ Ｂｌａｎｋｅｔ：上昇流嫌気性汚泥床）リアクタ、微生物を利用して排水中の窒素を除去する生物学的硝化脱窒装置及びその使用方法に関する。

排水中に含まれる窒素は、富栄養化現象の原因とされ、排水中の窒素を除去する技術が多く開発されている。この一つである微生物を利用して排水中の窒素を除去する生物学的硝化脱窒方法も、従来からよく使用されており、順送法、ＡＯ（Ａｎａｅｒｏｂｉｃ−Ｏｘｉｃ）法、Ａ２Ｏ（Ａｎａｅｒｏｂｉｃ−Ａｎｏｘｉｃ−Ｏｘｉｃ）及びＵＡＳＢ−ＤＨＳ（Ｄｏｗｎｆｌｏｗ Ｈａｎｇｉｎｇ Ｓｐｏｎｇｅ Ｃｕｂｅ）法などの循環法を含め多くのプロセスが提案さている。生物学的硝化脱窒方法は、好気性細菌である硝化菌により排水中のアンモニア体窒素を、亜硝酸体又は硝酸体窒素にまで酸化する硝化工程と、嫌気性細菌である脱窒菌を用いて硝酸体、亜硝酸体窒素を窒素に還元する脱窒工程とからなり、ここで使用するリアクタ、装置も種々の形態のものが開発されている。

循環法の一つであるＵＡＳＢ−ＤＨＳ法は、前段のＵＡＳＢリアクタで脱窒反応、後段のＤＨＳリアクタで硝化反応を行い、後段の硝化反応の進んだ処理水の一部を前段の脱窒塔であるＵＡＳＢリアクタへ循環させ、処理水中の有機物を脱窒反応の水素供与体として利用する（例えば特許文献１参照）。この他、脱窒反応を行う脱窒塔には、スポンジ担体を固定し使用する固定床式リアクタ、スポンジ担体を流動化させ使用する流動床式リアクタがある。
特開平１１−２８５６９６号公報

従来の生物学的硝化脱窒法において、脱窒塔にＵＡＳＢリアクタを使用する方法は、リアクタ内に脱窒菌を高濃度で保持するグラニュール汚泥を有するので脱窒塔として優れた性能を発揮するけれども、グラニュール汚泥が安定して増殖するまでに多くの時間がかかる。これに関しては、他の設備、装置から余剰のグラニュール汚泥を入手し、これを投入することで装置立上げ時間の短縮を図ることができるとの指摘もある（特開平８−２８１２８４号公報）。しかしながら特開平８−２８１２８４号公報が対象とするのは、合併浄化槽であり、この他下水処理施設等から余剰のグラニュール汚泥を入手することも可能であるが、これらグラニュール汚泥は、有機物を対象としたものであり、入手したとしても脱窒菌用のグラニュール汚泥として直ちに使用することはできない。スポンジ担体を使用する固定床式リアクタの脱窒塔は、脱窒菌濃度がＵＡＳＢリアクタに比較すると低く、脱窒性能が低い。また、脱窒塔にスポンジ担体を流動化させ使用する流動床式リアクタの脱窒塔は、スポンジ担体を流動化させるため脱窒反応が安定化し、制御しやすい利点はあるものの、スポンジ担体同士がリアクタ内で擦れ合い磨耗するため、スポンジ担体の寿命が短い。

本発明の目的は、短期間内に装置を立上げ安定運転を行うことが可能で性能に優れたＵＡＳＢリアクタ及び生物学的硝化脱窒装置を提供することである。さらに生物学的硝化脱窒装置の新たな使用方法の提供を目的とする。

請求項１に記載のＵＡＳＢリアクタは、リアクタ本体に固定され微生物を付着固定化する多孔質の担体を備えることを特徴とする。

請求項２に記載のＵＡＳＢリアクタは、請求項１に記載のＵＡＳＢリアクタにおいて、前記担体は、カーテン状のスポンジ担体であって、前記リアクタ本体の中間部に取付けられていることを特徴とする。

請求項３に記載の生物学的硝化脱窒装置は、請求項１又は請求項２に記載のＵＡＳＢリアクタを備えることを特徴とする。

請求項４に記載の生物学的硝化脱窒装置の使用方法は、請求項３に記載の生物学的硝化脱窒装置の使用方法であって、生物学的硝化脱窒装置の運転開始後、グラニュール汚泥が十分に形成された後に前記担体を前記リアクタ本体から取外すことを特徴とする。

請求項１に記載の本発明によれば、ＵＡＳＢリアクタは、リアクタ本体に固定され微生物を付着固定化する多孔質の担体を備えるので、グラニュール汚泥の形成が不十分なリアクタ立上げ時であっても、微生物は多孔質の担体に付着固定する。固定式の多孔質担体は、グラニュール汚泥に比較して微生物の付着固定化が早いので、リアクタの立上げ期間を短縮することができる。さらに固定式の多孔質担体を使用することで、多孔質担体に付着した汚泥が剥離し、剥離した汚泥がグラニュール汚泥の核となり、その結果グラニュール汚泥の形成が早くなる効果を有する。

