JPH07507714A - 窒素化合物を含む廃水の精製システムおよび精製方法 - 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】 窒素化合物を含む廃水の精製システムおよび精製方法本発明は廃水精製の分野に 関する。特に本発明は垂直な壁で分離された少なくとも２ＷＡの反応室、液体供 給源および液体排出装置から成り、窒素化合物を含む廃水の硝化および脱窒素化 を行う廃水精製システム、および廃水を交互に酸素が欠乏した室および酸素に富 んだ室中で微生物により処理し、しかる後微生物を分離する窒素を含んだ廃水を 精製する方法に関する。

微生物を付着させＢＯＤ分解、硝化および脱窒素化を同時に行う廃水の生物的な 精製システムおよび精製方法が記載されている。担体の種類はバイオマスが廃水 中を自由に移動し得るような種類である。次に廃水および汚泥を二次沈降槽で分 離し、しかる後汚泥を反応器に戻す。

ヨーロッパ特許−Ａ−２４７５８号には、不溶な担体に微生物を付着させた酸化 室の中で廃水を上向きに通す廃水の生物的酸化精製法が記載されている。精製さ れた廃水と活性汚泥との分離は酸化室の頂部で行われ、汚泥はすべて酸化室へ戻 される。この場合ＣＯＤ精製および硝化の両方が行われる。

ヨーロッパ特許−Ａ−２８８４６号には、担体に付着したバイオマスを製造する 方法が記載されている。十分な機械的エネルギーを使用して空気を通しながら例 えば砂のような担体を必要な微生物および獲物を含む液と接触させる。

本発明の目的は窒素成分に対し出来るだけ硝化を行った後脱窒素化を行い、即ち 窒素ガスに変え、これにより従来のシステムおよび方法に比べて著しい効率が得 られると共に、汚泥を精製した廃水から連続的且つ完全に分離し、再循環させる 窒素化合物を含んだ廃水を生物的に精製する改善されたシステムおよび改善され た方法を提供することである。

本発明のシステム（装置）は垂直な壁（３）によって実質的に分離された少なく とも２個の反応室（１）および（２）、液供給部（４）および液排出部（５）か ら成り、第１の反応器（１）にはその頂部に第２の反応器（２）への溢流部（６ ）が備えられ、第２の反応器（２）は頂部のところで脱ガス室（７）と沈降室（ ８）とに仕切られ、この沈降室には液排出部（５）への溢流部（９）が備えられ 、第２の反応室の底部には第２の反応器（２）から第１の反応器（１）へと液を 循環させる１個またはそれ以上の通路（１０）が備えられ、第１の反応器（１） にはガス供給部（１１）および／または（１８）、および該ガス供給部の上方に 配置されたガス排出部（１２）が備えられている。

本発明のシステムの一例を図１に示す。反応室（１）にはガス供給部（１１）に よって酸素を含むガスが供給され、その結果酸素に飛んだ室となる。反応室（２ ）はガス排出部（１２）および脱ガス室（７）においてガスが除去されるために 酸素が不足した室となる。このシステムの使用中、第１の反応室では上向きの流 れが優勢であり、第２の反応器では下向きの流れが優勢であり、このようなガス 流のために循環が行われる。本発明のシステムとヨーロッパ特許−Ａ−２４７５ ８号との主な相違は脱窒素に適した第２の反応室が存在することである。

好ましくは第、１の反応室（１）は垂直の壁（１３）によって反応室（１４）と 反応室（１５）とに分割され、この両方の反応室（１４）および（１５）は頂部 および底部で互いに連結され、壁（１３）の片側に対してガス供給部（１１）が 配置され、供給されたガスは壁の実質的に片側に対してだけ上向きに流れるよう になっている。垂直の壁はパイプの形をしていることができ、これによって反応 器（１）は部分的に上昇部（１４）と下降部（１５）とに分割される。ガス供給 部（１１）および壁（１３）の相対的な位置の結果、システムの操作中筒１の反 応器の内部で循環が起こる。

