JPH05169091A - 硝化用バイオマスの支持体、該支持体を用いて廃棄物の好気硝化を行う反応器及び生物学的方法、並びに窒素化合物の除去方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】高濃度のアンモニア性窒素（即ちNH₄ ⁺イオン）
を除去するための汚水処理反応器及び処理方法を提供。 【構成】NH₄ ⁺イオンを含む排水の生物学的好気硝化処理
を行うための反応器であって、沈澱タンクＤを支持する
高さ１ｍ、直径８ｃｍのカラムＢを含む。硝化用バイオ
マスが顆粒状支持体に固定されており、この支持体がバ
イオマスの基質として機能し且つ好ましくは１種類以上
の固体炭酸塩をベースとしており、硝化が攪拌床又は流
動床内で行なわれる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明は、高濃度のアンモニア性窒素（即
ちNH₄ ⁺イオン）を除去するための汚水処理方法に係わ
る。

【０００２】周知のように、アンモニア性窒素は藻類の
発生（発育）に寄与する。藻類が発生すると河川又は湖
沼が富栄養化され、水棲動物相に有毒な影響がおよぼさ
れ、管類特に銅管の腐食が促進され、飲料水を得るため
の適確な殺菌処理に必要な塩素量及び接触時間を増加し
なければならないことになる。

【０００３】アンモニア性窒素を除去する方法は既に幾
つか存在し、下記のように分類できる。

【０００４】− 汚水の物理化学的処理方法、例えばア
ンモニア性窒素の酸化還元、沈澱、イオン交換もしくは
ストリッピングによる窒素含有化合物の除去。

【０００５】− 微生物によってアンモニア性窒素の好
気硝化を生起させる生物学的処理方法。

【０００６】NH₄ ⁺イオンの硝化とは、NH₄ ⁺イオンを亜硝
酸塩（ＮＯ₂ ^-）及び／又は硝酸塩（ＮＯ₃ ^2-）イオンに
酸化すること、そして所望であれば亜硝酸塩イオンを更
に硝酸塩イオンに酸化することを意味する。

【０００７】生物学的好気硝化とは、空気及び／又は酸
素の存在下で微生物（細菌等）の働きにより前述のごと
き酸化反応を起こす手法を意味する。

【０００８】最も一般的に使用されているバイオマス
は、アンモニアを亜硝酸に変える働きをもつ細菌（例え
ばｎｉｔｒｏｓｏｍｏｎａｓ）と硝酸に変える働きをも
つ細菌（例えばｎｉｔｒｏｂａｃｔｅｒｓ）との混合物
である。

【０００９】例えばarthrobacter globiformis、asperg
illus flavus及びaspergillus ventiiのような硝化菌を
使用することもできる。

【００１０】生物学的好気硝化方法では通常、微生物又
はバイオマスを顆粒形態の固体支持体に固定させるのが
好ましい。このようにすると反応器内のバイオマス濃度
が増加し、極めて軽い細菌が反応器から流出するのを防
止することもできる。

【００１１】公知の支持体はバイオマスの硝化活性に対
して不活性である。即ち、硝化には寄与しない。

【００１２】この種の支持体としては例えば、活性炭、
珪藻土、砂、セラミック又はガラスビーズをベースとす
る支持体が挙げられる。

【００１３】本出願人が開発したバイオマス支持体はや
はり顆粒状であるが、硝化用バイオマスの基質（ｓｕｂ
ｓｔｒａｔｅ）の役割を果たす。即ち、硝化中に消費さ
れる。

【００１４】本発明の支持体は硝化処理条件下で固体状
である１種類以上の炭酸塩をベースとし、天然物質又は
他の物質に由来し得る。この種の支持体としては、CaCO
₃、MgCO₃、ドロマイト、石灰岩、サンゴ及び好ましくは
泥灰土が挙げられる。

【００１５】泥灰土は比較的廉価であり、機械的強度が
高いため解離しにくく、微生物をよく固定する。

【００１６】本発明のバイオマス支持体は、排水の好気
硝化を行うあらゆる処理で、不活性支持体の代わりに使
用することができる。

【００１７】排水の硝化が行われる反応器内に支持体を
導入した後で、この支持体にバイオマスを播種する。

【００１８】そのためには、例えば硝化用反応器内で
「活動中の」硝化菌を採取し得る。

【００１９】通常はバイオマス播種操作のスピードを高
めるために、微生物の増殖及び／又は維持に必要な液状
栄養素を、支持体に固定した微生物が十分に厚い層を形
成するまで廃棄物中に混入する。この微生物層はスラッ
ジ（ｓｌｕｄｇｅ）と称する。

【００２０】栄養素としてはリン酸塩、マグネシウム、
鉄及び銅、並びに或る種のアミノ酸が挙げられる。

【００２１】この硝化に必要な酸素の一部はＣＯ₂（Ｈ
ＣＯ₃ ^-，ＣＯ₃ ^2-）の存在によってまかなわれ、残りは
硝化すべき排水のエアレーション（即ち酸素富化）、例
えば空気（又は酸素）を直接反応器内に吹き込む操作又
は排水を硝化用反応器内に導入する前の外部エアレーシ
ョン（プレエアレーション）によって供給される。

