JP4336947B2 - 廃水処理装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は硝化方法及び装置並びに廃水処理装置に係り、特に高濃度のアンモニア性窒素廃水を固定化微生物を用いて高速処理するための硝化方法及び装置並びに廃水処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
廃水中に含まれるアンモニア性窒素は、放流先の公共用水域の溶存酸素の低下や、閉鎖性水域における富栄養化の原因物質の一つとなることから、その効果的な除去方法が課題になっている。廃水中のアンモニア性窒素を生物学的に処理する方法としては、通常、活性汚泥循環変法を用いた処理方法が行われ、硝化菌によるアンモニアから硝酸への硝化反応及び脱窒菌による硝酸から窒素への脱窒反応を利用したものである。この方法は、嫌気性状態の脱窒槽と好気性状態の硝化槽の２つの槽から成り、脱窒槽では脱窒菌により廃水中の有機物の分解と脱窒処理が行われ、硝化槽では硝化菌により廃水中のアンモニア性窒素が硝化処理されて硝酸になる。そして、硝化槽で硝化処理された硝化液が脱窒槽に循環されることにより廃水中の窒素成分は窒素ガスとして大気に放出されて除去される。この活性汚泥循環変法は、硝化効率を上げるために硝化菌の固定化が検討されており、固定化硝化菌を硝化槽に投入したプロセスが実用化されている。更には、固定化脱窒菌を脱窒槽に投入したプロセスも検討されている。
【０００３】
この活性汚泥循環変法が適用される廃水は、主にアンモニア性窒素濃度が２０〜６０ｍｇ／ｌ程度のアンモニア性窒素濃度が低レベルな下水であり、この程度のアンモニア性窒素濃度では硝化反応がスムーズに進行し、放流水中のアンモニア性窒素濃度が放流基準以下の数ｍｇ／ｌ以下になる。しかし、高濃度のアンモニア性窒素廃水（４００ｍｇ／L 〜５０００ｍｇ／L 程度）が多量に発生する例えば現像所、無機合成工場、発電所等の場合には、廃水原水のアンモニア性窒素濃度を高くとも２００ｍｇ／ｌ以下になるまで希釈してから生物学的な処理を行っている。この結果、処理すべき廃水量が著しく増加してしまい、大規模な廃水処理装置が必要になるという問題があった。
【０００４】
このような背景において、本出願の発明者は特許文献１において、濃度５０００ｍｇ／Ｌ以上の高濃度な硫酸アンモニア溶液中で培養して検出される硝化菌であるＡＨ菌がアンモニア性窒素濃度が４００ｍｇ／Ｌ以上で高い硝化速度を発揮すること、濃度５０００ｍｇ／Ｌ以上の高濃度な硫酸アンモニア溶液中で培養して検出される硝化菌であるＡＨ菌及び濃度約１００ｍｇ／Ｌの低濃度な硫酸アンモニア溶液中で培養して検出される硝化菌であるＡＬ菌が混相状態で繁殖したＡＨ菌・ＡＬ菌がアンモニア性窒素濃度が１５０〜４００ｍｇ／Ｌの範囲で高い硝化速度を発揮すること、更には、濃度約１００ｍｇ／Ｌの低濃度な硫酸アンモニア溶液中で培養して検出される硝化菌であるＡＬ菌がアンモニア性窒素濃度２００ｍｇ／Ｌ以下で高い硝化速度を発揮することを見いだした。
【０００５】
そして、高濃度のアンモニア性窒素廃水を生物処理する方法に上記した３種類の硝化菌の特性を利用して、１段目の第１硝化槽でＡＨ菌固定化担体とアンモニア性廃水を接触させ、２段目の第２硝化槽でＡＨ菌・ＡＬ菌固定化担体とアンモニア性廃水とを接触させ、３段目の第３硝化槽でＡＬ菌固定化担体とアンモニア性廃水とを接触させる多段硝化槽を構築することを提案した。
【０００６】
【特許文献１】
特許第３２５２８８７号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した多段硝化槽のうち、ＡＬ菌が存在する２段目と３段目の硝化槽の立ち上げ時において、硝化速度が向上しないという現象がみられ、これにより立ち上げに長期間を要するという問題がある。また、硝化速度が大きい状態で安定する定常運転時においても、ある時期に硝化速度が急激に低下する現象がみられ、これにより多段硝化槽の後段に設けられた脱窒槽で脱窒処理して得られた処理水の水質が悪化してしまうという問題がある。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、ＡＬ菌が存在する硝化槽での立ち上げを短期間で速やかに行うことができると共に、定常運転時における硝化速度の急激な低下を抑制して硝化速度を常に大きな状態に安定して維持することができる硝化方法及び装置並びに廃水処理装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決する為の手段】
硝化槽を多段に設けた場合、ＡＬ菌が優先繁殖する後段側の硝化槽では、上述したように、立ち上げ時に硝化速度が向上しない現象があるが、発明者は、この原因を追求したところ、ＡＬ菌の細胞内の亜硝酸性窒素（ＮＯ2 −Ｎ）濃度と細胞外部のアンモニア性窒素（ＮＨ4 −Ｎ）濃度とのバランスに伴う基質移動（能動輸送）に原因があることが分かった。即ち、ＡＬ菌の細胞内の亜硝酸性窒素濃度と細胞外部のアンモニア濃度とのバランスが略１：１に近づくと、ＡＬ菌の活性がそれ以上大きくならないことに起因する。従って、硝化槽内の亜硝酸性窒素濃度とアンモニア性窒素濃度との比のバランスを１：１から崩してやることでＡＬ菌の硝化速度を良い状態に回復できるとの知見を得た。
【００１０】
上記バランスを１：１から崩す方法としては、ＡＬ菌が存在する硝化槽の後段において、脱窒処理に続いて再曝気処理した液を固液分離した汚泥及び／又は処理水をＡＬ菌が存在する硝化槽に戻すことが効果的であることが分かった。この理由は、立ち上げ時の脱窒性能が十分でないときの脱窒処理によって亜硝酸が多く残存し、更にこの液を再曝気処理して硝化を進行させることにより、アンモニア濃度に比べて亜硝酸濃度の高い汚泥や処理水が得られ、この汚泥及び／又は処理水を硝化槽に戻すことで上記バランスが１：１から崩れるためと考えられる。この場合、硝化槽の後段において硝化槽での曝気量よりも多い曝気量で再曝気処理して硝化反応を進行させるだけでも効果がある。しかし、アンモニア濃度に比べて亜硝酸濃度の高い汚泥及び／又は処理水を硝化槽に戻し過ぎて、硝化槽内のアンモニア性窒素濃度に対する亜硝酸性窒素濃度の比（以下、「亜硝酸／アンモニア比」と称す）が余りにも大きくなると、ＡＬ菌の亜硝酸耐性の限界を超えてしまうために硝化速度が急激に低下するとの知見を得た。
【００１１】
発明者は、上記知見から、ＡＬ菌が存在する硝化槽の硝化速度を向上させて立ち上げ期間を短縮して速やかに立ち上げるために好適な硝化槽内の亜硝酸／アンモニア比を実験により調べたところ、亜硝酸／アンモニア比が２〜１０の範囲であることが必要であり、より好ましい範囲は３〜８の範囲であるとの知見を得た。
【００１２】
また、発明者は、この硝化槽内の亜硝酸／アンモニア比は、何も立ち上げ時に限ったものではなく、硝化槽が大きな硝化速度で安定する定常運転時でも、亜硝酸／アンモニア比が２を下回ったり、１０を超えたりした場合には、硝化速度が急激に低下するとの知見を得た。従って、定常運転時にも硝化槽内の亜硝酸／アンモニア比が上記した範囲に入るように調整することで、常に硝化速度が大きな状態を維持することができる。
【００１３】
また、本発明者は、前記したバランスを１：１から崩す別の方法としては、ゼオライトをＡＬ菌が存在する硝化槽に添加することも効果的であることも分かった。この理由は、ゼオライトはアンモニアの吸着性に優れているので、ＡＬ菌が存在する硝化槽にゼオライトを添加してアンモニアを吸着することで、上記バランスが１：１から崩れるためと考えられる。この場合にも、ゼオライトによるアンモニアの吸着で硝化槽内の亜硝酸／アンモニア比が１０を超えないように、添加するゼオライト量を調整することが必要である。
【００１４】
本発明はかかる知見のもとに成されたものである。
【００３１】
本発明の請求項１は前記目的を達成するために、アンモニア性窒素含有液を硝化処理する硝化槽を多段に設けて処理する廃水処理装置において、前記多段硝化槽の上流側に配置され、濃度５０００ｍｇ／Ｌ以上の高濃度な硫酸アンモニア溶液中で４〜８週間培養して検出される硝化菌であるＡＨ菌が固定化されたＡＨ菌固定化担体が充填されたＡＨ菌硝化槽と、前記多段硝化槽の下流側に配置され、濃度約１００ｍｇ／Ｌの低濃度な硫酸アンモニア溶液中で４〜８週間培養して検出される硝化菌であるＡＬ菌が固定化されたＡＬ菌固定化担体が充填された少なくとも１槽のＡＬ菌硝化槽と、前記ＡＨ菌硝化槽と前記ＡＬ菌硝化槽との間に配置され、ＡＨ菌とＡＬ菌とが混相繁殖したＡＨ菌・ＡＬ菌が固定化されたＡＨ菌・ＡＬ菌固定化担体が充填された少なくとも１槽のＡＨ菌・ＡＬ菌硝化槽と、前記多段硝化槽の後段に設けられ、前記多段硝化槽で硝化処理された流出液を脱窒処理する脱窒槽と、前記脱窒槽で脱窒処理された流出液を再曝気処理する再曝気槽と、前記再曝気槽で再曝気処理された流出液を固液分離する固液分離槽と、前記固液分離槽で固液分離された汚泥及び／又は処理水を前記多段硝化槽のうちの前記ＡＬ菌硝化槽及び／又は前記ＡＨ菌・ＡＬ菌硝化槽に返送する返送手段とを備えたことを特徴とする。
