JP4003177B2

JP4003177B2 - Biological treatment equipment

Info

Publication number: JP4003177B2
Application number: JP2003020353A
Authority: JP
Inventors: 恒雄鈴木; 直道森; 康之八木; 立夫角野; 和一井坂; 創生田
Original assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Current assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Priority date: 2003-01-29
Filing date: 2003-01-29
Publication date: 2007-11-07
Anticipated expiration: 2023-01-29
Also published as: JP2004230259A

Description

【０００１】
本発明は生物処理装置に係り、特にメタン発酵システムに用いられる生物処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、食品残渣物や畜産廃棄物の多くは、焼却・埋立処分されている。これらのリサイクル方法として、ガス発電や燃料電池などのエネルギーが得られるメタン発酵が注目されている。
【０００３】
メタン発酵（嫌気性処理）は、嫌気性微生物を用いて汚泥中の有機物をメタンと二酸化炭素に変換する処理であり、この処理によって有機性の窒素の大部分はアンモニアに変換される。したがって、メタン発酵後の残渣物には、高濃度のアンモニアが含まれ、窒素除去処理が必要になる。
【０００４】
しかし、メタン発酵後の残渣物はＮ／ＢＯＤ比（１〜３）が小さいため、窒素除去処理するには、栄養源（メタノール添加など）や、多量（Ｎ濃度の４倍）の酸素量が必要になる。このため、従来のメタン発酵システムは、ランニングコストが高いという問題があった。
【０００５】
栄養源や多量の酸素を必要としない高濃度アンモニア含有廃水処理方法として、嫌気性アンモニア酸化(Anaerobic Ammonium Oxidation ：ANAMMOX)法と呼ばれる方法が提案されている。
【０００６】
この方法では、亜硝酸イオンとアンモニウムイオンが化学的に略等当量溶解するように調製した液を反応タンクに供給し、液温30℃、pH8.0 の下、HRT を６`23 時間とする。その結果、嫌気性アンモニア酸化細菌の関与によって、液相中の亜硝酸アンモニウムが窒素ガスに変換され系外除去される。嫌気性アンモニア酸化細菌は独立栄養性であるため、通常の他栄養性脱窒とは異なり、脱窒のための水素供与体（例えば、メタノール）を必要としない。したがって、栄養源や酸素を必要とせず、アンモニア含有廃水を処理することができる。
【０００７】
上記の嫌気性アンモニア酸化法において、嫌気性アンモニア酸化細菌の菌体合成も含めた物質収支式は下記（１）式となる。
1 ＮＨ₄ ⁺＋1.31ＮＯ₂ ^-＋0.0425ＣＯ₂→1.045 Ｎ₂＋0.220 ＮＯ₃ ^-＋1.870 Ｈ₂Ｏ＋0.090 ＯＨ^-＋0.0425ＣＨ₂Ｏ…(1)
（１）式から分かるように、嫌気性アンモニア酸化法では、原水のアンモニアと亜硝酸とのモル比が1:1.31に調製することが望ましい。
【０００８】
このようなモル比の処理水を得る方法として、SHARON法と呼ばれる窒素除去法が提案されている。この方法では、汚泥の滞留機構を持たない連続攪拌タンクリアクターにおいて、温度を30〜40℃、pHを7 〜8 程度に保ち、エアレーションを行う。この方法は、高温条件ではアンモニア酸化細菌の方が亜硝酸酸化細菌よりも成長速度が速いことを利用し、アンモニア酸化細菌を優先的に生育させる。したがって、廃水中のアンモニアが主に亜硝酸に変換される一方で、硝酸への変換量が小さくなる。これにより、アンモニアと亜硝酸が前記所定のモル比である処理水を得ることができる。
【０００９】
しかし、SHARON法は、アンモニアの酸化に伴って水素イオンが生成するので、処理水が経時的に酸性化するという問題がある。このため、塩基を添加するpH調整手段を具備させたり、或いは、反応液に生物学的脱窒反応を生起させて、この反応に伴うアルカリ度（pH）上昇によりｐＨを調整させたりする必要がある。さらに後者のpH調整手段には、脱窒機能を維持させるため、水素供与体（メタノール）供給手段を付帯する必要がある。このように、SHARON法は、pH制御や、アルカリ剤、メタノールなどの注入制御が必要であり、処理を安定させることが困難である。
【００１０】
特許文献１には、アンモニアと亜硝酸のモル比が1:1.31の処理水を得る方法として、汚泥に亜硝酸酸化細菌阻害剤を添加する方法が記載されている。この方法によれば、亜硝酸酸化細菌阻害剤によって汚泥中に含まれる亜硝酸酸化細菌の成長を抑制し、アンモニア酸化細菌を優先的に生育させる。これにより、廃水中のアンモニアが主に亜硝酸に変換されるので、アンモニアと亜硝酸のモル比を1:1.31に調製することができる。
【００１１】
【特許文献１】
特開２００１−１７０６８４号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１の方法は、亜硝酸酸化細菌阻害剤が有害な薬品であるため、現実的な方法ではない。
【００１３】
本発明はこのような事情に鑑みて成されたもので、嫌気性アンモニア酸化に適した処理水を得ることができる生物処理装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決する為の手段】
請求項１に記載の発明は前記目的を達成するために、微生物を固定化した担体を用いて処理槽内の被処理水を生物学的に処理する生物処理装置において、前記処理槽の内部に立設されるとともに、上端と下端に開口を有する筒状に形成され、有酸素ガス吹出手段によって有酸素ガスを内部に吹き付けることにより好気性領域が内部に形成される好気筒体と、前記処理槽の内部に立設されるとともに、上端と下端に開口を有する筒状に形成され、無酸素ガス吹出手段によって無酸素ガスを内部に吹き付けることにより嫌気性領域が内部に形成される嫌気筒体と、を備え、前記有酸素ガスのエアリフト効果、及び前記無酸素ガスのエアリフト効果によって、前記担体が前記好気性領域と前記嫌気性領域の両方を通過するように流動し、前記好気筒体及び前記嫌気筒体は、上端の開口が前記処理槽の中央に向けて斜めに形成されるとともに、下端の開口が前記処理槽の外側に向けて斜めに形成され、前記処理槽の底面には、前記処理槽の外側から内側に向けて下降するテーパが設けられることを特徴とする。
【００１５】
本発明の発明者は、所定の細菌を固定化した担体が好気領域と嫌気領域の両方を通過するように前記担体を流動させることによって、担体の表面の亜硝酸酸化細菌（亜硝酸を酸化して硝酸にする独立栄養細菌：硝酸細菌）の生育を抑制しつつ、その内側でアンモニア酸化細菌（アンモニアを酸化して亜硝酸にする独立栄養細菌：亜硝酸細菌）を優先的に生育させることができるという知見を得た。
【００１９】
請求項１に記載の発明は、有酸素ガス吹出手段から有酸素ガスを吹き出して好気筒体の内部に好気性領域を形成し、無酸素ガス吹出手段から無酸素ガスを吹き出すことによって嫌気筒体の内部に嫌気性領域を形成するとともに、有酸素ガスのエアリフト効果、及び無酸素ガスのエアリフト効果によって担体を流動させ、担体を好気性領域と嫌気性領域の両方に通過させる。これにより、担体にはアンモニア酸化細菌が優先的に生育し、嫌気性アンモニア酸化に適した処理水を得ることができる。
【００２０】
また、請求項１に記載の発明によれば、筒体の内部に有酸素ガスや無酸素ガスを吹き出すようにしたので、被処理水が筒体の内部を上昇して筒体の外部を下降する。すなわち、筒体を用いたことによって被処理水の循環流が形成されやすくなり、担体の流動性を向上させることができる。また、被処理水の循環流が形成されやすくなるので、有酸素ガスの噴射量、及び無酸素ガスの噴射量を減少させることができ、コストを削減することができる。
【００２１】
請求項２に記載の発明によれば、前記有酸素ガス吹出手段から吹き出す有酸素ガスの風量を調節する有酸素ガス量調節手段と、前記好気性領域の溶存酸素濃度を測定する測定手段と、を備え、前記測定手段で測定した測定値に応じて前記有酸素ガス量調節手段を制御することにより、前記好気性領域の溶存酸素濃度を調節することを特徴としている。したがって、好気性領域の溶存酸素濃度を所定値に制御することができ、その結果、処理水のアンモニアと亜硝酸を所定のモル比に制御することができる。
