JP2786779B2 - 窒素除去方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、下水などアンモニア性
窒素を含む有機性排水中のＢＯＤおよび窒素を除去する
生物学的処理方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】湖沼、閉鎖性水域の富栄養化にみられる
ように栄養塩類（窒素、リン）の除去が水域環境保全の
上から重要になってきている。

【０００３】従来、下水などの排水からＢＯＤおよび窒
素を除去する生物学的方法には、活性汚泥法を基本とし
たいくつかの変法が考えられているが、現在、主として
実用に供されている方法として、硝化液循環型の活性汚
泥循環変法がある。

【０００４】この硝化液循環型の活性汚泥循環変法は、
図３に示すごとく、前段を脱窒素のための嫌気性槽（完
全混合槽）２、後段をＢＯＤ酸化とアンモニア性窒素の
硝酸化のための好気性槽（完全混合槽）３とし、好気性
槽３からの流出液、すなわち硝化液の一部を硝化液循環
ポンプ４によって前段の嫌気性槽２に循環させるもので
ある。

【０００５】なお、図３において、原水は第１沈澱池１
から嫌気性槽２へ流入し、好気性槽３を経て第２沈澱池
５に流入する。しかし、活性汚泥循環法では、処理時間
が著しく長く、広大な敷地面積を必要とする。

【０００６】また、活性汚泥循環法では、第２沈澱池５
を用いて処理水と汚泥を分離するので、バルキングに代
表されるような運転管理上の障害が発生することがあ
り、維持管理が容易でなく、専門的技術を要する。

【０００７】そこで、最近では水処理用充填材（担体）
を利用したろ床法の発達により、図４に示すごとく、前
段を脱窒素のための嫌気性ろ床８、後段をＢＯＤ酸化と
アンモニア性窒素の硝酸化のための好気性ろ床１０と
し、好気性ろ床１０からの流出液、すなわち硝化液の一
部を硝化液循環ポンプ９によって前段の嫌気性槽８に循
環させる、いわゆる嫌気性ろ床・好気性ろ床法が検討さ
れている。

【０００８】なお、図４において、原水は第１沈澱池６
から供給ポンプ７によって嫌気性ろ床８へ送られる。活
性汚泥法の代わりにろ床法を用いる利点としては、次の
とおりである。

【０００９】好気性ろ床は、活性汚泥法に比べて硝化性
能が優れている（活性汚泥の約３倍の硝化速度を有す
る）ので高速処理が可能である。好気性ろ床の硝化性能
が優れている理由は、硝化菌は、ＢＯＤ酸化菌に比べて
増殖が遅いが、好気性ろ床ではこの硝化菌が担体の表面
に生物膜を形成して保持されるので、完全混合槽におけ
る硝化菌濃度に比べて高濃度の硝化菌を維持できること
による。

【００１０】また、好気性ろ床はろ過機能を持つので、
活性汚泥法における第２沈澱池５が不要であり、バルキ
ングなど活性汚泥法特有の障害が生じない。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかし、嫌気性ろ床・
好気性ろ床法では、嫌気性ろ床での汚泥濃度が低く、処
理時間が長くなるという欠点がある。そして、処理時間
が長くなると、硫化水素等の腐敗性ガスが発生するの
で、脱臭対策と、機器類の防蝕に対する配慮を必要とし
ていた。

【００１２】本発明は斯かる従来の問題点を解決するた
めに為されたもので、その目的は、前段に嫌気性ろ床に
代えて嫌気性流動床を用いることで、さらに脱窒素時間
の短縮を図り、また流動床担体の流動には好気性ろ床の
硝化液を利用することで従来法と遜色のない程度まで動
力の低減を図ることが可能な窒素除去方法を提供するこ
とにある。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】請求項１は、下水など
アンモニア性窒素を含む有機性排水中のＢＯＤおよび窒
素を生物学的に除去する方法において、前段に嫌気性流
動床、後段に好気性循環設備を配し、好気性循環設備か
らの循環液と原水とにより嫌気性流動床の担体を流動さ
せるとともに、担体の表面に付着する微生物膜の増殖に
伴い上昇する流動界面を、その流動界面の近傍の流動床
から微生物が付着した担体をエアリフト管で上昇させな
がら微生物膜を剥離することにより一定高さに維持制御
するものである。

