JP2009233567A

JP2009233567A - 生物学的脱窒装置

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Publication number: JP2009233567A
Application number: JP2008082684A
Authority: JP
Inventors: Mitsuharu Terajima; 光春寺嶋; Motoyuki Yoda; 元之依田
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 2008-03-27
Filing date: 2008-03-27
Publication date: 2009-10-15
Anticipated expiration: 2028-03-27
Also published as: JP5092840B2

Abstract

【課題】ＵＳＢ方式の生物学的脱窒装置において、グラニュール形成及び維持のために原水にカルシウム化合物を添加するに当たり、カルシウム化合物添加量を適切に制御して反応槽内のＶＳＳ／ＳＳ比を好適範囲に維持することにより、汚泥の浮上、流出による槽内の汚泥濃度の低下を防止すると共に、脱窒処理を担う微生物を反応槽内に高濃度に保持して効率的な脱窒処理を行う。
【解決手段】原水を脱窒反応槽４下部から導入して反応槽４内で脱窒菌が高濃度に凝集したグラニュールと有機物の存在下に接触させて脱窒処理し、処理水を反応槽４上部より取り出す生物学的脱窒装置。反応槽４に導入される原水中の窒素量、或いは、反応槽４内で除去される窒素量に基いて、反応槽４に導入される原水のカルシウム濃度が所定の値となるように、原水へのカルシウム化合物添加量を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は上向流汚泥床（ＵＳＢ：ＵｐｆｌｏｗＳｌｕｄｇｅＢｌａｎｋｅｔ）方式の生物学的脱窒装置に係り、特に、脱窒反応槽内の脱窒菌粒状化汚泥（グラニュール）の形成及び維持のために、原水にカルシウム化合物を添加する生物学的脱窒装置において、カルシウム化合物添加量を適切に制御して反応槽内のＶＳＳ／ＳＳ比を好適範囲に維持することにより、汚泥の浮上、流出による槽内汚泥濃度の低下を防止すると共に、脱窒処理を担う微生物を反応槽内に高濃度に保持して、効率的な脱窒処理を行う生物学的脱窒装置に関する。

生物学的脱窒処理法は、脱窒菌がもつ硝酸呼吸能力を利用して、水中の硝酸性窒素（ＮＯ_３ ⁻）、亜硝酸性窒素（ＮＯ_２ ⁻）を、下記（ｉ），（ii）の反応により窒素ガス（Ｎ_２）に還元することにより窒素を除去する方法である。
２ＮＯ_３ ⁻＋１０（Ｈ）→Ｎ_２＋２ＯＨ⁻＋４Ｈ_２Ｏ …（ｉ）
２ＮＯ_２ ⁻＋６（Ｈ）→Ｎ_２＋２ＯＨ⁻＋２Ｈ_２Ｏ …（ii）

上記の脱窒反応式において、水素（Ｈ）は、有機物の分解で与えられるものであり、従って、脱窒反応には有機物が必要となる。この有機物は、原水中に生分解可能な形で含まれている場合にはそれが利用され、また微生物体内中にある有機物も利用されるが、原水中に有機物が無いか不足している場合には、外部から有機物（通常はメタノール）の適当量が添加される。

このような生物学的脱窒処理法において、反応槽内に脱窒菌を高濃度で保持することができ、これにより処理効率の向上、装置の小型化が可能な生物学的脱窒装置として、グラニュールを利用したＵＳＢ方式の生物学的脱窒装置が提案されている。

ＵＳＢ方式の生物学的脱窒装置は、脱窒菌の付着担体を用いることなく、反応槽内に脱窒菌を高濃度の粒状に凝集させたグラニュールの汚泥床を形成し、原水（有機性廃水）を反応槽下部から導入してこのグラニュールと接触させて原水中の硝酸性窒素、亜硝酸性窒素を分解し、脱窒処理水を反応槽上部の固気液分離部から取り出すものである。

従来、このようなＵＳＢ方式の生物学的脱窒装置において、グラニュールの形成及び維持を安定化させることを目的として、原水にカルシウム（Ｃａ）化合物を添加する手段を設けた生物学的脱窒装置が提案されている（特許文献１）。