【００２２】
なお、請求項１に記載の発明によれば、前記好気筒体及び前記嫌気筒体は、上端の開口が前記処理槽の中央に向けて斜めに形成されるとともに、下端の開口が前記処理槽の外側に向けて斜めに形成され、前記処理槽の底面には、前記処理槽の外側から内側に向けて下降するテーパが設けられることを特徴としている。請求項１に記載の発明によれば、上端の開口が処理槽の中央に向けて斜めに形成されているので、好気性領域を通過した担体と嫌気性領域を通過した担体の両方が処理槽の中央部に流動し、混ぜ合わされる。これにより、担体を好気性領域、嫌気性領域の両方に均等に通過させることができる。
【００２３】
また、請求項１に記載の発明によれば、処理槽の底面にテーパが設けられているので、担体が処理槽の底面の外周部に堆積することを防止できる。
【００２４】
さらに、請求項１に記載の発明によれば、好気筒体、及び嫌気筒体は、下端の開口が処理槽の外側に向けて斜めに形成されているので、処理槽の底面のテーパに沿って滑り落ちる担体を下端の開口から内部に吸い込みやすい。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下添付図面に従って、本発明に係る生物処理装置の好ましい実施の形態について詳説する。
【００２８】
図１は、本発明に係る生物処理装置１０が適用されるメタン発酵システムの構成を示すブロック図である。
【００２９】
図１に示すようにメタン発酵システムは、生物処理装置１０の前段にメタン発酵装置１２を備え、生物処理装置１０の後段に嫌気性アンモニア酸化装置１４を備える。メタン発酵装置１２は、不図示の消化槽内で原料（例えば食品残渣物や畜産廃棄物）を嫌気性性処理し、メタン発酵させてメタンガスを生成させる。生成されたメタンガスは、不図示のガス回収タンクに回収される。このメタンガスは、加熱ボイラ等で燃焼されてガス発電や燃料電池などのエネルギーに変換される。また、メタンガスの一部が生物処理装置１０や嫌気性アンモニア酸化装置１４に送気されて利用される。
【００３０】
メタン発酵装置１２でメタン発酵させた後の消化液には、アンモニアが高濃度で含まれる。この消化液は５倍に希釈された後、後述する生物処理装置１０に導入される。そして、生物処理装置１０において、消化液中のアンモニアが主に亜硝酸に酸化され、アンモニアと亜硝酸が所定のモル比の処理水が得られる。
【００３１】
この処理水は、嫌気性アンモニア酸化装置１４に導入される。嫌気性アンモニア酸化装置１４では、処理水を反応タンクに供給し、液温30℃、pH8.0 の下、HRT を６`23 時間とする。その結果、嫌気性アンモニア酸化細菌の関与によって、（１）式に基づいた反応が行われ、液相中の亜硝酸アンモニウムが窒素ガスに変換され、系外に除去される。（１）式から分かるように、嫌気性アンモニア酸化装置１４に導入される処理水は、アンモニアと亜硝酸のモル比で1:1.31であることが望ましい。
【００３２】
図２は、生物処理装置１０の構成を模式的に示す側面図である。
【００３３】
生物処理装置１０は、円筒状の処理槽１６を有し、この処理槽１６に上述した消化液の希釈水（以下、被処理水という）が原水供給管１８を介して供給される。
【００３４】
処理槽１６の内部には、微生物を包括固定化した担体２０、２０…が投入されている。担体２０は、アクリルアミドポリマー水溶液などの高分子ゲルに、架橋剤を添加し、微生物を含む活性汚泥を高濃度に保持させたものであり、担体２０の内部には少なくともアンモニア酸化細菌、亜硝酸酸化細菌、脱窒細菌が保持される。担体２０の形状としては、例えば一辺が３ｍｍの立方体状に形成される。また、担体２０の比重としては、１．０３〜１．０６程度のものが使用される。
【００３５】
処理槽１６の内部には、二本の筒体（以下、好気筒体２２、嫌気筒体２４という）が設置される。好気筒体２２、及び嫌気筒体２４は、円筒状に形成されて立設されるとともに、上端の開口が被処理水の液面よりも低い位置に配置され、下端の開口が処理槽１６の底面から離れた位置に配置される。
【００３６】
好気筒体２２の下端には、エア送気管２６の先端が配置される。エア送気管２６には、ブロア２８が接続されており、このブロア２８を駆動することによって好気筒体２２の下端にエアが送気される。送気されたエアは、好気筒体２２の内部を上昇し、被処理水の液面に到達する。このエアリフト効果によって被処理水が好気筒体２２の下端から流入して好気筒体２２の内部を上昇し、上端から流出する。すなわち、エアリフト効果によって好気筒体２２の内部に被処理水の上昇流が形成される。また、好気筒体２２の内部にエアを送気することによって、好気筒体２２の内部の溶存酸素濃度が上昇する。すなわち、好気筒体２２の内部に好気性領域が形成される。好気筒体２２の内部には、不図示のＤＯ計が設けられており、このＤＯ計によって好気筒体２２の内部の溶存酸素濃度が測定される。
【００３７】
エア送気管２６には、弁３０が配設され、この弁３０によってエアの風量が調節される。弁３０は、制御装置３２に接続され、この制御装置３２によって弁３０の開度が調節される。制御装置３２は、前述したＤＯ計の測定値に基づいて弁３０の開度を調節し、測定値が０．４〜１．１ｍｇ／Ｌ、好ましくは０．５〜０．９ｍｇ／Ｌになるように弁３０の開度を制御する。なお、弁３０の開度を調節することにより、好気筒体２２の内部の溶存酸素濃度が制御されるとともに、好気筒体２２の内部における被処理水の上昇流の流速が調節される。例えば、弁３０の開度を大きくすると、溶存酸素濃度が増加するとともに、被処理水の上昇流の流速が大きくなり、担体２０の流動性を向上させることができる。
【００３８】
一方、嫌気筒体２４の下端には無酸素ガス送気管３６の先端が配置される。無酸素ガス送気管３６は、ブロア３８が接続され、このブロア３８を駆動することによって無酸素ガス３６が嫌気筒体２４の内部に送気されて吹き出される。吹き出された無酸素ガスは、嫌気筒体２４の内部を上昇し、液面まで到達する。この無酸素ガスのエアリフト効果によって被処理水が嫌気筒体２４の下端から流入して嫌気筒体２４の内部を上昇し、上端から流出する。すなわち、嫌気筒体２４の内部に被処理水の上昇流が形成される。ここで、無酸素ガスとは、酸素を含有しないガスであり、例えば窒素ガスやメタンガスなどの不活性ガスが使用される。したがって、嫌気筒体２４の内部に無酸素ガスを送気することによって、嫌気筒体２４の内部の溶存酸素濃度が低下し、嫌気性領域が積極的に形成される。なお、無酸素ガスとしてメタンガスを使用する場合には、図１のメタン発酵装置で得られたメタンガスを利用するとよい。
【００３９】
嫌気筒体２４の上端には、ガス補集容器４０が被せられている。ガス補集容器４０は、上端が密閉された円筒状に形成されており、液面まで達した無酸素ガスは、このガス補集容器４０によって補集される。ガス補集容器４０は、配管４１を介して前述したブロア３８に接続される。したがって、ブロア３８を駆動することによって、無酸素ガスが循環し、繰り返し利用される。なお、無酸素ガスが被処理水に溶解した分だけ、無酸素ガスを補給するようにするとよい。
【００４０】
無酸素ガス送気管３６には、弁４２が配設され、この弁４２によって無酸素ガスの送気量を調節できるようになっている。弁４２は、上記の制御装置３２によって開度が調節される。制御装置３２は、弁３０の開度（すなわち好気筒体２２に送気されるエアの風量）に応じて、弁４２の開度を調節し、嫌気筒体２４に送気される無酸素ガスの風量を調節する。これにより、好気筒体２２内に形成される被処理水の上昇流と、嫌気筒体２４内に形成される被処理水の上昇流との流速の比が変化するので、単位時間内に好気筒体２２を通過する担体２０の個数と、嫌気筒体２４を通過する担体２０の個数の比を調節することができる。同時に、担体２０が好気性領域に滞留する滞留時間と、担体２０が嫌気性領域に滞留する滞留時間との比を調節することができる。好気筒体２２に送気されるエアの風量と、嫌気筒体２４に送気される無酸素ガスの風量との比は、例えば１：１になるように調節される。
【００４１】
処理槽１６の内部には、回収筒４４が立設した状態で設置される。回収筒４４の上部には、回収用配管４６が接続されており、処理槽１６の水位の上昇に伴って被処理水が回収用配管４６から排出される。その際、担体２０は沈降性が良いので、回収筒４４の内部を上昇して流出することはない。排出された処理水は、図１の嫌気性アンモニア酸化装置１４に導入され、処理水に含まれる窒素成分が系外除去される。