【００３２】
本発明の請求項１は、多段硝化槽に本発明の硝化装置を組み込んでアンモニア性窒素含有液から窒素を除去する廃水処理装置として構成したものである。これにより、ＡＬ菌が存在する硝化槽での立ち上げ期間を短縮して速やかな立ち上げを行うことができ、且つ定常運転時におけるＡＬ菌固定化担体の硝化速度の急激な低下現象を抑制し、硝化速度を常に大きな状態に維持することができる。この場合、返送する汚泥及び／又は処理水に亜硝酸を多く残存させるためには、脱窒槽でのメタノール添加量を亜硝酸濃度の０．５〜１．０倍の濃度で添加するとよい。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下添付図面に従って本発明に係る硝化方法及び装置並びに廃水処理装置の好ましい実施の形態について詳説する。
【００３４】
本発明を説明する前に、本発明を理解する上で前提となるＡＨ菌、ＡＨ菌・ＡＬ菌、及びＡＬ菌について説明する。
【００３５】
本発明者は、硝化菌は、大別すると、高濃度のアンモニア性窒素雰囲気の条件下で高活性を発揮する硝化菌と、低濃度のアンモニア性窒素雰囲気の条件下で高活性を発揮する硝化菌とが生存することを見いだし、これら２種類の硝化菌を特定するために、濃度５０００ｍｇ／ｌ以上の高濃度な硫酸アンモニア溶液中で４〜８週間培養して検出される硝化菌をＡＨ菌とし、濃度約１００ｍｇ／ｌの低濃度な硫酸アンモニア溶液中で４〜８週間培養して検出される硝化菌をＡＬ菌とした。
【００３６】
これらＡＨ菌やＡＬ菌の特性を図１に示すように、ＡＨ菌は、アンモニア性窒素濃度が４００ｍｇ／ｌ以上の領域で優先繁殖し、菌数の顕著な増殖が見られ、硝化速度も顕著に高くなる。ＡＬ菌はアンモニア性窒素濃度が２００ｍｇ／ｌ以下の領域で優先繁殖し、菌数の顕著な増殖が見られ、硝化速度は１００ｍｇ／ｌ付近にピークがある放物線を示す。そして、アンモニア性窒素濃度が１５０〜４００ｍｇ／ｌの領域ではＡＨ菌とＡＬ菌の混相繁殖したＡＨ菌・ＡＬ菌となり、硝化速度は２種類の菌の混在による相乗効果が生じる。
【００３７】
従って、ＡＨ菌とＡＬ菌の特性を上手に利用した多段硝化槽を構築することにより、高濃度のアンモニア性窒素廃水を効率良く且つ高速に処理することができると共に、亜硝酸型の硝化反応を支配的に行うことができるので、脱窒槽での必要な有機物添加量も少なくできる。
【００３８】
本発明者は、かかるＡＨ菌、ＡＨ菌・ＡＬ菌、ＡＬ菌を利用した多段硝化槽に関する研究の中で、多段硝化槽のうち、ＡＬ菌が存在する後段の硝化槽の立ち上げ時に硝化速度が向上しない現象、或いは定常運転時において、ある時期に硝化速度が急激に低下する現象の原因として図２に示す関係を見い出した。
【００３９】
図２の縦軸はＡＬ菌の硝化速度（ｍｇ−Ｎ／ｈ・L −担体）であり、横軸はＡＬ菌固定化担体が充填された硝化槽内におけるアンモニア性窒素濃度に対する亜硝酸性窒素濃度の比（亜硝酸／アンモニア比）である。
【００４０】
図２から分かるように、亜硝酸／アンモニア比を大きくしていくと、ＡＬ菌の硝化速度は急激に低下し、亜硝酸／アンモニア比が略１：１のときに硝化速度が最低となり約４０（ｍｇ−Ｎ／ｈ・L −担体）まで低下する。この現象の原因として、亜硝酸／アンモニア比が１：１の平衡状態で基質の能動輸送が阻害されていることが考えられる。これは、アンモニア性窒素含有液とＡＬ菌固定化担体とを接触させて硝化処理する硝化槽の立ち上げ時に特に見られる現象で、硝化初期の亜硝酸性窒素濃度が小さい水質状態から硝化処理が進行して次第に硝化槽内の亜硝酸性窒素濃度が高くなってくると発生する。
【００４１】
従来、亜硝酸性窒素濃度が増加するとＡＬ菌の硝化速度が急激に低下する原因は、ＡＬ菌の亜硝酸耐性が弱いためと考えられていたが、図２から分かるように、亜硝酸／アンモニア比を略１：１から更に大きくしていくと、ＡＬ菌の硝化速度は再び上昇する。亜硝酸／アンモニア比が２のときに硝化速度が約１００（ｍｇ−Ｎ／ｈ・L −担体）まで回復し、亜硝酸／アンモニア比が３を超えるころに硝化速度が約２００（ｍｇ−Ｎ／ｈ・L −担体）で最大になる。そして、亜硝酸／アンモニア比が約８から硝化速度が再び低下し始め、亜硝酸／アンモニア比が約１０のときに硝化速度が約１００（ｍｇ−Ｎ／ｈ・L −担体）まで低下し、その後も低下する。これは硝化槽内のアンモニア性窒素濃度に対する亜硝酸性窒素濃度の比が余りにも大きくなると、ＡＬ菌の亜硝酸耐性の限界を超えてしまうために硝化速度が低下し始めるものと考えられる。
【００４２】
従って、ＡＬ菌固定化担体が充填された硝化槽の立ち上げ期間の短縮を行うには、硝化槽内の亜硝酸／アンモニア比を２〜１０の範囲、好ましくは３〜８の範囲に制御することが重要である。また、硝化速度が大きな状態で安定する定常運転時においても、硝化槽内の亜硝酸／アンモニア比を２〜１０の範囲、好ましくは３〜８の範囲に制御することが重要である。
【００４３】
また、図２の亜硝酸／アンモニア比と硝化速度との関係は、アンモニア性窒素含有液とＡＬ菌固定化担体とを接触させて硝化処理する硝化槽だけでなく、アンモニア性窒素含有液とＡＨ菌・ＡＬ菌固定化担体とを接触させて硝化処理する硝化槽でも同様に生じる。しかし、この場合には、ＡＨ菌・ＡＬ菌固定化担体におけるＡＨ菌の菌数／ＡＬ菌の菌数の比が１未満の場合に発生することが分かった。
【００４４】
本発明の硝化方法は、かかる知見に基づいて成されたもので、アンモニア性窒素含有液と、濃度約１００ｍｇ／Ｌの低濃度な硫酸アンモニア溶液中で４〜８週間培養して検出される硝化菌であるＡＬ菌が優先繁殖したＡＬ菌固定化担体とを硝化槽内で好気性雰囲気で接触させて硝化処理すると共に、該硝化槽内の亜硝酸性窒素濃度／アンモニア性窒素濃度の比を２〜１０の範囲に、好ましくは３〜８の範囲に制御するものである。
【００４５】
更には、アンモニア性窒素含有液と、濃度５０００ｍｇ／Ｌ以上の高濃度な硫酸アンモニア溶液中で４〜８週間培養して検出される硝化菌であるＡＨ菌及び濃度約１００ｍｇ／Ｌの低濃度な硫酸アンモニア溶液中で４〜８週間培養して検出される硝化菌であるＡＬ菌が混相状態で繁殖したＡＨ菌・ＡＬ菌固定化担体とを硝化槽内で好気性雰囲気で接触させて硝化処理すると共に、前記ＡＨ菌・ＡＬ菌固定化担体におけるＡＨ菌の菌数／ＡＬ菌の菌数の比が１未満の場合には、前記硝化槽内の亜硝酸性窒素濃度／アンモニア性窒素濃度の比を２〜１０の範囲に、好ましくは３〜８の範囲に制御するものである。
【００４６】
かかる本発明の硝化方法の場合、ＡＬ菌固定化担体又はＡＨ菌・ＡＬ菌固定化担体は、活性汚泥からＡＨ菌やＡＬ菌を分離して固定化した、所謂、分離培養硝化菌固定化法で製造されたものであっても、活性汚泥からＡＨ菌やＡＬ菌を集積培養する、所謂、集積培養硝化菌固定化法の何れであってもよい。
【００４７】
図３は、本発明の硝化方法を適用する硝化装置の構成図である。
【００４８】
硝化装置１０は、流入管１２からアンモニア性窒素含有液が硝化槽１４に流入し、硝化槽１４内に充填された固定化担体１６（ＡＬ菌固定化担体又はＡＨ菌・ＡＬ菌固定化担体）と接触する。硝化槽１４内の底部には、ブロア１８に接続された曝気管２０が配設され、この曝気管２０からエアが曝気されることにより、硝化槽１４内が好気性雰囲気に形成される。硝化槽１４で硝化処理された処理液は流出管２２により底部に曝気管２０を有する再曝気槽１７を介して固液分離槽２４に送られ、処理水と汚泥とに固液分離される。固液分離槽２４の底部と硝化槽１４とは返送汚泥配管２６によって連結され、コントローラ２８が返送汚泥配管２６に設けた返送汚泥ポンプ３０を制御することにより固液分離槽２４で沈降した汚泥を硝化槽１４に返送する。この場合、汚泥を返送することに限らず、固液分離槽２４で分離された処理水を返送してもよく、汚泥と処理水の両方を返送してもよい。
【００４９】
また、硝化槽１４の上方には、ゼオライトを貯留するタンク３２が設けられ、タンク３２底部から添加配管３４が硝化槽１４まで延設される。そして、コントローラ２８が添加配管３４に設けたバルブ３６を開成することにより、ゼオライトを硝化槽１４に添加する。硝化槽１４へのゼオライトの添加はアンモニアの吸着除去を目的としたものであり、アンモニアの吸着除去できるものであれば他の物質でもよい。また、硝化槽１４内のアンモニアを吸着以外で除去する方法としては、ＰＨストリッピング法があり、硝化槽１４内の液のＰＨを約１０に調整し、曝気管２０から曝気するエア量を好気性雰囲気にするエア量の２倍以上曝気することで、液中のアンモニアを大気中に気散させることができる。
