JP5141967B2 - 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生物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、アンモニア性窒素と亜硝酸性窒素とを、独立栄養性脱窒菌である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３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一部が亜硝酸性窒素に酸化される。次いで沈殿槽で夾雑物等を除去した後、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還元される。

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Ｎ_２Ｏ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、高濃度のアナモックス菌を反応槽内に安定して保持させる方法として、グラニュール化したアナモックス菌を反応槽内に投入する方法が開示されている。

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。

反応槽内を高濃度化させるためにグラニュール化したアナモックス菌を利用する方法では、窒素除去を行うアナモックス反応の際に生成される窒素ガスにより、グラニュールが浮上する。その結果、反応槽からグラニュールが流出し、反応槽内を高濃度化に維持することが困難となるという問題がある。また、グラニュールの形成に適した形状として、水深／直径比の大きい塔型反応槽を適用する場合が一般的であるが、大容量の場合は槽高が高くなり、維持管理に手間が掛かるという問題がある。さらに、初期の立ち上げ時には、一定期間運転して、グラニュールを槽内で形成する必要があるため、長時間を要する。

一般的にアナモックス菌の槽外への流出を防止するために、出口付近にスクリーン等を設置する場合があるが、目詰まり解消、対策などのメンテナンスに手間がかかる。また、アナモックス反応の阻害要因である流入水中のＳＳ対策として、沈殿槽および前処理槽を設置し、沈降分離除去やろ材によるろ過等でＳＳを除去しているが、設備が大きくなると共に、流入水の負荷変動に弱いという問題がある。

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、槽外への流出防止と槽内濃度の維持管理を容易に行う生物脱窒装置を提供することにある。

本発明の要旨は、脱窒槽の内部に独立栄養性脱窒菌を充填し、上向流で供給する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、生物脱窒槽を仕切板で原水の流入室と処理水の流出室とに上下に分割し、生物脱窒槽の内側に円筒スクリーンを立設して、円筒スクリーンの上端に仕切板と外接する円筒板を連接すると共に、円筒板の上端に流出防止スクリーンを張設して、生物反応室を構成し、生物反応室に微生物担体を充填したもので、ＳＳ等の夾雑物による生物反応の阻害を防止すると共に、生物反応室の高濃度化を容易に維持管理できる。

上記流入室の円筒スクリーン近傍底部に、複数の円筒スクリーン洗浄管を連結すると、生物反応室前段の目詰まりを容易に解消すると共に、生物反応室への供給量を一定に保持することができる。また、上記生物反応室下部に微生物担体洗浄管を連結すると、微生物担体表面の目詰まりを解消すると共に、微生物担体に適度な揺動を与え、脱窒処理を促進させることができる。

上記微生物担体は、複数の独立栄養性脱窒菌のグラニュールが、表面に多数の通孔を有する収容具に、移動自由に収容されているもので、反応槽内の容積あたりの微生物濃度を高めることができる。また、グラニュールは内部で適度に揺動し、さらにグラニュールを形成していくことができる。グラニュールが反応槽から流出することがないので、生物担体の取出し、補充、再投入等により、容易に生物反応室の高濃度化を維持管理できる。グラニュールを収容した状態で保管し、その状態で運搬、投入できるので、菌の取扱が容易で作業効率がよい。

上記収容具の比重が１以上であるので、微生物担体が反応槽から流出することがない。また、常時、反応槽底部に沈降しており、反応槽内で効率のよい脱窒処理を行うことができる。

本発明は上記のように構成してあり、アナモックス菌グラニュールを収容した微生物担体が生物反応室外へ流出することがないので、生物反応室の高濃度化を維持でき、処理量を増加させると共に、生物反応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、予め収容具内部にアナモックス菌グラニュールを収容した担体を処理量に応じて所定数投入するだけで、生物反応室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および担体の損失や、運転停止後の再立ち上げ時でも、担体の取出し、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。担体の投入量も容易に把握することができ、生物反応室内の濃度管理が容易となる。

アナモックス菌グラニュールを収容具に収容して培養し、その状態で保管すれば、その状態のまま装置までの運搬や槽内への投入することができる。アナモックス菌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。