【００４２】
次に上記の如く構成された生物処理装置１０の作用について説明する。
【００４３】
ブロア２８、３８を駆動することによって、好気筒体２２の内部にエアが送気され、嫌気筒体２４の内部に無酸素ガスが送気される。これにより、好気筒体２２の内部には好気性領域が形成され、嫌気筒体２４の内部には嫌気性領域が形成される。また、エア及び無酸素ガスのエアリフト効果によって、好気筒体２２の内部、及び嫌気筒体２４の内部に被処理水の上昇流が形成される。その結果、被処理水が好気筒体２２、嫌気筒体２４の内部を上昇し、外部を下降する循環流が形成される。
【００４４】
この循環流の流れに伴って担体２０、２０…は流動し、好気筒体２２の内部と嫌気筒体２４の内部の両方を通過する。すなわち、担体２０、２０…は好気性領域と嫌気性領域の両方を通過するように流動する。
【００４５】
ところで、担体２０の表面には亜硝酸酸化細菌が主に生育し、その内側にアンモニア酸化細菌が主に生育し、さらにその内側に脱窒細菌が生育するが、上記の如く、担体２０を好気性領域と嫌気性領域に繰り返し通過させると、表面の亜硝酸酸化細菌と内側の脱窒酸化細菌の生育を抑えつつ、中間のアンモニア酸化細菌を優先的に生育させることができる。したがって、アンモニアを硝酸まで変換させずに、亜硝酸で反応を止めることができる。これにより、処理水に含まれるアンモニアと亜硝酸のモル比を調節することができる。
【００４６】
処理水に含まれるアンモニアと亜硝酸のモル比の調節は、好気筒体２２内の溶存酸素濃度を制御することによって行うことができる。以下に、適切な溶存酸素濃度を求めた実験結果について説明する。
【００４７】
図８は、適切な溶存酸素濃度を求めた実験結果を示した図であり、（ＮＯ₂−Ｎ）／（ＮＨ₄−Ｎ）を、ＮＯ₂／ＮＨ₄に変換し、ＤＯと比較している。この実験では、有効容量３Ｌの処理槽１６、有効容量０．１５Ｌの好気筒体２２及び嫌気筒体２４を用いた。また、実験条件として、温度を３５℃、ペレット添加量を１０Ｖ／Ｖ−％、エアの供給量を毎分０．３〜１．０Ｌ、無酸素ガスの供給量を毎分１．０Ｌとした。さらに、原水として、牛糞及び食品残渣物を原料としたメタン発酵消化液を用いた。原水は、水質がＢＯＤ８００〜１０００ｍ／Ｌ、ＮＨ₄−Ｎ４００〜５００ｍｇ／Ｌのものを用い、窒素負荷０．２ｋｇ／ｍ³・日で運転した。
【００４８】
図８の結果から分かるように、アンモニアと亜硝酸のモル比を、嫌気性アンモニア酸化法に好適な1:1.31に調節するには、好気筒体２２内の溶存酸素濃度を０．４〜１．１ｍｇ／Ｌ、好ましくは０．５〜０．９ｍｇ／Ｌに制御するとよい。溶存酸素濃度が１．１ｍｇ／Ｌよりも大きいと、亜硝酸酸化細菌の活性が大きくなって処理水の硝酸濃度が増加するので、処理水の亜硝酸濃度が低下し、前記のモル比に調節することができない。逆に、溶存酸素濃度が０．４ｍｇ／Ｌよりも小さいと、好気性のアンモニア酸化細菌、及び亜硝酸酸化細菌の活性が低下するので、処理水にアンモニアが多く残存するようになり、前記のモル比に調節することができない。したがって、処理水中のアンモニアと亜硝酸のモル比を1:1.31に調節するには、好気筒体２２内の溶存酸素濃度を上記の如く制御することが必要である。なお、好気筒体２２内の溶存酸素濃度を制御するには、前述したように、弁３０の開度を制御してエアの風量を調節すればよい。
【００４９】
また、処理水中のアンモニアと亜硝酸とを所定のモル比を調節する別の方法として、好気筒体２２に送気するエアの風量と、嫌気筒体２４に送気する無酸素ガスの風量との割合を調節してもよい。エアの風量と無酸素ガスの風量との割合を調節すると、好気筒体２２、嫌気筒体２４内に形成される被処理水の上昇流の流速比が変化するため、単位時間内に好気筒体２２、嫌気筒体２４を通過する担体２０の個数比が変化し、同時に担体２０が好気筒体２２、嫌気筒体２４に滞留する滞留時間の比が変化する。例えば、エアの風量の割合を増加すれば、好気筒体２２内を通過する担体２０の個数の割合が増加し、同時に、好気筒体２２での滞留時間の割合が増加するので、担体２０に保持される好気性細菌の活性が大きくなり、好気筒体２２内の溶存酸素濃度を増加させた場合と同様に効果が得られる。反対に、無酸素ガスの風量の割合を増加すれば、嫌気筒体２４内を通過する担体２０の個数の割合が増加し、同時に嫌気筒体２４に滞留する滞留時間の割合が増加するので、担体２０に保持される嫌気性細菌の活性が大きくなり、結果として、好気筒体２２内の溶存酸素濃度を低下させた場合と同様の効果が得られる。なお、エアの風量と無酸素ガスの風量は、前述したように、弁３０と弁４２を制御することによって調節することができる。
【００５０】
以上説明したように、本実施の形態の生物処理装置１０によれば、担体２０を好気性領域と嫌気性領域の両方に通過させることにより、アンモニア酸化細菌を優先的に生育させるようにしたので、処理水に含まれるアンモニアと亜硝酸のモル比を、嫌気性アンモニア酸化法に好適な1:1.31に調節することができる。
【００５１】
また、本実施の形態によれば、好気筒体２２と嫌気筒体２４を設けたことにより被処理水の循環流が形成されやすくなり、担体２０の流動性が向上する。担体２０の流動性が向上したことによって、担体２０の内部にアンモニア酸化細菌が生育しやすくなる。
【００５２】
さらに、本実施の形態によれば、単一槽である処理槽１６の内部に好気筒体２２と嫌気筒体２４を設けた非常に簡単な構造であり、コストを削減することができる。
【００５３】
なお、上述した実施の形態は、エアと無酸素ガスを常時吹き出すようにしたが、エアと無酸素ガスを交互に間欠的に吹き出すようにしてもよい。これにより、全ての担体２０、２０…を好気性領域と嫌気性領域とに交互に通過させることができる。この場合には、エアを吹き出す時間と無酸素ガスを吹き出す時間との比を調節するとよい。また、エアと無酸素ガスを同一の筒体の内部に交互に吹き出すようにしてもよい。
【００５４】
図３は第２の実施形態の生物処理装置の構成を模式的に示す斜視図である。
【００５５】
図３に示すように、好気筒体５２の上端、及び嫌気筒体５４の上端は、処理槽５０の中央側に向けて斜めに開口されている。すなわち、好気筒体５２の上端は嫌気筒体５４側に向けて開口され、嫌気筒体５４の上端は好気筒体５２側に向けて開口されている。したがって、好気筒体５２の上端から流出した担体２０は嫌気筒体５４側に向けて送り出され、嫌気筒体５４の上端から流出した担体２０は好気筒体５２に向けて送り出される。その結果、好気筒体５２を通過した担体２０と嫌気筒体５４を通過した担体２０とが混ぜ合わされる。これにより、担体２０が好気筒体５２のみを繰り返し通過して担体２０内の亜硝酸酸化細菌の活性が大きくなったり、担体２０が嫌気筒体５４のみを繰り返し通過して担体２０内の脱窒細菌の活性が大きくなったりすることを防止できる。
【００５６】
好気筒体５２の下端、及び嫌気筒体５４の下端は、処理槽５０の外側に向けて斜めに開口されている。また、処理槽５０の底面には、好気筒体５２の下端形状、及び嫌気筒体５４の下端形状に合わせて、テーパ５０Ａ、５０Ｂが形成されている。すなわち、処理槽５０の底面には、テーパ５０Ａ、５０Ｂが処理槽５０の中央に向けて形成されている。したがって、処理槽５０の外周部に落下した担体２０は、テーパ５０Ａ、５０Ｂによって処理槽５０の中央部に向けて集められ、処理槽５０の外周部に担体２０が堆積するおそれがない。また、テーパ５０Ａ、５０Ｂに沿って落下する担体２０は、斜めに開口された好気筒体５２の下端、或いは嫌気筒体５４の下端からスムーズに吸い上げられる。したがって、担体２０を処理槽５０内でスムーズに流動させることができる。
【００５７】
上記の如く構成された第２の実施携帯の生物処理装置によれば、担体２０、２０…を処理槽５０内でスムーズに流動させることができるとともに、各担体２０が好気筒体５２、嫌気筒体５４の一方に偏って通過することを防止できる。これにより、各担体２０においてアンモニア酸化細菌の活性を大きくすることができる。
【００５８】
なお、図３に示した生物処理装置では、処理水を回収する手段として、回収塔５６が用いられる。回収塔５６は、配管５８を介して処理槽５０に接続される。配管５８は斜めに設置されており、回収塔５６との接続部が処理槽５０との接続部よりも高い位置に配置されている。担体２０は沈降性が良いので、配管５８を斜めに配設することによって、担体２０の流出を防止できる。
