JP4608771B2

JP4608771B2 - 生物学的脱窒装置

Info

Publication number: JP4608771B2
Application number: JP2000374655A
Authority: JP
Inventors: 和也小松
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 2000-12-08
Filing date: 2000-12-08
Publication date: 2011-01-12
Anticipated expiration: 2020-12-08
Also published as: JP2002177986A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は上向流汚泥床（ＵＳＢ：ＵｐｆｌｏｗＳｌｕｄｇｅＢｌａｎｋｅｔ）方式の生物学的脱窒装置に係り、特に、脱窒反応塔内の脱窒菌のグラニュール汚泥床を安定に維持し、これにより安定した窒素除去を可能とし、且つ後段の後脱窒、再曝気で必要とされる反応槽容積が小さくて足りる生物学的脱窒装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
反応塔内に脱窒菌を高濃度で保持することができ、これにより処理効率の向上、装置の小型化が可能な生物学的脱窒装置として、グラニュールを利用したＵＳＢ方式の生物学的脱窒装置が提案されている。
【０００３】
ＵＳＢ方式の生物学的脱窒装置は、脱窒菌の付着担体を用いることなく、反応塔内に脱窒菌を高濃度の粒状に凝集させたグラニュールの汚泥床を形成し、原水（硝酸性窒素及び／又は亜硝酸性窒素を含む排水）を反応塔下部から導入してこのグラニュールと接触させて原水中の硝酸性窒素、亜硝酸性窒素を分解し、脱窒処理水を反応塔上部の固気液分離部から取り出すものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＵＳＢ方式に限らず、生物学的脱窒装置では、脱窒反応に必要な有機物（通常メタノール）を原水に注入するが、脱窒反応を速やかに完了させるためには、理論上必要な有機物量よりも過剰に注入する必要があり、一般には理論量の約１．２倍（Ｎ濃度の３倍強）程度の有機物量となるように注入する。
【０００５】
一方でＵＳＢ方式の脱窒装置では、グラニュールを形成した汚泥は著しく長い間反応塔内に滞留する。そのためグラニュール汚泥床の特に上部は、硝酸性窒素及び／又は亜硝酸性窒素が除去されて酸素化合物の存在しない絶対嫌気性雰囲気に永続的にさらされることになり、通性嫌気性菌である脱窒菌は衰弱し、その結果、グラニュール表面に粘性物質が生成し、グラニュール同士が付着し易くなる。
【０００６】
ＵＳＢ方式の脱窒装置において高い窒素除去効率を維持するうえで、グラニュールは適度に流動している必要があるが、グラニュール同士が付着し合うようになると汚泥床内で閉塞が生じ、被処理水とグラニュール汚泥とを効率よく接触させることができなくなる。また、本来はグラニュール間をすり抜けて系外に排出される生成ガスが、汚泥床から速やかに抜けず、付着し合ったグラニュールの下部に溜まり、ついには汚泥床全体を反応槽上部に押し上げ、グラニュールの著しい流出による槽内汚泥保持量の減少を招くなど、窒素除去効率が低下する問題がある。
