JP3776315B2 - アンモニアを含有する廃水の処理方法 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、アンモニアを含有する水を硝化細菌（ｎｉｔｒｉｆｙｉｎｇ ｂａｃｔｅｒｉａ）により処理する方法に関し、アンモニアは主としてニトリット（ｎｉｔｒｉｔｅ）に酸化される。
【０００２】
そのような方法は、ヨーロッパ特許第Ａ−８２６６３９号から知られている。この既知方法によれば、廃水は、約１．５日における用水滞留時間（ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｒｅｔｅｎｔｉｏｎ ｔｉｍｅ）を調節して、スラッジの保持（ｓｌｕｄｇｅ ｒｅｔｅｎｔｉｏｎ）なしに、連続攪拌されるタンク式反応器（ＣＳＴＲ）中で処理される。そのような条件下で、アンモニアをニトリットに転化する細菌には例えばニトロソモナス（Ｎｉｔｒｏｓｏｍｏｎａｓ）属が含まれ、それらは反応器からのスラッジ損失を埋め合わせるのに十分な成長速度を有し、そして一方ニトリットをニトレート（ｎｉｔｒａｔｅ）に転化する細菌には例えばニトロバクター（Ｎｉｔｒｏｂａｃｔｅｒ）属が含まれ、それらは反応器中に維持されるのに十分な成長速度を有しない。その結果として、ニトリットからニトレートへの転化が抑制され、それは、下流における脱硝プロセスにおいて減少された酸素消費および減少された電子供与体（ＣＯＤ）要求の利点を有する。この方法は、時々、高活性アンモニアリモーバルオーバーニトリット法のための単一反応器（Ｓｉｎｇｌｅ ｒｅａｃｔｏｒ ｆｏｒ Ｈｉｇｈ ａｃｔｉｖｉｔｙ Ａｍｍｏｎｉａ Ｒｅｍｏｖａｌ Ｏｖｅｒ Ｎｉｔｒｉｔｅ（ＳＨＡＲＯＮ）ｐｒｏｃｅｓｓ）として言及される。
【０００３】
この既知方法の欠点は、１〜２日を必要とする用水滞留時間は、少量だけを積んでいる大きな反応器の使用を避けがたくする。これは、相対的に薄い廃水の処理には特に不利である。
【０００４】
他のやり方は、選択された微生物を使用することである（ヨーロッパ特許第Ａ−５６２４６６号）。この方法においては、（プソドモナス（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ）、アチネトバクター（Ａｃｉｎｅｔｏｂａｃｔｅｒ）、モロクセラ（Ｍｏｒｏｘｅｌｌａ）、コリネバクテリウム（Ｃｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍ）、ミクロコッカス（Ｍｉｃｒｏｃｏｃｃｕｓ）、フラボバクテリウム（Ｆｌａｖｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ）およびバチルス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ）のような）微生物の特定の混合物を別個の反応器（いわゆる増殖器）中で成長させ、そして連続的にまたは不連続的にこれらの反応器から廃水処理用プラントの中に添加する。そのような方法の欠点は、選択された微生物の面倒な（それ故コスト高になる）培養およびバイオリアクター（ｖｉｏｒｅａｃｔｏｒ）の比較的有効でない使用である。
【０００５】
ヨーロッパ特許第Ａ−５０３５４６号には、高濃度の窒素（すなわち、水を受けつけない）を含有する廃水をタンク中に貯蔵し、次いでそのタンクの中で硝化／脱窒素作用を実施することを特徴とする方法が記載されている。造られたバイオマス（ｖｉｏｍａｓｓ）を、連続的にまたは周期的に廃水処理用プラントに移す。その失敗は、前述のＳＨＡＲＯＮプロセスの失敗に匹敵する：すなわち、低スラッジ濃度、相対的に大きな反応器容量および貧弱な沈降特性である。
【０００６】
