JP5858763B2

JP5858763B2 - 窒素含有有機性廃水の処理システム及び処理方法

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Publication number: JP5858763B2
Application number: JP2011270505A
Authority: JP
Inventors: 智子松崎; 若原　慎一郎; 慎一郎若原; 奥村　洋一; 洋一奥村; 舞穂小林
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Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 2011-12-09
Filing date: 2011-12-09
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Description

本発明は、窒素含有有機性廃水の処理システム及び処理方法に関し、特に比較的アンモニア濃度が低い窒素含有有機性廃水に好適な処理システム及び処理方法に関する。

従来、窒素含有有機性廃水を処理するために、循環脱窒法等、従属栄養性の微生物を用いた生物学的硝化脱窒法が採用されてきた。このような硝化脱窒法は、廃水中のアンモニア態窒素をアンモニア酸化細菌により亜硝酸態窒素に酸化し、更に亜硝酸態窒素を亜硝酸酸化細菌により硝酸態窒素に酸化する硝化工程と、亜硝酸態窒素及び硝酸態窒素を従属栄養性の脱窒菌により窒素ガスにまで分解する脱窒工程を経て、廃水中のアンモニア態窒素を窒素ガスにまで分解する方法である。

しかし、このような従来の生物学的硝化脱窒法では、硝化工程で大量の酸素が必要となり曝気のためのブロワファン等に要する電力コストが高騰するという問題、脱窒工程で有機炭素源として大量のメタノール等を添加する必要があり、そのための薬品コストが高騰するという問題、さらに従属栄養性微生物を用いるために汚泥発生量が多く、余剰汚泥の処理コストが嵩むという問題等、ランニングコストが嵩むという問題があった。

そこで、特許文献１には、ＢＯＤ及び窒素含有排水に対して、嫌気性メタン発酵法によりＢＯＤを除去する嫌気処理工程、アンモニア態窒素の一部を亜硝酸態窒素とする亜硝酸型硝化工程、アンモニア態窒素を電子供与体とし、亜硝酸態窒素を電子受容体とする独立栄養性脱窒微生物と接触させて脱窒する脱窒工程の順に処理するＢＯＤ及び窒素含有排水の生物的処理方法であって、嫌気処理工程で発生したバイオガスをアルカリ性溶液と接触させて得た（重）炭酸塩含有アルカリ性溶液を、亜硝酸型硝化工程のｐＨ調整に使用するＢＯＤ及び窒素含有排水の生物的処理方法が提案されている。

尚、本明細書では、本発明を用語「廃水」を用いて説明するが、公知文献で使用されている用語「排水」とは同義語である。

当該方法によれば、脱窒のために独立栄養性脱窒微生物であるＡＮＡＭＭＯＸ菌を用いるために有機物の添加が不要となり、またＡＮＡＭＭＯＸ菌は収率が低い独立栄養性の微生物であるために汚泥の発生量が著しく少なくなり余剰汚泥の発生量を抑えることができる。

そして、原水中のアンモニア態窒素の酸化を亜硝酸態窒素に止める亜硝酸型硝化を安定的に行うためのｐＨ調整に、嫌気処理工程で発生したバイオガスをアルカリ性溶液と接触させて得た（重）炭酸塩含有アルカリ性溶液を市販薬剤に替えて用いることにより薬剤費の低減を図ることができる。

また、特許文献２には、高濃度の有機物とアンモニア態窒素を含有する排水中のアンモニア態窒素を効率よく処理することを目的として、有機物とアンモニア態窒素とを含有する原水を浄化処理する生物学的処理方法が提案されている。

当該排水処理方法は、上記原水を、原生動物の実質的不存在下、細菌によって好気的に処理を行う細菌槽に導入して細菌処理し、該細菌により上記排水中の有機物を生物分解し、増殖した細菌を固液分離処理して除去する有機物の分解工程と、有機物の分解工程で得た処理水中のアンモニア態窒素の一部を、好気的条件下、アンモニア酸化細菌により亜硝酸態窒素に酸化する酸化工程と、酸化工程で亜硝酸化された亜硝酸態窒素と亜硝酸態窒素に酸化されなかったアンモニア態窒素とを含む被処理水を、脱窒槽内で、嫌気的条件下、独立栄養性脱窒細菌により脱窒処理する工程とが含まれる。

