JPH09168796A - 廃水中の窒素除去方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 還元性窒素化合物を含有する廃水から、窒素
を効率的に安定して処理する。 【解決手段】 嫌気槽と好気槽とを設けて有機物と還元
性窒素化合物を含む有機性廃水を循環処理し、その処理
水を最終沈殿処理した後に系外に排出する活性汚泥循環
変法において、嫌気槽による脱窒処理を行った後、有機
物を分解する好気槽（１）と還元性窒素を酸化する好気
槽（２）とによって処理を行う。好気槽（２）に、切片
が５mm〜１００mmの浮遊担体を５〜４０容量％添加し、
さらに、好気槽（２）の後段に好気性リアクターを設置
し、亜硝酸性窒素の流出を防止するとともに酸化還元電
位制御を行うため、処理効率・処理水質が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、都市下水、有機性
産業廃水、汚泥処理水など、有機性汚濁物質と還元性窒
素化合物である有機性窒素やアンモニアなどの化合物を
含有する廃水から、窒素化合物を安定して効率的に除去
する廃水中の窒素除去方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】廃水中の窒素を除去する方法に関して、
物理的又は化学的な処理方法についても従来から研究さ
れてきたけれども、生物学的な処理方法がコスト的に有
利であるために現在のところ最も普及している処理方法
となっている。生物学的な窒素除去は、基本的には、好
気的条件のもとでの硝化細菌による還元性窒素、例え
ば、アンモニア性窒素（以下、ＮＨ₄ −Ｎと略記する）
の酸化による硝酸性窒素（以下、ＮＯ₃ −Ｎと略記す
る）の生成反応、すなわち硝化あるいは硝化反応（以下
の式（１）参照）と、嫌気性条件のもとでの通性嫌気性
細菌によるＮＯ₃ −Ｎの還元による窒素ガス生成、すな
わち脱窒あるいは脱窒反応（以下の式（２）参照）と
の、組み合わせによって行われる。脱窒反応は溶存酸素
（以下、ＤＯと略記する）が存在しない条件下での通性
嫌気性細菌の呼吸であり、有機物などが炭素源（水素供
与体）として必要である。

【０００３】 ＮＨ₄ −Ｎ → ＮＯ₂ −Ｎ → ＮＯ₃ −Ｎ（硝化反応）−−−（１） ＮＯ₃ −Ｎ → ＮＯ₂ −Ｎ → Ｎ₂ （脱窒反応）−−−（２）

【０００４】生物学的窒素除去プロセスについては、設
備面積の削減、水素供与体としての有機炭素源の削減、
水酸化ナトリウムなどのアルカリ剤の削減などを目的と
して各種のプロセスが提案されている。大別すると直列
方式、循環方式又はそれらの組合わせに分類される。直
列方式は、最初に硝化を行い、次に脱窒を行うもので、
脱窒に必要な水素供与体を外部から添加する場合と、添
加を行わずに活性汚泥の内生呼吸を利用する場合があ
る。

【０００５】一方、循環方式は、図３に示すように、最
初に脱窒を行い、次に硝化を行う硝化液循環方式、すな
わち、活性汚泥循環変法が広く検討されている。この方
法は、硝化液の循環により、硝化にともなって消費され
たアルカリが脱窒によってある程度回収できるという利
点がある。しかし、活性汚泥循環変法は、循環返送され
ない硝化液の一部が脱窒槽を経由せずに流出するため、
全窒素除去率（以下、Ｔ−Ｎ除去率と略記する）に限界
がある。また、図３に示すように、従来の活性汚泥循環
変法における好気槽は、同一槽内で有機物除去と硝化反
応の促進をはかっている。

【０００６】ところで、上記硝化反応において用いられ
る硝化細菌は、有機物を分解する活性汚泥と比較して増
殖速度が遅く、反応槽内で高濃度に維持することが困難
である。そこで各種の担体を反応槽に添加し、硝化細菌
を担体に付着させ、反応槽内で硝化細菌を高濃度に維持
し、反応効率を高めるさまざまな方法が提案されてい
る。例えば、特開平５−１００７８７号公報には、活性
汚泥が存在するリアクターの好気槽にポリウレタンスポ
ンジを添加して、都市下水中のＢＯＤ（生物学的酸素要
求量）／Ｎ比が４〜２０の有機性廃水をそのＢＯＤ／Ｎ
を維持しながら処理する生物学的方法が記載されてい
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の都市下水などを
生物学的に窒素除去するプロセスにおいては、都市下水
が硝化反応や脱窒反応を阻害する成分を含んでいること
が少なく、しかも、ＮＨ ₄ −Ｎが２０〜５０mg／ｌ程度
である。したがって、活性汚泥循環変法などにより、下
水中のＮＨ₄ −ＮをＮＯ₃ −Ｎまで生物学的に酸化（硝
化反応）でき、また、生成したＮＯ₃ −Ｎを窒素ガスま
で、脱窒することができる。しかし、硝化反応の速度
が、有機物の分解速度と比較して小さいため、反応槽の
滞留時間（Hydraulic Retention Time：以下、ＨＲＴと
略記する）が極めて長くなるという問題がある。例え
ば、都市下水のようにＮＨ₄ −Ｎが２０〜５０mg／ｌの
場合でもＨＲＴが１２〜１６時間と長くなり、設備が大
型化せざるを得なくなる。

