JP3222015B2 - アンモニア性窒素含有廃水の生物学的水処理方法 - Google Patents

アンモニア性窒素含有廃水の生物学的水処理方法

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  • Treatment Of Water By Ion Exchange (AREA)
  • Purification Treatments By Anaerobic Or Anaerobic And Aerobic Bacteria Or Animals (AREA)
  • Water Treatment By Sorption (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、下水等の高濃度にNH
4 −N(アンモニア性窒素)を含有する廃水の水処理方
法に関し、特に硝化反応を阻害する有機物質を合わせて
含有する廃水中のNH4 −Nを除去するアンモニア性窒
素含有廃水の生物学的水処理方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、高濃度にNH4 −N(アンモニア
性窒素)を含有する廃水の生物学的水処理方法として
は、例えば、特開平6−106182号公報に記載され
たものがある。この水処理方法は、一対の反応器を直列
に配置し、各反応器にNH4 −Nに対してイオン交換能
を持つゼオライト等の物質を充填して流動床を形成し、
この流動床を形成する物質に硝化菌を含む微生物を植種
し、NH4 −Nを含む廃水を各反応器において順次に、
多段的に処理するものである。
【0003】この方法によれば、1基目においては、イ
オン交換能を持つ物質がNH4 −Nを飽和に近い状態で
吸着し、硝化反応によってNH4 −Nを除去するととも
に、イオン交換体の再生を行う。2基目においては、1
基目と同様にNH4 −Nの吸着と硝化反応による再生と
を行うが、2基目の入口においてはNH4 −Nが低下し
ているので、イオン交換体のNH4 −N吸着能に余裕が
ある。このように、高濃度のNH4 −Nを含む廃水を対
象とする場合にも、一旦イオン交換体によってNH4
Nを吸着した上で、硝化反応が進行するので、NH4
Nが高濃度に存在しても安定して硝化処理を行うことが
できる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記した従来
の構成において、原水中に有機物質(DOC;溶解性有
機炭素等)を含まない場合には、NH4 −Nを生物学的
に効率よくNO3 −N(硝酸態窒素)に硝化できるが、
有機物質を含有する廃水(例えば汚泥乾燥機の排ガスス
クラバー排水等)を対象とする場合には、1基目に溶解
有機物質によると見られる硝化阻害が生じ、1基目での
硝化反応が著しく低下することが認められ、1基目にお
いて有機物質自体が減少すると、2基目においては効率
良くNH4−Nの硝化を行うことができる。
【0005】このように、原水中に有機物質等の硝化を
阻害する物質が含まれている場合には、システム全体と
しての生物学的な水処理の効率が低下する問題があっ
た。本発明は上記した課題を解決するものであり、高濃
度にNH4 −Nを含有し、合わせて硝化反応を阻害する
有機物質を含有する廃水中のNH4 −Nを効率良く除去
するアンモニア性窒素含有廃水の生物学的水処理方法を
提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記した課題を解決する
ために、本発明のアンモニア性窒素含有廃水の生物学的
水処理方法は、流動床を有して曝気により器内を好気的
な環境に維持する複数の反応器を直列に配置し、最初の
反応器に流動床を形成する物質として有機物質に対する
吸着能を有した活性炭を充填し、後続の反応器に流動床
を形成する物質としてアンモニア性窒素に対するイオン
交換能を有した物質を充填し、植種用の微生物混合液を
各反応器に循環して前段の反応器の流動床に有機物分解
菌と硝化菌を馴養し、後段の反応器の流動床に硝化菌を
馴養した後に、この複数の反応器からなる系内に有機物
質とアンモニア性窒素を含有する廃水を巡回させ、各反