現在、これらの欠点を克服する方法が見出された。本発明の方法においては、用水滞留時間は、スラッジ保持時間より短い。スラッジ保持時間は、常にニトレート生成性細菌（ｎｉｔｒａｔｅ−ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ ｂａｃｔｅｒｉａ）の倍増時間（ｄｏｕｂｌｉｎｇ ｔｉｍｅ：増倍時間）より短い。これは、反応器の流出液からスラッジの一部を分離し、反応器の中で分離された部分の使用を継続することにより達成される。ニトレート生成性細菌の倍増時間は、反応器中の酸素およびニトリットの濃度を減少させることによって増加させることができる。低酸素濃度、特に５％以下の空気飽和、すなわち０．４ｍｇ／Ｌ以下、は、アンモニウム酸化性細菌が消費することができるよりもより少ない酸素を供給することによって達成することができる。低ニトリット濃度は、例えば、硝化反応器中で硝化を脱窒素作用と組み合わせることにより、または別個の脱窒素作用工程から液体を再循環させることにより、達成することができる。
【０００７】
本発明の必須工程は、硝化用反応器中のスラッジ保持時間を用水滞留時間から独立して調節することである。スラッジ保持時間、酸素およびニトリットの濃度は、ニトリットが、相対的に短い用水滞留時間を用いる反応器中で硝化の主な最終生成物であるような方法において調節される。それ故、反応器の大きさを減少しかつ反応器の生産性を増加することができる。スラッジ保持時間は、非連続的に、または好ましくは連続的に、スラッジを反応器の流出液から分離し、反応器中にスラッジの一部分を保有することにより、用水滞留時間に関連して短くすることができる。保有されるスラッジの部分は、反応器中の全スラッジの少なくとも２０重量％、好ましくは５０〜９９重量％、特に６５〜９５重量％である。
【０００８】
好ましい態様において、本発明方法は、場合により、スラッジセパレーターを備えている混合連続反応器中において実施される。セパレーターは、硝化細菌が反応器中に主としてとどまるようなやり方においてスラッジの一部の保持をもたらす。スラッジセパレーターは外部のセパレーターにすることができ、そこから分離されたスラッジの一部分は反応器に返される。また、それは、内部セパレーター、例えば反応器の液体出口のすぐ近くの沈降室、にすることもできる。反応器流出液からのスラッジの分離およびその部分的再循環に加えて、また、スラッジを反応器の底部から取りだし、その部分が除かれた後に反応器に返すこともできる。
【０００９】
本発明によって処理すべき水は、認識できるレベルのアンモニア、特に５０ｍｇ／Ｌまたはそれ以上のアンモニアを含有する、市または町からの廃水、および工業、農業からの廃水またはスクラビング（ｓｃｒｕｂｂｉｎｇ）アンモニア含有ガス用に使用された水のようなこれらのレベルのアンモニアを含有する全ての水性液体、の両方のあらゆる廃水であってもよい。水は、他の異物およびまたは有機物質を含んでいてもよいし、また含まなくてもよい。硝化用反応器に使用されるべき細菌は、混合された培養菌の中に通常存在しているようなニトロソモナス属の硝化細菌のような硝化細菌が含まれる。それらは一般の活性化されたスラッジ源から得ることができる。
【００１０】
用水滞留時間は細菌のスラッジ保持時間より短い。スラッジ保持時間は、酸素およびニトリットの高濃度（３０％より多くの空気飽和および５０ｍｇより多いＮＯ₂ ^-Ｎ／Ｌ）で１〜２日であり、空気飽和およびニトリットの濃度を減少させて（約１％の空気飽和に下げるおよび３０ｍｇより少ないＮＯ₂ ^-Ｎ／Ｌ）２０〜３０日までに増加させることができる。好ましくは用水滞留時間は、スラッジ保持時間の半分より短く、例えば、３日より少ない、好ましくは１日より少ない、特に１〜１２時間、さらに特別には２〜８時間である。一般的に、硝化用反応器のスラッジ含量は１〜３０ｇ／Ｌである。
【００１１】
硝化用反応器において造られたニトリットおよび（もしあれば）ニトレートは、例えば細菌による脱窒素作用によって更に処理し、窒素を造ることができる。細菌による脱窒素作用は、ＣＯＤの様な有機電子供与体：還元当量として、有機廃物、カルボキシレート類、アルコール類（特に、メタノール）、等、を使用するニトリット（およびニトレート）の還元により、またはそれ自体酸化されて二窒素を生成するアンモニアのような必要な還元当量を提供することによる、２つの方法において生起させることができる。脱窒素作用は、脱窒素細菌を含有する無酸素反応器中で硝化用反応器の流出液を処理することによって行われる。別法として、硝化用反応器は、周期的に、それを無酸素にすることによって、例えば、酸素の供給を中断し、電子供与体（ＣＯＤ、等）を添加することによって、脱窒素作用反応器として操作することができる。