【０００８】さらに、皮革工業、繊維工業、化学工業な
どの各種の産業廃水や汚泥処理水は、生物学的酸素要求
量（Biological Oxygen Demand：以下ＢＯＤと略記す
る）や化学的酸素要求量（Chemical Oxygen Demand：以
下ＣＯＤと略記する）で表されるような有機物の濃度が
高く、しかも、硝化反応や脱窒反応を阻害する芳香族系
有機物などのような成分を含むとともに、ＮＨ₄ −Ｎを
５０mg／ｌ以上含むことが多い。したがって、硝化反応
の速度がさらに低下し、設備を一層大型化せざるを得な
いため、従来の活性汚泥循環変法などによって、窒素除
去を効率的に行うことはかなり困難となっている。以
下、硝化反応および脱窒反応に分けて、従来の生物学的
な窒素除去プロセスの課題を説明する。

【０００９】まず、硝化反応であるが、廃水中にＮＨ₄
−Ｎが５０mg／ｌ以上含有されている場合には、ＮＨ₄
−ＮからＮＯ₃ −Ｎまでの反応が完結せず、亜硝酸性窒
素（以下、ＮＯ₂ −Ｎと略記する）が蓄積する傾向が強
い。硝化細菌は、ＮＨ₄ −ＮをＮＯ₂ −Ｎまで酸化する
細菌群、例えばニトロゾモナス（Ｎｉｔｒｏｓｏｍｏｎ
ａｓ）などとＮＯ₂ −ＮをＮＯ₃ −Ｎまで酸化する細菌
群、例えば、ニトロバクター（Ｎｉｔｒｏｂａｃｔｏ
ｒ）などに大別されるが、ニトロバクターのほうがニト
ロゾモナスよりも増殖速度が大きいため、都市下水が対
象の場合には、ＮＯ₂ −Ｎが蓄積されることはない。し
かし、ＤＯが不足したり、廃水中に硝化反応を阻害する
物質が存在する場合には、ニトロバクターの方がニトロ
ゾモナスより反応の阻害を受けやすいため、ニトロバク
ターの増殖速度が極端に低下する。このような場合、Ｎ
Ｏ₂ −Ｎが蓄積しやすい。

【００１０】反応槽で大量に蓄積したＮＯ₂ −Ｎは、有
機物を分解する微生物や硝化細菌そのものの機能を阻害
する危険性がある。さらに、ＮＯ₂ −Ｎの１mgがＣＯＤ
として１．１４mgとして計測されるため、ＮＯ₂ −Ｎが
処理水中に蓄積すると、処理水中のＣＯＤが上昇する懸
念がある。このようなＮＯ₂ −Ｎを生成する硝化反応を
防止し、ＮＯ₃ −Ｎを生成する硝化反応を促進するため
には、反応槽へのＮＨ ₄ −Ｎ負荷の低減、有機物負荷の
低減、反応槽の好気度制御、微生物滞留時間（Sludge R
etention Time ：以下、ＳＲＴと略記する）の増大、反
応槽のＨＲＴの増大などの方策が必要である。しかし、
ＳＲＴやＨＲＴの増大は設備の大型化を招いてしまう。
このことは、例えば、「Wat.Res., 1990年、Vol.24, N
o.3, pp.303〜312 」に指摘されている。

【００１１】ＮＨ₄ −Ｎを８０mg／ｌ含有した人工廃水
を、ＤＯを０．５mg／ｌに維持し、反応槽のＨＲＴが４
日の条件で処理した場合、ＮＯ₂ −Ｎが６０mg／ｌ蓄積
したとの報告であり、ＮＯ₂ −Ｎを生成する酸化反応
は、ＤＯが低くても進行してしまうと結論づけている。
さらに、流入水のＣＯＤを変動させた実験により、有機
物負荷がＮＯ₂ −Ｎの生成・蓄積に影響すると報告され
ている。このように、有機物の濃度が高く、さらにＮＨ
₄ −Ｎを高濃度に含む廃水を対象として、活性汚泥循環
変法のような従来の浮遊型の活性汚泥を用いる生物学的
窒素除去プロセスによって処理を行う場合、ＮＯ₂ −Ｎ
を蓄積する硝化反応が進行しやすいという課題が残され
ている。

【００１２】ところで、従来から、上述の活性汚泥循環
変法において、ポリウレタンスポンジなどの浮遊担体を
好気槽に添加して硝化反応を効率的に行おうとする方法
がある。浮遊担体を好気槽に添加すると、硝化細菌が浮
遊担体表面に高濃度に維持できるとされ、この結果、硝
化反応速度が増し、硝化反応が生じやすい特徴があると
されている。しかし、廃水中の有機物の濃度が高い場合
には、硝化細菌ばかりでなく、浮遊担体の表面に有機物
を分解する細菌も同時に繁殖すると考えられる。有機物
を分解する細菌の増殖速度は、硝化細菌よりもはるかに
大きいことは周知の事実であり、浮遊担体添加による硝
化反応の促進効果は、廃水中の有機物の濃度が高い場合
には、かなり低下してしまう。また、廃水が皮革工業、
繊維工業、化学工業などの各種の産業廃水や汚泥処理水
の場合には、たとえ、浮遊担体を添加したとしても、阻
害成分の影響により、ニトロバクターの機能が低下し易
く、ＮＯ₂ −Ｎが蓄積するという問題は残されている。

