JP2010247062A

JP2010247062A - 水質浄化方法及び水質浄化装置

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Publication number: JP2010247062A
Application number: JP2009098798A
Authority: JP
Inventors: Yuji Hirai; 裕二平井; Yasuo Ozaki; 保夫尾▲崎▼; Yasuhiro Ogawara; 康浩小河原
Original assignee: Nishimatsu Construction Co Ltd
Current assignee: Nishimatsu Construction Co Ltd
Priority date: 2009-04-15
Filing date: 2009-04-15
Publication date: 2010-11-04

Abstract

【課題】被処理水から高効率的にリンを除去できるとともに、放流水のｐＨを中性とする水質浄化方法及び水質浄化装置を提供する。
【解決手段】被処理水を、独立栄養脱窒細菌（硫黄酸化細菌）を担持した硫黄又は硫黄化合物に通し、硫黄酸化細菌の脱窒作用により被処理水に含まれる窒素を除去する脱窒工程と、脱窒工程後、被処理水を鹿沼土に通し、鹿沼土の吸着・除去作用により被処理水に含まれるリンを除去するリン除去工程と、を備えることを特徴とする水質浄化方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、リン及び窒素を除去する水質浄化方法及び水質浄化装置に関する。

近年、湖沼等の閉鎖性水域は農業集落排水施設、下水処理施設等の生活排水処理施設から排出される二次処理水等により富栄養化が進行しており、水質の改善を図るためには高度処理により二次処理水等に含まれる窒素及びリンを更に除去する必要がある。

従来から用いられているリンの除去方法としては生物学的脱リン法が一般的であるが、この他にも、処理水をリン除去剤に接触させリンを吸着・除去する方法がある。この方法で用いられるリン除去剤としては、製鉄所で副産物として発生する製鋼スラグ（例えば、特許文献１）、又は広く園芸用資材として知られる鹿沼土（例えば、特許文献２）等が挙げられる。

特開２００６−３４１２２６号公報特開２００６−１５０１７２号公報

しかし、製鋼スラグは石灰（ＣａＯ）及びシリカ（ＳｉＯ_２）を主成分としており、水を通すことにより石灰が溶出し処理水のｐＨが強アルカリとなるため、放流や再使用の際に問題となる。またリン除去材として鹿沼土を用いた場合には、処理水のｐＨは中性であり安全性の面では問題ないが、製鋼スラグに比べてリン除去能が低いという問題がある。

そこで本発明の課題は、被処理水から高いリン除去能でリンを除去することができ、かつ処理水のｐＨを中性とする水質浄化方法及び水質浄化装置を提供することにある。

以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、水質浄化方法であって、被処理水を、独立栄養脱窒細菌（硫黄酸化細菌）を担持した硫黄又は硫黄化合物（以下、ＳＣ資材とする）に通し、前記硫黄酸化細菌の脱窒作用により前記被処理水に含まれる窒素を除去する脱窒工程と、
前記脱窒工程後、前記被処理水を鹿沼土に通し、前記鹿沼土の吸着・除去作用により前記被処理水に含まれるリンを除去するリン除去工程と、を備えることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の水質浄化方法において、前記鹿沼土は２５０〜７５０℃で焼成し、リンの吸着活性を高めたものであることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の水質浄化方法において、前記被処理水を空気に曝気する硝化工程を更に備え、
前記硝化工程は、前記脱窒工程を行う前に行うことを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、水質浄化装置であって、被処理水を、独立栄養脱窒細菌（硫黄酸化細菌）を担持した硫黄又は硫黄化合物に通し、前記硫黄酸化細菌に脱窒作用により前記被処理水に含まれる窒素を除去する脱窒手段と、
前記脱窒手段の下流側に位置し、前記被処理水を鹿沼土に通し、前記鹿沼土の吸着・除去作用により前記被処理水に含まれるリンを除去するリン除去手段と、を備え、
前記リン除去手段は前記脱窒手段の下流側に位置することを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の水質浄化装置において、前記鹿沼土は２５０〜７５０℃で焼成し、リンの吸着活性を高めたものであることを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項４又は５に記載の水質浄化装置において、前記被処理水を空気に曝気する硝化手段を更に備え、
前記硝化手段は、前記脱窒手段よりも上流側に位置することを特徴とする。

本発明によれば、被処理水をＳＣ資材に通した後、鹿沼土に通すことで、鹿沼土のみで処理するよりも高い除去能でリンを除去することができるとともに、窒素を除去することができる。また被処理水をＳＣ資材及び鹿沼土に通すので通水後の処理水のｐＨが中性であり、安全性の面で問題がない。更に、鹿沼土は軽量であるため取り扱いが容易である。

経過日数と処理水のＴ−Ｐ濃度の関係を示したグラフである。鹿沼土又は製鋼スラグ１ｇ当たりの通水量と流出水のＴ−Ｐ濃度の関係を示したグラフである。

以下に、本発明を実施するための形態について説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲を以下の実施形態に限定するものではない。

