JP7133339B2 - Nitrogen treatment method - Google Patents
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Description
本発明は、廃水の窒素処理方法に係り、特に、廃水に含まれる窒素成分を生物学的に脱窒する窒素処理方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a nitrogen treatment method for wastewater, and more particularly to a nitrogen treatment method for biologically denitrifying nitrogen components contained in wastewater.
窒素成分を含む廃水は、閉鎖性水域の富栄養化を招き、水質汚染を引き起こす一因となっている。そのため、一部の下水処理施設や廃水処理施設では、廃水に含まれている窒素成分を微生物を利用して分解除去する窒素処理が行われている。 Wastewater containing nitrogen components causes eutrophication in enclosed water areas, which is one of the causes of water pollution. Therefore, in some sewage treatment facilities and wastewater treatment facilities, nitrogen treatment is performed in which nitrogen components contained in wastewater are decomposed and removed using microorganisms.
従来、窒素成分を含む廃水を生物学的に窒素処理する方法としては、硝化処理と脱窒処理とを組み合わせて行う硝化脱窒処理が広く用いられてきた。硝化脱窒処理では、被処理水中に含まれているアンモニア性窒素が硝化細菌によって硝酸性窒素にまで酸化された後、硝酸性窒素が脱窒細菌によって分子状窒素に変換されている。 Conventionally, as a method for biologically nitrogenizing wastewater containing nitrogen components, nitrification-denitrification treatment in which nitrification treatment and denitrification treatment are combined has been widely used. In the nitrification and denitrification treatment, ammonia nitrogen contained in the water to be treated is oxidized to nitrate nitrogen by nitrifying bacteria, and then the nitrate nitrogen is converted to molecular nitrogen by denitrifying bacteria.
一方、近年では、嫌気性アンモニア酸化(アナモックス(ANAMMOX:Anaerobic Ammonium Oxidation))法の実用化も進められている。嫌気性アンモニア酸化法は、アンモニアと亜硝酸とを嫌気性アンモニア酸化細菌によって共脱窒する方法である。嫌気性アンモニア酸化法によると、被処理水中のアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素とが、嫌気性アンモニア酸化反応によって、分子状窒素と若干の硝酸性窒素とに変換される。 On the other hand, in recent years, the anaerobic ammonium oxidation (ANAMMOX) method has been put to practical use. The anaerobic ammonium oxidation method is a method of co-denitrifying ammonia and nitrite by anaerobic ammonium-oxidizing bacteria. According to the anaerobic ammonium oxidation method, ammonium nitrogen and nitrite nitrogen in the water to be treated are converted into molecular nitrogen and some nitrate nitrogen by an anaerobic ammonium oxidation reaction.
嫌気性アンモニア酸化反応は、独立栄養性である嫌気性アンモニア酸化細菌がアンモニアを水素供与体として行う反応であるため、メタノール等の有機物を供給する必要が無く、運転コストが抑制される利点がある。また、亜硝酸性窒素を硝酸性窒素にまで酸化する必要が無いため、曝気に関わるコストも削減される。また、嫌気性アンモニア酸化細菌は高い脱窒速度を示す一方で増殖量が少ないため、処理効率を損なわず設備規模を縮小することが可能であり、余剰汚泥の量が少なくなるという利点もある。 The anaerobic ammonium oxidation reaction is a reaction performed by autotrophic anaerobic ammonium oxidizing bacteria using ammonia as a hydrogen donor, so there is no need to supply organic substances such as methanol, which has the advantage of reducing operating costs. . Also, since there is no need to oxidize nitrite nitrogen to nitrate nitrogen, costs associated with aeration are also reduced. In addition, since anaerobic ammonium-oxidizing bacteria exhibit a high denitrification rate and a small amount of growth, it is possible to reduce the scale of facilities without impairing treatment efficiency, and there is also the advantage that the amount of excess sludge is reduced.
窒素成分を含む廃水は、多くの場合、アンモニア性窒素を含有している。一方、嫌気性アンモニア酸化反応では、アンモニウムイオンと亜硝酸イオンとが約1:1.3の比率で反応する。そのため、嫌気性アンモニア酸化法では、アンモニア性窒素の一部を亜硝酸性窒素にまで酸化させておく亜硝酸型硝化が、嫌気性アンモニア酸化反応の前に予め行われている。 Wastewater containing nitrogen components often contains ammoniacal nitrogen. On the other hand, in the anaerobic ammonium oxidation reaction, ammonium ions and nitrite ions react at a ratio of about 1:1.3. Therefore, in the anaerobic ammonium oxidation method, nitrite-type nitrification, in which part of the ammonium nitrogen is oxidized to nitrite nitrogen, is performed in advance before the anaerobic ammonium oxidation reaction.
嫌気性アンモニア酸化法による窒素処理の方式は、亜硝酸型硝化と嫌気性アンモニア酸化とを一槽で行う単槽式と、亜硝酸型硝化を行うアンモニア酸化槽と嫌気性アンモニア酸化を行うアナモックス反応槽を用いる二槽式とに大別される。 Nitrogen treatment methods by anaerobic ammonium oxidation include a single-tank method in which nitrite-type nitrification and anaerobic ammonium oxidation are performed in one tank, and an ammonium oxidation tank in which nitrite-type nitrification is performed and an anammox reaction in which anaerobic ammonium oxidation is performed. It is roughly divided into a two-tank type that uses tanks.
単槽式としては、低酸素濃度に制限した曝気の下で行うCANON法、低酸素濃度の条件に制限して行うOLAND法、硝化細菌群を付着固定化した担体の内部に嫌気性アンモニア酸化細菌を増殖させて行うSNAP法、半回分方式で行うSBR法等がある。 The single-tank method includes the CANON method, which is performed under aeration limited to a low oxygen concentration, the OLAND method, which is performed under conditions limited to a low oxygen concentration, and anaerobic ammonium-oxidizing bacteria inside a carrier to which nitrifying bacteria are adhered and immobilized. There are a SNAP method, which is carried out by proliferating, an SBR method, which is carried out by a semi-batch method, and the like.
また、二槽式としては、被処理水の全量をアンモニア酸化槽に導入してアンモニア性窒素の一部を部分亜硝酸化するワンパス式や、被処理水の一部をアンモニア酸化槽に導入してアンモニア性窒素の全部を亜硝酸化し、残部を迂回させてから合流させるバイパス式がある。 As for the two-tank type, there is a one-pass type in which the entire amount of the water to be treated is introduced into the ammonia oxidation tank and part of the ammonia nitrogen is partially nitrite, and a part of the water to be treated is introduced into the ammonia oxidation tank. There is a bypass method in which all of the ammoniacal nitrogen is converted to nitrite, the remainder is bypassed, and then combined.
従来、嫌気性アンモニア酸化細菌の純粋培養系が確立された例はなく、嫌気性アンモニア酸化法には、主として、馴化をさせた汚泥や、種汚泥を集積培養した汚泥が用いられている。嫌気性アンモニア酸化細菌は、増殖速度が極めて遅いため、被処理水の有機物濃度が高いと、増殖速度が速い従属栄養性微生物が優占増殖し、嫌気性アンモニア酸化細菌が繁殖し難くなる。そこで、嫌気性アンモニア酸化法による窒素処理について、被処理水に含まれている有機物を予め除去ないし希釈する対策が検討されている。 Conventionally, no pure culture system of anaerobic ammonium-oxidizing bacteria has been established, and anaerobic ammonium-oxidizing methods mainly use sludge that has been acclimatized or sludge obtained by enriching and culturing seed sludge. Since anaerobic ammonium-oxidizing bacteria grow very slowly, when the concentration of organic matter in the water to be treated is high, heterotrophic microorganisms, which grow at a high rate, proliferate predominantly, making it difficult for anaerobic ammonium-oxidizing bacteria to grow. Therefore, regarding the nitrogen treatment by the anaerobic ammonium oxidation method, measures to remove or dilute the organic substances contained in the water to be treated in advance have been studied.
