JP4702444B2 - 生物脱窒装置 - Google Patents

Description

本発明は、アンモニア性窒素と亜硝酸性窒素とを、独立栄養性脱窒菌（アナモックス菌）により窒素ガスに還元する微生物担体並びに脱窒装置に関するものである。

近年、排水処理の分野において、原水中のアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素とを、独立栄養性脱窒菌（アナモックス菌）により窒素ガスに還元する処理が行われている。この菌を利用した窒素除去反応はアナモックス反応と呼ばれており、従来の硝化、脱窒法よりも効率の良い窒素除去を行うことができることが知られている。

図４は従来のアナモックス菌を用いた窒素除去システムのフローである。アンモニア性窒素を含有する原水は、部分亜硝酸化槽に導入される。原水中のアンモニア性窒素は部分亜硝酸化槽でアンモニア酸化細菌による好気的硝化反応によって、その一部が亜硝酸性窒素に酸化される。次いで生物脱窒槽に導入され、嫌気性条件下でアナモックス反応により窒素ガスに分解される。

アナモックス菌は独立栄養性であるため、有機物の供給が不要であることの経済的な利点と、菌転換率が小さく、余剰汚泥の発生も微少に抑えることができ、従来の硝化脱窒でみられるＮ₂Ｏの発生がない等の環境的な利点がある。

しかし、アナモックス菌は酸素や残留有機物により阻害を受けやすく、増殖速度も低いので、槽内を高濃度化とするのに長時間が必要であり、高濃度化を維持するのが困難であった。

特許文献１には、アナモックス菌を網状物や不織布等に担持させた長尺状担体を反応槽内に垂設し、アナモックス反応により廃水中のアンモニアを窒素ガスに還元して除去する方法が開示されている。

特許文献２には、独立栄養性脱窒微生物のグラニュールを脱窒槽内に保持し、脱窒槽内に排液を上向流にて通液させ、グラニュールにより排液中の窒素を除去する脱窒方法及び装置が開示されている。
国際公開番号ＷＯ２００５／０９５２８９号 特開２００２−３４６５９３号公報

アナモックス菌を担持させた長尺状担体を利用する方法では、不織布形状の自由度が低いため、反応槽の大きさおよび形状に律速され、均等な設置が困難である。また、槽内にアナモックス菌を付着させた長尺状担体を投入する際に、不織布が多量の水分を保持しているため、投入時にかなりの労力を要し、担持させたアナモックス菌の剥離も発生する。さらに、アナモックス菌付着量の把握が困難であること、および投入した担体に占める菌体量が少ないことなどから、立ち上げ時の各種条件設定が困難である。アナモックス反応の際に生成される窒素ガスにより、不織布等の担体から剥離したアナモックス菌は浮上、流出するという問題がある。

脱窒槽内を独立栄養性脱窒微生物のグラニュールで充填し、上向流にて脱窒処理する方法では、脱窒槽内を高濃度に保持することが可能であるが、固定床とするには、処理量を減少させるか、あるいは脱窒槽容量を大きくして大量のグラニュールを充填させる必要がある。しかし、固定床に上向流で通水すると、固定床を形成しているグラニュールが生成する窒素ガスの浮上通路を下方からの供給された原水が通り、グラニュールとの効率良い接触が行われない。また、脱窒槽内を上向流で通水させる処理方法は、グラニュールの浮上を助長する一因であり、上向流は浮上グラニュールの再沈降の妨げにもなっている。

また、流動床は原水とグラニュールとの接触効率が良いが、生物反応の際に生成される窒素ガスを内部に包含したグラニュールが浮上するため、処理液を脱窒槽上部から排出する際に、グラニュールが同時に流出するという問題がある。

本発明は上記のような従来技術に伴う問題を解決しようとするものであって、脱窒処理を行うにあたり、グラニュールの槽外への流出防止と容易な維持管理が可能な生物脱窒装置を提供することにある。