【００２２】支持体及び硝化用スラッジは固定床であっ
てもよいが、その場合は排水との交換数が少ないため余
り効果的ではない。

【００２３】支持体及びスラッジからなる床は、例えば
排水を反応器の底で上昇流として再循環させることによ
り膨張（上昇）させるのが好ましい。

【００２４】流動速度は余り速くしてはならない。この
速度が速すぎるとスラッジが支持体から剥離して反応器
から流出する危険が生じるからである。

【００２５】体積膨張率が静止時の体積の３０％未満の
場合は撹拌床と呼び、３０％を超えた時は流動床と呼
ぶ。

【００２６】本発明の好気硝化法では流動床が好まし
い。

【００２７】本発明の硝化方法は特に、ＮＨ₄ ⁺濃度が１
５〜５００ｍｇ／ｌの排水に適している。

【００２８】一般に、河川の水はＮＨ₄ ⁺濃度が約１ｍｇ
／ｌであり、家庭の下水は数十ｍｇ／ｌであり、工業排
水、特に化学工業及び農業食品加工工業の排水は数百ｍ
ｇ／ｌ、時には数ｇ／ｌのＮＨ₄ ⁺を含み得る。

【００２９】排水のＮＨ₄ ⁺濃度が十分に高い（濃度１０
０ｍｇ／ｌ以上）場合は、排水を反応器に再循環させる
のが好ましい。

【００３０】排水の再循環は有利には床を膨張させるよ
うに実施し得る。

【００３１】硝化用バイオマスの発生及び増殖には塩基
性ｐＨ、通常は７〜９のｐＨが必要であるが、微生物は
６に近いｐＨでも発生し得ることが判明した。

【００３２】操作温度は通常５〜３０°Ｃであり、この
温度では細菌の増殖が促進される。

【００３３】反応器の操作モードは下記の２つに分けら
れる。

【００３４】− 反応器内における液体の滞留時間が短
い場合は、主要化学反応が水性アンモニアの亜硝酸塩へ
の変換からなる。

【００３５】− 反応器内における液体の滞留時間が長
い場合は、水性アンモニアの亜硝酸塩への変換の後で硝
酸塩への変換が起こる。

【００３６】本出願人は更に、反応器内のバイオマス濃
度が高いと水性アンモニアの硝酸塩への変換が促進さ
れ、前記濃度がより低いと亜硝酸塩への変換が促進され
ることを発見した。

【００３７】炭酸塩がバイオマスの基質として機能する
ため、本発明の支持体は排水の硝化が進行するにつれて
消費される。

【００３８】従って、バイオマスを支持できるようにし
且つ排水の硝化速度が余り低下しないようにするために
は、基質の量が十分であるように配慮しなければならな
い。そのためには、例えば、本発明の硝化方法を生物学
的窒素除去方法、即ち細菌の作用によって硝化用バイオ
マスの支持体として機能し得る炭酸カルシウム塊を生成
させる方法と組合わせ得る。このような操作を行うプラ
ントでは、窒素除去用反応器を上流に配置し且つ硝化用
反応器を下流に配置して、窒素除去中に生成した炭酸カ
ルシウムが硝化用反応器でバイオマスの支持体及び基質
の両方に使用されるようにする。

【００３９】以下に非限定的実施例を挙げて本発明をよ
り詳細に説明する。

【００４０】実施例１ Ａ − プラントの説明 生物学的硝化用反応器は、沈澱タンクＤを支持する高さ
１ｍ、直径８ｃｍのカラムＢを含む。

【００４１】排水はカラムＢの下部に導入され、一部分
が該カラムの底部を通って再循環される。

【００４２】排水のプレエアレーションはカラムＢと同
じタイプのカラムＡで行われる。このカラムにはその底
部から空気が導入され、脱泡器Ｇでの脱泡の後で排水が
回収され、その一部が生物学的硝化用反応器に供給さ
れ、残りがエアレーションカラムＡに再循環される（図
１参照）。

【００４３】Ｂ − 反応器への充填及び播種 粒度０．０５〜０．２０ｍｍの泥灰土を１４ｇ／ｌで、
即ち７０ｇ導入する。この泥灰土は炭酸カルシウムと炭
酸マグネシウムとの混合物である。

【００４４】生物学的硝化用反応器内の活動中のバイオ
マスを４．５ｇ採取し、次いで４０ｍｇ／ｌの（Ｎ
Ｈ₄）₂ＣＯ₃と４３ｍｇ／ｌのＫＨＣＯ₃と３７ｍｇ／ｌ
のＫ₂ＣＯ₃と２ｍｇ／ｌのＫＨ₂ＰＯ₄形態のＰとを含む
供給溶液を前記反応器に供給する。