【００５０】
硝化槽１４内には、亜硝酸性窒素濃度を検出する亜硝酸センサ３８が設けられると共に、アンモニア性窒素濃度を検出するアンモニアセンサ４０が設けられる。亜硝酸センサ３８としては例えばブラウンルーベを使用でき、アンモニアセンサ４０としては、例えばイオン電極を使用することができる。亜硝酸センサ３８及びアンモニアセンサ４０で検出された検出結果は、比較器４２によって亜硝酸／アンモニア比が求められ、求めた結果がコントローラ２８に入力される。そして、コントローラ２８は、入力された亜硝酸／アンモニア比に基づいて硝化槽１４内の亜硝酸／アンモニア比が２〜１０の範囲内になるように、添加配管３４のバルブ３６又は汚泥返送配管２６の返送汚泥ポンプ３０を制御する。即ち、硝化槽１４の立ち上げ時或いは定常運転時に、亜硝酸／アンモニア比が１に近づく方向にシフトする場合には、コントローラ２８は、固液分離槽２４で発生する亜硝酸濃度の高い汚泥及び／又は処理水を硝化槽１４へ返送するか、及び／又は硝化槽１４へのゼオライトの添加を行う。これにより、ＡＬ菌が存在する硝化槽１４での立ち上げ期間を短縮でき、且つ定常運転時におけるＡＬ菌固定化担体の硝化速度の急激な低下現象を抑制し、硝化速度を常に大きな状態に維持することができる。この場合、返送する汚泥及び／又は処理水に亜硝酸を多く残存させるためには、脱窒槽１５でのメタノール添加量を亜硝酸濃度の０．５〜１．０倍の濃度で添加するとよい。
【００５１】
しかし、アンモニア濃度に比べて亜硝酸濃度の高い汚泥及び／又は処理水を硝化槽１４に戻し過ぎたり、ゼオライトにより硝化槽１４内のアンモニアを吸着し過ぎたりして、硝化槽１４内の亜硝酸／アンモニア比が１０を超えると、ＡＬ菌の亜硝酸耐性の限界を超えてしまう。従って、コントローラ２８は、硝化槽１４に戻す汚泥及び／又は処理水の量や、硝化槽１４に添加するゼオライトの量を適切に制御するように構成される。
【００５２】
図４〜図９は、本発明の硝化方法及び装置を多段硝化槽のうち、ＡＬ菌又はＡＨ菌・ＡＬ菌が存在する硝化槽に適用して、アンモニア濃度が４００ｍｇ／L 以上の高濃度のアンモニア性窒素含有液を効率良く且つ高速に処理するための廃水処理装置の構成を示したものである。尚、図４〜図９の多段硝化槽において、ＡＨ菌・ＡＬ菌固定化担体の硝化槽の槽数、及びＡＬ菌固定化担体の硝化槽の槽数は一例であり、多段処理槽に流入するアンモニア性窒素含有液のアンモニア性窒素濃度によって変わる。
【００５３】
図４の廃水処理装置５０は、３段から成る多段硝化槽の後段に脱窒槽５２と再曝気槽５４と固液分離槽５６を設けたものである。多段硝化槽は、アンモニア性廃水とＡＨ菌固定化担体とを接触させる１段目の第１硝化槽１４Ａと、第１硝化槽１４Ａの流出液とＡＨ菌・ＡＬ菌固定化担体とを接触させる２段目の第２硝化槽１４Ｂと、第２硝化槽１４Ｂの流出液とＡＬ菌固定化担体とを接触させる３段目の第３硝化槽１４Ｃとで構成される。そして、第３硝化槽１４Ｃに本発明の硝化方法を適用可能なように、固液分離槽５６からの返送汚泥配管２６が接続されると共に、ゼオライトの添加配管３４が設けられる。尚、図４では、図３の硝化装置１０で説明した亜硝酸センサ３８、アンモニアセンサ４０、比較器４２、コントローラ２８、添加配管３４のバルブ３６、汚泥返送配管２６の返送汚泥ポンプ３０は省略してあり、図５から図９も同様である。また、再曝気槽５４は再度硝化処理を行う槽であり、曝気量を硝化槽１４での曝気量よりも多くして、脱窒処理の後で再度硝化処理を行うと共にアンモニアを気散させて、亜硝酸／アンモニア比におけるアンモニアを低減する。
【００５４】
図５の廃水処理装置６０は、固液分離槽５６からの返送汚泥配管を第２硝化槽１４Ｂに接続すると共に、ゼオライトの添加配管３４を削除した以外は、図４と同様である。
【００５５】
図６の廃水処理装置７０は、固液分離槽５６からの返送汚泥配管２６を第２硝化槽１４Ｂ及び第３硝化槽１４Ｃに分配できるように接続すると共に、ゼオライトの添加配管３４を設けなかった以外は、図４と同様である。
【００５６】
図７の廃水処理装置８０は、４段から成る多段硝化槽の後段に脱窒槽５２と再曝気槽５４と固液分離槽５６を設けたものである。多段硝化槽は、アンモニア性窒素含有液とＡＨ菌固定化担体とを接触させる１段目の第１硝化槽１４Ａと、第１硝化槽１４Ａの流出液とＡＨ菌・ＡＬ菌固定化担体とを接触させる２段目の第２硝化槽１４Ｂと、２段目の第２硝化槽１４Ｂの流出液とＡＬ菌固定化担体とを接触させる３段目の第３硝化槽１４Ｃと、第３硝化槽１４Ｃの流出液とＡＬ菌固定化担体とを接触させる４段目の第４硝化槽１４Ｄとで構成される。そして、第３硝化槽１４Ｃに本発明の硝化方法を適用可能なように、固液分離槽５６からの返送汚泥配管２６が接続される。但し、ゼオライトの添加配管３４は設けなかった。
【００５７】
図８の廃水処理装置９０は、５段から成る多段硝化槽の後段に脱窒槽５２と再曝気槽５４と固液分離槽５６を設けたものである。多段硝化槽は、アンモニア性窒素含有液とＡＨ菌固定化担体とを接触させる１段目の第１硝化槽１４Ａと、第１硝化槽１４Ａの流出液とＡＨ菌・ＡＬ菌固定化担体とを接触させる２段目の第２硝化槽１４Ｂと、２段目の第２硝化槽１４Ｂの流出液とＡＨ菌・ＡＬ菌固定化担体とを接触させる３段目の第３硝化槽１４Ｃと、第３硝化槽１４Ｃの流出液とＡＨ菌・ＡＬ菌固定化担体とを接触させる４段目の第４硝化槽１４Ｄと、第４硝化槽１４Ｄの流出液とＡＬ菌固定化担体とを接触させる５段目の第５硝化槽１４Ｅとで構成される。そして、第４硝化槽１４Ｄ及び第５硝化槽１４Ｅに本発明の硝化方法を適用可能なように、固液分離槽５６からの返送汚泥配管２６が接続させた。但し、ゼオライトの添加配管３４は設けなかった。尚、第２硝化槽１４Ｂ、第３硝化槽１４Ｃ、及び第４硝化槽１４Ｅにおいては、ＡＨ菌とＡＬ菌とが混相繁殖しており、前段側の硝化槽（第２硝化槽）ほどＡＨ菌の比率が高い。
【００５８】
図９の廃水処理装置１００は、６段から成る多段硝化槽の後段に脱窒槽５２と再曝気槽５４と固液分離槽５６を設けたものである。多段硝化槽は、アンモニア性窒素含有液とＡＨ菌固定化担体とを接触させる１段目の第１硝化槽１４Ａと、第１硝化槽１４Ａの流出液とＡＨ菌・ＡＬ菌固定化担体とを接触させる２段目の第２硝化槽１４Ｂと、第２硝化槽１４Ｂの流出液とＡＨ菌・ＡＬ菌固定化担体とを接触させる３段目の第３硝化槽１４Ｃと、第３硝化槽１４Ｃの流出液とＡＨ菌・ＡＬ菌固定化担体とを接触させる４段目の第４硝化槽１４Ｄと、第４硝化槽１４Ｄの流出液とＡＬ菌固定化担体とを接触させる５段目の第５硝化槽１４Ｅと、第５硝化槽１４Ｅの流出液とＡＬ菌固定化担体とを接触させる６段目の第６硝化槽１４Ｆで構成される。そして、第６硝化槽１４Ｆに本発明の硝化方法を適用可能なように、固液分離槽５６からの返送汚泥配管２６が接続される。但し、ゼオライトの添加配管３４は設けなかった。
【００５９】
上記図４〜図９のように、多段硝化槽のＡＬ菌が存在する後段側の硝化槽に本発明の硝化方法を適用した廃水処理装置を構築して、多段硝化槽のうちのｎ段目及び／又はｎ−１段目に、多段硝化槽１４の後段で脱窒処理に続いて再曝気処理をした後の固液分離で発生する汚泥及び／又は処理水を返送するか、及び／又は多段硝化槽１４のＡＬ菌が存在する硝化槽にゼオライトを添加するかによって、ＡＬ菌が存在する硝化槽の立ち上げ期間を短縮して速やかな立ち上げを行うことができると共に、硝化速度が大きい状態で安定する定常運転時においても、ある時期に硝化速度が急激に低下する現象を抑制することができる。これにより、高濃度をアンモニアを含有するアンモニア性窒素含有液を、常に安定し且つ効率的に硝化処理することができるので、良好な水質の処理水を廃水処理装置から排出することができる。
【００６０】
【実施例】
（実施例１）
実施例１は、図４の廃水処理装置を使用して、工場廃水Ａを処理したもので、立ち上がり時における固液分離槽からＡＬ菌が存在する硝化槽への汚泥の返送効果、更にはゼオライトの添加効果を調べたものである。
【００６１】
工場廃水Ａの組成は次の通りである。
【００６２】
・ＮＨ4 −Ｎ濃度：４００〜６５０ｍｇ／L
・ＢＯＤ濃度 ：２０〜４０ｍｇ／L
・ＣＯＤ濃度 ：８０〜１００ｍｇ／L
・ＴＮ濃度 ：４５０〜７００ｍｇ／L
・ＮＯ2 −Ｎ濃度：１０ｍｇ／L 以下
・ＮＯ3 −Ｎ濃度：１０ｍｇ／L 以下
各処理槽の容量は次の通りで、廃水処理量は３０ｍ3 ／時間である。
【００６３】
・第１硝化槽 ：１００L
・第２硝化槽 ：２００L
・第３硝化槽 ：３００L
・脱窒槽 ：３００L
・再曝気槽 ：１００L
・固液分離槽 ：２００L
