JP2554687B2 - 生物学的窒素除去方法 - Google Patents

生物学的窒素除去方法

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Description

【発明の詳細な説明】 <産業上の利用分野> 本発明は脱窒菌が高濃度に凝集した粒状物を形成する
汚泥床を有する槽に、硝酸性窒素およびまたは亜硝酸性
窒素を含む汚水を、有機物の存在下で上昇流にて通過さ
せて生物学的に窒素を除去する方法の改良に関するもの
である。
<従来の技術> 従来から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、亜硝酸性窒素をN2ガスに還元し、水中の
窒素を除去する方法が実施されている。
前記脱窒菌は、通常環境下では分子状酸素(O2)の存
在下で有機物を酸化して得られるエネルギーを、その増
殖と生態維持に利用するが、前記分子状酸素の無い嫌気
性(通性嫌気性)下では、分子状酸素の代わりにNO3 -
しくはNO2 -を用いて有機物を酸化しエネルギーを得る能
力を有する。
生物学的脱窒装置は脱窒菌の上述したNO3 -もしくはNO
2 -の分解能力を利用するものであり、従来より種々の形
式のものが用いられている。
例えば標準的活性汚泥のように、嫌気性下で懸濁状の
脱窒菌汚泥に汚水を接触させるものや、砂、石、カーボ
ン、ハニカムチューブ等の微生物担体に前記脱窒菌を保
持させて汚水を接触させるものがある。
ところが近年になって、槽内の汚泥濃度を上記した従
来の装置より飛躍的に高く保持することができる脱窒装
置が開発された。当該脱窒装置は脱窒槽内部に、脱窒菌
が高濃度に凝集した粒状物(通称グラニュールと呼ばれ
る汚泥粒)からなる汚泥床(以下グラニュール汚泥床と
いう)を形成させてなるものであり、このグラニュール
汚泥床に対して汚水を上昇流で通過接触させて脱窒処理
するものである。
前記グラニュール汚泥床の形成は、いわゆる活性汚泥
を種汚泥として脱窒槽に入れ、硝酸性窒素および有機物
を含む汚水を上昇流で適量通水させながら所定時間(通
常1〜2週間)馴養させて行われる。なお有機物として
通常メタノールが汚水に添加されるが、汚水中に必要に
して充分な有機物源がある場合はメタノールの添加を省
略することができる。上昇LVを2m/日以上として前記馴
養を行うと、粒子径0.5〜3mm程度の砂粒状のグラニュー
ル汚泥粒が形成され、当該グラニュール汚泥床は、汚水
が当該汚泥床の下方から上昇流で流入されても、密度が
高く沈降速度が従来の汚泥より著しく大となっているの
で、槽内からの流出は起こることがない。
このようなグラニュール汚泥床をもった脱窒槽におけ
る汚泥濃度は、従来の懸濁状汚泥を有するものと比較す
ると10倍以上であり、通常20,000〜100,000mg/にまで
達し、したがってそれだけ高負荷運転が可能となる。
このようにグラニュール汚泥床を用いる脱窒装置は、
従来装置と比較して高負荷運転とすることができるの
で、槽を小型とすることができ、イニシャルコストを削
減できるとともに、装置の設置面積を著しく小さくする
ことができ、NO3 -およびまたはNO2 -を多量に含む無機性
排水やNH4 -イオンを多量に含む例えば火力発電所排水の
脱窒処理法として注目されている。
なおNH4 -排水の場合は、前段で好気性処理を行い、NH
4 -を硝化したり、あるいは後段で同様にして好気性硝化
してその処理水の一部あるいは大部分を前段に循環す
る、従来の好気、嫌気の組み合わせ処理をすることは言
うまでもない。
このようにグラニュール汚泥水を用いる脱窒装置は、
従来装置と比較して種々の利点を持つが、処理せんとす
る汚水中に含まれるNO3 -およびまたはNO2 -の濃度が変動
すると、グラニュール汚泥床の汚泥濃度が低下する傾向
となって、安定した処理がしずらくなる。
したがって汚水の窒素濃度が変動するような場合は、
滞留槽あるいは貯槽を設けて、汚水中の窒素濃度を平均
化させてから当該脱窒装置で処理する必要があるが、そ
のための設置面積を必要とし、処理施設全体としての設
置面積をあまり広く用いることができない場合は、この
点が難点とされている。
<発明が解決しようとする問題点> 本発明はグラニュール汚泥床を用いる脱窒法におい
て、処理せんとする汚水のNO3 -およびまたはNO2 -の濃度
が変動しても、グラニュール汚泥床の汚泥濃度が低下す
