JPH07328692A - 生物学的窒素除去装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 硝化槽に過剰なＢＯＤが流入することを防止
し、脱窒槽において浮遊物質の酸発酵を行わせて生成す
る水素供与体を脱窒処理に利用する。 【構成】 原水中の浮遊物質を捕捉・除去する脱窒菌固
定化担体充填ゾーン５を脱窒槽１内に設け、脱窒槽１の
底部に浮遊物質を堆積するための汚泥ホッパー部６を設
け、汚泥ホッパー部６にホッパー散気装置８を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、下水・産業排水等の有
機物を含む原水の処理を行う生物学的窒素除去装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来の生物学窒素除去装置においては、
有機物を含む原水を、まず脱窒槽に導き、続いて硝化槽
に導入する。さらに、硝化槽から流出する硝化槽混合液
は、一部を硝化液として脱窒槽に循環・返送し、残りは
余剰汚泥分離のため最終沈澱池へと流出させる。そし
て、脱窒槽では、流入する原水中に含まれるＢＯＤ成分
を脱窒反応の水素供与体として利用することにより、硝
化液循環に伴って脱窒槽に持ち込まれる酸化態窒素を脱
窒処理する。また、硝化槽では脱窒槽で除去されない残
留ＢＯＤ成分の酸化分解およびアンモニア性窒素の硝化
を行う。このプロセスにおいては浮遊活性汚泥により硝
化および脱窒を行って窒素を除去しており、この方法が
従来の一般的な窒素除去方式である。尚、脱窒処理を促
進するために、接触材を充填した固定床型の脱窒槽を用
いる場合もある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記したように、硝化
槽では脱窒槽で除去されない残留ＢＯＤ成分の酸化分解
およびアンモニア性窒素の硝化を行っている。しかし、
下水等の原水を生物学的に脱窒素処理するに要するエネ
ルギーのうち、曝気に要するエネルギーの占める割合は
高く、省エネルギーの観点から、硝化槽における吹き込
み空気量の削減が求められている。このため、硝化槽で
はアンモニア性窒素の硝化のみが行われるようにし、脱
窒槽からＢＯＤ成分が硝化槽に流入しないようにして、
ＢＯＤ成分の酸化に要するエネルギーを不要となし、吹
き込み空気量を削減することが求められる。

【０００４】一方で、硝化槽から流入する酸化態窒素の
量に対し、下水等の原水に含まれる溶解性のＢＯＤの量
が少なく、充分に脱窒処理が行えない場合が多々ある。
このため、脱窒反応に利用し易い形態をなす水素供与体
としてメタノール等の溶解性のＢＯＤを脱窒槽に供給す
ることが求められる。

【０００５】本発明は上記課題を解決するもので、硝酸
性窒素や亜硝酸性窒素といった酸化態窒素の脱窒処理に
見合うだけの量のＢＯＤのみを脱窒槽に流入させること
により、このＢＯＤを脱窒反応に伴いほぼ完全に消費さ
せて持ち込ませないようにし、また、脱窒槽において浮
遊物質の酸発酵を行わせ、生成する水素供与体を脱窒処
理に利用することによって充分に脱窒処理を行うことが
できる生物学的窒素除去装置を提供することを目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記した課題を解決する
ために、本発明の生物学的窒素除去装置は、有機物を含
む原水が流入する脱窒槽と、脱窒槽の脱窒槽混合液が流
入する硝化槽と、硝化槽の硝化液を脱窒槽へ循環させる
硝化液循環流路と、硝化槽内に配置した硝化槽散気装置
とを備えた生物学的窒素除去装置において、脱窒菌固定
化担体を充填してなり脱窒槽に流入する原水中の浮遊物
質を捕捉・除去する脱窒菌固定化担体充填ゾーンを脱窒
槽内に設け、原水導入流路および硝化液循環流路を脱窒
槽の脱窒菌固定化担体充填ゾーンの下方位置に連通さ
せ、脱窒槽の底部に脱窒菌固定化担体充填ゾーンで捕捉
・除去した浮遊物質を堆積するための汚泥ホッパー部を
設け、汚泥ホッパー部にホッパー散気装置を設けた構成
としたものである。

