JP4604708B2

JP4604708B2 - （亜）硝酸性窒素及び多価無機イオン含有排水の処理装置

Info

Publication number: JP4604708B2
Application number: JP2004371496A
Authority: JP
Inventors: 智弘清川; 倫明田中; 直人一柳
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 2004-12-22
Filing date: 2004-12-22
Publication date: 2011-01-05
Anticipated expiration: 2024-12-22
Also published as: JP2006175362A

Description

本発明は、硝酸性窒素及び／又は亜硝酸性窒素（以下、これらを「（亜）硝酸性窒素」と称す。）と多価無機イオンとを含有する排水を膜分離装置で濃縮し、濃縮水を生物学的脱窒装置で脱窒処理する装置に係り、特に、（亜）硝酸性窒素及び多価無機イオン含有排水を膜分離装置で濃縮する際の多価無機イオンの不溶化によるスケール析出の問題を解決する（亜）硝酸性窒素及び多価無機イオン含有排水の処理装置に関する。

窒素含有排水を処理する方法として、アンモニア性窒素を含む有機性窒素を生物学的に（亜）硝酸性窒素に硝化し、この（亜）硝酸性窒素を生物学的に窒素ガスにまで還元処理する生物学的脱窒処理方法は周知である。そして、この生物学的脱窒処理に先立ち、（亜）硝酸性窒素を含む硝化処理液を膜分離装置で濃縮し、濃縮水を脱窒処理することも行われている（例えば特開平６−１４２６９３号公報）。このような硝化処理液の濃縮によって、（亜）硝酸性窒素の濃度を高めて効率的に生物脱窒処理することが可能となり、また、濃縮によって脱窒槽に導入する水量を低減できるので、脱窒槽を小型化できるという効果も奏される。
特開平６−１４２６９３号公報

しかし、硝化処理液を膜分離装置で濃縮する場合、硝化処理液にカルシウムイオン等の溶解性の低い多価無機イオンが含まれていると、この多価無機イオンが膜分離装置で濃縮されることにより、炭酸カルシウム等のスケールとして膜面で析出・沈着するため、膜分離装置の処理水量及び処理水質が低下してしまう問題があった。

本発明は、上記従来の問題点を解決し、（亜）硝酸性窒素と多価無機イオンとを含有する排水を膜分離装置で濃縮し、濃縮水を生物学的脱窒装置で脱窒処理するに当たり、膜分離装置における多価無機イオンの不溶化によるスケール化及びそれによる膜分離装置の処理水量及び処理水質が低下を防止する（亜）硝酸性窒素及び多価無機イオン含有排水の処理装置を提供することを目的とする。

本発明（請求項１）の（亜）硝酸性窒素及び多価無機イオン含有排水の処理装置は、硝酸性窒素及び／又は亜硝酸性窒素と多価無機イオンとを含有する排水に、該多価無機イオンのスケール化を抑制する易生分解性のスケール防止剤を添加する手段と、該スケール防止剤が添加された前記排水を、膜分離処理して透過水と濃縮水とに分離する膜分離装置と、前記濃縮水に含有される硝酸性窒素及び／又は亜硝酸性窒素を脱窒処理する生物学的脱窒装置とを有することを特徴とする。

本発明（請求項２）の（亜）硝酸性窒素及び多価無機イオン含有排水の処理装置は、硝酸性窒素及び／又は亜硝酸性窒素と多価無機イオンとを含有する排水に、該多価無機イオンのスケール化を抑制する難生分解性のスケール防止剤を添加する手段と、該スケール防止剤が添加された前記排水を、膜分離処理して透過水と濃縮水とに分離する膜分離装置と、前記濃縮水に含有される硝酸性窒素及び／又は亜硝酸性窒素を脱窒処理する生物学的脱窒装置と、前記生物学的脱窒装置内の水又は該生物学的脱窒装置に導入される前記濃縮水に、無機化合物として塩化カルシウム、水酸化カルシウムを添加する手段とを有することを特徴とする。

請求項３の（亜）硝酸性窒素及び多価無機イオン含有排水の処理装置は、請求項１又は２において、前記生物学的脱窒装置が上向流汚泥床式生物学的脱窒装置であることを特徴とする。