【００５９】
回収塔５６の内部には、遮蔽板６２が立設され、この遮蔽板６２を介して配管５８と反対側に排水管６０が接続されている。したがって、配管５８から回収塔５６内に処理水が流入すると、処理水中の懸濁物が遮蔽板６２によって分離され、清澄水が排水管６２から排出される。分離された懸濁物は沈降して、回収塔５６の下部のホッパー５６Ａに沈殿し、ポンプ６６を駆動することによって引抜き管６４から引き抜かれる。
【００６０】
なお、回収塔５６の個数は、一つに限定されるものではなく、複数であってもよい。例えば処理槽５０の両側に回収塔５６を設けるようにしてもよい。
【００６１】
また、好気筒体２２、５２、嫌気筒体２４、５４の個数や配置は、上述した実施の形態に限定されるものではない。例えば、図４に示すように、処理槽７０には、好気筒体２２と嫌気筒体２４を三本ずつ配設してもよい。同図に示す好気筒体２２と嫌気筒体２４は、交互に等しい間隔で配置されている。この処理槽７０によれば、好気筒体２２と嫌気筒体２４の個数が増えたことによって、担体２０を好気筒体２２と嫌気筒体２４により均等に通過させることができる。なお、この処理槽７０の場合にも、処理槽７０の中央部に向けて斜めに開口した好気筒体５２、嫌気筒体５４を用いたり、処理槽７０の底部に、外周部から中央部に向けて下降するテーパを設けると、担体２０の流動性を向上させることができる。
【００６２】
図５に示すように、径の大きい嫌気筒体２４を処理槽７２の中央部に一本配設するとともに、径の小さい複数本の好気筒体２２、２２…を嫌気筒体２４の周囲に配置してもよい。
【００６３】
また、好気筒体２２、５２、嫌気筒体２４、５４を設ける代わりに、同様の効果を有するように処理槽の内部を仕切ってもよい。例えば、図６に示す処理槽７４は、直交する二枚の仕切り板７６、７８によって四つのエリアＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄに仕切られている。各仕切り板７６、７８は、高さ方向において処理槽７４よりも短く形成されており、各仕切り板７６、７８の上方及び下方において、各エリアＡ〜Ｄが隣接する両エリアと連通している。エリアＡの下部には、エア送気管２６の先端が配設され、エリアＣの下部には無酸素ガス送気管３６の先端が配設される。したがって、エリアＡはエアが送気されて好気性領域になり、エリアＣは無酸素ガスが送気されて嫌気性領域になっている。また、エア及び無酸素ガスを送気することによって、被処理水は、エリアＡとエリアＣを上昇し、エリアＢとエリアＤを下降するように循環する。したがって、担体２０、２０…を好気性領域と嫌気性領域とを通過するように流動させることができる。
【００６４】
図７に示す処理槽８０では、仕切り板７６の上端が処理槽８０の上端まで形成され、仕切り板７８の下端が処理槽８０の底面まで形成される。すなわち、エリアＡは、上部がエリアＢに連通されるとともに、下部がエリアＤに連通される。また、エリアＣは、上部がエリアＤに連通されるとともに、下部がエリアＢに連通される。
【００６５】
上記の如く仕切り板７６、７８を形成すると、被処理水は、エリアＡを上昇し、エリアＢを下降し、エリアＣを上昇し、エリアＤを下降する。すなわち、担体２０は、エリアＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの順に通過する。これにより、担体２０は、エリアＡの好気性領域とエリアＣの嫌気性領域を交互に通過する。したがって、担体２０の内部に、アンモニア酸化細菌を優先的に生育させることができる。
【００６６】
なお、図６、図７の生物処理装置では、四つのエリアＡ〜Ｄを形成したが、より多くのエリアを形成するようにしてもよい。また、処理槽の形状を円筒以外の形状、例えば矩形状に形成してもよい。
【００６７】
なお、本発明に係る生物処理装置は、図１の嫌気性アンモニア処理装置１４の前段での適用に限定されるものではなく、硝化・脱窒装置として適用することも可能である。すなわち、好気筒体２２、５２の内部の溶存酸素濃度を増加させて好気筒体２２、５２の内部で被処理水に含まれるアンモニアを主に硝酸に変換させる硝化処理を行うとともに、嫌気筒体２４、５４の内部の嫌気性領域で脱窒処理を行うようにしてもよい。
【００６８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係る生物処理方法及び装置によれば、微生物を固定化した担体が好気性領域と嫌気性領域の両方を通過するようにしたので、アンモニア酸化細菌を優先的に生育させることができ、被処理水に含まれるアンモニアを主に亜硝酸に変換することができる。これにより、処理水に含まれるアンモニアと亜硝酸のモル比を調節することができ、嫌気性アンモニア処理法に適した処理水を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る生物処理装置が適用されたメタン発酵システムの構成を示すブロック図
【図２】本発明に係る生物処理装置の第１の実施形態の構成を模式的に示す側面図
【図３】本発明に係る生物処理装置の第２の実施形態の構成を模式的に示す斜視図
【図４】好気筒体と嫌気筒体の個数が異なる処理槽を示す平面図
【図５】好気筒体と嫌気筒体の配置が異なる処理槽を示す平面図
【図６】他の構成の処理槽を示す斜視図
【図７】他の構成の処理槽を示す斜視図
【図８】ＮＯ₂／ＮＨ₄とＤＯの関係を示す図
【符号の説明】
１０…生物処理装置、１２…メタン発酵装置、１４…嫌気性アンモニア酸化装置、１６…処理槽、１８…原水供給管、２０…担体、２２…好気筒体、２４…嫌気筒体、２６…エア送気管、２８…ブロア、３０…弁、３２…制御装置、３６…無酸素ガス送気管、３８…ブロア、４０…ガス補集容器、４２…弁、４４…回収筒、４６…回収用配管[0001]
  The present invention is a biological treatment.ScienceIn particular, biological treatments used in methane fermentation systems.ScienceRelated to the position.
[0002]
[Prior art]
Currently, most of food residues and livestock waste are incinerated and landfilled. As these recycling methods, methane fermentation, which can obtain energy such as gas power generation and fuel cells, has attracted attention.
[0003]
Methane fermentation (anaerobic treatment) is a treatment that converts an organic substance in sludge into methane and carbon dioxide using anaerobic microorganisms, and most of organic nitrogen is converted into ammonia by this treatment. Therefore, the residue after methane fermentation contains high-concentration ammonia and requires nitrogen removal treatment.
[0004]
However, since the residue after methane fermentation has a small N / BOD ratio (1 to 3), a nutrient source (such as methanol addition) or a large amount (4 times the N concentration) of oxygen is necessary for nitrogen removal treatment. I need it. For this reason, the conventional methane fermentation system has a problem that the running cost is high.
