JP2953835B2 - 生物学的硝化脱窒処理設備 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は無機性排水中に含まれる
窒素を効率よく除去して清澄な処理水を得る生物学的硝
化脱窒処理設備に関する。

【０００２】

【従来技術】公共用水域の富栄養化を防止するために、
下水、産業排水中の窒素を除去する技術が従来から提
案、実施されており、例えば微生物を利用した排水処理
技術の開発が盛んに行なわれている。

【０００３】水中の窒素を生物学的に除去するために
は、アンモニア性窒素を好気的条件下で硝酸性又は亜硝
酸性窒素に変換する硝化菌、硝酸性又は亜硝酸性窒素を
嫌気的条件下で窒素に還元して除去する脱窒素細菌、脱
窒槽に水素供与体として添加する有機物（通常メタノー
ルや酢酸）の余剰分を酸化するためのＢＯＤ酸化細菌の
三つの微生物を、それぞれ最適な環境条件下で活動させ
ることが必要であり、このために従来から様々なプロセ
スが開発されている。

【０００４】この微生物利用による排水処理方法として
は古くから浮遊式活性汚泥法がよく知られ、近年では、
回転円板法、接触酸化法など、固体表面に微生物膜を着
生させたいわゆる生物膜法も広く行なわれている。

【０００５】アンモニア性窒素を含む無機性排水の生物
学的脱窒素に用いられる設備は、通常、硝酸化、脱窒
素、ＢＯＤ酸化、沈殿の各工程のための槽等により構成
され、浮遊式の場合、返送汚泥として、沈殿工程の汚泥
の一部を硝化工程に循環させている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで上記の浮遊式
の設備では、沈殿工程で沈殿した汚泥が前記各工程を順
次流過し再び沈殿工程で沈殿する方式となるため、汚泥
中には硝化細菌、脱窒素細菌、ＢＯＤ酸化菌が混在して
これらを区分することができない。このため、各工程の
最適運転条件を決定することがきわめて困難で、負荷変
動に容易に対処できないという問題がある。したがって
負荷変動の上限を考慮した過大な装置を用いるのが普通
となり、また沈殿槽での沈降分離速度が小さいため大規
模な沈殿槽が必要になり、特に処理水量の大きな場合に
は設備があまりにも過大となった。一方、上記した生物
膜法として説明される設備では、プロセスの構成によっ
て、回転円板等の固体表面に硝化菌、脱窒素菌、ＢＯＤ
酸化菌などを高濃度に増殖させることが可能であり、菌
が原則として固定しているために各工程の最適条件での
運転もでき、上述した活性汚泥法の設備に比べて高い負
荷もかけられ、設備がコンパクトになる他、負荷変動に
も容易に対処できる利点がある。

【０００７】なお浮遊式活汚泥法，生物膜法とも共通し
て、硝化工程がアルカリ消費反応（アンモニア性窒素１
ｍｇ／ｌが硝化されるとアルカリ度７．１４ｍｇ／ｌ消
費する）であるのに対し、脱窒工程が、アルカリ生成反
応（硝酸性窒素１ｍｇ／ｌが脱窒されるとアルカリ度
３．５７ｍｇ／ｌ生成する）であるため、硝化工程に添
加するアルカリ量を節減する目的で、脱窒工程の処理水
の一部を、脱窒槽から直接にあるいはこれより下流の酸
化槽や沈殿槽から硝化工程に循環させるのが普通であ
る。しかしながら上記循環を生物膜法に採用した場合、
硝化工程に、脱窒菌、ＢＯＤ酸化菌が流入することが避
けられず、硝化槽の生物膜の表面に付着して硝化菌と競
合し、硝化菌の増殖を阻害したり、硝化活性が低下する
傾向が見られる。このように硝化工程への添加アルカリ
量の節減のための上記手法は不可避的に硝化工程の能力
低下を招くという問題がある。この不具合を避けるため
には、脱窒工程等からの処理水の循環を行なわずに硝化
工程にアルカリを必要量だけ添加すればよいことは勿論
であるが、このようにするとアルカリ消費反応である硝
化工程のために添加するアルカリ剤の添加量が相当な量
となるため、ランニングコストの負担は小さくない。し
かもそれだけでなく、排水がカルシウム分を多く含むよ
うな場合には、アルカリ剤の添加によってｐＨが上昇す
ると炭酸カルシウムが生成し、これが硝化槽内部全体に
広がって生物膜を形成させるための着生材が閉塞する虞
れがある。この問題は特に、着生材を槽内の全体にわた
って充填した構成の上向流式の硝化槽を採用してその槽
の下部にアルカリを添加する方式を採用した場合に顕著
に現われることは経験的に知られており、例えば、火力
発電所の排水、半導体製造設備の排水等において見られ
る。

