JP3671742B2 - 生物脱窒処理方法 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、硝酸カルシウム含有排水の生物脱窒処理に当り、炭酸カルシウムスケールの発生を防止する目的で酸を添加して処理する方法に係り、詳しくは、この方法において必要最少量の酸添加量で炭酸カルシウムスケールの発生を確実に防止して効率的な生物脱窒処理を行う生物脱窒処理方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
化学工場や医薬製造工場、その他ステンレス製造工場等から排出される排水には、硝酸を含む酸性排水がある。従来、これらの硝酸含有排水の処理には、消石灰やカセイソーダを用いた中和処理を行った後、生物脱窒処理を行う方式が一般的には採用されている。この中和処理においては、特に中和剤のコスト低減を目的として、安価な消石灰が多く使用されている。中和処理に消石灰を用いた場合、排水中の硝酸は、中和処理後、カルシウムと結合した硝酸カルシウム[Ca(NO32]の形態となっている。この硝酸カルシウムを含む排水を生物脱窒処理すると、脱窒反応槽で発生した重炭酸塩[HCO3 -]とカルシウムが反応して、炭酸カルシウム[CaCO3]を生成し、脱窒反応槽内や配管内のスケール発生源となる。
【0003】
そこで、従来においては、この炭酸カルシウムのスケールの生成を防止するために、脱窒反応槽内に酸を注入し、炭酸カルシウムを溶解性の塩化カルシウム[CaCl2]とすることが一般的に行われている。この場合、酸の添加量の制御手段としては、脱窒反応槽内に設置したpH計と塩酸注入ポンプとを連動し、炭酸カルシウムの発生が少ないpH7以下となるように酸注入量を調整する方法が採られている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、多くの場合、脱窒反応槽内に流入する処理対象排水はアルカリ度が高く、このためpH7以下となるように塩酸注入量を調整する従来の制御方法では、多量の酸が必要となる。また、pH計のセンサー部分に炭酸カルシウムが析出するために、pH計の誤作動を招き、酸注入量に過不足が生じ、必要以上の酸を注入することで薬剤コストが高騰したり、酸注入量不足で炭酸カルシウムのスケールが発生したりする場合がある。このようなpH計の誤作動を防止するためには、頻繁にpH計のメンテナンスを行うことが必要となる。
【0005】
本発明は上記従来の問題点を解決し、硝酸カルシウム含有排水の生物脱窒処理に当り、炭酸カルシウムスケールの発生を防止する目的で酸を添加して処理する方法において、必要最少量の酸添加量で炭酸カルシウムスケールの発生を確実に防止して効率的な生物脱窒処理を行うことができる生物脱窒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】
本発明の生物脱窒処理方法は、硝酸カルシウム含有排水に酸を添加して脱窒反応槽にて生物脱窒処理する方法において、該脱窒反応槽の窒素負荷量に応じて前記酸の添加量を制御することを特徴とする。
【0007】
一般に、生物脱窒処理においては、処理対象排水中にBOD源が含まれていない場合や、BOD濃度が脱窒反応を行わせるに不足している場合は、補助用脱窒基質として、メタノール等の水素供与体を添加することが行われている。この水素供与体としてメタノールを用い、酸として塩酸を用いた場合の、硝酸カルシウムの脱窒反応は下式に示す通りである。
【0008】
5CH3OH+3Ca(NO32+6HCl
→5CO2+3N2+3CaCl2+13H2
量論的には、3モルの硝酸カルシウムを脱窒するには、5モルのメタノールが必要とされ、中和用に6モルの塩酸が必要である。即ち、窒素1kgの脱窒には、塩酸(純塩酸)は重量比で2.6kgが必要となる(ここで、この窒素1kgの脱窒に必要な純塩酸量を「対窒素塩酸係数」と称す。)。或いは、水素供与体として1kgのメタノールを添加する脱窒反応において、塩酸(純塩酸)は1.37kg必要となる(同様に、このメタノール1kgを用いた脱窒に必要な純塩酸量を「対メタノール塩酸係数」と称す。)。
【0009】
従って、脱窒反応槽に流入する排水の窒素負荷量又は水素供与体としてのメタノール添加量を測定し、窒素負荷量に対窒素塩酸係数を、或いはメタノール添加量に対メタノール塩酸係数を乗じた塩酸量を添加することにより、量論的には排水中のカルシウムを塩化カルシウム[CaCl2]として溶解させて炭酸カルシウムの発生を防止することが可能であると考えられる。
【0010】
しかし、実際の排水中には少量ながらBOD源が含まれていたり、或いは含有されるBOD源と窒素との存在割合が変動したりするため、水素供与体としてのメタノールの形態にのみ基いた対メタノール塩酸係数を用いた塩酸添加量の制御では、BOD源が排水中には含まれず水素供与体として投入したメタノールのみがBOD源となる場合以外は対応し得ない。
【0011】
従って、本発明においては、窒素負荷量に対応した対窒素塩酸係数から塩酸添加量を制御する。
【0012】