【００１４】請求項２は、下水などアンモニア性窒素を
含む有機性排水中のＢＯＤおよび窒素を生物学的に除去
する方法において、後段の好気性ろ床からの戻し液中に
含まれる硝酸性窒素を嫌気性流動床で脱窒素し、この嫌
気性流動床からの溢流水を好気性ろ床へ送り、ここで溢
流水に含まれるＢＯＤ，ＳＳの除去およびアンモニア性
窒素の硝化を行い、この好気性ろ床からの硝化液の一部
を嫌気性流動床に戻し、嫌気性流動床内の担体を原水と
共に流動させながら担体に付着する微生物濃度を高める
とともに、担体の表面に付着する微生物膜の増殖に伴い
上昇する流動界面を、その流動界面の近傍の流動床から
微生物が付着した担体をエアリフト管で上昇させながら
微生物膜を剥離することにより一定高さに維持制御する
ものである。

【００１５】

【００１６】

【作用】請求項１および２においては、下水などアンモ
ニア性窒素を含む有機性排水（原水）を嫌気性流動床に
導入し、ここで原水と後段の好気性ろ床からの戻し液に
よって担体を流動させながら脱窒素する。次に、この嫌
気性流動床からの溢流水を好気性ろ床へ送り、ここで溢
流水に含まれるＢＯＤ，ＳＳの除去およびアンモニア性
窒素の硝化を行う。その後、この好気性ろ床からの硝化
液の一部を嫌気性流動床に戻し、嫌気性流動床内の担体
を原水と共に流動させながら担体に付着する微生物濃度
を高める。そして、嫌気性流動床においては、担体の表
面に付着する微生物膜の増殖に伴い上昇する流動界面
を、その流動界面の近傍の流動床から微生物が付着した
担体をエアリフト管で上昇させながら微生物膜を剥離す
ることにより一定高さに維持制御する。

【００１７】

【００１８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１および図２に基づいて、本発明に用いる窒素
除去装置の一実施例を説明する。

【００１９】図において、２０は第１沈澱池を表し、原
水供給管２１を介して嫌気性流動床２３と連絡してい
る。原水供給管２１には、原水供給ポンプ２２が設けら
れている。

【００２０】嫌気性流動床２３は、溢流液を好気性ろ床
３６に搬入する第一配管３２と、好気性ろ床３６からの
硝化液を嫌気性動流床２３に戻す第二配管３７が取り付
けられている。第二配管３７には、硝化液循環ポンプ３
８が設けられている。

【００２１】嫌気性流動床２３内には、担体２４として
粒状物（砂、活性炭、プラスチックろ材など）が充填さ
れ、上昇流により流動させられる。この嫌気性流動床２
３は、原水供給管２１と第二配管３７に連結する供給部
２５と、この供給部２５に設けた分散ノズル２６と、担
体２４を充填した流動床２７と、上部に設けた生物膜剥
離装置２８とを有する。

【００２２】生物膜剥離装置２８は、空気供給部３０を
有するエアリフト管２９と、このエアリフト管２９の上
部に設けた分離部３１とを有する。この分離部３１に
は、水位調節堰３５が設けられている。また、エアリフ
ト管２９の下部は、図２に示すように、コントロールし
ようとする流動床２７の界面より少し下に位置するよう
に配される。

【００２３】生物膜剥離装置２８によって生物膜が剥離
された担体２４は、流動床２７の上部に沈降し、剥離汚
泥は、汚泥排出管３３を介して第１沈澱池２０へ戻され
る。また、エアリフト管２９の空気供給部３０には、曝
気ブロア３９に連絡する配管３４が取り付けられてい
る。

