JPS62225294A - 生物学的脱窒装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、汚水の生物学的脱窒装置に係わり、詳しくは
硝酸性窒素および又は亜硝酸性窒素を含む汚水を生物学
的に処理する装置に関するものである。

（従来の技術） 生物学的脱窒法は、脱窒菌がもつ硝酸呼吸能力を利用し
て、水中の硝酸性窒素（ＮＯｓ−’）　、亜硝酸性窒素
（ＮＯ２−’）をＮ２ガスに還元し、水中の窒素を除去
する方法である。

前記脱窒菌は、通常環境下では分子状酸素（０２）の存
在下で有機物を酸化して得られるエネルギーを、その増
殖と生体維持に利用する。

また前記分子状酸素の無い嫌気性（以下通性嫌気性とい
う）下では、分子状酸素分子の代りにＮｏ、−’もしく
はＮＯ２−’を用いて有機物を分解しエネルギーを得る
能力があり、前記生物学的脱窒法はこのことを利用した
方法である。

前記においてＮＯ３−’、　ＮＯ２−’は次式■に示さ
れる反応を伴なって窒素ガス化される。

この式■中の水素（Ｈ）は、有機物の分解反応によって
与えられるものであり、したがって前記脱窒反応を行な
わせるためには有機物が必要で、この有機物は、前記汚
水中に生分解可能の形で含まれている場合にはそれが利
用され、また微生物体内中にある有機物も利用される。

なお汚水中に有機物が無いか不足している場合には、外
部からメタノール等の有機物の適当量が添加される。

脱窒反応はまた、次式■の反応速度式 ｄＮ／ｄｔ＝Ｋ　−Ｍ　　　　　　　　　　・・・・・
■ただし　Ｎ　：　ＮＯｓ″″もしくはＮＯ□−１濃度
Ｍ：脱窒菌濃度（通常汚泥濃度で 代表される） に：脱窒速度定数 で表される。

この式■によれば、脱窒速度ｄＮ／ｄｔを高めるために
は、Ｋ値あるいはＭ値を高める操作を行なえばよいこと
が分る。

前記に値は、脱窒に必要な有機物の量、水温、　ｐＨな
どの各因子、あるいは脱窒菌の種類などで変化するもの
であって、一般的には０．１ｋｇＮ／ｋｇ−ｓｓ日程度
の値として与えられ、装置の形式、運転方法等に直接的
には関係しない。

他方前記Ｍ値は、脱窒装置の形式、運転方法等に直接的
に関係して変化する値であって、前述の如く通常は汚泥
濃度によって代表される。

ところで、工業的規模での脱窒ｌＡ理を行なうにあたっ
ては、出来るだけ前記反応速度ｄＮ／ｄｔが高くとれる
ことが、装置の小型化等の点で望ましいことは言うまで
もなく、したがって、前記反応速度ｄＮ／　ｄｔを律速
する値であってかつ装置の形式（構造、容積等）に関係
するＭ値（前記の如く汚泥濃度で代表される）を、出来
るだけ大きな値とした装置の開発が脱窒装置における一
つの大きな課題になっているといえる。゛ここで前記式
■のＭ値（以下、Ｍ値冨汚泥濃度と考える）と、従来法
に招ける脱窒装置の関係について、該従来装置のフロー
概要を示した第２図〜第４図に基づいて述べる。

第２図は、通常、浮遊式脱窒装置と称される装置を示す
。この例は、ＮＯ３−’　、　ＮＯ２−’　　（以下硝
酸性窒素と総称する）を含んだ原汚水１を脱窒槽４に導
き、該脱窒槽４内に生息する脱窒菌によって前記硝酸性
窒素をＮ２ガスに変換する。

脱窒処理された液は、脱窒槽４から汚泥を分離するため
の固液分離槽５に送られて固液分離され、処理水は処理
水ライン３を通して不図示の処理水系に送られる。また
汚泥はその一部が汚泥返送ライン２を通して脱窒槽４に
返送され、他は不図示の余剰汚泥処理系に送られて処理
される。なお前記脱窒槽４には、適宜必要に応じて有機
源の添加ライン６、酸添加のためのｐＨ調整ライン７が
接続される。