そして、廃水処理装置の立ち上がり時には、第３硝化槽に固液分離槽で固液分離された汚泥を返送すると共に、添加配管からゼオライトを添加した。また、第３硝化槽に設置した亜硝酸センサとアンモニアセンサにより、亜硝酸／アンモニア比の変化を監視した。更に、脱窒槽には、生成される亜硝酸量の０．５倍のメタノール量を添加した。これは、脱窒槽での処理水に亜硝酸を多く残存させるためにメタノール添加量を通常よりも低くしたものである。
【００６４】
その結果、第３硝化槽内の立ち上がり時の亜硝酸／アンモニア比を３〜６の範囲に制御でき、第３硝化槽内のＮＯ2 −Ｎ濃度が１５０〜２１０ｍｇ／L 、ＮＨ4 −Ｎ濃度が４０〜５０ｍｇ／L で推移した。これにより、第３硝化槽での担体活性の立ち上がりが早くなり、硝化反応を順調に進行させることができ、運転開始１カ月後における第３硝化槽の硝化速度は１２０（ｍｇ−Ｎ／ｈ・L −担体）に達した。
【００６５】
一方、第３硝化槽内の立ち上がり時に固液分離槽で発生する汚泥を返送せず、且つゼオライトを添加しないと、亜硝酸／アンモニア比が１：１に近づき、第３硝化槽内のＮＯ2 −Ｎ濃度が１５０〜２１０ｍｇ／L 、ＮＨ4 −Ｎ濃度が２１０〜３５０ｍｇ／L の高レベルで推移した。運転開始１カ月後における第３硝化槽の硝化速度は３５（ｍｇ−Ｎ／ｈ・L −担体）と低かった。これにより、ＡＬ菌が存在する硝化槽での立ち上がり時において、固液分離槽で発生する汚泥及び／又は処理水の返送による効果、及びゼオライトを添加する効果が確認された。
（実施例２）
実施例２は、実施例１よりも高濃度のアンモニアを含有する工場廃水Ｂを処理したもので、汚泥返送の効果を調べると共に、図４、図５、図６の廃水処理装置を使用して、返送汚泥をどの硝化槽に返送するのが効果的であるかを調べたものである。尚、図４のゼオライトの添加は使用しなかった。
【００６６】
・ＮＨ4 −Ｎ濃度：１０００〜１５００ｍｇ／L
・ＢＯＤ濃度 ：２０〜４０ｍｇ／L
・ＣＯＤ濃度 ：１８〜６０ｍｇ／L
・ＴＮ濃度 ：１０１０〜１５１０ｍｇ／L
・ＮＯ2 −Ｎ濃度：１０ｍｇ／L 以下
・ＮＯ3 −Ｎ濃度：１０ｍｇ／L 以下
各処理槽の容量は次の通りで、廃水処理量は３０L ／時間である。
【００６７】
・第１硝化槽 ：１００L
・第２硝化槽 ：２００L
・第３硝化槽 ：３００L
・脱窒槽 ：３００L
・再曝気槽 ：１００L
・固液分離槽 ：２００L
そして、図４の廃水処理装置で２週間運転したら、次に図５の廃水処理装置で２週間運転し、最後に図６の廃水処理装置で２週間運転した。また、図４、図５、図６の廃水処理装置ともに、固液分離槽で固液分離した汚泥を返送汚泥配管で第３硝化槽に返送率２００％で返送するようにした。図６の場合には固液分離槽で分離された汚泥を半量に分けて第２硝化槽と第３硝化槽に返送した。図６の第２硝化槽での硝化槽内におけるＡＨ菌の菌数／ＡＬ菌の菌数の比が１未満であった。また、脱窒槽には、生成される亜硝酸量の０．５倍のメタノール量を添加した。これは、脱窒槽での処理水に亜硝酸を多く残存させるためにメタノール添加量を通常よりも低くしたものである。更に、本発明を実施する硝化槽では、亜硝酸センサとアンモニアセンサにより、亜硝酸／アンモニア比の変化を監視した。
【００６８】
その結果、図４、図５、図６の何れの廃水処理装置の場合も、第３硝化槽内の亜硝酸／アンモニア比を３〜１０の範囲に制御でき、ＮＯ2 −Ｎ濃度が２９０〜３９０ｍｇ／L 、ＮＨ4 −Ｎ濃度が３０〜５０ｍｇ／L の低レベルで推移した。これにより、硝化反応を順調に進行させることができ、廃水処理装置から良好な処理水を排出することができた。
【００６９】
一方、図４、図５、図６の何れの廃水処理装置の場合も、汚泥の返送を停止すると、亜硝酸／アンモニア比が１〜２となり、最後段の硝化槽のＮＯ2 −Ｎ濃度が５４０〜８４０ｍｇ／L 、ＮＨ4 −Ｎ濃度が４６０〜６６０ｍｇ／L の高レベルで推移した。これにより、ＡＬ菌が存在する硝化槽であれば、どの硝化槽に汚泥返送を行っても効果が得られることが確認された。
（実施例３）
実施例３は、図７、図８、図９の廃水処理装置を使用して、返送汚泥の効果を調べたものである。
【００７０】
・ＮＨ4 −Ｎ濃度：１３５０〜１６００ｍｇ／L
・ＢＯＤ濃度 ：１５〜４０ｍｇ／L
・ＣＯＤ濃度 ：１８〜７０ｍｇ／L
・ＴＮ濃度 ：１３６０〜１６１０ｍｇ／L
・ＮＯ2 −Ｎ濃度：１０ｍｇ／L 以下
・ＮＯ3 −Ｎ濃度：１０ｍｇ／L 以下
各処理槽の容量は次の通りで、廃水処理量は５L ／時間である。
【００７１】
・第１硝化槽 ：１００L
・第２硝化槽 ：２００L
・第３硝化槽 ：３００L
・脱窒槽 ：３００L
・再曝気槽 ：１００L
・固液分離槽 ：２００L
そして、図７の廃水処理装置で２週間運転したら、次に図８の廃水処理装置で２週間運転し、最後に図９の廃水処理装置で２週間運転した。また固液分離槽で固液分離した汚泥を図７では第３硝化槽に返送し、図８では第４硝化槽と第５硝化槽に半々ずつ返送し、図９では第６硝化槽に返送した。返送率は２００％である。また、脱窒槽には、生成される亜硝酸量の０．９倍のメタノール量を添加した。更に、本発明を実施する硝化槽では、亜硝酸センサとアンモニアセンサにより、亜硝酸／アンモニア比の変化を監視した。
【００７２】
その結果、図７、図８、図９の何れの廃水処理装置の場合も、本発明の硝化方法を実施した硝化槽内の亜硝酸／アンモニア比を４〜１０の範囲に制御できた。これにより、硝化速度を大きく維持できるので、最後段の硝化槽におけるＮＯ2 −Ｎ濃度を２９０〜４００ｍｇ／L 、ＮＨ4 −Ｎ濃度が３０〜５０ｍｇ／L の低レベルで推移した。この結果、硝化反応を順調に進行させることができ、廃水処理装置から良好な処理水を排出することができた。
【００７３】
一方、図７、図８、図９の何れの廃水処理装置の場合も、汚泥の返送を停止すると、硝化槽内の亜硝酸／アンモニア比が１〜２となり、最後段の硝化槽のＮＯ2 −Ｎ濃度が８２０〜１１００ｍｇ／L 、ＮＨ4 −Ｎ濃度が４８０〜５６０ｍｇ／L の高レベルで推移した。これにより、汚泥の返送効果が確認された。
【００７４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の硝化方法及び装置並びに廃水処理装置によれば、ＡＬ菌が存在する硝化槽での立ち上げ期間を短縮して速やかな立ち上げを行うことができると共に、定常運転時における硝化速度の急激な低下を抑止し、硝化速度を硝化速度を常に速い状態に維持することができる。これにより、硝化反応を順調に進行させることができ、廃水処理装置から良好な処理水を排出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＡＨ菌、ＡＨ菌・ＡＬ菌、ＡＬ菌の特性を示した説明図
【図２】亜硝酸／アンモニア比とＡＬ菌の硝化速度との関係を示したグラフ
【図３】本発明の硝化装置の構成図
【図４】本発明の廃水処理装置において硝化槽を３段直列に並べた多段硝化槽の第３硝化槽に本発明の硝化方法を適用した構成図
【図５】本発明の廃水処理装置において硝化槽を３段直列に並べた多段硝化槽の第２硝化槽に本発明の硝化方法を適用した構成図
【図６】本発明の廃水処理装置において硝化槽を３段直列に並べた多段硝化槽の第２硝化槽と第３硝化槽に本発明の硝化方法を適用した構成図
【図７】本発明の廃水処理装置において硝化槽を４段直列に並べた多段硝化槽の第３硝化槽に本発明の硝化方法を適用した構成図
【図８】本発明の廃水処理装置において硝化槽を５段直列に並べた多段硝化槽の第４硝化槽と第５硝化槽に本発明の硝化方法を適用した構成図
【図９】本発明の廃水処理装置において硝化槽を６段直列に並べた多段硝化槽の第６硝化槽に本発明の硝化方法を適用した構成図
【符号の説明】
１０…硝化装置、１２…流入管、１４…硝化槽、１６…ＡＬ菌又はＡＨ菌・ＡＬ菌の固定化担体、１８…ブロア、２０…曝気管、２２…流出管、２４…固液分離槽、２６…返送汚泥配管、２８…コントローラ、３０…返送汚泥ポンプ、３２…タンク、３４…添加配管、３６…バルブ、３８…亜硝酸センサ、４０…アンモニアセンサ、５０、６０、７０、８０、９０、１００…廃水処理装置、５２…脱窒槽、１７、５４…再曝気槽、５６…固液分離槽
【発明の属する技術分野】
本発明は硝化方法及び装置並びに廃水処理装置に係り、特に高濃度のアンモニア性窒素廃水を固定化微生物を用いて高速処理するための硝化方法及び装置並びに廃水処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
