JP2014223612A - 硝酸性窒素の脱窒処理方法および脱窒処理装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】硫黄及び炭酸カルシウムを主成分とする粒状あるいは塊状の多孔質混合物と粒状または塊状の琉球石灰岩とを混合してなる充填層10に硫黄脱窒細菌を担持させ、硫黄脱窒細菌を担持させた充填層10に硝酸性窒素を含む排水11を通水することで排水に含まれる硝酸性窒素を脱窒する。
【選択図】図1
Description
即ち、請求項1の発明の硝酸性窒素の脱窒処理方法は、カルシウムおよび/またはマグネシウムの炭酸塩並びに硫黄を主成分とする粒状あるいは塊状の多孔質混合物と粒状または塊状の琉球石灰岩とを混合してなる充填層に硫黄脱窒細菌を担持させ、前記硫黄脱窒細菌を担持させた充填層に硝酸性窒素を含む排水を通水することで前記排水に含まれる硝酸性窒素を脱窒することを特徴とする。
ここで、多孔質混合物から溶出した硫黄成分のうち硫黄脱窒細菌によって利用されなかった分が充填層内で、嫌気条件下で滞留することで、硫化水素ガスが生成してしまうことがある。この点、本発明では琉球石灰岩から鉄が微量に溶出し、この鉄が硫黄成分と結合することで、硫化水素ガスの発生を抑制することができる。
また、硫黄脱窒細菌によって利用されなかった硫黄成分が酸化して硫酸イオンが生じ、充填層内でpHが低下し、細菌が生育しにくい環境となってしまうことがある。この点、本発明では、琉球石灰岩からカルシウムが溶出する。そして、このカルシウムが硫酸イオンと結合することで中和され、充填層内でpHの低下を抑制することができ、細菌の生育環境を良好なものとすることができる。
琉球石灰岩の粒径を5mm〜20mmの範囲に設定すると、排水を処理する際に、該琉球石灰岩からカリウム、鉄、及びリンが溶出し易くなる。
なお、琉球石灰岩の粒径が20mmを超えると、当該充填層内を排水が短絡して流れる場合や、琉球石灰岩の重量に対する表面積の割合が小さくなるため、排水を処理する際に、該琉球石灰岩から溶出するカリウム、鉄、及びリンの量が小さくなり、結果的に、硫黄脱窒細菌の栄養源が若干不足気味になる。また、琉球石灰岩の粒径が5mmより小さくなると、排水を処理する際に、該琉球石灰岩からカリウム、鉄、及びリンが溶出し易くなるものの、琉球石灰岩が小さくなりすぎて、硫黄脱窒細菌が繁殖した場合、充填層内で閉塞を起こしてしまう。
また、琉球石灰岩がポーラス構造であると、比表面積が大きくなり、カリウム、鉄、及びリンが溶出し易くなる。さらに、ポーラス構造であることで親水性、吸水性に優れているため表面に存在する細孔に水が十分に入り込み、硫黄脱窒細菌が生息し易くなる。また、琉球石灰岩から溶出する上記の微量栄養源が細孔内にも溶出することで、硫黄脱窒細菌もこの細孔内に入り込み、細孔中に硫黄脱窒細菌が付着し易くなって、水流によって洗い流されにくくなり、長期に渡って良好な排水処理効果が得られる。
このような体積比で琉球石灰岩を混合することで、琉球石灰岩が充填層の骨材として機能し、充填層の強度を確保することができる。
このような比率で充填層を構成することで、硫黄脱窒細菌が利用する多孔質混合物からの硫黄成分が十分に供給されつつ、栄養源となる琉球石灰岩から溶出するカリウム、鉄、及びリンが十分に供給される。即ち、硫黄成分及び栄養源が最もバランスよく供給されることになり、排水からの脱窒効果を向上することができる。
さらに、硫黄脱窒細菌が利用しなかった硫黄成分によって生成される硫化水素ガスの発生を抑制することができる。