【０００８】本発明者は、以上のような生物学的硝化脱
窒処理において問題となる種々の点を鋭意検討し、特に
無機性排水中の窒素を効果的に除去して良質な処理水質
を得るのに、小型の設備でこれを実現できることを目的
として本発明を完成した。

【０００９】また本発明の別の目的は、硝化反応に寄与
しない通性嫌気性菌（脱窒菌）や好気性菌（ＢＯＤ酸化
菌）などが硝化工程に流入し、増殖することを避けて、
硝化工程の高負荷処理を実現できる処理設備を提供する
ことにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明者は上記
目的のために従来の浮遊式、生物膜式という個々の処理
方式の形態を処理工程毎に分けて分析、再検討し、浮遊
式の利点をもつ工程と生物膜式の利点をもつ工程を最も
理想的に組み合わせることによって、従来の設備では得
られなかった優れた効果をもたらすことができる上記特
許請求の範囲の各請求項に記載した本発明を完成したの
である。

【００１１】本発明において対象とする無機性排水と
は、アンモニア性窒素及びカルシウムイオンを含み、有
機物が殆ど含まれていない水（ＢＯＤで５０ｐｐｍ以
下、好ましくは２０ｐｐｍ以下、最適には１０ｐｐｍ以
下）をいい、一般的には下水のＢＯＤ除去処理を行なっ
た２次処理水、火力発電所の脱硫排水、復水脱塩装置の
再生排水、あるいは半導体製造工場における機器洗浄・
化洗排水などで、凝集沈殿してフッ素や金属を除去した
後の排水に好ましく適用される。

【００１２】

【実施例】以下本発明を図面に示す実施例に基づいて説
明する。

【００１３】図面において、１は硝化槽であり、浮遊物
の沈殿スクリーニングなどの前処理が行なわれた原水が
流入される。本例のこの硝化槽１は、着生材層１１に、
好気的条件下に通水して着生材表面に付着した微生物に
より水中のアンモニア性窒素の酸化を行なう生物膜装置
が採用されている。上記着生材としては、れき、砂、ア
ンスラサイト、活性炭、プラスチック、スポンジ、ガラ
スビーズ、ハニカム、リングレース等から適宜のものが
選択され、着生材支持部材の下部等に配置した散気装置
１３から空気が吹込まれて槽内が好気的条件下に保たれ
るようになっている。

【００１４】原水は該硝化槽１の上部から流入され、適
当なアルカリ剤（例えば水酸化ナトリウム等）が添加さ
れる。本例の硝化槽１は、このアルカリ剤の添加を着生
材の充填されていない位置の上部から行ない、一方着生
材の下部から散気することによって着生材内を上昇する
循環流を生じさせることで、アルカリ剤を添加しても槽
内のｐＨが均一に保たれるように工夫されているという
特徴がある。このような構成により、添加したアルカリ
剤が撹拌されてすみやかに拡散し、原水にカルシウムイ
オンが含まれていても、局部的なｐＨ上昇に伴ってこれ
が炭酸カルシウムとして析出することは防止される。こ
のため、いわゆる着生材を固定した上向流式の硝化槽に
比べて、着生材の閉塞が効果的に抑制できる。このよう
な添加アルカリ剤のすみやかな拡散のために、アルカリ
剤添加位置から原水が着生材に入る位置の間に比較的長
い水路を形成させるように第２図に示した如く仕切り板
１２を設けることなども好ましい構成である。

【００１５】なお図示した硝化槽１は着生材を固定して
原水を下降流で通水するものであるが、本発明において
は着生材として例えばスポンジのような密度の小さいも
のを用い、原水を上昇流で通過させ着生材を流動させる
いわゆる流動床方式の硝化槽も含まれ、この場合も原水
にアルカリ剤を添加しても流動床なので局部的なｐＨ上
昇を防止することができる。

