JP2016087549A

JP2016087549A - 脱窒装置

Info

Publication number: JP2016087549A
Application number: JP2014224887A
Authority: JP
Inventors: 栄福永; Sakae Fukunaga
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2014-11-05
Filing date: 2014-11-05
Publication date: 2016-05-23

Abstract

【課題】反応槽内の脱窒細菌の濃度を高めて、処理能力を向上させる。
【解決手段】硝酸イオンおよび亜硝酸イオンのうちいずれか一方または両方を少なくとも含む被処理水を脱窒する脱窒装置１００は、多孔質樹脂で構成され、脱窒細菌を付着させた１または複数の担体１３０と、担体を収容する反応槽１１０と、反応槽に設けられ、被処理水を反応槽に導入するための導入口１１２と、反応槽における導入口の下方に設けられ、担体の少なくとも一部が被処理水に浸漬された状態を維持させながら、反応槽から被処理水を排出する排出口１１４と、反応槽の上部空間Ｕのガスを担体の下方から供給する曝気部１６０と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、硝酸イオンおよび亜硝酸イオンのうちいずれか一方または両方を少なくとも含む被処理水を脱窒する脱窒装置に関する。

下水や、農業廃水、工業廃水等の廃水には、富栄養化の原因物質である窒素化合物が、しばしば含まれており、多くの場合、硝化工程と脱窒工程から成る生物処理装置による除去が行われている。とくに窒素化合物の主成分が硝酸イオンや亜硝酸イオンである場合、これらのイオンはメトヘモグロビン血症の原因ともなるため、脱窒に特化した装置（脱窒装置）を用いた除去（脱窒処理）が行われることがある。このような脱窒装置は、脱窒を行う微生物（脱窒細菌）を浮遊または自己凝集状態で用いるスラッジブランケット方式と、脱窒細菌を担体に付着させて用いる生物膜方式との２つの方式に大別される。

スラッジブランケット方式の脱窒装置として、脱窒細菌を収容する反応槽と、反応槽内を攪拌する攪拌羽根とを含んで構成され、反応槽内に廃水を導入し、導入された廃水と脱窒細菌とを緩やかに攪拌して脱窒処理を遂行し、脱窒処理後の（硝酸イオンおよび亜硝酸イオンが除去された）廃水を反応槽の上端から越流させることで、廃水に対して連続的に脱窒処理を遂行することができる構成が開示されている（例えば、非特許文献１）。

生物膜方式の脱窒装置として、脱窒細菌を付着させたプラスチック製の充填材を反応槽に充填し、充填材の下方から廃水を導入して、充填材の上方から脱窒処理後の廃水を排出する構成（固定床方式）が開示されている（例えば、特許文献１）。

特許第３２４６２６２号公報

Miyaji, Y. and Kato, K. (1975) Biological treatment of industrial wastes water by using nitrate as an oxygen source. Water Res. Vol.9, No.1, pp.95-101.

脱窒細菌によって脱窒処理が遂行されると、硝酸イオンや亜硝酸イオンは窒素（窒素ガス）に変換される。したがって、反応槽においては、窒素ガスが脱窒細菌に付着し、これにより、脱窒細菌が浮上することがある。

従来の脱窒装置では、廃水の流れが上昇流となっているため、窒素ガスが付着することによって浮上した脱窒細菌が、脱窒処理後の廃水とともに反応槽から流出するという問題があった。したがって、従来の脱窒装置では、反応槽内の脱窒細菌の濃度を高めることができず、処理能力の向上に限界があった。

また、脱窒細菌によって変換された窒素ガスは、脱窒細菌のみならず、廃水中の懸濁物にも付着するため、懸濁物が浮上して、脱窒処理後の廃水とともに反応槽から流出することとなり、脱窒装置からの流出水の水質を悪化させる原因ともなる。

また、上記特許文献１の技術では、充填材に窒素ガスが捕捉されて目詰まりし、デッドスペースが出来ることによって処理能力が低下してしまうといった問題があった。

そこで、本発明は、反応槽内の脱窒細菌の濃度を高めて、処理能力を向上させた脱窒装置の提供を目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の脱窒装置は、硝酸イオンおよび亜硝酸イオンのうちいずれか一方または両方を少なくとも含む被処理水を脱窒する脱窒装置であって、多孔質樹脂で構成され、脱窒細菌を付着させた１または複数の担体と、担体を収容する反応槽と、反応槽に設けられ、被処理水を反応槽に導入するための導入口と、反応槽における導入口の下方に設けられ、担体の少なくとも一部が被処理水に浸漬された状態を維持させながら、反応槽から被処理水を排出する排出口と、反応槽の上部空間のガスを担体の下方から供給する曝気部と、を備えたことを特徴とする。