液供給部（４）は異なった場所、例えば室の上部、特に沈降室（８）の下方にお いて第２の反応器（２）に連結されていることができる。

各通路には、流体を通路（１０）の中に注入するためのノズル（１８）が１個ま たはそれ以上備えられている。好ましくはこの流体はガス、例えば空気である。

通路（１０）は第２の反応器（２）の底部よりも高い位置で第１の反応器（１） の中に入る戻りライン（１７）から成っていることが好ましい。この戻りライン （１７）には好ましくはノズル（１８）が備えられている。ライン（１７）を通 って戻って来る流体の速度はノズル（１８）中を通るガスの流速を調節すること によりコントロールすることができる。即ちこのシステムには循環速度を増加さ せることができシステムと同等な容量をもったポンプ（巨大ポンプ）が備えられ ている。ライン（１このようなポンプの作用は循環しているバイオマスに影響を 及ぼさない。

例えば担体上のバイオフィルムは機械的なポンプを使用すると破壊されるであろ う。

別法として通路（１０）には、図２に示されさらに図３に詳細に示されている調 節弁（１９）を取付けることができる。

本発明のシステムの有利な具体化例においては、第２の反応室（２）にはその底 部に図１に示されているようなガス・ノズルが１個またはそれ以上取付けられ、 これは操作を中断した後に始動を行う際、第２の反応器（２）の下部および／ま たは通路（１ｏ）が詰まらないようにするのに用いられる。

反応室は好ましくは円筒形であり、且つ実質的に同心状になっている。

即ち室（１）および（２）、または室（１４）、（１５）および（２）は一つが 他の室を取囲む形をしている。反応室（１４）が筒状の反応器の中心部をなして おり、その中に反応器（１５）によって取囲まれたガス供給部（１１）が配置さ れ、反応室（２）はこの筒形反応器の最も外側の部分を構成していることが最も 好適である。この配置では液供給部（４）および液排出部（５）は両方とも反応 器の周りに置くことができる。池の配置、例えば室（１４）、（１５）および（ ２）を並べて配置したもの、または断面が矩形の同心状の室の配置も有効である 。

微生物を用い酸素の不足した室および酸素に富んだ室中で交互に水を処理し、次 いで水を微生物から分離する本発明の水の精製法は、酸素に富んだ室から酸素が 不足した室へと通す際に水の脱ガスを行い、担体を用いて微生物を酸素が不足し た室および酸素に富んだ室を通して循環さ体に付着した微生物の両方を循環させ ることが好ましい。例えば非酸化性の室の下部から酸素に富んだ室中における下 向きの循環流の上部へと（巨大モスポンプの作用により）空気を使用して流れを 戻すことにより少なくとも部分的に循環流を維持することが好適である。即ち汚 泥の懸濁液を酸化性の（空気を通した）反応器および非酸化性の（酸素が不足し た）反応器に交互に通す。非酸化性の室では空気を通した室で生じた亜硝酸塩お よび硝酸塩の脱窒素化が起こる。

使用される担体材料には砂、熔岩、玄武岩、軽石または活性炭が含まれる。担体 に付着した微生物を酸素に富んだ室中において水と均一に混合することが好まし い。これを行うには酸素を含んだガスを酸素に富んだ室に供給して酸素に富んだ 室中で垂直方向の循環を行うことが有利である。

脱窒素化の程度は戻り流の流速対廃水の流速の比によって決定される。

戻り流の流速は通路（１０）の中の、特に戻りライン（１７）中のガスの流速に よって調節することが好ましい。或いは通路（１０）によっても調節することが できる。この場合には通路（１０）に調節弁（１９）を取付ける。廃水の流速は 供給部（４）の弁によって調節される。戻り流対供給流の比が３：１の場合には 例えば７５％という最高の脱窒素化が得られる。