本発明の要旨は、生物脱窒槽の内部で独立栄養性脱窒菌と反応させて原水中のアンモニア性窒素を窒素ガスとして連続的に除去する生物脱窒装置において、原水の供給管を連結した生物脱窒槽に、独立栄養性脱窒菌のグラニュールを充填し、グラニュール層の内部に排出管と連通した処理水のみを通過させる排出フィルターを浸漬すると共に、原水を下向流で供給するもので、グラニュールが生物脱窒槽外へ流出し、能力低下となることがない。また、原水が徐々に微生物濃度が高い区域に向かうので、活性障害が起こらずに高効率な脱窒処理を行うことができる。さらに、グラニュールの補充や再投入が容易である。

上記供給管の供給口を、生物脱窒槽内の水面より上方に配設したので、接触効率低下の原因となる浮上グラニュールに衝撃或いは振動を与え、浮上グラニュールが包含している窒素ガスを剥離させて再沈降を促進させる。

上記排出フィルターから処理水を吸引して処理水槽に送水する排出ポンプを排出管に設けると共に、排出フィルターを逆洗するための洗浄管及び加圧手段を排出管に連通させるもので、排出フィルターの目詰まりによる処理能力低下や水面上昇を防止することができる。

上記生物脱窒槽の底部を逆円錐状に形成し、排出フィルターを円錐先端面近傍の深さに浸漬させるので、原水が沈積グラニュールと効率よく接触し、脱窒処理された処理水が効率よく排出フィルターによって集水できる。

本発明は上記のように構成してあり、グラニュールが生物脱窒槽外へ流出することがないので、生物脱窒槽の高濃度化を維持でき、処理量を増加させることができると共に、生物脱窒槽内の滞留時間を短縮することができる。

初期の立ち上げ時には、グラニュールを処理量に応じて所定量投入するだけで、生物脱窒槽の微生物濃度を保持することができる。また、メンテナンスに伴うグラニュールの損失や、運転停止後の再立ち上げ時でも、グラニュールの取出し、補充、再投入が容易であり、槽内での馴養期間を必要としない。微生物を担体に担持させる等の特別な作業を行うことがないので、菌の取扱が容易で作業効率がよい。グラニュールの投入量も容易に把握することができ、生物脱窒槽内の濃度管理が容易となる。

生物脱窒槽の下方にいくほど微生物濃度が高くなるような濃度分布を示す処理槽に、原水を下向流で通水させているので、活性障害が起こらずに高効率な脱窒処理を行うことができる。

図１は生物脱窒槽の縦断面図であって、密閉された生物脱窒槽１の下部にアナモックス菌のグラニュール２を充填している。グラニュール２とは直径数ｍｍ程度の微生物の自己造粒体である。グラニュール２を充填することで、生物脱窒槽１内の微生物濃度を高めることができ、生物脱窒槽１の容量を小さくすることができる。充填率は３０〜５０％容量程度であり、原水の状態や窒素負荷等の諸条件により適宜決定する。

生物脱窒槽１の上方には供給管３が連結され、供給管３から原水が生物脱窒槽１に供給される。上方から流入した原水は、生物脱窒槽１内を下向流で通水し、下部に充填している沈積グラニュール２ａと接触する。そして、原水中のアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素は、アナモックス反応によって窒素ガスに還元される。

生物脱窒槽１の下部に充填された沈積グラニュール２ａ層の内部には、排出管４に連通する排出フィルター５を浸漬してあり、脱窒処理された処理水を槽外に排出する。排出管４には排出ポンプ６を接続し、生物脱窒槽１から排出フィルター５により固液分離した処理水を吸引して、処理水槽７に送水する。