以上の構成の浮遊式脱窒装置においての脱窒槽４内の汚
泥濃度は、一般的に次のように見積られる。すなわち、
前記返送汚泥量は通常原汚水流入量の２０〜１０１程度
の範囲であり、また前記固液分離槽５は通常重力沈降槽
であってそこからの返送汚泥濃度は５０００〜１５００
０ｍｇ／旦’程度とされることから、仮にこれらを返送
汚泥濃度を１５０００ｍｇ＃！　、返送汚泥率を１００
零とそれぞれ最大のものと考えても、前記脱窒槽４内の
汚泥濃度は７０００〜８０００ｍｇ＃！程度に見積られ
る。

第３図は、固定床式脱窒装置と称される装置を示す。こ
の例の装置は、前記脱窒槽４の内部　　　゛に砂２石、
カーボン、ハニカムチューブ等の微生物担持体８を固定
的に設けた構造を有する他は、前記浮遊式の装置と同様
の構成をなしているものである。

前記微生物担持体８は、脱窒菌である微生物の保持のた
めには出来るだけ大比表面積のものが好ましく、前記浮
遊式に比べて槽内の汚泥濃度（１１！生物濃度）を相当
程度高く出来るが、反面担持体の間の隙間があまり小さ
いと汚泥等による閉塞の問題を招くので、定期的な逆浄
洗浄を必要とするメンテナンス操作上の配慮を要するこ
とになる。

第４図は、仮に高濃度汚泥床式と称することができる装
置を示すものである。この例の装置は、前記脱窒槽４の
内部に、脱窒菌が高濃度に凝集した粒状物（通称グラニ
ユールと呼ばれる汚泥粒）からなる汚泥床（以下グラニ
ユール汚泥床という）を形成させてなるものであり、こ
のグラニユール汚泥床に対して原汚水は上向流で通され
る。他の構成は第２図の浮遊式のものと同様である。

前記グラニユール汚泥床の形成は、いわゆる活性汚泥を
種汚泥として脱窒槽に入れ、硝酸性窒素を含む汚水と有
機物を適量通水させながら所定期間（通常１〜２週間）
！９ＩＩ餐させて行なわれる。形成されたグラニユール
汚泥粒は運転条件等によっても異なるが０．５〜１　ｍ
ｍ程度の砂粒状になる。このグラニユール汚泥床は原汚
水が脱窒槽の下部から流入して上向流で通水されても、
汚泥を洗い出す力（上昇ＬＶ）よりもグラニユール汚泥
の沈降ＬＶが高いために該汚泥粒の流出は起らない。

このようなグラニユール汚泥床をもった脱窒槽４におけ
る汚泥濃度は、前記浮遊式脱窒槽におけるそれの１０倍
以上である２００００〜ｔｏｏｏｏ。

ｌＯｇ／ｌにまで達し、Ｍ値を大きくとれる。また微生
物担持体を設けた前記第３図の固定床式の装置における
閉塞の虞れも、グラニユール汚泥粒同士の結合はＮ２ガ
スの上昇流でほぐされるために、考慮する必要がないと
いう特徴もある。

（発明が解決しようとする問題点） 前記のようにグラニユール汚泥床を有する脱窒槽を備え
た生物学的脱窒処理装置は、汚泥濃度したがってＭ値を
十分高く維持できるために、前記反応速度ｄＮ／ｄｔの
増大、装置の小型化に有効であるが、現在のところ、前
記グラニユール汚泥床形成およびその維持の条件は、工
業的実施規模の装置に関係しては必ずしも明らかとなっ
ておらず、したがってこのようなグラニユール汚泥床を
有する脱窒槽を用いた生物学的脱窒装置の実際的な実用
化のためには、そのグラニユール汚泥床の形成および維
持の条件。