次に添付図面を参照して本発明の方法およびシステムを詳細に例示する。

垂直の円筒形反応器の中で供給管（１１）を介して空気を通気した反応部（１） の上昇部（１４）に供給する。上昇部には空気が保持されるので、その結果上昇 部の懸濁液と下降部（１５）の懸濁液との間に密度差が生じる。この密度差のた めに水／汚泥墾濁液の循環流が上昇部の周りに生じる。この循環流によって最適 の混合が得られ、担体上の汚泥は通気された反応部の中で懸濁される。空気は空 気排出部（１２）を経て反応室（１）を出る。

水／汚泥懸濁物は溢流部（６）を通り脱ガス室（７）を経て周りの非酸化性反応 器（２）へ至る。脱ガス室において水／汚泥懸濁物は非酸化性になる。精製され た廃水は沈降室（８）および溢流部（９）を経て反応器を出る。沈降した汚泥は 非酸化性反応器（２）へ戻される。酸素を必要とする廃水は非酸化性の反応器の 頂部へと、または他の場所で供給管（４）を介して供給され、通気される反応室 中で生じた亜硝酸塩または硝酸塩を含む水と混合される。脱窒素化は非酸化性の 反応室中で起こる。この工程で生じる窒素ガスは脱ガス室（７）を経て非酸化性 反応室（７）を出る。

通路（１０）が通気された戻りパイプ（１７）（図１）である場合には、そのポ ンプ作用によって水−汚泥混合物が非酸化性反応室（２）から通気された反応室 （１）へと戻って流れる。この戻り流の流速は戻りライン（１７）を通る空気流 によって調節される。非酸化性の反応室の下部または通路（１０）が例えば始動 工程中または操作停止後に汚泥および／または担体材料によって詰まった場合に は、通常（１１）を通って酸化性の反応室へ供給されるガスの一部、または全部 をノズル（１６）によって供給することができ、そのため詰まった材料が上方へ 広がり、正常な循環流が回復される。

戻りライン（曾）が存在しない場合、空気は通気された反応部（図２）の中に保 持されるため、非酸化性の反応室に関し通気された反応室の中に圧力差が生じる 。この圧力差によって非酸化性の反応室（２）から通気された反応室（１）への 水−汚泥混合物の戻り流が生じる。この場合戻り流の流速は通路（１０）中のス リーブ弁またはピンチ弁（１９）によって調節される。反応器を始動させ汚泥の 詰まりを防いだり或いは除去する目的で、処理されたまたは未処理の廃水を注入 し得るノズルを弁の高さの所で外側の壁に付けることができる。

本発明のシステムの大きさは特に処理すべき廃水の量および組成に依存する。本 発明のシステムは例えば変換し得るＣＯＤ負荷が２〜８ｋｇ／ｍ３・日、変換し 得るアンモニア窒素負荷が０〜２．５ｋｇＮ／ｍ３・日の廃水を毎時１０〜１０ ００ｍ３処理するように設計することができる。反応器の全容積は５〜２０００ ｍ３であることができる。本発明のシステムが円筒形の設計をもっている場合、 その直系は１〜１０ｍ１高さは５〜２５ｍであることが好ましい。通気された反 応室対非酸化性の反応室の容積比は特に廃水中の有機物質対窒素性材料の比に依 存している。好ましくは通気された反応室の容積対非酸化性の反応室の容積の比 は４：１〜１：４、特に２：１〜１：１である。

実施例 空気上昇式脱窒素反応器を用いる廃水の精製廃水の特性：　流速２８ｍ”／時、 変換し得るＣＯＤ濃度５００ｍｇ／リットル、アンモニアイオンの濃度８０ｍｇ Ｎ／リットル。

図１による反応器　−反応器の寸法：高さ１５ｍ、直径２．４４ｍ、反応器の全 容積７０ｍ３、変換し得るＣＯＤ負荷４．８ｋｇ／ｍ３・日、反応部：反応器の 全容積の６０％（＝４２ｍす、通気される反応部の直径１．８９ｍｏ使用した担 体材料は砂、熔岩、玄武岩、軽石または活性炭である。

