JPH04151000A - 窒素およびリンの同時除去方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ、産業上の利用分野 この発明は廃水中の窒素およびリンの同時除去方法およ
びその装置に関するものである。

Ｂ１発明の概要 この発明は廃水中の窒素およびリンを同時に除去する方
法である嫌気−好気活性汚泥法の処理を高める方法およ
びその装置において、 嫌気槽内にチオ硫酸鉄溶液を注入し、炭素源としてＮ　
ａ　ＨＣＯｓまたはＣａＣＯ３補給することにより、 脱窒槽において硫黄脱窒反応を生起させて流入廃水中の
窒素、リンを同時に除去することができるようにしたも
のである。

Ｃ９従来の技術 近年、廃水中の窒素を除去する方法が種々提案されてい
る。その中で循環式硝化・脱窒法などの生物処理方法が
実用化されているが、物理化学的方法はコストが嵩む関
係から普及していない。例えば、物理化学的方法として
実用化されているリン除去方法に凝集沈澱晶析手段があ
るが、この手段はコストや維持管理面で難点がある。

最近、窒素・リンの同時除去方法として嫌気−好気活性
汚泥法が知られている。この方法は従来の標準活性汚泥
性設備を大幅に変更しなくても利用でき、かつコストが
安くなる利点があるので注目されている。しかしながら
、上記方法は窒素とリンを同時に効率良く除去できる条
件に制御することが困難であり、窒素よりも特にリンの
除去の方が困難であると言われている。その１つに硫黄
補填好気−嫌気活性汚泥法の脱窒・脱リン機能（水質汚
濁研究、第１２巻、第７号４４１−４４８．１９８９）
が提案されている。この方法は脱窒菌に対する水素供与
体としてメタノールの代わりに硫黄を供給することによ
り脱窒速度を高め、槽の容積を減少させることにある。

また、鉄接触材を用いたリン除去技術（用水と廃水、Ｖ
ｏｌ。

３２、ＮＯ，３，１９９０）による方法は鉄を腐食させ
て溶解させ、鉄イオンがリン酸イオンと反応して不溶性
の沈澱を生成することを利用したもので、維持管理が容
易でランニングコストが安いという利点がある。

しかし、上記方法は現在のところ生物処理のみで、窒素
とリンを効率良く同時除去することは困難であるけれど
も、物理化学的処理方法と組み合わせることにより実用
化が可能と考えられている。

Ｄ。

発明が解決しようとする課題 下廃水の生物学的窒素除去方法として、これまで第２図
Ａ−Ｄに示すような各種の方法が開発されてきた。これ
らの方法の中で、現在、最も有望視されている汚泥循環
式硝化脱窒法（第２図ＢのＢａｒｎａｒｄ法や第２図り
の嫌気−好気式高濃度活性汚泥法）では脱窒反応の水素
供与体として流入下廃水や汚泥中の有機物を利用できる
ので、外部からメタノール等の有機炭素源を補填する第
２図Ａに示すＢｒｉｎｇｍａｎｎ法に比べ、低薬品コス
トで窒素除去を行える利点がある。しかし、上記汚泥循
環式硝化脱窒法では硝化槽１から脱窒槽２へ活性汚泥の
混合液を流入廃水量の２〜４倍の高流量で返送循環しな
ければならないから運転コストが高くなる欠点をもって
いる。なお、第２図Ａ−Ｄにおいて、３は沈澱槽、４は
返送汚泥路である。

第２図Ｃは外部から有機炭素源を補填することなく、し
かも活性汚泥の大量返送循環を要しない窒素除去方法（
Ｗｕｈｒｍａｎｎ法、好気−嫌気式活性汚泥法）である
。この第２図Ｃの方法は活性汚泥の内生脱窒能を利用す
る処理方法であることから巨大な脱窒槽２ａを必要とし
、かつ高い窒素除去率を得ることができないことが判明
した。このため、現在広く普及するに至っていない。

この第２図Ｃの欠点を補足すべく第２図Ｃの嫌気脱窒槽
２ａに安価な粒状硫黄とＮａＣＨＯａを補填して自栄養
性の通性硫黄脱窒細菌（Ｔｈｉｏｂａｃｉｌｌｕｓ　ｄ
ｅｎｉｔｒｉｔｉｃａｎｓ）の働く環境を整えることに
より、脱窒速度を高めることができるようになった。さ
らに、このプロセスに脱リン機能を付加すれば低コスト
の窒素リンの同時除去が可能になるものと第３図に示す
ように脱リン濃縮槽５を設けた構成を案出した。この第
３図の方法を用いると、２０時間の滞留時間でＴ−Ｎを
８０％、Ｔ−Ｐを７０％の除去率で除去することができ
た。しかしながら、この第３図の方法では脱リン濃縮槽
５における高濃度のリンを含有する上澄液からのリンの
除去に関して問題があり、リンの除去率がやや低い欠点
がある。

