JP2011062654A - 硝化槽の運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】窒素含有排水を硝化菌により硝化処理する硝化槽の運転方法において、新たに立ち上げる硝化槽を短期間内に立ち上げ可能な硝化槽の運転方法を提供する。
【解決手段】稼働中の硝化槽から硝化菌を含有する汚泥が付着した微生物固定化担体を抜き取り、抜き取った微生物固定化担体を、硝化菌を高活性状態で維持可能な溶液で洗浄し、前記汚泥を含む洗浄液を回収し、新たな微生物固定化担体に前記洗浄液を含浸させ、硝化菌を含有する汚泥を付着させ、該微生物固定化担体を立ち上げ運転を行う新たな硝化槽に充填し、新たな硝化槽の立ち上げ運転を行い、洗浄された微生物固定化担体は、元の硝化槽に再充填し、元の硝化槽の運転を継続する。
【選択図】図１

Description

本発明は、窒素含有排水を硝化菌により硝化処理する硝化槽の運転方法に関し、特に新たに立ち上げる硝化槽を短期間内に立ち上げるための運転方法に関する。

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窒素処理方法も、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（Ｕｐｆｌｏｗ Ａｎａｅｒｏｂｉｃ Ｓｌｕｄｇｅ Ｂｌａｎｋｅｔ）−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。生物学的窒素処理方法は、好気性細菌である硝化菌により排水中のアンモニア性窒素を、亜硝酸性窒素又は硝酸性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性窒素、亜硝酸性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も種々の形態のものが開発されている。

一般に硝化菌の増殖速度は遅いため、新たに硝化槽で硝化菌を育成し所定の性能を得るためには、通常３ヶ月以上の期間が必要である。このため硝化槽の立ち上げが生物学的硝化脱窒装置の律速工程となり、生物学的硝化脱窒装置の稼働が遅れることが指摘されている。この問題を解決するため従来から多くの検討がなされ、早期に硝化槽を立ち上げるための方法がいくつか提案されている。

例えば、硝化菌の培養、馴養に係る時間を短縮する方法として、担体に硝化菌を含有する培養液を通液させ、硝化菌を充分に付着させた担体（種ろ材）を製造し、この種ろ材を下段に、その上に菌未付着の担体を充填し、種ろ材の下部からアンモニアを含有する循環水を上向きに流すことで、上段のろ材に硝化菌を付着、増殖させる方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。

また、嫌気性アンモニア酸化細菌ではあるが、増殖速度の遅い嫌気性アンモニア酸化細菌の馴養期間を短縮させる方法として、馴養が済んだ嫌気性アンモニア酸化槽から嫌気性アンモニア酸化細菌が付着固定した担体を引き抜き、これを新たに立ち上げる嫌気性アンモニア酸化槽に投入する方法が提案されている（例えば特許文献２参照）。

特開平９−２２５４９６号公報 特開２００７−７５８１７号公報

早期に硝化槽を立ち上げための方法として、特許文献１に記載の方法を使用する場合には、種ろ材を製造する工程が必要であり手間がかかる。特許文献２に記載の方法は、馴養が済んだ嫌気性アンモニア酸化槽から嫌気性アンモニア酸化細菌が付着固定した担体を引き抜き、これを新たに立ち上げる嫌気性アンモニア酸化槽に投入するので、簡便な方法と言えるが、引き抜き投入する嫌気性アンモニア酸化細菌が付着固定した担体は、新たに立ち上げる嫌気性アンモニア酸化槽内の担体の一部であり、全ての担体に嫌気性アンモニア酸化細菌が付着固定するには、時間がかかる。

さらに特許文献２には、引き抜いた包括固定化担体に活性汚泥を混ぜて増量させる方法が記載されている。この方法を採用すれば担体の量を増やすことができるが、手間がかかる。また特許文献２には、未馴養の微生物固定化材に予め汚泥等の微生物を付着させてから投入する方法も記載されている。前記の通り、早期に硝化槽を立ち上げための方法、又は早期に硝化槽を立ち上げために応用可能ないくつかの方法が提案されているが、これら方法も必ずしも十分とは言えず改善の余地がある。