【００１３】次に、脱窒反応であるが、都市下水中の有
機物やメタノールを炭素源として用いた場合には、反応
槽において、式（２）に示すようなＮＯ₃ −ＮからＮ₂
までの反応が完結し、ＮＯ₂ −Ｎが蓄積することはまれ
である。しかし、脱窒反応の場合にも、廃水が皮革工
業、繊維工業、化学工業などの各種の産業廃水や汚泥処
理水の場合、硝化反応で述べた事項と同様の現象が生じ
る場合がある。すなわち、脱窒細菌もＮＯ₃ −ＮをＮＯ
₂ −Ｎまで還元する細菌群とＮＯ₂ −ＮをＮ₂ まで還元
する細菌群に大別されると考えられるが、ＮＯ₂ −Ｎを
Ｎ₂ まで還元する細菌群が有機物などの阻害によって機
能が低下し、脱窒槽内にＮＯ₂ −Ｎが蓄積する現象がし
ばしば観察され、問題となっている。

【００１４】さらに、活性汚泥循環変法のような従来の
浮遊型の活性汚泥を用いる生物学的窒素除去プロセスの
好気槽の制御において、一般的には、ＤＯが管理指標と
して用いられることが多い。しかし、ＤＯは、廃水中に
阻害成分などがあり、微生物の活性が低下しやすい状況
においては有効な指標にはなりにくい。硝化反応はＤＯ
が高い程進行するなど、硝化反応とＤＯの相関性につい
ては数多くの報告がある。確かに、硝化反応にＤＯは必
要であり、硝化の反応速度に影響を与える。しかし、Ｄ
Ｏが高いからといって、硝化が進行しているとは限らな
い。すなわち、硝化細菌が阻害を受けた場合などは、硝
化細菌による酸素消費量が減少するため、逆にＤＯは上
昇する。したがって、ＤＯは硝化反応の進行度を示して
いるとはいえない。ただし、ＤＯは、硝化の反応速度、
すなわち、硝化細菌の増殖速度を維持するという観点か
らは重要であり、反応槽のＤＯを少なくとも２〜３mg／
ｌ以上に維持する必要がある。

【００１５】本発明は、上述のような有機物と高濃度の
窒素を含有する廃水に対して、従来の活性汚泥循環変法
のような処理方法を適用した場合の上述の問題点を取り
除き、安定的、かつ、効率的に廃水中の窒素を除去する
方法を提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明に従って、嫌気槽
と好気槽とを設けて有機物と還元性窒素を含む廃水を循
環処理し、その処理水を最終沈殿処理した後に系外に排
出する活性汚泥循環変法において、 ａ）上記好気槽が好気槽（１）と好気槽（２）に、又は
多段に分けられており；そして ｂ）上記廃水が嫌気槽（３）内で脱窒され、上記好気槽
（１）内で有機物について酸化され、そして上記好気槽
（２）内で還元性窒素について硝化される、あるいは上
記好気槽が多段に分けられる場合には、上記廃水が有機
物について酸化される処理の後に、還元性窒素について
硝化される処理が行われる、ことを特徴とする、廃水中
の窒素除去方法を提供する。好気槽（１）において、廃
水中のＢＯＤで表示される有機物は十分に除去され、つ
いで好気槽（２）において、還元性窒素が硝化処理され
る。すなわち、本発明は、有機物酸化と硝化がそれぞれ
独立の別個の好気槽（１）と（２）の内でなされるの
で、有機物酸化と硝化が同一の好気槽内で混在して行わ
れる従来の処理方法において招来する有機物による硝化
反応に及ぼす機能阻害、特にＤＯの摂取競争が削減さ
れ、硝化反応が生じやすい利点がある。

【００１７】さらに、好ましい本発明の態様において
は、切片が５〜１００mmの浮遊担体を好気槽（２）に５
〜４０容量％添加する。これにより硝化処理がさらに効
率よく行われる。また、本発明の態様においては、好ま
しくは嫌気槽内の廃水の酸化還元電位（Ａｇ／ＡｇＣｌ
基準）を、−１００〜−２００mVとし、また好ましくは
好気槽（２）内の廃水の酸化還元電位（Ａｇ／ＡｇＣｌ
基準）を、＋１００〜＋２００mVに維持し、また、好ま
しくは、沈殿処理後の流出水を、好気性リアクターによ
って酸化処理する。これにより、硝化反応の阻害成分を
含む産業廃水などの場合、ＮＯ₂ −Ｎの蓄積を完全に防
止することができる。好ましくは、好気性リアクターの
充填担体を高炉水砕スラグを主原料とするサドル型セラ
ミックスとし、また、好ましくは、好気性リアクター内
の処理水の酸化還元電位（Ａｇ／ＡｇＣｌ基準）を、＋
１００〜＋２００mVに維持する。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明について詳しく説明
する。図１に本発明に係る廃水中の窒素除去方法のフロ
ーを示す。図１に示すように、下水・廃水等の有機物を
含有する有機性廃水は、嫌気槽（３）、好気槽（１）、
好気槽（２）の順に処理され、最終沈殿池（４）によっ
て固液分離され、放流される。嫌気槽（３）において
は、好気槽（２）から循環された硝化液中のＮＯ₃ −Ｎ
をＮ₂ まで脱窒する。好気槽（１）においては有機物酸
化（除去）、好気槽（２）においては硝化の促進を図る
ものである。さらに、最終沈殿池（４）の後段の好気性
リアクター（５）は、ＮＯ₃ −Ｎ生成型の硝化反応の促
進により処理水中のＮＯ₂ −Ｎの残存を完全に防止する
ためのものである。