例えば、特許文献1には、廃水に含まれる有機物の濃度をメタン発酵によって減少させる処理、アンモニア態窒素をアナモックス細菌によって窒素ガスに変換する処理、及び、アンモニア態窒素の硝化及び硝酸態窒素・亜硝酸態窒素の脱窒を行う活性汚泥処理のいずれかを、廃水の有機物濃度に基づいて施す廃水処理方法が記載されている。
For example,
また、特許文献2には、非凝集性細菌によって好気的に有機物を除去し、加圧浮上分離処理を用いて固液分離を行った後、アンモニア性窒素の一部を亜硝酸性窒素に酸化し、アンモニア性窒素と亜硝酸性窒素を含む非処理水を独立栄養性脱窒細菌により脱窒処理する排水処理方法が記載されている。
In addition, in
また、特許文献3には、無酸素槽において廃水中の有機物を除去し、亜硝酸を生成させた後、亜硝酸とアンモニアから嫌気的に脱窒させた処理水を生成し、この処理水に残存するアンモニアを酸化させてから、無酸素槽に返送して循環させる廃水処理方法が記載されている。無酸素槽では、亜硝酸呼吸又は硝酸呼吸で廃水中の有機物が除去されている。
Further, in
嫌気性アンモニア酸化反応を利用して廃水の窒素処理を行うとき、嫌気性アンモニア酸化反応の前に活性汚泥処理等を行い、被処理水の有機物濃度を低下させておくと、有機物濃度が低くなった非処理水中で嫌気性アンモニア酸化細菌が繁殖し易くなるため、嫌気性アンモニア酸化反応の活性が安定し、比較的高い窒素除去率を得ることができる。 When nitrogen treatment of wastewater is performed using the anaerobic ammonium oxidation reaction, if the concentration of organic substances in the water to be treated is lowered by performing activated sludge treatment or the like before the anaerobic ammonium oxidation reaction, the concentration of organic substances will decrease. Since anaerobic ammonium-oxidizing bacteria easily propagate in the untreated water, the activity of the anaerobic ammonium-oxidizing reaction is stabilized, and a relatively high nitrogen removal rate can be obtained.
しかし、特許文献1の方法では、事前に廃水のケルダール態窒素濃度やCOD/N比を分析する必要があるため、処理装置の運転が煩雑になるし、メタン発酵処理槽等の処理槽を併設した場合に、設備が大型化したり、設備コストが増大したりする。また、特許文献2の方法では、有機物を分解した後に、固液分離処理を行う必要があるため、処理装置の設備コストや運転コストが高くなるし、設備の小型化が妨げられる場合がある。
However, in the method of
特許文献3の方法では、無酸素槽における亜硝酸呼吸や硝酸呼吸で有機物が除去されるが、無酸素槽に返送される処理液の亜硝酸濃度や硝酸濃度が低下した場合に、有機物の分解が不十分になる虞がある。無酸素槽に返送される処理液は、亜硝酸濃度や硝酸濃度が硝化率や窒素除去率に左右されるため、原水の有機物濃度ないしC/N比が高い場合等に、有機物を処理しきれない可能性がある。
In the method of
そこで、本発明は、窒素成分及び有機物を含む廃水を低コストで効率的に処理する窒素処理方法を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a nitrogen treatment method for efficiently treating wastewater containing nitrogen components and organic matter at low cost.
前記課題を解決するために本発明に係る窒素処理方法は、廃水に含まれる窒素成分を脱窒する窒素処理方法であって、被処理水に含まれるアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素とを微生物汚泥によって分子状窒素に変換する嫌気性アンモニア酸化処理工程を含み、前記嫌気性アンモニア酸化処理工程において、アンモニア性窒素を水素供与体としてアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素とを共脱窒する嫌気性アンモニア酸化細菌と、前記被処理水に含まれる有機物を分解する従属栄養性微生物と、を含む前記微生物汚泥が固定化されている充填材が保持された固定床型リアクタを用いて、前記被処理水の通水方向に有機物および溶存酸素の濃度分極を生じさせて前記嫌気性アンモニア酸化細菌および前記従属栄養性微生物の生息域を分離させて、溶存酸素濃度を上昇させない無酸素条件下で前記被処理水を処理する。 In order to solve the above-mentioned problems, the nitrogen treatment method according to the present invention is a nitrogen treatment method for denitrifying nitrogen components contained in wastewater. An anaerobic ammonium oxidation treatment process in which sludge is converted into molecular nitrogen, and in the anaerobic ammonium oxidation treatment process, ammonium nitrogen and nitrite nitrogen are co-denitrified using ammonium nitrogen as a hydrogen donor. using a fixed-bed reactor holding a filler in which the microbial sludge containing ammonia-oxidizing bacteria and heterotrophic microorganisms that decompose organic matter contained in the water to be treated is immobilized; The anaerobic ammonium-oxidizing bacteria and the heterotrophic microorganisms are separated from each other by causing concentration polarization of organic matter and dissolved oxygen in the direction of water flow, and the subject is exposed under anoxic conditions that do not increase the dissolved oxygen concentration. Treat the treated water.
本発明によれば、窒素成分及び有機物を含む廃水を低コストで効率的に処理することができる。 According to the present invention, wastewater containing nitrogen components and organic substances can be efficiently treated at low cost.
以下、本発明の一実施形態に係る窒素処理方法について、図を参照しながら説明する。なお、以下の各図において共通する構成については同一の符号を付して重複した説明を省略する。 A nitrogen treatment method according to one embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, the same code|symbol is attached|subjected about the structure which is common in the following each figure, and the overlapping description is abbreviate|omitted.
本実施形態に係る窒素処理方法は、廃水(被処理水)に含まれる窒素成分を生物学的な処理により脱窒する方法に関する。この窒素処理方法は、被処理水に含まれるアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素とを微生物汚泥によって分子状窒素に変換する嫌気性アンモニア酸化処理工程を少なくとも含んでいる。 The nitrogen treatment method according to the present embodiment relates to a method for denitrifying nitrogen components contained in wastewater (water to be treated) by biological treatment. This nitrogen treatment method includes at least an anaerobic ammonium oxidation treatment step of converting ammonia nitrogen and nitrite nitrogen contained in the water to be treated into molecular nitrogen by microbial sludge.
本実施形態に係る窒素処理方法では、嫌気性アンモニア酸化処理工程において、微生物汚泥が固定化されている充填材が保持されている固定床型リアクタを用いて被処理水を処理する。固定床型リアクタによると、嫌気性アンモニア酸化細菌と従属栄養性微生物と、を処理槽内の異なる領域に、それぞれ繁殖させることができる。そのため、被処理水に窒素成分に加えて有機物が含まれていても、単槽で効率的に処理することができる。 In the nitrogen treatment method according to the present embodiment, in the anaerobic ammonium oxidation treatment process, water to be treated is treated using a fixed-bed reactor in which a filler in which microbial sludge is immobilized is held. According to the fixed-bed reactor, anaerobic ammonium-oxidizing bacteria and heterotrophic microorganisms can be propagated in different areas within the treatment tank. Therefore, even if the water to be treated contains organic matter in addition to the nitrogen component, it can be treated efficiently in a single tank.
図1は、窒素処理に用いられる廃水処理装置の一例を示す模式図である。
本実施形態に係る窒素処理方法は、図1に示されるような廃水処理装置100を使用して実施することができる。図1に示す廃水処理装置100は、固定床型リアクタである嫌気性アンモニア酸化槽1と、微生物汚泥が固定化されている充填材2と、供給ポンプ3と、pH調整装置4と、アンモニア酸化槽5と、微生物汚泥6と、散気装置7と、処理水槽8と、洗浄用ポンプ9と、を備えている。
FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of a wastewater treatment apparatus used for nitrogen treatment.