[0005]
A method called anaerobic ammonia oxidation (ANAMMOX) method has been proposed as a treatment method for wastewater containing high-concentration ammonia that does not require nutrient sources or a large amount of oxygen.
[0006]
In this method, a solution prepared so that nitrite ions and ammonium ions are chemically dissolved in approximately equal equivalents is supplied to the reaction tank, and the HRT is set to 6`23 hours at a solution temperature of 30 ° C. and pH 8.0. . As a result, due to the involvement of anaerobic ammonia oxidizing bacteria, ammonium nitrite in the liquid phase is converted into nitrogen gas and removed outside the system. Since anaerobic ammonia oxidizing bacteria are autotrophic, they do not require a hydrogen donor (eg, methanol) for denitrification, unlike normal auxotrophic denitrification. Therefore, it is possible to treat the ammonia-containing wastewater without requiring a nutrient source or oxygen.
[0007]
In the above-described anaerobic ammonia oxidation method, the mass balance equation including the cell synthesis of anaerobic ammonia-oxidizing bacteria is the following equation (1).
1 NH_Four ⁺+ 1.31NO₂ ^-+ 0.0425CO₂→ 1.045 N₂+0.220 NO_Three ^-+1.870 H₂O + 0.090 OH^-+ 0.0425CH₂O ... (1)
As can be seen from the equation (1), in the anaerobic ammonia oxidation method, it is desirable to adjust the molar ratio of the raw water ammonia to nitrous acid to 1: 1.31.
[0008]
As a method for obtaining treated water having such a molar ratio, a nitrogen removal method called a SHARON method has been proposed. In this method, in a continuous stirred tank reactor having no sludge retention mechanism, the temperature is maintained at 30 to 40 ° C. and the pH is maintained at about 7 to 8 to perform aeration. This method uses the fact that ammonia-oxidizing bacteria grow faster than nitrite-oxidizing bacteria under high-temperature conditions, so that ammonia-oxidizing bacteria grow preferentially. Accordingly, ammonia in the wastewater is mainly converted into nitrous acid, while the amount of conversion into nitric acid is reduced. Thereby, the treated water whose ammonia and nitrous acid are the said predetermined molar ratio can be obtained.
[0009]
However, the SHARON method has a problem that the treated water is acidified over time because hydrogen ions are generated with the oxidation of ammonia. Therefore, it is necessary to provide a pH adjusting means for adding a base, or to cause a biological denitrification reaction to occur in the reaction solution and adjust the pH by increasing the alkalinity (pH) accompanying this reaction. is there. Further, the latter pH adjusting means needs to be accompanied by a hydrogen donor (methanol) supplying means in order to maintain the denitrification function. Thus, the SHARON method requires pH control and injection control of an alkaline agent, methanol, etc., and it is difficult to stabilize the treatment.
[0010]
Patent Document 1 describes a method of adding a nitrite-oxidizing bacteria inhibitor to sludge as a method for obtaining treated water having a molar ratio of ammonia to nitrous acid of 1: 1.31. According to this method, the growth of nitrite-oxidizing bacteria contained in the sludge is suppressed by the nitrite-oxidizing bacteria inhibitor, and ammonia-oxidizing bacteria are preferentially grown. As a result, ammonia in the wastewater is mainly converted into nitrous acid, so that the molar ratio of ammonia and nitrous acid can be adjusted to 1: 1.31.
[0011]
[Patent Document 1]
JP 2001-170684 A
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
However, the method of Patent Document 1 is not a realistic method because a nitrite-oxidizing bacteria inhibitor is a harmful chemical.
[0013]
  The present invention has been made in view of such circumstances, and is a biological treatment capable of obtaining treated water suitable for anaerobic ammonia oxidation.ScienceThe purpose is to provide a device.
[0014]
[Means for solving the problems]
  In order to achieve the object, the invention according to claim 1In a biological treatment apparatus that biologically treats water to be treated in a treatment tank using a carrier on which microorganisms are immobilized, the tube is installed in the treatment tank and has openings at the upper and lower ends. The cylinder body is formed and an aerobic region is formed inside by blowing aerobic gas by an aerobic gas blowing means, and the cylinder is erected inside the processing tank, and has openings at the upper and lower ends. And an anaerobic cylinder body in which an anaerobic region is formed by blowing an oxygen-free gas inside by an oxygen-free gas blowing means. Due to the air lift effect of oxygen gas, the carrier flows so as to pass through both the aerobic region and the anaerobic region, and the upper end opening of the aerobic cylinder body and the anaerobic cylinder body is in the processing tank. The lower end opening is formed obliquely toward the outside of the processing tank, and a taper descending from the outside to the inside of the processing tank is provided on the bottom surface of the processing tank. It is characterized by being able to.
[0015]
The inventor of the present invention flows a nitrite-oxidizing bacterium (oxidizing nitrite) on the surface of the carrier by flowing the carrier so that the carrier on which a predetermined bacterium is immobilized passes through both the aerobic region and the anaerobic region. To suppress the growth of autotrophic bacteria (nitric acid bacteria) that become nitrates, while preferentially growing ammonia-oxidizing bacteria (autotrophic bacteria that convert ammonia to nitrite: nitrite bacteria) inside it I got the knowledge that I can.
[0019]
  The invention described in claim 1An aerobic region is formed inside the aerobic cylinder body by blowing out aerobic gas from the aerobic gas blowing means, and an anaerobic region is formed inside the anaerobic cylinder body by blowing out anaerobic gas from the anaerobic gas blowing means. At the same time, the carrier is caused to flow by the air lift effect of the aerobic gas and the air lift effect of the anaerobic gas, and the carrier passes through both the aerobic region and the anaerobic region. Thereby, ammonia oxidizing bacteria grows preferentially on the carrier, and treated water suitable for anaerobic ammonia oxidation can be obtained.
[0020]
Also,Claim 1According to the invention described above, since the aerobic gas and the oxygen-free gas are blown out inside the cylinder, the water to be treated rises inside the cylinder and falls outside the cylinder. In other words, the use of the cylindrical body facilitates the formation of a circulating flow of water to be treated, thereby improving the fluidity of the carrier. In addition, since the circulation flow of the water to be treated is easily formed, the injection amount of the oxygenated gas and the injection amount of the oxygen-free gas can be reduced, and the cost can be reduced.
[0021]
  Claim 2According to the invention described in the above, it comprises: an aerobic gas amount adjusting means for adjusting the air volume of the aerobic gas blown out from the aerobic gas blowing means; and a measuring means for measuring the dissolved oxygen concentration in the aerobic region, The dissolved oxygen concentration in the aerobic region is adjusted by controlling the aerobic gas amount adjusting means according to the measurement value measured by the measuring means. Therefore, the dissolved oxygen concentration in the aerobic region can be controlled to a predetermined value, and as a result, the ammonia and nitrous acid in the treated water can be controlled to a predetermined molar ratio.
[0022]
  Claim 1According to the invention described above, the favorable cylinder body and the negative cylinder body are formed such that the opening at the upper end is inclined toward the center of the processing tank, and the opening at the lower end is directed toward the outside of the processing tank. It is formed obliquely, and a taper that descends from the outside to the inside of the processing tank is provided on the bottom surface of the processing tank.Claim 1According to the invention described in the above, since the opening at the upper end is formed obliquely toward the center of the treatment tank, both the carrier that has passed through the aerobic region and the carrier that has passed through the anaerobic region are in the central portion of the treatment tank. To be mixed and mixed. Thereby, a support | carrier can be allowed to pass equally to both an aerobic area | region and an anaerobic area | region.
[0023]
  Also,Claim 1Since the taper is provided in the bottom face of the processing tank, it can prevent that a support | carrier accumulates on the outer peripheral part of the bottom face of a processing tank.
[0024]
  further,Claim 1According to the invention described in (4), the cylinder body and the cylinder body have lower end openings formed obliquely toward the outside of the processing tank, so that the carrier sliding down along the taper on the bottom surface of the processing tank It is easy to suck in from the opening.
[0027]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  Hereinafter, the biological treatment according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.ScienceA preferred embodiment of the apparatus will be described in detail.
[0028]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a methane fermentation system to which a biological treatment apparatus 10 according to the present invention is applied.
