JP6007679B2 - 窒素含有排水の生物処理方法 - Google Patents
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例えば特許文献1の請求項5では、製鉄所のステンレスの酸洗工程で発生する含硝酸廃水の処理方法として、メタノールの他に、製鉄所から排出される含油排水を添加する含窒素排水の処理方法が記載されている。
従来の窒素含有排水の生物処理方法においては、脱窒槽に流入する窒素負荷が無い場合、例えば、原水が脱窒槽に流入しているが、その原水中の窒素成分(全窒素T−N、硝酸性窒素および亜硝酸性窒素NOx−N等)がないとき、または原水の脱窒槽への流入が停止しているときには、脱窒反応が行われないので、脱窒槽への栄養剤(水素供与体)の添加を停止するように制御されていた。しかし、活性汚泥に含まれる脱窒反応に関与する微生物は、脱窒反応によって自己の生命を維持しているといわれ、栄養剤の添加の停止が長期化すると、活性汚泥量が減少することが知られている。
また、原水を原水槽に溜め込んでおいて少しずつ払い出す方法の問題点として、流入の停止が長期に及ぶと原水槽の原水がなくなって払い出せなくなる、原水槽の設備や設置場所が入用となり、処理単価が増加する等が挙げられる。
MLVSS(Mixed liquor volatile suspended solid、生物)量は、MLSS(活性汚泥有機性浮遊物質)のVS(強熱減量)をmg/Lで表す。本明細書では、装置の操業中は活性汚泥量としてMLSS(活性汚泥有機性浮遊物質)計で管理するが、定期的にMLVSS分析で補正するのが好ましい。MLVSS量は、JIS K 0102 14.4.1 懸濁物質の強熱残留物により測定される。
以下の説明では、活性汚泥有機性浮遊物質(MLSS)量を活性汚泥量としてこれを用いて説明するが、微生物栄養剤の添加量は、定期的なMLVSS分析でMLSS量をMLVSS量に補正するのが好ましい。MLSS量は灰分を含み、MLVSS量が生物量を表すからである。
(1)窒素含有排水を生物学的に脱窒処理する方法において、
前記窒素含有排水原水の脱窒槽への流入が停止している場合に、被処理水および活性汚泥の少なくとも一部を脱窒槽および曝気槽を含む系内で循環させ、前記脱窒槽内の活性汚泥混合液の活性汚泥有機性浮遊物質(MLSS)量に対応する、式1に相当する量の微生物栄養剤を前記系内に添加する工程
を備える、窒素含有排水の生物処理方法;
B(y)=SS×22.9/(a×b)×D11・・・式1
ここで、
B(y):添加量[ml/min]、
SS:MLSS(活性汚泥有機性浮遊物質)量[mg/L]、
a:微生物栄養剤比重、
b:微生物栄養剤濃度(%)、
22.9/(a×b):[使用する活性汚泥有機性浮遊物質量が同一範囲に保たれる実験で求めた曝気槽容量当たり、1日当たりの係数]、微生物栄養剤濃度b(%)・微生物栄養剤比重a補正、および日・分補正がされている
D11:曝気槽汚泥量当たりの微生物栄養剤添加率として設定した設定値、0.2〜0.01の範囲から選択し設定される。
(2)窒素含有排水を生物学的に脱窒処理する方法において、
窒素含有排水原水の脱窒槽への流入が継続している場合に、前記原水中の窒素成分量が前記脱窒槽内の活性汚泥混合液の活性汚泥有機性浮遊物質(MLSS)量を維持するために必要な量未満であるとき、原水または前記脱窒槽内の活性汚泥混合液の窒素成分量および前記脱窒槽内の活性汚泥混合液の活性汚泥有機性浮遊物質(MLSS)量に対応する、式2に相当する量の微生物栄養剤を前記脱窒槽に添加する工程
を備える、窒素含有排水の生物処理方法;
A(x)=N×G×F×1.67/(a×b)+B(y)・・・式2
ここで、
N:原水槽窒素濃度[mg/L]