The nitrogen treatment method according to this embodiment can be carried out using a
廃水処理装置100は、窒素成分を含む廃水(被処理水)を嫌気性アンモニア酸化法によって窒素処理する装置であり、亜硝酸型硝化と嫌気性アンモニア酸化とを個別の反応槽で行う二槽式とされている。廃水処理装置100は、嫌気性アンモニア酸化処理を行う嫌気性アンモニア酸化槽1が固定床型リアクタであるため、嫌気性である嫌気性アンモニア酸化細菌と好気性である従属栄養性微生物とを、処理槽内の異なる領域でそれぞれ繁殖させて、有機物の分解と嫌気性アンモニア酸化とを単槽で行える。
The
被処理水に有機物が含まれている場合、増殖速度が速い従属栄養性微生物が優占増殖し、増殖速度が遅い嫌気性アンモニア酸化細菌が繁殖し難くなるため、嫌気性アンモニア酸化活性が低下ないし不安定化する傾向がある。これに対し、固定床型リアクタによると、被処理水に含まれる有機物によって、処理槽内の上流側に従属栄養性微生物が繁殖し、有機物濃度が低くなる下流側に嫌気性アンモニア酸化細菌が繁殖するため、被処理水に有機物が含まれていても、処理槽内の下流側で、高活性で安定な嫌気性アンモニア酸化活性を得ることができる。 When the water to be treated contains organic matter, heterotrophic microorganisms, which grow at a fast rate, proliferate predominantly, and anaerobic ammonium-oxidizing bacteria, which grow at a slow rate, do not propagate easily, resulting in a decrease in anaerobic ammonium oxidation activity. It tends to be destabilizing. On the other hand, in the fixed-bed reactor, organic matter contained in the water to be treated causes heterotrophic microorganisms to proliferate on the upstream side of the treatment tank, while anaerobic ammonium-oxidizing bacteria proliferate on the downstream side, where the concentration of organic matter is low. Therefore, even if the water to be treated contains organic substances, highly active and stable anaerobic ammonium oxidation activity can be obtained on the downstream side in the treatment tank.
被処理水としては、例えば、下水処理施設、半導体工場、金属精錬所、薬品製造施設等の事業場から排出される廃水が挙げられる。廃水は、アンモニア性窒素や有機物の他に、リン、炭素、重金属類等の栄養塩を含んでいてもよい。また、廃水は、アンモニア酸化槽1で行う硝化処理の前に、活性汚泥処理、従属栄養性脱窒細菌による脱窒処理、脱リン処理等が行われてもよい。
Examples of the water to be treated include wastewater discharged from business establishments such as sewage treatment facilities, semiconductor factories, metal smelters, and chemical manufacturing facilities. The wastewater may contain nutrients such as phosphorus, carbon, and heavy metals in addition to ammoniacal nitrogen and organic matter. Moreover, the wastewater may be subjected to activated sludge treatment, denitrification treatment by heterotrophic denitrifying bacteria, dephosphorization treatment, etc., before the nitrification treatment performed in the
嫌気性アンモニア酸化槽1は、微生物汚泥が固定化されている充填材2が保持された固定床型リアクタとされている。固定床を形成する充填材2は、筒型の処理槽内に保持され、充填材2同士の隙間に被処理水が通流する。充填材2には、嫌気性アンモニア酸化細菌を含む微生物汚泥や、従属栄養性微生物を含む微生物汚泥が固定化される。
The anaerobic
嫌気性アンモニア酸化槽1は、図1において、処理槽の上部に流入口、処理槽の下部に流出口を有しており、被処理水を下向流として流す筒形の固定床型リアクタとされている。流入口には、供給ポンプ3とpH調整装置4を備えた配管を介して、アンモニア酸化槽5が接続されている。アンモニア酸化槽5で処理された処理水は、必要に応じてpH調整され、供給ポンプ3によって嫌気性アンモニア酸化槽1に導入される。
The anaerobic
アンモニア酸化槽5は、被処理水に含まれているアンモニア性窒素を亜硝酸性窒素に酸化する亜硝酸型の硝化処理を行う処理槽である。アンモニア酸化槽5には、被処理水を生物学的に処理するために微生物汚泥6が保持される。また、アンモニア酸化槽5には、被処理水を曝気するための散気装置7が備えられる。
The
微生物汚泥6は、細菌や原生生物等を含む汚泥であり、硝化細菌群を含んでいる。通常、硝化細菌群は、ニトロソモナス(Nitrosomonas)属、ニトロソコッカス(Nitrosococcus)属、ニトロソスピラ(Nitrosospira)属、ニトロソロブス(Nitrosolobus)属等に分類されるアンモニア酸化細菌(AOB)と、ニトロバクター(Nitrobactor)属、ニトロスピナ(Nitrospina)属、ニトロコッカス(Nitrococcus)属、ニトロスピラ(Nitrospira)属等に分類される亜硝酸酸化細菌(NOB)との混成である。
The
微生物汚泥6は、図1において、流動床担体に固定化されている。但し、アンモニア酸化槽5で用いる微生物汚泥は、担体の内部に包括固定化されている状態、担体の表面に包括固定化されている状態、担体に付着固定化されている状態、自己造粒によるグラニュールを形成している状態、及び、水中に浮遊した浮遊汚泥の状態のうち、いずれの状態であってもよい。また、固定化された微生物汚泥は、固定床、流動床及び移動床のいずれの形態で用いられてもよい。
担体の材料としては、モノ(メタ)アクリレート類、ジ(メタ)アクリレート類、トリ(メタ)アクリレート類、テトラ(メタ)アクリレート類、ウレタン(メタ)アクリレート類、エポキシ(メタ)アクリレート類、ポリビニルアルコール、ビニロン、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、アクリルアミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン酢酸ビニル共重合体、ポリ塩化ビニル、アラミドやナイロン等のポリアミド、ポリエステル、レーヨン、ガラス、活性炭等の適宜の材料を使用することができる。 Carrier materials include mono (meth) acrylates, di (meth) acrylates, tri (meth) acrylates, tetra (meth) acrylates, urethane (meth) acrylates, epoxy (meth) acrylates, polyvinyl alcohol , vinylon, polyethylene glycol, polypropylene glycol, acrylamide, polyethylene, polypropylene, ethylene vinyl acetate copolymer, polyvinyl chloride, polyamide such as aramid and nylon, polyester, rayon, glass, activated carbon, etc. can.
担体の形状は、立方体状、直方体状、板状、球状、円盤状、円筒状、多孔質状、スポンジ状、繊維状、布状、コイン状、レンコン状、菊花状等の適宜の形状とすることができる。担体の大きさは、特に制限されるものではなく、例えば、3mm角等とすることができる。 The shape of the carrier is cubic, rectangular parallelepiped, plate-like, spherical, disk-like, cylindrical, porous, sponge-like, fiber-like, cloth-like, coin-like, lotus root-like, chrysanthemum-like, and the like. be able to. The size of the carrier is not particularly limited, and can be, for example, 3 mm square.
散気装置7は、例えば、気泡を発生するディフューザや散気管、空気を供給する送風機、空気を圧縮するコンプレッサ、送風機からディフューザや散気管に空気を送る送気管等によって構成される。被処理水についての曝気量は、一定に制御してもよいし、アンモニア性窒素の濃度、亜硝酸性窒素の濃度等に応じて、目的の硝化率となるように可変制御してもよい。
The
pH調整装置4は、嫌気性アンモニア酸化処理される被処理水のpHを調整するために備えられる。pH調整装置4は、例えば、pH調整剤を貯留するpH調整剤タンク、pH調整剤を被処理水に供給する薬注ポンプ等によって構成される。pH調整剤としては、例えば、炭酸水素ナトリウム、水酸化ナトリウム等のアルカリ性pH調整剤を用いることができる。アンモニア酸化槽5で処理された処理水は、酸性化しているpHが中性付近に調整される。
The
嫌気性アンモニア酸化槽1は、被処理水に含まれる有機物を分解する有機物処理と、被処理水に含まれるアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素を嫌気性アンモニア酸化反応によって共脱窒する嫌気性アンモニア酸化処理とを行う。有機物処理は、処理槽内の上流側(流入口側)の充填材2に保持される従属栄養性微生物によって行われる。また、嫌気性アンモニア酸化処理は、処理槽内の下流側(流出側)の充填材2に保持される嫌気性アンモニア酸化細菌によって行われる。
The anaerobic
嫌気性アンモニア酸化槽1は、固定床型リアクタであるため、有機物を含む被処理水が流入すると、処理槽内の上流側で有機物濃度が高くなり、上流側に位置する充填材2上で、従属栄養性微生物が繁殖する。そして、被処理水に含まれる有機物や溶存酸素が従属栄養性微生物によって消費され、有機物濃度や溶存酸素濃度が低下した被処理水が下流側に流れる。そのため、被処理水に有機物や溶存酸素が含まれていたとしても、処理槽内の下流側に位置する充填材2上で、嫌気性アンモニア酸化細菌を確実に増殖させることができる。
Since the anaerobic
固定床型リアクタで用いる微生物汚泥は、担体の内部に包括固定化されている状態、担体の表面に包括固定化されている状態、担体に付着固定化されている状態、又は、自己造粒によるグラニュールを形成している状態であることが好ましい。すなわち、固定床の充填材2として、担体ないしグラニュールを用いることができる。このような充填材2を処理槽に充填すると、充填材2自体が形成する充填層によって、被処理水が混合拡散し難くなる。そのため、固定床型リアクタ内を仕切る等しなくとも、有機物や溶存酸素の濃度分極を容易に生じさせることができる。
The microbial sludge used in the fixed bed reactor is entrapped and immobilized inside the carrier, entrapped and immobilized on the surface of the carrier, adhered and immobilized on the carrier, or self-granulated. It is preferably in a state of forming granules. That is, a carrier or granules can be used as the packing
固定床型リアクタにおいて、被処理水の通水方向に有機物や溶存酸素の濃度分極が生じると、嫌気性アンモニア酸化細菌と従属栄養性微生物のそれぞれの生息域が、処理槽内の上流側と下流側とに分離される。被処理水に有機物や溶存酸素が含まれていたとしても、処理槽内の上流側の従属栄養性微生物が有機物や溶存酸素を消費し、処理槽内の下流側で嫌気性アンモニア酸化細菌が繁殖するため、高活性で安定な嫌気性アンモニア酸化活性を得ることができる。 In a fixed-bed reactor, when concentration polarization of organic matter and dissolved oxygen occurs in the water flow direction of the water to be treated, the respective habitats of anaerobic ammonium-oxidizing bacteria and heterotrophic microorganisms are divided upstream and downstream in the treatment tank. separated into two sides. Even if the water to be treated contains organic matter and dissolved oxygen, heterotrophic microorganisms on the upstream side of the treatment tank consume the organic matter and dissolved oxygen, and anaerobic ammonium-oxidizing bacteria propagate on the downstream side of the treatment tank. Therefore, highly active and stable anaerobic ammonium oxidation activity can be obtained.