本発明では、（亜）硝酸性窒素及び多価無機イオン含有排水を膜分離装置で膜分離するに当たり、多価無機イオンのスケール化を抑制するためのスケール防止剤を添加するため、膜分離装置における多価無機イオンのスケール化は防止され、膜面へのスケールの析出、沈着による膜差圧の上昇、膜の透過流束（処理水量）の低下、処理水質の低下の問題を引き起こすことなく、長期に亘り、安定かつ効率的な処理を行える。

このスケール防止剤として生物解性のスケール防止剤を用いた場合には、未反応の余剰のスケール防止剤が後段の生物学的脱窒装置で分解されることにより、残留スケール防止剤による処理水の低下の問題が解決される。また、後段の生物学的脱窒装置において、スケール防止剤が生物解されることで、生物学的脱窒装置内で多価無機イオンが遊離し、この多価無機イオンが汚泥中に取り込まれ、汚泥の沈降性を高めることにより、例えば、上向流汚泥床（ＵＳＢ）式の生物学的脱窒装置において、グラニュール汚泥の沈降性を高めて脱窒槽内の汚泥濃度の維持、処理負荷の維持に有効に機能する。また、脱窒槽の後段に沈殿槽を有する場合においても、沈殿槽における汚泥の沈降性を高めて固液分離性を向上させることができる。

本発明において、生物学的脱窒装置はＵＳＢ式生物学的脱窒装置であることが、沈殿槽が不要で高負荷処理が可能であることから好ましい。

また、本発明においては、スケール防止剤が生物解性ではなく、生物学的脱窒装置において、多価無機イオンが遊離しない場合、或いは、系内の多価無機イオンでは、汚泥の沈降性の向上を十分に図ることができない場合には、系外から無機化合物を添加して汚泥の沈降性を高めるようにしても良い。

以下に図面を参照して本発明の（亜）硝酸性窒素及び多価無機イオン含有排水の処理装置の実施の形態を詳細に説明する。

図１は本発明の（亜）硝酸性窒素及び多価無機イオン含有排水の処理装置の実施の形態を示す系統図である。

本発明において、処理対象排水中に含まれる多価無機イオンとは、水系で不溶化してスケール化し易いイオンであり、代表的には２価ないし３価のカチオンであり、例えば、Ｃａ^２＋、Ｍｇ^２＋、Ｆｅ^３＋、Ａｌ^３＋などのイオンが挙げられる。これらの無機イオンは、水酸イオン、炭酸イオン、リン酸イオン、フッ素イオンなどの不溶化し易い対イオンが存在するとスケール化する。また、ＳＯ_４ ^２−、ＰＯ_４ ^３−、ＣＯ_３ ^２−等のアニオンも共存するイオンによってスケール化するため、これらのアニオンも本発明に係る多価無機イオンに含まれる。

このような無機イオンと（亜）硝酸性窒素を含む本発明の処理対象排水としては特に制限はないが、例えば液晶工場排水、半導体工場排水等の有機性窒素含有排水を硝化処理して、含有されるアンモニアやアンモニウム系化合物やアミン系化合物、例えばＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド）、ＭＥＡ（モノエタノールアミン）、その他アミノ酸等の有機性窒素をアンモニア性窒素を経て（亜）硝酸性窒素に変換して得られる硝化処理液が挙げられる。

本発明においては、このような（亜）硝酸性窒素及び多価無機イオン含有排水を原水として配管１１より膜分離装置２に導入して膜分離処理を行うが、この膜分離装置２における無機イオンのスケール化を抑制するために、膜分離装置２への原水導入配管１１に設けたスケール防止剤添加手段１で原水にスケール防止剤を添加する。

添加するスケール防止剤としては特に制限はなく、微分散化によりスケールを防止するものや、キレート生成により可溶化するものなど、通常用いられているものをいずれも用いることができる。例えば、難生物分解性のスケール防止剤として、例えば、ポリアクリル酸、ポリ無水マレイン酸、ポリアクリルアミド加水分解物、スルホン酸系重合体などの高分子分散剤、ホスホン酸塩、無機ポリリン酸塩、ＥＤＴＡ（エチレンジアミン四酢酸）などのキレート系防止剤を用いることができる。また、易生分解性のスケール防止剤として、例えば、ポリアスパラギン酸、ポリグルタミン酸、ポリアラニン、ポリロイシン、ポリリシン、ポリアルギン酸などを用いることができる。これらのスケール防止剤は１種を単独で用いても良く、２種以上を混合して用いても良い。

