JPH0929282A - 排水の生物学的脱窒法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 還元剤としてメタノールを使用せずに、嫌気
条件下に、硝酸態窒素を生物学的に脱窒処理する方法及
びコンパクト化が可能な脱窒処理装置を提供すること。 【構成】 排水中の硝酸態窒素を嫌気条件下に生物学的
に処理するに際し、還元剤として硫黄を使用し、脱窒処
理された排水を膜分離装置で固液分離することを特徴と
する排水の生物学的脱窒法及び嫌気槽内に固液分離用の
膜分離装置を設けた排水の生物学的脱窒装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は排水の生物学的脱窒
法及びその装置に関し、詳しくは、元素硫黄を還元剤と
して使用し、嫌気条件下に排水を生物学的に脱窒し、脱
窒された排水と、活性汚泥及び元素硫黄とを膜で分離す
る排水の生物学的脱窒法及び嫌気槽内に固液を分離する
膜分離装置を設けた生物学的脱窒装置に関する。

【０００２】近年、内湾、内海や湖沼等の水域における
窒素及び燐による富栄養化現象の進行は、水質汚濁の主
要原因として大きな社会問題と化している。これらの水
質汚染の原因となる一般家庭及び工場排水に対して、特
に、排水中の窒素及び燐に対して厳しい規制が実施さ
れ、又、そのための排水処理法も種々提案されている。

【０００３】排水処理方法として最も一般的な方法は、
活性汚泥による生物学的処理法であり、生物学的処理法
による窒素の除去は、好気条件下でＢＯＤ酸化菌と硝化
菌を用いて排水中の有機態窒素を亜硝酸又は硝酸まで酸
化する工程（硝化工程）と、嫌気条件下で脱窒化菌を用
い、硝化工程で生成した亜硝酸又は硝酸を窒素ガスに還
元する脱窒工程の２工程により行われる。脱窒工程では
脱窒反応の還元剤としてメタノール等の水素供与体を使
用しているが、脱窒反応を完全に行う為にはメタノール
を過剰に使用する必要がある。この過剰のメタノール
は、脱窒反応完了後は、処理排水中にＢＯＤとして残存
しており、この残存メタノールを処理するために更に活
性汚泥による好気処理が必要であり、その為の再曝気槽
の設置と活性汚泥を分離する為の沈澱池等の固液分離の
ための設備が必要となる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来のメタノールを還
元剤として使用する生物学的脱窒法は、上記のようにメ
タノール等の薬剤費、設備費や運転コストが高くつき、
この方法の普及の妨げとなっている。従って、本発明の
目的は、還元剤としてメタノールを使用せずに、嫌気条
件下に、硝酸態窒素を生物学的に脱窒処理する方法及び
コンパクト化が可能な脱窒処理装置を提供することであ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は以下の発
明によって達せられる。即ち、本発明は、排水中の硝酸
態窒素を嫌気条件下に生物学的に処理するに際し、還元
剤として元素硫黄を使用し、脱窒処理された排水を膜分
離装置で固液分離することを特徴とする排水の生物学的
脱窒法及びその装置である。

【０００６】

【発明の実施形態】次に好ましい実施形態を挙げて本発
明を更に詳細に説明する。排水中の硝酸態窒素を、還元
剤として硫黄を用いた嫌気条件下の生物学的脱窒処理と
分離膜による固液分離を組み合わせて処理することによ
り、狭いスペースで効率よく、且つ、経済的に脱窒処理
をすることができる。

【０００７】本発明で処理する硝酸態窒素を含む排水
は、有機態窒素を含む排水を好気条件下に生物学的に硝
化処理して亜硝酸や硝酸を含む排水や、硝化処理を経ず
に最初から硝酸態窒素を含む排水である。本発明の生物
学的脱窒処理は、硝酸態窒素を含む排水の硝化工程及び
脱窒工程の２工程からなる従来の生物学的脱窒処理法に
おける脱窒工程にそのまま使用でき、還元剤としてメタ
ノール等の溶解性有機物による水素供与体に代えて元素
硫黄を使用すること以外は、生物学的脱窒処理法自体は
特に限定されない。