担体の充填材2は、立方体状、直方体状、板状、球状、円盤状、円筒状、多孔質状、スポンジ状、繊維状、布状、コイン状、レンコン状、菊花状等の適宜の形状とすることができる。担体としては、微生物汚泥の保持量や比表面積が大きい点、固定床型リアクタへの充填が容易な点等から、立方体状、直方体状等の樹脂ペレットの担体が特に好ましく用いられる。担体の大きさは、特に制限されるものではなく、例えば、3mm角等とすることができる。担体の材料は、アンモニア酸化槽1の担体と同様にすることができる。
The
担体の充填材2は、比重が少なくとも1g/cm3未満であり、沈降性であることが好ましい。充填材2が沈降性の担体であると、固定床型リアクタに直接充填したとき、被処理水が通水されても流動し難くなる。そのため、嫌気性アンモニア酸化細菌と従属栄養性微生物のそれぞれの生息域を、処理槽内の上流側と下流側とに明確に分離して、高活性で安定な嫌気性アンモニア酸化活性を得ることができる。
The
充填材2の充填率は、充填層当たり、好ましくは60%以上、より好ましくは70%以上、更に好ましくは80%以上である。また、充填率は、好ましくは90%以下である。なお、充填層の容積としては、被処理水の通水方向の有効高さで計算した見かけ容積を用いる。このような高い充填率であると、充填材2として充填された担体ないしグラニュールで被処理水が攪拌され難くなる。そのため、嫌気性アンモニア酸化細菌と従属栄養性微生物のそれぞれの生息域を被処理水の通水方向に分離して、高活性で安定な嫌気性アンモニア酸化活性を得ることができる。また、充填材2の総表面積が大きくなるため、高い脱窒速度を得ることができる。
The filling rate of the
充填材2としては、嫌気性アンモニア酸化細菌と従属栄養性微生物とを固定化した一種を固定床型リアクタに保持してもよいし、嫌気性アンモニア酸化細菌を固定化した充填材2と、従属栄養性微生物を固定化した充填材2とを、被処理水の通水方向に分けて固定床型リアクタに保持してもよい。一種の充填材2を一括して収容する場合、担体ないしグラニュールの調製は容易になるが、長時間の馴養が必要になる。これに対し、従属栄養性微生物を保持する充填材2を上流側に配置し、嫌気性アンモニア酸化細菌を保持する充填材2を下流側に配置すると、短い馴養時間で生息域を分離することができる。
As the
固定床型リアクタには、充填材2である担体ないしグラニュールを直接収容してもよいし、開孔を有する容器に収容し、その容器を固定床型リアクタに投入してもよい。容器としては、例えば、ストレーナ型、コランダ型等のざる状容器を用いることができる。充填材2を容器に収容する場合、充填材2同士が接触する程度に密に充填してもよいし、充填材2同士が接触し難い疎な状態に収容してもよい。容器当たりの充填率が低いと、容器内で充填材2が流動できるため、嫌気性アンモニア酸化細菌と従属栄養性微生物のそれぞれの生息域が分離し難くなるが、処理槽内の閉塞が防止される。
The carrier or granules as the
固定床型リアクタは、ピストンフロー式の処理槽であることが好ましい。ピストンフロー式であると、完全混合式の場合と比較して、被処理水が拡散混合し難くなる。均一性が高い線速度で被処理水が流れ、有機物や溶存酸素の濃度分極が生じ易くなるため、嫌気性アンモニア酸化細菌と従属栄養性微生物のそれぞれの生息域を、処理槽内の上流側と下流側とに明確に分離して、高活性で安定な嫌気性アンモニア酸化活性を得ることができる。 The fixed bed reactor is preferably a piston flow treatment tank. In the case of the piston flow type, compared with the case of the complete mixing type, the water to be treated is difficult to diffuse and mix. The water to be treated flows at a highly uniform linear velocity, and concentration polarization of organic matter and dissolved oxygen is likely to occur. A highly active and stable anaerobic ammonium oxidation activity can be obtained by clearly separating it from the downstream side.
固定床型リアクタは、処理槽内が、目皿、仕切板、蛇籠等によって、複数の区画に仕切られていてもよい。処理槽内が被処理水の通水方向に仕切られていると、被処理水が通水されても充填材2の位置が大きく変化しないため、嫌気性アンモニア酸化細菌と従属栄養性微生物のそれぞれの生息域を明確に分離して、高活性で安定な嫌気性アンモニア酸化活性を得ることができる。また、上流側の区画の充填材2と下流側の区画の充填材2とが混合しなくなるため、攪拌装置による高速攪拌が可能になり、高い脱窒速度を得ることができる。
In the fixed-bed reactor, the inside of the treatment tank may be partitioned into a plurality of compartments by perforated plates, partition plates, gabion or the like. When the inside of the treatment tank is partitioned in the direction in which the water to be treated flows, the position of the
処理水槽8は、嫌気性アンモニア酸化槽1で処理された処理水を受けるために備えられる。嫌気性アンモニア酸化槽6で処理された処理水の一部は、処理水槽8に移送されて一時的に貯留される。そして、処理水槽8の処理水は、任意の時期に、洗浄用ポンプ9で嫌気性アンモニア酸化槽6に返送される。洗浄用ポンプ9は、供給ポンプ3よりも高圧に昇圧した処理水を、充填材2の下方に開口した流入口から固定床型リアクタ内に流入させて、充填材2を物理洗浄することができる。
A treated
次に、本実施形態に係る窒素処理方法の一例について、廃水処理装置100を使用した嫌気性アンモニア酸化法による窒素処理を例として具体的に説明する。
Next, an example of the nitrogen treatment method according to the present embodiment will be specifically described by taking nitrogen treatment by an anaerobic ammonium oxidation method using the
嫌気性アンモニア酸化法による窒素処理は、被処理水に含まれるアンモニア性窒素を微生物汚泥によって酸化して亜硝酸性窒素を生成する硝化処理工程と、硝化処理工程において処理された被処理水に含まれるアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素とを嫌気性アンモニア酸化反応によって分子状窒素に変換する嫌気性アンモニア酸化処理工程と、を含む方法によって行うことができる。 Nitrogen treatment by the anaerobic ammonium oxidation method consists of a nitrification process in which ammonium nitrogen contained in the water to be treated is oxidized with microbial sludge to produce nitrite nitrogen, and and an anaerobic ammonium oxidation treatment step of converting the ammonium nitrogen and nitrite nitrogen into molecular nitrogen by an anaerobic ammonium oxidation reaction.