【００１９】まず、好気槽を好気槽（１）と好気槽
（２）に分けて処理する理由を説明する。好気槽（１）
で、有機物分解菌により廃水の有機物がほとんど分解さ
れれば、好気槽（２）での硝化細菌による硝化反応は、
有機物分解によるＤＯ消費によって抑制されることが少
ない。また、硝化細菌への阻害成分を含む廃水の場合、
阻害成分が直接硝化をおこす好気槽（２）に流入しない
ため、硝化への悪影響を弱めることができる。したがっ
て、好気槽を好気槽（１）と好気槽（２）に分けて処理
することによって、硝化反応の効率を格段に向上させる
ことができる。また、好気槽は２槽に限らず、多段に分
けてもかまわない。

【００２０】さらに、好気槽（２）に浮遊担体を添加す
ることにより、好気槽（２）での硝化効率を飛躍的に向
上することができる。好気槽（２）に流入する廃水に
は、好気槽（１）により有機物がすでに分解されている
ため、有機物がほとんど残留していないので、浮遊担体
表面に硝化細菌を優先して増殖させることができるため
である。図２に示すように、本発明の好気槽（２）に添
加する浮遊担体（９）としては、比重が１より小さいも
のであればよく、中空体、多孔体、発泡体などがある
が、比表面積の大きな発泡体などが望ましい。また、材
料としては、ポリエーテル系のポリウレタン、ポリエス
テル系のポリウレタンなど合成樹脂などの有機系材料あ
るいはセラミックスなどの無機系材料も使用することが
できる。なお、微生物の親和性の観点から、用いるポリ
ウレタンなどの担体は浸水性の担体として吸水率が３％
以上のものが望ましい。

【００２１】また、ポリビニルアルコール、ポリアクリ
ルアミドなどの親水性合成高分子、ポリエチレングリコ
ールなどの親水性光硬化樹脂の発泡体を浮遊担体として
用いても構わない。担体は、径が小さい程、表面積が大
きくなる利点があり、反応速度が向上する。しかし、径
が小さくなる程、好気槽（２）から流出しやすく、ま
た、磨耗によって消失しやすい。したがって、その大き
さは、切片５〜１００mm程度であることが望ましい。切
片が５mm以下では、磨耗により流出しやすく、また、１
００mm以上では細菌が付着した場合、流動が困難となる
からである。

【００２２】さらに、好気槽（２）に添加する浮遊担体
の添加量は、浮遊担体の単位体積当たりの硝化速度をあ
らかじめ測定しておき、流入する廃水中のＮＨ₄ −Ｎの
量および好気槽（２）の大きさなどを考慮して決めれば
よい。例えば、ポリウレタンフォームの場合、単位体積
あたりの硝化速度は、平均１００mgＮ／担体・ｌ・hr程
度である。したがって、好気槽（２）に５〜２０容量％
添加することにより、槽単位体積あたり５〜２０mgＮ／
槽・ｌ・hrの硝化速度が得られることになる。従来法の
活性汚泥循環変法の場合、槽単位体積あたりの硝化速度
は、ＭＬＳＳ（Mixed Liquor Suspended Solids)を２０
００mg／ｌとしても、２〜４mgＮ／槽・ｌ・hr程度であ
るから、硝化速度が５〜１０倍上昇する。しかし、浮遊
担体の添加量をあげるにつれ、浮遊担体のコストが上昇
し、また、好気槽（２）での担体の循環が困難となるた
め、４０容量％の添加が限度である。また、５容量％以
下の添加では顕著な効果を得ることは難しい。したがっ
て、浮遊担体の添加量は、１０〜２０容量％程度が最も
望ましい。

【００２３】次に好気槽における好気槽（１）と好気槽
（２）の容積比の決定方法を述べる。基本的には好気槽
（１）の容積は、単位ＭＬＳＳあたりのＢＯＤ除去速度
から、また、好気槽（２）の容積は、単位ＭＬＳＳあた
りの硝化速度または単位担体あたりの硝化速度から、槽
単位容積当りの速度を推定することにより求められる。
例えば、好気槽（１）のＭＬＳＳを２０００mg／ｌとし
た場合、通常、有機物除去のためのＢＯＤ容積負荷は
０．４kgＢＯＤ／kgＭＬＳＳ・ｄａｙ程度である。した
がって、単位時間あたりの好気槽（１）あたりのＢＯＤ
除去速度は、３３mgＢＯＤ／槽・ｌ・hrとなる。一方、
ポリウレタンを好気槽（２）に１０容量％添加した場
合、好気槽（２）の単位体積あたり硝化速度は、１０mg
Ｎ／槽・ｌ・hr程度である。