図１は生物脱窒槽の縦断面図であって、生物脱窒槽１の下部に原水の流入室６を構成し、上部の処理水の流出室７とは仕切板２により区画してある。生物脱窒槽１の内側に円筒スクリーン３を立設し、円筒スクリーン３の上端に円筒板４を連接してある。仕切板２の内周端は円筒板４と内接し、仕切板２の外周端は生物脱窒槽１の内周壁まで延設してあるので、流入室６の原水が仕切板２を介して流出室７に流入することはない。円筒板４の上端は生物脱窒槽１の上端近傍まで延出され、流出防止スクリーン５が張設してあり、内部に生物反応室８を構成してある。

アンモニア性窒素及び亜硝酸性窒素を含む原水は流入管９より生物脱窒槽１下部の流入室６に導入される。流入室６から生物反応室８へ流入する際に、円筒スクリーン３により原水中の比較的大きなＳＳが捕捉され、ろ過水が生物反応室８に導入される。生物反応室８の前段でＳＳ等の夾雑物を取り除くので、生物反応室８内で生物処理における基質との接触効率の低下が起こり難く、雑菌の侵入や繁殖などで生物反応室８内部の微生物の繁殖、成長を阻害しない。

OLE_LINK2流入室６の円筒スクリーン３近傍底部には、複数の円筒スクリーン洗浄管１５が連結OLE_LINK2されており、本実施例では円筒スクリーン洗浄管１５より窒素ガスを噴出して、円筒スクリーン３で捕捉したＳＳ等の夾雑物を剥離除去している。窒素ガスにより、円筒スクリーン３から剥離除去されたＳＳ等の夾雑物は、流入室６底部に沈殿し、排出管１１より排出される。

生物反応室８に導入された原水は、生物反応室８を上向流で上昇する間に、微生物により生物脱窒処理され、流出防止スクリーン５を経て処理水が生物反応室８より排出される。流出防止スクリーン５は生物反応室８内の微生物担体２０が流出しない目幅で構成され、処理水のみを流出室７へ排出する。

流出防止スクリーン５より越流した処理水は、流出室７の円筒板４に沿って下降し、円筒スクリーン３で除去しきれなかったＳＳ等の夾雑物は流出室７の底面を形成している仕切板２上に沈殿堆積する。流出室７底面の仕切板２よりやや上方に流出管１０が接続されており、ＳＳ等の夾雑物を除去された処理水は流出管１０から排出される。流出室７の底面に沈殿堆積したＳＳ等の夾雑物は、排出管１２より排出される。

流出管１０には処理水の一部を循環水として生物脱窒槽１に戻す循環配管１３が接続されている。本実施例では、循環配管１３の他端は流入管９に連結しているが、直接生物脱窒槽１に連結してもよく、また、循環用のポンプ１４を用いて処理水を循環してもよい。

生物反応室８には微生物担体２０が投入されており、本実施例ではアナモックス菌のグラニュール２３を用いている。アナモックス菌は嫌気性微生物であり、アンモニア性窒素と亜硝酸性窒素とを窒素ガスに還元することができる独立栄養性脱窒菌である。この菌を利用したアンモニア性窒素除去反応は、アナモックス反応と呼ばれ、効率の良い窒素除去を行うことができる。また、アナモックス菌は独立栄養性であるので、脱窒反応のための多量の有機物が不要になり、処理コストが低く、経済的である。

図２はグラニュールを収容した微生物担体の斜視図であって、（ａ）に示す状態で生物脱窒槽１の生物反応室８に多数投入されている。これにより高濃度の微生物を生物反応室８内に安定して保持させることができる。

（ｂ）に示すように、収容具２１は２つの半球状容器を組み合わせたもので、表面に多数の通孔２２を保持し、網目状に形成されている。収容具２１の通孔２２はグラニュール２３より小さく設定しているので、内部に収容したグラニュール２３が収容具２１から流出することがない。

アナモックス菌のグラニュール２３は収容具２１内部で移動自由に封入されているので、脱窒処理中に栄養を摂り込み、さらにグラニュール２３を形成していく。また、生物反応室８前段の円筒スクリーン３を通過した原水中に含まれる微細なＳＳ等の夾雑物を収容具２１の網目で捕捉するため、ＳＳ等の夾雑物が内部に侵入することがない。ＳＳ等の夾雑物がグラニュール２３の表面に付着増殖することで、アナモックス菌の活性の低下や、グラニュール２３形成の阻害となることがない。

