JP7460278B2 - 廃水処理方法、及び廃水処理システム - Google Patents
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Description
アンモニア性窒素を含有する廃水を浄化する廃水処理方法であって、
処理前の廃水である原水と、前記原水を亜硝酸化処理して得られる亜硝酸化処理液との混合液における亜硝酸性窒素濃度とアンモニア性窒素濃度との濃度比率(R)を所定の制御目標値に保つように調整する濃度比率調整工程と、
前記濃度比率調整工程により前記濃度比率(R)が調整された前記混合液をアナモックス反応により脱窒して脱窒処理液とするアナモックス反応処理工程と、
処理条件に応じて前記制御目標値を補正する制御目標値補正工程と、
を包含し、
前記制御目標値補正工程は、前記混合液の亜硝酸性窒素濃度をN1とし、前記脱窒処理液の亜硝酸性窒素濃度をN2とし、前記混合液のアンモニア性窒素濃度をA1とし、前記脱窒処理液のアンモニア性窒素濃度をA2としたとき、下記式(1):
前記制御目標値補正工程において、前記濃度比率(K)を前記濃度比率(R)で除した値が所定範囲よりも下回ったときには、前記制御目標値を減少補正し、上回ったときには、前記制御目標値を増加補正することが好ましい。
アナモックス反応処理工程におけるNO2-N濃度阻害が所定の範囲内におさまるように、前記混合液を希釈する混合液希釈工程を包含することが好ましい。
前記混合液希釈工程は、前記脱窒処理液を加えて希釈することが好ましい。
前記濃度比率(K)を前記濃度比率(R)で除した値が0.8~1.2であることが好ましい。
アンモニア性窒素を含有する廃水を浄化する廃水処理システムであって、
処理前の廃水である原水と、前記原水を亜硝酸化処理して得られる亜硝酸化処理液との混合液が貯留される混合液貯留槽と、
前記混合液貯留槽に貯留されている前記混合液の亜硝酸性窒素濃度とアンモニア性窒素濃度との濃度比率(R)を所定の制御目標値に保つように調整する濃度比率調整手段と、
前記濃度比率調整手段により前記濃度比率(R)が調整された前記混合液をアナモックス反応により脱窒して脱窒処理液とするアナモックス反応処理装置と、
処理条件に応じて前記制御目標値を補正する制御目標値補正手段と、
を備え、
前記制御目標値補正手段は、前記混合液の亜硝酸性窒素濃度をN1とし、前記脱窒処理液の亜硝酸性窒素濃度をN2とし、前記混合液のアンモニア性窒素濃度をA1とし、前記脱窒処理液のアンモニア性窒素濃度をA2としたとき、下記式(1):
前記混合液貯留槽は、前記原水と前記亜硝酸化処理液とを混合して前記混合液が得られる第一槽と、前記混合液を適切な処理条件となるように調整する第二槽とを含むことが好ましい。
前記混合液貯留槽に前記脱窒処理液を還流する脱窒処理液還流手段を備えることが好ましい。
図1に示される廃水処理システム1は、部分亜硝酸化方式の原水をバイパス供給する廃水処理システムであり、第一原水供給経路2から流入する原水に含まれるアンモニア性窒素を亜硝酸性窒素に変換する亜硝酸化処理槽20と、第一原水供給経路2から分岐する原水バイパス供給経路3から流入する原水と亜硝酸化処理槽20からの亜硝酸化処理水4とを混合し、アナモックス処理反応が適正に進行する条件となるように混合液5が調整される混合液貯留槽30と、アナモックス反応を利用して窒素を除去するアナモックス反応処理装置40と、アナモックス反応後の脱窒処理液6を貯留する処理水槽50と、マイクロコンピュータやその周辺機器等からなる制御装置100とを備えて構成される。混合液貯留槽30における後述する第二槽32には、亜硝酸性窒素濃度N1を計測する第一亜硝酸性窒素濃度計測器9と、アンモニア性窒素濃度A1を計測する第一アンモニア性窒素濃度計測器10とが備え付けられている。処理水槽50には、亜硝酸性窒素濃度N2を計測する第二亜硝酸性窒素濃度計測器11と、アンモニア性窒素濃度A2を計測する第二アンモニア性窒素濃度計測器12とが備え付けられている。