生物脱窒槽１底部は逆円錐状に形成してあり、そこに沈積グラニュール２ａが充填され、沈積グラニュール２ａ内部に排出フィルター５を浸漬させている。排出フィルター５は生物脱窒槽１の中心線上に位置し、且つ逆円錐状に形成している円錐面近傍の深さに浸漬させてあり、原水が沈積グラニュール２ａと効率よく接触し、アナモックス反応により脱窒処理された処理水が、効率よく排出フィルター５によって集水できる構成となっている。排出フィルター５の浸漬位置は処理条件により適宜選択しても良いものである。また、本発明の生物脱窒槽１底部は逆円錐状に形成してあるが、処理条件に合わせて円筒状、半球状等、任意の形状を選択できる。

アナモックス反応によって生成された窒素ガスは、生物脱窒槽１上部に接続しているガス排出管８から槽外へ排出される。

逆円錐状に形成された生物脱窒槽１底部には、排泥管９を連結し、余剰汚泥の排出や、沈積グラニュール２ａの引き抜きが可能となっている。

図２は排出フィルターの縦断面図であって、排出フィルター５はグラニュール２を形成している微生物が除去可能な多数の微細孔、例えば１〜１０μｍの細孔を有する中空糸、セラミック、不織布等の従来公知のフィルターや合成樹脂を用いることができる。

排出フィルター５で微生物と処理水を分離しているので、長時間運転していると、排出フィルター５の微細孔や表面には微生物が着棲・積層し、生物膜１０が形成される。この生物膜１０にも原水は接触するので、効率の良い脱窒処理を行うことができる。

さらに長時間運転していると、排出フィルター５の表面に着棲した生物膜１０や原水中の懸濁物質によって微細孔が目詰まりし、処理水の排出が困難となり、処理量が減少し、生物脱窒槽１内の水位が上昇する。図３に示すように、生物脱窒槽１に配設している水位計１１が、生物脱窒槽１内の水位上昇を検知し、制御装置１２に検知信号を送信する。

水位上昇の検知信号を受信した制御装置１２により、排出管４及び洗浄管１３、１７に配設しているバルブ１４、１５、１８の開閉制御と、排出ポンプ６、洗浄ポンプ１６及び洗浄ブロワ１９の運転制御が行われる。

処理水槽７内の処理水を使用して排出フィルター５の逆洗を行う場合は、排出ポンプ６を停止し、排出管４に配設しているバルブ１４を閉じ、処理水槽７から排出管４に連通している洗浄管１３に接続しているバルブ１５を開け、洗浄ポンプ１６を起動する。

窒素ガスを使用して排出フィルター５の逆洗を行う場合は、排出ポンプ６を停止し、排出管４に配設しているバルブ１４を閉じ、ガス貯留槽（図示せず）から排出管４に連通している洗浄管１７に接続しているバルブ１８を開け、洗浄ブロワ１９を起動する。

アナモックス菌には粘性が低いため、逆洗により排出フィルター５から生物膜１０は容易に剥離し、排出フィルター５から剥離された生物膜１０は散点し、既存のグラニュール２に付着するか或いは新たなグラニュール２を形成し、脱窒処理に寄与する。また、粘性により沈積グラニュール２ａ同士が結合して窒素ガスの排出障害となることがない。

本実施例は水位計１１の検知により排出フィルター５の洗浄を行っているが、一定時間稼動毎に自動的に洗浄してもよい。

生物脱窒槽１の下部に充填している沈積グラニュール２ａの一部は、脱窒処理の際に生成する窒素ガスを包含して浮上する。一般的な上向流で処理を行う脱窒装置においては、浮上グラニュール２ｂは接触効率の低下の要因となる。しかし、下向流方式では、原水が生物脱窒槽１下方の排出フィルター５に向かうにつれ、徐々に高濃度区域と接触するようになるので、接触効率の低下は顕著ではない。

また、原水を浮上グラニュール２ｂのさらに上方から供給し、液面の浮上グラニュール２ｂを振動させるので、浮上グラニュール２ｂが包含する窒素ガスを剥離させ、再沈降を促進させる。供給管３の供給口を複数に分岐したり、散水方式にしてもよい。