廃水中に含まれるアンモニア性窒素は、放流先の公共用水域の溶存酸素の低下や、閉鎖性水域における富栄養化の原因物質の一つとなることから、その効果的な除去方法が課題になっている。廃水中のアンモニア性窒素を生物学的に処理する方法としては、通常、活性汚泥循環変法を用いた処理方法が行われ、硝化菌によるアンモニアから硝酸への硝化反応及び脱窒菌による硝酸から窒素への脱窒反応を利用したものである。この方法は、嫌気性状態の脱窒槽と好気性状態の硝化槽の２つの槽から成り、脱窒槽では脱窒菌により廃水中の有機物の分解と脱窒処理が行われ、硝化槽では硝化菌により廃水中のアンモニア性窒素が硝化処理されて硝酸になる。そして、硝化槽で硝化処理された硝化液が脱窒槽に循環されることにより廃水中の窒素成分は窒素ガスとして大気に放出されて除去される。この活性汚泥循環変法は、硝化効率を上げるために硝化菌の固定化が検討されており、固定化硝化菌を硝化槽に投入したプロセスが実用化されている。更には、固定化脱窒菌を脱窒槽に投入したプロセスも検討されている。
【０００３】
この活性汚泥循環変法が適用される廃水は、主にアンモニア性窒素濃度が２０〜６０ｍｇ／ｌ程度のアンモニア性窒素濃度が低レベルな下水であり、この程度のアンモニア性窒素濃度では硝化反応がスムーズに進行し、放流水中のアンモニア性窒素濃度が放流基準以下の数ｍｇ／ｌ以下になる。しかし、高濃度のアンモニア性窒素廃水（４００ｍｇ／L 〜５０００ｍｇ／L 程度）が多量に発生する例えば現像所、無機合成工場、発電所等の場合には、廃水原水のアンモニア性窒素濃度を高くとも２００ｍｇ／ｌ以下になるまで希釈してから生物学的な処理を行っている。この結果、処理すべき廃水量が著しく増加してしまい、大規模な廃水処理装置が必要になるという問題があった。
【０００４】
このような背景において、本出願の発明者は特許文献１において、濃度５０００ｍｇ／Ｌ以上の高濃度な硫酸アンモニア溶液中で培養して検出される硝化菌であるＡＨ菌がアンモニア性窒素濃度が４００ｍｇ／Ｌ以上で高い硝化速度を発揮すること、濃度５０００ｍｇ／Ｌ以上の高濃度な硫酸アンモニア溶液中で培養して検出される硝化菌であるＡＨ菌及び濃度約１００ｍｇ／Ｌの低濃度な硫酸アンモニア溶液中で培養して検出される硝化菌であるＡＬ菌が混相状態で繁殖したＡＨ菌・ＡＬ菌がアンモニア性窒素濃度が１５０〜４００ｍｇ／Ｌの範囲で高い硝化速度を発揮すること、更には、濃度約１００ｍｇ／Ｌの低濃度な硫酸アンモニア溶液中で培養して検出される硝化菌であるＡＬ菌がアンモニア性窒素濃度２００ｍｇ／Ｌ以下で高い硝化速度を発揮することを見いだした。
【０００５】
そして、高濃度のアンモニア性窒素廃水を生物処理する方法に上記した３種類の硝化菌の特性を利用して、１段目の第１硝化槽でＡＨ菌固定化担体とアンモニア性廃水を接触させ、２段目の第２硝化槽でＡＨ菌・ＡＬ菌固定化担体とアンモニア性廃水とを接触させ、３段目の第３硝化槽でＡＬ菌固定化担体とアンモニア性廃水とを接触させる多段硝化槽を構築することを提案した。
【０００６】
【特許文献１】
特許第３２５２８８７号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した多段硝化槽のうち、ＡＬ菌が存在する２段目と３段目の硝化槽の立ち上げ時において、硝化速度が向上しないという現象がみられ、これにより立ち上げに長期間を要するという問題がある。また、硝化速度が大きい状態で安定する定常運転時においても、ある時期に硝化速度が急激に低下する現象がみられ、これにより多段硝化槽の後段に設けられた脱窒槽で脱窒処理して得られた処理水の水質が悪化してしまうという問題がある。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、ＡＬ菌が存在する硝化槽での立ち上げを短期間で速やかに行うことができると共に、定常運転時における硝化速度の急激な低下を抑制して硝化速度を常に大きな状態に安定して維持することができる硝化方法及び装置並びに廃水処理装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決する為の手段】
硝化槽を多段に設けた場合、ＡＬ菌が優先繁殖する後段側の硝化槽では、上述したように、立ち上げ時に硝化速度が向上しない現象があるが、発明者は、この原因を追求したところ、ＡＬ菌の細胞内の亜硝酸性窒素（ＮＯ2 −Ｎ）濃度と細胞外部のアンモニア性窒素（ＮＨ4 −Ｎ）濃度とのバランスに伴う基質移動（能動輸送）に原因があることが分かった。即ち、ＡＬ菌の細胞内の亜硝酸性窒素濃度と細胞外部のアンモニア濃度とのバランスが略１：１に近づくと、ＡＬ菌の活性がそれ以上大きくならないことに起因する。従って、硝化槽内の亜硝酸性窒素濃度とアンモニア性窒素濃度との比のバランスを１：１から崩してやることでＡＬ菌の硝化速度を良い状態に回復できるとの知見を得た。
【００１０】
上記バランスを１：１から崩す方法としては、ＡＬ菌が存在する硝化槽の後段において、脱窒処理に続いて再曝気処理した液を固液分離した汚泥及び／又は処理水をＡＬ菌が存在する硝化槽に戻すことが効果的であることが分かった。この理由は、立ち上げ時の脱窒性能が十分でないときの脱窒処理によって亜硝酸が多く残存し、更にこの液を再曝気処理して硝化を進行させることにより、アンモニア濃度に比べて亜硝酸濃度の高い汚泥や処理水が得られ、この汚泥及び／又は処理水を硝化槽に戻すことで上記バランスが１：１から崩れるためと考えられる。この場合、硝化槽の後段において硝化槽での曝気量よりも多い曝気量で再曝気処理して硝化反応を進行させるだけでも効果がある。しかし、アンモニア濃度に比べて亜硝酸濃度の高い汚泥及び／又は処理水を硝化槽に戻し過ぎて、硝化槽内のアンモニア性窒素濃度に対する亜硝酸性窒素濃度の比（以下、「亜硝酸／アンモニア比」と称す）が余りにも大きくなると、ＡＬ菌の亜硝酸耐性の限界を超えてしまうために硝化速度が急激に低下するとの知見を得た。
【００１１】
発明者は、上記知見から、ＡＬ菌が存在する硝化槽の硝化速度を向上させて立ち上げ期間を短縮して速やかに立ち上げるために好適な硝化槽内の亜硝酸／アンモニア比を実験により調べたところ、亜硝酸／アンモニア比が２〜１０の範囲であることが必要であり、より好ましい範囲は３〜８の範囲であるとの知見を得た。
【００１２】
また、発明者は、この硝化槽内の亜硝酸／アンモニア比は、何も立ち上げ時に限ったものではなく、硝化槽が大きな硝化速度で安定する定常運転時でも、亜硝酸／アンモニア比が２を下回ったり、１０を超えたりした場合には、硝化速度が急激に低下するとの知見を得た。従って、定常運転時にも硝化槽内の亜硝酸／アンモニア比が上記した範囲に入るように調整することで、常に硝化速度が大きな状態を維持することができる。
【００１３】
また、本発明者は、前記したバランスを１：１から崩す別の方法としては、ゼオライトをＡＬ菌が存在する硝化槽に添加することも効果的であることも分かった。この理由は、ゼオライトはアンモニアの吸着性に優れているので、ＡＬ菌が存在する硝化槽にゼオライトを添加してアンモニアを吸着することで、上記バランスが１：１から崩れるためと考えられる。この場合にも、ゼオライトによるアンモニアの吸着で硝化槽内の亜硝酸／アンモニア比が１０を超えないように、添加するゼオライト量を調整することが必要である。
【００１４】
本発明はかかる知見のもとに成されたものである。
【００３１】
本発明の請求項１は前記目的を達成するために、アンモニア性窒素含有液を硝化処理する硝化槽を多段に設けて処理する廃水処理装置において、前記多段硝化槽の上流側に配置され、濃度５０００ｍｇ／Ｌ以上の高濃度な硫酸アンモニア溶液中で４〜８週間培養して検出される硝化菌であるＡＨ菌が固定化されたＡＨ菌固定化担体が充填されたＡＨ菌硝化槽と、前記多段硝化槽の下流側に配置され、濃度約１００ｍｇ／Ｌの低濃度な硫酸アンモニア溶液中で４〜８週間培養して検出される硝化菌であるＡＬ菌が固定化されたＡＬ菌固定化担体が充填された少なくとも１槽のＡＬ菌硝化槽と、前記ＡＨ菌硝化槽と前記ＡＬ菌硝化槽との間に配置され、ＡＨ菌とＡＬ菌とが混相繁殖したＡＨ菌・ＡＬ菌が固定化されたＡＨ菌・ＡＬ菌固定化担体が充填された少なくとも１槽のＡＨ菌・ＡＬ菌硝化槽と、前記多段硝化槽の後段に設けられ、前記多段硝化槽で硝化処理された流出液を脱窒処理する脱窒槽と、前記脱窒槽で脱窒処理された流出液を再曝気処理する再曝気槽と、前記再曝気槽で再曝気処理された流出液を固液分離する固液分離槽と、前記固液分離槽で固液分離された汚泥及び／又は処理水を前記多段硝化槽のうちの前記ＡＬ菌硝化槽及び／又は前記ＡＨ菌・ＡＬ菌硝化槽に返送する返送手段とを備えたことを特徴とする。
【００３２】
本発明の請求項１は、多段硝化槽に本発明の硝化装置を組み込んでアンモニア性窒素含有液から窒素を除去する廃水処理装置として構成したものである。これにより、ＡＬ菌が存在する硝化槽での立ち上げ期間を短縮して速やかな立ち上げを行うことができ、且つ定常運転時におけるＡＬ菌固定化担体の硝化速度の急激な低下現象を抑制し、硝化速度を常に大きな状態に維持することができる。この場合、返送する汚泥及び／又は処理水に亜硝酸を多く残存させるためには、脱窒槽でのメタノール添加量を亜硝酸濃度の０．５〜１．０倍の濃度で添加するとよい。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下添付図面に従って本発明に係る硝化方法及び装置並びに廃水処理装置の好ましい実施の形態について詳説する。