また、生物学的脱リン法として知られている第４図Ａ、
　ＢはＡＯ法およびＡ２０法と称されるものであるが、
これらは環境条件の変化によって起こる活性汚泥のリン
蓄積、放出能を利用している。

このため、雨水等が大量に流入してＤｏ（溶存酸素）が
上昇したりすると、嫌気条件を維持することが困難とな
り、リンの除去能が安定しないという欠点がある。

さらに、第４図Ｃに示す鉄−接触材を用いたリン除去法
は鉄の溶解を妨害するような付着物が表面に沈着するた
めに、脱リン効果が持続しないという欠点があり、いま
だ実用化されていないのが実状である。

上記の事情に鑑みて、本発明者は、平成２年特許願第１
８６５１０号において、硫黄補填脱窒法と鉄接触材を用
いた脱リン法や生物学的脱リン法などを組み合わせて生
物・物理化学的窒素・リンを同時に除去するようにした
窒素およびリンの同時除去方法およびその装置を提案し
ている。

上記先願になる窒素およびリンの同時除去方法および装
置によれば、硫化鉄鉱をＡ２０法の嫌気槽に浸漬すると
ともに嫌気槽入口においてＮａＣＯ３またはＣａＣＯ３
を炭素源として注入する。硫化鉄鉱は少量づつ溶解して
硫黄および鉄分が嫌気槽内に溶出する。硫黄の溶解によ
り嫌気槽の嫌気性度が高まりＯＲＰが低下してリンの放
出が起こり易くなる。溶出した硫黄脱窒反応における電
子供与体として用いられるので脱窒槽においては通常の
有機物を電子供与体とする脱窒菌による脱窒反応と硫黄
脱窒菌による硫黄脱窒反応が起こる。

一方、溶出した鉄分は廃水中のリン酸イオンと反応して
不溶性のリン酸鉄として沈殿槽において活性汚泥ととも
に沈殿分離され、その一部は余剰汚泥として系外から除
去される。リン酸鉄は汚泥処理工程において嫌気性にな
っても溶出することはない。

以上の構成と作用により廃水中の窒素およびリンの同時
除去を行うことができる。

しかしながら、硫化鉄鉱は硫黄脱窒反応における安価な
電子供与体となるが、天然の硫化鉄鉱は有害な重金属を
含む可能性がある。硫化鉄鉱山から産出する硫化鉄鉱は
砒素（Ａｓ）を相当量含有しており、硫化鉄鉱をそのま
ま使用するのは衛生上問題がある。また、硫化鉄鉱の代
わりに純粋な硫化鉄を用いたのでは処理コストが安いと
いう末法の特長が失われる。また硫化鉄鉱は固体であり
、溶解速度が小さいので脱窒反応を促進するためには相
当大量の硫化鉄を入れる必要があることと溶解硫黄量の
調節が困難であり、取り扱いが不便である。

この発明は上述の問題点に鑑みてなされたもので、その
目的は、窒素とリンの同時除去方法として知られるＡ２
０法の嫌気槽にチオ硫酸鉄溶液を注入し、炭素源として
ＮａＨＣＯａ又はＣａＣＯ３を補給して、脱窒槽におい
て硫黄脱窒反応を生起させて廃水中のリンを不溶性のリ
ン酸化鉄として除去することにより、リン除去性能と向
上させた窒素およびリンの同時除去方法およびその装置
を提供することである。

Ｅ０課題を解決するための手段 第１発明は流入水とともに炭素源を嫌気槽に導入した後
、その導入水を嫌気槽内に補填されたチオ硫酸鉄と反応
させ、このチオ硫酸鉄から溶出される硫黄分および鉄分
を含んだ水を、脱窒素槽に導入し、この槽で硫黄脱窒反
応を生起させた後、脱窒槽から流出した水を好気槽に流
入させて硝化細菌により硝化させるとともに一部を脱窒
槽に返送させ、好気槽からの流出水は沈澱層を介して上
澄水を処理水として排出するようにしたことを特徴とす
るものである。