一般に、嫌気性アンモニア酸化処理は、流動床型の処理槽を使用した完全混合型の流れ場で行われることが多い。従属栄養性微生物の増殖速度は、嫌気性アンモニア酸化細菌よりも速いため、被処理水に有機物が含まれていると、処理槽内で従属栄養性微生物が優占増殖し、嫌気性アンモニア酸化活性が十分に得られなかったり、嫌気性アンモニア酸化処理中に不安定化して、窒素除去率が安定しなかったりする。 In general, anaerobic ammonium oxidation treatment is often carried out in a completely mixed flow field using a fluidized bed treatment tank. Since the growth rate of heterotrophic microorganisms is faster than that of anaerobic ammonium-oxidizing bacteria, if the water to be treated contains organic matter, the heterotrophic microorganisms will grow predominantly in the treatment tank, and the anaerobic ammonium-oxidizing activity will increase. is not sufficiently obtained, or it becomes unstable during the anaerobic ammonium oxidation treatment, resulting in an unstable nitrogen removal rate.
従来、嫌気性アンモニア酸化法による窒素処理に際しては、原水に含まれる有機物を処理する目的で、予め活性汚泥処理等が行われている。しかし、活性汚泥処理等を必須の前処理として行う方法では、設備が大型化したり、設備コストが増大したりするため、嫌気性アンモニア酸化法による有利性が損なわれる場合がある。 Conventionally, in nitrogen treatment by the anaerobic ammonium oxidation method, activated sludge treatment or the like is performed in advance for the purpose of treating organic matter contained in raw water. However, in the method in which activated sludge treatment or the like is performed as an essential pretreatment, the equipment becomes large and the equipment cost increases, so the advantage of the anaerobic ammonium oxidation method may be lost.
また、嫌気性アンモニア酸化細菌の増殖は溶存酸素によって阻害されるところ、活性汚泥処理においては曝気が行われるため、嫌気性アンモニア酸化処理の前に、溶存酸素を脱気しておく必要がある。脱気処理は、窒素ガス等の散気、被処理水の攪拌等による強制脱気や、自然脱気によって行うことができるが、個別の調整槽等を用いて脱気処理を行う方法では、設備が複雑化したり、前処理が長時間化したりする。 Further, the growth of anaerobic ammonium-oxidizing bacteria is inhibited by dissolved oxygen, and since aeration is performed in the activated sludge treatment, it is necessary to remove dissolved oxygen before the anaerobic ammonium-oxidizing treatment. Degassing can be performed by means of forced degassing such as diffusion of nitrogen gas, stirring of the water to be treated, or natural degassing. Equipment becomes complicated and pretreatment takes a long time.
これに対し、本実施形態に係る窒素処理方法では、嫌気性アンモニア酸化処理工程において、微生物汚泥が固定化されている充填材が充填された固定床型リアクタを用いて被処理水を処理するため、嫌気性アンモニア酸化処理の効率を原水の有機物濃度や溶存酸素濃度に影響され難くすることができる。 In contrast, in the nitrogen treatment method according to the present embodiment, in the anaerobic ammonium oxidation treatment process, the water to be treated is treated using a fixed bed reactor filled with a filler in which microbial sludge is immobilized. , the efficiency of the anaerobic ammonium oxidation treatment can be made less susceptible to the organic matter concentration and dissolved oxygen concentration of the raw water.
被処理水の全窒素の濃度、及び、アンモニア性窒素の濃度は、嫌気性アンモニア酸化活性の阻害を避ける観点からは、1mg/L以上1000mg/L以下であることが好ましい。また、固定床型リアクタの有効性を極大化する観点からは、本来高い窒素除去率を達成するのが困難な低濃度の範囲がより好ましい。具体的には、被処理水の全窒素の濃度、及び、アンモニア性窒素の濃度は、10mg/L以上150mg/L以下であることがより好ましい。 The concentration of total nitrogen and the concentration of ammonium nitrogen in the water to be treated are preferably 1 mg/L or more and 1000 mg/L or less from the viewpoint of avoiding inhibition of anaerobic ammonium oxidation activity. Moreover, from the viewpoint of maximizing the effectiveness of the fixed bed reactor, a low concentration range, in which it is originally difficult to achieve a high nitrogen removal rate, is more preferable. Specifically, the concentration of total nitrogen and the concentration of ammonia nitrogen in the water to be treated are more preferably 10 mg/L or more and 150 mg/L or less.
被処理水は、全窒素の濃度やアンモニア性窒素の濃度が高い場合、嫌気性アンモニア酸化処理工程の前に、嫌気性アンモニア酸化処理された処理水等で、予め希釈することができる。また、微生物汚泥を馴養する必要がある立ち上げ時には、はじめに、希釈した被処理水を流入させてから、徐々に全窒素の濃度やアンモニア性窒素の濃度を高くして通水することができる。 When the concentration of total nitrogen or the concentration of ammonia nitrogen is high, the water to be treated can be diluted in advance with treated water or the like that has undergone anaerobic ammonium oxidation treatment before the anaerobic ammonium oxidation treatment step. Also, at the time of start-up when it is necessary to acclimatize microbial sludge, diluted water to be treated can be introduced first, and then the concentration of total nitrogen and the concentration of ammonia nitrogen can be gradually increased before the water is passed.
硝化処理工程は、硝化細菌群を保持するアンモニア酸化槽5において、好気条件下、必要に応じてアルカリの添加やpHの調整を実施しながら行う。被処理水の水温は、10℃以上40℃以下であることが好ましい。また、被処理水のpHは、pH6以上pH10以下であることが好ましい。被処理水のpHは、アンモニア性窒素の亜硝酸化が進むほど酸性側に低下していく。
The nitrification treatment step is performed in the
硝化処理される被処理水は、アンモニア性窒素の濃度と亜硝酸性窒素の濃度との比が1:1~1:1.5となる溶存酸素濃度に調整されることが好ましい。通常、溶存酸素濃度を0.5mg/L以上4.0mg/L以下の範囲で加減すると、亜硝酸型硝化の硝化率が適切な範囲になる。適切な濃度比に調整すると、ワンパス式の処理の場合に、嫌気性アンモニア酸化反応が効率的に進むため、高い窒素除去率を得ることができる。 The water to be nitrified is preferably adjusted to a dissolved oxygen concentration such that the ratio of the ammonia nitrogen concentration to the nitrite nitrogen concentration is 1:1 to 1:1.5. Normally, the nitrification rate of nitrite-type nitrification falls within an appropriate range by adjusting the dissolved oxygen concentration within the range of 0.5 mg/L or more and 4.0 mg/L or less. If the concentration ratio is adjusted appropriately, the anaerobic ammonium oxidation reaction proceeds efficiently in the case of one-pass treatment, so a high nitrogen removal rate can be obtained.