【００１６】このような構成の硝化槽１に流入された原
水は、着生材の表面に付着した微生物によりアンモニア
性窒素が硝化作用を受けて酸化態（硝酸態又は亜硝酸
態）窒素となり、硝化処理水として次段工程に送られ
る。なおこの場合の処理水を次段に送る方式は特に限定
されないが、図示した自然流下式（溢流式）を採用する
ことは送水エネルギーが不要である等の点で好ましい。

【００１７】硝化槽１の次段には、浮遊式の脱窒槽２が
配置される。

【００１８】この脱窒槽２は、浮遊する通性嫌気性微生
物（脱窒菌）により、酸化態窒素を窒素ガスに還元し脱
窒する。この脱窒処理のために、同槽２内には無酸素状
態において水素供与体（通常メタノール，酢酸等）が添
加される。そしてこの脱窒反応は上述の如くアルカリ生
成反応であるため液のｐＨが上昇する。そのため原水中
にカルシウム分が多く含まれている場合、炭酸カルシウ
ムの析出が起こり易く、着生材を固定する方式では着生
材の閉塞の虞れがあるが、本例のように浮遊式を採用す
ることによってこの問題は避けることができる。

【００１９】なおこの脱窒槽２には、後述する沈殿槽４
から返送汚泥が返送される。

【００２０】脱窒槽２から流出する処理水と汚泥との混
合液は次段工程に送られる。なおこの場合の混合液を次
段に送る方式は上記したと同じ理由で自然流下式（溢流
式）とすることが好ましい。

【００２１】脱窒槽２の次段には浮遊式の酸化槽３が配
置される。この酸化槽３が設けられるのは、脱窒工程で
添加される水素供与体は、窒素を除去するための必要量
に加えて水中の無酸素状態や微生物の増殖に利用される
ため、一般に過剰に添加されるためである。すなわち上
記脱窒処理水には通常余剰の水素供与体（ＢＯＤ成分）
が含まれるため、これを除去するためにＢＯＤ酸化のた
めの処理槽である酸化槽３を設けているのである。

【００２２】この酸化槽３は、下部から曝気手段３１に
よる曝気によって好気的条件下に保たれ、浮遊する微生
物による酸化によってＢＯＤの分解処理が行なわれる。

【００２３】ここでこの酸化槽３において着生材を固定
する方式でなく浮遊式を採用している理由は次のことに
よる。これは脱窒槽２にも共通する理由でもあるが、脱
窒菌及び酸化菌は、硝化菌に比べて増殖速度が速い（ち
なみに増殖速度（ｄａｙ^-1）は、硝化菌０．２〜１．４
に対し、脱窒菌は０．６〜１．７であり、ＢＯＤ酸化菌
は１．２〜３．５である）ため、これらの脱窒槽２、酸
化槽３に着生材を固定する方式を採用すると生物膜の膜
厚増大により着生材層の閉塞の虞れがある。そこで比較
的逆洗の頻度を高くしなければならない。これに対して
浮遊式の場合には微生物量が槽内で過剰となることがな
い。

【００２４】酸化槽３から流出する処理水と汚泥との混
合液は、沈殿槽４に供給される。この沈殿槽４において
は、脱窒菌及びＢＯＤ酸化菌を含む汚泥と処理水が沈降
分離され、処理水はそのまま放流されるか、既知の最終
処理装置に送られる。他方汚泥は、その一部が返送汚泥
として脱窒槽２に返送され、他は余剰汚泥として適宜引
き抜かれ既知の余剰汚泥処理装置に送られる。

【００２５】以上述べたアンモニア性窒素を含む無機性
排水を対象とした本例の生物学的硝化脱窒処理設備によ
れば、第１段目の硝化槽１では、硝化菌の増殖速度が遅
いという点を考慮して硝化菌の着生材を用いる槽構成を
採用することで、硝化菌を高濃度に保持し、また着生材
中を蛇行して気泡が上昇することによる気泡滞留時間の
延長や酸素吸収効率の向上を図って全体としてコンパク
トで高負荷処理が可能な硝化槽１を実現する。