特許文献１には、グラニュール形成におけるＣａイオンの役割として、汚水中に含まれているＨＣＯ_３ ⁻、ＰＯ^３−とＣａイオンが反応して不溶体を形成し、これと微生物が分泌する凝集性物質によって凝集した微生物が混合体を形成することでグラニュールの形成が行なわれるものと考えられると記載され、グラニュール汚泥床形成のために必要なＣａイオン濃度は、１ｍｇ／Ｌ以上、望ましくは１０ｍｇ／Ｌ以上、また、１００ｍｇ／Ｌ以下とすると良いとされている。
特開昭６２−２２５２９４号公報

特許文献１に記載されるように、グラニュール内のＣａイオンの存在でグラニュールの形成及び維持を安定化させることができるが、本発明者らの検討により、Ｃａイオンが存在しても、脱窒反応によって形成する微生物体（有機物）の量とＣａイオンによって形成される無機物の量のバランス（ＶＳＳ／ＳＳ比）が悪いと、良好な処理が達成できないことが判明した。具体的には、脱窒反応に関与するＮ濃度に比べてＣａ濃度が低すぎるとグラニュールは有機物ばかりになってしまい、沈降速度が小さくなり、反応槽から流出してしまうために、脱窒処理性能が悪くなる。一方、Ｎ濃度に比べてＣａ濃度が高すぎると、グラニュールは無機物ばかりになってしまい、脱窒処理を担う微生物が少なくなるために、脱窒処理性能が損なわれる。

本発明は上記従来の問題点を解決し、ＵＳＢ方式の生物学的脱窒装置において、グラニュール形成及び維持のために原水にカルシウム化合物を添加する生物学的脱窒装置において、カルシウム化合物添加量を適切に制御して反応槽内のＶＳＳ／ＳＳ比を好適範囲に維持することにより、汚泥の浮上、流出による槽内汚泥濃度の低下を防止すると共に、脱窒処理を担う微生物を反応槽内に高濃度に保持して、効率的な脱窒処理を行なう生物学的脱窒装置を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、次のような知見を得た。
即ち、生物学的脱窒処理において、グラニュール内では、脱窒反応が起こっているために高ｐＨでありかつ炭酸イオン濃度も高いことから、原水中にカルシウムイオンがある場合には、グラニュール内で炭酸カルシウムとして無機物質が発生する。一方、生物学的脱窒反応によって有機性の汚泥（微生物）が発生する。このため、窒素負荷毎に、窒素除去量とカルシウム濃度の比によってＶＳＳ／ＳＳ比が決定する。
一方で、ＵＳＢ方式の生物学的脱窒装置における硝酸性窒素や亜硝酸性窒素の除去率は、グラニュールのＶＳＳ／ＳＳに関係する。即ち、ＶＳＳ／ＳＳが高すぎる場合には、グラニュールの沈降性が悪化し、反応槽外に流出してしまうために窒素除去率が悪化する。逆に、ＶＳＳ／ＳＳが低すぎる場合には、脱窒反応に有効に関与する微生物量が少ないために窒素除去率が悪化する。このため、グラニュールのＶＳＳ／ＳＳは、後述の実験例１に示されるように、０．３〜０．８、特に０．４〜０．７に調整することが好ましい。

本発明者らは、このようにグラニュールのＶＳＳ／ＳＳを好適範囲に維持するための条件について更に検討を重ねた結果、後述のＣａ／脱Ｎ比αが適正な値となるように、原水へのカルシウム化合物添加量を制御することが有効であることを見出した。

本発明はこのような知見に基いて達成されたものであり、以下を要旨とする。

（１）硝酸性窒素及び／又は亜硝酸性窒素を含む原水を脱窒反応槽下部から導入して、該反応槽内で、有機物の存在下に、脱窒菌が高濃度に凝集したグラニュールと接触させて脱窒処理し、処理水を該反応槽上部より取り出す生物学的脱窒装置であって、該反応槽に導入される原水にカルシウム化合物を添加する手段を設けた生物学的脱窒装置において、
前記反応槽に導入される原水中の硝酸性窒素及び／又は亜硝酸性窒素量、或いは、反応槽内で除去される硝酸性窒素及び／又は亜硝酸性窒素量に基いて、前記反応槽に導入される原水のカルシウム濃度が所定の値となるように、前記カルシウム化合物添加量を制御する手段を設けたことを特徴とする生物学的脱窒装置。