【００１２】
アンモニアおよびニトリットの窒素への生物学的転化（これは、また「アナモックス法（Ａｎａｍｍｏｘ ｐｒｏｃｅｓｓ）」として言及される）は、別個の反応器中で（アナモックス反応：ＮＯ₂ ^-＋ＮＨ₄ ⁺→Ｎ₂＋２Ｈ₂Ｏの化学量論量に相応するニトリットおよび未反応アンモニアを含有する）硝化流出液を処理して二窒素ガスを造ることによって行われることができる。別法として、硝化用反応器は、有酸素条件下および無酸素条件下を交互にして、または酸素制限の条件下で連続して、操作することができる。この場合には、硝化有機体による酸素の消費は、アナモックス法のための無酸素条件を発生させる。また、アナモックス反応を触媒することが可能な細菌は一般のスラッジ源から得ることができ、それらには、プランクトマイセーテ細菌（ｐｌａｎｃｔｏｍｙｃｅｔｅ ｂａｃｔｅｒｉａ）が含まれる。アナモックス反応は、ＷＯ ９８／０７６６４の方法の第２工程に相応する。この文献の記載は本明細書の記載の一部として本明細書に加入される。
【００１３】
また、硝化用反応器の流出液は、従来の活性化されたスラッジプラントにおいて、場合によりＣＯＤ廃水と一緒に、さらに処理してもよい。
【００１４】
それ故、本発明方法の３つの主な変形を区別することができる。第１は、相対的に溶解酸素の高レベルを（２〜６ｍｇ／Ｌのオーダーで）使用することができ、その結果として１〜２日のオーダーの短いスラッジ保持時間でニトリット（および多分いくらかのニトレート）を製造し、次いでニトリットは分けて処理することができる。第２は、溶解酸素の中間レベル（０．４〜２ｍｇ／Ｌのオーダーで）を使用することができ、ニトリットだけの製造および２〜約２０日のスラッジ保持時間を形成し、再びニトリットを、前述の例えばアナモックス法において処理することができる。第３は、約０．４ｍｇ／Ｌ以下の溶解酸素レベルにおいて、同じ反応器における二窒素の製造を約２０〜３０日のスラッジ保持時間で主として実施する。
【００１５】
本発明の有利な態様において、本発明方法はアンモニア含有ガスの処理に使用される。アンモニア含有ガスをスプレーカラムにおいて水と接触させる。次いで、アンモニアを吸収した水を前述のように処理する。別法として、アンモニア含有ガスを、充填塔の中で水と接触させる。硝化細菌を充填物質上で成長させ、こうしてスクラビング工程および硝化工程を組み合わす。スラッジ保持時間を調節するために、充填物質を反応器から連続的また非連続的に除き、バイオマス（の一部）を除去後に反応器に再導入することもできる。バイオマスのための担体物質を循環させる方法は、ヨーロッパ特許第Ａ−７８５９１１号に記載されている。
【００１６】
本発明方法を実施するための装置を第１図および第２図に示した。これらの図の中で、１は、廃水供給ライン２、ガス（空気、酸素）の入口３、セパレーター４（第２図のような内部、または第１図のような外部）、液体出口５および過剰スラッジの出口６、および、場合により、セパレーター８および過剰スラッジの出口９を備えたスラッジ分離用の底部ループ７、を有する硝化用反応器である。第２図のセパレーター４は、三相セパレーター（スラッジ／液体／ガス）であってよい。スラッジ保持時間は、出口６または出口９を通ってスラッジの除去を調節することによって調節される。また、硝化用反応器１において、脱窒素作用は、周期的に反応器を無酸素にすることによって行うことができる。
【００１７】
第３図は、処理された液体を、アンモニア含有液用の入口１１および出口１２を場合により有するアナモックス反応器１０の中でさらに処理する装置を示した。
【００１８】
実施例１
７．５Ｌの反応器に、２００ｍｇ／Ｌアンモニウムを含有する水１．５Ｌ／時間（ＨＲＴ５時間）を連続して供給した。反応器を硝化細菌の集団で接種した。反応器の下流の沈降系において、スラッジを反応器流出液から分離し、全てのスラッジを連続して反応器に返した。２週間以内にアンモニウムの９５％以上がニトラートに転化した。その点からスラッジの一部（約１５％）を沈降タンクから除き、約８５％を反応器に返した。スラッジ保持時間を１．５日にセットした。２週間以内にアンモニウムの９５％以上がニトレートの代わりにニトリットに転化した。温度を３５℃に、ｐＨを７．５に調節した。