【００２４】好気性ろ床３６は、上部に第一配管３２が
連絡し、下部に硝化液溜４１が設けられている。そし
て、内部にはろ材充填槽４３が形成され、このろ材充填
層４３には曝気ブロア３９に配管４０を介して連絡する
散気管４４が配置されている。

【００２５】また、ろ材充填層４３からは硝化液が下部
の硝化液溜４１に流入するようになっている。さらに、
硝化液溜４１には、第二配管３７と処理水排出管４５が
取り付けられている。この処理水排出管４５には、バル
ブ４６が取り付けられている。

【００２６】また、処理水排出管４５は、処理水槽４７
に連絡している。この処理水槽４７には、逆洗管４８を
介して硝化液溜４１と連絡している。この逆洗管４８に
は、逆洗ポンプ４９とバルブ５０とが設けられている。

【００２７】また、硝化液溜４１には、逆洗ブロア配管
５１が取り付けられている。この逆洗ブロア配管５１に
は、逆洗ブロア５２とバルブ５３が設けられている。逆
洗ポンプ４９から送られる逆洗水と逆洗ブロア５２から
送られる空気は、ノズル４２を介してろ材充填層４３に
噴射されるようにしてある。

【００２８】次に、斯して構成された本実施例に係る装
置を用いて、請求項１または２に係る窒素除去方法を説
明する。下水などアンモニア性窒素を含む有機性排水
（原水）を第１沈澱池２０に貯留し、ここから原水供給
ポンプ２２により原水供給管２１を介して嫌気性流動床
２３の供給部２５に送られる。そして、分散ノズル２６
によって流動床２７内に導入される。ここでは、原水と
後段の好気性ろ床３６からの戻し液によって担体２４を
流動させながら脱窒素する。

【００２９】そして、担体２４の表面に生物膜が増殖す
るにつれて流動界面が上昇してくると、担体２４の流動
界面を制御するためエアリフト型生物膜剥離装置２８を
作動させ流動界面が一定高さに維持・制御される。

【００３０】このエアリフト型生物膜剥離装置２８で
は、エアリフト管２９内に空気を吹き込み、空気の撹乱
作用でエアリフト管２９内を上昇する担体２４に付着し
た生物膜を剥離し、分離部３１において、エアリフト管
２９を出た剥離生物と担体２４を比重の違いを利用して
嫌気性流動床２３内の上昇流により分離する。

【００３１】上昇流で押し出された剥離生物は、図示し
たように第１沈澱池２０へ排出するか、あるいは別途取
り出して処理してもよく、また溢流液と共に第一配管３
２によってそのまま後段の好気性ろ床３６に流入させ、
ろ床の洗浄により排出してもよい。

【００３２】また、このエアリフト型生物膜剥離装置２
８は、流動界面を検知して起動させてもよいし、界面を
検知することなく連続的あるいは間欠的に起動させても
よい。

【００３３】次に、この嫌気性流動床２３からの溢流水
を第一配管３２を介して好気性ろ床３６へ送り、ここで
溢流水に含まれるＢＯＤ，ＳＳの除去およびアンモニア
性窒素の硝化を行う。

【００３４】そして、この好気性ろ床３６の硝化液溜４
１に流入した硝化液を、硝化液循環ポンプ３８によって
第二配管３７を介して嫌気性流動床２３の供給部２５に
戻し、嫌気性流動床２３内の担体２４を原水と共に流動
させながら担体２４に付着する微生物濃度を高める。

【００３５】この流動により、流動床２７内の担体２４
の全表面積が微生物の付着場所として提供されるように
なり、流動前（すなわち、固定床状態）に比べて担体２
４の比表面積が飛躍的に増加し、担体２４の表面には微
生物膜を形成する形で脱窒素菌が集積するので、高濃度
化が達成される。