（２）（１）において、前記反応槽に導入される原水の硝酸性窒素及び／又は亜硝酸性窒素濃度、或いは反応槽内で除去された窒素量に対応する原水窒素濃度（以下、これらの窒素濃度を「脱Ｎ濃度」と称す。）Ａ（ｍｇ／Ｌ）に対する、前記反応槽に導入される原水のカルシウム濃度Ｂ（ｍｇ／Ｌ）の割合（（Ｂ／Ａ）×１００（％）以下、この割合を「Ｃａ／脱Ｎ比」と称す。）αが、１〜２３％となるように、前記カルシウム化合物添加量が制御されることを特徴とする生物学的脱窒装置。

（３）（１）又は（２）において、前記Ｃａ／脱Ｎ比α（％）が、前記反応槽の脱Ｎ濃度Ａに基く容積負荷（以下、「脱Ｎ容積負荷」と称す。）Ｘ（ｋｇ−Ｎ／ｍ^３・ｄ）に対して、下記式（Ｉ）を満たすように、前記カルシウム化合物添加量が制御されることを特徴とする生物学的脱窒装置。
(−０．６６Ｘ²＋９．８Ｘ−１３．４)≧α≧(−０．０７５Ｘ²＋１．１Ｘ−１．６４)
…（Ｉ）

（４）（１）ないし（３）のいずれかにおいて、一定期間内における前記、脱Ｎ濃度Ａの平均値を算出し、この値に基いて、次の一定期間における前記カルシウム濃度Ｂが設定されることを特徴とする生物学的脱窒装置。

（５）（１）ないし（４）のいずれかにおいて、前記原水の硝酸性窒素及び／又は亜硝酸性窒素濃度、処理水の硝酸性窒素及び／又は亜硝酸性窒素濃度、並びに原水流量の測定値に基いて、前記反応槽で除去された硝酸性窒素及び／又は亜硝酸性窒素量に対応する原水窒素濃度が演算されることを特徴とする生物学的脱窒装置。

（６）（１）ないし（４）のいずれかにおいて、前記反応槽におけるガス発生量と原水流量の測定値に基いて、前記反応槽で除去された硝酸性窒素及び／又は亜硝酸性窒素量に対応する原水窒素濃度が演算されることを特徴とする生物学的脱窒装置。

（７）（１）ないし（６）のいずれかにおいて、前記反応槽内のグラニュールの床高と汚泥濃度を測定し、この測定値から演算される槽内汚泥保持量が減少傾向にある場合には、前記Ｃａ／脱Ｎ比αを増加させ、該槽内汚泥保持量が増加傾向にある場合には、前記Ｃａ／脱Ｎ比αを減少させることを特徴とする生物学的脱窒装置。

（８）（１）ないし（７）のいずれかにおいて、前記反応槽内のグラニュールの沈降速度を測定し、測定された沈降速度が減少傾向にある場合には、前記Ｃａ／脱Ｎ比αを増加させ、該沈降速度が増加傾向にある場合には、前記Ｃａ／脱Ｎ比αを減少させることを特徴とする生物学的脱窒装置。

（９）（１）ないし（８）のいずれかにおいて、前記グラニュールの破砕手段を有することを特徴とする生物学的脱窒装置。

（１０）（１）ないし（９）のいずれかにおいて、前記反応槽に導入される原水にメタノールを添加する手段と、処理水の硝酸性窒素及び／又は亜硝酸性窒素濃度を測定し、該処理水の硝酸性窒素及び／又は亜硝酸性窒素濃度が２〜２０ｍｇ／Ｌとなるように、メタノール添加量を制御する手段とを有することを特徴とする生物学的脱窒装置。

本発明によれば、原水に添加するカルシウム化合物量を適切に制御して、反応槽内のＶＳＳ／ＳＳ比を好適範囲に維持することにより、汚泥の浮上、流出による槽内汚泥濃度の低下を防止すると共に、脱窒処理を担う微生物を反応槽内に高濃度に保持して、効率的な脱窒処理を行なうことができる。