本発明を実施するための水質浄化装置は硝化槽、脱窒槽及びリン除去槽を備える。これらは硝化槽（硝化手段）、脱窒槽（脱窒手段）、リン除去槽（リン除去手段）の順に直列に接続されている。

硝化槽は、アンモニア酸化細菌、亜硝酸酸化細菌等の独立栄養硝化細菌を担持した、ゼオライト、火山礫その他の担体が充填され、これに汚水（被処理水）を通すことにより空気に曝気し、脱窒槽に送水するユニットとして構成されている。アンモニア酸化細菌はアンモニア態窒素を亜硝酸態窒素に、亜硝酸酸化細菌は亜硝酸態窒素を硝酸態窒素に酸化して得られるエネルギーにより生育する細菌である。なお、独立栄養硝化細菌は汚水、海水、淡水など広く水の中に存在するため、被処理水を効率的に曝気することができれば、担体に独立栄養硝化細菌が担持されていなくてもよいし、硝化槽に担体が充填されていなくてもよい。

脱窒槽は、脱窒材として独立栄養脱窒細菌（硫黄酸化細菌）を担持した硫黄又は硫黄化合物が充填され、硝化槽を通過した被処理水をＳＣ資材に通し、リン除去槽に送水するユニットとして構成されている。硫黄酸化細菌は、硫黄又は硫黄化合物を酸化して得られるエネルギーにより生育し、硝酸態窒素を窒素に還元する性質を有する細菌である。

リン除去槽は、２５０〜７５０℃で焼成した鹿沼土が充填され、脱窒槽を通過した被処理水を鹿沼土に通し、流出水を排水するユニットとして構成されている。鹿沼土はリン吸着・除去能を有するものとして広く知られる園芸用資材であり、２５０〜７５０℃で焼成することでリン吸着活性を高めることができる。リン除去槽に充填される鹿沼土は４００〜６００℃で焼成したものであるとより好ましく、５００℃前後で焼成したものであると更に好ましい。
なお、硝化槽、脱窒槽及びリン除去槽の形状・大きさは被処理水の処理量に応じて適宜選択可能である。

上述の水質浄化装置を用いて、汚水（被処理水）からリン及び窒素を除去する水質浄化方法について説明する。
水質浄化装置に導入された被処理水はまず硝化槽に供給される。硝化槽に供給された被処理水は槽内に充填された担体に通され、担体に担持された独立栄養硝化細菌の硝化作用により被処理水に含まれるアンモニア態窒素が硝酸態窒素に酸化される（硝化工程）。硝化槽を通過した被処理水は脱窒槽に供給される。
脱窒槽に供給された被処理水は槽内に充填されたＳＣ資材に通され、硫黄酸化細菌の脱窒作用により被処理水に含まれる硝酸態窒素が窒素ガスに還元される（脱窒工程）。これにより被処理水に含まれる硝酸態窒素が除去される。脱窒槽を通過した被処理水はリン除去槽に供給される。
リン除去槽に供給された被処理水は槽内に充填された鹿沼土に通され、鹿沼土のリン吸着・除去作用により被処理水からリン酸態リンが除去される。リン除去槽を通過した流出水（処理水）は排水される。
なお、被処理水中のアンモニア態窒素の含有量が少ない場合には、硝化工程を省略し被処理水を脱窒槽に直接供給することとしてもよい。

以上のように、被処理水をＳＣ資材に通した後、鹿沼土に通すことにより、被処理水を鹿沼土のみで処理する場合よりも高い除去能でリンを除去することができるとともに、被処理水から窒素を除去することができる。また、被処理水をＳＣ資材及び鹿沼土で処理するため処理水のｐＨを中性域に維持することができ安全性の面で問題がない。更に、鹿沼土は軽量であるため装置の維持管理の面で取り扱い易い。

図１、図２及び表３を参照し、本実施例について説明する。
比較検討を行うため、（i）被処理水をＳＣ資材に通した後、鹿沼土に通す方法、（ii）被処理水をＳＣ資材に通した後、製鋼スラグに通す方法、（iii）被処理水を鹿沼土のみに通す方法、（iv）被処理水を製鋼スラグのみに通す方法、の４つの処理方法について実験を行った。

処理方法（i）及び（ii）においてはＳＣ資材を７．６ｋｇ用い、処理方法（i）〜（iv）においては鹿沼土又は製鋼スラグをそれぞれ６．１Ｌ用いた。また、処理方法（i）及び（iii）で用いる鹿沼土はいずれも５００℃で１時間焼成したものである。
被処理水としては、農業集落排水施設（ＪＡＲＵＳIII型）からの放流水を予め空気に曝気したものを用いた。そしてこの被処理水を上記各処理方法にて６０Ｌ／日の通水流量で数日間継続して処理した。ただし、処理方法（i）及び（ii）においては通水流量を２３日目以降は３０Ｌ／日に変更して行ったものとする。
なお、図１、図２及び表３において、処理方法（i）を「ＳＣ＋鹿沼土」、処理方法（ii）を「ＳＣ＋製鋼スラグ」、処理方法（iii）を「鹿沼土」、処理方法（iv）を「製鋼スラグ」と示す。