【０００７】
本発明は上記従来の問題点を解決し、ＵＳＢ脱窒槽でのグラニュールの付着を防止し、安定した窒素除去を可能とし、また、後段の後脱窒、再曝気で必要とされる反応槽容積が小さくて足りる生物学的脱窒装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の生物学的脱窒装置は、脱窒菌が高濃度に凝集した粒状物の汚泥床を有した槽に、硝酸性窒素及び／又は亜硝酸性窒素を含む排水（原水）を、有機物の存在下で、上向流にて通過させる脱窒槽を有した生物学的脱窒装置において、該脱窒槽流入水への有機物添加量を調整する手段を設けた生物学的脱窒装置であって、前記脱窒槽は第１の脱窒槽であり、該第１の脱窒槽の流出水を受け入れて脱窒処理するための第２の脱窒槽と、該第２の脱窒槽からの処理水が導入される曝気槽と、該曝気槽で有機物が分解処理された水が導入される沈殿池とを備え、前記原水への有機物添加量が、該原水中のＮＯ_Ｘ−ＮのＮ量の１．５〜２．８倍量であり、前記第１の脱窒槽から第２の脱窒槽に導入される水中の硝酸性窒素及び／又は亜硝酸性窒素の濃度が１０〜１２０ｍｇ−Ｎ／Ｌであり、前記第１の脱窒槽から第２の脱窒槽に導入される水への有機物添加量が、該水中のＮＯ_Ｘ−ＮのＮ量の２．８〜３．５倍量であり、前記沈殿池の上澄水が処理水として取り出され、沈降した汚泥の一部は排出汚泥として系外へ排出され、一部は前記第２の脱窒槽へ返送されることを特徴とするものである（ただし、前記第１の脱窒槽から第２の脱窒槽に導入される水への有機物添加量に、前記沈殿池から第２の脱窒槽へ返送される汚泥の有機物は含まれない。）。
【０００９】
かかる本発明の生物学的脱窒装置の脱窒槽では、常に被処理水中に硝酸性窒素及び／又は亜硝酸性窒素が残存しているため、脱窒槽内が絶対嫌気条件となることがなく、その結果、粘性、付着性の低い堅固な脱窒菌グラニュールが形成され、脱窒槽下部に安定した汚泥床が形成される。グラニュール汚泥床を形成させてなる脱窒層の汚泥濃度は２００００〜１０００００ｍｇ／Ｌとなり、効率の高い脱窒処理が可能となる。
【００１０】
本発明では、この脱窒槽（第１の脱窒槽）の流出水を受け入れて脱窒処理する第２の脱窒槽を備える。かかる第２の脱窒槽を設けることにより、十分に脱窒処理された処理水が得られる。この第２の脱窒槽は、浮遊汚泥と、脱窒菌が高濃度に凝集した粒状化汚泥とを保持するものであることが好ましい。即ち、第２脱窒槽も従来のＵＳＢ方式のものとしてしまうと、十分に脱窒処理された処理水を得るには、前述の理由で該第２脱窒槽内が絶対的嫌気状態となることによる汚泥床の閉塞やグラニュールの著しい流出などを招くおそれがある。また、浮遊汚泥のみでは、汚泥濃度は一般に２０００〜６０００ｍｇ／Ｌ程度で、グラニュール汚泥床を形成させてなる脱窒槽の汚泥濃度は２００００〜１０００００ｍｇ／Ｌであるのと比較すると著しい差があり、第２脱窒槽は大きなものとなる。そこで、この第２の脱窒槽については、脱窒槽は、浮遊汚泥と、脱窒菌が高濃度に凝集した粒状化汚泥とを保持するものとするのが好ましい。
【００１１】
また、この第２の脱窒槽の粒状化汚泥としては、第１の脱窒槽の余剰汚泥が好適である。すなわち、浮遊汚泥の沈降性は汚泥濃度が高くなるにつれて悪化するが、第１の脱窒槽のグラニュール汚泥床から引き抜く余剰汚泥を第２の脱窒槽に添加し、これにより第２脱窒槽内汚泥を粒状化汚泥と浮遊汚泥の混合汚泥とした場合には、汚泥の沈降性を悪化させることなく第２の脱窒槽内の汚泥濃度を向上させることができる。