[0029]
As shown in FIG. 1, the methane fermentation system includes a methane fermentation apparatus 12 at the front stage of the biological treatment apparatus 10 and an anaerobic ammonia oxidation apparatus 14 at the rear stage of the biological treatment apparatus 10. The methane fermentation apparatus 12 performs anaerobic treatment of raw materials (for example, food residue and livestock waste) in a digestion tank (not shown), and causes methane fermentation to generate methane gas. The generated methane gas is recovered in a gas recovery tank (not shown). This methane gas is burned by a heating boiler or the like and converted into energy such as gas power generation or a fuel cell. A part of the methane gas is sent to the biological treatment apparatus 10 and the anaerobic ammonia oxidation apparatus 14 for use.
[0030]
The digested liquid after methane fermentation by the methane fermentation apparatus 12 contains ammonia at a high concentration. This digested liquid is diluted 5 times and then introduced into the biological treatment apparatus 10 described later. In the biological treatment apparatus 10, ammonia in the digested liquid is mainly oxidized to nitrous acid, and treated water having a predetermined molar ratio of ammonia and nitrous acid is obtained.
[0031]
This treated water is introduced into the anaerobic ammonia oxidizer 14. In the anaerobic ammonia oxidizer 14, treated water is supplied to the reaction tank, and the HRT is set to 6'23 hours under a liquid temperature of 30 ° C. and a pH of 8.0. As a result, the reaction based on the formula (1) is performed by the participation of anaerobic ammonia oxidizing bacteria, and ammonium nitrite in the liquid phase is converted into nitrogen gas and removed out of the system. As can be seen from the equation (1), it is desirable that the treated water introduced into the anaerobic ammonia oxidizer 14 has a molar ratio of ammonia and nitrous acid of 1: 1.31.
[0032]
FIG. 2 is a side view schematically showing the configuration of the biological treatment apparatus 10.
[0033]
The biological treatment apparatus 10 has a cylindrical treatment tank 16, and the above-described digestive juice dilution water (hereinafter, treated water) is supplied to the treatment tank 16 via a raw water supply pipe 18.
[0034]
In the treatment tank 16, carriers 20, 20,. The carrier 20 is obtained by adding a cross-linking agent to a polymer gel such as an aqueous solution of an acrylamide polymer to maintain a high concentration of activated sludge containing microorganisms. Inside the carrier 20 is at least ammonia-oxidizing bacteria and nitrite oxidation. Bacteria and denitrifying bacteria are retained. As a shape of the carrier 20, for example, it is formed in a cubic shape with a side of 3 mm. The specific gravity of the carrier 20 is about 1.03 to 1.06.
[0035]
Two cylinders (hereinafter referred to as a cylinder body 22 and a cylinder body 24) are installed inside the processing tank 16. The cylinder body 22 and the cylinder body 24 are formed in a cylindrical shape and are erected, and the upper end opening is disposed at a position lower than the liquid level of the water to be treated, and the lower end opening is disposed in the treatment tank 16. It is arranged at a position away from the bottom surface.
[0036]
At the lower end of the cylinder body 22, the tip of the air supply pipe 26 is disposed. A blower 28 is connected to the air supply pipe 26, and air is supplied to the lower end of the cylinder body 22 by driving the blower 28. The supplied air rises inside the cylinder body 22 and reaches the liquid level of the water to be treated. Due to this air lift effect, the water to be treated flows from the lower end of the cylinder body 22 and rises inside the cylinder body 22 and flows out from the upper end. In other words, an upward flow of the water to be treated is formed inside the cylinder body 22 by the air lift effect. Further, by supplying air into the cylinder body 22, the dissolved oxygen concentration inside the cylinder body 22 increases. That is, an aerobic region is formed inside the good cylinder body 22. A DO meter (not shown) is provided inside the good cylinder body 22, and the dissolved oxygen concentration inside the good cylinder body 22 is measured by this DO meter.
[0037]
The air supply pipe 26 is provided with a valve 30, and the air volume is adjusted by the valve 30. The valve 30 is connected to a control device 32, and the opening degree of the valve 30 is adjusted by the control device 32. The control device 32 adjusts the opening degree of the valve 30 based on the measured value of the DO meter described above, and the measured value becomes 0.4 to 1.1 mg / L, preferably 0.5 to 0.9 mg / L. Thus, the opening degree of the valve 30 is controlled. In addition, by adjusting the opening degree of the valve 30, the dissolved oxygen concentration inside the good cylinder body 22 is controlled, and the flow rate of the ascending water in the good cylinder body 22 is adjusted. For example, when the opening degree of the valve 30 is increased, the dissolved oxygen concentration increases and the flow rate of the rising flow of the water to be treated increases, so that the fluidity of the carrier 20 can be improved.
[0038]
On the other hand, the tip of an oxygen-free gas supply pipe 36 is disposed at the lower end of the cylinder body 24. A blower 38 is connected to the oxygen-free gas supply pipe 36. By driving the blower 38, the oxygen-free gas 36 is supplied to the inside of the cylinder body 24 and blown out. The oxygen-free gas blown out rises inside the cylinder body 24 and reaches the liquid level. Due to the air lift effect of the oxygen-free gas, the water to be treated flows from the lower end of the cylinder body 24 and rises inside the cylinder body 24 and flows out from the upper end. That is, an upward flow of water to be treated is formed inside the cylinder body 24. Here, the oxygen-free gas is a gas not containing oxygen, and for example, an inert gas such as nitrogen gas or methane gas is used. Therefore, by sending oxygen-free gas into the anaerobic cylinder body 24, the dissolved oxygen concentration inside the anaerobic cylinder body 24 is lowered, and an anaerobic region is positively formed. In addition, when using methane gas as anoxic gas, it is good to utilize the methane gas obtained with the methane fermentation apparatus of FIG.
[0039]
A gas collecting container 40 is put on the upper end of the cylinder body 24. The gas collection container 40 is formed in a cylindrical shape whose upper end is sealed, and the oxygen-free gas reaching the liquid level is collected by the gas collection container 40. The gas collection container 40 is connected to the blower 38 described above via a pipe 41. Therefore, by driving the blower 38, the oxygen-free gas circulates and is used repeatedly. Note that the oxygen-free gas is preferably replenished by the amount of the oxygen-free gas dissolved in the water to be treated.
[0040]
The oxygen-free gas supply pipe 36 is provided with a valve 42, which can adjust the amount of oxygen-free gas supplied. The opening degree of the valve 42 is adjusted by the control device 32 described above. The control device 32 adjusts the opening degree of the valve 42 in accordance with the opening degree of the valve 30 (that is, the air volume supplied to the cylinder body 22), and the oxygen-free gas supplied to the cylinder body 24 Adjust the airflow. As a result, the ratio of the flow rates of the upward flow of the water to be treated formed in the cylinder 22 and the upward flow of the water to be processed in the cylinder 24 changes, so that the flow rate is good within the unit time. The ratio between the number of carriers 20 passing through the cylinder body 22 and the number of carriers 20 passing through the cylinder body 24 can be adjusted. At the same time, the ratio of the residence time in which the carrier 20 stays in the aerobic region and the residence time in which the carrier 20 stays in the anaerobic region can be adjusted. The ratio of the air volume sent to the cylinder body 22 and the oxygen-free gas volume sent to the cylinder body 24 is adjusted to be 1: 1, for example.
[0041]
Inside the treatment tank 16, a collection cylinder 44 is installed in a standing state. A recovery pipe 46 is connected to the upper portion of the recovery cylinder 44, and the water to be treated is discharged from the recovery pipe 46 as the water level of the treatment tank 16 rises. At this time, since the carrier 20 has good sedimentation property, the carrier 20 does not rise inside the collection cylinder 44 and flow out. The discharged treated water is introduced into the anaerobic ammonia oxidizer 14 of FIG. 1, and nitrogen components contained in the treated water are removed from the system.
[0042]
Next, the operation of the biological treatment apparatus 10 configured as described above will be described.
[0043]
By driving the blowers 28 and 38, air is supplied to the inside of the favorable cylinder body 22, and oxygen-free gas is supplied to the inside of the negative cylinder body 24. As a result, an aerobic region is formed inside the aerobic cylinder body 22 and an anaerobic region is formed inside the anaerobic cylinder body 24. In addition, due to the air lift effect of air and oxygen-free gas, an upward flow of water to be treated is formed inside the cylinder body 22 and inside the cylinder body 24. As a result, a circulating flow is formed in which the water to be treated rises inside the cylinder body 22 and the cylinder body 24 and descends outside.