特許第４４９６７３５号公報特開２０１０−２０７７８５号公報

しかし、これまで懸濁性及び溶解性有機物を含む廃水に対して、嫌気的アンモニア酸化処理の積極的な研究はなされてこなかったため、このような廃水であっても効率的に嫌気的アンモニア酸化処理を行ない得る現実的な処理システム及び処理方法は未だ開発されていない。

例えば、このような廃水に特許文献１に記載された方法を採用すると、亜硝酸化の前処理で行なわれる嫌気性消化処理により溶解性ＢＯＤは低減されても、懸濁性ＢＯＤを十分に除去できず、そのため亜硝酸化工程で同時に懸濁性ＢＯＤを分解するために必要な多量の曝気のための電力コストが嵩むようになる。

また、このような廃水に特許文献２に記載された方法を採用すると、好気的に有機物を分解する工程で大量の曝気が必要となるばかりでなく大量の余剰汚泥も発生するため、独立栄養性脱窒細菌による嫌気的アンモニア酸化処理を行なうメリットが消失するという不都合があった。

本発明の目的は、上述した問題点に鑑み、従来技術より効率的、かつ、懸濁性及び溶解性有機物を含む廃水であっても、さらには、低アンモニア濃度の廃水であっても、独立栄養性微生物を用いて効率的に嫌気的アンモニア酸化処理を行なえる廃水処理システム及び廃水処理方法を提供する点にある。

上述の目的を達成するため、本発明による窒素含有有機性廃水の処理システムの第一の特徴構成は、特許請求の範囲の書類の請求項１に記載した通り、懸濁性有機物、溶解性有機物及びアンモニアを含有する被処理水に対して、好気条件下で独立栄養性微生物によってアンモニアを亜硝酸に酸化する亜硝酸化処理と、嫌気条件下で独立栄養性微生物によるアンモニア態窒素を電子供与体とし亜硝酸態窒素を電子受容体とした嫌気的アンモニア酸化処理とによって脱窒処理を行なう独立栄養性脱窒装置を有する窒素含有有機性廃水の処理システムであって、前記独立栄養性脱窒装置の前段に、被処理水から懸濁性有機物を分離する懸濁性有機物分離装置と、被処理水に含まれる溶解性有機物を生物学的に分解する溶解性有機物分解装置とを備え、懸濁性有機物及び溶解性有機物が低減された被処理水を前記独立栄養性脱窒装置に供給し、前記懸濁性有機物分離装置で分離した懸濁性有機物を嫌気性消化する汚泥嫌気性消化装置と、前記汚泥嫌気性消化装置の消化液を前記独立栄養性脱窒装置に供給する第１移送経路を備えている点にある。

独立栄養性脱窒装置に供給される被処理水に多量の溶解性有機物が含まれていると、亜硝酸化処理に要する酸素が溶解性有機物の分解処理に費やされ、亜硝酸化処理が妨げられることになるが、上述の構成によれば、独立栄養性脱窒装置の前段に備えた懸濁性有機物分離装置によって、先ず被処理水から懸濁性有機物が分離され、次に懸濁性有機物が分離された被処理水に含まれる溶解性有機物が溶解性有機物分解装置によって分解処理される。そして、当該溶解性有機物分解装置によって溶解性有機物濃度が低くなった被処理水が後段の独立栄養性脱窒装置に供給されるため、アンモニアを亜硝酸に酸化する亜硝酸化処理を行なう独立栄養性微生物の処理が妨げられることがなく、曝気のための電力コストを低減することができるようになる。

尚、溶解性有機物分解装置では、例えば、嫌気性消化処理や従属栄養性脱窒処理等によって溶解性有機物を分解することが好ましく、この場合には溶解性有機物分解装置に曝気装置を備える必要がないので、電力コストが増大することなく、また余剰汚泥の発生量も大きく低減することができる。

これまで、アンモニア濃度の小さい廃水に対しては、効率的に安定した嫌気的アンモニア酸化処理を実現できなかった。アンモニア濃度が小さい雰囲気では、アンモニアの硝酸化を抑制して亜硝酸化を進行させる調節を安定させることができず、またアンモニアの約半量を亜硝酸化する部分亜硝酸化においては、残存させるアンモニア量の調節を安定させることができなかったためである。