以下に図面を参照して本発明の生物学的脱窒装置の実施の形態を詳細に説明する。

図１は本発明の生物学的脱窒装置の実施の形態を示す系統図である。
図１において、１は原水槽、２は調整槽、３は処理水槽、４は脱窒反応槽、５は演算器である。

原水（硝酸性窒素及び／又は亜硝酸性窒素を含む有機性排水）は、配管１１より原水槽１に導入される。この配管１１には、原水流量を測定する流量計１１Ｆと原水の硝酸性窒素及び／又は亜硝酸性窒素濃度（以下「Ｎ濃度」と称す。）を測定する窒素濃度計１１Ｎが設けられており、これらの測定値は演算器５に入力される。

原水槽１内の原水は、配管１２を経てポンプ１２Ｐにより調整槽２に送給されて水質調整される。この調整槽２には、塩化カルシウム（ＣａＣｌ_２）等のカルシウム化合物の注入配管１３、メタノールの注入配管１４、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）等のアルカリの注入配管１５、塩酸（ＨＣｌ）等の酸の注入配管１６とｐＨ計２Ａが設けられている。ＣａＣｌ_２注入配管１３のバルブ１３Ｖとメタノール注入配管１４のポンプ１４Ｐは、演算器５からの出力信号で制御される。また、ＮａＯＨ注入配管１５のポンプ１５Ｐ及びＨＣｌ注入配管１６のポンプ１６ＰはｐＨ計２Ａの測定値に基いて作動する。２Ｋは調整槽２内の撹拌手段である。

なお、原水に添加するカルシウム化合物としては特に制限はなく、例えば、酸化カルシウム、塩化カルシウム、水酸化カルシウム、硫酸カルシウム等の１種又は２種以上を用いることができる。以下においては、カルシウム化合物としてＣａＣｌ_２を用いる場合を例示して本発明を説明するが、何らＣａＣｌ_２に限定されるものではない。

調整槽２で水質が調整された原水は、ポンプ１７Ｐにより、配管１７及び散水管１８Ａ，１８Ｂを経て、脱窒反応槽４の下部に導入される。１７Ｆは流量計である。
脱窒反応槽４に導入された原水は、槽内を上向流で流れる間に、槽内のグラニュールと接触して脱窒処理され、処理水は槽上部の固気液分離手段６を経て、配管１９より取り出され、処理水槽３に送給され、さらに配管２０を経て系外へ排出される。

この脱窒反応槽４には、粗大化した浮上グラニュールの破砕手段７が設けられており、破砕手段７で破砕したグラニュールを槽下部に戻す配管２１が設けられている。２１Ｖはサンプリングバルブである。

また、脱窒反応槽４の上部には、脱窒反応で発生したガス（窒素ガス）を抜き出す排ガス配管２２が設けられており、発生ガス量は、この排ガス配管２２に設けられた流量計２２Ｆで測定され、測定値が演算器５に入力される。

処理水槽３には、処理水のｐＨを測定するｐＨ計３Ａと、処理水のＮ濃度を測定する窒素濃度計３Ｎが設けられており、これらの測定値は演算器５に入力される。

なお、この生物学的脱窒装置では、調整槽２と処理水槽３は、同一槽内に、下部に通水孔８Ａを有する仕切壁８で区画形成されている。このようにすることで、通水孔８Ａから処理水槽３内の処理水を調整槽２に流入させることにより、処理水の循環処理を行なうことができる。

このような生物学的脱窒装置において、本発明では、反応槽４に導入される原水中の硝酸性窒素及び／又は亜硝酸性窒素、或いは、反応槽で除去される硝酸性窒素及び／又は亜硝酸性窒素量に基いて、前記反応槽に導入される原水のカルシウム濃度が所定の値となるように、配管１３からのＣａＣｌ_２添加量を制御する。
好ましくは、脱Ｎ濃度Ａ、即ち、反応槽４に導入される原水のＮ濃度、或いは反応槽４内で除去された窒素量に対応する原水Ｎ濃度（ｍｇ／Ｌ）に対する、反応槽４に導入される原水のカルシウム濃度Ｂ（ｍｇ／Ｌ）の割合として、（Ｂ／Ａ）×１００％で算出されるＣａ／脱Ｎ比αが、１〜２３％となるように、ＣａＣｌ_２添加量を制御する。