【００３４】
本発明を説明する前に、本発明を理解する上で前提となるＡＨ菌、ＡＨ菌・ＡＬ菌、及びＡＬ菌について説明する。
【００３５】
本発明者は、硝化菌は、大別すると、高濃度のアンモニア性窒素雰囲気の条件下で高活性を発揮する硝化菌と、低濃度のアンモニア性窒素雰囲気の条件下で高活性を発揮する硝化菌とが生存することを見いだし、これら２種類の硝化菌を特定するために、濃度５０００ｍｇ／ｌ以上の高濃度な硫酸アンモニア溶液中で４〜８週間培養して検出される硝化菌をＡＨ菌とし、濃度約１００ｍｇ／ｌの低濃度な硫酸アンモニア溶液中で４〜８週間培養して検出される硝化菌をＡＬ菌とした。
【００３６】
これらＡＨ菌やＡＬ菌の特性を図１に示すように、ＡＨ菌は、アンモニア性窒素濃度が４００ｍｇ／ｌ以上の領域で優先繁殖し、菌数の顕著な増殖が見られ、硝化速度も顕著に高くなる。ＡＬ菌はアンモニア性窒素濃度が２００ｍｇ／ｌ以下の領域で優先繁殖し、菌数の顕著な増殖が見られ、硝化速度は１００ｍｇ／ｌ付近にピークがある放物線を示す。そして、アンモニア性窒素濃度が１５０〜４００ｍｇ／ｌの領域ではＡＨ菌とＡＬ菌の混相繁殖したＡＨ菌・ＡＬ菌となり、硝化速度は２種類の菌の混在による相乗効果が生じる。
【００３７】
従って、ＡＨ菌とＡＬ菌の特性を上手に利用した多段硝化槽を構築することにより、高濃度のアンモニア性窒素廃水を効率良く且つ高速に処理することができると共に、亜硝酸型の硝化反応を支配的に行うことができるので、脱窒槽での必要な有機物添加量も少なくできる。
【００３８】
本発明者は、かかるＡＨ菌、ＡＨ菌・ＡＬ菌、ＡＬ菌を利用した多段硝化槽に関する研究の中で、多段硝化槽のうち、ＡＬ菌が存在する後段の硝化槽の立ち上げ時に硝化速度が向上しない現象、或いは定常運転時において、ある時期に硝化速度が急激に低下する現象の原因として図２に示す関係を見い出した。
【００３９】
図２の縦軸はＡＬ菌の硝化速度（ｍｇ−Ｎ／ｈ・L −担体）であり、横軸はＡＬ菌固定化担体が充填された硝化槽内におけるアンモニア性窒素濃度に対する亜硝酸性窒素濃度の比（亜硝酸／アンモニア比）である。
【００４０】
図２から分かるように、亜硝酸／アンモニア比を大きくしていくと、ＡＬ菌の硝化速度は急激に低下し、亜硝酸／アンモニア比が略１：１のときに硝化速度が最低となり約４０（ｍｇ−Ｎ／ｈ・L −担体）まで低下する。この現象の原因として、亜硝酸／アンモニア比が１：１の平衡状態で基質の能動輸送が阻害されていることが考えられる。これは、アンモニア性窒素含有液とＡＬ菌固定化担体とを接触させて硝化処理する硝化槽の立ち上げ時に特に見られる現象で、硝化初期の亜硝酸性窒素濃度が小さい水質状態から硝化処理が進行して次第に硝化槽内の亜硝酸性窒素濃度が高くなってくると発生する。
【００４１】
従来、亜硝酸性窒素濃度が増加するとＡＬ菌の硝化速度が急激に低下する原因は、ＡＬ菌の亜硝酸耐性が弱いためと考えられていたが、図２から分かるように、亜硝酸／アンモニア比を略１：１から更に大きくしていくと、ＡＬ菌の硝化速度は再び上昇する。亜硝酸／アンモニア比が２のときに硝化速度が約１００（ｍｇ−Ｎ／ｈ・L −担体）まで回復し、亜硝酸／アンモニア比が３を超えるころに硝化速度が約２００（ｍｇ−Ｎ／ｈ・L −担体）で最大になる。そして、亜硝酸／アンモニア比が約８から硝化速度が再び低下し始め、亜硝酸／アンモニア比が約１０のときに硝化速度が約１００（ｍｇ−Ｎ／ｈ・L −担体）まで低下し、その後も低下する。これは硝化槽内のアンモニア性窒素濃度に対する亜硝酸性窒素濃度の比が余りにも大きくなると、ＡＬ菌の亜硝酸耐性の限界を超えてしまうために硝化速度が低下し始めるものと考えられる。
【００４２】
従って、ＡＬ菌固定化担体が充填された硝化槽の立ち上げ期間の短縮を行うには、硝化槽内の亜硝酸／アンモニア比を２〜１０の範囲、好ましくは３〜８の範囲に制御することが重要である。また、硝化速度が大きな状態で安定する定常運転時においても、硝化槽内の亜硝酸／アンモニア比を２〜１０の範囲、好ましくは３〜８の範囲に制御することが重要である。
【００４３】
また、図２の亜硝酸／アンモニア比と硝化速度との関係は、アンモニア性窒素含有液とＡＬ菌固定化担体とを接触させて硝化処理する硝化槽だけでなく、アンモニア性窒素含有液とＡＨ菌・ＡＬ菌固定化担体とを接触させて硝化処理する硝化槽でも同様に生じる。しかし、この場合には、ＡＨ菌・ＡＬ菌固定化担体におけるＡＨ菌の菌数／ＡＬ菌の菌数の比が１未満の場合に発生することが分かった。
【００４４】
本発明の硝化方法は、かかる知見に基づいて成されたもので、アンモニア性窒素含有液と、濃度約１００ｍｇ／Ｌの低濃度な硫酸アンモニア溶液中で４〜８週間培養して検出される硝化菌であるＡＬ菌が優先繁殖したＡＬ菌固定化担体とを硝化槽内で好気性雰囲気で接触させて硝化処理すると共に、該硝化槽内の亜硝酸性窒素濃度／アンモニア性窒素濃度の比を２〜１０の範囲に、好ましくは３〜８の範囲に制御するものである。
【００４５】
更には、アンモニア性窒素含有液と、濃度５０００ｍｇ／Ｌ以上の高濃度な硫酸アンモニア溶液中で４〜８週間培養して検出される硝化菌であるＡＨ菌及び濃度約１００ｍｇ／Ｌの低濃度な硫酸アンモニア溶液中で４〜８週間培養して検出される硝化菌であるＡＬ菌が混相状態で繁殖したＡＨ菌・ＡＬ菌固定化担体とを硝化槽内で好気性雰囲気で接触させて硝化処理すると共に、前記ＡＨ菌・ＡＬ菌固定化担体におけるＡＨ菌の菌数／ＡＬ菌の菌数の比が１未満の場合には、前記硝化槽内の亜硝酸性窒素濃度／アンモニア性窒素濃度の比を２〜１０の範囲に、好ましくは３〜８の範囲に制御するものである。
【００４６】
かかる本発明の硝化方法の場合、ＡＬ菌固定化担体又はＡＨ菌・ＡＬ菌固定化担体は、活性汚泥からＡＨ菌やＡＬ菌を分離して固定化した、所謂、分離培養硝化菌固定化法で製造されたものであっても、活性汚泥からＡＨ菌やＡＬ菌を集積培養する、所謂、集積培養硝化菌固定化法の何れであってもよい。
【００４７】
図３は、本発明の硝化方法を適用する硝化装置の構成図である。
【００４８】
硝化装置１０は、流入管１２からアンモニア性窒素含有液が硝化槽１４に流入し、硝化槽１４内に充填された固定化担体１６（ＡＬ菌固定化担体又はＡＨ菌・ＡＬ菌固定化担体）と接触する。硝化槽１４内の底部には、ブロア１８に接続された曝気管２０が配設され、この曝気管２０からエアが曝気されることにより、硝化槽１４内が好気性雰囲気に形成される。硝化槽１４で硝化処理された処理液は流出管２２により底部に曝気管２０を有する再曝気槽１７を介して固液分離槽２４に送られ、処理水と汚泥とに固液分離される。固液分離槽２４の底部と硝化槽１４とは返送汚泥配管２６によって連結され、コントローラ２８が返送汚泥配管２６に設けた返送汚泥ポンプ３０を制御することにより固液分離槽２４で沈降した汚泥を硝化槽１４に返送する。この場合、汚泥を返送することに限らず、固液分離槽２４で分離された処理水を返送してもよく、汚泥と処理水の両方を返送してもよい。
【００４９】
また、硝化槽１４の上方には、ゼオライトを貯留するタンク３２が設けられ、タンク３２底部から添加配管３４が硝化槽１４まで延設される。そして、コントローラ２８が添加配管３４に設けたバルブ３６を開成することにより、ゼオライトを硝化槽１４に添加する。硝化槽１４へのゼオライトの添加はアンモニアの吸着除去を目的としたものであり、アンモニアの吸着除去できるものであれば他の物質でもよい。また、硝化槽１４内のアンモニアを吸着以外で除去する方法としては、ＰＨストリッピング法があり、硝化槽１４内の液のＰＨを約１０に調整し、曝気管２０から曝気するエア量を好気性雰囲気にするエア量の２倍以上曝気することで、液中のアンモニアを大気中に気散させることができる。
【００５０】
硝化槽１４内には、亜硝酸性窒素濃度を検出する亜硝酸センサ３８が設けられると共に、アンモニア性窒素濃度を検出するアンモニアセンサ４０が設けられる。亜硝酸センサ３８としては例えばブラウンルーベを使用でき、アンモニアセンサ４０としては、例えばイオン電極を使用することができる。亜硝酸センサ３８及びアンモニアセンサ４０で検出された検出結果は、比較器４２によって亜硝酸／アンモニア比が求められ、求めた結果がコントローラ２８に入力される。そして、コントローラ２８は、入力された亜硝酸／アンモニア比に基づいて硝化槽１４内の亜硝酸／アンモニア比が２〜１０の範囲内になるように、添加配管３４のバルブ３６又は汚泥返送配管２６の返送汚泥ポンプ３０を制御する。即ち、硝化槽１４の立ち上げ時或いは定常運転時に、亜硝酸／アンモニア比が１に近づく方向にシフトする場合には、コントローラ２８は、固液分離槽２４で発生する亜硝酸濃度の高い汚泥及び／又は処理水を硝化槽１４へ返送するか、及び／又は硝化槽１４へのゼオライトの添加を行う。これにより、ＡＬ菌が存在する硝化槽１４での立ち上げ期間を短縮でき、且つ定常運転時におけるＡＬ菌固定化担体の硝化速度の急激な低下現象を抑制し、硝化速度を常に大きな状態に維持することができる。この場合、返送する汚泥及び／又は処理水に亜硝酸を多く残存させるためには、脱窒槽１５でのメタノール添加量を亜硝酸濃度の０．５〜１．０倍の濃度で添加するとよい。