【０００７】また、脱窒槽の脱窒菌固定化担体充填ゾー
ンの下方に脱窒槽散気装置を設けた構成としたものであ
る。また、原水を固液分離した後の分離液を脱窒槽に導
く固液分離装置を脱窒槽の上流工程として設けた構成と
したものである。

【０００８】

【作用】上記した構成により、脱窒槽においては、原水
導入流路から脱窒槽に流入した原水が、脱窒菌固定化担
体充填ゾーンを通って脱窒槽の上部領域に達し、その後
に硝化槽へ流出する一方で、硝化槽から硝酸性窒素や亜
硝酸性窒素を含む硝化液が硝化液循環流路を通って循環
・返送される。

【０００９】このとき、脱窒菌固定化担体充填ゾーンが
濾床の機能を果たし、脱窒槽へ流入した原水中の浮遊物
質は、脱窒菌固定化担体充填ゾーンを通過するに際して
脱窒菌固定化担体の表面の生物膜部に捕捉・除去されて
後に、汚泥ホッパー部に沈降する。このため、後段の硝
化槽には浮遊物質がほとんど流入せず、硝化槽では浮遊
物質に由来するＢＯＤの酸化に要する酸素消費量を低減
できる。

【００１０】また、脱窒槽では脱窒菌が硝酸性窒素や亜
硝酸性窒素を原水中のＢＯＤを水素供与体として脱窒処
理するが、脱窒菌は脱窒菌固定化担体充填ゾーンにおい
て脱窒菌固定化担体に高濃度に固定化されているので、
浮遊活性汚泥を用いる場合に比べて脱窒反応が高速で行
われる。この結果、脱窒槽を小さくでき、脱窒槽所用面
積を小さくできる。

【００１１】さらに、汚泥ホッパー部では、堆積した堆
積汚泥が溶存酸素のない状態において酸発酵し、水素供
与体として脱窒菌が利用し易い低分子量の溶解性のＢＯ
Ｄを生成する。このとき、脱窒槽は酸素欠乏条件下にあ
り、酸化還元電位の値が負の値となる状態においては酸
発酵が進行するが、続いて更に酸化還元電位の負の値が
大きくなると酸発酵の最終生成物である有機酸、中間生
成物である水素および二酸化炭素を基質とするメタン生
成反応が生起してしまう。このため、堆積汚泥に対して
ホッパー散気装置から空気ないし酸素含有ガスを供給
し、堆積汚泥中の酸化還元電位の負の値を低めて酸発酵
に適する値に維持することにより、メタン発酵を抑制し
て脱窒反応の水素供与体である有機酸の生成を促進す
る。この酸発酵によって生成した水素供与体が脱窒槽に
おける脱窒処理に寄与するので、原水中に溶解性のＢＯ
Ｄが少ない場合においても充分に脱窒処理を行うことが
できる。

【００１２】また、脱窒菌固定化担体充填ゾーンに対
し、脱窒槽散気装置を介して空気ないし酸素含有ガスを
定期的に供給することにより、脱窒菌固定化担体表面や
脱窒菌固定化担体の間を洗浄できると共に、脱窒菌固定
化担体に過度に付着した汚泥を剥離させて脱窒槽底部の
汚泥ホッパー部に堆積・貯留させ、酸発酵に供すること
ができる。

【００１３】また、固液分離装置においては、脱窒槽で
の酸発酵において脱窒反応に必要なの水素供与体を生成
するのに見合うだけの量の有機物以外は除去するので、
脱窒菌固定化担体の表面の生物膜部において捕捉・除去
すべき浮遊物質の負荷を軽減することができ、脱窒菌固
定化担体充填ゾーンにおける目詰まりを抑制し、散気に
よる脱窒菌固定化担体の洗浄回数を低減することができ
る。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。脱窒槽１の上流工程として設置する固液分離装
置２には下水等の原水３が流入し、固液分離装置２は原
水３中の固液を分離して後に、管路で形成した原水導入
流路４を介して分離液を脱窒槽１に導くものである。