ることなく、安定して脱窒処理できる前記脱窒処理方法
を提供することを目的とするものである。
<問題点を解決するための手段> 上記目的を達成すべく、本発明者等は種々の検討を行
った結果、処理せんとする汚泥の塩類濃度が5,000mg/
以上になると、汚水中のNO3 -およびまたはNO2 -が変動し
ても一度形成されたグラニュール汚泥床の汚泥濃度が低
下しないことを知見した。
本発明は上記知見に基づいてなされたもので、脱窒菌
が高濃度に凝集した粒状物の形成する汚泥床を有する槽
に、硝酸性窒素およびまたは亜硝酸性窒素を含む汚水
を、有機物の存在下で上昇流にて通過させて生物学的に
窒素を除去する方法において、前記汚泥床に接触させる
汚水の塩類濃度を5,000mg/以上の条件下とすることを
特徴とするものである。
<作用> グラニュール汚泥床で処理しようとする汚水の塩類濃
度が、5,000mg/以上となると、汚水中のNO3 -およびま
たはNO2 -からなる窒素濃度が変動しても、グラニュール
汚泥床の汚泥濃度が低下しないことは実験室的に確認さ
れたものであり、その理由は明らかにされていない。
しかしながら後述する実施例で示すごとく、本発明の
効果は確実に達成できる。
なお汚水の塩類濃度が5,000mg/以上であれば、例え
ば塩類濃度が50,000mg/前後であっても、本発明の効
果は確実に達成できる。しかしながら塩類濃度が100,00
0mg/以上の高濃度となると高塩類濃度における浸透圧
によって脱窒菌の生成に害を及ぼすので、塩類濃度を10
0,000以上とすることはむしろ好ましくない。
したがって本発明においては汚水の塩類濃度を5,000
〜100,000mg/、好ましくは10,000mg/前後とすると
よい。
本発明においては窒素濃度が変動するような汚水をグ
ラニュール汚泥床で処理する場合、当該汚水の塩類濃度
を5,000mg/以上とするが、その具体的方法例としては
以下の通りである。
例えばNO3 -およびまたはNO2 -を含有する汚水が複数種
類排出されるような場合、従来においてこれらの汚水を
混合して脱窒処理していたが、これら複数種類の汚水の
内に、その塩類濃度が5,000mg/以上の汚水が存在し、
かつ全汚水を混合した場合、その混合汚水の塩類濃度が
5,000mg/以下となるような場合、これらの複数の汚水
を混合しないで、別々に処理する。
すなわち塩類濃度が5,000mg/以下の汚水と、5,000m
g/以上の汚水との2系統に分け、前者の汚水について
は例えば塩化ナトリウム溶液等の塩類溶液、あるいは海
水等を添加してその塩類濃度を5,000mg/以上の条件下
として脱窒処理し、後者の汚水については塩類濃度が5,
000mg/以上の条件下となっているので、そのままの状
態で脱窒処理する。
また前記複数種類の汚水を混合した場合、その混合汚
水の塩類濃度が5,000mg/以上となる場合は、むしろ積
極的に混合し、塩類濃度を5,000mg/以上の条件下とし
た汚水を脱窒処理する。
また窒素濃度が変動し、かつその塩類濃度が5,000mg/
以下の汚水のみが排出される場合は、当該汚水に塩類
溶液や海水を添加してその塩類濃度を5,000mg/以上の
条件下として脱窒処理する。
なお本発明に用いる塩類溶液としては、塩化ナトリウ
ム溶液や硫酸ナトリウム溶液等の無機塩類溶液を用い
る。
本発明の対象となる脱窒装置に、逆浸透膜を用いる脱
塩装置が併設される場合、当該脱塩装置からは高濃度の
塩類を有する濃縮水が排出されるので、当該濃縮水を汚
水に添加する塩類溶液として用いることができる。
さらに同様にしてイオン交換樹脂を用いる脱塩装置ま
たは純水装置が併設される場合、当該装置から排出され
る中和後の再生廃液も高濃度の塩類溶液なので、当該再
生廃液も汚水に添加する塩類溶液として用いることがで
きる。
上述した逆浸透膜を用いる脱塩装置の濃縮水あるいは
イオン交換樹脂を用いる脱塩装置または純水装置の再生
廃液を本発明の塩類溶液として用いる場合、本発明にお
いては当該濃縮水あるいは再生廃液中に存在する硝酸性
窒素あるいは亜硝酸性窒素も併せて脱窒処理できるとい
う副次的効果も奏する。
以下に本発明の効果を明確にするために実施例を説明
する。なお本発明は以下の実施例に限定されるものでは
ない。
実施例 硝酸性窒素を含む汚水に、塩類として硝酸ナトリウム
を4,000mg/、塩化ナトリウムを1,000mg/、合計5,00
0mg/となるように添加した。
上記の塩類濃度にした硝酸性窒素200mg/を含む汚水