上述の構成によれば、懸濁性有機物分離装置で分離された懸濁性有機物が、汚泥嫌気性消化装置によって嫌気性消化される結果、アンモニア態窒素が濃縮された消化液が得られる。そのような消化液を独立栄養性脱窒装置に供給することによって、独立栄養性脱窒装置では遊離アンモニア濃度（ＦＡ；Free Ammonia）が高くなり、硝酸化菌の活性が抑制され、亜硝酸化菌による亜硝酸化が優先的に進行するようになり、嫌気的アンモニア酸化処理が効率的に行なわれるようになるのである。その結果、温度やｐＨ制御による硝酸化菌の抑制が不要となり電力コストや薬品コストを節約できるようになる。尚、Anthonisenらは、遊離アンモニア濃度（ＦＡ）が０．１−１０ｐｐｍで硝酸化菌が選択的に阻害を受ける、と報告している。

同第二の特徴構成は、同請求項２に記載した通り、上述した第一の特徴構成に加えて、前記独立栄養性脱窒装置は、被処理水に対して前記亜硝酸化処理を行なう亜硝酸化装置と、前記亜硝酸化処理が行なわれた被処理水に対して前記嫌気的アンモニア酸化処理を行なう嫌気的アンモニア酸化装置とを備え、前記第１移送経路は前記汚泥嫌気性消化装置の消化液を前記亜硝酸化装置に供給する経路である点にある。

独立栄養性脱窒装置を亜硝酸化装置と嫌気的アンモニア酸化装置の２槽式で構成する場合には、第１移送経路によって消化液が亜硝酸化装置に供給される。

同第三の特徴構成は、同請求項３に記載した通り、上述した第二の特徴構成に加えて、前記汚泥嫌気性消化装置の消化液を前記嫌気的アンモニア酸化装置に供給する第２移送経路を備えている点にある。

嫌気的アンモニア酸化反応は、以下の式で表されるように、１当量のアンモニア態窒素を電子供与体とし、約１．３当量の亜硝酸態窒素を電子受容体とした独立栄養性細菌による脱窒反応である。
ＮＨ_４ ^＋＋1.32ＮＯ_２ ⁻＋0.066ＨＣＯ_３ ⁻＋0.13Ｈ^＋→
1.02Ｎ_２＋0.26ＮＯ_３ ⁻＋0.066ＣＨ_２Ｏ_０．５Ｎ_0.15＋2.03Ｈ_２Ｏ

亜硝酸化装置で部分的に亜硝酸化された硝化液の亜硝酸態窒素とアンモニア態窒素が上式のモル比であれば、効率的に嫌気的アンモニア酸化処理が進むが、上式のモル比と大きく異なる場合には嫌気的アンモニア酸化処理が滞ることになる。そのような場合でも、第２移送経路を介して供給されるアンモニア濃度の高い消化液によって、亜硝酸態窒素とアンモニア態窒素のモル比を適正な値、例えば１：１．３〜１．４程度に調節することができ、嫌気的アンモニア酸化を効率的に進行させることができるようになる。

同第四の特徴構成は、同請求項４に記載した通り、上述した第三の特徴構成に加えて、前記溶解性有機物分解装置は、従属栄養性脱窒微生物によって亜硝酸態窒素及び硝酸態窒素を窒素分子に還元する脱窒処理を行なう従属栄養性脱窒装置であり、前記亜硝酸化装置の処理液を前記従属栄養性脱窒装置に供給する第３移送経路と、前記嫌気的アンモニア酸化装置の処理液を前記従属栄養性脱窒装置に供給する第４移送経路の少なくとも一方を備えている点にある。

亜硝酸化装置で生成した亜硝酸の一部を、第３移送経路を介して従属栄養性脱窒装置に返送することにより、懸濁性有機物除去装置の処理液に含有する主に溶解性有機物を電子供与体とし、亜硝酸化装置から導入された亜硝酸態窒素を電子受容体として従属栄養性微生物によって脱窒反応を進行させることで亜硝酸化装置に流入する有機物濃度を低減することができる。

また、嫌気的アンモニア酸化装置の処理液の一部を、第４移送経路を介して従属栄養性脱窒装置に返送することにより、嫌気的アンモニア酸化反応で生成された硝酸を従属栄養性脱窒装置で脱窒させることができ、嫌気的アンモニア酸化装置から系外に排出される硝酸量を低減できるようになる。