【００１５】原水３の分離液が流入する脱窒槽１の内部
には脱窒菌固定化担体充填ゾーン５を設けており、原水
導入流路４は脱窒菌固定化担体充填ゾーン５の下方にお
いて脱窒槽１に連通している。脱窒菌固定化担体充填ゾ
ーン５は脱窒菌固定化担体を充填してなり脱窒槽１に流
入する原水３中の浮遊物質を捕捉・除去するものであ
る。この脱窒菌固定化担体が水より比重の大きなもので
ある場合には、脱窒菌固定化担体充填ゾーン５の底部に
おいて脱窒菌固定化担体が落下しないよう網状物材など
で支持し、他方水より比重の小さな脱窒菌固定化担体を
充填する場合には、脱窒菌固定化担体充填ゾーン５の上
部において脱窒菌固定化担体が脱窒槽１から流出してい
かないよう網状物材などで押さえる。

【００１６】脱窒槽１の底部には汚泥ホッパー部６を設
けており、汚泥ホッパー部６は脱窒槽１における沈降物
および脱窒菌固定化担体充填ゾーン５で捕捉・除去した
浮遊物質を堆積させるものである。汚泥ホッパー部６の
底部には管路からなる汚泥引抜流路６ａが開口してお
り、汚泥引抜流路６ａの途中には汚泥開閉バルブ６ｂを
介装している。脱窒菌固定化担体充填ゾーン５の下方に
は脱窒槽散気装置７を配置しており、汚泥ホッパー部６
にはホッパー散気装置８を配置している。また、汚泥ホ
ッパー部６には酸化還元電位計（ＯＲＰ）９を設けてい
る。

【００１７】脱窒槽１の下流工程には硝化槽１０を設け
ており、硝化槽１０には脱窒槽１の脱窒槽混合液が連絡
流路１ａを介して流入する。硝化槽１０の内部には硝化
菌を担持する硝化菌固定化担体１１を投入しており、硝
化槽１０の一側には担体分離装置１０ａとしてスクリー
ンを配している。担体分離装置１０ａの下流側には硝化
槽１０の硝化液を脱窒槽１へ循環させる管路をなす硝化
液循環流路１２の基端側が連通しており、硝化液循環流
路１２の先端側が脱窒菌固定化担体充填ゾーン５の下方
において脱窒槽１に連通している。硝化液循環流路１２
の途中には循環ポンプ１３を介装している。また、硝化
槽１０の内部には硝化槽散気装置１４を配置しており、
脱窒槽散気装置７とホッパー散気装置８と硝化槽散気装
置１４は各々送気管１５ａ，１５ｂ，１５ｃを介してブ
ロア１６に接続している。各送気管１５ａ，１５ｂには
それぞれ開閉バルブ１７ａ，１７ｂを介装している。さ
らに、硝化槽１０には担体分離装置１１の下流側におい
て流出流路１８が開口しており、流出流路１８は次系に
連通している。

【００１８】以下、上記した構成における作用を説明す
る。始めに、以下に述べる酸発酵とは、高分子有機物の
低分子有機物への転化工程と、低分子有機物から揮発性
有機酸（酢酸，プロピオン酸など）を生成する工程とを
合わせて指すものとする。

【００１９】また、メタン発酵とは、この場合には主と
して酸発酵での最終生成物である酢酸を基質とするメタ
ン生成反応、あるいは酸発酵での中間代謝生成物である
水素および二酸化炭素を基質とするメタン生成反応を指
すものとする。 （Ａ）固液分離工程 固液分離装置２においては、原水３の固液を沈降分離
し、後述する脱窒槽１での酸発酵において必要とする適
当量の有機物以外を除去し、原水３の分離液を原水導入
流路４を介して脱窒槽１に導く。この有機物の適当量と
は脱窒槽１での脱窒反応に必要な量の水素供与体を酸発
酵によって生成するに見合うだけの量である。これは固
液分離装置２への原水３の流入量の制御、あるいは固液
分離装置２において凝集沈澱させるときの凝集剤添加量
の制御によって行う。

