JP3491794B2 - 汚水の窒素高度除去方法および装置 - Google Patents

汚水の窒素高度除去方法および装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は下水などのアンモニ
ア含有汚水を高度に浄化する技術に関し、特に窒素成分
を従来技術よりも著しく高い除去率で除去可能で、余剰
汚泥発生量が従来より大幅に減少する新規技術に関す
る。
【0002】
【従来の技術】下水などの汚水の窒素を除去する方法と
して最も代表的な技術は硝化液循環型生物学的硝化脱窒
素法である。この技術は有機性汚水を生物学的脱窒素部
に供給し、その脱窒素液を硝化部に供給してアンモニア
を硝化し、硝化液の一部を脱窒素部に循環し他部を沈殿
槽等に供給し活性汚泥を分離し処理水を得るものであ
る。硝化部に硝化菌を固定化した担体を投入する技術も
最近実用化されている。この方法は下水を処理する場合
窒素除去率80%程度が得られ、処理水にはアンモニア
はほとんど残らず硝酸性窒素とSSが10mg/リット
ル程度残留する。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしこの方法では窒
素除去率を90%以上とすることは原理的に不可能であ
り放流水域の富栄養化を防止するには非常に不十分であ
った。従来の方法において窒素除去率を高めるには第2
の脱窒素部を硝化部の後に設け、メタノールなどの高価
な有機炭素源を添加しなければならないが、薬品コスト
がかなり増加するため実際には実施困難であった。また
汚泥発生量が多量であり、汚泥処理処分が大きな問題に
なっていた。本発明は従来の生物学的窒素除去法の問題
点を解決した新規技術を確立し、安定して極めて高い窒
素除去率を得ることができ、汚泥発生量の低減も可能な
新システムを提供することを課題とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明者は、生物学的硝
化脱窒素法のプロセス構成を変革し、原水SS成分また
は活性汚泥の嫌気性条件での加熱、ゼオライトによる選
択的イオン交換法などのアンモニアの物理化学的除去を
新規な態様で組み込むことにより上記課題を達成できる
ことを見いだした。すなわち本発明は、(1)下水など
の汚水を第1の固液分離工程で固液分離しその分離水を
第1の脱窒素工程、硝化工程および第2の脱窒素工程を
順に有する硝化液循環型生物学的硝化脱窒素工程で処理
した後、活性汚泥を第2の固液分離工程で固液分離して
生物処理水を得る汚水の窒素高度除去方法において、第
1の固液分離工程で分離したSS成分または第2の固液
分離工程で分離した活性汚泥を嫌気性条件で加熱するこ
とによって可溶化した後に前記第2の脱窒素工程に導入
し、前記第2の固液分離工程で固液分離した分離水をゼ
オライト系鉱物と接触させアンモニアを吸着除去し、か
つアンモニア吸着ゼオライト系鉱物を生物学的に再生
し、その再生に使用した液を前記生物学的硝化脱窒素工
の第1の脱窒素工程に供給することを特徴とする汚水
の窒素高度除去方法、
【0005】(2)第1の固液分離装置、第1の脱窒素
部と硝化部と第2の脱窒素部とを順に有する硝化液循環
型生物学的硝化脱窒素装置、および第2の固液分離装置
を有する汚水の窒素高度除去装置において、第1の固液
分離装置で分離したSS成分または第2の固液分離装置
で分離した活性汚泥を嫌気性条件で加熱する汚泥可溶化
部と、前記第2の固液分離装置で固液分離した分離水中
のアンモニアを吸着除去するゼオライト吸着部と、前記
SS成分または活性汚泥を嫌気性条件で加熱する汚泥可
溶化部の処理物を前記生物学的硝化脱窒素装置の第2の
脱窒素部に導入する経路、および前記ゼオライト吸着部
のアンモニア吸着ゼオライト系鉱物を生物学的に再生
し、その再生液を前記生物学的硝化脱窒素装置の第1の
脱窒素部に供給する経路とを有することを特徴とする汚
水の窒素高度除去装置、である。
【0006】 本発明の実施の形態例を、図1を参照し
ながら、その構成、作用を説明する。本発明にいう「ゼ
オライト」とはゼオライト、モルデナイト、クリノプチ
ライト、合成ゼオライトなどのアンモニア吸着作用を持
つゼオライト系鉱物の総称を意味する。下水などの汚水
11は、物学的硝化脱窒素工程2の硝化工程22から
循環される硝化スラリー16とともに第1の脱窒素工程
(以下、第1脱窒素工程ともいう)21に供給される。
硝化スラリー16中の硝酸性窒素は汚水11中のBOD