本発明の目的は、窒素含有排水を硝化菌により硝化処理する硝化槽の運転方法において、新たに立ち上げる硝化槽を短期間内に立ち上げ可能な硝化槽の運転方法を提供することである。

請求項１に記載の本発明は、窒素含有排水中のアンモニア性窒素を硝化菌により酸化し硝酸性窒素、亜硝酸性窒素とする硝化槽の運転方法であって、稼働中の硝化槽から硝化菌を含有する汚泥が付着した微生物固定化担体を抜き取り、抜き取った微生物固定化担体を、硝化菌を高活性状態で維持可能な溶液で洗浄し、前記汚泥を含む洗浄液を回収し、新たな微生物固定化担体に前記洗浄液を含浸させ、硝化菌を含有する汚泥を付着させ、該微生物固定化担体を立ち上げ運転を行う新たな硝化槽に充填し、新たな硝化槽の立ち上げ運転を行い、洗浄された微生物固定化担体は、元の硝化槽に再充填し、元の硝化槽の運転を継続することを特徴とする硝化槽の運転方法である。

請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の硝化槽の運転方法において、前記溶液により、抜き取った微生物固定化担体を洗浄し回収する汚泥は、抜き取った微生物固定化担体に付着した汚泥の一部であることを特徴とする。

請求項３に記載の本発明は、請求項１又は２に記載の硝化槽の運転方法において、稼働中の硝化槽と立ち上げ運転を行う新たな硝化槽との運転条件が同一であることを特徴とする。

請求項４に記載の本発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の硝化槽の運転方法において、前記窒素含有排水は、低有機物含有排水又は無機排水であることを特徴とする。

請求項５に記載の本発明は、請求項１から４のいずれか１項に記載の硝化槽の運転方法において、前記溶液は、栄養塩及び４００〜５００ｍｇＮＨ４−Ｎ／Ｌのアンモニア性窒素を含むことを特徴とする。

本発明に係る硝化槽の運転方法は、稼働中の硝化槽から硝化菌を含有する汚泥を回収し、この汚泥を新たな微生物固定化担体に付着させた後、立ち上げ運転を行う新たな硝化槽に充填し、新たな硝化槽の立ち上げ運転を行うので、新たな硝化槽を短期間内に立ち上げることができる。このとき硝化菌を含む汚泥を、硝化菌を高活性状態で維持可能な溶液で洗浄し回収するので、硝化菌を高活性状態に維持した状態で新たな微生物固定化担体に付着させることが可能となり、新たな硝化槽を短期間内に立ち上げることができる。さらに元の硝化槽は、洗浄された微生物固定化担体を再充填し運転を継続するので直ちに元通りの運転を再開することができる。

また本発明によれば、洗浄回収する汚泥は、稼働中の硝化槽から抜き取った微生物固定化担体に付着した汚泥の一部であるので、洗浄後の微生物固定化担体には硝化菌を含む汚泥が十分に残存している。このためこの微生物固定化担体を元の硝化槽に再充填することで、元の硝化槽は洗浄前と変わらぬ性能を維持することができる。

また本発明によれば、稼働中の硝化槽と立ち上げ運転を行う新たな硝化槽との運転条件が同一であるので、硝化菌の生育環境が変わらず新たな硝化槽をより短期間内に立ち上げることができる。

また本発明によれば、低有機物含有排水又は無機排水に本発明に係る硝化槽の運転方法を好適に使用することができる。

また本発明によれば、微生物固定化担体に付着した汚泥を洗浄回収する溶液が、栄養塩及び４００〜５００ｍｇＮＨ４−Ｎ／Ｌのアンモニア性窒素を含むので、硝化菌を高活性状態に維持したまま回収し使用することができる。

本発明の硝化槽の運転方法の手順を示すフローチャートである。 本発明の硝化槽の運転方法を説明するための模式図であって、主に硝化菌を含む汚泥を回収する手順の概略を示す図である。 本発明の硝化槽の運転方法を説明するための模式図であって、主に新たな硝化槽を立ち上げる手順の概略を示す図である。 本発明の硝化槽の運転方法を説明するための図であって、アンモニア濃度と硝化活性との関係を示す実験データである。