図１の生物学的脱窒装置において、原水のＮ濃度は、窒素濃度計１１Ｎで測定される。脱窒反応槽４で除去された窒素量は、窒素濃度計１１Ｎで測定される原水のＮ濃度と、窒素濃度計３Ｎで測定される処理水のＮ濃度と、流量計１１Ｆで測定される原水流量とから演算することができる。即ち、演算器５では、これらの測定値の入力信号に基いて、脱窒反応槽４で除去された硝酸性窒素及び／又は亜硝酸性窒素量（以下「脱Ｎ量」と称す場合がある。）を下記式（１）で演算する。
脱Ｎ量＝（原水Ｎ濃度−処理水Ｎ濃度）×原水流量 …（１）

また、脱Ｎ量に対応する原水Ｎ濃度は、（原水Ｎ濃度−処理水Ｎ濃度）で求められる。

なお、脱Ｎ量は、脱窒反応槽４で発生する窒素ガス量から演算することもできる。即ち、脱窒反応は前述の脱窒反応式（ｉ），（ii）に従って起こるため、発生する窒素ガス量は、脱Ｎ量に対応したものとなる。従って、図１に示す如く、排ガス配管２２に設けられた流量計２２Ｆの発生ガス量の測定値に基いて脱Ｎ量を演算することもできる。

本発明では、このようにして測定される原水Ｎ濃度又は脱Ｎ濃度Ａ（ｍｇ／Ｌ）に対して、反応槽４に導入される原水のカルシウム濃度Ｂ（ｍｇ／Ｌ）の割合（Ｂ／Ａ）×１００で算出されるＣａ／脱Ｎ比αが、好ましくは１〜２３％となるようにＣａＣｌ_２添加量を制御する。
このＣａ／脱Ｎ比αが１％未満であっても２３％を超えても、後述の実験例１に示されるように、反応槽４内のＶＳＳ／ＳＳを０．３〜０．８、特に０．４〜０．７の好適範囲に調整することができず、高い窒素除去率を達成し得ない。

なお、反応槽４での脱窒量は、原水Ｎ濃度と等しいものではないが、窒素除去率が高い場合には、原水Ｎ濃度とほぼ等しいとみなすことができ、原水のＮ濃度或いはこれに係数をかけて補正した値を脱Ｎ濃度Ａとすることができる。この場合には、処理水の窒素濃度計を不要とし、計器類を簡略化することができる。

なお、ここで脱Ｎ濃度Ａとカルシウム濃度Ｂの単位は「ｍｇ／Ｌ」に何ら限定されず、重量基準の濃度単位であれば良い。また、例えば、「ｋｇ／ｄ」のような単位時間当たりの値で代替することもできる。

また、後述の実験例１に示されるように、上記Ｃａ／脱Ｎ比αは、１〜２３％の範囲おいて、反応槽４の窒素負荷に対応して更に調整することが好ましく、Ｃａ／脱Ｎ比α（％）が、反応槽４の脱Ｎ濃度Ａの容積負荷（脱Ｎ容積負荷）Ｘ（ｋｇ−Ｎ／ｍ^３・ｄ）に対して、下記式（Ｉ）、特に下記式（II）を満たすように、ＣａＣｌ_２添加量が制御されることが好ましい。
(−０．６６Ｘ²＋９．８Ｘ−１３．４)≧α≧(−０．０７５Ｘ²＋１．１Ｘ−１．６４)
…（Ｉ）
(−０．４３Ｘ²＋６．２５Ｘ−８．４４)≧α≧(−０．１３Ｘ²＋１．８６Ｘ−２．５９)
…（II）