【０００８】還元剤としての元素硫黄（以下では、硫黄
と称する。）は、水に不溶の単体の硫黄（Ｓ⁰ ）であ
り、粉末状あるいは粒状で使用される。硫黄は少なくと
も硝酸態窒素に対する理論量（硝酸態窒素の２．５倍
量）以上の量を使用することが好ましい。硫黄の添加法
は特に制限されず、脱窒処理を行う嫌気槽に直接、粉末
状あるいは粒状のままで、もしくはこれらの水懸濁液と
して添加してもよいし、被処理排水に添加してもよい。
又、粒状硫黄は、嫌気槽の底部に敷き詰めることもでき
る。

【０００９】硝酸態窒素を含む排水は、嫌気条件下で、
撹拌下に活性汚泥と接触させられて脱窒処理される。通
常、処理系（嫌気槽）中の温度は１０〜４０℃であり、
ｐＨは６〜９．５の範囲である。

【００１０】脱窒処理された排水は、膜分離装置によっ
て、処理系中の硫黄及び活性汚泥等の固形分と処理済水
とに分離される。膜分離装置は、嫌気槽内あるいは嫌気
槽の外部に設けることができるが、膜分離装置は嫌気槽
内に設置することが好ましい。膜分離装置を嫌気槽内に
設置することにより、設備全体をコンパクトにすること
ができ、又、汚泥は嫌気槽に留まり、返送する必要もな
く、汚泥返送の為の付帯設備を設置する必要がなく、経
済的効果も大きい。膜分離装置を使用する他の効果とし
ては、硫黄は分離されて嫌気槽に残り、脱窒処理された
処理済水中には含まれないので、残存ＢＯＤを処理する
為の再曝気槽を設置する必要もなく、又、活性汚泥を分
離する設備も不要となり、狭いスペースで、コンパクト
な装置で効率的、且つ経済的に排水の脱窒処理が可能と
なる。

【００１１】本発明で使用する膜分離装置としては、分
離膜として限外濾過膜（ＵＦ膜）、逆浸透膜（ＲＯ膜）
や精密濾過膜（ＭＦ膜）等を用いた分離装置が用いられ
る。膜の形状は、平板型、管状型、スパイラル状型及び
中空繊維型のいずれでもよいが、平板型あるいは中空繊
維型の浸漬型の膜が好ましく、分離膜はＵＦ膜が好まし
い。膜の材料は、被処理排水に対し耐久性を有する材質
であればいずれでもよく、特に制限されない。又、膜
は、硫黄と活性汚泥等の固形分と水を分離することがで
きる孔径（ポアサイズ）を有する膜であればよい。

【００１２】本発明の脱窒処理法のフローを、一例とし
て実施例で使用する図１に示す装置の概略図に基づいて
説明する。原水タンクから被処理水をポンプＰにより所
定の流量で嫌気槽に供給する。嫌気槽には活性汚泥が所
定量添加されている。還元剤として粉末硫黄を直接嫌気
槽に所定量添加し、攪拌下に被処理水の脱窒処理を行
う。ｐＨコントローラーで嫌気槽内の被処理水のｐＨを
水酸化ナトリウムで７．５に調整し、水温が２５℃とな
るように恒温装置で水温をコントロールする。活性汚泥
中の硫黄脱窒菌は、硝酸態窒素中の分子状の酸素を用い
て硫黄を酸化する際に発生するエネルギーによって生育
するが、自栄養微生物であるので、重炭酸塩等の無機炭
素源が細胞合成の為に添加される。脱窒処理された被処
理水は、嫌気槽内に設置した膜分離装置で硫黄と活性汚
泥とから分離され、処理済水として放流される。

【００１３】

【実施例】次に実施例を挙げて本発明を具体的に説明す
る。 実施例１ 硝酸態窒素を含む排水として表１に示す組成の人工原水
を用い、図１に示す装置で脱窒処理を行った。嫌気槽の
容量は１０リットルであり、該槽内の水温が処理期間中
２５℃となるように該槽外壁に設けた恒温水循環槽内に
恒温装置によって恒温水を循環させた。嫌気槽には、種
汚泥として硫黄脱窒菌を含む下水処理場の活性汚泥を上
記の原水で１カ月間馴養させた汚泥をＭＬＳＳが８，０
００ｍｇ／ｌとなるように添加した。原水は原水タンク
からポンプＰにより１２．５ｍｌ／ｍｉｎの流量で嫌気
槽に供給し、処理期間中原水のｐＨをｐＨコントローラ
ーによって７．５に制御した。還元剤である硫黄は、粉
末状（１００メッシュ）で用い、直接、嫌気槽に７０ｇ
（硝酸態窒素の２．７倍量）（理論量は２．５倍量）添
加した。尚、硫黄は連続運転中１週間毎に７０ｇ添加し
た。