【００５１】
しかし、アンモニア濃度に比べて亜硝酸濃度の高い汚泥及び／又は処理水を硝化槽１４に戻し過ぎたり、ゼオライトにより硝化槽１４内のアンモニアを吸着し過ぎたりして、硝化槽１４内の亜硝酸／アンモニア比が１０を超えると、ＡＬ菌の亜硝酸耐性の限界を超えてしまう。従って、コントローラ２８は、硝化槽１４に戻す汚泥及び／又は処理水の量や、硝化槽１４に添加するゼオライトの量を適切に制御するように構成される。
【００５２】
図４〜図９は、本発明の硝化方法及び装置を多段硝化槽のうち、ＡＬ菌又はＡＨ菌・ＡＬ菌が存在する硝化槽に適用して、アンモニア濃度が４００ｍｇ／L 以上の高濃度のアンモニア性窒素含有液を効率良く且つ高速に処理するための廃水処理装置の構成を示したものである。尚、図４〜図９の多段硝化槽において、ＡＨ菌・ＡＬ菌固定化担体の硝化槽の槽数、及びＡＬ菌固定化担体の硝化槽の槽数は一例であり、多段処理槽に流入するアンモニア性窒素含有液のアンモニア性窒素濃度によって変わる。
【００５３】
図４の廃水処理装置５０は、３段から成る多段硝化槽の後段に脱窒槽５２と再曝気槽５４と固液分離槽５６を設けたものである。多段硝化槽は、アンモニア性廃水とＡＨ菌固定化担体とを接触させる１段目の第１硝化槽１４Ａと、第１硝化槽１４Ａの流出液とＡＨ菌・ＡＬ菌固定化担体とを接触させる２段目の第２硝化槽１４Ｂと、第２硝化槽１４Ｂの流出液とＡＬ菌固定化担体とを接触させる３段目の第３硝化槽１４Ｃとで構成される。そして、第３硝化槽１４Ｃに本発明の硝化方法を適用可能なように、固液分離槽５６からの返送汚泥配管２６が接続されると共に、ゼオライトの添加配管３４が設けられる。尚、図４では、図３の硝化装置１０で説明した亜硝酸センサ３８、アンモニアセンサ４０、比較器４２、コントローラ２８、添加配管３４のバルブ３６、汚泥返送配管２６の返送汚泥ポンプ３０は省略してあり、図５から図９も同様である。また、再曝気槽５４は再度硝化処理を行う槽であり、曝気量を硝化槽１４での曝気量よりも多くして、脱窒処理の後で再度硝化処理を行うと共にアンモニアを気散させて、亜硝酸／アンモニア比におけるアンモニアを低減する。
【００５４】
図５の廃水処理装置６０は、固液分離槽５６からの返送汚泥配管を第２硝化槽１４Ｂに接続すると共に、ゼオライトの添加配管３４を削除した以外は、図４と同様である。
【００５５】
図６の廃水処理装置７０は、固液分離槽５６からの返送汚泥配管２６を第２硝化槽１４Ｂ及び第３硝化槽１４Ｃに分配できるように接続すると共に、ゼオライトの添加配管３４を設けなかった以外は、図４と同様である。
【００５６】
図７の廃水処理装置８０は、４段から成る多段硝化槽の後段に脱窒槽５２と再曝気槽５４と固液分離槽５６を設けたものである。多段硝化槽は、アンモニア性窒素含有液とＡＨ菌固定化担体とを接触させる１段目の第１硝化槽１４Ａと、第１硝化槽１４Ａの流出液とＡＨ菌・ＡＬ菌固定化担体とを接触させる２段目の第２硝化槽１４Ｂと、２段目の第２硝化槽１４Ｂの流出液とＡＬ菌固定化担体とを接触させる３段目の第３硝化槽１４Ｃと、第３硝化槽１４Ｃの流出液とＡＬ菌固定化担体とを接触させる４段目の第４硝化槽１４Ｄとで構成される。そして、第３硝化槽１４Ｃに本発明の硝化方法を適用可能なように、固液分離槽５６からの返送汚泥配管２６が接続される。但し、ゼオライトの添加配管３４は設けなかった。
【００５７】
図８の廃水処理装置９０は、５段から成る多段硝化槽の後段に脱窒槽５２と再曝気槽５４と固液分離槽５６を設けたものである。多段硝化槽は、アンモニア性窒素含有液とＡＨ菌固定化担体とを接触させる１段目の第１硝化槽１４Ａと、第１硝化槽１４Ａの流出液とＡＨ菌・ＡＬ菌固定化担体とを接触させる２段目の第２硝化槽１４Ｂと、２段目の第２硝化槽１４Ｂの流出液とＡＨ菌・ＡＬ菌固定化担体とを接触させる３段目の第３硝化槽１４Ｃと、第３硝化槽１４Ｃの流出液とＡＨ菌・ＡＬ菌固定化担体とを接触させる４段目の第４硝化槽１４Ｄと、第４硝化槽１４Ｄの流出液とＡＬ菌固定化担体とを接触させる５段目の第５硝化槽１４Ｅとで構成される。そして、第４硝化槽１４Ｄ及び第５硝化槽１４Ｅに本発明の硝化方法を適用可能なように、固液分離槽５６からの返送汚泥配管２６が接続させた。但し、ゼオライトの添加配管３４は設けなかった。尚、第２硝化槽１４Ｂ、第３硝化槽１４Ｃ、及び第４硝化槽１４Ｅにおいては、ＡＨ菌とＡＬ菌とが混相繁殖しており、前段側の硝化槽（第２硝化槽）ほどＡＨ菌の比率が高い。
【００５８】
図９の廃水処理装置１００は、６段から成る多段硝化槽の後段に脱窒槽５２と再曝気槽５４と固液分離槽５６を設けたものである。多段硝化槽は、アンモニア性窒素含有液とＡＨ菌固定化担体とを接触させる１段目の第１硝化槽１４Ａと、第１硝化槽１４Ａの流出液とＡＨ菌・ＡＬ菌固定化担体とを接触させる２段目の第２硝化槽１４Ｂと、第２硝化槽１４Ｂの流出液とＡＨ菌・ＡＬ菌固定化担体とを接触させる３段目の第３硝化槽１４Ｃと、第３硝化槽１４Ｃの流出液とＡＨ菌・ＡＬ菌固定化担体とを接触させる４段目の第４硝化槽１４Ｄと、第４硝化槽１４Ｄの流出液とＡＬ菌固定化担体とを接触させる５段目の第５硝化槽１４Ｅと、第５硝化槽１４Ｅの流出液とＡＬ菌固定化担体とを接触させる６段目の第６硝化槽１４Ｆで構成される。そして、第６硝化槽１４Ｆに本発明の硝化方法を適用可能なように、固液分離槽５６からの返送汚泥配管２６が接続される。但し、ゼオライトの添加配管３４は設けなかった。
【００５９】
上記図４〜図９のように、多段硝化槽のＡＬ菌が存在する後段側の硝化槽に本発明の硝化方法を適用した廃水処理装置を構築して、多段硝化槽のうちのｎ段目及び／又はｎ−１段目に、多段硝化槽１４の後段で脱窒処理に続いて再曝気処理をした後の固液分離で発生する汚泥及び／又は処理水を返送するか、及び／又は多段硝化槽１４のＡＬ菌が存在する硝化槽にゼオライトを添加するかによって、ＡＬ菌が存在する硝化槽の立ち上げ期間を短縮して速やかな立ち上げを行うことができると共に、硝化速度が大きい状態で安定する定常運転時においても、ある時期に硝化速度が急激に低下する現象を抑制することができる。これにより、高濃度をアンモニアを含有するアンモニア性窒素含有液を、常に安定し且つ効率的に硝化処理することができるので、良好な水質の処理水を廃水処理装置から排出することができる。
【００６０】
【実施例】
（実施例１）
実施例１は、図４の廃水処理装置を使用して、工場廃水Ａを処理したもので、立ち上がり時における固液分離槽からＡＬ菌が存在する硝化槽への汚泥の返送効果、更にはゼオライトの添加効果を調べたものである。
【００６１】
工場廃水Ａの組成は次の通りである。
【００６２】
・ＮＨ4 −Ｎ濃度：４００〜６５０ｍｇ／L
・ＢＯＤ濃度 ：２０〜４０ｍｇ／L
・ＣＯＤ濃度 ：８０〜１００ｍｇ／L
・ＴＮ濃度 ：４５０〜７００ｍｇ／L
・ＮＯ2 −Ｎ濃度：１０ｍｇ／L 以下
・ＮＯ3 −Ｎ濃度：１０ｍｇ／L 以下
各処理槽の容量は次の通りで、廃水処理量は３０ｍ3 ／時間である。
【００６３】
・第１硝化槽 ：１００L
・第２硝化槽 ：２００L
・第３硝化槽 ：３００L
・脱窒槽 ：３００L
・再曝気槽 ：１００L
・固液分離槽 ：２００L
そして、廃水処理装置の立ち上がり時には、第３硝化槽に固液分離槽で固液分離された汚泥を返送すると共に、添加配管からゼオライトを添加した。また、第３硝化槽に設置した亜硝酸センサとアンモニアセンサにより、亜硝酸／アンモニア比の変化を監視した。更に、脱窒槽には、生成される亜硝酸量の０．５倍のメタノール量を添加した。これは、脱窒槽での処理水に亜硝酸を多く残存させるためにメタノール添加量を通常よりも低くしたものである。
【００６４】
その結果、第３硝化槽内の立ち上がり時の亜硝酸／アンモニア比を３〜６の範囲に制御でき、第３硝化槽内のＮＯ2 −Ｎ濃度が１５０〜２１０ｍｇ／L 、ＮＨ4 −Ｎ濃度が４０〜５０ｍｇ／L で推移した。これにより、第３硝化槽での担体活性の立ち上がりが早くなり、硝化反応を順調に進行させることができ、運転開始１カ月後における第３硝化槽の硝化速度は１２０（ｍｇ−Ｎ／ｈ・L −担体）に達した。
【００６５】