即ち、脱Ｎ容積負荷が３ｋｇ−Ｎ／ｍ^３・ｄのときには、Ｃａ／脱Ｎ比αは１．０％以上１０％以下が好ましく、より好ましくは１．８％以上６．４％以下である。
また、脱Ｎ容積負荷が４ｋｇ−Ｎ／ｍ^３・ｄのときには、Ｃａ／脱Ｎ比αは１．７％以上１６％以下が好ましく、より好ましくは２．８％以上９．９％以下である。
また、脱Ｎ容積負荷が５ｋｇ−Ｎ／ｍ^３・ｄのときには、Ｃａ／脱Ｎ比αは２．０％以上１９％以下が好ましく、より好ましくは３．４％以上１２％以下である。
また、脱Ｎ容積負荷が７ｋｇ−Ｎ／ｍ^３・ｄのときには、Ｃａ／脱Ｎ比αは２．５％以上２３％以下が好ましく、より好ましくは４．０％以上１４．４％以下である。

なお、脱Ｎ容積負荷は、前述の脱Ｎ濃度Ａと原水流量と予め設計された脱窒反応槽４の容積から求められる。

本発明においては、変動する原水Ｎ濃度に対して、平均的なカルシウム濃度Ｂ又はＣａ／脱Ｎ比αを設定することが好ましく、このような脱Ｎ濃度Ａ、更には脱Ｎ容積負荷Ｘに基くＣａＣｌ_２添加量の制御を、一定期間内例えば１日〜２週間、好ましくは３日〜１週間における、脱Ｎ濃度Ａの平均値を算出し、この値に基いて、次の一定期間におけるカルシウム濃度Ｂ又はＣａ／脱Ｎ比αを設定することが好ましい。

このＣａ／脱Ｎ比αは、更に、反応槽４内のグラニュールの床高と汚泥濃度を測定し、この測定値から演算される槽内汚泥保持量が減少傾向にある場合には、Ｃａ／脱Ｎ比αを増加させ、槽内汚泥保持量が増加傾向にある場合には、Ｃａ／脱Ｎ比αを減少させる、或いはまた、反応槽内のグラニュールの沈降速度を測定し、測定された沈降速度が減少傾向にある場合には、Ｃａ／脱Ｎ比αを増加させ、沈降速度が増加傾向にある場合には、Ｃａ／脱Ｎ比αを減少させるといった調整を行うことにより、より一層、適正な制御を行うことが可能となる。

このようにして設定されたカルシウム濃度Ｂとなるように、原水にカルシウム化合物を添加するには、設定されたカルシウム濃度Ｂから原水由来のカルシウム濃度を差し引いた値に相当するカルシウム化合物量を原水に添加すれば良い。

また、Ｃａ／脱Ｎ比α（％）に基いて原水へのカルシウム化合物の添加量制御を行なう場合には、下記式（２）でカルシウム化合物添加量を演算して添加量制御を行なえば良い。
原水へのカルシウム化合物添加量（ｋｇ／ｄ）
＝{α×脱Ｎ量（ｋｇ／ｄ）／１００−原水由来Ｃａイオン濃度（ｋｇ／ｍ^３）×原水流量（ｍ^３／ｄ）}×カルシウム化合物分子量／Ｃａ原子量 …（２）

本発明では、このようにカルシウム濃度Ｂ、特にＣａ／脱Ｎ比αを調整して反応槽４内のグラニュールのＶＳＳ／ＳＳを適正に保ち、汚泥の浮上を防止すると共に、脱窒処理に有効な微生物の濃度を確保することに併せて、更に、浮上したグラニュール汚泥を破砕手段７で破砕して、槽下部に循環させるようにすることにより、グラニュール汚泥の粒径を制御することが好ましく、これにより、より一層脱窒効率を高めることができる。
なお、このグラニュール汚泥の破砕手段７としては、水中ポンプ等を用いることができる。

また、処理水に微量の硝酸性窒素及び／又は亜硝酸性窒素が残留するように、例えば処理水のＮ濃度が２〜２０ｍｇ／Ｌ程度となるように、メタノール添加量を制御することにより、グラニュールの膨張を防ぐことができ、より一層確実に汚泥の槽外流出を防止することができる。
この場合、図１に示すように、窒素濃度計３Ｎで測定される処理水Ｎ濃度に基いて、演算器５からメタノールの注入ポンプ１４Ｐに制御信号を出力するようにすれば良い。