【００２０】このように、脱窒槽１での脱窒反応に必要
な水素供与体を酸発酵において生成するに見合うだけの
量の有機物以外は固液分離装置２で除去するので、下流
工程の脱窒菌固定化担体充填ゾーン５における脱窒菌固
定化担体の表面の生物膜部において捕捉・除去すべき浮
遊物質の負荷を軽減することができ、目詰まりの防止お
よび散気による脱窒菌固定化担体の洗浄回数を低減する
ことができる。

【００２１】尚、脱窒槽１での脱窒反応に必要な量の水
素供与体を酸発酵において生成するに見合うだけの量の
浮遊性有機物が流入汚水中に含まれていない場合には、
固液分離工程の設置は不要であると共に、メタノールの
ような可溶性の水素供与体を添加することが必要とな
る。 （Ｂ）脱窒工程 脱窒槽１においては、原水導入流路４から脱窒槽１に流
入した原水３の分離液は、脱窒菌固定化担体充填ゾーン
５を通って脱窒槽１の上部領域に達し、その後に連絡流
路１ａを通って硝化槽１０へ流出する。一方で、硝化槽
１０から硝酸性窒素や亜硝酸性窒素を含む硝化液が循環
ポンプ１３により硝化液循環流路１２を通って循環す
る。

【００２２】このとき、脱窒菌固定化担体充填ゾーン５
が濾床機能を果たすので、脱窒槽１へ流入した原水３中
の浮遊物質は、脱窒菌固定化担体充填ゾーン５を通過す
るに際して脱窒菌固定化担体の表面の生物膜部に捕捉・
除去され、汚泥ホッパー部６に堆積する。このため、下
流工程の硝化槽１０には有機性浮遊物質がほとんど流入
せず、硝化槽１０では浮遊物質に由来するＢＯＤの酸化
に要する酸素消費量を低減できる。

【００２３】また、脱窒菌が脱窒菌固定化担体充填ゾー
ン５の脱窒菌固定化担体に高濃度に固定化されているの
で、浮遊活性汚泥を用いる場合に比べて脱窒反応が高速
で行われる。この結果、脱窒槽１を小さくでき、脱窒槽
所用面積を小さくできる。

【００２４】一方、汚泥ホッパー部６では、堆積汚泥が
酸素欠乏条件下において酸発酵し、水素供与体として脱
窒菌が利用し易い低分子量の溶解性のＢＯＤを生成す
る。このとき、堆積汚泥中の酸化還元電位の値が負の値
となる状態においては酸発酵が進行するが、続いて更に
酸化還元電位の負の値が大きな状態になると酸発酵の最
終生成物である有機酸、中間生成物である水素および二
酸化炭素を基質とするメタン生成反応が生起してしま
う。このため、堆積汚泥に対しては送気管１５ａを通し
てブロア１６から供給する空気ないしは酸素含有ガスを
ホッパー散気装置８から散気し、酸化還元電位計９で測
定する酸化還元電位の値に基づいて開閉バルブ１７ａの
開閉動作を自動的に制御し、酸化還元電位計９で測定す
る堆積汚泥中の酸化還元電位（−）の値を、０〜−２５
０mV，より好ましくは−５０〜−２００mVの適当値に維
持する。このことにより、メタン発酵を抑制して水素供
与体である有機酸の生成を促進する。この酸発酵によっ
て生成した水素供与体が脱窒槽１における脱窒処理に寄
与するので、原水３中に溶解性のＢＯＤが少ない場合に
おいても充分に脱窒処理を行うことができる。

【００２５】また、開閉バルブ１７ｂを適当な間隔乃至
は時期に開閉し、送気管１５ｂを通してブロア１６から
供給する空気ないしは酸素含有ガスを脱窒槽散気装置７
から脱窒菌固定化担体充填ゾーン５に対して散気する。
この散気により生起する上向流によって脱窒菌固定化担
体の表面や脱窒菌固定化担体の相互の間に過度に付着し
た汚泥を剥離させ、剥離した汚泥を脱窒槽１の底部の汚
泥ホッパー部６に堆積・貯留させ、酸発酵に供すること
ができる。