同第五の特徴構成は、同請求項５に記載した通り、上述した第一から第四の何れかの特徴構成に加えて、被処理水は、１）ＮＨ_３−Ｎ（アンモニア態窒素濃度）＜１００ｐｐｍ、２）ＢＯＤ／ＮＨ_３−Ｎ＞３．０であり、前記溶解性有機物分解装置の処理液は、３）０．５＜ＢＯＤ／ＮＨ_３−Ｎ＜２．０である点にある。

独立栄養性脱窒装置では曝気量を調節して溶存酸素濃度が適当な範囲に制御されるが、アンモニア態窒素濃度が１００ｐｐｍ未満の場合は、僅かな曝気風量の変化で溶存酸素濃度が大きく変動してしまう。そのような場合でも、ＢＯＤ／ＮＨ_３−Ｎを０．５より大きな値に調節することで、ＢＯＤによる酸素の消費によって溶存酸素濃度の大きな変動を抑えることができる。尚、ＢＯＤ／ＮＨ_３−Ｎが２．０を超えると曝気量が増えて、省エネルギーの観点から望ましくない。

本発明による窒素含有有機性廃水の処理方法の第一の特徴構成は、同請求項６に記載した通り、懸濁性有機物、溶解性有機物及びアンモニアを含有する被処理水に対して、好気条件下で独立栄養性微生物によってアンモニアを亜硝酸に酸化する亜硝酸化処理と、嫌気条件下で独立栄養性微生物によるアンモニア態窒素を電子供与体とし亜硝酸態窒素を電子受容体とした嫌気的アンモニア酸化処理とによって独立栄養性脱窒処理を行なう窒素含有有機性廃水の処理方法であって、
前記独立栄養性脱窒処理の前に、被処理水から懸濁性有機物を分離する懸濁性有機物分離処理と、被処理水に含まれる溶解性有機物を生物学的に分解する溶解性有機物分解処理を行ない、懸濁性有機物及び溶解性有機物が低減された被処理水を前記独立栄養性脱窒処理に供給し、前記懸濁性有機物分離処理で分離した懸濁性有機物を嫌気性消化する汚泥嫌気性消化処理を含み、前記汚泥嫌気性消化処理による消化液を前記亜硝酸化処理と前記嫌気的アンモニア酸化処理の少なくとも何れか一方に供給する点にある。

同第二の特徴構成は、同請求項７に記載した通り、上述した第一の特徴構成に加えて、前記溶解性有機物分解処理は、従属栄養性脱窒微生物によって亜硝酸態窒素及び硝酸態窒素を窒素分子に還元する従属栄養性脱窒処理であり、前記亜硝酸化処理による処理液と前記嫌気的アンモニア酸化処理による処理液の少なくとも何れか一方を前記従属栄養性脱窒処理に供給する点にある。

以上説明した通り、本発明によれば、従来技術より効率的な処理が可能となり、さらには懸濁性及び溶解性有機物を含む廃水であっても、さらには、低アンモニア濃度の廃水であっても、独立栄養性微生物を用いて効率的に嫌気的アンモニア酸化処理を行なえる廃水処理システム及び廃水処理方法を提供することができるようになった。

本発明による廃水処理システムの第一態様の説明図本発明による廃水処理システムの第二態様の説明図本発明による廃水処理システムの第三態様の説明図本発明による廃水処理システムの第四態様の説明図本発明による廃水処理システムの第五態様の説明図

以下、本発明による廃水処理システム及び廃水処理方法の実施形態を説明する。
図１には、第一の態様の廃水処理システムが示されている。当該廃水処理システムは、懸濁性有機物、溶解性有機物及びアンモニアを含有する被処理水を浄化するシステムであり、被処理水に含まれる懸濁性有機物を分離する懸濁性有機物分離装置１０と、被処理水に含まれる溶解性有機物を分解処理する溶解性有機物分解装置２０と、亜硝酸化処理と嫌気的アンモニア酸化処理とによって独立栄養性脱窒装置３０を備え、懸濁性有機物及び溶解性有機物が低減された被処理水が独立栄養性脱窒装置３０に供給されるように構成されている。

懸濁性有機物分離装置１０として、沈殿装置、凝集沈殿装置、浮上分離装置、スクリーン装置、膜分離装置、サイクロン装置、スクリュープレスやデカンタ等の機械的分離装置の何れかで構成することができ、これらの複数の装置を組み合わせて構成することも可能である。