【００１２】
また、有機物の同化により増殖し、系外へ排出する排出汚泥は第１脱窒槽や第２脱窒槽から引き抜いて系外へ排出してもよいが、再曝気槽を経た沈殿池底部から引き抜くことが好ましい。再曝気槽を経て沈殿池から引き抜かれた排出汚泥は、粒状化汚泥と浮遊汚泥の混合汚泥であり、浮遊汚泥のみの場合に比べ脱水が容易である。また、沈殿池からの返送汚泥は第２の脱窒槽に戻す。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して本発明の生物学的脱窒装置の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明の生物学的脱窒装置の実施の形態を示す系統図である。
【００１４】
この生物学的脱窒装置は、第１脱窒槽１０、第２脱窒槽２０、曝気槽３０及び沈殿池４０を備えている。第１の脱窒槽１０は、上下方向に長い反応塔よりなるものであり、下部は下方に縮径する円錐形状部となっており、その上部が円筒状となっている。原水配管１からの原水（硝酸性窒素及び／又は亜硝酸性窒素を含む排水）は添加用の配管２，３よりそれぞれ有機物（例えばメタノール）及びｐＨ調整剤が添加された後、第１脱窒槽１０の下部から塔内に導入されて塔内を上向流で流れ、処理水は塔上部から取出用配管１２を介して取り出される。
【００１５】
この第１の脱窒槽１０の内部にはグラニュールの汚泥床１１が形成される。グラニュールの汚泥床１１は通常、反応塔容積の４〜６割を占める。
【００１６】
配管２には開度調整可能なバルブや吐出量可変ポンプ（いずれも図示略）が設けられおり、配管１２へ流出する流出水中に硝酸性窒素及び／又は亜硝酸性窒素が残留するようにメタノール等の有機物の添加量が制御される。
【００１７】
このメタノール等の有機物の添加量は、配管１２への流出水中の硝酸性窒素及び／又は亜硝酸性窒素の濃度が１０〜１２０ｍｇ−Ｎ／Ｌ、好ましくは２０〜１００ｍｇ−Ｎ／Ｌ程度となるように調節される。
【００１８】
この第１脱窒槽１０からの処理水は、配管１３からメタノール等の有機物の添加を受けた後、第２脱窒槽２０へ導入されるが、一部を配管１６を介して原水配管１に戻してもよい。また、この第２脱窒槽２０へは、第１脱窒槽のグラニュール汚泥床１１から引き抜かれた余剰汚泥が配管１４を介して導入される。
【００１９】
このように第１脱窒槽１０からグラニュール汚泥を第２脱窒槽２０に供給することにより、第２脱窒槽２０の槽内汚泥濃度を従来の浮遊式の脱窒槽に比べ飛躍的に高く保持することができ、残留した硝酸性窒素及び／又は亜硝酸性窒素の除去に必要な脱窒槽容量が小型化される。なお、第１脱窒槽１０の余剰汚泥の一部は、必要に応じ引抜配管１５から系外へ排出してもよいが、前述した通り、第２脱窒槽２０、さらに再曝気槽３０を経て系外へ排出することが好ましい。
【００２０】
第２脱窒槽２０には、さらに、沈殿池４０で沈降した汚泥の一部が返送配管４３を介して導入される。
【００２１】