[0044]
The carriers 20, 20... Flow along with the circulation flow and pass through both the inside of the good cylinder body 22 and the inside of the cylinder body 24. That is, the carriers 20, 20... Flow so as to pass through both the aerobic region and the anaerobic region.
[0045]
By the way, nitrite-oxidizing bacteria mainly grow on the surface of the carrier 20, ammonia-oxidizing bacteria mainly grow on the inside thereof, and denitrifying bacteria grow on the inside thereof. As described above, the carrier 20 is preferred. By repeatedly passing through the aerobic region and the anaerobic region, it is possible to preferentially grow intermediate ammonia-oxidizing bacteria while suppressing the growth of the surface nitrite-oxidizing bacteria and the inner denitrifying-oxidizing bacteria. Therefore, the reaction can be stopped with nitrous acid without converting ammonia to nitric acid. Thereby, the molar ratio of ammonia and nitrous acid contained in the treated water can be adjusted.
[0046]
Adjustment of the molar ratio of ammonia and nitrous acid contained in the treated water can be performed by controlling the dissolved oxygen concentration in the cylinder 22. Below, the experimental result which calculated | required appropriate dissolved oxygen concentration is demonstrated.
[0047]
FIG. 8 is a diagram showing the experimental results for obtaining an appropriate dissolved oxygen concentration.₂-N) / (NH_Four-N), NO₂/ NH_FourIs converted to DO and compared with DO. In this experiment, a treatment tank 16 having an effective capacity of 3 L, a good cylinder body 22 and a negative cylinder body 24 having an effective capacity of 0.15 L were used. As experimental conditions, the temperature was 35 ° C., the pellet addition amount was 10 V / V-%, the air supply amount was 0.3 to 1.0 L / min, and the oxygen-free gas supply rate was 1.0 L / min. . Furthermore, as raw water, a methane fermentation digestive juice made from cow dung and food residue was used. Raw water has a water quality of BOD800-1000m / L, NH_Four-N 400-500 mg / L, nitrogen load 0.2 kg / m^Three・ I drove in the day.
[0048]
As can be seen from the results of FIG. 8, in order to adjust the molar ratio of ammonia to nitrous acid to 1: 1.31 suitable for the anaerobic ammonia oxidation method, the dissolved oxygen concentration in the cylinder 22 is set to 0.4 to 1. .1 mg / L, preferably 0.5 to 0.9 mg / L. If the dissolved oxygen concentration is larger than 1.1 mg / L, the activity of nitrite oxidizing bacteria increases and the nitric acid concentration in the treated water increases, so the nitrite concentration in the treated water decreases and is adjusted to the above molar ratio. Can not do it. Conversely, if the dissolved oxygen concentration is less than 0.4 mg / L, the activity of aerobic ammonia-oxidizing bacteria and nitrite-oxidizing bacteria decreases, so that a large amount of ammonia remains in the treated water. The molar ratio cannot be adjusted. Therefore, in order to adjust the molar ratio of ammonia and nitrous acid in the treated water to 1: 1.31, it is necessary to control the dissolved oxygen concentration in the cylinder 22 as described above. In order to control the dissolved oxygen concentration in the cylinder 22, the air volume may be adjusted by controlling the opening of the valve 30 as described above.
[0049]
As another method for adjusting the predetermined molar ratio of ammonia and nitrous acid in the treated water, the air volume of air sent to the cylinder body 22 and the air volume of oxygen-free gas sent to the cylinder body 24 The ratio may be adjusted. When the ratio of the air flow rate and the oxygen-free gas flow rate is adjusted, the flow rate ratio of the upward flow of the water to be treated formed in the cylinder body 22 and the cylinder body 24 changes, so that the cylinders within the unit time are changed. The number ratio of the carriers 20 passing through the body 22 and the negative cylinder body 24 changes, and at the same time, the ratio of the residence time during which the carrier 20 stays in the good cylinder body 22 and the negative cylinder body 24 changes. For example, if the ratio of the air flow rate is increased, the ratio of the number of carriers 20 passing through the cylinder body 22 is increased, and at the same time, the ratio of the residence time in the cylinder body 22 is increased. The activity of the retained aerobic bacteria is increased, and the same effect as that obtained when the dissolved oxygen concentration in the cylinder 20 is increased is obtained. On the contrary, if the proportion of the oxygen-free gas flow rate is increased, the proportion of the number of carriers 20 passing through the cylinder body 24 is increased, and at the same time, the proportion of the residence time staying in the cylinder body 24 is increased. The activity of the anaerobic bacteria held by the carrier 20 is increased, and as a result, the same effect as that obtained when the dissolved oxygen concentration in the good cylinder body 22 is lowered is obtained. Note that the air volume and the oxygen-free gas volume can be adjusted by controlling the valve 30 and the valve 42 as described above.
[0050]
As described above, according to the biological treatment apparatus 10 of the present embodiment, the ammonia-oxidizing bacteria are preferentially grown by allowing the carrier 20 to pass through both the aerobic region and the anaerobic region. The molar ratio of ammonia and nitrous acid contained in the treated water can be adjusted to 1: 1.31 suitable for the anaerobic ammonia oxidation method.
[0051]
Further, according to the present embodiment, the provision of the favorable cylinder body 22 and the negative cylinder body 24 facilitates the formation of a circulation flow of the water to be treated, and improves the fluidity of the carrier 20. By improving the fluidity of the carrier 20, ammonia oxidizing bacteria can easily grow inside the carrier 20.
[0052]
Furthermore, according to the present embodiment, it is a very simple structure in which the good cylinder body 22 and the negative cylinder body 24 are provided inside the processing tank 16 which is a single tank, and the cost can be reduced.
[0053]
In the above-described embodiment, air and oxygen-free gas are constantly blown out, but air and oxygen-free gas may be blown out intermittently. Thereby, all the carriers 20, 20... Can be alternately passed through the aerobic region and the anaerobic region. In this case, the ratio of the time for blowing air and the time for blowing oxygen-free gas may be adjusted. Further, air and oxygen-free gas may be alternately blown out into the same cylinder.
[0054]
FIG. 3 is a perspective view schematically showing the configuration of the biological treatment apparatus of the second embodiment.
[0055]
As shown in FIG. 3, the upper end of the cylinder body 52 and the upper end of the cylinder body 54 are opened obliquely toward the center side of the processing tank 50. That is, the upper end of the cylinder body 52 is opened toward the cylinder body 54 side, and the upper end of the cylinder body 54 is opened toward the cylinder body 52 side. Accordingly, the carrier 20 that has flowed out from the upper end of the cylinder body 52 is sent out toward the cylinder body 54, and the carrier 20 that has flowed out from the upper end of the cylinder body 54 is sent out toward the cylinder body 52. As a result, the carrier 20 that has passed through the cylinder 52 and the carrier 20 that has passed through the cylinder 54 are mixed together. Thereby, the carrier 20 repeatedly passes only through the cylinder body 52 and the activity of nitrite oxidizing bacteria in the carrier 20 increases, or the carrier 20 repeatedly passes only through the cylinder body 54 and denitrifies in the carrier 20. It is possible to prevent the bacterial activity from increasing.
[0056]
The lower end of the cylinder body 52 and the lower end of the cylinder body 54 are opened obliquely toward the outside of the processing tank 50. Further, tapers 50 </ b> A and 50 </ b> B are formed on the bottom surface of the processing tank 50 in accordance with the lower end shape of the cylinder body 52 and the lower end shape of the cylinder body 54. That is, tapers 50 </ b> A and 50 </ b> B are formed on the bottom surface of the processing tank 50 toward the center of the processing tank 50. Therefore, the carrier 20 dropped on the outer peripheral portion of the processing tank 50 is collected toward the center of the processing tank 50 by the tapers 50A and 50B, and there is no possibility that the carrier 20 is deposited on the outer peripheral portion of the processing tank 50. Further, the carrier 20 falling along the taper 50A, 50B is sucked up smoothly from the lower end of the favorable cylinder body 52 or the lower end of the negative cylinder body 54 opened obliquely. Therefore, the carrier 20 can smoothly flow in the processing tank 50.