【００２６】さらに、余剰な汚泥は、定期的に汚泥開閉
バルブ６ｂを開放することにより、汚泥引抜流路６ａを
通して系外に引き抜く。 （Ｃ）硝化工程 硝化槽１０においては、ブロア１６により送気管１５ｃ
を通して供給する空気ないし酸素含有ガスを硝化槽散気
装置１４から曝気し、硝化槽１０の硝化槽混合液に充分
な酸素を供給するとともに、曝気により硝化菌固定化担
体１１を硝化槽１０の内部においてランダムに流動させ
る。

【００２７】この状態において、硝化菌が硝化菌固定化
担体１１に高濃度に固定化されているので、硝化反応が
高速で進む。また、担体分離装置１０ａにより、硝化菌
固定化担体１１は硝化槽１０から流出することなく保持
され、高い硝化速度が安定的に保たれる。このとき、脱
窒菌固定化担体充填ゾーン５による除去作用によって過
剰なＢＯＤが硝化槽に流入しないので、ＢＯＤ成分の酸
化に要する酸素消費が起こらず、吹き込み空気量を削減
してブロア１６の駆動に要するエネルギーの低減を図る
ことができる。

【００２８】そして、担体分離装置１０ａを通過した後
の硝化液の一部を、硝化液循環流路１２を通して脱窒槽
１に循環する。

【００２９】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、脱窒
槽の脱窒菌固定化担体充填ゾーンによって浮遊物質を捕
捉・除去できるので、後段の硝化槽には浮遊物質がほと
んど流入せず、したがって硝化槽では浮遊物質由来の有
機物の酸化に要する酸素消費量を低減できる。また、汚
泥ホッパー部において堆積汚泥を酸発酵させ、脱窒処理
に利用し易い水素供与体として溶解性のＢＯＤを生成す
るので、原水中に溶解性のＢＯＤが少ない場合において
も、充分な脱窒処理を行うことができる。

【００３０】また、脱窒菌固定化担体充填ゾーンに対し
て下方から空気ないし酸素含有ガスを定期的に供給する
ことにより、脱窒菌固定化担体の表面や脱窒菌固定化担
体の間を洗浄して過度に付着した汚泥を剥離させ、脱窒
槽底部の汚泥ホッパー部に堆積・貯留させて酸発酵に供
することができる。

【００３１】また、固液分離装置により、後段の脱窒槽
内の脱窒菌固定化担体充填ゾーンに対する浮遊物質の負
荷を軽減でき、この脱窒菌固定化担体充填ゾーンの過度
の閉塞を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における生物学的窒素除去装
置の全体構成図である。

【符号の説明】

１ 脱窒槽 ２ 固液分離装置 ３ 原水 ４ 原水導入流路 ５ 脱窒菌固定化担体充填ゾーン ６ 汚泥ホッパー部 ７ 脱窒槽散気装置 ８ ホッパー散気装置 ９ 酸化還元電位計（ＯＲＰ） １０ 硝化槽 １２ 硝化液循環流路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 有機物を含む原水が流入する脱窒槽と、
   脱窒槽の脱窒槽混合液が流入する硝化槽と、硝化槽の硝
   化液を脱窒槽へ循環させる硝化液循環流路と、硝化槽内
   に配置した硝化槽散気装置とを備えた生物学的窒素除去
   装置において、脱窒菌固定化担体を充填してなり脱窒槽
   に流入する原水中の浮遊物質を捕捉・除去する脱窒菌固
   定化担体充填ゾーンを脱窒槽内に設け、原水導入流路お
   よび硝化液循環流路を脱窒槽の脱窒菌固定化担体充填ゾ
   ーンの下方位置に連通させ、脱窒槽の底部に脱窒菌固定
   化担体充填ゾーンで捕捉・除去した浮遊物質を堆積する
   ための汚泥ホッパー部を設け、汚泥ホッパー部にホッパ
   ー散気装置を設けたことを特徴とする生物学的窒素除去
   装置。
2. 【請求項２】 脱窒槽の脱窒菌固定化担体充填ゾーンの
   下方に脱窒槽散気装置を設けたことを特徴とする請求項
   １記載の生物学的窒素除去装置。
3. 【請求項３】 原水を固液分離した後の分離液を脱窒槽
   に導く固液分離装置を脱窒槽の上流工程として設けたこ
   とを特徴とする請求項１または請求項２記載の生物学的
   窒素除去装置。