JP7460278B2 - 廃水処理方法、及び廃水処理システム - Google Patents

廃水処理方法、及び廃水処理システム Download PDF

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Description

本発明は、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、及び廃水処理システムに関する。
近年、アンモニア性窒素が含まれる廃水の処理方法として、アナモックス(Anaerobic Ammonium Oxidation:嫌気性アンモニア酸化)反応を利用した方法について、研究開発が進められている。アナモックス反応は、嫌気性アンモニア酸化細菌の働きによりアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素とから、廃水中の窒素を除去する脱窒反応であり、予め廃水中の一部のアンモニア性窒素を亜硝酸化処理によって亜硝酸性窒素に変換した後に、アンモニアが電子供与体、亜硝酸が電子受容体として、1NH +1.32NO +0.066HCO +0.13H → 1.02N+0.26NO +0.066CH0.50.15+2.03HOの反応式により脱窒する。アナモックス反応を利用した脱窒方法は、従来のアンモニアから亜硝酸、硝酸へと変換して脱窒する方法に対し、大量の酸素供給や電子供与体である有機物の添加を必要としないため、新たな汚泥の発生も抑えられ、経済的かつ効率的な窒素除去方法である。
アナモックス反応を利用した廃水方法のプロセスには、「全量亜硝酸化方式」と「部分亜硝酸化方式」とが一般に知られている。「全量亜硝酸化方式」は、処理前の廃水である原水の全量を、亜硝酸化反応が行われる槽(以下、亜硝酸化処理槽)へ供給し、原水に含まれるアンモニア性窒素の約半量を亜硝酸性窒素に変換し、アナモックス反応が行われる槽(以下、アナモックス処理槽)へ全量供給するものである。一方、「部分亜硝酸化方式」は、原水の約半分の量を亜硝酸化処理槽へ供給してアンモニア性窒素を亜硝酸性窒素に変換し、残りの原水と混合してアナモックス処理槽へ供給するものである(特許文献1)。
上記の何れの方式においても、安定した窒素除去性能を得るために、アナモックス処理槽へ供給する亜硝酸性窒素とアンモニア性窒素との濃度比率(〔NO-N〕/〔NH-N〕)が、適正な値となるように制御することが必要である。また、アナモックス反応は、NO-N濃度が一定以上になると反応が阻害されることから、安定した窒素除去性能を保つために、アナモックス反応処理後の脱窒処理液の一部を原水槽に循環させて希釈することが行われている(特許文献2)。
特開2012-20262号公報 特開2012-24707号公報
上記特許文献1には、アナモックス処理槽に導入される、亜硝酸化処理水と未処理の廃水との混合液のアンモニアと亜硝酸とのモル比が約1:1~1.5(好ましくは約1:1.32)となるように調整することが開示されている。しかしながら、アナモックス反応のための適正な濃度比率(〔NO-N〕/〔NH-N〕)は絶対値ではなく、水質性状やアナモックス細菌の状態によって変動するため、上記の比率一定制御では、アナモックス反応が適正に進行せず、安定した窒素除去性能を得ることができない虞がある。
また、上記特許文献2では、アンモニア脱窒処理水の一部を原水槽に循環し、希釈水として使用しており、亜硝酸化処理槽内の濃度比率(〔NO-N〕/〔NH-N〕)が1.3から外れたとき、亜硝酸化処理槽内の処理水のpHや曝気風量の調整が行われていることが開示されている。しかしながら、水質性状やアナモックス反応の状態によって、脱窒処理水に残留する亜硝酸性窒素やアンモニア性窒素が過多となった場合、上記濃度比率1.3を指標として亜硝酸化処理槽内のpHや曝気風量の調整を行うだけでは、常に適正なアナモックス反応を進行させることが困難となる虞がある。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、適正な濃度比率(〔NO-N〕/〔NH-N〕)の値の被処理水を、アナモックス反応処理槽へ供給し、水質変動やアナモックス細菌の状態に影響されることなく、安定したアナモックス反応により優れた窒素除去性能を有する廃水処理方法、及び廃水処理システムを提供することを目的とする。
上記課題を解決するための本発明に係る廃水処理方法の特徴構成は、
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Nとし、前記脱窒処理液の亜硝酸性窒素濃度をNとし、前記混合液のアンモニア性窒素濃度をAとし、前記脱窒処理液のアンモニア性窒素濃度をAとしたとき、下記式(1):
Figure 0007460278000001
により算出される濃度比率(K)と、前記濃度比率(R=N/A)とを照合することにより実施されることにある。
本構成の廃水処理方法によれば、原水と亜硝酸化処理水との混合液における濃度比率(R)を所定の制御目標値に保つために濃度比率(K)を監視し、K値とR値とを照合させ、K値の変動に応じてR値を調整することにより、脱窒処理液に残留した亜硝酸性窒素濃度N及び/又はアンモニア性窒素濃度Aが過多になった場合であっても、適正な濃度比率Rの混合液(被処理液)をアナモックス反応処理工程へと供給することができる。その結果、最適条件下でアナモックス反応を進行させることが可能となり、安定した窒素除去性能を得ることができる。また、R値とK値とが算出されることにより、適正な濃度比率の混合液が得られることから、混合液と脱窒処理液との夫々の亜硝酸性窒素濃度(N、N)とアンモニア性窒素濃度(A、A)のみを計測すればよく、濃度計測器の設置数を削減することができる。その結果、モニタリングの省力化、設備のコンパクト化とともに、コスト削減が可能となる。
本発明に係る廃水処理方法において、