また、制御装置100においては、濃度N1、N2、A1、及びA2から演算されたK値((N1-N2)/(A1-A2))の変動に応じて、濃度比率(R=N1/A1)が後述する補正後の所定の制御目標値を保つように、原水バイパス供給経路3に設けられた第一流量調整弁13に制御信号を送ることで、混合液貯留槽30における後述する第一槽31への原水バイパス供給量の調整が行われている。また、制御装置100は、第一亜硝酸性窒素濃度計測器9によって計測される亜硝酸性窒素濃度N1を監視し、アナモックス濃度阻害を防止するために、後述する第二槽32と処理水槽50との間に設けられる脱窒処理液還流経路8に備えられた第二流量調整弁14に制御信号を送ることで、希釈水(脱窒処理液6)の還流量を制御している。なお、廃水の性状によって、有機物除去や浮遊物除去のため、高分子凝集剤等を用いた前処理工程を設けてもよい(図示せず)。以下、廃水処理システム1を構成する各槽及び各装置について説明する。
亜硝酸化処理槽20は、亜硝酸化細菌(好気性アンモニア酸化細菌)を担持した固定床式担体21を備えており、原水が第一原水供給経路2から供給されると、亜硝酸化細菌により、原水中のアンモニア性窒素が亜硝酸性窒素に酸化される。本実施形態において、亜硝酸化処理槽20には、亜硝酸化細菌を例えば網状物や不織布等に担持した固定床式担体21が備え付けられているが、この固定床式担体21の他、活性汚泥(浮遊生物)、流動床式担体(微生物固定化担体)を使用してもよく、これらを併用してもよい。また、水質性状等の処理条件の変化に応じて、曝気量、水温、pHの調整が行われてもよい。亜硝酸化処理槽20内の処理水の溶存酸素量は0~2mg/L、水温は30~35℃、pHは6.0~8.0に調整されることが好ましい。また、アンモニア性窒素から亜硝酸性窒素への変換率は75%以上であることが好ましく、80%以上であることがより好ましい。
混合液貯留槽30は、第一槽31と第二槽32とから構成される。第一槽31では、原水バイパス供給経路3から供給される原水と、亜硝酸化処理槽20からの亜硝酸化処理水4とが混合される。第二槽32では、第一槽31からオーバーフローした混合液が5分以上静置されることで溶存酸素が除去される。また、第二槽32では、第一亜硝酸性窒素濃度計測器9によって亜硝酸性窒素濃度N1が計測されるとともに、第一アンモニア性窒素濃度計測器10によってアンモニア性窒素濃度A1が計測され、計測値が制御装置100に送られると、濃度比率R(N1/A1)が演算され、算出される濃度比率Rの値が、アナモックス反応処理装置40において行われるアナモックス反応にとって最適な濃度比率(制御目標値)となるように、第一流量調整弁13へ制御信号が送られる。混合液貯留槽30(第二槽32)内の処理水の亜硝酸性窒素濃度N1は、50~250mg/L、アンモニア性窒素濃度A1は50~250mg/Lの範囲内で変動する。なお、第二槽32では、必要に応じて水温やpHの調整が行われてもよい。図1の混合液貯留槽30には、第一槽31と第二槽32とから構成されるように図示しているが、溶存酸素をさらに除去するための脱気槽を設けてもよい。第二槽32において、混合液を一定時間、静置しておいても溶存酸素は除去されるが、脱気槽を設けることで、亜硝酸化処理水中の硝化細菌や希釈水中に含まれる一般細菌によって、溶存酸素がより低減されるため、脱気をより速く確実に進めることができる。そのため、混合液中の溶存酸素をほぼ完全に除去することができ、嫌気性細菌であるアナモックス細菌にとって、より適切な条件となり、さらに安定した窒素除去性能が得られる。