溶解性有機物分解装置２０では、例えば、嫌気性消化処理や従属栄養性脱窒処理等によって溶解性有機物を分解する生物反応槽を備えて構成することが好ましく、溶解性有機物分解装置２０に曝気装置を備える必要がないので、電力コストを低減することができる。

亜硝酸化処理とは、アンモニアを含有する被処理水に対して、好気条件下で独立栄養性微生物（独立栄養性亜硝酸化菌）によってアンモニア態窒素を亜硝酸態窒素に酸化する処理である。

嫌気的アンモニア酸化処理とは、嫌気条件下で独立栄養性微生物（独立栄養性脱窒菌）によるアンモニア態窒素を電子供与体、亜硝酸態窒素を電子受容体とした嫌気的アンモニア酸化処理であって、以下の式で表されるように、１当量のアンモニア態窒素と約１．３当量の亜硝酸態窒素とを脱窒反応によって窒素分子に変換する処理である。
ＮＨ_４ ^＋＋1.32ＮＯ_２ ⁻＋0.066ＨＣＯ_３ ⁻＋0.13Ｈ^＋→
1.02Ｎ_２＋0.26ＮＯ_３ ⁻＋0.066ＣＨ_２Ｏ_０．５Ｎ_0.15＋2.03Ｈ_２Ｏ

独立栄養性脱窒装置３０に供給される被処理水に多量の溶解性有機物が含まれていると、亜硝酸化処理に要する酸素が溶解性有機物の分解処理に費やされ、亜硝酸化処理が妨げられることになる。

当該廃水処理システムによれば、独立栄養性脱窒装置３０の前段に備えた懸濁性有機物分離装置１０によって、先ず被処理水から懸濁性有機物が分離され、次に懸濁性有機物が分離された被処理水に含まれる溶解性有機物が溶解性有機物分解装置２０によって分解処理され、当該溶解性有機物分解装置によって溶解性有機物濃度が低くなった被処理水が後段の独立栄養性脱窒装置に供給されるため、アンモニア態窒素を亜硝酸態窒素に酸化する亜硝酸化処理を行なう独立栄養性微生物の処理が妨げられることがなく、曝気のための電力コストを効果的に低減することができるようになる。

独立栄養性脱窒装置３０として、亜硝酸化処理を行なう亜硝酸化槽と、嫌気的アンモニア酸化処理を行なうアンモニア酸化槽を直列配置した２槽直列式の構成や、ＣａｎｏｎやＳＮＡＰ等の１槽式の構成を採用することができる。Ｃａｎｏｎｏと呼ばれる方法は、Sequential Bach Reactor（ＳＢＲ）に微量の酸素を供給することで流入するアンモニアの約半量をアンモニア酸化細菌の働きによって亜硝酸に変換し、一つの槽でアンモニアの除去を進行させる方法である。ＳＮＡＰと呼ばれる方法は、嫌気的にアンモニア酸化する独立栄養性脱窒菌を含む菌群を担体に付着固定化し、その菌群の外表面にアンモニア酸化細菌を含む菌群を付着固定化したアンモニア処理材をアンモニア含有廃水に接触させてアンモニアを除去する方法である。

また、アンモニア酸化細菌と独立栄養性脱窒菌を包括固定化した担体を反応槽内で流動させ、溶存酸素を脱窒反応を阻害しない範囲に調節してアンモニアを除去する方法もある。

つまり、当該廃水処理システムによって、懸濁性有機物、溶解性有機物及びアンモニアを含有する被処理水に対して、好気条件下で独立栄養性微生物によってアンモニアを亜硝酸に酸化する亜硝酸化処理と、嫌気条件下で独立栄養性微生物によるアンモニア態窒素を電子供与体、亜硝酸態窒素を電子受容体とした嫌気的アンモニア酸化処理とによって脱窒処理を行なう独立栄養性脱窒処理を行なう窒素含有有機性廃水の処理方法であって、独立栄養性脱窒処理の前に、被処理水から懸濁性有機物を分離する懸濁性有機物分離処理と、被処理水に含まれる溶解性有機物を生物学的に分解する溶解性有機物分解処理を行ない、懸濁性有機物及び溶解性有機物が低減された被処理水を独立栄養性脱窒処理に供給する窒素含有有機性廃水の処理方法が実行される。