図１は、各方法で数日間継続して被処理水を処理し、得られた処理水の経過日数ごとのＴ−Ｐ濃度（全リン濃度）を測定してグラフ化したものである。縦軸はＴ−Ｐ濃度（ｍｇ／Ｌ）を示し、横軸はその経過日数（日）を示している。
鹿沼土のみで処理した場合と製鋼スラグのみで処理した場合とを比較すると、３４日目において流出水のＴ−Ｐ濃度に約２倍の差が生じており、鹿沼土よりも製鋼スラグの方が高いリン除去能を有していることが分かる。しかし、被処理水をＳＣ資材に通水後に鹿沼土又は製鋼スラグで処理すると、鹿沼土のみ又は製鋼スラグのみで処理した場合に比べてＴ−Ｐ濃度がいずれも低く推移し、リン除去能が大きく向上していることが分かる。しかしＳＣ資材通水後における鹿沼土と製鋼スラグとを比較すると、両者は同程度のリン除去能を示しており、大きな差異は認められなかった。

図２は、各方法で数日間継続して被処理水を処理して得られた処理水のＴ−Ｐ濃度を、リン除去材としての鹿沼土又は製鋼スラグ１ｇ当たりの通水量に対してプロットしたものである。
鹿沼土と製鋼スラグとを比較すると、ＳＣ資材の有無にかかわらず、製鋼スラグの方が１ｇ当たりの通水量が低く、製鋼スラグの方が鹿沼土よりも比重が大きいことが分かる。図１で得られた結果と併せて検討すると、ＳＣ資材通水後の被処理水を鹿沼土で処理する場合と製鋼スラグで処理する場合とでは、リン除去材の体積当たりのリン除去能は同程度であるが、リン除去材の重量当たりのリン除去能は鹿沼土の方が優れるということがいえる。

表１は、各処理方法で被処理水を数日間継続して処理し、得られた処理水の積算流量とその処理水のｐＨの関係を示したものである。
ＳＣ資材の有無にかかわらず、製鋼スラグで処理した場合は積算流量２０００ＬにおいてもｐＨ９．５以上とアルカリを示しているのに対し、鹿沼土は積算流量２０００ＬにおいてもｐＨ７〜８の中性域で推移していることが分かる。これにより、ＳＣ資材通水後に製鋼スラグで処理するよりも、ＳＣ資材通水後に鹿沼土で処理する方法の方が安全性の面において優れているといえる。

以上、本実施例により、被処理水をＳＣ資材に通した後、鹿沼土に通すことで、被処理水を鹿沼土又は製鋼スラグのみで処理するよりも高いリン除去能を得られることが示された。また、単位重量当たりのリン除去能は製鋼スラグよりも鹿沼土の方が優れていることが示された。更に、被処理水をＳＣ資材に通すか通さないかにかかわらず、製鋼スラグで処理した場合には処理水のｐＨはアルカリを示し、鹿沼土で処理した場合には処理水のｐＨを中性域に維持できることが示された。

Claims

被処理水を、独立栄養脱窒細菌（硫黄酸化細菌）を担持した硫黄又は硫黄化合物に通し、前記硫黄酸化細菌の脱窒作用により前記被処理水に含まれる窒素を除去する脱窒工程と、
前記脱窒工程後、前記被処理水を鹿沼土に通し、前記鹿沼土の吸着・除去作用により前記被処理水に含まれるリンを除去するリン除去工程と、を備えることを特徴とする水質浄化方法。
前記鹿沼土は２５０〜７５０℃で焼成し、リンの吸着活性を高めたものであることを特徴とする請求項１に記載の水質浄化方法。
前記被処理水を空気に曝気する硝化工程を更に備え、
前記硝化工程は、前記脱窒工程を行う前に行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の水質浄化方法。
被処理水を、独立栄養脱窒細菌（硫黄酸化細菌）を担持した硫黄又は硫黄化合物に通し、前記硫黄酸化細菌に脱窒作用により前記被処理水に含まれる窒素を除去する脱窒手段と、
前記脱窒手段の下流側に位置し、前記被処理水を鹿沼土に通し、前記鹿沼土の吸着・除去作用により前記被処理水に含まれるリンを除去するリン除去手段と、を備え、
前記リン除去手段は前記脱窒手段の下流側に位置することを特徴とする水質浄化装置。
前記鹿沼土は２５０〜７５０℃で焼成し、リンの吸着活性を高めたものであることを特徴とする請求項４に記載の水質浄化装置。
前記被処理水を空気に曝気する硝化手段を更に備え、
前記硝化手段は、前記脱窒手段よりも上流側に位置することを特徴とする請求項４又は５に記載の水質浄化装置。