【００２４】この結果と廃水のＢＯＤ／Ｎ比から好気槽
（１）と好気槽（２）の容積比が計算される。例えば、
廃水のＢＯＤ／Ｎ比が５の廃水の場合、より具体的には
ＢＯＤが２００mg／ｌ、Ｔ−Ｎが４０mg／ｌの排水の場
合、好気槽（１）のＨＲＴは６時間、好気槽（２）のＨ
ＲＴは４時間となり、総ＨＲＴは１０時間、好気槽
（１）と好気槽（２）の容積比は１．５となる。より正
確には、好気槽（１）の前段の嫌気槽においてＢＯＤが
分解することを考慮し、好気槽（１）と好気槽（２）の
容積比を、好気槽に流入する廃水のＢＯＤ／Ｎ比で決定
してもよい。このような廃水の場合、従来の活性汚泥循
環変法では、総ＨＲＴは２０時間程度必要と考えられる
ため、反応槽の容積を５０％削減できることになる。

【００２５】好気槽（２）の出口付近に、例えば、図２
に示すステンレス製の籠などの浮遊担体（９）の保持装
置（８）を設置し、この内部にポリウレタンなどの担体
を添加してもよい。担体分離装置としては、ウエッジワ
イヤスクリーンを好気槽内部に設置し、処理水のみをと
りだすことが多いが、この方式では、ポリウレタンが劣
化した場合などの浮遊担体の交換が困難であるととも
に、循環ポンプなどを設置した場合、循環ポンプのスト
レーナーに目づまりが生じやすいという問題がある。担
体分離装置では無く、担体保持装置（８）を設置すれ
ば、このような問題もなく、また、浮遊担体の添加量の
制御も容易である利点がある。したがって、好気槽
（２）の内部の出口付近に担体保持装置を設置すること
が望ましい。

【００２６】また、最終沈殿池（４）の後に、さらに、
図２に示す好気性リアクター（５）を設置することが好
ましい。すなわち、廃水が都市下水の場合、好気槽
（２）によって、廃水中に含まれる窒素化合物、主に有
機性窒素、ＮＨ₄ −Ｎ等の還元性窒素化合物は、硝化反
応により、ＮＯ₃ −Ｎまで生物学的に効率的に酸化され
る。しかし、廃水が皮革工業、繊維工業、化学工業など
の各種の産業廃水や汚泥の処理水のようにＮＨ₄ −Ｎの
濃度が高い場合には、好気槽（２）によっても、ＮＨ₄
−ＮからＮＯ₃ −Ｎまでの反応が完全には完結せず、Ｎ
Ｏ₂ −Ｎが残存する場合もある。このような場合、好気
性リアクター（５）を設置すると、増殖速度の遅いニト
ロバクターなどの硝化細菌を高濃度に固定化できるた
め、ＮＯ₂ −ＮをＮＯ₃ −Ｎまでの反応を効率的に進め
ることができる。この結果、処理水中にＮＯ₂ −Ｎが残
存することはほとんど無くなる。

【００２７】好気性リアクターは、一般に充填担体を充
填した充填層（２８）とこの充填層に空気を供給する散
気装置（２９）からなる。好気性リアクター（５）の充
填担体としては、浮遊担体、高炉水砕スラグを主原料と
したサドル型セラミックス、シリカ−アルミナ系のセラ
ミックス、プラスチックス、アンスラサイト、砂、活性
炭、高炉水砕スラグなどがある。特に、特公平２−００
６５８９号公報にあるような高炉水砕スラグを主原料と
したサドル型セラミックスを担体として用いた好気性固
定床型リアクターは、セラミックスが多孔質で表面積が
大きく、硝化細菌が固定化されやすく、また、サドル型
という形状のため、リアクター内の気液混合性能が優れ
ており、最終沈殿池（４）の後に設置する好気性リアク
ター（５）として最も望ましいものである。硝化細菌は
水温の影響を受けやすく、水温が低下すると処理能力が
低下しやすいがこの好気性固定床型リアクターは、水温
が５〜１０℃のような条件下でも、１０mg・Ｎ／槽・ｌ
・hr以上の硝化能力を有している。また、汚泥の引き抜
き管理、ＳＲＴ管理、汚泥の返送などの必要が無く、仕
上げ用の好気性リアクター（５）として最も望ましいも
のである。