また、第２発明はチオ硫酸鉄が注入され、炭素源が流入
水とともに導入される嫌気槽と、この嫌気槽に導入され
た流入水がチオ硫酸鉄と反応し、流出した水が導入され
、導入水により脱窒反応が生起される脱窒槽と、この脱
窒槽から流出する水が導入され、硝化細菌の作用により
導入水が硝化されるとともに一部の導入水が脱窒槽に返
送されるようにした好気槽と、この好気槽から流出した
水が導入され、導入水から固液分離を行って上澄水を処
理水として排出させるとともに沈澱汚泥を嫌気槽に返送
する沈澱層とを備えたものである。

１０作用 窒素、リンの生物的同時除去方法として知られるＡ、Ｏ
法の嫌気槽にＦｅＳ２０３（チオ硫酸鉄）溶液を注入し
、炭素源としてＮ　ａ　ＨＣＯｓまたはＣａＣＯ３を補
給することにより、脱窒槽において硫黄脱窒反応を生起
させて、脱窒速度を高めるとともに、鉄イオンが流入廃
水中のリン酸と反応して不溶性のリン酸鉄として除去さ
れる作用を有する。

また、雨水流入時のように嫌気槽のＤｏが上昇すること
が予想される場合にＮ　ａ　２Ｓ　０３あるいはＮａ２
Ｓ、ＣａＳなどをＦｅＳ２０ｓと併用して注入すること
により嫌気槽の嫌気性環境を維持する作用を有する窒素
リンの同時除去を行う。

さらに、硝化液のＮｏ、−Ｎを測定して、Ｆｅ５２０３
注入率を決定する。

Ｇ、実施例 以下に本発明の一実施例を第１図を参照しながら説明す
る。

第１図において、１１は下廃水等が流入される嫌気槽で
、この嫌気槽１１にはＦｅ５ｘＯｓ（チオ硫酸鉄）、Ｎ
ａ２ＳＯ３またはＮａ２Ｓ　＊　Ｃａ５Ｎ　ａ　ＨＣＯ
３またはＣａＣＯ３を注入する。嫌気槽１１の入口にお
いてＦｅＳ２０ｓ溶液を硫黄脱窒反応の電子供与体とし
て、またＮ　ａ　ＨＣＯ３あるいはＣａＣＯ３を炭素源
として注入する。

一 ５２０３　　イオンは溶存酸素（Ｄｏ）を低減する能力
が８２−やＳＯｓなどより弱いので、嫌気槽１１内の溶
存酸素を低減する必要がある場合はＮ５ＳＯｓまたはＮ
ａ２Ｓなどを補充する必要があるが、これによって嫌気
槽１１内の嫌気性度が高くなり、ＯＲＰが低下してリン
の放出が起こり易くなる。

鉄イオンはリン酸イオンと反応して不溶性のリン酸鉄と
して沈殿する。

嫌気槽１１から流出した水は次に脱窒槽１２に流入し、
次式（１）の化学量論理式から硫黄脱窒細菌の作用によ
り５２０３　イオンを電子供与体とする硫黄脱窒反応が
起こる。

０、８４４３２０　ｓ　十ＮＯｓ　＋　０．３４７ＣＯ
□＋０．０８６５ＨＣＯ；十０．８６５ＮＨ４＋　０．
４３４ＨＯ２０→０．０８６５ＣｓＨ７０ｚＮ＋０．５
Ｎ２＋１．６８９ＳＯ４＋０．６９７Ｈ”　　・・−・
−（１）脱窒槽１２から流出した水は次に好気槽１３に
流入し、水中のアンモニアが硝化細菌の作用により（２
）、　　（３）式のように硝化される。

Ｎ　Ｈ４＋　３／２０２→Ｎ０２＋Ｈ２０＋２Ｈ′）・
・・・・・（２）Ｎｏ・十ＴＯ・−Ｎｏパ°°°゛べ３
）好気槽混液（硝化液）は脱窒槽１２に循環反送されて
再び脱窒が行われる。好気槽流出水は沈殿槽１４に流入
し、固液分離が行われ、上澄水は処理水として系外に排
出され、沈殿汚泥の一部は返送汚泥部１５を通しても嫌
気槽１１に返送され、残りは途剰汚泥として系外に排出
される。Ｎ、　　Ｐの排出系態としては、Ｎは窒素ガス
Ｐは不溶性のリン酸鉄である。リン酸鉄は嫌気性条件で
も溶出しないので汚泥処理工程において嫌気性条件にお
かれた場合でも汚泥処理における返流水とともに水処理
系統に戻ってくることはない。

以上の構成と作用により、Ｎ、Ｐ同時除去を行うことが
できる。なお、ＦｅＳ２０３注入はＡ２０法以外の生物
学的Ｐ除去法、あるいは生物学的硝化脱窒処理、生物学
的Ｎ、Ｐ同時除去方式における嫌気槽、または脱窒槽に
おいて適用される。