図２には、第二の態様の廃水処理システムが示されている。第一の態様に加えて、懸濁性有機物分離装置１０で分離した懸濁性有機物を嫌気性消化する汚泥嫌気性消化装置４０と、汚泥嫌気性消化装置４０の消化液を独立栄養性脱窒装置３０に供給する第１移送経路Ｒ１を備えている。

汚泥嫌気性消化装置４０によって懸濁性有機物が嫌気性消化される結果、アンモニア態窒素が濃縮された消化液が得られる。溶解性有機物分解装置２０から供給される被処理水中のアンモニア態窒素の濃度が低くても、汚泥嫌気性消化装置４０の消化液を独立栄養性脱窒装置３０に供給することによって効率的に脱窒処理が進むようになる。独立栄養性脱窒装置３０では遊離アンモニア濃度（ＦＡ；Free Ammonia）が高くなるため、硝酸化菌の活性が抑制され、亜硝酸化菌による亜硝酸化が優先的に進行するようになり、その結果、嫌気的アンモニア酸化処理が効率的に行なわれるようになるのである。

遊離アンモニア濃度（ＦＡ）を０．１−１０ｐｐｍに調整することが好ましく、硝酸化菌の活性を選択的に抑制することで、アンモニア濃度が１００ｐｐｍ未満の被処理水であっても良好に処理ができ、さらに、温度制御やｐＨ制御による硝酸化菌の抑制が不要となり電力コストや薬品コストを節約できるようになる。

遊離アンモニア濃度は、被処理水のアンモニウムイオン濃度を隔膜式イオン電極法等によって測定し、下記の数式１に示すように、温度、ｐＨとの関係から算出するAnthonisenらの計算式で求める方法を採用することができる。

尚、図２中、破線で示されているように、汚泥嫌気性消化装置４０の消化液の有機物濃度が大きいときは、消化液の一部を溶解性有機物分解装置２０に供給し、独立栄養性脱窒装置３０に供給される消化液に含まれるＢＯＤ成分を調整することによって、嫌気的アンモニア酸化処理を効率よく進行させることができる。

つまり、上述した窒素含有有機性廃水の処理方法に加えて、懸濁性有機物分離処理で分離した懸濁性有機物を嫌気性消化する汚泥嫌気性消化処理を含み、汚泥嫌気性消化処理による消化液を前記亜硝酸化処理と、前記嫌気的アンモニア酸化処理に供給する窒素含有有機性廃水の処理方法が実行される。

図３には、第三の態様の廃水処理システムが示されている。当該廃水処理システムは、上述した独立栄養性脱窒装置３０が、被処理水に対して亜硝酸化処理を行なう亜硝酸化装置３０Ａと、亜硝酸化処理が行なわれた被処理水に対して嫌気的アンモニア酸化処理を行なう嫌気的アンモニア酸化装置３０Ｂの２槽直列式で構成されている。

この場合、汚泥嫌気性消化装置４０の消化液を亜硝酸化装置３０Ａに供給する経路が第１移送経路Ｒ１となる。さらに、汚泥嫌気性消化装置４０の消化液を嫌気的アンモニア酸化装置３０Ｂに供給する第２移送経路Ｒ２を備えた構成としてもよい。

亜硝酸化装置３０Ａで部分的に亜硝酸化された硝化液の亜硝酸態窒素とアンモニア態窒素が上式のモル比であれば、嫌気的アンモニア酸化装置３０Ｂで効率的に嫌気的アンモニア酸化処理が進むが、上式のモル比と大きく異なる場合には嫌気的アンモニア酸化処理が滞ることになる。

そのような場合でも、第２移送経路Ｒ２を介して供給されるアンモニア態窒素濃度の高い消化液によって、亜硝酸態窒素とアンモニア態窒素のモル比を適正な値、例えば１：１．３〜１．４程度に調節することができ、嫌気的アンモニア酸化を効率的に進行させることができるようになる。

また、一点破線で示される移送経路にて、溶解性有機物分解装置の処理液の一部を嫌気的アンモニア酸化装置に供給して、亜硝酸態窒素とアンモニア態窒素のモル比を調整することもできる。

