JPH0133236B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は廃水中に溶解している窒素分を生物学
的に除去する生物学的脱窒素法に係わり、特に、
脱窒素工程への水素供与物質の供給制御方法に関
する。

廃水中の窒素化合物は湖沼や内海における富栄
養化現象の一要因で、窒素化合物を除去するいわ
ゆる脱窒を行うことが重量である。廃水からの脱
窒するには物理化学的アンモニウムガスとして飛
散させる方法、生物学的に窒素ガスとして飛散さ
せる方法や蛋白源として回収する方法が知られて
いる。これらの方法のうち生物学的に窒素ガスと
して飛散させる生物学的硝化脱窒素法が最も一般
的に用いられている。

この生物学的脱窒法は、好気性条件で生育する
硝化菌の作用によりアンモニア性窒素（以下
NH₄−Ｎと称する）を硝酸性あるいは亜硝酸性
窒素（総称してNOx−Ｎと以下称する）に酸化
させる硝化工程と、硝化工程からの流出水すなわ
ち硝化液中のNOx−Ｎを嫌気性条件で活動する
脱窒素菌の作用により窒素（以下N₂と称する）
ガスに還元する脱窒素工程とから構成されてい
る。脱窒素工程では脱窒素のための還元剤が必要
となり、一般的にメタノール等の水素供与体であ
る有機炭素源が使用される。脱窒素工程への有機
炭素源供給は生物学的脱窒素法において重要なこ
とである。すなわち、炭素源の過少添加は、
NOx−Ｎを残留させるとともに脱窒素プロセス
の下流に設置される沈殿池で脱窒反応が進むため
に汚泥浮上現象を発生させ、処理水質を悪化させ
る原因となる。一方、有機炭素源の過剰添加は不
経済であるばかりでなく、残留炭素源が処理水の
有機物濃度を増大させる結果となり処理水質の悪
化を招くことになる。したがつて、有機炭素源の
供給は除去すべき窒素量に過不足のないように行
うことが必要となる。

有機炭素源の供給量を適正に行うため、従来種
種の制御方法や提案されている。その１つとし
て、脱窒素工程で発生するガス流量を測定し、そ
の全成分がN₂ガスであるとして求めたN₂ガス発
生量に対応して有機炭素源注入量を制御する方法
がある。この制御方法はガス発生総量を完全に検
出することが条件となる。しかるに、脱窒素工程
では気液境界面に発生したスカムが固定層を形成
し、この固定層が発生ガスの飛散を妨害するため
に検出ガス量は大きな誤差を伴う。また、巨大な
土木構造物である下水処理場の脱窒素工程を完全
に密閉することは困難でガス洩れを避けられず、
誤差が更に大きくなる。これらの誤差は、元々の
ガス発生量が非常に少ないことから無視できな
い。したがつて、このような誤差を伴つた検出量
に基づき炭素源注入量を制御しても適正量を注入
することは不可能である。

また、流廃水中の全窒素量あるいは硝化槽から
流出した硝化液中の硝酸性窒素を分析計により窒
素量を検出し、炭素源注入量を検出値に比例して
制御する方法、検出値と廃水流量との積に比例し
て注入する方法がある。しかし、これらの分析計
は信頼性や保守性が十分でなく、また検水を分析
計に導入する際に汚泥除去などの前処理を必要と
するなどの欠点があり、オンライン計測器として
用いることはできない。

以上のように、従来の制御方法では水素供与体
の注入量を過不足なく適正に行うことができず、
水処理を良好に行うことができないという欠点を
有する。

本発明は上記点に対処して成されたもので、そ
の目的とするところは硝化工程で生成される全窒
素量を還元するのに必要な適正量の水素供与物質
を供給し、水処理を良好に行える生物学的脱窒素
法の制御方法を提供することにある。

本発明の要点とするところは、硝化液中の
NOx−Ｎが脱窒素工程排ガス中の窒素成分量か
ら算出できることを見出したことにあり、窒素成
分量を正確に検出するために硝化液の一部とその
硝化液中のNOx−Ｎを完全に脱窒するに十分な
水素供与物質を供給するとともにガス撹拌を行わ
せる検出用脱窒槽を設け、この検出用脱窒槽で測
定した窒素成分量に基づき脱窒素工程のNOx−
Ｎ量に応じた量の水素供与物質の供給量を制御す
るようにしたものである。