応器で廃水を循環させながら好気条件下で有機物質の酸
化分解除去とアンモニア性窒素の硝化とを行う構成とし
たものである。
【0007】
【作用】上記した構成により、最初の反応器は、硝化菌
と有機物分解菌とを、流動床を形成する活性炭に付着さ
せて馴養する状態にあり、活性炭は無数の微細孔を有す
る多孔材質であるために、微生物を高密度に担持する。
また、活性炭は吸着能によって廃水中の含有物質の内で
硝化を阻害する有機物質を吸着除去する。
【0008】このため、最初の反応器においては、活性
炭に付着した硝化菌よる硝化反応が有機物質に阻害され
ることなく進行する。また、有機物分解菌が活性炭に吸
着する有機物質を順次に酸化分解除去し、活性炭の吸着
能を再生するので、活性炭が生物活性炭として機能し、
吸着の飽和による破過現象は見られない。
【0009】後続の反応器においては、流動床を形成す
る物質、つまりイオン交換能を有する物質に付着させて
硝化菌を馴養する状態にある。また、後続の反応器へ巡
回する廃水は最初の反応器において既に有機物質を除去
したものである。
【0010】このため、後続の反応器においてはイオン
交換能を有する物質がアンモニア性窒素を吸着し、この
吸着したアンモニア性窒素を硝化菌により硝化するの
で、硝化速度が増大する。
【0011】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。生物学的水処理装置は複数の反応器を直列に配
置するものであり、本実施例においては一対の反応器を
開示して説明を行うが、反応器の基数は適宜に設定し得
るものである。
【0012】図1において、生物学的水処理装置は、処
理工程の最初に位置する第1の反応器1と後続の第2の
反応器21を直列に配置しており、各反応器1,21は
内部に流動床2,22を有している。第1の反応器1の
流動床2には有機物質に対する吸着能を有する活性炭3
を充填しており、第2の反応器21の流動床22には、
アンモニア性窒素に対するイオン交換能を有した物質と
して、ゼオライト、沸石、イオン交換樹脂等のイオン交
換体23を充填している。各反応器1,21の上部領域
と底部とを連通して循環管路4,24を設けており、循
環管路4,24の途中には循環ポンプ5,25を介装し
ている。各反応器1,21の外周には外筒ジャケット
6,26を外装しており、外筒ジャケット6,26には
恒温水槽7,27で温度調整した調整水が循環するよう
に構成している。各反応器1,21の上部領域には散気
装置8,28を配しており、各散気装置8,28には送
気分管9,29および送気管10を通してコンプレッサ
ー11を接続している。双方の反応器1,21は互いに
上部領域がオーバーフロー管12を通して連通してお
り、第2の反応器21に設けるオーバーフロー管13は
処理水を取り出すものであるが、反応器をさらに多段的
に設ける場合には、後続の反応器に連通する。第1の反
応器1の循環管路4の途中には植種用水槽14が連通し
ており、植種用水槽14には、別途に予め培養した硝化
菌を含む微生物混合液を貯留している。また、第1の反
応器1の循環管路4の途中には原水供給管15が連通し
ており、原水供給管15は基端が原水貯留槽16に連通
し、途中に原水供給ポンプ17を介装している。
【0013】以下、上記構成における作用を説明する。
処理の全過程において反応器1,21における反応温度
は安定していることが望ましく、反応温度を一定とする
ために必要ならば、恒温水槽7から外筒ジャケット6,
26に一定温度に調温した調整水を通水し、各反応器
1,21内の水温を一定に維持する。
【0014】始めに、硝化菌を含む微生物の植種を行う
ために、植種用水槽14に貯留した微生物混合液を循環
管路4を通して第1の反応器1に供給するとともに、オ
ーバーフロー管12を通して第2の反応器に供給する。
このとき、コンプレッサー11から送気管10および送
気分管9,29を通して各散気装置8,28に供給する
空気ないしは酸素を含む曝気用気体を、散気装置8,2
8から各反応器1,21の槽内混合液に曝気し、各反応
器1,21内を好気的な環境に維持する。また、各循環
ポンプ5,25を駆動して流動床2,22に対して反応