一般的に、微生物濃度を高濃度に維持すると効率的に脱窒処理できる。しかし、条件にもよるが１００〜２００ｐｐｍ以上の濃度では活性障害が起こり易く、顕著な反応の低下が見られることがある。本発明のように、生物脱窒槽１の下方にいくほど濃度が高くなるような濃度分布を示す処理槽では、原水を下向流で通水させて、徐々に原水が高濃度区域の微生物と接触するようにすると、活性障害が起こらずに高効率な脱窒処理を行うことができる。

原水を下向流で通水させ、グラニュール２の浮上・流出という懸念がないので、負荷を上げた処理を行うことができる。負荷を上げると沈積グラニュール２ａが下部で流動し、アナモックス菌の活性が上がり、窒素ガスの抜けも良くなる。

何らかの原因で生物脱窒槽１内の微生物濃度が低くなった場合は、別途形成させたグラニュール２を投入するだけで直ちに通常運転が可能となる。微生物を担持させた担体を取り扱わないので、投入、取出しのメンテナンスが容易である。また、微生物を着棲させる担体を使用していないので、生物脱窒槽１内で担体に担持させる着棲期間が不要である。

上方から供給された原水は、水面の浮上グラニュール２ｂと接触した後、生物脱窒槽中間に位置する調整部２０で流速、水温、ｐＨ、ＤＯが監視・調整され、生物脱窒槽１下部の沈積グラニュール２ａと接触し、アナモックス反応によって脱窒される。生物脱窒槽１内で原水を調整できるので、別途前段に調整槽等が不要である。

本発明に係る生物脱窒装置は、アナモックス菌グラニュールを充填しているので、容易に生物反応室の高濃度化を維持管理できる。初期および運転停止後の立ち上げ時や、メンテナンスに伴う濃度低下時でも、グラニュールの補充、高濃度化が容易であり、槽内での培養期間を必要としない。また、原水を下向流で通水し、沈積グラニュール内に排出フィルターを浸漬して処理水を排出するので、アナモックス菌の槽外への流出を防止できる。微生物との活性障害が起こり難いので、効率的な脱窒処理が可能となる。

この発明に係る生物脱窒槽の縦断面図である。 同じく、排出フィルターの縦断面図である。 同じく、排出フィルターの洗浄フローチャートである。 従来のアナモックス菌を用いた窒素除去システムのフローチャートである。

符号の説明

１ 生物脱窒槽
２ グラニュール
３ 供給管
４ 排出管
５ 排出フィルター
６ 排出ポンプ
１３、１７ 洗浄管
１６ 洗浄ポンプ
１９ 洗浄ブロワ

Claims (4)

1. 生物脱窒槽（１）の内部で独立栄養性脱窒菌と反応させて原水中のアンモニア性窒素を窒素ガスとして連続的に除去する生物脱窒装置において、原水の供給管（３）を連結した生物脱窒槽（１）に、独立栄養性脱窒菌のグラニュール（２）を充填し、グラニュール（２）層の内部に排出管（４）と連通した処理水のみを通過させる排出フィルター（５）を浸漬すると共に、原水を下向流で供給することを特徴とする生物脱窒装置。
   
2. 上記供給管（３）の供給口を、生物脱窒槽（１）内の水面より上方に配設したことを特徴とする請求項１に記載の生物脱窒装置。
3. 上記排出フィルター（５）から処理水を吸引して処理水槽（７）に送水する排出ポンプ（６）を排出管（４）に設けると共に、排出フィルター（５）を逆洗するための洗浄管（１３、１７）及び加圧手段（１６、１９）を排出管（４）に連通させることを特徴とする請求項１または２に記載の生物脱窒装置。
4. 上記生物脱窒槽（１）の底部を逆円錐状に形成し、排出フィルター（５）を円錐先端面近傍の深さに浸漬させたことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の生物脱窒装置。