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。
本構成の廃水処理方法によれば、K/Rの値を演算することにより、R値の制御目標値を減少補正すればよいのか、それとも増加補正すればよいかが明確となるため、亜硝酸化処理水と混合する原水の供給量の自動制御が可能となる。具体的には、脱窒処理液中の亜硝酸性窒素濃度Nが相対的に過多となった場合、K値が小さくなり、R値を小さくするように補正がなされる。R値(N/A)を小さくするためには、混合液中のアンモニア性窒素Aの濃度を相対的に大きくすればよく、亜硝酸化処理水と混合する原水の供給量を増加させる。一方、脱窒処理液中のアンモニア性窒素濃度Aが相対的に過多となった場合は、K値が大きくなり、R値を大きくするように補正がなされる。R値(N/A)を大きくするためには、混合液中の亜硝酸性窒素Nの濃度を相対的に大きくすればよく、亜硝酸化処理水と混合する原水の供給量を減少させる。その結果、亜硝酸化処理水と混合する原水の供給量が自動で制御され、適正な濃度比率の混合液(被処理水)をアナモックス反応処理工程に供給することができ、原水や脱窒処理液の水質性状が変動したり、アナモックス細菌の状態が変化したりしても、安定した窒素除去性能を得ることが可能となるとともに、モニタリングの省力化も可能となる。
本発明に係る廃水処理方法において、
アナモックス反応処理工程におけるNO-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。
本構成の廃水処理方法によれば、アナモックス反応はNO-N濃度がある一定以上になると、反応が阻害されるため、混合液を希釈することにより、アナモックス反応処理工程におけるNO-N濃度阻害を防ぐことができる。
本発明に係る廃水処理方法において、
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。
本構成の廃水処理方法によれば、脱窒処理液を加えて混合液を希釈することにより、アナモックス反応処理工程におけるNO-N濃度阻害を防ぐことができる。また、脱窒処理液中に亜硝酸性窒素及び/又はアンモニア性窒素が残留した場合であっても、再度アナモックス反応処理することで、脱窒処理液に含まれる亜硝酸性窒素濃度N及び/又はアンモニア性窒素濃度Aをさらに低減することができる。また、希釈水として脱窒処理液を使用することで、処理液全体の量を必要最低限に抑えることができるため、設備のコンパクト化やコスト削減が可能となる。
本発明に係る廃水処理方法において、
前記濃度比率(K)を前記濃度比率(R)で除した値が0.8~1.2であることが好ましい。
本構成の廃水処理方法によれば、K/Rの値が上記範囲内となるように設定することにより、K値が変動しても、R値がK値とほぼ同じ数値となるように目標制御値を設定して補正を行えばよく、補正が明確且つ簡略化される。具体的には、脱窒処理液中の亜硝酸性窒素濃度Nが相対的に過多となり、例えば、K値が上記範囲外の0.7となったとき、R値が0.6~0.8になるように目標制御値を設定して補正すればよい。一方、脱窒処理液中のアンモニア性窒素濃度Aが相対的に過多となり、例えば、K値が上記範囲外の1.4となったとき、R値を1.2~1.7となるように目標制御値を設定して補正すればよい。補正は、K/Rの値が上記範囲(0.8~1.2)内となるまで、亜硝酸化処理水と混合する原水の供給量を調整することにより行われる。その結果、亜硝酸化処理水と混合する原水の供給量が明確になり、自動制御が簡略化され、適正な濃度比率の混合液(被処理水)をアナモックス反応処理工程に供給することができ、原水や脱窒処理液の水質性状が変動したり、アナモックス細菌の状態が変化したりしても、安定した窒素除去性能を得ることが可能となるとともに、モニタリングの省力化も可能となる。
上記課題を解決するための本発明に係る廃水処理システムの特徴構成は、
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Nとし、前記脱窒処理液の亜硝酸性窒素濃度をNとし、前記混合液のアンモニア性窒素濃度をAとし、前記脱窒処理液のアンモニア性窒素濃度をAとしたとき、下記式(1):
Figure 0007460278000002
により算出される濃度比率(K)と、前記濃度比率(R=N/A)とを照合することにある。
本構成の廃水処理システムによれば、原水と亜硝酸化処理液との混合液における濃度比率(R)を所定の制御目標値に保つように混合液を濃度比率調整手段によって調整し、調整後の混合液をアナモックス反応処理装置に供給し、アナモックス処理反応後の脱窒処理液の亜硝酸性窒素濃度Nとアンモニア性窒素濃度A、混合液の亜硝酸性窒素濃度Nとアンモニア性窒素濃度Aとから濃度比率(K)を演算し、K値とR値とを照合させ、K値の変動に応じてR値を制御目標値補正手段によって補正することにより、脱窒処理液に残留した亜硝酸性窒素濃度N及び/又はアンモニア性窒素濃度Aが過多になった場合であっても、適正な濃度比率の混合液(被処理液)をアナモックス反応処理装置へと供給することができる。その結果、最適条件下でアナモックス反応を進行させることが可能となり、安定した窒素除去性能を得ることができる。また、R値とK値とが演算されることにより、適正な濃度比率の混合液が得られることから、混合液と脱窒処理液との夫々の亜硝酸性窒素濃度(N、N)とアンモニア性窒素濃度(A、A)のみを計測すればよく、濃度計測器の設置数を削減することができる。その結果、モニタリングの省力化、設備のコンパクト化とともに、コスト削減が可能となる。
本発明に係る廃水処理システムにおいて、
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。