第２脱窒槽２０内では、グラニュール汚泥と、浮遊汚泥とが攪拌翼２１によって攪拌され、残存した硝酸性窒素及び／又は亜硝酸性窒素が脱窒処理される。なお、配管１３からの有機物添加量は、この第２脱窒槽において硝酸性窒素及び／又は亜硝酸性窒素の全量が脱窒処理されるように、第２脱窒槽での脱窒に必要な理論量よりも十分に多い量とされる。なお、第２脱窒槽２０内のグラニュール汚泥は第２脱窒槽流出水とともに曝気槽３０に導入され、曝気されることにより永続的な絶対嫌気条件下におかれることが避けられるため、粘性物質の生成によるグラニュールの付着を抑制することができる。
【００２２】
第２脱窒槽２０から配管２２を介して取り出される汚泥を含み且つ有機物が残存した処理水は、曝気槽３０に導入され、散気管３１から吹き込まれた空気によって曝気される。
【００２３】
第２脱窒槽からの流出汚泥は、この曝気槽３０内において有機物を好気的に分解処理する。第２脱窒槽２０からの流出水中の汚泥は、第１脱窒槽１０からのグラニュール汚泥を含むものであり、第２脱窒槽２０内と同様に、この曝気槽３０内の槽内汚泥濃度が高く保持され、曝気槽３０内において残存有機物が効率良く分解処理される。従って、曝気槽３０も容量が小さくて足りる。
【００２４】
この曝気槽３０で有機物が分解処理された水は、配管３２から沈殿池４０へ送られ、上澄水が配管４１から処理水として取り出され、沈降した汚泥は配管４２から引き抜かれる。そして、汚泥の一部は排出汚泥として系外へ排出され、一部は返送配管４３を介して第２脱窒槽２０へ返送される。前記のグラニュール汚泥は沈降性が良く、また脱水性も非常に良好である。このため、沈殿池４０内における汚泥の沈降分離も速やかに行われる。そして、この沈殿池４０の沈降汚泥は、グラニュール汚泥を含むため、脱水性が良好であり、例えば高分子凝集剤等の脱水助剤を加えることなく直接脱水することも可能である。
【００２５】
このような本発明の生物学的脱窒装置において、脱窒処理される原水性状としては、硝酸性窒素及び／又は亜硝酸性窒素濃度が５０〜１０００ｍｇ−Ｎ／Ｌのものが好適である。
【００２６】
なお、原水に対してＰＯ_４−Ｐ濃度が０．５〜３０ｍｇ−Ｐ／Ｌとなるように、必要に応じてＰとしてメタノール添加量の０．５〜１％程度のリン酸、リン酸塩等が添加される。
【００２７】
第１脱窒槽のＮ負荷は２〜１５ｋｇ−Ｎ／ｍ^３・ｄ特に５〜１０ｋｇ−Ｎ／ｍ^３・ｄが好ましい。第１脱窒槽の塔内汚泥床比率は２０〜７０％特に４０〜６０％が好ましい。この汚泥床内の汚泥濃度は２万〜１０万ｍｇ／Ｌとくに２万〜６万ｍｇ／Ｌが好ましい。通水条件は、ＨＲＴは１〜８ｈｒ特に１，５〜４ｈｒが好ましく、ＬＶ（循環流含む）は０．５〜１０ｍ／ｈｒ特に２〜６ｍ／ｈｒが好ましい。ｐＨは６．５〜９．０特に６．５〜７．５が好ましく、水温は１５〜３５℃特に２０〜３０℃が好ましい。
【００２８】
有機物は、配管２からではなく原水槽に添加されてもよい。この原水への有機物添加量は、原水中のＮＯ_Ｘ−ＮのＮ量の１．５〜２．８倍量、好ましくは２．３〜２．７倍量である。
【００２９】
第２脱窒槽２０では、Ｎ負荷は０．２〜３ｋｇ−Ｎ／ｍ^３．ｄが好ましく、槽内汚泥濃度は３０００〜１５０００ｍｇ／Ｌ特に５０００〜１００００ｍｇ／Ｌが好ましい。通水条件は、ＨＲＴは０．５〜２ｈｒが好ましく、ｐＨは６．５〜９．０特に６．５〜７．５が好ましく、水温は１５〜３５℃特に２０〜３０℃が好ましい。
【００３０】
配管１３からの配管１２へのメタノール等の有機物の添加量は、配管１２中の水中のＮＯ_Ｘ−ＮのＮ量の２．８〜３．５倍量である。第２脱窒槽としては完全混合型のものが好ましく、特に浮遊汚泥とグラニュール汚泥の混合汚泥を攪拌羽根などで攪拌して流動化させるものが最適である。