本発明は、このように、脱窒反応槽に導入されるＮ量ないしは脱窒反応槽で除去されたＮ量に基いて原水のカルシウム濃度が所定の値となるように、原水へのカルシウム化合物添加量を制御すること以外は、常法に従って、例えば、以下のような通常の通水条件で脱窒処理を行なうことができる。

＜脱窒反応槽通水条件＞
ＳＶ（原水あたり）：０．１２５〜１ｈｒ、特に０．２５〜０．６７ｈｒ
ＬＶ（循環流含む）：０．５〜１０ｍ／ｈｒ、特に２〜６ｍ／ｈｒ
脱Ｎ容積負荷：１〜１０ｋｇ−Ｎ／ｍ^３・ｄ
ｐＨ：６．５〜９．０、特に６．５〜７．８
水温：１５〜３５℃、特に２０〜３０℃

図１は、本発明の生物学的脱窒装置の実施の形態の一例を示すものであって、本発明の生物学的脱窒装置の構成は何ら図示のものに限定されるものではない。
例えば、処理水の循環は、反応槽に設けた循環配管で行うものであってもよく、また、汚泥の破砕手段としては、図１に示す如く、反応槽内上部に設ける型式の他、反応槽から汚泥を引き抜き槽外で破砕した後反応槽に返送する型式のものであってもよい。更に、調整槽を省略してカルシウム化合物を配管に直接注入するようにすることもできるが、カルシウム濃度や原水Ｎ濃度をより正確に把握して調整するためには、調整槽を設け、ここで原水水質を十分に均一に調整してその水質測定を行うことが好ましい。

以下に実験例を挙げて本発明の効果を示す。

［実験例１］
図１に示す生物学的脱窒装置における原水の処理に当たり、脱窒反応槽４の脱Ｎ容積負荷Ｘ（ｋｇ−Ｎ／ｍ^３・ｄ）と、Ｃａ／脱Ｎ比α（％）を種々変えて、グラニュールのＶＳＳ／ＳＳとの関係を調べたところ、図２に示す結果が得られた。
また、脱Ｎ容積負荷Ｘが５ｋｇ−Ｎ／ｍ^３・ｄのときのグラニュールのＶＳＳ／ＳＳと、窒素除去率（｛（原水Ｎ濃度−処理水Ｎ濃度）／原水Ｎ濃度｝×１００）との関係を調べたところ、図３に示す結果が得られた。
これらの結果から、グラニュールのＶＳＳ／ＳＳ比が０．３〜０．８、特に０．４〜０．７の範囲において、高い窒素除去率が得られること（図３）、また、このグラニュールのＶＳＳ／ＳＳをこのような好適範囲におさめるためには、Ｃａ／脱Ｎ比αに好適範囲が存在し、Ｃａ／脱Ｎ比αは１〜２３％の範囲内であって、更に、図４に示すように、脱Ｎ容積負荷毎に好適なＣａ／脱Ｎ比αが存在することが分かる。

従って、本発明により、脱Ｎ濃度Ａに応じて所定のカルシウム濃度Ｂとなるように原水へのカルシウム化合物添加量を制御することにより、脱窒反応槽内のグラニュールのＶＳＳ／ＳＳ比を一定に保ち、高い窒素除去率で安定な脱窒処理を行えることが分かる。

本発明の生物学的脱窒装置の実施の形態を示す系統図である。Ｃａ／脱Ｎ比α（％）とグラニュールのＶＳＳ／ＳＳとの関係を示すグラフである。グラニュールのＶＳＳ／ＳＳと窒素除去率との関係を示すグラフである。脱Ｎ容積負荷とＣａ／脱Ｎ比αとの関係を示すグラフである。