【００１４】嫌気槽内には、ポアサイズが０．０３μｍ
の中空繊維型の膜を設置し、脱窒処理された処理水が１
２．５ｍｌ／ｍｉｎのレートで分離排出されるように嫌
気槽を脱窒処理によって発生した窒素ガスで加圧した。
加圧のみで所定の処理水量が得られない場合には、チュ
ーブポンプにより強制的に嫌気層から中空繊維型膜を通
して減圧処理により引き抜きを行った。以上の条件で４
０日間の連続処理を行った。処理水中の硝酸態窒素（Ｎ
Ｏ₃−Ｎ）濃度（ｍｇ／ｌ）及びＣＯＤ（ｍｇ／ｌ）を
測定した（本来はＢＯＤを測定すべきであるが、測定の
容易さからＣＯＤを測定した。以下の例においても同様
である。）。その結果を図３に示す。図３から明らかな
ように、運転開始１日目より硝酸態窒素はほぼ完全に処
理され、連続処理期間中を通して良好な処理を行うこと
ができた。これは、分離された汚泥が嫌気槽内に留ま
り、比較例１における汚泥返送と同じ効果が得られた為
である。 又、処理水中のＣＯＤは、膜分離により硫黄
が除去されたため、低濃度に保たれた。従って、本発明
方法を実施することにより再曝気槽の設置は不要であ
る。

【００１５】

【表１】人工原水組成（ｍｇ／ｌ）

【００１６】比較例１ 図２に示す従来から脱窒工程で使用されている装置を用
い、還元剤としてメタノールを硝酸態窒素量の３倍の量
（理論量は２．４７倍量）を添加した表２に示す人工原
水を脱窒処理した。他の条件は実施例１と同じ条件で４
０日間の連続処理を行った。脱窒処理された処理水は、
活性汚泥と処理済水とに分離する為に沈澱槽に送り、沈
殿した活性汚泥はポンプＰにより嫌気槽に連続して循環
した。沈澱槽を出た処理水の硝酸態窒素（ＮＯ₃−Ｎ）
濃度（ｍｇ／ｌ）及びＣＯＤ（ｍｇ／ｌ）を測定した。
その結果を図３に示す。図３から明らかなように、運転
開始１日目より硝酸態窒素はほぼ完全に処理され、実施
例１と同様に連続処理期間中を通して良好な処理を行う
ことができた。しかしながら、処理水中には残留メタノ
ール由来のＣＯＤが残留しており、これを処理するため
に再曝気槽等の設置が必要である。

【００１７】

【表２】人工原水組成（ｍｇ／ｌ）

【００１８】

【発明の効果】以上の本発明によれば、排水中の硝酸態
窒素をほぼ完全に除去することができ、さらに脱窒処理
された排水中の残留ＢＯＤは低濃度であり、活性汚泥に
よる好気処理（再曝気槽の設置）や、活性汚泥の分離及
び返送の為の設備は不要である。又、膜分離装置を嫌気
槽内に設置することにより、分離された汚泥は嫌気槽に
留まり、汚泥を返送する為の設備も不要である。従っ
て、本発明を実施することにより、狭いスペースで効率
的に、且つ経済的に硝酸態窒素含有排水の脱窒処理を実
施することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例１で使用する装置の概略図である。

【図２】 比較例１で使用する従来装置の概略図であ
る。

【図３】 実施例１及び比較例１の処理結果を示す図で
ある。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 排水中の硝酸態窒素を嫌気条件下に生物
   学的に脱窒処理するに際し、還元剤として元素硫黄を使
   用し、脱窒処理された排水を膜分離装置で固液分離する
   ことを特徴とする排水の生物学的脱窒法。
2. 【請求項２】 膜分離装置が嫌気槽内に設けられている
   請求項１に記載の排水の生物学的脱窒法。
3. 【請求項３】 排水の脱窒処理を行う嫌気槽内に固液分
   離用の膜分離装置を設けたことを特徴とする排水の生物
   学的脱窒処理装置