嫌気性アンモニア酸化処理工程は、嫌気性アンモニア酸化細菌と従属栄養性微生物を保持する嫌気性アンモニア酸化槽1において、無酸素条件下、必要に応じてpHの調整を実施して行う。被処理水のpHは、好ましくはpH6.5以上pH9以下、より好ましくはpH7以上pH8.2以下である。また、被処理水の水温は、好ましくは10℃以上40℃以下、より好ましくは15℃以上37℃以下である。
The anaerobic ammonium oxidation treatment step is performed in the anaerobic
被処理水の生物化学的酸素要求量(Biochemical oxygen demand:BOD)は、固定床型リアクタである嫌気性アンモニア酸化槽1の入口において、300mg/L以下であることが好ましく、150mg/L以下であることがより好ましい。このようなBODであれば、通常の流量で通水している固定床型リアクタ内で有機物を十分に分解することができる。滞留時間を大きく延長しなくとも、処理槽内の下流側の有機物濃度が十分に低下するため、高活性で安定な嫌気性アンモニア酸化活性を得ることができる。
The biochemical oxygen demand (BOD) of the water to be treated is preferably 300 mg/L or less, preferably 150 mg/L or less at the inlet of the anaerobic
嫌気性アンモニア酸化処理工程では、固定床型リアクタである嫌気性アンモニア酸化槽1が、曝気を行わず溶存酸素濃度を上昇させない無酸素条件下で被処理水を処理することが好ましい。被処理水に十分な溶存酸素が残存していると、曝気を行わなくとも、処理槽内の上流側で従属栄養性微生物が増殖し易くなる。そして、溶存酸素濃度が上昇しない条件であれば、下流側に流れる被処理水の有機物濃度が低下し易くなり、処理槽内の下流側では、嫌気性アンモニア酸化細菌が増殖し易くなる。よって、このような運転によると、有機物や溶存酸素を含む硝化処理後の処理水を、予め脱気処理することなく、低コストで効率的に脱窒することができる。
In the anaerobic ammonium oxidation treatment step, the anaerobic
嫌気性アンモニア酸化処理工程では、固定床型リアクタである嫌気性アンモニア酸化槽1で処理された処理水を、充填材2の下方に開口した流入口から固定床型リアクタ内に流入させて、微生物が固定化されている充填材2を物理洗浄することができる。処理水を洗浄用ポンプ9で固定床型リアクタ内に圧入することにより、充填材2が形成する充填層が微生物膜等で閉塞するのを防止することができる。
In the anaerobic ammonium oxidation treatment step, the treated water treated in the anaerobic
充填材2の物理洗浄は、被処理水を嫌気性アンモニア酸化処理する間に、所定の時間間隔で定期的に行ってもよいし、不定期に行ってもよい。物理洗浄のために必要な逆洗の展開率は、同一水温の下で処理水の線速度(Linear Velocity:LV)に依存し、担体ないしグラニュールの大きさや比重によっても異なる。そのため、展開率と線速度との関係を、使用する担体ないしグラニュール毎に、予め求めておくことが好ましい。
The physical cleaning of the
以上の窒素処理方法によると、嫌気性アンモニア酸化処理工程において、固定床型リアクタを用いるため、処理槽の上流側で有機物を分解し、処理槽の下流側で嫌気性アンモニア酸化させることができる。充填材が充填された固定床型リアクタでは、嫌気性アンモニア酸化細菌と従属栄養性微生物のそれぞれの生息域が分離されるため、被処理水に有機物や溶存酸素が含まれていても、高活性で安定な嫌気性アンモニア酸化活性を得ることができる。また、固定床型リアクタは、流動床型の処理槽と比較して、微生物汚泥の保持量を高くすることができるため、処理槽の容積当たりの脱窒速度を容易に向上させることができる。よって、窒素成分及び有機物を含む廃水を効率的に処理することができる。 According to the nitrogen treatment method described above, since a fixed bed reactor is used in the anaerobic ammonium oxidation treatment process, organic matter can be decomposed upstream of the treatment tank and anaerobic ammonium oxidation can be performed downstream of the treatment tank. In fixed-bed reactors filled with packing materials, the habitats of anaerobic ammonium-oxidizing bacteria and heterotrophic microorganisms are separated, so even if the water to be treated contains organic matter and dissolved oxygen, high activity can be achieved. , a stable anaerobic ammonium oxidation activity can be obtained. In addition, since the fixed bed reactor can hold more microbial sludge than the fluidized bed treatment tank, the denitrification rate per volume of the treatment tank can be easily improved. Therefore, waste water containing nitrogen components and organic matter can be efficiently treated.
また、以上の窒素処理方法によると、従属栄養性微生物による有機物の分解活性と、嫌気性アンモニア酸化細菌による高活性で安定な嫌気性アンモニア酸化活性とを、単槽式の処理槽で利用することができる。活性汚泥処理、脱気処理等の前処理を省略したり、前処理の処理時間を短縮したりしても、固定床型リアクタのみで、有機物の分解と、嫌気性アンモニア酸化反応とを行うことができる。よって、窒素成分及び有機物を含む廃水を低コストで効率的に処理することができる。 Further, according to the nitrogen treatment method described above, the decomposition activity of organic matter by heterotrophic microorganisms and the highly active and stable anaerobic ammonium oxidation activity of anaerobic ammonium-oxidizing bacteria can be utilized in a single treatment tank. can be done. Even if pretreatment such as activated sludge treatment or degassing treatment is omitted or the treatment time for pretreatment is shortened, the decomposition of organic matter and the anaerobic ammonium oxidation reaction can be performed only in a fixed bed reactor. can be done. Therefore, waste water containing nitrogen components and organic matter can be efficiently treated at low cost.
図2は、窒素処理に用いられる廃水処理装置の他の例を示す模式図である。
本実施形態に係る窒素処理方法は、図2に示されるような廃水処理装置200を使用して実施することもできる。図2に示す廃水処理装置200は、固定床型リアクタである嫌気性アンモニア酸化槽1と、微生物が固定化されている充填材2と、供給ポンプ3と、pH調整装置4と、溶液貯槽10と、溶液供給ポンプ11と、を備えている。供給ポンプ3、pH調整装置4、嫌気性アンモニア酸化槽1、及び、充填材2の構成は、廃水処理装置100と略同様である。
FIG. 2 is a schematic diagram showing another example of a wastewater treatment apparatus used for nitrogen treatment.
The nitrogen treatment method according to this embodiment can also be carried out using a
廃水処理装置200は、窒素成分を含む廃水(被処理水)を嫌気性アンモニア酸化法によって窒素処理する装置であり、アンモニア性窒素を含む被処理水に亜硝酸性窒素を含む溶液を混合して嫌気性アンモニア酸化処理する構成とされている。廃水処理装置200は、嫌気性アンモニア酸化槽1が固定床型リアクタであるため、嫌気性アンモニア酸化細菌と従属栄養性微生物とを、処理槽内の異なる領域でそれぞれ繁殖させて、有機物の分解と嫌気性アンモニア酸化とを行うことができる。
The
嫌気性アンモニア酸化槽1は、微生物汚泥が固定化されている充填材2が充填された固定床型リアクタとされている。充填材2には、嫌気性アンモニア酸化細菌を含む微生物汚泥や従属栄養性微生物を含む微生物汚泥が固定化される。固定床を形成する充填材2は、筒型の処理槽内に保持され、充填材2の隙間に被処理水が通水し得るようになっている。
The anaerobic
嫌気性アンモニア酸化槽1は、図2において、処理槽の下部に流入口、処理槽の上部に流出口を有しており、被処理水を上向流として流す筒形の固定床型リアクタとされている。上向流を流す形式によると、微生物汚泥が底部に堆積したり、微生物汚泥が生じた窒素ガスや二酸化炭素が充填層中に蓄積したりするのが抑制される。流入口には、供給ポンプ3を備えた配管を介して、被処理水が供給される。また、溶液貯槽10が、溶液供給ポンプ11を備えた配管を介して接続される。溶液貯槽10には、例えば、亜硝酸ナトリウム溶液、亜硝酸カリウム溶液等、亜硝酸性窒素を含む溶液が用意される。
The anaerobic
嫌気性アンモニア酸化槽1には、アンモニア性窒素や有機物を含む被処理水が、供給ポンプ3によって供給される。また、亜硝酸性窒素を含む溶液を、溶液供給ポンプ11によって溶液貯槽10から供給することができる。アンモニア性窒素を含む被処理水と、亜硝酸性窒素を含む溶液とは、混合されて嫌気性アンモニア酸化槽1に導入され、有機物の分解や嫌気性アンモニア酸化が行われる。
To-be-treated water containing ammonium nitrogen and organic matter is supplied to the anaerobic
嫌気性アンモニア酸化槽1に供給される被処理水は、アンモニア性窒素の濃度と亜硝酸性窒素の濃度との比が1:1~1:1.5となるように、亜硝酸性窒素を含む溶液と混合されることが好ましい。このような濃度比に調整すると、嫌気性アンモニア酸化反応が効率的に進むため、高い窒素除去率を得ることができる。亜硝酸性窒素を含む溶液の供給量は、供給される被処理水のアンモニア性窒素の濃度を予め測定して制御することが好ましい。
The water to be treated, which is supplied to the anaerobic
嫌気性アンモニア酸化槽1には、嫌気性アンモニア酸化槽1で処理された処理水を処理槽内に返送するための循環ラインが設けられている。循環ラインを通じて処理水の一部を返送すると、嫌気性アンモニア酸化槽1におけるアンモニア性窒素濃度や有機物濃度を希釈することができる。また、溶存酸素濃度が低い領域においては、有機物を利用する従属栄養性脱窒細菌が、処理水中に残存している硝酸性窒素を分子状窒素に還元し得るため、窒素除去率を高めることができる。
The anaerobic
循環ラインによる処理水の返送は、被処理水のBODが、嫌気性アンモニア酸化槽1の入口において、300mg/Lを超えるときに実施することが好ましい。このような条件で返送すると、滞留時間を大きく延長しなくとも、有機物を十分に分解することができる。このような返送を行う場合、循環ラインは、図2に示すように、被処理水の流入口に接続することが好ましい。