また、琉球石灰岩は、強固に固化した性状を持っているため、充填層の骨材として、硫黄混合物が充填物の重量によりつぶれないように機能し、充填層を保護する効果を発揮する。
また、琉球石灰岩から溶出したカルシウムによって充填層内でのpHの低下を抑制でき、硫黄脱窒細菌が生育し易い環境とすることが可能となる。このため、硝酸性窒素の処理効果をさらに向上することができる。
また、硫黄成分及び栄養源が最もバランスよく供給されるように、多孔質混合物と琉球石灰岩との混合比を規定することで、硝酸性窒素の処理の効果をさらに向上することができる。
図1は実施形態の硝酸性窒素の脱窒処理装置の構成図である。
この脱窒処理装置は、処理すべき硝酸性窒素を含む排水(原水)11を貯留する原水槽1と、脱窒処理槽3と、原水槽1の排水11を脱窒処理槽3の下端から供給して上端から処理槽4に処理水12を排水させる原水ポンプ2を含む通水設備5と、を備えている。
この点、本実施形態では琉球石灰岩から鉄が微量に溶出し、この鉄が硫黄成分と結合することで、硫化水素ガスの発生を抑制することができる。
この点、本発明では、琉球石灰岩からカルシウムが溶出する。そして、このカルシウムが硫酸イオンと結合することで中和され、充填層内を中性環境に近づけることができる。従って、充填層内を硫黄脱窒細菌が生育し易い環境とすることが可能となるため、硝酸性窒素の処理の効果をさらに向上することができる。
このため、琉球石灰岩は、充填層10の40%(体積比)以上とするのが望ましい。さらに、硫黄脱窒細菌の脱窒作用を保つため充填層10の60%(体積比)を超えないようにする。
特に、後述する実験の結果に示すように、充填層10の40%を琉球石灰岩とし、充填層10の60%を多孔質混合物とすること、即ち、多孔質混合物と琉球石灰岩との混合比を体積比で6:4とすることがより好ましい。この場合、硫黄脱窒細菌が利用する多孔質混合物からの硫黄成分が十分に供給されつつ、栄養源となる琉球石灰岩から溶出するカリウム、鉄、及びリンが十分に供給される。即ち、硫黄成分及び栄養源が最もバランスよく供給されることになり、排水11からの脱窒効果を向上することができる。
(実験条件)
硫黄混合物としてバチルロック(新日鉄住金エンジニアリング株式会社販売の「商品名」 S40重量%〜50重量%、CaCO350重量%〜60重量%)を使用した。琉球石灰岩として、前記表1の成分のものを使用した。砕石として、比重2.5以上、吸水量3%以下、安定性12%以下、すりへり減量40%以下のものを使用した。カラム(脱窒処理槽)には、バチルロックと充填層支持材(琉球石灰岩または砕石)の混合した充填層が形成されている。バチルロックと充填層支持材はよく混合した後に充填されている。バチルロック及び充填層支持材は、粒径を調整したバチルロック及び充填支持材を700mLずつよく混合した上でカラムに充填した。充填層には、硫黄脱窒細菌が担持されている。カラムの直径は50mm、高さは1000mmであり、充填層の高さは700mmである。
条件A:バチルロック700mL(840g)+琉球石灰岩700mL(790g)
条件B:バチルロック700mL(840g)+砕石 700mL(1110g)
(実験方法)
原水の硝酸性窒素は、硝酸ナトリウム(NaNO3)により、窒素濃度として15mg/Lに調整した。カラム内の通水速度LV(線速度)は、0.03m/hr〜0.13m/hrとした。
各カラムの通水速度LVにおける処理水のNO3−N及びNO2−N+NO3−Nの平均値を表3に示す。また、処理水におけるNO3−N濃度の経時変化を図2に、NO2−N+NO3−N濃度の経緯変化を図3に示す。