図１は、本発明の硝化槽の運転方法の手順を示すフローチャート、図２は、本発明の硝化槽の運転方法を説明するための模式図であって、主に硝化菌を含む汚泥を回収する手順の概略を示す図、図３は、本発明の硝化槽の運転方法を説明するための模式図であって、主に新たな硝化槽を立ち上げる手順の概略を示す図である。

本発明の硝化槽の運転方法は、アンモニア含有排水などの窒素含有排水を好気性細菌である硝化菌を用いて硝化処理する硝化槽の運転方法であって、大略的には、稼働中の硝化槽から微生物固定化担体を抜き取り、これを所定の溶液で洗浄することで硝化菌を含む汚泥を回収し、回収した硝化菌を含む汚泥を新たに立ち上げる硝化槽の微生物固定化担体に付着させることで、新たに立ち上げる硝化槽の立ち上げ期間を短縮させ、微生物固定化担体を抜き取った元の硝化槽も、洗浄後の微生物固定化担体を再充填し、運転を再開させるものである。以下、有機物を殆ど含まないアンモニア含有排水を処理する場合を例として、本発明の硝化槽の運転方法を説明する。

まず、馴養が終了し稼働中の硝化槽から硝化菌を含む汚泥が付着した微生物固定化担体を抜き取る（ステップＳ１）。このとき微生物固定化担体を抜き取る稼働中の硝化槽の型式等は特に限定されないけれども、硝化活性が高い硝化槽であることが好ましい。このような硝化槽から硝化菌を含む汚泥を回収することで、高い硝化活性の硝化菌を回収することが可能となり、新たに立ち上げる硝化槽の立ち上げ期間をより短縮させることができる。

図２に示すＤＨＳリアクタ１０は、アンモニア含有排水を処理する循環式ＤＨＳ−ＵＡＳＢ法の硝化槽であり、図示を省略した混合槽から送られる排水中のアンモニアを硝化菌で酸化させ、硝化処理された排水は脱窒槽である図示を省略したＵＡＳＢリアクタへ送られる。排水は散水装置１２で分散し槽上部から供給され、一方、空気は槽の下部から上部に向かって供給される。

ＤＨＳリアクタ１０内には所定の間隔を置いて微生物固定化担体１４が５段充填されている。各段の微生物固定化担体１４の間には、空間部１６が設けられている。各段の微生物固定化担体１４は、厚さの薄い微生物固定化担体１４ａ、１４ｂ、１４ｃ・・・が複数規則正しく積み重ねられた構造からなる。一の微生物固定化担体１４ａは、網目状の円柱体１８が複数規則正しく配置固定され形成された、槽本体２０の横断面と同じ大きさのフレーム２２とこの円柱体１８内に充填されたスポンジ担体２４とからなる。このような微生物固定化担体１４を充填したＤＨＳリアクタ１０では、スポンジ担体２４が円柱体１８内に充填され、円柱体１８で保護されているため、スポンジ担体２４がつぶれることがなく、さらに円柱体１８が複数規則正しく配置されているため、槽内を排水が均等に流下すると共に、槽内が均等に好気性状態に維持される。このため充填場所によらず微生物固定化担体１４に付着した硝化菌は、いずれも硝化活性が高く、このような硝化菌を含む汚泥が好ましい。またこのようなＤＨＳリアクタ１０は、いずれの場所の硝化菌も硝化活性が高いので、微生物固定化担体１４を抜き取るとき、抜き取る微生物固定化担体１４を選定する必要がなく手間がかからない。

また、微生物固定化担体１４を抜き取る稼働中の硝化槽の運転条件と新たに立ち上げる硝化槽の運転条件とが同一であることが好ましい。ここで言う同一とは、完全な同一のみならず、運転条件が近似し同一とみなせる場合も含まれる。運転条件、例えば排水中のアンモニア濃度、有機物の濃度等排水の性状、排水温度などが同一の環境下で生育した硝化菌は、同一の環境下で安定的に生育しやすい。一方、排水の性状等運転条件が大きく変わると、硝化菌の活性も低下しやすいので、新たに立ち上げる硝化槽の運転条件と同一である稼働中の硝化槽から硝化菌を含む汚泥を回収することが好ましい。