It is preferable to return the treated water through the circulation line when the BOD of the water to be treated exceeds 300 mg/L at the inlet of the anaerobic
また、循環ラインによる処理水の返送は、被処理水のアンモニア性窒素の濃度が、150mg/Lを超えるときに実施することが好ましい。このような条件で返送すると、嫌気性アンモニア酸化活性を安定させて、高い窒素除去率を得ることができる。このような返送を行う場合、循環ラインは、図2に示すように、被処理水の流入口に接続してもよいし、生息域が分離する中間部に接続してもよいが、中間部に接続することが好ましい。 Moreover, it is preferable to return the treated water through the circulation line when the concentration of ammoniacal nitrogen in the water to be treated exceeds 150 mg/L. By returning under such conditions, the anaerobic ammonium oxidation activity can be stabilized and a high nitrogen removal rate can be obtained. When such return is performed, the circulation line may be connected to the inflow port of the water to be treated as shown in FIG. is preferably connected to
固定床型リアクタである嫌気性アンモニア酸化槽1において、上向流として通水される被処理水の線速度は、充填材2が担体である場合、20m/h以下が好ましい。一方、充填材2がグラニュールである場合、2m/h以下が好ましい。このような線速度であると、上流側の充填材2と下流側の充填材2とが混合し難いため、嫌気性アンモニア酸化細菌と従属栄養性微生物のそれぞれの生息域を、明確に分離することができる。
In the anaerobic
以上の窒素処理方法によると、嫌気性アンモニア酸化処理工程において、固定床型リアクタを用いるため、処理槽の上流側で有機物を分解し、処理槽の下流側で嫌気性アンモニア酸化を行うことができる。アンモニア性窒素を含む被処理水に、亜硝酸性窒素を含む溶液が混合されるため、被処理水に亜硝酸性窒素が含まれていない場合や、亜硝酸性窒素の濃度が適切でない場合にも、効率的に嫌気性アンモニア酸化処理することができる。例えば、亜硝酸型の硝化処理を省略したり、硝化処理における硝化率を任意に変更したりしても、高い窒素除去率が得られる。 According to the nitrogen treatment method described above, since a fixed bed reactor is used in the anaerobic ammonium oxidation treatment process, organic matter can be decomposed upstream of the treatment tank, and anaerobic ammonium oxidation can be performed downstream of the treatment tank. . Since the solution containing nitrite nitrogen is mixed with the water to be treated containing ammonia nitrogen, if the water to be treated does not contain nitrite nitrogen or the concentration of nitrite nitrogen is not appropriate, can also be efficiently anaerobic ammonium oxidation. For example, even if the nitrous acid type nitrification treatment is omitted or the nitrification rate in the nitrification treatment is arbitrarily changed, a high nitrogen removal rate can be obtained.
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。例えば、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、実施形態の構成の一部を他の構成に置き換えたり、実施形態の構成の一部を他の形態に追加したり、実施形態の構成の一部を省略したりすることも可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. For example, part of the configuration of the embodiment can be replaced with another configuration, part of the configuration of the embodiment can be added to another form, or part of the configuration of the embodiment can be added within the scope of the present invention. can be omitted.
例えば、前記の廃水処理装置100において、アンモニア酸化槽5は、被処理水の全量を亜硝酸型硝化するワンパス式とされているが、バイパス式とされてもよい。すなわち、被処理水の一部をアンモニア酸化槽5に導入してアンモニア性窒素の全量を亜硝酸性窒素にまで酸化し、残部を迂回させて亜硝酸型硝化せず嫌気性アンモニア酸化槽1に合流させてもよい。
For example, in the
また、前記の廃水処理装置100を上向流で運転する方式とし、廃水処理装置200を下向流で運転する方式としてもよい。廃水処理装置100に、嫌気性アンモニア酸化槽1で処理された処理水を嫌気性アンモニア酸化槽1に返送するための循環ラインを設けてもよいし、廃水処理装置200に、循環ラインを設けなくてもよい。pH調整装置4は、嫌気性アンモニア酸化槽1の供給側、及び、循環ラインのうち、いずれに設けてもよい。
Alternatively, the
また、前記の廃水処理装置100,200には、嫌気性アンモニア酸化槽1で処理された処理水をアンモニア酸化槽5に返送するための循環ラインを設けてもよい。循環ラインを通じて処理水の一部を返送すると、アンモニア酸化槽1における亜硝酸性窒素濃度を希釈することができる。
Further, the waste
また、前記の固定床型リアクタは、有機物や溶存酸素の濃度分極を生じる限り、被処理水を攪拌する攪拌装置を備えることができる。攪拌装置の羽根形状は、例えば、パドル翼式、アンカー翼式、リボン翼式、ゲート翼式、プロペラ翼式、糸巻形翼式等とすることができる。攪拌装置の回転速度(回転数)は、200min-1以下が好ましく、100min-1以下がより好ましい。このような緩速であると、濃度分極を維持して生息域を分離することができる。 Further, the fixed bed reactor can be provided with a stirring device for stirring the water to be treated as long as concentration polarization of organic matter and dissolved oxygen is generated. The impeller shape of the stirring device can be, for example, a paddle impeller type, an anchor impeller type, a ribbon impeller type, a gate impeller type, a propeller impeller type, a pincushion impeller type, or the like. The rotation speed (number of rotations) of the stirring device is preferably 200 min -1 or less, more preferably 100 min -1 or less. Such a slow rate can maintain concentration polarization to separate habitats.
また、前記の固定床型リアクタは、形状が特に制限されるものではない。例えば、円筒型、角筒型、多角筒型、多重筒型等の適宜の形状とすることができる。固定床型リアクタの有効幅(処理槽内の短辺の長さ、又は、直径)は、担体ないしグラニュールの大きさ(長辺の長さ、又は、直径)の30倍以上の長さであることが好ましく、50倍以上の長さであることがより好ましい。このような寸法であると、固定床型リアクタ内で担体ないしグラニュールが偏り難いため、充填層が閉塞したり、空乏な非充填部が充填層を貫通したりするのを抑制することができる。 Further, the shape of the fixed bed reactor is not particularly limited. For example, it can have an appropriate shape such as a cylindrical shape, a square tube shape, a polygonal tube shape, and a multiple tube shape. The effective width of the fixed bed reactor (the length of the short side in the treatment tank or the diameter) is at least 30 times the size of the carrier or granules (the length of the long side or diameter). It is preferably 1, more preferably 50 times or more. With such dimensions, the carriers or granules are less likely to be biased in the fixed-bed reactor, so that it is possible to prevent clogging of the packed bed and penetration of the depleted unpacked portion into the packed bed. .
固定床型リアクタに充填する充填材2同士の隙間は、非ペレット状の充填材2を固定床型リアクタに対して固定する場合、0.7mm以上であることが好ましく、3mm以上であることがより好ましい。このような寸法であると、充填材2同士が接触し難くなるため、微生物汚泥の剥離、担体の割れ、破れ等を抑制することができる。充填材2が損傷し難くなる結果、破片による充填層の閉塞も抑制される。
When the non-pellet-
また、前記の廃水処理装置100,200において、嫌気性アンモニア酸化槽1やアンモニア酸化槽5の前段側には、廃水の水質や水量を調整する調整槽や、廃水に含まれている有機物を生物学的に分解する生物反応槽や、廃水に含まれている硝酸性窒素を予め脱窒する前脱窒槽等が設けられてもよい。また、後段側には、嫌気性アンモニア酸化反応で生成した硝酸性窒素を脱窒する後脱窒槽等が設けられてもよい。廃水処理装置200の前段側には、硝酸性窒素を含む溶液を混合する混合槽が設けられてもよい。
In the
以下、本発明の実施例を用いて本発明をより詳細に説明するが、本発明の技術的範囲はこれに限定されるものではない。 EXAMPLES The present invention will be described in more detail below using examples of the present invention, but the technical scope of the present invention is not limited to these.