流入流の流速対戻り流の流速の比は１：４に保つ。通気した反応部においては５ ＱＱＮｍ３／時の空気流の流速を使用する。溶解酸素濃度は約３ｍｇ／リットル であり、完全な硝化にはこれで十分である。非酸化性反応部においては溶解酸素 濃度は０．５ｍｇ／す・ソトルより低い値まで低下する。

通気される反応部のＮＨ’ｊｉｌ荷はｌ、３ｋｇＮ／ｍ”・日である。硝化は１ ００％である。非酸化性反応部の脱窒素能力は１．３ｋｇＮ／ｍ３・日である。

反応器中において３６．４ｋｇＮ／日の脱窒素化が行われる。

非酸化性反応部の全負荷は５４ｋｇＮ／日である。従って硝酸性窒素の６７％が 脱窒素化される。窒素ガスの生成量は毎時１．２Ｎｍ３である。

補正書の写しく翻訳文）提出書　（特許法第１８４条のｓ）、’７、平成６年１ ２月６日

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. １．垂直な壁（３）によって実質的に分離された少なくとも２個の反応室（１） および（２）、液供給部（４）および液排出部（５）から成り、第１の反応室（ １）にはその頂部に第２の反応室（２）への溢流部（６）が備えられ、第２の反 応室（２）は頂部のところで脱ガス室（７）と沈降室（８）とに分割され、この 沈降室には液排出部（５）への溢流部（９）が備えられ、第２の反応室の底部に は第２の反応室（２）から第１の反応室（１）へと液を循環させる１個またはそ れ以上の通路（１０）が備えられ、第１の反応室（１）にはガス供給部（１１） および／または（１８）、および該ガス供給部の上方に配置されたガス排出部（ １２）が備えられていることを特徴とする廃水の精製システム。
2. ２．第１の反応室（１）は垂直の壁（１３）により反応室（１４）と反応室（１ ５）とに分割され、反応室（１４）および（１５）は頂部および底部において互 いに連結され、壁（１３）の片側に対しガス供給部（１１）が配置されて供給さ れたガスが実質的に該壁の片側に対してのみ上向きに流れるようになっているこ とを特徴とする請求の範囲１記載のシステム。
3. ３．通路（１０）は第２の反応室の底部よりも高い位置において第１の反応室に 入っている戻りライン（１７）から成っていることを特徴とする請求の範囲１ま たは２記載のシステム。
4. ４．通路（１０）には流体を該通路（１０）に注入するためのノズル（１８）が １個またはそれ以上備えられていることを特徴とする請求の範囲１〜３記載のシ ステム。
5. ５．第２の反応室（２）はその底部に該第２の反応室（２）の下部および／また は通路（１０）が詰まらないようにするためのガス・ノズル（１６）が１個また はそれ以上備えられていることを特徴とする請求の範囲１から４記載のシステム 。
6. ６．廃水を微生物を用い、酸素が不足している室の中において下降流中で、また 酸素に富んだ室中において上昇流中で交互に処理し、次いで水を微生物から分離 し、この水を酸素に富んだ室から酸素が不足した室へと流して脱ガスを行い、微 生物を担体と共に酸素が不足した室および酸素に富んだ室を通して循環させるこ とを特徴とする廃水の精製方法。
7. ７．微生物をその担体と共に酸素に富んだ室中で水と均一に混合することを特徴 とする請求の範囲６記載の方法。
8. ８．水を微生物と共に酸素に富んだ室の内部で垂直方向に循環させることを特徴 とする請求の範囲７記載の方法。
9. ９．廃水を酸素が不足した室へ供給し、処理された廃水を酸素が不足した室の頂 部において排出させることを特徴とする請求の範囲６〜８記載の方法。
10. １０．酸素が不足した室から酸素に富んだ室へと戻される水の流速は廃水の供給 流の流速の少なくとも２倍であることを特徴とする請求の範囲６〜９記載の方法 。
11. １１．ガスが吹き込まれる１個またはそれ以上の戻りラインによって与えられる マンモス・ポンプ作用によって水は微生物と共に酸素が不足した室から酸素に富 んだ室へと戻されることを特徴とする請求の範囲６から１０記載の方法。