次に、取り出した硝化菌を含む汚泥が付着した微生物固定化担体を所定の溶液で洗浄し、硝化菌を含む汚泥を洗浄液と共に回収する（ステップＳ２）。ここで所定の溶液とは、硝化菌を高活性状態で維持可能な溶液である。このような溶液で硝化菌を含む汚泥を洗浄回収することで、回収した硝化菌を高活性状態のまま維持することができる。工業用水、水道水は容易に入手可能で簡便に硝化菌を含む汚泥を洗浄回収することができるけれども、このような水では硝化菌を高活性状態で維持することができず、好ましい洗浄溶液とは言い難い。有機物を殆ど含まないアンモニア含有排水を処理する硝化槽の場合、硝化菌を高活性状態で維持可能な溶液は、表１に示す栄養塩及び４００〜５００ｍｇＮＨ４−Ｎ／Ｌのアンモニアを含む液である。

アンモニア含有排水を処理するＤＨＳリアクタの排水中のアンモニア濃度と硝化活性との実験結果を図４及び表２に示す。このアンモニア含有排水は、有機物を殆ど殆ど含まず、表１に示す栄養塩及びＰＨ調整剤が添加された排水である。図４及び表２中、硝化活性とは、アンモニア濃度の減少量を示す。

図４及び表２から、排水中のアンモニア濃度が４００〜５００ｍｇＮ／Ｌにおいて硝化活性が一番高くなることが分かる。また排水中のアンモニア濃度が９００ｍｇＮ／Ｌを超える領域では、硝化活性が極端に低くなり、硝化菌のアンモニア硝化限界が９００ｍｇＮ／Ｌ以下であることが分かる。これらの結果から、硝化菌を溶液で洗浄し回収するとき使用する溶液としては、表１に示す栄養塩を含み、２００〜６００ｍｇＮＨ４−Ｎ／Ｌのアンモニアを含む液が好ましく、４００〜５００ｍｇＮＨ４−Ｎ／Ｌのアンモニアを含む液がより好ましいと言える。

微生物固定化担体を所定の溶液で洗浄する方法は、特定の方法に限定されるものではなく、図２に示すように微生物固定化担体１４ａからスポンジ担体２４を取り外し、これを所定の溶液を張り込んだ撹拌機２６を備える洗浄装置２８で洗浄し、汚泥を回収してもよい。但し、次の点に注意して洗浄を行う必要がある。取り外した微生物固定化担体を所定の溶液で洗浄するとき、微生物固定化担体に付着する汚泥が全て洗浄液側に移るように長時間又は強い洗浄を行うべきではなく、汚泥の多くは、取外した微生物固定化担体にそのまま残った状態となるように洗浄を行う必要がある。洗浄が終了した微生物固定化担体は、取外した元の硝化槽に再度充填し、運転を再開させるため、極端に汚泥の付着量が減少すると、元の硝化槽の硝化活性が低下してしまう。このため洗浄し汚泥を回収する微生物固定化担体は、汚泥の付着量が多い微生物固定化担体が好ましい。

洗浄後の微生物固定化担体は、取外した元の硝化槽に再度充填し（ステップＳ３）、運転を再開させる（ステップＳ４）。このとき微生物固定化担体にも十分に汚泥が残存し、微生物固定化担体に残存する硝化菌が高い活性のまま維持されているので、運転を再開すると、短時間内に微生物固定化担体を洗浄する前の状態に戻すことができる。

汚泥を含む回収した洗浄液は、新たに立ち上げる硝化槽の微生物固定化担体に含浸させ、微生物固定化担体に硝化菌を含む汚泥を付着させる（ステップＳ５）。新たに立ち上げる硝化槽が先に示した図２に示すＤＨＳリアクタと同一のＤＨＳリアクタ３０である場合を例にとり説明する。汚泥を含む洗浄液２９を充填した洗浄装置２８内にスポンジ担体３２を投入し、スポンジ担体３２に硝化菌を含む汚泥を付着させる。スポンジ担体３２に硝化菌を含む汚泥を付着させる方法は、上記方法に限定されないけれども、洗浄液２９に含まれる汚泥を可能な限り多く付着させる方法が好ましい。

