JP3134145B2 - 排水の生物学的脱窒方法 - Google Patents
排水の生物学的脱窒方法Info
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Description
産業排水、または好気性の活性汚泥による処理後の都市
下水などの生活排水から高効率に窒素酸化物を除去する
ための生物学的脱窒方法に関するものである。
窒素(NO3 −N)、亜硝酸態窒素(NO2 −N))
は、水素供与体が存在する嫌気状態において、脱窒素菌
の作用により窒素ガスに還元される。生物学的脱窒処理
はこの原理を利用した処理であり、物理・化学的処理法
に比べて利点が多く、現在、脱窒法の主流になってい
る。
ロピルアルコールなど多くの物質が使用可能であり、排
水中の有機物を水素供与体として使用する方法もある
が、取り扱い易さや反応速度の大きさなどの理由でメタ
ノールが頻繁に用いられている。
は、脱窒反応をメタノール(CH3 OH)による硝酸態
窒素あるいは亜硝酸態窒素の理論的な還元反応であると
考えると、反応式化1から、重量比で、CH3 OH/N
O3 −N(Nのみの重量)=1.90、CH3 OH/N
O2 −N(Nのみの重量)=1.17となる。
べてが還元反応に使用されるのではなく、その一部は脱
窒素菌の細胞合成にも用いられるため、メタノールの必
要量は増加する。その割合は理論量の3〜4割程度であ
るといわれている。N.Narkis,Water R
esearch,13,1979には、硝酸態窒素の脱
窒のためのメタノールの最小必要量はCH3 OH/NO
3 −N(Nとして)=2.8であり、これより少ない場
合、脱窒素率は直線的に低下すると報じられている。ま
たJ.S.Jeris,J.WPCF,49,1977
には、CH3 OH/NO3 −N(Nとして)=3.0が
残存BOD(生物化学的酸素要求量)を増加させない値
であると述べられている。
度が変化する場合、必要とされる最適な水素供与体量も
変化するため、常に一定量の水素供与体を添加し続ける
と、水素供与体が過剰に添加される場合や不足する場合
が生じる。水素供与体が過剰に添加された場合、脱窒能
力には影響を及ぼさないものの、COD(化学的酸素要
求量)成分である処理水中の残存水素供与体量が増加
し、処理水質が悪化する。例えば残存メタノール1gに
対してCODが400mg程度の値を示す。逆に水素供
与体が不足した場合には、肝心の窒素酸化物の除去率が
低下してしまう。
量よりも若干過剰に加えて充分に脱窒し、残存する水素
供与体は脱窒槽後段に設置した好気槽で再処理すること
が多い。しかし、このような方法では水素供与体の使用
量が増加するため、コストの上昇へ、また、COD除去
能力に優れた容積の大きな好気槽を必要とするため、装
置設置スペースの増加へとつながってしまう。
に制御する方法として、特開平4−180897号公報
には、脱窒槽の酸化還元電位(ORP)の測定値に応じ
てメタノールの添加量を制御する方法が、また特開平4
−363198号公報には、吸光光度法による処理水中
の浮遊性物質濃度の測定値に応じてメタノールの添加量
を制御する方法が記載されている。しかし、いずれも硝
酸態窒素が70mg/l以下と比較的低濃度に含有され
る排水を対象としており、100〜400mg/lと高
濃度に窒素酸化物を含有する排水への対策は知られてい
ない。
00mg/lと高濃度に含有し、かつ含有される窒素酸
化物濃度が100〜200mg/lと大きく変動するよ
うな排水であっても、水素供与体添加量を常に最適な値
に制御し、最小限の水素供与体量で窒素酸化物を充分に
除去可能な排水の生物学的脱窒方法を提供することであ
る。
含有する排水を脱窒槽で生物学的に処理し、処理水を調
整槽を経由して排出する際に、脱窒槽において添加した
水素供与体の処理水中の残存量を調整槽内の処理水の酸
化還元電位(ORP)の測定値から推測し、その推測値
に応じて水素供与体の添加量を変化させ、かつORPの
測定値が設定値よりも小さくなった場合には処理水の一
部を脱窒槽へ循環することを特徴とする排水の生物学的
脱窒方法である。脱窒槽としては、高炉水砕スラグを主
原料とするサドル型セラミックスを微生物固定化担体と
して充填した固定床型リアクターを用いることが好まし
い。なお、ここで水素供与体とは、他栄養菌である脱窒
素菌が硝酸態窒素、亜硝酸態窒素を還元するために必要
なエネルギー源となるメタノールなどの有機物のことで
ある。
排水の生物学的脱窒を行った際の処理水のORPとCO
Dとの関係を図2に示す。メタノール1gは理論的に4
00mg程度のCODに相当するので、処理水のCOD
が高くなるほど、すなわちメタノールの添加量が過剰で
処理水中の残存メタノールが多くなるほどORPは低く
なり、逆に、処理水のCODが低くなるほど、すなわち
メタノールの添加量が不足して処理水中の残存メタノー
ルが少なくなるほどORPは高くなる。これから、処理
水のORPを測定することにより、処理水中に残存する
水素供与体であるメタノールの量を推測できる。従っ
て、調整槽内のORPがあらかじめ設定した値よりも高
くなった場合にはメタノール添加量を増加する方向へ、
低くなった場合にはメタノール添加量を削減する方向へ
変化するように制御すれば、常に最適な量のメタノール
を添加することができる。
って調整槽内の処理水中の残存メタノールが増加した場
合、処理水のORPは−200mV未満の低い値を示
す。また、脱窒槽内の滞留時間の影響で、脱窒槽入口で
メタノール添加量を削減した後でも、脱窒槽出口の処理
