JP5292659B2

JP5292659B2 - アンモニア性窒素含有水の硝化方法

Info

Publication number: JP5292659B2
Application number: JP2001215453A
Authority: JP
Inventors: 孝明徳富; 英斉安井; 麗今城
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 2001-07-16
Filing date: 2001-07-16
Publication date: 2013-09-18
Anticipated expiration: 2021-07-16
Also published as: JP2003024987A

Description

【発明の属する技術分野】
本発明は、アンモニア性窒素含有水をアンモニア酸化細菌の存在下に曝気して硝化する方法に係り、特に、硝化槽内にアンモニア酸化細菌の生物膜を形成すると共に曝気風量を制御して安定かつ効率的な亜硝酸型硝化を行うアンモニア性窒素含有水の硝化方法に関する。

【従来の技術】
排液中に含まれるアンモニア性窒素は河川、湖沼及び海洋などにおける富栄養化の原因物質の一つであり、排液処理工程で効率的に除去する必要がある。一般に、排水中のアンモニア性窒素は、アンモニア性窒素をアンモニア酸化細菌により亜硝酸性窒素に酸化し、更にこの亜硝酸性窒素を亜硝酸酸化細菌により硝酸性窒素に酸化する硝化工程と、これらの亜硝酸性窒素及び硝酸性窒素を従属栄養性細菌である脱窒菌により、有機物を電子供与体として利用して窒素ガスにまで分解する脱窒工程との２段階の生物反応を経て窒素ガスにまで分解される。

このような硝化脱窒処理では、アンモニア性窒素を酸化するために必要な曝気動力が運転コストのうちの大部分を占めている。

曝気のためのコストを低滅する方法として、硝酸性窒素を生成させず、亜硝酸性窒素を生成させ、亜硝酸性窒素を脱窒する方法が考えられるが、従来においては、硝化工程において安定的に亜硝酸性窒素を生成させる亜硝酸型硝化を行うことが困難であった。

近年、反応槽内のアンモニア性窒素の阻害による方法（特開２０００−６１４９４）、溶存酸素（ＤＯ）濃度を制御する方法（特開平４−１２２４９８）、微生物の増殖速度の差を利用する方法（ＥＰ０８２６６３９Ａ１）などにより亜硝酸型硝化を実現することが検討されている。これらはいずれも亜硝酸酸化細菌の活動を阻害し、アンモニア酸化細菌のみが活動できる条件を作り出すことによって、高濃度の亜硝酸を反応槽内に蓄積させようとするものである。

【発明が解決しようとする課題】
上記従来法のうち、アンモニア性窒素による阻害を利用した方法では、処理水中にアンモニア性窒素が高濃度で残留するため、残留したアンモニア性窒素を後工程で硝酸にまで酸化して処理する必要があり、亜硝酸を生成させる利点が損なわれる。

また、ＤＯ制御では、基質である酸素の濃度を下げるため汚泥当たりの処理活性が低くなり、高負荷がとれないという問題点がある。増殖速度の差を利用する方法でも、ケモスタット培養のため汚泥濃度を高くすることができず、高負荷がとれないといった問題があった。

本発明は上記従来の問題点を解決し、アンモニア性窒素含有水をアンモニア酸化細菌の存在下に曝気して硝化する硝化槽に導入して硝化する方法において、亜硝酸型硝化を安定に行うことができ、しかも、高負荷運転が可能なアンモニア性窒素含有水の硝化方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】
本発明のアンモニア性窒素含有水の硝化方法は、原水であるアンモニア性窒素含有水をアンモニア酸化細菌の存在下に曝気して硝化する硝化槽に導入して硝化する方法であって、該硝化槽の曝気風量を調節して硝化を亜硝酸型に制御する硝化方法において、該アンモニア酸化細菌が生物膜の形で該硝化槽内に保持されているアンモニア性窒素含有水の硝化方法であって、該アンモニア酸化細菌は、担体表面に生物膜を形成しているものであるか、自己造粒によって生物膜を形成しているものであり、該硝化槽が槽内に空気吹き込み部、原水の上昇部および該上昇部を経た原水の下降部を有するものであり、該硝化槽内の溶存酸素濃度が０〜１ｍｇ／Ｌとなるように曝気風量を調節することを特徴とする。

前述の如く、硝化槽内のＤＯ濃度を制御して亜硝酸型硝化を維持しようとする場合には、基質である酸素の濃度を下げるため、汚泥当たりの処理活性が低くなり、同じ汚泥濃度の条件では酸素が十分ある場合よりも負荷が低くなるという問題点があった。