アナモックス反応処理装置40には、アナモックス細菌(嫌気性アンモニア酸化細菌)を担持した固定床式担体41が備え付けられており、混合液貯留槽30から供給された混合液5をアナモックス反応処理することにより、脱窒反応が行われる。本実施形態において、アナモックス反応処理装置40には、アナモックス細菌(嫌気性アンモニア酸化細菌)を例えば網状物や不織布等に担持した固定床式担体41が備え付けられているが、この固定床式担体41の他、活性汚泥(浮遊生物)、流動床式担体(微生物固定化担体)を使用してもよく、これらを併用してもよい。また、使用する担体の形状としては、例えば球形や四角形、円筒形等が挙げられ、担体として表面に微細孔を多く有するもの、内部中空であるスポンジ、表面に無数の凹凸を有するものがアナモックス細菌の付着固定が速く、短期間で高い脱窒性能が得られる。アナモックス反応は、窒素転換率(アナモックス反応による硝酸の生成を除くアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素との除去率)が75%以上であることが好ましく、80%以上であることがより好ましい。
処理水槽50には、アナモックス反応処理が行われた後に生成する脱窒処理液6が貯留され、混合液の希釈水として使用される。処理水槽50内の処理水の亜硝酸性窒素濃度N2は、0~50mg/L、アンモニア性窒素濃度A2は0~50mg/Lの範囲内で変動する。そのため、混合液の希釈水として使用する場合、脱窒処理液6の亜硝酸性窒素及び/又はアンモニア性窒素が過多に残留していると、混合液貯留槽30内の処理水の実測値と理論値とに誤差が生じる。その誤差を修正するために、脱窒処理液6の亜硝酸性窒素濃度N2及びアンモニア性窒素濃度A2が、それぞれ第二亜硝酸性窒素濃度計測器11及び第二アンモニア性窒素濃度計測器12によって計測され、混合液貯留槽30内の処理水の亜硝酸性窒素濃度N1とアンモニア性窒素濃度A1との差分から、濃度比率Kを演算し(下記式(1))、R値とK値とが制御装置100において照合される。K/Rの値が例えば0.8~1.2の範囲外となった場合、R値の制御目標値を補正し、R値が補正後の制御目標値に一致するように、原水バイパス供給経路3に備えられた第一流量調整弁13に制御装置100から制御信号が送られ、原水の供給量が自動で制御される。なお、流量調整弁は、原水バイパス供給経路3のみならず、第一原水供給経路2に設けてもよく、亜硝酸化処理槽20への原水供給量を制御することでR値を調整してもよい(図示せず)。
図1に示される一実施形態の廃水処理システム1において、原水バイパス供給経路3、第一流量調整弁13、第一亜硝酸性窒素濃度計測器9、第一アンモニア性窒素濃度計測器10、及び制御装置100を含む構成が、本発明の「濃度比率調整手段」に相当する。一方、図2に示される別実施形態の廃水処理システム1’において、第二原水供給経路15、第三流量調整弁16、第一亜硝酸性窒素濃度計測器9、第一アンモニア性窒素濃度計測器10、及び制御装置100を含む構成が、本発明の「濃度比率調整手段」に相当する。
上記の廃水処理システム1、1’において、第一亜硝酸性窒素濃度計測器9、第一アンモニア性窒素濃度計測器10、第二亜硝酸性窒素濃度計測器11、第二アンモニア性窒素濃度計測器12、及び制御装置100を含む構成が、本発明の「制御目標値補正手段」に相当する。
上記の廃水処理システム1、1’において、脱窒処理液還流経路8、第二流量調整弁14、第一亜硝酸性窒素濃度計測器9、及び制御装置100を含む構成が、本発明の「脱窒処理液還流手段」に相当する。
図3は、本発明の廃水処理方法のフローチャートである。図3中に示す記号「S」はステップを意味する。廃水処理方法は、濃度比率調整工程と、アナモックス反応処理工程と、制御目標値補正工程とを包含する。以下、廃水処理方法の各工程をステップ毎に説明する。
濃度比率調整工程(S1)では、被処理液がアナモックス反応にとって適正な条件となるように、アナモックス反応処理工程前の被処理液(混合液)の濃度比率Rを調整する工程である。この調整は、後述する制御目標値補正工程において得られる制御目標値とR値とが一致するように、混合液への原水供給量を増加又は減少させることにより行われる。