G:窒素負荷に対するメタノールの添加割合、設定値2.5
F:脱窒槽への原水の流入量[m3/hr]
a:微生物栄養剤比重、
b:微生物栄養剤濃度(%)、
67/(a×b):微生物栄養剤濃度b(%)・微生物栄養剤比重a補正、および時間・分補正がされている、
B(y)=SS×22.9/(a×b)×D11・・・式1、請求項3で定義される、であり、
SS、a、b、D11は、請求項1で定義されるものと同様である。
(3)前記微生物栄養剤が脱窒槽に添加される、(1)または(2)に記載の窒素含有排水の生物処理方法。
(4)前記微生物栄養剤がメタノールである、(1)ないし(3)のいずれか1に記載の窒素含有排水の生物処理方法。
(5)前記活性汚泥有機性浮遊物質(MLSS)量が、活性汚泥有機性浮遊物質(MLSS)の強熱減量(VS)分析により補正された生物(MLVSS)量である(1)ないし(4)のいずれか1に記載の窒素含有排水の生物処理方法。
(6)前記窒素含有排水が、窒素負荷量が変動する窒素含有排水である(1)ないし(5)のいずれか1に記載の窒素含有排水の生物処理方法。
(7)原水槽と、脱窒槽と、曝気槽と、沈殿槽と、前記沈殿槽から前記脱窒槽に活性汚泥を返送する返送汚泥管路と、前記脱窒槽および/または前記曝気槽に微生物栄養剤を添加する微生物栄養剤添加手段と、前記脱窒槽内の活性汚泥混合液の窒素成分量を測定する窒素成分量測定手段と、前記脱窒槽内の活性汚泥混合液の活性汚泥有機性浮遊物質(MLSS)量を測定するMLSS測定手段とを備える窒素含有排水の生物処理装置であって、
前記微生物栄養剤添加手段が前記微生物栄養剤を前記窒素成分量に依存した量で添加する第一の微生物栄養剤添加手段と、前記活性汚泥有機性浮遊物質(MLSS)量に依存した量で添加する第二の微生物栄養剤添加手段とを有する、窒素含有排水の生物処理装置。
(8)前記脱窒槽が、第一の脱窒槽と第二の脱窒槽からなり、
前記第一の脱窒槽から流出した活性汚泥混合液が前記第二の脱窒槽に流入し、
前記第二の脱窒槽から流出した活性汚泥混合液が前記曝気槽に流入し、
前記第一の微生物栄養剤添加手段が前記第一の脱窒槽内に前記微生物栄養剤を添加し、前記第二の微生物栄養剤添加手段が前記第二の脱窒槽内に前記栄養剤を添加する、(7)に記載の窒素含有排水の生物処理装置。
原水の流入が停止している時間は、特に限定されないが、好ましくは5時間以上、より好ましくは1日以上、さらに好ましくは1週間以上である。
活性汚泥量を維持するために必要な量以上の窒素成分を含む窒素含有排水が継続的に発生している場合(通常の場合)の排水処理プロセスについて説明する。
脱窒槽2では、原水と活性汚泥とを含む混合液が、嫌気条件下で、撹拌機5で撹拌されながら、脱窒処理(生物学的脱窒処理)が行われる(脱窒工程)。脱窒工程において硝酸は、生物学的に窒素ガスに還元される。ここで、メタノール等の微生物栄養剤(水素供与体)が、原水槽1のT−N計またはNOx−N計13で測定された窒素成分量に応じて、微生物栄養剤添加装置8、および所望により追加の微生物栄養剤添加装置18によって脱窒槽内の混合液に添加される。
脱窒処理がされた混合液は、次に、曝気槽3に導かれ未処理の有機炭素源、アンモニア等が酸化処理される。
曝気槽3では、脱窒処理された混合液が、ブロワ7から散気装置6に供給される空気によって曝気され、前記脱窒工程で使用されずに残留したメタノール等の微生物栄養剤(水素供与体)を、活性汚泥によって生物学的に酸化分解処理する曝気処理が行われる(曝気工程)。
曝気処理がされた混合液は、次に、沈殿槽4に導かれる。
沈殿槽4では、曝気処理がされた混合液を固液分離する(固液分離工程)。固液分離して得られた上澄水は、処理水として排出または放流される。固液分離して得られた活性汚泥は、その一部は返送汚泥として、返送汚泥管路10を通って脱窒槽2に返送され、その残部は余剰汚泥として、排出される。