請求項２に記載の本発明によれば、微生物を付着固定化させる担体は、カーテン状のスポンジ担体であるので、性能に優れると共に入手も容易である。さらに担体は、リアクタ本体の中間部に取付けられているので、グラニュール汚泥が形成された後であっても、担体がグラニュール汚泥の流動化をじゃますることがない。このため性能に優れたＵＡＳＢリアクタとすることができる。

請求項３に記載の本発明によれば、生物学的硝化脱窒装置は、前記ＵＡＳＢリアクタを備えるので、短期間のうちに装置を安定的に運転することが可能となり、かつ窒素除去性能に優れる。

請求項４に記載の本発明によれば、前記生物学的硝化脱窒装置を使用するとき、生物学的硝化脱窒装置の運転開始後、グラニュール汚泥が十分に形成された後に担体をリアクタ本体から取外すことで、微生物が付着固定化した担体を新たな生物学的硝化脱窒装置に使用することができる。これにより新たな生物学的硝化脱窒装置をより短期間で立上げることが可能となる。

図１は、本発明の実施の一形態としてのＵＡＳＢリアクタを備える生物学的硝化脱窒装置１のプロセスフロー図である。また図２は、ＵＡＳＢリアクタ２０の一部を示す破断面図である。生物学的硝化脱窒装置１は、ＤＨＳリアクタからなるＤＨＳ硝化塔１０とＵＡＳＢ脱窒塔２０とを備える生物学的硝化脱窒装置である。排水貯槽２内の窒素含有排水（以下排水と省略）は、排水ポンプ３を介して混合槽４へ送られる。混合槽４へ送られた排水は、ここで循環ポンプ５から送られる処理水と混合され、アンモニア体窒素濃度が５００ｍｇ／Ｌ以下に調整される。さらにｐＨ調整ポンプ６を介してｐＨ調整薬品貯槽７内に貯留されているｐＨ調整薬品、及び栄養塩ポンプ８を介して栄養塩貯槽９内に貯留されている栄養塩が混合槽４に送られ、撹拌機１１により混合される。混合槽４で調整された排水は、ＤＨＳ硝化塔１０へ送られる。ＤＨＳ硝化塔１０内には、複数の担体１２が充填され、排水は、ＤＨＳ硝化塔１０の上部から散水され、担体１２を通過するとき、担体１２に付着する硝化菌の作用により空気中の酸素で酸化され、硝酸イオンとなる。

硝化された排水は、硝化塔出口ポンプ１３を介してＵＡＳＢ脱窒塔２０へ送られる。途中、排水中に含まれる硝酸イオンに対応するメタノールがメタノール貯槽１４に連結するメタノールポンプ１５を通じて供給され、排水はメタノールと混合した状態でＵＡＳＢ脱窒塔２０へ送水される。ＵＡＳＢ脱窒塔２０は、内部にグラニュール汚泥２１及び固定式のスポンジ担体２２を保持し、ＵＡＳＢ脱窒塔２０に送られた排水は、グラニュール汚泥２１中の脱窒菌及び、スポンジ担体２２に付着する脱窒菌の作用により、硝酸イオンとメタノールとが反応し窒素ガスと炭酸ガスに分解される。これらの工程により排水中のアンモニア体窒素が窒素ガスに分解される。このとき副産物とし発生する炭酸ガスは、ＤＨＳ硝化塔１０に必要な栄養塩として循環することで、栄養塩の添加を削減することができる。アンモニア体窒素が除去された処理水は、処理水貯槽４０に集められ、一部は循環ポンプ５を介して混合槽４に送られる。

本実施形態に示す生物学的硝化脱窒装置１の基本的な構成は、従来から使用されている生物学的硝化脱窒装置と類似の構成であり、本実施形態に示す生物学的硝化脱窒装置１は、ＵＡＳＢ脱窒塔２０が従来のＵＡＳＢ脱窒塔にない特徴を有する。ＵＡＳＢ脱窒塔２０は、断面が方形の縦長の箱体２３の上部に、上部に向かって広がる拡大部２４を備えるリアクタ本体２５と、箱体２３内に取付けられた２組のカーテン状のスポンジ担体２２（２２ａ、２２ｂ）と、拡大部２４に装着された撹拌装置２６を含み構成される。

箱体２３の下部には、ＤＨＳ硝化塔１０から送られる排水を受け入れるためのノズル２７を有する。１のスポンジ担体２２ａは、中心部に補強用のプラスチック製の板２８ａを有し、その板２８ａを挟むように板状のスポンジ２９ａ、３０ａが取付けられている。他のスポンジ担体２２ｂも同様である。スポンジ担体２２の大きさは、特定の大きさに限定されるものではなく、適宜設定することができる。スポンジ２９ａ、２９ｂ、３０ａ、３０ｂの厚さを例示すれば、５〜２０ｍｍ程度である。また、スポンジ担体２２は、２組に限定されるものではないため、箱体２３の大きさ、及び液の流動性を考慮して決定すればよい。必要以上に多くのスポンジ担体２２を取付けると、１のスポンジ担体と隣りあうスポンジ担体との間隔が狭くなりすぎ、この間の液の流動性が悪くなる。