【００２８】さらに、還元性窒素化合物の酸化を行う好
気槽（２）、および、好気性リアクター（５）の酸化還
元電位（Ａｇ／ＡｇＣｌ基準）が＋１００〜＋２００mV
に維持されるように、好気槽（２）および好気性リアク
ター（５）へ散気装置（２９）からの、空気および／ま
たは酸素富化空気および／または酸素の吹き込み量を制
御することにより、硝化反応を安定して推進することが
できる。酸化還元電位は、廃水の有機物やＮＨ₄ −Ｎな
どの還元性窒素化合物によって低下し、また、逆に、Ｎ
Ｏ₃ −ＮやＤＯによって上昇する傾向がある。このよう
に、硝化反応の進行と酸化還元電位の値は密接な関係が
あり、酸化還元電位が＋１００〜＋２００mVに上昇する
と、窒素はＮＨ₄ −Ｎでは無く、ＮＯ₂ −ＮやＮＯ₃ −
Ｎの形態となっている。さらに、ＤＯ管理を併用し、Ｄ
Ｏを３mg／ｌ以上に保つように管理してもよい。ＤＯ管
理を併用すれば、硝化性能が低下した場合に、ＤＯ不足
による性能低下では無いことが明らかになり、原因究明
やその後の対策が容易となる。

【００２９】また、完全に処理水の窒素を除去するため
には、好気性リアクターの後段に、メタノールなどの水
素供与体を添加する嫌気性リアクターおよび残存する水
素供与体を分解する再曝気槽を設置すればさらに好まし
い。好気槽（２）で硝化された硝化液は、嫌気槽（３）
に返送されて循環される。嫌気槽（３）は、好気槽
（２）の硝化液中に含まれるＮＯ₂ −ＮやＮＯ₃ −Ｎを
窒素ガスまで生物学的に効率的に還元する作用を有して
いる。

【００３０】嫌気槽（３）には通常、担体は添加しない
が、効率向上の目的で、浮遊担体、プラスチックス、ア
ンスラサイト、砂、活性炭、高炉水砕スラグなどのいず
れかを添加、または、特公平２−００６５８９号公報に
あるような高炉水砕スラグを主原料としたサドル型セラ
ミックスやシリカ−アルミナ系粘土を主原料としたセラ
ミックスなどのいずれかを充填してもよい。このような
担体に脱窒細菌を高濃度に維持することにより、脱窒反
応を効率的に進めることができる。嫌気槽（３）におい
て、脱窒細菌の活動を良好に保つためには、嫌気槽
（３）の酸化還元電位を−１００〜−２００mV（Ａｇ／
ＡｇＣｌ基準）に維持することが重要である。

【００３１】酸化還元電位は、廃水の有機物やＮＨ₄ −
Ｎなどの還元性窒素化合物によって低下し、また、逆
に、ＮＯ₃ −ＮやＤＯによって上昇する傾向がある。こ
のため、嫌気槽の酸化還元電位管理は、以下の方法で行
う。まず、酸化還元電位が−１００mV以上になると、脱
窒速度が低下し、処理性能が悪化しやすい。また、逆に
嫌気槽の酸化還元電位が低下しすぎると、メタンガスや
硫化水素ガスなどの発生しやすく、脱窒細菌の機能が阻
害される場合がある。したがって、嫌気槽の酸化還元電
位は、−１００〜−２００mV（Ａｇ／ＡｇＣｌ基準）に
維持することが望ましい。

【００３２】嫌気槽の酸化還元電位を制御するため、酸
化還元電位が−２００mV以下になると空気をブロアで供
給し、−１００mV以上になると、メタノール、イソプロ
ピルアルコール、酢酸などの水素供与体を添加する装置
を設置することが望ましい。窒素を含まない廃液を用い
てもかまわない。一般に、都市下水の場合は、雨水など
の流入により嫌気槽の酸化還元電位が上昇しやすく、ま
た、有機物を多量に含む産業廃水の場合は、嫌気槽の酸
化還元電位が低下しやすい傾向がある。

【００３３】

【実施例】実施例１ 都市下水処理場において、実際の下水を用いた実験処理
を行った。下水の性状は、ＢＯＤが平均１２０mg／ｌ、
Ｔ−Ｎが平均３６mg／ｌであった。また、水温は、冬場
でも１５℃以上に維持されていた。図２に方法の概要を
示す。ただし、都市下水を用いた本実験処理において
は、好気性リアクター（５）は設置しなかった。好気槽
（２）に、硝化細菌の付着のために浮遊担体（９）とし
て、１０mm角のポリウレタンを１０容量％添加した。好
気槽（２）から嫌気槽（３）への循環量は、下水に対し
２００％、最終沈殿池（４）から嫌気槽（３）への返送
汚泥量は、下水に対し５０％とした。

【００３４】また、好気槽（１）、嫌気槽（３）のＭＬ
ＳＳ管理値は、３０００mg／ｌとした。好気槽（１）と
好気槽（２）の容量は以下の方法で決定した。ＭＬＳＳ
管理値が３０００mg／ｌの場合、ＢＯＤ除去速度は、５
０mg・ＢＯＤ／槽・ｌ・hr、また、硝化速度は１０mg・
Ｎ／槽・ｌ・hrであることから、ＢＯＤ除去速度／硝化
速度比は５である。さらに、下水のＢＯＤ／Ｔ−Ｎ比
は、３．３であったことから、好気槽（１）／好気槽
（２）の容量比は、３．３／５＝０．６６となる。具体
的には好気槽（１）のＨＲＴを２．４時間、好気槽
（２）のＨＲＴを３．６時間とした。さらに、脱窒速度
は１mgＮ／ｇ・ＭＬＳＳ・hr程度であるから、嫌気槽
（３）の容量あたりの脱窒速度は、３mgＮ／槽・ｌ・hr
である。