図４には、第四の態様の廃水処理システムが示されている。当該廃水処理システムは、上述した溶解性有機物分解装置２０として、従属栄養性脱窒微生物によって亜硝酸態窒素及び硝酸態窒素を窒素分子に還元する脱窒処理を行なう従属栄養性脱窒装置が採用され、亜硝酸化装置３０Ａの処理液を従属栄養性脱窒装置２０に供給する第３移送経路Ｒ３と、嫌気的アンモニア酸化装置３０Ｂの処理液を従属栄養性脱窒装置２０に供給する第４移送経路Ｒ４の少なくとも一方を備えている。

亜硝酸化装置で生成した亜硝酸の一部を、第３移送経路Ｒ３を介して従属栄養性脱窒装置２０に返送することにより、懸濁性有機物除去装置１０の処理液に含有する主に溶解性有機物を電子供与体とし、亜硝酸化装置から導入された亜硝酸態窒素を電子受容体として従属栄養性微生物によって脱窒反応を進行させることができる。

また、嫌気的アンモニア酸化装置３０Ｂの処理液の一部を、第４移送経路Ｒ４を介して従属栄養性脱窒装置２０に返送することにより、嫌気的アンモニア酸化反応で生成された硝酸を従属栄養性脱窒装置で脱窒させることができ、嫌気的アンモニア酸化装置から系外に排出される硝酸量を低減できるようになる。

図５に示すように、当該廃水処理システムに導入される被処理水のアンモニア態窒素濃度が１００ｐｐｍ未満の場合、被処理水のアンモニア態窒素濃度に対するＢＯＤ比は３．０より大きいことが好ましい。特に、懸濁性有機物濃度の比率が大きい方がより好ましい。汚泥嫌気性消化装置４０でのアンモニア回収効率が向上して、独立栄養性脱窒装置３０での遊離アンモニア濃度の調整が容易になるからである。そして、溶解性有機物分解装置２０の処理水のアンモニア態窒素濃度に対するＢＯＤ比を０．５より大きく、２．０より小さい範囲に調整することによっても、亜硝酸化を安定させることができる。

独立栄養性脱窒装置３０では曝気量を調節して溶存酸素濃度が適当な範囲に制御されるが、アンモニア態窒素濃度が１００ｐｐｍ未満の場合は、僅かな曝気風量の変化で溶存酸素濃度が大きく変動してしまう。そのような場合でも、ＢＯＤ／ＮＨ_３−Ｎを０．５より大きな値に調節することで、ＢＯＤによる酸素の消費によって溶存酸素濃度の大きな変動を抑えることができるのである。尚、ＢＯＤ／ＮＨ_３−Ｎが２．０を超えると曝気量が増えて、省エネルギーの観点から望ましくない。

曝気量の調整は、溶存酸素濃度の測定値に基づく方法の他に、アンモニウムイオン濃度や亜硝酸イオン濃度の測定値に基づいて行う方法や、これらを組み合わせた方法で行うことができる。

このように、本発明によって、従来実現されなかった下水のような低アンモニア濃度の廃水に対しても嫌気的アンモニア酸化処理を適用することが可能になる。

下水処理場で使用する電力量は、約６３億ｋＷｈ（平成１６年度）であり、国内で使用される電力量の０．７％を占め、ウルグアイやジャマイカ１国の消費電力量に相当する。そのうち、曝気ブロワの消費電力量が２５〜３０％を占める。本発明によって、理論上従来の完全硝化処理の４３％の酸素量しか必要としない嫌気的アンモニア酸化処理を下水処理に適用することで、絶大な節電効果を生み温室効果ガス削減に大きく貢献できるのである。

上述した実施形態は、何れも本発明の一例であり、該記載により本発明が限定されるものではなく、各部の具体的構成は本発明の作用効果が奏される範囲で適宜設計可能であることはいうまでもない。

１０：懸濁性有機物分離装置
２０：溶解性有機物分解装置
３０：独立栄養性脱窒装置
３０Ａ：亜硝酸化装置
３０Ｂ：嫌気的アンモニア酸化装置
４０：汚泥嫌気性消化装置
Ｒ１：第１移送経路
Ｒ２：第２移送経路
Ｒ３：第３移送経路
Ｒ４：第４移送経路