硝化菌を含む汚泥を付着させたスポンジ担体３２は、フレーム３４を構成する網目状の円柱体３６に嵌めこみ、微生物固定化担体３８とし、これをＤＨＳリアクタ３０に充填した後（ステップＳ６）、立ち上げ運転を開始する（ステップＳ７）。

上記の通り、本発明に係る硝化槽の運転方法は、稼働中の硝化槽の微生物固定化担体に付着する硝化菌を含む汚泥を、硝化菌を高活性状態で維持可能な溶液で洗浄して回収するので、回収後、新たな微生物固定化担体へ汚泥を付着させるに際し、硝化菌の活性が低下せず、新たに立ち上げる硝化槽を短期間内に立ち上げることができる。また微生物固定化担体を洗浄するとき、汚泥の多くは取り外した微生物固定化担体にそのまま残った状態となるように洗浄するので、この微生物固定化担体を再充填することで、元の硝化槽を簡単に元通りに復活させることができる。

本発明に係る硝化槽の運転方法は、アンモニア含有排水を対象した硝化槽の運転方法に限定されず、窒素含有排水を処理する硝化槽の運転に適用できる。但し、有機物を殆ど含まない低有機物含有排水又は無機排水は、硝化菌の生育速度が遅いので、本発明に係る硝化槽の運転方法を好適に使用することができる。このような排水としては、石炭火力発電所から排出される排水、例えば復水脱塩装置から排出される排水、電気集じん機の洗浄排水、脱硫排水又はこれらが混合した排水などが例示される。なお、上記実施形態では、担体にスポンジ担体を使用する例を示したけれども、担体は、スポンジ担体に限定されるものではなく、硝化槽もＤＨＳリアクタに限定されないことは言うまでもない。

アンモニア含有排水を硝化処理する循環式ＤＨＳ−ＵＡＳＢ方式の生物学的硝化脱窒装置の稼働中のＤＨＳリアクタから約２０００個、体積にして約３０．５Ｌのスポンジ担体を抜き取り、表１に示す栄養塩を含んだ５００ｍｇＮＨ４−Ｎ／Ｌｍの溶液を１５Ｌを用いて、スポンジ担体を洗浄し、汚泥を含む洗浄液を回収した。この洗浄液に抜き取ったと同量の新たなスポンジ担体を浸し、汚泥を付着させた。このスポンジ担体を新たなＤＨＳリアクタ（スポンジ担体充填部容量６０Ｌ）に充填し、ＤＨＳリアクタの立ち上げ運転を行ったところ、硝化菌の育成期間は１週間であった。

１０ ＤＨＳリアクタ
１４ 微生物固定化担体
２４ スポンジ担体
２９ 洗浄液
３０ ＤＨＳリアクタ
３２ スポンジ担体
３８ 微生物固定化担体

Claims (5)

1. 窒素含有排水中のアンモニア性窒素を硝化菌により酸化し硝酸性窒素、亜硝酸性窒素とする硝化槽の運転方法であって、
   稼働中の硝化槽から硝化菌を含有する汚泥が付着した微生物固定化担体を抜き取り、抜き取った微生物固定化担体を、硝化菌を高活性状態で維持可能な溶液で洗浄し、前記汚泥を含む洗浄液を回収し、
   新たな微生物固定化担体に前記洗浄液を含浸させ、硝化菌を含有する汚泥を付着させ、該微生物固定化担体を立ち上げ運転を行う新たな硝化槽に充填し、新たな硝化槽の立ち上げ運転を行い、
   洗浄された微生物固定化担体は、元の硝化槽に再充填し、元の硝化槽の運転を継続することを特徴とする硝化槽の運転方法。
2. 前記溶液により、抜き取った微生物固定化担体を洗浄し回収する汚泥は、抜き取った微生物固定化担体に付着した汚泥の一部であることを特徴とする請求項１に記載の硝化槽の運転方法。
3. 稼働中の硝化槽と立ち上げ運転を行う新たな硝化槽との運転条件が同一であることを特徴とする請求項１又は２に記載の硝化槽の運転方法。
4. 前記窒素含有排水は、低有機物含有排水又は無機排水であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の硝化槽の運転方法。
5. 前記溶液は、栄養塩及び４００〜５００ｍｇＮＨ４−Ｎ／Ｌのアンモニア性窒素を含むことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の硝化槽の運転方法。