収容具２１の比重は１以上であり、常時、内部にグラニュール２３を収容した状態で生物反応室８底部に沈降している。アナモックス反応の際に生成される窒素ガスによりグラニュール２３が浮上することもあるが、収容具２１の通孔２２はグラニュール２３より小さいので、収容具２１内部の上方に留まる。流入室６から原水が流入する流れにより、グラニュール２３を浮上させている窒素ガスはグラニュール２３から剥離し、収容具２１の通孔２２から外部に抜けて、生物脱窒槽１上部に接続されたガス排出管１６より槽外へ排出される。

収容具２１の通孔２２が目詰まり等を起こし、アナモックス反応で生成された窒素ガスが収容具２１内部に溜まり、その結果、微生物担体２０が浮上しても、微生物担体２０より開口が小さく設定してある生物反応室８上端の流出防止スクリーン５により、微生物担体２０の槽外への流出を防止する。浮上した微生物担体２０は生物反応室８内の上向流により適度に揺動し、表面の通孔２２を塞いでいるＳＳ等の夾雑物を剥離させ、内部の窒素ガスを収容具２１の通孔２２より排出した後、再度底部へ沈降する。また、必要により生物反応室８下部に微生物担体洗浄管１８を連結し、窒素ガスを生物反応室８内の微生物担体２０に噴出させて表面を洗浄し、通孔２２の目詰まりを解消させることもできる。

生物脱窒槽１上部に接続されたガス排出管１６に循環配管１７を接続して、ガス排出管１６より槽外へ排出される窒素ガスの一部を、ブロワ１９を介して生物脱窒槽１下部の円筒スクリーン洗浄管１５に戻し、スクリーン洗浄に利用することもできる。

収容具２１の材質は、処理水の性質や、内部に収容してある微生物の活性に影響を与えないものであれば特に何でもよく、比重は１以上で、微生物担体２０の適度な揺動を考慮すると、できるだけ１に近い方が好ましい。また、形状は球状に限定するものではなく、脱窒槽の形状や原水の供給位置等により円筒状、立方体等適宜選択して適用できる。さらに、内部へのグラニュール２３投入方法は、収容具２１の一部表面が開口するようにしてもよい。

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収容した担体により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グラニュールおよび担体の損失時でも、担体の取出し、補充、再投入が容易であり、槽内での培養期間を必要としない。菌の取扱が容易で作業効率がよいものである。また、アナモックス菌の槽外への流出を防止するために、出口付近にスクリーン等を設ける必要が無く、メンテナンスも容易である。また、原水中のＳＳ対策として、沈殿槽および前処理槽を設置する必要が無いので、省スペース化が可能となり、負荷変動にも強くなる。

この発明に係る生物脱窒装置の縦断面図である。 同じく、グラニュールを収容した担体の斜視図である。 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。

１ 生物脱窒槽
２ 仕切板
３ 円筒スクリーン
４ 円筒板
５ 流出防止スクリーン
６ 流入室
７ 流出室
８ 生物反応室
１５ 円筒スクリーン洗浄管
１８ 微生物担体洗浄管
２０ 微生物担体
２１ 収容具
２２ 通孔
２３ グラニュール

Claims (5)

1. 脱窒槽の内部に独立栄養性脱窒菌を充填し、上向流で供給する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、生物脱窒槽（１）を仕切板（２）で原水の流入室（６）と処理水の流出室（７）とに上下に分割し、生物脱窒槽（１）の内側に円筒スクリーン（３）を立設して、円筒スクリーン（３）の上端に仕切板（２）と外接する円筒板（４）を連接すると共に、円筒板（４）の上端に流出防止スクリーン（５）を張設して、生物反応室（８）を構成し、生物反応室（８）に微生物担体（２０）を充填したことを特徴とする生物脱窒装置。
2. 上記流入室（６）の円筒スクリーン（３）近傍底部に、複数の円筒スクリーン洗浄管（１５）を連結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. 上記生物反応室（８）下部に微生物担体洗浄管（１８）を連結したことを特徴とする請求項２に記載の生物脱窒装置。
4. 上記微生物担体（２０）は、複数の独立栄養性脱窒菌のグラニュール（２３）が、表面に多数の通孔（２２）を有する収容具（２１）に、移動自由に収容されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の生物脱窒装置。
5. 上記収容具（２１）の比重が１以上であることを特徴とする請求項４に記載の生物脱窒装置。