器1,21内の槽内混合液を底部から上部領域に向けて
上向流で通水し、上部領域の槽内混合液を循環管路4,
24を通して反応器1,21の底部に循環させ、各流動
床2,22の活性炭3ないしイオン交換体23に微生物
を付着させる。
【0015】この状態で、原水貯留槽16に貯留する廃
水、つまり有機物質とアンモニア性窒素を含有する廃水
を原水ポンプ17により原水供給管15を通して第1の
反応器1の循環管路4に供給するとともに、第1の反応
器1から第2の反応器21へオーバーフロー管12を通
して巡回させ、各反応器1,21において好気条件下で
廃水を硝化する。
【0016】適当期間の運転後において、第1の反応器
1は、硝化菌と有機物分解菌とを、流動床2を形成する
活性炭3に付着させて馴養する状態にあり、活性炭3は
無数の微細孔を有する多孔材質であるために、微生物を
高密度に担持する。また、活性炭3は吸着能によって廃
水中の含有物質の内で硝化を阻害する有機物質を吸着除
去する。
【0017】このため、第1の反応器1においては、活
性炭3に付着した硝化菌よる硝化反応が有機物質に阻害
されることなく進行し、廃水中のNH4 −Nの濃度が低
下する。また、有機物分解菌が活性炭3に吸着する有機
物質を順次に酸化分解除去し、活性炭3の吸着能を再生
するので、活性炭3が生物活性炭として機能し、吸着の
飽和による破過現象は見られない。
【0018】第2の反応器21においては、流動床22
を形成する物質、つまりイオン交換体23に付着させて
硝化菌を馴養する状態にある。また、第2の反応器21
へ巡回する廃水は第1の反応器1において既に有機物質
を除去したものである。
【0019】このため、第2の反応器21においては、
硝化を阻害する有機物質が低濃度にしか存在せず、イオ
ン交換体23を形成するゼオライト等のイオン交換能に
よってNH4 −Nを吸着し、この吸着したNH4 −Nを
硝化菌により硝化するので、硝化速度が増大する。
【0020】以下に、本願発明の効果を示す実験例を説
明する。 (実験1) 比較の対照となる従来の構成 装置構成 図1に示す構成と同様 装置仕様 第1,第2の反応器の形状 内径100mm ×直塔部高1000mm×有効内容積(水深900mm
)7l 充填材(第1、第2の反応器の双方の流動床) 0.3 〜0.5 mm粒径の合成ゼオライト 1kg/ 塔 運転方法 先に述べた運転方法と同様 対象原水 下水汚泥乾燥機の排ガススクラバー排水 原水の水質 NH4 −N 100 〜450 mg/l BOD 300 〜2500 mg/l DOC 110 〜900 mg/l pH 8.5 〜9.0 平均水温 28 ℃ 流量 16 l/日 図2は上記の実験におけるNH4 −Nの処理成績を示す
ものであり、硝化反応が認められる活性汚泥を反応器に
入れ、馴養後の水質分析を示すものである。
【0021】図2に示すように、NH4 −N 200 mg/l
前後の原水に対し、1塔目の反応器の硝化率が悪く、2
塔目でようやく20〜80mg/l程度となった。このときの平
均的な硝化速度は、約1.5 mg-N/g-セ゛オライト・日 であっ
た。このことは、BODあるいはDOC(溶解性有機炭
素)として含まれる有機物質が硝化反応に何らかの阻
害、抑制要因として作用し、1塔目の反応器での硝化速
度を著しく低下させ、全体の効率を落としていると言え
る。 (実験2) 本実施例の構成 装置構成 図1に示す構成と同様 装置仕様 第1,第2の反応器の形状 内径200mm ×直塔部高1500mm×有効内容積47l 充填材 第1の反応器の流動床 粒径0.9 〜1.1mm の粒状活性炭7kg 第2の反応器の流動床 0.3〜0.5 mm粒径の天然ゼオライト20kg 運転方法 先に述べた運転方法と同様 対象原水 下水汚泥乾燥機の排ガススクラバー排水 原水の水質 NH4 −N 100 〜600 mg/l (平均220mg/l ) T−N 110 〜650 mg/l (平均230mg/l ) BOD 250 〜3000 mg/l (平均650mg/l ) DOC 100 〜1100 mg/l (平均320mg/l ) pH 8.5 〜9.0 平均水温 28 ℃ 流量 6 l/h(RUN1)、10 l/h(RUN