【００３６】ここで、微生物濃度は、単位容積当たりで
10,000mg/l〜50,000mg/lとなり、きわめて短時間（実質
的には数分〜数十分）の脱窒素が可能となる。これに対
し、完全混合槽（浮遊生物法）の微生物濃度は、単位容
積当たりで1500mg/l〜3000mg/l、嫌気性ろ床の微生物濃
度は、単位容積当たりで5000mg/l〜7000mg/lであった。

【００３７】また、嫌気性流動床２３では、上述したご
とく、微生物濃度が高濃度であることに加えて、流動床
２７では、液と微生物膜との接触が良好で、嫌気性ろ床
のように部分的な閉塞による水の均等分散の悪化などの
現象を生じない。

【００３８】なお、前段の嫌気性流動床２３内の担体２
４は、後段の好気性ろ床３６からの硝化液循環量と原水
供給量の和の流量に応じて流動するものであればよく、
比重の重いものであれば粒径の小さいものを、比重の軽
いものであれば粒径の大きいものを一般的に用いればよ
い。

【００３９】また、後段の好気性ろ床３６は、前段の嫌
気性流動床２３からの流出液（溢流液）を第一配管３２
を介して導入し、この液に含まれるＢＯＤ、ＳＳの除去
およびアンモニア性窒素の硝化を行うためのもので、粒
状担体を充填した固定床型あるいは移動床型のいずれの
型でもよく、その構造・機能は通常、有機性排水処理な
どで用いられる好気性ろ床と同一である。

【００４０】以上のごとく、本実施例によれば、下水な
どアンモニア性窒素を含む有機性排水中のＢＯＤおよび
窒素を生物学的に除去する方法において、前段に嫌気性
ろ床にかえて嫌気性流動床２３を用いることで、表１に
示すごとく、さらに脱窒素時間の短縮を図ることができ
た。

【００４１】また、嫌気性流動床２３内の担体２４の流
動には被処理液（原水）および好気性ろ床３６からの循
環液を利用することで、従来、流動床の流動維持に必要
とされた自己循環（流動床流出液の一部を再度流動床に
供給すること）を不要とし、流動用液循環動力の低減化
を達成することで従来法と遜色のない程度まで動力の低
減を図ることができた。

【００４２】さらにまた、下水などアンモニア性窒素を
含む有機性排水中のＢＯＤおよび窒素を生物学的に除去
する方法において、嫌気性流動床２３の膨張界面はエア
リフト型生物膜剥離装置２８により自動的に制御するこ
とが可能となった。

【００４３】参考として各処理方法の処理時間（標準）
を表１にまとめた。 表１において、従来法１は嫌気性・好気性ろ床を表し、
従来法２は活性汚泥変法を表す。

【００４４】実験例 下水処理場１次処理水（最初沈澱池流出水）を対象水と
した。図１に示す装置を用いた。嫌気性流動床の大きさ
を１２０φ×４６５０Ｈとし、０．５mm径のけい砂を担
体２４として流動床２７内に高さ７００mmで充填した。

【００４５】また、好気性ろ床の大きさを５００φ×４
０００Ｈとし、３〜６mm径のアンスラサイトを担体とし
てろ材充填層４３内に高さ２０００mmで充填した。運転
条件は、次のとおりであった。 ・原水供給量 ３．４リットル／分 ・硝化液循環量 ３．４リットル／分（循環率１００％） ・嫌気性流動床通液速度 ３６ｍ／時（原水供給量＋硝化液循環量に対して） ・好気性ろ床通液速度 ２５ｍ／日（原水供給量に対して） ５０ｍ／日（原水供給量＋硝化液循環量に対して） ・好気性ろ床曝気量 １３．６リットル／分 ・処理時間 嫌気性流動床 約０．２時間 （流動床高さ３０００mm） 好気性ろ床 約１．９時間 （担体充填高さ２０００mm） 合 計 約２．１時間 処理結果は、次の表２に示すとおりであった。