本構成の廃水処理システムによれば、混合液貯留槽を第一槽及び第二槽の複数の槽で構成することにより、第一槽においては、原水と亜硝酸化処理水との混合が十分になされ、第二槽においては、混合液を一定時間静置することによって溶存酸素が除去される。また、混合液を静置した状態であるため、亜硝酸性窒素濃度N及びアンモニア性窒素濃度Aの測定を正確に行うことができる。その結果、嫌気性アンモニア酸化反応であるアナモックス反応が好適条件下において進行することができる。
本発明に係る廃水処理システムにおいて、
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。
本構成の廃水処理システムによれば、脱窒処理液を還流させて混合液を希釈することにより、NO-N濃度阻害を防ぐことができるともに、脱窒処理液中に残留した亜硝酸性窒素及び/又はアンモニア性窒素を再度アナモックス反応によって処理することで、脱窒処理液に含まれる亜硝酸性窒素濃度N及び/又はアンモニア性窒素濃度Aをさらに低減することができる。また、希釈水として脱窒処理液を使用することで、システム全体の処理液の量を必要最低限に抑えることができ、設備のコンパクト化やコスト削減が可能となる。
図1は、本発明の一実施形態に係る廃水処理方法を実施するための廃水処理システムの全体構成を示すブロック図である。 図2は、本発明の別実施形態に係る廃水処理方法を実施するための廃水処理システムの全体構成を示すブロック図である。 図3は、本発明の一実施形態に係る廃水処理方法のフローチャートである。 図4は、廃水処理システムの制御装置における処理のフローチャートである。 図5は、廃水処理試験におけるK値、R値、及びK/R値を示したグラフである。
以下、本発明について、図面を参照しながら説明する。ただし、本発明は、以下に説明する実施形態や図面に記載される構成に限定されることは意図しない。
<廃水処理システムの概略構成>
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N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A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N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A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N、N、A、及びAから演算されたK値((N-N)/(A-A))の変動に応じて、濃度比率(R=N/A)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N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〕
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〕
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N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A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(N/A)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Nは、50~250mg/L、アンモニア性窒素濃度A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。
混合液貯留槽30では、アナモックス反応のNO-N濃度阻害を防止するために亜硝酸性窒素濃度Nが測定され、制御装置100では、Nが250mg/Lを越えないか常に監視がなされている。Nが250mg/Lを越えると、制御装置100から第二流量調整弁14に制御信号が送られ、混合液貯留槽30に希釈水の供給がなされる。希釈水としては、後述のアナモックス反応処理後の脱窒処理液6が循環供給される他、水道水や地下水、雨水、井戸水等を用いてもよい。図1に示す実施形態では、制御装置100において、第一亜硝酸性窒素濃度計測器9で計測されたNが250mg/Lを超えていると判断されると、脱窒処理液還流経路8の第二流量調整弁14を開き、且つ流量を制御する制御信号が送られ、Nが250mg/L未満になるまで脱窒処理液6が混合液貯留槽30(第二槽32)に還流される。
〔アナモックス反応処理装置〕
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〕
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Nは、0~50mg/L、アンモニア性窒素濃度A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N及びアンモニア性窒素濃度A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Nとアンモニア性窒素濃度A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)。
Figure 0007460278000003