【００４５】この硝化用反応器は１０時間後に定常状態
になる。

【００４６】Ｃ − 連続的結果 再循環速度Ｕｏ（ｍ／ｈ）と、反応器への供給流量Ｑ
（ｌ／ｈ）と、再循環流量ＲＱ（ｌ／ｈ）と、反応器内
のバイオマス量Ｂｉ（ｇ／ｌ）とを測定する。

【００４７】初期の水性アンモニア濃度（窒素量ｍｇ／
ｌで表される）を測定する： − 反応器内：Ｎ−（ＮＨ₄ ⁺）₀

【００４８】

【数１】 − 反応器の入口：（Ｎ−ＮＨ₄ ⁺）₀ 排水中のＮＨ₄ ⁺、ＮＯ₂ ^-及びＮＯ₃ ^-濃度も測定する（窒
素量ｍｇ／ｌで表される）： Ｎ−（ＮＨ₄ ⁺）_f、Ｎ−（ＮＯ₂ ^-）_f及びＮ−（ＮＯ₃ ^-）
_f ＮＯ₂ ^-は仏国規格ＮＦ Ｔ ９０−０１３に従って測定
し、ＮＯ₃ ^-は仏国規格ＮＦ Ｔ ９０−０１２に従って
測定する。

【００４９】結果は次の表に示す。

【００５０】

【表１】 。

【００５１】反応器は流動床として使用する（再循環速
度４〜８ｍ／ｈ）。

【００５２】初期の水性アンモニア濃度が２０〜５００
ｍｇ／ｌの場合の反応器の機能を調べる。

【００５３】初期水性アンモニア濃度が約２５ｍｇ／ｌ
であり且つ再循環率が約７の場合には、水性アンモニア
が完全に硝化される。初期の水性アンモニア濃度が約２
５ｍｇ／ｌであり且つ再循環率が約２の場合には、ＮＨ
₄ ⁺が十分に除去され、主にＮＯ₃ ^-が形成されるため、こ
の反応器を窒素除去用反応器とタンデム結合して使用す
ることができる。

【００５４】実施例２ 実施例１の場合と同じ特徴を有する容積６０ｌ、高さ２
ｍの反応器に平均粒度０．１ｍｍの泥灰土を充填して使
用する（反応器の泥灰土濃度：７ｇ／ｌ）。

【００５５】この反応器は流動床として使用する（再循
環速度４〜８ｍ／ｈ）。

【００５６】初期の水性アンモニア濃度が２０〜５００
ｍｇ／ｌの場合の反応器の機能を調べる。

【００５７】初期水性アンモニア濃度が約２５ｍｇ／ｌ
であり且つ再循環率が約７の場合は水性アンモニアが完
全に硝化される。初期水性アンモニア濃度が約２５ｍｇ
／ｌであり且つ再循環率が約２に等しい場合には、ＮＨ
₄ ⁺が十分に除去され、主にＮＯ₃ ^-が形成されるため、前
記反応器を窒素除去用反応器とタンデム結合して使用す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】生物学的硝化用反応器の一例を示す簡単な説明
図である。

【符号の説明】

Ａ 空気吹き込みカラム Ｄ 沈澱タンク Ｇ 脱泡器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジルベール・ブランシヤール フランス国、35510・スソン・セビニエ、 リユ・ドユ・ポン・ドウ・セビニエ、22 (72)発明者 ミシエル・プイヨ フランス国、92410・ビル・ダブレイ、ア レ・デ・テイルール、２、ル・モナステー ル

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ＮＨ₄ ⁺イオンを含む排水の生物学的好気硝
   化処理を行うための反応器であって、硝化用バイオマス
   が顆粒状支持体に固定されており、この支持体が前記バ
   イオマスの基質として機能し且つ好ましくは１種類以上
   の固体炭酸塩をベースとしており、硝化が撹拌床又は流
   動床内で生起することを特徴とする反応器。
2. 【請求項２】硝化用バイオマスの支持体が１種類以上の
   固体炭酸塩をベースとしていることを特徴とする請求項
   １に記載の反応器。
3. 【請求項３】硝化用バイオマスの支持体がＣａＣＯ₃及
   び／又はＭｇＣＯ₃を含んでいることを特徴とする請求
   項１又は２に記載の反応器。
4. 【請求項４】硝化用バイオマスの支持体が泥灰土をベー
   スとしていることを特徴とする請求項３に記載の反応
   器。
5. 【請求項５】床の膨張が排水の部分的再循環によって得
   られることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項
   に記載の反応器。
6. 【請求項６】請求項１から５のいずれか一項に記載の反
   応器を用いて排水を生物学的好気硝化にかける方法。
7. 【請求項７】排水中に含まれる窒素化合物を除去する方
   法であって、好ましくは生物学的な窒素除去操作を請求
   項６に記載の生物学的硝化操作と組合わせたものからな
   る方法。
8. 【請求項８】硝化用反応器への液体の再循環度を、主に
   亜硝酸塩への変換が起こるか又は高度の硝酸塩変換が起
   こるように調整することを特徴とする請求項７に記載の
   方法。