一方、第３硝化槽内の立ち上がり時に固液分離槽で発生する汚泥を返送せず、且つゼオライトを添加しないと、亜硝酸／アンモニア比が１：１に近づき、第３硝化槽内のＮＯ2 −Ｎ濃度が１５０〜２１０ｍｇ／L 、ＮＨ4 −Ｎ濃度が２１０〜３５０ｍｇ／L の高レベルで推移した。運転開始１カ月後における第３硝化槽の硝化速度は３５（ｍｇ−Ｎ／ｈ・L −担体）と低かった。これにより、ＡＬ菌が存在する硝化槽での立ち上がり時において、固液分離槽で発生する汚泥及び／又は処理水の返送による効果、及びゼオライトを添加する効果が確認された。
（実施例２）
実施例２は、実施例１よりも高濃度のアンモニアを含有する工場廃水Ｂを処理したもので、汚泥返送の効果を調べると共に、図４、図５、図６の廃水処理装置を使用して、返送汚泥をどの硝化槽に返送するのが効果的であるかを調べたものである。尚、図４のゼオライトの添加は使用しなかった。
【００６６】
・ＮＨ4 −Ｎ濃度：１０００〜１５００ｍｇ／L
・ＢＯＤ濃度 ：２０〜４０ｍｇ／L
・ＣＯＤ濃度 ：１８〜６０ｍｇ／L
・ＴＮ濃度 ：１０１０〜１５１０ｍｇ／L
・ＮＯ2 −Ｎ濃度：１０ｍｇ／L 以下
・ＮＯ3 −Ｎ濃度：１０ｍｇ／L 以下
各処理槽の容量は次の通りで、廃水処理量は３０L ／時間である。
【００６７】
・第１硝化槽 ：１００L
・第２硝化槽 ：２００L
・第３硝化槽 ：３００L
・脱窒槽 ：３００L
・再曝気槽 ：１００L
・固液分離槽 ：２００L
そして、図４の廃水処理装置で２週間運転したら、次に図５の廃水処理装置で２週間運転し、最後に図６の廃水処理装置で２週間運転した。また、図４、図５、図６の廃水処理装置ともに、固液分離槽で固液分離した汚泥を返送汚泥配管で第３硝化槽に返送率２００％で返送するようにした。図６の場合には固液分離槽で分離された汚泥を半量に分けて第２硝化槽と第３硝化槽に返送した。図６の第２硝化槽での硝化槽内におけるＡＨ菌の菌数／ＡＬ菌の菌数の比が１未満であった。また、脱窒槽には、生成される亜硝酸量の０．５倍のメタノール量を添加した。これは、脱窒槽での処理水に亜硝酸を多く残存させるためにメタノール添加量を通常よりも低くしたものである。更に、本発明を実施する硝化槽では、亜硝酸センサとアンモニアセンサにより、亜硝酸／アンモニア比の変化を監視した。
【００６８】
その結果、図４、図５、図６の何れの廃水処理装置の場合も、第３硝化槽内の亜硝酸／アンモニア比を３〜１０の範囲に制御でき、ＮＯ2 −Ｎ濃度が２９０〜３９０ｍｇ／L 、ＮＨ4 −Ｎ濃度が３０〜５０ｍｇ／L の低レベルで推移した。これにより、硝化反応を順調に進行させることができ、廃水処理装置から良好な処理水を排出することができた。
【００６９】
一方、図４、図５、図６の何れの廃水処理装置の場合も、汚泥の返送を停止すると、亜硝酸／アンモニア比が１〜２となり、最後段の硝化槽のＮＯ2 −Ｎ濃度が５４０〜８４０ｍｇ／L 、ＮＨ4 −Ｎ濃度が４６０〜６６０ｍｇ／L の高レベルで推移した。これにより、ＡＬ菌が存在する硝化槽であれば、どの硝化槽に汚泥返送を行っても効果が得られることが確認された。
（実施例３）
実施例３は、図７、図８、図９の廃水処理装置を使用して、返送汚泥の効果を調べたものである。
【００７０】
・ＮＨ4 −Ｎ濃度：１３５０〜１６００ｍｇ／L
・ＢＯＤ濃度 ：１５〜４０ｍｇ／L
・ＣＯＤ濃度 ：１８〜７０ｍｇ／L
・ＴＮ濃度 ：１３６０〜１６１０ｍｇ／L
・ＮＯ2 −Ｎ濃度：１０ｍｇ／L 以下
・ＮＯ3 −Ｎ濃度：１０ｍｇ／L 以下
各処理槽の容量は次の通りで、廃水処理量は５L ／時間である。
【００７１】
・第１硝化槽 ：１００L
・第２硝化槽 ：２００L
・第３硝化槽 ：３００L
・脱窒槽 ：３００L
・再曝気槽 ：１００L
・固液分離槽 ：２００L
そして、図７の廃水処理装置で２週間運転したら、次に図８の廃水処理装置で２週間運転し、最後に図９の廃水処理装置で２週間運転した。また固液分離槽で固液分離した汚泥を図７では第３硝化槽に返送し、図８では第４硝化槽と第５硝化槽に半々ずつ返送し、図９では第６硝化槽に返送した。返送率は２００％である。また、脱窒槽には、生成される亜硝酸量の０．９倍のメタノール量を添加した。更に、本発明を実施する硝化槽では、亜硝酸センサとアンモニアセンサにより、亜硝酸／アンモニア比の変化を監視した。
【００７２】
その結果、図７、図８、図９の何れの廃水処理装置の場合も、本発明の硝化方法を実施した硝化槽内の亜硝酸／アンモニア比を４〜１０の範囲に制御できた。これにより、硝化速度を大きく維持できるので、最後段の硝化槽におけるＮＯ2 −Ｎ濃度を２９０〜４００ｍｇ／L 、ＮＨ4 −Ｎ濃度が３０〜５０ｍｇ／L の低レベルで推移した。この結果、硝化反応を順調に進行させることができ、廃水処理装置から良好な処理水を排出することができた。
【００７３】
一方、図７、図８、図９の何れの廃水処理装置の場合も、汚泥の返送を停止すると、硝化槽内の亜硝酸／アンモニア比が１〜２となり、最後段の硝化槽のＮＯ2 −Ｎ濃度が８２０〜１１００ｍｇ／L 、ＮＨ4 −Ｎ濃度が４８０〜５６０ｍｇ／L の高レベルで推移した。これにより、汚泥の返送効果が確認された。
【００７４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の硝化方法及び装置並びに廃水処理装置によれば、ＡＬ菌が存在する硝化槽での立ち上げ期間を短縮して速やかな立ち上げを行うことができると共に、定常運転時における硝化速度の急激な低下を抑止し、硝化速度を硝化速度を常に速い状態に維持することができる。これにより、硝化反応を順調に進行させることができ、廃水処理装置から良好な処理水を排出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＡＨ菌、ＡＨ菌・ＡＬ菌、ＡＬ菌の特性を示した説明図
【図２】亜硝酸／アンモニア比とＡＬ菌の硝化速度との関係を示したグラフ
【図３】本発明の硝化装置の構成図
【図４】本発明の廃水処理装置において硝化槽を３段直列に並べた多段硝化槽の第３硝化槽に本発明の硝化方法を適用した構成図
【図５】本発明の廃水処理装置において硝化槽を３段直列に並べた多段硝化槽の第２硝化槽に本発明の硝化方法を適用した構成図
【図６】本発明の廃水処理装置において硝化槽を３段直列に並べた多段硝化槽の第２硝化槽と第３硝化槽に本発明の硝化方法を適用した構成図
【図７】本発明の廃水処理装置において硝化槽を４段直列に並べた多段硝化槽の第３硝化槽に本発明の硝化方法を適用した構成図
【図８】本発明の廃水処理装置において硝化槽を５段直列に並べた多段硝化槽の第４硝化槽と第５硝化槽に本発明の硝化方法を適用した構成図
【図９】本発明の廃水処理装置において硝化槽を６段直列に並べた多段硝化槽の第６硝化槽に本発明の硝化方法を適用した構成図
【符号の説明】
１０…硝化装置、１２…流入管、１４…硝化槽、１６…ＡＬ菌又はＡＨ菌・ＡＬ菌の固定化担体、１８…ブロア、２０…曝気管、２２…流出管、２４…固液分離槽、２６…返送汚泥配管、２８…コントローラ、３０…返送汚泥ポンプ、３２…タンク、３４…添加配管、３６…バルブ、３８…亜硝酸センサ、４０…アンモニアセンサ、５０、６０、７０、８０、９０、１００…廃水処理装置、５２…脱窒槽、１７、５４…再曝気槽、５６…固液分離槽
Claims (2)
- アンモニア性窒素含有液を硝化処理する硝化槽を多段に設けて処理する廃水処理装置において、
前記多段硝化槽の上流側に配置され、濃度５０００ｍｇ／Ｌ以上の高濃度な硫酸アンモニア溶液中で４〜８週間培養して検出される硝化菌であるＡＨ菌が固定化されたＡＨ菌固定化担体が充填されたＡＨ菌硝化槽と、
前記多段硝化槽の下流側に配置され、濃度約１００ｍｇ／Ｌの低濃度な硫酸アンモニア溶液中で４〜８週間培養して検出される硝化菌であるＡＬ菌が固定化されたＡＬ菌固定化担体が充填された少なくとも１槽のＡＬ菌硝化槽と、
前記ＡＨ菌硝化槽と前記ＡＬ菌硝化槽との間に配置され、ＡＨ菌とＡＬ菌とが混相繁殖したＡＨ菌・ＡＬ菌が固定化されたＡＨ菌・ＡＬ菌固定化担体が充填された少なくとも１槽のＡＨ菌・ＡＬ菌硝化槽と、
前記多段硝化槽の後段に設けられ、前記多段硝化槽で硝化処理された流出液を脱窒処理する脱窒槽と、
前記脱窒槽で脱窒処理された流出液を再曝気処理する再曝気槽と、
前記再曝気槽で再曝気処理された流出液を固液分離する固液分離槽と、
前記固液分離槽で固液分離された汚泥及び／又は処理水を前記多段硝化槽のうちの前記ＡＬ菌硝化槽及び／又は前記ＡＨ菌・ＡＬ菌硝化槽に返送する返送手段とを備えたことを特徴とする廃水処理装置。 - 前記ＡＬ菌硝化槽及び／又は前記ＡＨ菌・ＡＬ菌硝化槽にゼオライトを添加する添加手段を設けたことを特徴とする請求項１の廃水処理装置。
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