本発明の基本理念についてまず説明する。

本発明者らは好気的条件（硝化工程）でNH₄
−Ｎが酸化されて生成したNOx−Ｎを嫌気的条
件（脱窒工程）におくとN₂ガスと亜酸化窒素
（以下N₂Oと略称する）ガスが同時に発生し、そ
れぞれのガス発生量は廃水中のNOx−Ｎ量に比
例することを実験的に見出した。第１図はN₂ガ
ス発生量とNOx−Ｎ量の関係、第２図はN₂Oガ
ス発生量とNOx−Ｎ量の関係を示す。これらの
図から、N₂ガスあるいはN₂Oガス発生量はNOx
−Ｎ量と比例関係にあり、排ガス中の窒素成分量
G_Nから廃水中のNOx−Ｎ量t_oを次式で表わすこ
とができる。

t_o＝ａ×G_N＋ｂ ……(1) ａ、ｂ：定数 なお、窒素成分量G_NはN₂ガスとN₂Oガスの両
者により、あるいはそれぞれのガス単独によつて
もNOx−Ｎ量t_oを求めることができる。ところ
で、本発明者らの実験において、脱窒素工程の撹
拌をガス吹込みで行うことにより気液境界面にス
カムの固定層を形成させずガス飛散を良好にし、、
かつ液中への溶解N₂ガスを強制的に放散させる
ために発生ガスのほぼ全量を排ガス中に含ませる
ことができた。排ガス中のN₂及びN₂O濃度は、
例えばガスクロマトグラフ分析装置や高感度赤外
分光光度計などによりオンライン計測が容易であ
る。このことから、脱窒素工程をガス曝気し、そ
の排ガス中の窒素成分量を測定することによつて
廃水中のNOx−Ｎ量を精度良く求めることがで
きる。

本発明はこのような理念に基づき成されたもの
で、本発明の一実施例を第３図に示す。

第３図は硝化槽１、脱窒槽３および沈殿池２が
直列に配置されている最も一般的なプロセス構成
に本発明を採用した例を示す。

第３図において、有機窒素あるいはアンモニア
性窒素が溶解している流入水１１が硝化槽１に流
入する。硝化槽１では流入水１１中の窒素を送風
機２４からの曝気空気による酸素供給と硝化菌の
作用により数時間の滞留時間のもとで硝酸性窒素
に硝化する。硝化槽１から流出した硝化液１２は
脱窒槽３に導かれる。脱窒槽３では供給装置２３
から水素供与物質（例えばメタノールの有機炭素
源を供給するとともに、機械式撹拌が行われる。
このような操作によつて、硝化液１２に溶解する
NOx−Ｎは脱窒菌の触媒作用のもとに水素供与
体で還元され、N₂のうち飽和溶解度以上のもの
は排ガスＧとして放散し、窒素除去が終了する。
脱窒槽３から流出した脱窒液１４は沈殿池２に導
かれ、硝化菌及び脱窒菌は沈降し、一部は返送汚
泥１５として再び硝化槽に還流され、残りは余剰
汚泥として系外に排出される。一方、上澄液１６
は処理水として河川等に放流される。

一方、脱窒槽３に供給される水素供給物質は次
のようにして制御される。

検出用硝化槽４には硝化液注入装置２５により
硝化液１２の一部を一定流量q_oで導入され、また
炭素源供給装置２４により定量の炭素源q_cが供給
され、検出用脱窒槽４内は曝気装置２２により散
気管８から噴射されるガスにより曝気される。曝
気ガスは不活性ガス、消化ガスなどはもちろんの
こと、空気であつても良い。また、曝気ガスとし
て水素含有ガスを用いると窒素源の供給量を少な
くできる。