また、担体が通過不可能な孔を複数有し、反応槽における排出口の上方に設けられるとともに、反応槽の内部領域を上下に仕切るスクリーンを備え、担体は、スクリーンの上方に収容され、曝気部は、スクリーンの下方からガスを供給するとしてもよい。

また、排出口に接続され、排出口の上方、かつ、反応槽の上端の下方まで延在する延在部を有する抜出管を備えるとしてもよい。

また、反応槽の下部の液体、および、排出口から排出された液体のいずれか一方または両方の液体を反応槽の上部に返送する返送手段をさらに備えるとしてもよい。

また、反応槽内の懸濁物の濃度を測定する濃度測定部を備え、濃度測定部が測定した反応槽の上部の懸濁物の濃度が、予め定められた値以上になると、返送手段は、液体を返送するとしてもよい。

また、反応槽内の水位を測定するレベル計を備え、レベル計が測定した水位が予め定められた値以上になると、曝気部の駆動を開始する、または、曝気部が供給するガスの流量を増加させるとしてもよい。

また、担体は、ポリウレタンフォームで構成されるとしてもよい。

本発明によれば、反応槽内の脱窒細菌の濃度を高めて、処理能力を向上させることが可能となる。

脱窒装置の構成を説明するための図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

（脱窒装置１００）
図１は、脱窒装置１００の構成を説明するための図である。図１中、液体の流れを実線の矢印で示し、ガスの流れを破線の矢印で示す。脱窒装置１００は、硝酸イオンおよび亜硝酸イオンのうちいずれか一方または両方を少なくとも含む被処理水を脱窒する装置であり、図１に示すように、反応槽１１０を含んで構成される。反応槽１１０は、密閉容器であり、反応槽１１０内には、反応槽１１０の内部領域を上下に仕切るスクリーン１２０が設けられている。

スクリーン１２０の上方には、担体１３０が収容されている。スクリーン１２０には、担体１３０が通過不可能な孔１２２、具体的には、担体１３０よりも小さい孔１２２が複数設けられているため、スクリーン１２０の下方への担体１３０の移動が制限されることとなる。

担体１３０は、立方体形状の多孔質樹脂で構成され、脱窒細菌を付着させている。担体１３０を多孔質樹脂（例えば、ポリウレタンフォーム）で構成することにより、脱窒細菌を大量に付着（保持）させることができる。ここで、脱窒細菌は、通性嫌気性細菌であり、硝酸イオンや亜硝酸イオンを窒素ガスに変換する（脱窒処理）。

被処理水導入部１４０は、被処理水の供給源と反応槽１１０の導入口１１２とを接続する導入管１４２と、供給源または導入管１４２に設けられたポンプ１４４とを含んで構成され、ポンプ１４４を駆動することによって、被処理水を反応槽１１０に導入する。導入口１１２は、担体１３０の上方に設けられているため、導入された被処理水は、担体１３０、スクリーン１２０を通過して、スクリーン１２０の下方に設けられた排出口１１４に到達する。つまり、被処理水は、反応槽１１０内を下降流（上方から下方に向けた流れ）となって流れ、担体１３０自体、もしくは、担体１３０間を通過する過程で脱窒細菌と接触し、脱窒処理が施されることとなる。

排出口１１４には、延在管１５２と、排出管１５４とで構成された抜出管１５０が接続されている。延在管１５２は、一端１５２ａが排出口１１４に接続され、他端１５２ｂが開放された管である。延在管１５２は、反応槽１１０の外方において上方に折り返されており、延在管１５２における排出口１１４の上方、かつ、導入口１１２の下方の位置には、排出管１５４が接続されている。ここでは、延在管１５２の一端１５２ａから排出管１５４との接続位置までを延在部１５２ｃと呼ぶ。

導入口１１２を通じて反応槽１１０に連続して被処理水が導入されると、反応槽１１０における被処理水の水位が、延在管１５２における排出管１５４との接続位置（詳細には、接続位置における排出管１５４の下端）と実質的に等しい高さに維持された状態で、抜出管１５０（延在管１５２、排出管１５４）を通じて、液体（脱窒処理された被処理水、以下、「処理後水」と称する。）が排出されることとなる。