を利用して生物学的に脱窒素される。硝化工程22から
第2の脱窒素工程(以下、第2脱窒素工程ともいう)2
3への流出スラリーには硝酸性窒素が残留しているの
で、後述の、嫌気性微生物の作用によって汚泥を可溶化
しBOD成分を溶出させたスラリー(以下、汚泥可溶化
スラリーともいう)15を供給し、メタノールなどの薬
品を使わずに硝酸性窒素を生物学的に脱窒素する。
【0007】第1の固液分離工程(以下、第1固液分離
工程ともいう)1で分離したSS成分(初沈汚泥ともい
う)13または第2の固液分離工程(以下、第2固液分
離工程ともいう)3で分離した活性汚泥14を、所要時
間嫌気的条件で加熱すると、初沈汚泥13または活性汚
泥14中の複雑な有機物が加水分解作用によって低分子
化される(以下、この工程を生物学的可溶化工程5とも
いう)。すなわち炭水化物は単糖類、有機酸に、脂肪は
脂肪酸、グリセリンに、蛋白質はペプチド、アミノ酸、
脂肪酸に分解される。このように嫌気性加熱処理は初沈
汚泥13または活性汚泥14(以下、単にまとめて「汚
泥分」ともいう)のような複雑な有機固形物を液化する
機能を持つ。この汚泥分から可溶化した有機物を第2脱
窒素工程3の脱窒素菌のための有機炭素源(水素供与
体)に利用する。前記汚泥分を可溶化するための可溶化
槽等の温度は40〜90℃、好ましくは60〜80℃に
設定すると、可溶化が効果的に進む。可溶化槽等の滞留
時間は1時間〜4日間、好ましくは0.3〜1日(温度
60〜80℃)に設定する。
【0008】なお前記汚泥分中の蛋白質は嫌気条件での
加熱処理の過程でペプチドを経てアンモニア、硫化水素
に分解する。従って前記汚泥可溶化スラリー15には有
機物のほかにアンモニア性窒素が含まれる。このため該
汚泥可溶化スラリー15を脱窒素のための有機炭素源と
して第2脱窒素工程23に添加すると、処理水のアンモ
ニア性窒素が増加し、最終沈殿池等の第2固液分離工程
3からの処理水には数mg/リットルのアンモニアが残
留する。このアンモニアを粒状ゼオライト充填層(ゼオ
ライト吸着工程)4において吸着除去し最終的に全窒素
(T−N)が1mg/リットル以下の高度処理水を得
る。またSSもゼオライト充填層4においてろ過除去さ
れる。ゼオライト粒径は2〜3mm、ゼオライト充填層
4厚は2〜3mとするのが好適である。
【0009】汚水11の原水中のアンモニアの大部分は
生物学的に硝化脱窒素されるので、ゼオライト4によっ
てイオン交換除去すべきアンモニア濃度は大幅に減少し
ており、アンモニアの吸着容量が少なく汚水処理への実
施設規模での適用ができなかったゼオライト法が適用で
きるようになる。ゼオライト4のアンモニア吸着量が飽
和したのち、ゼオライト4からアンモニアを脱離させ、
ゼオライト4を再生する。ゼオライト4の再生法には食
塩水、苛性ソーダなどの薬液を使う方法ではなく再生薬
品の不要な生物学的な再生法を適用する。すなわちアン
モニアを飽和吸着したゼオライト4を硝化菌によって生
物学的に再生する。具体的には最終沈殿池などの第2固
液分離工程3からの処理水のゼオライト充填層4への通
水を停止し、水を供給しながらゼオライト充填層4内に
酸素含有ガスを曝気するとゼオライト4表面に硝化菌が
増殖する。この結果、ゼオライト4内部のアンモニアが
硝化菌により硝酸に酸化されゼオライト4から脱離しゼ
オライト4が再生される。ゼオライト充填層4は2系列
設け、片方のゼオライトカラムの再生中は、一方のゼオ
ライト充填層4に最終沈殿池等の第2固液分離工程3流
出水を通水し高度処理水を得るようにする。ゼオライト
4の生物再生中にゼオライトカラムに流す水は、第2固
液分離工程3処理水の一部を利用するのがよい。
【0010】ゼオライト4の生物再生条件はゼオライト
カラム内の溶存酸素が2mg/リットル以上に維持され
るように酸素含有ガスを曝気しながら水をSV1以上で
通水すると1〜2日間でゼオライト4が再生される。ゼ
オライト4の生物再生廃液中には硝酸性窒素が含まれて
いるので、生物学的硝化脱窒素処理工程2の第1脱窒素
工程21に供給し生物学的に脱窒素することにより再生
廃液17を処理できる。さらに本発明の大きな効果とし
て、汚泥発生量の大幅な低減効果があることが認められ
た。この理由は汚泥分を嫌気性条件での加熱によって可
溶化し、再び活性汚泥の基質(微生物の食料)に変換さ
せ第2脱窒素工程3に返送することによって通常は系外
に廃棄しなければならない汚泥を生物学的に炭酸ガス、
水に分解できるためである。