方法を確立することが大きな課題になっている。

本発明は、以上の観点からなされたなされたものであり
、その目的は、工業的実施規模の装置においてグラニユ
ール汚泥床を形成、維持することを可能とする簡易な方
法を見い出し、この方法実現の具体的手段を備えた生物
学的脱窒装置を提供するところにある。

（問題点を解決するための手段） 而して、かかる目的の実現のためになされた本発明より
なる生物学的脱窒装置の特徴は、脱窒菌が高濃度に凝集
した粒状物の形成するグラニユール汚泥床を有する槽と
、硝酸性窒素および又は亜硝酸性窒素を含む汚水を前記
グラニユール汚泥床に対して上向流で通過させる汚水送
水手段とを備えた生物学的脱窒装置において、前記グラ
ニユール汚泥床にカルシュウムイオンまたはカルシュウ
ム化合物の少なくともいずれかを添加する手段を設けた
ところにある。

前記カルシュウムイオンまたはカルシュウム化合物の少
なくともいずれか（以下カルシュウムイオン等という）
を添加する手段は、具体的には前記槽（脱窒槽）への汚
水供給径路の途中あるいは脱窒槽の前段に配置される汚
水槽に対してカルシニウムイオン等の供給管を接続する
、または脱窒槽の下部に該管を接続する、更に付加的に
、汚泥床の上下方向の中段位置に該管を接続する等々の
構成を、独立しであるいは併用して設けることで与えら
れる。

カルシュウムイオン等は、一般的にはカルシュウムイオ
ンを解離する化合物を溶解させた水溶液の形で与えられ
、このような化合物としては、例えば、酸化カルシュウ
ム、塩化カルシュウム、水酸化カルシュウム、硫酸カル
シニウム等を例示することができる。

（作　用） 本発明は、前記の構成をなすことによってグラニユール
汚泥床の形成および維持を好適に達成することができる
。

本発明において前記構成が採用されたのは、グラニユー
ル汚泥床の形成因子について本発明者が種々検討した結
果によるものでり、汚水中のカルシュウムイオン（以下
Ｃａイオンという）の存在および存在量が前記グラニユ
ール汚泥床の形成に影響を与えることを見い出したこと
による。グラニユール形成におけるＣａイオンの役割は
必ずしも明らかなものではないが、汚水中に含まれてい
るＨＣＯ−’　、　ＰＯ−’と該Ｃａイオンが反応して
不溶体を作り、これと微生物が分泌する凝集性物質によ
って凝集した微生物が混合体を形成することで前記グラ
ニユールの形成が行なわれるものと考えられる。

ＨＣＯ−’　、　ＰＯ−３とＣａイオンの反応は以下に
示す通りである。

・・・・■ 上記反応はｐｕが高いアルカリ領域で促進される。ここ
で前記式■をみると、硝酸性窒素がＮ２ガスに変換され
る脱窒反応はＯＨ生成反応つまりアルカリ成反応であり
、脱窒のおこった汚泥床内のｐＨはアルカリ域になるこ
とが多く、事実後述する実施例においてもｐＨはＣａＣ
Ｏ３やＣａ５　（ＯＨ）　（ＰＯ４）　ｓが生成するｐ
Ｈ域となっている。

グラニユール汚泥床形成のために必要なＣａイオン濃度
は、Ｉ　ＢＣａｌ１以上望ましくは１０ＢＣａ／ｕ以上
がよい。Ｃａイオン濃度の上限は時に限定され゛るもの
ではなく、ＧａＣＯ３のスケーリングの難を考慮して具
体的装置毎に適宜定めればよいが、一般的には１００ｍ
ｇＣａ／Ｌ１程度以下とすることがよい。

カルシュウムイオン等の添加は、グラニユール汚泥床の
形成、維持のために必要な範囲で行なわれ、したがって
常に連続して添加する場合の他、間欠的に添加するよう
にしてもよい。

そして本発明よりなる生物学的脱硝装置は、工場排水、
特に火力発電所の総合排水、半導体工場の排水等、排水
中に硝酸性窒素が多く含まれ、Ｃａゝ含量の少ない排水
の処理に極めて有効となる。