に、脱窒菌に対するエネルギー源となる有機物としてメ
タノールを硝酸性窒素濃度の3倍、すなわち600mg/添
加した。
上記汚水を下水処理場の余剰汚泥(汚泥濃度10g/)
を入れた脱窒槽に容積負荷0.5kgN/m3/日となるように上
向流で流入させ、立ち上げた。上記脱窒槽の硝酸性窒素
の除去率が100%となりしだい容積負荷を徐々に上げ、
容積負荷14kgN/m3/日まで上昇させ、上記容積負荷で1
週間馴養させた。その結果、粒子径が2mm前後のグラニ
ュール汚泥粒が形成された。当該グラニュール汚泥粒が
形成された後、2種類の窒素濃度を一定時間毎に交互に
処理する後述の条件で濃度変動試験を行った。
硝酸性窒素の濃度変動条件 硝酸性窒素濃度;100mg/、200mg/ 窒素容積負荷;7kgN/m3/日、14kgN/m3/日 上昇LV;4.5cm/分、4.9cm/分 変動時間;12時間交代 塩類濃度;5,000mg/一定 上記試験結果を第1表に示した。第1表に見られるご
とく上記試験を約5週間続けた結果、硝酸性窒素の除去
率は100%を維持するとともに、汚泥濃度は徐々に増加
し、35日以降は100g/となり、汚泥濃度が低下するこ
とがなかった。
比較例 硝酸性窒素を200mg/を含み、かつ塩化ナトリウムを
200mg/含む汚水Aと、硝酸性窒素を200mg/含み、か
つ硫酸ナトリウム1,000mg/および塩化ナトリウム1,00
0mg/、合計2,000mg/を含む汚水Bのそれぞれについ
てメタノールを600mg/添加し、実施例で示したと同じ
条件で立ち上げ、脱窒槽の硝酸性窒素の除去率が100%
となりしだい、容積負荷を徐々に上げ、容積負荷14kgN/
m3/日まで上昇させ、上記容積負荷で1週間馴養させ
た。その結果、粒子径が2mm前後のグラニュール汚泥粒
が形成された。当該グラニュール汚泥粒が形成された
後、それぞれの汚水について、2種類の窒素濃度を一定
時間毎に交互に処理する後述の条件の濃度変動試験を行
った。
硝酸性窒素の濃度変動条件 硝酸性窒素濃度;100mg/、200mg/ 窒素容積負荷;7kgN/m3/日、14kgN/m3/日 上昇LV;4.5cm/分、4.9cm/分 変動時間;12時間交代 塩類濃度;汚水A200mg/一定 汚水B2,000mg/一定 上記試験結果を第1表に示した。第1表に見られるご
とく、汚水AおよびBともに、10日以降から硝酸性窒素
の除去率が低下し、20日目には硝酸性窒素の除去率が70
%となり、回復することがなく、かつ汚泥濃度も50%と
なり著しく減少した。
<効果> 以上説明したごとく、脱窒菌が高濃度に凝集した粒状
物の形成する、いわゆるグラニュール汚泥床を有する槽
に、硝酸性窒素およびまたは亜硝酸性窒素を含み、かつ
その窒素濃度が変動するような汚水を上昇流にて通過さ
せて生物学的に窒素を除去する場合、当該汚泥法に接触
される汚水の塩類濃度を5,000mg/以上の条件下とする
ことにより、汚泥濃度を低下させることなく、高除去率
で窒素を除去することができる。
したがって汚水の窒素濃度が変動するような場合にお
いても、本発明により安定して脱窒処理することが可能
となり、また汚水の窒素濃度を平均化するための滞留槽
や貯槽を省略することができる。

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】脱窒菌が高濃度に凝集した粒状物の形成す
    る汚泥床を有する槽に、硝酸性窒素およびまたは亜硝酸
    性窒素を含む汚水を、有機物の存在下で上昇流にて通過
    させて生物学的に窒素を除去する方法において、前記汚
    泥床に接触させる汚水の塩類濃度を5,000mg/以上の条
    件下とすることを特徴とする生物学的窒素除去方法。
  2. 【請求項2】汚水に塩類溶液を添加することにより、汚
    水の塩類濃度を5,000mg/以上の条件下とする特許請求
    の範囲第1項記載の生物学的窒素除去方法。
  3. 【請求項3】汚水に海水を添加することにより、汚水の
    塩類濃度を5,000mg/以上の条件下とする特許請求の範
    囲第1項記載の生物学的窒素除去方法。
  4. 【請求項4】塩類溶液が、併設される逆浸透膜を用いる
    脱塩装置の濃縮水である特許請求の範囲第2項記載の生
    物学的窒素除去方法。
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