【0011】
【実施例】以下、実施例にて本発明をさらに詳細に説明
するが、本発明はこの実施例によって限定されるもので
はない。 《実施例1》図1の工程、装置を使用して、表1に示す
平均水質の下水を対象に本発明の実証試験を行なった。
試験条件を表2に示す。
【0012】
【表1】
【0013】
【表2】
【0014】この結果、余剰汚泥の発生量は0.4g/
日と著しく少なかった。なお通常の活性汚泥法による汚
泥発生量は4.6g/日であった。また処理水水質は表
3のように極めて良好であった。また表3には、通常の
生物学的脱窒素法を組み込んだ活性汚泥法による処理水
水質を、比較のために併記した。
【0015】
【表3】
【0016】
【発明の効果】本発明の方法は、汚泥を嫌気性条件での
加熱によって可溶化してBODを溶出させ、これを第2
脱窒素工程の有機炭素源として利用するので、メタノー
ルなどの薬品が不要である。また、可溶化汚泥中のアン
モニアに起因して最終沈殿池流出液に残留する微量のア
ンモニアをゼオライトによって吸着除去するので、高度
に窒素が除去されたT−N1mg/リットル以下の高度
処理水が得られる。ゼオライト充填層においてSSろ過
も行なわれる。更に本発明の方法は、ゼオライトを生物
再生し、再生廃液を生物学的硝化脱窒素工程で処分する
ように構成したので、ゼオライトの再生に薬品が不要で
あり、再生廃液の処分設備も不要である。その上、汚泥
を嫌気性加熱処理により可溶化し再度、活性汚泥の基質
として供給するようにしたので汚泥発生量が大幅に減少
する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の汚水の窒素高度除去方法および装置の
1例を示す図。
【符号の説明】
1 第1固液分離工程 2 生物学的硝化脱窒素工程 3 第2固液分離工程 4 ゼオライト吸着工程 5 可溶化工程 11 汚水 12 処理水 13 初沈汚泥 14 活性汚泥 15 汚泥可溶化スラリー 16 硝化スラリー 17 ゼオライト再生廃液 21 第1脱窒素工程 22 硝化工程 23 第2脱窒素工程
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C02F 3/28 - 3/34 C02F 11/00 - 11/20 C02F 3/12

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 下水などの汚水を第1の固液分離工程で
    固液分離しその分離水を第1の脱窒素工程、硝化工程お
    よび第2の脱窒素工程を順に有する硝化液循環型生物学
    的硝化脱窒素工程で処理した後、活性汚泥を第2の固液
    分離工程で固液分離して生物処理水を得る汚水の窒素高
    度除去方法において、第1の固液分離工程で分離したS
    S成分または第2の固液分離工程で分離した活性汚泥を
    嫌気性条件で加熱することによって可溶化した後に前記
    第2の脱窒素工程に導入し、前記第2の固液分離工程で
    固液分離した分離水をゼオライト系鉱物と接触させアン
    モニアを吸着除去し、かつアンモニア吸着ゼオライト系
    鉱物を生物学的に再生し、その再生に使用した液を前記
    生物学的硝化脱窒素工程の第1の脱窒素工程に供給する
    ことを特徴とする汚水の窒素高度除去方法。
  2. 【請求項2】 第1の固液分離装置、第1の脱窒素部と
    硝化部と第2の脱窒素部とを順に有する硝化液循環型生
    物学的硝化脱窒素装置、および第2の固液分離装置を有
    する汚水の窒素高度除去装置において、第1の固液分離
    装置で分離したSS成分または第2の固液分離装置で分
    離した活性汚泥を嫌気性条件で加熱する汚泥可溶化部
    と、前記第2の固液分離装置で固液分離した分離水中の
    アンモニアを吸着除去するゼオライト吸着部と、前記S
    S成分または活性汚泥を嫌気性条件で加熱する汚泥可溶
    化部の処理物を前記生物学的硝化脱窒素装置の第2の脱
    窒素部に導入する経路、および前記ゼオライト吸着部の
    アンモニア吸着ゼオライト系鉱物を生物学的に再生し、
    その再生液を前記生物学的硝化脱窒素装置の第1の脱窒
    素部に供給する経路とを有することを特徴とする汚水の
    窒素高度除去装置。
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