ただし、上記脱窒反応式から求めた対窒素塩酸係数=2.6は量論的に得られた値であり、実際に適用する係数は、処理対象排水を用いた予備検討から求める必要がある。即ち、実際には、窒素の一部(ないしメタノールの一部)は脱窒汚泥の増殖に用いられるため、窒素1kgの脱窒に必要とされる塩酸量は上記対窒素塩酸係数よりも低くなるため、実制御で用いる対窒素塩酸係数は、予備実験を行うなどして求める必要がある(なお、対メタノール塩酸係数についても同様のことが言える。)。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【0014】
本発明の方法は、硝酸カルシウム含有排水に酸を添加して脱窒反応槽で生物脱窒処理するに当り、該脱窒反応槽の窒素負荷量に応じて酸添加量を制御すること以外は通常の処理条件で実施することができる。
【0015】
実際の処理設備においては、通常、原水である硝酸カルシウム含有排水の窒素濃度及び水量を連続的に測定し、脱窒反応槽への流入窒素負荷量を求め、当該原水を用いて予め行った予備実験で求めた対窒素塩酸係数をこの窒素負荷量に乗じて塩酸添加量を演算し、この結果に基いて塩酸の添加制御を行うことができる。
【0016】
なお、前述の説明では、水素供与体としてメタノールを例示したが、本発明において、添加する水素供与体としてはメタノールに何ら限定されず、エタノール、酢酸等の従来の生物脱窒処理で用いられている水素供与体であれば適用可能である。このような水素供与体は、脱窒反応槽に直接添加しても良く、また、原水の流入配管に注入して原水と共に脱窒反応槽に導入しても良い。同様に塩酸についても脱窒反応槽に直接添加しても良く、また、硝酸カルシウム含有排水の流入配管に注入しても良い。
【0017】
【実施例】
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
【0018】
実施例1
水素供与体としてメタノールを用い、消石灰で中和処理を行っているステンレス製造工場から排出される洗浄排水の生物脱窒処理設備で、本発明の実証確認運転を行った。この洗浄排水は硝酸性窒素濃度が200〜350mg−N/Lの範囲で変動し、処理設備の脱窒反応槽容量当たりの窒素負荷量は、0.2〜2.4kg/m3/日の範囲で大幅な変動を生じている。また、脱窒反応槽に流入する中和処理液のカルシウム濃度は300〜600mg/Lの範囲で変動している。
【0019】
同排水を用いた予備脱窒試験の結果から、排水中のカルシウムを塩化カルシウムとするための塩酸量は、窒素負荷量に対して純塩酸として重量比で2.3(即ち、対窒素塩酸係数=2.3)であった(これは、比重1.18の35%塩酸として窒素1kgに対し5.6Lに相当する。)。
【0020】
この予備試験から得られた対窒素塩酸係数=2.3を用い、窒素負荷量から求めた塩酸投入量を実際に脱窒反応槽に投入する方式で運転を行った。即ち、原水流量と8分間隔で測定した窒素濃度とから窒素負荷量を求め、この窒素負荷量をシーケンサーに取り込み、この窒素負荷量に予備試験から得た対窒素塩酸係数=2.3を乗じて塩酸投入量を演算し、この演算結果に基いて塩酸投入ポンプの回転数を制御することにより、塩酸の投入制御を行った。
【0021】
その結果、1日の35%塩酸の平均投入量は、排水1m3当たり1.73Lとなった。この運転時の平均窒素負荷量は1.3kg/m3/日、原水の平均窒素濃度は310mg/Lであり、処理水の窒素濃度は1mg/L以下であった。また、原水の平均カルシウム濃度は430mg/L、処理水中のカルシウム濃度は421mg/Lであった。このカルシウム収支からカルシウムの多くは塩化カルシウムとして溶解し、炭酸カルシウムとして析出しているカルシウムはわずかであると予想された。脱窒反応槽内のpHは7.3〜7.5の範囲であった。
【0022】
比較例1
実施例1と同一の生物脱窒処理設備において、同等の原水水質及び負荷量で運転を行う場合において、従来のpH計に基づく塩酸投入量の制御により、脱窒反応槽内のpHが7.2〜7.3となるようにpH計と連動する塩酸投入ポンプで塩酸投入量を制御したところ、1日の35%塩酸の投入量は、排水1m3当たり2.0〜2.5Lとなった。
【0023】
実施例1及び比較例1から、窒素負荷量に対応して塩酸投入量を制御することにより、従来のpH計による塩酸投入量制御の場合に比べて、使用する塩酸量を14〜30%低減できることが確認された。
【0024】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の生物脱窒処理方法によれば、窒素負荷量に基いて適正な塩酸投入量制御を行うことができるため、
▲1▼ 従来のpH計に基づく塩酸投入量制御に比べて、使用する塩酸量を大幅に低減できる。
▲2▼ pH計のメンテナンスの問題が解消され、また、pH計の誤作動による塩酸投入量の過不足の問題もなくなる。
▲3▼ 炭酸カルシウムスケールの発生を確実に防止することができる。
▲4▼ 既設の装置にも、簡易な演算設備、窒素負荷量測定装置、塩酸投入ポンプの制御装置を設置することで容易に適用可能である。
といった効果が奏され、安定かつ効率的な生物脱窒処理を行える。

Claims (1)

  1. 硝酸カルシウム含有排水に酸を添加して脱窒反応槽にて生物脱窒処理する方法において、該脱窒反応槽の窒素負荷量に応じて前記酸の添加量を制御することを特徴とする生物脱窒処理方法。
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