JPS6015399B2 - アンモニア含有廃水の生物学的脱窒素法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、窒素を含有する廃水の窒素分を生物学的に除
去する方法に関するものである。

生物学的脱窒素法は、硝化菌（亜硝酸菌、硝酸菌）の作
用を利用して窒素化合物を好気的条件下でＮ○×（Ｎ０
２、Ｎ０３）に硝化（酸化）したのち、脱窒素菌の作用
を利用してＮＯ広を嫌気的条件下でＮ２ガスにまで還元
除去するものである。

脱窒素が終了するまでの反応過程を化学量論的に表わす
と次式のようになる。硝化反応（好気的条件） Ｎ財十１．の２一ＮＯ夏十幻十十ＱＯ 亜硝酸菌・・・
・・・【１’Ｎ０５十０．の２一ＮＯ；
硝酸菌・・・…‘２’脱窒素反応（嫌気的条件）ＮＱ‐
＋日２−ＮＯ夏十仏０ 脱窒素菌・・・・・・
｛３｝ＮＯＳ十１．９Ｌ→０．印２↑十ＯＨ−＋比○脱
窒素菌・・・・・・‘４１上記硝化反応の条件は、他の
好気的微生物反応と同様に、溶存酸素、水温、斑が適当
に維持されていることであるが、硝化反応は炭素性化合
物を酸化する場合と異なり、‘１’式に示されているよ
うに、アンモニア１当量に対して２当量のＨ＋を発生す
る生酸反応なので、硝化が進行すれば、ｐＨは低下する
。

ところが、硝化菌の至適ｐＨ範囲は７．８〜８８にあり
、恥が５程度まで低下すると硝化はほとんど停止する。
このため、順調な硝化反応が行なわれるには、廃水のｐ
Ｈが中性付近に維持されなければならない。上記‘１１
〜■式に示されるように、硝化には酸素、脱窒素には水
素供与体の供給が必要があるが、廃水に含有される大量
の窒素分を処理する場合には、酸素供給動力費、水素供
与体として使用されているメタノール、ｐＨ制御用のア
ルカリ剤など有価の工業薬品が大量に消費され、脱窒素
処理装置の運転経費のうえから大きな問題となっている
。

脱窒素処理装置の硝化工程では、通常アンモニアをＮ０
８にまで硝化しているが、上記‘１１〜【４’式からわ
かるように、硝化をＮ０２でとどめて脱窒素処理する方
が、硝化の酸素供給、脱窒素の水素供与体供給量が少な
くて済み、運転経費の点で有利である。すなわち、Ｎ０
２型硝化の酸素量はＮ０３型硝化の３／４（１．の２／
幻２）で済み、Ｎ０ｘの還元に消費される水素供与体量
もＮ０２はＮＱの３／５（１．胡２／２．世２）で足り
る。このように、ＮＯＺ塾硝化の脱窒素処理には自明の
利点があるにもかかわらず、実際の脱窒素処理のほとん
どがＮ０３型硝化で行なわれている。これは、Ｎ０２型
硝化を脱窒素処理装置内で維持することが極めて困難で
あるからに外ならない。しかしながら、ＰＨおよびアン
モニア濃度が高いほどＮＱ型硝化になりやすいという報
告（下水道協会誌ｖｏｌ．７、ＮＯ．７４ １９７０／
７、遠矢泰奥「生物学的脱窒素法に関する研究‘１１」
）がなされている。これは次の化学平衡式から、遊離の
ＮＨ３がＮ０２をＮ０３に硝化する硝酸菌の活性を阻害
するためであるということが容易に推定できる。Ｎ虹十
十ＯＨ‐→ＮＨ３十日２０ ・・・・・・
（５｝Ｎ瓜：遊離アンモニアこの｛５’式から、アンモ
ニア濃度、ｐＨの高いほど遊離Ｎ鴇濃度が増加し、Ｎ０
２型硝化の条件範囲となるが、硝化をこのような条件で
行なうことは窒素除去率、アルカリ剤の供Ｖ給経費のう
えから困難であり、実施されるに至っていない。

すなわち、第１図に示されるような、原水１を硝化工程
２へ導き、さらに脱窒素工程３へ導き、次いで、沈殿池
４にて固液分離され、上燈水は処理水５として系外へ、
また沈殿池４で沈降した濃縮汚泥を返送汚泥６として前
記硝化工程２へ返送するといった脱窒素処理の基本プロ
セスでは、硝化工程２で残存するアンモニアは脱窒素工
程３では何ら変化を受けず処理水５に残留し、窒素除去
率は低下することになる。