[実施例1]
嫌気性アンモニア酸化細菌と従属栄養性微生物を含む活性汚泥との混成である微生物汚泥が固定化された包括固定化担体を用意した。この包括固定化担体を、容積0.5Lのリアクタに容積0.3Lとなるように充填し、この固定床型リアクタを20℃の恒温槽内に設置した。そして、アンモニア性窒素の濃度が40mg-N/L、BODが50mg/Lである原水を、アンモニア性窒素の濃度と亜硝酸性窒素の濃度との比が1:1~1:1.5となるように硝化処理した後に、水理学的滞留時間が1時間となるようにリアクタの下部から通水した。被処理水の脱気処理や、処理水の返送は行わず、被処理水のpHは、通水前にpH7.6に調整した。
[Example 1]
An entrapping immobilization carrier in which microbial sludge, which is a mixture of anaerobic ammonium-oxidizing bacteria and activated sludge containing heterotrophic microorganisms, was immobilized was prepared. This entrapping immobilization pellet was filled in a reactor having a volume of 0.5 L so as to have a volume of 0.3 L, and this fixed bed reactor was placed in a constant temperature bath at 20°C. Raw water having an ammonia nitrogen concentration of 40 mg-N/L and a BOD of 50 mg/L was prepared so that the ratio of the ammonia nitrogen concentration to the nitrite nitrogen concentration was 1:1 to 1:1.5. After the nitrification treatment, water was passed from the bottom of the reactor so that the hydraulic retention time was 1 hour. The pH of the water to be treated was adjusted to pH 7.6 before the water was passed without performing degassing treatment of the water to be treated or returning the treated water.
窒素処理が定常に達したとき、アンモニア性窒素の濃度は0.2mg/L、亜硝酸性窒素の濃度は0.9mg/L、硝酸性窒素の濃度は6mg/Lであった。リアクタに充填した担体は、硝化処理されている被処理水が流入する下部側では、茶色を呈しており、従属栄養性微生物が繁殖している可能性が認められた。一方、リアクタの上部側ほど、赤色が強くなり、嫌気性アンモニア酸化細菌の繁殖が確認された。 When the nitrogen treatment reached steady state, the concentration of ammonia nitrogen was 0.2 mg/L, the concentration of nitrite nitrogen was 0.9 mg/L, and the concentration of nitrate nitrogen was 6 mg/L. The carrier filled in the reactor had a brown color on the lower side into which the nitrified water to be treated flowed, suggesting the possibility that heterotrophic microorganisms were growing there. On the other hand, the red color became stronger toward the upper part of the reactor, confirming the propagation of anaerobic ammonium-oxidizing bacteria.
[比較例1]
嫌気性アンモニア酸化細菌と従属栄養性微生物を含む活性汚泥との混成である微生物汚泥が固定化された包括固定化担体を用意した。この包括固定化担体を、容積0.5Lのリアクタに容積0.1Lとなるように投入し、この流動床型リアクタを20℃の恒温槽内に設置した。そして、アンモニア性窒素の濃度が40mg-N/L、BODが50mg/Lである原水を、アンモニア性窒素の濃度と亜硝酸性窒素の濃度との比が1:1~1:1.5となるように硝化処理した後に、水理学的滞留時間が3時間となるようにリアクタの下部から通水した。被処理水の脱気処理や、処理水の返送は行わず、リアクタ内の被処理水は、担体が浮遊する程度に攪拌し、被処理水のpHは、通水前にpH7.6に調整した。
[Comparative Example 1]
An entrapping immobilization carrier in which microbial sludge, which is a mixture of anaerobic ammonium-oxidizing bacteria and activated sludge containing heterotrophic microorganisms, was immobilized was prepared. This entrapping immobilization pellet was charged into a reactor having a volume of 0.5 L so that the volume became 0.1 L, and this fluidized bed reactor was placed in a constant temperature bath at 20°C. Raw water having an ammonia nitrogen concentration of 40 mg-N/L and a BOD of 50 mg/L was prepared so that the ratio of the ammonia nitrogen concentration to the nitrite nitrogen concentration was 1:1 to 1:1.5. After the nitrification treatment, water was passed from the bottom of the reactor so that the hydraulic retention time was 3 hours. The water to be treated is not degassed or returned, and the water to be treated in the reactor is stirred to the extent that the carrier floats, and the pH of the water to be treated is adjusted to pH 7.6 before the water is passed. did.
窒素処理が定常に達したとき、アンモニア性窒素の濃度は15mg/L、亜硝酸性窒素の濃度は15mg/L、硝酸性窒素の濃度は0.6mg/Lであった。リアクタ内に投入した担体は、全体的に茶色を呈しており、従属栄養性微生物が繁殖している可能性が認められたが、嫌気性アンモニア酸化細菌の繁殖を示す赤色の担体は、殆ど確認されなかった。 When the nitrogen treatment reached steady state, the ammonia nitrogen concentration was 15 mg/L, the nitrite nitrogen concentration was 15 mg/L, and the nitrate nitrogen concentration was 0.6 mg/L. The carriers put into the reactor were brown in color as a whole, suggesting the possibility that heterotrophic microorganisms were proliferating. it wasn't.
実施例1と比較例1の結果が示すように、濃度分極を生じる固定床型リアクタと、完全混合となる流動床型リアクタとでは、窒素処理の効率が異なる。比較例1の流動床型リアクタでは、嫌気性アンモニア酸化細菌が十分に繁殖せず、嫌気性アンモニア酸化活性が殆ど認められなかったのに対し、実施例1の固定床型リアクタでは、嫌気性アンモニア酸化細菌が増殖して、高い窒素除去率が得られた。したがって、固定床型リアクタで嫌気性アンモニア酸化処理を行うと、被処理水に有機物が含まれていても、有機物を活性汚泥処理等によって予め除去することなく、効率的に脱窒することができるといえる。 As shown by the results of Example 1 and Comparative Example 1, the efficiency of nitrogen treatment differs between the fixed bed reactor that causes concentration polarization and the fluidized bed reactor that causes complete mixing. In the fluidized-bed reactor of Comparative Example 1, anaerobic ammonium-oxidizing bacteria did not propagate sufficiently, and almost no anaerobic ammonium-oxidizing activity was observed. Oxidizing bacteria grew and a high nitrogen removal rate was obtained. Therefore, when the anaerobic ammonium oxidation treatment is performed in the fixed bed reactor, even if the water to be treated contains organic matter, the organic matter can be efficiently denitrified without previously removing the organic matter by activated sludge treatment or the like. It can be said.
1 嫌気性アンモニア酸化槽(固定床型リアクタ)
2 充填材
3 供給ポンプ
4 pH調整装置
5 アンモニア酸化槽
6 微生物汚泥
7 散気装置
8 処理水槽
9 洗浄用ポンプ
10 溶液貯槽
11 溶液供給ポンプ
100 廃水処理装置
200 廃水処理装置
1 Anaerobic ammonium oxidation tank (fixed bed reactor)
2 Filling
Claims (7)
被処理水に含まれるアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素とを微生物汚泥によって分子状窒素に変換する嫌気性アンモニア酸化処理工程を含み、
前記嫌気性アンモニア酸化処理工程において、アンモニア性窒素を水素供与体としてアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素とを共脱窒する嫌気性アンモニア酸化細菌と、前記被処理水に含まれる有機物を分解する従属栄養性微生物と、を含む前記微生物汚泥が固定化されている充填材が保持された固定床型リアクタを用いて、前記被処理水の通水方向に有機物および溶存酸素の濃度分極を生じさせて前記嫌気性アンモニア酸化細菌および前記従属栄養性微生物の生息域を分離させて、溶存酸素濃度を上昇させない無酸素条件下で前記被処理水を処理する窒素処理方法。 A nitrogen treatment method for denitrifying nitrogen components contained in wastewater,
including an anaerobic ammonium oxidation treatment step of converting ammonia nitrogen and nitrite nitrogen contained in the water to be treated into molecular nitrogen by microbial sludge;
In the anaerobic ammonium oxidation treatment step, anaerobic ammonium oxidizing bacteria co-denitrify ammonia nitrogen and nitrite nitrogen using ammonium nitrogen as a hydrogen donor, and subordinates that decompose organic matter contained in the water to be treated. Using a fixed-bed reactor holding a filler in which the microbial sludge containing nutrient microorganisms is immobilized is used to cause concentration polarization of organic matter and dissolved oxygen in the direction of flow of the water to be treated. A nitrogen treatment method, wherein the habitats of the anaerobic ammonium-oxidizing bacteria and the heterotrophic microorganisms are separated, and the water to be treated is treated under anoxic conditions without increasing dissolved oxygen concentration .
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