原水槽1から脱窒槽2への原水の流入が停止している場合の排水処理プロセスについて説明する。この場合には、脱窒処理は行わず、本発明では、活性汚泥量の減少を抑制するために、微生物栄養剤の添加と、水および活性汚泥の循環を行う。
必要な量の微生物栄養剤は生物量に比例し、したがって活性汚泥量yによって決められる量である。
[式1]
B(y)[ml/min]=SS×22.9/(a×b)×D11・・・式1
ここで、
B(y):微生物栄養剤添加量[ml/min]
SS:MLSS量(活性汚泥量)、[mg/L]
22.9/(a×b):[使用する活性汚泥量が同一範囲に保たれる実験で求めた曝気槽容量当たり、1日当たりの係数]、この式では微生物栄養剤濃度・微生物栄養剤比重補正および日→分補正がされている。
実験装置に活性汚泥を入れて生物量が同一範囲(好ましくは±10%質量以内)に保たれる1日当たりのメタノール量を5日間測定して平均し、曝気槽容量当たり、1日当たりの値に換算した値であり、本発明に用いる活性汚泥では22.9であった。
a:生物栄養剤比重、
b:生物栄養剤濃度、
D11:曝気槽汚泥量当たりの生物栄養剤添加率として設定した設定値、0.03:この設定値は原水の流入がない場合の生物量の維持値として選択した設定値である。好ましくは0.2〜0.01の範囲から選択し、実際の操業条件に合わせて設定する。
ここで、
a:メタノール比重、0.9、
b:メタノール濃度、58、
SS:MLSS量、7323mg/Lの場合、
22.9/(a×b):[使用する活性汚泥量が同一範囲に保たれる実験で求めた曝気槽容量当たり、1日当たりの係数]、メタノール濃度・比重補正および日→分補正がされている、
D11:曝気槽汚泥量当たりのメタノール添加率として設定した設定値、0.03: を式1に入れると、
7323×22.9/(0.9×58)×0.03=96ml/minであることがわかる。この場合では原水の流入が0である場合でも96ml/min量の58%のメタノールを添加すれば活性汚泥量の減少を抑制することができ、窒素負荷の流入が停止することによって生じる活性汚泥量の減少や、排水処理再開時の処理水水質の悪化を防止できる。
活性汚泥量を維持するために必要な量未満の窒素成分を含む窒素含有排水が継続的に発生している場合の排水処理プロセスについて説明する。この場合には、排水処理を行うとともに、活性汚泥量の減少を抑制するために、微生物栄養剤の添加を行う。窒素成分量が十分でない原水とは全窒素濃度が100mg/L以下である原水の流入が5時間以上、さらには1日以上、または1週間以上続く場合をいう。
窒素成分量が十分でない原水の流入が継続している場合の微生物栄養剤注入量を示すA(x)=[ml/min]は、
[式2]
A(x)=N×G×F×1.67/(a×b)+B(y)・・・式2
ここで、
N:原水槽窒素濃度mg/L
G:窒素負荷に対する微生物栄養剤の添加割合、設定値2.5
F:脱窒槽への原水の総流入量m3/hr
a:微生物栄養剤比重、
b:微生物栄養剤濃度(%)、
1.67/(a×b):微生物栄養剤濃度・微生物栄養剤比重補正および時間→分補正がされた値である。
B(y)=上記で説明した式1
ここで、
N1:原水槽窒素濃度100mg/L
G:窒素負荷に対するメタノールの添加割合、設定値2.5
F:脱窒槽への原水の総流入量46.4m3/hr
a:メタノール比重、0.9、
b:メタノール濃度、58、
SS:MLSS量、7323mg/Lの場合、
22.9/(a×b):[使用する活性汚泥量が同一範囲に保たれる実験で求めた曝気槽容量当たり、1日当たりの係数]、メタノール濃度・比重補正および日→分補正がされている、