(1)LV0.09m/hrにおいて、Aが平均値として0.14mg/L低くなっている。
(2)LV0.11m/hrにおいて、Aが平均値として1.15mg/L低くなっている。
(3)LV0.13m/hrにおいて、Aが平均値として1.11mg/L低くなっている。
(1)LVが0.09m/hrのとき、0.11mg/L低くなり、
(2)LVが0.11m/hrのとき、1.17mg/L低くなり、
(3)LVが0.13m/hrのとき、0.56mg/L低くなっている。
ここで、上記の条件A(「バチルロック+琉球石灰岩」の充填層)と条件B(「バチルロック+砕石」の充填層)とで、脱窒処理後の処理水から発生する硫化水素(H2S)の発生量を比較する実験を行った。実験では、脱窒処理後の処理水を密閉容器に所定量採取して十分に撹拌した後に、密閉容器の上部に溜まった気相の硫化水素濃度を検知管によって測定した。
次に、図1に示す脱窒処理装置と同様の試験装置を用いて、硫黄化合物(例えば、上述したバチルロック)と琉球石灰岩との混合比が処理水の水質に及ぼす影響を評価する実験を行った。
(実験条件)
原水には、窒素(N)の濃度が下記の(a)〜(c)の3パターンである硝酸ナトリウム(NaNO3)の人工原水を用いた。
(a)16.70mg/L
(b)21.98mg/L
(c)32.77mg/L
さらに、脱窒処理層には、硫黄化合物と琉球石灰岩との混合比が、体積比で下記の(1)〜(5)の5パターンとなるように、これら硫黄化合物及び琉球石灰岩の充填層を形成した。
(1)3:7
(2)4:6
(3)5:5
(4)6:4
(5)7:3
上記の各条件で脱窒処理層に原水を導入し、HRTが4時間となるように原水を流通させて、処理水のNO2−N、NO3−Nの濃度、及び、Nの除去率を測定した。ここで、Nの除去率とは、((原水のNO3−N濃度)−(処理水のNO2−N+NO3−N濃度))/(原水のNO3−N濃度)×100によって定義される値である。そして実験結果は、表8に示す通りとなった。
さらに、硫黄化合物と琉球石灰岩との混合比が6:4である場合には、最もNの除去率が高くなっていることが確認できた。
Claims (5)
- カルシウムおよび/またはマグネシウムの炭酸塩並びに硫黄を主成分とする粒状あるいは塊状の多孔質混合物と粒状または塊状の琉球石灰岩とを混合してなる充填層に硫黄脱窒細菌を担持させ、前記硫黄脱窒細菌を担持させた充填層に硝酸性窒素を含む排水を通水することで前記排水に含まれる硝酸性窒素を脱窒することを特徴とする硝酸性窒素の脱窒処理方法。
- 前記琉球石灰岩は、粒径が5mm〜20mmの範囲に設定され、かつポーラス構造とされていることを特徴とする請求項1に記載の硝酸性窒素の脱窒処理方法。
- 前記充填層では、前記琉球石灰岩が体積比で40%以上、60%未満である請求項1又は2に記載の硝酸性窒素の脱窒処理方法。
- 前記充填層では、前記多孔質混合物と前記琉球石灰岩との混合比が、体積比で6:4とされていることを特徴とする請求項3に記載の硝酸性窒素の脱窒処理方法。
- カルシウムおよび/またはマグネシウムの炭酸塩並びに硫黄を主成分とする粒状あるいは塊状の多孔質混合物と粒状または塊状の琉球石灰岩とを混合してなる充填層に硫黄脱窒細菌を担持させた脱窒処理槽と、前記脱窒処理槽内の前記硫黄脱窒細菌を担持させた充填層に硝酸性窒素を含む排水を通水する通水設備と、を具備することを特徴とする硝酸性窒素の脱窒処理装置。
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