また、硝化工程２の中和に必要なアルカリ剤（ＮａＯＨ
）は次式に示されるが、硝化工程２のｐＨを中性以上に
維持するためにはＮａＯＨを中和に必要な量以上添加し
なければならない。一方、上記‘３！式およびＮ比ＯＨ
＋１．の２十（１十ｏ）ＮａＯＨ→ＮａＮ０２十細２０
十ｏＮａＯＨ ……■ＱＮａＯ
Ｈ：ｐＨを中性以上にあげるためのＮａＯＨ式に示され
るように、脱窒素反応の際にはＮ０×と当量のＯＨ‐が
放出されるが、第１図に示される方式では返送汚泥６に
同伴して放出されたＯＨ‐の一部が硝化工程２に流入し
、中和反応に利用され、その分だけ硝化工程２に添加す
るアルカリ剤の量が節減される。

したがって、汚泥返送量を増加すれば硝化工程における
アルカＩＪ節減量も大きくなるが、汚泥返送量を増加す
ることは沈殿池４の水理負荷から限界がある。本発明は
、上記の欠点を補い、しかもＮＯ隼塾硝化を行なうこと
によって、脱窒素処理を極めて有利に行ない、運転経費
の節減をはかることを目的とするものである。

本発明は、第１硝化工程→第１脱窒素工程→第２硝化工
程→第２脱窒素工程と順次直列に連結し、この第１硝化
工程でアンモニア含有廃水中のアンモニアの一部が残留
するように硝化を行ない、次の第１脱窒素工程で脱窒素
し、その脱窒素水の一部を第１硝化工程に循環し、残部
の脱窒素水に残留するアンモニアを第２硝化工程で完全
に硝化したのちに第２脱窒素工程で脱窒素処理すること
を等徴とし、またこの際、上記第１硝化工程における硝
化では、一定濃度範囲のアンモニアが残留するように制
御するのが望ましい。さらに、本発明の−実施態様を図
面を参照しながら説明すると、第２図示例において、第
１硝化工程７、第１脱窒素工程８、第２硝化工程９、第
２脱窒素工程１０を順次直列に連結し、原水１を沈殿池
４で濃縮分離された返送汚泥６と第１脱窒素工程８から
の脱窒素水の一部１１とともに好気的条件下にある第１
硝化工程７に導き、一定濃度範囲のアンモニアが残留す
るように硝化されたのち、嫌気的条件下にある第１脱窒
素工程８へ導入し、第１硝化工程７で生成したＮ０２が
脱窒素される。

次に、第１脱窒素工程８から流出する脱窒素水の一部１
１は上記のように第１硝化工程７へ循環され、残部を第
２硝化工程９に導いて脱窒素水に残留しているアンモニ
アを完全に硝化したのち、第２脱窒素工程１川こおいて
脱窒素を終了し、沈殿池４でこの活性汚泥混合液を固液
分離し、上燈液を処理水５として系外へ導き、沈降して
いる濃縮汚泥を返送汚泥６として上記のように第１硝化
工程７へ返送する。また、第１硝化工程７において残留
すべきアンモニア濃度を一定範囲に保持するためには、
第１硝化工程７に流入するアンモニア濃度あるいは第１
脱窒素工程８から流出するアンモニア濃度を検知装置１
２で検知し、検知装置１２から送られる信号を受けた制
御装置１３が汚泥返送ポンプ１４の汚泥返送量、第１硝
化工程７の曝気用ブロワー１５の爆気量をそれぞれ単独
あるいは同時に制御し、第１硝化工程７の汚泥量、酸素
供給量を増減して該工程におけるアンモニアの硝化量を
調節すればよい。

なお、上記実施態様では、硝化工程、脱窒素工程とも活
性汚泥法を利用したものであるが、微生物媒体を利用し
た充填塔方式その他公知の生物学的脱窒素法でも同等の
効果が期待できる。

以上述べたように、本発明によれば次のように従来法で
は到底期待できない優れた利点を有するものである。

○｝硝化をＮ０２型で行なうことによって、硝化に要す
る酸素量、脱窒素に要する水素供与体量を、Ｎ０３型硝
化の脱窒素処理の場合よりも少なくできる。

‘２） Ｎ０２型硝化はｐＨ、アンモニア濃度の高いほ
ど促進されるが、本発明では第１脱窒素工程で遊離され
るＯＨ‐を沈殿槽の水理負荷に無関係に第１硝化工程の
中和に利用できるので、脱窒素水を循環しない場合に比
べて少ない量のアルカリ剤の添加でｐＨを高く保つこと
ができ、経済的であるばかりでなく、添加アルカリ量が
少ないので処理水のｐＨが高くならず、処理水ＰＨの再
調整を必要としない。