D11:曝気槽汚泥量当たりのメタノール添加率として設定した設定値、0.03、
1.67/(a×b):メタノール濃度・比重補正および時間→分補正
以上の場合の式2を計算すると、
467=100×2.5×(46.4)×1.67/(0.9×58)+7323×22.9/(0.9×58)×0.03=371+96であることがわかる。この場合では窒素成分量が十分でない原水の流入が継続している場合でも467ml/min量の58%のメタノールを添加すれば活性汚泥量の減少を抑制することができ、窒素負荷の流入が減少することによって生じる活性汚泥量の減少や、排水処理再開時の処理水水質の悪化を防止できる。
第一の微生物栄養剤添加装置23がA(x)量を添加し、第二の微生物栄養剤添加装置24がB(y)量を添加してもよいし、第一の微生物栄養剤添加装置23がB(y)量を添加し、第二の微生物栄養剤添加装置24がA(x)量を添加してもよい。好ましくは、第一の微生物栄養剤添加装置23がA(x)量を添加し、第二の微生物栄養剤添加装置24がB(y)量を添加してもよい。
第一の脱窒槽へのメタノール注入量Y1(ml/min)は、
Y1=N1×G×(F1+F2)×1.67/(a×b)×E11
第二の脱窒槽へのメタノール注入量Y2(ml/min)は、
Y2=N1×G×(F1+F2)×1.67/(a×b)×E12
+SS×22.9/(a×b)×D11 であった。
ここで、
N1:原水槽窒素濃度100mg/L
G:窒素負荷に対するメタノールの添加割合、設定値2.5
F1+F2:脱窒槽への原水の総流入量27.3+19.1[m3/hr]
a:メタノール比重、0.9
b:メタノール濃度(%)、58
1.67/(a×b):メタノール濃度・比重補正および時間→分補正
E11=E12:分配率、設定50%(0.5)
SS:MLSS量、7323mg/L
22.9/(a×b):[使用する活性汚泥量が同一範囲に保たれる実験で求めた曝気槽容量当たり、1日当たりの係数]、この式では、メタノール濃度・比重補正および日→分補正がされている、
D11:曝気槽汚泥量当たりのメタノール添加率として設定した設定値、0.03:
以上の測定値からY1,Y2を計算すると、
第一の脱窒槽へのメタノール注入量Y1(ml/min)は、
186=100×2.5×(27.3+19.1)×1.67/(0.9×58)×0.5
第二の脱窒槽へのメタノール注入量Y2(ml/min)は、
282=100×2.5×(27.3+19.1)×1.67/(0.9×58)×0.5+7323×22.9/(0.9×58)×0.03=186+96であった。
窒素成分量が十分でない原水の流入が継続している場合でも467ml/min量の58%のメタノールを添加すれば活性汚泥量の減少を抑制することができ、窒素負荷の流入が減少することによって生じる活性汚泥量の減少や、排水処理再開時の処理水水質の悪化を防止できることがわかった。
2 脱窒槽
3 曝気槽
4 沈殿槽
5 撹拌機
6 散気装置
7 ブロワ
8 微生物栄養剤添加装置
9 返送汚泥ポンプ
10 返送汚泥管路
11 原水ポンプ
12 原水送給管路
13 T−N計またはNOx−N計
14 レベル計
15 T−N計またはNOx−N計
16 DO計またはORP計
17 制御装置
18 追加の微生物栄養剤添加装置
21 第一の脱窒槽
22 第二の脱窒槽
23 第一の微生物栄養剤添加装置
24 第二の微生物栄養剤添加装置
Claims (8)
- 窒素含有排水を生物学的に脱窒処理する方法において、
前記窒素含有排水原水の脱窒槽への流入が停止している場合に、被処理水および活性汚泥の少なくとも一部を脱窒槽および曝気槽を含む系内で循環させ、前記脱窒槽内の活性汚泥混合液の活性汚泥有機性浮遊物質(MLSS)量に対応する、式1に相当する量の微生物栄養剤を前記系内に添加する工程