[0057]
According to the second embodiment of the portable biological treatment apparatus configured as described above, the carriers 20, 20... Can smoothly flow in the treatment tank 50, and each carrier 20 has a cylinder 52 and a cylinder not to be used. It is possible to prevent the body 54 from being biased toward one side. Thereby, the activity of ammonia oxidizing bacteria can be increased in each carrier 20.
[0058]
In the biological treatment apparatus shown in FIG. 3, a recovery tower 56 is used as means for recovering treated water. The recovery tower 56 is connected to the processing tank 50 via a pipe 58. The piping 58 is installed diagonally, and the connection part with the collection tower 56 is arranged at a position higher than the connection part with the processing tank 50. Since the carrier 20 has good sedimentation properties, the carrier 20 can be prevented from flowing out by arranging the pipe 58 obliquely.
[0059]
A shield plate 62 is erected inside the recovery tower 56, and a drain pipe 60 is connected to the opposite side of the pipe 58 via the shield plate 62. Therefore, when the treated water flows into the recovery tower 56 from the pipe 58, the suspended matter in the treated water is separated by the shielding plate 62, and the clarified water is discharged from the drain pipe 62. The separated suspension settles down and settles in the hopper 56A at the lower part of the recovery tower 56, and is pulled out from the drawing pipe 64 by driving the pump 66.
[0060]
Note that the number of the recovery towers 56 is not limited to one and may be plural. For example, the recovery towers 56 may be provided on both sides of the processing tank 50.
[0061]
The number and arrangement of the cylinders 22 and 52 and the cylinders 24 and 54 are not limited to the above-described embodiments. For example, as shown in FIG. 4, the processing tank 70 may be provided with three good cylinder bodies 22 and three negative cylinder bodies 24. The cylinders 22 and the cylinders 24 shown in the figure are alternately arranged at equal intervals. According to this processing tank 70, the carrier 20 can be evenly passed through the good cylinder body 22 and the negative cylinder body 24 by increasing the number of the good cylinder bodies 22 and the negative cylinder bodies 24. Even in the case of this processing tank 70, the preferred cylinder body 52 and the negative cylinder body 54 opened obliquely toward the central portion of the processing tank 70 are used, or the bottom portion of the processing tank 70 is arranged from the outer peripheral portion to the central portion. When the taper that descends is provided, the fluidity of the carrier 20 can be improved.
[0062]
As shown in FIG. 5, one cylinder cylinder 24 having a large diameter is disposed at the center of the processing tank 72, and a plurality of cylinder cylinders 22, 22... Having a small diameter are disposed around the cylinder cylinder 24. You may arrange.
[0063]
Further, instead of providing the cylinders 22 and 52 and the cylinders 24 and 54, the inside of the processing tank may be partitioned so as to have the same effect. For example, the processing tank 74 shown in FIG. 6 is divided into four areas A, B, C, and D by two orthogonal partition plates 76 and 78. Each partition plate 76, 78 is formed shorter than the processing tank 74 in the height direction, and each area A to D communicates with both adjacent areas above and below each partition plate 76, 78. . In the lower part of the area A, the tip of the air gas supply pipe 26 is arranged, and in the lower part of the area C, the tip of the oxygen-free gas supply pipe 36 is arranged. Therefore, the area A is an aerobic region where air is supplied, and the area C is an anaerobic region where oxygen-free gas is supplied. Further, by supplying air and oxygen-free gas, the water to be treated circulates so as to rise in area A and area C and to descend in area B and area D. Therefore, the carriers 20, 20... Can be made to flow so as to pass through the aerobic region and the anaerobic region.
[0064]
In the processing tank 80 shown in FIG. 7, the upper end of the partition plate 76 is formed up to the upper end of the processing tank 80, and the lower end of the partition plate 78 is formed up to the bottom surface of the processing tank 80. That is, the upper part of area A communicates with area B and the lower part communicates with area D. Area C has an upper portion communicating with area D and a lower portion communicating with area B.
[0065]
When the partition plates 76 and 78 are formed as described above, the water to be treated ascends the area A, descends the area B, ascends the area C, and descends the area D. That is, the carrier 20 passes through the areas A, B, C, and D in this order. Thereby, the carrier 20 alternately passes through the aerobic region of area A and the anaerobic region of area C. Therefore, ammonia oxidizing bacteria can be preferentially grown inside the carrier 20.
[0066]
In addition, in the biological treatment apparatus of FIG. 6, FIG. 7, although four areas AD were formed, you may make it form more areas. Moreover, you may form the shape of a processing tank in shapes other than a cylinder, for example, a rectangular shape.
[0067]
In addition, the biological treatment apparatus which concerns on this invention is not limited to the application in the front | former stage of the anaerobic ammonia treatment apparatus 14 of FIG. 1, It is also possible to apply as a nitrification / denitrification apparatus. That is, the dissolved oxygen concentration inside the cylinders 22 and 52 is increased to perform nitrification treatment in which ammonia contained in the water to be treated is mainly converted into nitric acid inside the cylinders 22 and 52, and the cylinders are not used. You may make it perform a denitrification process in the anaerobic area | region inside 24,54.
[0068]
【The invention's effect】
As described above, according to the biological treatment method and apparatus according to the present invention, since the carrier on which the microorganism is immobilized passes through both the aerobic region and the anaerobic region, the ammonia-oxidizing bacteria grow preferentially. The ammonia contained in the water to be treated can be mainly converted into nitrous acid. Thereby, the molar ratio of ammonia and nitrous acid contained in the treated water can be adjusted, and treated water suitable for the anaerobic ammonia treatment method can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a methane fermentation system to which a biological treatment apparatus according to the present invention is applied.
FIG. 2 is a side view schematically showing the configuration of the first embodiment of the biological treatment apparatus according to the present invention.
FIG. 3 is a perspective view schematically showing a configuration of a second embodiment of the biological treatment apparatus according to the present invention.
FIG. 4 is a plan view showing treatment tanks having different numbers of good cylinder bodies and negative cylinder bodies.
FIG. 5 is a plan view showing treatment tanks having different arrangements of good cylinder bodies and negative cylinder bodies.
FIG. 6 is a perspective view showing a treatment tank of another configuration.
FIG. 7 is a perspective view showing a treatment tank having another configuration.
FIG. 8 NO₂/ NH_FourShowing the relationship between DO and DO
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Biological treatment apparatus, 12 ... Methane fermentation apparatus, 14 ... Anaerobic ammonia oxidation apparatus, 16 ... Treatment tank, 18 ... Raw water supply pipe, 20 ... Carrier, 22 ... Good cylinder body, 24 ... Uncylinder body, 26 ... Air Air supply pipe, 28 ... blower, 30 ... valve, 32 ... control device, 36 ... oxygen-free gas supply pipe, 38 ... blower, 40 ... gas collection container, 42 ... valve, 44 ... collection cylinder, 46 ... collection pipe

Claims

In a biological treatment apparatus that biologically treats water to be treated in a treatment tank using a carrier on which microorganisms are immobilized,
The tube is erected inside the treatment tank and is formed in a cylindrical shape having openings at the upper and lower ends, and an aerobic region is formed inside by blowing aerobic gas into the inside by an aerobic gas blowing means. Cylinder body,
The anaerobic region is formed inside the treatment tank and is formed in a cylindrical shape having openings at the upper end and the lower end, and an anaerobic region is formed inside by blowing oxygen-free gas into the inside by an oxygen-free gas blowing means. Cylinder body,
The carrier flows so as to pass through both the aerobic region and the anaerobic region by the air lift effect of the aerobic gas and the air lift effect of the anaerobic gas ,
In the preferred cylinder body and the negative cylinder body, an opening at an upper end is formed obliquely toward the center of the treatment tank, and an opening at the lower end is formed obliquely toward the outside of the treatment tank. The biological treatment apparatus is provided with a taper descending from the outside to the inside of the treatment tank .

A measured value measured by the measuring means, comprising: an aerobic gas amount adjusting means for adjusting an air volume of the aerobic gas blown from the aerobic gas blowing means; and a measuring means for measuring a dissolved oxygen concentration in the aerobic region. 2. The biological treatment apparatus according to claim 1 , wherein the aerobic region is adjusted to a predetermined dissolved oxygen concentration by controlling the aerobic gas amount adjusting unit according to the control.