図2に示される廃水処理システム1’は、本発明の別実施形態である。なお、この図2に示される廃水処理システム1’において、図1に示される廃水処理システム1と同一又は同様のものについては、図に同一符号を付すに留めてその詳細な説明を省略することとし、以下においては、図2に示される廃水処理システム1’に特有の部分を中心に説明することとする。当該廃水処理システム1’は、第一原水供給経路2とは別の第二原水供給経路15を備え、バイパス方式ではない廃水処理システムである。この廃水処理システム1’においては、K値((N-N)/(A-A))の変動に応じて、濃度比率(R=N/A)が後述する補正後の所定の制御目標値を保つように、第二原水供給経路15に設けられた第三流量調整弁16に制御信号を送り、混合液貯留槽30における第一槽31への原水の供給量の調整が行われる。当該実施形態は、バイパス方式ではないため、第二原水供給経路15からの原水の供給量を制御して増減させても、第一原水供給経路2からの原水の供給量を一定とすることも可能である。なお、流量調整弁は、第二原水供給経路15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への原水供給量を調整することでR値を調整してもよい(図示せず)。
〔濃度比率調整手段〕
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。
〔制御目標値補正手段〕
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。
〔脱窒処理液還流手段〕
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。
<廃水処理方法>
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]
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]
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、1NH +1.32NO +0.066HCO +0.13H → 1.02N+0.26NO +0.066CH0.50.15+2.03HOの反応式により脱窒が行われる。
[制御目標値補正工程]
制御目標値補正工程(S3)では、濃度N、N、A、及びA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。
図4は、本発明の廃水処理システムの制御装置100における処理のフローチャートである。図4中に示す記号「S」はステップを意味する。以下、各工程をステップ毎に説明する。制御装置100における処理は所定サイクルタイム毎に実行される。
処理前の原水と亜硝酸化処理水4との混合液5における亜硝酸性窒素濃度Nとアンモニア性窒素濃度Aとの濃度と、脱窒処理液6における亜硝酸性窒素濃度Nとアンモニア性窒素濃度Aとの濃度とが測定される(S11)。次に、NとAとの値から濃度比率(R)が演算され(S12)、NとN、AとAとの差分比(下記式(1))から濃度比率(K)が演算される(S12)。また、K/Rの値も演算される(S12)。
Figure 0007460278000004
ステップS12において演算されたK/Rの値に基づいて、R値の制御目標値が必要に応じて補正される。まず、K/Rが0.8~1.2の範囲内であるか否かが判断され(S13)、範囲内であればR値の制御目標値の補正は行われず終了する(S13:Yes)。K/Rが上記範囲外であり(S13:No)、K/Rが0.8未満であれば(S14:Yes)、R値の制御目標値を減少する補正が行われる(S15)。具体的には、K/Rの値が0.8未満となると、K値がR値に対して小さいため、K/Rの値が0.8~1.2となるように、R値を小さくしてK値に近づける必要がある。この場合、R値が減少補正後の制御目標値に一致するように、混合液貯留槽30の第一槽31への原水供給量を増加させる(S16)。亜硝酸化処理水4と混合する原水の供給量を増加させることで、混合液貯留槽30に流入する原水の量が増加する一方で、亜硝酸化処理水槽20に流入する原水の量が減少する(図1の廃水処理システム1の場合)、又は一定である(図2の廃水処理システム1’の場合)ので、混合液5の硝酸性窒素濃度Nが相対的に減少する一方で、アンモニア性窒素濃度Aが相対的に増加し、R値を小さくすることができる。このように原水供給量の調整が行われると、一定時間経過後に、再度濃度N、A、N、及びAの濃度が測定され(S11)、R値、K値、K/Rの値が演算され(S12)、K/Rが0.8~1.2の範囲内となって(S13:Yes)、制御目標値の補正が終了するまで調整が行われる。
一方、K/Rが0.8未満でない、つまり1.2を越えると(S14:No)、R値の制御目標値を増加する補正が行われる(S17)。具体的には、K/Rの値が1.2を超えると、K値がR値に対して大きいため、K/Rの値が0.8~1.2となるように、R値を大きくしてK値に近づける必要がある。この場合、R値が増加補正後の制御目標値に一致するように、混合液貯留槽30の第一槽31への原水供給量を減少させる(S18)。亜硝酸化処理水4と混合する原水の供給量を減少させることで、混合液貯留槽30に流入する原水の量が減少する一方で、亜硝酸化処理水槽20に流入する原水の量が増加する(図1の廃水処理システム1の場合)、又は一定である(図2の廃水処理システム1’の場合)ので、混合液5の亜硝酸性窒素濃度Nが相対的に増加する一方で、アンモニア性窒素濃度Aが相対的に減少し、R値を大きくすることができる。このように原水供給量の調整が行われると、一定時間経過後に、再度濃度N、A、N、及びAの濃度が測定され(S11)、R値、K値、K/Rの値が演算され(S12)、K/Rが0.8~1.2の範囲内となって(S13:Yes)、制御目標値の補正が終了するまで調整が行われる。
本発明の廃水処理システムを用いて廃水処理試験を実施した。
〔実施例1〕
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Nは100mg/L、アンモニア性窒素濃度A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Nは10mg/L、アンモニア性窒素濃度A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2〕