検出用脱窒槽４への炭素源（メタノール）添加
量q_cは硝化液q_oの全NOx−Ｎ量t_oを完全に還元す
るに十分な量を供給することが必要で、例えば次
式で与えられる。

q_e＝ｋ・t_o＝ｋ・q_o・（NOx−Ｎ）_nax ……(2) ここで、（NOx−Ｎ）_naxはNOx−Ｎ濃度の日最
大値、ｋはメタノール濃度や消費率等を考慮した
定数である。メタノールq_cは過剰添加されること
になるが、分岐した硝化液q_oは硝化液１２に比べ
微小量であることから、消費するメタノール量か
ら見れば無視できる量である。また、脱窒液１
４′を脱窒槽３に流入させることにより残留メタ
ノールの有効利用ができる。一方、検出用脱窒槽
４を密閉し、覆蓋上部の一個所より排ガスを抜出
してN₂ガス分析計３３及びN₂Oガス分析計３４
に導きそれぞれの濃度C_N2、C_N2Oを計測する。分
析計３３，３４で測定したガス濃度C_N2、C_N2Oを
窒素成分演算回路３６に加える。なお、N₂ガス
とN₂Oガスの両方を測定すると硝化液中の全窒
素量を正確に測定できる。窒素成分演算回路３６
はガス流量計３１で検知された曝気ガス流量Q_g
も入力され、窒素成分量G_Nが次式で求める。

G_N＝｛k₁・C_N2＋K₂・C_N2O｝・Q_g ……(3) k₁、k₂：定数 ここで、ガス流量計３１が曝気ガスを測定して
いるのは検出用脱窒槽４のガス発生量が曝気ガス
量に比べて僅少でほぼ無視できるからである。こ
のようにするとガス流量計３１に水分が附着する
ことがなく好都合である。

窒素量演算回路３７は窒素成分量G_Nから(1)式
に基づき硝化液１２中のNOx−Ｎ量t_oを求める
全窒素量演算回路３８は硝化液１２のNOx−Ｎ
量t_oと流量計３２で測定した硝化液１２の流量Q₀
を入力し、硝化液１２中の全NOx−Ｎ量T_Nを求
め注入量制御回路３９に加える。注入量制御回路
３９は全NOx−Ｎ量T_Nを還元するのに必要とす
るメタノール供給量Q_cとなるように供給装置２
３を制御する。

このようにして有機炭素源の供給量を制御する
のであるが、硝化液中の硝化窒素を還元するのに
必要な適正量の有機炭素源を注入でき、良好な水
処理を行える。

以上説明したように、本発明によれば、硝化工
程で酸化された窒素量に対応した水素供与物質の
供給が行われるために脱窒素工程流出液中の硝化
窒素量及び残留炭素源量を常に零にすることがで
き、水処理を良好に行える。

【図面の簡単な説明】

第１図は脱窒反応時における硝化液中のNO₂
−Ｎ量とN₂発生量の特性図、第２図はNOx−Ｎ
量とN₂O発生量の特性図、第３図は本発明の一
実施例を示す構成図である。 １……硝化槽、２……沈殿池、３……脱窒槽、
４……検出用脱窒槽、１１……流入水、１２……
硝化液、１３……混合液、１４，１４′……脱窒
液、１５……返送汚泥、１６……処理水、２１，
２２……曝気装置、２３，２４……炭素源供給装
置、３３……窒素分析計、３４……亜酸化窒素分
析計。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 流入廃水中の窒素化合物を酸化する硝化工程
   と、該硝化工程から流出する硝化液中の硝酸性窒
   素あるいは亜硝酸性窒素を水素供与体の存在下で
   還元し窒素性ガスとして除去する脱窒素工程とを
   有する生物学的脱窒素法において、前記硝化液の
   一部を導入し、供給される水素供与物質と曝気撹
   拌する検出用脱窒槽を設け、この検出用脱窒槽の
   排ガスに含有する窒素量を測定し、該含有窒素量
   から前記硝化液中の硝化窒素量を求め、この硝化
   窒素量に応じてするように前記脱窒素工程へ供給
   する水素供与物質量の制御を行い硝化窒素量を還
   元させるようにしたことを特徴とする生物学的脱
   窒素法の制御方法。 ２ 特許静求の範囲の第１項において、検出用脱
   窒槽に定量の硝化液を導き、該硝化液中の最大硝
   化窒素量を還元するに十分な量の水素供与物質を
   供給し、完全還元下の含有窒素量に基づいて硝化
   液中の硝化窒素量を求めるようにしたことを特徴
   とした生物学的脱窒素法の制御方法。