Claims

懸濁性有機物、溶解性有機物及びアンモニアを含有する被処理水に対して、好気条件下で独立栄養性微生物によってアンモニアを亜硝酸に酸化する亜硝酸化処理と、嫌気条件下で独立栄養性微生物によるアンモニア態窒素を電子供与体とし亜硝酸態窒素を電子受容体とした嫌気的アンモニア酸化処理とによって脱窒処理を行なう独立栄養性脱窒装置を有する窒素含有有機性廃水の処理システムであって、
前記独立栄養性脱窒装置の前段に、被処理水から懸濁性有機物を分離する懸濁性有機物分離装置と、被処理水に含まれる溶解性有機物を生物学的に分解する溶解性有機物分解装置とを備え、懸濁性有機物及び溶解性有機物が低減された被処理水を前記独立栄養性脱窒装置に供給し、
前記懸濁性有機物分離装置で分離した懸濁性有機物を嫌気性消化する汚泥嫌気性消化装置と、前記汚泥嫌気性消化装置の消化液を前記独立栄養性脱窒装置に供給する第１移送経路を備えていることを特徴とする窒素含有有機性廃水の処理システム。
前記独立栄養性脱窒装置は、被処理水に対して前記亜硝酸化処理を行なう亜硝酸化装置と、前記亜硝酸化処理が行なわれた被処理水に対して前記嫌気的アンモニア酸化処理を行なう嫌気的アンモニア酸化装置とを備え、前記第１移送経路は前記汚泥嫌気性消化装置の消化液を前記亜硝酸化装置に供給する経路であることを特徴とする請求項１記載の窒素含有有機性廃水の処理システム。
前記汚泥嫌気性消化装置の消化液を前記嫌気的アンモニア酸化装置に供給する第２移送経路を備えていることを特徴とする請求項２記載の窒素含有有機性廃水の処理システム。
前記溶解性有機物分解装置は、従属栄養性脱窒微生物によって亜硝酸態窒素及び硝酸態窒素を窒素分子に還元する脱窒処理を行なう従属栄養性脱窒装置であり、前記亜硝酸化装置の処理液を前記従属栄養性脱窒装置に供給する第３移送経路と、前記嫌気的アンモニア酸化装置の処理液を前記従属栄養性脱窒装置に供給する第４移送経路の少なくとも一方を備えていることを特徴とする請求項３記載の窒素含有有機性廃水の処理システム。
被処理水は、
１）ＮＨ３−Ｎ（アンモニア態窒素濃度）＜１００ｐｐｍ
２）ＢＯＤ／ＮＨ３−Ｎ＞３．０
であり、前記溶解性有機物分解装置の処理液は、
３）０．５＜ＢＯＤ／ＮＨ３−Ｎ＜２．０
であることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の窒素含有有機性廃水の処理システム。
懸濁性有機物、溶解性有機物及びアンモニアを含有する被処理水に対して、好気条件下で独立栄養性微生物によってアンモニアを亜硝酸に酸化する亜硝酸化処理と、嫌気条件下で独立栄養性微生物によるアンモニア態窒素を電子供与体とし亜硝酸態窒素を電子受容体とした嫌気的アンモニア酸化処理とによって独立栄養性脱窒処理を行なう窒素含有有機性廃水の処理方法であって、
前記独立栄養性脱窒処理の前に、被処理水から懸濁性有機物を分離する懸濁性有機物分離処理と、被処理水に含まれる溶解性有機物を生物学的に分解する溶解性有機物分解処理を行ない、懸濁性有機物及び溶解性有機物が低減された被処理水を前記独立栄養性脱窒処理に供給し、
前記懸濁性有機物分離処理で分離した懸濁性有機物を嫌気性消化する汚泥嫌気性消化処理を含み、前記汚泥嫌気性消化処理による消化液を前記亜硝酸化処理と前記嫌気的アンモニア酸化処理の少なくとも何れか一方に供給することを特徴とする窒素含有有機性廃水の処理方法。
前記溶解性有機物分解処理は、従属栄養性脱窒微生物によって亜硝酸態窒素及び硝酸態窒素を窒素分子に還元する従属栄養性脱窒処理であり、前記亜硝酸化処理による処理液と前記嫌気的アンモニア酸化処理による処理液の少なくとも何れか一方を前記従属栄養性脱窒処理に供給することを特徴とする請求項６記載の窒素含有有機性廃水の処理方法。