アナモックス反応処理工程(S2)では、濃度比率調整工程において調整された混合液が供給され、適正かつ安定したアナモックス反応が進行する。アナモックス反応処理工程では、アンモニアが電子供与体、亜硝酸が電子受容体として、1NH4 ++1.32NO2 -+0.066HCO3 -+0.13H+ → 1.02N2+0.26NO3 -+0.066CH2O0.5N0.15+2.03H2Oの反応式により脱窒が行われる。
制御目標値補正工程(S3)では、濃度N1、N2、A1、及びA2により演算されたR値、K値、及びK/Rにより、R値の制御目標値が必要に応じて補正され、水質性状の変動やアナモックス細菌の状況に応じた調整が行われる。
廃水処理施設で発生した廃水を処理対象の原水とした。廃水処理試験は、部分亜硝酸化処理工程とアナモックス反応処理工程により、バイパス方式により行った。部分亜硝酸化処理工程は、亜硝酸化細菌を担持させた固定床式担体を使用して行った。また、アナモックス反応処理工程は、アナモックス細菌を担持させた固定床式担体を使用して行った。亜硝酸化処理槽では、処理水がpH7.8、水温35℃、溶存酸素量が0.5mg/L以上となるように曝気量を自動で制御した。次に、原水をバイパス供給し、亜硝酸化処理水と混合したところ、混合液の亜硝酸性窒素濃度N1は100mg/L、アンモニア性窒素濃度A1は100mg/Lであり、濃度比率Rは1.0であった。また、アナモックス反応処理後の脱窒処理水の亜硝酸性窒素濃度N2は10mg/L、アンモニア性窒素濃度A2は40mg/Lであった。K値を算出したところ1.5であり、K/Rが1.5であったため、R値が制御目標値に近づくまで原水のバイパス供給量を減少させ、当該分の亜硝酸化処理水槽への原水供給量を増加させた。
実施例1と同様の廃水処理試験を別の水質の廃水を処理対象の原水としたところ、混合液の亜硝酸性窒素濃度N1は260mg/L、アンモニア性窒素濃度A1は200mg/Lであり、脱窒処理水の亜硝酸性窒素濃度N2は70mg/L、アンモニア性窒素濃度A2は15mg/Lであった。NO2-N濃度阻害を防止するために、脱窒処理液を希釈水として亜硝酸性窒素濃度N1が250mg/L未満となるように混合液に還流させた。希釈後の亜硝酸性窒素濃度N1は165mg/L、アンモニア性窒素濃度A1は108mg/Lであり、混合液の濃度比率Rは1.52であった。K値を算出したところ1.02であり、K/Rが0.67であったため、R値が制御目標値に近づくまで原水のバイパス供給量を増加させ、当該分の亜硝酸化処理水槽への原水供給量を減少させた。
実施例1と同様の廃水処理試験を別の水質の廃水を処理対象の原水としたところ、混合液の亜硝酸性窒素濃度N1は260mg/L、アンモニア性窒素濃度A1は200mg/Lであり、脱窒処理水の亜硝酸性窒素濃度N2は20mg/L、アンモニア性窒素濃度A2は60mg/Lであった。NO2-N濃度阻害を防止するために、脱窒処理液を希釈水として亜硝酸性窒素濃度N1が250mg/L未満となるように混合液に循環させた。希釈後の亜硝酸性窒素濃度N1は140mg/L、アンモニア性窒素濃度A1は130mg/Lであり、混合液の濃度比率Rは1.08であった。K値を算出したところ1.71であり、K/Rが1.58であったため、R値が制御目標値に近づくまで原水のバイパス供給量を減少させ、当該分の亜硝酸化処理水槽への原水供給量を増加させた。
実施例2と同様の廃水処理試験を同じ水質の廃水を処理対象の原水としたところ、混合液の亜硝酸性窒素濃度N1は260mg/L、アンモニア性窒素濃度A1は200mg/Lであり、脱窒処理水の亜硝酸性窒素濃度N2は70mg/L、アンモニア性窒素濃度A2は15mg/Lであった。NO2-N濃度阻害を防止するために、脱窒処理液を希釈水として亜硝酸性窒素濃度N1が250mg/L未満となるように混合液に循環させた。希釈後の亜硝酸性窒素濃度N1は165mg/L、アンモニア性窒素濃度A1は108mg/Lであり、混合液の濃度比率Rは1.52であった。K値を算出したところ、1.02であった。原水のバイパス供給量を調整することなく、原水と亜硝酸化処理水を1:1の割合で混合し、混合液貯留槽に供給し続けた。