本発明者らは、この問題について検討した結果、ＤＯ濃度を低く制御した場合に汚泥当たりの処理活性が低下しても、これを補うだけの十分な汚泥量を硝化槽内に確保できれば、硝化槽体積当たりではＤＯ濃度が高い場合と同程度の処理活性を得ることができると考えた。そして、汚泥を高濃度で硝化槽内に保持する方法として、生物膜を形成させる方法に着目し、低ＤＯ濃度条件下でも高効率の処理を行う方法を見出し、本発明を完成させた。

本発明における低ＤＯ濃度での生物膜による亜硝酸型硝化の作用機構は以下の通りである。

生物処理に用いられる微生物は本来フロックやグラニュール、生物膜を形成する能力を有し、通常の排水処理においても広く利用されている。通常の曝気槽においては曝気による剪断力が非常に強いため、微生物は数百ミクロン程度の非常に小さなフロックしか形成することができない。フロックでは、内部に基質の拡散抵抗がないという利点もあるが、微生物の密度としてはそれほど高くなく、沈降速度も１０ｍ／ｄａｙ程度であるため高負荷運転が困難である。

一方、フロックを利用しない生物処理方法として、生物膜法が実用化されており、この場合には汚泥の沈降速度に関する制限は大幅に緩和される。即ち、固定床であれば沈降速度は考慮する必要がなく、グラニュール等の生物膜では高密度で沈降性が良く、沈降速度は１０ｍ／ｈｒ以上と非常に速い。そして、生物膜内部は非常に微生物濃度が高いため、表面積を確保できれば大量の排水を小容量の硝化槽で高負荷処理することが可能である。

また、生物膜においては、基質は表面部分から消費されて行くが、微生物密度が高いために基質はグラニュールの内部深くまで到達する以前につきてしまう。この性質は微生物に与えるＤＯを制限する場合には非常に有効に働き、生物膜内部では常に酸素が枯渇している状態になる。特に、硝化槽内のＤＯ濃度が１．５ｍｇ／Ｌ以下、好ましくは０．５ｍｇ／Ｌ以下においては、活性があるのは生物膜の表面近傍のみに制限される。

この条件ではアンモニア酸化細菌のみが活動可能となり、硝化槽内には亜硝酸が蓄積されることになる。また、微生物が成育できる空間は生物膜表面のみとなり、この空間を巡っても微生物同士の競争が起こることになるが、ＤＯ濃度の低い条件では増殖の速いアンモニア酸化細菌のみが優先的に増殖できることになる。この結果、高負荷での亜硝酸型硝化が可能となる。

本発明のアンモニア性窒素含有水の硝化方法では、曝気風量を調節することにより、硝化槽内のＤＯ濃度が０〜１ｍｇ／Ｌの低ＤＯ濃度となるように制御する。

アンモニア酸化細菌の生物膜の形態としては、担体表面に生物膜を形成しているものであっても、自己造粒により生物膜を形成しているグラニュールであっても良い。

本発明で用いる硝化槽は、槽内に空気吹き込み部、原水の上昇部および該上昇部を経た原水の下降部を有するものであり、特に、槽内に上下開放の内筒を有し、この内筒の下方から曝気するエアリフト型曝気槽が好ましく、このようなエアリフト型曝気槽であればコンパクトな装置により高負荷運転が可能である。

【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。

図１は本発明の実施に好適なエアリフト型曝気槽の概略的な構成を示す図であり、このエアリフト型曝気槽１は、内部に上下が開放した内筒２が同軸的に配置された二重管構造とされており、内筒２の下部に散気部３を有し、内筒２内に曝気によるエアリフトが発生するように構成されている。内筒２の上部には気液分離部４が設けられている。内筒２には、アンモニア酸化細菌の生物膜汚泥が保持されている。

原水（アンモニア性窒素含有水）は、曝気槽１の下部より曝気槽１内に導入され、散気部３からの曝気によるエアリフトで上向流で内筒２内を流れ、その間に汚泥と接触して硝化処理される。

内筒２内の上昇流は気液分離部４で気液分離されたのち、沈降分離部５を経て一部が処理水として排出され、残部は内筒２と曝気槽１との間の部分を下降し、曝気槽１の下部から導入される原水と共に循環処理される。

本発明においては、安定な亜硝酸型硝化を行うために、この曝気槽１内のＤＯ濃度を１ｍｇ／Ｌ以下、特に好ましくは０〜０．５ｍｇ／Ｌの低ＤＯ濃度となるように散気部３からの曝気風量を調節する。この曝気風量の調節は、例えば、曝気槽１内にＤＯ計を設け、このＤＯ計の測定結果に基いて、散気部３に空気を供給するブロワの風量を制御することにより行うことができる。