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Nは260mg/L、アンモニア性窒素濃度Aは200mg/Lであり、脱窒処理水の亜硝酸性窒素濃度Nは70mg/L、アンモニア性窒素濃度Aは15mg/Lであった。NO-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N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Nは165mg/L、アンモニア性窒素濃度A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3〕
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Nは260mg/L、アンモニア性窒素濃度Aは200mg/Lであり、脱窒処理水の亜硝酸性窒素濃度Nは20mg/L、アンモニア性窒素濃度Aは60mg/Lであった。NO-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N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Nは140mg/L、アンモニア性窒素濃度A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。
〔比較例1〕
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Nは260mg/L、アンモニア性窒素濃度Aは200mg/Lであり、脱窒処理水の亜硝酸性窒素濃度Nは70mg/L、アンモニア性窒素濃度Aは15mg/Lであった。NO-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N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Nは165mg/L、アンモニア性窒素濃度A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1において、R値の補正後、脱窒処理液の亜硝酸性窒素濃度Nは10mg/Lであり、アンモニア性窒素濃度Aは15mg/Lにまで低減された。実施例2においては、R値の補正後、脱窒処理液の亜硝酸性窒素濃度Nは37mg/L、アンモニア性窒素濃度Aは8mg/Lにまで低減されていた。実施例3においては、R値の補正後、脱窒処理液の亜硝酸性窒素濃度Nは15mg/L、アンモニア性窒素濃度Aは25mg/Lにまで低減されていた。一方、比較例1においては、脱窒処理液の亜硝酸性窒素濃度Nは60mg/L、アンモニア性窒素濃度Aは10mg/L残留しており、アナモックス反応が適正に進行していなかった。
〔試験例〕
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N、N、A、A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。
Figure 0007460278000005
廃水処理試験において、8日間に亘ってK/R値は1.00~1.09の範囲内であり、脱窒処理液の亜硝酸性窒素濃度Nは24mg/L以下、アンモニア性窒素濃度Aは26mg/Lに保たれていた。本発明に係る廃水処理方法、及び廃水処理システムにより、アナモックス反応が適正に進行し、アンモニア性窒素を含有する廃水の安定的な浄化が確認された。
本発明の廃水処理方法、及び廃水処理システムは、産業廃水、畜産廃水、家庭排水、下水等の廃水を処理し、浄化する用途において利用可能である。
1、1’ 廃水処理システム
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)

  1. 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Nとし、前記脱窒処理液の亜硝酸性窒素濃度をNとし、前記混合液のアンモニア性窒素濃度をAとし、前記脱窒処理液のアンモニア性窒素濃度をAとしたとき、下記式(1):
    Figure 0007460278000006
    により算出される濃度比率(K)と、前記濃度比率(R=N/A)とに基づいて実施される廃水処理方法。
  2. 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。
  3. アナモックス反応処理工程におけるNO-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。
  4. 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。
  5. 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。
  6. 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Nとし、前記脱窒処理液の亜硝酸性窒素濃度をNとし、前記混合液のアンモニア性窒素濃度をAとし、前記脱窒処理液のアンモニア性窒素濃度をAとしたとき、下記式(1):
    Figure 0007460278000007
    により算出される濃度比率(K)と、前記濃度比率(R=N/A)とに基づいて前記制御目標値を補正する廃水処理システム。
  7. 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。
  8. 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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