実施例とは別の水質の廃水を処理対象の原水として、実施例1~3と同様の廃水処理試験を実施した。廃水処理試験では、1~8日目のN1、N2、A1、A2を測定し、これらの測定値からK値、R値、及びK/R値を求めた。試験結果を下記の表1、及び図5のグラフに示す。
2 第一原水供給経路
3 原水バイパス供給経路
4 亜硝酸化処理水
5 混合液
6 脱窒処理液
8 脱窒処理液還流経路
9 第一亜硝酸性窒素濃度計測器
10 第一アンモニア性窒素濃度計測器
11 第二亜硝酸性窒素濃度計測器
12 第二アンモニア性窒素濃度計測器
13 第一流量調整弁
14 第二流量調整弁
15 第二原水供給経路
16 第三流量調整弁
20 亜硝酸化処理槽
21 固定床式担体
30 混合液貯留槽
31 第一槽
32 第二槽
40 アナモックス反応処理装置
41 固定床式担体
50 処理水槽
100 制御装置
Claims (8)
- アンモニア性窒素を含有する廃水を浄化する廃水処理方法であって、
処理前の廃水である原水と、前記原水を亜硝酸化処理して得られる亜硝酸化処理液との混合液における亜硝酸性窒素濃度とアンモニア性窒素濃度との濃度比率(R)を所定の制御目標値に保つように調整する濃度比率調整工程と、
前記濃度比率調整工程により前記濃度比率(R)が調整された前記混合液をアナモックス反応により脱窒して脱窒処理液とするアナモックス反応処理工程と、
処理条件に応じて前記制御目標値を補正する制御目標値補正工程と、
を包含し、
前記制御目標値補正工程は、前記混合液の亜硝酸性窒素濃度をN1とし、前記脱窒処理液の亜硝酸性窒素濃度をN2とし、前記混合液のアンモニア性窒素濃度をA1とし、前記脱窒処理液のアンモニア性窒素濃度をA2としたとき、下記式(1):
- 前記制御目標値補正工程において、前記濃度比率(K)を前記濃度比率(R)で除した値が所定範囲よりも下回ったときには、前記制御目標値を減少補正し、上回ったときには、前記制御目標値を増加補正する請求項1に記載の廃水処理方法。
- アナモックス反応処理工程におけるNO2-N濃度阻害が所定の範囲内におさまるように、前記混合液を希釈する混合液希釈工程を包含する請求項1又は2に記載の廃水処理方法。
- 前記混合液希釈工程は、前記脱窒処理液を加えて希釈する請求項3に記載の廃水処理方法。
- 前記濃度比率(K)を前記濃度比率(R)で除した値が0.8~1.2である請求項1~4の何れか一項に記載の廃水処理方法。
- アンモニア性窒素を含有する廃水を浄化する廃水処理システムであって、
処理前の廃水である原水と、前記原水を亜硝酸化処理して得られる亜硝酸化処理液との混合液が貯留される混合液貯留槽と、
前記混合液貯留槽に貯留されている前記混合液の亜硝酸性窒素濃度とアンモニア性窒素濃度との濃度比率(R)を所定の制御目標値に保つように調整する濃度比率調整手段と、
前記濃度比率調整手段により前記濃度比率(R)が調整された前記混合液をアナモックス反応により脱窒して脱窒処理液とするアナモックス反応処理装置と、
処理条件に応じて前記制御目標値を補正する制御目標値補正手段と、
を備え、
前記制御目標値補正手段は、前記混合液の亜硝酸性窒素濃度をN1とし、前記脱窒処理液の亜硝酸性窒素濃度をN2とし、前記混合液のアンモニア性窒素濃度をA1とし、前記脱窒処理液のアンモニア性窒素濃度をA2としたとき、下記式(1):
- 前記混合液貯留槽は、前記原水と前記亜硝酸化処理液とを混合して前記混合液が得られる第一槽と、前記混合液を適切な処理条件となるように調整する第二槽とを含む請求項6に記載の廃水処理システム。
- 前記混合液貯留槽に前記脱窒処理液を還流する脱窒処理液還流手段を備える請求項6又は7に記載の廃水処理システム。
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