【００４６】 但し、表２中、原水は、１次処理水である。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
硝化性能の優れる好気性ろ床と脱窒素性能の優れる嫌気
性流動床を組み合わせたので、処理時間が活性汚泥変法
に比べて約１／３になり、嫌気性ろ床・好気ろ床法に比
べて約６０％となった。

【００４８】従来、自己循環を必要とした嫌気性流動床
の維持を好気性ろ床からの硝化循環液を利用することで
循環用動力を低減し、従来法と遜色のない程度まで動力
を削減できた。

【００４９】嫌気性流動床の膨張界面はエアリフト型生
物膜剥離装置を用いて簡易に行うことができ、維持管理
の容易なプロセスとなった。嫌気性流動床を用いること
で、嫌気性ろ床のごとき汚泥の流出を防ぐことが可能と
なり、好気性ろ床に対する固形物負荷を低減させて安定
的な運転を可能にした。

【００５０】本発明の嫌気性流動床は、絶対嫌気性状態
ではなく、微好気〜嫌気性状態である。これは、硝化循
環液に溶存酸素があることと嫌気性流動床での滞留時間
がきわめて短いことによるが、このことにより、嫌気性
ろ床で問題となるような強い臭気が発生せず、脱臭設備
の簡素化が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に用いる窒素除去装置の一実施例を示す
説明図である。

【図２】図１における嫌気性流動床の要部を示す拡大断
面図である。

【図３】従来の硝化液循環型の活性汚泥循環変法を示す
説明図である。

【図４】従来の嫌気性ろ床・好気性ろ床法を示す説明図
である。

【符号の説明】

２３ 嫌気性流動床 ２４ 担体 ２８ 生物膜剥離装置 ３２ 第一配管 ３６ 好気性ろ床 ３７ 第二配管 ３８ 硝化液循環ポンプ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大嶋 吉雄 東京都港区虎ノ門２丁目３番13号 日本 下水道事業団内 (72)発明者 三品 文雄 愛媛県今治市内掘１丁目185番15号 日 本下水道事業団愛媛工事事務所内 (72)発明者 室谷 憲男 東京都千代田区有楽町１丁目４番１号 三機工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−155991（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−212394（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−184398（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−23239（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下水などアンモニア性窒素を含む有機性
   排水中のＢＯＤおよび窒素を生物学的に除去する方法に
   おいて、前段に嫌気性流動床、後段に好気性循環設備を
   配し、好気性循環設備からの循環液と原水とにより嫌気
   性流動床の担体を流動させるとともに、担体の表面に付
   着する微生物膜の増殖に伴い上昇する流動界面を、その
   流動界面の近傍の流動床から微生物が付着した担体をエ
   アリフト管で上昇させながら微生物膜を剥離することに
   より一定高さに維持制御することを特徴とする窒素除去
   方法。
2. 【請求項２】 下水などアンモニア性窒素を含む有機性
   排水中のＢＯＤおよび窒素を生物学的に除去する方法に
   おいて、後段の好気性ろ床からの戻し液中に含まれる硝
   酸性窒素を嫌気性流動床で脱窒素し、この嫌気性流動床
   からの溢流水を好気性ろ床へ送り、ここで溢流水に含ま
   れるＢＯＤ，ＳＳの除去およびアンモニア性窒素の硝化
   を行い、この好気性ろ床からの硝化液の一部を嫌気性流
   動床に戻し、嫌気性流動床内の担体を原水と共に流動さ
   せながら担体に付着する微生物濃度を高めるとともに、
   担体の表面に付着する微生物膜の増殖に伴い上昇する流
   動界面を、その流動界面の近傍の流動床から微生物が付
   着した担体をエアリフト管で上昇させながら微生物膜を
   剥離することにより一定高さに維持制御することを特徴
   とする窒素除去方法。