また、第１硝化工程−第１脱窒素工程で循環を行なうこ
とにより、窒素負荷の変動があっても両工程に速やかに
負荷変動が分散されるので両工程における窒素濃度の増
減が緩慢となり、それに応じて酸素供給、汚泥濃度の制
御が容易となるため、安定して一定濃度範囲のアンモニ
アを残留でき、Ｎ０２型硝化を促進することができる。

‘３１ 硝化−脱窒素工程を２段に配列し、１段目の硝
化工程でアンモニアを残留させることによって、脱窒素
装置の活性汚泥を亜硝酸菌嬢占汚泥とし、かつ２段目の
硝化−脱窒素工程で１段目の硝化−脱窒素工程で残留し
た窒素分を完全に除去することによって高い窒素除去率
でＮ０２型硝化を促進することができる。次に実施例を
示す。

原水として、市販アンモニア水を水道水に溶かした人工
アンモニア廃水を用いたが、その水質は、 ′
ｐＨ ＩＯ．５Ｎ比−Ｎ １５００の９／そであった。

上記原水を、第１図に示した従来法および第２図に示し
た本発明法によってそれぞれ処理した。

これらの場合の実験条件、実験結果および薬品消費量は
次の通りであった。実験条件 従来法 本発明法 第１硝化槽容積■ ６０、５ ３３．０第
２硝化槽容積（〃） ′ 一 ５．５第１
脱窒素槽容積（〃） ２７．５ １６．５第
２脱窒素槽容積（〃） 血 １１．０原 水
流 量（ム／日） １６ １６返送汚泥量
（〃） １２ ８循環脱窒素水量（〃 ） −
５６希釈水道水量（ 〃 ） ４８第１硝化槽水
温（℃） ３０ ３０ｐＨ （一）
７．０ ８．１ＭＬＳＳの沙の ４００９
４０２１ＮＨ３−Ｎ＜〃 ） 。

６０Ｎ０２−Ｎ（ 〃 ） ３２ ２５１
Ｎ０３−Ｎ（ 〃 ） ３０９ １０第２硝化槽
Ｎ０２−Ｎ（ 〃 ） − ３００Ｎ○３−Ｎ
（ 〃 ） １５実験結果（処理水質） 従来法 本発明法 ｐＨ （一） ８．０ ８．
０ＮＨ４−Ｎ（物ソム） ０ ０Ｎ０
２−Ｎ（ 〃 ） ０ ０．２Ｎ０３−
Ｎ（ 〃 ） ０．３ ０ＢＯＤ （
〃 ） ４．２ ５．８薬品消費量従
来法 本発明法 ３２タソ日 ＣＨ３伽日（例）８５５２鷲三頃塵建 ２０タソ日 ＮａＯＨ （ 〃 ） ４７ ６．２ ＨＣＺ （〃）８７５５ （注）ＣＨ３ＣＯＯ日（酢酸）は脱窒素の水素供与体と
して、ＮａＯＨは従来法の硝化工程、本発明の第１硝化
工程の中和およびｐＨ上昇剤として、またＨＣＺはｐＨ
の上昇した脱窒題処理水をｐＨ８．０に調整するために
用いた。

なお、上記の実験条件、実験結果、薬品消費量の測定、
分析値は、定常状態における１０日間の平均値である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来法の系統説明図、第２図は本発明の一実施
態様を示す系統説明図である。 １・・・・・・原水、２・・・・・・硝化工程、３・・
・・・・脱窒素工程、４・・・・・・・・・沈殿池、６
・・・・・・返送汚泥、７・・・・・・第１硝化工程、
８・・・・・・第１脱窒素工程、９・・・・・・第２硝
化工程、１０・・…・第２脱窒素工程、１１・・・・・
・脱窒素水の一部、１２・・・・・・検知装置、１３・
・・・・・制御装置。 第１図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 硝化工程と脱窒素工程からなる生物学的脱窒素法に
   おいて、第１硝化工程、第１脱窒素工程、第２硝化工程
   、第２脱窒素工程を順次直列に連結し、この第１硝化工
   程で廃水中のアンモニアが残留するような硝化を行ない
   、次の第１脱窒素工程で脱窒素し、その脱窒素水の一部
   を第１硝化工程に循環し、残部の脱窒素水に残留するア
   ンモニアを第２硝化工程で完全に硝化したのちに第２脱
   窒素工程で脱窒素処理する方法において、該第１硝化工
   程に流入するアンモニア性窒素あるいは第１脱窒素工程
   から流出するアンモニア性窒素を検知し、第１硝化工程
   の汚泥量、酸素供給量をそれぞれ単独あるいは同時に制
   御し、この第１硝化工程の残留アンモニア性窒素濃度を
   ６０ｍｇ／ｌ以上、かつｐＨ８．１以上の範囲に保持す
   ることを特徴とすることを特徴とするアンモニア含有廃
   水の生物学的脱窒素法。