このように、排出口１１４の上方、かつ、反応槽１１０の上端の下方（例えば、導入口１１２の下方）まで延在する延在部１５２ｃを有する抜出管１５０を排出口１１４に接続する構成により、反応槽１１０の水位を維持したまま、反応槽１１０に導入された被処理水と同量の処理後水を自動的に排出する（オーバーフローさせる）ことができる。

また、脱窒装置１００には、反応槽１１０の上部空間Ｕのガスをスクリーン１２０の下方から供給する曝気部１６０が設けられている。曝気部１６０は、反応槽１１０における水面の上方に接続された供給管１６２と、供給管１６２に接続されるとともに反応槽１１０内のスクリーン１２０の下方に配される散気部１６４と、供給管１６２に設けられたブロワ（エアポンプ）１６６とを含んで構成される。

上述したように、反応槽１１０が密閉容器で構成され、また、脱窒処理によって窒素ガスが生じることから、反応槽１１０の上部空間Ｕには窒素ガスを主体とする気相ガスが充満している。したがって、曝気部１６０のブロワ１６６を駆動することにより、散気部１６４から気相ガスが供給（曝気）されることとなる。そして、供給された気相ガスは、スクリーン１２０を通じて上方に移動する。

曝気部１６０を備える構成により、気相ガスによって担体１３０を揺動させることができ、被処理水に含まれる懸濁物や脱窒処理によって生じた窒素ガスによる、担体１３０自体や、担体１３０間、スクリーン１２０の孔１２２の目詰まりを抑制することが可能となる。

また、曝気部１６０によって気相ガスが曝気されると、排出口１１４周辺の液体に含まれる懸濁物（被処理水中の懸濁物や、担体１３０から離脱した脱窒細菌）が担体１３０の間隙を循環する。これにより、懸濁物が担体１３０の孔に捕捉され、離脱した脱窒細菌を再度担体１３０に付着させることもでき、脱窒細菌や被処理液中の懸濁物の流出による水質悪化や反応槽１１０内の脱窒細菌の濃度低下を防止することが可能となる。

また、脱窒細菌は硝酸イオンよりも酸素を優先して利用するため、仮に、曝気部１６０が、空気等の酸素を含むガスを供給すると、脱窒処理が抑制されてしまう。そこで、曝気部１６０が上部空間Ｕのガス（つまり窒素ガスを主体とする気相ガス）を供給することで、脱窒細菌による脱窒処理に好適な条件を維持しつつ、反応槽１１０を曝気することが可能となる。

また、スクリーン１２０の下方に散気部１６４を配することにより、散気部１６４の孔（ガスの送出口）が担体１３０によって塞がれ、曝気の効率が低下してしまう事態を回避することができる。

なお、反応槽１１０の上部には、上部空間Ｕに充満された気相ガスを適宜排出するための排気管１７０が接続されており、排気管１７０には、逆止弁１７２が設けられている。これにより、反応槽１１０内の圧力を予め定められた値に維持することが可能となる。

また、脱窒装置１００には、スクリーン１２０の下方の処理後水を吸引して反応槽１１０の上部に返送する返送手段１８０が設けられている。返送手段１８０は、反応槽１１０における散気部１６４の下方であって排出口１１４の近傍と、反応槽１１０の上部とを接続する循環管１８２と、循環管１８２に設けられたポンプ１８４とを含んで構成される。

濃度測定部１９０は、反応槽１１０の上部の懸濁物の濃度を測定する。レベル計１９２は、反応槽１１０内の水位を測定する。

第１の制御部２００は、ＣＰＵ（中央処理装置）を含む半導体集積回路で構成され、ＲＯＭからＣＰＵ自体を動作させるためのプログラムやパラメータ等を読み出し、ワークエリアとしてのＲＡＭや他の電子回路と協働して返送手段１８０を制御する。本実施形態において、第１の制御部２００は、濃度測定部１９０の測定結果に基づいて、返送手段１８０のポンプ１８４を制御する。

具体的に説明すると、濃度測定部１９０が測定した反応槽１１０の上部の懸濁物の濃度が、予め定められた値以上になると、ポンプ１８４の駆動を開始する、または、ポンプ１８４の流量を上げる。

