JP4768886B1 - 水中の窒素除去方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】被処理水に対して脱窒菌の代謝に必要とする栄養塩類として例えば石鹸を添加し、脱窒菌による生物学的窒素除去方法により被処理水中の窒素化合物を除去する方法である。被処理水の温度と石鹸の添加量と窒素化合物の濃度との相関データを予め用意しておく。被処理水の温度と窒素化合物の濃度とを測定してそれらの実測値を上記相関データ上で指定したときの石鹸の適正添加量を求める。石鹸の実添加量が上記適正添加量となるように調整した上で、被処理水中の窒素化合物の濃度が目標濃度になるまで窒素化合物を除去する。
【選択図】図19
Description
生活環境の保全の上で、維持されることが望ましいと国が定めた基準値であり、河川水の窒素化合物(硝酸態窒素)では10mg/L以下とされている。
科学的処理法と異なり、微生物の活動により、硝酸態窒素から代謝活動(微生物の反応)で硝酸呼吸にて、脱窒(窒素除去)を行う方法。一般的に使用されている窒素除去方法と同義語である。
脱窒菌が硝酸呼吸を行い、窒素除去を行う作用を指す。代謝が活発になったことを活性化という。
微生物の代謝に必要な時間であって、生物学的除去に要する時間をいう。窒素の除去施設にあっては、被処理水の滞留時間ともいう。脱窒菌が窒素を除去するにあたり必要な時間は、一般的には少なくとも3時間程度は必要とされている。
微生物が環境条件に馴れ、その環境下で活動を開始することを指す。馴致ともいう。
微生物(脱窒菌)の活動(代謝)を促進するのに必要な栄養分を指し、有機性汚泥、炭化水素系有機物、動植物油、石鹸、動植物の腐敗物などが該当する。一般的に、水素供与体もしくは炭素源と呼ばれている。
硝酸呼吸を行うことで硝酸態窒素から脱窒を行う菌をいう。
被処理水の温度ならびに窒素濃度を測定した値である。被処理水の温度は、処理区域への流入水の温度を同一時間帯にて測定した温度であって、その日の実測値と前7日〜21日間の実測値とを平均した水温を言う。
一般的に冬から夏に向かって被処理水の温度が上昇する時期をいう。前述の測定値が明らかに上昇を示す時期をいう。より具体的には、前述の測定値にて1〜2℃の水温上昇がみられる時期をいう。
一般的に夏から冬に向かって被処理水の温度が下降する時期をいう。前述の測定値が明らかに下降を示す時期をいう。より具体的には、前述の測定値にて1〜2℃の水温下降がみられる時期をいう。
前述の水温の測定値が20℃以上となる時期をいう。脱窒菌(微生物)が活性化し処理能力が安定した時期を安定期という。
ここでの実験は、閉鎖性水域へ流入するA河川での河川水に含まれる硝酸態窒素(窒素化合物)の除去にあたり、脱窒菌の代謝に必要な栄養塩類(炭素源)として石鹸(例えば、固形の純石鹸から抽出した抽出液)を用いてこれを被処理水に添加し、河川水の温度変動と添加する石鹸の増減による硝酸態窒素の除去効果を確認するために行ったものである。試験の実施期間は、冬から夏、そして夏から冬、さら冬から夏にかけての18ヶ月間にわたり実施し、季節変動による被処理水の温度変化と硝酸態窒素の除去効果を確認するものである。
実験期間18ヶ月間における被処理水の測定結果、すなわちA河川の河川流量、水温および硝酸態窒素濃度の変化を図3に示す。
100−(処理後の被処理水の硝酸態窒素濃度/処理前の被処理水の硝酸態窒素濃度)×100‥‥(1)
より具体的には、図4は、石鹸の添加量を被処理水1m3当たり5gとして、滞留時間を5hr、7.5hr、10hrと変化させたときの硝酸態窒素の除去率の変化を示している。図5は、石鹸の添加量を被処理水1m3当たり10gとして、滞留時間を5hr、7.5hr、10hrと変化させたときの硝酸態窒素の除去率の変化を示している。図6は、石鹸の添加量を被処理水1m3当たり15gとして、滞留時間を5hr、7.5hr、10hrと変化させたときの硝酸態窒素の除去率の変化を示している。図7は、石鹸の添加量を被処理水1m3当たり20gとして、滞留時間を5hr、7.5hr、10hrと変化させたときの硝酸態窒素の除去率の変化を示している。
これまでの測定結果と得られた特徴を活かし、閉鎖性水域へ流入する河川での年間を通じての運用と十分な硝酸態窒素の除去効果が得られるように工夫する。
閉鎖性水域に流入する下記河川条件において、硝酸態窒素の除去を行うにあたり、その除去施設の規模計画から運転調整について検討してみる。ただし、図3において実験対象月の1月から12月までの12ヶ月のみのデータを引用するものとする。
(1)除去対象河川の河川流量は0.16m3/秒〜0.35m3/秒である。
前記閉鎖性水域の富栄養化対策としては、年間通じて流入する窒素分(年間流入窒素量)をできるだけ少なくすることが望ましい。ここでは、河川の生態系や除去施設の経済性(除去施設へ取り込む被処理水の最大水量が大きいほど施設の建設費が大きくなる)を考慮し、年間流入窒素総量の25%除去を目標とする除去施設の計画とその除去の実施例について以下に述べる。
(2)硝酸態窒素の除去率の目標値は、季節によって変動する被処理水の温度に適用できる除去率を30%〜80%の範囲と定め月別に計画する(本実施例では、30〜50%とした)。
=50%×50%=25%‥‥(3)