特に易生分解性のスケール防止剤を用いた場合には、未反応の余剰のスケール防止剤が後段の生物学的脱窒装置３で分解されることにより、残留スケール防止剤による処理水質の低下の問題が解決され、また、後段の生物学的脱窒装置３において、スケール防止剤が生物解されることで、生物学的脱窒装置３内で多価無機イオンが遊離し、この多価無機イオンが汚泥中に取り込まれ、汚泥の沈降性を高めることにより、例えば、上向流汚泥床（ＵＳＢ）式の生物学的脱窒装置において、グラニュール汚泥の沈降性を高めて脱窒槽内の汚泥濃度の維持、処理負荷の維持に有効に機能するようになるため好ましい。また、脱窒槽の後段に沈殿槽を有する場合においても、沈殿槽における汚泥の沈降性を高めて固液分離性を向上させることができる。

スケール防止剤の添加量は、多価無機イオンのスケール化を抑制できる程度であれば良く、原水の多価無機イオン濃度や膜分離装置２の処理条件（濃縮倍率等）、用いるスケール防止剤の種類等に応じて適宜決定されるが、通常の場合、５〜５００ｍｇ／Ｌ程度である。

本発明では、このようなスケール防止剤を添加することにより、原水中の多価無機イオンを分散させて膜分離装置２におけるスケール析出を防止する。

スケール防止剤が添加された原水が導入される膜分離装置２の分離膜としては、（亜）硝酸性窒素を濃縮することができる膜を用いたものであれば良く、特に制限はないが、逆浸透（ＲＯ）膜、ナノフィルトレーション（ＮＦ）膜等を用いることができる。これらの膜分離装置を２段以上に設けても良い。

この膜分離装置２では、多価無機イオンのスケール化が防止されることにより、長期に亘り、膜のフラックスを高く維持して安定かつ効率的な膜分離処理を継続することができる。

この膜分離装置２の透過水は、原水中の塩類や有機物の殆どが除去された清浄度の高い水であり、配管１２より回収して、そのまま、或いは必要な純度に更に処理して水質を向上させた上で再利用することができる。

一方、膜分離装置２の濃縮水は、配管１３より生物学的脱窒装置３に導入され、脱窒処理される。

生物学的脱窒装置３の型式としては特に制限はなく、浮遊活性汚泥式、又は上向流式汚泥床（ＵＳＢ）式等の各種の型式のものを採用することができる。このうち、特に、ＵＳＢ式は、担体や炭酸カルシウムなどを核として直径１〜数ｍｍのグラニュールを形成させて処理を行う方式であり、浮遊活性汚泥式に比べて設置面積が小さく、高負荷化が可能であるという利点があり、好ましい。

ところで、一般に、生物処理においては、微生物の増殖及び沈降性向上のために、少量の無機イオンが必要である。前述の如く、スケール防止剤として易生分解性のスケール防止剤を用いた場合には、脱窒工程でのスケール防止剤の生分解によって、多価無機イオンを遊離させて利用することができるが、難生分解性のスケール防止剤を用い、例えば、多価無機イオンがキレート化合物を形成している場合には、脱窒工程において十分な量の無機イオンを供給できない。従って、このような場合には、無機イオンを供給するためには、別途無機化合物を生物学的脱窒装置３の入口又は生物学的脱窒装置３に添加することが好ましい。特に、ＵＳＢ方式においては、発生する窒素ガスの付着や内包によるグラニュールの浮上・流出が問題となるため、高い沈降性をもつグラニュールの形成が、窒素処理負荷を維持するために重要となり、汚泥あるいはグラニュールに無機イオンを取り込ませ、その比重を高めることが有効である。

この場合、添加する無機化合物としては、塩化カルシウムや水酸化カルシウム等を用いることができ、その添加量は、必要な汚泥沈降性が得られる程度であれば良い。

本発明においては、このようにして生物学的脱窒装置３における無機イオン量を確保することにより、汚泥の沈降性を高め、脱窒槽内の全汚泥量に占める有機汚泥比（ＶＳＳ／ＳＳ）を０．８０以下、例えば０．５〜０．８程度に維持して脱窒処理を行うことが好ましい。