本実施形態の脱窒装置１００では、被処理水は下降流となって流れているため、担体１３０から離脱した脱窒細菌も下方へ沈降する傾向にある。しかし、上記曝気部１６０による曝気の気泡や、脱窒処理によって生じた窒素ガスが付着することで脱窒細菌が浮上してしまい、反応槽１１０内において脱窒細菌の分布に偏りが生じて、脱窒細菌分布の均一化が図れないこともある。

そこで、脱窒細菌の指標として、反応槽１１０の上部の懸濁物の濃度が、予め定められた値以上になった場合に、第１の制御部２００がポンプ１８４の駆動を開始したり、ポンプ１８４の流量を上げたりすることにより、下降流の流速を上げることができ、反応槽１１０上部の脱窒細菌や懸濁物（脱窒細菌にとっての有機基質）を下部に移動させることが可能となる。これにより、反応槽１１０内の脱窒細菌の濃度を均一化することができ、脱窒処理の安定化を図ることが可能となる。

第２の制御部２１０は、ＣＰＵ（中央処理装置）を含む半導体集積回路で構成され、ＲＯＭからＣＰＵ自体を動作させるためのプログラムやパラメータ等を読み出し、ワークエリアとしてのＲＡＭや他の電子回路と協働して曝気部１６０を制御する。本実施形態において、第２の制御部２１０は、レベル計１９２が測定した反応槽１１０内の水位が予め定められた値以上になると、ブロワ１６６の駆動を開始する、または、ブロワ１６６の流量を上げて曝気部１６０が供給するガスの流量を増加させる。

かかる構成により、担体１３０やスクリーン１２０が目詰まりし、反応槽１１０の導入口１１２側の水位が上昇した場合であっても、ブロワ１６６の駆動を開始したり、流量を上げたりすることで、目詰まりを除くことができる。なお、ブロワ１６６の駆動開始や、ブロワ１６６による流量の上昇によっても目詰まりが除けない場合には、ポンプ１４４を停止して警報を発するとしてもよい。

以上説明したように、本実施形態にかかる脱窒装置１００によれば、被処理水を下降流とすることで、浮上する脱窒細菌の流出を防止することができる。また、曝気部１６０を備えることにより、被処理水の流れに乗って（下降流とともに）脱窒細菌が排出される事態を抑制することができる。したがって、従来の上昇流で被処理水を流す脱窒装置と比較して、反応槽１１０内の脱窒細菌の濃度を高めることができ、処理能力を向上させることが可能となる。

（実施例）
容積４．３Ｌの反応槽１１０を備えた脱窒装置１００を製作し、被処理水として、窒素原子換算濃度が３．８ｇ／Ｌ（３．８ｇＮ／Ｌ）の硝酸イオン含有模擬廃水を導入した。その結果、Ｎ容積負荷が０．８ｋｇＮＯ_３−Ｎ／ｍ^３／ｄａｙ以上であっても硝酸イオンの除去率が９８％以上であることが確認された。なお、Ｎ容積負荷は、反応槽１１０の容積に対する単位時間当りの硝酸イオン流入量を示す。

以上のことから、本実施形態の脱窒装置１００は、効率よく硝酸イオンを除去できることが分かった。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上記実施形態において、担体１３０の形状が立方体である場合について説明したが、担体１３０の形状に限定はなく、立方体以外のポリゴンであっても、球であっても、半球であってもよい。

また、上記実施形態において、スクリーン１２０を備える構成を例に挙げて説明した。しかし、スクリーン１２０は、必須の構成ではない。

また、上記実施形態において、曝気部１６０が、スクリーン１２０の下方から上部空間Ｕのガスを供給する構成を例に挙げて説明した。しかし、曝気部１６０は、少なくとも担体１３０の下方から上部空間Ｕのガスを供給すればよい。また、曝気部１６０は、上部空間Ｕのガスを常時供給してもよいし、間欠的に供給してもよい。

また、上記実施形態において、延在部１５２ｃを備えた抜出管１５０が排出口１１４に接続される構成を例に挙げて説明した。しかし、抜出管１５０は必須の構成ではなく、少なくとも導入口１１２の下方に排出口１１４が設けられればよく、例えば、排出口１１４からポンプで処理後水を排出してもよい。

また、上記実施形態において、返送手段１８０は、処理後水を返送する構成を例に挙げて説明した。しかし、返送手段１８０は、反応槽１１０の下部の液体を吸引して反応槽１１０の上部に返送できればよく、例えば、スクリーン１２０上方の被処理水を返送してもよい。