を備える、窒素含有排水の生物処理方法;
B(y)=SS×22.9/(a×b)×D11・・・式1
ここで、
B(y):添加量[ml/min]、
SS:MLSS(活性汚泥有機性浮遊物質)量[mg/L]、
a:微生物栄養剤比重、
b:微生物栄養剤濃度(%)、
22.9/(a×b):[使用する活性汚泥有機性浮遊物質量が同一範囲に保たれる実験で求めた曝気槽容量当たり、1日当たりの係数]、微生物栄養剤濃度b(%)・微生物栄養剤比重a補正、および日・分補正がされている
D11:曝気槽汚泥量当たりの微生物栄養剤添加率として設定した設定値、0.2〜0.01の範囲から選択し設定される。 - 窒素含有排水を生物学的に脱窒処理する方法において、
窒素含有排水原水の脱窒槽への流入が継続している場合に、前記原水中の窒素成分量が前記脱窒槽内の活性汚泥混合液の活性汚泥有機性浮遊物質(MLSS)量を維持するために必要な量未満であるとき、原水または前記脱窒槽内の活性汚泥混合液の窒素成分量および前記脱窒槽内の活性汚泥混合液の活性汚泥有機性浮遊物質(MLSS)量に対応する、式2に相当する量の微生物栄養剤を前記脱窒槽に添加する工程
を備える、窒素含有排水の生物処理方法;
A(x)=N×G×F×1.67/(a×b)+B(y)・・・式2
ここで、
N:原水槽窒素濃度[mg/L]
G:窒素負荷に対するメタノールの添加割合、設定値2.5
F:脱窒槽への原水の流入量[m3/hr]
a:微生物栄養剤比重、
b:微生物栄養剤濃度(%)、
1.67/(a×b):微生物栄養剤濃度b(%)・微生物栄養剤比重a補正、および時間・分補正がされている、
B(y)=SS×22.9/(a×b)×D11・・・式1、請求項1で定義される、であり、
SS、a、b、D11は、請求項1で定義されるものと同様である。 - 前記微生物栄養剤が脱窒槽に添加される、請求項1または2に記載の窒素含有排水の生物処理方法。
- 前記微生物栄養剤がメタノールである、請求項1ないし3のいずれか1項に記載の窒素含有排水の生物処理方法。
- 前記活性汚泥有機性浮遊物質(MLSS)量が、活性汚泥有機性浮遊物質(MLSS)の強熱減量(VS)分析により補正された生物(MLVSS)量である請求項1ないし4のいずれか1項に記載の窒素含有排水の生物処理方法。
- 前記窒素含有排水が、窒素負荷量が変動する窒素含有排水である請求項1ないし5のいずれか1項に記載の窒素含有排水の生物処理方法。
- 原水槽と、脱窒槽と、曝気槽と、沈殿槽と、前記沈殿槽から前記脱窒槽に活性汚泥を返送する返送汚泥管路と、前記脱窒槽および/または前記曝気槽に微生物栄養剤を添加する微生物栄養剤添加手段と、前記脱窒槽内の活性汚泥混合液の窒素成分量を測定する窒素成分量測定手段と、前記脱窒槽内の活性汚泥混合液の活性汚泥有機性浮遊物質(MLSS)量を測定するMLSS測定手段とを備える窒素含有排水の生物処理装置であって、
前記微生物栄養剤添加手段が前記微生物栄養剤を前記窒素成分量に依存した量で添加する第一の微生物栄養剤添加手段と、前記活性汚泥有機性浮遊物質(MLSS)量に依存した量で添加する第二の微生物栄養剤添加手段とを有する、窒素含有排水の生物処理装置。 - 前記脱窒槽が、第一の脱窒槽と第二の脱窒槽からなり、
前記第一の脱窒槽から流出した活性汚泥混合液が前記第二の脱窒槽に流入し、
前記第二の脱窒槽から流出した活性汚泥混合液が前記曝気槽に流入し、
前記第一の微生物栄養剤添加手段が前記第一の脱窒槽内に前記微生物栄養剤を添加し、前記第二の微生物栄養剤添加手段が前記第二の脱窒槽内に前記栄養剤を添加する、請求項7に記載の窒素含有排水の生物処理装置。
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