水中には依然としてしばらくの間多くの残存メタノール
が存在している。特に調整槽内処理水のORPが−25
0mV未満、すなわちCOD推定値100mg/l以上
になった場合、処理水の一部を脱窒槽へ循環すれば、残
存メタノールを水素供与体として再利用することができ
ると同時に、CODの増加に伴う処理水質の悪化を防止
することができる。処理水の調整槽から脱窒槽への循環
量は、排水の流入量と同量にするのが好ましい。
N濃度(NO3 −N+NO2 −N)との関係を図3に示
す。処理水のNOx−N濃度が高くなるほどORPは高
くなり、処理水のNOx−N濃度が低くなるほどORP
は低くなる。すなわち、図2、図3より、ORPが高け
れば、処理水はCODが低く(残存メタノールが少な
く)、かつNOx−N濃度が高い状態であり、逆にOR
Pが低ければ、処理水はCODが高く(残存メタノール
が多く)、かつNOx−N濃度が低い状態である。処理
水のCODがかなり高くなる程度まで過剰にメタノール
を添加すればNOx−N濃度は当然低くなるが、排水の
COD値が高くなり好ましくない。しかし、本発明を用
いれば、処理水中のCODを適度に抑えて、かつNOx
−N濃度も低濃度に抑えることが可能である。
型リアクターは、流動床型リアクターに比べて多くの脱
窒素菌を保持できる。微生物固定化担体として充填する
のが好ましい高炉水砕スラグを主成分とするサドル型セ
ラミックスは、カルシウムを主成分とするため微生物が
固定化し易い。そのため脱窒素菌のような増殖速度が遅
く、かつ沈降速度が遅い菌を高濃度に脱窒槽内に保持す
るためには非常に有効である。また、サドル型形状のた
め混合性は非常に優れ、脱窒槽内はほぼ完全混合とみな
すことができる。従って、脱窒槽内のORPの分布はほ
とんどなくなり、脱窒槽内と処理水の間のORPのタイ
ムラグを極力小さくすることが可能である。
水の生物学的脱窒処理装置の例を示す。
を充填した固定床型リアクターであり、脱窒槽1内は窒
素ガスの曝気によって攪拌を行った。脱窒槽1内部のO
RPおよびpHはORPセンサー15、pHセンサー1
6によって測定し、pHは制御装置19による酸供給ポ
ンプ12およびアルカリ供給ポンプ13のオン−オフ制
御により、脱窒のための最適値であるpH:7〜8に制
御した。また、汚泥の馴養中は、ORPに関しても、制
御装置18による補助エアーブロア10のオン−オフ制
御により、脱窒のための最適値であるORP:−200
〜−100mVに制御した。
流入させた。調整槽5のORPはORPセンサー17に
よって測定し、その値に応じて制御装置20により表1
に示すようにメタノールポンプ11および処理水循環ポ
ンプ9を制御した。処理水循環ポンプ9はORPが−2
50mV未満になった場合に稼働し、脱窒槽1から調整
槽5へ流出した処理水と同量の処理水を調整槽5から脱
窒槽1へ返送するように調節した。
間空気による曝気を行って微生物を担体に固定化した
後、硝酸態窒素濃度を初期濃度に調整した人工排水を滞
留時間3時間で通水した。水素供与体としてメタノール
を、標準量として初期濃度における硝酸態窒素負荷の3
倍量添加した。
−200〜−100mVになり、良好な処理が行われて
いるのを確認した後、硝酸態窒素濃度を表2に示す5通
りのパターンで連続的に変化させた。なお、比較例6
は、実施例5に対する比較のため、表1に示す制御を一
切行わずに、常に標準量のメタノールのみを添加した。
制御モードの変化を、表4に処理水の硝酸態窒素濃度お
よびCODの平均値を示す。
変化にもかかわらず、メタノール供給量はそれぞれに応
じた値に制御され、硝酸態窒素は良好に除去され、同時
に、残存メタノールに由来する処理水中のCODは平均
で40mg/l以下であった。ただし、実施例3、4、
5の様に硝酸態窒素濃度を急激に低下させた場合、一時
的にCODが急激に上昇することがあったが、制御モー
ドをV、VIとして処理水を循環するのに伴ってCOD
は再び低下した。
施例5とほとんど同じであったのに、非常に劣った結果
しか得られなかった。
にして、高効率な窒素酸化物の生物学的脱窒が可能であ
る。
処理装置の例を示す図である。
る。
図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 窒素酸化物を含有する排水を脱窒槽で生
物学的に処理し、処理水を調整槽を経由して排出する際
に、脱窒槽において添加した水素供与体の処理水中の残
存量を調整槽内の処理水の酸化還元電位(ORP)の測
定値から推測し、その推測値に応じて水素供与体の添加
量を変化させ、かつORPの測定値が設定値よりも小さ
くなった場合には処理水の一部を脱窒槽へ循環すること
を特徴とする排水の生物学的脱窒方法。 - 【請求項2】 脱窒槽として、高炉水砕スラグを主原料
とするサドル型セラミックスを微生物固定化担体として
充填した固定床型リアクターを用いることを特徴とする
請求項1記載の排水の生物学的脱窒方法。
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---|---|---|---|
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-
1994
- 1994-03-23 JP JP06075470A patent/JP3134145B2/ja not_active Expired - Fee Related
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