また、上記実施形態において、返送手段１８０は、反応槽１１０の下部の液体を吸引して反応槽１１０の上部に返送する構成を例に挙げて説明した。しかし、返送手段１８０は、排出口１１４から排出された液体、例えば、抜出管１５０内の液体や、抜出管１５０から流出した液体を反応槽１１０の上部に返送するとしてもよい。

また、上記実施形態において、濃度測定部１９０および第１の制御部２００を備え、濃度測定部１９０が測定した反応槽１１０の上部の懸濁物の濃度が、予め定められた値以上になると、返送手段１８０が、液体を返送する構成を例に挙げて説明した。しかし、濃度測定部１９０および第１の制御部２００は必須の構成ではない。また、ユーザによる操作入力に応じて返送手段１８０を制御して、反応槽１１０内の下降流の速度（被処理水の速度）を脱窒に適した速度としてもよい。

また、上記実施形態において、レベル計１９２および第２の制御部２１０を備え、レベル計１９２が測定した反応槽１１０内の水位が、予め定められた値以上になると、曝気部１６０のブロワ１６６の駆動を開始したり、ブロワ１６６の流量を増加させたりする構成を例に挙げて説明した。しかし、レベル計１９２および第２の制御部２１０は、必須の構成ではない。

また、上記実施形態において、濃度測定部１９０の測定結果に基づいて返送手段１８０を制御する第１の制御部２００と、レベル計１９２の測定結果に基づいて曝気部１６０を制御する第２の制御部２１０とが別体である場合を例に挙げて説明した。しかし、第１の制御部２００および第２の制御部２１０は、一体であってもよい。

また、脱窒細菌による脱窒処理では、有機物が必要となることから、被処理水中の有機物濃度が脱窒処理に必要な量より少ない場合、反応槽１１０、導入管１４２、および、循環管１８２のいずれかの箇所、または、複数の箇所に有機物（例えば、メタノール、酢酸）を供給する手段を備えるとしてもよい。

本発明は、硝酸イオンおよび亜硝酸イオンのうちいずれか一方または両方を少なくとも含む被処理水を脱窒する脱窒装置に利用することができる。

１００脱窒装置
１１０反応槽
１１２導入口
１１４排出口
１２０スクリーン
１３０担体
１５０抜出管
１５２ｃ延在部
１６０曝気部
１８０返送手段
１９０濃度測定部
１９２レベル計

Claims

硝酸イオンおよび亜硝酸イオンのうちいずれか一方または両方を少なくとも含む被処理水を脱窒する脱窒装置であって、
多孔質樹脂で構成され、脱窒細菌を付着させた１または複数の担体と、
前記担体を収容する反応槽と、
前記反応槽に設けられ、前記被処理水を該反応槽に導入するための導入口と、
前記反応槽における前記導入口の下方に設けられ、前記担体の少なくとも一部が前記被処理水に浸漬された状態を維持させながら、該反応槽から該被処理水を排出する排出口と、
前記反応槽の上部空間のガスを前記担体の下方から供給する曝気部と、
を備えたことを特徴とする脱窒装置。
前記担体が通過不可能な孔を複数有し、前記反応槽における前記排出口の上方に設けられるとともに、該反応槽の内部領域を上下に仕切るスクリーンを備え、
前記担体は、前記スクリーンの上方に収容され、
前記曝気部は、前記スクリーンの下方から前記ガスを供給することを特徴とする請求項１に記載の脱窒装置。
前記排出口に接続され、該排出口の上方、かつ、前記反応槽の上端の下方まで延在する延在部を有する抜出管を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の脱窒装置。
前記反応槽の下部の液体、および、前記排出口から排出された液体のいずれか一方または両方の液体を該反応槽の上部に返送する返送手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の脱窒装置。
前記反応槽内の懸濁物の濃度を測定する濃度測定部を備え、
前記濃度測定部が測定した前記反応槽の上部の懸濁物の濃度が、予め定められた値以上になると、前記返送手段は、前記液体を返送することを特徴とする請求項４に記載の脱窒装置。
前記反応槽内の水位を測定するレベル計を備え、
前記レベル計が測定した水位が予め定められた値以上になると、前記曝気部の駆動を開始する、または、該曝気部が供給するガスの流量を増加させることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の脱窒装置。
前記担体は、ポリウレタンフォームで構成されることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の脱窒装置。