【００２６】また、次段の脱窒槽２や酸化槽３では、微
生物の増殖による閉塞の問題がない浮遊式を採用し、沈
殿槽４からの汚泥返送で微生物量を維持するようにして
いる。

【００２７】以上によって、本発明（硝化槽は生物膜
式、脱窒槽と酸化槽は浮遊式）は、従来の浮遊式生物学
的処理設備（硝化槽、脱窒槽、酸化槽とも浮遊式）や生
物膜式生物学的処理設備（硝化槽、脱窒槽、酸化槽とも
生物膜式）に比べて、下記表１に示すように、浮遊式に
比べれば設備に必要な総面積が大幅に減少でき、他方生
物膜式に比べれば設備に必要な総面積を２倍程度としな
がら、着生材の閉塞の問題や従って逆洗頻度の低減、逆
洗のための周辺装置の簡素化や逆洗処理の容易化を実現
できる。

【００２８】

【表１】

【００２９】

【発明の効果】本発明の生物学的硝化脱窒処理設備によ
れば、無機性排水中の窒素を効果的に除去して良質な処
理水質を得るのに、上記表に示すように浮遊式に比べ
て、設置面積が小さい小型の設備でこれを実現できると
いう効果がある他、以下に列挙する効果が奏される。

【００３０】 硝化反応に寄与しない通性嫌気性菌や
好気性菌（ＢＯＤ酸化菌）などが硝化工程に流入し増殖
することがないので、硝化工程の高負荷処理を実現でき
る。

【００３１】 硝化、脱窒、酸化の各工程を浮遊式に
した場合に比べて、本発明設備は脱窒、酸化の工程のみ
が浮遊式であって硝化工程は生物膜式であるため、沈殿
槽に流入する汚泥の沈降性が良好であり、その分浮遊式
設備に比べて沈殿槽が小型化できる。

【００３２】 硝化工程において添加アルカリによる
局部的なｐＨ上昇を抑制するようにできるため、カルシ
ウムを多く含む排水の処理において炭酸カルシウムの析
出を少なく出来き、硝化槽の着生材の閉塞防止に有効で
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の生物学的処理設備の構成概要一例を示
した図。

【図２】図１における生物膜式硝化槽の構成を示した概
要図。

【符号の説明】

１・・・硝化槽、２・・・脱窒槽、３・・・酸化槽、４
・・・沈殿槽、１１・・・着生材層、１２・・・仕切り
板、１３・・・散気装置、３１・・・曝気手段。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浅野 英之 埼玉県戸田市川岸１丁目４番９号 オル ガノ株式会社総合研究所内 (72)発明者 明賀 春樹 埼玉県戸田市川岸１丁目４番９号 オル ガノ株式会社総合研究所内 (56)参考文献 特開 昭58−216790（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−99394（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−315198（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−171490（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−108597（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C02F 3/34 C02F 3/02 - 3/10

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アンモニア性窒素及びカルシウムイオン
   を含む無機性排水の原水が流入される硝化菌の着生材を
   用いる硝化槽と、この硝化槽の次段に配置された浮遊式
   の脱窒槽と、この脱窒槽の次段に配置された浮遊式の酸
   化槽の各槽と、酸化槽からの混合液を処理水と汚泥に固
   液分離する手段と、この固液分離手段で分離された汚泥
   の一部を上記脱窒槽に返送する手段とを備え、更に前記
   硝化槽は、硝化菌を着生する着生材を該槽の一部に充填
   した充填床と、この充填床の下部に設けられた散気手段
   と、該槽の上記着生材の充填されていない位置の上部か
   ら原水を流入させる原水流入手段と、この流入される原
   水に併せてアルカリ剤を添加するアルカリ剤の添加手段
   とを備えたことを特徴とする生物学的硝化脱窒処理設
   備。
2. 【請求項２】 請求項１において、原水が、１００ｍｇ
   ・Ｃａ／ｌ以上のカルシウム分を含有する無機性排水で
   あることを特徴とする生物学的硝化脱窒処理設備。
3. 【請求項３】 請求項１又は２において、硝化槽から脱
   窒槽への処理水の送水手段、及び脱窒槽から酸化槽への
   処理水の送水手段が、自然流下方式であることを特徴と
   する生物学的硝化脱窒処理設備。