(7)除去施設の規模は、7月度の平均日当たり河川流量の50%を取水できる規模(最大取水量)とする(表3参照)。最大取水量は次の式(4)のとおりである。
(8)つまり、日当たり取水量を15000m3除去施設へ取水させて、石鹸(栄養塩類)を6.7〜8.8g/m3添加し、滞留時間5hrにて除去施設を運転(稼働)させることにより、被処理水の窒素除去率は50%以上となる(図16参照)。
先の記述では、7月度のみにおける除去施設の運転例を記述したが、以下では年間通じて除去目標を満たすための計画について述べる。前述の取水条件や硝酸態窒素の除去率の目標値を満たすために、除去施設内における滞留時間(代謝時間)や栄養塩類である石鹸の添加量等の年間運転計画を立案する。
除去施設の運転計画にて定めた滞留時間、硝酸態窒素の除去率にて、閉鎖性水域に流入する全硝酸態窒素量の25%以上を除去する暫定計画が満足されているか否かの検証をする。
=(51.6×106)/7838208=6.58mg/L‥‥(5)
(3)年間硝酸態窒素量に対する硝酸態窒素の除去必要量を次の式(6)から算出する。
=51.6×(25/100)=12.9t/年‥‥(6)
つまり、硝酸態窒素の除去率25%以上とは、1年間にて12.9t以上の硝酸態窒素を除去することにほかならない。
硝酸態窒素の除去が必要な対象河川(図1に示す)において河川上流側にて被処理水を取水し、硝酸態窒素を除去した後に同河川の下流側に所定の硝酸態窒素濃度まで除去された被処理水を放流する場合の例にて述べる。
(2)上記(1)で求めた添加量の石鹸を投与しながら除去施設の運転を開始する。
(イ):取水量 10000m3/日 滞留時間 7.5hr
(ウ):取水量 7500m3/日 滞留時間 10hr
つまり、(ア)での滞留時間5hrを滞留時間7.5hrとしたときには、取水量の上限は、15000m3/日から10000m3/日へと減じられる。除去施設への取水量は、次の式(8)から求める。
(23)このように滞留時間を決定した段階にて除去施設への上限取水量が決まる。しかし、取水量の決定にあたっては、降雨量が例年に比べて少ない年であっても、河川の生態系に影響を及ぼさない河川流量を最小流量として調整することが求められる。必然的に、河川流量の少ない年、季節においては、除去施設への取水量を減じることとなり、取水量を減じることは除去施設内の滞留時間を増加させることであって、除去効果としては良化されることとなる。
4…濾材
5…仕切板
6…仕切板
Claims (6)
- 被処理水を処理区域に滞留させるとともに被処理水に対して脱窒菌の代謝に必要とする栄養塩類を添加し、脱窒菌による生物学的窒素除去方法により被処理水中の窒素化合物を除去する方法であって、
特定の除去率における被処理水の温度と処理区域での被処理水の滞留時間と栄養塩類の添加量との相関を予め把握しておき、
少なくとも被処理水の温度、または被処理水の温度と被処理水中の窒素化合物の濃度とを測定し、その測定値を上記相関に当てはめたときの栄養塩類の適正添加量と処理区域での被処理水の適正滞留時間を求め、
栄養塩類の実添加量を上記適正添加量とするとともに処理区域での被処理水の滞留時間が上記適正滞留時間となるように調整した上で、被処理水中の窒素化合物の濃度が目標濃度になるまで窒素化合物を除去することを特徴とする水中の窒素除去方法。 - 請求項1に記載の水中の窒素除去方法において、
特定の除去率における被処理水の温度と処理区域での被処理水の滞留時間と栄養塩類の添加量との相関とともに、被処理水の温度と栄養塩類の添加量と窒素化合物の除去率との相関を予め把握しておき、
少なくとも被処理水の温度、または被処理水の温度と被処理水中の窒素化合物の濃度とを測定し、その測定値を上記相関に当てはめたときの栄養塩類の適正添加量と処理区域での被処理水の適正滞留時間を求めることを特徴とする水中の窒素除去方法。 - 一年を冬から夏に向かって被処理水の温度が上昇する昇温期と夏から冬に向かって被処理水の温度が下降する降温期とに分けて、その温度の昇温期には、栄養塩類の実添加量と被処理水の滞留時間の双方またはそのいずれか一方を減少させる場合にのみ、その添加量と滞留時間の双方またはそのいずれか一方を減少させるように調整を行うことを特徴とする請求項1または2に記載の水中の窒素除去方法。
- 一年を冬から夏に向かって被処理水の温度が上昇する昇温期と夏から冬に向かって被処理水の温度が下降する降温期とに分けて、その温度の降温期には、栄養塩類の実添加量と被処理水の滞留時間の双方またはそのいずれか一方を増加させる場合にのみ、その添加量と滞留時間の双方またはそのいずれか一方を増加させるように調整を行うことを特徴とする請求項1または2に記載の水中の窒素除去方法。
- 窒素化合物の濃度に関するパラメータとして、処理前の被処理水中の窒素化合物の濃度と処理後の被処理水中の窒素化合物の濃度との割合である窒素化合物の除去率を用いることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載の水中の窒素除去方法。
- 上記相関における被処理水の温度範囲の最低温度は5℃であることを特徴とする請求項5に記載の水中の窒素除去方法。
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