【００３５】返送汚泥量を加えた総循環量Ｒは、２５０
％であるから、好気槽（２）出口のＮＯ₃ −Ｎ濃度は、
３６mg × １／（１＋２．５）の式で推定され、１０
mg／ｌ程度となる。したがって、嫌気槽（３）のＨＲＴ
を３．３時間に設定した。したがって、本実験の嫌気槽
（３）、好気槽（１）、および好気槽（２）の総ＨＲＴ
は、９．３時間となる。嫌気槽（３）の酸化還元電位
を、酸化還元電位制御装置（１１）を用いて、ブロア
（１８）から散気装置（２９）を介して、槽内に空気を
供給するか、また、メタノール添加（メタノール添加ポ
ンプ（２３）により、メタノールタンク（２４）から嫌
気槽（３）への添加）により、−１００〜−２００mVに
制御した。

【００３６】また、好気槽（１）の酸化還元電位を、酸
化還元電位制御装置（１３）によってブロア（１９）か
ら散気装置（２９）を介して槽内に空気を供給して＋５
０mVに制御した。さらに、好気槽（２）の酸化還元電位
を、酸化還元電位制御装置（１５）によってブロア（２
０）から空気を供給して＋１００mVに制御した。１〜３
月の冬期の低水温期の実験結果を表１に示す。表１の結
果より、本法の処理水（２７）は、ＢＯＤが１０mg／ｌ
以下、Ｔ−Ｎが１０mg／ｌ以下と良好な結果が得られ
た。この実験結果から、本法は、冬期の低水温期におい
ても、総処理時間が９時間程度で、下水中の有機物と窒
素化合物を効率的に除去できることが明らかになった。

【００３７】

【表１】

【００３８】実施例２ 皮革工場廃水を用いた現場実験処理を行った。実験処理
の対象とした皮革工場廃水は、前処理の沈殿操作でＳＳ
を除去したものである。ＢＯＤは平均６００mg／ｌ、Ｃ
ＯＤ_Mnは平均４００mg／ｌ、Ｔ−Ｎが平均１５０mg／ｌ
であった。また、水温は、冬場でも１２℃以上に維持さ
れていた。図２に方法の概要を示す。好気槽（２）に、
Ｔ−Ｎがかなり高いことから、硝化細菌の付着担体とし
て、２０mm角のポリウレタンを２０容量％添加した。な
お、ポリウレタンは、５mmメッシュのステンレス製の担
体保持装置（８）内で流動させた。好気槽（２）から嫌
気槽（３）への循環量は、廃水に対し２５０％、最終沈
殿池（４）から嫌気槽（３）への返送汚泥量は廃水に対
し５０％とした。また、好気槽（１）、嫌気槽（３）の
ＭＬＳＳ管理値は５０００mg／ｌとした。

【００３９】好気槽（１）と好気槽（２）の容量は以下
の方法で決定した。ＭＬＳＳ管理値が５０００mg／ｌの
場合、ＢＯＤ除去速度は、８３mg・ＢＯＤ／槽・ｌ・hr
程度、また、硝化速度は２０mg・Ｎ／槽・ｌ・hr程度で
あることから、ＢＯＤ除去速度／硝化速度比は４であ
る。さらに、下水のＢＯＤ／Ｔ−Ｎ比は、４であること
から、好気槽（１）／好気槽（２）の容量比は４／４＝
１となる。具体的には好気槽（１）のＨＲＴは７．２時
間、好気槽（２）のＨＲＴを７．２時間とした。さら
に、脱窒速度は１mgＮ／ｇ・ＭＬＳＳ・hr程度であるか
ら、嫌気槽（３）の容量あたりの脱窒速度は、５mgＮ／
槽・ｌ・hrである。返送汚泥量を加えた総循環量Ｒは、
３００％であるから、好気槽（２）出口の（ＮＯ₂ −Ｎ
＋ ＮＯ₃−Ｎ）濃度は、１５０mg × １／（１＋
３）の式で推定され、３７．５mg／ｌ程度となる。した
がって、嫌気槽（３）のＨＲＴを７．５時間に設定し
た。したがって、本実験の嫌気槽（３）、好気槽
（１）、および好気槽（２）の総ＨＲＴは、２２時間で
ある。また、好気性リアクター（５）のＨＲＴは、水温
で１２℃以上に維持されていたことから、硝化速度を１
０mg・Ｎ／槽・ｌ・hr程度とし、好気槽（２）出口の
（ＮＯ₂ −Ｎ ＋ ＮＯ₃ −Ｎ）濃度が、３７．５mg／
ｌ程度と推定されることから４時間に設定した。