【００３１】
【実施例】
以下に実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
【００３２】
図１に示す装置を用いて、水道水にＫＮＯ_３を５００ｍｇ−Ｎ／Ｌ、Ｈ_３ＰＯ_４を１０ｍｇ−Ｐ／Ｌとなるように添加して調製した合成排水（３０℃、ｐＨ６．５）を原水として装置の立上運転を３０日間行った。透明塩化ビニル製円筒反応塔よりなる第１脱窒槽１０は、直径１２ｃｍ、直胴部の長さは８５ｃｍ、反応塔下部円錐部の高さは１２ｃｍであり、容量は１０Ｌである。
【００３３】
第１脱窒槽１０には、ステンレス鋼の酸洗排水の脱窒処理槽から得られた浮遊性の脱窒汚泥を種汚泥として投入し、上記原水により立ち上げ、グラニュール汚泥床を形成させ、徐々に負荷を上げていって、３０日後に硝酸性窒素負荷０．５ｋｇＮ／ｍ^３・ｄ（流量０．４２Ｌ／ｈｒ）から硝酸性窒素負荷５．０ｋｇＮ／ｍ^３・ｄ（流量４．２Ｌ／ｈｒ）とし、以後、４０日間後述の表１の条件で連続処理を行った。この間、第１脱窒槽からの処理水の循環量を適宜調整してＬＶ＝２ｍ／ｈｒとした。
【００３４】
また、この間、グラニュールが形成する汚泥床１１の界面が第１脱窒槽１０の下部より塔高の６５％の高さを超えないように配管１４から適宜汚泥の引抜きを行った。汚泥床１１内の汚泥濃度は４５０００ｍｇ／Ｌであった。
【００３５】
また、第２脱窒槽２０（容量１０Ｌ）には上記と同じ浮遊性の脱窒汚泥を投入し、ＭＬＳＳ４０００ｍｇ／Ｌとした。ＨＲＴは２．４ｈｒであった。
【００３６】
上記の立上げの３０日の間、配管２からメタノールを添加後の水中におけるメタノール濃度が１２００ｍｇ／Ｌとなるように添加した。また、配管１３からメタノールを添加後の水中におけるメタノール濃度が２５０ｍｇ／Ｌとなるように添加した。
【００３７】
上記の３０日の経過の後、配管２からのメタノール添加量を表１の通りとした。また、配管１２への流出水中の硝酸性窒素及び亜硝酸性窒素濃度（ＮＯ_Ｘ−Ｎ濃度）を測定し、配管１３からはこのＮＯ_Ｘ−Ｎ濃度の３倍量のメタノールを添加した。
【００３８】
【表１】

【００３９】
表１の通り、第１脱窒槽でＮＯ_Ｘ−Ｎをすべて分解するようにメタノールを多量に添加したＮＯ．１では、０〜２０日間はＮＯ_Ｘ−Ｎを十分に分解できる。しかしながら、２０日を経過するとグラニュール同士が付着し合うようになり、生成した窒素ガスが汚泥床下部に溜まって汚泥床を押し上げ、浮上する途中で一気に気泡が抜ける際にグラニュールが著しく流出することがたびたびあった。そのため、脱窒槽内汚泥床比率が徐々に減少し４０日目には約３０％になった（この間、引き抜きはなし）。その結果、２０日目以降、第１脱窒槽１０の処理水のＮＯ_Ｘ−Ｎ濃度が増加し、４０日目には１７５ｍｇＮ／Ｌに達し、第２脱窒槽２０の処理水中にもＮＯ_ｘ−Ｎが残留するようになった。
【００４０】
一方、第１脱窒槽１０からの流出中にＮＯ_Ｘ−Ｎを残存させるようにしたＮＯ．２〜４では、運転期間を通じてグラニュール同士が付着することはなく、グラニュール汚泥床は脱窒槽下部に安定して維持された。なお、汚泥床高さは塔高の５０〜６５％で推移したが、６５％を超えるときには汚泥を引き抜いて６５％以下に維持した。
【００４１】