なお、生物学的脱窒装置３における他の処理条件としては特に制限はない。この生物学的脱窒装置３には必要に応じてメタノール等の水素供与体が添加される。

この生物学的脱窒装置３の処理水は配管１４より系外へ排出され、更に処理されて回収、再利用されるか放流される。

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。

実施例１
図１に示す装置により、カルシウムイオン濃度４５ｍｇ／Ｌ、ＮＯ_３−Ｎ濃度１６０ｍｇ／Ｌの排水を原水として、２００Ｌ／ｄの流量で通水して処理を行った。なお、対象排水での運転は、各工程の装置を立ち上げてから、処理能力が定常状態となった時点で開始した。各装置の運転条件は以下の通りである。
スケール防止剤添加手段：ポリアスパラギン酸を４００ｍｇ／Ｌ添加
膜分離装置：ＲＯ膜日東電工社製「ＮＴＲ７５９ＨＲ−Ｓ２」
ＲＯ膜入口圧＝１．３ＭＰａ
ＲＯ膜出口圧＝１．２５ＭＰａ
循環水量＝６Ｌ／ｍｉｎ
設定透過水量＝０．７Ｌ／ｍｉｎ
設定濃縮水量＝０．３Ｌ／ｍｉｎ
ＲＯ給水ｐＨ＝６．０
生物学的脱窒装置：ＵＳＢ方式
槽容積＝３．５Ｌ
ｐＨ＝７．５
温度＝３５℃
水素供給体：メタノール１４００ｍｇ／Ｌを添加

このときの膜分離装置における膜フラックスの低下率及び生物学的脱窒装置におけるＶＳＳ／ＳＳ比と、生物学的脱窒装置入口水と出口水の硝酸（ＮＯ_３−Ｎ）濃度の経時変化を調べ、結果を表１に示した。

表１より明らかなように、膜分離装置では運転開始から１０日目でも運転開始時と比較して５％以下のフラックスの低下しか観測されず、３０日目でも運転開始時の５％以下のフラックス低下で継続して処理することができた。また、生物学的脱窒装置においては、汚泥全体に占める無機汚泥の比率はほぼ一定値を保ち、除去率９０％以上で安定して脱窒処理することができた。

比較例１
実施例１において、スケール防止剤の添加を行わなかったこと以外は同様にして処理を行い、膜分離装置における膜フラックスの低下率及び生物学的脱窒装置におけるＶＳＳ／ＳＳ比と、生物学的脱窒装置入口水と出口水の硝酸濃度の経時変化を調べ、結果を表２に示した。

表２からも明らかなように、本比較例では、運転日数を経るごとに、膜面へのスケールの付着によって徐々に膜分離装置のフラックスが低下し、１０日目にはフラックスは運転開始時と比較して４０％以上も低下した。

本発明の（亜）硝酸性窒素及び多価無機イオン含有排水の処理装置の実施の形態を示す系統図である。

符号の説明

１スケール防止剤添加手段
２膜分離装置
３生物学的脱窒装置

Claims

硝酸性窒素及び／又は亜硝酸性窒素と多価無機イオンとを含有する排水に、該多価無機イオンのスケール化を抑制する易生分解性のスケール防止剤を添加する手段と、
該スケール防止剤が添加された前記排水を、膜分離処理して透過水と濃縮水とに分離する膜分離装置と、
前記濃縮水に含有される硝酸性窒素及び／又は亜硝酸性窒素を脱窒処理する生物学的脱窒装置とを有することを特徴とする（亜）硝酸性窒素及び多価無機イオン含有排水の処理装置。
硝酸性窒素及び／又は亜硝酸性窒素と多価無機イオンとを含有する排水に、該多価無機イオンのスケール化を抑制する難生分解性のスケール防止剤を添加する手段と、
該スケール防止剤が添加された前記排水を、膜分離処理して透過水と濃縮水とに分離する膜分離装置と、
前記濃縮水に含有される硝酸性窒素及び／又は亜硝酸性窒素を脱窒処理する生物学的脱窒装置と、
前記生物学的脱窒装置内の水又は該生物学的脱窒装置に導入される前記濃縮水に、無機化合物として塩化カルシウム、水酸化カルシウムを添加する手段とを有することを特徴とする（亜）硝酸性窒素及び多価無機イオン含有排水の処理装置。
請求項１又は２において、前記生物学的脱窒装置が上向流汚泥床式生物学的脱窒装置であることを特徴とする（亜）硝酸性窒素及び多価無機イオン含有排水の処理装置。