【００４０】嫌気槽（３）の酸化還元電位は、酸化還元
電位が低下しやすいので、酸化還元電位制御装置を用い
て、ブロア（１８）から散気装置（２９）を介して槽内
に空気を供給する方法により、−２００mVに制御した。
また、好気槽（１）の酸化還元電位は、酸化還元電位制
御装置（１３）によって、ブロア（１９）から酸素を供
給して＋５０mVに制御した。さらに、好気槽（２）、お
よび、好気性リアクター（５）の酸化還元電位は、酸化
還元電位制御装置（１５）および（１７）によってブロ
ア（２０）および（２１）から散気装置（２９）を介し
て槽内に酸素を供給して＋１５０mVに制御した。１〜３
月の冬期の低水温期の実験結果を表２に示す。表２の結
果より、本法の処理水（２６）は、ＢＯＤが１０mg／ｌ
以下、ＣＯＤ_Mnが５０mg／ｌ以下、Ｔ−Ｎが４０mg／ｌ
以下、ＮＯ₂ −Ｎは未検出であり、良好な結果が得られ
た。

【００４１】この実験結果から、本法は、冬季の低水温
期においても、総処理時間が２６時間程度で、皮革廃水
中の有機物と窒素化合物を効率的に除去でき、しかも、
ＮＯ ₂ −Ｎが蓄積しないため、処理水質が安定すること
が明らかになった。

【００４２】

【表２】

【００４３】

【発明の効果】従来の活性汚泥循環変法では、有機物と
アンモニア性化合物等の還元性窒素化合物を含有する廃
水の処理において、硝化速度が遅く設備が過大となる問
題点がある。また、産業廃水の場合には、硝化・脱窒の
阻害成分を含むことがあるため、設備がさらに大きくな
るとともに、処理水中にＣＯＤ源となるＮＯ₂ −Ｎが蓄
積しやすく、この制御が問題となる。本発明は、好気槽
が有機物除去を行う好気槽（１）と硝化を行う好気槽
（２）からなり、好気槽（２）に浮遊担体を添加し、酸
化還元電位制御を行っているので、従来の活性汚泥循環
変法と比較して、硝化速度が大きく、アンモニア性窒素
等の還元性窒素化合物を効率的に除去することができ、
設備を小型化できる。また、産業廃水の場合には、さら
に、好気性リアクター（５）を設置し、ＮＯ₂ −Ｎがほ
ぼ完全に酸化できる結果、処理水質が向上する。

【００４４】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る廃水中の窒素除去方法のフローを
示す図である。

【図２】本発明の実施例を示す図である。

【図３】従来の活性汚泥循環変法による廃水処理のフロ
ーを示す図である。

【符号の説明】

１…好気槽（１） ２…好気槽（２）（硝化槽） ３…嫌気槽 ４…最終沈殿池 ５…好気性リアクター ６…汚泥返送ポンプ ７…硝化液循環ポンプ ８…浮遊担体保持装置 ９…浮遊担体 １０…酸化還元電位センサー １１…酸化還元電位制御装置 １２…酸化還元電位センサー １３…酸化還元電位制御装置 １４…酸化還元電位センサー １５…酸化還元電位制御装置 １６…酸化還元電位センサー １７…酸化還元電位制御装置 １８…ブロア １９…ブロア ２０…ブロア ２１…ブロア ２２…水中攪拌機 ２３…メタノール添加ポンプ ２４…メタノールタンク ２５…都市下水または産業廃水 ２６…処理水 ２７…処理水 ２８…充填層 ２９…散気装置

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 嫌気槽と好気槽とを設けて有機物と還元
   性窒素を含む廃水を循環処理し、その処理水を最終沈殿
   処理した後に系外に排出する活性汚泥循環変法におい
   て、 ａ）上記好気槽が好気槽（１）と好気槽（２）に、又は
   多段に分けられており；そして ｂ）上記廃水が嫌気槽（３）内で脱窒され、上記好気槽
   （１）内で有機物について酸化され、そして上記好気槽
   （２）内で還元性窒素について硝化される、あるいは上
   記好気槽が多段に分けられる場合には、上記廃水が有機
   物について酸化される処理の後に、還元性窒素について
   硝化される処理が行われる、ことを特徴とする、廃水中
   の窒素除去方法。
2. 【請求項２】 好気槽（２）又は硝化が行われる好気槽
   に、切片が５〜１００mmである浮遊担体を５〜４０容量
   ％添加することを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 【請求項３】 浮遊担体がポリウレタンフォームである
   ことを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 【請求項４】 好気槽（２）又は硝化が行われる好気槽
   内の廃水の酸化還元電位（Ａｇ／ＡｇＣｌ基準）を＋１
   ００〜＋２００mVに維持することを特徴とする請求項１
   〜３のいづれか１項に記載の方法。
5. 【請求項５】 嫌気槽（３）内の廃水の酸化還元電位
   （Ａｇ／ＡｇＣｌ基準）を−１００〜−２００mVに維持
   することを特徴とする請求項１〜４のいづれか１項に記
   載の方法。
6. 【請求項６】 最終沈殿処理後の処理水中の還元性窒素
   を、好気性リアクター（５）により酸化処理することを
   特徴とする請求項１〜５のいづれか１項に記載の方法。
7. 【請求項７】 好気性リアクター（５）の充填担体が、
   高炉水砕スラグを主原料とするサドル型セラミックスで
   あることを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. 【請求項８】 好気性リアクター（５）内の処理水の酸
   化還元電位（Ａｇ／ＡｇＣｌ基準）を、＋１００〜＋２
   ００mVに維持することを特徴とする請求項６又は７に記
   載の方法。