2) 図3は上記の実験におけるNH4 −Nの処理成績を示す
ものであり、40日後から100日の間は原水流量を6
l/h(RUN1)とし、以降10 l/h(RUN2)に負荷
をあげて運転した。
【0022】図3に示すように、RUN1においては原
水中のNH4 −N濃度、有機物濃度が変動しているが、
1塔目の活性炭を充填した反応槽に対し、約4mgN/g・Ac
・dのNH4 −N負荷であった。この条件下でも、実験1
の結果と比較して、硝化阻害物質を含む同じ廃水に対し
ても硝化反応が速やかに進行し、1塔目流出水のNH 4
−N濃度はほぼ20mg/l以下となる良好な処理成績を示
し、本願発明の方法の効果が確認できた。尚、2塔目の
処理水は何れもNH4 −Nで10mg/l以下と良好であった
が、負荷としては1塔目で既に大部分が処理済であった
ため、低いものとなっている。
【0023】RUN2においては、流量負荷を上げて運
転を行った。その結果、1塔目の反応器からの流出水中
にNH4 −Nが残留するようになったが、NH4 −N除
去量からみた1塔目の硝化速度は5.1mgN/g・Ac・d程度
と高い効率を示した。2塔目の処理水はRUN1と同様
に良好な成績を示した。
【0024】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、最初
の反応器においては、活性炭が微生物を高密度に担持す
るとともに、吸着能によって廃水中の有機物質を吸着除
去するので、硝化菌よる硝化反応が有機物質に阻害され
ることなく進行し、しかも有機物分解菌による有機物質
の酸化分解除去によって活性炭の吸着能が再生されの
で、活性炭が生物活性炭として機能し、吸着の飽和によ
る破過現象が起こることがない。また、後続の反応器へ
巡回する廃水は最初の反応器において既に有機物質を除
去しているので、有機物質による阻害を受けることな
く、しかもイオン交換能を有する物質がアンモニア性窒
素を吸着し、この吸着したアンモニア性窒素を硝化菌に
より硝化することにより硝化速度が増大する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の生物学的水処理装置の全体構成図であ
る。
【図2】実験1におけるNH4 −N濃度の経日変化を示
す処理成績図である。
【図3】実験2におけるNH4 −N濃度の経日変化を示
す処理成績図である。
【符号の説明】
1,21 反応器 2,22 流動床 3 活性炭 8,28 散気装置 12 オーバーフロー管 23 イオン交換体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI C02F 3/08 ZAB C02F 3/08 ZABB 3/30 ZAB 3/30 ZABB (72)発明者 脇田 潮 大阪府大阪市浪速区敷津東一丁目2番47 号 株式会社クボタ内 (56)参考文献 特開 平5−64793(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C02F 3/34 101 C02F 3/30

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 流動床を有して曝気により器内を好気的
    な環境に維持する複数の反応器を直列に配置し、最初の
    反応器に流動床を形成する物質として有機物質に対する
    吸着能を有した活性炭を充填し、後続の反応器に流動床
    を形成する物質としてアンモニア性窒素に対するイオン
    交換能を有した物質を充填し、植種用の微生物混合液を
    各反応器に循環して前段の反応器の流動床に有機物分解
    菌と硝化菌を馴養し、後段の反応器の流動床に硝化菌を
    馴養した後に、この複数の反応器からなる系内に有機物
    質とアンモニア性窒素を含有する廃水を巡回させ、各反
    応器で廃水を循環させながら好気条件下で有機物質の酸
    化分解除去とアンモニア性窒素の硝化とを行うことを特
    徴とするアンモニア性窒素含有廃水の生物学的水処理方
    法。
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