（実施例） 以下本発明を図面に示す実施例に基づいて説明する。

第１図は本発明よりなる生物学的脱硝装置の一実施例の
フロー概要を示した図であり、図において１は汚水流入
ラインであり、脱窒槽４の下部に汚水を流入させるよう
に接続される。

６は有機物注入ライン、７はｐＨ調整剤流入ラインであ
り、これらは必要に応じて設けられるものである。

９は、カルシュウムイオン等の添加ラインである。

脱窒槽４に流入された汚水は、該槽内グラニユール汚泥
床を上向流で通過しなから脱窒処理され、硝酸性窒素は
Ｎ２ガス化されて放散され、処理水３はオーバーフロ一
方式で槽４外に放出される。

以上のフローで示される脱窒装置を用い、以下の条件で
グラニユール汚泥床の形成に対する影響を試験した。

（ｉ）汚　水（下記表１） 表　　　　１ （ｉｆ）試験開始時の状態 脱窒槽４内に、第２図で示した浮遊式脱窒法で生成した
汚泥（３２００Ｂ／ｌ）を充填した。

（ｉ　ｉ　ｉ）試験結果 試験開始から２ケ月後の脱窒槽内の状態。

脱窒負荷許容度、グラニユール汚泥濃度、脱窒率、処理
水ＳＳ濃度を調べ、その結果を下記表２に示した。なお
脱窒率は である。

表　　　　２ 以上の結果より、Ｃａ濃度を高くした試験例Ｃ１Ｄにお
いて好適な結果が得られており、これにおいて汚泥濃度
と揮散性汚泥濃度の差（強熱残渣）の多くが無機物で、
試験例りの無機物含有量が高いが、この大部分は原汚水
中のＣａがＣａＣ０ａとなり汚泥に沈積しているためと
考えられる。

これらの試験例Ｃ，Ｄでは良好なグラニユール汚泥床の
形成により、脱窒槽内の汚泥濃度が高く保持され、した
がって窒素負荷が高くとれるために効率的な脱窒処理が
行なわれ、また得られる処理水水質も極めて良好である
ことが認められた。

（発明の効果） 本発明によれば、グラニユール汚泥床を利用する工業的
実施規模の生物学的脱窒装置において、該グラニユール
汚泥床の形成、維持が簡易な方法によって実現され、硝
酸性窒素を含む汚水を高負荷条件下で効率よく処理する
ことが可能となり、装置も小型化できるため、その有用
性は極めて大なるものがある。

【図面の簡単な説明】

図面第１図は本発明よりなる生物学的脱窒装置のフロー
概要を示す図、第２図ご第４図は従来例装置のフロー概
要を示す図である。 １・・・汚水流入ライン　　２・・・汚泥返送ライン３
・・・処理水ライン　　　４・・・脱窒槽５・・・固液
分離槽　　　　６・・・有機物注入ライン７・・・ｐＨ
調整剤注入ライン ８・・・固定床　　　　　　９・・・Ｃａ添加ライン１
ＰＨ調整削注入ライシ ８固定床Ｘは滴勧床

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　脱窒菌が高濃度に凝集した粒状物の形成する汚泥床
   を有する槽と、硝酸性窒素および又は亜硝酸性窒素を含
   む汚水を前記汚泥床に対して上向流で通過させる汚水送
   水手段とを備えた生物学的脱窒装置において、前記汚泥
   床にカルシュウムイオンまたはカルシュウム化合物の少
   なくともいずれかを添加する手段を設けたことを特徴と
   する生物学的脱窒装置。 ２　カルシュウムイオンまたはカルシュウム化合物の少
   なくともいずれかを添加する手段 が、前記槽への汚水供給ラインに接続した供給管である
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の生物学的
   脱窒装置。 ３　カルシュウムイオンまたはカルシュウム化合物の少
   なくともいずれかを添加する手段 が、前記槽の下部に接続した供給管であることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項または第２項記載の生物学的
   脱窒装置。