【００１９】
実施例２
硝化およびアナモックスの組み合わせ
２Ｌの順番に並べた反応器（ＳＢＲ）を１５Ｌの脱窒素作用ＳＢＲからの１ｇスラッジで接種した。サイクル時間は１２時間であった。各サイクルにおいて、ＳＢＲを１１．５の代わりに１Ｌ／日の速度において連続して満たした。１１．５時間後、攪拌を停止し、スラッジを沈降させた。１５分後、流出液をポンプで取りだし、次のサイクルを開始した。用水滞留時間は２日であり、スラッジ保持時間は２０日より長かった。
【００２０】
操作の６ヶ月の間、流入液のアンモニア濃度は７０ｍｇＮ／Ｌから４２０ｍｇＮ／Ｌに増加し、一方において反応器中の酸素濃度は１％の空気の飽和またはそれ以下を維持し、そしてニトリット濃度は２０ｍｇＮ／Ｌまたはそれより少なかった。反応器のアンモニウム除去効率は８５％であった。二窒素ガスは主な最終生成物（８８％）であった。他の生成物は、ニトレート（１１％）、Ｎ₂Ｏ（１％）およびＮＯｘ（１％より少ない）であった。二窒素ガスの製造は２種の異なった微生物を組み合わせた作用の結果であった。これは、有酸素および無酸素の条件下におけるバッチ実験における反応器からのスラッジをインキュベートすることによって示された。有酸素条件下では、スラッジはアンモニアを完全にニトリットに転化させた。ニトレートは造られなかった。これは、ニトレート生成性細菌がスラッジの中に存在しなかったことを示している。いくらかのニトレートが、無酸素条件下では、ニトリットおよびアンモニアの二窒素ガスへの転化と共に造られた。アンモニアおよびニトリットの転化およびニトレートの製造は、アナモックス法の化学量論量に相応した。これらの実験は、硝化細菌およびアナモックス細菌が反応器の中に共存し、そして二工程において連続してアンモニアを二窒素ガスに転化したことを示している。反応器中に造られたニトレートは、アナモックス法からの結果であり、ニトロバクター（Ｎｉｔｒｏｂａｃｔｅｒ）のようなニトレート生成性細菌からではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１図は、本発明方法を実施するための装置の１つの態様を示し、セパレーター４が外部に設置されている。
【図２】 第２図は、本発明方法を実施するための装置の他の態様を示し、セパレーター４が内部に設置されている。
【図３】 第３図は、処理された液体を、入口１１を有するアナモックス反応器１０の中でさらに処理する装置の態様を示した。

Claims (5)

1. 少なくとも５０ｍｇ／Ｌのアンモニアを含有する水を生物学的に処理する方法であって、前記水を、空気にさらした（ａｅｒａｔｅｄ：空気を吹き込んだ）反応器中で硝化細菌を含有するスラッジで処理し、かつ連続的に、ニトレート生成性細菌以上にニトリット生成性細菌に有利に働く反応器中のスラッジ保持時間を適用し、しかも、反応器の流出液からスラッジの一部を連続的に分離することにより、及び、こうして反応器中に保持されている分離された部分の使用を継続することにより、スラッジ保持時間を調節し、ニトレート生成性細菌の増倍時間より短くかつ０．４ｍｇ／Ｌ以下の溶解酸素濃度で２０日より長いスラッジ保持時間を適用し、そしてスラッジ保持時間の半分より短い用水滞留時間を適用することを特徴とする、前記のアンモニアを含有する水の生物学的処理方法。
2. 反応器中のニトリット濃度を３０ｍｇ／Ｌ以下に保つ、請求項１に記載の方法。
3. 脱窒素細菌の存在下にニトリットをアンモニアと反応させ、同じ反応器中で窒素分子を製造する、請求項１又は２に記載の方法。
4. 電子供与体を加えることにより、及び、酸素の供給を抑制することにより、反応器を無酸素モードに周期的に変える、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. アンモニアを含有する水を、前記の空気にさらした反応器中でアンモニア含有ガスのスクラビングから生じさせる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。

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