曝気槽１内のＤＯ濃度が１．５ｍｇ／Ｌを超えると、ＤＯが過剰となって、硝化反応が硝酸型となり、硝酸性窒素が生成するようになるため好ましくない。

図１の曝気槽１では、原水の通水開始に先立ち、内筒２内に種汚泥となる硝化細菌を含む汚泥を投入し、アンモニア性窒素を含む原水を通水する。そして、上記ＤＯ濃度となるように曝気を行うと共に通水を継続することにより、アンモニア酸化細菌の自己造粒による生物膜のグラニュールを形成させる。この場合、曝気槽内に予め担体を充填しておき、その担体表面に生物膜を形成させても良い。沈降分離部５の上昇流速は汚泥の増殖と剥離、系外への流出量とのバランスと、グラニュール自体の沈降速度に応じて適宜決定されるが、前述のごとく、グラニュール等の生物膜法における汚泥の沈降速度は１０ｍ／ｈｒ以上と非常に速いため、十分な生物膜が形成された後は沈降分離部５のLVは１０ｍ／ｈｒ以上、好ましくは１０〜５０ｍ／ｈｒとすることができる。

なお、図１に示すエアリフト型曝気槽は、本発明の実施に好適な硝化槽の一例であり、本発明は何ら図示の曝気槽を用いる態様に限定されるものではない。

硝化槽としては、生物膜を維持できるものであれば良く、固定床、流動床、グラニュール法、担体添加法のいずれをも採用することができる。

【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。

実施例１
図１に示すエアリフト型曝気槽（容積３Ｌ）を用いてアンモニア性窒素濃度約４２０ｍｇ／Ｌの合成排水を２０Ｌ／ｄａｙの条件で通水して処理した。

通水開始に先立ち、エアリフト型曝気槽に、硝化脱窒を行っている下水汚泥８０００ｍｇ／Ｌを３Ｌ投入した。また、槽内液のＤＯ濃度は１ｍｇ／Ｌ以下（０．８〜１．０ｍｇ／Ｌ）となるように曝気風量を調整した。

なお、沈降分離部５内の上昇流速ＬＶは１０ｍ／ｈｒであった。

その結果、通水開始から約６ヶ月後に直径０．３ｍｍ程度のグラニュールが形成され、その量は徐々に増加して行った。

処理水の水質（ＮＨ_４−Ｎ濃度、ＮＯ_２−Ｎ濃度、ＮＯ_３−Ｎ濃度）は図２に示す通りであり、安定な亜硝酸型硝化が行われ、アンモニア性窒素が効率的に亜硝酸性窒素に酸化された。

【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明のアンモニア性窒素含有水の硝化方法によれば、生物膜を形成させた硝化槽内の曝気風量を調節して、低ＤＯ濃度で運転することにより、コンパクトな装置により、長期にわたり安定した亜硝酸型硝化を高負荷運転で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明のアンモニア性窒素含有水の硝化方法の実施に好適なエアリフト型曝気槽を示す概略的な構成図である。
【図２】
実施例１における処理水水質の経時変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１曝気槽
２内筒
３散気部
４気液分離部
５沈降分離部

Claims

原水であるアンモニア性窒素含有水をアンモニア酸化細菌の存在下に曝気して硝化する硝化槽に導入して硝化する方法であって、該硝化槽の曝気風量を調節して硝化を亜硝酸型に制御する硝化方法において、
該アンモニア酸化細菌が生物膜の形で該硝化槽内に保持されているアンモニア性窒素含有水の硝化方法であって、
該アンモニア酸化細菌は、担体表面に生物膜を形成しているものであるか、自己造粒によって生物膜を形成しているものであり、
該硝化槽が槽内に空気吹き込み部、原水の上昇部および該上昇部を経た原水の下降部を有するものであり、
該硝化槽内の溶存酸素濃度が０〜１ｍｇ／Ｌとなるように曝気風量を調節することを特徴とするアンモニア性窒素含有水の硝化方法。
請求項１において、該硝化槽は、内部に上下が開放した内筒が同軸的に配置された二重管構造とされ、該内筒の下部に散気部を有し、該内筒内に曝気によるエアリフトが発生するように構成されたエアリフト型曝気槽であり、該内筒に、アンモニア酸化細菌の生物膜汚泥が保持され、上部には気液分離部が設けられており、原水は、該曝気槽の下部より曝気槽内に導入され、該散気部からの曝気によるエアリフトで上向流で該内筒内を流れ、その間に汚泥と接触して硝化処理され、該内筒内の上昇流は該気液分離部で気液分離されたのち、一部が処理水として排出され、残部は該内筒と曝気槽との間の部分を下降し、曝気槽の下部から導入される原水と共に循環処理されることを特徴とするアンモニア性窒素含有水の硝化方法。