符号の説明

１原水槽
２調整槽
３処理水槽
４脱窒反応槽
５演算器
６固気液分離手段
７破砕手段

Claims

硝酸性窒素及び／又は亜硝酸性窒素を含む原水を脱窒反応槽下部から導入して、該反応槽内で、有機物の存在下に、脱窒菌が高濃度に凝集したグラニュールと接触させて脱窒処理し、処理水を該反応槽上部より取り出す生物学的脱窒装置であって、該反応槽に導入される原水にカルシウム化合物を添加する手段を設けた生物学的脱窒装置において、
前記反応槽に導入される原水中の硝酸性窒素及び／又は亜硝酸性窒素量、或いは、反応槽内で除去される硝酸性窒素及び／又は亜硝酸性窒素量に基いて、前記反応槽に導入される原水のカルシウム濃度が所定の値となるように、前記カルシウム化合物添加量を制御する手段を設けたことを特徴とする生物学的脱窒装置。
請求項１において、前記反応槽に導入される原水の硝酸性窒素及び／又は亜硝酸性窒素濃度、或いは反応槽内で除去された窒素量に対応する原水窒素濃度（以下、これらの窒素濃度を「脱Ｎ濃度」と称す。）Ａ（ｍｇ／Ｌ）に対する、前記反応槽に導入される原水のカルシウム濃度Ｂ（ｍｇ／Ｌ）の割合（（Ｂ／Ａ）×１００（％）以下、この割合を「Ｃａ／脱Ｎ比」と称す。）αが、１〜２３％となるように、前記カルシウム化合物添加量が制御されることを特徴とする生物学的脱窒装置。
請求項１又は２において、前記Ｃａ／脱Ｎ比α（％）が、前記反応槽の脱Ｎ濃度Ａに基く容積負荷（以下、「脱Ｎ容積負荷」と称す。）Ｘ（ｋｇ−Ｎ／ｍ^３・ｄ）に対して、下記式（Ｉ）を満たすように、前記カルシウム化合物添加量が制御されることを特徴とする生物学的脱窒装置。
(−０．６６Ｘ²＋９．８Ｘ−１３．４)≧α≧(−０．０７５Ｘ²＋１．１Ｘ−１．６４)
…（Ｉ）
請求項１ないし３のいずれか１項において、一定期間内における、前記脱Ｎ濃度Ａの平均値を算出し、この値に基いて、次の一定期間における前記カルシウム濃度Ｂが設定されることを特徴とする生物学的脱窒装置。
請求項１ないし４のいずれか１項において、前記原水の硝酸性窒素及び／又は亜硝酸性窒素濃度、処理水の硝酸性窒素及び／又は亜硝酸性窒素濃度、並びに原水流量の測定値に基いて、前記反応槽で除去された硝酸性窒素及び／又は亜硝酸性窒素量に対応する原水窒素濃度が演算されることを特徴とする生物学的脱窒装置。
請求項１ないし４のいずれか１項において、前記反応槽におけるガス発生量と原水流量の測定値に基いて、前記反応槽で除去された硝酸性窒素及び／又は亜硝酸性窒素量に対応する原水窒素濃度が演算されることを特徴とする生物学的脱窒装置。
請求項１ないし６のいずれか１項において、前記反応槽内のグラニュールの床高と汚泥濃度を測定し、この測定値から演算される槽内汚泥保持量が減少傾向にある場合には、前記Ｃａ／脱Ｎ比αを増加させ、該槽内汚泥保持量が増加傾向にある場合には、前記Ｃａ／脱Ｎ比αを減少させることを特徴とする生物学的脱窒装置。
請求項１ないし７のいずれか１項において、前記反応槽内のグラニュールの沈降速度を測定し、測定された沈降速度が減少傾向にある場合には、前記Ｃａ／脱Ｎ比αを増加させ、該沈降速度が増加傾向にある場合には、前記Ｃａ／脱Ｎ比αを減少させることを特徴とする生物学的脱窒装置。
請求項１ないし８のいずれか１項において、前記グラニュールの破砕手段を有することを特徴とする生物学的脱窒装置。
請求項１ないし９のいずれか１項において、前記反応槽に導入される原水にメタノールを添加する手段と、処理水の硝酸性窒素及び／又は亜硝酸性窒素濃度を測定し、該処理水の硝酸性窒素及び／又は亜硝酸性窒素濃度が２〜２０ｍｇ／Ｌとなるように、メタノール添加量を制御する手段とを有することを特徴とする生物学的脱窒装置。