このように、Ｎｏ．２〜４のいずれについてもグラニュールの付着による処理効率の低下は防止され、安定した窒素除去効果が得られたが、第１脱窒槽処理水のＮＯ_Ｘ−Ｎは、ＮＯ．２，３では第１脱窒槽と同容積の第２脱窒槽で完全に処理されたのに対し、ＮＯ．４では処理しきれず１２〜５５ｍｇＮ／Ｌ残留した。
【００４２】
そこで、Ｎｏ．４において沈殿池４０から第２脱窒槽２０へ返送する返送汚泥量を多くして第２脱窒槽２０の汚泥濃度を上げた運転を４０日間行った（Ｎｏ．５）。その結果。第２脱窒槽流出水のＮＯ_ｘ−Ｎ濃度は運転期間中、安定して１０ｍｇ−Ｎ／Ｌ以下であったが、運転開始から約５日程度経過して第２脱窒槽２０の汚泥濃度が５０００ｍｇ／Ｌを超えると汚泥の沈降性が悪化して沈殿池の汚泥界面が上昇し、沈殿池の分離水中に汚泥が多く流出するようになった。
【００４３】
このため、Ｎｏ．５において第１脱窒槽１０から引き抜いた余剰グラニュールの一部を第２脱窒槽２０に送給するようにして４０日間運転を行った（Ｎｏ．６）。その結果、第２脱窒槽流出水のＮＯ_ｘ−Ｎ濃度は１ｍｇ−Ｎ／Ｌ以下で推移した。このときの第２脱窒槽２０の汚泥濃度は平均して８５００ｍｇ／Ｌであったが、運転期間中、沈殿池での固液分離は良好に行われた。
【００４４】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によると、ＵＳＢ脱窒槽でのグラニュールの付着を防止し、安定した窒素除去を可能とし、また後段の後脱窒、再曝気で必要とされる反応槽容積が小さくて足りる生物学的脱窒装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態に係る生物学的脱窒装置の系統図である。
【符号の説明】
１０第１脱窒槽
２０第２脱窒槽
３０曝気槽
４０沈殿池

Claims

脱窒菌が高濃度に凝集した粒状物の汚泥床を有した槽に、硝酸性窒素及び／又は亜硝酸性窒素を含む排水（原水）を、有機物の存在下で、上向流にて通過させる脱窒槽を有した生物学的脱窒装置において、
該脱窒槽流入水への有機物添加量を調整する手段を設けた生物学的脱窒装置であって、
前記脱窒槽は第１の脱窒槽であり、該第１の脱窒槽の流出水を受け入れて脱窒処理するための第２の脱窒槽と、該第２の脱窒槽からの処理水が導入される曝気槽と、該曝気槽で有機物が分解処理された水が導入される沈殿池とを備え、
前記原水への有機物添加量が、該原水中のＮＯ_Ｘ−ＮのＮ量の１．５〜２．８倍量であり、
前記第１の脱窒槽から第２の脱窒槽に導入される水中の硝酸性窒素及び／又は亜硝酸性窒素の濃度が１０〜１２０ｍｇ−Ｎ／Ｌであり、
前記第１の脱窒槽から第２の脱窒槽に導入される水への有機物添加量が、該水中のＮＯ_Ｘ−ＮのＮ量の２．８〜３．５倍量であり、
前記沈殿池の上澄水が処理水として取り出され、沈降した汚泥の一部は排出汚泥として系外へ排出され、一部は前記第２の脱窒槽へ返送されることを特徴とする生物学的脱窒装置（ただし、前記第１の脱窒槽から第２の脱窒槽に導入される水への有機物添加量に、前記沈殿池から第２の脱窒槽へ返送される汚泥の有機物は含まれない。）。
請求項１において、該第２の脱窒槽は、浮遊汚泥と、脱窒菌が高濃度に凝集した粒状化汚泥とを保持していることを特徴とする生物学的脱窒装置。
請求項２において、前記第１の脱窒槽内の粒状化汚泥の一部を前記第２の脱窒槽へ供給する手段を備えたことを特徴とする生物学的脱窒装置。