また２組のスポンジ担体２２は、箱体２３内の中央部から上部に位置するように着脱容易に固定されており、箱体２３内の下部は空間部となっている。リアクタ本体２５の下部にスポンジ担体２２を取付けると、スポンジ担体２２がじゃまとなってグラニュール汚泥２１の流動化が不十分となる可能性もあるけれども、リアクタ本体２５の中間部にスポンジ担体２２を取付けることでこのような懸念も解消されて好ましい。スポンジ２９ａ、２９ｂ、３０ａ、３０ｂは、従来から一般的に使用されているウレタン、セルロースなどのスポンジを使用することができる。拡大部２４に装着された撹拌装置２６は、脱窒反応に伴い発生する窒素ガスが付着し浮上するグラニュール汚泥２１から窒素ガスを分離するためのものである。

本実施形態に示すＵＡＳＢ脱窒塔２０は、リアクタ本体２５内に固定式のスポンジ担体２２を有する点が従来のＵＡＳＢ脱窒塔と比較して大きく異なる。従来のＵＡＳＢ脱窒塔は、脱窒菌を含むグラニュール汚泥をリアクタ本体内で流動化させ、脱窒菌の作用により、硝酸イオンを窒素ガスにする。グラニュール汚泥は、脱窒菌を高濃度で保持するため脱窒塔として優れた性能を発揮するけれども、グラニュール汚泥が安定して増殖するまでに多くの時間がかかる。これに対して本実施形態に示すＵＡＳＢ脱窒塔２０は、従来のＵＡＳＢ脱窒塔と同様、グラニュール汚泥２１に含まれる脱窒菌により硝酸イオンを窒素ガスに変換することができる他、スポンジ担体２２を備えるのでこれに付着する脱窒菌を利用することで、装置の立上げの初期段階から高い脱窒性能を発揮することができる。固定式のスポンジ担体２２は、グラニュール汚泥に比較して菌体の濃度が低いけれども、グラニュール汚泥２１に比較して微生物の付着固定化が早い。このように特徴の異なる２つの菌体保持手段を用いることで、装置の立上げの初期段階からグラニュール汚泥２１が安定して増殖するまでは固定式のスポンジ担体２２が、グラニュール汚泥２１が安定した後はグラニュール汚泥２１を中心として脱窒反応を進めることができる。また固定式のスポンジ担体２２を使用することで、スポンジ担体２２に付着した汚泥が剥離すると、剥離した汚泥がグラニュール汚泥２１の核となるので、グラニュール汚泥２１の形成が早くなる効果を有する。

また、２組のスポンジ担体２２は、箱体２３内の中央部から上部に位置するように着脱容易に固定されているので、スポンジ担体２２の取外しを簡単に行うことができる。よって、グラニュール汚泥２１が安定して増殖した後は、２組のスポンジ担体２２を取外し、脱窒菌の付着するこのスポンジ担体２２を、他の生物学的硝化脱窒装置のＵＡＳＢ脱窒塔に取付け使用することで、他の生物学的硝化脱窒装置の立上げを短期間に行うことができる。なお、生物学的硝化脱窒装置は、本実施形態に示す生物学的硝化脱窒装置１に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲で他の形態の生物学的硝化脱窒装置にも使用可能なことは言うまでもない。またＵＡＳＢ脱窒塔の形状等も本実施形態に限定されないことは当然である。さらに担体もスポンジ担体に限定されるものではなく、ゼオライトなど多孔質の担体を使用することができる。

本発明の実施の一形態としてのＵＡＳＢリアクタを備える生物学的硝化脱窒装置１のプロセスフロー図である。 図１に示すＵＡＳＢリアクタ２０の一部を示す破断面図である。

符号の説明

１ 生物学的硝化脱窒装置
２０ ＵＡＳＢ脱窒塔
２１ グラニュール汚泥
２２ スポンジ担体
２５ リアクタ本体
２９ スポンジ
３０ スポンジ

Claims (4)

1. リアクタ本体に固定され微生物を付着固定化する多孔質の担体を備えることを特徴とするＵＡＳＢリアクタ。
2. 前記担体は、カーテン状のスポンジ担体であって、前記リアクタ本体の中間部に取付けられていることを特徴とする請求項１に記載のＵＡＳＢリアクタ。
3. 請求項１又は請求項２に記載のＵＡＳＢリアクタを備えることを特徴とする生物学的硝化脱窒装置。
4. 請求項３に記載の生物学的硝化脱窒装置の使用方法であって、生物学的硝化脱窒装置の運転開始後、グラニュール汚泥が十分に形成された後に前記担体を前記リアクタ本体から取外すことを特徴とする請求項３に記載の生物学的硝化脱窒装置の使用方法。

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