ＦｅＳ２０３は過不足なく注入することが望ましいが、
注入率は好気槽混液（硝化液）のＮ０３−ＮをＮｏ３−
Ｎ計１６により測定しく４）式より算出される。

Ｆｅ２５２０ｓ固定注入率（ｍｇ／ｊ’）−硝化液Ｎｏ
３−　Ｃｍｇ・Ｎ／Ａり　Ｘ　１０．１　−−−−−−
　（４）Ｎ　Ｏｓ　−Ｎ　１　ｍ　９／　Ａ’はＮＯＳ
として４．４２ｒｎｇ／ｌ−”　０　、０７１４　ｍｍ
ｖｏ／／Ａ’で、Ｎｏ３１モルに対スル５２０ｓ　の必
要モル数は０．８４４モル、Ｎａ２Ｓ２Ｏ３の分子量は
１６８であるからＮＯ３−Ｎ１ｍｇ／Ｉに対してＦｅ２
５２０３は０．０７１４ｘＯ。

８４４Ｘ１６８＝１０．１ｍｇ／Ａ！必要である。

Ｈ０発明の効果 以上述べたように、本発明によれば、次のような効果が
得られる。

（１）８２０３　　イオンを電子供与体としだ脱窒反応
の速度は有機物を電子供与体として用いた脱窒反応の反
応速度に匹敵する程度に高いので脱窒槽の容量を縮少で
きる。

（２）ＦｅＳ２０ｓは水に対する溶解度が高く、溶液と
して注入できるので注入制御により過不足なく脱窒反応
を行うことができる。

（３）Ａ２０法による生物的脱リン法は雨水などが流入
すると溶存酸素濃度が高くなり、リンの放出が起こりに
くくなるため、リンの除去能が低下することがある。Ａ
２０法の嫌気槽にＦｅＳ２０３を注入することにより（
必要に応じてＮａｚＳＯｓも注入する）、ＤＯの上昇を
防止して、嫌気的雰囲気を維持することができる。また
リン酸は不溶性のリン酸鉄として除去することができる
ので、リンの除去性能を安定化させる効果がある。

（４）ＦｅＳ２０ｓは安価ではないが、硫化鉄鉱のよう
な重金属汚染の心配はない。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す構成説明図、第２図
Ａ−Ｄは生物学的窒素除去方法を示す構成説明図、第３
図は脱リン濃縮槽を組み込んだ修正好気−嫌気活性汚泥
法の構成説明図、第４図Ａ〜Ｃはリン除去法を示す構成
説明図である。 １１・・・嫌気槽、１２・・・脱窒槽、１３・・・好気
槽、１４・・・沈澱槽、１５・・・返送汚泥部、１６・
・・Ｎ　Ｏｓ　−Ｎ計。 外１名 第２図（Ａ） ゝ４ 第２図（Ｃ） １−・・−層しと１ ２．２ａ−・−肌ｖ１ ３−−一沈Ｆト壇 ４−・・・−ｔａ汚泥Ｊ各 λ 第２図（Ｂ） 第２図（Ｄ） 第３図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）流入水とともに炭素源を嫌気槽に導入した後、そ
   の導入水を嫌気槽内に補填されたチオ硫酸鉄と反応させ
   、このチオ硫酸鉄から溶出される硫黄分および鉄分を含
   んだ水を、脱窒素槽に導入し、この槽で硫黄脱窒反応を
   生起させた後、脱窒槽から流出した水を好気槽に流入さ
   せて硝化細菌により硝化させるとともに一部を脱窒槽に
   返送させ、好気槽からの流出水は沈澱層を介して上澄水
   を処理水として排出するようにしたことを特徴とする窒
   素およびリンの同時除去方法。
2. （２）チオ硫酸鉄が注入され、炭素源が流入水とともに
   導入される嫌気槽と、この嫌気槽に導入された流入水が
   チオ硫酸鉄と反応し、流出した水が導入され、導入水に
   より脱窒反応が生起される脱窒槽と、この脱窒槽から流
   出する水が導入され、硝化細菌の作用により導入水が硝
   化されるとともに一部の導入水が脱窒槽に返送されるよ
   うにした好気槽と、この好気槽から流出した水が導入さ
   れ、導入水から固液分離を行って上澄水を処理水として
   排出させるとともに沈澱汚泥を嫌気槽に返送する沈澱層
   とを備えた窒素およびリンの同時除去装置。